惠斯頓移鋼機設計

惠斯頓移鋼機設計,惠斯頓移鋼機,設計 目錄 一． 引言 1.選題的依據及意義……………………………………………………(1) 2. 國內外研究概況及發(fā)展趨勢………………………………………(1) 二． 總體設計方案和安裝使用說明 2.1設計目的…………………………………………………………………(2) 2.2方案的選擇和主要參數…………………………………………………(2) 2.3 惠斯頓移鋼機設計…………………………………………………………(3) 2.3．1 惠斯頓移鋼機重心位置的確定………………………………………(3) 2.3．2 主要尺寸參數的確定………………………………………………(4) 2.4 惠斯頓移鋼機的裝夾結構…………………………… ………… …… (6) 2.5 惠斯頓移鋼機的安裝精度………………………………………………(6) 三． 傳動部分的設計計算 3.1 自鎖電機功率和轉速……………………… …………………………(7) 3.2 各軸轉速和功率………………………………………………………(7) 3.3 圓柱齒輪的設計………………………………………………………(9) 3.3.1選擇齒輪材料及許用接觸應力計算…………………………………(9) 3.3.2按齒面接觸疲勞強度設計……………………………………………(9) 3.3.3按輪齒彎曲疲勞強度校核…………………………………………(10) 3.3.4計算齒輪傳動的中心矩a……………………………………………(11) 3.4 鏈傳動設計……………………………………………………………(11) 3.5 輸入軸的設計計算…………………………………… ………………(13) 3.5.1 輸入軸的選材及軸徑設計………………………… ………………(13) 3.5.2 軸的結構設計……………………………………… ………………(14) 3.5.3 對輸入軸進行校核………………………………… ………………(14) 3.6 輸出軸的設計計算……………………………………………………(16) 3.6.1輸出軸的選材及軸徑設計……………………………………………(16) 3.6.2 軸的結構設計………………………………………………………(16) 3.6.3輸出軸的校核………………………………………………………(17) 3.6.4 軸承的選擇…………………………………………………………(19) 3.6.5 鍵的選擇……………………………………………………………(20) 3.6.6 減速器箱體尺寸確定………………………… …………………(21) 參考文獻………………………………………………………… ……………(34) 致謝………………………………………………………………………………(35)  1、 引言 1.選題的依據及意義： 隨著時代的進步，中國經濟的迅速發(fā)展，我國無縫鋼管行業(yè)近幾年出現了有史以來最快的發(fā)展，連續(xù)六年產銷兩旺，產品結構調整成效顯著，自給率逐年提高。2004年中國鋼管產量達到2123萬噸，占全球鋼管產量的25%以上，無縫管和焊接管均實現凈出口的良好態(tài)勢，市場價格一直高位運行。技術改造和投資創(chuàng)歷史新高，技術裝備大為改善，出現了兩個百萬噸級的無縫鋼管生產企業(yè)，跨人全球大鋼管集團的行列。 如同中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展一樣，盡管近幾年鋼管行業(yè)取得了令人矚目的成就，從產量上已占全球1/4以上，但從技術裝備、產品質量和產品檔次、企業(yè)的經濟規(guī)模及主要技術經濟指標等方面看，與國際先進水平比仍有一定的差距。 2.國內外研究概況及發(fā)展趨勢： 1．生產發(fā)展與表現消費現狀 　　2004年，我國無縫鋼管和焊接鋼管產量均為世界第一。2000年以來，我國鋼管行業(yè)高速發(fā)展，鋼管產量增長與全成品鋼材增長幾乎同步，即成品鋼材平均每年以21．64%高速增長，其中鋼管以20．8%的高速增長，管材比保持在7．0%左右。產量居世界第一位，成為名副其實的鋼管大國。 　　1981年-2004年，我國無縫鋼管產量及表觀消費量總的變化趨勢是穩(wěn)定、同步增長，1999年以前消費量一直高于生產量，并有一定波動(80萬噸左右)。2002年前表觀消費量略大于國內生產量，2003年基本持平，2004年生產量略大于表觀消費量，預計2005年生產量將開始明顯超過表觀消費量。 　　2．產能建設現狀 　　目前我國有無縫管廠家130家左右，近200臺套機組。其中能生產熱軋成品管且工藝技術裝備較完整的有近30家，生產總量超過600萬噸，占無縫鋼管總量的60%以上。這類生產廠絕大多數為國有企業(yè)，技術裝備先進，單線生產能力高(天管Ф250機組、寶鋼Ф140機組均超過80萬噸)，產品質量好，是無縫鋼管生產的主導企業(yè)。其余企業(yè)主要是為冷軋冷拔提供毛管或荒管坯料的中小企業(yè)，設備比較簡單，單線生產能力較低，產品以結構管、低中壓鍋爐管和一些多規(guī)格小批量的冷軋冷拔產品為主。在這類企業(yè)中也有一批裝備水平適中，產品質量較好的企業(yè)，它們占據了市場相當的份額。但是這類企業(yè)大部分為購坯生產企業(yè)，其管坯的采購和質量沒有保證，尤其是近年礦石價格大幅度上漲，使管坯價格也在上漲，鋼管的利潤空間越來越小。另外，隨著供坯企業(yè)后續(xù)加工線的建成，管坯資源也會減少，未來生產將會面臨困境。 改革開放以前，無縫鋼管生產主要是以自動軋管機組為主和少量的其他形式軋機(如三輥軋管機、生產大口徑的周期式軋管機等)。80年代中期，寶鋼從德國引進了第一條先進的連軋管機組生產線，主要生產油井管和鍋爐管，其全自動化的生產方式和高效的生產能力以及良好的產品質量，讓無縫鋼管同行開闊了眼界，增長了見識。 　　這之后，天津鋼管、衡陽鋼管、包鋼無縫、鞍鋼無縫也都相繼引進了連軋管機組生產線。另外，煙臺鋼管、成都無縫、大冶特鋼也相繼引進了ACCU-ROOL軋管機和ASSEL軋管機組。這些機組不僅引進了先進的生產工藝，而且還引進了先進的自動化控制系統(tǒng)和在線質量檢測系統(tǒng)。如測溫、測長、測徑、測厚、測速(軋制速度、輥道速度)、測力(軋制力、扭距)和各種無損檢測設備以及生產工藝軟件等。這些機組的引進使我國無縫鋼管的生產得到了飛速發(fā)展，也使其裝備達到世界領先水平。 　　3．品種與質量現狀 　　除少數高端、高難度產品尚需進口外，目前中國無縫鋼管絕大部分產品可滿足市場需要。 　　(1)油井管 　　2004年我國油井管總產量超過180萬噸，占無縫鋼管總產量的17．62%。國內市場占有率超過80%，全年油井管出口34．4萬噸，進口32．2萬噸，出口超過進口，已連續(xù)2年成為凈出口產品。品種上國內不少企業(yè)勇于創(chuàng)新，不僅生產出了按AP1標準要求的K、N、C、P鋼級套管，還根據用戶需求開發(fā)出了具有自主知識產權的系列套管，如天津鋼管公司開發(fā)出了TP系列的抗擠毀套管、抗腐蝕套管、抗高溫熱采井用套管、超深井用套管以及特殊扣氣密性套管，其中TP130TY高抗擠毀套管其抗擠毀強度達到167MPa以上；TP110TSS高抗擠毀抗腐蝕套管在氯化鈉5%、醋酸0．5%的氧化性腐蝕溶液中，720小時不斷裂；TPl40V套管下井深度達到6936米(近期這一紀錄還將被打破)；NC-3Cr抗二氧化碳腐蝕套管已經批量發(fā)往塔里木油田下井使用。另外寶鋼、成都無縫也都開發(fā)出了自己的系列產品。 　　雖然中國無縫鋼管行業(yè)在油井管方面取得了舉世矚目的成績，但在一些高端產品開發(fā)方面尚沒有過關，如13Cr、超級13Cr鋼的夾雜物及S、P含量的控制(S<10ppm，P<15ppm)，熱處理的性能控制以及絲扣加工中的質量控制等還存在一系列問題，柔性油管、膨脹套管的開發(fā)尚屬空白。 　　(2)高壓鍋爐管 　　電力事業(yè)的快速發(fā)展極大地帶動了高壓鍋爐管的開發(fā)和生產，2004年高壓鍋爐管產量超過60萬噸，占無縫鋼管總產量的6．61%，進口量29．8萬噸，國內市場占有率達67%。目前Ф219以下的規(guī)格國內基本可滿足；Ф219以上的規(guī)格國內僅能供少部分，尤其是大口徑厚壁的規(guī)格(325-1200x40-120)90%都需要進口。盡管這幾年國內鋼管制造企業(yè)在新產品開發(fā)方面取得了突破，如T91/P91、T92、T22/P22的開發(fā)，但與電站和鍋爐行業(yè)對中國無縫鋼管行業(yè)的需求還有較大的差距，主要表現在品種不全，規(guī)格不齊，產品質量不夠穩(wěn)定，如管體表面缺陷較多(劃道、外折、麻面等)，鋼質純凈度不夠(夾雜物)等。目前核電用管幾乎99%依賴進口，這主要是采購批量較小(幾噸、十幾噸)，大企業(yè)不愿意生產；準入門檻較高，中小企業(yè)的裝備現狀和質量保證體系難以通過認證，這兩個條件的制約使核電用管的研究相對滯后，實際上核電用管中相當一些產品國內是可以滿足的，如TV48C、TVE250、AISl316、AISl304等。 　　(3)管線管 　　隨著管線鋼板技術的發(fā)展及焊管成型、焊接技術的進步，管線用焊管的應用范圍在逐步擴大，特別是在大口徑組距范圍內焊管的優(yōu)勢更加明顯，加上成本因素，焊管已在管線管領域占有主導地位，限制了無縫管線管的發(fā)展。2004年無縫管線管產量約40萬噸，鋼級包括X42-70，品種有陸上管線管和海底管線管。高鋼級管線管的生產目前采用微合金化加熱處理工藝，無縫管的生產成本明顯高于焊管，而且隨著鋼級的提高，如X80以上鋼級管線管對碳當量的限制，無縫鋼管的常規(guī)工藝很難滿足用戶要求；目前各無縫鋼管生產廠都在為提高其管線管的抗腐蝕性能，低溫、高溫環(huán)境中的使用性能穩(wěn)定而開展科研工作。在這方面，攀鋼集團成都鋼鐵有限責任公司已著手工藝改造，從2005年4季度開始陸上管線管和海底管線管將逐步形成規(guī)?；a能力。 　　(4)氣瓶管、蓄能器管 　　氣瓶管、蓄能器管的開發(fā)成功，突破了傳統(tǒng)氣瓶、蓄能器頂擠生產工藝，使氣瓶、蓄能器的生產效率大大提高，且產品表面質量及壁厚精度得到改善。2004年氣瓶管、蓄能器管產量超過10萬噸，占無縫鋼管產量的1%；氣瓶管的發(fā)展走過了艱難的路程，成材率從80年代初期的不足50%，提高到目前的80%以上。隨著城市燃氣出租車的興起，對氣瓶管的需求量還會不斷增加。另外，CNG站用、拖車用儲氣瓶管和蓄能器管(大口徑、中等壁厚)將有明顯發(fā)展。目前國內還無法生產這類儲氣瓶用管，但是隨著國內幾條大口徑機組的建設，這類產品的供應將得到改善。 　　(5)不銹鋼無縫管 　　2004年產量近20萬噸，用于石油、化工、能源占28%以上；水電占13%；飲食、衛(wèi)生占16%；機械加工占11%；交通、運輸占7%；其他為建筑、醫(yī)療、環(huán)保等。 　　目前我國不銹鋼管生產多采用穿孔+冷軋、冷拔(包括酸洗和退火)或穿孔+熱軋管+冷軋、冷拔(包括酸洗和退火)，這一工藝應該說是我國獨有的(包括臺灣)，與傳統(tǒng)的擠壓+冷軋、冷拔工藝相比，生產成本低、壁厚精度高，但中間工序修磨量較大，這是由于前道工序采用穿孔機，致使管坯的表面缺陷量擴展，造成穿孔后的鋼管需大量修磨，由于中國人工費較低，這一加工方式在中國比較普遍，不僅民營企業(yè)，國有企業(yè)(包括大型企業(yè))也多采用這種加工方式。對于冷軋、冷拔機，80年代開始引進先進、快速、高效、大直徑冷軋管機，如KPW25VMR、SK75VMRCK、XnT-450等。據不完全統(tǒng)計，我國現有的冷軋管機近干臺，其中國產二輥300余臺，多輥600余臺，引進40余臺；冷拔管機估計有千余條鏈以上，可以說種類、規(guī)格齊全。 　　(1)國際市場 　　第一，國際鋼管市場現狀。 　　世界無縫鋼管生產最多的有四個國家，即德國、美國、日本和原蘇聯。原西德1973年達到203萬噸，1981年達到最高產量236萬噸，1985回落到222萬噸，在此13年問，年產大于等于200萬噸的有9年，其后在120-180萬噸間波動；美國1973年達到357萬噸，1981年達到最高產量434萬噸，9年間年產大于350萬噸的有6年，其后在100-200萬噸間波動，即開工率僅有30%-50%；日本1979年產量達到347萬噸，1981年達到最高產量432萬噸，1979-1988年10年間，年產大于350萬噸的有6年，其后在200-3007/噸間波動，開工率約為50%-70%；原蘇聯1978年達到705萬噸，1988年達到最高產量808萬噸，1978-1991年連續(xù)13年年產大于700萬噸，1992年原蘇聯解體，其開工率也僅有30%-50%。而德國和日本開工率相對較高，主要是向我國出口。 　　據估計，目前世界鋼管生產能力約為5800萬~8000萬噸，其中焊管約3900萬~4000萬噸。總體來看，世界鋼管市場供需基本平衡，產能略有富余。 　　美國市場：美國是最大的無縫鋼管進口國，根據美國咨詢機構提出的報告分析，每年進口量增長較大，例如2002年進口73．3萬噸，2004年增加到109．2萬噸，年均增幅達24．5%。目前美國對日本鋼管實施反傾銷政策，已導致2005年日本鋼管無法進入美國市場，這將給我國無縫鋼管進入美國市場帶來新的機遇。 　　我國周邊國家、地區(qū)市場：我國周邊國家和地區(qū)有日本、韓國、東南亞、臺灣、原蘇聯各國等，除日本、原蘇聯和印度外，其他國家的無縫鋼管基本靠進口。根據了解，這些國家每年無縫鋼管的消費量約為100萬噸左右，其中直徑≥140mm的大、中口徑管約為60-65萬噸，占65%左右。目前日本約占據了近40%的市場份額，我國只占有約13%的市場份額。 　　中東市場：中東是世界主要產油區(qū)，除對油井管大量需求外，對管線管、結構管等需求量也較大，每年約進口30多萬噸，其中外徑為Ф219mm以上的無縫鋼管約15萬噸。目前主要從日本、歐洲等國家進口。中國剛開始進入這個市場。 　　第二，國際無縫鋼管市場發(fā)展趨勢。 　　世界無縫鋼管市場消費規(guī)模，在一段時期內可能繼續(xù)在1000-3000萬噸左右徘徊。目前，世界上主要十大無縫鋼管生產國為中國、日本、美國、俄羅斯、烏克蘭、德國、意大利、英國、法國、阿根廷。其中：中國、美國、俄羅斯的產品以國內消費為主；英國、法國進出口大體相當；其它國家大都是無縫鋼管輸出國，出口量約占各自總產量的30%-70%。而這些國家已組成的三大集團公司，即TENARIS、V&M和日本鋼管聯盟(共有730多萬噸生產能力)。正與俄羅斯最近組成的大型鋼管集團(由本國和羅馬尼亞鋼管廠組成，生產能力約300萬噸)在國際市場激烈競爭，搶占市場份額。 　　上述情況說明，國際市場雖然空間不大，但有發(fā)展?jié)摿?，我們必須積極開發(fā)國際市場，努力提高競爭能力，爭取較高的國際市場份額。 　　第三，近年我國無縫鋼管出口特點。 　　一是出口大于進口，鋼管已成為我國凈出口產品。二是企業(yè)經營戰(zhàn)略有了新轉變，把參與國際市場競爭作為實現可持續(xù)發(fā)展長遠戰(zhàn)略措施。目前，我國先進的無縫鋼管連軋機組無論是機型和數量均已成為世界之最，其實際產能已突破300萬噸，占總產能的50%左右，是我國經濟建設及鋼管出口的主力軍。 　　由于技術裝備發(fā)生了質的變化，具有先進技術水平的短流程生產工藝：煉鋼(精煉)-連鑄管坯-連軋管在無縫管企業(yè)大量涌現，其產品質量普遍接近或達到國際先進水平，產品覆蓋了石油、化工、鍋爐、煤炭、汽車、船舶、電站以及軍工、航空、航天、核能、鋼結構等行業(yè)和領域，同時還部分出口；還有一批具有高附加值、高技術含量的產品，如特殊扣套管、高鋼級鍋爐管、鉆桿等產品正在開發(fā)或在批量試生產中，不久將替代進口產品。 　　(2)國內市場 　　第一，無縫鋼管市場發(fā)展迅速，主要品種供不應求。 　　七五以來，我國引進了幾套先進的無縫鋼管生產機組，帶動了我國無縫鋼管行業(yè)整體水平的提高。在產品質量、品種、數量等方面縮短了與工業(yè)發(fā)達國家的差距。 　　近10年來，我國國民經濟快速、穩(wěn)定發(fā)展，鋼材總消費量和無縫鋼管消費量都隨之快速增長。1991—2001年10年間，無縫鋼管消費量由350萬噸增加到509萬噸，年均增長僅4．1%。而2001-2004年4年間，無縫鋼管消費量由509萬噸增加到902萬噸，年均增長率達19．3%。所以，無縫鋼管消費量較2001年前，年增長率提高了4．7倍；同期，無縫鋼管產量分別由230萬噸增長到500萬噸和908萬噸；年均增長率分別為10．7%與20．4%，無縫鋼管產量較2001年前，年均增長率提高了1.9倍。 　　2001年同2000年相比，我國無縫鋼管的生產量與表觀消費量同時各增加近85萬噸，增幅為20．4%；進、出口量基本相當，分別為45．4萬噸和41．1萬噸，增幅為26%。2004年與2001年相比，生產量增加408萬噸，增幅達81．6%；表觀消費量增長393萬噸，增幅為77．2%。進、出口量均有所增長，分別為69．2萬噸和75．5萬噸，增幅為52．4%和83．7%。 　　第二，國內無縫鋼管市場發(fā)展趨勢。 　　消費結構進一步升級，擴大了國內無縫鋼管市場空間，尤其對高檔專用管需求量大幅度提高，根據預測，2005年我國無縫鋼管消費量約將達到1100萬噸以上，其中專用管將占60%以上。因此，立足國內市場是我國無縫鋼管持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的可靠支柱。 　　3．我國無縫鋼管行業(yè)存在的問題 　　全行業(yè)發(fā)展不平衡。一直以來外供鋼坯企業(yè)，在鋼管產量猛增的形勢下，國內坯料來源大有緩解，但價格仍在高位運行，造成成本增加，給企業(yè)效益增長帶來了難度。小規(guī)格無縫管因其投資少、見效快，一大批民營企業(yè)像雨后春筍般建設起來，他們靠成本低廉、政策靈活之優(yōu)勢與老國企爭奪國內無縫管市場，競爭十分激烈。 　　主要技術經濟指標尚需進一步改善，以提高在國內外市場的競爭力。目前，我國熱軋成品鋼材(坯—材)成材率為94．9%，其中，熱軋無縫鋼管(坯—材)成材率，視其技術裝備水平不同波動較大，技術先進軋機一般為90%-92%，技術落后軋機僅為80%左右；熱軋無縫管噸管電耗先進軋機為100-150kWh/t，落后軋機為300kWh/t以上；軋機作業(yè)率先進軋機為75%以上，落后軋機為70%以下。 　　國民經濟中需求的特殊用途、高附加值、高技術含量鋼管，短期內還無法完全滿足需求，尚需依賴進口。如特殊扣套管，還有高鋼級高壓鍋爐管、油井鉆桿等仍需部分進口。 　　無縫鋼管同焊管在市場上存在著越來越激烈的競爭。過去人們普遍認為焊接鋼管在質量上、安全性上不如無縫鋼管，加上其材質一般為普鋼Q235，生產工藝又較簡單，因此成本遠低于無縫鋼管。因其用途僅限于一般民用建筑和低壓流體輸送管道，所以盡管其價格遠低于無縫鋼管，也無法同無縫鋼管爭奪市場。但進入21世紀后，先進的焊管金屬裝備在我國陸續(xù)出現，由于焊接工藝技術的提高，焊縫質量發(fā)生了質的改善，一些中小規(guī)格焊管，因其質量接近或達到無縫管水平，正向原屬無縫鋼管應用領域進軍，例如低中壓鍋爐用管、J55級石油套管以及X70級以下的油、氣管線管等。  二、總體設計方案和安裝使用說明 2.1設計目的 機械加工過程中都會使用到夾具來固定工件使之占有正確的位置，以便加工和檢測。但是當工件太大而不方便調節(jié)位置，不能保證精度，而又有進行旋轉加工時，夾具不能滿足加工要求。以前，惠斯頓移鋼機在加工過程中需要使用行車進行多次翻轉和定位，才能完成惠斯頓移鋼機的上各基礎孔的鉆孔、鏜削。效率低，精度低。所以進行惠斯頓移鋼機加工惠斯頓移鋼機的設計，惠斯頓移鋼機的必須達到以下的要求： 1) 惠斯頓移鋼機可繞縱向軸線作正反360。慢轉，任何角度均可停止并自鎖，使各部面的鉆孔都可以轉成水平位置作平施工。 2) 惠斯頓移鋼機上各基礎孔的堆焊、鏜削均能方便進行，不受惠斯頓移鋼機的擋礙。 3) 位置定心滾動。 2.2方案的選擇和主要參數： 根據惠斯頓移鋼機形狀和研制要求，曾提出兩種方案。它們都由首端和尾端兩部分組成。首基本相同，都是用來驅使惠斯頓移鋼機旋轉的動力。由自鎖電機、聯軸器、鏈輪、渦輪蝸桿減速器帶動主軸低速旋轉，固定在主軸一端的轉臂與惠斯頓移鋼機保險杠聯接，帶其轉動。為使不同車型的重心都能調到旋轉線上，轉臂上設有可調偏心的夾緊裝置。兩個方案的區(qū)別在于尾端結構不同：方案一，惠斯頓移鋼機的尾端是由一件直徑2．8m 的滾圈和四件滾輪組成，滾圈在滾輪上可作原位置定心滾動。不同型號惠斯頓移鋼機的尾部都可插入這個滾圈中．夾緊后隨圈一齊滾動。用兩個平臺將首尾端升高，讓過旋轉的惠斯頓移鋼機。方案二．惠斯頓移鋼機尾端是由一根尾軸和支撐架組成。尾軸是惠斯頓移鋼機在尾部的旋轉中心，它和不同型號惠斯頓移鋼機的聯接．分別有專用鋼架完成。比較上述兩個方案，從不同車型裝夾的適應性、惠斯頓移鋼機裝夾時穩(wěn)定性和修理時人員的安全程度看，前一個方案較好。雖造價偏高，制造難度偏大，考慮到日后長時間修理工作的方便可靠．我們決定采用第一個方案。 傳動原理圖 2.3 惠斯頓移鋼機設計 2.3．1 惠斯頓移鋼機重心位置的確定 從惠斯頓移鋼機的形狀可以看出，惠斯頓移鋼機形狀以縱向軸線左右對稱．重心必然在軸對稱平面上，重心位置不能直觀定出．可由三種方法確定；計算法、作圖法和實測法。采用前二種方法必須先知道惠斯頓移鋼機各部位鋼板的厚度和輪廓曲線的方程或準確位置．這比較難做到。特別是進口車的惠斯頓移鋼機．由于形狀不規(guī)則，其計算或作圖過程復雜，而且最后結果也是個近似值。利用實測法能比較快地解決這個問題．而且不會出錯。（如圖1)取a b c三個點著力將惠斯頓移鋼機吊起．其中b c兩點用5噸手拉葫蘆代替鋼繩，調整手拉葫蘆的長短，使惠斯頓移鋼機的對稱軸平面d處于水平狀態(tài)。在主鉤轉動軸線的下方掛一重錘e，重錘尖端所指的點8即為移鋼機的重心位置。 2.3．2 主要尺寸參數的確定： 1　 偏心的調整范圍：(見圖1)根據每種惠斯頓移鋼機的長度和惠斯頓移鋼機中方便夾緊的部位，初步確定首端轉臂到尾端滾圈之間的距離為8m這可使不同車型都可靠夾緊又方便修理。在惠斯頓移鋼機軸平面d內，從惠斯頓移鋼機8m處的截面形心f過惠斯頓移鋼機重心g引一直線，并向保險杠一端延長，此線即為惠斯頓移鋼機在惠斯頓移鋼機上轉動時的旋轉軸線。保險杠到旋轉軸線的垂直距離h就是該車型所要求調正的偏心大小。取不同車型中的最大距離1m，定為惠斯頓移鋼機的可調偏心范圍。 ’ 2　 惠斯頓移鋼機的旋轉中心高：惠斯頓移鋼機外形離旋轉軸線最遠的點到軸線的垂直距離為該車型旋轉時的中心高．取不同車型的最大距離加放200rmm，即2．8m定為惠斯頓移鋼機的旋轉中心高 3　 滾圈內徑；惠斯頓移鋼機上離保險杠一端8m處．截面形狀的最大尺寸，加放吊裝時所需活動的范圍就是滾圈的內徑大小。取三種車型中的最大滾圈內徑即2．5m，定為惠斯頓移鋼機的滾圈內徑(見圖2) 圖2 4　 首尾端間距離；根據惠斯頓移鋼機長度和方便夾緊的部位，在確定偏心范圍時已初定出首尾端的間距為8m。但每種惠斯頓移鋼機長度均長10m左右，將惠斯頓移鋼機吊裝入圈時，為不碰撞首端渦輪和轉臂，必須在垂直面內，縱向傾斜一個角度。首尾端間距越小，傾斜越多，要求滾圈的內徑也越大。在初定的8m間距下，滾圈內徑2．5m是否行，必須驗證。我仍通過吊裝模擬試驗來驗證(見圖3)。接比例將首端轉臂1o和尾端滾圈23的大小、位置作圖，用同樣比例將8m處截面尺寸最大的惠斯頓移鋼機制成硬紙板模型。模擬吊裝，傾斜移動，觀察惠斯頓移鋼機與滾圈，惠斯頓移鋼機與轉臂之間不碰撞的活動間距是否夠大。結果是，在2．3m 內徑的滾圈中可以順利吊裝出入。由于惠斯頓移鋼機尾部圓弧跨接段部位i處(見圖1)，經常出現裂紋，必須補焊。這個部位正好靠近8m處的滾圈夾緊部位，為讓開補焊空間，我仍將首尾端間距從8m 增大到8．4m。 圖3 2.4 惠斯頓移鋼機的裝夾結構 1　 弧形滑板平臺：惠斯頓移鋼機尾部安放在滾圈內的小平臺上。在8．4m處和這小平臺接觸的惠斯頓移鋼機，三種車型的傾角都不同。為保證是面接觸而非線接觸，我們將小平臺設計成上下兩部分，它們之間是圓弧面連接。上半部可以隨惠斯頓移鋼機安放時的角度在下半部上作一定角度的滑動，直到惠斯頓移鋼機和小平臺的接觸面吻合為止。 2　 螺旋千斤頂夾緊：惠斯頓移鋼機在滾圈平面內兩個方向的自由度，我們采用四只螺旋千斤頂夾緊的方法來限制。水平方向一邊一只相對頂緊惠斯頓移鋼機，垂直方向兩只，將惠斯頓移鋼機同一截面的兩個部分壓緊在兩個弧形滑板平臺上。為裝夾快捷可靠，千斤頂采用燕尾槽滑嵌在滾圈內側，并使滑動方向與滾圈旋轉平面垂直，防止轉動時松脫。 2.5 惠斯頓移鋼機的安裝精度 如果安裝精度不夠，在旋轉過程中，惠斯頓移鋼機定位就會被破壞(見圖3)，隨滾圈轉動，直線jK、jL長度會發(fā)生變化，由長變短然后又變長，促使夾緊松馳、惠斯頓移鋼機脫落造成事故，這是十分危險的。我們的安裝精度是： (1) 滾圈滾動平面的垂直度≤0．3mm／m。 (2) 滾圈的旋轉中心與首端主軸軸線的位置度≤lmm。 (3) 滾圈的滾動平面與首端主軸軸線在水平面內的垂直度≤lmm／全長。 我們采用的測量方法如下： (1)滾圈在車加工前，裝一根可拆卸的空心方梁跨過直徑。加工時保證滾圈外圓的圓柱度，外圓與方梁上孔}3的同軸度，外圓與滾圈基準端面的垂直度。 (2)用框式水平儀測量，使?jié)L圈安裝時基準端面的垂直度≤o．3mm／m，主軸軸線的水平度 ≤O．04mm／m。 (3)預先安首端主軸承座上前后兩只主軸孔配二塊厚6mm 的校正圓板，圓板中央各有一只 同軸小孔。校正前，吊下主軸，將兩塊圓板裝在主軸承座孔中。 (4)用}o．3鋼絲穿過三只 3孔，粗校主軸軸線與滾圈中心的位置度。 (5)在惠斯頓移鋼機首尾端間中點放一水準儀，測量三只 3孔，使?jié)L圈中心與主軸軸線的位置度≤lmm。 (6)用 0．3mm鋼絲測量主軸承孔前面一塊校正圓板的 3孔中心到滾圈端面上水平直徑兩端點的距離差，調正滾圈平面取向，使之≤ lmm。 (7)因調整中的相互影響，需重復校正上述精度。 三、傳動部分的設計計算 3.1 自鎖電機功率和轉速： 聯軸器的工作效率：1 =0.99 齒輪傳動的效率(包括軸承效率)：2=0.97 開式滾子鏈傳動的效率：3=0.92 渦輪蝸桿減速器的工作效率(包括軸承效率):4=0.4 齒輪的傳動比為i′1=3—4，開式滾子鏈傳動的傳動比為i′2=1—8，渦輪蝸桿的傳動比i′3=5—80，則電機轉速可選擇的范圍為：nˊd=nwi′1i′2i′3=7.5—1280.可見同步轉速750、1000的電機符合，因為前者比后者的傳動比小，傳動結構尺寸較小，因此可選用同步轉速750滿載720的電機，選定的電機型號為Y160L-8。 傳動裝置總傳動比i= =1440，取齒輪減速器的傳動比為i1=4， 開式滾子鏈傳動的傳動比為i2=5，則渦輪蝸桿的傳動比為i3= =72。 3.2 各軸轉速和功率： 電動機軸為0軸，齒輪減速器的高速軸為1軸，低速軸為2軸,蝸桿的軸為3軸,渦輪的軸為4軸。 n0=n1=730r/min n2= =180r/min n3= =36r/min n4==0.5r/min 按電機額定功率Ped計算各軸輸入功率， P0=Ped=7.5KW P1=P0==7.425KW P2=P12=7.425=7.2KW P3=P2=7.2=6.63KW P4=P3=6.630.4=2.65KW 各軸轉矩： =99.48 因為T4，＜58800Nm 所以電機選用額定功率為11KW，同步轉速1000r/min,滿載轉速為730r/min,型號為Y180L-8. 傳動裝置總傳動比i= =1440，取齒輪減速器的傳動比為i1=4， 開式滾子鏈傳動的傳動比為i2=5，則渦輪蝸桿的傳動比為i3= =73。 電動機軸為0軸，齒輪減速器的高速軸為1軸，低速軸為2軸,蝸桿的軸為3軸,渦輪的軸為4軸。 n0=n1=730r/min n2= =182.5r/min n3= =36.5r/min n4= =0.5r/min 按電機額定功率Ped計算各軸輸入功率， P0=Ped=11KW P1=P0==10.89KW P2=P12=10.89=10.56KW P3=P2=10.56=9.72KW P4=P3=9.720.4=3.89KW 各軸轉矩： =143.9 3.3 圓柱齒輪的設計 3.3.1選擇齒輪材料及許用接觸應力計算 考慮減速器傳遞功率不大，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40MnB調質，齒面硬度為241~286HBS，=730Mpa，=600 Mpa。大齒輪選用ZG35SiMn調質，齒面硬度241~269HBS，=620Mpa，=510Mpa。選用7級精度。SH =1.1，SF =1.25，材料的彈性影響系數. 許用接觸應力計算如下： 3.3.2按齒面接觸疲勞強度設計 由于載荷平穩(wěn)故取載荷系數K=1 齒寬系數 小齒輪上的轉矩 T1=142.47N·m 由d1≥ = =62.8mm 確定有關參數如下：傳動比i齒=4 取小齒輪齒數Z1=20。則大齒輪齒數： Z2=iZ1=4×20=80 實際傳動比I0=80/20=6 傳動比誤差：i-i0/I=4-4/4=0%<2.5% 可用 齒數比：u=i0=4 模數：m=d1/Z1=62.8/20=3.14mm 根據手冊取標準模數：m=4mm 確定有關參數和系數 分度圓直徑：d1=mZ1=4×20mm=80mm d2=mZ2=4×80mm=320mm 齒寬：b=φdd1=1×62.8mm=62.8mm 取b2=65mm b1=70mm 3.3.3按輪齒彎曲疲勞強度校核 根據齒數Z1=20,Z2=80由手冊得: YFa1=2.80 YSa1=1.55 YFa2=2.22 YSa2=1.73 =59.5Mpa< =52.7< 故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠 3.3.4計算齒輪傳動的中心矩a a=m/2(Z1+Z2)=4/2(20+80)=200mm (5)計算齒輪的圓周速度V V=πd1n1/(60×1000)=3.14×80×730/（60×1000）=3.06m/s 3.4 鏈傳動設計 （1） 取小鏈輪齒數 ， 取，此鏈傳動采用單排鏈查得小鏈輪齒數系數Km=1 根據鏈傳動的計算功率PC和小鏈輪的轉速n1， 選取鏈號為10A ，其節(jié)距P=15.875㎜ 10A 滾之鏈在額定功率曲線高峰值對應的小鏈輪的轉速大約是=1600r/min ∵>n1=182.5r/min,說明全面按照鏈板疲勞強度計算來確定小鏈輪的齒數是合理的. 初選中心距a0=(30~50)p 鏈節(jié)數Lp 鏈節(jié)數應 圓整數，并最好取偶數。 實際中心距： 松邊垂度 f=(0.01~0.02)a 鏈節(jié)距p=15.875㎜ 選擇用彈簧卡固定的鏈 中心距不宜過小，過小鏈在小鏈輪的包角也小減小鏈輪齒數的嚙合這樣傳動效率也會減小 若中心距過大則結構不緊湊，鏈條易發(fā)生抖動增加運動的不均勻性 則選取Lp=140㎜ 鏈長L=2223㎜ a=629㎜ f=6.29～12.58㎜ 驗算鏈速v : 采用滴油潤滑。 （2） 計算鏈的有效拉力F： 計算作用軸上的壓力FQ FQ=1.2F=1.2×11478.3 =13773.96N 根據鏈速為低速，傳動平穩(wěn)，可選取45鋼，50鋼和ZG310-570滾之鏈的牌號為： 10A—1—140 GB1243—1997 小鏈輪的主要幾何尺寸： 大鏈輪的主要幾何尺寸： 3.5 輸入軸的設計計算 3.5.1 輸入軸的選材及軸徑設計 選用45#鋼，調質，硬度217~255HBS，按扭矩初算直徑d，公式如下： ，式中A僅決定于材料許用剪應力的系數，由設計手冊取A=110，n為輸入軸的轉速，P為輸入軸的功率。 代入數據可得計算如下： 其上應開有鍵槽，應適當增大直徑，增大5%，則，取值30mm,與聯軸器的孔徑相適應,。聯軸器的計算轉矩 查表選用HL3彈性柱銷聯軸器,其公稱轉矩630000，半聯軸器的孔徑 3.5.2 軸的結構設計 單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定。 確定軸各段直徑和長度 軸結構草圖如下： 從左到又依次為1.2.3.4.5段 d1=30mm，長度L1取L1=58mm d2=40mm，長度L2取L2=55mm 初選用7309c型角接觸球軸承，其內徑為45mm寬度為25mm，外徑為100mm。 故d3=45mm，考慮齒輪端面和箱體內壁，軸承端面和箱體內壁有一定的距離，再考慮留有一定的長度的套筒長，故取L3=25mm+15.5mm=40.5mm 由于小齒輪的齒根圓直徑和軸的直徑相差很小，故將小齒輪和軸做出一體，即做成齒輪軸。小齒輪的齒根圓直徑為70mm，寬度為70mm，故可選取第四段的直徑為d4=60mm，長度為L4=100mm，齒輪中心位于第四段軸的中心。第五段選取和第三段一樣的尺寸。 軸的總長度Lin=58+50+40.5+100+40.5=289mm 3.5.3 對輸入軸進行校核： 齒輪分度圓直徑：d1=80mm 扭矩：T1=142.47N·m 求圓周力：Ft， 求徑向力：Fr， 繪制該軸的受力簡圖，直面彎矩圖，水平面彎矩圖，扭矩圖如下： L=140mm 判定危險截面為第四段軸的中心面 該軸單向旋轉，軸為45鋼，調質處理，根據設計手冊有，查得。則折算系數為： 驗算危險截面強度 比較計算結果和結構設計C截面直徑，滿足強度要求。 3.6 輸出軸的設計計算 3.6.1輸出軸的選材及軸徑設計 輸出軸選用45#調質鋼，硬度217~255HBS 。 由公式求出軸的最小直徑: 考慮其上開有鍵槽，直徑應適當增加，增加5%，則直徑為 ，最后取最小直徑為30mm。 3.6.2 軸的結構設計 大齒輪置于箱體中間，兩軸承對稱分布。齒輪右側用軸肩固定，左側用套筒固定。軸承采用角接觸軸承，型號為7309c，基本參數如下：內徑d=45mm，外徑D=100mm，B=25mm。 圖為大軸的草圖，可分為七段，從左到右標號依次為1，2，3，4，5，6，7。各段直徑分別為：30，36，45，50，56，50，40，單位mm。長度分別為：32，50，，43，61，10，56，23，單位mm。 因為大齒輪的分度圓的直徑為320 mm，故將大齒輪做成輔板式結構，其草圖如下，具體的參數已經在齒輪設計部分給出。 輸出軸的長度為Lout=32+50+45+61+10+25+56=279mm 3.6.3輸出軸的校核 按彎扭復合強度計算 軸的受力簡圖如下： ， 彎矩扭矩圖如下： 各數據如下： 根據受力圖和彎矩扭矩圖，判斷O處為危險截面，下面進行驗算： 該軸單向旋轉，軸的材料為45鋼，調質處理，根據設計手冊得，查得，則折算系數為： 驗算危險截面強度： 比較計算結果與結構設計O截面直徑，滿足強度要求。 3.6.4 軸承的選擇： （1） 輸入軸軸承選擇 對于輸入軸的軸承選擇，首先考慮角接觸軸承。選用7309c型角接觸軸承，其基本尺寸如下： 內徑：45mm；外徑：100mm；寬度：25mm。 （2） 輸出軸軸承選擇 對于輸出軸的軸承選擇，考慮角接觸軸承，選用7309c型角接觸軸承，其基本尺寸如下： 內徑：45mm；外徑：100mm；寬度：25mm。 （3） 求作用在齒輪上的力 齒輪分度圓的直徑為 圓周力 徑向力 軸向力 求兩軸承的計算軸向力 查手冊得 軸承派生軸向力，e為判斷系數，其值由的大小來決定，但現軸承軸向力未知，取e=0.42. ，軸承2放松，軸承1壓緊 X1=0.4 Y1=1.4 X2=1 Y2=0 因為中等沖擊，所以 P1>P2 轉換成年數，可用5年，故5年檢修更換。 3.6.5 鍵的選擇： （1） 鍵聯接選擇平鍵聯接， 輸出軸齒輪所在段的鍵的選擇，其所在軸段的直徑為50mm，選用鍵1445GB/T1096-2003。輸出軸與小鏈輪相連的軸段采用鍵828 GB/T1096-2003。 鍵的類型和尺寸 （2） 校核鍵的強度 查表得 取平均值 輸出軸齒輪所在段的鍵 鍵的工作長度 L=l-b/2=38mm 鍵與輪轂的接觸長度 k=0.5h=4.5mm 輸出軸與小鏈輪相連的軸段 鍵的工作長度 L=l-b/2=24mm 鍵與輪轂的接觸長度 k=0.5h=3.5mm 可見鍵的強度合格。 3.6.6 減速器箱體尺寸確定 箱座壁厚 根據公式0.04a+18mm，a=200mm，故取整11mm。 箱蓋壁厚 根據蝸桿在下0.85，取為10mm。 箱座凸緣厚度b 。 箱蓋凸緣厚度 。 箱座底凸緣厚度 地腳螺栓直徑 ，選用20mm。 地腳螺栓數目n=8 軸承旁連接螺栓直徑 取整為15mm，派生16mm。 箱蓋與箱座連接螺栓直徑 軸承端蓋螺釘直徑 ，取為8mm。 視孔蓋螺釘直徑 ，取為8mm。 定位銷直徑d ，取為8mm。 軸承旁凸臺半徑 。 外箱壁至軸承座端蓋面距離 ，取為37mm。 蝸輪頂圓與內機壁距離，取為11mm。 渦輪端面與內機壁距離，取為11mm。 箱蓋、箱座肋厚 ，取為8.5mm，取為9.35mm。 凸緣式端蓋 ，取為140mm。 嵌入式端蓋 ，取為135mm。 參考文獻 1.機械設計實用手冊編委會編. 機械設計實用手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009 2.吳宗澤主編. 機械設計師手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009 3.李紅波. 箱體焊接萬向惠斯頓移鋼機研制[J]. 礦山機械，2008（10）：36-38 4.唐美健，占金林. 154噸自卸車惠斯頓移鋼機惠斯頓移鋼機的研制[J]. 礦用汽車，1996（4）：10-13 5.Mechanical design and systems handbook. New York:?McGraw-Hill Book Co., 1985 6.紀名剛.機械設計.高等教育出版社，2001 7.鄧星鐘.機電傳動控制. 第3版.華中科技大學出版社，2001 8.林崗.機械制造自動化技術.機械工業(yè)出版社，2001 9.陸玉.機械設計課程設計. 第3版.機械工業(yè)出版社，2000 10.機械設計手冊編委會.《機械設計手冊》. 北京. 機械工業(yè)出版社.2007年2月 11.陳立德.《機械設計基礎》.高等教育出版社.2007年8月 12.盧耀祖.機械結構設計.同濟大學出版社，2004 13.胡家秀主編：《簡明機械零件設計實用手冊》，機械工業(yè)出版社，2006年1月第一版 14.程志紅、唐大放編著：《機械設計課程上機與設計》，東南大學出版社，2006 15.《機械原理》（第六版）孫桓、陳作模主編，高等教育出版 2001年6月  致 謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導老師的熱情關懷和悉心指導。老師平日里工作繁多，但在我做課程設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，程序調試等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是老師仍然細心地糾正程序中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。同時也要感謝和我一組的同學們，在論文的寫作過程中，正是有了他們的幫助和指導，才使得我的畢業(yè)論文能夠快速順利的完成。 然后還要感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！