轧车传动装置设计(3)

第3章 轧辊传动方案设计

3.1轧辊的传动方案

轧辊的传动是轧染车的核心传动部分，它的作用是带动轧染车的主动辊和从动辊运动，从而将从主动辊和从动辊之间经过的布匹进行挤压脱水。根据以上轧染车总体传动方案，可画出轧辊的传动方案图如下图3.1所示。

                    

  1-电动机；2-减速器；3-联轴器；4-滚动轴承；

5-从动辊；6-主动辊；7-主传动轴；8-支架。

图3.1  轧辊传动简图

3.2 电动机的选择

选择电动机的内容包括：电动机类型，电动机结构型式，容量和转速的选择。再根据以上参数确定电动机的具体型号。

标准电机容量用额定功率表示。所选电机的额定功率应等于或略大于运行所需的功率。如果容量小于工作要求，则不能保证机器的正常运行，或者电机长时间过载，造成过热过早损坏。如果产能过大，生产和使用成本将会增加，造成大量的能源浪费。

电动机的容量主要由运行期间的加热条件决定。在恒定或小负载下长时间连续运行的机器只要求电机负载不超过额定值，电机不会过热。一般不需要检查加热和启动扭矩。

所需电动机的功率为：

                                                      （3.1）

式中：——工作机实际的电动机输出功率，kW;

——工作机所需输入功率，kW;

——电机之工作机之间传动装置的总效率。

工作机所需要功率由机器的工作阻力和运动参数求得

                           =kW                          （3.2）

式中F——工作机的阻力，N；

V ——工作机的线速度，m/s;

——工作机的效率

总效率=

其中为摆线针轮减速器的传动效率，0.90-0.97

为联轴器的传动效率，0.99

为轴承对的传动效率，0.98

要求轧辊的线速度： =3.6 m/s

工作机阻力：F= 

    根据以上设计要求得

===7.26kW

根据，再考虑到轧染车的工作过程中需要对轧辊的速度进行调节，故选择电动机为 YVP132M—4（变频调速三相异步电动机）。它具有体积小、重量轻、电气性能良好、经济指标先进等优点，而且结构牢固、使用方便，易于维修。它的主要参数如下表(表1)。

 表3.1  YVP132M—4型电动机的主要参数表

 3.3 减速器的选择

减速器是原动机与工作机之间独立的封闭传动装置，用于降低转速、增加扭矩，以满足工作需要。为了保证整机的紧凑性，减速器优选选择成使输入轴和输出轴在同一轴线上。满足这一要求的减速器主要包括同轴两级圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、谐波减速器等。比较它们各自的特点:同轴两级圆柱齿轮减速器的长度尺寸较短，但轴向尺寸较大不适用于这种装配。行星齿轮减速器采用多个行星齿轮分担载荷，采用载荷分担机构，避免行星齿轮间载荷分布不均。承载力大、体积小、效率高；摆线针轮行星减速器承载能力强、体积小、重量轻、传动比大、传动平稳、过载冲击能力强、使用寿命长、效率高。谐波减速器传动比大，同时啮合齿数多、承载能力大、体积小、重量轻，但传动效率不高(0.065～0.90) [1]不理想。

为了使滚子传动装置更轻、更小、更紧凑、更高效，本文选用摆线针轮减速器作为主传动轴的减速器。摆线针轮减速器是一种行星减速器。行星齿轮传动由一对内啮合齿轮和输出机构组成，内啮合齿轮为扭曲摆线的外齿轮齿廓，内啮合齿轮为圆销的内齿轮齿廓。除齿轮齿形外，其它结构与行星齿轮传动相同，齿差较小。

摆线针轮行星减速器传动比约为6～87，传动效率高，一般可达0.9～0.94。摆线针轮传动的优点是:传动比大，结构紧凑，传动效率高，运行稳定，使用寿命长。

再根据电动机功率和轧辊的速度要求，选取BJWPD(7.5)-6-17型摆线针轮减速器。它采用电动机和减速器直联式结构设计，从而使得轧辊的主传动轴结构更加紧凑、轻小。它的传动比为17，额定功率为7.5kW。

根据电动机转速和减速器传动比，可计算出轧辊的线速度的范围。

       （3.3）

其中                  =150 r/min

=3000 r/min

          i=17

         D为轧辊直径，初定为为390mm。

则轧辊的变速范围为0.18 m/s～3.6 m/s。

满足工作要求，故该电动机和减速器的搭配满足设计转速要求，所以设计是合理的。

BJWPD(7.5)-6-17型摆线针轮减速器的安装尺寸(表3.2)，轴伸连接尺寸(表3.3)，和外形尺寸(表3.4 )分别如下。

 表3.2   摆线针轮减速器安装尺寸表

表3.3  轴伸联结尺寸表

机型号	输出轴				输入轴
27	70m6	20	74.5	105	35k6	10	38	58

表3.4   外形尺寸

3.4 轧染车主传动轴的设计

3.4.1 轴设计的主要问题

轴是组成机器的重要零件之一，它的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。轴的设计主要要解决下列问题：

选择轴的材料；

轴主要由碳钢和合金钢制成。碳钢比合金钢便宜，对应力不太敏感。它还可以通过热处理提高耐磨性和疲劳强度。因此，它的应用最为广泛。最常用的碳钢是45号优质碳素结构钢。为保证其力学性能，应淬火回火或正火。

进行轴的结构设计；

由于结构设计十尚不知道轴的直径，所以要进行初步计算，粗略估算出轴的直径，先初步确定各部件的形状和尺寸，再进行结构设计。结构设计中，轴在机器中的位置、零件在轴上的固定定位要求、工艺要求、热处理要求、操作维护要求等。必须加以考虑。

进行轴的强度校对；

在一般情况下轴的工作能力主要取决于它的强度，且大多数轴是在变应力条件下工作，因此还要进行疲劳强度的校核计算；

必要的时候还需进行轴的刚度和震动稳定性计算。

例如对机床主轴，其刚度计算尤为重要，而对于一些高速转轴和汽轮机轴，为避免因发生共振而破坏，则必须进行振动稳定性计算。

3.4.2  主传动轴的设计计算与说明

轴主要用来支承作旋转运动的零件，如齿轮、带轮，以传递运动和动力。，根据设计要求，设计的具体步骤、内容如下：

（1）    选择轴的材料确定许用应力

普通用途、只承受中小功率和中小转矩。故选用45钢，由于轴长度较长，为了消除轴的内应力，防止轴变形，在加工过程中，我们需要对轴进行需进行调质处理。查设计手册可得：

它的抗拉强度=640 Mpa,

屈服强度=355 Mpa，

弯曲疲劳极限=27 Mpa 5，

剪切疲劳极限=155Mpa。

许用切应力=40 Mpa,

按弯曲许用切应力，初估轴的最小直径

由已经可得经减速器输出轴的

功率=7.5KW

转速       =3000/17=176r/min

转矩       =9.55=9.55=4.1N.mm

根据公式

                         （3.4）

即初步计算出轴的直径

查设计手册得其中C=115, =40 Mpa,可求得46mm

（2）轴的结构设计

根据轴系结构分析要点和后述尺寸，按比例绘制轴系草图。考虑到轴需要承受较大的径向载荷，选择调心滚子轴承，选择弹性挡圈对轴承内圈进行轴向定位。根据机器的工作性能要求和工作环境要求，选用合适的密封圈，防止油和灰尘。另外，采用嵌入式轴承端盖实现轴承两端的单向固定，通过连接普通平键实现轴向固定，通过轴肩结构和挡圈实现轴与轴承的轴向固定。

根据以上条件，可以绘制轴的草图。首先根据轴的工作要求确定轴的小直径，然后依次确定轴上各段的直径。根据装配关系确定轴各轴段的轴向尺寸。现在，根据设计要求，按如下图(图3.2 )绘制轴草图。(轴与其他零件配合详见装配图)。

                             图3.2  主传动轴草图

（4）轴尺寸的确定

① 各轴段径向尺寸的确定；

如草图3所示，从轴左段开始确定各轴段的径向尺寸。与轴承内径相配合，并为了对轴承内径进行轴向固定，在进行轴的设计时，我们采用右端用轴肩固定，左端采用止动环进行固定，考虑轴的最小尺寸要求以及轴与减速器联结及联轴器的配合问题，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取=90, 选定轴承代号为22318C/W33的轴承。从左至右逐段选取相邻轴段的直径。为轴肩部分，直径要求大于22318C/W33的最小安装尺寸要求，并要与密封圈的内圈相配合，故取=105mm。与工作件相配合，考虑到轴的工作可靠性和经济性及安装的方便性，可初取轴径为=120mm。

根据轴的对称性，可分别求得，==105mm，==90mm。是轴与减速器输出轴相连接的部分，考虑轴的最小尺寸要求以及轴与减速器联结及联轴器的配合问题，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取=80mm。

所以可得各轴段直径为：

=90；             =105mm；

=120mm；          =105mm；

=90mm；           =80mm

根据以上数据，可初步确定各轴段的径向尺寸草图如下图所示（图3.3）。

                           图3.3  轴的径向尺寸草图

② 各轴段轴向长度的确定；

如图4所示，从轴左段开始确定各轴段的轴向尺寸。与轴承22318C/W33相配合，与轴径等于90mm的A型轴用弹性挡圈相配合，查机械设计手册，可得轴承安装尺寸宽度=64mm, A型轴用弹性挡圈的安装尺寸宽度S=2.5mm ，轴端取=18.5mm。

=+S+=64mm +2.5mm+13.5mm =80mm；

轴与端盖及密封圈相配合的部分，根据计算，取=213mm。

为轴和工作件相配合部分，由工作要求W=1100mm，故取=W+20=1120mm。==213mm ==80mm。

为联轴器相配合部分，根据计算和查手册，取=150mm。

所以可得到各轴段长度分别为：

=80mm；             =213mm。

=1120mm；          =213mm。

=80mm；            =150mm。

根据以上数据，可初步确定各轴段的轴向尺寸草图如图（3.4）所示。

                            图3.4  轴向尺寸草图

③ 其它尺寸（如键槽、圆角、倒角等）的确定

轴的右端需要与联轴器联接，所以需要设计键联接。因为轴端公称直径=80mm。根据工作要求，并结合键的标准系列并符合轴径大小，选用键22×14 GB 1096-79（公称尺寸b×h=22×14，长度L系列为100的普通平头联接）。

再根据设计要求，确定轴上倒角，退刀槽等尺寸。绘制轴的零件图，完成主动轴的设计，其结构和尺寸如图（3.5）所示。

图3.5  主动轴结构尺寸图