轧钢机设计
摘要
本次设计的小型轧钢机是借助旋转轧辊与其接触摩擦的作用，将被轧制的金属体（轧件）拽入轧辊的缝隙间，在轧辊压力作用下，使轧件主要在厚度方向上完成塑性成型。
本次设计的设计主要包括：电动机的选取，传动部分的设计，减速器的设计，轴系部件的设计，箱体的设计，小型轧钢机主体，机架的设计，其中包括对减速器的润滑和密封等。设计过程按照国家标准和机械设计标准来设计的。
轴的设计和齿轮的设计是本次设计的重点，设计中参照了机械设计手册进行了精确的设计，并进行了强度校核。
本次设计的小型轧钢机结构简单、使用价格低廉，并且符写设计合设计要求，主要针对用来加工链条板的卷带料而设计的。可保证加工后的产品性能良好，表面光洁度高，板型好，能够达到所需的要求。
关键词：小型轧钢机；减速器；轴系部件；传动部件
Abstract
The design of the chain plate rolling machines by drawing on its revolving roller contacts the role of friction will be rolling the metal body (work piece) dragged into the roll gap between the roll under pressure, mainly in the work piece thickness. Completion of the direction of plastic molding.
The Design of this include: the selection of motor, transmission part of the design, the design of speed reducer, shaft components, design, cabinet design, the main chain plate rolling machine, rack design, including reducer such as lubrication and sealing. The design process in accordance with the National Institute of Standards and mechanical design criteria for design.
Shaft design and the design is the focus of this design, the design of the mechanical design reference manual for the precise design, and check the strength.
The design of the chain plate rolling machine structure is simple and inexpensive to use and in line with the design requirements, mainly for the processing chain for the volume of the material plate designed. Can be processed to ensure good product performance, high surface finish, plate type, and to meet the requirements.
Key words: chain plate rolling machine; reducer; shaft components; transmission parts
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
第 1 章绪论 (1)
1.1选题的依据，意义和理论及在应用方面的价值 (1)
1.2本课题在国内外的研究现状 (2)
1.2.1国外相应机器的研究状况 (2)
1.2.2国内相应机器的研究状况 (2)
1.3课题研究的内容及拟采取的方法 (3)
1.4 课题研究中的主要难点以及解决的方法 (3)
第 2章设计方案的确定 (4)
2.1 传动方案的确定 (4)
2.1.1机械传动系统拟定的一般原则 (4)
2.1.2 确定最终传动方案 (5)
2.2确定各传动结构的传动效率 (6)
第 3章电动机的选择 (7)
3.1 选择电动机的类型及结构形式 (7)
3.2 电动机功率的选择 (8)
3.2.1 电动机功率的计算推演 (8)
3.2.2 确定电动机具体型号 (8)
3.3确定各轴的功率 (8)
3.4确定各轴的转速 (8)
3.5确定传递的转矩 (9)
第 4章带传动的选择及设计 (10)
4.1带传动的选择 (10)
4.2 带传动的设计计算 (11)
4.2.1 设计计算功率 (11)
4.2.2 确定带型 (11)
4.2.3 选择传动比 (11)
4.2.4 小带轮基准直径的确定 (11)
4.2.5 大带论的实际转速为: (11)
4.2.6 带速的计算 (11)
4.2.7 初选轴间距 (12)
4.2.8计算基准长度
a (12)
4.2.9 计算实际轴间距 (12)
4.2.10 计算小带轮包角 (12)
4.2.11 确定单根V带的基本额定功率 (12)
(12)
4.2.12 确定额定功率的增量
1
4.2.13 计算V带的根数 (12)
4.2.14 计算单根V带的预紧力 (13)
4.2.15 确定带轮的结构尺寸 (13)
第 5章减速器的设计 (15)
5.1 选择减速器的类型 (15)
5.2 减速器中齿轮传动的设计 (15)
5.2.1 确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料 (15)
5.2.2确定结构尺寸 (19)
5.3 齿轮轴的设计 (20)
5.3.1 材料选择 (20)
5.3.2 轴的设计计算和校核 (21)
5.4 减速器的箱体 (29)
5.4.1 箱体材料 (29)
5.4.2 确定结构尺寸 (30)
5.4.3 减速器的润滑和密封 (31)
第6章分轴器的设计 (32)
6.1 齿轮传动 (32)
6.2 齿轮轴的校核 (32)
6.3 机座和箱体 (38)
第7章轧制机主体 (39)
7.1 确定工作轧辊的材料 (39)
7.2 机架 (40)
结论 (41)
参考文献 (42)
致谢 (43)
第1章绪论
1.1选题的依据，意义和理论及在应用方面的价值
轧钢就是用轧机对钢坯进行压力加工，获得需要的形状规格和性能的过程。轧机主要由几组轧辊构成，轧辊是一对转动方向相反的辊子，两个辊子之间形成一定形状的缝或孔，钢坯通过轧辊就成为一定形状的钢材。
在再结晶温度以上的轧制称为热轧；在再结晶温度以下的轧制称为冷轧。
我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。
我国大钢厂从70年代已用先进的连轧轧机，连轧机采用了一整套先进的自动化控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施，轧件在几架轧机上同时轧制，大大提高了生产效率和质量。
我国粗钢产量位居世界第一。国内十大钢铁企业年产粗钢均在1000万吨以上。今年来，钢铁重组进入快车道，比如宝钢控股的广东钢铁集团，山东济钢、莱钢为主组建的山东钢铁集团，还有河北钢铁集团等。但是，我国钢铁业要振兴，必须走精细化道路。热轧卷和冷轧卷目前还停留在重产量轻质量的瓶颈。轧钢行业必须走高端路线，造船业和汽车制造业、建筑业的兴旺，给轧钢行业带来机遇，但是矿石的涨价给我国轧钢行业带来新的困境。
国内轧钢行业要真正做大做强，必须不断对钢坯质量、加热、辊型控制、卷取能力、酸洗等系列环节加强。另外，做重型机械的一重、二重、上重、太重等必须奋起，探索高精轧钢设备。国内宝钢、鞍钢、武钢、首钢设计院，东大、北科大等院校轧钢研究机构亦要多加强与钢铁集团的联合开发。
随着我国轧制加工业的迅猛发展，我国轧制加工设备也经历了一个自主开发－引进－学习借鉴－国产化的往复循环过程。经过近20年的探索和创新，截至目前，我国自行设计和制造的轧机在低速、窄规格方面已经接近或达到国际先进水平，高速轧制设备、宽幅轧机、单机架双卷取铝带热轧机、热连轧机方面的开发研制也呈现良好的态势。伴随着市场需求的不断增长和变化，近年来，我国轧制加工设备市场出现了多样化的要求，正在逐步向高精化、宽幅化、高速化以及高技术和连续轧制的方向 .随着我国轧制工业近年来的加速发展,轧制机的需求已越来越多,轧制领域发展前景广阔..改革开放三十年来轧制工业在我国工业建设方面做出了突出的贡献,,这同时也加速了轧制机的快速发展.冷连轧技术是国际钢铁行业公认的技术密集、难度极大的生产工艺，是中国钢铁
企业在引进全套生产线时花费最多的环节形。
1.2 本课题在国内外的研究现状
1.2.1 国外相应机器的研究状况
据说在 14 世纪欧洲就有轧机，但有记载的是 1480 年意大利人达 ' 芬奇(Leonardo da Vinci) 设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律列尔 (Brulier) 轧制出金和银板材，用以制造钱币。此后在西班牙﹑比利时和英国相继出现轧机。1728 年英国设计出生产圆棒材用的轧机。英国于 1766 年又设计出了串行式小型轧机，19 世纪中叶，第一台可逆式板材轧机在英国投产，并轧出了船用铁板。1848 年德国发明了万能式轧机，1853 年美国开始使用三辊式的型材轧机，并采用蒸汽机传动的升降台从而实现了机械化生产。接着美国出现了劳特式轧机。并于1859 年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在 1872 年出现的，20 世纪初制成半连续式带钢轧机，它由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成形[1]。
轧机发展到21世纪的今天，已采用了一整套先进的自动化生产控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施。它有如下几个主要特点:
(1)网络化快速通讯；
(2)系统响应速度快；
(3)传动设备动态、静态精度高；
(4)轧件跟踪、定位准确；
(5)软件编制可靠性高等。
1.2.2 国内相应机器的研究状况
目前，我国自主设计和研制的加工设备，从整体上看与国际先进水平相比还有很大的差距，但某些技术正在追赶世界先进水平。洛阳有色金属加工设计研究院正在开发的2400mm（1+1）式铝带热轧机、2500mm六辊冷轧机、2000mm铝箔轧机、高速铝箔轧机以及铜带精轧机等一批具有世界先进水平的轧机正在设计和制造之中。这批轧机的设计特点和当今世界轧机的发展趋势相一致，已经成为我国铜铝加工设备研制的一个亮点现化工业的发展对材料的精度要求日益提高，产品的高精度就需要设备朝高精度方向发展；出于对产品质量和产量的考虑，以及轧制技术的日渐成熟，轧机的幅面迅速扩大，比如用于包装袋的铝箔的宽度需求已达到1800mm以上，对宽幅铝箔的需求量正呈高速增长态势。
新中国成立后在党中央的高度重视下，随着冶金工业的快速发展，我国现已有多种类型的轧机问世。而且，不论是在轧机的技术上还是在质量上我国生产的机器都已达到
甚至超过国外一些国家的相应产品[2]。
1.3课题研究的内容及拟采取的方法
轧制机轧制过程中轧辊自转起主要作用是平衡轧件在出口出的旋转，以便于收料节约空间。轧机的传动轴和轧辊轴通过锥齿轮啮合装与轧辊支架内。动系统采用链板式传动，电机选用变频调速电机，便于调整轧制速度，电通过减速器减速驱动电机齿轮，电机齿轮带动大齿轮运转，连接链板，进而通过轧辊支架内的传动机构带动轧辊运转。轧制力与轧制功率可以通过公式计算电机的选择根据轧辊轧辊转速和轧制速度进行选择。
1.4 课题研究中的主要难点以及解决的方法
本课题研究的是外链板的轧制机，在研究中主要有以下几个难点：传动方案的确定，电动机的选择。
电动机的选择：电动机的功率选择是否合适，
通常，我们均采用三相异步电动机，特别是三相异步交流电动机的应用最为广泛。在各种系列的三相异步交流电动机中，Y系列结构简单，工作可靠，价格低廉，维修方便，适合于经常启动，制动和正反转的机器，根据我所设计的机器的诸多要求，经过反复的思考与计算推演，我最终选用Y系列三相异步交流电动机。该系列电动机为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,它是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。它防灰尘、铁屑或其它异物进入电机内部的能力较强，效率高，性能好，振动小，体积小，噪音低，重量轻，运行可靠，维修方便。可较好的为我所设计的外小型轧钢机提供可靠的动力。
第2章设计方案的确定
2.1 传动方案的确定
2.1.1 机械传动系统拟定的一般原则
1．采用尽可能简短的运动链；
采用简短的运动链，有利于降低机械的重量和制造成本，也有利于提高机械传动效率和减小积累误差。为了使运动链见你短，在机械的几个运动链之间没有严格的速比要求的情况下，可以考虑每一个运动链各选一个原动机来驱动，并注意原动机类型和运动参数的选择，以简化传动链。
2．优先选用基本结构；
鱿鱼基本结构结构简单，设计方便，技术成熟，故在满足功能要求的条件下，应优先选用基本机构。若基本机构不能满足或者不能很好的满足机械的运动或动力要求时，可以适当地对其进行变异或组合。
3．应使机械油较高的机械效率；机械的效率取决于组成机械的各个机构的效率。一次，当机械中包含有机械效率较低的机构时，就会使机械的总效率降低。但要注意，机械中各运动链所传递的功率往往相差很大，在设计时应着重考虑使传递效率最大的主运动链具有较高的机械效率，而对于传动效率很小的辅助运动链，其机械效率的高低则可以妨碍次要地位，而着眼于其他方面的要求（如简化机构，减小外廓尺寸等）。
4．合理安排不同类型传动机构的顺序；
一般来说，在机构的排列顺序上有如下的一些规律：首先，在可能的情况下，转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等）通常总是安排在运动链的末端，与执行机构靠近。其次，带传动等摩擦传动，一般都安排在转速较高的运动链的始端，以减小其传递的转矩，从而减小其外形尺寸。这样安排，也有利于启动平稳和过载保护，而且原动机的布置也方便。
5．合理分配传动比；
运动链的总传动比应合理分配给各级传动机构，具体分配方法应注意以下几点：1）每一级的传动应在常用的范围之内选取。如一级传动比过大，对机构的性能和尺寸都是不利的。例如当齿轮传动的传动比大于8至10时，一般应设计成两级传动；当传动比在30以上时，常设计成两级以上的齿轮传动。但是，对于带传动来说，一般不采用多级传动。
2）当传动链为减速传动时，必须十分注意机械的安全运转问题，防止发生损坏机械或伤害人身的可能性。例如起重机械的起吊部分，必须防止荷重的作用下自动倒转，为此在传动链中应设置具有自锁能力的机构或者装设制动器。又如，为防止机械因过载而损坏，可采用具有过载打滑现象的摩擦传动或装置安全联轴器等。
6．保证机械的安全运转
对于以上要求，在设计过程中应尽量满足。
2.1.2确定最终传动方案
通过对以上内容的了解和分析结合我在实习工厂所观察的外小型轧钢机，经过和老师的多次探讨和修改最终我确定了外小型轧钢机的整体传动方案。
方案如下：
电动机带动皮带轮旋转，经皮带带动单级圆柱齿轮减速器运转，再通过分轴器将单根输入的轴的运转以两根轴同时输出，并与外小型轧钢机主体的两个轧辊用联轴器连接，使其完成要求的加工过程。整个传动过程如图所示
1—电动机 2—皮带轮 3—皮带
4—减速器 5—分轴器 6—轧机主体
外小型轧钢机传动简图
2.2 确定各传动机构的传动效率
参阅参考文献[3]并结合本人所设计的外小型轧钢机的整体传动方案和各传动机构自身的特点确定各机构的传动效率如下：
η
V带的传动效率是：96
.0
=
带
η
滚动轴承的传动效率是：99
=
.0
滚
齿轮传动的传动效率是：η齿=0.97
分轴器的传动效率是：η轴=0.995
弹性柱销联轴器的传动效率是：η联1=0.99
十字轴万向联轴器的传动效率是η联2=0.97
第3章电动机的选择
3.1 选择电动机的类型及结构形式
电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场
的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。
电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。
各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：①保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。
为5 m/s<5.20m/s<35m/s ，所以，带速符合设计要求
4.2.7 初选轴间距
0.7(1d d +2d d )<0a <2(1d d +2d d )
即：（400+380）?0.7<0a <（400+380）?2
选取0a =300mm
4.2.8 计算基准长度0a
3004)138400()400138(214.300324)()(22202
21210?-+++
?≈-+++≈a d d d d a L d d d d d π
=1682mm 参考表8-2选取基准长度为 L d =1600mm
4.2.9 计算实际轴间距
3412
006168210032000=-+=-+≈d L L a a mm 实际安装时，所需最小轴间距为：
5.2530061015.05.277015.0min =?-=-=d L a a mm
当张紧或补偿伸长时，所需最大轴间距为：
5.325006103.05.27703.0max =?+=+=d L a a mm
4.2.10 计算小带轮包角
?
=??--?=??--?≈97.3513.575
.2771384001803.57180121a
d d d d α 4.2.11 确定单根V 带的基本额定功率
根据d d1=140mm 和n 1=720r/min 参考表14.1-17d 有B 型V 带P 1=1.69kW 。
4.2.12 确定额定功率的增量ΔP 1
由于受到传动比的影响，额定功率的增量ΔP 1经查阅表14.1-17d 可得：ΔP 1=0.22kW
4.2.13 计算V 带的根数
L
a d K K P P P z )(11?+= （4-1） 查阅表8-5可得K a =0.86；查阅表8-2可得K L =0.92 z=47.692
.088.0)22.064.1(75.9=??+根 所以，应该取7根
4.2.14 计算单根V 带的预紧力 20)1
5.2(500νν
αq z P K F d +-= （4-2） 查阅表8-3可得q =0.18kg/m
2020.518.020
.5775.9)188.05.2(500?+?-=F =274.34N
4.2.15 确定带轮的结构尺寸
4.2.1
5.1 确定小带轮的结构尺寸
因为我选用的电动机是Y160L-8型电动机，参阅机械设计手册可知其轴伸直径
d =42mm,长度L =110mm 。所以小带轮轴孔直径是d 0=42mm,毂长小于110mm 。
参阅表14.1-24[3]可知，小带轮的结构是实心轮。材料为HT200。
轮槽尺寸和轮宽应依据表8-10计算
基准宽度：d d =140mm
基准线上槽深：h a =3.5mm
基准线下槽深：h f =10.8mm
槽间距：e =19mm
第一槽对称面至端面的最小距离：f =11.5mm
槽间距积累偏差：Δ=±0.4
带轮宽：B =（z -1）e +2f =(5-1)×19+2×11.5=100mm
外径：d a = d d +2h a =140+2×3.5=147mm
轮槽角：φ=34??±5.0
小带轮结构图如图4-1
图4-1 小带轮结构图
4.2.1
5.2. 确定大带轮的结构尺寸
大带轮轴径取d 0=45mm ，参阅表14.1-24可得，大带轮是辐轮式结构
d 1=(1.8～2)d 0=(1.8～2)×45=81～90mm
h 1=290509
.268625.829033=??=nA P mm h 2=0.8 h 1=0.8×50=40mm
20504.04.011=?==h a mm ；16208.08.012=?==a a mm
f 1=0.2 h 1=0.2×50=10mm ；f 2=0.2 h 2=0.2×40=8mm
其他参数和小带轮一致
图4-2 大带轮结构图
第5章减速器的设计
5.1 选择减速器的类型
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。在原动机和工作机之间用来提高转速的独立闭式传动装置成为增速器。减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和星星减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照传动的不知形式又可分为展开式，分流式和同轴式减速器。若按换东和结构特点来划分，这类减速器又下述6种：
1.齿轮减速器
主要又圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器
2.蜗杆减速器
主要有圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器
3.蜗杆齿轮减速器及齿轮-蜗杆减速器
4.行星齿轮减速器
5.摆线针轮减速器
6.谐波齿轮减速器
常见减速器的特点：
1）齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用广泛。 2）蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的式单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器应用较少。 3）行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但制造精度要求较高，结构复杂，且价格略贵。
综合外小型轧钢机的设计使用要求，在确保设计经济性的前提下我最终选择单级圆柱齿轮减速器。经过计算可确定减速器的传动比是：u=6，该减速器的基本结构由齿轮、轴及轴承组合，箱体，减速器附件三大部分组成。
5.2 减速器中齿轮传动的设计
5.2.1 确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料
5.2.1.1精度等级的选择
综合设计要求和设计参数我选用直齿圆柱齿轮减速器，此种减速器为普通减速
器，速度不快，所以选用7级精度就可以在保证经济性的前提下满足使用要求。
m =d 11.819
06.154/11==
z mm 5.2.1.5 根据齿根弯曲强度设计计算 查阅公式（10-5）可得弯曲强度的设计计算公式是：
[]
3211)(2F Sa Fa d Y Y z KT m σφ≥ （5-3） （1）明确公式内的各字母所表示的计算数值
① 查阅图10-20d 可得：
小齿轮的弯曲疲劳强度极限为б
FE1=920MP a ， 大齿轮的弯曲疲劳强度极限为б
FE2=620MP a 。
② 查阅图10-18可得：
弯曲疲劳寿命系数为K FN1=0.88，K FN1=0.91。
③ 确定弯曲疲劳许用应力
选择弯曲疲劳安全系数为S =1.4，依据（10-12）可得： []6.8094
.192088.0111=?==S K FE FN F σσMP a []2.5644
.162091.0222=?==S
K FE FN F σσMP a ④ 确定载荷系数K 684.242.12.106.15.1=???==βαF F V A K K K K K
⑤ 确定齿形系数
查阅表10-5可得 Y F α1=2.85，Y F α2=2.17
⑥ 确定应力校核系数
查阅表10-5可得 Y S α1=1.54，Y S α2=1.80
⑦ 确定大、小齿轮的[]F Sa Fa Y Y σ然后进行比较 [][]00692.02.56408.11736.20052.057
.30354.185.22211=?==?=
F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y σσ 经过计算可知大齿轮的数值比小齿轮的大
⑧ 设计计算
45.400692.019
11065.82684.22324=?????≥m mm 比较计算结果，由齿轮接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的
模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力大小，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，所以可选择由弯曲疲劳强度计算得到
的模数4.25并就近选择标准值m =4mm,根据接触疲劳强度计算得到的分度圆直径为：
d 1=158.95mm ，
确定小齿轮齿数
2379.314
95.15811====m d z 确定大齿轮齿数
19232612=?==uz z
通过上述的设计计算得出的齿轮传动方案，即满足了齿面接触疲劳强度的要求，又
满足了齿根弯曲疲劳强度的要求，而且结构相当紧凑，保证了经济性能指标，避免了不必要的浪费。
5.2.1.6 确定几何尺寸
（1）确定分度圆直径
82143211=?==m z d mm
687429122=?==m z d mm
（2）确定中心距
4482
6871282/)(21=+=+=d d a mm （3）确定齿轮宽度
8.1401281.11=?==d b d φmm
（4）校核计算
6.4476132
1065.82224
11=??==d T F t N 69.478
.140476.645.1=?=b F K t A N/mm<128N/mm 所以本次设计符合设计要求
5.2.2确定结构尺寸
5.2.2.1 确定小齿轮的结构尺寸
模数： m =5mm
压力角： α=20?
分度圆直径： d 1=128mm
齿顶高： h a =m =5mm
齿根高： 25.6525.125.1=?==m h f mm
全齿高： 25.1125.65=+=+=f a h h h mm
齿顶圆直径： 138521282=?+=+=a a h d d mm
齿根圆直径： 5.1466.2521382=?-=-=f f h d d mm
中心距： 448=a mm
齿数比： u =6
5.2.2.2 确定大齿轮的结构尺寸
分度圆直径： d =640mm
齿顶圆直径： 065526402=?+=+=a a h d d mm
齿根圆直径： 5.27625.626402=?-=-=f f h d d mm
其它尺寸同小齿轮的尺寸相同。
5.3 齿轮轴的设计
5.3.1 材料选择
轴是组成及其的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同轴可分为转轴，心轴和传动轴三类。工作中只承受弯矩而不承受扭矩的轴成为心轴，既承受弯矩又承受扭矩的是转轴，只承受扭矩而不承受弯矩的是传动轴。
轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，又的直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和较好的淬火性能。因此，在传递大动力，并且要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温和低温条件下工作的轴，常采用合金钢。只是成本相对较高。
综合考虑轧制机的设计使用要求，在确保经济性的前提下，我在设计中选择最常用的45号钢做为传动轴的材料，并进行调质处理。
因为碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或
化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以采用碳素钢制造传动轴比较切合本次设计的实际。
5.3.2 轴的设计计算和校核
5.3.2.1 小齿轮轴的设计计算[5]
安装在小齿轮轴上的零部件从左到右依次是：大带轮、轴承盖、轴承、小齿轮、轴承、轴承盖，
轴径依次是35mm 、40mm 、45mm 、50mm 、45mm
另外，轴承盖轴径等于轴承处轴径 。
小齿轮轴如图5-1.a 所示。
（1）确定小齿轮轴上的转矩
5.2860
422.795509550111≈?==n P T N ·m （2）确定作用在齿轮上的力（图5-1.b ）
小齿轮的分度圆直径为：
1603251=?==mz d mm
周向力：
358116
.05.682221=?==
d T F t N 径向力： 1303364.03581tan =?==αT r F F N
（3）对大带轮轴处进行受力分析（图5-1.b ）
转矩：
5.286240
2.7955095502=?==n P T N ·m 径向力：
.9774215.211sin .3447222sin 20
01=??==α
F F r N F 0 —单根V 带所承受的预紧力（N ）
α—带轮包角
1），确定支反力
（1）位于水平面的支反力（如图5-1.c ）
由∑M A =0有：
0)(1=-++a F b a R c F r Bz r
63.55108
.008.023.09.47708.003311=+?+?=+-=
b a
c F a F R r r Bz N 由∑z =0有： r r Bz Az F F R R +=+1
4.21763.551.977403311=-+=-+=Bz r r Az R F F R N
（2）位于垂直平面的支反力（如图5-1.e ）参考后可得：
R Ay =R Az =217.4N R By =R Bz =1563.5N
2），绘制弯矩图和转矩图
（1）齿轮和带轮的作用力在水平面上时的弯矩图（如图5-1.d ）所示：
OA 段：109.923.0.97741-=?-=-=c F M r N ·m
AD 段：5.2608.0033131.05.774)(1-=?+?-=++-=a R c a F M Az r N ·m
DB 段：08.12508.01563.5
=?==b R M Bz N ·m （2）齿轮和带轮的作用力在垂直面上时的弯矩图（如图5-1.f ）所示：
OA 段：109.923.0.97741-=?-=-=c F M r N ·m
AD 段：5.2608.0033131.05.774)(1-=?+?-=++-=a R c a F M Az r N ·m
DB 段：08.12508.01563.5
=?==b R M Bz N ·m （3）绘制转矩图（如图5-1.i ）
T =286.5N ·m
3），对轴进行校核
参考轴的弯矩图和转矩图，可以发现最危险截面是B 处，所以应对截面B 处进行校核计算。
（1）依据静强度条件对轴进行校核计算
静强度校核的条件为： S S S S S S S S S S S S ca ≥+=
22τστσ （5-4）
其中： S S ca —危险截面静强度的计算安全系数
S S —屈服强度的计算安全系数
S S =1.2～1.4，适用于高塑性材料（бS /бB ≤0.6）制造的钢轴
S S =1.4～1.8，适用于中等塑性材料（бS /бB ≤0.6～0.8）制造的钢轴
S S =1.8～2，适用于低塑性材料制造的钢轴
S S =2～3，适用于应用铸造方式制造的钢轴
S S σ—仅考虑弯矩力和轴向力时的安全系数