5吨铸铝拉伸机结构设计说明书

目录
第1章绪论 (1)
1.1 连铸技术的发展及在中国面临的情况 (1)
1.1.1 连铸技术的发展动向 (2)
1.1.2 连铸机型的类型 (2)
1.1.3 连续板坯的铸造法 (3)
第2章铸铝拉伸器的设计方案 (5)
2.1 铸铝拉伸器的设计简介 (5)
2.1.1 设计背景及目的 (5)
2.1.2拉伸器的设计内容和要求 (9)
2.2 铸铝拉伸器的组成 (10)
2.3 铸铝拉伸器设计方案的初步确定 (10)
2.3.1 工作台及导向机构的设计 (10)
2.3.2 传动机构及安装架的设计 (11)
第3章铸铝拉伸器的设计计算 (13)
3.1 功率计算 (13)
3.2 转速计算 (13)
3.3 力矩计算 (14)
3.4 锥齿轮的设计计算及校核 (15)
3.4.1 材料的选择 (15)
3.4.2 计算齿轮许用接触应力 (15)
3.4.3 初取锥齿轮参数 (16)
3.4.4 锥齿轮校核 (16)
3.4.5齿轮参数设计 (19)
3.5 丝杠与螺母的设计计算及校核 (20)
3.5.1 对丝杠进行受力分析 (21)
3.5.2设计并计算丝杠及螺母参数 (21)
3.5.3 校核丝杠及螺母 (22)
3.6 减速器与联轴器的选择 (29)
3.7 传动轴的设计计算 (29)
3.8 导柱的设计计算及强度校核 (30)
3.8.1 设计导柱直径 (30)
3.8.2 校核导柱强度 (30)
3.9 轴承的选用及其寿命的计算 (32)
第4章铸铝拉伸器的安装使用说明书 (36)
4.1 铸铝拉伸器的安装 (36)
4.1.1 底座的安装 (36)
4.1.2 工作台、丝杠、导柱部分的安装 (36)
4.1.3 上座的安装 (36)
4.1.4 传动机构的安装 (37)
4.2 铸铝拉伸器的使用 (37)
第5章经济技术性分析 (38)
第6章结论 (39)
参考文献 (40)
谢辞 (40)
5吨铸铝拉伸机结构设计
第1章绪论
1.1 连铸技术的发展及在中国面临的情况
连铸在铸造业有着举足轻重的地位，在连铸技术大规模工业化应用以来，其大幅度的提高金属成材率，节约能源，提高劳动生产率，获得了突飞猛进的发展。

国外连铸机的发展史：
1857年，德国的G..Bessemer获得了第一个关于连续铸造的专利。

1913年，德国的A.H.Pehrson首先提出了水平连续铸造的方案。

1937年，原苏联开始了关于连续铸造的研究，并于1945年制成了一台钢的连续铸造试验机。

1953年设计并制造了一台试验兼生产用的连续铸造机。

1945年，美国也开始了连续铸造的研究和应用。

1950年以后，世界各国都重视起来了，在上世纪50～60年代取得了较快的发展。

1955年，瑞士的贝鲁特利公司使铸铁用连续铸造机投入生产。

1959年，原苏联的诺保利伯克炼铁厂投产了世界上第一条不分块的连续浇注熔融钢水的连续铸造生产线。

1960年，捷克研制了连续铸锭和铸管的连续铸造装置。

1961年，原苏联研制了铅封连续铸造机。

1966年诺保利伯克炼铁厂使130t 的转炉与连续铸造机相配合，建成了世界上最大的连续铸造厂，年产300万t 铸件。

1970年，法国的Vallourec和SFAC二家公司共同进行了特殊钢连续铸造的研究，并成功研制出了世界首例回转式连续铸造机[2]。

近十几年来我国连铸技术发展迅猛，已经成为钢铁生产的基本工序，连铸比超过了90%。

这一进步主要依靠连铸机生产效率的大幅度提高，比如小方坯铸机的设计生产能力提高了74%，单流产量提高了3倍，随着连铸机生产能力的增加，实现了各种模式的炉机匹配及全连铸生产。

通过高效率连铸技术应用，可以在连铸机上直接降低成本10元/t坯左右，企业还可以大量节省建设投资。

虽然连铸生产品种以涉及各个方面，不过我国的连铸技术还须进一步提高。

许多品种、规格、质量与国民经济发展需要尚不太匹配，钢的洁净度（总氧量和夹杂物含量形态、分布）和铸坯的中心缩孔、偏析始终都是铸坯存在的主要的质量问题。

高效连铸不但能大幅度的提高连铸坯产量，而且能使各项技术指标提高，消耗下降，铸坯质量改善，更可以使企业降低成本、节省投资，获得更大的经济效益。

1.1.1 连铸技术的发展动向
近年来连铸技术又有了新的进展，有的已经在生产中应用，有的还刚刚在实验室内取得结果，尚未在生产中应用。

（1）连铸机的型式有新的进展，主要是板坯连铸机的总的趋势是用直弧型替代弧型，以消除或减轻铸坯内弧夹杂物的积聚问题。

（2）为解决铸坯中心偏析问题，最近推出了动态软压下技术，在二冷区对未完全凝固铸坯施加压力，使铸坯有一定的减薄；同时可使铸坯中心更加致密，还将铸坯中心的半凝固水挤动，达到改善中心组织，消除或减轻中心偏析的目的。

（3）薄板坯连铸技术的发展趋向：薄板坯浇注厚度增加（70～90mm）；不追求高的拉速，防止结晶器液面卷渣；短流程向长、短并重的方向发展，出现中流程（电炉事业部分热铁水，减少原料（废钢）中的有害杂质）；成品向薄和超薄方向发展，铁素体轧制技术将成为发展的趋势；扩大薄板坯连铸浇注钢种的范围。

1.1.2 连铸机型的类型
从50年代连铸工业化开始，50多年来连铸机的机型经历了一个由立式、立弯式到弧形的演变过程。

下图1.1表示了现有几种用于工业生产的连铸机型简图。

图1.1
立式连铸机是早期应用最广的一种结构形式，立式连铸机的基本特点是：
(1)铸机的主要设备不知在垂直线上，从金属液浇注到铸坯切成定尺，整个工序是在垂直位置完成的。

(2)金属液在垂直的结晶器和二冷区逐渐结晶凝固，有利于金属液中非金属夹杂物上浮和铸坯中均匀分布，坯亮冷却也比较均匀，且铸坯在整个过程中不受任何弯曲、矫直作用，有利于获得均匀、优质和无裂纹的铸坯。

(3)设备高大，且铸坯断面越大，拉速越快，设备高度也越高，这就造成建设费用大，操作不方便，设备维护及事故处理很困难。

因此，设备垂直布置总高度太高，成为立式连铸机的主要问题。

为解决此问题，相继出现了立弯式连铸机和弧形连铸机等。

但是我们这次设计的铸铝连铸设备主要应用于小型实验室，所以采用立式连铸机。

1.1.3 连续板坯的铸造法
在工业操作中，目前有两种薄板坯铸造方法：由Alusuisse公司最初开发的所谓Ⅱ型连铸机或整铸机，以及Hazelett双传送带式连铸机。

Ⅱ型连铸机的操作原理为：铸型出两条上下平行对置的活动履带式矩形块链构成，两条履带式块链按相反的方向转动，它们形成一个铸造型腔，通过喷射式耐火加料喷嘴将熔融铝输入到型腔之内。

当冷硬矩形块移动通过铸型区，它吸收熔融金属的热量，使熔融金属凝固成为板坯。

在返回路径上，用外加水来冷却矩形块，在矩型块重新进入铸型区域之前，被冷却到预定的设置温度。

Hazelett双传动带式连铸机是使用两条水冷式金属铸件传送带为铸型面，借助于铸型区内传送带背侧上的快速水膜作用，通过薄传送带带直接传热。

由两条链系的矩形金属挡块形成铸型的边，在下层传送带上面浮动。

在Ⅱ型连铸机内有时也使用相似类型的边挡装置。

另一方面，Ⅱ型连铸机的下层矩形块可以
设计成型，以使起本身形成铸造型腔。

在总体操作方面，两种连铸机都是相同的，若有必要，都具有加大宽度的设计能力，可在16—20mm厚度范围内铸造宽度达1700或1800mm的铝合金板坯。

两种连铸机的冷却速率都在4至7C/s的范围内，该冷却速率是普通直接冷硬铸造法的265倍。

连铸机的有效铸型长度约为2m，Hazelett连铸机的铸型稍长一些。

由于铸型较长与板坯接触较佳，双传送带式连铸机的生产率可提高40%。

两种连铸机的有效生产率都是高的，均在每mm铸件宽度每小时15至20kg的范围内，随合金而定。

因而，一种1500mm宽的连铸机可以每小时生产30至35t。

当可得到充分的熔融金属时，在上述宽度下运转的连铸机可以每年生产15万至20万t的热轧板坯。

当使用直接串联式热轧法时，随着铸造板坯在高达每分钟1cm的速度输入轧机，保持铸件热量，使有效压下量能够被轧制机座接受。

对于2-机座轧机系统，板坯被压缩到2到3mm的厚度，给定卷取速度接近于每分钟100m[3]。

但现有的铝带坯连续铸造法如上述两法属于不对称铸造，在洁净器与所铸带坯之间都存在间隙问题，是产生带厚不均和存在氧化层的根源；同时，由于受重力影响，使带坯结晶组织不均，能铸的合金范围也较窄。

总的来说，我国连铸高速发展，成绩显著，连铸比已接近工业发达国家水平。

连铸新技术的开发应用有很大的成效，高效连铸的工业化、近终形连铸的引进并快速形成生产能力、连铸生产品种和质量的提高等，均说明我国连铸技术水平已接近国际先进水平。

但是应该注意到，在以有成绩的基础上，还要进一步扩大品种，提高质量，特别是中、小型企业的连铸生产尚有许多工作要做，要提高整体水平，连铸技术仍需攻关，且任重道远！
第2章铸铝拉伸器的设计方案
2.1 铸铝拉伸器的设计简介
2.1.1 设计背景及目的
铝的铸造，有成型铸造和铸锭铸造之分。

成型铸造用的是铸造铝合金，即共晶型铝合金；铸锭铸造是用变形铝合金，即固溶体型。

它是用于作压力加工的坯料，供挤压和锻造加工的圆铸锭，供压延加工的扁铸锭、方铸锭。

压力加工产品为铝的板、薄板、箔、管、棒、型、线、锻件。

我国的挤锭工业化生产开始于50年代中期，哈尔滨东北轻合金加工厂引进原苏联的半连续立式铸造技术，通常习惯称其为半连续铸造，铸造从 162～482mm的不同直径规格圆铸锭（见图2.1）。

也就是国外叫的直接水冷铸造。

这种铸造方法产生于上世纪30年代。

在60年代发展为横向铸造，连续铸造。

80年代发展为热顶铸造。

图2.1 普通铸造示意图
1–结晶器 2–漏斗 3–流盘 4–铸锭
图2.1是带有过滤，但仍属于半连铸工艺的全流程示意图。

金属熔体从静置炉在流口钎子控制下流出，经底吹N2+Cl2,通过多孔透气砖，产生小气泡，对熔体进行净化和经微孔陶瓷过滤，在过滤箱流口钎子控制流液下，经流槽、流管，由浮漂漏斗控制液面，在结晶器内铸造成铸锭。

结晶器在西方国家统称铸模。

图2.3是我国典型的带水套单体结晶器。

铸造开始前，底座由拉伸器升起后，少许伸入结晶器下缘，成下口封闭。

放金属液流前，开铸造冷却水，然后放流，铸满一定位置，开动拉伸器下降。

于是金属熔体不停注入，在结晶器内壁导热下冷却成形（一次冷却），连续下降，铸锭离开结晶器下缘，冷却水直接喷至铸锭表面，冷却至全部凝固（二次冷却）。

图2.2 带有吹气和微孔陶瓷管（刚玉管）过滤的半连铸工艺图
1–大钎子 2–透气砖 3–排烟罩 4–刚玉管 5–加热盖
6–隔热板 7–热电偶 8–小钎子 9–流盘 10–漏斗
图2.3 铸造实心圆铸锭用结晶器
图2.4 隔热普通法结晶器[5]
1–结晶器外套2–冷却水入口3–水隔板4–结晶器内套5–铝合金熔体
6–切口 7–硅酸盐纤维毡 8–石墨套 9–冷却水出口 10–铸锭但是这种传统的铸造工艺存在着一些问题：
（1）铸锭表面光滑达不到压力加工工艺要求。

尤其是铸造硬铝合金，超硬铝合金时，表面偏析瘤特别严重，冷隔也比较深。

唯有采取铸造后的机械加工，车光铸锭表面，来满足挤压工艺质量的要求。

（2）铸造工艺（温度、速度、金属液面高度、冷却水量）掌握不好时，易产生铸造裂纹，使铸锭成为废品。

（3）铸造小直径铸锭困难。

150mm以下规格，分配漏斗难以放置。

铸造成品铝极低。

于是国内铸造技术研究焦点大都集中在这些问题上，其中主要是表面质量问题。

问题的原因在于，当熔体一接触模壁，冷却形成故态外壳（一次冷却），出模后见水全凝固（二次冷却）。

就在此两次冷却之间，铸锭外壳会回热，枝晶间的低熔点合金全会熔化，枝晶间隙毛细管作用，加上金属熔体静压力，熔体渗出于铸锭表面，形成偏析瘤。

为此，就要减少一次冷却。

其中降低模内液面高度是一种简单的办法，但是效果不佳，容易漏铝。

后来研制出了漂浮漏斗，实现了结晶器内金属液面的自动控制，排除了人工作业是液面高度波动产生的冷隔。

早期，在想到减小一次冷却的办法时，研究过结晶器内壁衬贴硅酸铝纤维
热纸，企图达到能保持结晶器内高液面，好控制、安全、又缩短一次冷却到二次冷却的间隔，金属液面的高度，在不影响这产生回热的间隔——隔热模铸造。

进而研究发展成为热顶铸造工艺（见图2–5、2–6）。

图2.5 绝热纸衬里开顶铸造
图2.6 单根热顶铸造示意图
1–流盘 2–保温圈 3–漏斗 4–流盘 5–铸锭 6–水就目前而言，国内建筑铝型材厂用于铸造挤压圆锭的铸造方式中VDC、HDC、HT、Maxicast、Air Slip都有。

就数量而言以LWHT为多。

另据调研知道，有研究人员设计了小型的单晶连铸设备，并用以制造出了直径8mm，长8～10mm的单晶Al线材。

该技术的关键是用一个加热铸型和一个与之分离的冷却器代替传统连铸中的水冷结晶器。

使加热铸型内壁温度保持在熔点以上某一温度，避免型壁邢核，同时在冷却器与铸型之间造成一个轴向温
度梯度，形成定向凝固条件。

铸锭在离开铸型出口后的一小段距离内，表面仍呈液体状态，凝固后的铸锭表面光滑，呈镜面状态，故该技术属于一种Near—Net—Shape生产技术。

由于凝固过程中固液界面呈向液态中凸出的形状，即铸锭中心先于表面凝固，可避免中心缩孔缩松的生产，便于排除气体和杂质，铸锭内部质量高，而且这种凸出的固液界面形状有利于晶体生长过程中的竞争生长，加速晶粒的淘汰过程，易于生产单晶线材。

单晶连铸棒材的抗拉强度比金属型多晶铸棒低38%，屈服强度比提高93%，延伸率提高117%。

单晶试样拉伸断口收缩成针状。

加工硬化程度小，可以语言起塑性加工性能很高。

由于组织致密，无铸造缺陷，气体和夹杂含量低，更重要的是无横向晶界，故导电率高。

以上说明在现实生产和使用过程中，不断的进行铸造方法的改进，但又不断有更高的使用要求提出来，这就要工程操作人员和相关的研究人员不断的进取革新，提高科学生产技术，以满足日新月易的国民经济发展要求。

为了解决在铸铝过程中发现的种种问题缺陷，研究更好的铸造方法，以便更好的生产出符合国民经济发展的铸造铸锭。

决定在本次设计中设计一台实验室用的铸铝拉伸器（铸铝连铸机）。

因为本机器是为实验室进行相关研究而进行设计的，不要求较高的生产量，所以它属于是小型的铸铝连铸机。

为节约场地及成本，并进行相关方面（铸锭表面质量及其综合性能）的研究，决定将其设计成立式连铸机。

2.1.2拉伸器的设计内容和要求
内容：本次设计只是设计铸铝过程中所需要的拉伸器及其安装结构和运动机构部分，并没有设计结晶器及其他部分。

要求：
（1）拉伸器为立式结构
（2）由丝杠螺母的螺旋传动来带动拉伸器的工作台部分上下运动。

（3）工作台及其载重最大5000kg。

（4）工作台的速度范围为0～300mm。

（5）工作台的提升范围（即运动范围）0～2500mm。

2.2 铸铝拉伸器的组成
铸铝拉伸器主要由以下几部分组成：
（1）工作台
（2）传动机构
（3）导向部分
（4）安装架
（5）电动机
（6）其他部分
其中，工作台部分是铸铝拉伸器的重要组成部分。

该部分作用主要是通过结晶器连接器与结晶器相连接，并形成铸腔。

当液态铝不断流入铸腔后，铝液受到结晶器外冷却系统的强烈冷却作用迅速冷凝，通过工作台的运动带动结晶器运动，从而连续铸造出铝锭。

导向部分由导柱和滚轮组成。

该部分也是铸铝拉伸器不可或缺的组成部分。

因为影响铸锭的表面质量的因素中很大部分取决于工作台运动的平稳性。

传动机构是整台机器运转，工作目标得以实现的重要机构。

它将把电动机提供的动力传递到工作台，带动工作台运动从而完成铝锭的拉伸连续铸造。

安装架是安装固定整台拉伸器的。

很多机器重要的部件都安装固定在安装架上，同时它还要负有将机器安装在地面上的重责。

2.3 铸铝拉伸器设计方案的初步确定
通过查阅大量资料，并鉴于当前我国的连铸的发展应用形式，参照目前以有的连铸机，考虑到本次设计的要求及目的，最终确定设计方案如下：
2.3.1 工作台及导向机构的设计
工作台的功能是提供一个载物平台，通过安装在其上面的结晶器连接器与结晶器相连形成铸腔。

当液态铝不断流入铸腔后，铝液受到结晶器外冷却系统的强烈冷却作用迅速冷凝，通过工作台的运动带动结晶器运动，从而连续铸造出铝锭。

考虑到丝杠螺母受轴向力大小、滚轮施加给导柱的作用力及相应配件的强度要求，因此要尽可能的减轻工作台的重量。

因此采取钢板焊接结构，并在适
当的地方加筋板以加强工作台的强度。

保证工作台运动的平稳性有很多种办法。

因为我设计的铸铝拉伸器是小型实验用，所以在本次设计中采取滚轮导向的办法。

工作台由主运动的丝杠螺母及均布丝杠两侧且轴心与丝杠轴心同面的两根导柱和固定在工作台上的四对滚轮导向，足以保证工作台运动的平稳性。

其中滚轮是用圆螺母将滚轮轴与滚轮框连接，在通过滚轮框固定在工作台上的。

因为滚轮的运动方式是绕中心轴沿导柱转动，滚轮轴是固定在滚轮框上不动的。

换言之，滚轮内轴承内圈固定不动而是外圈运动。

因为轴承的存在，就要充分考虑到密封的问题，以保证轴承的工作环境和使用寿命。

综合考虑滚轮的运动形式和固定方式，其结构就有一定特殊性。

工作台及导向部分结构见图2–7。

图2.7 工作台及导向部分的结构
1–滚轮框 2–滚轮 3–导柱 4–丝杠 5–螺母
6–工作台 7–轴承端盖 8–轴承 9–轴 10–密封圈
2.3.2 传动机构及安装架的设计
考虑到丝杠的转速要求较低，且机器为立式。

故拉伸器的传动部分应由以下几部分组成：电动机、减速器、联轴器、传动轴、锥齿轮及丝杠和螺母。

丝杠和螺母传动是拉伸器的主传动，它为工作台的移动提供动力。

考虑到要对铸锭的全面充分研究，包括铸锭的表面质量、直径大小、长度、强度及其
综合性能。

将主传动件—丝杠的长度设计至少3000mm以保证工作台的移动范围在0～2500mm。

又因为工作台自重及其载重几乎全由丝杠螺母承受，因此要求丝杠足够粗，以保证其强度。

锥齿轮，因为其只是改变动力的传动方向并不改变动力的大小，所以将其传动比设计为1：1。

电动机、联轴器、减速器均根据计算后选择。

安装架是将机器安装固定在地面上的部分，同时也负有安装固定部分零件的任务。

不同的地方安装架有不同的尺寸大小，皆视不同结构而决定。

传动机构与安装架的部分结构见图2–8
图2.8 传动机构与安装架的部分结构
1–安装架 2–安装底座 3–传动轴 4–锥齿轮 5–丝杠
第3章 铸铝拉伸器的设计计算
3.1 功率计算
根据设计任务可以知道，此铸铝拉伸器中工作台及其载物最大重达5000kg 。

又知道工作台的最大移动速度为v =工max 300mm/min 。

因此可知，工作台的功率：
5000100.360250W W m g v =⋅⋅=⨯⨯÷=工工max
工作台通过螺母与丝杠相配合形成螺旋副工作台功率是直接由丝杠通过螺母传递的，因此通过查手册知道
滑动丝杠的效率： 0.3η=丝
滑动丝杠的功率： 250833W 0.3W W η===工丝丝
丝杠的功率又是由一对锥齿轮啮合运动传递过来的，所以又查得
锥齿轮效率： 0.9η=齿
锥齿轮的功率： 833926W 0.9W W η===丝齿齿
因为锥齿轮中的一个安装在传动轴上，而传动轴的另一端与减速器相连。

而工作台的速度较低，所以选择蜗轮蜗杆减速器，又查知
减速器的效率： 0.4η=减
减速器的功率： 9262315W 0.4
W W η===齿减减 而减速器与电机是直接通过联轴器相连的，所以有
电机功率： 2315W W W ==电减
根据以上计算预选电机型号为：Y112M-4, 该电机的额定功率为：4kW , 额定转速为：1500r/min 。

3.2 转速计算
由条件已经知道工作台的最大工作速度：max 300mm/min v =工，预取丝杠导
程 P=8 mm ，
则有，
丝杠的转速： max
max 300
37.5 r/min 8v P ω===工丝
又知，电机的转速： 1500 r/min ω=电机
则可知减速器的速比为： max 15004037.5
i ωω===电机
减丝
3.3 力矩计算
由公式
3955010P
T n =⨯
（
3–1） 式中 P---轴传动的功率，kW ；
n---轴的转速，r/min 。

可以知道，
电机轴的转矩：
33
3955010231510 9550101500 14739 N mm
W T n -=⨯⨯=⨯⨯=电
电电
传动轴的转矩：
33
395501092610 95501037.5 =235821 N mm
W T n -=⨯⨯=⨯⨯齿
传齿
丝杠的转矩：
33
395501083310 95501037.5 212137 N mm
W T n -=⨯⨯=⨯⨯=丝
丝丝
3.4 锥齿轮的设计计算及校核
锥齿轮是拉伸器中重要的零件，它不改变动力的大小，只负责将动力由水平方向的旋转改变为垂直方向的旋转，因此要保证它有足够的强度。

3.4.1 材料的选择
取材 40Cr , 正火处理，齿面硬度241-286HBS 。

3.4.2 计算齿轮许用接触应力
按下式计算许用接触应力
2lim min
[] N/mm H H N X LVR H Z Z Z S σσ=
⋅⋅⋅ （3–2） 式中 Hlim σ---试验齿轮的齿面接触疲劳极限，N/mm 2；
Hmin S ---接触疲劳强度计算的最小安全系数，常取1；
N Z ---接触疲劳强度计算的寿命系数；
X Z ---接触疲劳强度计算的尺寸系数；
W Z ---工作硬化系数；
LVR Z —润滑油膜影响系数。

按10年寿命由公式
N=60njL h
式中
n---齿轮转速， r/min ；
j---齿轮每转一周同一齿面啮合次数；
L h ---齿轮的工作寿命，h 。

计算应力循环次数N ：
86060210300837.5 1.0810h N njL ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
查资料有，N Z =1.1，X Z =1.0 ，W Z =1.0， LVR Z =0.85， 2lim 690/H N mm σ= 则：
lim min 2
[]690 1.1 1.00.851.0
645 N/mm H H N X LVR H Z Z Z S σσ=
⋅⋅⋅=⨯⨯⨯= 3.4.3 初取锥齿轮参数
因为锥齿轮只改变动力方向，不改变动力大小，因此取锥齿轮传动比为1：1，即 12:1:1n n μ==，
因此有 1245δδ==
由前面计算以知 T= 235821 N ⋅m
取分度圆直径 0d =200 mm ，
齿数 1240Z Z ==，
则， 01/200/405m d Z === mm
锥齿距：
11
R 0.5/sin 0.5540/sin 45 =141.42 mm
mZ δ==⨯⨯
齿厚： b=0.3R=42.43 mm
齿宽系数： R 0.3φ=
3.4.4 锥齿轮校核
（1）验算齿面接触疲劳强度
按下式验算齿面接触疲劳强度
H H E Z Z σ=⋅ （3–3） 式中
H Z ---节点区域系数
E Z ---弹性系数
K---载荷系数
1T ---齿轮传递的转矩 b---锥齿轮齿宽
1d ---锥齿轮大端直径 R φ---齿宽系数
μ---锥齿轮传动比 查手册得 189.8E Z =，
2.3420cos 20H Z ===
其中 A V K K K K β=⋅⋅
A K ---使用系数
V K ---动载系数
K β---齿向载荷分布系数 按载荷平稳电机驱动，可以查得 A K =1.0 齿轮速度： 333.1417037.5
0.334/60106010m d v m s πω⨯⨯===⨯⨯
按1/1000.334400.134vZ =⨯=，得 1.01V K =， 查得 1.10K β= 所以有
1.0 1.01 1.1 1.11A V K K K K β=⋅⋅=⨯
⨯=
因此，齿面接触疲劳强度
2.34189.8 345.1 MPa<[]=645MPa
H H E H Z Z σσ=⋅=⨯=
故接触疲劳强度满足条件，安全。

（2）校核齿根弯曲疲劳强度 按下式计算齿根弯曲疲劳强度
[6]12 (10.5)
F Fa Sa R KT
Y Y bd m σφ=
⋅⋅- （3–4）
式中
K---载荷系数 T ---齿轮传递的转矩 Fa Y ---齿形系数 Sa Y ---应力修正系数 m---齿轮模数
按/cos 45Z Z ν=，查得，Fa Y 2.35=； 另查得， Sa Y 1.73=； 因此，齿根弯曲疲劳强度
12
2(10.5)
2 1.11235821
2.351.7342.432005(10.50.3)
59.01 N/mm F Fa Sa
R KT
Y Y bd m σφ=
⋅⋅-⨯⨯=
⨯⨯⨯⨯-⨯=
而齿根的许用弯曲疲劳强度按下式计算
[6]lim lim
[] F ST
F N X F Y Y Y S σσ=
⋅⋅ （3–5）
式中
Flim σ---试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，N/mm 2
Fmin S ---齿根弯曲疲劳强度计算的最小安全系数，一般Fmin S ≥1.4
ST Y ---试验齿轮的应力修正系数，ST Y =2
N Y ---齿根弯曲疲劳强度计算的寿命系数 X Y ---齿根弯曲疲劳强度计算的尺寸系数
查得 2lim 288 N/mm F σ=； 1.0N Y =； 又 4.255m m =<， 查得 1.0X Y =；
取 2.0ST Y =， min 1.4F S =；则有
lim lim
2
[]2882
=
1.0 1.01.4
=411.43 N/mm F ST
F N X
F Y Y Y S σσ=⋅⋅⨯⨯⨯ 则，
[]
411.43
6.97259.01
F F
σσ=
=，
故齿根弯曲疲劳强度满足条件，安全。

3.4.5齿轮参数设计
齿轮高变位系数： 1210.46[1cos /cos ]0x δμδ=-= 切向变位系数： 120xt xt ==
大端齿距： 3.14515.708 mm p m π==⨯=
大端齿顶高： 11() 5 mm a a
h m h x *
=±= 大端齿根高： 1() 6 mm f a h m h c *
*=+=
全齿高： 11 mm h =
齿根角： arctan(/)arctan(6/141.42) 2.429f f h R θ=== 无根切允用最大齿根角：
2220.52max 2220.52180[(14tan sin cos )1]/(2tan cos )
180[(14tan 45sin 20cos 20)1]/(2tan 45cos 20) 6.124
f θδααπδαπ=+-=+-= 齿顶角： 2.429a f θθ== 顶锥角： 11147.429a a δδθ=+
=。