机械毕业设计（论文）高速线材轧机辊设计【全套图纸】.doc

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1、第一章 绪论1.1线材及其生产的基本知识线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。直径5.5-20mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢，通称线材。线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘条或盘圆。目前盘条直径的规格已经扩大至36mm，甚至可达60mm。但常见的线材产品直径为513mm。全套图纸，加153893706线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。按照钢材分配目录和用途不同，线材包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。线材是用量很大的钢材品种之一。轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。例如

2、，经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等。高速线材是指用“高速无扭轧机”轧制的盘条。轧制速度在80160米/秒。每跟重量在1.82.5吨，尺寸公差精度高（可达到0.02mm），在轧制过程中可调整工艺参数（特冷扎线上）来保证产品的不同要求。高线和普线的质量标准都是相同的，只是生产线的不同造成包装外观的差异。通俗点说就是一捆线材里面只有一个接头，一捆线材是整的，中间没有断开的。普线的接头有多少个就不一定了，有时候一根就1020米的样子，不好说有多重！也可以这样理解，普线就是高线的下

3、脚料了，做高线余下的。高线（高速线材）的特点(1)它的尺寸精度高，椭圆度小。 (2)它采用集散卷风冷却，它成分均匀，机械性能好。(3)由于采用负公差轧制，它节约了金属，相同重量的高线要比普线长度更长。(4)每件只有一个头和尾。(5)高线要比普线一般要贵2040元/t！ 1.1.1线材的生产由于线材自身细而长的特点致使其在生产过程中轧制出合乎尺寸精度要求的线材具有一定的难度。其原因是线材比圆钢细而长，表面积大，温降非常快，在轧制到最后几道工序的时候能保持在热加工温度范围内的时间短，这就很容易造成由于温度急剧下降而超出了允许的温度下线，使整根线材成为废品。此外，虽然钢坯在热加工时各个部分的温度基本

4、是均匀一致的，但由于各部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧制过程中温降大小也就不同，从而造成各部分在轧制时的变形情况不同和冷却到常温时的收缩量不同，进而形成各部分断面尺寸。温降给调整和操作带来很大的困难，解决的办法一是减少盘重，二是使轧制速度增大，减少活套。前者不符合用户要求，后者是解决矛盾的合理途径。因此，在轧制过程中如何控制温度变化以及轧制后温度的控制是线材轧机发展中要解决的问题。自20世纪60年代中期高速线材轧机及轧后控制冷却技术问世以来，随着线材生产技术本身的日臻完善和相关技术的进步，高速线材轧制的产品在品种规格范围、盘重、尺寸精度。表面及内在质量比以往的线材轧机产品均有长足的进步，

5、能更好的满足经济和技术发展的需要。1.1.2线材的用途线材的用途十分广泛，除直接用在建筑钢筋外，还可以加工成各种钢丝，如弹簧用钢丝、焊丝、通讯线等;还可以加工成其他金属制品，如铆钉、螺丝等。根据资料统计，一般国家线材产量占刚才总量的515%.我国目前处在经济发展时期城市建设和解决居民居住条件仍需要大量线材。此外，国内对金属制品需求量增加，国际贸易出口量也不断增加，我国线材产量占刚才总产量的比例达到15%左右。近几年来，作为制品生产的基础材料，我国深加工用优质材料以10%左右的速度发展，其总量和大部分品种已能满足市场要求.1、普通低碳钢热轧圆盘条（GB701-65），普通低碳钢热轧圆盘条由低碳普

6、通碳素结构钢或屈服点较低的碳素结构钢轧制而成，是线材品种中用量最大、使用最广泛的盘条，故又称普通线材，简称普线。主要用途：普线主要用于建筑钢筋混凝土结构作配筋用，也可冷拔拉制成钢丝，作捆扎等用。2、普通低碳钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH4403-88），无扭控冷、热轧盘条由无扭高速线材轧机轧制后采取控制冷却制成，材质与普线相同，但无扭控冷、热轧盘条具有尺寸精度高、表面质量好、较高的力学性能等优点。主要用途：无扭控冷、热轧盘条尺寸精度分A、B、C三级。A、B、C级精度适用于拉丝、建筑、包装和焊条等用途，B、C级精度适用于加工成螺栓、螺丝和螺母等。3、优质碳素钢盘条（GB4354-84），优质碳素钢

7、盘条是用优质碳素结构钢轧制而成。是线材品种中用量较大的品种之一。主要用途：优质碳素钢盘条主要用于加工制造碳素弹簧钢丝、油淬火回火碳素弹簧钢丝、预应力钢丝、高强度优质碳素结构钢丝、镀锌钢丝、镀锌绞线钢丝绳等。4、优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44002-88），优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条由无扭高速线材轧机轧制而成，轧制后采取控制冷却处理。与优质碳素钢盘条相比，具有尺寸精度高、表面质量好，有较高的力学性能。主要用途：主要用途与优质碳素钢盘条相同。常用于制造碳素弹簧钢丝、油淬火回火碳弹簧钢丝、预应力钢丝、优质碳素结构钢丝，镀锌钢丝等。5、制绳钢丝用盘条（YB349-64），制绳钢丝用盘条是优

8、质碳素结构钢热轧圆盘条之一。主要用途：制绳钢丝用盘条可用35、40、45、55、60、65、70、75、80和85钢号的优质碳素结构钢制造。6、制绳钢丝用无扭控冷、热轧盘条（ZBH44004-88），制绳钢丝用无扭控冷热轧盘和用优质碳素结构钢，在无扭线材轧机上轧制，轧制后控制冷却而制成。这样轧成的盘条，尺寸精度高，表面质量好，力学性能优越。主要用途：主要用于拉制制绳钢丝和钢绞线钢丝。7、碳素焊条钢盘条（GB3429-82），碳素焊条钢盘条由低碳优质碳素结构钢热轧制成。主要用途：主要用于制造手工电弧焊焊芯。8、碳素焊条钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44005-88），碳素焊条钢无扭控冷、热轧盘条是

9、在封锁扭线材轧机上轧制，并进行轧后控制冷却而制成。其尺寸精度高、表面质量好、性能优越，是一种高质量的焊条钢盘条。主要用途：主要用于制造具有药皮的电焊条钢芯的碳素钢热轧圆盘条。9、合金结构钢热轧盘条（GB3077-82），合金结构钢热轧盘条由合金结构钢作材质轧制而成。合金结构钢共有26个钢组、78个钢牌号。各生产厂依据需方要求及不同用途选用各牌号进行生产。主要用途：合金结构热轧盘条主要用于拉制钢丝、金属制品和结构件。10、碳素工具钢热轧盘条（GB1298-86），碳素工具钢由优质或高级优质高碳钢轧制而成。加工性能与耐磨性能好，价格便宜。主要用途：主要用于拉制钢比与制造工具等。11、合金工具钢热轧

10、盘条（GB1299-77）合金工具钢是在碳素工具钢的基质上加入铬、钨、钼、钒、硅、锰、镍和钴等合金元素而炼成的钢种。与碳素工具钢相比。它具有淬透性好、热处理开裂倾向小、耐磨性与耐热性高的特点。合金工具钢热轧盘条由5个钢组33个钢号的合金工具钢作材质轧制而成。分别由大连钢厂、本溪钢厂和陕西钢厂等单位生产。主要用途：适用于量具、刃具和冷、热作模具、耐冲击工具等的制作。12、弹簧钢热轧盘条（GB1222-84）弹簧钢是用于制造弹簧或其他弹性元件的钢种。弹簧和弹性元件主要利用其弹性变性吸收与储存能量，达到缓和震动、冲击或使机件完成某些动作为目的。由于它是在冲击、震动或长期均匀的周期交变应力条件下工作，

11、因此要求弹簧钢具有高的屈服强度，尤其要有较高的屈强比（屈服强度与抗拉强度之比）和弹性高的疲劳强度、较高的耐高温和耐腐蚀等性能。弹簧钢还应有良好的表面质量。弹簧钢有碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类共17个牌号。主要用途：弹簧钢热轧盘条主要用于生产各种用途的螺旋弹簧。13、滚珠轴承钢热轧盘条（YB9-68），滚珠轴承钢简称轴承钢，是用来制造各类滚动轴承的套圈（轴套）和滚动体（滚珠）的钢种。由于其用途的特殊性，要求轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性和疲劳强度。足够的韧性和淬透性，同时在大气环境或润滑剂中具有一定的耐蚀能力。一些特殊用途的滚动轴承还要求具有耐高温、抗腐蚀、无磁性、超低温、高精度、长寿

12、命等性能。因此对轴承钢的选择和钢材质量要求比一般钢材严格。轴承钢通常是指高碳铬钢，此外还有渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢。一般用于轧制滚珠轴承钢热轧盘条的钢号有5个。主要用途：滚珠轴承钢热轧盘条主要用于制造轴承的钢珠（钢珠）等14、不锈钢盘条（GB4356-84），不锈钢盘条是由多种牌号不同组织体型的不锈钢材质热轧而成。主要用途：不锈钢盘条主要用于制造不锈钢丝、不锈弹簧钢丝、不锈顶锻钢丝和不锈钢丝绳用钢丝。根据工业上的主要用途来区分，不锈钢盘条也有不锈钢和不锈耐酸钢盘条之分。15、焊接用不锈钢盘条（GB4241-84），焊接用不锈钢盘条与一般不锈钢盘条在化学成分上有所不同。为了保证其优良的焊接性

13、能，提高焊缝质量，焊接用不锈钢盘条在成分上的显著特点是含碳量低、磷、硫等有毒杂质少、镍、铬含量较高。主要用途：主要用于制造电焊条钢芯和焊丝。1.1.3 高速线材轧机生产工艺所谓高速轧机，一般是指最大轧制速度高于40m/s的轧机。因此，线材轧机的最大轧制速度高于40m/s时，称为高速轧机。高速线材轧机的特点是：高速、单线、无扭、微张力和自动化。其产品特点是盘重大、精度高和质量好。连续、无扭、高速、冷控是现代高速线材轧机的主要工艺特点。其中高速轧制是最重要的工艺特点。实现高速轧制，高速无扭精轧是保证其实现高速轧制的前提条件；另外，还要保证设备的保障，如精轧机、夹送棍、吐丝机要能适应高速运转。在工艺

14、上保证高速的主要条件是原料质量、轧件精度。轧件温度。要保证轧件精度、轧机机座的刚度、精度都必须达到相当高的水平，也要保证轧件温度均匀稳定；机间的张力对轧件影响极大，应尽可能实现无张力制。保证轧件头部尺寸形状必须要求导卫的精度，这也是实现高速工艺的重要保障。高速线材轧制问世后，轧制后控制冷却工艺被广泛采用，是高速线材轧制区别于老式轧机的特点之一。因此大盘重自然冷却会造成二次氧化，轧后线材力学性能低并严重不均匀的问题极为突出。所以实现轧后控制冷却工艺才能得到所要求性能的线材。高速线材轧制工艺流程如下：图111.2 高速线材轧机的发展第二次世界大战以后具有代表性的连续式轧机有两种：一种是以美国摩根公

15、司为代表研制的精轧机组集体传动的二辊轧机；另外一种是德国施罗曼公司为代表研制的精轧机组单独传动的平立式交替轧机。但由于平立式交替轧机在轧制速度及费用等方面的问题，施罗曼公司也改用了而辊轧机。在国际上，摩根新式精轧机组是当代具有代表性的告诉轧机。摩根公司从1962年就开始研制新式轧机。1996年第一台高速无扭轧机在加拿大钢铁公司投产，当时轧速为43m/s。摩根公司自第一台高速无扭轧机投产后20年间发展非常迅速。保证轧机速度从第一代43m/s到第六代100m/s，提高了1.3倍，最大辊径是的轧制速度从第一代的50m/s到第六代的120m/s，提高了1.4倍。并随着连铸技术的发展，为满足增大钢坯断面

16、的需要，为了使用较大断面的连铸钢坯，轧制速度有进一步增长的趋势，坯料断面尺寸扩大到150150160160mm，个别使用170170180180mm，盘重达到2t以上，个别甚至达到2.73t，线材规格扩大到2016mm。摩根公司80年代中期的高精度轧机是高速线材的又一步突破，此轧机是在精轧机后面的水冷段之间和夹送棍之间再增加一对或是两对轧机，更重要的是在自动控制方面有了相应的发展，主要是计算机在控制系统中得到了应用，不但增强了可靠性，而且当工艺改变控制程序时，只需修改计算机软件即可，使自动控制系统的改造工作变的极为简单，更易实现。高速线材轧机发展一览表：创建年代1965-19701971-19

17、761977-19791980-19841985-19951995-保证速度（m/s）43506075-80100-105110-130设计速度（m/s）50607590110-120130极限速度（m/s)607290112120140-150最小辊径速度（m/s）50607990-100120150最大电动机转速时速度（m/s）607290112-120140成品盘重（kg）800-10001000-20001500-20001800-25002000-25002500-3000原料断面（mm）110110120120135135147147150150160-170160-170表11现

18、在我国引用的高速线材轧机的轧制速度都达到了第六代的水平。第六代高速在以下几个方面做了改进,并且现代高速轧机技术有了新的发展，表现如下：1、采用计算机控制。2、强化轧机，增加精轧机组的大辊径轧机数量；一般多采用重型轧机。3、降低机组重心，降低转速轴高度，改进轧机调整性能。4、采用控温轧制或是低温轧制以及轧后控制冷却。5、其他方法的应用。1.3 本次设计的出炉拉料辊的特点本次设计的拉料辊位于出钢口处，在分刚器与曲柄卡断机之前。拉坯机为辊缝可调的钳式结构,其结构组成及其功能如下：(1)下机架,(2)上机架,(3)传动装置,(4)拉坯机驱动辊,(5)拉坯机从动辊,(6)摆动架,(7)液压缸,(8)支承

19、辊,(9)链张紧装置,(10)其它联接零件。此装置在正常工作时，可以顺利的将钢坯通过分刚器送入曲柄卡断机，在出现事故时可以通过调整上辊，使对准钢坯然后下降与钢坯接触、压紧；与此同时下辊根据需要通过电动机驱动使其加速旋转或是反向需旋转以达到使钢坯顺利咬入轧机或是退回加热炉的目的。图1-2 拉料辊的品面布置图1-拉料辊 2-分刚器 3-曲柄卡断机 4-粗轧机1.4 高速线材轧机生产中的拉料辊1.4.1 拉料辊的基本作用、发展及现状拉料辊一般都设在出钢炉门口外，其作用可以将钢坯从加热炉中拉出也可将已经拉出的钢坯再送回加热炉内。它是加热炉轧机侧的主要操作设备，当第一架轧机咬入钢坯困难时，还可以通过对轧

20、件施加外力助其顺利咬入；还可以配合出钢机处理某些较轻的突发事故（如粘钢）。由于出炉拉料机工作环境比较差，工作负荷大，造作频繁，所以对设备的要求十分可靠。随着经济的发展，高速线材的轧机也在不断进步，拉料辊的设计也在不断完善，所以目前国内外几家制造商生产的拉料辊的结构基本相同。1.4.2 拉料辊的类型与结构由于要实现其拉料的作用所以现在制造的拉料辊通常都是由上辊和下辊两部分构成。下滚为主动辊，辊身长约1m，表面铣有花纹以增加表面摩擦力，内部通水冷却,可防止机架受热变形。下滚通过电动机、减速器、万向联轴器驱动，辊子材料采用25CrM4V (V代表调质处理)。上辊为从动辊，较短，可以通过液压缸实现其左

21、右移动，通过气缸实现其上下移动，工作时可以将其压下以实现钢坯的拉出或推回动作。1.5 本次设计的整体方案本次设计的装置位于加热炉处，其功用主要是将已经加热的钢坯从加热炉内拉出或是退回。所以其主要的传动装置就需要由上下两个夹辊来实现：下辊主要给钢坯一个向前或是向后的外力，上辊可在必要的时候为钢坯提供所需的外力。本设备的主要传动装置可设计为：下辊由电动机提供动力，通过联轴器、减速器、传动轴与下辊相连，可以实现下辊的正反向转动；上辊不传动但要求其可作上下、左右的运动，这两种运动可由液压缸和气缸来实现第二章 下辊的设计计算基本参数： 轧件规格：15015012000mm 摩擦系数：0.30.6 下辊直

22、径：D=205mm 减速器比：i=142.1 下辊运动受力条件分析图2-1 拉料辊受力分析图如图2-1所示钢坯在上下两辊夹紧及有摩擦力的情况下一速度V向右运动时，主要克服摩擦力Fs的作用。其中Fs是钢坯与出炉辊道之间的摩擦力，摩擦系数u=0.3（由轧钢机械P438查得）。，其中=0.5（已知）。运动阶段1：当钢坯运动到下辊上面，如要使钢坯顺利运动则需要上辊给其施加一个足以克服钢坯与出炉辊道之间的摩擦力。 （式21） （式22） 运动阶段2：当钢坯运动到下辊并能顺利运动后，且由于此设备的启动、制动比较频繁，根据轧钢机械P21可知此设备的工作制属于启动工作制。所以，下辊的驱动力矩应按照启动工作制计

23、算。由轧钢机械P437式13-6可知式中 辊道稳定运转时的静力矩， 在该辊道上作用的轧件重量（重力），;对于单独驱动辊道，则为作用在一个棍子上的重量（重力）， 一个棍子的重量（重力），； 由一台电动机所驱动的棍子数目； 辊子轴承中的摩擦系数，对于辊子轴承，对于铜瓦轴承，; 辊子轴颈的直径，； 辊子在轧件打滑时的摩擦系数，对于热轧件为0.3，对于冷轧件为0.150.18； 辊子直径，。由轧钢机械P437式13-7可知 式中 一个辊子的飞轮力矩，； 直线移动的轧件换算到辊子轴上的飞轮力矩；如果假设轧件 质量作用在辊子的圆周上，则；其中为作用在该组辊道上的轧件重力,为重力加速度，为辊子直径，；辊子角

24、加速度，如果以轧件的加速度来表示则。由于此设备在承受轧件的重力外还要承受上辊对其的压力，所以辊道稳定运转时的经力矩： （式23） 动力矩为： （式24） 式中a由轧钢机械查得 （式25） 2.2 电动机、减速器的选择由于下辊的功率为电动机的功率与传动率的乘积，所以下辊所需的功率可以由总力矩与功率的关系求得。所以由，材料力学，P75可知： （式26） 式中n为下辊最大转速，其中已知线速度，所以： （式27） 式中：为电机到下辊之间的总传动效率，由机械设计手册第一卷可查得：，其中为减速器效率，为滚动轴承效率，为联轴器效率。2.2.1电动机的选择：由以上计算可知，所选的电动机功率要满足，扭矩，但考虑

25、到实际工作情况，电动机要求可调速可正反转并且为了减低温度还要装有鼓风。查机械杀机手册中册可选择ZZY系列起重及冶金用直流电动机，而且由于其转速较低，工作时间短，所以可以选用ZZY-42短时工作方式的电动机，其主要参数见下表：型号额定功率额定电压额定电流额定转速励磁方式转自转动惯量ZZY-4230KW220V165A56/87(rad/s)串激1.212kmg表212.2.2减速器的选择：本次设计中令传动比i=14，根据设计的要求选用两级圆柱齿轮减速器。由上面的计算可知： 传动装置的运动和动力参数计算：1. 总传动比：i=142. 分配传动装置各级传动比：由于电动机与加速器之间用联轴器连接，而联

26、轴器的i=1，所以取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比：，则低速级的传动比为：3. 运动和动力参数计算：轴（电动机轴或高速轴）：轴（中间轴）：轴(低速轴)：取运动和动力参数汇总表：表22（一）减速器高速级齿轮的设计：1. 选定齿轮类型、精度、材料及齿数：1 选用斜齿圆柱齿轮传动2 设备为一般工作机器，精度不高，故选用7级精度（GB1009888）3 材料选择，由机械设计表101选用小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差40HBS4 初选小齿轮齿数为，则5 初选螺旋角2. 按齿面接触强度计算：齿面接触强大的计算公式为：1)确定公

27、式内各计算数值（1）试选（2）由机械设计图1026标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得，则（3）由机械设计表107选取齿宽系数（4）由机械设计表106查得弹性影响系数为（5）由机械设计图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。（6）由机械设计式1013计算应力循环系数 （7）由机械设计图1019取接触疲劳寿命系数，（8）计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数s=1，由机械设计式1012得（9）选择区域系数（10）2)计算（1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得：（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数（4）计算纵向重合度（5）计算载荷系数取，根据，7级精度，由机械设计图108

28、查得动载荷系数；由表104查得，由表103查得，由表103查得，故载荷系数（6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010a得（7）计算模数3. 按齿根弯曲强度校核设计由式1017 1） 确定计算参数（1）计算载荷系数（2）根据纵向重合度，由机械设计图1028查得螺旋角的影响系数（3）计算当量齿数（4）由机械设计图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的为（5）由图1018取弯曲疲劳寿命系数，（6）计算弯曲许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式1012得（7）查齿形系数由表105查得，（8）查应力校正系数由表105查得，（9）计算大、小齿轮的并加以比较由计算可知大齿轮的数值

29、较大2） 设计计算由于所以小齿轮的齿数为取，则大齿轮的齿数为4. 几何尺寸计算（1） 分度圆直径（2） 中心距a将中心距圆整为（3）按圆整后的中心距修正螺旋角（4）计算大小齿轮的分度圆直径（5）齿轮宽度取,（二）减速器低速级齿轮的设计：1选定齿轮类型、精度、材料及齿数：1选用斜齿圆柱齿轮传动2设备为一般工作机器，精度不高，故选用7级精度（GB1009888）3材料选择，由机械设计表101选用小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差40HBS4初选小齿轮齿数为，则5初选螺旋角2按齿面接触强度计算：齿面接触强大的计算公式为：1)确

30、定公式内各计算数值（1）试选（2）由机械设计图1026标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得，则（3）由机械设计表107选取齿宽系数（4）由机械设计表106查得弹性影响系数为（5）由机械设计图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮。（6）由机械设计式1013计算应力循环系数 （7）由机械设计图1019取接触疲劳寿命系数，（8）计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数s=1，由机械设计式1012得（9）选择区域系数2)计算（1）试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得：(2)计算圆周速度（3）计算齿宽及模数（4）计算纵向重合度（5）计算载荷系数取，根据，7级精度，由机械设计图108查得

31、动载荷系数；由表104查得，由表103查得，由表103查得，故载荷系数（6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010a得（7）计算模数5. 按齿根弯曲强度校核设计由式1017 3） 确定计算参数（1）计算载荷系数（2）根据纵向重合度，由机械设计图1028查得螺旋角的影响系数（3）计算当量齿数（4）由机械设计图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的为（5）由图1018取弯曲疲劳寿命系数，（6）计算弯曲许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式1012得（7）查齿形系数由表105查得：，（8）查应力校正系数由表105查得，（9）计算大、小齿轮的并加以比较由计算可知大齿轮的数值较

32、大4） 设计计算取由于，所以小齿轮的齿数为取则大齿轮的齿数为。6. 几何尺寸计算（1）分度圆直径（2）中心距a将中心距圆整为（3）按圆整后的中心距修正螺旋角（4）计算大小齿轮的分度圆直径（3）齿轮宽度取,综上所述，可查机械设计手册可选型号ZLD25014。2.3 下辊结构尺寸参数的确定 由基本条件可知：下辊直径D=305mm 2.3.1下辊长度的确定：由轧钢机械的相关知识下辊要与加热炉出口及轧机相适应，取，所以可取。2.3.2下辊直径及辊径长度的确定：由轧钢机械P81知轴颈尺寸不能过大，一把近似的选取，可以估取。此处安装有轴承，要想确定此处的直径，以便使其与轴承更好的配合则需要先选择轴承。由于

33、本次设计的拉钢装置的转速较低，所以可以选用滚动轴承。考虑其自身的重量及间隙的配合，可选轧机中常用的单排双列圆锥辊子轴承。查机械手册选取32032型轴承，其内径为160mm，则为了配合的需要此处的直径应取，。2.3.3其他各处轴段的确定 其结构草图如图所示：图22由于1处安装有轴承，所以为了定位轴承2处应制成轴肩取其直径；为了防止灰尘、水、氧化铁皮等其他杂质进入，需要轴承和轴套配合使用，所以。由于加工等因素的影响，可取轴段2与轴段4、轴段6、轴段8出的直径均相等为178mm，并取相同的长度。轴段10处事为了轴承的固定而设计的，所以必须要加装螺母挡圈，应加工出螺纹。考虑到加工螺纹的工艺，所以取轴段

34、10处的轴颈，此处的长度由螺母的宽度决定取为。轴段11处事为了配合联轴器而制造成的锥装，直径取为，长度为294mm，锥度为10：1。轴段3和轴段7处为了安装挡圈的需要，所以其直径，。2.4 下辊的校核与验算轴上的作用力与力矩：由前一部分的验算可知下辊所受的最大力矩等于辊平稳运动时的静力矩，则； （式28） （式29）由轧钢机械P92可知对辊身只需要计算弯曲强度，对辊径计算弯曲强度和扭转强度，对传动轴头只需计算扭转强度。轴颈强度按弯曲合成应力计算。2.4.1对辊身的弯曲强度校核： 由于此轴在生产中的应用比较频繁，所以可以选用45钢并作热处理。由轧钢机械P362表151查得，由表154查得由前面的

35、计算可知由 （式210）代入上式得： 所以下辊辊身满足强度条件。2.4.2对传动轴头扭转强度校核：由机械设计P362表151查得，P373表154可查得， (式211）故下辊传动轴头满足强度条件。其受力见图如下：图232.4.3对下辊轴径的弯曲合成强度校核：由机械设计P362表151查得，P373表154可查得, 轴径处所受的弯矩为： （式212） （式213） （式214） 由轧钢机械的知识可知 （式215） 故下辊轴径满足强度条件。综上所述可知此辊符合强度条件，可以使用。2.5 下辊传动轴的设计计算与校核 2.5.1最小轴径的初步计算由于下辊与轴通过联轴器直接连接，故轴所受的最大转矩为。因

36、为此轴为仅仅承受转矩为传动轴，所以可以按照扭转强度计算。即：由可得: （式216）由机械设计P370查表153查表取 所以轴颈，并且有轴的结构可见最小轴径为轴有联轴器配合的轴径，其大小与所选联轴器无关。2.5.2联轴器的选择与最小轴径的确定轴的结构草图如下：图24很显然此轴的最小轴径是安装联轴器的直径处，为了使轴径与所选的联轴器孔径相适应，需要选取相同型号的减速器由机械设计P351知。因为此轴电动机的转速不太高，所以参照P351表141查得工作情况系数取. 则 （式217）按照计算扭矩应小于联轴器的公称轴距的条件，考虑到传递转矩范围正反变化大，启动频繁，以及制造等因素，查机械零件设计手册中册选

37、用BLT8型棒销联轴器，其公称转矩为。，半联轴器长度，轴径在之间，可取为。2.5.3轴的结构设计为了满足轴的轴向定位要求，第段轴处想要制造出轴肩，故取左端用挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度。为了保证挡圈压在半联轴器上，取第轴段长度。同时我为了保证联轴器的轴向定位需要开制键槽。查机械设计P365表152选取轴段倒角，圆角。并且由于此轴的结构较长，所以需要在轴的中断位置加装轴承及支座。由于此轴只承受很小的力，以及轴自身挠曲引起的振动，所以在装配式不要求过盈配合，因此加装此轴承对此轴的结构物影响。而且此轴只受转矩，所以不用验算弯曲强度。同时由于在验算最小轴径时选择的直径比较大，所以其扭转强也应能

38、满足强度条件，无需再次验算。第三部分 上辊部分的设计3.1 上辊结构设计3.1.1上辊的主要作用及其运动形式的实现高速线材拉缸机中的上辊可以简单的看做是一个简易的机械手，因为它是整套拉钢设备里运动形式最多样的部分，可以有多种放的运动形式与停留位置。它可以通过与下辊的夹紧来实现钢坯的拉出或是退回动作，还可以调整钢坯在下辊的位置，使其运动更加合理。同时它还可以同分刚器一起处理粘钢等比较简单的事故。由于其在生产中运动的多样性，所以就要求其主要运动形式即可以作往复直线运动，还要能实现以往复运动的轴线为中心通过力臂做周向的摆动，也就是上下的直线运动。要实现以上两种运动，就要为其提供不同的驱动力装置，即往

39、复运动的推力或拉力以及周向运动的转矩驱动力。3.1.2上辊整体设计方案的分析设计方案1：往复直线运动由一个双向的液压缸来运动，周向运动的转矩由双向气缸来实现。运动的实现：双向的液压缸可以直接驱动上辊作往复直线运动，且定位很准确。双向的气缸可以驱动上辊作以往复运动的轴线为中心通过力臂做周向的摆动。可以实现设计要求的运动。结构的设计：将气缸可以转到的部分做成双层同心轴，严格的保证该双层轴之间可以相对转动而无相对的周向移动。并将外层轴与液压缸的一段相连，内层与气缸的一段相连。在液压缸的驱动下双层轴的整体可作往复直线运动，气缸的驱动下可作以往复运动的轴线为中心通过力臂做周向的摆动。设计方案2：往复直线

40、运动由液压缸提供，转矩的驱动力由电动机提供。运动的实现：液压缸直接与上辊相连，可在要求的行程内做往复直线运动。电动机通过减速器来驱动上辊做上下的转动。结构的设计：由于液压缸直接与上辊相连，所以可以将上辊传动部分的尺寸做的比较大些，并将液压缸安装在其中。为了保证二者的相对位置，可将二者焊接在一起，但要求液压缸的连接处与固定的机架之间可以做相对的运动。方案的总体分析比较：由于所需运动的速度较低，所以选用电动机的成本比较高，并且在安装的时候会使整体的结构更加复杂，增加制造的难度，不利于运动的实现。并且在运动的时候要求有一定的准确性，而电动机在定位方面不如液压缸准确。因此在驱动方面可选用液压缸和气缸的

41、组合。所以在结构上可以试选用第1种方案，结构上也更加紧凑一些。所以应优先选用第1种方案。通过上面的分析可以确定选用或是改进第1种方案。具体的结构设计是：将上辊安装在在一个可以移动的支撑滚柱轴承上。中心轴在外轴的内部可以通过气缸从而提供所需的转矩。上辊滚动体是一个中间小两头大的一个小锤子用来压下钢坯或调整。其结构草图如图所示：图313.1.3上辊结构的设计由于上辊是不传动的，所以上辊的行程是由下辊来决定的，并且可以调整钢坯停留在下辊的不同位置。下辊长为1230mm。所以上辊的行程至少要满足使钢坯从下辊的最左端运动到最又段，钢坯的尺寸为150150mm以及下辊轴段3、4的长度已确定。所以上辊的形成

42、： （式31）上辊辊身的确定：上辊自身属于从动辊，在摩擦力的带动下自身运动。并且要对钢坯施加压力保持钢坯的位置，为防止钢坯跑偏，所以应将上辊制成中间小两边大的形状的辊子。按上步计算的最大尺寸取辊子的中间宽度为，中间部分的轴径为。为了能使钢坯移动，故两侧的尺寸应略微大一些，取。上辊的结构尺寸如图所示：图323.2 液压缸的选择计算3.2.1液压缸的选择根据结构的要求，液压缸为双向的且可以完成预计的运动。由前面的计算数据得知： （式32）所以液压缸所需的推力为： （式33）其中：为液压缸的一般传动效率，由机械零件设计手册P270查式得314液压缸的工作压力; (式34)液压缸的选择：由机械零件设计手册P2