芯棒旋转冷却系统主传动设计.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目:芯棒旋转冷却系统主传动设计学生姓名： 学 号：专 业：机械设计及其自动化班 级：机指导教师： 摘 要随着限动芯棒连轧管机的飞速发展和国内外钢管需求的提高，钢管的产量与日俱增，芯棒的用量也随之增加。芯棒工作后的温度升高，损耗不断的扩大，增加了生产的成本，因此芯棒的维护也得到了很大的重视。由此，本文针对芯棒的冷却系统提出了具体的设计方案，结合任务要求和冷却的基本理论，对三个方案的工作原理和优缺点进行了细致的分析和比较，选择了第一种作为设计的选定案。通过查阅相关资料，分析计算，确定电动机、减速器、轴、联轴器、和键等重要零件的型号，并对重点零件进行

2、校核。在此基础上，再对系统的其他非标准零部件，如：旋转上料器，移钢机等重要部件， 进行结构的设计和计算。按上述方法完成的设计能很好的完成芯棒旋转冷却的任务。关键词：芯棒；冷却；钢管；方案AbstractWith the rapid development of MPM and the improvement of demand for steel pipe at home and abroad, the output of steel pipe is steadily on the increase, and the amount of Mandrill increases. the temp

3、erature of the Mandrill increases after working along with the unceasing unceasing expansion of wear and tear,so the production cost has been increased.Because of it,much attention has been paid to the maintenance. This paper proposes the concrete design, in view of the cooling system of Mandrill. A

4、ccording to the requirements and the fundamental principle of cooling system, the paper chose the first as a selection of the design, by a detailed analysis and comparison of working principle ,as well as advantages and disadvantages of the three proposals. Through consultancy to relevant materials,

5、 analysis and calculation the paper determines the model of motors, reducers, shaft, coupling, keys, and other important parts,and checks up the important parts. On this basis, then design the structure of other non-standard components, such as, rotating on the feeder, move steel and other important

6、 components etc. According to the above method, the task of cooling mandrel rotation can be complete well【17】.Key words: mandrill ; cooling ; steel pipe ; proposal.目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 我国钢管的生产及生产现状11.2 影响钢管发展的因素21.3 限动芯棒连轧管机的发展及在我国的应用21.3.1 MPM的推广31.3.2 MINI-MPM的应用41.3.3我国限动芯棒连轧管机的应用与发展41.4 芯

7、棒的概述51.4.1 芯棒的生产情况61.4.2 芯棒的工作分析6第二章 方案分析与确定82.1 方案一的结构设计82.1.1 工作原理82.1.2 旋转冷却装置的设计92.1.3 旋转上料装置92.1.4 移钢机102.2 方案二的结构设计102.2.1 方案二的工作原理112.3 方案三的结构设计112.4 方案的比较与选择12第三章 电动机的选择确定143.1 设计任务书的参数143.2 选择电动机类型和结构形式143.3 工作机功率的计算153.3.1 工件的重力计算153.3.2 工作的受力分析163.3.3 圆周速度的确定163.4 电动机容量的计算与确定173.4.1 电动机容量

8、计算173.4.2 电动机的选择18第四章 减速器的选择204.1 减速器的分类204.2 减速器的选择与计算214.2.1 减速器传动比的初步确定214.2.2 减速器承载能力的计算214.2.3 减速器的选择22第五章 轴的设计计算与校核245.1 轴段长度和直径的确定245.1.1 轴的最小直径的确定245.1.2 轴的直径和长度的确定255.2 轴的校核275.2.1 轴的力学模型的建立275.2.2 绘制力学模型275.2.3 按弯扭矩合成校核轴的强度计算28第六章 联轴器的选择与校核316.1 联轴器的选择类型316.2 连轴器的选择计算316.2.1 电动机和减速器之间的联轴器的

9、选择316.2.2 减速器与传动轴之间的联轴器选择326.2.3 其他联轴器的选择336.3 联轴器的校核33第七章 轴承的选择与校核357.1 轴承的选择357.2 轴承的校核367.2.1 轴承上的受力分析367.2.2 轴承寿命的验算37第八章 键的选择与校核398.1 键的选择398.2 键的强度校核408.2.1 校核圆盘上的键408.2.2 校核1-2段联轴器的强度41第九章 旋转上料装置系统的设计429.1 电动机的选择429.2 减速器的选择与计算449.2.1 减速器传动比的初步确定449.2.2 减速器承载能力的计算45第十章 滚动轴承的润滑及设备的维护4610.1 润滑剂

10、的用途4610.2 设备的维护46【参考文献】48结 束 语49 第一章 绪论1.1 我国钢管的生产及生产现状新中国国成立前，日本侵略者曾于1935 年10 月在我国东北鞍山建了1 套生产直径为7150 的热轧无缝钢管机组，最高年产量为1.14万t（1940年），1942年又建了冷拔车间，生产直径为40150 的冷拔管和气瓶管，但日本投降后，其全部设备都被拆运到了原苏联，所以新中国成立时我国是不能生产无缝钢管的，当时只有上海有一点钢管改制设备，可以将进口的钢管改制为所需规格的钢管。新中国成立后，作为首批重点工业建设项目，鞍钢无缝钢管厂于1953 年10 月27 日建成投产，从此结束了我国不能生

11、产无缝钢管的历史。自鞍钢无缝钢管厂轧出我国第一根无缝钢管起，至今我国无缝钢管已有了47年的生产历史。在这近半个世纪的年代里，我国无缝钢管轧机由50 年代初唯一的1 套140自动轧管机组，设计年产量仅6.19 万t，发展到目前为止，已是产品品种、规格齐全，各种机组型式齐全并分布于全国，无缝钢管的年产量也于1978年（82 万t）超过英国和法国，19836 年（115万t）超过意大利，1992年（256 万t）超过原西德，并在1994 年（304万t）早于钢和钢材成为世界第一大无缝钢管生产国，随后一直保持至今【1】。我国是产钢大国,同样也是无缝钢管生产大国,据不完全统计,我国热轧无缝钢管总设计生产

12、能力为460 万t 左右,近几年产量见表1 。 表1 厂名宝钢集团天管包钢成都无缝衡阳鞍钢产量83654540 35 40这几家无缝钢管产量占全国的60 %左右,可以讲我国热轧无缝钢管的设计与产量基本平衡,超设计产量的主要原因是宝钢、天管、衡阳超设计能力了。我国是钢管大市场,年消费量占全世界的24 %左右,与美国相当,只是我国又是生产大国也是消费大国据我国钢管发展报告可知，,世界钢管产量、消费在下降,而我国却在上升,我国进口略大于出口,生产消费基本持平,这主要是我国经济增速产生的效应。1.2 影响钢管发展的因素经济发展是影响无缝钢管的首要因素。焊管、塑料、玻璃、陶瓷等管材其性能、寿命、精度等在

13、某些用途方面都优于无缝管,所以对无缝钢管的生产、市场都会带来很大的影响。能源变革的影响,随着核电、核能的综合利用,水电、电动汽车的不断发展,直接影响着无缝钢管的市场。加入WTO的影响,主要是国外石油的大量进入,会影响到石油用管的市场【2】。1.3 限动芯棒连轧管机的发展及在我国的应用目前限动芯棒连轧管机在世界各国的无份缝厂广泛使用，限动芯棒连轧管机是在在浮动芯棒连轧管机的基础上发展起来的。限动芯棒连轧管机于20世纪60年代中期进行了工艺试验并获得了可喜的成果。1978年世界上第一套限动芯棒连轧管机（MPM：Multi-Stand Pipe Mill的缩写）在意大利达尔明钢管厂建成投产，将连轧管

14、工艺发展到了一个新的水准；限动芯棒连轧管机在整个轧制过程中对芯棒的运行加以控制，使其以设定的恒定速度前进，轧制过程结束时，由脱管机将荒管与芯棒分离后，荒管被移送到下道工序进一步加工；芯棒则返回，拨出轧制线后，冷却、润滑后循环使用。MPM使得钢管壁厚偏差得到改善，工具、能耗有所降低，将连轧管机轧制钢管的最大外径由194mm扩大到426mm。20世纪90年代中期又推出了三辊连轧管机（PQF：Premium Quality Finishing的缩写）技术， 2003年世界上第一套三辊限动芯棒连轧管机组（PQF）在中国天津钢管公司建成投产，使连轧管工艺装备跃上了更高的台阶。经过近30年的发展和应用，世

15、界上目前正在运行和在建的限动芯棒连轧管机超过了20台套。连轧管机在PQF出现以前，都是两辊式的，即由两个轧辊为一组组成孔型, 两个轧辊相互平行，相邻两个孔型的辊缝相错90； PQF为三辊式的，即由三个轧辊为一组构成孔型，三个轧辊互成120，相邻两个孔型的辊缝相错60；使上一架孔型的槽底对应下一架孔型的槽顶。1.3.1 MPM的推广MPM一经问世，因其在技术、产量、质量、自动化和劳动生产率等诸方面的突出优势，引起了无缝钢管界的广泛关注并得到认同和推崇，目前已使其在除大洋州以外的五大洲得以迅速的推广应用；特别是1978年到1992年间的前15年，受当时石油产业对油井管需求旺盛的影响，促使了MPM技

16、术的飞速发展，相继建成投产了10套限动芯棒连轧管机组，从第二套到第十套仅用了10年的时间。各机组情况见下表1。表1 前十套限动芯棒连轧管机组一览表序号机组名称厂名国家投产年份设计年产量成品管规格D X S(mm)机架数1365mm 达尔明厂意大利197850159365X3.52582245mm 京滨厂日本198360114245X4.54083273mm 坦姆萨厂墨西哥198360114273X4.54074245mm 费尔菲尔美国19836089245X5.43275245mm 北方星钢厂美国1987301142457 6245mm 阿尔戈马厂加拿大19863048178X3.632772

17、45mm 希德尔卡厂阿根廷198835140273X4.53568245mm 西多厂委内瑞拉1990114245X4.5359426mm 伏尔加钢管厂俄罗斯199072114245X4.535710250mm 天津钢管公司中国199250114273X4.5357这一时期所建机组的共同点为：一是连轧管机设有78个机架（阿根廷希德尔卡厂为6机架），因为机组中的穿孔机为推轧式（加斜轧延伸机）或二辊桶形辊斜轧式，其延伸系数比较小，（延伸系数一般小于3），轧件的主要延伸靠连轧管机完成，轧管机的最大延伸系数为67，所以连轧管机的机架数相对较多，机架数由开始的8架减少到7架甚至6架，意义在于尽量缩短芯棒工

18、作段的长度，因为在所轧制的荒管长度和芯棒限动速度不变的前提下、减少轧机第一架至最末一架轧辊中心线的距离，就可以缩短芯棒工作段的长度，从而达到降低芯棒的制造、加工难度和生产成本的目的；二是各机组均设有23个孔型，主要成品管的外径范围大都在114273mm之间，用以生产中型规格的油井管品种为主的无缝钢管，因为油田打井所需的套管规格绝大部分都在该组距范围内。1.3.2 MINI-MPM的应用MINI-MPM为少机架限动芯棒连轧机的意思，原是意大利的因西公司上世纪90年代中期为完成对南非托萨（tosa）厂cps（两步生产无缝钢管法，即只有斜轧锥形辊穿孔和张力减径两个变形工序，而没有轧管工序的生产方法，

19、后因在生产壁厚8mm以下的钢管时因螺旋印难以消除进行增加轧管机的改造）的改造，在锥形辊穿孔机与张减机之间安装的限动芯棒连轧管机而推出的机型。由于锥形辊穿孔机的变形能力较大，就可将原由MPM承担的部分变形前移至穿孔机来完成，连轧工序的延伸可适当减小，轧管机没必要选用过多架数了，轧机的机架数由原来的78架减少至45架；与MPM相比它的最大特点是实现了用更短的芯棒轧制较长的钢管，芯棒的工作段长度比MPM短了23米；芯棒总长度可缩短5米左右。后来随着锥形辊穿孔机的广泛应用，连轧管机的架数大多为5架；或51架，1为在连轧管机前增设一架空减机【3】。1.3.3我国限动芯棒连轧管机的应用与发展连续轧管机组按

20、芯棒运动方式, 可分为全浮动、半浮动和限动芯棒3种型式;按机架数量可分为常规式(即MPM),和少机架式(即MINI-MPM)。包钢无缝钢管厂在建的从意大利茵西公司引进的245机组属于后者。下面在介绍少架式机组工艺与设备组成的基础上, 着重分析少架式机组的技术特点与技术进步【4】。包钢MINI-MPM的主要流程：连铸圆管坯管坯加热穿孔轧管一脱管冷却一锯切无损探伤检查包钢MINI-MPM的主要特点采用新型立式菌式穿孔机。锥形轧辊与轧制线交叉成15度“ 的辗轧角, 使轧辊线速度与金属流动速度相适应, 可实现最小扭转, 从而改善毛管内外表面质量和壁厚精度。菌式穿孔机的延伸系数可达到6（本机3.3），因

21、此, 在变形量的分配上, 穿孔机可承担较大变形, 从而减小轧管机的变形, 使连轧机机架数减少到5架。 5机架连轧管机。该轧机布置紧凑,机架间距小, 可使芯棒总长度缩短到17.5m,且芯棒两端都有限动头, 可两头使用, 使芯棒的寿命得以延长。在轧机调整方式上, 用液压压头代替传统的机电系统, 可实现轧辊设定值在线调整,也可根据预设定值适时调整轧辊, 使D/S35的钢管端部轧成锥形, 以改善钢管头尾的壁厚偏差, 并可减少张力减径时的切头尾损失。这是至今见到的MPM先进的壁厚控制技术。 12架定径机和24架张力减径机。定径机和张力减径机串列布置在轧制线上, 扩大了规格范围, 增加了生产的灵活性。张力

22、减径机的传动采用了意大利的混合传动专利技术, 其中112机架为集体传动, 功率小, 刚性大, 钢管头尾壁厚可以有效控制1314机架精轧部分为单独传动, 转速控制精确。又因采用严密封闭的孔型设计技术, 使钢管的外径与壁厚精度提高, 有效地控制了内孔多边形效应。定径机结构与力减径机的112机架基本相同,提高了设备的互换性, 减少了备件量。自动化水平、工艺检测和控制水平。采用一级自动化和二级自动化, 可实现轧机设定值的计算、轧机诊断与修正、物料的全线跟踪在轧制线上, 除有天津mm全部在线检测系统外, 还在张力减径机后增设了射线测厚装置, 使壁厚得到精确控制。上述机组的引进, 对提高我国无缝钢管产量、

23、改善钢管质量、提高专用管自给率及提高装备与技术水平起到了重要作用尤其这两套机组均用连铸圆管坯轧管, 对提高质量、降低成本和改革我国钢管生产供坯工艺有重要意义。1.4 芯棒的概述芯棒是与轧辊共同作用，将穿孔后的管坯轧制成各种尺寸的无缝钢管。按钢管轧制方式不同，可分为浮动芯棒、半限动芯棒和限动芯棒，其中，限动芯棒所占比例最大。限动芯棒连轧机的芯棒与毛管之间的相对速度较大, 再加上连轧机的变形量大, 延伸系数一般在46之间, 所以芯棒的使用寿命比浮动芯棒低,一般情况每根芯棒一次可轧制20006000支荒管。需要指出的是, 轧制薄壁管比轧制厚壁管的芯棒使用寿命要低的多, 可相差13倍。随着钢管需求的增

24、加，芯棒的需求也在不断的递增。1.4.1 芯棒的生产情况由于制造限动芯棒技术性强、难度大，目前在国际上只有法国、意大利、德国少数几个国家的企业能够生产。多年来，国内生产大口径无缝钢管的企业主要从国外进口芯棒，2007年我国芯棒进口量约为9000吨。由于进口芯棒价格昂贵，供货周期长，供需矛盾十分突出。目前，中原特钢股份有限公司是国内唯一一家拥有限动芯棒从材料冶炼、锻造、热处理、机械加工到成品完整工序、工艺可控的规模性生产企业。公司拥有限动芯棒自主知识产权，填补了国内该产品生产的空白，并在逐步取代进口产品，其中MPM芯棒的年生产能力达到5000吨，占国内市场份额的45%，国际市场占有率约为15%。

25、随着限动芯棒需求的日益增加，目前国内大型特钢企业也在积极开展限动芯棒得研制，2007年3月份，宝钢特殊钢分公司已试制成功限动芯棒坯，并拟投入批量生产【5】。1.4.2 芯棒的工作分析芯棒是无缝刚管生产中的必要辅助工具之一，限动芯棒连轧机采用芯棒线外预穿、芯棒预插人和芯棒限动快速转换、快速换辊等新工艺、新技术, 提高了轧机的生产能力。芯棒循环的工艺流程：芯棒预热-芯棒润滑-芯棒预穿-限动轧制-芯棒冷却芯棒润滑。轧制时，芯棒与轧件内表面的相对运动比浮动是的大，芯棒的工作条件更为恶劣，芯棒更容易磨损和划伤，芯棒的精度直接影响钢管的内径精度，芯棒在炽热的胚管内工作，使芯棒的工作温度迅速增加，因使用中存

26、在冷却时间短,表面温度高且不均匀,导致润滑剂附着差,芯棒磨损快、寿命短，硬度降低，变形加大，对钢管的质量有着严重的影响，因而，提高芯棒质量和消除毛管内表面与芯棒之间的间隙使轧制更加平稳，从而提高轧辊的使用寿命，确保钢管的钢管壁厚精度，内外表面质量和轧制的效率【6】。在无缝钢管生产中，当芯棒温度保持在合理的数值范围内，便能有效地提高产品的产量和质量，而为提高钢管内壁质量和延长芯棒使用寿命，通常还需要对之进行适当的润滑。生产过程中，芯棒总处于间歇的运动，速度可达每秒几米，外径一般在50150mm，目前芯棒采用水基润滑剂，要求芯棒出冷却水槽时的温度在7090。若温度超过100则易产生气泡，润滑剂不易

27、在芯棒表面形成薄而致密的一层；若温度偏低，则润滑剂不易迅速干燥，芯棒的润滑效果不好。新棒温度的调节主要通过循环水冷却。被拉出钢管的芯棒温度高时可达到170，一般在140150，在水槽中经过12min冷却，出水温度控制在7090.控制温度用温控系统【7】。为了确保芯棒的质量，我们必须要有一套专门的芯棒冷却装置，使芯棒均匀冷却，提高芯棒的冷却效果,延长了芯棒的使用寿命,改善了钢管的内表面质量，降低芯棒消耗。第二章 方案分析与确定一个理想的设计应该是技术上先进，经济上合理，操作和维修方便，运转安全可靠，要达到这几个方面的要求。除了技术上的问题以外，还必须具有正确的设计指导思想和丰富的实践经验。当然要

28、达到这些要求是需要一个过程的，我们应努力缩短这个过程。还应指出，一个设计良好的工作系统，往往不是一次就可以完成的，而需要经过反复推敲、试运、检验不断的调整和修改才能逐步达到完善。冷却部分要尽可能的满足工作的要求，即要保证芯棒均匀的冷却，完成基本的任务的制定，还有考虑设备的合理性，要保证该设计与其他工作机完美的配合，使整个工作流程顺畅，减少其他的辅助部件和减少占地面积。更重要的一点是保证工作人员的安全，提高产品的安全性。其他辅助部件要保证工作的稳定性，结构要简单，维修和更换方便，产品的生产制造经济。2.1 方案一的结构设计 如图1所示，该方案的冷却方式是圆盘旋转冷却。冷却的工作部件是圆盘，芯棒由

29、摩擦力的作用随圆盘旋转。 图1方案一的原理图2.1.1 工作原理芯棒从连轧管中脱出,并被输送到脱棒后辊道。脱棒机后两组辊道中间有一活动挡板,在正常生产时活动挡板处于升位,当芯棒接近活动挡板时,脱棒机后辊道通过变频调速使辊道减速,以减少芯棒对挡板的冲击,芯棒到位后,它会沿着冷却装置的输入辊道运行到相应的位置，此位置有一个可以调节的限位系统控制。 芯棒的运输由运输辊道来完成，此辊为单驱动辊道，这个辊道的优点是取消了长轴的传动可以采用单独底座来代替笨重的整体支架，结构简单，传动惯性小，操作灵活。当芯棒到达预定位置时，翻转上料机构启动，此机构没由一个电机驱动，通过联轴器与驱动轴连接，在轴上装有6个转臂

30、装置，旋转臂的一端装有托盘，通过旋转臂转动，将芯棒放到旋转冷却装置上。旋转冷却装置也有专门的电机驱动，通过减速器减速，驱动旋转轴旋转，在轴上装有圆盘，与另一组圆盘成并列分布，这组圆盘无驱动，主要起支撑作用。芯棒在两组圆盘上，靠摩擦力旋转。当旋转10秒钟时，在由单向移钢机将芯棒移到另一组旋转系统上旋转冷却10秒后，由旋转臂装置将钢送到输出辊道，准备再次工作。 2.1.2 旋转冷却装置的设计如图2所示,中间轴为主传动轴，驱动圆盘旋转，两侧的圆盘为支撑圆盘，起支撑作用，它受芯棒转动时的摩擦力作用随芯棒一起转动。图2 旋转装置被冷却的芯棒放置在两圆盘中间，受圆盘摩擦力的作用匀速旋转，这样就能使芯棒在周

31、向均匀的冷却。2.1.3 旋转上料装置如图“3”所示,此装置绕左轴旋转，将芯棒抬到旋转的圆盘上进行旋转冷却，芯棒位于拖架之上，和拖架绕左轴运动，旋转臂转过一周后，停在起始位置，完成一个工作周期。技术关键点在于拖架始终朝上，拖架的旋转轴与左轴之间有一套链传动装置，主动链轮随主轴旋转的同时带动托架上的小链轮转动，这一装置可完全保证托架朝上这个关键点。 图3 旋转上料装置2.1.4 移钢机此机构为四杆机构，此机构作用是将左位置上的芯棒移到右位置，拖架工作完成后，回到原位，准备下次工作，其每运行一个周期凸轮旋转一周。如图4所示。图4 移钢机2.2 方案二的结构设计如图5所示，该图为第二个方案的结构原理

32、图，此方案的工作部分是用两个交叉的托架共同控制芯棒的升降。方案二与一的不同之处是冷却的动力部分如图5的视图A，它是由一台电动机驱动，通过减速器减速，再由一对齿轮将转矩和速度平均分配到两根转动轴上，当旋转上料装置将待冷却的芯棒放到拖架上后，工作电机启动，拖架绕各自的轴旋转，使芯棒浸入到下方的冷却水池冷却几秒后，电动机反转，使芯棒抬出水面，随后旋转卸料料装置启动，把芯棒移出冷却水槽。两个交叉托架的旋转的最大角度有限位传感器控制，以防止转过角度过大，将芯棒落入水槽之中，造成工作故障，影响生产。图5 方案二的原理图2.3 方案三的结构设计方案三的设计完全区别与一和二，如图6所示。当芯棒从工作轧机上退下

33、之后，直接由运输辊道输入到冷却系统当中，该冷却系统采用的是辊道运输式冷却，即芯棒在系统中边向前移动边由喷水装置喷水冷却，当芯棒的一端顶到限位装置后，限位器上的传感器向控制系统发出信号，延时十秒钟，待芯棒的尾端也完全冷却后，翻转卸料装置的电机启动，旋转臂旋转，将冷却辊上的芯棒移到输出的运输辊道上。图62.4 方案的比较与选择方法一的优点：芯棒冷却的同时还不停的旋转，水温沿芯棒表面均匀分布,从而使芯棒沿纵向和周向冷却更加均匀，提高了冷却的质量，缩短了冷却的时间。缺点是芯棒在受到冷却的同时受到不同程度的磨损，辅助设备较多，投资大，占地面积大。 方案二的优点：与一相比，冷却速度快而且充分，系统当中减少

34、的移钢机；缺点：需要建一个大的冷却水池，用水比较多，水的循环和冷却还需要投资一些设备，增加了投资的成本，水温不易控制控制。芯棒升降时所需的电机的转矩较大，用电量也较多，不经济。在升降时芯棒所受的磨损比方案一还要大。方案三：冷却方便，减少了很多工序，只需在芯棒推出工作的运输过程当中就可晚成冷却。设备简单，占地少，投资少；缺点：芯棒从一端开始冷却，在长度方面温度分布不均匀，不均匀的冷却有时会使芯棒发生变形。综合三种方案的优缺点和实际的工作环境和场地，第一种方案比较好。首先保证了芯棒的冷却技术条件。其次符合节能减排的倡导，还为工厂节约了大量的资本和场地，提高了工厂的市场竞争力。以下设计及参数的选用均

35、围绕着方案一的设计而展开。第三章 电动机的选择确定3.1 设计任务书的参数（1） 芯棒规格 直径150mm,芯棒总长 17.5mm；芯棒材料 合金钢（2） 回转机构移送芯棒根数 1根（3） 回转机构动作周期 12.5s（4） 方案一的结构设计参数：圆盘的直径 1000mm。从动圆盘直径 800 mm。两圆盘的水平中心距离 l=563.5 mm。两圆盘的水平中心距离h=100mm。（5） 设计的重点和难点：重点：主传动系统设计；难点：回转机构的结构3.2 选择电动机类型和结构形式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，维护比较不方便，因此，如无特殊要求

36、都应选用交流电动机。交流电动机有一步电动机和 同步电动机两类。一步电动机有鼠笼型和绕线型两种，其中以普通鼠笼型异步电动机应用最多。我国新设计的Y型系列三相鼠笼异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电机，其结构简单工作可靠、价格低廉、维护方便【8】。根据生产机械的工艺性要求及负载（静负载活动负载）选择电动机的容量。在选择电动机容量时既要充分发挥额定容量，又要保证电动机温升在允许范围内，还要考虑适当的裕度（一般取10%左右，同步电动机不受此限制）电动机的容量选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小与工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动几价格高

37、，能力有不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较底，增加电能消耗，造成很大的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三种，即长期运行、短期运行和重复短时运行。本次的设计所用的电动机是长期运行运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需要的电动机工作功率,即，传动电动机的最大转矩大于生产机械的最大转矩（即负载途中的尖峰负载转矩），驱动电机的转矩大于生产机械的最大转矩，生产机械才能运转。只要所选电动机符合上述条件，在工作时就不会过热，通常可以不必校验发热和启动力矩。本系统的工作条件是长期变荷运行要求电动机转动惯量小和过载能

38、力大，应选用起重及冶金用异步电动机YZ型（笼型）或YAR型（绕线型）。3.3 工作机功率的计算3.3.1 工件的重力计算根据重力公式： （31）其中： g=9.8N/芯棒的质量： （32）其中： V 芯棒的体积 (m3)芯棒的密度 (g/ m3)D 芯棒的直径 (m)芯棒的长度 (m)查机械设计手册上册表可知【9】:合金钢的密度: =7.9g/ 所以芯棒的质量为： kg （33）由此可知芯棒的重力：G=23930 N （34）3.3.2 工作的受力分析芯棒在旋转圆盘上旋转主要是靠圆盘与芯棒之间的摩擦力工作的，姑且认为芯棒的重力完全作用到圆盘上。要使芯棒旋转，旋转圆盘上的圆周力应为: （35）其

39、中： - 芯棒与圆盘的摩擦系数查表2可知【9】： 0.3 所以圆周力为： （36）3.3.3 圆周速度的确定工作机按工作要求工作，可由公式（37）计算圆周速度【10】 （37）其中: 芯棒的角速度 （单位：rad/s）r 芯棒的半径由公式(4-13)确定芯棒的旋转角速度为： （38）所以可知芯棒的圆周速度： （39）式中：T 芯棒的旋转周期 (单位：s) 芯棒的半径 （单位m ）由设计任务书可知：T =0.4 sr=0.075 m所以 （3-10）3.4 电动机容量的计算与确定3.4.1 电动机容量计算（1）按工作的要求和条件选用三相笼型异步电动机,封闭式结构，电压380V，Y系列。（）选择电

40、动机的容量电动机所需要的功率按式（31）计算 (311)工作机所需要的功率按式（1）计算 （312）因此可根据公式（313）可计算需要电动机的功率为 ： （313）电动机到圆盘的总传动效率为： （314）式中： 传动的总效率 联轴器 轴承减速器的效率本次设计的方案中：联轴器共个，取.；轴承对,取.；减速器个，.。由此得知 （315）因为芯棒的圆周速度与圆盘的圆周速度相同，所以电动机带动工作机所需的最大功率是： （316）3.4.2 电动机的选择查表22-7 选择电动机是Y 系列 160 M 1-2。如图7所示【11】。图7 电动机电动机参数如表2所示。 表2额定功率（kw）满载时转速(r/mi

41、n)工作效率(%)质量（kg）11 97186.5 160电动机的安装尺寸如表3所示 表3输出轴直径mm输出轴长度mm键槽的宽度 mm 中心高mm3811014160第四章 减速器的选择4.1 减速器的分类减速器是应用原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。减速器的种类很多，用以满足机械传动的不同要求。根据传动类型，减速器可氛围齿轮、蜗杆、齿轮蜗杆和行星齿轮减速器；根据齿轮形状不同，减速器可分为圆柱、圆锥、圆锥圆柱齿轮减速器；根据传动的级树，减速器可分为单级、多级减速器；根据轴在空间的位置，减速器可分为卧式和立式减速器；根据传动的布置形式，减速器可分为展开试、分流式和同轴式减速器。单级圆柱齿轮

42、减速器的传动比在i8。轮齿可做成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度较低或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高或负荷较重的传动。箱体通常用于铸铁做成，有时采用焊接结构或铸钢件。轴承通常采用 滚动轴承，只在重型或特高速时，才采用滑动轴承。其他形式的减速器与此相同。两级圆柱齿轮减速器的 传动比范围是8i60。两级展开式圆柱齿轮的结构简单，但是齿轮相对于轴承的位置不对称，因此轴应设计得具有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩的输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形将能减弱轴在弯矩作用下产生的弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象【12】。当今硬齿面系列减速器已广泛使用。硬齿面减速器由于表面积减

43、小, 其热功率已经同机械功率一样作为设计和选择减速器的重要指标。对于Y系列减速器如何准确确定其热功率和如何根据具体情况校核热功率尤为重要,我们一般所说的减速器效率为其传递额定机械功率时的效率, 也可以定义为额定效率, 用表示。当减速器传递扭矩变化时,传动效率随之变化,变化曲线如图所示。从图中可以看出, 在扭矩很小时由于在其传动扭矩中空载功率占的比例相对很大, 所以效率很低。而达到额定一定比例扭矩以后,基本上与额定效率相等。4.2 减速器的选择与计算4.2.1 减速器传动比的初步确定由式（41）计算减速器的传动比 （41）其中： 为减速器的理论传动比为电机的额定转速 (r/min)为减速器的输出转速 (r/min)由式下可计算为减速器的输出转速 （42） （43）其中： 工作机的主轴旋转周期（s） 芯棒的直径 （mm）主动圆盘的直径 （mm）由此可知： s （44） （45）根据理论传动比实际的工作条件选择两级圆柱齿轮减速器。4.2.2 减速器承载能力的计算 【11】 （46）其中： 减速器的计算功率 （kw） 传动功率 (kw) 工况系数 查表139 1.5