论文Φ140轧管机传动系统设计.doc

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1、目 录1绪论21.1轧辊调整装置的用途21.2轧辊调整装置的类型21.3 轧管机上压下装置的分类和特点31.3.1电动压下装置31.3.2手动压下装置41.3.3双压下装置41.3.4全液压压下装置61.4电动压下装置经常发生的事故及解决措施71.4.1压下螺丝的阻塞事故71.4.2压下螺丝的自动旋松72快速电动压下装置的方案选择与评述83计算轧制力104 电机容量的选择215 压下螺丝与螺母的设计计算235.1压下螺丝的设计计算235.1.1压下螺丝螺纹外径确定235.1.2压下螺丝的强度校核245.1.3压下螺丝的尾部形状设计255.2压下螺母的结构尺寸设计256 齿轮设计计算267 主要

2、零件的强度校核337.1 圆锥齿轮轴的强度校核337.2轴承使用寿命的校核368 润滑方法的选择399 试车方法4010 设备可靠性与经济评价4110.1机械设备的有效度4110.2投资回收期41总结43致谢44参考文献451绪论轧管机在轧钢生产中的作用是开坯，随着连铸技术的发展，轧管机的作用随之下降，但轧管机不能被淘汰，轧制某些特殊用途的钢材，由于连铸坯有缺陷，故必须采用模铸，轧管机开坯。1.1轧管机调整装置的用途轧管机调整装置是轧钢机中关键机构之一,其结构的好坏，直接关系着轧件的产量的高低与质量的好坏。轧管机轧辊的调整一般均包括径向和轴向两个方向的调整,径向调整是轧钢机中必不可缺的调整。轧

3、辊通过两个方向的调整后,可以保证轧辊间的相互位置的正确性,按规定完成道次的压下量,还能在一定程度上来补偿其轧辊辊身与轴径的允许磨损量,同时又能调整轧辊与辊道水平面的相互位置，而且在连轧管机上，还能调整机座间轧辊的相互正确位置,从而保证轧制的直线性，使得轧制顺利进行。1.2轧管机调整装置的类型轧管机调整装置按用途大致分为径向与轴向两大类调整装置。其轴向调整装置仅用于型钢、线材轧管机上,以微调的方法来保证两个轧辊间组成正确的孔型位置,以及补偿轧辊瓦缘的允许磨损量。而在各类型的板带轧管机上只有轧辊的轴向固定装置。径向调整按其轧辊移动方向大致分为压下(也包括压上)机构和侧压进机构。在常见的纵轧管机座中

4、均可看到压下机构,而侧压进机构仅用于斜轧管机和立辊的调整机构中。根据各类轧管机的工艺要求，调整装置可分为：上辊调整装置、下辊调整装置、中辊调整装置、立辊调整装置和特殊轧管机的调整装置。上辊调整装置也称压下装置，它的用途最广。安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧管机上。压下机构按轧钢机的类型、轧件的轧制精度要求,以及生产率高低要求又可分为:手动、电动、电-液及全液压压下机构。手动压下机构一般多用于不经常进行调节的、轧制精度要求不太严格的,以及轧制精度要求不高的中、小型型钢、线材和小型热轧板带轧管机上,通常这些轧管机是在轧辊相互位置不变的情况下进行工作的。电动压下机构主要用于压下螺丝的移动速度超过

5、10.2mm/s的轧管机、板带轧管机及中厚板轧管机上,以及移动速度小于10.2mm/s的薄板带轧管机上。前者是出于生产率的要求,而后者是由于压下精度的要求。1.3 轧管机上压下装置的分类和特点1.3.1电动压下装置电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。按轧辊调整的距离、速度及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。快速电动压下装置一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧管机上,如轧管机、板坯轧管机、中厚板轧管机及万能轧管机上。在这些类型的轧管机上由于上辊的调整距离大、压下十分频繁,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率，所以采用快速电动压下装置是必要的

6、。 常采用的快速电动压下装置有两种类型：一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。两个压下螺丝是由两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。因此采用这种传动系统启动迅速、传动效率高、造价低,但存在着加大了机座的总高度,增加了厂房高度基本建设投资等缺点。另外为了实现压下螺丝的单独调整,中间介轮可以由液压缸控制,使其与压下螺丝啮合或脱离。其结构简图如图12所示。 1制动器 2-立式电动机 3减速机 4压下螺母 5压下螺丝 6离合器图1.1立式电机圆柱齿轮传动的电动压下装置另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机构来带动两个压下螺丝，通过离

7、合可以实现压下螺丝的单独调整。轧辊开度指示器的传动系统中还装有差动机构,它可以由小电动机带动实现调整作业。这种快速电动压下装置的特点是：结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降,但传动效率低、造价高。因此多用在一些压下要求速度不高的轧管机上。2 慢速电动压下装置 这种调整装置多用于上辊调节距离在100200毫米以下，调节速度小于10.2mm/s，但调节精度要求高的薄板、带材轧管机上。在这种压下机构中，由于传速比i要求很大（最大可以达到i=15002000）,同时又要求能带钢压下。因此，压下装置的设计是比较复杂的。1.3.2手动压下装置这种压下装置结构简单、造价低,但工人的劳动条件差、强度大,因此

8、常用在生产效率低的轧管机上。1.3.3双压下装置为了控制板厚偏差在规定的范围内，在现代化的板、带材成品机座的压下装置中,分成了精调与粗调两个部分。其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的,.而精调装置是用来在轧制过程中随着板、带材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化,随时对辊缝进行微量调节校正的。一、电动双压下装置由于电动双压下装置的反应灵敏度差,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧管机上。在这种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的,因此传动系统的惯性力很大,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重,所以无法满足高精度的板厚公差要求。由于以上原因,目前很少采用这种板厚自

9、动调节系统。其简图如图12所示。1精调电动机 2粗调电动机图1.2 电动双压下装置简图二、电-液双压下调整装置第一种电动双压下调整装置,它的粗调为一般的电动压下机构,通过电动压下系统带动压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝.而精调通过液压缸推动齿条带动扇形齿轮,使压下螺母转动,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动,其结果只能使压下螺丝上下移动实现了辊缝的微调。第二种,电-液双压下机构,粗调为一般的电动压下机构,而精调是用液压缸直接代替了压下螺丝与螺母。通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与下轴承座之间。该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑,消除了机械惯性力,从而大大

10、缩短了调节信号滞后现象,减少了压下螺丝与螺母的磨损,提高了精度机构的效率。它的调节灵敏度比一般电动压下要快10倍以上。因此大大提高了板材的轧制精度,广泛的用在现代化的冷、热成品带钢轧管机上。电-液双压下装置与电动双压下装置相比有以下特点：结构紧凑,精调部分传动零件减少使传动惯性力下降，因此，调节讯号滞后现象减轻,而灵敏度增加。但仍保留着机械传动零件，所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响，使调整精度还不够高。1.3.4全液压压下装置所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构,其辊缝的调节均由液压缸来完成 。其系统示意图如图13所示。全液压压下装置的特点:(1)惯性力小、动作快、灵

11、敏度高,因此可以得到高精度的板带材,其厚度偏差可以控制到小于成品厚度1%,而且缩短了板带材的超差部分长度,提高了轧件成品率,节约了金属,提高了产品质量,并降低了成本。(2)结构紧凑,降低了机座的总体高度,减少了厂房投资，同时提高了传动效率。(3)采用液压系统可以使卡钢迅速脱开,有利于处理卡钢事故,避免了轧件对轧辊的刮伤。(4)可以实现轧辊快速提升,便于快速换辊,提高了轧管机的有效作业效率,增加了轧管机的产量。(5)压下系统复杂,工作条件要求高,有些元件制造困难、成本高、维护保养要求很严格以保证精度。 1电位器 2传给另一机架的迅号 3位移调节放大器 4放大器 5伺服阀6位移传感器 7测厚仪 8

12、测压仪 9力位移转换元件 10选择开关11压力传感器 12柱塞缸 13压力比较器 C调节系数装置图1.3 全液压压下系统示意图1.4电动压下装置经常发生的事故及解决措施1.4.1压下螺丝的阻塞事故由于轧管机、板坯轧管机和厚板轧管机的电动压下装置压下行程大、速度快、动作频繁，而且是不带钢压下，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故。这时上辊不能移动，电机无法启动，轧管机不能正常工作。为了处理堵塞事故，很多轧管机都专门设置了压下螺丝的回松机构。1.4.2压下螺丝的自动旋松压下螺丝的自动松问题主要发生在轧管机上，尤其是采用立式电动机压下

13、时，问题尤为严重，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。 目前防止压下螺丝自动旋松的主要办法是加大螺丝的摩擦力矩。这可以两方面入手，一是加大压下螺丝止推轴颈的直径，并且在球面垫上开孔。二是适当增加螺丝直径。2快速电动压下装置的方案选择与评述习惯上把不“带钢”的压下装置称为快速压下装置。这种装置多用在可逆热轧管机上，如轧管机、板坯轧管机、中厚板轧管机、连轧管机组的可逆式粗轧管机组等。按照传动的布置形式，快速电动压下装置有两种方案：一种是由台卧式电动机来驱动两个压下螺丝的升降，另一种是由两台立式电动机来驱动两个压下螺丝的升降。第一种方案采用卧式电动机，传动

14、轴与压下螺丝垂直交叉布置的形式，这种形式中常见的布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的特点是能够采用普通卧式电动机，机构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副后，传动效率显著提高，因此在压下速度不太快板坯轧管机上经常采用这种布置形式。如图2.1所示。1制动器 2电动机图2.1卧式电动机传动压下装置的配置方案第二种方案是采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平衡布置的形式，压下装置的两台立式电动机通过圆柱齿轮减速机来传动压下螺丝，这种布置形式可使每个压下螺丝单独调整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。因为1150轧管机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用第二种方案。1电动机

15、 2小惰轮 3大惰轮图2.2 立式电机传动压下装置的配置方案 在毕业设计中，本人对压下系统中的指针传递装置进行了改进，原结构中一端采用双列圆柱滚子轴承，另一端采用单列圆柱滚子轴承。其主要缺点是不能承受轴向力。经计算校核采用一对圆锥滚子轴承完全可以替代原方案，改进后的主要优点是：（1）可以承受一定的轴向力，从而保证了该装置工作的可靠性。（2）便于安装、拆卸，减轻了维修工作量，同时降低了成本。3计算轧制力1计算第一道次轧制力（1） 计算压下量 （3.1） （2） 计算接触弧水平投影长度 （3.2）（3） 计算轧制后轧件的平均高度 （3.3） （4） 计算外区应力状态的影响系数 （3.4） （5）

16、计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算 （3.5）（6） 计算相对压下量 （3.6） （3.7）（7） 计算平均变形程度 （3.8）其中 （8） 计算20#的变形阻力 （3.9） 查轧钢机械表2-1得20#变形阻力公式系数值 1） 变形温度影响系数 （3.10）2） 变形速度影响系数 （3.11）3） 变形程度影响系数 （3.12） （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力 （3.13）（10） 计算轧制力 （3.14）2计算第二道次轧制力（1） 计算压下量（2） 计算接触弧水平投影长度（3） 计算轧制后轧件的平均高度（4） 计算外区应力状态的影响系数 （5） 计算变形速度因为。所以采用

17、粘着理论计算（6） 计算相对压下量 （7） 计算平均变形程度 其中（8） 计算20#的变形阻力 查轧钢机械表2-1得20#变形阻力公式系数值 1） 变形温度影响系数2） 变形速度影响系数3） 变形程度影响系数 （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力（10） 计算轧制力 3计算第三道次轧制力（1） 计算压下量（2） 计算接触弧水平投影长度（3） 计算轧制后轧件的平均高度（4） 计算外区应力状态的影响系数 （5） 计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算（6） 计算相对压下量 （7） 计算平均变形程度 其中（8） 计算20#的变形阻力 查轧钢机械表2-1得20#变形阻力公式系数值 1） 变形

18、温度影响系数2）变形速度影响系数3）变形程度影响系数 （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力（10） 计算轧制力 4计算第四道次轧制力（1） 计算压下量（2） 计算接触弧水平投影长度（3） 计算轧制后轧件的平均高度（4） 计算外区应力状态的影响系数 （5） 计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算（6） 计算相对压下量 （7） 计算平均变形程度 其中（8） 计算20#的变形阻力 查轧钢机械表2-1得20#变形阻力公式系数值 1）变形温度影响系数2）变形速度影响系数3）变形程度影响系数 （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力（10） 计算轧制力 5计算第五道次轧制力（1） 计算压下

19、量（2） 计算接触弧水平投影长度（3） 计算轧制后轧件的平均高度（4） 计算外区应力状态的影响系数 （5） 计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算（6） 计算相对压下量 （7） 计算平均变形程度 其中 （8） 计算20#的变形阻力 查轧钢机械表2-1得20#变形阻力公式系数值 1） 变形温度影响系数2） 变形速度影响系数3） 变形程度影响系数 （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力（10） 计算轧制力 4 电机容量的选择1计算压下螺丝的转速 2计算被平衡部件总重量3对压下螺丝进行受力分析，如图4.1所示。 1压下螺丝 2压下螺母 3球面垫4.1压下螺丝受力平衡图4计算作用在一个压下螺丝

20、上的力 5计算止推轴承阻力矩 （4.1） =2926933.333N.m6计算螺纹摩擦阻力矩 （4.2） 式中螺纹上的摩擦角 螺纹升角 7计算转动压下螺丝所需的静力矩 8试选电机的型号为ZD141-2B，功率为200KW，基速为500r/min，高速为1200r/min。9计算所选电机的额定转矩 10对所选电机进行过载校核： 满足要求。5 压下螺丝与螺母的设计计算5.1压下螺丝的设计计算5.1.1压下螺丝螺纹外径确定1、预选螺纹外径及其它参数 由经验公式得查机械设计手册，预选。式中 -压下螺丝外径； -轧辊辊颈；螺纹螺距： 取螺距为。根据和可确定压下螺丝的中径和内径；5.1.2压下螺丝的强度校

21、核 （5.1）式中 -压下螺丝中实际计算应力，单位为； -压下螺丝所承受的轧制力，单位为； -压下螺丝螺纹内径，单位为； -压下螺丝许用应力，单位为； -压下螺丝材料强度极限，单位为； -压下螺丝的安全系数，；其中 5.1.3压下螺丝的尾部形状设计（1）本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。（2）压下螺丝端部形状选择 压下螺丝的端部选用凸形球面，因为球面垫采用青铜材料，青铜球面垫的主要特点是具有较好的抗压性能，采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块使用寿命，减少有色金属的消耗。5.2压下螺母的结构尺寸设计压下螺母的材料选为铸造无锡青铜，其许用挤压应。1、 压下螺母高度的确定

22、 （5.2）从而解得 （5.3）取 。式中 -螺纹受力面上的单位挤压应力，单位为； -轴颈上的最大压力，单位为； -压下螺母中的螺纹圈数； -压下螺丝的螺纹外径，单位为； -压下螺丝的螺纹内径，单位为； -压下螺母与螺丝的内径之差，单位为； -压下螺丝材料许用应力，单位为；2、 压下螺母外径的确定 （5.4）从而有 取。6 齿轮设计计算6.1选精度等级、材料及齿数（1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）选用7级精度（GB10095-88）。（3）材料选择：由表选择小齿轮材料选用,硬度为；大齿轮材料为45钢,硬度为,硬度差为。（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数,取为80。（5）选取螺旋

23、角。初选螺旋角=8。6.2 按齿面接触强度设计 (6.1)（1）确定公式内的各计算数值试选Kt = 1.6。 由图选取区域系数。由图查得，则。由表选取齿宽系数。由表查得材料的弹性影响系数。由图按齿面硬面查得小齿轮接触疲劳强度极限,小齿轮接触疲劳强度极限。计算小齿轮传递的转矩 （6.2）= 9.55= 计算应力循环次数 （6.3） 查取弯曲疲劳寿命系数 由图查得，；计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1得： (6.4)许用接触应力 (6.5)（2） 计算计算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得： 计算圆周速度 (6.6)计算齿宽b及模数 (6.7) (6.8) (6.9)计算纵向重合度

24、(6.10)计算载荷系数K已知使用系数=1.75。根据v = 4.26m/s，7级精度，查得动载系数；由表查得的计算公式:故 （6.11）查得，。故载荷系数： (6.12)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 即： (6.13)计算模数 (6.14)6.3 按齿根弯曲强度设计即： (6.15)(1)确定计算参数1)计算载荷系数 (6.16)2)根据纵向重合度，由图查得螺旋角影响系数。3)计算当量齿数 (6.17) (6.18)4)查取齿形系数由表查得，；。5)查取应力校正系数由表查得，；。查取弯曲疲劳强度极限由图查得，小齿轮MPa；大齿轮MPa。由图10-18查得:弯曲疲劳极限寿命系数:

25、6)计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数,由式(10-12)得: (6.19) MPa MPa计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。(2) 设计计算,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由： ，取,则,取。6.4几何尺寸的计算(1) 计算中心距将中心距圆整为667mm。(2)按圆整后的中心距修正螺旋角 3007因值改变不多，故参数、等不必修正。(3)计算大、小齿轮分度圆直径 (4)计算齿轮宽度 圆整后取 ， 。7 主要零件的强度校核7.1 圆锥齿轮轴的强度校核1求圆锥齿轮轴上转矩和转速 2求作用在圆锥齿轮上的作用力 (7.1)

26、(7.2) (7.3) (7.4) (7.5) 3计算轴上的载荷并画出弯矩图和扭矩图 图7.1弯矩图和扭矩图4判断危险截面在截面处，虽然轴径略微小些，但在该截面所承受的弯矩很小，几乎为零，所以可以不对该截面进行强度校核。再截面处的直径与截面处的直径相同，但截面处承受的弯矩较小，所以可以不对此截面进行强度校核。经上述分析，只对截面处进行强度校核。5接弯扭合成应力校核轴的强度 (7.6) 该轴的材料为45钢调质处理，查机械设计表15-1得，因此，故安全。7.2轴承使用寿命的校核计划轴承两年换一次 Ln=236024=17280h1初选代号为30210、30209的圆锥滚子轴承2计算两轴承承受的径向

27、载荷 3计算轴承产生的派生轴向力查机械设计课程设计表4.6.3得代号为30209的圆锥滚子轴承的有关数据，得代号为30210的圆锥滚子轴承的有关数据为， (7.7)所以2轴承为紧轴承，1轴承为松轴承。4计算滚动轴承的当量为载荷1轴承查机械设计表13-5得径向动载荷系数轴向动载荷系数。2轴承查机械设计表13-5得径向动载荷系数轴向动载荷系数。 (7.8) 5计算滚动轴承的寿命 (7.9) 17280h,满足设计要求。总结紧张而又忙碌的毕业设计即将结束了。回顾这三个多月的毕业设计，真是有很大的收获，设计一开始搜集资料，认真分析140轧管机传动机械构造，然后进行设计计算，强度校核，画图，编写说明书。

28、每一步都不容易，在刘春丽老师耐心指导下，克服了一个又一个困难。终于圆满的完成了毕业设计。通过这次毕业设计，是对我所学课程的一次总结。本次设计涉及到机械制图，金属工艺学，理论力学，材料力学，公差，轧钢机械，机械原理和机械设计等。有的课程学的时间较长，已经忘了，有的课程当时学的不是太懂，但是通过这次设计，又重新掌握了这些知识。致谢在这次毕业设计中，我得到了李昌老师的耐心指导，使我能够顺利完成毕业设计。他们渊博的知识、严谨的治学作风使我受益匪浅。还有机设教研室全体老师的热心帮助。谨在此，表示我最衷心的谢意。参考文献1 王海文.轧钢机械设计M.北京:机械工业出版社,1983,78-100.2 采利柯夫

29、,AH.轧钢机的力参数计算理论M.北京:机械工业出版社,1965,12-56.3 濮良贵,纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2001,184-374.4 施东成.轧钢机械理论与结构设计M.北京:冶金工业出版社,1993,80-138.5 采利柯夫,AH,斯米尔诺夫,B.B.轧钢设备M.北京:机械工业出版社,1961,76-96.6 大连理工大学工程画教研室M.机械制图.北京:高等教育出版社,2003,12-290.7 陈作摸. 机械原理M.北京:高等教育出版社,292-366.8 莫雨松,李硕根.互换性与技术测量M.北京:中国计量出版社,2000,1-193.9Sims,R.B.Inst Mech Engr.1954,Vo1 165,No6.10Stone,M.D.ISE.1956,NO12,1953,NO2.11王廷博，轧钢生产，北京：冶金工业出版社，1981，80-122.