机械毕业设计（论文）-无缝钢管生产线三辊导向装置Ⅱ的设计【全套图纸】.pdf

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：无缝钢管生产线三辊导向装 置的设计 学生姓名： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 2007-3 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） II 摘摘 要要 本次设计的题目是三辊导向装置。该设备处于穿孔机的后台工作段，对穿孔出来的钢 管起到导向和定心的作用，是穿孔机上一个重要的部件。主要要求定心的精度较高，以便以 后的加工。 具体功能如以下： 1.穿孔时抱紧顶杆，保证顶头位于轧机中心线。 2.起导向作用，使穿孔机穿出的荒管沿轧机线正常前进。 3.起定心作用，通过对荒管的良好导向作用，保证荒管良好的外径及壁厚公差。 4.使穿出的荒管与顶杆分离，并且将荒管从轧机线侧面拔离轧机线，进入下道工序。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 从它的的作用中可以看出穿孔是否能够轧出合格的钢管，与三辊导向装置有着极为重要 的关系，所以对三辊导向装置的设计也有一定的要求，根据这些基本要求，设计出一个合 格的三辊导向装置，以保证钢管的质量。 在本说明书中首先对钢管的生产工艺作了一个简单的介绍，接着对穿孔机的主要设备构 成及结构特点进行说明，然后是三辊导向装置的总体方案进行了初步选择，之后对一些重要 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） III 部件进行强度校核，最后对三辊导向装置的使用维护作了简单的介绍。 关键词：关键词：轧机钢管；穿孔机；轧辊；强度校核 Abstract The title of this design is the three rolls leading device 2. It is in working backstage of the boring machine, its usage is leading and fix center.it is a important parts for bore hole machine.It requests that fix center accuracy is higher in order to make later. Concrete function is: 1. It hotds close a pole to make pulling top locate rolling center line when weld pipe is bored. 2. Rise to leat to function, make the tubing thet boring macheine wear along normal headway in the line of the rolling system. 3. It makes weld pipe separate with pulling top and leave from rolling center line, then it enters the work preface of next way. 4. Its usage is locating center. It makes sure outside diameter of weld pipe and thick of wall,increase the quantity of the tubing. From its function, we can see a boring machine whether can a qualified steel pipe, equip to have the extremely close relation with three rollers direction eqepment,So also have certain request to the design thet three rollers direction eqepment,according to these basic requests,design a qualified of three rollers direction eqepment,according to guarantee the quantity of the steel pipe. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IV In this manual, first of all, Iintroduc that the production line of the steel pipe made a synopsis school to some important partses.The and makes a simple introduction to the whole usage and maintenance of bores hole machine. Key words:Hot rolling; Piercer;Roll;the pit in the strength school 目目 录录 摘要 . II Abstract . III 第一章 概述 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 研究背景 . 2 1.2 无缝钢管生产工艺简介 . 2 1.3 无缝钢管的生产方法 . 2 1.4 无缝钢管生产工艺流程图 . 3 1.5 钢管生产新技术的应用 . 4 1.6 三辊穿孔机概述 . 4 1.7 三辊穿孔机的结构简介 . 5 1.7.1 主转动装置 . 5 1.7.2 前台 . 6 1.7.3 工作机座 . 6 1.7.4 后台 . 7 第二章 总体方案设计 . 8 2.1 设计内容简介 . 8 2.2 确定方案 . 10 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） V 2.2.1 方案一 . 10 2.2.2 方案二 . 11 2.2.3 方案三 . 12 2.3 三辊导向装置的原理分析及位置确定 . 13 2.3.1 原理分析 . 14 2.3.2 位置以及尺寸的确定 . 14 第三章 部分零件设计 . 20 3.1 轴 . 20 3.1.1 轴的概述 . 20 3.1.2 轴的强度计算 . 26 3.2 杠杆 1 的计算 . 34 3.3 杠杆 2 的计算 . 35 3.3.1 对杠杆 2 进行受力分析 . 35 3.3.2 截面校核 . 36 3.4 支撑杠杆 2 的轴计算 . 37 3.4.1 计算各点的支反力 . 38 3.4.2 分析危险截面 . 38 3.4.3 确定轴颈 . 38 3.5 对辊子数控加工 . 39 3.6 滚动轴承 . 41 3.6.1 滚动轴承的组成 . 41 3.6.2 滚动轴承的类型及特点 . 42 3.6.3 滚动轴承类型的选择 . 42 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） VI 3.6.4 滚动轴承的强度计算 . 42 第四章 穿孔机的使用和维修 . 45 4.1 穿孔机的使用 . 45 4.1.1 开车前的规定 . 45 4.1.2 动转中的规定 . 45 4.1.3 停车后的规定 . 46 4.1.4 严禁事项 . 46 4.2 穿孔机的维护 . 46 结束语 . 50 参考文献 . 51 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章第一章 概述概述 1.1 研究背景研究背景 目前，我国有各类热轧无缝钢管机组约 110 套，生产能力为 455460 万吨。同 10 年前相比，生产方式和机组构成已取得明显进展，具有较先进的工艺流程和装备的机组 生产能力已经达到 53%左右，它们是我国当前和今后生产具有国际竞争能力和高质量无 缝钢管的基础； 以冷加工方式生产成品无缝钢管的mm76自动轧管机组的生产能力已经 下降 9%，可以预见，它们所占的比例将会逐渐降低乃至被淘汰。因此，探讨无缝钢管 进一步现代化和发展趋向对我国无缝钢管的发展是有意义的。 我国经过 15 年尤其是将近 10 年得建设，一批具有世界领先水平的连轧管和 Accu Roll 等轧管机组陆续投产，极大地改变了我国热轧无缝钢管生产方式的构成。目前宝钢 的mm140机组、天津钢管的mm250机组衡阳钢管的mm89机组和包钢的mm180机 组，集中了当代连轧管这一领域新工艺、新技术之达成。这 4 套连轧管机组总生产能力 达 136 万吨，约占热轧无缝钢管总能力的 30%， ，担负着许多重要品种特别是技术含量高 的品种的生产，也是我国无缝钢管生产技术水平的主要标志之一。在这一期间我国还建 设了批 Accu Roll 轧管机组，目前这类机组的总生产能力达到 48 万吨，约占无缝钢管 总生产能力的 10.7%。此外还有 CPE 顶管机组等。相对而言，Accu Roll 轧管机组和 CPE 机组也可以被看作高产机组。优化机组构成的进展还在于在一批高效高水平的轧管机组 中引进了先进的张力减径机、定减径机和定径机，使热轧无缝管外径下限真正达到了 mm21， 这使我们看到逐步淘汰mm76以下轧管机组的可能性。 以包钢mm400自动轧 管机组为例，经过对穿孔机、定径机及水压试验机等工序的一期更新改造，使大规格钢 管的生产大为改观，增强了产品的竞争力，给包钢带来前所未有的希望。目前该机组产 品的一级频率已由 40%提高到 80%，产品规格已由 11 种增加到 124 种。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 1.2 无缝钢管生产工艺简介无缝钢管生产工艺简介 无缝钢管生产是包钢集团的一重要组成部分。其主要生产设备400 轧管机组和180 作业区。400 轧管机组可轧制219-426mm 无缝钢管，其中小机组扎制钢管的最 小直径为 60.3mm，大机组扎制钢管壁厚可小达 6-4.5mm 。常用壁厚尺寸有 8 ，9， 10 ，11 ，12mm 。而180 作业区主要是石油套管的生产。包括车轧，接箍等工作。 400 轧管机组工作原理及工艺流程：原料（坯料采用炼钢厂连铸原料，经轧钢厂扎制成 符合尺寸要求的坯料，经验收后，按长度要求切断） 环形加热炉加热 轧制车间 （穿孔机组轧制， 坯料在 2 穿孔机初轧） 77 穿孔机轧制使管壁厚度均匀 再 次加热 轧管机组扎制 （使管壁厚度更加均匀， 进一步让管壁变薄到达符合要求尺寸） 均整机组（有，号均整机组，使壁厚更加均匀） 步进式加热炉加热 二辊 定径机（由 7 架轧机组成能定位轧制219- 426 圆管） 三辊定径机（十二架 轧机组成， 由 Crarta 系统控制， 根据不同的外径选择不同的轧制架数， 直径为177.8mm - 426mm 钢管，第十一，第十二号轧机可轧制出方矩管） 冷床冷却 钢管矫 直 无损检测 切管机去头尾检查 水压包装入库 , 如是否油套管还需进行以下 流程 : 复检通径检查 车丝拧接水压喷印 API 标识 包装入库。 1.3 无缝钢管的生产方法无缝钢管的生产方法 无缝钢管的生产方法大致分为斜轧法（孟内斯曼法）和挤压法。前法事先用斜轧辊 将管坯穿孔，然后用轧机将其延伸。这种方法生产速度快，但对管坯的加工性要求较高， 主要适用于生产碳素钢和低合金钢管。后法则那是用穿孔机将管坯或钢锭穿孔，再用挤 压机挤压成钢管，这种方法比斜轧法效率低，适用于生产高强度合金钢管。斜轧法和挤 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 压法都必须先将管坯和钢锭加热，生产的钢管称为热轧管。用热加法生产的钢管有时候 可根据需要再进行冷加工。冷加工有两种方法：一种是冷拔法，就是将钢管通过拔管模 拉拔，使钢管逐渐变细、伸长；另一种方法是冷轧法，它是将孟内斯曼兄弟发明的热轧 机应用于冷加工中的方法。 无缝钢管的冷加工， 可以提高钢管的尺寸精度和加工光洁度， 改善材质的机械性能等。 1.4 无缝钢管生产工艺流程图无缝钢管生产工艺流程图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 1.5 钢管生产新技术的应用钢管生产新技术的应用 我国包头钢铁 1993 年与意大利 INNSE 公司签订合同， 引进五机架 MINIMPM 连轧管 机，机架的轧辊呈水平垂直布置，采用液压压下控制轧辊位置。采用 VIP 立式穿孔机 和 SMSRM 混合传动张力减径机。该轧机的产品直径范围为 62.3:244.5mm，年产 22 万 吨钢管，1996 年投产使用成功。 1.6 三辊穿孔机概述三辊穿孔机概述 三辊穿孔机并不是新方法，早在 1886 年建造的第二台试验穿孔机就是三辊穿孔机。 1900 年也是美国人发现过专利。由于当时工业水平低，二辊穿孔机已能满足使用， 因此，这种方法没有得到发展。随着工业水平的提高，二辊穿孔机意外满足不了对钢管 品种和质量所提出的要求，于是美、英、 、苏等过又相继对三辊穿孔机进行了研究。第一 台工业用三辊穿孔机于 1965 年在英国钢管投资公司投产的连轧管机组中也应用了一台 三辊穿孔机。 德国曼内斯曼米尔公司认为，三辊穿孔机虽比二辊穿孔机的效率高，但作用在顶 头上的负荷过大，因而不能穿孔薄壁荒管。 日本新日铁曾用蜡泥作为实验。 实验结果也表明三辊穿孔时管坯中心不产生拉应力， 作用在顶头上力过大。 三辊穿孔机的优点是：在穿孔过程中，坯料不受交变应力的作用，因此能大大减少 穿孔机时引起的钢管内表面折叠，能穿轧难变钢种（如奥式体钢）和连铸圆坯。这种穿 孔机的轧辊之间没有导板，因此没有变形金属与导板之间摩擦，减少轴向滑移提高穿孔 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 效率和减低电耗，提高荒管表面质量。据报道二辊穿孔效率一般为 0.8；三辊穿孔机效 率一般为 0.9。 三辊穿孔机的缺点是作用再顶头上的压力较大。据报道，作用在顶头上的单位压力 比二辊穿孔机大 20:25%。这样就要缩短顶头使用寿命，给穿轧薄而长的荒管带来困难。 另外，三辊穿孔机的结构比较复杂。这些都是其至今应用不多的主要原因。 1.7 三辊穿孔机的结构简介三辊穿孔机的结构简介 三辊穿孔机的三个轧辊绕轧机中心线互成 120配置。每个轧辊的轴线与轧制中心 线倾斜一角度，即送近角。穿孔时，三个轧辊构成一个孔型。轧辊轴安装在轴承座中， 其位置可以调整，以满足穿孔不同直径管坯时对“孔喉”尺寸的不同要求。 穿孔机由主传动装置、工作机座、前台和后台四部分组成。 1.7.1 主传动装置主传动装置 主传动装置包括：电机，齿轮联轴器，减速齿轮机座，主轴联杆装置，主轴支持装 置，摆动装置。 主传动装置的作用：是由电机带动减速机，经主轴联杆装置带动轧辊同方向转动。 齿轮联轴器用来将电机传来的扭矩传给减速机。减速机作用是将齿轮联轴器传来的扭矩 经减速增大后传给主轴联杆， 减速机是由一个主动小齿轮和一个被动大齿轮啮合组合成， 联杆的作用是：将齿轮联轴器传来的扭转力矩传给工作轧辊。主轴支持装置由液压缸驱 动，用于支持主轴联杆。 摆动装置由液压缸驱动，用于换辊时，主轴联杆和轧辊轴承箱的接手分离和啮合。 1.7.2 前台前台 穿孔机前台的主要作用是接受从环形炉来的管坯，使其顺利进入穿孔机，同时在紧 急事故下，剔除轧件。前台由缓冲装置、推料机、受料槽、入口导管、剔除台架组成。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 各个部分的作用为： (1) 缓冲装置由两个液压缸驱动的杠杆系统构成，每个液压缸带两个爪，用于管坯平稳 的翻到受料槽后者用于紧急事故下轧件的剔除。 (2) 受料槽和入口导管受料槽用于支撑和导向管坯进入穿孔，由液压缸锁紧到底座上。 入口导管用于导向管坯进入穿孔机，由液压缸锁紧到机架上。 (3) 推斜机由液压缸和推斜头组成， 二者之间由销轴连接， 液压缸带动推斜头往复运动。 1.7.3 工作机座工作机座 工作机座是穿孔机的主要工作部分，管坯在机座内进行轧制，变成毛管。工作机座 由机架、轧辊、轧辊箱、轧辊调整机构、转鼓调整机构、导板调整机构、三辊机内定心 辊等组成。 (1) 机架 机架由铸钢件组成，由于存放轧辊箱、导板、转鼓的调整、锁紧机构。 (2) 轧辊箱 轧辊箱由轧辊、带轴承的轴承座及箱体组成，用于安装轧辊以及轧辊的传动。 (3) 轧辊调整机构 穿孔机轧辊上下布置，各有一套调整机构。上、下调整机构各由一台液压马达驱动，经 过减速机带动丝杠实现轧辊的调整，并由液压缸锁紧。 (4) 转鼓角度的调整 通过上、下转速角度调整，可以得到要求的各种轧制角度（送进度） ，转鼓角度定由液 压马达驱动，经过减速机带动千斤顶完成，并且由液压缸侧面锁紧，液压缸与轧制线成 45，二者互成 90，通过液压缸使转鼓顶在千斤顶上来消除间隙。 (5) 三辊机内定心辊 位于机架内，毛管到达是打开，保证轧制开始时顶头和顶杆的最大刚性。不控制毛管仅 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 有两个位置，抱住顶杆和完全打开。一个液压缸组成的连杆机构来实现这个动作；机内 定心轴由两个液压缸与压块锁紧。 1.7.4 后台后台 (1) 后台 1段 定心辊：用于支撑杆，毛管导向，限制顶杆和毛管径向振动，保证穿出的毛管壁的 均匀性。共有 6 组，分布于后台 1段，两个液压缸组成的连杆机构使三个辊达到抱顶 杆和控制毛管导向。径向调整（开口度）由一套电机带动减速机经过 6 个千斤顶来实现。 (2) 后台 2段 顶头冷却箱：一个在线，两个离线，用于顶头冷，在线冷却箱可以左右打开，而离 线冷却箱可前后翻转。顶杆支持辊：中间一个，靠近冷却箱一个，高度调整：由电机传 动减速机带动千斤顶来完成，气缸组成的连杆来实现中间辊的升降。为了防止顶杆小车 撞击中间支持辊而损坏设备，有一套机械保险机构，该机构由齿轮箱、连接长轴、凸轮 （动力来源于卷筒）组成。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 第二章第二章 总体方案设计总体方案设计 2.1 设计内容简介设计内容简介 总体方案设计是在充分认识到所设计的题目的基础上，给所设计的内容一个可行的 而且最经济的一个方案，使设计达到绝对可靠性的基础上使其结构最优化。也就是说总 体方案设计必须满足几个原则： 1. 理论上是可行的。即从理论上说，该方案是可以实现的。 2. 经济上是可行的。即该方案要符合实际，一个设备的设计方案有许多种，必须选最经 济的一中来实现，只有这样才能具体实现的价值。 3. 必须有足够的可靠性。 一个好的设计必须是一个可靠的设计， 如果一个设备经常出现 故障，那么这样的设备即使再好，也不会被人们所接受。所以可靠性事产品设计的基础。 4. 性能最优化。也就是说，所设计出来的设备在保证其使用要求以及可靠性的基础上， 使其结构简单，使用方便。 遵循以上设计原则，才能设计出合理的、符合市场需求的产品。 本次设计的题目是三辊导向装置，该装置是无缝钢管穿孔机后台段的设备。 该三辊导向装置分布在两台穿孔机的后台，有 12 架三辊导向装置，其中 1穿孔机 5 架，2穿孔机 7 架，工作中有三个动作： 1.大小缸同时伸缩为抱紧； 2.小缸缩回为小开； 3.大缸缩回为大开； 1、2穿孔机后台 1 段包括：三辊导向装置、三辊导向装置、输出辊道、脱 管装置、拔料装置、三辊导向装置及连接底座。 穿孔机后台段的用途：它和穿孔机后台段组合在一起，与穿孔机紧密配合，共 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 同完成管坯的穿孔工序，具体的功能如下： 1. 穿孔时抱紧顶杆，保持顶头位于轧制中心线。 2. 起导向作用，使穿孔机穿出的荒管沿轧制线正常前进。 3. 起定心作用，通过对荒管的良好导向作用，保证荒管良好的外经及壁厚公差，提高 荒管的质量。 4. 使穿出的荒管与顶杆分离，并且将荒管从轧制线侧面拔离轧制线，进入下道工序。 5. 在换顶头时可以实现其自动快速更换。 三辊导向装置部分给定参数如下： 表 2-1 导向辊直径 320 蜗轮蜗杆降升机 导向辊长度 420 最大静负荷 300 KN 导向辊开口度 100 520 行程 370 液压缸活塞直径 140 速比 32 活塞杆直径 100 提升距离转 0.5 r 活塞行程 385 245 驱动方式 手动 数量 15 架，27 架 数量 12各一件 2.2 确定方案确定方案 设计方案中的传动方案一般用机构的简图表示。它反映运动和动力传递路线和各部 件的组成和连接关系。 合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，转速和运动形 式。此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等） ，满足工作可靠、结构简单、 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。要同时满足这些 要求是比较困难的， 因此要通过分析比较多种方案， 选择能保证重点要求的较好的方案。 该方案的选择确定主要是针对三辊导向装置的机构设计部分，下面做了三个方案来分别 分析每一个特点，最终选择可行的。 2.2.1 方案一方案一 采用单液压缸控制三辊的动作，来完成导向过程，结构简图见图 2-1。 图 2-1 总体方案一 这种方案的优点在于： 用一个液压缸来控制三个辊子的开合，结构简单。 但这种方案存在以下几个方面的问题： 1. 导向结束后取出荒管的过程也很难实现， 只有使三个辊的开口增大， 而增大它们开口 所导致的结果就是液压缸无法选择，以及导向辊运动范围过大，所占空间过大，导向辊 不能及时完成夹紧荒管，失去定心的目的。 2. 当穿好孔的钢管被拔出以后，也需要依靠位于三辊导向装置下端的两个辊子夹支撑， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 如采用一个液压缸控制三个辊子的开合，辊子的开口度在从小开到打开的一瞬间钢管失 去支撑，会掉到拔料装置上，从而造成冲击，一方面可能会影响钢管的表面质量，另一 方面因为冲击，有可能影响拔料装置的使用寿命。 3. 由于采用一个液压缸来控制三个辊子的开合， 那么所采用的液压缸就需要能够提供较 大的动力，所以液压泵的投入就会较大。 由于以上方案存在这样的问题，在综合以前的设计方案后，我设计了第三中方案。 2.2.2 方案二方案二 采用两个液压缸控制三个辊子的开合，用一个液压缸调整三个辊子的开口度，结构 简图如图 2-2。 图 2-2 总体方案二 这种方案的突出优点是调整精度高且便于实现自动控制。 但该方案控制较复杂且成本高， 由于液压缸存在泄漏问题，若采用液压缸来调整，需要采用压力传感器或位置传感器来 进行位置补偿。该三辊导向装置的主要作用是定心和导向，从经济性和该装置的作用方 法考虑，否定该方案。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 2.2.3 方案三方案三 采用两个液压缸控制三个辊子的开合，用一个蜗轮蜗杆调整三辊的开口度，结构简图见 2-3. 图 2-3 总体方案三 该方案设计的机构使用两个液压缸控制三辊的开合，其中一个液压缸控制下面两个 辊子同时加紧，而另一个是控制上面的那个辊子的单独开启，增大角度以方便荒管的顺 利取出。单独控制的上面辊子的液压缸与联动板固定在同一根轴上并成一定角度，可以 与联动板一起动作，这样在该液压杆在不取管的时候相当于拉板的功能，推拉杠杆，实 现三个辊子同时夹紧和松开的动作。可以通过蜗轮蜗杆调节控制联动板来调整三辊的开 口度，因为，开口度不需要经常调节，所以使用这种方式既能较精确的控制开口度，又 可以降低成本，且稳定性高。 方案二已经提到辊子开口度的难确定性。该结构的设计必须满足两个液压缸能够分 别来对辊子的开口度进行控制。由简图我们可以看出一个液压缸必须在导出荒管的同时 控制 2 个辊子支撑荒管，这样才可以实现比较高的定心精度。而在拔出荒管时，另一个 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 液压缸必须仅对上面的辊子进行控制，使它开大，保证荒管的顺利取出。 这里考虑到液压缸控制辊 2 单独动作的，可以同联动板同时动作，这样该液压缸在不取 管时相当于拉板的功能，控制杠杆，实现 3 个辊子的同时动作。 由以上的分析可以看出， 这种方案无论从理论上还是从经济角度来看， 都是可行的。 2.3 三辊导向装置的原理分析及位置确定三辊导向装置的原理分析及位置确定 为计算各连杆的尺寸，准确的确定该设备的运动情况，初步确定了最终方案的局部 尺寸，该方案的各种分尺寸如图 2-4.所示。 1、液压缸 2 2、液压缸 1 3、拉板 4、杠杆 2 5、辊子 6、杠杆 3 7、拉板 8、杠杆 1 9、联动板 图 2-4.三辊导向装置最终方案图 2.3.1 原理分析原理分析 由原理图可以看出液压缸 1 推动联动板， 联动板上接有拉板， 分别接杠杆 1、 杠杆 3。 杠杆 1 带动辊子 1， 杠杆 3 带动辊子 3， 液压缸 1 伸出时， 联动板延顺时针方向转动， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 控制辊子 1，拉板处于拉状态。控制辊子 3 的拉板处于推状态。此时，辊子 1、3 都处于 夹紧状态。 杠杆 2 与液压缸 2 直接连接，夹紧时液压缸 2 不工作，液压缸 2 与联动板固定在同 一根轴上成一定角度，液压缸 2 推动联动板夹紧，液压缸柱塞杆带动杠杆 2 使辊子 2 也 同时夹紧，实现 3 个辊子同时夹紧的运动过程。 拔管时，液压缸 1 先缩回带动联动板逆时针旋转，同时 3 个辊子在各自杠杆的作用 下，实现同时放松荒管。此时顶杆小车穿孔杆已收回，需要把管拔出来。此时液压缸 2 缩回，辊子 2 单独打开，留出较大的空间，使荒管顺利取出。 该方案的运动属于四连杆的摆动，拉杆 1、2、3 一端固定在连扳上，另一端联接 3 杠杆构成不闭合四连杆机构，必须保证辊 1 和辊 3 在同一圆上，辊 2 运动可独立于辊 1 和辊 3 的运动。 为了限制最大开口度，在联动板上设限位挡块，由限位板上的扳手调整限位挡块的 高度，从而达到控制开口度的目的。连杆机构设计的基本问题是根据给定机构形状确定 机构的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续性条件等。 这里先从轧制中心到连杆位置分析，再分析联动板角度。要满足预订的三辊再同一 圆上，这点主要是要满足辊 1 和辊 3 再同一圆上，要满足联杆与整个装置的位置互不干 涉问题。为了能够满足装置的使用要求，就需要联动板的摆角小。 2.3.2 位置以及尺寸的确定位置以及尺寸的确定 根据图 2-5.和所给的工艺参数，以 0 点为中心建立坐标系。初选尺寸计算中间开口度时 （即开口度为 310 时） ，连杆 aal、bbl、ccl 的长度。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 图 25 方案简图 1.求各点的坐标值 求 A、B、 O 的坐标 设 A 点 ： X 坐标为：1392.3-497.82=894.48 ，Y 坐标为：522+221=743 B 点上网坐标为： X 坐标为：1392.3+57=1449.3 ，Y 坐标为：-20 O 点的坐标为： X 坐标为：1392.3 ，Y 坐标为：522 虽然连杆 aal，时可伸缩液压缸，但当其他参数确定时aal的尺寸也是确定的。 （1）求三个辊子中心坐标 计算辊 1 中心坐标辊 1 中心坐标值为： X 坐标值 由于辊子 1 和轧制中心线的距离为： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 mm315 2 320310 = + 其中 310 为三辊的开口度，320 为辊子的直径。 而辊 1 与轧制中心线的夹角为 60， 所以 X 坐标值为： mm1120315sin60-3 .1392= o Y 坐标值为： mm5 .364315cos60-522= o 求辊 2 中心坐标值为： X 坐标值为：1392.3 Y 坐标值为：522+315=837 求辊 3 中心坐标值为： 辊 3 中心坐标值为： 由于三辊的夹角 120，所以辊 3 与轧制中心线所夹角 60。 而辊 3 与轧制中心的距离为 315 （计算辊 1 时已经计算出） 。 所以 X 坐标值为： mm5 .36460sin3153 .3192=+ o Y 坐标值为： mm5 .36460cos315522= o (3)求 cba、 的坐标值 首先在 、 a A 以及辊 2 中心构成的三角行中，采用余定理渴求的 a 与辊子中心的长度 1l o 102cos504802520480 222 1+=l mml3 .8861= 因为三个联杆的结构是一样的，所以 b 和 c 到辊 1 和辊 3 的长度 2l 、 3l 与 1l 是相等的，即 mmlll3 .866132= 。 a 的坐标 假设 a 的坐标为（x,y） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 通过对图 2-4 的分析： 以 a 与辊 2 中心的连线为斜线作一直角三角形，根据勾股定理得： 22 2 2 2 3 . 866)()(=+yyxx 即 222 3 .866)743()48.894(=+yx 以 a 与 A 点的连线为斜线作一直角三角形，根据勾股定理得： 222 520)()(=+AAyyxx 即 222 520)837() 3 .1392(=+yx 将以上两式联立进行求解，解出 a 的坐标。 由于上面两式求解较复杂，可以借助 Auto CAD 来求解。因为以上两式可以看成圆的 方程，而对以上两式联立求解可以看成是求两个圆的交点，通过 CAD 画出两个圆，查处 它们的交点，得到两个交点坐标值。通过这种方法较为准确地确定出 a 的坐标。它们分 别为： 43.590 1 = a x ， 85.1164 1 = a y ； 19.765 2 = a x ， 33.239 2 = a y 通过对图 2-4 的分析，可知第二租借不符合要求。 所以 a 的坐标值为（590.43,1164.85） b 的坐标 以 b 与辊 1 中心的连线为斜线作一直角三角形，根据勾股定理得： 22 1 2 1 3 . 866)()(=+yyxx 222 3 . 866) 5 . 364()1120(=+yx即 以 b 与 A 点的连线为斜线作直角三角形，根据勾股定理得： ()() 2 22 520=+ AA yyxx 即() 22 2 520)743(48.894=+yx 将以上两式联立进行求解，采用前面同样的方法，可解出 b 的坐标。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 43.1077 1 = b x，75.1229 1 = b y 32.379 2 = b x，80.813 2 = b y 通过对图 2-4 的分析，可知 b 的坐标值为（379.32,813.80） c 的坐标 以 c 与辊 3 中心的连线为斜线作一直角三角形，根据勾股定理得： 22 3 2 3 3 . 866)()(=+yyxx 即 222 3 . 866) 5 . 364()1665(=+yx 以 c 与 B 点的连线为斜线作一直角三角形，根据勾股定理得： 222 520)()(=+ BB yyxx 即 222 520)20() 3 . 1449(=+yx 将以上两式联立进行求解，采用前面同样的方法，可解出 c 的坐标。 07.936 1 = c x，62.103 1 = c y 17.1645 2 = c x，58.501 2 = c y 通过对图 2-4 的分析，可知 c 的坐标值为（936.07，-103.62） （4）求 a、b、c 的坐标值 a 点的坐标 X 坐标为：60.9373cos320= o Y 坐标为：30673sin300= o B 点的坐标 X 坐标为： 8 . 31113cos320= o Y 坐标为：7213sin320= o C 点的坐标 X 坐标为：60.9373cos320= o 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 Y 坐标为：30673sin300= o 2.连杆 aal、 bbl、ccl的长度。 以a a 为斜边作一直角三角形，根据勾股定理可算出 aal的长度为： 22 )()(aaaaaayyxxl= 22 )30685.1164() 6 . 9343.590(= mm96.1097= 以b b 为斜边作一直角三角形，根据勾股定理可算出bbl的长度为： 22 )()(bbbbyyxxlbb= 22 )7280.813() 8 . 31132.379(= mm87.744= 以c c 为斜边作一直角三角形，根据勾股定理可算出ccl的长度为： 22 )()(ccccyyxxlcc= 22 )30662.103() 6 . 9307.936(= mm77.936= 由此就可能确定三个杆的长度，从而将整个机构的尺寸及结构确定下来。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 第三章第三章 部分零件设计部分零件设计 零件的可靠性是机械设计产品的首要因素，而对零件的强度校核是保证可靠性地一 个十分重要的环节。通过理论计算，就能够很直观地反映出产品是否可靠，是否能满足 使用要求。 3.1 轴轴 3.1.1 轴的概述轴的概述 （一）轴的设计特点及其设计步骤 轴是用高强度的耐热合金锻造后冷加工而成。由于多级汽轮机的转子较长，沿轴向 各处受力不同，为使轴各截面的强度一致，所以它各处的直径不同，成台阶形状。转子 支撑在轴承上，中间受力最大，因而此处直径较大。根据受力大小的不同来确定轴的直 径优点是：等强度情况下金属材料消耗少，重量轻，轴颈较小，轴承润滑油耗油量少。 轴是组成机械的重要零件。它支撑着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴 承和机架联接。所以轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成一个以轴为基准的组合体 轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零部件的整体结 构密切联系起来。 轴的弯曲可以分为两种：永久性弯曲和临时性弯曲变形。当轴受到外力（机械力或 温差热应力）或由于材料组织不均匀，在温度变化时形成的组织应力（内应力）使轴弯 曲时，若其应力小于弹性极限，那么当这些应力消失后，弯曲变形也随之消失，这种弯 曲称之为临时性弯曲变形 （或弹性变形） 。 如果受到的应力超过材料极限， 当外力消失后， 轴不能恢复到原来的状态，产生了塑性变形，这种弯曲称之为永久性弯曲变形。临时性 弯曲变形在汽轮机整个运行中都从在，在大部分情况下不会影响正常运行，但个别情况 下是不允许发生的。例如：汽轮机在升温过程中弯曲值也增加，而温度降低又消失，而 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 且每次加热和冷却都发生同样的过程。 这种情况是由于轴锻造时材料组织不均匀造成的， 如热处理后仍不见效，这种轴是无法使用，如果在制造厂进行过热跑实验，这种情况在 电厂是不会出现的。永久性弯曲影响汽轮机的正常使用，机组发生振动，必须进行校直， 用别方法难以消除。 轴设计的特点是：在轴系零部件的具体结构为确定之前，轴上力的作用点和支点间 的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中，必须把轴 的强度计算和轴系零部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。 通常轴设计的程序是： 1. 根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布置和装配方案； 2. 选择轴的合适材料； 3. 初步估算轴的轴径； 4. 进行轴系零部件的结构设计； 5. 进行强度计算； 6. 进行刚度计算； 7. 校核键的联接强度； 8. 验算轴承； 9. 根据计算结果修改设计； 10. 绘制轴的零件工作图： 对于一些不太重要的轴，上述程序中的某些内容可以省略。 （二）轴的常用材料 轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素： 1.轴的强度、刚度及耐磨性要求； 2.轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 轴的材料来源和经济性等。 轴的常用材料是碳钢和合金钢。 碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能， 加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为 0.250.5%的中碳钢。尤其 是 45 号钢，对于不重要或受力比较小的轴也可用 Q235A 等普通碳素钢。 合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵， 多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金钢，经渗碳处 理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl 等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在 高温、高速和重载条件下工作的轴。 值得注意的是：由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，因此当其他条件 相同时，如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。低碳钢和低碳合金钢经渗 碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韧性要求较高或转速较高的轴。球磨铸铁和高强度铸 铁因其具有良好的工艺性，不需要锻压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年 来被