钢管轧管机主传动系统设计说明书.

1、辽宁科技大学本科生毕业设计第I页钢管轧管机主传动系统设计摘要在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，社会对钢铁轧 制品数量和质量的要求越来越高，钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起到举 足轻重的作用。轧管机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系统庞大， 它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动系统设计的重要性。本次设计的主要目的是进一步掌握轧管机主传动系统， 并对主其要部件进行设计和计算 校核。在查阅大量文献和了解相关知识，并且到鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂？219?159和PQF三条国内先进的生产线进行实习调研， 掌握现代轧管机的发展及设备结

2、构 特点状况后，确定了两台电机通过万向接轴直接带动工作辊工作的总体传动设计方案。通过对？159MPM 轧管机的主要力能参数的计算，合理选择电机，联轴器、减速器主 要零件以及万向联轴器和连接轴，并进行强度计算和校核。同时，确定润滑方式，并进 行经济性和环境保护的分析。关键词：轧管机;主传动系统；力能主要参数计算辽宁科技大学本科生毕业设计第II页Steel Pipe Tube Rolli ng-mill Master Drivi ngSystem Desig nAbstractIn modern society, output and quality of steel is a measure o

3、f national power of a state is important index, society for steel mill products quantity and quality of the increasingly high dema nd for iron and steel mill products, steel pipes used in the in dustrial product ion and the daily con struct ion play a decisive role in the. Tube rolli ng mill main dr

4、ive system is composed of mechanical, electrical and control of multiple parts, large system, its design quality directly affects the quality of the product, you can see the tube rolling mill main drive system of the importa nee of desig n. The main purpose of this desig n is to further un dersta nd

5、 the tube rolli ng mill main drive system, and its main components design and calculation. On literature review and un dersta nding of the releva nt kno wledge, and to the An sha n Iron And Steel Group Corporation of seamless steel pipe plant in219,159and PQF three domestic advaneed product ion line

6、 in practice research, to master moder n pipe mill developme nt and structural feature of the equipment after the state, identified the two motor through a universal joint shaft directly drives the work roll and the overall transmission design scheme. The white159MPM tube rolling machine main parame

7、ters of force and energy calculation, reas on able selecti on of motor, coupli ng, reducer main parts and uni versal joint and a connecting shaft, and the strength calculation and checking. By field practice grasp of the situation, determine the lubrication mode, and the economic and environmental p

8、rotection an alysis.Keyword : The tube rolling-mill;main Driving System;Power Parameter main calculated辽宁科技大学本科生毕业设计第IV页目录摘 要IAbstract 111绪论61.1选题背景及目的61.2钢管生产工艺及其在国民经济中的主要地位与作用 61.2.1钢管生产工艺61.2.2在国民经济中的主要地位与作用 11.3国内外轧管机械的发展状况 21.3.1穿孑L机的发展21.3.2轧管机的发展 31.3.3减径机的发展 41.3.5矫直机的发展 41.4课题的研究内容及方法 52总体方

9、案选择62.1设计的原始参数62.2方案的选择62.2.1总体思路的选择62.2.2车L管机主传动装置的类型73轧管机轧制力参数计算83.1轧机轧制力P的确定 83.2车L机轧制力矩的确定104电机的选择114. 1车L机主电动机功率计算 114.1.1轧机主电动机力矩计算 114.1.2轧机主电动机功率计算 124.2初选电动机134.3电动机校核 145主传动系统主要零部件的校核计算 155.1减速机的设计与校核计算 155.1.1齿轮的设计计算 155.1.2按齿根弯曲强度校核设计 185.1.3齿轮几何尺寸计算 195.2小齿轮轴的校核计算 205.2.1齿轮轴设计 205.2.2齿轮

10、轴上载荷计算 215.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度 235.2.4根据轴的安全系数校核轴 245.3 352056X2轴承寿命验算 265.3.1轴承简介265.3.2轴承所受载荷计算 265.3.3验算轴承寿命285.4 352060X2轴承寿命验算 285.4.1轴承所受载荷计算285.4.2验算轴承寿命305.5联轴器和键强度校核30辽宁科技大学本科生毕业设计第V页5.5.1联轴器的校核 305.5.2键的校核305.6万向接轴选择和校核325.6.1主要参数和系列尺寸的选择 325.6.2万向接轴的强度计算 326润滑及维护346.1润滑346.2维护366.2.1轧机主传动装置维

11、护 366.2.2在轧机维护中应用故障诊断技术 377经济分析及环境保护387.1经济分析387.2环境保护397.2.1 废水治理397.2.2固体废物处理和综合利用 407.2.3噪声处理 40结论40致谢41参考文献42辽宁科技大学本科生毕业设计第VI页1绪论1.1选题背景及目的短暂的大学生活即将结束，我们迎来了每个本科生都会经历的毕业设计，这是对我 们能否将理论知识化为实践能力的一次检测。学校学院领导、老师悉心为我们联系鞍山 钢铁集团公司的无缝钢管厂的相关负责人，才使我们有机会看到了自动轧管机、连轧管 机、三辊轧管机，并在现场工程师的带领下参观了？219、?159和？177PQF三条国

12、内先进的生产线，对整个轧管工艺流程和具体的设备有了一定的认识。在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，社会对钢铁轧 制品数量和质量的要求越来越高，钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起到举 足轻重的作用。轧管机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系统庞大， 它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动设计的重要性。本次 毕业设计的任务是通过所学的理论知识以及相关文献，设计一台钢管轧管机的主传动系 统，并在现有的条件下对设计的相关设备进行校核，以验证其符合设计要求。1.2钢管生产工艺及其在国民经济中的主要地位与作用 1.2.1钢管生产工艺无缝钢管的生

13、产在世界上已有一百多年的历史。首先是由德国曼内斯曼兄弟于1885年发明了斜轧穿孔工艺，从而开创了无缝钢管生产发展的历史。之后，他们继续不懈地 探索，寻求轧长、减薄穿孔厚壁毛管的方法，终于在1892年采用周期轧管工艺由实心坯轧出世界上第一支无缝钢管，完成了由实心管坯轧制无缝管的“曼内斯曼轧管工 艺”。随后，多种轧管工艺相继出现现代主要轧管工艺流程如图1.1所示。生产热轧无缝钢管的方法有很多，而生产方法的主要差别就是把空心毛管壁厚减薄 到接近成品尺寸的工序，也就是轧管工序，一般都是用轧管机的名称来给整套机组命名 的，比较常用的几种方法有：1. 周期式轧管法是使用穿孔后的毛管，在周期式轧管机上轧制钢

14、管的方法，能够生 辽宁科技大学本科生毕业设计第44页产大直径管材，轧机的的延伸系数很大，可以减少穿孔时的变形量，适合多品种小批量 的生产，也是周期式轧管法的特征。周期式轧管机是上下两个轧辊上均车有变面轧槽的 不可逆二辊压机，在轧机的前台没有夹持并且能够转动芯棒的送料机。2. 连续式的轧管机组，轧管前和轧管后的工艺环节跟自动轧管机组是基本上一样的， 连续式的轧管机组跟定径机的二辊轧机构成是相似的，把穿孔后的毛管套在长度与成品管相近的长芯棒上，靠轧辊的孔型和长芯棒的作用来减壁的，毛管从连续式轧管机轧出 以后，一定要与长芯棒之间有1毫米的空隙，因为孔形是椭圆的，而且轧机的配置还要 保证相邻的两架轧机

15、要呈90度交替的压缩轧件。3. 三辊式轧管机组与连续轧管机组的工艺流程是大体相同的，唯一的不同就是轧管工序，三辊式轧管机的轧辊布置，在垂直毛管中心线的平面内有三个互相间隔120度的轧辊，三个轧辊同向转动，芯棒和其周围对称位置的三个轧辊组成一个环形封闭孔型， 轧辊轴线和轧制线成两个倾斜角度，先把芯棒插入穿孔后的毛管中，然后送入轧机轧制，就是三辊式轧管机组的轧管过程，在轧制的时候，毛管和芯棒在三个轧辊作用下边旋转 边前进，呈螺旋运动，在这个时候毛管在轧辊和芯棒间受到压缩轧制，然后被加工成要 求尺寸的毛管。JbnA 一*史同存敖円丽.量 I刊援苗卜画图1.1现代主要轧管工艺流程1.2.2在国民经济中

16、的主要地位与作用钢管是一种多功能的经济断面钢料，它在国民经济各部门中的应用愈来愈广泛。钢 管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及添人气的钻探开采与输 送、锅炉的废水与蒸汽管道、一般的水煤气管道。在断面面积相同的条件下，钢管比圆 钢、方钢等的抗弯能力大，刚性好，其单位体积的重量轻，钢管是一种抗弯能力较强的 结构材料，所以钢管也可以作为结构管大量地用于机械制造业和建筑工业，如用于制作 房架、塔吊、钢管桩、各种车辆的机构加等。除此之外，钢管还作为中空的零件毛坯用 于制造滚动轴承、液压支柱、液压缸筒体、空心轴、花键套、螺母以及手表壳等，这既 节约金属又节省加工工时。最后，钢管又是国防

17、工业中的重要材料，如用于制造枪管、 炮筒及其他武器。随着航空、火箭、导弹、燕子能与宇宙空间技术等的发展，精密、薄 壁、高强度钢管的需求量迅速增长。1.3国内外轧管机械的发展状况19世纪初期石油的开发，两次世界大战期间舰船、锅炉、飞机的制造，第二次世 界大战后火电锅炉的制造，化学工业的发展以及石油天然气的钻采和运输等，都有力地推动着钢管工业在品种、产量和质量上的发展。我国第一批轧钢设备建于1896年，并于1907年在我国创建的第一个钢铁厂一汉阳 钢铁厂一投人生产，轧钢机是由蒸汽机驱动的设备。建国前，我国轧钢设备十分薄弱。 钢材的最高年产量只有68.6万吨,仅为当时生铁产量的38.1%。我国现有三

18、辊轧管机组10余台（套），进口机组和国产机组在数量上的比例为I: I。为提高产品质量、钢管成材率、生产效率和控制水平，各钢管企业均根据自身条件进行 了不同程度的自动化和现代化技术改造，其中最具代表性的是鞍山钢铁公司的219mm机组和衡阳华菱钢管（集团）有限公司的108mm机组，其中鞍钢新轧钢公司无缝钢管厂对 219mm自动轧管机组均整机锥形辊进行了新的设计，改进了均整机孔型，优化了均整 工艺。使均整机轧制过程更为可靠、轧制出口速度明显提高、进出口变形区的轧制力分 布更加均匀。1.3.1穿孔机的发展现在应用比较多的穿孔机有压力穿孔机、PPM推轧穿孔机、斜轧穿孔机；其中斜轧 穿孔机包括曼内斯曼穿孔

19、机、Stiefel穿孔机、Diescher穿孔机和锥辊式穿孔机。压力穿 孔机和PPM推轧穿孔机采用的原料为连铸方坯。穿孔工艺首先要保证穿出的毛管壁厚 均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛管的内外表面要较光滑，不得有结疤、折 叠、裂纹等缺陷；第三是要有相应的穿孔速度和轧制周期，以适应整个机组的生产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。随着双支撑式锥形辊穿孔技术的逐渐成熟，近10年来国内外新建的连轧管机组几乎全部采用锥形 辊穿孔机，其他热乳管机组（如顶管机组、ACCIRoll机组等）也开始大量采用锥形辊穿孔机。锥形辊穿孔机的优点主要表现在：1. 乳辊直径向出口方向逐渐加大，与变形区内金属流

20、动速度逐渐增大相一致，减少了管坯的周 向切应力，减少了毛管内外表面缺陷和金属扭曲；2. 采用大的喂人角和辗轧角，增大了变形程 度，可使延伸系数髙达6,穿孔速度达 穿孔效率达90%扩径率达40%;3. 穿孔变形大，可减小后部轧管工序的轧件变形量。正是由于锥形辊穿孔机有上述突出优点，尽管 其设备重量及装机容量较常规二辊 穿孔机高20% 30%仍得到大多数新建机组的应用，并促使少机 架限动芯棒连乳管机 （MINI-MPM）得到大力发展，也使Assel轧管机、Accu Roll轧管机生产更薄更长的钢管 成为可能。穿孔工艺首先要保证穿出的毛管壁厚均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛 管的内外表面要较

21、光滑，不得有结疤、折叠、裂纹等缺陷；第三是要有相应的穿孔速度 和轧制周期，以适应整个机组的生产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。1.3.2轧管机的发展1990年以来，世界上新建无缝钢管生产机组主要为限动芯棒连乳管机（MPM）Accu Roll乳管机、CPE顶管机及新式Assel轧管机，其中限动芯 棒连轧管机组在数量 上最多，分布地域也更广，而其他型式的乳管机组则主要在发展中国家。另外，德国 KOCK公司开发出另一种型式的 紧凑式轧机。其特点是：轧管机采用新型四辊行星式轧管机（可轧出长达50m的荒管），其后紧凑布置张力减径机及回转式飞锯另外轧管机 轧出的荒管长度达50m,使得钢管经张力减

22、径机的端部增厚损失降至最小。目前，在世界上应用的轧管机有皮尔格轧管机、自动轧管机、CPE轧管机、新型三辊轧管机、Accu Roll轧管机、MPM轧管机和PQF轧管机。工业发达的国家，如美国、 苏联、西德等拥有大量的现代话热轧钢管设备，其中主要是自动轧管机和周期式轧管机， 生产钢管占世界热轧管产量的92%钢管增长率7.5%,它们生产的热轧管产量占世界钢 材产量的15流右。轧管机械设备向着大型、连续、高速和计算机控制，集成的方向发展。1.3.3减径机的发展减径机就是连续多机架无芯棒纵向轧制的机组。减径机按结构可分为2辊减径机和 3辊减径机。两辊减径机从目前国内现有结构特点上来讲，其结构较为简单，由

23、于其轧辊孔型为 单独加工而成，因此使上下辊孔型封闭不好，从而造成内孔多边形严重，由于金属滑移 大，造成产品纵向壁厚差大，但由于其结构简单，调整控制简单，因此设备投资很小， 适合生产较低品质无缝管用户进行投资。三辊单独可调式定径机（FQS）技术是在每个轧辊位置上各设1套液压压下装置，可 根据不同的条件对3个轧辊进行单独调整，以实现钢管外径的精确控制以及沿圆周上对 椭圆度进行的调整，还可沿钢管长度上进行在线动态压下调整，以消除因钢管沿长度方 向上的温度不均造成的外径偏差。该技术是意大利INNSE公司开发的，已成功应用于日本住友和歌山厂新建的 426mm连轧管机组中。总体来讲三辊减径机具有各方面的优

24、势， 是今后国内热轧线的发展趋势。1.3.4定径机的发展及新技术目前定径机一般有两种类型。 一种为多机架纵轧型，这种类型是通过37架孔型的 连续轧制，以达到定径的目的。另一种为单机架斜轧旋转定径，这种类型其减径量较小， 但精度高，主要用于中厚壁管轧制。采用该技术可以根据轧制钢管外径的变化，一定范围内对轧辊辊缝进行调整，另外 还可以根据 轧辊磨损情况，对辊缝进行调整补偿，以保证必要的钢管外径尺寸精度。三辊可调式机架的开发，可以大幅度地减少备用轧辊及机架的数量、减少乳辊消耗、提高设备利用率以及提高设备的灵活性。德国SMSMeer公司及KOCKS司均开发出各自的三辊同步可调式张力减径机 /定径 机。

25、其工作原理都是将轧辊轴装于偏心轴套之内，通过现场手动或远程电动控制3根偏心轴套同步旋转，带动轧辊辊缝同心调整。只是两者带动偏心套旋转的执机构有所不 同。该技术只能在空载条件下实现，即轧辊辊缝调整在轧制间隙时间内完成，不能进行 动态调整。1.3.5矫直机的发展矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产品的质量水平 20世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机，在20世纪30年代中期发明222型六辊式矫 直机，显著提高了管材矫直质量。后来在 20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的 矫直问题，美国萨顿公司研制成功 313型七辊式矫直机。我国改革开放以后接触到大量 的国外设计研制成果，有

26、小到 1.6mm金属丝矫直机和大到 600mm管材矫直机，有速 度达到300m/min的高速矫直机和精度达到 0.038mm/mm的高精度矫直机，同时也引进 许多先进的矫直设备。进入 90年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一 些新研制的矫直机获得了国家的发明专利，一些新成果获得了市、省及部级科技成果进 步奖，有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁转毂 式矫直机,平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。1.4课题的研究内容及方法此次设计内容是根据鞍山钢铁集团公司中无缝钢管厂的？159MPM限动芯棒五架连轧管机所选的课题，设计的主要内容

27、主传动系统。主传动系统包括减速机、联接轴、 联轴器等部件组成。这次所设计的主传动系统是由电机通过减速器传动轧辊的。设计的 内容有：传动总体方案的设计内容：1、计算？159MPM轧管机的力能参数。根据计算的参数选择合适的电机并校核。2、根据已有的数据选择合适的联轴器、对减速器主要零件的强度计算和校核及万向联轴的选择。3、根据以上的机构参数绘制1张总图、1张局部装配图、3张零件图。设计的方法：首先，进入鞍钢参观实习。在感官上认识这次所要设计的物体。我们到了鞍钢无缝 钢管厂。在那里我们通过参观和工程师的认真讲解，对设计的轧机主传动系统有了初步 的了解。熟悉了 ？159MPM轧管机的工作情况及主传动系

28、统的传动方式。然后，通过查阅材料选择最佳的传动方式。最后，选择最佳传动方案，计算轧制力 及轧制力矩，根据计算在手册上选择电机、联轴器、等部件并校核。完成图纸绘制及说 明书的编辑。2总体方案选择2.1设计的原始参数最大轧制力：400t轧辊转速：120r/mi n毛管最大出口速度：1.18m/s管坯最大直径：？280mm毛管壁厚：32.5mm喂入角：a =12o辗轧角：15o22方案的选择2.2.1总体思路的选择根据给定参数确定轧管机的轧制力基本参数，根据最大轧制力确定电机，校核电机合格后根据电动机的参数选择万向接轴和联轴器，校合其中的十字轴、轴叉及轴承。轧管机主传动装置的作用是将电机的运动和力矩

29、传递给轧辊。在很多轧钢机上，主 传动装置由减速器、齿轮座和联轴器等部件组成。某些板坯轧机及板带轧机，主传动是 由电动机直接传动轧辊的。轧钢机主传动装置各组成部分作用如下：(1) 减速机在轧管机中，减速机的作用是将电动机较高的转速变成轧辊所需要 的转速，这就可以在主传动装置中选用价格较低的高速电机。确定是否采用减速机的一 个重要条件，就是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与高速电机之间 的差价。一般来说，当轧辊转速小于 200250r/min时才采用减速机。但在可逆式轧钢 机上，即使轧辊转速小于 200250r/min时，也往往不采用减速机而采用低速电动机。 因为这样的传动系统易于可

30、逆运转。(2) 联接轴轧管机减速机、电动机的运动和力矩都是通过连接轴传递给轧辊的。 在横列式轧机上，一个工作机座的轧辊传动另一个工作机座的轧辊，也是通过连接轴传动的。轧钢机常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴等。确定连接 轴类型时，主要根据轧辊调整量和连接轴允许倾角等因素。连接轴倾角有时达到810 一般采用万向接轴。(3) 联轴器联轴器包括电动机连轴器和主连轴器。目前应用最广泛的连轴器是齿轮连轴器。2.2.2轧管机主传动装置的类型根据查找的资料，了解到现在常用的主传动装置类型有以下三种：1、由一台电动机驱动轧辊的轧管机如图 2.1所示。2、由两台电动机单独驱动一个轧辊的轧管机如

31、图2.2所示图2.2两台电动机单独驱动一个轧辊3、由一台电动机通过齿轮座驱动轧辊的轧管机如图2.3所示图2.3 一台电动机通过齿轮座驱动轧辊根据现场实习了解，可以选择本次设计的轧管机采用第二种方案。由两台电动机单独驱动一个轧辊，有减速器和无齿轮座，采用万向接轴传递运动和扭矩。3轧管机轧制力参数计算3.1轧机轧制力P的确定在轧管机上轧管时变形区长度上存在着减径和减壁压缩两个区，故决定作用力也必须求出。这是因为两个区域变形特点不同，那么单位压力也不同。按此要求，各区域中分别求出金属对轧辊的压力，然后相加则得总压力，10,5即:P = Pel Fl Pc2 F2（ 3.1）式中：Fl 减径区接触面积

32、的水平投影面积；F2 减壁区接触面积的水平投影面积；Pel 减径区的平均单位压力；Pe2 壁压区的平均单位压力；整个接触面积的水平投影由公式（3.2 ）决定。10,95(3.2)Di JD BF =a（1r iDmin12 Dm. v 2二 54062.88 mm2= 289(135), 360 一303.4512 000 2式中：a 水平投影的宽度，可近似地认为等于孔型,a=289 （如图3.1所示）；b 孔型高度，b=（ 1.03 L 1.07）a=1.05 289=303.45 mm2 ；Di 轧管名义直径;Dm i 孔型顶部的轧管直径;D。一一喂入轧辊中的毛管外型高度;图3.1轧辊尺寸

33、各部分关系由此公式只能算出一个近似值，因为实际的接触面积的形状是比较复杂的。用此公 式计算的数值较实际测定的数据小，特别是轧制薄壁管时的误差更大。原因在于这个公 式未考虑由于产生压扁变形而管子周边在变形区中发生的变化，一般轧制厚壁管时比实际数据小15% 20%，轧制薄壁时小 25% 40%。根据北京科技大学的校验。同样得出，较实际值小，但是在小型机组上轧制小尺寸钢管时误差不是很大，一般在10%主右，所以此公式可用。对于壁厚压轧区的接触面积水平投影，由公式（3.2 ）计算,10,96:F2 =（1.06L 1.1归鸟=1.08 289 138.11=28886.71 mm2（ 3.2）式中：L2

34、 减壁区的长度；减径区接触面积水平投影等，于10,96F1 = F - F2 =54062.88-28886.71 =25176.17 mm2减径区的平均单位压力，引用10,96式中：2S232 5pe1/.Kf0 =2.13 438.5370.97Mpae297P = Pd % = 936.96KNK f在轧制温度下金属的变形抗力K f =438.5Mpa ；De 减径区中毛管子的平均直径，De =287mm ；S 毛管壁厚；由于外区的影响平均单位压力增大系数，=2.13 ；减壁区单位压力P2使用a.n柴力柯夫曲线，由公式（3.3）(3.3)P2 = F2 Kf nf = 378Mpa轧制力

35、由公式 （3.1 ），可得：P = pc1 F1 + pc1 F2 = Pd，F| + B = 1311.96KN R = pc1F2 = 1311.96KN3.2轧机轧制力矩的确定由1知，作用在钢管连轧机任意机架的一个轧辊上合力矩是由减径区和减壁区轧 制力矩、前后张力或推力的力矩及作用在钢管和芯棒接触面上的轴向力矩叠加所组成 的，如图3.2、图3.3所示。图3.2变形区截面形状根据变形区几何关系:Io =Rmin sin a =1000 sin 12207.91mmOC 二 Rmin cos a =1000 cos12 = 978.15mm所以l2Rmin S0 2 - Rmin2 = 10

36、00 32.5 100 24.5138.31mm10-12 =207.91 T38.31 二 63.6mm牛ii仃图3.3变形区受力分析图(3.4)M = P l2+hLp2Q5HR5h2QD2 2) 2 2 2 2 2 2 2式中h、l2 分别为减径区和减壁区变形区长度， mm分别为前后张力或推力Q-钢管或芯棒接触面上的轴向力可用下面公式近似估算一个轧辊上的轧制力矩：M = R（L + 066 ）+ P2 0.65l2（3.5）其中：R减径区压力F2-减壁区压力M = R（l2 +0.65h ）5 0.6512 =309.821KN m4电机的选择4. 1轧机主电动机功率计算4.1.1轧机主

37、电动机力矩计算由2知，主电动机轴上的力矩由四部分组成，即：M z + M 门M D =i+ M f 2 * K kon M M don（ 4）吐 M f M kon 一 M donI 讪KM f2 =1U八式中：M D 主电动机力矩，KN-m；M z 轧辊上的轧制力矩，KN-m；M f附加摩擦力矩，即当轧制是由于轧制力作用在轧辊轴承、 传动机构及其它转M f1动件中的摩擦而产生的附加力矩，Mf M f2， KN-m；iMkon 空转力矩，即轧机空转时，由于各转动件的重量所产生的摩擦力矩及其它阻力矩，KNm；M don 动力矩，轧辊运转速度不均匀，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力 所产生的力

38、矩，KN- m；电动机至轧辊之间的传动效率；由文献3表4.2-9可查得：联轴器 联=0.990.995；万向接轴 万=0.97 ；滚动轴承承=0.98减速机减=0.95 ；i 电动机和轧辊之间的传动比，初选i =4代入计算得：z =联万3承 减=0.99 0.97 0.9830.95=0.8591309.821M f2 =(1)13.38KN m0.8584因为轧机匀速运动，所以 皿血=0 ； Mkon约为主电动机功率的5%309.821M D13.38 =94.91KN m4考虑到空转力矩的影响将 Md扩大5%得:M max 5% M D 5%94.91 =99.66 KN-m 4.1.2轧

39、机主电动机功率计算由3计算公式:二.R 二 2二nR 二二nD ,n =nDmaxerNd二 Mer ner-30(4.2)(4.3)(4.4)式中：Mer 额定静力矩，KN-m；M max 静负荷图上的最大力矩，KN-m；ner 电动机转速，r/min ;K电动机过载系数，由文献3知，可逆运转电动机K=2.53.0,取K=2.8。根 据设计要求，取i=4代入公式计算得：n 轧辊=120 r/min n电机=n轧管 i= 120x4=480r/minMer 二9966 = 35.59 KN-m2.8Nd二 35.59 45630= 2699.5KW4.2初选电动机车L管机用电机处于冲击、短时、

40、断续的生产工作状态。而且受电网容量的限制，一 般采用绕线型电动机。功率选择不可过大，也不可过小。如功率选的过大，不能充分利 用和发动电动机的效用，不但增加了设备的投资和运行费用，能耗增加，功率因数变坏, 造成很大的浪费。如果选择的功率较小，会使电动机超负载工作，长期运行会使电动机 过度发热，缩短电动机的寿命，甚至将其烧毁。同时也不能保证生产机械的正常运行。 由此可见对电机功率的选择尤为重要。根据上面的计算， Mr选择2台电机，电机参数如表4.1所示表4.1电机参数型号额定功率（kw）转速（r/min）最大转矩额定转矩YR7103-1214004801.8此种电机的安装尺寸如图4.1、表4.2所

41、示图4.1电机安装尺寸示意图表4.2电机安装尺寸机座号安装尺寸 Mounting Dimensions （ mm）frameABCDEtbrHE最大尺寸最下尺寸7101400180053020035014510.10.771056此种电机冷却方法为IC06 （见GB1993 ）。三相交流电机有再生回馈制动、反接制 动和能耗制动三种方式。它们的共同点是电动机的转矩M与转速n的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。根据制动的准确性，选用能耗 制动。此电机可由西安西玛电机厂购得。4.3电动机校核电动机（Motors）是通过消耗电能获得机械能的设备。在生产过程中，电动机的运

42、转情况的好坏，对整个制造生产进行有重要的意义，所以需要对电动机进行校核。1、最大转矩。Tmax =99.66KN m2、额定转矩M e=9.55xNerner9.55x1400480=27.9KW3 、过载校核2x Me=2x1.8x27.9=100.44KN m 99.66KN _m =Tmax故所选电机满足过载要求。5主传动系统主要零部件的校核计算本章主要对减速机内齿轮轴、齿轮轴承、键等零件进行设计计算和强度校核5.1减速机的设计与校核计算减速器是主传动系统的重要组成部分，结构简图如图5.1所示。5.1.1齿轮的设计计算已知减速机为一级传动，由上述计算，得i=4。1 选精度等级、材料及齿数

43、1）按图5.1所示的传动方案，选用斜齿圆柱轮传动；2） 材料选择。由文献6表14-1-122选择小齿轮的材料为40CrNi，调质处理，硬 度为255HBS，大齿轮的材料为40CrNi，正火处理，硬度 230HBS;3）选小齿轮齿数Z1 =25，惰轮Z2=uZ1=4X20=100；4）精度等级选7级精度；5） 选取螺旋角。初选螺旋角B =10。2.按齿面接触强度设计由文献4 ,1021计算，即:(4.2)1)确定公式内的各计算数值(1) 试选 Kt =1.6。(2) 计算小齿轮传递的转矩。55竺 5 52 1 4 00n4800. 939KN7m(3) 由文献4图10 30选取区域系数Zh =2

44、.46(4) 由文献4图 10 26 查得= 0.775， ； . 0.865，贝;2 = 1.64(5) 由文献4表10 7选取齿宽系数d =1，由表10 6查得材料的弹性影响系数 Ze i89.8MPa2(6) 由文献4图10 21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim =710MPa中齿轮的接触疲劳强度极限 bHlim=680 MPa(7) 由文献4，1013计算应力循环次。9N1 =60nJLh =60 480 124 365 8 =2.018 10N2 =2018 104 =5.045 108(8) 由文献4图1019查得接触疲劳寿命系数Khn1 =0.93; Khn2 =

45、0.97(9) 计算接触疲劳许用应力Lh L取失效概率为1%安全系数S=1，由式(10 21)得kH 1 = KHN1Hlm1 =0.93 汉 710 =660.3 MPaSfc1K HN2 J H lim 2S= 0.97 680 = 659.6 MPa660.3 659.62659.95MPa2)计算(1) 试计算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得:d1t -1. 6 3 5.x76 J 0123351 8_h8m1. 6 44 I 6 5 9. 9 5.(2) 计算圆周速度v。 d1tn 二 3 5 1. 7 84 8JDv8 8 4P601000 601000 s(3) 计算齿宽b及

46、模数mnt。b = dd1t=1351.783 5rtm Trfim叫= = 35178“ S13.86mm25h=2.25 gt =2.25 13.86 =31.19mmb h =3 5 1. 78 3 化 1 9 mmi. 2 8(4) 计算纵向重合度；:=0.3 1 gz1t a 乍 0.318 1 2 5 t=an101.401(5) 计算载荷系数K。已知使用系数Ka =1。根据v=8.84m/s，7级精度，由文献4图108查得动载系数K1.18 ；由文献4表10 4查得K h 一：的计算公式心：=1.12 0.18 d20.23 10；bh.12 0.18 120.23 10，351

47、.78 =1.38由文献4图1013查得K-1.35 ；由文献4表10 3查得Kh：.二Kf：. =1.1。故载荷系数K 二 KaK/Kh 伶=11.18 1. 1 1. 3 8 1(6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由文献3，10 10a得：4 二 d1t 3K Kt =351.78 3 1.79 1.6 =365.19 mm(7) 计算模数mmj,659cos14)3mm255.1.2按齿根弯曲强度校核设计由文献4，101732KTKCOS2 ： YFaYsamn -2tF 1(5.2)1) 确定计算参数(1)由文献4图10 20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；FE1 =600弯

48、曲疲劳强度极限-FE2 =580 MPa。(2) 由文献4图1018查得弯曲疲劳强度寿命系数 Kfn1 =0.92 ； Kfn2(3) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由文献3式(1012)得：；中齿轮的0.94。4f 2K FN1 FE1S0.92 6001.4= 394.29 MPaK FN 2；- FE2S0.94 5801.4= 389.43 MPa(4) 计算载荷系数。K =KAKvKf.K =11.18 1.1 1.35 = 1.75(5) 根据纵向重合度 L =1.121，由文献4图10 28查得螺旋角影响系数(6) 计算当量齿数。Zv1冬2426.17COSC

49、OS310Z2100Zv 233104.70COS - COS310(7) 查取齿形系数。由文献4表10 5用插值法计算得YFa1 =2.595 ； YFa2 =2.176Ysa1 =1.594 ； Ysa2 =1.794(8)计算中、小齿轮的YFaYSa量并加以比较YFa2匕2176 仃94 =0.01002389.43小齿轮的数值大。2）设计计算mnt yF535.厂1060.915cos21厂0.01049 =10.44 mm1 252 1.635对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，参考 表10-1取mn =15，已可满足弯曲强度。但为

50、了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算的分度圆直径d1=351.78mm来计算应有的齿数。于是由d1 xcosB 365.19xcos10乙23.97，mn15取 N =25，则 Z2 =uz, =4 25 =100，取勺=1005.1.3齿轮几何尺寸计算1）计算中心距a= Z1 z m- 25 100 15 =951.96mm 2cos P2 cos10将中心距圆整为a =975 mm。2）按圆整后的中心距修正螺旋角3)B值几乎无改变，故参数二,计算大、小齿轮的分度圆直径Ki , Zh不必修正。2 952narccos- 二_=10.0128=10 T 40”2a100 15Z2mnd

51、r 込380.8mm cos Pcos10.0128d2- n1523.2 mmcos ：COS10.01284)计算齿轮宽度b= d d 1 380. 8= 3 8m.n8 圆整后取 B| =390mm， B2 = 385mm5.2小齿轮轴的校核计算5.2.1齿轮轴设计已知齿轮轴的材料为40CrNi，调质处理，由文献4表15-1可查得，许用弯曲应力L-75 MPa,由4,15-3 得：d480此处又是与联轴器相配合，故最小直径加大6%,所以dmin =212mm,参考文献7，所以取轴最小处直径为250mm。初选联轴器型号为Gn CL14又由齿轮分度圆直径d =406.3 mm相差不大，故做成

52、齿轮轴。根据图5.2轴装配结构简图确定轴各段直径和长度 轴段I因为dmin =250mm参照SWC 315 W型参数，所以暂取d =250mm长度为330mm 轴段n轴肩1 H为定位轴肩，查参考文献4，定位轴肩高度h；= (0.070.1 ) d则 d =d +2h ；=( 1.021.05 ) d = ( 255262.5) mm暂取 d =260mm 暂取长度为 180mm 轴段川查参考文献8表7-408，选取滚动轴承 352056X2其内径为 280mm, d =280mm,合适。则d 7 =220mm这段长度为轴承宽度取186mm 轴段4此处为轴肩定位，取 d= (1.041.14 )

53、 d 3= (291.2319.2 ) mm 暂取 d310mm则d6310mm。因为关于齿轮对称，长度都取 46 mm 轴段5此段为齿轮部分，直径为380.8mm长度为390mm图5.2轴装配的结构图1, 5 滚动轴承；2 轴；3齿轮轴的轮齿段；4密封盖5.2.2齿轮轴上载荷计算1）计算输入轴上的扭矩T=Md 联承=35.70.990.98 =34.636106 N-mm2）求作用在齿轮上的力23 4.6 3 663 80.81081912N5Fr = FttaJL =181912.5tan20 67234.79 Ncos ：cos1.0128Fa=Ft tan 二 18 1912. 5 tarf0. 0128 N 321 17. 99圆周力Ft，径向力Fr及轴向力Fa的方向如图5.3。3）求轴上载荷首先根据轴的结构图,如图5.2作出轴的计算简图，如图5.3。根据轴承型号找出轴承的支撑点。因此，作出轴的支撑跨距L=390+186+46=622 mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，如图 5.3, b、c、d、e。垂直面：Ft 31167234.79 311Fnv2 =3