Φ170热轧无缝管穿孔机支持器设计

1、V辽宁科技大学本科生毕业设计 170热轧无缝管穿孔机支持器设计摘要无缝钢管在国民经济建设中具有重要作用，广泛应用于石油、钻探、军事、航天等领域。热轧无缝钢管产品质量与穿孔机密切相关，穿孔机性能好坏直接影响着热轧无缝钢管的质量和品种规格。穿孔机结构十分复杂，其中在钢管轧制过程中，上支持器与轧辊、下支持器构成了封闭的孔型，对钢管的质量起到关键作用。因此上支持器的设计就显得尤为重要。鉴于此，本论文首先阐述了穿孔机在热轧无缝钢管生产中的应用背景及其国内外发展现状，并结合上支持器在穿孔过程中的实际工况，考虑经济、效率的等相关因素，对穿孔机支持器进行了设计计算。本论文重点对穿孔机支持器进行了设计计算，具体

2、包括：电机容量的选择、蜗轮蜗杆的设计计算、轴承的选型与寿命计算等，最后，对设备的润滑、环保及经济可行性等进行了分析论述。关键词：无缝钢管；穿孔机；支持器；蜗轮蜗杆 170 support hot-rolled seamless puncher DesignAbstract Seamless steel pipe has an important role in the national economy, is widely used in petroleum, drilling, military, aerospace and other fields. Hot-rolled seamless

3、 steel pipe product quality is closely related to punching machine, punching machine performance directly affects the quality and variety of hot-rolled seamless steel pipe specifications. Perforator structure is very complex, in the steel during rolling, with the support rollers, with the support fo

4、rms the hole closed, the quality of steel to play a key role. Therefore, the support of the design is particularly important. In view of this, the paper first describes the background of the status quo puncher in the production of hot-rolled seamless application and development at home and abroad, c

5、ombined with the actual conditions on the support device during piercing, consider the relevant factors of economy, efficiency, etc. , native support for perforated design calculations were carried out. This paper focuses on the puncher support design calculations were carried out, including: motor

6、capacity selection, worm design calculations, selection and bearing life calculation, and finally, lubrication, environmental and economic feasibility of equipment, etc. analysis are discussed. Keywords: seamless; puncher; support device; Worm目录摘要Abstract1 绪论1  1.1  选题背景1 1.

7、2热轧无缝钢管国内外研究现状分析11.2.1热轧无缝钢管国外发展现状11.2.2热轧无缝钢管国内发展现状21.2.3热轧无缝钢管产品的发展方向42总体方案设计与选择52.1穿孔机支持器的作用52.2传动装置的选择52.3穿孔机支持器的改进73主电机的计算与选择83.1根据穿孔机支持器的工作特点定性选电机83.2确定电动机的同步转速83.3电机功率的计算83.4电机的选择94蜗轮蜗杆的计算104.1环面蜗杆传动104.2材料的选择104.3基本参数的确定104.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸124.5校核齿根弯曲疲劳强度134.6.验算效率135轴承的选取及寿命计算145.1根据工作条件选择轴

8、承的类型145.2选择轴承的型号155.3轴承的性能参数155.4 求两轴的计算轴向力165.5求两轴承受到的径向载荷175.6求轴承当量动载荷175.7计算轴承的寿命186蜗杆轴的设计196.1蜗杆轴类零件的功用与结构196.2选择轴的材料196.3按扭转强度估计轴径最小值206.4轴的结构设计207润滑方式的选择237.1润滑方法237.2润滑剂的种类237.3润滑方式的选择247.4蜗轮蜗杆传动的润滑247.5轴承的润滑258设备环保及经济性分析268.1环保经济性分析268.2材料经济性分析268.3设备可靠性分析268.4可靠度的计算268.5设备的平均寿命27结论28致谢29参考文

9、献30第 30 页辽宁科技大学本科生毕业设计1 绪论  1.1  选题背景 进入21世纪后，在材料工业的传统产业中，尽管陶瓷材料、有机塑料、复合材料等管材的发展在一定程度上取代了钢管，但钢管在石油、电力、化工、煤炭、建筑，机械、军工、航空航天方面的地位仍然是不可动摇的，管材仍然被公认为是21世纪一种主要的建筑与工程材料。21世纪，全球经济将持续增长，对钢管的需求量也将继续增长。增长的同时，钢管工业必须从“装备落后型”向“装备先进型”、“企业分散型”向“企业集中型”转变，如装备先进水平的轧管机组和兼并规模较小的钢管生产企业等。目前，虽然

10、我国已是钢管消费和生产大国，已成为钢管的净出口国，但在生产装备、产品品种、质量、成本、废弃资源利用以及环境保护上均较世界先进水平有较大差距。为进一步增强竞争力，必须尽快缩小上述差距，尽快使生产装备和工艺技术达到国际先进水平，使我国真正成为世界钢管生产强国。因此，中国钢管行业的发展战略，应该是以调整结构为中心，开发研究高档次专用管材为重点的发展战略。无缝钢管生产的实质是将实心的管坯或钢锭穿孔并轧制成空心断面的钢管，其基本工序为穿孔和轧管。 1.2热轧无缝钢管国内外研究现状分析 1.2.1热轧无缝钢管国外发展现状由于世界钢铁工业经过百余年的飞速发展，钢材的主要品种为板，管，型，丝，带等。各种比例是

11、相对稳定的，波动范围不是很大。其具体的比例主要依据各国的经济发展状况而定，一般来看热轧无缝管占总体钢材的比例为2.33.0，据统计全世界的热轧无缝管的设计能力为30003500万t，2005年实际生产能力为2700万t左右。整体热轧无缝管的2/3为本国自用，1/3通过国际贸易交流。按用途为33石油化工等行业用，28管线管，33结构用管，6冷拔扩管等。比例是平均水平，各国的经济发展不同，比例也不同。世界上几个生产消费无缝管的大国有前苏联600万t。德国200万t，日本250万t，意大利130万t，美国130万t，英国、法国、阿根廷等。出于行业扩张的要求，意大利，阿根廷，日本，德国，法国等几个国家

12、对世界热轧无缝管的竞争。在19世纪，人们就开始了无缝钢管生产的研究。美国生产无缝钢管的公司有十九家，设备生产能力超过25万吨的有八家。美国现有的无缝钢管轧机中，有自动轧管机组二十五套，连轧管机组五套，三辊轧管机九套，狄赛尔机组四套，挤压机组十套，大顶管机二套。美国生产的热轧钢管最小外径为12.7毫米，最大外径为660毫米。俄罗斯生产无缝钢管的工厂有十一家，现有三十七台无缝钢管机组，其中有周期轧管机组六套、自动轧管机组十六套、连轧管机组四套、三辊轧管机组三套、顶管机组一套和挤压机组七套。设备生产能力约为680万吨，生产的无缝钢管的直径范围为42530毫米。日本目前的钢管产量已接近1000万吨，超

13、过了美国，而居世界第二位。它拥有各种类型的无缝钢管轧机二十二台（包括1978年投产的一台400毫米自动轧管机组），其中自动轧管机六台，连轧管机三台，周期轧管机一台，三辊轧管机一台，顶管机三台，挤压机八台。日本现有设备可以生产的热轧无缝钢管的规格范围是外径211066毫米，冷拔管外径4500毫米，冷轧管外径495毫米。新日铁八幡厂于1977年新建了一套400自动轧管机组，在两台延伸机（穿孔机）前面设置了一台推轧穿孔机（PPM），可以用方坯做为原料。川崎知多厂 1978年新建了一套400自动轧管机组，在设计中欲留了增加推轧穿孔机的位置。日本无缝钢管的生产特点如下：（1）重视管坯质量，积极采用连铸坯

14、；（2）连轧管机和自动轧管机配合生产石油管；（3）积极采用新技术。 德国是一个钢铁工业比较发达的国家。其无缝钢管生产集中于八个公司，设备生产能力约310万吨，曼内斯曼钢管公司一家就拥有200万吨的生产能力，生产是比较集中的。德国现有各种无缝钢管轧机机组约三十三套，其中连轧管机组二套，自动轧管机组四套，周期轧管机组九套，顶管机组六套，三辊轧管机组四套，机械挤压机五台，卧式挤压机三台。这些机组大多是五十年代以前建的，六十年代以后主要建了两套连轧管机组和一套三辊轧管机组2。 1.2.2热轧无缝钢管国内发展现状 我国是生产无缝钢管较早的国家之一。1953年10月27日，中

15、国第一根无缝钢管在鞍山钢铁公司无缝钢管厂诞生，从此，中国告别了不能生产无缝钢管的历史，拥有了自己的无缝钢管。我国无缝钢管的生产从无到有、从小到大，已经走过了50多年的历程。2003年全国无缝钢管产量为699.5万t,出口56.3万t，进口53.1万t，成为世界上无缝钢管第一生产、消费大国和净出口国。目前，我国无缝钢管品种结构方面的矛盾已得到基本缓解，产品质量已基本上满足国内需求，产品无特色的“以冷代热”小直径无缝钢管生产方式及落后的生产机组正逐步被淘汰。已经拥有了世界上无缝钢管生产的各种典型机组。主要机组的装备水平、主要生产技术指标和主要品种（如油井管、轴承管和不锈钢管）的产量居世界领先水平，

16、我国的无缝钢管正在从生产大国走向强国。我国无缝钢管的生产企业呈现两大特点：一是以天津钢管有限责任公司、宝钢钢管分公司、包钢无缝钢管厂和连轧钢管厂、攀钢集团成都钢铁有限责任公司、衡阳华凌钢管有限公司以及鞍钢新钢铁公司等六大钢管生产企业为首的国有企业，主要以生产专用无缝钢管和中大直径无缝钢管为主，总产量超过了全国总产量的一半（2003年达到了362万t），生产水平和集中程度都比较高，它们是我国无缝钢管生产的主力军、国家队。二是近几年来民营无缝钢管生产企业异军突起，发展速度十分惊人，这些企业主要集中在江苏、浙江一带，大都以生产小直径无缝钢管和轴承钢、不锈钢无缝管为主，各厂的生产规模均不大，一般都在1

17、0万t以下，装备水平正在不断提高，机制十分灵活，生产成本较低，是我国无缝钢管生产的新生力量。这两支队伍相辅相成、并肩作战，推动了我国无缝钢管生产的快速发展。我国约有200套（台）轧管（或只有单独的穿孔机）机组，设计能力约500万t。其中有24家钢管厂的工艺设备比较完整配套，可直接热轧成品无缝钢管的轧管机组35套（台），设计能力约380万t。其中具有世界先进水平的轧管机组设计能力约250万t。由此可见，我国无缝钢管的生产装备水平参差不齐，先进机组的设计能力仅占一半，在热轧成品管机组中超过100万t产能的机组装备水平比较落后，近100万t的生产能力只能通过冷轧（拔）的方式生产成品管。20世纪80年

18、代以前，我国无缝钢管的产能较低，机组水平也比较落后。但从80年代末宝钢无缝引进140mm浮动芯棒连轧管机组开始，相继天津钢管引进了250mm限动芯棒连轧管机组，攀成钢引进了177mm精密轧管机组，大冶钢厂引进了mmAssel170三辊轧管机组，衡阳钢管引进了89mm半浮动芯棒连轧管机组，包钢无缝引进了180mm少机架限动芯棒连轧管机组以及鞍钢无缝引进了159mm限动芯棒连轧管机组等。这些机组均代表了当今世界无缝钢管的先进水平。近年，天津钢管又引进了168mm三辊式轧辊可调连轧管机组（半浮动芯棒的PQF），它是世界上第一台全面改进传统的二辊式限动芯棒连轧管机组的新型连轧管机组；攀成钢引进了340

19、mm连轧管机组；衡阳钢管引进了273mm连轧管机组。上述机组生产能力充分发挥后，产量将达到500万t。经过多次改造的攀成钢周期轧管机组和包钢无缝400mm自动轧管机组的装备水平和生产能力均居世界同类机组的前列。此外，独具特色的有江都诚德钢管厂的“巨龙”穿孔机（锥形轧辊中径18002200mm）为世界之最；南通特种钢厂从俄罗斯引进的450mm三辊冷轧管机及自制的10MN液压拉拔机为全国之最，该厂还建成了国产第一套连轧管机组（177 mm MINI-MPM）。建国50多年来，我国无缝钢管生产取得了长足进步，品种结构上的矛盾已得到基本缓解，但部分高端产品仍需进口小直径管材产能过剩

20、且质量参差不齐，特大直径管材质量有待进一步提高。人才培养、品种开发、工艺研究、装备国产化等工作是当务之急，淘汰落后机组、建立管坯供应基地势在必行，推动我国无缝钢管行业持续健康的发展。 1.2.3热轧无缝钢管产品的发展方向 提高精度 ， 稳定成分，钢管的化学成分要稳定，严格控制有害元素含量。尽量减少波动范围，包括性能指标的稳定。多品种、高钢级。除石油、电力用管外，主要发展汽车、制钢瓶、方矩管、钢管桩、地下和海洋特殊用管等。钢管的深加工。发展汽缸杆、液压杠杆、涂层管等。2总体方案设计与选择2.1穿孔机支持器的作用支持器主要丝杠、丝母、带挡边整体式镶嵌轴承、拉杠、液压缸等机构。支持器的主要作用是：(

21、1)支撑无缝钢管顺利穿孔，调节穿孔机的水平位置。(2)调整轧辊与轧道之间的相互位置，以保证轧线高度一致。电动机把转矩传给减速箱，通过三级减速，由联轴器连接蜗杆一轴端两套蜗轮蜗杆系统由中间的连接器相连，电动机工作时，把转矩传给蜗杆系统，蜗轮蜗杆通过键联接将转矩传给螺旋传动，螺纹传动带动丝杠，完成上支持器支撑穿孔。支持器是最常使用的无缝钢管穿孔机支撑装置。通常包括：电动机、蜗轮蜗杆、轴承、键联接、丝杠、螺杆、液压缸、联轴器等。其设计的内容即包括这些零部件的设计。其中，蜗轮蜗杆和轴承的设计计算与校核，是设计中较为重要的一项。螺丝一般由轴头、本体和尾部三个部分组成。头部与轧辊的轴承座接触，承受来自辊径

22、的压力和平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转时磨损使轧辊轴承具有自动调节能力，螺丝的端部一般都做成球形，并与球面铜垫接触形成止推轴承，螺丝止推端的全面有凸形和凹形两种，本次设计采用的是凸形球面，这种形状提高了铜垫的强度，增强了工作的可靠性。增大了球面止推轴径是为了增大端面的摩擦阻力矩，减小螺丝的损坏。螺丝的本体部分带有螺纹，它与螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。螺母的螺纹有锯齿形和梯形。本次设计采用的是锯齿形内螺纹，锯齿形螺纹一般用于轧制力较大的轧钢机上。螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。螺丝的尾部断面的形状主要有方形花键形和圆柱三种，本次设计采用的是圆住形与蜗轮蜗杆轴端相连接。

23、2.2传动装置的选择常用的传动类型有螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动以及蜗杆传动。1.螺旋传动螺旋传动是利用蜗杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。2.带传动带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮(主动带轮和从动带轮)和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。带传动具有以下优点，在近代机械中应用广泛。(1)因带具有弹性，能缓冲吸振，从而传动平稳，噪声小；(2)传动过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件的损坏；(3)带传动结构简单，装拆方便；(4)可用于中心距较大的传动

24、。3.链传动链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮(大链轮和小链轮)组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动在机械制造中广泛应用。4.齿轮传动齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形势很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。齿轮传动的主要特点有：(1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%；(2)结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小；(3)工作可靠，寿命长 设计制作正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的；(4)传动比稳定

25、传动比稳定往往是对传动性的基本要求。5.蜗杆传动蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为90°。这种传动由于具有以下特点，故应用颇为广泛。(1)当使用单头蜗杆时，蜗杆每旋转一周，蜗杆只转过一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比i=580；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑；(2)在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是持续不断的螺旋齿，它和蜗杆齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低；(3)当蜗

26、杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性；(4)蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。同时因为摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。本次设计选用链传动、蜗杆传动和螺旋传动，因为冶金行业工作条件较差，带传动容易发生磨损，降低其寿命，而链传动适用于条件恶劣的环境，且蜗杆传动结构较紧凑，且传动比较大。与减速器相连的是丝杠，需做直线方向上的运动，所以用螺旋传动将转动

27、转化为直线运动。2.3穿孔机支持器的改进穿孔机在使用过程中易出现支持器“卡死”的故障。经检查主要有两方面原因：一是调节丝杆受盐水、高温等恶劣环境条件影响，螺纹损坏较严重与铜螺母“卡死”；二是调节丝杆轴与蜗轮“卡死”，咬合成一个整体，不能进行轴向滑动。改进方案如下：(1)改变调节丝杆材质。原用材质为45钢，改用不锈钢，以提高其对恶劣环境的适应能力；(2)改变蜗轮材质。原用材质为铸铁，改用组合式蜗轮，使用铜齿圈以提高其使用寿命及性能；(3)改善调节丝杆与蜗轮内孔配合面的润滑状况。每次保养时，在蜗轮箱外侧空间内储满润滑脂，在调节丝杆的端部钻一长孔，至蜗轮滑动范围内分三点引出，经常补充锂基脂，降低调节

28、丝杆与蜗轮内孔配合面的摩擦阻力，防止“卡死”。3主电机的计算与选择3.1根据穿孔机支持器的工作特点定性选电机电动机分交流和直流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂且价格较高，维护不便等缺点，因此，无特殊要求不宜采用。 冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此满足条件时选择交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，我国新设计的Y系列三相异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，具有以下优点： 1.结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便； 2.适用于不易燃不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上； 3.启动性能好，适合于某些要求启动转矩较高的机械。 由于钢管穿孔机

29、属于一般冶金机械设备，对其主电机无特殊要求，它具有轻微冲击载荷，启动转矩较高，故选择交流异步电动机Y系列。3.2确定电动机的同步转速 容量相同类型的电动机有不同的转速系列，如Y系列大型三相异步电动机有五种同步转速，即1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min、375r/min，电动机只有在空载时才能达到同步转速，有负载时转速都低于同步转速。转速低的电动机的极对数多，转矩也大，因此，外廓尺寸及重量都较大，价格也相对较高。但也有其优点，它可以使传动装置总的传动比减小，使传动装置的体积、重量较小。高转速的电动机则相反。设计要求轧辊轧辊转速85120r/min，分析比较电

30、动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，选择同步转速为1000r/min的电动机。3.3电机功率的计算已知参数：管坯最大直径：180mm管坯最大长度：3600mm轧辊前进角：8轧件最大出口速试：0.592m/s传动总效率 由文献8,表4.2-9可知： =0.99；=0.99；=0.99；=0.8；=0.99=0.76电动机到轧辊之间传动装置的总效率最大轧制力矩：kNm轧辊转速: r/min电机功率：kW3.4电机的选择根据电机功率选用：Y112M-6 三相异步电动机根据实际需要，由文献8,表40-37可知，电动机功率及转速如下： kW n=940r/min 额定功率：2.2kW ，额定转

31、速： 940r/min表3.1电动机主要技术参数型号额定功率 kW额定电流 A同步转速 R/min效率 功率因数最大转矩Y112M-6 2.2 5.6 940 80.5 0.74 2.24蜗轮蜗杆的计算4.1环面蜗杆传动根据实际需要选用蜗轮蜗杆传动。与其他形式的蜗轮蜗杆传动相比较，环面蜗杆传动的特征是：蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面。这种传动的啮合带内，蜗轮的节圆位于蜗杆的节弧面上，即蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。在中间平面内，蜗杆和蜗轮都是直线齿廓。由于同时相啮合的齿对多，而且轮齿的接触线与蜗杆齿运动的方向近似于垂直，这就大大改善了轮齿受力情况和润滑油膜形成的条件，因而

32、承载能力约为阿基米德蜗杆传动的24倍，效率一般高达0.850.9；但它需要较高的制造和安装精度。4.2材料的选择考虑蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等。故蜗杆用42CrMo钢，因为需要效率高些，耐磨性好些，所以要求蜗杆螺旋齿面淬火、调质，硬度为241280HRS。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。为了节约有色金属，仅在齿圈处采用青铜制造，轮芯处用灰铸铁HT200制造。传动精度选用8级，标准侧隙。4.3基本参数的确定初选中心距已知：蜗杆输入功率:kW kW r/min 0 轴： Nm 1 轴：kW 总传动比：一电动机的满载转速，一工作机的转速。r/minNm求传动中心距:确定转矩

33、估取效率0.75则Nmm确定载荷系数确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配故MPa确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值从图11一15中可查得确定许用接触应力 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11一7中查=268MPa应力循环次数:寿命系数：则MPa计算中心距:mm取中心距=100mm因i=8故从表11一2中取模数m=5mm，蜗杆分度圆直径mm，这时从图11一18中可查接触系数因为,因此计算结果可用。4.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距: mm，直径系数；齿顶圆直径： mm ;齿根圆直径： mm;分度圆导程角: r=5°4238;蜗杆轴向齿厚:

34、 mm蜗轮蜗轮齿数:，变位系数; 验算传动比: ; 这时传动比误差 是允许的蜗轮分度圆直径：mm蜗轮喉圆直径： mm蜗轮齿根圆直径： mm蜗轮咽喉母圆半径：mm4.5校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数：根，.从圆11-19中可查得。齿形系数：螺旋角系数： 许用弯曲应力：从表11-8中查 MPa寿命数 ： MPaMPa弯曲强度是满足的4.6.验算效率 已知：r=5.71° ; fv与相对滑动速度Vs有关。m/s从表11-18中用插值法查的 代入式中得=0.59 大于原估计值 ，因此不用重算。5轴承的选取及寿命计算5.1根据工作条件选择轴承的类型 选择滚动轴承类型应考虑以下几点： （1）载荷

35、方向、大小和性质所有向心轴承均可承受径向载荷；所有推力轴承均可承受轴向载荷；同时承受径向、轴向载荷时可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承。轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用。一般滚子轴承的承载能力大于相同尺寸的球轴承，且承受冲击载荷能力强。 （2）转速一般轴承工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触球轴承和圆柱滚子轴承极限转速较高适用于高速运转场合。推力轴承极限转速较低。 （3）支承限位要求能承受双向轴向载荷的轴承，可以用作固定支承限制轴的两个方向的轴向位移；只能承受单方向限位支承；游动支承不限位，可选用内、外圈不可分的向心轴承在轴承座孔内游动，也可选用内、

36、外圈可分离的圆柱滚子轴承，其内、外圈可以相对游动。 （4）调心性能由于各种原因不能保证两个轴承座孔同轴度或轴的挠度较大时，应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承。圆柱滚子轴承和滚针轴承调心可能性很小。 （5）刚度要求一般滚子轴承的刚度大，球轴承的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。 （6）其他在径向空间受限制的场合可选用滚针轴承或滚针和保持架组件；对轴承振动、噪声有要求的场合，可选用低噪声深沟球轴承；此外在选用轴承类型时还应考虑经济性和市场供应情况等。由于该处轴承承受较大的径向载荷和轴向载荷，根据以上选用条件可选择单列圆锥滚子轴承。其具有能承受较大的径向载荷和

37、轴向载荷，刚性好，使用寿命长等优点。所以根据设计要求，采用单列圆锥滚子轴承，能够承受重载，刚性强，适合承受复合（径向与轴向）的载荷，在两个方向上都能轴向定位，带有一定的轴向游隙或一定的预载荷。5.2选择轴承的型号 与该轴承配合的轴的直接是：50mm, 轴承座直接是：90mm故可选择轴承的型号是：单列圆锥滚子轴承一30210，如下图所示：图5.1 单列圆锥滚子轴承5.3轴承的性能参数基本尺寸基本额定载荷极限转速 质量计算系数 轴承型号d D T (mm) Cr Cor (KN) 脂 油 （r/min）w (kg)e Y Yo 3021050 90 21.7573.2 92.0 4300 5300

38、 0.5290.42 1.4 0.8 5.4 求两轴的计算轴向力 对于圆锥滚子轴承，可得轴承派生轴向力 其中：Y=1.4 N N kWN/mmkWNmmNNNN式中： 、 一分别为蜗杆及蜗轮上的公称转矩。 、 一分别为蜗杆及蜗轮上的分度圆直径。由水平方向上的受力分析，得N5.5求两轴承受到的径向载荷由垂直方向上的受力分析，得 N NN N5.6求轴承当量动载荷式中：P一轴承所承受当量动载荷。 一载荷系数 X一径向动载荷系数 Y一轴向动载荷系数查文献，得 所选单列圆锥滚子轴承的代号为30210 C=92KN 温度系数计算系数 e=0.42 Y =1.4 Yo=0.8当则N5.7计算轴承的寿命式中

39、：一轴承寿命 n一轴的转速 一温度系数 C一基本额定动载荷 一指数，滚动轴承问因此 h满足要求。6蜗杆轴的设计 6.1蜗杆轴类零件的功用与结构蜗杆轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。根据功能和结构形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。如下图所示：图6.1 各类蜗杆轴 6.2选择轴的材料 选取

40、45Cr，调质处理，硬度HBS=230，强度极限Mpa屈服极限 Mpa，弯曲疲劳极限Mpa，剪切疲劳极限Mpa，对称循环变应力时的许用应力Mpa。 6.3按扭转强度估计轴径最小值 式中： 一扭转切应力，MPa; T一轴所受的扭矩，Nmm; 一轴的抗扭截面系数，; n一轴的转速，r/min; P一轴传递的功率，kW； d一计算截面处轴的直径，mm； 一许用扭转切应力，MPa；轴的直径：查表15-3，得 45Cr C值为：（11297） 故取：C=105；所以， mm取d=14 6.4轴的结构设计 按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=50mm，初选轴承型号为30210圆锥滚子轴承，采用蜗杆杆轴

41、结构，其中：齿根圆直径：mm分度圆直径：mm齿顶圆直径：mm长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的是安全的，轴的结构见图如下所示：图6.2 蜗杆轴实物图轴的载荷简图如下所示：图6.3 蜗杆轴载荷分析图7润滑方式的选择润滑是指在机件作相对运动的接触表面之间加入润滑介质，使其形成一层润滑膜，从而把直接接触的零部件的摩擦表面分隔开来，以减少摩擦和零部件磨损，达到延长机械设备的使用寿命及提高机械工作效率的目的。热带钢连轧机各设备经常在繁重的条件和恶劣的环境下工作。合理地进行润滑，对减少机件的磨损、延长轧机的使用寿命具有十分重要的

42、作用。润滑的作用是润滑工作表面，以减少磨损，提高效率和延长机件的寿命。在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可以防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。现代轧机都常采用自动化的干、稀油集中润滑系统，他是轧机的重要组成部分。一台热带刚连轧机，往往有上千个摩擦部件需要润滑，有专门布置在车间设备附近的地下室，将润滑油通过各种输油管道，集中供油到各摩擦部件。常用的润滑方式有两种：稀油润滑（矿物油润滑）；干油润滑（润滑脂润

43、滑）。7.1润滑方法常用的润滑方法有：手工加脂润滑、集中压力供脂润滑、手工加油润滑、滴油润滑、油杯油盘润滑、油绳油垫润滑、油浴飞溅润滑、油雾润滑、循环润滑。7.2润滑剂的种类凡能降低摩擦阻力的介质都可作为润滑材料，亦称为润滑剂。润滑剂可分为气体润滑剂、液体润滑剂、半固体润滑剂和固体润滑剂四种基本类型。如润滑脂、润滑油、固体润滑剂等。不同的润滑剂有不同的优缺点和各自的使用条件。 1.润滑脂润滑脂的特点是密封简单，不经常更换。它对减少高速电机自动装置及不易加油的设备的摩擦具有重大意义。润滑脂受温度的影响不大，对载荷性质、运动速度的变化等有较大的适用范围，且在垂直面上不易流失。其缺点是流动性差，导热

44、系数小，不能作循环润滑剂；另外，其摩擦阻力大，机械效率低。 2.润滑油润滑油容易流动，这一特性形成了润滑油的主要特点。润滑油易于进入支承的承载区，工作之后又易于排出机器之外，故它可以带走摩擦产生的热，起冷却作用，又能带走尘土、杂质，起清洁作用，但却污染环境，不能构成有效的密封以防止尘土等进入支承。 3.固体润滑剂固体润滑剂完全不流动，通常只用在一些特殊要求的场合。它的优点是：可用于高温、高压、高辐射、低温等恶劣的工作环境中。7.3润滑方式的选择7.3.1减速器的润滑减速器中啮合齿轮的润滑在通常情况下都采用池油润滑，即将齿轮按规定部分浸入油池中。当齿轮在传动时就会把润滑油带到啮合的齿面上起到润滑

45、的作用。同时，部分液体润滑油也将被甩到箱壁上，起到散热的作用。在此减速器中，由于受齿轮转速等条件的限制，该减速器的轴承和齿轮均采用喷油润滑的方式。 7.3.2联轴器的润滑此联轴器两端万向节十字包轴承采用人工干油润滑。运转初期每周注油一次，工作条件稳定后每两个月注油一次，其润滑油为2号工业锂基润滑脂。中间矩形花键副润滑在初装时应在花键部分涂抹足够的2号工业锂基润滑脂，正常运转时每季度注入相同润滑脂一次。7.4蜗轮蜗杆传动的润滑由于蜗杆传动滑动速度大、效率低、产生的热量大，如果润滑不当就会导致过度磨损、甚至产生胶合。为防止上述问题出现，如何保证蜗杆传动具有良好的润滑状态，就成为蜗杆传动设计时必须考

46、虑的一个至关重要的问题。润滑对于蜗杆传动来说，具有特别重要的意义。因为当蜗杆润滑不良时，其传动效率将显著降低，并且还会带来剧烈的磨损和产生齿间胶合破坏的危险，所以往往采用粘度大的矿物油对蜗杆传动进行良好的润滑，在润滑油中还常常加入添加剂，使其提高胶合能力。7.5轴承的润滑轴承的润滑对于轴承来说，具有很重要的意义，轴承中的润滑剂可以减少轴承在负荷下工作时，滚动表面之间产生的滑动摩擦。防止轴承零件表面尤其是工作面发生锈蚀。使因摩擦而产生的热能均匀地分布到轴承的各部分，并将其传出去。减少轴承工作时产生的噪音等。润滑脂的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，填装在轴承部件的空隙中可以防止灰尘及其它杂质侵入轴

47、承内，并且可以在较长的期间内部需更换，不易流失，容易密封，一次加脂后可以维持相当长的一段时间。对于那些不便于经常添加润滑剂的地方，或是那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说，这种润滑方式十分合适。但它只适用于较低的dn值。滚动轴承的装脂量一般以轴承内部空间内容积的为宜。润滑脂的主要性能指标为锥入度和滴点。当轴承的dn值大、载荷小时。应选锥入度较大的润滑脂；反之，应选用锥入度较小的润滑脂。此外，走成的工作温度应低于润滑脂的滴点，对矿物油润滑脂，应低于；对于合成润滑脂，应低。本设计选择的轴承是单列圆锥滚子轴承，根据参考文献3，表13-10查得其dn的值为。有此数据可得出结论，该轴承可选用润

48、滑脂来进行润滑。8设备环保及经济性分析8.1环保经济性分析上支持器，轴承，蜗轮蜗杆等设备的润滑系统必须满足设备要求，使机械运转性好，延长维修期，降低生产成本，同时密封性要好，减少润滑油的泄露，降低对环境的污染。转速较低或经常工作地摩擦面，常用干油润滑。干油润滑不能循环，因此消耗的油脂不能回收，但润滑设备比较简单。稀油润滑可以循环使用， 但需要复杂的设备。一般情况下，凡是用干油润滑已可满足要求的机械设备，可不用稀油润滑。以减少不必要的投资。8.2材料经济性分析由于穿孔机支持器是一种大型的设备，载荷大，工作时间长，环境比较恶劣， 因此其主要零件材料的各项力学性能，必须满足要求，在选择材料是必须考虑具体情况。由于螺丝受载荷较大，而且需要耐磨性，故采用45钢制造， 其钢种比较常用，而且比较经济，螺母平均承受巨大的轧制力，因此要选用高速度的无锡青铜ZQAL9-4， 提高其安全性；在传动方面，考虑蜗杆传动传递的功率不大，速度至上中等， 故蜗杆用42CrMo钢。与其他类型钢相比较耐磨性好些，齿面进行淬火、调质等热处理使其硬度增加，更提高耐磨性。蜗轮齿圈用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属膜铸造，轮