三辊定径机的设计毕业设计说明书

大学本科生毕业设计阐明书(毕业论文)题目：三辊定径机的设计专业：机械设计制造及其自动化无缝钢管的生产在西方国家里占管类钢材比例的50%,而在我国的生产还和西方有Theproductionofseamlesspipeinthenationofthenationofthewesthashascarriedontheinputoflargenumbershopefullyhascaughtupwiquality,calculate,checkit.Comparetworollsizingmilltothreerlatterhasahigheraccuratebutcan'tadjust,hasmoretools.Now,therehaThereforeinthefuturethepipeoadvancedmanufacturingtechnologytoenlargetype,improveKeywords:sizingmill;speedcontrolsystem;l I Ⅱ 5 51.2无缝管生产简介 5第二章三辊定径机系统 2.1总体方案 轧辊机架确实定 传动装置确实定 .1单独传动 .2集体传动 .3差动传动 2.2参数计算 性能参数 机架个数确实定 轧制总压力确实定 轧制力矩确实定 2.3总功率的验算及电机的选择 23与轧辊轴相联接的减速器确实定 附加力矩M,确实定 24主电机的选择 2.4齿轮传动设计 25选用材料，定许用应力 252.4.2按齿根弯曲疲劳强度设计 25.1定齿根弯曲许用应力σrp .2计算齿轮的名义转矩T 26.3选择载荷系数K .4选用齿宽系数φ .5初定齿轮系数 .6确定复合齿形系数Ys 校核齿面接触疲劳强度 28.1确定齿面接触疲劳许用应力 .2校核齿面接触疲劳强度 2.5主传动轴的设计 29最小轴颈的估算 29联轴器部位花键的设计 鼓型齿的设计 轧辊的设计 轴承段轴的设计 自由轴段的设计 环的设计 轧辊右侧轴段的设计 右端盖的设计 轴承套的设计 2.6从动轴的设计 422.7轴的校核 43主传动轴的校核 43.1轧辊上的作用力确实定 从动轴的校核 2.8轴承寿命计算 47第三章液压调速系统设计 3.1系统的工况分析 483.2确定液压系统图 483.3执行元件的负载计算 493.4液压系统工作压力的计算 3.5选用液压马达 3.6选用液压泵 3.7选择控制阀 3.8管件的选择 3.9液压系统的验算 第四章定径机的润滑和冷却 4.1定径机的润滑系统 润滑的特点和作用 单个定径机的润滑系统 54.1油杯接头 .2给油器 .3带密封的管接头 .4直通管接头 4.2冷却系统 冷却系统的作用 单个定径机的冷却系统 .1分派器 .2冷却直通接头 .4喷头 .5管夹 结束语 参照文献 第一章引言此后，由于1890年自行车的发明，以及进入1923年代以来汽车的普及等原因，钢钢管的使用是由1823年苏格兰的一位发明家为输送灯火用煤气而将枪管链接起来80～90%)或冷轧、冷拔(约占10～20%)措施生产。热轧管用的坯料有圆形、方形或炼钢炼钢地压开坯初朝管坏定径机减径机均整机的最大外径来表达。无缝钢管生产措施见表1,括号中数字为创制年代。注圆管坯穿孔机推轧穿孔机轧管机斜轧机周期限动芯排连轧管机锅炉管特长、厚合金管简单异形管穿孔工序无缝钢管生产有近123年的历史。德国人曼尼斯曼兄弟于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机，1923年瑞士人施蒂费尔(R.C.Stiefel)发明自动轧管机(也称顶头式轧管机),后来又出现了持续式轧管机和顶管机等多种延伸机，开始形成近代无缝钢管工业。20世纪30年代由于采用了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机，改善了钢管的品种质量。60年代由于连轧管机的改善，三辊穿孔机的出现，尤其是应用张力减径机和连铸坯的成功，提高了生产效率，增强了无缝管与焊管竞争的能力。70年代无缝管与焊管正并驾齐驱，世界钢管产量以每年5%以上的速度递增。中国穿孔机：常用的二辊斜轧穿孔过程见图2。圆管坯穿轧成空心的厚壁管(毛管),两个轧辊的轴线与轧制线构成一种倾斜角。近年来倾斜角已由6°~12°增至13°~17°,图2穿孔过程示意定径机：由3～12架构成，减径机由12～24架构成，减径率约达3～12%。50年机一般用三辊式，有18～28架，最大减径率达75%,减壁率达44%,出口速度达每秒1。圆坯穿成毛管后插入芯棒，通过7～9架轧辊轴线互呈90°配置的二辊式轧机连轧。年产40～60万吨，为自动轧管机组的2～4倍。这种机组的特点是适于生产外径168mm连轧管冷锯管坯123度到达±5%,比用其他措施生产的管材精度高一倍左右。工艺流程见图4。60年代由于新型三辊斜轧机(称Transval轧机)的发明，这种措施得到迅速发展。新轧机特点是种的外径与壁厚之比，从12扩大到35,不仅可生产薄壁管，还提高了生产能力。减径减径管坯一加热涂玻璃粉压力穿孔感应加热涂玻璃粉检查成品管检查成品管70年代，采用强力旋压法已能生产管径达6000mm、直径与壁厚之比达10000以上环工艺。用周期式冷轧管机冷轧，其延伸率可达6～8(图6)。60年代开始向高速、多图6冷轧管机第二章三辊定径机系统作成一体，相邻机架的轧辊轴线相差60度。传动装置确实定.1单独传动单独传动的张力定径机很少采用。由于，每架减径机都需要一台功率较大的电机来带动，整个机组的电机功率过大，电器控制装置费用高，技术复杂。此外，当钢管咬入时不可防止的要发生速度降现象，不能保证钢管上的张力稳定，轧出的钢管在整个长度a.主电机通过圆锥齿轮传动装置带动各个机架，在每个机架的圆锥齿轮传动装置和机液压传动装置要传递转动轧辊所需的所有扭矩。因此，液压装置要相称庞大，制造b.采用两台电机驱动，其中一台主电机借助圆锥齿轮传动装置给轧辊以基本转速，而另一台电机通过另一套圆锥齿轮传动装置和装在每个机架上的差动装置，使相邻机架轧辊转速差增大或减小，从而增大或减小机架间张力。这种措施的长处是完全采c.采用一台主电机经圆锥齿轮传动装置，给轧辊以基本转速，同步在每个机架上配套一套液压传动装置，通过差动装置来调整每个机架的轧辊转速。这种传动措施的液压传动装置不承担转动轧辊所需的所有扭矩，只起调整控制张力的作用。因此。液由于减速箱中6对齿轮速比是变化的，致使1—6架工作机座的轧辊基本转速是递增的。上述同样，通过减速器传给轧辊，使轧辊又获得一种转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，因而可到达调整轧辊转速的目的。变化变量泵的斜盘角度，及可变化流量，马达的转速也对应变化，从而实现轧机单独调整转速的目的。差动传动的张力定径机由于采用差动机构而得名。所谓差动传动，即运用差动系统，在主传动的基础上，附加以叠加传动。差动变速器有多种形式，如图2.2这里采用锥齿轮传动的差动变速器。轧辊由锥齿轮差动变速器的行星架传动。接主电机，接液压马达。轧制力矩和出轴速度用如下关系表达：式中M。=0.5M,M,=0.5M。因此主电机和液压马达各承受二分之一的轧制的力重要内容是针对三辊定径机机构、机构参数进行详细的分析和计算，电动机、传动方式和机架的选择，重要零件的设计和校核以及轴承的选用和寿命计算等。性能参数最大壁厚：22.6mm最小壁厚：6.20mm最大直径：247.8mm最大壁厚：25.20mm长度：32m出口处：830度机架个数确实定减径机的外径减径率每架是3.5—12%,总的外径减径率最大为75%。各架减径率分a.第一架选用微小的减径率约3—5%,第二架采用大的减径率约8—12%。b.靠近尾部的机架减径率应逐渐减小，直到最终机架减径率为零，以保证成品管具有c.前面机架应采用较大减径率，由于此时轧件温度较高，变形抗力较小，另一方面，轧制速度较小，因而单个机架所消耗的动力较低。总减径率：(255-169.4)/255×100%=33.6%根据以上规律取：第一架减径率为3%第二架减径率为12%第三架减径率为10%第四架减径率为第五架减径率为第六架减径率为轧制总压力确实定ξ,——长半轴与短半轴的比值△h——压下量(mm)α——咬入角，型钢时取15°F=0.95B√0.5(b-a)[D₄-0.5l——孔型底部的轧辊半径：△d——钢管在孔型中的压下量；k,——变形阻力：o,为轧制温度下管材的屈服点；式中：σ,——金属的抗拉强度极限，45钢的σ,=676.2mpa;P=3684.667×10⁶×445.991×10⁶=164P=9172.15×10⁶×445.991×10⁶=409PR=4784.397×10⁶×445.991×10⁶=213P=4228.204×10⁶×445.991×10⁶=18P₃=3383.27×10⁶×445.991×10⁶=150P₆=4201.98×10⁶×445.991×10⁶=187轧制力矩确实定f——金属与轧辊间的摩擦系数α——轧辊材料修正系数t——轧制温度t=950度钢辊α=1,硬面铸铁轧辊α=0.82.3总功率的验算及电机的选择与轧辊轴相联接的减速器确实定定径机的轧辊的转速一般为30—140r/min,这里取40r/min,由于轧制的最大的速度为1.2m/s,同步减速器与轧辊轴的距离比较远，因此取两级展开式圆柱齿轮减速器。由机械设计手册(表16-2-2)取ZLY560-14-I,其公称传动比为14,实际为14.14。三辊定径机由于是以来保证无缝钢管外径尺寸精度及表面质量和钢管壁厚的，故规定三个轧辊的转速相似，因此三辊定径机的主电机轴上的力矩有两部分构成，即：M₀——三辊定径机主电机的力矩附加力矩M,确实定推算到电机轴上的附加摩擦力矩M,。K——电机过载系数采用荷夫推荐电机过载系数K值如下：不可逆转电机带有飞轮的电机588r/min。属于冶金用绕线转子异步电机。2.4齿轮传动设计为了保证钢管的表面质量规定三个轧辊轴是同速的，因此齿轮传动的传动比是1,只起传递力矩的作用而不起变速的作用，即两齿轮的齿数是相似的。又由于三辊间的夹角都是60度，因此采用直齿锥齿轮传动且其分度圆锥角为δ=30度。为了设计及维护以便，两粘合的齿轮为相似的。选用材料，定许用应力三辊定径机齿轮传动的力矩是比较大的，因此选用硬度较大的材料。选用20CrMnTi,经淬火后，其硬度为870—880HBS,抗拉强度σ,=1080MPa,屈服极限σ,=835MPa。由于是硬齿面，因此按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。按齿根弯曲疲劳强度设计m——锥齿轮大端的端面模数K——载荷系数，可以近似取K=1.3—1.7,当载荷平稳传动精度高转速较低，以及齿轮两侧布置轴承时K取小值。PR——齿宽系数T——齿轮传动的转矩σrp——弯曲许用应力.1定齿根弯曲许用应力σ可取上ME,到达中等规定时取中限MQ,到达最低规定时取下限ML。双向传动，即在对称循环变应力下工作的齿轮其值乘以系数0.7。P=P×η轮轴承对称时，取小值。当齿轮制造精度高时，可以减小内部动由机械设计表(5—11)一般取9=0.25—0.5,取φ=0.45初步确定齿轮齿数Z₁=Z₂=23,螺旋角β=33°,齿数比变位系数x=0。因此由机械设计表(5—38)顶锥角δ=δ+0。=30⁰+2⁰=32°根锥角δ;=δ-0,=30⁰-3⁰=27°Gmm——试验齿轮的接触疲劳极限，由机械设计表(5—33)得动取Smin=1.3—1.6,这里取Smin=1.5。Z₄——材料弹性系数由机械设计表(5—7)得Z=1882.5主传动轴的设计由于传动的力矩比较大，且受到交变载荷，因此选用合金材料。选用42CrMo,由机械设计表(12—4)得C=98。8%,因此144.924×(1+8%)=156.518又因此取输入端联轴器的轴径为168z——齿数h——齿的工作高度，渐开线花键h=ml——齿的工作长度l=b鼓型齿的设计联接轧辊和传动齿轮箱的齿轮联接轴，与一般齿轮联接轴节不完全相似，这是由于轧辊间距需要调整，规定齿轮联轴的倾角要比一般的齿轮联接节的大，因此规定这种连接轴的外齿套作成特殊形状。(如图2.3)外齿套的齿顶和齿根都作成以套筒中心线上o点为中心的球面，齿型为鼓型断面，这样就能满足轧辊径向调整的规定。由于采用这种齿轮联接轴更换轧辊就比采用万向联接轴以便得多。鼓型齿参数：齿数Z=41齿顶圆直径d₀=352齿宽b=80压力角α=20°模数m=8分度圆直径d=328轧辊的设计力学参数计算中得到轧辊的理想直径为750,轧辊半径中最小的为R₄=252.185一般取轧辊的厚度T=(50%～70%)R。孔槽宽度最大为B=212.722,因此取b=325,b₁=420。轴承段轴的设计轴承是由意大利INNSE企业提供的，为双列自动调心圆柱滚子轴承，能满足轧辊径向调整时产生小的转角的规定，其型号为32930/DF其重要尺寸如图2.5:d的配合为过盈配合因此公差取),D轴承两端的两个小梯形孔是为了以便对轴承润滑而设计的其尺寸如图所示。为了减小轴的弯矩，从而增强轴的抗弯扭强度，要使轴承尽量靠近轧辊和锥齿轮，为了使轴承和轧辊的定位良好，因此要用轴肩来定位，它要定位在轴承的内环上因此取轴肩的直径d=229,宽度b=20。轴承部的轴要与轴承相配合因此其轴径为220,同步为了对轴承进行左定位其轴段的长度要不不小于轴承的宽度2—3毫米，即其长度为95-3=92。轴承的左边安装锥齿轮，但为了使轴承定位同步轴承和锥齿轮不能直接接触，因此中间要用间隔环隔开。其构造如图2.6:图2.6间隔环由于锥齿轮的内孔径为190,因此取d=192,D要与锥齿轮的大端面相匹配同步要对轴承的内环进行定位因此D不能不小于轴承内环的直径，取D=240,厚度b=5。齿轮与轴是花键联接，其轴径应为花键的顶圆直径减去顶隙，因此花键段的轴径d₀=190-2=188,光轴配合段的轴径为d,=191,由齿轮的构造参数可得，轴承左边的一段轴的长度为3+5+35.5=43.5。与花键配合的一段轴的长度为103-43.5-4=55.5。这一部分的构造简图如图2.7:由于三轧辊轴为正三角形分布，因此自由段相对而言比较长，所认为了减小轴的受力状况，也同步为了防止轴与机架直接接触而在轴转动时产生干摩擦，因此需要在自由轴段设计组合轴承。其基本尺寸如图2.8:1是外垫套其尺寸为203×250×11,2是滚子环其尺寸为200×250×15,3是隔套。环的设计由于要对轴承进行润滑和冷却，因此要用环将轴承和轧辊隔开，需要有环。轧辊的直径为190,环的右侧面要与轧辊相匹配，根据轧辊和其轴段的尺寸可得环I的尺寸如图2.10:图2.10油环I所示。其两端面的圆跳动精度为0.025。环Ⅱ的尺寸如图2.11:图2.11间隔环Ⅱ轧辊的直径为190,d要与轧辊轴配合因此d=190,其配合为基轴制H7,它与轴一起转动，1处安装密封圈的部位，O型环200×5.7,因此d₁=200。d₂要与定位轴肩相配合，因此d₂=230,d₃=233,d₄=240。轧辊段的轴的长度确实定：图2.12轧辊段轴图因此轧辊轴的长度为：22+10+325+10=367,其又侧有轴套对其进行定位，应减去2—3侧轴径应梯次减小，那么安装轴承的轴段要有轴套I,图2.13轴套I图I相匹配，取d₁=240。其内部尺寸如图。内部宽度为8的矩形槽为密封槽，密封圈的尺寸为195×5.7。因此其轴段的长度为134。轴承的右侧是间隔环和锥齿轮，与上面的设计的尺寸相似。但锥齿轮的轴径减小了，齿形的尺寸没有变化右端盖的设计为了使锥齿轮进行右定位，需要对主轴进行右端盖的设计，其顶圆要对锥齿轮起定位作用，取为200,其他尺寸如下：图2.15右端盖端盖左侧要与锥齿轮匹配，因此其圆跳动为0.012,22的孔为安装联接端盖和锥齿轮的螺栓的部位，螺栓为GB5782—86,M20×65,个数为4。轴承套的设计由于在工作中要对轴承进行冷却和润滑，因此在安装轴承时要安装轴承套，它的内孔要与轴承的外环相匹配，上侧的内槽要与环I进行匹配，下面是轴承套的尺寸如图图2.16轴承套图图中中间直径为17的孔为固定轴承套的光孔，其作用是对轴承套进行定位和防止轴承套伴随轴承一起转动。其个数为2,在一条直线上。其中的小圆孔起冷却和润滑轴承的管A向图为图2.17:图2.17A向图图2.18间隔环I图2.20轴承套定位和防止轴承套伴随轴承一起转动。其个数为2,在一条直线上。其中的小圆孔起冷型号为GB5782—86,M20×70,个数为6均匀分布。图2.21轴套图2.22端盖图个数为4均匀分布。图2.23端盖直径为22的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓为GB5782—86,M20×65。个数为4均匀分布。直径为11的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴套I上，其螺栓为GB5782--85,M10×45。个数为2分布在一条直线上且与直径为22的光孔不在先作出轴的受力图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点，受力图如图2.24:.1轧辊上的作用力确实定相反，互相抵消，且圆周力F₁=F₂,径向力Fc=F,F₀=F,FCD间的距离为95,DE间的距离为263.5。Fo₁×95-F×358.5+F₁×622-F=Ftanα·sinδ=54.918×10∴Fc=F=F,=9.989×10³N又F,=1G948.955N,mFc+F+Fg=FD₂+FF₀₂×95-F×358.5+F₂×622-G图2.26垂直面弯矩图G图2.27合成弯矩图其扭矩图如图2.28:弯扭合成应力校核轴的强度：因单向回转，视转矩为脉动循环，因此应力校正系数α=0.6,则合成当量弯矩G其中危险截面有A、D、E、F四各截面。由于从动轴是积极轴的一部分，因此其构造和尺寸都相似，且其所受的扭矩比主传动轴的小，因此其所受的弯扭强度比主传动轴的要小，即其强度满足规定。C——基本额定动载荷ε——寿命系数，球轴承。=3,滚子轴承。=10/3因此有第三章液压调速系统设计3.1系统的工况分析在每个机架上配套一套液压传动装置，通过差动装置来调整每个机架的轧辊转速。这种传动措施的液压传动装置不承担转动轧辊所需的所有扭矩，只起调整控制张力的作用。因此，液压传动装置较小，操作也比较以便，目前多数张力减径机采用这种传动方传动轴上的圆锥齿轮除带动齿轮驱动差动齿轮外，还带动增速机构，使获得固定高转速，通过联轴器接变量泵，变量泵向定量马达供油，使马达获得一种转速，通过联轴节驱动差动机构，使联接减径机的减速箱高速轴又获得一种可变化速度。可变化速度与上述同样，通过减速器传给轧辊，使轧辊又获得一种转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，因而可到达调整轧辊转速的目的。3.2确定液压系统图其原理图如图3.1:其工作原理为：系统是由双向变量轴向柱塞泵和双向定量径向柱塞马达构成的泵控马达式容积调速系统。变化泵的排量，即可变化变化马达的转速，实现大范围的无极调速。泵的排量可通过电机、蜗杆减速器调整泵的摆角大小来实现。当系统工作时，液压马达进油侧的高压油使左侧的换向阀换向，将马达的排油侧与溢流阀接通，因此，闭式系统中的油液不停从溢流阀中排出一部分回到油箱，进行冷却和过滤。所排出的油液和泄漏损失由专用的齿轮泵进行补充。左侧的两个溢流阀作为安全及缓冲用。当液压马达停止或换向时，由于马达的惯性作用，在马达原排油侧的油液将被压缩而产生高压(此时通向左侧的溢流阀的通路已被换向阀关闭),如压力到达左侧溢流阀的调定应力，即自动向原进油侧溢油，从而产生制动、缓冲、到达安全保护的作用。中间的液动换向阀用以自动将应力表与压力油路接通，从而指示油路中的工作压力。3.3执行元件的负载计算单个定径机需要的最大轧制力矩为91.187KNm,由于进过差动齿轮后，其转矩分为两部分，一部分由锥齿轮直接传递给差动齿轮，另一部分由液压系统传递给传动齿轮。根据差动齿轮的构造特点，可以确定主电机和液压马达各承受二分之一的轧制的力矩，液3.4液压系统工作压力的计算液压系统的工作压力一般按机器的功率大小来选择。小功率工作压力可选≤6.3～7.0MPa;大功率可选7.0~31.5MPa。根据机械设计手册表(29—10)得工作压力P=20MPa3.5选用液压马达马达的流量Q=q₀mx(3-2)马达的规格为：MRE250D55/A(力士乐样本)3.6选用液压泵液压泵的工作压力pp=p₁+△p(3-3)液压泵的流量Q,≥KQmm(3-4)3.7选择控制阀各阀按其所接入的回路搜需的最大流量和工作压力选择。三位三通阀：3WH6D5X/3.8管件的选择压油管的选用：系统所需的最大流量Omx=7175ml/s,对于压油管压力高时v≤3~6m/s,这里取油在管路中的流速v=3m/s,因此有：压油管壁厚其中当时，安全系数n=4,σ₀是抗拉强度取考虑与阀用螺纹联接等原因，取壁厚δ=8,由机械设计手册表(33-1)选用压油管为071×8的无缝钢管。为了以便安装起见，选用回油管与压油管的内径、壁厚均相似。3.9液压系统的验算管道的布设由工厂的实际设备布局决定，因此这里的管长