单轴传动三辊钢管定径轧机设计【毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您CAD图纸，Q号交流197216396或11970985 摘 要无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。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一定的差距，不过对它的生产进行了大量的投入，有望在本世纪赶上，不仅在数量上还需要在质量上有所超越。本设计主要内容为：三辊定径机的设计。在原先只采用两辊式定径机存在的弊端做一改造采用三辊定径机。其两者的区别主要是：前者可调但定径精度低，工具备件少；后者定径精度高但不可调，机架备件多。其实现在已经出现了新型可调式三辊定径机，因此这种新型三辊定径机的出现将给我国无缝钢管的发展提供一个新台阶。今后，我国无缝管材的生产反将转到采用先进制造技术，扩大品种，提高质量，降低消耗方面来。因此，我们应该努力学好本专用知识，争取进一步有所改进有所创新。关键词：三辊定径机；无缝钢管；传动装置；设计计算 AbstractThe production of seamless pipe in the nation of the nation of the west has about 50% in pipe steel, and the production in our country has some gap with western nation but our country has carried on the input of large numbers hopefully has caught up with just this production. Not only in number but also in quality past.The design is about three rolls sizing mill analyze the steel tubes quality, calculate , check it. Compare two roll sizing mill to three rolls sizing mill. The main difference is the former can adjust but has a lower accurate degree , and has less tool . The latter has a higher accurate but cant adjust, has more tools. Now, there has appear new three rolls sizing mill, which make our country a large developing space.Therefore in the future the pipe of steels production development will truly adopt advanced manufacturing technology to enlarge type, improve quality, reduce taste. Thus, we should try our best to learn professional knowledge.Keywords: sizing mill; design calculation 目录1绪论31.1概述31.2无缝管生产简介31.3本章小结62三辊定径机系统设计72.1总体方案72.1.1轧辊机架的确定72.1.2传动装置的确定82.2参数计算102.2.1性能参数112.2.2机架的确定112.2.3轧制总压力的确定112.2.4轧制力矩的确定132.3总功率的验算及电机的选择142.3.1与轧辊轴相联接的减速器的确定142.3.2附加力矩的确定152.3.3主电机的选择152.4本章小结163齿轮及轴系设计173.1齿轮传动设计173.1.1选取材料，定许用应力173.1.2按齿根弯曲疲劳强度设计173.2主传动轴的设计203.2.1最小轴颈的估算203.2.2联轴器部位花键的设计213.2.3鼓型齿的设计213.2.4轧辊的设计223.2.5轴承段轴的设计223.2.6自由轴段的设计243.2.7环的设计253.2.8轧辊右侧轴段的设计273.2.9右端盖的设计283.2.10轴承套的设计293.3从动轴的设计313.4本章小结324轴的校核334.1主传动轴的校核334.2键的校核374.3从动轴的校核374.4校核齿面接触疲劳强度374.4.1确定齿面接触疲劳许用应力374.4.2校核齿面接触疲劳强度384.5轴承寿命计算384.6本章小结395参考文献406致谢411 绪论1.1 概述自古以来人们就知道使用管子，但钢管是在1800年代的初期才开始使用。那是由于煤气灯需要使用管子，就将枪管用螺丝链接制成钢管。此后，随着 1890年自行车的发明，以及进入1900年代以来汽车的普及。钢管需求量增大。另一方面，石油需要量激增致使油井中所用钢管增加，以及两次世界大战而需要大量的舰艇用锅炉和飞机用钢管，尤其是第二次世界大战以后，锅炉、化工厂用的钢管，以及象征石油时代的输油用钢管等，随着时代的前进，其用途也在不断扩大。为了满足需要，发展了无缝钢管、焊接钢管等多种钢管生产方法。钢管的使用是由1815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才开始的。1824年，出现了将加热至白热状态的钢板两边弯曲起来焊接成钢管的对悍专利。随后在1825年研究成功将宽度相当于制品外径的带钢弯曲成接近于圆形并加热，然后通过装在炉子近口处的圆环模子而焊接起来的方法。这种方法成为现代采用的炉悍法生产钢管的基础。无缝钢管的发展稍迟，在1885年孟内斯曼兄弟发明了由棒钢直接生产出中空坯料的方法，这是钢管生产的一次大革命。并以他的名字命名为孟内斯曼式制管法。从1890年起已在工业上应用，即使在今日这种方法仍然是非常好的，并作为最典型的无缝钢管法而应用。1.2 无缝管生产简介生产方法和简史：无缝管的生产方法很多。无缝钢管根据交货要求，可用热轧(约占8090)或冷轧、冷拔（约占1020）方法生产。热轧管用的坯料有圆形、方形或多边形的锭、轧坯或连铸管坯，管坯质量对管材质量有着直接的影响。无缝钢管生产有将近 100年的历史。德国人曼尼斯曼兄弟于1885年率先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机,1903年瑞士人施蒂费尔发明自动轧管机，之后又出现了连续式轧管机和顶管机等各种延伸机，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进，三辊穿孔机的出现，特别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年代无缝管与焊管并驾齐驱，世界钢管产量以每年 5以上的速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业，已初步形成轧制各种大、中、小型管材的生产体系。铜管一般也采用锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。 自动轧管生产：生产无缝钢管的方式之一。生产设备由穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。其生产工艺流程见图1。 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个倾斜角。近年来倾斜角已由612增至1317,使穿孔速度加快。生产直径250mm以上钢管，采用二次穿孔,以减少毛管的壁厚。带主动旋转导盘穿孔、带后推力穿孔、轴向出料和循环顶焊等新工艺也取得一定的发展,从而强化了穿孔过程,改进了毛管质量。 自动轧管机：把厚壁毛管轧成薄壁荒管。一般经23道次，轧制到成品壁厚,总延伸率约为1.82.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，都提高了生产效率，实现了轧管机械化。 均整机：结构与穿孔机相似。均整的目的在于消除内外表面缺陷和荒管的椭圆度，减少横向壁厚不均匀。近年采用三辊均整机，提高了均整机变形量和均整效率。 定径机：由312架组成，减径机由 1224架组成，减径率约达312。50年代出现的张力减径机,在调整辊速和减径的同时，以适当的张力控制壁厚。新型张力减径机一般用三辊式，有1828架，最大减径率达75，减壁率达44，出口速度达每秒18mm。张力减径机有两端增厚的缺点，可用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径消除。 自动轧管机组常用系列有外径为100mm、140mm、250mm和400mm四种,生产外径17426mm钢管。机组的特点是在穿孔机上实现主要变形，规格变化较灵活，生产品种范围较广。由于连续轧管技术的发展，已不再建造140mm以下的机组。 连续轧管生产：生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成。圆坯穿成毛管后插入芯棒，通过79架轧辊轴线互呈90配置的二辊式轧机连轧。轧后抽芯棒，经再加热后进行张力减径,可轧成长达165m的钢管。140mm连续轧管机组年产4060万吨，为自动轧管机组的24倍。这种机组的特点是适于生产外径168mm以下钢管,设备投资大,装机容量大,芯棒长达30m,加工制造复杂。70年代后期出现的限动芯棒连续轧管机,轧制时外力强制芯棒以小于钢管速度运动，可改善金属流动条件，用短芯棒轧制长管和大口径钢管。 周期轧管生产：以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管,然后在带有变直径孔槽的周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管。周期轧管机又称皮尔格尔轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径的厚壁钢管和变断面管。 三辊轧管生产：主要用于生产尺寸精度高的厚壁管。这种方法生产的管材，壁厚精度达到 5，比用其他方法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，这种方法得到迅速发展。新轧机特点是轧到尾部时迅速转动入口回转机架来改变辗轧角，从而防止尾部产生三角形，使生产品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。 三辊轧管机组生产流程顶管生产：传统的方法是方坯经水压穿孔和斜轧延伸成杯形毛管，由推杆将长芯棒插入毛管杯底，顺序通过一系列孔槽逐渐减小的辊式模架，顶轧成管。这种生产方法设备投资少，可用连铸坯，能生产直径达1070mm、壁厚到200mm的特大特厚的管，但生产效率低,壁厚比较厚，管长比效短。出现CPE法的新工艺后,管坯经斜轧穿孔成荒管，收口后顶轧延伸成管，克服了传统方法的一些缺点，已成为无缝管生产中经济效益较好的方法。挤压管生产：首先将剥皮圆坯进行穿孔或扩孔，再经感应加热或盐浴加热，并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属通过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材。主要用于生产低塑性的高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广，但产量低。近年来，由于模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改进，挤压管生产也有所发展。 冷轧、冷拔管生产：用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达68（图6）。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。主要用于生产壁厚小于1mm极薄精密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采用冷轧、冷拔联合工艺，即先以冷轧减壁，获得大变形量，然后以冷拔获得多种规格。 1.3 本章小结第一章介绍了钢管的发展简史以及钢管轧制生产工艺流程。初步介绍了多种轧管方式的结构，应用范围以及优缺点等。2 三辊定径机系统设计2.1 总体方案2.1.1 轧辊机架的确定钢管的在张力定径机上不仅受到径向压缩，同时还受到纵向拉伸，钢管在减径的同时，壁厚也在减薄。在张力定径机上，张力是靠相邻机架轧辊间有一速度差来产生的，速度差越大，则张力越大，反之则越小。张力的大小是通过改变轧辊速度实现的。普通定径机是采用二辊式的工作机座。这种定径机虽然结构简单，但生产的钢管壁厚不均，尤其是减径量增大是更明显，甚至出现钢管内孔变方的缺陷；另一缺点是轧辊尺寸大，会使整个机组的长度增加。因此，在张力减径机上采用三辊或四辊式工作机座较好。三辊式张力减径机的机架可作成方的，也可作成圆的。三个轧辊互成120度布置，每个轧辊两端装在滚动轴承上，互相间用圆锥齿轮联接，也就是把齿轮机座和工作机座作成一体，相邻机架的轧辊轴线相差60度。由于钢管断面的变形任务由三个轧辊分担，对每个轧辊来说变形任务就减轻了，因而辊径小，机架结构紧凑，缩短了机架间距和机组总长。而且由于轧辊切槽深度浅，钢管横断面上的壁厚能够均匀。从变形特点上分析，四辊式比三辊式好，但是由于轧辊数增加，结构比较复杂，所以目前使用的大多数定径机为三辊式的。其机架结构图如1.1： 图2.1三辊式张力定径机工作机座结构2.1.2 传动装置的确定2.1.2.1 单独传动单独传动的张力定径机很少采用。因为，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。另外，当钢管咬入时不可避免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上壁厚不均。2.1.2.2 集体传动集体传动的张力定径机，有以下三种调节机架间的张力大小的途径。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架间，都有一套辅助液压传动装置，用来调整每个机架的轧辊速度。采用这种方法，液压传动装置要传递转动轧辊所需的全部扭矩。因此，液压装置要相当庞大，制造和维护都比较困难。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。这种方法的优点是完全采用电器传动，容易掌控，缺点是调节不灵活。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，同时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。这种传动方法的液压传动装置不负担转动轧辊所需的全部扭矩，只起调节控制张力的作用。因此。液压传动装置比第一种要小，操作也比较方便，克服了前两种的缺点，现在多数张力减径机采用这种传动方式。集体驱动虽然设备比较复杂，制造比较困难，但是能克服咬入钢管时所产生的速度降，保证各机架间的一定张力，同时，电机的总功率小，所以比单独传动优越。在张力定径机上，钢管是在机架间承受张力的情况下轧制的。钢管按顺次通过各架轧机，在钢管头部进入轧机和尾部离开轧机的一段时间内，钢管承受的张力是变化的。因此，钢管两端都会产生壁厚纵向不均的缺陷，壁厚不均的管端必须切去，为了减少切头损失，要尽量缩短机架间距，另外用张力减径法应尽量生产长管，以相对减少切头损失，理想的情况是将连续不断的钢管送至张力减径机中进行减径。因此，在能够实现无头减径的连续电焊管和连续炉悍管机组中，张力减径机就能充分发挥他的优越性。减径后的钢管很长时，可以用飞剪机在钢管进行过程中锯切成需要的长度。这套张力定径机由传动装置、差动齿轮箱、减速箱、机架、液压调速系统、光电系统六部组成。轧机的启动、停车、观察用转情况都集中在操作台上。整个轧机由一台电机驱动，主电机经联轴节带动传动轴，传动轴上有六对圆锥齿轮，每对圆锥齿轮通过齿轮传动差动齿轮，使联接定径机的减速箱高速轴获得一个速度，通过减速器传给轧辊。当附加速度等于零时，使轧辊获得的速度，称为轧辊的基本转速，因为减速箱中6对齿轮速比是变化的，致使16架工作机座的轧辊基本转速是递增的。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，使马达获得一个转速，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个可变化速度。可变化速度与上述一样，通过减速器传给轧辊，使轧辊又获得一个转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，因而可达到调节轧辊转速的目的。2.1.2.3 差动传动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，即利用差动系统，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。 图2.2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示： 式中 ， 。所以主电机和液压马达各承受一半的轧制的力矩。2.2 参数计算主要内容是针对三辊定径机机构、机构参数进行具体的分析和计算，电动机、传动方式和机架的选择，主要零件的设计和校核以及轴承的选用和寿命计算等。2.2.1 性能参数钢管轧制规格入口处出口处管直径255mm最大直径247.8mm最大壁厚22.6mm最小直径169.4mm最小壁厚6.20mm最大壁厚25.20mm最大长度27.5m最小壁厚6.550mm最小长度12.3m长 度32m表2 轧制速度 入口最大轧制速度1.2m/s入口最小轧制速度0.6m/s出口最大轧制速度1.75m/s出口最小轧制速度0.6m/s入口处轧制温度： 900950出口处温度：8302.2.2 机架的确定本设计内容是最后一个机架，靠近尾部的机架减径率应逐步减小，直到最后机架减径率为零，以保证成品管具有圆的断面。因此： 最后一架减径率为 0%2.2.3 轧制总压力的确定机架孔型直径： 减径率，这里最后一架减径率为0 d=169.4（1-0）=169.4mm 椭圆系数： 长半轴与短半轴的比值 长半轴： (mm) =1 短半轴：（mm） 轧槽宽度： (mm) 轧辊的理想直径： 压下量（mm） 咬入角，型钢时取15 最大的=-=217.668-195.901=21.767=21.767，则640，所以取轧辊直径为750mm。底圆直径：（mm） 接触面积的计算： 即F=4201.98平均单位压力的计算： 式中考虑不接触变形区和张力系数 式中进入孔型的钢管平均直径： 进入孔型的钢管壁厚： 其中 荒管的平均直径： 孔型底部的轧辊半径： 孔型底部的轧辊半径； 钢管在孔型中的压下量； ： =1.15 为轧制温度下管材的屈服点； 、前、后张力系数； 为轴向对数变形： = 为钢管截面积； 为壁厚系数； 为切向对数变形： 简化后为叶米利羊年科公式： 式中：金属的抗拉强度极限，45钢的=676.2mpa； t轧制温度；t =950 轧制后管子的壁厚尺寸系数；=0.6 =445.991 MPa所以轧制压力： P=4201.98445.991=1874.045KN2.2.4 轧制力矩的确定 f金属与轧辊间的摩擦系数 轧辊速度与管子速度一致的点所形成的轧制直径相符合的中心角 2是轧辊对钢管的包角= =255-169.4=85.6 轧辊半径 轧辊材料修正系数 钢辊=1，硬面铸铁轧辊=0.8 t轧制温度 t=950度 2.3 总功率的验算及电机的选择2.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定 定径机的轧辊的转速一般为30140r/min,这里取40r/min，由于轧制的最大的速度为1.2m/s,同时减速器与轧辊轴的距离比较远，所以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ZLY 560-14-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，故要求三个轧辊的转速相同，因此三辊定径机的主电机轴上的力矩有两部分组成，即： 三辊定径机主电机的力矩 三辊定径机轧辊上的最大轧制力 =91186.838Nm 附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承上，传动机构及其他传动中的摩擦而产生的附加力矩 i主电机与轧辊间的传动比2.3.2 附加力矩的确定附加力矩包括两部分，其一是由于三辊定径机的轧制总压力P在轧辊上所产生的附加摩擦力矩，这部分已经包括在轧辊传动力矩之内；另一部分为各传动零件推算到电机轴上的附加摩擦力矩。 主电机到轧辊间传动效率，一般为=0.960.98 取=0.97 主电机轴上的力矩为： 2.3.3 主电机的选择 额定静力矩 电机最大转速 电机过载系数采用荷夫推荐电机过载系数值如下： 可逆转电机 =2.53.0 不可逆转电机 =1.52.0 带有飞轮的电机 =4-6取 =3.0 由机械设计手册表（23105）取得YZR(355-10)电机，其额定=132Kw,转速为588r/min。属于冶金用绕线转子异步电机。2.4 本章小结本章节对三辊定径机的总体结构方案进行梳理，用所给数据参数进行设计计算。包括传动装置和电机的选择，轧制力矩以及功率的设计计算。3 齿轮及轴系设计3.1 齿轮传动设计为了保证钢管的表面质量要求三个轧辊轴是同速的，所以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同的。又因为三辊间的夹角都是60度，所以采用直齿锥齿轮传动且其分度圆锥角为 =30度。为了设计及维护方便，两粘合的齿轮为相同的。3.1.1 选取材料，定许用应力三辊定径机齿轮传动的力矩是比较大的，所以选取硬度较大的材料。选用20CrMnTi,经淬火后，其硬度为870880HBS，抗拉强度 ，屈服极限 。由于是硬齿面，所以按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。3.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 m锥齿轮大端的端面模数 齿数比 K载荷系数，可以近似取K=1.31.7，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。 齿宽系数 齿轮传动的转矩 弯曲许用应力 复合齿形系数3.1.2.1 定齿根弯曲许用应力 在机械设计中给出了的变化范围，当齿轮材质及热处理质量达到很高要求时，可取上ME，达到中等要求时取中限MQ，达到最低要求时取下限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。 试验齿轮齿根弯曲疲劳极限，由机械设计表（532）得=525MPa试验齿轮应力修正系数，一般取=2弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取=1弯曲确定最小安全系数，一般传动=1.31.5，重要传动=1.63.0，这里取=1.63.1.2.2 计算齿轮的名义转矩 由于三辊定径机齿轮传动的传动比i=1，因此两齿轮完全相同，且传递的扭矩是总的2/3。 三辊定径机主轴的输入功率 三辊定径机主动轴的转速 主电机到轧辊间的传动效率，一般情况为=0.80.92，取=0.92 3.1.2.3 选择载荷系数 通常近似取k=1.31.7,当原动机为电机、汽轮机、燃气轮机、工作载荷平稳，且齿轮轴承对称时，取小值。当齿轮制造精度高时，可以减小内部动载荷k可取较大值，取k=1.3.3.1.2.4 选取齿宽系数 b齿轮轮齿宽度 R锥齿轮外锥距由机械设计表（511）一般取=0.250.5，取=0.453.1.2.5 初定齿轮系数初步确定齿轮齿数，螺旋角，齿数比=13.1.2.6 确定复合齿形系数 因为两齿轮所选用的材料及外形相同，因此齿轮的齿根弯曲许用应力相同，锥齿轮的当量齿数为7，变位系数x=0。所以由机械设计表（538）得=4.02。 即 =15.984由机械设计表（510）取 m=16所以齿轮的参数如下：齿数 Z=23 齿宽，b=118模数 m=16 齿顶角顶隙 分度圆直径 压力角 = 齿顶圆直径螺旋角 齿根圆直径齿数比=1 当量齿数=27 齿顶高 顶锥角齿根高 根锥角锥距3.2 主传动轴的设计传动轴是机器的主要组成零件之一，一切回转运动的传动零件，都必须安装在传动轴上才能传动动力和运动。3.2.1 最小轴颈的估算 C由轴的材料和轴承情况确定的常数因为传动的力矩比较大，且受到交变载荷，所以选取合金材料。选取42CrMo,由机械设计表（124）得C=98。 由于主传动轴的输入端连接联轴器部位使用花键联接，要有花键槽，所以其轴颈应增大8%，所以 又所以取输入端联轴器的轴径为1683.2.2 联轴器部位花键的设计根据GB1144-72且=168，所以花键的参数如下：齿数 Z=41 齿顶圆直径 =160压力角 = 齿根圆直径 =170模数 m=4 分度圆直径 d=164齿宽 b=1863.2.3 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同，这是因为轧辊间距需要调整，要求齿轮联轴的倾角要比一般的齿轮联接节的大，所以要求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要求。由于采用这种齿轮联接轴更换轧辊就比采用万向联接轴方便得多。 图3.3鼓型齿联轴器鼓型齿参数：齿数 Z=41 齿顶圆直径 =352齿宽 b=80 压力角 =模数 m=8 分度圆直径 d=3283.2.4 轧辊的设计力学计算中得到的轧辊理想直径为750，轧辊半径为，一般取轧辊的厚度。 图3.4轧辊图 取 190孔槽宽度最大为，所以取。3.2.5 轴承段轴的设计轴承是由意大利INNSE公司提供的，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要求，其型号为32930/DF其主要尺寸如图3.5： 图3.5自动调心滚子轴承d=220 D=340 b=95d的配合为过盈配合所以公差取，D的配合为基轴制所以配合取。轴承两端的两个小梯形孔是为了方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，所以要用轴肩来定位，它要定位在轴承的内环上所以取轴肩的直径d=229,宽度b=20。轴承部的轴要与轴承相配合所以其轴径为220，同时为了对轴承进行左定位其轴段的长度要小于轴承的宽度23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时轴承和锥齿轮不能直接接触，所以中间要用间隔环隔开。其结构如图3.6： 图3.6间隔环因为锥齿轮的内孔径为190，所以取d=192,D要与锥齿轮的大端面相匹配同时要对轴承的内环进行定位所以D不能大于轴承内环的直径，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，所以花键段的轴径，光轴配合段的轴径为，由齿轮的结构参数可得，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。这一部分的结构简图如图3.7：图3.7轧辊左边的轴段3.2.6 自由轴段的设计由于三轧辊轴为正三角形分布，所以自由段相对而言比较长，所以为了减小轴的受力状况，也同时为了避免轴与机架直接接触而在轴转动时产生干摩擦，所以需要在自由轴段设计组合轴承。其基本尺寸如图3.8： 图3.8组合轴承1是外垫套其尺寸为20325011，2是滚子环其尺寸为20025015，3是隔套。3.2.7 环的设计由于要对轴承进行润滑和冷却，所以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3.10：图3.10油环I有，左边与轴套配合所以，。d的配合为基轴制配合为H7，要求要大于环II中的所以取，其它各配合面的粗糙度如图2.11所示。其两端面的圆跳动精度为0.025。环II的尺寸如图3.11：图3.11间隔环II轧辊的直径为190，d要与轧辊轴配合所以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2005.7，所以。要与定位轴肩相配合，所以=230，。轧辊段的轴的长度的确定：图2.12轧辊段轴图所以轧辊轴的长度为：22+10+325+10=367，其又侧有轴套对其进行定位，应减去23毫米，所以轴段的长度为367-3=364。3.2.8 轧辊右侧轴段的设计轧辊右侧理论上应与左侧相同，但如果两侧都有轴肩轧辊就无法进行安装，同时为了安装和维护的方便所以使用同一型号的轴承，轴承的尺寸已经确定，为了安装轧辊右侧轴径应梯次减小，那么安装轴承的轴段要有轴套I，其尺寸如图3.13：图3.13轴套I图B上安装轴承所以取B=92，C点的高度起对轴承的定位作用，所以d=233, 与环I相匹配，取=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1955.7。所以其轴段的长度为134。轴承的右侧是间隔环和锥齿轮，与上面的设计的尺寸相同。但锥齿轮的轴径减小了，齿形的尺寸没有变化。其尺寸如图3.14：图3.14锥齿轮3.2.9 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，其它尺寸如下：图3.15右端盖端盖左侧要与锥齿轮匹配，所以其圆跳动为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GB578286，M2065，个数为4。 3.2.10 轴承套的设计由于在工作中要对轴承进行冷却和润滑，所以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，下面是轴承套图3.16轴承套其内部安装组合轴承，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以及防止轴承套跟着轴承一起转动。个数为2，在一条直线上。其中的小圆孔起冷却和润滑轴承管道的作用。直径为22的光孔作用是把轴承套紧固在机架上，螺栓的型号为GB578286,M2070,6个螺栓均匀分布。图3.17轴套3.3 从动轴的设计由于三辊定径机三轧辊轴成正三角型分布，同时具有相同的结构和运动参数，所以其轴具有相同性，从动轴除自由段和鼓型联接轴外，其它方面完全相同，其右边无锥齿轮间隔环，直接用两端盖对轴承和锥齿轮进行定位。对锥齿轮进行定位的端盖与主轴的端盖相同，其端盖的尺寸如下：图3.18端盖图直径为22的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓为GB7085，M2050。个数为4均匀分布。对轴承定位的端盖结构和尺寸如图3.18：图3.19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GB578286,M2065。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,M1045。个数为2分布在一条直线上且与直径为22的光孔不在过圆心的同一直线上。3.4 本章小结首先进行齿轮传动设计，根据硬度需求所选材料为20CrMnTi。通过查阅机械设计手册、机械设计表得到齿数模数等数据。之后是主动轴和两根从动轴各个轴段及配合部分零件的设计计算，包括键、轴承、轴承套、鼓型齿轮、轧辊等内容。其中两根从动轴设计参数完全相同。4 轴的校核4.1 主传动轴的校核先作出轴的受力图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点，受力图如图2.24：图4.20主轴受力图B为组合轴承，C、G为调心滚子轴承，D、F为锥齿轮，E为轧辊，A为联轴器轧辊上的作用力的确定：转矩由于轴承C、G和锥齿轮D、F都关于轧辊中心对称，所以和大小相等方向相反，相互抵消，且圆周力=，径向力，。齿轮的分度圆直径为374.92，轧辊的最小底圆直径为。CD间的距离为95，DE间的距离为263.5。由于对称性可得：，。（水平面受力） 由直齿锥齿轮受力得： （） =9.989=9.989 又所以其弯矩图如图2.25：图4.21水平面弯矩图垂直面上的受力： 得：其弯矩图如2.26：图4.22垂直面弯矩图合成弯矩图4.27：图4.23合成弯矩图扭转的强度的计算：A点的扭矩最大的且其轴径最小，所以A点所受的扭转强度是最大的。其扭矩图如图4.28：图4.24扭矩图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，所以应力校正系数=0.6，则合成当量弯矩，由机械设计表（122）得。所以其合成弯扭图如图4.29：图4.25弯扭合成图其中危险截面有A、D、E、F四各截面。 因为且，所以因为且，所以即所以轴的强度满足要求。4.2 键的校核花键的校核：各齿间载荷不均匀系数，一般取=0.70.8，取=0.8齿数 齿的工作高度，渐开线花键h=m齿的工作长度=b 平均直径，渐开线花键=m许用挤压应力取120 。所以符合要求。4.3 从动轴的校核由于从动轴是主动轴的一部分，所以其结构和尺寸都相同，且其所受的扭矩比主传动轴的