机械毕业设计（论文）-包钢轨梁厂800轧机主传动系统设计【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：包钢轨梁厂 800 轧机主传 动系统设计 学生姓名： 学 号：200540401119 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 2005-1 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 摘摘 要要 钢铁已成为全球广泛应用的主要基础材料。用轧制方法生产钢材, 具有生产 率高、 品种多、 生产过程连续性强、 易于实现机械化和自动化等优点, 约 90% 的钢材都是用轧制方法生产的。目前, 我国已引进了世界上主要的先进轧钢机械 和轧制技术, 并在不断创新中逐步推广、 应用和发展。型钢主要是靠热轧方式 生产，轨梁是型钢的一种产品。 轧钢机主机列包括工作机座、传动部分和电动机三部分。传动机构位于电动 机和工作机座之间。800 三辊轧机是一种型钢轧机，它的主传动系统由电机、连 接轴、齿轮座、齿轮轴、万向接轴、平衡装置等组成，它的作用就是把电动机的 转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。 关键词：关键词：电动机；接轴；齿轮座；轴；轧辊 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii abstract iron and steel has become a widely used major basic materials in the world. production steel by rolling, with high productivity, multi- species, the continuity of the production process, and is easy to realize the advantages of mechanization and automation, about 90% of steel are produced by rolling method. at present, china has introduced the worlds leading advanced machinery and rolling mill technology, and gradually promote innovation, application and development. profile steel depends mainly on the production of hot- rolled. rail steel beam is a product of profile steel. rolling mill, including the working bedplate, transmission part and electrical parts of three parts. transmission part is located between electric motor and working bedplate. 800 three- roll rolling mill is a profile steel rolling mill, its main drive system including motor,connecting shaft, gear blocks, gear shaft, universal joint shaft, the balance composed of devices , etc. its role is transfer to the rotating of the motor to the work roll in working bedplate, rotating roller,to realization rolling to metal. key words: motor; connecting shaft; gear blocks; shaft; roll 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii 目录目录 摘 要 .i abstract . ii 第一章 绪论 1 1.1 轧钢机的发展 . 1 1.2 轧机的介绍 . 2 1.3 型钢轧机的发展 . 4 1.3.1 型钢轧制技术的发展 . 4 1.3.2 轨梁大型轧机的发展 . 5 第二章 结构设计 7 第三章 轧机轧制力的计算 9 3.1 平均轧制力的计算 . 9 3.2 轧制力的计算 . 12 3.3 轧制力矩的计算 . 13 3.4 轧制功率 . 14 第四章 轧机主电动机力矩与电动机功率 15 4.1 轧机主电机力矩 . 15 4.2 按静负荷选择电动机 . 18 4.3 电动机的发热校核 . 19 第五章 各传动部件的的设计及计算 20 5.1 主动齿轮轴的设计计算 . 20 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iv 5.1.1 主动齿轮轴齿轮的设计计算 . 20 5.1.2 主动齿轮轴的设计 . 24 5.1.3 主动齿轮轴的校核 29 5.2 主联轴器的的选择及校核 . 30 5.2.1 主连轴器的分类 . 30 5.2.2 联轴器的校核 . 31 5.3 轴承的选择与计算 . 32 5.3.1 轴承的选择 . 32 5.3.2 轴承的校核 32 第六章 齿轮机座的选择 34 6.1 齿轮机座的分类 . 34 6.2 齿轮机座的润滑方式 . 36 第七章 联接轴和平衡装置的选择 37 7.1 连接轴的选择 . 37 7.1.1 连接轴的分类 37 7.1.2 连接轴的选择 37 7.2 连接轴的润滑 . 38 7.2.1 连接轴润滑的重要性 . 38 7.2.2 主联轴器的润滑方法 . 39 7.3 平衡装置的选择 . 41 第八章 轧钢机扭振特点的分析 42 8.1 扭振产生的原因 42 8.2 扭振故障的监测、诊断与控制 43 结束语 44 参考文献 45 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 绪论绪论 1.1 轧钢机的发展轧钢机的发展 1）初轧机的发展 初轧机的发展经过了 3 个阶段, 到 20 世纪 70 年代初, 初轧机的轧辊直 径已增大到了 1500 mm。 我国从 1959 年开始自行设计制造开坯机, 目前已制成 700mm, 750mm, 850mm, 1150mm 初轧机。 20 世纪 80 年代以来, 连铸技术得到 较大的发展, 连铸比达到 80%甚至更高, 连铸连轧工艺和设备也日趋完善, 初轧 机的职能将逐步转变为配合连铸, 弥补连铸在钢种和规格方面的不足。 2）带钢连轧机的发展 在所有市场需求的钢材中, 板带材占有相当大的比重。我国于 1981 年从日 本引进 1700mm 热连轧机的全套设备。随后,一大批具有先进生产工艺的热连轧 和冷连轧板带厂迅速崛起, 至 2007 年, 我国的热轧宽板带材年生产能力将达到 5500 万吨, 冷轧宽板带材年生产能力也将达到 3000 万吨。 热连轧机发展的主要 特点有: 加大带卷和坯料重量, 减少切头切尾的损耗, 提高产品收得率; 采用加 速轧制, 提高钢材产量, 带钢热连轧机精轧机组的出口速度已从 20 世纪 50 年 代的 10m/s12m/s 提高到现在的 35m/s ; 产品规格增加, 精度提高; 采用计算 机控制, 提高了自动化水平等。冷轧钢板的生产成本、 投资费用虽然比热轧钢 板高, 但由于冷轧钢板的性能和质量比热轧好, 在同样用途下, 可以节约金属材 料达 30% , 故冷轧板生产得到迅速发展。 某些工业发达国家(如美国)使用的薄板, 几乎 100% 是冷轧的。 热轧板只作为冷轧板、 焊管、 冷弯型钢的坯料。我国 于 1965 年末制成 300 mm 五机架试验性窄带钢冷连轧机, 20 世纪 80 年代又 从原西德引进 1700mm 五机架带钢冷连轧机成套机组, 90 年代后又有六辊 hc 轧机、 cvc 轧机也先后投入生产。带钢冷连轧机正在向大型化、 高速化、 高 精度和自动化方向发展。 3）钢管轧机的发展 钢管有焊接和轧制两种生产方式。建国前, 我国不能生产热轧钢管。建国后, 我国不仅能生产大直径的螺旋焊管, 以满足石油、 煤气等长距离输送的需要, 而 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 且广泛采用周期式冷轧管机生产冷轧钢管, 20 世纪 90 年代还建成了大直径热 轧无缝钢管厂。现拥有各种热轧钢管设备 50 余套, 产品品种达 1000 多种。 4）型钢轧机的发展 型钢主要是靠热轧方式生产, 用于热轧型钢的轧机按轧辊直径和产品规格 分为轨梁、 大型、 中型、 小型和线材轧机。型钢轧机近年来得到较大的发展, 初、 中轧采用万能轧机, 减少翻钢次数, 缩短间隔时间; 精轧采用短应力线轧机 和预应力轧机, 以增加轧机刚性, 保证产品有较小的公差范围; 改进导卫装置及 其装拆方法, 以延长导卫装置的使用寿命及减少更换时的停车时间; 采用自动压 下设定机构, 以保证轧件的精确尺寸, 缩短调整及试轧时间; 采用辊系的组合换 辊以缩短换辊的时间等。线材轧机用来生产 5mm12.7mm 的圆形断面轧材。 20 世纪 40 年代的线材轧机需要人工喂钢, 最高轧制速度限制在 10m/s以下,盘 重在 800kn- 900kn 左右; 60 年代中期, 出现了 y 型高速无扭转轧机, 最高轧 制速度达 50m/s70m/s , 线材盘重达 25000kn;70 年代发展起来的悬臂式 45 无扭精轧机组出口速度达到 65m/s80m/s , 有的达 120m/s。近 30 年来, 线材 轧机在高速、大盘重、高产量、高精度方面有了较大的发展。 1.2 轧机的介绍轧机的介绍 以轧机为主体，将金属坯料轧制成材的成套设备。轧机是直接轧制金属的主 机，它利用旋转的轧辊辗压坯料,使金属按规定的要求产生塑性变形 图 1.2.1 轧制原理 轧制是生产率最高、成本最低的金属成形方法，适用于轧延横断面相同或有 周期性变化的条状或板状材料； 特殊轧机可轧制机械零件或其毛坯以及某些非金 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 属材料。 轧制主要有热轧和冷轧两种方式。 热轧是在轧件加热的条件下进行轧制， 以降低轧制压力；冷轧是在室温下进行,可使轧件得到很高的形状尺寸精度和表 面光洁度,并可改善轧件的机械性能。 机架是承受轧制力的部件,闭式机架有较好的刚度,但开式机架换辊较方便。 轧辊是轧制金属的部件,辊身为工作部分,轴头用于传动。轧件轧辊的辊身形状称 为辊型，型材轧辊的轧槽称为孔型。压下装置用来调节轧辊的压下量。高速带材 轧机的厚度自控常由液压压下装置来完成。 平衡装置用于消除压下螺丝等处游隙 的影响，以免受载时产生冲击。板带轧机的主机座中还设有液压弯辊装置，在辊 颈施加附加弯矩而使辊身产生附加挠度， 以此来控制带材的横向厚度而获得最佳 的产品。轧辊轴承支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。轧辊轴承工作负荷 重而变化大，因此要求轴承摩擦系数小，具有足够的强度和刚度，而且要便于更 换轧辊。不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较 小，但承压能力较小，且外形尺寸较大，多用于板带轧机工作辊。滑动轴承有半 干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦轧辊轴承主要是胶木、铜瓦、尼龙瓦轴承，比 较便宜，多用于型材轧机和开坯机。液体摩擦轴承有动压、静压和静 - 动压三 种。优点是摩擦系数比较小，承压能力较大，使用工作速度高，刚性好，缺点是 油膜厚度随速度而变化。液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。 图 1.2.2 轧辊 是轧制金属的部件,辊身为工作部分,轴头用于传动。板材轧辊的辊身形状称为 辊型，型材轧辊的轧槽称为孔型。压下装置用来调节轧辊的压下量。高速带材 轧机的厚度自控常由液压压下装置来完成。 平衡装置用于消除压下螺丝等处游 隙的影响，以免受载时产生冲击。板带轧机的主机座中还设有液压弯辊装置， 在辊颈施加附加弯矩而使辊身产生附加挠度， 以此来控制轧件的横向厚度而获 得最佳的板型。轧机由主电机、主传动和主机座组成。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 图 1.2.3 轧机的组成 1.3 型钢轧机的发展型钢轧机的发展 1.3.1 型钢轧制技术的发展型钢轧制技术的发展 近10年我国h 型钢及型材生产技术发展迅速,取得了引人嘱目的进步， 10 年 前,我国型钢生产,全部由横列式三辊轧机轧制,轧机采用胶木瓦作轴承的开口式 或闭口式机架,轧制精度低,换辊时间长,效率低,能耗高。由于没有万能轧机,我国 长期不能生产经济型断面的h 型钢。1998 年以前,国外已经广泛使用h 型钢,但 在我国仍未推广, h 型钢在我国仍是空白。 我国型钢生产的装备水平和生产技术, 相当于20 世纪50 年代国际一般水平,落后国际先进水平近50 年。近10 年,我国 h 型钢及型材的生产技术发生了很大变化,主要表现在: (1) 采用万能轧机生产h 型钢,开拓了我国h型钢市场。 (2) 在轨梁厂,采用万能轧机,用万能法轧制重轨,改善了钢轨内在质量,提高 了钢轨尺寸精度。 (3) 从横列式轧机发展为连续式、半连续式或三机架可逆轧制。轧机广泛采 用短应力或紧凑式机架,用滚动轴承替换胶木瓦。 (4) 精整系统从过去的定尺冷却、定尺矫直,发展到长尺冷却、长尺矫直精 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 整新工艺。 (5) 从机械化操作过渡到自动化或计算机控制。 1.3.2 轨梁大型轧机的发展轨梁大型轧机的发展 我国轨梁大型轧机主要分布在鞍钢、包钢、攀钢和武钢。老的轨梁大型轧机 均为20 世纪5060 年代的设备,采用推钢式加热炉、孔型法轧制重轨、横列式 布置、胶木瓦轴承、拉钢式冷床、轧制和精整生产线离线布置。产品的表面和内 部质量差、成材率低,能耗高。近几年,鞍钢、包钢和攀钢都对老的生产线进行了 大的改造。 (1) 更换了新的开坯机 攀钢和包钢均淘汰了老的开坯机,选用新的二辊开坯机,采用滚动轴承,快速 更换装置,导卫可在换辊间预装、调整。主电机选用交流电机,交2交变频。 (2) 用万能轧机代替横列式三辊轧机 万能轧机均采用紧凑式轧机,与莱钢、津西和长冶h 型钢轧机结构类似,液压 压下,a gc 控制。万能轧机可用万能法生产重轧,提高了重轨内部质量和尺寸精 度。除了生产重轨外,也可以生产腹板小于400mm ,翼缘小于200mm 的中、小规 格h型钢。将立辊卸掉,万能轧机可作二辊轧机使用,用孔型法生产其他大型钢材。 (3) 机组布置 攀钢轨梁厂的二架开坯机和二组万能粗轧机组,一组万能精轧机组采用 121222221 跟踪式布置。二组万能粗轧机组每组包括一台万能粗轧机和一台 轧边机。在二组万能粗轧机组上可以进行往复可逆式轧制。鞍钢和包钢轨梁厂的 二架开坯机和一组万能轧机机组采用12123 跟踪式布置,万能轧机机组由万能轧 机2轧边机2万能轧机三个机架组成,进行往复可逆式轧制。 (4) 改造旧有的精整生产线 将旧有的精整生产线淘汰,改造成新的精整生产线。 新的精正生产线有以 下特点: (a) 采用长尺冷却、长尺矫直、长尺探伤及平直度检测。 (b) 采用平、立复合辊式矫直机及双向压力矫直机的矫直工艺。 (c) 采用钢轨纵向加工线,可生产长尺钢轨， 如包钢包钢轨梁厂百米长尺钢轨 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 改造工程万能轧机近日成功进行热负荷试车， 标志着该工程热轧线已全线 贯通，这是轨梁厂百米长尺钢轨改造工程继开坯机、粗轧机热负荷 试车成功后取得的又一突破性进展。 此次万能轧机试轧的品种为每米 公斤钢轨。经测试，万能轧机、三架轧机机电设备安装、 运转正常。之后，轨梁厂技术人员将在此基础上对试轧出的钢轨尺寸进行全面测 量，调整压下量、优化程序设计，使之符合国际标准。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 第二章第二章 结构设计结构设计 本文的题目是包钢轨梁厂 800 三辊轧机的主传动系统， 传动机构位于电动机 和工作机座之间， 其作用是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊， 使其旋转， 实现对金属的轧制。 传动机构的组成与轧机的结构形式和工作制度有关。 大多数轧机上的传动机 构是由连接轴、联轴器、减速机、齿轮机座、万向联轴器组成。由于采用交交变 频交流电动机，所以本设计中不再有减速器，而是电动机直接连接到齿轮座上来 传递转矩。我预先设想了以下二种设计方案： 方案（1） 梅花接轴电动机联轴器 齿轮机座万向接轴 轧辊 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 方案（2） 电动机 联轴器万向接轴 轧辊 当轧钢机采用单独驱动时， 要根据轧辊中心距和电动机尺寸来考虑联结轴长 度和允许倾角，这是确定能否采用轧辊单独驱动的一个重要条件。不过根据一般 情况，1000mm 以下的初轧机和开坯轧机，往往由于连接轴允许倾角的限制而不 能采用轧辊单独驱动。 所以，综合考虑，选第一种方案为设计选择。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 第三章第三章 轧机轧制力的计算轧机轧制力的计算 800 三辊轧机轧辊的技术性能： 轧辊的公称直径 800 毫米 轧辊中心线间的最小距离 720 毫米 轧辊中心线间的最大距离 880 毫米 轧辊辊身长度 1900 毫米 辊颈直径 460 毫米 3.1 平均轧制力的计算平均轧制力的计算 采用 s.爱克隆德方法计算轧制时的平均单位压力 pm=(1+m)(k+) 式中： m考虑外摩擦对单位压力的影响系数; k轧制材料在静压缩是变形阻力; mpa 轧件粘性系数；kgs/mm 变形速度；s (1)外摩擦影响系数 m=1.6r(h0- h1)- 1.2(h0- h1)/(h0+h1) 式中： 摩擦系数；因为轧辊环材料是碳化钨，属于硬面铸铁轧辊，所 以 =0.8（1.05- 0.0005t） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 t为轧制温度；t=1050 则： =0.8（1.05- 0.0005t）=0.8(1.05- 0.00051050) =0.428 h0、h1轧制前后轧件的高度；mm h0=200mm;h1=175mm r轧辊半径；mm r=dmax/2=800/2=400mm 则： ()()1.6 0.428400200 1751.2 200 175 0.1026 200 175 m = + (2)变形阻力 利用 l.埔培（pomp）热轧方坯的实验数据，得到 k 的计算公式： k=(14- 0.01t)(1.4+c+mn+0.3cr)x9.8 mpa 式中： t轧制温度 c含碳量 0.46% mn含锰量 0.65% cr含铬量 0.25% 所以： k=(14- 0.01t)(1.4+c+mn+0.3cr)x9.8 =(14- 0.01x1050)(1.4+0.46+0.65+0.3x0.25)x9.8 =4.5x2.585x9.8 =118.88 mpa (3)轧件的粘性系数 =0.01（14- 0.01t）c 式中： c考虑轧制速度对 的影响系数 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 其数值如下： 轧制速度 v m/s 6 610 1015 1520 系 数 c 1.0 0.8 0.65 0.6 由于 i=1 n=140rpm 则： v=2nr/60 =13.8m/s 所以： =0.01（14- 0.01t）c =0.01（14- 0.01x1050）x0.65 =0.03 (4)变形速度 = 01 2/()vh rhh+ 式中： v轧制速度; mm/s v=13.8m/s=13800mm/s 01 ,h h 轧制前后轧件的高度；mm 01 200,175hh= r轧辊半径；mm r=400mm 所以： 1 2 13800 25/ 400 /(200 175)18.4s =+= 综上可得: 平均单位压力为： pm=(1+m)(k+) =（1+0.1026） （118.88+0.0318.4） =131.69n/ 2 mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 3.2 轧制力的计算轧制力的计算 m pp f= 式中： m p 平均单位轧制力； m p =131.69 n/ 2 mm f 轧件与轧辊接触面积； 01 () /2fbb l=+ 其中： 01 ,b b 轧制前后轧件的宽度； 0 204bmm= 1 90bmm= l接触弧长度的水平投影； 不考虑弹性压扁时，接触弧长度的水平投影 sinlrrh= 其中： r 轧辊的半径；r =800/2=400 mm h压下量 h=25 mm 则：接触弧长度的水平投影为 l=400 25100r hmm= 接触面积为: 2 01 20490 10014700 22 bb flmm + = 轧制力为: 131.69 147001935843 m pp fn= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 3.3 轧制力矩的计算轧制力矩的计算 本轧机除了轧辊给轧件的力外，没有其它外力，此类情况属于简单轧制。 轧制力矩： 2 zz mm= 总 z mp a= 式中： p轧制力; a轧制力力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离； （1） 计算轧制力臂 a=sin 2 d 其中： 合力作用点的角度。轧制方形断面形状的轧件取力臂系数为 0.5 = 热轧时： 0.5 = 其中： 咬入角； =arcos( 2r h 1 m ) =14.4 则： o x0.5x14.47.18= = d880 asinsin7.1854.9mm 22 = = （2）轧制力矩 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 z mp a=g =1935843x54.9=106277 n m 故总轧制力矩 zz m2m2 106277212555n m= 总 3.4 轧制功率轧制功率 两辊都驱动的轧制功率 = 总zz mn 式中： 轧制速度； 2 n 60 = 2 140 14.65rps 60 = zz nm= 总 212555 14.653114kw= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 第四章第四章 轧机主电动机力矩与电动机功率轧机主电动机力矩与电动机功率 4.1 轧机主电机力矩轧机主电机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成即： donkonf2 f1z d mmm i mm m+ + = = donkonf z mmm i m + 式中： d m 主电动机力矩； z m 轧辊的轧制力矩； f m 附加摩擦力矩；即轧制时，由于轧制力作用在轧辊轴承，传 动机构及其它传动件中的摩擦而产生的附加力矩, f2 f1 f m i m m+= kon m空转力矩；即轧机空转时，由于各传动件的重所产生的摩 擦力矩及其它阻力矩。 don m动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于加速或减速， 所引起的惯性力产生的力矩。 i电动机和轧辊之间的传动比； (1)轧制力矩 106277 z mn m= (2)附加摩擦力矩 1 2 f ff m mm i =+ 式中： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 1f m由于轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩； 11f mp = 1935843ppn=轧制力； 1 轧辊轴承处摩擦圆角半径； 1 2 d = 800ddmm=轧辊轴直径；预选 轧辊轴承摩擦系数； =0.0035 则： 1 800 0.00351.4 22 d mm= 11 1935843 1.42710 f mpn m= 2f m各传动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩； 21 1 1 (1) ()/ fzf mmmi =+ 1 主电动机到轧辊之间的传动效率； 1 0.94 =取 i主电动机到轧辊轴的传动比； 则： 2 1 (1) (1062772710)/16539.22 0.94 f mn m=+= 1 2 f ff m mm i =+ 2710 6539.229249.22 1 nm=+= （2） 空转力矩 2 nnn konkon n gd mm i =+ 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 式中： n g某一转动件的重量； n d某传动件的轴径直径； n 某转动件的摩擦系数； ni某转动件到电动机之间的传动比； kon m当有飞轮时，飞轮与空气摩擦损失的力矩； 0 kon m=因本设计没有飞轮故取 表 4.1.1 各转动件的重量、轴颈、摩擦系数、传动比 从动齿轮轴 轧辊轴 轧辊轴 轧辊轴 从动齿轮轴 主动齿轮轴 传动比摩擦系数 轴颈直径 重量 2 nnn kon n gd m i = =687560nm （4）动力矩： 2 4 don j dgdd m dtdt = 式中： 2 gd各转动件推算到电动机轴上的飞轮力矩； 因为该电机没有飞轮，故 0 don m= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 故主电动机的力矩 d m= donkonf z mmm i m + =803086n mg 4.2 按静负荷选择电动机按静负荷选择电动机 根据过载条件选择电动机功率 静负荷力矩 z jfkon m mmm i =+ =803086n mg 因该轧机属于不可逆连续工作制轧机 故负荷图为： 静力钜 电动机静负荷 图 4.2.1 电动机负荷图 maxj er m m k = 式中： er m额定静力矩； maxj m静力矩图上的最大力矩； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 k 电动机过载系数;因电动机属于不可逆运转,取k=2 则： 803086/ 2401543 er mn m=g 故： 30 eter der m n nm = = 401543 165 30 =6938kw 选择8000;110/165 erer nkw nrpm= 交交变频交流电动机 4.3 电动机的发热校核电动机的发热校核 选出的电动机还需经过发热校核 djunjun nnm d 即m 式中： , junjun nm电动机发热计算出来的等值功率和力矩； 等值力矩： 2 j jun mt m t = 因三辊轧机是连续工作制 401543 juner mmn m=g 等值功率： 30 juner jun mn n = 401543 1300 6938 30 kw = djunnn 电动机发热验算通过，即电动机功率满足要求。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 第五章第五章 各传动部件的的设计及计算各传动部件的的设计及计算 5.1 主动齿轮轴的设计计算主动齿轮轴的设计计算 主动齿轮轴即齿轮座中间的传动轴，即与电动机轴相连接的轴，且与另外两 根从动齿轮轴相同，由于齿轮座传动比为 i=1，一般都采用人字齿轮，在人字齿 轮传动中， 同一个人字齿上按力学分析所得的两个轴向分力大小相等， 方向相反， 轴向分力的合力为零。因而人字齿轮的螺旋角 可取较大的数值（1540） ，传 递的功率也较大。人字齿轮的受力分析及强度计算都可沿用斜齿轮传动的公式， 在本设计中主动齿轮轴与从动齿轮轴一样。 5.1.1 主动齿轮轴齿轮的设计计算主动齿轮轴齿轮的设计计算 1.选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数 考虑到功率大，均用硬面齿； 根据具体条件，选用 40cr 作为齿轮的材料，将其进行调质处理并进行表面 淬火, 硬度为 280hbs 初选齿数为 24 螺旋角 34 = o 2.按齿面接触强度设计 按下面的公式试算，即 21 3 1 21( ) he t dh ktz z d （1）.确定公式内的各计算数值 试选 kt=1.6。 由机械设计图 10- 30 选取区域系数 zh=2.433。 由 机械设计 图 10- 26 查得 1 =0.82， 2 =0.82， 12 =+=0.82+0.82=1.64。 由机械设计表 10- 7，选取齿宽系数 d =1。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 由机械设计表 10- 6，查的材料的弹性影响系数 ze=189.8mpa1/2。 由机械设计图 10- 21d，按齿面硬度查的齿轮的接触疲劳强度极限 lim1lim2hh =600mpa 计算应力循环次数： 假设轧机工作寿命为 30 年，每年工作 300 天，全天工作。 () 9 1 6060 14024 300 301.8 10 h nnjl= 9 2 1.8 10n = 由机械设计图 10- 19 取接触疲劳寿命系数为 knh1=knh2=0.88 计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为 1%，安全系数 s=1，由式 10- 12 得： 1lim1 1 2lim2 2 0.88 600 528 1 0.88 600 528 1 hn h hn h k mpa s k mpa s = = 许用接触应力： 12 528 2 hh h mpa + = 齿轮转矩： 55 1 1 1 95.5 1095.5 108000 0.97 529342857 140 p tn mm n =g （2）.计算 试算齿轮分度圆直径 d1t， 1 759.69 t dmm 计算圆周速度： 11 3.14 759.69 140 5.78/ 60 100060 1000 t d n vm s = 计算齿宽 b 及模数 mnt。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 1 11 1 759.69759.69 cos759.69 cos34 / 2427 2.252.25 2760.75 789.69 60.7513 dt ntt nt bdmm mdzmm hmmm b h = = = = = o 计算纵向重合度 。 1 0.318tan0.318 1 24tan345.15 dz = = o 计算载荷系数 k： 已知使用系数 ka=1,根据 v=5.78m/s，7 级精度，由机械设计图 10- 8 查得动 载系数 kv=1.16； 由机械设计表 10- 4 查的 kh的值与直齿轮的相同，故 kh=1.42； 由机械设计图 10- 13 查得：kf=1.38； 由机械设计表 10- 3 查得：1.4 hf kk = 故载荷系数：1 1.16 1.4 1.422.31 avhh kk k kk = =。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计 （10- 10a）得： 3 3 11 2.31 759.69790.8 1.6 t t k ddmm k = 计算模数 m: cos790.8 cos34 30 24 d mmm z = o 3.按齿根弯曲强度设计 由机械设计式 10- 17： 2 1 3 2 1 2(cos) fa sa f d kty y y m z （1）.式中各参数的确定 载荷系数： 1 1.16 1.4 1.352.20 avff kk k kk = = 根据纵向重合度 =5.15 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 从机械设计图 10- 28 查得螺旋角影响系数 y=0.75 计算当量齿数： () () 1 1 33 2 2 33 24 42 (cos34 ) cos 24 42 (cos34 ) cos v v z z z z = = o o 查取齿形系数： 由机械设计表 10- 5 查得：yfa=2.35 查取应力校正系数： 由机械设计表 10- 5 查得：ysa=1.68 由机械设计图 10- 20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 fe=500mpa 由机械设计图 10- 18 取弯曲疲劳寿命系数 kfn=0.85 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，由机械设计式 10- 12 得： f1=f2= 0.85 500 303.57 1.4 fnfe k mpa s = 计算齿轮的 fa sa f y y 11 1 22 2 2.35 1.68 0.0130 303.57 2.35 1.68 0.0130 303.57 fasa f fasa f yy yy = = （2）.设计计算 82 3 2 2 2.20 4.63 100.75 (cos34 ) 0.013024.3 1 241.64 mmm = o 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 mnt大于由齿根弯曲疲 劳强度计算的法面模数，取 m=26mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24 触疲劳强度，需按接触疲劳强度的分度圆直径 d1=790.8mm 来计算应有的齿数。 于是有 1 1 cos790.8 cos34 25.3 26 n d z m = o 取 1 26z =，则 2 26z = 4.几何尺寸计算 （1）.计算中心距 ()() 12 262626 815 2cos2 cos34 zzm amm + = o 圆整后的 a=815mm 。 （2）.按圆整后的中心距修正螺旋角 ()() 12“ 262626 cosarccos34 2434 22 815 zzm a + = o 因 值改变不多，故参数 、k、 h z等不必修正。 （3）.计算齿轮的分度圆直径 “ 26 26 815 coscos34 2434 n zm dmm = o （4）.计算齿轮宽度 815 d bdmm= 圆整后取 b2=815mm，b1=815mm 5.1.2 主动齿轮轴的设计主动齿轮轴的设计 1.作用在齿轮轴上的力 圆周力： 1 1 2000 t t f d = = 2000 529342.8 3877969.2 273 n = 径向力： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 tan cos n rt ff = tan20 38779691702534.8 cos34.3 n= o o 由于所选的是人字齿轮，在人字齿轮传动中，同一个人字齿上按力学分析所 得的两个轴向分力大小相等，方向相反，轴向分力的合力为零。 0 a f = 2.初步确定轴径的最小值 1 3 min0 1 p da n = 其中： a系数；a=100 （见表 5- 17） 1 p 周传递的额定功率； 1 p =7840.8kw 1 n 轴的转速； 1 n =110rpm 则： 3 min 7840.8 100414.5 110 dmm= 此轴颈与电动机的主接手相连，故取 min 480dmm= 3.轴的结构设计 （1）确定轴的各段直径和长度，如下图轴的结构所示： 图 5.1.2.1 齿轮轴的结构 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 轴的左侧与联轴器相连接，右侧与扁头相连接，采用热配合方式。选用的轴 承为滑动轴承，型号为 geh530hc，尺寸为：530750700mm 4 求轴上载荷： 图 5 .1.2.2 圆周力 t f ，径向力 r f 方向 因为人字齿轮上轴向力大小相等、方向相反，所以互相抵消，所以没有轴向 力，由上面的尺寸可知： 1310 acbc llmm= 3877969.2 t fn= 1702534.8 r fn= 在水平面的支承反力： 1310 3877969.21938984.5 2620 bc axt ab l rfn l = 1938984.5 bxtax rfrn= 在水平面内的弯矩： 0 axbx mm= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 27 2540069040 cxax acbx bc mrlrln mm=g 在垂直面内的支承反力： 1702534.8 851267.4 2620 r bc ay ab f l rn l = 851267.4 byray rfrn= 在垂直面内的弯矩： 0 ayby mm= 1115160294 cyay acby bc mr lr ln mm=g 总的支承反力： 22 2117619.9 aaxay rrrn=+= 22 2117619.9 bbxby rrrn=+= a、 b 两点的弯矩： 0 ab mm= 22 2774082409 ccxcy mmmn mm=+=g 轴的转矩： t=529342800n mmg 计算弯矩: () 2 2 cac mmt=+ =()() 22 27740824090.6 529342800+ 2792204609n mm=g 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 28 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 29 图 5.1.2.3 轴的受力、弯矩图 5.1.3 主动齿轮轴的校核主动齿轮轴的校核 按弯矩合成校核轴的强度 进行强度校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的剖面的强度，得 ca ca m = = 3 2792204609 0.1x800 =54.5 a mp 由上述可知，对于 40cr，700 ba mp =承受对称循环应力的许用应力为 1 355 a mp=?54.5 a mp ，故安全。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 30 5.2 主联轴器的的选择及校核主联轴器的的选择及校核 5.2.1 主连轴器的分类主连轴器的分类 主电机和齿轮机座的轴线是不移动的，彼此间可不用中间接轴，而用联轴器 直接联接传递转动。对联轴器有如下要求：能够补偿由于相邻两设备装配不正确 或地基沉陷不一致，而引起的两个轴心线的相互移动；要有一定的弹性，使冲击 负荷不传到相邻设备上。800 轧机所用的主联轴器是广泛用于各类轧机的齿式 联轴器，能很好满足设计及工作要求。 联轴器的基本功用是连接两轴（也连接轴和其他回转零件） ，并传递运动和 转矩。有时，联轴器也用作安全保险装置，联轴器所连接的两轴，只有在运动停 止后经过拆装才能彼此接合或分开。 运用联轴器可以方便地将组成机器的相关部 分（如原动机部分、传动部分和执行部分）连接起来。 联轴器可以分为两类：刚性联轴器和挠性联轴器。 由于常用联轴器多已标准化和规格化，因此，设计时主要解决联轴器型号的 合理选择问题。 联轴器的选择 （1）联轴器类型的选择 联轴器类型主要是根据机器的工作特点、性能要求（如缓冲减振、补偿轴线 位移、安全保护等） ，结合联轴器的性能选择合理的类型。一般来说，对载荷平 稳、同轴度号、无相对位移的可选用刚性联轴器；难以保持两轴严格对中，有相 对位移的应选用挠性联轴器；对传递转矩较大的重型机械，可选用齿轮联轴器； 对须有一定补偿量，单向转动而冲击载荷不大的中、低速传动的水平轴的连接， 可选用滚子链联轴器；对高速轴，应选用挠性联轴器；对轴线相交的两轴，则宜 选择万向联轴器。 由电动机输入轴的直径 d=700mm, 所以选择鼓形齿式连轴器， 该联轴器为重 型联轴器，一般选用硬度高和耐磨性能好的材料，外齿套用 37simn2mov,内齿 圈用 zg42simnmo，查手册可选择 gii cl24 鼓形齿式连轴器。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 31 5.2.2 联轴器的校核联轴器的校核 其参数如下： gii cl24 mmd700 1 = mmd480 2 = 轴孔长度 mml685 1 = mml620 2 = 重量 12915kg 15015kg 转动惯量 2486 2 mkg 2 2838mkg 公称转矩 mkntn= 3550 许用转速 1 min550 =rnp 允许角度偏移量 301o= 计算转矩 tktnc kt 1 = 式中： tc 连轴器的公称转矩 k1 转速修正系数 301 o = 得36 . 0 1 = k 3 . 0 550 165 = n n kn 则： mntk nn =10650001035503 . 0 3 其中：工况系数 k=2 8000 9550468818.18 165 tnm= mnkttc=93763618.4688182 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 32 得： nnc tkt 所以该联轴器满足要求。 5.3 轴承的选择与计算轴承的选择与计算 5.3.1 轴承的选择轴承的选择 轴承是支承轴的部件，轴承的选择要以轴的直径及承载能力为依据。根据轴 承工作的摩擦性质，可分为两大类：滑动轴承和滚动轴承。考虑到轧钢机的工作 特点有冲击大的特点，所以在本设计中选用型号为 geh530hc 的滑动轴承，该 轴承为自润滑性向心关节轴承。其动载荷为 25900kn，静载荷为 51200kn。 牌号为： zcusn10p1(10- 1 锡青铜)； 材料为锡青铜。 轴承的宽度 b=700 毫米 r=530 毫米 轴承座的技术条件： （1）轴承座采用 ht200 灰铸铁制造，其力学性能符合 gb/t9439 的规定 （2）轴瓦和轴套采用锡青铜制造。 （3） 铸件上的型砂应清除干净， 交口、 冒口、 结疤及夹砂等应铲除或打磨掉， 清理后毛坯表面应平整、光洁。 （4）铸件不允许有裂纹。 （5）轴承座毛坯应在机械加工前进行时效处理。 5.3.2 轴承的校核轴承的校核 最大许用值：mpap15= smv/10=