机械毕业设计（论文）-包钢轨梁厂800轧机摆动台设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） i 包钢轨梁厂 800 轧机摆动台设计 摘要 摆动台属老式轧机上的辅助操作部件，如型钢650轧机、760 轧机、800 轧 机等都有摆动台。现代化的新式轧机，如生产百米钢轨的 bd1、bd2、bd3 轧机上不存在 摆动台。 摆动台的传动系统中的主要部件有电机、联轴器、减速器、曲轴、拉杆和滑槽杠杆 等。其工作过程主要是由电机提供动力，通过中间联轴器将动力传递给减速机，通过减 速机的减速后达到可使摆动台正常工作的速度， 速度的传递主要靠传动轴将速度和动力 传给曲轴，通过曲轴的近似圆周运动以及拉杆和滑槽杠杆行程的改变，最终实现控制摆 动台升降的目的。 该设计采用逆推方式。通过对摆动台的受力分析，得到拉杆所受的最大拉力和最大 压力，进一步可以得到曲轴的最大力矩，通过相应的计算得到曲轴输入端的功率。然后 根据联轴器以及减速器所传递的效率,推算出减速器的功率和电机的功率。对承受弯扭 强度较大的关键部件校核且符合条件后，该传动的系统的设计基本完成。 关键词关键词:摆动台;传动系统;电机;减速器;曲轴;校核。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） ii bang gang rail beam swing 800 rolling mill plant design abstract swing desk is a parts- aided on the old- fashioned swing mill.suan as steel 650mill、 760mill、800mill and so on, contain the swing desk, modernization new rolling mill， such as 100 meters of rail production of bd1, bd2, bd3 swing mill taiwan does not exist. in the taiwan swing drive system the main components include motor, coupling, reducer, crankshaft, rod and slide the lever and so on. the course of their work is mainly powered by the motor, transmission speed will mainly rely on the shaft transmission the speed and power to the crankshaft, through the crankshaft, as well as circular motion similar to the rod and slide the lever to change the itinerary, the eventual realization of the purpose of control swing desk take- off and landing platform. the design adopte the backstepping approach through the force analysis to the swing desk, be bar suffered the largest maximum pressure and tension further could be the biggest moment of the crankshaft through the calculation of the corresponding to obtain the input power of the crankshaft .and then ,according to the coupling and reducer transmission the efficiency , estimated power reducer and motor power. under bending and torsion strength of the key components of a larger check as well as in line with the conditions the drive system design basicly completed. key words: swing desk ;transmission; motor; reducer; crankshaft,;check. 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） iii 目录目录 摘要 . i abstract ii 第一章 绪论 5 11 轧机及轧钢机械 . 3 1.1.1 轧机的分类 . 4 1.2 型钢轧机 4 1.2.1 轧钢生产工艺过程及轧制方法 . 5 1.3 型钢轧机的发展 7 第二章 型钢 800 轧机摆动台 9 2.1 型钢 800 轧机的结构功能介绍 9 2.1.1 摆动台结构组成 10 2.1.2 摆动台功能介绍 11 第三章 传动系统的设计 . 12 3.1 摆动台机构力学分析 . 14 3.2 与曲轴连接的传动轴输出功率计算 . 21 3.3 联轴器的选择 . 25 3.4 减速器的选择 . 28 3.4.1 减速器输入轴的扭矩计算 29 3.4.2 减速器输入和输出轴的校核 29 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） iv 3.5 电机的选择 . 32 351 联轴器的选择 32 3.5.2 电机轴的校核 34 353 变频器 35 3531 变频器作用简单介绍 . 36 3532 变频器选型要求 . 36 3533 变频器应用中注意的问题 . 37 结语 42 参考文献 44 致谢 45 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） v 第一章第一章 绪论绪论 毕业设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。通过 毕业设计，能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严 格的技术及基本能力的练习。根据邓小平同志提出的“教育要面向现代化，面向世 界，面向未来”的教育改革和发展的战略指导方针，在要求学生把握相应的理论知 识和专业技能基础上，积极创造条件，进行毕业设计，以适应新的技术革命和现 代社会、现代生产对高素质劳动工人的要求。 该设计题目来自包头钢铁集团下属单位轨梁厂。 该摆动台属型钢 800 轧机上的一辅 助操作机构，设计任务主要完成对摆动台传动系统的设计。其传动系统主要完成对摆动 台自身的升降，最终目的是完成坯料从轧机中辊与下辊以及中辊与上辊之间的换辊操 作，以及通过翻钢机改变坯料的辊道等操作将坯料最终轧制成为所需规格的产品。 摆动台的传动系统主要有电机驱动，将动力传给减速器到达传动轴，传动轴连接曲 轴，通过曲轴的近似圆周的运动来改变拉杆和滑槽杠杆的行程，最终达到控制摆动台升 降的目的。 设计中的指导思想。由于设计已知条件的局限，该设计采用逆推方式。通过对摆动 台的受力分析，最终得到拉杆所受的最大拉力和最大压力，进一步可以得到曲轴的最大 力矩，通过相应的已知和推算出的条件计算得出曲轴输入端的功率。然后根据联轴器以 及减速器所传递的效率推算出减速器的功率和电机的功率。进行必要的校核后，该传动 的系统的设计基本完成。 本设计的研究范围就是在所给的条件下， 通过学生自己的学习完成对该传动系统的 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 2 设计。其中主要包括电机、联轴器、减速器的选择方法；对承受弯扭强度较大的关键部 件的校核方法；对理论力学中力学平衡、力矩平衡的应用；对 cad 绘图工具的使用等。 设计所需达到的技术要求：在设计完成后与现实中使用的相比较，应使其能够应用 到实践中且能正常工作， 而不能产生大的能源消耗或存在工作过程中容易产生故障的情 况，应比过去设计且现在使用中的摆动台的传动系统性能更加优越。 在设计过程中所需解决的主要问题：分析研究摆动台力学结构简图，对其各部件的 受力进行深入透彻的分析， 通过一系列的数学和几何运算以及力平衡和力矩平衡条件得 到与曲轴相连的拉杆的受力。 进行该设计的目的旨在检验学生的知识掌握情况， 以及完成对所学知识的又一次整 理，对即将走向工作岗位的毕业生来说其意义重大。 1）. 毕业设计贯彻了理论联系实际的原则。 高等教育应立足于现实，着眼于未来，要积极创造条件，使职业理论教育与现 代生产实际相结合。理论与实际相结合，不仅包括课堂上学的有关知识要与技能 练习相结合，还包括要引导学生了解和接触社会实际的内容。学生进行毕业设计， 是在专业理论知识的指导下，通过各种方式，解决一些实际性的问题。在设计过 程中，学生可以将所学的理论知识运用到实践中，不仅能加深对专业理论知识的 理解，而且能丰富和发展书本上的理论知识，使之转化成更高层次的经验、技能 和技巧。由于现行的教学模式，理论知识与技能，尤其是与生产实践存在着严重 的脱节，学生无法将他们课堂上学习的理论知识与现实生产问题联系起来，使之 学不能致用。而增加毕业设计这一环节，通过合理选择课题，引导学生有意识地 系统运用所学知识和技能，去分析思考，有助于理论知识与实践有机的结合。 2）. 毕业设计有助于提高学生适应未来岗位的能力。 毕业设计有助于提高学生适应未来岗位的能力。由于社会生活的变革和科技 进步对社会及个人的影响，认为学校能满足人生所有教育需要的理性主义幻想已 经破灭。社会的发展要求劳动者不断更新知识，每个人的职业不可能终身不变。 这一切都要求现在的学生除获取一定的理论知识和技能外，还必须培养自己进一 步学习的能力。而教育的改革和发展，既要反映当代社会的实际需求，更要充分 考虑社会的发展趋势。学校教育要为学生的终身发展提供相应的知识、能力和素 质基础，学生的发展高于一切。因此，我们要更新职业教育观念，调整职业教育 的深度，不仅要着眼于今天和明天，还要着眼于学生的未来。课程设计能够加强 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 3 各门课程的联系，拓展一些相近或相关专业知识的技能，给学生留下适应多项工 作所需要的知识的“接口”，为学生的终身教育奠定知识基础和能力基础。 3）. 毕业设计的可行性。 通过一定时间的校内学习，学生已获得了相应的理论知识和一定的专业技能； 进入工厂的生产实践又使其获得了一定的实践经验。对他们来说，应该更能理解 所学理论知识在生产实践中的应用。而在生产实践中所涉及的一些实践问题，又 能促进其带着疑问积极地探索。应该说，进行毕业设计从知识技能的预备到心理 的充分熟悉都具备了较好的基础。 11 轧机及轧钢机械轧机及轧钢机械 轧机又称轧钢机是广泛用冶金行业的重要设备， 通常把使轧件产生塑性变形的机器 成为轧钢机。主要用于生产不同用途的钢材，如板材、带钢、钢管、型钢等。 轧钢机械或轧钢设备主要指完成由原料带成品整个轧钢工艺过程中使用的机械设 备。一般包括轧钢机及一系列辅助设备组成的若干个机组。轧钢机由工作机座、转动装 置（接轴、齿轮座、减速机、联轴器）及主电机组成。这一机器系统称主机列，也称轧 钢车间主要设备。主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。除轧钢机以 外的各种设备，统称轧钢车间辅助设备。辅助设备数量大、种类多。随着车间机械化程 度的提高， 辅助设备的重量所占的比例就愈大。 如 1700 热轧带钢厂， 设备重量为 51000t， 其中辅助设备的重量在 40000t 以上。 轧钢机的标称有许多习惯称谓，一般与轧辊或轧机尺寸有关。 钢坯轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊的名义直径， 因为轧辊名义直径的大小 与其能够轧制的最大断面尺寸有关。因此，钢坯及型钢轧机是以轧辊名义直径标称的， 或用从字齿轮节圆直径标称。当轧钢车间中装有数列和数架轧机时，则以最后一架精轧 机轧辊的名义直径作为轧钢机的标称。 钢板车间轧钢机的主要性能参数是轧辊辊身长度， 因为轧辊辊身长度与其能够轧制 的钢板量宽度有关。因此，钢板轧机是以轧辊辊身长度标称的。 钢管车间轧钢机则是直接以其能够轧制的钢管最大外径来标称的。 应当指出，性能参数相同的轧钢机，采用不同的布置形式时，轧钢车间产品、产量 和轧制工艺就不同。因此，上述轧钢机标称方法还不能全面反映各种轧钢车间的技术特 征，还应考虑轧钢机的布置型式。例如，250 半连续式线材车间，其中 250 是指最后一 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 4 架精轧机轧辊名义直径为 250mm，而半连续式是指轧钢机布置型式。 1.1.1 轧机的分类轧机的分类 轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机。 (1)按轧辊在机座中的布置分类 根据轧辊爱机座中的布置形式的不同，轧钢机可分为下列五种形式：具有水平轧辊 的轧机、具有立式扎轧辊的轧机、具有水平和立式轧辊的轧机、具有倾斜布置轧辊的轧 机以及其它轧机。 (2)按轧钢机的布置形式分类 轧钢机的布置形式是依据生产产品及轧制工艺来确定的， 机座排列的顺序和数量的 多少，构成了不同车间的布局特点。根据轧钢机布置形式可分为：单机架式、多机架顺 列式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等。 1.2 型钢轧机型钢轧机 型钢轧机根据其加工产品的不同主要有生产 t 型钢的型钢轧机、生产 z 型钢的型钢 轧机、生产 h 型钢的型钢轧机等 h 型钢的型钢轧机根据轧辊直径轧制精度的不同进行划分，如旧线上的650 型钢 轧机760 型钢轧机、800 型钢轧机、850 型钢轧机等以及新线上的 bd1 和 bd2 轧机等主要生产不同尺寸的钢轨，满足不同的需求。 对于型钢 800 轧机主要有交交变频电机提供动力通过联轴器、齿轮座、万向接轴等 装置将动力传给轧机的三根传动轴，三根传动轴分别带动三根轧辊完成对坯料的轧制。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 5 图图 1.1 轧机的组成轧机的组成 随着科技的不段进步， 型钢轧机的生产产品也由最初的短轨梁发展到今天的百米钢 轨，以满足火车提速的要求，给人民生活带来了极大地便利。 1.2.1 轧钢生产工艺过程及轧制方法轧钢生产工艺过程及轧制方法 （1）轧钢生产工艺过程 (1)将钢锭或钢坯轧制成一定形状和性能的钢材，需要经过一系列的工序，这些工 序的组合叫做轧钢生产工艺过程。 由于钢材的品种繁多，规格形状、钢种和用途各不相同，因此轧制不同产品采用的 工艺过程不同。 正确的制定工艺过程，对保证产品的质量、产量和降低成本具有重要意义。轧钢生 产的工艺过程，根据使用原料的不同，生产产品的不同以及轧钢设备的不同而不同。一 般来说，轧钢生产工艺过程是由几个基本工序组成的。 1）坯料准备 包括按炉号将坯料堆放在原料仓库，清理表面缺陷，去除氧化铁皮和预先热处理坯 料等。 2）坯料加热 坯料加热是热轧生产的重要生产工序。将坯料加热达到所要求的温度后，再进行轧 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 6 制。 图图 1.4 百米钢轨轧制百米钢轨轧制 3）钢的轧制 是轧钢生产工艺过程的核心工序。轧钢工序的两大任务是精确成型和改善组织性 能。 4）精整 精整工序通常包括钢材的切断或卷取、轧后冷却、矫直、成品热处理、成品表面清 理、包装等工序。该工序对产品质量起着最终的保证作用。 （2）h 型钢的轧制方法按历史顺序大致分为三类： 1、利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制方法； 2、利用一架万能轧机的轧制方法； 3、利用多机架万能轧机的轧制方法。 1. 利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制方法。 这种轧制方法大多采用生产普通工字钢的直轧法、 斜轧法和弯腰对角轧制法生产工 艺。这种轧制方法只能轧制小规格的型钢，由于斜配孔型导卫装置复杂，轧机调整不 易控制，生产效率低，质量不稳定，最大缺点是不能生产中等规格以上的宽腿型钢。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 7 图图 1.5 轧辊轧辊 2. 利用一架万能轧机的轧制方法 这种轧制方法的孔型设计与轧制普通工字钢时的孔型设计相同。它的主要特点是 利用二辊开坯机和两架三辊式轧机进行粗轧，用一架万能轧机进行精轧。这种方法缺点 是轧辊磨损快且不易恢复，一次轧出量少，更不适合轧制多种尺寸型钢。 3. 利用多机架万能轧机的轧制方法 用多架万能轧机轧制型钢，万能轧机除被驱动的上下两水平辊外，在水平辊两侧 设置被动立辊，共用四个轧辊形成一个孔型。万能轧制这种方法在世界上已获得普遍应 用。 4. 轧制法 轧法是取得专利的轧法。万能轧机将会被放进万能机架，在操作之中 同样采用轧法，第一架轧机采用：孔型设计以及第二架轧机是根据最终产品 而配置的孔型。 万能轧机的四个轧辊所组成的孔型一般有两种型式： 孔型和孔型。 孔型立辊带有一定的锥度，并且以水平轧制线为中心上下对称。这种孔型的优 点是：有利于轧件的延伸，可以使轧件很快减薄，并且在相同的压下量的情况下，轧制 能耗比孔型低，因此在万能粗轧、中轧机机组中多采用这种孔型。孔型的立辊是圆 柱形，精轧机必须采用这种孔型。 轧件在孔型中进行可逆连轧，由于第二架万能轧机采用孔型，所以可以 直接轧出成品，从而省去了精轧机组，生产线长度大大缩短。轧制法最大的优点 是：占地面积小、投资少、效益大、成品低。采用轧制法，比原始的单列往复串 列布置机组产量提高，轧辊成本降低，并且该可进一步改造成目前国际上 型钢生产最先进的以近终形连铸坯为原料， 采用轧制方法的短流程连铸连轧技 术。 轧法与传统轧制工艺比较这种轧法在实践操作中被证明有如下优点：更高 的生产能力；更高的温度水平；更少的轧制压力及驱动功率；提高轧辊的使用寿命；控 温轧制实现可能；更长的轧件长度。轧制方法是目前世界上生产型钢比较流行 的轧制方法，已经被多数新建或新改造的型钢厂所广泛采用 1.3 型钢轧机的发展型钢轧机的发展 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 8 现代轧机发展的趋向是连续化自动化专业化产品质量高消耗低。 60 年代 以来轧机在设计研究和制造方面取得了很大的进展使带材冷热轧机厚板轧机 高速线材轧机h 型材轧机和连轧管机组等性能更加完善并出现了轧制速度高达每 秒钟 115 米的线材轧机全连续式带材冷轧机、 5500 毫米宽厚板轧机和连续式 h 型钢轧机等一系列先进设备。 轧机用的原料单重增大液压 agc 板形控制电子计 算器过程控制及测试手段越来越完善轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧、控制 轧制等新轧制方法以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧 机都在发展中。 随着科学技术的发展和进步，轧钢生产也在快速发展。新技术、新工艺、新设备不 断出现。其他领域的新技术也不断用于轧钢生产。使轧制产品的品种在增加，质量在提 高，满足越来越高的使用要求。轧钢生产的发展趋势主要有八个方面。 （1）轧制钢材的实物质量在不断提高。由于轧制技术水平的提高，轧制产品的尺寸 精度高、材质均匀稳定、各种性能好。国外近几年来都在修改补充钢材产品的标准，提 出了轧制产品的最高精度、较高精度和一般精度，以满足使用单位对钢材的各种使用要 求。 （2）为保证轧制钢材的高质量，已经从冶炼、炉外精炼、钢水浇注等前工序来保证 质量。钢材质量的提高已从整个冶金生产过程综合考虑。 （3）普遍采用连铸坯。连续铸钢技术近年来发展迅速，各国连铸比（连铸坯占产钢 的比例）都在迅速提高。日本、德国、英国、法国等连铸比达到了大于 90%以上的水平。 本世纪末，世界平均连铸比将接近 80%。并且连铸坯向热装热送和直接轧制方向发展。 （4）对轧钢生产的控制水平在提高。钢材产品质量精度要求高，就要求轧钢生产各 个环节的控制精度高。目前广泛采用微机控制轧钢生产中的各个生产环节，并可实现程 序控制的自动化操作。 （5）轧钢生产技术水平在提高。连铸连轧、全连续轧制、高精度轧制、控轧控冷、 工艺润滑、精整工序的机械化与自动化、深加工技术等的应用，提高了轧制生产中的高 技术含量。 （6）新型轧制设备不断投入生产，而且其装备水平在提高。新型轧机有万能 h 型钢 轧机、全连续冷轧机、高速无扭线材轧机以及轧制板带的 hc 轧机、泰勒轧机、ffc 轧 机等。这种专业化的高技术轧机生产的产品在质量、产量和成本等综合指标方面处于领 先地位。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 9 （7）不断开发钢材的新品种。发展合金钢种与控制轧制工艺以提高钢材性能。板带 钢与管材的产品比重也有增加的趋势。经济断面型材，特殊断面及变断面钢材，各种镀 层、复层及涂层钢材都有很大发展。 （8）在线检测技术、设备诊断技术不断完善和发展。在线热检测轧件尺寸，在线张 力检测等对控制质量提供了保证。采用声、振测试，应力、应变测试，无损测试，测温 和油液分析等， 运用电子和计算技术监测掌握设备运行情况， 预测有关异常或故障程度、 分析判断原因、进行报警，以避免事故，提高作业率。 20 世纪 80 年代以来，大型轨梁轧机的重要新技术之一就是采用近终形连铸坯，将 连铸设备于轧制设备紧凑布置、缩短生产流程，省去大型开坯机，减少设备数量，降低 成本。sms 公司将近终形钢轨梁连铸和先进的轧制技术组合的方法，被称为紧凑式轨 梁生产法（cbp） 。这种轧制方法的原理，基于一套立辊轧边机，将轨梁坯幅板高度轧 到万能轧机所要求的尺寸。这台轧边机明显小于开坯机，并直接安装在万能轧机前面。 轧制近终形钢梁坯比普通连铸坯， 可使轧机生产率提高 10%以上， 轧机收得率提高 2%， 比轧钢坯提高 8%10%， 降低能耗 30%。 型钢轧机的精整工序是型钢生产中的重要环节， 他将轧制成形的半成品进行冷却、矫直、切断、热处理以及检查、分类、消除缺陷、包 装、标志等处理，使其成为符合技术标准的成品钢材。因此，精整设备的装备水平直接 影响产品质量。现代化型钢轧机一个重要标志是，精整设备的连续化和自动化。 轧钢生产技术的提高与整体科学技术水平的提高是相适应的。随着科学技术的不断 发展，轧钢生产的技术也在不断发展。 第二章第二章 型钢型钢 800 轧机摆动台轧机摆动台 摆动台是型钢 800 轧机的辅助操作机构， 是一个一端固定在支点上另一端通过曲轴 和连杆机构连接驱动装置可以升降的台子。主要完成坯料从800 轧机中辊与下辊之间 以及中辊与上辊之间轧制的转换， 并通过翻钢机与推钢机的配合改变坯料的轧制道次和 轧制面，从而获得符合要求的轨梁产品。 2.1 型钢型钢 800 轧机的结构功能介绍轧机的结构功能介绍 型钢 800 轧机轧辊直径为 800mm，分为上辊、中辊和下辊，电机采用交交变频的 方式把动力传到齿轮座然后到万向接轴再分别连接三个辊的驱动轴，从而带动辊的转 动，完成对钢坯的轧机。在每经过一个道次的轧制钢坯都会有一个进钢和甩钢速度，在 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 10 完成轧制后通过辊道将成型钢轨运到指定地点。 辊道按其用途可分为以下几种基本类型： 受料辊道：这种辊道也称为上料辊道，是从其它运输工具直接接受轧件。 运输辊道：这种辊道主要是用来按轧制工艺流程向各设备运送轧件，如加热炉、轧 机、剪切机、矫正机等设备的输入辊道和输出辊道。 工作辊道：这种辊道位于工作机座前后，直接向轧辊喂送轧件和接收炸出的轧件。 距工作机座较近的称为主要工作辊， 其中头几个辊子通常配置在机架内， 又称为机架辊。 当轧件超出主要工作辊长度时，辊道需要相应延长，改延长部分称为辅助工作辊道，或 称延伸辊道。 图图 2.1 钢轨生产过程中钢轨生产过程中 收集辊道：这种辊道位于设备加工线的尾部，用来将轧件半成品或成品收集起来， 以便进行整理、打印、冷却、捆扎或其它加工工序。对于较小的轧件，有的辊子为倾斜 放置，可使轧件自动收集。 特殊用途辊道：如炉内辊道、升降辊道、冷却辊道和检查辊道等。 型钢 800 轧机属于老式轧机，只能轧制尺寸相对较短的钢轨。 2.1.1 摆动台结构组成摆动台结构组成 摆动台主要结构由电机、减速器、传动轴、曲轴、连杆机构以及配重组成。 其工作方式是电机提供动力，通过减速器的减速把速度传给传动轴，传动轴通过联 轴器与曲轴连接，曲轴连接摆动台的连杆结构。连杆机构主要由拉杆、滑槽杠杆、前支 臂等组成。当传动轴把速度传给曲轴后，曲轴做近似圆周的旋转运动，使与其连接的拉 杆和滑槽杠杆在运动过程中有最大和最小行程，最终通过连杆机构控制摆动台的升降。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 11 图图 2.2 摆动台升降机构摆动台升降机构 2.1.2 摆动台功能介绍摆动台功能介绍 摆动台功能主要是调节坯料在中辊与下辊以及中辊与上辊之间的轧制。 当摆动台基 本处于水平状态时坯料通过中辊和下辊之间进行轧制， 当抬升到最大高度时坯料正好通 过中辊与上辊之间进行轧制。 当与翻钢机、 推钢机配合使用时可使钢坯在中辊与下辊以及中辊与上辊的不同道次 进行轧制，最终形成所需规格的产品。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 12 第三章第三章 传动系统的设计传动系统的设计 摆动台传动系统的设计是这次设计的主要任务， 为设计其传动系统首先对其进行综 合性分析。 设计思路：根据已知条件对摆动台连杆结构进行力学分析，根据理论力学的力平衡 和力矩平衡相关知识求出曲轴所受力的最大和最小值， 并根据已知的曲轴的近似圆的半 径得出其最大和最小力矩。从而得出传动轴的转速，根据转速选出符合要求的电机、减 速器以及所需的联轴器。最后对完成对相关零部件的校核 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 13 图图 3.1 电机传动系统电机传动系统 图图 3.2 摆动台升降机构简图摆动台升降机构简图 对上两图做简要叙述： 电机传动系统中主要是由电机驱动，将动力、速度传给减速器，通过减速器的减速 作用，使速度达到可以是摆动台正常工作的速度范围。联轴器主要起将不同直径不同作 用的轴连接在一起，保证系统的正常运行，且要有一定得抗弯扭、抗震强度。对于曲轴 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 14 在下图中以圆代替，原因是在传动轴的带动下，曲轴做近似圆的回转运动。 对于摆动台工作机构，主要是由连杆机构组成，其中拉杆和滑槽杠杆的行程可变。 正是由于拉杆和滑槽杠杆可变的行程，才使得摆动台可以升降。平衡重主要是在摆动台 工作过程中平衡掉一部分负载力矩，减少能源损耗。 图此两图的目的是使阅读者能对其具体的工作原理能够非常容易的有一个清楚的 认识。 3.1 摆动台机构力学分析摆动台机构力学分析 思路：先用面积法求出摆动台台面的重心，利用理论力学相关知识求出前支臂的承 载力。根据曲轴运行过程中的两个极限位置，分别对摆动台落下机构和升起机构进行受 力分析。最终得出曲轴的受力。 摆动台力学机构简图如下图 3.4，图 3.1 表示用面积法求摆动台重心的简图。 简图 3.3 的坐标轴是以摆动台不规则部分的左端点为坐标原点，以点 a 为分界点分 为规则实体 abdc 和不规则实体 abef。 边 cd 和 ef 的长度由于课题中没具体数值， 在计算 过程中根据简图画图的比例进行估算，建图的目地是利用面积法求出摆动台重心，进而 求出前支臂的受力，推算出曲轴输入端功率。 对于实体 abdc 属于规则实体， 质心在中点 h 其坐标大致为 x - 5125,y 525.边 cd 长度 为 1000，面积为 s=10150000 平方毫米。对于不规则实体 abef 边 ef 长度为 300，边 bf 长度为 1200，其面积为按梯形面积可求为 s1=780000 平方毫米。对于不规则实体 abef 的质心 x1,y1 利用面积法进行求得： x1=sxds / )( 1200 0 ； y1= 1000 0 )(yds /s=( 700 0 ydy )/s+ 1000 7 / )( oo syds； 然后分别对不规则实体 x 轴和 y 轴进行积分：其计算过程如下： 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 15 图图 3.3 为计算质心建立摆动台的直角坐标为计算质心建立摆动台的直角坐标 图图 3.4 摆动台升降机构摆动台升降机构 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 16 图图 3.5 对对 x 轴进行积分的简图轴进行积分的简图 图 3.5 是对不规则实体的 x 轴进行积分的简图，计算如下： (1)h/h=(f+x- x1)/f+x； (2)h1/h=f/f+x- x1 ； 求得 f=(x- x1)h1/h- h ； 其中 x=1200,h=1000,h1=300 将 f 代入到式（1）求得： h=(1200000- 700x1)/1200； 其中对 x 进行积分 ds=hdx,； 此时 x1=(dxxx1200/ )7001200000( 1200 0 )/s1； 计算求得：x1=391.7378917； 图 3.6 是对不规则实体的 y 轴进行积分的简图，其中 ds= s1+s2,s1 为 efjk 的面积； a e fj k ydy h2 x dy l 图图 3.6 对对 y 轴进行积分的简图轴进行积分的简图 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 17 s1=dsy 1000 700 ,ds=xdy=1200dy; s1=dyy 1000 700 1200; s2 为下方三角形的面积. s2= 700 0 yds ,ds=h2dy； 对于下方图形 aek,h2/x=y/l,其中 x=1200、l=1000; 求得 h2=(6/5)y,ds=(6/5)ydy; s2=ydyy 700 0 )5/6(； y1=(s1+s2)/s=(dyy 1000 700 1200+ydyy 700 0 )5/6()/s1； 摆动台质心 x1=(sx+s1x1)/(s+s1)； 其中 s=10150000;x=- 5125;s1=780000; x1=391.7378917；代入数值可得： x1=- 4731.3； 由于在后面的计算中质 y 的值用不到故不做计算. 对摆动台前支臂进行力学分析：前支臂与摆动台面之间夹角近似 90 度，计算中视 垂直关系进行计算，由于 x1=- 4731.3，坐标轴是从不规则实体的左端点建立，可计算出 质心距摆动台左支点的距离为 l=5618.7,其中 l=9400 当摆动台处于水平状态受力如下： 图图 3.7 摆动台水平状态的受力分析摆动台水平状态的受力分析 应用杠杆原理知：f1l=gl； g 为摆动台本身和所承受轨梁的重量之和，由已知条件知 g=118.905 t，由此可得 前支臂的承载受力 f1=71.07t 800 轧机摆动台摆动机构机构分析 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 18 摆动台有两种工作状态:起升、落下。拉杆最大 4950mm,最小行程 4800mm,滑槽杠杆最 大行程 1150mm,最小行程 900mm。图 3.9 所示为摆动台落下的机构受力分析 ，图 3.10 为摆动员台升起机构受力分析。 通过对摆动台机构不同情况下的受力分析得出使拉杆受最大压力和最大拉力的两 种情况，其它受力情况均为受拉力或者受压力的一种情况，并非最大值，本设计目的是 通过摆动台受力推算出拉杆的受力，进而得出曲轴的转矩和传动轴的扭矩，推算出传动 轴的转速。因而只需分析拉杆受最大拉力和最大压力的两种情况，进而推算出传动轴转 速的一个范围。 受最大拉力和压力的状态分别为: 1 拉杆达到最大行程 4950mm,滑槽杠杆达到最小行程 900mm,杆受压 , 摆动台落下 2 拉杆达到最小行程 4800mm,滑槽杠杆达到最小行程 900mm,杆受拉 , 摆动台升起 原因：设前支臂受力为 f1、平衡重为 f2、拉杆受力为 f3,以 a 点为铰支点 ,力臂分 别为1、2、3,逆时针为正。 1 图图 3.8 拉杆受压力时各杆受力简图拉杆受压力时各杆受力简图 根据力矩平衡知：f22- f11- f33=0 若滑槽杠杆的行程大于最短行程，对上式进行分析知其力臂3 将增大，f3= (f2 2- f11)/ 3 而力将减小，力最大就是滑槽杠杆行程最短时。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 19 图图 3.9 摆动台落下机构受力分析图摆动台落下机构受力分析图 图图 3.10 摆动台升起机构受力分析图摆动台升起机构受力分析图 拉杆所受压力计算 ,机构简图如图 3.9: 在ade ad=aeaedede+ =)4204900()4204900(200200+ =4484mm 在acd 中，应用余弦定理 cosc=(acac+cdcd- adad)/2accd =（900900+49504950- 44844484）/24950900 =0.5843 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 20 c=arccos0.5843 =54.25 =arcsin de/ad = arcsin200/4484 = 2.5 = cad- 91 = arccos(acac+adad- cdcd)/(2acad)- 91 = arccos(900900+44844484- 49504950)- 91 =25.4 =180- - - 91 =62 1=100- 62 =38 根据力矩平衡知：f22- f11- f33=0 f3= (f22- f11)/ 3 =（27.72100cos28- 71.07700cos38）/(900sin4.25) =16.6t =166000n 拉杆所受拉力计算 ,机构简图如简图 3.10 在ade ad=aeaedede+ =)4204900()4204900(200200+ =5323mm 在acd 中，应用余弦定理 cosc=(acac+cdcd- adad)/2accd =（900900+48004800- 53235323）/24800900 =- 0.5190 c=arccos- 0.5190=121.27 =arcsin de/ad = arcsin 200/5323 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 21 =2.2 = 91- cad =91- arccos(acac+adad- cdcd)/(2acad) =91- arccos(900900+53235323- 48004800)/(29005323)- 2.2 =38.4 =180- (91- )- 100 =27.4 图图 3.11 拉杆受拉力时各杆受力简图拉杆受拉力时各杆受力简图 根据力矩平衡知：f22- f11+f33=0 f3= (f22- f11)/ 3 =（71.07700cos- 27.72100sin）/900sin（180- c） =10.4 t =104000n 3.2 与与曲曲轴轴连接连接的传动轴的传动轴输出输出功功率率计算计算 思路：首先根据力学分析得出的拉杆的受力算出曲轴的转矩，由于曲轴与传动轴一端 相连，即曲轴的转矩等于该轴的扭矩，通过扭矩公式：m=9549p/n；进而推算出与曲轴 相连的传动轴的功率。 (1)对于图 3.7 根据已算得的拉杆的受力，求出它对曲轴的力矩 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 22 图图 3.12 拉杆受压力时拉杆受压力时求曲求曲轴力轴力矩矩的的几何几何简图简图 参照上图和下面的机构简图 3.9 以及力的力矩图求出力 f3 的力臂，最终求出其力矩 其中dae=2.5；cai=91； iad=25.4； dca=54.25； cad=cai+iad =91+25.4 =116.4 fda=dca+cad =54.25+116.4 =170.65 dfa=180- - fda =180- 2.5- 170.65 =6.85 图图 3.9 摆动台落下机构受力分析图摆动台落下机构受力分析图 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 23 1 图图 3.8 拉杆受压力时各杆受力简图拉杆受压力时各杆受力简图 根据几何知识知hde=def=90 所以hdf=dfa=6.85 hg=hdsinhdf =420sin6.85 =50mm； 所以力矩 t1=f3 hg =16.61000kg10n/kg50mm =8300000n/mm (2) 对于简图 3.8 根据已算得的拉杆的受力，求出它对曲轴的力矩 图图 3.10 摆动台升起机构受力分析图摆动台升起机构受力分析图 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 24 图图 3.13 拉杆受拉力拉杆受拉力求曲求曲轴力轴力矩矩的的几何几何简图简图 图图 3.9 拉杆受拉力时各杆受力简图拉杆受拉力时各杆受力简图 根据以上三个简图求在摆动台升起时的力矩： 其中 do=420；=2.2；=38.4； acd=121.27； cda=fdo =180- (91- - )- acd =8.33； fod=90- fdo =90- 8.33 =81.67； cosfod=fo/do；fo= do cosfod； fo=420 cos81.67 =60.85mm； 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 25 力矩 t2=f3fo =10.41000kg10n/kg60.85mm =6328400n/mm (3)由于 t1t2 只要电机功率满足大转矩的要求小转矩就一定能满足，所以选 t1=8300000n/mm 进行电机的选择。 由于曲轴是由传动轴直接连接的，所以传动轴的转矩等于拉杆对曲轴的力矩： 即 t1=m=9549p/n； n 为减速器低速轴的转速有已知条件知：n=13.4r/min； 所以 8300000n/mm=9549p/13.4 r/min； 与曲轴相连的传动轴端的功率：p=8300n/m13.4 r/min/9549=11.65 kw 3.3 联轴器的选择联轴器的选择 联轴器是机械产品中，轴系传动最常用的联接部件，现已发展成三大类别，多品种 系列。联轴器在传递转矩和运动过程中，与被联接件共同回转而不脱开，且不改变转矩 的大小，这是各类别联轴器共性的功能；挠性联轴器有补偿两轴相对偏移的功能；弹性 联轴器还有不同程度的减震和缓冲功能；安全联轴器还有过载安全保护的功能。因此， 不同类型的联轴器具有不同的功能。 选择一种合用的联轴器类型应考虑以下几点： 1）所需传递的转矩的大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。例如，对大功率的 重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选 用轮胎是联轴器等具有高弹性的联轴器。 2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精 度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3）两轴相对位移的大小和方向。在安装调整过程中，难以保持两轴严格精确对中， 或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移，应选用挠性联轴器。 4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可 靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。 含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀介质及强光等比较敏感，而且容 易老化。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 26 5) 联轴器的安装、制造、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用装拆方 便、维护简单、成本低的联轴器。 选用联轴器时各转矩间应符合下列关系： ttctnttmax tmax 式中 t理论转矩（n.m） tc计算转矩（n.m） t许用转矩（n.m） tmax许用最大转矩（n.m） tmax最大转矩（n.m） (1)联轴器理论转矩的计算 联轴器的理论转矩 t 根据联轴器所传递的功率 p 和工作转速 n 计算而得， 即 t=9549p/n； =954911.65kw/13.4r/min =8302n.m； (2)联轴器的计算转矩 tc tc=tkwkkzkt 式中 kw 动力机系数， 见表 5- 1 选 kw=1.0 机械设计通用手册 张展 主编 k工况系数， 见表 5- 3 选 k=2.00 机械设计通用手册 张展 主编 kz起动系数 见表 5- 4 kz 与主动端频率有关根据电机的转速可推 出频率 f=12.5120 故选 kz=1.0 机械设计通用手册 张展 主编 kt温度系数 见表 5- 5 选用 kt=1.0 所以 tc=16604n.m 根据其连接电机的大功率以及摆动台和载物的重量选用 lz 型弹性柱销齿式联轴器， 又根据其所连接的曲轴的直径为 220mm，所以选用 lz13 联轴器： 型号：lz13 公称转矩 100000n.m；许用转速 1500r/min,d 为 515mm、b 为 218mm、 s 为 8mm；转动惯量 12.76kg.m、质量为 413.6kg.主动端轴孔直径 d1=150mm;从动端轴 孔直径 d2=220mm；主动端 l=302mm,从动端 l1=242mm。 此联轴器应用到曲轴和传动轴连接的部位。 内蒙古科技大学设计说明书（毕业论文） 27 对于和减速器输出轴相连接的联轴器，根据齿式联轴器的传递效率为 =0.99，以及 所参阅图的结构，在从曲轴到连接减速器输出轴的联轴器之间有五个联轴器；可知 p1=p/ 5 ; p 为与曲轴相连接的传动轴的功率; p1 为经该联轴器后传递到与减速器输出端连接的联轴器输出端的功率； p1=11.65 kw /0.99 5 =12.25 kw； 联轴器的理论转矩 t 根据联轴器所传递的功率 p 和工作转速 n 计算而得， 即 t1=9549p1/n =954912.25 kw /13.4 r/min =8729.5n.m； 联轴器的计算转矩 tc tc=tkwkkzkt 式中 kw 动力机系数，见表 5- 1 选 kw=1.0 机械设计通用手册 张展 主编 k工况系数，见表 5- 3 选 k=2.00 机械设计通用手册 张展 主编 kz起动系数 见表 5- 4 kz 与主动端频率有关根据电机的转速可推出频率 f=12.5120 故选 kz=1.0 机械设计通用手册 张展 主编 kt温度系数 见表 5- 5 选用 kt=1.0 所以 t1c=17459 n.m； 根据其连接电机的大功率以及摆动台和载物的重量选用 lz 型弹性柱销齿式联轴 器： 型号：lz9 公称转矩 25000n.m 许用转速 2300r/min,d 为 335mm、b 为 150mm、s 为 7mm；主动端轴孔直