机械毕业设计（论文）-700水平轧机主传动系统的设计【全套图纸】 .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 700 水平轧机主传动系统的设计 摘要 本次设计为 700 水平轧机主传动结构。轧钢机主传动系统主要由电机、减速器、齿轮 座、联轴器及机架组成。本次设计是对 700 水平轧机进行主传动系统设计，包括电动机、 减速器、联轴器及机架，通过计算轧制力能参数并进行零件强度校核分析，来完成设计内 容。考虑到造价问题，电动机选用造价低廉的高速交流电动机。在设计的过程中，我们要 考虑到实用性、制造的难度、经济因素以及实际生产中所遇到的问题。齿轮机座：用于将 转矩传递给工作辊，设计采用两个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面上排成一排，被装 于密闭的箱体内。联轴器：将减速器与齿轮座安全连接的连接轴。主联轴器一般采用梅花 接轴联轴器。 关键词：主传动系统；电动机；齿轮座 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） the design of the main driver of 700 horizontal mill abstract this design to the level of 700 rolling mill main drive structure. main drive system of steel rolling is mainly composed of motor, reducer, gear, shaft coupling and frame. this design is carried out on the level of 700 rolling mill main drive system design, including motor, reducer, coupling and frame, through the calculation of rolling force can parameter and intensity analysis of the parts to complete the design content. considering the cost problem, motor with low cost high speed of ac motor. in the process of design, we should consider the practicality, manufacturing difficulty, economic factors and problems encountered in the actual production. gear stand: used to transfer torque to work roll, the design uses two equal diameter cylidrical herringbone gear in the vertical plane in a row, packed in the sealed enclosure. coupling: the gear reducer and connecting shaft of a secure connection. the main coupling with plum blossom joint shaft coupling in general. keywords：the main driver；electric；roller 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 1. 绪论 . 1 1.1 课题设计目的及意义 1 1.2 国内外钢铁产业的研究历史及现状 1 1.3 毕业设计的主要内容 3 2. 总体方案确定 . 4 2.1 轧钢机主传动装置的类型 4 2.1.1 单机座轧钢机 . 4 2.1.2 多机座轧钢机主传动类型 . 4 2.2 轧辊与轧辊轴承 4 2.2.1 轧辊 . 4 2.2.2 轧辊轴承 . 4 2.3 方案对比与选择 5 3 轧制力能参数的计算 . 7 3.1 平均单位压力和总轧制力的计算 7 3.1.1 平均单位压力的确定 . 7 3.1.2 总轧制力 . 9 3.1.3 轧制力矩的计算 . 9 3.2 电机的选择与校核 . 11 3.2.1 电机的容量选择 11 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 3.2.2 轧机主电机力矩 12 3.2.3 电动机的发热校核 . 13 3.2.4 电动机的过载校核 15 4 主要零件强度计算 17 4.1 轧件咬入的计算 . 17 4.1.1 开始咬入阶段 17 4.1.2 已经咬入阶段 17 4.2 轧辊校核 . 18 4.2.1 辊身强度校核 19 4.2.2 辊颈强度校核 20 4.2.3 传动端轴头校核 21 4.3 机架的强度校核 . 22 4.3.1 闭式机架的受力分析 22 4.3.2 闭式机架的应力计算 28 4.4 联接轴的强度计算 . 29 4.4.1 开口式扁头的强度计算 30 4.4.2 叉头的强度计算 32 4.5 齿轮座齿轮的设计与强度计算 . 32 4.5.1 齿轮座齿轮的确定 33 4.5.2 按齿面接触强度设计 33 4.5.3 按齿根弯曲强度校核 35 4.5.4 几何尺寸计算 36 4.5.5 人字齿轮轴的设计 36 5 润滑方式的选择 39 5.1 润滑方式的类型 . 39 5.2 轧钢机润滑采用的润滑油、润滑脂 . 39 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 6 经济效益分析和环境保护 . 41 6.1 经济效益分析 . 41 6.2 环境保护分析 . 41 结论 . 42 致谢 . 43 参考文献 43 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1. 绪论 1.1 课题设计目的及意义 毕业课程设计是大学生教学环节的综合的专业教学环节，它的目的就是由工程实践工 作出发，将工程实践的内容与所学的理论知识相结合，一个是关于学生的学识水平以及实 践应用能力的全面考核，二是让学生进行科学的研究的基本功锻炼，这样可以培育学生的 综合应用能力、独立思考能力以及自立解决工程问题的本领，从而启发了学生的内在潜能， 激发了学生的创造力和新思维能力。通过毕业设计，培养了学生查阅资料、方案设计、参 数确定、理论分析、设计计算、分析及解决问题的能力，从而达到高级工程技术人才的根 基训练要求。 此次研究课题为 700 水平轧机主传动设计。在实际应用中，700 轧机用于型钢轧制，所 以此次的轧机也选择为大型轧机。轧钢在生产的过程中，轧钢机作为主要的机械设备之一， 被用于生产环节中，将钢锭轧制成钢材的环节称作轧钢生产。这样生产出来的钢材，不仅 提高了生产率，而且品种多样，在生产的过程中连续性强、容易实现机械化自动化等优点。 比起其他工艺，如：锻造、挤压、拉拔等得到更为广泛地应用 1 。 随着薄板轧制的厚度越来越薄，宽度越来越宽。通过辊径的增加来加强轧辊强度的做 法已经严重影响产品质量，甚至不能用于生产更薄的薄板。随着科技的发展，时代的进步， 更多的新技术的出现，轧机的种类也变的越来越多，在 2000 年以来，我国的型钢轧机得到 了飞速发展。我国在型钢生产线的各方面都取得了很大的技术进步。 1.2 国内外钢铁产业的研究历史及现状 生产型钢时，有热轧、焊接和冷弯等几种生产方法，而在这当中热轧生产的型钢具有 效率高、耗能少、低成本的优点，适合大批量的生产，成为了型钢的主要生产方法 1。 孔型法主要是用于生产简单断面型材。其优点在于易于将轧件正确进入孔型，又使得 轧件易于托槽。其缺点在于因轧辊直径变化而导致速度的差异，使得型材产生不对称的形 状，压下量分布的不平均，使轧制耗能增加，孔型磨损严重。 由三个及以上轧辊所组成的孔型称为万能法轧制，也叫多辊轧制。 其孔型布置在同一个竖直面的上、下水平辊和左、右立辊组成。特点是：辊与轧件 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页 间相对滑动小；万能法孔型速率差小、孔型均匀、尺寸平稳；轧制的能耗低；轧件 残余应力小，轧件的性能高；用比较小的辊径轧制大规模型材。 16 世纪人类发展轧钢到今天，人类走过了良久的进程。在 1530 年，依尼雪创造了人 类第一架用作轧钢的轧机，然后，在 1782 年，英国人约翰彼尼根据当时有两架刻有特异孔 型的轧辊轧机上成功加工了锻造棒材。1759 年，英国人托马斯则在孔型轧制方面获得了专 利，标志型钢生产历史开始。 大约在 1825 年，又出现了新型的生产工艺。有来自南斯达福得施耶的操作工想出了棒 形成品前为椭圆断面，然后凭借导卫制成最后孔型再轧制成圆的工艺。直到今天，仍然被 用于生产的椭圆-圆孔型工艺。 到了 1853 年，r-罗登发明三辊轧机，1857 年，约翰-弗里茨把三辊轧机应用于棒材和 线材的轧制中。以后的一两年，比利时轧钢工人又完成不等轧件完全离开轧辊时，即在前 一道次轧制结束之前，就将轧件头部送入下一道次进行轧制的操作方法，用此方法的轧机 叫做比利时轧机又叫活套轧机。这种轧机被用于生产多年，最终因没能适应时代的步调被 淘汰。 1869 年，瓦施本造出了新式的轧机，就是现在叫做纵向直线布置连续式线材或棒材轧 机。它使得轧机在轧制道次间无需 90转钢，防止了道次之间产生活套。自此，平立交替 式的连轧机出现。 到了 20 世纪 40、50 年代时，因科学技术的进步和发展，出现了无扭转连续式轧机， 以 1945-1950 年勒克加文纳厂生产的棒材轧机最为出名。之后，全连续式的无扭转轧机的 小型轧机越来越多，展现了当时科技水平的先进。 80 年代后，连铸生产技术愈加成熟，机械制造的水平也是在飞速的成长，小型轧机的 形式也在演变，发展成了全线无扭转直线连续式小型轧机。型钢的生产也越来越趋于环保 化、生产连续化、生产速度不断提高、轧机的质量越来越高、全线使用连铸坯以及铸坯的 热装热送、直接轧制技术、短流程技术等各个方面都在飞速的发展。 按照轧辊的布置形式而命名轧机，包括：二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机、五辊轧机、 六辊轧机、偏八辊轧机、多辊轧机、z 型轧机、在平板上轧机的轧机、行星轧机、摆式轧 机 2。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页 1.3 毕业设计的主要内容 此次毕业设计的内容是 700 轧机水平主传动系统的设计及校核。设计内容可以分为以 下几个部分： 第一部分：绪论部分，包括：设计的目的及意义、国内外生产现状和设计内容介绍。 第二部分：700 轧机设计方案的确定 .在主传动设计系统中，电机、联轴器、减速器、齿轮座、万向接轴等类型的分析。 .轧辊、轧辊轴承的选择方面，主要是对轧辊进行分析，进行了轧辊材料的选择，对 轧辊的轴承是根据其在系统中的作用进行的选择。 .平衡装置，是对其的功用和型式来描述，还重要的针对了轧机的上辊平衡装置的选 择进行分析。 .机架选择，主要是比较开式机架和闭式机架的优缺点，联系到实际情况中进行对比 选择。 第三部分：对轧机主传动基本参数、力能参数进行计算，进而选择主电机。 第四部分：对主要零部件的强度进行校核计算，包括：机架、轧辊、联轴器、万向接轴等。 第五部分：对所有轧机装配图、主传动、部件装配及零件图进行绘制。 第六部分：系统润滑、环保与经济性的分析等。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页 2. 总体方案确定 2.1 轧钢机主传动装置的类型 由于轧钢机型式和工作制度不同，轧钢机主传动装置也有不同的类型。 2.1.1 单机座轧钢机 有的轧钢机是将电动机的运动和力矩通过电动机联结轴节、减速机、主联轴节、齿轮 座、联结轴而传给轧辊。还有的轧钢机将电动机的运动和力矩是通过主联轴节和联结轴而 直接传给轧辊，两个轧辊由各自的电动机单独驱动。还有一种将电动机的运动和力矩是通 过主联轴节、齿轮座、联结轴而传给轧辊。 2.1.2 多机座轧钢机主传动类型 多机座轧机一般是不可逆式轧机，往往采用集体驱动，由一台电动机通过减速机和齿 轮座传动若干架工作机座的轧辊3。 2.2 轧辊与轧辊轴承 2.2.1 轧辊 对于轧钢机来说，轧辊是不可缺少的部件。轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。轧 制时，轧辊与轧件直接接触，强迫轧件发生塑性变形。此时，轧辊也经受着相当大的轧制 力，并跟着轧辊自身的旋转而旋转，其应力随时间做周期性的变化。在热轧中，轧辊同时 经受高温和冷水的侵蚀，所以轧辊应该具备足够的强度、刚度和良好的耐磨性。 常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。 合金锻钢分为热轧轧辊用钢和冷轧轧辊用钢。 合金铸钢被用做轧辊的种类并不多，也没有统一标准。 铸铁分为普通铸铁、合金铸铁和球墨铸铁。 由于此次是700 初轧机设计，用于型钢生产，多轧辊的强度要求较高，所以采用高强 度的铸钢或锻钢，其常用材料包括：cr40、crni50、crmnmo60等。 2.2.2 轧辊轴承 为了方便换辊，一般采用松配合；为防止磨损，应保证配合表面有润滑油。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页 2.3 方案对比与选择 方案一 方案二 1-电动机 2-联结轴 3-减速器 4-齿轮座 5-万向接轴 6-轧辊 方案一：电动机的运动、力矩都是通过减速机、齿轮座、联结轴传给轧辊的，减速器 可调节传动比，而齿轮座则可以平均分配转矩，使两辊的驱动同步，既转速相同，而方向 相反，这样就可以实现两辊启动、制动同步，这样可以提高带钢表面的质量。而且使用单 电机启动，所需的设备数量少、结构紧凑，并且占地面积小，便于维修。 方案二：两个电机分别带动两个轧辊，提供的动力大，而两个电机的容量需求小，但 不能实现两个轧辊同时驱动、启停，而且传动不太平稳，导致轧件的表面质量比较差，不 能保证板型。而且使用双电机启动，所需设备数量比较多，成本高，结构也不紧凑，并且 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页 占地面积大，不方便维修。 综上所述，选择方案一 方案一 1 支撑辊 2 工作辊 3 支撑辊 4 连接轴支座 5 连接轴 6 齿轮机座 8 电动机 图 2.1 传动装置示意图 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页 3 轧制力能参数的计算 设计参数： # 20 轧辊转速：21.236 / minr 轧制宽度： 0 113bmm= 1121bmm= 轧件高度： 0 156.7hmm= 1121hmm= 来料长度：31.7mm 成品规格：120 120mm 采用双辊驱动，双辊轧制。 3.1 平均单位压力和总轧制力的计算 3.1.1 平均单位压力的确定 此次的设计700 水平轧机是被用于mm120120的方坯轧制， 是异性孔型中轧制。 此时， 轧件被压迫宽展，此时孔型的侧壁又限制了方坯的宽度，从而产生侧向压缩和比较大的摩 擦力。由于孔型的限制，变形区内的金属变形并不均匀，因而在异型孔型轧制时，应力状 态很复杂。所以我选择艾克隆德公式计算。 (1)() m pm ku=+ (3.1) 式中 k 轧制材料在静压缩时的变形阻力，mpa ； 轧件粘度系数， 2 /kg s mmg； u变形速度， 1 s。 他给出下列计算系数m 0101 01 1.6()1.2()r hhhh m hh = + (3.2) 式中 0 h ， 1 h 轧制前后轧件的高度156.7 o hmm=， 1 121hmm=； r 轧辊半径，350rmm=。 代入式(3.2) ，得 1.6 0.55350 (156.7 121)1.2 (156.7 121) 0.20 156.7 121 m = + 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页 (140.01 )1.4( )()1.3 () 9.8ktcmncr=+ (3.3) 式中 t轧制温度，1000otc=； ( )c碳的质量分数，%； ()mn锰的质量分数，%； ()cr铬的质量分数，%。 本次设计的轧制材料 # 20 ，含c为 0.170.24:，含 mn 为 0.350.65:，不含cr，取 ( )0.21c=，()0.62mn=，代入式)3 . 3(，得 (140.01 1000)(1.40.21 0.620.3 0) 9.887.42kmpa=+= (3.4) 轧件粘性系数 2 (/)kg s mmg 0.01(140.01 ) t c = 式中 t轧制温度，1000 o tc=； c考虑轧件速度对 的影响，其值如下： 表 3.1 系数 c 和轧制速度 v 的关系 轧制速度 21.236700 /0.78/ 6060 n d mm sm s = (3.5) 对照上表取1.0c = 代入式(3.4) ，得 22 0.01 (140.01 1000) 1.0/0.04/kg s mmkg s mm =gg 变形速度u 轧制速度 )/( 1 smv 6，故满足咬入条件，轧制过程能建立。 4.2 轧辊校核 对于轧辊来说，各种应力决定了轧辊的破坏，其中包含弯曲应力、扭转应力、接触应 力和因为应力的分布不均匀或交替转变引发的温度应力和轧辊制造中造成的残余应力等应 力的综合影响。具体来说，轧辊被破坏的原因可分为下列三个方面： .轧辊的材质、热处理或加工的工艺未达到要求； .轧辊在生产过程中被不合理使用。 700 水平轧机在辊身上分布许多孔型轧槽。此时轧辊所受的力（轧制力）几乎等于集 中力。一般只计算辊身的弯曲应力。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 19 页 4.2.1 辊身强度校核 图 4.2 轧辊示意图 已知参数：辊身长度1200lmm=，轧辊直径770dmm=，轴颈长度675lmm=，轴颈 直径380dmm=。因此， 12 1373.09 686.55 22 p rrkn= 11 1200675 (1)()686.55 222 643640.625 w xll mr xxprn m a n m + =+= = (4.4) 式中 1 r 轴承处支反力； x轧制力到支反力间的距离； a压下螺丝中心距。 则弯曲应力为 33 643640.625 14.10 0.10.1 0.77 w w m pampa d = 见表4.1，查得784.8 b mpa =，故 784.8 156.96 5 b mpa n = 轧辊的安全系数一般取5n =。 可见 max 14.10mpa=，因此辊身的强度满足要求。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 20 页 表 4.1 轧辊的常用材料及其机械性能 钢号 机械性能 mpa b/ mpa s/ %/ %/ mn60 686.7 353.2 42 30 crni60 784.8 490.5 8 33 crmo60 784.8 490.5 8 33 crmn60 784.8 490.5 8 33 crnimo50 755.4 crnimo60 784.8 490.5 8 33 crmnmo50 784.8 441.5 9 25 crmnmo60 932.0 490.5 9 25 4.2.2 辊颈强度校核 在校核轧辊辊颈时，需将弯曲应力和扭转应力进行合成计算，然后照第四强度理论来 计算，即 22 3 p r=+ (4.5) 辊颈处的弯矩取决于最大支反力： 5 13730900.675 2.32 10 2 222 n p l mrcn mn m= (4.6) 式中 n m 辊颈危险断面处的弯矩； r最大支反力； 可得 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 21 页 图 4.3 轧辊受力简图 5 33 2.32 10 42.28 0.10.1 0.38 n m pampa d = (4.7) 33 77936.59 7.10 0.20.2 0.38 k m pampa d = (4.8) 所以，代入式(4.5)，得 22 42.283 7.1044.03 p mpa=+ = 可见， 156.96 p mpa=，因此，辊颈的强度满足要求。 4.2.3 传动端轴头校核 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 22 页 轴头的扭转强度为 3 9550000 0.2 t p t n wd = 式中 扭转切应力； n轧辊转速； p轧辊传递功率； 173.23 d pnmpa= d轴头直径。 故，有 33 173.23 95500009550000 21.236 9.08 0.20.2 350 p n pampa d = (4.9) 9.08 0.70.8 109.87127.97mpampa=:，故传动端轴头的强度满足要求 6。 4.3 机架的强度校核 机架在工作机座中是最关键的零件。轴承座和轧辊调整装置等全装配于机架上。所以 对于机架，除了要确保强度和刚度满足要求以外，还要确保机架不会产生疲劳破坏。设计 时，除了保证其寿命以外，还应使得制造工艺相对简单，降低成本，而且在生产中还要保 证工艺以及产品方面满足要求，从而保证生产的可靠性。本次设计为初轧机，需要机架的 强度和刚度高。因此选取闭式机架。 闭式机架的强度计算的步骤： .首先画出机架的结构简图，画成为刚架，然后确定求解断面的位置。 .确定静不定阶数， 通常闭式机架为三次静不定问题， 通过做许多假设使得模型简化。 .确定外力的大小及作用点。 .根据变形协调条件求解静不定力和力矩。 .通过计算截面的面积、惯性矩、中性轴线的位置及承载情况，得出应力和变形。 4.3.1 闭式机架的受力分析 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 23 页 图 4.4 机架计算简图 如图可将机架简化为一个由机架立柱和上下横梁的中性轴组成的轧机的框架。将这个 框架从中心线剖开， 则在截面上， 可以画出作用着的垂直力 2 r 和静不定力矩 1 m ( 如图4.4)。 因为机架的对称性，所以可以用一半机架的弹性变形位能来算出力矩 1 m 。 将机架简化成自由框架： 在上横梁与立柱交界处x断面的弯曲力矩 x m 为 1 2 x r mym= (4.10) 式中 r作用于机架上的垂直力； y 垂直于 2 r 相对于计算截面的力臂。 在机架被简化成为图4.5示的矩形框架之后，( )yf x=是简单的函数关系： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 24 页 图 4.5 闭式机架的应力图 即对于机架横梁 yx=，然而对于立柱 1 2 l y =，因此 1 m 为 11 2 11 2 122 000 123 1 22 000 123 111 2 22111 ll l x ll l x ldx yxdxdxxdx iiiirr m dx dxdxdx i iii + = + (4.11) 式中 2 l 机架立柱的中性线长度； 1 i 机架上横梁的惯性矩； 2 i 机架立柱的惯性矩； 3 i 机架下横梁的惯性矩。 将上式积分，可得 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 25 页 121 1231 1 121 123 44 4 22 lll iiirl m lll iii + = + g (4.12) 先假设上下横梁的惯性矩是相同的，即当 31 ii=时，可得力矩 1 m 为 12 112 1 12 12 2 4 ll rlii m ll ii + = + g (4.13) 根据图4.5，在立柱上的弯矩 2 m 为 1 21 4 rl mm= (4.14) 将式(4.13)代入到式(4.14)中，则有 1 2 1 2 2 1 1 8 1 rl m i l i l = + g (4.15) 计算形心： 2 850 6500.5525am= 0.325zm= 2 1 30 5600.0618am= 1 0.015zm= 2 2 400 1150.046am= 2 0.0575zm= 2 3 200 4100.082am= 3 0.1zm= 2 4 400 1150.046am= 4 0.0575zm= 解得， 11223344 1234 0.360 aza za za za z zm aaaaa + = + 在机架图上确定中性面，如图4.6所示， 1 1190lmm=， 2 3100lmm=。 如图7 . 4所示，把上横梁简化为截面a，把下横梁简化为截面b 44 33 1 01099. 0) 12 650370 12 650850 (mmmiy= = )16. 4( 44 33 2 00618. 0) 12 650370 12 650640 (mmmiy= = )17. 4( 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 26 页 图 4.6 机架结构简图 故横梁惯性矩为 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 27 页 4421 1 00859. 0 2 00618. 001099. 0 2 mm ii i yy = + = + = )18. 4( 立柱惯性矩 2 i 的计算 在设计中，应按照比值的经验数据去求机架立柱断面面积，然后计算强度。因轧辊材 料为铸钢，查表 15 , 1 ，0 . 18 . 0 2 2 = d f 。 图 4.7 横梁简化图 取 22222 2 12996. 01299603809 . 09 . 0mmmmmdf=。 查机架图，立柱断面面积近似尺寸hb为440370。 故，立柱惯性矩为 44 3 2 0701. 0 12 440370 mmmi= = )19. 4( 又knpr09.1373= 将上述数据r 、 1 i 、 2 i 、 1 l 、 2 l 分别代入公式)13. 4(、)15. 4(中，解得 mknm=74.215 1 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 28 页 mknm=49.206 2 4.3.2 闭式机架的应力计算 因为机架对轧机相当重要， 所以必须有较大的强度。 就500270zg来说， 需用应力 采取以下数值： 对于横梁mpa7050= 对于立柱mpa5040= 求解机架应力，如图8 . 4 图 4.8 闭式机架的应力图 机架横梁内侧的应力 1n 为： 1 1 1 n n w m = )20. 4( 机架横梁外侧的应力 1a 为： 1 1 1 a a w m = )21. 4( 机架立柱内侧的应力 2n 为： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 29 页 2 2 2 2 2 n n w m f r += )22. 4( 机架立柱外侧的应力 2a 为： 2 2 2 2 2 a a w m f r += )23. 4( 式中 2 f机架立柱断面积。 3 2 1 1 0251. 0 2 65. 0 00859. 0 2 m h i wn= )24. 4( 3 11 0251. 0mww na = 3 2 2 2 3186. 0 2 44. 0 0701. 0 2 m h i wn= )25. 4( 3 22 3186. 0mww na = 式中 1 h 上横梁高度，mh65. 0 1= ； 2 h 立柱断面高度，mh44. 0 2 =。 故，所求得各应力为： mpampampa n 705060. 810 0251. 0 74.215 3 1 = mpampampa a 705060. 810 0251. 0 74.215 3 1 = mpampampa n 705093. 510) 3186. 0 49.206 12996. 02 09.1373 ( 3 2 =+ = mpampampa a 705063. 410) 3186. 0 49.206 12996. 02 09.1373 ( 3 2 = = 综上所述，机架的强度符合要求。 4.4 联接轴的强度计算 由之前的叙述得知，本次设计的选用倾角比较大的滑块式万向接轴，因为考虑到轴向 上的移动比较方便，选用开式铰链。在开式铰链中，插头端的开口尺寸应该稍稍大于月牙 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 30 页 形滑块宽度。两块月牙型滑块和小方轴是一起被从叉头中轴向取出或装入的，扁头也是轴 向装拆。滑块式万向接轴材料，一般选用强度不小于mpa750600的锻钢， # 45 、 # 50 、 crni40等结构钢。 4.4.1 开口式扁头的强度计算 滑块式万向接轴强度计算一般有两种方法，其中一种是通过实验数据以此为基础的经 验公式的计算方法。这种计算方法更为方便，也更能突出万向接轴的特点，被广泛应用。 bb m p 3 2 0 = )26. 4( 式中 0 b 扁头的总长度； 1 b 扁头的一个分支的宽度。 叉头直径d 轧辊 d95. 085. 0 叉头镗孔直径d d5 . 046. 0 扁头厚度s d28. 025. 0 扁头长度l d5 . 0415. 0 故取 mmmmdd6307009 . 09 . 0= 轧辊 mmmmd4 .30263048. 0= mmmms8 .16363026. 0= mmmml5 .28363045. 0= 在合力p的作用下，断面ii 承受弯曲应力和扭转应力，计算应力 j 可按照以下的经 验公式进行计算： ) 6 (93 ) 3 2 ( 1 . 1 22 b xx bsbb m o j + = )27. 4( 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 31 页 图 4.9 开口式扁头受力简图 1 sin) 3 2 (5 . 0xbbx o += )28. 4( 式中 x合力p对断面ii 的力臂； 1 x万向节轴铰链中心至断面ii 的距离。 查图纸，得 mmb155=，mmmm l x75.141 2 5 .283 2 1 =，mmbo410= 代入式)28. 4(，得 mmmmx o 38.16875.14110sin)155 3 2 410(5 . 0=+= 查表 37 , 1 ，因为1 8 .163 155 = s b ，故取208. 0= 将各数据代入式)27. 4(，得 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 32 页 mpapa j 93.68) 208. 06 155. 0 (16838. 09 16838. 03 1638. 0155. 0)155. 0 3 2 41. 0( 59.779361 . 1 22 2 = + + = 万向接轴得许用应力为： n b = )29. 4( 式中 b 万向接轴材料的许用应力，通常mpa b 750600=； n安全系数，5n，取6=n。 代入，得 mpa150100= 可见 j ，所以扁头的强度满足要求。 4.4.2 叉头的强度计算 k dd d d m j 25. 1 3 )(35 = )30. 4( 式中 d叉头的镗孔直径； d叉头外径； m 接轴传递的扭矩； k考虑接轴倾角的影响系数，其值可按照下述式子确定 3 2 05. 01+=k )31. 4( 取 o 10=，解得02. 1=k 一般采用比值5 . 0= d d ，此时，计算应力 j 为 mpa pak d m j 0 .27 )6 . 002. 15 . 2( 63. 0 59.77936 5 .27)6 . 05 . 2(5 .27 33 = +=+= )32. 4( 可见 j ，所以叉头的强度符合要求。 4.5 齿轮座齿轮的设计与强度计算 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 33 页 4.5.1 齿轮座齿轮的确定 本次设计的初轧机转速不高，选用7级精度的人字齿轮，材料选为cr40，并进行齿面 淬火，硬度达到630520hrc，初选齿数32=z，螺旋角 o 30=。 4.5.2 按齿面接触强度设计 计算公式为： 2 3 ) ( 12 h eh d t t zztk d )33. 4( . 1确定式内的各计算数据 .试选载荷系数6 . 1= t k。 .由之前计算知，传递转矩mmnmt k =1558731802。 .由文献 1 知齿面系数 d 为6 . 1（窄型） 、 0 . 2 （中型） 、 4 . 2 （宽型） ： 本设计取0 . 2= d 。 .由表 7 ，510查得材料的弹性影响系数 1 2 189.8 e zmpa 。 .由图 7 ，2410e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 lim 1257 h mpa .计算应力循环次数： 8 606021.2361(2430015)1.3810 h nnjl .由图7,10- 23，取接触疲劳寿命系数 khn=0.95。 .计算许用接触应力，取失效概率为 1%，安全系数 s=1。 mpampa s k hhn h 15.1194 1 125795. 0 lim = = 由图7,10- 20选取区域系数 zh=2.215，由图8,10- 26查得 68. 0= 。 2.计算 .试算人字齿轮的分度圆直径 t d 由式 )33. 4( 得 3 2 21.615587318011189.82.215 ()449.65 20.6811194.15 t dmmmm 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 34 页 .计算圆周速度 449.6521.236 /0.5/ 601000601000 t d n vmsms .计算齿宽 b 及模数 nt m 2449.65899.3 dt bdmmmm cos449.65cos 30 12.17 32 t nt d mmmmm z o 2.252.2512.1727.38 nt hmmmmm 899.3 32.85 27.38 b h .计算纵向重合度 0.318tan0.318232tan 3011.75 dz o .计算载荷系数k 根据 sm/5 . 0= ，7级精度，由图 7 ， 810 查得使用系数1.04k； 根据表7 ，210 查得使用系数1.5 a k； 由表7 ，410 查得系数 h k 24 1.170.184.710889.32.17 hd k 由图7 ，1310 查得2.2 f k ； 由表8 ，1310 查得1.2 hf kk 。故载荷系数 1.51.041.22.174.1 ahh kk k kk .按实际载荷系数校正分度圆直径 33 4.1 449.65615.31 1.6 t t k ddmmmm k .计算模数 n m 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 35 页 cos615.31cos30 16.65 32 n d mmmmm z o 圆整后取 mn=17mm。 4.5.3 按齿根弯曲强度校核 计算公式为： 3 2 2 2cos safa n df ktyy y m z )34. 4( 1.确定各参数 .由图 8 ， 2010d 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 mpa fe 730= 。 .由图 8 ， 1810 取弯曲疲劳寿命系数0.96 fn k。 .计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数4 . 1=s，则 0.96730 500.57 1.4 fnfe f k mpampa s 计算载荷系数 k 1.51.041.22.24.12 aff kk k kk .根据纵向重合度11.75 ，从图 8 ， 2810 查得螺旋角影响系数y,取 0.75y。 .计算当量齿数 33 32 49.27 coscos 30 v z z o .查表 7 ， 510 ，取齿形系数2.324 f y ，应力校正系数1.697 s y 3.校核计算 由式 )34. 4( 得 2 23 2cos fs f dn ktyy y zm 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 36 页 2 23 24.121558731800.75cos 122.3241.697 2320.6817 416.44 mpa mpa o 可见， 416.44500.57 ff mpampa ，故齿根的弯曲强度满足要求。 4.5.4 几何尺寸计算 1.计算中心距 3217 625.16 coscos 30 n zm mmmm o 将中心距圆整为 625mm 2.按圆整后的中心距修正后螺旋角 3217 arctanarctan29.98 625 n zm o 因为值改变不多，故参数 、k 、 h z等不必修正。 3.计算齿轮分度圆直径 3217 625.0 coscos 29.98 n zm dmmmm o 4.计算齿轮宽度 26251250 d bdmmmm 4.5.5 人字齿轮轴的设计 1.最小轴径计算 计算公式为： 3 o p da n )35. 4( 式中 a0系数，由表8,15- 3查得 a0为 97112，取 a0=112； p轴传递的功率，kw。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 37 页 155873.1821.236 346.61 95509550 tn pkwkw 代入式(4.35)，得 3 346.61 112284.10 21.236 dmmmm 由于轴上有两个键槽，应增大 7%，故 284.10(17%)303.99dmmmm 根据齿轮联轴节，圆整后取 d=350mm。 2.确定齿轮轴各段尺寸 轴的结构主要取决于以下因素： .轴在机器中的安装位置及形式； .轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及轴连接的方法； .载荷的性质、大小、方向及分布情况； 图 4.10 人字齿轮主动轴结构尺寸图 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 38 页 图 4.11 人字齿轮从动轴结构尺寸图 因为可以影响轴的结构的因素比较多，而且特定的情况又需要特定的结构形式，所以 轴没有统一的标准。根据对其结构的要求（轴应具有良好的制造工艺性）对该齿轮座中的 齿轮轴进行各段设计。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 39 页 5 润滑方式的选择 机械零件之间的运动摩擦是导致零件磨损、发热、功率损耗且损坏机械设备的主要原 因。加工再完美的机械，如果解决不了零件间的运动摩擦的磨损，就无法保证机械的使用 寿命而损毁。所以我们要解决摩擦磨损的办法就是采用润滑。润滑可让零件间的摩擦损耗 很大程度的降低，润滑是机械设计中的重要组成部分。 润滑的本质就是在两个相对运动间的表面加入摩擦因数很小的润滑剂，是两个表面隔 离而不直接接触，以减小磨损和降低摩擦因数8。 5.1 润滑方式的类型 润滑的方式有两类：油润滑和脂润滑。这两种润滑的方式各自有优缺点。润滑油主要 分三类：一是有机油，通常是动植物油；二是矿物油，主要是石油产品；三是化学合成油 7。而矿物油的储量充足，成本又低，且稳定性好，所以是使用最多的油类。化学合成油 是一种新的润滑油，通过化学合成的方法制造的，这种油能满足矿物油所不能满足的许多 特殊要求。由于其应用针对许多特定环境，属于专用油，适用面不是特别广泛，而且成本 很高，所以一般很少应用。润滑脂为另一类应用最多的润滑剂，通常滚动轴承都用脂润滑。 5.2 轧钢机润滑采用的润滑油、润滑脂 .中小功率齿轮减速器： 68anl 、 100anl 全损耗系统用油或中负荷工业齿轮油； .小型轧钢机： 100anl 、 150anl 全损耗系统用油或中负荷工业齿轮油 9 ； .轧钢机油膜轴承：油膜轴承油； 轧机的减速器大多采用多级变速，粗中轧机组减速器速比大、负荷大，多采用 # 320 重负荷工业 齿轮油集中润滑；精轧机组减速器速比小、速度高，通常采用 # 220 的中负荷工业齿轮油集中润滑， 大型带钢轧机的精轧机组因轧制力大、 负荷高， 一般采用重负荷工业齿轮油集中润滑。 根据此次设计 的初轧机，选用 # 320 重负荷工业齿轮油集中润滑。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 40 页 根据连接电动机与减速器的联接轴多为齿轮式联接轴， 负荷相对比较小， 而速度又高， 所以多采 用 # 2 锂基脂填充润滑。连接轧机与齿轮座的万向接轴负荷较大、速度又相对较小，所以多采用复合 锂基脂、复合铝基脂、聚脲脂润滑。本次设计采用复合锂基脂润滑。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 41 页 6 经济效益分析和环境保护 6.1 经济效益分析 随着现代工业的飞速发展， 钢坯连轧技术在钢铁行业得到了广泛地应用。 钢坯连轧技术水平的高 地，直接关系到产品质量的好坏。而生产效率的高低和能源节约的程度直接影响着企业的经济效益。 因此，先进的企业不