机械毕业设计（论文）-Φ325钢管矫直机主传动系统设计（全套图纸）.pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 i 页 325 钢管矫直机主传动系统设计 摘要 在市场行情日益紧张的今天，钢管行业供需矛盾进一步恶化，无缝钢管厂库存 创新高，个别民营钢厂因连续亏损出现停产现象。为了在竞争中取得优势，只有靠质 量取胜。目前，国内无缝钢管的生产主要还是依靠热轧技术，而在热轧的过程中，钢 管会存在纵向弯曲和圆度误差,这些缺陷是通过矫直工艺来予以消除的。 因此,矫直工 艺决定了无缝钢管的几何形状,同时也影响其力学性能。在矫直过程中,如果矫直机调 整合适,可以消除无缝钢管的纵向弯曲和圆度误差,并能适当提高其力学性能。目前， 国内外的矫直技术飞快发展，其中以多辊矫直机应用最为广泛。本次设计的主要目的 是进一步掌握矫直机主传动系统，并对主其要部件进行设计和计算校核。在查阅大量 文献和了解相关知识，并且到鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂 219、159 和 pqf 三条 国内先进的生产线进行实习调研，掌握现代轧管机的发展及设备结构特点状况后，确 定了两台电机通过万向接轴直接带动工作辊工作的总体传动设计方案。通过对矫直机 的主要力能参数的计算，合理选择电机，联轴器、减速器主要零件以及万向联轴器和 连接轴，并进行强度计算和校核。同时，确定润滑方式，并进行经济性和环境保护的 分析。 关键词：矫直机，钢管，传动装置，力能参数 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） 第 ii 页 the main driving system design of 325roll tube straightener abstract in todays increasingly tight market conditions, supply and demand further deterioration of the steel industry, high inventory seamless steel pipe plant, individual private steel mills shut down due to continuous losses occur phenomenon. in order to gain advantage in the competition, only by the quality to win. at present, the domestic production of seamless steel tubes mainly rely on hot rolling, and in the course of hot rolling, steel buckling and there will roundness error, these defects are to be eliminated by the straightening process. thus, the straightening process determines the seamless steel pipe geometry, and also affects its mechanical properties. in the straightening process, if appropriate adjustment leveler, eliminate buckling and roundness error of seamless steel tubes, and properly improve its mechanical properties. at present, domestic and foreign straightening technology fast development, in which mufti- roll leveler most widely used. the main purpose of this design is to further understand the main drive system, and its main components should be designed and calculated check. after a review of the extensive literature and understand the relevant knowledge, and anshan iron and steel group seamless steel tube plant 219, 159 and pqf three advanced production lines internship research, development and equipment to master the structural features of the modern condition of the pipe rolling mill, identified by two direct drive spindle motor drive overall design of the work rolls by a universal work. by calculation leveler main mechanical parameters, a reasonable choice of motor, coupling, reducer and universal coupling and the main parts of the connecting shaft, and strength calculation and check. also, be sure lubrication, and analyze the economic and environmental protection. 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 iii 页 key words:straightening machines, steel, gears, force and energy tetrameters 目录 1 绪论 . 1 1.1 毕业设计的选题背景及目的 . 1 1.2 矫直技术的发展 . 1 1.2.1 国内矫直技术的发展情况 . 1 1.2.2 国外矫直技术的发展 . 3 1.3 课题的研究方法及研究内容 . 3 1.3.1 传动总体方案的设计内容： . 4 1.3.2 设计的方法： . 4 2 主传动系统设计方案确定 5 2.1 矫直机的分类及特点 . 5 2.1.1 反复弯曲式矫直机 . 5 2.1.2 旋转弯曲式矫直机 . 5 2.1.3 拉伸矫直机 . 5 2.1.4 拉弯矫直机 . 5 2.1.5 拉坯矫直设备 . 5 2.2 矫直方案选择 . 6 3 钢管矫直机力参数计算 . 8 3.1 原始数据 8 3.2 辊式矫直机的基本参数 . 8 3.2.1 辊径和辊长的确定 8 3.2.2 辊端圆角和辊距的确定 9 3.3 矫直机力能参数的计算 10 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 iv 页 3.3.1 矫直质量要求 . 10 3.3.2 矫直力的计算 10 3.4 矫直功率的计算 14 3.4.1.轴承摩擦功率 14 3.4.2.辊面与工件的滑动摩擦功率 15 3.4.3.工件在滚面上的滚动摩擦功率 16 3.4.4.矫直变形功率 16 4 矫直机驱动系统的确定 18 4.1 电机的选择 . 18 4.2 减速器传动比分配 18 4.2.1 减速器的输出转数 . 18 4.2.2 传动比及其分配 . 19 4.3 减速器一级齿轮传动设计 19 4.3.1 选择精度等级，材料及齿数 . 19 4.3.2 按齿面接触强度设计 . 20 4.3.3 按齿根弯曲强度校核 . 23 4.3.4 几何尺寸的计算 26 4.4 减速器二级齿轮传动设计 27 4.5 减速器三级齿轮传动设计 27 5 联轴器、轴承及万向接轴的选择 28 5.1 联轴器的选择 28 5.2 矫直辊的轴承选择与校核 29 5.2.1 矫直辊轴承的选择 . 29 5.2.2 矫直辊轴承的校核 . 30 5.3 万向联轴器的选择 31 5.3.1 万向联轴器的功能特点及其选择方法 . 31 6 传动系统主要零件设计 33 6.1 矫直辊的结构特点 33 6.2 矫直辊的辊轴校核 33 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 v 页 6.2.1 辊系的受力分析 . 33 6.2.2 中下辊的校核计算 34 7 传动系统的润滑 39 7.1 润滑方法: . 39 7.2 润滑的分类 39 7.4 润滑系统的选择原则 39 7.5 润滑件的选择 40 7.6 润滑剂的选择 40 8 设备的环保、可靠性和经济技术评价 41 8.1 设备的环保措施 41 8.2 设备的可靠性 42 8.3 设备的经济评价 44 8.4 设备合理的更新期 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结束语 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 325 钢管矫直机主传动系统设计 1 绪论 1.1 毕业设计的选题背景及目的 短暂的大学生活即将结束，我们迎来了每个本科生都会经历的毕业设计，这是 对我们能否将理论知识化为实践能力的一次检测。学校学院领导、老师悉心为我们 联系鞍山钢铁集团公司的无缝钢管厂的相关负责人，才使我们有机会看到了自动轧 管机、连轧管机、三辊轧管机，并在现场工程师的带领下参观了 219、159 和 177tqf 三条国内先进的生产线，对整个轧管工艺流程和具体的设备有了一定的认 识。在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，随着工业水 平的不断提高，要求工业生产全面自动化，矫直技术也要跟上时代的潮流。因此力 争在矫直机设计，制造，矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好 软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制和使用，扩充矫直技术的发展，使矫 直技术的发展走上现代化的道路。钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起 到举足轻重的作用。矫直机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系 统庞大，它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动设计的 重要性。本次毕业设计的任务是通过所学的理论知识以及相关文献，设计一台钢管 矫直机的主传动系统，并在现有的条件下对设计的相关设备进行校核，以验证其符 合设计要求。 1.2 矫直技术的发展 1.2.1 国内矫直技术的发展情况 20世纪3040年代国外技术发达国家的型材矫正机及板材矫正机得到迅速发展， 而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业，新中国成立前在太原、鞍山、大冶、 天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫正机。我国科技界 一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从 20 世纪 50 年代起就有刘天明提出的 双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫正曲率方程式。 6080 年代在辍辊形理 论方面有许多学者进行了深人的研究并取得了十分可喜的成果还召开了全国性的辊 形理论讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，以西安重型机械研究所为 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页 代表的科研单位和以太原重塑机器厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫正机设 计研制工作。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进人 99 年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步， 一些新研制的矫正机获得了国 家的发明专利；一些新成果获得了市、省及部级科技成果进步奖;有的获得了国家发 明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫正机，多斜辊薄壁管矫正机、3 斜辊薄铜管矫 正机、双向反弯辊形 2 辊矫正机、复合转毂式矫正机，平行辊异辊距矫正机及矫正液 压自动切料机等研制方面相继取得成功。在矫正高强度合金钢方面也已获得很好的矫 正质量。其矫后的残留挠度为 0.20.5mm/m。此外，从 20 世纪 60 年代以后拉伸与 拉弯矫正设备得到很大发展，对带材生产起到重要作用。 20 世纪以来，矫直技术得到了很大的发展。但在快速发展的矫直理论背后，矫直 技术在实际生产中的应用却非常滞后。矫直理论总体来说还很粗糙，因为矫直机的许 多参数还需要依靠经验公式和经验数据来决定，矫直机矫直辊负辊距的破坏作用的机 理直到 20 世纪 80 年代才被阐明，落后于实际 30 多年。辊数、辊距、压弯量、辊径、 矫直速度等许多数据还没有权威的理论公式。直到 20 世纪 80 年代，矫直理论才逐步 走向完善，现已开发出万能矫直机、行星矫直机、旋转反弯矫直机、辊距改变的 9+1 辊矫直机，并且矫直机实现了利用计算机程序实现自动控制。随着矫直技术的发展四 种矫直技术逐步发展成熟，它们是弯曲矫正技术、拉伸矫正技术、拉弯矫正技术和扭 转矫正技术。随之而来的还有平动矫直技术，行星矫直技术、全长矫直技术、变凸度 及变辊距矫直技术等。 随着我国工业水平的不断发展，矫直技术也得到了不断地提高和发展，在矫直过 程的变形机理方面取得了一定得成就：如拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力 对矫直的作用，残留应力对矫直尺寸精度的影响等；在解决高难度矫直技术方面，如 高强度薄板带的液压拉弯矫直、高强度易裂纹耐热合金钢帮的旋转矫直、薄板的行星 矫直及扎拉矫直等；在新产品和新要求方面，如石油钻挺管的矫直，边断面板材的矫 直，变机械性能和变厚度方钢的矫直等；在改善矫直工艺及改善矫直设备方面，如采 用压下方案，采用恒功率工作制度，用振动矫直代替旋转矫直等；在改革矫直过程的 控制方法方面，由人工控制向计算机控制过度，有单机计算机控制箱全线计算机控制 发展；在矫直结构设计方面，正向精密化，大型化发展，老设备也将日渐被淘汰和改 造。随着机电一体化技术的广泛应用，钢管矫直机的技术水平将会不断提高。结构更 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页 加合理、可靠，功能更加完善.以满足各种工艺要求。 1.2.2 国外矫直技术的发展 无缝钢管的生产在世界上已有一百多年的历史。首先是由德国曼内斯曼兄弟于 1885 年发明了斜轧穿孔工艺，从而开创了无缝钢管生产发展的历史。之后，他们继续 不懈地探索，寻求轧长、减薄穿孔厚壁毛管的方法，终于在 1892 年采用周期轧管工 艺由实心坯轧出世界上第一支无缝钢管，完成了由实心管坯轧制无缝管的“曼内斯曼 轧管工艺” 。随后，多种轧管工艺相继出现.随着钢材的产量比重的增加，到 19 世纪 末时，这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。进人 20 世纪，以电力驱动 代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。英国在 1905 年制造的辊式板材矫正 机大概是我国见到的最早的 1 台矫正机。20 世纪初已经有矫正圆材的二辊式矫正机。 到 1914 年英国发明了 212 型五辊式矫正机(阿布拉姆逊式-abramsen） ，解决了钢管矫 正间题，同时提高了棒材矫正速度。20 世纪 20 年代日本已能制造多斜辊矫正机。20 世纪 30 年代中期发明了 222 型六辊式矫正机，显著提高了管材矫正质量。20 世纪 60 年代中期，为了解决大直径管材的矫正问题，美国萨顿（sutton）公司研制成功 313 型七辊式矫正机(ktf 型矫正机)。 随着社会的不断进步，工业水平的不断提高，自动化程度不断地更新，这使国内 外的矫直技术得到突飞猛进的发展， 矫直机的自动化程度越来越高， 逐渐形成一体化， 精密化，智能化的矫直机械。 1.3 课题的研究方法及研究内容 本次设计主要设计对象是325 钢管矫直机主传动系统的设计， 其中包括矫直功率的计 算，矫直力的计算，主传动系统中减速器各级齿轮的传动设计，电机功率的计算和 电机的选择，万向联轴器的校核与选择，联轴器的计算选择，辊型的设计，及矫直 辊的校核等。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页 1.3.1 传动总体方案的设计内容： 1、 计算 325 钢管矫直机的力能参数。 根据计算的参数选择合适的电机并校核。 2、 根据已有的数据选择合适的联轴器、 对减速器主要零件的强度计算和校核及 万向联轴的选择。 3、根据以上的机构参数绘制 1 张总图、1 张局部装配图、3 张零件图。 1.3.2 设计的方法： 首先，进入鞍钢参观实习。在感官上认识这次所要设计的物体。我们到了 鞍钢无缝钢管厂。在那里我们通过参观和工程师的认真讲解，对设计的轧机主传动 系统有了初步的了解。熟悉了矫直机的工作情况及主传动系统的传动方式。 然后，通过查阅材料选择最佳的传动方式。最后，选择最佳传动方案，计算轧 制力及轧制力矩，根据计算在手册上选择电机、联轴器、键、矫直辊等部件并校核。 完成图纸绘制及说明书的编辑。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页 2 主传动系统设计方案确定 2.1 矫直机的分类及特点 随着技术的进步以及对产品的要求越来越高，矫直不同规格品种的钢管需要使 用不同的矫直机。按照矫直机的规格和工作原理的不同，矫直机可分为以下几类： 2.1.1 反复弯曲式矫直机 它们是靠压头或辊子在同一平面内对上件进行反复压弯并逐渐减.小压弯量，直到压弯量与 弹复量相等而变直。如压力矫直机及辊式矫直机。 2.1.2 旋转弯曲式矫直机 旋转弯曲式矫直机是指工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方一式从大的等弯矩区向 小的等弯矩万过渡，在走出塑性区时弹复变直。旋转者可以是工件，可以是矫直工 具，也可以是变形方位。 2.1.3 拉伸矫直机 拉伸矫直机是依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成等长度并进入 拉弯矫直机是把拉伸与弯曲塑性变形后经卸载及弹复而变直，如钳式拉伸矫直机及 连续拉伸矫直机。 2.1.4 拉弯矫直机 变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发 生，全断面各层纤维的弹复变形也不是同时发生的。既防止了板带的断裂，又提高 了矫直质量。 2.1.5 拉坯矫直设备 拉坯矫直设备是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力 主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的矫直拉力是较小的。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页 2.2 矫直方案选择 根据现场实习了解，可以选择本次设计的矫直机采用斜辊矫直机，斜辊矫直机具有矫直 质量高，矫直规格大的优点。 斜辊矫直机有四种基本形式：二辊式，多辊交叉式，六辊式，和七辊式。上述矫直机有各自的 优点。为了能正确的选择，必须根据管材的平直度和表面光直度和矫直熟读来考虑。 方案一：采用两个矫直辊。如下图 2.1 图 2.1 方案二:采用七个矫直辊。如下图 2.2 图 2.2 方案三：采用六个矫直辊。如下图 2.3 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页 图 2.3 方案确定: 方案一：优点：使工件得到全场矫直，解决了工件头尾两端在一般矫直机上不能矫直的难题； 使矫直质量得到很明显的提高。对园才的外径有较强的元整作用，很明显的减少了椭圆度；可 以有效的消除矫直后的圆材缩径现象；缺点:矫直的速度较低；导板的消耗量大；对管材的矫直 容易造成缩径。 方案二：优点：在多辊矫直机上工件一次通过矫直，克服了过去需要多次反复矫直的缺点；矫 直使不需卫梁的优点。缺点是：造成了机器结构庞大，面积庞大，动力消耗增加；矫直时产生 大的单位压力切两端不能被矫直。 方案三：优点：因为矫直辊是成对的，所以矫直使矫直力平衡的且比七辊的单位压力小，产生 的加工硬伤最小；矫直速度高；矫直精度高；可以矫直表面光洁的管子，不产生损伤。 方案确定：六辊斜辊矫直机 布置形式：2- 2- 2 矫直辊使驱动的，六个辊子分为上下两排交叉斜置，即被矫直管子原理中心线 成一定角度，上面三个辊子，下面三个辊子。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页 3 钢管矫直机力参数计算 3.1 原始数据 矫直钢管的设计参数： 钢管外径：d=（120325）mm， 壁厚：=(2.522)mm 取 =22mm 轧件的屈服极限： s =(539834)mpa， 矫直速度：=1m/s 矫直辊 n：上矫直辊 3 个，下矫直辊 3 个 3.2 辊式矫直机的基本参数 辊式矫直机的基本参数包括： 辊径 g d、 辊长 l 辊身圆角 r 辊距 t、 辊数 n、 矫直速度 v 3.2.1 辊径和辊长的确定 1.辊径 g d的确定： 根据对九种规格斜辊矫直机的统计得知 g d=（1.84.3）d，这说明有一些特大 规格的矫直机须尽量缩小结构尺寸； 而一些特小规格的矫直机须适当加大结构尺寸。 此外对于管材矫直机，由于矫直力减小而采用 g d=（1.24）d。这也是适应特粗和 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页 特细管材而采用的计算式。 由于本设计中 d=325mm 属于粗管材故： g d=（1.24）d =（1.24）325mm =（3901300）mm 取 g d=500mm 2.辊长的确定： 辊子长度主要应考虑辊面与工件之间要有一定的接触长度和较大的包角以保证 矫直和运转的稳定性。一般情况下包角越大，工作越稳定。包角与圆材的直径有关， 因此辊子长度也由圆材的直径有关。辊身的长度可由下面的关系式确定： 150mmd ，() gg 5 . 2.31dl = 因为：mmmmd150325= 故： () gg 5 . 2.31dl = =(1.22.5)500 =(6001250) mm 取：mm660 g =l 3.2.2 辊端圆角和辊距的确定 1.辊端圆角 r 的确定 辊端圆角 r 是斜辊矫直机的一个重要的结构参数，从改善咬入条件和保证管材 的表面质量方面来说，辊角 r 应该大些，但是从减小机器的结构尺寸来说，r 的选 值又不可以太大，故一般取： ()lr1 . 0125 . 0 = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 10 页 ()660.10.1250= =（82.566）mm 选取 r=75mm 2.辊距的确定 斜辊的辊距为同侧 2 辊间的距离。在此间距内要容纳辊子支架、辊座、调角与 锁紧机构等。在减小机器受力，保证辊座转角方便来说，辊距要大些；从建校结构 尺寸，减小压下量来说，辊距又不宜过大。但为了摆正辊座转动的条件，一般选取： ()l25 . 2 2p = ()66025 . 2 2= ()mm48513201= 为了减小结构尺寸及改善咬入条件，t 值要尽量采用较小的值 选取：p=1400mm 3.3 矫直机力能参数的计算 采用六辊全驱动方式，辊系的辊距 p=1200mm,辊腰直径 g d=500mm，辊全长 l=660mm,辊子斜角 o =3642o，矫直速度 =1m/s； 3.3.1 矫直质量要求 （1） 矫直前钢管允许的最大强度应小于 30mm/m;全长小于 80mm。 （2） 矫直后钢管允许的最大弯度应小于 1mm/1500mm,管端 1m 管内为 0.8mm。 3.3.2 矫直力的计算 此矫直辊系特点在于六个矫直辊全部为长辊，辊子全部成对配置，辊子全部为驱动 辊。辊系中三对辊子的各上辊均可升降调整，中间部分的下辊也可升降调整，各辊 斜角可调。当辊子斜角较小并将工件抱紧时，在中间一对辊子向上抬起后工件内可 产生如图弯矩，此时的力学模型类似固端梁的弯矩图。当棍子斜角较大对工件抱得 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 11 页 不紧时，便可能产生所示的弯矩图。为了达到矫直目的，这两种弯曲的等弯矩区都 不应小于一个螺旋导程。辊系的受力模型如下所示： 图 3.1 辊系受力模型 辊子全长 l=660mm，去掉圆角部分，辊子的工作长度约为 gl =620mm。为了满 足压扁矫直的需要， 最大管材的螺旋导程不应超过 620mm， 因此， 其相应的斜角为: = = =36 325 1200 arctan d p arctan （3.1） 内外径之比：877 . 0 325 40325 = =a 故其 () 34 1 4 t t ra m = （3.2） 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 12 页 () 4 539877 . 0 1 5 . 162 43 = kn742= 式中： mm d r 5 . 162 2 325 2 = mpa ts 525= 规定：877 . 0 a = 由文献1，表 1-6， 管材断面时典型( )a值对应的m值 ( )a 1 0.95 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 m 1 1.03 1.093 1.185 1.279 1.371 1.46 无实际意义 故可知： 12 . 1 =m ； 由此可知管材最大矫直弯矩为： mknmmm t =04.83174212 . 1 （3.3） 按图 3.1 计算矫直力： 1 2 22 g mmm f lt s p pp = （3.4） 3 103101200 04.831 = ）（ kn75.933= 第一组及第三组辊间压扁力不必过大且有利于咬入，故按一般压紧力计算： knff y 13.28075.9333 . 03 . 0 11 = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 13 页 第一组及第三组辊的上辊压力为： knfff y 88.121313.28075.933 1 11 =+=+= 于是按辊系对称性可以写出： 31 ff=； 31yy ff=； 31 ff=； 再按文献1,式 4-73算得中央二辊的压扁力： 2 2 0. 65 yt t f r = （3.5） kn97.646 539 5 . 162 22620 65 . 0 2 = = 由图 3.1 的弯矩图可知， 2 f与 1 f（或 3 f）形成力偶（力偶距作用在 s即 g l段 内） ，故 2 f= 1 f（或 3 f） 。于是上辊受力分别为 1 f 、 2y f及 3 f ，下辊受力分别为 1y f、 2 2f 及 3y f。而： 111y fff=+； （3.6） 3111y ffff=+； （3.7） 22 221 22 yy ff fff=+=+； （3.8） 因此上下辊受力总和为： 112 442 yy ffff =+（3.9） 97.646213.280475.9334+= kn46.6149= 最大矫直力在中下辊，其受力为： 222 22 y fff=+（3.10） 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 14 页 97.64675.9332+= kn47.2514= 其轴承受力为 2 cos f 。可由文献2,式 4-39即可求出： 2 arcsinsinarcsinsin g gg l s dd = （3.11） 620 arcsinsin36 480 o = 49.4o= 此式中为辊面法向压力角。 因此，单侧轴承受力为： 2 cos50 z o f f = （3.12） kn1955 643 . 0 23.1257 由此可知各辊轴承压力总和为： 2 11 222 cos y zzy f ffff =+ （3.13） 13.280288.12132 643 . 0 97.646 19552+= kn20.7838= 3.4 矫直功率的计算 3.4.1.轴承摩擦功率 选用轴承摩擦系数 ： 1 0.008 = 轴颈直径 ： 1 220mmd = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 15 页 辊面速度 ： sin g = 1 =1.7m/s sin36o = 辊子转数 ： 60 g g g n d = 60 1.7 0.48 = 67.7r/min= 于是摩擦功率为： 1 11 230 g z n d nf = （3.14） 30 7 . 67 20.7838 2 22 . 0 008 . 0 = kw87.48= 式中：z f 各辊轴承压力总和 3.4.2.辊面与工件的滑动摩擦功率 由于管材在中央辊缝内呈弯曲状态，必有一辊腰和另一辊端接触。而辊径 g d为 480mm，端径 d 约为550mm，即可求出中央二辊滚面的法向压力为 2 2 2 cos y nz f ff =+ （3.15） += 5 . 49 97.646 19552 cos kn18.4906= 设滑动摩擦系数为： 2 0.15 =，则滑动功率为： () 222 60 g ng dd nfn = （3.16） 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 16 页 () 7 . 67 60 50 . 0 562 . 0 18.490615 . 0 = kw73.161= 式中： d 辊端直径，单位：m g d 辊腰直径，单位：m 3.4.3.工件在滚面上的滚动摩擦功率 工件在 6 个辊面上滚动，全部压力为 z f ，设滚动摩擦系数 0.002f =（因为管 材被压扁时f值偏大） ，计算辊子平均直径 m541 . 0 3 50 . 0 562 . 0 2 3 2 g = + = + = dd dp，管材外径0.325md =，因此滚动功率为： 3 cos 30 pg z d n nff d = （3.17） =36cos 325 . 0 30 7 . 67541 . 0 14 . 3 20.7838002 . 0 kw31.149= 式中: p d平均直径，单位：mm z f 各辊轴承压力总和，单位：kn g n辊子转数，单位 ：r/min 3.4.4.矫直变形功率 工件在矫直过程中的塑性变形及残余变形所耗功率按平均0.85a =来考虑， 由文献2，1-47查知其旋转矫直耗能比0.83 xju =，以此计算直径圆材的弹性极限 变形为： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 17 页 t u 22 8 t r e = （3.18） () 5 2 2 1006 . 2 8 539)1625 . 0 (14. 3 = mmkn/88. 7= 式中： e弹性模量，取， 5 e=2.06 10 2 kg/m r管材半径，mmr 5 . 162 2 325 = 因此矫直变形功率为： 4 cos 60 gg xj gt dn nluu d = （3.19） =36cos 60 7 . 67 325 . 0 562 . 0 88783 . 0 62 . 0 kw99.15= 矫直机的传动功率按0.85 =计算，则矫直机的驱动功率为： () 1234 1 nnnnn =+ （3.20） 99.1531.14973.16187.48+= 375.9=kw 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 18 页 4 矫直机驱动系统的确定 4.1 电机的选择 六辊驱动的钢管矫直机易采用柔性驱动，以适应各辊转速的差异。矫直机总 的驱动功率为 375.9kw。为了使矫直辊的转速平稳，上下两排矫直辊的矫直参数 一致，采用两个转数分配箱，通过它将由减速器输出端得到的总矫直力矩按各矫 直辊所需分配到每一根矫直辊上， 根据文献4，9092可选择两个 z4-280-31 型电动机； 其单机功率为 220kw， 其额定转速：n=(10002000)r/min, 效率89.7% =。 总容量为2 220440=kw， 完全可以满足矫直机的正常工作。并且电机容量大概有 14.6%左右的余量，以满 足应对磨损等额外能量的消耗。 4.2 减速器传动比分配 4.2.1 减速器的输出转数 减速机的输出转数即为矫直机的转数 g n根据文献2，450-456有： 60 g g g n d = （4.1） 式中： g 矫直辊辊面速度，1.7m s g = g d辊腰直径，mmdg500= 将数据代入（4.1）求得： 67.7r min g n = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 19 页 4.2.2 传动比及其分配 1 2 n i n = （4.2） 式中 1 n 减速器的输入转数， 1 1345r minn = 2 n 矫直辊的速度， 2 67.7r minn = 将数据代入公式即可求得传动比： 19.88i = 由参考文献3.7-8可知传动比的分配原则为： 1 2 3 iii i= （4.3） n i =（1.31.4） 1n i + （4.4） 式中： 1 i 减速器的一级传动比 2 i 减速器的二级传动比 3 i 减速器的三级传动比 取传动比： 12 1.35ii=， 23 1.35ii= 由公式（4.3） ， （4.4）可知： 传动比分配为： 1 3.645i =， 2 2.7i =， 3 2i = 4.3 减速器一级齿轮传动设计 4.3.1 选择精度等级，材料及齿数 1. 根据传动系统的需要，选择 7 级精度 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 20 页 2. 根据文献3，表 10-1选择齿轮轴的材料40 r c（调质）硬度为 280hbs，大 齿轮材料为 45（调质）硬度为 240hbs，二者材料的硬度差为 40hbs。 3. 选择齿轮轴齿数 1 31z =，大齿轮齿数 2 3.645 31 112.9z =，取 2 113z = 4. 初选螺旋角：12o = 5. 交涉电机寿命 15 年，全日制工作 4.3.2 按齿面接触强度设计 由文献3，218219可知齿面强度设计公式： 2 1 3 1 21 the t dh k tz zu d u + （4.5） 1.确定公式内的各计算数值： （1） 试选1.6 t k = （2） 由文献3，图 10-30选取区域系数2.44 h z= （3） 由文献3，图 10-26查得 1 0.81 =， 2 0.86 = 由公式： 12 =+ （4.6） 得：1.67 = 2.计算许用接触应力： 根据文献3，表 10-7选取齿宽系数：1.0 d = 根据文献3，表 10-6查得材料的弹性影响系数： 1 2 189.8mpa e z = 根据文献3，图 10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1 600mpa h =；大齿轮的接触疲劳强度极限： lim2 550mpa h =。 根据文献3，式 10-13计算应力循环次数： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 21 页 60 h nnjl= （4.7） 式中： n齿轮的转数（单位为r min） j齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数，取1j = h l齿轮的工作寿命（单位为h） 将数据代入： 1 60 h nnjl= 60 1345 24 300 15= 9 8.7 10= 9 9 1 2 1 8.7 10 2.39 10 3.645 n n i = （4.8） 根据文献3，图 10-19取接触疲劳寿命系数： 1 0.86 hn k=， 2 0.92 hn k= 选取安全系数1s =，计算接触疲劳需用应力： 1lim1 1 0.86 600 516mpa 1 hnh h k s = （4.9） 2lim2 2 0.92 550 506mpa 1 hnh h k s = （4.10） 则许用应力为： 12 516506 511mpa 22 hh h + = （4.11） 3.计算齿轮各部分参数 (1)试算小齿轮分度圆直径 1t d，由计算公式（4.5）得： 1 1 1 220 0.98 9.559.551.53kn m 1345 p t n = （4.12） 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 22 页 2 3 1 2 1.6 15300003.645 12.44 189.8 1 1.673.645511 t d + 145.3mm= 选取 ： 1 155mm t d = （2）计算圆周速度： 11 155 1345 10.91m s 60 100060 1000 t d n = （4.13） （3）计算齿宽 b 及模数 nt m： 1 1 155155mm dt bd= =（4.14） 1 1 cos155 cos12 4.9mm 31 o t nt d m z =（4.15） 2.252.25 4.911mm nt hm=（4.16） 155 14 11 b h =（4.17） （4）计算纵向重合度 ： 1 0.318tan dz =0.318 1 31 tan12o= 2.1=（4.18） （5）计算载荷系数 k： 已知使用系数：1 a k = 根据10.91m s =，7 级精度，由文献3，图 10-8查得动载荷系数1.18 v k = 根据文献3，表 10-4查得：1.44 h k = 根据文献3，图 10-13查得：1.37 f k = 根据文献3，表 10-3查得：1.4 hf kk = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 23 页 故载荷系数： 1 1.18 1.4 1.442.38 avhh kk k kk = =（4.19） （6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径： 根据文献3，式 10-10a得： 3 11t t k dd k = 3 2.38 155 1.6 =176.9mm=（4.20） （7）计算模数 n m 1 1 cos176.9 cos12 5.58mm 31 o n d m z =（4.21） 取：6mm n m = 4.3.3 按齿根弯曲强度校核 根据文献3，式 10-16得斜齿轮轮齿的弯曲疲劳强度公式为： tfasa ff n kfy y y bm = （4.22） 式中： t f法向载荷 n f在圆周方向的分力 k载荷系数 fa y斜齿轮的齿形系数 sa y斜齿轮的应力校正系数 y螺旋角影响系数 斜齿轮传动的断面重合度 1.确定计算参数 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 24 页 (1）计算载荷系数： 根据参考文献3，216 页可知: 1 1.18 1.4 1.372.26 avff kk k kk = = （4.23） （2） 确定法向载荷 n f在圆周方向的分力 t f ： 根据文献3，式 10-14可知： 1 1 22 1.53 17.3kn 176.9 t t f d =（4.24） （3）参数 fa y与 sa y的确定： 1 1 33 31 33.12 coscos 12 v o z z = （4.25） 2 2 33 113 120.74 coscos 12 v o z z = 由文献3，表 10-5查得取齿形系数： 1 2.49 fa y=， 2 2.16 fa y= 由文献3，表 10-5查得应力校正系数： 1 1.645 sa y=， 2 1.81 sa y= （4）确定螺旋角影响系数y ： 斜齿轮的纵向重合度 可按下面的公式确定： sin 0.318tan d n b z m = （4.26） 由 1 31z =得： 1 2.095 = 由 2 113z =得： 2 7.64 = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 25 页 根据文献 3，图 10-28查得： 12 0.9yy = (5）斜齿轮传动的断面重合度 的确定: 由公式(4.6)可知： 1.67 = 由公式（4.22）得斜齿轮轮齿的弯曲疲劳强度： 1 93mpa f =， 2 88.6mpa f = 2. 许用弯曲疲劳强度 f 的确定： 根据文献 3，式 10-12可知，其计算公式如下： limn f k s = （4.27） 式中: s疲劳强度安全系数。取 1.3s =。 n k 考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。 lim 齿轮的疲劳极限。 （1）寿命系数 n k 的确定 齿轮的工作应力循环次数n按下式计算： 1 60 h nnjl= 60 1345 24 300 15= 9 8.7 10= 9 9 1 2 1 8.7 10 2.39 10 3.645 n n i = 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 26 页 根据文献 3，图 10-18可知： 1 0.89 fn k=， 2 0.91 fn k= （2）齿轮疲劳极限 lim 的确定： 根据设计要求，齿轮疲劳极限达到材料材质品质和热处理质量达到中等 要求即可。由文献 3，图 10-20查得 1 450mpa fe =， 2 410mpa fe = 由文献 3，206 页可知： lim11fe =， lim22fe = 由公式（4.27）经计算解得： 1 308mpa f =， 2 287mpa f = 按式（4.22）进行比较： 11 93308mpa ff = 22 88.6287mpa ff = 经比较可知所设计的数据满足条件。 4.3.4 几何尺寸的计算 （1）计算中心距： () 12 2cos n zzm a + = ()31 1136 441.65mm 2 cos12o + = （4.28） 将中心距圆整为：440mma = （2）按圆整后的中心距修正螺旋角： ()() 12“ 31 1136 a