机械毕业设计（论文）-包钢轨梁厂950轧机推床系统设计【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 950 轧机推床系统 设计 学生姓名： 学 号：0706136125 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 07-1 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 包钢轨梁厂包钢轨梁厂 950 轧机推床系统设计轧机推床系统设计 摘摘 要要 950 轧机推床系统是装配在连续式轧机的轧制作业线上的重要设备。本文所设计的 950 轧机推床系统位于包钢轨梁厂万能轧机高速钢轨生产线上的机前、机后推床翻钢机 构,它位于 950 mm 开坯机主机前后的工作辊道之上 , 其作用是将轧件正确地对准所要 进入的轧制孔型 , 并对坯料进行适当矫直。 此设计主要利用当今流行的推床设计算法， 获得推床力能参数计算优化理论与方法， 根据工艺提供的推床的推速、所推钢轨的重量和轧件运动速度等其它工艺参数，使推床 在满足工艺条件的情况下，电机容量、推床结构尺寸等达到最优化。最后利用三维造型 软件造出实体。 关键词：关键词： 950 轧机推床、轨梁、推力、电动机、润滑、三维实体 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 the pushing bed system in 950 rolling mill of rail beam plant abstract the pushing rod of ejector in 950 rolling millis a important equipment which is using in steel rolling industry. in this paper, designed by pushing the 950 beds in the rail mill factory universal beam rolling mill production line of high- speed rail in front, push the machine over steel- bed institution, which is located 950 mm before and after the breakdown of the work of local host on the roller, its role is to rolled piece to be aligned correctly rolled into the hole, and straightening the appropriate blanks. the main use of this design in todays popular push- bed design algorithm, access to power to push the bed parameters optimization theory and methods, according to the push technology to provide speed up the bed, pushed by the weight of rail and rolling velocity, and other process parameters, so that push- bed technology in meeting the conditions, the electrical capacity, push- size bed, etc. structure optimized. key words: the pushing rod of ejector in 950 rolling mill、rail beams、thrust、motor、 lubrication、three- dimensional solid 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii 目目 录录 摘 要 . i abstract ii 第一章：绪第一章：绪 论论 1 1.1 本次设计的来源及目的 1 1.2 钢轨生产的基本知识 1 1.3 钢轨生产的工艺及发展现状和未来趋势 . 3 第二章：推床系统结构第二章：推床系统结构 5 2.1 带翻钢功能的推床结构特点 5 2.2 传动系统的简介 6 2.3 传动方案分析与拟定 7 2.3.1 传动方案的分析 7 2.3.2 传动方案的拟订 . 8 第三章：电机的选择第三章：电机的选择 10 3.1 电动机的种类 . 10 3.2 选择电动机注意事项 . 11 3.4 电动机功率的确定 12 3.4.1 推床基本参数的确定 12 3.4.2 推床功率的计算 12 第四章：传动部件的确定第四章：传动部件的确定 14 4.1 推杆的分析与材料的选择 14 4.2 齿轮齿条的分析与计算 15 4.2.1 选择材料 15 4.2.2 齿轮与齿条传动特点 16 4.2.3 根据轮齿弯曲疲劳强度设计 . 16 4.2.4 校核齿面的接触强度 18 4.2.5 齿轮的尺寸明细及工作图 . 19 4.3 轴的设计与校核 . 21 4.3.1 选择轴的材料 . 21 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iv 4.3.2 初步估算轴径 . 21 4.3.4 联轴器的选用 . 22 4.3.5 轴及联轴器处键的校核 . 24 4.4 轴承及键的校核 27 4.4.1 键联接的类型、特点和应用 . 27 4.4.2 键的强度 . 30 4.4.3 键的选择及校核： 30 4.4.4 轴承 . 32 4.5 对电动机的校核： 38 4.5.1 电动机的发热校核 38 第五章第五章 三维建模三维建模 41 5.1 主要零部件的三维造型 . 41 5.1.1 传动箱体的三维造型 . 41 5.1.2 推板的传动齿条及上座 . 42 5.1.3 推板 . 43 5.1.4 翻钢机的传动系统 . 44 5.2 装配体的建立 . 45 第六章第六章 950 轧机推床系统的润滑及维护简介轧机推床系统的润滑及维护简介 . 47 6.1 950 轧机推床系统的润滑 . 47 6.2 950 轧机推床的维护与保养 . 48 第七章第七章 轧机其它类型推床简介轧机其它类型推床简介 49 7.1 曲柄强力推床的简单介绍 . 49 7.2 液压式推床的简单介绍 . 50 结结 束束 语语 53 参考文献参考文献 54 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章：绪第一章：绪 论论 1.1 本次设计的来源及目的本次设计的来源及目的 推床是装配在连续式轧机的轧制作业线上。本文所设计的 950 轧机推床来源于包钢 轨梁厂万能轧机高速钢轨生产线上的机前、 机后推床翻钢机构,它位于 950 开坯机主机前 后的工作辊道之上 , 其作用是将轧件正确地对准所要进入的轧制孔型 , 并对坯料进行 适当矫直 ,而在需要翻钢的轧制道次 , 则就利用翻钢机构将坯料翻转 90。 在万能轧机高速钢轨生产线上直径为950 mm轧机区域为其咽喉部位而推床又是 950轧机区域关键设备之一，推床的工作性能直接影响生产产品的质量，其使用寿命的 长短直接影响生产产品的产量。 1.2 钢轨生产的基本知识钢轨生产的基本知识 钢轨规格/型号与材质 重型钢轨知识：每米公称重量大于 30kg 的钢轨。火车钢轨和起重机轨都属重轨。 火车钢轨：用于铺设铁路，要承受火车营运时的压力、冲击载荷和摩擦，要求有足够的 强度和一定的韧性。质量要求严格，除保证其化学成分外，还要求检验力学性能、落锤 试验和酸浸低倍组织等。生产厂有武钢、鞍钢、包钢和攀钢等。起重机轨：即吊车轨， 其高度较低，头宽及腰厚尺寸较大，只要求检验化学成分和抗拉强度。用于铺设起重机 大于及小车轨道。生产厂有鞍钢和攀钢。 轻型钢轨知识：每米公称重量小于或等于 30kg 的钢轨。轻轨的质量要求比重轨低， 只要求检验其化学成分、抗拉强度、硬度和落锤试验等。主要用途：轻轨主要用于林区、 矿区、工厂及施工现场等处铺设临时运输线路和轻型机车用线路。 铁路钢轨型号： 轻型钢轨型号，钢轨材质: q235，55q ；钢轨规格：30kg/m，24kg/m，22kg/m， 18kg/m，15kg/m，12 kg/m，8 kg/m。 重型钢轨型号, 钢轨材质: 45mn， u71mn；钢轨规格：50kg/m， 43kg/m，38kg/m， 33kg/m。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 起重钢轨型号,钢轨材质: u71mn；钢轨规格：qu70 ，qu80，qu100，qu120。 qu 后面的数字表示钢轨的宽度尺寸。 高速钢轨的生产中用万能轧机轧制是提高尺寸精确度和表面质量的关键。目前常 用的万能轧机有两种布置形式， 第一种为： 一架开坯机架、 一架中间机架 （均为二辊式） 、 一架万能可逆机架（u1） 、一架可逆轧边机架(e1 侧移形)、一架万能可逆机架(u2)、一 架轧边机架（e2） 、一架万能成品机架(uf)；另一种为：一架开坯机架、一架中间机架 （均为二辊式） 、一架万能可逆机架（ur） 、一架可逆轧边机架(侧移形 e)、一架万能成 品机架（uf 与 ur 相同） 。 第一种布置形式钢轨的轧制道次程序包括：在二辊机架的轧机上轧制十个道次（第 一机架，五个孔型，七个道次；第二机架，三个孔型，三个道次） ，随后在 u1- e1 机架 上的三个可逆道次，轧制过程中轧边机架 e1 进行侧移，在 u2- e2 机组上轧一个道次， 在 uf 机架上为半万能成品道次。万能轧机的总延伸系数为 2.5。 第二种布置形式钢轨的轧制道次程序包括：在二辊机架的轧机上轧制十二道次（第 一机架，五个孔型，七个道次；第二机架，四个孔型，五个道次） ，在 u- e 机架上轧制 三个可逆道次，轧边机 e 作侧移，在 u- e- uf 轧制一个半万能道次。万能轧机的总延伸 系数为 2.0。 用万能轧机轧辊和轧边机轧辊在钢轨整个断面上所施加的锻压作用要比老式的、传 统工艺轧制钢轨时所得到的锻压作用好。在传统轧制工艺中，典型的单向压力不是直接 施加在轨头或轨底。相反，在万能轧制中，压力是直接而且主要是压缩轨头和轨底，同 时整个断面的压力处于良好的平衡状态。 万能轧制包含在万能轧机和与之毗连的轧边机中交替地加工成型金属。在万能轧机 中， 在控制轨腰、 轨底和轨头厚度的同时， 在四个垂直方向上给轧件施加了大的压下量。 延伸系数相当大，每道次在 1.251.4 之间变化。轧边机主要是用来控制轨底的整个宽 度和轨头侧面及鱼尾板腹部的形状。 在一架半万能轧机上得到最后的钢轨形状，此半万能轧机在轨底一侧有一个立辊， 而两个水平轧辊只在轨腰和轨头侧面上施加一轻微的直接压力。 用万能孔型系统生产出的钢轨无论从几何尺寸、表面质量均比传统二辊孔型系统生 产出的钢轨质量要好，特别是几何尺寸（对称性、轨头踏面形状） 。 钢轨生产厂家要根据具体情况选择不同的轧机布置形式。万能轧机的第一种布置形 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 式（七机架）与第二种布置形式（五机架）相比，生产出的钢轨几何尺寸、表面质量要 好；但从经济的角度看，第一种布置形式需用的资金较第二种布置形式要多，而且第一 种布置形式需要的场地要大。 合理的工艺，先进的设备，合理的孔型系统，能生产出高质量的产品。目前我国的 钢轨生产厂家相继对钢轨生产线进行了改造并生产出了质量高的长尺钢轨，使我国钢轨 生产赶上了世界先进水平。 1.3钢轨生产的工艺及发展现状和未来趋势钢轨生产的工艺及发展现状和未来趋势 传统的钢轨生产工艺及先进的生产工艺 传统钢轨的生产工艺为：平炉（转炉）dh 真空装置浇铸钢锭均热炉加 热初轧机开坯冷却上料加热炉二次加热开坯机开坯粗轧 精轧打印机缓冷冷却矫直探伤补矫锯头钻孔 质量检查发货。 先进钢轨生产工艺为：电炉或转炉lf 炉vd 炉连铸缓冷加热 高压水除鳞一次开坯二次开坯万能粗轧万能中轧二次高压 水除鳞万能精轧打印机冷却矫直检测中心（表面检查、平直度测 量、超声波探伤）补矫锯头钻孔质量检查发货。 各自的工艺特点如下：传统钢轨生产工艺不能生产 50m 以上长尺钢轨，先进的钢轨 生产工艺能生产 100m 以上长钢轨； 传统钢轨生产工艺没有除鳞设备，不能很好保证钢轨表面质量，而先进的钢轨生产 工艺二次除鳞可保证钢轨的表面质量； 传统钢轨生产工艺加热炉加热的钢坯温度不均,造成一支钢轨断面尺寸的波动；成 品断面的对称性不理想,轨高、底宽、腹高等尺寸控制精度不高；钢轨腿端加工不好。 先进的钢轨生产工艺用万能轧机生产钢轨，可保证钢轨的尺寸精度；先进的钢轨生产工 艺用万能轧机生产钢轨，表面质量好；先进的钢轨生产工艺在冷床可实现钢轨的预弯， 减少矫后钢轨的残余应力； 传统钢轨生产工艺改造前钢轨矫直存在矫直盲区， 端头平直度、 端头扭转较难控制， 端头扭转要靠轧制工序进行控制。而先进的钢轨生产工艺实现了长尺矫直和长尺探伤， 可减少矫直盲区和探伤盲区； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 国内铁路用钢轨生产状况：国内现有生产铁路用钢轨的厂家有4 家,其中 包钢、攀钢以生产60kg/ m 钢轨为主,鞍钢以生产50kg/ m 钢轨为主,武钢以生产43kg/ m 钢轨为主,综合生产能力可达150 万吨/年以上。 钢号如下: 包钢:u74、u71mn、bnbre、900a 攀钢:u71mn、pd2、pd3、900a 鞍钢:74simnv、u71mn、nbre 武钢:u71mn、u71 工艺技术及装备如表 1.1： 表 1.1： 部分工艺技术及装备 攀 钢 包 钢 鞍 钢 武 钢 1 铁水预处理 2 炉外精炼 3 真空处理 4 连铸 5 步进式加热炉 6 高压水除鳞 7 万能轧机 8 在线连续打印机 9 反向预弯步进式冷床 表示已经采用 表示准备采用 国产钢轨在钢质、强度级别和轨型方面与国外高速铁路用轨差距不大,完全可以满 足我国高速铁路用轨选择的要求,尤其在钢轨材质纯净度方面,包钢钢轨钢冶炼装置已 接近或相当于国外先进水平,其实物质量已经达到高速铁路用轨对材质纯净度的要求。 但在钢轨表面质量、断面尺寸精度和平直度等外观质量方面,尽管各钢厂都采取了不少 工艺技改措施,仍难于满足高速铁路用轨要求。因此提高装备水平进步加热、万能轧 制或高精度轧制、 在线检测已迫在眉睫， 只有这样才能与高速铁路用轨要求进一步靠近。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 第二章：推床系统结构第二章：推床系统结构 2.1 带翻钢功能的推床结构特点带翻钢功能的推床结构特点 推床翻钢机由推床本体和翻钢机构两大部分组成。整个翻钢机构都放在传动侧推板 上, 随传动侧推板一起运动。推床本体由推板、推杆、传动装置、机械限位装置、托辊 装置、 导槽等部件组成, 它的运动原理是两侧推板各由一台交交变频同步电动机, 经联 轴器、同步轴、齿轮和把在推杆上的齿条, 带动两根推杆, 推动推板进行工作。推板落 在推杆上, 推杆坐在传动齿轮的凸缘和装在辊道架上的托辊装置上, 并有立导辊和压 辊, 保证运行平稳。推板上有导向轴,插入装在辊道架上的导槽内, 当推板平行运行时, 它在辊道横梁导槽上滑动, 使推板在沿轧线方向定位, 并承受纵向负荷。在推杆的两侧 各有一台限位装置进行极限行程机械限位, 另有行程开关控制极限位置, 由光电编码 器显示推板行程。 推板：推板采用焊接结构。推板上有可更换的滑板, 用螺栓固定, 并有止口定位, 由于推板经常与热坯接触, 在滑板和推板之间通冷却水, 保护推板。在靠近轧机端装有 伸到机架里机架辊处的小导板, 小导板靠双燕尾槽和斜楔固定在推板上, 装卸很方便。 在推板上装有1个导向轴, 导向轴下部是扁的, 两侧装有滑板(含石墨铸铜),当推板平 行运行时, 它在辊道横梁导槽上滑动。推板平行度的调整是靠传动装置中同步轴两侧的 齿式联轴器来进行的。 推杆：一侧推板由两根推杆推动, 推杆采用焊接结构, 并装有齿条, 由齿轮传动, 带动推板作往复运动, 在推杆下面有4个支承辊。这4个支承辊装在辊道架上, 推杆上面 有1个压辊, 两侧各有1个立导辊, 压辊和立辊都装在传动箱体里。推杆与推板的连接是 靠推杆头部带斜面的插头, 插头插入到推板上的方孔内, 用斜楔固定, 使推板与推杆 紧密联接, 斜楔用螺栓把在推杆上, 维修时卸下螺栓, 便可将推板和斜楔一起吊走。 在 更换辊道辊子时, 传动侧推板留有500mm检修行程, 可直接退出辊子联轴器之外。操作 侧需吊走推板, 这是因为传动侧推板上有翻钢机构, 重量大, 而操作侧结构相对简单, 重量轻,这时可更换辊道辊子。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 推板、推杆结构如图2.1 1 2 图 2.1：推床左推板、推杆平面视图 1推板 2 推杆 2.2 传动系统的简介传动系统的简介 它的运动原理是两侧推板各由一台交交变频同步电动机, 经联轴器、同步轴、齿轮 和把在推杆上的齿条, 带动两根推杆, 推动推板及两个传动箱体组成。传动侧推板和操 作侧推板的传动装置都布置在轧机的传动侧。两侧推板的传动装置装在一个箱体内, 整 个传动装置包括传动齿轮、立导辊和压辊等都装在下箱体内, 上箱体就是个罩子, 打开 上箱体, 整个传动装置都露在下面, 这样设计的目的是为了，方便安装和维护。在传动 电机尾部装有光电编码器, 电机与减速机高速轴之间装有制动器, 以便导板准确停车。 在传动轴的另一端装有主令控制器, 用来控制推板的极限位置, 并配有机械限位装置 进行保护。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 2.3 传动方案分析与拟定传动方案分析与拟定 2.3.1 传动方案的传动方案的分析分析 一.常用的传动类型及其特点： 1.链传动：链传动的瞬时传动比是变化的，且具有冲击振动，故不适用于高速传动 和传动比要求准确的场合，一般多用于低速级传动及传动比要求不太严格的场合。 2.带传动：带传动可以缓和冲击和振动、带传动中心距不受限制，只要陪以合适的 紧链结构，理论可以很大、可以通过打滑，提高设备的防过载能力、传递效率较低，易 出现皮带打滑造成皮带磨损剧烈、传动比不明确带传动传递的功率不大（可用于中小功 率） ，机构尺寸比其他传动类型大。由于摩擦产生静电，不适用于有瓦斯及煤尘等爆炸 危险的场合，常用于高速级传动中。 3.齿轮传动：齿轮传动瞬时传动比不变，且效率高，体积小，是在传动中使用最多 的一种传动件。 直齿圆柱齿轮的设计加工容易，但速度高时有噪音，故多用于减速器低速级中，亦 可用于高速级但噪音大。 斜齿圆柱齿轮传递运动平稳，噪音小，承载能力高，故多用在减速器中高速级上， 低速级上也可以使用。 人字齿轮基本上与斜齿轮相同，它对轴承不产生轴向力，多用于大型减速器。 锥齿轮将较困难，特别是模数，直径大时受到机床的限制，故一般在改变轴的方向 等情况下才使用， 使用时应尽量使模数直径小些， 以利于加工。 锥齿轮常用于高速级上， 如用弧齿锥齿轮时噪音小，工作平稳，故速度可高些。开式齿轮较闭式齿轮磨损大，多 用于低速级。 4.蜗杆传动：蜗杆传动传动速比大，传递运动平稳，但效率低，消耗有色金属。因 此普通圆柱面蜗杆传动适用于中小功率，由于其效率低，不适用于连续工作，故多用于 间歇工作的场合。 二.机械传动系统设计时应注意以下事项： 1.在满足传动要求的情况下，应尽量使机构的数目减少，使传动链短，这样可以提 高机械效率，降低生产成本。 2.当机械传动系统的总传动比较大而采用多级传动时，应合理分配各传动机构的传 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 动比。传动比的分配原则应使总的体积小并发挥各类传动机构本身的优势。 3.合理安排传动机构的次序。当总传动比8 时，要考虑多级传动。如有带传动时， 一般将带传动放置在高速级；如采用不同类型的齿轮机构组合，圆锥齿轮传动和蜗杆传 动一般放置在高速级；链传动一般不宜放在高速级。 4.在满足传递要求的前提下，应尽量采用平面传动机构，使制造，组装，维修更加 方便。 2.3.2 传动方案的拟订传动方案的拟订 方案一：全数字直流传动方案 机前机后推床各用一台电机驱动，传动系统布置在轧机的两侧，为两侧传动。由电 动机减速器联轴器传动轴齿轮齿条机构推板组成，和方案一基本是一样的。 区别在于总体布置不一样，此方案的特点：维护、检修方便;但受换向器片间电压及换 向参数(换向元件的电抗电势，电枢绕组各支路间的不平衡电势等)的制约，其电机功率 受到限制，超越极限功率范围时，直流电机就必须做成双电枢或多电枢，从而增加结构 和电器控制的复杂性。 方案二：交直交变频方案 此方案和方案三基本相同，区别在与电动机采用的不一样。方案的特点：交直交变 频的优点是可以方便的并且很大范围的控制普通电动机的转速,缺点是变频器的功率较 小不能满足对大功率电机的控制。除了经济指标外，从控制性能、可靠性、系统效率、 可维护性、环保等各方面来看，交直交变频系统都是传动的最佳选择。但投资是直流传 动系统的223倍、是交交变频系统的1.29倍。 方案三：交交变频方案 传统的交交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠。交交变频的最高输 出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。交交变频没有直流环 节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以 及有功功率回馈容易。虽然大功率交交变频器得到了普遍的应用，但因其功率因数低， 高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。 它在传统大功率电机调速系统中应用较多。那么本设计在轧机前后推床4个推板共用两 台交交变频电动机，传动系统布置在轧机的传动侧，由交交变频电动机联轴器传动 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 轴齿轮、齿条推杆前后推板组成。方案特点是：传统大功率、损耗小、转动惯量 小、维护工作量小、占地面积小、结构紧凑、成本低。 其结构原理图如下： 3465 ?870 3300 1600 3465 ?870 1600 1 2345 6 7 8910 图 2.2：推床传动系统结构原理图 1右推板驱动电动机 2机后左推板 3机后右推板 4机前左推板 5机前右推板 6左推板驱动电动机 7齿轮齿条传动机构 8前推板传动轴 9后推板传动轴 10联轴器 由以上的各方案的分析又基于推床经常工作在起动、制动、正反转的过渡过程中。 综合考虑以上传动类型的特点和本次的设计要求，优先选用方案三交交变频传动方案。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 第三章：电机的选择第三章：电机的选择 作为用电器或各种机械的动力源。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到千瓦 级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力， 能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声 也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、 医疗电器设备等各方面广泛应用。 3.1 电动机的电动机的种种类类 a 按结构及工作原理分类 直流电动机 异步电动机 同步电动机。 b 按工作电源分类 直流电动机 交流电动机。 其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 c 按起动与运行方式分类 电容起动式单相异步电动机、 电容运转式单相异步电动机、 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 电容起动运转式单相异步电动机 分相式单相异步电动机 d 按用途分类 驱动用电动机 控制用电动机 e 转子的结构分类 笼型感应电动机 绕线转子感应电动机 f 按运转速度分类 高速电动机 低速电动机 恒速电动机 调速电动机 3.2 选择电动机注意事项选择电动机注意事项 a、如果电动机功率选的过小，就会使电动机超负荷运转，而造成电动机长期过载， 使其绝缘因发热而损坏，甚至电动机被烧坏。 b、如果电动机功率选的过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不 能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能 浪费。对电动平车做受力分析，它受重力、支持力、摩擦力和牵引力。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 3.4 电动机功率的确定电动机功率的确定 3.4.1 推床基本参推床基本参数数的确定的确定 （1）推床推力的确定 推床推力 : qkp= 式中 被推钢坯的重量 q=6000kg ; 已知参数 钢坯和托辊之间的摩擦系数。 根据试测结果和使用经验，一般取 35. 03 . 0=，现取32. 0= 轧钢设计手册 k 附加阻力系数，取k=1.3 所以kntqkp43.2449. 23 . 132. 06000= （2）推床的推速 推床的推速 取决于钢坯的断面形状、尺寸、轧制周期，他对电机功率、零部件 强度、被推钢坯运动的状况有相当的影响。 取85. 0=米/秒 已知参数 （3）推床的工作行程 推床的工作行程一般为55 . 1米，取工作行程为2250mm 3.4.2 推床功推床功率率的计的计算算 推床的驱动电机为交交变频同步电动机， 推床应用的特点是起制动频繁约60次/小 时；电机功率的计算公式为： 60 pv n= 式中 p 推力（kg） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 v推速（m/s） 由电动机至推杆的总的机械传动效率，齿 轮齿条结构的推床取95. 085. 0；取85. 0= )(142 85. 060 85. 049.2 60 kw pv n = 生产工艺要求起制动控制方便，选择双定子绕组式交流电动机。工作轴转速较低， 环境温度较高采用他冷。 无减速器传动的国外 dmg280s 电动机， 其额定功率为 150kw， 额定电压 220v，转速 25r/min。 电动机轴的输出功率、转速和转矩分别为 min/25 0 rn= kwner150= )(57300 25 150 95509550 0 0 0 mn n p t= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 第四章：传动部件的确定第四章：传动部件的确定 4.1 推推杆杆的的分析与材料分析与材料的选择的选择 连轧作业区直径950 mm轧机区域为连轧生产线的咽喉部位，推床又是直径950 mm轧 机区域关键设备之一，推床上推杆造价较高，其质量的优劣直接影响生产产品的质量， 其使用寿命的长短直接影响生产产品的产量生产过程中，推杆使用一个半月后发生断 裂失效。因此推床上推杆的选择极为重要。 易断裂部位 图4.0 推杆断裂部分示意图 由于推杆受到的冲击载荷不大，在工作过程中容易受到侧压力，使推杆所受力不在 推杆中心线上，如果推杆的韧性不够就会容易使推杆产生断裂，缩短推杆的寿命，从而 加大了生产成本。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 表4.1 几种常用材料的主要力学性能 材料名称 牌 号 )/( as mp )/( ab mp 0 0 5/ 普通碳素钢 235q 235216 416373 2725 255q 275255 608490 2119 优质碳素结构 钢 40 333 569 19 45 333 598 16 合金结构钢 r c20 540 835 10 r c40 785 980 9 碳素铸钢 zg270- 500 270 500 18 可段铸铁 6-450ktz 450 )(6 3 球墨铸铁 10-450qt 450 )(10 灰铸铁 150ht 175120 注：表中 5 是指dl5=标准式样的伸长率。 根据使用要求和推杆的工作特点，由以上几种常用材料的主要力学性能的对比（表 4.1） ，可以得出选用优质碳素结构钢45#较为合适。 4.2 齿轮齿条齿轮齿条的的分析与分析与计计算算 4.2.1 选择选择材料材料 考虑到结构应简洁便于使用和维护，选择闭式直齿圆柱齿轮；又由于处于低速有轻 冲击载荷的运行环境，选择硬齿面表面淬火 hrc4550 材料为 35simn，由于大小齿轮 表面都淬火，齿轮的变形不大，对精度的要求不高，故选 8 级精度。 由于是闭式传动且齿条齿轮均为硬齿面，齿轮的主要失效形式有可能是齿轮折断， 也可能发生点蚀胶合等失效，则应按弯曲疲劳强度设计公式确定模数，然后校核接触疲 劳强度。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 4.2.2 齿轮与齿条传动特点齿轮与齿条传动特点 齿轮作回转运动， 齿条作直线运动， 齿条可以看作一个齿数无穷多的齿轮的一部分， 这时齿轮的各圆均变为直线，作为齿廓曲线的渐开线也变为直线。齿条直线的速度v与 齿轮分度圆直径d、转速n之间的关系为 )/( 60 smm dn = 式中 d齿轮分度圆直径，mm； n齿轮转速，minr。 其啮合线 12 n n 与齿轮的基圆相切 1 n ，由于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿条基 圆的切点 2 n 在无穷远处。 齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装（齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆与 齿条的分度圆相切） ，其啮合角 恒等于齿轮分度圆压力角，也等于齿条的齿形角； 齿轮的节圆也恒与分度圆重合。只是在非标准安装时，齿条的节线与分度线不再重合。 齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧直线的 垂直距离，即cos=cosppb。 齿轮与齿条的实际啮合线为 12 b b ，即齿条顶线及齿轮齿顶圆与啮合线 12 n n 的交点 2 b 及 1 b 之间的长度。 4.2.3根据轮齿弯曲疲劳强度根据轮齿弯曲疲劳强度设计设计 2000 2 1 1 3 fd fs z ykt m 机械设计 式 5- 31a 式中： m模数,mm； k载荷系数，可近似取 1.31.7，这里取 k=1.5； 1 t 齿轮传递的名义扭矩，由前面计算mtt=526.26kn 01 ； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 式中98. 0=为联轴器的传动效率； fs y 复合齿形系数； d 齿宽系数， 1 /db d =，vb轮齿宽度； 1 z 小齿轮齿数； f 许用弯曲应力； 各参数的确定： 图 4.1 齿轮齿条啮合简图 根据齿轮齿数17 不发生根切初选18 1 =z，则大齿轮的齿数18118 12 =izz。 注：由于齿轮所在轴与电动机通过联轴器直接相连所以传动比1=i 确定许用弯曲应力 f s kfn fe f = 机械设计式 5-26 式中： f 齿轮齿根的弯曲疲劳极限，根据设计材料硬齿面表面淬火 hrc4550 查 得 af mp210 min =； n k 弯曲疲劳强度计算得寿命系数，一般取 n k =0.85； minf s弯曲强度的最小安全系数，一般传动取 minf s=1.31.5 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 这里取 minf s=1.5； 则 afp mp119 5 . 1 85. 0210 = = 确定复合齿行系数 fs y 由18 1 =z，变位系数 x=0，查得 fs y =4.48 机械设计图 5-38 确定齿宽系数 d 根据齿轮位置不对称，载荷系数变动较大且齿轮硬度均大于 350hbs， 取 d =0.6 机械设计手册表 14-1-62 综合上述代入设计公式： mmm82.32 119186 . 0 10005672751. 15 . 12 2 3 = 取标准模数 m=36 。 机械设计手册 表 14-1-2 计算几何尺寸： mmmzd6481836 11 = mmdb d 3886486 . 0 12 = 。；取mmmmmmbb380378383)105( 21 =+= 齿条齿数：255 . 0 36 2700 5 . 02=+ =+= np l z 齿轮中心到齿条中心距：mmmx d h33936418 . 0 2 648 2 1 =+=+= 4.2.4 校核齿面校核齿面的的接触强度接触强度 根据： hpeh ubd ukt z ) 1( 112 2 1 1 = 式中： e z 弹性系数，一对齿轮均为钢制时取 ae mpz8 .189=； u齿数比，根据设计72. 3 18 67 1 2 = z z u。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 把前面计算所得相关值代入上式： 8 .366 72. 3 172. 3 252152 1051. 15 . 1 8 .189112 2 3 = + = h 齿面许用接触应力： wn h h hp zz s = min lim 机械设计 式 5-27 式中： lim h试验齿轮的接触疲劳极限，查得 lim h=950 a mp ； 机械设计 图 5-33 minh s接触强度的最小安全系数，取 minh s=1.2； n z 接触疲劳强度计算的寿命系数，一般取 n z =1； w z 工作硬化系数，由于是小齿轮故略去。 ahp mp67.791 2 . 1 950 = 因为 hph 所以电动机发热校核合格。 至此， 对整个推床系统的主题零件的各个部分的设计均已完成， 这其中的轴、 轴承、 齿轮、电机、连轴器等设计均为合格，通过校核，其大部分的强度要求均大大高于实际 需要。这在很大程度上适应了现实生产，使推床的工作要求大大降低。高强度的理论设 计也保证了推床的工作范围扩大，可适应各种类型的生产要求，同时也大大提高了安全 性。当然也不能一味追求安全而忽视了成本，只有把各种因素综合考虑才能达到一种最 优的效果。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 41 第五章第五章 三维建模三维建模 据了解在以往是毕业设计中，我们做的工作仅仅是二维平面图纸的绘制，在这次设 计中，由于郭老师倡导我们创新并且为我们提供了大量的二维图纸资料，所以要求我们 三维建模，那么在这次设计中加入了三维造型工作。通过三维造型不但能提高我们的绘 图识图能力，还能加深对设备的理解，对设备有立体化的概念。并且能很好的表达设计 本身的立体化真实效果。 5.1 主主要要零零部件的三维部件的三维造造型型 首先，三维造型中零部件的创建是最重要的，它决定着装配的顺利进行及功能的实 现。那么就要做到对设计的真正理解，明白运动原理这样才有可能想象出实体零件，在 做零部件之前一定要做好充分的准备工作。例如，要对三维软件有一定的认识， solidworks 是很实用的三维模具造型软件，最基本命令有拉伸、切除、拔模，软件的功 能强大组件繁多，不过它易学易用，更重要的是在完成整体装配后可以生成简单的动画 演示。对于软件的具体功能在此不过多论述，下面是针对本设计的零部件的具体造型。 5.1.1 传动传动箱体箱体的三维的三维造造型型 推板的传动箱体部件主要起支承其他部件和保护内部零部件作用，同时具有密封作 用，其本体为铸造件，上有螺丝孔、筋板、轴承座以及工作孔，在其上箱体与推杆的接 触处还有平衡轴。 箱体建模基本考虑的是轴的直径、 传动大齿轮的直径、 平衡轴的位置、 轴承座的宽度和厚度、推板的高度及传动齿条的长度，下箱体要考虑地脚螺栓等等。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 42 图 5.1 推板传动上下箱体 5.1.2 推板的传动齿条及上座推板的传动齿条及上座 传动齿条是推板传动中非常重要的部件，那么对齿条的硬度、任性、耐磨度要求非 常高。上座就是用来与推杆连接的部件。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 43 图 5.2 推板传动齿条及上座 5.1.3 推板推板 推板是直接与钢坯接触的，上有可更换的滑板, 用螺栓固定, 并有止口定位, 由于 推板经常与热坯接触, 在滑板和推板之间通冷却水, 保护推板。在靠近轧机端装有伸到 机架里机架辊处的小导板, 小导板靠双燕尾槽和斜楔固定在推板上, 装卸很方便。 在推 板上装有1个导向轴, 导向轴下部是扁的, 两侧装有滑板(含石墨铸铜),当推板平行运 行时, 它在辊道横梁导槽上滑动。推板平行度的调整是靠传动装置中同步轴两侧的齿式 联轴器来进行的。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 44 图 5.3 推板 5.1.4 翻钢机的传动系统翻钢机的传动系统 翻钢机的传动系统是推床系统中不可缺少好的一部分，其作用是在钢坯经过一孔粗 轧后进行翻钢换孔再进行轧制。950 轧机推床来源于包钢轨梁厂万能轧机高速钢轨生产 线上的机前、机后推床翻钢机构,它位于 950 开坯机主机前后的工作辊道之上 , 其作用 是将轧件正确地对准所要进入的轧制孔型 , 并对坯料进行适当矫直 ,而在需要翻钢的 轧制道次 , 则就利用翻钢机构将坯料翻转 90。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 45 5.4 翻钢机的传动系统 5.2 装配体的建立装配体的建立 在结束了推床中各个零件的三维造型之后进行装配工作，建立装配体不仅仅是把各 个零部件配合在一起，还要把各个零件的配合关系以及安装的先后顺序安排清楚。在做 总装配体的时候，我失败了很多次，每次装配之后都会发现很多问题，在反复的更改之 后终于建立起了一个成功的三维模型。如下图所示： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 46 图 5.5 推床系统完整装配图 在整体装配完以后，我进行了动画模拟，由于整个装配体占用内存较大，所以模拟 时失败很多次，最后还是成功了。那么动画模拟好处是可以很直观的说明设备的工作原 理以及工作过程。至此就三维软件 sloidworks 来说我已经有了很直观的认识。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 47 第六章第六章 950 轧机推床系统的润滑及维护简介轧机推床系统的润滑及维护简介 现有润滑剂基本上可分为矿物润滑油、合成润滑油、润滑脂、动植物油和脂、固 体润滑剂及润滑用添加剂等。其中合成润滑油的成本太高，仅在极高、极低温度或特殊 条件下才单独使用；动植物油主要供给食用或其他有特殊要求的设备用，有是也做润滑 添加剂用；而矿物油成本低廉，产量大性能比较稳定，因应用范围较广。 对润滑剂的基本要求是：较低的摩擦系数、良好的吸附与楔入能力、一定的内聚 力、较高的纯度、抗氧化稳定性好、无研磨、和腐蚀性及有良好的导热能力和较大的热 容量。 6.1 950 轧机推床系统的润滑轧机推床系统的润滑 950 轧机推床系统的润滑参考轧钢机润滑进行，下面对轧钢机润滑做以简单介绍。 对轧钢机工艺润滑冷却介质的基本要求有：适当的油性；良好的冷却能力；良好的 抗氧化安定性、防锈性和理化指标稳定性；过滤性能好；对轧锟和制品表面有良好的冲 洗清洁作用；对冷轧带钢的退火性能好；不损害人体健康；易于获得油源，成本低。 图 5.1 滑动轴承处润滑结构 齿轮齿条的润滑在整个传动系统的润滑中占有很重要的位置。齿轮寿命的长短直接 设备的寿命。在 950 轧机推床中，有八个齿轮，构成 950 轧机推床中的主要摩擦，对齿 轮的润滑，可以避免金属的直接接触，减少摩擦损失，还可以防止热量的产生和齿轮的 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 48 生锈。 综合考虑，根据箱体的实际结构，采用喷油润滑。上方的齿条采用喷油润滑，下方的齿 轮采用浸油润滑。使用压力将油喷到齿轮的啮合处，不但润滑齿轮而且及时对啮合的齿 轮降温。 6.2 950 轧机推床的维护与保养轧机推床的维护与保养 主要维护规程： 1、经常检查滑座齿条及个活动部位，发现问题及时处理解决； 2、经常检查导辊的运动情况，根据情况及时更换或修复，推头下部与辊道保持适 当的间隙，既不能磨损辊道，有不宜偏高。 3、检查万向接轴联轴器，十字架轴承应定期加润滑脂，法兰螺丝应紧固无松动， 防止松掉万向接轴。 4、每周对非集中润滑点加足润滑脂一次。 总之，润滑对象- 机械设备设计与造的质量精良；润滑装置- 机械设备设计与制造的 质量精良；润滑装置- 对供油油质、油温、温压和油位能全面精确控制；润滑介质- 精制 油品理化指标优良，性能稳定。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 49 第七章第七章 轧机其它类型推床简介轧机其它类型推床简介 7.1 曲柄强力曲柄强力推床的简推床的简单单介介绍绍 此推床的结构特点采用单缸曲柄传动机构。此推床由曲柄、推板、传动装置、驱动 液压缸、联轴器、限位装置等组成。采用单缸通过曲柄机构传动使左右推板同步动作， 一侧推板的两个推杆通过曲柄机械同步，实现轧件对中，推板便于拆卸，通过绝对值编 码器实现开口度调整及对轧件测宽。轴承采用集中干油润滑。曲柄连杆机构：曲柄连杆 机构是推床的一个重要部分，正因为有曲柄连杆机构的存在，才使左右推板同步动作， 实现轧件对中。 主要技术参数如下： 推床单侧推板推力 500 kn(单侧) 推床最大开口度 1 580mm 推床最小开口度 600 mm 推板移动速度 100 mrns(单侧) 推床测宽精度 1 mm 推拉缸 1 x0200 x0140 x490mm工作压力 20mpa侧导板侧导板系焊接结构，分为入 口喇叭段和平行段导板(见图6.1)，均把合有耐磨衬板。 图6.1推床平面图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 50 入口端用铰链固定在辊道架上，并做有长方形孔，以便该导板沿轧线方向有活动的自由 度。出口端与平行段导板用销轴铰接，铰接点跟随平行段导板开闭，做圆弧运动，可以 使轧件顺利地导入，缓冲作用于侧导板上的横向负荷。平行段导板有两个，每个导板都 支撑在两根推杆上，并焊有4个耳朵和一块导向板。每对耳朵之间用销轴、挡板及开口 销与推杆头连接，在轴销长度方向留有足够间隙(每侧620 mm)，以避免受热卡死。导 向板上有两个对称平面，均装有滑板(铸铜)。当导尺作平行运动时，它在辊道横梁滑道 上滑动，使导尺在轧线方向定位并承受纵向负荷。成对平行导尺相对轧制中心线对称地 做开闭运动，使轧件对中并被导入轧机。 7.2 液压式推床的简单介绍液压式推床的简单介绍 推床的结构老式推床是电动式的，即用电动机传动使推床夹紧或打开，这种传动方 式的响应速度慢、能量损耗大、调节精度差，不能满足要求。在酒钢中板推床的设计中， 采用液压式传动方式，用液压缸推动推床夹紧或打开。在推床的推动杆上装有一个大脉 冲量的光电编码盘，每转发出2 048个脉冲。pic用一个能接