毕业设计（论文）-BD1粗轧机主传动系统设计.doc

内蒙古科技大学内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书本科生毕业设计说明书 题题 目：目：BD1BD1 粗轧机主传动系统设计粗轧机主传动系统设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专专 业：机械设计制造及其自动化业：机械设计制造及其自动化 班班 级：机级：机 08-108-1 班班 指导教师：指导教师： 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 I 摘要摘要 摘要：摘要：本论文的主要设计内容是 BD1 二辊可逆式轧机的主传动系统设计，主传动系统 是轧机里很重要的一部分，它的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。大多数轧 机主传动机构是由联接轴、联轴器、齿轮座、减速器组成的，这是轧机主传动装置的 基本形式。某些板坯及板带轧机，主传动是由电动机直接传动给轧辊的。轧钢机主机 列通常包括：主电机、传动机构和工作机构三部分组成。主电动机型式的选择与轧钢 机的工作制度有紧密联系。 关键词：关键词： 二辊轧机、主传动、力能参数 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 II Abstract AbstractAbstract：The design content of this paper is the the BD1 two-high reversing mill main drive system design，The main drive system is a very important part of the mill，Its role is to motor sports and torque transfer to the roll.Most mill main drive mechanism is composed of connected shafts, couplings, gear housing, reducer,This is the basic form of the rolling mill main drive.Some of the slab and strip mill, the main drive is a direct drive motor to roll. Mainframe is includes: the main motor, transmission and operation mechanism and other parts. The rolling mill motor pattern selection and the work of the rolling mill system are closely linked. KeywordsKeywords：Two roll mill, main drive, force and energy parameters 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 III 目录 摘要 .I ABSTRACT .II 绪论 .1 包钢轨梁厂简介： .3 第 1 章 轨梁轧机的发展和进步 .4 1.1 概述 .4 1.2 高速重载铁路对钢轨严格要求和我国钢轨生产的技术进步 .5 1.3 我国现有钢轨轧机简况 .6 1.4 展望 .7 第 2 章 力能参数的计算 .9 2.1 基本参数.9 2.2 平均单位压力的计算.10 2.3 轧制力的计算.13 2.4 轧制力矩的计算.13 2.5 轧制功率的计算.15 2.6 主电机的选择.16 2.6.1 轧机主电动机力矩.16 2.6.2 按静负荷选择电动机的容量 .20 第 3 章 轧机主传动系统方案设计 .22 3.1 主传动装置的组成.22 3.2 轧机主传动方案设计.22 第 4 章 联轴器的选择 .24 4.1 联轴器的作用.24 4.2 联轴器的分类.24 4.3 载荷计算.25 4.4 型号选择.25 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 IV 第 5 章 齿轮座的设计 .26 5.1 齿轮座的型式和特点.26 5.2 齿轮的基本参数.27 5.2.1 齿轮参数设计.27 5.2.2 设计计算.27 5.3 齿轮轴的结构设计.32 5.4 箱体的选择.38 5.5 润滑与密封.40 第 6 章 主传动轴的选择 .41 第 7 章轧辊轴的强度计算 .42 7.1 轧辊的工作特点与分类.42 7.2 轧辊轴的受力计算.43 7.3 轧辊的强度校核.45 7.4 轧辊的技术要求.45 7.5 轧辊轴承的设计.45 第 8 章 BD1 轧机主传动三维建模及其运动仿真.48 8.1 BD1 粗轧机的三维建模.48 8.1.1 轧机主传动零部件的实体造型.48 8.1.2 对各零部件进行美化调整.49 8.2 BD1 粗轧机主传动的装配.50 8.3 轧机主传动运动仿真 .51 结束语 .53 参考文献 .54 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 1 绪论绪论 研究背景及意义：研究背景及意义： 大功率轧钢机主传动要求电气传动系统具有很高动态响应和相当高的过载能力这 一领域长期以来一直被直流电机传动所垄断, 由于直流电机存在着换向问题和换向器、 电刷等部件维护工作量较大等问题, 使其在提高单机大容量、提高过载能力、降低转 动惯量以及简化维护等方面受到了限制, 不能满足轧机的大型化、高速化发展。随着 电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展, 大功率轧机主传动技术受 到国内外钢铁工业和电气传动学术界的极大关注。 20 世纪 70 年代以后, 随着交流电机矢量控制理论的产生以及其应用技术的推广, 世界工业发达国家都投人大量人力物力对交交变频轧钢机主传动进行研究。据统计约 有上千台交流变频轧机主传动投人工业应用, 并在其新建 1000kw 以上的轧机主传动上, 无论是初轧机, 中板轧机还是热、冷连轧机, 均采用交流变频调速。可以说, 在大功 率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势。 我国大型轧机主传动装备长期以来依赖于进口, 为了改变这种状况从 20 世纪 70 年代开始致力于交交变频调速技术的研究, 80 年代初已成功研制出交交变频同步电机 的实验样机, 并制成交交变频异步电机调速工业试验样机。到 90 年代大功率交交变频 调速装置开始发展, 这主要是国家把大型轧机主传动交流调速国产化列人重大技术装 备科技攻关项目的结果, 同时是国家科委“ 火炬计划” , 国家自然科学基金委, 国 家重点基础研究“攀登计划”项目支持的结果。此外, 我国高等学校, 研究院所, 电 机制造厂, 钢铁厂等部门也都对大型轧机传动交流调速技术的研究, 装备制造, 工程 应用作出突出贡献。在理论研究方面, 建立并完善了交交变频系统设计与运行理论, 交交变频同步电机阻尼绕组理论, 交交变频同步电机设计与运行理论, 同步电机磁场 定向控制理论, 大功率交流电机与控制和电网一体化理论, 大功率交流调速系统仿真 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 2 理论及平台, 交交变频同步电机调速系统工程调整理论与方法, 大型轧机主传动机电 振荡理论与抑制方法等, 在国内外学术界均具有重要影响, 并为装备制造和工程应用 莫定了基础。 1993 年, 我国科研院所把交流调速的科研成果推向工程实践, 研制成功我国第 1 台 2500kw 交交变频同步电机轧机主传动系统, 应用于包钢轨梁厂 850 轧机。在此基 础上, 我国科研人员又坚持不懈, 历经近 10 年的艰辛努力, 连续突破了 5000 kw 单机 大容量、单机可逆、双机传动等技术难关, 在天津、重钢、武钢等大型轧机主传动中 应用成功。近期, 又在攀钢 1450 热连轧厂研制成功我国第 1 套大型热连轧机交流调速 系统。该系统采用国产大功率晶闸管交交变频装置 1080 KVA8, 驱动 8 台 5 MW 交交 变频调速电机, 该项目的规模、容量、技术难度均为国内首创, 实现了大型热连轧机 主传动交流调速装备的国产化, 标志着我国在大型热连轧机主传动交流调速理论研究、 装备制造、工程设计与调试技术达到世界先进水平。迄今为止, 国产大型轧机主传动 交流调速系统已超过 100 套,变频装里达到 20MW,驱动电机 9MW。我国的大型轧机主传 动交流调速技术已进人世界先进行列。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 3 包钢轨梁厂包钢轨梁厂简介：简介： 包钢轨梁厂是包头钢铁（集团）有限责任公司所属的主要钢材生产厂，是我国最 大的型钢生产厂，与鞍钢和攀钢一起并称我国重轨三大生产基地。 包钢轨梁厂现有四条生产线：百米高速轨、H 型钢生产线；普通钢轨、型钢生产线； 初轧生产线；全长钢轨电淬火生产线。目前能够生产的产品有 450 号以下的 H 型钢、 310 乙字钢、大型工槽钢、方钢产品系列、锻造坯等。其中，铁路用 60Kg /m、75Kg /m 重型钢轨、AT60 道岔轨均为国内首先轧制成功。60kg/m、50kg/m 钢轨和热轧 28 号- -63 号工字钢、24 号-40 号槽钢、310 乙字钢先后被国家授予冶金产品实物质量 “金杯奖”。 包钢轨梁厂生产的产品广泛用于铁路、桥梁、高层建筑、电站锅炉、港口、煤矿、 机车制造等各个行业，产品远销海外。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 4 第第 1 章章 轨梁轧机的发展和进步轨梁轧机的发展和进步 1.1 概述概述 我国最早建成的轨梁轧机可以追溯到 1894 年在汉阳钢铁厂投产的 800mm 轨梁轧机， 它用 8000hp 的蒸汽机传动，曾为京汉铁路（即京广线北京至汉口段）提供数万吨的钢 轨。这是我国建成投产的第一台轨梁轧机，设备由英国引进。 第二台轨梁轧机是在上个世纪 40 年代初在鞍山市（今鞍山钢铁公司）内建成，抗 日战争胜利后由前苏联迁走工厂全部设备，1953 年在原轧钢厂房内安装了 800mm 轨梁 轧机（由前苏联引进）设备，很长一段时间内成为国内生产重轨和大型钢材的主要轧 钢设备，随后由前苏联引进设备建成包头钢铁公司 950mm/800mm 轨梁轧机和武汉钢铁 公司 800mm/650mm 轨梁轧机。大型轧机先后投产，均可生产铁路用钢轨。上世纪 70 年 代，我国自主设计、制造的 950mm/800mm 轨梁轧机在攀枝花钢铁公司投产。 前述这几套轨梁轧机都是横列式的，可生产 43kg/m 至 75kg/m 重轨（武钢只能生 产至 43kg/m 钢轨） ，但轨长最长至 25m。改革开放以后，随着我国铁路的迅速发展，原 有轧机已不能适应形势的需要。特别是近年来高速铁路在我国迅速兴起，对钢轨提出 新的、更高的要求。到目前为止我国四大钢轨生产基地（鞍钢、包钢、武钢、攀钢） 对轨梁轧机都进行了更新改造，出现了崭新面貌。 1）生产率有很大提高，由 30 万 t/a 左右增至 90 万 t/a 100 万 t/a。 2）产品规格有巨大变化，可生产轨长至 100m 钢轨。 3）产品质量有根本性改进，能适应 350km/h 高速重载的要求。 4）由于高速重载铁路要求钢轨之间不能有间隙，而在工地焊接存在若干困难，这 就需要尽可能加长钢轨出厂时长度。为此除在钢轨轧制工厂生产长 100m 钢轨以外，还 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 5 在西安铁路局线桥工程段焊轨厂、苏家屯焊轨厂及包钢中铁轨道公司焊轨厂等处将长 钢轨焊接成 500m 长后出厂。 1.2 高速重载铁路对钢轨严格要求和我国钢轨生产的技术进步高速重载铁路对钢轨严格要求和我国钢轨生产的技术进步 1）高速重载钢轨均要求高纯净度钢及高强度、高韧性成品，对钢中气体含量的要 求H2.0ppm，O20.00ppm；对钢中残留元素含量的要求Al40ppm；对钢中夹杂 物要求：A 类（硫化物）夹杂物2.02.5 级；B 类（氧化物）夹杂物1.01.5 级；C 类 （硅酸盐）夹杂物1.01.5 级；D 类（球状氧化物）夹杂物1300MPa，可承载 350km/h 时速，位于世界前列。该公司扩 建项目将于 2010 年底投产，项目投产后可年产 120 万 t 钢轨，其中 100m 长钢轨能力 达 80 万 t/a。此外，攀钢还利用其自身优势生产新一代稀土钢轨（U76CrRE） ，其性能 均优于其他品种。 4）武汉钢铁公司：武钢原有 800mm/750mm 横列式轧机只能轧制最大至 43kg/m 钢 轨。2007 年底，武钢新建 5 机架万能轧机生产重轨，该生产线投产后可生产长达 104m 长钢轨，也可生产各种类型的特殊型钢，新线年产能力为 105 万 t。其生产重轨质量将 全面达到 EN 标准和 VIC860 标准，可适应高速重载铁路建设的需要。 1.4 展望展望 近年来，我国高速铁路建设迅速发展，建设速度及技术水平均居世界领先地位， 最近京沪高速铁路部分线路试运行最高速度达 481km/h。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 8 高速重载铁路的发展需要多方面的条件和各种配套技术，高速重载钢轨的生产是 必要的条件之一，我国高速重载钢轨的发展有以下特点： 1）发展速度快。从 2003 年建成新型万能钢轨轧机能生产 50m 长钢轨开始，到 2007 年仅用 4 年时间即建成 4 个能生产长 100m 的高速重载钢轨生产基地。 2）所建成的鞍钢、包钢、攀钢、武钢四个生产基地都有多年生产重型钢轨的历史， 具有丰富的生产经验和配套齐全的设施。 3）在高速重载钢轨生产中具有创新精神，敢为天下先，不断积累经验，生产出适 应世界最高速铁路运行的高速重载钢轨。 4）四个钢轨生产基地布局较好，分别处在东北、华北、西南和中南四个地区。由 于高速重载钢轨总需要量不大，是否需要建设新的基地（如西北）是一个值得探讨的 问题。 5）四个钢轨生产基地的钢轨生产车间都具有生产的灵活性，既可生产钢轨，也可 生产大型型钢。鞍钢、包钢等在新建万能轧制生产线时还保留原有生产线，需要时也 可继续生产市场需要的产品。 我国新建成的四条高速生产线所需轧制生产线及矫直、检测等设备都是从国外引 进的，虽然从国内来说，不需要再新建更多的生产线，但在国际上推广高速铁路建设 以及国内在建生产线设备维修需要来说，国内开发研制这些设备还是需要的。 此外，高速铁路对钢轨质量要求是多方面的，也是极其严格的，在改进长钢轨的 热处理、焊接质量和速度、更好地在施工现场进行焊接等方面也有许多工作要做。 总的来说，我国建设高速铁路的速度和技术，已引起世界瞩目。未来，我国更需 要继续努力，保持钢轨制造方面世界领先地位，为全球经济发展做出贡献。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 9 第第 2 章章 力能参数的计算力能参数的计算 2.1 基本参数基本参数 轧辊参数轧辊参数： 最大辊身直径 1100mm 最小辊身直径 950mm 辊身长 2300mm 压下量 mm70h-hh 10 轧制前、后件高度 mm180hmm250h 10 、 交流电机交流电机： 功 率：N=5000KW 转 速：n=60/120r/min 电 流：I=1827A 电 压：V=1560V 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 10 2.2 平均单位压力的计算平均单位压力的计算 一般常采用艾克隆德方法来计算型钢轧机轧制力 计算轧制时的平均单位压力 )(1 ( m kmP 式中： m 考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； 轧件粘性系数， 2 /skgmm 变形速度，。 1 s 艾克隆德根据其研究，提出了 k、 的计算公式。 外摩擦影响系数 10 1010 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 式中： 摩擦系数。对钢轧辊 =1.05-0.0005t， 对硬面铸铁轧辊 =0.8（1.05-0.0005t） ， t 为轧制温度 轧制前后轧件的高度，mm； 10 hh 、 R轧辊半径，mm。 a:BD1 轧机轧制温度为：t=1050 b:因为轧辊材料属于硬面铸铁轧辊，所以 =0.8（1.05-0.0005t） =0.8（1.05-0.00051050） =0.42 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 11 c:轧制前、后轧件的高度为： mmhmmh180;250 10 d:轧辊半径为；R=1100/2=550mm 所以； 144 . 0 180250 180250.2118025055042. . 0.61 )(2 . 1)(6 . 1 10 1010 ）（）（ hh hhhhR m （2）变形阻力 利用 L. 甫培（Pomp）热轧方坯的试验数据，得到 k(MPa)的计算公式： 8 . 93 . 04 . 1)01. 014(CrwMnwCwtk 式中： t 轧制温度，；t=1050 w(C)碳的质量分数，% w(Mn)锰的质量分数，% w(Cr)铬的质量分数，% 查机械手册得，45 号钢 C 含量是 0.420.50%，Si 含量为 0.170.37%，Mn 含量 0.500.80%，Cr 含量=0.25%，Ni 含量=0.30%。 所以: MPa CrwMnwCwtk 4 . 48 89.%5.20.30%5.60%5.40.4110501.00-14 8 . 93 . 04 . 1)01 . 0 14( （3）粘性系数 ct）（01. 0141.00 式中：c 考虑轧制速度对 的影响系数， 其值如下： 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 12 轧制速度 6 610 1015 1520 1 / smv 系数 c 1.0 0.8 0.65 0.60 假设传递效率为 95%，电机，轧辊转速为 min/60 1 rn min/57 2 rn 则 smRnv/28. 32 2 所以 2 /35.00 1105001 . 0 1401 . 0 01 . 0 141.00 mmskg ct ）（ （4）变形速度 艾克隆德用下式计算变形速度 10 2 hh R h v u 式中： 轧制速度，mm/s； v smv/28 . 3 轧制前、后轧件的高度，mm； 10 hh 、 mmhmmh180250 10 轧辊半径，mm。R=550mmR 所以： 1 10 44 . 5 180250 550 70 28 . 3 22 s hh R h v u 综上所述：平均单位压力 MPa kmP .655 44 . 5 035 . 0 4 . 48144 . 0 1 )(1 ( m 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 13 2.3 轧制力的计算轧制力的计算 FpP m 式中：Pm平均单位压力；Pm=55.6MPa F 轧件和轧辊接触面积： l bb F 2 10 式中：轧制前、后轧件的宽度； 10 bb l接触弧长度的水平投影。 （1）BD1 轧机轧件在轧制前、后轧件的宽度为：200250 10 bb、 （2）对于轧制中厚板、板坯、方坯及异型断面轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹 性压扁现象，由于 BD1 轧机的两个轧辊直径相同，所以接触弧长度的水平投影为 hRRlsin 式中：R 轧辊半径；R=550mm 压下量；h=70mmh .2mm19670550sinhRRl 接触面积为： 210 44145.2196 2 200250 2 mml bb F 所以轧制力为： N mmMPaFpP m 6 2 1045. 2 44145 6 . 55 2.4 轧制力矩的计算轧制力矩的计算 本轧机采用两轧辊均驱动，除了轧辊给轧件的力外，没有其他外力，属于简单轧 制情况。 驱动一个轧辊的力矩： K M 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 14 2 sin 2 )( 1 11 dD a aPMMM fZK ， 式中： 轧制力矩； Z M 轧辊轴承出摩擦力矩； 1f M 轧制力；P=NP 6 1045 . 2 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；a 轧辊轴承出摩擦圆半径； 1 轧辊直径；D 轧辊轴颈直径；d 合理作用点的角度； 轧辊轴承摩擦系数： 金属瓦热轧时 =0.070.10 滚动轴承 =0.004 冷轧时 =0.050.07 液体摩擦系数 =0.003 胶木及塑料瓦 =0.010.03 （1）轧制力力臂 sin 2 D a 采利柯夫认为 热轧时 力臂系数 .50 式中：咬入角， 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 15 6 .20 5502 70 1arccos 2 1arccos R h 则.310.620.50.50 轧制力力臂 mm D a 3 . 98 3 . 10sin 2 1100 sin 2 轧辊轴承处摩擦圆半径 2 1 d 所设计的 BD1 轧机轧辊轴颈半径为 d=603.25mm，且为滚动轴承，004 . 0 mm d .21 04.00 2 25.603 2 1 （2）轧制力矩 m a N240835 3 .981045 . 2 . pMz 6 轧制力矩 mN481670 2408352M2M zz 总 2.5 轧制功率的计算轧制功率的计算 BD1 轧机为两轧辊驱动，其轧制功率可用如下公式计算 总z MTZ 式中：轧制总力矩， 总z MmNM 481670 Z总 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 16 轧辊的角速度， srad srad srad n /6 / 60 572 / 60 2 2 Kw MTZ 2890 6481670 Z 总 2.6 主电机的选择主电机的选择 2.6.12.6.1 轧机主电动机力矩轧机主电动机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，即 donkonf Z donkonf fZ D MMM i M MMM i MM M 2 1 式中：主电动机力矩； D M 轧辊上的轧制力矩； Z M 附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构 f M 及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩，； 2 1 f f f M i M M 空转力矩，即轧机空转时，由于个转动件的重量所产生的摩擦力矩 kon M 及其他阻力； 动力矩；轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起 don M 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 17 的惯性力所产生的力矩； 电动机和轧辊之间的传动比。i （1）轧制力矩 有上述计算可知 mNMZ 481670 （2）附加摩擦力矩 2 1 f f f M i M M 式中：轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩 1f M 各转动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩 2f M 由上可知mNmmNPM f 2940.2110.452 6 11 i MM M fZ f 1 1 2 1 1 式中：主电机到轧辊之间的传动效率，0.96 1 1 所以 mN i MM M fZ f 20192 1 2940481670 1- 6.90 1 1 1 1 1 2 则总附加摩擦力矩为 mNmNM i M M f f f 23132201922940 2 1 （3）空转力矩 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 18 kon n nnn kon M i dG M / 2 式中：某一转动件的重量； n G 某一转动件的摩擦系数； n 某一转动件的轴颈直径； n d 某一转动件到电动机之间的传动比。 n i 因本设计中没有飞轮故0 / konM 由于有部分传动件重量无法得到实际数值，这里按照经验取一般值： mN M i dG Mkon n nnn kon .756 2 / （4）动力矩 dt dGD dt d JM 4 2 don 式中：各转动件推算到电动机轴上的飞轮力矩； 2 GD mNGD 6 . 235 2 电动机的角加速度，由电动机类型和操作情况而定。dtd/ 假设电动机在 5 秒内启动正常 256. 1 560 602 dt d mN mN dt dGD dt d JM 9 . 73 256. 1 4 6 .235 4 2 don 故主电动机的力矩 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 19 mN mN MMM i M MMM i MM M donkonf Z donkonf fZ D 9 . 73 7 . 504858 9 .73 7 . 5623132 1 481670 2 1 （5）电动机静负荷图 由上述各式求得电动机静力矩 mN7 .504858 MM i M M konf z j 可根据轧机轧制周期，以时间 t 作横坐标 以静力矩为纵坐标做出图形tM j 如下图所示： 图 2.6.1 轧机电动机静负荷图 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 20 2.6.22.6.2 按静负荷选择电动机的容量按静负荷选择电动机的容量 首先根据过载条件选择电动机功率 D N 30 max erer erD er nM MN K M M 式中：额定静力矩，kNm； er M 静负荷图上的最大力矩； max M 电机转速，r/min； er n 电动机过载系数，可逆运转电机，K0 . 35 . 2K 不可逆电动机，带有飞轮电机0 . 25 . 1K64K 该轧机为可逆轧机，选8 . 2K mN MM i M M konf Z 7 . 504858 7 .5623132 1 481670 max 则额定静力矩为 ： K M Mer max mN K M Mer80306.71 8 . 2 7 . 504858 max 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 21 故 kw kw nM MN erer erD 3 .1132 30 607 .180306 30 故选择型号 TDZB5000-12 的电动机足够满足条件。其参数如下： 型号：TYBE TDZBS5000-12 出品号 SERIAL 51035-12005 功率：KW 50005000 励磁电压 V 228 198 定子电压 V 16501650 励磁电流 A 382 307 频率 HZ 612 绝缘等级 INS F/F 定子电流 18261827 功率因数 0.9408 0.9408 转速 r/min 60120 防护等级 IP 54/23 工作制 DUTY S9S9 冷却方式 IC 86W 相数 PH 3 标准 STD GB755 总重 14300 安装形式 IM 7311 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 22 第第 3 章章 轧机主传动系统方案设计轧机主传动系统方案设计 3.1 主传动装置的组成主传动装置的组成 轧钢机主传动装置由减速器、齿轮座、联接轴和联轴器等部件组成。它的作用是 将电动机的运动和力矩传递给轧辊。在很多的板坯及板带轧机，主传动是由电动机直 接传动给轧辊的。 3.2 轧机主传动方案设计轧机主传动方案设计 方案设计一:主传动装置由减速机、联轴器、联接轴、齿轮座等组成。这种形式的 主传动装置，一般用于不可逆工作的轧钢机，也用于速度较低的四辊可逆式轧钢机。 图 a 方案设计二：主传动装置由齿轮座、联轴器、联接轴等组成。这种型式的主传动 装置在可逆式和不可逆式轧钢机上都有应用。这种型式的主传动装置结构简单、运行 可靠、损耗较小。且一般用于轧辊转速大于 7075r/min 的轧钢机上。图 b 方案设计三：主传动装置由联轴器、联接轴、减速机组成。这种装置由两台电动 机和一台减（增）速机驱动两个轧辊，这种型式主要用于高速板带冷轧机上。图 c 方案设计四：主传动装置由联轴器、联接轴等组成。这需要由两台电动机单独驱 动两个轧辊的轧钢机，可用于二辊可逆式初轧机、板坯轧机、以及驱动工作辊的四辊 厚板轧机。这种装置主要用于大型的可逆式轧钢机。图 d 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 23 图 3.2 轧钢机主传动装置类型 由于我所设计的是二辊可逆轧机传动系统设计，所用参数型号为：TDZBS5000-12 的交-交变频同步电动机，所用功率为 P=5000KW，转速 n=120r/min。电机轴头直径 d=650mm。综上我所设计的题目和参数并结合包钢轨梁厂现有设备，方案二的配置方式 最合适。故主传动方式为电动机、联轴器、齿轮座、联接轴组成。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 24 第第 4 章章 联轴器的选择联轴器的选择 4.1 联轴器的作用联轴器的作用 联轴器是联接两轴或轴和回转件，在传递运动和转矩过程中一同回转而不脱开 的一种装置，在传动过程中不改变转动方向和转矩的大小。根据不同功能可分为： 1）起联接作用，只能传递运动和转矩，不具备其他功能。 2）不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的补偿功能，还有不同程度的减 振、缓冲作用。 3)安全联轴器。传递运动和转矩，过载安全保护，有不同程度的补偿功能。 4.2 联轴器的分类联轴器的分类 根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿 能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类别。挠性联轴器又可按是否具有弹性元 件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。根据现场配 套电机功率、转速等相关信息和冶金行业轧制线配套的经验，选用鼓形齿式联轴器。 鼓形齿式联轴器属于刚挠性联轴器,齿式联轴器是由齿数相同的内齿圈和带外齿 的凸缘半联轴器等零件组成。外齿分为直齿和鼓形齿两种齿形,所谓鼓形齿即为将外 齿制成球面,球面中心在齿轮轴线上,齿侧间隙较一般齿轮大,鼓形齿联轴器 可允许 较大的角位移(相对于直齿联轴器),可改善齿的接触条件,提高传递转矩的能力,延长 使用寿命。 鼓形齿式联轴器的特点(与直齿式联轴器相比有以下特点) 1、承载能力强。在 相同的内齿套外径和联轴器最大外径下，鼓形齿式联轴器的承载能力平均比直齿式 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 25 联轴器 提高 1520%； 2、角位移补偿量大。当径向位移等于零时，直齿式联轴器 的许用角位移为 1；，而鼓形齿式联轴器的许用角位移为 1.30，提高 50%，在相同 的模数、齿数、齿宽下，鼓形齿比直齿允许的角位移大；3、鼓形齿面使内、外齿的 接触条件得到改善，避免了在角位移条件下直齿齿端棱边挤压，应力集中的弊端， 同时改善了齿面摩擦、磨损状况，降低了噪声，维修周期长； 4、外齿套齿端呈喇 叭形状，使内、外齿装拆十分方便。 5、传动效率高达 99.7%。 基于经上特点，目 前，国内外已普遍以鼓形齿替代直齿式联轴器。鼓形齿式联轴器，其刚性大，有挠 性，无弹性，故不适宜用于要求减振、缓冲及二轴对中要求严格的机械。 其选择过程如下： 4.3 载荷计算载荷计算 TKT A c 式中：计算转矩，Nm C T 工作情况系数 （查机械设计手册第五版第二卷 6-81） A K3 A K 公称转矩，NmT mKN n P T9 .397 120 5000 105.59105.59 66 mKN 7 . 1193 9 . 3973TKT Ac 4.4 型号选择型号选择 综合考虑查机械设计手册第五版第二卷 6-74 表 6-2-11，选择型号 GIIGL21 的鼓形 齿式联轴器，公称转矩为 1400kN.m。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 26 第第 5 章章 齿轮座的设计齿轮座的设计 5.1 齿轮座的型式和特点齿轮座的型式和特点 在轧机传动装置中，齿轮机座用于传递并分配扭转力矩到工作机座的每个轧辊； 其工作特点是低速、重载、冲击负荷大、冲击次数频繁。中小型轧机的齿轮机座一般 有二重式、三重式和复合式等三种类型。其中二重式齿轮机座多用于某些小型二辊初 轧机，连续、半连续或跟踪式轧机的二辊工作机座以及小型无缝自动轧管机。 齿轮机座一般直接安装在基础上，但当齿轮直径小于 500 毫米的齿轮机座则通常 安装在轨座上。齿轮机座一般由机架、机盖、齿轮轴、主联接螺栓、键板和轴承座等 主要零件组成。机架由左右两个框架构成，其中配置轴承座，框架间为薄壁的盛油箱。 在机架上应有观察轮齿啮合的窥视孔，以及润滑齿轮和轴承用的进油孔和回油孔。而 机盖顶部则设有透气罩，以利于散热通风和防止由于箱体内部因气压升高所造成的漏 油。 齿轮座剖面图如下： 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 27 5.2 齿轮的基本参数齿轮的基本参数 5.2.15.2.1 齿轮参数设计齿轮参数设计 1:齿轮精度的确定，由于齿轮座用于大型轧机，而且转速也不高，所以采用 8 级 精度。 2：查机械设计教材表 10-1 可选得齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS。 3:齿轮齿数一般为 1431，取，螺旋角 =26。28 21 ZZ 5.2.25.2.2 设计计算设计计算 1：按齿面接触强度设计 由机械设计教材上设计计算公式进行试算，即 3 2 1 1 12 H EH d t t ZZTK d 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 28 （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数=1.6 t K 2) 由机械设计教材表 10-7 选取齿宽系数=1.2 d 3）由机械设计教材表 10-6 查得材料的弹性影响系数 2/1 .8189 MPaZE 4）由机械设计教材图 10-21d 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 ;600 2lim1lim MPa HH 5）由机械设计教材图 10-30 选取区域系数=2.27 H Z 6）由机械设计教材图 10-26 查得 42 . 1 71 . 0 71 . 0 2121 ，则， 7）由机械设计教材式 10-13 计算应力循环次数 95 121 1044 . 1 1021206060 h jLnNN 8）由图 10-19 取接触疲劳寿命系数=1.00 1HN K 9）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 MPaMPa MPMPa S K HH H HN HH 600 2 600600 2 60060000 . 1 21 1lim1 21 （2）计算 1）试算齿轮分度圆直径，由计算公式得 t d1 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 29 mm ZZTK d H EH d t t 14.921 600 .818927 . 2 1 11 42 . 1 2 . 1 10.9397.612 12 3 2 6 3 2 1 1 2)计算圆周速度 sm nd v t /78 . 5 100060 12014.921 100060 11 3）计算齿宽 b 及模数 nt m 6.61153.66/34.1105/ 53.6657.2925 . 2 25 . 2 57.29 28 26cos14.921c