说明书副本.pdf

第 1 页 第 1 章 绪论 1 1 国内外连铸技术的发展概况 连续铸钢由于与常规生产相比具有生产工序简化 金属收得率提高 能源消耗降低 劳动条件得到改善和连铸坯质量好等优越性 因此 是当前钢铁行业中发展最快的技术 之一 现在 全世界的连铸比 见表 1 1 和连铸坯产量在不断增加 围绕连铸的新技 术 新工艺 新设备 在不断的开发成功并被加以广泛推广应用 连续铸钢已经成为钢 铁行业生产中必不可少的工艺环节 是否发展连铸技术以及技术水平的高低 生产进行 的如何已经成为衡量各个钢铁生产企业生产 技术 管理水平的标志之一 表表 1 1 1981 1992 年间全世界的连铸比 年间全世界的连铸比 由于双辊连续工艺的显著特点以及近年来铸轧钢板在建筑行业的大量应用 使铸轧 机设备在国内外的应用日趋增多 双辊连铸机的工作原理是钢水被注入轧辊和侧板所包围的一个空间里 而凝固在轧 辊表面上 两个冷凝层被挤压入双辊的最小辊缝 浇口 里而铸成钢带 对轧辊的要求 是当受钢水灼热时热变形量小 高抵抗热循环疲劳破坏能力和良好的热稳定性 以便使 钢水均匀的凝固 水口 长水口 侧封板 轧辊 薄带 夹送辊活套 飞剪 辊道 钢包 图 1 1 双辊连铸原理示意图 薄带连铸机经过了 10 年的发展 其主要机型有以下四种 单辊式 双辊式 异径 年 198119821983198419851986 连铸比 33 739 643 046 849 752 4 年 198719881989199019911992 连铸比 55 558 861 864 162 965 3 第 2 页 辊式和辊带式 其中又以双辊薄带连铸机为主流 发展最快 在几个关键技术上 如熔 池液面的稳定 侧封技术 产品的质量 带坯厚度的控制方面取得了突破性的进展 部 分机组已经投入工业性生产 世界各国双辊薄带连铸机的设置情况如表 1 2 所示 表表 1 2 世界双辊薄带连铸机设置情况 世界双辊薄带连铸机设置情况 公司名称 辊筒尺寸 钢包吨位 新日铁 800W 1200D 10 三菱重工 1300W 1200D 10 太平洋金属工业公司 350W 11200D 1 日立公司 1050W 1200D 10 日本金属工业公司 600W 400D 1400D 4 日新制钢 600W 830D 1 川崎制钢 500W 550D 3 神户制钢 300W 400D 3 日本钢管 400W 600D 1 奥钢联 500W 1000D 5 阿立根特隆 660W 1320D 18 意大利伊尔瓦公司 800W 1500D 20 英国钢公司 400W 750D 3 于齐诺尔 沙西勒 850W 1500D 9 贝斯麦项目 加拿大 200W 600D 10 克虏柏 韩国浦项钢铁公司 1050W 959D 600D 4 5 1330W 1200D 10 美国内陆钢铁公司 300W 300D 10 注 W 辊宽 D 辊径 图 1 2 薄带坯连铸设备示意图 1 铸带机 2 出带托板 3 传送辊 4 操作平台 5 钢水包 6 中间包 7 前夹送辊 8 活套辊 9 后夹送辊 10 飞剪机 11 辊道 12 卷曲装置 第 3 页 中间包 铸带 铸带 侧封板 侧封板溶池 结晶辊 图 1 3 双辊连铸板带形成过程示意图 从一九九五年美国亨特工程公司研制开发成功的第一台连铸轧机以来 世界上不少 国家也先后研制成功了一些不同形式的连铸轧机 比较典型的有法国 3C 联邦德国的 克虏柏 国内从六十年代初开始研制连续铸轧设备 到目前为止已经制造出了第四代 1 2 双辊连铸机主传动系统比较 从设备的发展状况看 亨特和国产 型采用了多辊矫直机 张力在卷曲机和矫直机 之间产生 对主机无影响 只单纯起卷曲 卷紧带材的作用 3C 和克虏柏取消了矫直 机 使主机直接与卷曲设备构成张力 3C 还取消了牵引机 通过实践得出 在主机与 卷曲机之间产生一定的张力 可使铸轧同类产品时减少一定的轧制力和粘辊程度 对卷 齐带材 减少带材擦伤也有好处 并且 3C 和克虏柏与亨特相比 可减少 2 3 米的系 列长度 从机架结构上看 亨特 3C 和克虏柏均采用闭式机架 并且都有简易换辊装置 这里克虏柏铸轧机又采用了一套液压倾翻机构 可使机架在换辊时与地面垂直 而国产 型采用开式机架 用天车吊出轧辊 这样虽然减少了换辊空间 取消了换辊装置 却 大大延长了换辊时间 降低了设备利用率 增大了劳动强度 3C 法成功地采用了立式 铸轧工艺 使轧辊的更换更加容易 简化了换辊装置 在驱动方面 克虏柏采用了两套轧机驱动系统 它包括直接安装在两个轧辊轴颈上 的液压马达和行星齿轮箱 两个驱动系统即可联动又可单动 每个油马达即可输出最大 力矩又可使其相互间按比例输出力矩 与传统驱动方式相比 它结构紧凑 总轴向尺寸 第 4 页 大约减少了 30 40 取消了带齿型接手和花键的复杂而昂贵的机 电系统 由于轧辊 与驱动装置一同调整 从而有效的减少了换辊时间 其缺点是上下辊分别驱动 增加了 两辊的同步控制 各种驱动方式的优缺点如表 1 3 所示 表表 1 3 主机各种驱动方式的分析比较主机各种驱动方式的分析比较 驱 动 方 式 直流电动机 高速油马达 低速大扭矩油马达 双辊低速大扭矩油马 达 控 制 系 统特点 电流 电压 速度 双闭 环 系 统 复 杂 采 用 FGFS21 100A 230V 标 准电控柜 速度单闭环 系 统简单 自行设计 速度单闭环 系 统简单 自行设计 速度双闭环 压力 开环 系统复杂 自 行设计 传 动 系 统特点 速度比大 在1100 1200 之间 可 选 用 行 星 变 速器 占地面 积大 投资大 减比大 但较前 者减少 3 4 5 6 占 地面积大 但略小 于前者 投资大 比电机驱动可减少 29 30 99 100 的减 速比 通过行星减 速器以及齿轮座驱 动上下辊 占地面 积小 比电机驱动 可减少 25 的轴向 长度 投资较少 比电机驱动可减少 29 30 99 100 的减速 比 两个油马达可通 过行星减速机分别驱 动上下轧辊 占地面 积少 比电机驱动可 减少 45 55 的轴向 长度 投资较少 驱 动 机 特点 能 量 传 递 方便 信号传 递迅速 运动 平稳性差 开 环 速 度 刚 度 低 约为油压 不 宜 远 距 离 传 动 温度变化大时 运动速度不稳定 与相当容量电机比 扭矩 惯量比一般 为一般电机的 10 不 宜 远 距 离 传 动 温度变化大时 运动速度不稳定 扭矩 惯量比 功 率 重量比一般分 别为相当容量电机 与前者大致相同 但进一步简化了机器 结构 并且上下辊可 按比例得到不同的输 入扭矩 由于增加了 上下辊的同步控制 第 5 页 下面以图例的方式说明国产 型 克虏柏 3C 型铸轧机主传动原理 如图 1 4 至 图 1 6 所示 这里 3C 型主传动系统占地面积较大 国产 型介于 3C 和克虏柏型之间 亨特 国产 型采用了辊缝由楔块预调 轧制中需要调节辊缝时 可借助扳手在适 当降低压上缸压下情况下做微量调节 克虏柏铸轧机辊缝不可调 辊缝由上下轴承箱之 间的四组垫块在轧制前预先调整好 3C 型铸轧机初始辊缝由上下轧辊轴承箱之间的垫 块保证 当来自低压系统的低压油充满各腔后 关闭四个截止阀 调节控制油缸使压力 升至预定值 轧制开始后 可撤掉对辊缝进行微调 主控缸与压下缸存在下列关系 2 2 D dh H 式中 H 主控缸位移量 h 压下缸位移量 马达的 1 5 因此 开环控 制 精 度 满 足 不 了 本 系 统 的要求 惯性 大 换向慢 20 倍 功率 重量 比为电机的 10 倍 可高速启动和快速 换向 运动平稳 开环控制可满足本 系统 1 的误差精 度 操作简单 过 载保护容易 的 10 20 和 10 倍 操作简单 可快速 换向 可在低速下 稳定运转 简化了 机器结构 过载保 护容易 开环控制 可满足本系统 1 的误差精度 使开环精度难于满足 本系统的要求 动力源 独 立 的 可 控 硅 整 流 电 源 与控制系 统 装 在 同 一 柜中 容易获 得 投资少 克与卷曲机油压 马达或上 下 油 缸共用一个压力油 源 采用伺服阀对 油液要求高 投资 大 如用比例阀对 油液要求可略高于 普通液压系统 投 资高于前者 可与卷曲机油压 马达或上 下 油 缸共用一个压力油 源 采用伺服阀对 油液要求高 投资 大 如用比例阀对 油液要求可略高于 普通液压系统 投 资高于前者 可与卷曲机油压马 达或上 下 油缸共 用一个压力油源 采 用伺服阀对油液要求 高 投资大 如用比 例阀对油液要求可略 高于普通液压系统 投资高于前者 第 6 页 D 压下缸活塞直径 d 主控缸活塞直径 通过刻度尺或主控缸柱塞上的检测装置 图中未画出 可间接得出轧辊辊缝 它的 优点是使辊缝的再线调节变得很容易 但系统比楔块调节系统复杂 克虏柏连铸设备不仅仅在主机的驱动上采用了低速大扭矩液压马达 而且卷曲机驱 动也采用了低速大扭矩液压马达 由于采用了全液压驱动 大大减少了设备的占地面积 和投资 同时也简化了控制系统 压上缸 轧辊 分齿减速箱 行星减速箱 电机 图 1 4 国产 型主传动原理图 油马达 行星减速箱 压下缸轧辊 图 1 5 克虏柏主传动原理图 电机 减速箱 分齿减速箱 压下缸 轧辊 图 1 6 3C 型铸轧机主传动原理图 亨特型和 3C 型大致相同 第 7 页 第 2 章 双辊连铸机传动系统与分齿箱 2 1 集中传动 集中传动有以下两种形式 1 直流电机 行星齿轮减速器 减速分齿箱 弧齿万向接轴 铸轧机 2 直流电机 三级圆柱齿轮减速器 二级减速分齿箱 弧齿万向接轴 铸轧机 第一种传动形式一般应用在亨特式铸轧机上 因为亨特式铸轧机为倾斜放置 有必 要减小分齿箱宽度尺寸 第二种传动形式主要应用在 3C 式铸轧机上 由于这种铸轧机 为水平注入钢液 本体垂直放置 减速分齿箱在轧制线方向上基本上不受尺寸限制 可 加大尺寸 即在减速级上加一级减速 使分齿箱减速比加大 而另一个大减速比减速器 就可采用标准三级圆柱齿轮减速器 代替行星齿轮减速器 降低了这个传动系统的造价 在亨特式铸轧机上使用的减速分齿箱有两种结构形式 由于箱体只有一级减速 其 减速比一般按 2 5 4 的范围选取 受结构限制时 取最小值 为降低行星齿轮减速器 传递的扭矩 在其减速器中心距可加大的情况下 取大值 在分齿箱上加一级减速是为 了减小行星齿轮减速器的传动比以及降低其传递扭矩 大传动比 大扭矩的行星齿轮减 速器价格昂贵 其传动比在 300 450 范围选取比较经济 图 2 1 在结构形式比图 2 2 结构形式在宽度方向上的尺寸小 因而 在同样的减速 比上 同样分齿中心距 同样输入扭矩的情况下 前者重量一 后者轻许多 但图一所 示减速分齿箱 由于结构限制 其减速比只能按上诉所给范围中较小值设计 图 2 2 结构形式 由于减速级的中心距可以加大 其减速比可按较大值进行选取 若加大齿轮模数 可改善齿轮受力情况 使使用安全系数加大 图 2 1 集中传动分齿箱结构一 第 8 页 A A向 图 2 2 集中传动分齿箱结构二 2 2 分轴传动 分轴传动有以下两种形式 1 直流电机 行星齿轮减速器 弧齿万向接轴 铸轧机 2 液压马达 三级行星齿轮减速器 直联型 铸轧机 所谓分轴传动 即两套动力元件竟各自的减速器后 分别将动力传给上下两铸轧辊 的一种驱动形式 这种传动形式将集中传递的轧制力矩一分为二 故可大大减小动力元 件和减速器的尺寸 并省去一个分齿箱 使传动系统简单 目前 分轴传动一般都用在标准型 或小型 铸轧机上 技术上也比较成熟 但在 超型铸轧机上还不曾应用 主要是由于超型铸轧机的轧辊转速低 轧制扭矩大以及轧辊 中心距所限的缘故 2 3 两种传动形式的优缺点 2 3 1 对产品质量的影响 集中传动由于分齿箱保证上下辊的转速一致 其辊面之间不存在相对运动 辊径加工公 差引起的忽略不计 这时板面质量主要取决于轧辊的表面质量 分轴传动由于控制精度所限 两辊表面线速度很难达到一致 这样在两辊表面就存在相 对运动 这种相对运动使辊面与板面之间产生相对滑动 如果辊面质量好时 对辊面的 质量可能影响不大 若辊面有缺陷 则将对板面产生不良影响 或至少可以说 板的上 下面质量不一样 由于相对滑动 也增加了辊面的磨损 相对集中传动而言 又进一 步降低了板面质量 造成恶性循环 2 3 2 对辊身的影响 集中传动的上 下辊必须通换同磨 除保证辊径在公差范围之内 还要保证两辊具 第 9 页 有同等的使用寿命 分轴传动由于用两套动力驱动各自的轧辊 分别控制 其辊面的线速度完全靠控制 系统保证 因而两轧辊可以磨成不同直径 也不一定非保证两辊具有同等的使用寿命 但分轴传动辊面质量要高于集中传动的表面质量 控制系统的复杂程度 集中传动的控制系统仅仅对一套动力元件进行控制 其速度 和扭矩可通过操作台上的仪表显示方便地调节 分轴传动必须有两套动力元件的电控系统 为达到两轧辊表面线速度一致 还必须 设比较反馈系统 自动完成对速度差的补偿 但随着微机参与控制水平的不断提高 两 辊表面线速度值将越来越小 2 3 3 投资 集中传动系统复杂 传递动力中间环节多 因而效率低 相对分轴传动 分轴传 动系统简单 效率高 对于标准型或小型铸轧机 分轴传动比集中传动在整个系统的投 资方面可以节省资金 20 万左右 2 3 4 发展方向 集中传动占地面积大 换辊复杂 但图 1 5 克虏柏主传动所示的分轴传动从更本上 克服了上诉的缺点 它占地面积小 结构紧凑 换辊方便 可以说是铸轧机的发展方向 现在的关键问题是 能否选到或设计出能适应轧辊的中心距 传递大扭矩 并且有大减 速比的行星齿轮或其他类型的减速器 2 4 设计中应注意的几个问题 2 4 1 电机的确定 根据铸轧机工作性质分析 由加速度或其他因素引起的动负荷可以不考虑 其工作 状态基本是稳定的 因此 在轧制速度范围内 为使铸轧机能得到恒定扭矩 电机的额 定转数要对应着最大的轧制速度 VZ 以降压的方式进行下调速 电机达到最大的输出功 率 为达到轧辊表面最大线速度 Vmax 要求 电机在额定电压下以弱磁方式进行上调速 此时 电机处于恒功率输出 即 随着辊面速度的提高 电机输出扭矩随着降低 这样 控制系统的设计可简化 为使传动系统总减速比尽量小 以降低传动系统的造价 电机的额定转数 n 应该小 于 750r min 同时 要注意弱磁最高转数是否能达到轧辊最大线速度的要求 为使电机 处于良好的工作状态 电机最大工作电流不应高过其额定电流 第 10 页 2 4 2 减速分齿箱的设计 齿轮的结构若采用渐开线齿形 必要时可对减速齿轮中的小齿轮采用正变位 大齿 轮采用负变位 即高变位 以提高小齿轮的抗弯能力 但过大的变位对齿条型刀具加 工的齿轮 再啮合时 将会引起齿根过渡曲线的干涉 为减小减速分齿箱的体积 在有 条件的情况下 可采用双圆弧齿轮 但齿轮箱的制造精度要提高 使制造费用增加 为 进一步提高超型铸轧机减速箱的承载能力 其减速齿轮螺旋角最好选在 15 左右 这时 选择轴承要考虑它承受的轴向力 由于载荷大 减速级齿轮模数要大于 16mm 而分齿齿 轮受载是减速级的一半 分齿齿轮模数可小一个档次 但为了加工方便 降低加工费用 尽量把所有齿轮按大的模数设计 齿轮选用渗碳合金钢材料 此材料在热处理过程中对 产生的裂纹的敏感性不是很强 建议最好为 20CrMnTi 齿轮加工过程为粗加工齿轮 整体调质处理 渗碳淬火 达到要求及深度 最后磨 齿 磨齿时要防止齿面退火 设计齿轮时 对所给的输出扭矩参数尽量要求准确 否则大了造成投资浪费 小了 在使用过程中其工作载荷基本上是平稳的 只在立板时轧制力矩偏大 这仅仅是短暂过 载 不必按长期考虑 故在设计 校核齿轮过程中其工况系数按 1 25 取 寿命按 10 年 考虑 在各计算系数中间值选取的情况下 最后计算的弯曲安全系数 Sr 1 7 接触系数 Sn 1 25 即可 各齿轮在啮合过程中 要保持良好的润滑条件 润滑油要具有一定的粘度 在齿的 啮合面而形成油膜 以提高齿面的许用接触应力 根据重载齿轮的要求 齿轮加工精度 为 8 7 级 或者更高些 齿轮箱为焊接结构 要具有一定的刚度 传力时为了减少箱体的变形 故箱壁要有 一定的厚度 其筋板配置要合理 对箱体加工要严格提出两啮合齿轮轴线形位公差的要 求 使齿轮 啮合过程中齿面接触均匀性尽量提高 必要时可对齿形进行修正 或在齿 的端部切制大的倒角 以免齿端部受集中载荷而被折断 齿轮的加工要采用滚刀加工 不要用齿形铣刀加工 这一点对重载齿轮犹为重要 因齿形铣刀铣出的齿必然产生实际 齿廓与理论齿廓的差异 这样的啮合过程中将出现干涉现象 产生动附加载荷 加速齿 面磨损 影响齿轮的事业能够寿命 箱体在能观察到的齿轮的啮合处开窥视窗口 以便随时检查齿轮的工作情况 第 11 页 第 3 章 双辊连铸机主传动部分设计 3 1 电动机的设计选择 已知参数 双辊连铸机轧辊工作转速 n 30 40 m min 轧辊工作转矩 Z M 89 kNm 最大轧制力 max F 1600 kN 轧辊辊径 D 1200 mm 轧制薄带带宽 L 1300 mm 轧辊宽度 1 L 1300 mm 轧辊外伸轴直径 d 300 mm 3 1 1 计算减速比 max n 62 10 10120014 3 40 3 max D V r min 电机额定转速 双辊连铸机电机转速不宜超过 750r min 所以选择电机的额定转速 为 750r min i n0 max n 750 10 62 70 62 3 1 2 扭矩计算 轧制力矩 Z M 89 kNm 摩檫力矩 f M 1f M 轧制总压力在轴承上产生的附加力矩 不考虑其他转动件中摩擦产生的力矩 2f M 则 f M 1f M max F d 1600 10 3 0 5 0 004 3200 Nm 3 2 kNm 计算静力矩 j M iMM fZ 824 062 702 389 1 58 kNm jD MM1 58 kNm 电动机的传导功率 12495501075058 19550 3 00 nMN D kw 第 12 页 考虑空载以及摩擦损失 51124 51 0 NN130 2 kw 安全系数 6 1 n 电机不可逆 0 25 1 n 电机可逆 0 35 2 n 带飞轮 64 n 电动机额定功率nNP 208 32 kw 由于直流电动机具有独立的可控整流电源 与控制系统装在同一柜中 容易获得 投资少 并且调速性能好 过载能力强 所以 在选择电动机时 优先考虑直流电动机 Z4系列小型直流电动机有以下特点 广泛应用于各类机械的传动源 如轧机传动 金属切削机床 造纸 印刷 纺织 印染 水泥 塑料挤出机械等等 Z4系列具有体积小 性能好 重量轻 输出功率大 效率高以及可靠性高等特点 功率选择大于P 208 32 kw 额定转速为 750r min 的电动机 选择 Z4 315 22 型 Z4系列小型直流电动机 Z4系列卧式 机座带底脚 端盖带凸缘 电动机 符号意义 二号端盖 二号铁心长度 Z4 315 22 中心高度 直流第四代 图 3 1 电动机主视图 图 3 2 电动机俯视图 第 13 页 额定转速 0 n 750 r min 额定功率 P 250 kw 弱磁转速 n 1600 r min 3 2减速器的设计选择 减速器的选取应考虑主电动机以及连铸机之间的减速比 安装尺寸要求 传动性能 要求等因素 然后按计算功率 c P选用减速器的型号 最后校核减速器的热功率 G P 3 2 1按减速器的机械强度许用公称功率选取 计入工况系数 A K 安全系数 A S 查 减速器选用手册 表2 19 表2 23按中等 冲击 减速器失效会引起生产线停产得 A K 1 5 A S 1 5 负载功率 103 9550 62 10102 389 9550 3 max nMM P fZ kw 计算功率 2315 15 1103 AAc SKPP kw 要求 Nc PP 1 式中 N P 1 公称功率 查表2 10 按公称传动比71 N i 公称输入转速750 1 N n r min 选取 ZSY450 71 ZBJ9004 型减速器 410 1 N P kw 满足 N P 1c P 标记 ZSY450 71 ZBJ9004 标准号 第二种装配型式 公称传动比 低速级中心距 三级传动硬齿面圆柱齿轮减速器 3 2 2校核热功率 校核热功率 t P能否通过 应满足 Gt PffPfP 321 式中 1 f 环境温度系数 第 14 页 2 f 负荷率系数 3 f 公称功率利用系数 查表 2 20 表 2 22 得 1 f 1 35 2 f 1 3 f 1 25 则 8 17325 1135 1103 321 ffPfPt kw 查表 2 12 得 G P 450 kw t P G P 所以 可以选减速器 ZSY 450 71 ZBJ9004 图 3 3 减速器主视图 图 3 4 减速器俯视图 上图为 ZSY 型减速器的装配型式图 装配尺寸如下 减速器总长为1610mm 减速器总宽为1090mm 减速器总宽为1067mm 主动轴外伸端直径 1 d 75mm 减速轴外伸端直径 2 d 220mm 查表可知 公称传动比为 71 的 ZSY 型减速器的实际传动比为 68 55 此减速器采 用外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮传动 齿轮采用低碳合金钢 齿面渗碳淬硬 磨削成型 承载能力大 传动效率高 使用可靠 寿命长 低速级中心距450 mm公称传动比为I 71 安装形式为第 种安装形式 3 3分齿箱的设计 第 15 页 分齿箱的作用 本次设计由于需要的传动比 I 71 完全由减速器来完成 所以 在 分齿箱设计上 可以采用不带减速的一级分齿箱结构 分齿箱的作用是 将一个顺时针 转矩转换成为一个顺时针转矩和一个逆时针转矩 带动轧辊向内圈转动 轧制钢板 同 时协调两个轧辊的线速度 分齿箱由箱盖和箱底两个部分组成 选择水平剖分方式 剖 分面在上下两对轴承座的中分面上 箱盖和箱座的连接靠箱缘的螺栓连接 为了减轻这 个齿轮座的重量 降低工艺复杂程度 所以整个分齿箱箱体全部采用焊接结构 根据各种焊接工艺的特点和应用方式 场合 选用溶化焊中的电弧焊 采用埋弧焊 方式 溶化焊的原理是利用电弧所产生的高温来溶化金属进行焊接 它能够在静止 冲 击和振动载荷下工作 要求紧固 紧密的焊缝 埋弧焊在溶化焊中有其独特到的优势 质量好 效率高 节省电能 适用于长焊缝焊接 分齿箱的中心距 A 受到轧辊中心距的限制 二者理论上应该是一致的 即 A 1200mm 齿轮润滑采用油池浸油润滑 油池深度应以浸入齿轮的一个齿高为准 箱体采用油 标尺以随时在不停机的情况下能检查油面的高度 另外 箱体还设有一个放油孔 用于 释放残油 两对滚子轴承均采用干油润滑 在轴承顶部均设置压入式油杯 箱盖顶部设有通气 器 由于设备处在多尘环境 所以 选择有过滤灰尘作用的网式通气器 在材料选用上 选用Q235 因为它既可以满足强度要求 而且造价低廉 钢板焊接以后进行退火处理 消除由于加工引起的内应力 降低强度 改善抗应力 腐蚀开裂性能 改善切削性 提高冷变形加工性 调整晶粒度 以获得设计要的机械性 能以及其它性能 提高塑性和韧性 箱体的结构如图3 5和图3 6所示 图 3 5 箱盖示意图 第 16 页 图 3 6 箱座示意图 3 4传动配置的运动以及动力参数计算 电机 减速器 分齿箱 图 3 7 整个传动系统简图 轴 01 pp250 kw 750 01 nn r min 1 1 01 9550 n P TT3183 3 N m 轴 99 0185 112 PP247 5 kw 750 12 nn r min 2 2 2 9550 n P T3151 5 N m 轴 922 015 183 223 PP228 2 kw 第 17 页 56 10 71 7502 3 i n n r min 5 3 3 3 10064 2 56 10 2 228 95509550 n P T Nm 轴 99 02 228 334 PP225 9 kw 56 10 34 nn r min 4 4 4 9550 n P T2 043 5 10 Nm 轴 95 09 225 445 PP214 6 kw 56 10 45 nn r min 5 5 5 5 10941 19550 n P T Nm 3 5齿轮设计及校核 由于中心距以及要求同等转速要求 所以 两齿轮选用同等直径 d 1200mm 两齿轮 均采用正火处理 HB 179 207 选齿轮精度等级为 8 级 JB179 83 为了消除传动过程中的轴向力 故选用渐开线人字齿轮 材料选用 45 号钢 齿轮 设计要按照低速情况设计 如下 线速度 min m30 v 最大轧制力 1600 F kN 圆周力 1200 10941 120002 5 d T Ft 324 kN 低速级传递功率 162 60 1 30324 vFP t kw 工作应力循环次数 7 1059 4243001062 106060 h njLN 3 5 1 初步设计计算 1 按接触强度计算齿轮中心距 由 齿轮手册 表 2 5 1 得 中心矩 3 2 1 Ha a u kT uAa 3 1 第 18 页 式中 a A 系数 由表 2 5 2 查得 当螺旋角 35 25 时 a A 447 u 齿数比 u 1 a 齿宽系数 取 a 0 4 k 载荷系数 取k 2 T 名义转矩 指工作机额定转矩 T 5 5 10941 1 T Nm H 许用接触应力 H LvRWXN H H ZZZZ S lim lim 3 2 式中 N Z 接触强度计算的寿命系数 N Z 1 1 X Z 接触强度计算的尺寸系数 X Z 1 W Z 工作硬化系数 W Z 1 LvR Z 润滑油膜影响系数 LvR Z 0 92 lim SH 接触强度的最小安全系数 lim SH 1 limH 接触疲劳极限 按齿面硬度 187HB 由 齿轮手册 图 2 5 11 可知 538 Hlim N mm 2 则 H 538 1 1 0 92 584 6 N mm 2 将各系数代入式 3 1 得 3 2 1 HPa a u kT uAa 447 1 1 3 2 5 53824 0 10941 12 1062 mm 根据连铸机两轧辊的中心距要求 取齿轮箱的中心距为 1200mm 2 估算模数 按经验公式得 m 0 007 0 02 a 0 007 0 02 1200 8 4 24 取模数 m 20 mm 中心距一定 则齿数与模数成反比 第 19 页 60 11 20 12002 1 2 um a Z 分度圆直径 12006020 mZd mm 齿根圆直径 ff hdd2115020 25 01 21200 2 mchd a mm 齿顶圆直径 1240201212002 mhdd aa mm 基圆直径 6 112720cos1200cos na dd mm 圆周速度 3 1060 nd v 67 0 1060 10 621200 3 图 3 8 人字齿轮示意图 3 5 2 齿面接触强度校核计算 由 机械设计 式 10 8 可知 接触强度校核式 u u db KF ZZZZ t EHH 1 H 3 3 式中 H Z 节点区域系数 H Z 5 2 20sin20cos 2 sincos 2 E Z 弹性系数 由 齿轮手册 表 2 5 34 查得 E Z 189 8 2 mm N Z 螺旋角系数 由 齿轮手册 图 2 5 10 查得 Z 0 98 b 工作齿宽 48012004 0 ab a mm 第 20 页 Z 接触强度计算的重合度系数 纵向重合度 20 38 26sin480 sin n m b 3 39 齿顶压力角 58 24 1240 6 1127 arccos a b a d d 端面重合度系数 79 120tan58 24tan60 1 2tantan 2 1 aa Z 由 齿轮手册 图 2 5 9 查得 Z 0 86 K 载荷系数 K K KKK vA 其中 A K 使用系数 由 机械设计 表 10 2 按原动机均匀平稳运转取 A K 1 0 v K 动载系数 由 机械设计 图 10 8 查得 v K 1 08 K 齿间载荷系数 由 机械设计 表 10 3 取 K 1 4 K 齿向载荷系数 由 机械设计 表 10 4 中公式按精度等级 8 级调质 齿轮计算 3 11031 018 015 1 3 2 bK a 则 K 1 0 1 08 1 4 1 3 1 96 将各系数代入式 3 3 得 u u db KF ZZZZ t EHH 1 2 5 189 8 0 86 0 98 1 2 4801200 32400096 1 277 3 H 584 6 N mm 2 所以 安全 3 5 3 弯曲强度校核计算 1 计算弯曲应力 由 齿轮手册 表 2 5 43 中公式可知弯曲强度校核式 FSaFa t F YYYY bm KF 3 4 第 21 页 式中 Fa Y 载荷作用于齿顶时齿形系数 可根据 齿轮手册 图 2 5 27 取 Fa Y 2 25 Sa Y 载荷作用于齿顶时的应力修正系数 可根据 齿轮手册 图 2 5 33 取 Sa Y1 72 Y 弯曲强度计算的重合度系数 Y可按下式计算 Y av 75 0 25 0 3 5 其中 av 当量齿轮的端面重合度 av 2 cos a 由前面计算可知 a 1 79 26 38 则 av 38 26cos 79 1 2 2 23 代入式 3 5 得 Y av 75 0 25 0 0 25 23 2 75 0 0 59 Y 弯曲强度计算的螺旋角系数 由 齿轮手册 图 2 5 39 可查得 Y 0 975 将各系数代入式 3 4 得 975 059 072 125 2 20480 32400096 1 YYYY bm KF SaFa t F 147 3 N mm 2 2 计算许用弯曲应力 由 齿轮手册 表 2 5 43 中公式可知 XRrelTrelT F NTSTF F YYY S YY min lim 3 6 式中 limF 试验齿轮的弯曲疲劳极限 由 齿轮手册 图 2 5 40 a 可查得 limF 210 N mm 2 ST Y 试验齿轮的应力修正系数 取 ST Y 2 0 NT Y 弯曲强度计算的寿命系数 取 NT Y 1 0 SrelT Y 相对齿根圆角敏感系数 取 SrelT Y 1 0 第 22 页 RrelT Y 相对齿根圆角表面状况系数 取 RrelT Y 1 0 X Y 弯曲强度计算的尺寸系数 由 齿轮手册 图 2 5 48 查得 X Y 0 91 limF S 弯曲强度计算的最小安全系数 根据 齿轮手册 表 2 5 42 取 limF S 1 6 将各系数代入式 3 6 得 XRrelTrelT F NTSTF F YYY S YY min lim 9 23891 0 6 1 2210 N mm 2 FF 所以 安全 齿轮主要参数 m 60 m 20 d 1200mm a d 1240mm f d 1150mm 1200 amm 480 bmm 3 6 轴的设计校核 选材 轴的材料常用优质碳素钢 35 45 50 钢 由于我们的分齿箱在传动方面没 有特殊要求 因此选用应用最广泛的 45 钢 并采用锻造方法 以使其内部组织均匀 具有良好的强度 并进行调质处理 硬度达到 217 255HB 由 机械设计手册 查表可知 640 B N mm 2 355 s N mm 2 275 1 N mm 2 155 1 N mm 2 1 260 N mm 2 0 90 N mm 2 60 1 N mm 2 2 0 1 0 t 圆周力 t F324 kN 径向力 38 26cos 20tan324 cos tan t n r F F131 6 kN 重力 613 G kg 6007 N 最小辊径的确定 6 215 62 10 162 110 33 0 n P Ad mm 圆整到40R系列 取220 d mm 齿轮轴尺寸如下图所示 第 23 页 图 3 9 主动轴 图 3 10 从动轴 由于两轴的尺寸基本一致 并且分齿轴比主动轴轴向尺寸短 并且分齿轴所受的扭 矩只有主动轴的一半 所以 可以只校核主动轴的强度 受力分析如图 2 11 1 按弯扭合成应力校核轴的强度 水平方向支反力 AH R BH R r 2 1 F 2 1 131 6 10 3 65 5 103 N 垂直方向支反力 AV R BV R 2 1 G t F 2 1 324 10 3 6007 159 103 N 力臂长 L 306 mm 水平弯矩 H M AH R L 65 5 10 3 306 103 2 0043 10 4 Nm 垂直弯矩 V M AV R L 159 10 3 306 103 4 8654 10 4 Nm 合成弯矩 M 22 VH MM 5 262 10 4 Nm 第 24 页 计算转矩 T 4 T 2 043 5 10 Nm 计算转矩按连续工作计算 折合系数 0 3 轴的计算应力 W TM 2 2 ca 3 2 2 25 01 0 2043003 052620 51 7M a P1 5 安全 截面 弯矩 M 12555 Nm 抗弯截面系数 W 33 2501 01 0 d 1 56 10 6 mm3 抗扭截面系数 T W0 2 3 d 0 2 250 3 3 12 106 mm3 第 26 页 截面上弯曲应力 6 3 1056 1 1012555 W M b 8 05 N mm 2 截面上扭转切应力 6 8 1012 3 10043 2 T T W T 65 5 N mm 2 由前面计算可知 640 B N mm 2 275 1 N mm 2 155 1 N mm 2 因5 7 4 240270 r dD 027 0 240 5 d r 由 机械设计手册 表 26 3 6 查得 因过渡圆角引起的有效应力集中系数 02 2 k 66 1 k 由 机械设计手册 表 26 3 11 查得 尺寸及截面形状系数 0 6 0 6 由 机械设计 附图 3 4 按磨削加工查得 表面质量系数92 0 按轴未经表面强化处理取1 q 由 机械设计 式 3 12 及 3 12 a 得 45 31 92 0 1 6 0 02 2 1 1 k K 85 21 92 0 1 6 0 66 1 1 1 k K 由 机械设计 附表 3 8 查得 配合 H7 r6 处的 k 及 k 值 k k 3 736 则 K 1 92 0 1 736 31 1 k K3 82 故按82 3 KK验算 截面 弯曲应力幅 a 8 05 N mm 2 平均弯曲应力 0 m 剪应力幅 a 65 5 N mm 2 m 32 75 N mm 2 计算安全系数 00 28 053 82 275 m 1 a K S8 94 第 27 页 75 321 065 582 3 155 m 1 a K S 1 96 2222 96 18 94 96 18 94 SS SS S 1 93 1 5 安全 G AB v面 H面 G RR AB AV BV RR AB AH BH a b c MV MH T M RAV RAH RBV RBH d e f g 48654 Nm 20043 Nm MV MH M 52620 Nm T 204300 Nm T 194100 Nm 图 3 11 轴受力分析图 第 28 页 3 7 联轴器的设计及校核 3 7 1 电机与减速器之间的联轴器 一般都以连轴器所需传递的计算转矩 e T小于所选联轴器的许用转矩 T为原则 并 考虑连轴器的工作情况系数k 则 e T kT T 式中 T 电机轴理论上需传递的转矩 T 3183 3 N 由 机械设计手册 表 29 1 1 查得 k 1 3 则 e T kT 1 3 3183 3 4138 3 Nm 根据转矩选择连轴器 由 机械设计手册 表 29 3 8 选 KL10 滑块连轴器 16775 17295 JB ZQ4384 86 T 5000 Nm 结构图如下 图 3 12 KL10 滑块连轴器 动端采用 Y 型轴孔 A 型键槽 1 d 95mm 1 L 172mm 从动端采用 J1型轴孔 A 型键槽 2 d 75mm 2 L 132mm 3 7 2 减速器与分齿箱之间的联轴器选择 计算转矩 e T kT T 式中 T 减速器输出轴的转矩 T 2 064 10 5 Nm k 连轴器的工作情况系数 k 1 3 则 e T 1 3 2 064 10 5 2 6832 105 Nm 根据转矩由 机械设计手册 表 29 3 14 选 CL14 型齿式连轴器 B 型 第 29 页 结构尺寸简图如下 2 45 图 3 13 CL14 型齿轮连轴器 主动端 减速器 采用 J1型轴孔 1 d 280mm 1 L 380mm 从动端 分齿箱 采用 Y 型轴孔 1 d 220mm 1 L 352mm 3 7 3 万向联轴器部件的设计 1 左半联轴器 材料选用 选用 45 钢 167 N mm 2 半连轴器结构简图如下图所示 10 45 5 45 图 3 14 左半连轴器结构及尺寸 左半连轴器负责连接分齿箱的伸出轴与 SWP435B 型万向连轴节 该左半连轴器在采 用键连接的同时 也采用底板结构 用内六角螺栓将分齿箱外伸轴的端面与焊接在半连 轴器内部的底板相连 限制了轴与连轴器之间的轴向滑移 并且 由于三个内六角螺栓 可以传递一定的扭矩 更增大了安全系数 降低了不平稳传动时出现错位的可能性 尺 寸如下 第 30 页 轴孔直径 d 220mm 外径 D 310mm 万向连轴器要传递的扭矩 4 TT 2 043 10 5 Nm 2 043 108Nmm 抗扭截面系数 4363492 31016 22031014 3 16 4444 D dD W 剪应力 4363492 10043 2 8 max W 46 8 N mm 2 167 N mm 2 所以 该半连轴器满足强度要求 2 右半联轴器 材料选择 45 钢 轴孔直径 d 300mm 外径 D 355mm 结构尺寸简图见下图 图 3 15 右半连轴器 该半连轴器的作用是把 SWP435B 型万向连轴节与双辊连铸机的主机轧辊相连 由于 在轧辊的设计上 采用了压板结构 所以 该连轴器选用了与左半连轴器不同结构原理 结构上 右半连轴器取消了做半连轴器上的底板和键连接结构 代之的是两块压板 通 过压板传递扭矩 由于有了更大的接触面积 应力相应地随之减少 提高了安全系数 右半连轴器尺寸校核 4302187 35516 300355 16 4444 D dD WT mm 3 5 47 4302187 10043 2 8 max W N mm 2 第 31 页 由于 45 钢的许用剪应力 167 N mm 2 所以 该半连轴器满足强度要求 3 万向联轴节的选用 计算转矩 55 4 1045160 210043 22 1 TkT Nm 245 16 kNm 根据计算转矩选择 SWP435B 型万向联轴节 结构简图如下 图 3 16 万向连轴节 安装总长度 1555 L mm 回转直径 435 D 额定转矩 355 n T kNm 疲劳转矩 160 t T kNm 转动惯量 22 39 kg m 2 质量 903 kg 3 8 轴承及键的选用 3 8 1 轴承的选用 单列圆滚子轴承具有以下特性 可同时承受以径向负荷为主的径向和轴向负荷 限制轴 外壳 的一个方向的轴向 位移 不宜用来承受纯轴向负荷 当成对配置使用时 可承受纯径向负荷 可调整径向 轴向游隙 因此选用单列圆锥滚子轴承 型号 30348 GB T297 94 基本尺寸 d 240 mm D 500 mm B 95 mm C 85 mm 质量 25 5 kg 3 8 2 键的选用 1 电机轴上键的选择计算 第 32 页 选用圆头普通平键 A 型 28 120 GB1096 79 基本尺寸 b 28 mm h 16 mm L 125 mm 校核验算 根据 机械设计 式 6 1 得校核式 工作面上的挤压应力 p 3 p 102 kld T 3 7 式中 T 传递的转矩 T 3183 3 Nm k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 8 mm l 键的工作长度 l L b 125 28 97 mm d 轴的直径 d 95 mm P 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力 由 机械设计 表 6 2 查得 P 130 MPa 将各系数代入式 3 7 得 95978 3 31832000 p 86 4 MPa P 130 MPa 安全 2 减速器高速轴上键的选择计算 选用圆头普通平键 A 型 22 125 GB1096 79 基本尺寸 b 22 mm h 14mm L 125mm 校核验算 根据 机械设计 式 6 1 得校核式 工作面上的挤压应力 p 3 p 102 kld T 3 8 式中 T 传递的转矩 T 3151 5 Nm k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 7mm l 键的工作长度 l L b 125 20 105 mm d 轴的直径 d 75 mm P 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力 由 机械设计 表 6 2 查得 P 130 MPa 将各系数代入式 3 8 得 751057 5 31512000 p 114 3 MPa P 130 MPa 安全 第 33 页 3 减速器低速轴上键的选择和分齿箱外伸部分键的选用 选用圆头普通平键 A 型 50 300 GB1096 79 基本尺寸 b 50 mm h 28mm L 300mm 校核验算 根据 机械设计 式 6 1 得校核式 工作面上的挤压应力 p 3 p 102 kld T 3 8 式中 T 传递的转矩 T 2 064 5 10 Nm k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 14 mm l 键的工作长度 l L b 300 50 250 mm d 轴的直径 d 220 mm P 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力 由 机械设计 表 6 2 查得 P 130 MPa 将各系数代入式 3 8 得 22025014 10064 22000 5 p 118 5 MPa P 130 MPa 安全 4 齿轮轴上与齿轮配合的键的选用 选用圆头普通平键 A 型 56 450 GB1096 79 基本尺寸 b 56 mm h 32mm L 450mm 校核验算 根据 机械设计 式 6 1 得校核式 工作面上的挤压应力 p 3 p 102 kld T 3 8 式中 T 传递的转矩 T 2 043 5 10 Nm k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 16mm l 键的工作长度 l L b 450 56 394 mm d 轴的直径 d 250 mm P 键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力 由 机械设计 表 6 2 查得 第 34 页 P 130 MPa 将各系数代入式 3 8