第7章+轧钢机主传动装置.ppt

第7章轧钢机主传动装置 7 1轧钢机主传动装置组成与类型7 2连接轴与连接节7 3齿轮座与主减速机7 4轧机主电机的选择 7 1轧钢机主传动装置组成与类型 7 1 1轧钢机主传动装置组成1 作用 是将电动机的运动和力矩传递给轧辊 轧钢机主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊 在很多轧钢机上 主传动装置由减速机 齿轮座 联接轴和联轴节等部件组成 图7 1a P211页 某些板坯及板带轧机 主传动是由电动机直接传动轧辊的 图7 1b P211页 2 组成 主传动装置是由减速机 齿轮座 连接轴和联轴节等部件组成 1 减速机在轧钢机中 减速机的作用是将电动机较高的转速变成轧辊所需的转速 这就可以在主传动装置中选用价格较低的高速电动机 确定是否采用减速机的一个重要条件 就是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与高速电动机之间的差价 1 作用 是将电动机较高的转速变成轧辊所需的转速 选用价格较低的高速电动机 2 选择 确定是否采用减速机的一个重要条件是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电动机与高速电动机之间的差价 减速机 减速机摩擦损耗的费用200 250r min时 不用减速机 而用低速电动机 在可逆式轧钢机上 即使轧辊转速 200 250r min时 也采用低速电动机 因为这样的传动系统易于可逆运转 2 齿轮座当工作机座的轧辊由一个电动机带动时 一般采用齿轮座将电动机或减速机传来的运动和力矩分配给二个或三个轧辊 齿轮座的传动型式 如图7 2 P212页 所示 1 作用 当工作机座的轧辊由一个电动机带动时 一般采用齿轮座将电动机或减速机传来的运动和力矩分配给二个或三个轧辊 2 齿轮座的传动型式a 下齿轮主动应用于二辊或四辊轧机 考虑到传动装置的布置型式和拆卸方便等因素 而劳特式钢板轧机也采用下齿轮传动 b 中辊齿轮传动应用于三辊型钢轧机 c 在电动机功率较大的初轧机 板坯轧机 钢板轧机上 往往不采用齿轮座 而用单独的电动机分别驱动每个轧辊 3 联接轴 连接轴 轧钢机齿轮座 减速机 电动机的运动和力矩 都是通过联接轴传递给轧辊的 在横列式轧机上 一个工作机座的轧辊传动另一个工作机座的轧辊 也是通过联接轴传动的 轧钢机常用的联接轴有万向接轴 梅花接轴 联合接轴和齿式接轴等 1 作用 是用于将动力由齿轮机座或电动机传递给轧辊 或从一个机座的轧辊传递给另一机座的轧辊 机座按横列式布置时 2 轧机连接轴的类型及用途确定联接轴类型时 主要根据轧辊调整量和联接轴允许倾角等因素 对于轧辊调整量较大的初轧机 厚板轧机等 联接轴倾角有时达到80 100 一般采用万向接轴 因万向接轴的允许倾角较大 型钢轧机轧辊调整量不大 仅在轧辊磨损或更换新辊时进行轧辊调整 一般采用梅花接轴或联合接轴 对于速度较高的小型轧机和线材轧机 虽然轧辊调整量不大 但考虑到能在高速下平稳可靠地运转 一般采用齿式接轴或弧面齿形接轴 在带钢轧机精轧机组上 如果所要求的联接轴倾角不大 且扭矩合适时 也采用弧面齿形接轴 如果要求的倾角或扭矩较大时 则采用万向接轴 4 联轴节 器 联轴节包括电动机联轴节和主联轴节 电动机联轴节用来连接电动机与减速机的传动轴 而主联轴节则用来连接减速机与齿轮座的传动轴 目前 应用最广泛的联轴节是齿轮联轴节 1 作用 电动机联轴节 用来连接电动机与减速机的传动轴 主联轴节 用来连接减速机与齿轮座的传动轴 2 类型 1 刚性联轴节 2 弹性联轴节 3 安全联轴节 4 补偿联轴节目前应用最广泛的联轴节是齿轮联轴节 7 1 2轧钢机主传动装置类型1 单机座轧钢机主传动装置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 表7 1 P213页 2 多机座 或多列式 轧钢机主传动装置类型多机座 或多列式 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 表7 1 P214页 7 2连接轴 联接轴 与连接节 联轴节 器 轧钢机常用的联接轴有万向接轴 梅花接轴 联合接轴 一头为万向铰接 另一端为梅花轴 和齿式接轴 其特点及适用范围如表7 2 P222页 所示 7 2 1滑块式万向接轴1 滑块式万向接轴结构 1 结构类型及其系列尺寸滑块式万向接轴能传递的扭矩范围较广 一般为50 3000kN m 滑块式万向接轴是由轧辊端扁头1 带叉头的接轴3 传动端扁头2 衬瓦4以及中间具有方形或圆形的销轴5组成 图7 13 P223页 根据扁头或叉头形状 滑块式万向接轴可分为开式铰链 闭式铰链和带筋板式铰链三种型式 开式铰链 图7 13a 的扁头具有一个长形切口 铰链的一端可在此切口中沿着接轴中心线方向移动 这种铰链一般用在轴向换辊的轧钢机上 图7 14 P223页 为1150初轧机万向接轴开式铰链的结构图 它是由扁头1 叉头2和回转十字轴组成 回转十字轴包括两块月牙形滑块3和一根小方轴4 两个月牙形滑块 衬瓦 以滑动配合 皆 装在叉头径向镗孔中 扁头则插放在这两个月牙形滑块中间 这就组成了绕径向镗孔轴线旋转的回转轴X X 中间为矩形断面的小方轴4则为Y Y轴 小方轴两端轴颈与月牙形滑块也是滑动配合 其中间的矩形断面部分与扁头的长形切口能够滑动 在其配合表面镶有青铜滑板5 图7 15 P224页 表示了开式铰链的立体简图 图7 17 P224页 是闭式铰链结构图 在此叉头径向镗孔中没有凹槽 小方轴则用圆销轴代替 圆销轴贯穿叉头和扁头后 用螺母将其固定 如将圆销轴拆卸抽出后 扁头和月牙形滑块可从叉头侧向拆卸 由于有圆销轴贯穿叉头 闭式铰链的叉头断面有较大的削弱 滑块式万向接轴的主要结构尺寸是叉头直径D 它取决于磨削后的轧辊直径 叉头直径D一般要比轧辊最小直径小5 15mm 或为轧辊名义直径的85 95 传动端的叉头直径可比轧辊端叉头直径稍大些 以保证过载时齿轮轴端不致破坏 滑块式万向接轴各部分的结构尺寸 图7 18 P225页 可根据叉头直径D按以下经验关系选取 叉头镗孔直径d 0 46 0 5D扁头厚度S 0 25 0 28D扁头长度l 0 415 0 5D接轴本体直径d0 0 5 0 6D叉头开口B1 B 月牙形滑块宽度 滑块式万向接轴的结构尺寸 也可参照有关标准尺寸系列选取 为了降低叉头中的应力 在此尺寸系列中 叉头镗孔直径d和扁头厚度5均按上述经验关系中的下限选取 即d O 46DS 0 25 0 26 D滑块式万向接轴材料 通常采用强度限不小于600 750MPa的锻钢 如45号钢 50号钢及40CrNi等合金结构钢 有时 为了避免整个接轴采用高强度合金钢 叉头 或扁头 与接轴本体采用热装配 这样 接轴本体可采用强度限较低的材料 当叉头损坏时 也便于更换 接轴铰链中的月牙形滑块 一般采用耐磨青铜ZQAL9 4 近年来 也试用过MC尼龙6等工程塑料 2 滑块式万向接轴的润滑滑块式万向接轴的润滑较为困难 因其摩擦表面与外界相通 润滑油不易保存在摩擦面上 润滑方式基本上有两种 人工定期加油润滑和采用自动润滑装置 润滑剂可用干油或稀油 7 2 2十字轴式万向接轴带有滚动轴承的十字轴式万向接轴近十几年越来越多地应用于轧钢机主传动中 并有逐步取代滑块式万向接轴的趋势 因为它具有如下优点 1 传动效率高由于采用滚动轴承 所以摩擦损失小 传动效率可达98 7 99 可降低电力消耗5 15 2 传递扭矩大在回转直径相同的情况下 比滑块式万向接轴能传递更大的扭矩 由于叉头强度的限制 目前国内使用的十字轴式万向接轴 传递扭矩多在800kN m以下 我国已生产了承载1500kN m的接轴 国外系列最大传递扭矩可高达5400 8300kN m 3 传动平稳由于滚动轴承的间隙小 接轴的冲击和振动显著减小 约为滑块式万向接轴的1 10 1 30 提高了产品质量 4 润滑条件好用润滑脂润滑 易密封 没有漏油现象 耗油量小 省去了润滑系统 改善了生产环境 节约了保养维修费用 5 噪音低使用滑块式万向接轴 空车运行时 噪音高达80 90dB 轧制时可达60dB 而使用十字轴式万向接轴 噪音可降低到30 40dB 改善了工作环境 有利于保障操作工人的身体健康 6 使用寿命长一次使用一般可达1 2年以上 可减少更换零部件的时间和费用 7 允许倾角大可达100 150 用于立辊轧机可降低车间高度 节省投资 8 适用于高速运转 轧机用的大型十字轴式万向接轴的结构 根据万向节的联接固定方式的不同 可分为轴承盖固定式 卡环固定式和轴承座固定式 一般双接头万向接轴的组成包括法兰叉头 花键叉头 由花键轴及套管和套管叉头组成的中间轴 十字轴 滚针 或滚柱 轴承 挡圈 大型的用轴承盖 密封圈等组成 图7 30 P234页 图7 31a b P235页 为轴承盖固定式万向接轴的结构 主要由十字轴 带内 外圈的多列短圆柱滚子轴承 止推轴承 综合式迷宫密封 轴承盖及法兰叉头等组成 图7 32 P235页 为轴承座式万向接轴 其特点是取消了轴承的内 外圈 加大了十字轴的轴径 可传递大扭矩 轴承座2与底盘用键联接 有足够的强度 改善了固定螺栓3的受力状况 安全可靠 拆装方便 密封性能好 十字轴6和轴承座2均采用高强度铬镍渗碳钢制造 适用于各种轧机 7 2 3弧形齿接轴由于弧形齿接轴具有很多优点 使用效果也好 在一些现代化的冷 热轧带钢连轧机和线材 棒材及管材轧机上得到了广泛的应用 这种接轴具有以下优点 1 传动平稳 噪音小 有利于提高轧机的轧制速度 精轧机组最后一架的转速由700r min提高到1100r min 2 冲击振动和轴向串动较小 径向间隙可减少到最低限度 有利于提高产品质量 3 可节省大量有色金属 在300小型连轧机上每年可节省铜20t以上 4 润滑条件好 便于维护 有利于提高轧机作业率 5 接轴重量轻 水平轧机的接轴比原的有限元模型有滑块式万向接轴重量减少1 5 2 1倍 立式轧机的接轴重量减少3倍 此外 弧面齿形接轴加工制造方便 传动效率高 装卸方便 便于换辊 使用寿命长 与齿式接轴相比 弧形齿接轴的允许倾斜角较大并起万向铰链的作用 这是由于外齿套的齿顶和齿根表面是弧面 而齿的断面两侧也是弧面 图7 36 7 37 P237页 这样 弧面外齿套与内齿圈啮合时 能在XOY和XOZ两个互相垂直的平面内倾斜 起着万向铰链的作用 弧形齿接轴的承载能力与倾斜角有很大关系 从图7 38 P237页 可看出 随着接轴倾角的增加 齿面接触应力加大 接轴承载能力显著下降 与十字轴式万向接轴相比 当倾角小于10时 弧形齿接轴具有较大的承载能力 7 2 4梅花接轴在轧辊调整量不大的型钢轧机上 为了换辊方便 通常用梅花接轴联接各工作机座间的轧辊以及联接齿轮座出轴与第一架工作机座的轧辊 在某些型钢轧机上 为了有利于齿轮座的维护 齿轮座与工作机座间的联接 采用了联合接轴 联合接轴与轧辊联接的一端为梅花轴头 与齿轮座联接的一端为万向铰链 梅花接轴的允许倾角不大于10 20 当其倾角小于10时 接轴轴头为普通的梅花头 图7 41c P240页 当倾角为10 20时 接轴轴头一般采用外圆具有弧形半径R的弧形梅花头 图7 41a P240页 以改善接轴与套筒的接触状况 梅花接轴和套筒的一些主要参数 可按以下比例关系确定 1 接轴梅花头直径d1为d1 0 9 O 98 d或d1 d 10 15 式中d 轧辊或齿轮座出轴直径 mm 2 接轴梅花头圆弧半径r1为r1 0 2dl3 弧形梅花头弧形半径R为R 2 8 3 dl 4 接轴最小长度L1为L1 2L 40 80 式中L 套筒的长度 mm 5 套筒的长度L为L 1 2 1 5 dl6 套筒中部壁厚S为S 0 18 0 2 dl7 套筒中部的外径D2为D2 d5 2S式中d5 套筒梅花孔的直径 8 套筒梅花孔的直径d5为d5 d1 3 5 轧辊或齿轮座出轴轴头与梅花接轴轴头之间应留有一定的间隙b 可根据梅花头直径d1按表7 4 P240页 选择间隙b 为了适应梅花接轴工作时可能产生的偏斜 梅花接轴与轴套之间的径向间隙约为梅花头直径的3 梅花接轴梅花头和套筒的系列尺寸可查有关尺寸系列标准 7 2 5联接轴总体配置及其平衡装置1 联接轴总体配置在考虑联接轴总体配置时 应综合考虑轧辊调整范围 齿轮座中心距 或电动机轴的中心距 以及联接轴允许倾角等因素 使联接轴有较合适的工作条件 其中 轧辊调整范围是根据工艺要求确定的 而齿轮座中心距的确定则要考虑联接轴的工作条件 为了使上下两个联接轴工作条件均衡 应该使上下两个联接轴的倾角尽可能相等 如图7 42 P241页 2 联接轴平衡装置在轧辊直径大于450 500mm的轧钢机上 当联接轴重量较大时 为了不使联接轴重量全部传到联接铰链上 一般都设置了联接轴平衡装置 平衡装置的平衡力一般比联接轴重量大10 30 常用的联接轴平衡装置有弹簧平衡 重锤平衡和液压平衡三种型式 当联接轴上下的移动量不大时 一般采用弹簧平衡 如果移动量较大 则可用重锤或液压平衡 由于液压平衡在换辊时易于调整联接轴位置 当车间已有液压系统时 即使联接轴移动量不大 也常用液压平衡 这三种联接轴平衡装置的优缺点及其使用场合列于表7 5 P242页 7 2 6主联轴器1 主联轴器的计算力矩如前所述 应用最广的主联轴节是齿轮联轴器 传递扭矩小于1000kN m的直齿式齿轮联轴节已有标准系列 可根据JB ZQ4218 4219 86选用 近年来 亦开始采用棒销联轴器 其标准系列为GB5015 85 选择和确定联轴节的型号和尺寸 可根据联接轴传递的最大扭矩来确定联接轴的计算力矩 并参考所联接零件的轴径 在有关标准系列中选择确定 对于尚未列入标准系列的联接轴 可根据计算力矩进行计算和设计 2 棒销联轴节 器 棒销联轴节 器 图7 45 P244页 是由轴套1和2 棒销3 外套4 以及侧挡圈5组成 联轴节的扭矩是通过两组棒销3传递的 棒销材料采用尼龙6或机械性能相同的其它牌号尼龙 亦可使用酚醛布 3 安全联轴节在装有飞轮的轧钢机上 为了防止轧钢机过载时损坏主要传动零件 往往在减速机和齿轮座之间装有安全联轴节 为了减小安全联轴节的尺寸 在结构允许时 应尽量将安全联轴节装在减速机的高速轴上 图7 46 P245页 是650型钢轧机的齿式安全联轴节 它装在减速机与齿轮座之间 法兰盘1装在减速机低速轴上 减速机的扭矩通过安全销螺栓9 内齿圈8 外齿轴套7传至另一个内齿圈6 再由铰孔螺栓5 传至热装于齿轮座主动轴上的法兰盘4 当安全销螺栓9过载切断时 内齿圈8和外齿轴套7就支承在球面滚子轴承2上 不致下落造成事故 图7 47 P245页 是另一种型式的齿式安全联轴节 外齿轴套1和8分别装在所联接的传动轴上 内齿圈2通过安全销6与法兰盘4联接 由于在安全销6的两端装有压板3 当安全销切断时 可防止其飞出 安全销或安全销螺栓材料一般采用45 50钢 热处理后硬度为HRC30 35 安全销轴套材料采用40Cr等合金钢 热处理后硬度为HRC50 60 为了能使安全联轴节较好地起作用 应尽量减少安全销或安全销螺钉的数量 最少可到三个 安全销或安全销螺栓一般带有U形槽缺口 过载时此U形槽受剪力切断 课后作业 1 轧钢机的主传动由哪几部分组成 2 轧钢机的常用联接轴有哪些 3 轧钢机的常用联接节有哪些 7 3齿轮座与主减速机 齿轮传动具有传递功率大 效率高 结构紧凑 工作可靠和维护方便等特点 广泛地应用在各类轧机上 轧机上所用的齿轮传动 包括齿轮座和减速机 7 3 1齿轮座1 齿轮座的特点和型式齿轮座是用来将电动机或主减速机的扭矩传递分配给轧辊 齿轮座传递的扭矩较大 但其中心距A却受到轧机轧辊中心距的限制 实践表明 大型齿轮座和减速机齿轮的破坏主要是由早期点蚀 齿面剥落或塑性变形等因素引起的 很少是弯曲折断 所以 在保证弯曲强度的条件下 齿的模数不宜选得过大 过大的模数不利于提高齿的接触强度 齿轮座由齿轮轴 轴承 轴承座和箱体组成 由于齿轮座传动比为1 齿轮节圆直径d0等于齿轮座中心距A 由于齿轮座的齿轮直径小 宽度大 往往与轴做成整体 称为齿轮轴 齿轮的圆周速度为5 20m s 有的甚至更高 一般都采用人字齿轮 齿轮座齿轮的几何参数已有系列标准 齿轮轴的轴承有滑动轴承和滚动轴承两种 齿轮座箱体分为高立柱式 矮立柱式 水平剖分式和垂直剖分式四种 图7 48 P247页 第一种型式 高立柱式 拆装方便 矮立柱式的高度比第一种型式要小 但如采用滚动轴承时 箱盖容易磨损 这两种型式的主要优点是箱体刚性和密封性好 不易漏油 工作稳定性可靠 但是其重量和外形尺寸较大 对某些中小厂在制造上有一定困难 对于第三和第四种型式 都采用剖分式箱体 每个分箱体重量小 容易加工 但是 由于其分箱面和联接螺栓多 往往容易漏油 其中 垂直剖分式齿轮座 在制造时对齿轮的跑合研齿较方便 在防止漏油方面亦采取了相应措施 垂直剖分式齿轮座在500mm以下的中小型和线材轧机上得到了较好的应用 亦制定了系列标准 齿轮座箱体 尤其是大型箱体 通常直接安装在基础上 图7 49 P247页 当齿轮座地脚螺栓之间的距离6相同时 齿轮座整个底座支承在基础上 图7 49a 与只有箱体底脚支承在基础上 图7 49b 相比较 其稳定性相同 但前者与基础的联接较为可靠 制造和安装也较方便 2 齿轮座结构图7 51 P249页 是650型钢轧机齿轮座的结构图 7 3 2主减速机1 轧钢机主减速机特点最常用的轧钢机主减速机是一级或二级圆柱齿轮减速机 一般以速比7 8作为选用一级或二级减速机的分界线 轧钢机主减速机的中心距 对于一级减速机为1000 2400mm对于二级减速机为2000 4200mm 2 减速机配置方式轧钢机减速机经常承受较剧烈的冲击负荷 为了防止在多次冲击负荷作用下使固定轴承座上盖的螺栓松脱或断裂 在确定轧钢机减速机配置方式时 应使承受最大作用力的轴承座上盖螺栓不承受拉力 例如 在二级圆柱齿轮减速机上 中间齿轮轴上的作用力最大 图7 60 P254页 故应根据中间齿轮轴轴承座上盖螺栓的受力方向 来选择确定轧钢机减速机的配置方式 以二辊轧机为例 如果将轧钢机减速机的高速轴配置在轧制线出口方向 图7 61a P255页 时 减速机中间齿轮轴上的受力方向如图7 60所示 此时 中间齿轮轴轴承上盖螺栓将承受拉力 易使螺栓松脱或断裂 如果将减速机高速轴配置在轧制线入口方向 图7 61b P255页 中间齿轮轴轴承座上盖的螺栓不承受拉力 这种配置是符合要求的 在配置一级减速机时 应该使高速齿轮轴轴承座上盖的螺栓不受拉力 因其螺栓直径比低速齿轮轴轴承座上盖的螺栓直径小 小结 1 作用 是将电动机的高转速 降到轧制所需的低转速 2 应用 用于不可逆式轧机上 而在可逆式轧机上 均采用低速电动机直接传动 3 投资 减速机的投资 包括磨损在内 不应超过低速电动机与高速电动机投资之差 否则 可用低速电动机直接传动而省去减速机 4 条件 减速机一般常用于轧辊转速200 250rpm以下的不可逆式轧机上 7 4轧机主电机的选择 轧机主电机的选择包括两个方面 即主电机的类型选择和容量计算 7 4 1主电机类型的选择轧