二十一辊板带矫直机的设计与校核毕业论文.doc

毕业设计 二十一辊板带矫直机的设计与校核毕业论文二十一辊板带矫直机的设计与校核毕业论文 目录目录 1 绪论绪论 1 1 1 轧钢生产的国内外发展情况 1 1 1 1 一轧钢生产及产品种类 1 1 1 2 轧钢机械的分类及标称 1 1 2 矫直机在轧钢生产中的作用及发展情况 2 1 3 现场二十一辊板带矫直机的工作原理 2 1 4 鞍山钢铁集团冷轧薄板厂 3 1 4 1 鞍钢冷轧薄板厂介绍 4 1 4 2 典型设备 4 1 4 3 主要产品 5 1 4 4 厂区平面布置图 5 2 总体方案评述总体方案评述 6 2 1 轿直机的调整形式 6 2 2 机座形式 6 2 3 支承辊的布置形式 6 2 4 辊的材质 6 2 5 传动系统的形式 7 2 6 轴承选择 8 2 7 压下机构的形式 8 2 8 矫直辊列的布置形式与驱动形式 8 毕业设计 3 矫正机力能参数的计算矫正机力能参数的计算 10 3 1 二十一辊矫直机的技术性能及矫直工艺参数 10 3 2 辊式矫正机基本参数的确定 10 3 3 矫直力的计算 11 3 4 矫直功率的计算和电机功率的选择 13 4 主要零部件校核计算主要零部件校核计算 15 4 1 矫直辊的校核计算 15 4 1 1 矫直机矫直扭矩的计算 15 4 1 2 第三辊上弯曲力矩和支反力的确定 17 4 压下压上装置的计算及校核压下压上装置的计算及校核 26 4 1 压下电机功率的选择 26 4 1 1 压下螺丝的传动力矩和压下电机功率的计算 26 4 2 压下装置的校核计算 27 4 2 1 压下电动机的过载校核计算 27 4 2 2 压下螺丝及压下螺母的强度校核设计 27 4 3 压上机构设计与校核 29 4 3 1 低速级蜗轮蜗杆的设计计算 29 5 斜齿圆柱齿轮减速装置设计及校核斜齿圆柱齿轮减速装置设计及校核 32 5 1 减速机齿轮设计与校核 33 5 1 1 齿轮材料 精度和齿数的选择 33 5 1 2 减速机齿轮设计计算 33 5 1 3 齿轮接触强度校核 36 5 2 减速机轴的设计与校核 37 毕业设计 5 2 1 求输出轴上的功率P2转速n2和T2转矩 37 5 2 2 求作用在齿轮上的力 37 5 2 3 初步确定轴的最小直径 38 5 2 4 轴的结构设计 38 5 2 5 按弯扭合成应力校核轴的强度 41 5 2 6 精确校核轴的疲劳强度 41 5 2 7 圆锥辊子轴承校核 44 6 润滑方式的选择 46 结论与评价 48 致谢 48 参考文献 49 附录 A A 英文资料及译文 50 毕业设计 1 绪论 1 1 轧钢生产的国内外发展情况 1 1 1 轧钢生产及产品种类 在 20 世纪末 世界轧钢技术发展迅速 轧钢生产在自动化 高精度 化 连续化方面取得了较大进步 轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的 重要生产环节和主要方法 因为用轧制方法生产出的钢材 具有生产率高 生产过程连续性强 品种多 易于实现机械化 自动化等优点 而且比锻 造 挤压 拉拔等生产产品 性能更高 成本更低 目前 约有 93 的钢 都是经过轧制成材的 有色金属生产也大量应用轧制方法 轧钢生产的主要产品为建筑 造船 汽车 石油 化工 国防 矿山 等专用钢材 目前 我国轧钢生产的钢材品种主要有薄钢板 硅钢片 钢 带 无缝钢管 焊接钢管 铁道用钢 普通大型材 普通中型材 普通小 型材 优质型材 冷弯型钢 线材 特厚钢板 中厚钢板等 轧钢生产的 产品按钢材断面形状分为 钢板 钢管和型钢 型钢是一种应用范围广泛 的钢材 我国型钢产量占钢材总产量的 25 30 型钢按用途分为 普 通型钢和专用型钢 从断面形状又可分为异型断面型钢和简单断面型钢 从生产方式的角度又可分为焊接型钢 弯曲型钢和轧制型钢 板带材也是一种广泛应用的钢材 我国的板带材产量占钢材总产量的 45 55 板带钢按应用领域分为建筑板 桥板 船板 汽车板 电工 钢板 机械用板等 按照轧制温度的不同又可以分为热轧板带和冷轧板带 钢板按厚度分为 中厚板 薄板和箔材 钢管的用途主要有建筑用管和石油管道等 我国钢管产量占钢材总产 量的 10 15 钢管的规格一般用外形尺寸及壁厚标称 其断面一般为 圆形管 也有多种异型钢管和变断面钢管 钢管从制造角度划分为无缝钢 管 螺旋钢管与直缝钢管 冷轧钢管等 按断面形状划分为圆形管 异型 毕业设计 钢管和变断面钢管 这些品种齐全 样式繁多的钢管被应用在管道 石油 运输 锅炉侧壁 地质钻探 轴承及注射针管等方面 随着轧钢工艺及轧钢技术的不断发展 钢材的生产范围将不断扩大 产品品种也将不断增多 近年来我国许多有价值的钢板产量大幅度增长 冷轧硅钢片 2003 年已达 89 6 万吨 镀锡板 2002 年已经达到 110 万吨 管 线钢 石油管 耐火钢板 冷轧不锈钢板产量达 55 万吨 1 1 2 轧钢机械的分类 轧钢机械的定义是轧制钢材的机械设备 轧件在轧辊中产生塑性变形 轧制出所需形状的钢材 轧钢机械主要由轧钢机和辅助设备组成 轧钢机 由工作机座 传动装置 换辊装置及主电机组成 主机列称为轧钢车间主 要设备 轧钢机以外的设备统称辅助设备 由于钢材产品种类很多 轧钢 机可按用途 构造和布置三种方法进行分类 辅助设备种类很多 数量大 包括剪切机 热锯机 矫直机 卷取机 冷床 辊道及换辊装置 1 2 矫直机在轧钢生产中的作用及发展情况 a 侧弯 b 中浪 c 边浪 d 长度方向瓢曲 e 宽度 方向瓢曲 图 1 1 金属带材产品的缺陷 矫直是金属材料加工的后部工序 这道工序可以大幅度的提高产品的 质量水平 大大改善产品在轧制 冷却和运输过程中产生的各种形状缺陷 如 钢轨的弧形弯 板带材的横纵向弯曲 边部浪 镰刀弯等缺陷 矫直 机已经成为轧制车间不可缺少的设备 而且广泛应用于以板坯为原料的各 种工厂车间 如汽车制造厂 船舶制造厂等 毕业设计 矫直机按照结构可以分为压力矫直机 辊式矫直机 管棒材矫直机 拉伸矫直机和拉伸弯曲矫直机 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 1 3 现场二十一辊板带矫直机的工作原理 图 1 2 板带矫直机工作原理 现场矫直机的工作原理是塑性拉弯矫直理论 带材在轧制及平整工序 中产生内部不均匀应力 当其应力值达到一程度时 会造成板形的瓢曲或 浪形 拉弯矫直机利用了内应力的存在改善板形 需矫平的带材在张力辊 组施加的张力的作用下 连续经过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊剧 烈弯曲 如图 1 1 带材各条纵向纤维长度的不均匀性在拉伸和弯曲的合 毕业设计 作用下 沿长度方向上产生了不同程度的塑性延伸 拉伸弯曲矫直技术使 各条纵向纤维的长度趋向于一致 从而减小了内应力的不均匀分布 消除了由于纵向纤维长度差造成的板形缺陷 1 41 4 技术经济性分析技术经济性分析 1 技术经济评价的涵义 通常来说对 技术 的理解是包括工具 劳动者的劳动方法 技能等 技术的总称 对 经济 的含义 主要是指在社会生产和再生产的整个过 程中所取得的节约和效果 经济效果是指社会生产和再生产 即即经济活 动过程中劳动消耗和劳动占用同劳动成果的比较 这里所说的劳动消耗 包括人力 物力 财力的消耗 劳动占用是指厂房 设备 器具的占用 技术经济评价又可称为项目经济评价 是指工程项目或设计方案投资决策 过程中 采用现代分析方法对项目方案在计算期 包括建设期和生产期 内的经济效果所做的测算和分析 技术经济评价是可行性研究的核心内容 是项目方案投资决策的重要依据 在工程机械项目中 为了提高工程的经 济效益 采用先进的技术 以节约工程建设的造价 降低运行成本和节约 经济性的维护费用 但是 在某些情况下 采用先进的技术还必须与当地 的客观条件相适应 2 2 经济评价在工程机械中的重要性 自改革开放以来 我国的基础建设程序和管理体制发生了根本的变化 逐步走上了了良性发展的轨道 根据国内外的经验 从设计阶段到技术设 计完成 约占 1 4 设计周期 到施工图设计完成需要 2 5 的以上的建设周 期 根据设计阶段影响投资的程度来看 初步设计阶段影响投资的可能性 为 75 95 技术设计阶段影响投资的可能性为 35 75 施工图设计阶段 影响投资的可能性为 10 35 而自施工开始 通过技术组织措施节约工 程造价的可能性只有 5 10 显然 前期建设工作对于降低总概算费用起 毕业设计 着决定性的作用 了解和掌握技术经济评价在工程机械中应用的重要性具体体现在以下几个 方面 进行技术经济比较 选择合理的路线走向 在方案确定和设计中 对零件加工工艺进行方案必选 推荐技术先进 投资经济的工艺 经过技 术经济比较 选择重要零件的结构形式 研究工程设计中技术进步的经济 效益 在设计工作中 开展技术进步活动的最终目的是提高经济效益 包 括采用新工艺 可以缩短成产周期 降低能耗和资源消耗 经过技术经济分析 对经济效益不大的技术 建议不宜在工程设计中 应用 有些技术对建设项目的近期效益不明显而远期效益较高的 建议可 在对投入与产出做比较后做出取舍 有些技术近期投资较大 远期效益虽 有不很高的 需做全面分析 看能否分期投资 有些技术在工艺上有较大 的改进 可节省经济性的运行费用 但在结构方面却增加难度和投资 则 建议需做进一步的经济核算后再确定 3 课题选择 选择课题时要进行趋向研究 市场分析 用户调查 专利情况等情报 的收集工作 根据情报来确定设计工作任务 1 趋向研究 随着工厂对薄板需求量的增加 对薄板的矫直厚度 矫直理论和矫正质量有了新的要求 我们对原有的矫直机进行了一部分改 进设计 使其更好的适应市场的需求 2 市场分析 薄板在工厂的应用范围广泛 适应市场的需求 与企 业的利益息息相关 4 摸清课题要求 为了搞清如何对矫直机进行改进 在参观了工厂现有的矫直设备外 又在网上查阅相关资料 使所设计的矫直机符合经济性和可靠性要求 2 总体方案评述 毕业设计 2 1 轿直机的调整形式 辊式钢板矫直机的调整可以分为上排工作辊整体倾斜调整的矫直机和 上排每个工作辊可以单独调整的矫直机两大类 上排工作辊整体倾斜调整的矫直机 轧件在入口端的第 2 第 3 辊上的 反弯曲率最大 产生大变形 迅速消除轧件的原始曲率的不均匀度 以后 各辊的压下量按直线关系递减 在第 n 1 辊处 轧件的反弯曲率最小 只产生弹性弯曲变形 这种工作辊的调整方式符和矫正过程的变形特点 采用这种调整方式的是钢板矫直机 矫正薄板时一般是 7 13 辊 且带有 工作辊挠度调整装置 以矫正板材上的瓢曲 单双浪等二 三维形状缺陷 上排每个工作辊可以单独调整的矫直机 这种调整方式比较灵活 但 由于结构配置的原因 它主要用于辊数较少 辊距较大的型钢矫直机 2 2 机座形式 辊式钢板矫直机工作机座可分为台架式和牌坊式两大类 台架式矫直机的结构简单 但刚性较差 采用大量弹簧平衡的台架式 矫正机 使用时上台架容易产生震动 由于冷矫直时矫直力大 所需机架 的刚性要求较高 故台架式薄板矫直机不能满足薄板冷矫的使用 矫直机本体装在可移动的框架上 框架下面的四个车轮支撑在轨道上 由横移驱动机构推动框架移入工作位置后用定位装置定位 矫正机机架可 以是开式的也可以是闭式的 薄板矫直机大多采用牌坊式结构 矫直机的 工作机座包括机架本体 支承辊 压下装置和摆动装置等部分 牌坊式工作机座的特点是强度和刚度较好 辊子的调整拆装方便 故 新设计的板带矫直机采用这种形式 缺点是结构较复杂 外形尺寸也较大 2 3 支承辊的布置形式 毕业设计 支承辊采用交错布置 支承辊承受工作辊的垂直方向和水平方向上的 弯曲 矫直过程中工作辊载荷比较稳定 与垂直布置的支承辊相反 交错 布置的支承辊多用于工作辊辊径与辊身长度比值较小的矫正机 2 4 辊的材质 工作辊直接与轧件接触 为避免辊子过早磨损和保证矫直机可靠工作 对矫直机工作辊有下列要求 1 辊面应有较高的硬度 2 有较高的 加工精度 3 有较高的抗弯和抗扭强度 目前 冷矫时 若工作辊径 D200mm 时 采用 9Cr 有的重 型厂当 D 90mm 时 采用 59CrV4 热矫直机工作辊常采用 60SiMn2MoV 或 55Cr 采用温矫工艺的矫正辊需要镀铬 铬层厚度 0 1 0 2mm 支承辊承受矫直过程中的扭转应力 与工作辊直接接触 在二十一辊 矫直机中也采用 60CrMoV 作为原材料 2 5 传动系统的形式 主传动系统包括减速机 齿轮座和万向联轴节等 1 减速机 在矫直机主传动系统中 减速机除有减速作用外 还有 均衡分配传动扭矩的作用 因此也称减速分配器 减速机有三种主要形式 圆柱齿轮型 圆柱圆锥齿轮型和蜗轮型 这三种形式中 每种又可分为单 支 双支 三支和四支等结构 辊数大于 7 的矫直机上 不宜使用单支减速分配器 这是因为传递的 总扭矩大 齿轮座的齿轮也大 使齿轮座出轴的间距很难与矫正辊间距相 适应 因此 在辊式钢板矫直机上大多使用多支的减速分配器 这样可以 使齿轮座的载荷均匀 由于矫直机的第三辊 或第二辊 受的矫正扭矩最大 因此 该辊要 尽可能由减速机的一根出轴经齿轮座直接传动 以减轻齿轮座的负荷 有 毕业设计 时 为适应矫直机在连续机组中的安装 将矫直机设计成可以双向进料的 结构 这时 矫直机另一端的第三辊由一根输出轴直接传动 2 齿轮座 一般情况 为防止钢板在工作辊间打滑 辊式钢板矫直 机的所有工作辊都是驱动的 齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给 各个矫正辊 齿轮座输入轴数目与减速机支数相同 每根输入轴带动一组齿轮 在 输入轴数量较多时 各组齿轮之间互补联接 以避免功率传递线路闭和 恶化齿轮啮和条件 按照齿轮的啮合列数 可分为单列齿轮座和多列齿轮座 单列齿轮座 的制造和安装简单 各齿轮轴和轴承可以通用且切齿轮轴的刚性高 一般 在工作辊距小于 50mm 时 宜采用这种形式 与单列齿轮座比较 多列齿 轮座的中心距较小 因为每对齿轮座的齿宽是根据传递的扭矩确定的 同 时 齿轮避免了重复啮合 因而可以适当减小中心距 多列齿轮座的齿轮 轴刚性较低 为保证齿轮轴的刚度 通常只在辊距大于 50mm 时才采用这 种结构 3 万向联轴节 由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距 因此 齿轮座出轴与矫正辊采用万向联轴节连接 矫直机常用的万向联轴节除了 一般的滑块式 叉头 扁头型外 在辊径小于 1200mm 时 也采用球形万 向联轴节 在小辊距矫直机上 也可以采用简易型刚球万向接轴 这种联 轴节采用标准刚球 它只起定心作用 矫正扭矩是靠两叉头的侧面直接接 触来传递的 2 6 轴承选择 在矫直机的功率损耗中 由于轴承摩擦占的损耗大 所以减速机齿轮 座和矫直机本体一般均采用滚动轴承 因为二十一辊矫直机的矫直辊辊径 小 故需支承轴承的外形尺寸不能太大 所以采用辊针轴承可以减少轴承 毕业设计 的外形尺寸 所以工作辊和支承辊用滚针轴承和止推轴承 2 7 压下机构的形式 1 两片机架用螺母互相连接 通过螺栓将机架固定在机座上 机架 盖与机架用螺栓连接在一起 2 压下装置通过电机传动 带动两个蜗杆 使四个蜗轮分别带动四 个压下螺丝旋转 因螺母固定在滑块中 当压下螺丝旋转时滑块升降 摆 动体及工作辊通过弹簧的作用 也随着升降 如图 2 3 3 上工作辊两端倾斜时 通过单独调整工作辊的一端 使其处于水 平位置 为此两螺杆之间装有离合器 脱开离合器 既可单独调整 图 2 3 高度调节示意图 2 8 矫直辊列的布置形式与驱动形式 1 工作辊与支承辊装置 工作辊装置 上下两排工作辊分别装在轴 承座中 轴承座固定在上下机座中 上辊座的侧面形成圆弧面 可以在机 架窗上内侧摆动和上下滑动 使上工作辊上下移动 及改变前后工作辊的 开度 当调整工作辊挠度时 轴承座和辊座之间可沿半径为 60 毫米的圆 弧面相对转动 2 驱动形式 钢板辊式矫直机的上排和下排工作辊是驱动的 以避 免钢板在工作辊间打滑 毕业设计 3 矫直机力能参数的计算 毕业设计 3 1 二十一辊矫直机的技术性能及矫直工艺参数 1 矫直机主电机参数 功率 P 160KW 转速 n 1480 r min 2 电动机 矫直机压下电动机功率 P 1 5KW 转速 n 153 590 r min 横向倾斜调节电动机功率 P 4 5KW 转速 n 930 2840r min 3 主减速机传动比 2 6 4 工作辊数目 21 个 5 工作辊辊距 52 mm 6 工作辊直径 96 150 mm 7 工作辊辊长 1750 mm 8 工作辊圆周速度 0 1 1 8m s 9 上工作辊升降速度 0 2mm s 10 支承辊辊径 51mm 11 支承辊数目 161 个 12 板坯宽度厚度 1530 mm 0 5 2 0 mm 3 2 辊式矫正机基本参数的确定 由文献 1 23 5 8 得矫直机允许的最大与最小辊距为 0 35 max T s Eh min 3 1 0 43 min T max h s E 3 2 式中 毕业设计 被矫钢板的最小厚度 0 5 mm min h min h 工作辊弹性模量 MPa E 5 101 2 E 矫直辊的屈服强度 490 MPa s s 被矫钢板的最大厚度 2 mm max h max h 所以 0 35 0 35 96 mm max T s Eh min 490 107 25 0 5 0 43 0 43 17 8 mm min T max h s E 490 101 2 2 5 矫直机矫直辊距 T 的范围是 T min T max T 由文献 1 表 11 4 得薄板矫直机矫直辊直径 D 和矫直辊辊距 T 之比 0 9 0 95 T D 所以 D D D 即 D minmax min t max t 求出 16 02 mm D CuSn 1 P 45HRC 由文献 4 表 11 7 查得蜗轮的基本许用应力 268 MPa H 应力循环次数 N 60 60 2 16 h Ljn212000 2025 1500 1 6 10 寿命系数 1 21 则 HN k 8 6 7 1016 2 10 1 21 324 MPa H HN k H 268 5 9 6 计算中心距 a 107 3 mm 3 2 324 9 2160 71306721 1 取中心距 a 125 mm 因为 20 故由文献 4 表 11 2 得模数 m 5 i mm 蜗杆分度圆直径 50 mm 这时 0 5 由文献 4 图 1 d a d1 100 50 11 18 查得接触系数 2 6 因为 因此以上结果可用 Z Z Z 4 蜗杆蜗轮主要参数及几何尺寸 1 蜗杆轴向齿距 3 14 15 7 mm a pm 5 直径系数 10 q 齿顶圆直径 mq 5 2 60 mm 1a dmha 210 51 毕业设计 齿跟圆直径 mq 5 2 38 mm 1f d2 a hcm 10 151 分度圆导程角 11 18 36 蜗杆轴向齿厚 7 85mm a Sm 2 1 514 3 2 1 蜗轮齿数 Z 41 变位系数 5 22 X0 验算传动比 20 5 这时传动比误差为 2 5 是 1 2 Z Z i 2 41 20 205 20 允许的 蜗轮分度圆直径 mZ 5 205 mm 2 d 2 41 蜗轮喉圆直径 205 2 215 mm 2a d 22a hd 5 蜗轮齿根圆直径 202 193 mm 2f d 1 d2 2f h 552 1 蜗轮咽喉母圆半径 12 17 5 mm 2g r a 2 2 1 a d 5215 2 1 5 校核齿根弯曲疲劳强度 F mdd kT 21 2 53 1 YYFa2 F 5 10 其中 齿形系数 根据 5 当量齿数 2Fa Y 2 x0 2V Z 2V Z 3 2 cos Z 31 11cos 41 3 43 48 由文献 5 图 11 19 中 可查得齿形系数 2 87 2Fa Y 螺旋角系数 0 9192 Y Y 1 140 1 140 31 11 毕业设计 基本许用弯曲应力 由文献 5 表 11 8 查得由 ZCuSn10P F 制造的蜗轮基本许用弯曲应力 56 MPa F 寿命系数 0 918 FN K FN K 9 6 10 n 9 6 6 1016 2 10 许用弯曲应力 56 51 408 MPa F F F FN K 918 0 则 25 76MPa F mdd kT 21 2 53 1 YYFa2 520550 71306721 1 53 1 9192 0 87 2 350HBS 的硬齿面 其失效为轮齿的折断准则为 按齿根弯 毕业设计 曲强度设计 按齿面接触强度校核 2 按齿根弯曲疲劳强度设计 n m 3 2 1 2 1 cos2 F SaFa ad YY Z YkT 6 1 其中 螺旋角 试选 12 螺旋角影响系数 由文献 4 图 5 25 得 0 9 Y Y 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 由文献 4 图 5 11 得 lim1F 960 MPa lim1F 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由文献 4 图 5 11 得 lim2F 670MPa lim2F 小齿轮的接触疲劳强度极限 由文献 4 5 10 得 lim1H 1470MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限 由文献 4 图 lim1H lim2H 5 10 得 1180MPa lim2H 最小安全系数 1 1 35 H S F S H S F S 小轮应力循环次数 1 N 60 60 1 776 1 NnjLh20011480 7 10 大轮应力循环次数 6 8 1 N 2 N u N1 6 2 1760000 6 10 弯曲疲劳寿命系数 由文献 4 图 5 13 得 1FN k 2FN k 毕业设计 1 1FN k 2FN k 接触疲劳寿命系数 由文献 4 图 5 12 得 1HN k 2HN k 1 08 1 2 1HN k 2HN k 小轮许用弯曲应力 637 MPa 1F 1F F F S lim1 35 1 860 大轮许用弯曲应力 496 MPa 2F 2F F F S lim2 35 1 670 接触疲劳许用应力 1 08 1588 1H 1H1HN k lim1H 1470 MPa 接触疲劳许用应力 1 2 1180 1424 2H 2H2HN k lim2H MPa 1506 MPa 1 23 H 2 21HH 2 14241588 17 52MPa 2H H 齿宽系数 由文献 4 表 5 8 得 1 1 d d 小齿轮的当量齿数 21 37 1v Z 1v Z 3 1 cos Z 3 9781 0 20 大齿轮的当量齿数 55 56 2v Z 2v Z 3 2 cos Z 3 9781 0 52 斜齿轮齿形系数 由文献 4 表 5 6 得 2 80 2 31 Fa Y 1Fa Y 2Fa Y 斜齿轮应力校正系数 由文献 4 表 5 6 得 Sa Y 毕业设计 1 564 1 70 1Sa Y 2Sa Y 齿轮端面重合系数 0 9781 188 a cos 12cos a 3 21 11 ZZ cos 188 2 1 622 3 52 1 20 1 12cos 试选载荷系数 1 4 t k 由电机功率 160KW 转速 n 1480r min 得电机输出轴转矩 p 9 55 9 55 1032432 N mm 1 T 1 6 10 n p 6 10 1480 160 6 2 0 00687 0 00792 1 11 F saFaY Y 637 564 1 80 2 2 22 F saFa YY 469 70 1 31 2 0 318 0 3181 4873 d 1 Z tg 12201 1tg 则 nt m 3 2 1 2 1 cos2 F SaFa ad YY Z YkT 300792 0 622 1 4001 1 9567 09 010324324 12 5 2557mm 圆柱斜齿轮模数修正 1 F k v k F k k 6 3 1 H k v k H k k 6 4 毕业设计 其中 动载荷系数 由文献 4 图 5 7 得 1 01 v k v k 使用系数 由文献 4 表 5 1 得 1 A k A k 接触强度分配系数 由文献 4 表 5 12 得 1 312 H k H k 弯曲强度分配系数 由文献 4 表 5 12 得 1 23 F k F k 齿面载荷分布不均匀系数 由文献 4 表 5 2 得 1 104 k k 所以 1 1 1 588 F k F k v k F k k104 123 117 1 1 1 1 695 H k v k H k k104 1 312 117 1 由于 1 588 与相差很大 所以原设计要修正 k t k 5 48mm 圆整并取标准 6 mm n m nt m 3 4 1 588 1 n m 3 几何尺寸计算 1 计算中心距 a 220 83 mm cos2 21 ZZmn 9773 02 5220 6 6 5 中心距圆整 取 a 221 mm 2 求实际齿轮的螺旋角 12 a ZZmn 2 arccos 21 2212 5220 6 arccos 39 12 毕业设计 6 6 由于与预选的相差不大 所以 不需要修正 H Z k Y a 小齿轮分度圆直径 122 780 mm 1 d cos 1 Zmn 9773 0 206 大齿轮分度圆直径 319 220 mm 2 d cos 2 Zmn 9773 0 526 齿轮齿宽 1 1 135 06 mm 1 db d 78 122 圆整取 135 mm 则 小齿轮齿宽 mm 大齿轮齿宽 b140 1 B mm 135 2 B 6 1 3 齿轮接触强度校核 按照接触疲劳强度校核公式进行校核得 H u u bd kF a t 1 1 HE ZZ H 6 7 由文献 4 表 5 5 得 189 8 E ZMpa 由文献 4 图 5 22 得 2 45 H Z 齿轮法向力 2 2 16817 6 N t F 1 1 d T 78 122 1032432 所以 H u u bd kF a t 1 1 HE ZZ 6 278 122622 1 135 16 2 6 168174 1 45 28 189 512 MPa0 07 7 mm Lhdh 轴环处直径 102 mm 轴环宽 1 4取 10 mm dbh L 4 轴承端盖总宽 25 mm 装拆便于对轴承添润滑脂 端盖处与半联轴 器右端面间距离 35 mm 故取 60 mm L L 5 876 30 5 8 16 4 58 5 mm LaST 0 65 20 16 91mm L SaCL L 10 经上述结构设计 轴的结构如图 6 1 所示 图 6 1 轴的结构简图 由图 6 1 计算得轴各支点反力如表 6 2 毕业设计 毕业设计 毕业设计 图 6 2 小齿轮轴受力分析图 表表 6 2 轴受力参数表轴受力参数表 载荷水平面 H垂直面 V 支反力 F 10902 N 5451N 1NH F 2NH F 5952 N 70 75 N 1NV F 2NV F 弯矩 1035690 Nmm H M 565440 N mm 1V M 13442 N mm 2V M 总弯矩 1037232 157 Nmm 1 M 22 5654401035690 1035777 233 Nmm 2 M 22 5 134421035690 扭矩 2551142 36 N mm Z T 6 2 5 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时 只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度根据文献 5 式 15 5 及上表中的数值 并取应力折算系数 0 6 轴的计算应力 ca W TM 2 2 2 1 6 17 3 22 901 0 36 25511426 0 157 1037232 21 384 MPa 前已选定轴材料为 45 钢 调质处理 由文献 5 表 15 1 查得 1 60 MPa 毕业设计 因此S 1 5 22 SS SS 22 29 1165 29 1165 毕业设计 所以 截面 左侧强度校核合格 3 截面 右侧 抗弯截面系数按文献 5 表 15 4 中的公式计算W 0 1 0 1 72900 mm W 3 d 3 90 3 0 2 0 2 mm W 3 d145800903 3 弯矩及弯曲应力为 M 270938 Nmm M148800 95 7095 MPa b W M 04 2 72900 148800 扭矩及扭转切应力 2 T 2551142 36 2 T MPa T T W T2 498 17 145800 36 2551142 过盈配合处的 0 8 2 78 48 3 k k 16 3 轴按磨削加工 由文献 5 附图 3 4 表面质量系数为 0 92 故得综合系数 3 48 3 57 k k 1 1 1 92 0 1 2 78 2 87 k1 1 k 1 92 0 1 所以 截面右侧的安全系数为 毕业设计 ma k S 1 76 37 01 004 2 57 3 275 6 06 S ma k 1 2 498 17 05 0 2 488 17 87 2 155 所以 S 5 9 S 1 5 22 SS SS 22 06 6 76 37 06 676 37 故该轴 截面右侧的强度也是足够的 6 2 7 圆锥辊子轴承寿命计算 圆锥辊子轴承支反力和计算 1r F 2r F N 1r F 2 1 2 1NVNH FF 10420 2 59510902 22 8931 N 2r F 2 2 2 2NVNH FF 22 75 705451 569 nmin r 轴承型号 30218 轴承参数 168KN 152KN r C ro C42 0 e 4 1 y 图 6 3 轴承受力分析图 1 5 p f Ct100 毕业设计 N 1d F y Fr 2 1 7 4435 4 12 12420 6 18 N 2d F y Fr 2 2 6 3189 4 12 8931 6 19 1 轴承为紧轴承 2 轴承为松轴承 a F 2d F 1d F 3538 6 3189 6 6782 2 N 21daa FFF 3189 6 N 22da FF 54 0 12420 2 6782 1 1 r a F F e 1 4 4 0 x y 1 5 19562 76 N 111arp yFxFfP 2 67284 1124204 0 6 20 所以 1 轴承的使用寿命为 37957h 1H L 60 10 1 6 P Cf n rt 3 10 3 10 6 76 19562 1680001 56960 10 6 21 35 0 8931 6 3189 2 2 r a F F e 1 0 x y 1 5 5954 N 2 p 2rp Ff 8931 6 22 所以二轴承的使用寿命为 毕业设计 2h 2H L 60 10 2 6 P Cf n rt 3 10 3 10 6 5954 1680001 56960 10 6 10 6 23 7 润滑方式的选择 二十一辊板带矫直机润滑方式有两种 稀油润滑和干油润滑 1 稀油润滑 1 主减速机为稀油集中循环润滑 2 压下减速机构为稀油注入润滑 2 干油润滑 1 干油自动集中润滑共 240 点 矫正机本体共 168 个 2 人工手动润滑 112 点 矫正机本体 28 点 万向接轴 84 点 每 个 4 点 稀油润滑集中润滑系统通常由两部分组成 稀油站和润滑管路 包括 给油管 回油管及机器配管 为保证齿轮对有可靠的润滑 主减速机为循 环喷注润滑 管路分为供齿轮对啮合润滑和供轴承润滑两个部分 都是从一个总进 油管分出来 其中包括油管 接头 截止阀 油流指示器 弯头及管路固 定装置等元件 供齿轮对润滑还有喷嘴 各种管路的规格需根据啮合处或 轴承处所需油量确定 在此不设计 齿轮对啮合处润滑是从齿轮对入口方 向向齿轮喷油 对较宽的齿轮 通常利用几个喷嘴的集中油管均匀喷注在 毕业设计 齿轮表面上 保证齿轮啮合处形成油膜 并将齿轮传动时的热量带走 在 主减速机机体内 润滑油面应保持在最大齿面根圆上 5 15mm 减速机漏 油主要集中在箱盖和箱体间的接触面 轴端 箱体与油箱的接缝处 在这 些地方采用相应的措施防漏 压下机构润滑方式为稀油润滑 由于压下机构经常动作 调整周期长 故每次压下调整时 均需先开动润滑机构 使压下螺母与螺丝得到充分润 滑 甘油集中润滑有手动和自动两种 自动甘油集中润滑方式主要采用流出式 甘油黏度较大 特别冬季防寒不良时 甘油压力损失较大 应该注意输油 管的保温措施 甘油油管不需经常拆卸 用法兰联接 加工制造简单 板带板形控制板带板形控制 板形控制是冷轧板带加工的核心控制技术之一 近年来随着科学技术 的不断进步 先进的板形控制技术不断涌现 并日臻完善 板形控制技术 的发展 促进了冷轧板带工业的装备进步和产业升级 生产效率和效益大 幅提升 板形的概念 Concept of Shape 1 板形的基本概念 毕业设计 板形直观来说是指板带材的翘曲度 其实质是板带材内部残余应力的分布 只要板带材内部存在残余应力 即为板形不良 如残余应力不足以引起板 带翘曲 称为 潜在 的板形不良 如残余应力引起板带失稳 产生翘 曲 则称为 表观 的板形不良 2 板形的表示方法 板形的表示方法有相对长度差表示法 波形表示法 张力差表示法和厚度 相对变化量表示法等多种方式 其中前两种方法在生产控制过程中较为常 用 3 常见的板形缺陷及分析 常见的板形缺陷有边部波浪 中间波浪 单边波浪 二肋波浪和复合波浪 等多种形式 主要是由于轧制过程中带材各部分延伸不均 产生了内部的 应力所引起的 为了得到高质量的轧制带材 必须随时调整轧辊的辊缝去适合来料的板凸 度 并补偿各种因素对辊缝的影响 对于不同宽度 厚度 合金的带材只 有一种最佳的凸度 轧辊才能产生理想的目标板形 因此 板形控制的实 质就是对承载辊缝的控制 与厚度控制只需控制辊缝中点处的开口精度不 同 板形控制必须对轧件宽度跨距内的全辊缝形状进行控制 影响板形的主要因素 Leading factor on Shape control 毕业设计 众所周知 影响板形的主要因素有以下几个方面 1 轧制力的变化 2 来料板凸度的变化 3 原始轧辊的凸度 4 板宽度 5 张力 6 轧辊接触状态 7 轧辊热凸度的变化 板形控制先进技术 Advanced Technologies of Shape Control 改善和提高板形控制水平 需要从两个方面入手 一是从设备配置方面 如采用先进的板形控制手段 增加轧机刚度等 二是从工艺配置方面 包 括轧辊原始凸度的给定 变形量与道次分配等 常规的板形控制手段主要有弯辊控制技术 倾辊控制技术和分段冷却控制 技术等 近年来 一些特殊的控制技术 如抽辊技术 HC 轧机和 UC 系列轧 机 涨辊技术 VC 轧机和 IC 轧机 轧制力分布控制技术 DSR 动态板形 辊 和轧辊边部热喷淋技术等先进的板形控制技术 得到日益广泛的应用 在此 分别就其中几种典型技术作以简单介绍 1 抽辊技术 HC 轧机轧辊横移板形控制系统 HC 轧机是 20 世纪 70 年代日本日立公司和新日铁钢铁公司联合研制的新式 6 辊轧机 HC High Crown 即高性能轧辊凸度 该轧机是在普通 4 辊轧机 毕业设计 的基础上 在支撑辊和工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊 中间辊 的轴向移动方向相反 通过对普通 4 辊轧机轧辊挠曲的分析 工作辊与支撑辊之间超出轧件宽度 区域的有害接触区 导致了轧辊的过度挠曲 这种挠曲不仅取决于轧制力 的大小 而且取决于轧件宽度 另一方面 在工作辊上施加弯辊力时 轧 辊的挠曲会在超出轧件宽度部分受到支撑辊的约束 HC 轧机是通过中间辊 的横移 消除了支撑辊与工作辊之间的有害接触区 提高了轧制的板形控 制能力 可适用于任何宽度带材的轧制 HC 轧机目前已发展出多种形式 如中间辊传动的 HCM 6 辊轧机 中间辊和工作辊均能窜动的 HCMW 6 辊轧 机 中间辊带辊型曲线的 HC CVC 轧机 及 HCW UCM UVMW MB UC2 UC4 等多种改进型轧机 HC 轧机的优点 板形控制能力强 不需要太大的弯辊力即可较好的调整板形 可消除支撑辊与工作辊边部的有害接触部分 减轻边部减簿和裂变倾向 由于工作辊径较小 比普通 4 辊轧机小 30 左右 可加大压下量 实现 大压下量轧制 并减少能耗 采用标准无凸度辊 就能满足各种宽度带材的轧制 减少了轧辊的备件 从 20 世纪 70 年代以来 世界各国已建 HC 轧机 200 多架 直到至今仍是 一种较流行的机种 毕业设计 2 曲面辊技术 CVC 辊板形控制 CVC 辊板形控制技术是德国西马克 德马格公司于 1980 年开发的 CVC Coutinuously Variable Crown 的原意是连续可变凸度 经过 20 多 年的发展与完善 CVC 轧机已发展出很多种机型 广泛应用于冷轧板带生 产中 先进的控制策略和控制手段相结合 使 CVC 技术成为目前世界上最 先进的轧制技术之一 它的控制原理很简单 就是将上 下轧辊辊身磨削 成相同的 S 形 CVC 曲线 上 下辊的位置倒置 180 度 当曲线的初始相位 为零时 形成等距的 S 形平行辊缝 通过轧辊窜动机构 使上 下 CVC 轧 辊相对同步窜动 就可在辊缝处产生连续变化的正 负凸度轮廓 从而适 应工艺对轧辊在不同条件下 能迅速 连续 任意改变辊缝凸度的要求 UPC 辊板形控制 UPC 轧机是德国 MDS 研制的万能板形控制轧机 是继 HC CVC 技术之后又 一种可改善板形的轧辊横移式轧机 其原理是将普通 4 辊轧机的工作辊磨 成雪茄型 大 小头相反布置 构成一个不同凸度的辊缝 UPC 轧机投产的数量不及 HC 轧机和 CVC 轧机 最早使用 UPC 技术的是德国 克虏伯 1250 轧机和芬兰 2000 轧机 3 交叉辊技术 PC 轧机轧辊交叉板形控制 毕业设计 PC Pair Cross 的原意是轧辊成对交叉 即轧机轧辊交叉板形控制技术 轧辊交叉系统的设计原理与采用带凸度的工作辊相同 通过调整轧辊的交 叉角 使得距轧辊中心越远的地方辊缝越大 实现对辊缝形貌的控制 轧辊交叉等效凸度与轧辊交叉角 轧辊直径和轧件宽度有关 其关系式如 下 Cr Se Sc br 2 2Dw 式中 Cr 等效凸度 b 轧件宽度 Se 中心辊缝 r 轧辊偏转角 Dw 轧辊直径 Sc 边部辊缝 常用的轧辊交叉系统有 只有支撑辊交叉的支撑辊交叉系统 只有工作辊交叉的工作辊交叉系统 每组工作辊与支撑辊的轴线平行 而上 下辊系交叉的对辊交叉系统 4 涨辊技术 VC 板形可变凸度支撑辊板形控制技术 毕业设计 VC Variable Crown 原意为在线可变凸度支撑辊 是由日本住友金属公 司于 1977 年开发成功的 轧机的轧辊为辊套型轧辊 主要由芯轴 辊套 密封油腔 油路 旋转连接器和高压泵站等部分组成 VC 辊控制板形的原理较简单 辊套和芯轴之间设有密封油腔 通过改变油 腔内的压力 即使支撑辊改变辊形 轧辊凸度 油腔压力与直径胀大在一定 范围内呈线性关系 且可做无级调节 因此 可以参与到闭环板形控制系 统中 VC 具有较多优点 减少支撑辊的换辊次数 避免贮存多个不同辊型的轧辊 可补偿轧辊磨损及热辊形 在带材轧制加 减速阶段 可有效补偿因轧制速度的变化引起的轧制力 波动和轧辊凸度变化 在线改造方便 仅需用 VC 辊代替原有支撑辊即可 但 VC 也有局限性 VC 辊制造较困难 高压旋转接头及油腔密封维护难 调整轧辊凸度的幅度较小 5 轧制力分布控制技术 DSR 动态板形辊高精度板形控制 毕业设计 DSR 动态板形辊高精度板形控制 即轧制力分布控制 技