【《轧钢厂推钢机结构计算设计》8400字】

第I页1绪论1.1带钢轧制工艺流程在车间的重金属材料研制与利用的过程中,对于钢坯以及其他金属零件加工过程中,都需要使用到推钢机,以此来有效的对所需钢材的二次加热。推钢机的使用种类主要有三轴液压式式推钢机、螺旋式液压推钢传动机及各种曲柄连杆式式推钢机。对于一般中小型的齿轮推钢生产车间而言,其传动工作中的核心在于驱力和动力的零部件及其组成也主要还是依赖于各种齿轮式的齿条推动,推钢机使用可靠,传动效率高。推钢机在运转过程中，基于内在工作机理运转的启动与翻转，并在此基础上，推动推钢机的运转。在本设计研究过程中，主要以推钢机为研究对象，就其相关的结构进行了设计。带钢轧制工艺流程为：钢板→推钢机→加热炉→托出机→出炉滚筒→去鳞机→侧面导向→立滚筒压延机→侧面导向→可逆粗轧机→输送滚筒→剪切机→鳞去除机→压延机→层流冷却→夹送滚筒→卷取机→钢卷。1.1.1轧制工艺过程的设计与实施轧钢工艺在设计过程中，主要基于轧制对象的相关工艺条件，以此来保障整个推钢机在轧制过程中符合相关的工艺流程。在此过程中，除了对推钢机的针对性选择之外，还需要根据钢材的相关设计需求，诸如形状尺寸以及机械性能的进行相关的工艺附加。1.1.2轧制工艺过程的自动控制在钢材进行轧制过程中，推钢机的设计附加的相关性能，对相应技术与操作都有着较高的要求。轧制工艺发展的相关过程设计，也更加依赖于相关自动化智能设计。轧制模型的制作是基于轧钢工艺进行过程中的模拟实验，其在使用的过程中，能够通过现实化模拟将钢材轧制过程中所承受的相关指数进行一个直观的反馈，包括变形抗力、电压以及摩擦系数等，在钢材轧制过程中，推钢机的功率需求与承载力要求也有着一定的占比。1.2推钢机的种类1.2.1推钢机简介推钢机主要是轧钢生产线上将钢坯推送进加热炉内加热的机器。工作过程是推钢机通过齿轮齿条转动，带动钢坯在炉内逐渐移动，加热炉对钢材进行相应的加热操作，推钢机的种类有曲柄连杆式、齿条式、螺旋式以及液压式四种类型。每种不同的推杆对于推动机的要求也大不相同，对于不同的器材加工过程中，其对于热量的不同需求，也会导致不同推动器的使用。就推钢机而言，因其较强的稳定性而被广泛的应用于各类钢材的轧制中。曲轴连杆的推钢机相较于齿条式而言，运行功率较小，更加适用于钢材较少的相关工艺，因此不经常使用。1.2.2齿式推钢机的结构机械式的推钢机也被称为齿轮或者是齿条式的推钢机,由电动机、减速机、机械传动部分和箱体组成,它的特点是推行平稳,推力大。如图1.1所示。图1.1机械式推钢机液压推钢机的组成有液压油缸,液压泵站,平衡式推杆和基础底座等零部件。它的主要优势之一就是结构简单、推动性强、造价便宜。液压推钢机的推力能力方面比机械式推钢机要高，同种推钢机条件下二者的推钢能力相比有大好多倍,从成本上来讲液压推钢机要比机械推钢机低很多,液压推钢机设计成双驱动系统时候，可以在不停机的情况下对需要维修的系统进行在线维修,机械推钢机就难以完成。1.2.3推钢机的发展与未来趋势随着推钢机的不断发展与优化，其轧钢过程中的相关程序规定也更加精确。机械推钢机与液压推钢机的对比如下：1.机械推钢机相较于液压推钢机工序更为复杂，所需原材料更多，更难有效把控。2.机械推钢机的护理工序相对复杂，成本更高。3.液压式推钢机在故障发生时，能够做出及时的把控与材料挽回。4.机械推钢机的整体功率较低；在相同功率条件下，机械式推杆钢的性能要小几倍。5.机械式推钢机推力和行程大。由此最终可以得出结论：推钢机在液压方向上的发展更小、更便宜、更便于维护。机械推钢器通过齿条产生推力，设备重量大，声音大，流量大，在机器面临故障维修室，但是机械推钢机推力大，行程更为稳定；使用机械式推钢机更为适宜。

2传动方案的分析与拟定2.1传动方案的分析2.1.1传动类型及其特点1.带传动带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的机械传动。带传动的组成由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带。带传动在工作时具有机械结构简单、传动平稳、能缓冲吸振的特点，可以在较大的旋转轴传动间距及较多的传动轴间向各个方面快速传递机械驱动力,且它们的产品造价便宜、而且不必再需要机油润滑、保养容易等几大优势,在如今的各种传动中已经得到了很广泛应用。2.链传动链传动的优点是啮合传动，平均传动比准确的。用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。与带传动相比,链传动没有任何弹性滑动,可以大大减少对轴承的磨耗;结构紧凑;它能够使用于高温、油污等恶劣的工作条件下进行传动,与齿轮传动相比,链传动的生产和操作精度相对较低。3.齿轮传动齿轮传动是指由齿轮传递运动和动力的装置，齿轮传动是各种设备中应用最多的一种机械传动。齿轮传动准确，工作效率高，使用年限长。2.2传动方案的拟订在本文中所选择的推钢机设计过程中所需要选用的推钢机齿条传动和开式齿轮传动，减速器与电机连接。以0.1m/s的额定速度将钢坯推入加热炉。图2.1推钢机传动

3电动机的选择计算3.1常用\o"返回页首"电动机3.1.1概述电动机是把电能转换成机械能的一种设备。电动机是用定子绕组产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，让电动机转动。3.1.2电动机的种类电动机的种类根据工作电源的类型分为直流电动机和交流电动机两种类型。根据工作原理不同分为直流电机、异步电机与同步电机。3.2推钢机电动机的选择计算3.2.1推钢机电动机的类型和机构型式在采用交流电的电动机中,三相异步直流电动机广泛地大量应用于汽车工业。常用Y系列三相异步调速电动机是属于普通调速用途的完全自动封闭自扇冷式笼型三相异步调速电动机,其主要优点是电机结构简单,稳定性强,价格便宜,容易维护,无任何化学性和腐蚀性及无任何技术特殊要求的传动机械上,也特别适用于某些特殊类型的对电机启动转矩控制具有较高最大限度控制要求的传动机械。因为推钢机推杆做往复工作，需要频繁快速启动和反转，故选用YZR型电动机。3.2.2推钢机电动机的容量1推力推杆特别是最大推杆的主要技术参数是推力、速度和行程，推杆计算的正确性取决于推杆的经济性和耐久性。推力计算公式为==N（3.1）取=1.1;取f=0.98则输出功率；（3.2）=；（3.3）分别代表传输中每一个传输轴承和联轴器的效率。=0.93～0.95；=0.95；=0.98；=0.95～0.96；=0.99；则==0.74；==158.92必须确保额定发动机功率等于或略高于机器所需的发动机功率，所以取=160KW。3.2.3电动机的型号和参数查表选择YZR400型冶金用电动机，额定功率=200，转速,最大转矩T=。

4传动装置的运动和动力参数计算4.1传动比分配4.1.1传动装置总传动比总传动比由发动机的转数和推杆的旋转数而得到的；（4.1）总的传动比等于每一级传动比的相互乘积；（4.2）速度=0.1m/s，直径D=544mm。=3.51（4.3）总传动之比=167.23；4.1.2各轴参数的计算轴是从高速轴到低速轴排列，为0轴（电机轴），1轴（减速器低速轴），2轴（传动齿轮轴）。１.各轴转速计算；2.各轴功率计算；3.各轴扭矩计算；

5减速器的选择计算5.1减速器概述减速器是由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的零部件，用来作原动件与工作机间的减速传动装置。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在各种机械行业中应用广泛。5.1.1减速器的作用1.减速；2.传输动力；3.增大扭矩；5.1.2减速器的分类1.根据传动类型分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；2.根据传动等级数可分为单级减速器和多级减速器；5.2减速器的选用中心距为实际传动比为40.85，高速轴许用功率168Kw，转速n=750r/min。

6齿轮齿条传动机构的设计6.1齿轮齿条传动设计6.1.1齿条传动特点齿轮齿条的优点：齿条传递动力比较大，传递功率高；齿条使用寿命长，工作可靠性高；齿条工作能保持稳定的传动；齿轮齿条的缺点：1.齿轮齿条制造精度高，生产成本比较高；2.不适宜长距离的传输；6.1.2齿条传动的设计计算1.在齿轮齿条传动相关数据的计算过程中，对齿条的材料、精度以及齿轮类型的选取；齿轮轴的输入功率齿轮转速（1）压力角可以选取为α=20°（2）齿数的选择为了在一个齿轮的两侧是不根切的情况下,当α=20°的时候是一个标准直齿轮的时候为直齿轮应当选择齿条应该选择齿数比计算出(3)齿轮宽度系数(4)由于转速不高，选8级精度（GB10095-88）；按照表查齿轮选择硬度241～286HBS的40号钢（调质）；选择齿轮的硬度是217～269HBS的ZG35SiMn作为机架。2按照齿轮的齿面接触疲劳强度来计算（6.1）确定设计齿轮公式内各个计算的数值①选择用动载荷系数②转矩③宽度系数④弹性影响系数查文库可以知道⑤齿条的表面硬度接触疲劳极限齿条的接触疲劳强度极限⑥.计算齿轮的许用应力循环次数得出（6.2）令传动齿轮正常地进行,其工作时间为15年,每一年正常地工作300天;（6.3）⑦.选择接触疲劳寿命系数⑧.齿轮齿面的接触疲劳许用应力失效概率为1%，安全系数为S=1；（6.4）（6.5）(2)计算①分度园直径，选择中较小的值；=542.52mm；（6.6）②检验计算齿轮的圆周速度v（6.7）③齿轮的宽度（6.8）④齿轮高度和齿轮宽度之比模数（6.9）齿全高⑤齿轮的载荷系数按照8级等级精度查找动载系数查表[文献3]得直齿轮如果是在齿轮和支承的对称布置的时候,然后采取插值方法来检验8级的精度=1.37（6.10）查文献得出载荷系数（6.11）⑥分度圆直径=553.42mm（6.12）⑦模数3齿根弯曲强度校核；（6.13）（1）公式内的各数值；①查表[文献3]得弯曲疲劳强度极限齿条弯曲疲劳强度极限②弯曲疲劳寿命系数③弯曲疲劳许用应力安全系数，计算式得（6.14）④载荷系数K查表[文献1]得（6.15）⑤齿形系数⑥应力校正系数查表[文献1]得⑦齿轮的比较所以齿轮的数值大。(2)设计和计算取m=32；按接触疲劳强度算得分度圆直径：=553.42mm算出直齿轮的齿数：齿条齿数4几何尺寸(1)分度圆直径(2)中心距（6.16）(3)齿轮宽度取齿轮和齿条的宽度为400mm。7轴系零部件轴是推钢机设备系统中的重要零部件之一，轴的功能不仅是支承回转零件，还可以实现回转工作和传递动力,轴要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。而且有很多的轴上零件需要相互连接，轴零件之间的性能是互相影响，将轴和轴上零部件并称为轴系零部件。7.1概述1轴的分类由受载的不同，轴系可分为三类：心轴，传动轴，转动轴；2.轴的材料(1)碳素钢35#、45#、50#等优质碳结构钢综合力学性能高，45#钢被广泛使用。为了更好的改善其机械性能，最好进行正火处理或者调整处理。(2)合金钢根据实际使用情况所需要选择的轴材质,由于该轴能够同时承受旋转矩和弯曲,多处于应力状态下进行工作,因此该轴的主体材料在加工过程中,应该保证具有更好的机械强度和柔韧性,还要保证该轴具有更好的机械耐磨性。由于轴受力较大而需要尺寸较低的轴和对有特殊要求的主轴,需要使用合金结构的钢,如铬镍钢和硅锰钢。7.1.1轴的结构设计1轴的结构轴的结构设计时应该充分考虑以上几个因素:①轴上的零件必须定位正确,固定可靠;②轴上的零件为了便于安装和调节;③尽可能减少材料的应力聚中。7.1.2轴的强度计算1扭转强度计算齿轮轴输出功率，（7.1）（7.2）（7.3）当受扭转情况的强度条件为≤[τ]（7.4）≥（7.5）弯曲影响系数。将45Cr材料的轴代入得。2轴上载荷支反力F弯矩M总弯矩扭矩T根据轴的结构图做出轴的计算简图，如下图所示：图7.1轴的结构简图3.弯扭合成校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，扭转切应力是脉动循环变应力α=0.6。（7.6）选定轴的结构材料为40Cr，调质处理，查文献[3]可知[]=。＜，安全。7.2轴承的选择与计算7.2.1概述轴承是支承轴重要的零部件，根据轴工作时有摩擦力和性质可分为滑动轴承与滚动轴承。滑动摩擦系数大于滚动摩擦系数，因此滚动轴承应用比较广泛。由于滑动轴承具有平稳工作、没有噪声、能承受冲击、回转精度高和承载能力大等诸多优点，在精密数控机床和重型机械中投入应用。如图7.1所示。轴内、外圈分别与轴颈、轴承座孔装配在一起。当内、外圈相对转动时滚动体在内外圈的滚道间滚动。保持架使滚动体受力分布均匀，减少滚动体的摩擦和磨损。滚动轴承的内外圈和滚动体的材料是轴承钢，工作表面材料要进行磨削和抛光，其硬度不低于60HRC。图7.2滚动轴承的结构内圈1、外圈2、滚动体3、保持架47.2.2滚动轴承的类型和选择1类型滚动轴承由受载方向分为向心轴承和推力轴承两种类型。向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。依滚动体形状又区分为球轴承与滚子轴承两种类型。7.2.3滚动轴承的受载情况和失效形式1滚动轴承在运转过程中，也有这一定的承重，基于滚动轴承自身的结构与构造，完成整体最大负载值的确定。任何机械都有着其专属的工作限度，当滚动轴承在推钢机中工作的过程中，通过自身的负载以及推动机本身的工作结构完成整个工序的有效进行。滚动轴承其承载情况的平面示意图如下7.8所示，通过图形的相关数据能够看到，其承载能力的大小与其内部的轴承直径有着直接的关联，而如何避免滚动轴承的出现疲劳，往往需要进行相关的数据计算，并基于此选择最符合推钢机的滚动轴承。图图7.3滚动轴承受载情况2有些滚动轴承的直径较大，因此其在使用过程中，转速也相对较少。当滚动轴承的转数较少时，其内在所承受的压力也更大，因此对于滚动轴承的承载能力需求也更高，对于一些承载能力较弱的滚动轴承而言，其在工作过程中，由于推钢机本身功率较低，导致滚动承载压力太大超过了其本身的承载能力，便会导致滚动轴承变形损坏，影响推动机正常的工作。7.2.4滚动轴承的寿命计算1轴承寿命任何机械制品都有着其机械寿命，滚动轴承也不例外，尽管其内部的滚动体极大的降低了本身金属的摩擦，但是随着时间的推移，其内部的摩擦系数也在不断提升，而且其本身的承压能力也在不断降低，当未来的某一天不在能更好的帮助推动机完成工作时，便已经宣告了轴承寿命的终结。2轴承寿命计算在针对轴承的使用寿命而进行的计算中,根据滚动轴承本身的总体承载能力以及使用寿命绘制了一个相应变化曲线,如下图7.9所示,在计算过程中,通过将相关数据带入,完成滚动轴承使用寿命的计算。其具体的表达式为：PεL=常数表达。图图7.4滚动轴承的P-L曲线在针对相关数据计算的过程中，通过对滚动轴承基寿命数字的确定，来完成滚动轴承负荷值的对应计算。寿命记为L，而额定动载荷记为C，单位表示为N。其运算公式为：常数，（7.7）计算时常用小时（h），寿命（Lh）。=16667÷3.51×（3×10^5/1.728×10^5）^(10/3)=29863(h)（7.8）3当量动载荷P的计算在滚动轴承的相关载荷计算过程中，针对于不同形式下的滚动轴承的承载能力也有着明显的区别，如何有效的提升轴承的整体工作效率，严格的关系到了整个轴承的数据统计与选择，基于不同情况下的不同计算方式如下；表7.1滚动轴承预期寿命推荐值其动荷变量用P表示：7.3键的设计与校核7.3.1键连接的类型、特点和应用键是标准件，根据工作原理可分为平键、半圆键与楔键等。1.平键平键两侧为水平工作面,上部轮毂表面和两侧轮毂间的沟槽与平底之间可能存在较小间隙。平键稳定传动性能良好,装配分拆方便。图7.10平键2.半圆键半圆键是以两侧为工作面,使其拥有优良的高度稳定性能。半圆形的键槽也可在轴槽中自由摆动以达到适应于轮毂槽底的平面,但键槽对传动轴的受力削弱比较大,只能合适于重重轻载荷联结。3.楔键楔键上下两面为楔键工作面。把传动楔键部件击中传动轴和插入轮毂的齿槽内时,其在整个机械传动部件整体表面所作用产生的轴向预期锁紧力比较大,工作时主要就是依靠轴向摩擦力运动来向其传递一定的轴向扭矩,并且通常需要同时承受一个主轴单方向的较大轴向摩擦力。它的主要缺点之处在于它有机会直接传动迫使旋转轴与传动轮毂之间直接产生偏心,仅使其适合于对传动精度控制要求相对较低、载荷平稳及较低旋转速度的同轴联结。图7.11楔键7.3.2平键的选择和强度校核1.平键的选择2.平键连接的强度校核该键连接的主要损坏和失效情况有两种是静连接或者过度磨损（动连接）。用挤压应力或挤压强度来进行测量,其校正后的公式如下。≤或≤ 表7.3键联接材料的许用应力[]许用应力（压强）联接性质键或轴、毂材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击[][]静联接动联接钢铸铁钢120～15070～8050100～12050～604060～9030～4530（7.12）已知[]=100MPa,可见选择的是单键连接强度是否足够,因此选择的是单键能够满足连接强度的要求。7.4联轴器的选择与校核联轴器是联接轴与回转件组成，在传递工作与动力过程中一起回转，在正常情况下机器运转离不开的这一种装置。也可以作为安全装置用来防止被联接机件承受载荷过大，有过载保护的作用。7.4.1联轴器的种类和和特性根据其工作环境的不同，划分为刚性（无补偿能力）和柔性（有补偿能力）两种不同的类型。1刚性联轴器刚性联轴器其结构相对简单，但是力矩运动大。2挠性联轴器挠性联轴器的内部承载能力相对较强。7.4.2选择联轴器类型在进行联轴器选择过程中，所需要考虑的因素有以下几点：1.传递扭矩的大小和阻尼功能的要求。2.联轴器的离心力和工作速度。3.两联轴器方向和相对位移的大小。4.联轴器的工作环境和可靠性。5.联轴器的制造、安装和维护。7.4.3联轴器的校核由于机器启动和运动时可能出现过载，应将轴向旋转力矩计算为最大扭矩。公称转矩（7.13），由得计算转矩：；（7.14）

结论在本论文的设计过程中，在设计过程中，通过对数据的收集与整理，最终完成了本次毕业论文的设计。尽管本设计的研究在一定意义上成功了，研究的成果对于以后的研究也有着一定的参考意见，在今后的研究过程性还需要进行针对性的强化与研究。在本次研究的过程中，研究总结如下；通过相关计算数据对比液压推动机与机械推动机进行了相应的比较与分析。在研究过程中，液压推钢功率为188kw而机械推钢机的电功率为350kw。通过两者的比较可以发现，液压推机相较于机械推钢机其内损能耗相对较低，且在运行过程中，液压推动剂的工作效率更高，更适合企业工程使用。研究中所选择的推钢机，在一定程度提升了工作的效率，避免了认为操控的风险，降低了人工损耗。（3）在本次论文设计过程中，在进行数据计算时，也充分考虑到了设计实验过程中相关零件外界因素的影响。参考文献[1]北京