Ф500轧钢机辊系设计.docx
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Ф500轧钢机辊系设计
毕业设计报告
设计内容及要求
设计①500轧钢机辊系,包括传动方案制定、典型轧制道次轧制力及传动功率计算、传动件参数计算及结构设计。
本大组同学共同制定传动方案3种,每两个同学选择其中一种进行具体设计,分工进行参数计算及结构设计,各自完成总装图的绘制(2#图幅),可以手绘,可以计算机绘制,提交设计说明书1份(字数不少于5000字)
设计参数
已知:
轧制断面150mm*150m;m轧前咼度h=150mm压下量△h=10mm轧制温度t=1100C;材质45#钢;轧制速度:
80rpm;压下最大行程:
550mm
进度要求
第1—2天熟悉题目,提出设计基本方案第3—8天进仃参数计算及基本结构设计第9—13天修正参数及绘图
第14—15天提交设计成果及回答提问
参考资料
轧钢机械、机械设计手册、机械设计、材料力学等方面教材或参考文献
其
/、
它
计算机及绘图软件
说
明
1.本表应在每次实施前一周由负责教师填与一份,院系审批后交院系办备案,一份由负责教师留用。
2.若填写内容较多可另纸附后。
3.一题多
名学生共用的,在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任:
指导教师:
陈祥伟
2012年1月13日
摘要4
1绪论5
1•1轧钢机的发展状况5
1.2轧钢机的分类5
1.3轧钢机的组成及结构5
2传动方案的选定6
3参数计算7
3.1轧制压力和轧制力矩7
3.1.1轧制平均单位压力8
3.1.2轧制传动力矩8
3.1.3电动机力矩计算9
3.1.4电动机的功率计算和电动机的选择10
3.2车L辊10
3.2.1轧辊的结构10
3.2.2轧辊的系列尺寸11
3.2.3接轴及其系列尺寸12
3.2.4轧辊校核13
3.3减速器15
3.3.1选择齿轮材料,精度等级及参数15
3.3.2高速轴齿轮几何计算15
3.3.3低速轴齿轮几何计算16
3.3.4减速器中各个轴的最小直径计算17
3.3.5减速器轴承的选择18
3.4联轴器的选择18
3.5齿轮座人字齿轮设计计算20
3.5.1选齿轮材料、精度等级及参数20
3.5.2按齿根弯曲强度设计20
3.5.3强度校核20
3.5.4几何计算21
4安装要点及维护要点22
5设计心得24
参考文献25设计的为①500轧机辊系,轧辊的直径为500mm轧钢机主要用来轧制小型型钢,采用二辊式工作机座。
轧钢机的主要设备是有一个主机列组成的。
轧钢机的主机列是由原动机、传动装置和执行机构三个基本部分组成的。
采用的配置方式为电动机一一减速机一一齿轮机座一一轧机。
本次设计的设计主要包括:
轧制压力和轧制力矩的计算及电动机的选取,轧辊的设计及校核,主减速器的设计,轴系部件的设计,齿轮机座的设计,其中包括对减速器的润滑和密封等设计过程按照国家标准和机械设计标准来设计的。
本次设计重点是轧辊的设计和各齿轮的设计,以及电动机驱动功率的计算。
本次设计的小型轧钢机结构简单、主要用来进行精轧型钢。
关键词:
轧钢机辊系设计
1绪论
1.1轧钢机的发展状况
轧钢就是用轧钢机对钢坯进行压力加工,获得需要的形状规格和性能的过程。
轧机主要
是有几组轧辊构成,轧辊是一对转动方向相反的辊子,两个辊子之间形成一定形状的缝或孔,钢坯通过轧辊就成为一定形状的钢材。
在结晶温度以上的轧制称为热轧;在再结晶温度以下的轧制称为冷轧。
我们常见的钢轨、圆钢、方钢、槽钢、T形钢、汽车板、桥梁钢、螺纹钢、钢筋以及火
车轮都是通过轧钢工艺加工出来的、
我国大型钢厂从70年代已用先进的连轧轧机,连轧机采用了一整套先进的自动化控制系统,全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施,轧件在几架轧机上同时轧制,大大提
高了生产效率和质量。
1996年我国粗钢产量突破1亿吨,成为世界上第一产钢大国,2003年突破2亿吨,2005年突破3亿吨,并连续10年保持世界第一。
2006年我国钢产量突破4亿吨。
我国钢铁业的迅猛发展,为我国国民经济高速发展奠定了基础。
目前我国钢铁工花艺装配水平虽然有了长
足的发展,距居世界先进水平差距还很大。
其中轧钢机械设计制造不但走不出国门,而且还
主要是靠进口。
日本花16亿美元引进先进冶金装备及技术,建成年产1.6亿吨的现代化钢
铁企业,然后通过消化吸收和再创新,又大量向世界各国输出技术,成为世界钢铁生产第一
强国。
我国前后花200亿美元引进冶金设备和技术。
我国要从钢铁生产大国变成钢铁生产强国,必须依靠技术进步,加强自主创新。
特别是要尽快提高我国轧钢机械的设计水平,这是
非常重要的。
1.2轧钢机分类
轧钢机按用途可分为:
开坯轧机,型钢轧机,板带轧机、钢管轧机、特种轧机等。
轧钢机按构造(轧辊在机座中的布置形式)可分为:
(1)具有水轧辊平的轧机:
(2)具有立式轧辊的轧机;(3)具有水平和立式轧辊的轧机具有倾斜布置轧辊的轧机;(4)其他布
置轧辊的轧机
1.3轧钢机的组成及结构
轧钢机主要包括:
主电机、传动机构和工作机座等部分。
主电机是为轧辊旋转提供动力的设备。
传动机构通常是有减速机、齿轮座、连接轴、和联轴器等部件组成的。
工作机座是主机的主要组成部分。
包括:
(1)机架,在窗口内安装轴承;
(2)轧辊,轧件在其间被轧制(压缩延伸);(3)轧辊轴承,用以轧辊的支撑和定位;(4)轧辊调整装置及上棍平衡装置,前者用来调整轧辊间的距离,后者用来校车上轴承座与压下系统间的间隙;(5)导位装置,用来使轧件按照规定的位置、方向和状态准确地进出孔型;(6)轨座(也称地脚板),机架安装在轨座上,轨座固定在基础上。
不同类型的轧机,工作机座组成部分大体一致。
2传动方案的制定
传动方案A:
轧辊由电动机单独驱动。
这种型式的传动装置主要用于大型的可逆式轧钢机,如初轧机、板坯轧机、厚板轧机等。
在这种可逆式轧钢机上,轧辊经常启动、制动和反转,要求传动系统有较小的飞轮力矩。
轧辊由电动机单独驱动,可使传动系统的飞轮力矩大为减小。
传动方案B:
轧辊通过电动机和齿轮座驱动。
这种型式的传动装置在可逆式和不可逆式轧钢机上都有应用。
对某些可逆式轧钢机,如受结构限制能采用轧辊由电动机单独驱动时,就采用这种型式的传动,如1000mm以下的初轧机等。
在不
可逆式的轧钢机上,如果轧钢转速大于70-75r/min,采用低速电动机的投资费用与采用高速电动机带有减速机的投资费用相差不打时,也采用这种型式的传动装置,如带钢轧机的粗轧机座等。
传动方案C:
轧辊通过电动机、减速机和齿轮座驱动。
这种型式的传动装置一般用于不可逆式轧钢机,如二辊钢坯,型钢轧机,四辊板带轧机等,也可用于速度较低的四辊可逆式轧钢机等。
综合考虑这三个方案,C方案较合适①500轧钢机的传动系统
3参数计算
3.1轧制压力和轧制力矩
3.1.1轧制平均单位压力的计算
R=150mm
轧制方坯150mm*160mm压下量△h=10mm轧制前的宽度b0=150mm轧制后的宽度
轧制温度t=1100C;轧制材料45#钢。
型钢轧机一般采用艾克隆德公式计算平均单位压力
Pm=(1m)(ku)
式中m—考虑外摩擦对单位压力的影响系数;
K—金属在静压缩时的变形阻力,Mpa;
n—金属的粘性系数,Mpa・s
u—变形速度,S’
m1.6AjR(b-hj-1.2x(h°-0)
1m=_
ho
=1.6X0.5汉J250X10_1.2X10
=150140
=0.09655
J=1.05-0.0005t=1.05-0.00051100=0.5
卩一摩擦系数,钢轧辊卩=1.05-0.0005t,t为轧制温度,C
R—轧辊半径,mm
h0,h1—轧制前后轧件的高度,mm
2V1h0一h1
②叫R
2u=_
h0-h1
2x4186.67汇J匹¥250
290
=5.77S
Vr
2Rn
=2x
3.1450080
=4186.67mm/s
Vr—轧辊圆周速度,mm/s
3?
=0.01(137-0.098t)c
=0.01X(137-0.098X1100)X1=0.292
■/vv6m/s
/•c=1
c—考虑轧制速度对n的影响系数
4由45#钢变形阻力曲线
得k=184.9X0.78=144.2Mpa
5Pm=(1+m)(k+?
u)
=(1+0.09655)X(144.2+0.292X5.77)
=159.97MPa
6接触面积为:
F0-l
2
=150R:
h
-150、10250
2
=7500mm
式中
5,4—轧制前后轧件的宽度;
R、厶h—轧辊半径与绝对压下量。
由⑤和⑥可得:
P=PmF
=159.97X7500
~1.21MN
式中
F—轧件与轧辊的接触面积
Pm—轧制平均单位压力
3.1.2轧辊传动力矩的计算
咬入角:
cosa=1-竺=1一卫0.98
D500
则a=11.48°
查表得:
力臂系数;=0.5
•••3=2a=11.48X0.5
=5.74°
D—轧辊直径,mm
a—咬入角,°
3—过轧制压力作用点与轧辊中心连线的夹角。
简单轧制
在简单轧制情况下,驱动一个轧辊的力矩为轧制力矩和轧辊轴承处摩擦力矩之和。
M=2PRSin一:
=2X1.21X106X250X10XSin5.74°=60508.7Nm
Mf1=Pp=1.21X106X3.2X102=3872N•M
M—轧件对轧辊作用力所引起的阻力矩;
Mf1—轧辊轴承中摩擦力矩
P—轧辊轴承处摩擦圆半径卩一轧辊轴承的摩擦系数d—轧辊轴颈直径
3.1.3电动机力矩的计算
MD=MMfMkongi
式中
MD—电动机力矩;
Mf—轧制时在轧辊轴承及传动装置中所产生的摩擦力矩;
Mkong—轧机空转时在轧辊轴承及传动装置中所产生的摩擦力矩。
i—由电动机到轧辊的减速比
选同步转速为1000r/min的电机
n轧80
式中
n—电动机的同步转速;
n轧一轧辊的轧制速度
Mf2
(1
-1)MiMf
i
0.19
-1)
60508.73872
12.5
二978.59NM
—传动装置的传动效率
式中
=0.950.950.93
=0.84
齿轮机座滚动轴承1=0.94-0.96取“=0.95
梅花接轴2=0.94-0.96取2=0.95
减速机二级3=0.92-0.94取3=0.93
3872
978.59
12.5
-1288.35NM
Md=MMf0.07MDi
匸Md-6590.37NM
式中
Mf2—轧机传动装置中的摩擦力矩
3.1.4电动机功率的计算
K1Mdn
N=—
9550
6590.371000
821.54KW
95500.84
综上所诉
选取的电动机额定功率1250KW专速为1000r/min
3.2轧辊
321轧辊的结构及其选择
轧辊是用来对轧件进行轧制加工的工具,它是整个工作机座的中心,机座的
其他组件和机构都是为了装置、支承和调整轧辊以及引导轧件正确地进入轧辊而设的。
1.辊身
辊身是轧辊的中间部分,直接与轧件接触,经常处于高温、高压、受冲击等繁重的工作负荷以及承受高温下用水冷却而产生的内应力。
型钢轧机轧辊的辊身
上有轧槽,根据型钢的要求安排孔型
2.辊颈
辊颈安排在轴承中,承受轧制压力,并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。
辊颈的形状有圆柱形和圆锥形两类,圆柱形辊颈用于滑动轴承和滚动轴承,圆锥形辊颈用于液体摩擦轴承。
3.辊头
辊头和联轴器相连接,传递轧制扭矩。
辊头的形状有梅花轴头、扁头和带有键槽的圆柱形三种。
梅花轴头用于和梅花套筒、梅花接轴相连接;扁头用于和万向接轴相连接;带双键槽的圆柱形辊头,则用键与套筒配合组成式辊头,与万向接轴或齿形接轴连接。
轧辊材料的选择
型钢轧机轧辊受力比较大,且有冲击负荷,应有足够的强度,而辊面硬度可放在第二位。
型钢轧制多用铸钢。
综上,选择60SiMnMo
3.2.2轧辊的系列尺寸
型钢轧机辊身长度L/轧辊辊身直径D=1.5-2.5取2
已知D=500mm•••辊身长度L=2X500=1000mm
选用滑动轴承
辊颈d=(0.6-0.7)Dl/d=1.2r/D=0.065
取d=0.64D=0.64X500=320mm
则l=1.2X320=384mm
r=500X0.065=32.5mm
选择梅花辊头
d!
=300mmd=320mmri=62mml1=225mml2=195mm
3.2.3接轴及其系列尺寸
接轴梅花头直径d1=(0.9-0.98)d
轧辊轴颈直径d=320mm
取d1=0.937d=300mm
查表得梅花接轴梅花头的系列尺寸
d1=300mm,d2=196.4mm12=195mm,l3=225mm,b]=105mm,ri=58mm
查表得梅花套筒的系列尺寸
=304mm
取d=310mmd6=206.4mmDj=450mmD2=400mm,b3=115mmr3=53mmr4=43mm丄=430mm,l4=190mm,l5=50mm,h=10mm
3.2.4轧辊校核
通常对辊身计算弯曲,对辊颈则计算弯曲和扭转,对传动端计算扭转。
型钢轧机的轧辊,沿辊身长度上布置有许多孔型轧槽。
轧制压力可近似看成集中力,轧件在不同的轧槽中轧制时,轧制力的作用点是变动的。
所以要分别判断不同轧槽过钢时轧辊个断面的的应力,进行比较,找出危险断面。
(1)辊身轧制力P所在的辊身断面上弯曲力矩为
Mb=Rix=x1-XPla丿
其中:
a=Ll=1000384=1384mm
(692'
Mb=1.21*1-i*692=418.66KN.m
\、1384丿
卄”宀亠M418.66KNmcc’cccce‘…仆
弯曲应力cb33=33492800Pa二33.49MPa
0.1D0.1江(0.5mm
式中D—计算断面处的轧辊直径
a—压下螺丝间的中心距
x—所计算的轧槽与支反力的距离
(2)辊颈辊颈上的弯矩,由最大支反力决定,即
血卡已詣.1=詈*警=116.16MN.m^116.16KN.m
R—最大支反力
C—压下螺丝中心线至主辊身边缘的距离C、丨2辊颈危险断面处的弯曲应力-和扭转应力.分别为
式中Mn—辊颈危险断面处的弯矩
Mk—作用在轧辊上的扭转力矩
d—辊颈直径
辊颈强度要按弯扭合成应力计算。
采用钢轧辊时,合成应力按第四强度理论计算,即:
6二;:
.-232二'-35.45235.212=36.58MPa
(3)辊头梅花辊头的最大扭转应力发生在它的凹槽底部,按通常的梅花头形状,当d^0.66d1时,其最大扭转应力为
M…60.5
Mk7Mf1(丁3.87)KN.m
J二232l二18056300Pa二18.05MPa
0.07d30.07d130.07*(0.3m)3
轧辊的安全系数一般取为n=5,则许用应力&=;5/n。
轧辊材料的许用应
力查得:
铸钢:
强度极限;r=500—600Mpa;许用应力&=100—120Mpa取二b=500Mpa,则&二500=100MPa
5
因为;「:
:
:
;「b,6:
:
:
6,•:
:
:
Rb
所以轧辊强度满足条件。
3.3减速器
电动机
I轴
u轴
川轴
工作机
转速
n(r/min)
1000
1000
500
324.7
80
功率
P(KW)
P=1250
P1=1237.5
P2=1200.38
P3=1152.36
P4=1094.74
转矩(N?
M)
T1=11818.13
T2=22927.16
T3=32112.75
T4=130684.59
两轴联接
联接轴
齿轮
齿轮
联接器
传动比
i01=1
i12=2
i23=1.459
i34=4.286
传动效率
n01=0.99
n12=0.97
n23=0.96
n34=0.95
3.3.1选择齿轮材料,精度等级及参数
(1)考虑此减速器的功率较大,大、小齿轮用45钢调质后表面淬火,取小齿轮齿面硬度为40-45HRC计算时取42HRC大齿轮齿面硬度为45-50HRC计算时取50HRC
(2)取6级精度等级
(3)选低速级小齿轮齿数
i=12.5取i1=4.286i2=i/i1=12.5/4.286=2.917
ih=#'CE〔'f=1.947~2.021
取ih=2贝yii=i2/in=2.917/2=1.459
U=150/35=4.2857
i总传动比i1带传动比h低速级齿轮传动比ih高速级齿轮传动比
z1=35;Z2=i1乙=4.3*35=150.5取z2=150
高速级小齿轮齿数乙=35Z2=i2乙=10.21取Z2=102u=2.9
(4)初选螺旋角]=13
3.3.2高速轴齿轮几何计算
取小值[(TH2]代入计算
州—211818.1254.28571严.82・5「348mm
V0.84.2857654.5
错误未找到引用源。
(1)模数取标准值mn=10mm
⑵计算中心距
因:
值改变不多,故参数ZHZ」[.•等不再修正模数m=d/z1=348/35=9.94
⑷计算大、小齿轮得分度圆直径
⑸齿宽b=书dd1=1x359=359mm(书d=10.8~1.4)取b1=365mmb=360mm
3.3.3低速轴齿轮的计算
⑴同高速轴齿轮的计算:
模数取标准值mn=14mm
⑵计算中心距
m14
an(Z1Z2)14(35102)=984
2cosB2汉cos136
⑶心距圆整后修正螺旋角
(35+10214
=arcos=1294°
2汉984
因[值改变不多,故参数ZHZ「一等不再修正⑷计算大、小齿轮得分度圆直径
d1
3514
cos12.94
二503mm
d1
10214
cos12.94
二1465mm
⑸齿宽b=书dd1=1x5.3=503mm取b1=510mmb=505mm
3.3.4减速器中各个轴的最小直径计算
材料选为45号钢C=126-103
=(126
轴I:
1237.5
1000
二135.28~110.58mm
d1-d(10.05)=142.03mm~116.11
取d^i=240mm
轴u:
■3
-(126-103)
'1200.375
500
=168.71-137.92mm
d2-d1.05=177.15mm144.81mm
取d2=280mm
=(126
31152.36
\342.7
=188.77-154.31mm
d3_d1.05=198.21mm162.03mm
取d3=320mm
3.3.5减速器轴承的选择
基本尺寸/mm
安装尺寸/mm
其他尺寸/mm
基本额定
载荷/kN
极限转速
/r•min」
重量
/kg
轴承代号
d
D
B
damin
Da
max
ramax
d2
D2
屋
rmin
Cr
Cor
油
W
6000
型
轴
I
240
300
28
250
290
2
259
282
2
83.5
108
1900
4.5
61848
轴
n
280
350
33
290
340
2
302
329
2
135
178
1600
7.4
61856
轴
320
400
38
332
388
2
346
374
2.1
168
235
1300
11.8
61864
3.4联轴器的选择
连接电动机轴与减速器高速轴的联轴器,由于所连接轴较高,为了减少启动载
荷、缓和冲击、应选用具有弹性元件的挠性联轴器。
LZ23型H形弹性联轴器
型号
工称转矩
Tn/N・m
许用转矩
{n}/r•min
轴孔直径
mm
轴孔长度mm
B
D
Di
D2
S
重量
Kg
转动惯量
Y型
JiZ型
L
L
Li
LZ23
2800000
460
850
1000
880
-
440
1640
1240
-
20
12095
3982
连接减速器低速轴与工作机轴的联轴器由于所连接轴的转速较低,传递扭矩较大,减速器与工作机常不在同一底座上而要求有较大的轴线偏移补偿,因此常选用无弹性元件的挠性联轴器。
万向联轴器
型号
回转直径
D/m
m
公称转矩
几/叫
m
疲劳转
矩
Tf/KN•
m
轴承寿命
系数Kl
轴线折角
P/(0)
伸缩
量
Ls/m
m
转动惯量
/kg•m
Lmin
增长
100m
m
SWC315B
H
315
160
80
2.79
x102
<15
140
3.60
5
0.88
3.5齿轮座人字齿轮设计计算
3.5.1选齿轮材料、精度等级及参数
(1)考虑此减速器的功率大,齿轮用40Cr调质后表面淬火,
(2)取6级精度等级。
(3)选齿轮齿数z=44
(4)初选螺旋角为B=30o
3.5.2按齿根弯曲强度设计
齿轮模数mn-32KT笄一YFaYsaYmm
V^dZ^FJ
最后计算得mn=10
3.5.3按齿面接触疲劳强度校核
校核公式为:
;「H二ZeZhZ2KTL打丨
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