張力輥設(shè)計說明書

1、摘 要鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在我國經(jīng)濟的發(fā)展中一直處在主要地位，我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展長期以來都得到國家的重視，我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速，形成了完整的成熟的工業(yè)體系。板帶材是鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的一類重要產(chǎn)品，早已成為國家基建和人民生活中常用的重要物資。伴隨著中國工業(yè)化和經(jīng)濟建設(shè)的進一步深入，對板帶材等鋼鐵產(chǎn)品的需求也愈加強勁。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，板帶材生產(chǎn)目前大部分采用連續(xù)化成卷生產(chǎn)。在帶鋼生產(chǎn)過程中，張力輥(tension roll)作為重要組成部分，在板帶材生產(chǎn)線上的作用至關(guān)重要。該設(shè)備在連續(xù)退火機組中使用非常廣泛。張力輥裝置就是用于在連續(xù)帶材生產(chǎn)線上實現(xiàn)張力調(diào)節(jié)的一種設(shè)備。采用張力輥裝置來實現(xiàn)張

2、力調(diào)節(jié)是一項新技術(shù) 。其原理為： 帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處(即包角處)產(chǎn)生摩擦力，以此使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，對機組實現(xiàn)張力控制。在查閱了大量相關(guān)資料和對連退機組及其張力輥相關(guān)設(shè)備進行了系統(tǒng)的了解下，本文中以機械動力學、機械原理、機械設(shè)計和材料力學等知識作為理論基礎(chǔ)，從經(jīng)濟、可靠、實用的角度出發(fā)，對張力輥和壓輥的結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)以及壓下裝置進行了細致的設(shè)計，并對各部分的重點零部件進行了強度校核。關(guān)鍵詞： 張力輥； 鋼鐵； 板帶材abstractiron and steel industry is a foundation industry of econom

3、y, it acts as a very important role during the development of our country. by the lasting support and guidance of the government, our iron and steel industry develops quickly, a mature industry system has been built up.board strips is an important class of product in steel industry and had become a

4、common material in the nationals infrastructure and the peoples daily life. along with the futher development of industrialization and economy construction in china, our country has a strong demand of iron and steel, such as board strips.with the development of science and technology, now most of th

5、e production of board strips use the method of continuously volume production. in the production process, the tension roller as an important part in the production process of strip, act as an important role in the board strips production line. and the equipment has come to widespread used in the con

6、tinuous annealing unit is very extensive.tension roller device is used in cont as a kind of equipment to realize tension adjustment. and adopt tension roller to realize tension adjust is a new technology. the principle is: strip bag around tension roller, and at the contact point (namely angle place

7、) produces friction, so as to make the export tension and entry tension change according to some law ,and the the tension value will change. then realized the tension control of the whole unit.in a lot of relevant information and access to continuous annealing line and its tension roller related equ

8、ipment, this paper take the knowledge of mechanical dynamics, mechanical principle, mechanical design and material mechanics as its oretical basis, from the economical, reliable and practical point of view, from the angle of economic, reliable and practical. take a meticulous design to structure of

9、the tension roller and pressure roller, transmission system and pressing device. and take the key elements of all part into stress test.key words: tension roll； steel； steel and strip目 錄1 前言11.1 我國鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀11.2 連續(xù)退火技術(shù)的工藝及發(fā)展11.3 板帶材的特點21.3.1 板帶產(chǎn)品的外形、使用特點21.3.2 板帶產(chǎn)品分類及技術(shù)要求21.3.3 板帶產(chǎn)品的生產(chǎn)特點41.3.4 張力輥在板帶材生

10、產(chǎn)中的作用42 張力輥的設(shè)計和研究42.1 設(shè)計參數(shù)42.2 張力輥的設(shè)計計算52.2.1 輥子的布置方案設(shè)計52.2.2 張力的計算52.2.3 下輥的幾何參數(shù)及材質(zhì)選用62.2.4 下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計72.3 上輥的設(shè)計計算72.3.1 上輥的幾何參數(shù)及材質(zhì)選用72.3.2 上輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計82.3.3 壓下系統(tǒng)的設(shè)計計算83 傳動系統(tǒng)的設(shè)計113.1 電動機的選擇113.1.1 定性選電機113.1.2 下輥轉(zhuǎn)速的計算123.1.3 下輥所需功率計算123.2 減速器的選擇123.3 聯(lián)軸器的選擇133.3.1 聯(lián)軸器的分類133.3.2 聯(lián)軸器的選擇133.4 軸承的選擇133.4.1 下輥卷

11、筒軸承的選擇133.4.2 上輥軸承的選擇153.5 鍵的選擇154 機架的設(shè)計164.1 輥子機架的設(shè)計164.2 傳動系統(tǒng)機架的設(shè)計165 主要零部件的強度校核165.1 軸的強度校核165.1.1 上輥軸的校核165.1.2 下輥軸的校核195.2 軸承的壽命計算215.2.1 上輥軸承壽命計算215.2.2 下輥軸承壽命計算215.3 鍵的強度校核226 潤滑236.1 潤滑劑的種類236.2 潤滑方式的選擇236.3 潤滑方式的選擇確定246.3.1 齒輪減速器的潤滑方式246.3.2 軸承的潤滑方式24結(jié)束語25參考文獻26致謝271 前言鋼鐵材料良好的綜合性能和易于循環(huán)利用等特點

12、，至今仍是人類社會發(fā)展所需的不可替代的材料。在過去的20年里，中國的鋼鐵工業(yè)取得了巨大的進步，粗鋼年產(chǎn)量已超過1108噸，工藝流程和技術(shù)不斷得到革新和發(fā)展，鋼鐵品種多樣化，滿足了國民經(jīng)濟不斷發(fā)展的需要，薄板坯連鑄、低溫軋制等高新技術(shù)的應用使中國的鋼鐵工業(yè)更具有競爭力和吸引力。1.1 我國鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀目前，我國已成為世界第一產(chǎn)鋼大國，熱軋帶鋼品種在我國鋼鐵工業(yè)中占有極其重要的地位，國內(nèi)各大鋼鐵公司為了盡快占領(lǐng)板帶材市場，紛紛花巨資新建或改造薄板連軋廠，不斷擴大品種范圍及產(chǎn)量。但總體而言，我國熱軋薄板生產(chǎn)、設(shè)計水平與世界先進水平相比仍有一定差距，我們需要不斷了解、掌握熱軋薄板生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝

13、，提升熱軋板帶產(chǎn)品質(zhì)量。板帶材是鋼鐵材料中的重要產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中的應用十分廣泛。熱扎板帶材的退火是板帶材生產(chǎn)中十分重要的輔助環(huán)節(jié)，目前世界上比較先進的退火工藝就是連續(xù)退火技術(shù),它不但比以往的罩式退火技術(shù)提高了速度,退火質(zhì)量還更加好。在連續(xù)退火機組中張力輥必須提供足夠的張力，以保證后續(xù)工序的順利進行，以得到生產(chǎn)所需要的板帶質(zhì)量。1.2 連續(xù)退火技術(shù)的工藝及發(fā)展帶鋼在直通式爐內(nèi)連續(xù)運行過程中完成的退火工藝稱為連續(xù)退火。連續(xù)退火是相對罩式退火而言的，連續(xù)退火為帶鋼連續(xù)通過退火爐，退火爐無封口，帶鋼不經(jīng)過停留而直接進行卷取的生產(chǎn)方式。在大生產(chǎn)應用中，連續(xù)退火應用廣泛，連續(xù)退火使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?/p>

14、等軸晶粒，同時消除加工硬化和殘留內(nèi)應力，鋼的組織和性能恢復到冷變形前狀態(tài)的熱處理工藝。帶鋼的連續(xù)退火研究開始于20世紀30年代。50一60年代連 續(xù)熱處理工藝在鍍錫原板的生產(chǎn)中得到廣泛運用。隨 后，日本采用高溫軋制、高溫卷取工序同退火時過時效處理工序合并的方法，生產(chǎn)深沖用冷軋鋼板獲得成功。1971年 和1972年日本先后建成了兩條連續(xù)退火生產(chǎn)線。到了 80年代連續(xù)退火得到了廣泛應用。連續(xù)退火機組的工藝流程為：開卷、焊接清洗活套連續(xù)退火平整、拉矯卷取。連續(xù)退火爐按作業(yè)方式分立式(塔式)與臥式兩 種。塔式退火爐用于每月必須退火1萬t以上的帶鋼 時才是經(jīng)濟的。產(chǎn)量低時，用臥式連續(xù)退火爐較經(jīng)濟， 因為

15、這種爐子投資低、熱量消耗較少。 目前，在生產(chǎn)中運行的有4種工藝:(1)新日鐵公 司的nsc一capl方法;(2)日本鋼管公司的nkk- cal方法;(3)川崎公司的km一cal方法;(4)比利時公司的nowaq方法。它們的不同點在于加熱后的 冷卻方法不同，有水冷、氣冷、輥冷、水一氣復合冷卻、 輥一氣復合冷卻、浸冷、噴冷等。各種冷卻方法用來控制冷卻速度，以得到所需組織結(jié)構(gòu)的冷卻帶鋼。4種方 法原則上有兩種不同的退火周期。一種是加熱到退火 溫度后保溫，冷卻到過時效溫度時再保溫，隨后冷卻到 室溫。另一種是加熱到退火溫度后保溫，冷卻到室溫， 再重新加熱到過時效溫度，在此溫度上保溫，最后冷卻 到室溫。對

16、雙相鋼，無需加熱到過時效溫度。用上述兩 種不同退火周期，可生產(chǎn)cq(商用質(zhì)量)、1洲二(沖壓 質(zhì)量)、dl雙(深沖質(zhì)量)、hs(高強度鋼)和雙相鋼。 連續(xù)退火因周期短、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、設(shè)備投資節(jié) 省、占地面積少等優(yōu)點而獲得廣泛發(fā)展。日本1982年 建造的帶鋼生產(chǎn)線，將酸洗、冷軋、電解脫脂、退火、 精整等工序合并成一條連續(xù)生產(chǎn)線，成為工藝更先進 的全連續(xù)冷軋帶鋼機組。1.3 板帶材的特點1.3.1 板帶產(chǎn)品的外形、使用特點1）外形特點：板帶產(chǎn)品外形扁平,寬厚比大，單位體積的表面積很大2）使用上的特點: a) 表面積大，故包容覆蓋能力強，在化工、容器、建筑、金屬制品、金屬結(jié)構(gòu)等方面都得到廣泛應用b)

17、 可任意剪裁、彎曲、沖壓、焊接、制成各種制品構(gòu)件，使用靈活方便，在汽車、航空、造船及拖拉機制造等部門占有極其重要的地位c) 可彎曲、焊接成各類復雜斷面的型鋼、鋼管、大型工字鋼等結(jié)構(gòu)件，故稱為“萬能鋼材”。1.3.2 板帶產(chǎn)品分類及技術(shù)要求一般將單張供應的板材和成卷供應的帶材總稱為板帶1.3.2.1 板帶材產(chǎn)品分類一般分類：1)按材料種類：鋼板鋼帶、銅板銅帶和鋁板鋁帶等2)按產(chǎn)品尺寸規(guī)格：一般可分為厚板（包括中板和特厚板)、薄板和極薄帶材（箔材)三類。我國分類：1）中厚板：厚度在4.0mm以上 (其中420mm者為中板，2060mm者為厚板，60mm以上者為特厚板,特厚板可厚至500mm以上，最

18、寬可達5000mm) 2）薄板：4.00.2mm3）極薄帶鋼（箔材）：0.2mm以下,目前箔材最薄可達0.001mm.1.3.2.2 板帶產(chǎn)品技術(shù)要求對板帶材的技術(shù)要求具體體現(xiàn)為產(chǎn)品的標準板帶材的產(chǎn)品標準包括：品種(規(guī)格）標準、技術(shù)條件、試驗標準及交貨標準等根據(jù)板帶材用途的不同，對其提出的技術(shù)要求也各不一樣，基于其相似的外形特點和使用條件，其技術(shù)要求歸納起來：“尺寸精確板型好，表面光潔性能高”。（1）尺寸精度要求高尺寸精度主要是厚度精度,因為它不僅影響到使用性能及連續(xù)自動沖壓后步工序，而且在生產(chǎn)中難度最大厚度偏差對節(jié)約金屬影響很大。板帶鋼由于b/h很大，厚度一般很小，厚度的微小變化勢必引起其使

19、用性能和金屬消耗的巨大波動。故在板帶鋼生產(chǎn)中一般都應力爭高精度軋制,力爭按負公差軋制（在負偏差范圍內(nèi)軋制，實質(zhì)上就是對軋制精確度的要求提高了一倍，這樣自然要節(jié)約大量金屬，并且還能使金屬結(jié)構(gòu)的重量減輕 ）（2）板型要好板型要平坦，無浪形瓢曲：對普通中厚板，其每米長度上的瓢曲度不得大于l5mm，優(yōu)質(zhì)板不大于10mm，對普通薄板原則上不大于20mm。板帶鋼既寬且薄，對不均勻變形的敏感性特別大，所以要保持良好的板型很不易。板帶愈薄，其不均勻變形的敏感性越大，保持良好板型的困難也就愈大。板型的不良來源于變形的不均，而變形的不均又往往導致厚度的不均，因此板型的好壞往往與厚度精確度也有著直接的關(guān)系（3）表面

20、質(zhì)量要好板帶鋼是單位體積的表面積最大的一種鋼材，又多用作外圍構(gòu)件，故必須保證表面的質(zhì)量無論是厚板或薄板表面皆不得有氣泡、結(jié)疤、拉裂、刮傷、折疊、裂縫、夾雜和壓入氧化鐵皮，這些缺陷不僅損害板制件的外觀，而且往往敗壞性能或成為產(chǎn)生破裂和銹蝕的策源地，成為應力集中的薄弱環(huán)節(jié)例如：硅鋼片表面的氧化鐵皮和表面的光潔度就直接敗壞磁性，深沖鋼板表面的氧化鐵皮會使沖壓件表面粗糙甚至開裂，并使沖壓工具迅速磨損，至于對不銹鋼板等特殊用途的板帶，還可提出特殊的技術(shù)要求 （4）性能要好主要包括機械性能、工藝性能和某些鋼板的特殊物理或化學性能一般結(jié)構(gòu)鋼板：具備較好的工藝性能，例如，冷彎和焊接性能等，而對機械性能的要求不

21、很嚴格甲類鋼鋼板：要保證性能，有一定的強度和塑性重要用途的結(jié)構(gòu)鋼板：要求有較好的綜合性能，除要有良好的工藝性能，甚至除了一定的強度和塑性以外，還要求保證一定的化學成分，保證良好的焊接性能、常溫或低溫的沖擊韌性，或一定的沖壓性能、一定的晶粒組織及各向組織的均勻性等等特殊用途的鋼板：如高溫合金板、不銹鋼板、硅鋼片、復合板等，它們或要求特殊的高溫性能、低溫性能、耐酸耐堿耐腐蝕性能，或要求一定的物理性能如磁性)等1.3.3 板帶產(chǎn)品的生產(chǎn)特點（1）板帶材是用平輥軋出，故改變產(chǎn)品規(guī)格較簡單容易，調(diào)整操作方便，易于實現(xiàn)全面計算機控制的自動化生產(chǎn)（2)帶鋼的形狀簡單，可成卷生產(chǎn)，且在國民經(jīng)濟中用量最大，故必

22、須而且能夠?qū)崿F(xiàn)高速度的連軋生產(chǎn)（3）由于寬厚比和表面積都很大，故生產(chǎn)中軋制壓力很大，可達數(shù)百萬至數(shù)千萬牛頓，不僅使軋機設(shè)備復雜龐大，而且使產(chǎn)品厚、寬尺寸精度和板形控制技術(shù)及表面質(zhì)量控制技術(shù)變得十分困難和復雜。1.3.4 張力輥在板帶材生產(chǎn)中的作用張力輥作為必不可少的設(shè)備, 在整條生產(chǎn)線上起著為全線提供張力的作用。連續(xù)生產(chǎn)線的帶鋼必須在張力之下運行，張力的最基本作用是保證帶鋼的正常運行，使帶鋼盡可能沿著生產(chǎn)線的中心線運行而不致因走偏而造成邊部刮傷甚至斷帶。 機組各段張力值的建立，是依靠在機組適當位置設(shè)置的夾送輥和張力輥實現(xiàn)的。帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處（包角處）產(chǎn)生摩擦力，正是這個摩擦力

23、，使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，對整條機組實現(xiàn)張力控制，因此張力輥是后處理機組連續(xù)運行的重要設(shè)備組成單元1。如何正確地獲得精確的張力值及張力變化規(guī)律，更好地控制張力，使整個機組的張力得到合理的匹配，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低機組的能耗有著重要的意義，因此張力輥的設(shè)計對機組的正常連續(xù)運行顯得尤為重要。2 張力輥的設(shè)計和研究2.1 設(shè)計參數(shù)帶鋼厚度：1.02.5，帶鋼寬度：6501250，帶鋼材質(zhì)：q195，q235，帶卷內(nèi)徑：500，入口帶卷最大重量150000kn,出口帶卷最大重量100000kn，入口帶鋼最大速度400米/分，工藝段帶鋼最大速度150米/分，出口帶鋼最大速度3

24、60米/分，入口帶鋼張力系數(shù)k=0.030.05，工藝段帶鋼張力系數(shù)k=0.030.035，出口帶鋼張力系數(shù)k=0.52.2 張力輥的設(shè)計計算2.2.1 輥子的布置方案設(shè)計輥子的布置取決于以下三個因素：出口張力與入口張力的比值或放大系數(shù)；帶材入口與出口的位置；相關(guān)附屬機構(gòu)的配置；2.2.2 張力的計算2.2.2.1 入口張力的計算 出口張力與帶鋼的寬度、厚度等因素有關(guān)，由公式 2.1則即：2.2.2.2 出口張力的計算 帶鋼包繞在張力輥上，在包繞接觸處產(chǎn)生摩擦力，使張力輥入口、出口張力按某種規(guī)律變化，以此改變機組張力值。若張力輥處于“電動”狀態(tài)，即出口張力小于入口張力，如圖2.1所示，則根據(jù)歐

25、拉公式可得：圖2.1 張力輥示意圖 2.2即， 2.3其中，為輥子與帶鋼之間的摩擦系數(shù)，其值隨輥面材質(zhì)的不同而不同，對于包膠輥面取,為帶鋼在輥子上的包角，由于帶鋼具有一定的剛性，張力輥出口和入口處的帶鋼往往不是完全緊貼在輥面上，因此實際包角小于理論包角。將參數(shù)代入式2.3得：結(jié)合本設(shè)計中入口部分張力較小，載荷相對較小，本設(shè)計輥子采用如圖2.2所示的布置方案，上面的小輥子是壓輥，以下稱上輥，下面的大輥子是張力輥，以下稱下輥。圖2.2 輥子布置方案2.2.3 下輥的幾何參數(shù)及材質(zhì)選用下輥幾何參數(shù)和材質(zhì)的確定主要是輥徑和輥身長度的確定以及表面材質(zhì)的選定。為了防止帶鋼產(chǎn)生永久變形，下輥輥徑的確定以帶鋼

26、包繞在下輥上不產(chǎn)生塑性彎曲變形為原則，即是以帶鋼繞過下輥的彎矩小于或等于帶鋼彈性極限彎矩為準則計算輥徑。由此得出下輥輥徑計算公式： 2.4式中，d為下輥輥徑，單位m；e為帶鋼彈性模量，mpa；為帶鋼最大厚度，m；為帶鋼屈服極限，mpa。式2.1表明，下輥輥徑取決于帶鋼的彈性模量、屈服極限和最大厚度。但實際中并不是輥徑越大越好，下輥裝置輥徑的大小對設(shè)備成本有很大影響因為所要求的輸出轉(zhuǎn)矩直接隨輥子尺寸的增大而增加其附屬機構(gòu)的成本也隨之增加。設(shè)計時應根據(jù)產(chǎn)品方案綜合考慮各種因素選擇合適的輥徑。本設(shè)計中，選擇綜合性能優(yōu)良的q235a作為下輥材料，查材料手冊得e200gpa，235mpa，851mm則圓

27、整后取d1=860mm。輥身長度l1根據(jù)帶鋼寬度加上200300mm確定,則取l11400mm。2.2.4 下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計 考慮到下輥直徑較大，為減輕重量同時節(jié)省材料，采用如圖2.1所示的空心輥結(jié)構(gòu)，同時為增強其強度，內(nèi)部焊接支承鋼板。下輥與傳動系統(tǒng)部份使用c型平鍵連接。圖2.3 下輥結(jié)構(gòu)圖2.3 上輥的設(shè)計計算2.3.1 上輥的幾何參數(shù)及材質(zhì)選用上輥通過液壓缸提供的液壓力，使其緊緊將板帶材壓在下輥上。一般輥身尺寸根據(jù)帶鋼的寬度b選取，通常是帶寬加（200300）mm，兩邊再留出安裝軸承和軸承座的尺寸a，便得到上輥兩軸頸之間的長度l。初步設(shè)計時作簡化處理，認為上輥的直徑在整個軸線上受到下輥的反作

28、用力是相等的。上輥的受力如圖2.2所示。上輥在中點處撓度最大，采用疊加法求解上輥的變形較為方便。由材料力學變形公式可得，跨度中點處由載荷 2.5圖2.4 上輥受力簡圖引起的撓度為： 2.6整個均布載荷使跨度中點處產(chǎn)生的撓度應為dwc的積分，即： 2.7將 2.8代入上式，有： 2.9則則選取2.3.2 上輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計下輥的尺寸稍大，宜做成空心結(jié)構(gòu)以減輕重量，并節(jié)省金屬材料。上輥使用裝配結(jié)構(gòu)，在其同部貫穿一根心軸，軸兩端用軸承提供支承。其具體結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示，上輥在選材上選用綜合性能優(yōu)良的q235作為材料。2.3.3 壓下系統(tǒng)的設(shè)計計算2.3.3.1 上輥壓下力的計算由于帶鋼與輥子間的摩擦力

29、是由上輥對帶鋼的壓下力使得帶鋼與兩輥子間產(chǎn)生擠壓導致的，而帶鋼的入口張力就是由帶鋼與輥子間的摩擦力提供的。因此壓下力可由摩擦力公式計算得到。 圖2.5 上輥結(jié)構(gòu)圖即： 2.10對包膠輥，得到：2.3.3.2 壓下方式的設(shè)計根據(jù)本設(shè)計的具體情況，壓下部分采用兩個液壓缸同時壓下的方式提供壓下力，壓下和上拉時的情況分別如圖2.6和2.7所示：圖2.6 圖2.7 計算上輥的重力時將上輥粗略的視為一個環(huán)形筒，如圖2.9所示。則上輥體積為：鋼的密度：則上輥重力為：圖2.9 2.11得： g2=27.658kn則下壓時，每個液壓缸只需提供一半的壓下力，即： 2.12得：p73.597kn上拉時，液壓缸的拉力

30、是提供上輥向上運動的動力。如圖2.7所示。 2.13 得： p13.829kn因此，選用hsg-80/40型液壓缸，其參數(shù)為：液壓缸內(nèi)徑為80mm,活塞桿直徑為40mm,推力為80430n,拉力為60320n。活塞行程依優(yōu)先次序并考慮到本設(shè)計具體情況選用50，活塞桿螺紋尺寸選用m33x1.5,螺紋長度選用l040mm，法蘭螺栓選用m10，并采用前端法蘭安裝方式。3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計本設(shè)計傳動系統(tǒng)采用只驅(qū)動下輥，不驅(qū)動上輥的方式。電機通過第一個聯(lián)軸器與減速器相聯(lián)接，通過減速器降低轉(zhuǎn)速并提高轉(zhuǎn)矩，再通過第二個聯(lián)軸器將動力傳遞給下輥。各部件與聯(lián)軸器的聯(lián)接均采用c型普通平鍵聯(lián)接。如圖3.1所示圖3.1

31、傳動系統(tǒng)設(shè)計圖3.1 電動機的選擇3.1.1 定性選電機電動機分交流電動機和直流電動機兩種，由于直流電動機需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復雜 價格較高，維護比較不便等缺點，因此無特殊要求是不宜采用。冶金行業(yè)生產(chǎn)單位一般為三相交流電源，因此，應選用交流電動機，同時交流電動機又分為異步電動機和同步電動機兩類，我國新設(shè)計的y系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其具有以下優(yōu)點：1、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便； 2、適用于不易然，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上；3、由于起動性能較好，也適用與某些要求起動轉(zhuǎn)矩較高的機械。所設(shè)計張力輥已知原始數(shù)據(jù)： 帶鋼速度 v=400m/s

32、； 剪切帶鋼厚度 h=1.02.5 mm； 帶鋼寬度 b=6501250 mm； 帶鋼材質(zhì) q195 q235；由于張力輥屬于一般冶金機械設(shè)備，無特殊要求，連續(xù)工作時間長，要求起動性能好，起動轉(zhuǎn)矩較高，故選擇交流異步電動機y系列。3.1.2 下輥轉(zhuǎn)速的計算下輥轉(zhuǎn)速計算公式： 3.1其中v為下輥的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計中v400m/s。代入求得，3.1.3 下輥所需功率計算上輥不傳動，電機功率為下輥提供轉(zhuǎn)矩。則所需電機功率為： 3.2入口和出口張力差為： 3.3下輥轉(zhuǎn)矩為： 3.4將式3.2和式3.3代入式3.1得， 3.5其中為傳動效率，本設(shè)計中取，則代入數(shù)據(jù)得，n=31.85kw查電機設(shè)計手冊，選用型

33、電動機，其主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 電動機參數(shù)功率/kw額定電壓/v額定電流/a轉(zhuǎn)速r/min堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩3738039.967395.49倍2.29倍3.2 減速器的選擇傳動部分的傳動比計算公式為： 3.6其中n為電動機的額定轉(zhuǎn)速。則由于傳動比較小，本設(shè)計中采用級減速器，并考慮到本設(shè)計只采用一個下輥，為減小總體尺寸，則用第i種裝配型式，查手冊，選用 型減速器，其主要參數(shù)如表3.2所示。表3.2 減速器參數(shù)公稱輸入功率/kw高速軸軸徑/mm低速軸軸徑/mm12338903.3 聯(lián)軸器的選擇3.3.1 聯(lián)軸器的分類按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對所聯(lián)兩軸間的

34、相對位移缺乏補償能力，但有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，不需維護，成本低等特點而仍有其應用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸器，。前一類只具有補償兩軸間相對位移的能力，后一類因裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。3.3.2 聯(lián)軸器的選擇根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點:1.所聯(lián)接兩個軸的軸徑；2.傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求；3.聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大??；4.兩軸相對位移的大小和方向；5.聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，

35、以及成本?？紤]到本設(shè)計中各傳動軸對中性能比較差，而且可能存在沖擊載荷，聯(lián)軸器選用彈性柱銷聯(lián)軸器，并且為便于控制速個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，在電動機和減速器高速軸間加制動器。電動機和減速器高速軸用聯(lián)軸器，選用型聯(lián)軸器。減速器低速軸和下輥間用聯(lián)軸器，選用型聯(lián)軸器。3.4 軸承的選擇3.4.1 下輥卷筒軸承的選擇先對下輥作受力分析，其受力如圖3.2所示。計算下輥的重力時同樣將下輥粗略的視為一個環(huán)形筒，如圖3.3所示。則下輥體積為：圖3.2 下輥部件受力圖鋼的密度：圖3.3則上輥重力為： 3.7得：g1=47.5kn由于軸承主要承受徑向力，將兩邊軸承按受力情況相同考慮，則： 3.8代入數(shù)據(jù)得，n1111.192k

36、n考慮到載荷比較大，并且會受到安裝尺寸的限制，因此擬選用na4828型滾針軸承（gb/t5801-1994），其主要參數(shù)如表3.3所示。表3.3 na4828型滾針軸承主要參數(shù)d(軸徑） /mmd(軸承外徑）/mmc(軸承寬度）/mm基本額定靜載荷cr/kn基本額定動載荷cor/kn140175351223203.4.2 上輥軸承的選擇上輥在液壓缸壓下和上拉時的受力分別如圖2.6和圖2.7所示，并且上輥的自重前面已算得g227.658kn。不論是液壓缸壓下和上拉時，上輥軸承承受的壓力大小始終是上輥對下輥的壓下力p,上輥軸承也是主要承受徑向力，無明顯橫向力，將兩邊上輥軸承也按受力情況相同考慮。則

37、每個上輥軸承承受的壓力為： 3.9代入數(shù)據(jù)得到，n2=87.426kn由于載荷較大，并無軸向載荷，擬選用調(diào)心球軸承或者滾針軸承，考慮到上輥的直徑，滾針軸承的尺寸太小，會使結(jié)構(gòu)上顯得過余冗余，而調(diào)心球軸承在滿足載荷的情況下，尺寸也比較合適，因此決定使用調(diào)心球軸承，查設(shè)計手冊，擬選用22313型調(diào)心球軸承（gb/t288-1994）,其主要參數(shù)如表3.4所示。表3.4 22313型調(diào)心球軸承主要參數(shù)d(軸徑）/mmd(軸承外徑）/mmc(軸承寬度）/mm基本額定靜載荷cr/kn基本額定動載荷cor/kn65140481882523.5 鍵的選擇1）電機軸端用鍵（下稱1號鍵）由電機軸尺寸選用鍵c20

38、x100型普通平鍵2）減速器高速軸用鍵（下稱2號鍵）由減速器高速軸端尺寸，擬選用鍵型普通平鍵。3）減速器低速軸用鍵（下稱3號鍵）由減速器低速軸端尺寸，擬選用鍵型普通平鍵。4）下輥軸端用鍵（下稱4號鍵）根據(jù)下輥軸端尺寸，擬選用c32x125型普通平鍵。4 機架的設(shè)計4.1 輥子機架的設(shè)計由于設(shè)計中僅使用一個下輥和一個上輥，并采用如圖2.2所示的輥子布置方式和圖3.1所示的傳動方式，所以機架應能滿足輥子的單邊裝配的方式。同時，必須滿足下輥、上輥和液壓缸的裝卸方便。本設(shè)計中機架采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，下輥和上輥均裝在機架一側(cè)，具體結(jié)構(gòu)見設(shè)計圖紙。 4.2 傳動系統(tǒng)機架的設(shè)計減速器、制動器、電動機均采用螺栓

39、固定，但為保證系統(tǒng)傳動部件與下輥中心線在同一水平線上，必須為減速器、制動器、電動機設(shè)置底座（機架）。為了使結(jié)構(gòu)更加簡單，并保證其支承能力及強度要求，本設(shè)計中將以上三個部件機架做同一機架，機架采用h型鋼和鋼板焊接而成，具體結(jié)構(gòu)見設(shè)計圖紙。5 主要零部件的強度校核5.1 軸的強度校核5.1.1 上輥軸的校核上輥要隨下輥的反作用力，因此對下輥進行強度校核是十分有必要的。上輥軸的主要尺寸和主要參數(shù)如圖5.1所示。圖5.1 上輥軸具體尺寸圖主要參數(shù)：表面處理方式：調(diào)質(zhì)處理。先對上輥作受力分析，上輥受力如圖5.2所示。圖5.2 上輥受力分析圖將下輥對上輥的壓力視為均布載荷，則ql n1=174.852kn

40、 f=36.719kn, p=73.597,g2=27.658,。根據(jù)受力分析圖分別作出上輥剪力圖（圖5.3）上輥彎矩圖（圖5.3）和扭矩圖（圖5.4）。圖5.3 上輥剪力圖m=221250nm圖5.4 上輥彎矩圖t=256723nm圖5.5 上輥扭矩圖將上輥所受彎矩和扭矩進行合成，可以看到左端和右端直徑d=40mm的截面為最危險截面，應對其進行強度校核。由于上輥同時承受變矩和扭矩，應用第三強度理論，對 d=40mm的截面進行彎扭合成強度校核。第三強度理論應力公式： 5.1式中： 軸的計算應力，單位：mpa 軸所受彎矩，單位： nmm 軸所受轉(zhuǎn)矩，單位：nmm 軸的抗彎截面系數(shù)，單位：mm 扭

41、轉(zhuǎn)切應力為靜應力時，取0.3本設(shè)計中，變曲應力和扭轉(zhuǎn)應力均是對稱循環(huán)變應力，取，則 5.2代入m、t得：因此上輥軸強度滿足要求。5.1.2 下輥軸的校核下輥要隨電機轉(zhuǎn)矩，為帶鋼提供張力。上輥軸的主要尺寸和主要參數(shù)如圖5.6所示。主要參數(shù)：表面處理方式：調(diào)質(zhì)處理。圖5.6 下輥軸具體尺寸圖先對下輥作受力分析，下輥受力如圖5.2所示。圖5.7 下輥受力分析圖將下輥對上輥的壓力視為均布載荷，則ql n1=174.852kn ,f=36.719kn, p=73.597, g1=47.5,。根據(jù)受力分析圖分別作出下輥剪力圖（圖5.8）下輥彎矩圖（圖5.9）和扭矩圖（圖5.10）。 圖5.8 下輥剪力圖m

42、=325102nm圖5.9 下輥彎矩圖t=156731nm圖5.10 下輥扭矩圖將下輥所受彎矩和扭矩進行合成，可以看到左端直徑d=130mm的截面最小，且因鍵槽的影響，強度也為受到一定的削弱，為最危險截面，應對其進行強度校核。由于下輥同時承受變矩和扭矩，同樣應用第三強度理論，對d=130mm的截面進行彎扭合成強度校核。本設(shè)計中，變曲應力和扭轉(zhuǎn)應力均是對稱循環(huán)變應力，取，則 5.2代入m、t得：因此下輥軸強度滿足要求。5.2 軸承的壽命計算以小時代表的軸承基本額定壽命lh為： 5.3其中n為軸承轉(zhuǎn)速，c這軸承基本額定靜載荷，p為軸承實際承受的載荷，對于球軸承3，對于滾子軸承。5.2.1 上輥軸承

43、壽命計算 1）上輥轉(zhuǎn)速計算 5.4則 按照式5.3，則上輥軸承壽命為：即：每隔兩個月?lián)Q一次軸承即可。5.2.2 下輥軸承壽命計算按照式5.3，則上輥軸承壽命為：即下輥軸承每隔兩個月更換一次即可。5.3 鍵的強度校核平鍵連接傳動轉(zhuǎn)矩時，連接中各零件的受力情況見圖5.8所示。對于采用常用材料組合和按標準尺寸選取的普通平鍵連接，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。假定在鍵的工作面上載荷分布均勻，普通平鍵連接的強度條件為： 5.5鋼材在各種受力情況下值如表5.1所示表5.1靜載荷沖微沖擊沖擊靜連接120-150100-1206

44、0-90動連接70-8050-6030-45圖5.11 鍵的受力分析圖1）1號鍵的校核1號鍵工作環(huán)境屬輕微沖擊，靜連接，因此為100120mpa。1號鍵承受的轉(zhuǎn)矩:即1號鍵滿足強度要求。2）2號鍵的校核1號鍵工作環(huán)境屬輕微沖擊，靜連接，因此為100120mpa。即2號鍵滿足強度要求。3）3號鍵的校核即3號鍵滿足強度要求。4）4號鍵的校核根據(jù)下輥軸端尺寸，擬選用c32x125型普通平鍵。即4號鍵強度滿足要求。6 潤滑潤滑的目的就是為了減少工作表面的摩擦及由此造成的能量損失、減少工作表面的磨損及發(fā)熱，提高其壽命、保持機器的工作精度及提高機器的工作效率；次外，潤滑劑還有沖洗污物、防止表面腐蝕的功能。

45、6.1 潤滑劑的種類在機械行業(yè)中，常用的潤滑材料可分為礦物潤滑油、潤滑脂（俗稱黃油），另外還有水及固體潤滑劑等。不同的潤滑劑有不同的優(yōu)缺點。6.2 潤滑方式的選擇凡是能降低摩擦阻力作用的介質(zhì)都可以作為潤滑劑。目前各類設(shè)備中常用的潤滑劑類型為稀油和干油兩大類。稀油潤滑一般用于下列情況：1.除完成潤滑任務外，還需要帶走摩擦表面間產(chǎn)生的熱量者；2.須能夠保證滑動平面間為液體摩擦者：液體摩擦軸承、高速移動的滑動平面之間、止推滑動軸承等；3.能夠用簡易的手段向嚙合傳動機構(gòu)本身及其軸承，同時提供一種潤滑劑的情況；4.除潤滑外，還需要清洗摩擦平面并保持清潔狀態(tài)者；5.相同情況下，易于對軸承進行密封并能很好防止?jié)櫥屯庖缯?。干油潤滑一般用于下列情況：1.粘性很好，并能附著在摩擦平面上，不易流失及飛濺，多用于做往復轉(zhuǎn)動及短期