φ950可逆式軋機(jī)壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、巾950可逆式軋機(jī)壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)鋼鐵的需求量隨著提高，對(duì)質(zhì)量的要求也不斷的提高，軋鋼生產(chǎn)中，初軋機(jī)無可替代，初軋機(jī)起著很關(guān)鍵的作用，而在初軋機(jī)中，壓下系統(tǒng)裝置尤為重要，此文中設(shè)計(jì)的是小950可逆式軋機(jī)的壓下系統(tǒng)。在文中大致的介紹初軋機(jī)發(fā)展的情況以及發(fā)展的趨勢(shì)，了解小950可逆式軋機(jī)的主傳動(dòng)，考慮壓下螺絲的阻塞問題,確定了小950可逆式軋機(jī)的壓下系統(tǒng)的方案選擇，通過小950鋼坯軋制表中斷面尺寸和壓下量計(jì)算軋制力，確定壓下系統(tǒng)合適的電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、以及壓下系統(tǒng)中重要的零件部分，壓下螺絲和壓下螺母的尺寸，通過計(jì)算對(duì)壓下螺絲和壓下螺母進(jìn)行校核，除此之外，設(shè)計(jì)合適

2、尺寸的蝸輪蝸桿，最后說明一下機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑、環(huán)保、以及經(jīng)濟(jì)性分析。關(guān)鍵詞：壓下系統(tǒng)；渦輪蝸桿；校核Designof950reversiblemillsystemAbstractWiththerapiddevelopmentoftheworldeconomy,marketdemandforironandsteelwiththeincrease,ofqualityrequirementsarealsoconstantlyimproverollingproduction,bloomingmillisirreplaceable,bloomingmillplaysaverycrucialrole,and

3、inbloomingmill,thepressuresystemdeviceisparticularlyimportant.Inthispaper,thedesignoftheisPhi950reversingmillpressuresystem.Inthispaperweintroducethebloomingmilldevelopmentsituationanddevelopmenttrend,understandthemaindrivewith950reversiblerollingmill,consideringblockingscrew,determinethechoiceofthe

4、950reversiblerollingmillpressdownsystem,thesectionsizeofphi950billetrollingtableandcalculatingrollingforce,pressuresystemdeterminetheappropriatemotor,reducer,coupling,andsomeimportantpartsofthesystemunderpressure,pressurescrewandnutsizeunderpressure,throughthecalculationofthepressurescrewandnutpress

5、urecheck,inaddition,thedesignofsuitablewormsize,theanalysisofmechanicalequipmentlubrication,environmentalprotection,andeconomic.Keywords:pressuresystemturbineworm；check目錄摘要錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract錯(cuò)誤！未定義書簽。1緒論11.1 初軋機(jī)的作用和生產(chǎn)要點(diǎn)11.2 我國(guó)初軋機(jī)的發(fā)展情況11.3 初軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)11.4 950可逆式軋機(jī)性能11.5 壓下系統(tǒng)的作用及種類21.6 壓下螺絲的阻塞事故及壓下螺絲的自動(dòng)旋松2

6、1.7 課題的研究?jī)?nèi)容與方法32設(shè)計(jì)方案的確定42.1 壓下裝置的選擇42.2 壓下電動(dòng)機(jī)的選擇42.3 壓下系統(tǒng)減速器及聯(lián)軸器的選擇52.4 壓下螺絲和壓下螺母的選擇52.4.1 壓下螺絲的選擇52.4.2 壓下螺母的選擇53力能參數(shù)的計(jì)算63.1 平均單位壓力63.1.1 軋制時(shí)接觸弧上平均單位壓力63.1.2 軋制力矩的計(jì)算104壓下裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算134.1 壓下螺絲的設(shè)計(jì)計(jì)算134.1.1 壓下螺絲螺紋外徑的確定134.1.2 壓下螺絲最小斷面直徑d的計(jì)算134.1.3 壓下螺絲的校核144.1.4 壓下螺母的計(jì)算及校核144.2 壓下螺絲的傳動(dòng)力矩154.3 壓下電動(dòng)機(jī)的選擇174

7、.4 壓下裝置自鎖的校核及松脫的措施185蝸輪與蝸桿的設(shè)計(jì)195.1 蝸輪的設(shè)計(jì)195.2 蝸輪的校核225.3 熱平衡計(jì)算226主要零件的強(qiáng)度校核246.1 蝸桿軸的強(qiáng)度校核246.1.1 蝸桿所受載荷的計(jì)算246.1.2 蝸桿軸支點(diǎn)受力分析246.1.3 蝸桿軸上力矩的計(jì)算256.1.4 按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度266.1.5 精確校核的疲勞強(qiáng)度276.2 鍵的強(qiáng)度校核316.2.1 鍵的選擇316.2.2 鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算316.3 軸承的壽命計(jì)算326.3.1 軸承的選擇326.3.2 壽命計(jì)算337軋鋼機(jī)械的潤(rùn)滑367.1 軋鋼機(jī)械的潤(rùn)滑367.1.2 潤(rùn)滑的方法367.1.3 潤(rùn)滑的

8、功能367.1.4 950可逆式軋機(jī)部件的潤(rùn)滑方式368設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性分析388.1 設(shè)備的平均壽命388.2 設(shè)備的有效度錯(cuò)誤！未定義書簽8.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命38結(jié)束語39致謝40參考文獻(xiàn)411 緒論1.1 初軋機(jī)的作用和生產(chǎn)要點(diǎn)1、初軋機(jī)的作用：最短的時(shí)間里，初軋機(jī)是用最少的軋制道次，使鋼錠軋制成規(guī)定尺寸的高品質(zhì)高精度的坯材的一種軋機(jī)。2、生產(chǎn)要點(diǎn)：在不會(huì)產(chǎn)生裂紋的范圍內(nèi)，提高壓下量，確定合適的鋼坯尺寸關(guān)系，軋輥的調(diào)整和軸承的安裝維修精度要高。讓軋輥能夠充分冷卻，但一定要防止鋼坯降溫，正確的孔型設(shè)計(jì)，并且操作必須要熟練。1.2 我國(guó)初軋機(jī)的發(fā)展情況20世紀(jì)70年代初期，初軋機(jī)的軋輾

9、的直徑增大到1500mm,1959年，我們國(guó)家開始對(duì)開坯機(jī)開始獨(dú)立設(shè)計(jì)，制成的開坯機(jī)有700mm、750mm、825mm、850/650mm等初軋機(jī)。20世紀(jì)80年代，連鑄技術(shù)迅猛發(fā)展，在發(fā)展的同時(shí)，連鑄連軋的生產(chǎn)工藝和設(shè)備逐漸完善，初軋機(jī)職能開始轉(zhuǎn)變成配合連鑄，彌補(bǔ)連鑄關(guān)于鋼種方面和和規(guī)格方面的不足。我國(guó)擁有1000mm以上的大型的初軋機(jī)有七套，除此，750850mm小型的初軋機(jī)有八套，一把用于合金鋼廠，650mm軋機(jī)是中小鋼廠的主要開坯設(shè)備。整體看來，隨著科技的迅猛發(fā)展，我國(guó)軋鋼機(jī)械正在往連續(xù)高速度、自動(dòng)化、大型化方向發(fā)展。1.3 初軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)隨著改革開放，我國(guó)的鋼鐵事業(yè)迅猛發(fā)展，工藝

10、流程逐漸優(yōu)化，初軋機(jī)整向著自動(dòng)化、高速化方向發(fā)展，并且現(xiàn)在正向著連續(xù)、大型、緊湊、這些方面發(fā)展。目前初軋機(jī)自動(dòng)化發(fā)展較快，已逐步采用了自動(dòng)控制，在生產(chǎn)中，提高了鋼坯的質(zhì)量，時(shí)間上，縮短了輔助機(jī)械工作的時(shí)間，除此以外，初軋機(jī)大型化是指正向著大輥徑。大功率邁進(jìn)，最高的年產(chǎn)量可達(dá)500600萬。1.4 950可逆式軋機(jī)性能950可逆式軋機(jī)性能：軋機(jī)型式：二輥可逆式軋機(jī)原料規(guī)格：280280/280380/320410mm軋輾直徑：9031050nm軋輾重量：22.747t輾頸直徑：560mm軋制速度：05.5m/s軋輾最大開口度：550mm下輾軸向調(diào)整量：5mm壓下速度：10-80mm/s軋輾平衡形

11、式：液壓軋輾材質(zhì)：60CrMnMo鍛鋼軋輾轉(zhuǎn)速：070-120r/min軋輾軸承型號(hào)：四列滾子軸承FCD1121646301.5 壓下系統(tǒng)的作用及種類壓下裝置是軋輾調(diào)整裝置，它的作用是調(diào)整軋輾相對(duì)于機(jī)架中的位置，來確保要求的壓下量、精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。壓下裝置種類很多，包括：手動(dòng)的、電動(dòng)的和液壓的。一般情況下，手動(dòng)壓下裝置用在型鋼軋機(jī)上。小帶鋼軋機(jī)也可以使用這種的壓下形式11101.6 壓下螺絲的阻塞事故及壓下螺絲的自動(dòng)旋松1、如果壓下行程很大，壓下速度高，并且是不帶鋼壓下，這樣生產(chǎn)時(shí)很容易發(fā)生壓下螺絲阻塞事故，一般主要是由于壓下量特別大，或者由于誤操作使兩輾過分壓靠或上輾超限提升

12、造成的，壓下螺絲無法退回，此時(shí)壓下螺絲上的載荷超過了壓下電機(jī)允許的能力，電動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。在軋機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮發(fā)生阻塞事故時(shí)的回松措施是十分必要的,在設(shè)計(jì)時(shí)，回松力可按每個(gè)壓下螺絲上最大軋制力的1.62.0倍考慮。2、壓下螺絲自動(dòng)旋松問題一般發(fā)生在初軋機(jī)上，在軋制過程中，停止轉(zhuǎn)動(dòng)的壓下螺絲自動(dòng)旋松，輾縫值產(chǎn)生變動(dòng)，導(dǎo)致軋件的厚薄不均，對(duì)軋件質(zhì)量造成很大影響。壓下螺絲回松的原因是：為了能使初軋機(jī)的快速壓下，壓下螺絲的螺距取得較大，螺絲開角大于或接近螺絲、螺母間的摩擦角，加上采用圓柱齒輪傳動(dòng)，因此在軋制過程中壓下機(jī)構(gòu)的自鎖容易破壞。加大螺絲的摩擦阻力矩是防止螺絲自動(dòng)旋松的主要辦法。并且，不采用過大的壓

13、下量和咬入速度以及減小沖擊，對(duì)防止壓下螺絲自動(dòng)旋松是有利的1.7 課題的研究?jī)?nèi)容與方法此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是鞍鋼大型廠的帕50可逆式軋機(jī)壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有軋制力矩的計(jì)算、壓下系統(tǒng)的裝置及計(jì)算、主要零部件的校核，其中主要零部件的計(jì)算包括：壓下螺絲螺母的強(qiáng)度計(jì)算和校核、蝸輪蝸桿的計(jì)算和校核。設(shè)計(jì)方法：通過到鞍鋼大型廠實(shí)習(xí)，讓我對(duì)e950可逆軋機(jī)外形有了初步的了解。通過現(xiàn)場(chǎng)的工程師對(duì)軋機(jī)講解，我有了更深一步了解，也對(duì)該軋機(jī)的壓下系統(tǒng)有了更深的認(rèn)識(shí)。我通過鞍鋼的工程師了解到帕50可逆式軋機(jī)的壓下裝置構(gòu)造。這對(duì)于我的設(shè)計(jì)有很大的幫助。確定方案，計(jì)算合適壓下系統(tǒng)參數(shù)、選擇合適的電機(jī)、減速器和

14、聯(lián)軸器。并繪制圖紙，完成說明書。2設(shè)計(jì)方案的確定2.1 壓下裝置的選擇1、對(duì)于950可逆式軋機(jī)的壓下裝置，在軋制的過程中，金屬產(chǎn)生塑性變形，上軋輾必須快速、大行程、每一個(gè)道次都要上下移動(dòng)，因?yàn)?950可逆式軋機(jī)的壓下裝置屬于徑向調(diào)整裝置因此設(shè)計(jì)時(shí)，選用快速電動(dòng)壓下裝置，對(duì)于快速壓下裝置，就是利用壓下螺絲和壓下螺母來移動(dòng)軋輾。圖中1:電機(jī)2:聯(lián)軸器3:減速器4:壓下螺絲5:蝸輪蝸桿圖2.1壓下機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2、快速壓下裝置工藝特點(diǎn)：軋機(jī)的工作行程大、快速并且頻繁地對(duì)軋輾進(jìn)行升降，在軋輾調(diào)整時(shí)，不“帶鋼”壓下，即不帶軋制負(fù)荷壓下。因此，對(duì)壓下裝置來說，它的傳動(dòng)系統(tǒng)慣性要求必須要小，因?yàn)檫@樣便于在頻繁的啟

15、動(dòng)或者頻繁的制動(dòng)情況下能夠完成快速調(diào)整；由于工作條件繁重，要求要有較高的傳動(dòng)效率和工作可靠性，確保穩(wěn)定運(yùn)行。2.2 壓下電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)有交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)能夠在重負(fù)載條件下，能夠保持均勻、平滑的無級(jí)調(diào)速，并且調(diào)速的范圍很寬，起動(dòng)力矩大，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。所以，適合要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的重載機(jī)械，選用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)是極好的。所以*950可逆式軋機(jī)選擇直流電動(dòng)機(jī)。2.3 壓下系統(tǒng)減速器及聯(lián)軸器的選擇1、減速器的作用是為了降低轉(zhuǎn)速、傳遞動(dòng)力、增大轉(zhuǎn)矩。減速機(jī)這種減速傳動(dòng)裝置在現(xiàn)代機(jī)械廣泛應(yīng)用。一般有齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器、行星齒輪減速器。渦輪蝸桿的優(yōu)點(diǎn)是工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比

16、很大，并且，具有自鎖功能，傳遞中能夠旋轉(zhuǎn)90度方向。能滿足快速壓下的要求，所以該設(shè)計(jì)可以用蝸輪蝸桿減速器。2、在近代軋鋼機(jī)或大型軋鋼機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，廣泛地采用齒輪聯(lián)軸器。這是因?yàn)辇X輪聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制造容易并具有很高的精度，摩擦損失小，能傳遞很大的扭矩，有良好的補(bǔ)償性能和一定程度的彈性等特點(diǎn)。所以本設(shè)計(jì)采用齒輪聯(lián)軸器。2.4 壓下螺絲和壓下螺母的選擇在軋機(jī)中壓下螺絲和壓下螺母是電動(dòng)壓下裝置中的非常重要的零件。壓下螺絲和壓下螺母的選用也是至關(guān)重要的2.4.1 壓下螺絲的選擇壓下螺絲，廣泛用于中厚板軋機(jī)、板帶軋機(jī)、初軋機(jī)等軋機(jī)，因其輾縫調(diào)節(jié)速度快。承載能力大。壓下螺絲安全可靠，對(duì)于整個(gè)軋機(jī)

17、的穩(wěn)定作業(yè)率關(guān)系很大，壓下傳動(dòng)螺紋副在可以調(diào)節(jié)輾縫大小在過平衡力作用，靜止?fàn)顟B(tài)下壓下螺絲傳遞軋制力或軋制力矩。防止上輾平衡裝置的過平衡力，在旋轉(zhuǎn)時(shí)防止端部的磨損，并且使上輾軸承有自動(dòng)調(diào)位能力。通常壓下螺母都要承受巨大的軋制力，所以要用高強(qiáng)度的材料在作為原料，同時(shí)由于壓下螺母和蝸輪是一體的，所以選擇ZCuAl10Fe3。2.4.2 壓下螺母的選擇在軋鋼機(jī)座中，壓下螺母是重量較大的非常容易損壞的零件。壓下螺母一般用比較貴重的高強(qiáng)度的青銅(ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1)或黃銅(ZHA166-6-3-2)鑄造而成。近年來，我國(guó)大型軋機(jī)使用廣泛的是組合式螺母，這樣是為了節(jié)省有色金屬

18、。被加箍的螺母，相對(duì)來說比較經(jīng)濟(jì)，其工作性能不次于整體的鑄青銅螺母。因此，該設(shè)計(jì)選用無錫青銅ZQAL9-4的雙鑲套螺母。1113力能參數(shù)的計(jì)算3.1 平均單位壓力典型的鋼件：20CrMnTiH含量：C=0.20%,Mn=1.0%,Cr=1.2%,Ti=0.07%如下表3.1為0950鋼坯軋制圖表：表3.1950鋼坯軋制圖表(mm)鑄坯規(guī)格：280M380道次孔型指針斷面尺寸壓卜里見展里讀數(shù)高度寬度03802801I180330502I120270K30060203I100240604I30180K30060305III110240606III60190K20050207III301602004

19、0103.1.1 軋制時(shí)接觸弧上平均單位壓力因?yàn)榻佑|弧上單位壓力的是分布不均勻的，為了便于計(jì)算，一般均以單位壓力的平均值一一平均單位壓力來計(jì)算軋制總壓力。從文獻(xiàn)1可知，計(jì)算軋制時(shí)的平均單位壓力：Pm=(1m)(ku)(3.1)式中：m考慮外摩擦對(duì)單位壓力的影響系數(shù)；k軋制材料在靜壓縮時(shí)變形阻力，MPa；-軋件粘性系數(shù)，kgs/mm2;u變形速度，s°計(jì)算第一道次:1.6R(ho-幾)-1.2(h0-兒)m=hohi(3.2)式中：摩擦系數(shù)。鋼軋輾N=1.05-0.0003;t軋制溫度；t=1110C；h0、h1軋制前后軋件的高度，mm；R軋輾半徑，mm；=1.05-0.0005111

20、0=0.50R=950/2=475mmh°=380mm,h二330mm數(shù)據(jù)代入公式(3.2)中得:m=0.0891、Pomp熱軋方坯的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到k(MPa)的計(jì)算公式:k=(14-0.01t)1.4(C)(Mn)0.3(Cr)l9.8(3.3)式中：t軋制溫度，C；切(C)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，;0(Mn)鈕的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，;0(Cr)銘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，;把數(shù)據(jù)代入公式(3.3)中：k84.1232、軋件的粘度系數(shù)n(kgs/mm2)計(jì)算:=0.01(14-0.01t)c(3.4)式中：c考慮軋制時(shí)軋制速度對(duì)粘度系數(shù)。的影響系數(shù)，由文獻(xiàn)1可知，其值如下:表3.1軋制速度一一系數(shù)c軋制速度v/

21、(ms-1)<661010151520系數(shù)c1.00.80.650.60即最大軋制速度:ndmax=110r/min=110二D/60m/s=1103.140.95/60m/s5.469m/s<6m/s取c=1.0由公式(3.4)計(jì)算得=0.01(14-0.011110)1.02=0.029kg-s/mm3、軋制過程中變形速度:2v(3.5)u:式中：v軋制速度，mm/s；h0,h1軋制前、后軋件的高度，mm；R軋輾半徑，mm。h=h0-h1=380-330=50mmv=5.5m/s代入(3.5)式得:u5.027s代入(3.1)式得:Pm=(1+m)(k+u)=(1+0.089)

22、(84.123+0.0295.027)=91.77MN同理，依次代入計(jì)算出其它道次的數(shù)據(jù)，列表3.2表3.2各道次數(shù)據(jù)mkn(kg,s/mm2)UPm(MN)10.08984.1230.0295.02791.7720.10587.0240.0306.51696.37830.12292.8260.0327.240104.41140.16398.6270.0349.308115.07150.132104.4290.0367.240118.50960.170110.2300.0388.30129.33870.204116.0320.0408.867143.973軋制平均單位壓力Pm與軋件和軋輻接觸面

23、積F乘積便是軋件對(duì)軋輻的總壓力PP=PmF接觸面積F的一般形式為：(3.6)(3.(7)(3.(8)bobil2式中：l一接觸弧長(zhǎng)度的水平投影；bo、bi一軋制前后軋件的寬度。由文獻(xiàn)1可知，（不考慮彈性壓扁）接觸弧長(zhǎng)度的水平投影公式為:l=Rsin：工；.Rh式中：R一軋輾半徑；Ah壓下量0代入式（3.7）、（3.8）中得：l=R.=h=.47550=154.11mmF=X80i54.ii-.。.巾?22將F代入式（3.6）中得：P-PmF=91.7743150.8=3.96MN同理其余道次，列表3.3bob1bhlP=Rmbl(MN)1280280280501543.962280300290

24、601694.7233270270270601694.7644270300285601695.5425180180180601693.6056180200190501543.7847190200195401383.874表3.3各道次數(shù)據(jù)(mm)3.1.2 軋制力矩的計(jì)算一般情況下，在軋鋼生產(chǎn)中對(duì)于簡(jiǎn)單的軋制過程，軋制壓力的作用下，軋件發(fā)生塑性變形，此時(shí)，作用力與反作用力的方向相反，力的大小相等，因此兩個(gè)軋輾對(duì)軋件產(chǎn)生的法向作用力Ni、N2和產(chǎn)生的摩擦力Ti、T2的合力R、P2大小相等而方向相反，力的作用點(diǎn)在一條直線上，該直線垂直于軋制中心線，軋件平衡，由文獻(xiàn)1可知，如圖3.1所示：圖3.1簡(jiǎn)

25、單軋制時(shí)作用在軋輻上的力由文獻(xiàn)1可知，一個(gè)軋輾的力矩Mk為軋制力矩Mz與軋輾軸承處摩擦力矩Mfi之和；Mk=MzM門=P（a匕）（3.11）D.：-da=sin,：1=22式中：P軋制力；a軋制力臂，對(duì)軋件法向力和摩擦力產(chǎn)生的合力作用線距兩個(gè)軋輾中心連線的垂直距離；P1軋輾軸承處摩擦圓半徑；D軋輾直徑；d軋輾軸頸直徑； 合力作用點(diǎn)的角度； 軋輾軸承摩擦系數(shù)：小950可逆式軋機(jī)選用膠木，N=0.010.03,取N=0.022柴列科夫認(rèn)為熱軋時(shí)：¥=E總0.5（由文獻(xiàn)1可知）Of式中：中一一力臂系數(shù)，假定在接觸弧的中心是總軋制壓力作用點(diǎn)，用力臂系數(shù)表示; 咬入角,a=arcos（1-）2

26、R其中d=560mm根據(jù)以上公式計(jì)算第一道次：.：h50二=arco61-）=arcos（1-）=18.6722R2475產(chǎn)d=5600.022=6.16221 ：-=0.518.672=9.336sinB=0.162D.：D.二950-a=sin=sin=0.162=76.952 22求軋制力矩MzMZ=Pa=3.9676.95=3.047105Nm求軋輾軸承處摩擦力矩MfiMf1=P已=3.966.16=0.235105Nm代入公式(3.11)求單軋輾驅(qū)動(dòng)力矩為MK=MZ+Mf1=3.0471050.235105=3.282105Nm雙軋輾驅(qū)動(dòng)力矩為5-.'MK=2MK=6.564

27、10Nm將數(shù)據(jù)分別代入算出其它道次，列表3.4表3.4各道次數(shù)據(jù)道次h(mm)otsin:P(MN)MZ(105Nm)Mf1(105Nm)Mk(105Nm)、Mk(105Nm)15018.6720.1623.812.9320.2353.2826.56426020.4720.1784.7324.0010.2914.2928.58436020.4720.1784.7644.0280.2934.3218.64246020.4720.1785.5424.6860.3415.02710.05456020.4720.1783.6053.0480.2223.276.5465018.6720.1623.784

28、2.9120.2333.1456.2974016.6860.1453.8742.6680.2392.9075.8144壓下裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 壓下螺絲的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1 壓下螺絲螺紋外徑的確定通常，由頭部、本體、尾部三部分組成壓下螺絲。與上軋輾軸承座接觸的是壓下螺絲的頭部，承受輾頸的壓力和上輾平衡裝置的過平衡力；與壓下螺母配合的是壓下螺絲本體部分的螺紋，來傳遞運(yùn)動(dòng)和載荷。壓下螺絲螺紋帶有有鋸齒形和梯形兩種，由于選用快速壓下裝置，所以選用鋸齒形更為合適，承受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的是壓下螺絲的尾部。壓下螺絲參數(shù)是螺紋部分的外徑d和螺距t,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇。壓下螺絲的d由最大軋制力決定。壓下螺絲的縱向

29、彎曲忽略不計(jì)，因?yàn)槠浼?xì)長(zhǎng)比很小。因?yàn)閴合侣萁z和軋輾輾徑承受軋制力的大小相等，所以，二者之間存在著以下的關(guān)系：d=（0.550.62）dg（4.1）式中：d壓下螺絲外徑；（mm）dg一輾頸直徑；（mm）代入公式（4.1）取d=0.58dq=0.58m560=324.8mm,取d=400mm,壓下螺絲的螺距g一般對(duì)開坯機(jī)來說，螺距t（0.120.16）d取t=0.13d=0.13父324.8=42.224mm,所以螺品Et取32mm。4.1.2 壓下螺絲最小斷面直徑d1的計(jì)算由最大軋制壓力決定壓下螺絲直徑的大小。由文獻(xiàn)1可知，壓下螺絲最小斷面直徑d1由下式?jīng)Q定：(4.2)式中：P作用在螺絲上的最大

30、軋制力；（MN）Rd壓下螺絲許用應(yīng)力。鍛造碳鋼通常作為壓下螺絲的材料，具強(qiáng)度限約為%=600700MPa,當(dāng)取安全系數(shù)n=6時(shí)，許用應(yīng)力為Rd=100120MPa,取Rd=110MPa0Pi=pmax=20=10MN22公式（4.2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算：di=迫=j4X10=340mm二3.141104.1.3 壓下螺絲的校核由文獻(xiàn)5可知，查出壓下螺絲：內(nèi)徑d2=260mm中徑d3=300mm3由螺紋外徑d確定出其內(nèi)徑d2后，壓下螺絲的強(qiáng)度便可按照強(qiáng)度條件來進(jìn)行校核。4P1；二一12十（4.3）二d2式中：%壓下螺絲實(shí)際計(jì)算應(yīng)力；（N/mm2）P1壓下螺絲所承受的軋制力；（KN）仃壓下螺絲材料的許用

31、應(yīng)力；（N/mm2）仃呻（4.4）式中：氣強(qiáng)度極限n為安全系數(shù)，其中n6。壓下螺絲材料為42CrMo,因止匕=600700MPa所以代入公式（4.4）二=（600700）/6=（100120）MPan把數(shù)據(jù)代入公式（4.3）中計(jì)算得：。尸4P2=4102=188.44MPaj：d223.140.2602%仃,所以壓下螺絲校核合格。4.1.4 壓下螺母的計(jì)算及校核壓下螺母的的外徑D和高度H是主要尺寸。根據(jù)螺母的端面與機(jī)架接觸面間的單位壓力為6080MPa選取壓下螺紋的外徑D,一般取D=(1.51.8)d。即:D=(1.51.8)d=(1.51.8)400=(600720)=650mm按螺紋的許用

32、單位壓力為15-20MPa能夠確定壓下螺母的高度H,由文獻(xiàn)4公式可知,這時(shí)H=（1.22）d。即：H=(1.22)d=(1.22)x40住(4880)0=600mm根據(jù)H=Zt，可求出Z,即H0.60Z=18.75t0.032一般選青銅材質(zhì)作為壓下螺母的材料，因此要按照螺紋的擠壓強(qiáng)度來確定，因?yàn)榍嚆~的薄弱環(huán)節(jié)是擠壓強(qiáng)度比較低，其擠壓強(qiáng)度條件如下:4P1p=2Z2Z二d2_(d1_2、)2<p(4.5)式中：Pi壓下螺母上的最大作用力；（MN）d壓下螺絲的螺紋外徑；（m）d1壓下螺絲的螺紋內(nèi)徑；（m）壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差。（m）、=d-d1=0.400-0.260=0.14mp壓下螺母

33、材料的許用單位壓力，p=1520MPao數(shù)據(jù)代入公算得：4Pi410P=2r=22=4.257MPaZ二d-（d1-2）18.753.140.4-（0.260-20.14）P<p,所以壓下螺母校核合格。4.2 壓下螺絲的傳動(dòng)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲所需的靜力是壓下螺絲的阻力矩，它包括止螺紋之間的摩擦力矩和推軸承的摩擦力矩。由文獻(xiàn)1知如下圖：圖6.1壓下螺絲受力平衡圖由文獻(xiàn)1可知，其計(jì)算公式是：M=MiM2(4.6)式中：M1止推軸承的阻力矩；M2螺紋摩擦阻力矩。止推軸承阻力矩Mi,實(shí)心軸徑為：,d3Mi=Pi3(4.7)式中：Pi作用在一個(gè)壓下螺絲上的力；.對(duì)滑動(dòng)止推軸承可取邑i=0.i0.2,

34、取0.i5;d3壓下螺絲止推軸頸直徑。d3=300mm=0.3m設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮壓下螺絲阻塞問題，在解決壓下螺絲阻塞事故時(shí)，壓下螺絲所受的力大約是正常軋制力的i.62.0倍。該設(shè)計(jì)取i.8。因此：Pi=i.8i0i06=i8i06N公式(4.7)代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：Mi=JiPid3=0.i5i8i060.3=270KNm133螺紋摩擦阻力矩MM2=P12-tan(：-'二:)(4.8)式中：d2螺紋中徑；（m）-螺紋上的摩擦角，即P=arctan%,N2為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取匕土0.1,故P=5?40?=5.67?;a螺紋開角，壓下時(shí)用負(fù)號(hào)，反之正號(hào)，按提升算，t為螺距二二arc

35、tg=1.46?數(shù)據(jù)代入（4.8）、（4.6）公式計(jì)算得:_d2M2=P1ytan(?-：)=201060.300tan(5.672.231)=416.3KNmM=M1+M2=270+416.3=686.3KNm4.3 壓下電動(dòng)機(jī)的選擇壓下電機(jī)選用直流電機(jī)。壓下螺絲的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為：N=Mn（4.9）9550i式中：M轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲的靜力矩；（KNm）n電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；（r/min）i傳動(dòng)系統(tǒng)總速比；n傳動(dòng)系統(tǒng)總的機(jī)械效率。根據(jù)參考文獻(xiàn)5,表4.29,蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率0.750.82取0.8,聯(lián)軸器的效率為0.99,軸承效率為0.99,所以總的效率為："總="蝸桿2聯(lián)軸器2

36、箱軸承=0.82M0.992父0.99=0.6210壓下螺絲最大轉(zhuǎn)速:(4.10)60Vmaxn壓=t根據(jù)公式（4.10）計(jì)算得：n壓=600=45r/min32I總傳動(dòng)系統(tǒng)總速比，i總=26.5電機(jī)轉(zhuǎn)速：門=1總M門壓=26.5父45=1192.5/min由參考文獻(xiàn)2,附表40-37,根據(jù)電機(jī)的功率及額定轉(zhuǎn)數(shù)選用型號(hào)為ZZJ814型電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)數(shù)ne=1200rmin-1,額定功率為Ne=224KW把數(shù)據(jù)代入公式（4.9）中得：n=686.3父1200=5.3kw9550i955026.50.621所以壓下電機(jī)的總功率為：N總=2x5.33=10.66KW取電機(jī)的安全系數(shù)為2,則N額=21

37、0.66=21.32KW所以，選用電機(jī)滿足要求。4.4 壓下裝置自鎖的校核及松脫的措施如果，沖擊、震動(dòng)或是變載荷的作用多次發(fā)生，即使螺絲與螺母擰緊，頭部等支撐面上的摩擦力有防松作用，也會(huì)聯(lián)接松脫，因此，在承受高溫的環(huán)境時(shí)，（W50可逆式軋機(jī)的壓下螺絲和螺母的材料會(huì)受到很大影響，如蠕變、應(yīng)力松弛，因此，壓下裝置設(shè)計(jì)時(shí)，自鎖是所必要的校核，由文獻(xiàn)5可知，自鎖的校核公式：;三。？（4.11）式中：«螺紋開角，a=2.3612當(dāng)量摩擦角螺紋摩擦角P<P?,”P,所以口<P?,壓下裝置自鎖校核合格5蝸輪與蝸桿的設(shè)計(jì)5.1蝸輪的設(shè)計(jì)1、根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開

38、線蝸輪(ZI)2、選擇蝸輪材料桿的材料可以用45#鋼，45#鋼綜合性比較好，在傳遞功率不大，旋轉(zhuǎn)的速度中等情況下很實(shí)用。設(shè)計(jì)中考慮蝸輪與壓下螺母是一體的，蝸輪選用鑄造鋁鐵青銅(ZCuAl10Fe3)材料，這種材料適用于滑動(dòng)速度小的傳動(dòng)。73、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度對(duì)蝸輪設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算本次設(shè)計(jì)為閉式蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)，一定要保證工作時(shí)齒面接觸強(qiáng)度，因此齒面接觸疲勞強(qiáng)度要先進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲的疲勞強(qiáng)度。由文獻(xiàn)7,11-10m2d之KT2(480)2(5.1)Z20H(1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T6P6P.一T=9.5510=9.5510(5.2)nn/i式中：P輸入蝸桿的功率，(KW);n蝸桿軸的轉(zhuǎn)數(shù)

39、，(rmin')；i蝸輪蝸桿傳動(dòng)比。n估取效率按乙=2,效率”=0.73,將已知數(shù)代入公式(5.2)得：6P6PT=9.5510=9.5510nn/i62240.736=9.5510=34.4910Nmm1200/26.5(2)載荷系數(shù)K的確定因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)載荷穩(wěn)定，并且本設(shè)計(jì)壓下裝置是不“帶鋼”壓下，取載荷分布不均勻系數(shù)Kb=1；由于運(yùn)行時(shí)載荷分布不穩(wěn)定、沖擊力小、啟動(dòng)次數(shù)不頻繁、啟動(dòng)載荷較大，所以，根據(jù)參考文獻(xiàn)6,表11-5,選取使用系數(shù)Ka=1.15。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)不高、沖擊力中等，根據(jù)參考文獻(xiàn)7,圖10-8,選取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.05o載荷系數(shù)：K=KaKpKv=1.15x1x1.0

40、5=1.21。(5.3)(3)確定彈性影響系數(shù)Ze1鑄造鋁鐵青銅蝸輪和45號(hào)鋼蝸桿相配，由文獻(xiàn)4,16.5-11選取ZE=160MPa"(4)確定蝸輪齒數(shù)Z2z2=Z1i蝸=2父26.5=53(5)確定許用接觸應(yīng)力Kh鑄造鋁鐵青銅(ZCuAl10Fe3)可以作為蝸輪材料，蝸桿螺旋齒面硬度的大于45HRC,可從文獻(xiàn)7,表11-7中查得蝸輪的許用應(yīng)力oH'=230MPa。取10000小時(shí)為蝸輪的壽命時(shí)間，求應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)：N=60jn2Lh(5.4)1200二6011000026.5=2.7107壽命系數(shù)：88Khn=J107=0.8832(5.5)N2.710許用接觸應(yīng)力：產(chǎn)h

41、=Khn尸h=0.8832M230定203.15MPa(5.6)(6)計(jì)算m2d1值44480DQm2d1-1.213.54106()234000mm326.5203.15從文獻(xiàn)7,表11-2中可知模數(shù)m=20,求得：蝸桿分度圓直徑d1=205mm。4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)(1)蝸桿主要尺寸參數(shù)軸向齒距：pa-二m-=20=62.83mmdi205直徑系數(shù):q=-=10.25mmm20一，一.一t，,，一J*X齒根圓直徑：da1=d12ha1=d1一2hamc二205-2(1200.25)=164.5mm齒頂圓直徑：df1=d12ha1=d12ham=2052120=245mmZ,2分度圓導(dǎo)程

42、角：=arctan1=arctan=14.0362,=1418'35''q81 1蝸桿軸向齒厚：、=a=：m=20=31.42mm2 2(2)蝸輪主要尺寸參數(shù)蝸輪齒數(shù)：Z2-Z1i=226.5=53蝸輪分度圓直徑：d2=mZ2=2053=1060mmad1d26402051060蝸輪變位系數(shù):X2二=-=0.375m2m20220蝸輪喉圓直：da2=d2-2ha2=d22m1-x2ha=10602201-0.50.25):=1090mm蝸輪齒根圓直徑：df2=d2-2hf2=d2-2m1-X2，ha=1060-22010.50.25=990mm蝸輪齒寬：B=0.75da

43、1=0.73164.5=120mm1.1蝸輪咽喉母圓半徑：rg2=ada2=6401060=110mmg22中心距:d1d22x2m205106015ca=2-=640mm5.2蝸輪的校核1、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度仃F蝸輪的當(dāng)量齒數(shù):ZV2Z253cos3-cos314.0362=58.24(5.7)根據(jù)X2=0.375,Zv2=58.24,有參考資料6,圖11-19知，齒形系數(shù):YF2=3.5螺旋角系數(shù):(5.8)丫：=1一=1一362=0.8997140140由文獻(xiàn)6,表11-8可知，蝸輪基本許用應(yīng)力&Fj=90MPa.壽命系數(shù):KFN.91065.18106=0.83則蝸輪的許用彎

44、曲應(yīng)力為:F'=KFNFI=0.8390=74.7MPa(5其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度:1.53KTd1d2mYFa2Y：(5.10)1.531.214.751062051060203.50.8997=6.37F1所以，蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足工作要求。5.3熱平衡計(jì)算軋機(jī)工作時(shí)，熱量非常的大，是由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)效率低。如果不能把熱量迅速釋放,由于閉式傳動(dòng)，潤(rùn)滑油會(huì)因?yàn)楦邷乇幌♂?，從這樣摩擦損力就會(huì)增大，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致膠合,所以，單位時(shí)間內(nèi)的熱量1要等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量2,才能保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。1、單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量中1=1000P(1刈)=1000黑200乂(10.73)=54JS

45、(5.11)式中：P蝸桿傳遞的功率；刀蝸桿傳動(dòng)的效率。2、單位時(shí)間內(nèi)的散熱量2二%S(t0-ta)=30M457M500父10'M3t0-20。)(5.12)式中：S潤(rùn)滑油所濺到內(nèi)表面，而外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積，_2m；0td箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取ad=(8.1517.45)W/(m2C)；to油的工作溫度，一般限制在6070C,最高不能大于80C;ta周圍空氣的溫度，常溫情況下可取為20C。按熱平衡條件61=62,求得穩(wěn)定工作條件下的油溫t。為：1000P1-54“Qcacc"t0=ta+二20+：6-=27.9笛<80C(5.13):dS304

46、5750010所以蝸桿傳動(dòng)熱量滿足要求。6主要零件的強(qiáng)度校核6.1 蝸桿軸的強(qiáng)度校核6.1.1 蝸桿所受載荷的計(jì)算切向力Ft12Tl2T2d1d1i1234.4910623047.11N205200.73(6.(1)軸向力Fa1234.4910665075.5N1060(6.(2)徑向力Fr1=Fr2=Ft2tan：=65075.5tan20=23685.5N(6.(3)式中：T分別為蝸桿、蝸輪上的轉(zhuǎn)矩;d1、d2分別為蝸桿、蝸輪分度圓直徑。6.1.2蝸桿軸支點(diǎn)受力分析1.在豎直方向:Fv1Fv2=Fr1(6.4)Fv1267.5-Fv2267.5=Fa1d1(6.5)由公式（6.4）、（6.

47、5）計(jì)算得：Fv1=2431Q485N,Fv2=624.985N2.在水平方向:Fhi.Fh2=Ft1Fh126.5-Fh226.5=0由公式（6.8）、（6.9）計(jì)算得：FH1=FH2=11523.56N各個(gè)力大小和方向見圖6.1（b）、（d）圖6.1蝸桿軸彎矩圖、扭矩圖6.1.3 蝸桿軸上力矩的計(jì)算1 .支點(diǎn)1對(duì)截面X的力矩Mi豎直方向：MV1=FV1267.5=24310.485267.5=6506054.74Nmm水平方向：MH1=FH1267.5=11523.56267.5=3082552.3Nmm則：mmM1=JmV12MH12<6506054.7423082552.32=7

48、199366.428N2 .支點(diǎn)2對(duì)截面X處的力矩M2豎直方向：MV2=FV2267.5=624.985267.5=167183.49Nmm水平方向：MH2=FH2267.5=11523.56267.5=3082552.3Nmm則：M2二;/Mv22Mh22=J167183.4923082552.32=3087082.604Nmm各彎矩圖見圖6.1(c)(e)。6.1.4 按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度1 .進(jìn)行校核時(shí)，需對(duì)軸承受最大彎矩和扭矩的截面（危險(xiǎn)截面X）的強(qiáng)度進(jìn)行校核根據(jù)下面公式計(jì)算軸的應(yīng)力:McaX：TX2WXM12二Tx2WX(6.8)式中：a為應(yīng)力影響系數(shù)，取a=0.6Wx軸的抗彎截面

49、系數(shù)，單位mm2,Wx*0.1d3;Tx作用在蝸桿軸上的扭矩丁丁234.49106TX=T1;200.73=4.72106NTx見圖6.1（g）。將已知數(shù)代入公式（6.8）得：一Mcax2-Tx2M12；Tx2caX=WxWxV71992664282+（0.6父4.72父106f二30.1200=9.01MPa軸的材料由文獻(xiàn)6,表15-1查軸材料的許用彎曲應(yīng)力g=60MPa,另查得1二275MPa,T1=155MPa,所以Jax<所以截面X是安全的2 .按彎扭合成進(jìn)行校核如下，公式（6.8）:ocam=：McaX2+&Txf】M12+（Tx）2WxWx7199266.4282+(

50、0.6x4.72x1062二Z730.11403=26.25MPa式中：McaW一為ID截面處的彎矩。267.5-140267.5-140Mcam=McaX=7199266.428=3431426.054Nmm267.5267.5同樣，印，截面ID也安全。3雖然在II界面處彎矩比III截面小，但是軸頸也比III小，因此，不能判斷II截面是否滿足強(qiáng)度要求。需要驗(yàn)證，同理用公式(6.8)：0C皿=53.7MPa式中：McaII一為II截面處的彎矩。22.522.5Mcaw=McaX=7199266.428=605545.77Nmm267.5caX267.5Wii一截面II處的抗彎截面系數(shù)，Wii=

51、0.1d同樣。caII。,所以截面II也是安全的。6.1.5精確校核的疲勞強(qiáng)度1 .判斷危險(xiǎn)截面單獨(dú)驗(yàn)證VI截面，因?yàn)镮I截面和VI截面軸頸相同，其中VI不受到扭矩作用。對(duì)于田截面，受到扭矩作用較大，受彎矩作用較田截面小。所以，不呢判斷其是否安全，仍然需要檢驗(yàn)。IV、IV'截面應(yīng)力集中由鍵槽引起，因?yàn)镮V截面直徑與IV截面的直徑相同，但I(xiàn)V'不受扭矩作用。故只需驗(yàn)證IV截面。2 .VI截面校核(1) VI截面抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=0.1黑1203=172800mm3(6.9)V I截面抗扭截面系數(shù)：WT=0.2d3=0.2父1203=345600mm3(6.10)V I

52、截面所受的彎矩：22.522.5MVI=M2=3087082.604=259661.15Nmm267.5267.5V I截面上的扭矩：T=4.72106NmmV I截面上的彎曲應(yīng)力為：Mvi259661.15=1.50MPa172800V I截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：T4.72106T=13.66MPaWT345600式中：二T(2)軸的材料為45#鋼，調(diào)制處理，根據(jù)參考文獻(xiàn)6,表15-1查得：二b=640MPa,L=175MPa,=155MPa(3)VI截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)口仃和口工根據(jù)參考文獻(xiàn)6,表3-2查得：1=_2_=0.02,2=14°=1.17。經(jīng)過查信后，得：d120d120%=2.19,、=1.59又根據(jù)