机械毕业设计1499小型轧钢机设计

摘要

设计的轧钢机为300×3型钢轧钢机，轧辊的直径为300 mm。轧钢机主要用来为轧制小型线材，采用三辊式工作机座。轧钢机的主要设备是由一个主机列组成的。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——减速机——齿轮机座——轧机。由于轧辊的转向和转速不可逆转，原动机采用造价较底的高速交流主电机。考虑到轧制负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内。联轴器：在减速器与齿轮机座之间采用的是安全连轴器。而主联轴器采用的的梅花接轴联轴器。关键词：轧钢机齿轮机座飞轮

Abstract

Rolling mill designed for 300 x 3 payments rolling mill, roller diameter of 300 mm. Rolling mill for rolling mainly to small wire rod, a three roller-working machine Block. Rolling mill equipment is a major component of the mainframe out. Rolling mill is the former mainframe is motivated transmission devices and the three basic components of the implementing agencies. Allocation method used for electric motors -- slowdown plane -- plus seat -- rolling mill.The roller to the irreversible and rotational speed, the original motivation for the introduction of a more rapid exchange of the costs of Electrical. Taking into account the rolling load is uneven, to balance electrical loads and reduce the electrical capacity slowdown in the increase between a flywheel and electric motors. Flywheel design and installation of electric motors in decelerator between its role in the adoption roller and roller idling, a mobile storage device in a balanced transmission loads; gear seat : its purpose is to transmit torque to the work revolve, the equivalent diameter cylindrical design used three words plus people lined up in the vertical plane, packed in sealed .Shaft coupling : in the Block reducer and gear is used between security company axle vehicles.

Key words：Rolling mill gear seat flywheel.

目录

摘要……………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………II

第1章绪论 (1)

1.1 轧钢机的定义 (1)

1.2 轧钢机的标称 (1)

1.3 轧钢机的用途 (1)

1.4 轧钢机的主机列 (2)

第2章轧制压力和轧制力矩的计算 (5)

2.1 轧制平均单位压力的确定 (5)

2.2 轧制总压力的确定 (7)

2.3 轧制力矩的确定 (8)

2.4 电动机的选择 (8)

第3章飞轮的的设 (10)

3.1 飞轮力矩的确定 (10)

3.2 飞轮强度的校核 (13)

第4章减速器的选则 (14)

4.1 传动比的计 (14)

4.2 减速器的特点和破坏形式 (16)

4.3 主减速机的结构 (16)

4.4 主减速器的润滑和防护 (17)

4.5 齿轮的材料和热处理 (17)

4.6 减速器工作状态的分析 (17)

第5章齿轮机座的设计 (19)

5.1 齿轮机座的类型和结构 (19)

5.2 齿轮的设计和轴端强度的校核 (19)

5.3 密封和漏油的问题 (22)

5.4 齿轮机座的润滑 (22)

5.5 齿轮机座的总述 (22)

第6章轧钢机工作机座设计 (24)

6.1 工作机座的选择 (24)

6.2 轧辊与轧辊轴承的设计 (25)

6.3 轧辊调整装置的设计 (28)

6.4 机架结构的设计 (30)

6.5 机架强度的校核 (31)

第7章孔型的设计 (35)

第8章经济分析 (38)

第9章专题设计 (39)

总结 (46)

致谢 (47)

参考文献 (48)

附录1外文译文 (49)

附录2外文译文 (57)

第1章绪论

1.1轧钢机的定义

轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。大多数情况下，轧制生产过程要经过几个轧制过成，还要完成一系列的的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印，轧件收集、卷取成卷等。

一个轧件的全过程由多种机械按工艺顺序而成机组来完成，这种机组或机器体系叫轧钢机械或称轧钢机。第一种情况轧钢机由一个或几个工作机座（执行机构）传动机构（齿轮传动、连轴器）和使轧辊转动的电动机组，后一情况轧钢机是由若干台工做机组成，这些机组数目与加工轧材工艺过成生产率相适应，因此，轧钢机按顺序排列并且用辊道或其他运输装置连成一条工艺流水线机器组成机组。

轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。主要使设备排列成一定形式的工作线称为轧钢机的主机列。用以完成其他工序的机械设备称为辅助机械。

1.2轧钢机的标称

轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来标称。

初轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊名义直径，因为轧辊的名义直径的大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直径标称的。

小型轧钢机的名义直径为：180——450mm.

1.3轧钢机的用途

轧钢机形式有两种：冷轧与热轧，热轧主要用于开坯，兼生产一部形钢，这这种轧机的型号有630-650型轧机，500-550型轧机、650中型轧机与2300中板轧机等，冷轧主要用于终级轧制，轧带钢的产品很多，具有代表性的冷轧

板带钢产品金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲板（以汽车钢板最多）、电工硅钢板、不锈钢和涂层钢板。现也促使冷轧机的装备技术和控制技术向更高的方向发展。型号有1400mmNKW、1250mmHC单辊可逆式轧机. 1150mm 二十辊冷轧机,。

设计的轧钢机为300×3轧钢机，轧辊的直径为300 mm.，轧钢机主要用来为轧制小型线材。25—50毫米的圆钢，20—40毫米的方钢；螺纹钢等。

其结构的特点为：

1采用三辊式工作机座，主电机不可逆转，中上辊与中下辊交替过钢，实现多道次的轧制。

2由于轧辊的转向和转速不可逆转，可采用造价较底的高速交流主电机在传动装置中装有减速机和齿轮机座。考虑到第一机座轧件较短，轧制次数较多，负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。

3多数300型钢轧机要求既开坯又轧件，具有一机多能的特性，因此，轧机急需要较强的能力，又需要较强的刚度，而且由于经常需要更换品种，在轧机结构上需考虑换辊方便。

4为了便于换辊，三个机座的轧辊都采用梅花接轴连接。

1.4小型轧钢机的主机列

轧钢机的主要设备是由一个或数个主机列组成的。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。

1工作机座：工作机座为轧钢机的执行机构，它由轧辊及其轴承轧辊的调整机构和上轧辊的平衡机构，引导轧件的轧件进入轧辊用的导装置，工座机座的机架及支撑机座并把机座固定在地基上用的轨零、部件的和机构组成。

2传动装置：联轴器：联轴器包括电机联轴器和主联轴器，电机联轴器用来连接电动机与减速器的主动齿轮轴；而主联轴器则用来连接减速器与机轮机座的传动轴，既自减速器将转矩传至齿轮机座的主动齿轮。

减速器：在轧钢机中减速器的作用将电动机较高的转速变成轧机所需的转速，因而可以在主传动中选用价格较底的高速电动机。确定是否采用减速器的一个重要条件，就是比较减速器及其摩擦损耗的费用是否低于低速电机的与高速电机的之间的差价，一般情况下，当电机的转速小于200—250转/分才采用减速器。小型轧钢机转速小于200转/分，因而采用减速器。

采用减速器时，根据传动比的大小选用一级（传动比i小于等于8）二级（传动比等于8—40）或三级（传动比i大于40）减速器。与这些减速器相对应的轧辊速度分别为200-250转/分，40—50转/分，以及10—15转/分。

连接轴：轧钢机齿轮机座，减速器或电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的。设计采用横列式布置轧机，一个工作机座的轧辊是通过连接轴传动的。轧钢机采用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿轮接轴等。

设计的轧钢机采用梅花接轴它常用在横列式轧机上。

飞轮：设计的是一个飞轮装置在减速器的小齿轮轴上。它的作用是在通过轧辊与轧辊空转时，作动蓄能器以均衡传动负荷；既轧辊空转时，飞轮加速，积蓄能量；而轧件通过时，飞轮减速。放出能量，帮助轧制。

齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内

3电动机的选择：轧钢机的电动机的形式的选择与轧钢机的工作制度有着紧密的联系。设计的轧钢机是轧制速度不需要调节的不可逆式轧钢机，采用异步电动机。

异步电动机主要用在有剧烈尖峰负荷的轧机上，为了减少电动机的容量，有时装有飞轮，异步电动机投资费用较底，在小形轧钢机上很适合。

4小型轧钢机的工作制度：一般中小形轧钢机的工作制度可以分为：不可逆式的，可逆式的与带张力轧制等几种方式

设计采用不可逆轧机的工作制度，在这种工作制度下，每个轧辊的方向不变扎辊的转速为不可变的。

三辊轧钢机二辊轧钢机

图1—1 轧机的工作制度

小型轧钢机的总体布局

轧钢机的主要设备由一列主机列，此轧机的总体布局基本上与主机列一致，结构如下：

主机列三个基本部分组成，主电机，传动机械，工作机座。

设计中的传动装置由齿轮机座，减速器，联轴器，接轴组成，在电机与减速器之间用飞轮连接，在齿轮机座与减速器之间是用飞轮连接。在齿轮机座与减速器用安全联轴器。因以上中除安全联轴外，均在主机列中给以介绍，现对安全联轴器作以介绍。

安全联轴器：一般带有飞轮的轧机，都有安全联轴器。当轧机上的转矩超过额定的转矩时，联轴器能够分开，保护轧机的零部件，使之免受损坏。

工作机座为两个三辊工作机座和一个二辊工作机座，总体结构如图：

图 1—2 轧钢机总装图

1主电机 2联轴器3减速器4安全联轴器5齿轮机座6梅花万向接轴联

轴器 7工作机座8梅花接轴

第2章 轧制压力和轧制力矩的计算

在验算轧机的强度、挖掘轧机的潜力和设计新的轧机时，轧机的尺寸、传动的功率和允许的压下规程均取决于轧制压力的大小与方向。在设计新的轧机时，为了零件的强度和选择电动机的功率，就必须知道轧机在一定轧制条件下的轧制压力、轧制力矩和轧制功率

2.1轧制平均单位压力的确定

在轧制的过程中，轧件在轧辊见承受轧制压力的作用而发生塑性变性，由于轧件塑性变形时的体积不变。因此变形区的轧件在垂之方向上产生压扁，在轧件方向上产生延伸，大量的实验资料证实，开坯，型钢，线材轧机的轧制压力，采用S 。爱克隆德公式计算与实测结果比较接近。

爱克隆德公式的适用范围：轧制温度高于800度，轧制材质为炭钢，轧制速度不大于20米/秒。

在爱克隆德的公式中，轧制的单位不仅是轧件机械性能的函数，而且是变形速度、摩擦系数、接触弧长和轧件平均高度之比的函数，轧制平均单位压力由三部分组成：

P =K +u P +v P (kg/2mm )

（1） Ｋ值:Ｋ为轧件在轧制温度t 度下的单向静压缩时的单位变形阻力，计算

公式为:

K =(14-0.01t )W (kg/2mm )

式中 t ——轧制温度；

W ——轧件的化学成分，计算公式为：

W =1.4+C+0.3Cr+Mn

其中 C 为百分含量；

Mn 为百分含量；

Cr 为百分含量。

轧制的材料设为A3钢，则C 取0.3

W=1.4+0.3=1.7带入K 式中为

K =（14-0.01×1000）×1.7=6.8（ kg/2mm )

（2） u P 值：u P 值为变形速度引起的变形阻力，其计算公式为：

u P =ηU(kg/2mm )

式中 η——轧件在轧制温度为t 度时的粘度系数，其计算公式为：

η=0.01（14-0.01t ）￠(kg ·s/2mm )

￠为轧钢机的轧制速度的修正系数；

U ——变形速度，计算公式为： U=1.6 1.212

u R h h h h ?-?+（/s ） 其中 R 为轧辊的半径；

V 为轧辊的圆周速度（轧制速度）（mm/s ）；

h ?为道次压下量，计算公式为

h ?=h1-h2( 毫米)

h1,h2为轧制前后的轧件的高度(毫米)；

查表2—1的轧制的修正系数为1

所以 η=0.01（14-0.01×1000）×1=0.04 （kg ·s/2mm )

以上取值，有赖于轧辊的转速，其值为40——49转/分。

初选V, 由现场以h ?同类轧机取得，V=700（mm/s ）

h ?=25mm(最大的压下量)

h1=60 mm(初使的高度)

h2＝35 mm (轧制后的高度)

带入 U ＝2×700×25/150/(6035)+=6（mm/s ）

所以 u

P ＝0.04×6=0.24（kg/2mm ) （3） v P =（K +u P ）M （kg/2mm ）

式中 M ——表示外摩擦对轧制平均单位压力的影响系数，其计算

公式为

M =1.6 1.212

u R h h h h ?-?+ u 为轧辊间的摩擦系数，计算公式为：

u =（1.05-0.005t ）a

a 为轧辊之间的修正系

轧辊的修正系数钢轧辊a=1, 硬面铸铁轧辊a=0.8取a=0.8

所以 U ＝（1.05-0.0005×1000）×0.8=0.44

则 M =(1.6×0.4415025?-1.2×25)/(60+35)=0.1

v

P =(6.8+0.24)×0.14=0.986（ kg/2mm ) (4)则平均单位压力

P =6.8+0.24+0.986=8.03（ kg/2mm )

2.2轧制总压力的确定

轧制总压力的计算公式可用下式计算

N=PF

P ——轧件与轧辊接触弧上的平均单位压力

F ——轧件与轧辊间的接触面积在轧制总压力垂直面上的的投影

（简称为接触面积）

各种不同的情况下计算接触面积的方法不同，有以下几种情况1辊径相同的情况2轧制异型断面轧件时的情况3冷轧时的情况4中（厚）板角轧时的情况。

我采用的是辊径相同时的情况，计算公式为：

F =122

b b R h +?(2mm ) 式中 R ——轧辊的半径（毫米）；

h ?——压下量（毫米）；

1b ,2b 轧制前、后轧件的宽度。

F =6052150252

+?=3429（2mm ）

所以 N =P ×F =8.03×3429=27537(kg)

2.3轧制力矩的确定

传动轧辊时，电动机轴上的力矩由下种四种力矩组成：

M = za m h d M M M M i

+++ 式中 za M ——轧制力矩；

m M ——附加摩擦力矩；

h M ——空转力矩；

d M ——动力矩；

i ——轧辊与主电机间的传动比。

其中m M 、h M 、d M 与za M 比较，za M 比较大。所以可以将上式简化 M=K

za M i

式中K 为安全系数，取 K=1.5；

初选轧机总传动比 i=10。

所以轧制力矩为 M=1686.3 1.510

?=252.9（Nm ） 粗算所需电动机的功率： P=9550M n ?=252.99809550?=26（KW ） 2.4电动机的选择

从上面的计算结果看，电动机的功率只在30KW 左右，为了使轧机具有较高的能量储存，使其在复杂的工作环境中工作，所选的电机功率要比此大的多。

上面所求的功率只是在某一道次的功率，在其他的情况下，轧机需轧制各种线材、型材，因此，需要改型，需要的功率要大一些。

设计中，电机的功率要参考现场轧机的功率，故选电机为TRB7——6，异步电动机。

此电机的一些数据从《机械设计手册5》查的为：额定功率为280KW，额定电压为380伏，满载时的转速980/分，效率为93％。最大的转矩为2.2。

第3章 飞轮的设计

采用飞轮的目的是降低轧制时电机的尖峰负荷、增加空载时的电动机的负荷，从而在整个的工作过程中，使电机的负荷均匀，以便按允许过载能力选择较小的电动机。异步电动机的转速随负荷的变化而变化，飞轮储存或放出能量，达到均衡电动机负荷的目的。

飞轮安装在电动机的轴线上，并安装在电动机与减速机之间。

3.1飞轮力矩的确定

电动机尖峰负荷降低的多少与主传动系统总飞轮力矩有关，而飞轮力矩占总飞轮力矩相当大的比重，故飞轮力矩是飞轮的一个重要参数。

飞轮本身的飞轮力矩为2f

GD 为传动总的飞轮力矩20GD 的一个组成部分，所以在计算2

f GD 之前，必须先计算20GD 。

主传动系统的总的飞轮力矩20GD

20GD =20729(2)E n s s

?-（吨·2m ） 在尖峰负荷的时刻，主传动的系统需要释放的能量E ?可按下式计算： E ?=max N t

式中 max N ——在尖峰负荷下电动机的最大的功率，其值可按作用在电动机轴上的最大的转矩max M 确定:

max N =

max 00.995

M n t ——尖峰负荷的时间；

s ——电动机的转差率，s 一般取s =0.12—0.17，取s 为0.15； max M 从电动机的参数中查的为2.2；

0n 为电动机的额定的转数为980转/分。

则 max N =

2.29800.995

?=2257.6（KW ） t 由工厂现实测得为1秒；

所以 E ?=2257.6×1=2257.6 KW ·s

则 20GD =27292257.6980(20.15)0.15?-=6.17（吨·2m ） 则 飞轮的转矩2

f GD =20GD -2d GD -2j GD （吨·2m ）

式中 2d GD ——电动机转子的飞轮力矩（吨·2m ）；

2

j GD ——轧机传动装置的转动部分折算到电机轴上的飞轮力矩

（吨·2m ）； 2

f GD 可以近似的认为与20GD 相当。

因飞轮的圆周速度越高，则飞轮由于离心力所产生的内应力就越大。确定飞轮直径D ，考虑圆周的速度小于允许的最大圆周的速度max V ，即

D ≤

max 60V n

π 式中 飞轮n ——飞轮每分钟的转数； max V ——飞轮最大的圆周速度，

整体铸造的圆盘式飞轮（铸钢），max V =70 —90/m s

D ≤

6070980

π??=1.36米 则取D =0.96米——1米

D=1米

飞轮采用一个，飞轮的直径可取的大一些，通过这两个取这个方案。

飞轮的结构和主要的参数

根据飞轮的直径和圆周的速度的不同，选择飞轮的结构为整体铸造圆盘式飞轮，飞轮的材料为ZG35。

主要的参数由书《中小型轧钢机设计与计算》中表格有如下的关系：

代号 飞轮结构各部关系 表 3—1

D D=100 mm 1B 1B ≥0B

1D

(0.8—0.84)D C （0.3—0.34）0B 0B

(0.1—0.15）D 0D 0.5（1D +1d ） d 根据轴计算 0d （0.1—0.15）（1D - 1d ）

1d

（1.6—1.8）d 因为D=1000mm 所以1D =810—840

表 3—2

0B =（011—0.15）D=110—150

0B =130 mm d =100 mm d =100 mm

1B =130 mm

1B =130 mm C =（0.3—0.34） C =42 mm

0D = 0.5（1D +1d ）

0D =500 mm 1d =（1.6—1.8）d

1d = 170 mm 0d =（0.1—0.15）（1D - 1d ） 0d = 80 mm

飞轮整体铸造后时效处理，进行机械加工。飞轮装置外围加安全罩。

3.2飞轮的强度的校核

飞轮的强度应满足要求，才能保证飞轮安全工作。

飞轮的直径满足下公式即可满足要求。

D ≤max 60V n

π 飞轮的直径就是按此关系式求的，为了验证一下，下面校核一下强度。 飞轮转动时，其轮缘的内表面所产生的应力可按下式计算：

22{10.212()}1.51v r R

σ=+（N/cm ） 式中 V ——飞轮的圆周速度（m/s ）；

r ——飞轮轮缘的内半径（m ）；

R ——飞轮的外半径（m ）；

V=70(m/s)

2270830{10.212()}1.511000

σ=+=3718.96（N/cm ） =371.869(kg/2cm )

2[]500/kg cm σ= []σσ<所以强度足够

第4章 减速器的选择

4.1传动比的计算

轧件出轧辊的初速度，直接影响轧钢的效率，若轧件的出轧辊的初速度快，可提高效率，同时轧制工人不容易轧制。因而轧件的初速度以小于2米/秒为益 1初选轧件的出辊速度为0.7米/秒，计算轧辊转速 n:

0.710006045/min 3.14300

V n r D π?==?=? 取n=50r/min

0/i n n =总=980/50=19.6

在减速器等轧钢机存在着传动装置的效率问题。电动机的效率为93.7％， 可知减速器、齿轮机座的效率为94％

则i=i 总×93.7％×94％×94％=16

这样n 辊将为：

n 辊=n 电/i =750/16=47r/min

n 电为一般情况电机的转数。

轧制速度为：

V Dn π=

=3.14×300×47=0.74 m/s

此轧制速度现场小型轧钢机轧制速度相似，因而符合生产实际。二选择减速器

由于确定i =16，符合选二级减速器传动比的条件。选二级减器。

查《机械设计手册》表8—427，查的i=16对应的代号为8在根据承载能力查表8—429，选取中心距a=1000毫米，工作类型：连续型，在查表8—424，的减速器的型号：ZL100型，最后确定减速器的型号：ZL100—8—I ，其外型及安装尺寸如下。

型号： ZL100

中心踞： A=1000 1a =400 2a =600

中心高： 0H =650

轮廓齿寸: H=1306 、L=1910、B=810 、1B =810 、2B =145 、1L =1550 、

2L

=22 3L =26、1H =50

地脚螺钉: d=M36、 n=8 、3B =610 、4L =7、5L =595、6L =510、7L =320

图4—1

4.2减速器的特点、破坏形式

1主减速机的特点

底速、重载、冲击负荷大，冲击次数频繁目前用于中小型轧钢机主传动的减速机有两种配置方式：

电动机——减速机——轧机；

电动机——减速机——齿轮机座——轧机。

在第一种配置方式中，减速机与轧机直接相连，处于剧烈的负荷工作，因此在设计时应根据具体的使用和配置情况加以区别，设计时采用第二种配置方式。

2主减速机齿轮的破坏形式

生产实践证明，轧钢机减速机齿轮破坏的主要形式表现为点蚀、缩性变形、胶合、磨损、剥落而不是断齿。

4.3主减速机的结构

减速机是由齿轮、箱体、轴、轴承、箱盖等主要零件组成。

齿轮做成人字齿，因为这种齿轮工作比较平稳，而且对轴承不产生轴向力。 齿轮的加工方法：滚齿刀（人字）（8级精度）。

在减速器中，只有底速轴采用轴向固定，其他的轴留有少量的轴向的游隙，使她可以自由的串动，以免卡主齿轮。轴向的游隙为0.8—1mm 。

中心距小于或等于1000毫米的减速器，采用滚动轴承，减速器的材料为铸铁，

1中心距 查表的 a=1000mm

2传动比 总的传动比由电动机轴的转速和轧辊的转数之比确定。i=16

3 齿宽系数? 为齿轮的宽度和中心距之比。b A

?=，?=0.4—0.6，取?=0.5。

4模数和齿数

模数降低，小齿轮齿数1Z 齿数和2Z 均应取较大的值。齿数增加使齿的磨损减小，同时增大重和的系数，有利于减低接触应力。