二辊轧机的传动设计.doc
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二辊轧机的传动设计
摘要
轧机是实现金属轧制过程的设备。
泛指完成轧材生产全过程的装备，包括主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等。
但一般所说的轧机往往仅指主要设备。
随着钢铁加工工业结构调整步伐的加快，小型轧机生产技术装备的发展趋势正在向大坯重、连续化、高精度、高质量方向发展。
小型材的种类也正在从普通钢向合金钢、高精钢方向发展。
现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。
本次对轧机电动机、轧辊、轴承及轴承座以及压下装置中蜗轮蜗杆减速器进行了设计和说明。
轧机在轧制的过程中，轧件的厚度主要受轧辊的结构和压下调整装置的限制，因此对轧辊的结构的设计和强度的校核以及蜗轮减速器的设计是本次设计的主要方向。
关键词：
轧机，轧辊，蜗杆，蜗轮，轧件
DIAMETER320DUOMILLTRANSMISSIONDESIGNS
ABSTRACT
Therollingmillistheapparatuswhichrealizestherollingcourseofmetal.Refertofinishrollingthematerialandproducingtheoverallequipmentingeneral,includethecapitalequipment,auxiliaryequipment,transportingequipmentofjack-upandaccessoryequipmentandsoon.Butgenerallysaidrollingmilloftenonlymeansthecapitalequipment.
Withthequickeningofsteelandironprocessingindustrialrestructuringpaces,therollingmilldevelopmenttrendforproducingtechnicalequipmentofminiaturerollingisheavytothebigbase,meltcontinuously,highprecision,high-qualitydirectiondevelop.Thesteelofthesmall-scalematerialisalsobeingdevelopedfromsteelofgeneraltotheAlloysteelandtotheHighaccuracycopper.Thetrendofdevelopmentofmodernrollingmillismeltingcontinuously,automation,specialization,highinquality,lowtoconsume.
Thistimetointherollingmillelectricmotor,theroller,thebearingandthebearingseataswellastheholding-downdevicetheturbinewheelwormreducerhascarriedonthedesignandtheexplanation.Rollingmillinrollingprocess,rolledpiecethicknessmainlyrollerstructureandholding-downdeviceadjustmentlimit,thereforethebreakerrollstructuredesignandtheintensityexaminationaswellastheturbo-acceleratordesignisthisdesignmaindirection.
KEYWORDS:
Rollingmill，Roller，Worm，Turbinewheel，Rolledpiece
5
目 录
前 言 1
第1章轧机的概述 3
1.1轧机的用途及其发展 3
1.1.1轧机的用途 3
1.1.2轧机的发展 3
1.2轧机的结构及原理分析 3
1.2.1轧机的工作机座的介绍 3
1.2.2轧机传动装置及其他装置的介绍 5
第2章电动机的选择 6
2.1电动机的设计参数 6
2.1.1电动机的输出功率 6
2.1.2电动机所需的工作功率 6
2.2电动机的选择 7
第3章轧辊的选择 8
3.1轧辊的介绍及材料的选用 8
3.1.1轧辊的结构与特点 8
3.1.2轧辊的材料及选用 8
3.2轧辊的结构设计及尺寸的确定 9
3.2.1轧辊的长度及辊身 9
3.2.2确定各段的直径及长度 9
3.2.3轧辊的强度校核 10
3.3轧辊的使用与维护 12
3.3.1辊的使用与检查 12
3.3.2辊的维修 13
第4章轴承与轴承座的设计 14
4.1轴承的选择 14
4.1.1轴承的介绍 14
4.1.2轧机中轴承的选用 14
4.2轴承寿命计算 14
4.3轴承座的分析 16
第5章蜗杆传动的设计 18
5.1蜗杆传动的介绍 18
5.1.1蜗杆传动的类型 18
5.1.2蜗杆传动的特点 19
5.2蜗杆传动的结构及尺寸的确定 19
5.2.1选择材料 19
5.2.2确定许用应力 19
5.2.3按接触疲劳强度设计 20
5.2.4求蜗轮圆周速度并校核效率 21
5.2.5校核蜗轮齿面接触强度 22
5.2.6校核热平衡 23
5.2.7计算蜗杆传动的主要尺寸 23
5.3蜗杆传动的安装与维护 24
5.3.1蜗杆传动的润滑 24
5.3.2蜗轮蜗杆的安装调整 25
5.3.3蜗杆传动的跑合和试运行 25
第6章压下装置与机架的设计 26
6.1压下装置 26
6.1.1压下装置的概念和分类 26
6.1.2轧机压下装置的分析 26
6.2机架的选择 27
6.2.1机架的用途和分类 27
6.2.2机架的选用 27
结 论 28
谢辞 29
参考文献 30
前 言
带钢加工钢材，以其优良的导电、传热、廉价等性能被广泛应用于国民经济部门，为机械制造、交通运输、建筑、能源、轻工、高科技和国防发展不可缺少的基础材料。
因此，带钢加工工业是金属工业的重要组成部分，在我国民经济和国防建设中具有十分重要的地位。
我国的带钢加工工业经过60多年的建设，已形成了一个品种规格比较齐全、生产手段比较完善、并能基本满足国民经济发展需要的较为完整的工业体系。
尤其是改革开放以来，带钢加工工业迅速发展，无论在产品品种、质量、产量方面，还是在生产工艺和装备方面，都得到了突飞猛进的发展，是指在世界铜加工行业中占有举足轻重的地位。
但自上个世纪80年代以来，建筑、电力、汽车工业飞速发展，与此同时，人们对冷轧产品的质量也提出了越来越高的要求，板材的厚度精度和板型精度衡量其质量优劣的重要标志。
市场亦对1mm以下的带钢的需求量及其精度提出了新的要求。
因此，积极研制适合于我国需求的新型板带材轧机设备，尽快改变我国生产落后的状况，是当前亟待解决的问题。
现如今，我国轧机正在向连续化、高精度方向发展。
国内连续式轧机已成为带钢轧机的主流，其产量已经超过了钢材产量的75%。
截至2007年年底，全国共投产连续及半连续式轧机180余套，设计生产能力超过9000万吨/年，其中国产化设备超过了60%。
国内引进和自行设计的全连轧钢材生产线，已逐渐替代掉老式的横列式轧机，产品质量得到大大改善，各项消耗指标大幅降低。
同时，热装热送、切分轧制、在线检测和在线热处理，以及无头轧制等具有国际先进水平的技术得到推广应用。
一些科技型企业也为轧钢设备的更新换代作出了较大的贡献。
随着带钢加工工业结构调整步伐的加快，轧机生产技术装备的发展趋势正在向大坯重、连续化、高精度、高质量方向发展。
轧钢板材也正在向高产化、精度化带钢方向发展，主要表现在以下方面：
轧机生产厂在改进轧前工艺、增加热装热送、推广采用步进式坯料加热炉、蓄热式燃烧技术，采用无头轧制技术方面取得了良好的效果。
企业要生产优质带板钢材，首先要生产优质带钢，因而广泛采取大吨位转炉，增加炉外精炼，降低成本等措施。
自拱坯的企业多采用热装热送工艺，以降低产品热耗。
上世纪90年代初建设的连续轧钢设备，多采用步进底式加热炉；上世纪90年代中期以后建设的坯料加热炉多采用步进式加热炉，此种加热炉步距可调，钢坯加热更均匀。
同时，在车间的钢坯加热中，蓄热式燃烧技术也得到了广泛应用。
轧钢生产装备采用了多种机型。
无牌坊机架、悬臂式机架、双模块轧机、三辊高精度减定径轧机等技术装备都得到较好的发展。
无牌坊机架式属于小型轧机的中、精轧机组，特点是可靠性高，轴向、径向钢度高，对实施低温轧制有利。
悬臂式轧机适用于作为小型材的初轧机架，该轧机具有固定的轧制线，易于更换辊环孔型、导位和维护，适用于多品种轧制工艺。
减定径机是上世纪90年代摩根公司开发的，由2台减径机、2台定径机架与1套组合变速箱传动系统组成。
该轧机的特点是采用小压下量轧制，能确保产品尺寸的精度，可实施低温控轧工艺。
三辊高精度轧机也叫“COCKS”轧机，是一种具有三根传动轴和三个轧辊的轧机。
它可轧制优质带钢。
该机型包括由3或5个机架组成的连轧机组，既可用于热连轧机，也可用于冷连轧机，其可低温轧制板材，也可轧制小棒材，是一种以轧代拔生产高精度带钢的理想设备。
第1章轧机的概述
1.1轧机的用途及其发展
1.1.1轧机的用途
轧机是实现金属轧制过程的设备。
泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。
但一般所说的轧机往往仅指主要设备。
1.1.2轧机的发展
现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。
60年代以来轧机在设计、研究和制造方面取得了很大的进展，使带材冷热轧机、厚板轧机、高速线材轧机、H型材轧机和连轧管机组等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟115米的线材轧机、全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧机和连续式H型钢轧机等一系列先进设备。
轧机用的原料单重增大，液压AGC、板形控制、电子计算机程序控制及测试手段越来越完善，轧制品种不断扩大。
一些适用于连续铸轧、控制轧制等新轧制方法，及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展。
1.2轧机的结构及原理分析
轧机的主要设备有工作机座和传动装置两部分组成。
1.2.1轧机的工作机座的介绍
工作机座:
由轧辊、轧辊轴承、机架、轨做、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。
轧辊:
是使金属塑性变形的部件。
轧辊轴承:
支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。
轧辊轴承工作负荷重而变化大，因此要求轴承摩擦系数小，具有足够的强度和刚度，而且要便于更换轧辊。
不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。
滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但承压能力较小，且外形尺寸较大，多用于板带轧机工作辊。
滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。
半摩擦轧辊轴承主要是胶木、铜瓦、尼龙瓦轴承，比较便宜，多用于型材轧机和开坯机。
液体摩擦轴承有动压﹑静压和静-动压三种。
优点是摩擦系数比较小，承压能力较大，使用工作速度高，刚性好，缺点是油膜厚度随速度而变化。
液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。
轧机机架:
由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置，需有足够的强度和钢度承受轧制力。
机架形式主要有闭式和开式两种。
闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度，主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。
开式机架由机架本体和上盖两部分组成，便于换辊，主要用于横列式型材轧机。
此外，还有无牌坊轧机。
轧机轨座:
用于安装机架，并固定在地基上，又称地脚板。
承受工作机座的重力和倾翻力矩，同时确保工作机座安装尺寸的精度。
轧辊调整装置:
用于调整辊缝，使轧件达到所要求的断面尺寸。
上辊调整装置也称“压下装置”，有手动﹑电动和液压三种。
手动压下装置多用在型材轧机和小的轧机上。
电动压下装置包括电动机、减速机、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等部件；它的传动效率低，运动部分的转动惯性大，反应速度慢，调整精度低。
70年代以来，板带轧机采用AGC（厚度自动控制）系统后，在新的带材冷、热轧机和厚板轧机上已采用液压压下装置，具有板材厚度偏差小和产品合格率高等优点。
上轧辊平衡装置:
用于抬升上辊和防止轧件进出轧辊时受冲击的装置。
形式有:
弹簧式、多用在型材轧机上；重锤式，常用在轧辊移动量大的初轧机上；液压式，多用在四辊板带轧机上。
为提高作业率，要求轧机换辊迅速、方便。
换辊方式有C形钩、套筒、小车和整机架换辊式四种。
用前两种方式换辊靠吊车辅助操作，而整机架换辊需有两套机架，此法多用于小的轧机。
小车换辊适合大的轧机，有利于自动化。
目前，轧机上均采用快速自动换辊装置，换一次轧辊只需5～8分钟。
1.2.2轧机传动装置及其他装置的介绍
传动装置:
由电动机、减速机、齿轮座和连接轴等组成。
齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。
辅助设备:
包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。
如原料准备、加热、翻钢、剪切、矫直、冷却、探伤、热处理、酸洗等设备。
起重运输设备:
吊车、运输车、辊道和移送机等。
附属设备:
有供配电、轧辊车磨，润滑，供排水，供燃料，压缩空气，液压，清除氧化铁皮，机修，电修，油、水、酸的回收，以及环境保护。
第2章电动机的选择
2.1电动机的设计参数
原有轧机的电动机为Y132M1-6，查设计手册，此型号额定功率为4KW，电流为9.40A，转速为960r/min，△接法，电压为380V。
此次设计的轧机为实际生产所用，要求连续单向运转，载荷平稳，空载起动，大批量生产，三班制工作。
轧辊转矩22344N·mm，轧辊工作速度3m/s，轧辊直径360mm。
2.1.1电动机的输出功率
电动机的输出功率
其中为传动装置的总效率，它包括两对齿轮传动，两个联轴器传动和七对滚动轴承传动
2.1.2电动机所需的工作功率
电动机的输出功
有机械手册确定电动机的额定功率=475
2.2电动机的选择
额定功率相同的同类型电动机，由3000r/min、1500r/min、1000r/min和735r/min四种转速，电动机的转速高，极对数少，尺寸和质量小，价格低，但传动装置的传动比大，从而使传动专职的结构尺寸增大，成本提高，选择低转速的电动机则相反。
因此本设计选择JBQ1510-8型三相异步电动机，功率为475KW，50赫兹，额定转速为735，采用行星接法，绝缘等级为B级。
7
第3章轧辊的选择
3.1轧辊的介绍及材料的选用
3.1.1轧辊的结构与特点
320型轧辊的结构如图3-1所示，每个轧辊都有辊身，辊颈及轧辊头三部分组成。
轧辊辊身的安排及尺寸决定于轧制的工艺要求，辊颈的两端有扁头断面的辊头，辊颈以传递扭矩，辊颈安装在轴承上，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。
图3-1轧机轧辊
3.1.2轧辊的材料及选用
在生产实践，对各种轧机的轧辊均已确定了较合适的材料，在选择轧辊材料时，处应考虑轧辊的工作要求与特点外，还要根据轧辊常见的破坏形式和破坏原因，按轧辊材料的标准来选择合适的材质。
锻钢轧辊的综合机械性能好，但加工困难，价格也高，中小型轧机很少采用。
而在轧制的后几道中对轧辊要求较好的耐磨性，一般选用铸铁轧辊。
球墨铸铁轧辊价格便宜，耐磨且有较高的强度适合在横列式轧机上使用。
又因为本轧机对成品的几何形状及尺寸公差要求严格，对轧辊要求有较高的表面强度和耐磨性，一般选用冷硬普通铸铁轧辊，材料选用40Cr
3.2轧辊的结构设计及尺寸的确定
一般来说工作辊颈较小时，轧辊的扭转角度会影响钢板的质量，为了保证轧辊的扭转角度，在选择轧辊直径时，应同时考虑辊身长度的影响。
3.2.1轧辊的长度及辊身
轧辊的辊身长度与轧辊直径之比
那么符合要求
因此轧辊的直径d=360mm辊身长度l=1307mm
3.2.2确定各段的直径及长度
轧辊辊颈装滚动轴承，其尺寸一般取为
其中-辊颈的长度，d-轧辊直径
由于上装有圆柱滚子轴承，其尺寸为，考虑到倒角及装卸时的方便
取
上装有深沟球轴承，其尺寸
其上与轴承座相接触，其尺寸
L为轴承座侧盖的宽度，其尺寸为
的最小值根据螺栓直径查手册可得，上式m的尺寸不宜太短，以免拧紧固定螺钉时轴承盖歪斜，一般取me
e可根据轴承外径查表可得，因此
=52+15+13+10=93mm
=180mm
轧辊的轴头用万向接轴传动时，轧辊传动端应做成扁头，其尺寸应该与万向接轴的叉头尺寸相配合
式中重车后的最小工作辊直径，重车率为5%~7%
绝对压下量，-允许咬入角，对热轧钢板取
因此
=180-（5~15）=165~175mm
取
因轧辊一般呈梯度，考虑到强度刚度和装卸时的情况
取
3.2.3轧辊的强度校核
绘制轧辊的受力简图：
如图3-2（a）
计算支承反力：
受力简图如图3-2（b）
水平方向：
受两个力大小相等，方向相反
垂直方向：
=
=1200009.8（650-325）+
=
弯矩图如图3-2（c）,合成弯矩图如图3-2（d）
查手册得冷硬铸铁的强度极限为
许用应力为
通常对于轧辊只需找出其断面应力进行比较，找出危险截面，通常对辊身只计算弯曲应力，对辊颈则计算弯曲和扭转应力，传动端轴头只计算扭转
弯曲应力的计算：
有图可知轧制力p所在断面上的弯矩力为
扭矩图如图3-2（e），最终扭矩图如图3-2（f）
弯曲应力为：
式中d=计算断面处的轧辊直径
<
因此符合要求
轴颈弯曲应力和扭转应力的计算：
轴颈上弯曲应力由最大支反力决定
式中R-最大支反力
C-压下螺丝中心线到轴身边缘的距离，取为轴颈长度的一半
轴颈危险截面的弯曲应力和扭转应力分别为
==76Mpa<
=80Mpa
符合要求
74Mpa<
符合要求
（a）轧辊受力简图（b）垂直方向受力简图（c）弯矩图
（d）合成弯矩图（e）转矩图（f）最终弯矩图
图3-2轧机轧辊受力图
3.3轧辊的使用与维护
3.3.1辊的使用与检查
1.辊在使用前，应注意辊和辊上零件固连要可靠；辊和辊上有相当移动和转动零件的间隙要适当；辊颈润滑应符合要求，润滑不当是辊颈非正常磨损的重要原因。
2.辊在使用中，应避免突加、突减负荷或超荷，尤其对新配滑动轴瓦和使用已久的辊更应注意，以防疲劳断裂和弯曲扭转。
3.在机器大修或中修时，通常应检查轧辊有无裂纹、弯曲、扭曲及辊颈磨损等。
如不合要求应修复和更换。
3.3.2辊的维修
1.辊弯曲变形的校正
辊的变形过大时，可冷压校正或局部火焰加热校正。
校正是的支撑部位应正确，尤其应注意不要使辊拐角处因校正而产生应力集中。
2.辊颈磨损的修复
通常先用磨削加工消除辊的集合形状误差，然后金属喷镀或刷镀，严重时可堆焊或镶套修理，镶套时套与辊为过盈配合。
13
第4章轴承与轴承座的设计
4.1轴承的选择
4.1.1轴承的介绍
轴承是支撑轴颈的部件，有时也用来支撑轴上的回转零件，如行星轮系的星系轮和带传动中的张紧轮等。
根据轴承中摩擦性质的不同，轴承壳分为滑动摩擦轴承（滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）。
4.1.2轧机中轴承的选用
热带轧钢中轴承一般有开式胶木瓦和滚动轴承两种。
开式胶木瓦具有较小的摩擦系数和较高的耐磨性，并且用水润滑时具有足够的承载能力，但弹性变形大对产品精度要求较高的大、中、小型以及线材。
已采用滚动轴承。
320轧机的轧辊具有重载、高温的特点，所有要才采用的轴承能够承受很大的载荷，有良好的润滑和冷却作用，摩擦系数小、刚性好。
因此，轧辊采用滚动轴承。
目前，轧机上常采用的滚动轴承型式是四列圆锥滚柱轴承及球面圆锥滚柱轴承，因为这类轴承不仅能承受很大的径向载荷，同时可承受一定的轴向载荷。
因此320轧机的轧辊上采用四列圆锥滚柱轴承。
4.2轴承寿命计算
对轴承1：
∵＞
由文献[1]查得。
轴承1的计算系数，，基本额定载荷，所以：
轴承1的寿命：
式中：
——温度系数，由前面的计算可知蜗杆工作时散热良好，工作温度小于，由文献[1]查得；
——寿命指数，对滚子轴承。
对轴承2：
∵＞
由文献[1]查得，轴承2的计算系数，，基本额定载荷，所以：
轴承2的寿命：
由于轧机的工作形式为大批量生产，每轧制一批刚才只需调整一次轧辊间隙，侧压系统的利用率不高，故滚动轴承的寿命合格。
4.3轴承座的分析
轧机轴承座位与一门型架，考虑到调整轧件厚度的需要，轴承座在机架窗口应能上下移动，故其配合一般取；为防止轧辊的轴向窜动，考虑到换辊的方便，换辊端的轴承座装有固定挡板。
传动端的轴承座做成游动的，这样轧辊可以自由的热膨胀，而且当轧辊断裂时，轴承座可以在窗口自由滑，以避免轴承座零件的顺坏。
另外考虑换辊的方便，也应把轴向固定装置设置在换辊端。
轴承座的材料常用ZG45，并且轧辊轴承座应具有自动调位的功能，轴颈与滚动轴承内圈配合采用基孔制，为了拆装方便一般采用动配合。
为了防止相当运动，必须采用轴向压紧装置，它是通过锁紧螺母将止推轴套压紧在轴承内圈的侧面。
这样的结构可以使轧辊转动时，轴颈和轴承内圈一起转动。
轴承外圈与轴承座的配合为基轴制，同样为何便于拆装，一般取动配合。
轴承座上设有调整环，其作用是保证一定的轴向间隙，以避免轴承滚动体卡住的现象，并使四列锥柱受力均匀。
用轴承端盖把轴承的外圈沿轴向固定，而轴承的内圈用锁紧螺母通过止推轴承压紧。
螺母拧在带螺纹的半环上，半环则以销钉固在轴颈的环形槽中。
当拧紧螺母时，止推轴套压紧轴承内圈。
轴承的润滑是通过轴承座上的钻孔和调整环上的孔进行的，为了防止周颈生锈并考虑到轴承内圈可能稍微转动，故对轴颈也进行润滑。
为了保证轴承的密封性，在轴身一端用保护套、胶质密封圈、防尘环等零件密封。
在轴头一端也有密封圈，密封圈是用耐油橡胶制成的。
17
第5章蜗杆传动的设计
5.1蜗杆传动的介绍
5.1.1蜗杆传动的类型
蜗杆传动时用于传递交错轴见的回转运动和动力，通常两轴交错角。
主要由蜗杆蜗轮组成。
按照蜗杆分度曲面形状的不同，蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动（图5-1a）、环面蜗杆传动（图5-1b）和锥面杆传动（图5-1c）。
圆柱蜗杆传动又包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。
其中普通圆柱蜗杆传动根据不同的齿廓曲线又可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆和锥面包络蜗杆等四种。
a）圆柱蜗杆传动
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