机械毕业设计（论文）-Φ325钢管矫直机主传动系统设计（全套图纸）

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 V 页325钢管矫直机主传动系统设计摘要在市场行情日益紧张的今天，钢管行业供需矛盾进一步恶化，无缝钢管厂库存创新高，个别民营钢厂因连续亏损出现停产现象。为了在竞争中取得优势，只有靠质量取胜。目前，国内无缝钢管的生产主要还是依靠热轧技术，而在热轧的过程中，钢管会存在纵向弯曲和圆度误差,这些缺陷是通过矫直工艺来予以消除的。 因此,矫直工艺决定了无缝钢管的几何形状,同时也影响其力学性能。在矫直过程中,如果矫直机调整合适,可以消除无缝钢管的纵向弯曲和圆度误差,并能适当提高其力学性能。目前，国内外的矫直技术飞快发展，其中以多辊矫直机应用最为广泛。本次设计的主要目的是进一步掌握矫直机主传动系统，并对主其要部件进行设计和计算校核。在查阅大量文献和了解相关知识，并且到鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂219、159和PQF三条国内先进的生产线进行实习调研，掌握现代轧管机的发展及设备结构特点状况后，确定了两台电机通过万向接轴直接带动工作辊工作的总体传动设计方案。通过对矫直机的主要力能参数的计算，合理选择电机，联轴器、减速器主要零件以及万向联轴器和连接轴，并进行强度计算和校核。同时，确定润滑方式，并进行经济性和环境保护的分析。关键词：矫直机，钢管，传动装置，力能参数全套图纸，加153893706The Main Driving System Design Of 325Roll Tube StraightenerAbstractIn todays increasingly tight market conditions, supply and demand further deterioration of the steel industry, high inventory seamless steel pipe plant, individual private steel mills shut down due to continuous losses occur phenomenon. In order to gain advantage in the competition, only by the quality to win. At present, the domestic production of seamless steel tubes mainly rely on hot rolling, and in the course of hot rolling, steel buckling and there will roundness error, these defects are to be eliminated by the straightening process. Thus, the straightening process determines the seamless steel pipe geometry, and also affects its mechanical properties. In the straightening process, if appropriate adjustment leveler, eliminate buckling and roundness error of seamless steel tubes, and properly improve its mechanical properties. At present, domestic and foreign straightening technology fast development, in which mufti-roll leveler most widely used. The main purpose of this design is to further understand the main drive system, and its main components should be designed and calculated check. After a review of the extensive literature and understand the relevant knowledge, and Anshan Iron and Steel Group Seamless Steel Tube Plant 219, 159 and PQF three advanced production lines internship research, development and equipment to master the structural features of the modern condition of the pipe rolling mill, identified by two direct drive spindle motor drive overall design of the work rolls by a universal work. By calculation leveler main mechanical parameters, a reasonable choice of motor, coupling, reducer and universal coupling and the main parts of the connecting shaft, and strength calculation and check. Also, be sure lubrication, and analyze the economic and environmental protection.Key Words:Straightening machines, steel, gears, force and energy tetrameters目录1绪论11.1毕业设计的选题背景及目的11.2矫直技术的发展11.2.1国内矫直技术的发展情况11.2.2国外矫直技术的发展31.3课题的研究方法及研究内容31.3.1传动总体方案的设计内容：41.3.2设计的方法：42主传动系统设计方案确定42.1矫直机的分类及特点42.1.1反复弯曲式矫直机52.1.2旋转弯曲式矫直机52.1.3拉伸矫直机52.1.4拉弯矫直机52.1.5拉坯矫直设备52.2矫直方案选择53 钢管矫直机力参数计算83.1 原始数据83.2辊式矫直机的基本参数83.2.1辊径和辊长的确定83.2.2辊端圆角和辊距的确定93.3矫直机力能参数的计算103.3.1矫直质量要求103.3.2 矫直力的计算103.4矫直功率的计算143.4.1.轴承摩擦功率143.4.2.辊面与工件的滑动摩擦功率153.4.3.工件在滚面上的滚动摩擦功率163.4.4.矫直变形功率164矫直机驱动系统的确定184.1 电机的选择184.2减速器传动比分配184.2.1减速器的输出转数184.2.2传动比及其分配194.3减速器一级齿轮传动设计194.3.1选择精度等级，材料及齿数194.3.2按齿面接触强度设计204.3.3按齿根弯曲强度校核234.3.4 几何尺寸的计算264.4减速器二级齿轮传动设计274.5减速器三级齿轮传动设计275联轴器、轴承及万向接轴的选择285.1联轴器的选择285.2矫直辊的轴承选择与校核295.2.1矫直辊轴承的选择295.2.2矫直辊轴承的校核305.3万向联轴器的选择315.3.1万向联轴器的功能特点及其选择方法316传动系统主要零件设计336.1矫直辊的结构特点336.2矫直辊的辊轴校核336.2.1辊系的受力分析336.2.2 中下辊的校核计算347传动系统的润滑397.1润滑方法:397.2润滑的分类397.4润滑系统的选择原则397.5润滑件的选择407.6润滑剂的选择408设备的环保、可靠性和经济技术评价418.1设备的环保措施418.2设备的可靠性428.3设备的经济评价448.4设备合理的更新期46结论48结束语48致谢49参考文献50辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 46 页325钢管矫直机主传动系统设计1绪论1.1毕业设计的选题背景及目的短暂的大学生活即将结束，我们迎来了每个本科生都会经历的毕业设计，这是对我们能否将理论知识化为实践能力的一次检测。学校学院领导、老师悉心为我们联系鞍山钢铁集团公司的无缝钢管厂的相关负责人，才使我们有机会看到了自动轧管机、连轧管机、三辊轧管机，并在现场工程师的带领下参观了219、159和177tQF三条国内先进的生产线，对整个轧管工艺流程和具体的设备有了一定的认识。在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，随着工业水平的不断提高，要求工业生产全面自动化，矫直技术也要跟上时代的潮流。因此力争在矫直机设计，制造，矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制和使用，扩充矫直技术的发展，使矫直技术的发展走上现代化的道路。钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起到举足轻重的作用。矫直机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系统庞大，它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动设计的重要性。本次毕业设计的任务是通过所学的理论知识以及相关文献，设计一台钢管矫直机的主传动系统，并在现有的条件下对设计的相关设备进行校核，以验证其符合设计要求。1.2矫直技术的发展1.2.1国内矫直技术的发展情况20世纪3040年代国外技术发达国家的型材矫正机及板材矫正机得到迅速发展，而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业，新中国成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫正机。我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从20世纪50年代起就有刘天明提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫正曲率方程式。6080年代在辍辊形理论方面有许多学者进行了深人的研究并取得了十分可喜的成果还召开了全国性的辊形理论讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重塑机器厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫正机设计研制工作。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进人99年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫正机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省及部级科技成果进步奖;有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫正机，多斜辊薄壁管矫正机、3斜辊薄铜管矫正机、双向反弯辊形2辊矫正机、复合转毂式矫正机，平行辊异辊距矫正机及矫正液压自动切料机等研制方面相继取得成功。在矫正高强度合金钢方面也已获得很好的矫正质量。其矫后的残留挠度为0.20.5mm/m。此外，从20世纪60年代以后拉伸与拉弯矫正设备得到很大发展，对带材生产起到重要作用。20世纪以来，矫直技术得到了很大的发展。但在快速发展的矫直理论背后，矫直技术在实际生产中的应用却非常滞后。矫直理论总体来说还很粗糙，因为矫直机的许多参数还需要依靠经验公式和经验数据来决定，矫直机矫直辊负辊距的破坏作用的机理直到20世纪80年代才被阐明，落后于实际30多年。辊数、辊距、压弯量、辊径、矫直速度等许多数据还没有权威的理论公式。直到20世纪80年代，矫直理论才逐步走向完善，现已开发出万能矫直机、行星矫直机、旋转反弯矫直机、辊距改变的9+1辊矫直机，并且矫直机实现了利用计算机程序实现自动控制。随着矫直技术的发展四种矫直技术逐步发展成熟，它们是弯曲矫正技术、拉伸矫正技术、拉弯矫正技术和扭转矫正技术。随之而来的还有平动矫直技术，行星矫直技术、全长矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术等。随着我国工业水平的不断发展，矫直技术也得到了不断地提高和发展，在矫直过程的变形机理方面取得了一定得成就：如拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用，残留应力对矫直尺寸精度的影响等；在解决高难度矫直技术方面，如高强度薄板带的液压拉弯矫直、高强度易裂纹耐热合金钢帮的旋转矫直、薄板的行星矫直及扎拉矫直等；在新产品和新要求方面，如石油钻挺管的矫直，边断面板材的矫直，变机械性能和变厚度方钢的矫直等；在改善矫直工艺及改善矫直设备方面，如采用压下方案，采用恒功率工作制度，用振动矫直代替旋转矫直等；在改革矫直过程的控制方法方面，由人工控制向计算机控制过度，有单机计算机控制箱全线计算机控制发展；在矫直结构设计方面，正向精密化，大型化发展，老设备也将日渐被淘汰和改造。随着机电一体化技术的广泛应用，钢管矫直机的技术水平将会不断提高。结构更加合理、可靠，功能更加完善.以满足各种工艺要求。1.2.2国外矫直技术的发展无缝钢管的生产在世界上已有一百多年的历史。首先是由德国曼内斯曼兄弟于1885年发明了斜轧穿孔工艺，从而开创了无缝钢管生产发展的历史。之后，他们继续不懈地探索，寻求轧长、减薄穿孔厚壁毛管的方法，终于在1892年采用周期轧管工艺由实心坯轧出世界上第一支无缝钢管，完成了由实心管坯轧制无缝管的“曼内斯曼轧管工艺”。随后，多种轧管工艺相继出现.随着钢材的产量比重的增加，到19世纪末时，这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。进人20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。英国在1905年制造的辊式板材矫正机大概是我国见到的最早的1台矫正机。20世纪初已经有矫正圆材的二辊式矫正机。到1914年英国发明了212型五辊式矫正机(阿布拉姆逊式-Abramsen），解决了钢管矫正间题，同时提高了棒材矫正速度。20世纪20年代日本已能制造多斜辊矫正机。20世纪30年代中期发明了222型六辊式矫正机，显著提高了管材矫正质量。20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫正问题，美国萨顿（Sutton）公司研制成功313型七辊式矫正机(KTF型矫正机)。随着社会的不断进步，工业水平的不断提高，自动化程度不断地更新，这使国内外的矫直技术得到突飞猛进的发展，矫直机的自动化程度越来越高，逐渐形成一体化，精密化，智能化的矫直机械。1.3课题的研究方法及研究内容本次设计主要设计对象是325钢管矫直机主传动系统的设计，其中包括矫直功率的计算，矫直力的计算，主传动系统中减速器各级齿轮的传动设计，电机功率的计算和电机的选择，万向联轴器的校核与选择，联轴器的计算选择，辊型的设计，及矫直辊的校核等。1.3.1传动总体方案的设计内容：1、计算325钢管矫直机的力能参数。根据计算的参数选择合适的电机并校核。2、根据已有的数据选择合适的联轴器、对减速器主要零件的强度计算和校核及万向联轴的选择。3、根据以上的机构参数绘制1张总图、1张局部装配图、3张零件图。1.3.2设计的方法： 首先，进入鞍钢参观实习。在感官上认识这次所要设计的物体。我们到了鞍钢无缝钢管厂。在那里我们通过参观和工程师的认真讲解，对设计的轧机主传动系统有了初步的了解。熟悉了矫直机的工作情况及主传动系统的传动方式。然后，通过查阅材料选择最佳的传动方式。最后，选择最佳传动方案，计算轧制力及轧制力矩，根据计算在手册上选择电机、联轴器、键、矫直辊等部件并校核。完成图纸绘制及说明书的编辑。2主传动系统设计方案确定2.1矫直机的分类及特点随着技术的进步以及对产品的要求越来越高，矫直不同规格品种的钢管需要使用不同的矫直机。按照矫直机的规格和工作原理的不同，矫直机可分为以下几类：2.1.1反复弯曲式矫直机它们是靠压头或辊子在同一平面内对上件进行反复压弯并逐渐减.小压弯量，直到压弯量与弹复量相等而变直。如压力矫直机及辊式矫直机。2.1.2旋转弯曲式矫直机旋转弯曲式矫直机是指工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方一式从大的等弯矩区向小的等弯矩万过渡，在走出塑性区时弹复变直。旋转者可以是工件，可以是矫直工具，也可以是变形方位。2.1.3拉伸矫直机拉伸矫直机是依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成等长度并进入拉弯矫直机是把拉伸与弯曲塑性变形后经卸载及弹复而变直，如钳式拉伸矫直机及连续拉伸矫直机。2.1.4拉弯矫直机变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发生，全断面各层纤维的弹复变形也不是同时发生的。既防止了板带的断裂，又提高了矫直质量。2.1.5拉坯矫直设备拉坯矫直设备是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的矫直拉力是较小的。2.2矫直方案选择根据现场实习了解，可以选择本次设计的矫直机采用斜辊矫直机，斜辊矫直机具有矫直质量高，矫直规格大的优点。斜辊矫直机有四种基本形式：二辊式，多辊交叉式，六辊式，和七辊式。上述矫直机有各自的优点。为了能正确的选择，必须根据管材的平直度和表面光直度和矫直熟读来考虑。方案一：采用两个矫直辊。如下图2.1图2.1方案二:采用七个矫直辊。如下图2.2图2.2方案三：采用六个矫直辊。如下图2.3图2.3方案确定:方案一：优点：使工件得到全场矫直，解决了工件头尾两端在一般矫直机上不能矫直的难题；使矫直质量得到很明显的提高。对园才的外径有较强的元整作用，很明显的减少了椭圆度；可以有效的消除矫直后的圆材缩径现象；缺点:矫直的速度较低；导板的消耗量大；对管材的矫直容易造成缩径。方案二：优点：在多辊矫直机上工件一次通过矫直，克服了过去需要多次反复矫直的缺点；矫直使不需卫梁的优点。缺点是：造成了机器结构庞大，面积庞大，动力消耗增加；矫直时产生大的单位压力切两端不能被矫直。方案三：优点：因为矫直辊是成对的，所以矫直使矫直力平衡的且比七辊的单位压力小，产生的加工硬伤最小；矫直速度高；矫直精度高；可以矫直表面光洁的管子，不产生损伤。方案确定：六辊斜辊矫直机布置形式：2-2-2矫直辊使驱动的，六个辊子分为上下两排交叉斜置，即被矫直管子原理中心线成一定角度，上面三个辊子，下面三个辊子。3 钢管矫直机力参数计算3.1 原始数据矫直钢管的设计参数：钢管外径：D=（120325）mm，壁厚：=(2.522)mm 取=22mm轧件的屈服极限： =(539834)MPa，矫直速度：=1m/s矫直辊n：上矫直辊3个，下矫直辊3个3.2辊式矫直机的基本参数辊式矫直机的基本参数包括：辊径、辊长L辊身圆角R辊距t、辊数n、矫直速度V3.2.1辊径和辊长的确定1.辊径的确定：根据对九种规格斜辊矫直机的统计得知=（1.84.3）d，这说明有一些特大规格的矫直机须尽量缩小结构尺寸；而一些特小规格的矫直机须适当加大结构尺寸。此外对于管材矫直机，由于矫直力减小而采用=（1.24）d。这也是适应特粗和特细管材而采用的计算式。由于本设计中d=325mm 属于粗管材故：=（1.24）d=（1.24）325mm =（3901300）mm取=500mm2.辊长的确定： 辊子长度主要应考虑辊面与工件之间要有一定的接触长度和较大的包角以保证矫直和运转的稳定性。一般情况下包角越大，工作越稳定。包角与圆材的直径有关，因此辊子长度也由圆材的直径有关。辊身的长度可由下面的关系式确定：， ，因为： 故： (1.22.5)500(6001250) mm取：3.2.2辊端圆角和辊距的确定1.辊端圆角R的确定辊端圆角R是斜辊矫直机的一个重要的结构参数，从改善咬入条件和保证管材的表面质量方面来说，辊角R应该大些，但是从减小机器的结构尺寸来说，R的选值又不可以太大，故一般取：=（82.566）mm选取R=75mm2.辊距的确定斜辊的辊距为同侧2辊间的距离。在此间距内要容纳辊子支架、辊座、调角与锁紧机构等。在减小机器受力，保证辊座转角方便来说，辊距要大些；从建校结构尺寸，减小压下量来说，辊距又不宜过大。但为了摆正辊座转动的条件，一般选取： 为了减小结构尺寸及改善咬入条件，t值要尽量采用较小的值 选取：p=1400mm3.3矫直机力能参数的计算采用六辊全驱动方式，辊系的辊距p=1200mm,辊腰直径=500mm，辊全长L=660mm,辊子斜角，矫直速度=1m/s；3.3.1矫直质量要求（1） 矫直前钢管允许的最大强度应小于30mm/m;全长小于80mm。（2） 矫直后钢管允许的最大弯度应小于1mm/1500mm,管端1m管内为0.8mm。3.3.2 矫直力的计算此矫直辊系特点在于六个矫直辊全部为长辊，辊子全部成对配置，辊子全部为驱动辊。辊系中三对辊子的各上辊均可升降调整，中间部分的下辊也可升降调整，各辊斜角可调。当辊子斜角较小并将工件抱紧时，在中间一对辊子向上抬起后工件内可产生如图弯矩，此时的力学模型类似固端梁的弯矩图。当棍子斜角较大对工件抱得不紧时，便可能产生所示的弯矩图。为了达到矫直目的，这两种弯曲的等弯矩区都不应小于一个螺旋导程。辊系的受力模型如下所示：图3.1 辊系受力模型辊子全长L=660mm，去掉圆角部分，辊子的工作长度约为=620mm。为了满足压扁矫直的需要，最大管材的螺旋导程不应超过620mm，因此，其相应的斜角为:（3.1）内外径之比：故其 （3.2）式中： 规定：由文献1，表1-6，管材断面时典型值对应的值10.950.90.80.70.60.50.40.30.20.1011.031.0931.1851.2791.3711.46无实际意义故可知： ；由此可知管材最大矫直弯矩为：（3.3）按图3.1计算矫直力：（3.4）第一组及第三组辊间压扁力不必过大且有利于咬入，故按一般压紧力计算：第一组及第三组辊的上辊压力为：于是按辊系对称性可以写出：； ；再按文献1,式4-73算得中央二辊的压扁力： （3.5）由图3.1的弯矩图可知，与（或）形成力偶（力偶距作用在即段内），故=（或）。于是上辊受力分别为、及，下辊受力分别为、及。而：； （3.6） ； （3.7）； （3.8）因此上下辊受力总和为：（3.9） 最大矫直力在中下辊，其受力为：（3.10）其轴承受力为 。可由文献2,式4-39即可求出： （3.11）此式中为辊面法向压力角。因此，单侧轴承受力为： （3.12）由此可知各辊轴承压力总和为： （3.13）3.4矫直功率的计算3.4.1.轴承摩擦功率选用轴承摩擦系数 ：轴颈直径 ： 辊面速度 ： 辊子转数 ： 于是摩擦功率为： （3.14）式中：各辊轴承压力总和3.4.2.辊面与工件的滑动摩擦功率 由于管材在中央辊缝内呈弯曲状态，必有一辊腰和另一辊端接触。而辊径为，端径约为，即可求出中央二辊滚面的法向压力为 （3.15）设滑动摩擦系数为：，则滑动功率为： （3.16）式中： 辊端直径，单位：m辊腰直径，单位：m3.4.3.工件在滚面上的滚动摩擦功率 工件在6个辊面上滚动，全部压力为，设滚动摩擦系数（因为管材被压扁时值偏大），计算辊子平均直径，管材外径，因此滚动功率为： （3.17）式中: 平均直径，单位：mm各辊轴承压力总和，单位：KN辊子转数，单位 ：3.4.4.矫直变形功率工件在矫直过程中的塑性变形及残余变形所耗功率按平均来考虑，由文献2，1-47查知其旋转矫直耗能比，以此计算直径圆材的弹性极限变形为： （3.18）式中： E弹性模量，取，R管材半径，因此矫直变形功率为： （3.19）矫直机的传动功率按计算，则矫直机的驱动功率为：（3.20） 4矫直机驱动系统的确定4.1 电机的选择 六辊驱动的钢管矫直机易采用柔性驱动，以适应各辊转速的差异。矫直机总的驱动功率为375.9KW。为了使矫直辊的转速平稳，上下两排矫直辊的矫直参数一致，采用两个转数分配箱，通过它将由减速器输出端得到的总矫直力矩按各矫直辊所需分配到每一根矫直辊上，根据文献4，9092可选择两个Z4-280-31型电动机；其单机功率为220KW，其额定转速：n=(10002000),效率。总容量为KW，完全可以满足矫直机的正常工作。并且电机容量大概有14.6%左右的余量，以满足应对磨损等额外能量的消耗。4.2减速器传动比分配4.2.1减速器的输出转数减速机的输出转数即为矫直机的转数 根据文献2，450-456有： （4.1）式中：矫直辊辊面速度，辊腰直径，将数据代入（4.1）求得：4.2.2传动比及其分配 （4.2）式中 减速器的输入转数，矫直辊的速度，将数据代入公式即可求得传动比：由参考文献3.7-8可知传动比的分配原则为： （4.3）（） （4.4）式中： 减速器的一级传动比减速器的二级传动比减速器的三级传动比取传动比：，由公式（4.3），（4.4）可知：传动比分配为：，4.3减速器一级齿轮传动设计4.3.1选择精度等级，材料及齿数1. 根据传动系统的需要，选择7级精度2. 根据文献3，表10-1选择齿轮轴的材料（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料为45（调质）硬度为240HBS，二者材料的硬度差为40HBS。3. 选择齿轮轴齿数，大齿轮齿数，取4. 初选螺旋角：5. 交涉电机寿命15年，全日制工作4.3.2按齿面接触强度设计 由文献3，218219可知齿面强度设计公式： （4.5）1.确定公式内的各计算数值：（1） 试选（2） 由文献3，图10-30选取区域系数（3） 由文献3，图10-26查得，由公式： （4.6） 得：2.计算许用接触应力：根据文献3，表10-7选取齿宽系数：根据文献3，表10-6查得材料的弹性影响系数：根据文献3，图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限：。根据文献3，式10-13计算应力循环次数： （4.7）式中： n齿轮的转数（单位为）j齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数，取齿轮的工作寿命（单位为）将数据代入： （4.8）根据文献3，图10-19取接触疲劳寿命系数：，选取安全系数，计算接触疲劳需用应力： （4.9） （4.10）则许用应力为： （4.11）3.计算齿轮各部分参数(1)试算小齿轮分度圆直径，由计算公式（4.5）得： （4.12）选取 ： （2）计算圆周速度：（4.13）（3）计算齿宽b及模数：（4.14）（4.15）（4.16）（4.17）（4）计算纵向重合度：（4.18）（5）计算载荷系数K：已知使用系数：根据，7级精度，由文献3，图10-8查得动载荷系数根据文献3，表10-4查得：根据文献3，图10-13查得：根据文献3，表10-3查得：故载荷系数：（4.19）（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径：根据文献3，式10-10a得：232323232323232323232323232323（4.20）（7）计算模数 （4.21）取：4.3.3按齿根弯曲强度校核根据文献3，式10-16得斜齿轮轮齿的弯曲疲劳强度公式为： （4.22）式中： 法向载荷在圆周方向的分力载荷系数斜齿轮的齿形系数斜齿轮的应力校正系数螺旋角影响系数斜齿轮传动的断面重合度1.确定计算参数(1）计算载荷系数：根据参考文献3，216页可知: （4.23）（2） 确定法向载荷在圆周方向的分力：根据文献3，式10-14可知：（4.24）（3）参数与的确定： （4.25） 由文献3，表10-5查得取齿形系数：，由文献3，表10-5查得应力校正系数：，（4）确定螺旋角影响系数：斜齿轮的纵向重合度可按下面的公式确定： （4.26）由得： 由得： 根据文献 3，图10-28查得：(5）斜齿轮传动的断面重合度的确定:由公式(4.6)可知： 由公式（4.22）得斜齿轮轮齿的弯曲疲劳强度：，2. 许用弯曲疲劳强度的确定：根据文献 3，式10-12可知，其计算公式如下： （4.27）式中:疲劳强度安全系数。取 。考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。齿轮的疲劳极限。（1）寿命系数的确定齿轮的工作应力循环次数按下式计算：根据文献 3，图10-18可知：，（2）齿轮疲劳极限的确定： 根据设计要求，齿轮疲劳极限达到材料材质品质和热处理质量达到中等要求即可。由文献 3，图10-20查得，由文献 3，206页可知：，由公式（4.27）经计算解得：，按式（4.22）进行比较：经比较可知所设计的数据满足条件。4.3.4 几何尺寸的计算（1）计算中心距： （4.28）将中心距圆整为：（2）按圆整后的中心距修正螺旋角： （4.29）因值改变的不多，故参数、等不必修正。（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4.30）（4）计算齿轮宽度 （4.31）圆整为标准齿宽，由文献 3，205页可知：齿轮轴的齿宽为：大齿轮的齿宽为：4.4减速器二级齿轮传动设计三级齿轮设计同一级齿轮设计的步骤相同，经计算求得二级传动的各个参数如下所示:表4.1 二级齿轮传动参数Z1Z2Mna/mm349312195885004.5减速器三级齿轮传动设计同理，经计算求得三级传动的各个参数如下所示:表4.2 三级齿轮传动参数Z1Z2Mn418310445085605联轴器、轴承及万向接轴的选择5.1联轴器的选择绝大多数的联轴器均已标准化或规格化，一般设计者的任务是选用。1.选择一种合用的联轴器类型可考虑以下几点：（1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。（2）联轴器的工作转数高低和引起的离心力的大小。（3）两轴相对位移的大小和方向。（4）联轴器的可靠性和工作环境。（5）联轴器的制造、安装、维护和成本。（6）使用有非金属弹性元件的联轴器时，还应注意联轴器所在部位的工作温度不要超过该弹性元件材料允许的最高温度。2.计算联轴器的转矩：由于传动轴系载荷变化性质不同以及联轴器本身结构特点和性质的不同，联轴器实际传递的转矩不等于传动轴系理论上需传递的转矩T。根据文献5，t5-54，式（5-2-1）可知联轴器的计算转矩： （5.1）式中： 理论转矩，（有制动器的传动系统，当制动器的理论转矩大于动力机的理论转矩时，按前者计算联轴器） 公称转矩， 工况系数 启动系数 温度系数动力机系数驱动功率，工作转数，根据文献5，表（5-2-2）查得，根据文献5，表（5-2-3）查得，代入公式（5.1）得：3.型号选择： 电机输入轴轴端直径，联轴器输入轴轴端直径，为了满足上诉要求可以选择梅花弹性联轴器，弹性件型号；公称转矩；许用转数；轴孔直径，。5.2矫直辊的轴承选择与校核5.2.1矫直辊轴承的选择钢管矫直机轴承的选取一般有三类：深沟球轴承、圆柱滚子轴承、和调心滚子轴承三种。在本次325钢管矫直机的设计中，由于考虑到对对心性能要求较高，并且矫直辊主要承受来自径向的载荷，同时承受来在轴向的小部分轴向载荷。因此选用调心滚子轴承。由第3章的计算可知轴承所受的径向力，初选轴承的型号为40537，其基本参数如下表所示表5.140537轴承的基本参数轴承型号外形尺寸（mm）额定载荷（KN）动载荷静载荷dDBFwrr1CrC0r405372203701502602.12.1185034905.2.2矫直辊轴承的校核矫直辊轴承的校核主要是对轴承寿命的计算。根据文献3，式（13-19）可知其计算公式如下:（5.2）式中： 以小时计的轴承额定寿命，； 轴承的转速，； 温度系数，这里取； 额定动负荷，；其值由轴承样本查得，； 寿命指数，对于调心辊子轴承； 当量动负荷，。计算调心滚子轴承时，轴承轴向负荷很小，可以忽略不计。当量动负荷的计算公式为： （5.3）式中：负荷系数，由于工作中的振动、冲击和轴承负荷不均等许多因素的影响，轴承实际负荷要比计算负荷大，根据工作情况以符合系数表示。矫直机，取。轴承承受的径向载荷。轴承承受的轴向载荷。径向动载荷系数。轴向动载荷系数。由前面的分析及经由文献3，表13-5查得；。经计算解得： 将计算所得的及各参数数值代入式（5.2），则：轴承寿命验算：，所以轴承寿命校核通过。5.3万向联轴器的选择5.3.1万向联轴器的功能特点及其选择方法联轴器的功能是用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器的选择主要考虑所需传递轴转速的高低、载荷的大小、被联接两部件的安装精度等、回转的平稳性、价格等，参考各类联轴器的特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时应考虑以下几点因素：1. 当工作过程中两轴产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。2联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器。3. 联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。4. 考虑联轴器的可靠性和工作环境。图5.1万向接轴6传动系统主要零件设计6.1矫直辊的结构特点管材矫直机的矫直辊是矫直机中的主要零件，其作用是使管材在矫直过程中变形。矫直辊是在大的动载荷和大的相对滑动速度连续研磨的条件下进行工作的。被矫轧件的表面氧化皮，能加深矫直辊的磨损。为了保证工作表面磨损均匀和较好的矫直质量，矫直辊应准确地相对被矫管材的轴线进行布置。对矫直辊质量要求很高，因为矫直辊决定着矫直机的正常工作，生产率和矫直精度。辊子的材料必须坚固耐磨。因此管材矫直机矫直辊的材质为铸铁、钢或硬质合金。在钢管矫直机中，大多采用铸铁辊。因为这种矫直辊耐磨，而且制造也较简单。一般这种矫直辊都是装配辊。图6.1装配的矫直辊6.2矫直辊的辊轴校核6.2.1辊系的受力分析通过第三章对矫直机力能参数的计算可知辊系的受力模型如下所示： 图6.2矫直辊的辊轴受力如图可知，在矫直过程中，中下辊的受力最大；因此只需对中下辊进行校核计算即可。6.2.2 中下辊的校核计算1.受力分析：中下辊的受力分析如图6.4所示：图6.4中下辊受力分析图静力平衡方程如下所示： （6.1） （6.2）将数据代入式（6.1）、（6.2）得：2.计算弯矩：1） 计算处的弯矩： （6.2）2） 计算处的弯矩： （6.4）根据弯矩图判断处的弯矩最大。根据对矫直辊的整体分析可知此处便是最危险的界面，因此对此处进行校核即可。3.计算扭矩 （6.5）式中： 矫直辊的矫直功率 ；矫直辊的矫直转数 ；由第三章力能参数的计算可知：，将数据代入公式（6.5）得： 4.校核抗弯界面系数： （6.6）抗扭截面系数： （6.7）则轴的计算应力为：（6.8）式中： 轴的计算应力，单位为， ； 轴所受的弯矩，单位为， ； 轴所受的扭矩，单位为， ； 轴的抗弯截面系数，单位为， ； 轴的抗扭截面系数，单位为， ； 折合系数，式中扭转切应力为脉动循环变应力，取将各数据代入公式（6.8）得：根据选定轴的材料为45#钢，调质处理，按文献查得 。因此： ，经校核安全。7传动系统的润滑为了减少功率损失，减少矫直机的摩擦和发热量，需要对矫直机的各有关部位进行润滑。本矫直机的主要润滑部位是上下辊轴承处，压下机构螺纹副配合处以及各接手，联轴器等转动点。对于上下矫直辊轴承，由于受到很大的冲击，振荡载荷，宜采用间歇干油润滑方式；对于压下机构中的轴承，齿轮副等摩擦副，由于承载不太大，速度不太高，宜采用低压力油润滑方式；其它润滑点，如接手，联轴器等有摩擦的动点，由工人检修时抹上足量A干油即可7.1润滑方法:常用的润滑方法有：手工加脂润滑、集中压力供纸润滑、手工加油润滑、滴油润滑、油杯油盘润滑、油雾润滑、循环润滑等。7.2润滑的分类1.无润滑：是指在具有相对运动的两表面间完全没有任何润滑介质纯在，处于干摩擦状态。由于干摩擦系数可以高达0.5以上，因此使接触面间产生剧烈的摩擦和磨损。这种状态除机械的制动外，一般应是尽量避免的。润滑系统的故障、润滑剂失效或流失也会出现这种状态，从而造成机械设备的损坏。2.边界润滑：介于有润滑和无润滑之间的一种临界状态的润滑形式。在此摩擦状态下，摩擦副之间的局部直接接触不可避免，摩擦系数一般在0.030.1之间。3.流体润滑：流体状态的润滑剂在作相对运动的两摩擦表面之间形成一层足够厚的润滑膜把两摩擦表面完全隔开，这是一种理想的润滑状态，摩擦系数一般在0.0010.01之间或更低。4.流体润滑与半干润滑：在流体润滑状态下，若流体膜遭受破坏的比例不大，则属于流体润滑与边界润滑之间的一种润滑状态。半干润滑是指边界膜遭到破坏的程度不太严重就出现边界与干摩擦之间的一种润滑状态。7.4润滑系统的选择原则在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析，确定所使用润滑剂的品种，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别在保证主要总值件的良好润滑条件下，综合考虑其他润滑点的润滑，要保证润滑质量 应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要，又应与设备的工况条件和使用环境相适应，以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。 应使润滑系统供送的油保持清洁，防止外界尘屑等的侵入造成污染、损伤摩擦表面，提高使用中的可靠性。 复杂润滑系统的主要元件如泵、分配阀、过滤器等应适当地组合在一起并尽可能标准化，便于接近进行维护、清洗，降低设备运转与维修、保养费用，防止发生人身、设备安全事故。 在选择润滑系统时，要注意该系统自动化程度和可靠性，注意装设指示、报警和工况监控装置，预测和防止早期润滑故障，以提高设备开动率和使用寿命。7.5润滑件的选择1、对于上排矫直辊轴轴承，由于辊需要上下调节，不利于接油管，而采用油枪定期将润滑油加入各润滑点。润滑油是通过加工在轴承座中的油孔而加到轴承处的。在每个油孔外端尽头都存在M10的螺纹，装有直通或压注油杯，利用爪式压杆或油枪或A型油嘴的手推式油枪加润滑油脂。2、下排辊子轴轴承的润滑是通过手动手动干油站把润滑油送入油管和加工在轴承座中的油孔而达到各摩擦副表面的。3、对于压下机构的润滑，由于液压站将有一定压力的液压油经过油管和加工在套筒，机架内壁的油孔而达到各摩擦副表面的。7.6润滑剂的选择由于脂润滑部位载荷较大，且摩擦产生的热量使温度升高。参考常用润滑脂的性质及用途，选用石墨钙基润滑脂（SY140565）或复合成钙基润滑脂（SY141580）或4号高温脂（SY151165）。有润滑采用N150机械油。因为压下机构的轴承和螺纹啮合等摩擦副对润滑油的要求不是很高，可选用粘度较大的机械油。另外，第一对辊的压下机构中辊座凸块与导向套导向槽之间也需要定期抹涂适量干油润滑脂。8设备的环保、可靠性和经济技术评价8.1设备的环保措施机械设备的环保性是指机械设备在作业时保护环境的性能。随着社会经济的高速发展，很多生产和施工企业为了获取更大的经济效益，机械设备连续不停地运作。由此产生的各种噪声、废气、污水和烟尘严重地污染了环境，破坏了生态，给人们的身体健康造成了危害。为了整治污染、保护环境，国家制定了一系列相关政策法规，加大力度对机械设备所产生的各种噪声、废气、污水和烟尘进行治理。我国先后颁发了工业企业厂界噪声标准(GB12348-90)、建筑施工场界噪声限值(1252390)、大气污染物综合排放标准(GB162971996)和污水综合排放标准(GB8978-1996)，对噪声、废气、烟尘和污水等各种污染源的排放值作了限定。 机械设备对周边环境的污染有：来自机械冲击和振动所产生的噪声；来自机械焊接切割和抛丸除锈所产生的有害气体、微粒粉尘；来自电泳和喷漆过程中所产生的污水、废气。改善机械设备环保性能的主要方法有：选择环保性能较好的机械设备对机械设备性能进行改造 增加后处理装置；对设备检测、维修等方面采取及时、有效的措施。 除了要满足生产工艺和生产效率的需求之外，还要符合环保的要求。尤其是机械工业，在选择冲床、剪板机、柴油发电机、空气压缩机等机械设备时，要考虑其作业时的噪声是否符合要求 在选择焊接、切割和抛丸除锈设备时，要考虑其作业时产生的烟尘是否符合要求；在选择涂装设备时，要考虑其漆雾处理和污水排放指标是否符合要求。在选用柴油发电机组时，应采用低噪声的中、低速柴油发电机组，尽量采用噪声分贝值低的设备。故在本设计中均采用了污染小消耗小的电动机已达到降低污染和消耗的目的。 在机械设备中，除了主机外，各种运动装置及行走部件在运行时也会产生噪声和振动。因此，改进机械的结构，实现减震、降噪、降低污染等目标，也是改善机械设备环保性的措施之一。本设计中应用了紧凑型的减速机结构，降低了整机的重量和体积，使得其噪声有很大程度上的降低，振动也有一定程度上的避免。325钢管矫直机的矫直辊采用交错布置，在钢管矫直的过程中要产生大量摩擦热，因此需要对其进行冷却，有多种冷却剂可对其进行冷却，由于水无污染,产生的只有大量水蒸汽,只是物态变化，水价格低廉,随处可见等特点，工厂中常采用水冷的方法对其进行冷却。由于用水量较大，流出的污水尽速过滤水池，经过水处理后再用；在矫直机进行工作时，由于转速较高，通常会卷入一定的粉尘，影响机械设备的润滑和工作效率，产生一定得磨损，降低设备的使用寿命，因此需要对设备进行维护，定时的对其进行清扫，除去设备上的灰尘和油污，使设备表面光亮，以满足环保的要求；而且矫直机在过程中会产生较大的噪声，影响工人的身心健康，因此，在现代话的生产车间中减少噪音污染也是很有必要的。根据文献6对其进行可靠性能参数的评价。8.2设备的可靠性1.设备的可靠性定义可靠性标志着机械设备在其使用周期内保持所需质量指标的性能，即无故障工作地可能性。设备的可靠性随机变化，因为故障时偶然事件，评价可靠性的指标都具有概率性质，用可靠度作为其定量的尺度。2.可靠度的计算可靠度是指机械设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠度的函数为： （8.1）式中：失效率，常数，取： 。则： 。 设工作后，则其可靠度为：其可靠度分布图8.1所示：图8.1可靠度分布图3.设备的平均寿命：机械设备的可靠度的另一个指标使用寿命，即为平均寿命。工作时间寿命的期望值： （8.2）式中：平均寿命；可靠性函数，机械设备是可修复系统，即在一次年修的平均工作时间若：，则：失效率，常数，取： 。若一次年修期间，预计维修15次。则寿命。4.机械设备的有效度 机械设备的有效度是指从开始工作到发生故障（可靠性问题），从发生故障后进行维修（维修性问题）把两个阶段的可靠度和维修度结合起来，用一个统一的尺度，来评价全部过程中有效地工作地程度。用字母