四辊方管轧机设计【毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709850摘 要方管，顾名思义，它是种方形体的管型，很多种材质的物质都可以形成方管体，大多数方管以钢管为多数，多为结构方管，装饰方管，建筑方管等。方管，是方形管材的一种称呼，也就是边长相等的的钢管。是带钢经过工艺处理卷制而成。一般是把带钢经过拆包，平整，卷曲，焊接形成圆管，再由圆管轧制成方形管然后剪切成需要长度。一般是 50 根每包。用于大直径热轧无缝钢管生产的二辊式定径机虽然技术成熟，但由于受孔型半径差大、孔型侧壁对轧件有效高、外径尺寸精度较低；由于内传动三辊式定径机的每个几家都需要两对规格较大的螺旋锥形齿轮，但国内加工该试论困难，而外传动三辊定径机则需要在底下布置电机，基建投资较大。为了克服二辊式定径机生产钢管尺寸精度低的弱点，基于目前的条件，在借鉴热轧方矩形管和焊管生产定径技术的基础上，设计出用于无缝钢管生产的四辊式定径机。关键词：定径机；方管；无缝钢管；设计计算买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709850AbstractTubes, as the name suggests, it is a kind of square body tube type and material of many kinds of material can form a square body, most of the square tube with steel tube for most, square pipe structure, decoration Square, building square. The square is a square, called pipes, is equal to the length of steel pipe. The strip is made by the process of processing volume. Generally, the strip is cut down, flat, coiled, welded round tube, then rolled into square tube by tube and cut into length Generally 50 per pack.For large diameter hot-rolled seamless steel tube production and type fixed size machine although the technology is mature, but because by groove radius difference, side wall of pass of rolling high, precision of the outside dimension lower; due to the transmission of the three roller set size machine each several need two pairs of specifications larger spiral bevel gear, but discussion on the difficulties of domestic processing and outside three roll sizing mill is required under motor arrangement, infrastructure investment is large.In order to overcome two roll top production pipe size precision low weakness. Based on the present conditions, in reference to the hot rolling rectangular pipe and welded pipe production sizing technology based on Design for seamless steel tube production of four roller sizing machine.Key words: sizing mill;Square tube ;Seamless steel tube ; design calculation 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985目 录摘 要 .1Abstract .21 引言 .31.1 概述 31.1.1 我国无缝钢管生产和装备的发展历程 .31.1.2 方管 .41.1.3 四辊方孔型机架特点 72 四辊定径机系统 .92.1 总体方案 92.1.1 轧辊机架的确定 .92.1.2 传动装置的确定 .102.2 参数计算 112.2.1 性能参数 .122.2 轧制力辊的设计计算 122.2.1 辊子的布置方案设计 .122.2.2 轧制力的计算 .122.2.3 轧辊的几何参数及材质选用 .132.2.4 轧辊结构设计 .142.2.5 轧制总压力的确定 .142.2.4 轧制力矩的确定 .152.3 总功率的验算及电机的选择 162.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定 .162.3.2 附加力矩的确定 .162.3.3 主电机的选择 .162.4 齿轮传动设计 172.4.1 选取材料，定许用应力 .172.4.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 .172.4.3 校核齿面接触疲劳强度 .202.5 主传动轴的设计 202.5.1 最小轴颈的估算 .202.5.2 联轴器部位花键的设计 .21买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852.5.3 鼓型齿的设计 .212.5.4 轴承段轴的设计 .222.5.5 环的设计 .232.5.6 轴承套的设计 .242.6 轴承寿命计算 273 液压调速系统设计 .283.1 系统的工况分析 283.2 执行元件的负载计算 283.3 拟定液压系统图 293.4 液压系统工作压力的计算 293.5 选取液压马达 303.6 选取液压泵 303.7 选择控制阀 303.8 管件的选择 313.9 液压系统的验算 314 定径机的润滑和冷却 .324.1 定径机的润滑系统 324.1.1 润滑的特点和作用 .325 结束语 .346 参考文献 .34买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098501 引言1.1 概述1.1.1 我国无缝钢管生产和装备的发展历程1.1.1.1 生产发展历程概况1)我国无缝钢管生产发展快,生产发展历程总体呈现出：从稳到快，从无到有，到多，到产能过剩的发展趋势。1962 年，攀成钢公司，原名成都无缝钢管厂投产，全国自动轧管机组生产 15 万 t，无缝钢管产量总量为 16 万 t，自动轧管机组占了一大部分。1986 年，宝山钢铁股份有限公司无缝钢管厂，原名宝钢无缝钢管厂投产，全国自动轧管机组生产将近 100 万 t，无缝钢管产量总量为 146 万 t，自动轧管机组占了将近四分之三；1993 年，天津钢管公司，原名天津钢管公司投产，全国自动轧管机组生产将近120 万 t，无缝钢管产量总量为 284 万 t，自动轧管机组占了将近一半。2000 年开始，新建的连轧、精密和三辊轧管机组陆续投产，产量开始急速上升，直到 2009 年才出现拐点。但从 2010 年和 2011 年 1-9 月来看，产量仍然在上升。从我国无缝钢管的产量、进出口量和表观消费量的关系来看，2009 年由于世界经济危机的影响，我国无缝钢管出口量下降 292 万 t，好在国家采取了调控政策，使国内的表观消费量增加 361 万 t。2010 年，我国无缝钢管出口量虽然略有回升(63 万 t)。2)市场竞争激烈，利润从高到低，到微薄，到亏损。图 1.1 所示为 2005-2010 年我国无缝钢管产量最大的前 10 家企业的产量变化情况。从近 6 年的产量变化可以看出：5 家企业的产量从 2008 年开始下降，其中 4 家连续下降 3 年，到 2010 年都没有恢复到2007 年的产量水平。1 家下降 2 年后才于 2010 年有所回升：另外 5 家从 2009 年开始产量下降，其中 4 家到 2010 年仍在下降。图 1.1 我国无缝钢管产量趋势图1.1.1.2 主要热轧无缝钢管生产机组的发展历程买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098511）自动轧管机组自动轧管机组是我国出现的第 1 种无缝钢管生产机组。1953 年在原鞍钢无缝钢管厂(现鞍钢股份有限公司无缝钢管厂)建成投产的是前苏联制造的中 140mm 小型轧管机组，该厂于 1958 年利用废旧材料和设备。自行设计制造和安装了中 76mm 穿孔机和自动轧管机各 l 台，用于生产冷拔用毛管。后来又制造了 3套(红旗 1，2，3 号)分别被调往重庆、云南和山西等地，这种机组后来就被发展成了所谓的“76mm 自动轧管机组”。2)顶管机组顶管机组是我国出现的第 2 种无缝钢管生产机组。1962 年在成都建成投产的是匈牙利制造的西 133 mm 小型顶管机组；1988 年由我国自行设计制造的 l 套中 102 mm 新式顶管机组(CPE)在江苏常州建成投产：1993 年原汉口轧钢厂从德国购买了 1 套中 114 mm CPE(二手设备)并于 2001 年建成投产；1996年原武汉重型铸锻厂为了满足我国大直径厚壁高压锅炉管的需要建成投产了我国第1 套西 1 066 mm 大型顶管机组。3)狄塞尔“圆盘”轧管机组狄塞尔“圆盘”轧管机组是我国出现的第 5 种无缝钢管生产机组。1971 年原鞍钢无缝钢管厂自行设计制造的狄塞尔轧管机组建成投产，设计年生产能力 3 万 t，先后经过两次改造后，产品规格从中 76 mm 扩大到了中 108 mm，1983 年生产了汽车半轴管。1987 年产量达到 6.2 万 t。1 989 年该厂在总结和提高生产、设备使用及维护经验的基础上设计制造了中 100mm 新型狄塞尔轧管机，更名为“圆盘轧管机”。随后此类机组在合肥等处制造并建成投产了多套。由于精密轧管机组的发展，大多在“圆盘轧管机”上增加了辗轧角。使其变成了简单的精密轧管机。1.1.2 方管1.1.2.1 方矩形管有如下特点：(1)产品断面形状和尺寸可按用户需要设计。型材断面结构合理，断面系数与热轧型钢相比更加优越。(2)不同架次的方矩形管机组和不同的工艺参数，为生产各种断面形状的产品提供了主要的技术保障。(3)可生产许多种复杂异型断面管材，实现了品种的多样化。(4)用于制造机车车辆和建筑行业。特别是在建筑行业中，制造大型结构件具有很好的断面特性，施工方便，减少钢材消耗。(5)在土木工程中，具有好的耐冲击性、经济性、安全性，适用于防震防火结构。其良好的抗震性能，大大提高了建筑物的安全可靠性。(6)方矩形管的材质可以多样化，可以是碳素钢，也可以是低合金钢、不锈钢。(7)产品生产规模、品种和应用范围在扩大，大量采用新技术、新工艺，设备生产高速化。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852(8)空心方矩形管结构体系轻，作为建筑钢结构，减轻了重量，给运输和安装带来方便，具有较好的截面特征。除了满足承载要求，还不易扭转，增强抗扭曲和抗多向轴向力的能力，强度和重量比很高。(9)生产过程连续化，生产效率高。(10)管形构件外表美观，容易取得良好的美学效果，同时管形构件还具有较大的平面外刚度，在框架结构中，无须再组合便可直接取得几乎相等的平面内、外刚度，减少了加工工作量，基于截面的对称性，保证了构件具有良好的稳定性。1.1.2.2 方管的生产工艺方管直缝高频焊接无缝方管具有工艺相对简单，快速连续生产的特点，在民用建筑、石化、轻工等部门有广泛用途。多用于输送低压流体或做成各种工程构件及轻工产品。 1、直缝高频焊接无缝方管的生产工艺流程 直缝焊接无缝方管是通过高频焊接机组将一定的规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝焊接而成无缝方管。无缝方管的形状可以是圆形的，也可以是方形或异形的，它取决于焊后的定径轧制。焊接无缝方管的材料主要是：低碳钢及s300N/mm2、s500N/mm2 的低合金钢或其他钢材。2、高频焊接 高频焊接是根据电磁感应原理和交流电荷在导体中的趋肤效应、邻近效应和涡流热效应，使焊缝边缘的钢材局部加热到熔融状态，经滚轮的挤压，使对接焊缝实现晶间接合，从而达到焊缝焊接之目的。高频焊是一种感应焊（或压力接触焊），它无需焊缝填充料，无焊接飞溅，焊接热影响区窄，焊接成型美观，焊接机械性能良好等优点，因此在无缝方管的生产中受到广泛的应用。 无缝方管的高频焊接正是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成型后，形成一个截面断开的圆形管坯，在管坯内靠近感应线圈中心附近旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯开口处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的作用下，管坯开口处边缘产生强大而集中的热效应，使焊缝边缘迅速加热到焊接所需温度经压辊挤压后，熔融状态的金属实现晶间接合，冷却后形成一条牢固的对接焊缝。 3、高频焊管机组 方管的高频焊接过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组通常由滚压成型、高频焊接、挤压、冷却、定径、飞锯切断等部件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有无缝方管翻转机架；电气部分主要有高频发生器、直流励磁发电机和仪表自动控制装置等组成.买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709853方矩管工艺流程图方矩管生产工艺流程原料准备纵剪机组开卷矫平切头对焊活套储料导向平台粗成型精成型挤压焊接刮焊疤水冷却定位矫直跟踪飞切成品分检成品包装图 1.2 定径机成型特点图 1.3 定径机原理图买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098541.1.2.3 方矩形管的生产工艺及其特点传统方矩形管的生产工艺方式及特点(1)直接成方。直接成方有 2 种基本成型方式：一种是定弯曲半径和弯曲中心；另一种是定弯曲半径，弯曲中心内移法。直接成方以热轧带钢为原料，通过多道次挤压，然后焊接成型，整个过程没有进行热处理，无法清除挤压过程产生的应力。这种成型方式生产的冷弯方矩形管除了弯曲角的有限区域外，其余管体部位的材料特性与母体基本相近。不足之处是，无论焊缝在何位置，焊缝的闭合情况不理想，成型过程不稳定，很难获得高质量产品。(2)将角钢和槽钢等拼接焊接成方矩形管。这种方式生产效率低，不能满足大批量生产的要求，而且存在焊缝及外形质量差，成本高。(3)冷拔成型。该工艺以无缝钢管为原料，通过冷拔形成异型管，然后进行热处理，消除了在拉拔过程中产生的应力。(4)先成圆管再成方矩形管，即“先圆后方”。用圆管成方矩形管的过程实际就是把圆弧段变为直线段。除角部抗拉强度、屈服强度比母材提高外，延伸率有所下降。可满足大批量生产。(5)圆管挤压。以无缝钢管为原料，通过多道次挤压形成方矩形管，挤压过程中产生应力。传统成型机的不足(1)二辊式轧机有上下两个水平辊对钢材施加变形，理论上原料成型速度与轧辊线速度一致。但在实际生产中，存在着大小不等的速度差，原料与轧辊相对运动，造成产品的表面被辊痕划伤，严重影响产品表面质量的提高。二辊式轧机不利于方矩形管角部的形成，只有在孔型设计时，给以适当的延伸量，才能使方矩形管角部有较好的成型。(2)四辊式轧机虽然能很好地保证方矩形管角部的成型，但其结构不紧凑，占地大，传动装置难以布置，设备的造价较高。1.1.3 四辊方孔型机架特点四辊方孔型机架及其内部传动系统是利用三辊热轧圆孔型定径机的传动系统重新设计的，机组是采用单独传动方式的微张力定减径机组，每个机架只有一个主传动轴，四辊机架由对称布置的 4 个轧辊设在机架内的中央位置，且 4 个轧辊呈 90。分布，纵向设置的一对轧辊为主动辊，另一对轧辊为从动辊，三辊机架只有 1 个主动轴 2 个从动轴。四辊方孔型机架的相关位置及定位尺寸与三辊圆孔型定径机架保持一致，两者可在同一生产线使用。方管生产过程中为了使钢管由“圆”到“方”的变形量分配得当，整套机组中圆孔型机架均为三辊机架，成型机架为 3 个四辊方孔型机架，布置在圆孔型机架后方管是由无缝圆管经过热轧得到的，其成型过程由 3 架四辊机架完成。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709855第一架起咬入作用，据咬入时的力学条件可知，保证咬入时的摩擦角大于咬入角便可实现；第二架起主要变形作用；第三架基本不参与变形，与椭圆孔型减径率分配原则类似，到成品机架减径率接近于零，起成方作用。所以方管成品机架压下量要据现场实际情况合理分配。1.1.3.1 孔型设计要点孔型半径差如果我们设定二辊式定径机的半径差为一，那么三辊式定径机的孔型半径差则是50。假设四辊式定径机 4 个轧辊长度相等。则其孔型半径差 30。但设计的四辊式定径机的轧辊长度不是等长的。长一点的轧辊的孔型半径差和三辊式的是相同的，为二辊式的 50；短一点的轧辊的孔型半径差是二辊式的 15。虽然设计的四辊式热定径机的轧辊分为主动辊和从动辊，但轧件的运行速度很低、从动辊的孔型半径差很小，所以我们可以把轧件表面的速度差用孔型半径差来代替。 图 1.4 方管轧机孔型示意图孔型加工方法不需要对机架整体进行孔型加工，可先加工单个轧辊的孔型，最后将其组装。这样就可以用普通机床代替别的机床来完成任务。但普通机床也有其缺点，需要轧辊装配工做精密的后期处理。轧辊孔型特征买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709856四辊式定径机孔型(图 1.4)与二辊式、三辊式定径机的孔型做对比，主要的不同点是，四辊式定径机的轧辊长度不等，相邻轧辊孔型包络弧长不等；四辊式定径机轧辊有主动和被动的区别，孔型各点的相对速度差不受控制。2 四辊定径机系统2.1 总体方案2.1.1 轧辊机架的确定钢管的在轧制力定径机上不仅受到径向压缩，同时还受到纵向拉伸，钢管在减径的同时，壁厚也在减薄。在轧制力定径机上，轧制力是靠相邻机架轧辊间有一速度差来产生的，速度差越大，则轧制力越大，反之则越小。轧制力的大小是通过改变轧辊速度实现的。二辊式的工作机座是普通定径机经常采用的。这种定径机结构简单，但有明显的缺陷，第一个缺点是，生产的钢管壁厚不均匀，当减径量增加时这个缺点格外突出；另一缺点是轧辊尺寸大，这使得整个机组的长度变大，增加消耗。因此，在轧制力减径机上采用四辊或四辊式工作机座较好。四辊式轧制力减径机的机架可作成方的，也可作成圆的。四辊机有四个轧辊，这样就可以分担钢管断面的变形任务。这样减轻了每个轧辊的工作量，从而减小辊径，使机架结更紧凑，缩短整个机组的长度。其机架结构图如1.1：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709857图 2.1 四辊式轧制力定径机工作机座结构2.1.2 传动装置的确定2.1.2.1 单独传动单独传动的轧制力定径机很少采用。因为，每架减径机都需要一台功率较大的电机来带动，整个机组的电机功率过大，电器控制装置费用高，技术复杂。另外，当钢管咬入时不可避免的要发生速度降现象，不能保证钢管上的轧制力稳定，轧出的钢管在整个长度上壁厚不均。2.1.2.2 集体传动集体驱动能克服钢管咬入的速度降低，各机架间的轧制力也能得到保证，于此同时，电机的总功率比较小，所以比单独传动更适合。其原理图如集体传动图：这套轧制力定径机由传动装置、差动齿轮箱、减速箱、机架、液压调速系统、光电系统六部组成。轧机的启动、停车、观察用转情况都集中在操作台上。整个轧机由一台电机驱动，主电机经联轴节带动传动轴，传动轴上有六对圆锥齿轮，每对圆锥齿轮通过齿轮传动差动齿轮，使联接定径机的减速箱高速轴获得一个速度，通过减速器传给轧辊。当附加速度等于零时，使轧辊获得的速度，称为轧辊的基本转速，因为减速箱中 6 对齿轮速比是变化的，致使 16 架工作机座的轧辊基本转速是递增的。传动轴上的圆锥齿轮除带动齿轮驱动差动齿轮外，还带动增速机构，使获得固定高转速，通过联轴器接变量泵，变量泵向定量马达供油，使马达获得一个转速，通过联轴节驱动差动机构，使联接减径机的减速箱高速轴又获得一个可变化速度。可变化速度与上述一样，通过减速器传给轧辊，使轧辊又获得一个转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，因而可达到调节轧辊转速的目的。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709858改变变量泵的斜盘角度，及可改变流量，马达的转速也相应改变，从而实现轧机单独调节转速的目的。2.1.2.3 差动传动差动传动的轧制力定径机由于采用差动机构而得名。所谓差动传动，即利用差动系统，在主传动的基础上，附加以叠加传动。差动变速器有多种形式，如图 2.2 这里采用锥齿轮传动的差动变速器。图 2.2 差动变速器轧辊由锥齿轮差动变速器的行星架传动。接主电机，接液压马达。轧制力矩和出轴速度用如下关系表示：（2-1）0.5.abMnn式中，0.5aM0.5b所以主电机和液压马达各承受一半的轧制的力矩。式中，.a.bM所以主电机和液压马达各承受一半的轧制的力矩。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098592.2 参数计算主要内容是针对四辊定径机机构、机构参数进行具体的分析和计算，电动机、传动方式和机架的选择，主要零件的设计和校核以及轴承的选用和寿命计算等。2.2.1 性能参数钢管轧制规格：表 1 方管轧制规格方管规格 125mm125mm壁厚 5mm表 2 轧制速度入口最大轧制速度 1.2m/s入口最小轧制速度 0.6m/s出口最大轧制速度 1.75m/s出口最小轧制速度 0.6m/s入口处轧制温度： 900950出口处温度：8302.2 轧制力辊的设计计算2.2.1 辊子的布置方案设计辊子的布置取决于以下三个因素：出口轧制力与入口轧制力的比值或放大系数；带材入口与出口的位置；相关附属机构的配置；2.2.2 轧制力的计算2.2.2.1 入口轧制力的计算出口轧制力与方管的宽度、厚度等因素有关，由公式（2.2sTkbh入） 则买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985103360.5*120.5*1203719TN入即： 6.79Tk入2.2.2.2 出口轧制力的计算 方管包绕在轧辊上，在包绕接触处产生摩擦力，使轧制力辊入口、出口轧制力按某种规律变化，以此改变机组轧制力值。若轧制力辊处于“电动”状态，即出口轧制力 小于入口轧制力 ，如图 2.1 所示，则根据欧拉公式可得：T出 T入图 2.3 轧辊示意图（2.3） T入 出即， 入出 （2.4） 其中， 为辊子与方管之间的摩擦系数，其值随辊面材质的不同而不同，对于包胶辊面取 , 为方管在辊子上的包角，由于方管具有一定的刚性，轧制力辊出口0.21 和入口处的方管往往不是完全紧贴在辊面上，因此实际包角 小于理论包角 。将参数代入式 2.3 得： T出 32.895kN2.2.3 轧辊的几何参数及材质选用轧辊几何参数和材质的确定主要是辊径和辊身长度的确定以及表面材质的选定。为了防止方管产生永久变形，轧辊辊径的确定以方管包绕在轧辊上不产生塑性弯曲变形为原则，即是以方管绕过轧辊的弯矩小于或等于方管弹性极限弯矩为准则计算辊径。由此得出轧辊辊径计算公式：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098511max1sEhD（2.5） 式中，D 为轧辊辊径，单位 m；E 为方管弹性模量，MPa； 为方管最大厚度，maxm； 为方管屈服极限，MPa。式 2.1 表明，轧辊辊径取决于方管的弹性模量、屈服极s限和最大厚度。但实际中并不是辊径越大越好，轧辊装置辊径的大小对设备成本有很大影响因为所要求的输出转矩直接随辊子尺寸的增大而增加其附属机构的成本也随之增加。设计时应根据产品方案综合考虑各种因素选择合适的辊径。本设计中，选择综合性能优良的 Q235A 作为轧辊材料，查材料手册得E200GPa， 235MPa，s851mm3120*.510GPaDM则圆整后取 D1=860mm。辊身长度 L1根据方管宽度加上 200300mm 确定,则取 L11400mm。2.2.4 轧辊结构设计考虑到轧辊直径大，为减轻重量同时节省材料，采用如图 2.1 所示的空心辊结构，同时为增强其强度，内部焊接支承钢板。轧辊与传动系统部份使用 C 型平键连接。图 2.4 轧辊结构图2.2.5 轧制总压力的确定机架孔型直径： 1()iiid（2.6）减径率imd5.2).01(25买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098512长半轴： (mm) 1dia78.59134.2a短半轴： （mm） iidb32.614.5轧槽宽度：Bi=bi (mm).B底圆直径： （mm） 2idliDb36.7.6180d接触面积的计算： 110.95.0.5iiiidiiFBbaDba（2.7）iciPpF 34.187).593.62(0.73)8.592.61(095. B简化后为叶米利羊年科公式： 1.60.bc kpt式中： 金属的抗拉强度极限，45 钢的 =676.2mpa；bbt轧制温度；t =950轧制后管子的壁厚尺寸系数； =0.6k k67.2105.2839064.103.63cp=445.991 MPa所以轧制压力： iciPpFKNP743.61809.4510.876买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851342.2.4 轧制力矩的确定 （2.8） 3/23/2sinlii kkiDMfpd f金属与轧辊间的摩擦系数 轧辊速度与管子速度一致的点所形成的轧制直径相符合的中心角k 12i ilfD（2.9） 2 是轧辊对钢管的包角 95.0)864.017(6k（2.10） 1.05ft轧辊材料修正系数 钢辊 =1，硬面铸铁轧辊 =0.8 t轧制温度 t=950 度1.0590.846f 81.2975.0sin2395.0235.1.2743.68. M2.3 总功率的验算及电机的选择2.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定定径机的轧辊的转速一般为 30140r/min,这里取 40r/min，由于轧制的最大的速度为 1.2m/s,同时减速器与轧辊轴的距离比较远，所以取两级展开式圆柱齿轮减速器。由机械设计手册（表 16-2-2）取 ZLY 560-14-I，其公称传动比为 14，实际为14.14。四辊定径机由于是以来保证无缝钢管外径尺寸精度及表面质量和钢管壁厚的，故要求四个轧辊的转速相同，因此四辊定径机的主电机轴上的力矩有两部分组成，即：（2.11）12ZfZDffMMii四辊定径机主电机的力矩四辊定径机轧辊上的最大轧制力 = =91186.838NmZ Z2买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098514附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承上，传动fM机构及其他传动中的摩擦而产生的附加力矩i主电机与轧辊间的传动比2.3.2 附加力矩 的确定f附加力矩 包括两部分，其一是由于四辊定径机的轧制总压力 P 在轧辊上所产生fM的附加摩擦力矩 ，这部分已经包括在轧辊传动力矩 之内；另一部分为各传动零1f ZM件推算到电机轴上的附加摩擦力矩 。2f（2.12） 21ZfMi主电机到轧辊间传动效率，一般为 =0.960.98 取 =0.97291.870.90.4f KNm主电机轴上的力矩为：91.87.96.84DM2.3.3 主电机的选择0.145./minZnir3erDPerMK额定静力矩r电机最大转速Dn电机过载系数采用荷夫推荐电机过载系数 值如下：可逆转电机 =2.53.0K不可逆转电机 =1.52.0带有飞轮的电机 =4-6取 =3.0K买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985156.482.13erMKw.56.3.1860DP由机械设计手册表（23105）取得 YZR(355 -10)电机，其额定 =132Kw,转速为2LDP588r/min。属于冶金用绕线转子异步电机。2.4 齿轮传动设计为了保证钢管的表面质量要求三个轧辊轴是同速的，所以齿轮传动的传动比是 1，只起传递力矩的作用而不起变速的作用，即两齿轮的齿数是相同的。又因为四辊间的夹角都是 60 度，所以采用直齿锥齿轮传动且其分度圆锥角为 =30 度。为了设计及维护方便，两粘合的齿轮为相同的。2.4.1 选取材料，定许用应力四辊定径机齿轮传动的力矩是比较大的，所以选取硬度较大的材料。选用20CrMnTi,经淬火后，其硬度为 870880HBS，抗拉强度 ，屈服极限108bMPa。由于是硬齿面，所以按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强835sMPa度。2.4.2 按齿根弯曲疲劳强度设计（2.13） 132216.820.5FSPRYKTmZm锥齿轮大端的端面模数K载荷系数，可以近似取 K=1.31.7，当载荷平稳传动精度高转速较低，以及齿轮两侧布置轴承时 K 取小值。齿宽系数R齿轮传动的转矩1T弯曲许用应力FP复合齿形系数SY齿数比2.4.2.1 定齿根弯曲许用应力 FPlimFSTPN:在机械设计中给出了 的变化范围，当齿轮材质及热处理质量达到很高要求时，li可取上 ME，达到中等要求时取中限 MQ，达到最低要求时取下限 ML。双向传动，limF即在对称循环变应力下工作的齿轮其值乘以系数 0.7。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098516试验齿轮齿根弯曲疲劳极限，由机械设计表（532）得limF=525MPaliF试验齿轮应力修正系数，一般取 =2STY STY弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取 =1N N弯曲确定最小安全系数，一般传动 =1.31.5，重要传动limF limF=1.63.0，这里取 =1.6liFliF52165.2.PMPa2.4.2.2 计算齿轮的名义转矩 T由于四辊定径机齿轮传动的传动比 i=1，因此两齿轮完全相同，且传递的扭矩是总的 2/3。129503RZPTn四辊定径机主轴的输入功率RP四辊定径机主动轴的转速ZnD主电机到轧辊间的传动效率，一般情况为 =0.80.92，取 =0.921320.98.36RPKw520589.4TNm2.4.2.3 选择载荷系数通常近似取 k=1.31.7,当原动机为电机、汽轮机、燃气轮机、工作载荷平稳，且齿轮轴承对称时，取小值。当齿轮制造精度高时，可以减小内部动载荷 k 可取较大值，取 k=1.3.2.4.2.4 选取齿宽系数 RRbb齿轮轮齿宽度R锥齿轮外锥距由机械设计表（511）一般取 =0.250.5，取 =0.45RR2.4.2.5 初定齿轮系数初步确定齿轮齿数 ，螺旋角 ，齿数比 =1123Z312Z2.4.2.6 确定复合齿形系数 FSY因为两齿轮所选用的材料及外形相同，因此齿轮的齿根弯曲许用应力 相同，锥FP买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098517齿轮的当量齿数为 7，变位系数 x=0。所以由机械设计表（523cos0vZ38）得 =4.02。FSY即 132216.820.5FSPRYKTmZ322.30589.4.0. 65141=15.984由机械设计表（510）取 m=16所以齿轮的参数如下：齿数 Z=23 齿宽 ， b=1183Rb模数 m=16 齿顶角 16arctnrta2.4938h顶隙 分度圆直径 0.23.cm dmZ压力角 = 齿顶圆直径 2cosa螺旋角 齿根圆直径 .438.f齿数比 =1 16arctnrta2hR当量齿数 =27 vZ 9.tct38ff齿顶高 顶锥角16ahm 102aa齿根高 根锥角.29.f 7ff锥距 121368sindR2.4.3 校核齿面接触疲劳强度2.4.3.1 确定齿面接触疲劳许用应力（2.14）limnHPNWZS:齿轮的接触疲劳许用应力试验齿轮的接触疲劳极限，由机械设计表（533）得limH买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098518=1650MPalimH接触强度的最小安全系数，一般传动取 =1.01.2，重要minHS minHS传动取 =1.31.6，这里取 =1.5。inSi接触疲劳强度的寿命系数， =1NZNZ工作硬化系数，它是用以考虑经磨齿的硬齿面小齿轮与调质钢W大齿轮相啮合时，对大齿轮面产生的硬化作用，从而使大齿轮的 得到提高的系数，当两齿轮均为硬齿面时 =1。limH WZ16501.HPMPa2.4.3.2 校核齿面接触疲劳强度（2.15） 212110.5HE HPRKTZbd:材料弹性系数由机械设计表（57）得 =188EZ221.389.11286045H=1005.326MPa HP所以齿面接触疲劳强度足够。2.5 主传动轴的设计轴是机器中的主要支撑零件之一，一切回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能传动动力和运动。2.5.1 最小轴颈的估算（2.16） 3minRZPdCC由轴的材料和轴承情况确定的常数因为传动的力矩比较大，且受到交变载荷，所以选取合金材料。选取 42CrMo,由机械设计表（124）得 C=98。3min129.684.20d由于主传动轴的输入端连接联轴器部位使用花键联接，要有花键槽，所以其轴颈应增大 8%，所以 1.98%156.8又所以取输入端联轴器的轴径为 168买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985192.5.2 联轴器部位花键的设计根据 GB1144-72 且 =168，所以花键的参数如下：d齿数 Z=41 齿顶圆直径 =160ad压力角 = 齿根圆直径 =17020 f模数 m=4 分度圆直径 d=164齿宽 b=186花键的校核： 12mTzhlD各齿间载荷不均匀系数，一般取 =0.70.8，取 =0.8齿数齿的工作高度，渐开线花键 h=mh齿的工作长度 =bll平均直径，渐开线花键 =mmDmD许用挤压应力取 12020589.42.65.41所以符合要求。2.5.3 鼓型齿的设计联接轧辊和传动齿轮箱的齿轮联接轴，与一般齿轮联接轴节不完全相同，这是因为轧辊间距需要调整，要求齿轮联轴的倾角要比一般的齿轮联接节的大，所以要求这种连接轴的外齿套作成特殊形状。（如图 2.3）外齿套的齿顶和齿根都作成以套筒中心线上 o 点为中心的球面，齿型为鼓型断面，这样就能满足轧辊径向调整的要求。由于采用这种齿轮联接轴更换轧辊就比采用万向联接轴方便得多。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098520图 2.5 鼓型齿联轴器鼓型齿参数：齿数 Z=22 齿顶圆直径 =200ad齿宽 b=40 压力角 =20模数 m=8 分度圆直径 d=1762.5.4 轴承段轴的设计轴承是由意大利 INNSE 公司提供的，为双列自动调心圆柱滚子轴承，能满足轧辊径向调整时产生小的转角的要求，其型号为 32930/DF 其主要尺寸如图 2.5：图 2.6 自动调心滚子轴承d=220 D=340 b=95买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098521d 的配合为过盈配合所以公差取 ，D 的配合为基轴制所以配合取 。0.7956P 0.527H轴承两端的两个小梯形孔是为了方便对轴承润滑而设计的其尺寸如图所示。为了减小轴的弯矩，从而增强轴的抗弯扭强度，要使轴承尽量靠近轧辊和锥齿轮，为了使轴承和轧辊的定位良好，所以要用轴肩来定位，它要定位在轴承的内环上所以取轴肩的直径 d=229,宽度 b=20。轴承部的轴要与轴承相配合所以其轴径为 220，同时为了对轴承进行左定位其轴段的长度要小于轴承的宽度 23 毫米，即其长度为 95-3=92。轴承的左边安装锥齿轮，但为了使轴承定位同时轴承和锥齿轮不能直接接触，所以中间要用间隔环隔开。其结构如图 2.6：2.5.5 环的设计由于要对轴承进行润滑和冷却，所以要用环将轴承和轧辊隔开，需要有环。轧辊的直径为 190，环的右侧面要与轧辊相匹配，根据轧辊和其轴段的尺寸可得环 I 的尺寸如图 2.10：图 2.7 油环 I有 ，左边与轴套配合所以 ， 。d 的配合为基轴制配合12438d281d3290为 H7， 要求要大于环 II 中的 所以取 ，其它各配合面的粗糙度如图 2.1144.6所示。其两端面的圆跳动精度为 0.025。环 II 的尺寸如图 2.11：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098522图 2.8 间隔环 II2.5.6 轴承套的设计由于在工作中要对轴承进行冷却和润滑，所以在安装轴承时要安装轴承套，它的内孔要与轴承的外环相匹配，上侧的内槽要与环 I 进行匹配，下面是轴承套的尺寸如图 2.16：图 2.9 轴承套图图中中间直径为 17 的孔为固定轴承套的光孔，其作用是对轴承套进行定位和防止轴承套随着轴承一起转动。其个数为 2，在一条直线上。其中的小圆孔起冷却和润滑轴承的