初轧机前推床系统设计

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推床由推板和推杆、导向装置、推板前进油缸动力装置、推板后退油缸动力装置、齿轮齿条箱、同步杆装置、集中干油润滑系统、齿轮齿条润滑系统和电器设备等组成。推出推板的前进和后退分别由一个前进液压缸和一个后退液压缸带动传动箱，通过齿轮增速机构（齿轮齿条箱），带动齿条推杆来完成推床推板的开合、对中。本次设计是针对某钢厂1700初轧机前推床进行设计。本设计首先通过查阅文献资料介绍了国内外热轧生产的工艺和主要设备的相关内容，以及初轧机前推床的结构、原理及特点；其次,按照已知的技术参数和条件，分别对电机、减速器、联轴器、轴承、键等做了计算和选型；同时还对其强度、使用寿命等进行校核验证其合理性和可靠性。最后，介绍1700初轧机前推床润滑、点检、维修等标准，并进行了环保与经济性评价与分析。本次设计主要是结合现场生产实际，依据现有的成熟的设计规范进行仿照设计，严格依照设计标准和有关规范进行设计与计算。关键词：推床；齿轮齿条；减速机

1Manipulatorbythepushplateandthepushrod,guideandpushtheoilcylinderpowerplant,pushingplateinfrontoftheplatebackcylinderpowerplant,thegearandrackbox,synchronousgear,dryoillubricationsystem,gearandracklubricationsystemandelectricalequipment,etc.Launchpushplateofforwardandbackward,respectively,byahydrauliccylinderandaregressivehydrauliccylinderdrivesthetransmissioncase,throughthegeargrowth(gearandrackbox),drivestherackandpushrodtocompleteintheopeningandclosing,pushthebedpushboard.Thisdesignisaimedatasteelmillbefore1700bloomingmillmanipulatordesign.Thisdesignfirstintroducedthedomesticandinternationalhotrolledthroughtheconsultliteraturematerialproductiontechnologyandmainequipmentoftherelatedcontent,andthebloomingmillbeforethestructure,principleandcharacteristicsofmanipulator;Secondly,accordingtotheknownparametersandconditions,respectivelyformotor,reducer,couplings,bearings,andthekeytodothecalculationandselection;Atthesametimealsotocheckthestrengthandservicelifeverifyitsrationalityandreliability.Finally,thispaperintroduces1700bloomingmillbeforepushingbedlubrication,thetally,maintenancestandards,andenvironmentalprotectionandeconomicevaluationandanalysis.Thisdesignismainlycombinedtheactualproduction,accordingtotheexistingmaturemodeledonthedesignspecificationfordesign,strictlyinaccordancewiththedesignstandardsandtherelevantspecificationfordesignandcalculation.Keywords:Manipulator;Thegearandrack;reducer

2ABSTRACTn1绪论11.1国内外发展现状11.21700热轧生产工艺21.31700初轧设备结构32方案的选择与评述62.1方案的初步确定62.1工作原理73电机容量的选择83.1推床的主要设计参数83.3电机的选择83.3.1推床所需工作功率93・3293.3.4传动比分配103.4电机的过载验算113.5各轴运动及动力参数计算124推床减速器的选择与设i+144.1第一级环面蜗杆传动的设计计算144.1.1选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度144.2第二级直齿圆柱齿轮传动的设计计算184.2.1选择齿轮类型、材料、精度及齿数184.2.2按齿面接触强度设计195主要零件的设计计算及校核245.1轴的设计计算及校核24

35.1.1轴的选材245.2轴承的选择与计算„285.2.1轴承的选择285.3联轴器的选择与计算305.3.1联轴器的选择305.3.2联轴器的校核315.4键的选择与校核325.4.1键的选择...335.4.2键的强度计算335.5同步轴齿轮、齿条的设计计算346粗轧机R2/E2刖后推床点检、维修标准357润滑方法的选择387.1滚动轴承的润滑387.2蜗轮蜗杆、圆柱齿轮及轴端轴承的润滑387.3初轧机R1前后推床润滑系统388试车方法和对控制系统的要求408.1试车要求408.2对控制系统的要求408.3机械设备的投资回收期41一口•••*•••••••••••••••••••••***«****••***•*«***«****(***(**«***«****••***•*«***«****(***(**«***«****••***•*«***«****(***(**«***«****••***•*«***«***********«***43致谢44

41绪论1.1国内外发展现状热轧板带钢轧机的发展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的发展时期。1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术发展比较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（AGC）技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟,促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代,热轧板带钢在工艺方面有重大突破,1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.8〜1.2mm超薄带钢-一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm，但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高,辑耗大，吨钢酸洗成本高等，待技术发展到故障率等降低后,才能经济地批量生产。我国热连轧带钢的发展,大体经历了三个阶段：第一阶段，以大企业为主，以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入，由于资金、技术等限制,轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平,采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但是，这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备（1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机），整体技术水平相对落后,在安装过程中进行了局部改造,但整体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产：1980年投产的本钢轧机和1992年投产的攀钢1450mm机,

5这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。当时条件下，这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。第二阶段，全面提高技术水平，瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90年代以后，各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表,除通常现代化轧机采用的先进技术以外，还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式，板坯定宽压力机,PC板形控制系统,强力弯辑系统，轧辑在线研磨，中间短道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制精轧机采用了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线,即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。第三阶段，这个阶段是近几年开始的，是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和提高企业竞争力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展，对钢材需求不断增加，因此除国营大中型企业外，中小型企业甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点,或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造，使其达到了现代化水平。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等，在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态,并已处于世界先进水平之列。1.11700热轧生产工艺连铸坯原料一加热炉加热到轧制温度一除磷（喷高压水除去加热后钢坯表面的氧化铁皮）一板坯在粗轧机开坯轧制和减厚f切头（把粗轧机轧制和减厚了的钢坯的不规则头部切去）f精轧（连续经5〜7架精轧机轧制和减厚成1〜3mm厚热轧带钢）f喷水冷却f卷曲机卷成钢卷f卸卷f冷却f取样检查f入库。1.21700初轧设备结构初轧机组：在初轧机组中较多地采用了液压传动，机械化程度比较高，大大缩短了换辑和操作准备时间，减轻了劳动强度。初轧厂初轧机组为两组串列式布置，两轧机辐径、辐长、电机功率相同，转速不同。其主要由轧机本体、主传动装置、换辑装置、推床四部分组成。同步机构如图L1所示。

6图1.1同步机构热火焰清理机：通过热化学反应来清理钢坯，借助于氧气和煤气把钢皮表面加热到燃烧温度然后由烧咀喷射出高纯度、高速度的氧气流的动量把燃烧的产物吹除掉，从而达到清理钢坯表面缺陷的目的。其主要由热火焰清理机本体及附属设备、氧煤气供给设备、熔渣去除装置、排烟及除尘设备、辅助设备等儿部分。板坯剪：其主要由主传动装置、机架、上刃台、下刃台、上刃台平衡装置、压紧板、上下刃台间隙调整装置、下刃台锁紧装置、上刃台定位导向装置、补强块锁紧装置、行程扩大装置、换刃装置组成。定尺机：其设置在板坯剪后，用于对所需剪切的板坯进行长度定尺。它由定尺机本体、定尺挡头、移动机构、提升机构等组成。切头输送机：其作用为将板坯剪切机切下的头部或尾料输送到厂房外。主要由传动系统、滑槽、链条和刮板等组成。翻钢机：轧小方坯时，坯料被翻转45°,轧管坯时不翻转；45°翻钢机设有两个夹送短，对坯料边夹紧边送进，起辅助咬入作用。钢坯连轧机：由三台立辐轧机和三台水平轧机交替的连续布置组成，钢坯可以不被扭转地在轧机之间进行引导，能将初轧机轧制后的大规格坯料轧制成表面精度更高的小方坯、管坯或者芯棒钢等。飞剪机设备：连轧机组轧制的钢坯需要经过飞剪机进行切头、切尾和分段。其主要由飞剪机本体、入侧输送轻、夹紧装置、驱动飞剪机本体主曲轴用的驱动装置、驱动小齿轮和大齿轮组成。钢坯收集装置：钢坯收集是接受飞剪送出的小方坯和管坯。按规定根数收集成批,然后送往热锯。设备由飞剪输出短道、拨出装置、收集短道等组成。表1.1R2轧机前、后推床技术参数

7序号机构名称参数名称参数数量1R2前推床轧件最大重量21t1n工作液压缸6150mm回程液压缸685mm推杆传动速度0.4m/s柱塞最大行程700mm工作油压力8MPa推床最大开口度1700mm推床最小开口度800mm2R2后推床轧件最大重量21t1台工作液压缸6130mm回程液压缸660mm推杆传动速度0.4m/s柱塞最大行程625mm工作油压力8MPa推床最大开口度1700mm推床最小开口度800mm推床最大行程450nun热锯设备：初轧厂在轧线上配置三台热锯，用于管坯的定尺切割。方坯冷却设备：其主要由方坯空冷设备、方坯水冷设备、和多目的冷却设备组成。精整作业线：钢坯经过主轧线设备轧制、剪切分段后，需要输送到精整作业线进行精整作业，包括超声波探伤、抛丸、磁探、砂轮修磨、切割分段、矫直、质检等工艺设备。某钢厂初轧机R2轧机前、后推床技术参数如表1.1所示。

82方案的选择与评述2.1方案的初步确定机前推床位于热连轧生产线粗轧机机前工作辐道的上方，其作用是把在辐道运输中跑偏的钢坯退正、对中轧制线并送入粗轧机进行多道次轧制，以减少或避免钢坯出现镰刀弯，对粗轧机轧制板型的好坏起着重要作用。推床一般采用电气或液压伺服控制，当推板在完成对坯料对中的功能后，可以迅速推开，以防止由于镰刀弯过大或不规整钢坯在轧制时对推板产生过大侧向力而使推杆弯曲，破坏设备。前推床结构如图2.1所示。图2.1前推床结构图结构：推床由推板和推杆、导向装置、推板前进油缸动力装置、推板后退油缸动力装置、齿轮齿条箱、同步杆装置、集中干油润滑系统、齿轮齿条润滑系统和电器设备等组成。推出推板的前进和后退分别由一个前进液压缸和一个后退液压缸带动传动箱，通过齿轮增速机构（齿轮齿条箱），带动齿条推杆来完成推床推板的开合、对中。

9作用：①能够横向移动轧件，以保证钢锭或钢坯能能够正确咬入轧辐孔型；②防止轧件在轧制过程中被轧翻；③推床上装有翻钢机，对钢坯进行90°翻转。组成：传动部分、侧导板、翻钢机。传动部分：轧机前后各有一套传动装置，每套装置由一台减速机与两台电机组成。通过齿轮齿条机构，单侧驱动前后同侧导板，保持机械同步。2.1工作原理为使坯料顺利导入推床，首先需根据来料规格设置好推板的工作位,平行段推板工作位一般设置为来料宽度+100mm,与短道中心线对称，因而将入口导板设置成喇叭口形。当坯料顺利导入平行段推板时，辑道停止工作，液压缸开始驱动上推杆前进，通过齿轮轴来带动装有齿条的下推杆相对移动。由于两齿轮轴用同步轴相连，因此可以保证上下两对推杆的速度同步,且运动方向相反。这样较接在两推杆前端的推板即可推移轧件对中。反之，当液压缸缩回时，推板开口度即为打开。为防止在推移过程中因夹持力过大使薄规格轧件产生上拱变形，推移对中后，缸内达到工作压力延时0.5秒立即回退0〜50mmo

103电机容量的选择3.1推床的主要设计参数导板的总重量：42107.686kg最大开口度：3380mm最小开口度：770mm导板最大移动速度：V=60mm/s3.2推床的推力计算推床工作时所产生的推力Fmax是计算电机功率的重要参数Fmax=Umg3D=0.5x42107.686x10=210538.43N其中：〃一推床与短道间的摩擦系数。3.3电机的选择电动机分交流电动机和直流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂价格较高，维护比较不便等缺点，因此无特殊要求是不宜采用。冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此，应选用交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其具有以下优点：(1)结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便；(2)适用于不易然，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上；(3)由于起动性能较好，也适用与某些要求起动转矩较高的机械。由于初轧机前推床属于--般冶金机械设备，无特殊要求，旦起制动频繁，具有冲击载荷，要求起动性能好，起动转矩较高，故选择交流异步电动机Y系列。

113.1.1推床所需工作功率负载所需的工作功率：P“=/ax・V（3-2）=210538.43x60/1000=12.6Kw3.1.2选电机额定功率传动系统路线图：电动机n联轴器n减速机n联轴器n齿轮-齿条n推床导板由文献[11],表4.2-9可知：圆柱齿轮传动效率：〃齿1=0.97齿轮一齿条啮合传动效率：77齿2=0.95环面蜗杆传动效率：〃蝇=0.92联轴器效率：〃联=0.99轴承效率：〃承=0.98由于是二级减速器，故有：〃减=〃承4•〃蜗•〃齿1=0.984x0.92x0.97=0.82则总传动效率：T]=〃齿2•〃联2•〃减=0.95x0.992x0.82=0.77所以电机所需工作功率为：Pd=—（3-3）n_12.60.77=16.3Kw

123.1.1电机型号的选择由电机所需工作功率及工作环境初选YSG系列电机。YSG系列辐道用变频调速三相异步电动机按其机械特性可以分为YSGa型和YSGb型两种。YSGa型电动机的机械特性较软，具有堵转转矩大、堵转电流小、动态常数高的特点，可以在满电压下直接起动，并实现频繁起动、制动及反转运行；采用变频控制时，可以在30~80Hz的范围内调速运行。主要用于驱动以S5工作制运行的工作辐道辑子。YSGb型电动机具有较硬的机械特性，变频调速性能好，可以实现5~50Hz恒转矩、50~80Hz恒功率这样一个宽广的调速范围。主要用于以S1工作制运行的输送短道轻子，当采用变频控制时，利用变频器的低频起动功能和制动功能，还可以实现频繁起、制动和正、反转，用于以S5工作制运行的工作辑道辑子。综上所述，选择YSGb315L2T2型电动机。由文献［6］其性能见表3.1：表3.1YSGb315L2-12三相异步电动机技术数据型号额定功率/Kw满载时最大转矩额定转矩重量/Kg转速/r/min-1电流/AYSGb315L2-1216.6114482.513903.1.2传动比分配初步选定齿轮直径为360mm,则：60vn~-H，7[D_60x0.06^,x0.360=3.183r/min所以总传动比：

13_1143.183=35.793高速级传动比I=71-35ia=71.35x35.793=6.951低速级传动比i,=^=生垩i,6.951=5.1493.1电机的过载验算(3-5)异步电动机过载倍数校验的公式：*4.M”式中：时,皿一瞬间最大负载转矩，N«mk—余量系数，直流电动机取0.9〜0.95；交流电动机取0.9口一电压波动系数，取0.85九一允许转矩过载倍数，取4=5M,,一电动机额定转矩，N-m由公式计算得：M\—!^=2.0/lm=0.9x0.852x0.85M.=3.25由于YSGb型电动机主要用于以S1工作制运行的输送辑道辑子，在恒定负载下的

14运行时间足以达到热稳定，故不需要进行发热校核。3.5各轴运动及动力参数计算0轴：0轴即电动机轴P0=Pt=\6.6kwn0=l14r/min=9.55•2=9.55x166xl03=145,614N•mn0114I轴：I轴即减速机高速轴（即蜗轮轴）4=勺•〃承•〃联=16.6x0.99x0.98=16.1kwrij=n0=l14r/minT.=9.55•-^-=9.55x161X10=1348.728N•mn,114n轴：n轴即减速机高速轴（即蜗杆）8=6•〃蜗•〃承•〃联=16.1x0.92x0.99x0.98=14.37kwn2=n,/i1=114/6.951=16.4r/minp1437x10372=9.55・2=9.55X=8327.134N•mn216.4

15in轴：in轴即减速机低速轴（直齿圆柱齿轮轴）P3=P2•"山।•〃爪•"联=14.37x0.97x0.99x0.98=13.52kwn3=n2/i2=16.4/5.149=3.185r/minp1352xl037;=9.55,」=9.55x-=40538.776N•mn.3.185

164推床减速器的选择与设计4.1第一级环面蜗杆传动的设计计算4.1.1选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度根据GB/T10085T988的推荐，采用采用准平行环面蜗杆传动。蜗杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度45〜50HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSnlOPbl,金属模铸造，滚铳后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。4.1.2计算步骤1.确定作用在蜗轮上的转矩心按zi=2,估取〃=0.82,则:T2=T]XiX7=1348.728X19.47X0.82=21532.983N•mz2=z,Xnl/n2=2X114/5.855=38.94=39Z2在30〜64之间，故合乎要求。2.确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K，=l；由文献口1]表11-5选取使用系数Ka=1.15；由于转数不高，冲击不大，可取动载系数K-=1.05；则：K=KflKaKv(4-1)=1.15x1x1.05^1.21

171.确定弹性影响系数Ze

18因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故ZE=160MPa^。1.确定接触系数Z。先假设蜗杆分度圆直径可和传动中心距a的比值5=0.35,由图UT8查得aZp=2.9o2.确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnlOPl,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,可从表11-7中查得蜗轮的基本许用接触应力丁=268MPa-应力循环次数N=60jn2Lh=60x1x5.855x12000=4.21x106(4-2)使用系数长…言需=。用。75则0”]=K“n・[b〃]'=0.8075x268=216MPa3.计算中心距a>3KT2(^^-)2=31.21x21532.983x(160x2-9)=103.863(4-3)y[%]V216取中心距a=125mm,因i=20,故从表11-2中取模数m=6.3mm,，=63mm。4.确定传动的主要尺寸(1)中心距a=M+0.)=佰3+6昼39)r4.35mm(2)蜗杆分度圆直径3=63mm

19齿顶圆直径da】=由+2hai=63+2x6.3=75.6mmWMM@dfl=d1-2hfl=63-2x6.3(1+0.2)=47.88mm分度圆导程角片11.31°蜗杆轴向齿距Pa=加?=万x6.3=19.78mm蜗杆齿宽b；(11+0.06q)m=63x(11+0.06x39)=84.04mm(3)蜗轮分度圆直径d?=mxZ2=6.3x39=245.7mm齿顶圆直径(^2=d2+2ha2=245.7+2x1x6.3=258.3mm齿根圆直径dfj=出一232=245.7-2x6.3x1.2=230.58mm蜗轮齿宽b?=0.75<,=0.75x75.6=56.7mm蜗轮齿宽角sin2=b,/d1=56.7/63=0.92蜗轮咽喉母圆半径为=a-；d"2=154.35-258.3/2=25.2mm1.热平衡计算(1)估算散热面积AA=O.33[—1=O.33(^^[-0.7053m2UooJI100J

20(2)验算油的工作温度ti室温小：通常取20。。散热系数&：Ks=20W/(m2•℃)okA侬某燃出+2。卜73.45℃<8。℃油温未超过限度。蜗轮、蜗杆部分尺寸见表4.1,表4.2。表4.1蜗杆部分尺寸名称代号计算公式结果蜗杆中心距aa=%(q+Z2)a=154.35传动比i*i=19.47蜗杆分度圆柱的导程角y/=arctan—q7=11.31。蜗杆轴向压力角«vl标准值=20°齿数z、zi=2分度圆直径4*=mqd}=63齿顶圆直径%day=m(q+2)dai=75.6齿根圆直径d”df]=m(q-2.4)dfi=47.88蜗杆螺纹部分K度瓦b、＞(11+0.06z2Mbt=90

21表4.2蜗轮部分尺寸名称代号计算公式结果蜗轮中心距aa=%(q+Z2)a=154.35传动比iii=19.47蜗轮端面压力角ati标准值al2=20°蜗轮分度圆柱螺旋角pP=Y^=/=11.31°齿数Z2Z2=iZiZ2=39分度圆直径力d2=mZ2d2=245.7齿顶圆直径da2=m(z2+2)d“2=258.3齿根圆直径df2=m(z2-2.4)dn=230.58蜗轮最大外圆直径《2de2

224.1.1按齿面接触强度设计由以下公式进行计算J3t>2.32但工(4-4)1.确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数K,=1.3。(2)齿轮轴传递的转矩T3=40538.776N•m。(3)由表10-7选取齿宽系数由=1。(4)由表10-6查得材料的弹性影响系数Ze=189.8MPa"(5)由图10-21d按齿面硬度查得齿轮轴的接触疲劳强度极限b.,3=600MPa；齿轮的接触疲劳强度极限加4=550MPa。(6)应力循环次数N3=60n3JLA=60x3.185x1x(2x8x300x15)(4-5)=1.376xl(V1.376x1()75.149=2.672xlO6(7)由图10T9取接触疲劳寿命系数扁小=。-90;Khna=0.95(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=l,则

232.计算=0.9x600=540MPa(4-6)[aH]4=K-Mm=095x550=522.5MPa(1)试算齿轮轴分度圆直径d”代入［cr〃］中较小的值八>2.32KT?w±1ZE2x_xx(%U]=2.32Jl.3x40538.776<6.149(189.8)V1X5.1491522.5)=46.981mm(2)计算齿宽bb=4/•d]t=1x46.981=46.981mm(3)计算齿宽与齿高之比Ph模数m,=^-=46.981/21=2.237mm齿iWjh—2.25/wz=2.25x2.237=5.033mm46.9815.033=9.334(4)计算载荷系数根据圆周速度v,7级精度，由图10-8杳得动载系数七=1.12；直齿轮，KHa=KFa=1；

24由表10-2查得使用系数K,=1;由表10-4用插值法杳得7级精度、齿轮相对支撑非对称布置时，K砂=1.423b由1=9.334,KHp=1.423查图10-13得K-夕=1.35；故载荷系数K=KAKvKHaKHfi=\x\A2x\xlA23=1.594(5)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径—=46.981K,11594^^=50.285mm1.3(6)计算模数母=2.39mmz3213.按齿根弯曲强度设计m>设计公式为(4-7)(1)确定公式内的各计算数值1)由图10-20C杳得齿轮轴的弯曲疲劳强度极限o>£3=500MPa；大齿轮的弯曲强度极限a®=380MPa；2)由图1078取弯曲疲劳寿命系数长视3=0.85,KFN4=0.88；3)计算弯曲疲劳许用应力

25取弯曲疲劳安全系数S=l.4,则0,85x500=303.57MPa1.4口]=KFN4。FE4S0.88x3801.4=238.86MPa4）计算载荷系数KK=KAKvKFaKEp=1x1.12x1x1.35=1,5125）查取齿形系数由表10-5查得Ym=2.65；YF34=2.2266）查取应力校正系数由表10-5查得rSa3=1.58；rsa4=1.7647）计算大、小齿轮的孕辱并加以比较^Fai^SaJ2.65x1.58303.57=0.013792.226x1.764238.86=0.01644大齿轮的数值大(2)设计计算3[2xl.512x40538.776Vlx212x0.01644=1.518mm

26大齿轮齿数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮宜径有关，故取模数m=2.5mm。z4=i*z3=5.149x21=108.129取=1093.几何尺寸计算(1)计算分度圆直径d3=z3m=21x2.5=52.5mmd4=z4m=109x2.5=272.5mm(2)计算中心距(3)计算齿轮宽度b=d3=1x52.5=52.5mmMXB4=52.5mm,B3=57.5mm。

275主要零件的设计计算及校核5.1轴的设计计算及校核5.1.1轴的选材为45钢，调质处理。查表15-1查取45钢crB=650Mpa、[cr_lz,]=60Mpa查表15-3查45钢取[r]=25〜45Mpa、Ao=126〜1035.1.2轴的设计1.蜗杆轴按纯扭转强度估算轴径（最小直径）d2A。(5-1)65~53.6mm4认取4=80mm蜗杆轴示意图如图5.1所示。图5.1蜗杆轴

282.中间轴按纯扭转强度估算轴径（最小直径）取d,=220mm。d,>Ao因=201.5〜186.3加加

292中间轴示意图如图5.2所示。图5.2中间轴3低速轴按纯扭转强度估算轴径（最小直径）dNAd32Ao=204.5-166.7™n3取d,=200mm„

30低速轴示意图如图5.3所示。图5.3低速轴4.低速轴的强度校核按弯扭合成进行轴的校核（1）对轴进行受力分析与强度校核计算低速轴上齿轮直径=272.5mm,转矩T3=40538.776N•m0_24周向力：Ft-~ra4轴向力：02x40538.776272.5=297.5N(5-2)径向力：Fr=F,-cos20°=297.5•cos20°=279.6N计算轴在轴承处所受的力垂直面内：FNVi=FNV2=~y_279.62=139.8N水平面内：Fnhi=Fnh2=y297.5

31=148.45N计算弯矩垂直面内：My=Fnvi=139.8x180x10-3=25.164N•m水平面内：Mh=FNH\k=148.45xl80x10-3=26.721N•m总弯矩：M=加/+%2=)25.1642+26.72/=26.721N•m低速轴的载荷分析图如图5.4所示。(2)校核轴的强度根据轴的结构图以及弯矩和转矩图可以看出截面C是轴的危险截面，故选截面C

32作弯扭合成强度校核计算，按第三强度理论有：Jm2+(aT)2「］/…—户上(5-3)式中：%一轴的计算应力，单位：MPaW—轴所受弯矩，单位：N•mmT—轴所受转矩，单位：N,mmW—轴的抗弯截面系数，单位：mm3所以+(泣)0.1，)26.7212+(1x40538.776)2、［030.1x2808.765MPa查表15-1得:口_』=275MPa即安全。5.2轴承的选择与计算5.2.1轴承的选择滚动轴承的承载能力与轴承的类型和尺寸有关，相同外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5~3倍。向心类轴承主要用于承受径向载荷，推力类轴承主要用于承受轴向载荷，角接触轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，其轴向载荷能力的大小随接触角a的增大而增大，深沟球轴承的接触角a为零，但由于球与滚道间

33存在微量的间隙，有轴向载荷作用时，内外圈产生相对位移，形成不大的接触角，故也能承受较小的轴向载荷。根据预安装轴承处轴的直径选用轴承高速轴（蜗杆轴）采用双列圆锥滚子轴承，轴承型号：2097722中间轴采用调心滚子轴承，轴承型号：3053744低速轴采用调心滚子轴承，轴承型号：30537445.2.1轴承的寿命计算查得2097722型轴承基本额定动载荷C=3（RN,e=0.38,预期计算寿命L：=36000/?o轴承受力分析图如图5.5所示。图5.5轴承受力分析图蜗轮的切向力2T69732.19Ft2==-d200X2X1000=697320NFr2=Fttana=697320Xtan12.4=153315.74NFa2=697320N查机械设计书13-8公式得P=fp(xFr+yFa)(5-4)式中：轴承的当量动载荷-径向动载荷系数

34Y——轴向动载荷系数fp—载荷系数p_Fa697320.5>e153315.47选用机械设计手册［表6-2-79］得X=1Y=1.6查机械设计书表［13-6］得fp=L5带入公式计算得P=fp(xFr+yFa)=1.5(153315.74+1.6X697320)=1.9KN查机械设计书公式13-5得(5-5)t_io6fcY式中：C——基本额定动载荷Lh——轴承的基本额定寿命N——轴承转速£指数，对于滚子轴承£=代入数据得所选轴承满足设计要求。5.2联轴器的选择与计算5.2.1联轴器的选择根据推床的工作条件，选用齿式联轴器。齿式联轴器是可移式刚性联轴器中用途最广泛的一种联轴器，它是利用内外齿啮合以实现两半联轴器的联接。其特点是：1.结构紧凑，承载能力大，使用的速度范围广，工作可靠。

351.具有综合补偿两轴相对位移的能力，适用于重载下工作或高速运转的水平传动轴的联接。2.结构简单，拆装方便，维护简单，成本低由低速轴的轴孔长度与轴孔直径选用KSP-447鼓形齿式联轴器。结构示意图如图5.6所示。也枪及轴器示声S图5.6齿式联轴器结构示意图5.2.1联轴器的校核以减速器输出轴与安装齿轮的轴之间的联轴器为例进行强度校核。齿式联轴器的承载能力既与材料和热处理有关，也与两轴相对位移的方向和位移量大小有关，而且还与啮合齿面间的滑动速度和润滑状态有关，对于标准联轴器，可按标准规定的方法验算：(5-6)Tc=K}K2T<\T]联轴器的主要尺寸和特性参数如图表5.1所示表5.1联轴器的主要尺寸和特性参数型号。许用转矩”[T]p许用转速轴孔直径。a心。轴孔长度。ye转动惯量。重量Q/•2N,mr/minmmmmKg•m*Kg-CIAq5600^2000户60636567<14210730.21。34.9^

36CZ12。10000(”660/190200220352282221.2"54(»CZZ12p100000/660/190200220352Q12.50/526.743式中：[为一联轴器的许用转矩，单位：N-mT一联轴器长期承受的理论转矩，单位：N-m&一传动重要程度系数七一联轴器工作条件系数其中,一及野查文献[12],表29.3-10可得：AT,=1.2K2=\.5所以：Tc=K.K2T=1.2x1.5x40538.776=72969.8N•m显然，＜[乃，故安全。5.2键的选择与校核键是一种标准化零件，通常用来实现轴与轮毂之间的轴向固定和传递转矩；有的还用来实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。根据不同的用途，键有多种类型。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、锲键连接和切向键连接。普通平键是静连接的主要形式，键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上面和轮毂的键槽底面间留有间隙。平键连接由于具有结构简单，装拆方便，对中性好，因而得到广泛应用。这种键连接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。平键连接传递转矩时，其主要失效形式是：键或键槽的侧面被压溃或键被剪断。因此，通常只按工作面上的剪切应力进行强度校核计算。在该设计中，键、轴和轮毂的材料都是钢。5.2.1键的选择一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。

37以低速轴为例，选用单圆头普通平键（C型）。根据d=200mm,查文献从文献[10]表6—1中查得键的截面尺寸：宽度b=50mm,高度h=28mm,L=180mm。5.2.1键的强度计算平键联接主要传递的是转矩，其主要失效形式是工作面被压溃，除有严重的过载外，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为：公式摘自文献[6]6-1,式中：7一轴传递的转矩，单位：N-m女一键与轮毂键槽的接触高度，平键k=0.5〃，此处〃为键的高度；单位：mm/一键的工作长度，C型平键/=L-b/2,L为键的公称长度，b为键的宽度；单位：mmd一轴的直径，单位：mm[%,]一键、轮毂、轴三者中最小的材料的许用挤压应力，单位：MPa1.T=40538.776N•m2.k=0.5/?=0.5x28=14mm3.Z=L-/?/2=180-50/2=155mm4.d=200mm山〜2Txi()32x40538.776xlO3所以：b,,==pkid14x155x200=72.39MPa根据文献［4］表25.2-3查得：］=120MPa显然，丐,＜。/，故安全。5.5同步轴齿轮、齿条的设计计算齿轮和齿条都是推床导板中的重要零件，承受低速重载，可以根据齿轮弯曲强度进

38行计算，而不必作接触疲劳破坏计算。--般齿条传动之齿轮直径取得小一些可以减小传动力矩，减轻设备重量。推床工况一般为低速重载，频繁使用，齿轮齿条属于重要零件。要根据推床导板参数校核其齿面接触强度和轮齿弯曲强度，在满足较高可靠度的前提下优化各项参数设计。选择齿轮材料时，要综合考虑轮齿工作条件、加工工艺、材料来源和经济性等方面的因素。齿轮截面尺寸大，长期在重载下工作，其材质性能应不低于42CrMo,并进行调质和表面淬火处理，必要时可以采用渗氮处理。因此选择齿轮模数为m=32mm,齿数Z=18,材质为38SiMnMo。齿条的结构如图5.7所示。图5.7齿条的结构6粗轧机R2/E2前后推床点检、维修标准本标准所涉及的主要是粗轧区域机械、液压、高压水、润滑设备。其主要设备组成：R1/E1可逆式轧机及前后导板、工作辐道，R2/E2可逆式轧机及前后推床，各组短道及保温罩等设备。粗轧区域现有的机械设备中Rl/El、E2轧机均由一重设计院设计，R1、E2由-重制造，E1由鞍钢重机制造。炉后除鳞箱由重庆水泵厂设计、制造。粗轧区域设备布置及R1前后导板、工作辑道由鞍钢设计研究院设计，鞍钢重机制造。R2轧机及前后推床、粗轧区域集体辐道是改造利旧原半连轧厂搬迁设备。另外，粗轧区域集体传动辐道增设了保温罩，保温罩由鞍钢综建公司设计、制造、安装。粗轧区液压系统主要用于Rl、El、R2、E2轧机液压缸动作供油。粗轧区液压系统包括三套。其中有：R1轧机液压系统；E1立辑AWC液压伺服系统；R2轧机液压系统。粗轧区润滑系统主要用于RI、El、R2、E2轧机机械齿轮、轴承润滑供油。粗轧区高压水除鳞系统用于炉后除鳞、R1入出口除鳞、R2入口除鳞、精轧飞剪前除鳞、精轧F1-F2间除鳞。粗轧区润滑系统包括稀油润滑6套和干油润滑1套。其中有：R1油膜轴承润滑系统；Rl、E1

39（460#齿轮油）润滑系统；R2压下（220#齿轮）润滑系统；R1电机（46#透平油）润滑系统；R2电机（46#透平油）润滑系统；R1静压（100#液压油）润滑系统；粗轧区干油系统。R1轧机液压系统由榆次油研公司设计、制造，于2002年鞍钢建设公司安装。E1立辐AWC伺服液压系统是由一重设计院设计，榆次油研公司制造。粗轧机R2/E2前后推床点检，维修标准如表6.1,表6.2所示。定义本标准采用如下定义Y——表示年M——表示月W——表示周D——表示天S——表示班H一一表示小时0一—表示选定的设备状态△——表示选定的点检方法表6.1粗轧机R2/E2前后推床点检标准部部点检周期及设备状点检方法序件件项内容分工态开动标准号编名目运操运停|[听敲嗅介精其号称职行作转止视摸*打觉体密它1动作1DD0△△平稳

40液压传动系统液压缸密封1DD0△无渗漏法兰螺栓1D1)0△△无松动管路1DD0△无松动渗漏链子传动动作1DS0△△平稳无异，常；链轮1WS0△无严重磨损链子1WS0A无严而:磨损拉杆1WW0△无裂纹变形螺栓1DS0△无松动2减速机传动减速机轴承11)2H0△无异音磨损动作1S2H0△△平稳无异甯齿轮1D0△无严重磨损1S△脂充足传动轴轴承1S2H0△△无异音磨损1S2H0A无松动磨损B一月y一1S△脂充足3推床推拉杆动作1S2H0△平稳无异才：床头1S1S0△无裂纹、严重磨损轴承1M1S0△△无异音磨损托辐1M1S0△磨损＜5mm齿条1D1S0△无松动磨损V1/4钻辘1D1SA润滑良好1D1S0△无严重磨损导向柱滑槽1D1S0无裂纹磨损碰撞

41表6.2R2轧机前后推床维修标准略图编号件名件编码材料维修标准点检换期更周重量图号备注图面尺寸图面间隙允许值方法周期41.工作缸6180mm径向间隙0.2—0.3测定6MY2.回拉缸6130mm径向间隙0.1—0.15测定6MY拉杆45#M486MY链子45#节距1003MY图号1-42-210

427润滑方法的选择7.1滚动轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力。还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。根据滚动轴承的dn值（d为滚动轴承内径，mm：n为轴承转速；r/mh）,选择油脂润滑，脂润滑不需要特殊的供油系统,具有密封装置简易、维修费用低以及润滑脂成本较低等优点，在低速、中速、中温运转的轴承中使用很普遍。特别是近年来抗磨添加剂的问世及不断发展,提高了脂的润滑性能，使脂润滑得到了更广泛的应用。最常用的润滑脂有钙基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化铝润滑脂等。不同的润滑脂在物理机械性能及适应温度等方面存在较大的差异。应根据不同的工况条件选择适当的润滑脂种类以满足其使用要求。7.2蜗轮蜗杆、圆柱齿轮及轴端轴承的润滑对大多数的减速器来说，常采用浸油润滑，即将大齿轮的轮齿浸入油池中。这样齿轮在传动时就把润滑油带到啮合的齿面上，同时，液体润滑油也将被甩箱壁上，起到散热的作用。齿轮齿条、导向轮、轴承处均采用集中干油润滑方式，设置打油点。其中各轴承处在推钢机装配时应注满干油，集中润滑的润滑孔临时堵上。7.3初轧机R1前后推床润滑系统粗轧区润滑系统包括稀油润滑6套和干油润滑1套。其中有：R1油膜轴承润滑系统；Rl、E1（460#齿轮油）润滑系统；R2压下（220#齿轮）润滑系统；R1电机（46#透平油）润滑系统；R2电机（46#透平油）润滑系统；R1静压（100#液压油）润滑系统；粗轧区干油系统。R1前后推床润滑系统原理图如图7.1所示。

43图7.1R1前后推床润滑系统原理图

448试车方法和对控制系统的要求8.1试车要求1、先确定安装尺寸符合设计要求，空间位置合适，各联结件联结可靠，确定后后方可试车。2、首先空载试车至少两个小时。3、在试车前必须保证以下各项要求全都满足：(1)润滑系统与冷却系统的各处工作正常；(2)传动平稳，无周期噪音；(3)压下系统轻便灵活；(4)各紧固零件联结可靠。8.2对控制系统的要求机械系统控制的主要任务通常为：(1)使各执行机构按一定的顺序和规律动作。(2)改变个运动构件的运动(位移、速度和加速度)和规律(轨迹)。(3)协调各运动构件的运动和动作，完成给定的作业环节要求。(4)对整个系统进行监控及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警并消除。

459设备可靠性与经济评价9.1机械设备的有效度对于可修复设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障阶段即可靠度，从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度。把两者结合起来，就是机械设备的有效度（有效利用率），查文献网51(9-1)MTBF「io。%MTBF+MTTR式中:MT8P一平均故障间隔期，h；M77R—平均维修时间，ho设备工作时间12000h,可能发生10次故障，每次处理故障时间平均为5h,检修时间为200h。M3型变10=1200hS=180+5x1。10=23h,1200A=x100%1200+23=98%9.2机械设备的投资回收期表9.1有关资料表（万元）时间（年）12345678910投资60年净收益202535455560657075累计-60-40-152065120180245315390净收益

46查文献［9］40投资回收期仍）=累计净现金流量开］।上年累计净现金流量的绝对值始出现正值年份数」当年净现金流量即P,=4-1+；=3.42年式中：匕一行业投资回收期，重型机械P,=17年P,

47结论以上是我对1700初轧机前推床系统设计计算的全过程。主要是针对电动机的计算选取较核、传动装置中主要的轴和齿轮的计算较核，联轴器的计算选取，部分键的计算，以及对润滑系统进行的分析和设计。在设计和计算过程中涉及、运用了许多基础及专业知识，如：机械设计、机械制造、机械原理、材料力学，理论力学、金属工艺学等等。对这些知识的应用使我大大加强了本专业知识功底。同时在设计过程中使用AutoCAD绘制的大量的图纸，运用公式编辑器编写设计说明书使我对这些软件的应用能力有了很大的提高，为以后参加工作打下了坚实的基础。当然由于知识水平有限，在计算、设计及绘图过程中不可避免地出现错误，请各位老师和专家给予批评指正。

48致谢光阴似箭，时光荏苒！转眼四年的大学生活即将画上句号。首先，感谢辽宁科技大学机械学院，对我四年的培养，让我不仅学到了许许多多的知识，更学会了怎样去做人。感谢各位老师和同学在这四年里对我在生活上和学习上的关怀与照顾，有了各位老师和同学的帮助下使我在四年的大学生活里开心更充实。在此，请接受我衷心的谢感!。本毕业设计是在我的指导老师于晓光老师的亲切关怀与细心指导下完成的。从课题的选择到论文的最终完成，于老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持，并且在耐心指导论文之余，于老师仍不忘拓展我们的文化视野，让我们感受到了学习机械专业的巨大意义，同时使我对知识的渴望更加强烈，有了您和各位同学的指导和帮助我才能顺利的完成毕业设计。于老师渊博的专业知识和严谨的治学态度深深地帮助和感染了我，使我树立了远大的学术志向。我一定会谨遵高老师的教诲，认真刻苦的学习，继续发扬高老师严谨治学，为人谦和的高尚作风！不积此步无以至千里。在各位老师的精心培养关照下，我即将完成本科的学习，感谢所有在生活中学习中帮助过我的老师和同学。最后衷心感谢培养我成才的母校一辽宁科技大学机械学院！

49参考文献[1]邹家祥主编.《轧钢机械》.冶金工业出版社（第三版），2006.[2]邹家祥、施东成.《轧钢机械理论与结构设计》.冶金工业出版社，1993.[3]徐濒主编.《机械设计手册》，第1卷.机械工业出版社（第一版），1992.[4]徐潮主编.《机械设计手册》，第2卷.机械工业出版社（第一版），1992.[5]徐激主编.《机械设计手册》，第3卷.机械工业出版社（第一版），1992.[6]徐潮主编.《机械设计手册》，第4卷.机械工业出版社（第一版），1992.[7]徐潮主编.《机械设计手册》，第5卷.机械工业出版社（第一版），1992.[8]徐潮主编.《机械设计手册》，第4卷.机械工业出版社（第二版），2001.2001.[9]徐潮主编.《机械设计手册》，第5卷.机械工业出版社（第二版）[10]巩云鹏、田万禄、黄秋波，等.《机械设计课程设计》.东北大学出版社，2000.[11]濮良贵、纪名刚主编.《机械设计》.高等教育出版社（第七版），2005.[12]施高义、唐金松、喻怀正，等.《联轴器》.机械工业出版社（第一版），1988.