单独传动的三辊定径机机架设计【毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您CAD图纸，Q号交流197216396或11970985本科毕业论文题目：单独传动的三辊定径机机架设计学 院:专 业:学 号:学生姓名：指导教师：日 期：买文档就送您CAD图纸，Q号交流197216396或11970985摘 要 钢管具有重量轻，强度大的特点，广泛应用于人们的日常生活以及基础建设中。比如：输送石油，天然气，煤气，水及某些固体物料的管道等。同时也被常用于机械零部件的制作，结构的设计，具有广阔的市场前景。 本设计对钢管的发展史进行了简要的介绍，以及钢管生产方法的分析。重点是对三辊定径机进行了介绍，比较了其与二棍定径机和四棍定径机，阐明了三辊定径机被广泛应用的原因。然后再对三辊定径机进行计算和设计，包括参数设计、液压调速系统的设计以及定径机的润滑和冷却。近几年，我国无缝钢管行业也如中国经济一般，经历着有史以来最快的发展时期，在全球钢管行业所占比例也在逐年攀升，一片欣欣向荣之景。美中不足的是，我国所产的钢管质量与西方发达国家所产的相比，还存在着一定的距离，这主要是因为技术差异所造成的，这就我们需要在未来的一段时间里奋起直追。关键词：定径机；参数设计；液压调速；润滑；冷却Abstract Steel pipe has the characteristics of light weight, high strength, widely used in peoples daily life as well as the foundation of the building.For example: transportation of oil, natural gas, coal gas, water and some solid materials, such as pipelines, etc. At the same time, it is also commonly used in the production of mechanical parts, structural design, and has broad market prospects. The design briefly introduce the steel tubes development of history , as well as the analysis of the steel pipe production method.The key is on the introduce of the three roll sizing machine, and illustrates the reasons for the wide application of the three roll sizing machine compared with the two stick sizing machine and four stick sizing machine.And then,the calculation and design of the three roller sizing machine, including the parameter design, the design of the hydraulic speed regulation system and the lubrication and cooling of the sizing machine. In recent years, Chinas seamless steel pipe industry like Chinas economy,has experienced the fastest development period in the history,the proportion of the global steel pipe industry is rising year by year,it is a thriving scene. The fly in the ointment is that produced in the pipe quality compered to the western developed countries, there are still a certain distance, this is mainly because of the technological differences,which we need to catch up from now on.Key words: sizing machine; parameter design; hydraulic speed regulation; lubrication; cooling目 录第一章 绪论11.1概述11.2无缝管生产简介1第二章 三辊定径机系统42.1总体方案42.1.1轧辊机架的确定42.1.2传动装置的确定52.1.2.1单独传动52.1.2.2集体传动52.1.2.3差动传动62.1.2.4电机的同步72.2参数计算82.2.1性能参数82.2.2机架个数的确定82.2.3轧制总压力确定92.2.4轧制力矩的确定132.3总功率的验算以及电机的选择152.3.1与轧辊轴相连减速器的确定152.3.2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，定许用力172.4.2根据齿根弯曲疲劳强度设计172.4.2.1齿根弯曲许用应力182.4.2.2计算齿轮的名义转矩182.4.2.3选择载荷系数K182.4.2.4选取尺宽系数192.4.2.5定齿轮系数192.4.2.6确定复合齿形系数192.4.3校核齿面接触疲劳强度202.4.3.1确定齿面接触疲劳许用应力202.4.3.2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212.5.2联轴器部位花键的设计212.5.3鼓型齿的设计212.5.4轧辊设计222.5.5轴承段轴设计232.5.6对自由轴段的设计242.5.7环设计252.5.8轧辊右侧轴段的设计262.5.9右端盖设计272.5.10轴承套的设计282.6从动轴的设计322.7轴的校核332.7.1主传动轴的校核332.7.1.1轧辊上作用力的确定332.8轴承寿命35第三章 液压调速系统设计373.1系统的工况分析373.3执行元件的负载计算383.4液压系统工作压力的计算383.5选取液压马达383.6选取液压泵393.7选择控制阀393.8管件的选择40第四章 定径机的润滑和冷却414.1定径机的润滑系统414.1.l润滑的特点和作用414.1.2单个定径机的润滑系统424.1.2.1油杯接头424.1.2.2给油器434.1.2.3带密封的管接头434.1.2.4直通管接头444.2.1冷却系统的作用444.2.2单个定径机的冷却系统444.2.2.1分配器444.2.2.2冷却直通接头454.2.2.3三通管464.2.2.4喷头464.2.2.5管夹47毕业设计体会48参考文献49致谢60第一章 绪论1.1概述人类几百万年的发展进化，也伴随着一系列事物的发展更新，如：管子，在很久以前，人类学会了将自然界中的管子用于生活工作中，例如用植物的空心茎秆吸水，用打通的竹节运水等。然后再学会了用木头、泥土制造一些简单的管子。后来伴随着铁器时代的出现，制造出了一些像炮管之类的高质量管子。而发展到了工业革命时期，借着整个人类工业的跨跃式发展，管子的质量，生产规模，用处也有了巨大的变化。钢管最初的使用可以追溯到200多年以前，那是在1815年，有人为了方便长久有效地运输煤气，便将枪管连接起来，制成一节节很长的钢管，再连接成一根根更长的管，输送灯火用的煤气，这标志着钢管使用的开始。1824年，有人发明了浅显粗糙的钢管制作方法，即将加热至自热状态的钢板两边弯曲起来焊接成钢管的生制作钢管的方法。紧接着，又成功研发出了将宽度大致等于制品外径的带钢弯曲成近似于圆形，然后加热，再用炉子近口处的圆环棋子将其焊接起来的方法。这种工艺方法成为了现代采用的炉悍法生产钢管的基础。 相较于有缝钢管，无缝钢管具有更好的稳定性，强度更好，能承受更大的压力，不开裂，当然，生产方法也远比其他钢管复杂，低效。所以无缝钢管的发展则显得很慢，造成了无缝钢尽管更好用，但因其数量稀少且价格昂贵，无法大范围使用的局面。1885年之前，人们相继发明了几种无缝钢管的生产制造方法，但无一例外的过程复杂或者不够经济，难以被市场认可，没有被人们接纳大范围的应用。一直到1885年，孟内斯曼兄弟取得了革命性的进展解决了这一技术难题：直接用棒钢生产出中空坯料。这种方法被命名为孟内斯曼式制管法。之后该制管法在工业上得到大范围的推广应用，使得无缝钢管在市场上的价格降低，使用规模大幅改观，而且到目前为止这种方法依旧被作为最典型的无缝钢管法而应用。1.2无缝管生产简介 生活中常用的无缝钢管制造材料有优质碳结构钢，如20号、30号、35号等，常用制作流体管道用的钢管；还是有一些低合金结构钢，如40Cr、30CrMnSi等，多用于机械，汽车零部件中的受力部分结构。而一些特殊场合，如高温高压或者具有腐蚀性的场所，无缝管的材料要求也会更高。 无缝管生产的通用原理是直接对棒钢进行穿孔，从而得到无缝的钢管产品。无缝管的最小外径是0.05mm，最大可达1500mm，壁厚范围为0.001到300mm。该方法还可以生产其他一些形状的管，如：异形断面管和交断面管。 生产方法和简史：根据不同的生产要求，无缝钢管可用热轧（大约占80%到90%）或冷轧、冷拔（大约占10%到20%）等方法生产。热轧管的培料有多种形状，如圆形、方形、以及多边形的锭、轧培或连铸管培等，管培的材料特性决定了生产出来的钢管的使用范围。热轧管的基本工序：用穿孔机将绽或坯穿成空心的厚壁毛管；用延伸机将毛管轧薄，拉伸成接近成品壁厚的荒管；用精轧机轧制成成品管。1885年，德国人曼尼斯曼兄弟第一个发明了二辊斜轧穿孔机，改善了生产钢管的质量，但仍然存在钢管受力大小不一，生产出来的钢管变形，需要再整形，壁厚不均的现象。之后的1891年他们又发明了周期轧管机，提高钢管生产效率。到了1903年瑞士人施蒂费尔（R. C.Stiefel ）发明了自动轧管机（也称顶头式轧管机），之后随着连续轧管机、顶管机等各种延伸机的出现，无缝钢管迎来了产量规模大幅发展的时机，逐渐形成了近代无缝钢管工业。在20世纪30年代，因为三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机的采用，钢管的品种质量得到了很大改良。60年代一系列新技术新设备的诞生，尤其是应用张力减径机和连铸坯的成功应用，无缝钢管的生产效率得到了很大的提高，促使了无缝管与焊管竞争能力的增强。到了70年代，无缝管与焊管蓬勃发展，钢管年产量以每年递增5%以上。在1953年后，中国开始重视并发展无缝钢管工业，现在已经初步形成了轧制各种大、中、小型管材的生产体系。无缝钢管几种典型的生产方法如下：自动轧管生产：生产过程包括穿孔，轧管，均整以及定径减径等。生产过程如下图l所示。图1 自动轧管和连轧管的工艺流程 穿孔机：将圆管坯穿轧成空心厚壁管（毛管），轧辊的轴线与轧制线形成一个倾斜角，倾斜角的大小已由6-12度增至13-17度，加快了穿孔速加快。其穿孔过程见图2。图2 穿孔过程示意图 均整机：采用目前世界上最先进的锥形辊形式，可满足各类高难度变形钢种的穿孔要求，结构与穿孔机相似。用于消除钢管内外表面缺陷以及荒管的椭圆度，减少横向壁厚不均匀。定径机：由3至12架组成，减径机由12至24架组成，减径率达到3到12%。今年来生产的张力减径机一般采用三辊式 ，有18到28架，最大减径率能够达到75%，减壁率达到44%，出口速度达到每秒18mm。运用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径的方法，消除张力减径机有两端增厚的缺点。 三辊轧管生产：能够生产高精度的厚壁管，管材的壁厚精度达到士5%图3 三辊轧管机组生产流程图第二章 三辊定径机系统2.1总体方案2.1.1轧辊机架的确定 钢管在张力定径机上加工时，受到的径向压缩力使钢管的直径减小，而纵向拉伸力则会使钢管长度延长，同时减小壁厚。在张力定径机上，相互靠近的机架轧辊间的速度差产生张力，速度差越大，张力越大，反之则越小。改变轧辊速度，即可改变张力大小。 二辊式定径机是最为简单的定径机，制造成本低，但有诸多的缺点与不足。最明显的是生产出来的钢管存在壁厚不均，钢管质量与强度无法保证；第二个不足之处是轧辊尺寸大，将会整个机组的长度增加。相对而言，改进发展而来的型号三辊和四辊式工作机座大大改正了这方面的问题。三辊式张力减径机的三个轧辊互成120度布置，轧辊的两端装在滚动轴承上，再用圆锥齿轮联接传动，也就是把齿轮机座和工作机座作成一体，相邻机架的轧辊轴线相差60度。钢管断面的变形由三个轧辊分担，减轻了每个轧辊的变形任务，所以辊径小，机架结构紧凑，而且缩短了机架间距和机组总长。而且因为轧辊切槽深度浅，钢管横断面上的壁厚也变均匀了。所以三辊定径机在市场上有很大的占有率。 仅从理论上而言，四辊式比三辊式更好，它能更好地避免钢管受力不均造成钢管变形，壁厚不均的影响，但考虑到增加辊数会增加其结构的复杂性，增加了其技术难度，保养维修不便，所以使用三辊定径机较多。单独传动的三辊定径机其机架结构图如图2.1所示:图2.1 三辊式张力定径机结构2.1.2传动装置的确定2.1.2.1单独传动 单独传动的张力定径机用得较少。因为，每架减径机都需要一台大功率电机带动，那么整个机组的电机功率过大，而且电器控制装置费用高，技术复杂。此外，当钢管咬入时不可避免的会发生速度降现象，很难保证铜管上的张力稳定，轧出的钢管在整个长度上将会壁厚不均。2.1.2.2集体传动 采用一台主电机经圆锥齿轮传动装置，给轧辊以基本转速，同时在每个机架上配一套液压传动装置，通过差动装置来调整每个机架的轧辊转速。该方法的液压传动装置不负担转动轧辊所需的全部扭矩，只起调节控制张力的作用。所以，传动装置比第一种小，操作也方便，克现在多数张力减径机采用这种传动方式。 集体驱动虽然设备较复杂，制造也比较困难，但是能克服咬入钢管时所产生的速度降，保证机架间的张力，同时，电机的总功率小，所以比单独传动更好。在张力定径机上，钢管在机架间承受张力的情况下轧制。钢管顺次通过各架轧机，在钢管头部进入轧机和尾部离开轧机的期间内，钢管承受的张力是变化的。因此，钢管两端都会产生壁厚纵向不均的缺陷，壁厚不均的管端是必须切去的。为了减小切头损失，必须尽量缩短机架间距，同时张力减径法应尽量生产长管，以相对减少切头损失。理想的情况是减径连续不断的钢管。所以，在实现无头减径的连续电焊管和连续炉悍管机组中，张力减径机便能充分发挥其优越性。减径后的钢管，可以用飞剪机锯切成需要的长度。 这套张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、光电系统六部分组成。轧机的启动、停车、观察运转情况都集中在操 作台上。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6对圆锥齿轮，每对圆锥齿轮通过齿轮带动差动齿轮，让联接定径机的减速箱高速轴获得一个速度，再通过减速器传给轧辊。附加速度为0时，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，导致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不仅带动齿轮驱动差动齿轮，还带动增速机构，以获得固定的高转速，通过联轴器接变量泵，变量泵再向定量马达供油，让马达获得一个转速，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，因而可得到调节轧辊转速的目的。 改变变量泵的斜盘角度，可改变流量，马达的转速也相应改变，从而实现了轧机单独调节转速的目的。2.1.2.3差动传动 所谓差动传动，即利用差动系统，在主传动的基础上，添加叠加传动。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 差动变速器轧辊经由锥齿轮差动变速器的行星架传动。先接主电机，再接液压马达。轧制力矩和出轴速度可通过下面的公式进行说明： 式中主电机和液压马达各承受一半的轧制的力矩。2.1.2.4电机的同步 因为本设计方案是单独传动的三辊定径机机架设计，所以，考虑到3个轧辊传动时需要具有相同的转速，我们选择了用变频器带电机实现轧辊速度同步。变频器是一个可以调整输出电压和频率的电源，给定一般由电位器或者面板给，相当于告诉变频器要输出什么电压和频率，从而就决定电机的转速了。一台变频器同时带3台电机，所有电机的速度都有同一台变频器的输出频率控制，实现三辊的轧制速度相同，理论上3台电机的速度是一致的，并且能保证同时升速与降速。所选用的电机最好是同一个公司生产，是同一批次的同一功率的电机，以保证电机特性的一致，最大程度使电机的转差率一致，以保证良好的同步性能。为了保护电机，每台电机前应安装热继电器。这样在电机过载时可以不断开主回路，避免在变频器运行中断开主回路时对变频器本身的影响。2.2参数计算 三辊定径机机构、机构参数的分析和计算； 传动方式和机架的选择； 主要零部件的设计、校核以及轴承的选用和寿命计算；2.2.1性能参数 钢管轧制规格：入口处： 出口处：管直径：255mm 最大直径：247.8mm最大壁厚：22.6mm 最小直径：168mm最小壁厚：6.20mm 最大壁厚：25.20mm最大长度：27.5m 最小壁厚：6.550mm最小长度：12.3m 长 度；32m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轧制温度：入口处：900950度 出口处：830度2.2.2机架个数的确定 总减径率：（255-168）/255100%=34.1%每架三辊定径机外径减径率是：3.5%12%，所有外径减径率之和最大可达75%。减径率的分配： 第一架减径率为 4% 第三架减径率为 10% 第四架减径率为 8% 第五架减径率为 6% 第六架减径率为 0%2.2.3轧制总压力确定 机架孔径直径：dn=dn-1(1-n) n表示减径率d1=255(1-0.04)=244.8mmd2=244.8(1-0.12)=215.42mmd3=215.42(1-0.1)=193.88mmd4=193.88(1-0.08)=178.37mmd5=178.37(1-0.06)=167.67mmd6=167.67(1-0)=167.67mm 椭圆系数： 表示长半轴与短半轴的比值。： 长半轴： 短半轴： 轧槽宽度： 轧辊的理想直径： 最大的底圆直径： 接触面积的计算： 平均单位压力的计算： 表示钢管在孔型中的压下量；表示变形阻力： 为轧制温度下管材的屈服点；前后张力系数；表示轴向对数系数： 表示钢管截面积；表示壁厚系数： 表示切向对数变形： 化简后为叶米利羊年科公式：公式中：表示金属的抗拉强度极限，45钢的强度极限值为676.2mpa； 表示轧制温度，取值为 表示轧制后管子的壁厚尺寸系数，这里取值0.6 故轧制压力为：2.2.4轧制力矩的确定 表示金属与轧辊间的摩擦系数 表示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 表示轧辊对钢管的包角， =255-168=87 表示轧辊材料修正系数，钢管取值为1，硬面铸铁轧辊取值0.8轧制温度取值950度将这些值代入公式得：2.3总功率的验算以及电机的选择2.3.1与轧辊轴相连减速器的确定 通常情况下，定径机轧辊的转速为30到140r/min,这里我们取40r/min，在前面的内容里，轧制的最大速度为1.2m/s。由于减速器与轧辊轴的距离远，所以用两级展开式圆柱齿轮减速器。查机械设计手册（表16-2-2）取ZLY 560-14-1,得其公称传动比为14，实际值为14.14。 三辊定径机是用来是确保无缝钢管的外径尺寸精度、表面质量以及钢管壁厚，所以需要三个轧辊的转速相同，三辊定径机的主电轴上的力矩两部分组成，即：表示三辊定径机主电机的力矩表示三辊定径机轧辊上最大的轧制力，表示附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承上，传动机构及其他传动中的摩擦产生的附加力矩。表示主电机与轧辊间的传动比2.3.2附加力矩的确定 附加的力矩包括两部分，一部分是因为三辊定径机的轧制总压力在轧辊上所产生的附加摩擦力矩，这部分力矩被包括在轧辊传动力矩之内；而另一部分是个传动零件推算到电机轴上的附加摩擦力矩。表示主电机到轧辊间的传动效率，一般取值在0.96到0.98之间，这里取值0.97.故： 主电机上的力矩为：2.3.3主电机的选择 Mer表示额定静力矩，nd表示电机最大的转速，K表示电机过载系数,电机过载系数 K值范围： 可逆转的电机 在2.5到3.0之间 不可逆转的电机 在1.5到2.0之间 带有飞轮的电机 在4到6之间这里取K=3.0 查机械设计手册表（23-105）得YZR(315M)电机，其额定PD=75Kw，转速为579r/min属于冶金用绕线转子异步电动机。2.4齿轮传动设计 三个轧辊轴具有相同的速度，故设计齿轮的传动比为1，仅仅起传递力矩的作用，即两齿轮具有相同的齿数。又已知三辊间的夹角都是60度，所以采用直齿锥齿轮，其分度圆锥角为30度，为了设计及维护方便，两粘合的齿轮相同。2.4.1选取材料，定许用力 因为三辊定径机齿轮传动时力矩很大，所以要求制作材料硬度也要较大。选用20CrMnTi,淬火过后，其硬度为870到880HBS，抗拉强度达到1080MPa,屈服极限达到835MPa。因为是硬齿面，所以按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。2.4.2根据齿根弯曲疲劳强度设计 2.4.2.1齿根弯曲许用应力 在机械设计中给出了齿根弯曲疲劳极限的变化范围，如果需要要求很高的齿轮材质以及热处理质量，可以取上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，即在对称循环变应力下工作的齿轮其值乘以系数0.7。 2.4.2.2计算齿轮的名义转矩因为三辊定径机齿轮传动的传动比是1，所以两齿轮完全相同，且传递的扭矩是总的2/3. 2.4.2.3选择载荷系数K 一般情况下，K近似地取值为1.3到1.7之间，原动机为电机、汽轮机、工作载荷平稳，且齿轮轴对称时，取小值。如果齿轮制造精度很高，可以减小内部动载荷,取1.3。2.4.2.4选取尺宽系数2.4.2.5定齿轮系数 2.4.2.6确定复合齿形系数 由于两齿轮所采用的材料及外形相同，因此齿轮的齿根弯曲许用应力 应相同，锥齿轮的当量齿数为：所以齿轮的参数如下： 2.4.3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 2.4.3.2校核齿面接触疲劳强度 因计算所得值小于 所以齿面接触疲劳强度足够。2.5主传动轴的设计 轴在机器的组成中起着非常重要的作用，它是机器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 由于轴传动的力矩很大，而且受到交变载荷，故此处选取合金材料。选取42CrMo，由机械设计表（124）得C=98。 因为主传动轴的输入端链接联轴器部位使用花键链接，要有花键槽，所以其轴颈应增大8%，所以 120.033x(1+8%)=129.636，取值140。2.5.2联轴器部位花键的设计根据GB1144-72选取花键,而且dd=1402.5.3鼓型齿的设计鼓型齿被放在轧辊和传动齿轮箱之间，起着联接二者的作用。设计为如下图所示形状，可以方便调整轧辊间距。同时，齿轮联接轴的倾角要比一般的齿轮联接节的大，所以造成了这种联接轴的外齿套作成特殊形状。（如图）外齿套的齿顶和齿根都作成以套筒中心线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。由于采用这种齿轮连接轴更换轧辊就比采用万向联接轴方便许多。鼓型齿的参数如下： 2.5.4轧辊设计 在力学的参数计算中得到轧辊的理想直径为750轧辊半径中最小是 通常取轧辊厚度T=（50% 70%）Rd图2.4 轧辊图 2.5.5轴承段轴设计 轴承采用双列自动调心圆柱滚子轴承，满足了在轧辊径向调整时产生小转角的要求，型号为32930/DF，主要尺寸如下图：图2.5 自动调心滚子轴承参数：d=220 D=340 b=95直径d的配合采用过盈配合，所以公差取,外径D的配合采用基轴制，所以配合取。轴承两端设计的两个小梯形孔是为了方便对轴承润滑，其尺寸如上图所示。为减小轴的弯矩，同时i增强轴的抗弯扭强度，要让轴承尽量靠近轧辊和锥齿轮。为了让轴承和轧辊具有良好的定位，要采用轴肩来定位，因为要定位在轴承的内环上，所以设计轴肩的直径d=229，宽度b=20。又因为轴承部的轴要与轴承相互配合，所以取其轴径为220。同时为对轴承进行左定位，故其轴段的长度要小于轴承宽度2到3毫米，设计其长度为92mm。在轴承的左边安装锥齿轮，但因为轴承定位，而且轴承和锥齿轮不能直接接触，所以在中间要用间隔环隔开。其结构如图：图2.6 间隔环由于锥齿轮的内孔径为190，故取d=192，D与锥齿轮的大端面要相匹配，同时对轴承的内环要进行定位，所以D要小于轴承内环的直径，取D=240，厚度b=5。齿轮与轴之间通过花键联接，轴径应是花键的顶圆直径减去顶隙，故花键段的轴径=190-2=188，而光轴配合段的轴径为，根据齿轮的结构参数可得，轴承左端的轴的长度为3+5+35.5=43.5。与花键配合的轴的长度为103-43.5-4=55.5 2.5.6对自由轴段的设计 因为三辊轧轴是呈正三角形分布的，故自由段相对而言比较长，为了减小轴的受力状况，同时也为了避免与机架直接接触，在轴转动过程中产生干摩擦，所以在自由段特别设计组合轴承。其基本尺寸如下图：图2.7 组合轴承1表示的是外垫套，其尺寸为203x250x11，2表示的是滚子环，其尺寸为200x250x15，3表示的是隔套，其尺寸175x250x30。2.5.7环设计 因为要对轴承进行润滑和冷却，故用环将轴承和轧辊隔开。轧辊的直径是190，环的右侧面与轧辊相匹配，由轧辊和其轴段的尺寸可得环1的尺寸如下图：图2.8 油环1其中左边要与轴套配合，故取。d的配合采用基轴制，为H7,要大于环2中的，故取，其他各面的粗糙度如下图所示。端面圆的跳动精度为0.025.图2.9 间隔环2由前面内容已经知轧辊的直径为190，d与轧辊轴相配合所以d=190，其配合为基轴制H7，它和轴一起转动，1处是安装密封圈的部位，O型环200x5.7，故=200。要求与定位轴肩相配合，故图2.10轧辊段的轴图故轧辊轴的长度为：22+10+325+10=367，在它右侧有轴套对其进行定位，应再减去23毫米，故轴段的实际长度为367-3=364。2.5.8轧辊右侧轴段的设计 为了安装的和维护的方便，使用统一型号的轴承，为了安装轧辊右侧轴径应依次减小，安装轴承的轴段用轴套1，其尺寸如下图：图2.11 轴套1图在B上安装轴承，故B=92;C点高度的存在是为了对轴承起定位作用，因此取d=233,与环1相配合，有，轴套内部尺寸如上图。内部宽度为8的矩形槽是密封槽，它的尺寸为195x5.7。因此轴段的长度为134。轴承的右端是间隔环和锥齿轮，和上面设计的尺寸相同。但是锥齿轮的轴径减小了，而齿形的尺寸却没有变化. 2.5.9右端盖设计 目的是对锥齿轮进行右定位，所以要进行右端盖设计，右端盖的顶圆是为了对锥齿轮起定位作用，取其值为200，具体尺寸如下：图2.12 右端盖在端盖的左侧和锥齿轮相匹配，故它的圆跳动为0.012，直径为22的孔是安装螺栓的部位，螺栓为GB578286，M20X65，数量为4。2.5.10轴承套的设计 因为轴承在工作存在发热和摩擦现象，故我们需要定时对轴承进行冷却和润滑，在安装轴承的同时需要安装轴承套，轴承套的内孔要与轴承的外环相配合，上侧的内槽要与环1相互匹配，轴承的尺寸如下图：图2.13 轴承套图图2.17表示的是A向图：图2.14 A向图自由轴段处的间隔环1：图2.15 间隔环1 在自由间隔环的右侧面对锥齿轮进行定位，其外圆周面与组合轴承相匹配，为了我们便于安装，两端与主轴直接接触即可，而中间部分的直径则要求稍微大于轴的直径，以便与轴不相接触。自由轴段的间隔环2：图2.16 间隔环2 间隔环2的外圆柱面与组合轴承相配合，而其左端是对鼓型联轴器定位。轴承套的基本尺寸与结构下图：图2.17 轴承套在轴承套的内部安装轴承，其中直径为17的孔是用来固定轴承孔的光孔，是为了对轴承套进行定位以及防止轴承套随轴承转动。个数为2，在同一条直线上。图中的小圆孔起冷却和润滑轴承管道的作用。直径为22的光孔是为了将轴承套紧固在机架上，螺栓的型号为GB578286，M20X70，数量是6，呈均匀分布。轴套的基本尺寸与结构如下图：图2.18 轴套轴套的下部突出部分是用来定位组合轴承，内表面不与间隔环2相接触。而它上部突出的光孔则是用于紧固它和上面的轴套。两端的通孔则是用于润滑组合轴承。2.6从动轴的设计 因为三辊定径机的三轧辊轴呈现正三角形分布，而且具有相同的结构和运动参数，所以其轴具有一致性，除自由段和鼓型联接轴外，其余方面完全相同，从动轴右端没有锥齿轮间隔环，直接使用两端盖定位轴承和锥齿轮。定位锥齿轮的端盖与主轴端盖相同，端盖的尺寸如下图：图2.19 端盖图直径为22的光孔是紧固螺栓存在的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓型号为GB7085，尺寸M20X50。数量为4，均呈匀分布。定位轴承的端盖结构和尺寸如图所示：图2.20 端盖图中直径为22的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓型号是GB578286，尺寸是M20X65。数量是4，呈均匀分布。图中直径为11的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴套1上，其螺栓型号是GB578285，尺寸为M10X45，数量是2，分布在一条直线上，而且与直径为22的光孔不在通过圆心的同一条直线上。2.7轴的校核2.7.1主传动轴的校核 对轴进行受力分析，作出轴的受力图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点，受力如图所示：B为组合轴承，C、G为调心滚子轴承，D、F为锥齿轮，E为轧辊，A为联轴器。2.7.1.1轧辊上作用力的确定 根据转矩公式：代入数据得： 因为C、G和锥齿轮D、F都关于轧辊中心对称，所以可知的大小相等，方向相反，合力为0，且圆周力，径向力 。齿轮的分度圆直径为374.92，轧辊的最小底圆直径为：CD间的距离为95，DE间的距离为263.5水平面受力分析：根据受力对称性可得，根据受力平衡公式有：再根据力矩平衡公式有：再对直齿锥齿轮进行受力分析得：所以有又所以其弯矩图如图：图2.21水平面的弯矩图垂直面上的受力：代入数据解得其弯矩图如图：图2.22垂直面的弯矩图合成后的弯矩图如下图所示：图2.23合成的弯矩图所以轴的强度满足要求。 2.7.2从动轴的校核 因为从动轴是主动轴的一部分，故它的结构和尺寸都相同，而且其所受的扭矩比主传动轴的小，故其所受的弯扭强度比主传动轴的要小，即其强度满足要求。2.8轴承寿命 轴承的轴向力所以所以P表示当量动载荷，C表示基本额定载荷，表示寿命系数。球轴承系数为3，滚子轴承为10/3。是滚子轴承，所以=10/3，主轴转速，这里取C=47500，因为所以有： 因此满足寿命要求。第三章 液压调速系统设计3.1系统的工况分析 每个机架上都配套有一套液压传动装置，可以通过差动装置来调整机架的轧辗转速。而这种传动方法的液压传动装置并不负担转动轧辊所需的全部扭矩，仅仅只起调节控制张力的作用。所以，液压传动装置小，也方便操作，目前的多数张力减径机都采用这种传动方式。 传动轴上的圆锥齿轮不仅仅带动齿轮驱动差动齿轮，还带动增速机构，以便获得固定的高转速，通过联轴器连接变量泵，使变量泵向定量马达供油，课让马达获得一个转速，又通过联轴节驱动差动机构，让联接减径机的减速箱高速轴又获得一个能够变化的速度。可变速度与上述一样，通过减速器传给轧辊，又使轧辊获得一个转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，从而可达到调节轧辊转速的目的。3.2拟定液压系统图 其工作原理如下图图3.1 液压调速系统原理图 工作原理为:改变泵的排量，就能够改变马达的转速，从而实现大范围的无极调速。泵的排量可以通过电机、蜗杆减速器来调整泵的摆角大小来实现。系统工作的时候，在液压马达进油侧的高压油让左侧的换向阀换向，使马达的排油侧与激流阀接通，所以，闭式系统中的油液会不断地从溢流阀中排出一部分回到油箱，再进行冷却和过滤。而所排出的油液和泄漏损失将由专用的齿轮泵进行补充。左侧的两个溢流阀能够起到安全和缓冲的作用。液压马达停止或换向的时候，因为马达的惯性作用，在马达原排油侧的油液将被压缩并产生高压（此时通向左侧的溢流阀的通路已经被关闭），当压力达到左侧溢流阀的调定应力，将自动向原进油侧溢油，产生制动、缓冲、达到安全保护的目的 。 在图中，中间的液动换向阀是用来自动把应力表与压力油路接通，以指示油路中的工作压力。3.3执行元件的负载计算 单独一个定径机所需的最大轧制力矩为58.394KNm，因为在经过差动齿轮后，其转矩被分为了两部分，其中一部分由锥齿轮传递给差动齿轮，而另一部分则由液压系统传递给传动齿轮。考虑到差动齿轮的结构特点，能够确定主电机和液压马达各自承受了一半的轧制力矩，所以液压马达的外负载力矩3.4液压系统工作压力的计算 一般情况下，液压系统的工作压力根据机器的功率大小来选择。小功率工作压力可在6.3到7.0MPa之间选择；大功率可在7.0到31.54MPa之间选择。查机械设计手册表（2910）得到其工作压力3.5选取液压马达马达的排量 马达的规格为MRE250D55/A3.6选取液压泵 液压泵的工作压力为 表示进回油路中的总压力损失，包括局部损失和沿程损失，高压大流量系统取在0.5到1.5MPa之间，这里取值为0.5MPa。 故有， 所以液压流量泵的规格为：A4VBG450HSE30VRH1OZ(力乐士样本)泵的驱动功率为： 3.7选择控制阀 各阀根据其所接入的回路所需的最大流量和工作压力进行选择单向阀： S10A10/两位三通阀 ：YSE1CA/CN9三位三通阀 ：3WH6D5X/3.8管件的选择 压油管选择：系统所需的最大流量Qmax=7175ml/s，当压油管压力高时，此处取油管路中的流速 v=3m/s，因此有 考虑到与阀用螺纹联接等因素，取壁厚，查机械设计手册表（331）选择压油管为的无缝钢管。本着便于安装的原则，选用内径、壁厚均相同的回油管与压油管。第四章 定径机的润滑和冷却4.1定径机的润滑系统4.1.l润滑的特点和作用 设备润滑过程的特点是：在工作时，设备受到高温和氧化铁皮的影响，负荷沉重，经常是长时间的连续工作；设备需要润滑的点多，管路很长。所以润滑系统要求有强大的供油能力，供油能力又可以分为两种：单独式和集中式。此外，从使用润滑剂种类上，又可以分为稀油润滑和干油润滑。a.稀油润滑因为稀油的流动性好，可以循环使用，不仅可起润滑作用，还能起到洗涤被润滑的表面，冲走磨粒、带走热量，冷却的作用。另外，还可以同时润滑传动件和轴承。所以稀油润滑被广泛应用在长期、重载、高速的设备上。缺点是：需要有比较复杂的润滑设备和装置，同时还必须拥有很好的密封条件。稀油润滑的形式具体有：1.单独式润滑：使用油杯、油环等给油，多用于中、小型减速器和单独设备。近年来，采用雾化油润泪轧辊轴承。润滑油先在轧机附近的油化加压设备中，