Φ273钢管矫直机主传动系统设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 273 钢管矫直机主传动系统设计 摘要 在钢管生产中，为了提高钢管 的质量，钢管需要 被 矫直。 目前，国内外的矫直技术发展速度较快，涌现出很多钢管矫直方法和与其相应的矫直设备，其中多辊矫直机是矫直领域内应用最为广泛的矫直设备。 钢管矫直机的矫直辊为斜辊，上下两排矫直辊交错布置， 其特点是矫直速度快，生产率高，易于实现自动化， 适应矫直各种管材和棒材。根据生产的需要，参考了 鞍钢无缝钢管厂的矫直机和大量相关的机械设计资料，对 273七辊钢管矫直机的主传动系统进行了设计，根据传动功率，对传动系统中的电机、联轴器和万向接轴进行 了选择，设计了三级齿轮减速器传动， 其与减速分配箱相连，采用三根轴输出，每根轴通过 一个万向接轴 带动矫直辊的传动方式 ，六个工作辊，一个被动辊起导向作用；对于传动系统中的主要零件进行了设计；对 273 七辊钢管矫直机的力能参数进行了计算，并确定了矫直机的基本参数。 关键词： 矫直机 ； 钢管 ； 传动装置 ； 力能参数 f 273 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 n of of to be At of is at a of is a is s is is of s up of of is to so it On of of to s 273 On of of s to a of a is It of 273 is 录 摘要 . I 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 . 绪论 . 1 业设计的选题背景及目的 . 1 业设计的选题背景 . 1 业设计目的 . 1 直技术的发展 . 2 内矫直技术的发展情况 . 2 外矫直技术的发展 . 3 题的研究方法及研究内容 . 3 2 矫直机主传动系统设计方案确定 . 5 直机的分类及特点 . 5 复弯曲式矫直机 . 5 转弯曲式矫直 机 . 7 伸矫直机 . 7 弯矫直机 . 8 坯矫直设备 . 8 管矫直机结构组成 . 8 直辊 . 9 直辊调节装置 . 9 动装置 . 10 直方案和矫直工艺 . 10 直机传动系统设计方案 . 11 直机传动系统的工作原理 . 12 3 钢管矫直机里能参数计算 . 13 始数据 . 13 式矫直机的基本参 数 . 13 径和辊长的确定 . 13 端圆角和辊距的确定 . 14 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 辊式钢管矫直机力能参数的计算 . 14 直质量要求 . 14 直力的计算 . 15 直功率的计算 . 18 . 18 . 19 . 19 . 20 4273 钢管矫直机驱动系统的确定 . 21 机的选择 . 21 速器传动比分配 . 21 速器的输出转数 . 21 动比及其分配 . 21 速器一级齿轮传动设计 . 22 择精度等级，材料及齿数 . 22 齿面接触强度设计 . 22 齿根弯曲强度校核 . 25 何尺寸的计算 . 28 速器二级齿轮传动设计 . 29 择 精度等级，材料及齿数 . 29 齿面接触强度设计 . 29 齿根弯曲强度校核 . 32 何尺寸的计算 . 34 速器三级齿轮传动设计 . 35 5 联轴器、轴承及万向接轴的选择 . 36 轴器的选择 . 36 直辊的轴承选择 . 37 直辊的基本参数 . 37 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 直辊轴承的校核 . 38 向联轴器的选择 . 39 向联轴器的功能特点及其选择方法 . 39 向联轴器的选择及其校核： . 40 6 传动系统主要零件设计 . 42 直辊的结构特点 . 42 型曲线的设计 . 43 直辊的辊轴校核 . 45 系的受力分析 . 45 下辊的校核计算 . 46 7 传动系统的润滑 . 49 滑方法 : . 49 滑的分类 . 49 滑剂的种类： . 50 滑系统的选择原则 . 52 滑方式的选择 . 52 速器的润滑 . 52 承的润滑 . 52 向联轴器的润滑 . 53 余零部件的润滑 . 53 8 设备的环保、可靠性和经济技术评价 . 54 备的环保措施 . 54 备的可靠性 . 54 备的经济评价 . 56 备合理的更新期 . 57 结束语 . 58 致谢 . 59 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 参考文献 . 60 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 1 绪论 业设计的选题背景及目的 业设计的选题背景 近年来，由于管材的用途涉及到所有的工业部门，各国对它的生产和发展都十分重视，各主要工业国家的钢管产量，一般约占钢材总产量的 10% 15%， 我国约占 8% 10%。随着国民经济的发展，我国钢铁行业得到了突飞猛进的发展，因此也加强了对钢管发展的力 度。管材的生产无论在数量上还是品种上都有相当大的增长。新型高效率的管材精整设备， 尤其是管材矫 直机，是保证管材质量的重要关键，国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。 矫直技术多用于金属条材加工的后部工序 ， 同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的进展 ， 相应的矫直理论也取得了很大的进步 。 已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业 。 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。 随着时代的进步，国家综合实力的增强，作为二十一世纪机械专业的本科毕业生，有责任也有义务为国家的发展付出自己的一份力量。通过对鞍钢无缝钢管厂 273 钢管生产线的参观实习，对钢管产品的生产有了初步了解，同时对其也产生了浓厚的兴趣。由于矫直机在管材的精整过程中起着重要的作用，于是我选择了 273 钢管矫直机的主传动系统的设计这个题目。 业设计目的 毕业设计是教学计划的最后一个教学环节，也是最重要的教学环节之一，是学生获得学士学位的必要条件。学生在教师的指导下，通过毕业设计受到一次综合运用所学理论和技能的训练，进一步提高分析问题和解决问题的能力； 是从事科学研究工作和专业工程技术工作地基本训练。通过毕业设计巩固和发展了四年来所学的专业基础知识， 学会阅读参考文献，收集、运用原始资料的方法以及如何使用规范、手册、产品目录，选 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 用标准图的技能，从而提高设计计算及绘图的能力 。 直技术的发展 内矫直技术的发展情况 20 世纪 30 40 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。 60 80 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。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。 近年来，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 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 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 外矫直技术的发展 18 世纪末叶到 19 世纪初叶，欧洲进行了产业革命，逐步实 现了用蒸汽动力代替人力，机械化生产代替了手工作坊。 19 世纪 30 年代冶铁技术发展起来。当时英国的生铁产量已由 7 万 t 增长到 19 万 t/a， 增加了 。 19 世纪 50 年代开辟了炼钢技术发展的新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到 19 世纪末时，钢产量增加50 多倍。钢材产量 占钢产量的比重也显著增加。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 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（ 司研制成功 313 型七辊式矫正机 (矫正机 )。 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，不断地开发新产品，对本国经济的繁荣奠定了 基础。 题的研究方法及研究内容 本次课题主要是对 273 钢管矫直机主传动系统的设计，其中主要包括：矫直力的计算，矫直功率的计算，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，联轴器的计算选择，万向联轴器的校核与选择，辊型的设计，及矫直辊的校核等。 电机是整个矫直系统的主要传动装置， 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为 单相 电动机和三相电动机。 矫直系统的电动机通常由车间的电网或者单独的交流机组供电。因此电机常选用三相交流电机。矫直速度的调节常通 过改变电机的极对数或者借助减速器来实现。大直径的钢管采用低速矫直，小直径的钢管采用高速矫直。选择电机时应按照计算的 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 矫直功率来选择，以保证矫直系统的正常运转。 减速器是用于原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置。用于降低转速和增大扭矩。常用的减速器形式有 ： 单级圆柱齿轮减速器 、 两级圆柱齿轮减速器（其又包括展开式和同轴式两种形式） 、 单级锥齿轮减速器 、 锥 圆柱齿轮减速器 、 蜗杆减速器（其包括蜗杆下置式和蜗杆上置式两种形式）。本次设计中选用的是三级圆柱减速器。 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。 根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持连接的功能），联轴器可以分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。本次课题中的联轴器的选择可以根据电机输出轴颈的大小来确定，再根据设计中的具体情况来选择联轴器的具体型号。 矫直辊是管材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。 其通过万向接轴与齿轮分配箱相连。万向接轴的结构紧凑，工作可靠，其可以分为以下几种形式： 标准伸缩焊接式万向联轴器、短伸缩焊接式万向联轴器、 无伸缩焊接式万向联轴器、无伸缩短式万向联轴器 。万向接轴的选择与联轴器有很大关系，因为本设计中联轴器是连接减速器与万向接轴的中间部件。它的选择可以通过联轴器的尺寸进行选择，之后进行强度的校核。 本次课题设计的是七辊钢管矫直机，其布置形式是 2，上排三个工作辊，下排三个工作辊外加一个起导向作用的被动辊。上下三对工作辊相对配置，六辊全部为工作辊。 设计内 容如下： （ 1） 对七辊钢管矫直机进行整体结构设计； （ 2） 对于整个主传动系统进行设计； （ 3） 对电机 、 联轴器和轴承的选择； （ 4） 对三级齿轮减速器进行设计； （ 5） 对传动系统中主要零件进行设计； （ 6） 对主要技术参数进行研究。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 2 矫直机主传动系统设计方案确定 直机的分类及特点 轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢 (如工字钢等 )的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材则会产生纵向弯曲 (波浪形 )、横向弯曲、边缘浪形、中间瓢曲和镰刀弯等。为了获得子直的板材和 具有正确几何形状的钢材，轧件需要在矫直机上进行矫直。所以矫直机是轧钢生产中的重要机械设备，而且也广泛用于以轧材作坯料的各种车间 (如汽车、船舶制造厂等 )。 由于轧材品种规格的多样化和对其形状精度要求的提高，促进了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发展以及矫直技术水平的不断提高，矫直不同品种规格的轧件，采用不同结构形式和不同规格的矫直机。所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也不大相同， 按照工作原理不同划分为五大类： 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 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。 1 压力矫直机 压力矫直机是最简单的矫直设备，它属于利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到矫直目的的设备。压力矫直机的工作原理是将带有原始弯曲的工件支承在工作台的两个活动支点之间用压头对准最弯部位进行反向压弯的。当压弯量与工件弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直。如此进行，工件各弯曲部位必将全部变直从而达到矫直的目的。其包括机动压力矫直机和液压压力矫直机两种。 (1)机动压力矫直机是利用曲轴 (或曲柄 )、连杆和滑块机构把旋转运动变成直线 运动。机架一般是采用 C 形开式结构和门形闭式结构。在 C 形开式结构中还有主轴为简支梁型与悬臂梁型之分。这些结构形式及规格的选择上要根据加工对象的特点 (如工件的断面形状及其尺寸大小、工件长度和重量等 )、加下精度要求及产量大小等因素来确定。 C 形开式结构的机架具有较大的操作空间，调节支点距、开距、观侧压弯位置、更换压弯垫块、移送上件、翻转一件及更换压头等下作都较方便。但机架刚性较低，不适 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 于大断面工件的矫直工作。 (2)液压压力矫直机普通液压压力矫直机已经逐步代替了一些机动压力矫直机，并从 20 世纪下半叶以来发展很快。在 大型材及大锻件的矫直生产中几乎全部采用液压矫直机。液压矫直机具有压力大、结构紧凑重量轻、效率高、易控制、好调整等一系列优点，很适合于压力矫直的工作要求。其又包括立式和卧式两种：立式压力矫直机采用曲柄冲床的工作原理进行工作的，将轧件的弯曲部分放在两个固定的支点上，矫直过程比较简单，工作时间段，空转时间长。为了在空转是储藏能量，以降低工作时发出的剑锋负荷，从而减低电动机容量，因此在传动系统中装有飞轮。卧式压力矫直机是一个水平放置的曲柄滑块机构，它不需要翻钢，故改善了操作条件。它的主要特点丝毫生产效率低，一般在型 钢和钢管车间作为辅助的矫直机装置或矫直弯曲度大及壁厚超过斜辊式矫直机允许范围的钢管。 2 辊式矫直机 辊式矫直机与压力矫直机的矫直原理相似，都是利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度的方法来达到矫直目的的设备。但从压力矫直机到辊式矫直机在技术上完成一次较大的跨越，这个跨越的理论基础就是金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小。甚至会趋于一致。随着压弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一致趋近于零值而达到矫直仔的。因此平行辊矫直机必须具备两个基本特征，第一是 具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次的反复弯曲 ;第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。 其可以分为两种形式：平行辊矫直机和斜辊矫直机。 （ 1） 平行辊矫直机是目前应用范围最广的矫直机，其门类、品种和规格是最多的。辊式矫直机具有两排交叉布置得工作辊，弯曲的轧件在旋转着饿工作辊之间做直线运动，经过工作辊的多次弯曲而得到矫直，生产率较高，且易于实现机械化和流水生产，按用途分为板材与型材两大类。板宽及板厚与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先是板厚决定辊径尺寸 ;其次是板宽决定辊长尺寸 ;第三，是辊数 决定矫直质量，第四，是辊子重叠数决定着矫直质量及表面粗糙度，第五，是矫直温度决定矫直机的结构恃点。型材矫直机多用辊距及辊数，以及用途等项来标称机器种类、规格及型号。 （ 2） 斜辊矫直机 对于钢管和矫直质量要求较高的圆管坯，在轧制、焊接或者热处理后，具有一系列的缺陷。其中主要的是纵向弯曲和横断面的椭圆度。为了保证矫直质量，矫 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 直辊应和轧件表面成线接触。因此，要求对不同直径的轧件采用不同形状的矫直辊。由于轧件的尺寸规格较多，在实际生产中很难满足上述要求。实践证明，采用一种矫直辊辊型曲线，当轧件尺寸改变时，适当改变矫直 辊的倾斜角度，即可改变轧件与矫直辊的接触情况，也能满足生产上的要求。因此，矫直辊倾斜角要求可调，同时，工艺上还要求随着轧件直径的变化，没对矫直辊之间的距离也要相应的改变。 根据上述的要求，斜辊式矫直机通常由机架、矫直辊、矫直辊升降装置、矫直辊倾角调整装置等组成。 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。旋转反弯矫直机根据工作原理、用途及运转方式不同 分为两大类。第一类是矫直工具在绕一工件轴线旋转中利用工具与工件的相对运动来达到反弯矫直目的，主要用于圆材矫直。矫直机的工作主体在转动中运行。第二类是矫直工具处在工件的固定方向上做上下左右的平行移动，而与工件之间没有相对运动，只靠全方位的平移产生全方位的反弯而达到矫直目的，主要用于非圆断面薄壁型材的矫直。其工作主体在平动中运行。 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。此种矫直机主要用来矫直厚度小于 米的薄钢板和一些有色板材，这些轧件在辊式矫直机上往往难于矫直。通常，辊式板带材矫直机只能有效地矫正轧件的纵向和横向弯曲。至于板带材的中间瓢曲或边缘浪形则是由于板材沿长度方向各纤维变形量不等造成的。为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。在普通辊式矫直机上，虽能使这种缺陷有所改善，但矫正效果不理想。这时需采用拉伸矫直法。拉伸矫正的主要特点上一对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫直。例如矫正单张板材的嵌式拉伸矫直机和连续拉伸机组。钳式拉伸机生产率低切夹钳住的部 分要切除，造成的金 属损耗较大；连续拉伸机组由两个张力辊组组成，拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 弯矫直机 拉弯矫直机 是把拉伸与弯曲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。在平整矫直生产线及退火生产线上使用拉弯矫直机可以获得比连续拉伸矫直机明显的节能和安全效果。而且矫直质量同样良好。尤其在极簿带的矫