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遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 I 頁(yè) Φ273 鋼管矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在鋼管生產(chǎn)中，為了提高鋼管的質(zhì)量，鋼管需要被矯直。目前，國(guó)內(nèi)外的矯直技 術(shù)發(fā)展速度較快，涌現(xiàn)出很多鋼管矯直方法和與其相應(yīng)的矯直設(shè)備，其中多輥矯直機(jī) 是矯直領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的矯直設(shè)備。鋼管矯直機(jī)的矯直輥為斜輥，上下兩排矯直 輥交錯(cuò)布置，其特點(diǎn)是矯直速度快，生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適應(yīng)矯直各種管材 和棒材。根據(jù)生產(chǎn)的需要，參考了鞍鋼無縫鋼管廠的矯直機(jī)和大量相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)資 料，對(duì) Φ273 七輥鋼管矯直機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根據(jù)傳動(dòng)功率，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng) 中的電機(jī)、聯(lián)軸器和萬向接軸進(jìn)行了選擇，設(shè)計(jì)了三級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)，其與減速分 配箱相連，采用三根軸輸出，每根軸通過一個(gè)萬向接軸帶動(dòng)矯直輥的傳動(dòng)方式，六個(gè) 工作輥，一個(gè)被動(dòng)輥起導(dǎo)向作用；對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；對(duì) Φ273 七輥鋼管矯直機(jī)的力能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并確定了矯直機(jī)的基本參數(shù)。 關(guān)鍵詞：矯直機(jī)；鋼管；傳動(dòng)裝置；力能參數(shù) 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 II 頁(yè) The Main Driving System Design Of Φ273 Roll Tube Straightener Abstract In the process of the steeltubes’ production ,for the sake of improving steeltubes’ quality, the steeltubes need to be straighten .At present, the development of the Straightening technology is fast at home and abroad ,and a variety of pipe straightening method and the corresponding equipment , and Multi-roll straightening machine is a straightening equipment which is used widely. Straightening Roller’s roll is oblique roll ,which is staggered arrangement of the straightening’ s up and down two rows of roll ,the characteristic of which is the fast straightening speed, and high productivity and easy to realize automation ,so it suitable for various pipe and bar. On the basis of the production of requirement ,designing refers to the AISC Seamless Steel Tube Plant’s seven roll straightening machine and related mechanical design information ,then design the main driving system of Φ273 Roll Tube Straightener .On the basis of driving power consumption ,making the choice of the driving system’s eletromotor ,coupling ,and designing how the three gear decelerator to drive ,which connects with the Decelerates distributor case .and Uses three axis outputs which driven a Straightening Roller under the condition of which connect the coupling .The system has six working rolls ,and a passively roll which is guiding .It contains: Designing the main machine parts of the driving system ,Calculating force and power mechanical parameter of Φ273 Roll Tube Straightener .Then the basic design parameter of Straightening machine is ascertained. Keywords: Straightening machine ;Steel tubes ;Driving system ;Force paramenta 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 III 頁(yè) 目錄 摘要 ...........................................................................................................................................I ABSTRACT .............................................................................................................................II 1 緒論 ......................................................................................................................................1 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題背景及目的 ........................................................................................1 1.1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題背景 ............................................................................................1 1.1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 ........................................................................................................1 1.2 矯直技術(shù)的發(fā)展 ............................................................................................................2 1.2.1 國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的發(fā)展情況 ....................................................................................2 1.2.2 國(guó)外矯直技術(shù)的發(fā)展 ............................................................................................3 1.3 課題的研究方法及研究?jī)?nèi)容 ........................................................................................3 2 矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定 .............................................................................5 2.1 矯直機(jī)的分類及特點(diǎn) ....................................................................................................5 2.1.1 反復(fù)彎曲式矯直機(jī) ................................................................................................5 2.1.2 旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī) ................................................................................................7 2.1.3 拉伸矯直機(jī) ............................................................................................................7 2.1.4 拉彎矯直機(jī) ............................................................................................................8 2.1.5 拉坯矯直設(shè)備 ........................................................................................................8 2.2 鋼管矯直機(jī)結(jié)構(gòu)組成 ....................................................................................................8 2.2.1 矯直輥 ....................................................................................................................9 2.2.2 矯直輥調(diào)節(jié)裝置 ....................................................................................................9 2.2.3 傳動(dòng)裝置 ..............................................................................................................10 2.3 矯直方案和矯直工藝 ..................................................................................................10 2.4 矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ..........................................................................................11 2.5 矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 ......................................................................................12 3 鋼管矯直機(jī)里能參數(shù)計(jì)算 .........................................................................................13 3.1 原始數(shù)據(jù) .....................................................................................................................13 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 IV 頁(yè) 3.2 輥式矯直機(jī)的基本參數(shù) ..............................................................................................13 3.2.1 輥徑和輥長(zhǎng)的確定 ..............................................................................................13 3.2.2 輥端圓角和輥距的確定 ......................................................................................14 3.3 斜輥式鋼管矯直機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算 ..........................................................................14 3.3.1 矯直質(zhì)量要求 ......................................................................................................14 3.3.2 矯直力的計(jì)算 .....................................................................................................15 3.4 矯直功率的計(jì)算 ..........................................................................................................18 3.4.1.軸承摩擦功率 ......................................................................................................18 3.4.2.輥面與工件的滑動(dòng)摩擦功率 ..............................................................................19 3.4.3.工件在滾面上的滾動(dòng)摩擦功率 ..........................................................................19 3.4.4.矯直變形功率 ......................................................................................................20 4Φ273 鋼管矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的確定 ...........................................................................21 4.1 電機(jī)的選擇 .................................................................................................................21 4.2 減速器傳動(dòng)比分配 ......................................................................................................21 4.2.1 減速器的輸出轉(zhuǎn)數(shù) ..............................................................................................21 4.2.2 傳動(dòng)比及其分配 ..................................................................................................21 4.3 減速器一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................22 4.3.1 選擇精度等級(jí)，材料及齒數(shù) ..............................................................................22 4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..........................................................................................22 4.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度校核 ..........................................................................................25 4.3.4 幾何尺寸的計(jì)算 .................................................................................................28 4.4 減速器二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................29 4.4.1 選擇精度等級(jí)，材料及齒數(shù) ..............................................................................29 4.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..........................................................................................29 4.4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度校核 ..........................................................................................32 4.4.4 幾何尺寸的計(jì)算 .................................................................................................34 4.5 減速器三級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................35 5 聯(lián)軸器、軸承及萬向接軸的選擇 .............................................................................36 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 V 頁(yè) 5.1 聯(lián)軸器的選擇 ..............................................................................................................36 5.2 矯直輥的軸承選擇 ......................................................................................................37 5.2.1 矯直輥的基本參數(shù) ..............................................................................................37 5.2.2 矯直輥軸承的校核 ..............................................................................................38 5.3 萬向聯(lián)軸器的選擇 ......................................................................................................39 5.3.1 萬向聯(lián)軸器的功能特點(diǎn)及其選擇方法 ..............................................................39 5.3.2 萬向聯(lián)軸器的選擇及其校核： ..........................................................................40 6 傳動(dòng)系統(tǒng)主要零件設(shè)計(jì) ...............................................................................................42 6.1 矯直輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ......................................................................................................42 6.2 輥型曲線的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................43 6.3 矯直輥的輥軸校核 ......................................................................................................45 6.3.1 輥系的受力分析 ..................................................................................................45 6.2.2 中下輥的校核計(jì)算 .............................................................................................46 7 傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑 .............................................................................................................49 7.1 潤(rùn)滑方法: .....................................................................................................................49 7.2 潤(rùn)滑的分類 ..................................................................................................................49 7.3 潤(rùn)滑劑的種類： ..........................................................................................................50 7.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)的選擇原則 ..................................................................................................52 7.5 潤(rùn)滑方式的選擇 ..........................................................................................................52 7.5.1 減速器的潤(rùn)滑 ......................................................................................................52 7.5.2 軸承的潤(rùn)滑 ..........................................................................................................52 7.5.3 萬向聯(lián)軸器的潤(rùn)滑 ..............................................................................................53 7.5.4 其余零部件的潤(rùn)滑 ..............................................................................................53 8 設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià) ...................................................................54 8.1 設(shè)備的環(huán)保措施 ..........................................................................................................54 8.2 設(shè)備的可靠性 ..............................................................................................................54 8.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ..........................................................................................................56 8.4 設(shè)備合理的更新期 ......................................................................................................57 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 VI 頁(yè) 結(jié)束語 ...................................................................................................................................58 致謝 ........................................................................................................................................59 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................60 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 1 緒論 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題背景及目的 1.1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題背景 近年來，由于管材的用途涉及到所有的工業(yè)部門，各國(guó)對(duì)它的生產(chǎn)和發(fā)展都十分 重視，各主要工業(yè)國(guó)家的鋼管產(chǎn)量，一般約占鋼材總產(chǎn)量的 10%～15%，我國(guó)約占 8%～10%。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)鋼鐵行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，因此也加強(qiáng)了 對(duì)鋼管發(fā)展的力度。管材的生產(chǎn)無論在數(shù)量上還是品種上都有相當(dāng)大的增長(zhǎng)。新型高 效率的管材精整設(shè)備，尤其是管材矯直機(jī)，是保證管材質(zhì)量的重要關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)外對(duì)管 材矯直機(jī)均做了大量的研究工作。 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序，同其他金屬加工技術(shù)一樣在 20 世紀(jì)取 得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日用金屬加 工業(yè)，儀器儀表制造業(yè)，汽車、船舶和飛機(jī)制造業(yè)，石油化工業(yè)，冶金工業(yè)，建筑材 料業(yè)，機(jī)械裝備制造業(yè)，以及精密加工制造業(yè)。隨著工業(yè)水平的不斷提高，要求工業(yè) 生產(chǎn)全面自動(dòng)化，矯直技術(shù)也要跟上時(shí)代的潮流。因此力爭(zhēng)在矯直機(jī)設(shè)計(jì)，制造，矯 直過程分析、矯直參數(shù)設(shè)定及矯直質(zhì)量預(yù)測(cè)等方面搞好軟件開發(fā)；其次要進(jìn)行數(shù)字化 矯直設(shè)備的研制和使用，擴(kuò)充矯直技術(shù)的發(fā)展，使矯直技術(shù)的發(fā)展走上現(xiàn)代化的道路。 隨著時(shí)代的進(jìn)步，國(guó)家綜合實(shí)力的增強(qiáng)，作為二十一世紀(jì)機(jī)械專業(yè)的本科畢業(yè)生， 有責(zé)任也有義務(wù)為國(guó)家的發(fā)展付出自己的一份力量。通過對(duì)鞍鋼無縫鋼管廠 Φ273 鋼管 生產(chǎn)線的參觀實(shí)習(xí)，對(duì)鋼管產(chǎn)品的生產(chǎn)有了初步了解，同時(shí)對(duì)其也產(chǎn)生了濃厚的興趣。 由于矯直機(jī)在管材的精整過程中起著重要的作用，于是我選擇了 Φ273 鋼管矯直機(jī)的主 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這個(gè)題目。 1.1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生 獲得學(xué)士學(xué)位的必要條件。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)受到一次綜合運(yùn)用所 學(xué)理論和技能的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高分析問題和解決問題的能力；是從事科學(xué)研究工作 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 和專業(yè)工程技術(shù)工作地基本訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固和發(fā)展了四年來所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ) 知識(shí)，學(xué)會(huì)閱讀參考文獻(xiàn)，收集、運(yùn)用原始資料的方法以及如何使用規(guī)范、手冊(cè)、產(chǎn) 品目錄，選用標(biāo)準(zhǔn)圖的技能，從而提高設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖的能力。 1.2 矯直技術(shù)的發(fā)展 1.2.1 國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的發(fā)展情況 20 世紀(jì) 30～40 年代國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯正機(jī)及板材矯正機(jī)得到迅速發(fā)展， 而且相繼進(jìn)入到中國(guó)的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)，新中國(guó)成立前在太原、鞍山、大冶、 天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國(guó)家制造的矯正機(jī)。我國(guó)科技界 一直在努力提高自己的科研設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。從 20 世紀(jì) 50 年代起就有劉天明提出的 雙曲線輥形設(shè)計(jì)的精確計(jì)算法及文獻(xiàn)提出的矯正曲率方程式。60～80 年代在輟輥形理 論方面有許多學(xué)者進(jìn)行了深人的研究并取得了十分可喜的成果還召開了全國(guó)性的輥形 理論討論會(huì)；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。與此同時(shí)，以西安重型機(jī)械研究所為代 表的科研單位和以太原重塑機(jī)器廠為代表的設(shè)計(jì)制造部門完成了大量的矯正機(jī)設(shè)計(jì)研 制工作。不僅為我國(guó)生產(chǎn)提供了設(shè)備保證，還培養(yǎng)了一大批設(shè)計(jì)研究人員。進(jìn)人 99 年 代我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯正機(jī)獲得了國(guó)家的 發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省及部級(jí)科技成果進(jìn)步獎(jiǎng);有的獲得了國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。 近年來我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯正機(jī)，多斜輥薄壁管矯正機(jī)、3 斜輥薄銅管矯正機(jī)、雙 向反彎輥形 2 輥矯正機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯正機(jī)，平行輥異輥距矯正機(jī)及矯正液壓自動(dòng)切 料機(jī)等研制方面相繼取得成功。在矯正高強(qiáng)度合金鋼方面也已獲得很好的矯正質(zhì)量。 其矯后的殘留撓度為 0.2～0.5mm/m。此外，從 20 世紀(jì) 60 年代以后拉伸與拉彎矯正 設(shè)備得到很大發(fā)展，對(duì)帶材生產(chǎn)起到重要作用。 近年來，隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，矯直技術(shù)也得到了不斷地提高和發(fā)展， 在矯直過程的變形機(jī)理方面取得了一定得成就：如拉力對(duì)矯直的作用，在斜輥矯直機(jī) 上壓緊力對(duì)矯直的作用，殘留應(yīng)力對(duì)矯直尺寸精度的影響等；在解決高難度矯直技術(shù) 方面，如高強(qiáng)度薄板帶的液壓拉彎矯直、高強(qiáng)度易裂紋耐熱合金鋼幫的旋轉(zhuǎn)矯直、薄 板的行星矯直及扎拉矯直等；在新產(chǎn)品和新要求方面，如石油鉆挺管的矯直，邊斷面 板材的矯直，變機(jī)械性能和變厚度方鋼的矯直等；在改善矯直工藝及改善矯直設(shè)備方 面，如采用壓下方案，采用恒功率工作制度，用振動(dòng)矯直代替旋轉(zhuǎn)矯直等；在改革矯 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 直過程的控制方法方面，由人工控制向計(jì)算機(jī)控制過度，有單機(jī)計(jì)算機(jī)控制箱全線計(jì) 算機(jī)控制發(fā)展；在矯直結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，正向精密化，大型化發(fā)展，老設(shè)備也將日漸被 淘汰和改造。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鋼管矯直機(jī)的技術(shù)水平將會(huì)不斷提高。 結(jié)構(gòu)更加合理、可靠，功能更加完善.以滿足各種工藝要求。 1.2.2 國(guó)外矯直技術(shù)的發(fā)展 18 世紀(jì)末葉到 19 世紀(jì)初葉，歐洲進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實(shí)現(xiàn)了用蒸汽動(dòng)力代替人 力，機(jī)械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19 世紀(jì) 30 年代冶鐵技術(shù)發(fā)展起來。當(dāng)時(shí)英國(guó)的生鐵 產(chǎn)量已由 7 萬 t 增長(zhǎng)到 19 萬 t/a，增加了 2.7 倍。 19 世紀(jì) 50 年代開辟了煉鋼技術(shù)發(fā)展 的新紀(jì)元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速。到 19 世紀(jì)末時(shí)，鋼產(chǎn)量增加 50 多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機(jī)械、軋鋼機(jī)械 和矯直機(jī)械。進(jìn)人 20 世紀(jì)，以電力驅(qū)動(dòng)代替蒸汽動(dòng)力為標(biāo)志，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。 英國(guó)在 1905 年制造的輥式板材矯正機(jī)大概是我國(guó)見到的最早的 1 臺(tái)矯正機(jī)。20 世紀(jì)初 已經(jīng)有矯正圓材的二輥式矯正機(jī)。到 1914 年英國(guó)發(fā)明了 212 型五輥式矯正機(jī)(阿布拉 姆遜式-Abramsen） ，解決了鋼管矯正間題，同時(shí)提高了棒材矯正速度。20 世紀(jì) 20 年 代日本已能制造多斜輥矯正機(jī)。20 世紀(jì) 30 年代中期發(fā)明了 222 型六輥式矯正機(jī)，顯著 提高了管材矯正質(zhì)量 20 世紀(jì) 60 年代中期，為了解決大直徑管材的矯正問題，美國(guó)薩 頓（Sutton）公司研制成功 313 型七輥式矯正機(jī)(KTF 型矯正機(jī))。 社會(huì)的不斷進(jìn)步，工業(yè)水平的不斷提高，自動(dòng)化程度不斷地更新，這使國(guó)內(nèi)外的 矯直技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不斷地開發(fā)新產(chǎn)品，對(duì)本國(guó)經(jīng)濟(jì)的繁榮奠定了基礎(chǔ)。 1.3 課題的研究方法及研究?jī)?nèi)容 本次課題主要是對(duì) Φ273 鋼管矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中主要包括：矯直力的 計(jì)算，矯直功率的計(jì)算，主傳動(dòng)系統(tǒng)中減速器各級(jí)齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，電機(jī)功率的計(jì)算 和電機(jī)的選擇，聯(lián)軸器的計(jì)算選擇，萬向聯(lián)軸器的校核與選擇，輥型的設(shè)計(jì)，及矯直 輥的校核等。 電機(jī)是整個(gè)矯直系統(tǒng)的主要傳動(dòng)裝置，根 據(jù) 電 動(dòng) 機(jī) 工 作 電 源 的 不 同 ， 可 分 為 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 和 交 流 電 動(dòng) 機(jī) 。 其 中 交 流 電 動(dòng) 機(jī) 還 分 為 單 相 電 動(dòng) 機(jī) 和 三 相 電 動(dòng) 機(jī) 。 矯 直 系 統(tǒng) 的 電 動(dòng) 機(jī) 通 常 由 車 間 的 電 網(wǎng) 或 者 單 獨(dú) 的 交 流 機(jī) 組 供 電 。 因 此 電 機(jī) 常 選 用 三 相 交 流 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 電 機(jī) 。 矯 直 速 度 的 調(diào) 節(jié) 常 通 過 改 變 電 機(jī) 的 極 對(duì) 數(shù) 或 者 借 助 減 速 器 來 實(shí) 現(xiàn) 。 大 直 徑 的 鋼 管 采 用 低 速 矯 直 ， 小 直 徑 的 鋼 管 采 用 高 速 矯 直 。 選 擇 電 機(jī) 時(shí) 應(yīng) 按 照 計(jì) 算 的 矯 直 功 率 來 選 擇 ， 以 保 證 矯 直 系 統(tǒng) 的 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 減速器是用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的封閉傳動(dòng)裝置。用于降低轉(zhuǎn)速和增大 扭矩。常用的減速器形式有：?jiǎn)渭?jí)圓柱齒輪減速器、兩級(jí)圓柱齒輪減速器（其又包括 展開式和同軸式兩種形式） 、單級(jí)錐齒輪減速器、錐—圓柱齒輪減速器、蝸桿減速器 （其包括蝸桿下置式和蝸桿上置式兩種形式） 。本次設(shè)計(jì)中選用的是三級(jí)圓柱減速器。 聯(lián) 軸 器 的 功 能 是 用 來 把 兩 軸 聯(lián) 接 在 一 起 ， 機(jī) 器 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 兩 軸 不 能 分 離 ， 只 有 機(jī) 器 停 車 并 將 聯(lián) 接 拆 開 后 ， 兩 軸 才 能 分 離 。 根 據(jù) 聯(lián) 軸 器 對(duì) 各 種 相 對(duì) 位 移 有 無 補(bǔ) 償 能 力 （ 即 能 否 在 發(fā) 生 相 對(duì) 位 移 條 件 下 保 持 連 接 的 功 能 ） ， 聯(lián) 軸 器 可 以 分 為 剛 性 聯(lián) 軸 器 （ 無 補(bǔ) 償 能 力 ） 和 撓 性 聯(lián) 軸 器 （ 有 補(bǔ) 償 能 力 ） 兩 大 類 。 撓 性 聯(lián) 軸 器 又 可 按 是 否 具 有 彈 性 元 件 分 為 無 彈 性 元 件 的 撓 性 聯(lián) 軸 器 和 有 彈 性 元 件 的 撓 性 聯(lián) 軸 器 兩 個(gè) 類 別 。 本 次 課 題 中 的 聯(lián) 軸 器 的 選 擇 可 以 根 據(jù) 電 機(jī) 輸 出 軸 頸 的 大 小 來 確 定 ， 再 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 中 的 具 體 情 況 來 選 擇 聯(lián) 軸 器 的 具 體 型 號(hào) 。 矯直輥是管材矯直機(jī)中的主要零件，其作用是使管材在矯直過程中變形。矯直輥 是在大的動(dòng)載荷和大的相對(duì)滑動(dòng)速度連續(xù)研磨的條件下進(jìn)行工作的。其通過萬向接軸 與齒輪分配箱相連。萬向接軸的結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，其可以分為以下幾種形式：標(biāo) 準(zhǔn)伸縮焊接式萬向聯(lián)軸器、短伸縮焊接式萬向聯(lián)軸器、無伸縮焊接式萬向聯(lián)軸器、無 伸縮短式萬向聯(lián)軸器。萬向接軸的選擇與聯(lián)軸器有很大關(guān)系，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中聯(lián)軸器是 連接減速器與萬向接軸的中間部件。它的選擇可以通過聯(lián)軸器的尺寸進(jìn)行選擇，之后 進(jìn)行強(qiáng)度的校核。 本次課題設(shè)計(jì)的是七輥鋼管矯直機(jī)，其布置形式是 2-2-2-1 型，上排三個(gè)工作輥， 下排三個(gè)工作輥外加一個(gè)起導(dǎo)向作用的被動(dòng)輥。上下三對(duì)工作輥相對(duì)配置，六輥全部 為工作輥。 設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： （1） 對(duì)七輥鋼管矯直機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2） 對(duì)于整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)； （3） 對(duì)電機(jī)、聯(lián)軸器和軸承的選擇； （4） 對(duì)三級(jí)齒輪減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)； 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) （5） 對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)； （6） 對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究。 2 矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定 2.1 矯直機(jī)的分類及特點(diǎn) 軋件在軋制、冷卻和運(yùn)輸過程中，由于各種因素的影響，往往產(chǎn)生形狀缺陷。如 鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼(如工字鋼等)的斷面會(huì)產(chǎn)生翼緣內(nèi)并、 外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)；板材和帶材則會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲(波浪形)、橫向彎曲、邊緣浪形、中間瓢 曲和鐮刀彎等。為了獲得子直的板材和具有正確幾何形狀的鋼材，軋件需要在矯直機(jī) 上進(jìn)行矯直。所以矯直機(jī)是軋鋼生產(chǎn)中的重要機(jī)械設(shè)備，而且也廣泛用于以軋材作坯 料的各種車間(如汽車、船舶制造廠等)。 由于軋材品種規(guī)格的多樣化和對(duì)其形狀精度要求的提高，促進(jìn)了矯直理論和矯直 機(jī)結(jié)構(gòu)的研究工作的快速發(fā)展以及矯直技術(shù)水平的不斷提高，矯直不同品種規(guī)格的軋 件，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同規(guī)格的矯直機(jī)。所以矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)形式繁多，矯直方式 也不大相同， 按照工作原理不同劃分為五大類： 2.1.1 反復(fù)彎曲式矯直機(jī) 它們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕黄矫鎯?nèi)對(duì)上件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減.小壓彎量，直到 壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。如壓力矯直機(jī)及輥式矯直機(jī)。 1．壓力矯直機(jī) 壓力矯直機(jī)是最簡(jiǎn)單的矯直設(shè)備，它屬于利用反復(fù)彎曲并逐漸減小壓彎撓度方法 達(dá)到矯直目的的設(shè)備。壓力矯直機(jī)的工作原理是將帶有原始彎曲的工件支承在工作臺(tái) 的兩個(gè)活動(dòng)支點(diǎn)之間用壓頭對(duì)準(zhǔn)最彎部位進(jìn)行反向壓彎的。當(dāng)壓彎量與工件彈復(fù)量相 等時(shí)，壓頭撤回后工件的彎曲部位變直。如此進(jìn)行，工件各彎曲部位必將全部變直從 而達(dá)到矯直的目的。其包括機(jī)動(dòng)壓力矯直機(jī)和液壓壓力矯直機(jī)兩種。 (1)機(jī)動(dòng)壓力矯直機(jī)是利用曲軸(或曲柄)、連桿和滑塊機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn) 動(dòng)。機(jī)架一般是采用 C 形開式結(jié)構(gòu)和門形閉式結(jié)構(gòu)。在 C 形開式結(jié)構(gòu)中還有主軸為簡(jiǎn) 支梁型與懸臂梁型之分。這些結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格的選擇上要根據(jù)加工對(duì)象的特點(diǎn)(如工件 的斷面形狀及其尺寸大小、工件長(zhǎng)度和重量等)、加下精度要求及產(chǎn)量大小等因素來確 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 定。C 形開式結(jié)構(gòu)的機(jī)架具有較大的操作空間，調(diào)節(jié)支點(diǎn)距、開距、觀側(cè)壓彎位置、 更換壓彎墊塊、移送上件、翻轉(zhuǎn)一件及更換壓頭等下作都較方便。但機(jī)架剛性較低， 不適于大斷面工件的矯直工作。 (2)液壓壓力矯直機(jī)普通液壓壓力矯直機(jī)已經(jīng)逐步代替了一些機(jī)動(dòng)壓力矯直機(jī)，并 從 20 世紀(jì)下半葉以來發(fā)展很快。在大型材及大鍛件的矯直生產(chǎn)中幾乎全部采用液壓矯 直機(jī)。液壓矯直機(jī)具有壓力大、結(jié)構(gòu)緊湊重量輕、效率高、易控制、好調(diào)整等一系列 優(yōu)點(diǎn)，很適合于壓力矯直的工作要求。其又包括立式和臥式兩種：立式壓力矯直機(jī)采 用曲柄沖床的工作原理進(jìn)行工作的，將軋件的彎曲部分放在兩個(gè)固定的支點(diǎn)上，矯直 過程比較簡(jiǎn)單，工作時(shí)間段，空轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。為了在空轉(zhuǎn)是儲(chǔ)藏能量，以降低工作時(shí)發(fā) 出的劍鋒負(fù)荷，從而減低電動(dòng)機(jī)容量，因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有飛輪。臥式壓力矯直機(jī) 是一個(gè)水平放置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它不需要翻鋼，故改善了操作條件。它的主要特點(diǎn) 絲毫生產(chǎn)效率低，一般在型鋼和鋼管車間作為輔助的矯直機(jī)裝置或矯直彎曲度大及壁 厚超過斜輥式矯直機(jī)允許范圍的鋼管。 2．輥式矯直機(jī) 輥式矯直機(jī)與壓力矯直機(jī)的矯直原理相似，都是利用反復(fù)彎曲并逐漸減小壓彎撓 度的方法來達(dá)到矯直目的的設(shè)備。但從壓力矯直機(jī)到輥式矯直機(jī)在技術(shù)上完成一次較 大的跨越，這個(gè)跨越的理論基礎(chǔ)就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始 彎曲程度有多大區(qū)別在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著減小。甚至?xí)呌谝恢隆?隨著壓彎程度的減小其彈復(fù)后的殘留彎曲必然會(huì)一致趨近于零值而達(dá)到矯直仔的。因 此平行輥矯直機(jī)必須具備兩個(gè)基本特征，第一是具有相當(dāng)數(shù)量交錯(cuò)配置的矯直輥以實(shí) 現(xiàn)多次的反復(fù)彎曲;第二是壓彎量可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。 其可以分為兩種形式：平行輥矯直機(jī)和斜輥矯直機(jī)。 （1）平行輥矯直機(jī)是目前應(yīng)用范圍最廣的矯直機(jī)，其門類、品種和規(guī)格是最多的。 輥式矯直機(jī)具有兩排交叉布置得工作輥，彎曲的軋件在旋轉(zhuǎn)著餓工作輥之間做直線運(yùn) 動(dòng)，經(jīng)過工作輥的多次彎曲而得到矯直，生產(chǎn)率較高，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和流水生產(chǎn)， 按用途分為板材與型材兩大類。板寬及板厚與矯直機(jī)的能力及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度有密切關(guān) 系。首先是板厚決定輥徑尺寸;其次是板寬決定輥長(zhǎng)尺寸;第三，是輥數(shù)決定矯直質(zhì)量， 第四，是輥?zhàn)又丿B數(shù)決定著矯直質(zhì)量及表面粗糙度，第五，是矯直溫度決定矯直機(jī)的 結(jié)構(gòu)恃點(diǎn)。型材矯直機(jī)多用輥距及輥數(shù)，以及用途等項(xiàng)來標(biāo)稱機(jī)器種類、規(guī)格及型號(hào)。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) （2）斜輥矯直機(jī)對(duì)于鋼管和矯直質(zhì)量要求較高的圓管坯，在軋制、焊接或者熱處理 后，具有一系列的缺陷。其中主要的是縱向彎曲和橫斷面的橢圓度。為了保證矯直質(zhì) 量，矯直輥應(yīng)和軋件表面成線接觸。因此，要求對(duì)不同直徑的軋件采用不同形狀的矯 直輥。由于軋件的尺寸規(guī)格較多，在實(shí)際生產(chǎn)中很難滿足上述要求。實(shí)踐證明，采用 一種矯直輥輥型曲線，當(dāng)軋件尺寸改變時(shí)，適當(dāng)改變矯直輥的傾斜角度，即可改變軋 件與矯直輥的接觸情況，也能滿足生產(chǎn)上的要求。因此，矯直輥傾斜角要求可調(diào)，同 時(shí)，工藝上還要求隨著軋件直徑的變化，沒對(duì)矯直輥之間的距離也要相應(yīng)的改變。 根據(jù)上述的要求，斜輥式矯直機(jī)通常由機(jī)架、矯直輥、矯直輥升降裝置、矯直輥 傾角調(diào)整裝置等組成。 2.1.2 旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī) 旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)是指工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方一式從大的等彎矩區(qū) 向小的等彎矩萬過渡，在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直。旋轉(zhuǎn)者可以是工件，可以是矯直工 具，也可以是變形方位。旋轉(zhuǎn)反彎矯直機(jī)根據(jù)工作原理、用途及運(yùn)轉(zhuǎn)方式不同分為兩 大類。第一類是矯直工具在繞一工件軸線旋轉(zhuǎn)中利用工具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到反 彎矯直目的，主要用于圓材矯直。矯直機(jī)的工作主體在轉(zhuǎn)動(dòng)中運(yùn)行。第二類是矯直工 具處在工件的固定方向上做上下左右的平行移動(dòng)，而與工件之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，只靠 全方位的平移產(chǎn)生全方位的反彎而達(dá)到矯直目的，主要用于非圓斷面薄壁型材的矯直。 其工作主體在平動(dòng)中運(yùn)行。 2.1.3 拉伸矯直機(jī) 拉伸矯直機(jī)是依靠拉伸變形把原來長(zhǎng)短不一的縱向纖維拉成等長(zhǎng)度并進(jìn)入塑性變 形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直，如鉗式拉伸矯直機(jī)及連續(xù)拉伸矯直機(jī)。此種矯直機(jī)主要用 來矯直厚度小于 0.3～0.6 毫米的薄鋼板和一些有色板材，這些軋件在輥式矯直機(jī)上往 往難于矯直。通常，輥式板帶材矯直機(jī)只能有效地矯正軋件的縱向和橫向彎曲。至于 板帶材的中間瓢曲或邊緣浪形則是由于板材沿長(zhǎng)度方向各纖維變形量不等造成的。為 了矯正這種缺陷，需要使軋件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃苄匝由?。在普通輥式矯直機(jī)上，雖能使這 種缺陷有所改善，但矯正效果不理想。這時(shí)需采用拉伸矯直法。拉伸矯正的主要特點(diǎn) 上一對(duì)軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性變形，從而將軋件矯直。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 例如矯正單張板材的嵌式拉伸矯直機(jī)和連續(xù)拉伸機(jī)組。鉗式拉伸機(jī)生產(chǎn)率低切夾鉗住 的部分要切除，造成的金屬損耗較大；連續(xù)拉伸機(jī)組由兩個(gè)張力輥組組成，拉伸所需 的張力由張力輥對(duì)帶材的摩擦力產(chǎn)生。 2.1.4 拉彎矯直機(jī) 拉彎矯直機(jī)是把拉伸與彎曲變形合成起來使工件兩個(gè)表層的較大拉伸及全截面的 拉伸變形三者不在同一時(shí)間發(fā)生，全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時(shí)發(fā)生的。既 防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。在平整矯直生產(chǎn)線及退火生產(chǎn)線上使用拉彎 矯直機(jī)可以獲得比連續(xù)拉伸矯直機(jī)明顯的節(jié)能和安全效果。而且矯直質(zhì)量同樣良好。 尤其在極簿帶的矯直方面更顯其優(yōu)越性。此外，在酸洗線上及鍍鋅線上使用拉彎矯直 機(jī).的優(yōu)越性更為突出。酸洗前的拉彎矯直具有良好破鱗效果，可以節(jié)約大量酸液及時(shí) 間，鍍鋅前的拉彎矯直還可使鋅花細(xì)膩。 2.1.5 拉坯矯直設(shè)備 拉坯矯直設(shè)備是在拉動(dòng)連鑄坯下行的同時(shí)使鑄坯的弧形彎曲漸伸變直，其拉力主 要用于克服外部阻力，而鑄坯本身在高溫狀態(tài)下所需的矯直拉力是較小的。連鑄坯矯 直屬于高溫矯直，與其他矯直法有著本質(zhì)性區(qū)別。它的反彎矯直是單向的而不是反復(fù) 的.它的反彎量是逐漸加大的，而不是反復(fù)遞減的，它的彈復(fù)影響是可以忽略不計(jì)的。 它的變形完全按塑性變形來考慮，它的變形量主要受熱裂紋限制，尤其在有液芯狀態(tài) 下要保證不漏鋼。 2.2 鋼管矯直機(jī)結(jié)構(gòu)組成 以七輥鋼管矯直機(jī)為例說明其結(jié)構(gòu)組成。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 圖 1.1 七