本 科 畢 業(yè) 論 文題目 ： 單 獨 傳 動 的 三 輥 定 徑 機 機 架 設 計學 院:專 業(yè):學 號:學生姓名：指導教師：日 期：摘 要鋼 管 具 有 重 量 輕 ， 強 度 大 的 特 點 ， 廣 泛 應 用 于 人 們 的 日 常 生 活 以 及 基 礎 建 設 中 。比 如 ： 輸 送 石 油 ， 天 然 氣 ， 煤 氣 ， 水 及 某 些 固 體 物 料 的 管 道 等 。 同 時 也 被 常 用 于 機械 零 部 件 的 制 作 ， 結(jié) 構(gòu) 的 設 計 ， 具 有 廣 闊 的 市 場 前 景 。本 設 計 對 鋼 管 的 發(fā) 展 史 進 行 了 簡 要 的 介 紹 ， 以 及 鋼 管 生 產(chǎn) 方 法 的 分 析 。 重 點 是對 三 輥 定 徑 機 進 行 了 介 紹 ， 比 較 了 其 與 二 棍 定 徑 機 和 四 棍 定 徑 機 ， 闡 明 了 三 輥 定 徑機 被 廣 泛 應 用 的 原 因 。 然 后 再 對 三 輥 定 徑 機 進 行 計 算 和 設 計 ， 包 括 參 數(shù) 設 計 、 液 壓調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 設 計 以 及 定 徑 機 的 潤 滑 和 冷 卻 。近 幾 年 ， 我 國 無 縫 鋼 管 行 業(yè) 也 如 中 國 經(jīng) 濟 一 般 ， 經(jīng) 歷 著 有 史 以 來 最 快 的 發(fā) 展 時期 ， 在 全 球 鋼 管 行 業(yè) 所 占 比 例 也 在 逐 年 攀 升 ， 一 片 欣 欣 向 榮 之 景 。 美 中 不 足 的 是 ，我 國 所 產(chǎn) 的 鋼 管 質(zhì) 量 與 西 方 發(fā) 達 國 家 所 產(chǎn) 的 相 比 ， 還 存 在 著 一 定 的 距 離 ， 這 主 要 是因 為 技 術(shù) 差 異 所 造 成 的 ， 這 就 我 們 需 要 在 未 來 的 一 段 時 間 里 奮 起 直 追 。關(guān) 鍵 詞 ： 定 徑 機 ； 參 數(shù) 設 計 ； 液 壓 調(diào) 速 ； 潤 滑 ； 冷 卻AbstractSteel pipe has the characteristics of light weight, high strength, widely used in people's 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 tube’s 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, China's seamless steel pipe industry like China's 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 錄第一章 緒論 .11.1 概述 .11.2 無縫管生產(chǎn)簡介 .1第二章 三輥定徑機系統(tǒng) .42.1 總體方案 .42.1.1 軋輥機架的確定 .42.1.2 傳動裝置的確定 .52.1.2.1 單獨傳動 .52.1.2.2 集體傳動 .52.1.2.3 差動傳動 .62.1.2.4 電機的同步 .72.2 參數(shù)計算 .82.2.1 性能參數(shù) .82.2.2 機架個數(shù)的確定 .82.2.3 軋制總壓力確定 .92.2.4 軋制力矩的確定 132.3 總功率的驗算以及電機的選擇 152.3.1 與軋輥軸相連減速器的確定 152.3.2 附加力矩 的確定 .16fM2.3.3 主電機的選擇 162.4 齒輪傳動設計 172.4.1 選取材料，定許用力 172.4.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設計 172.4.2.1 齒根彎曲許用應力 182.4.2.2 計算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩 182.4.2.3 選擇載荷系數(shù) K.182.4.2.4 選取尺寬系數(shù) 192.4.2.5 定齒輪系數(shù) 192.4.2.6 確定復合齒形系數(shù) 192.4.3 校核齒面接觸疲勞強度 202.4.3.1 確定齒面接觸疲勞許用應力 202.4.3.2 校核齒面接觸疲勞強度 202.5 主傳動軸的設計 202.5.1 最小軸頸的估算 212.5.2 聯(lián)軸器部位花鍵的設計 212.5.3 鼓型齒的設計 212.5.4 軋輥設計 222.5.5 軸承段軸設計 232.5.6 對自由軸段的設計 242.5.7 環(huán)設計 252.5.8 軋輥右側(cè)軸段的設計 262.5.9 右端蓋設計 272.5.10 軸承套的設計 .282.6 從動軸的設計 322.7 軸的校核 332.7.1 主傳動軸的校核 332.7.1.1 軋輥上作用力的確定 332.8 軸承壽命 35第三章 液壓調(diào)速系統(tǒng)設計 373.1 系統(tǒng)的工況分析 373.3 執(zhí)行元件的負載計算 383.4 液壓系統(tǒng)工作壓力的計算 383.5 選取液壓馬達 383.6 選取液壓泵 393.7 選擇控制閥 393.8 管件的選擇 40第四章 定徑機的潤滑和冷卻 414.1 定徑機的潤滑系統(tǒng) 414.1.l 潤滑的特點和作用 414.1.2 單個定徑機的潤滑系統(tǒng) 424.1.2.1 油杯接頭 424.1.2.2 給油器 434.1.2.3 帶密封的管接頭 434.1.2.4 直通管接頭 444.2.1 冷卻系統(tǒng)的作用 444.2.2 單個定徑機的冷卻系統(tǒng) 444.2.2.1 分配器 444.2.2.2 冷卻直通接頭 454.2.2.3 三通管 464.2.2.4 噴頭 464.2.2.5 管夾 47畢業(yè)設計體會 .48參考文獻 .49致謝 .60第一章 緒論1.1 概述人類幾百萬年的發(fā)展進化，也伴隨著一系列事物的發(fā)展更新，如：管子，在很久以前，人類學會了將自然界中的管子用于生活工作中，例如用植物的空心莖稈吸水，用打通的竹節(jié)運水等。然后再學會了用木頭、泥土制造一些簡單的管子。后來伴隨著鐵器時代的出現(xiàn)，制造出了一些像炮管之類的高質(zhì)量管子。而發(fā)展到了工業(yè)革命時期，借著整個人類工業(yè)的跨躍式發(fā)展，管子的質(zhì)量，生產(chǎn)規(guī)模，用處也有了巨大的變化。鋼管最初的使用可以追溯到 200 多年以前，那是在 1815 年，有人為了方便長久有效地運輸煤氣，便將槍管連接起來，制成一節(jié)節(jié)很長的鋼管，再連接成一根根更長的管，輸送燈火用的煤氣，這標志著鋼管使用的開始。1824 年，有人發(fā)明了淺顯粗糙的鋼管制作方法，即將加熱至自熱狀態(tài)的鋼板兩邊彎曲起來焊接成鋼管的生制作鋼管的方法。緊接著，又成功研發(fā)出了將寬度大致等于制品外徑的帶鋼彎曲成近似于圓形，然后加熱，再用爐子近口處的圓環(huán)棋子將其焊接起來的方法。這種工藝方法成為了現(xiàn)代采用的爐悍法生產(chǎn)鋼管的基礎。相較于有縫鋼管，無縫鋼管具有更好的穩(wěn)定性，強度更好，能承受更大的壓力，不開裂，當然，生產(chǎn)方法也遠比其他鋼管復雜，低效。所以無縫鋼管的發(fā)展則顯得很慢，造成了無縫鋼盡管更好用，但因其數(shù)量稀少且價格昂貴，無法大范圍使用的局面。1885 年之前，人們相繼發(fā)明了幾種無縫鋼管的生產(chǎn)制造方法，但無一例外的過程復雜或者不夠經(jīng)濟，難以被市場認可，沒有被人們接納大范圍的應用。一直到 1885 年，孟內(nèi)斯曼兄弟取得了革命性的進展解決了這一技術(shù)難題：直接用棒鋼生產(chǎn)出中空坯料。這種方法被命名為孟內(nèi)斯曼式制管法。之后該制管法在工業(yè)上得到大范圍的推廣應用，使得無縫鋼管在市場上的價格降低，使用規(guī)模大幅改觀，而且到目前為止這種方法依舊被作為最典型的無縫鋼管法而應用。1.2 無縫管生產(chǎn)簡介生活中常用的無縫鋼管制造材料有優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)鋼，如 20 號、30 號、35 號等，常用制作流體管道用的鋼管；還是有一些低合金結(jié)構(gòu)鋼，如 40Cr、30CrMnSi 等，多用于機械，汽車零部件中的受力部分結(jié)構(gòu)。而一些特殊場合，如高溫高壓或者具有腐蝕性的場所，無縫管的材料要求也會更高。無縫管生產(chǎn)的通用原理是直接對棒鋼進行穿孔，從而得到無縫的鋼管產(chǎn)品。無縫管的最小外徑是 0.05mm，最大可達 1500mm，壁厚范圍為 0.001 到 300mm。該方法還可以生產(chǎn)其他一些形狀的管，如：異形斷面管和交斷面管。生產(chǎn)方法和簡史：根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，無縫鋼管可用熱軋（大約占 80%到90%）或冷軋、冷拔（大約占 10%到 20%）等方法生產(chǎn)。熱軋管的培料有多種形狀，如圓形、方形、以及多邊形的錠、軋培或連鑄管培等，管培的材料特性決定了生產(chǎn)出來的鋼管的使用范圍。熱軋管的基本工序：①用穿孔機將綻或坯穿成空心的厚壁毛管；②用延伸機將毛管軋薄，拉伸成接近成品壁厚的荒管；③用精軋機軋制成成品管。1885 年，德國人曼尼斯曼兄弟第一個發(fā)明了二輥斜軋穿孔機，改善了生產(chǎn)鋼管的質(zhì)量，但仍然存在鋼管受力大小不一，生產(chǎn)出來的鋼管變形，需要再整形，壁厚不均的現(xiàn)象。之后的 1891 年他們又發(fā)明了周期軋管機，提高鋼管生產(chǎn)效率。到了 1903 年瑞士人施蒂費爾（R. C.Stiefel ）發(fā)明了自動軋管機（也稱頂頭式軋管機），之后隨著連續(xù)軋管機、頂管機等各種延伸機的出現(xiàn)，無縫鋼管迎來了產(chǎn)量規(guī)模大幅發(fā)展的時機，逐漸形成了近代無縫鋼管工業(yè)。在 20 世紀 30 年代，因為三輥軋管機、擠壓機、周期式冷軋管機的采用，鋼管的品種質(zhì)量得到了很大改良。60 年代一系列新技術(shù)新設備的誕生，尤其是應用張力減徑機和連鑄坯的成功應用，無縫鋼管的生產(chǎn)效率得到了很大的提高，促使了無縫管與焊管競爭能力的增強。到了 70 年代，無縫管與焊管蓬勃發(fā)展，鋼管年產(chǎn)量以每年遞增 5%以上。在 1953 年后，中國開始重視并發(fā)展無縫鋼管工業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)初步形成了軋制各種大、中、小型管材的生產(chǎn)體系。無縫鋼管幾種典型的生產(chǎn)方法如下：自動軋管生產(chǎn)：生產(chǎn)過程包括穿孔，軋管，均整以及定徑減徑等。生產(chǎn)過程如下圖 l 所示。圖 1 自動軋管和連軋管的工藝流程穿孔機：將圓管坯穿軋成空心厚壁管（毛管），軋輥的軸線與軋制線形成一個傾斜角，傾斜角的大小已由 6-12 度增至 13-17 度，加快了穿孔速加快。其穿孔過程見圖 2。圖 2 穿孔過程示意圖均整機：采用目前世界上最先進的錐形輥形式，可滿足各類高難度變形鋼種的穿孔要求，結(jié)構(gòu)與穿孔機相似。用于消除鋼管內(nèi)外表面缺陷以及荒管的橢圓度，減少橫向壁厚不均勻。定徑機：由 3 至 12 架組成，減徑機由 12 至 24 架組成，減徑率達到 3 到12%。今年來生產(chǎn)的張力減徑機一般采用三輥式 ，有 18 到 28 架，最大減徑率能夠達到 75%，減壁率達到 44%，出口速度達到每秒 18mm。運用“頭尾端部突加電氣控制”或微張力減徑的方法，消除張力減徑機有兩端增厚的缺點。三輥軋管生產(chǎn)：能夠生產(chǎn)高精度的厚壁管，管材的壁厚精度達到士 5%圖 3 三輥軋管機組生產(chǎn)流程圖第二章 三輥定徑機系統(tǒng)2.1 總體方案2.1.1 軋輥機架的確定鋼管在張力定徑機上加工時，受到的徑向壓縮力使鋼管的直徑減小，而縱向拉伸力則會使鋼管長度延長，同時減小壁厚。在張力定徑機上，相互靠近的機架軋輥間的速度差產(chǎn)生張力，速度差越大，張力越大，反之則越小。改變軋輥速度，即可改變張力大小。二輥式定徑機是最為簡單的定徑機，制造成本低，但有諸多的缺點與不足。最明顯的是生產(chǎn)出來的鋼管存在壁厚不均，鋼管質(zhì)量與強度無法保證；第二個不足之處是軋輥尺寸大，將會整個機組的長度增加。相對而言，改進發(fā)展而來的型號三輥和四輥式工作機座大大改正了這方面的問題。三輥式張力減徑機的三個軋輥互成 120 度布置，軋輥的兩端裝在滾動軸承上，再用圓錐齒輪聯(lián)接傳動，也就是把齒輪機座和工作機座作成一體，相鄰機架的軋輥軸線相差 60 度。鋼管斷面的變形由三個軋輥分擔，減輕了每個軋輥的變形任務，所以輥徑小，機架結(jié)構(gòu)緊湊，而且縮短了機架間距和機組總長。而且因為軋輥切槽深度淺，鋼管橫斷面上的壁厚也變均勻了。所以三輥定徑機在市場上有很大的占有率。僅從理論上而言，四輥式比三輥式更好，它能更好地避免鋼管受力不均造成鋼管變形，壁厚不均的影響，但考慮到增加輥數(shù)會增加其結(jié)構(gòu)的復雜性，增加了其技術(shù)難度，保養(yǎng)維修不便，所以使用三輥定徑機較多。單獨傳動的三輥定徑機其機架結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示:圖 2.1 三輥式張力定徑機結(jié)構(gòu)2.1.2 傳動裝置的確定2.1.2.1 單獨傳動單獨傳動的張力定徑機用得較少。因為，每架減徑機都需要一臺大功率電機帶動，那么整個機組的電機功率過大，而且電器控制裝置費用高，技術(shù)復雜。此外，當鋼管咬入時不可避免的會發(fā)生速度降現(xiàn)象，很難保證銅管上的張力穩(wěn)定，軋出的鋼管在整個長度上將會壁厚不均。2.1.2.2 集體傳動采用一臺主電機經(jīng)圓錐齒輪傳動裝置，給軋輥以基本轉(zhuǎn)速，同時在每個機架上配一套液壓傳動裝置，通過差動裝置來調(diào)整每個機架的軋輥轉(zhuǎn)速。該方法的液壓傳動裝置不負擔轉(zhuǎn)動軋輥所需的全部扭矩，只起調(diào)節(jié)控制張力的作用。所以，傳動裝置比第一種小，操作也方便，克現(xiàn)在多數(shù)張力減徑機采用這種傳動方式。 集體驅(qū)動雖然設備較復雜，制造也比較困難，但是能克服咬入鋼管時所產(chǎn)生的速度降，保證機架間的張力，同時，電機的總功率小，所以比單獨傳動更好。在張力定徑機上，鋼管在機架間承受張力的情況下軋制。鋼管順次通過各架軋機，在鋼管頭部進入軋機和尾部離開軋機的期間內(nèi)，鋼管承受的張力是變化的。因此，鋼管兩端都會產(chǎn)生壁厚縱向不均的缺陷，壁厚不均的管端是必須切去的。為了減小切頭損失，必須盡量縮短機架間距，同時張力減徑法應盡量生產(chǎn)長管，以相對減少切頭損失。理想的情況是減徑連續(xù)不斷的鋼管。所以，在實現(xiàn)無頭減徑的連續(xù)電焊管和連續(xù)爐悍管機組中，張力減徑機便能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。減徑后的鋼管，可以用飛剪機鋸切成需要的長度。這套張力定徑機由傳動裝置、差動齒輪箱、減速箱、機架、液壓調(diào)速系 統(tǒng)、光電系統(tǒng)六部分組成。軋機的啟動、停車、觀察運轉(zhuǎn)情況都集中在操 作臺上。軋機由一臺電機驅(qū)動，主電機經(jīng)聯(lián)軸節(jié)帶動傳動軸，傳動軸上有 6 對圓錐齒輪，每對圓錐齒輪通過齒輪帶動差動齒輪，讓聯(lián)接定徑機的減速箱高速軸獲得一個速度，再通過減速器傳給軋輥。附加速度為 0 時，軋輥獲得的速度，稱為軋輥的基本轉(zhuǎn)速，因為減速箱中 6 對齒輪速比是變化的，導致 1—6 架工作機座的軋輥基本轉(zhuǎn)速是遞增的。傳動軸上的圓錐齒輪不僅帶動齒輪驅(qū)動差動齒輪，還帶動增速機構(gòu)，以獲得固定的高轉(zhuǎn)速，通過聯(lián)軸器接變量泵，變量泵再向定量馬達供油，讓馬達獲得一個轉(zhuǎn)速，聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動差動機構(gòu)使聯(lián)接減徑機的減速箱高速軸又獲得一變化速度?？勺兓俣扰c上述一樣，通過減速器傳給軋輥，使軋輥又獲得一個轉(zhuǎn)速，稱為附加速度。附加速度與基本轉(zhuǎn)速疊加，因而可得到調(diào)節(jié)軋輥轉(zhuǎn)速的目的。改變變量泵的斜盤角度，可改變流量，馬達的轉(zhuǎn)速也相應改變，從而實現(xiàn)了軋機單獨調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。2.1.2.3 差動傳動所謂差動傳動，即利用差動系統(tǒng)，在主傳動的基礎上，添加疊加傳動。差動變速器有多種形式，如圖 2.2 這里采用錐齒輪傳動的差動變速器。圖 2.2 差動變速器軋輥經(jīng)由錐齒輪差動變速器的行星架傳動。先接主電機，再接液壓馬達。軋制力矩和出軸速度可通過下面的公式進行說明：?????bannM5.0.式中 主電機和液壓馬達各承受一半的軋制的力矩。Mba.,5.0?2.1.2.4 電機的同步因為本設計方案是單獨傳動的三輥定徑機機架設計，所以，考慮到 3 個軋輥傳動時需要具有相同的轉(zhuǎn)速，我們選擇了用變頻器帶電機實現(xiàn)軋輥速度同步。變頻器是一個可以調(diào)整輸出電壓和頻率的電源，給定一般由電位器或者面板給，相當于告訴變頻器要輸出什么電壓和頻率，從而就決定電機的轉(zhuǎn)速了。一臺變頻器同時帶 3 臺電機，所有電機的速度都有同一臺變頻器的輸出頻率控制，實現(xiàn)三輥的軋制速度相同，理論上 3 臺電機的速度是一致的，并且能保證同時升速與降速。所選用的電機最好是同一個公司生產(chǎn)，是同一批次的同一功率的電機，以保證電機特性的一致，最大程度使電機的轉(zhuǎn)差率一致，以保證良好的同步性能。為了保護電機，每臺電機前應安裝熱繼電器。這樣在電機過載時可以不斷開主回路，避免在變頻器運行中斷開主回路時對變頻器本身的影響。2.2 參數(shù)計算三輥定徑機機構(gòu)、機構(gòu)參數(shù)的分析和計算；傳動方式和機架的選擇；主要零部件的設計、校核以及軸承的選用和壽命計算；2.2.1 性能參數(shù)鋼管軋制規(guī)格：入口處： 出口處：管直徑：255mm 最大直徑：247.8mm最大壁厚：22.6mm 最小直徑：168mm最小壁厚：6.20mm 最大壁厚：25.20mm最大長度：27.5m 最小壁厚：6.550mm最小長度：12.3m 長 度；32m軋制速度：入口最大軋制速度：1.2m/s入口最小軋制速度：0.6m/s出口最大軋制速度：1.75m/s出口最小軋制速度：0.6m/s軋制溫度：入口處：900—950 度 出口處：830 度2.2.2 機架個數(shù)的確定總減徑率：（255-168）/255×100%=34.1%每架三輥定徑機外徑減徑率是：3.5%—12%，所有外徑減徑率之和最大可達 75%。減徑率的分配： 第一架減徑率為 4%第三架減徑率為 10%第四架減徑率為 8%第五架減徑率為 6%第六架減徑率為 0%2.2.3 軋制總壓力確定機架孔徑直徑：dn=dn-1(1-ρn) ρn 表示減徑率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橢圓系數(shù)： 表示長半軸與短半軸的比值。n?： 的 值相 對 應 的與 nn??????012.8.604n?.9750.8.9n?)1(nnba?????11.60.-.98.451.30.-.98.6.2.751.05.4-0.9654321??????）（ ）（ ）（ ）（ ）（長半軸： )(1dannm??)(03.14.893)(96.5.42)(0.1.821mama????）（ ma84.3167.)(2.90.1)(5.754??短半軸： )(1mdbnn???)(84.3167.5.9.)(8.41037.5.9.)(0.1642.3.98.654321mbbmb????軋槽寬度： )(3mBn?)(2.1458.379.6.)(034.125.3965421 mB????軋輥的理想直徑： ??15:cos壓 入 角 ， 型 鋼 時 ?。?下 量 （hDn???最大的 54.218.934.21532 ????dh mDl 706.541， 所 以 取 軋 輥 直 徑 為大 于則?底圓直徑： )(2bnldn??)(32.584.275090)(651.7504.3964321 mDddd??????接觸面積的計算： ??)(5.0)-(5.09. 11ndnn abDabBF???????79.486)5.798.3(02.58).794.83(502.149.0 126675 5.3)(4.)(.6. 198.4).3.9().3.1(504.29.0 7227.27564321 ????? ???FF平均單位壓力的計算：???????????????nnpnf EdskP32121?力 系 數(shù)考 慮 不 接 觸 變 形 區(qū) 和 張公 式 中 ?徑表 示 孔 型 底 部 的 軋 輥 半徑 ：表 示 孔 型 底 部 的 軋 輥 半表 示 鋼 管 的 平 均 直 徑 ：其 中厚 ：表 示 進 入 孔 型 的 鋼 管 壁 均 直 徑 ：表 示 進 入 孔 型 的 鋼 管 平n nnn nnd dpp nnpnnn npppRRll ssAdAds sdsd?????????? ???002321 1100 11 )(/464l0.6表示鋼管在孔型中的壓下量；?表示變形阻力： 為軋制溫度下管材的屈服點；fk sfk?15.?s前后張力系數(shù)；1?nE、 ???ntnnvE??12l?表示軸向?qū)?shù)系數(shù)： 表示鋼管截面積；ln?nFL1ln???n表示壁厚系數(shù)： nvndsv?表示切向?qū)?shù)變形： ti?pntnL1??化簡后為葉米利羊年科公式： ?????kbetP??3.0146283.053??公式中： 表示金屬的抗拉強度極限，45 鋼的強度極限值為 676.2mpa；b?表示軋制溫度，取值為t ?950表示軋制后管子的壁厚尺寸系數(shù)，這里取值 0.6k???????MPaPe 91.456.03146095283.0132.676 ??????故軋制壓力為： nenFp. KNPKN2170.54845.986.7635219.321.9.458.9873724321??????2.2.4 軋制力矩的確定????????????kkilnndDfpM???sin2/32/3表示金屬與軋輥間的摩擦系數(shù)f表示軋輥速度與管子速度一致的點所形成的軋制直徑相符合的中心角k?????????nkfDln12?表示軋輥對鋼管的包角， ?2 /3???=255-168=87dRlni??d?表 示 軋 輥 半 徑 ，nd 2/nndDR?45.29/3.580./.166.275/.5 416432??dddRR 157.9816.29320450846.176.595654321?????lll285.0746.09157.0.01321 ??????????????????????kkk28.07546.01938.4.0654 ?????????????????????kkk278.0.sini 6ii15s28.09.ini 37654321??kkk?????tf0.51??表示軋輥材料修正系數(shù)，鋼管取值為 1，硬面鑄鐵軋輥取值 0.8?軋制溫度取值 950 度t將這些值代入公式得： ??46.08950.????f????????????NMNMNM439.5682 28.0/328.03/67.1503.6758.10. ././4.2369.417 278.0/328.03/7.18503.70.82.50 5./5./.97.36.149.7 289.0/3289.03/42.150342.5.2046.51 .-/.7-/.87.97.835321? ?????? ?????? ??????? ?????? ??????? ?????? ?????? ??????? ?????????2.3 總功率的驗算以及電機的選擇2.3.1 與軋輥軸相連減速器的確定通常情況下，定徑機軋輥的轉(zhuǎn)速為 30 到 140r/min,這里我們?nèi)?40r/min，在前面的內(nèi)容里，軋制的最大速度為 1.2m/s。由于減速器與軋輥軸的距離遠，所以用兩級展開式圓柱齒輪減速器。查機械設計手冊（表 16-2-2）取 ZLY 560-14-1,得其公稱傳動比為 14，實際值為 14.14。三輥定徑機是用來是確保無縫鋼管的外徑尺寸精度、表面質(zhì)量以及鋼管壁厚，所以需要三個軋輥的轉(zhuǎn)速相同，三輥定徑機的主電軸上的力矩兩部分組成，即： fZffZDMiiM????21表示三輥定徑機主電機的力矩DM表示三輥定徑機軋輥上最大的軋制力，ZM NMMZ938.5072?表示附加摩擦力矩，即當軋制時由于軋制力作用在軋輥軸承上，傳動機構(gòu)及其f他傳動中的摩擦產(chǎn)生的附加力矩。表示主電機與軋輥間的傳動比i2.3.2 附加力矩 的確定fM附加的力矩 包括兩部分，一部分是因為三輥定徑機的軋制總壓力 在軋輥f P上所產(chǎn)生的附加摩擦力矩 ，這部分力矩被包括在軋輥傳動力矩 之內(nèi)；而另1f ZM一部分是個傳動零件推算到電機軸上的附加摩擦力矩 。2fiMZf????????12?表示主電機到軋輥間的傳動效率，一般取值在 0.96 到 0.98 之間，這里取值?0.97.故： KNmMf 1.04.759.012 ?????????主電機上的力矩為： D2.3.4?2.3.3 主電機的選擇min/6.514.0rinZD???3erMP?KDer?Mer 表示額定靜力矩，nd 表示電機最大的轉(zhuǎn)速，K 表示電機過載系數(shù),電機過載系數(shù) K 值范圍：可逆轉(zhuǎn)的電機 在 2.5 到 3.0 之間不可逆轉(zhuǎn)的電機 在 1.5 到 2.0 之間帶有飛輪的電機 在 4 到 6 之間這里取 K=3.0 KwMer23.170.? KwPD052.7306.24.1???查機械設計手冊表（23-105）得 YZR(315M)電機，其額定 PD=75Kw，轉(zhuǎn)速為579r/min 屬于冶金用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。2.4 齒輪傳動設計三個軋輥軸具有相同的速度，故設計齒輪的傳動比為 1，僅僅起傳遞力矩的作用，即兩齒輪具有相同的齒數(shù)。又已知三輥間的夾角都是 60 度，所以采用直齒錐齒輪，其分度圓錐角為 30 度，為了設計及維護方便，兩粘合的齒輪相同。2.4.1 選取材料，定許用力因為三輥定徑機齒輪傳動時力矩很大，所以要求制作材料硬度也要較大。選用 20CrMnTi,淬火過后，其硬度為 870 到 880HBS，抗拉強度達到 1080MPa,屈服極限達到 835MPa。因為是硬齒面，所以按齒根彎曲疲勞強度設計，再校核齒面接觸疲勞強度。2.4.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設計 ??32125.082.16FPSRYZKTm???????表 示 齒 數(shù) 比表 示 復 合 齒 形 系 數(shù)表 示 彎 曲 需 用 應 力表 示 齒 輪 傳 動 的 轉(zhuǎn) 矩表 示 尺 寬 系 數(shù) —似 取表 示 載 荷 系 數(shù) ， 可 以 近 模 數(shù)表 示 錐 齒 輪 大 端 的 斷 面uYTKFSPR??1 .7?2.4.2.1 齒根彎曲許用應力 NFSTPYlim??在機械設計中給出了齒根彎曲疲勞極限的變化范圍，如果需要要求很高的齒輪材質(zhì)以及熱處理質(zhì)量，可以取上 ME,達到中等要求時取中限 MQ，達到最低要求時取下限 ML。雙向傳動，即在對稱循環(huán)變應力下工作的齒輪其值乘以系數(shù) 0.7。MPaSSYYPaFP FNN TSTF25.61.521.630. 1.53252 325lim limlilim??????故 ： ， 這 里 取 值 為—重 要 傳 動 ，—全 系 數(shù) ， 一 般 傳 動表 示 彎 曲 確 定 的 最 小 安的 壽 命 系 數(shù) ， 一 般 取表 示 彎 曲 疲 勞 強 度 計 算 系 數(shù) ， 一 般 取表 示 實 驗 齒 輪 應 力 修 正 ） 得 到表 （疲 勞 極 限 ， 由 設 計 手 冊表 示 試 驗 齒 輪 齒 根 彎 曲2.4.2.2 計算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩因為三輥定徑機齒輪傳動的傳動比是 1，所以兩齒輪完全相同，且傳遞的扭矩是總的 2/3.NmTKwPR75.169840.739521???所 以2.4.2.3 選擇載荷系數(shù) K 一般情況下，K 近似地取值為 1.3 到 1.7 之間，原動機為電機、汽輪機、工作FP?載荷平穩(wěn)，且齒輪軸對稱時，取小值。如果齒輪制造精度很高，可以減小內(nèi)部動載荷,取 1.3。2.4.2.4 選取尺寬系數(shù) 0.3.52.015 ??? RRRb ??? ， 取—） ， 一 般 取—由 機 械 設 計 表 （表 示 錐 齒 輪 外 錐 距表 示 齒 輪 輪 齒 寬 度2.4.2.5 定齒輪系數(shù)13,2321?ZZ??， 齒 數(shù) 比螺 旋 角假 定 齒 輪 齒 數(shù) ?2.4.2.6 確定復合齒形系數(shù) 由于兩齒輪所采用的材料及外形相同，因此齒輪的齒根彎曲許用 應力 應相同，錐齒輪的當量齒數(shù)為： 02.4 3850,73cos???FSvYxZ得 ）—。 所 以 由 機 械 設 計 表 （變 位 系 數(shù)??????1305749.12 25.6041.02.75698865.0.1212??????????mmYZKTFPSR取—根 據(jù) 機 械 設 計 表 ???所以齒輪的參數(shù)如下：本 科 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告題目 ： 單 獨 傳 動 的 三 輥 定 徑 機 架 設 計學 院: 機械學院專 業(yè): 機械工程及自動化學 號:學生姓名:指導教師:日 期:1.選題依據(jù)1.1 概述人類幾千年的文明發(fā)展史，也是管子的發(fā)展，在古代人們空心的植物桿，竹竿做管子，后來到了西方工業(yè)革命時期，1800 年代初期，由于煤氣燈需要使用管子，將槍管用螺絲鏈接制成了鋼管。鋼管是 1815 年蘇格蘭的一位發(fā)明家為輸送燈火用煤氣而將鐵筒連接起來才開始的。1824 年，出現(xiàn)了將加熱至白熱狀態(tài)的鋼板兩邊彎曲起來焊接成鋼管的對悍專利。隨后在 1825 年研究成功將寬度相當于制品外徑的帶鋼彎曲成接近于圓形并加熱，然后通過裝在爐子近口處的圓環(huán)模子而焊接起來的方法。這種方法成為現(xiàn)代采用的爐悍法生產(chǎn)鋼管的基礎。隨后由于 1890 年自行車的發(fā)明，以及進入 1900 年代以來汽車的普及等原因，鋼管的需要量大大的增加。另一方面，由于石油需要量激增，大量需要油井用鋼管，以及兩次世界大戰(zhàn)而需要大量的艦艇用鍋爐和飛機用鋼管，尤其是第二次世界大戰(zhàn)以后，鍋爐、化工廠用的鋼管，以及象征石油時代的輸油用鋼管等，隨著時代的前進，其用途也在不斷擴大。為了滿足需要，人們研究了各種鋼管的生產(chǎn)方法，并發(fā)展了無縫鋼管、焊接鋼管等多種鋼管的生產(chǎn)方法。 1836 年英國就已經(jīng)有了擠壓法生產(chǎn)無縫鋼管的專利，但直到 1885 年孟內(nèi)斯曼（Manmesmann）兄弟才發(fā)明了由棒鋼直接生產(chǎn)無縫鋼管的工藝，以他的名字命名為孟內(nèi)斯曼式制管法。從 1890 年起已在工業(yè)上應用，即使在今日這種方法仍然是非常好的，并作為最典型的無縫鋼管法而應用。鋼管不僅用于輸送流體和粉狀固體、交換熱能、制造機械零件和容器，它還是一種經(jīng)濟鋼材。用鋼管制造建筑結(jié)構(gòu)網(wǎng)架、支柱和機械支架，可以減 輕重量，節(jié)省金屬 20～40%，而且可實現(xiàn)工廠化機械化施工。用鋼管制造公路橋梁不但可節(jié)省鋼材、簡化施工，而且可大大減少涂保護層的面積，節(jié)約投資和維護費用。所以，任何其他類型的鋼材都不能完全代替鋼管，但鋼管可以代替部分型材和棒材。從人們的日常用具、家具、供排水、供氣、通風和采暖設施到各種農(nóng)機用具的制造、地下資源的開發(fā)、國防和航天所用槍炮、子彈、導彈、火箭等都離不開鋼管。1.2 一種好的鋼棍生產(chǎn)設備十分重要，旨在研究設計目前廣泛使用的三輥定徑機。1.2 無縫鋼管的生產(chǎn)簡介用穿孔等方法生產(chǎn)周邊無接縫的鋼管或其他金屬管和合金管。無縫管的外徑范圍為 0.1～1425mm，壁厚為 0.01～200mm。除圓形管外,還有各種異形斷面管和交斷面管。 生產(chǎn)方法和簡史：無縫管的生產(chǎn)方法很多。無縫鋼管根據(jù)交貨要求，可用熱軋(約占 80～90％)或冷軋、冷拔（約占 10～20％）方法生產(chǎn)。熱軋管用的坯料有圓形、方形或多邊形的錠、軋坯或連鑄管坯，管坯質(zhì)量對管材質(zhì)量有直接的影響。熱軋管有三個基本工序：①在穿孔機上將錠或坯穿成空心厚壁毛管；②在延伸機上將毛管軋薄，延伸成為接近成品壁厚的荒管；③在精軋機上軋制成所要求的成品管。軋管機組系列以生產(chǎn)鋼管的最大外徑來表示。無縫鋼管生產(chǎn)方法見表 1，括號中數(shù)字為創(chuàng)制年代。表 1.無縫鋼管生產(chǎn)方法穿孔機生產(chǎn)：常用的二輥斜軋穿孔過程見圖 1.圓管坯穿軋成空心的厚壁管（毛管），兩個軋輥的軸線與軋制線構(gòu)成一個傾斜角。近年來傾斜角已由6°～12°增至 13°～17°，使穿孔速度加快。生產(chǎn)直徑 250mm 以上鋼管，采用二次穿孔,以減少毛管的壁厚。帶主動旋轉(zhuǎn)導盤穿孔、帶后推力穿孔、軸向出料和循環(huán)頂焊等新工藝也取得一定的發(fā)展,從而強化了穿孔過程,改進了毛管質(zhì)量。圖 1.穿孔示意圖自動軋管機生產(chǎn)：把厚壁毛管軋成薄壁荒管。一般經(jīng) 2～3 道次，軋制到成品壁厚,總延伸率約為 1.8～2.2。70 年代以來，用單孔槽軋輥、雙機架串列軋機、雙槽跟蹤軋制和球形頂頭等技術(shù)，都提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了軋管機械化。定徑機生產(chǎn)：是將皮爾格軋機（又稱周期軋管機）軋制出來的鋼管，由步進爐再加熱后經(jīng)定徑軋制，得到較高精度的外形尺寸。定徑輥孔型調(diào)整既可單獨調(diào)整又可兩輥同時調(diào)整，定徑機定徑輥是定徑的主要工具，它是通過定徑輥箱內(nèi)軸承支承、轉(zhuǎn)動，并保證定徑輥在機架中的正確位置。圖 2.定徑機生產(chǎn)過程 三輥定徑機生產(chǎn)：主要用于生產(chǎn)尺寸精度高的厚壁管。這種方法生產(chǎn)的管材，壁厚精度達到 ±5％，比用其他方法生產(chǎn)的管材精度高一倍左右。工藝流程見圖 4。60 年代由于新型三輥斜軋機（稱 Transval 軋機）的發(fā)明，這種方法得到迅速發(fā)展。新軋機特點是軋到尾部時迅速轉(zhuǎn)動入口回轉(zhuǎn)機架來改變輾軋角，從而防止尾部產(chǎn)生三角形，使生產(chǎn)品種的外徑與壁厚之比，從 12 擴大到 35，不僅可生產(chǎn)薄壁管，還提高了生產(chǎn)能力。圖 3.三輥定徑機組生產(chǎn)流程2.方案比較三輥 RSB 與二棍 RSB 的比較：共同點：三輥 RSB 與二輥 RSB 均可低溫軋制并實現(xiàn)閉環(huán)控制，最低軋制溫度都在 800℃以下，滿足熱機軋制要求，改善了軋件的力學性能，簡化或取消后道的熱處理并大大降低后道工序成本。經(jīng)過 RSB 軋制后整個軋件截面上可獲得均勻的細晶粒組織，避免了在純定徑軋機軋制時粗晶的形成?？販剀堉飘a(chǎn)生了有利的顯微組織，降低了軋件的抗拉強度和硬度，因此可完全取消或縮短隨后的退火。 優(yōu)缺點：二輥 RSB: 普通定徑機是采用二輥式的工作機座。這種定徑機雖然結(jié)構(gòu)簡單，但生產(chǎn)的鋼管壁厚不均，尤其是減徑量增大是更明顯，甚至出現(xiàn)鋼管內(nèi)孔變方的缺陷；另一缺點是軋輥尺寸大，會使整個機組的長度增加。與二輥 RSB 相比，三輥 RSB 具有以下優(yōu)點：（1）軋件寬展較小，變形效率較高，能耗較低（能耗比二輥系統(tǒng)降低約 30%）和溫升較少； （2）沿軋件橫截面變形均勻，并對軋件橫截面的變化進行自動補償； （3）具有精確公差的自由定徑軋制，具有較寬的孔型調(diào)節(jié)范圍； （4）軋輥和軋件之間速度差較低，孔型磨損減少； （5）輥環(huán)重量小、機加工簡單從變形特點上分析，四輥式比三輥式好，但是由于軋輥數(shù)增加，結(jié)構(gòu)比較復雜，所以目前使用的大多數(shù)張力定徑機為三輥式的。三輥定徑機傳動原理圖如圖：三輥定徑機結(jié)構(gòu)圖：3.技術(shù)方法(1)總體方案設計;(2)機械結(jié)構(gòu)設計;(3)強度校核;(4)整體安裝方案;(5)設計繪制整體方案;4． 進 度 計 劃第一周 完成翻譯，準備實習；第二周 畢業(yè)實習；第三周 完成畢業(yè)實習報告； 第四周 明確設計任務，查找相關(guān)文獻資料；第五周 撰寫開題報告；方案論證，確定方案； 第六~九周 整機結(jié)構(gòu)設計及相關(guān)零件尺寸計算；第十~十二周 繪裝配圖及零件圖；第 13、四周 撰寫畢業(yè)設計說明書及相關(guān)技術(shù)文件；第 14、十五周 提交畢業(yè)設計、答辯資格評審；第十六周 畢業(yè)答辯。 5．參考文獻： [ 1 ] 成大先. 機械設計手冊（第三版）1~5 卷. 北京：化學工業(yè)出版社，1997 [ 2 ] 鄒家祥. 軋鋼機械第二版. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000 [ 3 ] 彭文生. 機械設計. 北京：高等教育出版社，2002 [ 4 ] 趙禾生. 鋼管生產(chǎn). 上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1981 [ 5 ] 成大先. 機械設計手冊單行本軸承分冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2004 [ 6 ] 小型熱軋無縫鋼管車間設備. 北京：機械工業(yè)出版社，1973