7轧机主传动装置及主电机的选择.

1联接轴与联轴节7.1主传动中的齿轮装置7.2第七章轧机主传动装置及主电机的选择7.3轧机主电机的选择2基本要求：重点与难点：了解轧机主传动组成及其作用，了解联接轴与联轴节的类型及万向接轴工作原理，了解接轴平衡及主传动中齿轮装置类型及其结构；掌握接轴强度验算及主电机发热校核方法，能对主传动装置、主电机进行结构选型并提出合理参数。主传动装置及主电机结构选型；万向接轴强度校核；主电机功率计算及其发热校核；连轧机主减速器速比选择。37.1联接轴与联轴节联接轴的用途为：将（电机、减速机、齿轮座的）运动和力矩传递给轧辊；在横列式轧机上，各架之间也是通过联接轴传动的。轧机常用的联接轴有梅花接轴、万向接轴和弧形齿接轴等几种形式。4•联轴节包括主电机联轴节（从电机到减速机）和主联轴节（减速机到齿轮座）。目前应用最广的是齿轮联轴节,对带飞轮轧机采用安全联轴节以保护电机。57.1.1联接轴的结构7.1.1.1万向接轴图7-1十字轴万向铰链示意图6⑴滑块式万向接轴图7-2滑块式万向接轴铰链结构1-扁头；2-叉头；3-销轴；4-月牙形滑块78图7-3月牙形滑块和销轴安装顺序示意图a-待装位置；b-轴向装入叉头；c-旋转90°9图7-4侧向拆卸的滑块式万向接轴这种万向接轴具有带孔的扁头和径向镗孔中没有凹槽的叉头，以圆销代替小方轴，圆销轴贯穿叉头和扁头后，用螺母将其固定。如将圆销轴拆卸抽出后，扁头和月牙形滑块可从叉头侧向拆卸。10⑵十字轴式万向接轴十字轴式万向接轴即带有(滚动)轴承的万向接轴，它广泛用于汽车工业，近年来在钢管轧机、带钢轧机、立辊轧机上得到较多的应用，并有逐步取代滑块式万向接轴的趋势。结构——由两个叉头，通过轴承与十字轴相联接，轴承可以是滚动轴承也可以是滑动轴承。优点——与滑块式万向接轴相比，它的最大优点是磨损小，效率高，传递扭矩大，寿命长，传动平稳。在可能的情况下，应优先使用十字轴式万向接轴。目前，十字轴式万向接轴已标准化（JB3241——83等）111112图7-5轴承盖固定式十字轴式万向接轴1-轴承盖；2-法兰叉头；3-综合式迷宫密封；4-滚子轴承；5-十字轴13图7-5-1十字轴式刚性万向节1－轴承盖2、6－万向节叉3－油嘴4－十字轴5－安全阀7－油封8－滚针9－套筒147.1.1.2弧形齿接轴图7-61700冷连轧机弧形齿接轴1-轧辊辊头；2-楔形滑块；3-外轴套；4-压板；5-外齿轴套；6-内齿圈；7-密封装置；8-接轴本体；9-弹簧；10-带弹簧的球面顶头；11-弹簧；12-螺栓15图7-7弧形齿接轴齿形示意图图7-8接轴倾角与承载能力关系1-内齿圈；2-外齿轴套1617与滑块式万向接轴相比，弧形齿接轴具有下述优点：①因为在运动过程中，弧形齿接轴的角速度几乎是恒定的，加之径向间隙甚小，所以传动平稳，冲击和振动小，有利于提高轧速和改善产品质量；②传动效率高；③轮齿啮合处便于密封和润滑，使用寿命长；④结构紧凑，重量轻，装拆方便，易于换辊。18197.1.2联接轴的主要参数7.1.2.1滑块式万向接轴的主要结构尺寸及有关参数图7-9滑块式万向接轴结构尺寸20①叉头直径D。通常叉头直径应比磨削后的轧辊改径小5～15mm，或叉头直径等于轧辊名义直径的85～95％。②叉头膛孔直径d。Dd5.046.0③接轴本体直径。Dd6.05.00④叉头开口度1B主要参数有：21⑤扁头厚度D28.025.0S⑦万向接轴的倾角。万向接轴的最大倾角可达8°～10°。⑥扁头长度Dl5.0415.0⑧万向接轴的长度L,对于主机列中有人字齿轮机座的接轴（见图7-10a所示）：AhDHhxsmax对于主机列中无人字齿轮机座的接轴（见图7-10b）：AhDHhxsmaxαhLstan22图7-10接轴配置简图a-有人字齿轮机座的配置型式；b-由主电机直接传动的配置型式237.1.22弧形齿接轴齿型参数图7-11弧形齿接轴齿型参数247.1.3联接轴的强度计算7.1.3.1万向接轴的强度计算⑴材料力学计算法a接轴扁头强度计算图7-12接轴扁头强度计算示意图a-带有切口的扁头受力图；b-带孔扁头的计算简图25①带切口式扁头受力，见图7-12a所示合力可按下式计算：Fbb320MFαFFFwMnMxFMw10tan325.0xαbbx弯曲力矩:wM当接轴在倾角下工作时，合力的作力点由扁头铰链中心移向一侧。力在危险断面（支叉的根部，距力x处）产生弯曲力矩和扭转力矩。266bFMn扁头危险断面的弯曲应力:σ扭矩:nM26bSMw扁头危险断面的扭转应力：τ3SnMτ危险截面的合成应力（按第四强度理论）:2242202212136323SbxbSbbMτσσj27②闭口式扁头强度计算（见图7-12b所示）M21MMM在扁头的危险断面I-I处同样受有弯曲力矩和扭转力矩的作用。此时若以向量表示接轴传递的总扭矩，则计算更为简便。它可以分解为两个分力矩：αcosMM1αsinMM21M2M力矩对扁头起扭转作，而力矩则起弯曲的作用，相应地在危险断面I-I产生的扭转应力和弯曲应力分别为：3cosSMτ2sin6bSMσ合成应力（按第四强度理论）:22222222cos3sin363SbSMτσσj28b接轴叉头强度计算图7-13叉头中一个叉股的受力简图132bMFM1b式中:-接轴传递的扭矩，N.mm；-叉头中一个叉股的宽度，mm。合力为：F(7-20)292F1)力对x-x轴的弯曲力矩xxFFM2xxsincos11yxx该力矩在I-I断面弯曲应力：xxσ)(EFxxWxxxxMσ2132233221436263CCCCCCCWEFxx图7-14叉股断面系数的计算图302)对I-I断面拉力2FsinFFNNFNσ拉力在断面上产生拉应力，其值为：IIAsinFσN2FqF3)对I-I断面剪力cosFFq31FF1yyMTM4)力偶矩在I-I断面分解为对断面轴线y-y的弯曲力矩和扭转力矩sin2MMyycos2MMT)(2sinEFyyWMσyy(EF)132332323223226243CCCCCCCCCWEFyyTM扭矩在断面上产生扭转应力，根据非圆截面实心杆件扭转的实验结果表明，最大应力在距截面重心最近的周边上，对I-I断面来说，最大扭转应力位于断面的B点。其值为：)(2cosBTWMτT(B)82.2386.2rhrWBT32通过上述分析和计算，可得到I-I断面上几个特殊点（应力最大点）的合成应力值。在B点处：2T(B)Nxx(B)Bjτσσσ32在E、F点处：NF)yy(E,F)xx(E,F)j(E,σσσσ33图7-15叉头危脸断面位置的确定34⑵实验得出的经验模型①梅耶洛维奇公式带切口的扁头，其最大应力按下式计算：)3693(321.122220bxxbSbbMσmax闭口式扁头的最大应力：220220cos/8.13sin9sin38.0bSSbMσmax叉头最大应力位于叉股内表面上某点，其值按下式计算：kdDDD25.1335Mσk3/205.01k式中-考虑接轴倾角的影响系数，。35②北京科技大学学者提出光弹实验公式：01α52.03100DdDMσA，45βkDdD483..03100MσB3/205.01k，*十字接轴强度的计算，主要是计算轴颈处的弯曲应力。根据零件工作应力状态校核静强度或疲劳强度。万向接轴材质一般选用40Cr、40CrNi、37SiMn2MoV、40CrNiMo等合金钢，其抗拉强度bσ=650～750MPa；其安全系数取大于5。367.1.3.2弧形齿接轴的接触强度计算hEmm/35.0n2jFσ212121211211m赫兹公式：，212121211211EEEEEEEm对于直齿，有,EEEEm215101.2mE内齿与外齿齿形材料相同，即MPa，则hEFn12/35.02jjσhEFn1/418.0jjσndsin21ndKcos2nnMFmh5.133/60/tan99KdKdnnnjjMMσ377.1.4联接轴的平衡7.1.4.1弹簧平衡装置弹簧平衡装置结构简单，但平衡力随接轴的移动而变化，适于型材、板带轧机的接轴平衡。联接轴上下移动量在50-100mm时，通常采用弹簧平衡。常用的联接轴平衡装置有弹簧平衡、重锤乎衡和液压平衡三种型式。387.1.4.2重锤平衡装置图7-161000初轧机联接轴平衡装置简图1-调节螺母；2-蜗轮—螺杆机构；3-滚子；4-重锤杠杆；5-弹簧；6-上平衡托梁铰链；7上平衡托粱397.1.4.3液压平衡装置图7-171700热带钢连轧机精轧机组联接轴液压平衡装置1-上联接轴；2-轴承座；3-油箱；4-上联接轴液压平衡缸；5-下联接轴液压平衡缸；6-支架；7-下联接轴407.1.5联轴节图7-18CL型齿轮连轴器图7-19CLZ型齿轮连轴器1-外齿轴套；2-内齿圈1-外齿轴套；2-内齿圈；3-半连轴器目前在轧机主传动中应用最广的是齿轮联轴节和尼龙棒销联轴节。41图7-20棒销联轴节1-半联轴节；2-外环；3-棒销；4-压板；5-半联轴节：427.2主传动中的齿轮装置7.2.1主传动中的齿轮装置的结构特点7.2.1.1齿轮机座的类型及结构图7-21齿轮座按齿轮传动型式分类a-用于二辊或四辊轧机；b-用于三辊轧机；c-用于二辊斜轧机；d-用于三辊斜轧机(1)齿轮机座的类型43⑵齿轮机座的特点和结构由于齿轮座所传递的扭矩较大，其中心矩却受到轧机轧辊中心距的限制。因此，只能增大齿轮模数、齿宽；减少齿数，采用人字齿轮、新型齿廓及选用性能好的材料等来提高承载能力。齿轮座是由齿轮辊、轴承、轴承座和箱体组成（见图7-22所示）。齿轮辊的轴承可采用滚动轴承或滑动轴承，只要齿轮座结构的径向尺寸和转速等条件允许，则应尽可能的选用滚动轴承。齿轮座的箱休应有足够的强度、刚度和良好的密封，保证齿轮辊良好的啮合。齿轮座齿轮啮合处和轴承的润滑，通常用同一个循环润滑系统。44图7-22整体式二辊齿轮座1-轴瓦；2-上盖；3-拉杆；4-箱体；5-齿轮轴45图7-23由顶部注油的可逆式齿轮座润滑简图46图7-24Ф500/Ф1500×2500四辊轧机的齿轮座1-联结轴；2-上齿轮轴；3-上盖；4-轴承座；5-滚动轴承；6-密封端盖；7-端盖密封；8-轴承密封；9-箱体；10-下齿轮轴47图7-251200mm20辊冷轧带钢轧机复合式齿轮座1-上盖吊钩；2-小齿轮轴；3-上盖；4-上箱体；5-中间箱体；6-大齿轮轴；7-下箱体48⑶齿轮座倾翻力矩计算图7-26齿轮机座倾翻力矩计算示意图a-二辊齿轮机座；b-三辊齿轮机座49ZM1M2M设输入扭矩等于轧制力矩。则上、下轧辊作用在齿轮轴上的力矩分别为、。有：zMMM2/121作用在齿轮座上的倾翻力矩QM等于这些力矩的代数和，即021MMMMzQ①则常工作时，倾翻力矩：zQMM01M2MMz0QM②若上辊联结轴断或瞬间间隙大，，，倾翻力矩：02M1MMzzQMM2max③若下联结轴断或瞬间间隙大，，，倾翻力矩：50三辊齿轮机座齿轮座倾翻力矩计算示意图见图7-26b所示，中间齿轮轴为主动辊。作用在齿轮座上的倾翻力矩QM等于这些力矩的代数和。0231MMMMMzQ不计摩擦力矩，则：321MMMMzzMMMM3/1321zQMM3/4①正常工作时，，倾翻力矩：01M32MMMzzQMM②