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兩輥式軋機設計
摘 要
設計的軋機為兩輥式軋鋼機，軋輥的直徑為230 mm，輥面長200mm.軋機主要用來為軋制小型線材，采用兩輥式工作機座。軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設備。泛指完成軋材生產全過程的裝備﹐包括有主要設備﹑輔助設備﹑起重運輸設備和附屬設備等。但一般所說的軋機往往僅指主要設備。軋機的主要設備是由一個主機列組成的。軋機的主機列是由原動機，傳動裝置和執(zhí)行機構三個基本部分組成的。采用的配置方式為液壓馬達——減速機——蝸輪分齒箱——軋機。由于軋輥的轉向和轉速不可逆轉，原動機采用造價較底的液壓馬達?？紤]到軋制負荷很不均勻，為了均衡動力元件負荷，減少動力元件的容量，在減速機和動力元件之間加有飛輪。分齒箱：其用途是傳遞轉矩給工作輥，裝在密閉的箱體內。聯(lián)軸器：軸與軸之間的鏈接用聯(lián)軸器。
關鍵詞： 軋機，蝸輪箱，飛輪，液壓馬達
ABSTRACT
Design of a two-roll rolling mill for the rolling mill, the roll diameter is 230 mm, the roll face length 200mm. Rolling mill for rolling mainly small wire, two-roll stand the work. Metal rolling mill process is to achieve a device. It refers to the completion of the whole process of rolled production equipment, including major equipment, auxiliary equipments, lifting and transport equipment and ancillary equipment. But the general said the mill often refers only to the main equipment. The main equipment of the rolling mill is composed of a master column. Host column rolling mill is part of the original three basic motivation, and a transmission actuator thereof. Configuration uses a hydraulic motor - reducer - worm gear box points - Mill. Since the speed of roll steering and irreversible, the prime mover cost than the end use of the hydraulic motor. Considering the rolling load is not uniform, in order to balance the power load element, reduce the capacity of the power device, between the gear and the flywheel power elements added. Gear box points: its purpose is to transmit torque to the work rolls, mounted in a sealed housing. Couplings: the link between the shaft and shaft couplings.
Keywords: rolling mill, gear box, the flywheel, the hydraulic motor
IV
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1軋鋼機的定義 1
1.2軋鋼機的標稱 1
1.3軋鋼機的用途 1
1.4小型軋鋼機的主機列 1
第2章 設計方案的確定 4
2.1 傳動方案的提出與確定 4
2.1.1 機械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則 4
2.1.2 確定最終傳動方案 5
2.2軋制平均單位壓力的確定 5
2.3軋制總壓力的確定 8
2.4軋制力矩的確定 9
第3章 軋輥的選擇 11
3.1 軋輥的介紹及材料的選用 11
3.1.1 軋輥的結構與特點 11
3.1.2 軋輥的材料及選用 11
3.2 軋輥的結構設計及尺寸的確定 12
3.2.1 軋輥的長度及輥身 12
3.2.2 確定各段的直徑及長度 12
3.2.3 軋輥的強度校核 13
3.3 軋輥的使用與維護 16
3.3.1 輥的使用與檢查 16
3.3.2 輥的維修 17
第4章 蝸桿傳動的設計 18
4.1 蝸桿傳動的介紹 18
4.1.1 蝸桿傳動的類型 18
4.1.2 蝸桿傳動的特點 19
4.2 蝸桿傳動的結構及尺寸的確定 19
4.2.1 選擇材料 19
4.2.2 確定許用應力 20
4.2.3 按接觸疲勞強度設計 21
4.2.4 求蝸輪圓周速度并校核效率 22
4.2.5 校核蝸輪齒面接觸強度 23
4.2.6 校核熱平衡 24
4.2.7 計算蝸桿傳動的主要尺寸 24
4.3 蝸桿傳動的安裝與維護 26
4.3.1 蝸桿傳動的潤滑 26
4.3.2 蝸輪蝸桿的安裝調整 26
4.3.3 蝸桿傳動的跑合和試運行 26
第5章 軸承與軸承座的設計 28
5.1 軸承的選擇 28
5.1.1 軸承的介紹 28
5.1.2 軋機中軸承的選用 28
5.2 軸承壽命計算 28
5.3 軸承座的分析 30
第6章 壓下裝置與機架的設計 32
6.1 壓下裝置 32
6.1.1 壓下裝置的概念和分類 32
6.1.2 軋機壓下裝置的分析 32
6.2 機架的選擇 33
6.2.1 機架的用途和分類 33
6.2.2 機架的選用 33
結 論 35
致 謝 37
參考資料 38
第1章 緒論
1.1軋機的定義
軋機也稱為軋鋼機械，一般把將被加工的材料在旋轉的軋輥間受壓力產生的塑性變形即軋制加工機器稱為軋鋼機，這是簡單定義。軋鋼機是機械中使金屬在旋轉的軋輥中產生變形的那部分設備。
1.2軋機的標稱
按軋制品種﹑軋機型式和公稱尺寸來命名。“公稱尺寸”的原則對型材軋機而言, 是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名；初軋機則以軋輥公稱直徑命名；板帶軋機是以工作軋輥輥身長度命名；鋼管軋機以生產最大管徑來命名。軋鋼機的類別與規(guī)格與軋鋼機的斷面尺寸有關，因此軋鋼機的初軋和型鋼的類是以軋鋼的名義直徑。
1.3軋機的用途
其結構的特點為：
1.采用兩輥式工作機座，主動力元件不可逆轉，中上輥與中下輥交替過鋼，實現(xiàn)多道次的軋制。
2由于軋輥的轉向和轉速不可逆轉，可采用造價較底的高速交流主動力元件在傳動裝置中裝有減速機和齒輪機座。
3多數(shù)小型鋼軋機要求既開坯又軋件，具有一機多能的特性，因此，軋機急需要較強的能力，又需要較強的剛度，而且由于經常需要更換品種，在軋機結構上需考慮換輥方便。
4為了便于換輥，三個機座的軋輥都采用梅花接軸連接。
1.4小型軋鋼機的主機列
軋鋼機的主要設備是由一個或數(shù)個主機列組成的。軋鋼機的主機列是由原動機，傳動裝置和執(zhí)行機構三個基本部分組成的。
1工作機座：工作機座為軋鋼機的執(zhí)行機構，它由軋輥及其軸承軋輥的調整機構和上軋輥的平衡機構，引導軋件的軋件進入軋輥用的導裝置，工座機座的機架及支撐機座并把機座固定在地基上用的軌零、部件的和機構組成。
2傳動裝置：聯(lián)軸器：聯(lián)軸器包括動力元件聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器，動力元件聯(lián)軸器用來連接動力元件與減速器的主動齒輪軸；而主聯(lián)軸器則用來連接減速器與機輪機座的傳動軸，既自減速器將轉矩傳至齒輪機座的主動齒輪。
減速器：在軋鋼機中減速器的作用將動力元件較高的轉速變成軋機所需的轉速，因而可以在主傳動中選用價格較底的高速動力元件。確定是否采用減速器的一個重要條 件，就是比較減速器及其摩擦損耗的費用是否低于低速動力元件的與高速動力元件的之間的差價。
采用減速器時，根據(jù)傳動比的大小選用一級（傳動比i小于等于8）二級（傳動比等于8—40）或三級（傳動比i大于40）減速器。與這些減速器相對應的軋輥速度分別為200-250轉/分，40—50轉/分，以及10—15轉/分。
連接軸：軋鋼機齒輪機座，減速器或動力元件的運動和力矩，都是通過連接軸傳遞給軋輥的。設計采用橫列式布置軋機，一個工作機座的軋輥是通過連接軸傳動的。軋鋼機采用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒輪接軸等。
設計的軋鋼機采用梅花接軸它常用在橫列式軋機上。
齒輪機座：其用途是傳遞轉矩給工作輥，設計采用三個直徑相等的圓柱形人字齒輪在垂直面排成一排，裝在密閉的箱體內
3動力元件的選擇：軋鋼機的動力元件的形式的選擇與軋鋼機的工作制度有著緊密的聯(lián)系。設計的軋鋼機是軋制速度不需要調節(jié)的不可逆式軋鋼機，采用異步動力元件。
異步動力元件主要用在有劇烈尖峰負荷的軋機上，為了減少動力元件的容量，有時裝有飛輪，異步動力元件投資費用較底，在小形軋鋼機上很適合。
4小型軋鋼機的工作制度：一般中小形軋鋼機的工作制度可以分為：不可逆式的，可逆式的與帶張力軋制等幾種方式
三輥軋鋼機二輥軋鋼機
圖1-1 軋機的工作制度
小型軋鋼機的總體布局
軋鋼機的主要設備由一列主機列，此軋機的總體布局基本上與主機列一致，結構如下：
主機列三個基本部分組成，主動力元件，傳動機械，工作機座。
設計中的傳動裝置由齒輪機座，減速器，聯(lián)軸器，接軸組成，在動力元件與減速器之間用飛輪連接，在齒輪機座與減速器之間是用飛輪連接。在齒輪機座與減速器用安全聯(lián)軸器。因以上中除安全聯(lián)軸外，均在主機列中給以介紹，現(xiàn)對安全聯(lián)軸器作以介紹。
安全聯(lián)軸器：一般帶有飛輪的軋機，都有安全聯(lián)軸器。當軋機上的轉矩超過額定的轉矩時，聯(lián)軸器能夠分開，保護軋機的零部件，使之免受損壞。
工作機座為兩個三輥工作機座和一個二輥工作機座，總體結構如圖：
圖 1—2 軋鋼機總裝圖
1主動力元件 2聯(lián)軸器3減速器4安全聯(lián)軸器5齒輪機座6梅花萬向接軸聯(lián)
軸器 7工作機座8梅花
4
第2章 設計方案的確定
2.1 傳動方案的提出與確定
2.1.1 機械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則
1．采用盡可能簡短的運動鏈
采用簡短的運動鏈，有利于降低機械的重量和制造成本，也有利于提高機械傳動效率和減小積累誤差。
2．優(yōu)先選用基本結構
由于基本結構結構簡單，設計方便，技術成熟，故在滿足功能要求的條件下，應優(yōu)先選用基本機構。若基本機構不能滿足或者不能很好的滿足機械的運動或動力要求時，可以適當?shù)貙ζ溥M行變異或組合。
3．應使用機械油較高的機械效率；機械的效率取決于組成機械的各個機構的效率。一次，當機械中包含有機械效率較低的機構時，就會使機械的總效率降低。
4．合理安排不同類型傳動機構的順序
一般來說，在機構的排列順序上有如下的一些規(guī)律：首先，在可能的情況下，轉變運動形式的機構通?？偸前才旁谶\動鏈的末端，與執(zhí)行機構靠近。其次，帶傳動等摩擦傳動，一般都安排在轉速較高的運動鏈的始端，以減小其傳遞的轉矩，從而減小其外形尺寸。
5．合理分配傳動比
運動鏈的總傳動比應合理分配給各級傳動機構，具體分配方法應注意以下幾點：
1）每一級的傳動應在常用的范圍之內選取。如一級傳動比過大，對機構的性能和尺寸都是不利的。例如當齒輪傳動的傳動比大于8至10時，一般應設計成兩級傳動；當傳動比在30以上時，常設計成兩級以上的齒輪傳動。但是，對于帶傳動來說，一般不采用多級傳動。
2）當傳動鏈為減速傳動時，必須十分注意機械的安全運轉問題，防止發(fā)生損壞機械或傷害人身的可能性。例如起重機械的起吊部分，必須防止荷重的作用下自動倒轉，為此在傳動鏈中應設置具有自鎖能力的機構或者裝設制動器。
6．保證機械的安全運轉
對于以上要求，在設計過程中應盡量滿足。
2.1.2 確定最終傳動方案
通過對以上內容的了解和分析結合我在實習工廠所觀察的外小型軋鋼機，經過和老師的多次探討和修改最終我確定了外小型軋鋼機的整體傳動方案。
方案如下：
液壓馬達帶動蝸輪蝸桿減速器運轉，再通過分軸器將單根輸入的軸的運轉以兩根軸同時輸出，并與外小型軋鋼機主體的兩個軋輥用聯(lián)軸器連接，使其完成要求的加工過程。
2.2軋制平均單位壓力的確定
在驗算軋機強度，挖掘機潛力和設計新軋機時，軋機的尺寸，傳動效率及允許的壓下規(guī)程，均取決于軋制大小和方向。在設計新軋機時，為了計算零件強度和選擇電動機功率，就必須知道軋機在一定壓制條件下的軋制壓力、軋制力矩和軋制功率。在挖掘現(xiàn)有軋機潛力時，為了生產更多的新品種、新規(guī)格或強化軋制過程、提高軋機產量，也必須知道在新的工作條件下的軋制負荷。因此，精確地確定軋機的工作負荷，對于設計新軋機或是在生產中充分發(fā)揮現(xiàn)有軋機的潛力都是非常必要的。
在軋制的過程中，軋件在軋輥見承受軋制壓力的作用而發(fā)生塑性變性，由于軋件塑性變形時的體積不變。因此變形區(qū)的軋件在垂直方向上產生壓扁，在軋件方向上產生延伸，在橫向產生寬展。而延伸和寬展受到接觸面上摩擦力的限制，所以，在軋輥的軋件處于三向壓應力狀態(tài)。大量的實驗資料證實，開坯，型鋼，線材軋機的軋制壓力，采用S。愛克隆德公式計算與實測結果比較接近。
愛克隆德公式的適用范圍：軋制溫度高于或等于800度，軋制材質為炭鋼（其含錳量不超過1%，含鉻量不超過2-3% ），軋制速度不大于20米/秒。
在愛克隆德的公式中，軋制的單位不僅是軋件機械性能的函數(shù)，而且是變形速度、摩擦系數(shù)、接觸弧長和軋件平均高度之比的函數(shù)，軋制平均單位壓力由三部分組成：
=++ (kg/)
（1） Ｋ值:Ｋ為軋件在軋制溫度t度下的單向靜壓縮時的單位變形阻力，計算公式為:
=(14-0.01) (kg/)
式中 ——軋制溫度；
——軋件的化學成分，計算公式為：
=1.4+C+0.3Cr+Mn
其中 C為含碳量；
Mn為含錳量；
? Cr為含鉻量。
軋制的材料設為A3鋼，則C取0.2
W=1.4+0.2=1.6帶入K式中為
=（14-0.01×1000）×1.6=6.4（ kg/)
（2） 值：值為變形速度引起的變形阻力，其計算公式為：
=U(kg/)
式中 ——軋件在軋制溫度為度時的粘度系數(shù)，其計算公式為： =0.01（14-0.01）￠(kg ·s/)
￠為軋鋼機的軋制速度的修正系數(shù)，其數(shù)值見《中小型軋鋼機械設計及計算》表2-1；
U——變形速度，計算公式為：
U=（/s）
其中 R為軋輥的半徑；
V為軋輥的圓周速度（軋制速度）（mm/s）；
為道次壓下量，計算公式為
=h1-h2(?毫米)
h1,h2為軋制前后的軋件的高度(毫米)；
查表2—1的軋制的修正系數(shù)為1
所以 =0.01（14-0.01×1000）×1=0.04 （kg·s/)
以上取值，有賴于軋輥的轉速，其值為40——49轉/分。
初選V,?由現(xiàn)場以同類軋機取得，V=700（mm/s）
=25mm(最大的壓下量)
h1=60 mm(初使的高度)
h2＝35 mm (軋制后的高度)
帶入 U＝2×700×=6（mm/s）
所以 ＝0.04×6=0.24（kg/)
（3） =（+）M（kg/）
式中 ——表示外摩擦對軋制平均單位壓力的影響系數(shù)，其計算公式為
=
為軋輥間的摩擦系數(shù)，計算公式為：
=（1.05-0.005）a
a為軋輥之間的修正系
軋輥的修正系數(shù)鋼軋輥a=1, 硬面鑄鐵軋輥a=0.8取a=0.8
所以 U＝（1.05-0.0005×1000）×0.8=0.44
?則 =(1.6×0.44-1.2×25)/(60+35)=0.1
=(6.8+0.24)×0.14=0.986（ kg/)
(4)則平均單位壓力
=6.8+0.24+0.986=8.03（ kg/)
2.3軋制總壓力的確定
軋制總壓力的計算公式可用下式計算
N=PF
P——軋件與軋輥接觸弧上的平均單位壓力
F——軋件與軋輥間的接觸面積在軋制總壓力垂直面上的的投影（簡稱為接觸面積）
各種不同的情況下計算接觸面積的方法不同，有以下幾種情況1輥徑相同的情況2軋制異型斷面軋件時的情況3冷軋時的情況4中（厚）板角軋時的情況。
我采用的是輥徑相同時的情況，計算公式為：
=()
式中 ——軋輥的半徑（毫米）；
——壓下量（毫米）；
,軋制前、后軋件的寬度。
==3429（）
所以=×=8.03×3429=27537(kg)
2.4軋制力矩的確定
傳動軋輥時，動力元件軸上的力矩由下種四種力矩組成：
=
式中 ——軋制力矩；
——附加摩擦力矩；
——空轉力矩；
——動力矩；
——軋輥與主動力元件間的傳動比。
其中、、與比較，比較大。所以可以將上式簡化
M=K
式中K為安全系數(shù)，取K=1.5；
初選軋機總傳動比i=10。
所以軋制力矩為 M==252.9（Nm）
粗算所需動力元件的功率： P===26（KW）
第3章 軋輥的選擇
3.1 軋輥的介紹及材料的選用
3.1.1 軋輥的結構與特點
軋輥的種類有很多，根據(jù)不同軋機的工藝條件選擇正確的軋輥，對軋機的生產率，產品品種，質量等都有重要影響。
230型軋輥的結構如圖3-1所示，每個軋輥都有輥身，輥頸及軋輥頭三部分組成。軋輥輥身的安排及尺寸決定于軋制的工藝要求，輥頸的兩端有扁頭斷面的輥頭，輥頸以傳遞扭矩，輥頸安裝在軸承上，并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機架。
圖3-1 230軋機軋輥
3.1.2 軋輥的材料及選用
在生產實踐，對各種軋機的軋輥均已確定了較合適的材料，在選擇軋輥材料時，處應考慮軋輥的工作要求與特點外，還要根據(jù)軋輥常見的破壞形式和破壞原因，按軋輥材料的標準來選擇合適的材質。
鍛鋼軋輥的綜合機械性能好，但加工困難，價格也高，中小型軋機很少采用。而在軋制的后幾道中對軋輥要求較好的耐磨性，一般選用鑄鐵軋輥。球墨鑄鐵軋輥價格便宜，耐磨且有較高的強度適合在橫列式軋機上使用。又因為本軋機對產品的幾何形狀及尺寸公差要求嚴格，對軋輥要求有較高的表面強度和耐磨性，一般選用冷硬普通鑄鐵軋輥，材料選用40Cr
3.2 軋輥的結構設計及尺寸的確定
一般來說工作輥頸較小時，軋輥的扭轉角度會影響鋼板的質量，為了保證軋輥的扭轉角度，在選擇軋輥直徑時，應同時考慮輥身長度的影響。
3.2.1 軋輥的長度及輥身
軋輥的輥身長度與軋輥直徑之比
因此軋輥的直徑d=230mm 輥身長度l=940mm
3.2.2 確定各段的直徑及長度
軋輥輥頸裝滾動軸承，其尺寸一般取為
其中-輥頸的長度，d-軋輥直徑
由于上裝有圓柱滾子軸承，其尺寸為，考慮到倒角及裝卸時的方便
取
上裝有深溝球軸承，其尺寸
其上與軸承座相接觸，其尺寸
L為軸承座側蓋的寬度，其尺寸為
的最小值根據(jù)螺栓直徑查手冊可得，上式m的尺寸不宜太短，以免擰緊固定螺釘時軸承蓋歪斜，一般取me
e可根據(jù)軸承外徑查表可得，因此
=52+15+13+10=93mm
=180mm
軋輥的軸頭用萬向接軸傳動時，軋輥傳動端應做成扁頭，其尺寸應該與萬向接軸的叉頭尺寸相配合
式中重車后的最小工作輥直徑，重車率為5%~7%
絕對壓下量，-允許咬入角，對熱軋鋼板取
因此
=180-（5~15）=165~175mm
取
因軋輥一般呈梯度，考慮到強度剛度和裝卸時的情況
取
3.2.3 軋輥的強度校核
繪制軋輥的受力簡圖：如圖3-2（a）
計算支承反力：受力簡圖如圖3-2（b）
水平方向：受兩個力 大小相等，方向相反
垂直方向：
=
=1200009.8（650-325）+
=
彎矩圖如圖3-2（c）,合成彎矩圖如圖3-2（d）
查手冊得冷硬鑄鐵的強度極限為
許用應力為
通常對于軋輥只需找出其斷面應力進行比較，找出危險截面，通常對輥身只計算彎曲應力，對輥頸則計算彎曲和扭轉應力，傳動端軸頭只計算扭轉
彎曲應力的計算：
有圖可知軋制力p所在斷面上的彎矩力為
扭矩圖如圖3-2（e），最終扭矩圖如圖3-2（f）
彎曲應力為：
式中d=計算斷面處的軋輥直徑
<
因此符合要求
軸頸彎曲應力和扭轉應力的計算：
軸頸上彎曲應力由最大支反力決定
式中R-最大支反力
C-壓下螺絲中心線到軸身邊緣的距離，取為軸頸長度的一半
軸頸危險截面的彎曲應力和扭轉應力分別為
==76Mpa<
=80Mpa
符合要求
74Mpa<
符合要求
（a）軋輥受力簡圖 （b）垂直方向受力簡圖 （c）彎矩圖
（d）合成彎矩圖 （e）轉矩圖 （f）最終彎矩圖
圖3-2 軋機軋輥受力圖
3.3 軋輥的使用與維護
3.3.1 輥的使用與檢查
1. 輥在使用前，應注意輥和輥上零件固連要可靠；輥和輥上有相當移動和轉動零件的間隙要適當；輥頸潤滑應符合要求，潤滑不當是輥頸非正常磨損的重要原因。
2. 輥在使用中，應避免突加、突減負荷或超荷，尤其對新配滑動軸瓦和使用已久的輥更應注意，以防疲勞斷裂和彎曲扭轉。
3. 在機器大修或中修時，通常應檢查軋輥有無裂紋、彎曲、扭曲及輥頸磨損等。如不合要求應修復和更換。
3.3.2 輥的維修
1. 輥彎曲變形的校正
輥的變形過大時，可冷壓校正或局部火焰加熱校正。校正是的支撐部位應正確，尤其應注意不要使輥拐角處因校正而產生應力集中。
2. 輥頸磨損的修復
通常先用磨削加工消除輥的集合形狀誤差，然后金屬噴鍍或刷鍍，嚴重時可堆焊或鑲套修理，鑲套時套與輥為過盈配合。
30
第4章 蝸桿傳動的設計
4.1 蝸桿傳動的介紹
4.1.1 蝸桿傳動的類型
蝸桿傳動時用于傳遞交錯軸見的回轉運動和動力，通常兩軸交錯角。主要由蝸桿蝸輪組成。
按照蝸桿分度曲面形狀的不同，蝸桿傳動分為圓柱蝸桿傳動（圖4-1a）、環(huán)面蝸桿傳動（圖4-1b）和錐面桿傳動（圖4-1c）。圓柱蝸桿傳動又包括普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動兩類。其中普通圓柱蝸桿傳動根據(jù)不同的齒廓曲線又可分為阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿和錐面包絡蝸桿等四種。
a) 圓柱蝸桿傳動 b）環(huán)面蝸桿傳動c）錐面桿傳動
圖4-1 蝸桿傳動的類型
4.1.2 蝸桿傳動的特點
與齒輪相比，蝸桿傳動主要優(yōu)點是：
1. 傳動平穩(wěn)，噪音低。
2. 結構緊湊，傳動比大。在動力傳動中，單級傳動的傳動比大=8～80分度機構中，傳動比可達1000。
3. 當蝸桿導程角很小時，能實現(xiàn)反行程自鎖，用于某些手動的簡單起重設備中，可防止起吊的重物因自重下墜。
4. 但傳動效率低，發(fā)熱量大。故封閉式傳動長期連續(xù)工作時必須考慮散熱問題。
5. 傳遞功率較小，通常不超過50。
6. 蝸輪齒圈常需要貴重的青銅制造，成本較高。
4.2 蝸桿傳動的結構及尺寸的確定
4.2.1 選擇材料
根據(jù)蝸桿傳動的失效特點，蝸桿副材料不但具有足夠的強度，而且還應具有良好的減磨性。
蝸桿 采用40Cr，表面淬火45~55HBC
輪輪圈 采用ZCuSn10P1，金屬模鍛造
4.2.2 確定許用應力
時 蝸輪材料的許用接觸應力[]
查文獻[1]表12-7得 []=
時 蝸輪材料的許用彎曲應力[]
查文獻[1]表12-7得 []=
的初估值：
查文獻[1]圖12-13得 =
滑動系數(shù)影響系數(shù)：
查文獻[1]圖12-14得=0.87（浸油潤滑）
蝸桿的轉速：
=
應力循環(huán)系數(shù)：
=
接觸強度應力系數(shù)：
查文獻[1]圖12-15得 =0.8
彎曲強度壽命系數(shù)：
查文獻[1]圖12-15得 =0.66
許用接觸應力[]：
[] = [] =220
=153.12
許用彎曲應力[]：
[]=[] =
=46.2
4.2.3 按接觸疲勞強度設計
載荷系數(shù) K= 取K=1.2
初估蝸桿的傳動效率
=（100-3.5)%=（100-3.5）%0.78
確定蝸桿的頭數(shù)
查文獻[1]表12-2得 =1
蝸輪齒數(shù)
==
蝸輪轉矩
=
確定模數(shù)m蝸桿
查文獻[1]表12-1得 取m=10
查文獻[1]表12-4，按=40 =10
確定蝸桿傳動的基本參數(shù)
a=240
4.2.4 求蝸輪圓周速度并校核效率
蝸輪分度圓導程角：
實際傳動比 ：
=
蝸輪的實際轉速：
=
蝸輪的圓周速度：
=
滑動速度：
=
嚙合效率：
=
查文獻[1]表12-10得
攪油效率：
取
軸承效率：
取=0.98
蝸桿傳動效率：
4.2.5 校核蝸輪齒面接觸強度
材料彈性系數(shù)：
查文獻[1]表12-8得 =155
使用系數(shù)：
查文獻[1]表12-9得 =1
運載系數(shù)：
由于， = 取 =1
載荷系數(shù)：
=1(載荷平穩(wěn)）
蝸輪的實際轉矩：
滑動速度形象系數(shù)：
查文獻[1]圖12-14得 =0.88
許用接觸應力[]：
[]=[]==
校核蝸輪齒面接觸強度：
=
=<[]=
4.2.6 校核熱平衡
初估散熱面積A
=1.52
周圍空氣溫度 取=
散熱系數(shù)K
由K= 取K=17
熱平衡校核
=
=<
4.2.7 計算蝸桿傳動的主要尺寸
尺寸中心距
蝸桿分度圓直徑
蝸桿齒頂圓直徑
=
蝸桿齒根圓直徑：
=
導程角
蝸桿軸向齒距：
蝸桿齒寬：
取
蝸輪分度圓直徑 ：
蝸輪喉圓直徑：
=
蝸輪齒根圓直徑：
=
蝸桿齒頂圓直徑：
取
蝸輪齒寬：
取
蝸輪齒頂圓弧半徑：
蝸輪螺旋角
4.3 蝸桿傳動的安裝與維護
4.3.1 蝸桿傳動的潤滑
蝸桿傳動一般采用油潤滑，常用油潤滑牌號為N220、N230、N460或N680號蝸輪油。為提高抗膠合和磨損的能力，蝸桿傳動通常選用粘度較大的潤滑油，潤滑油的粘度及潤滑方法見表4-2
表4-2 蝸桿傳動潤滑油粘度及潤滑方法
滑動速度
<1
<2.5
<5
>5~10
>10~15
>15~25
>25
工作條件
重載
重載
中載
-
-
-
-
粘度
1000
680
230
220
150
100
68
潤滑方法
浸油潤滑
浸油或噴油潤滑
壓力噴油潤滑
4.3.2 蝸輪蝸桿的安裝調整
在蝸桿傳動中，蝸桿中心線應為于中間平面上，蝸桿與蝸輪的中心距應準確。裝盤時，應仔細蝸輪的軸向位置，否則難于正確嚙合，齒面會在短時間內磨損。對于單向運轉的蝸桿傳動，可調整蝸輪的距離，使蝸桿和蝸輪在偏出于嚙出（蝸桿旋出的方向）一側接觸，以利于在嚙合入口處造成油楔，易于形成油膜潤滑。
4.3.3 蝸桿傳動的跑合和試運行
蝸桿傳動裝配后必須經跑合，以使齒面接觸良好。跑合時采用低速運轉，逐步加載至額定載荷，跑合。若發(fā)現(xiàn)我剛齒面上粘有青銅，應立即停車，有細砂紙打去，在繼續(xù)跑合。跑合好后，應清洗全部零件，換新潤滑油，并應將此時蝸輪相對于蝸桿的軸向位置打上記號，便于以后裝拆時配對和調整到位。新機試車時，先空轉運轉，然后逐步加載至額定載荷，觀察齒面嚙合、軸承密封及溫升等情況。
第5章 軸承與軸承座的設計
5.1 軸承的選擇
5.1.1 軸承的介紹
軸承是支撐軸頸的部件，有時也用來支撐軸上的回轉零件，如行星輪系的星系輪和帶傳動中的張緊輪等。
根據(jù)軸承中摩擦性質的不同，軸承殼分為滑動摩擦軸承（滑動軸承）和滾動摩擦軸承（滾動軸承）。
5.1.2 軋機中軸承的選用
熱帶軋鋼中軸承一般有開式膠木瓦和滾動軸承兩種。開式膠木瓦具有較小的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性，并且用水潤滑時具有足夠的承載能力，但彈性變形大對產品精度要求較高的大、中、小型以及線材。已采用滾動軸承。
230軋機的軋輥具有重載、高溫的特點，所有要才采用的軸承能夠承受很大的載荷，有良好的潤滑和冷卻作用，摩擦系數(shù)小、剛性好。因此，軋輥采用滾動軸承。
目前，軋機上常采用的滾動軸承型式是四列圓錐滾柱軸承及球面圓錐滾柱軸承，因為這類軸承不僅能承受很大的徑向載荷，同時可承受一定的軸向載荷。因此230軋機的軋輥上采用四列圓錐滾柱軸承。
5.2 軸承壽命計算
對軸承1：
∵＞
由文獻[1]查得。軸承1的計算系數(shù)，，基本額定載荷，所以：
軸承1的壽命：
式中：——溫度系數(shù)，由前面的計算可知蝸桿工作時散熱良好，工作溫度小于，由文獻[1]查得；
——壽命指數(shù)，對滾子軸承。
對軸承2：
∵＞
由文獻[1]查得，軸承2的計算系數(shù)，，基本額定載荷，所以：
軸承2的壽命：
由于軋機的工作形式為大批量生產，每軋制一批剛才只需調整一次軋輥間隙，側壓系統(tǒng)的利用率不高，故滾動軸承的壽命合格。
5.3 軸承座的分析
230軋機軸承座位與一門型架，考慮到調整軋件厚度的需要，軸承座在機架窗口應能上下移動，故其配合一般?。粸榉乐管堓伒妮S向竄動，考慮到換輥的方便，換輥端的軸承座裝有固定擋板。傳動端的軸承座做成游動的，這樣軋輥可以自由的熱膨脹，而且當軋輥斷裂時，軸承座可以在窗口自由滑，以避免軸承座零件的順壞。另外考慮換輥的方便，也應把軸向固定裝置設置在換輥端。
軸承座的材料常用ZG45，并且軋輥軸承座應具有自動調位的功能，軸頸與滾動軸承內圈配合采用基孔制，為了拆裝方便一般采用動配合。為了防止相當運動，必須采用軸向壓緊裝置，它是通過鎖緊螺母將止推軸套壓緊在軸承內圈的側面。這樣的結構可以使軋輥轉動時，軸頸和軸承內圈一起轉動。軸承外圈與軸承座的配合為基軸制，同樣為何便于拆裝，一般取動配合。
軸承座上設有調整環(huán)，其作用是保證一定的軸向間隙，以避免軸承滾動體卡住的現(xiàn)象，并使四列錐柱受力均勻。用軸承端蓋把軸承的外圈沿軸向固定，而軸承的內圈用鎖緊螺母通過止推軸承壓緊。螺母擰在帶螺紋的半環(huán)上，半環(huán)則以銷釘固在軸頸的環(huán)形槽中。當擰緊螺母時，止推軸套壓緊軸承內圈。
軸承的潤滑是通過軸承座上的鉆孔和調整環(huán)上的孔進行的，為了防止周頸生銹并考慮到軸承內圈可能稍微轉動，故對軸頸也進行潤滑。為了保證軸承的密封性，在軸身一端用保護套、膠質密封圈、防塵環(huán)等零件密封。在軸頭一端也有密封圈，密封圈是用耐油橡膠制成的。
第6章 壓下裝置與機架的設計
6.1 壓下裝置
軋機的壓下裝置，也稱為上輥調整裝置，它的作用是調整上軋輥的位置，保證給定每道次的壓下量。
6.1.1 壓下裝置的概念和分類
軋輥的壓下裝置的軋機上一個重要的部件，主要用來調整軋輥在機架中的相對位置，用以保證獲得所要求的壓下量，精確的軋件尺寸、形狀以及正常的軋制條件。
壓下裝置的結構與軋輥的移動距離、壓下速度和動作頻率等有密切關系。熱帶軋機壓下裝置分為手動壓下、電動壓下和液壓壓下三大類。
6.1.2 軋機壓下裝置的分析
軋機上有兩種壓下裝置，軋機的壓下速度為。兩種壓下轉正可以同時調整，也可以在脫開電磁離合器后進行單獨壓下調整。
軋機的壓下裝置采用雙動力元件驅動的原因是：動力元件飛輪力矩小，相應的啟動、制動時間段，故可縮短壓下調整時間。
壓下螺絲是通過二級壓下齒輪、一級球面蝸桿蝸輪減速箱來傳動的。壓下螺絲上端為花鍵軸連接，這種連接方式接觸面積大，相應的單位壓力小。磨損量小、間隙小、易于保證調整精度。壓下螺絲的下端樞軸做成凹球面形狀的，這是為了便于軸承座的自動調位。
軋機由于壓下螺絲的螺距過小及潤滑不良等原因，現(xiàn)場呈多次出現(xiàn)壓下螺絲與螺母咬死的現(xiàn)象，這時上輥不能移動，動力元件無法啟動，軋機不能正常工作。原設計是用蝸輪減速箱中的潤滑油潤滑壓下螺絲和螺母，為了改善潤滑條件，后改為壓下螺母底部通壓力油進行潤滑避免了壓下螺絲與螺母咬死的事故。
6.2 機架的選擇
軋機機架是工作機座的重要部件，軋輥軸承及軋輥調整裝置等都安裝在機座上，機架要承受軋制力必須有足夠的強度和剛度。
6.2.1 機架的用途和分類
機架是軋鋼機機座的重要部件，它用來安裝軋輥、軋輥軸承座、軋輥調整裝置及導位裝置等工作機座中全部零件，并承受全部軋制力，因而機架要有足夠的強度和剛度。由于機架重量大，制造較復雜，一般安全系數(shù)取n=2~3，并作為永久使用不更換的零件進行設計。
軋機的機架一般分為開口式機架和閉口式機架。
6.2.2 機架的選用
大、中型軋機采用開口式機架，因為開口式機架換輥較方便，打開上橫梁，即可用起重機把軋輥調走，故一般用在換輥次數(shù)較頻繁的橫列式型鋼軋機上。
而小型和線性軋機則采用閉口式機架。閉口式機架包括左、右立柱及上下橫梁的一整體鑄件，其優(yōu)點是具有較好的強度和剛度。常用軋制壓力較大或對扎件尺寸較嚴格的軋機上，如初軋機、鋼板軋機和冷軋機。這種形式的機架換輥不方便，換輥時，軋輥是沿著其軸線方向從機架窗口中抽出或裝入，這種軋機一般都設有專用的換輥裝置。
機架的材料通常采用ZG35。澆注后必須進行實效處理，消除鑄造內應力，同時還必須進行探傷，保證沒有縮孔、裂紋等缺陷。
33
結 論
本次二輥軋機的設計，綜合運用了我四年來所學專業(yè)課的理論知識，是對自己所學知識的一次總結與運用。它使我在課題研究方面的能力得到了提高。
通過對二輥軋機的設計，我對于有關動力元件的選擇、軸承的選取與校核、軋輥的結構設計以及蝸桿傳動的設計有了新的認識，對今后工作可能遇到的問題大有益處。
設計的重點在于理論知識的運用，設計出來的軋機力求結構簡單，便于維修。
此次設計，由于壓下裝置及軋輥的尺寸對于軋件的厚度有直接影響，故要對其做出重點設計，以提高產品質量和生產效率，以提高經濟效益。
本次設計中改進的壓下裝置，如果能建立更為全面、更專業(yè)的設計分析，應用于生產，可大大減少工人的工作量，同時也更精確，提高了工作效率，也提高了產品質量。
畢業(yè)設計是對大學四年學習生活的一次綜合性檢驗，它是在學完機械的各門基礎課和專業(yè)基礎課上為完成等教育要求，提高分析問題和解決問題的能力，而進行的一次全面的考核，他是大學生活的最后的重要環(huán)節(jié).
畢業(yè)設計的目的，是培養(yǎng)我們掌握科學的研究方法、步驟和工作能力、提高我們實踐的知識水平，使我們的知識系統(tǒng)化。
我設計的題目是小型軋鋼機，在指導老師的幫助指導下，到工廠實習之后，參閱有關技術文獻，來完成設計任務。
在設計過程中，深深地包含了于信偉指導老師的辛勤汗水，對老師的耐心指導和熱情幫助，我表示忠心的感謝。
說明書的公差配合，標注方法采用我國現(xiàn)行的標準。
由于我是第一次規(guī)模大的設計，加之涉及專業(yè)知識不多，實際經驗不足，我雖盡了最大的努力，也灰有不足之處，敬請老師專家提出寶貴的意見，以便在以后的學習與工作中引以為機戒，更圓滿的完成工作任務。
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致 謝
本次設計在指導老師的辛勤指導下，順利完成了。在此次的設計中，我獲得的許多從書本難以獲得的知識，實踐能力在此設計中得到了充份的鍛煉，各門知識得到了很好的綜合訓練，不過在此設計中我也有許多的不足之處，獨立思考的能力有待進一步的加強。
此次的設計是我對大學生活的綜合，是我參加工作前的一次全面的檢查，由于在我們的地方軋鋼機的設計資料比較少，感謝于信偉老師為我辛苦的搜集資料，并且在設計的過程中，第一次獨立的設計，有很多的東西很難理解，忘不了指導老師給我辛勤的指導，耐心的講解，細致入微的糾正錯誤，使我少走了很多的彎路。經過兩個多月的設計，我的設計基本完成了。由于是第一次獨立設計，設計中難免有錯誤和不足。最后，我再次感謝老師的指導和幫助。
參考資料
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4王煥庭、李茅華、徐善國主編. 機械工程材料 .大連理工大學出版社.2001
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16馬一林主編.機械設計原理.高等教育出版社.2002