本 科 畢 業(yè) 論 文題目 ： 單 獨(dú) 傳 動 的 三 輥 定 徑 機(jī) 機(jī) 架 設(shè) 計學(xué) 院:專 業(yè):學(xué) 號:學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：日 期：摘 要鋼 管 具 有 重 量 輕 ， 強(qiáng) 度 大 的 特 點(diǎn) ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 人 們 的 日 常 生 活 以 及 基 礎(chǔ) 建 設(shè) 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(jī)械 零 部 件 的 制 作 ， 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ， 具 有 廣 闊 的 市 場 前 景 。本 設(shè) 計 對 鋼 管 的 發(fā) 展 史 進(jìn) 行 了 簡 要 的 介 紹 ， 以 及 鋼 管 生 產(chǎn) 方 法 的 分 析 。 重 點(diǎn) 是對 三 輥 定 徑 機(jī) 進(jìn) 行 了 介 紹 ， 比 較 了 其 與 二 棍 定 徑 機(jī) 和 四 棍 定 徑 機(jī) ， 闡 明 了 三 輥 定 徑機(jī) 被 廣 泛 應(yīng) 用 的 原 因 。 然 后 再 對 三 輥 定 徑 機(jī) 進(jìn) 行 計 算 和 設(shè) 計 ， 包 括 參 數(shù) 設(shè) 計 、 液 壓調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 以 及 定 徑 機(jī) 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(jì) 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(dá) 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(jī) ； 參 數(shù) 設(shè) 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(jī)系統(tǒng) .42.1 總體方案 .42.1.1 軋輥機(jī)架的確定 .42.1.2 傳動裝置的確定 .52.1.2.1 單獨(dú)傳動 .52.1.2.2 集體傳動 .52.1.2.3 差動傳動 .62.1.2.4 電機(jī)的同步 .72.2 參數(shù)計算 .82.2.1 性能參數(shù) .82.2.2 機(jī)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(jī)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(jī)的選擇 162.4 齒輪傳動設(shè)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(qiáng)度設(shè)計 172.4.2.1 齒根彎曲許用應(yīng)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(fù)合齒形系數(shù) 192.4.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 202.4.3.1 確定齒面接觸疲勞許用應(yīng)力 202.4.3.2 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 202.5 主傳動軸的設(shè)計 202.5.1 最小軸頸的估算 212.5.2 聯(lián)軸器部位花鍵的設(shè)計 212.5.3 鼓型齒的設(shè)計 212.5.4 軋輥設(shè)計 222.5.5 軸承段軸設(shè)計 232.5.6 對自由軸段的設(shè)計 242.5.7 環(huán)設(shè)計 252.5.8 軋輥右側(cè)軸段的設(shè)計 262.5.9 右端蓋設(shè)計 272.5.10 軸承套的設(shè)計 .282.6 從動軸的設(shè)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(shè)計 373.1 系統(tǒng)的工況分析 373.3 執(zhí)行元件的負(fù)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(dá) 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(jī)的潤滑和冷卻 414.1 定徑機(jī)的潤滑系統(tǒng) 414.1.l 潤滑的特點(diǎn)和作用 414.1.2 單個定徑機(jī)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(jī)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(shè)計體會 .48參考文獻(xiàn) .49致謝 .60第一章 緒論1.1 概述人類幾百萬年的發(fā)展進(jìn)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(xué)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(yùn)水等。然后再學(xué)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(yùn)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(biāo)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(chǔ)。相較于有縫鋼管，無縫鋼管具有更好的穩(wěn)定性，強(qiáng)度更好，能承受更大的壓力，不開裂，當(dāng)然，生產(chǎn)方法也遠(yuǎn)比其他鋼管復(fù)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(fù)雜或者不夠經(jīng)濟(jì)，難以被市場認(rèn)可，沒有被人們接納大范圍的應(yīng)用。一直到 1885 年，孟內(nèi)斯曼兄弟取得了革命性的進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jī)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(jìn)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(dá) 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(jī)將綻或坯穿成空心的厚壁毛管；②用延伸機(jī)將毛管軋薄，拉伸成接近成品壁厚的荒管；③用精軋機(jī)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(jī)，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(jī)，提高鋼管生產(chǎn)效率。到了 1903 年瑞士人施蒂費(fèi)爾（R. C.Stiefel ）發(fā)明了自動軋管機(jī)（也稱頂頭式軋管機(jī)），之后隨著連續(xù)軋管機(jī)、頂管機(jī)等各種延伸機(jī)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(jī)，逐漸形成了近代無縫鋼管工業(yè)。在 20 世紀(jì) 30 年代，因為三輥軋管機(jī)、擠壓機(jī)、周期式冷軋管機(jī)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(shè)備的誕生，尤其是應(yīng)用張力減徑機(jī)和連鑄坯的成功應(yīng)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(qiáng)。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(jī)：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(jī)：采用目前世界上最先進(jìn)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(jī)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(jī)：由 3 至 12 架組成，減徑機(jī)由 12 至 24 架組成，減徑率達(dá)到 3 到12%。今年來生產(chǎn)的張力減徑機(jī)一般采用三輥式 ，有 18 到 28 架，最大減徑率能夠達(dá)到 75%，減壁率達(dá)到 44%，出口速度達(dá)到每秒 18mm。運(yùn)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(jī)有兩端增厚的缺點(diǎn)。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(dá)到士 5%圖 3 三輥軋管機(jī)組生產(chǎn)流程圖第二章 三輥定徑機(jī)系統(tǒng)2.1 總體方案2.1.1 軋輥機(jī)架的確定鋼管在張力定徑機(jī)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(jī)上，相互靠近的機(jī)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(jī)是最為簡單的定徑機(jī)，制造成本低，但有諸多的缺點(diǎn)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(qiáng)度無法保證；第二個不足之處是軋輥尺寸大，將會整個機(jī)組的長度增加。相對而言，改進(jìn)發(fā)展而來的型號三輥和四輥式工作機(jī)座大大改正了這方面的問題。三輥式張力減徑機(jī)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(jī)座和工作機(jī)座作成一體，相鄰機(jī)架的軋輥軸線相差 60 度。鋼管斷面的變形由三個軋輥分擔(dān)，減輕了每個軋輥的變形任務(wù)，所以輥徑小，機(jī)架結(jié)構(gòu)緊湊，而且縮短了機(jī)架間距和機(jī)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(jī)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(fù)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(jī)較多。單獨(dú)傳動的三輥定徑機(jī)其機(jī)架結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示:圖 2.1 三輥式張力定徑機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.2 傳動裝置的確定2.1.2.1 單獨(dú)傳動單獨(dú)傳動的張力定徑機(jī)用得較少。因為，每架減徑機(jī)都需要一臺大功率電機(jī)帶動，那么整個機(jī)組的電機(jī)功率過大，而且電器控制裝置費(fèi)用高，技術(shù)復(fù)雜。此外，當(dāng)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(jī)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(jī)架上配一套液壓傳動裝置，通過差動裝置來調(diào)整每個機(jī)架的軋輥轉(zhuǎn)速。該方法的液壓傳動裝置不負(fù)擔(dān)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(jī)采用這種傳動方式。 集體驅(qū)動雖然設(shè)備較復(fù)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(jī)架間的張力，同時，電機(jī)的總功率小，所以比單獨(dú)傳動更好。在張力定徑機(jī)上，鋼管在機(jī)架間承受張力的情況下軋制。鋼管順次通過各架軋機(jī)，在鋼管頭部進(jìn)入軋機(jī)和尾部離開軋機(jī)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(jī)架間距，同時張力減徑法應(yīng)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(jī)組中，張力減徑機(jī)便能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。減徑后的鋼管，可以用飛剪機(jī)鋸切成需要的長度。這套張力定徑機(jī)由傳動裝置、差動齒輪箱、減速箱、機(jī)架、液壓調(diào)速系 統(tǒng)、光電系統(tǒng)六部分組成。軋機(jī)的啟動、停車、觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況都集中在操 作臺上。軋機(jī)由一臺電機(jī)驅(qū)動，主電機(jī)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(jī)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(dǎo)致 1—6 架工作機(jī)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(jī)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(dá)供油，讓馬達(dá)獲得一個轉(zhuǎn)速，聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動差動機(jī)構(gòu)使聯(lián)接減徑機(jī)的減速箱高速軸又獲得一變化速度。可變化速度與上述一樣，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(dá)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)了軋機(jī)單獨(dú)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(chǔ)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(jī)，再接液壓馬達(dá)。軋制力矩和出軸速度可通過下面的公式進(jìn)行說明：?????bannM5.0.式中 主電機(jī)和液壓馬達(dá)各承受一半的軋制的力矩。Mba.,5.0?2.1.2.4 電機(jī)的同步因為本設(shè)計方案是單獨(dú)傳動的三輥定徑機(jī)機(jī)架設(shè)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(jī)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(dāng)于告訴變頻器要輸出什么電壓和頻率，從而就決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。一臺變頻器同時帶 3 臺電機(jī)，所有電機(jī)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(jī)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(jī)最好是同一個公司生產(chǎn)，是同一批次的同一功率的電機(jī)，以保證電機(jī)特性的一致，最大程度使電機(jī)的轉(zhuǎn)差率一致，以保證良好的同步性能。為了保護(hù)電機(jī)，每臺電機(jī)前應(yīng)安裝熱繼電器。這樣在電機(jī)過載時可以不斷開主回路，避免在變頻器運(yùn)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(jī)機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)的分析和計算；傳動方式和機(jī)架的選擇；主要零部件的設(shè)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(jī)架個數(shù)的確定總減徑率：（255-168）/255×100%=34.1%每架三輥定徑機(jī)外徑減徑率是：3.5%—12%，所有外徑減徑率之和最大可達(dá) 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(jī)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(yīng) 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 取）壓 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(jìn) 入 孔 型 的 鋼 管 壁 均 直 徑 ：表 示 進(jìn) 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(diǎn)；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(qiáng)度極限，45 鋼的強(qiáng)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(diǎn)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(jī)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(jī)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(yuǎn)，所以用兩級展開式圓柱齒輪減速器。查機(jī)械設(shè)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(jī)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(jī)的主電軸上的力矩兩部分組成，即： fZffZDMiiM????21表示三輥定徑機(jī)主電機(jī)的力矩DM表示三輥定徑機(jī)軋輥上最大的軋制力，ZM NMMZ938.5072?表示附加摩擦力矩，即當(dāng)軋制時由于軋制力作用在軋輥軸承上，傳動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)軸上的附加摩擦力矩 。2fiMZf????????12?表示主電機(jī)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(jī)上的力矩為： D2.3.4?2.3.3 主電機(jī)的選擇min/6.514.0rinZD???3erMP?KDer?Mer 表示額定靜力矩，nd 表示電機(jī)最大的轉(zhuǎn)速，K 表示電機(jī)過載系數(shù),電機(jī)過載系數(shù) K 值范圍：可逆轉(zhuǎn)的電機(jī) 在 2.5 到 3.0 之間不可逆轉(zhuǎn)的電機(jī) 在 1.5 到 2.0 之間帶有飛輪的電機(jī) 在 4 到 6 之間這里取 K=3.0 KwMer23.170.? KwPD052.7306.24.1???查機(jī)械設(shè)計手冊表（23-105）得 YZR(315M)電機(jī)，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(jī)。2.4 齒輪傳動設(shè)計三個軋輥軸具有相同的速度，故設(shè)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(shè)計及維護(hù)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(jī)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(qiáng)度達(dá)到 1080MPa,屈服極限達(dá)到 835MPa。因為是硬齒面，所以按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。2.4.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 ??32125.082.16FPSRYZKTm???????表 示 齒 數(shù) 比表 示 復(fù) 合 齒 形 系 數(shù)表 示 彎 曲 需 用 應(yīng) 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(yīng)力 NFSTPYlim??在機(jī)械設(shè)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(dá)到中等要求時取中限 MQ，達(dá)到最低要求時取下限 ML。雙向傳動，即在對稱循環(huán)變應(yīng)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(qiáng) 度 計 算 系 數(shù) ， 一 般 取表 示 實 驗 齒 輪 應(yīng) 力 修 正 ） 得 到表 （疲 勞 極 限 ， 由 設(shè) 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(jī)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(jī)為電機(jī)、汽輪機(jī)、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(jī) 械 設(shè) 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(fù)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(yīng)力 應(yīng)相同，錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)為： 02.4 3850,73cos???FSvYxZ得 ）—。 所 以 由 機(jī) 械 設(shè) 計 表 （變 位 系 數(shù)??????1305749.12 25.6041.02.75698865.0.1212??????????mmYZKTFPSR取—根 據(jù) 機(jī) 械 設(shè) 計 表 ???所以齒輪的參數(shù)如下：本 科 畢 業(yè) 論 文題目 ： 單 獨(dú) 傳 動 的 三 輥 定 徑 機(jī) 機(jī) 架 設(shè) 計學(xué) 院:專 業(yè):學(xué) 號:學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：日 期：摘 要鋼 管 具 有 重 量 輕 ， 強(qiáng) 度 大 的 特 點(diǎn) ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 人 們 的 日 常 生 活 以 及 基 礎(chǔ) 建 設(shè) 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(jī)械 零 部 件 的 制 作 ， 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ， 具 有 廣 闊 的 市 場 前 景 。本 設(shè) 計 對 鋼 管 的 發(fā) 展 史 進(jìn) 行 了 簡 要 的 介 紹 ， 以 及 鋼 管 生 產(chǎn) 方 法 的 分 析 。 重 點(diǎn) 是對 三 輥 定 徑 機(jī) 進(jìn) 行 了 介 紹 ， 比 較 了 其 與 二 棍 定 徑 機(jī) 和 四 棍 定 徑 機(jī) ， 闡 明 了 三 輥 定 徑機(jī) 被 廣 泛 應(yīng) 用 的 原 因 。 然 后 再 對 三 輥 定 徑 機(jī) 進(jìn) 行 計 算 和 設(shè) 計 ， 包 括 參 數(shù) 設(shè) 計 、 液 壓調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 以 及 定 徑 機(jī) 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(jì) 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(dá) 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(jī) ； 參 數(shù) 設(shè) 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(jī)系統(tǒng) .42.1 總體方案 .42.1.1 軋輥機(jī)架的確定 .42.1.2 傳動裝置的確定 .52.1.2.1 單獨(dú)傳動 .52.1.2.2 集體傳動 .52.1.2.3 差動傳動 .62.1.2.4 電機(jī)的同步 .72.2 參數(shù)計算 .82.2.1 性能參數(shù) .82.2.2 機(jī)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(jī)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(jī)的選擇 162.4 齒輪傳動設(shè)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(qiáng)度設(shè)計 172.4.2.1 齒根彎曲許用應(yīng)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(fù)合齒形系數(shù) 192.4.3 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 202.4.3.1 確定齒面接觸疲勞許用應(yīng)力 202.4.3.2 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 202.5 主傳動軸的設(shè)計 202.5.1 最小軸頸的估算 212.5.2 聯(lián)軸器部位花鍵的設(shè)計 212.5.3 鼓型齒的設(shè)計 212.5.4 軋輥設(shè)計 222.5.5 軸承段軸設(shè)計 232.5.6 對自由軸段的設(shè)計 242.5.7 環(huán)設(shè)計 252.5.8 軋輥右側(cè)軸段的設(shè)計 262.5.9 右端蓋設(shè)計 272.5.10 軸承套的設(shè)計 .282.6 從動軸的設(shè)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(shè)計 373.1 系統(tǒng)的工況分析 373.3 執(zhí)行元件的負(fù)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(dá) 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(jī)的潤滑和冷卻 414.1 定徑機(jī)的潤滑系統(tǒng) 414.1.l 潤滑的特點(diǎn)和作用 414.1.2 單個定徑機(jī)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(jī)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(shè)計體會 .48參考文獻(xiàn) .49致謝 .60第一章 緒論1.1 概述人類幾百萬年的發(fā)展進(jìn)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(xué)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(yùn)水等。然后再學(xué)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(yùn)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(biāo)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(chǔ)。相較于有縫鋼管，無縫鋼管具有更好的穩(wěn)定性，強(qiáng)度更好，能承受更大的壓力，不開裂，當(dāng)然，生產(chǎn)方法也遠(yuǎn)比其他鋼管復(fù)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(fù)雜或者不夠經(jīng)濟(jì)，難以被市場認(rèn)可，沒有被人們接納大范圍的應(yīng)用。一直到 1885 年，孟內(nèi)斯曼兄弟取得了革命性的進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jī)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(jìn)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(dá) 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(jī)將綻或坯穿成空心的厚壁毛管；②用延伸機(jī)將毛管軋薄，拉伸成接近成品壁厚的荒管；③用精軋機(jī)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(jī)，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(jī)，提高鋼管生產(chǎn)效率。到了 1903 年瑞士人施蒂費(fèi)爾（R. C.Stiefel ）發(fā)明了自動軋管機(jī)（也稱頂頭式軋管機(jī)），之后隨著連續(xù)軋管機(jī)、頂管機(jī)等各種延伸機(jī)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(jī)，逐漸形成了近代無縫鋼管工業(yè)。在 20 世紀(jì) 30 年代，因為三輥軋管機(jī)、擠壓機(jī)、周期式冷軋管機(jī)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(shè)備的誕生，尤其是應(yīng)用張力減徑機(jī)和連鑄坯的成功應(yīng)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(qiáng)。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(jī)：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(jī)：采用目前世界上最先進(jìn)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(jī)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(jī)：由 3 至 12 架組成，減徑機(jī)由 12 至 24 架組成，減徑率達(dá)到 3 到12%。今年來生產(chǎn)的張力減徑機(jī)一般采用三輥式 ，有 18 到 28 架，最大減徑率能夠達(dá)到 75%，減壁率達(dá)到 44%，出口速度達(dá)到每秒 18mm。運(yùn)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(jī)有兩端增厚的缺點(diǎn)。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(dá)到士 5%圖 3 三輥軋管機(jī)組生產(chǎn)流程圖第二章 三輥定徑機(jī)系統(tǒng)2.1 總體方案2.1.1 軋輥機(jī)架的確定鋼管在張力定徑機(jī)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(jī)上，相互靠近的機(jī)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(jī)是最為簡單的定徑機(jī)，制造成本低，但有諸多的缺點(diǎn)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(qiáng)度無法保證；第二個不足之處是軋輥尺寸大，將會整個機(jī)組的長度增加。相對而言，改進(jìn)發(fā)展而來的型號三輥和四輥式工作機(jī)座大大改正了這方面的問題。三輥式張力減徑機(jī)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(jī)座和工作機(jī)座作成一體，相鄰機(jī)架的軋輥軸線相差 60 度。鋼管斷面的變形由三個軋輥分擔(dān)，減輕了每個軋輥的變形任務(wù)，所以輥徑小，機(jī)架結(jié)構(gòu)緊湊，而且縮短了機(jī)架間距和機(jī)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(jī)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(fù)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(jī)較多。單獨(dú)傳動的三輥定徑機(jī)其機(jī)架結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示:圖 2.1 三輥式張力定徑機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.2 傳動裝置的確定2.1.2.1 單獨(dú)傳動單獨(dú)傳動的張力定徑機(jī)用得較少。因為，每架減徑機(jī)都需要一臺大功率電機(jī)帶動，那么整個機(jī)組的電機(jī)功率過大，而且電器控制裝置費(fèi)用高，技術(shù)復(fù)雜。此外，當(dāng)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(jī)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(jī)架上配一套液壓傳動裝置，通過差動裝置來調(diào)整每個機(jī)架的軋輥轉(zhuǎn)速。該方法的液壓傳動裝置不負(fù)擔(dān)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(jī)采用這種傳動方式。 集體驅(qū)動雖然設(shè)備較復(fù)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(jī)架間的張力，同時，電機(jī)的總功率小，所以比單獨(dú)傳動更好。在張力定徑機(jī)上，鋼管在機(jī)架間承受張力的情況下軋制。鋼管順次通過各架軋機(jī)，在鋼管頭部進(jìn)入軋機(jī)和尾部離開軋機(jī)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(jī)架間距，同時張力減徑法應(yīng)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(jī)組中，張力減徑機(jī)便能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。減徑后的鋼管，可以用飛剪機(jī)鋸切成需要的長度。這套張力定徑機(jī)由傳動裝置、差動齒輪箱、減速箱、機(jī)架、液壓調(diào)速系 統(tǒng)、光電系統(tǒng)六部分組成。軋機(jī)的啟動、停車、觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況都集中在操 作臺上。軋機(jī)由一臺電機(jī)驅(qū)動，主電機(jī)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(jī)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(dǎo)致 1—6 架工作機(jī)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(jī)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(dá)供油，讓馬達(dá)獲得一個轉(zhuǎn)速，聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動差動機(jī)構(gòu)使聯(lián)接減徑機(jī)的減速箱高速軸又獲得一變化速度。可變化速度與上述一樣，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(dá)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)了軋機(jī)單獨(dú)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(chǔ)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(jī)，再接液壓馬達(dá)。軋制力矩和出軸速度可通過下面的公式進(jìn)行說明：?????bannM5.0.式中 主電機(jī)和液壓馬達(dá)各承受一半的軋制的力矩。Mba.,5.0?2.1.2.4 電機(jī)的同步因為本設(shè)計方案是單獨(dú)傳動的三輥定徑機(jī)機(jī)架設(shè)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(jī)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(dāng)于告訴變頻器要輸出什么電壓和頻率，從而就決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。一臺變頻器同時帶 3 臺電機(jī)，所有電機(jī)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(jī)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(jī)最好是同一個公司生產(chǎn)，是同一批次的同一功率的電機(jī)，以保證電機(jī)特性的一致，最大程度使電機(jī)的轉(zhuǎn)差率一致，以保證良好的同步性能。為了保護(hù)電機(jī)，每臺電機(jī)前應(yīng)安裝熱繼電器。這樣在電機(jī)過載時可以不斷開主回路，避免在變頻器運(yùn)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(jī)機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)的分析和計算；傳動方式和機(jī)架的選擇；主要零部件的設(shè)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(jī)架個數(shù)的確定總減徑率：（255-168）/255×100%=34.1%每架三輥定徑機(jī)外徑減徑率是：3.5%—12%，所有外徑減徑率之和最大可達(dá) 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(jī)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(yīng) 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 取）壓 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(jìn) 入 孔 型 的 鋼 管 壁 均 直 徑 ：表 示 進(jìn) 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(diǎn)；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(qiáng)度極限，45 鋼的強(qiáng)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(diǎn)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(jī)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(jī)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(yuǎn)，所以用兩級展開式圓柱齒輪減速器。查機(jī)械設(shè)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(jī)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(jī)的主電軸上的力矩兩部分組成，即： fZffZDMiiM????21表示三輥定徑機(jī)主電機(jī)的力矩DM表示三輥定徑機(jī)軋輥上最大的軋制力，ZM NMMZ938.5072?表示附加摩擦力矩，即當(dāng)軋制時由于軋制力作用在軋輥軸承上，傳動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)軸上的附加摩擦力矩 。2fiMZf????????12?表示主電機(jī)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(jī)上的力矩為： D2.3.4?2.3.3 主電機(jī)的選擇min/6.514.0rinZD???3erMP?KDer?Mer 表示額定靜力矩，nd 表示電機(jī)最大的轉(zhuǎn)速，K 表示電機(jī)過載系數(shù),電機(jī)過載系數(shù) K 值范圍：可逆轉(zhuǎn)的電機(jī) 在 2.5 到 3.0 之間不可逆轉(zhuǎn)的電機(jī) 在 1.5 到 2.0 之間帶有飛輪的電機(jī) 在 4 到 6 之間這里取 K=3.0 KwMer23.170.? KwPD052.7306.24.1???查機(jī)械設(shè)計手冊表（23-105）得 YZR(315M)電機(jī)，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(jī)。2.4 齒輪傳動設(shè)計三個軋輥軸具有相同的速度，故設(shè)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(shè)計及維護(hù)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(jī)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(qiáng)度達(dá)到 1080MPa,屈服極限達(dá)到 835MPa。因為是硬齒面，所以按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。2.4.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 ??32125.082.16FPSRYZKTm???????表 示 齒 數(shù) 比表 示 復(fù) 合 齒 形 系 數(shù)表 示 彎 曲 需 用 應(yīng) 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(yīng)力 NFSTPYlim??在機(jī)械設(shè)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(dá)到中等要求時取中限 MQ，達(dá)到最低要求時取下限 ML。雙向傳動，即在對稱循環(huán)變應(yīng)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(qiáng) 度 計 算 系 數(shù) ， 一 般 取表 示 實 驗 齒 輪 應(yīng) 力 修 正 ） 得 到表 （疲 勞 極 限 ， 由 設(shè) 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(jī)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(jī)為電機(jī)、汽輪機(jī)、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(jī) 械 設(shè) 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(fù)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(yīng)力 應(yīng)相同，錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)為： 02.4 3850,73cos???FSvYxZ得 ）—。 所 以 由 機(jī) 械 設(shè) 計 表 （變 位 系 數(shù)??????1305749.12 25.6041.02.75698865.0.1212??????????mmYZKTFPSR取—根 據(jù) 機(jī) 械 設(shè) 計 表 ???所以齒輪的參數(shù)如下：