包钢热轧带钢车间立式卷曲机毕业设计说明书.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：包钢热轧带钢车间立式卷曲机学生姓名： 学 号：200540405131专 业：过程装备与控制工程班 级：装备05-1班指导教师： 包钢热轧带钢车间立式卷曲机摘要卷曲机的用途是收集超长扎件，将其卷绕成卷以便于生产，运输和贮存。卷曲机是轧钢车间的重要辅助设备，是成卷轧制主扎线中必不可少的设备，在带材和线材生产中均被广泛应用。该机构具有结构简单，整体尺寸适中，传动效率高，维修方便，造价较低的优点。在本设计中主要对卷曲机进行了结构设计和理论计算，并着重对传动机构做了详细的分析设计。关键词 卷曲机；热轧；设计计算Vertical crimp machine of Hot-rolled strip steel plant of Baogang groupAbstractPushing steel-rolling workshop is based on one of the main equipmentsPusher-machine, and its role is to push the billet material which lies on the Roller or the bench before the furnace into the furnace for reheating process. The design chooses a mechanical pusher- machine,while the structure designed primarily for the use of the gear and rack structure. The advantages of the structure exists that the body is simple in structure, the overall size of moderate, high transmission efficiency, easy maintenance, the lower cost.The main content of the pusheer-design includes the structure design and theoretical calculations and focus on the transmission mechanism to do a detailed analysis and design.Keywords: Pusher-machine; Structural Design; Theoretical calculations目录摘要IABSTRACTII前言- 1 -第一章 概述- 3 -1.1钢铁的生产过程简介- 3 -1.2轧钢工艺与设备简介- 5 -1.2.1轧钢工艺流程- 5 -1.2.2轧钢机械简介- 9 -1.3 卷曲机简介- 9 -1.3.1卷曲机的用途- 9 -1.3.2卷曲机的种类- 10 -1.3.3卷曲机的发展- 10 -第二章 卷筒工作原理的分析和传动方案的拟定- 11 -2.1卷筒工作原理- 11 -2.2传动机构类型的选择- 11 -2.3 传动方案的确定- 11 -第三章 基本参数的设计计算- 12 -3.1卷筒直径的确定- 12 -3.2 卷曲计算转速- 12 -3.3 计算电动机的额定转速- 12 -3.4 计算卷曲力- 13 -3.5 计算电动机的额定功率- 13 -第四章 传动机构的设计计算与校核- 14 -4.1锥齿轮传动的设计计算与校核- 14 -4.1.1 初步设计- 14 -4.1.2 几何计算，确定主要尺寸及参数- 14 -4.1.3 齿面接触疲劳强度校核- 18 -4.1.4齿根弯曲疲劳强度校核- 19 -第五章 轴的设计计算与校核- 21 -5.1 锥齿轮轴的设计计算与校核- 21 -5.1.1选择轴的材料- 21 -5.1.2估算轴径- 22 -5.1.3选择联轴器- 22 -5.1.4轴的结构设计- 22 -5.1.5轴上受力分析- 23 -5.1.6 计算支承反力- 23 -5.1.7弯矩图- 24 -5.1.8 合成弯矩图- 24 -5.1.9 附加力所产生的支承反力和弯矩- 24 -5.1.10 转矩图- 25 -5.1.11 当量弯矩图- 25 -5.1.12 按许用切应力计算校核- 27 -5.1.13 按许用弯曲应力计算- 27 -5.1.14 安全系数校核- 27 -5.2 花键轴的设计计算与校核- 30 -5.2.1 选择轴的材料- 30 -5.2.2 估算轴径- 31 -5.2.3 轴的结构设计- 31 -5.2.4轴上受力分析- 31 -5.2.5 按许用切应力计算校核- 32 -5.2.6 安全系数校核- 32 -第六章 热卷箱的选用- 35 -6.1 热卷箱简介- 35 -6.2 热卷箱技术的优点- 35 -6.3 热卷箱技术的不足- 36 -6.3.1 热卷箱对加速轧制功能的影响- 36 -6.3.2 热卷箱对精轧温度的影响- 36 -6.3.3 热卷箱自身的高维护要求- 37 -6.3.4 一般不适宜特殊钢种轧制- 37 -6.3.5 热卷箱开卷影响精轧后张力的稳定- 38 -6.3.6 头部浪形影响剪切的精度- 38 -6.3.7 开卷过程中辊道会划伤中间坯下表面- 38 -6.3.8 影响轧制节奏- 38 -6.4 热卷箱的构成及工作原理- 38 -6.5 两种轧机生产线比较- 40 -6.6 热卷箱选用的综合考虑- 41 -6.7 热卷箱的发展- 41 -结 束 语- 43 -参考文献- 44 -致 谢- 45 -前言经过了三年多的理论学习，进入到毕业设计阶段，毕业设计大学学习中的重要环节，是对我们所学基础与专业理论知识进行实际设备设计的综合训练，以便我们更好地掌握设备设计的基本思路、方法与内容，提高我们设计调研、文献查阅、外文翻译、方案论证、计算、手工绘图、计算机绘图及文件编制等基本技能。钢铁工业亦称黑色冶金工业。钢铁工业是重要的基础工业部门，是发展国民经济与国防建设的物质基础。冶金工业的水平也是衡量一个国家工业化的标志。我国钢产量由1978年的3717万吨增长到2007年的4.89亿吨。2007年我国生产粗钢48924.08万吨，比上年增加6625.22万吨，增长15.66%；生产生铁46944.63万吨，比上年增加6189.22万吨，增长15.19%；生产钢材56460.81万吨（含重复材），比上年增加10442.84万吨，增长22.69%，行业总体呈较快增长态势。2008年1-9月份我国的钢产量39,095万吨，比上年同期增长了6.2%；钢铁企业销售收入20982亿元，同比增长39.0%，实现利润1326亿元。中国钢铁工业不仅在数量上快速增长，而且在品种质量、装备水平、技术经济、节能环保等诸多方面都取得了很大的进步，形成了一大批具有较强竞争力的钢铁企业。中国钢铁工业不仅为中国国民经济的快速发展做出了重大贡献，也为世界经济的繁荣和世界钢铁工业的发展起到积极的促进作用。中国经济快速的发展，拉动了中国钢材消费的持续增长，缓解了全球钢铁产能过剩，改变了世界钢铁市场和原料市场的供求关系，由过去的供大于求转为供不应求，钢铁市场由低迷转为兴旺，钢材价格由长期的低价位运行转为高价位运行。2001年至2007年，全球钢铁业重新恢复了活力，国际钢铁市场需求兴旺，钢铁企业利润丰厚。2008年，随着世界经济危机的蔓延，全球钢铁行业发展面临巨大压力，中国钢铁行业下游市场需求减缓，在应对经济危机方面，中国政府频频出台政策措施，对钢铁行业产生积极作用。截止2008年11月，国务院批复的铁路投资额已经达到2万亿元，其中在建项目的投资规模超过了1.2万亿；此外交通运输部门正在酝酿一个未来3至5年内投资5万亿元的计划，包括在建项目、已经规划的项目和追加投资，将涉及公路、水路、港口和码头建设等。政府加大基础设施建设将拉动钢材需求。另外，随着中国产业结构的升级，中国对高品质钢铁产品的需求量也越来越大。中国工业化和城镇化建设步伐的加快，也将扩大钢材产品的消费。因此，中国钢铁行业仍有很大的发展空间。本次毕业设计，我设计的题目是立式卷曲机，卷曲机属于热轧棒材生产工艺线中较重要的设备之一，其传动部分和支架部分的设计属于本设备的重点，传动部分的设计是本设计的难点。卷曲机的用途是收集超长扎件，将其卷绕成卷以便于生产，运输和贮存。卷曲机是轧钢车间的重要辅助设备，是成卷轧制主扎线中必不可少的设备，在带材和线材生产中均被广泛应用。本说明书是根据毕业设计课题“包钢热轧带钢车间立式卷曲机”的整体设计过程编写而来的。针对这个课题，我们通过参观、查阅资料、图纸相结合的方式对立式卷曲机的各个零部件及其具体结构、加工制造方法等有一定的了解，为这次毕业设计和本书的编写奠定了基础。 在这次毕业设计中，我得到了于文妍老师的精心指导、帮助和大力支持，同时也得到了设计组同学的许多帮助，在此向他们表示真诚的感谢。由于本人知识水平有限，经验不足，本设计中一定存在不少缺点和错误，请各位评审老师提出宝贵的指正意见。第一章 概述1.1钢铁的生产过程简介钢铁生产基本包括冶炼和连铸、热轧、冷轧三大工艺段。冷轧电工硅钢主要分晶粒取向硅钢和无取向硅钢两大类，在冶炼、热轧两段中，生产流程基本相同，只是工艺要求和具体参数的差异；取向硅钢和无取向硅钢生产工艺的主要差别在冷轧工艺。原料可以是铁矿石也可以是废铁，这取决于工艺过程-首先熔化成钢水。以矿砂为原料的炼钢须使用高炉，而以废铁为原料的工艺使用的是电弧熔炉。然后，钢水被倒入连铸机中凝固。这样就生产出了我们所知道的半成品。这些半成品可以是具有矩形横截面的扁钢锭，也可以是具有个正方形截面的块钢或者钢坯。它们都是一些坯料，用于制造最后的成品。最后，这些半成品被变形或轧制成为最终成品。 其中的一些须经过热处理，就是所谓的“热轧”。 随后，一半以上的经过热轧的薄钢板在环境温度下再次轧制（即所谓的“冷轧”）。 然后，它可以被涂上一层抗腐蚀的防护材料。 1、烧结 在烧结车间中，制备铁矿石。铁矿石被压碎碾成标准化的颗粒，被烧结或粘合在一起。烧结的铁矿石随后被压碎，并按一层焦炭、一层矿石的交替方式，被加入高炉中。焦炭是是从富炭煤蒸馏出的固体残渣，极易燃烧。 2、高炉 在高炉中，从铁矿石中提取铁。固态的矿石和焦炭由顶部加入高炉，而高炉底部送来的一股热气（1200）致使几乎是100%含炭量的焦炭开始燃烧。 这便产生了碳的氧化物，它通过除氧过程来减少了氧化铁，从而分离出铁。 由燃烧产生的热量将铁和脉石（矿石中矿物的集合）熔化成液体。 脉石，由于比较轻，会漂浮至铁水表面，就是所谓的“生铁”。炉渣是熔融脉石产生的残渣，可用于其他工业用途，比如用于铺设道路或生产水泥。 3、炼焦炉 焦炭是煤在炼焦炉中通过干馏（即将不需要的成分气化掉）得到的可燃物质。焦炭几乎是纯碳，其结构呈多孔状，且抗碾性能很强。焦炭在高炉中燃烧，提供了熔化铁矿石所需的热量和气体。 4、转炉 在吹氧转炉中，生铁转换成钢铁。熔化的生铁会被倒在一层铁屑上。 碳和残渣等不需要的物质都会通过注入纯净的氧气燃烧掉，从而生产出粗钢。 然后，残渣或者炉渣就会被撇去。 粗钢(之所以称为粗钢，是因为它还必须经过进一步的精炼)然后倒入桶内。 5、电弧熔炉 加入电弧熔炉炉中的可以是经过选择的但未经处理的废铁（比如旧的机器零件），或者可以是含铁量至少为92的经过筛选的、碾碎的、达到标准的废铁。 废铁在电弧熔炉中被熔化。这就生产出了钢水，然后进行与生铁同样的精炼和分级。 废铁包括报废的钢制包装材料、建筑材料、机器和车辆零件、或者从炼钢过程或由钢铁加工装置产生的废生铁和钢铁。针对每种不同钢种，原材料的都必须经过仔细的选择。这种选择取决于任何废铁中金属或矿石都可能含有的“杂质”的类型。电弧熔炉磁性“废钢桶”将原料送入熔炉中。冶炼过程由强大的电弧驱动，这些电弧在电极和熔炉中的原料之间“跳动”。残渣或炉渣会从熔炉中回收。最终的产品是钢水，现在正被送入钢包炉和分级设备。 6、精炼 精炼（脱碳）和化学添加剂的夹杂物 这两项操作需在一个真空密封的容器中进行。 钢铁借助惰性气体氩气在精炼桶和容器之间旋转。 这一工艺过程使得钢铁的化学成分得到高精度的调整，以得到特种钢铁。 7、连续铸造机 钢水被不断地倒入没有底部的铸模中。 当铸模被拉动时，钢铁就开始与铸模的水冷内壁接触，并开始凝固。然后，铸造好的金属由一连串的辊筒引导被向下拉，同时持续得到冷却。当它到达末端时，钢铁已完全凝固，并立刻被切成所需的长度。 8、轧钢机 将坯料转变为最终成品。此时，扁钢锭被转轧制成薄板。扁钢锭首先在炉中被再加热。这使它具有更好的延展性，促进拔出和成形。紧接着，坯料通过了台架的轧辊而被“瘦身”，或者使它逐渐地变薄。1.2轧钢工艺与设备简介 从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点，因此比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛的应用。目前，约有90%的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也是用轧制方法。为满足国民经济各部门的需要，除轧制生产一般产品外，还生产建筑、造船、汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材。轧制生产的成品，根据钢材断面形状，主要分成三大类：钢板、钢管和型钢（包括线材）。1.2.1轧钢工艺流程从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了，一般连铸坯的厚度为150-250mm，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由架辊式轧机组成，机前装有测速辊和飞剪，切除板面头部。精轧机的速度可以达到23m/s。热轧成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢轨厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。 与热轧相比，冷轧厂的加工线比较分散，冷轧产品主要有普通冷轧板、涂镀层板也就是镀锡板、镀锌板和彩涂板。经过热轧厂送来的钢卷，先要经过连续三次技术处理，先要用盐酸除去氧化膜，然后才能送到冷轧机组。在冷轧机上，开卷机将钢卷打开，然后将钢带引入五机架连轧机轧成薄带卷。从五机架上出来的还有不同规格的普通钢带卷，它是根据用户多种多样的要求来加工的。冷轧厂生产各种各样不同品质的产品，那飞流直下，似银河落九天的是镀锡板，那银光闪闪的是镀锌板，有红、黄、兰各种颜色的是彩色涂层钢板。镀锡板是制造罐头和易拉罐的原料，又叫马口铁。镀锌板的生产工艺有两种，一种是热镀锌，一种是电镀锌。那貌不惊人包装特别的是硅钢片，它们用在发电设备、机电设备、轻工、食品和家电上。用镀锌板作为基材，在反面涂上各种涂料就成为彩色涂层钢板。由于工艺先进，涂层十分牢固，可以直接用于家电产品和作装饰材料。除了板材以外，轧钢厂也生产长材，如型钢、钢轨、棒材、圆钢和线材，它的生产过程和轧钢原理与板材类似，但是使用的轧辊辊型完全不同。1.主轧线工艺流程简述板坯由炼钢连铸车间的连铸机出坯辊道直接送到热轧车间板坯库，直接热装的钢坯送至加热炉的装炉辊道装炉加热，不能直接热装的钢坯由吊车吊入保温坑，保温后由吊车吊运至上料台架，然后经加热炉装炉辊道装炉加热，并留有直接轧制的可能。连铸板坯由连铸车间通过板坯上料辊道或板坯卸料辊道运入板坯库，当板坯到达入口点前，有关该板坯的技术数据已由连铸车间的计算机系统送到了热轧厂的计算机系统，并在监视器上显示板坯有关数据，以便工作人员进行无缺陷合格板坯的核对和接收。另外，通过过跨台车运来的人工检查清理后的板坯也需核对和验收，并输入计算机。进入板坯库的板坯，由板坯库计算机管理系统根据轧制计划确定其流向。常规板坯装炉轧制：板坯进入板坯库后，按照板坯库控制系统的统一指令，由板坯夹钳吊车将板坯堆放到板坯库中指定的垛位。轧制时，根据轧制计划，由板坯夹钳吊车逐块将板坯从垛位上吊出，吊到板坯上料台架上上料，板坯经称量辊道称重、核对，然后送往加热炉装炉辊道，板坯经测长、定位后，由装钢机装入加热炉进行加热。碳钢保温坑热装轧制：板坯进入板坯库后，按照板坯库控制系统的统一指令，由板坯夹钳吊车将板坯堆放到保温坑中指定的垛位。轧制时，根据轧制计划，由板坯夹钳吊车逐块将板坯从保温坑取出，吊到板坯上料台架上上料，板坯经称量辊道称重、核对，然后送往加热炉装炉辊道，板坯经测长、定位后，由装钢机装入加热炉进行加热。直接热装轧制： 当连铸和热轧的生产计划相匹配时，合格的高温连铸板坯通过加热炉上料辊道运到称量辊道，经称重、核对，进入加热炉的装炉辊道，板坯在指定的加热炉前测长、定位后，由装钢机装入加热炉进行加热。其中一部分通过卸料辊道运输的直接热装板坯需通过吊车吊运一次放到上料辊道后直接送至加热炉区。如果炼钢厂可以实现直接热装板坯由上料辊道运送，则可减少部分吊车吊运作业。板坯经加热炉的上料辊道送到加热炉后由托入机装到加热炉内，加热到设定温度后，按轧制节奏要求由出钢机托出，放在加热炉出炉辊道上。加热好的板坯出炉后通过输送辊道输送，经过高压水除鳞装置除鳞后，将板坯送入定宽压力机根据需要进行侧压定宽。定宽压力机一次最大减宽量为350 mm。然后由辊道运送进入第一架二辊可逆粗轧机轧制及第二架四辊可逆粗轧机进轧制，根据工艺要求将板坯轧制成厚度约为30-60mm的中间坯。在各粗轧机前的立辊轧机可对中间坯的宽度进行控制在R2与飞剪之间设有中间废坯推出装置，用于将中间废坯推到中间辊道的操作侧台架上。中间坯由带保温罩的中间辊道输送到切头飞剪处切头、切尾，保温罩有利于减少中间坯的热量损失和带坯头尾温差。飞剪前设有边部加热器，边部加热器可减少中间坯边部与中间部位的温度差，提高带钢性能的均匀性，提高轧件板型质量。切头飞剪配有中间坯头尾形状检测仪及剪切优化控制系统，以实现优化剪切，减少切头切尾损失。切头后的带坯经精轧前高压水除鳞装置清除二次氧化铁皮，由精轧前立辊导向进入精轧机组。中间坯经过F1F7四辊精轧机组，轧制成1.225.4 mm的成品带钢。精轧机组的穿带速度、加速度、最大轧制速度、各机架压下量、工作辊窜辊行程、各机架弯辊力等均由计算机控制系统按轧制带钢的品种和规格进行计算和设定实现板形的闭环控制。为了有效的控制带钢质量，在F7精轧机出口处设有凸度、平直度、厚度、宽度、温度等轧线检测仪表，在卷取机入口设有带钢表面质量、宽度、温度等轧线检测仪表。精轧机轧出的带钢在输出辊道上由带钢层流冷却系统采用相应的冷却制度，将热轧带钢由终轧温度冷却到规定的卷取温度。带钢的冷却方式，冷却水量都由计算机根据不同钢种、规格、终轧温度、卷取温度进行计算设定和控制。当卷取机咬入带钢之前即穿带时，输出辊道、夹送辊、助卷辊和卷筒的速度均超前于末机架轧制速度；当带钢被卷取机咬入以后，输出辊道、夹送辊、卷取机随精轧机同步进行升速轧制；当带钢尾部离开末机架后，输出辊道、夹送辊要减速即滞后于卷取机卷取速度直到热轧钢卷尾部。卷取完成后，由卸卷小车把钢卷托出至打捆机打捆。再由钢卷运输系统将钢卷继续向后运送，经打捆、称重、标记后，分别运送到热轧钢卷成品库、冷轧原料库和精整原料库。需要检查的钢卷则送到检查线，打开钢卷进行检查和取样后，再送回到钢卷运输系统，经打捆、称重、标记后分别送往热轧钢卷成品库、冷轧原料库和精整原料库。在钢卷库内冷却后的钢卷按下一步加工工艺要求分别送至平整分卷机组、钢板横切机组、冷轧车间或按销售计划发货。钢卷在运输和堆放的过程中均采用卧卷的方式，钢卷运往钢卷库或冷轧原料库的运输系统采用托盘运输系统，并与1780热轧厂的运输系统共同组成运输网络，由计算机统一控制。从板坯进入板坯库开始至成品发货为止，全部工艺过程通过轧线物料跟踪系统及两库管理系统对板坯、轧件和钢卷进行全线跟踪，从而实现了计算机的自动化生产控制。2.平整机工艺过程简述热轧卷放置在入口步进梁的入口鞍座上，步进梁将钢卷步运送到上卷小车上。上卷小车将钢卷运送到钢卷准备站以便于拆除捆带，切掉带钢头部，同时进行宽度和径向定位，然后将钢卷运送到开卷机开卷。带钢开卷后依次进入六辊矫直机、平整机、卷取机等从而完成设定的平整分卷工艺制度。平整机采用衡压力控制技术，由计算机系统根据品种和规格设定平整压力，通过液压缸进行控制。平整机设计平整厚度最大为6.5mm，厚度超过6.5mm的产品只分卷不平整。分卷采用液压固定剪，设置在平整机出口。平整分卷后的成品卷由卸卷小车卸卷，送到固定鞍座上，再由1、2步进梁将钢卷向后运输至成品库，在输送过程中完成称重和打捆作业。最后钢卷由吊车运到指定位置堆放。3. 钢板横切机组工艺流程简述车间的吊车将钢卷吊到机组的上料步进梁运输机上，然后运送到地辊站，钢卷在此进行水平、垂直对中和剪断捆带。钢卷运载小车将钢卷装入开卷机卷筒后，带钢头部依次进入夹送辊、1矫直机机组、活套、圆盘剪切边、飞剪成品定尺剪切、2矫直机矫直、打印机或打号机进行描号、人工表面检查站，检查合格的钢板将送往垛板台进行堆垛。次品板通过垛板台后的夹送辊送到次品区。飞剪由计算机系统根据工艺制度设定速度和剪切长度，保证钢板剪切质量。垛板台分为两组以便堆垛作业能按照钢板长度和数量进行连续操作。堆垛由可横向移动的轮子来完成，根据不同板宽可进行调整。堆垛完成后，升降台下降将钢板垛放到；链式板垛运输机上。板垛通过运输机链条侧移，将其送到该运输机的称量机上。称重后，用运输机将已称完重的板垛送到运输机后的卸料辊道上。卸料辊道上有两个固定布置的打捆机，它负责对钢板垛进行打捆。打捆完成后，板垛由吊车吊装入库。简单说就是把钢材加热后控制在再结晶温度以上进行轧制加工的工艺称为热轧。而在再结晶温度以下，包括常温下进行扎制加工的工艺称为冷轧。钢材热轧具有良好的塑性，容易成型，成型后钢材没有内应力，便于下面工序加工。如建筑用的钢筋，用来进行冲压的钢板，要进行机械加工和热处理的钢材都是热轧钢材。 钢材冷轧具有冷加工硬化的特性。由于冷轧具有较好的机械性能，很多直接使用的钢材都使用冷轧钢材。如冷扎扭钢筋、冷轧钢丝、冷轧钢板等。1.2.2轧钢机械简介 轧钢机械或轧钢设备主要指完成由原料到成品整个轧钢工艺过程中使用的机械设备。一般包括轧钢机及一系列辅助设备组成的若干个机组。 通常把使扎件产生塑性变形的机器称为轧钢机。轧钢机由工作机座、传动装置及主电机组成。这一机器系统称为主机列，也称轧钢车间主要设备。主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机(如横轧机、轮箍轧机等)。除轧钢机以外的各种设备，统称轧钢车间辅助设备。辅助设备主要包括剪切机、飞剪机、锯切机械、矫直机、卷曲机、辊道与升降台等。辅助设备数量大，种类多。随着车间机械化程度的提高，辅助设备的重量所占的比例就愈大。 辅助设备中的卷曲机就是本次设计的主要内容。1.3 卷曲机简介1.3.1卷曲机的用途在近代轧钢生产中，卷曲机的用途是收集超长扎件，将其卷绕成卷以便于生产，运输和贮存。卷曲机是轧钢车间的重要辅助设备，是成卷轧制主扎线中必不可少的设备，在带材和线材生产中均被广泛应用。轧钢生产实践证明, 卷取机的工作状态直接影响着连轧机生产力的发挥。对强力、高速卷取设备的研究一直受到重视。1.3.2卷曲机的种类热带钢卷取机是热连轧机、炉卷轧机和行星轧机的配套设备, 有多种形式: 地上式、地下式、有卷筒式、无卷筒式等。由于地下式卷取机具有生产率高、便于卷取宽且厚的带钢、卷取速度快而钢卷密实等特点, 所以现代热连轧生产线上主要采用地下式卷取机。卷取机是按助卷辊的数量来命名的, 可分为八辊式、六辊式、四辊式、三辊式和二辊式卷取机。较早设计的八辊式和六辊式已很少使用, 实践证明, 二辊式卷取机的助卷辊数目过少导板过长, 不适于卷取较厚的带钢。四辊式卷取机结构比较复杂、维修空间小。国内外实际使用表明,三辊式卷取机不仅用于卷取厚度大于 10 mm的带钢, 对于卷取厚度在 10 mm以下的带钢效果也很好。目前新设计的轧机大部分采用结构简单合理的三辊式卷取机, 能卷取 0.820 mm的带钢。1.3.3卷曲机的发展20 世纪 80 年代以前, 我国引进的卷取机都是气动助卷辊型式的, 此类型卷取机中, 机前导尺及张力辊的开口度都是气缸驱动的。只能小张力卷取, 带头对助卷辊冲击大, 卷筒振动大, 带钢有冲痕、噪声高、构件磨损快、助卷辊臂易开裂, 卷筒内部柱楔等易生锈, 维修频繁, 卷取质量不好。从 80 年代末开始, 我国相继引进了多条热带钢生产线。这些卷取机都是三助卷辊式, 机前导尺、张力辊、助卷辊都由液压缸控制, 液压缸都有压力和位置伺服控制。卷取机的全部操作过程均由电子计算机控制。动作平稳, 加速度高。带卷边缘整齐、密实。第二章 卷筒工作原理的分析和传动方案的拟定2.1卷筒工作原理 立式卷曲机卷筒由板材卷曲和液压系统两大部分组成。卷筒启动时，卷筒外圆处于收缩状态，钳口张开，钢板插入钳口后，液压旋转接头开始送油压至液压管道内，并随即进入钳口缸，油压迫使柱塞伸出与钳口紧密贴合，实现钢板夹紧。随之胀缩油缸带动拉杆；通过紧固在拉杆上的张紧十字架，连接楔形块，沿传动轴作轴向位移，扇形块15°内斜面在楔形块15°外斜面的轴向作用下，作径向变径，实现卷筒扇形块的张力卷曲和卸卷系列动作过程。 卷筒的旋转通过传动轴经过齿轮固定在减速箱上的转动来实现。2.2传动机构类型的选择根据设计要求，并为了满足其工作性能，本卷曲机采用齿轮传动。又考虑到将卷好的板带从卷曲机上卸卷，故还需要一个液压传动。2.3 传动方案的确定 本设计的传动方案是由电动机联接减速器，再联接联轴器，再联接一个螺旋锥齿轮轴，从而带动锥齿轮，锥齿轮与花键套通过螺纹配绞联接，花键套利用键与套筒联接，套筒再与圆筒螺纹联接，圆筒利用螺纹与卷曲圆盘联接，卷曲圆盘转动从而把钢材卷绕成卷。另外，为了把卷好的钢材从卷曲机上卸下，在卷曲机内部，花键套与花键轴配合，花键轴的上端与卷曲圆筒联接，下端联接一个活动接头，活动接头与两个液压油缸相连，当把钢材卷好后，油缸带动活动接头从而使花键轴作轴向向下运动，从而使卷曲圆筒下降至卷曲圆盘以下，以便物料的卸载。 第三章 基本参数的设计计算3.1卷筒直径的确定对于热卷曲机，卷筒直径： ，式中卷曲温度下带材的屈服极限，取=235MPa, 带材的弹性模量，取=200GPa， 带材的平均厚度，则，常用的卷筒尺寸系列有，所以取卷筒直径。3.2 卷曲计算转速 卷曲计算转速 ，式中卷曲最大线速度，=9.5m/s，最大带卷半径，=900mm，则 。3.3 计算电动机的额定转速1、因为是螺旋锥齿轮传动，故传动比， 则。2、根据设计要求，选用ZD型，即单级圆柱齿轮加速器。 则其传动比，所以电动机的转速，符合这一范围的同步转速有750r/min,1000r/min,和1500r/min,根据容量和转速，并综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格，等，选取电动机的额定转速为。3.4 计算卷曲力F 由带钢宽度b=300mm,带钢厚度=4.5mm,查表普通碳素结构钢热轧钢带的理论质量表，查得理论质量为10.598kg/m，。卷曲力。3.5 计算电动机的额定功率 电动机的额定功率。式中取=1.2，=0.85，则，所以取电动机的额定功率=100kw。第四章 传动机构的设计计算与校核4.1锥齿轮传动的设计计算与校核 已知输入功率，高速轴转速传动比，小轮悬臂支撑。4.1.1 初步设计转矩。初估轴径，式中，=1.5， 估算时的齿轮许用接触应力， 查图齿面接触疲劳极限图得=1500,取=1.1， ，则。4.1.2 几何计算，确定主要尺寸及参数齿数： 查图，。实际传动比： 。大端模数：，取， ，分锥角： ， 。 外锥距： 齿宽： 取齿宽系数=0.3 取=56mm， 中点分度圆直径： ， 。 中点模数： 。 切向变位系数： 。 高变位系数： 。 顶隙： ，（GB12369-1990齿制=0.2）。 大端齿顶高： ， 大端齿根高： ， 。 全齿高： 。齿根角： ， 。齿顶角：， （采用等顶隙收缩齿）。顶锥角： 根锥角：大端齿顶圆直径： 当量齿数：当量齿轮分度圆直径： 当量齿轮顶圆直径： 当量齿根圆直径： 当量齿轮传动中心距： 当量齿轮基圆齿距： 啮合线长度： 端面重合度：齿中接触线长度： 齿中接触线的投影长度：4.1.3 齿面接触疲劳强度校核计算公式：式中，中点分度圆上的切向力，查表得使用系数动载系数，由中点节线速度 ，查图得，齿向载荷分布系数，查表取, 当有效工作齿宽时，则端面载荷系数，根据查表得，节点区域系数，查表得，弹性系数，查表得，螺旋角系数，锥齿轮系数，由此得 许用接触应力式中，实验齿轮的解除疲劳极限，寿命系数：，长期工作，取为无限寿命设计，润滑油影响系数，工作硬化系数，尺寸系数，最小安全系数，则许用接触应力值。因为，所以满足条件。4.1.4齿根弯曲疲劳强度校核 校核公式 ，式中使用系数，动载系数（查图得），齿间载荷分配系数，齿向载荷分布系数复合齿形系数，由，查图得，重合度系数，锥齿轮系数，载荷分配系数，则齿根弯曲应力计算值，。齿根许用弯曲应力: ，式中齿根弯曲疲劳强度基本值,查图得,寿命系数，长期工作，取为无限寿命设计,相对齿根圆角敏感系数，查表得 ，相对齿根表面状况系数尺寸系数最小安全系数则许用弯曲应力值 。齿根弯曲强度校核结果 。因为，所以满足要求，通过。第五章 轴的设计计算与校核5.1 锥齿轮轴的设计计算与校核已知1、锥齿轮轴的输入功率 ，式中，即电动机的额定功率，传动装置的总效率 ，式中ZD齿轮减速器的效率，取， 联轴器的效率，取，则， 则2、锥齿轮轴的转速 ，式中即电动机的额定转速， ZD减速器的传动比，取，则。5.1.1选择轴的材料选用45钢，正火处理，由表查得当d<100mm时，5.1.2估算轴径查表取系数A=125,（因轴端受弯矩，A取最大值）则。考虑到端部有轴键槽，轴径应增大，又考虑到轴的安全性，取。5.1.3选择联轴器查表得工作情况系数，则计算转矩 ，式中，则，根据工作要求选择柱销联轴器，依轴径,由选择联轴器的型号为，允许最大转矩。5.1.4轴的结构设计轴的结构设计如图，轴的右端轴径ø95mm,轴长132mm，轴上设有键槽，键槽长120mm，宽25mm，键槽用于连接联轴器，采用轴肩定位，中部轴轴径ø100mm,用于连接轴承端盖，端盖与轴之间用J型油封100×130×16密封，端盖右端用压盖压紧，最左端轴轴径ø120mm，轴上有两组滚动轴承，两组轴承之间用套筒定位，右侧的轴承右端用圆螺母M110×2加止动垫圈定位。5.1.5轴上受力分析 已知：锥齿轮螺旋角=35º，左旋。轴传递的转矩，锥齿轮受到的圆周力， 径向力， 轴向力，联轴器因制造和安装误差所产生的附加圆周力，(方向不定，故图中以假想线表示)。5.1.6 计算支承反力1、水平面反力， ，（即与所标方向相反，实际方向向下），水平面（xy面）受力简图见图（c）。 2、垂直面反力，（方向向下）， ，（向上），垂直面（xz面）受力简图见图（e）。5.1.7弯矩图水平面最大弯矩，水平面弯矩图见图（d）。 垂直面最大弯矩，垂直面弯矩图见图（f）。5.1.8 合成弯矩图 ，合成弯矩图见图（g）。5.1.9 附加力所产生的支承反力和弯矩 ， ， 。附加力受力图和弯矩图见图（h）和（i）。 因为方向是变化的，当与方向一致时，是