《轧制成形设备》课件：第6章-1.pptx

1、一、轧机主传动装置的组成减速器、齿轮座（人字齿轮座）、联接轴、联轴节（器） 1、主减速器a. 作用：主电动机较高的转速变成轧辊所需的转速，这就可以在主传动装置中选用价格较低的高速电机。b. 选用原则：比较减速器及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与高速电动机之间的差价。一般说来，当轧辊转速小于200-250r/min时才采用减速器，否则选用低速电机。c. 在可逆轧机上，即使转速小于200-250r/min，也往往不用减速机，而采用低速电机，因为这样的传动系统易于可逆运转。2、齿轮座a.作用：当工作机座的轧辊由一个电机带动时，将电机或减速器传动的运动和力矩分配给二个或三个轧辊。b. 结构：二辊轧机

2、上通常是下齿轮主动，三辊轧机上通常是中辊主动。c.应用：在型钢轧机和大多数板带轧机上均配置齿轮机座，只有在主电机功率较大的初轧机、板坯轧机、钢坯轧机上往往不采用齿轮座，而用单独的电动机分别驱动每个轧辊3、联接轴a.作用：将扭矩从齿轮机座或电动机传递给轧辊，或者从一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机座的轧辊（横列式轧机）b. 类型：万向接轴、梅花接轴、联合接轴（一头万向铰接、一头梅花轴）、齿式接轴等。a.作用：联接两个中心线在同一条直线上的两根轴，传递扭矩与运动。b. 包括：主电机联轴节和主联轴节 主电机联轴节：连接电动机与主减速器的传动轴。 主联轴节：连接主减速器与人字齿轮座的传动轴。4、联轴

3、节（器）1、单机座轧机主传动装置 以下三种一般用于不可逆工作的轧钢机，也可用于速度较低的四辊可逆式轧机。 在大型的可逆式轧机上，轧辊经常启动、制动、反转，要求主传动系统有较小的飞轮力矩。由于电机飞轮力矩可近似地认为与其额定力矩的平方成正比，因此将轧机所需的电机力矩由两台电机供给，这样会使电机飞轮力矩显著减小。 当轧机轧辊采用单独驱动时，要根据轧辊中心距或电动机尺寸来考虑连接轴长度和允许倾角，这是确定能否采用轧辊单独驱动的一个重要条件。如1000mm以下的初轧机，往往由于联接轴允许倾角的限制而不能采用轧辊单独驱动。 这种形式的主传动装置在可逆式或不可逆式轧机上都有应用，主要有两种情况： （1）由

4、于轧机结构限制而不能采用轧辊单独驱动的可逆式轧机，如1000mm以下的初轧机。 （2）从技术经济观点考虑，当轧辊转速较高，采用低速电机的投资费用，与采用高速电机带有减速器的投资费用相差不大时，一般采用这种主传动装置，这可使轧机主传动装置结构简单、运行可靠、损耗较小等。一般用在轧辊转速大于70-75r/min的轧机上。2、多机座轧机的主传动装置一、联接轴的选用类型：万向接轴、梅花接轴、联合接轴、齿式接轴等。各种接轴的特点：种类万向接轴梅花接轴联合接轴齿式接轴弧面齿形接轴 滑块式 十字头（带滚动轴承式 ）倾角 8-10 8-12 1-1.5 1-1.5 -6一般1-3 主要根据轧辊调整量和联接轴允

5、许倾角等因素来选择：（1）初轧机、厚板轧机：轧辊调整量较大，联接轴倾角有时达到8-10一般采用万向接轴，因为万向接轴的允许倾角较大。（2）型钢轧机：轧辊调整量不大，仅在轧辊磨损或更换新辊时进行轧辊调整，一般采用梅花接轴或联合接轴。（3）速度较高的小型轧机或线材轧机：虽然轧辊调整量不大，但考虑到能在高速下平稳可靠地运转，一般采用齿式接轴或弧面齿形接轴。（4）带钢轧机精轧机组：倾角不大，当扭矩合适时，采用弧面齿形接轴；当倾角或扭矩较大时，采用万向接轴。联接轴选用依据 常用万向接轴有滑块式万向接轴和十字头万向接轴两种，滑块式万向接轴是使用最广泛的型式。1、结构（1）虎克十字铰链原理两个相互垂直的回转

6、十字轴XX，YY。 相互倾斜角度的A、B轴传递运动，必须象十字铰链那样，在两个传动轴结合处要有两个相互垂直的回转十字轴XX，YY。二、万向接轴a.开式组成：扁头、叉头、月牙形滑块、小方轴等，如图。（2）滑块万向接轴装配顺序：把方轴平放（两块月牙滑块侧立），放入叉头 z 然后再旋转90度，故：形式万向接轴又称为轴向拆装的万向接轴。 扁头上有一个圆孔，用圆销代替小方轴，圆销轴贯穿叉头和扁头后，用螺母将其固定。 铰链不能轴向移动，其装拆是从侧向进行的，故有称为侧向装拆的滑块式万向接轴。 由于有圆销轴贯穿叉头，叉头断面有较大的削弱。 应用：一般用在倾角不大的轧机上，将它装在接轴的传动端，作为接轴的摆动

7、支点，并承受不大的轴向力。b.闭式特点：润滑可靠，磨损小，工作时的振动与冲击小、传动效率高。应用：传动力矩不太大的钢管、带钢和立辊轧机。（3）十字头万向接轴 主要介绍滑块式万向接轴的结构尺寸和有关参数：（1）叉头直径D 强度条件： 结构要求：叉头直径小于轧辊的最小直径。比重车后的直径小5-15mm，或等于轧辊名义直径的85-95%。（2）滑块万向接轴其余部分的尺寸均按经验公式选取，P90图2.6-9； 叉头镗孔直径d：d=(0.46-0.5)D； 叉头开口B1：应大于月牙滑块宽度B，即B1B； 扁头厚度S：S（0.250.28）D； 扁头长度l：l（0.415-0.5）D； 接轴本体直径d0：

8、d0（0.5-0.6）D。2、主要参数(P89-91, 10min) 滑块式万向接轴最大倾角8-10，生产中通常初轧机控制在3-6，板带轧机2以内，以避免倾角过大而导致磨损加剧； 十字头万向接轴：最大倾角10-15，通常工作倾角5-10。（3）倾角 为了减小轧机主传动装置的总长和轧钢车间的面积，在保证轧机前后辅助设备配置的前提下，应选取较小的万向接轴长度。接轴两端铰链中心线之间的长度L： 式中 ：最大允许倾角。 ：轧辊在最高提升位置时，上轧辊中心线与与人字齿轮机座上齿轮轴（或主电机）中心线的距离。 hs取决于主传动的布置形式，通常：式中 H：上轧辊最大提升高度；Dmax：轧辊最大直径；tans

9、hL )56 . 2(sh)66 . 2(maxAhDHhxs（4）万向接轴的长度L hx：下轧辊中心线与人字齿轮轴机座下齿轮轴中心线之间的距离；当下齿轮轴线低于齿轮轴中心线取“”，（有齿轮机座时），反之取正，（电机直接传动时）。 A：人字齿轮机座的中心距。（5）最大允许扭矩M允 可查阅相关技术手册，下面给出接轴最大倾角为6时所能传递的最大允许扭矩： M允 式中 D：为叉头外径； ：材料许用应力。)86 . 2(883D（1）材料力学法扁头强度算计A：带切口扁头强度计算 3、强度计算 带切口扁头的受力如图。扁头上滑块接触区的作用力是不规则分布的，为了计算方便，通常认为扁头承受滑块方面传来的载荷

10、的单位压力近似成三角形分布，所以其合力P的作用点位于三角形的重心处，即距外表面b/3处。其危险截面在支叉的根部。合力P可按下式计算：式中 M：接轴传递的扭矩；b0：扁头的总宽度；b：扁头一个支叉的宽度。 当接轴在倾角下工作时，合力P的作用力点由扁头铰链中心移向一侧，此时，力P在危险断面（距P力x处）产生弯矩Mw和扭矩Mn： 弯矩Mw为 MwP x （2.6-18）)176 . 2()32(0bbMP式中x：合力P对危险断面的弯曲力臂，它等于：式中 a：万向接轴的倾角；x1：接轴铰链中心至危险断面的距离。扭矩Mn为 MnPb/6 (2.6-20)196 . 2(sin)32(5 . 010 xa

11、bbx所以弯曲应力：所以扭转应力：式中S：扁头的厚度。 ：计算矩形断面的抗扭断面系数的系数，它与b/S比值有关，取值可参见P94表2.6-1。危险断面的合成应力，按第四强度合成理论：)226 . 2(3SMn)236 . 2(322j)216 . 2(62bSMw 受力如下图，在扁头的危险断面II处，同样受弯曲应力和扭转应力作用，用向量M表示接轴传递的总扭矩，则可分成成两个分力矩M1与M2，其中力矩M1对扁头只起扭转作用，而M2对扁头起弯曲作用。扭矩M1：M1Mcos (2.6-24)所以扭转应力：弯矩M2：M2Msin (2.6-27)然后再按照第四强度理论合成，即（2.6-23）式。)26

12、6 . 2(31SMB：带孔（闭式）扁头强度计算 受力如图。叉头的每个叉股承受滑块传来的压力。与扁头一样，在垂直扁头的断面AA中，压力近似看作三角形分布，合力P的作用点通过三角形的重心，即距铰链中心线b1/3处。 合力P为：P3M/2b1（2.6-28）式中 M：整个万向接轴上传递的扭矩； b：叉头中一个叉股的宽度。 为了更清楚地表达力P对叉股任意断面所产生的作用，在断面AA的轴线上加上两个大小等于P而方向相反的力P1和P2，则在叉股上形成了由PP1组成的一对力偶（其大小等万向接轴传递的扭矩M的一半）和一个力P2的等效作用。下面分析叉股上任意断面II中的受力情况：接轴叉头强度计算A：P2对该断

13、面x-x 的弯曲应力首先P2对该断面的弯曲力矩：式中x：P2的力臂：式中x1、y1：分别是断面中心线的横纵坐标。 再求该力矩在II断面上产生的弯曲应力：由于该断面为非对称形状，断面周边各点距形心距离不等，故应力值也各不相同，在断面的EF线上的弯曲应力最大：)296 . 2(2PxxPMxxxx)306 . 2(sincoscos)(1111ayxtgyxx 式中Wxx(EF)：断面EF线上各点对x-x轴的抗弯断面系数。计算时，通常将扇形的断面化成等面积的梯形断面，则扇形断面的抗弯断面系数可近似按下式求得：)316 .2()()(EFxxxxEFxxWM)326 . 2()43(62632132

14、233222)(CCCCCCCWEFxxB：P2对断面的拉力应力 P2对断面的拉力N就是P2在断面垂直面上的分力，即：拉力N在断面上产生的拉应力为：式中 F：断面II的断面积。N)336 . 2()sin()sin(2PPN)346 . 2(/FNNC：P2对断面的剪应力 P2对断面的剪力Q： 按此式算出的剪切应力在合成应力中所占的比重较小，通常予以忽略。)356 . 2()cos()cos(2PPQQD：力偶PP1对断面轴线y-y的弯曲应力 由于PP1组成的力偶在数值上等于万向接轴传递的扭矩M的一半，故力偶PP1对断面轴线y-y的弯曲力矩Myy为： 弯矩Myy在断面上产生弯曲应力，同理，应力

15、在E点或F点处最大，其值： 式中Wyy(EF)：断面EF线上各点对y-y轴的抗弯断面系数。计算时，同样通常将扇形的断面化成等面积的梯形断面（教材P95图2.6-14），则扇形断面的抗弯断面系数可近似按下式求得：)366 . 2()sin(2MMyy)386 . 2()()(EFyyyyEFyyWM)396 . 2()2(62431323323232232)(CCCCCCCCCWEFyyyyE：力偶PP1对断面轴线y-y的扭转应力 力偶PP1对断面轴线y-y的扭转力矩MT为： 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II断面来说，最大

16、扭转应力位于断面的B点，其值为： 式中 WT（B）：II断面对B点处的抗扭断面系数，可按下式计算：式中r：扇形弧的半径；h：扇形面的高度。)376 . 2()cos(2MMT)406 . 2()()(BTTBTWM)416 . 2()(86. 282. 23)(rhrWBTT综合分析：通过以上分析与计算，可得到II断面上几个特殊点（应力最大点）的合成应力值：在B点处：在E点和F点处：说明（教材P96中下部一段）：在具体计算叉头的强度时，必须确定危险断面的位置。)426 . 2 (3)(3)(22)(22)()()(BTBTNBxxNEFxx合成)436 . 2()()(NEFyyEFxx合成梅

17、耶洛维奇经验公式：扁头最大应力A：带切口的扁头带有切口的扁头，其最大应力按以下经验公式计算：式中 b0：扁头的总宽度； b：扁头一个支叉的宽度； S：扁头厚度； M：接轴传递的扭矩： x：合力P对危险断面的弯曲力臂； ：与b/S有关的系数，见教材P94表2.6-1。)446 .2()6(93)32(1 .12220bxxbSbbM（2）经验公式 B：闭口式扁头最大应力：叉头最大应力 叉头的最大应力位于叉股内表面的某一点上，其值按下式计算：)456 . 2(cos)8 . 13(sin9sin8 . 020220bSaaSbM)466 . 2()(3525. 13kdDDDM 式中k：接轴倾角的

18、影响系数，其值为： 通常万向接轴的D/d0.5，则（2.6-46）可简化为： 通过上述分析计算，可以看出，梅耶洛维奇的经验公式比材料力学的理论计算方法简单，实践表明，经验公式的计算结果与理论计算值十分接近，因此实际使用中，经验公式应用较多。)476 . 2(05. 0132k)486 .2()6 .05 .2(5 .273kDM万向接轴在轧机中是比较重要的部件，一般应尽可能地采用大于6的安全系数（n6），并由此确定材料的许用应力。万向接轴的工作特点是：径向轮廓尺寸受限制，并且传递扭矩很大，有时达300tm。接轴的材料一般采用40或45锻钢，当应力很大时，采用合金钢，例如40Cr 或40CrNi等合金锻钢。4万向接轴的安全系数和许用应力