1、1联接轴与联轴节联接轴与联轴节 7.1主传动中的齿轮装置主传动中的齿轮装置 7.2第七章第七章 轧机主传动装置及主电机的选择轧机主传动装置及主电机的选择 7.3轧机主电机的选择轧机主电机的选择2基本要求：基本要求：重点与难点：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、主电机进行结电机发热校核方法，能对主传动装置、主电机进
2、行结构选型并提出合理参数。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主电机功率计算及其发热校核；连轧机主减速器速比选择。选择。37.1 7.1 联接轴与联轴节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
3、以保护电机。57.1.1 联接轴的结构联接轴的结构 7.1.1.1 万向接轴万向接轴图7-1 十字轴万向铰链示意图6 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909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。10 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
4、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（JB324183等）1111 12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1
5、47.1.1.2 弧形齿接轴弧形齿接轴图7-6 1700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： 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； 传动效率高； 轮齿啮合处便于密封和润滑，使用寿命长； 结构紧凑，重量轻，装拆方便，易
6、于换辊。 18197.1.2 联接轴的主要参数联接轴的主要参数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20叉头直径 D。通常叉头直径应比磨削后的轧辊改径小515mm， 或叉头直径等于轧辊名义直径的85 95。 叉头膛孔直径d。 Dd5 . 046. 0接轴本体直径。 Dd6 . 05 . 00叉头开口度 1B 主要参数有：21扁头厚度D28. 025. 0S万向接轴的倾角。万向接轴的最大倾角可达810。 扁头长度Dl5 . 0415. 0万向接轴的长度L ,对于主机列中有人字齿轮机座的接轴（见图7-10a所示
7、）： AhDHhxsmax对于主机列中无人字齿轮机座的接轴（见图7-10b）： AhDHhxsmaxhLstan22 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237.1.2 2 弧形齿接轴齿型参数弧形齿接轴齿型参数图7-11 弧形齿接轴齿型参数 247.1.3 联接轴的强度计算联接轴的强度计算7.1.3.1 万向接轴的强度计算万向接轴的强度计算 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25 带切口式扁头受力，见图7-12a所示合力 可按下式计算：Fbb320MFFFFwM
8、nMxFMw10tan325 . 0 xbbx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 : 扭矩 :nM26bSMw扁头危险断面的扭转应力 ：3SnM 危险截面的合成应力（按第四强度理论）: 2242202212136323SbxbSbbMj27 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：cosMM1sinMM
9、21M2M 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：3cosSM 2sin6bSM 合成应力（按第四强度理论）:22222222cos3sin363SbSMj28b 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xxFFM2xxsincos11yxx该力矩在I-I 断面弯曲应力 ：xx)(EFxxWxxxxM2132233221436263CCCCCCCWEFxx图7-14 叉股断
10、面系数的计算图302) 对I-I 断面拉力 2FsinFFNNFN拉力 在断面上产生拉应力 ，其值为： IIAsinFN2FqF3) 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sin2MMyycos2MMT)(2sinEFyyWMyy(EF)132332323223226243CCCCCCCCCWEFyyTM 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：)(2cosBTWMT(B) 82. 2386. 2rh
11、rWBT32 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)Bj32在 E、F点处：NF)yy(E,F)xx(E,F)j(E,33图7-15 叉头危脸断面位置的确定34 实验得出的经验模型 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 . 122220bxxbSbbMmax闭口式扁头的最大应力：220220cos/8 . 13sin9sin38 . 0bSSbMmax叉头最大应力位于叉股内表面上某点，其值按下式计算：kdDDD25.1335Mk3/205. 01k式中 -考虑接轴倾角的影响系数，。35 北京科
12、技大学学者提出光弹实验公式：0152. 03100DdDMA， 45kDdD483.03100MB3/205. 01k， *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b=650750MPa；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弧形齿接轴的接触强度计算hEmm/35. 0n2jF 212121211211m赫兹公式：， 212121211211EEEEEEEm对于直齿，有, EEEEm215101 . 2mE内齿
13、与外齿齿形材料相同，即MPa，则hEFn12/35. 02jjhEFn1/418. 0jjndsin21ndKcos2nnMF mh5 . 133/60/tan99KdKdnnnjjMM377.1.4 联接轴的平衡联接轴的平衡7.1.4.1 弹簧平衡装置弹簧平衡装置 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 重锤平衡装置重锤平衡装置图7-16 1000 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
14、；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 液压平衡装置液压平衡装置图7-17 1700 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 联轴节联轴节图7-18 CL 型齿轮连轴器 图7-19 CLZ 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 7.2 主传动中
15、的齿轮装置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43 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
16、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7-24500/15002500四辊轧机的齿轮座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7-25 1200mm20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；
17、5-中间箱体；6-大齿轮轴；7-下箱体48 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 021MMMMzQ 则常工作时，倾翻力矩： zQMM01M2MMz0QM 若上辊联结轴断或瞬间间隙大，倾翻力矩：02M1MMzzQMM2max 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
18、代数和。0231MMMMMzQ不计摩擦力矩，则：321MMMMz zMMMM3/1321zQMM3/4正常工作时，倾翻力矩：01M32MMMzzQMM若上辊联结轴断或瞬间间隙大，倾翻力矩：03M21MMMzzQMM若下辊联结轴断或瞬间间隙大，倾翻力矩：，02MzQMM2max若中间主动辊断或瞬间间隙大， 倾翻力矩：，51 倾翻力矩力图使齿轮机座的地脚抬离地基，而使一侧的地脚螺栓承受拉应力。设齿轮座一侧的地脚螺栓数为n，螺栓直径为d，则由力及力矩的平衡方程可得每个受拉地脚螺栓承受的拉力为：bnbn2/2GMRFQ22每个受压螺栓所受压力：bnbnR2/2GMFQ11则地脚螺栓按强度条件选取直径:
19、 bnGbMKdQ22527.2.1.2 主减速器的类型及配置主减速器的类型及配置 主减速器的类型及特点 轧机上所用减速器按级数可分为一级、二级和三级。依次用于 转速为200250r/min, 4050r/min和1015r/min的轧机上。主减速器多做成人字齿形，在某些情况下主减速器也可采用拼 合式双斜齿。 53 在没计主减速器时，从减小齿轮轴向上跳动、保证齿轮间的 正常啮合、提高主减速器的使用寿命出发，应正确的确定各 齿轮的旋转方向和各齿轮之间相对装配位置，即减速机的配 置方式。 原则是应使承受最大作用力轴承座上盖螺栓不承受拉力，减 小齿轮轴所受的向上跳动的合力，以提高密封性及其齿轮寿命。
20、 主减速器的配置54图7-27主减速器中的齿轮配置 55 图7-28单级减速器齿轮的旋转方向567.2.2 主传动中齿轮装置的主要参数主传动中齿轮装置的主要参数7.2.2.1 计算扭矩计算扭矩7.2.2.2 主减速器的速比主减速器的速比 轧辊转速不变的轧机zenni zDnni 一般情况下，主减速器速比：57 轧辊转速变化的轧机 图7-29 连轧机组的速度锥图a-以最高产量为目标；b-以获得产品质量为目标；c-以获得较小的秒流量变化为目标580Denn zenni8 . 0maxzn 变频调速变频交流电机通过变频调速，恒转矩运行，-轧辊最大转速。 式中， 可控硅串激调速的交流电机调速按上式确定
21、。 直流电机调速maxmaxzDnni eDnnmaxmaxDn式中，-主电机的弱磁系数。-主电机最大转速；主电机的最低转速：eDnnmin 弱磁调速主电机恒功率运行，eDDnnnmaxDDMnCNnNM9550，0DennCnNMD9550调压调速主电机恒转矩运行， 597.2.2.3 人字齿轮机座的中心距人字齿轮机座的中心距 齿轮机座中心距应使联接轴具有最合适的工作条件，即上、下接轴的工作倾角尽可能接近，最大工作倾角不超出接轴所允许的范围；在接轴条件已确定的前提下，人字齿轮中心距的大小限制了轧辊直径的变化范围。 607.3 7.3 轧机主电机的选择轧机主电机的选择7.3.1 主电机类型的选
22、择主电机类型的选择 交流同步、异步电机一中小型型钢轧机，横列式轧机、复二 重现材轧机等； 机械特性较软异步交流电机一三辊开坯或二辊叠轧薄板轧机； 交流变频电机一连轧机组； 直流电机一连轧机组。 617.3.2 主电机功率计算主电机功率计算7.3.2.1 按静负荷图选择主电机的容量按静负荷图选择主电机的容量图7-30 轧制静负荷图62 过载校核 emMMmaxmaxMeMm式中，-主电机在轧制中的最大转矩；-主电机的额定转矩；-电机的允许过载系数。63（2） 主电机发热校核 电机的发热校验通常采用等效法，即等效电流法、等效转矩法和等效功率法。在进轧制车间设计时，出于计算方便和实用，常应用等效转矩
23、法。其公式如下：eiiidxMttMM2eeenNM9550电动机达到允许最大力矩emM时，其持续时间在15s以内，否则电动机温升将超过允许范围。 647.3.2.2 可逆工作制的主电机容量计算可逆工作制的主电机容量计算 图7-31可逆工作制主电机容量计算图折算到主电机轴上的力矩计算 65 折算到主电机轴上的力矩计算djMMMdq0fzMMMMM电zMfMoMqMdM式中，-折算到电机轴上的轧制力矩；-折算到电机轴上的摩擦力矩；-折算到电机轴上的空转力矩；-折算到电机轴上的张力矩；-折算到电机轴上的动力矩。 66 空载起动阶段d101MMM11/an1t1ad1M式中， -起动阶段的电机加速度
24、；-空载起动时的动力矩。 67 咬入后加速阶段d2j2MMM212ann2t2ad2M式中，-该加速段的电机加速度；-轧件咬入后的加速动力矩。68 稳轧阶段 j0fz3MMMMM42322160ttDlt322122nnnnnnlD4t式中， -该道次轧件的轧出长度；-工作辊直径；-带料减速阶段的时间。 69 带料减速阶段 d4j4MMM14bnn12t1bd4M式中， -该段主电机的减速度；-轧件抛出时的减速动力矩。70 空载制动阶段 d50电5MMM25/bn5t2bd5M式中， -制动时主电机的减速度；制动时的减速动力矩。71aGDM2d3752GDa式中， -主传动系统中所有零部件折算到主电机轴上的飞轮转矩；-加或减速度。 动力矩计算 72 超过主电机额定转速时的修正力矩2e22MnnM 3e33MnnM 4e44Mnn 73如果此时力矩图形为梯形，对应修正段的等效力矩为 :322iiMMMMMiii iMiM式中 -修正前力矩N.m；-修正后力矩，N.m。 校核可逆轧机主电机的发热时，应按一块轧件在该轧机上轧制所有道次的一个周期计算，即：einiiiiniiiMtttttttt 02102120i2ni22i21idxMMMMMiM1it1it0式中 -各道次中的起动阶段力矩，N.m；-各道次中的起动阶段时间，s；-各道次的间隙时间，s。
