1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 350 吨推钢机传动部分设计 一、 前言 推钢机位于 加热炉炉后辊道旁，用于将辊道输送来的钢坯推进加热炉。当加热炉内装满钢坯后，推钢机在推入一块钢坯的同时，在炉前推出一块已加热好的钢坯滑入炉前辊道，由辊道将其送往轧机进行轧制。目前，推钢机的种类主要有螺旋式、齿条式、曲柄连杆式和液压式，其性能和要求各不相同。其特点分别为，一、螺旋式，优点：体积小，重量轻，结构简单，便于制造，投资少，上马快。缺点： 传动效率低，零件易磨损，推力、行程小。二、齿条式，优点工作稳妥可靠，传动效率高， 不需要经常维修，推力、行程大。缺点：结构复杂，自重大，横向占地大。三、曲柄
2、连杆式，优点：推速高，操作灵活。缺点：结构复杂，自重大，行程小。四、液压式优点：推力大，推速易控制，结构简单，尺寸紧凑，重量轻，能自润滑，调压方便。缺点：漏油，勤维修，单台建站费用高，行程小。 根据各种推缸机的特点，结合 350吨推钢机推力大、行程大的特点，我选用传动效率高、使用可靠、行程大的齿条式结构。齿条式推钢机由传动装置（电机、减速机、联轴器、齿轮轴、齿条、压辊装置）、推杆、机座、行程控制器等组成。 二、相关机械工业的发展 情况以及 推钢机传动部分设计 所要参考的书籍 1、国内外推钢机及相关工业发展状况 “十一五 ”期间，我国轧钢工业仍在快速发展。我国轧钢工艺及装备技术取得较大进展，在一
3、些领域中已达到或接近国际先进水平。全国生铁产量，逐步上升。同时， 2010 年全国重点钢铁企业高炉轧钢技术经济指标达到历史最好水平。 我国冶金自动化技术取得了很大的进步，为钢铁工业的发展做出了贡献，但与国际先进水平相比，还有相当大的差距。由于科技的进步和人们生活水平的提高，生产设备和产品的更新，对钢材不断提高产品产量和质量，提高生产率，降低原材料和能源 的消耗及产品的成本提出了更高的要求。这也是和轧钢设备制造水平有关的重型机械制造，电机制造，计算机和自动控制以及液压系统等科学技术的发展有密切关系。钢铁工业在数量和质量方面的发展为冶金自动化技术的发展既提供了机遇，也提出了新的挑战。面对冶金企业花
4、巨资大量引进的国外软硬件产品、先进技术和自动化系统，我国冶金自动化工作者任重道远。 我国冶金设备与国外的主要差距是大型成套热、冷连轧机的关键技术。随着电力电子技术、信息技术及现代控制理论的发展，国际上冶金机械机电一体化水平提高很快，大型成套热、冷连轧机技术取得了 巨大 突破 ：轧机主传动采用微处理实现数字式控制；轧线实现分级全计算机控制和综合自动化；矢量控制原理、自适应控制原理、自寻追优调节等现代控制理论的实用化，从而将现代大型成套热、冷连轧机的装备水平大大提高。而国产大型成套热、冷连轧机主要是三电控制技术较差，全线多级计算机控制及各种生产工艺数学模型等方面技术存在较大差距，依赖外国技术程度较
5、高。 近年来，我国轧钢装备在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，一些轧钢企业已开始加大对环保治理的投入，向清洁轧钢目标努力。 我国推钢机主要是由机械型向液压型 发展。 无论是使用效果还是经济方面液压推钢机都优于机械推钢机 :1、机械式（齿轮齿条）推钢机制作成本及复杂程度远远高于液压推机，并且体积庞大笨重，噪音大，随机控制性能差； 2、机械推钢机维护要比液压推钢机麻烦，一但出现故障必须停机待修； 3、维护工作量及维护成本远远高于液压推钢机。液压推钢机在推力上远远高于机械式推钢机：同样功率的情况下两者的推钢能力要差好多倍，如果同样推动 250 吨钢坯，液压推钢机只需要
6、 55 千瓦的驱动功率即可满足要求，但机械推钢机要达到 200 千瓦以上的驱动功率才能正常工作。从生产成本上远远低于机械推 钢机，液压推钢机如果设计成双驱动系统时可以在不停机的情况下对需要维修的系统在线维修，机械推钢机这方面就无能为力了。 2、推钢机传动部分设计主要参考数目 对于 350T 推钢机传动部分的设计我主要参考了以下书籍和期刊。文献 1：中提到几种传动比分配方式。一、按运动精度最佳选择各级传动比。零件制成后不可避免地存在着误差，组成部件的零件数目越多，则积累的误差也越大，因此，齿轮传动设计时，单级传动采用较大的传动比较好。但是，一对齿轮传动比过大，两个齿轮的尺寸相差过大，不但引起传动
7、时不平稳，而且会引起结构尺寸增大。对 于此类问题从提高齿轮传动精度或减小回程差的角度来看，各级齿轮传动比的分配原则：（ 1）由输入轴开始，遵循先小后大原则。（ 2）齿轮传动的级数愈少精度愈好。二、按最小转动惯量分配各级传动比，减小转动惯量的方法（ 1）在随动系统的结构设计中，为了减小传动系统的转动惯量，大齿轮的辐板上可开环形槽、减轻孔或设计辐轮，从而减轻重量。据统计，此项措施可比实心齿轮传动系统的转动惯量减小15%30%.(2)大齿轮上采用较轻的材料，使用较轻材料可以减小转动惯量 70%，同时减小噪音和冲击。三、按最小体积分配各级传动比。为了减小体积 ，设计时可采用迂回式的齿轮传动链或采用采用
8、圆周的传动链，都可以有效利用空间位置，从而减小体积。 文献 6： 中谈到了齿轮齿条的设计 设计齿条式推钢机，关键在于正确地选定齿条传动的参数。齿轮和齿条都是推钢机中的重要零件，承受低速重载，可以根据齿轮弯曲强度进行计算，而不必作接触疲劳破坏计算。一般齿条传动的齿轮直径取得小一些，可以减小传动力矩，减轻设备重量。因此，齿轮的齿数通常取 10 12 齿（但必须修正），在本设计中我们取1=12，变位系数 =0.4。齿轮的材料选用锻钢 37SiMn2MoV，齿条的材料选用锻钢 35CrMo，考虑到齿条太长，设计时将齿条分成三段来制作。 文献 9：该书在传动系统综述中提到齿轮传动式及其选择原则。齿轮传动
9、形式的选择主要依据一下几点 :1.齿轮传动效率、速度及平稳性等等技术指标，对齿轮传动形式及结构提出特殊要求。 2.齿轮的回程误差、运动精度对齿轮的传动形式及结构提出的要求。 3.齿轮传动的效率、轮滑条件对齿轮的传动形式及结构提出要求。 4.齿轮传动的工艺性因素，诸如生产条件、设备产量等结构提出要求。 5.环境条件对齿轮传动形式提出特殊要求。诸如空间位置对传动的布置、各传动轴相互的关系（平行或垂 直）提出的要求。当然这种要求与限制是相对，也可以逆之对设备提出反要求。直圆柱齿轮啮合时，啮合线是一条直线且是同时分开、接触的。斜齿轮圆柱齿轮的啮合线是一条斜直线，故一对齿形啮合分离时，后面的齿轮还在啮合
10、。即斜齿轮传动式逐渐进入、逐渐分离的。且同时进入啮合的齿数相对较多。因此，斜齿圆柱齿轮传动平稳且均匀性较好。若实现平行轴传动时，直齿圆柱齿轮运用相对广泛。这是由于其设计、制造、测量、装配较方便，易于达到较高的精度。但是。当速度大于 10m/s时会发生噪音，因此多运用于低速传动中。平行轴的告诉运动应当考虑高速。 文献 10：中介绍了钢 坯与板带钢生产设备。其中主要有轧制力能参数、轧辊与轧辊轴承、轧辊调整机构与上辊平衡装置以及 齿轮转动的压辊的位置关系。受力分析（如图 1） ，当齿轮在前辊位置时， R1N值最大限度地起着减小辊压 R1的作用；对后辊， Ny对辊压 R2的影响等于 0。如仅就此而言，
11、传动齿轮放在前辊位置是较为有利的，因为辊压小，可以减小压辊辊颈及轴承的尺寸，这对中小吨位推力的推钢机是合适的。对于大吨位推力的推钢机，由于Ny的力很大，由公式（ 1）， R1的值可能为负，即使 R1不出现负值，压力过小，也会使齿轮齿条不能正常啮合 ，甚至发生跳动。因此，大吨位推力的推钢机，为了使齿轮齿条能正常啮合齿轮传动的位置宜放在中部偏前（即 Lx L2/2）；由图 5 中 AB 表示的值看出，即保证前辊压力为正值，同时后辊也不致承担过大的负荷。传动装置可以根据推力的大小确定：小推力的推钢机，宜将齿轮传动置于前辊处；中等推力的推钢机，宜将齿轮传动置于后辊处（主要是考虑结构简单）；大推力推钢机
12、，宜将齿轮传动放在前后压辊中间偏前的位置。 图 1 文献 11：中提到 齿轮 -齿条与压辊装置，即齿轮转动的压辊的位置关系。根据齿条式推钢机的受力分析得出传动齿轮前后各 有一对 压辊。根据对压辊与齿轮传动的位置关系讨论位置的合理性。传动齿轮放在前辊位置是较为有利的，因为辊压小，可以减小压辊辊颈及轴承的尺寸，这对中小吨位推力的推钢机是合适的。对于大吨位推力的推钢机，由于压力很大，会使齿轮齿条不能正常啮合，甚至发生跳动。因此，大吨位推力的推钢机，为了使齿轮齿条能正常啮合齿轮传动的位置宜放在中部偏前（即 Lx L2/2）保证前辊压力为正值，同时后辊也不致承担过大的负荷。综上所述，传动装置可以根据推力
13、吨位大小确定：推力在 30 t 以下的推钢机，宜将齿轮传动置于前辊处；推力在 30 t 以 上的推钢机，宜将齿轮传动置于后辊处（主要是考虑结构简单）；推力在 50 t 以上的推钢机，宜将齿轮传动放在前后压辊中间偏前的位置。但在设计时，为了简化设备结构，通常都是将齿轮置于后辊处。 文献 12：中 提到减速机主要有两种结构形式：轮 -圆柱齿轮减速机和锥齿轮 -圆柱齿轮减速机。其中，蜗轮 -圆柱齿轮减速机的横向尺寸紧凑，但传动效率很低； 圆锥齿轮 -圆柱齿轮减速机的横向尺寸紧凑，传动效率高，但制造、安装要求高。对于 85t推钢机的减速机采取减速机为标准圆柱齿轮，两个电机分别独自驱动各自的推杆，每个推
14、杆单独进行工作，两个推杆之间无机械连接、无电气连锁。 如下图： 文献 13:中提 常见的有齿轮齿条式、丝杠螺母式、曲柄连杆式、液压式等，还有的推钢机把齿轮齿条传动和液压传动相结合，形成了液压齿条式。它们各自有自身的特点，在不同的加热炉上发挥着各自的作用。齿轮齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆进行推钢工作。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身重量大。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。丝杠螺母式和曲柄连杆式工作效率低，行程和 推力较小，一般用于小型加热炉，新上加热炉 到推钢机的种类选择。 一般很少采用。液压式推钢机由液压缸直接推动推杆工作，
15、结构简单，推力大，自重轻，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液压系统制做、维护较困难。 文献 15:中提到在推杆机推力不足的情况下如何改进。方案一考虑负载的恒功率性质 , 引入大的减速比 , 以增加电机力矩 , 其结果虽然电机功率维持不变 , 但减速比与原设备相比增加一倍 ,尺寸也相应增大 , 必须重新制造一台减速机 , 而这样的减速机的制造周期一般需 3 到 4 个月。方案二不考虑负载的恒功率性质 , 以恒力矩 的调方式与恒功率的负载勉强匹配 , 其结果不仅电机功率增大且不能充分发挥 , 而且变频器的功率也需相应增大 , 这样不但要更换电机 , 还要更换价格昂贵的变频器。方案二的改造周期长
16、、成本通过比较可以发现 , 根据负载性质合理选择电机额定转速 , 能够在能源利用 , 投资额度、改造内容方面获得最佳效益。 3、小结 通过对上述文章的综合分析，得出推钢机的初步设计计划。一、对于传动比的选择。按转动惯量来分配转动比。通过 开环形槽、减轻孔或设计辐轮，从而减轻重量减小传动系统的转动惯量，大齿轮的辐板上可。据统计，此项措施可比实心齿轮 传动系统的转动惯量减小15%30%.。通过大齿轮上采用较轻的材料，减小转动惯量 70%，同时减小噪音和冲击。二、传动方式的选择。在 齿轮齿条式、丝杠螺母式、曲柄连杆式、液压式等传动方式中，根据 350t推钢机推力大的特点，采用齿轮齿条传动。三、对于减
17、速箱齿轮的选择，综合得出，在高速轴选用斜齿圆柱齿轮，在低速轴上使用直齿圆柱齿轮。通过对大量文献的分析，我对 350t推钢机的设计有了深入的了解，对以后的设计工作帮助很大。 参考文献 1胡胜海 .机械系统设计 M.第二版 .哈尔滨 :哈尔滨工程大学出版社 ,2009 2孙桓 .机械原理 M.第七版 .北京 :高等教育出版社 ,2006 3曹惟庆 .徐曾荫 .机构设计 M.北京 :机械工业出版社 ,1998 4机械工程手册编辑委员会编 .机械工程手册 M.北京 :机械工业出版社 ,1979 5机械设计手册联合编写组编 .机械设计手册 M.北京 :化学工业出版社 ,1987 6胡胜海 .机械系统设计
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