1、本科毕业论文（20届）G80球轧机齿轮机座设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要球轧机齿轮机座是轧钢机传动系统的重要部件，其主要作用是将电机转矩传递给相应的轧辊。它的运转精度和寿命直接影响轧制钢材的质量和产量且与经济效益密切相关。齿轮机座由齿轮轴、轴承和轴承座、机架和机盖等主要部件组成。本论文以轧制理论为基础，借助机械原理与机械设计等相关知识，运用计算机辅助设计（利用软件），对球轧机齿轮机座部分进行设计，对重要部件如齿轮轴、齿轮和地脚螺栓等进行了运动分析、强度分析，利用可靠性设计理论，验证了设计部件的可靠性和安全性。通过设计和分析，对球轧机齿轮
2、机座进行了校核和改善。齿轮座在工作过程中承受较大的倾覆力矩，这对地脚螺栓的安全系数提出更高的要求。为了防止地脚螺栓因受力而松动，需要通过优化设计，对齿轮机座地脚螺栓的设计校核提出优化方法。对提高齿轮机座的寿命和安全系数具有一定的参考意义；对提高轧机的运转精度和寿命也有一定的作用。关键词；球轧机；齿轮机座；强度。IIGEARHOUSINGSDESIGNOFG80BALLROLLINGMILLABSTRACTBALLROLLINGMILLGEARHOUSINGISANIMPORTANTCOMPONENTOFBALLROLLINGMILLSDRIVESYSTEM,ITSMAINROLEISTOPAS
3、STHEAPPROPRIATETORQUETHEREVOLUTIONPRECISIONANDLIFESPANHAVESIGNIFICANTEFFECTONTHEROLLEDSTEELSQUALITYANDPRODUCTIONWHATSMORE,THEYAREALSOCLOSELYRELATEDTOTHEECONOMICBENEFITTHEGEARHOUSINGISCOMPOSEDFROMGEARAXIS,BEARING,FRAMEANDCOVERBASEDONTHEROLLINGTHEORY,THISTEXTDESIGNSTHEGEARHOUSINGBYCADWITHTHEAPPLICATIO
4、NOFMECHANICALPRINCIPLESANDMECHANICALDESIGNIMPORTANTPARTSOFTHEGEARHOUSINGAREALSOANALYZEDINTHEASPECTSOFMOVEMENTANDSTRENGTH,SUCHASGEARSHAFT,STONEBOLTANDSOONWITHTHEFOUNDATIONOFRELIABILITYPRINCIPLEONTHEDESIGNEDPARTS,THETEXTSINCREASESSAFETYCOEFFICIENCYOFTHESTONEBOLTSWORKINGTHROUGHALLABOVE,THELIFESPANANDSA
5、FECOEFFICIENTAREALLIMPROVEDTHISHASACERTAINREFERENCEVALUEFORSIMILARWORKINTHEFUTUREANDTHEREMUSTBEBENEFITFORTHEMILLSREVOLUTIONPRECISIONANDLIFEKEYWORDSG80；BALLROLLINGMILL；GEARHOUSINGSTRENGTHIII目录摘要I目录III1绪论111轧机的研究背景112轧机发展现状2121轧机分类3122轧机的发展历程413轧机发展方向514轧机设计方法62零件斜轧技术821轧制方法概述822斜轧机分类823零件斜轧技术93钢球轧机齿轮
6、机座设计1331钢球轧机1332钢球轧机齿轮机座13321齿轮机座箱体14322齿轮机座齿轮14323齿轮机座机架15324齿轮机座轴承15325齿轮机座安装16326齿轮机座的传动形式1633钢球轧机齿轮机座设计计算17331齿轮传递力矩T计算17332齿轮轴强度计算18333齿轮强度计算20334齿轮机座倾覆力矩计算224齿轮机座地脚螺栓设计2441地脚螺栓的分类2442地脚螺栓连接方法的选择28IV43地脚螺栓螺栓设计30431螺栓组连接结构设计30432地脚螺栓组设计计算31433地脚螺栓校核计算335结论36参考文献37致谢错误未定义书签。附录391绪论11轧机的研究背景1早在14世
7、纪欧洲就发明了轧机，最早记载追溯到1480年意大利人达芬奇LEONARDODAVINCI设计出轧机草图。1553年法国人布律列尔BURLIER轧制出金和银板材。之后西班牙和英国相继出现轧机。19世纪中叶，第一台可逆式板材轧机在英国投入生产，轧制的船用铁板问世。1848年德国发明了万能式轧机。1853年三辊式的型材轧机在美国投产，通过蒸汽机传动的升降台，该类轧机实现了机械化。不久之后就出现了劳特式轧机。1859年第一台连轧机问世，万能式轧机于1872年出现；20世纪初期，由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成的半连续式带钢轧机出现。20世纪40年代，苏联开始对斜轧基础理论和工艺进行研究，并在50年
8、代，较全面地掌握了斜轧过程的规律，进而进入生产阶段。其中磨球及其它产品的试轧成功对斜轧成形工艺的运用与发展起了先导作用，穿孔式斜轧机应运而生。同一时期，日本、美国等也先后开始了这方面的研究。到了70年代，苏联可斜轧出直径范围较广的磨球或滚珠；单头孔型轧辊相继投入使用，单机产量成倍增长。进入80年代后，国外一些主要进行斜轧工艺停顿不前，仍以形状简单的产品为主，直到计算机开始用来完成孔型设计任务，随着数控加工轧辊机床问世，孔型加工的质量和精度才得以提高。零件轧制是机械加工的重要创新性进展。我国的斜轧研究始于1958年，经过五十多年的努力，在斜轧产品特别是复杂形状产品轧制理论、设备和工艺等方面取得了
9、可贺的成绩。目前斜轧的磨球、滚珠等产品己广泛应用于社会生产生活的各个领域。与国外斜轧技术发展状况相比，我国斜轧技术的特色主要体现在以下几个方面轧件品种多，尺寸范围大；能斜轧复杂产品；掌握了热精密斜轧技术。进入新世纪以来，我国钢铁工业的钢材产量始终保持在世界第一的地位，钢材生产已整体开始供大于求的新阶段，但是相当一段时间仍然存在以下结构性矛盾先进产能与落后产能并存；高端产品产能不足与低端产品产能过剩；产业集中度很差，原材料和能源支撑矛盾突出等。这就要求钢铁工业在结构调整上加大淘汰落后工艺装备产能的力度，转变增长方式，加快技术升级和开发新品种，加快产业的并购、重组，在转变增长方式方面要重视钢铁产业
10、链的延伸，发展钢材的深度加工。改革开放以来，我国的轧钢工业和技术发展充满了活力，钢材产量从1985年的369万吨，发展到1998年的210518万吨，居世界轧材产量第一位，已基本满足国内需求。装备水平不断提高，引进了一批热连轧机、冷连轧机、连轧管机、小型连轧机、高速线材轧机等，使我国钢材的连轧比大幅度提高，特别是新建的一批钢铁生产短流程小钢厂投产，薄板坯连铸连轧板带厂也即将投产，大型和中型H型钢厂已投入生产，这些都成为我国轧钢生产的主力和样板。取得一批科技成果。科技进步对轧钢经济增长的贡献率不断增大。百余年来冶金工业的发展中，高效的轧钢工业和技术使轧钢始终是钢铁工业中钢材成型的主要方式。轧制技
11、术的进步，在钢铁工业中也始终是名列前茅，如计算机的应用、连续化生产的实现等。近几年我国轧钢企业整体技术经济指标得到明显改善2。1钢材成材率。热轧板带的成材率由2003年的9287提高到2007年的9410热轧钢管的成材率由2003年的8567提高到2007年的8832中厚板的成材率由2003年的9268提高到2007年的93632热轧实际日历作业率。热轧实际作业率由2004年的6824提高到2006年的7654。12轧机发展现状轧机主要由主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等，如图11所示。习惯上轧机的分类可按其用途、轧辊在机座中的布置及轧机的排列方式进行分类。图11轧机的组成3121轧
12、机分类按轧辊在机座中的布置方式可分为具有水平轧辊的轧机、立辊轧机、万能轧机既有水平辊又有立辊的轧机与斜辊轧机等3。1水平式轧机轧辊水平放置的轧机，应用最广，是最普遍的。按轧辊的数目及排列方式可分为2辊、4辊、8辊最多达20辊、行星轧机等。以2辊4辊轧机最为常用。广泛用于初轧、型钢及板带轧机上。多辊轧机的支承辊其目的是增强工作辊的刚性，用于薄带轧制。2立式轧机辊垂直放置的轧机。用于不希望翻钢的场合如钢坯连轧HV布置、带钢粗轧用于轧制板边破鳞等。3万能轧机具有水平辊及立辊的轧机。用于宽带钢、板坯、及宽边钢梁、H型钢等。4斜辊轧机轧辊倾斜放置的轧机。用于横向螺旋轧制。主要用于钢管生产、钢管穿孔、延伸
13、、精整、扩型等。并可用于轧制钢球。另外还有一些特种用途的轧机用于轧制车轮、轮箍、齿轮等，实现无切屑加工。轧机的生产能力除取决于标称外，还决定于布置形式。按照布置形式可以分为1单机座二辊、三辊、四辊及多辊轧机，应用最广初轧、板带、钢管等。这种布置简单、但孔型少。2横列式用一台电机带动布成一列的多架工作机座。用于型钢、线材轧制。它的特点是设备简单、投资少；但生产率低。大量用于中小企业、乡镇企业。3连续式它的特点是速度高、生产率高、设备紧凑，易于实现机械化自动化。广泛用于带钢、线材与钢坯生产。但是存在调整困难、难以生产复杂断面的型钢，一次性投资大等问题。4半连续式连续式横列式用于生产型钢。连续式顺列
14、式用于生产带钢。5串行往复式和布棋式金属在每个机座中只轧一道，实现跟踪轧制。设备布置紧凑，排成几列，轧制时有横移。轧制速度随道次而增加，生产率高。布棋式则更为紧凑。实际上，轧机的布置形式不是一成不变的，在实际中必须根据实际情况灵活4选择。122轧机的发展历程初轧机的发展经过了3个阶段，到20世纪70年代初，初轧机的轧辊直径已增大到了1500MM我国从1959年开始自行设计制造开坯机，目前已制700MM，750MM，850MM，1150MM初轧机。20世纪80年代以来，连铸技术得到较大的发展连铸比达到80甚至更高，连铸连轧工艺和设备也日趋完善，初轧机的职能将逐步转变为配合连铸，弥补连铸在钢种和规
15、格方面的不足4。带钢连轧机分为热带钢连轧机和冷连轧机。图12示为全连续轧制设备工艺配置图。图12在所有市场需求的钢材中，板带材占有相当大的比重。热连轧机发展的主要特点有加大带卷和坯料重量，减少切头切尾的损耗，提高产品收得率采用加速轧制，提高钢材产量，带钢热连轧机精轧机组的出口速度已从20世纪50年代的10M/S12M/S提高到现在的35M/S产品规格增加，精度提高采用计算机控制，提高了自动化水平等。冷轧钢板的生产成本、投资费用虽然比热轧钢板高，但由于冷轧钢板的性能和质量比热轧好，在同样用途下，可以节约金属材料达30，故冷轧板生产得到迅速发展。某些工业发达国家如美国使用的薄板，几乎100是冷轧的
16、。热轧板只作为冷轧板、焊管、冷弯型钢的坯料。我国于1965年末制成300MM五机架试验性窄带钢冷连轧机，20世纪80年代又从原西德引进1700MM五机架带钢冷连轧机成套机组，90年代后又有六辊HC轧机、CVC轧机也先后投入生产。带钢冷连轧机正在向大型化、高速化、高精度和自动化方向发展。钢管制造方法可分为轧制钢管与焊接钢管建国前，我国不能生产热轧钢管。建国后，我国不仅能生产大直径的螺旋焊管，以满足石油、煤气等长距离输送的需要，而且广泛采用周期式冷轧管机生产冷轧钢管，20世纪90年代还建成了大5直径热轧无缝钢管厂。一般焊接钢管产量都超过无缝管的产量尤其是大直径钢管，用于长距离输送油气。无缝钢管一般
17、采用热轧斜轧穿孔方法生产，其生产工艺与设备都十分复杂。总的趋势是连续化，产品的精度与质量不断提高。型钢主要是靠热轧方式生产，用于热轧型钢的轧机按轧辊直径和产品规格分为轨梁、大型、中型、小型和线材轧机。型钢轧机近年来得到较大的发展，初、中轧采用万能轧机，减少翻钢次数，缩短间隔时间精轧采用短应力线轧机和预应力轧机，以增加轧机刚性，保证产品有较小的公差范围改进导卫装置及其装拆方法，以延长导卫装置的使用寿命及减少更换时的停车时间采用自动压下设定机构，以保证轧件的精确尺寸，缩短调整及试轧时间采用辊系的组合换辊以缩短换辊的时间等。线材轧机用来生产5MM127MM的圆形断面轧材。线材产量占钢材产量78。多年
18、来，线材轧机在高速、大盘重、高产量、高精度方面有了比较大的发展5。13轧机发展方向轧制零件其它零件生产方式相比，其显着的优越性是生产效率高而工作噪音小，而且进出料容易实现机械化、自动化操作，是机械加工的创新性发展。世界轧钢工业的技术进步主要表现为生产工艺流程的缩短和简化，最终形成的轧材性能品质高、品种规格多样、易于计算机控制管理等。展望未来，轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面61铸轧一体化利用轧机生产钢材的过程连续、高效、可控而且便于结合计算机等高新技术，在未来一段时间内，以辊轧为特征的连轧技术依旧将是钢材成型的主流技术，与此同时轧钢前后工序的衔接技术必将有较大的进步。在20世纪，由于连
19、铸的发展，初轧工序已经逐步被淘汰。而用连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，使得连铸与热轧工序合二为一。铸轧一体化，使轧制工艺流程更紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧一体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。2轧制过程清洁化在热轧过程中，钢的氧化不仅会浪费钢材与能源，同时也造成环境的污染，并给深加工带来困难。所以，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型AFC除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。无氧化或6低氧化和无酸除鳞氧化铁皮这两项被称为绿色工艺的新技术，将使轧钢过程清洁化。3轧制过程柔性化板带热连轧生产中
20、压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧辊技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。4高新技术的应用在21世纪的前20年，我国经济建设已经制定了走新型工业化发展道路的战略，作为国民经济支柱之一的钢铁材料产业的发展，必须符合新型工业化的要求，即要符合可持续发展、环境友好、技术创新和信息化的要求，并针对我国人口众多，就业需求大的特点，适当发展劳动密集型产业，这是我国新型工业化发展道路和战略对钢铁材料产业的具体要求。20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规
21、程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。5钢材的延伸加工在轧钢生产过程中，除应不断挖掘钢材的性能潜力外，还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点也转
22、移到可持续发展上，在保证满足环保要求的条件下，达到钢材生产的高质量和低成本。14轧机设计方法随着现代科学技术的发展，轧钢机械设计的方法已由传统的经验设计向加强测试分析和自动化设计转变。主要包括以下方面1优化设计以数学理论为依托，运用计算机技术，根据机械设计理论，在多变量的条件下的方案设计。72可靠性设计从实践结论出发，对各种可能性失效进行校核的设计，利用统计的观点来研究强度问题。3动态设计通过对机器工作过程的动力学分析，提高确定动载荷的准确性在临界状态、瞬态及动态情况下，对机器进行技术性改进；主要涉及疲劳强度设计。4计算机辅助设计CAD借助现代绘图技术，通过计算机实现设计和绘图。5有限元设计根
23、据变分原理求解数学，物理问题的一种数值解法。即将弹性连续体离散化为由有限个单元组成的集合体，然后按照矩阵分析的方法来求解。82零件斜轧技术21轧制方法概述轧制方法属于零件塑性成形工艺，但与其他零件塑性成形工艺相比，如锻造。轧制是连续、局部、塑性成形。因此生产效率高、载荷特别小、设备重量轻，模具寿命长，生产中无冲击与噪声，属清洁生产方式而且易于实现机械自动化生产7。零件轧制的缺点是模具设计制造复杂、尺寸大、设备通用性差、生产工艺调整难度大等。零件轧制的优点与缺点，决定它适合于批量大的零件生产和专业化工厂生产。使得批量生产的回转体零件生产成本较低。利用零件轧制技术能够生产具有变截面的杆类零件、轴类
24、零件及盘类、筒类等形状各异的产品，因此是冶金轧制技术的延伸。零件轧制又被称作零件回转成形。其基本类型主要分为辊锻、楔横轧、斜轧、辗环和旋压。本文设计的G80球轧机利用斜轧技术轧制钢球。22斜轧机分类按照斜轧机8总体结构的配置，可以将其分为三大类穿孔机式斜轧机、机床式斜轧机和钳式斜轧机。1穿孔式斜轧机穿孔机式斜轧机是把电动机、传动装置和工作机座等分别安装在地基基础上的，最先用于轧制无缝钢管。穿孔式轧机能基本上满足生产要求。穿孔式斜轧机的主要优点包括机器强度高、刚性大、使用可靠且维护方便。但是还存在一些缺陷第一电动机和轧机的能力都设计的过大；第二采用了刚性不好的开式机架且无法打开机架盖直接调换轧辊
25、。第三分开配置的方式使得该种轧机占地面积和设备重量都比较大。这种轧机适合于轧制尺寸大但精度要求不高的产品。改进后的穿孔式轧机主要用来生产球磨钢球、轴承钢球等产品。2机床式斜轧机机床式斜轧机是将电动机、传动装置和工作机座等配置在一起构成的，该种轧机是从机器制造厂的机床，特别是从辊式无心磨床发展而来。机床式斜轧机由于结构紧凑、操作方便普受制造小型且精度高的产品的制造商欢迎。该种轧机存在一些缺点第一机架分块造成刚性变差；第二设备维护和装配不方便；第三机构比较复杂。机床式轧机主要用来生产小尺寸、精密的产品。93钳式斜轧机与上述两种斜轧机相比，钳式斜轧机的特点是齿轮数量少而且没有用于转向的圆锥齿轮。优点
26、是零部件少、制造容易、设备重量轻和占地面积小。缺点是传动齿轮是开始或者半闭式的，工作时噪音大；进料或者出料容易受到传动齿轮的影响更换下导板比较麻烦等。23零件斜轧技术零件斜轧的工作原理如图21带螺旋孔型模具的两个轧辊相互交叉，且同向旋转，以此使得圆形轧件反向旋转并前进。在螺旋孔型的作用下，轧件径向压缩、轴向延伸，被轧制成所需的回转体零件。图21螺旋孔型斜轧原理图图22斜轧轧辊展开图轧辊的展开图如图22，螺旋孔型轧辊的特点轧辊的凸棱从入口到出口是由低到高的，而宽度是由窄变宽的。由此可见变高度、变导程的轧辊是该种轧辊孔型的特点。回转棒材在这样的轧辊孔型中边旋转边前进，经成形、精整、切断轧制成球。斜
27、轧成型技术除生产实心体产品外，还用来生产空心变断面回转体产品。斜轧成形方法主要有孔型斜轧、仿形斜轧、麻花钻头斜轧。1孔型斜轧9两个带螺旋孔型的轧辊，其轴心线在空间交叉一个角度，轧辊以相同方向旋转，带动圆形工件既旋转又前进，工件径向压缩、轴向延伸成形回转体与螺旋体10零件如图23的轧制方式。生产的零件包括轴承与球磨机钢球、铜球、铝球、轴承座圈、锚杆等。图23工作原理及其典型产品示意图2仿形斜轧仿形斜轧零件成形的工作原理如图24所示。三个带罪行的轧辊1带动圆形轧件2旋转，由于轧辊轴心线与轧件轴线交叉，所以轧件旋转地同时向前运动。三个轧辊借助于仿形板3改变轧辊距离轧件的径向位置，从而实现变截面轴的轧
28、制。仿形斜轧的变形主要是径向压缩轴向延伸。仿形斜轧主要用于长径比大的轴类零件的生产，如纺织锭杆、医疗器械等。图24仿形斜轧原理图3麻花钻头斜轧麻花钻头斜轧的原理如图25所示。四个带扇形板地轧辊1、2，其轴心线与轧件3的轴心线交叉，四个轧辊同时旋转并带动轧件作旋转前进运动。轧辊111为钻沟扇形板，轧辊2为钻刃扇形板，通过四个扇形板将圆形轧件轧制成麻花钻头。其变形主要为径向压缩轴向延伸。图25斜轧麻花钻头原理图A孔型示意图B孔型斜轧与楔横轧、仿形斜轧相比有如下特点1生产效率高仿形斜轧生产率最低。楔横轧的生产率次之，因为楔横轧进出料都需要占用生产时间，所以轧辊的转速不可能太高。孔型斜轧的生产率最高。
29、2产品质量高比较这三种成形工艺的产品质量，仿形斜轧的产品质量最低。因为轧辊把轧件局部轧成后便离开轧件，产品精度较难控制。楔横轧的产品质量次之。因为它在不到一圈的孔型轧辊中成形，孔型斜轧的产品质量最高。因为斜轧产品经过23圈螺旋孔型轧制与精整，产品的同心度、表面光洁度、尺寸精度都能达到较高水平。精密斜轧可以达到精车水平。3材料利用率高仿形斜轧因为要消耗一个较大的夹持料头，材料利用率最低。楔横轧材料的利用率只有85一95。因为楔横轧每轧一个产品，对于以长棒料为坯料的损失一个料头，对于以短棒料为坯料的损失两个料头。孔型斜轧的材料利用率最高。因为它是以长棒料作为坯料，整根料只是头尾平均损失一个产品的材
30、料，故利用率高。尤其是轧制短小的产品。4轧辊形状复杂孔型斜轧轧辊形状最复杂。一般为23圈变螺距、变高度的凸缘轧辊。无论设计计算、加工制造还是调整，难度都比较大。而且更换轧制品种就必须更换轧辊模具。楔横轧轧辊形状比仿形斜轧复杂得多，但比孔型斜轧简单，加上它的生12产工艺调整比孔型斜轧容易。如图26我们可以通过改变孔型轧制出不同的回转体零件。如斜轧穿甲弹钢芯、斜轧锚杆、斜轧球头吊环和斜轧电钻钻体等。图26斜轧球成形过程图图27斜轧穿甲弹钢芯图28斜轧锚杆图29斜轧球头吊环图210斜轧电钻钻体133钢球轧机齿轮机座设计31钢球轧机使用钢球轧机生产钢球是制造钢球的主要方法之一。两辊钢球轧机是数量最多的
31、钢球轧机的结构形式。轧件在开有螺旋孔型、具有一定的送进角、同方向旋转地一对轧辊的作用下进入变形区被轧制成球体。轧出的钢球纤维流向理想，出现的极部很小并且没有飞边。利用钢球轧机生产的钢球主要用于球磨机或者作为滚动体的坯料使用。还可以生产圆柱滚子类零件的热轧或者冷轧。轧机主机包括工作机座，传动机构和电动机三部分。传动机构位于电动机和工作机座之间，其作用是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。传动机构的组成与轧机的结构形式和工作制度有关10。如图31所示，大多数轧机上传动机构是有联轴器、联接器、齿轮机座和减速器组成的。这是轧机主传动装置的基本形式。图31A具有齿轮座的主传
32、动装置；B电动机直接传动轧辊的主传动装置32钢球轧机齿轮机座齿轮机座的作用是将电动机或者主减速机的扭矩传递分配给相应的轧辊。齿轮座传递的扭矩较大。按照轧辊的个数，一般是由两个或三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面中列成一排，装在密闭的箱体中。齿轮机座由齿轮轴、轴承和轴承座、机架和机盖等主要部件组成。14321齿轮机座箱体齿轮机座的箱体有四种形式高立柱式、矮立柱式、水平剖分式和垂直剖分式11，如图32所示。高立柱式的箱体拆装比较方便，齿轮轴轴承处均另外装设轴承座，避免轴承直接磨损箱体，但却使整个机架的高度增加。矮立柱式的箱体高度显然比高立柱式低。由于只在齿轮轴轴颈间才另外装设轴承座，但当采用滚动
33、轴承时，有可能引起箱盖磨损。高立柱式和矮立柱式箱体的主要优点是箱体的刚性和密封比较好，不容易漏油，工作稳定性较好，较为可靠。但是这两种箱体的重量和外形尺寸都比较大，因此制造较为困难。水平剖分式的箱体，结构比较严密，但齿轮轴轴颈间隔壁厚度太小，此时箱体必须采用铸钢材料制造。垂直剖分式齿轮座，在制造时对齿轮的跑合研齿较为方便，而且在防止漏油方面有一定的防护措施。水平剖分式箱体和垂直剖分式箱体都属于剖分式箱体，每个分箱体重量小，易于加工。但是由于箱体分面造成连接螺栓较多，漏油现象又会常常困扰我们。齿轮座箱体的材料一般为高强度铸铁。但是水平剖分式齿轮座的箱体，由于齿轮轴轴颈间隔壁厚较小，其箱体必须用铸
34、钢材料制造。图32齿轮座形式A高立柱式；B矮立柱式；C水平剖分式；D垂直剖分式322齿轮机座齿轮一般情况下齿轮机座都采用人字齿轮。人字齿轮具有承载能力高、传动平稳和轴向载荷小等优点，在重型机械的传动系统中有广泛的应用。齿轮座齿轮的几何参数已经存在系列标准。齿轮座的齿轮一般具有较少的齿数Z，较大的模数NM和齿宽B。齿数Z为2040，模数NM为845。齿的螺旋角为2835。轧机主传动系统中的齿轮机座在工作中传递很大的转矩，而齿轮机座的中心距又往往受到15轧辊中心距和联接轴倾角的限制。因此不能像一般减速器一样，根据强度条件计算齿轮中心距。齿轮机座中心距由轧辊中心距改变时联接轴最合适的工作条件来确定。
35、由于齿轮座中心距受到限制，为了满足强度要求，通常将齿轮机座中齿轮宽度做得大一些。但是齿宽过大会引起齿轮本身较大的弯曲变形，引起传动条件的恶化，故齿宽系数不宜大于24根据传递扭矩的大小，齿轮轮齿部分的宽度与其中心距之比即齿宽系数AB窄型为1612，中型的为20而大型的可以达到28。大型齿轮机座的破坏主要是由于早期点蚀、齿面剥落或塑性变形等因素导致。由此，需要在保证弯曲强度的条件下，齿轮的模数不宜过大，而且模数过大的齿轮不能提高齿轮的接触强度。齿轮啮合的润滑方式一般有两种一种是用侧向喷嘴直接向啮合区喷射稀油，另一种是用放在齿轮轴上方的一排喷射稀油，如图33所示。对于不可逆式轧机，只需要在其中一侧安
36、装挡板。而对于可逆式轧机，需要两侧都装上挡板。图33由顶部注油的可逆式齿轮座的润滑简图323齿轮机座机架齿轮机座的机架应保证齿轮传动具有较好的密闭性，并且具有足够的刚性，以保证轴承具有足够的支承。为此，应尽可能加强机架轴承处的强度和刚度。提高机座刚度的途径有提高承载零件的刚度；对机座施加预应力。324齿轮机座轴承齿轮座轴承选择滚动轴承或滑动轴承13。滚动轴承刚性好、摩擦损耗小、维护方便，但是径向尺寸较大。滚动轴承一般采用圆雏滚子或床面滚子轴承。滑动轴承的径向尺寸小，有利于提高轴承座的强度，但是摩擦系数大，在频繁启动和换向的工作情况下，衬瓦容易磨损，从而使齿轮啮合条件变坏。滑动轴承的衬瓦16一般
37、采用巴氏合金。常用的材料有CHSNSB116H和CHPBSB16162。在齿轮座径向尺寸和转速等条件允许的情况下，应尽量采用滚功轴承。齿轮座的齿轮和轴承通常共用一个润滑供油系统，在齿轮座箱体上应有润滑轴承的油沟。325齿轮机座安装齿轮座通常直接安置在基础上，可以将整个底座或只靠底脚支承在基础上，如图34所示14。当地脚螺检间距B相同时，齿轮座的稳定性基本相同，但是前者制造和安装较为方便，与地基的连接也更为可靠为了避免人字齿在工作中齿面的受载不匀，齿轮座在安装时，只将一根齿轮轴的一端驱动轴的输人端进行轴向固定，其它端都做成轴向可以游动的。这祥，人字齿在啮合时就能自动定位，保证了载荷在齿面分布的均
38、匀性。图34齿轮座安装形式326齿轮机座的传动形式如图35所示，齿轮机座的传动形式15主要分为1下齿轮传动该种传动方式主要应用于二辊或四辊轧机，考虑到传动装置的布置形式和拆装方便等各种因素。此外，劳特式钢板轧机也采用下齿轮传动。2中辊齿轮传动主要适用于三辊轧机。3在电动机功率较大的初轧机、钢板轧机及板坯轧机上，大多数不存在齿轮座而是以单独的电动机分别驱动每个轧辊。17图35齿轮座传动形式简图33钢球轧机齿轮机座设计计算齿轮机座的几何参数在我国已有系列标准16，见表31在设计齿轮机座时，应尽量采用通用标准。根据已经标准化的球轧机的参数进行设计。表31331齿轮传递力矩T计算如图36所示，因为齿轮
39、座将主减速机的扭矩传递分配给轧辊，其齿轮轴传递力矩T应为齿轮座齿轮轴的最大传递力矩又因为齿轮座齿轮轴的最大传递力矩不大于齿轮轴齿轮强度计算中的计算力矩M所以确定传递力矩T为TM式31计算结果在下文得出。18图36轧机传动件图332齿轮轴强度计算由于齿轮座齿轮直径小、宽度大，往往与轴做成一个整体，成为齿轮轴。齿轮轴的材料17，常用的有4045、40CR32CR2MNMO等。齿轮轴坯料在正火后应具有以下的机械性能强度极限MPA800600B、屈服强度MPA320S、伸长率15、冲击韧性2/M54CMNK。1确定齿轮座齿轮轴齿轮强度计算力矩M当已知电动机功率时MKMAXDM式32式中K扭矩分配系数，
40、K值为0507当电动机功率已知时，K取05；MAXDM电动机的最大力矩，MN；又有MAXDM9550NIMMAX式33式中MAXM电动机的最大功率根据电机的过载系数和额定功率确定；MAXM2M2450KW900KW，此处取过载系数为2。表32Y5004电机参数N电动机转数；选用Y5004电机时，N1480；I减速机的总传动比；选用IL1007Z减速机时，I14005；减速机和联轴器的总传动效率；此处取09419将数据代入式32和式33中计算得MKMAXDM05MAXDM059550NIMMAX05955090009414005/1480M3822655MN所以齿轮轴传递的力矩为TM382265
41、5MN图37齿轮轴2按钮转强度条件对齿轮轴进行校核计算轴的扭转强度条件为D209550000T3TNPWTT式34式中T扭转切应力，MPAT齿轮轴所受的扭矩，NMMTW轴的抗扭截面系数，MM3N轴的转速，R/MINP轴传递的功率，KWD计算截面处轴的直径，MM20表33轴常用材料的T及0A将齿轮轴危险截面处的设计数据代入式34求得T370102382265503891232H时，应取H1232H。2H为较软齿面的许用接触应力。表34重型机械用钢的许用接触应力钢号热处理截面尺寸MM许用面压应力MPA许用接触应力MPA40CR调质10030017554042CR调质30050016952543CR
42、调质500800155475211齿轮轴齿轮的齿面接触强度计算齿轮轴齿轮的参数按照齿面接触疲劳强度进行校核需满足11THEHAHZZUBDUKF式35式中K载荷系数KKKKKVAAK使用系数；VK动载系数；K齿间载荷分配系数；K齿向载荷分配系数根据球扎机的工作状况AK175VK14K14K13K4459TF圆周力，NTF112DT43337938226552201541N1T齿轮转矩，NMM1T3822655NMM1D齿轮节圆，MM1DMNZ/COS3310/COS2955379343MMU齿数比12UZZ12UZZ54/331636A端面重合度21AAA21AAA072307461469B齿
43、宽，MMB390MMHZ区域系数HZ235EZ弹性影响系数EZ1614EHAHZZUBDUKF1T163614691343379390136611201544594（416135230959MPA033综上，螺栓组的设计符合要求。433地脚螺栓校核计算1以前地脚螺栓的选择方式齿轮座地脚螺栓直径D和气螺栓孔直径D，可以根据齿轮座中心距A，按以下经验公式选取地脚螺栓直径DD01A2045MM地脚螺栓孔直径DD017019AMM已知齿轮座设计中心距A500MM则有地脚螺栓直径D015002045MM6095MM地脚螺栓孔直径D017019500MM8595MM地脚螺栓螺纹内经为MMD75805185
44、0D1根据强度条件对地脚螺栓进行校核314DQ4211式中1Q地脚螺栓的最大拉力牛，一般取1Q2224Q1D地脚螺栓的螺纹内径MM地脚螺栓的许用应力2MM/N齿轮座地脚螺栓承受的最大拉力约为15吨即1Q8910005114700NAMPMMNDQ8712/871275801431470041434222121MINAMPMMNDQ19967/19967511431470041434MAX22211/1计算安全系数SSSS则47285881SMINSMAXSS显然，该种方式安全系数过大，不理想。2本文按强度条件对地脚螺栓进行选择的方法本文设计轧机的轧辊直径为400460MM即MMD4001MMD
45、460234根据经验公式得出螺纹的预选直径为D01D510MM即MMMMMMDD5045105400101051011MMMMMMDD5651105460101051022根据系列化表格知G80球轧机的轧辊直径为450MM即D450MM则螺纹的预选直径为MMMMMMD55501054501010510D地脚螺栓的螺纹内经为MMMMD253845850850D111MMMMDD64756850850212根据强度条件对地脚螺栓进行校核314DQ4211式中1Q地脚螺栓的最大拉力牛，一般取1Q2224Q1D地脚螺栓的螺纹内径MM地脚螺栓的许用应力2/MMN齿轮座地脚螺栓承受的最大拉力约为15吨即1
46、Q8910005114700NAMPMMNDQ2658/26586471431470041434222121MINAMPMMNDQ7912/791225381431470041434MAX22211/1安全系数SSSS0216791220543282658235SMINSMAXSS综上所述，结合实际生产，本文的计算方法更为合理。3当选择M48的地脚螺栓时MM48D地脚螺栓的螺纹内经为MMMMDD84048850850135地脚螺栓的屈服强度AMPMMNDQ2511/251184014314700414342221/1考虑到螺栓刚度远远小于地基刚度0，因而可以不必计算连接件的相对刚度。安全系数S
47、SS2182511205表313常用螺纹材料力学性能MPA材料抗拉强度B屈服强度S抗压疲劳极限10340420210120150Q215A340420220Q235A410470240120160355403201702204561036019025015MNVB1000120080040CR750100065090024034030CRMNSI10801200900综上所述，经本文计算，地脚螺栓采用Q235更为合理。365结论本文主要对G80球轧机齿轮机座部分进行了研究。齿轮机座主要作用是将电机转矩传递给相应的轧辊。它的运转精度和寿命直接影响轧制钢材的质量和产量且与经济效益密切相关。运用CA
48、D软件，绘制G80球轧机齿轮机座的装配图和零件图，深刻地掌握了该部分的工作原理。结合机械原理，机械设计等专业知识重点对齿轮机座齿轮轴、齿轮、地脚螺栓等进行了相关的强度分析、运动分析，校验了主要部件的安全性，对提高齿轮座寿命有一定的意义。37参考文献1康永林，陈继平国外轧钢技术现状及发展J动态世界金属导报，200899102程志彦轧钢机和轧钢技术的发展J科技情报开发与经济，2005131191203胡正寰，王宝雨零件轧制技术的进展J2005中国钢铁年会论文集，200545335344康永林轧制分学科发展R北京中国科学技术出版，20095MOHAMMADAYOUNES,MSHAHTOUT,MNDA
49、MIRAPARAMETERSDESIGNAPPROACHTOIMPROVEPRODUCTQUALITYANDEQUIPMENTPERFORMANCEINHOTROLLINGJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY20061716周存龙特种轧制设备M北京冶金工业出版社，2006417池彦洋磨球斜轧工艺及轧辊实体建模设计D陕西陕西理工学院20108邹家祥轧钢机械M北京冶金工业出版社，19899VSDESHPANDE,JPMODAKMAINTENANCESTRATEGYFORTILTINGTABLEOFROLLINGMILLBASEDONRELIABILITYCONSIDERATIONSJRELIABILITYENGINEERINGANDSYSTEMSA
