1、內蒙古科技大學本科生畢業設計說明書（畢業論文）題 目:芯棒旋轉冷卻系統主傳動設計學生姓名： 學 號：專 業：機械設計及其自動化班 級：機指導教師： 摘 要隨著限動芯棒連軋管機的飛速發展和國內外鋼管需求的提高，鋼管的產量與日俱增，芯棒的用量也隨之增加。芯棒工作后的溫度升高，損耗不斷的擴大，增加了生產的成本，因此芯棒的維護也得到了很大的重視。由此，本文針對芯棒的冷卻系統提出了具體的設計方案，結合任務要求和冷卻的基本理論，對三個方案的工作原理和優缺點進行了細致的分析和比較，選擇了第一種作為設計的選定案。通過查閱相關資料，分析計算，確定電動機、減速器、軸、聯軸器、和鍵等重要零件的型號，并對重點零件進行

2、校核。在此基礎上，再對系統的其他非標準零部件，如：旋轉上料器，移鋼機等重要部件， 進行結構的設計和計算。按上述方法完成的設計能很好的完成芯棒旋轉冷卻的任務。關鍵詞：芯棒；冷卻；鋼管；方案abstractwith the rapid development of mpm and the improvement of demand for steel pipe at home and abroad, the output of steel pipe is steadily on the increase, and the amount of mandrill increases. the temp

3、erature of the mandrill increases after working along with the unceasing unceasing expansion of wear and tear,so the production cost has been increased.because of it,much attention has been paid to the maintenance. this paper proposes the concrete design, in view of the cooling system of mandrill. a

4、ccording to the requirements and the fundamental principle of cooling system, the paper chose the first as a selection of the design, by a detailed analysis and comparison of working principle ,as well as advantages and disadvantages of the three proposals. through consultancy to relevant materials,

5、 analysis and calculation the paper determines the model of motors, reducers, shaft, coupling, keys, and other important parts,and checks up the important parts. on this basis, then design the structure of other non-standard components, such as, rotating on the feeder, move steel and other important

6、 components etc. according to the above method, the task of cooling mandrel rotation can be complete well【17】.key words: mandrill ; cooling ; steel pipe ; proposal.目 錄摘 要iabstractii第一章 緒論11.1 我國鋼管的生產及生產現狀11.2 影響鋼管發展的因素21.3 限動芯棒連軋管機的發展及在我國的應用21.3.1 mpm的推廣31.3.2 mini-mpm的應用41.3.3我國限動芯棒連軋管機的應用與發展41.4 芯

7、棒的概述51.4.1 芯棒的生產情況61.4.2 芯棒的工作分析6第二章 方案分析與確定82.1 方案一的結構設計82.1.1 工作原理82.1.2 旋轉冷卻裝置的設計92.1.3 旋轉上料裝置92.1.4 移鋼機102.2 方案二的結構設計102.2.1 方案二的工作原理112.3 方案三的結構設計112.4 方案的比較與選擇12第三章 電動機的選擇確定143.1 設計任務書的參數143.2 選擇電動機類型和結構形式143.3 工作機功率的計算153.3.1 工件的重力計算153.3.2 工作的受力分析163.3.3 圓周速度的確定163.4 電動機容量的計算與確定173.4.1 電動機容量

8、計算173.4.2 電動機的選擇18第四章 減速器的選擇204.1 減速器的分類204.2 減速器的選擇與計算214.2.1 減速器傳動比的初步確定214.2.2 減速器承載能力的計算214.2.3 減速器的選擇22第五章 軸的設計計算與校核245.1 軸段長度和直徑的確定245.1.1 軸的最小直徑的確定245.1.2 軸的直徑和長度的確定255.2 軸的校核275.2.1 軸的力學模型的建立275.2.2 繪制力學模型275.2.3 按彎扭矩合成校核軸的強度計算28第六章 聯軸器的選擇與校核316.1 聯軸器的選擇類型316.2 連軸器的選擇計算316.2.1 電動機和減速器之間的聯軸器的

9、選擇316.2.2 減速器與傳動軸之間的聯軸器選擇326.2.3 其他聯軸器的選擇336.3 聯軸器的校核33第七章 軸承的選擇與校核357.1 軸承的選擇357.2 軸承的校核367.2.1 軸承上的受力分析367.2.2 軸承壽命的驗算37第八章 鍵的選擇與校核398.1 鍵的選擇398.2 鍵的強度校核408.2.1 校核圓盤上的鍵408.2.2 校核1-2段聯軸器的強度41第九章 旋轉上料裝置系統的設計429.1 電動機的選擇429.2 減速器的選擇與計算449.2.1 減速器傳動比的初步確定449.2.2 減速器承載能力的計算45第十章 滾動軸承的潤滑及設備的維護4610.1 潤滑劑

10、的用途4610.2 設備的維護46【參考文獻】48結 束 語49 第一章 緒論1.1 我國鋼管的生產及生產現狀新中國國成立前，日本侵略者曾于1935 年10 月在我國東北鞍山建了1 套生產直徑為7150 的熱軋無縫鋼管機組，最高年產量為1.14萬t（1940年），1942年又建了冷拔車間，生產直徑為40150 的冷拔管和氣瓶管，但日本投降后，其全部設備都被拆運到了原蘇聯，所以新中國成立時我國是不能生產無縫鋼管的，當時只有上海有一點鋼管改制設備，可以將進口的鋼管改制為所需規格的鋼管。新中國成立后，作為首批重點工業建設項目，鞍鋼無縫鋼管廠于1953 年10 月27 日建成投產，從此結束了我國不能生

11、產無縫鋼管的歷史。自鞍鋼無縫鋼管廠軋出我國第一根無縫鋼管起，至今我國無縫鋼管已有了47年的生產歷史。在這近半個世紀的年代里，我國無縫鋼管軋機由50 年代初唯一的1 套140自動軋管機組，設計年產量僅6.19 萬t，發展到目前為止，已是產品品種、規格齊全，各種機組型式齊全并分布于全國，無縫鋼管的年產量也于1978年（82 萬t）超過英國和法國，19836 年（115萬t）超過意大利，1992年（256 萬t）超過原西德，并在1994 年（304萬t）早于鋼和鋼材成為世界第一大無縫鋼管生產國，隨后一直保持至今【1】。我國是產鋼大國,同樣也是無縫鋼管生產大國,據不完全統計,我國熱軋無縫鋼管總設計生產

12、能力為460 萬t 左右,近幾年產量見表1 。 表1 廠名寶鋼集團天管包鋼成都無縫衡陽鞍鋼產量83654540 35 40這幾家無縫鋼管產量占全國的60 %左右,可以講我國熱軋無縫鋼管的設計與產量基本平衡,超設計產量的主要原因是寶鋼、天管、衡陽超設計能力了。我國是鋼管大市場,年消費量占全世界的24 %左右,與美國相當,只是我國又是生產大國也是消費大國據我國鋼管發展報告可知，,世界鋼管產量、消費在下降,而我國卻在上升,我國進口略大于出口,生產消費基本持平,這主要是我國經濟增速產生的效應。1.2 影響鋼管發展的因素經濟發展是影響無縫鋼管的首要因素。焊管、塑料、玻璃、陶瓷等管材其性能、壽命、精度等在

13、某些用途方面都優于無縫管,所以對無縫鋼管的生產、市場都會帶來很大的影響。能源變革的影響,隨著核電、核能的綜合利用,水電、電動汽車的不斷發展,直接影響著無縫鋼管的市場。加入wto的影響,主要是國外石油的大量進入,會影響到石油用管的市場【2】。1.3 限動芯棒連軋管機的發展及在我國的應用目前限動芯棒連軋管機在世界各國的無份縫廠廣泛使用，限動芯棒連軋管機是在在浮動芯棒連軋管機的基礎上發展起來的。限動芯棒連軋管機于20世紀60年代中期進行了工藝試驗并獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連軋管機（mpm：multi-stand pipe mill的縮寫）在意大利達爾明鋼管廠建成投產，將連軋管

14、工藝發展到了一個新的水準；限動芯棒連軋管機在整個軋制過程中對芯棒的運行加以控制，使其以設定的恒定速度前進，軋制過程結束時，由脫管機將荒管與芯棒分離后，荒管被移送到下道工序進一步加工；芯棒則返回，撥出軋制線后，冷卻、潤滑后循環使用。mpm使得鋼管壁厚偏差得到改善，工具、能耗有所降低，將連軋管機軋制鋼管的最大外徑由194mm擴大到426mm。20世紀90年代中期又推出了三輥連軋管機（pqf：premium quality finishing的縮寫）技術， 2003年世界上第一套三輥限動芯棒連軋管機組（pqf）在中國天津鋼管公司建成投產，使連軋管工藝裝備躍上了更高的臺階。經過近30年的發展和應用，世

15、界上目前正在運行和在建的限動芯棒連軋管機超過了20臺套。連軋管機在pqf出現以前，都是兩輥式的，即由兩個軋輥為一組組成孔型, 兩個軋輥相互平行，相鄰兩個孔型的輥縫相錯90； pqf為三輥式的，即由三個軋輥為一組構成孔型，三個軋輥互成120，相鄰兩個孔型的輥縫相錯60；使上一架孔型的槽底對應下一架孔型的槽頂。1.3.1 mpm的推廣mpm一經問世，因其在技術、產量、質量、自動化和勞動生產率等諸方面的突出優勢，引起了無縫鋼管界的廣泛關注并得到認同和推崇，目前已使其在除大洋州以外的五大洲得以迅速的推廣應用；特別是1978年到1992年間的前15年，受當時石油產業對油井管需求旺盛的影響，促使了mpm技

16、術的飛速發展，相繼建成投產了10套限動芯棒連軋管機組，從第二套到第十套僅用了10年的時間。各機組情況見下表1。表1 前十套限動芯棒連軋管機組一覽表序號機組名稱廠名國家投產年份設計年產量成品管規格d x s(mm)機架數1365mm 達爾明廠意大利197850159365x3.52582245mm 京濱廠日本198360114245x4.54083273mm 坦姆薩廠墨西哥198360114273x4.54074245mm 費爾菲爾美國19836089245x5.43275245mm 北方星鋼廠美國1987301142457 6245mm 阿爾戈馬廠加拿大19863048178x3.632772

17、45mm 希德爾卡廠阿根廷198835140273x4.53568245mm 西多廠委內瑞拉1990114245x4.5359426mm 伏爾加鋼管廠俄羅斯199072114245x4.535710250mm 天津鋼管公司中國199250114273x4.5357這一時期所建機組的共同點為：一是連軋管機設有78個機架（阿根廷希德爾卡廠為6機架），因為機組中的穿孔機為推軋式（加斜軋延伸機）或二輥桶形輥斜軋式，其延伸系數比較小，（延伸系數一般小于3），軋件的主要延伸靠連軋管機完成，軋管機的最大延伸系數為67，所以連軋管機的機架數相對較多，機架數由開始的8架減少到7架甚至6架，意義在于盡量縮短芯棒工

18、作段的長度，因為在所軋制的荒管長度和芯棒限動速度不變的前提下、減少軋機第一架至最末一架軋輥中心線的距離，就可以縮短芯棒工作段的長度，從而達到降低芯棒的制造、加工難度和生產成本的目的；二是各機組均設有23個孔型，主要成品管的外徑范圍大都在114273mm之間，用以生產中型規格的油井管品種為主的無縫鋼管，因為油田打井所需的套管規格絕大部分都在該組距范圍內。1.3.2 mini-mpm的應用mini-mpm為少機架限動芯棒連軋機的意思，原是意大利的因西公司上世紀90年代中期為完成對南非托薩（tosa）廠cps（兩步生產無縫鋼管法，即只有斜軋錐形輥穿孔和張力減徑兩個變形工序，而沒有軋管工序的生產方法，

19、后因在生產壁厚8mm以下的鋼管時因螺旋印難以消除進行增加軋管機的改造）的改造，在錐形輥穿孔機與張減機之間安裝的限動芯棒連軋管機而推出的機型。由于錐形輥穿孔機的變形能力較大，就可將原由mpm承擔的部分變形前移至穿孔機來完成，連軋工序的延伸可適當減小，軋管機沒必要選用過多架數了，軋機的機架數由原來的78架減少至45架；與mpm相比它的最大特點是實現了用更短的芯棒軋制較長的鋼管，芯棒的工作段長度比mpm短了23米；芯棒總長度可縮短5米左右。后來隨著錐形輥穿孔機的廣泛應用，連軋管機的架數大多為5架；或51架，1為在連軋管機前增設一架空減機【3】。1.3.3我國限動芯棒連軋管機的應用與發展連續軋管機組按

20、芯棒運動方式, 可分為全浮動、半浮動和限動芯棒3種型式;按機架數量可分為常規式(即mpm),和少機架式(即mini-mpm)。包鋼無縫鋼管廠在建的從意大利茵西公司引進的245機組屬于后者。下面在介紹少架式機組工藝與設備組成的基礎上, 著重分析少架式機組的技術特點與技術進步【4】。包鋼mini-mpm的主要流程：連鑄圓管坯管坯加熱穿孔軋管一脫管冷卻一鋸切無損探傷檢查包鋼mini-mpm的主要特點采用新型立式菌式穿孔機。錐形軋輥與軋制線交叉成15度“ 的輾軋角, 使軋輥線速度與金屬流動速度相適應, 可實現最小扭轉, 從而改善毛管內外表面質量和壁厚精度。菌式穿孔機的延伸系數可達到6（本機3.3），因

21、此, 在變形量的分配上, 穿孔機可承擔較大變形, 從而減小軋管機的變形, 使連軋機機架數減少到5架。 5機架連軋管機。該軋機布置緊湊,機架間距小, 可使芯棒總長度縮短到17.5m,且芯棒兩端都有限動頭, 可兩頭使用, 使芯棒的壽命得以延長。在軋機調整方式上, 用液壓壓頭代替傳統的機電系統, 可實現軋輥設定值在線調整,也可根據預設定值適時調整軋輥, 使d/s35的鋼管端部軋成錐形, 以改善鋼管頭尾的壁厚偏差, 并可減少張力減徑時的切頭尾損失。這是至今見到的mpm先進的壁厚控制技術。 12架定徑機和24架張力減徑機。定徑機和張力減徑機串列布置在軋制線上, 擴大了規格范圍, 增加了生產的靈活性。張力

22、減徑機的傳動采用了意大利的混合傳動專利技術, 其中112機架為集體傳動, 功率小, 剛性大, 鋼管頭尾壁厚可以有效控制1314機架精軋部分為單獨傳動, 轉速控制精確。又因采用嚴密封閉的孔型設計技術, 使鋼管的外徑與壁厚精度提高, 有效地控制了內孔多邊形效應。定徑機結構與力減徑機的112機架基本相同,提高了設備的互換性, 減少了備件量。自動化水平、工藝檢測和控制水平。采用一級自動化和二級自動化, 可實現軋機設定值的計算、軋機診斷與修正、物料的全線跟蹤在軋制線上, 除有天津mm全部在線檢測系統外, 還在張力減徑機后增設了射線測厚裝置, 使壁厚得到精確控制。上述機組的引進, 對提高我國無縫鋼管產量、

23、改善鋼管質量、提高專用管自給率及提高裝備與技術水平起到了重要作用尤其這兩套機組均用連鑄圓管坯軋管, 對提高質量、降低成本和改革我國鋼管生產供坯工藝有重要意義。1.4 芯棒的概述芯棒是與軋輥共同作用，將穿孔后的管坯軋制成各種尺寸的無縫鋼管。按鋼管軋制方式不同，可分為浮動芯棒、半限動芯棒和限動芯棒，其中，限動芯棒所占比例最大。限動芯棒連軋機的芯棒與毛管之間的相對速度較大, 再加上連軋機的變形量大, 延伸系數一般在46之間, 所以芯棒的使用壽命比浮動芯棒低,一般情況每根芯棒一次可軋制20006000支荒管。需要指出的是, 軋制薄壁管比軋制厚壁管的芯棒使用壽命要低的多, 可相差13倍。隨著鋼管需求的增

24、加，芯棒的需求也在不斷的遞增。1.4.1 芯棒的生產情況由于制造限動芯棒技術性強、難度大，目前在國際上只有法國、意大利、德國少數幾個國家的企業能夠生產。多年來，國內生產大口徑無縫鋼管的企業主要從國外進口芯棒，2007年我國芯棒進口量約為9000噸。由于進口芯棒價格昂貴，供貨周期長，供需矛盾十分突出。目前，中原特鋼股份有限公司是國內唯一一家擁有限動芯棒從材料冶煉、鍛造、熱處理、機械加工到成品完整工序、工藝可控的規模性生產企業。公司擁有限動芯棒自主知識產權，填補了國內該產品生產的空白，并在逐步取代進口產品，其中mpm芯棒的年生產能力達到5000噸，占國內市場份額的45%，國際市場占有率約為15%。

25、隨著限動芯棒需求的日益增加，目前國內大型特鋼企業也在積極開展限動芯棒得研制，2007年3月份，寶鋼特殊鋼分公司已試制成功限動芯棒坯，并擬投入批量生產【5】。1.4.2 芯棒的工作分析芯棒是無縫剛管生產中的必要輔助工具之一，限動芯棒連軋機采用芯棒線外預穿、芯棒預插人和芯棒限動快速轉換、快速換輥等新工藝、新技術, 提高了軋機的生產能力。芯棒循環的工藝流程：芯棒預熱-芯棒潤滑-芯棒預穿-限動軋制-芯棒冷卻芯棒潤滑。軋制時，芯棒與軋件內表面的相對運動比浮動是的大，芯棒的工作條件更為惡劣，芯棒更容易磨損和劃傷，芯棒的精度直接影響鋼管的內徑精度，芯棒在熾熱的胚管內工作，使芯棒的工作溫度迅速增加，因使用中存

26、在冷卻時間短,表面溫度高且不均勻,導致潤滑劑附著差,芯棒磨損快、壽命短，硬度降低，變形加大，對鋼管的質量有著嚴重的影響，因而，提高芯棒質量和消除毛管內表面與芯棒之間的間隙使軋制更加平穩，從而提高軋輥的使用壽命，確保鋼管的鋼管壁厚精度，內外表面質量和軋制的效率【6】。在無縫鋼管生產中，當芯棒溫度保持在合理的數值范圍內，便能有效地提高產品的產量和質量，而為提高鋼管內壁質量和延長芯棒使用壽命，通常還需要對之進行適當的潤滑。生產過程中，芯棒總處于間歇的運動，速度可達每秒幾米，外徑一般在50150mm，目前芯棒采用水基潤滑劑，要求芯棒出冷卻水槽時的溫度在7090。若溫度超過100則易產生氣泡，潤滑劑不易

27、在芯棒表面形成薄而致密的一層；若溫度偏低，則潤滑劑不易迅速干燥，芯棒的潤滑效果不好。新棒溫度的調節主要通過循環水冷卻。被拉出鋼管的芯棒溫度高時可達到170，一般在140150，在水槽中經過12min冷卻，出水溫度控制在7090.控制溫度用溫控系統【7】。為了確保芯棒的質量，我們必須要有一套專門的芯棒冷卻裝置，使芯棒均勻冷卻，提高芯棒的冷卻效果,延長了芯棒的使用壽命,改善了鋼管的內表面質量，降低芯棒消耗。第二章 方案分析與確定一個理想的設計應該是技術上先進，經濟上合理，操作和維修方便，運轉安全可靠，要達到這幾個方面的要求。除了技術上的問題以外，還必須具有正確的設計指導思想和豐富的實踐經驗。當然要

28、達到這些要求是需要一個過程的，我們應努力縮短這個過程。還應指出，一個設計良好的工作系統，往往不是一次就可以完成的，而需要經過反復推敲、試運、檢驗不斷的調整和修改才能逐步達到完善。冷卻部分要盡可能的滿足工作的要求，即要保證芯棒均勻的冷卻，完成基本的任務的制定，還有考慮設備的合理性，要保證該設計與其他工作機完美的配合，使整個工作流程順暢，減少其他的輔助部件和減少占地面積。更重要的一點是保證工作人員的安全，提高產品的安全性。其他輔助部件要保證工作的穩定性，結構要簡單，維修和更換方便，產品的生產制造經濟。2.1 方案一的結構設計 如圖1所示，該方案的冷卻方式是圓盤旋轉冷卻。冷卻的工作部件是圓盤，芯棒由

29、摩擦力的作用隨圓盤旋轉。 圖1方案一的原理圖2.1.1 工作原理芯棒從連軋管中脫出,并被輸送到脫棒后輥道。脫棒機后兩組輥道中間有一活動擋板,在正常生產時活動擋板處于升位,當芯棒接近活動擋板時,脫棒機后輥道通過變頻調速使輥道減速,以減少芯棒對擋板的沖擊,芯棒到位后,它會沿著冷卻裝置的輸入輥道運行到相應的位置，此位置有一個可以調節的限位系統控制。 芯棒的運輸由運輸輥道來完成，此輥為單驅動輥道，這個輥道的優點是取消了長軸的傳動可以采用單獨底座來代替笨重的整體支架，結構簡單，傳動慣性小，操作靈活。當芯棒到達預定位置時，翻轉上料機構啟動，此機構沒由一個電機驅動，通過聯軸器與驅動軸連接，在軸上裝有6個轉臂

30、裝置，旋轉臂的一端裝有托盤，通過旋轉臂轉動，將芯棒放到旋轉冷卻裝置上。旋轉冷卻裝置也有專門的電機驅動，通過減速器減速，驅動旋轉軸旋轉，在軸上裝有圓盤，與另一組圓盤成并列分布，這組圓盤無驅動，主要起支撐作用。芯棒在兩組圓盤上，靠摩擦力旋轉。當旋轉10秒鐘時，在由單向移鋼機將芯棒移到另一組旋轉系統上旋轉冷卻10秒后，由旋轉臂裝置將鋼送到輸出輥道，準備再次工作。 2.1.2 旋轉冷卻裝置的設計如圖2所示,中間軸為主傳動軸，驅動圓盤旋轉，兩側的圓盤為支撐圓盤，起支撐作用，它受芯棒轉動時的摩擦力作用隨芯棒一起轉動。圖2 旋轉裝置被冷卻的芯棒放置在兩圓盤中間，受圓盤摩擦力的作用勻速旋轉，這樣就能使芯棒在周

31、向均勻的冷卻。2.1.3 旋轉上料裝置如圖“3”所示,此裝置繞左軸旋轉，將芯棒抬到旋轉的圓盤上進行旋轉冷卻，芯棒位于拖架之上，和拖架繞左軸運動，旋轉臂轉過一周后，停在起始位置，完成一個工作周期。技術關鍵點在于拖架始終朝上，拖架的旋轉軸與左軸之間有一套鏈傳動裝置，主動鏈輪隨主軸旋轉的同時帶動托架上的小鏈輪轉動，這一裝置可完全保證托架朝上這個關鍵點。 圖3 旋轉上料裝置2.1.4 移鋼機此機構為四桿機構，此機構作用是將左位置上的芯棒移到右位置，拖架工作完成后，回到原位，準備下次工作，其每運行一個周期凸輪旋轉一周。如圖4所示。圖4 移鋼機2.2 方案二的結構設計如圖5所示，該圖為第二個方案的結構原理

32、圖，此方案的工作部分是用兩個交叉的托架共同控制芯棒的升降。方案二與一的不同之處是冷卻的動力部分如圖5的視圖a，它是由一臺電動機驅動，通過減速器減速，再由一對齒輪將轉矩和速度平均分配到兩根轉動軸上，當旋轉上料裝置將待冷卻的芯棒放到拖架上后，工作電機啟動，拖架繞各自的軸旋轉，使芯棒浸入到下方的冷卻水池冷卻幾秒后，電動機反轉，使芯棒抬出水面，隨后旋轉卸料料裝置啟動，把芯棒移出冷卻水槽。兩個交叉托架的旋轉的最大角度有限位傳感器控制，以防止轉過角度過大，將芯棒落入水槽之中，造成工作故障，影響生產。圖5 方案二的原理圖2.3 方案三的結構設計方案三的設計完全區別與一和二，如圖6所示。當芯棒從工作軋機上退下

33、之后，直接由運輸輥道輸入到冷卻系統當中，該冷卻系統采用的是輥道運輸式冷卻，即芯棒在系統中邊向前移動邊由噴水裝置噴水冷卻，當芯棒的一端頂到限位裝置后，限位器上的傳感器向控制系統發出信號，延時十秒鐘，待芯棒的尾端也完全冷卻后，翻轉卸料裝置的電機啟動，旋轉臂旋轉，將冷卻輥上的芯棒移到輸出的運輸輥道上。圖62.4 方案的比較與選擇方法一的優點：芯棒冷卻的同時還不停的旋轉，水溫沿芯棒表面均勻分布,從而使芯棒沿縱向和周向冷卻更加均勻，提高了冷卻的質量，縮短了冷卻的時間。缺點是芯棒在受到冷卻的同時受到不同程度的磨損，輔助設備較多，投資大，占地面積大。 方案二的優點：與一相比，冷卻速度快而且充分，系統當中減少

34、的移鋼機；缺點：需要建一個大的冷卻水池，用水比較多，水的循環和冷卻還需要投資一些設備，增加了投資的成本，水溫不易控制控制。芯棒升降時所需的電機的轉矩較大，用電量也較多，不經濟。在升降時芯棒所受的磨損比方案一還要大。方案三：冷卻方便，減少了很多工序，只需在芯棒推出工作的運輸過程當中就可晚成冷卻。設備簡單，占地少，投資少；缺點：芯棒從一端開始冷卻，在長度方面溫度分布不均勻，不均勻的冷卻有時會使芯棒發生變形。綜合三種方案的優缺點和實際的工作環境和場地，第一種方案比較好。首先保證了芯棒的冷卻技術條件。其次符合節能減排的倡導，還為工廠節約了大量的資本和場地，提高了工廠的市場競爭力。以下設計及參數的選用均

35、圍繞著方案一的設計而展開。第三章 電動機的選擇確定3.1 設計任務書的參數（1） 芯棒規格 直徑150mm,芯棒總長 17.5mm；芯棒材料 合金鋼（2） 回轉機構移送芯棒根數 1根（3） 回轉機構動作周期 12.5s（4） 方案一的結構設計參數：圓盤的直徑 1000mm。從動圓盤直徑 800 mm。兩圓盤的水平中心距離 l=563.5 mm。兩圓盤的水平中心距離h=100mm。（5） 設計的重點和難點：重點：主傳動系統設計；難點：回轉機構的結構3.2 選擇電動機類型和結構形式電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于直流電動機需要直流電源，結構復雜，價格較高，維護比較不方便，因此，如無特殊要求

36、都應選用交流電動機。交流電動機有一步電動機和 同步電動機兩類。一步電動機有鼠籠型和繞線型兩種，其中以普通鼠籠型異步電動機應用最多。我國新設計的y型系列三相鼠籠異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電機，其結構簡單工作可靠、價格低廉、維護方便【8】。根據生產機械的工藝性要求及負載（靜負載活動負載）選擇電動機的容量。在選擇電動機容量時既要充分發揮額定容量，又要保證電動機溫升在允許范圍內，還要考慮適當的裕度（一般取10%左右，同步電動機不受此限制）電動機的容量選的合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。容量小與工作要求，就不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載而過早損壞；容量過大則電動幾價格高

37、，能力有不能充分利用，由于經常不滿載運行，效率和功率因數都較底，增加電能消耗，造成很大的浪費。電動機的容量主要根據電動機運行時的發熱條件來決定。電動機的發熱與其運行狀態有關。運行狀態有三種，即長期運行、短期運行和重復短時運行。本次的設計所用的電動機是長期運行運行的機械，只要所選電動機的額定功率等于或稍大于所需要的電動機工作功率,即，傳動電動機的最大轉矩大于生產機械的最大轉矩（即負載途中的尖峰負載轉矩），驅動電機的轉矩大于生產機械的最大轉矩，生產機械才能運轉。只要所選電動機符合上述條件，在工作時就不會過熱，通常可以不必校驗發熱和啟動力矩。本系統的工作條件是長期變荷運行要求電動機轉動慣量小和過載能

38、力大，應選用起重及冶金用異步電動機yz型（籠型）或yar型（繞線型）。3.3 工作機功率的計算3.3.1 工件的重力計算根據重力公式： （31）其中： g=9.8n/芯棒的質量： （32）其中： v 芯棒的體積 (m3)芯棒的密度 (g/ m3)d 芯棒的直徑 (m)芯棒的長度 (m)查機械設計手冊上冊表可知【9】:合金鋼的密度: =7.9g/ 所以芯棒的質量為： kg （33）由此可知芯棒的重力：g=23930 n （34）3.3.2 工作的受力分析芯棒在旋轉圓盤上旋轉主要是靠圓盤與芯棒之間的摩擦力工作的，姑且認為芯棒的重力完全作用到圓盤上。要使芯棒旋轉，旋轉圓盤上的圓周力應為: （35）其

39、中： - 芯棒與圓盤的摩擦系數查表2可知【9】： 0.3 所以圓周力為： （36）3.3.3 圓周速度的確定工作機按工作要求工作，可由公式（37）計算圓周速度【10】 （37）其中: 芯棒的角速度 （單位：rad/s）r 芯棒的半徑由公式(4-13)確定芯棒的旋轉角速度為： （38）所以可知芯棒的圓周速度： （39）式中：t 芯棒的旋轉周期 (單位：s) 芯棒的半徑 （單位m ）由設計任務書可知：t =0.4 sr=0.075 m所以 （3-10）3.4 電動機容量的計算與確定3.4.1 電動機容量計算（1）按工作的要求和條件選用三相籠型異步電動機,封閉式結構，電壓380v，y系列。（）選擇電

40、動機的容量電動機所需要的功率按式（31）計算 (311)工作機所需要的功率按式（1）計算 （312）因此可根據公式（313）可計算需要電動機的功率為 ： （313）電動機到圓盤的總傳動效率為： （314）式中： 傳動的總效率 聯軸器 軸承減速器的效率本次設計的方案中：聯軸器共個，取.；軸承對,取.；減速器個，.。由此得知 （315）因為芯棒的圓周速度與圓盤的圓周速度相同，所以電動機帶動工作機所需的最大功率是： （316）3.4.2 電動機的選擇查表22-7 選擇電動機是y 系列 160 m 1-2。如圖7所示【11】。圖7 電動機電動機參數如表2所示。 表2額定功率（kw）滿載時轉速(r/mi

41、n)工作效率(%)質量（kg）11 97186.5 160電動機的安裝尺寸如表3所示 表3輸出軸直徑mm輸出軸長度mm鍵槽的寬度 mm 中心高mm3811014160第四章 減速器的選擇4.1 減速器的分類減速器是應用原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。減速器的種類很多，用以滿足機械傳動的不同要求。根據傳動類型，減速器可氛圍齒輪、蝸桿、齒輪蝸桿和行星齒輪減速器；根據齒輪形狀不同，減速器可分為圓柱、圓錐、圓錐圓柱齒輪減速器；根據傳動的級樹，減速器可分為單級、多級減速器；根據軸在空間的位置，減速器可分為臥式和立式減速器；根據傳動的布置形式，減速器可分為展開試、分流式和同軸式減速器。單級圓柱齒輪

42、減速器的傳動比在i8。輪齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低或負荷較輕的傳動；斜齒或人字齒用于速度較高或負荷較重的傳動。箱體通常用于鑄鐵做成，有時采用焊接結構或鑄鋼件。軸承通常采用 滾動軸承，只在重型或特高速時，才采用滑動軸承。其他形式的減速器與此相同。兩級圓柱齒輪減速器的 傳動比范圍是8i60。兩級展開式圓柱齒輪的結構簡單，但是齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此軸應設計得具有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩的輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產生的扭轉變形將能減弱軸在彎矩作用下產生的彎曲變形所引起的載荷沿齒寬分布不均的現象【12】。當今硬齒面系列減速器已廣泛使用。硬齒面減速器由于表面積減

43、小, 其熱功率已經同機械功率一樣作為設計和選擇減速器的重要指標。對于y系列減速器如何準確確定其熱功率和如何根據具體情況校核熱功率尤為重要,我們一般所說的減速器效率為其傳遞額定機械功率時的效率, 也可以定義為額定效率, 用表示。當減速器傳遞扭矩變化時,傳動效率隨之變化,變化曲線如圖所示。從圖中可以看出, 在扭矩很小時由于在其傳動扭矩中空載功率占的比例相對很大, 所以效率很低。而達到額定一定比例扭矩以后,基本上與額定效率相等。4.2 減速器的選擇與計算4.2.1 減速器傳動比的初步確定由式（41）計算減速器的傳動比 （41）其中： 為減速器的理論傳動比為電機的額定轉速 (r/min)為減速器的輸出

44、轉速 (r/min)由式下可計算為減速器的輸出轉速 （42） （43）其中： 工作機的主軸旋轉周期（s） 芯棒的直徑 （mm）主動圓盤的直徑 （mm）由此可知： s （44） （45）根據理論傳動比實際的工作條件選擇兩級圓柱齒輪減速器。4.2.2 減速器承載能力的計算 【11】 （46）其中： 減速器的計算功率 （kw） 傳動功率 (kw) 工況系數 查表139 1.5所以 （47）4.2.3 減速器的選擇查機械設計簡明手冊 表139 可選【11】zsy-180-45-zbj199004-88公稱傳動比 45，公稱轉速1000 r/min =22r/min,許用輸出功率zsy 型減速器外形尺寸

45、裝配型式如圖8所示, 圖8 減速器結果簡圖查133可知減速器的基本參數 如表4所示。表4 減速器的尺寸參數(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)3242187831 (mm)(mm)(mm)(mm)(mm)851302852290第五章 軸的設計計算與校核 軸的結構設計是根據軸上零件的安裝，定位以及軸的制造工藝性方面的要求、合理的確定軸的機構和尺寸。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件工作的可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等，因此，軸的機構設計是軸設計的主要部分。軸的工作能力是指軸的強度、剛度和振動穩定性等方面的計算。軸的工作能力大多取決于軸的強度，故只需對軸的強

46、度進行校核，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求高的軸和受力大的細長軸，還應進行剛度計算，還應進行振動穩定性計算，以防止發生共振而破壞。所以，軸的設計應滿足一下即方面的要求：合理的結構、足夠的強度、必要的剛度和振動穩定性及良好的工藝性等。通常軸的設計程序為：（1）根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案（2）選擇軸的材料（3）初步確定軸的直徑（4）進行軸的結構設計，校核軸鍵連接強度及軸的彎曲強度（5）必要時校核軸的剛度和臨界轉速（6）根據上述計算結果修改設計（7）繪制軸的工作圖5.1 軸段長度和直徑的確定5.1.1 軸的最小直徑的確定 當軸的長度及跨度未定時，支座反力及彎矩無法求

47、得。多支點或不太重要的軸，常用簡單公式初步估算出軸的直徑并依此進行軸的結構設計。重要的軸還要進步進行強度校核。初步選定周的材料為45#鋼，調質處理，,，許用應力。由此可得軸的最小直徑【13】 （5-1）其中： 軸的最小軸徑尺寸 p 工作機的 材料系數查機械設計第八版 表15-3可知【13】：=120電動機輸出的工作功率為：11 kw （5-2）所以 解得： mm （5-3）考慮安裝聯軸器加鍵，將軸徑增加4%5%,故取第一根軸徑左端伸長端的最小直徑為97mm。5.1.2 軸的直徑和長度的確定根據結構和計算要求繪制軸的零件圖，如圖11所示。 圖11 軸的零件圖各段軸的尺寸參數如下所示：1、軸1-2

48、端安裝聯軸器=210mm, =100mm,2、 軸23段為安裝軸承及其軸承端蓋和密封裝置，3、軸34段為密封極其軸肩與箱體內壁的間距4、軸45段為軸肩5、軸56段為安裝圓盤段6、軸6-7為過渡段7、軸7-8段為安裝軸承段8、軸89段處是聯軸器相接處，5.2 軸的校核5.2.1 軸的力學模型的建立圓周周上作用點的位置和支點跨度的確定，圓盤對軸的力作用點按簡化原則應在圓盤終點，固比可以決定軸上圓盤的作用點的位置。軸上安裝軸承，它的負荷中心作用到軸承的中心，故可以計算出中心跨度距離和軸上各力作用點相互位置尺寸。支點跨度為，圓盤的中點到左軸承中點的距離，圓盤中點到右軸承的中點的距離為5.2.2 繪制力

49、學模型通常軸上裝有一個或數個旋轉的傳動件，軸和軸上零件的重量不計，載荷在零件上的作用寬度相當于軸的長度都較小，故作用到軸上的載荷通常簡化為作用在寬度中點載荷。轉矩也是從輪轂寬度的中點算起。軸承的支撐可簡化成鉸支座。計算軸上的作用力并畫彎矩圖如圖12所示。垂直面上： （54）水平面上： （55）水平面與垂直面的合成彎矩為：= （56）電機的額定功率經過減速器、聯軸器和軸承的損失后，傳遞到第一個圓盤左端的功率為10.34kw。由此可確定第一個圓盤軸上左端傳遞的扭矩為 （58）由于第一個圓盤消耗一部分功率，那么傳遞到下組圓盤的功率會減小。因此右半端傳遞的扭矩為（59）由于功率的逐級傳遞和功率的損失，

50、因此第一根圓盤軸上所受的扭矩最大，在校核軸的強度時，只對第一根圓盤軸為對象進行分析即可，當第一根圓盤軸滿足強度要求的話，那么其他的幾根軸都會滿足要求。所以我們只需校核第一根圓盤軸，驗算它是否滿足強度要求。5.2.3 按彎扭矩合成校核軸的強度計算 （510）其中： 軸的應力m 和成彎矩t 最大扭矩w 軸67段上的抗扭截面系數 查機械設計表154可知 【14】由此可算得51.96 mp因為= 60mp 所以軸的強度合理。圖12 彎扭合成圖第六章 聯軸器的選擇與校核6.1 聯軸器的選擇類型聯軸器的類型應根據使用要求和工作條件來確定。具體選擇時可考慮以下幾點：（1）所需傳遞的轉矩大小和性質以及對減振和緩沖方面的要求。（2）聯軸器的工作轉速高低和引起的離心力的大小，對于高速傳動軸