轧钢机设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸  咨询 14951605 买对应的 纸  14951605 或 1304139763    业   设   计  (论   文 ) 轧 钢 机设计  系     名：                                专业班级：                                学生姓名：                                学     号：                                指导教师姓名：                            指导教师职称：                            年       月 I 摘  要  轧钢就是用轧机对钢坯进行压力加工，获得需要的形状规格和性能的过程。轧机主要由几组轧辊构成，轧辊是一对转动方向相反的辊子，两个辊子之间形成一定形状的缝或孔，钢坯通过轧辊就成为一定形状的钢材。  本次设计的设计主要包括：电动机的选取 、 传动 装置 的设计 、 轧钢机 主体设计 等。  本次设计首先 ，调研了轧钢机现状及原理等；接着， 根据设计 准则及轧钢机原理确定了设计方案； 然后 ， 对 传动 装置、 轧钢机 主体 等 进行了详细 ；最后，采用  通过本次设计，巩固了大学所学专业 知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用件，对今后的设计工作有一定的参考价值。  关键词： 轧钢机； 传动装置 ； 轧辊 ； 调整装置   is of to to is of of is a in a to of a of or of of of of  of to of a in to of of of of of be to   录  摘  要  . I . 一章绪论  . 1 究背景及意义  . 1 钢机简介  . 1 内外研究现状及趋势  . 2 第二章  总体方案选定及参数计算  . 3 案选择  . 3 计准则  . 3 案选择  . 3 体参数计算  . 4 制平均单位压力的确定  . 4 制总压力的确定  . 6 制力矩的确定  . 6 第三章  动力及传动装置设计  . 8 动机的选择  . 8 速器的选择  . 8 动器设计  . 9 轮传动设计  . 9 的设计  . 14 承的选择与校核  . 16 的选择与校核  . 17 第四章  轧钢机构设计  . 18 座的选择  . 18 辊设计  . 18 辊类型选择  . 18 辊结构尺寸设计  . 18 辊材料选择  . 19 辊调整装置设计  . 20 结  论  . 21 参考文献  . 22 致  谢  . 23  1 第一章绪论  究背景及意义  轧钢就是用轧机对钢坯进行压力加工，获得需要的形状规格和性能的过程。轧机主要由几组轧辊构成，轧辊是一对转动方向相反的辊子，两个辊子之间形成 一定形状的缝或孔，钢坯通过轧辊就成为一定形状的钢材。  我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。  轧钢生产时将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、上产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。目前，约有 90%的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制方法。  型钢生产历史悠久，品种规格繁多，用途广泛，在轧钢生产中占有非常重要的地位。据统计各 类形状的型钢有 1500 多种，尺寸规格达 3900 多个，在我国型钢被广泛应用在能源、交通、农田水利、房屋建筑等基础设施。据 1997 年的统计资料表明，我国型材的比例占钢材总量的 远远高于 30%的世界水平。  钢机简介  轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。大多数情况下，轧制生产过程要经过几个轧制过成，还要完成一系列的的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印，轧件收集、卷取成卷等。  一个 轧件的全过程由多种机械按工艺顺序而成机组来完成，这种机组或机器体系叫轧钢机械或称轧钢机。第一种情况轧钢机由一个或几个工作机座（执行机构）传动机构（齿轮传动、连轴器）和使轧辊转动的电动机组，后一情况轧钢机是由若干台工做机组成，这些机组数目与加工轧材工艺过成生产率相适应，因此，轧钢机按顺序排列并且用辊道或其他运输装置连成一条工艺流水线机器组成机组。  轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。主要使设备排列成一定形式的工作线称为轧钢机的主机列。用以完成其他工序的机械设备称为辅助机械。  轧钢机形式有两 种：冷轧与热轧，热轧主要用于开坯，兼生产一部形钢，这这种轧机的型号有 630轧机， 500轧机、 650 中型轧机与 2300 中板轧机等，冷轧主要用于终级轧制，轧带钢的产品很多，具有代表性的冷轧板带钢产品金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲板（以汽车钢板最多）、电工硅钢板、不锈钢和 2 涂层钢板。  内外研究现状及趋势  从 16 世纪人类开始轧钢发展到今天，经过了漫长的过程。在 1530 年或 1532 年，依尼雪在拿伯格（ 明了第一个用于轧钢或轧铁的轧机，紧接着， 1782年，英国的约 翰彼尼（ 有俩个刻成不同形状的孔型的轧辊的轧机中加工锻造棒材。 1759 年，英国的托马斯  伯勒克里（ 得了孔型轧制的另外一个专利，在历史上标志着型钢生产正式开始。  轧钢机械的分类。轧钢机械可按所轧辊的材料分为轧辊钢材的和轧辊铝、铜等有色金属的两类。各类轧机的工作原理和主要结构基本相同，只是轧辊的温度、压力和速度有所差异。轧机中使用最多的是轧钢机。轧机又可分为半成品轧机和成品轧机。半成品轧机主要是开坯机，包括初轧机、板坯轧机和钢坯轧机。随着连铸机的逐步推广，某些装有连铸机的钢厂已不再使用开坯机开坯。成品轧机有型材轧机、轨梁轧机、线材轧机、厚板轧机、薄板轧机、带材轧机、箔带轧机、无缝管轧机、铜板轧机、铝板轧机和某些特殊轧机。它们的主要区别是轧辊的布置和辊的形状不同，并且在精度、刚度、强度和外形尺寸上也有很大的差别。  总的来说，轧钢机械向着大型、连续高速和计算机控制方向发展。  初轧机的发展，在发展连铸的同时，国外仍在新建或扩建初轧机，以扩大开坯能力。这是由于开坯机具有产品变化灵活，便于实现自动化等优点，如日本 1969 年有三台板坯初轧机和一台方坯初轧机投入生产。  至 1970 年止，世界上有初轧机达 200 多台。拥有初轧机最多的国家为美国达 130台，日本 42 台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达 3 亿吨以上。七十年代的初轧机轧辊直径增大到 1500 毫米。  我国拥有 1000 毫米以上大型初轧机七套，还有 750 850 毫米小型初轧机八套，主要用于合金钢厂，为数不多的 650 毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。 1959 年我国开始自行设计制造开坯机，以制成的开坯机有 700、 750、 825、 850/650、 1150等毫米初轧机。   3 第二章  总体方案选定及参数计算  案 选择  计 准则  （ 1）采用尽可能简短的运动链  采用简短的运动链，有利于降低机械的重量和制造成本，也有利于提高机械传动效率和减小积累误差。  （ 2）优先选用基本结构  基本结构简单，设计方便，技术成熟，故在满足功能要求的条件下，应优先选用基本机构。  （ 3） 应使 用 机械效率 的机构  机械的效率取决于组成机械的各个机构的效率。一次，当机械中包含有机械效率较低的机构时，就会使机械的总效率降低。  （ 4）合理安排不同类型传动机构的顺序  一般来说，在机构的排列顺序上有如下的一些规律：首先，在可能的情况下，转变运动形式的 机构（如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等）通常总是安排在运动链的末端，与执行机构靠近。其次，带传动等摩擦传动，一般都安排在转速较高的运动链的始端，以减小其传递的转矩，从而减小其外形尺寸。这样安排，也有利于启动平稳和过载保护，而且原动机的布置也方便。  （ 5）合理分配传动比  运动链的总传动比应合理分配给各级传动机构，具体分配方法应注意以下几点：  1）每一级的传动应在常用的范围之内选取 ；  2）当传动链为减速传动时，必须十分注意机械的安全运转问题，防止发生损坏机械或伤害人身的可能性。  案选择  本次设计中参 数及结构参照轧锟直径为 300轧钢机进行设计， 根据设计原则及轧钢机原理，本次设计的轧钢机采用如下方案：  电动机 带动单级圆柱齿轮减速器运转，再通过分轴器将单根输入的轴的运转以两根轴同时输出，并与外 小型轧钢机 主体的两个轧辊用联轴器连接，使其完成要求的加工过程。整个传动过程如图所示 ：   4 图 2钢机总体方案简图  体参数计算  制平均单位压力的确定  在轧制的过程中，轧件在轧辊见承受轧制压力的作用而发生塑性变性，由于轧件塑性变形时的体积不变。因此变形区的轧件在垂之方向上产生压扁，在轧件方向 上产生延伸，大量的实验资料证实，开坯，型钢，线材轧机的轧制压力，采用 S。爱克隆德公式计算与实测结果比较接近。  爱克隆德公式的适用范围：轧制温度高于 800 度，轧制材质为炭钢，轧制速度不大于 20 米 /秒。  在爱克隆德的公式中，轧制的单位不仅是轧件机械性能的函数，而且是变形速度、摩擦系数、接触弧长和轧件平均高度之比的函数，轧制平均单位压力由三部分组成：    P =K +  (2 值 ： 为轧件在轧制温度 t 度下的单向静压缩时的单位变形阻力，计算公式为 ：  K =(W  (2 式中      t 轧制温度；  W 轧件的化学成分，计算公式为：  W =+n 其中       C 为 百分含量；   百分含量；   百分含量。   5 轧制的材料设为 ，则 C 取 =入 K 式中为  K =（ 1000）  2  ：  为变形速度引起的变形阻力，其计算公式为：   U(2 式中   轧件在轧制温度为 t 度时的粘度系数，其计算公式为：   = ( s/ 2 为轧钢机的轧制速度的修正系数；  U 变形速度，计算公式为：  U= 1 . 6 1 . 212u R h （ /s）  其中       R 为轧辊的半径；  V 为轧辊的圆周速度（轧制速度）（ mm/s） ；  h 为道次压下量，计算公式为  h =毫米 ) h1,轧制前后的轧件的高度 (毫米 )；  查表 2 1 的轧制的修正系数为 1 所以   =1000） 1= s/ 2 以上取值，有赖于轧辊的转速，其值为 40 49 转 /分。  初选 V,  由现场以 h 同类轧机取得， V=700（ mm/s）  h =25大的压下量 ) 0 使的高度 ) 35 轧制后的高度 ) 带入        U 2 700 2 5 / 1 5 0 / ( 6 0 3 5 )=6（ mm/s）  所以       6=2 =（ K +  M（ 2  式中     M 表示外摩擦对轧制平均单位压力的影响系数，其计算公式为  M = 1 . 6 1 . 212u R h 6 u 为轧辊间的摩擦系数，计算公式为：  u =（  a a 为轧辊之间的修正系  轧辊的修正系数钢轧辊 a=1, 硬面铸铁轧辊 a= a=以     U（ 1000）       M =(50 25 25)/(60+35)=0.1 (  2 (4)则平均单位压力  P = 2 制总压力的确定  轧制总压力的计算公式可用下式计算   N= 轧件与轧辊接触弧上的平均单位 压力  F 轧件与轧辊间的接触面积在轧制总压力垂直面上的的投影（简称为接触面积）  各种不同的情况下计算接触面积的方法不同，有以下几种情况 1 辊径相同的情况2 轧制异型断面轧件时的情况 3 冷轧时的情况 4 中（厚）板角轧时的情况。  我采用的是辊径相同时的情况，计算公式为：  F = 122( 2 式中       R 轧辊的半径（毫米）；  h 压下量（毫米）；  1b , 2b 轧制前、后轧件的宽度。  F = 6 0 5 2 1 5 0 2 52 =3429（ 2  所以         N =P F =3429=27537(制力矩的确定  传动轧辊时，电动机轴上的力矩由下种四种力矩组成：  M = h  M   式中     轧制力矩；   附加摩擦力矩；   7 空转力矩；   动力矩；  i 轧辊与主电机间的传动比。  其中    较， 较大。所以可以将上式简化 ：  M=K  为安全系数，取     K= 初选轧机总传动比         i=10。  所以轧制力矩为           M= 粗算所需电动机的功率：   P=9550 809550=26（   8 第三章  动力及传动装置设计  动机的选择  从上面的计算结果看，电动机的功率只在 30右，为了使轧机具有较高的能量储存，使其在复杂的工作环境中工作，所选的电机功率要比此大的多。  上面所求的功率只是在某一道次的功率，在其他的情况下，轧机需轧制各种线材、型材，因此，需要改型，需要的功率要大一些。  设计中，电机的功率要参考现场轧机的功率，故选电机为  6，异步电动机。  速器的选择  轧件出轧辊的初速度，直接影响轧钢的效率，若轧件的出轧辊的初速度快，可 提高效率，同时轧制工人不容易轧制。因而轧件的初速度以小于 2 米 /秒为益  1 初选轧件的出辊速度为  /秒，计算轧辊转速  n：  1 . 8 1 0 0 0 6 0 1 1 4 . 6 / m i  1 4 3 0 0 取 n=115r/ /i n n总 =980/115=于确定 i =合选 一 级减速器传动比的条件。选 一 级减器。  查机械设计手册表 8 427，查的 i=应的代号为 8 在根据承载能力查表8 429，选取中心距 a=500 毫米，工作类型：连续型，在查表 8 424，的减速器的型号： ，其外型及安装尺寸如下。   9 图 3速器安装尺寸图  动器设计  轮传动设计  （ 1） 选精度等级、材料和齿数  采用 7 级精度由表 择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240 选小齿轮齿数 301 Z ，  大齿轮齿数 30301122 取 302 Z   10 （ 2） 按齿面接触疲 劳强度设计  由设计计算公式进行试算，即  3 211 )(  1）  确定公式各计算数值  试选载荷系数 3.1计算小齿轮传递的转矩   小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数 1d  由表 得材料的弹性影响系数 2/  由图 齿面硬度查得  小齿轮的接触疲劳强度极限 001  大齿轮的接触疲劳强度极限 502  由式 算应力循环次数  811 83 0 010( 06060 882 N  由图 得接触疲劳强度寿命系数     Z  计算接触疲劳强度许用应力  取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10   M P  i   M P  i  计算  试算小齿轮分度圆直径 代入 H 中的较小值   11 t 90)495 21  231  计算圆周速度 v t / 0 0 0 0 1  计算齿宽 b   011  计算齿宽与齿高之比 b/h 模数  011   hb  根据 ， 7 级 精度，查得动载荷系数 K  假设 100/ ，由表查得   K  由表 得使用系数 K  由表查得 查得 故载荷系数 4 5   按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得  3311  计算模数  11  （ 3） 按齿根弯曲强度设计  弯曲强度的设计公式为   12 3 2112 确定公式内的计算数值  由图 得  小齿轮的弯曲疲劳强度极限 001  大齿轮的弯曲疲劳强度极限 802  由图 得弯曲疲劳寿命系数   计算弯曲疲劳许用应力  取失 效概率为 1，安全系数为 S=式 10   M P   M P    计算载荷系数  4 1 查取齿形系数  由表 得 查取应力校正系数  由表 得  计算大小齿轮的 并比较  0 1 5 2  0 1 3 6  222111  大齿轮的数据大  设计计算   13  5  3  对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数 是取标准值 m 10 并按接触强度算得的分度圆直径   算出小齿轮齿数  1/11 取 301 Z   大齿轮齿数 30301122 取 2 Z  （ 4） 几何尺寸计算  计算分度圆直径   0 01030112  计算中心距     0 02/)3 0 03 0 0(2/)( 21  计算齿宽宽度 d 3 0 03 0 011 取 300细参数计算结果如下：  序号  名称  符号  计算公式及参数选择  1 齿数  Z 30， 30 2 模数  m 10 分度圆直径  2100,300  4 齿顶高  5 齿根高  6 全齿高  h  7 顶隙  c  8 齿顶圆直径  21 20,320  9 齿根圆直径  43 ff 25,325  10 中心距  a   14 的设计  （ 1）尺寸与结构设计计算  1）低速轴上的功率 速 转矩 T3 03 ， 153  ， 2）初步确定轴的最小直径  先按式3 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢，调质处理。根据机械设计表  110C ，于是得：  211530112 33  该处开有键槽故轴径加大 5 10，且 轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 1d 。为了使所选的轴直径 1d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 3 ，取 K 。    8  9 按照计算转矩 小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册选用 弹性套柱销联轴器，其公称转矩为 联轴器的孔径为 80取 01 ，半联轴器长度为 4 ，半联轴器与轴配合的长度 21 。  3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度  （ a）为了满足半联轴器的轴向定位的要求 2 轴段左端需制出轴肩，轴肩高度轴肩高度 ，取 故取 2 段的直径 32 ，长度 72 。  (b) 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。根据 32 ，查机械设计手册选取 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6213，其尺寸为 251 1 065 故 563 ，考虑到还需安装档油环取 1 63 ， ，轴承采用轴肩进行轴向定位，轴肩高度，取 5.3h ，因此，取 54 。  (c)取安装齿轮处的轴的直径 06 ；齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。 15 已知齿轮轮毂的宽度为 75了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 36 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度 ，取 4h ，则 05 。因三根轴在箱体内的长度大致相等，取 44 ，  5 。  4）轴上零件的周向定位  查机械设计表，联接联轴器的平键截面 0812 ；联接圆柱齿轮的平键截面 61016  （ 2）强度校核计算  1）求作用在轴上的力  已知低速级齿轮的 分度圆直径为 ，根据式 (10则  a a  2）求轴上的载荷  首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a 值。对于 6220 型深沟球轴承，由手册中查得 a=21此，轴的支撑跨距为56921  根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 B 是轴的危险截面。先计算出截面 B 处的  M 的值列于下表。  载荷  水平面 H 垂直面 V 支反力 F H   H   V  V   B 截面弯矩 M 2 6 4 2 0 411362325 22总弯矩   448 4 23362 3 25264 2 04 2222m a 1089040   16 3）按弯扭合成应力校核轴的强度  根据式 (15上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应 力，取  ，轴的计算应力   M 32222  已选定轴的材料为 45质处理。由表 15得 70 1- 。因此 1 ，故安全。  承的选择与校核  （ 1）按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承的预期寿命取为： L'h 29200h 由上面的计算结果有轴承受的径向力为  轴向 力为  （ 2）初步选择深沟球轴承 6220，其基本额定动载荷为 本额定静载荷为   17 （ 3）径向当量动载荷 221211 222222 动载荷为 查得  ，则有  NP r  由 3  31066 满足要求。  的选择与校核  （ 1）选择键联接的类型和尺寸  联轴器处选用单圆头平键，尺寸为 001425  （ 2） 校核键联接的强度  键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 20  键的工作长度 32141 0 021 P 适   18 第四章  轧钢机构设计  座的选择  机座是轧钢机的执行 机构。他是由轧辊及其轴承、轧辊调整装置，机架及辊座等部件的组成。 轧钢机 机座主要有如下类型：  （ 1） 普通的开式机座 ： 具有开式机架的工作机座，其轧机上盖是可拆的，因此便于更换轧辊。  （ 2） 闭口式工作机座 ： 是一种的刚架其强度与刚度都较高  （ 3） 预应力工作机座 ： 一般闭式的机架在不工作时，机架是不受力的。而预应力轧机是用一种特殊的装置通过拉杆对机架施加外力使机架在不工作时，预先就处于应力的状态。  （ 4） 悬挂式机架 ： 悬挂式的机座  有三辊式和二辊式的。三辊式的由压下装置，平衡装置，上辊组装、中辊组装和下辊组装等部分组成。 在中辊轴承座的上下面各有一对螺丝拉杆，上下轴承座分别套装在螺丝拉杆上 ,并通过压上和压下装置使上下辊轴承座体沿拉杆的移动实现轧辊的径向的调整，拉杆的端部用螺母拧紧，构成一个装配式封闭的机架，悬挂在单边的机架上。上中下轴承座经过热处理的 35 i n  M 铸钢件，根据铸件的可能性，中辊轴承座和螺栓拉杆可以铸成整体，也可分开加工，然后将拉杆焊到轴承座上。  机座的上轴用蝶形的弹簧平衡，手动压上和压下。二辊机座的结构和三辊的相似，仅将上下辊轴承座改为一面伸出两根圆柱。  悬挂式机架的优 点是体积小，重量轻，刚性大，整机架换辊，其缺点是设备加工质量要求高，机架都有一套备换的，资金需求量大，不易于小厂投资生产。  各种型式机座比较：预应力机座优点明显。安装、维修、换辊，有开式的优点。工作时，有闭口式机架的优点，刚度、强度高，结构简单，无开口式机架的调隙装置。其显著的优点是产品质量的到了保证，这是选择预应力机做的原因。  辊 设计  辊 类型 选择  选择型钢轧机的轧辊。  型钢轧机的轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺要求安排孔型，孔型见孔型设计，轧辊应有足够的强度、刚度和良好的耐磨性能。 轧辊工作表面的硬度是轧辊的主要的质量指标之一。  辊 结构 尺寸 设计   19 轧辊由辊身、辊径和辊头三部分组成。辊径安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。辊头和连接轴相连传递轧制扭矩。  轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的公称直径 D，辊身的长度 L，辊径直径 d 和辊径长度 l 以及辊头尺寸等。其中辊身长度和辊身直径是表征辊身尺寸的基本参数。  辊身直径：辊身直径为轧钢机的一个重要的参数  D 为辊身直径即为公称直径。 D=300 已知  辊身的长度 L：    L=（ D 取          L=50径  d： 轴径尺寸是指轴径直径 d 和辊身的长度 L，它与所用轴承形式及工作载荷有关 ：  d/ D=     d=165  取 d=170mm l/d=   l=  l=164承处的辊径向辊身过度处，为了减少应力集中，需要做成圆角。圆角的  r=( r=300=  取 r=20辊头：梅花轴头的外径  1d =（  d=   取 1d =160表    176D    33r     120l     90l  图 4 轧辊材料 选择  对轧钢机轧辊的质量的要求是很高的  ，因为它决定轧钢机工作的好坏、生产率的高低和产品质量的优劣。轧辊的工作条件是很 繁重的，轧钢时要不断被金属磨损，承受很大的动态压力，与金属之间有很大的滑动速度，有时还要经受变化幅度很大的高温影响。  基于上述的原