机械毕业设计（论文）-2150四辊可逆式粗轧机压下系统设计【全套图纸】 .pdf

第 i 页 2150 四辊可逆式粗轧机压下系统设计 摘要 近几年，随着轧钢工业技术的不断发展，轧钢设备也在日益更新和发展。尤其是热 轧机更是发展日新月异。本设计主要是设计 2150 四辊可逆式粗轧机压下系统。通过查 设计手册等资料和去厂里实习，然后分析各种方案，最后确定了最优方案。主要内容包 括：轧制力的计算、压下系统驱动力矩的计算、选择直流电动机、环面蜗杆减速器传动 系统的确定以及蜗轮蜗杆轴设计计算和强度校核、压下螺丝和压下螺母的强度校核、轧 钢机架的强度校核。设计过程中本着实用性、经济性、可靠性的原则。本文还简介了润 滑方式、试车规程等相关内容。 关键词：热带钢轧机；压下系统；强度校核 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 ii 页 the design of 2150 4- high reversing roughing mill reduction system abstract rescently,with the continual development of the rolling industry,rolling mill equipment was also updated increasingly. in particular ,hot rolling mill is a rapid development.the design introduces 2150 four- high reversing roughing mill reduction system. through the search of information （design manual and so on） and training to the factory, and then analyze the program, and finally to determine the optimal program.reducer terms include: rolling force calculation,the reduction system driving torque,the choose of dc motor,linear drive system including the worm reducer main right,and the the worm shaft design and strength check,reduction system to pressure screw and screw box and the strength of mill housing check.in the design process,make efforts to meet production requirements,practical,economic and reliability.in this paper also gave a brief account of lubrication,tast protocols and other related content. keywords:hot strip rolling mill;reduction system;the strength checking 第 iii 页 目录 摘要 i abstract ii 1 绪论 1 1.1 选题背景和目的 1 1.2 我国轧钢生产技术近年来的进步与发展 1 1.3 全球轧钢生产的进展情况 1 1.4 全球经济危机下的我国钢铁工业形势 2 1.5 轧钢技术的未来发展趋势 4 1.6 课题的研究方法 4 2 方案设计 . 5 2.1 压下系统形式的选择 5 2.2 电动机的选择 5 2.3 减速器的选择 5 2.4 压下螺丝 5 2.5 压下螺母 6 3 轧制力计算 7 3.1 轧制工艺 . 7 3.2 轧辊材料的选择 7 3.3 轧辊的尺寸参数确定 7 3.3.1 辊身长度 l 的确定 7 第 iv 页 3.3.2 轧辊直径 d 的确定 8 3.3.3 轧辊辊颈直径 d 和辊身长度l的确定 . 9 3.3.4 轧辊轴头型式与尺寸的选择 10 3.4 轧制力的计算 11 3.4.1 变形阻力的计算 . 11 3.4.2 求各段轧制时的l和 m h 12 3.4.3 咬入角 和轧辊的圆周线速度 r v . 13 3.4.4 计算平均轧制力和总轧制力 . 17 4 压下装置的设计和计算 . 20 4.1.压下螺丝的设计计算 . 20 4.1.1 螺纹外径 d 和螺距 t 的确定 20 4.1.2 压下螺丝最小截面直径 d 的确定 21 4.1.3 压下螺丝强度校核 . 21 4.1.4 压下螺丝的尾部设计 . 22 4.1.5 压下螺丝的端部形状选择 . 22 4.2 压下螺丝传动力矩的计算 . 22 4.3 压下电机的选择 25 4.3.1 压下电机功率的计算 . 25 4.3.2 电机的选择 25 4.4 压下螺丝静强度校核 25 4.5 压下螺母的结构尺寸设计 . 26 4.5.1 压下螺母的参数确定 26 4.5.2 压下螺母强度校核 27 4.5.3 压下螺母的材料选择 . 28 4.6 蜗轮蜗杆的设计与校核 28 4.6.1 环面蜗杆传动 . 28 4.6.2 材料的选择 . 28 4.6.3 基本参数的确定 . 29 第 v 页 4.6.4 环面蜗杆传动校核 . 31 5 机架的强度计算 . 37 5.1 机架的结构尺寸 37 5.1.1 窗口尺寸 37 5.1.2 立柱断面积 38 5.2 受力及其力矩 38 6 润滑方式的选择 . 41 7 试车规程 . 42 8 经济性分析 43 8.1 材料经济性分析 43 8.2 传动方案经济性分析 43 8.3 环保经济性分析 43 结束语 44 致谢 . 45 参考文献 46 第 1 页 1 绪论 1.1 选题背景和目的 在大学四年即将接近尾声的时候，毕业设计来到了我们面前。如果说我们之前所学 的都是些理论知识的话，那么毕业设计算是最接近实际的了。它算是对我们之前所学的 知识进行了一个总结，使我们所学的知识更加系统化。是我们由上学到工作的一个很好 的过渡桥梁。 本课题是根据所学的知识和现场观测实习对四辊可逆粗轧机进行设计及计 算。通过本次设计能够对四辊轧机的基本结构有个更清楚的了解，为以后的继续深造或 者工作都有一定的帮助。 并且在设计期间能够锻炼自己的解决问题的思路和处理数据的 能力，以及一定的查设计手册和制图能力。 1.2 我国轧钢生产技术近年来的进步与发展 总结了近几年我国轧钢生产技术的进步， 其主要体现在钢材品种结构调整基本满足 了国民经济发展的需要；轧钢装备现代化和国产化工作的重大突破为提高产能、提升品 种及质量创造了良好条件；轧钢生产技术经济指标进一步提高轧钢技术自主创新取得 一批重要成果，核心技术的自主创新出现了可喜进展。众多新产品与新技术的研发成功 缩小了我国与国际轧钢技术先进水平的差距。对于轧钢技术的发展，着重提出：要把资 源、能源与环境问题作为轧钢技术创新和进步的战略任务；应更加关注先进、成熟、重 要技术的应用与提高，如提高热装温度和热装比，低温轧制与轧制润滑技术，控轧控冷 技术及装备，精细操作技术等。 1.3 全球轧钢生产的进展情况 全球的钢铁生产持续增加，在 2004 年粗钢的产量突破了 l0 亿 t 的大关。在过去的 五年中，每年的钢铁产量增长 5 ，而中国和印度的钢铁产量增长最为显著。很明显， 轧钢生产能力也是按这种发展趋势增加的(见表 1)。在过去的 l5 年(1990 2005)中， 随新上设备的增加，轧钢生产能力增加了 4在轧钢生产能力布局方面，长材占 40 ， 板材占 60 左右。观察一下不同类型的轧钢设备的增长也很有意思，在过去的 15 年 (19902005 年)中，长材、板材和厚板设备的增长是相当相似的。最后我们还发现，在 过去的三年中，不同设备的生产水平，设备利用率一般都很高，在 75 一 90 间。 第 2 页 1.4 全球经济危机下的我国钢铁工业形势 下半年以来，由于美国次贷危机引发的全球金融危机已向实体经济蔓延，我国经济 也出现了出口下降和国内市场急剧萎缩的趋势， 目前已造成我国钢铁等基础原材料产业 生产、价格、效益等全面恶化，特别是9月下旬以来，国内钢材价格急剧下跌，钢厂库 存大量增加，出口订单明显减少，企业纷纷限产，多数企业陷入亏损，形势十分严峻。 为此，近日国家发改委组织召开了钢铁行业生产经营形势座谈会，分析钢铁工业面临的 严峻形势，认真研究应对危机，提出确保行业平稳健康发展的相关措施。 (1)钢材价格急剧下跌 10月31日，国内钢材价格指数跌到10859点，比最高点时下降5367点。尤其是 国庆节后的一周内钢材价格快速下跌了1500元吨， 多数普碳品种钢材已从最高价累计 回落了2500元吨以上，降价幅度超过40。目前，螺纹钢价格在3400-3600元吨， 基本上止跌企稳， 略有回升； 中厚板在4600元吨， 热轧卷在3500元吨， 冷轧板在4800 元，吨，无缝管在5700元吨，仍处于下跌态势。与此同时，国际市场钢材价格也相应 大幅回落。 (2)市场需求陡然萎缩 第 3 页 三季度以来，经济增速下滑，钢铁下游行业景气回落，下游用户开工率严重不足或 处于停产状态。规模以上工业增加值增幅从6月份的16回落到9月份l14 ，为2002 年4月份以来最低。发电量、原油加工量仅增长34和37。汽车增长速度明显下 降，其中8月份已出现同比负增长；集装箱行业9月份接单锐减，全行业亏损；9月份全 球新船订单同比减少66；国内家电行业产品积压严重，开工明显不足。 (3)企业面临亏损局面 9月份7l家重点大中型钢铁企业实现利润322亿元， 同比下降729 ，环比下降 666 ，其中23家亏损。目前，国内钢材市场多数品种价格已经回落到成本线以下。 我国今年进口矿预计在4亿吨以上，其中长协矿占60以上。由于目前国内进口铁矿石 现货价已低于长协价400-500元吨，国内焦炭价格低于焦煤的价格，相当一批有竞争 力的大型企业，如宝钢股份、鞍钢股份、首钢、马钢等9月份当月出现亏损，吨钢产品 亏损约1000元左右，整个钢铁行业盈利水平急剧下滑。据协会统计，10月份钢铁企业亏 损面达到80。 (4)钢铁产量同比回落 1o月份铁、钢、材分别同比回落168 、170和124，这是近10多年来从 未出现的情况。 10月份钢材出口462万吨， 环比回落205万吨， 四季度出口订单大幅减少。 市场需求的急剧萎缩，导致国内钢铁企业近期纷纷减产。平均减产幅度在30左右，部 分中小企业处于停产状态。近期国内钢材价格大起大落的直接原因是外部环境恶化，市 场需求陡减，固然与市场需求引起供求关系的变化有关，也暴露出我国钢铁行业产业结 构方面的问题：一是与国际原料市场关联度高，且无安全保障体系。随着我国钢铁产量 的增加，铁矿石进口比例逐年提高，对外依存度长期保持在50以上，2008年进口铁矿 石预计将超过4亿吨，而有矿产权益的进口量只有4000万吨，不足10。因此，国际铁 矿石的涨跌，直接影响到我国钢材价格的起落。二是产能过剩，市场定位雷同。我国钢 铁产能已出现了供大于求的局面，部分钢材品种严重过剩，钢铁投资也出现了装备和市 场定位雷同的情况，如普通热轧板卷、h型钢等近几年产能增加很多，供需关系失衡。 当前市场发生变化，价格率先暴跌，甚至一度跌破3000元，吨，低于普通线材的价格水 平。三是市场培育不成熟，风险防范能力脆弱。我国钢铁市场发展滞后，中间商环节过 多，钢铁企业直供用户比例不高。随着市场价格波动，贸易商等市场流通环节的恐慌心 理蔓延，加上，钢铁企业保值销售机制(钢厂承诺中间商不定价格销售，以销量提成)， 第 4 页 使中间商不按价值定价，而是竞相降价，非理性因素的推波助澜，放大了需求萎缩，造 成了价格短期内急剧下跌。 1.5 轧钢技术的未来发展趋势 在2o世纪，轧制技术取得了令人注目的进展。在新世纪的发展走向如何?当前的钢 铁工业的关键问题是如何获得好的roce(已动用资本回报率)。 这对钢铁工业来说是更严 峻的挑战，对所有品种的轧制来说，不仅轧钢工艺投资巨大，而且，从长期来说，钢铁 产品的销售价格是下降趋势。在未来的几年中，各种类型的热轧机和冷轧机，特别是板 材用的轧机将投入使用。设备选择将取决于生产水平、产品组合、生产的钢种以及用户 的要求。这里指出几点关键因素：选择适当的生产能力的生产设备，优化各设备生产能 力的投资成本。在任何情况下，确保生产设备的高生产率。 设备的产各种钢种，即使 在较低的产量时，投入的成本也要低。 设备的可靠性好，工艺效率高，减少计划和非 计划停机时间，降低能耗，优化产品质量和收得率。对设备条件进行分析并预测钢产品 的性能(如机械性能、表面质量等)。交货时间。在21世纪，交货时间是一大挑战。对 从板坯到冷轧成品的生产来说，从订货到交货的平均交货周期是46周，是实际生产时 间的10l5倍。缩短交货周期要通过提高设备的可靠性，改进产品质量，降低计划中的 限制和进行供应链的管理来实现。对用户关系管理(crm)和降低库存(所需的流动资本) 来说，也是关键的一点。 1.6 课题的研究方法 我的设计课题是2150四辊可逆式粗轧机压下系统。设计该课题主要是应用理论联系 实际的方法。通过先复习课本理论知识，然后去现场实习，在查找不同的地方，再去工 厂实习的方法进行研究。 通过设计的整个过程可以把大学所学的主要专业基础课的知识用到实际应用中去， 用理论联系实际的方法使我们学的更好。而且，在设计的过程中，我们还锻炼了自己的 独立思考能力和分析问题解决问题的能力，还有处理数据的能力也得到了加强。 第 5 页 2 方案设计 2.1 压下系统形式的选择 压下系统按传动形式主要可以分为手动压下装置、电动压下装置和液压压下装置 等。手动压下装置主要多用在型钢轧机上，有的小带钢轧机也使用这种压下形式。电动 压下装置适合大的压下量，而且压下速度快。液压压下装置具有惯性小、响应快、精度 高、安全可靠、体积小等优点，但是其对液压系统油的清洁度要求高，对维护人员的技 术水平要求高。 因为电动压下与液压压下相比较还有结构简单、便于维护的优点，而液压压下要求 很高，压下油缸也要定期清理，否则淤积物影响响应速度和调整精度。所以综合考虑， 2150 四辊可逆式粗轧机压下装置采用电动压下装置。 电动压下装置是最常用的上辊调整装置，通常包括：电动机、电磁离合器、减速器、 制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等部件。 2.2 电动机的选择 电动机分直流和交流两大类。直流电机具有良好的启动特性和调速特性，易平滑调 速过载能力较强，热动和制动转矩较大。 但是直流电机换向困难，还会产生火花，寿 命短，要经常维护。因此,在调速性能要求较高的大型设备,比如轧钢机上都采用直流电 动机拖动。所以，选择直流电动机。 2.3 减速器的选择 四辊板带轧机的电动压下大多采用圆柱齿轮-蜗轮副传动或两级蜗轮副传动的形 式。 根据一般情况， 2150 四辊可逆式粗轧机压下装置采用圆柱齿轮-蜗轮蜗杆传动形式。 2.4 压下螺丝 压下螺丝螺纹形状有锯齿形和梯形两种。前者主要用于快速压下装置；后者主要用 于轧制压力大的轧机（如冷轧带钢轧机等） 。综合考虑，2150 粗轧机组选择锯齿形螺纹。 压下螺丝断面的形状主要有方形、花键形和圆柱形三种。方形尾部四面镶有青铜滑 板，它主要用于快速压下装置。花键形尾部的承载能力大，尾部强度削弱得少，多用在 第 6 页 低速、重载的带钢轧机。带键槽圆柱形尾部仅用在轻负荷的压下装置中。所以，选择花 键形尾部即可满足要求。 2.5 压下螺母 压下螺母是轧钢机中重量较大的易损零件。形式选择双镶套螺母。 第 7 页 3 轧制力计算 3.1 轧制工艺 表 3.1 轧制工艺 道次 轧前厚度 轧后厚度 压下量 压下量= 温度 （n） （h）mm （h）mm （h） （h/h）% （t） 1 230 180 50 21.7 1100 2 180 120 60 33.3 1100 3 120 70 50 41.7 1100 4 70 40 30 42.9 1100 5 40 21 19 47.5 1100 轧制材料：q235 原料规格：230mm2000mm6000mm 成品规格：21mm2000mm65714mm 单位重量：24.56 吨 3.2 轧辊材料的选择 常用的轧辊材料有合金锻件、合金铸铁和铸铁等。 带钢热轧机的工作辊选择轧辊材料时以辊面硬度要求为主，多采用铸铁轧辊。而支 承辊在工作中主要受弯曲，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性，因此，多选用 含 cr 合金锻钢。 所以， 工作辊选择的材料为： 50crnimo,支承辊选择的材料为： 60crmnmo. 3.3 轧辊的尺寸参数确定 3.3.1 辊身长度 l 的确定 根据要求可知：辊身长度 l 应大于所轧钢板的最大宽度 max b,即 l= max b+a 式中的a值视钢板宽度而定。 当 max b=4001200mm时， a100mm; max b=10002500mm 第 8 页 时，a=150200mm；当钢板更宽时，a=200400mm. 课题设计的是 2150 四辊可逆式粗轧机，所以有， max b=2000mm,a=150mm. 3.3.2 轧辊直径 d 的确定 由文献 1表 3-3可知, l/ 1 d =1.53.5 l/ 2 d =1.01.8 2 d / 1 d =1.22.0 其中： 1 d 工作辊直径 2 d 支承辊直径 比值 l/ 2 d 标志着辊系的抗弯刚度，其值愈小，则刚度愈高。一般说来，辊身长度 较大者， 选用较大的比值。 辊径比 2 d / 1 d 的选择， 主要取决于工艺条件。 当轧件较厚 （咬 入角较大）时，由于要求较大的工作辊直径，故选较小的 2 d / 1 d 值；当轧件较薄时，则 选较大的 2 d / 1 d 值。因此，厚板轧机和热带钢轧机粗轧机座比精轧机座的辊径比小些， 热轧机比冷轧机的辊径比小些。对于支承辊传动的四辊轧机，一般选 2 d / 1 d =34. 由 l=2150mm, 所以， 1 d =6141433mm 2 d =1192150mm 按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径 1 d 应满足下式 1 d 1cos h 式中： 1 d 轧辊的工作直径 h压下量 最大咬入角。 的取值范围一般为 =1520，现在取 =20时 第 9 页 1 d 2 60 20 2sin 2 =994.9mm 根据以上的计算和范围选取： 1 d =1250mm, 2 d =1650mm. 3.3.3 轧辊辊颈直径 d 和辊身长度l的确定 辊颈直径 d 和长度l与轧辊轴承型式及工作载荷有关。由于受轧辊轴承径向尺寸的 限制，辊颈直径与辊身直径要小的多。因此辊颈与辊身过渡处，往往是轧辊强度最差的 地方。只要条件允许，辊颈直径和辊身的过渡圆角 r 均应选大些。 由文献 1表 3-5可知, 1 d =(0.550.7) 1 d 式中： 1 d 工作辊辊颈直径 1 d工作辊直径 所以， 1 d=（0.550.7）1250=687.5875mm 现取 1 d =750mm 2 d=(0.550.7) 2 d 式中： 2 d 支承辊辊颈直径 2 d=(0.550.7)1650=907.51155mm 现取 2 d =1050mm 再由文献 1表 3-5可知, l/d=1.0,所以， 1 d =750mm 时，取 1 l =750mm 2 d =1050mm 时，取 2 l =1050mm 式中： 1 l 工作辊辊颈长。 2 l 支撑辊辊颈长。 第 10 页 3.3.4 轧辊轴头型式与尺寸的选择 轴头的基本型式有梅花轴头、万向轴头、圆柱形轴头、带平台的轴头。为了装卸轧 辊轴承的方便，轴头用可装卸的动配合扁头。所以，轴头带平台更为合适，其机构尺寸 如图 3.1 所示： 图 3.1 带平台的辊头 a=0.75d d =(0.90.95)d 式中： d 工作辊辊头直径 d轧辊辊颈直径 a辊头平台 1 d =（0.90.95）750=675712.5mm,取 1 d =700mm 2 d =（0.90.95）1050=945997.5mm,取 2 d =950mm 式中： 1 d 工作辊辊头直径 2 d 支承辊辊头直径 1 a =0.75750=562.5mm,取 1 a =570mm 2 a =0.751050=787.5mm,取 2 a =790mm 第 11 页 式中： 1 a 工作辊辊头平台 2 a 支承辊辊头平台。 3.4 轧制力的计算 3.4.1 变形阻力的计算 目前，变形阻力数据主要是通过实验取得的。但是， 除去用曲线图查找变形阻力 以外，还可将实验结果整理成相应的数学表达式，这更便于应用于计算机控制的轧机。 北京科技大学在凸轮压缩形变试验机上进行了 100 多个钢种的变形阻力试验. 所轧的轧件是 q235，并整理成图表及相应公式: = 0 t k u k r k 式中 0 基准变形阻力 t k 变形温度影响系数 t k =exp(a+bt) u k 变形速度影响系数 u k = 10 c dt u + r k 变形程度影响系数 r k=e 0.4 n m r （e1） 0.4 m r 由文献1,表 2- 1可知: a=3.665; b=- 2.878; c=- 0.122; d=0.186; e=1.402; n=0.379; 0 =151.2mpa m r =ln 1 1 m 式中： m r 平均变形程度 m 相对变形程度 第 12 页 m = 2 3 式中： 变形程度 m 相对变形程度 1m = 2 3 21.7%=14.5% 1m r =ln 1 1 0.145 =0.157 2m = 2 3 33.3%=22.2% 2m r=ln 1 1 0.222 =0.251 3m = 2 3 41.7%=27.8% 3m r =ln 1 1 0.278 =0.326 4m = 2 3 42.9%=28.6% 4m r=ln 1 1 0.286 =0.337 5m = 2 3 47.5%=31.7% 5m r =ln 1 1 0.317 =0.381 将以上数据写入表 3-2 中 表 3.2 各道次变形程度 道次 1 2 3 4 5 （%） 21.7 33.3 41.7 42.9 47.5 m （%） 14.5 22.2 27.8 28.6 31.7 m r 0.157 0.251 0.326 0.337 0.381 3.4.2 求各段轧制时的l和 m h 由文献 1 中第 23 页公式： l= r h m h = 10 2 hh+ 其中：l接触弧水平投影长度 m h 轧制前后轧件的平均高度 0 h 、 1 h 轧制前、后轧件高度 所以， 1 l =62550=176.78mm 1m h = 230 180 2 + =205mm 第 13 页 2 l =62560=193.65mm 2m h= 180 120 2 + =150mm 3 l =62550=167.71mm 3m h= 12070 2 + =95mm 4 l =62530=147.90mm 4m h= 7040 2 + =55mm 5 l =625 19=108.97mm 5m h= 4021 2 + =30.5mm 将此数据制作成表 3-3 如下： 表 3.3 各道次 l 与 m h值 道次 1 2 3 4 5 l(mm) 176.78 193.65 167.71 147.90 108.97 m h (mm) 205 150 95 55 30.5 3.4.3 咬入角 和轧辊的圆周线速度 r v 由文献1,2-140知： = 1 cos1 2 h r 1 1 50 cos1 2625 = =16.26 1 tan =0.29 1 2 60 cos1 2625 = =17.82 2 tan =0.32 1 3 50 cos1 2625 = =16.26 3 tan =0.29 1 4 30 cos1 2625 = =12.58 4 tan =0.22 1 5 19 cos1 2625 = =10.00 5 tan =0.18 第 14 页 由文献2,3-1知： 摩擦系数 u=1.05-0.0005t-0.056v 轧制温度 t=1100,再根据正常咬入条件 utan 可以得： 1.05- 0.00051100-0.056 1r v0.29 所以， 1r v0.32 所以， 2r v 0.29 所以， 3r v0.22 所以， 4r v 0.18 所以， 5r v2) 第一道次： t= 273 1000 t + =1100 273 1000 + =1.373 1 1m l h = 176.78 205 =0.862，所以，采用滑动理论。 1 4 40 m vh u lh = 147.90 55 2 1 1 1 1 42 r r vvhh s vhur = 2 1 235630130 1 235644020.32625 v = 第 17 页 所以， 1 2550/vmm s= 4 255030 7.39 147.9070 m u= () 0.122 0.186 1.373 0.379 7.75 0.967 10 0.75 0.3370.337 1.4021.402 10.975 0.40.4 151.2 0.75 0.967 0.975106.92 u t r k k k mpa + = = = = 第五道次： 5 5 108.97 3.692 29.5 m l h =，所以，采用滑动理论。 2 1 235619119 1 235642120.32625 v = 所以， 1 v =2638mm/s 5 263819 11.50 108.9740 m u= 0.122 0.186 1.373 11.72 1.02 10 u k + = t k =0.75 () 0.379 0.3810.381 1.4021.402 10.993 0.40.4 r k = =151.20.751.020.993=114.86mpa 编制变形阻力表 3.4 如下： 表 3.4 变形阻力 道次 1 2 3 4 5 （mpa） 80.74 95.46 105.49 106.92 114.86 3.4.4 计算平均轧制力和总轧制力 计算轧件对轧辊的总压力 p 可由公式： 第 18 页 p= m pf 其中， m p 平均单位压力 f轧件和轧辊的接触面积 接触面积 f 的一般形式为： f= 01 2 bb l + 式中， 0 b 、 1 b 轧制前、后轧件的宽度 l接触弧长度的水平投影 由计算 2l u h = 可由文献1,图 2-20， n可由文献1,图 2-57b得出： m p=1.15 n 第一道次： m l h s=1.5 故可知安全。 2 截面左侧 抗弯截面系数： w=0.1 3 d =0.1 3 280 =2195200 3 mm 抗扭截面系数： t w =0.2 3 d =0.2 3 280 =4390400 3 mm 截面左侧的弯矩 m 为： 1 3044079.76304 hnh mf=11240247.04nmm 1 30410656.24304 vnv mf=3239496.96nmm m= 22 hv mm+= 22 11240247.043239496.96+=11697755.77nmm 截面上的扭矩：t=1150838.7 nmm 截面上的弯曲应力： 11697755.77 2195200 b m w =5.33mpa 第 36 页 截面上的扭转应力： 1150838.7 4390400 t t t w =0.26mpa 截面上由于轴肩而形成的有效应力集中系数k、 r k 查文献7,表 26.- 6 已知 460280 25 dd r =7.2， 25 280 r d =0.09，经插值后可查得 k=2.4 r k =1.8 碳钢的特性系数： =0.10.2，取 =0.1 r =0.050.1，取 =0.05 于是，计算安全系数 ca s 值按文献11,公式（156）（158），则得： s= 1 am k + = 275 2.4 1.890.1 0+ =60.63 s= 1 am k + = 155 0.3190.319 1.80.05 22 + =525.29 ca s = 22 a ss ss + = 22 60.63 525.29 60.63525.29 + =60.23s=1.5 故可知安全。 第 37 页 5 机架的强度计算 5.1 机架的结构尺寸 5.1.1 窗口尺寸 图 5.1 窗口尺寸 图 5.2 横梁断面 b=2095mm h=8827mm 1 l =2095+990=3085mm 2 l =8827+1540=10367mm 第 38 页 5.1.2 立柱断面积 s=990840=831600 2 mm =0.8316 2 m 图 5.3 立柱断面 5.2 受力及其力矩 机架的受力情况可简化如下图的形式： 图 5.4 机架受力简化图 立柱： 33 2 0.84 0.99 1212 b h i =0.06792 4 m 第 39 页 横梁： c f z z f = = ()662 640 21540450450 900 2 450 662 640 2450 900 2 + + =777.21mm 由 3 2 12 y bh iaa=+ 3 2 1 1.93 1.54 1.93 1.54 (0.7770.320) 12 i =+- 3 0.90.9 12 +0.90.9 2 (0.7770.450)- 3 0.61 0.64 12 +0.610.64() 2 0.7771.22=0.9769 4 m 1 1 0.9769 0.777 n c i w z =1.257 3 m 1 1 0.9769 1.540.777 a c i w hz = =1.28 3 m 立柱： 33 2 0.840.99 1212 bh i =0.06792 4 m 22 33 2 0.840.99 66 na bh www =0.1358 3 m 图 5.5 弯曲力矩图 第 40 页 假设： 13 ii=，则 12 112 1 12 12 2 4 ll rlii m ll ii + = + = 3.08510.367 260400003.085 20.97690.06792 3.08510.367 4 0.97690.06792 + + =1.99 7 10 n mg 1 21 4 rl mm= 7 260400003.085 1.99 10 4 =183350n m 弯曲力矩图如图 5.5 横梁： 1 1 7 1 1.99 10 1.257 n n m w =15.83mpa 1 1 7 1 1.99 10 1.28 a a m w =15.54mpa 立柱： 2 2 2 2 2 n n mr fw =+ = 26040000183350 20.990.840.1358 + =17.01mpa 2 2 2 2 2 a a mr fw = = 26040000183350 20.990.840.1358 =14.31mpa 所以，满足要求。 应力图如图 5.6 所示 图 5.6 应力图 第 41 页 6 润滑方式的选择 带钢热连轧机经常在繁重的条件和恶劣的环境下工作，合理的进行润滑，对减少机 件的磨损和延长其使用寿命具有重要的作用。 现代连轧机基本采用自动化的干油和稀油 集中润滑系统，它是轧机的组成部分之一。 稀油润滑多用于对摩擦面实行液体半液体摩擦的地方， 以及除了润滑外还要冷却清 洗摩擦表面的地方。干油润滑可用于减少摩擦保护摩擦表面不受腐蚀和防止外来水、氧 化铁皮等污染物质进入。 转速较低和经常工作的摩擦表面， 常用干油润滑。干油润滑不能循环，因此消耗 的油质脂不能回收， 但润滑设备比较简单。 稀油润滑可以循环使用， 但需要复杂的设备。 一般情况下，凡是用于干油润滑已经可以满足要求的机械设备，可不用稀油润滑。 本设计中采用稀油润滑的主要零部件有：减速机、压下螺丝的花键、电机轴承；采 用干油润滑的有：凸缘联轴器、压下螺丝及球面垫。 第 42 页 7 试车规程 1. 用换辊机将一套支承辊及轴承装入并拖动机架一次。 2. 用换辊工具将一套工作辊及轴承装入并拖动机架一次。 3. 压下装置进行整逆空转试验，试验中将电磁离合器接合与脱开，进行两组压下机构 联合与单独运转， 各不少于一次。 4. 用压下装置及平衡装置将上扎辊及轴承在全工作行程240mm上工作一次双行程试车。 5. 用立辊侧压传动将立辊按工作行程移动一次。 6. 用立辊主传动使空转试车，在试车时将立辊按工作行程移动一次。 7. 一套支承辊、液体摩擦轴承及轴承座位单元，进行空转试车。 第 43 页 8 经济性分析 经济性是一个综合性指标，设计者应使用产品不仅具有良好的功能和质量，还要具 有价格的合理性。质量粗劣、效率低下的产品，要不断维修，耗能过大，这样的产品很 难拥有市场。同时，产品质量虽好，但价钱昂贵，也不会有竞争力。 8.1 材料经济性分析 由于轧钢机是一种大型的冶金设备，载荷大，工作时间长，环境比较恶劣， 因此 其主要零件材料的各项力学性能，必须满足要求，在选择材料是必须考虑具体情况。在 压下系统方面，由于压下螺丝受载荷较大，而且需要耐磨性，故采用 45 钢制造， 其钢 种比较常用，而且比较经济，压下螺母平均承受巨大的轧制力，因此要选用高速度的无 锡青铜 zqal9-4， 提高其安全性；在传动方面，考虑蜗杆传动传递的功率不大，速度至 上中等， 故蜗杆用 42crmo 钢。与其他类型钢相比较耐磨性好些，齿面进行淬火、调质 等热处理使其硬度增加， 更提高耐磨性。 蜗轮齿圈用铸锡磷青铜 zcusn10p1,金属膜铸造， 轮芯处用灰铸铁 ht200 制造，这样可以节约有色金属，其它零件材料的要求，与同类机 器一样，未达到满足市场的需要，减少资本的投入。 8.2 传动方案经济性分析 2150 四辊可逆式粗轧机压下系统采用双电机带动， 单级圆柱齿轮传动。在两个电 动机之间用电磁离合器连接，其