机械毕业设计（论文）-1700立辊轧机主传动系统设计（全套图纸） .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 i 页 1700 立辊轧机主传动系统设计 摘要 立辊轧机曾经一度被人们所忽视，然而随着近年来轧钢技术的不断进步， 各种新方法的应用，立辊轧机相对于以往有了很大的改进，它在轧钢生产中使 用越来越广泛，尤其是在热轧薄板带钢生产中的破鳞、控制板坯宽度等方面更 是必不可少的轧钢设备。本次设计的主要目的是对立辊轧机的主传动系统进行 了解和研究，并对主要部件进行设计和校核计算，最终设计绘制出立辊轧机主 传动系统的总装配图。在查阅文献和相关资料的同时，通过到鞍山钢铁集团公 司热轧带钢厂 1700 及 1780 生产线进行参观实习，使我对立辊轧机有了深入的 了解和认识。本次设计主要包括阐述立辊轧机的发展、结构、作用和主传动方 案等，并重点对立辊轧机主传动系统中涉及的各个零部件进行了设计计算。主 要包括轧机结构参数计算、力能参数计算、主电机选择、减速箱中齿轮传动设 计、轧辊设计与校核、轧辊轴承寿命计算等相关内容。 关键词：立辊轧机；主传动系统；力能参数计算；零部件设计与校核 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 ii 页 the design of edger mill mains driving system abstract the edger mill were once ignored by many people，however，they have a very greatimprovement which compared to the past as the technique of rolling steel progressingincessantly and the application of kinds of new methods in recent years. they have been used more and more extensively in production of rolling steel. they are more essential rolling steel equipment especially in such aspects as breaking scale, controlling the width of the panel in hot- rolled sheet metal and belted steel production. the main purpose of the design is to have a further understanding to the edger mills main driving system and to have a check and calculation to the main parts，and eventually to design the assembly drawing of the edger mills main driving system. while consulting a large number of documents and referring to relevant knowledge, and through visiting the 1700 and 1780 rolling steel production lines in hot rolling mill of an shans iron and steel company，i have a great improvement in rising to perceptual knowledge from rational knowledge.the design mainly includes the development, the structure and functions of the edger mill and the scheme of the edger mills main driving system. at the same time i have checked and calculated all parts related to the main driving system which insists of mill structural parameters, force and energy parameters, the main motor choice, speed gear box design, design and verification roller, roller bearings and other related content. keyword:theedger mill; the main driving system; force and energy parameters 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 iii 页 calculated; parts design and verification 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 iv 页 目录 1 绪论 1 1.1 选题的背景及目的 1 1.1.1 选题背景 1 1.1.2 选题的目的 1 1.2 立辊轧机的国内外发展过程 . 1 1.3 立辊轧机的用途和特点 3 1.3.1 立辊轧机的用途 3 1.3.2 立辊轧机的特点. 3 1.4 课题的研究内容及研究方法. 3 1.4.1 课题的研究内容 3 1.4.2 课题的研究方法 3 2 总体方案的确定 4 2.1 立辊轧机的结构组成. 4 2.2 传动形式的选择 4 2.3 电机的选择 6 2.4 联轴器. 7 2.5 减速器 7 2.6 万向接轴. 8 2.7 轧辊系统. 8 2.8 轧辊轴承. 9 3 立辊轧机相关参数的计算. 10 3.1 立辊轧机结构参数计算. 10 3.2 立辊轧机力能参数计算. 11 3.2.1 平均单位应力m p 的计算 . 11 3.2.2 立辊轧机轧制力及力矩计算. 12 3.3 轧机主电动机的确定. 13 3.3.1 初选主电机. 13 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 v 页 3.3.2 轧机主电动机力矩计算. 14 3.3.3 电机过载校核. 15 4 主要零部件的校核计算 16 4.1 减速机的设计与校核计算 16 4.1.1.确定传动方案、精度等级、材料及齿数 16 4.1.2.按齿面接触强度设计 16 4.1.3.按齿根弯曲强度校核设计 18 4.1.4.齿轮几何尺寸计算 20 4.2 齿轮轴的校核计算 16 4.2.1 齿轮轴上载荷计算 21 4.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度 21 4.2.3 精确校核轴的疲劳强度 24 4.3 轴承寿命验算 27 4.3.1 轴承所受载荷计算 27 4.3.2 验算轴承寿命 29 4.4 轧辊校核计算 30 4.4.1 轧辊基本参数 30 4.4.2 轧辊校核 30 4.5 轧辊轴承寿命计算 34 4.5.1 轧辊轴承当量动载荷. 34 4.5.2 轧辊轴承寿命计算. 34 5 设备的润滑. 36 5.1 轧钢机械的润滑. 36 5.2 润滑的方法. 36 5.3 润滑的功能. 36 5.4 润滑油的选择原则. 36 5.5 1700 立辊轧机设备润滑方法. 37 6 设备的环保性和可靠性分析 38 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 vi 页 6.1 设备的环保性分析. 38 6.2 设备的可靠性. 38 结束语. 40 致谢 . 41 参考文献 42 辽宁科技大学毕业设计论文 第 1 页 1 绪论 1.1 选题的背景及目的 1.1.1 选题背景 钢铁业是一个国家的重要产业之一而钢铁的生产水平是衡量一个国家现代 化水平的重要标志，钢铁生产总量的 90%以上都是通过轧制成材的，因此，钢 铁轧制技术的发展一直备受关注，其发展速度也在与日俱增。随着各种新技术 和新工艺的不断应运而生，对轧钢设备的性能要求也在不断的提高，各种新型 设备也不断涌现。 热轧板带钢的生产在钢铁轧制生产中占据了非常重要的地位。随着热轧板 带钢生产技术和工艺的不断进步，其原料由原来的初轧板坯向连铸板坯转变， 出现了连铸连轧的生产模式，随之而来的则是对板坯宽度侧压设备性能要求的 不断提高。 随着连铸板坯比例的增大，要减少板坯宽度进级，提高连铸生产能力，实 现连铸板坯热装、热运等节能降耗的优势，就要求热轧与连铸相匹配，使用连 铸板坯的热轧带钢轧机具有调节板坯宽度的功能，即要有板坯宽度大侧压设备。 基于上述诸多原因，热轧带钢轧机发展了立辊轧机、定宽压力机等形式的板坯 宽度侧压设备。其中立辊轧机在对板坯进行宽度控制、调整宽展量、改善边部 质量等方面起到了重要的作用。 1.1.2 选题的目的 近年来，立辊轧机在热轧带钢生产过程中起到了越来越大的作用，其发展 也取得了很大的进步，在整个轧机系统中应用了自动宽度控制(awc 控制)等多 项先进控制技术，从而大幅度提高了立辊轧机的整体性能。 在本次立辊轧机主传动系统的设计计算中包含了机械设计专业所学的大部 分专业课程内容，对以往的学习起到了一个很好的巩固和获得新知识的作用， 对以后的工作也会有很大的帮助。这就是选择这个题目的目的。 1.2 立辊轧机的国内外发展过程 热连轧带钢轧制是经美国阿母科公司 8 年 （19131921） 研究实验， 于 1923 年在阿什兰工厂首先实现的。宽带钢热连轧机发展可分为四个阶段：第一阶段 辽宁科技大学毕业设计论文 第 2 页 （第一代） ，1960 年以前建的轧机。特征：轧制速度 1012m/s，单位宽度卷重 512kg/mm，钢卷重量 1015t,成品厚度 2 10mm，年产量 100200104t。 第二阶段（第二代） ，19601969 年建的轧机。特征：轧制速度 1521m/s，单 位宽度卷重 16 22kg/mm，钢卷重量 30t 左右, 成品厚度 1.512.7mm，年产 量 250350104t。第三阶段（第三代） ，1969 年以后建的轧机。特征：轧制速 度 2330m/s， 单位宽度卷重 1928.5kg/mm， 钢卷重量 30t, 成品厚度 0.925.4 mm，年产量 350600104t。有人将 20 世纪 90 年代的薄板坯连铸连轧称为第 四阶段（第四代）,以超薄带钢无头、半无头连铸连轧为特征。 我国第一套宽带钢热连轧机，即鞍钢 1700mm 半连续式板带轧机，始建于 1957 年。 1972 年之前也是唯一的一套。 生产钢卷： 厚度 1.88.0mm， 宽度 600 1500mm，卷重 7.510t；生产厚板：厚度 450mm，宽度 10002500mm，于 2001 年 2 月移地改建成 1700mm 中厚板坯带钢连轧机。 1978 年武钢引进日本 1700 mm 轧机、 1989 年宝钢引进德国 2050 mm 轧机才 使中国热连轧技术与世界接轨。我国宽带钢热连轧技术和装备，经过引进传统 热带钢轧机、引进薄板坯连铸连轧机组、国外二手设备或国产机组，经国外承 包商用现代化技术改造成传统热带钢轧机，总体采用国内先进成熟技术的中薄 板坯和常规板坯热连轧机组等 4 种方式取得了巨大发展。 90 年代美国新建 4 套以生产中厚板为主单机架炉卷轧机和我国在建 3 套同 样轧机都设有立辊轧机是控宽的必需设备，非平面板形控制用立辊轧机。 立辊轧机，最早于 4o 年代用在万能式中厚板轧机上，5o 年代用于大型钢 锭的轧边以消除锥度，6o 度代开始把立辊轧机用于齐边与破鳞，7o 年代连铸 板坯迅速发展，而钢锭急剧减少，轧机生产能力重于成材率，曾提出过“立辊无 用论”，8o 年代以来，轧机上附设立辊轧机开始多起来，主要用于平面板形控 制，使成材率有所提高，一般可提高约 1 3 ，尤以日本和韩国都推举此 做法，目的是想生产出无切边钢板，但是，附设立辊轧机后，轧边道次的间歇 时间增加，使轧机的生产能力有所下降，一般要下降约 1o 2o ，7o 年 代开始，日本厚板轧机开工率已降到 6o 以下，轧机生产能力也降至次要地 位，而降低成本，节约资源则升至主导地位，因此，成材率重于轧机生产能力， 苞辊轧机功能又被人们重视起来，一些原先预留好立辊轧机的厚板轧机也都纷 辽宁科技大学毕业设计论文 第 3 页 纷安装上立辊轧机，成材率普遍都提高 2 个百分点，取得了应有的效益。 1.3 立辊轧机的用途和特点 1.3.1 立辊轧机的用途 1.与四辊轧机相配合进行轧边，减少切边量，提高收得率； 2.调整水平轧机压下产生的宽展量，能调节钢板或带钢的宽度规格，改善边 部质量； 3.万能轧机的立辊还起到对准轧制线的作用； 4.与高压水除鳞装置相配合除去轧件表面生成的氧化铁皮，提高钢板质量。 大立辊能起疏松板坯表面炉生氧化铁皮的作用，实验表明：当大立辊的侧压下 量在 50mm 左右时，可使距板坯边缘 300mm 处的氧化铁皮疏松，接着用高压水 冲去，可得到较好的除磷效果。 1.3.2 立辊轧机的特点 独立的立辊轧机直接固定在地基上，万能轧机的立辊机座有的和水平的机 座相连接，有的附设在水平辊机座侧。立辊轧制线与水平辊一致，同一机座的 两立辊可相对于轧制线做对中调整，由侧压装置保证所需的开口度。 在现代热带钢连轧机上，每一板坯只在破鳞机上轧一道。由于不与粗轧机 形成连轧，因此立辊轧机主电动机一般采用同步交流电动机。而在某些半连续 式轧机和钢板轧机上，大立辊轧机除了轧制窄坯的侧面取得破鳞效果外，根据 轧制工艺要求， 将窄坯横轧以得到宽展钢板。 为了保证轧件宽展后的宽度均匀， 需要用立辊进行侧边轧制，有时还同粗轧机形成连轧，因此这类立辊轧机往往 采用直流电动机。 1.4 课题的研究内容及研究方法 1.4.1 课题的研究内容 主要是轧机的总体方案的确定，轧机结构参数的确定，轧机主传动系统力 能参数的计算，主要零件的强度计算等 1.4.2 课题的研究方法 通过 autocad 绘制立辊轧机图，根据资料和所学课本内容计算各参数。 辽宁科技大学毕业设计论文 第 4 页 2 总体方案的确定 2.1 立辊轧机的结构组成 立辊轧机通常由主电机、主减速器、万向接轴、立辊、滑架、机械侧压装 置、侧压缸、机架牌坊、导板、平台等部分组成.也可按下述列表分类： 1.主传动装置：由主电机、主减速器、接轴和立辊等组成； 2.侧压装置：由侧压电机、减速器、接轴和侧压螺丝、侧压螺母等组成； 3.立辊箱：由箱体、立辊、轴承和轴承座等组成。在调整立辊开口度时，可作往 复移动； 4.机架：用来装设立辊箱、侧压装置和机架辊道，并直接承受轧制力. 2.2 传动形式的选择 按传动形式，立辊轧机可分为下传动和上传动两种。 1.下传动的立辊轧机，其传动装置放在立辊的下面，通过圆锥齿轮或再经圆 柱齿轮传动立辊。这种立辊轧机的结构特点是：机构简单，换辊方便，特别适 用于半连续式轧机。其主要缺点是：两个独立的立辊箱采用一根长方轴传动， 当立辊箱延长方轴滑动时， 无法避免氧化铁皮、 水和油污等进入圆锥齿轮箱内， 加剧了齿轮、方轴及轴承处的磨损；由于左右立辊箱存在着同轴度误差，当采 用一根长方轴传动立辊时，立辊箱不稳定，加之采用单丝杠侧压机构和悬臂单 液压缸平衡，滑道承受较大的倾翻力矩，加剧了滑道的不均匀磨损，使左右立 辊箱移动困难，经常被卡住；主传动装置放置在立辊的下面，不但要有较深的 基础，而且造成维修困难。 辽宁科技大学毕业设计论文 图 2.1 框架式下传动立辊机座传动 1 电动机 2，减速机 3万向接轴 6 侧压螺丝 7 平衡缸 8 离音用液压缸 2.上传动式立辊轧机的主传动装置放在立辊的上面 固定式和滑动式两种。固定式齿轮箱采用万向接轴传动立辊 用滑键在主传动轴上移动。 图 2.2 1.电机 辽宁科技大学毕业设计论文 框架式下传动立辊机座传动简图 万向接轴 4 立辊箱 5立辊 离音用液压缸 9懊 i 压电动机 上传动式立辊轧机的主传动装置放在立辊的上面， 其传动装置的齿轮箱有 固定式齿轮箱采用万向接轴传动立辊，滑动式齿轮箱采 2.2 框架式上传动立辊机座传动简图 电机 2 液压缸 3.立辊 4 回位缸 第 5 页 其传动装置的齿轮箱有 滑动式齿轮箱采 辽宁科技大学毕业设计论文 第 6 页 3.上传动式与下传动式结构相比有如下优点： （1）.基本上消除了氧化铁皮，水和油污对立辊传动装置的影响，大大 减少了故障频率，并且还给维修带来了很大的方便； （2）.采用固定式齿轮箱，使侧压装置的移动方便可靠； (3).立辊箱没有齿轮传动装置，大大减轻移动部分重量，减少了滑道的 磨损，降低了侧压传动所需的功率。 结合以上优点本次立辊轧机主传动系统的设计采用上传动式这种传动形式。 2.3 电机的选择 电机的选择通常根据电源种类(直流或交流)、工作条件（环境、温度。空间 位置等）及负荷性质、大小、起动特性和过载情况等因素来进行的。 主传动电机分为立式和卧式两种： 1.卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置的形式，这种形式中常见的 布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的特点是能够采用普通卧式电 动机，机构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副后，传动效率显著提高， 对于那些需要大侧压量、大轧制力及大轧制力矩的立辊轧机来讲，主传动电机 多采用卧式传动结构。 2.立式电动机，传动轴与压下螺丝平衡布置的形式，压下装置的两台立 式电动机通过圆柱齿轮减速机来传动压下螺丝，这种布置形式可使每个压下螺 丝单独调整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。而对于 那些主传动功率和轧制力矩都较小的轧机，则可采用立式电机传动结构。两台 立式电机左右对称布置，分别传动左右两侧的传动齿轮，通过主减速箱带动轧 辊工作。因为1700立辊轧机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用 立式电动机。 根据电源种类，主传动电机又可分为交流电机和直流电机： 电动机分为交流电动机和直流电动机两类。交流电动机主要由一个用以产 生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动 机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。直流电动机的调速性能好。 所谓“调速性能好”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变 电动机的转速。 直流电动机可以在重负载条件下， 实现均匀、 平滑的无级调速， 辽宁科技大学毕业设计论文 第 7 页 而且调速范围较宽。起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡 是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，都用直流电动机拖动。所以本 设计选择直流电动机。 综合考虑，1700 立辊轧机主传动电机应采用立式直流电机。 2.4 联轴器 联轴器是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转 以传递扭矩的的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、 减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器还具有一定的缓冲减震性能。 联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分 为： 1.固定式联轴器。 主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的 地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、 套筒联轴器、夹壳联轴器等。 2.可移式联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据 补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式 联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度 来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位 移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中 有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有 径向位移）等。 本次设计中主传动电机输出轴和主传动减速机输入轴之间的联轴器选择固 定式刚性联轴器中的凸缘联轴器，因为它结构简单，工作可靠，传递扭矩大， 装拆较方便，成本低，可以连接不同直径的两轴。 2.5 减速器 减速器主要用来降低转速和增大转矩以满足工作机械的需要。减速器的类 型很多，有齿轮减速器、蜗杆减速器以及行星齿轮减速器等。在满足功能要求 的前提下，对各种设计方案，重点应从经济和技术指标比如体积、效率和寿命 等方面进行选择。根据实际需求本次主减速器采用二级斜齿圆柱齿轮传动，高 速轴齿轮顺时针方向旋转。这种旋向的好处是：高速轴底座与轴承盖的连接螺 辽宁科技大学毕业设计论文 第 8 页 栓所承受的拉力，有一部分将被小齿轮，轴以及联轴器等的自重所抵消；中速 轴底座与轴承盖的连接螺栓不受拉力；低速轴底座与轴承盖的连接螺栓所承受 的拉力，有相当大的一部分将被大齿轮，轴等的自重所抵消。 2.6 万向接轴 立辊轧机中的接轴大都是采用万向接轴。万向接轴广泛地应用于机床，汽 车和轧钢设备的传动中。传递大扭矩的轧钢机用万向接轴，可在接轴中心线和 轧辊的中心线间的夹角不超过8度时，将扭矩传递给轧辊。由于允许有较大的倾 斜角， 故在热带钢连轧机中， 当轧辊的调整量较大时， 多用万向轴来传动轧辊。 万向接轴是根据虎克铰链的原理制成的，它可以在相交的两轴间传递运动，所 以在轧钢机械中得到了广泛的使用，在轧钢机中应用最多的是滑块式万向接轴 和带滚动轴承的万向接轴。十字轴式万向联轴器是一种比较理想的联轴器,具有 传动效率高、传递扭矩大、传动平稳、润滑条件好、噪音低(3040db)、使用寿 命长、允许倾角大(810)、适用于高速运转等优点。 带滚动轴承的万向接轴由于在接轴铰链中装置滚动轴承，有较高的密封性， 能可靠地用干油润滑，比滑块式万向接轴有较好的润滑条件，摩擦系数小，效 率高，铰链中接触间的间隙小，工作平稳，使用寿命长，而且能保证在垂直、 水平及任何一种方位上正常运转。因此，本次设计中采用带有滚动轴承的十字 轴式万向接轴。 2.7 轧辊系统 典型的立辊结构有三种： 悬臂式、 上传动的双支点式和下传动的双支点式。 悬臂式的立辊是一个带锥形孔的辊套。它安装在悬臂支承的立辊轴上，用 斜楔或螺母固定。采用这种结构换辊方便，可将斜楔或螺母卸下后，就能从吊 出立辊。双支点式立辊均为整体合金钢铸造。无论是上传动或下传动式的双支 点立辊在换辊时，都需将立辊及支承立辊的轴承同时吊出。本次设计采用的是 上传动双支点式立辊。 立辊的辊身形状都带有上大下小的锥形，锥度一般为 5%，在立辊下部带有 凸台。其目的是为了保证侧压时的稳定，防止板坯向上抬起或弯曲。凸台平面 能使板坯作用于立辊的轴向力互相抵消，这对于悬臂式立辊尤其重要。 立辊轧机的立辊一般采用髙碳镍耐磨铸钢，在板坯厚度大于 100 毫米时， 辽宁科技大学毕业设计论文 第 9 页 辊身表面硬度一般取 hs4045；在板坯厚度小于 100 毫米时，辊身表面硬度一 般去 hs45 左右。 立辊的冷却，一般采用环状的集水管。立辊箱为整体铸钢，立辊的箱体为 半环形，安装集水管比较困难，换辊也不方便，因此新的结构可采用立辊箱直 接钻孔代替集水管冷却立辊。冷却水的压力一般为 4 公斤/厘米左右。立辊破鳞 机的耗水量约为 600 升/分，万能机座立辊的耗水量约为 500 升/分，对于轧制板 坯厚度较薄侧压量较小的万能机座立辊，耗水量可小于 250 升/分。目前有的连 续式轧机，为了强化破鳞机立辊的冷却，已将冷却水的压力提高到 2023 公斤/ 厘米。 2.8 轧辊轴承 1.轧辊轴承是轧机的主要部件之一，和一般用途轴承相比，轧辊轴承有以下 一些工作特点： (1).工作负荷大。通常轧辊轴承的单位压力比一般用途的轴承高 25 倍，甚 至更高。而 pv 值是普通轴承的 320 倍。 (2).运转速度差别大。 高速线材轧机的速度可达 140m/s 以上， 而有的轧制速 度有 0.2m/s。 (3).工作环境恶劣。各种热轧机在轧制时，轧辊都要用水冷却（叠轧薄板轧 机除外） ，且有氧化铁皮飞溅，因此，对轴承的密封提出了较高的要求。 2.轧辊上使用的滚动轴承主要是双列圆锥滚子轴承， 四列圆锥滚子轴承及多 列圆柱滚子轴承。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但抗冲击性能差、外形 尺寸较大。它们多用在各种板带轧机和钢坯边轧机上。滚动轴承性能要求：足 够的强度、刚度；摩擦系数要小，要耐冲击；结构上，径向尺寸尽量小；要有 良好的润滑和冷却条件； 便于换辊。 正确选择轴承的意义： 保证轴承正常工作， 提高产品尺寸精度；延长轴承使用寿命，提高作业率；减少轴承消耗。 1700 立辊轧机轧辊轴承在工作中既承受径向载荷又承受轴向载荷，根据受 载荷特点应采用双列圆锥滚子轴承，其润滑方式采用自动干油润滑。 辽宁科技大学毕业设计论文 第 10 页 3 立辊轧机相关参数的计算 3.1 立辊轧机结构参数计算 轧机的原始数据： 轧制前轧件宽度1650 0 =bmm 轧制速度 r v = 3.5 m/s 轧制后轧件宽度1600 1= bmm 轧制温度 t = 1200c 轧件厚度 h = 230 mm 轧件材料 q235 根据文献1，第 23 页和第 79 页可得，由咬入角确定的最大允许压下量： d h =1cos（3.1） 而轧辊工作直径应满足： )cos( 12 h d（3.2） 则: )cos( 12 h r（3.3） 式中： 轧辊咬入角，由文献1，表 3- 1可得： 对于热轧带钢轧机，最大咬入角=1520,取 =18 h压下量，mm；对于立辊轧机： 宽展量：5016001650 10 =bbbhmm r 轧辊半径，mm。 代入数据计算可得 7510 1812 50 . )cos( = r mm 取轧辊半径 r = 600 mm， 则轧辊直径 d=1200mm。 由文献1，第 81 页确定下列参数： 轧辊轴颈 d = ( 0.50.55)d = ( 0.50.55)1200 = 600660 mm 取 d = 630 mm 辊颈长度 0 . 183 . 0 = d l 所以630952263001830.).(=lmm 取l= 600 mm 辊身长度 l = h + a = 230 + 50 = 280 mm 辽宁科技大学毕业设计论文 第 11 页 3.2 立辊轧机力能参数计算 3.2.1 平均单位应力m p 的计算 1. 基本数据计算 由文献1，第 2324 页确定轧件的下列基本参数： 宽展量 5016001650 10 =bbbmm （3.4） 变形程度 %.%033100 1650 50 100 0 = = b b （3.5） 平均宽度 1625 2 16001650 2 10 = + = + = bb bmmm （3.6） 接触弧水平投影长度 2017350600.=brlmm （3.7） 咬入角 “.)arccos()arccos(52351659816 1200 50 11= = d b （3.8） 2. 金属塑性变形阻力 的确定 由21060 1625 20173 5 . 1=s（4.20） 故可知截面 c 右侧安全。 3）截面-右侧 抗弯截面系数54872003801 . 01 . 0 33 =dw mm 3 抗扭截面系数109744003802 . 02 . 0 33 =dwt mm 3 截面-右侧的扭矩477.98=tknm 辽宁科技大学毕业设计论文 第 26 页 截面-右侧的弯矩 () 995.51 490 142.96225490 = =mknm 截面上的弯曲应力 476 . 9 5487200 10995.51 6 = = w m a mpa（4.21） 截面上的扭转切应力 973 . 8 10974400 10477.98 6 = = t t w t mpa（4.22） 轴的材料为 40cr， 调质处理。 由文献3， 表 15-1查得785= b mpa，370 1 = mpa，210 1 = mpa。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数由文献3知 及 按文献3， 附 表 3-2查取。因053 . 0 380 20 = d r ，32 . 1 380 22.502 = d d ，经插值后可查得 02 . 2 = ， =1.71 又由文献3，附图 3- 1可得轴的材料敏感系数为 88 . 0 = q， 91 . 0 = q 故有效应力集中系数由文献3，附式（3- 4）为 ()()90 . 1 102 . 2 88 . 0 111=+=+= qk ()()65 . 1 171 . 1 91 . 0 111=+=+= qk 由文献3，附图 3- 2得尺寸系数58 . 0 = ； 由文献3，附图 3- 3得扭转尺寸系数75 . 0 = 。 轴按精车加工，由文献3，附图 3- 4得表面质量系数为85 . 0 = 轴未经表面强化处理即1= q ， 按文献3， 3-12及3， 3-12a得综合系数值为： 45 . 3 1 85 . 0 1 58 . 0 90 . 1 1 1 =+=+= k k（4.23） 38 . 2 1 85 . 0 1 75 . 0 65 . 1 1 1 =+=+= k k（4.24） 辽宁科技大学毕业设计论文 第 27 页 又由文献3，第 25 页及文献3，第 26 页得碳钢的特性系数 = 0.10.2，取15 . 0 = 05 . 0 = 0.1，取05 . 0 = 于是，计算安全系数 c s值。按文献3，15-63，15-8则得： 25.10 015 . 0 476 . 9 45 . 3 335 1 = + = + = ma k s （4.25） 97.16 2 973 . 8 05 . 0 2 973 . 8 38 . 2 185 1 = + = + = ma k s （4.26） 77 . 8 97.1625.10 97.1625.10 2222 = + = + = ss ss sca5 . 1=s（4.27） 故可知截面-右侧安全。 4.3 轴承寿命验算 4.3.1 轴承所受载荷计算 已知处（见图 4.4）轴承型号为 351184，双列圆锥滚子轴承，由文献6可 知轴承动载荷4270=ckn，轴向动载荷系数1 . 2 1= y，2 . 3 2 =y，判断系数 32. 0=e，处轴承型号为 nn3068，双列圆柱滚子轴承，由文献6可知轴承 动载荷1570=ckn。轴承额定寿命 10 年，齿轮分度圆直径22.562=dmm。 1. 轴承受力分析 4 9 05 0 0 f a e f te f re i ii l1 l2 l fd 图 4.4 双列圆锥滚子轴承所受载荷 辽宁科技大学毕业设计论文 第 28 页 fte fr1h fr2h i ii 图 4.5 双列圆锥滚子轴承水平面受力分析 iii fd fre fr1vfr2v fae 图 4.6 双列圆锥滚子轴承垂直面受力分析 1）圆周力 te f315.350 22.562 10477.9822 3 = = d t fte kn 2）径向力 re f866.129 “335610cos 20tan315.350 cos tan = = o o n te re f f kn 3）轴向力 ae f733.67“335610tan315.350tan= o teae ff kn 4）求两轴承受到的径向载荷 1r f 和 2r f 水平面径向载荷 hr f1和 hr f 2 339.173315.350 990 490 2 1 = tehr f l l f kn 976.176399.173315.350 12 = hrtehr fffkn 垂直面径向载荷 vr f1和 vr f 2 990 2 22.562 733.67490866.129 2 2 1 = = l d flf f aere vr 044.45=kn 辽宁科技大学毕业设计论文 第 29 页 822.84044.45866.129 12 = vrrevr fffkn 总径向载荷 1r f 和 2r f 096.179044.45339.173 22 2 1 2 11 =+=+= vrhrr fff kn(4.28) 253.196822.84976.176 22 2 2 2 22 =+=+= vrhrr fff kn (4.29) 5)求两轴承受到的轴向载荷 1a f 和 2a f 1 处为双列圆锥滚子轴承，轴向派生力互相抵消，考虑到齿轮轴的自重，该 处的轴向载荷： 882.87108 . 92056733.67 3 1 =+=+= mgff aea kn (4.30) 2 处为双列圆柱滚子轴承，不承受轴向力，即0 2 = a f (4.31) 6)求两轴承的当量动载荷 1 p 和 2 p 对于处：因为32 . 0 49 . 0 096.179 882.87 1 1 =e f f r a ，由文献3，表 13-5可得，对 于圆锥滚子轴承，当e f f r a 1 1 时，径向动载荷系数 x=0.40，轴向动载荷系数 y=2.1， 按文献3，表 13-6，8 . 12 . 1= p f，取载动系数5 . 1= p f,则: 286.384)882.871 . 2096.1794 . 0(5 . 1)( 111 =+=+= arp yfxffpkn (4.32) 对于处双列圆柱滚子轴承，只承受颈向力，取载动系数5 . 1= p f，则： 380.294253.1965 . 1 22 = rpf fp kn (4.33) 4.3.2 验算轴承寿命 计算公式: = p c n lh 60 106 （4.34） 式中： h l 轴承验算寿命，h; h l 轴承预期计算寿命，h； n轴转速，r/min；n=220 r/min 辽宁科技大学毕业设计论文 第 30 页 c轴承基本额定动载荷，kn； p轴承当量动载荷，kn； 指数，由文献3，第 319 页查得对于滚子轴承， 3 10 =。 代入计算： 对于处轴承, 4270 1= ckn286.384 1= p kn 231919 286.384 4270 22060 10 60 10 3 10 6 1 1 6 1 = = = p c n lh h 对于处轴承, 1570 2 =ckn380.294 2 =p kn 103794 380.294 2570 22060 10 60 10 3 10 6 2 2 6 2 = = = p c n lh h 876002436510= h l h 因为 hh ll 1 ， hh ll 2 由此可知所选轴承寿命符合要求。 4.4 轧辊校核计算 4.4.1 轧辊基本参数 由3.1 可得：轧辊直径1200=dmm, 辊颈直径 d=630 mm,最大轧制力 p=4000 kn,轧辊材料为 60crnimo。结构示意图如图 4.7 4.4.2 轧辊校核 轧辊的破坏原因可能有下列三方面原因造成：1）轧辊的形状设计不合理或 设计强度不够；2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求；3）轧辊在生产 过程中使用不合理。 由于对影响轧辊强度的各种因素 （如温度应力、 残余应力、 冲击载荷值等） 很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是 将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其它重要部件，轧辊 的安全系数是轧机各部件中最小的） 。立辊轧机的轧制力可以近似地看成集中力 （图 4.7） 。 辽宁科技大学毕业设计论文 1）辊身校核 由图 4.7 可知，辊身处即有扭矩也有弯矩 且已经考虑了安全系数，故只需校核轧辊的弯曲强度 计算公式： h w w w m = px a x mw = 1 3 1.0dwh= 式中： w 辊身所受弯曲应力 w m辊身所受弯矩，knm h w 抗弯截面系数，mm a轴承两支点之间距离 x轴承到轧辊中心的距离 辽宁科技大学毕业设计论文 第 图 4.7 轧辊受力分析图 辊身处即有扭矩也有弯矩，但对于二辊轧机辊身直径很大 故只需校核轧辊的弯曲强度。 （4.35） 辊身所受弯曲应力，mpa； knm； mm 3； 轴承两支点之间距离，1950=amm； 轴承到轧辊中心的距离，1052=xmm； 第 31 页 但对于二辊轧机辊身直径很大， 辽宁科技大学毕业设计论文 第 32 页 d轧辊直径， d = 1200 mm； p 最大轧制力，kn。 代入计算得： 913171205314000 1950 1053 1= = w m knm 83 107281120010= h w mm 3 21311 107281 10521937 8 6 . . . = = w mpa 由文献10， 表2.2- 67可得， 对于材料60crnimo， 材料抗拉强度极限540= b mpa，取安全系数 n=5，则轧辊许用应力 108 5 540 = n b mpa 由此可知由此可知所选轴承寿命符合要求。 5 设备的润滑 辽宁科技大学毕业设计论文 第 36 页 5.1 轧钢机械的润滑 轧钢设备工作的环境恶劣，负荷沉重，长时间的工作，并且经受着高温的 考验、铁皮被氧化的影响，所以润滑工作是稳定运行的关键。 5.2 润滑的方法 在机械设备中，有一些机械部位经常磨损，所以，要保证可靠的润滑。在 轧钢机械中，润滑有很多种方法，比如连续润滑、间接润滑、压力润滑、无压 力润滑、循环润滑、干油润滑、流出润滑、稀油润滑等。 5.3 润滑的功能 降低摩擦：减少能源的消耗，往往会在摩擦面间添加润滑剂，用以降低设备的 摩擦系数，从而有效的减小摩擦力。 减少磨损：摩擦面的磨粒磨损和表面疲劳因为润滑剂得到了相应的减少。 冷却降温的作用：润滑剂能够吸收并传导摩擦等产生的热量。所以可以用此原 理来降低摩擦造成温升的效果。 保护零件不受锈蚀： 摩擦面表面有润滑剂的存在， 就可以有效的防止空气、 腐蚀性的液体、水蒸气、水滴、氧化物等造成的锈蚀。 密封作用： 润滑剂对部分外露的零件表面形成液面， 可以达到密封的效果， 可以有效的防止杂志进入。 减震的作用：受到冲击载荷时，润滑油可以吸收部分冲击能，起到减震的 效果。 洁净的作用：对于稀油润滑，循环的润滑油可以带走杂质，经过滤器滤， 而后润滑油重新回到润滑系统。 5.4 润滑油的选择原则 润滑剂的选择应综合考虑摩擦接触面的工作条件、环境、摩擦面加工情况 及摩擦面之间的间隙，以及润滑方式与装置特点等因素。选用的一般原则是： 1.高速、轻载荷、工作平稳选用低粘度润滑油、针入度较大(稠度低)的润滑 脂。反之，低速、重载荷、有冲击载荷，或作往复与间歇运动的选用高粘度润 滑油、针人度较小(稠度较高)的润滑脂。在边界润滑的重负荷运动副上，宜选用 极压型润滑油。 辽宁科技大学毕业设计论文 第 37 页 2.工作及环境温度低宜选用粘度较小的润滑油、 针入度较大的润滑脂。 反之， 温度高则应采用粘度较大、针人度小及滴点较高的润滑脂。夏季用油的粘度一 般比冬季用油的粘度高一些。在高温条件下的润滑应考虑润滑油的闪点、润滑 脂的滴点，在很低温度条件下的润滑应考虑润滑油的凝固点。温度范围变化大 的，可采用增粘剂以改善润滑油的粘温性。 3.潮湿条件应选抗乳化性较强和油性、防锈性好的润滑剂，不能选用无抗水 能力的钠基脂。 4.摩擦面之间的间隙愈小，润滑油的粘度应愈低。一般新零件跑合期应比正 常使用期的润滑油粘度低一些。 5.摩擦面加工粗糙，要求使用的润滑油粘度大、润滑脂的针人度小。反之， 表面光洁度高使用的润滑油粘度小、润滑脂针入度大。 6.采用循环润滑系统、油绳或油垫润滑装置的润滑，应采用粘度较小的润滑 油。 循环系统、 油环、 油勺、 飞溅润滑采用的润滑油应具有抗氧化安定52一si(an cemen f 性。 7.集中润滑系统中采用的润滑脂针人度宜大些，以便输送。人工间歇加油应 采用粘度大一些的润滑油，以免流失太快。 5.5 1700 立辊轧机设备润滑方法 立辊轧机是轧制过程的第一台轧机，控制轧件厚度，去除轧件表面的氧化 铁皮，轧制温度高，工作环境恶劣，而稀油润滑由于是压力供油，能保证摩擦 部件润滑及时可靠、可以润滑数量多和分布广的润滑点、润滑适度，润滑材料 消耗少、能使全部润滑工作实行自动控制，大大减少工作量等优点，因此对于 立辊轧机大部分部件可采用稀油润滑方式进行润滑。 轧辊轴承可采用干油定期润滑。干油润滑多用于下列情况：机件工作条件 较困难（重载、速度小、环境温度高等） ，不能实现液体摩擦，环境潮湿多尘， 保护机件不被氧化。适合轧辊轴承的工作特点，所以采用干油润滑。 轧辊冷却采用乳化液冷却，有专门供油系统 辽宁科技大学毕业设计论文 第 38 页 6 设备的环保性和可靠性分析 6.1 设备的环保性分析 机械设备的环保性，是指机械设备在作业时保护环境的性能，此环境指作 业人员工作环境和作业周围的环境。随着我国社会经济的高速发展，很多生产 和施工企业为了获取更大的经济效益，机械设备连续不停的运作。由此产生的 各种噪声、废气、污水和烟尘严重污染了环境，破坏了生态，给人们的身体健 康造成了危害。为了保护人类赖以生存的环境和人们的健康生活，我们在设计 机械设备时必须保证其环保性，设计、生产和使用环保性好的机械设备。为了 使设备具有良好的环保性，应做到如下几点： 1、选用环保性好的电动机 电动机是机械设备产生噪声、振动和排气污染的主要污染源，所以选择环 保性好的电动机来改善机械的环保性。 2、改进了机械结构 机械设备中除了电动机会产生噪声和振动外，各工作装置在运行时也会 产生噪声和振动，因此在机械设计上我改进了上述部件的结构使其实现低噪声、 低振动运行。 3、增加了后处理装置 增加后处理装置是指在机械设备排污染源的后部增加消除污染的装置，用 于清除机械排气或作业过程中产生的有害气体和微粒、粉尘。