机械毕业设计（论文）-850水平轧机的设计【全套图纸】 .pdf

第 i 页 850 水平轧机的设计 摘要 850 水平轧机是轧制生产线上的主要设备之一,其主要由传动系统与压下系统两部 分构成，其作用主要是用来轧制不同规格的钢坯。本文通过对 850 水平轧机的设计，将 所学理论知识与实践相结合，培养了我们独立思考能力和分析问题、解决问题的能力， 并提高了对创新意识的培养。 设计的主要内容包括850水平轧机设计方案的确定与论证， 使设计方案能够达到使用要求，并且合理可行，然后进行轧制力能参数的计算，并根据 算出的结果来选择电动机并进行校核、计算，同时对其中的主要零部件，如轧辊、机架、 连接轴、传动轴、压下螺丝等进行强度计算，并对压下螺丝的自锁、牙强度、和耐磨性 的校核，保证了使用的安全性与可靠性，最后对润滑方式进行了简单分析，对经济性也 进行了分析。 关键词关键词：轧机；轧辊；机架；轧制力 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 第 ii 页 the design of 850 horizontal mill abstract the level of 850 mill is one of the main equipments in a rolling mill production line.the main pressure system from the drive system with two components, its role is primarily used for rolling billets of different specifications. in this paper, the level of 850 mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem- solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. the key elements of the design level of 850 mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters, and in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, while the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the lubrication analysis of a simple manner, on the economy is also analyzed. keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force 第 iii 页 目录 摘要 . abstract . 目录 . 1 绪论 1 1.1 设计选题的背景、目的和意义 . 1 1.2 初轧机的发展概况 1 1.2.1 初轧机的发展过程 1 1.2.2 初轧机的新发展 2 1.3 研究的内容和方法 . 2 2 设计及方案的选择与论证 . 4 2.1 轧机主传动装置 . 4 2.2 轧辊轴承 . 5 2.3 轧辊调整装置与上辊平衡装置 . 5 2.3.1 轧辊调整装置 5 2.3.2 上辊平衡装置 6 2.4 轧辊机架 6 3 轧制力能参数的确定 . 8 3.1 平均单位压力和总轧制力的计算 8 3.1.1 平均单位压力的确定 8 3.1.2 总轧制力 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.3 轧制力矩的计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2 电动机的选择和校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.1 轧机主电机力矩 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.2 电动机容量的选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.3 电动机的发热校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4 主要零件强度计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1 轧辊的强度校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.1 辊身强度校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.2 辊颈强度校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.3 传动端轴头校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 轧件咬入的计算 19 4.2.1 开始咬入阶段 19 4.2.2 完成咬入阶段 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 机架强度校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 iv 页 4.3.1 闭式机架的弯矩计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3.2 闭式机架的应力计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4 联接轴的强度计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4.1 开口式扁头的强度计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4.2 叉头的强度计算 28 4.5 齿轮座齿轮的校核 28 4.5.1 齿轮接触强度的校核 . 29 4.5.2 齿轮弯曲强度的校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6 压下螺丝强度及压下电机功率的计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6.1 压下螺丝螺纹尺寸的确定 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6.2 压下螺丝的强度校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6.3 压下螺丝传动力矩的计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6.4 压下电机功率的计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.6.5 压下电机的选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.7 自锁、牙强度和耐磨性等校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.7.1 自锁性计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.7.2 牙强度校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.7.3 耐磨性的校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5 润滑方式的选择 . 37 5.1 润滑的简单介绍 37 5.2 各部分润滑方式的选择 38 6 经济性分析 . 40 结束语 . 41 致谢 . 42 参考文献 . 43 第 1 页 1 绪论 1.1 设计选题的背景、目的和意义 钢铁自从被发现就被应用到人类生活的各个领域，在工业的发展过程中，钢铁的生 产水平是衡量一个国家现代化水平的重要标志。如今放眼世界钢铁产品的发展，轧制成 了相当重要的一部分，我们日常所用的钢材，建筑用钢，输油管道，自来水管等，都是 经过轧制获得的，轧制已成为我们必不可少的生产方式。钢铁生产总量的 90%以上是通 过轧制成材的，因此，钢铁轧制技术水平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。而在各种成品轧制出来之前都要进行开坯轧制，即初轧，因 此初轧机也成为了必不可少的一项设备。 初轧机在热轧带钢，型钢，管钢的生产过程中都取得了很大的作用，而近年来初轧 机的发展相对于以往也有了很大的进步， 出现了具有自动控制等先进技术功能的新型初 轧机。在初轧机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。 一种合理的初轧机不但能够达到理想的轧制效果还能为下 一个工序减轻工作量， 并且这种设计也不会花费高额的资金， 真正做到了既经济又实惠。 因此，初轧机的设计并不是想象中的那么没有意义，反而意义很大。 1.2 初轧机的发展概况 1.2.1 初轧机的发展过程 十九世纪中叶轧钢机械刚刚起步，十九世纪五十年代以后，出现了蒸汽驱动的中 型和大型轧机，二十世纪的电气化使初轧机发展了起来。在发展连铸的同时，国外仍在 新建或扩建初轧机，以扩大开坯机能力。这是由于开坯机具有产品变化灵活，便于实现 自动化等有点，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1。 60 年代以来， 连铸技术迅速发展， 采用钢锭通过初轧来生产钢坯的方式已有所改变 了。初轧机的技术发展主要是解决连铸还不能生产的某些钢种和规格的产品的加工问 题，而不是追求更高的生产能力。70 年代末，已很少建造初轧机，几乎不再建造专门生 第 2 页 产板坯的板坯轧机。在连铸生产占比重高的工厂，有的在带有立辊的方坯- 板坯初轧机 后配置钢坯连轧机,克服了连铸机因经常更换浇铸规格而降低作业率的缺点， 扩大了产品 种类，与连铸机生产相配合，可生产多种规格的板坯、方坯和圆坯。此外，为了生产小 断面的坯料，也用初轧机将连铸坯轧制成小坯料。用万能式板坯初轧机轧制方坯的主要 措施是在水平轧辊两端各开一个箱形孔，立辊随推床同步横移，如果轧制更宽的板坯则 要换上没有轧槽的轧辊，为了减少换辊耽搁的时间，应设置快速换辊装置。在这种多品 种的初轧机上生产宽边工字钢用的异形坯的技术还在研究中。 1.2.2 初轧机的新发展 80 年代建设的初轧机具有以下特点：1）万能式板坯初轧机得到迅猛发展，60 年代 后新建的初轧机 60%是万能式板坯轧机，这种轧机带有立辊，可以减少轧件翻钢道次， 轧制时间比方坯- 板坯初轧机减少 39%。2）向重型化方向发展，轧制钢锭重量达 45 至 75 吨，最高年产量达 500 至 600 万吨。3）提高自动化程度，从均热炉到板坯精整均已 实现自动控制。4）提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机（剪切力可 达 40mn）及在线火焰清理机2。 初轧生产技术的发展，降低了能耗，提高了收得率。最好指标已近 97。主要措施 有:提高沸腾钢的比例,上铸钢锭时采用防溅筒以减少表面结疤；镇静钢挂绝热板、加发 热剂以减少切头；钢锭采用凹型底盘浇注；沸腾钢锭用大头进钢轧制，改变轧制压下制 度，以减少底部鱼尾段长度;沸腾钢采用瓶口模和机械封顶以减少缩孔;合理剪切以减少 切损和发展半镇静钢等。 为了提高轧机产量,普遍采用多锭串轧。 双锭串轧与单锭轧制相 比,总轧制时间可缩短 2530，轧机产量可提高 1030。此外，采用液芯装炉法， 可节省均热炉的燃耗。直送轧制和热装炉等节能措施也有所发展 近二十年来，由于连续铸钢技术迅猛发展，连铸比将达到 80%或更高。这样，初轧 机将不会有更大的发展，只能起到配合和补充连铸生产的作用，许多初轧机厂都面临改 造的任务。 1.3 研究的内容和方法 初轧机发展至今已经达到了顶峰阶段，已经没有太大的发展潜力了，但是他在配合 和补充连铸生产方面的作用还是很大的，并且在连铸发展的同时，初轧机也应该进行发 第 3 页 展，尽量做到最好，即使不久的将来或许初轧机将退出历史的舞台，但我们应该让他在 台上的演出更精彩。 为了了解初轧机的构造与工作原理， 我专门走访了鞍山第一炼钢厂， 实地观察了现有的初轧机，分别观察不同型号的初轧机在生产中的具体应用。经过查阅 相关资料结合实际生产中的现有机构进行初步设计，并对各部分的尺寸进行选取，然后 进行强度计算。经过理论设计合格后，再经实际检验可行后，才可投入使用。 具体内容与方法： 1）绪论及设计方案的确定：方案选择正确、论证充分； 2）按轧制给定钢种的轧制规程，确定参数，进行轧制力、轧制力矩的计算，进而 选择主电机，进行主传动系统的设计计算； 3）主要零部件强度计算（机架、压下螺丝螺母、轧辊、联轴器等） ； 4）其它如系统润滑、环保与经济性分析等； 5）绘制工程图纸：总装配图 1 张、部件装配图 2- 3 张、零件图 3- 4 张； 6）编制、打印设计说明书； 第 4 页 2 设计方案的选择与论证 850 水平轧机主要由轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置、上辊平衡装置、轧机机架、轧 机主传动装置等部分组成。 2.1 轧机主传动装置 850 水平轧机主传动装置主要由电动机、 联轴节、 减速机、 主联轴节、 联接轴组成。 其作用是将电动机的输出力矩通过减速装置与连接轴传递给轧辊， 即电动机 1 的运动和 力矩是通过电动机联轴节 2、减速机 3、主联轴节 4、连接轴 6 而传递给轧辊 7 的。这种 型式的主传动装置主要用于不可逆工作的轧钢机。 1 电机：不同的电动机具有不同的机械特性，它是电动机的重要性能。轧机要求转速稳 定， 需要使用具有很高应变能力的电动机， 直流电动机具有优良的调速特性， 调速平滑、 方便，调速范围广，并且过载能力大，能在低速下连续输出较大转矩，还能承受频繁的 冲击性负载。因此本设计采用直流电动机。 2 减速机： 减速机的作用是将高速电机的转矩传递给低速运动的部件。 在轧机主传动中 是否采用减速机就是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电动机与高速电 动机之间的差价。当轧辊转速小于 200250r/min 时才采用减速机。如果轧辊转速大于 200250r/min， 则不用减速机而采用低速电动机。 本设计任务中轧辊转速是 12.284 r/min， 远小于 200250r/min，因此需要采用减速机。 3 齿轮座： 齿轮座是用来将电动机或主减速机的扭矩传递分配给两个轧辊。 其传动型式 如下图所示： 图2.1 传动简 图 第 5 页 这种传动型式用于二辊轧机，考虑到传动装置的布置形式和拆卸方便等因素，通常 采用齿轮传动。 4 连接轴：连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴，确定联接轴类型时， 主要根据轧辊调整量和联接轴允许倾角等因素来确定。对于 850 水平轧机，轧辊调整量 较大，联接轴倾角有时达到 810，而且万向接轴传递的扭矩范围较广，一般为 503000knm,因此在本方案中采用万向接轴。 5 联轴节： 联轴节包括电动机联轴节和主联轴节。 电动机联轴节用来连接电动机与减速 机的传动轴，而主联轴节则用来连接减速机与齿轮座的传动轴。本设计采用的是齿轮联 轴节。 2.2 轧辊轴承 轧辊轴承是轧钢机工作机架中的重要部件，其特点有以下几点：1）工作负荷大。2） 运动转速差别大。3）工作环境恶劣。轧辊轴承的主要类型是滚动轴承与滑动轴承。 轧辊上使用的轴承主要是双列球面辊子轴承，四列圆锥辊子轴承，以及多列圆柱辊 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。滑动轴 承分为半干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦滑动轴承主要是开式酚醛加布树脂轴承，它 广泛应用于各种型钢轧机，钢坯机及初轧机。液体摩擦轴承承有动压，静压和静- 动压 三种结构型式，它们的特点是摩擦系数小，工作速度高，刚性较好，使用这种轴承的轧 机能轧出高精度的轧件， 主要用在现代化的冷、 热带钢连轧机支承辊及其它高速轧机上。 以此，综合各方面因素，本设计采用四列圆锥辊子轴承。 2.3 轧辊调整装置与上辊平衡装置 2.3.1 轧辊调整装置 轧机轧辊的调整装置一般包括径向和轴向两个方向调整，径向调整是轧钢机中主 要的必不可缺的调整。 径向调整装置按其轧辊移动的方向大致可分为压下 （也包括压上） 机构和侧压进机构。在常见的纵轧机座中均可看到压下机构，而侧压进机构仅用于斜轧 机和立轧辊的调整机构中。 压下机构按照轧钢机的类型、轧件的轧制精度要求，以及生产率高低的要求又可 分为：手动、电动、电液及全液压压下机构。手动压下机构一般多用于不经常进行调 第 6 页 节的、轧制精度要求不太严格的，以及轧制速度要求不高的中、小型型钢、线材和小型 热轧板带轧机上，通常这些轧机是在轧制过程中轧辊相互位置不变的情况下进行工作 的。电动压下机构主要用于压下螺丝的移动速度约超过 10.2mm/s 的初轧机、板坯轧机 及中厚板轧机上，以及移动速度小于 10.2mm/s 的薄的板带轧机上。 电液和全液压压下机构是属于现代化轧钢机上的一种先进的压下机构，多用于 高速连续式冷轧与热轧薄板轧机和带钢轧机上。 综合考虑，本设计采用电动压下机构。 2.3.2 上辊平衡装置 轧钢机上经常采用的平衡装置一般有：弹簧式、重锤式及液压式等三种型式，只 有在少数的轧机上采用反扣螺母式的平衡装置。 在初轧机、板坯粗轧机中，平衡装置要适应上轧辊的快速、大行程、频繁移动的 特点，而且要求工作可靠、换辊和维修方便。在这种轧机上，广泛使用重锤式或液压式 平衡装置。 重锤式平衡装置广泛应用于轧辊移动量很大的初轧机上，它工作可靠、维修方便。 其缺点是设备重量大，轧机的基础结构教复杂。平衡锤通常装在工作机座的下方，平衡 力由杠杆和支杆传给上轧辊。 液压式平衡装置结构紧凑，与其他平衡方式比较，使用方便，易于操作，能改变 油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动。所以这些都有利于换辊操 作。但它的投资较大，维修也较复杂。 经过比较考虑，本设计选用液压式平衡装置。 2.4 轧辊机架 轧机机架是工作机座的重要部件，根据轧机的型式和工作要求，轧机机架可分为 开式机架和闭式机架两种。 闭式机架是一个整体框架，具有较高的强度和刚度，因此，闭式机架主要用于轧 制力较大的初轧机、 板坯轧机和板带轧机等。 对于采用闭式机架的工作机座， 在换辊时， 轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入的，这种轧机一般都设有专用的换辊装 置。 第 7 页 开式机架由机架本体和上盖两部分组成，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要 优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和 连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。采用开式机架，只要拆下上盖，就可 以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。 综合比较，闭式机架比开式机架更适合用于初轧机，因此，本设计采用闭式机架。 第 8 页 3 轧制力能参数的确定 设计参数： 轧制材料：20# 轧制温度：t=1000 轧辊转速：n=12.284r/min 轧件宽度：b0=140mm b1=146.5mm 轧件高度：h0=170mm h1=146mm 3.1 平均单位压力和总轧制力的计算 3.1.1 平均单位压力的确定 本次设计的 850 水平轧机是用于轧制各种规格方坯中的轧制，是开坯机的一种，其 轧辊是圆柱形的实心辊。而开坯机、型钢轧机、线材轧机的轧制压力一般采用艾客隆德 公式计算。因此，850 水平轧机也采用艾客隆德公式计算单位压力。 根据文献2中艾客隆德公式计算单位压力: ()()ukmpm+= 1 （3.1） 式中 m考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k轧制材料在静压缩时的变形阻力，mpa； 轧件粘性系数，kggs/mm2； u变形速度，s- 1。 利用艾客隆德研究提出的 m、k、u 计算公式为分别计算各系数。 影响系数 m ()() 10 1010 2 . 16 . 1 hh hhhhr m + = （3.2） 式中 摩擦系数，该轧机设计轧辊材料为高强度铸钢，故t0005 . 0 05 . 1 =，轧制 温度 t=1000， 所以 55 . 0 10000005 . 0 05 . 1 =； h0，h1轧制前后轧件的高度，h0=170mm， h1=146mm； r轧辊半径，r=425mm。 代入式（3.2） ，得 第 9 页 ()() 190 . 0 146170 1461702 . 114617042555 . 0 6 . 1 = + =m 变形阻力 k 利用 l.甫培（pomp）热轧方坯的实验数据，得到 k 的计算公式 ()( )()()8 . 93 . 04 . 101 . 0 14+=crmnctk （3.3） 式中 t轧制温度，t=1000。 (c)碳的质量分数，%； (mn)锰的质量分数，%； (cr )铬的质量分数，%； 本设计轧制材料是20# ， 含c为0.170.24%， 含mn为0.350.65%， 含cr 0.25%， 取 c=0.2%，mn=0.5%，cr=0.2% ，代入式（3.3） ，得 ()()mmskgk/672.848 . 92 . 03 . 05 . 02 . 04 . 1100001 . 0 14=+= 轧件粘性系数 ()ct01 . 0 1401 . 0 = （3.4） 式中 t轧制温度； c考虑轧制速度对 的影响，其值如下： 轧制速度v/(ms- 1) max ,因此，辊身满足强度要求。 图 4.2 轧辊受力简图 第 18 页 4.1.2 辊颈强度校核 轧辊辊颈强度校核需要弯曲和扭转的合成计算，合力应力按第四强度理论计算，即 22 3+= p （4.2） 辊颈处的弯矩由最大支反力决定： mnmn lp rcmd = = = 5 6 10829 . 1 2 50 . 0 2 10463 . 1 22 （4.3） 式中 md辊颈危险断面处的弯矩； r最大支反力； c压下螺丝中心线至辊身边缘的距离， 2 l c =。 由此可得： mpapa d md 63.14 50 . 0 1 . 0 10829 . 1 1 . 0 3 5 3 = = （4.4） mpapa d mk 54 . 3 50 . 0 2 . 0 88510 2 . 0 33 = = （4.5） 所以，代入式（4.5） ，得 mpampa p 86.1554 . 3 363.14 22 =+= 可见=125.4mpap ,因此，辊颈满足强度要求。 4.1.3 传动端轴头校核 由文献1,82可知传动轴头直径 mmdd49010 1 = 由文献4,83可得抗扭系数为 0231 . 0 16 49 . 0 16 3 3 1 = = d wt 故有 mpapa w m t k 21 . 4 0231 . 0 88510 = （4.6） nx。因此，只有当 tan 时，才能实现其自然咬 入；若 =tan 时，则轧件处于平衡状态，不能自然咬入；当 tan，故轧机满足咬入条件，能够顺利轧制。 4.3 机架强度校核 轧机机架是工作机座中最关键的零件， 轧辊轴承座及轧辊调整等装置都安装在机架 上。机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度外，除此之外还应保证机架不会产生 疲劳破坏。本设计为轧制力较大的初轧机，要求具有较高的强度和刚度，因此选用闭式 机架。轧机机架强度和变形的计算，一般可采用以下步骤： 1）将机架结构图简化成为刚架，即以机架各断面的中性轴的连线组成框架，近似 地处理成直线或规整的圆弧线段，并确定求解断面的位置。 2）确定静不定阶数，如一般闭式机架是三次静不定问题，需作一系列假设来简化 模型，降低静不定阶数。 3）确定外力的大小及作用点。 4）根据变形协调条件，用材料力学中任一种方法（卡氏定理，莫尔积分法，图乘 法，立法等）求解静不定力和力矩。 5）根据计算截面的面积、惯性矩、中性轴线的位置及承载情况，求出应力和变形。 第 21 页 4.3.1 闭式机架的弯矩计算 用材料力学方法计算机架强度时，为了简化计算，一般做以下假设： 1）每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直力 r，而且这两个力大小相等、 方向相反，作用在同一直线上，即机架的外负荷是对称的。此时，机架没有倾 翻力矩，机架底脚不受力。应该指出，由于两个轧辊直径和速度的不同、轧制 速度的变化和咬入时冲击引起的惯性力，或在张力轧制时，轧制力方向都不是 垂直的。由于水平分力的数值一般都较小，约为垂直分力的 3%4%，故可以 忽略不计。 2）机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑由于上下横梁惯性矩不同 所引起的水平内力。 3）上下横梁和立柱交界处是刚性的，即机架变形后，机架转角仍保持不变。 根据上述假设，机架外负荷和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架 简化为一个由机架立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架。将此框架沿机架窗口垂 直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力 2 r 和静不定力矩 m1。由于机架左右 对称，所以力矩 m1可由半个机架的弹性变形位能求出2。 将机架简化成自由框架： 在机架简化为图 4.4 所示的矩形自由框架后，函数( )xfy =是简单函数关系：即对 图 4.4 矩形自由框架弯曲力矩图 第 22 页 于机架横梁xy =，而对于立柱 2 1 l y =，因此 m1为 + + = = 2 0 3 0 2 2 0 1 2 0 3 0 1 2 2 0 1 1 1 2 1 1 2 1 111 1 2 11 2 2 l l l l l l x x dx i dx i dx i xdx i dx l i xdx ir i dx i dx y r m （4.10） 式中 l1机架横梁的中性线长度； l2机架立柱的中性线长度； i1机架上横梁的惯性矩； i2机架立柱的惯性矩； i3机架下横梁的惯性矩。 上式积分，得 3 1 2 2 1 1 3 1 2 2 1 1 1 1 22 44 4 i l i l i l i l i l i l rl m + + = （4.11） 如果假设上下横梁惯性矩相同，即 13 ii =时，则力矩 m1为 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 2 4 i l i l i l i l rl m + + = （4.12） 根据图 4.4，在立柱上的弯矩 m2为 1 1 2 4 m rl m= （4.13） 将式（4.13）代入式（4.14） ，则 21 12 1 2 1 1 8 il il rl m + = （4.14） 如图下图所示，把上横梁简化为截面 a，把下横梁简化为截面 b 第 23 页 434 3 1 10695 . 9 12 680)400770( mmmiy = = (4.15) 424 3 2 10017 . 2 12 680770 mmmiy = = (4.16) 故横梁惯性矩为 424 23 21 1 10493 . 1 2 10107 . 2 10695 . 9 2 mm ii i yy = + = + = （4.17） 查机架图得 l1=1290mm，l2=3180mm 立柱近似尺寸为 7702800 故，立柱惯性矩为 44 3 2 4085 . 1 12 2800780 mmmi= = （4.18） 又 mnpr463. 1= 将上述数据 r、i1、i2、l1、l2分别代入公式（4.12） （4.14）中，得 mkn i l i l i l i l rl m= + + = + + = 916.241 4085 . 1 18 . 3 10493 . 1 29 . 1 4085 . 1 18 . 3 10493 . 1 2 29 . 1 4 29 . 1 10463 . 1 2 4 2 2 6 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 mkn il il rl m= + = + = 901.229 4085 . 1 29 . 1 10493 . 1 18 . 3 1 1 8 29 . 1 10463 . 1 1 1 8 2 6 21 12 1 2 图 4.5 横梁化图 第 24 页 4.3.2 闭式机架的应力计算 由于机架是轧机中最重要的部件， 必须具有较大的强度储备。 对于 zg270- 500 来说， 许用应力采取以下数值： 对于横梁 =5070mpa 对于立柱 =4050mpa 机架的应力图如下图所示 机架横梁内侧的应力 n1为： 1 1 1 n n w m = (4.19) 机架横梁外侧的应力 a1为： 1 1 1 a a w m = (4.20) 机架立柱内侧的应力 n2为： 2 2 2 2 2 n n w m f r += (4.21) 机架横梁内侧的应力 a2为： 图 4.6 闭式机架中的应力图 第 25 页 2 2 2 2 2 a a w m f r = (4.22) 式中 wn1、wa1分别为机架横梁内侧和外侧的断面系数； wn2、wa2分别为机架立柱内侧和外侧的断面系数； f2机架立柱断面积。 33 2 1 1 1 0434 . 0 2 68 . 0 10493 . 1 2 mm h i wn= = (4.23) 33 2 2 2 0061 . 1 2 8 . 2 4085 . 1 2 mm h i wn= (4.24) 机架立柱的断面尺寸根据强度条件确定。 由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相 同，而辊颈强度近似的与其直径平方成正比，故机架立柱的断面积与轧辊的直径平方有 关。在设计时，可根据比值的经验数据确定机架立柱断面积，再进行强度计算。因轧辊 材料为铸钢，由文献2，表 5- 1查得 f/d3=0.81.0 取 2223 225 . 0 5009 . 09 . 0mmmdf= 故，所求各应力为： mpampa n 574 . 5 10 0434 . 0 916.241 3 1 = (鞍钢一炼钢厂连轧作业区)知轧辊最大移行速度: max 0.8/vmm s=； 故压下螺丝 的最大转数为: max 6060 0.8 1.09 /min 32 v nr t = （ 4.45 ） 1 i 第一级涡轮副传动比， 1 i =24； 2i 第二级涡轮副传动比， 2 i =15； 24 15360i= 总 电机转数; n1.09 360392.4 /minnir= = 将已知数代入公式（4.44）中得： 58.245 392.4 0.012 95509550 360 0.5458 mn nkw i = 所以压下电机的总功率为 2 0.0120.024nkw=总 第 35 页 4.6.5 压下电机的选择 查文献3，表 22- 1- 117，根据电机的功率及额定转数选用型号为 z4- 100- 1 电机， 其额定转数 1 860min e nr =,额定功率为1.4 e nkw=，额定电压为 400v，重量为 72kg. 4.7 自锁、牙强度和耐磨性等校核 4.7.1 自锁性计算 自锁性是螺丝类零件的一个重要性质，必须要保证其自锁性才能正常的工作。压下 螺丝的自锁性直接影响轧件厚度的变化，造成轧件厚度不均等问题，影响轧件质量，因 此我们必须要对自锁性进行校核。 螺纹自锁条件是： v 螺旋升角， 2.675 = v 当量摩擦角。 螺纹实际摩擦角 0 5.667 v =，所以 v ，所以压下螺丝满足自锁条件。 4.7.2 牙强度校核牙强度校核 由查文献9，表 3- 1可得外螺纹计算公式为： 1 w z f kd bz = （4.46） 2 1 3 w w z f h kd b z = （4.47） 式中： w f 最大轴外载荷 6 22 1.463 102.926 w fpmn= 1 d 外螺纹小径，查图表得 1 232dmm= b螺纹牙根部宽度，对于锯齿形螺纹 0.740.74 4432.56btmm= h螺纹牙的工作高度，对于锯齿形螺纹 0.750.75 4433htmm= z 旋合圈数， h z t = ，压下螺母的高度， (1.2 2.0)hd=， 取1.61.6 300480hdmm=，因此， 480 10.91 44 z = 第 36 页 z k 载荷不均匀系数，对于内外螺纹为钢时， 55 44 0.733 300 z t k d = 将所有数据代入公式（4.46）和（4.47）得： 1 2.926 0.733 3.14 0.232 0.03256 10.91 w z f kd bz = 15.42(0.7 0.8)70 96mpampa= 22 1 33 2.926 0.033 0.733 3.14 0.232 0.0325610.91 w w z f h kd b z = 46.88100 120mpampa= 因此，牙强度满足强度要求。 4.7.3 耐磨性的校核耐磨性的校核 由查文献9,表 3- 2可查得耐磨性校核公式为： 21 f pp d h z = （4.48） 式中： f 轴向载荷； 2 d 螺杆中径， 2 258.2dmm= h 螺纹的基本压型高度，0.522htmm= z 旋合圈数, 10z = p 许用压强， 18 25pmpa= 将以上数据代入公式（4.48）得： 21 2.926 16.4 3.14 0.2582 0.022 10 f pmpa d h z = 因此，螺杆满足耐磨性要求。 第 37 页 5 润滑方式的选择 5.1 润滑的简单介绍 润滑是人们用来控制摩擦、降低磨损，以达到延长使用寿命的措施。其主要作用是 降低摩擦系数、减少磨损、降低温度、防止腐蚀、保护金属表面、清洁冲洗和密封。 1.润滑的方式有两种：油润滑和脂润滑。 油润滑：当轴承附近的机械零件已经使用了油润滑或者需要靠润滑油散热时，轴承 应采用油润滑。 在轴承处于重载荷或高转速， 或有外部热量传入时， 可能会有散热要求。 采用微量润滑法，例如滴油润滑，油雾润滑或油气润滑，可保证搅油损失和轴承磨擦都 很小。当使用空气做载体时，可直接供油并使气流有助于密封。轴承转速极高和需要良 好冷却郊果的地方，可将大量润滑油直接喷到所有的接触面。 脂润滑：一般滚动轴承都用脂润滑。其优点主要有：设计非常简单 。润滑脂可起 很大的密封作用。 维护费用低，使用寿命长。在正常工作和环境条件下，油脂有可能 实现“终生润滑”。如果在高负载条件下（速度、温度、载荷），就必须定期更换润滑脂。 为了更换润滑脂，就必须设置供应和排除润滑脂的管道和收集使用过的润滑脂收集器。 对于短周期更换润滑脂的场合，应设置必要的注入润滑脂的泵和阀。 2.轧机常用润滑系统简介 轧机轴承工作性能能否得以有效利用，相当大的程度取决于润滑情况，所以要降低 轧机轴承消耗，就必须选用适宜于使用条件的润滑方法和优质润滑剂，还要设计安装防 止水和氧化皮等异物侵入的可靠密封装置。 （1）稀油和干油集中润滑系统：由于各种轧机结构与润滑的要求有很大差别，故 在轧机上采用了不同的润滑系统和方法。如一些简单结构的滑动轴承、滚动轴承等零、 部件可以采用油杯、油环等单体分散润滑方式。而对复杂的整机较为重要的摩擦副，则 采用了稀油或干油集中润滑系统。从驱动方式看，集中润滑系统可分为手动、半自动及 自动操纵三类系统，从管线布置等方面看可分为节流式、单线式、双线式、多线式、递 进式等类。 （2）轧机工艺润滑系统：根据工况和所用介质不同，轧机工艺润滑系统压力常在 0.4- 1.8mpa 左右，每分钟流量可大至几百至几千升，介质过滤精度小于 5m。常用喷嘴 和分段冷却装置将介质喷射到轧锟及轧材上，对喷出介质的压力、温度等严格的要求。 第 38 页 所以，对喷出介质、油（介质）液温度由压力、温度控制阀控制。 （3）轧机油膜轴承润滑系统：轧机油膜轴承润滑系统有动压系统，静压系统和动 静压混合系统。动压轴承的液体摩擦条件在轧锟有一定转速才能形成。当轧机起动、制 动或反转时，其速度变化就不能保障液体摩擦条件，限止了动压轴承的使用范围。静压 轴承靠静压力使轴颈浮在轴承中，高压油膜的形成和转速无关，在起动、制动、反转甚 至静止时，都能保障液体摩擦条件，承载能力大、刚性好，可满足任何载荷、速度的要 求，但需专用高压系统，费用高。所以，在起动、制动、反转、低速时用静压系统供高 压油。而高速时关闭静压系统，用动压系统供油的动静压混合系统效果更为理想。 （4）轧机油雾润滑和油气润滑系统：油雾润滑以压缩空气为动力使油液雾化，经 管道、凝缩嘴送入润滑部位。用于齿轮、蜗轮、特别常用于大型、高速、重载的滚动轴 承润滑。它润滑、冷却效率高；且可节约用油；因油雾有一定压力（2- 3kpa）又可防止 杂质和水浸入摩擦副，使轴承寿命提高 40%。 油雾润滑系统包括分水滤气器、电磁阀、调压阀、油雾发生器、输送管道、凝缩嘴、 控制检测仪表等。油雾发生器是核心装置。 油气润滑比油雾润滑效果更好，它是靠压缩空气流动把油沿管路送至润滑点的。 油气润滑的系统组成，关键的是油气混合器和油气分配器，国内引进设备上一般采 用油气润滑。 目前轧机轴承主要采用脂润滑和油气润滑。 现大多厂家是使用简便易行的脂润滑方 式润滑， 如有可能采取油气润滑技术， 可以使轧机轴承处于比较理想的润滑条件下工作， 会大幅度降低轴承消耗。 油气润滑能使用高粘度的润滑油，能对润滑系统的工作状况进行监控，能提高轴承 座的密封性能并降低轧辊轴承的温度，能在恶劣的工况条件下不间断运行，能方便换辊 等。由于油气润滑具有其它润滑方式所无法比拟的优点，并能充分满足轧机对润滑的要 求，因此是轧机轧辊轴承润滑的理想选择。 5.2 各部分润滑方式的选择各部分润滑方式的选择 由于技术原因，本设计轧辊轴承采用脂润滑。脂润滑的方法具有简单易行，轧辊更 换方便的特点，应用很广泛。应根据轧机轴承工作温度、转速、轧制力以及密封防水性 能、冲击震动大小、供脂方法等情况选择适宜的润滑脂。要选用耐高温、粘度强、极压 第 39 页 性能好以及抗水淋性能高的正规厂家的润滑脂。根据轧机轴承的工作特点应选择含 ep 添加剂的 2#、3#、锂基脂或聚脲脂。 虽说高性能的润滑脂采购成本高，但是用量少了，轴承寿命长，总的综合成本是降 低了。另外润滑脂的填充量一定要适量并填充到位，不同牌号的润滑脂不能混用，使轧 机轴承工作表面始终处于油膜正常状态。 轧机的减速机多多采用多极变速，粗中轧机组减速机速比大、负载大，多采用 320# 重负荷工业齿轮油集中润滑；精轧机组减速机速比较小、速度高，常采用 220#中负荷工 业齿轮油集中润滑，大型带钢轧机的精轧机组因轧制力大、负荷高，一般采用 320#重负 荷工业齿轮油集中润滑。少数工艺较落后的轧制机组（往往是上世纪七八十年代技术） 减速机采用油池润滑，油箱内设计有齿轮泵对部分高位润滑点强制润滑。近年来，国内 有部分钢铁企业对其新轧制生产线的轧机减速机采用半合成或全合成齿轮油润滑， 所用 牌号亦如上所述。根据本次设计的轧机，选用 320#重负荷工业齿轮油集中润滑。 连接电机与减速机的联轴节多为齿轮式联轴节，亦称齿接手，负载相对较小、速度 高（与电机转速相同），多用 2#锂基脂填充润滑，亦有采用 2#复合锂基脂润滑的厂家。 本设计用 2#锂基脂填充润滑。 而连接减速机与齿轮座的万向联接轴负载较大、速度相对较小、因靠近工作机座所 以环境湿度较大甚至直接有水淋并伴