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不锈钢型材轧机设计

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不锈钢型材轧机设计,不锈钢型材轧机设计

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本科毕业设计（论文）不锈钢型材轧机设计郑东营山西工程技术学院2019 年6 月本科毕业设计（论文）不锈钢型材轧机设计学院（系） ： 机械电子工程专业： 机制学生 姓名： 郑东营学号：150511240指导 教师： 张立仁答辩 日期：毕业设计（论文）任务书i不锈钢型材轧机设计摘要随着工业生产的迅猛发展，我国对板带材的需求日益增加，特别是高精度冷轧薄板的生产更是供不应求，本次设计的主要思路是根据轧件原始尺寸和成品尺寸，确定轧制压下规程，从而计算轧制力和轧制力拒，选择电机，进而确定工作辊、中间辊、支承辊尺寸，并分别进行扭转、接触应力、弯曲强度校核，并对机架、联轴器进行了结构和强度计算，采用了初选结构、校核强度、校核通过则采用，不通过则再选，再校核，直到校核通过为止的基本机械设计方法。这不仅是对所学的理论知识的综合运用，也是考验思维的严谨缜密。此外，还对设备的安装、试车、经济性分析以及冷轧机的选题背景、发展历史做了简单的介绍，在设计中根据生产实际的要求，选择了不同的设计方案实现主传动，经过比较，确定了最佳方案，对方案中的各重要部件进行结构和性能的校核，力求达到最合理的设计，满足生产的设计要求。由于该题目是一个全新的课题，所以在设计中遇到了很多的问难，即使尽了最大的努力，得到老师、师傅的很大帮助，也难免有很多错误和考虑不全面的地方，希望大家批评指正。关键词：六辊冷连轧机组；轧制力；轧制力矩；联轴；机架iiDesign of stainless Steel profile MillAbstractWith the rapid development of industrial production, Chinas plate strip increasingdemand, especially in the production of high precision cold-rolled sheet is in short supply,the main idea of the design is based on roll size and finished pieces of original size, determinethe rolling down of order in order to estimate the rolling force and rolling force resist, selectmotor, to determine the work roll, intermediate roller, roller bearing size, and were reversed,contact stress, bending strength checking, and rack, coupling to the structure and strengthcalculation, using the primary structure, checking the strength, Checking through the use of,does not pass the re-election, re-check until the check through the date of the basicmechanical design. This is not only a theory for the integrated use of knowledge, but also thetest of coherent thinkingIn addition, the equipment installation, testing, analysis of economic topics, as well asthe background of the cold rolling mill, a brief history of the development of the introduction,in the design in accordance with the requirements of the actual production, select a differentdesign options to achieve the main drive, after comparison to determine the best program inthe major structural components of the calibration and performance, and strive to achieve themost reasonable design, production to meet the design requirements.Since the topic is a new subject, encountered in the design of a lot of difficult questions,even the best efforts to be a teacher, master of great help, it is inevitable that many errors anddoes not consider the local comprehensive, I hope all criticism.Keywords:six roller cold rolling unit ;Rolling force ;Rolling moment ;Coupling;Rackiii目录1 引言.11.1 选题背景及目的. 11.3 板型控制.21.4 研究内容和研究方法. 32 传动方案评述与选择.42.1 方案选择.42.2 方案评述.52.3 电机选择.52.4 联接轴选择.53 三辊定径机系统设计. 83. 1 总体方案.83.1.1 轧辊机架的确定. 83.1.2 传动装置的确定. 93.2 参数计算.113.2.1 性能参数. 123.2.2 机架的确定. 123.2.3 轧制总压力的确定. 123.2.4 轧制力矩的确定. 143.3 总功率的验算及电机的选择.153.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定.153.3.2 附加力矩的确定. 163.3.3 主电机的选择. 164 齿轮及轴系设计.184.1 齿轮传动设计.184.1.1 选取材料，定许用应力.184.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计.184.2 主传动轴的设计. 214.2.1 最小轴颈的估算. 214.2.2 联轴器部位花键的设计.214.2.3 鼓型齿的设计. 214.2.4 轧辊的设计. 224.2.5 轴承段轴的设计. 234.2.6 自由轴段的设计. 254.2.7 环的设计. 254.2.8 轧辊右侧轴段的设计.274.2.9 右端盖的设计. 284.2.10 轴承套的设计. 294.3 从动轴的设计.305 轴的校核.325.1 主传动轴的校核.325.2 键的校核.355.3 从动轴的校核.355.4 校核齿面接触疲劳强度. 365.4.1 确定齿面接触疲劳许用应力.365.4.2 校核齿面接触疲劳强度.365.5 轴承寿命计算.366 力能参数的计算.39iv6.1 轧制力的计算.396.1.1 轧制规程. 396.1.2 初选轧辊材料. 396.1.3 轧辊主要参数的确定.393.1.4 轧制力的计算. 423.2 轧制力矩的计算. 453.2.1 轧制力矩的计算. 453.2.2 反力矩的计算. 463.2.3 摩擦力矩的计算. 477 主电机容量的选择.487.1 初选电机功率.487.2 轧机主电动机力矩. 484.3 各轧制阶段时间计算. 504.3 电机的校核.528 轧辊强度校核.548.1 工作辊强度校核. 548.2 支承辊强度校核. 558.3 工作辊与中间辊间的接触应力校核.569 机架的设计校核.599.1 机架结构参数选择. 599.2 机架的强度计算. 5910 联接轴计算.6510.2 接轴叉头应力计算. 6510.3 接轴扁头应力计算. 6510.4 接轴轴体的应力计算. 6611 安装、试车规程制定. 6711.1 设备的安装.6711.2 设备的试车规程. 6711.2.1 试运转前的准备.6811.2.2 试车步骤.6811.2.3 试运转中常见故障分析. 6911.2.4 试车后的工作.7012 设备经济性分析.7112.1 设备的可靠性. 7112.1.1 可靠度的计算. 7112.1.2 可靠性的计算. 7112.2 设备的经济评价. 7212.2.1 投资回收期. 7212.3 设备的环保措施. 72总结.73参考文献.75致谢.831 引言.11.1 选题背景及目的. 11.3 板型控制.21.4 研究内容和研究方法. 32 传动方案评述与选择.4v2.1 方案选择.42.2 方案评述.52.3 电机选择.52.4 联接轴选择.53 三辊定径机系统设计.83. 1 总体方案.83.1.1 轧辊机架的确定. 83.1.2 传动装置的确定. 93.2 参数计算.113.2.1 性能参数. 123.2.2 机架的确定. 123.2.3 轧制总压力的确定. 123.2.4 轧制力矩的确定. 143.3 总功率的验算及电机的选择.153.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定.153.3.2 附加力矩的确定. 163.3.3 主电机的选择. 164 齿轮及轴系设计.184.1 齿轮传动设计.184.1.1 选取材料，定许用应力.184.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计.184.2 主传动轴的设计. 214.2.1 最小轴颈的估算. 214.2.2 联轴器部位花键的设计.214.2.3 鼓型齿的设计. 214.2.4 轧辊的设计. 224.2.5 轴承段轴的设计. 234.2.6 自由轴段的设计. 254.2.7 环的设计. 254.2.8 轧辊右侧轴段的设计.274.2.9 右端盖的设计. 284.2.10 轴承套的设计. 294.3 从动轴的设计.305 轴的校核.325.1 主传动轴的校核.325.2 键的校核.355.3 从动轴的校核.355.4 校核齿面接触疲劳强度. 365.4.1 确定齿面接触疲劳许用应力.365.4.2 校核齿面接触疲劳强度.365.5 轴承寿命计算.366 力能参数的计算.396.1 轧制力的计算.396.1.1 轧制规程. 396.1.2 初选轧辊材料. 396.1.3 轧辊主要参数的确定.393.1.4 轧制力的计算. 423.2 轧制力矩的计算. 453.2.1 轧制力矩的计算. 453.2.2 反力矩的计算. 463.2.3 摩擦力矩的计算. 47vi7 主电机容量的选择.487.1 初选电机功率.487.2 轧机主电动机力矩. 484.3 各轧制阶段时间计算. 504.3 电机的校核.528 轧辊强度校核.548.1 工作辊强度校核. 548.2 支承辊强度校核. 558.3 工作辊与中间辊间的接触应力校核.569 机架的设计校核.599.1 机架结构参数选择. 599.2 机架的强度计算. 5910 联接轴计算.6510.2 接轴叉头应力计算. 6510.3 接轴扁头应力计算. 6510.4 接轴轴体的应力计算. 6611 安装、试车规程制定. 6711.1 设备的安装.6711.2 设备的试车规程. 6711.2.1 试运转前的准备.6811.2.2 试车步骤.6811.2.3 试运转中常见故障分析. 6911.2.4 试车后的工作.7012 设备经济性分析.7112.1 设备的可靠性. 7112.1.1 可靠度的计算. 7112.1.2 可靠性的计算. 7112.2 设备的经济评价. 7212.2.1 投资回收期. 7212.3 设备的环保措施. 72总结.73参考文献.75致谢.83山西工程技术学院毕业设计说明书11 引言1.1 选题背景及目的在国民经济的发展中，钢板占有十分重要的地位，所以世界各国对发展钢板生产非常重视。目前，钢板总产量已占世界热轧钢材的三分之一以上。随着汽车制造、食品罐头、精密仪表、房屋建筑、机械制造和船舶工业的迅速发展，以及电风扇、洗衣机、空调器、电冰箱、电视机、收录机等家用电器和各种日常生活用品(诸如:家具、搪瓷器皿、玩具、灶具等)的需求量成倍增长，也由于钢板还可以作为冷弯钢材、电焊管、炉焊管、大型 UOE 钢管及焊接 H 型钢等产品的原材料，从而使钢板的需求量迅速增加。专家们一致认为:钢板生产规模，可以标志一个国家轧钢工业的发展水平，有了钢板，其它异型产品通过焊接就可以得到。钢板中尤其是冷轧带钢，可以进一步加工成为镀锌板、镀锡板及其它金属镀层板，都是具有广泛用途的金属材料。金属涂层板的生产在国外发展异常迅速， 现在都以高速化、 连续化生产方式用冷连轧带钢轧机生产。 这对于提高成材率，增加产量，提高质量，节约能源，降低成本，改善劳动条件和减少环境污染都有着重要意义。冷轧带钢产品物美价廉，在国际市场上具有良好的竞争力。当前世界各国正在大力发展冷轧带钢生产，逐步提高冷轧带钢在轧钢产量的比重，提高质量，扩大品种，以满足各工业部门，特别是与人民生活密切相关的轻纺工业和家电工业的需要。针对国内现有的薄钢板轧机的生产能力、技术装备、工艺水平都比较落后，只有借鉴国外的先进技术，允分利用国内现有各厂的生产装备，积极进行技术改造，才能适应我国国民经济发展的需要。1.21.2 冷轧机发展冷轧机发展随着工业技术的发展，对冷轧带钢质量的要求越来越高，特别是带材的尺寸精度已成为重要的质量指标之一。四辊冷轧机对于板形的控制和修正能力较差。为了提高板形质量，多年来国内外都在板形问题上做了许多研究工作。比较有成效的有 HC 轧机、CVC技术及 HVC 技术等辊形控制轧机。HC 轧机是 1972 年日本日立公司发明的，全称日立中心凸度高度控制轧机。即对四辊轧机作了很大改进，在工作辊与支持辊之间增加可作轴向移动的中间辊，.研制成新型的六辊轧机。由于 HC 轧机中间辊可随时沿轴向移动，以消除因轧制压力，受热，磨山西工程技术学院毕业设计说明书2损而引起的工作轧辊挠度、克服了板带平直度因挠度引起的不利因素，达到了高精度板形控制的可能性。 以后日立金属公司与新日铁公司又共同研究， HC 轧机获得了发展和广泛应用，全世界已有近百套 HC 轧机投入使用。HC 轧机不仅用于单机架冷轧，还应用于冷连轧，并发展了热轧单机架和热连轧机组。单机座的 HC 轧机平整机可代替双机架四辊平整机。 CVC 技术是 1982 年西德斯罗曼西-马克公司发明的一种控制板形新技术。 CVC全称连续变化凸度。CVC 技术是通过使用经过加工的 S 形凸度的轧辊，使辊缝形状与正在轧制的带钢断面连续地进行匹配。因而能有效地影响带钢的平坦度和断面形状。与通常采用不同凸度CVC 技术是通过使用经过加工的 S 形凸度的轧辊，使辊缝形状与正在轧制的带钢断面连续地进行匹配。因而能有效地影响带钢的平坦度和断面形状。与通常采用不同凸度的常规轧制相比，在采用 CVC 轧制时仅需要一种特殊的工作辊组。两个工作辊或者连其轴承座一起作轴向移动，或者其辊颈在轴承座内滑动。且两个工作轧辊轴向移动时，方向总是相反的。在其轧辊磨削成 S 形，然后使上、下辊互相相对地成 180 度排列，构成的辊缝轮廓形状是对称的。UPC 轧机出现是在日本的 HC 轧机和西德的 CVC 轧机稍后一些时间，由西德 MDS(曼内斯曼德马克萨克)公司在 1987 年提出，全称万能板形控制。都是属于为改善板形质量增加轧辊轴向抽动装置的一类轧机，但在辊面曲线方面各具特色。UPC 轧机的工作辊的辊廓曲线貌似雪茄烟，呈中间直径大、两端直径小的双圆锥状，工作辊可以轴向抽动以工作辊抽动量，再配合施加弯辊力，即可获得各种所需的辊缝。如工作辊轴向移动到两个小圆锥段相对时，则可轧凸形断面轧件，当上下工作辊轴向移动至两个大圆锥段相对时，则会使板形产生中凹的形状。这样就可以消除原始板形的缺陷，以及补偿轧辊磨损及热凸度带来的辊缝变化。UPC 系统可以用四辊轧机，亦可以用于六辊轧机可用于热轧，亦可用于冷轧。当用于六辊机座时，可以轴向抽动中间辊。1.3 板型控制板形与厚度是决定薄板儿何尺寸精度的两大指标。板形包括带钢平坦度、横截面凸度(横向厚差)和边部减薄量等 3 项内容。目前，厚度控制技术已能将纵向厚差稳定地控制在成品厚度的l%或5m 甚至2m 的范围以内，而横截面凸度和边部减薄量一般尚置于 10m 甚至 2030m 的水平。80 年代以来，随着汽车、家电等行业的发展，山西工程技术学院毕业设计说明书3工业用户对板形平坦度的要求正越来越高，原来平坦度 20I 已能被接受，而今的要求则是 10I 甚至 5I。 板形质量的挑战推动着板形技术和轧机机型的发展。 上述多种机型的同时并存和相互竞争，一方面表明板形技术是当前国际上开发研究的前沿和热点，另一方面也表明现有的板形技术尚未达到成熟稳定的地步。 板形控制和厚度控制的实质都是辊缝的控制。但厚度控制只须控制辊缝中点处的开度精度，而板形控制则必须控制沿带钢宽度方向辊缝曲线的全长， 辊缝曲线全长的几何尺寸和形状既决定带钢横截面的凸度和边部减薄量，更决定带钢的平坦度。1.4 研究内容和研究方法研究内容：不锈钢型材轧机研究方法：通过现场参观实习，了解并掌握所设计轧机主传动系统的设备组成、结构、工作原理及对应生产线的工艺流程。通过查找资料及所学的机械制图、计算机绘图知识进行看图，绘图训练，运用理论力学、材料力学、机械设计等知识进行计算并参考图纸对轧机主传动系统进行设计及对主要零部件进行强度校核。山西工程技术学院毕业设计说明书42 传动方案评述与选择2.1 方案选择轧机主传动装置作用是将电机的运动力矩传递给轧辊。在很多轧钢机上，主传动装置由减速机、齿轮座、连接轴和联轴节等部件组成。某些板坯及板带轧机，主传动是由电动机直接传动轧辊。在轧钢机中确定是否采用减速机的一个重要条件就是比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与告诉电机之间的差价。一般如果轧辊转速大于 200-250r/min，则不用减速机， 在可逆式轧钢机上为了易于实现可逆转也往往不用减速机。 1500 六辊冷轧机轧辊的转速较高，故不采用减速器。当工作机座的轧辊由一个电动机带动时， 一般采用齿轮座将电动机或减速器传来的运动和力矩分配给二个或三个轧辊，考虑传动装置的布置型式和拆卸方便等因素，通常是下齿轮主动。图 2.1冷轧机主传动方案一1电机2电动机联轴节3齿轮座4连接轴5工作辊图 2.2冷轧机主传动方案二543215421山西工程技术学院毕业设计说明书5轧机采用双工作辊驱动，有两种方式：第一种方式是电动机 1 的运动和力矩是通过主联轴节 2 和联接轴 4 而直接传给轧辊 5， 两个轧辊由各自的电动机单独驱动， 如图 2.2。第二种方式是电动机 1 的运动和力矩是通过主联结轴 2、齿轮座 3、联结轴 4 而传给轧辊 5，如图 2.1。所设计的轧机所需电机功率不大，又不是可逆轧机，考虑轧机机构限制不能采用轧辊单独驱动。故采用图 2.1 的方案。2.2 方案评述方案 2(图 2.1)和方案 1(图 2.2)比较优点有：少一个电动机，可使轧钢机主传动装置结构简单、运行可靠、损耗较小，机械设备重量减轻总的占地面积减少。2.3 电机选择电动机是将电能转换为机械能，分为交流电动机和直流电动。(一)交流电动机：利用通电线圈在磁场里转动，保证线圈受力方向一致而连续旋转的，分为异步电动机和同步电动机两类。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉，可改变转速，具有较好的稳态和动态特性等优点，广泛应用于工农业生产中。同步电动机是双重励磁和异步启动，只需通以较小的直流励磁功率，适用于大功率高电压的场合。具有转速恒定，不随负载而变化，功率因数可调，能量损耗小，运行效率高等特点。除了用于电力传动外，还可用于补偿电网功率因数。(二)直流电动机：利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的，其特点为：1、启动性能好 2、调速性能优越，易平滑调速 3、过载能力较强，热动和制动转矩较大，但是直流电动机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，价格也贵一些。综合考虑，参照实习工厂的电动机型式，本设计采用交流同步电动机。2.4 联接轴选择在主传动装置中，联接轴是非常重要的部件，它将电机的运动和力矩传递给轧辊。在轧钢机中常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴等。确定联接轴类型主要根据轧辊调整量、联轴允许倾角和传递扭矩等因素有关。万向接轴的允许倾角较大传递扭矩也较大， 梅花接轴和联合接轴允许倾角较小一般用于轧辊山西工程技术学院毕业设计说明书6调整量不大的轧机， 齿式接轴倾角较小但在高速下运转平稳可靠一般用于轧辊调整量不大速度较高的轧机。所设计的冷轧板轧机对轧辊的调整量较大连接轴倾角有时达810故采用万向联接轴。万向接轴有滑块式和带滚动轴承式，由文献1轧钢机联接轴的类型和用途，综合生产实际考虑，因十字轴式万向接轴具有传动效率高、传动扭矩大、传动平稳、润滑条件好、噪音低、使用寿命长等优点，所以本设计采用十字轴式万向接轴。山西工程技术学院毕业设计说明书7山西工程技术学院毕业设计说明书83 三辊定径机系统设计3.1 总体方案3.1.1 轧辊机架的确定钢管的在张力定径机上不仅受到径向压缩，同时还受到纵向拉伸，钢管在减径的同时，壁厚也在减薄。在张力定径机上，张力是靠相邻机架轧辊间有一速度差来产生的，速度差越大，则张力越大，反之则越小。张力的大小是通过改变轧辊速度实现的。普通定径机是采用二辊式的工作机座。这种定径机虽然结构简单，但生产的钢管壁厚不均，尤其是减径量增大是更明显，甚至出现钢管内孔变方的缺陷；另一缺点是轧辊尺寸大，会使整个机组的长度增加。因此，在张力减径机上采用三辊或四辊式工作机座较好。 三辊式张力减径机的机架可作成方的， 也可作成圆的。 三个轧辊互成 120 度布置，每个轧辊两端装在滚动轴承上，互相间用圆锥齿轮联接，也就是把齿轮机座和工作机座作成一体，相邻机架的轧辊轴线相差 60 度。由于钢管断面的变形任务由三个轧辊分担，对每个轧辊来说变形任务就减轻了，因而辊径小，机架结构紧凑，缩短了机架间距和机组总长。而且由于轧辊切槽深度浅，钢管横断面上的壁厚能够均匀。从变形特点上分析，四辊式比三辊式好，但是由于轧辊数增加，结构比较复杂，所以目前使用的大多数定径机为三辊式的。其机架结构图如 3.1山西工程技术学院毕业设计说明书9图 3.1 三辊式张力定径机工作机座结构3.1.2 传动装置的确定3.1.2.1 单独传动单独传动的张力定径机很少采用。因为，每架减径机都需要一台功率较大的电机来带动，整个机组的电机功率过大，电器控制装置费用高，技术复杂。另外，当钢管咬入时不可避免的要发生速度降现象，不能保证钢管上的张力稳定，轧出的钢管在整个长度上壁厚不均。3.1.2.2 集体传动集体传动的张力定径机，有以下三种调节机架间的张力大小的途径。a. 主电机通过圆锥齿轮传动装置带动各个机架，在每个机架的圆锥齿轮传动装置和机架间， 都有一套辅助液压传动装置， 用来调整每个机架的轧辊速度。 采用这种方法，液压传动装置要传递转动轧辊所需的全部扭矩。因此，液压装置要相当庞大，制造和维山西工程技术学院毕业设计说明书10护都比较困难。b. 采用两台电机驱动， 其中一台主电机借助圆锥齿轮传动装置给轧辊以基本转速，而另一台电机通过另一套圆锥齿轮传动装置和装在每个机架上的差动装置， 使相邻机架轧辊转速差增大或减小，从而增大或减小机架间张力。这种方法的优点是完全采用电器传动，容易掌控，缺点是调节不灵活。c. 采用一台主电机经圆锥齿轮传动装置，给轧辊以基本转速，同时在每个机架上配套一套液压传动装置，通过差动装置来调整每个机架的轧辊转速。这种传动方法的液压传动装置不负担转动轧辊所需的全部扭矩，只起调节控制张力的作用。因此。液压传动装置比第一种要小，操作也比较方便，克服了前两种的缺点，现在多数张力减径机采用这种传动方式。集体驱动虽然设备比较复杂，制造比较困难，但是能克服咬入钢管时所产生的速度降，保证各机架间的一定张力，同时，电机的总功率小，所以比单独传动优越。在张力定径机上，钢管是在机架间承受张力的情况下轧制的。钢管按顺次通过各架轧机，在钢管头部进入轧机和尾部离开轧机的一段时间内，钢管承受的张力是变化的。因此，钢管两端都会产生壁厚纵向不均的缺陷，壁厚不均的管端必须切去，为了减少切头损失，要尽量缩短机架间距，另外用张力减径法应尽量生产长管，以相对减少切头损失，理想的情况是将连续不断的钢管送至张力减径机中进行减径。因此，在能够实现无头减径的连续电焊管和连续炉悍管机组中，张力减径机就能充分发挥他的优越性。减径后的钢管很长时，可以用飞剪机在钢管进行过程中锯切成需要的长度。这套张力定径机由传动装置、差动齿轮箱、减速箱、机架、液压调速系统、光电系统六部组成。轧机的启动、停车、观察用转情况都集中在操作台上。整个轧机由一台电机驱动， 主电机经联轴节带动传动轴， 传动轴上有六对圆锥齿轮，每对圆锥齿轮通过齿轮传动差动齿轮，使联接定径机的减速箱高速轴获得一个速度，通过减速器传给轧辊。当附加速度等于零时，使轧辊获得的速度，称为轧辊的基本转速，因为减速箱中 6 对齿轮速比是变化的， 致使 16 架工作机座的轧辊基本转速是递增的。传动轴上的圆锥齿轮除带动齿轮驱动差动齿轮外，还带动增速机构，使获得固定高转速，通过联轴器接变量泵，变量泵向定量马达供油，使马达获得一个转速，通过联轴节驱动差动机构，使联接减径机的减速箱高速轴又获得一个可变化速度。可变化速度与上述一样，通过减速器传给轧辊，使轧辊又获得一个转速，称为附加速度。附加速度与基本转速叠加，因而可达到调节轧辊转速的目的。3.1.2.3 差动传动差动传动的张力定径机由于采用差动机构而得名。 所谓差动传动， 即利用差动系统，在主传动的基础上，附加以叠加传动。差动变速器有多种形式，如图 3.2 这里采用锥齿轮传动的差动变速器。山西工程技术学院毕业设计说明书11图 3.2 差动变速器轧辊由锥齿轮差动变速器的行星架传动。接主电机，接液压马达。轧制力矩和出轴速度用如下关系表示：0.50.5ababMMMnnn式中0.5aMM，0.5bMM。所以主电机和液压马达各承受一半的轧制的力矩。3.2 参数计算主要内容是针对三辊定径机机构、机构参数进行具体的分析和计算，电动机、传动方式和机架的选择，主要零件的设计和校核以及轴承的选用和寿命计算等。山西工程技术学院毕业设计说明书123.2.1 性能参数钢管轧制规格入口处出口处管直径255mm最大直径247.8mm最大壁厚22.6mm最小直径169.4mm最小壁厚6.20mm最大壁厚25.20mm最大长度27.5m最小壁厚6.550mm最小长度12.3m长度32m表 2 轧制速度入口最大轧制速度1.2m/s入口最小轧制速度0.6m/s出口最大轧制速度1.75m/s出口最小轧制速度0.6m/s入口处轧制温度： 900950出口处温度：8303.2.2 机架的确定本设计内容是最后一个机架，靠近尾部的机架减径率应逐步减小，直到最后机架减径率为零，以保证成品管具有圆的断面。因此：最后一架减径率为0%3.2.3 轧制总压力的确定机架孔型直径：1(1)iiiddi减径率，这里最后一架减径率为 0d=169.4（1-0）=169.4mm椭圆系数：11iiiiiabi长半轴与短半轴的比值长半轴：11diaii(mm)=1短半轴：1iiidb（mm）山西工程技术学院毕业设计说明书13轧槽宽度：3iiBb(mm)轧辊的理想直径：1 coslhDh压下量（mm）咬入角，型钢时取 15最大的h=2d-3d=217.668-195.901=21.767h=21.767，则lD 640，所以取轧辊直径为 750mm。底圆直径：2idliDDb（mm）接触面积的计算：110.950.50.5iiiidiiFBbaDba即 F=4201.98平均单位压力的计算：111212133iifiipsPkEEd式中考虑不接触变形区和张力系数1111 0.6iipipdsld 式中1ipd进入孔型的钢管平均直径：111ipiidds1is进入孔型的钢管壁厚：2341632iiiidddsAAA其中0000204/piiiisdsAs dds ds0pd荒管的平均直径：000pddsl 孔型底部的轧辊半径：idlRdidR孔型底部的轧辊半径；d钢管在孔型中的压下量；山西工程技术学院毕业设计说明书14fk 变形阻力：fk=1.15ss为轧制温度下管材的屈服点；iE、1iE前、后张力系数；2111liitiiiliitiivvEvv式中：li为轴向对数变形：li=1lniiFFiF为钢管截面积；iv为壁厚系数；iiisvdti为切向对数变形：1lnpitipidd 简化后公式： 150.2836004.1 0.330bckpt式中：b金属的抗拉强度极限，45 钢的b=676.2mpa；t轧制温度；t =950k轧制后管子的壁厚尺寸系数；k=0.6 6676.2 10150.283 9506004.1 0.3 0.630cp=445.991 MPa所以轧制压力：iciPpFP=4201.98610445.991610=1874.045KN3.2.4 轧制力矩的确定3/323/22sinliiikkiDMfp ddf金属与轧辊间的摩擦系数k轧辊速度与管子速度一致的点所形成的轧制直径相符合的中心角12iikllfD山西工程技术学院毕业设计说明书152是轧辊对钢管的包角=/3iidlRdd=255-169.4=85.6idR轧辊半径/2iiddRD1.050.0005ft轧辊材料修正系数钢辊=1，硬面铸铁轧辊=0.8t轧制温度 t=950 度1.050.0005 9500.80.46f3.3 总功率的验算及电机的选择3.3.1 与轧辊轴相联接的减速器的确定定径机的轧辊的转速一般为 30140r/min,这里取 40r/min，由于轧制的最大的速度为 1.2m/s,同时减速器与轧辊轴的距离比较远，所以取两级展开式圆柱齿轮减速器。 由机械设计手册 （表 16-2-2） 取 ZLY560-14-I， 其公称传动比为 14， 实际为 14.14。三辊定径机由于是以来保证无缝钢管外径尺寸精度及表面质量和钢管壁厚的， 故要求三个轧辊的转速相同，因此三辊定径机的主电机轴上的力矩有两部分组成，即：12ZfZDffMMMMMMiiDM三辊定径机主电机的力矩ZM三辊定径机轧辊上的最大轧制力ZM=2M=91186.838Nm山西工程技术学院毕业设计说明书16fM附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承上，传动机构及其他传动中的摩擦而产生的附加力矩i主电机与轧辊间的传动比3.3.2 附加力矩的确定附加力矩fM包括两部分，其一是由于三辊定径机的轧制总压力 P 在轧辊上所产生的附加摩擦力矩1fM，这部分已经包括在轧辊传动力矩ZM之内；另一部分为各传动零件推算到电机轴上的附加摩擦力矩2fM。211ZfMMi主电机到轧辊间传动效率，一般为=0.960.98 取=0.972191.18710.1990.9714.14fMKNm主电机轴上的力矩为：91.1870.1996.64814.14DMKNm3.3.3 主电机的选择40 14.14565.6 /minDZnnir 30erDDM nPDerMMK式中erM额定静力矩Dn电机最大转速K电机过载系数采用电机过载系数K值如下：可逆转电机K=2.53.0不可逆转电机K=1.52.0带有飞轮的电机K=4-6山西工程技术学院毕业设计说明书17取K=3.06.6482.2163erMKw3.14 2.216 565.6131.18630DPKw由机械设计手册表（23105）取得 YZR(3552L-10)电机，其额定DP=132Kw,转速为 588r/min。属于冶金用绕线转子异步电机。山西工程技术学院毕业设计说明书184 齿轮及轴系设计4.1 齿轮传动设计为了保证钢管的表面质量要求三个轧辊轴是同速的，所以齿轮传动的传动比是 1，只起传递力矩的作用而不起变速的作用，即两齿轮的齿数是相同的。又因为三辊间的夹角都是 60 度，所以采用直齿锥齿轮传动且其分度圆锥角为 =30 度。为了设计及维护方便，两粘合的齿轮为相同的。4.1.1 选取材料，定许用应力三辊定径机齿轮传动的力矩是比较大的， 所以选取硬度较大的材料。 选用 20CrMnTi,经淬火后，其硬度为 870880HBS，抗拉强度 ，屈服极限 。由于是硬齿面，所以按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。4.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计13222116.821 0.51FSFPRRYKTmZm锥齿轮大端的端面模数齿数比K载荷系数，可以近似取 K=1.31.7，当载荷平稳传动精度高转速较低，以及齿轮两侧布置轴承时 K 取小值。R齿宽系数1T齿轮传动的转矩FP弯曲许用应力FSY复合齿形系数定齿根弯曲许用应力limlimFSTFPNFYYS在机械设计中给出了limF的变化范围，当齿轮材质及热处理质量达到很高要求时，limF可取上 ME，达到中等要求时取中限 MQ，达到最低要求时取下限 ML。双向传动，即在对称循环变应力下工作的齿轮其值乘以系数 0.7。limF试验齿轮齿根弯曲疲劳极限，由机械设计表（532）得山西工程技术学院毕业设计说明书19limF=525MPaSTY试验齿轮应力修正系数，一般取STY=2NY弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取NY=1limFS弯曲确定最小安全系数，一般传动limFS=1.31.5，重要传动limFS=1.63.0，这里取limFS=1.6525 21656.251.6FPMPa 计算齿轮的名义转矩由于三辊定径机齿轮传动的传动比 i=1，因此两齿轮完全相同，且传递的扭矩是总的 2/3。1295503RZPTnRP三辊定径机主轴的输入功率Zn三辊定径机主动轴的转速RDPP主电机到轧辊间的传动效率，一般情况为=0.80.92，取=0.92132 0.98129.36RPKw12129.36955020589.8340TNm选择载荷系数通常近似取 k=1.31.7,当原动机为电机、汽轮机、燃气轮机、工作载荷平稳，且齿轮轴承对称时，取小值。当齿轮制造精度高时，可以减小内部动载荷 k 可取较大值，取 k=1.3.选取齿宽系数RbRb齿轮轮齿宽度R锥齿轮外锥距由机械设计表（511）一般取R=0.250.5，取R=0.45山西工程技术学院毕业设计说明书20初定齿轮系数初步确定齿轮齿数1223ZZ，螺旋角33，齿数比12ZZ=1确定复合齿形系数 因为两齿轮所选用的材料及外形相同，因此齿轮的齿根弯曲许用应力FP相同，锥齿轮的当量齿数为232coscos30vZZ7，变位系数 x=0。所以由机械设计表（538）得FSY=4.02。即13222116.821 0.51FSFPRRYKTmZ32221.3 20589.84.0216.82656.251 0.5 0.45230.4511=15.984由机械设计表（510）取m=16所以齿轮的参数如下：齿数 Z=23齿宽3Rb ，b=118模数 m=16齿顶角16arctanarctan2.49368aahR顶隙0.23.2cm分度圆直径16 23368dmZ压力角=20齿顶圆直径2cos384addm螺旋角33齿根圆直径2.4cos348.8fddm齿数比=116arctanarctan2368aahR 当量齿数vZ=2719.2arctanarctan3368ffhR 齿顶高16ahm顶锥角130232aa 齿根高1.219.2fhm根锥角130327ff 锥距22121136822sindRdd山西工程技术学院毕业设计说明书214.2 主传动轴的设计传动轴是机器的主要组成零件之一，一切回转运动的传动零件，都必须安装在传动轴上才能传动动力和运动。4.2.1 最小轴颈的估算3minRZPdCnC由轴的材料和轴承情况确定的常数因为传动的力矩比较大，且受到交变载荷，所以选取合金材料。选取 42CrMo,由机械设计表（124）得 C=98。3min129.3698144.92440d由于主传动轴的输入端连接联轴器部位使用花键联接，要有花键槽，所以其轴颈应增大 8%，所以144.9241 8%156.518又所以取输入端联轴器的轴径为 1684.2.2 联轴器部位花键的设计根据 GB1144-72 且dd=168，所以花键的参数如下：齿数 Z=41齿顶圆直径ad=160压力角=20齿根圆直径fd=170模数 m=4分度圆直径 d=164齿宽 b=1864.2.3 鼓型齿的设计联接轧辊和传动齿轮箱的齿轮联接轴，与一般齿轮联接轴节不完全相同，这是因为轧辊间距需要调整，要求齿轮联轴的倾角要比一般的齿轮联接节的大，所以要求这种连接轴的外齿套作成特殊形状。 （如图 4.3）外齿套的齿顶和齿根都作成以套筒中心线上 o点为中心的球面，齿型为鼓型断面，这样就能满足轧辊径向调整的要求。由于采用这种齿轮联接轴更换轧辊就比采用万向联接轴方便得多。山西工程技术学院毕业设计说明书22图 4.3 鼓型齿联轴器鼓型齿参数：齿数 Z=41齿顶圆直径ad=352齿宽 b=80压力角=20模数 m=8分度圆直径 d=3284.2.4 轧辊的设计力学计算中得到的轧辊理想直径为 750，轧辊半径为1252.185dR，一般取轧辊的厚度50%70%dTR。图 4.4 轧辊图山西工程技术学院毕业设计说明书2360%252.185151.311T1222 252.1852 151.311201.748ddRT 取d 190孔槽宽度最大为1212.722B ，所以取1325,420bb。4.2.5 轴承段轴的设计轴承是由意大利 INNSE 公司提供的，为双列自动调心圆柱滚子轴承，能满足轧辊径向调整时产生小的转角的要求，其型号为 32930/DF 其主要尺寸如图 3.5：图 4.5 自动调心滚子轴承d=220D=340b=95d 的配合为过盈配合所以公差取0.0790.056P，D 的配合为基轴制所以配合取0.05207H。轴承两端的两个小梯形孔是为了方便对轴承润滑而设计的其尺寸如图所示。为了减小轴的弯矩，从而增强轴的抗弯扭强度，要使轴承尽量靠近轧辊和锥齿轮，为了使轴承和轧辊的定位良好，所以要用轴肩来定位，它要定位在轴承的内环上所以取轴肩的直径 d=229,宽度 b=20。 轴承部的轴要与轴承相配合所以其轴径为 220， 同时为了对轴承进行左定位其轴段的长度要小于轴承的宽度 23 毫米，即其长度为 95-3=92。轴承的左边安装锥齿轮，但为了使轴承定位同时轴承和锥齿轮不能直接接触，所以中间要用间隔环隔开。其结构如图 4.6山西工程技术学院毕业设计说明书24图 4.6 间隔环因为锥齿轮的内孔径为 190，所以取 d=192,D 要与锥齿轮的大端面相匹配同时要对轴承的内环进行定位所以 D 不能大于轴承内环的直径，取 D=240，厚度 b=5。齿轮与轴是 花 键 联 接 ， 其 轴 径 应 为 花 键 的 顶 圆 直 径 减 去 顶 隙 ， 所 以 花 键 段 的 轴 径1902188ad ，光轴配合段的轴径为191bd ，由齿轮的结构参数可得，轴承左边的一段轴的长度为 3+5+35.5=43.5。与花键配合的一段轴的长度为 103-43.5-4=55.5。这一部分的结构简图如图 4.7图 4.7 轧辊左边的轴段山西工程技术学院毕业设计说明书254.2.6 自由轴段的设计由于三轧辊轴为正三角形分布，所以自由段相对而言比较长，所以为了减小轴的受力状况，也同时为了避免轴与机架直接接触而在轴转动时产生干摩擦，所以需要在自由轴段设计组合轴承。其基本尺寸如图 4.8图 4.8 组合轴承1 是外垫套其尺寸为 20325011， 2 是滚子环其尺寸为 20025015， 3 是隔套。4.2.7 环的设计由于要对轴承进行润滑和冷却，所以要用环将轴承和轧辊隔开，需要有环。轧辊的直径为 190，环的右侧面要与轧辊相匹配，根据轧辊和其轴段的尺寸可得环 I 的尺寸如图 4.10：山西工程技术学院毕业设计说明书26图 4.10 油环 I有12424238d ，左边与轴套配合所以2281d ，3290d 。d 的配合为基轴制配合为 H7，4d要求要大于环 II 中的4d所以取4248.6d ，其它各配合面的粗糙度如图 2.11所示。其两端面的圆跳动精度为 0.025。环 II 的尺寸如图 4.11：图 4.11 间隔环 II轧辊的直径为 190，d 要与轧辊轴配合所以 d=190,其配合为基轴制 H7，它与轴一起转动，1 处安装密封圈的部位，O 型环 2005.7，所以1200d 。2d要与定位轴肩相配山西工程技术学院毕业设计说明书27合，所以2d=230，3233d ，4240d 。轧辊段的轴的长度的确定：图 4.12 轧辊段轴图所以轧辊轴的长度为：22+10+325+10=367，其又侧有轴套对其进行定位，应减去 23 毫米，所以轴段的长度为 367-3=364。4.2.8 轧辊右侧轴段的设计轧辊右侧理论上应与左侧相同，但如果两侧都有轴肩轧辊就无法进行安装，同时为了安装和维护的方便所以使用同一型号的轴承，轴承的尺寸已经确定，为了安装轧辊右侧轴径应梯次减小，那么安装轴承的轴段要有轴套 I，其尺寸如图 4.13：山西工程技术学院毕业设计说明书28图 4.13 轴套 I 图B 上安装轴承所以取 B=92，C 点的高度起对轴承的定位作用，所以 d=233,1d与环I 相匹配，取1d=240。其内部尺寸如图。内部宽度为 8 的矩形槽为密封槽，密封圈的尺寸为 1955.7。所以其轴段的长度为 134。轴承的右侧是间隔环和锥齿轮，与上面的设计的尺寸相同。但锥齿轮的轴径减小了，齿形的尺寸没有变化。其尺寸如图 4.14：图 4.14 锥齿轮4.2.9 右端盖的设计为了使锥齿轮进行右定位，需要对主轴进行右端盖的设计，其顶圆要对锥齿轮起定山西工程技术学院毕业设计说明书29位作用，取为 200，其它尺寸如下：图 4.15 右端盖端盖左侧要与锥齿轮匹配，所以其圆跳动为 0.012，22 的孔为安装联接端盖和锥齿轮的螺栓的部位，螺栓为 GB578286，M2065，个数为 4。4.2.10 轴承套的设计由于在工作中要对轴承进行冷却和润滑，所以在安装轴承时要安装轴承套，它的内孔要与轴承的外环相匹配，上侧的内槽要与环 I 进行匹配，下面是轴承套图 4.16 轴承套其内部安装组合轴承，直径为 17 的孔为固定轴承套的光孔，其作用是对轴承套进行定位以及防止轴承套跟着轴承一起转动。个数为 2，在一条直线上。其中的小圆孔起山西工程技术学院毕业设计说明书30冷却和润滑轴承管道的作用。直径为 22 的光孔作用是把轴承套紧固在机架上，螺栓的型号为 GB578286,M2070,6 个螺栓均匀分布。图 4.17 轴套4.3 从动轴的设计由于三辊定径机三轧辊轴成正三角型分布，同时具有相同的结构和运动参数，所以其轴具有相同性，从动轴除自由段和鼓型联接轴外，其它方面完全相同，其右边无锥齿轮间隔环，直接用两端盖对轴承和锥齿轮进行定位。对锥齿轮进行定位的端盖与主轴的端盖相同，其端盖的尺寸如下：图 4.18 端盖图直径为 22 的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓为 GB7085，M2050。个数为 4 均匀分布。对轴承定位的端盖结构和尺寸如图 4.18：山西工程技术学院毕业设计说明书31图 4.19 端盖直径为 22 的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴上，其螺栓为 GB578286,M2065。个数为 4 均匀分布。直径为 11 的光孔是紧固螺栓的部位，螺栓紧固在轴套 I 上，其螺栓为 GB5782-85,M1045。个数为 2 分布在一条直线上且与直径为 22 的光孔不在过圆心的同一直线上。山西工程技术学院毕业设计说明书325 轴的校核5.1 主传动轴的校核先作出轴的受力图，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点，受力图如图 5.20图 5.20 主轴受力图B 为组合轴承，C、G 为调心滚子轴承，D、F 为锥齿轮，E 为轧辊，A 为联轴器轧辊上的作用力的确定：转矩336129.369.55 109.55 1030.885 1040RAZPTNmmn由于轴承 C、G 和锥齿轮 D、F 都关于轧辊中心对称，所以1aF和2aF大小相等方向相反，相互抵消，且圆周力1tF=2tF，径向力rCrGFF，DFFF，0BF 。齿 轮 的 分 度 圆 直 径 为374.92 ， 轧 辊 的 最 小 底 圆 直 径 为1750247.35502.65lDd。CD 间的距离为 95，DE 间的距离为 263.5。由于对称性可得：11CFFF，rCrGFF。 （水平面受力）122DrCrEFFF1195358.56227170DrEFrGFFFF由直齿锥齿轮受力得：3320002000 1/3 30.885 1054.918 10374.92tTFNd（1/3ATT）3tansin54.918 10tan20sin30rtFF山西工程技术学院毕业设计说明书33=9.989310 NrCrGrFFF=9.989310 N又1219978,19978rEDFFN FFN所以其弯矩图如图 5.21：图 5.21 水平面弯矩图垂直面上的受力：22,54918tCtGDFtEtFFFFFFN22tCtEtGDFFFFFF2295358.56227170DtEFtGFFFF得：2227459,27459tCtGDFFFN FFN其弯矩图如 5.22：图 5.22 垂直面弯矩图合成弯矩 5.23：山西工程技术学院毕业设计说明书34图 5.23 合成弯矩图扭转的强度的计算：A 点的扭矩最大的且其轴径最小，所以 A 点所受的扭转强度是最大的。其扭矩图如图 5.24：图 5.24 扭矩图弯扭合成应力校核轴的强度：因单向回转，视转矩为脉动循环，所以应力校正系数=0.6，则合成当量弯矩0.6VTT，由机械设计表（122）得170bMPa。所以其合成弯扭图如图 5.25：山西工程技术学院毕业设计说明书35图 5.25 弯扭合成图其中危险截面有 A、D、E、F 四各截面。3318531 1039.080.1 168VAAAAAMTMPaWW1b3318737.251 1017.5970.1 220VDDDMMPaW1b因为VEVDMM且EDdd，所以1EDb因为VFVDMM且FDdd，所以1FDb即所以轴的强度满足要求。5.2 键的校核花键的校核： 12mTzhlD各齿间载荷不均匀系数，一般取=0.70.8，取=0.8z齿数h齿的工作高度，渐开线花键 h=ml齿的工作长度l=bmD平均直径，渐开线花键mD=m 许用挤压应力取 1202 20589.842.6450.8 41 4 1.84 4 。所以符合要求。5.3 从动轴的校核由于从动轴是主动轴的一部分，所以其结构和尺寸都相同，且其所受的扭矩比主传山西工程技术学院毕业设计说明书36动轴的小，因此其所受的弯扭强度比主传动轴的要小，即其强度满足要求。5.4 校核齿面接触疲劳强度5.4.1 确定齿面接触疲劳许用应力limminHHPNWHZ ZSHP齿轮的接触疲劳许用应力limH试验齿轮的接触疲劳极限，由机械设计表（533）得limH=1650MPaminHS接触强度的最小安全系数， 一般传动取minHS=1.01.2， 重要传动取minHS=1.31.6，这里取minHS=1.5。NZ接触疲劳强度的寿命系数，NZ=1WZ工作硬化系数，当两齿轮均为硬齿面时WZ=1。16501 111001.5HPMPa 5.4.2 校核齿面接触疲劳强度2122111211 0.5HEHPRKTZbdEZ材料弹性系数由机械设计表（57）得EZ=1882221.3 20589.811121 1881118 3681 0.5 0.45H=1005.326MPaHP。所以齿面接触疲劳强度足够。5.5 轴承寿命计算轴承的轴向力0aF ，径向力2212rCCCFFFF所以 F22199782745933957.579N，所以0arFeF，e 为轴向载荷影响系数，所以 x=1,y=0。 许用寿命为：8 30 245760hLh ， 因此当量动载荷rarPxFyFF。61060hZCLnP山西工程技术学院毕业设计说明书37P当量动载荷C基本额定动载荷寿命系数，球轴承=3，滚子轴承=10/3由于是滚子轴承=10/3，Zn为主轴转速Zn=40r/min，取 C=47500,所以C=7/92C=77188，所以有10/361077188643460 40 33957.579hLhh因此满足寿命要求。山西工程技术学院毕业设计说明书38山西工程技术学院毕业设计说明书396 力能参数的计算6.1 轧制力的计算6.1.1 轧制规程原始参数 材质：低碳钢，原料规格 3.0mm800mm，成品规格 0.3mm900mm，压下规程见表 3.1。表 3.1 压下规程连轧机号N轧前厚度h0（mm）轧后厚度h1(mm)压下量h（mm）1352782272163211744171525151416.1.2 初选轧辊材料带钢冷轧机的工作辊对辊面硬度及强度均有很高的要求，常采用高硬度的合金铸钢。其支承辊在工作中主要承受弯曲，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，中间辊主要考虑接触应力，为了轧制高碳钢和其它难变形的合金钢，在冷轧机上也采用带硬质合金辊套的复合式冷轧工作辊。其辊心材质与辊套材质的热膨胀系数应十分接近，以防轧辊发热时，损坏辊套。综上所述，工作辊材料：9Cr2W,中间辊材料：9Cr2Mo，支承辊材料：9CrV。6.1.3 轧辊主要参数的确定1.工作辊主要参数的确定(1)辊身长度的确定辊身长度 L 主要是根据所提供的坯料尺寸和实际生产中的辊道宽度来确定的， 辊身长度应大于所带钢的最大宽度maxb，即山西工程技术学院毕业设计说明书40maxLba(3.1)式中L辊身长度，mm；maxb带钢的最大宽度，mm；a视带钢宽度而定的余量，当maxb=10002500mm 时，取a=150250mm。取b=1350mm 时，a=150mm。所以，mm15001501350L。六辊冷连轧机组，为减小轧制力，应尽量使工作辊直径小些。但工作辊最小直径受辊径和轴头的扭转强度和轧件的咬入条件限制。按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径1D应满足11 coshD(3.2)由文献1可知：取最大咬入角=5代入式(3.2)得1D05cos10 . 1即1D262.791 mm。(2)最小轧制厚度限制由文献1知1D(15002000)minh=(15002000)0.3=450600mm根据以上计算及经验选为：mm4251maxDmm3851minD(3)轧辊辊颈尺寸1d的确定1d=(0.50.55)1D=(0.50.55)425=(212.5233.75)mm考虑轴承外径尺寸及接轴的影响取1d=220mm(4)轴颈长度1l1l=(0.831.0)1d取1l=0.91d=0.9220=198mm。2.中间辊主要参数的确定山西工程技术学院毕业设计说明书41(1)辊身直径的选择2D(1.031.15)1D=(1.031.15)425=(437.75493)mm根据以上计算及经验选为：mm4902maxDmm4402minD(2)轧辊辊颈尺寸2d的确定2d=(0.50.55)2D=(0.50.55)490=(245269.5)mm取2d=260mm。(3)轴颈长度2l2l=(0.831.0)2d取2l=0.92d=0.9260=234mm3.支承辊主要参数的确定(1)辊身直径的选择3D(2.33.5)2D=(2.33.5)490=(11271715)mm根据以上计算及经验选为：mm13003maxDmm11503minD(2)轧辊辊颈尺寸3d的确定3d=(0.50.55)3D=(0.50.55)1300=(650715)mm取3d=680mm。(3)轴颈长度3l3l=(0.831.0)3d取3l=0.93d=0.9680=612mm。4.六辊冷连轧机组轧辊传动端的型式轧辊的轴头基本类型有a)梅花辊头；b)万向辊头；c)圆柱形辊头；d)带平台的辊头。为了装卸轧辊轴承的方便，轴头用可装卸的动配合扁头。此时辊头平台更为适合，其结构尺寸如图 3.1 所示：山西工程技术学院毕业设计说明书42图 3.1 带平台的辊头3.1.4 轧制力的计算轧件对轧辊的总轧制力 P 为轧制平均压力mP与轧件和轧辊接触面积 F 之乘积，即：P=mP.F(3.3)式中P轧制力，N；mP平均单位压力，N；F接触面积，mm2，轧件与轧辊接触面积计算公式如下F=210bb l(3.4)式中0b、1b轧制前、后轧件的宽度，mm；l考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度，mm；取第一架轧机进行设计：l=hR=mm58.1412425其中，l接触弧水平长度；R工作辊半径；h压下量。因为是冷轧薄板，故采用斯通公式。mm5 . 2223210mhhh采用乳化液润滑，取1 . 0。山西工程技术学院毕业设计说明书43图 3.2 冷态下变形阻力曲线Z=34. 0)5 . 258.141 . 0()(22mhl(3.5)Y=2C(K210)(3.6)式中C常数，对于钢轧辊C=3mm90600RN；K=1.1521S0S其中，0S、1S轧制前后轧件材料的变形阻力；0、1入口和出口断面上实际张应力值。查图 3.2 可知：MPa250%0S00，；%3 .333101hh，MPa520S1；山西工程技术学院毕业设计说明书44图 3.3决定压扁后接触弧长度诺谟图代入上式知K=1.1521S0S=1.152520250 =442.75MPaC=90600R=3mm002345. 0906002425N设MPa1200，MPa2001*m210MPa1602200120其中，*m入口和出口断面上作用水平张应力。代入式(3.6)数据知Y=2C(K210)053. 05 . 21 . 0)16075.442(002345. 02由Z，Y查文献1图 3.3 可得：X=0.61 那么38. 10.611e1e0.61XXm山西工程技术学院毕业设计说明书45lmm25.151 . 02.50.61mXh接触弧上平均单位压力：XKP1e)(X*mm(42.75160)1.38=390.2MPa轧制总压力：P=FPm=390.2KN50581025.15290080063.2 轧制力矩的计算传动轧辊所需力矩为MK=MZ+MR+Mf1(3.7)式中MK驱动一个工作辊力距，Nm；MZ轧辊上的轧制力矩，Nm；Mf1轧辊轴承处摩擦力矩，Nm；MR中间辊辊对工作辊的反力对工作辊的力矩，Nm；3.2.1 轧制力矩的计算MZ=Pa(3.8)式中P轧制力，kN；a轧制力力臂，mm；a=sin21D(3.9)=(3.10)=arcos(1h/D1)(3.11)式中不考虑张力轧制时轧制力作用点对应的轧辊中心角；山西工程技术学院毕业设计说明书46咬入角；力臂系数，采利柯夫认为=0.350.45 取=0.4代入公式(3.83.11)可得=arcos(11/425)093123. 30572492. 14 . 0a=0572492. 1sin2425=5.83mmMZ=5058N1 .294881083. 51033m3.2.2 反力矩的计算MR=Rc(3.12)式中R支承辊对工作辊的反力，kN；c反力 R 对工作辊的力臂，mm；R=)cos(P(3.13)c=mcos+sin21D(3.14)=arcsin222Dm(3.15)=arcsin2221DDe(3.16)式中工作辊与支承辊连心线与垂直线夹角；e工作辊轴线相对于支承辊轴线偏移距一般e=510mm，取e=8mm；轧辊连心线与反力R的夹角；mR力在工作辊与支承辊接触处偏离一个滚动摩擦力臂的距离，m=0.10.3mm，取m=0.2mm；1、2工作辊和支承辊轧辊轴承处摩擦圆半径，1=21d，2=22d(3.17)山西工程技术学院毕业设计说明书47式中d1、d2工作辊和中间辊辊轴颈直径，mm；轧辊轴承摩擦系数，由文献1知=0.004；代入式(3.123.17)数据可1=mm44. 0004. 022202=mm52. 0004. 02260=arcsin0002. 1249024258=arcsin0168. 024902 . 052. 0R=KN1 .5059)002. 1168. 0cos(5058c=0.2cos0.168+168. 0sin2425=0.823mmMR=6 .416310823. 0101 .505933Nm3.2.3 摩擦力矩的计算Mf1=F1(3.18)式中F工作辊轴承处反力， kN；F=Rsin(+)(3.19)代入数据可得F=5059.1sin(.002+0.168)=103.3KNMf1=5 .451044. 0103 .10333NmMK=MZ+MR+Mf1=336975 .456 .41631 .29488Nm驱动两个工作辊所需的力矩MK=2MK=26739433697 Nm山西工程技术学院毕业设计说明书487 主电机容量的选择7.1 初选电机功率nw=160D=r900425. 0028.2060minerN=kw3 .63519550900673949550ZKnM初选电动机型式为129760TDZ,额定功率7000erPkw，额定转速min/ r1000nerMer=9550erernN=955010007000=66850 Nm其中，erN最大轧制功率，kW；Mer初选电机额定静力矩，Nm；Ner初选电机功率，kW；ner初选电机转速，r/min。7.2 轧机主电动机力矩主电机轴上上的力矩由四部分组成，即MD=donkonffMMMiMM21Z=donkonfZMMMiM(4.1)式中MD主电机力矩，Nm；MZ轧辊上的轧制力矩，Nm；Mf附加摩擦力矩，即轧制时由于轧制力作用于轧辊轴承、传动机构及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩，Nm；Mkon空转力矩， 即当轧机空转时， 由于各转动件的重量产生的摩擦力矩及其他阻力距，Nm；Mdon动力矩， 轧辊运转速度不均匀时， 各部件或减速所引起的惯性力所产生的力矩，Nm；Mf2各转动零件推算到主电机轴上的附加力矩，Nm；山西工程技术学院毕业设计说明书49电动机至轧辊之间的传动效率，此设计中=联轴器滑动轴承联轴节齿轮座(4.2)i电动机和轧辊之间的传动比，此设计方案电机直接驱动轧辊，i=1；查文献2得联轴器=0.99，滑动轴承=0.98，联轴节=0.98，齿轮座=0.98代入公式(4.2)得=0.99932. 098. 098. 098. 01、空转力矩MkonMkon=（0.030.06）Mer(4.3)取Mkon=0.05Mer计算代入数据得Mkon=3342.5Nm2、摩擦力矩Mf、静力矩MjMf=21ffMiM(4.4)Mf2=iMk11(4.5)Mj=MZ+Mf+Mkon(4.6)式中Mj推算到电动机轴上的总静力矩，Nm。代入上式可得Mf2=6 .24581336971932. 01Nm，Mf=1 .25946 .254815 .45NmMj=29488.1+ 2594.1+6685=38767.2 Nm3、动力矩MdonMdon=dtdwGD42(4.7)式中2GD各转动件推算到电机轴上的飞轮力矩，取 G=6.1t2GD=1101.8kgm2；dtdw电动机的角加速度，rad/s2。山西工程技术学院毕业设计说明书50由文献1选启动时加速度aj=400r/mins，制动时加速度az=800 r/mins。可知启动时角加速度j=602400=41.89rad/s2制动时角加速度z=602800=83.78 rad/s2。代入式(4.7)数据得空载启动阶段动力矩起donM=11538.6Nm空载制动阶段动力矩制donM=23077.2Nm4、各阶段、道次主电机力矩计算MD1=Mkon+起donM(4.8)MD2=Mj+起donM(4.9)MD3=Mj(4.10)MD4= Mj制donM(4.11)MD5=Mkon制donM(4.12)式中MD1空载加速启动阶段力矩，Nm；MD2咬入轧件后的加速阶段力矩，Nm；MD3稳定速度轧制阶段力矩，Nm；MD4带有轧件的减速阶段力矩，Nm；MD5抛钢后减速阶段力矩，Nm。代入式(4.84.12)可得MD1=3342.5+11538.6=14881.1 NmMD2=38767.2 + 11538.6=48305.8 NmMD3=38767.2 NmMD4=38767.2 23077.2=15690 NmMD5=665823077.2=-16419.2 Nm4.3 各轧制阶段时间计算yt=jyan(4.13)jt=jywann (4.14)Zt=zpwann (4.15)山西工程技术学院毕业设计说明书51Wt=zpwjwywwtnntnnnnDL221601(4.16)zt=zpan(4.17)式中yt启动空载阶段所需时间，s；ny咬入轧件是的转速，ny=400r/min；jt咬入后加速阶段所需时间，s；Zt带有轧件的减速阶段所需时间，s；np各道次抛钢转速，np=400r/min；Wt稳定轧制时所需时间，s；L各道次后轧件的长度，取L=80m；zt制动阶段所需时间，s。nw稳定轧制时工作辊转速，nw=900r/min；图 7.1 电机静负荷代入式(4.134.17)可得山西工程技术学院毕业设计说明书52yt=s 1400400jt=s25. 1400400900Zts625. 0800400900Wt=625. 0240090025. 129004009001900425. 08060=2.64szt=s5 . 0800400t=yt+jt+Zt+Wt+zt+0t(4.18)式中0t轧制时间时间间隙，取0t=0.6s；t轧制周期，s。代入式(4.18)数据得t=6.615s4.3 电机的校核根据以上计算选定电机：电动机型式为129760TDZ,额定功率7000erPkw，额定转速min/ r1000ern,额定电压10000erVv，额定电流523erAA,总重 6.1t1、过载校核Mer=KMmax(4.19)式中Mmax静负荷图上的最大力矩，Nm；K电动机过载系数，不可逆电动机K=1.52.0。由图 4.1 知Mmax=48305.8 Nm，代入（4.19）得K=0.721.52.0满足设计要求。2、发热校核Mjun=ttMj2(4.20)tMj2=02tMkon+yDtM21+jDtM22+wDtM23+zDtM24+25 zDtM(4.21)式中Mjun山西工程技术学院毕业设计说明书53电动机按发热计算出来的等值力矩，Nm。代入上式的得Mjun=33449.38 NmMer满足设计要求。山西工程技术学院毕业设计说明书548 轧辊强度校核六辊轧机支承辊的抗弯系数较工作辊大得多， 在轧制时的弯曲力矩决大部分由支承辊承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。此设计四辊轧机由工作辊传动，工作辊只受扭转切应力，支承辊刚性几乎承受全部弯曲应力，工作辊与支承辊之间存在接触应力。8.1 工作辊强度校核1、工作辊扭转应力计算工作辊材料选合金锻钢，对工作只校核扭转强度，工作辊的弯矩图见图 8.1考虑到其他轧制规程取最大轧制力矩MK=20kNm2maxhbMK(8.1)图 8.1工作辊扭距图式中max轧辊扭转应力，MPa；矩形截面杆扭转系数；h、b矩形截面杆高、宽，mm。山西工程技术学院毕业设计说明书55传动端截面近似为矩形b=160mm，h=200mm，h/b=1.25，查文献6可知=0.221，代入式 5.1 得max=14.14MPa。由文献【1】可知对于合金锻钢轧辊，当b=700750Mpa 时，许用应力Rb=140150Mpa；max=14.14MpaRb可知工作辊强度满足要求。8.2 支承辊强度校核支承辊材料选合金锻钢查文献1可以知支承辊强度极限b=700750MPa，许用应力Rb=140150MPa。支承辊的弯曲力矩及弯曲应力分布见图 8.2，在辊颈的 1-1 断面和2-2 断面的弯曲应力应满足强度条件，断面 3-3 处弯距最大应校核 3-3 处弯曲应力。图 8.2支承辊的弯曲力矩及弯曲应力分布图1、1-1 断面和 2-2 断面强度校核3111112 . 0dPc(8.2)山西工程技术学院毕业设计说明书563222222 . 0dPc(8.3)式中11、221-1和2-2断面处的弯曲应力，MPa；c1、c21-1 和 2-2 断面至反力P/2处的距离，mm；c1=(l0L3)/2r(8.4)c2=(l0L3)/2(8.5)d1-1、d2-21-1 和 2-2 断面直径，d1-1=800mm；L3=1500mm，l0=2510mmd2-2=d1-1+2r(5.6)其中，r为 1-1 断面处过渡圆角半径，r=90mm。由原始数据知最大轧制力P=12000KN，代入式(8.28.6)得d2-2=980mmc1=415mmc2=505mm11=93.75Mpa Rb22=32.19MPaRb可知断面 1-1 和 2-2 满足强度条件。2、校核断面 3-3 处弯曲应力24 . 0303333LlDP(8.7)式中333-3 断面处弯曲应力，MPa。代入式 8.12 数据得33=34.72MPa Rb可知 3-3 断面满足强度条件。8.3 工作辊与中间辊间的接触应力校核六辊轧机中间辊和工作辊之间存在有很大的接触应力， 在轧辊设计及使用时应进行校核计算。1、 校核最大正应力maxmax=bq2(8.8)b=212121)(2DDDDKKq(8.9)山西工程技术学院毕业设计说明书57式中max最大正应力，MPa；b接触区宽度，mm；图 8.3 工作辊与中间辊相接触的情况q加在接触表面单位长度上的负荷，N/mmq=2LPPG(8.10)其中，P、PG为轧制力和中间辊重量，取P=Pmax=12000KN，PG=54t=529.2KN；K1、K2与轧辊材料有关的系数；K1=1211E，K2=2221E(8.11)其中，1、2及E1、E2 为两轧辊材料的泊松比和弹性模数。由文献7得1=2=0.3E1=202GPaE2=202GPa代入式(8.88.11)数据得q=8352.8N/mm，K1=1.6710-6MPa-1，K1=1.6710-6MPa-1max=1492.02MPa本轧机中间辊辊面硬度 HS=3040，由文献1知许用接触应力=16002000MPa。max可知满足接触强度要求。山西工程技术学院毕业设计说明书582、校核轧辊内最大切应力为保证轧辊不产生疲劳破坏应满足(max)450=0.304max(8.12)式中(max)450轧辊内最大切应力，MPa。代入式(8.12)数据得(max)450=453.57MPa由文献1知=490610MPa，可知(max)450轧辊内最大切应力满足强度条件。3、 校核轧辊内最大反复切应力(max)zy=0.256max(8.13)式中(max)zy轧辊内最大反复切应力，MPa。代入式(8.18)数得(max)zy=381.96MPa轧辊内最大反复切应力满足强度条件。山西工程技术学院毕业设计说明书599 机架的设计校核轧钢机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受轧制力，必须要有足够的强度和刚度。根据轧钢机型式的和工作要求，轧钢机架分为闭式和开式两种，闭式机架具有较高的强度和刚度，本设计中机架为闭式机架。9.1 机架结构参数选择1、机架窗口宽度轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的 1.151.30 倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽 510mm。B=1.151.30D3(9.1)式中B机架窗口宽度，mm。代入式(9.1)数据得B=14951690mm。考虑到支承辊磨损取机架窗口宽度为，换辊侧 1420mm，传动侧 1410mm。2、机架窗口高度机架窗口高度主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端(至少 23 扣螺纹长度)，以及换辊等要求确定。对于六辊轧机可取H=(2.63.5)(D1+D2+D3)(9.2)式中H机架窗口高度，mm。代入式(9.2)数据得到H=57597752.5mm，本轧机机架窗口高度取 6150mm。3、机架立柱断面尺寸机架立柱断面尺寸是根据强度条件确定的。 由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同， 而辊颈强度近似地与其直径平方(d2)成正比故机架立柱断面面积(F)与轧辊辊颈的直径平方(d2)有关。在设计时，可根据比值(F/ d2)的经验数据确定机架立柱断面面积，在进行机架强度验算。本轧机机架立柱断面取矩形，断面尺寸F=830380=315400mm2。9.2 机架的强度计算为简化计算做如下假设：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。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)上下横梁河山西工程技术学院毕业设计说明书60立柱交界处(转角处)是刚性的，即机架变形后机架转角仍保持不变。1 受力分析根据上述假设，机架外负荷河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立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架，如将此框架沿机架窗口垂直中性线剖开，则剖开的截面上作用着R/2 垂直力和静不定力矩M1见图 9.1。l1M1Rl1/4l1/2R/2l2M2I2图 9.1矩形自由框弯曲力矩图2 弯矩计算由文献1M1=312221312211122444IlIlIlIlIlIlRl(6.3)M2=41RlM1(6.4)式中R作用在机架上的垂直力，7106 . 02PRN；I1机架横梁的惯性矩，mm4；I2机架立柱的惯性矩；mm4I3机架下横梁的惯性矩；l1机架横梁中性线长度，mm；I1I3山西工程技术学院毕业设计说明书61l2机架立柱中性线长度，mm；M2立柱上的弯矩，Nmm。根据轧机具体的结构形状以及各部分尺寸取l1=1470+830=2300mml2=6150+608.6+608.6=7367.2mm(2)计算I1机架上横梁断面如图 9.2图 9.2机架上横梁断面图上横梁断面的形心轴坐标 xc、yc取图 9.2 所示坐标轴(中心线为 y 轴，下底线为 x轴)，可见横梁断面对 y 轴对称，所以xc=0F= A1A2 A3A4 A5(6.5)S= A1y1A2y2 A3y3A4y4A5y5(6.6)yc=FS(9.7)式中F断面面积，mm2；A1图 9.2 最大矩形面积，A1=1250770=962500 mm2；A2A5图 9.2 自下而上各矩形面积，mm2；S断面面积矩，mm3；y1y5各矩形面积的形心轴坐标，mm。由图 9.2 知y1=625mmy2=15mmy3=580mmy4=1140mmy5=1200mm将数据代入式中得山西工程技术学院毕业设计说明书62F=691500 mm2S=420847500 mm3yc=608.6mm由文献5知52555542434432333322232212131111212121212AahbAahbAahbAahbAahbI(9.8)式中b1b5、h1h5A1A5所对应的矩形的宽、高，mm；a1a5A1A5所对应的矩形形心轴与断面形心轴距离，即ai=yiyc( i=15)代入式 6.8 各数据计算最终得到I1=1.631011mm4(2)计算I2机架立柱断面简图见图 9.3图 9.3机架立柱断面简图由文献6I2=123bh(9.9)其中，b、h为图 6.2 断面对应的宽、高。代入式(9.7)数据得I2=3.84109mm4假设上下横梁惯性矩相等即I3=1.631011mm4将相关数据代入式 9.3、式 9.4 得M1=3.44109NmmM2=1.25107Nmm3、机架强度校核山西工程技术学院毕业设计说明书63选取机架的材料为 ZG270500，正火处理，由文献1对于横梁7050横MPa，对于立柱5040立MPa。(1)机架上横梁强度校核机架应力图见图 9.4图 9.4闭式机架应力图由文献1111aaWM(9.10)111nnWM(9.11)式中a1机架横梁外侧的拉应力，MPa；n1机架横梁内侧的压应力，MPa；Wa1、Wn1机架上横梁外侧和内测的断面系数，mm3。由文献4Wa1=cyI12501(9.13)Wn1=cyI1(9.14)代入式(9.119.14)数据得Wa1=2.54108mm3Wn1=2.68108mm3a1=13.5Mpa横n1=12.8Mpa立(负号只表示n1为压缩应力)山西工程技术学院毕业设计说明书64可知上横梁满足强度要求。(2)机架立柱校核由文献122222aaWMFR(9.15)22222nnWMFR(9.16)式中a2机架立柱外侧压应力，MPa；n2机架立柱内侧拉应力，MPa；F2立柱断面面积，F2=830380 mm2；Wa2、Wn2立柱外侧和内测的断面系数，mm3。Wa2=Wn2=bI22(9.17)代入式(9.159.17)数据得Wa2=Wn2=9.25106mm3a2=8.16MPa 立n2=10.86MPa 立可知机架立柱满足强度要求。山西工程技术学院毕业设计说明书6510 联接轴计算十字轴式万向接轴传递的扭矩大，它是由轧辊端扁头、带叉头的接轴、传动端的接轴、传动端的扁头、衬瓦及圆形的销轴组成。由于铰链尺寸很大，叉头与接轴体是热装制成的。叉头的材料选用高强度合金钢 42CrMo，接轴体材料用 37SiMn2MoV，滑块采用耐磨青铜 ZQAL9-4.10.1.1 万向接轴的结构尺寸万向接轴的结构尺寸各部分结构尺寸可根据叉头直径D按经验关系选取：已知D1200mm叉头镗孔直径(0.48 0.5)600dDmm扁头厚度(0.25 0.28)310CDmm扁头长度(0.415 0.5)600lDmm接轴本体直径0(0.5 0.6)650dDmm10.2 接轴叉头应力计算叉头最大应力在叉股内表面某一点上，其值计算由文献1可知1.25335jMDKDDd（10.1）式中M接轴传递的扭转力矩，Nmm ；d、D分别为镗孔直径和铰链端部的直径，mm；231 0.05K 接轴的倾角影响系数，取2 ，则1.14K 。通常采取0.5dD代入式（10.1）得9333.02 1027.52.50.627.52.5 1.070.6157.41200jMKMPaD10.3 接轴扁头应力计算本设计采用带孔的扁头，其主要受扭转作用。当采用03.5bc时，计算应力为30.7jMAc（10.2）式中0b扁头的总宽度，mm；山西工程技术学院毕业设计说明书66c扁头的厚度，mm；A系数，由文献5 图 5-14查得A=1.2。代入式（10.2）933.02 100.71.285.16310jMPa接轴的安全系数应大于轧辊的安全系数，取6n ，由文献6 表 3.1-54查得叉头42CrMo1080bMPa可知叉头、接轴扁头10801806bjMPan因此本设计符合要求1010.4.4 接轴轴体的应力计算接轴轴体的应力计算接轴在工作过程中，当接轴体的位置处于一倾斜角时，它除受扭转作用外，还承受弯曲应力。因为接轴倾角很小，则弯矩值也小，可略去不计。其剪力计算式为：933055 3.02 1054.98650MMPad（10.3）由文献6查得接轴体 37SiMn2MoV 的980bMPa 9800.60.60.6986bMPan因此本设计符合要求。山西工程技术学院毕业设计说明书6711 安装、试车规程制定11.1 设备的安装机械设备的安装，是指将制造好的设备按工艺要求固定在已打好的基础上，使设备能正常运转。冷连轧精轧机组是一条连续生产线，它把近百台设备装设在 700800 米长的基础上。设备间要紧密配合，因此对冷连轧机组安装要求是较严格的。设备在基础上的安装，要完成放置垫板、中心找正和调整标高三项工作。（1）放置垫板：每叠垫板的块数应尽量减少，最好不超过 4 块。把大而厚的垫板放在下面，小垫板放在上面，并偏向地脚螺栓一侧，但不得超过大垫板的范围。将最薄的 垫板夹在中间。为调整方便，通常使垫板的长边和底座边垂直，且露出 2530 毫米。 设备调好后，把各叠垫板焊为一体。作用：1、利用调整垫板的高度来找正设备的标高和水平 2、便于校正设备底座间的变形 3、使二次浇灌层充满基础与底座间的空隙 4、通过垫板把设备重量和工作压力均匀地传给基础（2）中心找正：首先把热带钢连轧车间主要的中心线做记号、编号成号线。然后用 0.50.8 毫米的整根钢丝挂在小线架上，线上挂有线锤，大线锤用以对准中心标版，小线锤用以指示设备中心位置。当设备中心点和线锤位置确定后，移动设备，使设备中心点和线锤一致。（3）调整标高：测量设备标高时，将水平仪放在标高测定面上，用测量工具在水平尺和基准点间进行测量。当基准点和测定面距离超过水平尺长度的三分之一时，中间必须加补充支承。找正水平度时，要在设备基准面上纵、横向放置几个水平仪，变换水平仪的方向并读数，找出该点的平均值，借以消除水平仪的读数误差。11.2 设备的试车规程试运转是设备安装的最后一道工序，也是对设备安装施工质量的综合检验。安装施工质量高者，有可能取得一次试车成功。但一般来说，由于多种因素的影响，都会在试车中发现一些故障，对此必须坐仔细的观察分析，找出问题，加以解决。试车过程中还要注意排除设备及设计、施工中的隐患，精心组织，按章操作，避免重大设备或人身事故的发生。山西工程技术学院毕业设计说明书6811.2.1 试运转前的准备机器设备试运转之前，要做好充分的准备工作。制定合理的试运转制度，以保证试运转正常进行，试运转应请各方面有经验的工程技术人员和工人参加，有关人员事先应先阅读设备图纸、说明书和操作、维修技术资料。1.认真阅读设备技术文件，熟悉设备性能、特点掌握操作规程。2.编制试运转方案，并提出发生事故时的应变方案。3.做好水电及其他试车所需的物资准备。11.2.2 试车步骤为了防止机器设备的隐蔽缺陷在试运转中造成重大事故，试运转必须遵守先单机后联机、先空载后负载、先低速后高速、先短时后长时的原则。在试运转中，机器设备由于设计、制造、装配和安装等各方面原因而造成的缺陷都会暴露而出，出现的问题往往是比较复杂的，要仔细分析才能做出正确的判断和提出处理措施。试运转中尚应强化维修检查措施并建立必要的记录。（1）空载运转空载运转是为了检查机器设备各个部分相互连接的正确性和进行初步磨合。 通常是先作调整试运转再进行连续空载试运转。调整试运转的目的在于揭露和消除设备存在的某些隐蔽性缺陷。 开车前必须严格消除现场一切遗漏的工具和杂物；检查一些零散的可以后安装的零件、附件、仪表等是否齐全可靠；检查螺丝等紧固件有无松动；对齿轮箱、滑动面以及其它所有应该润滑的润滑点，都要按说明书的规定，按质按量地加上润滑油或润滑脂；检查机器设备的供油、供水、供电、供气系统和安全装置等工作是否正常。只有确认设备完好无疑时，才允许进行试运转。经盘动设备能自由转动后允许开车。启动设备后首先以短时和低速运转，逐渐增加开动时间和提高转速，一经发现故障要立即停车消除。对于重要设备最好采用各单独部件的顺序调整试运转，即先进行电动机的试运转，再带动传动装置，然后再带动工作部分进行整个单机试运转。经调整试运转正常后，开始连续空载试运转。连续空载试运转在于进一步实验各连接部分的工作性能和初步磨合动配合表面。连续空载试运转的连续试验时间，根据设备的工作制度确定，轧机长时间连续工作，必须使时间长些，最少不少于 5 h。若在连续试运转中发生故障， 经中间停车处理， 仍需重新连续运转达到最低规定时间的要求。山西工程技术学院毕业设计说明书69空载连续运转时间尽可能长一些，这样有利于设备良好地进行磨合。检验磨合是否正常的主要依据是摩擦温度比较高，而经一段时间磨合后才逐步降低。这是磨合的正常现象。对于长期连续工作的设备来说，摩擦温度转入稳定状态所需的时间，也就是连续空载试运转的时间。一般稳定工作温度不允许超过 50。空载运转期间，必须检查摩擦组合的润滑和发热情况，运转是否平稳，有无异常的噪声和振动，各连接部分密封或紧固性等。若有失常现象，应立即停车检查并加以排除。（2）负载运转负载试运转是为了确定设备的承载能力和工作性能指标，应在连续空载试运转合格后进行。负载试运转应以额定速度从小载荷开始，经证实运转正常后，再逐步加大载荷，最后达到额定载荷。当在额定载荷试运转时，应检查设备能否达到正常工作的主要性能指标，如动力消耗、机械效率、工作速度、生产率等。负载试运转中维护检查的内容和要求，与空载试运转相同，发现故障必须立即消除。负载试运转过程中可能产生的故障有以下几个方面：1.密封性不良：动力、润滑、冷却系统的装置和管路有漏油等现象。2.配合表面工作性能不良：出现噪音、振动、过热、松动、卡紧、动作不均等。3.工作面中断：配合表面或运动机构被卡住、机件破坏、电动机不能工作、各种指示和控制仪表没有读数等。4.设备性能不良：承载能力不足，运转速度过低，动力消耗太大等。上述故障和损坏的原因可能与很多因素有关， 包括机件的设计、 制造、 装配和安装、试动转制度和维护保养等。发现故障和损坏时，必须仔细研究分析有关资料和发生故障和损坏的情况，找出主要原因并采取相应措施。对设备试运转的技术情况进行记录，确定全部合格后才能投入生产。负载试运转一般要进行 72 h 左右。设备投产初期仍需加强维护和保养工作，以保证它的正常运行。11.2.3 试运转中常见故障分析1.机组振动超过规定值。常见的原因是：安装过程中，某些重要部分的水平、对中精度达不到要求；基础设计不合理，基础振幅超过规定值；工艺操作不当，如超负荷、超载运转使附加应力和惯性过大；工艺系统不稳定或其他原因使机组工作在不稳定状态。山西工程技术学院毕业设计说明书702.某些零部件振动过大。一般原因是：轴与轴承的间隙过大；螺栓连接松动；不平衡超过允许值；齿轮等类零件误差过大；润滑不良等。3.轴承升温。其原因有：润滑或冷却部分运行不良；轴承质量不合格；零件设计中未考虑热补偿问题；运转部件之间的连接件对中和找正质量不好等。4.油、水、气泄露。产生原因有：安装质量不良；密封结构不合理；密封件质量不好或损坏等。5.有异声或敲击声。原因有：设备工作腔内有异物；运转部件的摩擦间隙过大；零件松动；零件质量不良或损坏等。11.2.4 试车后的工作试车后的工作包括：切断动力；解除压力或卸去负载；检查运转零件之间的接触情况；检查整理试车记录以及安装、检测的原始数据等。山西工程技术学院毕业设计说明书7112 设备经济性分析12.1 设备的可靠性12.1.1 可靠度的计算可靠度函数( )R tte（12.1）式中失效率，常数。取32.19 10t 设备在一年时间内的工作天数，t= 300。( )R t2190te）（300R3002190e0.871912.1.2 可靠性的计算机械设备的可靠性另一个指标使用寿命， 即平均寿命。 工作时间随机变量的期望值。0( )tR t dt（12.2）式中t平均寿命；( )R t可靠性函数，机械设备是可修复系统，即在一次年修的平均工作时间；常数，设备的失效率。t0tedt1取32.19 10t312.19 10 456.6 h山西工程技术学院毕业设计说明书7212.2 设备的经济评价12.2.1 投资回收期otmKPH（ 12.3 ）式中oK总投资额， 由每吨轧机的造价为 23000 元， 再由轧机重量约为 4174 吨，估算得出总投资额oK9600 万元；mH年平均净收益，由每吨钢板的售价估算得出mH5600 万元。代入式（12.3）96001.377000tP 年cP基准回收期，一般中小型企业10cP 年tPcP故经济可行1212.3.3 设备的环保措施废物处理：乳化液及废水回收再利用，将冷却用水经过简单的处理输入供热管道，用于供暖。废钢回收再利用，用于炼钢及设备强度不高的机加工。除尘：及时清理，分类处理轧钢设备在轧制过程中产生的灰尘。降噪：在轧机及剪切机等处设置消音装置，降低噪音。山西工程技术学院毕业设计说明书73总结本次毕业设计内容是不锈钢型材轧机设计，主要方法就是从生产实际出发，通过下厂实践、调研、查阅大量资料，了解了冷轧钢板生产工艺及国内外发展现状，特别对六辊轧机的结构和工作原理有了深入了解和认识。通过掌握生产现场的第一手资料，回来经过整理分析，从中找出设计所需要的各种参数和数据，使理论和实践得到了很好的结合。通过这次设计我学会了如何设计轧机主传动系统：(1)了解国内外冷轧机的发展状况以及冷轧机在我国经济发展中的重要作用、板型控制技术；(2)选择不同的实现主传动的方案，比较优缺点，结合实际，确定最佳方案；(3)根据原始尺寸和成品尺寸计算压下量，确定压下规程，计算轧制力和轧制力矩，根据结果选择主电机并进行过载和发热校核；(4)计算各轧辊尺寸，对工作辊进行扭转校核，对支撑辊进行弯曲强度校核，最后校核工作辊和中间辊之间的接触应力；(5)计算机架尺寸并进行强度校核；(6)计算联接轴各部分尺寸并进行强度校核；(7)简单介绍设备应如何安装，如何试车，试车中会出现哪些常见的故障以及试车后应做哪些工作；(8)对设备进行经济性分析，并对设备的环保提一点建议。通过本次设计，我不但掌握了轧机主传动方面的知识，学会了如何把大学所学与生产实际结合在一起， 更重要的是学会了如何去研究一个新事物， 如何通过一定周期，比较全面的掌握一个机器的结构、工作原理，进而在原有设备的基础上，设计出具有更高精度，花费较少成本，性能好，维修周期长，操作起来方便的先进设备。由于能力和时间有限，设计中会存在很多问题，在以后的工作中，我将继续努力学习，相信不久就能做出比较优秀的设计。山西工程技术学院毕业设计说明书74山西工程技术学院毕业设计说明书75参考文献【1】 邹家祥. 轧钢机械M. 北京: 冶金工业出版社, 2006.【2】 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著, 濮良贵, 纪名刚主编. 机械设计M 北京: 高等教育出版社,2001.【3】 徐灏. 机械设计手册M 3.机械工业出版社.【4】 刘鸿文. 材料力学M.高等教育出版社.【5】 王海文. 轧钢机械设计M. 北京:机械工业出版社, 1983.【6】 徐灏. 机械设计手册M1. 机械工业出版社.【7】 功云鹏, 田万禄, 张祖立, 黄秋波. 机械设计课程设计M. 沈阳:东北大学出版社, 2000.【8】 王海文. 轧钢机械设计M. 北京:机械工业出版社, 1983.【9】 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著, 孙桓, 陈作模主编. 机械原理M北京: 高等教育出版社,2000.【10】 王步瀛.机械零件强度计算的理论和方法. 北京: 高等教育出版社,1986.【11】 Hans Geden，Hans Osnes，ISE.1974,No10【12】 轧制不锈钢多辊轧机的比较.高琳.天津冶金.2013【13】 蒂森克虏伯不锈钢带材轧机的现代化改造.陆岩.轧钢.2013【14】 A Study of the Properties and Structure of Rolling-Mill Iron Modifiedwith Boron K. N. Vdovin Metal Science and Heat Treatment.2017【15】 The paradigm of servitization in mill roll maker Jing Wang.2014【16】 Comparison of scenario reduction techniques for the stochastic unitcommitment Dvorkin;. 2014【17】 Scenario reduction for stochastic unit commitment with wind penetrationYonghan Feng.2014【18】 An improvement in operation of a crop cobble shear system for steel rollingmill using direct torque control induction motor drive Deleanu; S. 2014【19】 不锈钢冷连轧过程带钢温度影响因素的研究.王静.大连理工大学.2012【20】17-4PH 沉淀硬化不锈钢轧机导槽的精密铸造.赵竞翔.陶小炯.李桐.王拓.特种铸造及有色合金.2012【21】 100 号油膜轴承油在不锈钢线材轧机上的应用.马宏金.承华.芦涛.糜庆红.合成山西工程技术学院毕业设计说明书76润滑材料.2012【22】 北美第 1 套 72in(1830mm)不锈钢冷轧机投产.陆岩.轧钢.2012【23】 不锈钢冷轧机反冲洗过滤系统的设计及应用.刘杰.辛静.泰吴.张永锋.润滑与密封.2012【24】 用六辊可逆冷轧机轧制不锈钢的生产实践.亓萌.中国重型装备.2012【25】 不锈钢冷轧机反冲洗过滤系统的设计及应用.刘杰.辛静泰.吴伟; 张永锋.润滑与密封.2012山西工程技术学院毕业设计说明书77外文文献New tools maximize new machine designsThe primary tooling concerns when machining aluminum are: minimizing the tendency ofaluminum to stick to the tool cutting edges; ensuring there is good chip evacuation form thecutting edge; and ensuring the core strength of the tools is sufficient to withstand the cuttingforces without breaking.Technological developments such as the Makino MAG-Series machines have madetooling vendors rethink the any state-of-the-art machine technology. It is vital to apply theright tooling and programming concepts.Materials coatings and geometry are the three elements in tool design that interrelate tominimize these concerns. If these three elements do not work together, successful high-speedmilling is not possible. It is imperative to understand all three of these elements in order to besuccessful in the high-speed machining of aluminum.Minimize Built-Up EdgeWhen machining aluminum, one of the major failure modes of cutting tools the materialbeing machined adheres to the tool cutting edge. This condition rapidly degrades the cuttingability of the tool. The built-up edge that is generated by the adhering aluminum dulls the toolso it can no longer cut through the material. Tool material selection and tool coating selectionare the two primary techniques used by tool designers to reduce occurrence of the built-upedge.The sub-micron grain carbide material requires a high cobalt concentration to achieve thefine grain structure and the materials strength properties. Cobalt reacts with aluminum atelevated temperatures, which causes the aluminum to chemically bond to the exposed cobaltof the tool material. Once the aluminum starts to adhere to the tool, it quickly forms a built-upedge on the tool rendering it ineffective.The secret is to find the right balance of cobalt to provide adequate material strength,while minimizing the exposed cobalt in the tools for aluminum adherence during the cuttingprocess. This balance is achieved using coarse-grained carbide that provides a tool ofsufficient hardness so as to not dull quickly when machining aluminum while minimizingadherence.Tool coatingsThe second tool design element that must be considered when trying to minimize thebuilt-up edge is the tool coating. Tool coating choices include TiN, TiAIN, AITiN, chromenitrides, zirconium nitrides, diamond, and diamond-like coatings(DLC). With so manychoices, aerospace milling shops need to know which one works best in an aluminumhigh-speed machining application.The Physical Vapor Deposition (PVD) coating application process on TiN, TiCN, TiAIN,山西工程技术学院毕业设计说明书78and AITiN tools makes them unsuitable for an aluminum application. The PVD coatingprocess creates two modes for aluminum to bond to the toolsthe surface roughness andthe chemical reactivity between the aluminum and the tool coating.The PVD process results in surface that is rougher that the substrate material to which it isapplied. The surface”peaks and valleys” created by this process causes aluminum to rapidlycollect in the valleys on the tool. In addition, the PVD coating is chemically reactive to thealuminum due to its metallic crystal and ionic crystal features. A TiAIN coating actuallycontains aluminum, which easily bonds with a cutting surface of the same material. Thesurface roughness and chemical reactivity attributes will cause the tool and work piece tostick together, thus creating the built-up edge.In testing performed by OSG Tap and Die, it was discovered that when machiningaluminum at very high speeds, the performance of an uncoated coarse-grained carbide toolwas superior to that of one coated with TiN, Ticn, TiAIN, or ALTiN. This testing does notmean that all tool coatings will reduce the tool performance. The diamond and DLC coatingsresult in a very smooth chemically inert surface. These coatings have been found tosignificantly improve tool life when cutting aluminum materials.The diamond coatings were found to be the best performing coatings, but there is aconsiderable cost related to this type of coating. The DLC coatings provide the best cost forperformance value, adding about 20%-25%to the total tool cost. But, this coating extends thetool life significantly as compared to an uncoated coarse-grained carbide tool.GeometryThe rule of thumb for high-speed aluminum machining tooling designs is to maximizespace for chip evacuation. This is because aluminum is a very soft material, and the federateis usually increased which creates more and bigger chips.The Makino MAG-Series aerospace milling machines, such as the MAG4,