四辊小型万能轧机毕业设计.pdf

毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章绪论 1.1 轧钢机的简介 实现金属轧制过程、完成金属塑性变形的设备。包括主要设备及附属设备， 但一般所说的轧机仅指主要设备。 最早的轧机出现在14世纪的欧洲，1480年意大利人达芬奇(Leonardo da Vinci)曾设计出轧机的草图。1553年法国人布律利埃(Brulier)轧制出金和银的 板材，用以制造钱币。此后，西班牙、比利时和英国相继出现了轧机。1766年英 国有了顺列式的小型轧机，至19世纪中叶，第一台可逆式轧机在英国投产，并轧 出了船用板材。1838年建成了带活套(见活套轧制)的二列式线材轧机(见横列式 轧机)。1848年德国发明了万能轧机，1853年美国开始应用三辊式型材轧机，并 用蒸汽机传动升降台，实现了升降动作的机械化。接着美国又出现了三辊式劳特 轧机(见厚板轧机)，1859年建造了第一台连续式轧机，1862年英国人贝德森 (GBedson)取得了平辊立辊交替配置的连续式线材轧机(见平立交替精轧机组) 的专利。轧制型材的带立辊的万能轧机是1872年问世的，20世纪初期建造了半连 续式带钢轧机。20世纪60年代以来各类轧机在设计、研究和制造方面取得了很大 进展，并朝着连续化、自动化、高速化和专业化的方向发展，相继出现了轧制速 度高达每秒钟130m 的各种类型的线材轧机、全连续式的冷、热带钢轧机、宽度 为5500mm 的厚板轧机和连续式 H 型钢轧机(见 H 型钢)以及连续轧管机组等一系 列先进设备，并在液压技术、电子计算机技术和各种测试仪表的应用以及轧制产 品的实物质量和内部性能的控制等方面都有许多突破， 使得轧机所用原料单重不 断增大，产品的质量和产量不断提高，轧制的品种与规格日益增多。 中国于1871年在福州船政局所属拉铁厂首先应用轧机，用以轧制厚度为15mm 以下的钢板，6120mm 的方、圆钢。1890年湖北汉冶萍公司汉阳铁厂装有宽为 2450mm 的用蒸汽机拖动的二辊中板轧机、横列式三机架二辊轨梁轧机以及 350mm/300mm 的小型轧机。随着钢铁工业的不断发展和科学技术的日益进步，中 国已有用来生产钢板、钢管、型钢和线材的多种类型的现代化轧机。 轧机的主要设备有工作机座和传动装置。 工作机座由轧辊、 轧辊轴承、 机架、 毕业设计（论文） - 2 - 轨座、轧辊调整装置、轧辊平衡装置、导卫装置以及换辊装置等组成。此外还有 无牌坊轧机。传动装置由电动机、减速机、齿轮机座和连接轴、接手等组成。齿 轮机座的作用是将传动力矩分送到两个或两个以上受力的轧辊上。 如采用直流电 机躯动轧机，可不设减速装置。 轧机的附属设备主要是轧机前后的升降装置、移送装置、翻转装置以及工 作辊道和延伸辊道等。 轧钢就是用轧钢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 机主要是有几组轧辊构成，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。 在结晶温度以上的轧制称为热轧;在再结晶温度以下的轧制称为冷轧。 我们常见的钢轨、圆钢、方钢、槽钢、T 形钢、汽车板、桥梁钢、螺纹钢、 钢筋以及火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。 我国大型钢厂从 70 年代已用先进的连轧轧机，连轧机采用了一整套先进的 自动化控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施，轧件在几架轧 机上同时轧制，大大提高了生产效率和质量。 1996 年我国粗钢产量突破 1 亿吨，成为世界上第一产钢大国，2003 年突破 2 亿吨，2005 年突破 3 亿吨，并连续 10 年保持世界第一。2006 年我国钢产量突破 4 亿吨。我国钢铁业的迅猛发展，为我国国民经济高速发展奠定了基础。目前我 国钢铁工花艺装配水平虽然有了长足的发展，距居世界先进水平差距还很大。其 中轧钢机械设计制造不但走不出国门，而且还主要是靠进口。日本花 16 亿美元 引进先进冶金装备及技术，建成年产 1.6 亿吨的现代化钢铁企业，然后通过消化 吸收和再创新，又大量向世界各国输出技术，成为世界钢铁生产第一强国。我国 前后花 200 亿美元引进冶金设备和技术。 我国要从钢铁生产大国变成钢铁生产强 国，必须依靠技术进步，加强自主创新。特别是要尽快提高我国轧钢机械的设计 水平，这是非常重要的。 现代的钢铁联合企业是由炼铁、炼钢和轧钢三个主要的生产系统组成的，轧 钢生产是钢铁工业生产的最终环节。 轧钢车间担负着生产钢材的任务。例如， 铺设一条 5 oOOkm 的双轨铁路，需要 100 万吨重型钢轨；制造一艘万吨轮船，约 需 6 000t 钢板；铺设一条 5oookm 的石油输送管道，需要 90万吨无缝钢管。 毕业设计（论文） - 3 - 因此，钢铁轧制在国家工业体系中占有举足轻重的基础地位。 20 世纪 90 年代以前，中国轧钢生产的平均水平与世界主要产钢国比较，还 比较落后。轧钢生产以型钢为主，生产线大、中、小型并存。不同企业的技术装 备水平参差不齐，能耗、成本较高。很多企业还使用着 20 世纪 5060 年代较为 陈旧的设备和工艺。这是钢材质量、品种和效益较差的主要原因。 20 世纪 90 年代后期，国内经济有了高速的发展。加入 WTO 后，为适应参与 国际钢材市场竞争的需要，国内各大企业采用当今世界先进技术和装备，进行了 大规模的技术改造。广泛引进新技术、新设备、新工艺，使中国轧钢生产的水平 有了长足的进步， 发展了一批高技术、 高附加值的品种， 如汽车、 家电用薄钢板， H 型钢，高档次石油钻套管，UOE 大口径天然气输送管道钢管等。95以上的钢 材品种，从数量到质量均可以满足国民经济各部门的需要。对于一批高难度的品 种也在组织技术攻关和引进国外先进技术，如高档次汽车用冷轧薄板、不锈钢冷 轧薄板等。建成了以宝钢、天津大无缝为代表的现代化企业和以邯钢、珠钢、包 钢薄板坯连铸连轧为代表的现代化生产线。9：1 重 I 2002 年产钢 100 万吨以上 钢铁企业(集团)已有 50 家，年产钢量 154 亿吨，已占全国钢产量的 85Z。其 中宝钢集团年产钢规模达 2 000 万吨；鞍钢达 1 000 万吨；中国钢铁工业已进入 技术创新全面繁荣的新时期。轧钢生产技术创新发展方向为：通用工艺技术、综 合节能与环保技术、新品种开发与钢材性能优化技术、信息技术和装备机电控制 一体化技术。 1.2 轧钢设备的发展动向 轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。 （1） 、大型化方面 1)、增大纲锭（钢坯）或带卷重量。过去初轧机钢锭一般为 1020 吨，现 在已加大到 4050 吨（目前已经向全连铸发展，从而取消初轧） ，热连轧的最大 带卷重量已有 15 吨增大到 45 吨，冷轧卷重达 60 吨，线材盘重已达 24 吨。 2)、增大轧辊直径 初轧机轧辊直径已达 13001500mm，带钢热轧工作辊已达 760850mm，精 轧机组的支承辊直径已增加到 1700mm。 毕业设计（论文） - 4 - 3)、增大主电机功率 （2） 、高速化方面 宽带钢热连轧速度达 28.6m/s，冷连轧已达 41.5m/s，线材轧机已达 60 75m/s。 （3） 、连续化方面 原有冷、热连轧、线材轧机外，尚发展了宽边工字钢连轧机、无缝钢管连轧 机、连续焊管轧机及圆、方坯连轧机等。 （4） 、自动化方面 目前宽带钢轧机的计算机自动控制水平在各类轧机中是最高的，从板坯上料 到卷取全部采用计算机控制。 冷连轧机上亦采用了钢板厚度自动控制（AGC） 。 平整机上延伸率自动控制（AEC）和其它自动化措施等。 我国钢铁企业和重型机械制造业现在有了很大的发展，如攀钢发展也比较 快，其中冷轧厂，轨梁厂的万能轧机的自动化水平都比较高。 1.3 轧钢机的分类 轧钢机通常可以按用途、构造和布置分类。 1、按用途分类 轧钢机按用途可分为开坯轧机、 型钢轧机、 板带轧机、 钢管轧机和特殊轧机。 如横轧机、轮箍轧机等。 这种分类可以反映轧机的主要性能参数及其轧制的产品规格。 其技术特性见表 1-1P3。 2、按构造分类（按轧辊在机座中的布置分类） 根据轧辊在机座中的布置形式不同，轧钢机可分为下列五种形式。 （1） 、具有水平轧辊的轧机； 二辊式，三辊式，三辊劳特式，复二辊式，四辊式，多辊式（十二辊式， 二十辊式，偏八辊式） ，行星式。 （2） 、具有立式轧辊的轧机； （3） 、具有水平轧辊和立式轧辊的轧机（万能轧机） ； 毕业设计（论文） - 5 - 二辊式万能轧机。H 型钢轧机（生产大型工字钢） 。 （4） 、具有倾斜布置轧辊的轧机； 用于无缝钢管穿孔机，均整机。450 无扭转线材轧机。 （5） 、其它特殊轧机； 钢球轧机、轮箍轧机、车轮轧机。 3、按轧钢机的布置形式分类（按工作机座布置分类） 轧钢机的布置形式是依据生产产品及轧制工艺要求来确定的， 机座排列的顺序和 数量的多少，构成了不同车间布局的特点。根据轧钢机布置形式可分为：单机架 式、 多机架顺列式、 横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等。 1.5 轧 钢机的组成及结构 轧钢机主要包括：主电机、传动机构和工作机座等部分。主电机是为轧辊旋 转提供动力的设备。传动机构通常是有减速机、齿轮座、连接轴、和联轴器等部 件组成的。工作机座是主机的主要组成部分。包括： （1）机架，在窗口内安装轴 承； （2）轧辊，轧件在其间被轧制（压缩延伸） ； （3）轧辊轴承，用以轧辊的支 撑和定位； （4）轧辊调整装置及上棍平衡装置，前者用来调整轧辊间的距离，后 者用来校车上轴承座与压下系统间的间隙； （5）导位装置，用来使轧件按照规定 的位置、方向和状态准确地进出孔型； （6）轨座（也称地脚板） ，机架安装在轨 座上，轨座固定在基础上。不同类型的轧机，工作机座组成部分大体一致。 1.4 轧钢机的标称 轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关， 因此轧钢机的初轧和型钢的 类是以轧钢的名义直径。 也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来 标称。 初轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊名义直径， 因为轧辊的名义直径的 大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直 径标称的。 小型轧钢机的名义直径为：180450mm。 毕业设计（论文） - 6 - 1.5 万能轧机的简介 1.5.1 万能轧机的优点 万能轧机压下技术采用了最先进的液压伺服系统， 比传统的电动机械有如下 优点： (1)调整精度高； (2)终轧产品的尺寸波动小； (3)自动辊缝调零； (4)换辊后可以自动测量弹跳； (5)轧辊辊缝的预设定； (6)在轧制过程中也可以进行辊缝的调整； (7)过载保护。 1.5.2 万能轧制法简介 万能法轧制钢轨与传统的孔型轧制法有很大的区别。 通过两架开坯机的轧制 出初具轨形的轧件，建立起头、腰和底的比例关系。同时轨底要保证充到孔型根 部，轨头不发生过充满。这是万能轧机轧制钢轨的基础。万能轧机为精轧机组， 它由万能粗轧机(UR)、两个孔型的轧边机(E)和万能精轧机(UF)组成。共有 9 个 独立定位的轧辊参与轧制，通过三道次轧制，最终轧出成品。除了头宽和腰厚有 关联性外， 底宽和轨高都可以单独进行调整， 相互之间不受影响， 调整方法也多， 比传统轧制法调整的灵活性大，更容易调整。这种轧制方法的主要优点是头部和 底部有立辊的直接压下，同时对轨头和轨底的轧制是由立辊进行的，轧制方向与 轧辊的旋转方向相同，没有了与轨头和轨底与轧辊的滑动，提高了钢轨的表面质 量。 1.5.3 万能轧机的调整 万能轧机的调整主要包括换辊后的调整和在轧制过程中受温度影响而进行 的调整。一般情况下，随温度的变化较为好调。换辊时，特别是换粗轧辊时，调 整量可能会很大，主要受校准及轧辊轴向的影响。 毕业设计（论文） - 7 - 第 2 章 轧钢机主传动方案的制定 2.1 轧钢机主传动装置的功用与组成 轧钢机主机列由工作机座，主传动装置和电动机组成。主传动装置的作用是 将电动机的转动传递给工作机座的轧辊，使其以一定的速度和输出扭矩转动，实 现对金属的轧制。 主传动装置的组成与轧机的结构形式和工作制度有关。 轧钢机主传动装置的 基本构成包括联轴器，减速器，齿轮机座，连接轴等。 如果轧制速度较高，可以取消减速器，由电动机通过齿轮箱驱动轧辊，或者 采用单电机传动方式，由两台电动机分别直接传动两个轧辊。这样的传动方式可 以降低传动系统的飞轮力矩和传动消耗，提高轧机的动力性能。 2.2 轧钢机主传动方案的选择 （ A ） 传动方案 A：轧辊由电动机单独驱动。这种型式的传动装置主要用于大型的 可逆式轧钢机，如初轧机、板坯轧机、厚板轧机等。在这种可逆式轧钢机上，轧 毕业设计（论文） - 8 - 辊经常启动、制动和反转，要求传动系统有较小的飞轮力矩。轧辊由电动机单独 驱动，可使传动系统的飞轮力矩大为减小。 （ B ） 传动方案 B：轧辊通过电动机和齿轮座驱动。这种型式的传动装置在可逆式 和不可逆式轧钢机上都有应用。对某些可逆式轧钢机，如受结构限制能采用轧辊 由电动机单独驱动时，就采用这种型式的传动，如 1000mm 以下的初轧机等。在 不可逆式的轧钢机上，如果轧钢转速大于 70-75r/min,采用低速电动机的投资费 用与采用高速电动机带有减速机的投资费用相差不打时， 也采用这种型式的传动 装置，如带钢轧机的粗轧机座等。 （ C ) 传动方案 C：轧辊通过电动机、减速机和齿轮座驱动。这种型式的传动装置 一般用于不可逆式轧钢机，如二辊钢坯，型钢轧机，四辊板带轧机等，也可用于 速度较低的四辊可逆式轧钢机等。 综合考虑这三个方案，C 方案较合适万能轧钢机的传动系统。 毕业设计（论文） - 9 - 第 3 章轧制力及其力矩的计算 3.1 轧制力的计算 在计算中常用的公式有 S.Ekelund 公式、Sims 公式、Stone 等公式。在具体 设计中应根据具体情况选择应用。 其中 S.Ekelund 公式实用范围是： 1) 热轧型钢时计算平均单位压力； 2) 轧制温度大于 950，材质为 Q235； 3) 轧制速度小于 5m/s 时。 轧制压力 P 等于平均单位压力p与接触水平投影面积 F 之乘积。 3.1.1 平均单位压力 p 的计算 本设计中选用 S.Ekelund 公式， S.Ekelund 公式为： p=)1 (m（K ）（式 3.1） 式中：m外摩擦对单位压力影响系数； K静压力下单位变形力； 粘性系数； 平均变形速度。 其中第一项)1 (m是考虑外摩擦的影响，决定m的经验公式为： hH hhRf m 2 . 16 . 1 （式 3.2） 式中：R轧辊工作半径，mm； h压下量，hHh。 第二项中乘积 是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均变形速度值 用下式计算： 毕业设计（论文） - 10 - = hH Rhv 2 （式 3.3） 式中：v轧制速度，m/s； 计算K和的经验公式为： K=（140.01） （1.4CMn+0.3Cr）10Mpa（式 3.4） = 0.01(140.01 t)10MPa.s（式 3.5） 式中：t 轧制温度，； C 以%表示的碳的百分含量，本设计中取 0.14； Mn 以%表示的 Mn 的百分含量，本设计中取 0.30； Cr以%表示的 Cr 的百分含量，本设计中取 0。 f 的计算公式为： f=（1.050.0005 t）（式 3.6） 对钢轧辊，=0.9；对铸铁轧辊，=0.8；由于本设计轧辊为钢轧辊， 本设计中=0.9。 近年来，对 S.Ekelund 公式进行了修正。按下式计算粘性系数： = 0.01（140.01） C10MPa.s（式 3.7） 式中 C决定于轧制速度。 C的选择见下表： 表 3.1粘度系数 C与轧制速度的对应表 轧制速度（m/s）661010151520 C0.10.80.650.6 3.1.2 接触面水平投影面积的计算 在简单轧制情况下，计算接触面水平投影面积 F 公式为： F=lB=hR BB hH 2 （式 3.8） 式中：B轧件平均宽度；mm； l接触弧长度；mm； 毕业设计（论文） - 11 - H B、 h B轧件轧前轧后宽度；mm； R轧辊平均工作半径，mm； h平均压下量，mm 3.1.3 左右辊轧制力的计算 轧辊为锻钢轧辊，则=0.9，轧制温度为 8001000，根据（式 3.6） f=（1.05-0.0005 t） 则f=0.65 轧辊半径取R=D/2=350/2=175mm，h=0.5mm，3H ，h=2.5，设h=0.5 由 左右辊一辊承担，则轧制力计算式中的h=1mm，根据（式 3.2）有: hH hhRf m 2 . 16 . 1 则 m=2.45 按照 Q235 碳钢的相关参数，轧制温度取下限 800，碳含量C0.22，Mn 和 Cr 取 0。 根据式（3.4） K=（140.01t） （1.4CMn+0.3Cr）10Mpa K=（140.01800） （1.40.22）10Mpa = 97.2Mpa 根据相关文献，温度在 950-1000的一般情况下，变形抗力 K 在 60-80MPa 之间， 现在取温度为 800， 则变形抗力 K 可达 100120MPa， 此处取K=120 Mpa， 根据（式 3.7）轧制速度v=3.5m/s ，则 C取 0.1 则= 0.01(140.01 t) C10MPa.s=0.6 MPa.s 根据式（3.3） = 175 1 5 . 5 522 hH Rhv 0.15 上述各参数带入（式 3.1）的 S.Ekelund 公式，得单位压力： p=)1 (m（K ）=（1+2.45） （120+0.150.6）414.0 毕业设计（论文） - 12 - 根据(式 3.8） ，计算接触面水平投影面积 F。 F=lB=hR BB hH 2 =8013.23=1058.0mm 2 则轧制压力 P=pF=4141058=43081243.0 吨 3.1.4 上下辊轧制力的计算 同左右辊轧制力的计算方法，f=0.65， = 0.01(140.01 t) 10MP Ca.s=0.6 MPas，k=120 Mpa，此时 R=202.5mm。 .55 .50.21.50.52025.60.612 . 16 . 1 hH hhRf m1.87 = .5202 .50 5 . 5 522 hH Rhv 0.085 F=lB=hR BB hH 2 =12010.84=1272.0mm 2 p=)1 (m（K ）=344 则轧制压力 P=pF=43756843.8 吨 3.2 轧制力矩的计算 3.2.1 左右辊的轧制力矩的计算 轧件的两个腿，在左右辊和上下辊之间，在两个辊间均有压下。但以左右辊 间为主。驱动单辊的轧制力矩为： lPM 式中：P轧制力，t； 力臂系数，热轧时，= 0.420.45，此处取=0.45 l轧制变形区长度，hRl=13.23mm。 毕业设计（论文） - 13 - 所以lPM430.4513.23=2560.0N.m 3.2.2 上下辊的轧制力矩的计算 此力矩用以克服轧件变形即变形中发生于辊面上之轧件摩擦力。驱动单辊的 轧制力矩为：lPM 式中：P轧制力，t； 力臂系数，热轧时，= 0.420.45，考虑两个腿部和上 下辊辊面的附加摩擦，本设计取= 0.45。 l轧制变形区长度，hRl=10.6mm。 所以lPM43.80.4510.6=2089.3N.m 3.3 力矩的分配 对腿部做功的是作用在其上的力矩，分别由两个辊承担。根据轧制过程的实 际情况， 将轧制力矩的 60%由左右辊分担， 而另 40%由上下辊承担， 且各承担 20%。 所以左右辊承受的力矩为： .015366 . 02560.601lPMN.m 上下辊所承担的 20%力矩按照速比放大： .56621.2942 . 025601.294.200lPMN.m 由于单个的上下辊同时承受两个腿上半部或下半部的力矩， 所以其承受的来 自腿部的力矩为： .113251.2942 . 0256021.294.2022lPMN.m 则上下辊所在轴承受的总力矩为： MMM2194.21M总2089+1325+15361.294=5401.6N.m 毕业设计（论文） - 14 - 第 4 章 轧辊的设计 4.1 轧辊的基本类型及结构 4.1.1 轧辊的基本类型 按照轧辊的轴头形式轧辊分为梅花轴头轧辊、 ，万向轴头轧辊，带键槽轴头 轧辊，圆柱形轴头轧辊和带平台轴头轧辊。 4.1.2 轧辊的结构 轧辊是用来对轧件进行轧制加工的工具，它是整个工作机座的中心，机座的 其他组件和机构都是为了装置、 支承和调整轧辊以及引导轧件正确地进入轧辊而 设的。 1.辊身 辊身是轧辊的中间部分，直接与轧件接触，经常处于高温、高压、受冲击等 繁重的工作负荷以及承受高温下用水冷却而产生的内应力。 型钢轧机轧辊的辊身 上有轧槽，根据型钢的要求安排孔型。 2.辊颈 辊颈安排在轴承中，承受轧制压力，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给 机架。 辊颈的形状有圆柱形和圆锥形两类， 圆柱形辊颈用于滑动轴承和滚动轴承， 圆锥形辊颈用于液体摩擦轴承。 3.辊头 辊头和联轴器相连接，传递轧制扭矩。辊头的形状有梅花轴头、扁头和带有 键槽的圆柱形三种。梅花轴头用于和梅花套筒、梅花接轴相连接；扁头用于和万 向接轴相连接；带双键槽的圆柱形辊头，则用键与套筒配合组成式辊头，与万向 接轴或齿形接轴连接。 4.2 轧辊材质选择 轧辊是轧机的主要部件， 轧辊材质的选择与轧机工作特点及损坏形式有密切 毕业设计（论文） - 15 - 的关系，因此，在选择轧辊材质时，除考虑轧辊的工作要求与特点外，还要考虑 轧辊常见的破坏形式和破坏原因。 由于粗轧机和型钢轧机轧辊受到较大冲击负荷，因此要有足够的强度，而辊 面硬度可放在第二位。初轧机常用高强度铸钢和锻钢；型钢初轧机多用铸钢。在 型钢轧机的成品机架上，成品形状及公差要求严格，要求轧辊有较高的表面硬度 及耐磨性，一般选用铸铁轧辊。 本设计中开坯机轧辊材质选用合金锻钢。对于万能轧机，为了降低辊耗，提 高产量，本设计采用的是复合衬套式轧辊。由于万能粗轧机是可逆式往复轧制且 压下量大，主要考虑轧辊强度，并具有大的摩擦力以利轧件咬入，故其轧辊的辊 芯采用锻钢，而辊套采用铸钢。精轧机的辊套则采用硬度高、表面光滑且耐磨的 球墨铸铁。采用复合衬套式轧辊，使辊套具有较好的耐热裂性，有利于增加轧机 的作业率。 4.3 轧辊的系列尺寸计算 4.3.1 左右轧辊尺寸计算 本设计取 D=350.0mm辊身长度 L=80.0mm 选用滚动轴承 辊颈 d=(0.60.7)Dl/d=1.2 取 d=0.64D=0.64350=224.0mm 根据实际情况，本设计取 d=238.0mm 则 l=1.2238=285.6.0mm 辊头min1DD -（515）mm 取min1DD -10=340.0mm 4.3.2 上下轧辊的尺寸计算 本设计取 D=405.0mm； L=119.0mm 同左右轧辊的尺寸计算方法，选用滚动轴承 辊颈 d=(0.60.7)Dl/d=1.2 毕业设计（论文） - 16 - 本设计取 d=0.64D=0.64405=259.2mm取 d=258mm 则 l=1.2259=311.0mm 辊头min1DD -（515）mm 取min1DD -10=395.0mm 4.4 轧辊的校核 通常对辊身计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转，对传动端计算扭转。 4.4.1 左右轧辊的校核 （1）辊身轧制力P所在的辊身断面上弯曲力矩为 P a x xxRMb 11 其中： mm Ll x0 .183 2 286 2 80 22 mNM mmlLa b039345mm183 366 183 1kN430 0 .36628680 则 弯曲应力 MPaPa m mN D Mb b.29.49176676 35. 01 . 0 .39345 1 . 0 33 式中D计算断面处的轧辊直径 a压下螺丝间的中心距 x 所计算的轧槽与支反力的距离 （2）辊颈辊颈上的弯矩，由最大支反力决定，即 mN mmNlPl RRMn.30745 2 286 2 k430 222 c R最大支反力 C压下螺丝中心线至主辊身边缘的距离 2 l C 辊颈危险断面处的弯曲应力和扭转应力分别为 毕业设计（论文） - 17 - MPaPa m mN d Mn .427.727354604 224. 01 . 0 .30745 1 . 0 33 .4Pa1138848 24m2 . 02 . 0 .2560 2 . 0 33 ）（ mN d Mk =1.1MPa 式中nM辊颈危险断面处的弯矩 kM作用在轧辊上的扭转力矩 d辊颈直径 辊颈强度要按弯扭合成应力计算。 采用钢轧辊，合成应力按第四强度理论计算，即： MPa h .527.113.4273 2222 ( 3 )辊头其最大扭转应力为： MPa d M .713.3Pa13677302 242 . 02 . 0 30745 .20 33 n ）（ 轧辊的安全系数一般取为 n=5，则许用应力nR bb /。轧辊材料的许用应 力查得： 铸钢：强度极限 b =500600Mpa；许用应力 b R=100120Mpa 取 b =500Mpa，则MPaRb0 .100 5 500 因为 bbhb R, 所以 左右轧辊强度满足条件。 4.4.2 上下轧辊的校核 上下轧辊的校核方法同左右轧辊的校核。 （1）辊身轧制力P所在的辊身断面上弯曲力矩为 P a x xxRMb 11 其中： mm Ll x.0215 2 311 2 119 22 毕业设计（论文） - 18 - mNM mmlLa b047085mm215 430 215 138kN4 .0430311119 则 弯曲应力 MPaPa m mN D Mb b.17.87087898 5.4001 . 0 .47085 1 . 0 33 （2）辊颈辊颈上的弯矩，由最大支反力决定，即 .5N.m34054 2 311 2 k438 222 c mmNlPl RRMn 辊颈危险断面处的弯曲应力和扭转应力分别为 MPaPa m mN d Mn .819198296665 258. 01 . 0 534054 1 . 0 33 Pa4 .1572654 58m2 . 02 . 0 65401 2 . 0 33 ）（ mN d Mk =1.6MPa 辊颈强度要按弯扭合成应力计算。 采用钢轧辊，合成应力按第四强度理论计算，即： MPa h .020.613.8193 2222 ( 3 )辊头其最大扭转应力为 MPa d M .99.8Pa9914832 582 . 02 . 0 .534054 2 . 0 33 n ）（ 轧辊的安全系数一般取为 n=5，则许用应力nR bb /。轧辊材料的许用应 力查得： 铸钢：强度极限 b =500600Mpa；许用应力 b R=100120MPa 取 b =500Mpa，则MPaRb0 .100 5 500 因为 bbhb R, 所以 上下轧辊强度满足条件。 综上所述:经校核左右上下轧辊均满足强度条件。 4.5 万能轧机辊型设计 4.5.1 万能精轧机辊型设计 毕业设计（论文） - 19 - 万能精轧机辊型设计主要是确定 H 型钢边部内侧间距，即 UF孔型水平辊宽 度 WF。万能精轧机轧辊示意图如图 4-1 所示： 万能精轧机水平辊辊宽计算，基本公式为： F W=)2( 2 tH （式 4.1） 图 4-1万能精轧机轧辊示意图 式中： F W万能精轧机水平辊辊宽，mm； HH 型钢高度，mm； 2 tH 型钢翼缘厚度，mm； 热膨胀系数， 参考经验值， 一般为 1.001.013， 本设计取 1.013。 考虑到轧辊车削和轧件产品的尺寸要求， 必须求得精轧机水平辊辊宽范围也即其 最大值和最小值，公式如下： F Wmax=H 12(t2 2)（式 4.2） F Wmin=H 12(t2 2)（式 4.3） 式中： 1 高度方向上的公差，mm； 1 =0.76mm； 2 轧件翼缘厚度方向上的公差，mm； 2 =0.25mm； 将本设计代表产品规格尺寸代入公式，得： F W=（125-23.25）1.013=120.0mm F Wmax=125+0.76-2(3.25-0.25)cos0.25 o1.013=121.3mm 毕业设计（论文） - 20 - F Wmin=125-0.76-2(3.25+0.25)cos0.25 o1.013=118.8mm 综合以上，本设计取 F W=121mm。同时， 过渡圆角半径 F R=R=4.57mm， 另外， 为了提高轧辊重车率，适当取侧壁倾角=0.25。 本产品 B 小于 100mm，所以立辊采用小立辊， V W=80mm。 4.5.2 万能粗轧机辊型设计 万能粗轧机辊型设计主要是确定水平辊宽度 R W。 其图形如下（图 4-2） ： 图 4-2万型能粗轧机孔型示意图 为了保证轧制稳定，防止出现折叠、腹板偏心等缺陷，通常使 R W F W，计算公 式如下： R W= F W4（式 4.4） 式中：4调整余量，一般为 2mm5mm，本设计取4=2mm 故 R W=121-2=119mm 同时，取 R R=10mm， R R较大点对轧制有利。另外，为了提高轧辊重车率，取侧 壁倾角=5。 同精轧机，立辊辊身长 V W取 80mm。 毕业设计（论文） - 21 - 4.5.3 轧边机辊型设计 轧边机辊型设计主要是确定水平辊宽 E W 和轧边机槽深 E h 。 其图形如下（图 4-3） ： 图 4-3轧边机示意图 E h ：轧槽深度；We：轧边机辊宽； 1）轧边机辊宽设计 轧边机的作用主要是控制 H 型钢的翼缘端部的形状，也能控制翼缘的宽度， 但有一定的限度，对腹板并没有压下。设计时，一般在轧辊表面开有凹槽，以防 止调整时轧辊接触轧件，造成轧机负荷过大。 基本计算式为： E W= R W-5（式 4.5） 式中： 5调整余量，取 1-3mm，本设计取5=2mm。 E W=119-2=117mm 2）轧边机槽深设计 在设计轧边机槽深时，也应考虑轧件宽度外形尺寸、公差尺寸、轧辊倾角、 热胀系数等因素的影响。 轧边机槽深公式为： E h=(B-t1)cos /2-6（式 4.6） 毕业设计（论文） - 22 - 式中： E h轧边机槽深，mm； B 轧件宽度，mm； 轧辊侧壁斜度，取 5； 6用于防止轧制时轧件于轧辊辊身接触的调整余量，一般取 35mm，本设计取6=5mm。 故 E h=1.013（57.15-2.33）cos5/2 -5 =22.7mm 毕业设计（论文） - 23 - 第 5 章 电动机功率的计算及其选择 5.1 电机功率计算 由于电机本身具有一定的超载调节功能， 所以计算额定功率暂不计入超载系 数。 上下辊电机功率计算：由功率计算公式 9550/nTP 式中 P功率，kw； T转矩，N.m； N转速，转/分。 暂不取轧机的传动效率。 所以 P=5401.6x212/9550=120.0Kw 由于单机有两个输入轴，则总功率：P 总=2x120=240Kw 5.2 电机型号的选择 综合以上数据，查表得电动机的相关数据如下表 5-1 型号额定功率/kW 转动惯量 /(kgm2) 额定转速/(r/min) JS2-400S2-42505.752965 表 5-1 毕业设计（论文） - 24 - 第 6 章 轴的设计 6.1水平轴的设计计算 已知，轴的输出功率为 P=120KW，转速 n=212r/min， 来自垂直轴的径向力不满一吨，相对水平轴所受的径向力（轧制压力）和扭矩可 忽略不计。 6.1.1 初定水平轴端直径 根据式 3 n p Cd 式中C轴的材料和受载情况确定的系数； P轴传递的功率，kw； n轴的转速，r/min。 轴材料选取 20CrMnTi，上式取 C=100。 则.0mm76 .2159 .458 100 n p Cd 33 考虑轴端有键槽，轴颈应增大 4%-5%，故取 d=80.0mm。 滑套与轴之间的配合为间隙配合，暂取 H9/h8，滑套外径与轴承内径的配合为 H9/f9。 毕业设计（论文） - 25 - 6.1.2 水平轴的疲劳强度校核 （1）危险截面的确定 取截面 a-a 和 b-b 为危险断面，由于 a-a 面只受扭矩且数值相对较小，所以 只校核 b-b 面，由于 b-b 截面除了承受扭矩外，还承受两个支撑轴承之间的较大 的弯矩，所以取此处的截面直径进行校核。 （2）危险截面的安全系数 轴的材料去 20CrMnTi，疲劳极限为 49 公斤/毫米，屈服极限为 85 公斤/毫 米，轴承轴颈同时承受较大的弯矩和扭矩。 188. 0 ) 4 .261 409 41. 275. 0 130.7 2150 4 . 3 49 )(75. 0 Z M 49 S 2222 （）（）（ pZ T 上述弯矩计算时，轴承与轧辊中线距离取 100mm，根据图的数据，此值取 80mm， 则安全系数为： 1.11 ) 4 .261 409 41. 2(75. 0 130.7 1720 4 . 3 49 )(75. 0 Z M 49 S 2222 ）（）（ pZ T 毕业设计（论文） - 26 - 6.1.3 水平轴静强度校核 8.52 261.4 409 3 130.7 4300 85 Z T 3 Z M S 222 p max 2 max s ）（）（）（）（ 所以静强度通过校核。 6.1.4 键的强度校核 大齿轮与水平轴的联结，选用 A 型平键（GB 1096-79） ，双键联结。取轴颈 d=90mm，查表键的尺寸为：bxhxL=25x14x（7090） 。 键的平稳工作比压P=10-12Kg/mm2 ， 当在冲击工况下取P=6-9Kg/mm2 K=0.5h=7mm，l=L-b=（7090）-25=4565mm 工作面的比压为： 2 /142.79 6545790 1992000 dkl T2000 P毫米公斤 ）（ 。 采用双键，对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 22 /96/768 . 4毫米公斤毫米公斤。 所以，键的强度满足要求。 6.2垂直轴的设计计算 6.2.1垂直轴的输出功率 根据轧制力和力矩以及功率的计算结果，垂直轴承担的功率为：44KW 6.2.2初定垂直轴端直径 由mm0 .544m5 . 0 278 44 100 n p Cd 33 考虑轴端有键槽，轴颈应增大 4%-5%，故取 d=60mm。 滑套与轴之间的配合为间隙配合，暂取 H9/h8，滑套外径与轴承内径的配合为 H9/f9。 毕业设计（论文） - 27 - 6.2.3 垂直轴的疲劳强度校核 13.80 ) .4196 .6153 41. 2(75. 0 98.2 1720 4 . 3 49 )(75. 0 Z M 49 S 2222 ）（）（ pZ T 上述弯矩计算时，轴承与轧辊中线距离取 80mm，根据图的数据，此值若取 60mm，则安全系数为： 1097. 1 ) 4 ,261 .6153 41. 2(75. 0 98.2 1290 4 . 3 49 )(75. 0 Z M 49 S 2222 ）（）（ pZ T 6.2.4 垂直轴静强度校核 4.91 196.4 3072 3 98.2 4300 85 Z T 3 Z M S 222 p max 2 max s ）（）（）（）（ 所以静强度校核通过。 6.2.5 键的强度校核 大齿轮与水平轴的联结，选用 A 型平键（GB 1096-79） ，双键联结。取轴颈 d=60mm，查表键的尺寸为：bxhxL=18x11x（6080） 。 键的平稳工作比压P=1012Kg/mm2 ， 当在冲击工况下取P=69Kg/mm2 K=0.5h=5.5mm，l=L-b=（6080）-18=4262mm 工作面的比压为： 2 /2215 6242.5560 1542000 dkl T2000 P毫米公斤 ）（ 。 采用双键， 对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 22 /96/11.57毫米公斤毫米公斤。 所以还需加大轴颈。将轴颈加大至 d=75mm. 查表键的尺寸为：bxhxL=20x12x（6080） 。 键的平稳工作比压P=1012Kg/mm2 ，当在冲击工况下取P=69Kg/mm2 K=0.5h=6mm，l=L-b=（6080）-20=4060mm 毕业设计（论文） - 28 - 工作面的比压为： 2 /6111 6040675 1542000 dkl T2000 P毫米公斤 ）（ 。 采用双键，对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 22 /96/8.55毫米公斤毫米公斤。 所以，键的强度满足要求。 6.3 联轴器的选择 联轴器是用来连接两轴或其他旋转件， 是其一同转动并传动转矩的通用机械 部件。 用联轴器连接的轴，在机器运转时两轴不能分离，只有停车后经过拆卸才能 分离，某些联轴器还具有保护和自我控制的作用。 根据载荷大小机特性、工作转速、补偿性能、工作环境等因素，选则型号为， 选则型号为6CLG的鼓形齿联轴器（JB/T8854.2-2001） 。 其公称转矩mNTn.7100，许用转速min/3000rn ，而轧辊轴上的转矩 n TmNT65401，电机的额定转速min/2965nrn，所以选择的联轴器符 合条件。 6.4 滚动轴承寿命计算 一、设计参数 径向力 Fr=438000 (N) 轴向力 Fa=0 (N) 圆周力 Ft=0 (N) 轴颈直径 d1=90 (mm) 转速 n=212 (r/min) 要求寿命 Lh=4500 (h) 作用点距离 L=158 (mm) Fr 与轴承 1 距离 L1=79 (mm) Fr 与轴心线距离 La=202 (mm) 毕业设计（论文） - 29 - 温度系数 ft=1 润滑方式 Grease=油润滑 二、选择轴承型号 轴承类型 BType=圆锥滚子轴承 轴承型号 BCode=30318 轴承内径 d=90 (mm) 轴承外径 D=190 (mm) 基本额定动载荷 C=342000 (N) 基本额定静载荷 Co=440000 (N) 极限转速(油) nlimy=2600 (r/min) 三、计算轴承受力 轴承 1 径向支反力 Fr1=219000 (N) 轴承 1 轴向支反力 Fa1=177488.78 (N) 轴承 2 径向支反力 Fr2=219000 (N) 轴承 2 轴向支反力 Fa2=177488.78 (N) 四、计算当量动载荷 当量动载荷 P1=262800 (N) 当量动载荷 P2=262800 (N) 五、校核轴承寿命 轴承工作温度 T=120 () 轴承寿命 Lh=5463 (h) 验算结果 Test=合格 毕业设计（论文） - 30 - 第 7 章锥齿轮的设计 7.1 锥齿轮的简介 锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力， 有直齿、 斜齿和曲线齿之分， 直齿最常用，斜齿已逐渐被曲线齿所代替。轴交角可以为任意角度，最常用的是 90。本次设计中选用轴交角为 90的直齿锥齿轮。 7.2 锥齿轮的尺寸设计 1初选材料和参数 (1)初步选齿轮材料为 20 r C经渗碳淬火处理， 调质处理硬度范围在 （5863） HRC； (2) 齿轮齿数1Z=14，大轮转速 n=960rmin，小轮悬臂支撑，大轮两端支 撑， 2按齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数 3 u)0.5b-(1b KT 1 2 Hp 2 RR 1 966d (1)确定设计公式中各参数 1)齿数比u=1.1 2)取齿宽系数取 R b=0.295 3)载荷系数 K一般可取 1.31.6，取 K=1.5. 4)许用接触应力 H = imHIHN K/S HN K是接触疲劳寿命系数， imHI 是接触疲劳强度极限,S 是安全系数 查表得 HN K =0.98 查机械设计手册（机械工业出版社）图 3.2-16d 得 imHI =1500Nmm 2 最小安全系数取S=1.1， 毕业设计（论文） - 31 - 可得许用接触应力 H =0.9815001.1=1336.4 Nmm 2 5)大轮转矩这里我们用电机额定转矩来计算和校核锥齿轮。 mNTT 3 1 10.45 则大轮分度圆直径 3 u)0.5b-(1b KT 1 2 Hp 2 RR 966d =9663 22 3 4 .1