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1100轧机压下和平衡装置设计,1100,轧机,压下,平衡,装置,设计
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第一章 绪论.11.1 选题背景及目的.11.2 轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用 .11.3 国内外轧钢机械的发展状况 .11.3.1 粗轧机的发展 .21.3.2 带钢热连轧机发展 .21.3.3 线材轧机的发展 .31.3.4 短应力线轧机.31.4 轧机压下装置的分类和特点.51.4.1 电动压下装置 .51.4.2 手动压下装置 .61.4.3 双压下装置 .61.4.4 全液压压下装置 .81.5 电动压下装置经常发生的事故及解决措施 .91.5.1 压下螺丝的阻塞事故 .91.5.2 压下螺丝的自动旋松 .9第二章方案选择.102.1 轧制过程基本参数 .112.1.1 简单轧制过程 .112.2.2 轧制过程变形区及其参数 .12第三章 力能参数的计算.143.1 轧制力能参数 .143.1.1 计算第一道次轧制力 .143.1.2 计算第二道次轧制力.153.1.3 计算第三道次轧制力.173.1.4 计算第四道次轧制力 .183.1.5 计算第五道次轧制力 .203.2 电机容量的选择.213.3 压下螺丝与螺母的设计计算.233.3.1 压下螺丝的设计计算.233.3.2 压下螺母的结构尺寸设计.243.4 齿轮设计计算 .253.4.1 选精度等级、材料及齿数 .253.4.2 按齿面接触强度设计 .263.4.3 按齿根弯曲强度设计 .283.4.4 几何尺寸的计算 .29第四章 主要零件的强度校核.304.1 圆锥齿轮轴的强度校核 .304.2 轴承使用寿命的校核 .32第五章 润滑与维护.345.1 润滑.345.2 维护.365.2.1 轧机主传动装置维护 .365.2.2 在轧机维护中应用故障诊断技术 .36总结.39致谢.40参考文献.41第一章第一章 绪论绪论1.11.1 选题背景及目的选题背景及目的随着国民经济的发展，需要更多数量、更多品种、更高质量的型钢，特别是大型型材。为满足这一需要，型钢轧机的发展不外于两个，一是改造旧轧机；二是更新设备，采用新技术和新工艺在旧型钢轧机上逐渐完善及工艺改进，这是我国改造挖潜以少花钱多办事见效快的新方针，是节约经济的客观需要。大学生活即将结束，为了检验我们的所学是否能够真正应用到实际当中，使我们认识到作为一个合格的设计人员应该具备的基本素质，学校为我们安排了这次毕业设计。用半年时间完成一个设计方案。轧机是现代钢厂中最常见的一种冶金设备。因此,轧机设备的好坏对轧钢厂的效益有很大的影响。我们的任务是通过所学的理论知识设计一台两辊轧机。因为实际条件有限，我们的设计只是经过相关理论与经验公式的推导来设计我们所选的冶金设备,经过理论校核检验是否达到设计要求。1.21.2 轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用轧钢生产是将钢锭及连续铸坯轧制成材的生产环节。用轧制的方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现自动化等优点。钢材的生产方法有轧制、锻造、挤压、拉拔等。用轧制方法得到的钢材，具有生产过程连续性、生产效率高、品种多、质量好、易与机械化、自动化等优点，因此得到广泛的应用。目前，约有 90的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制的方法。轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有 8590以上要经过轧钢车间轧成各种钢材，供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。1.31.3 国内外轧钢机械的发展状况国内外轧钢机械的发展状况十九世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机，设备简陋，产量不高；有的轧机是用原始的水轮来驱动。大上个世纪五十年代以后，钢的产量大增；各先进工业国的铁路建设与远洋航运的发展，蒸汽驱动的中型、大型轧机先后出现了。上个世纪的电气化使功率更大的粗轧机迅速发展起来。上个纪 5070 年代，由于汽车、石油、天然气的运输，电器电子工业与食品罐头工业的发展，钢材生产是以薄板占优势为特征的。总的来说，轧钢机械向着大型、连续、高速和计算机控制方向发展。1.3.1 粗轧机的发展粗轧机的发展在发展连铸的同时，国外仍在新建后扩建粗轧机，以扩大开坯能力。这是由于开坯机具有产品化灵活，便于实现自动化等优点，如日本 1969 年有三台板坯粗轧机和一台方坯粗轧机投入生产。至 1970 年止，世界上有粗轧机达 200 多台。拥有粗轧机最多的国家为美国达 130 台，日本 42 台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达 3 亿吨以上。七十年代的粗轧机直径增大到 1500 毫米。我国拥有 1000 毫米以上大型粗轧机七套，还有 750850 毫米小型粗轧机八套,主要于合金钢厂,为数不多的 650 毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959 年我国开始自行设计制造开坯机，已制成的开坯机有 700、750、825、850/650、1150 等毫米粗轧机。粗轧机将向着万能式板坯轧机，重型化发展，并且缩短轧机辅助机械工作时间发展。1.3.2 带钢热连轧机发展带钢热连轧机发展带钢热轧机分为连续式带钢热轧机、四辊及多辊可逆式轧机、炉卷轧机和行星式轧机等。带钢热连轧机分为全连轧、1/2 连轧和 3/4 连轧机。带钢连续式热轧机主要是生产 1.016（20）毫米的热钢板卷的，其生产的品种以普通炭钢为主。在世界上美国首先在 1926 年采用了热连轧板机，这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司，轧机规格为 1030 毫米，是 1/2 连轧，只是有一个粗轧机架，是近代热连轧机的雏形。四十年代以前，带钢热连轧机，几乎全部集中在美国。19611971 年，美国新建了 11 台辊身长度为 1473 毫米以上的热连轧机，称为“第二代轧机” 。第二代轧机具有轧制速度高、产量高、自动话程度高的特点。我国从 19661970 年开始发展热连轧板机，1700 毫米 3/4 热连轧板机以投产，其他规格的热连轧板机还有 1450 毫米半连轧、1450 毫米全连轧、750 毫米全连轧等。这些年来，薄钢板的生产比重日趋增加，这是现代轧钢生产发展的一个趋势。热轧钢板是汽车、造船、桥梁、电机、化工等工业不可缺少的原料，也是冷轧机的坯料，随着焊管、冷弯型钢的发展，钢板的需要量日益增长。现代带钢热连轧机发展趋势是提高产量、扩大品种、提高精度、提高自动化程度。采取的主要措施有：提高轧制速度、加大带卷和坯料重量、建造宽辊身的全连轧、粗轧机架近距离布置、采用快速换辊装置、提高产品精度和轧机刚度、采用板厚自动控制系统、精轧机轧辊辊型控制、采用计算机控制。90 年代以来，钢铁生产短流程迅速开发和推广，薄板坯连铸连轧工艺的出现，正在改变着传统的热轧机市场。自 1987 年 7 月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来，到 1997 年已建成的有 33 套。连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型两个工序衔接起来，将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组，直接轧制成带卷产品。德国西马克公司的 CSP 技术、德马克公司的 ISP 技术、奥钢联开发的 Conroll 技术等都有用户采用。1.3.3 线材轧机的发展线材轧机的发展近些年来，国外线材生产是稳定的，线材产量的 78%。用线材轧机常生产 512.7毫米的圆形断面轧材。为了提高线材的质量和产量，六十年代发展了无机架轧机、预应力轧机、Y 型轧机、步进式加热炉等新型轧制线材设备。轧机的轴承广泛采用滚动轴承或油膜轴承。线材直径公差可达0.10.3 毫米。20 世纪 70 年代，摩根无扭高速线材精轧机组有很大发展，投产的以达 160 多套。目前，高速线材轧机的机型可概括为三辊式、45、15、75和平-立交替式四种。1.3.4 短应力线轧机短应力线轧机1.提高轧机刚性的途径提高轧机的刚性是获得高精度产品，减少轧制废品和工艺事故，稳定工艺参数，提高轧机作业率和产品成材率，尤其是提高轧制速度的必备条件。提高轧机刚性也正是实现轧机机械化及电子计算机控制自动化生产的先决条件，因为轧制程序的稳定及生产过程的自控，必须有稳定的工艺及准确稳定的指令，高速线材轧机更是如此。提高轧机刚性的途径有：1）增加轧辊尺寸和机架断面尺寸。但这会使工作机座结构庞大，增加设备重量和制造困难，而且，机座刚度不仅仅决定于机架断面积的增加，也与机架的结构和几何尺寸有关。随着轧辊直径和机架断面积的增加，机架高度也相应增加，这就影响了机座刚度的进一步提高。2）改善各承载件的材质，结构及加工精度，以提高工作机座的配合精度。3）减少承载件的配合面。4）缩短辊身长度。5）缩短应力线长度。6）施加预应力等。这里所说的应力线是轧机在轧制过程中，轧制力所引起的内力沿各承载零件分布的应力回线，与一般力学中的应力概念有所不同。故短应力线轧机是指应力回线缩短了的轧机，是一种高刚度轧机。2、短应力线轧机的发展概况意大利波米尼法雅尔公司（PominiFarrel）研制的“红环”轧机也是属于短应力线轧机。我国在研制短应力线轧机方面起步较晚，开始于70年代末期，80年代初期，但发展速度较快。1981年北京科技大学成功地研制出了国内第一架新型短应力线轧一“GY-1”型短应力线轧机，如图1-1所示。该轧机首先在四川蛾眉型钢厂、大冶钢厂、贵阳钢厂投产，因其具有投资少，上马快，见效快、容易掌握、调整方便、成材率高等优点，很快在全国80多个厂家得到推广应用。轧机类型也从“GY-1”型发展到到“GY-2”型“GY-3”型、“GY-4”型短应力线轧机。在“GY”型短应力线轧机投产之后，由河北冶金厅研制的“HB”型短应力线轧机。四川威远钢厂研制的“CW-1”型短应力线轧机和北京冶金设备研究院研制的“SY”型短应力线轧机相继投入生产。特别是“SY”轧机在设计、加工制造和服务一条龙的经营指导思想下，发展速度很快，在全国已有几十家企业投入生产。3.短应力线轧机的主要特点1)最短的应力线保证了高刚度。这种轧机不用预应力，也不靠增大截面尺寸来提高轧机刚度而是通过尽量缩短应力线来提高轧机刚度。在所有轧机中这种轧机的应力线是最短的，轧机的配合面也是最少的，轧机轴承座具有较大刚度。2)预调性能好。在压下螺母、球面垫与轴承之间装有密压头，与轧制负荷指示器相连，能经常测得轧制负荷，因此可模拟生产条件，在换辊前预调辊缝。换辊后生产的第一，第二根钢即可保证为合格品，减少了试轧废品，提高了成材率，克服了旧轧机一边试轧，一边调整，造成试轧废品多的问题，这一点对于高级合金钢尤其具有经济价值。3)实现了对称调整。连接四个轴承座的四根拉杆上有正反丝扣，实现了相对于轧制线的对称调整，保证了轧制线固定不变。从而使得导位装置的调整、安装、维护都很方便，减少了操作事故和工艺事故，提高了成材率和作业率。4)整体换辊，减少了换辊时间，短应力线轧机都备有二套以上的辊组。一套使用，另一套预装。换辊时，将旧辊组取下，换上新辊组，只需几分钟时间，大量的工作都在生产线以外的预装间去完成，从而减少了在生产线上的换辊时间，提高了作业率。5)轴承和轴承座受力情况好，提高轴承寿命。本轧机由于取消了集中载荷的压下螺丝，使轴承受力均匀，应力降低，包角增大，轴承寿命较现有轧机（预应力或其他形式）有显著提高。综合上述，轧钢生产技术七十年代的发展特点是，板带比重大，焊管多于无缝管；向高速、大型、连续化、自动化方向发展；提高质量，扩大品种以及低成本能耗。改造轧机，挖掘潜力；大量采用新工艺新技术。1.41.4 轧机压下装置的分类和特点轧机压下装置的分类和特点1.4.11.4.1 电动压下装置电动压下装置电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。按轧辊调整的距离、速度及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。1 1） 快速电动压下装置快速电动压下装置: :一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上,如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机及万能轧机上。在这些类型的轧机上由于上辊的调整距离大、压下十分频繁,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率，所以采用快速电动压下装置是必要的。 常采用的快速电动压下装置有两种类型：一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。两个压下螺丝是由两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。因此采用这种传动系统启动迅速、传动效率高、造价低,但存在着加大了机座的总高度,增加了厂房高度基本建设投资等缺点。另外为了实现压下螺丝的单独调整,中间介轮可以由液压缸控制,使其与压下螺丝啮合或脱离。其结构简图如图 11 所示。123456 1制动器 2-立式电动机 3减速机 4压下螺母 5压下螺丝 6离合器图 1.1 立式电机圆柱齿轮传动的电动压下装置另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机构来带动两个压下螺丝，通过离合可以实现压下螺丝的单独调整。这种快速电动压下装置的特点是：结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降,但传动效率低、造价高。因此多用在一些压下要求速度不高的初轧机上。2 2） 慢速电动压下装置慢速电动压下装置: : 这种调整装置多用于上辊调节距离在 100200 毫米以下，调节速度小于10.2mm/s，但调节精度要求高的薄板、带材轧机上。在这种压下机构中，由于传速比 i要求很大（最大可以达到 i=15002000）,同时又要求能带钢压下。因此，压下装置的设计是比较复杂的。1.4.2 手动压下装置手动压下装置这种压下装置结构简单、造价低,但工人的劳动条件差、强度大,因此常用在生产效率低的轧机上。1.4.3 双压下装置双压下装置为了控制板厚偏差在规定的范围内，在现代化的板、带材成品机座的压下装置中,分成了精调与粗调两个部分。其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的,.而精调装置是用来在轧制过程中随着板、带材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化,随时对辊缝进行微量调节校正的。1 1）电动双压下装置）电动双压下装置由于电动双压下装置的反应灵敏度差,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧机上。在这种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的,因此传动系统的惯性力很大,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重,所以无法满足高精度的板厚公差要求。由于以上原因,目前很少采用这种板厚自动调节系统。其简图如图 12 所示。121精调电动机 2粗调电动机图 1.2 电动双压下装置简图2 2）电）电- -液双压下调整装置液双压下调整装置第一种电动双压下调整装置,它的粗调为一般的电动压下机构,通过电动压下系统带动压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝.而精调通过液压缸推动齿条带动扇形齿轮,使压下螺母转动,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动,其结果只能使压下螺丝上下移动实现了辊缝的微调。第二种,电-液双压下机构,粗调为一般的电动压下机构,而精调是用液压缸直接代替了压下螺丝与螺母。通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与下轴承座之间。该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑,消除了机械惯性力,从而大大缩短了调节信号滞后现象,减少了压下螺丝与螺母的磨损,提高了精度机构的效率。它的调节灵敏度比一般电动压下要快 10 倍以上。因此大大提高了板材的轧制精度,广泛的用在现代化的冷、热成品带钢轧机上。电-液双压下装置与电动双压下装置相比有以下特点：结构紧凑,精调部分传动零件减少使传动惯性力下降，因此，调节讯号滞后现象减轻,而灵敏度增加。但仍保留着机械传动零件，所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响，使调整精度还不够高。1.4.4 全液压压下装置全液压压下装置所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构,其辊缝的调节均由液压缸来完成 。其系统示意图如图 13 所示。全液压压下装置的特点:(1)惯性力小、动作快、灵敏度高,因此可以得到高精度的板带材,其厚度偏差可以控制到小于成品厚度 1%,而且缩短了板带材的超差部分长度,提高了轧件成品率,节约了金属,提高了产品质量,并降低了成本。(2)结构紧凑,降低了机座的总体高度,减少了厂房投资，同时提高了传动效率。(3)采用液压系统可以使卡钢迅速脱开,有利于处理卡钢事故,避免了轧件对轧辊的刮伤。(4)可以实现轧辊快速提升,便于快速换辊,提高了轧机的有效作业效率,增加了轧机的产量。(5)压下系统复杂,工作条件要求高,有些元件制造困难、成本高、维护保养要求很严格以保证精度。1110139Cp34567812PP0PP/KCPp/kh s进油出油shQ2S0h01 1电位器 2传给另一机架的迅号 3位移调节放大器 4放大器 5伺服阀6位移传感器 7测厚仪 8测压仪 9力位移转换元件 10选择开关11压力传感器 12柱塞缸 13压力比较器 C调节系数装置P图 1.3 全液压压下系统示意图1.51.5 电动压下装置经常发生的事故及解决措施电动压下装置经常发生的事故及解决措施1.5.11.5.1 压下螺丝的阻塞事故压下螺丝的阻塞事故由于初轧机、板坯轧机和厚板轧机的电动压下装置压下行程大、速度快、动作频繁，而且是不带钢压下，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、 “坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故。这时上辊不能移动，电机无法启动，轧机不能正常工作。为了处理堵塞事故，很多轧机都专门设置了压下螺丝的回松机构。1.5.21.5.2 压下螺丝的自动旋松压下螺丝的自动旋松压下螺丝的自动松问题主要发生在初轧机上，尤其是采用立式电动机压下时，问题尤为严重，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。目前防止压下螺丝自动旋松的主要办法是加大螺丝的摩擦力矩。这可以两方面入手，一是加大压下螺丝止推轴颈的直径，并且在球面垫上开孔。二是适当增加螺丝直径。第二章第二章方案选择方案选择习惯上把不“带钢”的压下装置称为快速压下装置。这种装置多用在可逆热轧机上，如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组的可逆式粗轧机组等。按照传动的布置形式，快速电动压下装置有两种方案：一种是由台卧式电动机来驱动两个压下螺丝的升降，另一种是由两台立式电动机来驱动两个压下螺丝的升降。第一种方案采用卧式电动机，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，因此在压下速度不太快板坯轧机上经常采用这种布置形式。如图 2.1 所示。1制动器 2电动机图 2.1 卧式电动机传动压下装置的配置方案第二种方案是采用立式电动机，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1223整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。因为 1100 初轧机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用第二种方案。112331电动机 2小惰轮 3大惰轮图 2.2 立式电机传动压下装置的配置方案 在毕业设计中，本人对压下系统中的指针传递装置进行了改进，原结构中一端采用双列圆柱滚子轴承，另一端采用单列圆柱滚子轴承。其主要缺点是不能承受轴向力。经计算校核采用一对圆锥滚子轴承完全可以替代原方案，改进后的主要优点是：（1）可以承受一定的轴向力，从而保证了该装置工作的可靠性。 （2）便于安装、拆卸，减轻了维修工作量，同时降低了成本。2.12.1 轧制过程基本参数轧制过程基本参数2.1.1 简单轧制过程简单轧制过程在一般的轧制过程中，轧件只是在一对工作辊中受到压力而产生塑性变形。为了研究，一般都以简单的（即理想的）轧制过程作为研究的开端。具有下列条件的轧制过程称为简单轧制过程：1）两个轧辊都驱动；2）两个轧辊直径相等；3）两个轧辊转速相同；4）被轧金属作等速运动；5）被轧金属上除轧辊施加的力以外，无任何其它作用力；6）被轧金属的机械性质是均匀的。由前确定的方案可知，此计算即可按照简单轧制计算。2.2.2 轧制过程变形区及其参数轧制过程变形区及其参数变形区是指轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图 2.3 所示。其基本参数为：图 2.3 变形区几何图形轧制前、后轧件的高度（厚度） ，mm；10hh 、轧制前后轧件的平均高度，mm，；mh210hhhm压下量（绝对压下量） ，mm，；hhhh10、轧制前、后轧件的宽度，mm；0b1b宽展量（绝对宽展量） ，mm，；bbbb01、轧制前、后轧件长度，mm；L0L1咬入角（变形区所对应的轧辊中心角） ，；Dh1cosl接触弧水平投影长度，mm，可近似认为；hRl临界角（中性角） ；D、R轧辊直径、半径，mm。第三章第三章 力能参数的计算力能参数的计算3.13.1 轧制力能参数轧制力能参数典型钢件：20#化学成份：C=0.20%，Mn=1.0%，Cr=1.2%，Ti=0.07%3.1.1 计算第一道次轧制力计算第一道次轧制力（1）计算压下量 mmhhh7031038010（2）计算接触弧水平投影长度 mmhRl62.2007021150（3）计算轧制后轧件的平均高度 mmhhhm3452310380210（4）计算外区应力状态的影响系数 4 . 0mhln4 . 034562.200240. 1（5）计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算258. 034562.200mhl 00355. 0310380ln62.2005 . 3ln10hhlvurm（6）计算相对压下量 %4 .18%10038070%1000hh（7）计算平均变形程度 131. 0%3 .1211ln11lnmmr其中 %3 .12%4 .183232m（8）计算 20#的变形阻力 rutKKK 60 查轧钢机械表 2-2 得 20#变形阻力公式系数值 321. 3A609. 2B133. 0C210. 0D454. 1E 390. 0NMPa8 .1550 323. 1100027310501000273tT1） 变形温度影响系数BTAKt exp323. 1609. 2321. 3exp877. 02） 变形速度影响系数DTCuuK10323. 1210. 0133. 01000355. 0316. 03） 变形程度影响系数 4 . 014 . 0mNmrrErEK4 . 0131. 01454. 14 . 0131. 0454. 1390. 0792. 0792. 0316. 0877. 08 .155MPa196.34（9）根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力npm15. 1196.3424. 115. 1MPa764.48（10） 计算轧制力 FpPm62.2002380383764.48kN227.37323.1.2 计算第二道次轧制力计算第二道次轧制力（1）计算压下量mmh40（2）计算接触弧水平投影长度mmhRl66.1514021150（3）计算轧制后轧件的平均高度mmhhhm2902270310210（4）计算外区应力状态的影响系数 4 . 0mhln4 . 029066.151296. 1（5）计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算252. 029066.151mhl10lnhhlvurm270310ln66.1515 . 300319. 0（6）计算相对压下量 %1000hh%10031040%9 .12（7）计算平均变形程度 mmr11ln%6 . 811ln090. 0其中%6 . 8%9 .123232m（8）计算 20#的变形阻力 rutKKK 60 查轧钢机械表 2-2 得 20#变形阻力公式系数值 321. 3A609. 2B133. 0C210. 0D454. 1E 390. 0NMPa8 .1550 318. 1100027310451000273tT1） 变形温度影响系数BTAKt exp318. 1609. 2321. 3exp889. 02） 变形速度影响系数DTCuuK10318. 1210. 0133. 01000355. 0312. 03） 变形程度影响系数4 . 014 . 0mNmrrErEK4 . 0090. 01454. 14 . 0090. 0454. 1390. 0711. 0MPa725.30711. 0312. 0889. 08 .155（9）根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力npm15. 1725.30296. 115. 1MPa793.45（10） 计算轧制力 FpPm66.1512388386793.45kN701.26873.1.3 计算第三道次轧制力计算第三道次轧制力（1）计算压下量mmh30（2）计算接触弧水平投影长度mmhRl34.1313021150（3）计算轧制后轧件的平均高度mmhhhm2552240270210（4）计算外区应力状态的影响系数 4 . 0mhln4 . 025534.131304. 1（5）计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算2515. 025534.131mhl00314. 0240270ln34.1315 . 3ln10hhlvurm（6）计算相对压下量 %1000hh%10027030%1 .11（7）计算平均变形程度 mmr11ln%4 . 711ln077. 0其中%4 . 7%1 .113232m（8）计算 20#的变形阻力 rutKKK 60 查轧钢机械表 2-2 得 20#变形阻力公式系数值 321. 3A609. 2B133. 0C210. 0D454. 1E 390. 0NMPa8 .1550 313. 1100027310401000273tT1） 变形温度影响系数BTAKt exp313. 1609. 2321. 3exp901. 02）变形速度影响系数DTCuuK10313. 1210. 0133. 01000314. 0316. 03）变形程度影响系数4 . 014 . 0mNmrrErEK4 . 0077. 01454. 14 . 0070. 0454. 1390. 0677. 0MPa044.30677. 0316. 0901. 08 .155（9）根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力npm15. 1044.30304. 115. 1MPa055.45（10） 计算轧制力 FpPm34.1312390388793.45kN622.23393.1.4 计算第四道次轧制力计算第四道次轧制力（1）计算压下量mmh78（2）计算接触弧水平投影长度mmhRl78.2117821150（3）计算轧制后轧件的平均高度mmhhhm3492310388210（4）计算外区应力状态的影响系数 4 . 0mhln4 . 034978.21122. 1（5）计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算261. 034978.211mhl10lnhhlvurm310388ln78.2115 . 300371. 0（6）计算相对压下量 %1000hh%10038878%1 .20（7）计算平均变形程度 mmr11ln%4 .1311ln144. 0其中%4 .13%1 .203232m（8）计算 20#的变形阻力 rutKKK 60 查轧钢机械表 2-2 得 20#变形阻力公式系数值 321. 3A609. 2B133. 0C210. 0D454. 1E 390. 0NMPa8 .1550 308. 1100027310351000273tT1）变形温度影响系数BTAKt exp3088. 1609. 2321. 3exp912. 02）变形速度影响系数DTCuuK10308. 1210. 0133. 01000317. 0327. 03）变形程度影响系数4 . 014 . 0mNmrrErEK4 . 0144. 01454. 14 . 0144. 0454. 1390. 0813. 0MPa762.37813. 0327. 0912. 08 .155（9）根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力npm15. 1762.3722. 115. 1MPa980.52（10） 计算轧制力FpPm78.2112246240980.52kN485.27263.1.5 计算第五道次轧制力计算第五道次轧制力（1）计算压下量mmh60（2）计算接触弧水平投影长度mmhRl74.18560 （3）计算轧制后轧件的平均高度mmhhhm2802250310210（4）计算外区应力状态的影响系数 4 . 0mhln4 . 028074.185178. 1（5）计算变形速度因为。所以采用粘着理论计算266. 028074.185mhl10lnhhlvurm250310ln74.1855 . 300405. 0（6）计算相对压下量 %4 .19%10031060%1000hh（7）计算平均变形程度 138. 0%9 .1211ln11lnmmr其中 %9 .12%4 .193232m（8）计算 20#的变形阻力 rutKKK 60 查轧钢机械表 2-2 得 20#变形阻力公式系数值 321. 3A609. 2B133. 0C210. 0D454. 1E 390. 0NMPa8 .1550 303. 1100027310301000273tT1） 变形温度影响系数BTAKt exp303. 1609. 2321. 3exp924. 02） 变形速度影响系数DTCuuK10303. 1210. 0133. 01000405. 0333. 03） 变形程度影响系数4 . 014 . 0mNmrrErEK4 . 0138. 01454. 14 . 0138. 0454. 1390. 0803. 0MPa517.38803. 0333. 0924. 08 .155（9）根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力npm15. 1517.38178. 115. 1MPa179.52（10） 计算轧制力 FpPm74.1852250246179.52kN548.24033.23.2 电机容量的选择电机容量的选择1)计算压下螺丝的转速4890nsr /875. 1min/5 .112 r2)计算被平衡部件总重量35700091000GN4480003)对压下螺丝进行受力分析，如图 4.1 所示。1压下螺丝 2压下螺母 3球面垫4.1 压下螺丝受力平衡图4)计算作用在一个压下螺丝上的力 GP2 . 014480002 . 0N896005)计算止推轴承阻力矩=2926933.333N.m3313111dPM3490896000.26)计算螺纹摩擦阻力矩)(tan2dPM212)405036. 0(tan226.38789600m374N.7948903式中螺纹上的摩擦角 螺纹升角 7)计算转动压下螺丝所需的静力矩=21MMM374.794890332926933.33 m1N10875836.795501000nMN0.9895501000112.5110875836.757KN.2518)试选电机的型号为 ZD141-2B，功率为 200KW，基速为 500r/min，高速为 1200r/min。9)计算所选电机的额定转矩n109550NM3er50010955020033800000N10) 对所选电机进行过载校核： 380000071.10875836maxmerMM386. 2满足要求。3.33.3 压下螺丝与螺母的设计计算压下螺丝与螺母的设计计算3.3.1 压下螺丝的设计计算压下螺丝的设计计算1 1）压下螺丝螺纹外径确定）压下螺丝螺纹外径确定预选螺纹外径及其它参数d 由经验公式得dgd621. 055. 0mmd4146906 . 0查机械设计手册，预选。mmd420式中 -压下螺丝外径；dmm -轧辊辊颈；dgmm螺纹螺距： dt14. 012. 0 mm4 .5042012. 0取螺距为。mm48根据和 可确定压下螺丝的中径和内径；dtmmd268.3872mmd694.33612 2）压下螺丝的强度校核压下螺丝的强度校核 2114dp式中 -压下螺丝中实际计算应力，单位为；2mmN -压下螺丝所承受的轧制力，单位为；1pkN -压下螺丝螺纹内径，单位为；1dmm -压下螺丝许用应力，单位为；2/mmN nb -压下螺丝材料强度极限，单位为；b2/mmN -压下螺丝的安全系数，；n6n21pp 2227.3732kN1135.186623694.336101135.18664 MPa97.20其中 MPanb59105903 3）压下螺丝的尾部形状设计压下螺丝的尾部形状设计（1）本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。（2）压下螺丝端部形状选择 压下螺丝的端部选用凸形球面，因为球面垫采用青铜材料，青铜球面垫的主要特点是具有较好的抗压性能，采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块使用寿命，减少有色金属的消耗。3.3.2 压下螺母的结构尺寸设计压下螺母的结构尺寸设计压下螺母的材料选为铸造无锡青铜，其许用挤压应。49ZQAL MPap80601、 压下螺母高度的确定H pddZpp212124从而解得 212124ddppZ223653. 52694.3642070101135.1866406. 3 mmZtH98.1464806. 3取 。mmH150式中 -螺纹受力面上的单位挤压应力，单位为；pMPa -轴颈上的最大压力，单位为；1pMPa -压下螺母中的螺纹圈数；Z -压下螺丝的螺纹外径，单位为；dmm -压下螺丝的螺纹内径，单位为；1dmm -压下螺母与螺丝的内径之差，单位为；mm -压下螺丝材料许用应力，单位为； pMPa2、 压下螺母外径的确定D pDDpp21214从而有 PDPPD211470450701135.186641023mm27.486取。mmD4903.43.4 齿轮设计计算齿轮设计计算3.4.1 选精度等级、材料及齿数选精度等级、材料及齿数（1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）选用 7 级精度（GB10095-88） 。（3）材料选择：由机械设计表 10-1 可选择小齿轮材料选用,硬度为；rC40HBS280大齿轮材料为 45 钢,硬度为,硬度差为。HBS240HBS40（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数,取为 80。201z8 .882z（5）选取螺旋角。初选螺旋角 =8。3.4.2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 321112HEHadttZZuuTKd（1）确定公式内的各计算数值试选 Kt = 1.6。 由图选取区域系数。2.44 ZH由图查得，则。78. 01a87. 02a65. 121aaa由表选取齿宽系数。1d由表查得材料的弹性影响系数。21EMPa 189.8 Z 由机械设计图按齿面硬面查得小齿轮接触疲劳强度极限,d2110MPaH6001lim小齿轮接触疲劳强度极限。MPaH5501lim计算小齿轮传递的转矩= 9.55= 11501055.9nPT50020061082. 3mmN 计算应力循环次数jLhnN116053008215006091008. 1 uNN/1244. 4/1008. 1981043. 2查取弯曲疲劳寿命系数 由图查得，；90. 01FNK95. 02FNK计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1 得：SKFEFNH11116009 . 0MPa540SKFEFNH222155095. 0MPa5 .522许用接触应力 2/21HHH2/5 .522540MPa25.531（2） 计算计算小齿轮分度圆直径 d1t，由计算公式得： 326125.5318 .18944. 244. 4144. 565. 111082. 36 . 12tdmm75.162 计算圆周速度10006011ndvt10006050075.162sm/26. 4计算齿宽 b 及模数ntmtddb175.1621mm75.16211coszdmtnt208cos75.162mm06. 8ntmh25. 206. 825. 2mm13.1813.18/75.162/hbmm98. 8计算纵向重合度tgzd1318. 08201318. 0tg894. 0计算载荷系数 K已知使用系数=1.75。AK根据 v = 4.26m/s，7 级精度，查得动载系数；由表查得的计算公式:14. 1VKHK故 bKdH321023. 018. 012. 175.1621023. 0118. 012. 13234. 1查得，。故载荷系数：30. 1FK4 . 1FHKKHHVAKKKKK 4 . 130. 134. 175. 127. 4按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 即：311/ttKKdd 36 . 1/66. 375.162mm71.225计算模数nm11coszdmn208cos71.225mm18.113.4.3 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 FSFadnYYzYKTm2121cos2(1)确定计算参数1)计算载荷系数FFVAKKKKK 4 . 13 . 114. 175. 163. 32)根据纵向重合度，由图查得螺旋角影响系数。894. 095. 0BY3)计算当量齿数311coszzV8cos20320.20320coszzV8cos88386.884)查取齿形系数由表查得，；。8 . 21FY202. 22FY5)查取应力校正系数由表查得，；。55. 11SY778. 12SY查取弯曲疲劳强度极限由图查得，小齿轮MPa；大齿轮MPa。5001FE3802FE由图 10-18 查得:弯曲疲劳极限寿命系数: 88 . 0, 58 . 021FNFNKK6)计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数,得:4 . 1S MPaSKFEFNF1114 . 150058 . 057.303 MPaSKFEFNF2224 . 138088 . 086.238计算大、小齿轮的并加以比较 FSFYY57.30355.18.2111FSFYY43001. 086.238202.2778.1222FSFYY16390 . 0大齿轮的数值大。(2) 设计计算01639. 065. 12018cos59 . 01082. 363. 32226nmmm77. 8,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强mmmn01度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由：mmd71.2251nmdzcos1128cos71.22535.22取,则,取。421zmmuzz56.1064244. 412108Z23.4.4 几何尺寸的计算几何尺寸的计算(1) 计算中心距cos221nmzza8cos21010842mm486.666将中心距圆整为 667mm。(2)按圆整后的中心距修正螺旋角3007amzzn2arccos2166721010824arccos 8因 值改变不多，故参数、等不必修正。aKHZ(3)计算大、小齿轮分度圆直径cos11nmzd 30078 cos0142mm66.242cos22nmzd 30078cos01108mm61.1090(4)计算齿轮宽度 66.24266.2421db1dmm圆整后取 ， 。243B2mm265B1mm第四章第四章 主要零件的强度校核主要零件的强度校核4.14.1 圆锥齿轮轴的强度校核圆锥齿轮轴的强度校核1)求圆锥齿轮轴上转矩和转速min/36025805 .112rnnPT9550000360109550000mmN 78.2652772)求作用在圆锥齿轮上的作用力 mZd 255mm125Rddm1 . 013 . 05 . 01125mm25.106112dmTFt25.10678.2652772N46.49931costantrFF 6219cos20tan46.4993N45.1718 1sintantaFF 6219sin20tan46.4993N71.5913)计算轴上的载荷并画出弯矩图和扭矩图4305001tNHFF43050046.4993N35.580612NHtNHFFF35.580646.4993N89.81270tHFm7046.4993mmN 2 .34954243050011matNVdFFF43025.10671.59150045.1718N99.185111NVtNVFFF99.185145.1718N54.13370111NVmaVFdFm7099.185125.10671.591mmN 11.667702121VHMMM2211.66702 .349542mmN 33.355862图 4.1 弯矩图和扭矩图4)判断危险截面在截面处，虽然轴径略微小些，但在该截面所承受的弯矩很小，几乎为零，所以可以不对该截面进行强度校核。再截面处的直径与截面处的直径相同，但截面处承受430FNH1FNV1FrFaFtFNH2FNV2FtFNH1FNH2MHFaFrFNV1FNV2MV2MV1M2M2T70M的弯矩较小，所以可以不对此截面进行强度校核。经上述分析，只对截面处进行强度校核。5)接弯扭合成应力校核轴的强度WTMca231322501 . 08 .2652776 . 033.355862MPa19.31该轴的材料为 45 钢调质处理，查机械设计表 15-1 得，因此 MPa601，故安全。1ca4.24.2 轴承使用寿命的校核轴承使用寿命的校核计划轴承两年换一次 Ln=236024=17280h1)初选代号为 30210、30209 的圆锥滚子轴承2)计算两轴承承受的径向载荷21211NVNHrFFF2299.185135.5806N55.94.6022222NHNHrFFF2254.13389.812N79.8233)计算轴承产生的派生轴向力查机械设计课程设计表 4.6.3 得代号为 30209 的圆锥滚子轴承的有关数据，得代号为 30210 的圆锥滚子轴承的NCr64200NCor478004 . 0e5 . 1Y有关数据为，NCr72200NCor5520042. 0e5 . 1YYFFrd2115 . 1255.6094N52.2031YFFrd2225 . 1279.823N60.27452.031271.5911daFF223.2623dFN 所以 2 轴承为紧轴承，1 轴承为松轴承。NFa52.20311d12FFFaa52.203171.591N23.26234)计算滚动轴承的当量为载荷1 轴承eFFra33. 055.609452.203111查机械设计表 13-5 得径向动载荷系数轴向动载荷系数。1X0Y2 轴承eFFra18. 379.82323.262322查机械设计表 13-5 得径向动载荷系数轴向动载荷系数。4 . 0X5 . 1Y222arpYFXFfp23.26235 . 179.8234 . 02172.8528pN 5)计算滚动轴承的寿命 17280h166010pCfnLthh64.174081 .121897220036060103106满足设计要求。第五章 润滑与维护5.5.1 1 润滑润滑轧机各设备经常在繁重的条件和恶劣的环境下工作。合理地进行润滑，对减少机件的磨损、延长轧机的使用寿命具有十分重要的作用。现代轧机都常采用自动化的干、稀油集中润滑系统，他是轧机的重要组成部分。一台热连轧机，往往有上千个摩擦部件需要润滑，有专门布置在车间设备附近的地下室，将润滑油通过各种输油管道，集中供油到各摩擦部件。常用的润滑方式有两种：稀油润滑（矿物油润滑） ；干油润滑（润滑脂润滑） 。 稀油润滑一般用于要求对摩擦面实行液体或半液体摩擦的地方，以及除了润滑外，还需要冷却、清洗摩擦表面的地方。干油润滑的主要目的是减少摩擦以及保护摩擦表面不受腐蚀和防止外来水、氧化铁皮等污物进入。转速较低或不经常工作的摩擦面，常用干油润滑。干油润滑不能循环，因此消耗的油脂不能回收，但干油润滑设备比较简单。稀油润滑可以循环使用，但设备复杂。一般情况下，凡是干油润滑可以满足要求的机械设备，可以不用稀油润滑。总的说目前轧钢机械润滑有以下特点：1、稀油润滑仍然是轧钢车间主要的润滑型式，由于稀油润滑能有效的减少摩擦，有良好的润滑效果，排散热量冷却工作表面以及保护工作表面不受腐蚀等作用。因此，最近十年，国外虽然逐步推广油雾润滑，但是稀油润滑在许多场合仍是不可代替的，直到目前为止轧钢车间在所有齿轮啮合部位、减速机、人字齿轮机座以及大部分轧机的轴承都还是采用稀油循环润滑。 2、各国的稀油润滑系统的发展是趋于分散。大都是一台设备设立一套润滑系统，很少几台设备共用一套系统的，这样可使系统小型化，缩短管道，油库深度减小，便于施工，节省基建费用。 3、不少国家的稀油润滑系统(口、意、美等)在设计过程中，并不追求紧凑、轻巧，主要考虑可靠性。因此选用油箱容量较大，为了防止系统发生紧急事故时停止供油，损坏机械设备，日本、美国在重要系统中都设置了压力箱。 4、由于齿轮泵结构简单、制造方便，因此轧钢车间普遍采用，国外轧机稀油润滑系统中流量小于 15001700 升/分的油泵主要采用齿轮泵、流量大于此值时采用螺杆泵和其他水泵。 5、国外轧机润滑系统中几乎全部采用列管式冷却器。以往国内南方各厂对列管式冷却器冷却效果不好反应较大，对此我们感到有进一步弄清冷却效果低的原因的必要。 6、干油集中润滑系统应用最广泛的是双线式系统。单线式系统主要用于单独的机器设备，小型机械以及机器所需润滑油量较少的小型干油润滑系统。虽然单线式系统有简化线路、结构紧凑、体积小、可进行叠加组合等优点，并且美国也已出现了供应整个车间润滑的大型单线润滑系统，但是我们认为在今后相当长的一段时间内，用单线式系统全部代替双线式系统的可能性是很小的。 7、双线给油器各国所用结构基本上是相同的，外形尺寸也相差无几，全部采用非进行式结构。近年来出现了双点供油方式的给油器，由于可向两个润滑点供油，因此在润滑点数量相同的情况下，所需的给油器比原先单点给油器要少一半。为满足此种给油器的需要电动干油站工作制度必须有所改变，即油站每工作一次，必须使两主油管各压油一次。 8、单线式系统型式较多，需根据设备的不同情况，选用不同的单线系统:单线非进行式终结式系统用于润滑点近乎戍直线分布的机器设备中，单线进行式回路式系统用于润滑点分布面积较广的机器设备中，单线进行式终结式系统用子润滑点很分散，或是靠近热源的机器设备中。 9，油雾润滑是最近十年发展起来的一种新的润滑方式。从润滑本身来说，采用这一种或那一种润滑方式都同样是可行的。但是为了能达到最好的效果，就要根据设备的不同特点，对润滑方式进行必要的选择。由于有良好的润滑效果，且耗油量小工作温度低，使轴承寿命延长，便于控制轧件污染、成本及维修费用低等优点，因此近年来油雾润滑在轧机机架中越来越广泛地采用，并已在轧机的润滑方面占有稳固地位，在数以百计的设备中得到采用。对于油雾润滑这一润滑新技术，国内了解得很少，还缺乏使用上的经验，今后应予充分重视，加强试验研究，使其早日用于生产。10、国外润滑设备制造质量较高，性能较好。如油泵噪音都很小，冷却器冷却效果好，过滤器寿命长，干汕系统密封性好、漏油情况极少。从而提高了系统工作的可靠性，能获得好的润滑效果。5.25.2 维护维护5.2.15.2.1 轧机主传动装置维护轧机主传动装置维护 （1）防止压盖变形压盖、叉口的变形给十字头的装配增加间隙，高速运转中的十字头将产生一个很大的冲击力。其措施是定期检查压盖及叉口的形状尺寸，防止装配间隙产生，提高轴承的运行寿命。(2)缩短工作辊传动轴的加油周期，改用高温流动性能低的油脂;定期测量十字头温度、紧固螺丝，使系统具有良好的运行状态。 图 (3)针对安全联轴器的安全力矩不稳定现象，采取定期进行标定措施，确保安全设定值稳定，长期运转后无变化。更换安全销时所加的油压可从标定曲线上取值，见图 7.1。同时加强对安全销及各部分的密封检查和维护，防止联轴器的设定压力下降。 5.2.25.2.2 在轧机维护中应用故障诊断技术在轧机维护中应用故障诊断技术1 轧机故障诊断技术的应用现状 20 世纪 70 年代中期，美国率先将故障诊断技术引进钢铁行业，1977 年日木新日铁公司己对初轧机牌坊、力一向接轴等重要部件的故障进行检测诊断。20 世纪 80 年代后，故障诊断技术在我国也迅速发展，在振动信号检测处理、故障识别和预报方而，从理论到测试手段均在不断完善，频谱分析法因 FFT,实时分析仪的完善和发展而成为轧机振动分析的一个十分有力的工具。美国钢铁公司 Lorain 工厂 1170mm 初轧机山于 1 年内折断了 3 根力一向接轴，因而在该轧机5-1 安全联轴器标定曲线上研制装配了扭知监测仪，非接触地连续测量轧机的扭振，预报危险，以保护主传动设备。日木动报警系统，在振动发生前该系统提醒操作工降低轧制速度，以保护设备。瑞典Fundia 公司为了消除轧机传动装置的机械共振现象，安装了驱动软件控制器(RTE)当轧机受到钢坯冲击出现减速时，RTE 可使驭动装置平稳增速，并使合成冲击速度下降，提高驭动装置速度，使其达到改造前的 2 倍。由于 RTE 消除轧机振动效果好，1992 年英国 2 架轧机也安装了此装置。2 故障诊断基本方法及发展趋势在回转机械故障诊断中，振动分析法是应用最广泛的方法之一。首先，振动问题是此类机械运行中最主要的问题。其次，振动信号包含了丰富的机械运行状态信急，且信号易于拾取，便于在不影响机器运行的情况下实行在线监测和诊断。大型回转机械的故障诊断基木手段有: （1)FFT 分析。通过磁带记录仪记录振动信号，然后在实验室进行信号回放，并输入专用 FFT 分析仪进行频谱分析。近年来，信号处理技术的发展为故障诊断的分析手段提供了更多选择，如:时域分析，包括波形分析、相关分析、时域滤波、时域平均、包络分析、小波分解、时间系列建模、轴心轨迹分析等；频域分析，包括 FFT 幅值谱、相位谱、AR谱、全息谱分析等；时频域分析，包括 Wigner 分布、短时 FFT 谱等。 ( 2)计算机辅助监测、分析。随着计算机技术和信号处理技术的飞速发展，故障诊断技术的现场实施更多地依赖于计算机，从设备状态信息采集、信号分析、数据库管理，甚至包括诊断结论的获得均由计算机完成。采用的方式既有离线监测，也有在线监测。分析方法基本涵盖了上述提及的各种手段。( 3
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