毕业设计（论文）-2300型四辊热轧钢板初轧机的结构设计【全套图纸】.doc

毕 业 设 计2300型四辊热轧钢板初轧机的结构设计学生姓名：专业班级：09级机械设计1班指导教师：学 院：机电工程学院2013年5月全套图纸，加153893706毕 业 设 计 任 务 书2300型四辊热轧钢板初轧机的结构设计学生姓名：专业班级：09级机械设计1班指导教师：学 院：机电工程学院2013年6月14日题目名称：2300型四辊热轧钢板初轧机的结构设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）一、 具体任务：1、 查阅文献资料，确定四辊热轧钢板初轧机的结构设计主体系统及主要零部件的选型和设计依据2、 对四辊热轧钢板初轧机主体部分进行设计和分析计算3、 用AutoCAD、Pro/E、Solidworks设计软件完成对初轧机主体部分零部件的设计图纸二、 具体时间安排如下： 1-3周毕业实习、调研、查阅国内外轧钢机的相关文献，搜集相关资料并撰写开题报告。 第4周：完成工作辊和支撑辊的设计第5周：完成轧辊轴承和轴承座的设计 第6-7周：完成轧辊压下装置和平衡装置的设计第8-9周：机架的结构设计第10-11周：典型零件的强度校核计算第12-13周：绘制装配图，零件图第14-16周：撰写设计说明书，准备答辩三、设计具体要求：1综合运用所学的知识解决设计中的实际问题；2独立完成设计任务，所设计的四辊热轧钢板初轧机应基本满足性能和工艺要求，视图表达基本符合国家标准；3掌握机械设计的基本方法和步骤，学会查阅文献资料、手册工具书等；4独立完成设计说明书的撰写，掌握科技论文的写作方法和规范。其中：参考文献篇数：20篇以上（其中，外文文献3篇以上）论文字数：6000字以上图 纸 张 数：4张图纸专业负责人意见签名：年 月 日 2300型四辊热轧钢板初轧机的结构设计摘要伴随着第二次工业革命，我国的钢铁产业有了十足的发展，众所周知我国是钢铁产量大国，但是我国的钢铁质量并不高。随着我国现代工业的发展和钢铁工业在20世纪取得了重大发展，钢铁变成了全球广泛使用的基础材料。在百余年来冶金工业的发展中，高效的轧钢工业和技术使轧钢始终是钢铁工业中钢材成型的主要方式。用轧制方法生产钢材这种生产方式具有生产率高、品种多、生产连续性强、机械化程度高和自动化等优点，中国百分之九十的钢材都是用轧钢方法生产的。为了提高对产品质量的控制能力及实现短流程钢厂的效益最大化而进行了技术改造，从而也提高了轧机生产的自动化程度。四辊轧机在冶金工业中是经常用到的装备，它不仅能初轧，也能精轧；不仅能够轧制板材，也能轧制型钢。随着轧制工业和机械制造技术的不断发展，今年来出现了六辊轧机，十二辊轧机，二十辊轧机等多种轧辊的轧机，但这些都是在四辊轧机的基础上发展起来的，所以四辊轧机的设计是对其它轧机设计的基础。该设计完成的主要内容有：1.轧辊及轧辊轴承座的设计；2.轧辊轴承的设计，工作辊和支撑辊均采用四列圆锥滚子轴承；3.压下装置的设计，该轧机采用电动压下装置；4.平衡装置的设计，该轧机采用五缸式液压平衡方式。5.机架的设计。 关键词轧钢系统；轧辊；轧制力；热轧带钢；轧辊轴承；Type 2300 four high at the beginning of the hot rolled steel plate mill of structure designAbstractWith the second industrial revolution, Chinas steel industry with complete development, as is known to all steel production in our country is big country, but Chinas iron and steel quality is not high, with the development of Chinas modern industry and iron and steel industry has achieved great development in the 20th century, steel becomes a global based materials widely used in parallel to the development of metallurgical industry, and efficient steel rolling industry and technology make steel rolling in iron and steel industry has always been to shape the main way. Steel produced by rolling method for this kind of mode of production with high productivity variety production continuity is strong advantages of high degree of mechanization and automation, ninety percent of Chinas steel were produced by the method of steel rolling .We have carried on technology reform so as to control the quality of the product, also enhance the automation level of milling product. Four roller mill in metallurgical industry is often used in the equipment, it can not only, also can early fine rolling rolling, Not only can rolling rolling steel sheet, also can. With the rolling industries and machinery manufacturing technology unceasing development, this year to appear the six rolling machine, roller mill etc. Various edger mill, roll mill, but these are in four roll mill is developed on the basis of four rolling machine, so the design is based on the design of other mill.The design covers severer aspects as followed:1. Design of milling roll and bearing pad.2. Design of milling roll bearing. Working-roll and supporting-roll are all matched with two pairs of taper bearings.3. Design of the press-down device. The electric press-down device are adapted in the mill.4. Design of the balance device. The balance mean of five hydraulic-vats is adapted in the mill. 5. Design of mill frame. Keywords Steel Rolling System；Milling Roll ；Milling Force；Hot Strip Steel；Milling Roll Bearing ；目录摘要Abstract1 前言11.1 轧制的简介11.3 轧制工艺的特点和发展趋势12 轧辊的设计22.1 轧辊22.1.1 工作辊及支承辊的计算32.2 工作辊和支承辊的组合分析52.2.1 钢板轧辊的强度计算72.2.2 四辊轧机轧辊的接触强度计算82.3 本章小结113 轧制的力能参数123.1 轧制总压力123.3 轧机主电动机力矩与电动机功率153.3.1 轧机主电动机力矩153.3.2 电动机功率的选择163.4 本章小结174 轧辊轴承及轴承座184.1 轧辊轴承及轴承座的安装184.2 轧辊轴承承载负荷性质194.3 结构实际举例204.4 滚动轴承装置设计与安装要点20图4.2 四列圆锥滚柱轴承的安装224.5 本章小结225 压下装置及平衡装置225.1 压下装置225.2 液压平衡装置265.3 本章小结296 机 架306.1 机架的主要型式306.2 机架的结构306.3 机架设计要点306.4 本章小结317 换辊装置327.1 换辊装置327.2 本章小结33结论34参考文献35附录37致谢38东北林业大学本科设计1 前言1.1 轧制的简介近十几年来，由于连续铸钢技术的迅速的发展，连铸比达到80%或更高。目前国内的初轧机的自动化程度不高，只能起到配合和补充连铸生产的作用，这样，许多初轧机厂面临改造的任务。当前，初轧机采用厚度自动控制外，还实现了计算机控制，大大提高了自动化水平。冶炼的钢有90%以上要经过轧制工艺才能成为可用的钢材。轧制钢材与汽车、建筑、机械 、能源等国民经济支柱产业密切相关，因此它也是与人民的生活紧密联系的。轧制方法是金属材料成型的主要方法，轧制成型的钢材是数量最大的金属材料制品。由于钢材生产数量大、品种多，广泛应用于国民经济的各个部门。1.2轧钢机械轧钢机械是指将原料加工到成品整个轧钢过程中用的机械设备，一般包括轧钢机及相关的工作设备，把使轧件变形的机器称为轧钢机。轧钢机由工作机座、主电机、传动装置构成。轧钢机的标称具有很多习惯称呼，大都与轧辊或轧件尺寸有关。轧钢机按用途可分为开胚轧机型钢轧机板带轧机钢管轧机等等。根据轧辊在机座中的布置形式不同根据轧辊数目可分为（1）二辊轧机：其两个轧辊上下布置在同一垂直平面内，应用较多，分为可逆轧机和不可逆轧机（2）三辊轧机：其三个轧辊上下布置在同一垂直平面内，有两个轧制方向，轧辊不可反转。（3）四辊轧机：四辊轧机机座由四个位于同一垂直平面内的水平轧辊组成，两个工作辊中轧制钢板，支撑辊的提高轧辊刚度，支承辊直径约为工作辊的两倍，四辊轧机广泛用于板带的轧制中。1.3 轧制工艺的特点和发展趋势当今现代轧制工艺发展形势如下：（1）大力开发高精度轧制技术（2）以低合金钢为重点，提高产品的冶金质量，增加可轧制的钢材种类。（3）提高轧制的生产效率。（4）开发创新无头轧制技术（6）提高轧制的机械化和自动化2 轧辊的设计2.1 轧辊700/12002300 四辊热轧钢板轧机，将热状态下的碳钢及低合金钢板坯轧成一定规格的板材工作机座包括辊系、机架部件压下平衡装置、轧辊的轴向固定装置等。主传动转置为两个ZD25083型功率为2050kw，转速为60120rmin的直流电动机，通过万向接轴直接带动工作轧辊。轧制钢板要求：钢板坯料厚度：h0=15.0mm；钢板坯料宽度：b0=1500mm；成品厚度：h1=8.5mm；轧制温度：；轧件的出口速度：v1=2.7m/s。 图2.1 四辊轧机的工作辊和支承辊2.1.1 工作辊及支承辊的计算 四辊式轧钢机的轧辊分为工作辊与支承辊，工作辊是用来直接完成轧制过程的，其直径较小；大直径的为支承辊(图2.1)，其作用是改善工作辊的强度及刚度条件。每个轧辊都由辊身，辊颈及轧辊轴头三部分组成，钢板轧机的轧辊辊身长度L按被轧钢板的最大宽度确定，则：L=b+a （2.1）b钢板的最大宽度，mm;a辊身长度的裕量系数，它决定于钢板的最大宽度。 当b=4001200毫米时，a = 100mm； 当b 1200 毫米时， a =20040mm。工作辊直径是按允许咬入角确定，即： （2.2）式中 重车后的最小工作辊直径，重车率57%； 绝对压下量； 允许咬入角，对热轧钢板为=18-22度。工作辊直径较小时，轧辊的扭转角度会影响钢板的质量。为了保证轧辊的扭转刚度，在选择轧辊直径尺寸应该同时考虑辊身长度的影响。轧辊辊身长度与轧辊直径之比通常取为：工作辊;支承辊。2300 钢板轧机工作辊径mm;支承辊直径mm;辊身长度L=2350mm，其；。支承辊辊径主要决定于辊系的刚度。刚度过小，上下工作辊将产生啃边观象而破坏轧制过程，常用支承辊辊径值为。2300钢板轧机为。轧辊辊颈装滚动轴承，其尺寸一般取为：d=(0.5-0.6)D 式中 d辊颈直径； D轧辊直径。轧辊轴头用万向接轴传动时，轧辊传动端做成扁头(图2.2)。扁头的尺寸应该与万向接轴的叉头尺寸相配合。 mm式中 重车后的最小工作辊直径，重车率为5%7%； （2.3）=1822度 s= 图2.2 具有扁头的轧辊四辊热轧钢板轧机工作辊的材料通常采用冷硬铸铁或合金铸铁，支承辊采用合金铸钢、都须进行热处理。2300钢板轧机的工作辊与支承辊的材料均为60CrMnMo。因为工作辊与轧件直接接触，因此，工作辊的硬度及耐磨性与钢板表面质量和轧辊的寿命都会有很大关系因此选择工作辊的材料，应从硬度及耐磨性两个方面进行考虑。粗轧机工作辊硬度通常为6070Hs，而精轧机要较高一些，为6575Hs 。支承辊工作时承受很大的载荷，它不与轧件直接接触，所以在选择支承辊材料时，主要以强度及韧性进行考虑，合金铸钢材料经调质处理后强度性能变好，支承辊此时硬度达到35-55Hs。2.2 工作辊和支承辊的组合分析支承辊、工作辊之间的弯曲力矩、应力的分配情况取决于辊型设计。通常把四辊轧机的上工作辊做成腰鼓形的，而其余三个做成圆柱形的。工作辊和支承辊辊型有下面三种组合情况(图2.3 )。 （1）支承辊是圆柱形，但工作辊则呈腰鼓形(图2.3a)。（2）支承辊、工作辊都是圆柱形(图2.3b)。 （3）支承辊呈圆柱形，工作辊因为辊身磨损而具有凹形表面（图2.3c）。忽略切力影响，研究弯曲力矩在工作辊和支承辊间的分配情况，按材料力学公式，这些弯矩等于： （2.4） （2.5） 式中 ：工作辊和支承辊的弯曲力矩；：工作辊和支承辊材料的弹性模量；：工作辊和支承辊辊身断面的惯性矩； ：工作辊和支承辊中心线的曲率。a 工作辊为腰鼓形 b 圆柱形 c 凹形表面图2.3工作辊和支承辊的组合类型用直径表示惯性矩。以弯曲挠度之比取代轧辊曲率之比，弯矩之比等于： （2.6）工作辊和支承辊辊身的弯曲应力之比等于： （2.7）将公式（2.6）带入公式（2.7）得： （2.8）研究上面三种情况下弯矩之间、弯曲应力之间在数量上的比值。假设两种轧辊用同一材料做成，即，直径之比取为。第一种情况是工作辊呈腰鼓形，支承辊呈圆柱形。腰鼓形的工作辊保证钢板在宽度方向上厚度均匀,显然支承辊的挠度大于工作辊的挠度 (图2.3)，假设，如果 (假定一对下轧辊的刚度极高)，则在所假设的辊径比和轧辊材料的条件下，按方程式(2.6)和（2.8）得： 第二种情况是两个轧辊都呈圆柱形（图2.3-b），这时，则： 第三种情况是工作辊呈凹形表面，支承辊呈圆柱形（图2.3c），这时如果假设工作辊的辊身中部的磨损等于支承辊的挠度值，则。所以： 综上分析可得：当支承辊与工作辊辊径比大于1.5时，弯矩几乎全部传给支承辊，支承辊应按全部轧制力来计算其弯曲强度，工作辊只计算扭转强度。轧制过程中有很大的前、后张力差，当轧辊具有弯辊装置时，还应计算此时的张力及弯辊力引起的弯曲应力。2.2.1 钢板轧辊的强度计算四辊轧机的：D1一般在1.52.9范围内，轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辊承担。支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图2.4。在辊颈的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即 MPaMPa MPaMPa式中 P总轧制压力； 1-1和2-2断面的直径； 1-1和2-2断面至支反力P/2处的距离； 许用弯曲应力。支撑辊辊身中部的3-3断面处弯矩是最大的。假设=，而且把工作辊对支撑辊压力简化成均布载荷，可得3-3断面的弯矩表达式：图2.4 四辊轧机支撑辊受力分析简图 kNm3-3断面的弯曲应力为： MPaMPa （用重车后的最小直径)工作辊可只考虑扭转力矩，只考虑传动端的扭转应力。扭转应力为 式中 工作辊上负载的最大传动力矩； 工作辊传动端的扭转断面系数。2.2.2 四辊轧机轧辊的接触强度计算在半径方向产生的接触正应力在接触表面的中间最大，按赫茨方程式可得： MPa （2.9） q:加在接触表面单位长度上的负荷(Nm) kN/m :相互接触的两个圆柱形的半径(两轧辊的半径(m):与轧辊材料有关的系数： 式中 轧辊材料的柏松比； 轧辊材料的弹性模量(GPa)由于工作辊和支撑辊材料为60CrMnMo铸钢，查得E1=E2=175GPa。MPaMPa当轧辊材料相同，时，方程式（2.9）将为： MPaMPa接触应力为： MPaMPa因为变形处于三向压缩状态，虽然应力很大，但对轧辊影响不大，其许用应力可以取的稍高些，支撑辊的材料为60CrMnMo，查的其辊面硬度HS3540,所以可查得： MPa MPa 由于轧辊直径与其长度相比较，尺寸很大必须考虑横切力的影响，即：式中 ：轧辊的弯曲挠度 ：切力挠度 ：总挠度。图2.5 轧辊的挠度分析按材料力学卡氏定理得，简支梁的弯曲与切力挠度为： （2.10） （2.11）式中 M、Q梁上任意截面的弯矩和切力； E、G梁的抗拉弹性模量和抗剪切弹性模量； J、F所研究断面的惯性矩和断面面积； R 在计算轧辊挠度的地方所作用的外力。由图2.5可见，对于钢板边缘，用此法求得的f=-也就是辊身中间和钢板边缘的挠度差。在钢板边缘处作用一个虚力R，则作用在轧辊各部分的弯矩及其偏导数为：在力P/2和R之间时 （2.12） 及 0 （2.13）在轧辊中间位置与力R之间时 （2.14）及x （2.15）将这些弯矩和导数的数值代入方程（2.10）中，并使作用力R=0，整理得 （2.16）式中 J：辊身截面的惯性矩；积分，并以直径表示惯性矩得： =2.4mm （2.17）在求由切力引起的在辊身中间位置和钢板边缘的挠度差值。将方程式（2.14）微分，得切力：由此得 1将切力及其导数的数值代入方程式（2.11），并使作用力R=0。得： 式中 F辊身断面面积，得mm式中 G材料的切变模量，查表得G=75GPa。所以轧辊辊身中间和钢板边缘的挠度差值为：=2.4+0.2=2.6mm2.3 本章小结 本章根据实际工作要求确定了工作辊和支撑辊的基本尺寸，对轧钢机的受力和变形分析结合工作辊和支撑辊进行了强度和刚度的计算。轧辊均符合实际工作要求。3 轧制的力能参数3.1 轧制总压力为求总轧制力，先求出轧辊的平均单位压力，初轧机的平均总压力公式可表示为： （3.1）外区影响系数:式中: ：外区影响系数；：尺寸系数；：宽度影响系数。中厚板轧机=1。薄板产品的厚度为1.216mm，其特点是约为1.57，单位平均压力： MPa （3.2）式中 ：外摩擦对应力状态的影响系数；：所轧钢板的变形阻力根据变形阻力曲线查得。被轧钢板的平均变形速度m/s，由此查得变形阻力MPa。由克林特里公式： （3.3）轧件对轧辊的总压力 KN （3.4）式中 ：轧制平均单位压力； ：轧件与轧辊接触面积。 cm2 （3.5）式中 b0，b1：为轧制前后轧件的宽度 ：长度的水平投影。由已知轧制温度，根据E谢别尔公式得宽展mm （3.6）温度1000，。轧制板材、板坯、方坯时在两个轧辊的直径相同的情况下，接触弧长度的水平投影为： mm （3.7）式中 R：轧辊半径 ：压下量图3.1 支撑辊对工作辊的作用位置图（传动工作辊）传动轧辊所需力矩为轧制力矩,由工作辊带动支撑辊的力矩与工作辊轴承中的摩擦力矩三部分之和，即 kNm （3.8）求轧制力矩 kNm （3.9）式中 P：轧制力； ：轧制力臂，其大小与轧制力有关。当时，；当时，；当时，其中： ：工作辊直径； ：不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中性角； ：前后张力对轧制力方向影响的偏转角。由于该四辊轧机是初轧机，有且，得mm轧辊轧制时的中性角： （3.10）上式中 :为轧件与轧辊间的摩擦系数；（为轧制温度）其中轧辊为钢轧辊时，铸铁轧辊时。当时，；当时，。求工作辊传动支撑辊的力矩如图2-32。 kNm （3.11） kN （3.12）式中 ：工作辊与支撑辊连心线的夹角； ：轧辊连心线与反力R的夹角； ：反力R对工作辊的力臂； ：支撑辊直径； ：工作辊轴线偏移支撑辊轴线的距离，取，误差很小，可忽略。mm分别为工作辊和支撑辊轴颈处的摩擦圆半径 mm （式中，为轴颈处当量摩擦系数） mm求工作辊轴承处的摩擦力矩： kNm （3.13）式中 ：工作辊轴承处的反力；当时，；当时，；当时，。此时mm传动两个工作辊的总传动力矩为： kNm （3.14）由于误差很小可认为=0，即工作辊不偏移，计算误差不超过1%。3.3 轧机主电动机力矩与电动机功率3.3.1 轧机主电动机力矩主电动机轴上的力矩由四部分组成，即： （3.15）式中 ：主电动机力矩： ：轧辊上的轧制力矩； ：附加的摩擦力矩，； ：空转力矩，空转时转动件的重量所产生的摩擦力矩及其他阻力距； ：电动机与轧辊之间的传动比。 式中 ：主电动机到轧辊之间的传动效率（不含空转力矩的损失）取=0.97。 推算到主电动机轴上的总附加摩擦力矩为： 空转力矩由各转动零件的重量产生的摩擦损失，可由下式确定： 式中 ：转动件的重量； ：转动件的摩擦系数； ：转动件的轴颈直径； ：转动件到电动机之间的传动比。动力矩为： 式中 ：各转动件累计到电动机轴上的飞轮力矩； ：电动机的角加速度，由电动机工作情况来确定。 由上面公式求出电动机静力矩后，然后根据电动机的轧制周期，以时间t为横向坐标，以静力矩为纵向坐标作出图形，可看出静力矩随时间变化的关系，称为静负荷图。3.3.2 电动机功率的选择 根据上节静负荷图选择电动机的容量，第一要根据过载条件选择电动机功率 式中 ：电动机过载系数，可逆运转的=2.53.0，不可逆=1.52.0，带飞轮的=46。：额定静力矩,kNm； ：静负荷图上的最大力矩； ：电动机转速，r/min； 计算求出电动机功率后，选择相应的电动机。再根据电动机的转速情况决定是否需要减速器。3.4 本章小结 本章根据上一张求出的轧辊轧制力能参数进行了初步估算，根据已有的总轧制力、轧制总传动力矩、轧机主电动机的力矩，选择了工作所用的电动机，分析了轧制原理。4 轧辊轴承及轴承座4.1 轧辊轴承及轴承座的安装轧辊轴承有两大特点： (1)承受的载荷大。(2)两轧辊中心线间的距离被限制了，所以轧辊轴承的单位压力和其发热参数值比较大。所以轧辊轴承根据上述特点应具有以下功能：(1)因为值高，轴承应该具有良好的润滑及冷却。(2)因为两轧辊中心线间的距离被限制了，轴承的宽取得较大，如滚动轴承则采用四列式的较多。(3)因为轧制力较大，采用摩擦小的轴承，节能环保。(4)轧制力很大，会导致轴承的弹性变形比较大，要选用刚性较好的轴承。2300四辊热轧钢板轧机的轧辊轴承应该具有以上功能，所以工作辊及支承辊都采用滚动轴承。本机上的工作辊及支承辊使用的滚动轴承是四列圆锥滚柱轴承及球面圆锥滚柱轴承，因为这种轴承既能够受很大的径向载荷也承受一定的轴向载荷。本机的轴承座总图中，四辊轧机支承辊轴承座为一门型架，为了轧出不同厚度的轧件，轴承座在机架窗口内可以上、下移动，选择配合为，2300型钢板轧机用。工作辊轴承座装置在门型架中。为保证轧辊磨损后，工作辊还可以与支承辊相压紧，工作辊轴承座在门型架内应能上下移动，其配合也取。换辊端的轴承座应有轴向固定压板，考虑换辊功能应把轴向固定装置设在换辊端。上支承辊轴承座顶端有两个耳朵，将轴承座挂在平衡杠杆上。机架顶端有个大液压缸平衡整个上支承辊平衡杠杆、轴承座及压下螺丝的重量。同样，在下工作辊轴承座内也有平衡上轴承、工作辊、轴承座和上支承辊的液压缸 。机架顶端有个大液压缸，上工作辊系及自身重量用四个小液压缸平衡，这种叫五缸液压平衡。轴承材料的选择，支承辊轴承座为ZG35，工作辊轴承座为ZG40Mn或ZG45。对于上支承辊轴承座的位置调整用压下螺丝的球面垫保证，下支承辊轴承座为此应支承在修圆了的或较短的支座上。本次设计工作辊与支承辊均采用四列圆锥滚柱轴承，采用为基孔制，为了拆装方便一般取动配合，为了防止相对滑动用了轴向压紧装置，通过锁紧螺母将止推轴套与轴承内圈的侧面紧压。 轴承外圈与轴承座孔之间基轴制配合，便于拆装一般孔取为动配合D7。考虑到工作热变形及误差一般采用0.50毫米左右的间隙。螺母拧在带螺纹的半环上，半环固定在辊颈上的环形槽内。轴承通过轴承座上的钻孔和调整环上的孔进行润滑。为了防止生锈及相对滑动对辊颈也进行润滑。为了保证密封性，在辊身一端用胶质密封圈、防尘环等零件密封，在辊头一端也有密封圈，密封圈为耐油橡胶材料。 4.2 轧辊轴承承载负荷性质轧辊轴承起到转动和定位作用因此轧辊轴承应摩擦较小，足够的强度和刚度，并便于需要时更换轧辊。 轧辊轴承应能承受比较大的单位负荷，由工作中的弯曲应力决定。例如，对于开式滑动轴承，其轴承衬投影面上的单位压力，依据轴颈的许用弯曲应力由下述公式求得： MPa式中 ，b：轴承衬的长度和宽度； d：轴颈直径； ：轴颈上的许用弯曲应力。设b=0.8d，得，从这关系式得出，当许用应力=120MPa时，可求出轴承上的单位压力为p=24.8MPa。在辊颈圆周速度=25m/s时， p、v值：=424MPam/s油膜轴承则用强力的循环油来达到冷却机器的作用。 轧辊轴承中有些轧辊的轴承在高温下工作的。例如在叠轧薄板轧机上，几块钢板一起轧时，上下两块钢板与中间钢板冷却不一样，中间钢板冷的慢，这会使轧件产生不同的变形为了延伸一致轧辊在使用前要进行预热，预热温度为400450度，故轴承是在高温的条件下工作的。 滚动轴承在各种轧机较多使用。在实际工作中，当轧制速度较高时，经常用油膜轴承代替滚动轴承。滚动轴承可以在干油中工作，与油膜轴承相比密封要求不严，换辊也比较简单。4.3 结构实际举例四辊轧机的工作辊通常采用滚动轴承，支承辊可以用滚动轴承也可以用油膜轴承。四列圆锥滚柱轴承可以承载轧钢时较大的径向载荷，应用较多。 图4.1是薄带钢冷轧机的上工作辊、支承辊的轴承装置。支承辊径向作用力承载较大，匹配了四列圆锥滚柱轴承，工作辊受力比较小，匹配了一对四列圆锥滚柱轴承。为了灵活引用工作辊轴承，在轴承盖和端面之间加了调整垫片组。这种垫片组结构要求工作过程中必须精确的调整轴承间隙。 支承辊辊径上的轴承内圈是由螺母经压紧环固定，环上配有键螺母拧到螺圈上去，而螺圈用它的凹肩贴紧在别分环上，螺母利用螺钉固定防止松动。 在辊身侧装有两个耐油橡皮封圈，一个封圈防止润滑油漏出，另一个则防止乳化液侵入轴承。布置封圈时应使它们的内圈部分朝向不同。这种轴承座的结构特点是： （1）每个轴承座装置了两个球面滚柱轴承，考虑到当两个轴承的径向间隙不等的问题，为了使辊颈上的压力均匀分布在两个轴承上，所以要求上下轴承座能自动调位，而且两个轴承的外座圈均能沿轴向自由移动。 （2）只针对换辊端的下轴承座进行轴向调整与固定。4.4 滚动轴承装置设计与安装要点设计与安装轧辊的滚动轴承装置时，应注意： （1）除每个辊颈上安装一个球面滚柱轴承的外，轴承座要求能够自动调位。对于四辊轧机，由于支承辊采用四列滚动轴承本身没有自位性，而支承辊工作中弯曲载荷较大，受力不均性剧增，导致轴承寿命急剧缩短。为了解决这个问题，必须使支承辊轴承座具有自位能力，这与工作辊轴承部件大有不同，工作辊轴承部件不考虑这个问题。上支承辊轴承座的自位性依赖压下螺丝端部的球面接触，而下支承辊轴承座的自位性靠下部的圆弧结构来解决，油膜轴承时也这样做。轴承中有一个座圈可以沿轴向自由移动。图4.1为下支承辊球面滚柱轴承座自位原理图。在轴承座中装置着两个球面滚柱轴承；e：带宵间隙，P：作用在辊颈上载荷形成的力矩，a：轴承座转过的角度，此时两个轴承的外圈跟着轴承座起转，最后间隙完全消除而回转力矩也消失了。在轴承座中心线相对于轧辊中心线有了角位移，辊颈上的压力p就均匀分布在两个轴承。在轴承座回转时，右轴承的外圈沿着辊颈要有点移动。图4.1 下支承辊球面滚柱轴承座自位原理图（2）考虑到经常更换轧辊并且拆装轴承方便，轴承内圈与辊颈采用动配合，内座圈和辊颈间会发生相对转动，一般可将内座圈轴向压紧来减少这种可能性。 当转速很大时(轧制速度6ms)，为杜绝辊颈与轴承内座圈间剧烈磨损，轴承在辊颈上采用静配合。为了便于装拆，经常在辊颈和轴承内座圈之间弄一个中间锥套，锥套的内表面带有1：12的锥度，与锥度一样的辊颈表面相配合；套简的外表面为圆柱面与轴承内座圈孔配合。这时，轴承的装拆最常用的办法是采用液压推力来装拆。 （3）安装四列圆锥滚子轴承时要精确的把各个轴承零件组合起来，为此各列滚柱之间都拥有同一轴向间隙值，使得径向载荷均匀分布在其滚柱上。这种轴承的正常轴向间隙约几微米。 四列圆锥滚柱轴承零件之间互换性不强，所以装配轴承元件时必须按图4.2的标号严格按顺序安装。间隔圈2，3，4装在外圈端面2-2、4-4和内圈端面3-3之间，顺序乱了会导致轴承寿命大幅下降。 图4.2 四列圆锥滚柱轴承的安装4.5 本章小结 本章初步设计了轧机的轴承座和轧辊轴承，该轧机的支撑辊轴承座为门形架，不过为了调整轧件厚度，门型架可以在机架窗口内上下移动。工作辊轴承座装置在门型架中，工作辊轴承座也可以在门型架中上下移动。轴承都用四列圆锥滚子轴承。 5 压下装置及平衡装置5.1 压下装置 轧机的压下装置称上辊调整机构。以此调整上轧辊的位置，确定每次的压下量，由于钢板在轧制过程中压上装置在必要时以垫片调整。压下装置的类型如表5.1。 表5.1 钢板轧机压下装置分类类 型驱 动 方 式用 途快速调整装置电 动轧辊移动行程较大并逐道调整，如板胚轧机，中厚板轧机.慢速调整装置手 动仅道间调整换辊时用自 动用于板带轧机、连轧机高反应速度频动微调装置液 压现代可逆式及连续式四辊板带轧机中使用平衡装置的作用：（1）保证上轧辊轴承座紧贴压下螺丝；当压下螺丝回升带动轴承座向上移动，防止轧制时产生冲击载荷；（2）消除压下螺丝与螺母间的间隙，将螺丝自重产生的上间隙转化成支撑螺丝的下间隙； （3）将轴承衬中的上间隙换成下间隙。在板带轧机上，大都为液压平衡，五缸式或八缸式。在本设计中有两组压下装置，见下图。两组压下装置可同时调整，也可在电磁离合器5脱离后进行单独调整，工作速度为212 mm/s。压下螺丝是通过二级圆柱齿轮，一级球面蜗杆蜗轮减速箱来传动。两台直流电动机功率是2kW，转速为520rmin。压下螺丝上端为花键轴联接，优点是接触面积大，单位压力小，磨损最小，间隙小易于保证调整精度。压下螺丝的下端枢轴做成凹球面状，便于轴承座的自动调位。图5.1 2300四辊轧机的压下装置传动示意图 压下装置采用双电机驱动的理由：电动机飞轮力矩小，启动、制动时间短，大幅短压下调整时间。 压下螺丝的直径由作用在辊颈上理论的最大压力决定，因螺丝长度相对直径极小，其纵向弯曲可以忽略。压下螺丝最小断面直径d1公式为： mm,取mmP为作用在辊颈上的最大压力； 通常压下螺丝材料为=600700 MPa、=16%的锻造碳钢，当安全系数n=6时，许用应力=100120MPa。当负荷很大时材料为合金钢，为增加压下螺丝的螺纹和枢轴的耐磨性，进行表面淬火至4560HRC，并磨光。由于压下螺丝和轧辊辊颈受相同大小的轧制压力，两者直径有下列相关公式： d0=（0.550.62）d式中 d0：压下螺丝外径； d：轧辊辊颈直径(四辊轧机，是支承辊的辊颈直径)。其中上限是用于煅钢及铸钢的轧辊，下限是用于铸铁轧辊。压下螺丝一般均用锯齿形螺纹，螺纹直径和螺距见下表。表5.2 压下螺丝的参数表压下螺丝直径螺纹螺距（毫米）压下螺丝直径螺纹螺距（毫米）1细牙级2级标准型3级巨型1级细牙2级标准型3级巨型 60383201024407041034010244080410360102448905123801024481005124001024481105124201024481206164501024481406164801224481608162050012180820245301220010202456012220102024600162501024326301628010243267016300102440. 图示5.2压下螺丝为锯齿形螺纹，直径d0=450mm，螺距s=10mm，材料为35CrMo。在冷轧机上，为了能够精确地调整，螺纹螺距可取小些。但对2300四辊热轧钢板轧机，由于螺距过小及润滑不良等原因，现场曾多次出现压下螺丝与螺母咬死事故。 原设计是用蜗轮减速箱中的润滑油润滑压下螺丝和螺母，为了改善润滑条件，现在改为在压下螺母底部以23公斤cm2的压力油进行润滑，避免压下螺丝与螺母咬死事故。m为压下螺母的高度按螺纹的许用单位压力150200Ncm2确定，一般取为(1.22.0）d0。螺母的外径根据其端面和机架接触面间的单位压力为600800 kgcm2选取，一般取为(1.5一1.8)d0。考虑到便于安装，螺母与机架间的配合通常取动配合。螺母是贵重的磨损零件，由于负荷大、体积大、耗才量也很大。为了节约青铜，2300四辊轧机的压下螺母采用加箍螺母(图5.2)，铜螺母外缘用两个钢套圈加箍，钢套圈与铜螺母之间以及两个钢套圈之间均采用静配合，在套上第二个箍圈前，必须先车削第一个箍圈的外径及相应的螺母外径。采用加箍式螺母，在制造工艺上必须保证箍圈的端部非常紧密地压在螺母的台阶上，压下螺母的断面上开有油槽以便润滑螺纹啮合处为了保持压下螺母不致掉下及转动，通常用压板将其固定，压板嵌在螺母和机架上的槽内，用螺钉固定。如图：图5.2 加箍式螺母传动一下压下螺丝所需要的力矩，等于： 式中 P作用在一个压下螺丝上的压力，第3章已求的kN； 压下螺丝枢轴的直径；压下螺丝螺纹的平均直径；压下螺丝枢轴的摩擦系数；螺纹中的摩擦角；螺纹倒角； “+” 当压下螺丝下降时为+号； “-” 当压下螺丝上升时为-号。当轧机空转时，作用在一个压下螺丝上所需要的力为： P=（Q-G）/2式中Q 和G是平衡力和被平衡机件的重量。通常平衡力比被平衡机件的重量大2040%，则P =（0.20.4）G/2。当在轧制过程中进行调整时，P力等于作用在一个螺丝上的轧制压力。5.2 液压平衡装置 2300钢板轧机液压平衡装置，如图5.3所示，上支承辊轴承座、压下螺丝及平衡装置本身杆件的重量，由位于机架平台连接横梁处的一个大液压缸33通过杠杆系统来平衡。当生产运转时大液压缸 33主要承担消除压下螺丝与螺母间、压下螺丝与上支承辊轴承座间的有害间隙。当换工作辊时，该缸33应能提起上支承辊，故在换工作辊时该缸的油压必须增大。而上工作辊，轴承及轴承座和上支承辊的重量由位于下工作辊轴承座内四个小液压缸32来平衡：它的作用是首先将工作辊辊身紧贴在支承辊辊身上，继而将支承辊往上抬，使支承辊轴承与轴承座间原有上