板带轧机电动压下系统设计.doc

鞍山科技大学本科生毕业设计 第 IV 页板带轧机电动压下系统设计摘 要 CVC技术是目前较先进的板形控制技术之一，而且在轧制过程中，CVC和液压工作辊弯辊相配合对带钢断面形状和带钢平直度控制效果显著，而且工作辊的磨损情况得到了改善。很多生产厂为了提高产品的质量和企业效益也正在对工作辊弯辊装置和工作辊轴向横移装置进行技术改造和结构改进。本设计以宝钢2050mm连轧机组中的F1机架的数据作为参考，对板带轧机电动压下系统进行设计。首先对压下形式进行选择，然后对压下系统中的主要部分如压下螺丝、压下螺母做设计计算，最后根据压下功率选择电机。设计中对四辊CVC轧机的主传动部分和试车要求进行简单的叙述，并对一些主要零件如工作辊、机架、联接轴和轧辊轴承做了强度校核，其结果满足要求。最后，本设计对此题目的技术经济及社会效益做了简单的分析。关键词： 板带轧机，电动压下，CVC轧机，主传动Electric Screw Down System Design Of Strip Rolling MillAbstract In recent years, CVC technology has been one of the most advanced strip shape control technology in the world and getting more and more popular. The employment of hydraulic work roll bending in conjunction with CVC has achieved good results in significantly increasing the strip profile and flatness control range, reducing wear of work rolls and extending maintenance intervals and service life of the work rolls. Under the pressure of competition comes from both internal and external, many steel plants have to take some measures to improve the strip surface quality to increase their income, many of them are delving into upgrading their technology and reconstructing the devices of work roll bending and work roll shifting. I selected the subject of electric screw-down system design of strip rolling mill. In the course of designing, I took the CVC mill roll for example and refer to some data of F1 stand of the finishing rolling train of 2050 CVC hot continuous rolling mill in Baoshan Iron & Steel Corp. First, design of electric screw down system is accomplished by means of choosing screw down form, calculating and determining main parameters of screw and nut, choosing motor. The composing of main drive installed on 4-h CVC rolling mill and something required in trail run are also introduced in the paper. Meanwhile, strength checking of some major components is done and the results illuminate that these parts such as work roll, housing, joint slack and roller bearing meet the demand. Finally, the economic technology and social benefit are simply analysed.Keywords:strip mill roll, electric screw down, CVC mill, main drive目录第一章 绪论I1.1 热连轧机的发展概况11.2 CVC技术原理及优点21.3 设计题目的意义21.4 课题的研究方法和研究内容3第二章 轧机力能参数计算42.1 总体方案设计与选择42.2 设计的已知数据42.2.1 压下规程42.2.2 主要参数42.3 轧制力的计算52.3.1 轧辊的选取及验证52.3.2 平均变形程度的计算52.3.3 平均单位压力的计算62.3.4 总轧制力的计算82.4 轧制力矩的计算82.5 主电机容量计算92.5.1 摩擦力矩的计算92.5.2 工作辊带动支承辊的力矩计算92.5.3 驱动工件辊的力矩计算102.5.4 初选电机112.5.5 电动机的校核11第三章 压下系统的设计153.1 压下形式的选择153.2 压下零件的设计计算153.2.1 压下螺丝的设计计算153.2.2 压下螺母的结构尺寸设计173.2.3 压下螺丝的功率计算20第四章 主要零件校核224.1 下工件辊的校核224.1.1 下工作辊强度计算：224.1.2 工作辊的疲劳强度校核234.1.3 工作辊与支承辊之间的接触应力校核264.1.4 轧辊的变形计算274.2 机架的强度计算294.2.1 机架的强度计算294.2.2 机架的变形计算314.3 弧形齿万向接轴强度的计算324.3.1 弧形齿的优点324.3.2 齿根弯曲疲劳强度校核324.4 轧辊轴承的选择及寿命计算354.4.1 轧辊轴承的选择354.4.2 轧辊轴承的寿命计算35第五章 试车要求37第六章 技术经济及社会效益分析38结论39致谢40参考文献41附录A 外文翻译原文42附录B 外文翻译译文52鞍山科技大学本科生毕业设计 第 58 页第一章 绪论1.1 热连轧机的发展概况近几十年期间，热连轧机的发展取得了飞快的进展，起初美国轧机公司在Butler成功地建成第一套热带钢连轧机，随后，于1927年，在Weirton建造了1372mm连轧机。1939年，1947年进行了部分更改，1955年重建。在这套先驱轧机之后，轧机就朝着加大宽度、逐步提高轧制速度的方向发展，同时增加轧机的设计刚度和主传动容量。1963美国在Lianwern工厂建造了第一套第二代轧机，设计轧制坏重1822kg/mm，年生产能力在300万吨以上。对这些轧机增设了各种功能，如：自动厚度控制；测厚仪和测宽仪；改善除鳞和轧辊冷却系统；增加活套以实现轧机速度控制。增加轧机电机功率，通过升速轧制提高出口速度，同时改善带钢厚度和温度控制，并采用可用可移出式的卷板机。由于有了60年代初期的的各种发明和改造，1969年，在日本君津厂，第一台“超级”轧机和第二代轧机正式投产，生产的单位宽度卷重达36kg/mm,卷重45t。这套轧机全长超过了750m，出口速度达到28.6m/s，精轧机组为7机架。 经过一个时期的深入研究和开发，60年代至70年代中期的轧机产量和轧机负荷能力有了很大提高。许多投产的轧机其设计尺寸都是前所未有的，并且更多地采用了过程控制、自动化、计算机、工业管理系统等现代生产技术。自50年代起，带钢热连轧机在世界范围内已成为带钢生产的主要形式。目前世界上1000mm以上的热连轧机和带卷轧机有200余套。带钢热连轧机具有轧制速度高、产量高、自动化程度高的特点，轧制速度50年代为1012m/s,70年代已达1830m/s。产品规格也由生产厚度为28mm、宽度小于2000mm的成卷带钢，扩大到生产厚度1.22.0mm、宽度2500mm的带钢。带卷重量的加大和作业率的提高，使现有的带钢热连轧机年产量达350600万t，最大卷重也由15t增加到70t。坯料尺寸及重量加大，要求设置更多的工作机座，过去的粗轧机组和精轧机组的工作机座分别为24架和56架，现已分别增加到46架和78架，轧机尺寸也相应增加。现代的带钢热连轧机除了采用厚度控制外，还实现了电子计算机控制，从而大大提高了自动化水平，改善了产品质量带钢厚度公关不超过0.5mm，宽度公差不超过0.51.0mm，并具有良好的板形。1.2 CVC技术原理及优点随着热轧带钢厚度控制精度的不断提高，板形精度越来越成为生产产品的主攻点，为了满足用户对于精轧带钢凸度提出的要求，各生产厂采用各种技术对板形进行控制，CVC技术是一项板形控制技术，在可能的操作条件下能满足市场对凸度和平直度的要求，同时能实现一定程度的周横移分散轧辊磨损，允许一定程度的自由程序操作。CVC板形控制技术是SMS公司开发的，通过工作辊轴向移动可获得辊缝正负凸度的变化，从而实现对带钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性关系，凸度控制能力可达1.0mm。图1-1就是将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形曲线，上、下辊的位置倒置180。，当曲线的初始相位为零时形成等距的S形平行辊缝，通过轧辊窜动机构使上、下CVC轧辊作相对同步窜动，就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓。在正常轧制时，上、下工作辊能做轴向相对移动，要求主传动轴能实现与轧辊的同步轴向补偿和便于快速换辊。轴向移动的位移和速度能精确地进行控制。CVC技术的优点为：(1) 采用横移窜辊机构，结构简单，易于在已有轧机改造中使用。(2) 辊面形状可设计不同曲线与弯棍配合，可用来消除二次项以及四次项平直度缺陷。(3) 由于轧辊直径最大、最小值差公1mm，因此轴向力较小。(4) 在采用润滑轧制时可在轧制时窜动。1.3 设计题目的意义经过20多年的发展与完善，CVC轧机已发展出很多种机型，广泛应用于铝热轧、冷轧板带生产中。先进控制策略和控制手段相结合使CVC技术成为目前世界上最先进的轧制技术之一。在轧制过程中，CVC和液压工作辊弯辊相配合对带钢断面形状和带钢平直度控制效果显著；而且工作辊的磨损情况得到了改善。很多生产厂为了提高产品的质量和企业效益也正在对工作辊弯辊装置和工作辊轴向横移装置进行技术改造。目前国内外对CVC技术的研究都在不断地深入，这些研究中主要是针对提高板形的精度的措施，如提高轧辊磨损预报的准确性，优化板形的自适应模型，进一步研究和开发液压系统增加控制系统的精度等。还有一些研究针对充分发挥CVC轧机的板形控制功能，对CVC轧机的有载辊缝进行深入系统的研究，更精确地确定有载辊缝的解析模型，精确分析轧制力、弯辊力及原始辊形等因素以辊缝的综合影响，弄清辊缝变化规律。另外，辊型曲线对辊逢产生很大的影响，1988年我国宝山2030毫米冷连轧机引进西马克公司CVC专利技术，通过生产实践，逐渐掌握CVC技术及其板形控制。在国内，理论工作从基本的CVC辊型开始研究已逐步深化。轧辊轴承是轧钢机的重要部件，轴承的寿命直接影响到轧机的产量与产品的质量。有关轴承破坏机理的理论分析在国内外也取得了丰硕的成果。1.4 课题的研究方法和研究内容为了增加自己对CVC的了解，我以宝钢2050mm连轧机组中的F1机架的数据为参考，根据一些轧钢机械的书籍中的设计原则和过程对电动压下部分做了比较详细的设计，同时也对四辊CVC轧机的结构和主传动机构做了一些叙述和计算。设计第四部分对一些主要零件如工作辊，机架，接轴做了强度校核并对轧辊轴承做了寿命计算。设计第五部分提出了试车要求，最后对本设计的经济效益和社会效益做了简单的分析。第二章 轧机力能参数计算2.1 总体方案设计与选择带材轧制过程中，为消除带钢的厚度不均匀和保证轧制精度，压下装置必须随时在轧制负荷下调整辊缝。根据板带轧机压下装置的这一特点，本设计中的电动压下系统用于带钢厚度自动控制的执行机构中。由于带材的宽厚比很大，为严格保持上、下轧辊平行，两台电机轴之间用电磁联轴节连接，其传动形式如图2-1所示。2.2 设计的已知数据2.2.1 压下规程：成品规格：1.75900mm板坯重： 30T 钢种： 16Mn2.2.2 主要参数：轧前后度： h0=32mm 轧后厚度： h1=23.5mm绝对压下量： =8.5mm 相对压下量： 26.6%带钢宽度： b=900mm 咬入速度： vy=0.85m/s 轧制速度： v=1.85m/s 轧制温度： t=900 加速度： a=0.356m/s22.3 轧制力的计算2.3.1 轧辊的选取及验证-考虑到加工的难易程度，工作辊采用易加工的带平台的轴头。工作辊的轮廓线是CVC曲线，直径是776mm，支承辊直径，取。支承辊长度，取，考虑到最大窜辊量为，所以取。 四辊热连轧机工作辊的重车率范围为，所以取工作辊的最大许用直径为850mm，最小许用直径为765mm；支承辊的重车率为，所以取工作辊的最大许用直径为1630mm，最小许用直径为1440mm。工作辊使用四列滚子轴承支承，轴颈，为了更加安全，取，轴颈长度，取。支承辊使用油膜轴承支承，轴颈，取安装油膜轴承部位的最大直径为，最小直径为，平均直径为，辊颈长度。由于1-0.989 （2.1）式中： 咬入角；绝对压下量。所以由式773mm；即工作辊直径满足要求。2.3.2 平均变形程度的计算mm (2.2)式中： 接触弧水平投影长度，mm；工作辊半径，mm。mm (2.3)式中： h轧制前后的平均高度，mm；h轧件的轧前厚度，mm；h轧件的轧后厚度，mm。 所以采用滑动理论 (2.4)式中： 平均变形速度。 (2.5)式中： 变形区中平均变形程度；相对压下量。 (2.6)式中： 真实平均变形程度。2.3.3 平均单位压力的计算利用西母斯公式求平均单位压力 (2.7)式中： 轧制平均单位压力； n考虑摩擦对应力状态的影响系数，MPa；由33 和26.6% 由1图2-23得=1.55轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； (2.8)式中： 金属变形阻力 (2.9)式中： 基准变形阻力，即变形温度u =10s、变形程度40%时的变形阻力；变形温度影响系数 (2.10)变形速度影响系数， (2.11)变形程度影响系数， (2.12)由钢种16Mn可查表2-1得A=3.466 B=-2.723 C=-0.220 D=0.254E=1.566 N=0.466 0=159.9MPa代入以上各式得=1.173 exp(3.466-2.7231.173)1.312Ku0.988KrE1.5660.8450KtKuKr159.91.3120.9880.845175.14MPa所以pm=nk1.551.15175.14312.2MPa2.3.4 总轧制力的计算轧件对轧辊的总轧制力为 式中： 平均单位压力；轧件与轧辊的接触面积。代入上式得2.4 轧制力矩的计算由现场实测数据可知带钢前后张力差为张力对轧制力方向影响的偏转角咬入角 不考虑张力时轧制力作用点对应的中心角27.3mm所以轧制力矩 (2.13)式中： 轧制力； 轧制力力臂。2.5 主电机容量计算2.5.1 摩擦力矩的计算工件辊受力如图2-2所示。 (2.14)式中： 工作辊轴颈处摩擦圆半径；工作辊轴径直径，；轧辊轴承摩擦系数，取0。004。所以所以工作辊轴承中摩擦力矩 (2.15)式中：轧制力；工作辊轴承处摩擦圆半径。2.5.2 工作辊带动支承辊的力矩计算为保证轧制稳定性，要求 (2.16)式中： 选择的偏距临界偏移距 滚动摩擦系数，取0。2支承辊轴颈处摩擦圆半径，所以由于单向轧制且，所以即可，此处取。所以工作辊带动支承辊的力矩161361。1218073Nm (2.17)式中： 支承辊对工作辊的反力； 反力对工作辊的力臂。2.5.3 驱动工件辊的力矩计算将轧制力矩，工作辊带动支承辊的力矩与工作辊轴承中摩擦力矩三部分相加就得到驱动一个工作辊所需力矩，即所以，驱动两个工作辊所需力矩 (2.18) (2.19)式中： 轧制速度，m/s； 工作辊转数，r/min。2.5.4 初选电机工作辊转数 初算驱动两工作辊的功率 (2.20)式中： 轧制力矩； 作辊带动支承辊的力矩； 工作辊轴承中摩擦力矩； 工作辊转数，r/min。初取从电动机到工作辊的效率所以所需电机功率 (2.21)式中： 驱动两工作辊的初算功率； 传动系统的总效率。由于要求轧制板坯宽度范围：W: 9001450mm，F1轧机所轧板坯最大厚度要求H=65mm，所以初选电机型号：1JW 5527-2DS 07两台，一台的额定功率为5000kW，另一台的功率为5750kW，转数都为0250/590rpm。2.5.5 电动机的校核 (2.22)式中： 电动机的额定转矩； 两台电动机的功率；电动机的额定转数。 (2.23)式中： 空载力矩；电动机的额定转矩。额定转数轧制时的最大传动比为所以采用二级减速器，其传动比i=6.8547。传动简图如图2-3所示。各传动副的效率： 传动装置总效率 (2.24)式中： 各转动件推算到电动机轴上的附加摩擦力矩。 (2.25)式中： 轧制时电动机力矩。电动机的过载校核： (2.26)式中： 电动机过载系数的计算值。对于热连轧机的许用过载系数，所以过载校核通过。轧制时电动机的转数，需进行电动机的热校核。绘制电动机的静负荷图： (2.27)式中： 带钢通过F1轧机后的长度； 板坯的质量； 板带的宽度；板坯通过F1后的厚度；钢的密度。 (2.28)式中： 轧制带钢的时间；带钢通过F1轧机后的长度； 轧制速度。取空载时间。以时间t作为横坐标，以电机力矩作为纵坐标，绘制电机负荷图，如图2-4所示。 (2.29)式中： 电动机按发热计算出来的等值力矩。所以，即发热校核通过，最终选择上述电机。第三章 压下系统的设计3.1 压下形式的选择由于带材的轧制速度较高，电动压下装置由于惯性大，很难满足快速、高精度地调整辊缝的要求，因而采用电动压下与液压压下相结合的压下方式。由于有了液压压下，压下装置具有以下优点：1. 惯性力小、动作快灵敏度高，因此可以得到度的板带材，提高了轧材的成品率，节约了金属，提高了产品质量，并降低了成本。2 结构紧凑，使传动效率大大提高。3. 采用液压系统可以使卡钢迅速脱开，这样有利于处理卡钢事故，避免了轧件对轧辊的刮伤、烧伤。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率，增加了轧机的产量。四辊轧机的电动压下大多采用两级蜗轮副传动或圆柱齿轮蜗轮副传动的形式。前一种传动形式主要特点是速比大，结构紧凑，但传动效率低，造价高，后一种传动形式使用了圆柱齿轮，因此传动效率得到了提高。可是随着大型球面蜗杆设计及制造工艺技术不断的发展与完善，前一种普通的蜗轮蜗杆机构以逐步被球面蜗轮蜗杆机构所代替。这样一来不但传动效率大大提高，而且传动平稳，寿命长，承载能力高。因此这里压下装置采用双蜗轮蜗杆传动方式，第一级蜗轮副的传动比，第二级蜗轮副的传动比，总传动比。3.2 压下零件的设计计算3.2.1 压下螺丝的设计计算（一）压下螺丝螺纹外径确定1. 预选螺纹外径及其它参数从强度观点分析，压下螺丝外径与轧辊的辊颈承载能力都与各自的直径平方成正比关系，而且二者均受同样大小的轧制力（）。因此，经验证明二者存在着以下的关系： (3.1)式中： 压下螺丝的外径，mm； 支承辊辊颈直径，mm。按取 确定之后可根据自锁条件再确定压下螺丝的螺距，则 (3.2)式中： 螺纹螺距，mm； 螺纹升角，。对四辊热连轧带材轧机，选取2. 压下螺丝的强度校验由螺纹外径确定出其内径后，便可按照强度条件对压下螺丝进行强度校验。 (3.3)式中： 压下螺丝中实际计算应力，MPa； 压下螺丝所承受的轧制力，N； 压下螺丝螺纹内径，mm； 压下螺丝材料许用应力，MPa。 (3.4)式中： 总轧制力，kN。 (3.5)式中： 压下螺丝材料的强度极限，选用45锻钢，； 压下螺丝的安全系数，。所以实际计算应力所以强度校核通过。取压下螺丝长度，则压下螺丝的长、径之比，所以不用进行纵向弯曲强度（稳定性）校验。压下螺丝的螺纹形式采用单头锯齿螺纹。（二）压下螺丝的尾部开关设计1. 压下螺丝的尾部开关选择因为此轧机为精轧机组中的一座，故其上辊调节距离不大，采用带有花键形式的尾部。2. 压下螺丝端部形状选择常见的压下螺丝端部有两种：一种是凹形球面，另一种是凸形球面。因为凹形球面不但自位性好，所以选择凹形球面。3.2.2 压下螺母的结构尺寸设计（一）压下螺母高度与外径的确定1. 压下螺母高度的确定为了减小摩擦，提高效率，压下螺母的材质选用青铜，对于这种材料其薄弱环节是挤压强度比较低，因此，压下螺母高度应按螺纹的挤压强度来确定。其挤压强度条件如下： (3.6)式中： 螺纹受力面上的单位挤压应力，MPa；轴颈上的最大压力，N；压下螺母中的螺纹圈数；压下螺丝的外径，mm；压下螺丝螺纹内径，mm；压下螺母与螺丝的内径之差，mm，压下螺母螺纹的许用单位压力，。预选压下螺母高度 (3.7)式中： 压下螺丝中径，。按取压下螺母中的螺纹圈数 (3.8)式中： 螺纹螺距。所以，螺母的挤压强度所以校核通过。2. 压下螺母外径的确定 作用在压下螺丝上的轧制力通过压下螺母与机架上横梁中的螺母孔的接触面传给机架，因此，压下螺母的外径应按其接触面的挤压强度的外径。 (3.9)式中： 螺纹受力面上的单位挤压应力，MPa；轴颈上的最大压力，N；压下螺母的外径，mm；压下螺丝通过的机架上栋梁孔的直径，mm，；螺母端面与机架接触面间的许用单位压力，。由经验公式预选压下螺母外径 (3.10)式中：压下螺丝的外径，mm。选取压下螺丝通过的机架上栋梁孔的直径所以，螺纹受力面上的单位挤压应力所以，校核通过。（二）压下螺母的形式及材质的选用压下螺母承受巨大的轧制力，因此要选用高强度的铸造无锡青铜。压下螺母的形式很多，为了节约有色金属，采用二级镶套螺母形式，其中套的材料选用高强度铸铁，因为它与铸铜的弹性模数相接近，以保证两者变形均匀一致。为了改善螺母的散热条件，设计成带冷却水套的结构，如图3-1所示。3.2.3 压下螺丝的功率计算 （一）压下摩擦静力矩的计算在压下机构稳定运转的情况下，转动压下螺丝只要克服最大摩擦静力矩，压下螺丝便可正常运转。压下螺丝受力如图3-2所示。计算压下螺丝转动时的最大静力矩如下： (3.11)式中： 压下螺丝的枢轴端部与止推垫块之间的摩擦力矩，Nm；螺纹摩擦阻力距，Nm。1. 计算 (3.12)式中：摩擦系数，对滚动止推轴承可取；作用在一个压下螺丝上的力，N；滚动轴承平均直径，。所以2. 计算 (3.13)式中： 作用在一个压下螺丝上的力，压下螺丝中径；螺纹上的摩擦角，即，为螺纹接触面的摩擦系数，一般取，故；螺纹升角，压下时用正号，提升时用负号，为螺距，即；所以所以，压下螺丝的最大静力距因为压下速度不高，压下次数又不频繁，只考虑静力矩就可以了。所以每个压下螺丝的传动电动机功率为 (3.14)式中： 压下螺丝的最大静力距；电动机额定转数，初取；传动系统总数比；传动系统总的机械效率。为了适应其他规格的产品的轧制，选择型号为814S的直流电动机两台，功率为110/220kW，转数为500/1000r/min。由于宝钢2050热连轧机的电动压下装置，不作为AGC用，其F1一F7均采用液压AGC，电动压下装置仅作为换辊、抬辊之用，故采用一台交流滑环电动机，其功率为90kw，型号为1LW4283。第四章 主要零件校核4.1 下工件辊的校核4.1.1 下工作辊强度计算：力矩图如图4-1所示。弯辊力 (4.1)式中：轧件对下工作辊的均布载荷； 轧制力； 轧件宽度。 (4.2)式中： 下支承辊对下工作辊的均布载荷； 支承辊对工作辊的反力； 支承辊辊身长度。 (4.3)式中： 带材前后张力差对下工作辊的均布载荷。 (4.4)式中： 带材前后张力差移到下工作辊水平轴面上附加的均布力矩。按扭转条件计算截面的强度因此截面安全。按弯扭合成条件计算截面因此截面安全。4.1.2 工作辊的疲劳强度校核截面直径最小，且有应力集中；截面为辊径与辊身连接处，由于直径发生实然变化，产生明显的应力集中；由于辊身处直径最大且无应力集中，故不必对辊身处进行校核，而只需对、截面进行校核。截面右侧因为截面受扭矩作用，所以由于轴径变化形成的理论应力集中系数由附表3-1查取。因，经插值后可查得由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为有效应力集中系数为由附图3-3得尺寸系数按粗车加工，由附图3-4得表面质量系数为轴的此处未经表面强化处理，即，则得综合系数值为取 计算安全系数可知其安全。截面左侧 弯曲应力所以 ， 扭转应力所以 由于轴径变化形成的理论应力集中系数按附表3-1查取。因，经插值后可查得，由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，有效应力集中系数为由附图3-2得尺寸系数由附图3-3得尺寸系数按精车加工，由附图3-4得表面质量系数为轴的此处未经表面强化处理，即，则得综合系数值为取 ，计算系数值故安全。4.1.3 工作辊与支承辊之间的接触应力校核 由式3-11最大压应力 (4.5)式中：下支承辊对下工作辊的均布载荷；工作辊与支承辊接触区宽度的一半。 (4.6)式中：轧辊的弹性模数；工作辊半径； 支承辊半径。所以轧辊体内最大切应力故安全。4.1.4 轧辊的变形计算简支梁法计算轧辊的挠度,其计算简图如图4-2所示。由卡氏定理得 (4.7) (4.8)式中 由弯矩和切力所引起的挠度值；系统中仅由弯曲力矩作用的变形能；系统中由切力作用的变形能；在计算轧辊挠度处所作用的外力；在计算截面上的弯矩和切力；弹性模数和剪切模数；截面系数，对圆截面。在作用下代入M值及边界条件，对上面两式积分得 (4.9) (4.10)式中 工作辊轴承中心线之间的距离； 工作辊辊身断面惯性距；工作辊身断面面积。在的作用下在的作用下所以轧辊辊身中点与轧件边缘处的挠度差（向上）同理可求出辊身中点总挠度（向上）两个挠度值较大，应适当增大弯辊力。轧辊弹性压扁变形 (4.11)式中：工作辊与支承辊之间的弹性压扁； 与轧辊材料有关的系数，为； 下支承辊对下工作辊的均布载荷；所以 (4.12)式中：工作辊与工件辊之间的弹性压扁。4.2 机架的强度计算4.2.1 机架的强度计算机架的材料采用ZG500，安全系数不小于为10，其横梁的许用应力采用以下值对于横梁 对于立柱 1. 计算机架截面上的弯力矩，如图4-3所示。由式5-7得下横梁中点处的力矩为 (4.13)式中: 作用于机架上的垂直力；机架横梁的中性线长度；机架立柱的中性线长度；机架上横梁的惯性矩；机架下横梁的惯性矩；机架下横梁的惯性矩。由式5-9得2. 求机架的应力，如图4-4所示。机架下横梁内侧应力为机架下横梁外侧应力为机架立柱内侧应力为机架立柱外侧应力为以上各数值均小于许应力，所以机架强度校核通过。4.2.2 机架的变形计算机架的弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱的拉伸变形组成的。由于横梁的断面尺寸较横梁的长度来说是圈套的，在计算横梁的弯曲变形时，应考虑横向切力的影响，即 (4.14)式中： 机架的弹性变形； 由弯曲产生的横梁弯曲变形； 由切产生的横梁弯曲变形； 由拉力产生的立柱拉伸变形。由1式5-20得 (4.15)式中： 机架材料的性模数； 横梁的惯性矩； 横梁上的作用力；机架立柱中的力矩。由切力产生的两个横梁的弯曲变形为 (4.16)式中： 机架材料的剪切性模数； 横梁的断面面积； 横梁的断面开关系数，对于矩形断面，。机架立柱的拉伸变形为 (4.17)式中： 立柱中性轴长度； 立柱的断面面积。所以，机架的弹性变形为对于四辊热轧机，所以机架刚度符合要求。4.3 弧形齿万向接轴强度的计算4.3.1 弧形齿的优点弧形齿接轴较滑块式万向接轴有许多优点：在运转过程中弧形齿接轴的角速度几乎是恒定的，所以，传动平衡，冲击和振动小，有利于提高轧机析轧制速度和发送产品质量；铰链的密封性和润滑条件好，使用寿命长；换辊时容易对准，装拆简单；铰链制造不青铜；当接轴倾角较小时，有圈套的承载能力。所以，在精轧机上由于轧制速度较高、轧辊中心线间的距离变化不大，一般采用弧形齿。下面对弧形齿的强度进行校核。4.3.2 齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度 (4.18)式中： 弯曲疲劳条件下载荷系数； 弧形齿所受圆周力； 齿形系数； 应力校正系数； 齿宽，； 模数，。 (4.19)式中： 使用系数； 动载系数； 齿间载荷分配系数； 齿向载荷分布系数。根据弧形齿的工作状态，属于中等冲击，由2表10-2，得；弧形齿分度圆处的圆周速度 (4.20)式中： 弧形齿分度圆直径，； 工作辊转数。弧形齿的精度为7级，由2图10-8得动载系数；弧形齿所受的圆周力 (4.21)式中： 驱动一个工作辊的力矩； 弧形齿分度圆直径； 弧形齿齿数。由，由2表10-3查取弯曲疲劳和接触疲劳的齿间载荷分配系数由2表10-4中的公式式中： 弧形齿齿宽；弧形齿分度圆直径。求得接触疲劳强度齿向载荷分布系数再由齿宽与齿高之比，由2图10-13得弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数所以弯曲疲劳和接触疲劳的载荷系数分别为由2表10-5，利用插值法查得齿形系数和应力校正系数分别为所以弧形齿材料用40Cr调质，硬度为236HBS，由2图10-20得；轮齿应力循环次数由2图10-18得弯曲疲劳寿命系数；取弯曲疲劳安全系数，得弯曲疲劳许用应力所满足弯曲疲劳条件。4.4 轧辊轴承的选择及寿命计算4.4.1 轧辊轴承的选择因为四列圆锥滚子轴承即可承受径向力，又可承受轴向力，四辊连轧机的工作辊，广泛彩四列圆锥滚子轴承，这里工作辊需要轴向窜动，所以工作辊每端采用两组轴承，一组是四列圆锥滚柱轴承，它主要承受径向力和一部分轴向力，另一组是推力轴承，主要用于承受轴向力，由于操作侧轴承座具有固定CVC轧辊轴向移动的机构，使轴承受力更加复杂，因此，采用四列组合轴承。4.4.2 轧辊轴承的寿命计算传动侧四列圆锥滚子轴承的寿命计算以小时数表示的轴承寿命为 (4.22)式中： 轴承的转速，r/min，；温度系数；径向基本额定静载荷； 轴承的当量动载荷；指数，对于滚子轴承，。 (4.23)式中： 系数，由12表28.3-2得；滚动体列数；接触角，； 每列滚动体个数，；滚子直径，mm，；滚子有效长度，mm，。所以，由于轧制时滚动轴承的温度小于65，由2表13-4得。轴承的当量动载荷为 (4.24)式中：载荷系数，由2表13-6得；径向动载荷系数，由2表13-5得；轴向动载荷系数，由12得；径向力；轴向力。由13中的实测数据，。所以轴承的当量动载荷轴承寿命所以，对于轧辊轴承应在使用寿命期内更换。第五章 试车要求从人工设定轧制参数(包括压下量分配，轧制速度，及温度控制参数等)，由基础自动化系统完成实时运算和控制的方式开始，并分段试轧，在试轧中逐步收集实绩数据，经处理后再充实计算机模型参数。从试轧开始，记录6个月的试生产情况，根据记录仔细分析是否实现了计划所规定的指标，在轧制品种规格方面，轧制厚度应逐渐增大，并对各种厚度的带钢投入批量试轧，同样对9001900mm的各种宽度的带钢进行批量试轧。除去调试千万的废品外，分析影响产品质量的其他主要因素。为解决轧辊边部温降对带材边部板形的不良影响，轧机的轧制油冷却润滑系统增加了热油喷射控制功能。轧制油喷射冷却润滑效果因喷嘴间距、角度、流量、距离、排列方式不同其效果差异较大，合理的布置方式为各喷嘴平行布置，可以有效减小因喷嘴间的干涉而导致冷却效果减弱。因此在试车期间要采集相关的数据进一步优化对各喷嘴的布置。试车阶段还要根据所轧制的钢种对设备的影响情况，对其他设备适当投入使用，进行生产性试验。试车阶段应设备的状态和功能不断完善，也要对暴露的一些设备问题各出现的故障做详尽的分析。第六章 技术经济及社会效益分析目前，尽管钢材生产面临着市场竞争和可持续发展的挑战,但在可以预见的21世纪未来年代里,钢铁仍然是全球的主要基础原材料,轧钢仍将是钢材成型的支柱技术,将对全球(特别是发展中国家)经济发展和社会文明进步起到基础性支持作用。为了能在强烈的市场竞争中生存下去，各生产厂也正在追求实现高质量、高效率的生产，现代板带轧机朝着高速、宽幅、强大的综合板形控制能力方向发展。为了得到高质量的轧制带材，在板带轧制过程中必须随时调整轧辊的辊缝去适合来料的板形，并补偿各种因素对辊缝的影响，对于不同宽度、厚度、合金的带材只有一种最佳的凸度辊才能产生理想的目标板形。因此普通轧机必须配备多套不同凸度的轧辊才能满足工艺要求，而CVC轧机能很容易地满足这种要求。而且CVC板形控制系统还具有控制带钢断面形状、调节带钢平直度、改善轧辊的磨损情况，从而延长轧辊使用寿命等优点。CVC板型控制技术因其设备简单、控制可靠、便于维护等优点，迅速在各国推广。目前CVC控制已成为控制板型不可缺少的手段已在高精板、带材的加工中得到广泛应用，它的发展可以使我国板带轧机装备的配备达到世界先进水平，为高精板、带材加工奠定坚实的设备基础。结论 经过设计中的计算可知，电动压下系统中的零件和轧机中的一些主要零件全部通过强度计算。本设计中的电动压下系统不同于宝钢2050热轧厂中的压下系统，而是用于板带自动厚度控制的执行机构中。近年来随着工业的发展，在带钢机上开始采用液压压下装置，但电动压下系统具有调节行程大、成本低、控制简单等优点，目前对电动压下系统的设计和优化仍然是轧钢领域的一个主要课题。致谢本次设计的如期完成主要感谢王立萍老师对设计内容给予了全面的指导、宝钢2050热轧厂提供了一些主要数据和学校提供了良好的设计环境。同时我也由衷的感谢在设计过程中给予我帮助的老师和同学们。参考文献1 邹家祥. 轧钢机械M. 冶金工业出版社2 濮良贵. 纪名刚. 机械设计M. 高等教育出版社3 王海文. 轧钢机械设计M. 机械工业出版社4 孙一康. 带钢热连轧的模型与控制M. 冶金工业出版社 5 王有铭,李曼云,韦光. 钢材的控制轧制和控制冷却M. 冶金工业出版社6 刘立忠,吕程,赵启林,刘相华,王国栋. CVC热连轧精轧机组板形计算软件的开发J. 钢铁研究，2000,(2A)7 刘立忠,吕程,刘相华,王国栋. CVC热连轧机的板凸度计算模型J. 东北大学学报. 2001,22(1A)8 陈连生,黄传清,连家创. 2050热连轧精轧机组PFC磨损预报与实测的对比分