3500中厚轧机设计毕业设计论文.doc

摘 要摘 要现代板生产工艺在四辊可逆轧机中成为主要的机型，其工作原理是使工件通过2个相对旋转的轧辊产生加工压力，产生塑性变形。针对现有济钢和首钢3500中厚板轧机，通过辊系的微尺度等效杆系分析，消除普通四辊轧机暴露出的一些弊端，设计较高性能的四辊可逆式3500轧机；选择计算轧机的力能参数，设计轧机结构，计算主要结构参数。本次设计对四辊可逆轧机主传动系统进行设计分析，研究，计算，阐述了板轧机的历史发展以及国内外轧机的发展，确定坯料、轧制特点、主传动机构的组成、机架形式、轧制速度、轧辊的结构特点、轴承形式、润滑形式及经济性和环保性。首先对主传动系统力能参数进行了计算，包括轧制力、轧制力矩和主电机功率的计算及校核，其次是主要零件强度的计算，如轧辊、轴、轴承、机架。然后对系统的润滑进行分析和讨论并对本次设计中的经济性和环保性进行了详细的分析和论述。最后进行了数据的整合。关键词 中厚板；闭式机架；轧辊；轧制力IAbstractAbstractModern plate production technology in four roller reversible rolling mill become the main models, the working principle is to make the workpiece through the 2 relative rotation of the roller to produce processing pressure, produce plastic deformation. In view of the existing Jinan Iron and steel and Shougang 3500 plate mill, through and micro scale equivalent linkage analysis, eliminate the common four rollers mill exposed some drawbacks, design high performance of four roller reversible of 3500 mill; selection and calculation of rolling force and energy parameters, design the structure of the rolling mill, main structure parameters.The design of four high reversible rolling mill main drive system design and analysis, study, calculation, expounds the plate mill of historical development and rolling mill at home and abroad development, determine the structural characteristics of blank, rolling characteristics, the main transmission mechanism composition, mount, rolling speed, roll, bearing, lubrication form and the economy and environmental protection. First, the main drive system parameters were calculated, including rolling force, rolling torque and the main motor power calculation and check, followed by the main parts of the calculation of strength, such as roll, shaft, bearing, rack. Then the lubrication of the system is analyzed and discussed, and the economic and environmental protection in this design are analyzed and discussed in detail. Finally, the integration of the data is carried out.Keywords plate,rolling: rolling force,:rolling millII目 录目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 中厚板轧机类型及发展11.2 国内外轧钢机械的发展状况2第2章 轧机主传动方案及基本参数62.1 轧机主传动方案设计62.2 基本参数82.2.2 轧辊形状及尺寸的确定92.2.3 轧辊传动端及轧辊速度的确定10第3章 轧制力能参数123.1 轧制过程变形区及其参数123.2 轧机的负荷图及电机功率17第4章 轧辊校核214.1 强度校核214.2 工作辊与支撑辊间的接触应力22第5章 滑动轴承、机架校核255.1 滑动轴承校核255.2 机架校核275.3 机架应力及变形校核33第6章 可行性分析366.1 经济可行性分析366.2 环保性分析37结 论39参考文献40谢 辞41III第1章 绪论中厚板板轧机是用于轧钢设备的轧钢设备，在国民经济各部门都有广泛的用途。它主要用于制造运输工具（如汽车、拖拉机、船舶、铁道车辆、航空航天机械等）、钢铁机械部件，如各种储存容器、锅炉、桥梁等工业结构件、管道和一般机械产品。1.1 中厚板轧机类型及发展生产中板的轧机型式很多。根据框架主体分类,可以分为两个滚筒,四辊、复合,几种通用类型。框架布局来分类,可分为单站、并列式和柱式、等的规格一般板轧机名义长度根据工作辊辊表面,如2300毫米,2300毫米和5500毫米。当前世界最大的一个是5500毫米轧机。像其他轧机,板轧机包括工作基础和传动装置,框架主要包括轧机机架、轧辊系统,平衡系统,压力装置,换辊装置。传动装置组成,大型电机和缓慢,由于汽车生产技术的发展在现代板轧机通常由电动机直接驱动。轧机的产生和发展经历了数百年,十九世纪中叶美国开始使用三辊劳特中板轧机,进入1950年代后,中国建立了20多套三辊劳特式轧机用于中板生产。从1980年代开始,每个企业技术改造,用四辊可逆式中厚板板轧机取代。经历了一百年的三辊劳特式轧机退出了历史舞台。四辊可逆式成为现代板生产的主要模式,主要是由于大型直流电机和控制系统制造技术的发展,解决了可逆式轧机的拉高扭矩。近30年来,大功率变频技术的发展和轧机传动取代了直流系统。历史,曾经蒸汽机往复轧制电力拖动钢铁厂。早在1890年,中国的2450毫米板轧机的蒸汽引擎驱动。从汉口机搬到重庆在抗日战争期间,自1980年代以来一直运行,使用了百年之久。在现代中厚板板轧机越来越倾向于大型化、自动化,以满足钢板的需求控制轧制技术,可以生产高强度合金板。电子计算机的应用使得磨机提高了自动化程度,制板厂普遍采用液压AGC(钢板厚度自动控制系统),中厚板精度,提高生产效率。随着市场经济的发展,追求高质量、高品种、高效益厚板轧机将成为未来的发展方向,与宽厚板为主,高强度,提高轧制力和主传动电动机的容量,改革与革新的重点是:（1）为了保证一致性的板坯加热、轧制钢板的尺寸和性能均匀,新建的加热炉都采用步进式加热炉（2）放弃三辊粗轧机的使用,以四棍轧机取代粗轧机,发挥出四棍轧机精确整线轧机的能力，最终提高产品的质量。对单机架的四辊轧机,保留另一个轧机轧机的基础应该及时将另一个轧机安装好,为了实现规模经济。（3）作为用户的剪切钢板表面质量和精度的提高加强精细线的改造,冷却床使用冷却床的载体类型,与开槽剪切式双边剪和滚切式切长度。（4）严格控制板坯加热温度控制轧制和控制冷却过程中使用,加快钢板的冷却速度,防止晶粒生长,细化铁素体,珠光体均匀分布,以获得良好的韧性。（5）高度重视热处理设备的提高,并逐步改善钢的热处理生产能力,应优先考虑选择一个新的热处理炉热处理无氧化辊式炉。（6）厚度公差控制钢板的一个重要指标。应充分利用液压AGC控制技术改善钢板的尺寸精度,降低厚度公差。（7） 扩大板形控制技术的发展和应用,获得良好的平整度,减少头部和尾部,两边的板切割损失,提高钢板的屈服。1.2 国内外轧钢机械的发展状况19世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机,装备很差,产量不高,一些工厂是由原始水轮开车。上个世纪五十年代后,钢的产量增加,所有先进工业化国家的铁路建设和海运的发展,蒸汽中型和大型轧机出现。上个世纪电气化更强大的开坯机发展迅速。最后5070年代,因为汽车、石油、天然气运输、电气和电子工业的发展和罐头食品行业,是基于薄板边缘钢铁生产的特点。一般来说,对大型轧钢机械朝着连续、高速度和计算机控制方向发展。（1）粗轧机的发展同时在连铸的发展,国外还在扩张后的建筑粗轧机能力充分扩张。这是由于开坯机灵活转换,容易实现自动化的优点,如日本在1969年有三个板坯粗轧机和台湾方面粗轧机投产。到1970年,世界上粗轧机是超过200辆。最多的国家130年粗轧机在美国,日本,42台,大部分二辊可逆式轧机,足够的能力3亿吨。在七零年代粗轧机增加到1500毫米直径。同时在连铸的发展,国外还在扩张后的建筑粗轧机能力充分扩张。这是由于分解机灵活转换,容易实现自动化的优点,如日本在1969年有三个板坯粗轧机和台湾方面粗轧机投产。到1970年,世界上粗轧机是超过200辆。最多的国家130年粗轧机在美国,日本,42台,大部分二辊可逆式轧机,足够的能力3亿吨。在七零年代粗轧机增加到1500毫米直径。我国拥有七套粗轧机超过1000毫米,750 850毫米小型粗轧机八套,主要在合金钢厂、为数不多的650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959年我国开始设计和制造粗轧机,已经制成的开坯机有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。（2）带钢热连轧机发展带钢热轧机分为连续带钢热轧机、四辊和四棍辊可逆式轧机, 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。带钢连续热轧机主要生产1.0 16(20)毫米钢板热,各种生产与普通碳钢为主。美国在1926年,世界上第一个使用条机、钢铁公司、磨机安装在哥伦比亚机规格为1030毫米,是1/2连轧,只有一个粗轧机架,是现代机器HSM的原型。四十年代以前,带钢热连轧机几乎都集中在美国。1961年1971年,美国建立了超过11辊长度是1473毫米带钢热连轧,被称为“第二代”轧机。第二代轧机高速度、高产量、高度的自动的特点。从1966年到1967年我国开始发展条机、1700毫米3/4连续机器投入生产,其他规范的带钢热连轧机从1450毫米交叉轧制,750毫米全连轧,等等。多年来,钢板生产增加,这一趋势的比例在现代轧钢生产的发展。热轧钢板是汽车、造船、桥梁、电力、化工等行业不可缺少的原材料,也是一种冷轧机的空白,与焊管、冷弯钢的发展,钢铁需求增长。现代带钢连轧的发展趋势是增加生产,扩大品种、提高精度,提高自动化程度。主要措施有:提高轧制速度,增加线圈和坯重量,建立一个广泛的连轧轧辊,粗轧机关闭装置,使用快速换辊装置,提高产品精度,自动控制系统对轧机刚度、厚度和精轧机轧辊辊型控制,使用计算机控制。自90年代以来, 钢铁生产短流程快速发展和普及,短钢薄板坯连铸连轧的生产工艺技术,改变了传统的热轧机的市场。1987年7月以来的第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来,已建成331997套。连铸连轧技术是钢的凝固和变形的形状形成链接两个过程,连铸坯在热状态继续进入精轧机组,直接滚成一卷产品。德国马克CSP技术,德国马克公司港ISP技术,联合开发Conroll技术等等都有用户使用。（3）带钢冷连轧机发展第一组连续钢冷轧机于美国1924年慧林钢铁公司生产并投产。该轧机有四个框架,辊身长度812毫米，轧制速度为1.8米/秒,主传动电机760千瓦。冷连轧机广泛应用于40年代以后。现代冷轧机,广泛采用液压弯辊装置调整辊类型改善板式。由于冷轧带钢厚度公差,高需求的增加反映轧机压下装置的速度,采用全液压设备,带钢厚度自动控制装置,并快速自动换辊机构,实现电子计算机控制等。冷轧钢板、带钢近年来得到更大的发展。结束的时候冷连轧机出口速度可以达到25 41.7 m / s。为了提高产量,冷卷重量已达到60 t。一组冷连轧机产量可达250万吨。近十年的冷轧带钢生产技术的新发展几个设备:1)酸洗、冷轧机组,2)形状控制技术3)连续退火,全氢钟的应用类型退火技术和各种电镀生产技术的快速发展4)带连续铸造、冷滚压过程。（4）钢管轧机的发展工业发达国家,如美国,苏联,德国有一个大型现代化的热轧钢管设备,主要自动轧管和周期式轧管机、钢管生产占世界上92%的热轧管生产。钢管增长率7.5%,其生产的热轧管生产约占全球钢铁产量的15%。经过几个五年计划的建设,我国热轧管有明显的发展,有各种各样的热轧管43套设备,设计产能147万吨/年,一个小单位,主要用于生产381143 毫米的钢管。中型和大型单位有140毫米单位,两套(216、318)周期轧管机组类型,400毫米自动轧管机组。（5）线材轧机的发展近年来,国外生产的线材是稳定的,钢丝生产的78%。线材轧机生产52.7毫米圆截面轧制。为了提高钢丝的质量和产量60年代发展没有轧预应力轧机,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者油膜轴承。线材直径公差可达 毫米。在1970年代,没有扭曲摩根高速线材精轧机组有很大发展,生产已经达到160套以上。目前,高速线材轧机的模型可以概括为三辊、45,15、75和平-立交替式四种。综合以上,轧钢生产技术的发展特点在七零年代,比主要地带,焊管用于无缝钢管;高速的方向，大连续,自动发展;扩大品种和低成本的能源消耗；轧机，挖掘潜力,大量采用新技术新技术。设备主要由辊轧机牌坊、轴承、轴承、工作台、滚动导轨、铁路、轧辊调整装置、辊平衡装置,辊装置等。工作辊直径较小,通过轧制力的时刻,滚动延迟较大直径的支承辊压力。轧机的优点是相对较高的刚度、大量的压力和轧制力很小,可以轧制薄板。可逆的连续轧制机有两种,广泛用于制板厂、带钢热轧和冷轧机平整机，等等。工作原理:将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。轧机维护:由于工厂的工作条件,在工作的过程中,遇到红热钢坯轧制冷却水快速雾化,夹带着从钢坯表面的氧化铁粉末注射,轴承架拱圆滚的大的影响,使轧机机架的住房在窗户表面,机架底部出现不同程度的腐蚀磨损,使难以控制和轧机机架辊轴承间隙管理,频繁的轧机机架、轧辊轴承间隙超过管理限制的现象。轧机拱差距日益恶化的轧机主传动系统的工作条件,使主传动振动影响,锭位时尚容易滑动,影响板形控制,使一个伟大的对产品质量的影响。大部分的牌坊的常见的钢铁厂,长期服务窗口表面容易腐蚀磨损的影响工作环境的恶化引起的。通常采用的方法在线加工修理的牌坊,即通过机械加工去除材料,把弓表面平整损坏层接口,扩展的大小来补偿通过增加衬砌厚度。这种修复方式,操作简便,但并没有改变表面的牌坊属性,一段时间后,牌坊表面受到腐蚀和磨损,失败,和几个加工会产生不利影响拱的强度和刚度。考虑到轧机刚度灵敏度,少量用于处理,修复方法只能一个临时解决方案。使用手工电弧焊可以扩大规模经济复苏后加工去除材料,但在如此大面积的电弧堆焊刚性结构,可能会导致拱结构的变形。如果结构变形、翘曲变形,将是致命的,不能再正确,这是不允许发生在工厂生产。所以修复方法将导致更大的风险,一般不得使用。今天高分子复合材料可用于解决轧机拱穿。聚合物复合修复材料有优异的附着力,能坚定地坚持贱金属的表面,长期工作,不会脱落,产品本身有很高的抗压强度,即使在高达1900吨的轧制力的影响,材料不会被破坏,独特的结构使高分子材料良好的耐冲击性,能吸收对牌坊轴承的影响,避免了磨损的生产,同时,该产品具有良好的耐蚀性,可以使弓表面侵蚀的冷却水。轧机拱磨损,使用特殊材料修复不去除材料,不影响拱整体强度和刚度,而且没有修复焊接变形由热应力引起的,一个好的解决方案为企业多年来无法解决这个问题。轧机辊的工作条件最为复杂。在制造和使用的辊的制备过程中产生的残余应力和热应力。在各种周期性应力的应用中，包括弯曲、扭转、剪切、接触应力和热应力等。由于应力分布的不均匀性和变化性，不仅是设计因素的原因，而且是轧辊在使用中的磨损、温度和辊形的变化。此外，滚动条件往往出现异常情况。轧辊在使用中不适当的冷却，还受到热应力的损害。所以辊除了磨损，还经常出现裂纹、断裂、剥落、压痕等局部损伤和表面损伤。一个良好的滚动，它的强度，耐磨性和其他性能指标应该有一个更好的匹配。应从减少残余应力、机械应力、组织应力和热应力四个方面对裂缝进行预防。一般大部分的残余应力都会在热处理过程中消除，并随着辊的储存时间的延长而逐渐消除，所以新轧辊的使用时间要在一段时间内使用，可以减少故障和风险。避免大的机械应力法主要是为了避免冷钢。利用热处理法对轧辊的工作层中残余奥氏体含量进行控制的方法。减少热应力的方法是使轧辊在轧制过程中有良好的冷却效果。残余应力、机械应力、组织应力和热应力是高铬钢轧辊断裂的主要原因，良好的热处理、轧制和冷却可以有效预防和处理高铬钢轧辊断裂。45第2章 轧机主传动方案及基本参数第2章 轧机主传动方案及基本参数2.1 轧机主传动方案设计轧机设备主要由轧辊轧机牌坊、轴承包、轴承工作台、轧钢导卫、轨座轧辊调整装置上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。工作辊直径较小,传递轧制力矩,轧延压力由直径较大的支承辊承受。轧机的优点是相对刚度高、压下量大、轧延力小，可轧制较薄的板材。有可逆和连轧两种，广泛用作中厚板轧机、板带热轧或冷轧机以及平整机等。工作原理：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。轧钢机械主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。这里参考轧钢机械中的主传动装置如图2.1。图2.1 四辊轧机的主传动装置主要装置的作用1、 减速机：在轧钢机械中，减速器的作用是电机转速越高，所需的转速就越高，可用于高速电机的主传动。另外，由于使用了减速器的重要条件是比较减速器和摩擦损失的成本比低速电机和高速电机之间的差异性差。一般来说，当辊速度小于200 250r/min，采用减速器。但由于这种设计型四辊可逆轧机，当速度小于200250r/min，也不使用减速电机和低速电机的使用，在主传动方式选择的综合视图更为合适。2、连接轴：可逆轧钢机电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的，在横列式轧机上，一个工作机座的轧辊传动另一个工作辊机座的轧辊，也是通过连接轴传动的。本次设计的连接轴采用万向接轴。3、轧辊：轧辊是轧钢机械的主要部件，本次设计的为板型轧机轧辊，其辊身呈圆柱形，有事，热轧板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型；冷轧机轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好板型。4、机架：由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置，需有足够的强度和钢度承受轧制力。机架形式主要有闭式和开式两种。闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度，主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。开式机架由机架本体和上盖两部分组成，便于换辊，主要用于横列式型材轧机。5、齿轮座：由两个或三个直径相同的人字齿轮组成的齿轮箱，它不改变转数，只用于将运动和力矩均匀传递给各个轧辊6、轧辊轴承：支承辊和保持架固定位置。重载和滚动轴承的变化很大，所以轴承的摩擦系数很小，有足够的强度和刚度，并促进轧辊的变化。不同类型轧机轧辊轴承的选择。滚动轴承刚度较大，摩擦系数小，承载能力较低，在带钢轧机工作辊上采用大尺寸的外形。有2种半干滑动轴承摩擦和摩擦。半干摩擦滚子轴承主要含铜、尼龙、胶木瓦、更便宜、更形象。动态压力，静压力和静压力的液体摩擦轴承三。摩擦系数小、承载能力大、速度快、刚度高，缺点是油膜厚度和速度的变化。带轧机轴承滚子与其它高速轧机的液摩擦轴承。7、换辊装置: 提高操作效率,轧辊变化迅速和方便。滚动变化意味着C形钩类型,套筒,汽车类型和机架四辊类型。在使用卷之前改变起重机辅助操作在两个方面,和机架辊改变需要有两套住房,这个方法对小型轧机。汽车换辊适用于大型工厂,这有利于自动化。目前,在轧机采用快速自动换辊装置,只在一卷5 8分钟。8、轧辊调整装置：用于调整辊缝,使轧件的断面尺寸。辊调整设备上也被称为“压下装置”,有手动、电动和液压。手动轧机和小型轧机压下装置多用在概要文件。包括电动压下装置的电动机、减速器、制动器、按下螺丝,螺母在压力下,位置指示器,球面垫和压力表等部分,其传动效率低,移动部件的转动惯量,反应迟缓,调整精度低。使用自70年代以来,板带轧机AGC(自动测量控制)系统,一个新的带冷热轧机和厚板磨机采用液压压下装置,具有小板的厚度偏差和产品合格率高。9.上轧辊平衡装置：用于升降辊,防止辊轧件在进入或离开,影响设备。形式有:弹簧、多功能概要轧机;重锤类型,常用在初轧机轧辊的大量移动;在四辊轧板机液压多用。9、轧辊调整装置：用于调整辊缝,使轧件的断面尺寸。辊调整设备上也被称为“压下装置”,手动、电动和液压。手动轧机和小型轧机压下装置多用在概要文件。包括电动压下装置的电动机、减速器、制动器、压力螺丝,螺母,却背负着沉重压力位置指示器,球面垫和压力表和其他部分;其传动效率低,移动部件的转动惯量大,反应迟缓,调整精度低。使用自70年代以来,板带轧机AGC(自动测量控制)系统,一个新的带冷热轧机和厚板磨机,液压压下装置采用小板厚度偏差和产品合格率更高。2.2 基本参数2.2.1 材料选取a、坯料选取选择合适的原料规格是保证钢板优质高产的基础。原料的选择一般以连铸板坯为主，趋向于全连铸化，连铸比达95%以上，除特厚或者特殊要求小批量的产品，仍采用大扁钢锭、锻压坯外，一般均采用连铸坯作原料。b、坯料尺寸原料的外形尺寸有长度、宽度、厚度。原料几何形状设计主要与原料的生产方式、轧制钢板的尺寸有关。它关系到中厚板的生产方式，直接影响着轧机的效率、钢板的成材率和力学性能。其原则是：原料的厚度尺寸通常在保证钢板压缩比的前提下，应尽可能小，以减少轧制道次，提高轧制效率。一般用途下压缩比为：68；重要用途下压缩比为：810。原料宽度的确定主要取决于原料的生产设备，目前中厚板厂用的连铸板坯的宽厚比在79之间。原料长度的确定主要取决于轧钢加热炉的宽度和轧机机前、机后等有关设备的间距。综上所叙对原料选取如表2-1。表2-1 原料尺寸表连铸坯宽厚长坯料280mm35mm2200mm钢板3300mm5mm8000mmc、轧辊材料 常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。1、合金锻钢，用于轧辊的合金锻钢，在我国“国家标准”中已有规定， GB/T13314-1991标准中列出了热轧轧辊和冷轧轧辊用钢。2、合金铸钢，用于轧辊的合金铸钢种类尚不多，没有统一标准。3、铸铁，铸铁可以分为普通铸铁、合金铸铁和球磨铸铁。设计充分考虑了经济性的要求，选择铸造轧辊。铸造轧辊采用离心铸造工艺，离心铸造时，金属液在离心力的作用下凝固，其组织致密细化，大量的渗碳体分布状态得到改善，可以减少裂纹源和裂纹通路，而且可以以铸造辊身层与轧辊芯轴两种不同材质的复合轧辊。进而查资料得到离心铸铁的密度为7.8g/cm。2.2.2 轧辊形状及尺寸的确定a、轧辊形状轧辊由辊身，辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置吧轧制力传递给机架。轴头和联接轴相连，传递轧制扭矩。轴头有三种类型：梅花轴头，万向轴头，带键槽或圆柱形轴头。本次设计采用万向轴头的轧辊。b、轧辊轴承及轧辊尺寸1、轧辊轴承轧辊轴承主要类型为滑动轴承和滚动轴承：轧辊上实用的滚动轴承主要是双列球面滚子轴承，四列圆锥滚子轴承及多列圆柱滚子轴承。滑动轴承主要是半干摩擦与液体摩擦两种。充分考虑到滑动轴承承载能力相对较大，本次设计采用滑动轴承。2、轧辊尺寸板带轧辊的L=3500mm四辊轧机的辊身长度L确定以后，可根据参考资料确定工作辊直径D和支撑辊直径D。轧辊辊颈尺寸和的确定对于使用滑动轴承的轧机，其系数列于表2-2。选择中厚板的数据可得：表2-2 使用滑动轴承时轧辊尺寸参数轧机类型初轧机0.550.71.00.065开坯和型钢轧机0.550.630.921.20.065二辊型钢轧机0.60.71.20.065小型及线材轧机0.530.551+（2030mm）0.065中厚板轧机0.670.750.831.00.10.12二辊薄板轧机0.750.80.81.0r=5090mm2.2.3 轧辊传动端及轧辊速度的确定a、轧辊传动端尺寸轧辊传动端为：梅花轴头、万向轴头等。本次设计采用万向轴头，其结构尺寸简图如图2.1。图2.1 万向轴头 （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） (2-5)计算结果如下： b、轧辊咬入、抛出速度、平均速度及平均变形速度的确定确定原则：获得较短的道次轧制节奏时间，保证轧机顺利咬入，便于操作和适合于主电机的合理调速范围。目前，可逆式中的中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在和范围内选择。本次设计选用的咬入和抛出转速为：。平均转速：平均速度：平均变形速度： 第3章 轧制力能参数3.1 轧制过程变形区及其参数图3.1 轧制变形图轧制前、后轧件高度，mm轧制前后轧件的平均高度，mm压下量，mm宽展量，mm轧制前、后轧件长度，mm咬入角，接触弧水平投影长度，mm,可近似认为临界角相对压下量变形区中平均变形程度，真实平均变形程度，1、轧制时接触弧上影响单位压力的因素a、影响金属塑性变形阻力的因素：金属化学成分和组织的影响、变形温度的影响、变形速度的影响、变形程度的影响、加工历史的影响。b、变形阻力的确定： (3-1)式中-基准变形阻力，即变形温度、变形速度、变形程度时的变形阻力。-变形温度影响系数，当-变形速度影响系数，当-变形程影响系数，当真实平均变形程度。其中A,B,C,D,E,N系数见表3-1表3-1 各钢种变形阻力公式系数值钢种ABCDEN08F4.312-3.387-0.5320.5131.8790.589138.9Q235A3.665-2.878-0.1220.1861.4020.379151.2203.321-2.609-0.1330.2101.4540.390155.8453.539-2.780-0.1570.2661.3700.342162.109Mn23.449-2.710-0.1730.2251.6780.194165.416Mn3.466-2.723-0.2200.2541.5660.466159.916MnNb3.367-2.645-0.1290.1811.4670.402167.420Cr3.174-2.872-0.2200.2531.7030.527169.312Cr2Ni4A3.656-2.872-0.2200.2531.7030.527169.338CrMoAlA3.934-3.091-0.2170.2541.4980.426183.925Cr2MoVA3.858-3.031-0.0650.1271.5100.441176.31Cr18Ni9Ti2.874-2.258-0.3740.521.2770.323229.2便于简化计算这里取a、轧制时接触弧上平均单位压力平均单位压力可写成下列一般形式： (3-2)式中 应力状态影响因素考虑摩擦对应力状态的影响系数考虑外区对应力状态的影响系数考虑张力对应力状态的影响系数在大多数情况下，主要计算的是，常用的方法主要有;基于卡尔曼单位压力微分方程的采利柯夫方法、R.B.西姆斯方法等。本次设计对于上述方法参考大量书籍进行简化，参考了各类轧机轧制特地及其适用的平均单位压力计算方法： (3-3)由于热轧机宽度较大，可以近似认为是平面应变情况，此时=1由于本次设计以一道次进行的，此时尺寸系数其中b、轧制总压力与轧辊传动力矩a、轧制总压力 （3-4）其中轧制总压力接触面积轧制前后轧件的宽度接触弧长度的水平投影注：对于轧制中厚板、板坯、方坯以及异形断面轧件一般不考虑轧制时轧制产生弹性压扁现象。b、轧辊传动力矩在简单轧制情况下，除了轧辊给轧件的力之外，没有其他外力，受力图如图3.2图3.2 简单轧制时作用在轧辊上的力 (3-5)式中轧制力矩，用于使轧件塑性变形所需的力矩克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构等的附加摩擦力矩空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩动力矩，此力矩为克服轧辊不均速运动时产生的惯性力所必需的力矩轧辊与主电机间的传动比注：其中动力矩只发生于用于不均匀转动进行工作的几种轧机，如可调速的可逆式轧机，本次设计采用不可调速的四棍可逆式轧机，故动力矩进行省略。传动比：在本次设计中没有进行传动装置的具体设计，故传动比轧制力矩 (3-6)式中轧制力轧制力臂，即合力作用线距离两个轧辊中心连线的垂直距离其中式中轧制力在接触弧上的错用电距轧辊中心连线的距离，也即接触弧长度轴承处摩擦力矩 (3-7)式中轧制力轧辊轴承处摩擦圆半径其中式中工作辊轴颈直径轧辊轴承摩擦系数，本次设计中附加摩擦力矩 (3-8)式中传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率，本次设计空转力矩 (3-9)式中该件在轴承上的重量在轴承上的摩擦系数轴颈直径电动机与该机件的传动比注：为了简化计算，本次设计对于工作辊和支撑辊进行简化为圆柱体处理。其中传动比静力矩 (3-10)3.2 轧机的负荷图及电机功率a、轧机负荷图速度简图如图3.3所示图3.3 轧制速度简图最大转速 (3-11)式中轧制启动加速度、轧制制动减速度，本次设计选用轧制后轧件长度轧制咬入转速，抛出转速重新绘制轧制速度图如图3.4图3.4 实际轧制速度图绘制等效力矩图，如图3.5。图3.5等效力矩图b、电机功率等效力矩 (3-12)式中等效力矩轧制时间内各段纯轧时间的总和轧制周期内各段间隙时间的总和，本次设计中轧制时间间隙为5.5s各段轧制时间所对应的力矩各段间隙时间所对应的空转力矩电动机功率 (3-13)式中电动机的功率，电动机的转速，由电动机到轧机的传动效率其中第4章 轧辊校核第4章 轧辊校核4.1 强度校核a、支撑辊校核对于四辊轧机，支撑辊的抗弯断面系数较工作辊大得多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按照承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊驱动，因此，对于支撑辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。支撑辊受力图如图4.1所示图4.1 四辊轧机支撑辊受力图其中3-3断面处弯矩是最大的。 (4-1)式中-支撑辊总长度-辊身长度最大弯曲应力其中铸铁轧辊故支撑辊的强度足够。b、工作辊校核由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转力。力矩简图如图4.2所示。图4.2 力矩简图故工作辊强度足够4.2 工作辊与支撑辊间的接触应力四棍轧机支撑辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用应进行校核计算。如假设辊间作用力沿轴向均匀分布，由弹性力学知，辊间接触问题可简化成一个平面应变问题。H赫兹理论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性 ，存在呈半椭圆形分布的压应力（图4.3）。半径方向产生的法向正应力在接粗面的中部最大。最大压应力及接触区宽度2b可由下式计算图4.3 接触应力简图 (4-2)式中-加在接触表面单位长度上的负载-相互接粗的连个轧辊的直径及半径-与轧辊材料有关的系数，。其中，为两个轧辊材料的泊松比和弹性模量 (4-3)由于本次设计中支撑辊与工作辊的泊松比相同并且这里为了便于计算，作如下简化：1.总轧制力作用于轧辊中心线。2.忽略轧制力从工作辊到支撑辊的损耗。在辊间接触区中，除了校核最大正应力外，对于轧辊体内的最大切应力也应进行校核。第5章 滑动轴承、机架校核第5章 滑动轴承、机架校核5.1 滑动轴承校核对于工作辊：工作载荷轴颈直径平均转速取，轴承宽 ，取轴承包角轴承压强轴承速度值轴承材料，由机械设计书中查的为铅青铜。润滑选择，由机械设计书中查的为。设平均油温下油的运动粘度下油的动力粘度润滑方式选择由参考文献中资料，选择针阀式注油杯润滑。承载能力计算相对间隙轴转速索氏数So偏心率，有机械设计书查的层流校核半径间隙临界雷诺数轴承雷诺数满足层流条件流量计算流量系数，由机械设计可得轴承润滑油的体积流量功耗计算摩擦特性系数，由机械设计可得摩擦系数摩擦功耗热平衡计算油温升其中润滑油的比定压热容。约为-轴承表面的热传系数，一般进油温度出油温度安全度计算最小油膜厚度安全度其中-轴颈表面粗糙度，由设计手册查得-轴瓦表面粗糙度，由设计手册查得5.2 机架校核a、机架弯矩校核机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承座的宽度。 (5-1)式中-机架窗口宽度-支撑辊轴承座宽度-窗口滑板厚度，mm,一般取机架窗口高度立柱断面尺寸机架的立柱断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧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成正比，故机架立柱的断面积（）与轧辊辊颈的直径平方有关。比值如表5-1所示.表5-1 机架立柱断面积与轧辊辊颈回京平方的比值轧机类型比值备注开坯机0.70.9其它轧机0.81.0四辊轧机1.21.6按之尘滚辊颈直径计算本次设计中故立柱断面的宽为，厚为。机架简图如图5.1。对于机架强度的计算，做如下假设：1）.每片机架只在上下横梁的中间断面处有垂直力，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，即机架的外负荷是对称的。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。图5.1 机架简图3）.上下横梁和立柱交界处是刚性的，即机架变形后，机架转角保持不变。4）.机架的上下横梁的宽度相同。对一半的机架分析：如图5.2图5.2 一半机架分析图截面的转角等于零，按卡氏定理得： (5-2)式中-弹性模量-截面与计算截面间的机架中性线长度-机架计算截面上的弯曲力矩-机架计算截面上的惯性矩在断面处的弯曲力矩为 (5-3)式中-作用于机架上的垂直力，这里与总轧制力相等。-垂直力相对于甲酸截面的力臂力矩的导数为最后可得： (5-4)对机架简化矩形自由框进行分析，如图图5.3。此时 (5-5) 此时 (5-5)式中-机架横梁的中性线长度图5.3 矩形自由框分析图-机架立柱的中性线长度-机架上横梁的惯性矩-机架立柱的惯性矩-机架下横梁的惯性矩计算化简可得： (5-6) 由于上下横梁惯性矩相同，即,此时力矩为 （5-7） (5-8)上下横梁的惯性矩。图5.4 惯性积示意图（见图5.4）立柱面的惯性矩（见图5.5）（见图5.5）图5.5 惯性积简图5.3 机架应力及变形校核a、机架应力校核闭式机架中应力图如图5.6机架横梁内侧的应力注：-上横梁危险截面中性线距内缘距离，其他的同理。机架横梁外侧的应力机架立柱内侧的应力机架横梁内侧的应力注：-上横梁危险截面中性线距内缘距离，其他的同理。机架横梁外侧的应力图5.6 闭式机架应力图机架立柱内侧的应力机架立柱外侧的应力对于轧辊材料的，故机架的强度足够。b、机架的变形校核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长度来说是较大的，在计算横梁