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350
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350四辊冷轧板带轧机设计,350,冷轧,轧机,设计
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摘 要 轧钢机机组由电动机、齿轮联轴器、减速机、人字齿轮座、万向接轴托架、万向接轴、工作机座等组成。由电动机通过一系列传动机构驱动轧机工作辊进行轧制。 本次设计的是350四辊可逆式冷轧板带轧机主工作机座的结构，主要是由轧辊轧辊轴承机架轨座轧辊调整装置上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。主要是对350四辊可逆式冷轧板带轧机的压下规程的制定、轧机的轧制力及其轧制力矩的计算、电动机的选择、和轧机的结构设计。四辊式轧机是带钢冷轧机中最通用的机组，这种轧机采用闭口式机架，两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体，通常采用工作辊驱动，但是近来趋向于支承辊驱动。本机采用可逆式冷轧机轧制时，轧辊既能逆转又能调速。这类轧机采用调速范围广、惯性力矩小的直流电动机传动。为提高轧机的生产能力，可逆式冷轧机一般都有快速启动和制动的要求。关键词:可逆式；轧制力；工作机座；电动机ABSTRACT Unit rolling machine is composed of motor, reducer, gear coupling, gear coupling, herringbone gear pedestal, universal shaft bracket, cardan shaft, frame etc. By the motor through a series of driving mechanism drives the work roll mill rolling.This design is 350 four roller reversible cold rolling strip mill main housing structure, is mainly composed of roller, roller bearing, frame, base, roll adjusting device, upper roller balancing device and roll change device. Mainly on the 350 four roller reversible cold rolling strip mill press rules, the rolling force and rolling torque calculation, the choice of motor, and the structure design of rolling mill.Four roller mill is cold strip mill in the most general unit, the mill adopts a closed type frame, two arch beam or other mill connected to form a rigid body, usually by work roll driving, but these days tend to support roller drive. This machine adopts rolling reversible cold rolling mill, roller can reverse and speed. This kind of mill adopts DC motor drive wide speed range, small moment of inertia. In order to improve the mills production capacity, reversible cold rolling mill are generally quick start-up and braking requirements.Keywords: Reversible; rolling force; frame; the motor目 录第1章 绪论6 1.1轧钢机的发展状况6 1.2轧钢机分类6 1.3轧钢机的组成及结构7第2章 压下规程的制定8 2.1压下规程的确定8 2.2轧制道次的确定8第3章 轧制力的计算11 3.1各道次轧制力的计算11 3.2张力的选取11 3.3求解轧制力的具体计算步骤11第4章 轧制力在接触弧上作用点的位置15 4.1确定轧制力的方向15第5章 轧制力矩的计算16 5.1轧制力矩的计算16第6章 主电机功率的计算及选电动机19 6.1轧辊与电机的速比19 6.2电动机的选择22第7章 轧机的结构设计计算23 7.1轧辊的设计23 7.1.1 轧辊的结构及参数23 7.1.2、轧辊材质的选择24 7.1.3、轧辊的校核25 7.2轧辊轴承的选择与校核27 7.2.1 轧辊轴承的类型与特点27 7.2.2 轧辊轴承的选择27 7.2.3、轧辊轴承的校核28 7.2.4、轧辊轴承座的设计30 7.3轧辊的调整和平衡装置30 7.4联轴器的选择31 7.5机架的设计31 7.5.1、机架的类型31 7.5.2、机架的主要结构参数32 7.5.3、机架强度的校核35结论40参考文献41致谢42第1章 绪论1.1轧钢机的发展状况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。1.2轧钢机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、特种轧机等。轧钢机按构造（轧辊在机座中的布置形式）可分为：（1）具有水平轧辊的轧机：（2）具有立式轧辊的轧机；（3）具有水平和立式轧辊的轧机具有倾斜布置轧辊的轧机；（4）其他布置轧辊的轧机。1.3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。第2章 压下规程的制定2.1压下规程的确定 板带钢轧制规程主要包括压下规程，速度规程，张力规程和辊形规程，其中主要是压下规程的制定，下面完成对压下规程的制定。 在设定压下规程时，要分别考虑设备能力和产品质量两方面的因数。其中设备能力主要包括以下几点：1) 咬入条件：轧机型式的不同，咬入角也是不同的。2) 轧辊强度：为满足轧辊的强度条件，金属对轧辊的压力必须小于轧辊强度所决定的最大允许压力。3) 电机功率：电机功率应该按合理的压下规程选择，而不按电机功率来选择压下规程，因此新的轧机功率一般都能保证充分发挥轧机的能力，不是限制压下量的主要因数。制定压下规程时，一般是首先根据咬入条件和轧辊强度条件来确定压下量，然后再检验电机是否过载和发热。2.2轧制道次的确定按照经验分配压下,按照经验可将总压下量按定的分配比将其分配给各道次或各机架, 即 （2-1） 式中-第道次的压下量分配系数； -为总压下量：对单机轧制值如表2-1所示表2-1 单机轧制值道次数123456730.48-0.540.34-0.370.09-0.1050.23-0.390.25-0.290.16-0.180.09-0.120.05-0.0870.30-0.360.22-0.270.16-0.170.09-0.110.06-0.080.04-0.070.02-0.05本设计采用五个道次对沸腾钢板材进行轧制，轧制压下规程表3-1如下：表3-1轧制压下规程表轧制道次入口厚度h0/mm出口厚度h1/mm压下量h/mm压下率/%轧制前后轧件平均厚度hm/mm10.90.630.2718%0.76520.630.4550.17528.8%0.542530.4550.340.11526.2%0.397540.340.2560.08424.8%0.59650.2560.20.05623%0.228冷轧时由于存在加工硬化现象在计算冷轧板平均单位压力时，轧件材料变形阻力需按考虑加工硬化后的选用。由于存在加工硬化影响，各道次变形阻力不仅与本道次变形阻力有关，还与前面各道次总变形程度有关，计算时一般把变形区作为圆弧来计算平均总变形程度，按此平均总变形程度来选取平均变形阻力，根据参考文献【1】，平均总变形程度用下式来计算： (2-2) (2-3) (2-4)式中：-本道次入口处的总变形程度（从退火状态开始各道次变形程 度的累积）； -本道次出口处的变形程度； -退火状态坯料原始厚度 -该道次轧制前与轧制后轧件厚度； -系数，本设计中取，。第一道次： 入口总压下率，出口总压下率 查参考文献【1】，图7-49得第二道次： 入口总压下率，出口总压下率 查参考文献【1】，图7-49得第三道次： 入口总压下率，出口总压下率 查参考文献【1】，图7-49得第四道次： 入口总压下率，出口总压下率 查参考文献【1】，图7-49得第五道次： 入口总压下率，出口总压下率 查参考文献【1】，图7-49得第3章 轧制力及其力矩的计算3.1各道次轧制力的计算 本设计中轧制力的计算采用斯通公式进行计算，根据参考文献【1】查斯通公式为： （3-1）式中：-考虑加工硬化后轧制前和轧制后的平均变形阻力，可由代替。 -平均张应力； -考虑轧辊弹性压扁接触弧长加长后外摩擦对单位压力的影响系数，可由下式求出 （3-2） 而 （3-3）式中：-轧件与轧辊间的摩擦系数，本设计中取； -轧件单道次平均厚度，； -考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度。3.2张力的选取 轧制沸腾钢时，由于通常是采用大张力轧制，单位张力一般取比较合适，其具体数值根据各道次的厚度和加工硬化的程度来确定。3.3求解轧制力的具体计算步骤1) 计算出不考虑轧辊弹性压扁的接触弧长度，根据参考文献【2】可由式求得；2) 计算出图（3-1）所示诺模图中左边纵坐标值；图3-1诺模图3) 计算出图（3-1）右边纵坐标，其中，C为一常数，它决定于轧辊的材质和尺寸，C用下式计算： （3-4）式中：R-轧辊半径； E-轧辊弹性模量，对于钢轧辊； -柏松比，对于轧辊； -考虑轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数； 在参考文献【1】查到。将值和值代入（3-4）式可得。4) 根据计算所得的值和值，在图（3-1）左边和右边纵坐标上找到相应的两点，以直线连接这两点，此直线与图（3-1）中曲线的交点即为所求的值。5) 根据图（3-1）中求出的值，根据参考文献【1】查出压力增加系数值；6) 按照式（3-1）可求出平均单位压力；7) 按照式（3-4）可求出考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长，将此值代入下式可求出轧制总压力： （3-5）第一道次： ；故平均单位压力：轧制总压力 第二道次： 故平均单位压力：轧制总压力 第三道次： 故平均单位压力：轧制总压力 第四道次： 故平均单位压力：轧制总压力 第五道次： 故平均单位压力：轧制总压力 表3-1 各道次轧制力道次平均单位压力MPa轧制总压力（MN）1987.530.9121151.970.8331159.10.704965.960.5051231.20.51第4章 轧制力在接触弧上作用点的位置4.1确定轧制力的方向确定轧制力方向的方法是以轧件为对象研究作用在其上力的平衡条件。轧机构造及轧制情况不同，轧制力方向也不同。图4-1中所示各力为轧件对轧辊的反作用力。图4-1 简单轧制时作用在轧辊上的力轧制压力在接触弧上作用点的位置，可用角表示，角是过轧制压力作用点与轧辊中心连线的夹角。在实际计算中，通常借助于力臂系数来确定角和作用点的位置，即：。力臂系数通常根据实验数据确定。因此，在简单轧制时，作用在两个轧辊上的轧制力矩M可表示为： （4-1）第5章 轧制力矩的计算5.1轧制力矩的计算现代化的连续轧机多是驱动工作辊，随着轧制速度的不断提高，为了省去后面几个机座传动系统的增速装置，有时由采用电动机直接驱动支承辊的方案。此外，当工作辊直径很小时，轧辊辊头承受不了轧辊辊矩，亦需驱动支承辊。为了计算传动支承辊所需的力矩，首先分析工作辊上力的平衡，由于工作辊是不传动的，因而支承辊反力方向应使工作辊上作用力所需的力矩和为零，据参考文献【2】即： （5-1）式中 -轧辊轴承处摩擦圆半径； -轧制力力臂。力臂与驱动方式无关，仍然是当时，其中 -两轧辊对轧件的摩擦力； -工作辊直径； -不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角。工作辊轴承处的作用力可以从工作辊在水平方向力的平衡求得。当时，。支承辊与工作辊间反力的大小，可以从工作辊在垂直方向力的平衡求得 （5-2）式中 -轧辊连心线与反力的夹角，； -支承辊的直径； -轧辊轴承处摩擦圆半径； -工作辊与支承辊接触处偏移一个滚动摩擦力臂的距离，一般情况下，。本设计中取。 -前后张力对轧制力方向影响的偏转角。于是得当时，由图（4-1）可求得力臂的大小为 （5-3）求得角后，则反力对支承辊的力臂为 （5-4）传动一个支承辊的力矩为 （5-5）传动两个支承辊的总力矩为 （5-6）由于工作辊的偏移矩的数值（一般为5-10）相对于工作辊与支承辊直径来说很小，在计算传动力矩时，为了简化，可以认为，即工作辊不偏移，此时计算误差不超过，所以我们取。又因为 （5-7） (5-8）所以图5-1带张力时四辊轧机轧辊受力情况 图5-2冷态下变形阻力曲线第6章 主电机功率的计算及选电动机6.1轧辊与电机的速比电动机分为交流电动机和直流电动机两类。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。直流电动机的调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，都用直流电动机拖动。所以本设计选择直流电动机。1、 轧制速度：第一道次轧制速度；工作辊转速：；支承辊转速：；轧辊与电机的速比：（此时轧辊转速为1500r/min）。第二道次轧制速度；工作辊转速：；支承辊转速：；轧辊与电机的速比：（此时轧辊转速为1500r/min）。第三道次轧制速度；工作辊转速：；支承辊转速：；轧辊与电机的速比：（此时轧辊转速为1500r/min）。第四道次轧制速度；工作辊转速：；支承辊转速：；轧辊与电机的速比：（此时轧辊转速为1500r/min）。第五道次轧制速度；工作辊转速：；支承辊转速：；轧辊与电机的速比：（此时轧辊转速为1500r/min）。表6-1轧辊与电机的速比道次轧制速度（m/s）轧辊与电机的速比11.222.72213.76339.1543.57.85546.882、轧辊与电机间的效率电动机到工作辊之间要经过人字齿轮座、减速器、万向接轴。齿轮座传动效率，取；减速器传动效率，取；万向接轴的传动效率：，取；则总传动效率；3、电动机力矩轧机主电机力矩 （6-1）电动机力矩；轧制时在轧辊轴承及传动装置中所产生的摩擦力矩；轧机空转时在轧辊轴承及传动装置中所产生的摩擦力矩；动力矩。若选电机驱动，则。4、主电机的功率 （6-2）查参考文献【4】取主电动机型号Z2-101（直流），额定功率，最高转速1800r/min，重量970kg。6.2电动机的选择从上面的计算结果看，电动机的功率只在88KW左右，为了使轧机具有较高的能量储存，使其在复杂的工作环境中工作，所选的电机功率要比此大的多。上面所求的功率只是在某一道次的功率，在其他的情况下，轧机需轧制各种线材、型材，因此，需要改型，需要的功率要大一些。查参考文献【4】取主电动机型号Z2-101（直流），额定功率，最高转速1800r/min，重量970kg。第7章 轧机的结构设计计算7.1轧辊的设计轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件。在轧制的过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生塑性变化，与此同时，轧辊承受着巨大的轧制压力作用，并由于轧辊本身的旋转使其应力随时间作周期性的变化。在热轧条件下，轧辊既接触高温的轧件而受剧热，同时又被水冷却而受急冷，冷热交加。7.1.1 轧辊的结构及参数轧辊由辊身、辊颈和辊头三部分组成。辊径安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。辊头和连接轴相连传递轧制扭矩。1、辊头 2、辊颈 3、辊身图7-1轧辊示意图辊身：辊身是轧辊直接与轧件接触的部分辊颈：辊颈是轧辊的支撑部分，轧辊是依靠辊身的两侧轴径支撑在轴承上。辊身与辊颈交界处是应力集中的部位，是轧辊强度的薄弱环节。在辊颈与辊身必须有适当的过度的圆角。轴头：轧辊两端的轴头为轧辊与接轴相连接的部分。本设计中轴头采用梅花轴头的形式。轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的直径，辊身的长度，辊颈直径和辊颈长度以及辊头尺寸等。其中辊身长度和辊身直径是表征辊身尺寸的基本参数。辊身直径：辊身直径为轧钢机的一个重要的参数。为辊身直径即为公称直径。工作辊；支承辊；查参考文献【3】表（3-3）工作辊辊身的长度：；取；支承辊辊身的长度：；辊颈:轴颈尺寸是指轴径直径和辊身的长度，它与所用轴承形式及工作载荷有关，查参考文献【3】表（3-5）可知：；工作辊；取。；支承辊；取。查参考文献【3】表（3-5）可知：；工作辊；支承辊。 轴承处的辊颈向辊身过度处，为了减少应力集中，需要做成圆角。查参考文献【3】表（3-5）得；取；工作辊；取。支承辊；取。轧辊头：梅花轴头的外径：；取；查参考文献【3】表（3-6）得：；。图7-2轧辊梅花头尺寸附图7.1.2、轧辊材质的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。本设计中轧辊材质选用铸钢，辊材料的许用应力查得：铸钢：强度极限；许用应力；7.1.3、轧辊的校核在轧制过程中，工作辊承受的弯矩很小，而支承辊几乎承受全部的弯矩，故在强度计算时，支承辊应根据承受全部轧制力矩来计算辊身和辊颈的弯曲强度，而工作辊辊身和辊颈则不需要计算弯曲强度。由于一般工作辊是驱动辊，故仅需计算传动端的扭转应力。图7-3轧辊尺寸示意图a. 计算支承辊强度支撑辊辊身中部的弯曲力矩：支撑辊辊身处弯曲应力：辊身的安全系数：；支撑辊辊颈处弯曲力矩：支撑辊辊颈处弯曲正应力支撑辊辊颈处的安全系数：从计算结果看，支撑辊辊身处安全，辊颈处安全系数偏低。b. 计算工作辊强度作用在传动端工作辊辊颈上的扭矩：工作辊辊颈处的扭转剪切应力：轧辊的安全系数一般取为，则许用应力。轧辊材料的许用应力查得：铸钢：强度极限；许用应力；取，则；因为。故工作辊安全。辊头处扭转剪切应力轧辊的安全系数一般取为，则许用应力。轧辊材料的许用应力查得：铸钢：强度极限；许用应力；取，则；因为。故辊头处安全。7.2轧辊轴承的选择与校核7.2.1 轧辊轴承的类型与特点轧辊轴承的主要类型是滚动轴承。轧辊上使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，滚针轴承仅在个别情况下使用于工作辊。滚动轴承的刚性大、摩擦系数小，但抗冲击性能差、外形尺寸较大，多用在多种板带轧机和钢坯连轧机上。轧辊轴承是轧钢机工作机座中的重要部件，由于各类轧机的结构及工作条件差别很大，因而必须采用不同类型的轴承。和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下的特点：1）工作负荷大，通常轧辊轴承的单位压力比一般用途的轴承高24倍；2）运转速度差别大，对于速度不同的轧机应使用不同形式的轴承；3）工作环境恶劣。7.2.2 轧辊轴承的选择（1）支承辊轴承选用四列圆柱滚子轴承，轴承代号：。主要参数：，基本额定载荷：，。图7-4四列圆柱滚子轴承示意图（2）工作辊轴承选用双列圆锥滚子轴承，轴承代号：351314E主要参数：，基本额定载荷，。图7-5双列圆锥滚子轴承示意图7.2.3、轧辊轴承的校核1) 支承辊轴承强度校核支承辊轴承承受很大的轧制力，以承受轴向载荷为主。（1）静强度校核当量静负荷：安全系数：故支承辊轴承强度足够。（2）疲劳寿命校核轴承承受径向力：轴承额定寿命： （7-1）式中 以小时计的轴承额定寿命，； 轴承的转速，最大轧辊转速； 额定动载荷，； 寿命指数，对于滚子轴承； 当量动载荷，。 当量总载荷 （7-2）式中 径向系数，； 轴向系数，；、轴承径向、轴向负荷，。对于板带轧机：故，。负荷系数，由于工作中的振动、冲击和轴承负荷不均等许多因素的影响，轴承实际负荷比计算负荷大，根据工作情况以负荷系数表示，板材轧机 ，取。温度系数，轧辊轴承一般只能在温度以下工作，故取=1。故。2) 工作辊轴承寿命校核工作辊的两端各有两个轴承。此轴承基本不受轴向力，只受径向力和摩擦阻力。故；最大轧辊转速；故两轧辊的轴承均符合要求。7.2.4、轧辊轴承座的设计轧辊轴承座主要是用于限制轴承径向和轴向的自由度，起到轴承定位的作用，为便于轴承的安装与维护，故设计此轴承座时采用开式结构，分上下部分，其对称配置，采用螺栓连接，外用法兰端盖限制滚动轴承的轴向移动。查参考文献【6】本设计中支承辊轴承座选用型，工作辊轴承选用型。表7-1轴承座参数表参数dd1d2DbBB1B2HR2002281803601083002701704552107080140431259017020095图7-6 轴承座示意图7.3轧辊的调整和平衡装置 本设计中轧辊的调整和平衡装置分别采用电动压下和液压平衡装置。 电动压下装置是调整上轧辊位置的传动机构，以保证按给定的压下量轧制出所要求的断面尺寸。该装置是由电动机带动两级蜗轮机构，传给压下螺杆移动轧辊向上或向下运动所达到的。其中低速级传动蜗杆为球面蜗杆，这种蜗杆承载能力大，体积小，传动效率高。电动压下装置由两套独立传动机构组成，这可保证在调整轧机时，两个上轧辊的轴承座可以单独运动，该装置在控制电路的配合下，可单独点动，亦可左右连动。并配有数字显示装置，分别显示左右压下螺杆的压下量。 为了避免轧件进出轧辊时产生冲击，因此在机架窗口板上装有液压平衡装置，借此来消除轧机空载时上支撑辊轴承座与压下螺杆间的间隙以及压下螺杆螺纹间的间隙，液压平衡装置由四个液压油缸通过活塞杆对上轧辊轴承座进行平衡，油缸压力最大为130kg/cm2。平衡力大小可自动调节。7.4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，选则型号为的鼓形齿联轴器（JB/T8854.2-2001）。其公称转矩，许用转速，而轧辊轴上的转矩，电机的额定转速，所以选择的联轴器符合条件。7.5机架的设计7.5.1、机架的类型轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受全部轧制力，必须有足够的强度和刚度。根据轧钢机架结构不同，轧钢机机架分为闭式和开式两种。（1）闭式机架如图7-5所示，闭式机架是一个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式整体框架，具较强的强度和刚度，但换辊不便。它常用在受力大或要求轧件精度高而不经常换辊的轧钢，如轧制力较大的轧机、板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度。采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。 图7-7闭式机架结构及简图（2）开口式机架开式机架由机架本体和上盖两部分组成，如图7-6，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难得。采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。图7-8开口式机架结构及简图因机架重量大、制造复杂，一般给予很大的安全系数，并作为永久使用的不更换零件来设计。本次设计中选用闭式机架。7.5.2、机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、窗口高度和立柱端面尺寸。（1）机架窗口高度机架窗口高度与轧辊数目、辊身直径、辊颈直径，轴承、轴承座径向厚度，以及上辊的调整距离等因素有关。主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端，以及换辊等要求确定。对于四辊轧机可取：；式中：、工作辊、支承辊直径，；取。（2）机架窗口宽度B在闭式机架中，机架窗口应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊。四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽，亦可表示为式中：B机架窗口宽度；支承辊直径，mm；支承辊轴承座宽度，mm，取；窗口滑板厚度，mm，一般s=2040mm，取s=25；（3）机架端面尺寸机架立柱的端面尺寸是根据轧钢机类型、强度条件、机架受力特点等确定的。四辊轧机机架立柱端面积与轧辊颈平方的比值：。则四辊轧机机架端面面积对于四辊轧机，可选惯性矩较小的近似正方形断面。实际上，一般都是选择断面尺寸小的矩形断面，这对于减轻机架的重量是有利的。所以根据经验值取端面尺寸为280mm220mm。机架结构简图如图7-7所示：图7-9机架结构简图（4）机架的材料和许用应力12轧钢机机架一般采用含碳量为0.25%0.35%的ZG270500，其强度极限，延伸率。ZG270500是大型铸钢件生产中最常用的碳素铸钢，具有较好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂，广泛应用于轧钢、锻压、矿山等设备，如轧钢机机架、辊道架、连轧机轨座、坯扎机立辊机架等。由于机架是轧机中最贵重和最重要的零件，必须具有较大的强度储备。一般机架的安全系数为；对于ZG270500来说，许用应力采用以下数值：对于横梁 ；对于立柱 ；为了防止机架在过载时破坏，在轧辊断裂时机架要不产生塑性变形。根据这一要求，机架的安全系数为 （7-3）式中：机架的安全系数；轧辊的安全系数；机架材料的强度极限；机架材料的屈服极限。在一般情况下，材料的强度极限与屈服极限的比值近似为2，为了安全起见，可将机架安全系数取为： （7-4）当轧辊安全系数取为5时，机架的安全系数为1012.5。7.5.3、机架强度的校核1、闭式机架的强度计算用材料力学方法计算时，为了简化计算，一般做以下假设：1） 每片机架只在上下横梁的中间端面处受有垂直力，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，即机架的外负荷是对称的。此时，机架没有倾翻力矩，机架底脚不受力。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。3）上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的（一般机架转角处的刚性都是比较大的），即机架变形后，机架转角仍保持不变。将机架及其受力状态进行简化并画弯矩图，如图7-10，7-11所示； （a）对称力系（b）不对称力系（c）对称受力机架内力(d)不对称受力机架内力图7-10机架的受力状态图7-10机架受力弯矩图静不定力矩： （7-5）式中：机架横梁的中性线长度；机架立柱的中性线长度；机架上横梁的断面惯性矩；机架立柱的断面惯性矩；机架下横梁的断面惯性矩。假设上下衡量惯性矩相同，即时，则力矩为： （7-6）其中：（矩形截面：）则立柱上的弯矩：由上可知，减小立柱的惯性矩和增加横梁的惯性矩可以部分地减少立柱中的弯矩，这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。危险截面应力：；上下横梁最大弯曲应力：立柱的拉弯应力：对于机架，安全系数一般不小于10。而对于ZG270500，横梁的许用应力，立柱的许用应力。，故机架强度足够。5、机架变形计算机架在垂直方向的变形是由横梁变形和立柱拉伸变形两部分组成的，由于横梁的端面尺寸较横梁的长度来说是较大的，所以横梁变形又包括由弯曲力矩所引起的变形和由切力引起的变形两项。图7-10机架横梁的等效悬臂梁机架的弹性变形是由横梁的弯曲和立柱的拉伸变形组成的。在计算横梁的弯曲变形时，应考虑横向切力的影响，即 （7-7）式中：机架的弹性变形；由弯矩产生的横梁弯曲变形；由切力产生的横梁弯曲变形；由拉力产生的立柱拉伸变形。图7-11是闭式机架的横梁受力图图7-11闭式机架的横梁受力根据卡氏定理，由弯矩产生的两个横梁的弯曲变形为： （7-8）式中：E机架材料的弹性模数，；横梁的惯性矩；横梁中性轴的长度；横梁上的作用力，对于轧钢机，一般为轧制力的一半，即；机架立柱中的力矩。所以： （7-9）式中：机架材料的剪切弹性模数，取；横梁的端面面积；横梁的端面形状系数，对于矩形端面，系数。所以 （7-10）式中，立柱中性轴的长度；立柱的端面面积。所以：机架的弹性变形而对于钢板轧机，机架的允许变形为0.40.5mm（冷轧机），故机架刚度满足要求。结论毕业论文是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的轧机设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。我设计的题目是350四辊可逆式冷轧板带轧机主工作机座的结构。从不知道毕业论文怎么写，到顺利如期的完成本次毕业设计，这给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，比如我的设计在轧机轴承选择就有很大的不足，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。参考文
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