机械毕业设计78350中轧线材轧机设计毕业设计

350中轧线材轧机设计1绪论1.1选择的背景和目的线材的用途很广，在国民经济各部分中都有着大量的应用。除了建筑等还可以作为其它加大工车间的原料，如拔丝车间、钢绳车间、钢丝网车间和螺丝车间等都有应用。线材生产的特点是轧制断面小、长度长的螺纹钢，最小断面为§0.5毫米线材。线材轧制是将120x120毫米断面轧成33x33毫米的断面是粗轧阶段，从33x33毫米断面轧成17x17毫米断面一般称为中轧，继续将断面变小到§10毫米以下称为精轧。轧制过程中轧件散热快、温变快、特别是头尾变黑，使得轧制困难。因此，控制轧制过程中的温度是最重要的。随着盘重的增加，轧件的长度加大，表面散热加大，由于轧制时间长，造成轧制沿长产生不同温度，造成轧件尺寸波动大，影响轧件的机械性能。沿长度波动很大。这样就给调整工作带来更大困难。更容易出现耳子。在轧制过程盘重大的轧件轧制道次多，温降也大，温度变化是线材轧机非常重要的因素。一般为提高生产率、提高产品质量，都采用钢坯一次轧制，一次加热成材。在断面小道次多的情况下只有采用高速轧制才可以解决温降的大问题。线材轧机轧制道次多，轧机的布置就多。为保证温度，只有采用高的线速度轧制才能解决温度降的问题。由于高速轧制的发展，轧机在轧制过程中易产生冲击，给线材生产又带来安全问题，所以要孔型和前后导卫配置合理采用耐磨材料防止快速磨损。线材生产由横列式向连续式发展。而且采用自动化、高速化。由于轧制速度快，轧后冷却需要配合发展不同工艺的冷却方法，使线材质量有了很大的提高。随着原料、加热、轧制和精整工序新技术的采用，使线材产品满足国民经济快速发展的线材需求量。为了提高生产率，采用钢坯一火成材，即加热一次轧制成线材产品。线材轧机合为粗轧、中轧和精轧三个机组。为保证线材的性能和表面质量以及内部品粒组织，要求轧机进行改造更新，采用新技术改变轧制工艺。近年来采用的高速轧制，出现了无扭轧制的新型轧机。这次设计选择中轧线材轧机设计。中轧轧机可采用二重式或复二重式布置。轧机采用三辊轧机。在我国不少中小型线材厂采用，它可以满足品种繁多产品的需要，而且投资少见效快。又比较灵活，仍在采用的一种轧机。350中轧线材轧机孔型采用椭圆一方孔型，轧辊采用冷硬铸铁，采用“拉而不紧”的围盘、最大轧制速度为3.5米/秒。通过三辊轧机设计，提高单体机械设备的设计能力。同时也了解该轧机在线材轧机组的地位和作用，培养设计的综合能力。1.2线材轧机在我国内部的发展趋势1.2.1线材车间轧机布置的改进将横列式、复二重式布置向高速连轧线材生产发展。粗轧机采用箱一立箱、六角一方发展，中轧采用菱一方发展，精轧采用椭圆一方发展。这样便于轧机咬入，延伸系数相应提高。防止臂头减少轧制事故。中轧与精轧采用多线轧制。连轧机采用单线轧制，精轧机前设有活套，以补充中轧和精轧机的不同程度的延伸差。用活套补偿这些特别是高速线材轧制轧机布置的重要特征。1.2.2采用无扭精轧机组，发展现代化车间实行高速无扭线材轧制，是保证线材生产高生产率、低消耗发展趋势。轧机采用单线布置，轧后冷却自动化。最早出现的是丫型轧机，以后逐步发展框架式45°无扭转精轧机，到当代最先进的45°悬臂式高速无扭精轧机。它们的特点是：1、丫型轧机丫型轧机是采用每个机架装有三个轧辊组成相似于字母“丫”形，称为丫型轧机。丫型轧机类似于生产钢管的现代化三辊减径机，每个机架有三个互成120°布置的圆盘状的轧辊，由若干台机架紧凑地连续地布置在一起组成连轧机组。采用上传动或下传动。丫型轧机为三角弧边组成三角圆组成三角一圆孔型系统。这类轧机前后道次变形均匀，张力可控制在2%的范围内，采用恒微张力轧制。该轧机的优点：由于相邻机架轧辊方位互相错开、变形均匀，因轧件六向压缩，所以轧件不会臂头，不用切头适于低塑性轧制；由于机架轧辊中心线互相错开一个角度，因此，轧件不扭转，轧制速度可以提高到50—60米/秒；采用整体传动，结构紧凑，易于实现自动化。但是轧辊成形是在专用特殊磨床上加工，孔型磨损后不能在轧制线上换辊，氧化铁皮不易去除，轧辊磨损快。发展前途向无头轧制，连铸连轧发展。2、框架式45°无扭高速精轧机组机架为闭口框架，采用双支撑滚动轴承：传动轴于地面成45°，各轧辊互成45°，通常有8个机架组成，传动轧制速度达50米/秒。成组吊装，用液压缸移动轧辊来更换孔型。其优点：轧制线固定不变、采用椭圆一椭圆孔型系统实现无扭轧制、轧件免受扭转、轧废大大减少。由于传动系统中减少了接轴与联轴器，降低了传动件的振动，提高产品尺寸精度，轧辊弹跳稳定，生产率高。其缺点是：制造困难、寿命短、基建投资大、占地面积大。3、悬臂式45°高速无扭精轧机悬臂型45°高速无扭精轧机是小辊径轧机，传动轴与地平面成45°角，最高轧制速度为70〜102米/秒。该机组由t架组成，单线轧制，采用椭圆一圆孔型系统。采用耐磨的碳化钨轧辊，轧辊采用快速液压工具进行，节省换辊时间，占地面积小。由于采用小直径工作辊延伸率高。其优点归纳如下：轧制速度快，生产率高；成品精度高，延伸率高，线材表面质量好；事故停工少，槽孔寿命长，操作效率高，快速换辊，节省换辊换槽孔时间，设备磨损少。这样的轧机应用广泛，是现代轧机的样版。1.2.3采用恒微张力轧制在高速无扭转线材轧机之间采用恒微张力轧制，即使微拉和微推相结合，消除推钢严重影响线材断面尺寸变化。减小负载，降低传动件的损坏，减少设备事故。减少轧钢过程中的过度拉钢是生产技术人员努力方向，是线材轧制水平重要标志之一。1.2.4对传动系统的改进方向1、提高轧辊的耐磨性采用耐磨性好的轧辊材料。采用热喷涂，提高轧辊表面的耐磨性，通常采用碳化钨材料，热喷涂轧辊表面碳化钨层。由于孔型变化小，产品有较高的粗变和较好的表面质量，轧槽寿命长。2、提高机架刚变采用大断面的轧钢机机架，也可采用应力线轧机。使轧机变形小，刚度大，提高轧制精度。1.2.5控制冷却和性能控制控制冷却是工艺的需要及性能的保证，可以减少表面氧化铁皮。这是线材轧机重大技术学术之一，它可以减少氧化铁皮，改善金相组织及性能，防止马氏体及贝氏体出现，保证了线材的机械性能。高速无扭线材轧机，采用单根、高速、无扭和恒微张力轧制。它需要头越小越好，发展前途向无头轧制或连铸连轧发展，采用大压下量轧机和线材轧机组合。采取先进的散卷冷工艺，轧制中采用自动张力控制装置，连续轧制自动测径。并采用直接数字控制计算机。1.3中轧线材轧机的研究方法和内容1.3.1线材生产车间的平面布置和中轧机的作用线材厂平面布置如图1.1所示1.500开坯线材轧机2.400粗轧线材轧机组3.切头事故剪4.350中轧线材轧机组5.300精轧线材轧机6.250精轧线材轧机

图1.1线材长平面布置图350中轧线材轧机的作用是将粗轧机组33x33毫米的坯料通过中轧进一步轧制，为精轧机进一步轧制成品提供坯料。1.3.2线材车间生产工艺产品规格：生产普碳钢、焊条钢及优质碳素钢，最小为拓.5毫米线材，最多轧制如0毫米的线材，也有部分为以后加工的坯料。工艺流程：原料-步进式加热炉加热-粗轧-切头-中轧-精轧-穿水冷却-卷取一空冷一检验一打包一入库。粗轧机采用500三辊轧机，粗连轧采用400二辊轧机，中轧采用350三辊轧机。精轧采用280和250二辊二重式轧机。1.3.3中轧线材轧机的研究内容和方法1、下厂实习了解中轧生产工艺、轧制规程、轧机生产中存在问题、收集有技术性能系数和结构特点，为制定合理方案收集资料。2、通过认真研究选择中轧机设计方案，提出改进措施，对设计方案进行评述。3、对主要零件进行强度计算。4、画出方案总图，部分部件图和零件图。5、对自动控制提出要求选择润滑方法和润滑油和润滑脂。6、提出设备的安装方案和维修规程。7、对设计进行分析与评价。2方案的选择与评价2.1方案的选择方案选择三辊中轧线材轧机。它可以满足生产品种和规格的要求。提供的原料允许发挥成品车间的生产能力，保证坯料的内部组织和表面质量。从而保证成品车间成材率和生产率不断上升。轧机前后采用正、逆围盘保证安全生产。主传动如图2.1所示1.主电机2.电机联轴器3.减速机4.齿形万向连接轴5.齿轮座6.梅花连接轴7.三辊轧机8.二辊轧机图2.1350中轧线材轧机组传动示意图2.2方案评述1、主电机选择异步电机，通过棒销联轴器传动减速机。棒销联轴器比其他联轴器容易调整安装误差，工作可靠，安装方便。齿轮万向连接轴，精度高，调整1。〜3°满足调整要求。采用梅花连接轴便于换辊，拆卸方便。最后一架采用二辊以便为精轧提供原料。轧辊轴承采用胶本瓦轴承，造价低，压下采用手动压下，平衡采用弹簧平衡。因为轧机小，满足要求。采取改进措施：将压上机构改成调整楔块和调整丝杆。解决压上装置的密封问题。如图2.2所示1.轴承座2.楔块3.1.轴承座2.楔块3.机架4.调整丝杆2、取消H形架，由2根撑杆和一个中辊上瓦座代替。消除H形架变形断裂事故，保证轧制生产的稳定性。如图2.3所示(a)a.改造前(b)b(a)a.改造前(b)b.改造后将H形架合成两部分保证原H形架的作用。3主电机容量的选择3.1轧制力的计算3.1.1轧根主要尺寸的确定轧辊的主要尺寸是：轧辊的名义直径D，辊身长度L，辊颈直径d，辊颈长度l,辊头直径d1，辊头长度11。下面根据已给定的参数D=350mm确定其它主要尺寸。由参考文献［1，79］表3-2可知：—=1.5〜2.5(3.1)D即L=D(1.5〜2.5)=350(1.5〜2.5)=525〜875mm根据轧件宽度的需要和考虑机组体积的情况下，选择前六道次轧辊的辊身长度为750mm，最后一道次轧辊的辊身长度为550mm。即L=L=L=L=L=L=L=L=L=750mm123456789L=L=550mm由参考文献［1，81］表3-5可知：—=0.53〜0.55(3.2)D即d=D(0.53〜0.55)=350(0.53〜0.55)=185.5〜192.5mm.••选d=190mm。(3.3)—=1+(20〜30)mmd(3.3)l=d+(20〜30)=190+(20〜30)=210〜215mm・••选l=214mm。由参考文献［1,81］可知：d］=d-(10〜15)mm(3.4)=190-(10〜15)=175〜180mm选d=180mm。l1=(0.7〜0.8)《(3.5)=(0.7〜0.8)x180=136〜144mm选l=140mm。3.1.2轧制规程1、压下统计表表3.1350中轧机组压下统计表(mm)道次轧前高度h0轧后高度h1轧前宽度b0轧后高度b1平均压卜量Ahm17048.683246.6820.5323319.50335219.3535232.5319.532.516.4942313.50233713.5553724.0513.524.511.2161711.5017248.9572418.3911.518.395.65

3.1.3轧制力的计算由参考文献[1,53]可知，采用艾可隆德方法可计算线材轧机的平均单位轧制力：即P=(1+m)(k+门u)(3.6)式中：m—考虑外摩擦对单位压力的影响系数；k一轧制材料在静压缩时变形阻力,MPa；门一轧件粘性系数,kg・s/mm2；u一变形速度,s-1。其中：R\R(h-h)-1.2(h-h)m-°h°+匕°―-(3.7)式中：R一摩擦系数。对于硬面铸铁可按下式计算，其中t为轧制温度；R=0.8(1.05-0.0005t)(3.8)=0.8(1.05-0.0005x900)=0.48h0、h1—轧制前后轧件的高度，mm；R一轧辊半径，mm。利用L.甫培(Pomp)热轧方坯的实验数据，得到k(MPa)的计算公式：k=(1.4t-0.01t)[1.4+①(C)+w(Mn)+0.3①(Cr)]x9.8(3.9)式中：t一轧制温度，°C；w(C)一碳的质量分数，％；①(Mn)—锰的质量分数，％；①(Cr)一铭的质量分数，％。由参考文献[2,127]表6.4查得，轧件Q235中：o(C)=0.2%；o(Mn)=0.5%；o(Cr)=0%。即k=(1.4-0.0E)[1.4+o(C)+o(Mn)+0.3o(Cr)]x9.8(3.10)=(1.4-0.01x900)[1.4+0.2+0.5+0.3x0]x9.8=102.9MPa轧件粘度系数门(kg-s/mm2)按下式计算：门=0.01(14-0.01t)c(3.11)式中：c一考虑轧制速度对门的影响系数。因为轧制速度小于6m/s,故取c=1.0。即门=0.01(14-0.01t)c=0.01(14-0.01x900)x1.0=0.05kg-s/mm2艾克隆德用下式计算变形速度：u=VR(3.12)h0+h式中：v—轧制速度，mm/s；h0、h1—轧制前后轧件的高度，mm；R一轧辊半径，mm。第一道次：1&'R(h—h)—1.2(h—h)—•'011101111一h°1+七1x0.48175(70—46.68)—1.2(70—46.68)70+46.68—0.1819：Ah2v1Rh01+h1170一46.682x3x1000.17570+46.68—18.77s-1P—(1+m)(k+门u)—(1+0.181)(102.9+0.05x18.77)—122.63MPa第二道次:1.6rR(h02一气2)—1.2(h02—气2)

h02+h12x0.48175(33—19.5)—1.2(33—19.5)33+19.5—0.4029.'Ah2v2kRh+h0212■33—19.52x3x1000』_—175

=(1+m)(k+门u)=(1+0.402)(102.9+0.05x31.4)=146.49MPa第三道次:1.6『R(h-h)—1.2(h-h)m—031303133h03+h131.6x0.48175(52-32.53)-1.2(52-32.53)52+32.53—0.254c-Ah-2v3\Ru—3h03+h1352—32.532x3x1000.,；—\17552+32.53—23.68s-1则P3—(1+m3)(k+门u3)—(1+0.254)(102.9+0.05x23.68)—130.52MPa第四道次：1.6时R(h04-h14)-1.2(h04-.4)4—h04+h141.6x0.48:175(23-13.5)-1.2(23-13.5)23+13.52,(也\Rh04+hi423—13.52x3x1000■175

23+13.5

=38.30s-1P=(1+m)(k+门u)=(1+0.546)(102.9+0.05x38.30)=161.00MPa第五道次:1.6r)R(h05-h/—1.2(h05—h15)

h05+h15x0.48175(37-24.05)—1.2(37—24.05)37+24.05=0.344.'Ah2,,，——5~\Rh05+h1537—24.052x3x1000、：k17537+24.05=26.74s-1P=(1+m)(k+门u)=(1+0.344)(102.9+0.05x26.74)=140.09MPa第六道次:1.6QR叽—匕)T.2(h06-hi6)

°—h06+hi6x0.48175(17-11.5)-1.2(17-11.5)17+11.5=0.604.'Ah2v6¥Rh06+h1617—11.52x3x1000』\17517+11.5=37.32s-1则P=(1+m)(k+门u)=(1+0.604)(102.9+0.05x37.32)=168.04MPa第七道次：1.6QR(h07-h17)-1.2(h07-h17)7-h07+h17x0.48175(24-18.39)-1.2(24-18.39)24+18.39=0.4052v7)Rh+h0717'24一18391752x3x1000.175则P=(1+m)(k+门u)=(1+0.405)(102.9+0.05x25.34)=146.35MPa由参考文献［1,56］可知轧制力的计算公式：P=P--1(3.13)m2式中：b0、b］—轧制前后轧件的宽度；1一接触弧长度的水平投影。由参考文献［1，56］可知接触弧长度的水平投影的计算公式：1=R•M(3.14)m式中：R一轧辊半径；险—平均压下量。m由参考文献［1，57］可知线材轧机平均压下量的计算公式：对于椭圆轧方形：Ah=0.68七-0.58h1(3.15)对于方形轧椭圆：Ah=«—0.7h1(3.16)第一道次：Ah1=0.68h01-0.58.］=0.68x70-0.58x46.68=20.53mm则

=v'175x20.53=59.94mm则P=P•b01+b11.l1m121=122.63x32+46.68x59.942=289166N第二道次：Ah2=h02-0.7h12=33-0.7x19.5=19.35mm则l=y)R•Ah=(175x19.35=58.19mm则P=P•b02+b12•l2m222=146.49x33+52x58.192=362281N第三道次：Ah3=0.68七3-0.58匕=0.68x52-0.58x32.53=16.49mm则=<175x16.49=53.72mm则P=P•b03+b13•lm323=130.52x19.5+32.5x53.722=182300N第四道次：Ah4=、-0.7h14=23-0.7x13.5=13.55mm则l=<R•Ah=(175x13.55=48.70mm则P=P•b04+b14•lm424=161x23+37x48.70

2=235221N第五道次：Ah5=0.68七5-0.58h15=0.68x37-0.58x24.05=11.21mm则

=(175x11.21=44.29mmP=P■b05+'15•lm525=140.09x以5+24"5x44.29=116491N第六道次:第六道次:第七道次:Ah6第七道次:Ah6=岭-0.7匕=17-0.7x11.5=8.95mml6=E=v175x8.95=39.58mmP=P•'06+b16•l

6m626=168.04x17+24x39.582=136346NAh7=0.68h07-0.58气7=0.68x24-0.58x18.39=5.65mm=(175x5.65=31.44mm=146.35x11.5+18.39=(175x5.65=31.44mm=146.35x11.5+18.392x31.44=68766N由参考文献［1,60］可知轧制力矩的计算方法:(3.17)(3.18)(3.19)Mk=Mz+M1=(3.17)(3.18)(3.19)Dra-—Sin^2d

p——日12式中:P—轧制力;a一轧制力臂，即合力作用线与两个轧辊中心连线的垂直距离;P］一轧辊轴承处摩擦圆半径;D一轧辊直径；d一轧辊轴颈直径；P一合力作用点角度；R一轧辊轴承摩擦系数，对于胶木瓦轴承取R=0.02。对于简单的轧制，每个道次两个轧辊总驱动力矩为：Mk^=2Mk=P(D•Sinp+pd)(3.20)由参考文献［1,65］可知&的计算方法：热轧时：'=0.5(3.21)a式中:a—咬入角，其计算公式为:=arccos(1-△hm)D(3.22)第一道次:第二道次:MKE1arccos(1-arccos(1-19.723。△h)D20.53)350)P=0.5a

11=0.5x19.723=9.8615。=289166x(350xSin9.8615。+0.02x190)x10-3=18433N-ma=arccos(1-2arccos(1-也)35019.141。P=0.5a

22=0.5x19.141=9.5705。Mke2=P(D-Sinp2+Md)=362281x(350xSin9.5705。+0.02x190)x10-3=22459N・m第三道次:arccos(1-%3)arccos(1-妙)35017.658。。=0.5a33=0.5x17.658=8.8290。=P(D-Sinp3+yd)=182300x(350xSin8.8290°+0.02x190)x10-3=10486N・m第四道次:a=arccos(1-4arccos(1-蛭)35015.995。P=0.5a44=0.5x15.995=7.9975。Mk£4=P(D-Sin^4+pd)=235221x(350xSin7.9975。+0.02x190)x10-3=12348N・m第五道次:yi-%5)arccos(1-旦点)35014.540。P=0.5a55=0.5x14.540=7.2700。=116491x(350xSin7.2700。+0.02x190)x10-3=560N-m第六道次:yi-*)arccos(1-坚35(12.985。。=0.5a6=0.5x12.985=6.492。5Mk寮=「(D-Sin^6+园)=136346x(350xSin6.4925。+0.02x190)x10-3=591N・m第七道次:=arccos(1-%7)D5.65=arccos(135(=10.309o。=0.5a7=0.5x10.309=5.1540Mks7=P(D-Sinp7+pd)=68766x(350xSin5.1545。+0.02x190)x10-3=242N・m电机轴上的力矩为:MKz=M"1+Mk£2+M"3+Mk£4+Mk£5+M"6+M"7=18433+22459+10486+12348+5602+5914+2424=77666N・m3.3电机容量的选择由参考文献［1,73］可知，根据过载条件选择电动机功率NdN=Mmax•n(3.23)d9550•n•K式中:最大静负荷力矩,N・m；max

门一传动系统总效率，初选时选门=0.85；K一电机过载系数，取K=2；n—轧辊转数，r/min。其中：60vn=兀D_60x3x1000=3.14x350=1638r/min则M-nN=maxd9550f・K_77666x163.8=9550x0.85x2=783.6KW由参考文献［3］可查得应该选用的电动机为：炊800-6/1250,N=800KW,n=930r/min。由参考文献［1,68］可知，主电动机轴上的力矩的计算方法:M=“7,+%+M+M+MDif2Kondon式中：M7—轧辊上的轧制力矩；M—轧辊轴承上的摩擦力矩；f1M—传动机构及其它转动件中的摩擦力矩；f2M一空转力矩；KonM一动力矩，由于轧件很长，故可忽略不计；doni•一电动机和轧辊之间的传动比。(3.24)(3.25)其中：

(3.24)(3.25)M=-・心11

fi2式中：r一轧辊轴承摩擦系数，对胶木瓦轴承，取H=0.02。(3.26)d一轧辊轴颈直径;(3.26)11一轧辊数量。式中:190x10-32x0.02x11=20.9x10-3N・mi=nern_930=163.8=5.68M=(式中:190x10-32x0.02x11=20.9x10-3N・mi=nern_930=163.8=5.68M=(1-1)Mz+Mf1f2门i1(3.27)(3.28)气一电动机到轧辊之间的传动效率，取气=0.97。即M=(土-1)M+"《1f2门i1,1八77666+20.9x10-3=(1)0.975.68=422.89N・mMk=0.04M(3.29)其中:主电动机额定力矩。erMer=9550』ner(3.30)9550800930=8215.05N・mMk=0.04M=0.04x8215.05=328.6N-mM=MZ+Mf1+M+M土MDif2Kondon77666+20.9x10-35.68+422.89+328.6土0(3.31)Mer_14425.09=8215.05=1.76V[K]=2选择的电动机符合过载要求。4主要零件的强度计算4.1轧根的强度计算由参考文献［4,18］可知轧辊强度的计算方法：以载荷最大的第一架轧机的中辊进行计算。通常对辊身仅计算弯曲,对辊颈则计算弯曲和扭转，对传动端辊头仅计算扭转强度，如图4.1所示。1、辊身带孔型轧辊的危险断面在轧槽上，则M=P-X-(a-x)(4.1)Da式中：Md—辊身危险断面弯矩；P一作用在轧辊上的轧制力；a一压下螺丝中心矩；x—危险断面到压下螺丝间的距离，取x=286mm，x=678mm。则M=P-—^-(a-x)-P-—^-(a-x).^^LD11a12a2678TOC\o"1-5"\h\z286678286=289166(96牛286-362281(96牛678-964964678=27425.79N-mM=P.x2.(a-x)-P.x1(a-x)-D22a21a1678678286286=362281—-(964-678-28916(964-286.964964678=48336.68N-mMD2>Md1作用在轧辊辊身危险断面的弯矩为Md2。(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)b=D0.1D3(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)式中：D一计算断面的直径。则b=虹D0.1D3_48336.68x10000.1x3503=11.27MPa是铸铁轧辊.•.bb=350〜400MPa则bg]=—n_35〜4005=70〜80MPa.•.bD<[b]合格。2、辊颈由图4.1可看出断面I-I载荷最大，所以只需计算此断面的强度。辊颈危险断面上的弯曲应力b.和扭转应力t分别为：b=、d0.1d3T=Mk0.2d3式中：d—轧辊直径;

M”一辊颈危险断面处的弯曲力矩;dMk一辊颈危险断面处的扭转力矩。其中:=MD1107286TOC\o"1-5"\h\z~107=27425.79x-286=10260.70N-mM=MK。+MK『+MK工3+MK工4+MK工5+MK工6+M斗K12_1843+32245-91048-61234-8560+591+2424

2=38833N-mM=MK『+MK£3+MK£4+MK£5+M£6+M斗K22_2245+>1048+)1234七560+591+24242=2961.6N・mM=MK£3+MK£4+MK£5+M£6+M£7K32_10486+12348+5602+5914+24242=1838N・m则M^d1=0.1片3_10260.70x1000=0.1x190=14.96MPa10.2d3_38833x1000-0.2x190328.31MPaT=38833Nm图4.1轧辊的载荷计算简图对于铸铁轧辊，根据莫尔理论，合成的计算应力为：bp=0.375•七1+0.625•新;+4c;(4.6)=0.375x14.96+0.62514.962+4x28.312=42.21MPa<[b]/.合格。3、辊头T=K1—(4.7)0.07d31_38833x1000—0.07x1803=48.95MPa[c]=0.7•[b]=0.7x(70〜80)=49〜56MPac<[c]合格。4.2轧辊轴承的验算胶木瓦轴承的主要特点：1、抗拉强度较大，顺纤维方向为100〜150MPa,垂直纤维方向可达230〜245MPa；2、摩擦系数比金属衬瓦低10〜20倍；3、有良好的耐磨性，使用寿命较大，且造价低；4、胶木衬瓦较薄，故可以采用较大的辊径尺寸，有利于提高轧辊强度；5、可用水做润滑剂，不存在轴承密封问题；6、能承受冲击载荷。由参考文献[1，96]可知，应选的轴瓦厚度为h=25mm。下面试取轴瓦的工作宽度B=200mm进行验算，由参考文献[5]表7-1-4可知其验算方法：(4.8)pv=P-n19100-B(4.9)n-d-nv—60x1000(4.10)式中:Pa一压强，MPa；P一轴承径向载荷，N；d—辊颈的直径，mm；B—辊颈的工作宽度，mm；pv—pv值，MPa-m/s；n—辊颈的转数，r/min；v—圆周速度，m/s。其中P的值可由图4.1求出，48336.68(964-678)x10-3=180360.75NP=-^ad-B180360.7519(X200=4.75MPapv-:〃19100-B4.75x163.819100x200=0.2X10-3MPa-m/s兀•d-n

v—60x1000_3.14x190x163.860x1000—1.63m/s由参考文献［5］表7-1-5可查得，对于胶木瓦轴承：Pp=39〜41MPav—12〜13m/s

(pv)=0.18〜0.5MPa-m/s

pP<P,pv<(pv),v<v合格。5减速器齿轮的设计计算5.1减速器的速比分配本设计所选择的减速器为800减速器，在从电动机到轧辊的传动过程中，除减速器以外其余传动部件的速比都为1,故减速器的传动比为传动系统的总传动比。即i=5.685.2减速器齿轮的计算由参考文献［6,32］可知，减速器齿轮的计算方法1、确定齿轮的中心矩根据所选择的减速器为800减速器可知，其中心矩为a=800mm2、初选减速器齿轮模数mn、齿数Z］、和Z2及螺旋角P。a=—-(Z+Z)(5.1)2-coS12式中：a—啮合齿轮中心矩，mm；m—模数，mm；Z「Z2—相应齿轮的齿数；P一螺旋角。一般取Z1=17〜30，p=8。〜15。。初选Z1=25,p=10。，贝UZ2=i・Z］(5.2)=5.68x25=142代入式(5.1)，得由标准取m=10mm，则n圆整后，得取Z=24，则1齿数比为2-a-cosp

m=nZ1+Z2_2x800xcos10o-25+142=9.44mm2-a-cosp1+Z2=—n_2x800xcos10o-1^=15.6Z1+Z2=158i=幺，Z=i-Z

Z211Z+Z=Z+i-Z=Z-(1+i)12111_158=1+5.68=23.65Z2=158-24=134i=Z2齿Z124=5.58与i=5.68的要求相比较，误差为1.8%,可用。由式(4.1)可得P=cos-1mn•(Z1+Z「

2-a10x158=cos-12x800=9。4’7”满足要求。3、计算齿轮分度圆的直径小齿轮：d=mn•Z1(5.3)coS_10x24

=co9。4’7”=243.038mm大齿轮：d=m^coS_10x134=co9。4’7”=135.962nm4、计算齿轮的宽度按强度计算要求，取齿轮系数为中』=1.2，则齿轮工作宽度为b=9d-d1(5.4)=1.2x243038=291.646mm圆整为大齿轮的宽度，得b^=295mm取小齿轮的宽度为

b=300mm5、齿根弯曲疲劳强度的计算由参考文献［7,213］可知齿根弯曲疲劳强度的计算方法(5.5)T=95.5x105•土

1n(5.5)er式中：T—齿轮轴的扭矩，N・m。1则T=95.5x105•土1ner=95.5x105x800930=82.15x105N・m(5.6)K•F•Y•Y•Y

b=tFaSa0(5.6)Fb•m•&式中：K一齿轮的载荷系数；F一沿啮合线作用在齿面上的圆周力；tY^一斜齿轮的齿形系数；YSa一斜齿轮的校正系数；Y0一螺旋角的影响系数；b一齿宽；m一模数；n8a一标准圆柱齿轮传动的端面重合度。其中：(5.7)2•T1d1(5.7)式中:d1—小齿轮的分度圆直径，mm。则2-T1d12x82.15x105243.038=6.76x104N由参考文献［7］表10-5可得Yf=2.65七二1.58由参考文献［7］图10-28可得(5.8)¥§二0.94'a=%1"a2(5.8)由参考文献［7］图10-26可得8=0.78a18=0.92a2则'a=8a/8a2=0.78+0.92二1.7(5.9)K=KA-Kv-Kf-K邓式中:(5.9)K—使用系数；A孔一动载系数；

K一齿间载荷分配系数；FaK.—齿向载荷分布系数。F&由参考文献［7］表10-2可得K=1.5A由参考文献［7］图10-8可得七=1.0由参考文献［7］表10-3可得K=1.2Fa由参考文献［7］图10-13可得=1.35K=七-K^-Kf-K邓=1.5x1.0x1.2x1.35=2.43则K-F-Y-Y-Y

b=tFaSap_Fb-m•£_2.43x6.76x104x2.65x1.58x0.94300x10x1.7=126.77MPa由参考文献［7,202］可知齿轮许用应力的计算方法(5.10)K9―FNFES式中：(5.10)K一考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数;FNbfe一齿轮的疲劳极限，MPa；S—疲劳安全系数，取S=1.4。由参考文献［7］图10-18可得靠=0.86由参考文献［7］图10-20可得b=580MPaFE[b]=FEFS_0.86x580=14=356.29MPa.•.b<［b］满足齿根弯曲疲劳强度的要求。6、齿面接触疲劳强度的计算由参考文献［7,213］可知齿面弯曲疲劳强度的计算方法:ZiFZ.土・Z,Z

\b-幺七uHE(5.11)式中:u—齿数比;z—区域系数；HZE一弹性影响系数，MPa；。其中：K=KA-Kv-Kh-K^由参考文献[7]表10-3可得K=1.4HU(5.12)由参考文献［7］表10-4可知膈的计算方法K=1.15+0.18-(1+0.6。2).奴+0.31x10-3.bHpdd(5.13)式中:(5.14)=1x243.038=243.038mmK=1.15+0.18-(1+0.6。2).奴+0.31x10-3.bHpdd=1.15+0.18x(1+0.6x12)x12+0.31x10-3x243038=1.513K=Ka-K"Kh-K耶=1.5x1.0x1.4x1.513=3.177由参考文献［7］图10-30可得ZH=1.5由参考文献［7］表10-6可得1=189.8MPa2rKFT.土,Z・Z\b-d/气uHE，3.177x6.76x1045.58+1xx1.5x188；300x243.038x1.75.58=406.95MPa由参考文献［7］图10-21可得g]=530MPaH满足接触疲劳强度的要求。6润滑方法的选择为了保证轧机的安全运行，除了采取各项维护、保养措施外，还须保证各机械摩擦部分有可靠的润滑。润滑的主要特点是：1、设备工作时受高温、氧化铁皮的影响负载沉重，往往是长时间的连续运转；2、设备润滑区域广、面积大、润滑点多、管路长。6.1轧辊轴承的润滑对于胶木瓦轴承，可用水进行冷却和润滑，它的工作温度不应超过60〜80°C,因为温度较高时会迅速膨胀，并进而发生炭化，即烧瓦事故。所用的冷却水必须净化，并且不应有腐蚀性。在整个轧制过程中供水不能中断，以防轴承的破坏。只有在充分冷却润滑的情况下，这种轴承才能很好的工作。6.2人字齿轮座及其支撑轴承的润滑对于本设计的立式三及人字齿轮座，其齿轮采用油润滑；轴承采用脂润滑。润滑油：GB442-64；润滑脂：ZGN40-1。7试车方法和对控制系统的要求7.1试车要求1、先找准定位尺寸，对轨座安装完毕后，再进行组装。确定无不良现象后方可试车。2、首先空载试车至少两个小时。3、在试车前必须保证以下各项要求全都满足：润滑系统与冷却系统的各处工作正常；传动平稳，无周期噪音；压下系统轻便灵活；各紧固零件联结可靠。7.2对控制系统的要求1、当轧机的轧制速度高于正常轧制速度3m/s时：达到3.05m/s时，发生间断性响铃报警；达到3.1m/s时，发生连续性响铃报警，且系统自动强行断电。2、对压下系统的要求在调整上轧辊时，当上轧辊与中轧辊距离相接触的行程还差10m/s时，发生连续性响铃报警，且压下电动机强行断电，停止工作，可用行程开关控制。8设备可靠性与经济评价8.1机械设备的有效度对于可修复设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障阶段即可靠度，从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度。把两者结合起来，就是机械设备的有效度（有效利用率）MTBFMTBF+MTTRMTBFMTBF+MTTRx100%[8,9](8.1)式中:MTBF一平均故障间隔期，h；MTTR-平均维修时间，h。设备工作时间12000h，可能发生6次故障，每次处理故障时间平均为10h，检修时间为200h。MTBF=120006=2000hMTTR=20°+10X66=43hA=2000x100%2000+43=98%8.2投资回收期表8.1有关资料表（万元）时间（年）12345678910投资20001000600900110014001400140014002200年收益累计-2000-3000-2400-1500-40010002400380052007400净收益

投资回收期（P）=累tL始即计净现金流隹/上年累计净现金绝对值出现正值年临数投资回收期（P）=累tL始即P=6-1+400t1400

=5.3年重型机械P重型机械P=17年cp一行业投资回收期，c:.满足要求。结论以上是我对350中轧线材轧机的设计及计算的重要过程。在本次设计中基本正确的应用了许多所学过的基础和专业知识，例如：轧钢机械、机械设计、材料力学、工程经济学等。并通过所选用的参考文献和网上资料对中轧线材轧机有了比较深刻的了解。本次设计，不仅使我扩展了专业知识面，加强了自己为设计查阅资料和整理资料的能力，还使我更能熟练的运用了计算机绘图和打印说明书所应用的工作软件。对今后的进一步学习和工作积攒下了很多宝贵的经验。由于对专业知识掌握有限和对现实工作中的经验了解较少，所以在设计中不免地会出现错误，希望各位老师能多多的给予批评和指正。致谢在本次设计中遇到了很多自己解决不了的疑问，都是在王德春教授的热心指导下完成的。王老师定期的检查我们的设计进度，并指出我们在设计中所犯的很多错误。为我们能够认真的完成设计和顺利的完成学业起到了很好的督促作用。王老师知识渊博，实践经验也很丰富，对我们要求严格，做事态度认真，一丝不苟，对我们的帮助很大，使我们终生感激。感谢指导教师王德春教授给予的帮助。感谢院里领导对我们设计的关心和帮助。感谢系里同学和其他朋友的帮助。参考文献邹家祥.轧钢机械[M].北京:冶金工业出版社,2005.吕广庶，张远明.工程材料及成形技术基础[M].北京:高等教育出版社,2001.张金兰，夏长发.中小型电机选型手册[M].北京:机械工业出版社,1989.刘宝珩.轧钢机械设计[M].北京:冶金工业出版社,1984.成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.龚泄义.机械设计课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,2004.濮良鬼，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2004.孙家骥.矿冶机械维修工程学[M].北京:冶金工业出版社,1994.陈锡璞.工程经济[M].北京:机械工业出版社,1994.JIANGZhi-qiang,FENGXi-lan.InternationalJournalofPlantEngineeringandManagement[J].China：ChinesePublishingHouse,2004.附录英文翻译热轧棒-线材预精轧机具有高耐磨性的离心铸造高速钢轧辊的开发研制摘要本文研究的目的在于研制一种高速钢用为轧辊材料，用它取代传统的轧制材料，如合金铸铁和粉末冶金硬质合金，因为低合金铸铁轧辊抗磨损性能差，而且高质量的粉末冶金硬质合金的成本太高又不容易被使用者接受。通过使用离心铸造方法，高速钢轧辊具有良好的抗磨性能，它的硬度可达65〜67HRC，变化量小于2HRC，它的冲击硬度小于15J/cm2。通过使用先完成的台式高速线材或棒材轧辊轧机，高速钢每100吨的磨损率达0.25mm，然而，高速钢轧辊的制造负担明显低于粉末冶金硬质合金轧辊，它仅是粉末冶金硬质合金轧辊的30%。关键词：高速钢离心铸造机，硬质合金轧辊，分离，断裂1综述轧辊在热轧线-棒材的生产中是很重要的工具，而且必须能承受很强的力和热的作用。要具有良好的抗断裂能能力，它的表面必须有良好的抗磨损和抗热能力，因为轧辊的质量不仅影响产品的成本，紧接着决定产品的质量和轧机的工作效率。从这一点上说，对于改善热轧轧辊抗磨损性能的研究引起了国际和国内的重视，热轧轧辊的材料已经不断开发和研制，从普通的冷铸铁、不定型冷合金铸铁、高铭铸铁、高铭铸钢到现在正在海外市场广泛使用的高速钢和粉末硬质合金，而且它代表了热轧轧辊的发展进程。1988年，在日本铸造高速钢首次应用于热轧轧辊材料，从20世纪90年代开始，铸造高速钢开始在欧洲使用，在提高抗磨损性能上有许多优势，可以改善产品质量，减少轧辊替换频率，降低工人劳动强度。同海外先进水平相比，高速钢轧辊在中国的研究和应用具有很大的差异，现在高速钢轧辊已在中国开发研制，它们的性能很明显超过冷铸铁轧辊和高铭铸铁轧辊，与粉末硬质合金轧辊相近；高速钢轧辊的成本是硬质合金轧辊的30%，而高速钢轧辊具有好的经济效益。2HSS轧辊的生产过程（HSS-高速钢）HSS轧根的生产流程HSS轧辊的生产过程与普通合金铸铁轧辊很相似，如园稿图1中框图所示。HSS轧根的成分如原稿表1所示。HSS轧根的熔炼HSS轧辊熔炼采用一个500kg感应炉，HSS废料、废钢、生铁、钼铁、铭铁、钒铁、钨铁和金属钻作为炉料。变质处理使用一个稀有的合金处理器，这种稀有的合金处理器在使用前必须被烘烤，放电湿度为1600〜1640°C。HSS轧根的离心铸造2.4.1模子准备模子材料为HT200，厚度为90mm，预热温度250C以上。在此温度进行喷涂，铸模温度不高于150C以下时进行浇注，涂料要求有好的绝热性，良好的悬挂性，低的生产气体能力，良好的件表面收缩性，好的熔化钢精炼阻力。为满足以上要求，可以选择水基氧化锆涂料。2.4.2制定离心铸造工艺参轧辊外径为①285mm，内径为①160mm，宽为90mm，轧辊生产使用垂直离心机。为确保离心轧辊的质量，选择合适的转数是首要条件。以轧辊内径为基础，铸模的转数应根据55200公式来选择。公式：n=警-P式中:n一为转动惯量，单位为r/min；Y一为熔炼金属密度，单位kg/m；r一为轧辊内半径，单位为m；P一为调整系数；HSS—选1.4〜1.6之间的数。浇注温度对轧辊质量有明显的影响。根据结晶学基础，铸造生产的速度和冷却时间取决于铸造生产结构、浇注温度、在铸造产品固化过程中金属的热物理常数、铸模的散热系数。因为铸造产品的结构和热物理性能不能改变，浇注温度和铸模散热系数是人工因数并且浇注温度对固化速度有明显的影响。浇注温度太高会导致固化变慢并且结构粗化;机械性能和轧辊的疲劳极限会降低，