轧钢机械设备的概念和分类

第一章绪论

1轧钢机械设备的概念和分类

1.1轧钢机械设备的概念（轧钢生产中完成一系列工艺过程的设备）

1.1.1主要设备

①轧钢机

以实现金属（钢锭、钢坯）在旋转的轧辑间依靠轧制压力作用而发生塑性变

形的机械设备。

②主要设备的配置一标志着轧钢车间的主要特征。

1.1.2辅助设备

轧钢车间除轧钢机以外的各种机械设备。占设备总量的比重大，机械化、自

动化程度越来越高。

1.1.3广义定义

轧钢车间的所有机械设备统称为轧钢机。

2轧钢机械设备的分类

2.1主要设备的分类

2.1.1按用途分类：按其生产的产品品种规格分（见表1.1）。

表1」轧钢机按用途分类

轧机类别轧根尺寸（mm）用途

直径辐身长度

开坯初轧机800〜1450-将钢锭或连铸坯轧成方坯

机板坯机1100—1200-将钢锭或连铸坯轧成板坯

钢坯轧机450〜750-将方坯轧成50X50〜150X150mm钢坯

轨梁轧机750〜900-轧制43〜50kg/m标准钢轨,高度240〜600mm钢梁

大型轧机500〜750-轧制大型钢材:80〜150mm方钢、圆钢,高度120〜

型钢

240mm工字钢、槽钢

轧机

-

中型轧机350〜500轧制中型钢材：40〜80mm方钢、圆钢;高度120nmi

以下工字钢及槽钢；50X50-100X100mm角钢

小型轧机250〜350—轧制小型钢材:8〜40nlm方钢、圆钢；20X20-50

X50mm角钢

线材轧机20〜300—轧制直径5〜32mm线材

钢板厚板轧机-2000-5000轧制4〜50mm或更厚钢板

轧机热带钢轧机-500—2500轧制400〜2300mm宽轧热带卷

薄板轧机-700—1300轧制厚度0.2〜4mm、宽度500〜1200mm薄板

冷轧冷轧钢板轧-700-2800轧制宽度600〜2500mm冷轧板或带卷

板带机

轧机冷轧带钢轧-150〜700轧制厚度0.2〜4mm、宽度20〜600nmi带钢卷

机

箔材轧机-200〜700轧制厚度0.005-0.012金属箔

钢管轧机--轧制直径20mm以上或更大的无缝管

--

特种车轮轧机轧制铁路车轮

轮箍轧机--轧制轴承环或车轮轮箍

轧机

钢球轧机一-轧制钢球

周期断面轧--轧制变断面轧件

机

齿轮轧机--轧制齿轮，即滚压齿轮的齿型

2.1.2按结构分类:

按轧辑数目及其在工作中的配置形式分（见表1.2）o

表1.2轧钢机按构造分类

图示型式名称用途

1.可逆式有：初轧机、轨梁轧机、中厚板轧

二辑式轧机

一

2.不可逆式有：钢坯或型钢连轧机、叠轧薄

板轧机、冷轧薄板轧机及带钢轧机、平整机

q

三辐式轨梁轧机，大、中、小型型钢钢机，开轧坯

轧机

三辑劳特式中板轧机

（中短浮动）

复二辑式中、小型轧机

£中厚板轧机、宽窄带钢轧机、冷热薄板轧机、

J四辐式平整机

十二辑式冷轧钢板及带钢

c

廿一式冷轧钢板及带钢

偏八辑式冷轧钢板及带钢

（MKW式）

1

w-行星式热轧板带卷

I立辐式厚板轧机、钢坯连轧机、型钢连轧机

Il..4

1

0一iH型钥轧机轧制高度300〜1200mm宽边钢梁

1J辛斜辑式无缝钢管穿孔机、均整机

#45°式连续式线材轧机、钥管定径机、减径机

1钢球轧机轧制钢球

三车昆斜轧轧制圆形周期断面

周期断面轧

机

120°式连续式线材轧机

等车轮轧机轧制车轮

可以说，轧辐结构的确定相当大程度上决定了轧机的强度、刚度、轧机的生

产方式一即决定了能生产的产品规格、产量及其质量（尺寸精度、表面质量、性

能指标等），也即是说，首先，设备是为工艺服务的，工艺需要决定所需设备；

反过来，一旦确定了设备，则设备决定了能否生产优质、高产、低耗的产品。

2.1.3按轧机布置形式分类：

按轧机相互位置关系、轧件运动方向分类。在线主轧机工艺平面布置形式简

图（见图1.1）。

II

u~IF—―~~$-4

J_iiLIIIITI9ITnTII

新沪沪沪沪沪

图L1各种轧机布置简图

a-单机座；b-纵列式双机座；c、d、e-横列式；f、g-连续式；h、i-半连续式；j-串列往复式

2.2辅助设备分类

①切断设备（火焰切割机、各种剪切机、锯切机）；

②矫直设备（压力矫直机、辑式矫直机、拉伸弯曲矫直机等）；

③控制轧件尺寸与形状的设备（卷取机、活套支撑奇器、围盘、检测设备等）；

④表面加工设备（酸洗机组、镀层机组、清洗机组、打印机、除鳞机等）；

⑤改善组织性能设备（缓冷坑、退火装置、淬火设备、加热炉、控轧控冷设

备）；

⑥输送设备（辎道、推床、翻钢机、冷床、吊车、推出钢机等）；

⑦包装设备（打捆机、包装机）。

2轧钢机的构成

2.1主机列

轧钢机有一个或多个主机列组成，主机列包括原动部分（提供动力或能源、

传动部分（将能源动力传递、分配给执行部分）及执行部分（直接完成金属塑性

变形-轧辑）（见图1.2〜图L5）。

图1.2单电机、单传动、单机座轧钢机

1-主电机；2-电动机联轴节；3-飞轮；4-主减速器；5-主联轴节：6-人字齿轮机座：7-半万向接轴:

8-轧辐

图1.3单电机、单传动、多机座轧钢机

1-主电机；2-电动机联轴节；3-主减速器；4-主联轴节；5-人字齿轮机座；6-半方向接轴；7-轧短；8-梅

花接

图1.4单电机、多传动、多机座轧钢机

1一主电机；2—电动机联轴节；3一主减速器：4一主联轴节;

5-认字齿轮机座；6-万向接轴；7-轧辑；8-中间轴；9-圆锥齿轮

图1.5双电机、双传动、单机座轧钢机

1-主电机；2-电动机联轴节；3-中间轴；4万向接轴；5-轧辑

2.2轧钢机工作机座（见图1.6）

图1.6450型钢轧机工作机座

1-轧短；2-机架；3-机架盖；4-轧短轴承；5-压下螺丝：6-压下螺丝调整手柄；7-压下螺丝；

8-压下上螺丝调整手柄；9-轨座；10-固定螺丝；11-轧辑轴向调整压板：12-平衡弹簧；13-机架下横梁

①轧辐一直接完成金属塑性变形；

②轧辑轴承一支持固定轧辐，与轧辐构成辐系；

③轧辑辑调整装置一（包括轴向、径向、水平位置、平衡、定位）；

④机架一（安装固定辐系、调整装置、平衡装置及导卫装置）；

⑤轧辑导卫装置一引导轧件进出轧辑;

⑥平衡装置一平衡轧辑及接轴；

⑦轨座（地脚板）一固定机架于基础上。

3轧钢机的标称

3.1标称方法

①型钢轧机一以轧辑辐身的名义直径，即人字齿轮机座中心距（人字齿轮机

座节圆直径）D。命名，轧钢车间多机架轧制时，以末架轧辑辐身名义直径命名之;

②板带轧机一以轧辐辐身长度B。标称之；

③钢管轧机一以能轧产品的最大外径命名。

3.2较完整标称一个轧钢车间轧机

轧机生产产品的品种规格/轧辐辐身主要尺寸/轧机结构特征（数目、配置

形式）/轧机台数/轧机布置形式/轧机工作制度。

例：

①①790X4H/V〃①450X6H/V〃①410X6H/V〃①340X6H/V30万吨连续

式棒材轧机；

（2）0400X1/0430X4//0300X2X3//0265X2X420万吨半连续式复

二重式线材轧机；

③1700二辑/I700四辐可逆/I700X2四轻〃1700X7四辑400万吨

3/4式热连轧带钢轧机。

4轧钢机械设备的发展方向

①大型化

01300-01500初轧/带钢2135-2285/冷带2500；锭10-20吨甚至

25-70吨，线材100-500-2000-4000kg„

②高速化

热连轧带钢30m/s、冷带41m/s、棒材25m/s、线材5-13-40-100-160m/so

③连续化

棒线材的无头轧制、连铸连、异型材连轧、带钢连轧。

④自动化

带钢AGC厚控系统，带钢宽度控制系统、棒线材及型材计算机自动控制系

统。

第二章轧钢机

1轧相

1.1概述

1.1.1载荷（轧辐轧制时所受载荷）

①机械载荷

轧制压力P越大，转矩越大，则轧辐上弯曲应力、传动辎上的扭转应力、辑

面间的接触应力也越大；同时，在轧件咬入瞬间及轧制过程中速度的变化会引起

动负荷，导致轧辐上的应力变化。

②摩擦

辐身表面与轧件之间由于变形区中的前后滑、轧件咬入打滑或卡钢造成相对

运动，而造成轧辐表面剧烈摩擦。

③热负荷

热轧时轧辐辐身受轧件高温及冷却水交替作用，产生的热循环应力；冷轧时

由于轧件变形热效应，轧辑表层也产生热循环应力。

1.1.2轧辐的主要失效形式

①磨损达到一定辐次（反复车削，辐身表层硬度丧失，强度削弱而报废。

②辐面剥落轧辑受到循环应力交替作用表面产生掉块形成凹坑。

③断辐（折断）

过大轧制压力产生的机械应力是断辐的主要原因；轧制时如冷却水足够，单

纯的热应力不至于断辐，但由此产生的细小的裂纹扩展，形成应力集中源加上一

定的机械负荷作用或断水可能致断辑；铸造时的残余应力一般不至于断辑。

1.1.3设计要求

①工艺要求：合理的结构、尺寸、材质一以保证成品的尺寸精度、表面质量

及产量。

②寿命要求：工作时间适当一轧馄需要一定的强韧性、耐磨性、耐热性及耐

剥落性；材质特性值一机械性能和硬度。

1.2轧辐的结构和参数（见图2.1.1）

1.2.1分类

有槽轧辐/平轧辐/特殊轧辐。

1.2.2轧辐的结构（见图2.1.1）

图2.1.1轧较的结构

1-辐身；2-辑颈；3-辐头

a-梅花形的辐头；b-扁头形的辑头；c-带双键形的辑头

①辑身

工作部分，轧槽，平辑或微凸、微凹型。

②辐头

传动连接或吊装部分，其形状由连接轴型式确定，梅花型、单键型、双键型、

万向节型。

③辑颈支持固定轧辑部分，即安装轴承及轴承座部分。形状由轴承型式确定,

滑动轴承或圆柱滚动轴承为圆柱体，液体摩擦轴承或球面滚柱滚动轴承为圆锥

形。辑颈、身交界处为应力集中处应用过度圆弧连接，属于强度薄弱环节。

1.2.3轧辐的主要参数

1.2.3.1型钢轧辐主要参数

①辑身直径

⑴轧辑公称直径，即轧机标称直径D„,辑环直径D,工作直径Dg,为避免

轧辐切

槽过深，D/DgWL4；

式中，。-轧辑切槽最深处应力；M,-轧辐切槽最深处弯矩；W-轧辑切槽最深处

抗弯截面系数，匕】-轧辐需用应力。

5—

⑶咬入条件：l-cosamax（2.1.2）

式中，压下量；&，ax-最大允许咬入角。

②辐身长度

主要取决于孔型配置（含导卫尺寸、辐环间距、边辐环）及辐身强度。其辐

身长度与名义直径之比L/D0=k（如下表2.1.1）o

表2.1.1辐身长度与名义直径之比

轧机初开坯型钢型钢中板装三馄

类型轧机轧机粗轧机精轧机轧机甲板薄板

K2.2-2.72.0-3.01.5-2.51.5-2.02.2-2.72.2-2.81.5-2.2

③辐颈尺寸（见表2.1.2)

辑颈直径d、辑颈长度1、辑颈与辑身过度圆弧半径r与轴承型式、工作载

荷及辑颈强度、轴承寿命有关。

表2.1.2轧辐尺寸比例

轧机类型d/D1/dr/D

初轧机0.55~0.71.00.065

开坯及型钢轧机0.55-0.630.92~1.20.065

二辑型钢轧机0.6~0.71.20.065

小型及棒线材轧机0.53-0.551.0+(20-30mm)0.065

中厚板轧机0.67-0.750.83~1.00.1-0.12

二辑薄板轧机0.75~0.80.8~1.0r=50〜90mm

④辑头尺寸

根据连接轴的型式确定。

⑴梅花辑头外径dl与辐颈直径d的关系（见表2.L3及表2.1.4）o

表2.1.3花辑头外径与辑颈直径的关系

轧机类型三辐型钢与线材轧机二辐型钢轧机中板轧机二辐薄板轧机

dd-(10-20mm)d-10mm(0.9-0.94)0.85d

表2.1.4梅花头尺寸

4Dirih/>图示

1401482990100

1501623195no

16017633105120

18019638IIS130

20021641130ISO

22023844140160

2402584915S175

26027854170200

28030058185215

30032062195225

32034066210240

3403627022525S

37039277245275

3904128028290

420448275305

45048094295325

⑵万向接轴的辐头一扁头尺寸(如图2.1.1(b)所示)。

Di=D-(5~15)mm；s=(0.25~0.28)Dimm；a=(0.5〜0.6)Dinrai

b=(0.15~0.20)mm；c=(0.5~1.0)bmm

1.2.3.2板带轧耨主要参数

①辐身长度L

短身长度L是表征板带轧机特征的重要参数。

L=bmax+A(2.1.3)

中，院「所轧板带的最大宽度，mm；△-随板带宽度而异的余量(见表2.1.5),

mmo

表2.1.5辑身长度的余量

Uax板带的最大宽度<200200-12001000-2500>2500

△50100-200150-200200-400

③辑身直径

⑴强度条件、咬入条件分别按式（2.1.1）及式（2.1.2）确定；

⑵按轧辑最小可轧厚度人n”n（四辑轧机指工作辑的辑身直径）确定：

D:0・28.心叫

）：（K-%）（2.1.4）

式中，f一轧辑与带材间的摩擦系数；E-轧辑的弹性模量，MPa；%n-带材最小

可轧厚度，mm；K-带材的平面变形抗力，K=l15%MPa；%-平均张力，

%,=（"+Tj/2MPa；分别为后、前张力,MPa。

⑶冷轧板带时工作辑直径

张力轧制:%”（1500-2000）3；无张力轧制:DigY1000%n

⑷支持较直径取决于轧机的刚度要求，DJD\=3-4

•=K'/0.3（2.1.5）

式中，K'-轧机刚度系数，t/mnio

1.3轧辐的材质及辐面硬度要求

轧辐辐面硬度高、韧性好、耐热龟裂性好，以保证抗弯强度、接触强度所需的机

械性能及轧材表面加工质量和轧辐的耐磨性能。

1.3.1常用材料

①合金锻钢

热轧轧辑：55Mn2、55Cr、60CrMnMo.60SiMnMo

冷轧轧辑:9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2M。、60CrMoV

②合金铸钢

随着电熔渣技术的发展，合金铸钢轧幅的质量在逐渐提高。

③铸铁轧辎

⑴普通铸铁轧辑、合金铸铁轧辑、球墨铸铁轧辎。

⑵根据铸型不同，可分为半冷硬轧辐、冷硬轧辐、无限冷硬轧辐。

⑶半冷硬轧辑表层无明显白口层，HS250；冷硬轧辐表层有明显的白口层,

中间麻口层，心部灰口层，HS260；无限冷硬轧馄表层有明显的白口层，中间麻

□层少HS265。

④半钢轧辑

(c=1.4-1.8%)介于铸钢与铸铁之间-过共析钢组织，兼有铸钢强度、耐热龟

裂性及铸铁耐磨性。

1.3.2各类轧机轧辑材质选择，即辑面硬度的选择(见图2.L1)

70

60

S

H

550

Z40

掣

出

双

201....

050100150

离轻面距离(mm)

图2.1.2各类轧辑硬度曲线

①初轧机

以强度和咬入条件为第一位一保证轧辑的强度，抗冲击性能；硬度第二，HS

225-40；合金铸钢、锻钢：60SiMnMo、40Cr、50CrNi>60CrMoVo

②型钢轧机强度及耐磨性均衡,HS>40-50,4=720-785MPa。粗轧：铸

钢、球墨铸铁轧辐，ZG70、ZG70Mn、ZG75Mo；精轧：冷硬铸铁，HSN60,硬度耐

磨性要求较高，强度次之。

③热轧板带

工作辑：前儿架受咬入和强度条件限制用铸钢；后儿架主要考虑产品尺寸精

度要求，硬度要求高，强度次之，用无限冷硬铸铁，HS=58-85o

支持辐：以刚度强度为主，硬度次之HS=40-50；60CrMo>60CrMnMo>60SiMnMoo

④冷轧板带

工作辐：硬度、强度要求均要好HS=90-100,锻钢，9Cr、9CrZ、9Cr2W、9Cr2M。、

8CrMnV>9CrV、GCrl5；不用铸铁辐,因为E铸铁=1/2E钢,影响最小可轧厚度;

支持辐：9CrZ、9Cr2Mo>8Mn2MoV、9CrV、40Mn2MoB、60CrMnMo、45CrNiW0

⑤叠轧薄板

工作环境：400-500℃,轧制压力较大；冷硬球墨铸铁复合浇铸轧辑，HS2

65。

⑥轧辐硬度沿辐面深度分布曲线（见图2.1.3）；轧辐特点及其用途见表

2.1.60

表2.1.6轧辑特点及其用途

类另U辑面工作特点硬度范围（HS）主要用途

硬而脆，耐磨性高，用于成品道次可58-85小负荷精轧辑

冷硬铸铁轧馄得光滑轧件表面

如铸造白口铸铁，可带孔型35-70型钢粗轧机中间机座

无限冷硬铸铁轧辐耐磨性、抗热龟裂性及强度适中55-85各种热轧板带钢轧机工作相，小型及

线材轧辑

冷硬球墨铸铁轧辘50-70二辐叠轧薄板及三辐劳特中板轧辐

球墨铸铁轧辑无限球墨铸铁轧馄50-70各种型钢相，负荷较大的热轧板带工

作相，平整机支持相

球墨铸铁初轧辐，强度韧性高，抗热34-45初轧辑

裂、耐磨性优于钢辐

半冷硬轧掘硬度落差小，可开深槽38-50大中型型钢轧粗，小型粗轧辐、热轧

管机轧辐

强度高，耐磨性较差30-50初轧辑、大众型粗轧辑、热轧板带支

铸钢轧辐复合铸铁辐（内部为铸钢），合金含40-70持相

量稍高，比普通铸钢耐磨立辑、穿孔机轧辑

强度及耐磨性兼备，硬度落差小，可35-75中小负荷初轧辐，各种型钢轧辐，各

半钢轧轻开深槽，其中也可有锻造产品，强度高，种热轧板带工作辑，热轧管轧辑

可减少断辐事故

热轧用，强度高，不易粘辐（有色金30-70初轧相，有色金属轧辑

属）55-90支持相

锻钢轧辐支持辐用，强度高，耐磨85-100冷轧工作相

冷轧用，强度高，耐磨性及表面质量

好

高路铸铁轧转耐磨性好，强度韧性高55―90热轧带钢粗轧机精轧前工作辐，冷轧

带钢工作辐，小型及线材精轧提

碳化铝（硬质合金）耐磨性极好，弹性压扁小，轧相表面HRC（洛氏）小型圆钢、螺纹钢及线材轧辐，高速

轧辑精度高50-80线材轧机辐环，二十根轧机工作辕

1.4轧辑的强度效核

1.4.1概述

①轧辐强度效核的必要性

⑴设计不合理，强度不合理，额定载荷下断裂；

⑵材质选用不合理，热处理工艺不合理，加工工艺不合理；

⑶生产中使用不当，如轧低温钢、断冷却水、压下规程不合理造成轧制压力

过大；

⑷车昆面剥落：接触应力过大、疲劳一需进行接触应力效核。

②轧辐强度效核的一般形式

式中，一计算的危险截面应力，MPa；n-安全系数，大或等于5,是轧钢机

中最小的安全系数，体现了轧辑铸造缺陷、温度应力、应力集中、冲击负荷等因

素的影响。1.4.2型钢轧辐的强度效核

1.4.2.1型钢轧辐承受的载荷特点

①轧制压力可简化为集中载荷，因轧件宽度远远小于辑面宽度；

②轧辐上可能承受多个集中载荷（三辐轧机交叉轧制时或多线轧制）；

③轧辑上工作辑径可能不等；

④多机架轧制时，须正确判断危险机座及该机座中危险轧辑的危险点，有时

辐身、幅颈、辐头的危险点可能不在同一个轧辑上。

1.4.2.2型钢轧辐的受力分析及内力图（见图2.1.3）

X

图2.1.3轧辐的受力及内力图

1.4.2.3辐身强度效核

由受力图结合力的平衡方程可知：

R1+尺2=P(2.1.7)

PX-R2a=0(2.1.8)

R,=—P

~a(2.1.9)

R=(a-X)p

a(2.1.10)

”(a-X)X「

M-------P

Da(2.1.11)

断面的弯曲应力为：

M,)M万ri

<7-.......=----r<［同

D3

WD0.1D

式中：飞、鱼-轧辑轴承座上的支反力，N；加。-辑身断面的弯矩，N.m；。-轧

辐辐身最小直径，mm；a-两根压下螺丝的中心距，mm；x-支反力到危险点的距离,

mm。

1.4.2.4辑颈强度效核

辑颈上受弯扭组合变形，危险点在传动侧辐颈、辐身交界处。

辑径与辑身相接处的弯矩最大，其值为：

式中：用，一辐径与辐身相接处的弯矩；d-短颈直径；R-支反力，由于作用在轧

辑上的轧制力不对称，故轧辐两端的支反力大小不同，计算时应取数值较大者；

c-支反力(压下螺丝中心)至辑身边缘的距离，近似取为辑颈长度1的一半。

辐颈上的扭转应力：

T:吃一M“

"一叱，一。2/(2.1.14)

n~i+Mf+M0+Md(2.1.15)

式中：M"-作用在弯曲应力计算侧的幅颈与馄身交界处之短颈扭矩，N.m；Mz-

轧制力矩，N.m；传动过程中消耗的摩擦力矩，N.m；例。-空转力矩，N.m；

动力矩,N.m。

辐颈强度按弯矩合成应力考虑。因轧辐材质不同，故采用不同的计算公式:

1)采用钢轧辐，按第四强度理论：

%=弼+3%(2.1.16)

2)采用铸铁轧辐时，按莫尔理论：

(7/1=0.375cr〃+0.625^(7；+4rj

(2.1.17)

%<⑸

(2.1.18)

1.4.2.5辐头强度效核

辑头上的扭转应力(辑头截面如图2.1.4所示)：

.='777L-H=(。・5-0.6)[cr]

%，(2.1.19)

式中：W"-辑头抗扭截面系数，mm\。-辐头扭转应力，MPa；加“_传动该轧辑

最大扭矩，N.mm。

①对于平台式辑头

叱,=fo.325—-O.I25L,3=fo.65---0.45%

I4JIJ⑵1.20)

式中：h-扁头厚度，mm；d「扁头直径，mm。

—b

双*樽平台K爬形

图2.1.4轧机轧辐*昆头型式

②带单键槽的辑头:

W=0.19d；

n(2.1.21)

③带双键槽的辐头:

%=0.184：

(2.1.22)

④矩形断面的辐头:

(2.1.23)

式中，〃-矩形断面长短边的影响系数。

1.4.3二根板带轧机的轧辑强度效核

①二辐受力分析及内力图(见图2.2.5)

n

图2.L5二辑受力分析及内力图

②轧辐强度效核

⑴幅身校核：

_Mmm_(a/4-b/8)P<[.

。D八[八3一10」

WD01D(2.1.24)

⑵辑颈强度效核口

0J-Pc-Pl

,叼0.2J30.4/T」⑵125)

再按式(2.1.14、(2.1.16、(2.1.17、(2.1.18)计算。

③辑头的校核：

按式(2.1.19)及式(2.1.20)或(2.1.21)或(2.1.22)或(2.1.23)计

算。1.4.4四辐板带轧机的轧辐强度效核

1.4.4.1四辑板带轧机轧辑强度效核项目(见表2.1.7)

表2.1四辐板带轧机轧辑强度效核项目

计算部位工作辐支持辐

驱动方式辐身根颈辑头辐身辐颈辑头

作*昆驱动弯曲应力略扭转应力弯曲应力弯曲应力/

支持辑驱动弯曲应力（合成）略/弯曲应力弯扭合成应力扭转应力

1.4.4.2工作辐驱动轧辐强度效核

⑴四辑轧机辑系受力分析（见图2.1.6）、工作辐受力图及其内力图（见图

2.1.7a）支持辑受力图及内力图（见图2.1.7b）

图2.1.6四短轧机辑系受力分析图

（a）工作辐受力图及其内力图（b）支持辑受力图及内力图图

图2.1.7工作辐、支持辐受力图及内力图

⑵工作辑强度效核

工作辑辑身垂直面最大弯矩:

M孙max=(L_8)P/8(2.1.26)

工作辑辑身最大弯曲应力:

a="如max=（L-b）Pw向

%0.80：

(2.1.27)

工作辐辐头最大扭转剪应力：

.="W㈤=（0.5-0.6）⑸

(2.1.28)

⑶支持辑强度效核

支持辑辑身最大弯矩：

"mmax=（2""P/8

(2.1.29)

支持辑转身最大弯曲应力：

0="D2max=W-.4r1

ax

购08。：(2.1.30)

支持辑辑颈最大弯矩：

此2max=2"2(2.1.31)

支持辑辑颈最大弯曲应力：

c二PCJ（一）＜3

d2mm0.2退0.4/

⑵1.32)

1.4.4.3支持辐驱动轧辐强度效核

⑴四辐轧机辐系受力分析（见图2.1.8）、工作辑受力图及其内力图（见图

2.1.9a）、支持辑受力图及内力图（见图2.1.9b）

图2.1.8四辐轧机辑系受力分析图

图2.1.9工作辐、支持辑受力图及内力图

⑵工作辑强度效核

①工作较辐身最大弯曲应力（垂直）

MzClmax=(L-b)psr1

°D1max-l

Wt―0.80：J

⑵1.33)

②工作辑辐身最大弯曲应力（水平）

工作辐承受支持辐沿辐身全长加于其上的水平摩擦力：

T二y

°2（2.1.34）

辐身中央的水平弯矩：

%。"=（2。。-4/8

(2.1.35)

辑身中央的水平弯曲应力：

_例如max_Wo-L）P<

""ax———-080：-

(2.1.36)

③辐身中央之合成弯曲应力

bp—7^51max+Cr£Hmax-[°]

(2.1.37)

⑶支持辐强度效核

支持辐辑身最大弯曲应力:

CT="-max=(—二［P<向

2max

W2O.8D2L

(2.1.38)

②支持辑辑颈强度效核

支持辐辐颈最大弯曲应力：

*ax3⑸

0.2%0.4%(2.1.39)

支持辐辐颈危险断面扭转应力:

Td2=-----=--------7—H

卬“0.2"

+3

%=加婿<[CT](2.1.40)

③支持辑辑头最大扭转剪应力:

考或明（。5-06）⑸

(2.1.41)

1.4.4.4接触应力的计算（见图2.110）

四辑轧机工作辑与支持辑接触面及工作辐与轧件接触面，在轧制力作用下均

将产生大的交变接触应力，但由于辐间接触面积远远小于工作辐与轧件间的接触

面积，故两辑间产生很大的交变接触应力，致辑面产生剥落。

图2.1.10轧辑接触面上的应力与深度关系

⑴正应力（半径方向的法向正应力）

半径方向的法向正应力接触面的中间最大，按赫兹公式计算:

=Iq」M)

'+长2)。「2(2.1.42)

式中，q-加在接触面表面单位长度上的负荷；n、n-工作辑与支持辑的半径；

KJ*K

Ki、K?-与轧辐材质有关的系数，‘您I,2您2,E1、E?-轧辐材料的

弹性模量，5、U「轧辑材料的泊松比。

。“而=0.418^55=0.637:

当R=E,u尸山时，VJb-接触压扁宽度)。

此应力虽大，但变形区中材料近似三向压缩状态，无大的危害。

⑵切应力z

表面深度z=0.39b时：

­=0.304<Tmax<H=(0.5-0.6)[<T](2,1.43)

⑶/

以深度z=0.25b为对称的交变应力，在x=±0.425b处：

Ra=0-256<Tmax<㈤=(0.5-0.6)[cr]的/44)

%，，是造成幅面剥落的主要原因。

1.4.5轧辑几种典型的断裂形式(见表2.1.7)

表2.1.7几种典型的断裂形式

原因分析

钢板轧辑根身中间部位断裂，断口较平直为轧制压力过高、

轧辐激冷等原因。如断口由一圈氧化痕迹，则为环状裂纹发

展造成

带孔型轧根在槽底部位断裂，常发生在九根式用后期。如

新辐出现断裂应检查轧制压力、钢温、压下量等工艺机轧辐

材质

根颈根部断裂，常发生在加工轧辐时根部圆角半径r过

GES-小，造成应力集中，应加大圆角半径。轴承温度过高也可能

出现根颈断裂

根颈扭断，断口呈45°,当扭矩过大时传动端可能出现

（一卜_^根头扭断，常从根头根部断裂

LJ^-当冷轧薄带钢时，轧辑压靠力过大，此时扭矩可大于轧制

~力矩，启动轧机可能断辑头_______________________________

1.5四辐板带轧机工作辐的稳定性及临界偏移量的确定

1.5.1四辐板带轧机存在偏移量的原因

⑴为保证工作辐在轧制过程中不产生径向跳动、轴向窜动、水平方向移动，

甚而交叉歪斜，则需轧辑压下装置作用于支持辑轴承座上以控制径向跳动；轴承

座止推轴承控制其轴向窜动；水平方向需不变一定数值的约束力（产生摩擦力矩

将工作辐压靠在支持辐身上）从而保证工作辐的稳定，实现稳定轧制。

⑵由于工作辑与其轴承；支持辑轴承与其轧辐；轴承与轴承座间；支持辑轴

承座与机架窗口间由于装配关系均存在间隙，如无水平约束力，轧辐会水平移动,

破坏工、支间的摩擦条件。

⑶工、支持辑水平方向存在一定偏移量一产生一定水平约束力一作用在工

作辐辑颈上与摩擦园相切，使工作辐压靠在支持辐上。

1.5.2工作相驱动时的临界偏移量的确定

⑴轧辑受力分析（见图2.1.11、图2.1.12）

图2.1.11工作较未偏移时的轧辐受力图2.1.12工作辑驱动时工作辐正向偏移的受力

①支持辑受力分析作用在支持辐轴承上的支反力2R,方向切于支持辑摩擦

园上；工作较给予的作用力P。，Po=2R,方向相反作用在同一直线上，与垂线夹

角为U+3）,二力平衡；由力矩平衡可知，支反力2R产生摩擦力矩

Mf=2R•p=Ru2d2

J2o

②工作辐受力分析

同样，支持辐给予工作辐反作用力必与P。大小相等，方向相反；轧件给工

作辑反作用力P（轧制压力）与轧辑垂线得夹角为“；水平力外、作用在工作较

辐颈上且切于工作辐摩擦园，位于工作辐辐心线以下，产生的摩擦阻力矩

M[=2R-/?,=Ru，1

-O

⑵从图2.1.10可知:

①轧制压力与垂线的夹角”：

3=sin-1

7?i+7?2R+D?(2.1.45)

②辑心连线与垂线的交角3:

ThF〜F

(2.1.46)

③辐心连线与邦交角力：

(2.1.47)

④工作辑力的平衡条件：

ZFy=0Pcos(A+3)—Pacos=0

p°=cos”p

°cos(/l+6)(2.1.48)

Z=0Psin"+Pacos(/i+Px-0

P*=Psin收+Psin(4+b)=P|sin夕+tan(4+3)cos-]@[49)

结合式(2.1.45)、(2.1.46)、(2.1.47)、(2.1.48)、(2.L49),且°

则：Px=P(4+6+〃)(2.1.50)

⑤工作辑失稳条件：

P,=M4+b+〃）=o,2wo则：（4+b+M=o

整理得工作辑临界偏移量e。：

2+d+T,,一T”

2D2P

2⑵1.51)

物理意义：表明工作辑驱动时，当工作辑偏向轧件出口方向值时，工作辑

完全失不急。

1.5.3支持辐驱动时的临界偏移量的确定

参看图2.1.13、图2.L14,同理可推出支持辑驱动时，工作辑偏向轧件出

口方向e。时，工作辑完全失稳。

式中，a-轧制力臂，a=(p^h-R}o

图2.1.13工作辑未偏移时的轧辑受力图图2.1.14支持辎驱动时上作辎正向偏移的受力

1.5.4结论

⑴无论谁为主动辑，无论工作辑偏向入口还是出口，均可选取合适的

e=e+(4-5)mm,同样可获得所需的水平力乙,°,保证工作辐轧制稳

定,eT'P'，o

⑵相同的偏移量，对工作辐驱动而言，向出口方向偏移，对支持幅而

言