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线材 510 轧机 设计 机械设计

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IV 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页 线材510粗轧机设计 摘要 线材广泛应用于各种基础设施建设、建筑工程建设和金属制品行业，在我国的国民经济部门中占有重要地位 。这些年来，我国对线材性能和表面质量的要求越来越高，对线材的检查也越来越严格，只有符合标准的才可以出厂。所以，对线材的苛刻要求也推动了线材轧机的高速发展。线材轧机是小型轧钢机械。和其他轧钢机一样，主机列包括执行机构、传动机构和原动机三个基本组成部分。这次轧机设计收集整理了国内外先进的线材轧机，对设计方案进行了优化选择。第一步，根据压下量和轧制速度计算轧制力和力矩，对电动机进行了选择和校核。第二步，对主要零部件进行了受力分析和强度分析。第三步，对压下装置进行了设计。第四步，对润滑方式进行了选择和对该轧机进行了经济效益分析评价。关键词：线材轧机；轧制；强度；主传动；压下装置 The design of 510 wire rod mill Abstract Wire is widely used in all kinds of infrastructure construction ,construction engineering construction and metal products industry ,occupies an important place in the national economy departments in our country.Over the years ,our country more and more high to the requirement of performance and surface quality of wire rod ,inspection of wire rod is becoming more and more strict ,only conforming to the factory .So ,strict requirements for wire rod is also to promote the development of wire rod rolling mill of high speed . Wire mill is small steel rolling machinery . Like other rolling mill , the host column including actuators , transmission mechanism and prime mover of three basic parts . The mill design collects and analyses the domestic and foreign advanced wire mill , the design scheme is optimized choice . As s fist step ,quantity according to the calculation of rolling force and rolling speed and torque , motor for the selection and checking . Second ,the main components for the stress analysis and strength analysis . The third step , the design of pressure device . The fourth steep , lubrication method for the selection and the evaluation of economic benefit analysis of the rolling mill.Key words:wire rod rolling;rolling;strength;main transmission ; screw down 目录1 绪论11.1选材背景及目的11.2国内外线材轧机状况11.2.1国外线材轧机状况11.2 .2我国线材轧机状况21.3 设计的内容和方法41.4线材生产的工艺流程52 总体方案设计选择62.1制定合理的设计方案62.2方案的局部改进62.3方案评述63电机的选择83.1轧制力的计算83.1.1 轧辊主要尺寸的确定83.1.2 选择孔型83.1.3椭圆圆孔型的优点93.1.4轧制参数93.1.5平均单位压力的计算93.2轧机主电动机力矩与电动机功率133.2.1轧机主电动机力矩133.2.2 轧辊的驱动力矩133.2.3初选电机143.2.4 附加摩擦力矩153.3减速器164 主要零件的计算174.1 轧辊校核174.1.1 辊身弯曲校核184.1.2 辊颈强度校核184.1.3 轴头强度校核194.2 轧辊轴承的校核194.2.1轧辊轴承的选择194.2.2 轴承寿命计算205压下装置的设计225.1电机的选择225.1.1初选电机225.2 压下螺丝结构参数设计225.2.1 压下螺丝外径、内径、导程和螺纹升角的设计235.2.2 压下螺丝的强度校核235.3联轴器的选择与计算235.4齿式联轴器的选择与计算245.5 减速器齿轮的计算245.5.1蜗轮蜗杆的设计246 润滑方式的选择296.1 轧辊轴承的润滑296.2 齿式联轴器的润滑296.3 减速机的润滑297 试车方法和对控制系统的要求307.1 试车要求307.2 对控制系统的要求308 经济分析和评价328.1 工业技术经济指标328.2 技术经济指标的考核328.3 设备的有效度328.4 投资回收期33结 论34致 谢35参考文献36第 39 页 辽宁科技大学本科生毕业设计1 绪论1.1选材背景及目的线材是钢铁工业产品中的重要产品之一，它广泛用于各种建筑工程建设、建基础设施建设和金属制品行业。从线材轧机的发展历史看来，1960年以前，轧制速度达到40ms后就难以再提高了。但是，人类追求更为高效的生产工艺来提高线材轧制速度和线材成品精度的目标却一直没有停止过。在1960年以后,随着线材轧机技术水平的不断提高，各个国家相继研制出不同类型的新式高速无扭精轧机组，线材卷重由原来的几十公斤增加到两吨半，轧制终极出口速度由以前的20m/s30m/s提高到了现在的130m/s,成品公差达到011mm。因为线材的表面光洁,头尾公差值很小,并且采用穿水冷却和散卷控制冷却后，金属相组织更加均匀，所以不必再经过热处理就可拉丝成卷，从而很大程度上降低了成本,受到了大用户的好评和欢迎。目前具有代表性的精轧机有:内传动45度线材轧机、外啮合传动45度精轧机、X型45度集中传动精轧机、Y型三辊式精轧机、平立辊传动精轧机、75度15度集中传动精轧机这六种型式。这些精轧机和以前的老式轧机相比有如下特点:1) 单线连续轧制,操作方便、安全;2) 轧制速度高,目前可达130m/s;3) 换辊方便;4) 换导卫比较方便;5) 作业率高,成本低;6) 线材公差小,表面光滑;7) 线材内在质量高;8) 自动化控制水平高。1.2国内外线材轧机状况1.2.1国外线材轧机状况 目前各国最先进的高速线材轧机是： 1. 摩根无扭高速悬臂式45轧机。此轧机机组解决了轧机振动的问题，用的办法是取消了接轴式联轴器，采用精密螺旋伞齿轮与螺旋齿轮轧辊轴直接啮合连接，取代了普通精轧机上的万向接轴。目前这种轧机我国也有几个工厂进行引进：张家港沙太钢铁公司高速线材轧机的引进、湘钢引进摩根高速线材轧机、昆钢引进德国SMS公司的高速线材轧机、天津钢厂引进的美国摩根公司高速等。其特点是： 1)工艺布置优化。全线26架轧机呈平立交替轧制布置，轧件在整个轧制过程中无扭转； 2)高速轧制。精轧机的轧制速度是120m/s，引进了最新一代超重型V型精轧机，轧机的负荷、刚度、功率都优于标准型轧机； 3)产品的高档化。可以生产5.5mm-20mm共30个规格的线材产品； 4）产品盘重大。采用一锭一坯成品每盘单重2.2吨； 5)产品性能优质化。采用美国摩根公司最新研发的大风量斯太尔摩控制冷却设备，成品线材可以直接拉成高强度钢丝； 6)自动控制系统数字化。提高了轧制过程的可靠性、易操作性和控制精度。 2.日本东京钢公司高松厂棒线材生产连续作业线(产量90t/h)自1998年以来开始用无头轧制工艺生产线材。这条生产线包括圆坯连铸机(产品直径小于200mm,长度16-24m)、除鳞机、铸坯自动焊接机、清理毛刺机、感应加热器及轧钢机等，圆坯连铸前一块尾部与后一块头部经焊接后直接送轧钢机无间隙生产棒、线材。其优点是: 1）减少短尺产品，减少去头尾废钢，提高成材率； 2）因为采用无间隙生产，提高了生产率； 3）盘条卷重不受原料坯重限制； 4）减少了维修成本。1.2 .2我国线材轧机状况至2007年底，我国已经有60个高速线材生产厂共77条生产线在生产线材产品。主要线材生产设备靠引进的有32条；引进的二手设备有17条；我国自己设计制造的生产设备有28条。这77条线材生产线中，20世纪80年代建成的有20条；20世纪90年代建成的有36条；21世纪初建成的有21条。按地区划分，华东地区有28条；华北地区有19条；中南地区有13条；东北地区有8条；西南地区有8条；西北地区有3条。按省市划分，河北省的产量最高，2007年产量约占全国高线产量的22，其次为江苏省、上海市。沙钢是我国目前拥有高线生产线最多，产量最高(年260万t)的生产企业。1987年，我国高速线材产量打破了零的记录，产量为36.06万吨。到2007年我国高线产量约为3 705万吨，18年间高线产量增长了100多倍。从1997年开始，我国高线产量快速增长，每年平均递增量超过200万吨。特别值得一提的是：2002年的产量比2001年增加了725万吨，最主要原因是2000年至2001年期间，我国共有19条生产线投产，使高速线材的产能得以空前地释放。目前我国高线产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷墩钢、低合金钢等产品。马钢、酒钢、宝钢、武钢等一些钢厂还可生产钢帘线。产品规格一般为5.512mm的圆钢或螺纹钢。宝钢、武钢、杭钢、马钢等一些钢厂可生产5mm20mm的圆钢，邢钢还可生产大规格的盘卷。目前我国生产的高速线材产品大部分为建筑用材，其次为金属制品焊丝、焊条和各类标准件用钢。我国77条生产线的平均成材率为96.1，其中唐钢、酒钢的成材率高达98.35；平均单线年产量为40万吨左右。天钢、湘钢、宣钢、酒钢、昆钢、沙钢、萍钢的单线年产量也已达65万吨，甚至有的已经接近70万吨。目前，我国正在生产的77条高速线材生产线的设备水平大致可分为四个等级，即具有世界领先水平的生产线，世界二流水平的生产线，一般水平的生产线，较落后水平的生产线。具有世界领先水平的生产线主要以宝钢、马钢、新疆八一、安钢、酒钢、杭钢、青钢等高速线材生产线为代表，其主要特点是： 1)都是从德国西马克或意大利达涅利或美国摩根或奥钢联引进的生产线。或者以点菜拼盘的方式汇集了1990年以后世界线材生产的最新装备而建成。大都在20012003年正式投产。2)坯料采用连铸坯短流程热装热送工艺，热装温度达500750，加热炉采用蓄热式燃烧技术。3)轧制的保证速度达110120m/s。 4)采用超重型精轧机组和减定径机组，实现了完全意义上的精密轧制。5)采用了温度闭环控制系统，实现了真正意义上的控轧控冷。6)采用了全数字控制技术和交流变频调速技术，并设有在线测径和在线探伤装置。 7)生产效率和产品质量都能得到很好保障，完全具备了生产高品质线材产品的条件。 我国的高速线生产虽然取得了较好的成绩，但是，仍然存在着一些问题，主要表现为： 1)普碳钢线材品种中Q215和Q235比重较大，优质钢线材中合金钢线材的比例偏低。 2)部分产品的质量存有较大问题，例如：钢的纯净度不高，线材通条性能不稳定，含碳量的偏差较大。 3)虽然我国已经有多条世界一流的线材生产线，但生产出来的产品质量还达不到世界一流水平。例如：钢帘线，虽然宝钢、武钢等钢厂已经能够生产，但产量偏低且供应不足，尤其是产品的质量还不能令客户十分的满意，不能完全替代进口的钢帘线。冷墩钢的冲废率还较高，高强度低松弛的绳索用钢产量也远远不能满足市场的需求。 4)一些高品质的合金钢线材，纯净钢线材，易切钢线材如合金弹簧钢、不锈钢等还存在着品种和质量方面的很多问题，每年仍需大量进口。 5)我国高线的日历作业率和机时产量与先进国家的生产线相比，存在着很大的差距，造成日历作业率和机时产量低的原因除坯料供应不足外，还有是生产准备和更换尺寸所用的工时较长，设备备件寿命低且储备不足，设备维护监测手段不够完善，从而造成故障停机和检修工时长。 6)生产中热装率、燃耗、电耗等方面与先进国家的线材生产线相比也存在着一定的差距。 1.3 设计的内容和方法 首先，制定合理的设计方案，方案的局部改进和方案评述。然后，选择电机容量、主要零部件的强度校核和选择润滑方法，最后进行试车、编辑控制要求、设备的环保、可靠性和经济评价。1.4线材生产的工艺流程上料台架卸料入库钢坯 步进式加热炉加热装炉目视检查中轧机组轧制粗轧机组轧制7#飞剪切头4#水箱水冷15#飞剪切头预精轧夹送、吐丝成圈精轧1#、2#、3#水冷箱钩式机运输挂卷风冷称重挂标牌修剪取样打捆 发货入库卸卷2 总体方案设计选择2.1制定合理的设计方案 1-电动机；2-减速机；3-齿轮箱；4-轧辊 近年来，随着线材轧机的不断发展，对线材性能及表面质量要求也越来越高。对线材产品的化学成分、机械性能、晶粒组织及晶粒粒度都要做全面检验，符合标准才能出厂，这样就需要合适的线材轧机。此次设计方案选择线材510粗轧机组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的不断提高。2.2方案的局部改进 此次指定的设计方案轧机改为连续式布置，七架轧机单独驱动。主电机改为三相异步电动机。压下部分电机选用直流电动机，减速级采用蜗轮蜗杆减速，连接轴采用LZ型齿轮联轴器。2.3方案评述 线材510轧机水平两辊闭式线材轧机采用连续式布置，七架轧机分别单独驱动。主电机选择三相异步电动机，经过联合减速器带动轧辊转动。压下装置减速级采用蜗轮蜗杆，其优点是使用寿命长，减速的范围大。连接轴有有很多种，如梅花接轴、滑块万向接轴、十字头万向接轴、LZ型齿轮联轴器。LZ型齿轮联轴器用于联接蜗杆与减速器的低速轴，这种起重配件联轴器能传递的扭矩最大，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高，因此采用LZ型齿轮联轴器。直流电机与联合减速器之间采用弹性柱销联轴器，因为弹性柱销联轴器是利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴相对位置，因此可动元件之间所需要的间隙小。轧辊轴承是用来支撑转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置。轧辊轴承应具有小的摩擦系数，足够的强度和刚度，并便于换辊。轧辊轴承的主要类型有带层压胶布轴衬的滑动轴承、油膜轴承、滚动轴承。油膜轴承虽然摩擦系数低、使用寿命长，但油膜轴承的制造精度和成本高，安装精度要求较严，使用维护也复杂，特别是高速重载、频繁起止制动和可逆运转的情况下，不易形成膜。在本次设计中轧辊轴承采用轧机用四列滚子轴承。轧辊平衡装置采用液压平衡装置。液压平衡装置结构紧凑，与其他平衡方式比较，使用方便，易于操作，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动。所以有利于换辊操作。3电机的选择3.1轧制力的计算3.1.1 轧辊主要尺寸的确定 因为510轧机的名义直径为D=510mm，根据参考文献1,79知 L/D=（1.52.5） （3.1）式中 L-轧辊辊身长度（mm）； D-轧辊直径(mm); 因此，L=（1.52.5）D=（1.52.5）510=7651275mm 根据参考文献1,81知 d/D=（0.530.55） (3.2)式中 d-辊颈直径（mm）； D-轧辊直径(mm); 因此，d=（0.530.55）D=（0.530.55）510=270.3280.5mm 根据参考文献1,81知 l/d=1+（2030mm） (3.3)式中 l-辊颈长度（mm）； d-辊颈直径(mm); 因此，l=d+（2030mm）=280+（2030）=300310mm 实际上我们选用L=800mm，d=270mm，l=300mm，这样就可以完全满足要求了。3.1.2 选择孔型 轧制线材用的孔型按用途分为延伸孔型和精轧孔型。延伸孔型的作用是压缩轧件断面为成型孔提供红坯。精轧孔型的作用是使轧件最终形成所需的成品断面形状和尺寸。轧制线材常用的孔型按形状分有箱型孔型系统、菱方孔型系统、菱菱孔型系统、六角孔型系统、椭圆方孔型系统、椭圆立椭圆孔型系统、椭圆圆孔型系统等。这里选择椭圆圆孔型系统。为了保证粗轧机组轧制出断面尺寸准确的轧件，最后一道次采用圆孔型。3.1.3椭圆圆孔型的优点 1）方坯变形较为均匀，轧制前后轧件的断面形状变化缓和，可防止局部应力的产生。 2）轧件断面各处冷却均匀，且易于脱除轧件表面上的铁皮。 3）在一些情况下，可以用延伸孔型轧出成品圆钢，所以可减少轧辊数量和换辊次数。 4）椭圆轧件在圆孔型中不易稳定，要求圆孔型入口夹板调整准确延伸系数较少。3.1.4轧制参数 因为轧制不同的轧件轧制参数不同，所以现在列举一下轧制8.0mm时的参数表3.1 主要轧件参数规格表架次孔型孔型高度mm孔型宽度mm辊缝mm轧件高度mm轧件宽度mm轧件面积mm4#椭圆831831683160.011316.85#圆102109.7141021028508.96#椭圆631301063120.06256.57#圆76.28112.877.777.74739.83.1.5平均单位压力的计算 因为该轧机的工作温度是1140，又因为线材轧机的轧制力计算适用艾克隆德公式，所以采用艾克隆德公式。 艾克隆德提出了下列公式计算扎制时的平均单位压力 （3.4）式中 m-考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k-轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； -轧件粘性系数，kgs/mm -变形速度，s。 艾克隆德根据研究，提出了k、的计算公式。 他给出了下列计算系数m （3.5）式中 -摩擦系数 -轧制前后轧件的高度，mm； R-轧辊半径，mm。 其中=0.8（1.05-0.0005t）=0.384 （3.6） = =0.28 利用L、甫培热轧方坯的实验数据，得到k（MPa）的计算公式 （3.7）式中 t-轧制温度，； -碳的质量分数，%； -锰的质量分数，5; -铬的质量分数，%； 所以，在t=1140, 由文献2,18-35查出：=0.2%，=0.25%，=0. =（14-0.011140）1.4+0.2+0.25+09.8 =47.138MPa 轧件粘度系数按下式计算 （3.8）式中：c-考虑轧制速度对的影响系数，其值如下：轧制速度v/（ms-）661010151520系数c1.00.800.650.60 所以 =0.01（14-0.011140）1=0.026kgs/mm 艾克隆德用下式计算变形速度 （3.9） 式中 v-轧制速度，mm/s； -轧制前、后轧件的高度，mm； R-轧辊半径，mm。 =140-95=45mm 所以=0.2（1/s） 所以平均轧制力 =（1+0.28）（47.138+0.0260.2）=60.34MPa3.1.6计算轧制力 根据参考文献1，56 扎件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积， 即 （3.10） 式中 P-扎件对轧辊的总压力，N； -轧制平均单位压力，N； F-轧件和轧辊接触面积，mm 接触面积F的一般形式为 （3.11） 式中 -轧制前、后轧件的宽度； L-接触弧长度的水平投影。 因为扎制时是由椭圆变成圆形的，所以平均压下量 （3.12） =0.85140-0.7995 =43.95mm 根据参考文献1,56知 =105.86mm （3.13） 所以 =9262.75mm 所以本次的总轧制力 =60.349262.75=558914.33N=558.91KN3.2轧机主电动机力矩与电动机功率3.2.1轧机主电动机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，即 （3.14） 式中 -主电动机力矩； -轧辊上的轧制力矩； -附加摩擦力矩； -空转力矩； -动力矩； i-电动机和轧辊之间的传动比。3.2.2 轧辊的驱动力矩 （3.15） （3.16）式中 P-轧制力； a-轧制力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离； -轧辊轴承处摩擦圆半径； D-轧辊直径； d-轧辊轴颈直径； -合力作用点的角度； -轧辊轴承摩擦系数：取=0.02. 两个轧辊总驱动力矩为 （3.17） 由参考文献1,65知的计算方法 热轧时 （3.18） 式中 -咬入角，其计算公式为 （3.19） 代入数据 =24.25 =0.5=0.524.25=12.125 所以 =558.91（510sin12.125+0.02270) =62890.25Nm3.2.3初选电机 因为v=0.9m/s 所以 r/min （3.20） 式中 v-轧制速度，m/s D-工作辊直径，mm。 根据过载条件确定电机功率，由参考文献1，73 （3.21） 式中 N-电机功率，KW； -最大力矩，Nm； -轧辊转速，r/min； K-电机过载系数，因为选择不可逆电机，所以选择K=2； -传动效率，=0.8。 所以=139.53KW 考虑到一些因素，所以选择电机为三相异步电动机 型号为：Y315L2-4型。 电机参数如下： 额定功率： 额定转速： （3.22） 电动机与轧辊之间的传动比i： （3.23）3.2.4 附加摩擦力矩 附加摩擦力矩包括两部分，一是轧辊总压力在轧辊轴承处产生的附加摩擦力矩，二是各传动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩。 （3.24）式中 -主电机到轧辊间的传动效率，单级齿轮传动=0.960.98，这里取0.98.= 主电机轴上的总的附加摩擦力矩为： （3.25） 空转力矩是由各传动件的重量产生的摩擦力矩及其他阻力矩， （3.26） 因为轧件长度很长，所以动力矩很小，因此动力矩忽略不计。 因此主电机力矩： （3.27） = = 所以，过载系数为： （3.28） =K=2 所以选择的电机符合过载要求。3.3减速器 最常见的减速器是二级或三级圆柱减速器，由于减速器不用设计，可以直接采用成品装配，所以减速器选用ZSY-400-5-型。公称传动比i输入转速r/min输出转速r/min低速级中心距mm公称输入功率Kw50150030355 195 4 主要零件的计算4.1 轧辊校核 轧辊的损毁取决于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分度不均匀或者交替变化引起的温度应力以及轧辊制动过程中形成的残余应力等）的综合影响。由于线材轧机的轧辊辊身上布置有许多孔型和轧槽。因此，轧辊的轧制力可看成集中力。因为轧件在不同轧槽中轧制时，外力的作用点总是变动的。所以要分别判断不同轧槽过钢时轧辊各断面的应力，进行比较，找出危险断面。本次设计的轧辊辊身中间位置只有一个轧槽，所以危险面应该为中间断面。 图4.1 轧辊受力分析 将轧辊简化成两端支撑的简支梁，所以， P=558.91KN 根据图4.1得到： +=P (4.1) = (4.2)式中 、-压下螺丝对轧辊的力，KN; 、-危险断面到压下螺丝的距离，mm，=600 mm，=600 mm。 由公式 (4.1)与 (4.2)得出 = 279.455KN =279.455KN对轧辊校核时，对辊身进行弯曲校核，对辊颈进行弯扭合成校核，对轴头进行扭转校核。4.1.1 辊身弯曲校核 根据参考文献4,128计算危险断面处的应力： （4.3）式中 -辊身危险断面处的弯矩，Nm； D-轧辊断面处的直径，mm。 根据参考文献4,128 Nm （4.4） 式中 - 辊身危险断面处的弯矩，Nm； a-压下螺丝的中心距，mm； x-为线段面到压下螺丝的距离，mm。 因此，公式（4.3） = 因为轧辊是铸铁轧辊，根据文献参考1,87得 =350400MPa。考虑到疲劳因素的影响，因此轧辊的安全系数一般取5，则： 因为，所以辊身强度合格。4.1.2 辊颈强度校核根据参考文献4,128辊颈危险断面上的弯曲应力为： = （4.6） 式中 C-压下螺丝中心线到辊身边缘的距离，近似取为辊颈长度的一半，mm； d-辊颈直径，mm。 根据参考文献4,129辊颈危险断面上的扭转应力为 （4.7）式中 -轴颈危险断面的扭矩，Nm； d-辊颈直径，mm。 辊颈强度按照弯扭合成计算。对于球墨铸铁轧辊，按莫尔理论计算，根据参考文献1,87得： = =25.09MPa （4.8） 因为，所以辊颈强度合格。4.1.3 轴头强度校核 对于轴头只校核扭转应力，因此： （4.9） 根据参考文献2,18-25： =0.7= （4.10） 因为，所以轴头强度合格。4.2 轧辊轴承的校核4.2.1轧辊轴承的选择 轧辊轴承是轧钢工作机座中的重要部件。轧辊轴承的作用是用来支撑转动的轧辊，并保持轧辊在机架中的位置。 轧辊轴承的工作特点：工作负荷大；转动速度差别大；工作环境恶劣。 轧辊轴承应具有较小的摩擦系数，足够的强度和刚度，并且方便更换轧辊。轴承所承受力的大小，方向和性质是选择轴承类型的主要依据。根据载荷大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要是线接触，宜用与承受较大的载荷，承载后的变形也小；而球轴承则主要是线接触，适宜用于承受较轻的或中等的载荷。考虑到粗轧机的工作特点，选择滚子轴承。 根据轧辊尺寸和轧机的工作特点选择轴承型号，初选轴承型号为FC5476230.根据参考文献5,20-179得到它的参数见表4.1 表4.1 FC5476230轴承的基本参数轴承型号 主要尺寸/mm 基本额定载荷/KNd DB动载荷静载荷FC5476230270380230298214047504.2.2 轴承寿命计算 轧辊轴承主要计算的是轴承的寿命。动载荷和轴承寿命之间的关系，根据参考文献6,320得到： （4.11）式中 -以小时表示的轴承基本额定寿命，h； n-轴承的转速，r/min，n=30r/min； -温度系数，取0.9； -额定动载荷，N； -寿命指数，因为是滚子轴承，所以=10/3； P-动载荷，N。 因为轧机采用四列圆柱滚子轴承，所以，取轴向载荷为零，当量动载荷P为： （4.12） 式中 -载荷系数，由于轧机在工作中受到许多因素的影响，轴承实际载荷要比计算载荷大，所以，取=3.0； -轴承径向负荷，=279455N。 =3279455=838365N 将数据代入 （4.11）得 = 轴承寿命按=60000h计算，因为，所以，轴承满足寿命要求。5压下装置的设计 一般线材轧机的压下装置装置包括联轴器、减速器等。5.1电机的选择5.1.1初选电机 因为v=0.1mm/s，压下力矩63000Nm所以r/min （5.1） 式中 v-轧制速度，m/min D-压下轴直径，mm。根据过载条件确定电机功率，由参考文献1，73 （5.2） 式中 N-电机功率，KW； -最大力矩，Nm； -压下轴转速，r/min； K-电机过载系数，因为选择不可逆电机，所以选择K=2； -传动效率，=0.8。 所以=6.18KW 考虑到一些因素，所以选择电机为Z4-132-2型 电机参数如下： 额定功率： 额定转速： （5.3）5.2 压下螺丝结构参数设计 5.2.1 压下螺丝外径、内径、导程和螺纹升角的设计 本机构采用30单头锯齿形螺纹，根据公式得： （5.4） 取压下螺丝螺纹外径=150mm 根据自锁条件要求螺纹升角0.39 螺纹导程 （5.5） 取 t=3mm 压下螺纹内径 （5.6）5.2.2 压下螺丝的强度校核 （5.7） 选择压下螺丝材料为45钢调制处理 取安全系数n=6 则许用应力 （5.8） （5.9） 式中 -压下螺丝实际计算压力，MPa； -压下螺丝所承受的轧制力，MN。5.3联轴器的选择与计算 此次设计所选用的是弹性柱销联轴器。工作时转矩是通过主动轴上的键、半联轴器、弹性柱销、另一半联轴器及键传到从动轴上去的。它具有传递扭矩大，结构简单，安装、制造方便，耐久性好、允许被连接轴有一定的轴向位移以及镜像唯一和角速度。联轴器选用的型号是LZ10如果满足 （5.10） 式中 T-联轴器计算转矩，Nm； K-工作情况系数，取K=3.1； P-电机功率，KW。 -公称转矩，Nm ，=35500Nm = Nm 因为T，所以满足强度要求。5.4齿式联轴器的选择与计算考虑到联轴器传递的大扭矩，较大的偏移量和安装要求。选择LZ型齿轮联轴器，选择的联轴器型号为：LZ14根据参考文献5,6-44齿式联轴器的强度校核： 如果满足 （5.11）式中 T-联轴器的计算转矩，Nm； K-工作情况系数，取K=3.1 -驱动力矩，=4000.990.94=372.24KW； n-工作转速，r/min。n=905r/min. =103.81KNm 因为T ，所以满足强度要求。5.5 减速器齿轮的计算5.5.1蜗轮蜗杆的设计 1.选择蜗杆传动类型 根据GB/T 10085-1988的推荐，采用阿基米德螺线蜗杆。传动比i=25。要求寿命为24000h。 2.选择材料 考虑蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆用35CrMo钢；蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用ZCuSn10P1，金属模铸造。 3.按齿面疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。其公式为： （5.12） （1）确定作用在蜗轮上的转矩 按=2，估取效率=0.8，则 =2110500Nmm （5.13） （2）确定载荷系数K 应为工作载荷较稳定，所以取=1；使用系数=1.15；动载系数=1.05；所以 （5.14） (3) 确定弹性影响系数。 （4） 确定蜗轮齿数 （5.15） （5）确定许用接触应力 根据蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC 可从参考文献6,253表11-7中查的蜗轮的基本许用应力 =268MPa。 应力循环次数 （5.16） 主要寿命 （5.17） 则=0.80268=214.4MPa （5.18） （6） 计算值 mm=5118.72mm 因为，所以从参考文献6,245表11-2中取模数m=10mm；蜗杆分度圆直径。 4.蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸 （1）中心距 (5.19) （2）蜗杆 轴向齿距： ； 直径系数： ； 齿顶圆直径： ； 齿根圆直径： ； 分度圆导程角： =92744； 蜗杆轴向齿厚： 。 （3）蜗轮 蜗轮分度圆直径： ； 蜗轮喉圆直径： ； 蜗轮齿根圆直径： ； 蜗轮咽喉母圆半径： 。 5 校核齿根弯曲疲劳强度 （5.20） 当量齿数： （5.21） 根据当量齿数从参考文献6,253中查的齿形系数 螺旋角系数 （5.22） 许用弯曲应力 （5.23） 从参考文献6,253中查的ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。 寿命系数 （5.24） =17.8MPa 所以，弯曲强度满足要求。 6 验算效率 （5.25） 已知 =9.46； ； m/s （5.26） 从参考文献6,261中用插值法查的、；代入式（5.16）中得=0.84，大于原估计值，因此不用重算。 7 精度等级公差的确定 考虑所设计的蜗杆传动是动力传动，从GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T 10089-1988。 8 主要设计结论 模数m=10mm，蜗杆直径，蜗杆头数，蜗轮齿数。蜗杆材料用35CrMo钢，齿面淬火；蜗轮材料用ZCuSn10P1，金属模铸造。6 润滑方式的选择 为了保证线材轧机的正常运转，除了各项的维护、保养外，还必须保证各零件摩擦部分有可靠的润滑。轧钢机械润滑的特点： 1.设备工作时受到高温、氧化铁皮的影响，负荷沉重，设备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轧辊轴承，使用脂润滑。使用脂润滑不仅便宜而且还方便。它的密封简单、不必经常换润滑脂，而且润滑脂几乎不受温度影响，对载荷性质、运动速度变化也有很大的适应范围，所以工作辊轴承采用脂润滑。根据实际工作情况采用2#工业锂基质润滑脂。6.2 齿式联轴器的润滑 齿式联轴器一般采用0#或1#润滑脂润滑，换脂周期为6-12个月，要求润滑剂粘着性好，对密封要求不严。6.3 减速机的润滑影响减速器的使用寿命，除了设计、制造、安装、造型等因素外，选用合适的润滑剂也是一个重要因素，即将齿轮和其他零件浸于减速机的油池内，当齿轮转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将润滑油甩到箱壁上散热，部分油又回到箱内的油沟中去润滑轴承。7 试车方法和对控制系统的要求7.1 试车要求 将轧机安装完毕后，应该对该轧机进行预调整，预调整包括轧辊的辊缝调整与设定，导卫装置的安装和调整，轧辊的轴向和水平调整等。试车要求如下:1. 安装完毕并且检查后，进行试运转，运转前各个辅助系统（供水、液压、润滑等）必须保证正常工作。2.试运转顺序为:首先对电机进行空载运行，如果电机合格后再带动减速机运转。一切正常后再带动轧机进行试运转。启动时，先点动几次试验，观察各个部件动作，确认正确后可以进行正式启动。3.试车运转过程中，应该立即检查各个部件情况，各部限位开关位置是否正常等，滚动轴承温度不得超过70，运转小时为8h。4.换辊小车、压下装置和液压平衡缸往复运动510次。运转过程中要灵活，不能有卡阻现象。各个液压元件不能有泄露现象。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0.9m/s时： （1）达到0.95m/s时，发生间断性响铃警报。 （2）达到1m/s时，发生连续性响铃警报，并且系统强行断电。 2.对控制系统的要求 在选择控制系统时，因为控制时间短，要求比较快，否则将影响产品质量。这不仅对静态误差有很高的要求，对动态品质要求也很高。所以，我们将其控制系统选择为电枢可逆系统，减少其制动时间。同时，在轧钢系统中，除了对速度和电流控制有一定的要求外，它对张力控制、活套控制、级联控制要求也比较高。为了完成微张力控制和无张力控制，在选择传输系统时，不仅要考虑到模拟量的控制，还要要照顾到开关量的控制；既要考虑到速度量的控制，又要完成位置量的控制。所以，我们可以将其控制系统选择为智能全数字传动系统。 3.对电机的要求 在选择电机时，除了要满足技术要求以外，还要满足以下几点要求： （1）成本费用； （2）冷却方式的选择； （3）电机功率、电机转速和轧制速度的选择； （4）维护维修。8 经济分析和评价8.1 工业技术经济指标工业技术经济指标是用来表明原材料、动力、设备等利用程度和反映生产技术水平、经济效果和产品质量的各种指标的总称。这些反映了企业的生产水平和管理制度的执行情况，是评价现在生产工艺是否合理的重要指标，是评价线材生产各项工作优劣的主要依据。每个工业企业都有一套与其技术设备、工艺流程、所用原材料和产品特点相适应的技术经济指标。主要有：1.产品质量指标。包括合格率、成品返修率、等级率、废品率等。2.原材料、动力消耗指标。3.设备利用程度指标。8.2 技术经济指标的考核 考核线材轧机产量的主要指标有轧机日历工作效率和有效作业率两个方面。1.所有的轧机在生产中都有一定的停轧时间，这就使得轧机的实际工作小时小于日历工作时间。以实际工作时间为分子，日历时间减去计划停修时间为分母求得的百分数叫做轧机日历作业率。线材轧机的日历作业率是国家考核企业日历时间利用程度的指标。轧机的日历作业率也高，其年产量也就越高。2.在线材生产过程中，因为作业制度和生产方式的不同，按日历作业率考核不能充分说明轧机的有效作业情况。为了更好的分析、研究轧机的生产效率，企业内部一般都采用轧机有效作业率考核实际生产作业水平。实际工作时间占计划工作时间的百分比，称为有效作业率。提高线材轧机作业率的主要办法是：减少非计划停工时间；减少质量、工艺操作事故；减少设备检修时间和次数；加强生产管理，制定合理的轧制图表，组织好生产；采用现代化技术，提高机械化、自动化程度。8.3 设备的有效度对于可以修复的设备，由于发生故障后，可以修理恢复到正常工作状态。所以，从开始工作到发生故障阶段即为可靠度，从发生故障后进行维修到恢复正常工作阶段即为维修度。两者相结合，就是设备的有效度。 （8.1）式中 MTBF-平均故障间隔期，h； MTTR-平均维修时间，h。设备工作时间为60000h，可能发生10次故障，每次处理故障时间平均为10h，检修时间为200h。 8.4 投资回收期 表8.1 有关资料表 （万元）时间（年）12345678910投资年收益20001000600900110014001400140014002200累计净收益-2000-3000-2400-150040010002400380052007400投资回收期（ （8.2）即： =5.3年式中 -行业投资回收期，重型机械=17年。 因为 所以满足要求。结 论 以上是我对510线材粗轧机的设计和计算的主要过程。在这次毕业设计前期，我阅读了很多有关线材轧机方面的书籍，并且在鞍钢线材厂进行了为期一个月的实习。在实习期间，我学到了很多在课本上学不到的知识，同时我也对线材