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鞍山科技大学本科生毕业设计 第 1 页 全套全套 CADCAD 图纸，联系图纸，联系 153893706153893706 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 120120 毫米断面轧成 3333 毫米的断面是粗轧阶段，从 3333 毫米断面 轧成 1717 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 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 2 页 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晶粒组织，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 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。粗轧机采用箱立箱、六角 方发展，中轧采用菱方发展，精轧采用椭圆方发展。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圆孔型系统。这类轧机前后道次变形均匀， 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 3 页 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 5060 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 70102 米/秒。该机组由 架组成，单线轧制，采用椭圆圆孔型系统。采用耐t 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： (1) 轧制速度快，生产率高； (2) 成品精度高，延伸率高，线材表面质量好； (3) 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 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 4 页 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 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 5 页 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 3333 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6.5 毫米线材，最多轧制 10 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 取空冷检验打包入库。 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。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 6 页 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 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 7 页 .主电机 .电机联轴器 .减速机 .齿形万向连接轴 .齿轮座 .梅花连接轴 .三辊轧机 .二辊轧机 图. 350 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 13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 .轴承座 .楔块 .机架 .调整丝杆 图. 压上系统的改进 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。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 8 页 如图 2.3 所示 ( a ) ( b ) a.改造前 b.改造后 图. 形架的改进 将形架合成两部分保证原形架的作用。 3 主电机容量的选择 3.1 轧制力的计算 3.1.1 轧辊主要尺寸的确定 轧辊的主要尺寸是：轧辊的名义直径，辊身长度，辊颈直径，辊颈长度 ，DLdl 辊头直径，辊头长度。 1 d 1 l 下面根据已给定的参数mm 确定其它主要尺寸。350D 由参考文献1，79表 3-2 可知： (3.1)5 . 25 . 1 D L 即 )5 . 25 . 1 (DL 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 9 页 =350（1.52.5） =525875mm 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 mm750 987654321 LLLLLLLLL mm550 1110 LL 由参考文献1，81表 3-5 可知： (3.2)55 . 0 53 . 0 D d 即 )55 . 0 53 . 0 (Dd =350（0.530.55） =185.5192.5mm 选mm。190d mm (3.3)3020(1 d l 即 )3020( dl )3020(190 mm215210 选mm。214l 由参考文献1，81可知： mm (3.4)1510( 1 dd )1510(190 mm180175 选mm。180 1 d 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 10 页 (3.5) 11 )8 . 07 . 0(dl 180)8 . 07 . 0( mm144136 选mm。140 1 l 3.1.2 轧制规程 1、压下统计表 表表 3.1 350 中轧机组压下统计表中轧机组压下统计表 (mm) 道 次 轧前高度 0 h 轧后高度 1 h 轧前宽度 0 b 轧后高度 1 b 平均压下量 m h 17048.683246.6820.53 23319.50335219.35 35232.5319.532.516.49 42313.50233713.55 53724.0513.524.511.21 61711.5017248.95 72418.3911.518.395.65 2、孔型图 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 11 页 图 3.1 轧机孔型图 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 12 页 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 (3.6)(1 (ukmPm 式中: 考虑外摩擦对单位压力的影响系数；m 轧制材料在静压缩时变形阻力,MPa；k 轧件粘性系数,kgs/mm ； 2 变形速度,s。u 1 其中： (3.7) 10 1010 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 式中： 摩擦系数。对于硬面铸铁可按下式计算，其中 为轧制温度；t (3.8) )0005. 005. 1 (8 . 0t )9000005 . 0 05. 1 (8 . 0 48 . 0 、轧制前后轧件的高度，mm； 0 h 1 h 轧辊半径，mm。R 利用 L.甫培（Pomp）热轧方坯的实验数据，得到（MPa）的计算公式：k (3.9)8 . 9)(3 . 0)()(4 . 1)01 . 0 4 . 1 (CrMnCttk 式中： 轧制温度，；t 碳的质量分数，；)(C 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 13 页 锰的质量分数，；)(Mn 铬的质量分数，。)(Cr 由参考文献2，127表 6.4 查得，轧件中：235Q ； ； 。2 . 0)(C5 . 0)(Mn0)(Cr 即 (3.10)8 . 9)(3 . 0)()(4 . 1)01 . 0 4 . 1 (CrMnCtk 8 . 903 . 05 . 02 . 04 . 1)90001 . 0 4 . 1 ( MPa 9 . 102 轧件粘度系数（kgs/mm ）按下式计算： 2 (3.11)ct)01 . 0 14(01 . 0 式中： 考虑轧制速度对的影响系数。因为轧制速度小于 6m/s，故取。c0 . 1c 即 ct)01 . 0 14(01 . 0 0 . 1)90001 . 0 14(01 . 0 kgs/mm05 . 0 2 艾克隆德用下式计算变形速度： (3.12) 10 2 hh R h v u 式中： 轧制速度，mm/s；v 、轧制前后轧件的高度，mm； 0 h 1 h 轧辊半径，mm。R 第一道次： 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 14 页 1101 11011101 1 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 68.4670 )68.4670(2 . 1)68.4670(17548 . 0 6 . 1 181 . 0 1101 1 1 2 hh R h v u 68.4670 175 68.4670 100032 s77.18 1 则 )(1 ( 111 ukmPm )77.1805 . 0 9 . 102)(181 . 0 1 ( MPa63.122 第二道次： 1202 12021202 2 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 5 . 1933 ) 5 . 1933(2 . 1) 5 . 1933(17548 . 0 6 . 1 402 . 0 1202 2 2 2 hh R h v u 5 . 1933 175 5 . 1933 100032 s74.31 1 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 15 页 则 )(1 ( 222 ukmPm ) 4 . 3105 . 0 9 . 102)(402 . 0 1 ( MPa49.146 第三道次： 1303 13031303 3 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 53.3252 )53.3252(2 . 1)53.3252(17548 . 0 6 . 1 254 . 0 1303 3 3 2 hh R h v u 53.3252 175 53.3252 100032 s68.23 1 则 )(1 ( 333 ukmPm )68.2305 . 0 9 . 102)(254 . 0 1 ( MPa52.130 第四道次： 1404 14041404 4 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 5 . 1323 ) 5 . 1323(2 . 1) 5 . 1323(17548 . 0 6 . 1 546 . 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 16 页 1404 4 4 2 hh R h v u 5 . 1323 175 5 . 1323 100032 s30.38 1 )(1 ( 444 ukmPm )30.3805 . 0 9 . 102)(546 . 0 1 ( MPa00.161 第五道次： 1505 15051505 5 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 05.2437 )05.2437(2 . 1)05.2437(17548 . 0 6 . 1 344 . 0 1505 5 5 2 hh R h v u 05.2437 175 05.2437 100032 s74.26 1 则 )(1 ( 555 ukmPm )74.2605 . 0 9 . 102)(344 . 0 1 ( MPa09.140 第六道次： 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 17 页 1606 16061606 6 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 5 . 1117 ) 5 . 1117(2 . 1) 5 . 1117(17548 . 0 6 . 1 604 . 0 1606 6 6 2 hh R h v u 5 . 1117 175 5 . 1117 100032 s32.37 1 则 )(1 ( 666 ukmPm )32.3705 . 0 9 . 102)(604 . 0 1 ( MPa04.168 第七道次： 1707 17071707 7 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR m 39.1824 )39.1824(2 . 1)39.1824(17548 . 0 6 . 1 405 . 0 1707 7 7 2 hh R h v u 39.1824 175 39.1824 100032 s34.25 1 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 18 页 则 )(1 ( 777 ukmPm )34.2505 . 0 9 . 102)(405 . 0 1 ( MPa35.146 由参考文献1，56可知轧制力的计算公式： (3.13)l bb PP m 2 10 式中： 、轧制前后轧件的宽度； 0 b 1 b 接触弧长度的水平投影。l 由参考文献1，56可知接触弧长度的水平投影的计算公式： (3.14) m hRl 式中： 轧辊半径；R 平均压下量。 m h 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： (3.15) 10 58 . 0 68 . 0 hhhm 对于方形轧椭圆： (3.16) 10 7 . 0 hhhm 第一道次： 11011 58 . 0 68 . 0 hhhm 68.4658 . 0 7068 . 0 mm53.20 则 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 19 页 11m hRl 53.20175 mm94.59 则 1 1101 11 2 l bb PP m 94.59 2 68.4632 63.122 N289166 第二道次： 12022 7 . 0 hhhm 5 . 197 . 033 mm35.19 则 22m hRl 35.19175 mm19.58 则 2 1202 22 2 l bb PP m 19.58 2 5233 49.146 N362281 第三道次: 13033 58 . 0 68 . 0 hhhm 53.3258 . 0 5268 . 0 mm49.16 则 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 20 页 33m hRl 49.16175 mm72.53 则 3 1303 33 2 l bb PP m 72.53 2 5 . 32 5 . 19 52.130 N182300 第四道次: 14044 7 . 0 hhhm 5 . 137 . 023 mm55.13 则 44m hRl 55.13175 mm70.48 则 4 1404 44 2 l bb PP m 70.48 2 3723 161 N235221 第五道次: 15055 58 . 0 68 . 0 hhhm 05.2458 . 0 3768 . 0 mm21.11 则 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 21 页 55m hRl 21.11175 mm29.44 则 5 1505 55 2 l bb PP m 29.44 2 05.24 5 . 13 09.140 N116491 第六道次: 16066 7 . 0 hhhm 5 . 117 . 017 mm95 . 8 则 66m hRl 95 . 8 175 mm58.39 则 6 1606 66 2 l bb PP m 58.39 2 2417 04.168 N136346 第七道次: 17077 58 . 0 68 . 0 hhhm 39.1858 . 0 2468 . 0 mm65 . 5 则 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 22 页 77m hRl 65 . 5 175 mm44.31 则 7 1707 77 2 l bb PP m 44.31 2 39.18 5 . 11 35.146 N68766 3.2 电机轴上力矩的计算 由参考文献1，60可知轧制力矩的计算方法： (3.17)( 11 aPMMM fZK (3.18)Sin D a 2 (3.19) 2 1 d 式中： 轧制力；P 轧制力臂，即合力作用线与两个轧辊中心连线的垂直距离；a 轧辊轴承处摩擦圆半径； 1 轧辊直径；D 轧辊轴颈直径；d 合力作用点角度； 轧辊轴承摩擦系数，对于胶木瓦轴承取。02 . 0 对于简单的轧制，每个道次两个轧辊总驱动力矩为： (3.20)(2dSinDPMM KK 由 参考文献1，65可知的计算方法： 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 23 页 热轧时： (3.21)5 . 0 式中： 咬入角，其计算公式为： (3.22)1arccos( D hm 第一道次： )1arccos( 1 1 D hm ) 350 53.20 1arccos( 723.19 则 11 5 . 0 723.195 . 0 8615 . 9 则 )( 111 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 8615 . 9 350(289166 Sin Nm18433 第二道次： )1arccos( 2 2 D hm ) 350 35.19 1arccos( 141.19 则 22 5 . 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 24 页 141.195 . 0 5705 . 9 则 )( 222 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 5705 . 9 350(362281 Sin Nm22459 第三道次： )1arccos( 3 3 D hm ) 350 49.16 1arccos( 658.17 则 33 5 . 0 658.175 . 0 8290 . 8 则 )( 333 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 8290 . 8 350(182300 Sin Nm10486 第四道次： )1arccos( 4 4 D hm ) 350 55.13 1arccos( 995.15 则 44 5 . 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 25 页 995.155 . 0 9975 . 7 则 )( 444 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 9975 . 7 350(235221 Sin Nm12348 第五道次： )1arccos( 5 5 D hm ) 350 21.11 1arccos( 540.14 则 55 5 . 0 540.145 . 0 2700 . 7 则 )( 555 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 2700 . 7 350(116491 Sin Nm5602 第六道次： )1arccos( 6 6 D hm ) 350 59 . 8 1arccos( 985.12 则 66 5 . 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 26 页 985.125 . 0 4925 . 6 则 )( 666 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 4925 . 6 350(136346 Sin Nm5914 第七道次： )1arccos( 7 7 D hm ) 350 65 . 5 1arccos( 309.10 则 77 5 . 0 309.105 . 0 1545 . 5 则 )( 777 dSinDPMK 3 10)19002 . 0 1545 . 5 350(68766 Sin Nm2424 电机轴上的力矩为： 7654321 KKKKKKKK MMMMMMMM 24245914560212348104862245918433 Nm77666 3.3 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 D N 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 27 页 (3.23) K nM ND 9550 max 式中: 最大静负荷力矩,Nm； max M 传动系统总效率，初选时选；85 . 0 电机过载系数，取；K2K 轧辊转数，r/min。n 其中： (3.24) D v n 60 35014 . 3 1000360 r/min 8 . 163 则 K nM ND 9550 max 285 . 0 9550 8 . 16377666 KW 6 . 783 由参考文献3可查得应该选用的电动机为： ，KW，r/min。800YR1250/6800 er N930 er n 由参考文献1，68可知，主电动机轴上的力矩的计算方法： (3.25) donKonf fZ D MMM i MM M 2 1 式中： 轧辊上的轧制力矩； Z M 轧辊轴承上的摩擦力矩； 1f M 传动机构及其它转动件中的摩擦力矩； 2f M 空转力矩； Kon M 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 28 页 动力矩，由于轧件很长，故可忽略不计； don M 电动机和轧辊之间的传动比。i 其中： (3.26)11 2 1 d M f 式中: 轧辊轴承摩擦系数,对胶木瓦轴承,取。02 . 0 轧辊轴颈直径；d 11轧辊数量。 即 11 2 1 d M f 1102 . 0 2 10190 3 Nm 3 10 9 . 20 (3.27) n n i er 8 . 163 930 68 . 5 (3.28) i MM M fZ f 1 1 2 ) 1 1 ( 式中： 电动机到轧辊之间的传动效率，取。 1 97 . 0 1 即 i MM M fZ f 1 1 2 ) 1 1 ( 68 . 5 10 9 . 2077666 ) 1 97 . 0 1 ( 3 Nm89.422 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 29 页 (3.29) erKon MM04 . 0 其中： 主电动机额定力矩。 er M 即 (3.30) er er er n N M9550 930 800 9550 Nm05.8215 则 erKon MM04 . 0 05.821504 . 0 Nm 6 . 328 则 donKonf fZ D MMM i MM M 2 1 0 6 . 32889.422 68 . 5 10 9 . 2077666 3 Nm09.14425 过载系数为： (3.31) er D M M K 05.8215 09.14425 76 . 1 K2 选择的电动机符合过载要求。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 30 页 4 主要零件的强度计算 4.1 轧辊的强度计算 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 (4.1)(xa a x PMD 式中： 辊身危险断面弯矩； D M 作用在轧辊上的轧制力；P 压下螺丝中心矩；a 危险断面到压下螺丝间的距离，取mm，mm。x286 1 x678 2 x 则 678 286 )()( 2 2 21 1 11 xa a x Pxa a x PMD 678 286 )678964( 964 678 281.362)286964( 964 286 166.289 Nm79.27425 678 286 )()( 1 1 12 2 22 xa a x Pxa a x PMD 678 286 )286964( 964 286 166.289)678964( 964 678 281.362 Nm68.48336 12DD MM 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 31 页 作用在轧辊辊身危险断面的弯矩为。 2D M 则 (4.2) 3 2 1 . 0 D MD D 式中： 计算断面的直径。D 则 3 2 1 . 0 D MD D 3 3501 . 0 100068.48336 MPa27.11 是铸铁轧辊 MPa350 b 400 则 (4.3) n b 5 400350 MPa8070 D 合格。 2、辊颈 由图 4.1 可看出断面载荷最大,所以只需计算此断面的强度。 辊颈危险断面上的弯曲应力和扭转应力分别为： d (4.4) 3 1 . 0 d Md d (4.5) 3 2 . 0 d MK 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 32 页 式中： 轧辊直径；d 辊颈危险断面处的弯曲力矩； d M 辊颈危险断面处的扭转力矩。 K M 其中： 286 107 11 Dd MM 286 107 79.27425 Nm70.10260 2 7654321 1 KKKKKKK K MMMMMMM M 2 24245914560212348104862245918433 Nm38833 2 765432 2 KKKKKK K MMMMMM M 2 242459145602123481048622459 Nm 5 . 29616 2 76543 3 KKKKK K MMMMM M 2 2424591456021234810486 Nm18387 则 3 1 1 1 . 0 d Md d 3 1901 . 0 100070.10260 MPa96.14 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 33 页 3 1 1 2 . 0 d MK 3 1902 . 0 100038833 MPa31.28 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 34 页 x P1 P2 R2 R1 1 x2 M T MD 2= 48336.68N m M D 1=27425.79N m T=38833N m T=29616.5 N m T=18387N m 1 2 3 M K 1 M K 2 M K 3 M 2 f 1 M 2 f 1 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： 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 35 页 (4.6) 2 1 2 11 4625 . 0 375 . 0 ddP 22 31.28496.14625 . 0 96.14375 . 0 MPa21.42 合格。 3、辊头 (4.7) 3 1 1 07 . 0 d MK 3 18007 . 0 100038833 MPa95.48 7 . 0 )8070(7 . 0 MPa5649 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 100150MPa，垂直纤维方向可达 230245MPa； 2、摩擦系数比金属衬瓦低 1020 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mm。25h 下面试取轴瓦的工作宽度mm 进行验算，200B 由参考文献5表 7-1-4 可知其验算方法： 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 36 页 (4.8) Bd P Pa (4.9) B nP pv a 19100 (4.10) 100060 nd v 式中： 压强，MPa； a P 轴承径向载荷，N；P 辊颈的直径，mm；d 辊颈的工作宽度，mm；B 值，MPam/s；pvpv 辊颈的转数，r/min；n 圆周速度，m/s。v 其中的值可由图 4.1 求出，P 即 2 2 964x M P D 3 10)678964( 68.48336 N75.180360 则 Bd P Pa 200190 75.180360 MPa75 . 4 B nP pv a 19100 20019100 8 . 16375 . 4 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 37 页 MPam/s 3 102 . 0 100060 nd v 100060 8 . 16319014 . 3 m/s63 . 1 由参考文献5表 7-1-5 可查得，对于胶木瓦轴承： MPa4139 P P m/s1312 P v MPam/s5 . 018 . 0 )( P pv ， Pa PP P pvpv)( P vv 合格。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 38 页 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 68 . 5 i 5.2 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 mm800a 2、初选减速器齿轮模数、齿数、和及螺旋角。 n m 1 Z 2 Z (5.1)( cos2 21 ZZ m a n 式中： 啮合齿轮中心矩，mm；a 模数，mm； n m 、相应齿轮的齿数； 1 Z 2 Z 螺旋角。 一般取，。3017 1 Z158 初选,，则25 1 Z10 (5.2) 12 ZiZ 2568 . 5 142 代入式(5.1)，得 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 39 页 21 cos2 ZZ a mn 14225 10cos8002 mm44 . 9 由标准取mm，则10 n m n m a ZZ cos2 21 10 10cos8002 6 . 157 圆整后，得 158 21 ZZ ， 1 2 Z Z i 12 ZiZ )1 ( 11121 iZZiZZZ i ZZ Z 1 21 1 68 . 5 1 158 65.23 取，则24 1 Z 24158 2 Z 134 齿数比为 1 2 Z Z i 齿 24 134 58 . 5 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 40 页 与的要求相比较，误差为 1.8%，68 . 5 i 可用。 由式(4.1)可得 a ZZmn 2 )( cos 211 8002 15810 cos 1 749 满足要求。 3、计算齿轮分度圆的直径 小齿轮： (5.3) cos 1 1 Zm d n ” 749cos 2410 mm038.243 大齿轮： cos 2 2 Zm d n ” 749cos 13410 mm962.1356 4、计算齿轮的宽度 按强度计算要求，取齿轮系数为，则齿轮工作宽度为2 . 1 d (5.4) 1 db d 038.2432 . 1 mm646.291 圆整为大齿轮的宽度，得 mm295 2 b 取小齿轮的宽度为 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 41 页 mm300 1 b 5、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) er er n N T 5 1 10 5 . 95 式中： 齿轮轴的扭矩，Nm。 1 T 则 er er n N T 5 1 10 5 . 95 930 800 10 5 . 95 5 Nm 5 1015.82 (5.6) n SaFat F mb YYYFK 式中： 齿轮的载荷系数；K 沿啮合线作用在齿面上的圆周力； t F 斜齿轮的齿形系数； Fa Y 斜齿轮的校正系数； Sa Y 螺旋角的影响系数； Y 齿宽；b 模数； n m 标准圆柱齿轮传动的端面重合度。 其中： (5.7) 1 1 2 d T Ft 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 42 页 式中： 小齿轮的分度圆直径，mm。 1 d 则 1 1 2 d T Ft 038.243 1015.822 5 N 4 1076 . 6 由参考文献7表 10-5 可得 65 . 2 Fa Y 58 . 1 Sa Y 由参考文献7图 10-28 可得 94. 0 Y (5.8) 21 由参考文献7图 10-26 可得 78 . 0 1 92 . 0 2 则 21 92 . 0 78 . 0 7 . 1 (5.9) FFVA KKKKK 式中： 使用系数； A K 动载系数； V K 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 43 页 齿间载荷分配系数； F K 齿向载荷分布系数。 F K 由参考文献7表 10-2 可得 5 . 1 A K 由参考文献7图 10-8 可得 0 . 1 V K 由参考文献7表 10-3 可得 2 . 1 F K 由参考文献7图 10-13 可得 35 . 1 F K 则 FFVA KKKKK 35 . 1 2 . 10 . 15 . 1 43 . 2 则 n SaFat F mb YYYFK 7 . 110300 94 . 0 58 . 1 65 . 2 1076 . 6 43 . 2 4 MPa77.126 由参考文献7,202可知齿轮许用应力的计算方法 (5.10) S K FEFN F 式中： 考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数； FN K 齿轮的疲劳极限，MPa； FE 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 44 页 疲劳安全系数，取。S4 . 1S 由参考文献7图 10-18 可得 86 . 0 FN K 由参考文献7图 10-20 可得 MPa580 FE 则 S K FEFN F 4 . 1 58086 . 0 MPa29.356 FF 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 (5.11) EH t H ZZ u u db FK 1 1 式中： 齿数比；u 区域系数； H Z 弹性影响系数，MPa 。 E Z 2 1 其中： (5.12) HHVA KKKKK 由参考文献7表 10-3 可得 4 . 1 H K 由参考文献7表 10-4 可知的计算方法 H K (5.13)bK ddH 322 1031 . 0 )6 . 01 (18 . 0 15 . 1 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 45 页 式中： (5.14) 1 db d 038.2431 mm038.243 则 bK ddH 322 1031 . 0 )6 . 01 (18 . 0 15 . 1 038.2431031 . 0 1)16 . 01 (18 . 0 15 . 1 322 513 . 1 则 HHVA KKKKK 513 . 1 4 . 10 . 15 . 1 177 . 3 由参考文献7图 10-30 可得 5 . 1 H Z 由参考文献7表 10-6 可得 MPa 8 . 189 E Z 2 1 则 EH t H ZZ u u db FK 1 1 8 . 1895 . 1 58 . 5 158 . 5 7 . 1038.243300 1076 . 6 177 . 3 4 MPa95.406 由参考文献7图 10-21 可得 MPa530 H HH 满足接触疲劳强度的要求。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 46 页 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 6080，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。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 47 页 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： (1) 润滑系统与冷却系统的各处工作正常； (2) 传动平稳，无周期噪音； (3) 压下系统轻便灵活； (4) 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： (1) 达到 3.05m/s 时，发生间断性响铃报警； (2) 达到 3
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