小型轧钢机设计

毕业设计（论文） 题 目 小型轧机的设计 摘 要设计的轧钢机为4002型轧钢机，轧辊的直径为400 mm，辊面长650mm.轧制力为100T。轧钢机主要用来为轧制小型线材，采用两辊式工作机座。轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备包括有主要设备辅助设备起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。轧钢机的主要设备是由一个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。采用的配置方式为电动机减速机分齿箱轧机。由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要.由于轧辊的转向和转速不可逆转，原动机采用造价较底的高速交流主电机。考虑到轧制负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。分齿箱：其用途是传递转矩给工作辊，装在密闭的箱体内。联轴器：轴与轴之间的链接用联轴器。关键词：轧钢机，分齿箱，飞轮 AbstractDesign of rolling mill is 400 2 type rolling mill, roll diameter is 400 mm, long 650mm. rolling force roll surface for100T. Rolling mill for rolling mainly to small wire, uses two rollers type working machine. Rolling mill is the realization of metal rolling equipment. A complete rolling production process equipment, including the main equipment, auxiliary equipment, lifting the transport equipment and ancillary equipment. But the general said mill often refers only to the main equipment. Rolling mill equipment is a major component of the mainframe out. Rolling machine mainframe is composed of a prime mover, transmission device and an actuating mechanism of three basic components. Allocation method used for electric motors - - - mill reducer gear box. The roller to the irreversible and rotational speed, the original motivation for the introduction of the cost of a more rapid exchange of main motor. Taking into account the rolling load is uneven, in order to balance the load of the motor, reduce the electrical capacity, slowdown in the increase between a flywheel and electric motors. Gear box: its purpose is to transmit torque to the work roll, packed in a sealed box body. Coupling: the link between the shaft and the shaft coupling.Key words：Rolling mill，gear seat，flywheel重庆科技学院本科生毕业设计 目录目 录摘 要 IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 轧钢机的定义11.2 轧钢机的标称11.3 轧钢机的用途21.4 小型轧钢机的主机列21.5 轧钢机的发展5 第2章 设计方案的确定62.1传动方案的确定62.1.1机械传动系统拟定的一般原则62.1.2确定最终传动方案72.2 确定各传动机构的传动效率7第3章 电动机的选择83.1电动机功率的计算推演83.2确定电动机具体型号8第4章 联轴器的选择11第5章 减速器的选择195.1传动比的计算195.2减速器的型号和各项参数的确定195.3减速器的特点与破坏形式205.4主减速机的结构215.5主减速器的润滑及防护措施215.6齿轮的材料和热处理225.7减速器的工作状态分析22第6章 分轴器的设计236.1齿轮传动236.2齿轮轴的校核23 6.2.1选择材料为45钢，经调质处理23 6.2.2求出轴上的转矩，23 6.2.3求作用在齿轮上的力23 6.2.4确定各段轴的轴径24 6.2.5求支反力24 6.2.6作弯矩图和转矩图24 6.2.4轴的校核27 第7章 轧钢机工作机座的设计297.1工作机座的选择297.2轧辊与轧辊轴承的设计297.3轧辊调整装置的设计327.4压下装置的选择347.5机架的设计35重庆科技学院本科生毕业设计 第1章 绪论第1章 绪论1.1轧钢机的定义 轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。1.2轧钢机的标称 按轧制品种轧机型式和公称尺寸来命名。“公称尺寸”的原则对型材轧机而言, 是以齿轮座人字齿轮节圆直径命名；初轧机则以轧辊公称直径命名；板带轧机是以工作轧辊辊身长度命名；钢管轧机以生产最大管径来命名。轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。1.3轧钢机的用途 其结构的特点为：1.采用两辊式工作机座，主电机不可逆转，中上辊与中下辊交替过钢，实现多道次的轧制。2由于轧辊的转向和转速不可逆转，可采用造价较底的高速交流主电机在传动装置中装有减速机和齿轮机座。3多数400型钢轧机要求既开坯又轧件，具有一机多能的特性，因此，轧机急需要较强的能力，又需要较强的刚度，而且由于经常需要更换品种，在轧机结构上需考虑换辊方便。4为了便于换辊，三个机座的轧辊都采用梅花接轴连接。1.4小型轧钢机的主机列轧钢机的主要设备是由一个或数个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。1工作机座：工作机座为轧钢机的执行机构，它由轧辊及其轴承轧辊的调整机构和上轧辊的平衡机构，引导轧件的轧件进入轧辊用的导装置，工座机座的机架及支撑机座并把机座固定在地基上用的轨零、部件的和机构组成。2传动装置：联轴器：联轴器包括电机联轴器和主联轴器，电机联轴器用来连接电动机与减速器的主动齿轮轴；而主联轴器则用来连接减速器与机轮机座的传动轴，既自减速器将转矩传至齿轮机座的主动齿轮。减速器：在轧钢机中减速器的作用将电动机较高的转速变成轧机所需的转速，因而可以在主传动中选用价格较底的高速电动机。确定是否采用减速器的一个重要条件，就是比较减速器及其摩擦损耗的费用是否低于低速电机的与高速电机的之间的差价。采用减速器时，根据传动比的大小选用一级（传动比i小于等于8）二级（传动比等于840）或三级（传动比i大于40）减速器。与这些减速器相对应的轧辊速度分别为200-250转/分，4050转/分，以及1015转/分。连接轴：轧钢机齿轮机座，减速器或电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的。设计采用横列式布置轧机，一个工作机座的轧辊是通过连接轴传动的。轧钢机采用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿轮接轴等。设计的轧钢机采用梅花接轴它常用在横列式轧机上。齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内3电动机的选择：轧钢机的电动机的形式的选择与轧钢机的工作制度有着紧密的联系。设计的轧钢机是轧制速度不需要调节的不可逆式轧钢机，采用异步电动机。异步电动机主要用在有剧烈尖峰负荷的轧机上，为了减少电动机的容量，有时装有飞轮，异步电动机投资费用较底，在小形轧钢机上很适合。4小型轧钢机的工作制度：一般中小形轧钢机的工作制度可以分为：不可逆式的，可逆式的与带张力轧制等几种方式 三辊轧钢机 二辊轧钢机 图11 轧机的工作制度小型轧钢机的总体布局轧钢机的主要设备由一列主机列，此轧机的总体布局基本上与主机列一致，结构如下：主机列三个基本部分组成，主电机，传动机械，工作机座。设计中的传动装置由齿轮机座，减速器，联轴器，接轴组成，在电机与减速器之间用飞轮连接，在齿轮机座与减速器之间是用飞轮连接。在齿轮机座与减速器用安全联轴器。因以上中除安全联轴外，均在主机列中给以介绍，现对安全联轴器作以介绍。安全联轴器：一般带有飞轮的轧机，都有安全联轴器。当轧机上的转矩超过额定的转矩时，联轴器能够分开，保护轧机的零部件，使之免受损坏。工作机座为两个三辊工作机座和一个二辊工作机座，总体结构如图： 图 12 轧钢机总装图1主电机 2联轴器3减速器4安全联轴器5齿轮机座6梅花万向接轴联 轴器 7工作机座8梅花接轴4第2章 设计方案的确定2.1 传动方案的确定2.1.1 机械传动系统拟定的一般原则 1采用尽可能简短的运动链采用简短的运动链，有利于降低机械的重量和制造成本，也有利于提高机械传动效率和减小积累误差。2优先选用基本结构鱿鱼基本结构结构简单，设计方便，技术成熟，故在满足功能要求的条件下，应优先选用基本机构。若基本机构不能满足或者不能很好的满足机械的运动或动力要求时，可以适当地对其进行变异或组合。3应使机械油较高的机械效率；机械的效率取决于组成机械的各个机构的效率。一次，当机械中包含有机械效率较低的机构时，就会使机械的总效率降低。4合理安排不同类型传动机构的顺序一般来说，在机构的排列顺序上有如下的一些规律：首先，在可能的情况下，转变运动形式的机构通常总是安排在运动链的末端，与执行机构靠近。其次，带传动等摩擦传动，一般都安排在转速较高的运动链的始端，以减小其传递的转矩，从而减小其外形尺寸。5合理分配传动比运动链的总传动比应合理分配给各级传动机构，具体分配方法应注意以下几点：1）每一级的传动应在常用的范围之内选取。如一级传动比过大，对机构的性能和尺寸都是不利的。例如当齿轮传动的传动比大于8至10时，一般应设计成两级传动；当传动比在30以上时，常设计成两级以上的齿轮传动。但是，对于带传动来说，一般不采用多级传动。2）当传动链为减速传动时，必须十分注意机械的安全运转问题，防止发生损坏机械或伤害人身的可能性。例如起重机械的起吊部分，必须防止荷重的作用下自动倒转，为此在传动链中应设置具有自锁能力的机构或者装设制动器。6保证机械的安全运转对于以上要求，在设计过程中应尽量满足。2.1.2 确定最终传动方案通过对以上内容的了解和分析结合我在实习工厂所观察的外小型轧钢机，经过和老师的多次探讨和修改最终我确定了外小型轧钢机的整体传动方案。方案如下：电动机带动单级圆柱齿轮减速器运转，再通过分轴器将单根输入的轴的运转以两根轴同时输出，并与外小型轧钢机主体的两个轧辊用联轴器连接，使其完成要求的加工过程。2.2 确定各传动机构的传动效率参阅参考文献3并结合本人所设计的外小型轧钢机的整体传动方案和各传动机构自身的特点确定各机构的传动效率如下： 减速齿轮传动的传动效率是：齿=0.95分轴器的传动效率是： 轴=0.95滑块联轴器的传动效率是联2 =0.965重庆科技学院本科生毕业设计 第3章 电动机的选择 第3章 电动机的选择由于小型轧钢机属于负荷比较大的机械设备，根据工作特点及工作性质，初步选择三相异步电动机。Y系列三相异步电动机是一般用途鼠笼型异步电动机基本系列，全国统一设计。它的中心高、功率等级、安装尺寸均符合IEC国际电工委员会标准。产品可以和国内外各类机械设备配套。 Y系列电机具有效率高，能耗少、噪声低、振动小、重量轻、体积小、性能优良，运行可靠，维护方便等优点。广泛用于工业、农业、建筑、采矿行业的各种无特殊要求的机械设备。如风机、水泵、机床、起重及农副产品加工机械等。 3.1 电动机功率的计算推演根据本人设计的外小型轧钢机的使用要求，最大轧制力是1000吨，轧制速度是0.7米每秒，可求出轧机主体部分的=1000.7=700KW因为依照整体传动方案可计算出，电动机功率P=700/（0.950.950.960.960.96）KW876.67KW 3.2 确定电动机具体型号所以根据计算出的结果和本机的轧制在查阅了设计手册后最终确定出了电动机的具体型号：YB630S2-4 本机选用Y系列小型三相异步电动机，其主要技术参数如下所示： 功率KW：900 转速r/min：1500 效率（%）：95.8 最大转矩/额定转矩：28图3-1 三相异步电动机电动机各项参数如下：9 第4章 联轴器的选型 一、选择联轴器应考虑的因素 （一）动力机的机械特性 动力机到工作机之间，通过一个或数个不同品种型式、规格的联轴器将主、从动端联接起来，形成轴系传动系统。在机械传动中，动力机不外乎电动机、内燃机和气轮机。由于动力机工作原理和机构不同，其机械特性差别较大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不等的影响。根据动力机的机械特性，将动力机分为四类。（二）载荷类别 由于结构和材料不同，用于各个机械产品传动系统的联轴器，其载荷能力差异很大。载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、振动、正反转、制动、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍，是超载工作，必然缩短联轴器弹性元件使用寿命，联轴器只允许短时超载，一般短时超载不得超过公称转矩的 23 倍，即 Tmax 23T n 。 （三）联轴器的许用转速 联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度和最大外缘尺寸，经过计算而确定。不同材料和品种、规格的联轴器许用转速的范围不相同，改变联轴器的材料可提高联轴器许用转速范围，材料为钢的许用转速大于材料为铸铁的许用转速。 用于 n5000r/min 工况条件的联轴器，应考虑联轴器外缘离心力和弹性元件变形等影响因素，并应作动平衡。高速时不应选用非金属弹性元件弹性联轴器，高速时形成弹性元件变形，宜选用高精度的挠性联轴器，目前国外用于高速的联轴器不外乎膜片联轴器和高精度鼓形齿式联轴器。 （四）联轴器所联两轴相对位移 联轴器所联两轴由于制造误差、装配误差、安装误差、轴受载而产生变形、基座变形、轴承受损、温度变化（热胀、冷缩）、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移。一般情况下，两轴相对位移是难以避免的，但不同工况条件下的轴系传动所产生的位移方向，即轴向（ x ）、径向（ y ）、角向（）以及位移量的大小有所不同。只有挠性联轴器才具有补偿两轴相对位移的性能，因此在实际应用中大量选择挠性联轴器。刚性联轴器不具备补偿性能，应用范围受到限制，因此用量很少。角向（）唯一较大的轴系传动宜选用万向联轴器，有轴向窜动，并需控制轴向位移的轴系传动，应选用膜片联轴器；只有对中精度很高的情况下选用刚性联轴器，各标准挠性联轴器许用补偿量见表 3 。 （五）联轴器的传动精度 小转矩和以传递运动为主的轴系传动，要求联轴器具有较高的传动精度，宜选用金属弹性元件的挠性联轴器。大转矩个传递动力的轴系传动，对传动精度亦有要求，高转速时，应避免选用非金属弹性元件弹性联轴器和可动元件之间有间隙的挠性；联轴器，宜选用传动精度高的膜片联轴器。（六）联轴器尺寸、安装和维护 联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。应选择装拆方便、不用维护、维护周期长或者维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中间调整容易的联轴器。 大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。金属弹性元件挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器使用寿命长。国际上工业发达国家，已普遍选用使用寿命长、不用润滑和维护的膜片联轴器取代鼓形齿式联轴器，不仅提高了经济效益，还可以净化工作环境。在轧机传动系统选用我过研制的弹性活销联轴器和扇形块弹性联轴器，不仅具有膜片联轴器的优点，而且缓冲减振效果好，价格便宜。 （七）工作环境 联轴器与各种不同主机产品配套使用，周围的工作环境比较复杂，如温度、湿度、水、蒸汽、粉尘、腐蚀介质、盐水、辐射等状况，是选择联轴器时必须考虑的重要因素之一。对于高温、酸、碱介质的工作环境，不宜选用以一般橡胶为弹性元件材料的挠性联轴器，应选择金属弹性元件挠性联轴器，例如膜片联轴器、蛇形弹簧联轴器等。 弹性柱销式联轴器由于运转时柱销的窜动，自身噪声大，对于噪声有严格要求的场合就不应选用。 （八） 经济性 由于各品种、型式、规格的联轴器结构、材料、大小和精度不同，其成本和造价相差很大。综上所述，在该轧机中最适合选用梅花联轴器。 第5章 减速器的选择5.1传动比的计算轧件出轧辊的初速度，直接影响轧钢的效率，若轧件的出轧辊的初速度快，可提高效率，同时轧制工人不容易轧制。因而轧件的初速度以小于2米/秒为益初选轧件的出辊速度为0.7米/秒，计算轧辊转速 n:取n=35r/min=1500/35=42.85在减速器等轧钢机存在着传动装置的效率问题。电动机的效率为93.5，减速器、分轴器的效率为0.975.2减速器的型号和各项参数的确定根据=1500/35=42.85 初步选择ZSC-400-3 10图41由于i=42.8表格中没有，找一个最接近的i=45.8 。5.3减速器的特点、破坏形式1主减速机的特点底速、重载、冲击负荷大，冲击次数频繁目前用于中小型轧钢机主传动的减速机有两种配置方式：电动机减速机轧机；电动机减速机分齿箱轧机。在第一种配置方式中，减速机与轧机直接相连，处于剧烈的负荷工作，因此在设计时应根据具体的使用和配置情况加以区别，设计时采用第二种配置方式。2主减速机齿轮的破坏形式生产实践证明，轧钢机减速机齿轮破坏的主要形式表现为点蚀、缩性变形、胶合、20磨损、剥落而不是断齿。5.4主减速机的结构减速机是由齿轮、箱体、轴、轴承、箱盖等主要零件组成。齿轮做成人字齿，因为这种齿轮工作比较平稳，而且对轴承不产生轴向力。齿轮的加工方法：滚齿刀（人字）（8级精度）。在减速器中，只有底速轴采用轴向固定，其他的轴留有少量的轴向的游隙，使她可以自由的串动，以免卡主齿轮。轴向的游隙为0.81mm。中心距小于或等于1000毫米的减速器，采用滚动轴承，减速器的材料为铸铁，1中心距 查表的 a=1000mm2传动比 总的传动比由电动机轴的转速和轧辊的转数之比确定。i=163 齿宽系数 为齿轮的宽度和中心距之比。，=0.40.6，取=0.5。4模数和齿数模数降低，小齿轮齿数齿数和均应取较大的值。齿数增加使齿的磨损减小，同时增大重和的系数，有利于减低接触应力。一对齿轮要求有较大的传动比时，20，取一级小齿轮的齿数为22，大齿轮为84。二级小齿的齿数为22，大齿轮为93。齿数和模数与中心距和齿倾角的关系为模数按上式计算的6.5、9。5齿顷角渐开线齿轮的齿顷角：对于人字型齿轮= 取齿顷角为5.5 主减速器的润滑及防护措施为了保证齿轮对啮合时有可靠的润滑，采用注喷循环润滑。采用28号轧钢机油，进游温度小于等于，回油温度小于等于。减速器漏油的主要部位是在箱盖 与箱体之间的接触面、端轴及箱体的接触处。防止箱盖与箱体之间的漏油，可将箱盖下部壁板延长插入箱体的接触处，深度为120mm140mm,延长的插板四周拐角处要焊接，并在箱盖与箱体的水平接触面图上21密封胶。5.6 齿轮的材料和热处理小齿轮的材质为，大齿轮为。生产实践证明，齿轮对承载能力除了决定于齿面硬度外，同时还与齿轮对的硬面差和齿面金相组织有关，而小齿轮调质及大齿轮正火的热处理配合方式，比大小齿轮均采用调质的使用寿命高。大齿轮采用正火处理，HB190220；小齿轮采用调质处理5.7减速器的工作状态分析减速器为展开式减速器，这种两极展开式圆柱齿轮减速器结构简单齿轮对轴承的位置不对称，轴要具有较大的刚度。改进意见：如能选取“分流式”减速器，会使轧机工作更可靠，齿轮与轴承对称布置，因此载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载平均分配，中间轴危险截面上的扭距相当于轴所传递扭距的一半。其工作草图如下：图中高速级采用人字齿轮，低速级可制成人字或直齿，结构复杂，适合变载的场合。 图 42 22重庆科技学院本科生毕业设计 第6章 分轴器的设计 第6章 分轴器的设计为了满足机器的整体结构要求，本设计中的分轴器是利用齿轮传动将单根出入轴以两根轴输出。6.1齿轮传动类比同类型机器，齿轮传动的四个齿轮均选用材料40Cr（调质），硬度为280HBS，均为斜齿轮，齿数均为z=21，模数m=4，分度圆直径d=85mm，分度圆柱上齿的倾斜角为300,7级精度。该两对齿轮传动，经校核，合格。6.2 齿轮轴的校核6.2.1 选择材料为45钢，经调质处理。主轴上安装的零部件从左到右依次为：联轴器、轴承盖、轴承、齿轮、齿轮、轴承、轴承盖、联轴器，轴径依次为60mm、65mm、70mm、70mm、65mm、60mm，其中，轴承盖与轴承处轴径相同。主轴如图7-1.a所示6.2.2求出轴上的转矩， P2=30X0.935X0.99X0.96=27.7695KWNmT3=T2 (2辊的转速相同，功率接近，就一个效率的差别）6.2.3 求作用在齿轮上的力（如图7-1.b）周向力 N径向力 N轴向力 N236.2.4 确定各段轴径由减速器大齿轮轴处联轴器的选型可知，该处轴径为60mm, D1=280mm,T=3150Nm。联轴器由于制造和安装误差所产生的附加圆周力为N6.2.5 求支反力 在水平面的支反力（如图7-1.c）由MB=0z=0得N 在垂直平面的支反力（如图7-1.e）由图可知MB=0NN 由于的作用，在支点B、E处的支反力（如图7-1.g）MB=0得NN6.2.6 作弯矩和转矩图 齿轮的作用力在水平面的弯矩图（如图7-1.d）BC段NNmCD段NmDE段24NmNm 齿轮的弯矩图（如图7-1.f）BC段NmCD段NmDE段Nm由于作用的弯矩图（如图7-1.h）NmNm 作转矩图（如图7-1.i）T1=1667Nm T2=286.5Nm25图 7-1 轴的载荷分析图6.2.7 轴的校核根据轴的结构尺寸及弯矩和转矩图可知，截面B处弯矩最大，且有齿轮配合与键槽引起的应力集中，故属静强度校核的强度条件是 （7-1）式中 SS=1.21.4，用于高塑性材料（S/B0.6）制成的钢轴SS=1.41.8，用于中等塑性材料（S/B0.60.8）制成的钢轴SS=1.82，用于低塑性的钢轴SS=23，用于铸造轴SS只考虑弯矩和轴向力时的安全系数SS 只考虑扭转时的安全 （7-2） （7-3）式中 26S，S 材料的抗弯和抗扭屈服极限 (MPa)Mmax，Tmax轴的危险截面上所受懂得最大弯矩和最大扭矩（Nm）Famax 轴的危险截面上所受的最大轴向力（N）W，WT 分别为危险截面抗弯及抗扭截面系数（mm3），其值见表15-44A 轴的危险截面的面积 (mm2）由表15-1查得S=355MPa，则 MPa且 Mmax=681000NmmFamax=0mm3mm3所以 由表15-1查得B=640MPa则 所以 SS=1.21.4取 SS =1.4则 SSSS所以，此传动轴的静强度满足要求。（2）按弯扭合成应力校核传动轴的强度27 （7-4）式中 ： 轴的计算应力 (MPa)；M 轴所受的弯矩（Nm）T 轴所受的扭矩（Nm）；W 轴的抗弯截面系数（3），-1 对称循环变应力时轴的许用应力，值按表15-14选用 折合系数，当扭转切应力为静应力时，取=0.3，当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.2，当扭转切应力为对称循环变应力时，=1本式中取=1，=7030.1=34300mm3，因材料为45号钢，经调质处理，故-1=60MP，则如下：MP，满足条件，所以安全。28重庆科技学院本科生毕业设计 第7章 轧钢机工作机座的设计第7章 轧钢机工作机座的设计7.1 工作机座和机箱的选择机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；当同时用作滑道时，滑道部分还应拥有足够的耐磨性。此外，对具体的机械，还应满足特殊的要求，并力求具有良好的工艺性。7.2轧辊与轧辊轴承的设计1)轧辊与轧辊轴承座是整个工座机做的核心部分轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件。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。1)轧辊的类型、结构与参数1轧辊的类型选择型钢轧机的轧辊。型钢轧机的轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺要求安排孔型，孔型见孔型设计，轧辊应有足够的强度、刚度和良好的耐磨性能。轧辊工作表面的硬度是轧辊的主要的质量指标之一。2轧辊的结构轧辊由辊身、辊径和辊头三部分组成。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。29 图61辊身：辊身是轧辊直接与轧件接触的部分辊径：辊径是轧辊的支撑部分，轧辊是依靠辊身的两侧轴径支撑在轴承上。辊身与辊径交界处是应力集中的部位，是轧辊强度的薄弱环节。在辊径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。轴头采用梅花轴头的形式。轴头的形式：梅花轴头，万向轴头，带键槽的和圆柱形轴头。3轧辊的参数轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的公称直径D，辊身的长度L，辊径直径d和辊径长度l 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D为辊身直径即为公称直径。D=400 mm为已知辊身的长度L：L=（2.22.7）D取L=2.5D=1000mm辊径d:轴径尺寸是指轴径直径d和辊身的长度L，它与所用轴承形式及工作载荷有关， d/ D=0.55D(0.550.7) d=220mm 取d=220mml/d=1.0 l=d=220mm 取 l=220mm轴承处的辊径向辊身过度处，为了减少应力集中，需要做成圆角。圆角的r=(0.050.12)D r=0.05400=20 取r=20mm轧辊头：梅花轴头的外径=0.85dmm 取=0.85220=187mm查表P81 表3-6：取=200mm D3=216mm r2= 41mm l2=130mm l3=150mmP=qb=1000t=1000100010N=10106N30(b为辊的工作面）b=650mm 则平均载荷为：q=153846.2N选择轴承型号为:NU344对应轴承座得设计：(见图纸）4轧辊的材料对轧钢机轧辊的质量的要求是很高的 ，因为它决定轧钢机工作的好坏、生产率的高低和产品质量的优劣。轧辊的工作条件是很繁重的，轧钢时要不断被金属磨损，承受很大的动态压力，与金属之间有很大的滑动速度，有时还要经受变化幅度很大的高温影响。所以选用表面硬度为30HBS铸铁。42 轧辊强度的校核轧辊是使轧件产生塑性变形的主要部件，在轧制过程中，轧辊承受着轧制压力，并将此负荷传给轴承。轧辊由辊身、辊径及轴头三部分组成。辊径的基本尺寸参数是：轧辊的名义直径D、辊身长度L、辊颈直径d以及辊颈长度l。初轧机的轧辊辊身是有轧型的，通常把初轧机辊环外径作为名义直径。为了避免孔型槽切入过深，辊子名义直径与工作直径的比值一般不大于1.4。轧辊安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架，辊头和联接轴相连，传递轧制扭矩。轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件。在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生变形。与此同时，轧辊承受着巨大的轧制压力的作用，并由于轧辊本身的旋转而使其应力随时间作周期性的变化。421 轧件咬入条件的校核只有轧件被轧辊咬入进入变形区，轧制过程才能建立。由文献1,27页可知，轧件咬入条件，可分为两个阶段，即开始咬入阶段和已经咬入阶段。1 开始咬入阶段：当轧件与旋转着的轧辊接触时，轧辊对轧件作用有正压力N及摩擦力T，由文献1可知，如图4.5所示： (a) (b)图4.5 开始咬入(a)及咬入后(b)作用于轧件上的力并且： N=NsinT=NcosT=N式中：摩擦系数。当轧件与轧辊接触瞬间，在力的作用下处于平衡状态时，则 2Nsin+G-2Tcos=0式中：G为惯性力。若惯性力G忽略不计，则其平衡条件为： 若使轧件能被自然咬入，必须TN。因此，只有当tan时，才能实现其自然咬入；若=tan时，则轧件处于平衡状态，不能自然咬入；当tan时，则不可能自然咬入。2 完成咬入阶段：由图4.5(b)可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，则必须符合以下条件，即 tantan所以轧件咬入条件满足。422辊身、辊颈强度的校核轧辊是轧钢车间中主要的、经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的质量和产量。因此对轧辊的性能的要求是很严格的，但因为轧机类型及所轧制钢材种类的不同，对轧辊性能的具体要求有很大的差别。轧辊的破坏决定于各种应力，其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等的综合影响。设计轧机时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数对轧辊进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、残余应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中，为了保护轧机其它重要部件，轧辊的安全系数是轧机各部件中最小的。初轧机的轧辊，沿辊身长度上布置有许多孔型轧槽。此时，轧辊的外力（轧制压力）可以近似地看成集中力。轧件在不同的轧槽中轧制时，外力的作用是变动的。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。轧辊强度的计算内容、方法和它的用途、形状以及工作条件等因素有关。通常对辊身仅计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转。如图4.6所示，为轧辊的弯曲扭转力矩图。图4.6 轧辊的弯曲、扭转力矩图1辊身强度校核由文献1可知，L/D=2.2-2.7，取2.5。L=2.5D=2.6400=1000mm=1m由文献1可知，l/d=1.0前面选取d=220mm=0.22m，所以l=220mm=0.22mM=(0.22+1)=1.69MNm截面的直径为D的圆形，抗弯截面系数W为：W=0.00628m=269MPa由文献3可知，许用应力与轧辊表面硬度有关，表面硬度为30时，许用应力=1600MPa。所以，轧辊辊身强度满足。2辊颈强度校核因为第四道次的轧制力最大，所以取第四道次的轧制力P=1NR=5NC=0.11mM=5.027NmM=RC=5NmM辊颈危险断面处的弯矩；M辊颈危险断面处的扭矩。由文献3可知：=516.5MPa=237.3MPa由文献3可知，采用钢轧辊时，合成应力按第四强度理论计算：=(4.13)把数据代入公式(4.13)中得：=660.08MPa=1600MPa图627.3轧辊调整装置的设计 轧辊调整装置的作用主要调整轧辊在机架中的相对位置，以保证要求的压下量精确的轧件尺寸和正常的轧制条件。调整装置主要有轧辊轴向的调整装置和颈向的调整装置两种。轧辊的轴向的调整装置主要用来对正轧槽，以保证正确的孔型，用手动来完成，装置如图。 图62轧辊的径向调整其作用是需要进行下述操作时，径向调整两工作辊之间的相对位置：1调整两工作轧辊的轴线之间的距离，以保持正确的辊缝开度，给定压下量2调整轧辊之间的平行度3当更换新轧辊时，调整轧制线的高度4更换轧辊或处理事故（如轧卡）时需要的其他的操作。轧辊的径向调整分为：上辊调整装置；下辊调整装置；中辊调整装置。本设计中的轴向调整装置采用压下装置和斜铁调整装置。中辊调整装置如图，主要用来在轴承磨损时进行微调。 图6332下辊径向的调整装置分为手动和电动调整装置，设计采用采用手动斜切调整装置，本装置较为复杂，设计的结构与图相似，其可作为改进结。斜切的角度不可大于。图647.4 下压装置的选择 选用液压缸压下装置。 压下油缸主要结构尺寸确定7.4.1.缸筒内径缸筒内径应根据负载力和工作压力来计算（查周士昌主编液压系统设计）。（1）根据载荷7KN，选择工作压力。载荷/KN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455工作压力=50MPa。34（2）按工作压力选取。工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7=0.7。（3）背压力。回油路较短，且直接回油箱，背压力可忽略不计。（4）缸筒内径0.357m查液压缸内径尺寸系列，取7.4.2. 活塞杆直径查尺寸系列，取 7.4.3 液压缸行程由任务书可知行程S=300mm.7.4.4 液压缸外径查机械设计手册单行本（液压传动与控制），液压缸外径。7.4.5 缸筒长度缸筒长度根据最大行程、活塞宽度、导向长度和其他结构的总体需要确定，一般不超过内径的20倍。根据结构要求等因素，缸筒长度。7.5 机架的设计机架的形式：轧钢机在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝及螺母传给机架，并由机架全部吸收不再传给地基。因此，对机架必须要求有足够的强度与刚度。机架主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。按机架结构分，轧钢机机架分为闭式和开式两种。1. 闭式机架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，因此，从材料力学的观点看，具有较高的强度和刚度，但换辊不方便。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。2. 开式机架开式机架由架本体和上盖两部分组成。开式机架的上盖可以从U形架体上拆开，它的刚性不及闭式机架，但它换辊方便的优点使它广泛地应用在型钢轧机上。 钢轧机选用闭式机架。由于机架是一个非经常更换的永久性的部件，设计时要保证使用寿命外，还要保证制造工艺简化，成本降低，能满足轧钢生产工艺和产品方面的要求，以保证生产的可靠性。751 机架强度的计算闭式机架强度计算的假设：1. 每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直力R，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。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，即机架变形后，机架转角仍保持不变。根据上述假设，机架外负荷和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架简化为一个由机架立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架。如将此框架沿机架窗口垂直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力和静不定力矩M。由文献1可知，机架简化为如图(4.1)所示的矩形自由框架： 图4.1 矩形自由框架弯曲力矩图由文献3可知，对于机架横梁y=x，而对于立柱y=，因此，M为M=(4.1)式中：机架横梁的中性线长度；机架立柱的中性线长度；机架上横梁的惯性矩；机架立柱的惯性矩；机架下横梁的惯性矩。上式积分后，得M=(4.2)如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩M为M=(4.3)因为在立柱上的弯矩M为M=-M(4.4)将(4.3)式代入(4.4)式，则M=(4.5)由公式(4.5)可看出，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M。这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。求惯性矩和：=1880mm =5150mm把横梁看作图4.2所示:图4.2 横梁简图 (4.6)把横梁数据代入公式(4.6)中得：=0.082m把立柱看作图4.3所示:图4.3 立柱简图把立柱数据代入公式(4.6)中得：=0.005m由文献1可知，初轧机d/D=0.550.7，取d/D=0.59 d=9500.59=400mm由文献1可知，=0.81.0，取=0.9 机架立柱断面积：F=0.9(0.28)=0.071m 选择轧制力最大的第四道次进行校核： R=2.771MN将以上数据代入公式(4.3)、(4.4)中，解得： M=1.288MNmM=0.014MNm减小立柱断面的惯性矩I和增加横梁的惯性矩I，可以部分地减少立柱中的弯矩M，这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。752 机架应力的计算和校核由文献1可知，图4.4为闭式机架中的应力图，根据应力图计算下列数据。W=W=(4.7)W=W=(4.8)把公式(4.7)、(4.8)代入数据得：W=W=0.143mW=W=0.009m式中：W、W分别为机架横梁内侧和外侧的断面系数；W、W分别为机架立柱内侧和外侧的断面系数。 图4.4 闭式机架中的应力图由文献3可知，机架一般采用含碳量0.250.35的铸钢，选用ZG35，对于ZG35来说，许用应力采用下列数值：对于横梁5070MPa，对于立柱4050MPa。由文献3可知：机架横梁内侧的应力为：=-(4.9)机架横梁外侧的就力为：=(4.10)机架立柱内侧的应力为：=(4.11)机架立柱外侧的应力为：=(4.12)把以上公式代入数据得：=-MPa=5070MPa=9.007MPa=21.07MPa=4050MPa=17.959MPa=4050MPa所以，机架强度满足。；总 结毕业设计是对大学四年学习生活的一次综合性检验，它是在学完机械的各门基础课和专业基础课上为完成等教育要求，提高分析问题和解决问题的能力，而进行的一次全面的考核，他是大学生活的最后的重要环节.毕业设计的目的，是综合运用四年所学的知识，培养我们掌握科学的研究方法、步骤和工作能力、提高我们实践的知识水平，使我们的知识系统化，使我们查阅资料来解决问题的能力得到提升。我设计的题目是小型轧钢机，在指导老师的帮助指导下，到工厂实习之后，参阅有关技术文献，来完成设计任务。在设计过程中，深深地包含了于信伟指导老师的辛勤汗水，对老师的耐心指导和热情帮助，我表示忠心的感谢。说明书的公差配合，标注方法采用我国现行的标准。由于我是第一次规模大的设计，加之涉及专业知识不多，实际经验不足，我虽尽了最大的努力，也灰有不足之处，敬请老师专家提出宝贵的意见，以便在以后的学习与工作中引以为机戒，更圆满的完成工作任务。36重庆科技学院本科生毕业设计 参考文献参考文献1 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社2006.72 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学高等教育出版社20023 机械设计手册编委会. 机械设计手册. 机械工业出版社2004.94 赵韩. 机械系统设计. 高等教育出版社2005.35 方新.机械CAD/CAM技术.西安电子科技大学出版社,2004,26 张玉芹. 机械精度设计基础. 科学出版社2003.87 郑祝斌.通用机械设备.机械工业出版社,2011,8 邹家祥.冶金机械.冶金工业出版社，2006.39 徐伟. 铝板带材拉伸矫直中的技术改进.铝加工. 2010. 0210 王凤岐现代设计方法及其应用天津大学出版社，2008.838重庆科技学院本科生毕业设计 致谢致 谢本次设计在指导老师的辛勤指导下，顺利完成了。在此次的设计中，我获得的许多从书本难以获得的知识，实践能力在此设计中得到了充份的锻炼，各门知识得到了很好的综合训练，不过在此设计中我也有许多的不足之处，独立思考的能力有待进一步的加强。此次的设计是我对大学生活的综合，是我参加工作前的一次全面的检查，由于在我们的地方轧钢机的设计资料比较少，感谢于信伟老师为我辛苦的搜集资料，并且在设计的过程中，第一次独立的设计，有很多的东西很难理解，忘不了指导老师给我辛勤的指导，耐心的讲解，细致入微的纠正错误，使我少走了很多的弯路。经过两个多月的设计，我的设计基本完成了。由于是第一次独立设计，设计中难免有错误和不足。最后，我再次感谢老师的指导和帮助。39