机械毕业设计（论文）-直径380H平辊轧机设计（全套图纸）

第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）380H平辊轧机设计摘 要380H平辊轧机是轧制生产线上的主要设备之一,其主要由传动系统与压下系统两部分构成，其作用主要是用来轧制不同规格的钢坯。本文通过对380H平辊轧机的设计，将所学理论知识与实践相结合，培养了我们独立思考能力和分析问题、解决问题的能力，并提高了对创新意识的培养。设计的主要内容包括380H平辊轧机设计方案的确定与论证，使设计方案能够达到使用要求，并且合理可行，然后进行轧制力能参数的计算，并根据算出的结果来选择电动机并进行校核、计算，同时对其中的主要零部件，如轧辊、机架、连接轴、传动轴、压下螺丝等进行强度计算，并对压下螺丝的自锁、牙强度、和耐磨性的校核，保证了使用的安全性与可靠性，最后对润滑方式进行了简单分析。关键词：轧机；轧辊；机架；轧制力 全套图纸，加153893706第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）The Design Of 380H Mill AbstractThe level of 380H mill is one of the main equipments in a rolling mill production line.The main pressure system from the drive system with two components, its role is primarily used for rolling billets of different specifications. In this paper, the level of 380H mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem-solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. The key elements of the design level of 380H mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters,And in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, while the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the Lubrication Analysis of a simple manner.Keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force 第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）目 录摘要Abstract1 绪论11.1 选题背景和目的11.2 课题的研究方法和内容11.3 国内外线材轧机的发展概况和新技术21.3.1 线材轧机的发展历史21.3.2 国外线材轧机的发展21.3.3 国内线材轧机的发展31.3.4 国内外先进技术32 方案设计52.1 线材轧机的轧制力能参数设计52.1.1 孔型系统的选择52.1.2 轧制总压力和轧制力矩的设计52.2 主电机的选择52.3 轧机机架的设计52.4 轧辊系统设计62.4.1 轧辊的设计62.4.2 轧辊轴承的设计62.4.3 轧机轧辊调整机构的设计62.5 轧机主传动装置设计62.6 系统的润滑73 孔型设计83.1 孔型系统的选择83.1.1 椭圆圆孔型系统的变形系数83.1.2 椭圆圆孔型系统的孔型构成83.2 孔型尺寸的计算10第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）4 轧辊轧制总压力与轧辊驱动力矩124.1 轧制力的计算124.1.1 平均单位压力的计算124.1.2 接触面水平投影面积的计算134.2 轧辊驱动力矩的计算145 轧机主电动机力矩及电动力功率165.1 主电动机力矩165.2 电机容量的选择165.3 附加摩擦力矩175.4 空转力矩175.5 电动机的校核186 机架的设计196.1 机架的选择及结构参数196.2 机架强度的计算及校核196.3 机架的变形计算247 轧辊与轧辊轴承设计267.1 轧辊的设计267.1.1 轧辊参数的选择267.1.2 轧辊的强度校核267.2 轧辊轴承的校核297.2.1 轧辊轴承的选择297.2.2 轴承寿命计算308 压下装置328.1 压下螺丝螺纹尺寸的确定329 主传动装置设计339.1 联轴器的选择及计算339.2 联接轴的选择及计算339.3 减速机的设计34第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）9.3.1 计算各轴的动力参数349.3.2 齿轮设计3510 润滑方式的选择4310.1 润滑方式的类型43结束语45致谢46参考文献47第 51 页1 绪论1.1选题背景和目的线材用途十分广泛，除直接用作建筑钢筋外，还可加工成各类专用钢丝，如弹簧用钢丝、焊丝、镀锌丝、通讯线、钢帘线、钢绞线等；还可加工成其他金属制品，如铆钉、螺钉、铁钉等。根据资料统计，一般国家线材产量占钢材总产量的5-15%。我国目前处在经济发展时期，城市建设和解决居民居住条件仍需要大量线材。此外，国内对金属制品需求量增加，国际贸易出口量也不断扩大，我国线材产量占钢材总产量的比例达到15%左右近几年我国线材无论是生产能力还是消费水平均得到了快速发展，2007年我国线材实际产量已达7921万t，2008年尽管受到国际金融危机的影响，线材实际产量仍然增长到8024万t。至2011年我国前11个月的线材产量已突破1亿吨。目前我国已成为世界上最大的线材生产国，年产量己超过世界线材生产总量的三分之一，在线材生产规模不断扩大的同时，我国在线材生产技术进步、产品研发方面也取得了可喜成效。 但是，在看到我国线材产业飞速发展的同时，也要清醒的看到我国线材产业目前仍然存在不少的问题；尤其是应该看到生产规模不断扩大与现有产品结构的不相适应，已成为困扰我国线材产业发展的主要问题，这也是造成我国线材产业处于生产能力相对过剩而高附加值产品实物质量仍落后于国外发达国家的根本原因。1.2课题的研究方法和内容 本次设计的课题为380H平辊轧机设计，我会利用在大学期间所学的知识完成本次设计。线材轧机主要结构形式由轧辊、轧辊调整机构、轧机机架、轧机主传动装置等部分组成。要对这几部分进行相应的设计和计算。具体方法和内容如下：1.对线材轧机的轧制力能参数进行设计计算（包括孔型设计、轧制力轧制力矩计算、电机选择等）。2.对线材轧机的轧辊和轧辊轴承进行设计计算。3.对线材轧机的机架进行设计计算。4.对线材轧机的轧辊调整机构进行设计计算。5.对线材轧机的主传动装置进行设计计算6.对线材轧机的系统润滑进行说明。要通过以上的研究内容对我的设计题目进行研究，要将所学知识运用到实际当中去。提高知识的灵活运用能力。1.3 国内外线材轧机的发展概况和新技术1.3.1线材轧机的发展历史自第一台线材轧机问世以来已有100多年的历史了。线材轧机发展及演变过程主要为横列式线材轧机、半连续式线材轧机和连续式线材轧机。20世纪40年代的线材轧机大部分为横列式线材轧机，需要人工喂钢，最大轧制速度在10m/s以下。由于速度低，轧件温度大，影响线材尺寸精度，因此，其盘重一般在8090kg左右。轧机生产能力为1015t/h。在20世纪50年代研发了半连续式线材轧机，它是将横列式轧机和连续式轧机组合起来的轧机，粗轧机为连续式布置，精轧机为横列式布置，中轧机组布置成连续式或横列式。到20世纪50年代中期，出现了连续式线材轧机，精轧机组一般配置为68架水平辊轧机。60年代初期，精轧机组配置了立辊，形成了水平辊立辊水平辊的连续式线材轧机，可实现无扭转轧机制。1964年2000年，高速线材轧机发展很快，全世界已建成300多天高速无扭转精轧机组，其主要有摩根，德马克，阿希洛，达涅利。1.3.2 国外线材轧机的发展16世纪，世界上第一台线材轧机问世，当时是用锻坯轧制线材；比较正规的线材轧机在18世纪出现，由粗轧和精轧两横列式轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制，同时受头尾温差大的影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等缺点，限制了横列式轧机的发展。为了保证产品质量和提高产量，以及降低成本，必须提高轧制速度。因而，在20世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组构成，粗轧和中轧采用连轧，精轧采用横列式轧机。实现了机械化操作，轧制速度和生产能力提高了，但品种及质量未有根本性的好转。1862年，在英国建成了第一台连续式轧机，解决了产品品种及质量问题。该轧机机座采用串列式形式，轧件同时在几个机架中轧制，各道次的金属秒流量相等。可单机驱动，有较高的调整精度，实现微张力或无张力轧制；由于没有穿梭轧制，没有大活套，所以头尾温差小，产品性能得到改善。到了20世纪50年代，随着机械制造、电气传动及控制水平的提高，轧制速度达到36m/s。20世纪70年代，摩根公司、施罗西马克公司研制了45无扭组合连续式线材轧机。轧制速度了达60m/s。90年代以来，美国摩根公司又开发了高精度线材轧机，他们在无扭精度轧机后增加剪径和定径机架以提高线材精度和轧机产量。1991年摩根公司提供给巴西内尔格厂棒、线材轧机投产，最高极限轧制速度为140m/s，设计轧制速度达到120m/s，一般采用单线布置。这就是所谓的第六代高速无扭线材轧机。1.3.3国内线材轧机的发展我国线材生产在解放前，只有几套陈旧、落后的横列式线材轧机，其中最早的唯一一套复二重式是当时的上海钢铁公司的255mm线材轧机。从1942年投入到解放前的7年中一共生产线材不到3万吨。解放后由上钢二厂接管，通过多年逐步改造、革新，其年设计能力达到25万吨，轧制速度达到16m/s。1980年实际年产量达到37.6万吨，创造了我国复二重式线材轧机最高年产记录。自六十年代到七十年代末期，乃至八十年代初期，我国复二重式线材轧机取得了较大的发展，三十多套这类轧机相继问世。这期间的发展是与北京钢铁设计院结合上钢二厂复二重式轧机的特点所做的“复二重式线材轧机”有着密切联系的。在七十年代初，我国开始研制45无扭高速线材轧机。1982年10月1日，我国与菲律宾签订合同，向菲律宾出口了一条精轧作业线。另外，1984年5月，与德国西马克公司签订的马鞍山钢铁公司高速线材轧机技术合作合同生效，开始为马钢合作制造75m/s高速线材轧机成套设备，与1987年投产，拉开了中国引进高速线材轧机的序幕，使我国线材轧机有了质的飞跃。1.3.4国内外先进技术 目前国际上最先进的高速线材轧机是：摩根无扭高速悬臂式45轧机。该机组解决了轧机振动问题，其办法是取消了接轴式联轴器，采用了精密螺旋伞齿轮与螺旋齿轮轧辊轴直接啮合连接，代替了普通精轧机上的万向接轴。目前这种轧机有几个厂进行引进：天津钢厂引进的美国摩根公司高速线材轧机、昆钢引进德国sms公司的高速线材轧机、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。起特点是： 1)工艺布置优化。全线26架轧机呈平立轧制交替布置，轧件在整个轧制过程中无扭转； 2)高速轧制。成品轧机的轧制速度为120m/s，引进最新一代超重型V型精轧机，轧机的功率、负荷、刚度都优于标准型轧机；3)产品的高档化。可生产5.5mm20mm共30个规格线材；4)产品盘重大，采用一锭一坯成品，成品每盘单重达2.2t； 5)产品性能优质化。采用美国摩根公司最新开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。提高了轧制过程的控制精度、可靠性和易操作性。2 方案设计2.1线材轧机的轧制力能参数设计2.1.1孔型系统的选择孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成。延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱方、菱菱、椭方、六角方、椭圆圆、椭圆立椭圆等；精轧孔型系统一般是方椭圆螺或圆椭圆螺孔型。本设计采用椭圆圆孔型系统。2.1.2轧制总压力和轧制力矩的设计线材轧机的总压力根据艾克隆德公式确定，通过孔型设计计算出压下量和给出的轧制速度等参数算出轧制总压力。轧制力矩的确定方法有两种，一种是通过轧制力来计算轧制力矩，第二种是根据轧制能量来推算轧制力矩。本次设计选择第一种方法来确定轧制力矩的大小。2.2主电机的选择电动机主要根据电动机的功率来选择，另外一般选用高转速，用减速器来减速， 而不采用成本较高的低速电动机，其作用是给整个系统提供动力。首先确定电机的力矩，再初选电机功率，根据初选的电机功率确定电机的型号。2.3轧机机架的设计轧机机架的作用是在轧制过程中，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、压下螺丝以及螺母传给机架，并由机座全部吸收，不再传给地基。机架按结构分为开式和闭式，闭式机架是一个整体框架，强度和刚度很大，得到广泛应用，所以本设计采用的就是闭式机架。选择机架的基本尺寸参数，并对机架的强度和刚度进行校核。2.4轧辊系统设计2.4.1轧辊的设计轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件，粗轧机组件由上下轧辊及其轴承部件组成的，轧辊与轧辊轴承通过轴承座安装在轧机机架的窗口内，上轧辊是通过它的轴承座与其上面的压下螺丝相连，并把垂直向上的轧制压力通过压下螺丝和螺母传给机架，其下面通过轴承盒支在平衡装置的四根顶杆上。在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生变形。轧辊结构有辊身、辊颈、和辊头三部分组成。 辊身是轧辊直接与轧件接触的工作部分。辊颈是轧辊的支撑部分。而辊头则是轧辊与连接轴相接的地方。对轧辊进行强度校核，通常对辊身只计算弯曲应力，对辊颈计算弯曲和扭转应力，对传动端轴头只计算扭转应力。2.4.2轧辊轴承的设计 由于各类轧机的结构及工作条件差别很大，因而采用不同类型的轴承。轧辊上使用的轴承主要是双列球面滚子轴承、四列圆锥滚子轴承以及四列圆柱混子轴承。本次设计选择四列圆柱滚子轴承。这类轴承的特点是：径向承载能力大，不能承受轴向载荷，径向尺寸小，允许转速高等。根据辊颈尺寸选择轧辊轴承的型号，对其进行寿命校核。2.4.3轧机轧辊调整机构的设计 上轧辊调整装置即压下装置，压下装置按照轧钢机的类型、轧件的轧制精度等要求，以及生产率高低的要求可分为：手动、电动、电液及全液压压下机构。本设计采用液压压下装置，因为轧机上辊调节距离不大，调节速度不快，但调节精度要求高。2.5轧机主传动装置设计轧机主传动装置包括，连接轴，联轴器，齿轮机座，减速器部分组成。本次设计不涉及此轮机座。 （1）联接轴：其作用是将扭矩从齿轮机座或一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机组的轧辊。它的主要类型为：万向接轴和梅花接轴。本设计采用万向接轴。（2）联轴器：主要是齿轮联轴器，作为主电机联轴器或主联轴器。因为齿轮联轴器结构简单，紧凑，制造容易，并有很高的精度，摩擦损失小，能传递很大的扭矩，有良好的补偿性能和一定的弹性等特点。（3）主减速器：作用是把主电机的高速转数变成轧辊需要的低转数，以避免采用成本较高的低速电动机。2.6系统的润滑 润滑的作用不仅是润滑工作表面，以减少磨损，提高效率和延长机件的寿命，同时还能起到冷却、缓冲、减振、防锈和排污等作用。因此，任何设备的重要部件都离不开润滑。3 孔型设计3.1 孔型系统的选择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。椭圆圆孔型系统如图3.1所示：图3.1椭圆圆孔型系统3.1.1 椭圆圆孔型系统的变形系数1.延伸系数： 椭圆圆孔型系统的延伸系数一般不超过1.31.4，轧件在椭圆孔型中的延伸系数为1.21.6，轧机在圆孔型中的延伸系数为1.21.4。2.宽展系数：椭圆圆孔型系统的宽展系数为0.50.95，轧件在圆孔型的宽展系数为0.30.4。3.1.2 椭圆圆孔型系统的孔型构成1.椭圆孔型的构成：孔型宽度： （3.1）式中：b椭圆轧件的宽展； 宽展余量，一般取0.850.9，这里取0.9。孔型高度： （3.2）式中：h椭圆轧件的高度。 宽展余量，一般取0.850.9，这里取0.9。 辊缝s： （3.3）椭圆孔型的圆弧半径R： （3.4）外圆角半径r： （3.5）2. 圆孔型的构成：孔型高度： （3.6）式中：圆断面轧件的断面面积。孔型宽度： （3.7）式中：宽展留的余量，可取14mm。圆孔型的扩张半径： （3.8）其他尺寸，孔型的扩张角，通常取；外圆角半径r=25mm；辊缝s=25mm.3.2 孔型尺寸的计算表3.1 边长为120mm的方坯制成5.5线材轧机断面尺寸轧机号轧件截面形状轧件高度（mm）轧件宽度（mm）轧件截面积（）8椭圆26.462.312509#圆3535.196010#椭圆19.248.6971511#圆26.526.655012#椭圆14.736.2741013#圆2020320以12#和13#为例，进行孔型尺寸计算：（1）12#轧机为椭圆孔型，其孔型宽度、高度、辊缝s、椭圆孔型的圆弧半径R、外圆角半径r： mm mm 取 mm mm 取mm （2）13#轧机为圆孔型，其孔型宽度、高度、圆孔型的扩张半径： mm mm=mm其他轧机的孔型设计结果如下表3.2：表3.2 孔型设计的结果轧机号孔型形状孔高（mm）孔宽（mm）轧件面积（mm）（）辊缝(mm)8椭圆26.46912504.49#圆3536960410#椭圆19.254.1715411#圆26.527.5550412#椭圆14.740.34103.113#圆20213203.04 轧辊轧制总压力与轧辊驱动力矩4.1 轧制力的计算 在计算中常用的公式有艾克隆德公式、西姆斯公式、Stone等公式。在具体设计中应根据具体情况选择应用。其中艾克隆德公式适用范围是： 1) 热轧型钢时计算平均单位压力； 2) 轧制温度大于950，材质为Q235；3) 轧制速度小于5m/s时。轧制压力P等于平均单位压力与接触水平投影面积F之乘积。4.1.1 平均单位压力的计算 本设计中选用艾克隆德公式，由文献2,2-103知， 艾克隆德公式为： =（） （4.1）式中： 外摩擦对单位压力影响系数； 静压力下单位变形力，MPa； 粘性系数，； 平均变形速度。其中第一项是考虑外摩擦的影响，决定的经验公式为： （4.2）式中： 摩擦系数，硬面铸铁轧辊 =0.8（1.05-0.0005t）,t为轧制温度， 轧辊工作半径，mm； 轧制前后轧件的高度，mm；第二项中乘积是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均变形速度值用下式计算： = （4.3）式中： 轧制速度，m/s,8840 mm/s； 轧制前后轧件的高度，mm； R 轧辊工作半径，mm；计算和的经验公式为： =（140.01t）（1.4+0.3）9.8 （4.4）式中： t 轧制温度，； 以%表示的碳的百分含量，本设计中取0.15； 以%表示的Mn的百分含量，本设计中取0.30； 以%表示的Cr的百分含量，本设计中取0.30。的计算公式为： = 0.01（140.01t） （4.5）式中决定于轧制速度。的选择见下表：表3.1 粘度系数与轧制速度的对应表轧制速度（m/s）6610101515201.00.80.650.6以12#、13#机为例计算：其平均压下量为： = （4.6） = = = 0.01（140.011000）0.8=0.032 =（140.011000）（1.40.150.3+0.30.3）9.8=76.048MPa=0.8（1.05-0.00051000）=0.44 =（）=106.40MPa 4.1.2 接触面水平投影面积的计算 在简单轧制情况下，计算接触面水平投影面积F公式为： F= （4.7）式中： 轧件平均宽度；mm； 接触弧长度；mm； 轧制前后轧件的宽度；mm； 轧辊平均工作半径，mm； 压下量，mm 4.2 轧辊驱动力矩的计算在简单轧制情况下，驱动一个轧辊的力矩为轧制力矩和轧辊轴承处摩擦力矩之和，由文献4,2-120可知其公式为： =+ （4.8） 求轧制力矩，由文献4,2-120可知其公式为： （4.9）式中：轧制力； 轧制力力臂，即合力作用线距两个轧辊中心线的垂直距离； 轧辊直径； 咬入角，； 合力作用点的角度，； 力臂系数，热轧时：=0.5，冷轧时：=0.350.45计算得： 求轧辊轴承处摩擦力矩，其公式为： （4.10） 式中：轧制力； 轧辊轴承处摩擦圆半径； 轧辊轴颈直径； 轧辊轴承摩擦系数，滚动轴承=0.004=98648.650.46=45378.379轧辊驱动力矩：=2635891.93+45378.379=2681270.31两个辊总驱动力矩： =22681270.31=5362540.62 （4.11） 5 轧机主电动机力矩及电动力功率5.1主电动机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，即： （5.1）式中：电动机力矩； 轧辊上的轧制力矩； 附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构及其他传动件中的摩擦而产生的附加力矩，； 空转力矩，轧机空转时在轧辊轴承及传动装置中所产生的摩擦力矩及其他阻力距； 动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩；因380平辊轧机属于不可逆式，故； i轧辊与主电动机的传动比。5.2电机容量的选择轧辊转速： 可得轧制速度式中：工作辊直径。由轧辊力矩初选电动机功率： （5.2）故，初选电机功率应满足，考虑到生产的发展以及需要轧制不同的钢种，应取的大些，取电机功率为500KW，电机主要参数为：型号：ZKSL-450-21额定功率：500KW转速：1200r/min电机额定转矩 为： （5.3）5.3 附加摩擦力矩附加摩擦力矩包括：轧制总压力在轧辊上产生的附加摩擦力矩；各转动零件推算到主电动机轴上的附加摩擦力矩。 （5.4）式中：主电动机到轧辊之间的传动效率，不包括空转力矩的损失。则可求得：主电动机轴上的附加总摩擦力矩为：5.4空转力矩空转力矩有各传动零件的重量产生的摩擦损失，公式如下： （5.5）因此主电动机力矩为：5.5电动机的校核对于不可逆轧机不需要进行发热校核，只需要进行过载校核。电动机的过载系数，由文献4,2-161可知其公式为： （5.6）式中：静负载最大力矩。对于不可逆式轧机，过载系数：所以过载校核通过。6 机架的设计6.1机架的选择及结构参数 轧机的机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受轧制力，必须要有足够的强度和刚度。380H平辊轧机要求具有较高的强度和刚度，因此选择闭式机架。机架的材料为16Mn。机架的主要结构参数如图6.1所示。图6.1 机架结构图6.2机架强度的计算及校核 选用的机架材料为16Mn，属于低碳合金钢。机架的力学性能为：；。n为安全系数,这里取2.5。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。机架受力图如图6.2所示：图6.2 机架受力图图上作用于机架上的垂直力R，机架自由框架所受弯曲力矩如图6.3所示：图6.3 自由框架弯曲力矩图机架窗口垂直中心线处静不定力矩，其公式为： （6.1）式中：机架横梁的中性线长度，； 机架立柱的中性线长度，； 机架上横梁的惯性距； 机架立柱的惯性矩； 机架下横梁的惯性矩。由于上下横梁惯性矩相同，即，则力矩为： （6.2）上横梁惯性距为： （6.3）式中：机架上横梁横截面的宽度，； 机架上横梁横截面的高度，。机架立柱上的惯性矩为： （6.4）式中：机架立柱横梁横截面的宽度，； 机架上横梁横截面的高度，。弯矩为：在立柱上的弯矩： （6.5）在求出力矩和后，可求出机架的应力，其应力图如图6.4所示：图6.4 机架应力图机架横梁内侧的应力为： （6.6）式中：机架横梁内侧的断面系数。机架横梁外侧的应力为： （6.7）式中：机架横梁外侧的断面系数。机架立柱内侧的应力，公式为： （6.8）式中：机架立柱内侧的断面系数； 机架立柱的断面面积，。 机架立柱外侧的应力，公式为： （6.9）式中：机架立柱外侧的断面系数；以上各部分应力均远小于机架的许用应力，因此机架满足强度要求。6.3机架的变形计算 机架的弹性变形时由横梁的弯曲变形和立柱的拉伸变形组成的。由于横梁的断面尺寸较横梁的长度来说是较大的，在计算横梁的弯曲变形时，应考虑横向切力的影响，公式为： （6.10）式中：机架的弹性变形； 由弯矩产生的横梁弯曲变形； 由切应力产生的横梁弯曲变形； 由拉力产生的横梁弯曲变形。由弯矩产生的横梁弯曲变形为： （6.11）式中：机架材料的弹性模数，； 横梁的惯性矩； 横梁中性轴的长度； 横梁上的作用力； 机架立柱中的力矩。由切应力产生的横梁弯曲变形为： （6.12）式中：机架材料的剪切弹性模数，； 横梁的断面面积，； 横梁的断面形状系数，对于矩形断面，系数为1.2.机架立柱的拉伸变形为： （6.13）式中：立柱的中性轴长度； 立柱的断面面积；机架的允许变形，所以机架刚度足够。7 轧辊与轧辊轴承设计7.1轧辊的设计7.1.1轧辊参数的选择380H平辊轧机为线材轧机，故L/D为：1.52.5.轧辊的参数选择列表如下表所示：表7.1 轧辊参数轧辊材料轧辊直径（mm）辊身长度（mm）辊颈直径（mm）辊颈长度（mm）梅花轴头直径（mm）梅花轴头长度（mm）镍钼球墨铸铁380700230278210310轧辊主要尺寸示意图如图7.1所示：图7.1 轧辊主要尺寸示意图7.1.2轧辊的强度校核 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。通常对辊身只计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转，对传动轴头只计算扭转。辊颈强度要按照弯扭合成应力来计算。以下轧辊为例，其受力图、弯矩（M）图、扭矩（T）图如图7.2所示：图7.2 下轧辊受力、弯矩、扭矩图将轧辊简化成两端支撑的简支梁，所以， 根据图7.2得到： 1、辊身强度校核： 作用于轧辊危险断面上的弯矩为： （7.1）式中：压下螺丝中心线距离，。作用于轧辊危险断面上的弯矩应力为： （7.2）式中：辊身危险断面处的弯矩，Nm； D轧辊断面处的直径，D=380mm。 因为轧辊是铸铁轧辊，根据文献参考2,87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。 2、辊颈强度校核根据参考文献4,128可知辊颈危险断面上的弯曲应力为： （7.3） 式中： 轧辊危险断面处的弯矩； 辊颈直径，。辊颈危险断面处的弯矩为： （7.4）式中：压下螺丝中心线到辊身边缘的距离，; 压下螺丝中心线到轧制压力作用线的距离，。辊颈危险断面上的弯曲应力为： 辊颈危险断面上的扭转应力为： （7.5）式中：轴颈危险断面的扭矩，即作用在工作辊上的最大传动力矩，； 辊颈危险端面的抗扭截面系数。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2,87得： （7.6）式中：铸铁材料抗拉许用应力与抗压许用应力的比值，对于球墨铸铁。因此，满足强度要求。3. 梅花轴头强度校核 对于梅花轴头只校核扭转应力，且它的最大扭转力发生在它的槽底部，因此： （7.7）式中：梅花轴头直径，。 根据参考文献2,18-25： =0.7= 因为，所以轴头强度要求满足。7.2 轧辊轴承的校核7.2.1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FC4666206.根据参考文献5,20-179得到它的参数见表7.2表7.2 FC4666206轴承的基本参数主要尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承型号dDB动载荷静载荷FC666206230330206260135035107.2.2 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，其公式为： （7.8）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=444.5r/min； 温度系数，取0.9； 额定动载荷，N，其值由轴承样本查得， 寿命指数，因为是滚子轴承，所以=10/3； P当量动载荷，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： （7.9）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，=49324.325N。 将数据代入 （7.8）得： 轴承寿命按=40000h计算，因为，所以，轴承满足寿命要求。8压下装置8.1压下螺丝螺纹尺寸的确定 压下螺丝是压下系统的主要组成部分，由头部、本体和尾部三部分组成。头部与上轧辊轴承座接触，承受来自轴颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷，压下螺丝的螺纹有锯齿形和梯形两种。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力。压下螺丝的基本参数是螺纹部分的外径d和螺距t，可按国家专业标准选择。压下螺丝直径由最大轧制力决定。压下螺丝的最小断面直径d1由下式来确定： （8.1）式中：作用在螺丝上的最大轧制力； 压下螺丝许用应力。一般压下螺丝材料为锻造碳钢，其强度=600700,当安全系数取时，许用应力为=100120，取=115代入公式（8.1）得:由于压下螺丝和轧辊辊径承受同样大小的轧制力，故而这两者之间有一定的关系即： （8.2）式中： d压下螺丝外径； 辊径直径；。取；对初轧机来说，压下螺丝的螺距,取t=0.12d，实际取压下螺丝内径25mm，外径140mm，螺距16mm。 9主传动装置设计 轧钢机主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。在很多轧钢机上，主传动装置由连接轴，联轴器，齿轮机座，减速器部分组成。本次设计不涉及齿轮机座。 9.1 联轴器的选择及计算 选用齿式联轴器。齿式联轴器的特点是结构紧凑，承载能力强，使用的速度范围很广，工作可靠，具有综合补偿两轴相对位移的能力，适用于重载下工作或告诉运转的水平传动轴的连接。选用GCL型齿式联轴器，型号为：GCL10联轴器的强度校核：若满足： （9.1）则满足强度要求。上式摘自文献6,6-55。式中：联轴器计算转矩，； 工作情况系数，主传动装置中，取； 动力机系数，取1.0； 启动系数，取1.0； 温度系数，取1.0； 驱动功率，； n工作转速，； 公称转矩，。 ，因此满足强度要求。9.2联接轴的选择及计算为便于更换轴承，选择SWP型十字轴万向接轴。A型、D型、E型和F型联接轴的安装长度均可根据工作选择适当的长度，在根据联接轴两端尺寸，选择联接轴型号：SWP315A。SWP315A剖分轴承座十字轴