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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 1150 钢坯开坯轧机主传动设计 摘要 1150 钢坯开坯轧机主传动装置是轧钢生产中非常重要的轧制设备，它在轧钢生产中使用越来越广泛，尤其是在热轧薄板带钢生产中的破鳞、控制板坯宽度等方面更是必不可少的轧钢设备。本次设计的主要目的是对开坯轧机的主传动系统进行了解和研究，并对主要部件进行设计和校核计算，最终设计绘制出 1150 开坯轧机主传动系统的总装配图。本次设计主要包括阐述开坯轧机的发展、结构、作用和主传动方案等，并重点对开坯轧机主传动系统中涉及的各个零部件进行了设计计算。主要包括轧机结构参数计算、力能参数计算、 主电机选择、轧辊设计与校核、轧辊轴承计算等相关内容。通过本次设计各方面的分析和计算，我们对设备的性能和存在的问题有了更深的了解，并使设备在理论上得到进一步的改进。 关键词： 主传动系统；轧机；轧辊；机架 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 of 150of 150 is in of it is in in of is of of is to of 150 of of on of in of 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 目录 1 绪论 . 1 钢机械的定义 . 1 轧机在轧钢生产中的作用 . 1 钢机械设备的组成 . 1 钢机的分类及标称 . 1 内外开坯机的现状及发展情况 . 2 内外开坯机的现状 . 2 内 外开坯机的发展情况 . 2 150 钢坯开坯机主传动 . 3 2 总体方案设计 . 5 3 1150 钢坯开坯机力能参数的计算 . 7 机容量的选择 . 7 机轴上的力 . 7 机的发热和过载校核 . 9 制力的计算 . 11 制规程 . 11 辊主要尺寸的确定 . 1 错误 !未定义书签。 制力的计算 . 13 机驱动轧辊时的力矩计算 . 17 辊受力分析 . 17 机驱动轧辊的力矩 . 18 4 零部件的选择与强度校核 . 200 辊轴承的选择与校核 . 20 承的选择 . 20 承冷却及用水量的校核 . 21 辊的强度计算 . 22 架的选择和强度计算 . 25 架的设计准则 . 25 架结构尺寸的确定 . 26 架强度的校核计算 . 27 向接轴的选择与计算 . 31 头强度计算 . 31 头的强度计算 . 32 5 开坯机的润滑方式 . 33 机轧辊的润滑 . 33 辊轴承的润滑 . 33 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 机主轴连接的润滑 . 34 6 设备的环保、可靠性和经济评价 . 35 备的环保 . 35 械设备的可靠性 . 35 械设备的平均寿命 . 36 械设备的有效度 . 36 械设备的经济评价 . 37 总结 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 1 页 1 绪论 钢机械的定义 轧钢机械在轧钢生产中亦称轧钢机。一般是将被加工材料在旋转的轧辊间受压力产生塑性变形即轧制的机械设备，称为轧钢机。在大多数情况下，轧制材料的生产过程要经过几个轧制加工阶段，整个过程中还需要一系列的辅助工序，比如将原加工材料由仓库运出 、加 热 、轧件送往轧辊 、轧制、 翻转、 剪切 、矫直 、打印 、轧件的收集 卷取成卷等等。一个轧件生产的全过程是由各种机械设备按工艺顺序排列而成的机械设备来加工完成的，这种机械体系叫轧钢机械或称轧钢机。 轧机在轧钢生产中的作用 方、板坯开坯轧机既可轧制板坯，又可轧制方坯，生产比较灵活。初轧机较多地采用了液压传动，机械化程度比较高。 按老式的钢锭生产体系布局，一个大型钢铁联合企业，应该是板材、型材和管材等产品都能生产，当一个或几个炼钢厂的钢坯分别供应板材厂、型材厂和管材厂时，初轧厂是整个生产体系中最重要 的环节，一旦初轧厂生产受阻，其经济损失是不可想象的，因此可以说明在传统老式的钢铁生产体系中初轧机的地位是非常重要的。 钢机械设备的组成 轧钢机械设备的组成可以分为两大类：主要设备和辅助设备 直接使轧件产生塑性变形的机械设备称为主要设备，也称为主轧机组。它包括：工作机座（轧辊、 轴承 、轧辊调整装置 、控制装置及机架等），万向或梅花接轴，齿轮机座，减速器，主联轴节，主电机等 是指主轧机组以外的各种设备，它用于完成一系列辅助工序。辅助设备种类繁多，车间机械化程度越高，辅助设备 所占整个车间机械设备总比重也越大。 钢机的分类及标称 各类轧机的工作原理和主要结构基本相同只是轧制的温度压力和速度有所差辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 2 页 异。轧机中使用最多的是轧钢机。轧机又可分为半成品轧机和成品轧机。半成品轧机主要是 开坯 机包括初轧机 板坯轧机 和钢坯轧机。 轧钢机的标称有许多习惯称谓，一般与轧辊或轧件尺寸有关。 钢坯轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊的名义直径，因为轧辊名义直径的大小与其能够轧制的最大断面尺寸有关 . 钢板车间轧钢机的主要性能参数是轧辊辊身长度，因为轧辊辊身长度与其能够轧制的钢板最大宽度有关。因此，钢板轧机是以轧辊辊身长度标称的。 钢管车间轧钢机则是直接以其能够轧制的钢管最大 外径来标称的。 内外开坯机的现状及发展情况 内外开坯机的现状 我国大钢厂从 70 年代已用先进的连轧轧机，连轧机采用了一整套先进的自动化控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施，轧件在各种轧机上同时轧制，大大提高了生产效率和质量。 我国粗钢产量位居世界第一。国内十大钢铁企业年产粗钢均在 1000 万吨以上。近年来，钢铁重组进入衰退期，比如宝钢控股的广东钢铁集团， 山东济钢 、莱钢为主组建的山东钢铁集团，还有河北钢铁集团等。但是，我国钢铁业要振兴，必须走精细化道路。热轧卷和冷轧卷目前还停留在重产量轻质量的瓶颈。轧钢行业必须走高端路线，造船业和汽车制造业、建筑业的兴旺，能给轧钢行业带来机遇，但是矿石的涨价给我国轧钢行业带来新的困境。 国内轧钢行业要真正做大做强，必须不断对钢坯质量、加热、辊型控制、卷取能力、酸洗等系列环节加强。另外，做重型机械的一重、 二重、上重、太重等必须奋起，探索高精轧钢设备。 内外开坯机的发展情况 目前开坯机的发展趋势有如下几点： 轧钢生产的发展决定于轧钢铁的逐步改善及以新的机械装备它们。与轧钢设备发展的同时 ,生产技术和轧辊孔型设计了改变和改善了。如果以工作机架排列的原则作 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 3 页 为轧钢铁分类的基础 ,那么现有的轧钢铁机根据它们完善的程度可以排成下列次序 :1)单机架的 ,2)单列式的 (包括二个以上的机架 译者注 ),3)二阶段式的 ,4)三阶段及多阶段式的 ,5)间断顺列式的 ,6)半连续式的 ,7)连续式的 ,8)无止境轧制轧钢机。 开坯机近年来的发展特点有以下几点： 20 年来随着热连轧和中厚板轧机的发展，板坯需要量不断增加。由于万能式板坯开坯机带有立辊，可以减少翻钢道次 减少轧制时间，轧出的板坯质量好，易于实现自动化控制。 坯机的重型化是指大钢锭、大辊径、大功率。 坯机的自动操作已由电子计算机自动在线控制。 进精整工序，采用大吨位板坯剪切机及在线火焰清理机。 换辊装置 以减少机械储存的动能 着连铸技术的发展，连铸及开坯机相结合的连续轧机组将会进一步发展。 150 钢坯开坯机主传动 轧钢机主传动装置的作用是将电动机的动力、力矩和运动传递给轧辊。 1150 钢坯可逆式开坯机的主传动装置是由电动机、联轴器、齿轮座及连接轴组成。 开坯轧机提供动力源，是开坯机的动力设备 接电机和齿轮座以及连接轴，以便 传递运动和动力 工作机座有一个电动机带动时，通过齿轮座将电动机的力矩和运动均辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 4 页 匀的分配给两个轧辊。 坯机和电动机以及齿轮座的动力和运动都是用联轴器传递给联接轴并带动轧辊运动的。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 5 页 2 总体方案设计 1150 方坯型钢坯轧机采用双电机驱动，能对上下辊同时进行调速处理，方便对下辊进行调速调整，从而使下辊的运转速度加快。毛坯方坯通过轧机组轧制时，要能保证方坯在出口处高于辊道平面，以防止方坯撞坏传动辊道。 一般 1150 方坯型钢坯轧机取消电动机和轧辊之间的齿轮座和减速机。由两个电动机分别驱动两个工作轧 辊。因为减速机造价高，而且能源消耗较大，所以用传动轴代替后可使整个机械设备结构简单，节俭了很多运作成本。 在轧辊和电机之间用滑块式万向接轴连接，两个电动机分别用两个连接轴驱动轧辊进行钢坯轧制。 1150 方坯型钢坯轧机采用了闭式机架，而机架是个整体框架有较高的强度和刚度，闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机。由于轧制精度较高，需要有较高的机架刚度和强度，所以方坯轧机采用了闭式机架。但是闭式机架又不易换辊。 轧辊轴承是轧钢机械轧钢工作机座中的重要部件，由于轧机的结构和工作条件差别较大，所以必须 采用不同种类的轴承。与一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下特点： 1） 工作环境相对比较恶劣 2） 运转速度差别很大 3） 工作负荷较大 轧辊轴承主要分为滚动轴承和滑动轴承，滑动轴承又分为半干摩擦和液体摩擦两种， 1150 方坯型钢坯轧机采用了酚醛夹布树脂滑动轴承，它广泛用于各种型钢轧机、初轧机和钢坯轧机。 1150 钢坯轧机采用重锤式平衡装置。它工作可靠、维修方便。广泛用于轧辊移动量很大的初轧机上。其缺点是设备重量大，轧机基础结构较复杂。 总体设计主传动装置示意图如下 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 6 页 如 2 1150 钢坯开坯机主传动系统示意图 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 7 页 3 1150 钢坯开坯机力能参数的计算 机容量的选择 机轴上的力 根据总体方案设计初选电机容量为 4000 千瓦，其运转速度为 70r/验证是否合格。由轧辊上的静力矩选择 9550zk （ 3.1） 9550（ 中： k 电机的过载系数 k = 取 k = 传动效率 = 电机转速 轧辊转速 选电机容量 电机容量：由式（ 9550 zk = k = 电机转速： N Z / 5 6060 1 则得 在电机和轧辊之间没有减速器和齿轮座，所以设计中的传动比以 1i 进行计算。 0 09 5 5 09 5 5 0辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 8 页 2 5 计算轴上的力矩 1 同理各个道次上电机轴的力矩如下表 表 3机轴轧制力矩 摩擦阻力矩的简单计算 661 次 轧制力 P(N) 轧制力臂 a （ 电机轴轧制力矩 N） 1 106 106 2 106 106 3 106 106 4 106 106 5 106 106 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 9 页 1( （轴的传动效率 = = 6）（ 电机轴上静力矩的计算 J 6108 7 理 ,可得各道次的摩擦阻力矩 表 3道次摩擦力矩 机的发热和过载校核 主电动机轴上的力矩由四部分组成，即 道 次 轧制力矩 P(N) 轧制力臂 a （ 电机轴轧制力矩 N） 1 106 106 2 106 106 3 106 106 4 106 106 5 106 106 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 10 页 o 21 （ f 112 （ 式中： 主电动机力矩， KNm； 加摩擦力矩， 21 ， KNm； 轧辊上的轧制力矩， KNm； 力矩，轧辊运转速度不均匀，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩， KNm； 转力矩，即轧机空转时，由 于各转动件的重量所产生的摩擦力 及其它阻力矩， KNm； i电动机和轧辊之间的传动比 。 电动机至轧辊之间的传动效率； 则有：定 功率的 5%，取 M %5由于 轧机匀速运动，所以 0 55 102 7 k o m 646m a x 101 2 ）（机轴上的最大力矩 6m a x m 对于可逆电机，电机过载系数 5.2k ，则电机工作时静力矩 666m a x 01 2 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 11 页 由过载选取电机容量后，进行发热校核 t=56s u n 652 因此满足发热要求 制力的计算 制规程 原料断面 90 成品断面 10大压下量 h 0 90 轧制速度 V=4m/s 轧件长度 L=8m 最大轧制速度 m/s 轧制温度 t=1200 钢种 6545 普碳低合金钢 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 12 页 表 35#压下规程 辊主要尺寸的确定 轧辊辊身长度 L 和辊身直径 D 的确定 名义直径按咬入条件公式确定 hD（ 由轧钢机械查表 3得：轧机的最大咬入角 =2432之间，取 =30 最大比例3161D, h 0 90 取 h 0 道 次 孔 型 轧前厚度 轧后厚度 B(压下量 h（ 宽展量 B（ 轧制温度 t（ ） 0 380 380 1200 1 平 315 385 65 5 1200 2 平 265 389 50 4 1197 3 平 215 392 50 3 1193 翻钢 392 200 4 300 206 70 6 1186 5 240 210 60 4 1181 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 13 页 ）（ 230c D=）（ 230= 轧制过程中，由于轧制条件、工作环境的影响，轧机材质和所受应力条件的限制，取轧辊名义直径 D=1150 轧辊辊身长度 L 决定了孔型位置和轧辊的弯曲强度，查轧辊机械表 3L/D= L/D= L=150=3450定轧辊直径 d，又 1150 方坯型钢坯轧机采用了酚醛夹布树脂滑动轴承的轧机， 查轧辊机械表 3 D D 则 d=150=575 l=75=575 轧制力的计算 第一道次轧制力的计算 由于轧制温度为 t=1200 的条件下进行热轧，故采用西姆斯公式进行计算。 而西姆斯公式采取了假设和简化，其简化式为： 2121 h)h(24 ）（ (式中： P 单位压力 轧制后轧件的高度 k 整个接触弧上变形 R 轧辊半径 入口至中性面单位压力为： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 14 页 a r c t a n ()a r c t a n (411110 （ 式中： 轧制前轧件高度 中性角： 1ar ct l n (8t 11 （ 中： 中性角 变形程度 压下量： 10 （ 式中： h 压下量 则可得： 653 1 53 8 010 0 0 00 h h （ 把式 （ 代入 （ 中解得 1 6 0 7 1 1 ct 53 1 5)1 7 1 n (8t 5 7 53 1 5 因此 1 1l n(121r c t a 11 （ 式中： 0 考虑摩擦对应力状态的影响系数 变形阻力 1211 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 15 页 = = )1 1l n (121r c t a r (= 式中： 变形温度影响系数 0 基础变形阻力，即变形温度 t=1000 ，变形速度 u=10形程度 =40% 时的变形阻力由表【 得 0 =r 变形程度影响系数 变形速度影响系数 T=（ t+273） / 1000 =（ 1200+273） / 1000 =变形温度影响系数 A+ =e【 =中查得 A= B=变形速度影响系数 的计算 3 2 3655 7 5 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 16 页 8 53 803 104)l n ( 310 ）（ 10/ 10） =变形程度影响系数 计算 25 5 73 2 3 3232 0 1 2 1 l n ()1 1l n ( ()=（）（= M P 3 0 因此第一道次的轧制总压力为： l2 （85380 ）（ 由于轧件的原始材料不同、工作环境和润滑条件等各种因素的不同，因而轧制时需要加辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 17 页 大压力，故校核时按最大轧制力校核。 其他道次计算方式和第一道次相同，其参数能力如下表所示 表 3制力统计表 机驱动轧辊时的力矩计算 辊受力分析 下图中： 法向力 摩擦力 ， 合力 轧辊力矩 道 次 变形阻力 （ 接触弧水平投影 长度（ 平均单位压 力（ 轧制总压力 （ N） 1 106 2 106 3 106 4 106 5 106 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 18 页 如 3轧辊受力示意图 机驱动轧辊的力矩 首先计算第一道次的轧制力矩如下： 8 2 815s 5 0 在金属热轧时 = 取 =1 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 19 页 )( 1 ）（ . 2 9 2 6 同理，其余道次轧制力矩如下表所示 表 3辊轧制力矩 道 次 轧制力 P(N) 轧制力臂 a （ 轧辊轴处的摩擦圆 半径 1（ 轧制力矩 N） 1 106 106 2 106 106 3 106 106 4 106 106 5 106 106 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 20 页 4 零部件的选择与强度校核 辊轴承的选择与校核 承的选择 轧辊轴承的润滑原则上与其他滚动轴承的润滑基本一致，只是轧辊轴承的工作条件比较恶劣，其工作性能能否获得有效发挥在很大程度上取决于轴承的润滑情况。 轧辊轴承采用的润滑方法主要有脂润滑和油润滑。 脂润滑的润滑脂兼有密封作用，密封结构和润滑设施简单，补充润滑脂方便，因此只要工作条件允许，轧辊轴承一般都采用脂润滑。 油润滑的冷却效果强，并能从轴承内带走污物和水分。轧辊轴承采用油润滑的润滑方法有压力供油润滑、喷油润滑、油雾润滑和油气润滑。 压力供油润滑是常规转速下轧辊轴承最有效的润滑方式。 喷油润 滑是将润滑油以一定的压力通过装在轴承一侧的喷油嘴喷入轴承内部进行进行润滑，一般应用在高速轧辊轴承，或者压力供油润滑不能满足冷却要求的场合。 喷雾润滑是将含有油雾的干燥压缩空气喷到轴承内部进行润滑，使用油量少，由于空气的作用，冷却效果极强，主要用于轧制速度高和轧制精度高的大型轧辊轴承，或者用于在轴承箱中不经常拆卸的轧辊轴承。 压力供油润滑和喷油润滑都需要装设进、出油管、润滑泵、储油器，有时还需润滑油冷却器，因此，费用较高，一般轧辊轴承较少采用。 综上所述， 1150 方坯型钢坯轧机采用了酚醛夹布树脂滑动 轴承，材质采用了理想材料开式非金属衬，其主要特点是： 抗压强度较大 ;摩擦系数比金属衬瓦低 10 一 20 倍 具有良好的耐磨性 ,使用寿命长 胶木衬瓦较薄 ,故可以采用较大的理想辊颈 ,有利于提高轧辊寿命 可用水做润滑剂 ,不存在轴承密封问题 能承受冲击载荷 ;耐热性和导热能力差 ;剐性差 ,受力后弹性变 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 21 页 承冷却及用水量的校核 根据经验公式 405 4 0 5 5106 4 式中： p 作用在轴承上的力 摩擦系数 = =d 轧辊辊径 Q 轴瓦的耗水量 n 轧辊转速 选取的轴瓦其厚度 h=45于轴承所受的径向载荷 F=107N 轴径转速=70 轴径直径 d=690得酚醛树脂 1 。 则有： 式中： B 轴承宽度 p 轴瓦材料的许用应力 代入以上数据可得 M P 56 9 0106 4 V 值 1 0 01 00 060 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 22 页 4 1 1 7 5 式中： 轴承材料的 用值 V 轴承圆周速度即滑动速 度 3. 验算滑动速度 其中60根据验算轧辊轴承合格。 辊的强度计算 根据标定的最大轧制力和轧制力矩进行校核轧辊的强度，最大轧制力和最大轧制力矩分别为 P=20000=20 105 。 对轧辊进行受力分析由静力平衡方程求得梁的支座反力 21 150280038022 两式联立解得 1 2 并画出弯矩图和扭矩图如下： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 23 页 如 4轧辊的弯矩图和扭矩图 由此可知，危险断面有两个，一个在最大受力断面，另一个抗扭转断面。进而做出相应的校核 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 24 页 断面处剪应力（当标称的辊径 D=1150） 16102 36 D6102 (当标称的辊径 D=671 ) 216102 36 D6102 对两个截面分别进行弯曲强度校核 837111 801065( 836222 选取轧辊材料为合金锻钢，其强度极限b=700750用应力 M P 50142 则可按第四强度理论进行校核 122 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 购买设计文档后加 费领取图纸 第 25 页 02(架的选择和强度计算 架的设计准则 机架的作用 1、 作用：用来安装轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置和导卫装置等工作机座中全部零件，并承受全部轧制力的作用。 2、 地位：机架是轧机工作机座中尺寸和重量最大的部件，轧辊轴承和轧辊调整装置都安装在机架上，机架承受巨大轧制力的作用。 根据机架的作用，其设计准则如下 1、工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻 碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 2、刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度。 3、强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求 4、稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯 构存在失稳问题，某些
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