高精度四輥帶鋼冷軋機(jī)組設(shè)計說明書_詳細(xì)

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太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 I 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 011 畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 技術(shù)性能參數(shù) ： 設(shè)計題目：高精度四輥帶鋼冷軋機(jī)組設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： 工作輥直徑 *輥身長：Φ 150/Φ 160 * 500持輥直徑 *輥身長：Φ 380/Φ 400 * 400身有效寬： 400大軋制力： 1500 制速度：≤ 3m/s 新輥時最大開口度 10料厚度： 2料寬度： 150～ 320品厚度： 號 總圖 裝配圖 1 零件圖 1 零件圖 2 零件圖 3 1 Y 輥系裝配 2 Y 機(jī)架裝配 3 Y 工作輥換輥 裝置裝配 4 Y 張力測量裝置裝配 5 Y 卷筒裝配 說明： 1. 按序號 1人分配一個設(shè)計任務(wù)，每個人的設(shè)計工作量為 4 個 2. 總圖由大家合作完成，參考資料中有總圖的參考圖，兩個文件，不同視圖。完成后可將總圖打印為 3. 裝配圖每人分配一個任務(wù)。完成后打印為 4. 選取裝配圖中主要的三個零件，繪出零件圖，圖幅 件圖總計工作量不小于 1 個 5. 設(shè)計畫圖的同時完成設(shè)計任務(wù)書。 設(shè)計人簽字 ： 指導(dǎo)教師簽字 ： 教研室主任簽字： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 輥可逆式軋機(jī) 摘 要 作為國民經(jīng)濟(jì)支柱的鋼鐵工業(yè)，其發(fā)展必須符合新型工業(yè)化的戰(zhàn)略，把技術(shù)革新和可持續(xù)發(fā)展放在重要地位。未來的軋鋼生產(chǎn)工藝流程將更加緊湊；達(dá)到鑄高新技術(shù)改造軋鋼工藝，實(shí)現(xiàn)所謂的“最小壓縮比軋制”，這必將推動計算機(jī)控制的進(jìn)一步深入應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)計算機(jī)模型控制向人工智能的轉(zhuǎn)化。 本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺四輥可逆式軋機(jī)，配合 制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)多參數(shù)在線控制軋制，提高帶鋼的品質(zhì)。四輥可逆式冷軋機(jī)，銜接連鑄后的技術(shù)工藝，減少工藝，可實(shí)現(xiàn)往返可逆軋制。四輥軋機(jī)還能提供較大的軋制壓力，提高軟 件的可軋硬度范圍，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格多樣化。與 配合使用，能人口智能控制帶鋼厚度偏差。實(shí)現(xiàn)“最小壓縮比軋制”。同時降低庫存，提高資金周轉(zhuǎn)利用率，最終降低成本。 關(guān)鍵詞 ：四輥軋機(jī)；最小壓縮比； 逆式。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 as of of on of in be of by to of is to a LC to of up of to of of LC,of by of at of 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 V 目 錄 前 言 ........................................................... - 1 - 第 1 章 軋輥的工藝計算 .......................................... - 3 - 軋輥的基本參數(shù) ......................................... - 3 - 軋輥的材料和表面硬度 ................................... - 5 - 軋輥的強(qiáng)度校核 ......................................... - 5 - 工作輥與支承輥的接觸應(yīng)力 ............................... - 9 - 軋輥的變形計算 ........................................ - 10 - 作輥與支承輥見的彈性壓扁 ............................. - 11 - 第 2 章 軋輥軸承 ............................................... - 12 - 承的選擇 ............................................. - 12 - 承壽命計算 ........................................... - 12 - 輥軸承潤滑 ........................................... - 13 - 第 3 章 壓下螺絲與壓下螺母的工藝參數(shù) ........................... - 14 - 下螺絲的選擇 ......................................... - 14 - 下螺母的選擇 ......................................... - 14 - 下螺絲的傳動力矩和壓下電機(jī)功率 ....................... - 15 - 機(jī)的選擇 ............................................. - 16 - 第 4 章 機(jī)架的工藝參數(shù) ......................................... - 18 - 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) .................................... - 18 - 機(jī)架的結(jié)構(gòu) ............................................ - 20 - 機(jī)架強(qiáng)度計算 .......................................... - 21 - 第 5 章 工作機(jī)座剛度的計算 ..................................... - 25 - 輥系統(tǒng)的彈性變形 ..................................... - 25 - 軋輥軸承的彈性變形 .................................... - 26 - 軸承座的彈性變形 ...................................... - 27 - 壓下系統(tǒng)的彈性變形 .................................... - 28 - 支承輥軸承座和壓下螺絲之間各零件的彈性變形 ............ - 30 - 壓力調(diào)心板的接觸變形 .................................. - 31 - 機(jī)架的彈性變形 ........................................ - 32 - 第 6 章 軋制力矩 ............................................... - 35 - 第 7 章 減速器 ................................................. - 37 - 第 8 章 萬向接軸 ............................................... - 38 - 第 9 章 電動機(jī) ................................................. - 39 - 參考文獻(xiàn) ....................................................... - 40 - 致謝 ........................................................... - 41 - 附 錄：外文資料及翻譯 ...................................... - 42 - 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 1 - 前 言 作為國民經(jīng)濟(jì)支柱之一的鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ，必須符合新型工業(yè)化的要求，即要求符合可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境友好，技術(shù)創(chuàng)新和信息化的要求，并針對我國人口眾多，就業(yè)需求大的特點(diǎn)適應(yīng)發(fā)展勞動密集型產(chǎn)業(yè)，這是我國新型工業(yè)化發(fā)展道路和戰(zhàn)略對鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的具體要求。 鋼鐵工業(yè)化在 20 世紀(jì)取得了重大發(fā)展，是鋼鐵材料成為全球應(yīng)用的主要基礎(chǔ)材料，其成型的主要方式 —— 軋鋼的連續(xù)化生產(chǎn)和控軋控冷技術(shù)是 20 世紀(jì)鋼鐵工業(yè)標(biāo)志性的技術(shù)進(jìn)步，它和氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼和精煉連鑄并列為推動鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的三大技術(shù)，它徹底改善了傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程。 世界鋼鐵工業(yè)和技術(shù)的進(jìn)步主 要集中在生產(chǎn)工藝流程的縮短和簡化，近終形連鑄、軋材性能高品化、品種規(guī)格多樣化、控制管理計算機(jī)化，使鋼鐵生產(chǎn)轉(zhuǎn)質(zhì)量型的低成本的軌道上，以擴(kuò)大市場，提高競爭力。 軋鋼生產(chǎn)工藝流程將更加緊湊，并趨向于鑄軋一體化生產(chǎn)。歷經(jīng)百年的，以輥軋為特點(diǎn)的連續(xù)變形的軋鋼技術(shù)在可見的未來，仍將是鋼鐵工業(yè)鋼材成型的主流技術(shù)，由于連續(xù)輥軋技術(shù)是連續(xù)、高效和可控的，它便于計算機(jī)等高新技術(shù)的應(yīng)用，因此在計算機(jī)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面一直處于整個鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的前列。在新世紀(jì)一輥軋為特征的軋鋼工藝雖然不會發(fā)生重大變革，但軋鋼前后共需的銜接技術(shù)必將發(fā)生長足的進(jìn)步。 熱軋生產(chǎn)正在趨向生產(chǎn)?。ɑ蛐。┮?guī)格的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)以熱軋產(chǎn)品代替部分冷軋產(chǎn)品。在 20 世紀(jì)，由于連鑄特別是近終形連鑄的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)軋鋼行業(yè)淘汰了初軋工序，將連鑄的薄帶鋼直接冷軋。與此同時，煉鋼技術(shù)及進(jìn)步提高了鋼的純凈度，近終形連鑄對凝固過程和凝固組織的優(yōu)化控制，使保證鋼鐵性能所需的最小壓縮比發(fā)生了變化。研究工作進(jìn)一步證明，煉鋼 —— 連鑄 —— 軋鋼三者技術(shù)進(jìn)步的相互影響，將實(shí)現(xiàn)可謂的“極限近終形連鑄”加“最小壓縮比軋制”的低能耗，低成本的鑄軋一體化。這不僅對板材生產(chǎn)，而且也是棒、線、 型材生產(chǎn)發(fā)展的方向。 用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的軋鋼工業(yè)。 20 世紀(jì)軋鋼技術(shù)取得重大進(jìn)步的主要特征式信息技術(shù)的應(yīng)用。 廣泛應(yīng)用就是例證，以后的板材自動控制，中厚板太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 2 - 的平面形狀自動控制，自由規(guī)程軋制技術(shù)等，無一不是以計算機(jī)為核心的高新技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果，先進(jìn)的高精度、多參數(shù)在線綜合測試技術(shù)與高響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)相結(jié)合，得保證了軋制生產(chǎn)的高精度、高速度以及生產(chǎn)產(chǎn)品的高質(zhì)量。 光測速、棒材外形尺寸測量以及在線智能化的產(chǎn)品質(zhì)量測量手段的問世，使軋鋼生產(chǎn)達(dá)到了一個全新水平。 軋機(jī)的 控制已開始由計算機(jī)模型控制轉(zhuǎn)向人工智能控制，并隨信息技術(shù)發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)的建立，與系統(tǒng)科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，軋鋼工藝控制與管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)信息技術(shù)系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和高品質(zhì)化，同時可降低庫存，提高資金周轉(zhuǎn)利用率，最終降低成本。為適應(yīng)近終形連鑄技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“最小壓縮比軋制”，且提高帶鋼的硬度，機(jī)械性能。本軋機(jī)設(shè)計為四輥可逆式軋機(jī)。它銜接連鑄后的技術(shù)工藝減少工序，可實(shí)現(xiàn)往返可逆軋制。四輥軋機(jī)還能提供較大的軋制力，故能提高軋件的可軋硬度擴(kuò)大了軋件硬度范圍，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品規(guī)格的多樣化。同時，與四輥可逆軋機(jī)相 配套使用的控制技術(shù)是人工智能 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了綜合多參數(shù)在線測量的軋制控制，從而很好地控制帶鋼厚度偏差，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)模型控制向人工智能控制的轉(zhuǎn)變。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 3 - 第 1 章 軋輥的工藝計算 軋輥時軋鋼中直接軋制軋件的主要部件，軋輥直接與軋件接觸，強(qiáng)迫軋件發(fā)生塑性變形。軋輥的種類很多，根據(jù)不同軋機(jī)的工藝條件正確選擇軋輥對軋機(jī)的生產(chǎn)率、產(chǎn)品品種質(zhì)量等都有重要影響。 輥的基本參數(shù) D —— 軋輥的直徑 L —— 軋輥長度 d —— 輥頸直徑 l —— 輥頸長度 工作輥： 根據(jù) 2?? 其中： R —— 軋輥輥身的半徑 h —— 壓下量 p?—— 摩擦系數(shù) 即有 2? 在沒有潤滑條件下冷軋帶鋼： 18.0?p?取 2.0?p???? h 則 ? 901 ?制板形， 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 4 - 取 601 ?根據(jù) ? 板帶的最大軋制寬度 a —— 視板寬而定的系數(shù) 當(dāng) 00m 時，取 00~100? 由于 320故取 80? 所以 0 01 8 03 2 0 ??? 支承輥 ： 對于支承輥傳動的四輥軋機(jī)： 0 ?輥頸 ： 輥頸是軋輥的支承部分，軋輥依靠輥身兩側(cè)的滾幾難過支承在軸承上。使用滾動軸承 時： 考慮到工作輥輥頸處強(qiáng)度，取 ?取 01 ?考慮到支承輥傳動，還要收扭轉(zhuǎn)力矩。 故取 : ?最大重車率 ： 根據(jù)文獻(xiàn) [2]： 工作輥?zhàn)畲笾剀嚶剩?3%~6% 取 6% 支承輥?zhàn)畲笾剀嚶剩?10% 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 5 - 輥頸長度考慮到軸承的安裝配合，尺寸如下圖： 輥的材料和表面硬度 材料 根據(jù)文獻(xiàn) [2],選用合金鍛鋼，在我國“重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)”中已有規(guī)定， 86 標(biāo)準(zhǔn)中列出了熱冷軋機(jī)軋輥用鋼，選用 9 合金鍛鋼，材料的機(jī)械性能好，強(qiáng)度和硬度高作為軋輥這一重要部件，其要求高，故選用合金鍛鋼。 輥面硬度 ： 根據(jù)文獻(xiàn)【 3】 對于工作輥： 95?其其淬硬度深度必須大于 6頸硬度范圍： 0 ?。? 輥的強(qiáng)度校核 四輥軋機(jī)有兩個工作輥（直徑?。┖蛢蓚€支承輥（直徑大），軋制壓力由工太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 6 - 作輥傳到支承輥，再由支承輥軸承座傳給機(jī)架。由于支承輥具有較大的剛性，其直徑為工作輥的幾倍，故抗彎斷面系數(shù)比工作輥大得多。輥系在軋制過程中將產(chǎn)生彎曲變形。 如果工作輥和支承輥的輥身同時為圓柱形，又都以相同的彎曲率彎曲，工作輥及支承輥的彎曲撓度為： 411 421 B ?式中： 1R—— 比例系數(shù) 因?yàn)锽w ，則軋輥的彎曲力矩與作用在軋輥上的載荷承正比： 212 )(? 式中： 工作輥和支承輥的彎矩 1D、2D—— 工作輥和支承輥的直徑 P—— 工作輥和支承輥的作用力 因?yàn)椋?所以：421 )(11 ?? 因?yàn)榭傑堉屏?: 500? 即有： ??????%00% ???- 7 - %???軋制力作用在工作輥上，使之產(chǎn)生變形，而其余約 軋制力作用在支承輥上。由于軋制力絕大部分由支承輥承擔(dān)，在計算支承輥時，通常按承受全 部的軋制力的情況考慮。 對于支承輥： 四輥軋機(jī)支承輥計算簡圖 W?的分布 3 3 2 2 1 1 2 L 原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 8 - 支承輥的彎曲力矩和彎曲應(yīng)力分布見上圖，在輥頸 1 ???? 11111????? 22222?支承輥 輥身中部 3認(rèn)為軸承反力距離 l，而且把工作輥對支承輥的壓力簡化成均不載荷，可得 3的彎矩表達(dá)式： ??? 1)84(支承輥的扭轉(zhuǎn)力矩 ?? MP ???? 中 ： P —— 總軋制力 11?d—— 1面直徑， 2011 ??22?d—— 2面直徑， 7022 ??1C、2C—— 1的距離 101 ?552 ?考 慮軋輥磨損重車后的工作尺寸，取 20%)201(4002 ????對于合金鍛鋼 9強(qiáng)度極限 M P 50~700??時 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 9 - 許用應(yīng)力 M P 50~140?所以，11??、22??、33??均小于 對于工作輥 ： 如同支承輥，可有 M P ???? 11111?M P ???? 22222?MP ???? (1233?其中： 12車為 6%， 即有： 621(16012 ?????知工作輥是安全的。 作輥與支承輥的接觸應(yīng)力 根據(jù)文獻(xiàn)【 3】 論：兩個圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部的彈 性壓扁，存在呈半橢圓性分布的壓應(yīng)力，半徑方向產(chǎn)生的法向正應(yīng)力在接觸面的中部最大。 21212212121221m a x)()()()(22?????????其中： q —— 加載接觸表面單位長度的負(fù)載 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 10 - ??1r、2r—— 相對接觸的兩軋輥半徑 考慮重車率： 802 ?1K、2K—— 與軋輥材料有關(guān)的系數(shù) 211 ??? 其中： r 為泊松比， 3.0?r E 為材料彈性模數(shù)， M P 10210 ?? 帶入數(shù)據(jù)計算得： ?? ?? M P a 3】，軋輥材料表面硬度 80~95以， MP 0 0][ ?? ， MP ?? 為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞： ][6 8 03 0 a x( m a x)45 ??? ??? MP 輥接觸應(yīng)力滿足，輥面是安全的。 輥的變形計算 支承輥的變形計算 434421 ????? ?? 20400()( 442121 ???太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 11 - 5 2 3 1(6448[3 8 4 21332311?????? 1)[(22{ 222222?????? 其中： 10? 00? 55? ?E ? 故有支承輥在輥身中部的變形： ??因此，撓度對班后的影響較小。 作輥與支承輥見的彈性壓扁 如果把支承輥與工作輥見的彈性壓扁看作是兩個圓柱體的接觸變形，并假設(shè)其壓力分布均勻，則根據(jù)赫茲訂立可推出工作輥與支承輥見的壓扁公式： )()(21212 ????其中：WD、 工作輥、支承輥的直徑 q —— 作用在工作輥輥身的單位負(fù)荷 1K、2K—— 與軋輥材料 有關(guān)的系數(shù) 故有： 9 0 0)400160( 0 053532????????????????太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 12 - 第 2 章 軋輥軸承 承的選擇 軋輥軸承是軋機(jī)工作幾座中的重要部件。軋輥軸承的主要類型是滾動軸承和滑動軸承，本設(shè)計采用滾動軸承。 工作輥 兩端采用兩列滾針軸承（ 承受徑向載荷并在輥?zhàn)觾深^分別用一推力球軸承（ 51114）以承受軸向載荷。 支承輥 兩端采用三個單向推力球軸承（ 51244）以承受徑向載荷，輥?zhàn)觾深^用四點(diǎn)接觸球軸承（ 承受軸向分力。 承壽命 計算 ?)(6010 6h ?其中： c —— 軸承而定動載荷 N p —— 當(dāng)量動載荷 N n —— 軸承的轉(zhuǎn)速 ? —— 壽命指數(shù) 球軸承 3?? 輥?zhàn)虞S承310?? 根據(jù)軋制速度 0 ，可推算軸承轉(zhuǎn)速： 2211 ? ??其中：1D—— 工作輥直徑 2D—— 支承輥 直徑 1n—— 工作輥轉(zhuǎn)速 2n—— 支承輥轉(zhuǎn)速 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 13 - 代入數(shù)據(jù)得： sr a ?? ?sr a 工作輥： ? 707602)1061???? 滿足安全條件，設(shè)計可用。 支承輥： 5 021 5 0 0 ?? 1 5 8 0)7501 3 6 0(62???? 滿足安全條件 ，設(shè)計可用。 輥軸承潤滑 工作輥：全部采用脂潤滑 支承輥：軸向軸承采用脂潤滑 徑向軸承采用油潤滑 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 14 - 第 3 章 壓下螺絲與壓下螺母的工藝參數(shù) 下螺絲的選擇 壓下螺絲一般由頭部、本體和為不三部分組成。頭部與支承輥軸承座直接接觸，承受來自輥頸的壓力和上輥平衡裝置過平衡力，為了防止端部在旋轉(zhuǎn)時的磨損，病逝軋輥軸承有自動的調(diào)位移力，此時頭部采用球面墊片，這樣增加工作的可靠性，亦可減少帶鋼壓下時的壓下電動機(jī)功率，增加了啟動的加速度。 壓下 螺絲本體部分帶有螺紋，與壓下螺母內(nèi)螺紋配合以傳動和載荷。本設(shè)計根據(jù)傳動效率快速壓下的特點(diǎn)，選用鋸形螺紋，因?yàn)橹挥熊堉屏μ貏e大，壓下精度又要求高的冷軋板帶軋機(jī)上才采用梯形螺紋。 壓下螺絲尾部是傳動端，承受來自電動機(jī)的傳動力矩，尾部呈花鍵形，它承受能力大沒強(qiáng)度較弱，壓下螺絲基本參數(shù)是螺紋部分直徑 d 和螺距 t 。根據(jù)計算選用 ,1 3 0 ?? ，由于壓下螺絲直徑由最大軋制力確定，其螺絲細(xì)長比很小，其縱向彎曲可忽略不計。壓下螺絲最大截面直徑 d 由下式確定： ? )62.~中： d —— 壓下螺絲外徑 輥頸直徑 6~1 2 12 2 0)?? ?。? 30? 按自鎖條件 '302 o?? ，則 對于板帶精軋機(jī)座的要求 則 ??? 選 ? 下螺母的選擇 壓下螺母是軋鋼機(jī)機(jī)座中重量的易損零件，通常用貴重的高強(qiáng)度青銅或黃太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 15 - 銅鑄成。本設(shè)計選用整體螺母。如圖，雖然它耗費(fèi)青銅較多，但卻具有加工自造簡單，工作可靠的有點(diǎn)，正 是本設(shè)計軋機(jī)需要的保證。 經(jīng)驗(yàn)公式： 6 0~1 5 6) ???。焊叨?80? 3 4~1 9 5)?? ?。?20? 為了便于彩妝，螺母與機(jī)架鏜孔的配合常采用動配合，并采用壓板裝置，壓板嵌在螺母與機(jī)架的凹槽內(nèi)，用雙頭螺柱，使螺母固定在機(jī)架的鏜孔內(nèi)，壓下螺母，采用干油潤滑。 下螺絲的傳動力矩和壓下電機(jī)功率 轉(zhuǎn)動壓下螺絲所需要的靜力矩，也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋的摩擦力矩 。 即 )(2211 ?? ??? 式中：2d—— 螺紋中經(jīng) ?????? —— 螺紋上的摩擦角，即：2?? 2?為螺紋接觸的摩擦太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 16 - 系數(shù)，一般取 ?。 故 ? —— 螺紋升角，壓下時用正號，提升時用負(fù)號 ?????1P—— 作用在一個壓下螺絲上的力 1M—— 軸承阻力矩 ??????????a n ( 5101 5 041)t a n (41)t a n (2????33111? 3d—— 壓下螺絲止推軸頸直徑 ? 21 303 ? 代入公式： ?? 31 ??? 機(jī)的選擇 根據(jù)壓下螺絲，預(yù)選電機(jī)型號 而定功率為 75動比25601500 ??i 。 電機(jī)工作功率為： ?? 5 0 ?太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 17 - 所以此電機(jī) 選擇合理。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 18 - 第 4 章 機(jī)架的工藝參數(shù) 軋鋼機(jī)架是軋機(jī)的重要部件，其尺寸和重量最大，機(jī)牌坊約為機(jī)架重量的70%~80%，為工作機(jī)座重量得 30%~40%，為軋機(jī)主機(jī)列重量的 20— 25%，軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受軋制力，所以，要有足夠的強(qiáng)度和剛度。 根據(jù)軋鋼機(jī)型式和工作要求，軋鋼機(jī)架分為閉式和開式兩種 ，本設(shè)計機(jī)架采用閉式機(jī)架。結(jié)構(gòu)如圖： 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口高度、寬度和斷面尺寸。在閉式機(jī)架中機(jī)架窗口應(yīng)稍大于軋輥?zhàn)畲笾睆剑员阌趽Q輥。四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度應(yīng)比傳動側(cè)窗口寬 可表示為： 2 ??其中： B — 機(jī)架窗口寬度 2B— 支承輥軸承座寬度 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 19 - S — 窗口滑板厚度 一般取 S 50~40 取 5? 則有： 90? ， 換輥側(cè) 00' ? ? 符合安全要求。 窗口高度 H : 對于四輥軋機(jī)， ))(W ?? )400160)(? ? 1 9 6 0~1 4 5 6 取 500? 斷面尺寸： 機(jī)架立柱斷面尺寸是根據(jù)強(qiáng)度條件確定的，由于作用于軋輥輥頸和機(jī)架立柱上的力相同，而輥頸強(qiáng)度近似地與直徑平方有關(guān)。在設(shè)計時，可根據(jù)比值 )(2進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度驗(yàn)算。 根據(jù)文獻(xiàn) [2]，表 5— 1 鉻鋼的四輥軋機(jī)： 其中 輥頸 20? 故有： 7 7 4 4 0~5 8 0 8 0?F 機(jī)架立柱常用的斷面形狀有近正方形，矩形和工字形三種。閉式機(jī)架采用慣性矩較大的工字形或矩形斷面立柱，可以減小橫梁上承受的彎曲力矩。使橫梁斷面尺寸減小。對于四輥軋機(jī)用窄而高的閉式機(jī)架，在水平作用力不大時，機(jī)架立柱采用近正方形較為合理。雖 然，近正方形斷面的慣性矩小，會增加橫梁的彎曲力矩，但是立柱的彎曲力矩也相應(yīng)減小。在這種軋機(jī)上，由于立柱高度大于橫梁太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 20 - 的長度，已從立柱省下來的材料將超過橫梁所需的材料，對于減輕機(jī)架重量還是 有利的，機(jī)架立柱斷面尺寸對機(jī)架的剛度影響較大。在現(xiàn)代板帶軋機(jī)設(shè)計中，為提高軋件的軋制精度，有逐漸加大立柱斷面尺寸的趨勢。 故?。? 4 02 6 06 2 4 0 0 ??? 考慮到窗口面產(chǎn)生的彎曲變形大 故取： 40? 40? 機(jī)架的結(jié)構(gòu) 兩片機(jī)架上部，通過箱形橫梁用螺栓連接，并用鍵定位，下部靠兩根橫梁通過螺栓連接。 在換輥端的機(jī)架立柱上裝有支承輥和工作輥軸向壓緊裝置。為實(shí)現(xiàn)快速換輥，要求均采用液壓裝置，且能提高板形的板厚質(zhì)量。 為防止立柱內(nèi)表面磨損，裝有用 45 號鋼制成的滑板，機(jī)架窗口鑲嵌工作輥平衡液壓凸塊，該凸塊選用較好的材料（耐壓），機(jī)架頂部裝 有上支撐輥平衡缸。 牌坊地腳裝入地腳板凹口內(nèi)，在凹口兩側(cè)用斜楔將軋機(jī)牌坊地腳緊固，軋機(jī)地腳螺絲穿過地腳板與軋機(jī)牌坊緊固，以增加機(jī)架剛性和穩(wěn)定性。地腳板為厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)。 機(jī)架材料為： 352G ， 機(jī)械性能： M P 00??M P 8 0??%15?? 21 /35 ??每片機(jī)架重量約為 15 噸。 機(jī)架的左右牌坊加工要求特別高，其內(nèi)側(cè)面的加工，必須保證在同一平面內(nèi)，即要求，先聯(lián)接左右機(jī)架，再在同一工序中加工平面。內(nèi)表面的滑板加工，先緊定滑板，而后加工。具體加工方法由生產(chǎn)單位采用，需保證要求。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 21 - 機(jī)架強(qiáng)度計算 用材料力學(xué)方法計算時，為簡化計算，一 般做以下假設(shè)： (1)每片機(jī)架只在上下橫梁的中間斷面處受有垂直力 R，而且這兩個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上，即機(jī)架的外載荷是對稱的。此時，機(jī)架沒有傾翻力矩，機(jī)架座腳不受力。應(yīng)指出：由于兩個軋輥直徑和速度的不同，軋制速度的變化和咬入時沖擊引起的慣性力或在張力軋制方向都不垂直的。由于水平分力的數(shù)值一般較小，約為垂直分力的 3%～ 4%，故可忽略不計。 （ 2）機(jī)架結(jié)構(gòu)對窗口的垂直中心線是對稱的，而且不考慮，由于 上下橫梁慣性矩不同引起的水平內(nèi)力。 （ 3）上下橫梁和立柱交界處（轉(zhuǎn)角處） 是剛性的，即機(jī)架變形機(jī) 架轉(zhuǎn)角仍保持不變。機(jī)架的計算簡圖如下： 窗口尺寸： 500? ， 00? 上橫梁、立柱和下橫梁的危險斷面。機(jī)架強(qiáng)度計算在只考慮軋制力作用，且上下橫梁慣性相等情況下進(jìn)行的。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 22 - 在軋制力 F 作用下的機(jī)架彎矩圖 M 在單位力矩作用下的彎矩圖 322113322111122444????=21121118 其中： 1l－機(jī)架橫梁的中性線長度， 1 2l－機(jī)架立柱的中性線長度，2l I－機(jī)架上橫梁的慣性矩 2I－機(jī)架立柱的慣性矩 3I－機(jī)架下橫梁的慣性矩 R －作用于機(jī)架上的重直力， 107502 ???48332 ???? 483331 108 6 0 ????? 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 23 - 363231 ????? 522 ??則有： 6 0 4 08 6 0 0107 8 0 3???????? 6106 5 ?41 = 63 ??? = ? 機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力1n?為： M P n 5 0 ????? ??? 機(jī)架橫梁外側(cè)的應(yīng)力1??為： M P ???? ??? 機(jī)架立柱 內(nèi)側(cè)的應(yīng)力： 222 2 n ??? 4 0 02107 5 0?????? M P ? ??? ??? — 機(jī)架材料的強(qiáng)度極限 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 24 - ? ? M P ?為防止機(jī)架在過載時破壞，在軋輥斷裂時機(jī)架不產(chǎn)生塑性變形，按此要求，機(jī)架的安全系數(shù)jn?? , 當(dāng)時， 3 3 01???? b 對于立柱： ?? b 故，機(jī)架安全系數(shù)滿足，所以機(jī)架是安全的。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 25 - 第 5 章 工作機(jī)座剛度的計算 在設(shè)計新軋機(jī)時，需要從理論上計算工作機(jī)座各承載零件的彈性 變形，以便為板厚自動控制系統(tǒng)提供軋機(jī)剛度系數(shù)和正確選用各零件變形的比例關(guān)系，計算一般按靜態(tài)狀態(tài)考慮。 在軋制過程中，軋機(jī)工作機(jī)座各零件變形，使輥縫發(fā)生變化，因而軋出的板厚也發(fā)生變化。軋機(jī)工作機(jī)座的彈性變形 f 等于各系列零件彈性變形的總和，則有公式： 7654321 ??????其中：1f— 軋輥系統(tǒng)的彈性變形 2f— 軋輥軸承的彈性變形 3f— 軸承座的彈性變形 4f— 壓下系統(tǒng)的彈性變形 5f— 支撐 輥軸承和壓下螺絲之間各零件的彈性變形 6f— 壓力調(diào)心板的接觸變形 7f— 機(jī)架的彈性變形 軋輥系統(tǒng)的彈性變形 )(2 1312111 ?? 其中：11f— 支承輥輥身中部的彎曲變形 12f— 支承輥與工作輥間彈性壓扁 13f— 工作輥與軋件之間的彈性壓扁 因?yàn)椋呵懊嫠氵^11f,12 9 2 2 3 , 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 26 - )l ?? g?其中： P — 軋制力， 500? 0b— 軋制寬度， 200 ?； 工作輥輥徑， 60?； m — 工作輥材料的彈性系數(shù)，??? 1 其中：工作輥材料的彈性模數(shù)； 工作輥材料的泊松比。 M P aE g ? 3.0?263.0?m 10 24?? 代入數(shù)據(jù)得： 綜合計算得： 2 2 軋輥軸承的彈性變形 四輥軋機(jī)工作輥受力很小，大體上是支承輥受軋制力，故忽略工作輥軸承彈性形變 ，當(dāng)支承輥采用滾動軸承時，在軸承沒有外負(fù)荷情況下，軸承的內(nèi)外座圈的中心線重合。軋制時，軸承內(nèi)座圈與滾動體間以及外座圈與滾動體間都產(chǎn)生彈性壓扁。使內(nèi)外座圈的中心線產(chǎn)生偏移 12? ，此時，對于整個工作機(jī)座，支承輥太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 27 - 的彈性為： co co g ??? ???其中： ? — 滾子的接觸角， 0?? ； 滾子的有效接觸長度， 16? i — 軸承中滾子的列數(shù)， 4?i ； Z — 每列滾子數(shù)量， 24?Z ； P — 軋制力， 50? 。 代入計算得： 0 1 6 軸承座的彈性變形 對于四輥軋機(jī)，只需要計算支承輥軸承的彈性變形。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能近似計算。如圖，在計算時，可將受力部分簡化成一個四棱柱體，其壓縮變形量可按下式計算： ?3其中： R — 作用在軸承上的力， R =2P ； 上軸承座變形部分的計算高度 j 165551102 21 ????? 下軸承座變形部分的計算高度 65?? 一側(cè)上軸承座變形的平均面積 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 28 - 221 3 8 4 0 0 02401 6 0 0)(21 ?????一側(cè)軸承變形部分平均面積 243200240180 ??? b — 軸承座變形計算寬度 60? E — 軸承材料的彈性模量 M P ? 代入數(shù)據(jù)得： ?34 3 2 0 4 0 0 ???????? 5 1 7 壓下系統(tǒng)的彈性變形 對于壓下裝置是發(fā)動機(jī)的，影響軋輥縫的彈性變形，包括三部分： 4342414 ??其中 :41f— 壓下螺絲的壓縮部分； 42f— 壓下螺母的壓縮變形； 43f— 螺紋螺牙的彎曲變形。 壓下裝置的受力情況見上圖所示，在壓下螺絲端部承受著一半的軋制力后，其負(fù)載通過螺絲傳遞到螺母上去。實(shí)驗(yàn)證明，螺母每轉(zhuǎn)一圈，所傳遞的力是不同，第一圈最大，以后逐漸減小，沿螺母高度方向的受力，壓下螺絲與螺母嚙合段的受力由下端的全負(fù)荷逐漸降到零。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 29 - 1） 下螺絲的壓縮變形41f)22( 2221241???其中：軋制力， 500?； 壓下螺絲端部無螺紋部分長度， M P ?； h — 螺母高度， 60? ； 2l— 壓下螺絲端部無螺紋部分長度， 12 ?； 1l— 壓下螺絲螺紋部分最大伸出部分長度， 401 ?； 壓下螺絲平均直徑， 10?； 2d— 壓 下螺絲無螺紋部分直徑， 052 ?。 代入數(shù)據(jù)計算得： 4 2） 壓下螺母的壓縮變形42f)(4)(14 222242 ??????其中： 軋制力； 壓下螺母材料的彈性模量； D — 壓下螺母的外徑； 壓下螺絲平均值； h — 螺母的高度。 壓下螺母選用耐磨的青銅： M P ?太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 30 - )110190(?????? 3） 壓下螺母螺牙的彎曲變形43 其中：軋制力； S — 螺距， 5? ； 10?； h — 螺母高度； E — 壓下螺母彈性模量； G — 壓下螺母剪切模量， M P ?? 。 則有： 4 3 0 0 0 0 ?????? 故有：4342414 ??0 4 3 4 ?? 支承輥軸承座和壓下螺絲之間各零件的彈性變形 在支承輥軸承座和壓下螺絲之間還有墊板、止推球面等零件，它們也產(chǎn)生彈性變形。 各墊板的壓縮變形，根據(jù)胡克定律得： 25 ?其中：軋制力； 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 31 - h — 墊板的受壓高度； E — 墊板材料的彈性模量； F — 墊板的受力面積。 1） 只退點(diǎn)的壓縮變形51M P ? 則： ????????2） 上墊塊的壓縮變形52厚 5? 51500000 2552 ???? ?? 3)調(diào)心墊的壓縮變形53 01 5 0 0 0 0 0 553 ????? ?? 則墊板的總變形為： 5352515 ???? 壓力調(diào)心板的接觸變形 為解決軋輥軸承座的自位調(diào)心問題，下軸承座下面有一塊圓弧形的壓力 調(diào)心墊，以壓力調(diào)心墊與下墊板是圓弧與平面的線接觸，其接觸變形6太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 32 - )1(43326 ???? 其中：3l— 調(diào)心墊板的長度； 3b— 調(diào)心墊壓扁接觸寬度，? ? ； P — 壓力墊板單位長度承受的壓力，32? ； 軋制壓力； 0R— 壓力調(diào)心板的 圓弧半徑。 調(diào)心板材料同為 則： )0150045235236????????????? 壓力調(diào)心板還受到上支撐輥和工作輥?zhàn)灾禺a(chǎn)生的壓力彈性變形，由于相比軋制力很小，故在此忽略不計。 機(jī)架的彈性變形 7372717 ??其中：71f— 由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形； 72f— 由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形； 73f— 由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形。 為了簡化計算，假定機(jī)架上、下橫梁的慣性矩相同，（機(jī)架的假設(shè)同前），由橫梁受力可見，彎曲力矩引起的橫梁變 形71f，根據(jù)卡氏定理得： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 33 - )424( 112171? 其中： E — 機(jī)架材料的彈性模數(shù)； 1I— 橫梁的慣性矩； R — 橫梁上的作用力，2； 機(jī)架立柱中的力矩。 則有： 24( 112171 ???橫切力引起的上下橫梁的彎曲變形72f： 172 2 其中： K — 橫梁的斷面形狀系數(shù)， ； G — 機(jī)架材料的剪切彈性模數(shù)， M P ? ； F — 橫梁的斷面積， 24107 ? ； R — 橫梁上的作用力。 代入數(shù)據(jù)計算得： 由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形73f： 2273 2 其中：2l— 立柱中性軸的長度， 4002 ?； 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 34 - 2F— 立柱斷面積， 242 104.4 ?； E — 機(jī)架材料彈性模量， M P ? ； R — 立柱上的拉力， 63? 。 代入數(shù)據(jù)得： 7 3 則： 5 3 ??? 則機(jī)座的彈性變形 f ： 7654321 ??????4 5 3 7 3 5 1 7 1 6 2 ?????? 1 5 2 工作機(jī)架的 剛度系數(shù)計算：