雙輥驅(qū)動五輥冷軋機的設(shè)計

雙輥驅(qū)動五輥冷軋機的設(shè)計,驅(qū)動,冷軋機,設(shè)計 第 69 頁 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 雙輥驅(qū)動五輥冷軋機設(shè)計 1 緒 論 1.1選題的背景和目的 冷軋鋼板和帶鋼近年來得到較大的發(fā)展，七十年代國外帶鋼冷連軋機共196套。末架出口速度可達25~4107米/秒，窄薄帶厚度僅0.001毫米，為了提高產(chǎn)量，冷帶卷已達60噸，一套冷軋機年產(chǎn)量可達350萬噸。 自1979年開始出現(xiàn)了全連續(xù)冷軋機，這種軋機只要第一架引料后，可實現(xiàn)連續(xù)軋制。全連續(xù)冷連軋機可以提高生產(chǎn)率30~50%，產(chǎn)品質(zhì)量和成材率也得到很大提高。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對極薄帶材要求增加特別是微電子工業(yè)對極薄帶材要求更高。而軋制薄帶要求軋輥直徑更小。一般簡單的關(guān)系d=100hmin。軋制0.1毫米厚的帶鋼應(yīng)為100毫米，有張力軋制可以稍大些。對于中小企業(yè)為生產(chǎn)薄帶將四輥軋機工作輥減少，支承輥直徑加大，由于軋輥直徑不匹配加大軋輥的磨損，為此，采用在二個工作中間加上小直徑的工作輥，組成五輥軋機，軋制形成異步軋制。這種軋機對四輥軋機改造尤其重要，只要將齒輪座改造就可以實現(xiàn)。不少企業(yè)為生產(chǎn)薄帶采用五輥冷軋機可采用雙輥驅(qū)動工作輥或雙輥驅(qū)動只承來實現(xiàn)。也可以采用單輥驅(qū)動五輥軋機，這樣改造成本更低?？傊?，為生產(chǎn)薄帶采用五輥軋機進行生產(chǎn)是很好的方法。為提高水平剛度也可采用具有側(cè)支系統(tǒng)的五輥軋機稱為FFC軋機。對冷連軋的最后一架也可以改造五輥軋機以便軋制更薄的帶材。 選題就是在這種情況下進行的，其目的是利用四輥軋機改造成五輥軋機，生產(chǎn)薄帶卷材。以滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。要采用12輥或20輥軋機生產(chǎn)投資大，成本高。利用四輥軋機改造是一個有效的好方法。為此，選擇雙驅(qū)動五輥軋機設(shè)計題目。 1.2冷軋板在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用 隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，冷軋鋼板的需求量越來越大。板材生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中的地位也越來越顯著，板帶材應(yīng)用范圍最廣，工業(yè)先進的國家鋼板產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的50~60%，板帶鋼按產(chǎn)品厚度分為 中厚板：厚度4~60毫米，長度可達25米，寬度4米。薄板：厚度0.2~4毫米，寬度2050毫米，可切成定尺長度，也可以成卷供應(yīng)。箔材：厚度0.2~0.001毫米，寬度20~600毫米可成卷供應(yīng)，極薄材最薄可達0.0002毫米。 冷軋生產(chǎn)是在再結(jié)晶溫度以下進行軋制，即常溫下進行生產(chǎn)，產(chǎn)品機械性能好，表面光滑。產(chǎn)品用途廣泛，可用于軍工、輪船、汽車、火車和拖拉機制造。日常生活用品電冰箱、洗衣機、收音機和錄音機。尤其電子工業(yè)和微電子工業(yè)對薄材使用更多。冷軋產(chǎn)品質(zhì)量直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，它反映一個國家的技術(shù)水平高低。 1.3冷軋機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 冷軋生產(chǎn)的發(fā)展方向，提高生產(chǎn)率，采用增加帶卷重量，提高軋制速度和作業(yè)率等，采用帶鋼冷連軋機是發(fā)展趨勢。冷軋帶卷的重量已達40噸，最大的達到60噸。軋制速度30~40米/秒。改善工藝潤滑材料與軋制速度還可以提高。 在帶鋼冷軋機上廣泛采用液壓彎輥裝置來改善板型。由于冷軋帶鋼要求較高，在冷軋機上采用了全液壓壓下裝置，并安裝帶鋼厚度自動控制裝置，以保證帶鋼厚度公差。對于高速、高產(chǎn)量的帶鋼冷軋機實現(xiàn)了計算機控制。 第一臺全連軋冷軋機是二臺五機架冷連軋機，軋制成品厚度為0.15~1.6毫米，寬度為620~1300毫米，軋輥寬為1425毫米，最大卷重為32噸，最大軋制速度為30米/秒。 為改善板型，提高橫向偏差的精度，建造了HC軋機和CVC軋機。如下圖所示。 圖1.1 HC軋機 圖1.2 CVC軋機 HC軋機采用改變移動輥的位置使輥移動到板邊位移。這樣板的厚度均勻。而CVC軋機是將軋輥磨成S形狀用于軋輥位移形成不同的變形而實現(xiàn)鋼板平直。 軋機軋輥的配置方案如圖1.3所示 a 二輥式 b 四輥式 c六輥式 d 七輥式 e偏八輥式 f十二輥式 g 二十輥式 圖1.3板帶冷軋機的形成 用的較多的是四輥軋機。由于有較細(xì)的工作輥和剛度較大的支承輥，故可以采用較大的壓下量，產(chǎn)品厚度為0.2~2.5毫米，一般選用四輥式軋機工作輥直徑與成品厚度之比（D/d）為1000~2000。四輥式可分為單機座和多機座兩種布置形式。六輥式由于結(jié)構(gòu)笨拙，調(diào)整不便，支承輥和工作輥直徑比不超過3，只是水平剛度稍有增加優(yōu)越性比四輥式軋機未能廣泛的應(yīng)用。 多輥式的Y型，八輥、十二輥和二十輥。因為工作輥直徑小，軋制時可以采用較大的壓下量，減少軋制道次和中間退火次數(shù)，工作輥的拆裝，加工又較方便，所以用于生產(chǎn)厚度0.5~0.002毫米以下的帶鋼。八輥軋機又稱偏八輥軋機，工作輥與支承輥的中心線不在同一垂直平面內(nèi)，這種軋機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，壓下量可達40~60%，使用效果較好，適應(yīng)生產(chǎn)厚度不同的產(chǎn)品。目前有三種型式 見圖1.4所示 a 偏八輥 b 偏十輥 c雙偏八輥 圖1.4偏八輥軋機及其衍生形式 b為兩個中間輥的偏十輥式，c為雙偏八輥即十六輥式軋機，三種軋機工作輥直徑分別為Φ70~200毫米、Φ120～150毫米和Φ80～90毫米，偏八輥式可軋制厚度為0.1毫米。目前常用于軋制硅鋼片最小厚度為0.2毫米,也可以軋制不銹鋼,最小厚度可達0.5毫米,雙偏八輥可軋厚度為0.02毫米.但結(jié)構(gòu)、操作復(fù)雜，故除軋制較薄或硬度很高的金屬材料外，一般很少使用。八輥軋機是在四輥式軋機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作輥驅(qū)動的四輥軋機。工作輥直徑的減少受到傳動扭矩限制，支承輥驅(qū)動的四輥軋機，工作輥直徑的減少受到水平彎曲的限制，而八輥軋機可以使工作輥在垂直和水平方向均不會發(fā)生彎曲，設(shè)計選擇工作輥直徑時可以不考慮扭轉(zhuǎn)和彎曲力矩的作用，故可以采用比四輥軋機小得多的工作輥直徑。 以上說明可見，工作輥直徑是越來越小，而輥數(shù)越來越多。其原因是要想生產(chǎn)厚度薄軋材，工作輥直徑只有小才能軋出，這是由于軋輥的彈性壓扁量決定的，工作輥直徑小彈性壓扁量小，為保證工作輥變形必須選用更多輥。提高工作輥的剛度，又因為軋輥間傳動時兩輥直徑之比應(yīng)為2～4倍為好。 1.4五輥軋機研究內(nèi)容和方法 1.4.1冷軋機在車間的布置和作用 冷軋車間包括，酸洗、冷軋、退火、平整、橫切、縱切、精整等組成。橫切是剪切鋼板和渡鋅板。其次是彩板機組生產(chǎn)不同的彩板。還有硅鋼片生產(chǎn)機組，生產(chǎn)硅鋼板。但是有些冷軋廠不是所有產(chǎn)品都生產(chǎn)。而組成專向工廠，如硅鋼片廠，渡錫，鋅鋼板廠和才片廠等。 退火分為中間退火、成品退火，一般冷軋工藝只能軋制與道次后，由于加工硬化必須退火變軟再進行軋制。 冷軋機的作用就是將鋼板軋制成厚度更薄的產(chǎn)品。是冷軋車間的主要設(shè)備，它的生產(chǎn)能力決定了冷軋廠的產(chǎn)量。一般都采用大卷軋制。以便減少軋制道次。冷軋機的布置如圖1.5和圖1.6所示。 圖1.5 單機座冷軋機 圖1.6冷軋機組 1.4.2冷軋機的生產(chǎn)工藝 單機座冷軋機是可逆式四輥冷軋機將帶鋼卷用吊車吊來放到鏈?zhǔn)竭\輸機上，進入開卷機后鋼板頭壓平轉(zhuǎn)動開卷機使鋼帶進行四輥冷軋機進行軋制，到右卷取機后頭部夾緊，卷筒脹開，進行第一道軋制，然后軋制反轉(zhuǎn)將鋼頭送到左卷取機頭部夾緊，進行軋制卷取。卷取采用張力以便卷緊。第二道軋完重新軋制幾道后將卷筒縮小卸卷、運走。 冷連軋機鋼帶鋼卷開卷后送到卷取機夾緊頭部后進行連軋，軋完后卷取；機卷筒縮小卸卷后用鋼帶包緊，運走。冷軋機用換輥小車迅速換輥。一次換輥十分鐘左右。 1.4.3五輥冷軋機的研究和方法 1、到冷軋廠進行調(diào)研，了解冷軋機生產(chǎn)情況和存在的問題，收集軋制規(guī)程和軋機的結(jié)構(gòu)更加進一步了解 2、制定冷軋機的設(shè)計方案和方案評述，通過認(rèn)真思考、改造創(chuàng)新、方案合理。 3、進行設(shè)計計算。 4、對控制系統(tǒng)提出要求，潤滑方法選擇和潤滑油選擇合理。 5、設(shè)備的安裝和維修方法，設(shè)備的經(jīng)濟評價。 2 方案的選擇與評述 按軋制品種最小厚度的要求，采用單機座可逆式冷軋機，為軋制較薄的帶鋼卷，四輥軋機和五輥軋機相比較，五輥軋機比四輥軋機軋制帶鋼更薄，很適用于小型工廠生產(chǎn)。本設(shè)計采用五輥軋機設(shè)計方案。驅(qū)動方式不同有不同的方案。 2.1方案的選擇 2.1.1工作輥驅(qū)動方案 見圖2.1 1電機 2電機聯(lián)軸器 3減速機 4減速機聯(lián)軸器 5齒輪座 6萬向連接軸 7機座 圖2.1 工作輥驅(qū)動五輥冷軋機主傳動示意圖 此方案傳動時，軋輥之間空載不打滑，但軋制力過大時，工作輥的扭轉(zhuǎn)強度可能不夠，若強度滿足要求時，最好采用工作輥驅(qū)動為好。 2.1.2支承輥驅(qū)動方案 見圖2.2所示 1電機2電機聯(lián)軸器3減速機4減速機聯(lián)軸器5齒輪座6萬向連接軸7機座 圖2.2 支承輥驅(qū)動五輥冷軋機主傳動示意圖 此方案，由于工作輥輥靠摩擦傳動，易滑。若工作強度不夠只能采用支承輥轉(zhuǎn)動方案，小直徑的工作輥可以軋制較薄的帶鋼材。 2.1.3工作輥單輥驅(qū)動方案 單輥驅(qū)動方案見圖2.3所示 圖2.3工作輥單輥驅(qū)動方案示意圖 這個方案利用工作輥驅(qū)動四輥冷軋機卸掉上萬向接軸即可，可以軋制比單軋機更薄的帶材。若少量的薄帶需求可采用這個方法。 2.1.4支承輥單輥驅(qū)動方案 這個方案利用支承輥驅(qū)動四輥冷軋機，卸掉上萬向接軸即可進行軋制。適用于少量帶鋼需求量。 綜上所述，采用支承輥驅(qū)動方案，因為生產(chǎn)薄帶鋼工作輥直徑一定要小，否則可以采用支承驅(qū)動四輥冷軋機，因為四輥冷軋機不能生產(chǎn)才選擇五輥軋機。具體結(jié)構(gòu)見下面選擇與評述。 支承輥單輥驅(qū)動如圖2.4所示 圖2.4支承輥單輥驅(qū)動示意圖 2.2方案評述 因為是可逆軋機采用低速咬入高速軋制，因此電機需要調(diào)速，選擇直流機，可控硅供電。選擇具有減速機和齒輪座傳動方案。電機容量可以小些。投資費用少。采用滑塊式萬向接軸，此萬向接軸比十字接軸通用，調(diào)整傾角較小用彈簧平衡萬向接軸，上支承輥采用彈簧平衡，工作輥也采用彈簧平衡，主要原因調(diào)整范圍小，彈簧平衡可以滿足要求，但結(jié)構(gòu)簡單。壓下系統(tǒng)采用行星減速驅(qū)動并安裝指針盤指示壓下量。軋輥軸承選用滾動軸承提高軋制的精度。前后安裝卷取機實現(xiàn)張力軋制。工作輥采用乳化劑冷卻，機架采用閉式機架，保證機架的剛度。以便軋制更薄的產(chǎn)品。 五輥機采用異步軋制，異步軋制是兩個軋輥軋制速度不一次的一種新的軋制方法。由于兩個工作輥具有線速度差，因此出現(xiàn)了摩擦力作用方向相反的搓軋變形區(qū)，大大降低了軋制力，從而采用更大打開壓下量，減少逆次軋制更薄的產(chǎn)品提高軋制精度減少軋件寬度方向的厚度差提供可能條件。 五輥軋機是在原有的四輥軋機的四輥基礎(chǔ)上，在兩工作輥之間加一小直徑工作輥，組成五輥軋機，軋制形式為異步軋制，這種軋機是在四輥軋機基礎(chǔ)上的改進，這種改進有它的實用性和可行性，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對帶材厚度的要求更加苛刻——極薄帶，而生產(chǎn)極薄帶就要求工作的輥直徑比較小，一般簡單的關(guān)系d=1000h,軋制0.1毫米厚的帶鋼應(yīng)為100毫米，有張力軋制可稍微小些，所以一般采用加工支承輥直徑減小工作輥直徑的辦法來實現(xiàn)，由于軋輥直徑不匹配，會加大軋輥的磨損，所以在不改變四輥軋機的條件下，在兩工作輥之間加一小直徑工作輥，這樣就可以軋制更薄的帶鋼，這種軋機只要將齒輪座改造一下就可實現(xiàn)，驅(qū)動方式可采用雙輥驅(qū)動工作輥式和雙輥驅(qū)動支承輥。壓下系統(tǒng)有雙電機壓下改為行星擺線壓下。 3 軋機主電機容量的選擇 3.1 軋制力的計算 3.1.1 軋制規(guī)程 表3.1 45#軋制規(guī)程 原 始 高 度 H(mm) 成 品 厚 度 H(mm) 寬 度 B(mm) 道 次 軋 前 厚 度 h0(mm) 軋 后 厚 度 h1(mm) 壓 下 量 h(mm) 變 形 程 度 ε% 后 張 力 T0(N) 前 張 力 T0(N_) 0.5 0.1 160 1 0.5 0.35 0.15 30 14000 15000 2 0.35 0.25 0.10 28.6 13000 13500 3 0.25 0.18 0.07 28 10000 11000 4 0.18 0.13 0.05 27.8 9500 10000 5 0.13 0.10 0.03 23.1 9000 8500 3.1.2軋輥主要尺寸的選擇 1、輥身長度： 支承輥輥身長度： =+a [1] （3.1） 因為所設(shè)計為小型軋機，故取a=40. 所以 =160+40=200mm 工作輥輥身長度： 工作輥輥身長度比支承輥輥身長度應(yīng)稍大些. 一般取5~10mm故取工作輥輥身長度為220mm. 即 =220mm 2、下工作輥直徑. 查[1]表3-3 =2.0~2.5 ===80~100 mm 取 =100mm 3、小直徑工作輥直徑 查[1]表3-3 =2.0~2.5 所以 ===40~50mm 取 =50mm 對于冷軋薄帶鋼軋機.為能軋出薄帶.要求 無張力 ≤1000=10000.05=50mm 有張力 ≤(1500~2000) =(1500~2000)0.05 =75~100mm 因此 小直徑工作輥直徑滿足要求。 4、中間支承輥直徑 中間支承輥直徑與下工作輥直徑相等取100mm 5、大支承輥直徑 查[1]表3-3 =2.0~2.5 =(2.0~2.5) =(2.0~2.5)100 =200~250mm 取 =250mm 6、輥頸尺寸的確定 查[1]表3-5 滑動軸承：d=(0.75~0.80)D l=(0.83~1)d 滾動軸承：d=(0.50~0.55)D l=(0.83~1)d 本軋機的軸承采用滾動軸承. （1）小直徑工作輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)50=25~27.5mm 取 =25mm =(0.83~1) =(0.83~1)25=21.6~25mm 取 =25mm 綜上所述：小直徑工作輥軸承采用圓滾子軸承7105成對配置。 （2）下工作輥和中間支承輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)100=50~55mm 因為軋機為小型軋機，故取=45mm =(0.83~1) =(0.83~1)45=37.4~45mm 取 =45mm 綜上所述：下工作輥和中間支承輥軸承采用圓錐滾子軸承7109，成對配置。 （3）大支承輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)250 =125~137.5mm 取 =130mm =(0.83~1)130 =107.9~130mm 取 =120mm 綜上所述：大支承輥周成采用圓錐滾子軸承7126，成對配置. 7、輥頭形式的確定 因為與輥頭聯(lián)結(jié)的聯(lián)結(jié)軸承采用十字滑塊聯(lián)軸器，故輥頭采用梅花軸頭. 8、軋機軋輥輥身呈圓柱形輥身微突，這樣當(dāng)它受力彎曲時，可保證良好板形. 3.1.3軋制力的計算 參照[1]中第二章第三節(jié)，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，以及由于冷軋時軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著的彈性壓扁現(xiàn)象，近似地將薄擺弄的冷軋過程看作為平行平板間的壓縮，并假設(shè)接觸表面上的摩擦力符合干摩擦定律，因此，采用斯通公式計算軋制力。 根據(jù)斯通公式，軋制時的平均單位壓力： =(k-)m （3.2） 所以，軋制總壓力= 式中： k—平均變形阻力，k=1.15 —作用在軋件的入口斷面上的水平張力的平均值= ，—軋制前后軋件材料的變形阻力，通過強化的曲線查得。 ，—入口和出口斷面上的實際張應(yīng)力 m—考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù). m = 其中：X由Z=和 Y=的值 查[1]中圖2-25確定 —不考慮軋輥彈性壓扁的接觸弧長度 —軋件與軋輥只摩擦系數(shù) —軋件平均厚度，= —常數(shù) ，= 對于鋼軋輥=mm/N —為軋輥半徑. —為泊松比，對于鋼軋輥=0.3 —為軋輥彈性模數(shù)，對于鋼軋輥=MPa 下面以第一道次的軋制為例計算軋制力. 1、鋼加工硬化曲線 如圖3-1 變形程度ε% =35+8.66 =58.5+1.44 圖3-1 2、計算和 接觸弧長度 = 其中：—軋輥的綜合曲率半徑 對于異輥軋制. = ==66.67mm 為壓下量，這里 =0.5-0.35=0.15mm 因此 ==3.16mm 軋件平均厚度 ===0.425mm 摩擦系數(shù)查[1]表2-4 因為 v=0.89m/s 所以取 =0.08 則 ==0.595 ==0.3538 3、計算Y Y= [1] （3.3）因為是異輥軋制 =66.67mm 所以 ===0736mm/N == = =87.5+133.9 =221.4MPa 式中 ，—入口和出口的張力 ，—軋制入口和出口斷面面積 k=1.15=1.15=649.75MPa 其中： 軋制前后的軋件材料的變形阻力 由強化曲線查得 軋制前 =350MPa 軋制后 即ε=30% 時 =780MPa 則 Y=2*0.736*（649.75-221.4） =0.1184 Z==0.3538 4、 查[1]中圖2-25 X=0.68 則 m===1.432 5、求 ： =(k-)m=(649.75-221.4)1.498 =612MPa 軋制力 =F 式中：F—軋件與軋輥間接觸面積在軋制總壓力垂直面上的投影. F=b —考慮彈性壓扁后的接觸弧長度 因為 所以 ==3.6125 則 =F 所以 P= b=6121603.625 =3.54N 第二道次至第五道次軋制力計算方法及步驟與第一道次軋制力的計算完全相同 道次 1 2 3 4 5 P 3.54 2.63 3.12 3.08 2.87 P的單位：N 3.2軋制力矩的計算 軋輥受力分析，輥頸不同時作用在軋輥上的力 == ， 軋件的機械性質(zhì)均勻，可以認(rèn)為 =， 接觸弧長也相等 即 == 根據(jù)[6]中公式： [6] (3.4) 咬入角 式中：q—單位壓力比 q=1+ 由于 -1=1 且＜＜2R 所以 q=1 把=0.15 q=1 代入 得 =0.063246= =0.031623= 查[1]中式2-40 =≈0.35~0.45 =0.4 取 =0.4 所以 =0.4 則 =0.4=0.4= =0.4=0.4= 所以： = = =0 所以 =0 所以 = =1.2648mm = =1.2648mm 小直徑工作輥受力分析： 由平衡條件 ∑X=0 Nsin (1) ∑Y=0 (2) ∑M=0 (3) 由(2)式得 N= 代入(1)得 即 將 N 代入(3)得 式中 —小直徑工作輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004 (滾動軸承) —小直徑工作輥軸承處的輥頸. ==12.5mm 所以 =0.00412.5=0.05mm =0.05 mm 所以 ==0.05rad 中間支承輥受力分析 由平衡條件： (1) (2) (3) 由 (2) 式得 由 (1) 式得 = 因為： 所以： 所以： (4) 將代入(3)得： (5) 五輥冷軋機軋輥受力分析圖 式中 —中間支承輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004 (滾動軸承) —中間支承輥輥頸半徑. mm =0.00422.5=0.1mm N N =3.54N 所以 rad 以上大支承輥受力分析 —上大支承輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004(滾動軸承) —上大支承輥輥頸半徑. mm 所以 =0.00465=0.26mm =23.28N·mm 下工作輥受力分析 (1) (2) (3) 由 (2) 式得 由 (1) 式得 = 因為 所以 所以 (4) 將代入(3)得： (5) 下大支承輥受力分析 = = 式中 =0.00465=0.26mm 所以 =N·mm 驅(qū)動軋輥總力矩 =0.97+23.28N·mm 3.3主電機容量的選擇 3.3.1初選電機容量 式中：—電機過載系數(shù). 取K=2 =N·mm 所以 KW 式中 — 傳動系統(tǒng)總效率. 初選電機時=0.85~0.90. 取=0.85 —大支承輥轉(zhuǎn)數(shù) 設(shè)計要求的軋制速度 =0.89m/s 所以 rpm —小直徑工作輥轉(zhuǎn)數(shù) 因為 —中間支承輥轉(zhuǎn)數(shù) 所以 rpm 又因為 —大支承輥的轉(zhuǎn)數(shù) 所以 rpm =N·mm KW 鋼種 10鋼 20鋼 45鋼 38.3 27.6 10 在上述計算中，未考慮空轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩等諸多因素，此外還考慮到生產(chǎn)的發(fā)展要以及需要以及軋制不同鋼種的需要，故此，選用電機的功率微75KW。 查[8]選電機 電 機 型 號 額 定 功 率 額 定 電 壓 額 定 轉(zhuǎn) 速 額 定 電 流 效 率 最 高 轉(zhuǎn) 速 電樞 回路 電感 飛 輪 力 矩 75KW 220V 750rpm 3B5A 88% 1800rpm 1.45H 13.9 KW rpm 所以 初選 確定總效率 彈性聯(lián)軸器效率 減速器效率 萬向聯(lián)軸器效率 齒輪座效率 十字滑塊聯(lián)軸器效率 總效率： 3.3.2 主電機軸上的力矩 由于此軋機為小型軋機，軋制速度教小，動力矩也較小，并且軋制時間與啟動時間相比很長，故而忽略了 又因為 所以 電機軸輸出力矩：N·mm 所以空轉(zhuǎn)力矩：N·mm 取 N·mm 各道次附加摩擦力矩 式中 —總效率 所以： N·mm N·mm N·mm N·mm N·mm 因此各道次電機軸上的軋制力矩為 N·mm N·mm N·mm N·mm N·mm 將計算結(jié)果匯總于下表 1 2 3 4 5 24.2510 21.7310 17.6410 13.2110 9.8810 97038.8 86954.5 70588 52861 39536 28650 28650 28650 28650 28650 675575 608348 499238 381057 292222 3.3.3 電機負(fù)載圖 材質(zhì)：鋼 卷重：Q=6000N=600Kg 比重：Kg/m 1、原始厚度 m 其中： —鋼卷重量 —軋制材料的密度 對于鋼：Kg/m —原始厚度 —比重 2、軋制長度 m 其中：—兩卷取機之間的距離 =3m 3、軋制軋件的重量 Kg 4、分道軋制長度： 則： m m m m m 5、各道軋制時間 一般要求軋制時間 s 式中 —軋制速度 =0.89m/s s s s s s 6、開始軋制時間 由于電機啟動后不可能馬上咬鋼軋制，需要有一個將帶鋼繞上卷筒的時間。此外還有調(diào)整壓下量的時間等，故取開始軋制時間 7、軋制間歇時間 在每道次之間有一個調(diào)整壓下量和測量厚度時間,取軋制間隙時間 8、各道軋制速度 m/s 9、各道軋輥轉(zhuǎn)數(shù)： 匯總表 1 40 20 1537.72 1368.57 0.89 340 676 2 2152.81 1916.00 608 3 2990.01 2661.11 499 4 4140.02 3684.62 381 5 5382.02 4790.00 292 10.電機負(fù)載圖 3.3.4電機校核 1、過載校核 直流電機是按電流來校核 式中： —直流電機換向滑環(huán)所允許通過的最大電流 —直流電機的額定電流 —電機過載系數(shù) 考慮到本軋機為小型軋機，其電機磁通變化不大，故在電流與力矩成正比的情況下，可以通過力矩來進行過載校核。 式中： —靜負(fù)載圖上的最大力矩 —額定靜力矩 —電機過載系數(shù) 對于可逆運轉(zhuǎn)電機 所以電機滿足過載要求 2、發(fā)熱校核 式中： —電機按發(fā)熱計算出來的當(dāng)量力矩 N·mm 所以 N·mm 所以電機滿足發(fā)熱要求 由于設(shè)計要求軋機應(yīng)同時滿足軋制合金鋼、普碳鋼和硅鋼的要求，故此，選用 型直流電機。 4 軋輥的計算 4.1軋輥的接觸強度計算 總的來說，軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力的綜合影響，其中包括彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過程中形成的殘余應(yīng)力等。 為了防止軋機軋輥輥面剝落，對工作輥和支承輥之間的接觸應(yīng)力應(yīng)該做疲勞校驗。 軋輥的單位壓力大，所以彈性壓扁必須考慮，要求軋輥輥面硬度很高=60，將軋制力近似看成沿軋件寬度均布的載荷而且左右對稱。 4.1.1 校核壓應(yīng)力 1、參考[1]中最大壓應(yīng)力 式中： —加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷 —相互接觸的兩個輥半徑 —與軋輥材料有關(guān)的系數(shù) 其中： —分別為兩軋輥材料的泊松比和彈性模量 ==0.3 ==2.1MPa 則 在輥間接觸區(qū)中，除了須校核最大正應(yīng)力外，對于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進行校核，為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞值應(yīng)小于許用值，即，并且 2、小直徑工作輥與中間支承輥的接觸強度計算 由上所述 MPa 查[1]中表3-7 3-8，當(dāng)軋輥材料為時， 許用應(yīng)力 MPa MPa 所以軋輥滿足壓應(yīng)力要求。 4.1.2切應(yīng)力校核 參考[1]中 最大切應(yīng)力 MPa MPa 查[1]中表3-8許用切應(yīng)力MPa 所以 所以軋輥滿足接觸應(yīng)力條件。 4.2支承輥計算 受力分析及內(nèi)力圖 由圖可看出，截面軸頸小，截面有應(yīng)力集中，Ш—Ш截面力矩值最大，因此這幾個截面為危險截面 抗彎截面模量 ①MPa ②MPa 式中： —應(yīng)力集中系數(shù). P—總軋制壓力 由[1]中圖3-13 圖3-12 取r/d=0.1 式中： r=13mm mm mm 所以 ③MPa mm mm mm mm mm mm mm mm 由[1]中 對于合金鍛鋼軋輥 許用應(yīng)力 MPa 因此 支承輥滿足彎曲強度要求. 4.3支承輥變形計算 軋輥在軋制力和軋制力矩作用下。將發(fā)生彎曲。扭轉(zhuǎn)、剪切 輥間彈性壓扁等變形。這些變形均不得超過允許值。 因為在變形過程中，支承輥與工作輥變形彎曲相等，支承輥的輥徑比工作輥的輥徑大的得多，支承輥比工作輥受到的彎曲力矩大得多，因此在計算過程中只計算上，下大支承輥的變形。 將大支承輥看成簡支梁，用材料力學(xué)中計算直短梁撓曲方法處理。 這里計算的變形為最大變形，即時的變形 參考[1]中中有： 變形 式中： —由彎矩引起的變形值 —由剪切力引起的變形值 1、的計算 式中： —系統(tǒng)中僅由彎曲力矩作用的變形能 —在計算軋輥撓度處所作用的外力 —在計算截面上彎矩 —彈性模量 積分上式：第一段 第二段 第三段 所以： 式中： —軋輥、輥頸、輥身的端面慣性。 2、的計算 式中： —系統(tǒng)中僅由彎曲力矩作用的變形能 —在計算軋輥撓度處所作用的外力 —在計算截面上的切力 —剪切模量 —截面系數(shù) 對圓截面 積分上式：第一段 第二段 第三段 所以： 式中： —軋輥、輥頸、輥身的斷面面積。 mm mm mm 所以： mm 5 軋輥的調(diào)整機構(gòu) 5.1軋輥調(diào)整裝置的作用和類型 5.1.1軋輥調(diào)整的的作用包括以下方面 1、調(diào)整軋輥水平位置（調(diào)整輥縫）以保證軋件按給定的壓下量軋出所要求的斷面尺寸。尤其在初軋機，板坯軋機，了解軋機上幾乎每軋一道都需調(diào)整軋輥輥縫。 2、調(diào)整軋輥與輥道水平面間的相互位置，在連軋機上還要調(diào)整各機座間軋輥的相互位置，以保證軋線高度一致（調(diào)整下輥高度） 3、調(diào)整軋輥軸向位置，以保證有槽軋輥對準(zhǔn)孔型 4、在板帶軋機上要調(diào)整軋輥輥型，其目的是減小板帶材的橫向厚度差并控制板形。 5.1.2調(diào)整裝置根據(jù)各類軋機工藝要求 上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機的調(diào)整裝置。 1、上輥調(diào)整裝置也稱壓下裝置。用途較廣，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機上 這幾年來，為了提高帶鋼厚度精度，開始使用“液壓壓下”技術(shù)，即用伺服閥控制壓下液壓缸，在軋制過程中迅速調(diào)整輥縫，以消除板厚誤差。 2、下輥調(diào)整裝置用在板帶軋機和三輥型鋼軋機上其作用是使軋輥對準(zhǔn)軋制線。 3、中輥調(diào)整裝置用在三輥軋機上，在中輥固定的軋機上，中輥用斜楔手動微調(diào)，在下輥固定的軋機上，中輥交替地壓向上輥和下輥。 4、立輥調(diào)整裝置設(shè)置在立輥的兩側(cè)，用來調(diào)整立輥之間的距離。 壓下裝置： 上輥調(diào)整裝置也稱為壓下裝置，有手動的，電動的，液壓的。 常見的手動壓下裝置有以下幾種： 1、斜楔調(diào)整方式 2、直接轉(zhuǎn)動壓下螺絲的調(diào)整方式 3、圓柱齒輪傳動壓下螺絲的調(diào)整方式 4、蝸輪蝸桿傳動壓下螺絲的調(diào)整方式 電動壓下量最常用的調(diào)整裝置，通常包括：電動機，減速機，制動器，壓下螺絲。 壓下螺母，壓下位置指示器，球面墊塊和測壓儀等部件。 按照壓下速度，電動壓下裝置可分為快速壓下裝置和板帶軋機壓下裝置兩大類。 板帶軋機壓下裝置的特點： 1、軋輥調(diào)整量較小 2、調(diào)整精度高 3、經(jīng)常的工作制度是“頻繁的帶鋼壓下” 4、必須動作快，靈敏度高 5、軋輥平行度的調(diào)整要求嚴(yán)格 為了便于兩個壓下螺絲單獨調(diào)整，兩臺雙出軸直流電動機用磁聯(lián)軸節(jié)連接（斷電時連接）壓下螺絲端部裝有弧面推力銷柱軸承，以減小壓下螺絲的摩擦阻力矩。 常用的電動壓下行程指示器有兩種形式：機械指針盤讀的指示器和自整角機—數(shù)字顯示指示器。 5.2壓下系統(tǒng)的計算 5.2.1壓下螺絲的主要參數(shù) 壓下螺絲一般由頭部、本體、尾部三個部分組成，頭部與上軋輥軸承座接觸，承受來自輥頸的壓力和上輥平衡裝置的過平衡力，為了防止端部在旋轉(zhuǎn)時磨損并使上軋輥軸承具有自動調(diào)位能力，壓下螺絲的端部一般都做成球面形狀，并與球面銅墊接觸形成止推軸承，壓下螺絲止推端采用凹形，這樣使凸形球面銅墊處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，而不易破壞，增強了工作的可靠性。 壓下螺絲本體部分帶有螺紋，由于五輥冷軋機軋制壓力大故采用梯形螺紋，但其效率低。 壓下螺絲的尾部是傳動端，承受來自電動機的驅(qū)動力矩，由于要求尾部承載能力大，故采用花鍵形。 1、壓下螺絲的外徑： 式中：—壓下螺絲外徑 —輥徑直徑，對于五輥冷軋機來說，此應(yīng)為大支承輥輥徑直徑 mm 所以： mm ?。簃m 2、壓下螺絲螺距 mm ?。? mm 綜上所述：壓下螺絲為，頭部凹球面，尾部花鍵形，頭部為單頭 5.2.2壓下螺絲的傳動力矩 轉(zhuǎn)動壓下螺絲所需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之間的摩擦力矩。 其計算公式是： 式中： —螺紋中徑 —螺紋上的摩擦角 即 —螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取 —螺紋升角，壓下時用正號，提升時用負(fù)號。 —螺距 所以： rad —作用在一個壓下螺絲上的力 —止推軸承的阻力矩 —螺紋摩擦阻力矩 1、止推軸承阻力矩的計算 式中： —壓下螺絲止推軸頸直徑 —壓下螺絲止推軸頸的摩擦系數(shù)，對于滑動止推軸頸 取 —軋制壓力 N 所以： N mm N·mm 2、螺紋摩擦阻力矩的計算 式中：—螺紋中徑 取mm N·mm 所以：N·mm 5.2.3換算到電機軸上的靜力矩 式中： —總壓下速比 —總壓下效率 1、總壓下效率： 壓下系統(tǒng)減速機為行星擺線針齒減速器，其效率 取 滾動軸承 所以： 總壓下效率 2、總壓下速比 所以：N·mm 由于壓下螺絲轉(zhuǎn)數(shù)低，故此在計算電機軸上的力矩時不計動力矩。 因此 N·mm 式中：—電機軸上的力矩 因為壓下速度 mm/s 所以 rpm rpm 所以： KW 查[8]選電機 電 機 型 號 額 定 功 率 額 定 電 壓 額 定 轉(zhuǎn) 速 額 定 電 流 效 率 最 高 轉(zhuǎn) 速 電樞 回路 電感 飛 輪 力 矩 0.55KW 220V 1500rpm 3.52A 3000rpm 0.022Kg·mm KW rpm 所以：N·mm 5.2.4電機校核 壓下系統(tǒng)有兩種形式，即單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動為了降低，便于起制動，該軋機采用雙電機驅(qū)動。 由于壓下電機工作時間短，斷續(xù)工作而非連續(xù)工作，因此壓下電機只做過載校核。 取過載系數(shù) K=2.0 N·MPa 所以 壓下電機過載滿足要求。 5.2.5壓下螺母主要尺寸的確定 mm mm 取mm mm 取mm 式中： —螺母的外徑 —壓下螺母的高度 5.2.6壓下螺母的校核 1、接觸面上的擠壓強度 MPa 查得 MPa 所以 所以接觸面上的擠壓強度滿足要求 2、螺紋的擠壓強度 式中：—作用在一個壓下螺絲上的力 —扣數(shù) 暫取 —螺紋內(nèi)徑 mm —螺紋外徑 mm —螺母內(nèi)徑與螺絲外徑之差（間隙），由于值非常小，在此計算中忽略。 所以 所以 螺紋的擠壓強度滿足要求。 5.3上軋輥平衡裝置 5.3.1上軋輥平衡裝置的作用與特點 設(shè)置上軋輥平衡裝置是使上軸承座緊貼壓下螺絲端部并消除螺紋之間的間隙，防止在軋制前后產(chǎn)生沖擊，大多數(shù)軋機的平衡裝置還兼有抬升上輥的作用。 板帶軋機與上軋輥平衡裝置有以下特點： 1、由于工作輥與支承輥之間靠摩擦傳動以及工作輥和支承輥的換輥周期不同，故工作輥和支承輥應(yīng)分別平衡。 2、上輥移動的行程較小，移動的速度不高。 3、工作輥換輥頻繁，平衡裝置的設(shè)計需使換輥方便。 4、在單張軋制的可逆四輥軋機上，工作輥平衡裝置應(yīng)滿足空載加、減速時工作輥和支承輥之間不打滑的要求 由于本軋機屬于小型軋機，故選用彈簧平衡，其優(yōu)點是簡單可靠，缺點是換輥時要人工拆裝彈簧費力，費時 5.3.2上軋輥平衡力的確定 1、上軋輥平衡力Q的計算 式中： Q—上軋輥平衡力 G—被平衡的重量 2、G的確定 上支承輥平衡裝置并不能清除上支承輥軸承中的頂間隙，因為上支承輥平衡是加在它的軸承座上，這一頂間隙應(yīng)由工作輥平衡缸清除，為此，當(dāng)確定工作輥平衡缸被平衡零件重量時，除工作輥系統(tǒng)重量外，還應(yīng)包括支承輥的重量。 所以： 3、過平衡力的確定 N N 為了防止可逆式軋機空載啟動、制動、反轉(zhuǎn)時工作輥與支承輥之間打滑，工作輥平衡力應(yīng)按照工作輥與支承輥接觸表面不打滑的條件來確定，即軋機空載加、減速時，主動輥作用于被動輥表面的摩擦力矩應(yīng)大于被動輥的動力矩。 對于支承輥主動、工作輥被動，上工作輥與上支承輥間的作用力應(yīng)滿足下式： 式中： —工作輥飛輪力矩 Kg·mm —工作輥直徑，m —工作輥轉(zhuǎn)加速度，取r/min/s —工作輥與支承輥間滑動摩擦系數(shù) =0.1 所以：=N 綜上所述：取上軋輥過平衡力N 6 機架計算 6.1機架的強度計算 根據(jù)軋鋼機型式和工作要求，軋鋼機機架分為閉式和開式兩種，本軋機采用閉式機架，以提高軋制精度，獲得較好的軋件質(zhì)量。 6.1.1為了簡化計算作以下假設(shè) 1、每片機架只在上、下橫梁中間斷面處有垂直力R，而且這兩個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上，即機架的外負(fù)荷是對稱的。 2、機架結(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所引起的水平內(nèi)力。 3、上下橫梁和立柱交界處是剛性的，即機架變形后，機架轉(zhuǎn)角保持不變。 根據(jù)上述假設(shè)，機架外負(fù)荷和幾何尺寸都與機架窗口垂直中心線對稱，故可將機架簡化為一個由機架立柱和上下橫梁的中性軸組成的自由框架。 6.1.2機架簡圖及受力圖 機架簡圖 上橫梁受力圖 立柱受力 機架內(nèi)力圖 6.1.3強度計算 式中： —作用于機架上的垂直力 —垂直力相對于計算截面的力臂 —機架計算截面上的慣性力矩 對于經(jīng)過簡化后的機架有以下關(guān)系式存在： 機架橫梁， 立柱 因此， 式中： —機架橫梁的中性線長度 —機架立柱的中性線長度 —機架上橫梁的慣性矩 —機架立柱的慣性矩 —機架下橫梁的慣性矩 積分得： 如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時則力矩為： 由力矩圖得： 在立柱上的彎矩為 將的表達式代入的表達式中得： 機架上橫梁截面尺寸如下圖所示 6.1.4機架的參數(shù) 窗口寬度： 式中： —支承輥直徑 所以： mm 取 mm 機架窗口高度： 式