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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第V頁
2150四輥可逆式粗軋機(jī)壓下系統(tǒng)設(shè)計
摘要
近幾年，隨著軋鋼工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，軋鋼設(shè)備也在日益更新和發(fā)展。尤其是熱軋機(jī)更是發(fā)展日新月異。本設(shè)計主要是設(shè)計2150四輥可逆式粗軋機(jī)壓下系統(tǒng)。通過查設(shè)計手冊等資料和去廠里實(shí)習(xí)，然后分析各種方案，最后確定了最優(yōu)方案。主要內(nèi)容包括：軋制力的計算、壓下系統(tǒng)驅(qū)動力矩的計算、選擇直流電動機(jī)、環(huán)面蝸桿減速器傳動系統(tǒng)的確定以及蝸輪蝸桿軸設(shè)計計算和強(qiáng)度校核、壓下螺絲和壓下螺母的強(qiáng)度校核、軋鋼機(jī)架的強(qiáng)度校核。設(shè)計過程中本著實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性的原則。本文還簡介了潤滑方式、試車規(guī)程等相關(guān)內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：熱帶鋼軋機(jī)；壓下系統(tǒng)；強(qiáng)度校核
The Design of 2150 4-High Reversing Roughing Mill Reduction System
Abstract
Rescently,with the continual development of the rolling industry,rolling mill equipment was also updated increasingly. In particular ,hot Rolling Mill is a rapid development.The design introduces 2150 four-high reversing roughing mill reduction system. Through the search of information（Design Manual and so on） and training to the factory, and then analyze the program, and finally to determine the optimal program.Reducer terms include: rolling force calculation,the reduction system driving torque,the choose of DC Motor,linear drive system including the Worm Reducer main right,and the the worm shaft design and strength check,reduction system to pressure screw and screw box and the strength of mill housing check.In the design process,make efforts to meet production requirements,practical,economic and reliability.In this paper also gave a brief account of lubrication,tast protocols and other related content.
Keywords:hot strip rolling mill;reduction system;the strength checking
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 選題背景和目的 1
1.2 我國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)近年來的進(jìn)步與發(fā)展 1
1.3 全球軋鋼生產(chǎn)的進(jìn)展情況 1
1.4 全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)下的我國鋼鐵工業(yè)形勢 2
1.5 軋鋼技術(shù)的未來發(fā)展趨勢 4
1.6 課題的研究方法 4
2 方案設(shè)計 5
2.1 壓下系統(tǒng)形式的選擇 5
2.2 電動機(jī)的選擇 5
2.3 減速器的選擇 5
2.4 壓下螺絲 5
2.5 壓下螺母 6
3 軋制力計算 7
3.1軋制工藝 7
3.2 軋輥材料的選擇 7
3.3 軋輥的尺寸參數(shù)確定 7
3.3.1輥身長度L的確定 7
3.3.2軋輥直徑D的確定 8
3.3.3軋輥輥頸直徑d和輥身長度的確定 9
3.3.4 軋輥軸頭型式與尺寸的選擇 10
3.4 軋制力的計算 11
3.4.1變形阻力的計算 11
3.4.2求各段軋制時的和 12
3.4.3咬入角和軋輥的圓周線速度 13
3.4.4計算平均軋制力和總軋制力 17
4 壓下裝置的設(shè)計和計算 20
4.1.壓下螺絲的設(shè)計計算 20
4.1.1螺紋外徑d和螺距t的確定 20
4.1.2 壓下螺絲最小截面直徑d的確定 21
4.1.3壓下螺絲強(qiáng)度校核 21
4.1.4壓下螺絲的尾部設(shè)計 22
4.1.5壓下螺絲的端部形狀選擇 22
4.2壓下螺絲傳動力矩的計算 22
4.3 壓下電機(jī)的選擇 25
4.3.1壓下電機(jī)功率的計算 25
4.3.2 電機(jī)的選擇 25
4.4 壓下螺絲靜強(qiáng)度校核 25
4.5壓下螺母的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 26
4.5.1 壓下螺母的參數(shù)確定 26
4.5.2 壓下螺母強(qiáng)度校核 27
4.5.3壓下螺母的材料選擇 28
4.6 蝸輪蝸桿的設(shè)計與校核 28
4.6.1環(huán)面蝸桿傳動 28
4.6.2材料的選擇 28
4.6.3基本參數(shù)的確定 29
4.6.4環(huán)面蝸桿傳動校核 31
5 機(jī)架的強(qiáng)度計算 37
5.1 機(jī)架的結(jié)構(gòu)尺寸 37
5.1.1 窗口尺寸 37
5.1.2 立柱斷面積 38
5.2 受力及其力矩 38
6 潤滑方式的選擇 41
7 試車規(guī)程 42
8 經(jīng)濟(jì)性分析 43
8.1 材料經(jīng)濟(jì)性分析 43
8.2 傳動方案經(jīng)濟(jì)性分析 43
8.3 環(huán)保經(jīng)濟(jì)性分析 43
結(jié)束語 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第6頁
1 緒論
1.1 選題背景和目的
在大學(xué)四年即將接近尾聲的時候，畢業(yè)設(shè)計來到了我們面前。如果說我們之前所學(xué)的都是些理論知識的話，那么畢業(yè)設(shè)計算是最接近實(shí)際的了。它算是對我們之前所學(xué)的知識進(jìn)行了一個總結(jié)，使我們所學(xué)的知識更加系統(tǒng)化。是我們由上學(xué)到工作的一個很好的過渡橋梁。本課題是根據(jù)所學(xué)的知識和現(xiàn)場觀測實(shí)習(xí)對四輥可逆粗軋機(jī)進(jìn)行設(shè)計及計算。通過本次設(shè)計能夠?qū)λ妮佨垯C(jī)的基本結(jié)構(gòu)有個更清楚的了解，為以后的繼續(xù)深造或者工作都有一定的幫助。并且在設(shè)計期間能夠鍛煉自己的解決問題的思路和處理數(shù)據(jù)的能力，以及一定的查設(shè)計手冊和制圖能力。
1.2 我國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)近年來的進(jìn)步與發(fā)展
總結(jié)了近幾年我國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，其主要體現(xiàn)在鋼材品種結(jié)構(gòu)調(diào)整基本滿足了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要；軋鋼裝備現(xiàn)代化和國產(chǎn)化工作的重大突破為提高產(chǎn)能、提升品種及質(zhì)量創(chuàng)造了良好條件；軋鋼生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步提高．軋鋼技術(shù)自主創(chuàng)新取得一批重要成果，核心技術(shù)的自主創(chuàng)新出現(xiàn)了可喜進(jìn)展。眾多新產(chǎn)品與新技術(shù)的研發(fā)成功縮小了我國與國際軋鋼技術(shù)先進(jìn)水平的差距。對于軋鋼技術(shù)的發(fā)展，著重提出：要把資源、能源與環(huán)境問題作為軋鋼技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步的戰(zhàn)略任務(wù)；應(yīng)更加關(guān)注先進(jìn)、成熟、重要技術(shù)的應(yīng)用與提高，如提高熱裝溫度和熱裝比，低溫軋制與軋制潤滑技術(shù)，控軋控冷技術(shù)及裝備，精細(xì)操作技術(shù)等。
1.3 全球軋鋼生產(chǎn)的進(jìn)展情況
全球的鋼鐵生產(chǎn)持續(xù)增加，在2004年粗鋼的產(chǎn)量突破了l0億t的大關(guān)。在過去的五年中，每年的鋼鐵產(chǎn)量增長5％ ，而中國和印度的鋼鐵產(chǎn)量增長最為顯著。很明顯，軋鋼生產(chǎn)能力也是按這種發(fā)展趨勢增加的(見表1)。在過去的l5年(1990～ 2005)中，隨新上設(shè)備的增加，軋鋼生產(chǎn)能力增加了4％在軋鋼生產(chǎn)能力布局方面，長材占40％ ，板材占60％ 左右。觀察一下不同類型的軋鋼設(shè)備的增長也很有意思，在過去的15年(1990～2005年)中，長材、板材和厚板設(shè)備的增長是相當(dāng)相似的。最后我們還發(fā)現(xiàn)，在過去的三年中，不同設(shè)備的生產(chǎn)水平，設(shè)備利用率一般都很高，在75％ 一90％ 間。
1.4 全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)下的我國鋼鐵工業(yè)形勢
下半年以來，由于美國次貸危機(jī)引發(fā)的全球金融危機(jī)已向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)蔓延，我國經(jīng)濟(jì)也出現(xiàn)了出口下降和國內(nèi)市場急劇萎縮的趨勢，目前已造成我國鋼鐵等基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、價格、效益等全面惡化，特別是9月下旬以來，國內(nèi)鋼材價格急劇下跌，鋼廠庫存大量增加，出口訂單明顯減少，企業(yè)紛紛限產(chǎn)，多數(shù)企業(yè)陷入虧損，形勢十分嚴(yán)峻。為此，近日國家發(fā)改委組織召開了鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營形勢座談會，分析鋼鐵工業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢，認(rèn)真研究應(yīng)對危機(jī)，提出確保行業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展的相關(guān)措施。
(1)鋼材價格急劇下跌
10月31日，國內(nèi)鋼材價格指數(shù)跌到108．59點(diǎn)，比最高點(diǎn)時下降53．67點(diǎn)。尤其是國慶節(jié)后的一周內(nèi)鋼材價格快速下跌了1500元／噸，多數(shù)普碳品種鋼材已從最高價累計回落了2500元／噸以上，降價幅度超過40％。目前，螺紋鋼價格在3400--3600元／噸，基本上止跌企穩(wěn)，略有回升；中厚板在4600元／噸，熱軋卷在3500元／噸，冷軋板在4800元，噸，無縫管在5700元／噸，仍處于下跌態(tài)勢。與此同時，國際市場鋼材價格也相應(yīng)大幅回落。
(2)市場需求陡然萎縮
三季度以來，經(jīng)濟(jì)增速下滑，鋼鐵下游行業(yè)景氣回落，下游用戶開工率嚴(yán)重不足或處于停產(chǎn)狀態(tài)。規(guī)模以上工業(yè)增加值增幅從6月份的16％回落到9月份l1．4％ ，為2002年4月份以來最低。發(fā)電量、原油加工量僅增長3．4％和3．7％。汽車增長速度明顯下降，其中8月份已出現(xiàn)同比負(fù)增長；集裝箱行業(yè)9月份接單銳減，全行業(yè)虧損；9月份全球新船訂單同比減少66％；國內(nèi)家電行業(yè)產(chǎn)品積壓嚴(yán)重，開工明顯不足。
(3)企業(yè)面臨虧損局面
9月份7l家重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤32．2億元， 同比下降72．9％ ，環(huán)比下降66．6％ ，其中23家虧損。目前，國內(nèi)鋼材市場多數(shù)品種價格已經(jīng)回落到成本線以下。我國今年進(jìn)口礦預(yù)計在4億噸以上，其中長協(xié)礦占60％以上。由于目前國內(nèi)進(jìn)口鐵礦石現(xiàn)貨價已低于長協(xié)價400-500元／噸，國內(nèi)焦炭價格低于焦煤的價格，相當(dāng)一批有競爭力的大型企業(yè)，如寶鋼股份、鞍鋼股份、首鋼、馬鋼等9月份當(dāng)月出現(xiàn)虧損，噸鋼產(chǎn)品虧損約1000元左右，整個鋼鐵行業(yè)盈利水平急劇下滑。據(jù)協(xié)會統(tǒng)計，10月份鋼鐵企業(yè)虧損面達(dá)到80％。
(4)鋼鐵產(chǎn)量同比回落
1O月份鐵、鋼、材分別同比回落16．8％ 、17．0％和12．4％，這是近10多年來從未出現(xiàn)的情況。10月份鋼材出口462萬噸，環(huán)比回落205萬噸，四季度出口訂單大幅減少。市場需求的急劇萎縮，導(dǎo)致國內(nèi)鋼鐵企業(yè)近期紛紛減產(chǎn)。平均減產(chǎn)幅度在30％左右，部分中小企業(yè)處于停產(chǎn)狀態(tài)。近期國內(nèi)鋼材價格大起大落的直接原因是外部環(huán)境惡化，市場需求陡減，固然與市場需求引起供求關(guān)系的變化有關(guān)，也暴露出我國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面的問題：一是與國際原料市場關(guān)聯(lián)度高，且無安全保障體系。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的增加，鐵礦石進(jìn)口比例逐年提高，對外依存度長期保持在50％以上，2008年進(jìn)口鐵礦石預(yù)計將超過4億噸，而有礦產(chǎn)權(quán)益的進(jìn)口量只有4000萬噸，不足10％。因此，國際鐵礦石的漲跌，直接影響到我國鋼材價格的起落。二是產(chǎn)能過剩，市場定位雷同。我國鋼鐵產(chǎn)能已出現(xiàn)了供大于求的局面，部分鋼材品種嚴(yán)重過剩，鋼鐵投資也出現(xiàn)了裝備和市場定位雷同的情況，如普通熱軋板卷、H型鋼等近幾年產(chǎn)能增加很多，供需關(guān)系失衡。當(dāng)前市場發(fā)生變化，價格率先暴跌，甚至一度跌破3000元，噸，低于普通線材的價格水平。三是市場培育不成熟，風(fēng)險防范能力脆弱。我國鋼鐵市場發(fā)展滯后，中間商環(huán)節(jié)過多，鋼鐵企業(yè)直供用戶比例不高。隨著市場價格波動，貿(mào)易商等市場流通環(huán)節(jié)的恐慌心理蔓延，加上，鋼鐵企業(yè)保值銷售機(jī)制(鋼廠承諾中間商不定價格銷售，以銷量提成)，使中間商不按價值定價，而是競相降價，非理性因素的推波助瀾，放大了需求萎縮，造成了價格短期內(nèi)急劇下跌。
1.5 軋鋼技術(shù)的未來發(fā)展趨勢
在2O世紀(jì)，軋制技術(shù)取得了令人注目的進(jìn)展。在新世紀(jì)的發(fā)展走向如何?當(dāng)前的鋼鐵工業(yè)的關(guān)鍵問題是如何獲得好的ROCE(已動用資本回報率)。這對鋼鐵工業(yè)來說是更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對所有品種的軋制來說，不僅軋鋼工藝投資巨大，而且，從長期來說，鋼鐵產(chǎn)品的銷售價格是下降趨勢。在未來的幾年中，各種類型的熱軋機(jī)和冷軋機(jī)，特別是板材用的軋機(jī)將投入使用。設(shè)備選擇將取決于生產(chǎn)水平、產(chǎn)品組合、生產(chǎn)的鋼種以及用戶的要求。這里指出幾點(diǎn)關(guān)鍵因素：選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)能力的生產(chǎn)設(shè)備，優(yōu)化各設(shè)備生產(chǎn)能力的投資成本。在任何情況下，確保生產(chǎn)設(shè)備的高生產(chǎn)率。 設(shè)備的產(chǎn)各種鋼種，即使在較低的產(chǎn)量時，投入的成本也要低。 設(shè)備的可靠性好，工藝效率高，減少計劃和非計劃停機(jī)時間，降低能耗，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和收得率。對設(shè)備條件進(jìn)行分析并預(yù)測鋼產(chǎn)品的性能(如機(jī)械性能、表面質(zhì)量等)。交貨時間。在21世紀(jì)，交貨時間是一大挑戰(zhàn)。'對從板坯到冷軋成品的生產(chǎn)來說，從訂貨到交貨的平均交貨周期是4—6周，是實(shí)際生產(chǎn)時間的10～l5倍。縮短交貨周期要通過提高設(shè)備的可靠性，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，降低計劃中的限制和進(jìn)行供應(yīng)鏈的管理來實(shí)現(xiàn)。對用戶關(guān)系管理(CRM)和降低庫存(所需的流動資本)來說，也是關(guān)鍵的一點(diǎn)。
1.6 課題的研究方法
我的設(shè)計課題是2150四輥可逆式粗軋機(jī)壓下系統(tǒng)。設(shè)計該課題主要是應(yīng)用理論聯(lián)系實(shí)際的方法。通過先復(fù)習(xí)課本理論知識，然后去現(xiàn)場實(shí)習(xí)，在查找不同的地方，再去工廠實(shí)習(xí)的方法進(jìn)行研究。
通過設(shè)計的整個過程可以把大學(xué)所學(xué)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課的知識用到實(shí)際應(yīng)用中去，用理論聯(lián)系實(shí)際的方法使我們學(xué)的更好。而且，在設(shè)計的過程中，我們還鍛煉了自己的獨(dú)立思考能力和分析問題解決問題的能力，還有處理數(shù)據(jù)的能力也得到了加強(qiáng)。
2 方案設(shè)計
2.1 壓下系統(tǒng)形式的選擇
壓下系統(tǒng)按傳動形式主要可以分為手動壓下裝置、電動壓下裝置和液壓壓下裝置等。手動壓下裝置主要多用在型鋼軋機(jī)上，有的小帶鋼軋機(jī)也使用這種壓下形式。電動壓下裝置適合大的壓下量，而且壓下速度快。液壓壓下裝置具有慣性小、響應(yīng)快、精度高、安全可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但是其對液壓系統(tǒng)油的清潔度要求高，對維護(hù)人員的技術(shù)水平要求高。
因?yàn)殡妱訅合屡c液壓壓下相比較還有結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，而液壓壓下要求很高，壓下油缸也要定期清理，否則淤積物影響響應(yīng)速度和調(diào)整精度。所以綜合考慮，2150四輥可逆式粗軋機(jī)壓下裝置采用電動壓下裝置。
電動壓下裝置是最常用的上輥調(diào)整裝置，通常包括：電動機(jī)、電磁離合器、減速器、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。
2.2 電動機(jī)的選擇
電動機(jī)分直流和交流兩大類。直流電機(jī)具有良好的啟動特性和調(diào)速特性，易平滑調(diào)速過載能力較強(qiáng)，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大。 但是直流電機(jī)換向困難，還會產(chǎn)生火花，壽命短，要經(jīng)常維護(hù)。因此,在調(diào)速性能要求較高的大型設(shè)備,比如軋鋼機(jī)上都采用直流電動機(jī)拖動。所以，選擇直流電動機(jī)。
2.3 減速器的選擇
四輥板帶軋機(jī)的電動壓下大多采用圓柱齒輪-蝸輪副傳動或兩級蝸輪副傳動的形式。根據(jù)一般情況，2150四輥可逆式粗軋機(jī)壓下裝置采用圓柱齒輪-蝸輪蝸桿傳動形式。
2.4 壓下螺絲
壓下螺絲螺紋形狀有鋸齒形和梯形兩種。前者主要用于快速壓下裝置；后者主要用于軋制壓力大的軋機(jī)（如冷軋帶鋼軋機(jī)等）。綜合考慮，2150粗軋機(jī)組選擇鋸齒形螺紋。
壓下螺絲斷面的形狀主要有方形、花鍵形和圓柱形三種。方形尾部四面鑲有青銅滑板，它主要用于快速壓下裝置。花鍵形尾部的承載能力大，尾部強(qiáng)度削弱得少，多用在低速、重載的帶鋼軋機(jī)。帶鍵槽圓柱形尾部僅用在輕負(fù)荷的壓下裝置中。所以，選擇花鍵形尾部即可滿足要求。
2.5 壓下螺母
壓下螺母是軋鋼機(jī)中重量較大的易損零件。形式選擇雙鑲套螺母。
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第47頁
3 軋制力計算
3.1軋制工藝
表 3.1 軋制工藝
道次 軋前厚度 軋后厚度 壓下量 壓下量ε= 溫度
（N） （H）mm （h）mm （△h） （△h/H）% （T）℃
1 230 180 50 21.7 1100
2 180 120 60 33.3 1100
3 120 70 50 41.7 1100
4 70 40 30 42.9 1100
5 40 21 19 47.5 1100
軋制材料：Q235
原料規(guī)格：230mm×2000mm×6000mm
成品規(guī)格：21mm×2000mm×65714mm
單位重量：24.56噸
3.2 軋輥材料的選擇
常用的軋輥材料有合金鍛件、合金鑄鐵和鑄鐵等。
帶鋼熱軋機(jī)的工作輥選擇軋輥材料時以輥面硬度要求為主，多采用鑄鐵軋輥。而支承輥在工作中主要受彎曲，且直徑較大，要著重考慮強(qiáng)度和軋輥淬透性，因此，多選用含Cr合金鍛鋼。所以，工作輥選擇的材料為：50CrNiMo,支承輥選擇的材料為：60CrMnMo.
3.3 軋輥的尺寸參數(shù)確定
3.3.1輥身長度L的確定
根據(jù)要求可知：輥身長度L應(yīng)大于所軋鋼板的最大寬度,即
L=+a
式中的a值視鋼板寬度而定。當(dāng)=400～1200mm時，a≈100mm; =1000～2500mm時，a=150～200mm；當(dāng)鋼板更寬時，a=200～400mm.
課題設(shè)計的是2150四輥可逆式粗軋機(jī)，所以有，=2000mm,a=150mm.
3.3.2軋輥直徑D的確定
由文獻(xiàn)1[表3-3]可知,
L/=1.5～3.5 L/=1.0～1.8 /=1.2～2.0
其中：
———工作輥直徑
———支承輥直徑
比值L/標(biāo)志著輥系的抗彎剛度，其值愈小，則剛度愈高。一般說來，輥身長度較大者，選用較大的比值。輥徑比/的選擇，主要取決于工藝條件。當(dāng)軋件較厚（咬入角較大）時，由于要求較大的工作輥直徑，故選較小的/值；當(dāng)軋件較薄時，則選較大的/值。因此，厚板軋機(jī)和熱帶鋼軋機(jī)粗軋機(jī)座比精軋機(jī)座的輥徑比小些，熱軋機(jī)比冷軋機(jī)的輥徑比小些。對于支承輥傳動的四輥軋機(jī)，一般選/=3～4.
由L=2150mm,
所以，
=614～1433mm
=119～2150mm
按照軋輥的咬入條件，軋輥的工作直徑應(yīng)滿足下式
≥
式中： ———軋輥的工作直徑
h———壓下量
———最大咬入角。
的取值范圍一般為=15～20，現(xiàn)在取=20時
≥=994.9mm
根據(jù)以上的計算和范圍選?。?1250mm, =1650mm.
3.3.3軋輥輥頸直徑d和輥身長度的確定
輥頸直徑d和長度與軋輥軸承型式及工作載荷有關(guān)。由于受軋輥軸承徑向尺寸的限制，輥頸直徑與輥身直徑要小的多。因此輥頸與輥身過渡處，往往是軋輥強(qiáng)度最差的地方。只要條件允許，輥頸直徑和輥身的過渡圓角r均應(yīng)選大些。
由文獻(xiàn)1[表3-5]可知, =(0.55～0.7)
式中：———工作輥輥頸直徑
——工作輥直徑
所以，
=（0.55～0.7）1250=687.5～875mm
現(xiàn)取 =750mm
=(0.55～0.7)
式中： ———支承輥輥頸直徑
=(0.55～0.7)1650=907.5～1155mm
現(xiàn)取 =1050mm
再由文獻(xiàn)1[表3-5]可知, /d=1.0,所以，
=750mm時，取 =750mm
=1050mm時，取=1050mm
式中： ———工作輥輥頸長。
———支撐輥輥頸長。
3.3.4 軋輥軸頭型式與尺寸的選擇
軸頭的基本型式有梅花軸頭、萬向軸頭、圓柱形軸頭、帶平臺的軸頭。為了裝卸軋輥軸承的方便，軸頭用可裝卸的動配合扁頭。所以，軸頭帶平臺更為合適，其機(jī)構(gòu)尺寸如圖3.1所示：
圖3.1 帶平臺的輥頭
=0.75d
=(0.9～0.95)d
式中：———工作輥輥頭直徑
d———軋輥輥頸直徑
———輥頭平臺
=（0.9～0.95）750=675～712.5mm,取=700mm
=（0.9～0.95）1050=945～997.5mm,取=950mm
式中：———工作輥輥頭直徑
———支承輥輥頭直徑
=0.75750=562.5mm,取=570mm
=0.751050=787.5mm,取=790mm
式中：———工作輥輥頭平臺
———支承輥輥頭平臺。
3.4 軋制力的計算
3.4.1變形阻力的計算
目前，變形阻力數(shù)據(jù)主要是通過實(shí)驗(yàn)取得的。但是， 除去用曲線圖查找變形阻力以外，還可將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這更便于應(yīng)用于計算機(jī)控制的軋機(jī)。北京科技大學(xué)在凸輪壓縮形變試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了100多個鋼種的變形阻力試驗(yàn).
所軋的軋件是Q235，并整理成圖表及相應(yīng)公式:
=
式中 ———基準(zhǔn)變形阻力
———變形溫度影響系數(shù)
=exp(A+BT)
——變形速度影響系數(shù)
=
———變形程度影響系數(shù)
=E（E1）
由文獻(xiàn)[1,表2-1]可知: A=3.665; B=-2.878; C=-0.122; D=0.186; E=1.402; N=0.379; =151.2MPa
=ln
式中：———平均變形程度
——相對變形程度
=
式中：———變形程度
——相對變形程度
=21.7%=14.5% =ln=0.157
=33.3%=22.2% =ln=0.251
=41.7%=27.8% =ln=0.326
=42.9%=28.6% =ln=0.337
=47.5%=31.7% =ln=0.381
將以上數(shù)據(jù)寫入表3-2中
表3.2各道次變形程度
道次 1 2 3 4 5
（%） 21.7 33.3 41.7 42.9 47.5
（%） 14.5 22.2 27.8 28.6 31.7
0.157 0.251 0.326 0.337 0.381
3.4.2求各段軋制時的和
由文獻(xiàn)1中第23頁公式： = =
其中：———接觸弧水平投影長度
———軋制前后軋件的平均高度
、———軋制前、后軋件高度
所以，
==176.78mm ==205mm
==193.65mm ==150mm
==167.71mm ==95mm
==147.90mm ==55mm
==108.97mm ==30.5mm
?將此數(shù)據(jù)制作成表3-3如下：
表3.3 各道次l與值
道次 1 2 3 4 5
(mm) 176.78 193.65 167.71 147.90 108.97
(mm) 205 150 95 55 30.5
3.4.3咬入角和軋輥的圓周線速度
由文獻(xiàn)[1,2-140]知：
=
= 0.29
= 0.32
= 0.29
= 0.22
= 0.18
由文獻(xiàn)[2,3-1]知：
摩擦系數(shù)u=1.05-0.0005t-0.056v
軋制溫度t=1100℃,再根據(jù)正常咬入條件u>tan可以得：
1.05-0.00051100-0.056>0.29 所以，<3.57m/s <56.8r/min
1.05-0.00051100-0.056>0.32 所以，<3.04m/s <48.4r/min
1.05-0.00051100-0.056>0.29 所以，<3.57m/s <56.8r/min
1.05-0.00051100-0.056>0.22 所以，<4.82m/s <76.7r/min
1.05-0.00051100-0.056>0.18 所以，<5.71m/s <90.9r/min
所以，n<48.4r/min才能正常軋制。
根據(jù)文獻(xiàn)[2,3-13]可得：
+=
其中： ———咬入軋件時的速度
———拋出軋件時的速度
,b———軋輥的加速度和減速度
當(dāng)咬入角允許時，則=軋制周期最短，所以，
==
一般軋機(jī)的啟動加速度=30～80r/mins,制動加速度b=60～120r/mins,結(jié)合實(shí)際情況?。?
=15r/mins , b=30r/mins ,第一道軋制后由調(diào)整壓下螺絲所決定的間隙時間較?。s為1.5～2.5）這里取=2s.
第一道軋制時，
===20r/min
n=20<48.4r/min ,符合咬入條件。
利用梯形圖?。?
=36r/min ———梯形圖的恒定轉(zhuǎn)速
第二道后由于大立輥需要側(cè)壓，間隙時間取=6s，所以拋出轉(zhuǎn)速提高到30r/min,第三道次，第四道次均為30r/min,第五道次后進(jìn)入下一臺軋機(jī)，則以最大軋制速度拋出，轉(zhuǎn)速為36r/min.
所以，摩擦系數(shù)u=1.05-11000.0005-0.0562.62=0.35
軋輥圓周轉(zhuǎn)速：==2356mm/s
粘著理論：
u=ln (<2)
滑動理論：
u= (>2)
第一道次：
T===1.373
==0.86<2,采用粘著理論
=ln=ln1.28=3.29
==0.862
=exp(A+BT)=exp(3.665-2.8781.373)=0.75
=1.402-(1.402-1)=0.826
=151.20.750.8620.826=80.74Mpa
第二道次：
==1.29<2, 采用粘著理論
則 = ln =4.93
= =0.912
=0.75
=1.402-=0.923
=151.20.750.9120.923=95.46Mpa
第三道次：
==1.77<2，所以，采用粘著理論。
==7.57
==0.959
=0.75
=1.402-=0.970
=151.20.750.9590.970=105.49Mpa
第四道次：
==2.69>2，所以，采用滑動理論。
=
所以，
第五道次：
，所以，采用滑動理論。
所以， =2638mm/s
=0.75
=151.20.751.020.993=114.86Mpa
編制變形阻力表3.4如下：
表3.4變形阻力
道次 1 2 3 4 5
（Mpa） 80.74 95.46 105.49 106.92 114.86
3.4.4計算平均軋制力和總軋制力
計算軋件對軋輥的總壓力P可由公式：
P=F
其中，———平均單位壓力
F——軋件和軋輥的接觸面積
接觸面積F的一般形式為：
F=
式中，、———軋制前、后軋件的寬度
——接觸弧長度的水平投影
由計算可由文獻(xiàn)[1,圖2-20]，可由文獻(xiàn)[1,圖2-57b]得出：
=1.15
第一道次：
1（外區(qū)影響是主要的）
=
===1.06
=1.151.0680.74=98.42Mpa
=98.4220.177=34841KN
第二道次：
==5.2，=0.333由文獻(xiàn)[1,圖2-23]得=1.0
=1.151.095.46=109.779Mpa
=109.77920.194=42594KN
第三道次：
==8.9，=0.417由文獻(xiàn)[1,圖2-23]得=1.212
=1.151.212105.49=147.03Mpa
=147.0320.168=49402KN
第四道次：
==15.6，=0.429由文獻(xiàn)[1,圖2-23]得=1.384
=1.151.384106.92=170.17Mpa
=170.1720.148=50370KN
第五道次：
==29.8，=0.475由文獻(xiàn)[1,圖2-23]得=1.672
=1.151.672114.86=220.85Mpa
=220.8520.109=48145KN
制作成表格3-5如下：
表3.5平均單位壓力及總軋制力
道次 1 2 3 4 5
（Mpa） 99.35 109.779 147.03 170.17 220.85
(KN) 34841 42594 49402 50370 48145
所以，最大軋制力為50370KN，在第四道次產(chǎn)生。
4 壓下裝置的設(shè)計和計算
壓下裝置的總體方案如下圖4.1所示，采用雙電機(jī)帶動，單級圓柱齒輪傳動，在兩個電動機(jī)之間用電磁離合器連接，其目的是用來單獨(dú)調(diào)節(jié)一個壓下螺絲。
1-電動機(jī) 2-電磁離合器 3-制動器 4-圓柱齒輪部分 5-蝸輪蝸桿部分 6-壓下螺絲
圖4.1 壓下裝置總體方案
4.1.壓下螺絲的設(shè)計計算
4.1.1螺紋外徑d和螺距t的確定
由于壓下螺絲和軋輥輥頸承受同樣大小的軋制力，故二者之間有一定的比例關(guān)系。
即 d=（0.55～0.62）
式中 d———壓下螺絲外徑。
———輥頸直徑，對四輥軋機(jī)則應(yīng)是支承輥輥頸直徑。
所以， d=（0.55～0.62）1050=577.5～651mm
取 d=607mm
壓下螺絲的螺距t,對四輥熱軋帶材軋機(jī)，
t=（0.025～0.050）d=（0.025～0.050）607mm=15.175～30.35mm
所以，取 t=30mm
4.1.2 壓下螺絲最小截面直徑d的確定
=
式中 ———作用在螺絲上的最大軋制力
=p/2=50370/2=25185KN
———壓下螺絲許用應(yīng)力
一般壓下螺絲材料為碳鋼，其強(qiáng)度極限由文獻(xiàn)3可知，
=650Mpa, =1.6%
當(dāng)安全系數(shù)n=6時，許用應(yīng)力=108.33Mpa,由于壓下螺絲負(fù)荷較大，因此采用45號鋼，并進(jìn)行表面淬火HRC=45～60并磨光
所以， ==544.2mm
取 =555mm
由文獻(xiàn)[6,表21.1-24]可知，
=584.5mm =555mm t=30mm 采用單頭鋸齒形螺紋GB/T13576.1-1992,鋸齒形螺紋是用于單向受力的傳力螺旋。
4.1.3壓下螺絲強(qiáng)度校核
按照強(qiáng)度條件對壓下螺絲進(jìn)行強(qiáng)度校核
式中 ———壓下螺絲中實(shí)際計算應(yīng)力
———壓下螺絲所受的軋制力
———壓下螺絲最小截面直徑
———壓下螺絲材料許用應(yīng)力
==104.16Mpa
==650/6=108.33Mpa
式中 ———壓下螺絲材料的強(qiáng)度極限（前面已由表查出）
n———壓下螺絲的安全系數(shù)
所以， 符合，滿足設(shè)計要求。
4.1.4壓下螺絲的尾部設(shè)計
尾部通?？煞譃閹ЩㄦI的和鑲有青銅滑板的方形尾部形狀，由于帶有花鍵的尾部設(shè)計承載能力大，尾部強(qiáng)度削弱的少。所以，選擇帶有花鍵的尾部形狀。
4.1.5壓下螺絲的端部形狀選擇
通常分為兩種：凹形球面和凸形球面。
因?yàn)榘夹吻蛎孀晕恍院?，可有效防止青銅止推墊塊產(chǎn)生拉應(yīng)力，還可以大大地提高青銅止推墊塊的使用壽命，可減少有色金屬的消耗，所以，選擇凹形球面。
4.2壓下螺絲傳動力矩的計算
壓下靜摩擦力矩的計算
壓下螺絲受力平衡圖，如圖4.1所示
1-壓下螺絲 2-壓下螺母 3-壓下螺絲樞軸 4-止推墊塊 5-上軸承座
圖4.1 壓下螺絲受力平衡圖
再由公式，
式中：———止推軸承的阻力矩
——螺紋間的摩擦阻力矩
空載壓下時： =（0.1～0.2）G
式中： G———被平衡的部件總重量
G=
=
=375881.27N
= [
]7.89.8
=984576.93N
=4.0037.89.8=88502.05N
=0.9007.89.8=25711.71N
所以， G=375881.27+984576.93+88502.05+25711.71=1474671.96N
?。? =0.2G=0.21474671.96=294934.392N
再由 =
式中 ———壓下螺絲端部樞軸的直徑
———作用在一個壓下螺絲上的力
———止推軸頸的摩擦系數(shù)，=0.18
則 =294954.3920.180.555/3=9821.32Nm
=
式中： ———壓下螺絲與壓下螺母的螺紋間摩擦角。
=arctanμ
μ———螺紋間摩擦系數(shù)
取 μ=0.1 則 =
α———壓下螺絲與螺母的螺紋升角；對于式中的“”為壓下時取“+”,提升時取“-”。
α=arctan ,所以，α=
=294934.392tan(+)=9925.32Nm
==9821.32+9925.32=19746.64Nm
4.3 壓下電機(jī)的選擇
4.3.1壓下電機(jī)功率的計算
傳動總效率
由文獻(xiàn)[10,表4.2-9]可知：=0.99；=0.97；=0.99；=0.85
==0.78
初選蝸輪與蝸桿的傳動比 =25，減速機(jī)傳動比=1，所以總傳動比=25.
取 壓下速度v=30mm/s;用單頭絲桿螺距，t=30mm;其行程s=240mm
則 壓下絲桿轉(zhuǎn)速： n=60=30/3060=60r/min
蝸桿轉(zhuǎn)速： N=2560=1500r/min
電機(jī)功率 P===158.35KW
4.3.2 電機(jī)的選擇
根據(jù)電機(jī)功率選用：直流電動機(jī)。
根據(jù)實(shí)際需要，由文獻(xiàn)[8,表40-37]可知，電動機(jī)功率及轉(zhuǎn)速如下：
=200KW =1500r/min
額定功率：200KW,額定轉(zhuǎn)速：1500r/min,最高轉(zhuǎn)速：1500r/min
額定電壓：220V,額定電流：1010A,最大勵磁功率：1620W,重量：1410Kg
4.4 壓下螺絲靜強(qiáng)度校核
壓下螺絲受軸向力F和轉(zhuǎn)矩T的作用。因此根據(jù)第四強(qiáng)度理論及危險截面強(qiáng)度校核計算公式為：
<[σ]
式中：———計算應(yīng)力
———壓下螺絲螺紋小徑
F———壓下螺絲所受軸向力
T———壓下螺絲所受轉(zhuǎn)矩
T=9.55=9.552000.7825/1500=24.83Nm
由前面可知：[σ]=108.33Mpa
==100Mpa<[σ]
因此壓下螺絲滿足靜強(qiáng)度要求。
4.5壓下螺母的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計
4.5.1 壓下螺母的參數(shù)確定
由壓下螺絲的外徑d,螺距t及螺紋形狀的確定，所以，壓下螺母的、t和螺紋形狀也就可以確定了，剩下的就是確定壓下螺母的高度H與外徑D.
壓下螺絲的外徑：d=607mm
螺距： t=30mm
外螺紋牙高：=0.8677t=0.867730=26.031mm
壓下螺絲螺紋內(nèi)徑：=d-2=607-226.031=554.938mm
基本牙型高度：=0.75t=0.7530=22.5mm
壓下螺母的小徑：=d-2=607-222.5=582mm
中徑： ==d-0.75t=607-0.7530=584.5mm
壓下螺母的高度：
H=(1.2～2)d=(1.2607～2607)=(728.4～1214)mm
取H=900mm.
壓下螺母螺紋圈數(shù)：
Z===30
壓下螺絲和螺母的內(nèi)徑之差：
=607-555=52mm
壓下螺母的許用擠壓應(yīng)力：
=6-8N/
4.5.2 壓下螺母強(qiáng)度校核
壓下螺母的材質(zhì)通常都是選用青銅，所以擠壓強(qiáng)度比較低。所以，應(yīng)按擠壓強(qiáng)度來確定。
P=[p]
式中 P———螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力
———軸頸上的最大應(yīng)力
Z———壓下螺母中的螺紋圈數(shù)
d———壓下螺絲的螺紋外徑
———壓下螺絲的螺紋內(nèi)徑
δ———壓下螺絲與螺母的內(nèi)徑之差
[p]———壓下螺母材料的許用單位壓力
1) 螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力：
P===0.068 N/
因此p<[p],安全。
2）壓下螺母接觸面上的單位壓力：
P=
D=(1.5～1.8)d=(1.5607～1.8607)=(910.5～1092.6)mm
取D=910.5mm
——壓下螺絲通過的機(jī)架上橫梁孔的直徑，=650mm
所以 p==0.816 N/
因此p<[p],符合要求，安全。
當(dāng)?。? D=900mm時
p==0.856 N/<[p]
所以，安全。
所以，取D=900mm.
4.5.3壓下螺母的材料選擇
一般壓下螺母平均承受巨大的軋制力，因此要選用高強(qiáng)度的無錫青銅ZQAL9-4,壓下螺母的形狀選用雙鑲套螺母。
4.6 蝸輪蝸桿的設(shè)計與校核
4.6.1環(huán)面蝸桿傳動
根據(jù)實(shí)際需要選用蝸輪蝸桿傳動。與其他形式的蝸輪蝸桿傳動相比較，環(huán)面蝸桿傳動的特征是：蝸桿體在軸向的外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面。這種傳動的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上，即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時相嚙合的齒對多，而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運(yùn)動的方向近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情況和潤滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動的2～4倍，效率一般高達(dá)0.85～0.9；但它需要較高的制造和安裝精度。
4.6.2材料的選擇
考慮蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等。故蝸桿用42CrMo鋼，因?yàn)樾枰矢咝湍バ院眯?，所以要求蝸桿螺旋齒面淬火、調(diào)質(zhì)，硬度為241～280HRS。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約有色金屬，僅在齒圈處采用青銅制造，輪芯處用灰鑄鐵HT200制造。傳動精度選用8級，標(biāo)準(zhǔn)側(cè)隙。
4.6.3基本參數(shù)的確定
傳動比：i=25
蝸桿的傳動功率：=200=180.76KW
=
式中： ———傳動類型系數(shù)
———工作類型系數(shù)
———制造質(zhì)量系數(shù)
———材料系數(shù)
———蝸桿傳動的名義功率
———額定功率
查文獻(xiàn)[6,表23.5-32]: =1.0；=1.06；=0.8；=1.0
==213.16KW
查文獻(xiàn)[6,表23.5-17],參照文獻(xiàn)[6,表23.5-27],取標(biāo)準(zhǔn)值為900mm
主要幾何尺寸的確定：
由文獻(xiàn)[6,表35.5-49],選取A 組：：=74：3
按文獻(xiàn)[6,表23.5-27],采用第二系列可知：
蝸輪喉圓直徑=1520mm,蝸輪寬度=240mm ,蝸輪頂圓直徑=1560mm,蝸輪齒圈內(nèi)孔直徑=1300mm,成形圓直徑=580mm.
計算其他參數(shù)如下：
蝸輪端面模數(shù)： m===20.13mm
齒向間隙和根部圓角半徑： c=r=0.2m=0.220.13=4.026mm
齒頂高： =0.75m=0.75 20.13=15.0975
齒根高： =+c=15.0975+4.062=19.1235mm
蝸輪分度圓直徑：=1520-215.0975=1489.805mm
蝸輪齒根圓直徑：=1489.805-219.1235=1451.558mm
蝸桿分度圓直徑：=2-=2900-1489.805=310.195mm
蝸桿喉部齒頂圓直徑：==310.195+215.0975=340.39mm
蝸桿喉部齒根圓直徑：=310.195-219.1235=271.948mm
蝸桿齒頂圓弧半徑：=900-0.5340.39=729.8051mm
蝸桿齒根圓弧半徑：=900=0.5271.948=764.026mm
齒距角： τ===
蝸輪包容蝸桿齒數(shù)：===7.4，取=7
蝸桿工作包角之半：=0.5（-0.45）τ=0.5（7-0.45）=
蝸桿工作部分長度：=1489.805sin=408.97mm
蝸桿最大根徑：
=2[-]=2[900-]=327.69mm
蝸桿最大外徑：
=2[-cos(-)]=2[900-729.8051cos(-)]=389.68mm
蝸桿喉部螺旋導(dǎo)程角： =arctan=arctan=
分度圓壓力角：α=arcsin==
蝸輪法面弦齒厚：
=sin(0.275τ)cos=1489.805sin(0.275)cos=34.16mm
蝸輪弦齒高：
=+0.5[1-cos(0.275τ)]=15.0975+0.51489.805[1-cos(0.275)]
=15.30mm
蝸桿喉部法面弦齒厚：
=sin(0.275τ)cos-2fcos
=1489.805sin(0.225)cos
-21.035 cos
=27.43mm
蝸桿弦齒高：= -0.5（1-cos0.255τ）
=15.0975-0.51489.805(1-cos0.225)
=14.96mm
按表23.5-26確定蝸桿螺旋修行量及修緣量：
蝸桿螺牙嚙入口修形量：
f=（0.0003+0.00