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青島理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書
摘要
本軋機為小型四輥冷軋機，其特點是采用了響應速度快的液壓壓上，八缸平衡液面AGC厚度自動控制可以得到更嚴密的厚度公差。同時，采用了工作輥移動，以改善支承輥的壓力分布，從而得到良好的板型。采用了可逆軋機，提高了生產效率。
近年來世界上的冶金工業(yè)技術及設備又有長足進步，新工藝、新技術、新設備的出現，是冶金生產過程發(fā)生了本質的變化，特別是中國的鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，這就要求對軋鋼設備進行充實和更新。
本次設計主要考慮到近現代工業(yè)的發(fā)展，帶鋼的軋制速度逐漸提高，產品的尺寸精度要求日趨嚴格等因素，采用了液壓壓下裝置。液壓系統(tǒng)過載簡單、可靠，它主要采用標注液壓元件，即簡化了機械結構，提高了傳動效率，相應的提高了軋機作業(yè)率。
關鍵詞：冷軋機、液壓壓上、板型、冶金、平衡
Abstract
The mill is small four-high cold rolling mill, characterized by a fast response by the hydraulic pressure, the eight-cylinder liquid balance AGC thickness can be more closely control the thickness of tolerance. At the same time, using a mobile work roll, to improve the distribution of the pressure roller bearing, well-plate. Using a reversible mill, increased production efficiency.
In recent years the world's metallurgical industry technology and equipment have made great progress, the new technology, new technologies, the emergence of new equipment, metallurgical production process is in the nature of the changes, in particular, China's iron and steel industry developed rapidly, which requires the Rolling Enrich and update equipment.
The main consideration to the design of modern industrial development, the rolling strip gradually increase the speed, precision products the size of the increasingly stringent requirements and other factors, using a hydraulic pressure device. Hydraulic system overload simple, reliable, it marked a major hydraulic components, namely, to simplify the mechanical structure, improve the transmission efficiency, the corresponding rate of increase mill operations.
Keywords：Cold rolling mill, hydraulic pressure, the plate-type, metallurgical, and balance.
前言
隨著現代軋制技術的發(fā)展，軋制設備也趨向于方便，高效，尤其是板帶材軋制設備趨于多樣，適用，易改進等，因此，具有更加靈活性軋制品種多，使用情況要求低的四輥單機座軋機也得到了了不斷的改進和發(fā)展。
1 酸洗—冷軋聯合機組。這種機組改變了傳統(tǒng)冷軋生產將酸洗和軋鋼兩個工序分開的方式，而聯合為一個機組。這樣不但提高了酸洗，冷軋的效率，而且降低了投資及生產成本。
2 連續(xù)退火、全氫罩式退火技術的應用及多種涂鍍生產技術的迅速發(fā)展，出現了許多新的生產線及新的設備，使軋鋼機械在這些領域得到發(fā)展。
3 板形控制技術，帶鋼連鑄—冷軋工藝等應用到新式軋機中，提高軋制效率。
本次設計為小型四輥冷軋機，隨著軋制速度不斷提高，為了省去后面幾個機座傳動系統(tǒng)的增速裝置，采用了由電動機直接驅動支承輥的方案。此外，采用了液壓壓下裝置，提高了軋機的作業(yè)率。它有如下的特點：
1 它的剛性要求要高一些。
2 工作穩(wěn)定性能要好。
3 軋縫的控制簡單，便利。
4 軋制板材的質量高，板型好。
由于本人水平有限，實際經驗也不多，避免不了許多錯誤，誠懇地歡迎老師指正批評。
目錄
1 總論
1.1冷軋帶鋼生產概況和發(fā)展方向……………………………………………6
1.1.1 冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位………………………………………………6
1.1.2冷軋帶鋼的生產歷史及發(fā)展方向………………………………………6
1.2 冷軋機的類型、特點及工作原理………………………………………7
1.2.1 軋機的類型………………………………………………………………7
1.2.2 冷帶軋機各類的特點及工作原理………………………………………7
1.3 冷軋帶鋼的生產工藝………………………………………………………8
2 設計方案的比較…………………………………………………………………12
2.1 傳動型式…………………………………………………………………12
2.2 主傳動方式………………………………………………………………12
2.3 壓下裝置的結構形式……………………………………………………14
2.4 上輥平衡裝置……………………………………………………………15
2.5 軋輥軸承…………………………………………………………………15
2.6 設計方案的確定…………………………………………………………16
3 設計計算…………………………………………………………………………17
3.1 主要參數的確定…………………………………………………………17
3.2 咬人條件的校核…………………………………………………………18
3.3 軋制力的計算……………………………………………………………18
3.4 軋制力矩的計算…………………………………………………………22
3.5 軋機主電動機功率的確定與選擇………………………………………24
3.6 軋輥強度及剛度校核……………………………………………………25
3.6.1 軋輥尺寸的確定………………………………………………………25
3.6.2 軋輥強度校核…………………………………………………………27
3.6.3 軋輥剛度校核…………………………………………………………32
3.6.4 軋輥穩(wěn)定性計算………………………………………………………33
3.7 軋輥軸承的選擇及校核…………………………………………………34
3.8 機架的設計計算…………………………………………………………36
3.9 主傳動裝置的設計計算…………………………………………………41
3.9.1 聯軸器的選用……………………………………………………………41
3.9.2 液壓壓下裝置的設計計算………………………………………………42
4 外文資料翻譯……………………………………………………………………43
參考資料……………………………………………………………………………62
附錄…………………………………………………………………………………63
后記…………………………………………………………………………………64
1 總論部分
1.1 冷軋帶鋼生產概況和發(fā)展方向
1.1.1冷軋帶鋼生產在國民經濟中的地位
冷軋帶鋼生產在國民經濟中占有十分重要的地位。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、精密一起、房屋建設、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。
當前，大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質量，不斷增加冷軋帶鋼的產品，滿足各個工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用具等。以及外貿出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機械制造和鋼鐵生產部門面臨的一項重要而有十分緊迫的任務。
1.1.2 冷軋帶鋼的生產歷史及發(fā)展方向
冷軋帶鋼生產始于1660年，當時是在二輥軋機上進行的。但作為一個過程，板帶鋼冷軋的發(fā)展，只是在近代隨著技術的進步，才真正得到了推動。自此以后，無論是國內還是國外，冷軋都得到廣泛應用，軋輥軸頸和軸承的改進也促進了冷軋機的應用。二十年代，隨著二輥可逆軋機的出現，軋制效率大大提高。四輥可逆軋機出現于三十年代，六十年代末，隨著二次冷軋機和箔材軋機，平整軋機光整軋機的出現，使冷軋的可軋 厚度大大減少，目前，最小可達0.001mm。
應該指出，自1979年開始，出現了全連續(xù)冷連軋機這種軋機只需第一次引料穿帶后，就可實現連續(xù)軋制，后續(xù)帶的頭部通過焊接機與前一帶卷尾部焊在一起，軋成后用飛剪機分卷，并有兩臺卷取機交替卷曲帶鋼。全連續(xù)冷軋軋機即使在換輥時，帶鋼依然停留在軋機內，換輥后可立即進行軋制。
近年來，冷軋帶鋼生產技術的的發(fā)展，主要是增加鋼卷的重量，加快機組速度，提高產品厚度精度，改善板形，提高自動化程度及改進軋機的結構和生產工藝，其典型有WRS軋機、HC軋機、VC軋機、CVC軋機、HVC軋機、FFC軋機，全數字控制高精度可逆式六輥冷軋機組，或全數字控制高精度可逆式四輥冷軋機組等。
在帶鋼冷軋機上，廣泛的采用液壓彎輥裝置或抽動工作輥裝置來改善板形，由于冷軋帶鋼的厚度公差要求高，為增加軋機壓下裝置的響應速度，在冷軋機上采用了全液壓裝置及厚度自動控制裝置，對于高速，高產量的帶鋼冷連軋機，實現計算機控制。
目前，可以認為HC軋機是板帶軋機改造和新建的主選優(yōu)良機型，可提供具有優(yōu)良板形 的高精度板帶滿足工業(yè)領域對高精度的要求。HC軋機正逐步代替具有100多年歷史的普通四輥軋機。
1.2冷軋機的類型、特點及工作原理
1.2.1 軋機的類型
冷軋帶鋼機器按照軋輥的配列方案分為二輥式、四輥式、多輥式三種。按機架排列方案分為單機可逆（不可逆）式與連續(xù)多機軋制式兩種。目前靈活性大，適用中小型企業(yè)及科研教研學用。連軋機生產效率高，軋制速度快，但產品單一，變動不大時，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。
其類型如圖所示：
圖一 軋輥類型圖
1.2.2 冷帶軋機各類的特點及工作原理
由于軋輥的輥數不同，則各類軋機的特點也不同：
1） 二輥軋機：是冷帶軋機的原始軋機，功用為消除凹痕折痕及某些缺陷，平整薄板。已基本淘汰了。
2） 普通的四輥軋機：是帶鋼冷軋機中最通用的機組，這種軋機采用閉口式機架，兩個牌坊有橫梁或其它軋機連接形成一個剛體，通常采用工作輥驅動， 但是近來趨向于支承輥驅動。
3） 六輥軋機：為使用直徑相同的小直徑工作輥并提供水平及垂直剛度。六輥式軋機得到了廣泛應用通?？繌椈蓧毫ζ胶馍舷螺伣M件及消除壓下螺絲于軸承座間產生的松弛或松動。工作輥靠另一側卷行彈簧撐開，壓下螺絲有電機通過齒輪傳動，工作輥軸承為抗磨式，而支承輥則采用油膜軸承。
4） 偏八輥軋機：結構簡單，滿足防止工作輥水平彎曲增加剛度，通過調節(jié)個別支承輥改變工作輥的凸度，工作輥支承系統(tǒng)剛度大，結構簡單，換輥方便，其工作輥直徑可自由選擇而軋制不同的品種。
5） HC軋機：是高性能板形控制的簡稱。能有效地板形和厚度，HC軋機是在四輥基礎上在支承輥之間加一可軸向竄動的軋輥，軋制時按所軋件寬度可軸向調整，其主要特點如下：
（1） 具有較大的剛度，穩(wěn)定性。即可通過中間輥的移動控制工作輥的凸度，使工作輥撓度不受軋制力的影響。
（2） 具有好的控制性。即在較小的彎輥力作用下能使鋼板橫向厚度差發(fā)生明顯變化。
（3） 可顯著提高帶鋼的平整度。減小板帶鋼的邊緣減薄，減少切邊損失。
（4） 壓下量由于不受板形的控制而顯著提高。隨著工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的發(fā)展，對各種帶鋼的產量，質量要求不斷提高，而科技的發(fā)展又將出現新的更先進，實用的冷軋帶鋼設備和工藝，使冷軋帶鋼生產得以迅速的發(fā)展。
1.3 冷軋帶鋼的生產工藝
冷軋帶鋼的生產工藝總的來看有以下三點：
1.3.1 加工溫度低，鋼板在軋制過程中，將產生不同程度的加工硬化現象。它使變形抗力增加，塑性降低。這樣就使軋制力增大，易發(fā)生脆裂。因此必須有軟化退火，使軋件恢復塑性，降低變形抗力，以便對軋件經行繼續(xù)軋制。同理，成品冷軋板材出廠前一般也需要一定的熱處理，目的是全面提高冷軋產品的綜合性能，使金屬軟化。
在冷軋生產過程中，每次軟化退火之前完成的冷軋工作稱為一個“軋程”，在一定的條件下，鋼質愈硬，成品愈薄，所需之軋程愈多。
軟化處理，又稱在結晶退火，，或固溶處理。
1.3.2 冷軋中采用工藝冷卻與潤滑：
工藝冷卻：冷軋過程中變形熱與摩擦熱使軋件和軋輥溫度升高，故需要采用有效的人工冷卻。軋制速度越高，冷卻問題顯得尤為重要。如何合理的強化冷卻過程的冷卻已成為發(fā)展現代冷軋機的重要的研究課題。
實驗研究與理論分析表明，冷軋板帶鋼的變形功有84%~88%轉變?yōu)闊崮?，使軋件與軋輥的溫度升高。因此我們必須采取適當的措施吸走或控制這部分熱量，即便變形發(fā)熱率，單位時間發(fā)出的熱量q 。其表達式為：
式中，系數 = 0.84~0.88
——小于1的修正系數；
——機械功的熱當量；
——所軋材的寬度；
——該道次的絕對壓下量；
——軋制速度；
——軋制時的平均單位壓力。
水是比較理想的冷卻劑，因其比熱大，吸熱率比較高且成本低廉。油的冷卻能力比水差得多。水的比熱比油大一倍，熱傳導率為油的3.75倍，揮發(fā)潛熱大10倍以上。由于水具有如此優(yōu)越的吸熱的性能。固大多數生產軋機都傾向與水或以水為主的冷卻劑。只有某些特殊的軋機，由于工藝潤滑與軋輥軸承共用一種潤滑劑，才采用全部油冷，但為了保證冷卻效果，需給于足夠大油量。
從實現強大軋制的角度來看，我們所關心的是如何提高冷卻液的冷卻能力，即提高冷卻效果。有物理學可知一定質量的液體在單位時間內所吸收的熱量可表示為：
式中， ——冷卻液的比熱；
——比重；
——單位時間所需冷卻液的體積；
、——冷卻液前后的溫度。
由以上關系可知，在冷卻液種類和冷卻系統(tǒng)均一定的情況下，為增加q，只有增加流量m，但這往往受到原有冷卻設施的限制，所以通常是改變冷卻液的種類和增加冷卻液的溫度來增加其吸熱能力。冷卻液簡單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實際資料表明，即使在采用有效的工藝冷卻的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢仍達130~，甚至還要高，由此可見在軋制變形區(qū)的料溫一定比這還要高，輥面溫度過高會引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內發(fā)生組織分解（殘余奧氏體的分解），使輥面出現附加的組織應力。
另外，從其對冷軋過程本身的影響來看，輥溫的反?，F象以及輥溫分布規(guī)律的反常或突變均導致正常輥面條件的破壞，直接有害于板形與軋制精度。同時，輥面過高也會使冷軋工藝潤滑劑失效（油膜破裂），使冷軋不能順利進行。
綜上所述，為了保證冷軋的正常生產，對軋輥和軋件必須應采取有效的冷卻和控溫措施。
1.3.3 工藝潤滑
冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減少金屬的變形抗力這不但有助于保證已有的設備能力條件下實現更大的壓力，而且還可使軋機能夠經濟上可行的地生產厚度更小的產品。此外，采用有效的工藝潤滑也直接對冷軋過程的發(fā)熱率以及軋輥的溫度起到了良好的影響，在軋制某些產品時采用的工藝潤滑還可以防止金屬粘輥的作用。
生產實踐與實驗表明，采用天然油脂作為冷軋的工藝潤滑劑在潤滑效果上優(yōu)于礦物油，這是由于天然油脂與礦物油在分子的結構上與特性上有質的差別所致。
冷軋潤滑效果的優(yōu)劣誠然是衡量工藝潤滑劑的重要指標，但是一種真正有經濟實用價值的工藝潤滑劑還應來源廣，成本低，便于保存。并且易于軋后的板面去除，不留任何影響質量的殘渣等特點。目前還只有為數不多的幾種工藝潤滑劑能滿足上述要求。
但是，冷軋過程中油的耗用量還是相當大的?，F在，可以通過乳化劑的作用把少量油于大量水混合起來制成乳狀潤液?？梢暂^好的解決油的循環(huán)使用問題，在這種情況下水是作為冷卻劑與載油劑而起作用的。
1.3. 4 冷軋中采用張力軋制
張力軋制是冷卻的一大特點。所謂“張力軋制”，就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實現的。單位張力是作用在帶材斷面A上的平均張應力：
式中， T——總張力；
張力的主要作用有以下幾個方面：
（1）防止帶鋼在軋制過程中跑偏（即保證正確對中軋制）
（2）使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過程中的保持板形平直以及軋后板形良好）
（3）降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產品；
（4）其適當調整冷軋機主電機負荷的作用；
防止軋件跑偏是冷軋操作中關系到能否實現軋制的一個重要問題。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進行。
防止跑偏的方法有：
（1） 采用凸形輥縫；
（2） 采用導板夾逼；
（3） 采用張力軋制。
通過改變卷取機，開卷機及軋機主電機的轉速以及各架壓下可以使軋制力，張力在較大的范圍內變動。借助準確可靠的測試儀，并使之與自動控制系統(tǒng)結成閉環(huán)，可以按要求實現恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現代冷軋機的起碼要求。
生產中張力的選擇主要是平均單位，從理論上講，單位張力似乎應當盡量選的高一些，但是不應超過帶鋼的屈服極限，根據以往的經驗，一般軋機=（0.1~0.6）；而冷軋薄帶剛=（0.1~0.3）。
2 設計方案的比較
2.1型式
對于單機座軋機，有可逆式和不可逆的工作制度，現分述如下：
2.1.1不可逆式軋機工作制度
不可逆式的工作制度應用最廣，在這種工作制度下，每個軋輥的旋轉方向不變，而軋輥的轉速則有不變與可變的兩種。根據軋制速度來分析，不可逆式工作制度在實際生產操作忠有以下幾種運轉方式:
（1） 幾乎保持嚴格不變的軋制速度；
（2） 軋件通過時，軋制速度稍微降低——在這種軋機的轉動裝置忠裝有飛輪，所以當軋件通過時，軋輥轉速降低，這時飛輪釋放動能，而在間隙時間內，飛輪的轉速升高以儲存動能。
（3） 僅在軋機調整時才調節(jié)速度——這種工作適度是不經常調整的，但當軋件的轉動裝置中有調節(jié)轉速的可能，以便在軋制某一段端面時得到最有利的速度，而當軋件通過軋輥期間，軋制速度則基本保持不變。
（4） 在軋件通過時，在較大范圍內調節(jié)軋制速度——這種工作制度常采用低速將軋件咬入，這樣能保證將軋件順利的咬入而又不會產生沖擊。當軋件咬入后，則用較高的速度軋制，而在軋制終了前為使軋件不致拋離軋輥很遠，可將軋制速度降低，這種工作制度相當便利，雖然轉動裝置造價較高，但總的看來生產是合理的。
2.1.2可逆式工作制度
可逆式工作制度是當一道軋完之后，為了能在原來的軋輥間進行下一道軋制，將軋輥反轉，這樣軋件便在軋輥間反復進行軋制。在這種工作制度下，軋件的咬入和拋出也是在降低扎輥轉速的情況下進行的。
目前，對單機座小型冷帶軋機，采用可逆式有很多有優(yōu)點，它能大大提高生產效率，以減少板帶鋼的吊運與安裝。
2.2 傳動方式
目前，小型四輥冷軋機的主轉動方式有如下三種：
（1） 傳動工作輥
（2） 傳動支撐輥
（3） 單輥傳動
一般是電機通過減速器與齒輪座來直接傳遞工作輥，這種形式對于軋制過程比較有利，但是對于較小的軋機，它又受到工作輥輥頸和方向接軸所能傳遞的扭轉力矩的限制，而傳遞工作輥不能達到要求時，就需傳遞支撐輥，而傳遞支承輥是靠摩擦力來傳遞工作輥的。這樣將會碰到關于工作輥力的傳遞問題，這就是要增大軋輥的傳動部件。同時還要考慮軋輥與軋件間的打滑問題。
為了解決上述問題，防止出現支承輥斷輥、工作輥方頭扭斷等現象，可采用異徑軋制、單輥驅動等措施來解決。本次設計由于軋制力與軋制力矩不是很大，故不需考慮此問題，但同時采用單輥驅動又會帶來一系列新的問題。由于采用單輥傳動，使兩個工作輥自然會產生一定的速度差，從而使軋制力有所降低，據實際分析證明，當變形區(qū)長度上出現搓扎區(qū)，一般可能使軋制壓力下降約5~20%。由于單傳動軋制時上下輥速度的配合是自然的，過程簡單易行，無需復雜的控制系統(tǒng)。采用異徑軋制，并盡可能的減小空轉輥的直徑，充分發(fā)揮小輥的軋制可降低軋制壓力的優(yōu)點，以保證受力零件的正常工作，同時又有利于增大壓下量，減小道次，從而提高軋機的工作效率。
在普通的四輥軋機工作中，盡管其主機列通常是有主電機通過減速機和齒輪座傳遞兩個工作輥，但是在預壓力作用下，由于工作輥徑的差別等原因，給冷軋薄帶鋼軋機的傳動帶來很大的影響：在薄帶軋制中常出現量接軸傳動力矩的分配不均，某個接觸力矩為零或趨近于零。由于輥頸差事實上不可能消除，使用較大的預壓力亦是必要。可以認為，軋輥的傳動力矩在兩軋輥上的分配并不總是大致想當相等的。在運轉中的軋機上，即從軋輥空轉，壓靠以至軋制階段，輥頸稍大的軋輥接觸中傳動力矩永為正值，而輥頸稍小者，其傳動力矩可在負值至正值的廣大范圍內變化，者是薄帶鋼軋制的軋機傳動特點，對于這類軋機，在一定的條件下實際上是單輥傳動的。一般看來，當軋件較薄時使用預壓力較大，直徑稍小的軋輥上，其傳動接觸可能實際上不起作用，甚至反而有害。
另一方面，由于軋件較薄，又是成卷軋制的，咬入條件能夠保證，有可能實現單輥傳動。
在主機列中，自然可將齒輪座從設計中取消，減小設備的投資，降低動力傳傳遞的能量消耗，從而取得一定的經濟效果，并可充分利用換輥，在操作上也會有許多方便。
2.3壓下裝置的結構形式
壓下裝置目前有電動壓下和液壓壓下兩種結構型式。
2.3.1 電動壓下
電動壓下是最常用的上滾調整裝置。通常包括：電動機、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，在可逆式板軋機的壓下裝置中，有的還安裝有壓下螺絲回松機構，以處理卡鋼事故。
壓下裝置的結構與軋輥的移動距離、壓下速度和動作頻率等有密切的聯系。按照壓下速度，電動壓下裝置可分為快速壓下裝置和板帶壓下裝置兩大類。
1. 快速壓下裝置
由于其壓下速度一般大于1mm/s，故稱為快速壓下裝置。按照傳動的布置形式，快速壓下裝置有兩種類型：（1）采用立式電動機，傳動軸與壓下螺絲平行的布置形式；（2）采用臥式電動機，傳動軸與壓下螺絲垂直交叉布置形式。
2. 板帶軋機電動壓下裝置
冷、熱軋板帶軋機的電動壓下速度約為0.02~0.1mm/s。由于板帶軋機的軋件既薄又寬又長，而且軋制速度快，軋制精度要求較高，這些工藝特征使其壓下裝置有如下特點：（1）軋輥調整量??；（2）調整精度高；（3）經常的工作制度是“頻繁的帶鋼壓下”；（4）動作快，靈敏度高；（5）軋輥平行度的調整要求嚴格。
板帶軋機電動壓下的結構形式：
四輥冷軋機的電動壓下大多采用圓柱—蝸輪副傳動或兩級蝸輪副傳動的形式。在設計中選擇壓下裝置的電動機和減速器配置方案是十分重要的。因為在設計壓下機構時，不僅應滿足壓下的工藝要求（壓下速度、加速度、壓下能力及壓下螺絲的單獨調整方式等），而且還應考慮其他因素，如：電動機、減速器能否布置得開；換輥、檢修和處理事故時，吊車吊鉤能否進入；設備檢修是否方便等。
2.3.1 液壓壓下
在冷軋機組和平整機上，可以采用“壓下式”也可以采用“壓上式”。采用“壓上式”時，在軋機上部可以設置不帶剛壓下的電動壓下機構以便做大行程的調整?！皦合率健钡囊簤焊自O置在機架的上部，這種結構造價較高，所需的液壓缸行程也很大，它的懸掛裝置較為復雜，而且為了適應磨損后的軋輥直徑，許配備不同厚度的墊塊。但它的最大優(yōu)點是電液伺服閥可裝在液壓缸附近，這不僅提高液壓缸的反應速度，而且伺服閥的工作條件好，維護也方便。
液壓壓下裝置是用液壓缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓下螺絲、螺母來調整軋輥輥縫的。在這一裝置中，除液壓缸外，還有與之配套的伺服閥、液壓系統(tǒng)及檢測儀表及運算控制系統(tǒng)。與電動壓下裝置相比較，液壓壓下裝置有如下特點：
（1） 快速響應性好，調整精度高 ；
（2） 機械傳動效率高；
（3） 便于快速換輥，提高軋機作業(yè)率；
（4） 過載保護簡單，可靠。
2.4上輥平衡裝置
平衡裝置的作用是消除軋制系統(tǒng)間隙，提升上軋輥，用來大大降低咬入軋件時的沖擊和工作輥的頻繁換輥。上滾平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡三種形式。軋機的型式不同，對平衡裝置的要求也不一樣。
現在在小型冷軋機上，廣泛使用液壓平衡裝置，它是由液壓缸產生的推力來進行工作的。液壓平衡優(yōu)點是結構緊湊，工作靈敏度高，平衡效果好。
四輥板帶軋機上軋輥平衡裝置有一下特點：
（1） 由于工作輥和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分別平衡；
（2） 上輥移動的行程較小（最大行程是按換輥決定的），移動的速度不高；
（3） 工作輥換輥頻繁，平衡裝置的設計需要使換輥方便；
（4） 在單張軋制的可逆四輥軋機上，工作輥平衡裝置應滿足空載加、減速時工作輥和支承輥之間不打滑的要求。
2.5軋輥軸承
軋輥軸承與一般軸承的工作條件差別很大，其特點：
1）工作負荷大；
2）運轉速度差別大；
3）工作環(huán)境惡劣。
軋輥軸承主要形式是滾動軸承與滑動軸承。滾動軸承主要是用雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承。在某些情況下，由于受軋輥軸承尺寸的限制，可采用滾針軸承。板帶軋機上多用滾動軸承。
2.6方案的確定
本設計采用：不可逆工作制度，驅動支承輥，壓下裝置為液壓壓下，上輥為四缸平衡，工作輥軸承選用滾針軸承，支承輥軸承選用四列向心球面滾子軸承，輥型調整采用液壓彎輥。
具體結構如下圖
圖二1700冷連軋的的液壓式衡裝置
3 軋制力能參數的計算
3.1 主要參數的確定：
（1） 道次壓下率
（2） 金屬的屈服極限
由于冷軋存在加工硬化，各道次的屈服極限不同。有下圖可以查的屈服極限分別為：
（3） 變形抗力的確定
因為 所以得：
（4） 張力的選取
張力軋制是冷軋帶鋼的特點， 圖三 冷態(tài)下變形阻力曲線
也可以減少軋制力防止帶鋼跑偏，由經驗可知對于低碳鋼和普通碳鋼材料張力可取小點，
取.
（5） 摩擦系數的確定
冷軋時由于出口和入口軋件的速度與軋輥的速度不同步，從而產生前滑和后滑現象。摩擦將阻礙金屬的力變形，摩擦系數對軋制力影響較大，并且是變化的。為計算方便初步取其為常數。由參考資料【1】表2-3 取
3.2 咬人條件的校核
根據經驗，冷軋薄帶鋼時允許咬入角為。由公式
得
所以滿足開始咬人階段的要求。
3.3 軋制力的計算
考慮以下因素，選擇斯通公式計算軋制力：
3.3.1 該公式是按照平板壓縮條件推導而來，它考慮了外摩擦，及等薄板軋制主要因素，因此適合于薄板軋制。
3.3.2 該公式考慮到冷軋?zhí)攸c，如張力，加工硬化，軋輥彈性壓扁。隨軋制力的增加，變形區(qū)長度增加，壓下量和咬人條件角較小的因素。
在冷軋薄板時，壓扁系數為
【1】
式中 ——咬入角
壓扁影響亦可用軋輥當前半徑的形式來計算。設為單位寬度的軋制力
， 1式2-117)
、計算公式中還包含，因此，計算時還得和公式聯解。
、與公式聯解，一般采用迭代法，其具體步驟如下：
選擇不考慮彈性壓扁計算公式計算；
（1）將計算的代入公式求出；
（2）再將代入計算公式，再求出；
（3）又將代入公式求出。
這樣反復數次，使計算所得的或。最后根據，計算軋件與軋輥的接觸面積和總軋制力。
以第一道計算為例，計算步驟：
——平均單位壓力
——平均張應力
m——考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數
c——常數，對于鋼軋輥
由下圖可以查的 x=0.29 則
圖四 決定壓扁后接觸弧長度諾謨圖
軋件對軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積F之乘積，即
式中 ，——軋制前，后的軋制寬度，此過程中==200mm；
——接觸弧長度的水平投影。
得到
各道次軋制力計算結果
3.4 軋制力矩的計算
現代化的連續(xù)軋機多是驅動工作輥，隨著軋制速度不斷的提高，為了省去后面幾個機座傳動系統(tǒng)的增速裝置，有時由采用電動機直接驅動支承輥的方案。此外，當工作輥直徑很小時，軋輥輥頭承受不了軋制力矩，亦需驅動支承輥。為了計算傳動支承輥所需的力矩，首先分析工作輥上力的平衡，由于公作輥是不傳動的，因而支承輥反力方向應使公作輥上作用力所需的力矩和為零，即
Pa+F=Rc
力臂與驅動方式無關，仍然是當時，，其中
——工作輥直徑；
——不考慮張力時軋制力作用點對應的軋輥中心角；
工作輥軸承處的作用力F可以從工作輥在水平方向力的平衡求得。當時，。
支承輥與工作輥間反力R的大小，可從工作輥在垂直方向力的平衡求得。
式中
——軋輥連心線與反力R的夾角，
——支承輥的直徑；
——軋輥軸承處摩擦圓半徑；
—— 前后張力對軋制力方向影響的偏轉角。
于是得：當 時，
由下圖3可求得力臂c的大小為
求得角后，則反力R對支承輥的力臂為
傳動一個支承輥的力矩為
傳動兩個支承輥的總力矩為
把參數帶入到上面的式中可以得到：
冷軋時， 即
由于工作輥的偏移距e的數值（一般為510mm）相對于工作輥與指承輥直徑來說很小，在計算傳動力矩時，為了簡化，可認為e=0，即工作輥不偏移，此時計算誤差不超過1%，所以我們取。
又因為
所以 = 圖五 帶張力軋制時四輥軋機軋輥受力情況
=862.22
=1724.43
3.5 主電動機功率的計算及選電動機
3.5.1軋輥與電機的速比
根據有關資料，可逆軋制選用直流電動機轉速
軋輥轉速
其減速器需要的減速比
查參考資料零件手冊選減速器 型，其實際減速比
此時軋輥的實際轉速
軋輥的實際轉速與要求的理想轉速間的誤差為：
故在誤差允許的范圍之內，滿足要求。
3.5.2 軋輥與電機間的效率
取萬向接軸傳動效率
齒輪座的傳動效率
滾動軸承的效率
減速器的傳動效率
主電動機到軋輥間的傳動效率
3.5.3 軋制力矩其值前面已求出
=1724.43
3.5.4 根據過載條件選擇電動機功率
式中
——額定靜力矩，KN.m；
——靜負荷圖上的最大力矩；
——電機轉速，r/min；
K——電動機過載系數，不可逆電動機K=2.52.0。
初步選K=2 ，即
選電動機Z4-250-31。額定功率為200KW，重量為1070Kg。
3.6 軋輥強度及剛度
3.6.1軋輥尺寸的確定
3.6.1.1 軋輥的類型和結構
軋輥是軋鋼機的主要部件。板軋機軋輥的輥身呈圓柱形，冷軋機軋輥的輥身微凸，當它受力彎曲時，可保證良好板型。
軋輥由輥身、輥頸和軸頭三部分組成。輥頸安裝在軸承中，并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機架。軸頭和聯接軸相連，傳遞軋制扭矩。軸頭有三種主要形式：梅花軸頭、萬向軸頭、帶鍵槽的或圓柱形軸頭。本設計采用雙鍵槽軸頭
3.6.1.2 軋輥尺寸：
工作輥直徑 ：
支承輥直徑 mm
輥身長度L應大于所軋鋼板的最大寬度，即
式中的值視鋼板寬度而定。此設計中，取100mm。
對于支撐輥，
工作輥輥身長度應與支撐輥輥身長度相同，即支承輥的長度
3.6.1.3 軋輥的重磨率
在軋制過程中，軋輥輥面因工作磨損，需不止一次地重磨或重車。為了保證軋件的精度，需不止一次地重磨或重車。軋輥工作表明的每次重車量為，重磨量為。軋輥的直徑減少到一定程度以后，即不能在使用，軋輥的重車率受到咬人能力和輥面硬度的限制，軋輥從開始使用到報廢，其全部重車量與軋輥名義直徑的百分比稱之為軋輥的重車率。一般冷軋機的工作輥重車率為3%6%，支承輥的可達10%。本軋機工作輥承磨量為，支承輥重磨量為。
3.6.1.4 輥頸尺寸d和L
輥頸直徑和長度與軋輥軸承型式及工作載荷有關。由于受軋輥軸承徑向尺寸的限制，輥頸直徑不輥身要小得多。因此輥頸與輥身過渡處，往往是軋輥強度最差的地方。只要條件允許，輥頸直徑和輥頸與輥身的過度圓角r均應選大些。
使用滾動軸承，由于軸承外徑較大，輥頸尺寸不能過大，一般近似地選，
對于工作輥，，，但實際設計時為考慮軸承的裝置問題，應去大些。
對于支承輥，，，具體由軸承安裝決定。
工作輥及支承輥結構見圖
圖六 工作輥結構尺寸
圖七 支承輥結構尺寸
3.6.1.5 軋輥傳動端的形式及尺寸
工作輥輥頸直徑與傳動端直徑之比值約為1.02~1.1（輥頸直徑稍大于傳動端直徑），則
工作輥傳動端直徑，傳動端長度應依照實際裝配時確定 。
支承輥傳動端加工安裝方便采用雙鍵傳遞扭矩，傳動端的直徑為，傳動端長度應依照實際裝配時確定。
鍵的尺寸。
3.6.1.6 軋輥的材料和輥面硬度
根據參考資料和經驗，工作輥和支承輥材料均采用9Cr2Mo
工作輥硬度HS=
支承輥輥面硬度HS=45~50
輥頸HS在55以下。
3.6.2 軋輥強度校核
3.6.2.1 四輥軋機軋輥受力特點：
一般四輥軋機，由于有支承輥，給軋輥計算帶來了新的特點。首先是工作輥和支承輥之間有彎曲載荷的分配問題；其次是工作輥和支承輥之間存在著相當大的接觸應力。
四輥軋機的支承輥徑與工作輥徑之比一般在范圍內。顯然, 支承輥的抗彎斷面系數較工作輥大的多，即支承輥有很大的剛性。因此，軋制時的彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔。在計算支承輥時，通常按照承受全部軋制力的情況考慮。由于四輥軋機一般是工作輥傳動，因此，對支承輥只需計算輥身中部和輥頸斷面的彎曲應力。
支承輥的彎曲力矩和彎曲應力分布見下圖。
圖八 四輥冷軋機軋輥強度計算簡圖
（1）支承輥強度校核。
取=300mm,，,。
取支撐輥危險截面1-1、2-2、3-3。
在輥頸1-1斷面和2-2斷面上的彎曲應力均應滿足強度條件，即
支承輥輥身中部3-3斷面處彎矩是最大的。若認為軸承反力距離等于兩個壓下螺絲的中心距，而且把工作輥對支承輥的壓力簡化成均不載荷，輥身中部3-3的彎曲應力為
合金鍛鋼軋輥需用彎曲應力，所以可以確定斷面強度滿足要求。
由于有支承輥承受彎曲力矩，故工作輥可只考慮扭轉力矩，即僅計算傳動端的扭轉應力。扭轉應力為
式中 ——作用在一個工作輥上的最大傳動力矩；
——工作輥傳動端的扭轉斷面系數。
即
所以工作輥滿足要求。
3.6.2.2 工作輥與支承輥間的接觸應力
四輥軋機工作輥與支承輥之間承載時有很大的接觸應力，在軋輥設計及使用時應進行校核計算。
如假設輥間作用力沿軸向均勻分布，由彈性力學知，輥間接觸問題可簡化成一個平面應變問題。
H．赫資理論認為：兩個圓柱體在接觸區(qū)內產生局部的彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應力（如下圖）。半徑方向產生的法向正因應力在接觸面的中部最大。
圖九
最大壓應力及接觸區(qū)寬度2b可由下式計算
式中 q——加在接觸表面單位長度上的負荷；
——相互接觸的兩個軋輥的直徑及半徑；
——與軋輥材料有關的系數=,。
其中， 、及、為兩輥材料的泊松比和彈性模數。
如兩輥泊松比相同并取===0.3，則上式可簡化為
此應力雖然很大，但對軋輥不致產生很大的危險。因為在接觸區(qū)，材料的變形處于三項壓縮狀態(tài)，能承受較高的應力。
在軋輥接觸區(qū)，除了須校核最大正應力外，對于軋輥體內的最大切應力也應進行校核。圖七表示了輥內切應力分布的狀況。主切應力在接觸點O處其值為零，從O點到A點逐漸增大，A點距接觸表面深度，該點。為保證軋輥不產生疲勞破壞，值應小于許用值
【1】
故兩輥的接觸疲勞強度足夠。
（查參考資料(1)P90 表3-8得許用接觸應力值，對于支承輥硬度HS=50~65，許用應力，）
圖十 在工作輥與支承輥接觸區(qū)上各主要應力的大小及分布
根據以上的分析計算得：
且
3.6.3軋輥剛度校核
當軋機在軋制時，在軋制力的作用下，軋輥要產生撓度使輥縫不再平行，影響軋件的精度。所謂剛度就是發(fā)生單位彈性變形所需的力，這個力越大，剛度越大，輥縫受軋制力的影響越小。
工作輥的撓度取決于支承輥的撓度。工作輥于支承輥間彈性壓扁的不均勻性，以及軋輥的實際凹度和凸度等因素。支承輥的撓度僅與本身在軋制過程中受力情況有關，其表面是在彎矩和剪力作用下的變形。
3.6.3.1 簡支梁計算軋輥的撓度
將承載軋輥看成簡支梁，用材力中計算直短梁撓曲方法處理。工程上并不要求求軋輥軸線每一點處的撓度值，而是關心某些斷面之間的撓度差值，如軋輥中心與軋件邊緣處的軸線撓度差、軋輥中心與輥身邊緣處軸線的撓度差。
設軋件與軋輥間作用著均布載荷q，且p=Q/b。P為軋制力，b為軋件寬度，L為輥身長度，c為支反力作用點到輥邊的距離。
軋輥輥身中點總撓度為
式中， 、——由彎矩和切力所引起的撓度值
圖十一 四輥冷軋機支撐輥撓度計算簡圖
圖中，a=600mm,l=b=300mm,c=150mm,D=300mm,d=150mm
= 【1】
【1】
式中，E——軋輥材料的彈性模數，
G——軋輥材料的剪切模數，
=
3.6.4 軋輥穩(wěn)定性計算
圖十二 四輥軋機工作輥穩(wěn)定性分析簡圖
本道軋制過程為正向軋制，如圖九（a）
工作輥穩(wěn)定的條件為
由于 ，，，軋輥軋制時恒成立
故工作輥穩(wěn)定。
3.7 軋輥軸承的選擇及校核
3.7.1 軋輥軸承的工作特點
軋輥軸承是軋鋼機工作機座中的重要部件。由于各類軋機的結構及工作條件差別很大，因而必須采用不同類型的軸承。和一般用途的軸承相比，軋輥軸承有以下特點：
1）工作載荷大；
2）運轉速度差別大；
3）工作環(huán)境惡劣。
3.7.2 軋輥軸承的類型與特點
軋輥軸承主要形式是滾動軸承與滑動軸承。滾動軸承主要是用雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承。在某些情況下，由于受軋輥軸承尺寸的限制，可采用滾針軸承。板帶軋機上多用滾動軸承。
3.7.3 軋輥軸承的選擇
在本次設計中，工作輥軸承選用雙列滾針軸承。
軸承代號：NKI38/30
圖十三 雙列滾針軸承
其主要參數為
=43mm,D=53mm,C=30mm,,基本額定載荷=41.5KN，=86.5ＫＮ
支撐輥選用四列圓錐滾子軸承。
軸承代號：352032 X2；
圖十四 四列圓錐滾子軸承
其主要參數為
d=160mm,D=240mm,B=115mm,基本額定載荷=608KN，=1260KN
3.7.4 軸承強度校核
1.支承輥軸承強度校核
a.靜強度校核
當量靜負荷
安全系數：>
故支撐輥軸承靜強度足夠。
b.疲勞壽命校核
軸承承受徑向力=423.05KN
軸承額定壽命 【2】
式中，n——軋輥轉速，n=95.54r/min
——溫度系數，軋輥軸承一般只能在100°C溫度以下工作，所以=1
——負荷系數，對于冷軋機，=1.2~1.5，取=1.2
故支承輥壽命符合要求。
2.工作輥軸承的強度校核：
此軸承基本不受軸向力，只受徑向力和摩擦阻力。
在軋輥的每一端都裝上兩個軸承。
故工作輥壽命符合要求。
3.8 機架的設計計算
3.8.1．機架的類型
軋鋼機機架是工作機座的重要部件，軋輥軸承座及軋輥調整裝置等都安裝在機架上。機架要承受軋制力，必須有足夠的強度和剛度。
根據軋鋼機型式和工作要求，軋鋼機機架分為閉式和開式。
閉式機架是一個整體框架，具有較高強度和剛度。閉式機架主要用于軋制力較大的初軋機、板坯軋機和板帶軋機等。此次設計中，選用的就是閉式機架。
3.8.2．機架的主要結構參數
機架的主要結構參數是窗口寬度、高度和立柱端面尺寸。
（1） 機架窗口寬度B
在閉式機架中，機架窗口應稍大于軋輥最大直徑，以便于換輥。四輥軋機機架窗口寬度一般為支撐輥直徑的1.15~1.30倍。為換輥方便，換輥側的機架窗口應比傳動側窗口寬5~10mm，亦可表示為
式中，B——機架窗口寬度
——支撐輥軸承座寬度，mm
——窗口滑板厚度，mm，一般取s=20~40mm。
（2） 機架窗口高度H
機架窗口高度H主要根據軋輥最大開口度、壓下螺絲最小伸出端，以及換輥等要求確定。
對于四輥軋機，可取
式中，、——工作輥、支撐輥直徑，mm。
取H=1320mm。
（3） 機架端面尺寸
機架立柱的端面尺寸是根據強度條件確定的。
查參考資料(1)表5-1得
四輥軋機機架端面面積
取端面尺寸為200mm 150mm,
3.8.3．機架材料
軋鋼機機架一般采用含碳量為0.25%~0.35%的ZG260-500，其強度，延伸率。
機架結構簡圖如下圖
圖十五 機架結構簡圖
3.8.4．機架強度計算
將機架及其受力狀態(tài)進行簡化并畫彎矩圖
用材料力學方法計算是，為了簡化計算，一般做以下假設：1）每片機架只在上下橫梁的中間端面處受有垂直力R，而且這兩個力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，即機架的外負荷是對稱的。此時，機架沒有傾翻力矩，機架底腳不受力。；2）機架結構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，機架轉角仍保持不變。
由于，則
=
危險截面應力
圖十六 矩形自由框架彎曲力矩圖
上下橫梁最大彎曲應力
立柱的拉彎應力
對于機架，安全系數一般不小于10
而對于ZG260-500，橫梁的許用應力，立柱的許用應力。、故機架強度足夠。
3.8.5．機架剛度計算
機架的彈性變形是由橫梁的彎曲和立柱的拉伸變形組成的。由于橫梁的端面尺寸較橫梁的長度來說是較大的，在計算橫梁的彎曲變形時，應考慮橫向切力的影響，有【1】得：
式中，——機架的彈性變形
——由彎矩產生的橫梁彎曲變形
——由切力產生的橫梁彎曲變形
——由拉力產生的立柱拉伸變形
其中，
式中，E——機架材料的彈性模數，；
——橫梁的慣性矩；
——橫梁中性軸的長度；
R——橫梁上的作用力，對于軋鋼機，一般R為軋制力的一半，即；
——機架立柱中的力矩。
所以，=0.0013mm
式中，G——機架材料的剪切彈性模數，??；
——橫梁的端面面積；
K——橫梁的端面形狀系數，對于矩形端面，系數K為1.2。
所以，=0.0059