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譯文
軋制過程中的熱傳遞
一． 熱帶軋制的溫度變化
板坯再加熱到所要求的溫度后進(jìn)行軋制。一個(gè)典型的熱帶軋制工藝包括以下幾個(gè)主要步驟：
（1） 板坯軋制前用高壓水除鱗系統(tǒng)除鱗，有時(shí)采用立輥軋機(jī)同時(shí)除鱗。
（2） 粗軋成19～40mm后的中間料。粗軋過程通常伴隨立輥和道次間的除鱗操作。
（3） 將中間料從粗軋機(jī)運(yùn)至安裝在精軋機(jī)前的飛剪處。飛剪用來剪切料頭和料尾。
（4） 中間料在進(jìn)精軋機(jī)組前的除鱗。
（5） 精軋至所要求的厚度。機(jī)架間可能進(jìn)行除鱗，有時(shí)也可能進(jìn)行帶鋼冷卻。
（6） 軋材在輸出輥道上的空冷和水冷。
（7） 軋材的卷取。
在軋制工藝過程中，軋件向其周圍物質(zhì)進(jìn)行各種熱傳遞。一些損失的熱量由軋件變形所產(chǎn)生的熱予以彌補(bǔ)。
熱帶軋制過程中，軋件溫度降低和升高的主要因素通?？梢詤^(qū)分如下：
（1） 熱輻射引起的溫降。
（2） 熱對流引起的溫降。
（3） 水冷引起的溫降。
（4） 向工作輥和輥道熱傳遞導(dǎo)引起的溫降。
（5） 力學(xué)加工和摩擦引起的溫升。
關(guān)于這些因素的分析簡述如下。
二． 熱輻射引起的溫降
采用兩種方法進(jìn)行熱輻射引起的溫降公式的推導(dǎo)。
第一種方法忽略了材料內(nèi)部的溫度提督，利用斯蒂芬-玻爾茲曼定律計(jì)算輻射到環(huán)境中的熱量為：
q=S
式中 ——輻射體的表面積，m2；
q——從物體輻射的熱量，J；
S ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；
T——軋件在t時(shí)刻的溫度，K;
Ta——環(huán)境溫度，K；
t——時(shí)間，s；
——輻射系數(shù)。
物體損失的熱量由下式給定：
q=
式中 c——軋件質(zhì)量熱容，J/（kg·K）；
Vr——輻射體的體積，m3
——軋件的密度，kg/m3。
考慮到熱平衡條件q=q及式1-1和式1-2，可以計(jì)算出溫降速度ar：
ar=
通常假設(shè)Ta
N , =584
速比 =32
5主要零件的強(qiáng)度計(jì)算
5.1齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
設(shè)備為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級精度等級,直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
材料選擇。由文獻(xiàn)[7，189]表10-1選擇小齒輪為40 （調(diào)質(zhì)），硬度為260HBS，大齒輪材料為（調(diào)質(zhì)）硬度為200HBS，二者材料硬度差為60HBS
選小齒輪齒數(shù)=18，大齒輪齒數(shù)=u =518=90
5.1.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[7，200]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即
（5.1）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1.試選載荷系數(shù)=2.7；
2.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=95.5/=95.5100/90=1.06；
3.由文獻(xiàn)[7，201]表10-7選取齒寬系數(shù) =1；
4.由文獻(xiàn)[7，198]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8Mpa；
5.由文獻(xiàn)[7，207]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
=600Mpa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =540Mpa；
6.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60j=609012830015=3.89
=/5=7.78；
7.由文獻(xiàn)[7，203]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.95；=0.91；
8.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由文獻(xiàn)[7，202]
式（10-12）得
= =0.95600Mpa=570MPa
= =0.91540Mpa=506Mpa
5.1.2計(jì)算
1.試算小齒輪分度圓直徑,帶入中較小的值
=400mm
2.計(jì)算圓周速度V
V==m/s=0.4m/s
3.計(jì)算齒厚b
b==400mm
4.計(jì)算齒厚與齒高之比b/h
模數(shù)
==17
齒高
h=2.25=37.5mm b/h=10.67
5.計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)V=0.4m/s，8級精度，由文獻(xiàn)[7，192]圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=1.10；
直齒輪，假設(shè)/b〈100N/mm。由文獻(xiàn)[7，193]表10-3查得=1.2；
由文獻(xiàn)[7，190]表10-2查得使用系數(shù)=1；
由文獻(xiàn)[7，194]表10-4查得8級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)。
=1.53
由b/h=10.67，=1.53由文獻(xiàn)[7，195]查圖10-13得=1.35；故載荷系數(shù)
6.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，得
=650mm=395.87mm
7.計(jì)算模數(shù)m
m===19.98
5.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[7，198]式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為
（5.2）
1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（ 1 ）由文獻(xiàn)[7，204]圖10-20c查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500Mpa；
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380Mpa；
（ 2 ）由文獻(xiàn)[7，202]圖10-18查得彎曲疲勞系數(shù)=0.90，=0.97；
（ 3 ）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得
=
=
（ 4 ）計(jì)算載荷系數(shù)K
=1.68
（ 5 ）查取齒形系數(shù)
由文獻(xiàn)[7，197]表10-5查得=2.91；=2.20。
（ 6 ）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由文獻(xiàn)[7，197]表10-5可查得=1.53；=1.78。
（ 7 ）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大。
2.設(shè)計(jì)計(jì)算
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)16.46并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為20mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
小齒輪齒數(shù)===20
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既能滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又能滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
5.1.4幾何尺寸計(jì)算
1計(jì)算分度圓直徑
2計(jì)算中心距
3計(jì)算齒輪寬度 取 。
5.2曲軸的強(qiáng)度計(jì)算
5.2.1曲軸的尺寸和材料性能
曲軸尺寸見圖5.1
圖5.1曲軸尺寸圖
選擇材料熱處理調(diào)質(zhì)
5.2.2曲軸的強(qiáng)度校核
由見圖計(jì)算公式：
第三位置，危險(xiǎn)截面Ⅰ―Ⅰ，Ⅱ―Ⅱ，Ⅲ―Ⅲ，
P=887.81KN，=44000，=53000
其內(nèi)力圖由圖5.2所示
圖5.2內(nèi)力圖
Ⅰ―Ⅰ截面
=345P==153147
=44000-=17500
W=
=
Ⅱ―Ⅱ截面
=210P=210887.81=93220
=17500
= 安全
Ⅲ―Ⅲ截面
安全
最大剪切力1500KN
=
=偏安全
5.3切向鍵的計(jì)算
切向鍵受力如圖5.3所示
圖5.3切向鍵受力圖
切向鍵工作面上的抗擠壓的強(qiáng)度條件計(jì)算，不計(jì)入表面的摩擦力，兩個(gè)鍵按一個(gè)計(jì)算，，傳遞的扭矩為：
因?yàn)?0.1，則
=27.6 （Mpa）
式中—鍵的寬度（mm）
—切向鍵的長度 （mm）
—在鍵的工作面上的倒棱的寬度（mm）
—擠壓許用應(yīng)力（Mpa）
=0.2，=4mm，=0.1，=180，=45mm，=14.6Mpa
> 滿足強(qiáng)度條件
5.4滑塊損壞的改進(jìn)設(shè)計(jì)
從計(jì)算結(jié)果可知，剪切136136的軋件，剪切力沒有達(dá)到擺式剪最大剪切力1.5MN，構(gòu)件強(qiáng)度按原設(shè)計(jì)是滿足要求的。但拉桿擺角增加，彈簧實(shí)際位移大于允許位移，彈簧壓死。從剪切機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸可以算出，剪切機(jī)構(gòu)的擺角時(shí)，滑道外沿受力。由于連接處相當(dāng)于焊死，機(jī)構(gòu)又強(qiáng)迫擺動(dòng)，勢必使滑塊與滑道之間產(chǎn)生很大的相互力偶作用，致使連桿變形，滑道損壞。
解決滑道損壞的方法
1.增加一節(jié)彈簧，使它的允許位移增加到386mm，滿足 條件，防止復(fù)位彈簧壓死。
2.增加擺體長度，使拉桿擺角減小，雖然彈簧變形略有增加，仍滿足 條件。
6 潤滑方法的選擇
6.1潤滑和摩擦的概念
在現(xiàn)代冶金工廠中，為減少機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦，延長機(jī)件使用壽命及減少能量消耗，故對于潤滑問題，越來越顯得重要。而軋鋼車間又是整個(gè)冶金工廠中機(jī)械設(shè)備最集中的地方，并要求機(jī)件能長時(shí)間工作，以保證連續(xù)生產(chǎn)，因而對軋鋼機(jī)械設(shè)備的潤滑界顯得更為重要。根據(jù)以往統(tǒng)計(jì)，軋鋼車間有很大一部分動(dòng)力是消耗在無用的摩擦上，大部分機(jī)件的損壞與定期更換也是摩擦作用的結(jié)果，因此設(shè)法降低摩擦將是提高生產(chǎn)率的一個(gè)途徑。
摩擦通常分為三種：干摩擦，液體摩擦，半液體摩擦。
干摩擦就是運(yùn)動(dòng)部分直接接觸，其間沒有第三者參與運(yùn)動(dòng)，因此，二接觸面的凹凸點(diǎn)（顯微組織）在運(yùn)動(dòng)中互起阻礙作用，產(chǎn)生摩擦，這種情況叫干摩擦。相反，如果在運(yùn)動(dòng)件之間有第三者參見運(yùn)動(dòng)，使二相對運(yùn)動(dòng)部件的表面不直接接觸，由第三者給隔離起來，后者的摩擦要比前者小得多。半液體摩擦則是介于二者之間的一種摩擦。
干摩擦的大小取決于二相對物體的材料性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、工作溫度、表面狀況等因素。一般情況下，這類摩擦系數(shù)在0.18～0.45之間，而液體摩擦系數(shù)卻遠(yuǎn)較干摩擦為小，通常在0.001～0.005之間。
潤滑的基本原理，就是隔開二接觸面凹凸不平的表面接觸，變?yōu)榈谌撸ㄓ湍ぃ┑膬?nèi)摩擦運(yùn)動(dòng)。液體的內(nèi)摩擦要比相對運(yùn)動(dòng)的固體為摩擦小得多。油膜保持得越好，則摩擦系數(shù)就越小。封閉式液體摩擦軸承就是根據(jù)此原則把潤滑油加壓后送進(jìn)去的，目的是為更好的將軸托起增加油墨厚度以減少摩擦。
軋鋼車間的機(jī)械設(shè)備是在高溫和惡劣條件下工作的。一般機(jī)件都在承受〉100C的溫度，有的摩擦機(jī)件在250～400kg/cm或更高壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)還有沖擊負(fù)荷，潤膜極易被破壞轉(zhuǎn)數(shù)不高也使油膜難以形成。此外，如水分多、灰塵多、有腐蝕性氣體都是潤滑的不利條件。
為此要求潤滑油應(yīng)具備下列幾點(diǎn)：
1所用的潤滑油能適應(yīng)高溫、高壓負(fù)荷各種轉(zhuǎn)數(shù)的要求，能夠保證處于液
體摩擦狀態(tài)，即要求具有潤滑作用。
2 潤滑油在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)具有冷卻作用，能保持摩擦表面具有一定的工作溫度。要求潤滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕氣與氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。
3要求潤滑油具有清潔作用，能吸收帶走運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的一些有害物質(zhì)，如金屬屑、灰塵等雜物。
4要求潤滑油具有清潔作用，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)受外界溫度、壓力、濕氣與氧化等作用，不應(yīng)有腐蝕作用。
機(jī)組和機(jī)件中摩擦不見得潤滑要依靠專門的潤滑系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)把潤滑材料送至摩擦表面方法的不同，潤滑系統(tǒng)分為流出式和循環(huán)式兩種。按照用油點(diǎn)間的關(guān)系來分，又有集中潤滑與單獨(dú)潤滑兩種。
6.2剪切機(jī)設(shè)備潤滑方法
減速機(jī)采用稀油油池潤滑，高處軸承采用干油潤滑，曲軸各軸承采用干油潤滑，滑槽采用干油潤滑，機(jī)構(gòu)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)處采用干油潤滑。
7試車方法和對控制系統(tǒng)的要求
7.1試車要求
1.組裝完畢，須進(jìn)行人工盤車，確無不良現(xiàn)象時(shí)方可試車
2.空載試車至少兩個(gè)小時(shí)，正反轉(zhuǎn)各一小時(shí)以上
3.試車應(yīng)保證
1>潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)正常
2>傳動(dòng)平穩(wěn)，無周期性噪音
3>壓下系統(tǒng)輕便靈活
4>各緊固零件聯(lián)結(jié)可靠
5>各軸承溫度不超過
4.滿足以上要求，方可試車
7.2維護(hù)規(guī)程
1.一切正常方可開車
2.停車后要檢查系統(tǒng)有無缺陷和各運(yùn)動(dòng)部件溫度。
3.清理擺動(dòng)剪周圍的臟物，經(jīng)常保持清潔
4.設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后按巡回檢查制，按時(shí)定期檢查設(shè)備的潤滑聲音、溫度和振動(dòng)以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
8設(shè)備的可靠性及經(jīng)濟(jì)分析
機(jī)械設(shè)備的有效度
對于可修復(fù)的設(shè)備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)到正常的狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障經(jīng)歷的時(shí)間（即可靠度）?？煽慷葧r(shí)間越長越好。另外，從發(fā)生故障到經(jīng)過維修后恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)階段的時(shí)間（即維修度）。把可靠度和維修度兩者結(jié)合起來舊叫有效度（也叫有效利用率）。
MTBF-平均故障間隔期（h）
MTTR-平均維修時(shí)間（h）
表7.1資金相關(guān)資料表 （單位：千萬）
時(shí)間
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
投資
3.0
2.5
年收
1.0
1.5
2.0
2.5
2.5
2.5
2.5
3.0
3.0
3.0
累收
-3.0
-5.5
-4.5
-3.0
-1.0
1.5
4.0
6.5
9.0
12.0
15.0
18.0
投資回收期：
年
—行業(yè)投資回收期，重型機(jī)械年
因?yàn)?
所以可以投資。
結(jié)論
本文對1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)。進(jìn)行了擺動(dòng)剪切機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)的理論分析。分別進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，齒輪、曲軸的設(shè)計(jì)以及齒輪、曲軸的校核。最后進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幾乎涉及大學(xué)期間所學(xué)的全部課程，是大學(xué)期間所學(xué)課程的一次總結(jié)和檢驗(yàn)。
經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算和校核，我所設(shè)計(jì)的1.5兆牛擺動(dòng)剪切機(jī)在理論上基本符合要求。在材料的選擇上不僅考慮到滿足設(shè)備自身的性能要求同時(shí)還考慮到了其經(jīng)濟(jì)性，減少了生產(chǎn)成本。由于本人水平有限，如有錯(cuò)誤敬請?jiān)彙?
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