高精度四輥帶鋼冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)說明書_詳細(xì)

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太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 I 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 011 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 技術(shù)性能參數(shù) ： 設(shè)計(jì)題目：高精度四輥帶鋼冷軋機(jī)組設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù)： 工作輥直徑 *輥身長： 150/ 160 * 500持輥直徑 *輥身長： 380/ 400 * 400身有效寬： 400大軋制力： 1500 制速度： 3m/s 新輥時(shí)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(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，每個(gè)人的設(shè)計(jì)工作量為 4 個(gè) 2. 總圖由大家合作完成，參考資料中有總圖的參考圖，兩個(gè)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(gè)任務(wù)。完成后打印為 4. 選取裝配圖中主要的三個(gè)零件，繪出零件圖，圖幅 件圖總計(jì)工作量不小于 1 個(gè) 5. 設(shè)計(jì)畫圖的同時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)書。 設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)控制的進(jìn)一步深入應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模型控制向人工智能的轉(zhuǎn)化。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)說明書 V 目 錄 前 言 . - 1 - 第 1 章 軋輥的工藝計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算 . - 21 - 第 5 章 工作機(jī)座剛度的計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的應(yīng)用，因此在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面一直處于整個(gè)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(shí)，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(jì)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(jì)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(gè)全新水平。 軋機(jī)的 控制已開始由計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)說明書 - 3 - 第 1 章 軋輥的工藝計(jì)算 軋輥時(shí)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： 18.0p取 2.0p h 則 901 制板形， 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)，取 00100 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(shí)： 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(jì)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(gè)工作輥（直徑?。┖蛢蓚€(gè)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(jì)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(shí)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)椋核裕?21 )(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(jì)算支承輥時(shí)，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(jì)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(jì)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 11d 1面直徑， 2011 22d 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 50700時(shí) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 9 - 許用應(yīng)力 M P 50140所以，11、22、33均小于 對于工作輥 ： 如同支承輥，可有 M P 11111M P 22222MP (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(gè)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(jì)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， 3.0r E 為材料彈性模數(shù)， M P 10210 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： M P a 3】，軋輥材料表面硬度 8095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(jì)算 支承輥的變形計(jì)算 434421 20400()( 442121 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 11 - 5 2 3 1(64483 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(gè)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)的磨損，病逝軋輥軸承有自動的調(diào)位移力，此時(shí)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)。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 61 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(jì)說明書 - 15 - 銅鑄成。本設(shè)計(jì)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(jì)軋機(jī)需要的保證。 經(jīng)驗(yàn)公式： 6 01 5 6) ?。焊叨?80 3 41 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(jì)說明書 - 16 - 系數(shù)，一般取 。 故 螺紋升角，壓下時(shí)用正號，提升時(shí)用負(fù)號 1P 作用在一個(gè)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 (233111 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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)說明書 - 19 - S 窗口滑板厚度 一般取 S 5040 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 01 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(jì)時(shí)，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 05 8 0 8 0F 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(shí)，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(jì)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(jì)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?。?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 00M 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(jì)說明書 - 21 - 機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算 用材料力學(xué)方法計(jì)算時(shí)，為簡化計(jì)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(gè)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(shí)，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(gè)軋輥直徑和速度的不同，軋制速度的變化和咬入時(shí)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(jì)。 （ 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(jì)算簡圖如下： 窗口尺寸： 500 ， 00 上橫梁、立柱和下橫梁的危險(xiǎn)斷面。機(jī)架強(qiáng)度計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)說明書 - 24 - M P 為防止機(jī)架在過載時(shí)破壞，在軋輥斷裂時(shí)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(shí)， 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(jì)說明書 - 25 - 第 5 章 工作機(jī)座剛度的計(jì)算 在設(shè)計(jì)新軋機(jī)時(shí)，需要從理論上計(jì)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(jì)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(jì)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 3.0263.0m 10 24 代入數(shù)據(jù)得： 綜合計(jì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，對于整個(gè)工作機(jī)座，支承輥太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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)， 4i ； Z 每列滾子數(shù)量， 24Z ； P 軋制力， 50 。 代入計(jì)算得： 0 1 6 軸承座的彈性變形 對于四輥軋機(jī)，只需要計(jì)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(jì)算。如圖，在計(jì)算時(shí)，可將受力部分簡化成一個(gè)四棱柱體，其壓縮變形量可按下式計(jì)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(jì)算高度 j 165551102 21 下軸承座變形部分的計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)。 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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算：