小型轧钢机的设计方案

1 小型轧钢机的设计 1 绪论 钢机的定义 轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。大多数情况下，轧制生产过程要经过几个轧制过成，还要完成一系列的的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印，轧件收集、卷取成卷等。 一个轧件的全过程由多种机械按工艺顺序而成机组来完成，这种机组或机器体系叫轧钢机械或称轧钢机。第一种情况轧钢机由一个或几个工作机座（执行机构）传动机构（齿轮传动、连轴器）和使轧辊转动的 电动机组，后一情况轧钢机是由若干台工做机组成，这些机组数目与加工轧材工艺过成生产率相适应，因此，轧钢机按顺序排列并且用辊道或其他运输装置连成一条工艺流水线机器组成机组。 轧钢机是机械中使金属在旋转的轧辊中产生变形的那部分设备。主要使设备排列成一定形式的工作线称为轧钢机的主机列。用以完成其他工序的机械设备称为辅助机械。 钢机的标称 轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来标称。 初轧机和型钢轧机的主要性能参 数是轧辊名义直径，因为轧辊的名义直径的大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直径标称的。 小型轧钢机的名义直径为： 180 450钢机的用途 轧钢机形式有两种：冷轧与热轧，热轧主要用于开坯，兼生产一部形钢，这这种轧机的型号有 630轧机， 500轧机、 650 中型轧机与 2300 中板轧机等，冷轧主要用于 2 终级轧制，轧带钢的产品很多，具有代表性的冷轧板带钢产品金属镀层薄板（包括镀锡板 、镀锌板等） 、 深冲板（以汽车钢板最多） 、 电工硅钢板 、 不锈钢和涂层钢板。现 也促使冷轧机的装备技术和控制技术向更高的方向发展 。型号有 14001250辊可逆式轧机 . 1150十辊冷轧机 ,。 设计的轧钢机为 300 3轧钢机，轧辊的直径为 300 轧钢机主要用来为 轧制小型线材。 25 50 毫米的圆钢， 20 40 毫米的方钢；螺纹钢等。 其结构的特点为： (1)采用三辊式工作机座，主电机不可逆转，中上辊与中下辊交替过钢，实现多道次的轧制 。 (2)由于轧辊的转向和转速不可逆转，可采用造价较底的高速交流主电机在传动装置中装有减速机和齿轮机座。考虑到第一机座轧件较短 ，轧制次数较多，负荷很不均匀，为了均衡电机负荷，减少电机的容量，在减速机和电动机之间加有飞轮。 (3)多数 300 型钢轧机要求既开坯又轧件，具有一机多能的特性，因此，轧机急需要较强的能力，又需要较强的刚度，而且由于经常需要更换品种，在轧机结构上需考虑换辊方便 。 (4)为了便于换辊，三个机座的轧辊都采用梅花接轴连接 。 型轧钢机的主机列 轧钢机的主要设备是由一个或数个主机列组成的。轧钢机的主机列是由原动机，传动装置和执行机构三个基本部分组成的。 (1)工作机座：工作机座为轧钢机的执行机构，它由轧辊及其轴承 轧辊的调整机构和上轧辊的平衡机构，引导轧件的轧件进入轧辊用的导装置，工座机座的机架及支撑机座并把机座固定在地基上用的轨零、部件的和机构组成。 (2)传动装置：联轴器：联轴器包括电机联轴器和主联轴器，电机联轴器用来连接电动机与减速器的主动齿轮轴；而主联轴器则用来连接减速器与机轮机座的传动轴，既自减速器将 3 转矩传至齿轮机座的主动齿轮。 减速器：在轧钢机中减速器的作用将电动机较高的转速变成轧机所需的转速，因而可以在主传动中选用价格较底的高速电动机。确定是否采用减速器的一个重要条件，就是比较减速器及其摩擦损耗的费用是 否低于低速电机的与高速电机的之间的差价，一般情况下，当电机的转速小于 200 250 转 /分才采用减速器。小型轧钢机转速小于 200 转 /分，因而采用减速器。 采用减速器时，根据传动比的大小选用一级（传动比 i 小于等于 8）二级（传动比等于 8 40）或三级（传动比 i 大于 40）减速器。与这些减速器相对应的轧辊速度分别为 200分， 40 50 转 /分，以及 10 15 转 /分。 连接轴：轧钢机齿轮机座，减速器或电动机的运动和力矩，都是通过连接轴传递给轧辊的。设计采用横列式布置轧机，一个工作机座的轧辊是通过连接轴传动的。 轧钢机采用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿轮接轴等。 设计的轧钢机采用梅花接轴它常用在横列式轧机上。 飞轮：设计的是一个飞轮装置在减速器的小齿轮轴上。它的作用是在通过轧辊与轧辊空转时，作动蓄能器以均衡传动负荷；既轧辊空转时，飞轮加速，积蓄能量；而轧件通过时，飞轮减速。放出能量，帮助轧制。 齿轮机座：其用途是传递转矩给工作辊，设计采用三个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面排成一排，装在密闭的箱体内 (3)电动机的选择 ： 轧钢机的电动机的形式的选择与轧钢机的工作制度有着紧密的联系。设计的轧钢机是轧制速度不 需要调节的不可逆式轧钢机，采用异步电动机。 异步电动机主要用在有剧烈尖峰负荷的轧机上，为了减少电动机的容量，有时装有飞轮，异步电动机投资费用较底，在小形轧钢机上很适合 。 (4)小型轧钢机的工作制度 ： 一般中小形轧钢机的工作制度可以分为：不可逆式的，可逆 4 式的与带张力轧制等几种方式 设计采用不可逆轧机的工作制度，在这种工作制度下，每个轧辊的方向不变扎辊的转速为不可变的。 小型轧钢机的总体布局 轧钢机的主要设备由一列主机列，此轧机的总体布局基本上与主机列一致，结构如下： 主机列三个基本部分组成，主电机，传动机械，工 作机座。 设计中的传动装置由齿轮机座，减速器，联轴器，接轴组成，在电机与减速器之间用飞轮连接，在齿轮机座与减速器之间是用飞轮连接。在齿轮机座与减速器用安全联轴器。因以上中除安全联轴外，均在主机列中给以介绍，现对安全联轴器作以介绍。 安全联轴器：一般带有飞轮的轧机，都有安全联轴器。当轧机上的转矩超过额定的转矩时，联轴器能够分开，保护轧机的零部件，使之免受损坏。 工作机座为两个三辊工作机座 和一个二 辊工作机座 ，总体结构如图 ： 5 2 轧制压力和轧制力矩的计算 在验算轧机的强度、挖掘轧机的潜 力和设计新的轧机时，轧机的尺寸、传动的功率和允许的压下规程均取决于轧制压力的大小与方向。在设计新的轧机时，为了零件的强度和选择电动机的功率，就必须知道轧机在一定轧制条件下的轧制压力、轧制力矩和轧制功率 制平均单位压力的确定 在轧制的过程中，轧件在轧辊见承受轧制压力的作用而发生塑性变性，由于轧件塑性变形时的体积不变。因此变形区的轧件在垂之方向上产生压扁，在轧件方向上产生延伸，大量的实验资料证实，开坯，型钢，线材轧机的轧制压力，采用 S。爱克隆德公式计算与实测结果比较接近。 爱克隆德公式的适用范围：轧制温 度高于 800 度，轧制材质为炭钢，轧制速度不大于 20米 /秒。 在爱克隆德的公式中，轧制的单位不仅是轧件机械性能的函数，而且是变形速度、摩擦系数、接触弧长和轧件平均高度之比的函数，轧制平均单位压力由三部分组成： P =K + (2 （ 1） 值 :为 轧件在轧制温度 t 度下的单向静压缩时的单位变形阻力，计算公式为 : K =(W (2 式中 t 轧制温度 ； W 轧件的化学成分，计算公 式为： W =+n 其中 分含量 ； 百分含量 ； 6 百分含量 。 轧制的材料设为 ，则 C 取 =入 K 式中为 K =（ 1000） 2 （ 2） 变形速度引起的变形阻力，其计算公式为： U(2 式中 轧件在轧制温度为 t 度时的粘度系数，其计算公式为： = ( s/ 2 为轧钢机的轧制速度的修正系数； U 变形速度，计算公式为： U=1 . 6 1 . 212u R h （ /s） 其中 制速度）（ mm/s） ； h 为道次压 下量，计算公式为 h =毫米 ) h1,轧制前后的轧件的高度 (毫米 )； 查表 2 1的轧制的修正系数为 1 所以 =1000） 1= s/ 2 以上取值，有赖于轧辊的转速，其值为 40 49 转 /分 。 初选 V, 由现场以 h 同类轧机取得， V=700（ mm/s） h =25大的压下量 ) 0 使的高度 ) 35 轧制后的高度 ) 7 带入 U 2 700 2 5 / 1 5 0 / ( 6 0 3 5 )=6（ mm/s） 所以 6=2 （ 3） K +M（ 2 式中 M 表示外摩擦对轧制平均单位压力的影响系数，其计算公式为 M = 1 . 6 1 . 212u R h u 为轧辊间的摩擦系数，计算公式为： u =（ a a 为轧辊之间的修正系 轧辊的修正系数钢轧辊 a=1, 硬面铸铁轧辊 a= a=以 U（ 1000） M =(50 25 25)/(60+35)=0.1 2 (4)则平均单位压力 P = 2 制总压力的确定 轧制总压力的计算公式可用下式计算 N= 轧件与轧辊接触弧上的平均单位压力 F 轧件与轧辊间的接触面积在轧制总压力垂直 面上的的投影（简称为接触面积） 各种不同的情况下计算接触面积的方法不同，有以下几种情况 1 辊径相同的情况 2 轧制异型断面轧件时的情况 3 冷轧时的情况 4中（厚）板角轧时的情况。 我采用的是辊径相同时的情况，计算公式为： 8 F = 122( 2 式中 R 轧辊的半径（毫米）； h 压下量（毫米）； 1b,2轧件的宽度。 F = 6 0 5 2 1 5 0 2 52 =3429（ 2 所以 N =P F =3429=27537(制力矩的确定 传动轧辊时，电动机轴上的力矩由下种四种力矩组成： M = h M 式中 轧制力矩； 附加摩擦力 矩； 空转力矩； 动力矩； i 轧辊与主电机间的传动比。 其中mM、hM、以可以将上式简化 M=K 为安全系数，取 K= 初选轧机总传动比 i=10。 所以轧制力矩为 M= 粗算所需电动机的功率： P=9550 809550=26（ 动机的选择 从上面的计算结果看，电动机 的功率只在 30右，为了使轧机具有较高的能量储存，使其在复杂的工作环境中工作，所选的电机功率要比此大的多。 9 上面所求的功率只是在某一道次的功率，在其他的情况下，轧机需轧制各种线材、型材，因此，需要改型，需要的功率要大一些。 设计中，电机的功率要参考现场轧机的功率，故选电机为 6，异步电动机。 此电机的一些数据从机械设计手册 5查的为：额定功率为 280定电压为 380伏，满载时的转速 980/分，效率为 93。最大的转矩为 10 3 飞轮的设计 采 用飞轮的目的是降低轧制时电机的尖峰负荷、增加空载时的电动机的负荷，从而在整个的工作过程中，使电机的负荷均匀，以便按允许过载能力选择较小的电动机。异步电动机的转速随负荷的变化而变化，飞轮储存或放出能量，达到均衡电动机负荷的目的。 飞轮安装在电动机的轴线上，并安装在电动机与减速机之间 。 轮力矩的确定 电动机尖峰负荷降低的多少与主传动系统总飞轮力矩有关，而飞轮力矩占总飞轮力矩相当大的比重，故飞轮力矩是飞轮的一个重要参数。 飞轮本身的飞轮力矩为 2轮力矩 20以在计算 2须先计算 20 主传动系统的总的飞轮力矩 2020729(2 )En s s （吨 2m ） 在尖峰负荷的时刻，主传动的系统需要释放的能 量 E 可按下式计算： E = 在尖峰负荷下电动机的最大的功率，其值可按作用在电动机轴上的最大的转矩 尖峰负荷的时间； s 电动机的转差率， s 一般取 s = s 为 0的额定的转数为 980转 /分。 11 则 t 由工厂现实测得为 1秒； 所以 E =1=W s 则 207 2 9 2 2 5 7 . 69 8 0 ( 2 0 . 1 5 ) 0 . 1 5 = 2m ） 则 飞轮的转矩 220 2m ） 式中 2 电动机转子的飞 轮力矩（吨 2m ）； 2 轧机传动装置的转动部分折算到电机轴上的飞轮力矩（吨 2m ）； 2以近似的认为与 20当。 因飞轮的圆周速度越高，则飞轮由于离心力所产生的内应力就越大。确定飞轮直径 D，考虑圆周的速度小于允许的最大圆周的速度 D 中 飞轮 n 飞轮每分钟的转数； 飞轮最大的圆周速度，整体铸造的圆盘式飞轮（铸钢），0 90 / 60 70980 =则取 D = 1米 D=1米 飞轮采用一个，飞轮的直径可取的大 一些，通过这两个取这个方案。 飞轮的结构和主要的参数 根据飞轮的直径和圆周的速度的不同，选择飞轮的结构为整体铸造圆盘式飞轮，飞轮的材料为 主要的参数由书中小型轧钢机设计与计算中表格有如下的关系： 12 代号 飞轮结构各部关系 表 3 1 D D=100 C （ D D+1d） d 根据轴计算 0d（ 1d） 1d（ d 因为 D=1000 所以1D=810 840 表 3 2 0B=（ 011 D=110 150 0B=130 mm d =100 d =100 B=130 1B=130 =（ C =42 D= D+1d） 0D=500 d=（ d 1d= 170 d=（ 1d） 0d= 80 轮整体铸造后时效处理，进行机械加工。飞轮装置外围加安全罩。 轮的强度的校核 飞轮的强度应满足要求， 才能保证飞轮安全工作。 飞轮的直径满足下公式即可满足要求。 13 D 轮的直径就是按此关系式求的，为了验证一下，下面校核一下强度。 飞轮转动时，其轮缘的内表面所产生的应力可按下式计算： 2 2 1 0 . 2 1 2 ( ) 1 . 5 1（ N/ 式中 V 飞轮的圆周速度（ m/s） ； r 飞轮轮缘的内半径（ m） ； R 飞轮的外半径（ m） ； V=70(m/s) 2 27 0 8 3 0 1 0 . 2 1 2 ( ) 1 . 5 1 1 0 0 0 =N/ =2 2 5 0 0 /kg 所以强度足够 14 4 减速器的选择 动比的计算 轧件出轧辊的初速度，直接影响轧钢的效率，若轧件的出轧辊的初速度快，可提高效率，同时轧制工人不容易轧制。因而轧件的初速度以小于 2米 /秒为益 （ 1） 初选轧件的出辊速度为 秒，计算轧辊转速 n: 0 . 7 1 0 0 0 6 0 4 5 / m i 1 4 3 0 0 取 n=50r/ /i n n总=980/50=减速器等轧钢机存在着传动装置的效率问题。电动机的效率为 可知减速器、齿轮机座的效率为 94 则 i= 94 94 =16 这样 n辊=i=750/16=47r/一般情况电机的转数。 轧制速度为： V =300 47=m/s 此轧制速度现场小型轧钢机轧制速度相似，因而符合生产实际。二选择减速器 由于确定 i =16，符合选二级减速器传动比的条件。选二级减器。 查机械设计手册表 8 427，查的 i=16对应的代号为 8在根据承载能力查表 8 429，选取中心距 a=1000毫米，工作类型：连续型，在查表 8 424，的减速器的型号： 15 最后确定减速器的型号： 8 ，其外型及安装尺寸如下。 型号 ： 中心踞： A=1000 1a=400 2a=600 中心高： 0H=650 轮廓齿寸 : H=1306 、 L=1910、 B=810 、1B=810 、2B=145 、1L=1550 、2L=22 3L=26、1H=50 地脚螺钉 : d= n=8 、3B=610 、4L=7、5L=595、6L=510、7L=320 图 4 1 速器的特点、破坏形式 （ 1） 主减速机的特点 底速、重载、冲击负荷大，冲击次数频繁目前用于中小型轧钢机主传动的减速机有两种配置方式： 电动机 减速机 轧机； 电动机 减速机 齿轮机座 轧机。 在第一种配置方式中，减速机与轧机直接相连，处于剧烈的负荷工作，因此在设计时应根据具体的使用和配置情况加以区别，设计时采用第二种配置方式。 （ 2） 主减速机齿轮的破坏形式 生产实践证明，轧钢机减速机齿轮破坏的主要形式表现为点蚀、缩性变形、胶合、磨损、剥落而不 是断齿。 减速机的结构 16 减速机是由齿轮、箱体、轴、轴承、箱盖等主要零件组成。 齿轮做成人字齿，因为这种齿轮工作比较平稳，而且对轴承不产生轴向力。 齿轮的加工方法：滚齿刀（人字）（ 8级精度）。 在减速器中，只有底速轴采用轴向固定，其他的轴留有少量的轴向的游隙，使她可以自由的串动，以免卡主齿轮。轴向的游隙为 1 中心距小于或等于 1000 毫米的减速器，采用滚动轴承，减速器的材料为铸铁， （ 1） 中心距 查表的 a=1000 2） 传动比 总的传动比由电动机轴的转速和 轧辊的转数之比确定。 i=16 （ 3） 齿宽系数 为齿轮的宽度和中心距之比。 ， = = （ 4） 模数和齿数 模数降低，小齿轮齿数1数增加使齿的 磨损减小，同时增大重和的系数，有利于减低接触应力。 一对齿轮要求有较大的传动比时，1Z 20，取一级小齿轮的齿数为 22，大齿轮为 84。 二级小齿的齿数为 22，大齿轮为 93。齿数和模数与中心距和齿倾角的关系为 2 c o 模数按上式计算的 9。 （ 5） 齿顷角 渐开线齿轮的齿顷角：对于人字型齿轮 = 25 30 取齿顷角为 30 减速器的润滑及防护措施 为了保证齿轮对啮合时有可靠的润滑，采用注喷循环润滑。 采用 28号轧钢机油，进游温度小于等于 35 40 ，回油温度 小于等于 60 70 。 17 减速器漏油的主要部位是在箱盖 与箱体之间的接触面、端轴及箱体的接触处。 防止箱盖与箱体之间的漏油，可将箱盖下部壁板延长插入箱体的接触处，深度为 120140长的插板四周拐角处要 焊接，并在箱盖与箱体的水平接触面图上密封胶。 轮的材料和热处理 小齿轮的材质为 40齿轮为 35 生产实践证明，齿轮对承载能力除了决定于齿面硬度外，同时还与齿轮对的硬面差和齿面金相组织有关，而小齿轮调质及大齿轮正火的热处理配合方式，比大小齿轮均采用调质的使用寿命高。 大齿轮采用正火处理， 220；小齿轮采用调质处理 速器的工作状态分析 减速器为展开式减速器，这种两极展开式圆柱齿轮 减速器结构简单齿轮对轴承的位置不对称，轴要具有较大的刚度。 改进意见：如能选取“分流式”减速器，会使轧机工作更可靠，齿轮与轴承对称布置，因此载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载平均分配，中间轴危险截面上的扭距相当于轴所传递扭距的一半。 18 齿轮机座的设计 轮机座的类型和结构 (1） 齿轮机座的结构 齿轮机座箱体一般用铸造的形式，由于齿轮机座的体积比较大，铸造的工艺要求较高，一般的厂家无能力生产。因此，箱体采用分铸拼焊结构。焊条为 具体的工艺要求如下： 铸件退活后，对焊缝加工， 焊缝要电磁探伤。 将焊好的箱体整体退火，然后机加工达到装配要求。 分铸拼焊结构箱体生产较整体铸造的结构要简单，易于制造；同时也有缺点：生产的周期长，需工时长，适合少量的加工。 (2） 齿轮机座的类型 在轧机的传动的装置中，齿轮机座用于传递扭距到工作机座的每一个轧辊；其特点是低速、重载、冲击的次数频繁。中小型的轧钢机的齿轮机座一般有二重式、三重式和复合式 等三种类形。其中二重式齿轮机座多用于小型的二辊初轧机，三重式齿轮机座应用于横列式中小型轧钢机；复合式齿轮机座的形式较多，其特点是齿轮的机座和减速器和在一个共同 的箱体内。 采用三重式齿轮机座，齿轮机座的基本参数 轮的设计 （ 1） 齿轮节圆的直径 轧辊中心距因轧辊重车和重磨后发生变化，节圆直径 D=(302+298)/2 =300 2） 模数、齿数、齿宽、齿顷角 齿数 取 14 31，齿宽系数 顷角为 22 40 ，模数为 8 45。 齿轮参 数的确定是根据同类型的轧机的参数确定的。 中心距 ： A=d=300面模数 ： 2轮的工作宽度 ： b=720倾角 ： 30 齿数 ： z 25 （ 3） 计算力矩的确定 式中 k 扭矩分配系数， k 取 电动机最大的力； ； n 为电动机的转速， i 为减速器的总的传动比， 为减速器与连轴节的总的传动效率。 d m a x 280 M 9 7 5 1 6980 4457（ M 4457 （ 4） 齿轮的材料和加工制造 齿轮的材料采用 40轮的加工精度为 8 级，采用滚齿法加工，退刀槽的宽度为 120 5） 齿轮轴和滑动轴承 轴承尺寸的确定，采用的是滑动轴承 20 3 ( 0 . 6 5d d 195 2253d 200 =(3d=220 300 取 L=220中 d 齿轮的节圆的直径； L 滑动轴承的工作宽度； 3d 轴径直径。 （ 6） 轴端的强度计算 轴端直径 4d（ d=(160 190) 取4d 160 轴端的强度计算234 ( / )0 . 0 7 0 6M k g c 式 中 M 作用于轴端的扭转力矩。 许用扭转应 力 （ 中 b 轴颈材料的抗 拉强度； b 980100 610 ( 2/kg nnn 安全系数， n 5； 6 621 0 0 1 0 1 6 . 7 1 0 ( / )5 k g c m 62 0 . 7 1 1 . 7 1 0 /k g c m 21 23222850 7 7 0 . 6 /0 . 0 7 0 6 1 6 k g c m （ 7） 滑动轴承 材料 为滑动轴承采用 35钢轴承座，孔内以巴氏合金衬。 滑动轴承的材料：轴承：铸锡基轴承合金 ，牌号 11 6 ，硬度 27。 封和漏油问题 漏油一般发生在分箱面和轴承端部密封处，解决方法如下： (1)分箱面处的密封：对分箱面采用加 601、 602 号橡胶漆来解决漏油。 (2)轴承的端部，在轴承和端盖之间的甩油环上开一个与旋转方向相反的反向螺绞，并在端盖上加一个整体的密封圈。在轴外加一个壳体，有密封、保护、防尘的作用。再连接处加密封胶。 轮机座的润滑 在轧机的传动装置中，齿轮机座起着传递并分配扭矩的作用。其齿啮和的特点是低速、重载、 冲击负荷大，冲击次数频繁，因此其齿轮的啮合处于极沉重的挤压负荷下工作结构上的限制，其相互啮合的齿轮对垂直配置在箱座中，因此溅油润滑比较困难。由于以上几个原因，齿轮机座用稀油集中循环润滑，润滑油强行压注到齿的啮合面与轴承处。润滑油采用轧钢机油，用 28 号轧钢机油。 轮机座的总述 齿轮机座由机架、机盖、齿轮轴、主连接螺栓、键板和轴承座等主要零部件组成。 (1) 箱体的侧壁的厚度 ( 0 . 0 5 8 A=（ 300 =21 取 20(2) 齿顶距机盖的下壁和箱体上壁的最小的距离： C （ A 22 =120 150 取 1203) 机架与机盖主连接螺栓的直径： ( 0 . 1 7 =51? 60取 56架由左右两个框架构成，其间配置轴承座。基价上有观查齿轮啮合的窥视空孔，以及润滑齿轮和轴承用的进油 孔和回油孔。机盖上部设有透气罩，以利于散热通风和防止由于箱体内部因气压升高所造成的漏油。 采用滑动轴承，因其易于制造，径向尺寸小，有利于提高轴承座的强度，还由于径向的尺寸限制。不过也有缺点：摩擦系数较大，轴承合金易于磨损，对齿轮的啮合条件有不良的影响。 23 6 轧钢机工作机座的设计 作机座 的选择 工作机座是轧钢机的执行机构。他是由轧辊及其轴承、轧辊调整装置，机架及辊座等部件的组成。 (1)普通的开式机座 :具有开式机架的工作机座，其轧机上盖是可拆的，因此便于更换轧辊。 (2)闭口式工作机座 :是一种的刚架其强度与刚度都较高 (3)预应力工作机座 :一般闭式的机架在不工作时，机架是不受力的。而预应力轧机是用一种特殊的装置通过拉杆对机架施加外力使机架在不工作时，预先就处于应力的状态。 预应力轧机开始于五十年代，此轧机属于短应力轧机的一种，即这种轧机的应力作用线较短，是因为在预应力轧机上，减少变形的环节和结合面的数量。如预应力的轧机的横梁和立柱长度比同辊径的轧机普通轧机小，以轧机轴承座代替牌坊，减少压上和压下的机构，有的根本不用，而以其他的机构替代；至于作为预应力轧机的一部分的拉杆，因 用材料较少，可以用弹性模量较大的优质钢材制作。由于机架的结构得到了简化，可用厚板坯切割的到毛坯。因而这种轧钢机的刚性比同辊径的轧钢机要大，于是在轧制时可提高轧件的精度，尤其能使同一根轧件的头尾断面的尺寸偏差小，沿整个长度上保持均匀，对小型及线材轧机尤为重要。 预应力轧机有多种类型，如偏心套筒式、空心拉杆式等。本次设计采用的是半机架式，所谓的半机架式即把整体的牌坊改为分开的结构，然后用螺栓拉杆把上下半机架连接成一个整体。 这种轧机的图例是三辊、二辊轧钢机的机座。它是由上下半机架组成，此轧机保留了普通开式或闭式 轧机的结构特点，其区别是预应力的机座对上下半机架施加了预应力。 24 (4)悬挂式机架 :悬挂式的机座 有三辊式和二辊式的。三辊式的由压下装置，平衡装置，上辊组装、中辊组装和下辊组装等部分组成。在中辊轴承座的上下面各有一对螺丝拉杆，上下轴承座分别套 装在螺丝拉杆上 ,并通过压上和压下装置使上下辊轴承座体沿拉杆的移动实现轧辊的径向的调整，拉杆 的端部用螺母拧紧，构成一个装配式封闭的机架，悬挂在单边的机架上。 上中下轴承座经过热处理的 35i n 据铸件的可能性，中辊轴承座和螺栓拉杆可以铸成整体，也可分开加工，然后将拉杆焊到轴承座上。 机座的上轴用蝶形的弹簧平衡，手动压上和压下。二辊机座的结构和三辊的相似，仅将上下辊轴承座改为一面伸出两根圆柱。 悬挂式机架的优点是体积小，重量轻，刚性大，整机架换辊，其缺点是设备加工质量要求高，机架都有一套备换的，资金需求量大，不易于小厂投资生产。 各种型式机座比较：预应力机座优点明显。安装、维修、换辊，有开式的优点。工作时，有闭口式机架的优点，刚度、强度高，结构简单，无开口式机架的调隙装置。其显著的优点是产品质量的到了保证，这是选择预应力机做的原 因。 辊与轧辊轴承的设计 (1)轧辊与轧辊轴承座是整个工座机做的核心部分 轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件。在轧制的过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生塑性变化，与此同时，轧辊承受着巨大的轧制压力作用，并由于轧辊本身的旋转使其应力随时间作周期性的变化。在热轧条件下，轧辊既接触高温的轧件而受剧热，同时又被水冷却而受急冷，冷热交加。 (2)轧辊的类型、结构与参数 1)轧辊的类型 选择型钢轧机的轧辊。 型钢轧机的轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺要求安排孔型，孔型见孔型设计， 25 轧辊应有足够的强度、 刚度和良好的耐磨性能。轧辊工作表面的硬度是轧辊的主要的质量指标之一。 2)轧辊的结构 轧辊由辊身、辊径和辊头三部分组成。辊径安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。辊头和连接轴相连传递轧制扭矩。 辊身：辊身是轧辊直接与轧件接触的部分 辊径：辊径是轧辊的支撑部分，轧辊是依靠辊身的两侧轴径支撑在轴承上。 辊身与辊径交界处是应力集中的部位，是轧辊强度的薄弱环节。在辊径与辊身必须有适当的过度的圆角。 轴头：轧辊两端的轴头为轧辊与接轴相连接的部分。轴头采用梅花轴头的形式。 轴头的形式：梅花轴头，万向轴头 ，带键槽的和圆柱形轴头。 3)轧辊的参数 轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的公称直径 D，辊身的长度 L，辊径直径 d 和辊径长度 l 以及辊头尺寸等。其中辊身长度和辊身直径是表征辊身尺寸的基本参数。 辊身直径：辊身直径为轧钢机的一个重要的参数 D 为辊身直径即为公称直径。 D=300 已知 辊身的长度 L： L=（ D 取 L=50径 d:轴径尺寸是指轴径直径 d 和辊身的长度 L，它与所用轴承形式及工作载荷有关， d/ D= d=165 取 d=170mm l/d= l= l=164承 处的辊径向辊身过度处，为了减少应力集中，需要做成圆角。圆角的 r=( 26 r=300= 取 r=20辊头：梅花轴头的外径 1d=（ d= 取1d=160表 176辊的材料 对轧钢机轧辊的质量的要求是很高的 ，因为它决定轧钢机工作的好坏、生产率的高低和产品质量的优劣。轧辊的工作条件是很繁重的，轧钢时要不断被金属磨损，承受很大的动态压力，与金属之间有很大的滑动速度，有时还要经受变化幅度很大的高温影响。 基于上述的原因，轧辊采用高强度 的铸钢轧辊和锻钢轧辊以及高强度的铸铁轧辊。 制造轧辊用的材料需要这样的性能，即轧辊能长时间的使用而不断裂，其表面磨损也很小，即既是高强度又是耐磨的，轧辊的磨损程度取决于他的硬度大小。 初轧机和中轧机 的 六个 轧辊 均 采用球墨铸铁轧辊，型号为 2， b 900 280 360。 小型及线材轧机即小型的 圆钢，螺纹钢及线材轧辊材料为高铬铸铁 (3)轧辊轴承 1)轧辊轴承的工作特点 轧辊轴承用来支撑转动的轧辊，保持轧辊在机架中正确的位置，轧辊轴 的摩擦系数小，足够的强度和刚度，寿命长，以便于换辊。 轧辊的工作特点是能承变很高的，比普通标准轴承所允许要大几倍的单 负荷。 2)选择轴承的有 轧辊轴承的主要类型两种：开式（主要包括带金属轴衬的滑动轴承、带层压胶布轴衬的滑动轴承）闭式（主要包括油膜轴承和滚动轴承） 27 选择开式的滑动轴承（具有可拆轴承衬的）摩擦系数底 =命长，耐热性与刚性较差，这是胶木轴承的特性。 非金属轴承衬的开式轴承 工作轧辊选择的轴承就是这种轴承，采用胶木瓦，轴承衬瓦的形状有好几种如图，其中半圆柱的比较省料，但切向要求牢固的固定，长方形固定性好，然而用料较前着多，由三快组成的轴承衬比较省料。 目前应用较多的是整压 的半圆柱形衬瓦，其优点是省料，制造方便，安装以后不需另行镗孔，而且也简化了轴承的结构并且摩擦的系数底，胶木瓦的轴瓦摩擦系数 =右。由于摩擦系数低轴瓦具有良好的耐磨性 ，因此寿命较高，并可减少能耗；胶木轴瓦比较薄，故可采用较大的轴径尺寸，有利于提高轴径的强度；这种轴衬质地较软，既耐冲击，又能吸收进入轴承的氧化铁及等硬质颗粒，因而有利于保护轴径表面。 这类轴瓦的缺点是强度底，耐热和导热的性能很差，因此需要大量的 循环水进行强制的冷却和润滑。胶木轴瓦用水润滑。 图 6 2 辊调整装置的设计 轧辊调整装置的作用主要调整轧辊在机架中的相对位置，以保证要求的压下量精确的轧 28 件尺寸和正常的轧制条件。 调整装置主要有轧辊轴向的调整装置和颈向的调整装置两种。 轧辊的轴 向的调整装置主要用来对正轧槽，以保证正确的孔型，用手动来完成 ，装置如图。 图 6 2 轧辊的径向调整其作用是需要进行下述操作时，径向调整两工作辊之间的相对位置： (1)调整两工作轧辊的轴线之间的距离，以保持正确的辊缝开度，给定压下量 (2)调整轧辊之间的平行度 (3)当更换新轧辊时，调整轧制线的高度 (4)更换轧辊或处理事故（如轧卡）时需要的其他的操作。 轧辊的径向调整分为：上辊调整装置；下辊调整装置；中辊调整装置。 本设计中的轴向调整装置采用压下装置和 斜铁调整装置。 中 辊调整装置如图，主要用来在轴承磨损时进行微调。 29 图 6 3 下辊径向 的调整装置分为手动和电动调整装置，设计采用采用手动斜切调整装置，本装置 较为复杂，设计的结构与图相似，其可作为改进结 。斜切的角度不可大于 25 。 图 6 4 30 架的设计 （ 1） 机架的主要形式的选择 工作机架的形式有闭口式和开口式两种，选用开口式的（预应力）机架， 其换辊方便，结构较为简单。 （ 2） 材料 的选择 机架俗称牌坊，是轧钢机工作机架的骨架，它承受着经轴承座传来的全部轧制力，因此要求它具有足够的强度和刚度。 轧钢机机架采用 35分断铸造，用电渣焊焊成一体。也就是说选择材料为钢板，后焊接成机架。 （ 3） 机架的主要的尺寸 窗口的尺寸 ， 窗口是按轴承座及轴承设计的，窗口尺寸的尺寸是由机架的形式和轧钢机的尺寸来确定，开口式机架窗口的宽度根据轧辊轴径和轴瓦铁的尺寸来确定。设计选宽度为300 窗口高度的设计，考虑上下辊调隙装置的尺寸，加上三个轧辊的直径即可 以，定于 1050 （ 4） 立柱和横梁的断面的尺寸 机架应具有足够的强度和刚度，机架的刚性表示它变形的抗力，它与机架立柱断面的尺寸有着密切的联系。 机架立柱的断面尺寸由下式近似确定： F=（ 2d 取 F=d =217 =考虑强度和刚性的关系，取截面的尺寸： 19 20 2三轧辊机架的结构，由两部分组成：上机架、下机架。下机架的底座为导辊式的以利于 31 滑动，此机架轴的位置调整方便。 在上，下机架接触面要加工平整，以保证接触后机架的整体质量。上、下机架接触面处各有两个定位孔，是安装定位销的，保证机架的安装对正。上下机架对正后，将拉杆分别安于图式的位置，然后在拉杆的下端插入键板，将拉杆上端大的螺母拧上，利用杠杆的原理，用千斤顶在拉杆上施以 的轧制力。这时拉杆伸长螺母又可旋转下降一级，当螺母旋转不动时，将千斤顶移到另一个拉杆 处，将另一拉杆安好。 由于拉杆的巨大的压力作用，上下机架结合面紧密的接触，而形成闭式的轧机。 度的校核 校核中的公式选用机械轧钢设备一书 根据轧辊的尺寸，得轧辊的重量 G=453轧制力 1p=（ G 取1p=p=453=136（ 上横梁通常用螺钉紧固在立柱上，当机架上有轧制力时，连接螺栓紧承受拉力，故机架应为静定刚性，但下横梁在轧制力作用下产生弯曲时，立柱将跟素随着向内变形，上横梁一般均由立柱外侧锁紧，故它不影响立柱内倾斜，而上轧辊轴承座则可能阻碍立柱互相靠近，机架在上轧辊轴承座出现静不定力 T，因而还是静不定，由下面的条件确定： =0 式中 机架主柱和轴承座的侧向的间隙 作用力1 方向上产生的变形 静不定力在 T 方向上产生的变形 若用示单位力作用在 T 点，在 T 方向上产生的位移，则将入上式得 =0 用材料力学求得 211 118pt 2 2312123I式中 1I，2I 下横梁，立柱断面的惯性距； 1I= 21233 31W= 26将求的变位带入以上的公式： T=21111282( ( )3P L （ E=200 确定 = T=21 3 6 6 5 0 . 1 2 0 0 6 3 38 8 22 6 3 38 2 ( 6 5 8 2 )3 3 2 4 8 2 . 7 =据各部分的弯曲应力和应力值： （ 1） 下横梁中点弯曲应力最大，其值为： 1 m a x 1 1 /4M p l T C=136 65/82=下横梁上最大的弯曲应力： 1=1（ 2） 立柱上的弯曲力矩与下横梁连接处为最大 ，其值为： 2C=82=式中 T 为当 =0 时 T=I=2W=2F=248 2 33 2I、2W、2数和面积。立柱上的最大的应力为 2=2 1222上横梁上由螺栓引起反力，按简支梁计算。上横梁的最大弯曲力矩也位 点为 11436 654=2210kg = 架钢板机械性能应达到 25 0 0 0 /b k g c m n 为安全系数取 1 则 1、2、 ： 即机械性能满足要求机架强度合格 34 7 孔型的设计 将钢锭或钢坯在轧辊在轧辊孔型中经若干次轧制变形，以获