机械毕业设计（论文）-1780精轧机支撑辊设计【全套图纸】 .pdf

太原科技大学毕业设计说明书 1 第 1 章 概论 1.1 轧钢工业概况 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 世界轧钢工业和及时的进步，主要集中在生产工艺流程的缩短和简 化，近终型连铸，轧钢性能高品化， ，品种规格的多样化，控制管理计算 机化，使轧钢生产转入质量型的低成本轨道上，以扩大市场提高竞争力。 轧钢生产工艺流程将更加紧凑，并趋向于轧机的一体化生产。经历 百年的以辊轧为特点的连续变形的轧钢技术仍然是未来钢铁工业钢材成 型的主流技术。由于连续滚轧技术是连续的，高效的和可控的，它便于 同计算机等高新技术连用，因此在计算机产业应用方面一直处于整个钢 铁工业流程的前列，在新世纪以四辊轧机为特征的轧钢工艺虽然不会发 生重大变革，但在轧钢前后工序的衔接技术必将发生长足的进步。 热轧生产正在趋向生产薄（小）规格的产品，以实现热轧产品代替部分 冷轧产品，在 20 世纪由于连续特别是近终型连铸的发展，以实现轧钢行 业淘汰了初轧工序，而即将投入生产的薄带钢连铸将使连铸与热轧工序 合二为一，从而取消了传统板带材生产的热轧工序，将连铸的薄带钢直 接冷轧。 与此同时，炼钢技术的进步提高了钢的纯净度，近终形连铸对凝固 太原科技大学毕业设计说明书 2 过程和凝固组织的优化控制保证钢材性能所需的最小压下比发生了变化 研究工作进一步证明， 炼钢-连铸-轧钢三者技术进步的相互影 响，将实现所谓的“极限近终形连铸”和“最小压缩比轧制”的低能耗， 低成本的铸轧一体化。这不仅板材而且也是棒，线，型材的发展方向。 用高新技术改造传统的轧钢工业，20 世纪轧钢技术取得重大进步 的重要特征是信息技术的应用，agc 的 广泛应用就是例证。以后的板形 自动控制技术等无一不是以计算机为核心的高新技术应用的结果。先进 的高精度，多参数在线综合测试技术与高响应速度的控制系统相结合， 保证了轧制生产的高精度，高速度以及生产产品的高质量。 1.1.1.带钢热连轧机的发展概况 带钢热轧机分为连续式带钢热轧机，四辊及多辊可逆式轧机，炉卷 轧机和行星式轧机等。 在世界上美国国家钢铁公司首先在 1926 年采用了 热连轧轧板机，这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司，轧制规程为 1030 毫 米，是 1/2 连轧，只有一个粗扎机架，是近代热连轧板机的雏形.四十年 代以前带钢热连轧机几乎全部集中在美国。19611971 年，美国新建了 11 台辊身长度为 1473 毫米以上的热连轧板机。称为“第二代轧机”美 国道 1972 年共拥有热连轧板机 44 台，年总生产能力为 9000 万吨，占世 界第一位。第二代轧机具有轧制速度高，产量高，自动化程度高的特点。 1976 年全世界共有带钢热连轧机 150 多套。 年生产能力为 3 亿 5 千万吨。 其中七十年代新建的有 31 套，年产能力为 9 千万吨。热轧带钢最大宽度 为 2200 毫米，最大厚度增至 25 毫米。带钢热连轧机轧制速度为 30.8 米 每秒。第三代带钢热连轧机从七十年代以后多采用子母电子计算机，并 实行 apc 和 agc 的 ddc 计算机全面控制（控制温度，宽度等） 七十年代我国又从日本引进了1700毫米3/4热连轧板机， 已经投入生产， 其它规格是 1978 年基本建成并投入试生产，经国家验收委员会验收于 太原科技大学毕业设计说明书 3 1981 年 12 月正式交付生产，这项工程主体部分大量采用电子计算机控 制，自动控制等多方面的新工艺新技术。具有七十年代技术水平。 1.1.2 带钢冷连轧机的发展概况 冷轧薄板轧机有：连续式冷轧机，多辊式轧机，压弯拉轧机，泰勒 轧机等）目前用的最广泛的是连续式冷轧机，四辊可逆式冷轧机和二十 辊式轧机。 世界第一套连续式钢板冷轧机于 1924 年在美国惠林钢铁公司投产， 该轧机是四个机架，轧辊身长 812 毫米，轧制速度为 1.8 米每秒，主传 动电机容量为 760 千瓦， 冷连轧板机获得广泛的应用是在四十年代以后。 七十年代国外带钢冷连轧机共有 196 套，冷连轧带钢的轧制速度为 41.7米每秒， 冷轧窄带薄至0.001毫米， 带钢冷连轧机轧辊辊身长度2500 毫米，冷轧带卷重量达 60 吨，七十年代末一套冷连轧机最大年生产能 力为 250 万吨。 我国于 1965 年末制成 300 毫米五机架试验性冷连轧机， 之后又试验 成功 600 毫米三机架冷连轧板机，对一些关键性技术，如液压压下机构， 带钢快速咬入，厚度自动控制，计算机控制等进行试验研究。七十年代 从西德引进 1700 毫米五机架冷连轧板机成套机组并投入生产。 1.2 四辊轧机的技术发展概况 1.2.1.热轧板带的新技术发展 （1）连铸坯的直接热装（dhcr)和直接轧制（hdr)实现了两个工序间的 连续化，具有节能，省投资，缩短交货期等一系列优点，效果显著。 （2）在线调宽，采用重型立辊，定宽压力机实现大测压，重型立辊没道 次压下量一般为 150 毫米，定宽压力机每道次宽度压下量可达 305 毫米 以上 太原科技大学毕业设计说明书 4 （3）宽度自动控制（awc）宽度精度可达 5 毫米以下 （4） 液压厚度自动控制 （agc） 带钢全长上的厚度精度已达到 30 微 米； （5）板形控制，研制开发了 hc、cvc，pc 等许多机型和板形仪，可实现 板形的闭环控制； （6）控制轧制和控制冷却， 使钢材具有所要求的金相组织和更好的力学 性能； （7）卷板箱和保温罩，以减小温降，缩小带钢头尾温度差； （8）全液压卷曲机，助卷辊，液压伸缩采用踏步控制，卷筒多级涨缩； （9）无头轧制，将粗扎后的带坯在中间辊道上焊接起来，在精轧机组实 现全无头连续轧制。 1.2.2 冷轧板带的新技术发展概况 （1）酸洗-冷轧联合，可提高成材率 1%3%，提高机时产量 30%50%， 减少中间仓库 50001000 平方米，降低轧辊消耗 40%50%，降低了生产 成本和建设投资； （2）连续退火，其产品质量高，板形好，表面光洁，性能均匀，可提高 成材率 1%3%，钢种多样化，节能 20%以上，生产周期由 10 天缩短到一 天以内，设备占地面积小； （3）全氢罩式退火，比传统罩式炉效率高一倍，产品深冲性好，表面光 洁，特别适合于生产批量小，品种多的冷轧带卷； （4）板形控制技术有了很大的发展，普遍采用了液压弯辊，工艺润滑与 冷却，闭环控制，研制了一批能有效控制板形的新型轧机。 1.2.3.板厚调节方式的发展过程 同其它各种技术的发展一样，板带轧机板厚调节技术的发展也经历 了由粗到细的过程。 太原科技大学毕业设计说明书 5 第一种是手动压下调节板厚。最早的轧机是靠手动调节压下螺丝来 进行辊缝调节的。这种调节方式仅能设定原始辊缝，无法达到厚度控制 精度的要求，因而在板带轧机上已基本不再采用。 第二种是电动压下调节板厚。手动压下的调节方式缺点很多，所以 在电机出现之后人们就将它用到轧机上，不但采用电机驱动，而且压下 调节也采用电动方式，由电机通过减速装置驱动压下螺丝来设定原始辊 缝。这种调节方式一般不能在线调节，无法保证严格的厚度精度。因而 现在只在开坯和厚板轧机上使用，板带轧机上很少用。 第三种是电动双压下系统调节板厚。为了进一步控制板厚偏差，许 多较为先进的轧机的板厚调节装置都部分为粗调和精调两个部分，其中 粗调装置用来设定原始辊缝，而精调装置用来在轧制过程中，虽各种轧 制条件的变化而进行微量在线调整。电动双压下系统由高速和低速两套 电动压下系统组成。其中高速电动压下系统用来设定原始辊缝，低速电 动压下系统用来在线调整。这种压下系统虽然比单一的电动压下系统要 好，但由于他的精调系统之后比较严重，不能适应高速轧机的需要，因 而，现代化的轧机已基本上不再采用。 第四种是电-液双压下系统调节板厚。点-液双压下系统也是由 粗条河精调两部分组成的，其中粗调部分就是一般的电动压下装置，用 它来调整原始辊缝。精调部分采用液压系统，其具体结构方式有多种， 如用液压缸推动扇形齿轮以带动压下螺丝以及将液压缸直接放在轴承座 与压下螺丝或压下横梁之间等方式。 这种调节方式的精确系统较为灵活， 调节精度高。特别是这种系统的粗调系统可以使一般的电动压下，因而 这方式特别适用于对原旧轧机的改造，目前任在使用。 第五种是全液压压下调节装置。全液压压下的厚度调节系统取消了 太原科技大学毕业设计说明书 6 传统的压下螺丝，用液压缸直接压下，这种厚度调节方式结构简单，灵 敏度高，能够满足很严格的厚度精度要求，并可根据需要，改变轧机的 当量刚度，使现代化轧机上普遍采用的厚度调节方式。但这回总方式也 存在着一些缺点，如系统复杂，对系统各部分哥特元件的精度要求严格， 制造困难，成本高等。 第六种是弯辊支撑辊的厚度调节方式。尽管液压压下的厚度调节方 式具有很多优点，目前被广泛使用，但这种方式绝不是厚度控制发展史 噢上的终点，也不等于其它厚度调节方式绝对没有市场。1969 年 m.d.stone 提出了一种新的厚度调节方式，即利用支撑辊弯曲进行板厚 调节。新的支撑辊的弯曲方式有多种，其中之一是增加横梁式。在上支 撑辊的上面和下支撑辊的下面都增加了专门的横梁。这种横梁的主要目 的是使支撑辊弯曲力自成体系，而不传到压下装置和牌坊中去，与压下 螺丝和牌坊不发生关系。由于支撑辊弯辊力不是压下装置和牌坊产生变 形，因而，支撑辊弯曲就可以使滚生重点处的辊缝值产生明显的变化， 从而达到控制板厚的目的。 这种厚度调节方式的优点是响应速度快，可以在任何载荷下调整， 特别是在一些用支撑辊弯曲来调节板形的轧机上，通过很少的改动即可 直接用来调节板厚。 这种板厚调节方式可进一步发展成新的板厚板形综合调节系统。 太原科技大学毕业设计说明书 7 图 1 支撑辊弯曲结构 第七种是工作辊偏移的厚度调节方式。针对液压压下厚度调节系统 调节力大，对系统定位精度高，以及液压压下的厚度调节系统对改善板 形毫无用处等特点， 燕山大学刘玉礼博士提出了一种新的板厚调节方式， 即通过改变工作辊偏移量来调节板厚的方式。利用液压缸，水平的调节 工作辊，改变工作辊的偏移量。由于支撑辊式圆柱形的，因而，改变工 作辊的偏移量，必将改变辊缝值，从而起到调节板厚的作用。与直接压 下的板厚调节方式相比，这种调厚方式的优点主要有以下几方面： （1）调节系统所受的调节力仅仅是工作辊水平方向的作用力，它远远小 于直接压下的厚度调节方式的调节力，这样也就可以减小液压缸和轧机 尺寸以及液压系统的压力等，从而减小投资。 （2）厚度方向的精度要求由水平方向的定位精度来保证，这样就降低了 控制系统定位精度的要求，从而给控制系统的设计和制造带来方便。 （3）可以较方便的改造那些原有的使用电动压下的轧机。 （4）最主要的优点是：这种厚度调节方式可以直接与工作辊交叉的板形 调节方式相结合，仅需很少的改动就可以达到利用一套系统，一个执行 机构同时调节板厚和板形这两个被调节两的目的，从而更充分的发挥控 太原科技大学毕业设计说明书 8 制的作用。 1.2.4 板形控制的方式 从板形与横向厚差的关系中，我们可以看出轧后板形与以下几种因 素有关：来料板形，来料横向厚差，出口横向后差，金属横向流动状态。 对于某一轧制道次而言，来料板形和来料横向厚差是不可改变的，因而 从理论上讲，只能通过控制金属横向流动状态和控制出口横向厚差这两 条途径来控制板形。由于板带材的出口横向厚度分布与轧辊辊缝形状有 直接关系，因而控制出口横向厚差实质上就是控制轧辊辊缝形状。 尽管任何一种板形控制方式都只是以上述两种途径之一作为主要作 用机理，但由于改变金属的横向流动状态也必然会影响轧制压力的横向 分布，从而改变辊缝形状，同样改变辊缝形状必然会影响金属的横向流 动，所以说任何一个板形控制方式都包含着上述两种作用机理。因此， 板形控制方式一般都不通过其理论上的两种作用机理进行分类，而只分 为工艺方法和设备方法两大类。 1.板形控制的工艺方法： （1）设定合理的轧辊凸度； （2）合理安排不同规格产品的炸至顺序； （3）合理的制定轧制规程； （4）调节冷却剂的供给量及其沿横向分布，或对轧辊进行局部加热以改 变轧辊的热凸度。 上述这些方法目前在板形控制中仍起着一定的作用。 除了以上几种方法以外，通过控制张力来控制板形的方法是近期发 展起来的比较重要的板形控制工艺方法。通过张力控制板形目前由三种 形式， ，即总张力控制，后张力分布控制和前张力分布控制。 2.板形控制的设备方法 太原科技大学毕业设计说明书 9 尽管板形控制可以通过一些工艺方法实现，但人们更多的是从设备 入手，通过该进设备来获得或强化改善板形的手段。近年来，从设备入 手的板形控制方法发展迅速，出现了许多很有成效的控制方法。如果从 板形控制的专门方式上分，可将目前众多的可用于改进设备或加强设备 控制能力的板形控制方式分为以下几种形式：铅垂方向弯曲轧辊技术， 水平方向弯曲轧辊技术，阶梯形支撑辊技术，轴向移动圆柱形轧辊技术， 轴向移动非圆柱形轧辊技术， 轴向移动轴套或带有轴套轧辊的轧辊技术， 轧辊整体膨胀技术，轧辊端部膨胀技术，变形自补偿技术，轧辊交叉技 术。 1）.轴向移动圆柱形轧辊技术-hc 轧机 为克服四辊轧机横向控制能力差和板形调整困难等缺点，日本日立 公司于 1972 年开发了一种新型带钢轧机。 这种轧机是在四辊辊系上增加 两个可作轴向移动的中间辊，能很好地控制板形，被称之为高性能辊型 凸度控制轧机，简称 hc 轧机。 图 2 轴向移动技术 通过分析四辊轧机工作辊的挠度可以看出，大于带材宽度的工作辊 与支撑辊的接触区是一个有害的接触区，它迫使工作辊承受了支撑辊一 个附加的弯辊力，增大了工作辊的弯曲力矩，使工作辊挠度变大，故板 形变坏，同时由于存在这个有害的接触区，液压反向弯曲轧辊不能有效 地发挥作用。 hc 轧机相当于四辊轧机工作辊和支撑辊之间安装了一对中间辊，使 太原科技大学毕业设计说明书 10 之成为六辊轧机。中间辊可以随着带材宽度的变化而调整到最佳位置， 使工作辊和支撑辊脱离有害接触区，同时工作辊又配有液压弯辊装置， 所以 hc 轧机的板形控制能力十分理想。 利用中间辊的轴向移动进行板形控制室 hc 轧机的本质所在， 也是在 工作原理上区别于四辊轧机的根本点，其原理如图所示。 图 3 hc 轧机原理图 hc 轧机具有以下特点： （1） 具有良好的板凸度和板形控制能力。产品板形好，波浪度 可控制在 1%以下。 （2） 带材边部剪薄量减少，减少了裂边喝切边量，轧制成才率 可提高 1%2%。 （3） 可增大道次的压下量和减少轧制道次，可比同类四辊轧机 提高产量 20%左右。对于冷轧而言，由于减少中间退火次 数等原因，可节省能耗 15%左右。 由于轴向移动辊子的方案不同，hc 轧机又分为：具有中间调动系统 的 hcm 六辊轧机，用于热轧，冷轧和平整；具有工作辊移动系统的 hcw 四辊轧机，用于热轧厚板材等；工作辊和中间辊都能移动的 hcmw 轧机， 用于热轧带钢。近年来，为了轧制宽薄而硬度又高的产品，还出现了在 太原科技大学毕业设计说明书 11 hc 六辊轧机基础上增设中间辊弯辊装置的轧机，称为 vcm 六辊轧机。hc 轧机的分类如图 图 4 hc 轧机的分类 2).菲圆柱形轧辊轴向移动技术-cvc 技术 轴向移动带有某种特定辊型的轧辊与轴向移动圆柱形轧辊相比具有 更大的板凸度控制能力。这种技术主要有如图所示的 4 种形式。其中轴 向移动带有 s 形辊型的中间辊或工作辊是比较常用的，这方面的实例有 受到普遍重视的 cvc 轧机。另外，设定更合理的轴向移动辊的辊型是这 种技术的一个有效的发展方向，upc 技术就是这方面的一个进展。 图 5 轴向移动非圆柱形轧辊 wrs 型四辊轧机上下工作辊左右相对轴向移动，可以分散轧辊的磨 损和热凸度，但是对板材的凸度控制能力较低。而德国西马克公司将轧 机的上下工作辊均磨成“s”形，上下辊形状完全相同，将其中一根绳子 太原科技大学毕业设计说明书 12 旋转 180 布置，辊缝可以形成对称的厚度断面形状，图 为 cvc 轧机的 各种辊缝轮廓形状简图。当上下轧辊沿轴向相对移动时，辊缝的凸度也 是正反变化，辊缝轮廓也相应发生变化。因轧辊移动量是可以无级设定 的，辊缝的凸度也使连续可变的，cvc 轧机由此而得名。 上下两轧辊在基准位置为中性凸度，辊缝两侧对应的高度相同，和 一般的轧辊相同。当上辊向右移动，下辊对称的向左移动时，辊缝中间 薄，相当于轧辊的正凸度；反之，当上辊向左，下辊向右做对称移动时， 则辊缝中间厚，相当于轧辊的负凸度。 通常 cvc 轧机的设计是基于轧辊移动距离等于轧辊辊身支撑长度的 5%7%，每一根辊子的凸度设定范围大致为 0.5 毫米。cvc 轧机可以是 而辊式，四辊式或六辊式。这种轧机凸度调节范围大，可以预设定，也 可以在轧制过程中调整辊型，在热带和冷带轧机中得到广泛采用。 a零凸度 b正凸度 c负凸度 图 6 cvc 各种辊缝轮廓形状 3）.轧辊交叉技术-pc 轧机 任何轧机的轧辊轴线之间都不可能是绝对平行的， 工作辊轴线与带材 运动方向也不可能绝对垂直，它们之间都会有交叉角存在。最早开始利 用轧辊交叉现象来改变辊缝形状的是美国的 bethlehem 公司，它们是利 太原科技大学毕业设计说明书 13 用支撑辊或工作辊的单独交叉来改变辊缝形状的，1981 年日本的河野辉 雄等人对工作辊交叉的轧机进行了研究。之后日本的新日铁公司和三菱 重工业公司又开发了工作辊与支撑辊同时交叉的 pc 轧机， 并对这种轧机 的各种特性进行了大量的理论和实验研究。除此之外，1982 年安田健一 在他的博士论文中还提出了六辊轧机的轧辊交叉方案。图 给出了以 上四种交叉辊轧机的交叉形式。与现有的其它板形控制方式相比，轧辊 交叉有一个突出的优点，就是其板形控制能力强，特别是在轧制宽带时， 其凸度可控范围远远大于其它任何以中板形控制方式。 实际上，双交叉方式的凸度控制能力仅占第二位，凸度控制能力最大 的是工作辊交叉方式，它的凸度控制能力是双交叉及支撑辊交叉二者之 和。因此，工作辊交叉方式的凸度可控范围大这一优点比双交叉方式更 明显。 a b c d a工作辊交叉 b中间辊交叉 c支撑辊交叉 d双交叉交叉 图 7 轧辊交叉形式 在现有的 4 种轧辊交叉方案中， 支撑辊交叉和中间辊交叉两种方案， 由于其凸度可控范围比双交叉和工作辊交叉的可控范围小，且有轧辊磨 损和轧辊轴向力相对较大等缺点，所以，这两种交叉方式叫难发展。尽 管工作辊交叉方式也存在磨损和轴向力较大的缺点，但由于它具有板形 太原科技大学毕业设计说明书 14 控制能力最强，凸度可控范围最大这样一个突出的优点，同时还可以通 过减小最大交叉角（牺牲部分凸度控制能力）给轧辊以合理的硬度值以 及采用合理润滑方式减小它的轧辊磨损量和轴向力，所以，这种交叉方 式仍是一种很有发展前途的板形控制方式。 第二章 轧辊的设计 轧辊是轧机的重要部件。按照轧机类型可分为板带轧机、型钢轧机 和钢管轧机三大类。板带轧机轧辊的辊身呈圆柱形，热轧板带轧辊的辊 身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型；冷轧板带轧辊的辊身呈微 凸，当它受力弯曲时可保证良好板型；型钢轧机轧辊的辊身上有轧槽， 根据型钢轧制工艺要求，安排孔型。钢管轧制中采用斜轧原理轧制的轧 辊有圆锥形、腰鼓形或盘形。 轧辊按辊面硬度可分为： (1) 软辊：肖氏硬度约为 3040hs，用于开坯机、大型型钢轧机的粗轧 机等。 (2) 半硬辊：肖氏硬度约为 4060hs，用于大型、中型、小型型钢轧机 和钢板轧机的粗轧机。 (3) 硬面辊：肖氏硬度约为 6085hs，用于薄板、中板、中型型钢和小 型型钢轧机的精轧机及四辊轧机的支撑辊。 (4) 特硬辊：肖氏硬度约为 85100hs，用于冷轧机。 轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过承座 和压下装置把轧制力传给机架。轴头和连接轴相连接，传递轧制扭矩。 轴头有三种主要形式：梅花轴头、万向轴头、带键槽的或圆柱形轴头。 太原科技大学毕业设计说明书 15 2.1 轧辊材料及主要参数的确定 不论热轧或冷轧，轧辊都是实现轧制过程中金属变形的直接工具， 因此，对轧辊质量要求严格。其主要质量要求有强度、硬度、耐热性及 耐用性。轧制强度是最基本的指标，在满足强度要求的同时，还必须有 一定的耐冲击韧性。要使轧辊具有足够的强度，主要从选择轧辊材质及 确定合理的轧辊结构与尺寸上全面考虑。轧辊强度足够与否，可根据轧 辊强度计算确定。硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，也是轧辊的主要 质量指标。它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上决定轧辊的使用寿命。 轧辊的硬度可通过材料选用及对轧辊表面进行某种热处理来满足要求。 另外，对于热轧辊来说，它还应具有一定的耐热性，以保证轧制产品的 精度，同时也决定轧辊的使用寿命。 2.1.1 常用轧辊的材质选择 工作辊材质的选择 粗轧前段工作辊（r1） ：粗轧前段工作辊必须具有强韧性、耐磨性及 抗热裂性。硬度范围为 hs4055 左右。一般选用 60crnimo 铸钢等材质 轧辊。 粗轧后段工作辊（r2） ：粗轧后段工作辊要求使用耐热裂性能良好的 材质。一般选用半钢、高铬钢、高速钢等材质。 精轧前段工作辊（f1-4） ：精轧前段工作辊温度高，负荷大。一般选 用铸造半钢和高铬离心复合铸铁等材质。高铬离心复合铸铁具有较高的 辊面耐磨性和抗热裂性，而且能抑制辊面斑带缺陷。 精轧后段工作辊（f5-7） ：精轧后段工作辊使用在轧制的最终阶段， 对产品质量，表面状态产生非常重要的影响。对轧辊性能需要主要是高 硬度、耐磨损、耐压痕、抗剥落和抗热裂，一般选用无限冷硬铸铁（普 通型、改进型）等材质。 支承辊材质的选择 无论是粗轧用的或是精轧用的支承辊都要求有好的抗热裂性、耐磨 性、 耐疲劳性和较高的强度。 材质方面一般选用复合铸钢、 合金锻钢 （cr3、 cr5）等材质。本次设计的轧辊材料取 50crnimo 2.1.2 轧辊辊身长度 lh 和轧辊名义直径 d 的确定 辊身直径主要是根据轧辊强度及允许咬入角 a 确定，即在保证轧辊 太原科技大学毕业设计说明书 16 强度的前提下，同时满足下列咬入条件： dg acos1- d h dg-轧辊的工作直径 hd-压下量 a-咬入角 辊身长度的确定 辊身长度l应大于所轧钢板的最大宽度 max b ，即 abl+= max 式中 l辊身长度； max b板带材的最大宽度； 式中a值视钢板宽度而定，当 max b=4001200mm 时，取a=100mm；当 max b=1000mm2500mm 时，取a=150200mm；当钢板更宽时，a=200 400mm。 本次设计为 1780mm 轧机，则有 max b=1600mm a=180mm 取 l=1760mm 查表知， l/d=1.01.8， 常用比值为 l/d=1.31.5； 则辊径 d=977 1760mm，本次取最大辊径 1550mm。 2.1.3 支承辊辊颈尺寸 d 和l的确定 辊颈尺寸是指辊颈直径d和l，它与所用轴承型式及工作载荷有关。辊颈 直径因轴承径向尺寸所限，致使辊颈与辊身交界处通常成为轧辊发生破 坏的薄弱环节。因此，在轴承外围尺寸允许的条件下，应尽可能使辊颈 直径取得大一些。 太原科技大学毕业设计说明书 17 支承辊： 对于支承辊传动的四辊轧机： 5 . 32 . 2 1 2 = d d 取5 . 2 1 2 = d d 即有：mmdd15505 . 2 12 = 辊颈： 辊颈是轧辊的支承部分，轧辊依靠辊身两侧的滚几难过支承在轴承 上。使用滚动轴承时： dd55. 05 . 0= 考虑到支承辊传动，还要收扭转力矩。 由实际情况故取 mmdd85055 . 0 22 = d=620mm l/d=0.83z 根据理论与实际的考虑l=500mm。 式中 l支承辊辊颈长； 太原科技大学毕业设计说明书 18 工作辊和支撑辊简图 2.1.4 轧辊辊头的结构尺寸确定 辊头尺寸指的是轧辊传动端的辊头尺寸。轧辊的辊头基本类型有)a 梅花辊头；)b 万向辊头；)c圆柱形辊头；)d带平台的辊头。 为了装卸轧辊轴承的方便， 辊头用可装卸的动配合扁头。此时辊头平台更为适合，其结构尺寸如图 2.1 所示： a d a-a a a 图 2-2 带平台的辊头 a =d 4 3 d =d)95. 09 . 0( 式中 d 轧辊辊头直径； d轧辊辊颈。 d=（0.90.95） 620=558589mm，取 d=520mm 太原科技大学毕业设计说明书 19 式中 d支承辊辊头直径； a =620 4 3 =465mm，取a =420mm 式中 a 支承辊辊头平台； 2.2 轧制力和轧制力矩的确定 精轧机组（f1f7） 七台四辊精轧机机座之间以 6000mm 的间距串联布置形成了一条七 机架连轧精轧机组。每个机座的上下工作辊用一台直流马达通过马达接 手、齿轮减速（或齿轮座）以及轧机的主传动轴驱动。 精轧机组主要技术参数： 工作辊：f1f4 辊径辊身长825/735mm1780mm； f5f7 辊径辊身长680/600mm1780mm； 支承辊：f1f7 辊径辊身长1550/1400mm1760mm； 轧制力：f1f4max4200t； f5f7max3500t； 马达参数：f1f7 2ac7800kw190/550rpm。 精轧阶段工艺计算 在本设计为生产 4 1600 5000mm 板材的工艺设计。 这次设计中主要 设计精轧机组。由 48 1600mm 轧制到 4 01600mm，粗轧结束的温度为 1178.88c，考虑到轧件进入精轧机之前需进行剪切，损失一部分热量， 定进入精轧区温度 1000c。支轧辊尺寸按名义尺寸 1。 2.2.1 压下规程的分配 精轧机组的主要任务是在七架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺 寸符合要求的成品带钢，并需保证带钢的表面质量和终轧温度。拟定精 轧压下规程就是合理分配各架的压下量及确定各架的轧制速度。精轧机 组典型的压下率分配见表 2-7。 2.2.2 f1 机架压下率( %e )的确定，求出 ih 连轧机组分配各架压下量的原则：其原则一般也是充分利用高温的 有力条件，将压下量集中在前几架，对于薄规格产品，在后几架轧机上， 太原科技大学毕业设计说明书 20 压下量慢慢减少，以保证板型、厚度精度和表面质量。 在具体分配压下量时一般考虑：1）第一架考虑到带坯厚度的可能波 动和可能产生咬入困难，压下量略小于最大压下量。2）第二、三架给予 尽可能大压下量，以充分利用设备能力。3）以后各架慢慢减少压下量， 到最末一架一般在 10-15%左右，以保证板型，厚度精度及性能质量。 根据设备负荷允许和轧制工艺特点，轧制 101600mm 带钢的各架压 下量可用经验法直接分配给各架，分配如下表： 精轧机组轧制分配如表： 项目 / 架次 1f 入口厚度（mm） 48 相对压下率 (%e) 40 出口厚度（mm） 28.8 绝对压下量 （dh） 19.2 2.2.3 校核咬入能力 热轧钢板时最大咬入角一般为- 2215，低速咬入时取20，则最 大压下量 )20cos1 (max-=ddh=25.48)20cos1 (825-mm 绝对压下量均小于 48.25mm，故咬入不成问题。 太原科技大学毕业设计说明书 21 2.2.4 轧制速度的确定 图 2-3 精轧速度图 确定各架的速度 精轧机组各机架速度应满足体积不变条件，即 1 122iinn h vh vhvh vci=ll (2.5) 式中：i机架号； i h 第i架出口板带厚度； i v 第i架速度。 设精轧机最后一架的抛出速度为 10m/s，则根据上式可计算出前六 架的抛出速度。代入数据得： 1 102 0.85/ 23.5 vm s = 由前滑定义知：轧辊速度 1 v v s = + (2.6) 则轧辊速度： 1 0.85 0.77/ 10.11 vm s= + 设精轧机组最后一机架经过一级加速后的速度为 15m/s，则根据上 式计算出前六架轧机的速度： 1 15 2 1.28/ 23.5 vm s = 设精轧机组最后一架的咬入速度为 10m/s，则根据上式计算出前六 架轧机的咬入速度： 1 102 0.85/ 23.5 vm s = 太原科技大学毕业设计说明书 22 2.2.5 确定轧件在该道次中的轧制时间 精轧机组的间隙时间： 00 121 111 () n ts vvv - =+l (2.7) 式中： 0 s 精轧机组各机架间的距离，取 0 s = 6m。v精轧机组各机架 的咬入速度。则 00 121 111 ()16.50 n tss vvv - =+=l 第一机架各阶段的轧制时间： 带钢咬入阶段： 6 10.4614.45 1.5 ts=+= 一级加速 a 段：取加速度 2 1 0.13/am s=则： 1.280.58 3.33 0.13 a ts - = 二级加速 b 段：取加速度 2 1 0.17/am s=则： 1.7 1.28 2.5 0.17 b ts - = 稳定轧制时间： 70.10 c ts= 则该周期轧制时间 t=14.45+3.33+2.5+70.10=86.4s 2.2.6 轧制温度的确定 带坯在中间辊道上的冷却时间，等于间隙时间加上精轧第一架的纯 轧时间。精轧第一架的纯轧时间，等于轧制周期减去尾部通过各架的时 间。 轧 件 尾 部 通 过 精 轧 各 架 的 时 间 为 ： 00 121 111 () n ts vvv - =+l (2.8） 太原科技大学毕业设计说明书 23 式中： 0 s 机架间距离；v轧件的抛出速度。 代入数据得： 0 16.5ts= 故精轧第一架的纯轧时间为 0 83.4 16.566.9tts-=-= 带坯在中间辊道上的冷却时间为1566.981.9zs=+= 故带坯进入精轧第一架的温度为： 0 1 40 31 0.0386() 1000 t t tz h = + (2.9) 式中： 0 t 粗轧第六道次的尾部温度；h进入精轧第一架的轧件厚度。 注：在轧制不锈钢时，考虑到奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢在进入 精轧机的温度应不低于 1000。所以为减少轧制过程中的温降，在粗轧 到精轧的中间辊道上设置保温罩。故取轧件进入精轧第一机架的温度为 1000。 尾 部 通 过 精 轧 机 组 的 总 温 降 为 ： 401 (1) 17.2() 1000 nn snt t v h e - d = (2.10) 式中： n v 第七机架的抛出速度； 代入数据得： 4 6 (7 1) 1000273 17.2()81.3 10 21000 te -+ d = 即每架温降为 81.3 13.6 6 td = 故尾部终轧温度为 1000-81.3=918.7 太原科技大学毕业设计说明书 24 2.2.7 计算该道次的平均变形速度 平均变形速度： 12 2() () h v r hh e d = + (2.11) 式中：r轧辊半径，mm；v轧辊在该道次的最高线速度，mm/s；h 轧制前的轧件厚度，mm；h轧制后的轧件厚度，mm； 60 dn v p = (2.12) 式中：d轧辊直径，mm； n轧辊最大转速，mm； 则精轧 f1 机架平均变形速度计算如下： 1 1 2 170015.7 10.59 39.223.5412.5 se - = + 2.2.8 计算各道平均单位压力 应力状态影响系数：0.7850.25 l h h=+ 式中：h变形区轧件平均厚度，mm； l变形区长度，mm； 代入数据得： 1 1.43h= 平均单位压力：1.15 s ph d= 式中： s d材料的变形抗力，mpa。 则各道次的平均单位压力为： 11.15 1.43 235385.58pmpa= 太原科技大学毕业设计说明书 25 2.2.9 计算该道次总压力 轧制压力：pblp= 式中：l变形区长度，mm；b 轧件宽度，mm；则 knp49.31029 1= 2.2.10 计算该道次的轧制力矩 轧制力矩由下式计算： 12 2() z mpr hy=d，y为合力作用点系数。 一般对热轧板带轧制约为 0.420.50，取y=0.48。 12 ()r hld= ，为变 形区长度，mm； 计算结果如下： 1 2247.39 z mkn m= 2.3.轧辊的强度校核 四辊轧机，由于有支承辊，给轧辊计算带来新的特点。首先工作辊 和支承辊之间有弯曲载荷的分配问题；其次是工作辊和支承辊之间存在 着相当大的接触应力。 由于工作辊与支撑辊压靠在一起，故其负荷特点为： 1）由于支撑辊作用，工作辊承受弯矩很小，而弯矩主要由支撑辊承受。 2）在工作辊与支撑辊压靠辊面产生接触应力。 太原科技大学毕业设计说明书 26 图 9 四辊轧机轧辊受力变形情况 对于支承辊： 由于支承辊的辊径比工作辊的辊径大的多，显然，支承辊的抗弯断 面系数较工作辊大的多，即支承辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲 力矩绝大部分由支承辊承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力 的情况考虑。由于是工作辊传动，因此，对支承辊只需计算辊身中部和 辊径断面的弯曲应力。 支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图 ： 图 10 四辊轧机支撑辊计算简图 在辊颈的 1-1 断面和 2-2 断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即 太原科技大学毕业设计说明书 27 11- s = 3 1 -1 1 2d . 0 pc =147.6mpa选折电机3 idq5852-8da0d-z8000 功率kw8000 转速 40/90min/r 22 /250mtgd= 太原科技大学毕业设计说明书 31 1910 40 8000 55. 955. 9= er er er n n m 3.2 计算轧机主电动机上的力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，由1，2-149可知 donkonf z donkonf fz d mmm i m mmm i mm m += + + = 2 1 （3.1） 式中 d m主电动机力矩； z m轧辊上的轧制力矩； f m附加摩擦力矩，既当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴 承、传动机构及其他转动件中的摩擦而产生的附加力 矩。 kon m空转力矩，即轧机空转时，由于各转动件的重量所产 生的摩 擦力矩及其它阻力矩 don m动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速 或减速所引起的惯性力所产生的力矩； i电动机和轧辊间的传动比 2150 轧机采用电机直接带动轧机靠变频调速则 1=i 式中 i mm m fz f 1 1 2 ) 1 1 ( + -= h （3.2） 太原科技大学毕业设计说明书 32 1 h-主电机到轧辊之间的传动效率， 其中不包括空转力矩的损 失取98. 0 1 =h mkmm f =-=03.4736.2304) 1 98. 0 1 ( 2 空转力矩一般取额定功率的 5 mknmm erkon =5 .95191005. 005. 0 = don mmkna gd =65.12515 2 . 38 320 2 . 38 2 mknmd=+=54.257265.1255 .9503.4736.2304 mknm j =+=89.24465 .9503.4736.2304 max 3.3 电动机校核 3.3.1 过载校核 mkn n n m er er e =89.848 90 8000 55. 955. 9 35 . 288 . 2 89.848 89.2446 max =即 jund mm则电机合 3.4 电机能力校核 轧机在工作时的负荷是间断式不均匀负荷，而电机额定力矩是指电 机在此负荷下长期工作，其温升在允许范围内，为此要校核其发热。在 轧制过程中，电机允许短时间过载，但过载后轧制力矩必须在电机的额 定力矩范围内，所以电机能力校核主要是发热校核和过载校核。其公式 太原科技大学毕业设计说明书 36 如下： 校核电机温升条件为： jumh mm 校核电机过载条件为： maxgh mkm 式中： h m电机额定力矩； jum m为负荷图中等效力矩； max m为轧制周期内最大力矩； g k 为电机允许的过载系数，gk 2.5。 其中等效力矩 jum m利用下式计算： 22 n nnn jum nn m tm t m tt + = + 式中： n t 轧制时间内各段纯轧时间的总和，； n t 轧制周期内的各段间隙时间的总和，； n m 各段纯轧时间所对应的力矩，n； n m 各段间隙时间所对应的空转力矩，n； 3.5 r1 电机能力校核 3.5.1 等效力矩计算 由前面工艺计算可知，在轧制 1cr18ni9 产品板带时产生最大轧制力 矩，所以按其进行校核。 代入公式，计算得， jum m=3180kn m 3.5.2 电机温升校核 因为3581 h mkn m= ，所以 jumh mm= + = + = ）（）（ pz t ttsyll 6.1.3 水平轴静强度校核 8.52 261.4 409 3 130.7 4300 85 z t 3 z m s 222 p max 2 max s = + = + = ）（）（）（）（ s 所以静强度通过校核。 6.1.4 键的强度校核 大齿轮与水平轴的联结，选用 a 型平键（gb 1096-79） ，双键联结。取轴颈 d=90mm，查表键的尺寸为：bxhxl=25x14x（7090） 。 键的平稳工作比压p=10-12kg/mm2 ， 当在冲击工况下取p=6-9kg/mm2 k=0.5h=7mm，l=l-b=（7090）-25=4565mm 工作面的比压为： 2 /142.79 6545790 1992000 dkl t2000 p毫米公斤 ）（ = =。 采用双键，对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 22 /96/768 . 4毫米公斤毫米公斤= + = + = ）（）（ pz t ttsyll 6.2.4 垂直轴静强度校核 4.91 196.4 3072 3 98.2 4300 85 z t 3 z m s 222 p max 2 max s = + = + = ）（）（）（）（ s 所以静强度校核通过。 6.2.5 键的强度校核 大齿轮与水平轴的联结，选用 a 型平键（gb 1096-79） ，双键联结。取轴颈 d=60mm，查表键的尺寸为：bxhxl=18x11x（6080） 。 键的平稳工作比压p=1012kg/mm2 ， 当在冲击工况下取p=69kg/mm2 k=0.5h=5.5mm，l=l-b=（6080）-18=4262mm 工作面的比压为： 2 /2215 6242.5560 1542000 dkl t2000 p毫米公斤 ）（ = =。 采用双键， 对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 太原科技大学毕业设计（论文） - 28 - 22 /96/11.57毫米公斤毫米公斤。 所以还需加大轴颈。将轴颈加大至 d=75mm. 查表键的尺寸为：bxhxl=20x12x（6080） 。 键的平稳工作比压p=1012kg/mm2 ， 当在冲击工况下取p=69kg/mm2 k=0.5h=6mm，l=l-b=（6080）-20=4060mm 工作面的比压为： 2 /6111 6040675 1542000 dkl t2000 p毫米公斤 ）（ = =。 采用双键，对称 180 度布置，此时键的工作面的比压为： 22 /96/8.55毫米公斤毫米公斤。 所以，键的强度满足要求。 6.3 联轴器的选择 联轴器是用来连接两轴或其他旋转件， 是其一同转动并传动转矩的通用机械 部件。 用联轴器连接的轴，在机器运转时两轴不能分离，只有停车后经过拆卸才能 分离，某些联轴器还具有保护和自我控制的作用。 根据载荷大小机特性、工作转速、补偿性能、工作环境等因素，选则型号为， 选则型号为6clgi的鼓形齿联轴器（jb/t8854.2-2001） 。 其公称转矩mntn.7100=，许用转速min/3000rn =，而轧辊轴上的转矩 n tmnt=65401，电机的额定转速min/2965nrn=，所以选择的联轴器符 合条件。 6.4 滚动轴承寿命计算 一、设计参数 径向力 fr=438000 (n) 轴向力 fa=0 (n) 圆周力 ft=0 (n) 轴颈直径 d1=90 (mm) 太原科技大学毕业设计（论文） - 29 - 转速 n=212 (r/min) 要求寿命 lh=4500 (h) 作用点距离 l=158 (mm) fr 与轴承 1 距离 l1=79 (mm) fr 与轴心线距离 la=202 (mm) 温度系数 ft=1 润滑方式 grease=油润滑 二、选择轴承型号 轴承类型 btype=圆锥滚子轴承 轴承型号 bcode=30318 轴承内径 d=90 (mm) 轴承外径 d=190 (mm) 基本额定动载荷 c=342000 (n) 基本额定静载荷 co=440000 (n) 极限转速(油) nlimy=2600 (r/min) 三、计算轴承受力 轴承 1 径向支反力 fr1=219000 (n) 轴承 1 轴向支反力 fa1=177488.78 (n) 轴承 2 径向支反力 fr2=219000 (n) 轴承 2 轴向支反力 fa2=177488.78 (n) 四、计算当量动载荷 当量动载荷 p1=262800 (n) 当量动载荷 p2=262800 (n) 五、校核轴承寿命 轴承工作温度 t=120 () 太原科技大学毕业设计（论文） - 30 - 轴承寿命 lh=5463 (h) 验算结果 test=合格 第 7 章 锥齿轮的设计 7.1 锥齿轮的简介 锥齿轮传动用于传