毕业设计（论文）-φ950可逆式轧机压下装置设计（全套图纸）.doc

第 58页 。1 绪论全套CAD图，毕业设计的意义毕业设计是对大学期间的理论课程与实际相结合的一种综合教学环节。使我们学到的专业理论和知识应用到工作中，培养独立思考、分析和解决实际工作问题的能力，为以后的工作打下坚实的基础。 12 轧钢机械定义轧钢机械亦称轧钢机。一般把能将被加工材料在旋转的轧辊间受压力产生塑性变形即轧制加工的机器，称为轧钢机。在大多数情况下，轧材的生产过程要经过几个轧制阶段，还要完成一系列的辅助工序，如将原材料由仓库运出、加热、轧件送往轧辊、轧制、翻转、剪切、矫直、打印、轧件的收集、卷曲成卷等等1。13 初轧机的作用及生产要点1. 作用：初轧机是以最少的轧制道次，最短的时间，将钢锭轧制成规定的尺寸及优制高精度的坯材的一种轧机。2. 生产要点：在不产生裂纹的范围内，尽可能增大压下量，确定合适的钢坯的尺寸关系，轴承的安装维修和轧辊的调整精度要高。要使轧辊充分冷却，但要防止钢坯降温，正确的孔型设计，操作要熟练。14 轧钢机及初轧机的发展情况19世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机，设备简陋，产量不高；有的轧机是用原始的水轮来驱动。十九世纪五十年代以后，钢的产量大增；各先进工业国的铁路建设与远洋航运的发展，蒸汽驱动的中型、大型轧机先后出现了。二十世纪的电气化使功率更大的初轧机迅速发展起来。本世纪5070年代末，由于汽车、石油、天然气的输送，钢材生产是以薄板占优势为特征的。至1970年止，世界上有初轧机达200多台，拥有初轧机最多的国家为美国，达130台，日本42台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达3亿吨以上，七十年代的初轧机轧辊直径增大到1500毫米。国外初轧机的发展可分为三个阶段。1945年前的初轧机，一般称为第一代初轧机。19451960年是初轧机发展的中期，称为第二代初轧机。60年代后建的初轧机，称为第三代初轧机。70年代初的初轧机轧辊直径增大到1500mm，到如今的二十一世纪，初轧机的发展更是迅速。我国拥有1000毫米以上大型初轧机七套，还有750850毫米小型初轧机八套，主要用于合金钢厂，为数不多的650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959年我国开始自行设计制造开坯机，已制成的开坯机有700、750、825、850/650、1150等毫米初轧机。15 初轧机的发展趋势目前初轧机的发展趋势有如下几点：1. 万能式板坯初轧机迅速发展。近20年来随着热连轧和中厚板轧机的发展，板坯需要量不断增加。因此初轧机有半数以上是专门轧制板坯的高生产率的万能式板坯初轧机，由于万能式板坯初轧机带有立辊，可以减少翻钢道次、减少轧制时间，轧出的板坯质量好，易于实现自动控制。2. 向重型化发展。初轧机的重型化是指大钢锭、大辊径、大功率。轧制钢锭重量达4570t，最高年产量达500600万。3. 缩短轧机辅助机械工作时间。4. 采用自动化控制。20年来，初轧机自动化发展较快，由均热炉到板坯精整已逐步采用自动控制。初轧机的自动操作，已由电子计算机在线控制。5提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机(剪切力可达40MN)及在线火焰清理机。6. 九十年代及其以后的发展动向，随着连铸技术的发展，连铸与轧机相结合的连续轧机组将进一步发展。16 950可逆式轧机主传动轧钢机主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。950可逆式轧机的主传动装置由电动机、联轴器、齿轮座及联接轴组成。(1) 电动机：为轧机提供动力源。(2) 联轴器：联接电动机与齿轮座。(3) 齿轮座：当工作机座由一个电动机带动时，通过齿轮座将电动机传递的运动和力矩分配给两个轧辊。(4) 联接轴：轧钢机电动机、齿轮座的运动和力矩都是通过联接轴传递给轧辊的。17 连轧生产工艺流程图及950可逆式轧机性能1. 图1.1为炼钢厂连轧作业区生产工艺流程图： 图1.1 生产工艺流程图2.炼钢厂连轧作业区950可逆式轧机性能：轧机型式：二辊可逆式轧机 原料规格：mm 轧辊直径：9001050mm 轧辊长度：5840mm 轧辊重量：22.747t 辊身长度：2500mm 辊颈直径：560mm 最大轧制力：9.81MN 额定力矩：63.5tm 轧制速度：05.5m/s 轧辊最大开口度：550mm 工作行程：500mm 下辊轴向调整量：5mm压下速度：50100120mm/s轧辊平衡形式：液压轧辊材质：60CrMnMo锻钢接轴扁头重量：1.475t接轴扁头材质：40CrNiMo轧辊转速：070-120r/min主电机功率：4560KW轧辊轴承型号：四列滚子轴承FCD11216463018 压下螺丝的阻塞事故快速电动压下装置由于压下行程大，压下速度高而且不带钢压下，故在生产中易发生压下螺丝阻塞事故，这通常是由于卡钢，或者由于误操作使两辊过分压靠或上辊超限提升造成的，此时压下螺丝上的载荷超过了压下电机允许的能力，电动机无法启动，上辊不能提升。所以在轧机设计时，考虑发生阻塞事故时的回松措施是十分必要的，回松力可按每个压下螺丝上最大轧制力的1.62.0倍考虑。19 上辊平衡装置的用途由于上轧辊及其轴承座，以及压下螺丝自重的影响，在轧件未进入轧辊之前，上轧辊及其轴承座与压下螺丝之间，以及压下螺丝和压下螺母之间有间隙存在，这些间隙使轧件进入轧辊时产生很大的冲击，恶化了轧件的工作条件。为了防止这种冲击，几乎所有轧机都设有上辊平衡装置，950可逆式轧机也设有上辊平衡装置。2 总体设计方案950可逆式轧机的主要组成部分有：主传动、机架、轧辊、轧辊轴承、万向接轴、压下装置及平衡装置。21主传动950可逆式轧机主传动装置作用是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。22机架在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝及螺母传给机架。因此，机架必须有足够的刚度和强度。本设计950可逆式轧机机架采用闭式机架。机架的材料选用ZG35铸钢。23轧辊轧辊是使轧件产生塑性变形的主要部件，在轧制过程中，轧辊承受着轧制压力，并将此负荷传给轴承。 轧辊选用的材料是60CrMnMo锻钢。24轧辊轴承轧辊轴承用来支承转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置。轧辊轴承应具有较小的磨损系数，足够的强度和刚度，并便于更换轧辊。轧辊轴承型号选用四列滚子轴承FCD112164630。轧辊轴承的润滑方式是自动干油润滑。25万向接轴950可逆式轧机的联接轴选用滑块式万向接轴，它能传递很大的扭矩和允许有较大的倾角。万向接轴的扁头选用开口式扁头。万向接轴的等速条件：1.主动轴与被动轴要平行 2.接轴（传动轴）上的叉头或镗口要平行。26压下装置950可逆式轧机的压下装置采用快速电动压下装置。1压下装置的作用：(1) 调整两个轧辊之间的相互距离，以获得需要的辊缝和给定的压下量；(2) 调整两个轧辊的平行度；(3) 在轧制过程中发生轧卡等事故时，能使轧辊迅速脱离轧件。2快速压下装置工艺特点：(1) 工作时要求大行程、快速和频繁地升降轧辊。(2) 轧辊调整时，不“带钢”压下，即不带轧制负荷压下。为适应上述特点，要求传动系统惯性小，以便在频繁的启动和制动情况下实现快速调整；由于工作条件繁重，要求有较高的传动效率和工作可靠性。27平衡装置950可逆式轧机的平衡装置选用液压式平衡装置。液压式平衡装置是用液压缸的推力来平衡上辊重量的。1. 轧辊平衡的目的：为了消除在轧制过程中,因工作机座中有关零件间的配合间隙所造成的冲击现象,以保证轧件的轧制精度,改善咬入条件,以及防止工作辊与支承辊之间产生打滑现象等原因所设置了轧辊平衡装置.2. 液压式平衡装置的特点:优点：(1) 结构紧凑,适于各种高度的上轧辊的平衡；(2) 动作灵敏，能满足现代化的板厚自动控制系统的要求；(3) 在脱开压下螺丝的情况下，上辊可停在任何要求的位置，同时拆卸方便，因此加速了换辊过程；(4) 平衡装置装于地平面以上，基础简单、维修方便、便于操作。 缺点：(1) 调节高度不宜过高，否则制造、维修困难； (2) 需要一套液压系统，增加了设备投资。 现代化的轧钢车间中，液压已成了普遍采用的必不可少的动力。因此，缺点之二相对来说就不突出了。3 力能参数的计算31轧制力能参数典型钢件：20CrMnTiH化学成份：C=0.20%，Mn=1.0%，Cr=1.2%，Ti=0.07%如下表3.1为950钢坯轧制图表： 表3.1 950钢坯轧制图表 (mm) 铸坯规格：280380 道次 孔型 指针 读数 断面尺寸 压下量 宽展量 高度 宽度 0 380 280 1 I 180 330 50 2 I 120 270K 300 60 20 3 I 100 240 60 4 I 30 180K 300 60 30 5 III 110 240 60 6 III 60 190K 200 50 20 7 III 30 160 200 40 10311 轧制时接触弧上平均单位压力由于单位压力在接触弧上的分布是不均匀的，为便于计算，一般均以单位压力的平均值平均单位压力来计算轧制总压力。由文献1可知，利用艾克隆德公式计算轧制时的平均单位压力：p=(1+m)(k+u)(3.1)式中：m考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa；轧件粘性系数，kgs/mm； u变形速度，s。计算第一道次：m=(3. 2)式中：摩擦系数。对钢轧辊=1.05-0.0005t；t轧制温度；h、h轧制前后轧件的高度，mm；R轧辊半径，mm。=1.05-0.00051120=0.49R=950/2=475mmh=380mm，h=330mm数据代入公式(3.2)中得： m=0.0861. 利用L甫培(Pomp)热轧方坯的试验数据，得到k(Mpa)的计算公式：k=(14-0.01t)(3.3)式中： t轧制温度，；(C)碳的质量分数，%；(Mn)锰的质量分数，%；(Cr)铬的质量分数，%； 把数据代入公式(3.3)中：k81.2222. 轧件粘度系数(kgs/mm)按下式计算：=0.01(14-0.01t)c(3.4)式中：c考虑轧制速度对的影响系数，由文献1可知，其值如下：轧制速度v/(ms) 6 610 1015 1520系数c 1.0 0.8 0.65 0.60最大轧制速度nd=110r/min=110D/60 m/s =1103.140.95/60 m/s 5.469m/s6m/s取c=1.0由公式(3.4)计算得=0.01(14-0.011120) 1.0=0.028 kgs/mm3. 艾克隆德用(3.5)式计算变形速度：u(3.5)式中： v 轧制速度，mm/s；h,h轧制前、后轧件的高度，mm；R 轧辊半径，mm。 h= h-h=380-330=50mmv=5.5m/s数据代入(3.5)式得：u5.027 s数据代入(3.1)式得：p=(1+m)(k+u)=(1+0.086)(81.222+0.0285.027)=88.36MN分别代入数据算出其它道次，列表3.2表3.2 各道次数据道次 m k (kgs/mm) U(s) p (MN) 1 0.086 81.222 0.028 5.027 88.36 2 0.105 87.024 0.030 6.516 96.378 3 0.122 92.826 0.032 7.240 104.411 4 0.163 98.627 0.034 9.308 115.071 5 0.132 104.429 0.036 7.240 118.509 6 0.170 110.230 0.038 8.30 129.338 7 0.204 116.032 0.040 8.867 143.973312 轧制力的计算由文献1可知，轧件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力p与轧件和轧辊接触面积F之乘积，即P= pF(3.6)接触面积：F=l(3.7)式中：b,b轧制前、后轧件的宽度； l 接触弧长度的水平投影。不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象，接触弧长度的水平投影为：l=Rsin(3.8)式中； R轧辊半径； 压下量。轧制力P：P= pbl(3.9)b=(3.10)式中：b轧件前后两次平均宽度；计算第一道次：b=280mm b=280mm h=50mm 由(3.10)式得：b= =280mm 由(3.8)式得：l = =154mm 由(3.9)式得：P= pbl =88.36280154=3.81MN分别代入数据算出其它道次，列表3.3表3.3 各道次数据(mm)道次 b b b l P= pbl (MN) 1 280 280 280 50 154 3.81 2 280 300 290 60 169 4.723 3 270 270 270 60 169 4.764 4 270 300 285 60 169 5.542 5 180 180 180 60 169 3.605 6 180 200 190 50 154 3.784 7 190 200 195 40 138 3.874313 轧制力矩的计算轧制时，轧件在轧制压力作用下产生塑性变形，与此同时轧件也给轧辊以大小相等的反作用力。轧件对轧辊的作用力P相对轧辊中心的力矩，称为轧制力矩M，其值与轧制压力P的方向及其在接触弧上的作用点位置有关。确定轧制总压力方向，可以进一步确定轧制力矩。简单轧制情况下，除了轧辊给轧件的力外，没有其它的外力。这样，两个轧辊对轧件的法向力N、N和摩擦力T、T的合力P、P必然是大小相等而方向相反，且作用在一条直线上，该直线垂直于轧制中心线，轧件才能平衡，由文献1可知，如图3.1所示：图3.1 简单轧制时作用在轧辊上的力由文献1可知，驱动一个轧辊的力矩M为轧制力矩M与轧辊轴承处摩擦力矩M之和；M= M+ M=P(a+)(3.11)a=sin=M=PaM=P式中：P轧制力；a轧制力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离；轧辊轴承处摩擦圆半径；D轧辊直径；d轧辊轴颈直径；合力作用点的角度；轧辊轴承摩擦系数：950初轧机选用胶木瓦，=0.010.03，取=0.022采列柯夫认为，由文献1可知，热轧时=0.5式中：力臂系数，假定总轧制压力作用点在接触弧的中心，用力臂系数表示； 咬入角，=arcos(1-)d=560mm根据以上公式计算第一道次：=arcos(1-)= arcos(1-)=18.672=6.16=0.518.672=9.336sin=0.162 a=sin=sin=0.162=76.95M=Pa=3.8176.95=2.93210NmM=P=3.816.16=0.23510Nm一个轧辊驱动力矩为：M= M+ M=2.93210+0.23510=3.16710Nm所以两个轧辊驱动力矩为：=2 M=6.33410Nm分别代入数据算出其它道次，列表3.4表3.4 各道次数据 道次 (mm) sin P (MN) M(10Nm) M(10Nm) M(10Nm)(10Nm) 1 5018.672 0.162 3.81 2.932 0.235 3.167 6.334 2 6020.472 0.178 4.732 4.001 0.291 4.292 8.584 3 6020.472 0.178 4.764 4.028 0.293 4.321 8.642 4 6020.472 0.178 5.542 4.686 0.341 5.027 10.054 5 6020.472 0.178 3.605 3.048 0.222 3.27 6.54 6 5018.672 0.162 3.7842.912 0.233 3.145 6.29 7 4016.686 0.145 3.874 2.668 0.2392.907 5.814314 主电动机力矩传动轧辊时，由文献1可知，主电动机轴上的力矩由四部分组成，即M=(3.12)=+M+MM式中：M主电动机力矩；M轧辊上的轧制力矩；M附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩，M=；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他阻力矩；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电动机和轧辊之间的传动比。附加摩擦力矩M包括两部分，其一是由于轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩M，这部分已包括在轧辊传动力矩M之内；另一部分为各转动零件推算到主电动机轴上的附加摩擦力矩M。M=()=()(3.13)式中：主电动机到轧辊之间的传动效率，其中不包括空转力矩M的损失。单级齿轮传动时取=0.97。 i 电动机和轧辊之间的传动比；i =1 由文献2可知，M=5%根据已知轧件加速度a=70rad/min，由文献1可知，M=24.3710NmGD=13.310kgm计算第一道次：由公式(3.13)得：M=()=0.09810Nm由公式(3.12)得：M=6.002Nm式中：GD各转动件推算到电动机轴上的飞轮力矩；a 加速度或减速度；加速为正，减速为负；代入数据算出其它各道次，列表3.5表3.5 各道次数据(10Nm) 道次 MM 1 0.098 6.002 2 0.133 7.223 3 0.134 7.255 4 0.156 8.021 5 0.101 6.114 6 0.097 5.978 7 0.090 5.72032 各道次轧件断面和当量长度 在轧制过程中，金属在轧辊间承受轧制压力的作用而发生塑性变形。由于金属变形时体积不变，变形区的金属在垂直方向产生压缩，在轧制方向产生延伸，在横向产生宽展，而延伸和宽展受到接触面上摩擦力的限制，使变形区内的金属呈三向应力状态。变形区内各点的应力分布是不均匀的。在有前后张力轧制时，变形区中部呈三向压应力状态；靠近入口和出口处，由于张力的作用，金属呈一向拉应力和两向压应力状态。由各道次轧件断面图，用网格法近似计算AN=L/D(3.14)L=V/A+l(3.15)式中：N当量长度D取轧辊名义直径；V 毛坯体积；l变形长度，l=。根据公式(3.14)、(3.15)计算第一道次：V=280=8.0332mmA=280330=92400mml=154.11mmL=8.0332/92400+154.11=8848.05mmN=8848.05/3.14950=2.97mm代入数据算出其它各道次，列表3.6 表3.6 各道次轧件断面和当量长度 (mm) 道次 AN 1 92400 2.97 2 81000 3.38 3 72000 3.80 4 54000 5.04 5 43200 6.29 6 38000 7.14 7 32000 8.4633 各道次轧制时间的确定已知：轧件加速度a=70rad/min轧件减速度b=100rad/min轧件咬入速度n=20rad/min轧件抛出速度n=40rad/min1-7道次最大轧制速度n=110rad/min由文献1可知，计算公式：1 空载起动时间：t=n/a； (3.16)2 咬入后的加速时间：t=(n-n)/a； (3.17)3 等速轧制时间：t=60N/n-(n-n)/2an-(n-n)/2bn； (3.18)4 抛出减速时间：t=(n-n)/b； (3.19)5 空载减速时间：t=n/b。 (3.20)将以上公式代入数据得：117道次t=20/70=0.29s；217道次t=(110-20)/70=1.29s；3t=602.97/110-(110-20)/270110-(110-20)/2100110=0.33s；417道次t=(110-40)/100=0.7s；6 17道次t=40/100=0.4s。代入数据算出其它各道次，列表3.7表3.7 各道次轧制时间(s) 道次 t t t t t 1 0.29 1.29 0.33 0.7 0.4 2 0.55 3 0.78 4 1.46 5 2.14 6 2.60 7 3.32 34 主电动机的选用341 选择电动机的原则：正确选择电动机的原则是：在电动机能胜任机械设备负载要求的前提下，最经济和最合理地确定电动机功率。也就是说，要能满足机械设备对电动机提出的功率、力矩、转速、过载能力以及启动、调速、制动的要求下，电动机的温升要小于国家标准规定的温升值，使电动机能力在运行中能充分利用。342 根据过载条件选择电动机容量由文献1可知，如下公式M=(3.21)N= M=(3.22)式中： M载荷静力矩，kNm；静负荷图上的最大力矩；电机转速，r/min；K电动机过载系数，取K=2.8；由力矩的计算可知：最大力矩为第四道次的力矩，把数据代入公式(3.21)、(3.22)计算得：M=2.865Nm6.2NmN=3299KW由文献2初选电机：ZJD285/155-14型可逆运转的直流电动机。额定功率P=4300KW 额定转速n=110r/min343 电动机的发热校核一般来说，预选电动机后，还应对电动机进行发热验算。可逆运转的电动机轧辊低速咬入轧件，然后增加速度，速度达到定值后则等速进行轧制。轧件轧制结束前，降低速度，在低速时轧辊把轧件抛出。由文献1知，这种作业方式的电动机转速和力矩与时间的关系如图3.2所示：图3.2 可逆运转电动机转速和力矩与时间的关系图从图中可以看出，电动机转速和力矩与时间的关系可分为五段来研究。空载起动阶段：转速0n（咬入轧件时的转速），力矩M=M+M；咬入轧件后的加速阶段：转速nn（稳定运转的转速），力矩M=M+M；稳定速度轧制阶段：转速n不变，力矩M=M；带有轧件的减速阶段：转速nn（抛出轧件时的转速），力矩M= M-M；制动阶段：转速n0，力矩M= M-M。选取严重过载的第四道次校核：M=M+M=(0.401+2.437)=2.838NmM= M+M=(8.021+2.437)=10.458NmM=M=8.021Nm第四阶段的M=3.482NmM= M-M=(8.021-3.482)=4.539NmM= M-M=(0.401-3.482)=- 3.081Nmt=0.29s t=1.29st=1.46s t=0.7st=0.4s等值力矩：M=(3.23)数据代入公式(3.23)中得：M=2.599Nm9.88Nm所以发热条件满足。4 零件的强度计算和校核41 机架的设计机架的形式：轧钢机在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝及螺母传给机架，并由机架全部吸收不再传给地基。因此，对机架必须要求有足够的强度与刚度。机架主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。按机架结构分，轧钢机机架分为闭式和开式两种。1. 闭式机架闭式机架是一个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式整体框架，因此，从材料力学的观点看，具有较高的强度和刚度，但换辊不方便。采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。2. 开式机架开式机架由架本体和上盖两部分组成。开式机架的上盖可以从U形架体上拆开，它的刚性不及闭式机架，但它换辊方便的优点使它广泛地应用在型钢轧机上。 950可逆式轧机选用闭式机架。由于机架是一个非经常更换的永久性的部件，设计时要保证使用寿命外，还要保证制造工艺简化，成本降低，能满足轧钢生产工艺和产品方面的要求，以保证生产的可靠性。411 机架强度的计算闭式机架强度计算的假设：1. 每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直力R，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，即机架的外负荷是对称的。2. 机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑由于上下横梁惯性矩不同所引起的水平内力。3. 上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的，即机架变形后，机架转角仍保持不变。根据上述假设，机架外负荷和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架简化为一个由机架立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架。如将此框架沿机架窗口垂直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力和静不定力矩M。由文献1可知，机架简化为如图(4.1)所示的矩形自由框架： 图4.1 矩形自由框架弯曲力矩图由文献3可知，对于机架横梁y=x，而对于立柱y=，因此，M为M=(4.1)式中：机架横梁的中性线长度；机架立柱的中性线长度；机架上横梁的惯性矩；机架立柱的惯性矩；机架下横梁的惯性矩。上式积分后，得M=(4.2)如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩M为M=(4.3)因为在立柱上的弯矩M为M=-M(4.4)将(4.3)式代入(4.4)式，则M=(4.5)由公式(4.5)可看出，减小立柱的惯性矩和增加横梁的惯性矩可以部分地减少立柱中的弯矩M。这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。求惯性矩和：=1880mm =5150mm把横梁看作图4.2所示:图4.2 横梁简图 (4.6)把横梁数据代入公式(4.6)中得：=0.082m把立柱看作图4.3所示:图4.3 立柱简图把立柱数据代入公式(4.6)中得：=0.005m由文献1可知，初轧机d/D=0.550.7，取d/D=0.59 d=9500.59=560mm由文献1可知，=0.81.0，取=0.9 机架立柱断面积：F=0.9(0.28)=0.071m 选择轧制力最大的第四道次进行校核： R=2.771MN将以上数据代入公式(4.3)、(4.4)中，解得： M=1.288MNmM=0.014MNm减小立柱断面的惯性矩I和增加横梁的惯性矩I，可以部分地减少立柱中的弯矩M，这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。412 机架应力的计算和校核由文献1可知，图4.4为闭式机架中的应力图，根据应力图计算下列数据。W=W=(4.7)W=W=(4.8)把公式(4.7)、(4.8)代入数据得：W=W=0.143mW=W=0.009m式中：W、W分别为机架横梁内侧和外侧的断面系数；W、W分别为机架立柱内侧和外侧的断面系数。 图4.4 闭式机架中的应力图由文献3可知，机架一般采用含碳量0.250.35的铸钢，选用ZG35，对于ZG35来说，许用应力采用下列数值：对于横梁5070MPa，对于立柱4050MPa。由文献3可知：机架横梁内侧的应力为：=-(4.9)机架横梁外侧的就力为：=(4.10)机架立柱内侧的应力为：=(4.11)机架立柱外侧的应力为：=(4.12)把以上公式代入数据得：=-MPa=5070MPa=9.007MPa=21.07MPa=4050MPa=17.959MPaN。因此，只有当tan时，才能实现其自然咬入；若=tan时，则轧件处于平衡状态，不能自然咬入；当tan时，则不可能自然咬入。2 完成咬入阶段：由图4.5(b)可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，则必须符合以下条件，即 tantan所以轧件咬入条件满足。422辊身、辊颈强度的校核轧辊是轧钢车间中主要的、经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的质量和产量。因此对轧辊的性能的要求是很严格的，但因为轧机类型及所轧制钢材种类的不同，对轧辊性能的具体要求有很大的差别。轧辊的破坏决定于各种应力，其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等的综合影响。设计轧机时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数对轧辊进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、残余应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中，为了保护轧机其它重要部件，轧辊的安全系数是轧机各部件中最小的。初轧机的轧辊，沿辊身长度上布置有许多孔型轧槽。此时，轧辊的外力（轧制压力）可以近似地看成集中力。轧件在不同的轧槽中轧制时，外力的作用是变动的。所以要分别判断不同轧槽过钢时轧辊各断面的应力，进行比较，找出危险断面。轧辊强度的计算内容、方法和它的用途、形状以及工作条件等因素有关。通常对辊身仅计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转。如图4.6所示，为轧辊的弯曲扭转力矩图。图4.6 轧辊的弯曲、扭转力矩图1辊身强度校核由文献1可知，L/D=2.2-2.7，取2.6。L=2.6D=2.6950=2470mm=2.47m由文献1可知，l/d=1.0前面选取d=560mm=0.56m，所以l=560mm=0.56mM=(0.56+2.47)=4.2MNm截面的直径为D的圆形，抗弯截面系数W为：W=0.084m=50MPa由文献3可知，对于碳钢轧辊，许用应力=140150MPa。所以，轧辊辊身强度满足。2辊颈强度校核因为第四道次的轧制力最大，所以取第四道次的轧制力P=5.542NR=2.771NC=0.28mM=5.027NmM=RC=2.771NmM辊颈危险断面处的弯矩；M辊颈危险断面处的扭矩。由文献3可知：=44.187MPa=14.313MPa由文献3可知，采用钢轧辊时，合成应力按第四强度理论计算：=(4.13)把数据代入公式(4.13)中得：=50.666MPa=140150MPa所以，轧辊辊颈强度满足。43 万向接轴的选用及校核选用滑块式万向接轴，接轴扁头的材质选用40CrNiMo。由文献1可知，允许倾角是8-10，选=8。滑块式万向接轴是由轧辊端扁头、带叉头的接轴、传动端扁头、衬瓦以及中间具有方形或圆形的销轴组成。滑块式万向接轴的主要结构尺寸是叉头直径D，叉头直径D为轧辊名义直径的85%95%，取86%。D=95086%=817mm滑块式万向接轴各部分的结构尺寸，由文献1可知，根据叉头直径D按以下经验关系选取：叉头镗孔直径d：0.460.5D。取d=0.46D=8170.46=375.82mm扁头厚度S：0.250.28D。取S=0.26D=8170.26=212.42mm扁头长度l：0.4150.5D。取l=0.42D=8170.42=343.14mm接轴本体直径d：0.50.6D。取d=0.52D=8170.52=424.84mm431 开口式扁头受力分析和强度计算开式铰链的扁头具有一个长形切口，铰链的一端可在此切口中沿着接轴中心线方向移动。这种铰链一般用在轴向换辊的轧钢机上。950可逆式轧机选用开口式扁头。由文献1可知，图4.7。由文献1可知，月牙形滑块作用在开口式扁头上的负荷近似地按三角形分布（如图4.7所示）。因此合力的作用点位于三角形的面积形心，即在离断面边缘b处。当万向接轴传递的扭转力矩为M时，合力P为：P=(4.14)式中：b扁头的总宽度；b扁头一个分支的宽度。图4.7 开口式扁头受力分析简图N=(4.15)M=3.735NmM=M/2=1.868Nm当万向接轴倾斜角为时，由图4.7可求出合力P对断面II的力臂x为： x=0.5()sin+x (4.16)式中：x万向接轴铰链中心至断面II的距离。 x=171.57mmb=260mm=0.26mb=710mm=0.71m把数据代入公式(4.16)、(4.14)中：x=0.5()sin+x= 0.5()sin8+171.57 =208.91mm=0.209mP=3.481NII断面中的弯曲力矩等于：M=Px(4.17)数据代入公式(4.17)计算得：M=Px=3.4810.209=0.728NmII断面中的扭转力矩等于：M=P(4.18)数据代入公式(4.18)计算得：M=P=3.481=0.151Nm弯曲应力与扭转应力各等于： (4.19) (4.20)式中：计算矩形断面抗扭断面系数时的转化系数，它决定于矩形断面尺寸b与S之比。b：S=260：212.42=1.22，由文献1可知，取b：S=1，查得=0.208数据代入公式(4.19)、(4.20)计算得： =37.380MPa=7.619MPa计算应力等于： (4.21)计算得：=39.641MPa由文献3可知，扁头的材质40CrNiMo的许用应力为=130170MPa。所以开口式扁头校核合格。432 闭口式扁头受力分析和强度计算闭式铰链的扁头上有一个圆孔，铰链不同轴向移动，其装拆是从侧向进行的。闭式铰链一般用在倾角不大的轧钢机上，将它装在接轴的传动端，作为接轴的摆动支点，并承受不大的轴向力。由文献1可知，当万向接轴倾角为时，在闭式扁头上，可将万向接轴传递的扭转力矩M用矢量分解成两个力矩M和M，如图4.8所示 图4.8 闭口式扁头受力简图M=Mcos(4.22)M=Msin(4.23)其中：M对扁头