φ25mm螺纹钢孔型设计

1、学 号：200806020207HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY课程设计说明书设计题目：25mm螺纹钢孔型设计学生姓名：高宽专业班级：08 轧 2班学 院：指导教师： 冯运莉201年02月29日目录1 设计说明.32 孔型系统的选择及依据33 确定轧制道次.44 分配各道次延伸系数45 校核个道次延伸系数.56 确定各道次轧件出口断面面积.57 确定各道次轧件出口断面尺寸及形状.68 各道次孔型尺寸.119 力能等效计算.1210校核轧辊强度.1711电机的选择及校核.2012各孔型图及轧制图标.2625mm螺纹钢孔型设计1 设计说明由两个或多个轧辊的轧槽在过轧辊轴线的

2、平面上索构成的断面轮廓叫做孔型。孔型设计所确定的尺寸是指正在轧制时得到的轧件尺寸。2 孔型系统的选择及依据棒材孔型系统一般为椭圆-圆系统，这种系统适合平立交替轧机使用，轧件没有尖角低温处，断面温度比较均匀。椭圆孔磨损也较为均匀（相对方进椭）椭圆圆孔型系统图1 椭圆-圆孔型系统箱形孔型系统图2 箱型孔型系统箱形孔型的优点如下：1.用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，共用性好。这样可以减少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机的作业率。2.在轧件整个宽度上变形均匀。因此孔型磨损均匀，且变形能耗少。3.轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对改善轧件表面质量是有益的。4.与相等断面面积的其他孔型相

3、比箱形孔型在轧辊上的切槽浅轧辊强度较高，故允许采用较大的道次变形量。5.轧件断面温度降较为均匀本设计的32棒材的孔型系统为箱型孔与椭圆圆孔型系统的组合具体孔型系统为：粗轧：箱形方孔-平椭圆-圆-椭圆圆精轧: 椭圆-圆椭圆圆椭圆圆-椭圆圆最后几道次为保证成品断面形状和尺寸的正确性，减少孔型磨损，提高轧辊使用寿命，以及降低能耗，应采用较小的延伸系数，此外，由于椭圆孔和圆形孔的不特点，椭圆孔的延伸系数比圆形孔的相对大些。3 确定轧制道次连铸坯断面积：热膨胀系数=1.0121.015 ，一般生产取=1.01332圆钢横截面积：Fn=(d)2/4=503.72 mm225圆钢的总延伸系数为：（1)式中：

4、总延伸系数原料断面面积 成品断面面积=44.67分配各道次延伸系数：=123.n=44.67平均轧制系数p取1.34轧制道次n=/p=144 分配各道次延伸系数表1 孔型延伸系数孔型系统箱型椭圆型圆型延伸系数1.151.61.21.61.21.4表2 各机架延伸系数的分配机架号1234567延伸系数1.381.391.381.371.341.321.31机架号891011121314延伸系数1.31.291.281.271.261.251.245 校核个道次延伸系数123.n=1.38*1.39*1.38*.1.24=44.676 确定各道次出口的断面面积由延伸系数与轧件断面面积关系，确定各道

5、次轧件断面面积：单位（2）表3 各道次轧件断面面积 单位（2）道次面积道次面积116304.3582059.66211729.7591596.6438499.82101247.3746204.24119821854630.0312779.5163507.6013623.6172677.5614502.917 确定个道次轧件出口断面尺寸及形状1. 第一道次 箱型计算侧壁斜度1=（B1-150）/（150-H1）=0.2横截面积F1=B1H1=16304.35解得：轧件宽度B1=159.56mm轧件高度H1=102.18mm孔型高度102.18mm孔型槽底宽度bk=B-（0.05B0）=150-（

6、0.05*1500）=142.5150在此取145mm孔型槽口宽度Bk=B+h+（510）=150+0.2*（150-102.18）+（510）=145.44150.44mm再次取Bk=148mm槽底圆角半径在此取mm槽口圆角半径在此取mm辊缝 在此取mm2.第二道次 方型计算侧壁斜度2=（B2-102.18）/（159.65-H2）=0.25横截面积F1=B2H2=11729.75解得：轧件宽度B2=117.08mm轧件高度H2=100.05mm孔型高度22100.05mm孔型槽底宽度bk2=B-（0.05B0）=102.18-（0.05*102.180）=97.07102.18在此取100

7、mm孔型槽口宽度Bk2=B+h+（510）=102.18+0.25*（159.56-117.08）+（510）=117.80122.80mm再次取Bk=120mm槽底圆角半径r1=（0.120.20）B=（0.120.20）*102.18=12.2620.43在此取mm槽口圆角半径r2=（0.100.12）B=（0.100.12）*102.18=10.2212.26在此取r2=11mm辊缝 在此取mm3.第三道次 平椭圆计算此道次延伸系数为1.38，因此定压下率为1.60则 h3=B2/=117.08/1.60=73.18mm由于F3=hb3（1-0.215h3/b3）=8499.82 求得b

8、3=100.44mm设充满度孔型宽度B3=h3/=100.44/0.95=105.73mm孔型高度H3=h3=73.18mm辊缝S=（0.180.3）H3=（0.180.3）*73.18=13.1721.95在此取S=18mm椭圆半径R=B32+(H3-S)2/4(H3-S)=36.85槽口圆角半径r=（0.080.12）B3=8.4612.69在此取r=104.第四架 圆孔的计算轧件面积F4=d42*/4=6204.24求得d4=88.88mm孔型高度 0.98*h42*/4=6204.24h4=89.78孔型半径r4= h4/2=44.89mm槽口圆角半径在此取孔型宽度B4=h4+（0.5

9、1）=90.2890.78在此取B4=90.78辊缝S4=（0.100.15）h4=8.9813.47在此取S=13mmd6=66.83 h6=67.50 R6=33.75 r6=2.0 B6=68.50 S6=10d8=51.21 h8=51.73 R8=25.86 r8=2.0 B8=52.73 S8=7d10=39.85 h10=40.26 R10=20.13 r10=2.0 B10=41.26 S=10=65.第五架 椭圆孔的计算中间椭圆件的尺寸可以根据前后两道次圆的尺寸来求得，具体步骤如下：图3 中间椭圆件尺寸的计算d4=88.88 d6=66.835=0.41 6=0.3b5=d4

10、(1+5)- d65(1+6)/(1-56)=102.28h5= d6(1+6)-b56=44.94设充满度孔型宽度B5=b5/=102.28/0.95=107.66mm孔型高度H5=h5=44.94mm辊缝S=（0.180.3）H5=（0.180.3）*44.94=8.0913.48在此取S=12mm椭圆半径R5=B52+(H5-S)2/4(H5-S)=96.20槽口圆角半径r5=(0.080.12) B5=8.6112.92在此取同理可得：b7=76.32 h7=43.68 B7=80.34 H7=43.68 S7=9 R7=55.20 r7=8b9=58.11 h9=34.37 B9=6

11、1.17 H9=34.37 S9=8 R9=42.07 r9=5b11=44.92 h11=27.47 B11=47.28 H11=27.47 S11=7 R11=32.42 r11=46.第十二架 圆孔的计算轧件面积F12=d122*/4=779.51求得d12=31.50成品前孔基圆的构成与成品尺寸关系密切，由生产经验可知:当圆钢规格在2030mm之间时H12=（1.151.28）d0H12=1.216d0=1.216*25=30.40mm孔型宽度Bk3=（1.021.03）H12 则Bk3=1.03H12=1.03*30.40=31.31mm辊缝S的取值为23mm，则S=2圆钢直径为20

12、30mm时，槽口圆角r之间为1.52mm。则r=27.第十四架 圆孔的计算轧件面积F14=d122*/4=502.91求得d14=25.30成品孔基圆半径R ：H14=（1.0111.014）d0，其中(1.0111.014)为热膨胀系数，在这里取1.013H14=1.013d0=25.32mmR=H14/2=25.32/2=12.66mm为了保证圆钢的椭圆度要求，成品孔内径的开口宽度按下式确定：表4 圆钢开口宽度成品圆钢直径/mm侧壁斜度%侧壁角10305026035B=2R/cos-Stan=27.51当圆钢直径为2030mm时，S=1.21.5 取1.58.第十三架 椭圆孔的计算由以上可

13、得：H3=d12=31.50mm d0=25mm表5 成品孔与成品前椭圆孔宽展系数的确定圆钢直径/mm成品孔中的成品前椭圆孔中的9280.30.450.71.1在此取 =0.3 ， = 0.7b2=H3+(1+2)-d02(1+1)/(1-12)=30.80mmh2=d0(1+1)- b21=23.26mmK2 椭圆辊缝S 与成品直径的关系：当圆钢直径为2030mm时，辊缝S为1.52mm。在此取S=2Bk2= b2+(0.51)=30.80+0.55=31.35H2=h2=23.26mm槽口圆角r=(0.060.14) = 1.232.87 取S=2椭圆圆弧半径R=Bk22+(H2-S)2/

14、4(H2-S)=16.87表6 轧件断面积机架孔型高宽面积延伸系数0H1箱102.18159.5616304.351.38V2方箱100.05117.0811729.751.39H3平椭圆73.18100.448499.821.38V4圆88.8888.886204.241.37H5椭圆44.94102.284630.031.34V6圆66.8366.833507.601.32H7椭圆43.6876.322677.561.31V8圆51.2151.212059.661.30H9椭圆34.3758.111596.641.29V10圆39.8539.851247.371.

15、28H11椭圆27.474492982.181.27V12圆31.5031.50779.511.26H13椭圆23.2630.80623.611.25V14圆25.3025.30502.911.248 各道次孔型尺寸表7 各道次孔型尺寸道次孔型形状孔型高度H槽口宽度Bd槽底宽度bd槽口圆角半径R槽底圆角半径r辊缝SH1箱102.18148145251625V2方箱100.05120.00100111525道次孔型形状孔型高度H槽口宽度Bd槽底宽度bd椭圆（圆）半径R槽口圆角半径r辊缝SH3椭圆73.18105.73-36.851018V4圆89.7890.78-44.89213H5椭圆44.9

16、4107.66-96.201012V6圆67.5068.50-33.42210H7椭圆43.6880.34-55.2089V8圆51.7352.73-25.6128H9椭圆34.3761.17-42.0758V10圆40.2641.26-19.5326H11椭圆27.4747.28-32.4247V12圆30.4031.31-15.7522H13椭圆23.2631.35-16.8722V14圆25.3227.51-12.6621.59 力能等效计算1. 平均单位压力的计算据经验，热轧型钢采用艾克隆德公式计算平均单位压力与实测数据较相近，公式为：(2)式中：m外摩擦对单位压力影响的系数；k沿接触

17、弧上金属的平面变形抗力，Mpa；粘性系数，Mpas；平均变形速度，s-1；其中（1+m）是考虑外摩擦的影响。（3）（4）（5）（6）式中：R轧辊工作辊半径，mm轧件平均压下量，mmt轧制温度，Mn以百分数表示的锰含量C以百分数表示的碳含量Cr以百分数表示的铬含量f摩擦系数,（7）对于钢轧辊a1，对于铸铁轧辊a0.8。本车间选用铸铁轧辊a0.8。1).第一道开轧温度为1050，所以：2).钢种为 20MnSiV,其化学成分中C0.20,Mn=1.20,Cr03). 表8 随轧制速度的变化轧制速度/系数/616100.810150.654). 5). 6). Mpa2.轧制压力的计算轧制压力的计算

18、公式为： (8)式中：平均单位压力；F轧件与轧辊的接触面积，其计算公式为：(9)式中：R轧辊平均工作半径，mm；h平均压下量，mm。以第一道次为例：以下道次与第一道算法步骤相同。轧件平均高度的计算公式为：箱形孔轧件： hp0.97轧件高度h椭圆孔轧件： hp0.85轧件高度h圆孔轧件： hp轧件高度h/4平椭和扁椭孔轧件： hp0.895轧件高度h3.轧制力矩的计算传动两个轧辊所需的轧制力矩为：(10)式中：P轧制力；a力臂；力臂系数，在自由轧制时常取0.5，有孔型限制时，摩擦力增加力臂长度；因计算困难，仍取为0.5；接触弧长度, 。以第一道次为例：以下各道次的轧制力矩与第一道算法步骤相同。4

19、.附加摩擦力矩的计算(1) 轧辊轴承中的附加摩擦力矩：对于短应力线轧机，上、下工作辊共有四个轴承，其附加摩擦力矩计算公式为：(11)式中：轧辊辊径直径，mm；轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承，取值为0.003。以第一道次为例： kNm(2)传动机构中的摩擦力矩：(12)式中：Mm2换算到主电机轴上的传动机构的摩擦力矩传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率，取0.97i传动比以第一道次为例： kNm则换算到主电机轴上的附加摩擦力矩为： kNm5. 空转力矩的计算空转力矩通常按经验公式确定：(13)式中：MH电机的额定转矩。由，可得：(14)式中：ND电机的额定功率，kW；n电机的转速，r/mi

20、n。 kNm对新安装润滑良好的轧机传动，取空转力矩 。以第一道次为例：kNm6. 静力矩的计算电机轴静力矩可按下式计算：(15)以第一道次为例： kNm10校核轧辊强度1.辊身强度的校核700 640140237.50231.25 图4 轧辊孔型图第一道轧辊孔型尺寸此为带孔型的轧辊，其危险断面可能在某个轧槽上，应比较各断面应力大小来确定，辊身验算弯矩为：（16）作用在辊身危险断面的弯曲应力：（17）式中:辊身危险断面弯矩； 计算断面的直径。以第一道次为例 Mpa对铸铁轧辊，其许用应力为160 MPa ,故B,辊身强度足够。2.辊颈强度的校核辊颈处因其所受的扭矩作用也较大，故要进行弯扭校核。辊颈

21、危险断面上的弯曲应力和扭转应力分别为：（18）（19）式中：辊颈直径；、辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩；抗扭截面系数。以第一道次为例，轧辊辊颈弯矩为：对铸铁轧辊，采用莫尔理论计算： 由此可见，jA160 MPa ，故轴颈安全。3. 传动端轴头强度的校核以第一道次为例，辊头采用万向扁轴头，其厚度为轴颈直径的2/3，即:mm最大扭转力矩为：（20）式中：辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩；抗扭截面系数。则：由此可见，160 MPa ,故轴头安全。由于此轧机的轧辊最大许用应力为160MPa ，故辊身、辊颈、轴头三部分的强度均足够，能够满足轧制要求。对于其余道次的辊身弯曲应力、辊颈弯扭应力、轴头应力均采用

22、此算法，得出表21。表9 辊身、辊颈、轴头应力的校核道次数n辊身弯曲应力 Mpa辊颈弯扭应力Mpa轴头应力Mpa许用应力Mpa133.4963.963.46160225.7548.673.86160349.3250.476.45160425.6321.862.37160528.1530.794.87160622.1421.895.63160727.3032.7812.74160821.4623.4114.59160916.0920.3711.921601013.0015.7514.74160119.8613.2211.22160129.0511.5615.251601319.5516.5821

23、.161601419.2616.2231.8416011电机的选择及校核据经验，并参照同类车间同种产品，设定25圆钢的成品轧机出口速度为17m/s，则最后一架轧机轧辊转速为：n14=60V14D(1+Sn+Sh)式中：为自由宽展时的前滑值为由于侧壁限制宽展造成的金属总线流动的前滑部分（因为这部分前滑值测算困难，为方便起见，不予考虑。） n14=60*17*370*(1+0.0846)10-3=877.9r/min电机转速： n电机=n14*I14=877.9*1=877.9r/min连轧机孔型设计常数，即连轧常数：CA=FV (1+S)式中：CA 连轧常数F此道次的轧件断面积V此道次的轧制速度

24、S前滑值由于孔型侧壁对宽展有不同程度的约束，孔型中前滑格外大，即在自由宽展时的前滑与限制宽展造成的金属纵向流动之和。 C14=F14V141+Sh=502.91*17*1+0.0846=9.27*103据此可计算出各道次的转速，见表14表10 轧件入口速度与出口速度对比道次1234567入口速度(m/s)0.070.110.160.230.340.480.68出口速度(m/s)0.100.150.220.330.470.660.93道次891011121314入口速度(m/s)0.961.331.832.463.304.355.69出口速度(m/s)1.291.772.393.204.225.

25、527.17表11 轧机转速与减速比道次数轧辊辊径D（mm）轧辊转速n辊(r/min)减速比电机转速n电（r/min）轧辊速度v(m/s)16405.0879.86405.700.1726407.1775.22539.330.24353012.2671.61877.900.34453017.6749.68877.900.49553024.1636.34877.900.67653033.1726.47877.900.92741558.0115.13877.901.26841578.2711.22877.901.79415104.068.44877.902.2610415136.296.44877

26、.902.9611415177.274.95877.903.8512415226.543.86877.904.9213370323.292.72877.906.2614370406.952.16877.907.88对于棒材连轧这样长时间轧制的轧机，只需要根据静力矩计算电机的功率，即： (21)式中：n电机的转速，r/min；由电机到轧机的传动效率，取0.97。则：在计算轧制负荷时，需要对中间力矩、各种影响因素进行计算。由轧制力，可解出其它各参量。1.斯米尔诺夫轧制力矩模型 （22）式中：采用回归方式得出；轧辊转换直径；孔型高度；变形力矩系数。变形力矩系数根据轧制方案确定。矩形箱形孔 方椭圆 椭

27、圆圆 圆椭圆 2.电机轴上的力矩电机额定功率在建厂设计时已经确定，不同转速下输出功率变更不相同。为了便于与现场实测负荷进行比较，应将轧制功率在不同转速下计算出输出力矩。校核电机输出力矩时，除需要考虑轧制力矩外，还有附加摩擦力矩、空转力矩等。一般来说，轧辊传动到电机轴上所需力矩，由以下四部分组成： （23）式中：轧制力矩，即轧件产生塑性变形所需的力矩；克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构中的附加摩擦力矩；空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩；动力矩，为了克服速度变化时的惯性力所需。正常连轧生产轧机、轧辊速度是恒定的，故可取。由此可知： （24）式（24）各因子计算方法如下：1）附加摩擦力矩组成附加摩擦力矩有两项，一为轧辊滚动轴承中的摩擦力矩，另一项为传动机构中的摩擦力矩。附加摩擦力矩对两轧辊而言，此力矩值为： （25）式中：作用在四个轴承上的总负荷，它等于轧制力；轧辊直径；轧辊滚动轴承中摩擦系数：；传动机构中的摩擦力矩，即齿轮机座、减速机座和连接轴等机构中的附加摩擦力矩，一般它们由传动效率决定： （26）式中：电动机与轧机之间的传动比；从主电机到轧机的传动效率，一级齿轮传动的效率一般取0.960.98，在此取。则总的附加摩擦力矩 （27）2）空转力矩空转力矩就是不轧钢时传动轧机主机列旋转件所需的力矩，可以认为它是根据旋转零件的重量在轴承中引起的摩擦力来计算。在轧机主机列中有电机、减速机、