φ25mm螺纹钢孔型设计

1、课程设计说明书设计题目： 25mm螺纹钢孔型设计目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 设计说明3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 孔型系统的选择及依据3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 3 确定轧制道次4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 分配各道次延伸系数4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 校核个道次延伸系数5 H

2、YPERLINK l bookmark16 o Current Document 确定各道次轧件出口断面面积5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 乙确定各道次轧件出口断面尺寸及形状6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 8 各道次孔型尺寸11 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document L力能等效计算12 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 10.校核轧辊强度17 HYPERLINK l bookmark26

3、o Current Document 11电机的选择及校核.2012_各孔型图及轧制图标26 25mm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) 椭圆一圆孔型系统箱形孔型系统箱形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

4、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一圆孔型系统的组合具体孔 型系统为：粗轧：箱形一方孔-平椭圆-圆-椭圆一圆精轧：椭圆-圆一椭圆一圆一椭圆一圆-椭圆一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

5、面积： F = 150 x 150 = 22500mm20热膨胀系数n =1.012i.oi5，般生产取n =1.01332 圆钢横截面积：F=n (n d)2/4=503.72 mm2n25圆钢的总延伸系数为：(1)F(1)卩 =0- E Fn式中：七总延伸系数原料断面面积成品断面面积F卩=0-E Fn=44.67分配各道次延伸系数：贬沖1卩2卩3卩曲=44.67 平均轧制系数U取1.34p轧制道次n=bgp工/logy =14p4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1.15 1.61.2 1.61.2 1.4表2各机架延伸系数的分配机架号1234567延伸系数y

6、1.381.391.381.371.341.321.31机架号891011121314延伸系数y1.31.291.281.271.261.251.241.24=反=44.675校核个道次延伸系数1.24=反=44.67屮 3卩片=1.38*1.39*1.38*6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，确定各道次轧件断面面积：单位（mm 2）表3各道次轧件断面面积单位（皿2）道次面积道次面积116304.3582059.66211729.7591596.6438499.82101247.3746204.2411982. 1854630.0312779.5163507.6013623

7、.6172677.5614502.917确定个道次轧件出口断面尺寸及形状第一道次箱型计算侧壁斜度0 1= (B1-150) / (150-H1) =0.2横截面积 F1二B1H1=163O4.35解得：轧件宽度Bl=159.56mm轧件高度Hl=102.18mm孔型高度 Hk=Hl= 102.18mm孔型槽底宽度 bk=B- (0.05B0) =150- (0.05*1500) =142.5150在此取bk = 145mm孔型槽口宽度 B=B+0 h+ (510) =150+0.2* ( 150-102.18) + (510) =145.44150.44mm再次取B =148mmk槽底圆角半径

8、 r = (0.12 0.20)B = (0.12 0.20) x 150 = 18 301在此取r = 25 mm1槽口圆角半径 r = (0.10 0.12)B = (0.10 0.12) x 150 = 15 182在此取r = 16 mm2车昆缝 S = (0.02 0.05)D = (0.02 0.05) x 640 = 12.8 320在此取S = 25 mm第二道次方型计算侧壁斜度0 = (B-102.18) / (159.65-H ) =0.25222横截面积 F=BH =11729.751 2 2解得：轧件宽度B=117.08mm2轧件高度H =100.05mm2孔型高度H

9、=H = 100.05mmk22孔型槽底宽度 b =B- (0.05B 0) =102.18- (0.05*102.18 0) =97.07 102.18k2在此取b = 100mmk孔型槽口宽度 B =B+p h+(510)=102.18+0.25*(159.56-117.08) + (510)k2= 117.80 122.80mm再次取B =120mmk槽底圆角半径 r = (0.120.20) B= (0.120.20) * 102.18=12.2620.431在此取r = 15 mm1槽口圆角半径 r = (0.100.12) B= (0.100.12) * 102.18=10.221

10、2.262在此取r =11mm2车昆缝 S = (0.02 0.05)D = (0.02 0.05) x 640 = 12.8 320在此取S = 25 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/n =117.08/1.60=73.18mm由于 F3=hb3 (1-0.215h3/b3) =8499.82 求得 b3=100.44mm设充满度5 = 0.95孔型宽度 B3=h3/6 =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.

11、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 F =n d 2*/4=6204.2444求得 d =88.88mm4孔型高度0.98*n h 2*/4=6204.244h =89.784 孔型半径 r = h /2=44.89mm44槽口圆角半径r = 1.52 .04在此取r = 2.04孔型宽度 B=h+ (0.51) =90.2890.7844在此取B =90.784辊缝 S= (0.100.15) h=8.9813.47 TOC o 1-5

12、 h z 44在此取S=13mmd =66.836d =66.836d=51.218d =39.8510666h =51.73R =25.86 r =2.0888h =40.26 R =20.13 r =2.010 10 10B =68.50 S=1066B =52.73 S =7B =68.50 S=1066B =52.73 S =788B =41.26 S=10=610b5=d4b5=d4(l+p 5)- d6B 5(1+B 6)/(l-P 5P 6)=102.28h = d (1+B)-b B =44.94 TOC o 1-5 h z 5656设充满度5 = 0.95孔型宽度 B =b

13、/6 =102.28/0.95=107.66mm55孔型高度H =h =44.94mm55辊缝 S=(0.18 0.3)H=(0.18 0.3)*44.94=8.09 13.485在此取S=12mm椭圆半径 R = B 2+(H -S) 2/4(H S)=96.205555槽口圆角半径 r = (0.08 0.12) B=8.61 12.9255在此取r=io同理可得：b =76.32h =43.68B =80.34H =43.68S=9R=55.20r =87777777b=58.11h =34.37B=61.17H=34.37S=8R =42.07999999r =59b =44.9211

14、h =27.4711B =47.28 H11 :=27.47S11 11=7R =32.4211r =4116.第十二架 圆孔的计算轧件面积 F =n d 2*/4=779.5112 12求得 d =31.5012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 H = (1.151.28) d12 0H =1.216d =1.216*25=30.40mm12 0孔型宽度 B =(1.02 1.03)H 则 B =1.03H =1.03*30.40=31.31mmk312k312辊缝S的取值为23mm，则S=2圆钢直径d为2030mm时，槽口圆角r之间为

15、1.52mm。则r=27第十四架圆孔的计算轧件面积 F =n d 2*/4=502.91 TOC o 1-5 h z 1412求得 d =25.3014成品孔基圆半径R : H = (1.011 1.014) d ,其中(1.0111.014)为热膨胀140系数，在这里取1.013H =1.013d=25.32mm140R=H /2=25.32/2=12.66mm14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10 305026035B=2R/cos 屮-Stan屮=27.51当圆钢直径为2030mm时，S=1.21.5取1.58第

16、十三架椭圆孔的计算由以上可得：H =d =31.50mmd =25mm3120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K中的p1成品前椭圆孔K中的p2 29280.3 0.450.7 1.1在此取 p =0.3 ， p = 0.72b2=H3+(1+B 2)-doB 2(1+B )/(1-B 1P 2)=30.80mmh =d (1+p )- b 卩=23.26mm2 0 1 2 1K2椭圆辊缝S与成品直径的关系：当圆钢直径d为2030mm时，辊缝S为1.5 2mm。在此取S=2B = b+(0.51)=30.80+0.55=31.35k2 2H =h =23.26mm2 2

17、槽口圆角 r=(0.060.14) b = 1.232.87 取 S=2k 2椭圆圆弧半径R=B 2+(H-S)2/4(H-S)=16.87k222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51.2151.2

18、12059.661.30H9椭圆34.3758.111596.641.29V10圆39.8539.851247.371.28H11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 状孔型咼 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V2方箱100.05120.00道次孔型形状孔型咼度H槽口宽度BdH3椭圆73.18105.73V4圆89.7

19、890.78H5椭圆44.94107.66V6圆67.5068.50H7椭圆43.6880.34V8圆51.7352.73H9椭圆34.3761.17V10圆40.2641.26H11椭圆27.4747.28V12圆30.4031.31H13椭圆23.2631.35V14圆25.3227.51100111525槽底宽度bd椭圆(圆)半 径R槽口圆 角半径r辊缝S36.85101844.8921396.20101233.4221055.208925.612842.075819.532632.424715.752216.8722一12.6621.59力能等效计算平均单位压力的计算 据经验，热轧型钢

20、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：p = (1 + m )x(k)p式中：m外摩擦对单位压力影响的系数；k沿接触弧上金属的平面变形抗力，Mpa；n 粘性系数，Mpa s；e p 平均变形速度，S-1； 其中(1+m)是考虑外摩擦的影响。1.6 x 丿m -f x R x A h 一 1.2 x A hH + h2 x v 2 x v xk = 9.8 x(14 - 0.01 x t)x(1.4 + 0.2 + 1.2 + 0.3 x 0)(5)耳=0.1 x(14 - 0.01 x t)(6)式中：(6)R轧辊工作辊半径，mmAh轧件平均压下量，mmt轧制温度，CMn

21、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，f =xa (1.050- .0005 x t)对于钢轧辊a=l,对于铸铁轧辊a=0.8。本车间选用铸铁轧辊a=0.8。.第一道开轧温度为1050C，所以:f = a x(1.05 - 0.0005 x t)= f = 0.8x(1.05 - 0.0005x 1050)= 0.42.钢种为 20MnSiV,其化学成分中C = 0.20%,Mn=1.20%,Cr = 0k = 9.8 x(14 - 0.01 x t )x(1.4 + 0.2 + 1.2 + 0.3 x 0 )=9.8 x(14 - 0.01 x405

22、0) (1.4 + 0.2 + 1.2 + 0.3 x 0)= 96.04.= 0.1 x(14 - 0.01 x t)x c = 0.1 x(14 - 0.01 x 1050)x c = 0.35表8 C随轧制速度的变化轧制速度/ m - s -1系数/ C616100.810 150.65.m = 1.6 x f 5 心h 一 宀人h1.6 x 0.42 x P569.83 x 54.83/2 - 1.2 x 54.832 v x150 + 2 v x=0.6082 x 0.17 x J54.83 x=0.608150 + 95.176). p = (1 + m )x+ 0.074)x(9

23、6.04 +035 0.608)= 103.4 MPap轧制压力的计算轧制压力的计算公式为：p x F P =-1000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: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：p x F P =-1000p x F P =-1000103 x x2V2150 + 160：(579 ) x 58I1000=2005 .6 kN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： 椭圆孔轧件： 圆孔轧件：平椭和扁椭孔轧件: 箱形孔轧件： 椭圆孔轧件： 圆孔轧件：平椭和扁椭孔轧件: 3轧制力矩的计算hp = 0

24、.97X轧件高度h hp = 0.85X轧件高度h hp =轧件高度hXn /4 hp = 0.895 X轧件高度h传动两个轧辊所需的轧制力矩为:M = 2 x P x a = 2 x P xV x l(10)z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，l = v R x Ah。以第一道次为例:以第一道次为例:l 八R x Ah = (579 42)/2 x 42 = 0.106 mM = 2 x P x a = 2 x P x 屮 x l = 2 x 2005 .5 x 0.5 x 0.106 = 20

25、4 kN - mz以下各道次的轧制力矩与第一道算法步骤相同。4附加摩擦力矩的计算(1)轧辊轴承中的附加摩擦力矩：(11)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)Mm 1式中：d轧辊辊径直径，mm；f1轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承，取值为.3。 以第一道次为例：PM = PM = x f xm 121(2)传动机构中的摩擦力矩：dx 4 = 2005 x 0.003 x 280 /10002=1.41kN m1=(1) 1=(1) x1(12)Zm 1i式中：MmL换算到主电机轴上的传动机构的摩擦力矩耳传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率，取0.9

26、71i传动比以第一道次为例：0.971) x205 0.971) x205 + 2.179.2=0.042kN m则换算到主电机轴上的附加摩擦力矩为:M1.41+ M =+ 0.042 则换算到主电机轴上的附加摩擦力矩为:M1.41+ M =+ 0.042 = 0.068im 279.2kN m5.空转力矩的计算空转力矩M通常按经验公式确定:kM = (0.03 0.06) x MKH式中:电机的额定转矩。由 n = M x= K由 n = M x= Kx Mh X Ne，可得：D H3030 x N M =DH兀x N式中：ND电机的额定功率，kW；n电机的转速，r/min。(14)30 x

27、 550M = 13.4H 兀 x 405kN m对新安装润滑良好的轧机传动，取空转力矩M = 0.03MKH以第一道次为例：0.03 x 30 x 550 M = 0.03 M =-kH兀 x 4056.静力矩的计算电机轴静力矩可按下式计算：=0.41 kN mM z + M + M(j IMK以第一道次为例：M + 0.45 + 0.41 3.43 kN mj 79.210校核轧辊强度1辊身强度的校核图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：M P C x）（16）D a 作用在辊身危险断面的弯曲应力：(17

28、)=23.49MpaM d(18)d W 0.1 d 3M M T = n =(17)=23.49MpaM d(18)d W 0.1 d 3M M T = n = nW 0.2 d 3n(19)式中：d 辊颈直径;M 、 M辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩;dnW 抗扭截面系数。n以第一道次为例，轧辊辊颈弯矩为：PP2005.56M = C = l =x 2801= 40.39d 244 x 1000b =你=140.39= 63.95d W0.1d 30.12c 803M M1.57n =n =W 0.2d30.2 x 2803n0.36b对铸铁轧辊昆，采用莫务理论计算:=0.375 x +

29、0.625 x 2 + 4 x 2 = 0.375 x 63.95 + 0.625 x 63.952 + 4 x0.362 = 63.96 jAAAA由此可见，o jAo =160 MPa，故轴颈安全。b = D =DD W 0l D 3D式中：M辊身危险断面弯矩；DD 计算断面的直径。 以第一道次为例乂280 + 231.25/M = P (a - x)= 2005.56 x 2(280 + 800 - 280匚-231.25) = 462.50D a280+800 2M462.50D=0.1 D30.1 x (566.89 50)3对铸铁轧辊，其许用应力为9 =160 MPa , 故o B

30、a ，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。辊颈危险断面上的 弯曲应力b和扭转应力t分别为:d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: TOC o 1-5 h z 22b = x d = x 280 = 186.67 mm33最大扭转力矩为：(20)M M(20)T= n =nmax W0.07 b 3n式中：M辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩;nW 抗扭截面系数。n则:max WM则:max WMn0.07 b 31.57 x 1000000=3.460.07 x 186.673由此可见，t a =160

31、 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、轴头应力均采用此算法，得 出表21。表9辊身、辊颈、轴头应力的校核道次数n道次数nMpaMpaMpaMpa133.4963.963.46160225.7548.673.86160349.3250.476.45160425.6321.862.37160528.1530.794.87160622.1421.895.63160727.3032.7812.74160821.4623.4114.59160916.0920.3711.921

32、601013.0015.7514.74160119.8613.2211.221601319.5516.5821.161601419.2616.2231.8416011电机的选择及校核据经验，并参照同类车间同种产品，设定u 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：式中：S为自由宽展时的前滑值S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。= S779/ .r/min= S779/ .r/minn * S7D *1+ D.DB4&电机转速：F-匚=尸，ms：连轧机孔型设计常数，即连轧常数：C=FV （1+S）式中：AC

33、连轧常数AF此道次的轧件断面积V此道次的轧制速度 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。.二=_一 汇：=5 二二丁_一 二亠 J =t 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 0.070.110.160.230.340.480.68(m/s)出口速度(m/s)0.100.150.220.330.470.660.93道次入口891011121314速度 (m/s) 出口0.961.331.832.463.304.355.69速度(m/s)1.291.772.

34、393.204.225.527.17表11轧机转速与减速比道次数轧辊辊径D (mm)轧辊转速n (r/min)辐减速比电机转速n (r/min) 电轧辊速度 v(m/s)16405.0879.86405.700.1726407.1775.22539.330.24353012.2671.61877.900.34453017.6749.68877.900.49553024.1636.34877.900.67653033.1726.47877.900.92741558.0115.13877.901.26841578.2711.22877.901.79415104.068.44877.902.2610

35、415136.296.44877.902.9611415177.274.95877.903.8512415226.543.86877.904.9213370323.292.72877.906.2614370406.952.16877.907.88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：0.105 x M x n N =jum式中:n电机的转速，r/min；n由电机到轧机的传动效率，取0.97。则:0.105 x Mjum x n 0.105 x 204 x 5.2N = 112 kW“0.97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

36、解出其它各参量。(22)1.斯米尔诺夫轧制力矩模型(22)M = 0.287 bH 3 A2n1a式中：b采用回归方式得出;A轧辊转换直径；H孔型高度；变形力矩系数。变形力矩系数n根据轧制方案确定。a矩形一箱形孔1 1n bF 云1).矩形一箱形孔1 1n bF 云1).25+0.0105 0.0012 a 20.024 a 200.254 (1.02 0.2tg申)+ (a + 0.1)20(0.315 +3.4250.18二7心)方一椭圆n b（九-1） 土冷（136 -晋）椭圆一圆n b椭圆一圆n b =九(九1)(0.115 +2.30.27I7T )(136 百)圆一椭圆n =(九2

37、 1)(0.094 + )(1.31 0-31)A + 592.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：M = M 门 + M + M + M（23）工f0d式中：M 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M = 0。d(24)由此可知:(24)M = M /i + M + MEf o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m 对两轧辊而言，此力矩值为：f 1(25)式中：P作用在四个轴承上的总负荷，它等于轧制力;d 轧辊直径;1f轧辊滚动轴承中摩擦系数：f = 0.07 ；i1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