HC轧机主体设计-毕业论文

PAGE本科生毕业设计（论文）毕业论文课题名称HC轧机主体设计专业机械设计制造及其自动化机械与自动化工程学院

上海应用技术学院毕业设计（论文）任务书题目：HC轧机主体设计学生姓名：学号：0910211522专业：机械设计制造及其自动化任务起止日期：2013年2月25日至2010年6月28日共18周一、课题的目的与要求：通过本题目的研究和设计，使该学生得到——市场调查、资料检索、机械设计、CAD软件应用、技术文件撰写等系统的工程师技能的综合训练。要求按照学院下发的“学生毕业设计手册”中的规定，认真完成毕业设计工作二、设计的技术要求与参数（或论文的主要研究内容、目标）：最大轧制力：20000kN轧制力矩：150MPa轧件：Q195Q215Q235工作辊直径：400mm来料规格：1.2-4/700-1250轧机辊数：6要求轧机能自动要自动咬入轧件三、毕业设计（论文）应完成的具体工作1.根据工艺要求完成本课题所有力能参数的计算2.根据所得的数据完成主要零件的强度计算，以及相应的选材，热处理的选择3.根据计算以及工艺需要对零、部件进行结构设计4.按毕业设计要求完成所有的计算以及说明，应配以必要的插图5.完成毕业设计说明书四、查阅文献要求及主要的参考文献：黄华清《轧钢机械》冶金工业出版社邹家祥《轧钢机械》冶金工业出版社王邦文《新型轧机》冶金工业出版社成大先《机械设计手册》化学工业出版社邓文英《金属工艺学》高教出版社五、进度计划：2.25~3.8：毕业实习、调研，收集资料，查阅中外文文献，完成开题报告等工作。3.11～3.22：比较方案，确定方案，完成实习报告，外文翻译。3.22～6.14：完成计算及毕业设计说明书（论文）全部内容，完成所有图纸的绘制工作。6.14～6.21：计算说明书整理、打印，图纸打印、提交毕业设计论文等，学生准备毕业设计答辩，交光盘。6.21～6.28：准备答辩指导教师陈建国13年1月29日教研组主任（审核）年月日HC轧机主体设计摘要：轧钢设备主要指完成由原料到成品整个轧钢工艺过程中所使用的机械设备。冷轧是生产冷轧板带钢材的主要成品工序，其生产的冷轧板带属于高附加值的钢材品种，是汽车、建筑、家电、食品等行业所必需的原材料。本次课题中涉及的HC轧机主体设计，是对HC轧机的各个部分经过综合性的考量、各种方案比较后而进行设计的。目的是设计出可以改善板型的冷轧机。在本文中，首先介绍了轧钢、轧机及HC轧机的基本概念，接着分析了课题的目的及完成的目标，最后详细介绍了1450单架可逆式冷轧机的轧制力的计算过程、轧辊调整装置的选择及设计计算、压下螺丝螺母的设计计算和轧机机架的强度和变形计算等等。关键字：冷轧机；轧制力；轧辊调整装置；轧机机架。TheMainPartDesignofHCRollingMillAbstract:Rollingequipmentmainlyreferstothecompletionoftherawmaterialstofinishedthewholerollingprocessusedinmachineryandequipment.Thepurposeofthisprocessistogetrequiredshapeandspecificationofthesteel.Thecold-rollingisthemajorprocessofproducingcold-rolledstripsteelswhicharehighvalue-addedproductsandthenecessaryrawmaterialsforautomotive,construction,homeappliances,foodandsomeotherindustries.ThemainpartdesignofHitachiHighCrownControlmillcoveredinthispaperisdevisedthoughacomprehensiveconsiderationandacomparisonofvariousoptions.Thepurposeofthistopicistodesignakindofcoldrollingmillwhichcanimprovetheshapeofthecold-rolledstripsteels.Thepaper,atfirst,introducedthebasicconceptofsteelrolling,steelrollingmillandHCrollingmill.Thenitanalyzedthepurposeandobjectiveofthetopic.Finally,indetail,itintroducedthecalculationprocessofrollingforceof1450single-framereversiblecoldrollingmill,thechoiceaswellasthedesignandcalculationofrolleradjustmentdevice,screwdownandscrewnut,therackstrengthanddeformationofthecoldrollingmillandsomeotherpartsofthecoldrollingmill.KeyWords:coldrollingmill;rollingforce;rolleradjustmentdevice;therack目录绪论…………………………1轧钢的概念及其特点…………………1轧制技术的分类及其特点……………1轧钢机械的概念………………………1轧钢机的分类…………1HC轧机简介……………2HC轧机概述…………………2HC轧机的结构原理…………2HC轧机的主要优点…………2轧钢机及轧钢技术发展概况…………2国外的发展情况………………3我国的发展情况………………3课题内容介绍………………4轧制力能参数………………4轧制过程基本参数……………………5轧制原理基本知识……………5轧制过程变形区及其参数……………………5绝对压下量和相对压下量……………………5弹性变形与塑性变形…………5轧制时接触弧上平均单位压力………6平均单位压力一般表达式……………………6冷轧带钢轧机平均单位压力计算公式……………8M.D斯通（Stone）方法…………………11轧辊的调整装置…………17轧辊调整装置的类型…………………18电动压下装置…………18快速电动压下装置…………18板带轧机压下装置…………19压下螺丝及螺母设计计算……………21压下螺丝……………………21压下螺丝设计计算…………22压下螺母……………………24压下螺母设计计算…………26压下螺丝的传动力矩及压下电机功率计算………………28轧钢机机架………………30机架的类型……………30闭式机架……………………30开式机架……………………31机架主要结构参数……………………32轧机机架断面形状选择………………34轧机机架材料的许用应力……………34轧机机架强度计算……………………35轧机机架的变形计算…………………42轧机机架的倾翻力矩计算……………44传动系统加于机架上的倾翻力矩…………45水平力引起的倾翻力矩……………………45支座反力及地脚螺栓的强度计算…………46设计参数汇总……………49小结………………………50致谢……………51参考文献………………………52PAGE53HC轧机主体设计1绪论1.1轧钢的概念及其特点轧钢是指将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节，是用轧机对钢锭或钢坯进行压力加工，以获得需要的形状规格和性能的钢材过程。用轧制方法生产钢材，具有生产率、高品种多、生产过程连续性强，易于实现机械自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广发的应用。目前，约有90%的钢材都是经过轧制成材的。1.2轧制技术的分类及其特点在再结晶温度以下的轧制称为冷轧。在再结晶温度以上的轧制称为热轧。冷轧是以热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升，韧塑指标下降，冲压性能将恶化，因此冷轧只能用于简单变形的零件。但冷轧的钢材产品表面质量好，粗糙度低，并可根据需要赋予板带材各种特殊的表面；冷轧还可获得热轧不能生产的极薄带材；冷轧钢材尺寸精、厚度均匀、板型平直，性能好，有较高的强度和良好的深冲性能等；冷轧还可实现高速连轧，因此有很高的生产率。冷轧是生产冷轧板带钢材的主要成品工序，其生产的冷轧板带属于高附加值的钢材品种，是汽车、建筑、家电、食品等行业所必需的原材料。用热轧的方法轧制钢材可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。热轧的不均匀冷却会造成轧制后的钢材留有残余应力，残余应力会对钢材的变形、稳定性、抗疲劳性等方面产生不利的作用。此外热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这不好控制。1.3轧钢机械的概念轧钢机械或轧钢设备主要指完成由原料到成品的整个轧钢工艺过程中使用的机械设备，一般包括轧钢机及一系列辅助设备组成的若干个机组。通常把使轧件产生塑性变形的机器称为轧钢机。轧钢机由工作机座、传动装置（接轴、齿轮座、减速机、联轴器）及主电机组成。1.4轧钢机的分类轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、版带轧机、钢管轧机和特殊轧机。按轧辊在机座中的布置形式不同，轧钢机可分为具有水平轧辊的轧机、具有立式轧辊的轧机、具有水平轧辊和立式轧辊的轧机、具有倾斜布置轧辊的轧机以及其他轧机五大类。按轧钢机的布置形式分类，可分为单机架式、多机架顺列式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等。轧钢机的布置形式是依据生产产品及轧机工艺要求来确定的，机座排列的顺序和数量的多少，构成了不通车间布局的特点。1.5HC轧机简介1.5.1HC轧机概述HC轧机是日本日立与新日铁公司于70年代初发明的新型六辊轧机。HC是英文HighCrownControlMill的简称，该轧机辊系由上下对称的三对辊组成，即工作辊、中间辊和支撑辊，其中中间辊可轴向移动，并配置液压弯辊装置，因此具有很强板形控制能力。目前这种新型轧机已广泛应用于冷轧、热轧及平整机生产中。由于其独特的板形控制能力,大压下率,节能和适宜轧制硬薄带钢等优点,在世界范围内迅速发展,到1996年世界各地共安装了413台HC轧机。1982年我国开始研究HC轧机,第1台于1985年试车成功。目前国内已有HC轧机达40台。1.5.2HC轧机的结构原理HC轧机是在四辊轧机的上、下工作辊与上、下支承辊之间各增加一个中间辊，共有六个轧辊，所以也称为六辊轧机，两个中间辊同时可沿轧辊轴向相反方向移动，移动的结果达到如下效果：(1)有害接触区被消除，故减少了工作辊的挠度，(2)减少了压力分布的不均匀性；(3)可选用较小的工作辊直径。另外，HC轧机使液压弯辊装置能更有效地发挥控制板形的作用，提高了板带材的横向厚度精度与板形平直度，避免了四辊轧机板形控制的局限性，这是板带轧机设计的一个进步。（工作原理见图1.1）1.5.3HC轧机的主要优点HC轧机的主要优点：(1)HC轧机具有良好的板形控制能力，利用调整弯辊力及中间辊的轴向位移量，可获得最佳板形高质量带材；(2)带材边部减薄量少，收得率提高，由于HC轧机中间辊的轴向移动，从而可采用直径比较小的工作辊，使带材边部减薄量降低；(3)工作辊可不带原始凸度，减少了磨辊、换辊次数及备用辊的数量；(4)节约能源：HC轧机比四辊轧机能耗降低10％～20％，提高产量和质量；(5)HC轧机可增大道次压下量从而减少轧制遭次，减少连轧机机架数量。1.6轧钢机及轧钢技术发展概况图1.1HC轧机工作原理图1.6.1国外的发展情况（1）工艺流程紧凑化、高效化轧钢的连续化生产和控轧控冷技术是20世纪钢铁工业标志性的技术进步。它和氧气转炉炼钢、精炼、连铸并列为推动钢铁工业技术进步的三大技术，为紧凑式生产工艺流程奠定了基础。（2）高新技术的应用德国非常重视钢铁工业的可持续发展，制定了包括下列内容的相关计划：开发新钢种，生产满足用户要求的新性能材料；开发新的制造设备，板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等，提高劳动生产率和成材率及连续化、自动化水平；开发新工艺，简化或缩短生产流程；回收利用副产品，如炉渣、泥浆、粉尘；保护环境，保护空气、水和土壤；节能，控制CO2排放量；废钢循环使用。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。1.6.2我国的发展情况（1）我国板带冷轧机使用现状我国拥有现代化四辊及六辊冷轧机108台，生产能力2100kt/a，二辊冷轧机约300台，生产能力450kt/a，总计冷轧板带生产能力2550kt/a;截至2005年底，引进轧机的生产能力为1000kt/a，中国四辊轧机的生产能力为2120kt/a，二辊轧机的生产能力为380kt/a，总计冷轧板带生产能力3500kt/a。有自制的辊宽≥800mm的四辊铝板带冷轧机约150台，其中1400mm级的达65台，占总数的43%;2006年全国投产的冷轧机26台，形成板带生产能力725kt/a，是投产能力最多的一年。另外，2006年在建的冷连轧生产线有2条，四辊及六辊单机架不可逆式冷轧机13台，总生产能力1750kt/a。（2）机组设备布置紧凑，总体功能齐全，整机自动化程度提高现代化板带冷轧机的轧制形式均为不可逆轧制，配有卷材自动运输装置。20世纪末至21世纪初年设计的机组中，同时配备了带卷自动测量和上卷自动对中装置，可实现上卸卷的自动化操作，使操作强度逐步降低，提高成品率，增加竞争能力。（3）轧制速度提高，单机产能增加前些年的国产板带冷轧机，最大轧制速度由原来的300m/min提高到近800m/min，随着板型自动控制系统的投入，最高轧制速度不断提高，达到1200m/min，但来料厚度较大，单机产量较低，单机产能由最初的7.5kt/a提高到现在的40kt/a，但轧制速度与国外相比，仍有一定的差距，单机产能也有较大差距。（4）整机国产化程度提高，设备维护方便随着国产装备业的发展，国内配套能力进一步提高，国产冷轧机以前主要靠引进的检测元件或控制系统逐步被质优价廉的国产元件或系统代替：如厚度自动控制系统（AGC）、带材自动纠偏控制系统（EPC）、X射线测厚仪、板型自动控制系统（AFC）等。同时，由于国产化的提高，设备维护费用越来越经济，产品更具竞争力。2课题内容介绍HC轧机主体设计，是对HC轧机的各个部分经过综合性的考量、各种方案比较后而进行设计的。主要争对轧机部分力能参数计算、机架强度计算和设计、机架的结构设计、以及其它零部件设计以及计算，如机架、压下装置的选择、压下螺丝和压下螺母的设计等等。在设计中要考虑到机架的选材、加工方法和工艺、热处理方法以及最后的装配问题。通过正确的设计计算，以及不断的修改认证，最终完成对冷轧机主体部分的合理的设计。3轧制力能参数轧制压力、轧制力矩和电动机功率这三个力能参数是标志轧钢机负荷的主要参数。在设计新型轧钢机时，为了计算零部件强度必须计算这些参数。在合理安排工艺、安全使用设备以及充分发挥设备能力来满足扩大品种和强化轧制过程时，也要正确确定各种具体生产条件下的轧制压力、轧制力矩和电动机功率。因此，对于设计新轧机或在生产中充分发挥轧钢机潜力，精确确定这些参数是十分必要的。3.1轧制过程基本参数3.1.1轧制原理基本知识在一般的轧制过程中，轧件只是在一对工作辊中受到压力而产生塑性变形。为了便于研究，一般都以简单的（即理想的）轧制过程作为研究的开端。具有下列条件的炸制过程称为简单轧制过程：1）两个轧辊都驱动；2）两个轧辊直径相等；3）两个轧辊转速相同；4）被轧金属作等速运动；5）被轧金属上除轧辊施加的力以外，无任何其他作用力；6）被轧金属的机械性质是均匀的。然而，在轧制时，要想得到理想的轧制过程是很难办到的。3.1.2轧制过程变形区级其参数变形区是指轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图3.1所示，其基本参数为：图3.1变形区几何图形QUOTE、QUOTE——轧制前、后轧件高度（厚度），mm；QUOTE——轧制前后轧件的平均高度，mm，QUOTE=QUOTEQUOTE——压下量（绝对压下量），mm,QUOTE、QUOTE——轧制前、后轧件宽度，mm；QUOTE、QUOTE——轧制前、后轧件长度，mm；l——接触弧水平投影长度，mm，可近似认为QUOTED、R——轧辊直径、半径，mm。3.1.3绝对压下量和相对压下量轧制时，以绝对压下量表示轧件高度方向的变形，即轧制前后轧件高度的差值QUOTE（3-1）绝对压下量与轧件原始高度之比值称做相对压下量或变形程度，用符号QUOTE表示，则QUOTE（3-2）3.1.4弹性变形与塑性变形物体在外力或内力作用下产生变形，当去掉使物体发生变形的力后，变形即行消失，此种变形称为弹性变形。弹性变形时应力与应变之间关系可用高次曲线表示：（3-3）式中，为应变，为应力，E为弹性模数，K为系数。在工程运用时，一般忽略高次项，只取第一项为其近似式（3-4）当使物体发生变形的力消失之后，物体仍不能回复原来的形状，所保留下来的变形称为塑性变形。一个物体受力后，首先是发生弹性变形，而后随着外力增大到一定值之后，变由弹性变形过渡到塑性变形。所以，在塑性变形中一定有弹性变形存在。3.2轧制时接触弧上平均单位压力3.2.1平均单位压力一般表达式图3.3表示了有前后张力轧制时轧件变形区内各点的应力状态。在轧制过程中，轧件在轧辊间承受轧制力而发生塑性变形。轧件塑性变形时体积不变，变形区的轧件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，而延伸和宽展到接触面上摩擦力的限制，使变形区中部呈三向压应力状态。在有前后张力轧制时，靠近入口和出口处，由于张力的作用，这两处金属呈一向拉应力两向压应力状态。图3.2有前后张力轧制时轧件变形区内各点应力状态在一定的应力状态下，轧件是否产生塑性变形，必须用塑性方程式来判别。塑性方程式的简化形式为：（3-5）式中－轧件的金属变形阻力，它只决定于材料种类（化学成分）及变形条件（变形程度、变形温度、变形速度），而与应力状态无关。－最大主应力；－最小主应力；－表示中间主应力的影响系数。当或时，，当时，，由此可知，中间应力影响系数值在1～1.5范围内变化。板带轧制时，取。在轧制时，为垂直方向主应力，近似地可看作轧件与轧辊接触弧上的单位压力。为水平方向主应力，其大小决定于接触弧上的摩擦力和前后张力。则为轧件宽展方向的主应力。由于各点的、值不同，接触弧上单位压力分布不均匀。为了便于计算，一般均以接触弧上单位压力的平均值（平均单位压力）来计算轧制力。平均单位压力的一般表达式为：（3－6）式中——应力状态影响系数，包括外摩擦、外区（变形区以外的金属）和张力三个影响因素；——考虑外摩擦对应力状态的影响系数；——考虑外区对应力状态的影响系数；——考虑张力对应力状态的影响系数。在大多数情况下，外摩擦对应力状态的影响是主要的，而大部分计算平均单位压力的理论公式主要是计算的公式。3.2.2冷轧带钢轧机平均单位压力计算公式冷轧带钢轧机轧制的主要特点是：（1）轧件宽度比厚度大得多冷轧带钢轧机的轧件尺寸更接近于推导理论公式时所做的假设，即宽度比厚度大得多，宽展很小，可认为是平面变形问题。（2）采用大张力轧制冷轧带钢一般都采用较大的前后张力轧制，其单位张应力一般取（0.3～0.5）。由于采用大张力轧制，因而计算冷轧平均单位压力时，必须考虑张力的影响。根据上述轧制特点，冷轧带钢轧机平均单位压力的一般表达式(3-7)在计算冷轧带钢轧机的平均单位压力时，还必须考虑以下三个问题：（a）轧辊弹性压扁的影响由于冷轧带钢较薄较硬，因此接触弧长上的单位压力较大，使轧辊在接触处产生压扁现象，加长了接触弧的实际长度。由于接触弧长度的加大，势必增强轧辊与轧机接触面上摩擦力的影响，从而使单位压力加大。（b）轧件加工硬化的影响由图3.3～图3.5可见，冷轧时轧件的变形阻力曲线和公式，只与轧件的加工硬化（变形程度）有关。1－20A；2－10Mn2；3－A2；4－Fe；5－08F；6－A1图3.3低碳钢及低合金钢的变形阻力曲线1―65Mn；2―T12；3―T10；4―T8A图3.4高碳钢及弹簧钢的变形阻力曲线1―1Cr18Ni9T；2―8CrV；3―30CrMnSi；4―25CrMnSiA图3.5合金钢的变形阻力曲线因此，冷轧各道次的变形阻力的计算不仅与本道次的变形程度有关，而且与退火后在轧制该道次前的各道次的总变形程度有关。和可分别根据本道次轧前（入口处）的总变形程度和轧后（出口处）的总变形程度在轧件的变形阻力曲线中求出。和分别为：（3－8）（3－9）式中－退火状态坯料的原始厚度；－本道次轧前轧件厚度；－本道次轧后轧件厚度。平均总变形程度用下式计算，（3－10）式中－系数，一般取；－系数，一般取。在选取系数和时，与之和必须等于1。一般取，。计算冷轧带钢轧机平均单位压力常用的公式有斯通（M.D.Stone）公式和勃兰特-福特（D.RBland-H.Ford）公式。在本次课题中，我选用了斯通公式作为计算冷轧带钢轧机平均单位压力的公式。3.2.3M.D斯通（Stone）方法斯通在研究冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，考虑到轧辊直径与板厚之比甚大，以及由于冷轧时轧制压力较大，轧辊发生显著的弹性压扁现象，近似地将薄板的冷轧过程看作为平行平板间的压缩（图3.7），并假设接触表面上的摩擦力符合于摩擦定律。在变形区内作用有法向压力，摩擦力，及水平应力和平均张应力。以变形区内小单元体为平衡条件，有（3-11）(3-12)因故（3-13）根据假设为滑动摩擦，摩擦系数为u，则（3-14）图3.6变形区中单元体应力图把式3-13、3-14带入式3-12，得（3-15）积分式3-15，得（3-16）假定在轧件的入口和出口断面上作用有水平张应力式中、——入口和出口断面上实际张应力值。由入口处的边界条件（当）（3-17）带入式3-16不难求得积分常数（3-18）再将式3-18带入式3-16，得（3-19）接着可以求平均单位压力pm。设轧件宽度为b，则轧制力为（3-20）平均单位压力为（3-21）设=X，则式3-21可写成（3-22）式中，考虑加工硬化时，；、——轧制前后轧制材料的变形阻力；——考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度；——轧件与轧辊间的摩擦系数，主要根据轧制条件确定，表3.1、3.2给出的数据可作参考；m——考虑轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数（或称压力增加系数P﹒M﹒F﹒）：根据赫奇可克公式式中R——轧辊半径；E——轧辊弹性模数，对于钢轧辊E=2100MPa；γ——泊松比，对于钢轧辊γ=0.3；C——常数，，对于钢轧辊mm3/N。将x0代入公式，经整理后（3-23）将式3-19代入式3-21经过整理变换后，得（3-24）令=X,则式（3-24）可写为表3.1冷轧低碳钢时的摩擦系数润滑油摩擦系数无润滑油0.09煤油润滑0.08乳化液0.05表3.2冷轧时的摩擦系数润滑油轧制速度/（QUOTE）乳化液0.140.12～0.10矿物油0.12～0.100.10～0.090.080.06棕榈油0.080.060.050.03根据此式以Y为右边坐标、Z为左边坐标、X为中间曲线坐标，做成诺模图，如图3.7所示。根据原始条件，可算出Z与Y的数值，并在图3.7左、右坐标上找到相应的两点，以直线连接之，此直线与图3.7中间曲线相交即为所求的X值。当直线与曲线出现两个交点时（即得到两个X值），此时需进行判别，舍去不合理的，选择其中一个合理的X值。根据图3.7求得的X值，再由计算求出m，就可按式3-22计算出平均单位压力。图3.7决定压扁后接触弧长度诺模图3.2.4平均轧制压力的计算步骤及结果根据已知条件，要求轧件厚度由3.8mm经过轧制后变为0.8mm。将这一厚度变化均分为6次轧制过程，即：3.8mm～3.3mm、3.3mm～2.8mm、2.8mm～2.3mm、2.3mm～1.8mm、1.8mm～1.3mm、1.3mm～0.8mm。本次设计的轧机轧制的轧件材料为Q195、Q215、Q235，如图3.1所示，以下以第五次轧制计算为例：设计步骤设计内容设计结果轧制前、后总压缩率(2）根据ε0、ε1查图3.3(3)根据考虑加工硬化的情况，计算k(4)计算图3.7所示诺模图右侧纵坐标Y(5)计算出图3.7所示诺谟图中左侧纵坐标值Z(6)根据图3.7求X(7)求出平均单位压力QUOTE(8)求出考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长QUOTE(9)将此QUOTE值代入式QUOTE后就可以求出轧件与轧辊接触面积在水平方向的投影QUOTE及轧制力QUOTEQUOTE—轧制前总高度，QUOTE—第五道轧制前高度，QUOTE—第五道轧制后高度QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPa为一常数，它决定于轧辊的材质和尺寸，用下式计算：－轧辊半径，；－轧辊弹性模量，对于刚轧辊；－泊松比，对于刚轧辊。将和值代入上式，则对于刚轧辊QUOTEQUOTE查表3-1得QUOTE根据任务书的要求，课题中设计的轧机为单机架可逆式冷轧机，故QUOTE将上述计算得出的各值代入轧辊弹性压扁前的接触弧长度L根据计算所得的Z和Y值，在图3.7左侧和右侧纵坐标上找到相应的两点，以直线连接这两点，此直线与图3.7中曲线的交点即为所求的X值，X=0.39QUOTE=QUOTE取轧件的轧前轧后平均宽度QUOTE=52.63%QUOTE=65.79%QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPak=793.5MPaC=QUOTEY=0.113Z=0.104X=0.39QUOTEMPaQUOTEmmQUOTE=1280mm根据以上计算步骤，同理可以求得QUOTE4轧辊的调整装置4.1轧辊调整装置的类型轧辊调整装置的作用是：（1）调整轧辊水平位置，即调整辊缝，以保证轧件按给定的压下量轧出所要求的断面尺寸；（2）调整轧辊与轧道水平面间的相互位置，在连轧机上，还要调整各机座间轧辊的相互位置，以保证轧线高度的一致（调整下辊高度）；（3)调整轧辊轴向位置，以保证轧辊在机座中对中及保证有槽轧辊对准孔型；（4）在板带轧机上调整轧辊辊型，其目的是减小板带材的横向厚度差并控制板形。根据各类轧机的工艺要求，轧辊调整装置可分为：上辊调整装置、下辊调整装置、中辊调整装置、立辊侧压下调整装置和特殊轧机的调整装置。上辊调整装置也称压下装置，它的用途最广，安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧机上。压下装置有手动的、电动的或液压的。下辊调整装置用在板带轧机和三辊型钢轧机上，有手动的也有电动的。其作用是是轧辊对准轧制线。中辊调整装置用在三辊轧机上。在中辊固定的轧机上、中辊用斜锲手动微调。在下辊固定轧机上（如三辊劳特轧机），中辊交替地压向上辊和下辊。其传动方式有电动、液压及升降台联动等多种形式。立辊调整装置设置在立辊的两侧，用来调整立辊之间的距离，一般都是电动的。其结构和电动压下类似。4.2电动压下装置电动压下装置是最常见的上辊调整装置，它通常包括电动机、减速机、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器，球面垫块和测压仪等部件。在可逆式板轧机的压下装置中，有的还装有压下螺丝回松机构，以处理卡钢事故。压下装置的结构与轧辊的移动距离、压下速度和动作频率等有密切关系。电动压下装置一般可分为快速电动压下装置和板带轧机压下装置来两大类。4.2.1快速电动压下装置快速电动压下装置，一般用于上轧辊调节距离大、调节速度快（），以及调节精度不高的轧机上，如多用于除渣机、板坯轧机、万能轧机等。快速压下机构较多的还是采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置，这种形式中常见的布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的优点是能够采用普通卧式电动机、结构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副以后，传动效率显著提高。如图4.1所示。1－压下涡轮副；2－压下电动机；3－差动机构；4－差动机构传动电动机；5－极限开关；6－测速发电机；7－自整角机；8－差动机构蜗杆；9－左侧太阳轮（伞齿轮）；10－右侧太阳轮（伞齿轮）图4.11700热连轧四辊可逆粗轧机压下装置传动示意图快速电动压下机构调整时不带负荷，即不“带钢”压下。压下电动机的功率一般均按空载压下考虑选用。快速电动压下装置在生产中常遇到两个问题。一是压下螺丝的卡钢堵塞事故。卡钢时，轧件对轧辊的压力很大，压下电机无法启动。为解决这一问题，在一些中厚板轧机上增设了回松机构。如图4.1所示的压下传动系统，即是利用差动机构来回松压下螺丝，生产中常遇到的另一个问题是压下螺丝的自动旋松问题。4.2.2板带轧机压下装置冷、热轧板带轧机的电动压下速度在0.02～1.0mm/s范围内（有时，压下速度也可达到3mm/s）。由于压下速度的绝对值较小，过去曾称它为“慢速压下机构”。但是这个名称并没有反映出板带轧机压下机构的特点。事实上，在现代化的高速轧机上，为实现带钢的厚度自动控制，需要压下机构以很高的速度对轧辊位置（辊缝）做微量调整。板带轧机的轧件即薄又宽又长，并且轧制速度快、轧件精度要求高，这些特征使压下装置具有以下特点：1）轧辊调整量较小；2）调整精度高；3）经常的工作制度是“频繁的带钢压下”。4）必须动作快，灵敏度高。5）轧辊平行度的调整要求严格。六辊轧机的电动压下大多采用圆柱齿轮－蜗轮副传动或两级蜗轮副传动的形式，这两种传动形式可以有多种配置方案。图4.2示出了六种配置方案。图4.2板带轧机电动压下装置配置方案简图图（4.2－b）是由电动机直接带动以及蜗轮蜗杆传动的，多用于小型窄带钢轧机；（图4.2－a、4.2－d、4.2－e）是圆柱齿轮－蜗轮副传动；（图4.2－c、4.2－f）是两级蜗轮传动，结构较紧凑，传动比可达1000～2000。近年来使用球面蜗轮副和平面蜗轮副，使传动效率和承载能力大大提高，且传动平稳使用寿命长。根据对本次课题的要求的分析，在此次课题中将选用单电机的板带轧机压下装置，具体的布置形式见图4.3所示。1－球形垫块；2－上支承辊轴承座；3－下压装置；4－位置传感器；5－压下电机；6－减速器图4.31450六辊可逆冷轧机压下系统4.3压下螺丝及螺母设计计算4.3.1压下螺丝压下螺丝一般由头部、本体和尾部三个部分组成。头部与长轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调位能力，压下螺丝的端部一般都做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。a―凸形；b―凹形；c―装配式凹形图4.4压下螺丝的止推端部压下螺丝止推端的球面有凸形和凹形两种。老式的结构多是凸形（图4.4－a）这种结构形式在使用时使凹形球面铸铜垫承受拉应力，因而铜垫易碎裂。改进后的压下螺丝头部做成凹形（图4.4－b），这时，凸形球面铜垫处于压缩应力状态，提高了铜垫的强度，增强了工作的可靠性。压下螺丝头部也可做成装配式（图4.4－c）。增大球面止推轴颈是为了增大端面的摩擦阻力矩，防止螺丝的自动旋松。这种结构用在自锁能力差的初轧机上。在带钢轧机上，由于“带钢压下”，为了减小压下电机功率和增加启动加速度，目前，大多数用滚动止推轴承代替滑动的止推铜垫。压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的螺纹有锯齿形和梯形两种（图4.5）前者主要用于快速压下装置；后者主要用于轧制压力大的轧机（如冷轧带钢轧机等）。压下螺丝多数是单线螺纹，在初轧机等快速压下装置中有时采用双线或多线螺纹。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。尾部断面的形状主要有方形、花键形和圆柱形三种（图4.6）。方形尾部四面镶有青铜滑板，它主要用于快速压下装置。花键形尾部的承载能力大，尾部强度削弱得少，多用在低速、重载的带钢轧机。带键槽圆柱形尾部仅用于轻负荷的压下装置中。a―锯齿形；b―梯形图4.5压下螺丝、螺母的螺纹断面a―方形；b―花键形；c―带键槽圆柱形图4.6压下螺丝的尾部（传动端）形状4.3.2压下螺丝设计计算压下螺丝的基本参数是螺纹部分的外径和螺距，可按照国家专业标准选取。压下螺丝直径由最大轧制压力决定。由于压下螺丝的细长比很小，其纵向弯曲可忽略不计。压下螺丝最小断面直径由下式确定：(4－1)式中－作用在螺丝上的最大轧制力－压下螺丝许用应力。一般压下螺丝材料为锻造碳钢，其强度极限约为，。当取安全系数时，许用应力为。当压下螺丝负荷很大时，可采用合金钢材料，如37SiMn2MoV。为了提高螺纹和枢轴的耐磨性，表面淬火并磨光。由静强度分析看，压下螺丝外径与轧辊的辊颈的承受能力都与各自的直径平方成正比。而且两者均受同样大小的轧制力，于是可以认为他们存在着以下的关系：（4－2）式中－表示压下螺丝的外径；－支承辊辊颈直径。公式中较小的比例系数用于铸铁轧辊；较大的比例系数用于铸钢及锻钢轧辊。确定后可根据自锁条件求压下螺丝的螺距（4－3）式中为螺纹升角，按自锁条件要求，，则（4－4）对于板带轧机，则。在、确定后，可参见有关标准查处其他参数。压下螺丝的有效螺纹长度，择优调整量及螺母高度来确定。由螺纹外径确定出其内径，并进行强度校核，即：（4－5）式中－压下螺丝实际计算应力；－压下螺丝所承受的轧制力；－压下螺丝材料的许用应力，，其中为强度极限，为安全系数，。压下螺丝的设计计算及强度校核，压下螺丝选合金钢材料（本次设计中选用37SiMn2MoV）。为了提高螺纹和枢轴的耐磨性，表面淬火并磨光。图4.7压下螺丝简图设计步骤设计内容设计结果(1）压下螺丝最小断面直径QUOTE(2)压下螺丝的外径d(3)压下螺丝的螺距t(4)压下螺丝内径QUOTE(5)压下螺丝内径QUOTE的强度校核QUOTE=QUOTEQUOTE，得QUOTEQUOTEmm取QUOTE取d=400mm取QUOTEmmQUOTEmm故强度合格4.3.3压下螺母压下螺母是轧钢机机座中重量较大的易损零件。国产1150初轧机和4200厚板轧机的压下螺母重达1.8t和4.1t。螺母通常用贵重的高强度青铜（ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1）或黄铜（ZHA166-6-3-2）铸成。采用合理的结构，可以大量节省有色金属。图4.8是压下螺母的几种结构形式。整体螺母（图4.8－a、4.8－b）耗费青铜较多，其中双极的虽比单级的省铜，但往往不能保证两个阶梯端面同时与机架接触，因而很少应用。整体螺母加工制造较为简单，工作可靠，多用在中小轧机上。加箍的螺母(图4.8－c、4.8－d)比较经济，在初轧机及厚板轧机上的使用情况证明，其工作性能不亚于整体铸青铜螺母。a―单级的；b―双级的；c―单箍的；d―双箍的；e―带冷却套的；f―带铸青铜芯的钢螺母；g―两半合并的；h―带青铜衬的钢螺母图4.8压下螺母的结构形式为了节省青铜，近年来在大型轧机上广泛使用组合式螺母。箍圈由高强度铸铁铸成，以H7/m6的过渡配合套在青（黄）铜的螺母基体上以后，再加工螺母外径和断面。当采用双箍时，则在套上第二个箍圈以前，必须先车削第一箍圈的外径及相应的螺母外径。采用加箍螺母时，在制造工艺上必须保证箍圈的端面紧密地压在螺母的台阶上。高强度铸铁（例如KTZ45－5）的弹性模数与青铜相近，这就能保证在受压时，箍圈和螺母本体均匀变形。高强度铸铁还有较好的塑性，装配时，箍圈不易破裂。这一点灰口铸铁是无法保证的。箍圈不宜采用热装配，因为箍圈冷却后与螺母的台阶端面之间会产生间隙。如果工艺上需要热装，则冷却后应再一次将箍圈压实。图4.8－e是有循环水冷却的组合式螺母。在出轧机上的生产实践证明，如有循环水冷却，则螺母的使用寿命可以延长1.5～2倍。循环水从下部进入，由上部流出，出口应位于入口的正对面，这样既保证冷却水的环流又符合热水的自然流向。图4.8－f是带青铜芯的铸钢螺母。它是在一个内表面有环形槽及轴向槽的铸钢套内先浇铸一层青铜，然后车制螺纹。螺母外层焊有冷却水套。这种螺母比较省铜，但铸铜层不太牢固。据试验，铜芯与钢套之间有是有1～1.5mm的间隙，因此，这种形式的落幕很少使用。图4.8－g是两半拼合的螺母，是由两个青铜半圆环套用配合螺栓拼合后车制螺纹而成。当浇铸条件受限制时，可采用这种形式。图4.8－h是带有青铜衬的钢螺母。它是上一种螺母的改进形式。两半螺母本体是钢制的，先车成具有较薄螺纹的毛坯，然后用电熔法涂上一层青铜衬，最后对螺纹精加工。这种形式的落幕可节省大量青铜，但要求经常检查螺母的磨损情况，以防铜衬磨完后将压下螺丝磨坏。这种螺母可以用在热轧薄板及冷轧机上，因为这类轧机的螺母磨损较小。螺母与机架镗孔的配合常采用H8/h9或H8/f9级的动配合，主要为了便于拆装。为了将螺母固定在机架的镗孔内，常采用压板装置。压板嵌在螺母和机架的凹槽内，用双头螺栓或T型螺栓固定（图4.9）。采用T型螺栓的优点是机架加工较为容易且不需要加工螺纹孔。压板槽的位置一般不应在机架横梁的中间断面上（虽然加工较为方便），因为那里受较大的弯矩。压下螺母可用干油或稀油润滑。采用稀油润滑，循环油从开在靠近上端面的径向油孔送入螺纹，在螺纹孔内沿轴向还开有油槽，以便润滑油能流入每一圈螺纹。对于压下螺丝在螺母中频繁快速移动的轧机（例如初轧机）,如果采用稀油润滑，螺母寿命可提高1.5～2倍。4.3.4压下螺母设计计算压下螺母的直径与螺距随压下螺丝确定，此外还要确定压下螺母的高度和外径。由于压下螺母用青铜制造，抗挤压强度较低，故压下螺母高度应按螺纹的挤压强度来确定。螺纹受力面上的单位挤压应力为：（4－6）式中－压下螺母中的螺纹圈数；、－压下螺丝螺纹的外径及内径；－压下螺母与螺丝的内径之差。根据式4－7，先求出压下螺母螺纹圈数之后，其高度则为：设计时螺母高度可由下式预选（设压下螺母需用单位压）：然后再进行挤压强度校核。作用在压下螺丝上的轧制力通过压下螺母与机架孔的接触面传给了机架，因此，压下螺母应按其接触面的挤压强度来确定它的外径，即：（4－7）式中－压下螺母接触面上的单位压力；－压下螺母上最大作用力；、－压下螺母外径及压下螺丝通过的机架横梁上的孔的直径；－压下螺母材料的许用挤压应力，同样可先由经验公式确定，，然后再按挤压强度式4－8校核。压下螺母的设计计算及强度校核，本设计压下螺母，采用高强度青铜铸造（ZQSn8-12）图4.10压下螺母简图设计步骤设计内容设计结果(1)压下螺母高度H(2)压下螺母中的螺纹圈数Z(3)压下螺母的高度校核(4)压下螺母外径D(5)压下螺母的强度校核已计算得到t=48mm，代入得压下螺母与螺丝的内径之差QUOTE压下螺丝通过机架横梁上的孔的直径H=600mm取Z=13压下螺母高度合格D=640mm强度合格4.3.5压下螺丝的传动力矩及压下电机功率计算转动压下螺丝所需的静力矩也就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩（图4.11）。其计算公式是：（4－8）式中－螺纹中径；－螺纹上的摩擦角，即，为螺纹接触面的摩擦系数，一般取，故－螺纹升角，压下时用正号，提升时用负号，，为螺距；－作用在一个压下螺丝上的力；－止推轴承的阻力矩；－螺纹摩擦阻力矩。1―压下螺丝；2―压下螺母；3―枢轴；4―止推垫块；5―上轴承圈图4.12压下螺丝受力平衡图对止推滚动轴承（4－10）式中－滚动轴承平均直径；－对滑动止推轴颈可取。作用在一个压下螺丝上的力，对冷轧带钢轧机来讲（4－11）式中－轧制压力。每个压下螺丝的传动电动机功率为（4－12）式中－按公式4－9计算出的转动压下螺丝的静力矩；－电动机额定转数；－传动系统总速比；－传动系统总的机械效率。设计步骤设计内容设计结果(1)止推轴承阻力矩QUOTE(2)螺纹摩擦阻力矩QUOTE(3)压下螺丝阻力矩QUOTE(4)压下螺丝的传动电动机功率N滚动轴承平均直径取QUOTE取

QUOTEn=720r/min，i=1.25，η=0.92QUOTE选择YZR225M-8三相异步电动机，FC=40%5轧钢机机架5.1机架的类型轧钢机机架是工作机座的重要部件，其尺寸及重量最大，机架牌坊约为机架重量的70～80%，为工作机座重量的30～40%，为轧机主机列重量的20～25%。轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架因为要承受轧制力，所以必须有足够的强度和刚度。根据轧钢机型式和工作要求及结构不同，轧钢机机架分为闭式和开式两种。5.1.1闭式机架闭式机架如图5.1所示，它是一个整体框架，因为具有较大的强度和刚度，主要用于大型初轧机，板坯轧机和板带轧机。对于板带轧机来说，为了提高轧制精度，需要有较高的机架刚度。对于某些小型轧机和线材轧机，也往往采用闭式机架，以获得较好的轧件质量。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。图5.1闭式机架简图5.1.2开式机架开式机架由机架本体和上盖两部分组成图5.3，它主要用在横列式新刚轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式轧机各机座紧靠在一起，沿轧辊轴向换辊时困难的，采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架的主要缺点是刚度较差。影响开市机架刚度和换辊速度的主要关键是上盖的联接方式。常见的上盖联接方式有五种。a―螺栓联接；b―立销和斜楔；c―套环和斜楔联接；d―横销和斜楔联接；e―斜楔联接图5.2开式机架上盖联接方式图5.2―a是螺栓联接的开式机架，机架上盖（上横梁）用两个螺栓与机架立柱联接。这种联接方式结构简单，但因螺栓较长，变形较大，机架刚度较低。此外，换辊时拆装螺母较费时。图5.2―b是立销和斜楔联接的开式机架，其换辊比螺栓联接方便。图5.2―c是套环和斜楔联接的开式机架，与上述两种形式相比，取消了立柱和上盖上的垂直销孔，用套环代替螺栓或圆柱销。套环的下端用横销铰接在立柱上，套换上端用斜楔把上盖和立柱联接起来。这种结构换辊较为方便。由于套环的断面可大于螺栓或圆柱销，轧机刚性有所改善。图5.2―d是横销和斜楔联接的开式机架，上盖与立柱用横销联接后，再用斜楔楔紧。其优点是结构简单，联接件变形较小。但是，在楔紧力和冲击力的作用下，当横销沿剪切断面发生变形后，拆装较为困难，使换辊时间延长。图5.2―e是斜楔联接的开式机架，与上述各种形式的开式机架相比有以下优点:1）由于联接件数量少、变形小，使上盖弹跳值减少。2）联接件结构简单，联接坚固。3）机架立柱横向变形小，在打紧斜楔后，机架立柱上部被斜楔和机盖止口紧紧挤住，大大减小了立柱的横向变形。由上可知，斜楔联接的开式机架，除了换辊方便外，还具有较高的刚度，故称为半闭口机架。这种机架使用效果较好，得到了广泛应用。5.2机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承座的宽度。六辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.00～1.15倍。为了换辊方便，换辊侧（操作侧）的机架窗口应比传动窗口宽5～10mm，亦可表示为（5－1）式中－机架窗口宽度；－支承辊（轧辊）轴承座宽度，mm－窗口滑板厚度，mm一般取机架窗口高度主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端（至少有2～3扣螺纹长度），以及换辊等要求确定。（5－2）式中－两个（或四个）轧辊接触时，上下轴承座间的最大距离，mm；－安全臼或测压元件以及均压块的高度，mm；－下轴承座垫板最大开口度，mm；－轧辊换辊时的最大开口度，mm；－机架窗口高度尺寸裕量，通常。对于六辊轧机，可取（5－3）式中、、－工作辊、中间辊、支承辊直径，mm。机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似地与其直径平方成正比，故机架立柱的断面积与轧辊辊颈的直径平方有关。在设计时，可根据比值的经验数据确定机架立柱断面积，再进行机架强度验算。根据轧辊材料和轧钢机类型，比值可按表5.1选取表5.1机架立柱断面积与轧辊辊颈直径平方的比值轧辊材料轧机类型比值备注铸铁0.6～0.8碳钢开坯机0.7～0.9其他轧机0.8～1.0铬钢六辊轧机1.2～1.6按支承辊辊颈直径计算机架立柱断面尺寸对机架刚度影响较大。在现代板带轧机上，为了提高轧件的轧制精度，有逐渐加大立柱断面的趋势。尺寸位置参见图5.6简化机架结构简图设计步骤设计内容设计结果(1)机架窗口宽度B机架窗口高度H(3)立柱断面尺寸F取s=25mm,操作侧的窗口宽度：B=1400mm传动侧的窗口宽度：B=13950mmQUOTE=5530mm支撑辊轴颈：d=700mmQUOTE操作侧：B=1400mm传动侧：B=13950mmH=5530mm5.3轧机机架断面形状选择根据力矩分配的条件，可以找到机架断面形状选择的原则。机架立柱常用的断面形状有近似正方形、矩形和工字型三种。在断面积相同的情况下，工字型断面和矩形断面有较大的惯性矩，其抗弯能力较大，适用于宽度较大的二辊轧机。初轧机机架为了固定滑板方便，也经常选用工字型断面。闭式机架采用惯性矩较大的工字型或矩形断面立柱，可以减少横梁上承受的弯曲力矩，使横梁断面尺寸减小。对六辊轧机用的窄而高的闭式机架，在水平作用力不大时，机架立柱采用近于正方形断面较为合理。虽然，近似正方形断面的惯性矩较小，会增加横梁的弯曲力矩，但是立柱的弯曲力矩也相应的减少。在这种轧机上，由于立柱高度大于横梁的长度，从立柱上省下来的材料将超过横梁所需要的材料，对于减轻机架重量还是有利的。故在本次的课题中，机架的断面形状选近似于正方形断面。5.4轧机机架材料的许用应力机架一般采用含碳量为0.25～0.35的铸钢，例如ZG270-500，其强度极限=500～600MPa，延伸率。由于机架式轧机最重要的部件，必须具有较大的强度储备，一般机架的安全系数不小于10，对于ZG270-500，其许用应力为：对于横梁对于立柱以上安全系数是根据以下原则确定的，即当轧辊发生过载断裂时，机架不应该发生塑性变形，这时的许用应力可以表示为：（5－4）式中－机架材料的屈服极限，MPa；－机架的计算载荷，即轧制时轧辊辊颈传给机架的轧制力，KN；－轧辊达到断裂时，通过轧辊辊颈传给机架的最大轧制力，KN。为了确保当轧辊断裂时，机架而对不会产生任何塑性变形，则其正常轧制时的计算载荷永远应小于断辊时机架中产生的最大载荷，是由轧辊辊颈的强度条件来确定的，对一台轧机说，为定数，即：（5－5）式中－轧辊材料的强度极限，MPa；－轧辊辊颈处的塑性断面系数（），对圆断面－轧辊辊身边缘到压下螺丝中心线的距离，通常，为辊颈直径。将和数值代入式5－5中可得：采用铸铁轧辊时，，；采用铸钢轧辊时，，则。若用式5－4的两边分别去除以机架材料的强度极限，则得：其中，即为机架的安全系数。，即轧辊的安全系数一般取为5。对于铸钢材料一般，所以(5－6)5.5轧机机架强度计算利用材料力学的方法进行闭式机架强度计算时，为了简化计算，一般做以下假设：（1）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，且认为框架为自由框架。此时，机架没有倾翻力矩，机架底脚不受力。应该指出，由于轧辊直径和速度的不同、轧制速度的变化和咬入时冲击引起的惯性力，活在张力轧制时，轧制力方向都不是垂直的。由于水平分力的数值一般都较小，约为垂直分力的3%～4%，故可以忽略不计。只有当水平分力较大时（例如超过垂直分力的15%），则应考虑水平分力的影响。（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）是感性的（一般机架转角处的刚性都是比较大的），即机架变形后，机架转角仍保持不变。根据这些假设，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铸成的自由框架。如将次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（图5.3）。图5.3机架计算简图及弯曲力矩图由于机架左右对称，所以力矩可由半个机架的弹性变形位能求出。此时，界面的转角等于零，按卡氏定理得（5－7）式中－弹性模数；－截面与计算截面间的机架中性线长度；－机架计算截面上的弯曲力矩；－机架计算截面上的惯性矩。在断面处的弯曲力矩为（5－8）式中－作用于机架上的垂直力；－垂直力相对于计算截面的力臂。力矩的导数为，（5－9）将式5—8和式5—9代入式5－7，并将常数取消后，得（5－10）由式5－10，可求出为（5－8）如果机架简化为如图5.4所示的矩形自由框架，则式5－8中的函数是简单函数关系：即对于机架横梁，而对于立柱，因此，为（5－9）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。式5－9积分后，得（5－10）图5.4矩形自由框架弯曲力矩如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩为（5－11）根据式5－5作力矩图时，在立柱上的弯矩为（5－12）将式5－11代入式5－12，则（5－13）由式5－13可看出，减小立柱的惯性矩和增加横梁的惯性矩可以部分的减少立柱中的弯矩。正如前面指出的那样，这对于减轻窄而高的机架重量是有利的。对于钢板轧机，一般取为轧制力的一半，即；在求出力矩和后，可用以下公式进一步求解机架的应力（图5.5）。图5.5闭式机架中的应力图机架横梁内侧的应力为(5－14)机架横梁外侧的应力为(5－15)机架立柱内侧的应力为(5－16)机架立柱外侧的应力为(5－17)式中、－分别为机架横梁内测和外侧的断面系数；、－分别为机架立柱内测和外侧的断面系数；－机架立柱截面积。为了简化机架的强度计算，假设机架的上下横梁惯性矩相等。（见图5.6）图5.6机架机构简图设计步骤设计内容设计结果(1)机架横梁上的惯性矩QUOTE(2)机架立柱上的惯性矩QUOTE(3)机架横梁、立柱的中性线长度QUOTE、QUOTE(4)机架横梁上的弯矩QUOTE(5)机架立柱上的弯矩QUOTE(6)机架横梁内、外侧的断面系数QUOTE、QUOTE(7)机架立柱内、外侧的断面系数QUOTE、QUOTE(8)机架横梁内、外侧的应力QUOTE、QUOTE(9)机架立柱内、外侧的应力QUOTE、QUOTE根据平行移轴公式：QUOTE得：QUOTEQUOTE横梁中性线长度：QUOTE立柱中性线长度：QUOTE立柱断面面积：QUOTE横梁强度合格立柱强度合格5.6轧机机架的变形计算机架的弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱的拉伸变形组成的。由于横梁的断面尺寸相对于横梁的长度来说是较大的，在计算横梁的弯曲变形时，应该考虑横向切力的影响。机架的弹性变形为：(5－18)式中－机架的弹性变形；－由弯矩产生的横梁弯曲变形；－由切力产生的横梁弯曲变形；－由拉力产生的立柱拉伸变形。根据卡氏定理，由弯矩产生的两个横梁的弯曲变形为：(5－19)弯曲力矩及其导数可用以下公式表示（5-20）经积分整理后，式5－19为(5－21)式中—机架材料的弹性模数；—横梁的惯性矩；—横梁中性轴的长度；—横梁上的作用力；—机架立柱中的力矩。同理，由切力产生的两个横梁的弯曲变形为(5－22)剪力及其导数可用以下公式表示(5－23)(5－24)经积分整理后，式5－22为(5－25)式中—机架材料的剪切弹性模数；—横梁的断面面积；

—横梁的断面形状系数，对于矩形断面，系数。机架立柱的拉伸变形为(5－26)式中—立柱中性轴的长度；—立柱的断面面积。求出的机架变形应小于许用值，六辊钢板冷轧。表5-1常见材料的弹性模量及泊松比设计步骤设计内容设计结果(1)由弯矩产生的横梁弯曲变形QUOTE(2)由切力产生的横梁弯曲变形QUOTE(3)由拉力产生的立柱拉伸变形QUOTE(4)校核机架变形机架材料为ZG270-500，由表3-1得弹性模量：E=200GPa，由表5-1得，切变模量：G=80GPa；横梁断面形状系数：K=1.2；机架变形合格5.7轧机机架的倾翻力矩计算在轧制过程中，工作机架的倾翻力矩通常由两部分组成，即(5－27)式中—机架的总倾翻力矩；—传动系统加于机架上的倾翻力矩；—水平力引起的倾翻力矩。5.7.1传动系统加于机架上的倾翻力矩图5.7传到轧辊上的力矩示意图图5.7中的为传动装置传给各轧辊的力矩，为相邻机座传给轧辊的力矩。由于是单机架，故都为零。在正常轧制的情况下(5－28)最危险的情况是辊系中的中间辊的传动系统中产生了瞬时传动间隙以及中间辊从动，即，则(5－29)这种情况下，总轧制力矩全部传给了上下的支承辊，因此倾翻力矩达到了最大。5.7.2水平力引起的倾翻力矩如图5.8所示，水平力Q引起的倾翻力矩为(5－30)式中—轧制中心线至轨座间的距离。由轧制速度的变化使轧件产生的惯性力，前、后张力差，以及在穿孔机上顶杆的作用力，都会在轧件上作用水平力。在一般情况下，水平力Q是随着各种轧制工艺条件的改变而变化的，其最大值可按下式计算(5－31)故(5－32)式中—轧辊直径。上式中；QUOTE；，得图5.8水平力Q引起的倾翻力矩5.7.3支座反力及地脚螺栓的强度计算（1）支座反力的计算由图26可知，在倾翻力矩的作用下，工作机座的两个机架力图从其两边支座中的一个离开。这时，固定机架与轨座以及轨座与地基的螺栓显然承受拉紧力，其值可按下式确定。(5－33)式中—支座间的距离；—工作机座的重量。同时两个机架将紧压到另一个支座上的力等于(5－34)应该注意，为了保证机架地脚与轨座的配合表面始终不被分开，故对地脚螺栓的预紧力必须大于。一般为保险起见，应取地脚螺栓总预紧力为(5－35)每一个地脚螺栓预紧力为(5－36)式中－一边地脚螺栓的个数（2）地脚螺栓的强度计算首先按经验公式预选螺栓直径。当轧辊直径时(5－37)当轧辊直径时(5－38)然后按照强度条件对地脚螺栓进行校验。(5－39)式中—地脚螺栓的最大拉力，取；—地脚螺栓的螺纹内径，mm；—地脚螺栓的许用应力，通常取（、锻钢）。设计步骤设计内容设计结果(1)拉紧力QUOTE（2）预选螺栓直径d（3)地脚螺栓的最大拉力QUOTE（4）地脚螺栓强度校核QUOTE；QUOTE；QUOTE，由式5-35得由式5-31得，QUOTE，由式5-39，得QUOTE，故地脚螺栓强度合格

6设计参数汇总表6.1轧机设计参数汇总表轧件材料Q195、Q215、Q235轧件材料厚度1.5～4mm轧件材料宽度800～1280mm轧制成品厚度/宽度0.2～1.2mm最大轧制力19200KN轧制力矩150MPa穿带速度1