薄板精制冷轧机的设计

辽宁科技大学毕业设（计论文）任务书课题名称薄板精制冷轧机的设计设计类论文类生产实际科研实际社会实际其它来源课题类别课题来源一、 毕业设计:论文要求、设计参数1.简述国内外薄板精制冷轧櫥发展概况;2.根据设计要求进行方案的比较与选择；计算并薄板精制冷轧机的运动参数、力能参数和几何参数。通过轧制力的计算。电机的选择：根据薄板精制冷轧机的工作特点及功率选择电机，并进行计算校核。对主要零件强度校核：轧辊、压下系统、轴承和机架等，要有受力分析、弯矩图等。选计算与择润滑方式。初始参数，板坯材质8F（低碳钢）轧前厚度：h0课题名称薄板精制冷轧机的设计设计类论文类生产实际科研实际社会实际其它来源课题类别课题来源一、 毕业设计:论文要求、设计参数1.简述国内外薄板精制冷轧櫥发展概况;2.根据设计要求进行方案的比较与选择；计算并薄板精制冷轧机的运动参数、力能参数和几何参数。通过轧制力的计算。电机的选择：根据薄板精制冷轧机的工作特点及功率选择电机，并进行计算校核。对主要零件强度校核：轧辊、压下系统、轴承和机架等，要有受力分析、弯矩图等。选计算与择润滑方式。初始参数，板坯材质8F（低碳钢）轧前厚度：h0=2mm；轧后厚度:h]=1.5mm；来料宽度:B=250mm；轧制速度:v=0.6m/s；3.绘制总图1张（零号图,）部件装配图1张（1号图）零件图3张，三维零・件图1张；编写打印说明书，论文字数在1.5万字左右，说明书.8万字以上；中文摘要00—500字，翻译成英文1（20（—1500字符）其他要求，见“毕业设计（论文）撰写规范”指导教师：签字:院长係主任（签字:注：此页装订在学生毕业设计说明书（论文）目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 1\o"CurrentDocument"§1.1选题背景及目的 1\o"CurrentDocument"§1.2钢铁工业的地位与生产现状 1\o"CurrentDocument"§1.3冷轧技术及冷轧机的发展 2\o"CurrentDocument"§1.4冷轧薄板生产的发展历史 3\o"CurrentDocument"§1.5冷轧薄板发展迅速的原因 4\o"CurrentDocument"§1.6冷轧薄板轧机的发展动向 4\o"CurrentDocument"第2章总体方案设计 5\o"CurrentDocument"§2.1轧辊的布置方式 5\o"CurrentDocument"§2.2压下系统的设计 6\o"CurrentDocument"§2.3机架的设计 7\o"CurrentDocument"第3章主传动系统的设计与校核 8\o"CurrentDocument"§3.1设计参数 8\o"CurrentDocument"§3.2轧辊的设计及主要参数的确定 83.2.1初选轧辊材料 83.2.2轧辊参数确定 8\o"CurrentDocument"§3.3轧制力的计算 113.3.1轧制力计算简介 113.3.2薄板精制冷轧机的轧制力计算 12§3.4轧辊受力分析及其传动力矩的计算 143.4.1轧辊受力分析及计算 143.4.2轧制力在接触弧上作用点的位置 173.4.3轧辊传动力矩的计算 18§3.5轧机主电机的选择及校核 183.5.1初选电机 183.5.2主电机上的力矩及计算 193.5.3电动机容量校核 20§3.6齿轮箱的选择设计 20\o"CurrentDocument"第4章轧制系统的设计与校核 21\o"CurrentDocument"§4.1轧辊强度校核 214.1.1轧辊破坏的原因 214.1.2轧辊强度校核 21\o"CurrentDocument"§4.2轧辊轴承的选择及寿命计算 254.2.1轧辊轴承的工作特点及选用 254.2.2轧辊轴承的寿命计算 27§4.3工作辊传动的稳定性 错误！未定义书签。第5章压下系统的设计与校核 错误！未定义书签。§5.1板带轧件压下装置的特点 错误！未定义书签。§5.2传动螺丝和压下螺母的设计及计算 错误！未定义书签。§5.3压下的受力分析计算 错误！未定义书签。§5.4传动螺丝的传动力矩 错误！未定义书签。§5.5压下电机的选择 错误！未定义书签。第6章轧机其他参数的设计 错误！未定义书签。§6.1轧机机架的设计及校核 错误！未定义书签。6.1.1机架参数的设计及选择 错误！未定义书签。6.1.2闭式机架的强度计算 错误！未定义书签。§6.2联轴器的选择及校核 错误！未定义书签。§6.3设备的环保质量分析 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。第1章绪论§1.1选题背景及目的大学生活即将结束，毕业设计是对四年大学学习的一个总结，需要我们充分运用大学所学的理论知识和毕业实习的生产实践知识去分析和解决问题，巩固在校所学知识的同时使我们的知识更接近生产实践，培养正确的设计思想、分析和解决问题的能力。并能综合反映我们的计算，绘图，查阅资料、手册，熟悉标准和规范，了解国内外信息等基本技能。因此学校为我们安排了这次毕业设计，作为一项硬指标进行考核。在设计的开始，我们到鞍山钢铁集团公司进行了毕业实习。在那里我对冶金设备进行了大概的了解，通过工人师傅的讲解和自己的观察、学习，我对四辊轧机和六辊轧机等设备有了一个比较详细的了解，为以后的设计打下基础。轧机是现代钢厂中最常见的一种冶金设备，对轧钢厂的效益有很大的影响。我的设计题目是薄板精制冷轧机的设计，因为实际条件有限，本设计主要是用相关理论与经验公式的推导来设计，经过理论校核检验是否达到设计要求。本次设计为我们以后走向工作岗位打下一个良好的基础。§1.2钢铁工业的地位与生产现状金属材料在国民经济中应用最广，用量最大，其中钢的用量占85%左右。钢材以其具有强度高、韧性好、易加工和焊接等特性，成为一种优良的结构材料。改变钢中的合金元素及其比例可以获得各种不同特性的合金钢，从而满足制造各种工具和设备的要求。此外，由于铁矿石贮藏丰富，便于冶炼加工，可以进行大规模工业化生产，因此钢铁工业成为我国重要的基础工业，国民经济的支柱，是衡量一个国家工业化水平和国防实力的重要标志。2005年和2006年我国钢材表观消费分别为14172万t和16993万t,钢材产量为13197万t和15745万t,进口钢材产量为1596.14万t和1721.73万t,出口钢材量为621万t和474万t,国内钢材市场占有率为93%。我国已形成全球最具活力的钢材市场,具体体现在中国钢材消费的持续增长和消费结构的不断提升。两年来,随着国家基础建设发展和政府积极财政政策的实施,以建筑业为主所需的小型材和线材等长条材产量迅速增长；同时,板管比仍保持在40%左右,表明汽车机械用钢及石化管线需求量都在同步增长。

12.S%1.1%瘠羯标\12.2%kJ曹通小型材27J%褂理蟹曲<J.l%线材18.8%12.S%1.1%瘠羯标\12.2%kJ曹通小型材27J%褂理蟹曲<J.l%线材18.8%图1-12009年我国钢材品种比例锻带尢縫钢管\ LI%>L4% *乂宀谜“6^%1.2%\劇-他JZ 普通中?WH\ \ \ 1% / / 心热近年来钢铁工业加快了薄板生产线改造、建设步伐，冷轧薄板项目投资占轧钢及其配套设施总投资的比重约为56%，热轧薄板生产线建设投资比重达到21%；我国热轧薄板生产能力2005年为4500万t,冷轧薄板产量达3816万t,已大量用于国产冰箱、洗衣机制造，汽车用板中IF钢冷轧薄板也已批量生产。§1.3冷轧技术及冷轧机的发展钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国,当时只能生产宽度20-25mm的冷轧钢带。美国1859年建立了25mm冷轧机,1887年生产出宽度为l50mm的低碳钢带。1880年以后冷轧钢带生产在美国、德国发展很快,产品宽度不断扩大,并逐步建立了附属设备,如剪切、矫直,平整和热处理设备等,产品质量也有了提高。冷轧机是冷轧生产的主体设备。冷轧机的基本形式：冷轧机按轧辊辊系结构分类有二辊式、四辊式和多辊式冷轧机,按机架布置形式分有单机架可逆式和多机架串列式冷轧机,为适应特殊品种和高质量冷轧带钢生产又有持殊形式的冷轧机。为了满足冷轧带钢生产的品种、规格、质量及不同生产规模的要求,冷轧带钢生产工艺经历了从单张到成卷生产的变革,由可逆式连轧到全连续联合机组的发展,形成了各种形式和不同特色的冷轧机。现代冷轧机的装备水平也有了很大提高,并趋向高效率、高质量、连续化和自动化。冷轧机成为现代钢铁工业中高效率生产设备之一,是钢铁工业技术发展和装备水平提高的一个重要标志。二辊式冷轧机是早期出现的结构形式最简单的冷轧机。二辊式轧机辊径大、咬入性能好,轧制过程稳定,但轧机刚度较小,轧制产品厚度大、精度差,难以保证高质量的轧制。因此目前这种轧机只用于轧制较厚的带钢或作平整机用。随着轧制带钢厚度的减薄和宽度的增加,带钢变形抗力增大，必须减小轧辊直径才能得到更薄的轧制厚度。这是因为只有减小轧辊直径，才能使轧制力和力矩减小，轧辊弹性压扁减小，就可以承受轧薄时的更大轧制力、增加道次压下量。但是，小直径轧辊在轧制力和张力作用下，又缺乏足够的强度和刚度，这样就产生了工作辊和支承辊的分工合作关系，即由小直径工作辊直接进行轧制变形，而大直径支承辊用来支承工作辊，于是就产生了四辊式冷轧机。以及后来出现的多辊轧机，在垂直和水平方向上都能支承工作辊的变形。早期的多辊轧机是六辊式和十二辊式的，现在普遍使用的是森吉米尔型二十辊轧机，该轧机工作辊是由弹性模量很大的材质制成的，能承受很大的轧制压力，加上有较完善的辊型调节系统，所以多辊轧机可以轧制0.002-0.2mm的极薄带钢和变形困难的硅钢、不锈钢，以及高强度的铬镍合金材料。§1.4冷轧薄板生产的发展历史宽的冷轧薄板（韧带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920年第一次成功地轧制出薄带钢，并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。原苏联开始冷轧薄板生产是在30年代中期，采用四辊轧机，用单张的热轧板作板坯，生产厚度为0.5-2.5mm、宽度为150mm的薄板。以后为了满足汽车工业的需要，该厂又建立了一台2180mm可逆式冷轧机。1951年原苏联建设了一套2030mm全连续式五机架冷连轧机，年产250万t安装在新利佩茨克。日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始冷轧薄板的生产。1940年在新日铁广坝厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机可道式冷轧机，Mxwl400mm偏八辊轧机、l150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等，70年代投产了我国第一套1700m血连续式五机架冷轧机，1988年建成了2030m血五机架全连续冷轧机。现在我国投入生产的宽带钢轧机有18套，窄带钢轧机有418套。在这30多年中，我国冷轧薄板生产能力增加了20多倍，生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、台金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、徐层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着社会的发展，我们必须增建新型轧机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。§1.5冷轧薄板发展迅速的原因钢材在热轧过程中的温降和温度分布不均给生产带来了难题，特别是在轧制厚度小而长度大的薄板带产品时，冷却差异引起的轧件首尾温差往往使产品尺寸超出公差范围，性能出现显著差异。当厚度小于一定限度时，轧件在轧制过程中温降剧烈，以致根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需的温度。因此，从规格方面考虑，事实上存在着一个热轧厚度下限。70年代初期，日、法、意、原西德等国曾致力于用热连轧精轧机组增加8、9机架来生产1mm至0.8mm的薄带。但实践证明，从产品质量和设备重量来说这是不可行的。现代热连轧机，目前设计可能轧出最小厚度为1.3mm，但实际生产中很少能生产1.8mm以下的热轧板卷。而冷轧则不存在热轧温降与温度不均匀的弊病，可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和冷轧薄板。现代冷连轧宽带轧机和双机架二次冷轧可生产厚度为0.10-0.17mm的冷轧薄板，作为镀锡原板，即使不经二次冷轧也可生产0.2-3．5mm厚的冷轧薄板。现代可逆式冷轧机可生产0.15-2.0mm厚的冷轧扳。多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm的产品。一般0.15-0.38mm厚的板带为一般薄板，0.07-0.35mm厚的为较薄薄板，0.025-0.05mm厚的板带为极薄薄板，这些产品用热轧方法是不可能生产的。冷轧还可以生产不锈钢板，用途：家具与建筑装饰、医用、化工工业等。近年来表面处理钢板有很大发展。以冷轧极为基板的各种涂层钢板品种繁多，用途极为广泛。由于上述原因，冷轧薄板的生产得到迅速发展。从产量上看，一般冷轧板产量约占轧村总产量的20％左右。工艺技术装备不断革新。早期的冷轧板轧制速度不到1m／s，而今已达41.6m/s；钢板宽度1905年是406mm，而今可达2337mm；钢卷重量也从几t发展到60t。一个现代化的冷轧厂年产量可以达到250万t。§1.6冷轧薄板轧机的发展动向现代工业技术的发展对冷轧带材的数量和质量提出了越来越高的要求，也促使冷轧机的装备技术和控制水平向更高的方向发展。追求的目标仍将是提高连续化率和质量以及更广泛的自动化。冷轧带钢生产技术发展的主攻方向是要不断提高产品质量，主要是带钢厚度精度和板形平直度，以满足现代化自动流水生产提出的苛刻要求，提高市场竞争能力。第2章总体方案设计§2.1轧辊的布置方式考虑到薄板轧制生产的精度要求比较高，应采用较小直径的工作辊，配合上、下支承辊的轧辊布置方式，从而保证工作辊的轧制强度和刚度。进一步设计轧辊的布置形式，为保证工作辊传动的稳定性，上支承辊水平布置两个，并使下支承辊中心相对工作辊的中心连线有一个偏移距e,且e的大小应使工作辊轴承反力在轧制过程中桓大于零且力的作用方向不变。以保证轧制生产的稳定性，从而更好地控制板形。该布置方式的优点：1.更好地保证带钢的轧制精度；能很好的改善板形控制能力；相比六辊轧机,结构简单,安装、调试方便,成本较低。

§2.2压下系统的设计轧机压下系统有电机压下和液压压下两种，综合比较两种方案，本设计中采用电动斜块压下，结构简图如下图所示。此压下采用单电机驱动，这样可以较好地保证轧辊的同步压下，保证厚差精度要求。并采用蜗轮蜗杆减速器传动，能允许较大的传动比，减少减速器的尺寸。此设计通过丝杠传动螺母，螺母在滑块上滑动带动滑块向下运动。另外，设计中还考虑到滑块的自锁问题。滑块的向上滑动靠平衡弹簧和轧制反力作用。此压下的优点：I 」丿一—丄——+十)I IV此压下的优点：I 」丿一—丄——+十)I IV◎、\1。\J 1图2-2压下系统的结构简图1.动作快，灵敏度高；2.自锁性能好、安全可靠；1.动作快，灵敏度高；2.自锁性能好、安全可靠；3.结构简单，制造成本低。§2.3机架的设计根据轧钢机械形式和工作要求，轧钢机机架分为开式和闭式两种。本设计中的轧机是用来轧制薄板带材的，需要较高的轧制精度，应采用刚度较好的闭式机架。图2-3机架的结构简图第3章主传动系统的设计与校核§3.1设计参数板坯材质：08F(低碳钢)轧前厚度：h0=2mm轧后厚度：h1=1.5mm来料宽度：B=250mm轧制速度：v=0.6m/s§3.2轧辊的设计及主要参数的确定3.2.1初选轧辊材料在选择薄板(带钢)冷轧机轧辊材料时要求辊面硬度要高，耐磨性较好，而且辊身要有很好的强度，故在选择轧辊材料时选用高硬度的合金锻钢。支承辊在工作中主要受弯曲应力，且直径通常较大，因此，在设计中着重考虑轧辊的强度和轧辊的淬透性。所以，在实际的设计中多选用Cr合金钢。而工作辊辊径较小，磨损相对较重，且换辊频繁，重磨次数较多，因此要求工作辊具有足够的淬硬层，最好是可以全部淬透。且辊面硬度应高于支承辊，这样可以减小由与之接触的支承辊传递过来的表面缺陷，从而保证轧制精度。由文献［1，表3-7］可知：初选支承辊的材料为：9Cr(HS=50~65)初选工作辊的材料为：9Cr2W(HS>90~95)3.2.2轧辊参数确定(1)辊身长度的确定本设计中主要根据坯料尺寸和辊道宽度来确定辊身的长度，辊身长度决定了所轧板材的最大宽度。由文献［1，3-79］可知：其关系为：L=B+a (3.1)式中：L——辊身长度；B——板坯宽度；随带材宽度而异的余量，当Bv300mm时，取a=20〜50mm；

当B>300mm时，取a=100~200mm。本设计中的薄板轧机：B=250mm,取a=50mm,则L=300mm。轧辊直径的确定本设计的五辊轧机结构上与四辊轧机和六辊轧机类似,于是,轧辊直径确定可参照四辊轧机。由文献［1,表3-3］可知：冷轧板带轧机轧辊辊身长度和辊径的关系：L/D1=2.3~3.0常用值(2.5~2.9)L/D2=0.8~1.8常用值(0.9~1.4)D2/D1=2.3~3.5常用值(2.5~2.9)其中,L——辊身长度；D1——工作辊直径；D2——支承辊直径。比值L/D2标志着辊系的抗弯刚度,其值越小,刚度越高。一般说来,辊身长度较大者,选用较大的比值。辊径比D2/D1的选择,主要取决于工艺条件。当轧件较厚(咬入角较大)时,由于要求较大的工作辊直径,故选用较小的D2/D1值；当轧件较薄时,则选用较大的D2/D1值。在冷轧薄板轧机上,轧制压力很大；若工作辊直径过大,则弹性压扁值也大,以致无法轧出薄板。为此,工作辊最大直径还受被轧带材最小厚度的限制。根据经验,D1<(1500~2000)hmin。由L/D2计算得：D2= (166〜375)mm，常用(214〜333)mm。选取：D2=250mm。因为轧制薄板带材,板形精度要求较高,所以设计时在满足工作辊的强度要求的条件下,工作辊的直径应尽可能小些。结合D2/D1=2.3〜3.5,有D1=(71〜108)mm,初步确定：D1=80mm。根据轧制时自然咬入的条件进一步校核工作辊的直径。即在保证轧辊强度的前提下,同时满足下列咬入条件：D］三 Ah (3.2)1一Cosa式中： D1——工作辊直径；Ah 压下量，本设计中：Ah=h0-h]=(2.0-1.5)mm=0.5mm；a 咬入角。由文献[1,表3-1]可知：薄板冷轧机的咬入角a较小，一般a=3。~10。，比值Ah/D]=1/350〜1/23,轧辊与轧件的摩擦系数卩=0.05〜0.18。取a=7。,卩=0.08，则D,20.5=67.08mm；即D,=80mm合理。11-cos7 1确定各轧辊直径：工作辊直径：D1=80mm下支承辊直径：D2=250mm上支承辊直径：D3=150mm(试选)。轧辊辊颈尺寸d和l的确定辊颈尺寸是指辊颈直径d和辊颈长度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。一般，d=(0.5〜0.55)D； (3.3)-=0.83〜1.0； (3.4)d式中：d——轧辊辊颈D——轧辊直颈l——辊颈长度确定各轧辊的辊颈尺寸： 取d=0.5D，1=0.85d，贝Ud1=0.5x80=40mm，11=0.85d1=0.85x40=34mm；d2=0.5x250=125mm，考虑到下支承辊辊颈承受的负荷较大，且查设计手册知标准系列滚动轴承内径仅有120mm和130mm,因此将d取为130mm；贝U12=0.85d2=0.85x130=110.5mm；222d3=0.5x150=75mm，l3=0.85d3=0.85x75=63.75mm。工作辊传动端的型式与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。辊头尺寸指的是轧辊传动端的辊头尺寸。为了装卸轧辊轴承的方便，辊头用可装卸的动配合扁头。本设计中的工作辊采用辊头平台型式，其结构尺寸如图3.1所示其中：a——工作辊辊头平台宽度dr——轧辊辊头直径di——轧辊辊颈d‘=(0.9~0.95)d； (3.5)3a=d'； (3.6)4确定工作辊辊头尺寸：3d‘=(0.9~0.95)x40二(36〜38)mm,取d‘=38mm,则a=—x38=28.5mm。4§3.3轧制力的计算3.3.1轧制力计算简介(1)由于单位压力在接触弧上的分布是不均匀的,为便于计算,一般以单位压力的平均值——平均单位压力来计算轧轧总压力。平均单位压力可写为一般形式： pm=nk=nn。n：k (3.7)式中：n——应力状态影响系数：

n——考虑磨擦对应力状态的影响系数an——考虑外区对应力状态的影响系数an——考虑外力对应力状态的影响系数a在大多数情况下，外摩擦对应力状态的影响是最主要的，而大部分计算平均单位压力的理论公式主要是计算n的公式。a（2）常用计算平均单位压力的方法a）A.N.采利柯夫方法1）无张力轧制时，p二nk；ma2）带张力轧制时，p二n'n'"k；maab）P.勃兰特（Bland）—H.福特（Ford）方法、一0.4nk、一0.4nk，c）R.B.西姆斯（Sims）方法p二nkmad)M.P.斯通(Stone)方法=Q—a*=Q—a*m=(k一a*)-mx3）计算轧制力3.8)薄板精制冷轧机的轧制力计算薄板冷轧机的轧件尺寸宽度比厚度大的多，宽展较小，可以认为是平面变形问题。轧件厚度小，轧件内部不均匀变形可忽略，因而平面断面假设和滑动磨擦理论符合冷轧薄板的轧制特点。此外，冷轧时多采用张力轧制，因而计算平均单位压力时，必须考虑张力的影响。米用斯通方法： P=（k—a*） =Ck—a*）m （3.9）mmxm

式中：k二1.15b，考虑加工硬化时，k二1.15◎so+◎si； (3.10)s2b——轧制前轧件材料的变形阻力；s0bsbs1轧制后轧件材料的变形阻力；由于冷轧时存在加工硬化现象，因此在计算冷轧薄板的平均单位压力时，轧件的材料变形阻力(即屈服极限)需按考虑加工硬化后的选用。由文献［1，图2-12］可知：h—h对08F钢，£=0 1x100%二25%时，b二250MPa，b二480MPa；则h s0 s10250+480k=1.15x =419.75MPa;23.11)轧制前后轧件的平均厚度：hm二2%+必2x(2+"LE；3.11)接触弧水平投影长度：—R・Ah接触弧水平投影长度：—R・Ah=2x80x0.5=4.47mm；3.12)式中，R工作辊半径；AhAh压下量，Ah二h—h二2—1.5二0.5mm；0那么系〔0.°那么系〔0.°8x4・47丫二0.042 ;1.75丿3.13)式中，卩摩擦系数，由文献［1式中，卩摩擦系数，由文献［1，表2-3］可知：采用煤油润滑时，卩二0.08；l——接触弧水平投影长度；h——轧件平均厚度。m由文献［1］可知：前张应力：b =(0 .0 8)c~ =0 .1 )x 0产68〜j0m. Pa1取51sb=16M.7P5a1后张应力：b=K-b=0.05x175=8.75MPa；0s式中，K——张力系数，取0.05。bs——屈服极限，由文献［3，第一卷表3.3-8］可知：对08F钢，

b二175MPa，弹性极限b二295MPa；sb那么平均张应力：b*=-(b+b)二-x(8.75+16.75)=12.75MPa； (3.14)m2012由文献［1，2-52］可知：对于钢轧辊，常数C=—R=-^0=4.42x10-4mm3/N； (3.15)9060090600系数：Y=2C =2x4.42x10-4x(419.75—12.75)x008=0.016； (3.16)mh 1.75m由文献［1，图2-25］可知：当Y=0.016,Z=0.042时，系数X=0.22；由于冷轧薄板较薄、较硬，因此接触弧上的单位压力较大，使轧辊在接触处产生压扁现象。因此，在计算平均单位压力时，应考虑轧辊弹性压扁使接触弧加长对单位压力的影响系数m。0.22—1.12；3.17)3.18)3.19)3.20)0.22—1.12；3.17)3.18)3.19)3.20)m= —x平均单位压力：P—(k-bJm—(419.75—12.75)x1.12—455.84MPa；mm考虑到轧辊弹性压扁后接触弧水平投影长度会变大(即l'>l),则r•l' X•h0.22x1.75由公式：X— 矢口：l—m— —4.81mm；h r 0.08m计算总轧制力：PZ—P-B•/'—455.84x250x4.81=548.15kN；Zm§3.4轧辊受力分析及其传动力矩的计算3.4.1轧辊受力分析及计算本设计中轧辊受力比较复杂，考虑上支承辊辊系采用两个支承辊支承，下支承辊辊系仅采用一个支承辊支承，其结构与四辊轧机相类似，于是有下支承辊辊系受力如下图所示：

图中,D——工作辊直径1D——下支承辊直径2D——上支承辊直径3P——轧制力a 轧制力力臂，a=D1sin（B-申）2

P 工作辊轴承处摩擦圆半径，P=幺屮112dP 下支承辊轴承处摩擦圆半径，p屮222F——摩擦力m 滚动摩擦力臂，m二0.1〜0.3mmR、R'——工作辊与支承辊间的支反力支反力力臂，D支反力力臂，c=m-cosa+t-smy2下支承辊中心相对工作辊中心线的偏移距轧辊连心线与支反力R的夹角，y=arcsin卩才"—2-轧辊连心线与竖直线的夹角，9二arcsin万 —1+222前、后张力对轧制力影响的偏转角，申二arcsin20 不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角由前面的计算知：前张应力：b二16.75MPa，后张应力：b二8.75MPa；则10前张力：T二b-F二16.75x1.5x250二628kN；11后张力：T二b-F二8.75x2x250二4.38kN；00水平方向合张力：T二T-T二6.28-4.38二1.9kN；10计算轧制力P，作图分析，如图3-3所示：图3-3图3-3由前面的计算知：P二P-F二548.15kN,则zmP{548.152+（P{548.152+（1.9]2<丁丿二548.24kNT2 1-92由图3-3可知：sin申二2二—二0.0017,申=0.10。；P548.24d1p=—2•卩二一x13仪0.0=04jBrm26222sin丫=p+mD/220.26sin丫=p+mD/220.26+0.24250/2=0.004，=0.23。sin0=eD/2+D/212540+125=0.030，=1.74式中，m 滚动磨擦力臂，由文献［1,3-61］知，m二0.1~0.3mm，取0.24mm；卩 轧辊轴承磨擦系数，由文献［1,3-60］知，采用滚动轴承时，r二0.004；e——下支承辊中心相对工作辊中心线的偏移距，由文献［1,3-63］知，一般取5~10mm，本设计取5mm。分析工作辊的受力，如图3-4所示：图3-4图3-4力的矢量三角形由工F=由工F=0得，P•sin+R•sin（丫+0）—F=0；x由工F=0得，P•cos^—R•cos（Y+0）=0；y综合（1）（2）解得：F=28.43kN，R=548.56kN。1）（2）3.4.2轧制力在接触弧上作用点的位置轧制力在接触弧上的作用点位置，即0的确定。许多学者曾假定总轧制力作用点在接触弧的中心，并用力臂系数屮来表示：屮==0.5 (3.21)在接触弧的中心，并用力臂系数屮来表示：屮==0.5 (3.21)l式中，x——轧制力在接触弧上的作用点距轧辊中心连线的距离。l——接触弧长度。米利柯夫认为： 热轧时，屮=目总0.5；a冷轧时，屮二Pu0.35~0.45；a3.22)式中，a咬入角，本设计中a二arccos〔D1丿二arccos二6.4。；本设计米用米利可夫法，取屮="总0.4，贝I」卩=0.4a=0.4x6.4=2.56。；a3.4.3轧辊传动力矩的计算轧制力矩：M二MZ+轧制力矩：M二MZ+Mr+二P-a+F-p+R-ckZRf1 1其中，a二Dsin(P)二80xsin(2.56。-0.10。)=1.72mm；22d 40p =0.004x=0.08mm；122Dc=m-cosV+12sinV=0.24xcos0.23。+40xsin0.23°=0.40mm3.23)(3.24)3.25)(3.26)贝M=548. 2x4 1.+7 2 2x8. 43+0.08 x548.=5 6 0N. 4m0-k传动两个工作辊的总传动力矩：M=2M=2x1164.6=7 232N9.-m3k§3.5轧机主电机的选择及校核主电机功率：M•主电机功率：M•①N=—1164.67x15085=20.6kW3.5.1初选电机轧制转速：30u30x0.61432/.n— — —143.2r/min；1兀R兀x0.04角速度：u0.6①—— —15s-1；R0.04式中，M——轧机传动力矩；主传动效率，一般为0.7~0.9，取0.85。由文献［3，第五卷附表40-1］，初选Y180L-4型电机，额定功率N=22kW，0n=1470r/min,耳=91.5%。D1计算总传动比：i=nD=上70=10.26n143.2D主电机上的力矩及计算MDMD=3.27)主电机上的力矩：—Z+Mr+Mf+—k+—dfkondoni=Mz+—R+Mf1+M+— +—；f2kondoni式中，主电机力矩；轧辊上的轧制力矩；MRM附加摩力矩，M=—4+M；fi f2Mf1轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加磨擦力矩，叫i=f・pMf1矩；Mf2MkonMdon计算各力矩：各传动零件推算到主电机轴上的附加磨擦力矩，Mf2f丄一1]51丿M+M-z—d;式中耳为主电机到轧辊之间的传动效i1率，多级齿轮传动时，耳=0.80~0.95，取0.85。1空转力矩，即由各转动件的重量所产生的摩擦力矩及其它阻力动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速度或减速度所引起的惯性力所产生的力矩；M=P-a二548.24x1.72二942.97N-m；ZMr二R•C二548.56x0.40二219.42N•mM二F•p二28.43x0.08二2.27N•m；f1 1(1 \M+M(1 \M+M(1)—-1—Z =-1E丿i(0.85丿Mf21x942.97+2.2710.34二16.13N•m；MM= f1+MfiMM= f1+Mfi10.26额定静力矩：MerMN=M•①=——erDer 60M 136.27=―max= =68.14N•m；K2.0•2兀n 68.14x3.14x1470= =10.48kW<N=22kW；(3.29)03.28)30式中，Mer额定静力矩；=2.27+16.13=16.35N•m。f210.34电机额定转矩：M=9550N=9550x-^丄=290.37N•m；ern 1480DM=(0.03〜0.06)M=(0.03〜0.06)x142.93=(4.29〜8.58)N•m，取konerM =6.5N•m；kon由于轧制时动力冲击较小，视为桓转速轧制，故动力矩可忽略，则M=0。don计算电机总力矩：M+M 94297+21942M=—z——R+M+M+M= +16.48+6.5土0=136.27N•m；D fkondoni3.5.3电动机容量校核电机过载系数，由文献［1,2-73］知，不可逆电动机K=1.5~2.0，取K=2.0；综上计算，所选电机合格。§3.6齿轮箱的选择设计第4章轧制系统的设计与校核§4.1轧辊强度校核4.1.1轧辊破坏的原因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。具体来说，轧辊的破坏可能由下列三方面原因造成：1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够。例如，在额定负荷下，轧辊因强度不够而断裂或因接触疲劳超过许用值，使辊面疲劳剥落等。2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等。3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；冷轧时的事故粘附也会导致热裂甚至表层剥落；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧或冷轧停车，轧热的轧辊骤然冷却，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等。4.1.2轧辊强度校核本设计为工作辊传动的五辊轧机，轧辊的工作特性为：支承辊承受全部的弯曲力矩，工作辊仅承受扭转力矩，工作辊与支承辊之间存在接触应力。（1）下支承辊的变曲强度支承辊的弯曲力矩和弯曲应力分布如下图所示；分析知下支承辊的1-1断面、2-2断面和3-3断面均为危险断面，都应该进行弯曲强度校核。图中，P——总轧制压力；Mk——工作辊上的传动力矩;

支承辊弯曲应力b的分布kk图4-1轧机支承辊计算简图r支承辊弯曲应力b的分布kk图4-1轧机支承辊计算简图r十——丄—由文献［1,3-87］知，由于在计算轧辊强度时未考虑疲劳因素，故轧辊的安全系数一般取n二5，轧辊材料的许用应力为：当强度极限b=700〜750MPa时，许用应力bRb二140〜150MPa， [a]=bb二145MPa。bnb=卩•Ci=548.24x40=49.91MPa<[b]=145MPa； (3.30)1 0.2d3 0.2x0.1331-1b=-^=548.24x60=33.48MPa<[b]=145MPa； (3.31)20.2d3 0.2x0.1732-2(l L、 ((l L、 (420300\M=P0—=548.24x—w148JI4 8丿辊身中部承受的弯矩最大，=37006.2N-m；3.32)p-MC=——wp-MC=——w=——3-3 W仃L)-o——14 8丿0.1D32=黑H=23-68MPa<["]=145MPa；3.33)式中，c、1辊上1-1、2-2断面至支反力P/2处的距离;l80c=2= =40mm，取c=c+20二40+20二60mm；12221d、d、d1-1 2d、d、d1-1 2-2 3-3d二d二130mm,d二D二250mm,d为轧1-1 2 3-3 2 2-2辊辊身与辊颈过渡阶梯轴段直径，结合滚动轴承的结构尺寸，取d=170mm；2-2l 两支反力间的距离，l=L+2c=300+2x60=420mm；002由以上计算可知，下支承辊的弯曲强度合格。2）校核工作辊的剪切强度MM■k--―MM■k--―. =98.10MPa<[r]=108.75MPa；314x0.0383163.34)式中，M——作用在一个工作辊上的最大传动力矩；kW——工作辊传动端的扭转断面系数；kt]——剪切许用应力，k]=0.75[o]=0.75x145=108.75MPa；由以上计算可知，工和辊的剪切强度合格。（3）校核工作辊与支承辊间的接触应力薄板轧机的工作辊与支承辊之间承载有很大的接触应力，在轧辊设计使用时应进行校核计算。H.赫茨埋论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭圆形分布的压应力；且压应力在接触面中间处最大。

qy..ITz°maxT45Txy(maj半椭圆形压力分布=0.256max45(max)=0.306max」叮反复切应力工作辊与支承辊接触区上的应力简图qy..ITz°maxT45Txy(maj半椭圆形压力分布=0.256max45(max)=0.306max」叮反复切应力工作辊与支承辊接触区上的应力简图图4-2最大压应力：2q(D+D丿=Imax兀b 兀2(K+K)DD 兀21212式中，qq(r+r)12 ；(K+K)r+r1212P548.24加在接触表面单位长度上的负荷；q=—= =2192.96N/mm；B250D、1D、r、r212相互接触的两个轧辊的直径和半径；K、1与轧辊材料有关的系数，K1=胃，K2=磐。其中，Y1、12Y及E、E为两轧辊材料的泊松比和弹性模数。212接触宽度：,'2q(K+K)DD1 2 4若两辊泊松比相同并取Y=Y=1=0.3，则以上两式可简化为:123.35)6 =3.35)max3.36)

由文献［11,表2.2］查知，合金钢的弹性模数E二196〜216GPa,取E二200GPa=200x103MPa；计算，b计算，b=「5声誥44仏加mq 2192.96c=0.637q=0.637x =1569.57MPa；maxb 0.89由以上计算知：最大压应力O点）：c=1569.57MPa<叨=2000MPa；最大压应力O点）：max最大切应力A点）：最大切应力A点）：z=0.78b，r45。(max)B、C点)：z=0.5b=0.304c =0.304x1569.57=4