HC軋機主體設(shè)計-畢業(yè)論文

PAGE本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)論文課題名稱HC軋機主體設(shè)計專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化機械與自動化工程學(xué)院

上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：HC軋機主體設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：0910211522專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化任務(wù)起止日期：2013年2月25日至2010年6月28日共18周一、課題的目的與要求：通過本題目的研究和設(shè)計，使該學(xué)生得到——市場調(diào)查、資料檢索、機械設(shè)計、CAD軟件應(yīng)用、技術(shù)文件撰寫等系統(tǒng)的工程師技能的綜合訓(xùn)練。要求按照學(xué)院下發(fā)的“學(xué)生畢業(yè)設(shè)計手冊”中的規(guī)定，認(rèn)真完成畢業(yè)設(shè)計工作二、設(shè)計的技術(shù)要求與參數(shù)（或論文的主要研究內(nèi)容、目標(biāo)）：最大軋制力：20000kN軋制力矩：150MPa軋件：Q195Q215Q235工作輥直徑：400mm來料規(guī)格：1.2-4/700-1250軋機輥數(shù)：6要求軋機能自動要自動咬入軋件三、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的具體工作1.根據(jù)工藝要求完成本課題所有力能參數(shù)的計算2.根據(jù)所得的數(shù)據(jù)完成主要零件的強度計算，以及相應(yīng)的選材，熱處理的選擇3.根據(jù)計算以及工藝需要對零、部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計4.按畢業(yè)設(shè)計要求完成所有的計算以及說明，應(yīng)配以必要的插圖5.完成畢業(yè)設(shè)計說明書四、查閱文獻(xiàn)要求及主要的參考文獻(xiàn)：黃華清《軋鋼機械》冶金工業(yè)出版社鄒家祥《軋鋼機械》冶金工業(yè)出版社王邦文《新型軋機》冶金工業(yè)出版社成大先《機械設(shè)計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社鄧文英《金屬工藝學(xué)》高教出版社五、進(jìn)度計劃：2.25~3.8：畢業(yè)實習(xí)、調(diào)研，收集資料，查閱中外文文獻(xiàn)，完成開題報告等工作。3.11～3.22：比較方案，確定方案，完成實習(xí)報告，外文翻譯。3.22～6.14：完成計算及畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）全部內(nèi)容，完成所有圖紙的繪制工作。6.14～6.21：計算說明書整理、打印，圖紙打印、提交畢業(yè)設(shè)計論文等，學(xué)生準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯，交光盤。6.21～6.28：準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師陳建國13年1月29日教研組主任（審核）年月日HC軋機主體設(shè)計摘要：軋鋼設(shè)備主要指完成由原料到成品整個軋鋼工藝過程中所使用的機械設(shè)備。冷軋是生產(chǎn)冷軋板帶鋼材的主要成品工序，其生產(chǎn)的冷軋板帶屬于高附加值的鋼材品種，是汽車、建筑、家電、食品等行業(yè)所必需的原材料。本次課題中涉及的HC軋機主體設(shè)計，是對HC軋機的各個部分經(jīng)過綜合性的考量、各種方案比較后而進(jìn)行設(shè)計的。目的是設(shè)計出可以改善板型的冷軋機。在本文中，首先介紹了軋鋼、軋機及HC軋機的基本概念，接著分析了課題的目的及完成的目標(biāo)，最后詳細(xì)介紹了1450單架可逆式冷軋機的軋制力的計算過程、軋輥調(diào)整裝置的選擇及設(shè)計計算、壓下螺絲螺母的設(shè)計計算和軋機機架的強度和變形計算等等。關(guān)鍵字：冷軋機；軋制力；軋輥調(diào)整裝置；軋機機架。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目錄緒論…………………………1軋鋼的概念及其特點…………………1軋制技術(shù)的分類及其特點……………1軋鋼機械的概念………………………1軋鋼機的分類…………1HC軋機簡介……………2HC軋機概述…………………2HC軋機的結(jié)構(gòu)原理…………2HC軋機的主要優(yōu)點…………2軋鋼機及軋鋼技術(shù)發(fā)展概況…………2國外的發(fā)展情況………………3我國的發(fā)展情況………………3課題內(nèi)容介紹………………4軋制力能參數(shù)………………4軋制過程基本參數(shù)……………………5軋制原理基本知識……………5軋制過程變形區(qū)及其參數(shù)……………………5絕對壓下量和相對壓下量……………………5彈性變形與塑性變形…………5軋制時接觸弧上平均單位壓力………6平均單位壓力一般表達(dá)式……………………6冷軋帶鋼軋機平均單位壓力計算公式……………8M.D斯通（Stone）方法…………………11軋輥的調(diào)整裝置…………17軋輥調(diào)整裝置的類型…………………18電動壓下裝置…………18快速電動壓下裝置…………18板帶軋機壓下裝置…………19壓下螺絲及螺母設(shè)計計算……………21壓下螺絲……………………21壓下螺絲設(shè)計計算…………22壓下螺母……………………24壓下螺母設(shè)計計算…………26壓下螺絲的傳動力矩及壓下電機功率計算………………28軋鋼機機架………………30機架的類型……………30閉式機架……………………30開式機架……………………31機架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)……………………32軋機機架斷面形狀選擇………………34軋機機架材料的許用應(yīng)力……………34軋機機架強度計算……………………35軋機機架的變形計算…………………42軋機機架的傾翻力矩計算……………44傳動系統(tǒng)加于機架上的傾翻力矩…………45水平力引起的傾翻力矩……………………45支座反力及地腳螺栓的強度計算…………46設(shè)計參數(shù)匯總……………49小結(jié)………………………50致謝……………51參考文獻(xiàn)………………………52PAGE53HC軋機主體設(shè)計1緒論1.1軋鋼的概念及其特點軋鋼是指將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是用軋機對鋼錠或鋼坯進(jìn)行壓力加工，以獲得需要的形狀規(guī)格和性能的鋼材過程。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)率、高品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強，易于實現(xiàn)機械自動化等優(yōu)點。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到更廣發(fā)的應(yīng)用。目前，約有90%的鋼材都是經(jīng)過軋制成材的。1.2軋制技術(shù)的分類及其特點在再結(jié)晶溫度以下的軋制稱為冷軋。在再結(jié)晶溫度以上的軋制稱為熱軋。冷軋是以熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升，韌塑指標(biāo)下降，沖壓性能將惡化，因此冷軋只能用于簡單變形的零件。但冷軋的鋼材產(chǎn)品表面質(zhì)量好，粗糙度低，并可根據(jù)需要賦予板帶材各種特殊的表面；冷軋還可獲得熱軋不能生產(chǎn)的極薄帶材；冷軋鋼材尺寸精、厚度均勻、板型平直，性能好，有較高的強度和良好的深沖性能等；冷軋還可實現(xiàn)高速連軋，因此有很高的生產(chǎn)率。冷軋是生產(chǎn)冷軋板帶鋼材的主要成品工序，其生產(chǎn)的冷軋板帶屬于高附加值的鋼材品種，是汽車、建筑、家電、食品等行業(yè)所必需的原材料。用熱軋的方法軋制鋼材可以破壞鋼錠的鑄造組織，細(xì)化鋼材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實，力學(xué)性能得到改善。熱軋的不均勻冷卻會造成軋制后的鋼材留有殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力會對鋼材的變形、穩(wěn)定性、抗疲勞性等方面產(chǎn)生不利的作用。此外熱軋的鋼材產(chǎn)品，對于厚度和邊寬這不好控制。1.3軋鋼機械的概念軋鋼機械或軋鋼設(shè)備主要指完成由原料到成品的整個軋鋼工藝過程中使用的機械設(shè)備，一般包括軋鋼機及一系列輔助設(shè)備組成的若干個機組。通常把使軋件產(chǎn)生塑性變形的機器稱為軋鋼機。軋鋼機由工作機座、傳動裝置（接軸、齒輪座、減速機、聯(lián)軸器）及主電機組成。1.4軋鋼機的分類軋鋼機按用途可分為開坯軋機、型鋼軋機、版帶軋機、鋼管軋機和特殊軋機。按軋輥在機座中的布置形式不同，軋鋼機可分為具有水平軋輥的軋機、具有立式軋輥的軋機、具有水平軋輥和立式軋輥的軋機、具有傾斜布置軋輥的軋機以及其他軋機五大類。按軋鋼機的布置形式分類，可分為單機架式、多機架順列式、橫列式、連續(xù)式、半連續(xù)式、串列往復(fù)式、布棋式等。軋鋼機的布置形式是依據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品及軋機工藝要求來確定的，機座排列的順序和數(shù)量的多少，構(gòu)成了不通車間布局的特點。1.5HC軋機簡介1.5.1HC軋機概述HC軋機是日本日立與新日鐵公司于70年代初發(fā)明的新型六輥軋機。HC是英文HighCrownControlMill的簡稱，該軋機輥系由上下對稱的三對輥組成，即工作輥、中間輥和支撐輥，其中中間輥可軸向移動，并配置液壓彎輥裝置，因此具有很強板形控制能力。目前這種新型軋機已廣泛應(yīng)用于冷軋、熱軋及平整機生產(chǎn)中。由于其獨特的板形控制能力,大壓下率,節(jié)能和適宜軋制硬薄帶鋼等優(yōu)點,在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展,到1996年世界各地共安裝了413臺HC軋機。1982年我國開始研究HC軋機,第1臺于1985年試車成功。目前國內(nèi)已有HC軋機達(dá)40臺。1.5.2HC軋機的結(jié)構(gòu)原理HC軋機是在四輥軋機的上、下工作輥與上、下支承輥之間各增加一個中間輥，共有六個軋輥，所以也稱為六輥軋機，兩個中間輥同時可沿軋輥軸向相反方向移動，移動的結(jié)果達(dá)到如下效果：(1)有害接觸區(qū)被消除，故減少了工作輥的撓度，(2)減少了壓力分布的不均勻性；(3)可選用較小的工作輥直徑。另外，HC軋機使液壓彎輥裝置能更有效地發(fā)揮控制板形的作用，提高了板帶材的橫向厚度精度與板形平直度，避免了四輥軋機板形控制的局限性，這是板帶軋機設(shè)計的一個進(jìn)步。（工作原理見圖1.1）1.5.3HC軋機的主要優(yōu)點HC軋機的主要優(yōu)點：(1)HC軋機具有良好的板形控制能力，利用調(diào)整彎輥力及中間輥的軸向位移量，可獲得最佳板形高質(zhì)量帶材；(2)帶材邊部減薄量少，收得率提高，由于HC軋機中間輥的軸向移動，從而可采用直徑比較小的工作輥，使帶材邊部減薄量降低；(3)工作輥可不帶原始凸度，減少了磨輥、換輥次數(shù)及備用輥的數(shù)量；(4)節(jié)約能源：HC軋機比四輥軋機能耗降低10％～20％，提高產(chǎn)量和質(zhì)量；(5)HC軋機可增大道次壓下量從而減少軋制遭次，減少連軋機機架數(shù)量。1.6軋鋼機及軋鋼技術(shù)發(fā)展概況圖1.1HC軋機工作原理圖1.6.1國外的發(fā)展情況（1）工藝流程緊湊化、高效化軋鋼的連續(xù)化生產(chǎn)和控軋控冷技術(shù)是20世紀(jì)鋼鐵工業(yè)標(biāo)志性的技術(shù)進(jìn)步。它和氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、精煉、連鑄并列為推動鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的三大技術(shù)，為緊湊式生產(chǎn)工藝流程奠定了基礎(chǔ)。（2）高新技術(shù)的應(yīng)用德國非常重視鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，制定了包括下列內(nèi)容的相關(guān)計劃：開發(fā)新鋼種，生產(chǎn)滿足用戶要求的新性能材料；開發(fā)新的制造設(shè)備，板形自動控制，自由規(guī)程軋制，高精度、多參數(shù)在線綜合測試等，提高勞動生產(chǎn)率和成材率及連續(xù)化、自動化水平；開發(fā)新工藝，簡化或縮短生產(chǎn)流程；回收利用副產(chǎn)品，如爐渣、泥漿、粉塵；保護環(huán)境，保護空氣、水和土壤；節(jié)能，控制CO2排放量；廢鋼循環(huán)使用。軋機的控制已開始由計算機模型控制轉(zhuǎn)向人工智能控制，并隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將實現(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)化，使庫存率降低，資金周轉(zhuǎn)加快，最終降低成本。1.6.2我國的發(fā)展情況（1）我國板帶冷軋機使用現(xiàn)狀我國擁有現(xiàn)代化四輥及六輥冷軋機108臺，生產(chǎn)能力2100kt/a，二輥冷軋機約300臺，生產(chǎn)能力450kt/a，總計冷軋板帶生產(chǎn)能力2550kt/a;截至2005年底，引進(jìn)軋機的生產(chǎn)能力為1000kt/a，中國四輥軋機的生產(chǎn)能力為2120kt/a，二輥軋機的生產(chǎn)能力為380kt/a，總計冷軋板帶生產(chǎn)能力3500kt/a。有自制的輥寬≥800mm的四輥鋁板帶冷軋機約150臺，其中1400mm級的達(dá)65臺，占總數(shù)的43%;2006年全國投產(chǎn)的冷軋機26臺，形成板帶生產(chǎn)能力725kt/a，是投產(chǎn)能力最多的一年。另外，2006年在建的冷連軋生產(chǎn)線有2條，四輥及六輥單機架不可逆式冷軋機13臺，總生產(chǎn)能力1750kt/a。（2）機組設(shè)備布置緊湊，總體功能齊全，整機自動化程度提高現(xiàn)代化板帶冷軋機的軋制形式均為不可逆軋制，配有卷材自動運輸裝置。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初年設(shè)計的機組中，同時配備了帶卷自動測量和上卷自動對中裝置，可實現(xiàn)上卸卷的自動化操作，使操作強度逐步降低，提高成品率，增加競爭能力。（3）軋制速度提高，單機產(chǎn)能增加前些年的國產(chǎn)板帶冷軋機，最大軋制速度由原來的300m/min提高到近800m/min，隨著板型自動控制系統(tǒng)的投入，最高軋制速度不斷提高，達(dá)到1200m/min，但來料厚度較大，單機產(chǎn)量較低，單機產(chǎn)能由最初的7.5kt/a提高到現(xiàn)在的40kt/a，但軋制速度與國外相比，仍有一定的差距，單機產(chǎn)能也有較大差距。（4）整機國產(chǎn)化程度提高，設(shè)備維護方便隨著國產(chǎn)裝備業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)配套能力進(jìn)一步提高，國產(chǎn)冷軋機以前主要靠引進(jìn)的檢測元件或控制系統(tǒng)逐步被質(zhì)優(yōu)價廉的國產(chǎn)元件或系統(tǒng)代替：如厚度自動控制系統(tǒng)（AGC）、帶材自動糾偏控制系統(tǒng)（EPC）、X射線測厚儀、板型自動控制系統(tǒng)（AFC）等。同時，由于國產(chǎn)化的提高，設(shè)備維護費用越來越經(jīng)濟，產(chǎn)品更具競爭力。2課題內(nèi)容介紹HC軋機主體設(shè)計，是對HC軋機的各個部分經(jīng)過綜合性的考量、各種方案比較后而進(jìn)行設(shè)計的。主要爭對軋機部分力能參數(shù)計算、機架強度計算和設(shè)計、機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及其它零部件設(shè)計以及計算，如機架、壓下裝置的選擇、壓下螺絲和壓下螺母的設(shè)計等等。在設(shè)計中要考慮到機架的選材、加工方法和工藝、熱處理方法以及最后的裝配問題。通過正確的設(shè)計計算，以及不斷的修改認(rèn)證，最終完成對冷軋機主體部分的合理的設(shè)計。3軋制力能參數(shù)軋制壓力、軋制力矩和電動機功率這三個力能參數(shù)是標(biāo)志軋鋼機負(fù)荷的主要參數(shù)。在設(shè)計新型軋鋼機時，為了計算零部件強度必須計算這些參數(shù)。在合理安排工藝、安全使用設(shè)備以及充分發(fā)揮設(shè)備能力來滿足擴大品種和強化軋制過程時，也要正確確定各種具體生產(chǎn)條件下的軋制壓力、軋制力矩和電動機功率。因此，對于設(shè)計新軋機或在生產(chǎn)中充分發(fā)揮軋鋼機潛力，精確確定這些參數(shù)是十分必要的。3.1軋制過程基本參數(shù)3.1.1軋制原理基本知識在一般的軋制過程中，軋件只是在一對工作輥中受到壓力而產(chǎn)生塑性變形。為了便于研究，一般都以簡單的（即理想的）軋制過程作為研究的開端。具有下列條件的炸制過程稱為簡單軋制過程：1）兩個軋輥都驅(qū)動；2）兩個軋輥直徑相等；3）兩個軋輥轉(zhuǎn)速相同；4）被軋金屬作等速運動；5）被軋金屬上除軋輥施加的力以外，無任何其他作用力；6）被軋金屬的機械性質(zhì)是均勻的。然而，在軋制時，要想得到理想的軋制過程是很難辦到的。3.1.2軋制過程變形區(qū)級其參數(shù)變形區(qū)是指軋件在軋制過程中直接與軋輥相接觸而發(fā)生變形的那個區(qū)域，如圖3.1所示，其基本參數(shù)為：圖3.1變形區(qū)幾何圖形QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件高度（厚度），mm；QUOTE——軋制前后軋件的平均高度，mm，QUOTE=QUOTEQUOTE——壓下量（絕對壓下量），mm,QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件寬度，mm；QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件長度，mm；l——接觸弧水平投影長度，mm，可近似認(rèn)為QUOTED、R——軋輥直徑、半徑，mm。3.1.3絕對壓下量和相對壓下量軋制時，以絕對壓下量表示軋件高度方向的變形，即軋制前后軋件高度的差值QUOTE（3-1）絕對壓下量與軋件原始高度之比值稱做相對壓下量或變形程度，用符號QUOTE表示，則QUOTE（3-2）3.1.4彈性變形與塑性變形物體在外力或內(nèi)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)去掉使物體發(fā)生變形的力后，變形即行消失，此種變形稱為彈性變形。彈性變形時應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系可用高次曲線表示：（3-3）式中，為應(yīng)變，為應(yīng)力，E為彈性模數(shù)，K為系數(shù)。在工程運用時，一般忽略高次項，只取第一項為其近似式（3-4）當(dāng)使物體發(fā)生變形的力消失之后，物體仍不能回復(fù)原來的形狀，所保留下來的變形稱為塑性變形。一個物體受力后，首先是發(fā)生彈性變形，而后隨著外力增大到一定值之后，變由彈性變形過渡到塑性變形。所以，在塑性變形中一定有彈性變形存在。3.2軋制時接觸弧上平均單位壓力3.2.1平均單位壓力一般表達(dá)式圖3.3表示了有前后張力軋制時軋件變形區(qū)內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)。在軋制過程中，軋件在軋輥間承受軋制力而發(fā)生塑性變形。軋件塑性變形時體積不變，變形區(qū)的軋件在垂直方向產(chǎn)生壓縮，在軋制方向產(chǎn)生延伸，在橫向產(chǎn)生寬展，而延伸和寬展到接觸面上摩擦力的限制，使變形區(qū)中部呈三向壓應(yīng)力狀態(tài)。在有前后張力軋制時，靠近入口和出口處，由于張力的作用，這兩處金屬呈一向拉應(yīng)力兩向壓應(yīng)力狀態(tài)。圖3.2有前后張力軋制時軋件變形區(qū)內(nèi)各點應(yīng)力狀態(tài)在一定的應(yīng)力狀態(tài)下，軋件是否產(chǎn)生塑性變形，必須用塑性方程式來判別。塑性方程式的簡化形式為：（3-5）式中－軋件的金屬變形阻力，它只決定于材料種類（化學(xué)成分）及變形條件（變形程度、變形溫度、變形速度），而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。－最大主應(yīng)力；－最小主應(yīng)力；－表示中間主應(yīng)力的影響系數(shù)。當(dāng)或時，，當(dāng)時，，由此可知，中間應(yīng)力影響系數(shù)值在1～1.5范圍內(nèi)變化。板帶軋制時，取。在軋制時，為垂直方向主應(yīng)力，近似地可看作軋件與軋輥接觸弧上的單位壓力。為水平方向主應(yīng)力，其大小決定于接觸弧上的摩擦力和前后張力。則為軋件寬展方向的主應(yīng)力。由于各點的、值不同，接觸弧上單位壓力分布不均勻。為了便于計算，一般均以接觸弧上單位壓力的平均值（平均單位壓力）來計算軋制力。平均單位壓力的一般表達(dá)式為：（3－6）式中——應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù)，包括外摩擦、外區(qū)（變形區(qū)以外的金屬）和張力三個影響因素；——考慮外摩擦對應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)；——考慮外區(qū)對應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)；——考慮張力對應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)。在大多數(shù)情況下，外摩擦對應(yīng)力狀態(tài)的影響是主要的，而大部分計算平均單位壓力的理論公式主要是計算的公式。3.2.2冷軋帶鋼軋機平均單位壓力計算公式冷軋帶鋼軋機軋制的主要特點是：（1）軋件寬度比厚度大得多冷軋帶鋼軋機的軋件尺寸更接近于推導(dǎo)理論公式時所做的假設(shè)，即寬度比厚度大得多，寬展很小，可認(rèn)為是平面變形問題。（2）采用大張力軋制冷軋帶鋼一般都采用較大的前后張力軋制，其單位張應(yīng)力一般?。?.3～0.5）。由于采用大張力軋制，因而計算冷軋平均單位壓力時，必須考慮張力的影響。根據(jù)上述軋制特點，冷軋帶鋼軋機平均單位壓力的一般表達(dá)式(3-7)在計算冷軋帶鋼軋機的平均單位壓力時，還必須考慮以下三個問題：（a）軋輥彈性壓扁的影響由于冷軋帶鋼較薄較硬，因此接觸弧長上的單位壓力較大，使軋輥在接觸處產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象，加長了接觸弧的實際長度。由于接觸弧長度的加大，勢必增強軋輥與軋機接觸面上摩擦力的影響，從而使單位壓力加大。（b）軋件加工硬化的影響由圖3.3～圖3.5可見，冷軋時軋件的變形阻力曲線和公式，只與軋件的加工硬化（變形程度）有關(guān)。1－20A；2－10Mn2；3－A2；4－Fe；5－08F；6－A1圖3.3低碳鋼及低合金鋼的變形阻力曲線1―65Mn；2―T12；3―T10；4―T8A圖3.4高碳鋼及彈簧鋼的變形阻力曲線1―1Cr18Ni9T；2―8CrV；3―30CrMnSi；4―25CrMnSiA圖3.5合金鋼的變形阻力曲線因此，冷軋各道次的變形阻力的計算不僅與本道次的變形程度有關(guān)，而且與退火后在軋制該道次前的各道次的總變形程度有關(guān)。和可分別根據(jù)本道次軋前（入口處）的總變形程度和軋后（出口處）的總變形程度在軋件的變形阻力曲線中求出。和分別為：（3－8）（3－9）式中－退火狀態(tài)坯料的原始厚度；－本道次軋前軋件厚度；－本道次軋后軋件厚度。平均總變形程度用下式計算，（3－10）式中－系數(shù)，一般??；－系數(shù)，一般取。在選取系數(shù)和時，與之和必須等于1。一般取，。計算冷軋帶鋼軋機平均單位壓力常用的公式有斯通（M.D.Stone）公式和勃蘭特-福特（D.RBland-H.Ford）公式。在本次課題中，我選用了斯通公式作為計算冷軋帶鋼軋機平均單位壓力的公式。3.2.3M.D斯通（Stone）方法斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計算問題時，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，以及由于冷軋時軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著的彈性壓扁現(xiàn)象，近似地將薄板的冷軋過程看作為平行平板間的壓縮（圖3.7），并假設(shè)接觸表面上的摩擦力符合于摩擦定律。在變形區(qū)內(nèi)作用有法向壓力，摩擦力，及水平應(yīng)力和平均張應(yīng)力。以變形區(qū)內(nèi)小單元體為平衡條件，有（3-11）(3-12)因故（3-13）根據(jù)假設(shè)為滑動摩擦，摩擦系數(shù)為u，則（3-14）圖3.6變形區(qū)中單元體應(yīng)力圖把式3-13、3-14帶入式3-12，得（3-15）積分式3-15，得（3-16）假定在軋件的入口和出口斷面上作用有水平張應(yīng)力式中、——入口和出口斷面上實際張應(yīng)力值。由入口處的邊界條件（當(dāng)）（3-17）帶入式3-16不難求得積分常數(shù)（3-18）再將式3-18帶入式3-16，得（3-19）接著可以求平均單位壓力pm。設(shè)軋件寬度為b，則軋制力為（3-20）平均單位壓力為（3-21）設(shè)=X，則式3-21可寫成（3-22）式中，考慮加工硬化時，；、——軋制前后軋制材料的變形阻力；——考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長度；——軋件與軋輥間的摩擦系數(shù)，主要根據(jù)軋制條件確定，表3.1、3.2給出的數(shù)據(jù)可作參考；m——考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù)（或稱壓力增加系數(shù)P﹒M﹒F﹒）：根據(jù)赫奇可克公式式中R——軋輥半徑；E——軋輥彈性模數(shù)，對于鋼軋輥E=2100MPa；γ——泊松比，對于鋼軋輥γ=0.3；C——常數(shù)，，對于鋼軋輥mm3/N。將x0代入公式，經(jīng)整理后（3-23）將式3-19代入式3-21經(jīng)過整理變換后，得（3-24）令=X,則式（3-24）可寫為表3.1冷軋低碳鋼時的摩擦系數(shù)潤滑油摩擦系數(shù)無潤滑油0.09煤油潤滑0.08乳化液0.05表3.2冷軋時的摩擦系數(shù)潤滑油軋制速度/（QUOTE）乳化液0.140.12～0.10礦物油0.12～0.100.10～0.090.080.06棕櫚油0.080.060.050.03根據(jù)此式以Y為右邊坐標(biāo)、Z為左邊坐標(biāo)、X為中間曲線坐標(biāo)，做成諾模圖，如圖3.7所示。根據(jù)原始條件，可算出Z與Y的數(shù)值，并在圖3.7左、右坐標(biāo)上找到相應(yīng)的兩點，以直線連接之，此直線與圖3.7中間曲線相交即為所求的X值。當(dāng)直線與曲線出現(xiàn)兩個交點時（即得到兩個X值），此時需進(jìn)行判別，舍去不合理的，選擇其中一個合理的X值。根據(jù)圖3.7求得的X值，再由計算求出m，就可按式3-22計算出平均單位壓力。圖3.7決定壓扁后接觸弧長度諾模圖3.2.4平均軋制壓力的計算步驟及結(jié)果根據(jù)已知條件，要求軋件厚度由3.8mm經(jīng)過軋制后變?yōu)?.8mm。將這一厚度變化均分為6次軋制過程，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。本次設(shè)計的軋機軋制的軋件材料為Q195、Q215、Q235，如圖3.1所示，以下以第五次軋制計算為例：設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果軋制前、后總壓縮率(2）根據(jù)ε0、ε1查圖3.3(3)根據(jù)考慮加工硬化的情況，計算k(4)計算圖3.7所示諾模圖右側(cè)縱坐標(biāo)Y(5)計算出圖3.7所示諾謨圖中左側(cè)縱坐標(biāo)值Z(6)根據(jù)圖3.7求X(7)求出平均單位壓力QUOTE(8)求出考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長QUOTE(9)將此QUOTE值代入式QUOTE后就可以求出軋件與軋輥接觸面積在水平方向的投影QUOTE及軋制力QUOTEQUOTE—軋制前總高度，QUOTE—第五道軋制前高度，QUOTE—第五道軋制后高度QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPa為一常數(shù)，它決定于軋輥的材質(zhì)和尺寸，用下式計算：－軋輥半徑，；－軋輥彈性模量，對于剛軋輥；－泊松比，對于剛軋輥。將和值代入上式，則對于剛軋輥QUOTEQUOTE查表3-1得QUOTE根據(jù)任務(wù)書的要求，課題中設(shè)計的軋機為單機架可逆式冷軋機，故QUOTE將上述計算得出的各值代入軋輥彈性壓扁前的接觸弧長度L根據(jù)計算所得的Z和Y值，在圖3.7左側(cè)和右側(cè)縱坐標(biāo)上找到相應(yīng)的兩點，以直線連接這兩點，此直線與圖3.7中曲線的交點即為所求的X值，X=0.39QUOTE=QUOTE取軋件的軋前軋后平均寬度QUOTE=52.63%QUOTE=65.79%QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPak=793.5MPaC=QUOTEY=0.113Z=0.104X=0.39QUOTEMPaQUOTEmmQUOTE=1280mm根據(jù)以上計算步驟，同理可以求得QUOTE4軋輥的調(diào)整裝置4.1軋輥調(diào)整裝置的類型軋輥調(diào)整裝置的作用是：（1）調(diào)整軋輥水平位置，即調(diào)整輥縫，以保證軋件按給定的壓下量軋出所要求的斷面尺寸；（2）調(diào)整軋輥與軋道水平面間的相互位置，在連軋機上，還要調(diào)整各機座間軋輥的相互位置，以保證軋線高度的一致（調(diào)整下輥高度）；（3)調(diào)整軋輥軸向位置，以保證軋輥在機座中對中及保證有槽軋輥對準(zhǔn)孔型；（4）在板帶軋機上調(diào)整軋輥輥型，其目的是減小板帶材的橫向厚度差并控制板形。根據(jù)各類軋機的工藝要求，軋輥調(diào)整裝置可分為：上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥側(cè)壓下調(diào)整裝置和特殊軋機的調(diào)整裝置。上輥調(diào)整裝置也稱壓下裝置，它的用途最廣，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機上。壓下裝置有手動的、電動的或液壓的。下輥調(diào)整裝置用在板帶軋機和三輥型鋼軋機上，有手動的也有電動的。其作用是是軋輥對準(zhǔn)軋制線。中輥調(diào)整裝置用在三輥軋機上。在中輥固定的軋機上、中輥用斜鍥手動微調(diào)。在下輥固定軋機上（如三輥勞特軋機），中輥交替地壓向上輥和下輥。其傳動方式有電動、液壓及升降臺聯(lián)動等多種形式。立輥調(diào)整裝置設(shè)置在立輥的兩側(cè)，用來調(diào)整立輥之間的距離，一般都是電動的。其結(jié)構(gòu)和電動壓下類似。4.2電動壓下裝置電動壓下裝置是最常見的上輥調(diào)整裝置，它通常包括電動機、減速機、制動器、壓下螺絲、壓下螺母、壓下位置指示器，球面墊塊和測壓儀等部件。在可逆式板軋機的壓下裝置中，有的還裝有壓下螺絲回松機構(gòu)，以處理卡鋼事故。壓下裝置的結(jié)構(gòu)與軋輥的移動距離、壓下速度和動作頻率等有密切關(guān)系。電動壓下裝置一般可分為快速電動壓下裝置和板帶軋機壓下裝置來兩大類。4.2.1快速電動壓下裝置快速電動壓下裝置，一般用于上軋輥調(diào)節(jié)距離大、調(diào)節(jié)速度快（），以及調(diào)節(jié)精度不高的軋機上，如多用于除渣機、板坯軋機、萬能軋機等。快速壓下機構(gòu)較多的還是采用臥式電動機，傳動軸與壓下螺絲垂直交叉布置，這種形式中常見的布局是圓柱齒輪和蝸輪副聯(lián)合傳動壓下螺絲。它的優(yōu)點是能夠采用普通臥式電動機、結(jié)構(gòu)較緊湊。在采用球面蝸輪副或平面蝸輪副以后，傳動效率顯著提高。如圖4.1所示。1－壓下渦輪副；2－壓下電動機；3－差動機構(gòu)；4－差動機構(gòu)傳動電動機；5－極限開關(guān)；6－測速發(fā)電機；7－自整角機；8－差動機構(gòu)蝸桿；9－左側(cè)太陽輪（傘齒輪）；10－右側(cè)太陽輪（傘齒輪）圖4.11700熱連軋四輥可逆粗軋機壓下裝置傳動示意圖快速電動壓下機構(gòu)調(diào)整時不帶負(fù)荷，即不“帶鋼”壓下。壓下電動機的功率一般均按空載壓下考慮選用。快速電動壓下裝置在生產(chǎn)中常遇到兩個問題。一是壓下螺絲的卡鋼堵塞事故?？ㄤ摃r，軋件對軋輥的壓力很大，壓下電機無法啟動。為解決這一問題，在一些中厚板軋機上增設(shè)了回松機構(gòu)。如圖4.1所示的壓下傳動系統(tǒng)，即是利用差動機構(gòu)來回松壓下螺絲，生產(chǎn)中常遇到的另一個問題是壓下螺絲的自動旋松問題。4.2.2板帶軋機壓下裝置冷、熱軋板帶軋機的電動壓下速度在0.02～1.0mm/s范圍內(nèi)（有時，壓下速度也可達(dá)到3mm/s）。由于壓下速度的絕對值較小，過去曾稱它為“慢速壓下機構(gòu)”。但是這個名稱并沒有反映出板帶軋機壓下機構(gòu)的特點。事實上，在現(xiàn)代化的高速軋機上，為實現(xiàn)帶鋼的厚度自動控制，需要壓下機構(gòu)以很高的速度對軋輥位置（輥縫）做微量調(diào)整。板帶軋機的軋件即薄又寬又長，并且軋制速度快、軋件精度要求高，這些特征使壓下裝置具有以下特點：1）軋輥調(diào)整量較??；2）調(diào)整精度高；3）經(jīng)常的工作制度是“頻繁的帶鋼壓下”。4）必須動作快，靈敏度高。5）軋輥平行度的調(diào)整要求嚴(yán)格。六輥軋機的電動壓下大多采用圓柱齒輪－蝸輪副傳動或兩級蝸輪副傳動的形式，這兩種傳動形式可以有多種配置方案。圖4.2示出了六種配置方案。圖4.2板帶軋機電動壓下裝置配置方案簡圖圖（4.2－b）是由電動機直接帶動以及蝸輪蝸桿傳動的，多用于小型窄帶鋼軋機；（圖4.2－a、4.2－d、4.2－e）是圓柱齒輪－蝸輪副傳動；（圖4.2－c、4.2－f）是兩級蝸輪傳動，結(jié)構(gòu)較緊湊，傳動比可達(dá)1000～2000。近年來使用球面蝸輪副和平面蝸輪副，使傳動效率和承載能力大大提高，且傳動平穩(wěn)使用壽命長。根據(jù)對本次課題的要求的分析，在此次課題中將選用單電機的板帶軋機壓下裝置，具體的布置形式見圖4.3所示。1－球形墊塊；2－上支承輥軸承座；3－下壓裝置；4－位置傳感器；5－壓下電機；6－減速器圖4.31450六輥可逆冷軋機壓下系統(tǒng)4.3壓下螺絲及螺母設(shè)計計算4.3.1壓下螺絲壓下螺絲一般由頭部、本體和尾部三個部分組成。頭部與長軋輥軸承座接觸，承受來自輥頸的壓力和上輥平衡裝置的過平衡力。為了防止端部在旋轉(zhuǎn)時磨損并使上軋輥軸承具有自動調(diào)位能力，壓下螺絲的端部一般都做成球面形狀，并與球面銅墊接觸形成止推軸承。a―凸形；b―凹形；c―裝配式凹形圖4.4壓下螺絲的止推端部壓下螺絲止推端的球面有凸形和凹形兩種。老式的結(jié)構(gòu)多是凸形（圖4.4－a）這種結(jié)構(gòu)形式在使用時使凹形球面鑄銅墊承受拉應(yīng)力，因而銅墊易碎裂。改進(jìn)后的壓下螺絲頭部做成凹形（圖4.4－b），這時，凸形球面銅墊處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，提高了銅墊的強度，增強了工作的可靠性。壓下螺絲頭部也可做成裝配式（圖4.4－c）。增大球面止推軸頸是為了增大端面的摩擦阻力矩，防止螺絲的自動旋松。這種結(jié)構(gòu)用在自鎖能力差的初軋機上。在帶鋼軋機上，由于“帶鋼壓下”，為了減小壓下電機功率和增加啟動加速度，目前，大多數(shù)用滾動止推軸承代替滑動的止推銅墊。壓下螺絲的本體部分帶有螺紋，它與壓下螺母的內(nèi)螺紋配合以傳遞運動和載荷。壓下螺絲的螺紋有鋸齒形和梯形兩種（圖4.5）前者主要用于快速壓下裝置；后者主要用于軋制壓力大的軋機（如冷軋帶鋼軋機等）。壓下螺絲多數(shù)是單線螺紋，在初軋機等快速壓下裝置中有時采用雙線或多線螺紋。壓下螺絲的尾部是傳動端，承受來自電動機的驅(qū)動力矩。尾部斷面的形狀主要有方形、花鍵形和圓柱形三種（圖4.6）。方形尾部四面鑲有青銅滑板，它主要用于快速壓下裝置?；ㄦI形尾部的承載能力大，尾部強度削弱得少，多用在低速、重載的帶鋼軋機。帶鍵槽圓柱形尾部僅用于輕負(fù)荷的壓下裝置中。a―鋸齒形；b―梯形圖4.5壓下螺絲、螺母的螺紋斷面a―方形；b―花鍵形；c―帶鍵槽圓柱形圖4.6壓下螺絲的尾部（傳動端）形狀4.3.2壓下螺絲設(shè)計計算壓下螺絲的基本參數(shù)是螺紋部分的外徑和螺距，可按照國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取。壓下螺絲直徑由最大軋制壓力決定。由于壓下螺絲的細(xì)長比很小，其縱向彎曲可忽略不計。壓下螺絲最小斷面直徑由下式確定：(4－1)式中－作用在螺絲上的最大軋制力－壓下螺絲許用應(yīng)力。一般壓下螺絲材料為鍛造碳鋼，其強度極限約為，。當(dāng)取安全系數(shù)時，許用應(yīng)力為。當(dāng)壓下螺絲負(fù)荷很大時，可采用合金鋼材料，如37SiMn2MoV。為了提高螺紋和樞軸的耐磨性，表面淬火并磨光。由靜強度分析看，壓下螺絲外徑與軋輥的輥頸的承受能力都與各自的直徑平方成正比。而且兩者均受同樣大小的軋制力，于是可以認(rèn)為他們存在著以下的關(guān)系：（4－2）式中－表示壓下螺絲的外徑；－支承輥輥頸直徑。公式中較小的比例系數(shù)用于鑄鐵軋輥；較大的比例系數(shù)用于鑄鋼及鍛鋼軋輥。確定后可根據(jù)自鎖條件求壓下螺絲的螺距（4－3）式中為螺紋升角，按自鎖條件要求，，則（4－4）對于板帶軋機，則。在、確定后，可參見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查處其他參數(shù)。壓下螺絲的有效螺紋長度，擇優(yōu)調(diào)整量及螺母高度來確定。由螺紋外徑確定出其內(nèi)徑，并進(jìn)行強度校核，即：（4－5）式中－壓下螺絲實際計算應(yīng)力；－壓下螺絲所承受的軋制力；－壓下螺絲材料的許用應(yīng)力，，其中為強度極限，為安全系數(shù)，。壓下螺絲的設(shè)計計算及強度校核，壓下螺絲選合金鋼材料（本次設(shè)計中選用37SiMn2MoV）。為了提高螺紋和樞軸的耐磨性，表面淬火并磨光。圖4.7壓下螺絲簡圖設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1）壓下螺絲最小斷面直徑QUOTE(2)壓下螺絲的外徑d(3)壓下螺絲的螺距t(4)壓下螺絲內(nèi)徑QUOTE(5)壓下螺絲內(nèi)徑QUOTE的強度校核QUOTE=QUOTEQUOTE，得QUOTEQUOTEmm取QUOTE取d=400mm取QUOTEmmQUOTEmm故強度合格4.3.3壓下螺母壓下螺母是軋鋼機機座中重量較大的易損零件。國產(chǎn)1150初軋機和4200厚板軋機的壓下螺母重達(dá)1.8t和4.1t。螺母通常用貴重的高強度青銅（ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1）或黃銅（ZHA166-6-3-2）鑄成。采用合理的結(jié)構(gòu)，可以大量節(jié)省有色金屬。圖4.8是壓下螺母的幾種結(jié)構(gòu)形式。整體螺母（圖4.8－a、4.8－b）耗費青銅較多，其中雙極的雖比單級的省銅，但往往不能保證兩個階梯端面同時與機架接觸，因而很少應(yīng)用。整體螺母加工制造較為簡單，工作可靠，多用在中小軋機上。加箍的螺母(圖4.8－c、4.8－d)比較經(jīng)濟，在初軋機及厚板軋機上的使用情況證明，其工作性能不亞于整體鑄青銅螺母。a―單級的；b―雙級的；c―單箍的；d―雙箍的；e―帶冷卻套的；f―帶鑄青銅芯的鋼螺母；g―兩半合并的；h―帶青銅襯的鋼螺母圖4.8壓下螺母的結(jié)構(gòu)形式為了節(jié)省青銅，近年來在大型軋機上廣泛使用組合式螺母。箍圈由高強度鑄鐵鑄成，以H7/m6的過渡配合套在青（黃）銅的螺母基體上以后，再加工螺母外徑和斷面。當(dāng)采用雙箍時，則在套上第二個箍圈以前，必須先車削第一箍圈的外徑及相應(yīng)的螺母外徑。采用加箍螺母時，在制造工藝上必須保證箍圈的端面緊密地壓在螺母的臺階上。高強度鑄鐵（例如KTZ45－5）的彈性模數(shù)與青銅相近，這就能保證在受壓時，箍圈和螺母本體均勻變形。高強度鑄鐵還有較好的塑性，裝配時，箍圈不易破裂。這一點灰口鑄鐵是無法保證的。箍圈不宜采用熱裝配，因為箍圈冷卻后與螺母的臺階端面之間會產(chǎn)生間隙。如果工藝上需要熱裝，則冷卻后應(yīng)再一次將箍圈壓實。圖4.8－e是有循環(huán)水冷卻的組合式螺母。在出軋機上的生產(chǎn)實踐證明，如有循環(huán)水冷卻，則螺母的使用壽命可以延長1.5～2倍。循環(huán)水從下部進(jìn)入，由上部流出，出口應(yīng)位于入口的正對面，這樣既保證冷卻水的環(huán)流又符合熱水的自然流向。圖4.8－f是帶青銅芯的鑄鋼螺母。它是在一個內(nèi)表面有環(huán)形槽及軸向槽的鑄鋼套內(nèi)先澆鑄一層青銅，然后車制螺紋。螺母外層焊有冷卻水套。這種螺母比較省銅，但鑄銅層不太牢固。據(jù)試驗，銅芯與鋼套之間有是有1～1.5mm的間隙，因此，這種形式的落幕很少使用。圖4.8－g是兩半拼合的螺母，是由兩個青銅半圓環(huán)套用配合螺栓拼合后車制螺紋而成。當(dāng)澆鑄條件受限制時，可采用這種形式。圖4.8－h(huán)是帶有青銅襯的鋼螺母。它是上一種螺母的改進(jìn)形式。兩半螺母本體是鋼制的，先車成具有較薄螺紋的毛坯，然后用電熔法涂上一層青銅襯，最后對螺紋精加工。這種形式的落幕可節(jié)省大量青銅，但要求經(jīng)常檢查螺母的磨損情況，以防銅襯磨完后將壓下螺絲磨壞。這種螺母可以用在熱軋薄板及冷軋機上，因為這類軋機的螺母磨損較小。螺母與機架鏜孔的配合常采用H8/h9或H8/f9級的動配合，主要為了便于拆裝。為了將螺母固定在機架的鏜孔內(nèi)，常采用壓板裝置。壓板嵌在螺母和機架的凹槽內(nèi)，用雙頭螺栓或T型螺栓固定（圖4.9）。采用T型螺栓的優(yōu)點是機架加工較為容易且不需要加工螺紋孔。壓板槽的位置一般不應(yīng)在機架橫梁的中間斷面上（雖然加工較為方便），因為那里受較大的彎矩。壓下螺母可用干油或稀油潤滑。采用稀油潤滑，循環(huán)油從開在靠近上端面的徑向油孔送入螺紋，在螺紋孔內(nèi)沿軸向還開有油槽，以便潤滑油能流入每一圈螺紋。對于壓下螺絲在螺母中頻繁快速移動的軋機（例如初軋機）,如果采用稀油潤滑，螺母壽命可提高1.5～2倍。4.3.4壓下螺母設(shè)計計算壓下螺母的直徑與螺距隨壓下螺絲確定，此外還要確定壓下螺母的高度和外徑。由于壓下螺母用青銅制造，抗擠壓強度較低，故壓下螺母高度應(yīng)按螺紋的擠壓強度來確定。螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力為：（4－6）式中－壓下螺母中的螺紋圈數(shù)；、－壓下螺絲螺紋的外徑及內(nèi)徑；－壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差。根據(jù)式4－7，先求出壓下螺母螺紋圈數(shù)之后，其高度則為：設(shè)計時螺母高度可由下式預(yù)選（設(shè)壓下螺母需用單位壓）：然后再進(jìn)行擠壓強度校核。作用在壓下螺絲上的軋制力通過壓下螺母與機架孔的接觸面?zhèn)鹘o了機架，因此，壓下螺母應(yīng)按其接觸面的擠壓強度來確定它的外徑，即：（4－7）式中－壓下螺母接觸面上的單位壓力；－壓下螺母上最大作用力；、－壓下螺母外徑及壓下螺絲通過的機架橫梁上的孔的直徑；－壓下螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，同樣可先由經(jīng)驗公式確定，，然后再按擠壓強度式4－8校核。壓下螺母的設(shè)計計算及強度校核，本設(shè)計壓下螺母，采用高強度青銅鑄造（ZQSn8-12）圖4.10壓下螺母簡圖設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)壓下螺母高度H(2)壓下螺母中的螺紋圈數(shù)Z(3)壓下螺母的高度校核(4)壓下螺母外徑D(5)壓下螺母的強度校核已計算得到t=48mm，代入得壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差QUOTE壓下螺絲通過機架橫梁上的孔的直徑H=600mm取Z=13壓下螺母高度合格D=640mm強度合格4.3.5壓下螺絲的傳動力矩及壓下電機功率計算轉(zhuǎn)動壓下螺絲所需的靜力矩也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋之間的摩擦力矩（圖4.11）。其計算公式是：（4－8）式中－螺紋中徑；－螺紋上的摩擦角，即，為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取，故－螺紋升角，壓下時用正號，提升時用負(fù)號，，為螺距；－作用在一個壓下螺絲上的力；－止推軸承的阻力矩；－螺紋摩擦阻力矩。1―壓下螺絲；2―壓下螺母；3―樞軸；4―止推墊塊；5―上軸承圈圖4.12壓下螺絲受力平衡圖對止推滾動軸承（4－10）式中－滾動軸承平均直徑；－對滑動止推軸頸可取。作用在一個壓下螺絲上的力，對冷軋帶鋼軋機來講（4－11）式中－軋制壓力。每個壓下螺絲的傳動電動機功率為（4－12）式中－按公式4－9計算出的轉(zhuǎn)動壓下螺絲的靜力矩；－電動機額定轉(zhuǎn)數(shù)；－傳動系統(tǒng)總速比；－傳動系統(tǒng)總的機械效率。設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)止推軸承阻力矩QUOTE(2)螺紋摩擦阻力矩QUOTE(3)壓下螺絲阻力矩QUOTE(4)壓下螺絲的傳動電動機功率N滾動軸承平均直徑取QUOTE取

QUOTEn=720r/min，i=1.25，η=0.92QUOTE選擇YZR225M-8三相異步電動機，F(xiàn)C=40%5軋鋼機機架5.1機架的類型軋鋼機機架是工作機座的重要部件，其尺寸及重量最大，機架牌坊約為機架重量的70～80%，為工作機座重量的30～40%，為軋機主機列重量的20～25%。軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機架上。機架因為要承受軋制力，所以必須有足夠的強度和剛度。根據(jù)軋鋼機型式和工作要求及結(jié)構(gòu)不同，軋鋼機機架分為閉式和開式兩種。5.1.1閉式機架閉式機架如圖5.1所示，它是一個整體框架，因為具有較大的強度和剛度，主要用于大型初軋機，板坯軋機和板帶軋機。對于板帶軋機來說，為了提高軋制精度，需要有較高的機架剛度。對于某些小型軋機和線材軋機，也往往采用閉式機架，以獲得較好的軋件質(zhì)量。采用閉式機架的工作機座，在換輥時，軋輥是沿其軸線方向從機架窗口中抽出或裝入，這種軋機一般都設(shè)有專用的換輥裝置。圖5.1閉式機架簡圖5.1.2開式機架開式機架由機架本體和上蓋兩部分組成圖5.3，它主要用在橫列式新剛軋機上，其主要優(yōu)點是換輥方便。因為，在橫列式軋機各機座緊靠在一起，沿軋輥軸向換輥時困難的，采用開式機架，只要拆下上蓋，就可以很方便地將軋輥從上面吊出或裝入。開式機架的主要缺點是剛度較差。影響開市機架剛度和換輥速度的主要關(guān)鍵是上蓋的聯(lián)接方式。常見的上蓋聯(lián)接方式有五種。a―螺栓聯(lián)接；b―立銷和斜楔；c―套環(huán)和斜楔聯(lián)接；d―橫銷和斜楔聯(lián)接；e―斜楔聯(lián)接圖5.2開式機架上蓋聯(lián)接方式圖5.2―a是螺栓聯(lián)接的開式機架，機架上蓋（上橫梁）用兩個螺栓與機架立柱聯(lián)接。這種聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)簡單，但因螺栓較長，變形較大，機架剛度較低。此外，換輥時拆裝螺母較費時。圖5.2―b是立銷和斜楔聯(lián)接的開式機架，其換輥比螺栓聯(lián)接方便。圖5.2―c是套環(huán)和斜楔聯(lián)接的開式機架，與上述兩種形式相比，取消了立柱和上蓋上的垂直銷孔，用套環(huán)代替螺栓或圓柱銷。套環(huán)的下端用橫銷鉸接在立柱上，套換上端用斜楔把上蓋和立柱聯(lián)接起來。這種結(jié)構(gòu)換輥較為方便。由于套環(huán)的斷面可大于螺栓或圓柱銷，軋機剛性有所改善。圖5.2―d是橫銷和斜楔聯(lián)接的開式機架，上蓋與立柱用橫銷聯(lián)接后，再用斜楔楔緊。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接件變形較小。但是，在楔緊力和沖擊力的作用下，當(dāng)橫銷沿剪切斷面發(fā)生變形后，拆裝較為困難，使換輥時間延長。圖5.2―e是斜楔聯(lián)接的開式機架，與上述各種形式的開式機架相比有以下優(yōu)點:1）由于聯(lián)接件數(shù)量少、變形小，使上蓋彈跳值減少。2）聯(lián)接件結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接堅固。3）機架立柱橫向變形小，在打緊斜楔后，機架立柱上部被斜楔和機蓋止口緊緊擠住，大大減小了立柱的橫向變形。由上可知，斜楔聯(lián)接的開式機架，除了換輥方便外，還具有較高的剛度，故稱為半閉口機架。這種機架使用效果較好，得到了廣泛應(yīng)用。5.2機架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)機架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、高度和立柱斷面尺寸。在閉式機架中，機架窗口寬度應(yīng)稍大于軋輥最大直徑，以便于換輥；而開式機架窗口寬度主要決定于軋輥軸承座的寬度。六輥軋機機架窗口寬度一般為支承輥直徑的1.00～1.15倍。為了換輥方便，換輥側(cè)（操作側(cè)）的機架窗口應(yīng)比傳動窗口寬5～10mm，亦可表示為（5－1）式中－機架窗口寬度；－支承輥（軋輥）軸承座寬度，mm－窗口滑板厚度，mm一般取機架窗口高度主要根據(jù)軋輥最大開口度、壓下螺絲最小伸出端（至少有2～3扣螺紋長度），以及換輥等要求確定。（5－2）式中－兩個（或四個）軋輥接觸時，上下軸承座間的最大距離，mm；－安全臼或測壓元件以及均壓塊的高度，mm；－下軸承座墊板最大開口度，mm；－軋輥換輥時的最大開口度，mm；－機架窗口高度尺寸裕量，通常。對于六輥軋機，可?。?－3）式中、、－工作輥、中間輥、支承輥直徑，mm。機架立柱的斷面尺寸是根據(jù)強度條件確定的。由于作用于軋輥輥頸和機架立柱上的力相同，而輥頸強度近似地與其直徑平方成正比，故機架立柱的斷面積與軋輥輥頸的直徑平方有關(guān)。在設(shè)計時，可根據(jù)比值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定機架立柱斷面積，再進(jìn)行機架強度驗算。根據(jù)軋輥材料和軋鋼機類型，比值可按表5.1選取表5.1機架立柱斷面積與軋輥輥頸直徑平方的比值軋輥材料軋機類型比值備注鑄鐵0.6～0.8碳鋼開坯機0.7～0.9其他軋機0.8～1.0鉻鋼六輥軋機1.2～1.6按支承輥輥頸直徑計算機架立柱斷面尺寸對機架剛度影響較大。在現(xiàn)代板帶軋機上，為了提高軋件的軋制精度，有逐漸加大立柱斷面的趨勢。尺寸位置參見圖5.6簡化機架結(jié)構(gòu)簡圖設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)機架窗口寬度B機架窗口高度H(3)立柱斷面尺寸F取s=25mm,操作側(cè)的窗口寬度：B=1400mm傳動側(cè)的窗口寬度：B=13950mmQUOTE=5530mm支撐輥軸頸：d=700mmQUOTE操作側(cè)：B=1400mm傳動側(cè)：B=13950mmH=5530mm5.3軋機機架斷面形狀選擇根據(jù)力矩分配的條件，可以找到機架斷面形狀選擇的原則。機架立柱常用的斷面形狀有近似正方形、矩形和工字型三種。在斷面積相同的情況下，工字型斷面和矩形斷面有較大的慣性矩，其抗彎能力較大，適用于寬度較大的二輥軋機。初軋機機架為了固定滑板方便，也經(jīng)常選用工字型斷面。閉式機架采用慣性矩較大的工字型或矩形斷面立柱，可以減少橫梁上承受的彎曲力矩，使橫梁斷面尺寸減小。對六輥軋機用的窄而高的閉式機架，在水平作用力不大時，機架立柱采用近于正方形斷面較為合理。雖然，近似正方形斷面的慣性矩較小，會增加橫梁的彎曲力矩，但是立柱的彎曲力矩也相應(yīng)的減少。在這種軋機上，由于立柱高度大于橫梁的長度，從立柱上省下來的材料將超過橫梁所需要的材料，對于減輕機架重量還是有利的。故在本次的課題中，機架的斷面形狀選近似于正方形斷面。5.4軋機機架材料的許用應(yīng)力機架一般采用含碳量為0.25～0.35的鑄鋼，例如ZG270-500，其強度極限=500～600MPa，延伸率。由于機架式軋機最重要的部件，必須具有較大的強度儲備，一般機架的安全系數(shù)不小于10，對于ZG270-500，其許用應(yīng)力為：對于橫梁對于立柱以上安全系數(shù)是根據(jù)以下原則確定的，即當(dāng)軋輥發(fā)生過載斷裂時，機架不應(yīng)該發(fā)生塑性變形，這時的許用應(yīng)力可以表示為：（5－4）式中－機架材料的屈服極限，MPa；－機架的計算載荷，即軋制時軋輥輥頸傳給機架的軋制力，KN；－軋輥達(dá)到斷裂時，通過軋輥輥頸傳給機架的最大軋制力，KN。為了確保當(dāng)軋輥斷裂時，機架而對不會產(chǎn)生任何塑性變形，則其正常軋制時的計算載荷永遠(yuǎn)應(yīng)小于斷輥時機架中產(chǎn)生的最大載荷，是由軋輥輥頸的強度條件來確定的，對一臺軋機說，為定數(shù)，即：（5－5）式中－軋輥材料的強度極限，MPa；－軋輥輥頸處的塑性斷面系數(shù)（），對圓斷面－軋輥輥身邊緣到壓下螺絲中心線的距離，通常，為輥頸直徑。將和數(shù)值代入式5－5中可得：采用鑄鐵軋輥時，，；采用鑄鋼軋輥時，，則。若用式5－4的兩邊分別去除以機架材料的強度極限，則得：其中，即為機架的安全系數(shù)。，即軋輥的安全系數(shù)一般取為5。對于鑄鋼材料一般，所以(5－6)5.5軋機機架強度計算利用材料力學(xué)的方法進(jìn)行閉式機架強度計算時，為了簡化計算，一般做以下假設(shè)：（1）機架只在上下橫梁的中間斷面處受有垂直力R，而且這兩個力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，即機架的外負(fù)荷是對稱的，且認(rèn)為框架為自由框架。此時，機架沒有傾翻力矩，機架底腳不受力。應(yīng)該指出，由于軋輥直徑和速度的不同、軋制速度的變化和咬入時沖擊引起的慣性力，活在張力軋制時，軋制力方向都不是垂直的。由于水平分力的數(shù)值一般都較小，約為垂直分力的3%～4%，故可以忽略不計。只有當(dāng)水平分力較大時（例如超過垂直分力的15%），則應(yīng)考慮水平分力的影響。（2）機架結(jié)構(gòu)對窗口的垂直中心線是對稱的，而且不考慮由于上下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。（3）上下橫梁和立柱交界處（轉(zhuǎn)角處）是感性的（一般機架轉(zhuǎn)角處的剛性都是比較大的），即機架變形后，機架轉(zhuǎn)角仍保持不變。根據(jù)這些假設(shè)，機架外負(fù)荷和幾何尺寸都與機架窗口垂直中心線對稱，故可將機架簡化為一個由機架立柱和上下橫梁的中性軸鑄成的自由框架。如將次框架沿機架窗口垂直中心線剖開，則在剖開的截面上，作用著垂直力和靜不定力矩（圖5.3）。圖5.3機架計算簡圖及彎曲力矩圖由于機架左右對稱，所以力矩可由半個機架的彈性變形位能求出。此時，界面的轉(zhuǎn)角等于零，按卡氏定理得（5－7）式中－彈性模數(shù)；－截面與計算截面間的機架中性線長度；－機架計算截面上的彎曲力矩；－機架計算截面上的慣性矩。在斷面處的彎曲力矩為（5－8）式中－作用于機架上的垂直力；－垂直力相對于計算截面的力臂。力矩的導(dǎo)數(shù)為，（5－9）將式5—8和式5—9代入式5－7，并將常數(shù)取消后，得（5－10）由式5－10，可求出為（5－8）如果機架簡化為如圖5.4所示的矩形自由框架，則式5－8中的函數(shù)是簡單函數(shù)關(guān)系：即對于機架橫梁，而對于立柱，因此，為（5－9）式中－機架橫梁的中性線長度；－機架立柱的中性線長度；－機架上橫梁的慣性矩；－機架立柱的慣性矩；－機架下橫梁的慣性矩。式5－9積分后，得（5－10）圖5.4矩形自由框架彎曲力矩如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時，則力矩為（5－11）根據(jù)式5－5作力矩圖時，在立柱上的彎矩為（5－12）將式5－11代入式5－12，則（5－13）由式5－13可看出，減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分的減少立柱中的彎矩。正如前面指出的那樣，這對于減輕窄而高的機架重量是有利的。對于鋼板軋機，一般取為軋制力的一半，即；在求出力矩和后，可用以下公式進(jìn)一步求解機架的應(yīng)力（圖5.5）。圖5.5閉式機架中的應(yīng)力圖機架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為(5－14)機架橫梁外側(cè)的應(yīng)力為(5－15)機架立柱內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為(5－16)機架立柱外側(cè)的應(yīng)力為(5－17)式中、－分別為機架橫梁內(nèi)測和外側(cè)的斷面系數(shù)；、－分別為機架立柱內(nèi)測和外側(cè)的斷面系數(shù)；－機架立柱截面積。為了簡化機架的強度計算，假設(shè)機架的上下橫梁慣性矩相等。（見圖5.6）圖5.6機架機構(gòu)簡圖設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)機架橫梁上的慣性矩QUOTE(2)機架立柱上的慣性矩QUOTE(3)機架橫梁、立柱的中性線長度QUOTE、QUOTE(4)機架橫梁上的彎矩QUOTE(5)機架立柱上的彎矩QUOTE(6)機架橫梁內(nèi)、外側(cè)的斷面系數(shù)QUOTE、QUOTE(7)機架立柱內(nèi)、外側(cè)的斷面系數(shù)QUOTE、QUOTE(8)機架橫梁內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力QUOTE、QUOTE(9)機架立柱內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力QUOTE、QUOTE根據(jù)平行移軸公式：QUOTE得：QUOTEQUOTE橫梁中性線長度：QUOTE立柱中性線長度：QUOTE立柱斷面面積：QUOTE橫梁強度合格立柱強度合格5.6軋機機架的變形計算機架的彈性變形是由橫梁的彎曲變形和立柱的拉伸變形組成的。由于橫梁的斷面尺寸相對于橫梁的長度來說是較大的，在計算橫梁的彎曲變形時，應(yīng)該考慮橫向切力的影響。機架的彈性變形為：(5－18)式中－機架的彈性變形；－由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；－由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；－由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形。根據(jù)卡氏定理，由彎矩產(chǎn)生的兩個橫梁的彎曲變形為：(5－19)彎曲力矩及其導(dǎo)數(shù)可用以下公式表示（5-20）經(jīng)積分整理后，式5－19為(5－21)式中—機架材料的彈性模數(shù)；—橫梁的慣性矩；—橫梁中性軸的長度；—橫梁上的作用力；—機架立柱中的力矩。同理，由切力產(chǎn)生的兩個橫梁的彎曲變形為(5－22)剪力及其導(dǎo)數(shù)可用以下公式表示(5－23)(5－24)經(jīng)積分整理后，式5－22為(5－25)式中—機架材料的剪切彈性模數(shù)；—橫梁的斷面面積；

—橫梁的斷面形狀系數(shù)，對于矩形斷面，系數(shù)。機架立柱的拉伸變形為(5－26)式中—立柱中性軸的長度；—立柱的斷面面積。求出的機架變形應(yīng)小于許用值，六輥鋼板冷軋。表5-1常見材料的彈性模量及泊松比設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形QUOTE(2)由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形QUOTE(3)由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形QUOTE(4)校核機架變形機架材料為ZG270-500，由表3-1得彈性模量：E=200GPa，由表5-1得，切變模量：G=80GPa；橫梁斷面形狀系數(shù)：K=1.2；機架變形合格5.7軋機機架的傾翻力矩計算在軋制過程中，工作機架的傾翻力矩通常由兩部分組成，即(5－27)式中—機架的總傾翻力矩；—傳動系統(tǒng)加于機架上的傾翻力矩；—水平力引起的傾翻力矩。5.7.1傳動系統(tǒng)加于機架上的傾翻力矩圖5.7傳到軋輥上的力矩示意圖圖5.7中的為傳動裝置傳給各軋輥的力矩，為相鄰機座傳給軋輥的力矩。由于是單機架，故都為零。在正常軋制的情況下(5－28)最危險的情況是輥系中的中間輥的傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生了瞬時傳動間隙以及中間輥從動，即，則(5－29)這種情況下，總軋制力矩全部傳給了上下的支承輥，因此傾翻力矩達(dá)到了最大。5.7.2水平力引起的傾翻力矩如圖5.8所示，水平力Q引起的傾翻力矩為(5－30)式中—軋制中心線至軌座間的距離。由軋制速度的變化使軋件產(chǎn)生的慣性力，前、后張力差，以及在穿孔機上頂桿的作用力，都會在軋件上作用水平力。在一般情況下，水平力Q是隨著各種軋制工藝條件的改變而變化的，其最大值可按下式計算(5－31)故(5－32)式中—軋輥直徑。上式中；QUOTE；，得圖5.8水平力Q引起的傾翻力矩5.7.3支座反力及地腳螺栓的強度計算（1）支座反力的計算由圖26可知，在傾翻力矩的作用下，工作機座的兩個機架力圖從其兩邊支座中的一個離開。這時，固定機架與軌座以及軌座與地基的螺栓顯然承受拉緊力，其值可按下式確定。(5－33)式中—支座間的距離；—工作機座的重量。同時兩個機架將緊壓到另一個支座上的力等于(5－34)應(yīng)該注意，為了保證機架地腳與軌座的配合表面始終不被分開，故對地腳螺栓的預(yù)緊力必須大于。一般為保險起見，應(yīng)取地腳螺栓總預(yù)緊力為(5－35)每一個地腳螺栓預(yù)緊力為(5－36)式中－一邊地腳螺栓的個數(shù)（2）地腳螺栓的強度計算首先按經(jīng)驗公式預(yù)選螺栓直徑。當(dāng)軋輥直徑時(5－37)當(dāng)軋輥直徑時(5－38)然后按照強度條件對地腳螺栓進(jìn)行校驗。(5－39)式中—地腳螺栓的最大拉力，??；—地腳螺栓的螺紋內(nèi)徑，mm；—地腳螺栓的許用應(yīng)力，通常?。?、鍛鋼）。設(shè)計步驟設(shè)計內(nèi)容設(shè)計結(jié)果(1)拉緊力QUOTE（2）預(yù)選螺栓直徑d（3)地腳螺栓的最大拉力QUOTE（4）地腳螺栓強度校核QUOTE；QUOTE；QUOTE，由式5-35得由式5-31得，QUOTE，由式5-39，得QUOTE，故地腳螺栓強度合格

6設(shè)計參數(shù)匯總表6.1軋機設(shè)計參數(shù)匯總表軋件材料Q195、Q215、Q235軋件材料厚度1.5～4mm軋件材料寬度800～1280mm軋制成品厚度/寬度0.2～1.2mm最大軋制力19200KN軋制力矩150MPa穿帶速度1