六輥軋機(jī)軋輥裝置的設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 六輥軋機(jī)軋輥裝置的設(shè)計(jì)學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： 專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2011 年 6 月 3日目 錄摘 要1ABSTRACT21概述41.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)41.2 軋輥裝置的組成和工作原理42方案設(shè)計(jì)52.1軋輥傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)52.2壓下量調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)52.3中間輥橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.4軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)73零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)93.1工作輥93.1.1工作輥的設(shè)計(jì)93.1.2工作輥軸承的選用113.2中間輥123.2.1中間輥的設(shè)計(jì)123.2.2中間輥軸承的選用143.2.3中間輥橫移機(jī)構(gòu)143.3支承輥163.3.1支承輥的設(shè)計(jì)163.3.2

2、支承輥軸承的選用183.4軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)194 校 核204.1軋制力計(jì)算204.2軋輥強(qiáng)度分析224.3支承輥彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算254.4軋輥輥面接觸強(qiáng)度的驗(yàn)算264.4.1 工作輥與中間輥之間的輥面接觸強(qiáng)度264.4.2 中間輥與支撐輥之間的輥面接觸強(qiáng)度275安裝與調(diào)試295.1維護(hù)和保養(yǎng)295.2液壓系統(tǒng)維護(hù)295.3潤(rùn)滑系統(tǒng)維護(hù)296總 結(jié)307.致 謝31參 考 文 獻(xiàn)32II六輥軋機(jī)軋輥裝置的設(shè)計(jì) 摘 要 國(guó)產(chǎn)六輥冷軋機(jī)從上世紀(jì)80年代起就在國(guó)內(nèi)成功運(yùn)行，但只是一些單機(jī)架的中小型冷軋機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量板（帶）材的需求也在迅速增長(zhǎng)。具有國(guó)際先進(jìn)水平的高速現(xiàn)代化

3、冷軋機(jī)的開(kāi)發(fā)和研制成為當(dāng)務(wù)之急。采用輥縫連續(xù)可變凸度控制技術(shù)的六輥冷軋機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷的凸顯出它的優(yōu)點(diǎn)：由于輥縫斷面可以連續(xù)調(diào)整，對(duì)規(guī)定的軋制參數(shù)具有高度適應(yīng)性；由于使用經(jīng)過(guò)優(yōu)選的工作輥，壓下量可以很大；軋出的帶材，有良好的平直度和表面質(zhì)量；軋件邊部減薄明顯改善；由于軋輥的庫(kù)存量可以明顯減少，即整個(gè)產(chǎn)品范圍可以用同一個(gè)輥軋制，因而降低了軋輥的成本。目前，具有板形控制功能的軋機(jī)有日立HITACHI的HC（UC）、德國(guó)SMS公司的CVC軋機(jī)、法國(guó)CLECM公司開(kāi)發(fā)的DSR軋機(jī)、以北科大為代表的VCL以及依靠鞍鋼和一重等國(guó)內(nèi)力量自主開(kāi)發(fā)的VCMS新一代六輥冷軋機(jī)。為了滿(mǎn)足對(duì)冷軋機(jī)高速、高效、高質(zhì)量

4、、低成本、低能耗、易維護(hù)等一些生產(chǎn)要求，經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)采用輥縫連續(xù)可變凸度控制技術(shù)的六輥冷軋機(jī)可以兼顧滿(mǎn)足我們的生產(chǎn)需求。所以高速現(xiàn)代化的六輥冷軋機(jī)必是目前以及將來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。通過(guò)六輥軋機(jī)軋輥裝置的設(shè)計(jì)，使我在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配、制造工藝以及零件設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械制圖和編寫(xiě)技術(shù)文件等方面得到綜合訓(xùn)練；并對(duì)已經(jīng)學(xué)過(guò)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能進(jìn)行綜合運(yùn)用。從而培養(yǎng)我具有結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步能力；使我樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想、理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是的工作作風(fēng)。本裝置主要由五個(gè)部分組成。第一部分是工作輥；第二部分是中間輥及其橫移機(jī)構(gòu)；第三部分是支承輥；第四部分是壓下量調(diào)整機(jī)構(gòu)；第五部分是機(jī)架。關(guān)鍵字

5、：六輥冷軋機(jī)，中間輥橫移，凸度控制Six-high mill roll design ABSTRACTSix roller cold rolling mill made from the last century since the 80's success in the domestic operation, but some stand-alone small and medium-sized cold rolling mill frame. Since entering the 21st century, rapid economic development of high-qu

6、ality board (with) the demand for wood is also growing rapidly. With the international advanced level of high-speed modern cold rolling mill research and development a top priority. The use of continuously variable roll gap control technology crown six roller cold rolling mill in the production of p

7、ractice highlights the advantages of it: As the roll gap profile can be continuously adjusted to the provisions of the rolling parameters are highly adaptable; as a result of the use of optimization the work roll, can be very big reduction; strip rolling out, and a good flatness and surface quality;

8、 rolling edge drop significantly improved; as a result of the stock roll can be significantly reduced, that is, the whole product range can be Rolling with the same roll, thereby reducing the cost of roll. At present, with the shape control function of the mill there HITACHI Hitachi HC (UC), the Ger

9、man company SMS mill CVC, France CLECM mill DSR developed to Beijing University of Science and Technology represented by the VCL and the Anshan Iron and Steel Company and a heavy reliance on domestic forces VCMS independently developed a new generation of six roller cold rolling mill. Cold rolling m

10、ill in order to meet the needs for high-speed, high efficiency, high-quality, low-cost, low power, easy maintenance and other production requirements, through contrast, we found that the use of roll gap continuously variable crown roll six control technology can be both cold rolling mill to meet our

11、 production requirements. Therefore, the modernization of the six high-speed roller cold rolling mill will be the focus of the present and the future direction of development. Through the six-high mill roll design, I design and assembly in the structure, manufacturing process and part design, the me

12、chanical drawing and preparation of technical documents received comprehensive training and so on; and has learned the basic knowledge, basic theory and basic skills integrated use. I have a structure in order to foster analysis and structural design of the initial capacity; so I establish the corre

13、ct design, integrating theory with practical and pragmatic work style. The device mainly consists of five parts. The first part is the work roll; the second part of the middle roller and transferring institutions; the third part is the roller bearing; fourth part is adjusted reduction institutions;

14、the fifth part of the rack. KEY WORDS: cold rolling mill of six stick, roller and transferring the middle, convex control1概述1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn) 六輥軋機(jī)從1972年問(wèn)世以來(lái)，至1986年為止，設(shè)計(jì)制造臺(tái)數(shù)已超過(guò)300臺(tái)，機(jī)型已達(dá)十多種。目前，無(wú)論是主軋機(jī)和平整，冷軋、熱軋、寬帶、薄帶及超薄帶軋制，中寬帶和寬帶軋制、單機(jī)架和連軋機(jī)、新建軋機(jī)和改造就軋機(jī)都有廣泛采用六輥軋機(jī)的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)，隨著汽車(chē)、電機(jī)、通訊、食品、包裝及家電等工業(yè)的發(fā)展，薄、寬、硬、精的板帶需求量越來(lái)

15、越多。而國(guó)內(nèi)目前自給率尚很低，因此，計(jì)劃建立六輥軋機(jī)的用戶(hù)日益增多?，F(xiàn)在我國(guó)發(fā)展六輥軋機(jī)方面已經(jīng)過(guò)探索和開(kāi)發(fā)階段，進(jìn)入了應(yīng)用的階段。最初的六輥軋機(jī)是從板型的控制的需要而開(kāi)發(fā)的，后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐，證實(shí)了六輥軋機(jī)不但具有板型控制范圍大，板型控制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，還具有可軋性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，減少軋制道次，節(jié)省能耗，提高收得率等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，為了提高軋材的質(zhì)量，國(guó)外已研制出多種新型軋機(jī)，從結(jié)構(gòu)原理和工作特點(diǎn)可以看出：發(fā)展金屬壓力加工技術(shù)的總趨勢(shì)是多種工藝和多種加工原理的聯(lián)合。近年來(lái)，在六輥軋機(jī)上采用了調(diào)整中間輥的控制方式，大大提高了控制能力，并得到了實(shí)際的應(yīng)用。1.2 軋輥裝置的組成和工作原理本

16、裝置主要由五部分組成：第一部分是工作輥系；第二部分是中間輥系及其橫移機(jī)構(gòu)；第三部分是支承輥系；第四部分是壓下量調(diào)整機(jī)構(gòu)；第五部分是軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)。工作輥、中間輥、支承輥相對(duì)軋件對(duì)稱(chēng)地依次安裝在機(jī)架上，工作輥直接接觸被軋件，中間輥位于工作輥和支承輥之間。電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)工作輥等轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)，因摩擦力而帶動(dòng)中間輥和支承輥繞各自軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)中間輥通過(guò)鉸鏈和兩個(gè)橫移液壓缸的活塞連桿相連接，兩液壓缸的工作情況剛好相反，使得兩中間輥?zhàn)鲎笥衣菪\(yùn)動(dòng)，以達(dá)到提高工作輥橫向剛度的效果進(jìn)而提升軋制質(zhì)量。2方案設(shè)計(jì)2.1軋輥傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬定軋輥裝置的工作原理如下圖所示：圖21 軋輥裝置的傳動(dòng)方案圖如圖

17、2-1所示，在工作時(shí)，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力傳遞到兩個(gè)工作輥上，并使得兩工作輥?zhàn)龅绒D(zhuǎn)速反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，工作輥、中間輥、支撐輥輥面因被軋件的擠壓變形抗力而緊密接觸，相臨的各輥之間的壓力產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)中間輥和支承輥繞各自軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)中間輥通過(guò)推力軸承系統(tǒng)（此結(jié)構(gòu)的目的是使得中間輥橫移裝置的滑移導(dǎo)桿只隨液壓缸做橫向移動(dòng)而不隨中間輥?zhàn)龌剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，細(xì)節(jié)在后續(xù)的章節(jié)中再做仔細(xì)的闡述）分別和兩個(gè)橫移液壓缸的活塞連桿相連接，兩液壓缸的工作情況剛好相反，使得兩中間輥往復(fù)做左右螺旋運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到提高工作輥橫向剛度的效果進(jìn)而提升軋制質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)的軋輥裝置是借鑒目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的萊鋼1500軋機(jī)的軋輥裝置所設(shè)計(jì)的，它相對(duì)其

18、他結(jié)構(gòu)的軋機(jī)，增加了板形控制裝置（即中間輥橫移裝置），克服了軋制鋼帶的邊部減薄問(wèn)題。2.2壓下量調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖2-2所示，電動(dòng)機(jī)11通過(guò)與其同軸的小齒輪1和中間大惰輪2帶動(dòng)固定在方孔套筒3上的大齒輪4，使壓下螺絲5在螺母12中旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，壓下螺絲的方形尾端穿在套筒的方孔中。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)壓下螺絲的同步移動(dòng)以保持上軋輥的平行升降，兩個(gè)中間大惰輪之間用一個(gè)小惰輪（離合齒輪6）相連。離合齒輪6裝在液壓缸的柱塞8上，當(dāng)液壓缸的柱塞升起時(shí)，兩個(gè)中間大惰輪之間的聯(lián)系即被切斷，此時(shí)兩個(gè)壓下螺絲可以單獨(dú)調(diào)整。壓下螺絲的升降速度一般為90180mm/s，其中較高的速度是在大行程移動(dòng)時(shí)使用。1小齒輪 2

19、大惰輪 3方孔套筒 4大齒輪5壓下螺絲 6離合齒輪 7液壓缸 8柱塞桿 9傘齒輪 10噴油環(huán) 11電動(dòng)機(jī) 12壓下螺母圖22 壓下量調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖2.3中間輥橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 參考已經(jīng)投產(chǎn)的萊鋼1500mm單機(jī)架六輥可逆冷軋機(jī)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)擬定中間輥橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-3所示：1花鍵型滑移導(dǎo)桿 2導(dǎo)軌保持架 3軸套 4圓錐銷(xiāo)5螺釘 6墊片 7螺釘 8連接軸 9雙向推力軸承 10中間輥 11位移傳感器 12橫移液壓缸 13螺栓連接組圖23 中間輥橫移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示，中間輥橫移機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，工作輥與橫移液壓缸順序啟動(dòng)。液壓缸活塞桿中間部分充當(dāng)滑移導(dǎo)桿，這部分做成花鍵軸與導(dǎo)軌架配合

20、做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊麠U右端固結(jié)一個(gè)連接軸，軸肩兩端分別安裝一個(gè)雙向推力軸承。工作時(shí)，中間輥旋轉(zhuǎn)，右側(cè)軸承的一端板隨之旋轉(zhuǎn)，因軸承滾珠的作用，與連接軸相配合的一部分并不旋轉(zhuǎn)。左側(cè)軸承的工作情況與右側(cè)軸承類(lèi)似，這樣就解決了中間輥在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)活塞桿旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。工作時(shí)，液壓缸活塞桿向右移動(dòng)，連接軸軸肩推動(dòng)右側(cè)推力軸承向右移動(dòng)，推力軸承推動(dòng)中間輥向右移動(dòng)；液壓港活塞桿向左移動(dòng)，連接軸軸肩拉動(dòng)左側(cè)推力軸承向左移動(dòng)，推力軸承通過(guò)軸承蓋的作用拉動(dòng)中間輥向左移動(dòng)。在兩推力軸承的作用下，使得中間輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)和橫移的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，中間輥?zhàn)鐾鶑?fù)螺旋運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，上下兩液壓缸的運(yùn)動(dòng)情況正好相反，使得兩中間輥相對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，以達(dá)

21、到提高工作輥橫向剛度而消減軋件邊部減薄的作用。2.4軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)采用類(lèi)似二輥立式結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。這種設(shè)計(jì)思想借鑒于軋鋼機(jī)械設(shè)備一書(shū)中所述的萬(wàn)能式（復(fù)合式）軋鋼機(jī)的結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工作可靠，所以我擬選用此結(jié)構(gòu)進(jìn)行寬度調(diào)整。工作時(shí)，鋼帶邊緣與立輥1、2的輥身接觸，兩立輥被調(diào)整到與鋼帶寬度相對(duì)應(yīng)的位置，兩立輥之間的最小距離便是所需鋼帶的寬度。鋼帶與兩立輥的運(yùn)動(dòng)方向如圖所示，鋼帶在上下兩工作輥的直接作用下，被壓軋到所需的厚度，兩立輥輥身之間的最小距離已調(diào)整到與所需鋼帶寬度相等的位置，鋼帶與兩立輥接觸，由于在接觸面上鋼帶邊緣部分與立輥輥身的運(yùn)動(dòng)方向相同

22、，而且鋼帶上的任意一質(zhì)點(diǎn)都在立輥1或立輥2回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的同側(cè)，所以立輥對(duì)接觸面上的鋼帶的任意一質(zhì)點(diǎn)的作用力在橫向的分力方向都是指向同側(cè)即指向另一立輥的，這樣在兩個(gè)相對(duì)鋼帶對(duì)稱(chēng)布置的立輥?zhàn)饔孟?，鋼帶被再次冷軋?zhí)幚砑幢卉埖剿枰膶挾取挾日{(diào)整機(jī)構(gòu)在布置時(shí)一定要相對(duì)鋼帶對(duì)稱(chēng)布置，否則影響鋼帶的加工質(zhì)量，使得鋼帶兩邊厚度差增大，甚至使得鋼帶一側(cè)嚴(yán)重卷曲而成為次品或廢品。圖24 軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖 3零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)3.1工作輥3.1.1工作輥的設(shè)計(jì)（1）工作輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖31 工作輥結(jié)構(gòu)圖（2）材料選擇工作輥是輥系中最關(guān)鍵件,也是消耗量最大的工件,由于它在高接觸壓力、高速下長(zhǎng)期工作,對(duì)其硬度、

23、耐磨性、抗剝落、接觸強(qiáng)度及芯部彎曲強(qiáng)度等都有苛刻要求,為了能軋制更高品質(zhì)的冷軋帶鋼,目前工作輥采用優(yōu)質(zhì)合金鍛鋼制作。本設(shè)計(jì)擬選定工作輥的材料為：20Cr2Ni4經(jīng)滲碳后淬火，此材料的力學(xué)性能為：強(qiáng)度極限=1175 MPa 屈服極限=1080 MPa 熱處理后硬度:60 HRC 許用彎曲應(yīng)力=80 MPa 接觸應(yīng)力=280 MPa 接觸應(yīng)力=80 MPa（3）輥身的設(shè)計(jì)軋輥直徑可根據(jù)咬入條件角和軋輥強(qiáng)度來(lái)確定。工作輥徑應(yīng)滿(mǎn)足條件： D （31）式中 D工作輥輥身直徑；軋制前后鋼板的厚度差。冷軋薄板及帶鋼軋機(jī)，尤其在軋制變形抗力較大的材料時(shí)，其軋輥直徑應(yīng)根據(jù)最小可軋厚度選擇。當(dāng)軋輥直徑很大時(shí)，彈性

24、變形增加，致使薄帶鋼及鋼板的正常軋制成為不可能。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，軋輥在冷軋時(shí)選用直徑條件為： 張力軋制時(shí)： D<(15002000)h無(wú)張力軋制時(shí)： D<1000h我們現(xiàn)以無(wú)張力軋制計(jì)算，滿(mǎn)足此條件就可以滿(mǎn)足張力軋制，故， D<1000h （32）式中 h被軋制鋼板的最小厚度。查各類(lèi)軋機(jī)常用最大咬入角表可得，在磨光軋輥上帶潤(rùn)滑液?jiǎn)纹摪宄删砝滠垥r(shí)的相關(guān)參數(shù)為：咬入角： 現(xiàn)取，作為計(jì)算值。由原料厚度1.82.75 mm、成品厚度0.31 mm可得：=2.45 mm，h=1.8 mm將以上數(shù)據(jù)代入式式（3-1）、式（3-2）得：D mm 134.16 mm D10001.8 mm

25、1800 mm在軋制過(guò)程中，由于軋輥表面的磨損，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，輥面磨損將影響產(chǎn)品質(zhì)量，此時(shí)則需要重車(chē)或重磨。通常軋輥允許重車(chē)率用新輥直徑百分?jǐn)?shù)表示。查表可知，薄板軋機(jī)及冷軋機(jī)的重磨率為：現(xiàn)以3%計(jì)算，則有：D134.16(1+3%) mm 138.18 mm擬取，而140<1800，滿(mǎn)足條件式（3-2），故選定： D=140 mm鋼板軋機(jī)工作輥輥身長(zhǎng)度L按軋制鋼板的最大寬度確定：L=b+a （33）式中 b軋制鋼板的最大寬度 a根據(jù)不同板寬所選取的余量。查找相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)可得：對(duì)于帶鋼，當(dāng)b=200400 mm時(shí)，a=50 mm；當(dāng)b=4001200 mm時(shí)，a=100 m；對(duì)

26、于較寬鋼板a=200400 mm。由原料寬度200350 mm、成品寬度200300 mm可得：b=350 mm則， a=50 mm將以上數(shù)據(jù)代入式（3-3）得：L=350+50 mm =400 mm 考慮到中間輥橫移量為=100mm，則工作輥輥身長(zhǎng)度應(yīng)取L=500mm。（4）輥頸的設(shè)計(jì)輥頸是軋輥支撐部分，它與軸承裝配在機(jī)座中，將軋制力經(jīng)壓下調(diào)整裝置傳遞到機(jī)架上。輥頸尺寸為直徑d和長(zhǎng)度l，它與軸承型式及工作載荷有關(guān)。參考同行的一些資料和自己的一些簡(jiǎn)單分析計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)，工作輥在工作時(shí)受很大的徑向力，還有不小的軸向力。考慮到軸承尺寸，應(yīng)當(dāng)把滾針軸承和推力軸承結(jié)合使用，具體使用情況在下文分析。（5

27、）輥頭的設(shè)計(jì)由于此軋機(jī)要求的轉(zhuǎn)速較高，而且壓下量較大，軋輥所承受的轉(zhuǎn)矩較大，故，輥頭適合選用帶雙鍵型的輥頭，結(jié)構(gòu)形式如工作輥結(jié)構(gòu)圖中所示。3.1.2工作輥軸承的選用（1）工作輥軸承分析軋輥軸承的工作特點(diǎn)是能承受很高的、比普通標(biāo)準(zhǔn)軸承所允許要大幾倍的單位載荷，這是因?yàn)檩S承受外圍尺寸的限制和在較短的軸頸內(nèi)可用很大的許用應(yīng)力所決定的。工作輥軸承在工作時(shí)受很大的徑向力，還有不小的軸向力?？紤]到軸承尺寸，應(yīng)當(dāng)把滾針軸承和推力軸承結(jié)合使用。（2）工作輥軸承選擇工作輥?zhàn)髠?cè)軸頸擬選用兩個(gè)滾針軸承NA6916和一個(gè)雙向推力軸承52215，右側(cè)軸頸擬選用兩個(gè)滾針軸承NA6916和一個(gè)深溝球軸承61916，軸承的相

28、關(guān)參數(shù)如表3-1所示： 表3-1 工作輥所用軸承的參數(shù)軸 承NA69165221561916基 本尺 寸d（mm）806080D（mm）110110110C（mm）544716安 裝尺 寸dmin（mm）858986Dmax（mm）10575105Rmax（mm）111額 定載 荷C（kN）13574.824.9Co（kN）29219823.9極 限轉(zhuǎn) 速脂潤(rùn)滑（r/min）280015005300油潤(rùn)滑（r/min）4000220063003.2中間輥3.2.1中間輥的設(shè)計(jì)（1）中間輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖32 中間輥結(jié)構(gòu)圖（2）材料選擇中間輥起控制板形的作用。雖然中間輥不直接與軋件接觸,但在軋制過(guò)程

29、中承受著軋制力的作用,而且為了控制板形還要承受彎輥力的作用,因而要求中間輥具有較高的強(qiáng)度和耐磨性能。中間輥是輥系中最關(guān)鍵件,也是消耗量最大的工件,由于它在高接觸壓力、高速軋制中長(zhǎng)期工作,對(duì)其硬度、耐磨性、抗剝落、接觸強(qiáng)度及芯部彎曲強(qiáng)度等都提出苛刻要求。為了能軋制更高品質(zhì)的冷軋帶鋼,中間輥采用優(yōu)質(zhì)合金鍛鋼制作。本設(shè)計(jì)擬選定中間輥的材料為：20Cr2Ni4（3）輥身的設(shè)計(jì)根據(jù)軋鋼行業(yè)現(xiàn)運(yùn)行的六輥軋機(jī)軋輥直徑分析，一般中間輥的輥身直徑與工作輥輥身直徑D的關(guān)系為：=1.32.0D （34）則根據(jù)已知條件可得：=1.32.0140 mm =182280 mm現(xiàn)擬選取中間輥輥身直徑=230 mm作為計(jì)算尺

30、寸。輥身長(zhǎng)度可以根據(jù)軋制鋼板的最大寬度來(lái)確定：= （3-5）式中 軋制鋼板的最大寬度，根據(jù)已知條件可得：=350 mm；中間輥橫移量，設(shè)計(jì)此參數(shù)為100mm。則， =350+100 mm=450 mm （4）輥頭的設(shè)計(jì)中間輥?zhàn)髠?cè)要連接橫移機(jī)構(gòu)，而液壓缸只做左右平移運(yùn)動(dòng)，中間輥卻既要做平移運(yùn)動(dòng)又要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為此我特運(yùn)用推力軸承內(nèi)嵌中間輥輥頭的這種結(jié)構(gòu)連接橫移裝置以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以中間輥的左側(cè)輥頭要設(shè)計(jì)成內(nèi)有空腔的型式，結(jié)構(gòu)型式如上圖所示。3.2.2中間輥軸承的選用中間輥在工作時(shí)既受很大的徑向載荷也受很大的軸向載荷，滾針軸承內(nèi)外徑差值小而且相對(duì)其他軸承能承受很大的徑向載荷，推力軸承能承受較大的

31、軸向載荷，內(nèi)外徑差值也不是很大。中間輥?zhàn)髠?cè)軸頸擬選用兩個(gè)滾針軸承NA4928和一個(gè)雙向推力軸承52226，右側(cè)軸頸擬選用兩個(gè)滾針軸承NA4928和一個(gè)雙向推力軸承52226，軸承的相關(guān)參數(shù)如表3-2所示：3.2.3中間輥橫移機(jī)構(gòu)（1）液壓缸的選用經(jīng)分析，現(xiàn)擬選用HSG型工程用液壓缸，其技術(shù)性能如下：缸徑（mm）: 63活塞桿直徑（mm）： 35速比： 1.46推力（N）: 49880拉力（N）: 34480最大行程（mm）: 630（2）滑移導(dǎo)桿的設(shè)計(jì)圖33 滑移導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)圖 花鍵型滑移導(dǎo)桿的結(jié)構(gòu)如圖33所示，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：導(dǎo)桿花鍵軸部位的外徑：D=35 mm,內(nèi)徑：d=31 mm,齒數(shù)：N

32、=30。而花鍵長(zhǎng)度應(yīng)按下式計(jì)算： （36）式中 中間輥橫向位移量，設(shè)計(jì)此參數(shù)為100 mm；長(zhǎng)度裕量，在這里取=50 mm。則代入?yún)?shù)可得：=150 mm（3）連接軸的設(shè)計(jì)圖34 連接軸結(jié)構(gòu)圖連接軸的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：軸身直徑：D=35 mm，軸肩直徑：D1=84 mm，軸長(zhǎng)：L=137 mm，軸肩長(zhǎng)度：L1=20 mm， 其余參數(shù)根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)決定。（4）軸承的選用 為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)分析，在連接軸軸肩兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝兩個(gè)雙向推力球軸承即可。由于中間輥輥端直徑有限，現(xiàn)擬選用軸承52309，其相關(guān)參數(shù)如表3-2所示：表3-2 中間輥及橫移機(jī)構(gòu)所用軸承的參數(shù)軸 承NA49285

33、222652309基 本尺 寸d（mm）14011035D（mm）19019085C（mm）508052安 裝尺 寸dmin（mm）14815461Dmax（mm）18213045Rmax（mm）1.511額 定載 荷C（kN）21018875.8Co（kN）488575150極 限轉(zhuǎn) 速脂潤(rùn)滑（r/min潤(rùn)滑（r/min）220014002600 3.3支承輥3.3.1支承輥的設(shè)計(jì)（1）支撐輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖35 支承輥結(jié)構(gòu)圖（2）材料選擇支撐輥起支撐中間輥和工作輥的作用。雖然不直接與軋件接觸,但在軋制過(guò)程中承受著所有軋制力的作用, ,因而要求支撐輥具有較高的強(qiáng)度、剛度

34、和耐磨性能。支撐輥是輥系中最關(guān)鍵件,由于它在高接觸壓力、高速軋制中長(zhǎng)期工作,對(duì)其硬度、耐磨性、抗剝落、接觸強(qiáng)度及芯部彎曲強(qiáng)度等都提出苛刻要求。為了能軋制更高品質(zhì)的冷軋帶鋼,中間輥采用優(yōu)質(zhì)合金鍛鋼制作。本設(shè)計(jì)擬選定支撐輥的材料為：20Cr2Ni4。（3）輥身的設(shè)計(jì)根據(jù)軋鋼行業(yè)現(xiàn)運(yùn)行的六輥軋機(jī)軋輥直徑分析，一般支撐輥的輥身直徑與工作輥輥身直徑D的關(guān)系為：=（2.55.0）D （37）則根據(jù)已知條件可得：=（2.55.0）140 mm =350700 mm現(xiàn)擬選取中間輥輥身直徑=550mm作為計(jì)算尺寸。輥身長(zhǎng)度可以根據(jù)中間輥來(lái)確定：=則，=450 mm。（4）輥頭的設(shè)計(jì)支撐輥的左側(cè)輥頭要連接支撐輥壓

35、蓋，所以需打螺釘孔，如上圖所示。3.3.2支承輥軸承的選用支承輥軸承是軋機(jī)的主要部件之一。支承輥用的軸承特點(diǎn)是單位壓力大,超過(guò)一般用途軸承的幾倍。支承輥軸承采用四列圓柱滾子軸承。為了保證軸承長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,要求密封性能好,防止工藝潤(rùn)滑液和氧化鐵皮等雜物侵入。采用油氣潤(rùn)滑,可以減少軸承的發(fā)熱,提高軸承的密封性能。支撐輥?zhàn)髠?cè)用兩個(gè)四列圓柱滾子軸承FCD/5678275和一個(gè)軸承4956X3D1；右側(cè)用兩個(gè)四列圓柱滾子軸承FCD/5678275和一個(gè)深溝球軸承61956，軸承的相關(guān)參數(shù)如表3-3所示：表3-3 支撐輥所用軸承的參數(shù)軸 承FCD/5678275495661956基 本尺 寸d（mm）28

36、0280280D（mm）390380380C（mm）2759246安 裝尺 寸dmin（mm）295270292Dmax（mm）308370368Rmax（mm）2.02.02.1額 定載 荷C（kN）2390820210Co（kN）62001250268極 限轉(zhuǎn) 速脂潤(rùn)滑（r/min）8008501100油潤(rùn)滑（r/min）1000105014003.4軋件寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)原料寬度200350 mm, 成品寬度200350 mm，由此可知，鋼帶寬度的最大減少量為150 mm。立輥輥身直徑與鋼帶寬度減少量之間的關(guān)系為：=+C (38) 式中 C為寬度裕量。取C為25mm,則代入式（38）式得：=+

37、25 mm =100 mm對(duì)于帶鋼軋制，輥身長(zhǎng)度可根據(jù)立輥輥身直徑來(lái)確定，有：=（1.52.5）（39）已知100 mm,則代入式（39）式可得：=（1.52.5）100 mm=150250 mm現(xiàn)擬取200 mm?？紤]到任務(wù)量太大，其他尺寸這里暫不進(jìn)行計(jì)算。4 校 核4.1軋制力計(jì)算扎制力的計(jì)算（參考文獻(xiàn)東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第26卷第2期 2005年2月 文章編號(hào):1005-3026(2005)02-0133-04）帶鋼冷軋時(shí),金屬不僅發(fā)生塑性變形而且還存在著彈性變形,軋制力計(jì)算應(yīng)綜合考慮兩種變形，采用考慮軋件彈性變形的Bland-Ford公式:F = + (41)其中,塑性區(qū)軋制力

38、： （42）彈性區(qū)軋制力： （43）式中 F為軋制力；,為彈性壓縮、恢復(fù)區(qū)軋制力；,為入口、出口厚度; W為帶鋼寬度；r為壓下率；,為入口、出口單位張力；為平均變形抗力；為摩擦因數(shù)；R為軋輥壓扁半徑；為軋制力外摩擦影響系數(shù)；為泊松比；E為彈性模量；,為入口、出口張力影響系數(shù)?？紤]帶鋼入口、出口彈性變形及壓下率對(duì)變形抗力的影響,選用帶鋼平均變形抗力模型:= （44）=×100= (1-)·+·式中 為初始厚度； 為平均厚度； ,n,為模型參數(shù)。軋制過(guò)程中對(duì)摩擦因數(shù)的影響因素非常復(fù)雜,用于過(guò)程控制的摩擦因數(shù)模型不可能將其一一考慮。本文的回歸模型考慮軋制速度和軋制帶鋼長(zhǎng)

39、度對(duì)摩擦因數(shù)的影響。 （45）軋制長(zhǎng)度影響項(xiàng)： （46）軋制速度影響項(xiàng)： （47） 式中 L為工作輥軋制帶鋼長(zhǎng)度,L=350mm；V為帶鋼出口速度,V=30m/min；為低速帶鋼出口速度, =15 m/min；其余為模型參數(shù)。取，帶鋼原料厚度=2.75mm，成品厚度=0.3mm，寬度W=350mm；則，壓下率為：r=89%；入口單位張力=130MPa,出口單位張力為：= (×) （48）式中 e自然對(duì)數(shù),e 2.71828 摩擦因數(shù)，鋼帶有油為:0.15:包角,即鋼帶在輥輪上所纏繞的角度,單位:弧度. 對(duì)應(yīng)角度算法: =角度/180=12/180=1/15 則， =130（0.15）

40、 MPa=9.47 MPa摩擦因數(shù)=0.15；軋輥壓扁半徑R=120mm；軋制力外摩擦影響系數(shù)為：=1.08-1.0289%0.15=0.90；泊松比=0.26；彈性模量E=2.0MPa；入口張力影響系數(shù)=0.7,出口張力影響系數(shù)=0.3； 根據(jù)已知參數(shù)得,軋制力為：F = 5.06 N4.2軋輥強(qiáng)度分析參考軋鋼機(jī)械設(shè)備一書(shū)中有關(guān)軋輥強(qiáng)度的分析和計(jì)算的過(guò)程。彎曲強(qiáng)度的計(jì)算如下：以工作輥為研究對(duì)象，則可以將工作輥和中間輥看成一個(gè)整體，這樣就將六輥軋機(jī)軋輥受力變形情況轉(zhuǎn)化成了四輥軋機(jī)受力變形情況，受力變形情況如圖4-1所示：圖4-1 四輥軋機(jī)軋輥受力變形情況圖由圖4-1可以看出，合成輥（工作輥與中

41、間輥合成的一個(gè)整體）與支承輥的彎矩分配情況，將合成輥與支承輥看成一個(gè)整體則與二輥軋機(jī)一樣，得出中央截面總彎矩值為：由圖4-1得知： （4-9）式中 和為支承輥與合成輥的彎矩。由材料力學(xué)得知，曲率半徑與彎矩之間的關(guān)系為：對(duì)于合成輥為：對(duì)于支承輥為：變形后合成輥與支承輥貼緊壓靠，可以認(rèn)為：故得：而，合成輥與支承輥材質(zhì)相同，即，則 （4-10）根據(jù)等彎矩截面系數(shù)計(jì)算合成輥的當(dāng)量直徑得： （4-11）式中 工作輥直徑，140mm；中間輥直徑，230mm。帶入式（4-11）得：=270 mm已知=550 mm，則/=2.04，代入式（4-10）得：=17.3代入（4-9）得：通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以得出這樣的結(jié)

42、論：工作輥承受彎矩很小，支承輥幾乎承受全部彎矩，因此只對(duì)支承輥驗(yàn)算彎曲應(yīng)力；而，工作輥和中間輥之間，中間輥和支承輥之間輥面相互接觸產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。4.3支承輥彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算以支承輥為研究對(duì)象，在受力分析時(shí)將工作輥和中間輥看成一個(gè)整體，參考材料力學(xué)一書(shū)中梁的彎曲應(yīng)力計(jì)算的方法，可以將工作輥的受力分析轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)支梁的受力分析，其受力分析圖如圖2所示：由彎矩圖可知，支承輥中間處截面為最危險(xiǎn)截面，最大彎矩為： （412）且有關(guān)系式： 根據(jù)已知條件可知，= 5.06 N，=350 mm，=255 mm。將以上參數(shù)帶入式（412）可得：= Nmm參考材料力學(xué)一書(shū)中彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式： （

43、413）式中 W抗彎截面系數(shù)，= mm。帶入相關(guān)參數(shù)可得：=64.2 MPa已知許用彎曲強(qiáng)度80 MPa比較與，可得：則說(shuō)明支承輥的彎曲強(qiáng)度可以滿(mǎn)足要求。圖42 支承輥受力分析圖4.4軋輥輥面接觸強(qiáng)度的驗(yàn)算4.4.1 工作輥與中間輥之間的輥面接觸強(qiáng)度經(jīng)分析可知，兩輥在半徑方向產(chǎn)生法向應(yīng)力，在接觸表面中間最大，其可以按赫茲公式計(jì)算： （414）式中 加在接觸表面單位長(zhǎng)度上的負(fù)載，= N/mm =51.56 N/mm； ，相互接觸的兩個(gè)軋輥的半徑； ,與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)，（為軋輥材料的泊松比，為軋輥材料的彈性模量）； 兩輥的材料均為20Cr2Ni4，所以=2.1MPa，=0.30； 將所有已知參

44、數(shù)代入式4-14得：=208.7 MPa此應(yīng)力雖大，但對(duì)軋輥不至于產(chǎn)生很大的危險(xiǎn)，因?yàn)樵诮佑|區(qū)，材料的變形近似三向壓縮狀態(tài)，能承受較高應(yīng)力，如圖43所示。在接觸區(qū)還存在切應(yīng)力，根據(jù)分析計(jì)算，切應(yīng)力在表面深度Z=0.39b時(shí)達(dá)到最大值（b是工作輥與中間輥之間接觸壓扁寬度），如圖43所示。為保證軋輥表面不產(chǎn)生疲勞破壞，應(yīng)滿(mǎn)足條件： （415）代入相關(guān)參數(shù)得： MPa=63.44 MPa已知，許用接觸應(yīng)力=80 MPa，比較可知： 則，接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4.4.2 中間輥與支撐輥之間的輥面接觸強(qiáng)度與（1）同理可得：=163.4 MPa則，接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。圖43 軋輥接觸面上的應(yīng)力與深度關(guān)系5安裝與

45、調(diào)試5.1維護(hù)和保養(yǎng)（a）位置的選擇，不要讓機(jī)身曝在露天條件下，應(yīng)盡量避免固體雜質(zhì)對(duì)軋輥系統(tǒng)的侵襲，軋機(jī)的工作空間相對(duì)較大，要有足夠的空間安置；（b）軋機(jī)的機(jī)身重量很大，工作時(shí)有振動(dòng)，機(jī)座基體一定要非常堅(jiān)固且有一定的減振能力；（c）中間輥橫移機(jī)構(gòu)與中間輥之間的連接屬于硬連接。中間沒(méi)有緩沖裝置，在起動(dòng)時(shí)，應(yīng)控制液壓缸使得中間輥先轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸后啟動(dòng)，停車(chē)時(shí)液壓缸先停止移動(dòng)中間輥后停止轉(zhuǎn)動(dòng)；（d）在機(jī)架上安裝軋輥時(shí)時(shí)，應(yīng)最大限度地保持重量平衡，使軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)和防止機(jī)身受過(guò)大的傾覆力矩；（e）工作輥設(shè)計(jì)有重磨量，在工作輥表面受損不能使用的情況下，可以將其拆下，重新在磨床上進(jìn)行修復(fù)加工；（f）軋輥系統(tǒng)安裝

46、完畢后，首先應(yīng)接通動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行試機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)接通后，如發(fā)現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，應(yīng)立即切斷動(dòng)力，對(duì)軋輥系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的檢查，找出問(wèn)題的所在，問(wèn)題解決后再進(jìn)行試機(jī)；（g）往機(jī)架上安裝軋輥系統(tǒng)時(shí)，要保證裝到位，檢查軸承座、軸承壓蓋是否安裝到位，固定件螺栓或螺釘是否擰緊。5.2液壓系統(tǒng)維護(hù)（a）定期對(duì)油箱的油液進(jìn)行取樣化驗(yàn)，檢查油液質(zhì)量，定期過(guò)濾或更換油液；（b）定期更換密封件，防止液壓系統(tǒng)泄露；（c）定期檢查清洗或更換液壓件、濾芯，定期檢查清洗油箱和管路；（d）嚴(yán)格執(zhí)行液壓系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)裝置的起停順序。（e）嚴(yán)格執(zhí)行的常檢查制度。5.3潤(rùn)滑系統(tǒng)維護(hù)（a）定期對(duì)潤(rùn)滑油油箱的油液進(jìn)行取樣化驗(yàn)，檢查油液質(zhì)量，定

47、期過(guò)濾或更換油液；（b）定期更換密封件，防止?jié)櫥托孤叮唬╟）定期檢查清洗油箱和管路；（d）嚴(yán)格執(zhí)行日常的檢查制度。6總 結(jié) 經(jīng)過(guò)三個(gè)月的努力，我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于圓滿(mǎn)完成了?；叵脒@三個(gè)月的時(shí)間，雖然在忙碌中度過(guò)，但其中的收獲頗多，我深刻的體驗(yàn)到一個(gè)研究人員的艱辛，將自己的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的應(yīng)用時(shí)如何的艱難。深刻的理解到現(xiàn)在的科技前進(jìn)的難度是如何巨大，但是，他們卻不辭辛苦，為了人類(lèi)的前進(jìn)付出了巨大的努力。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我主要的收獲有三點(diǎn)。第一，在研究的過(guò)程中，系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了自己在大學(xué)期間所學(xué)的設(shè)計(jì)知識(shí)，讓我將一些淡忘的知識(shí)有所回憶，例如，機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，同時(shí)鍛煉了自己實(shí)踐應(yīng)用能力，在這個(gè)過(guò)程中尤其是應(yīng)用軟件的能力得到了顯著的提高，而且，加強(qiáng)了將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的能力，我更深刻的體會(huì)到，我們所學(xué)的理論知識(shí)我們的基礎(chǔ)，要想真正的把這些知識(shí)相互聯(lián)系應(yīng)用于實(shí)踐中是十分困難的，尤其，一個(gè)好的設(shè)計(jì)更是難上加難。第二，提高了我們解決問(wèn)題的能力，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們會(huì)遇到許多難題讓我們無(wú)法順利的前進(jìn)，這就需要我們將這些問(wèn)題全面考慮解決的方法，各個(gè)擊破，這不僅讓我們學(xué)會(huì)如何解決這個(gè)問(wèn)題的能力，而且，也提高我們解決其他問(wèn)題的能力，這在我們以后的學(xué)習(xí)生活中將起到重要的作用。第三，也是最重要的一點(diǎn)，通過(guò)