雙輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)的設(shè)計(jì)

雙輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)的設(shè)計(jì),驅(qū)動(dòng),冷軋機(jī),設(shè)計(jì) 第 72 頁 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附 錄 利用輥型的改變來改善冷軋廠的帶鋼平直度 1 介紹 在冷軋和退火過程后，變形減少的最低限度（0.5%~3%）應(yīng)用在了帶鋼的生產(chǎn)中，這個(gè)變形過程的目標(biāo)是達(dá)到優(yōu)選機(jī)械性能，同時(shí)消除在鋼的應(yīng)力曲線上靜止區(qū)域的冷軋，冷軋常?？梢垣@得一個(gè)清晰地被設(shè)定的板料表面結(jié)構(gòu)，達(dá)到更進(jìn)一步的處理和改正可能的扁平瑕疵，從那個(gè)過程開始，冷軋是保證產(chǎn)品的完成的質(zhì)量，同時(shí)也是最后的重要過程，增加對(duì)板帶形狀控制的能力對(duì)冷軋廠來說是頭等重要的。 2 冶煉廠特殊形狀控制 冶煉廠有和其他一般冷軋廠同樣的框架和幾何結(jié)構(gòu)，它前面的板帶控制設(shè)備是常規(guī)控制器：合適的工作輥和支承輥頂端，工作輥的正反彎曲的靈巧像液壓壓下螺絲系統(tǒng)一樣，但是，由于微量的減少和柔軟的特殊性質(zhì)的材料，作為軋輥，那必須是形狀控制上的一些軋制和冷軋之間的區(qū)別，當(dāng)前問題是冷軋廠的帶材的質(zhì)量能不能維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上，哪個(gè)導(dǎo)致的廢品率較高或較多的可修復(fù)的產(chǎn)品（必須再軋制的帶材）歸結(jié)于軋輥的扁平度，這樣的系統(tǒng)研究由理論分析和實(shí)驗(yàn)性調(diào)查來完成，但是為了找到形狀控制的特點(diǎn)除了在冷軋廠還要在獨(dú)立的軋制車間。 2.1工作輥的安裝和修整 根據(jù)形狀理論，影響輥形的主要因素是輥形的控制和輥系統(tǒng)在軋輥軋制時(shí)的彈性變形，輥輕微變形是由于小的軋制力，因此，改變輥縫的形狀主要依靠工作輥外形，輥的作用與三個(gè)方面因素的關(guān)系： （1）計(jì)算出最合適的輥的中間部位，輥的最初的中間部位和磨輥的實(shí)際操作是依靠許多因素，包括工廠的位置環(huán)境，合適的材料和工廠技術(shù)條件等。 （2）輥的撓度研磨的精度，一般地，在新的軋制周期開始時(shí)，當(dāng)支承輥的10~14d時(shí)為軋制作準(zhǔn)備不超出2~3h（或5~10卷），，因而，要求工作輥修整是緊配合。 （3）軋輥外形形狀的改變，在軋制過程中，最終的輥外形是反彎曲輥、軋機(jī)機(jī)座和安裝的部分的組合，所以，輥的安裝熱散失在為輥的形狀做準(zhǔn)備時(shí)通過一個(gè)滾動(dòng)周期必須考慮在內(nèi)， 工作輥的彎曲是正值20微米并且和支承輥平行的拋物面，這就是早先輥形的改變情況，它的好處是促進(jìn)研磨的支承輥是平的，盡管如此，二次方和四次方板帶缺陷經(jīng)常發(fā)生在軋制期間內(nèi)。 獲得工作輥的基本數(shù)據(jù)和更好尺寸，檢查由基本上設(shè)定為10，做成最初的外形和最終（工作輥安裝的）的形狀軋制，比較目標(biāo)凸度和被測(cè)量的基本的輥外形。實(shí)際的軋制比要求小，特殊的在帶卷的中間區(qū)域，相符以被軋制的板帶寬度，所有測(cè)量輥形的數(shù)據(jù)，表面修整的誤差在-7~35微米之間，那是超出誤差之外所被采用的，由于工作輥外形形狀精確地確定了軋制的形狀，所以說各種工作輥的中間部位對(duì)帶鋼的生產(chǎn)的穩(wěn)定的有害是明顯的，因?yàn)楣ぷ鬏伇活l繁地替換，在當(dāng)前的修整條件下是很難保持緊的配合的。 以有限元素模型[2]分析，安裝時(shí)的輥縫形狀被計(jì)算可以用最初的工作輥外形很明顯的被顯示出來，合適的輥縫可能是促進(jìn)二次方和四次方扁平組分，那些各自地代表了這個(gè)被二次方和四次方，顯而易見地，二次方組分是相關(guān)的與邊部浪或中心浪控制部分和最重要部分，或伴隨著四分之一浪或者是組合浪，輸入冷軋模型數(shù)據(jù)被列在表1中，計(jì)算機(jī)模仿了輥縫與它的二次方和四次方為各個(gè)情況顯示了在表2中，如所看見的輥縫二次方端為被測(cè)量的準(zhǔn)備輥輪廓形狀超過4次作為目標(biāo)輥的輪廓的二次方端和四次方端相差達(dá)到3~5微米。根據(jù)前面分析，這樣的工作輥非常有效地校正邊緣浪和不準(zhǔn)確的部分（邊緣和中心） 帶材在軋制過程中，工作輥比較典型的是前部和軋制以后被說明在表2中，正如所看見的，輥的磨損是非常微小的，而且基本上工作輥的形狀幾乎依然保持不變，這說明，工作輥的磨損對(duì)輥形狀的影響是非常小的。 2.2 改變支承輥 支承輥的輥表面硬度比工作輥的硬度更低，當(dāng)他們滾動(dòng)的時(shí)候，正如早前所提到的，比那些工作輥要長的多，相應(yīng)地，支承輥的磨損程度要比那些工作輥嚴(yán)重的多。測(cè)量輥形的十個(gè)位置之前和支承輥被換掉之后查出支承輥的磨損程度，圖3表明一個(gè)典型的支承輥在測(cè)量輪廓前和軋制后的情況。在圖3中我們可以看出支承輥磨損的確很嚴(yán)重，而且參差不齊的分布，因?yàn)槟p，在直徑上最大的差超出了100微米而且更低的達(dá)到120微米，明顯地，這樣的非常嚴(yán)重磨損在負(fù)載輥形上的形狀影響是很重要的，但是計(jì)算機(jī)模擬給出了不同的結(jié)果， 預(yù)測(cè)的與實(shí)際輥形狀的比較在圖3中被列在表3中。這表明了盡管輥的磨損是很明顯的，軋制前后輥形變化只是一點(diǎn)點(diǎn)，二次方端的變化僅僅是6微米。為了工作輥的磨損而加工的公差發(fā)生在軋制過程中，這對(duì)輥形的影響是微不足道的。 事實(shí)上有兩個(gè)原因支承輥的磨損很少作用在端部，首先，支承輥端的改變的過度條件在支承輥和工作輥之間，而且輥形在生產(chǎn)上的影響是沒有意義的，因?yàn)樗晒ぷ鬏伒膹澼伒淖冃蝺H僅歸結(jié)于小的軋制的工作輥的力量，其次，實(shí)際支承輥的磨損形式也影響工作輥的變形。在圖3中軋制后輥的磨損分布在整個(gè)的輥的周圍，但是并不改變輥的形狀，所以它對(duì)形狀的變化的影響是非常小的。 2.3 壓下螺絲和輥之間的連接的彎曲現(xiàn)象 正像在冷軋帶鋼廠，壓下螺絲系統(tǒng)在冷軋車間，當(dāng)輥的彎曲系統(tǒng)控制帶鋼形狀調(diào)整測(cè)量儀，換句話說，連接之間形狀控制和測(cè)量儀的準(zhǔn)確性是他們相互作用的，如果一個(gè)被修改，另一個(gè)也同樣要修改。在冷軋廠因?yàn)檩伒能堉屏ψ兓h(yuǎn)大于彎曲力的變化，所以壓下螺絲系統(tǒng)對(duì)形狀的影響已經(jīng)引起了相當(dāng)?shù)淖⒁?，例如“恒定的軋制載荷”是一種有用的控制方式，對(duì)于保證好的帶剛形狀被運(yùn)用在冷軋。 但是，冷軋廠輥的扎制力波動(dòng)和彎曲力的變化是均等的，彎輥系統(tǒng)對(duì)測(cè)量裝置的影響不能被忽略，它或許從好的表示方式分析，那也是根據(jù)精密儀器得出的公式： （1） h是帶鋼出口厚度 毫米；s是空載輥縫 毫米；Fp,Fpo,Fw是軋制力，預(yù)先軋制力和彎輥力，各自單位均是KN；Mp,Mw是軋制力力矩和彎輥力力矩 KN/mm;OF是油膜靜壓軸承厚度 毫米；GM是輥兩端零位置 毫米。 Mp和Mw的價(jià)值是同樣數(shù)量級(jí)的和兩個(gè)接近的數(shù)字被指出，簡單地說讓Mp=Mw=M，公式（1）就變成以下形式： （2） 一般地，軋制力是在大約3000KN左右，變化范圍大約為400KN，當(dāng)彎輥是（-800）~（800）KN，而且，它的調(diào)整△Fw大約±500KN，幾乎和△Fp一樣，從公式（2）中在測(cè)量儀中可以看出彎輥?zhàn)饔煤蛙堉屏Φ淖饔眯Ч谕凰缴稀? 那些測(cè)量儀將由于輥彎曲力的影響必須由壓下螺絲的調(diào)整來補(bǔ)償，因此，帶鋼形狀的瑕疵。工作輥有必要去適應(yīng)軋制載荷波動(dòng)的影響，帶鋼測(cè)量儀也隨之改變，這明顯地導(dǎo)致了不穩(wěn)定軋制。任何變化的參量影響的彎輥力都會(huì)導(dǎo)致這樣的不利影響，在理論上講，這樣的現(xiàn)象應(yīng)發(fā)生在冷軋車間，但是，因?yàn)閺澼伭Ρ溶堉屏Ω?，和軋制后的帶鋼是個(gè)很難退火的材料，在冷軋廠，測(cè)量儀對(duì)彎輥力變化的地方敏感是較弱的，因此彎輥力在測(cè)量儀上可被忽略。 3 解決辦法 從上述分析可看出，它被發(fā)現(xiàn)在形狀控制上有一些特殊性質(zhì)在軋制車間，因此，一種不可或缺的方法被那些性質(zhì)所要求，結(jié)合以下方面： （1）簡化工作輥外形 便于修整它，對(duì)于減少輥在工作時(shí)的損壞是非常重要的，換言之，減少輥的組成部分，特別是對(duì)于減少工作輥外形不同個(gè)體的在工作輥操作中的危害作用。 （2）優(yōu)選支承輥外形 對(duì)于長時(shí)間軋制的支承輥充分利用有利因素，而且，支承輥產(chǎn)生的磨損對(duì)輥形沒有影響。 （3）提高輥的彎曲控制范圍的系統(tǒng) 改進(jìn)工作輥對(duì)帶鋼的彎曲作用和因此而減少它穩(wěn)定軋制的有害作用。 根據(jù)扎制情況，一種新的輥形設(shè)計(jì)適應(yīng)與否對(duì)軋制車間提出：改變工作輥?zhàn)畛醯幕拘螤?，從正的價(jià)值到零和支承輥，從平到VCR（變化的接觸輥）。 光滑的工作輥促進(jìn)了磨光和檢測(cè)，以便輥形可能被保證輥負(fù)載時(shí)的外形，很早提到主要是工作輥形狀對(duì)帶鋼廠是非常重要的。被弧形化的支承輥能替代先前工作輥的形狀影響。 具體的彎曲的形狀對(duì)于VCR來說，就像在圖中表示的，它被設(shè)計(jì)了在輥之間以便接觸更長，很適應(yīng)帶寬度和變化，這個(gè)同時(shí)也有利于減少或消除不適合的接觸區(qū)域，即輥和因此變大的利用工作輥彎曲調(diào)整輥的區(qū)域。另外，這個(gè)VCR輥是弧形化的輥，能改變帶鋼的形狀，因此它可以補(bǔ)償工作輥形狀去控制帶鋼形狀。 4 實(shí)際作用 輥的新的放置方式是從2002年4月成功地編排在冷軋廠中的，而且達(dá)到理想的作用。 （1）帶鋼形狀的質(zhì)量被改善了很多，特別是極薄帶h≤1.0在過去會(huì)很難實(shí)現(xiàn)的，廢品率和可修復(fù)率也大大地減少，在改善以后一個(gè)月統(tǒng)計(jì)顯示，可修復(fù)率減少了59%。 （2）彎曲輥的中部系統(tǒng)控制范圍被很大提高。工作輥彎曲調(diào)整區(qū)域減少到±200KN，比以前減少了一半。結(jié)果，軋制的穩(wěn)定性被改善了。 （3）工作輥形狀的質(zhì)量增加了，而輥的因磨損而產(chǎn)生的廢品率大大減小了。 （4）VCR輥能通過伺服系統(tǒng)保持自己的形狀，確保軋制的時(shí)間被延長。 5 總結(jié) 關(guān)于帶鋼廠帶鋼形狀問題的研究，發(fā)現(xiàn)在冷軋廠有一些特別形狀的控制特點(diǎn)，為改善提出了基本想法，整體使用新的放輥方式，在從計(jì)劃期間的設(shè)計(jì)比較實(shí)驗(yàn)和最后的實(shí)用生產(chǎn)都是非常成功的。結(jié)果顯示，帶鋼形狀質(zhì)量被改進(jìn)了，并且改善了機(jī)器操作平穩(wěn)性。 第 V 頁 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 雙輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)的設(shè)計(jì) 摘 要 冷軋鋼板和帶鋼近年來得到較大的發(fā)展，自二十世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)了全連續(xù)冷軋機(jī)，這種軋機(jī)只要第一架引料后，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軋制。全連續(xù)冷連軋機(jī)可以提高生產(chǎn)率30~50%，產(chǎn)品質(zhì)量和成材率也得到很大提高。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)極薄帶材要求增加特別是微電子工業(yè)對(duì)極薄帶材要求更高。而軋制薄帶要求軋輥直徑更小。 本設(shè)計(jì)針對(duì)某廠冷軋生產(chǎn)線中的主體設(shè)備軋機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，又原來的四輥改為五輥，對(duì)改進(jìn)后的軋輥及機(jī)架等主要零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 在設(shè)計(jì)中，首先對(duì)設(shè)計(jì)軋機(jī)的方案進(jìn)行了選擇和評(píng)述，然后計(jì)算了軋制時(shí)所需要的力和力矩，從而確定了主電機(jī)的容量，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行了校核。計(jì)算了軋輥尺寸并校核了它的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)還計(jì)算了壓下系統(tǒng)：壓下螺絲的主要參數(shù)、其傳動(dòng)力矩及換算到電機(jī)上的靜力矩，確定了壓下螺母的尺寸并對(duì)壓下螺母進(jìn)行了校核。對(duì)機(jī)架的尺寸、應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算及其強(qiáng)度的校核。對(duì)聯(lián)接軸也進(jìn)行了計(jì)算，分析計(jì)算了扁頭，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度的計(jì)算 在最后，對(duì)整個(gè)軋機(jī)的潤滑方法、試車方法和對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)述，并對(duì)其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析。 經(jīng)過計(jì)算和校核，改進(jìn)后的軋機(jī)滿足工藝要求，改進(jìn)的五輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)合理。 關(guān)鍵詞：冷軋 軋機(jī) 多輥軋機(jī) Abstract Cold rolling steel plate and the hoop obtained the big development in recent years, started from 1980s to appear the entire continual cold-rolling mill, after so long as this kind of rolling mill first directed the material, might realize the continual rolling. All continuously the cold company rolling mill may enhance productivity 30~50%, the product quality and becomes a useful adult rate also obtains the very big enhancement. Along with the industrial production development, the antipode thin strip request increases is specially the micro electron industry antipode thin strip request is higher. But the rolling thin belt requests the roller diameter to be smaller. This design has carried on the improvement design in view of some factory cold rolling production line in main body equipment rolling mill, also the original four rollers change five rollers, to improved after the roller and the rack and so on the major parts has carried on the intensity examination. In the design, first to designed the rolling mill the plan to carry on the choice and the narration, then has calculated when the rolling needed strength and moment of force, thus had determined the host electrical machinery capacity, and has carried on the examination to the electrical machinery. This design also systematically calculated depress the system: The housing pin main parameter, its driving moment and convert on the electrical machinery the static torque, had determined depress the nut the size and to depress the nut to carry on the examination. To the rack size, the stress have carried on the computation and the intensity examination. The antithetical couplet coupling spindle also carried on the computation, the analysis has calculated the flat head, and has carried on the intensity computation to it In finally, to the entire rolling mill lubrication method, the test run method and has carried on the narration to the control system, and has carried on the economic efficiency analysis to it. After the computation and the examination, after the improvement rolling mill satisfies the technological requirement, the improvement five roller structure is reasonable. Key word: Cold rolling rolling mill cluster mills 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………………1 1.1 選題的背景和目的…………………………………………………………………1 1.2 冷軋板在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用…………………………………………………1 1.3 冷軋機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)…………………………………………………2 1.4 五輥軋機(jī)研究內(nèi)容和方法…………………………………………………………4 1.4.1冷軋機(jī)在車間的布置和作用………………………………………………4 1.4.2 冷軋機(jī)的生產(chǎn)工藝…………………………………………………………4 1.4.3 五輥冷軋機(jī)的研究和方法…………………………………………………4 2 方案的選擇與評(píng)述…………………………………………………………………………5 2.1方案的選擇…………………………………………………………………………5 2.1.1 工作輥驅(qū)動(dòng)方案……………………………………………………………5 2.1.2 支承輥驅(qū)動(dòng)方案……………………………………………………………5 2.1.3 工作輥單輥驅(qū)動(dòng)方案………………………………………………………6 2.1.4 支承輥單輥驅(qū)動(dòng)方案………………………………………………………6 2.2方案評(píng)述……………………………………………………………………………7 3 軋機(jī)主電機(jī)容量的選擇……………………………………………………………………8 3.1軋制力的計(jì)算………………………………………………………………………8 3.1.1 軋制規(guī)程……………………………………………………………………8 3.1.2 軋輥主要尺寸的選擇………………………………………………………8 3.1.3 軋制力的計(jì)算………………………………………………………………10 3.2軋制力矩的計(jì)算……………………………………………………………………15 3.3主電機(jī)容量的選擇…………………………………………………………………24 3.3.1初選電機(jī)容量………………………………………………………………24 3.3.2 主電機(jī)軸上的力矩…………………………………………………………26 3.3.3 電機(jī)負(fù)載圖…………………………………………………………………28 3.3.4 電機(jī)校核……………………………………………………………………30 4 軋輥的計(jì)算………………………………………………………………………………32 4.1軋輥的接觸強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………………32 4.1.1 校核壓應(yīng)力…………………………………………………………………32 4.1.2切應(yīng)力校核…………………………………………………………………33 4.2支承輥計(jì)算…………………………………………………………………………33 4.3支承輥?zhàn)冃斡?jì)算……………………………………………………………………35 5 軋輥的調(diào)整機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………39 5.1軋輥調(diào)整裝置的作用和類型………………………………………………………39 5.1.1軋輥調(diào)整的的作用包括以下方面…………………………………………39 5.1.2調(diào)整裝置根據(jù)各類軋機(jī)工藝要求…………………………………………39 5.2壓下系統(tǒng)的計(jì)算……………………………………………………………………40 5.2.1壓下螺絲的主要參數(shù)………………………………………………………40 5.2.2壓下螺絲的傳動(dòng)力矩………………………………………………………41 5.2.3換算到電機(jī)軸上的靜力矩…………………………………………………42 5.2.4電機(jī)校核……………………………………………………………………44 5.2.5壓下螺母主要尺寸的確定…………………………………………………44 5.2.6壓下螺母的校核……………………………………………………………44 5.3上軋輥平衡裝置……………………………………………………………………45 5.3.1上軋輥平衡裝置的作用與特點(diǎn)……………………………………………45 5.3.2上軋輥平衡力的確定………………………………………………………46 6 機(jī)架計(jì)算…………………………………………………………………………………48 6.1機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………………48 6.1.1為了簡化計(jì)算作以下假設(shè)…………………………………………………48 6.1.2機(jī)架簡圖及受力圖…………………………………………………………48 6.1.3強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………………49 6.1.4機(jī)架的參數(shù)…………………………………………………………………51 6.1.5機(jī)架應(yīng)力的計(jì)算……………………………………………………………52 6.1.6機(jī)架應(yīng)力圖…………………………………………………………………53 6.1.7強(qiáng)度校核……………………………………………………………………54 6.2機(jī)架的變形計(jì)算……………………………………………………………………54 7 聯(lián)接軸的計(jì)算……………………………………………………………………………57 7.1扁頭的計(jì)算…………………………………………………………………………57 7.1.1滑塊式萬向接軸主要尺寸的確定…………………………………………57 7.1.2開口式扁頭受力分析………………………………………………………57 7.1.3強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………………58 7.2 扁頭的計(jì)算…………………………………………………………………………59 7.2.1強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………………60 8 設(shè)備可靠性經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)……………………………………………………………………62 8.1機(jī)械設(shè)備有效度……………………………………………………………………62 8.2 投資回收期………………………………………………………………………62 9 潤滑方法的選擇…………………………………………………………………………63 9.1軋輥軸承潤滑………………………………………………………………………63 9.2人字齒輪及支承軸承潤滑…………………………………………………………63 9.3軋輥冷卻……………………………………………………………………………63 10 試車方法和對(duì)控制系統(tǒng)的要求…………………………………………………………64 10.1試車要求…………………………………………………………………………64 10.2維護(hù)規(guī)程…………………………………………………………………………64 結(jié)論…………………………………………………………………………………………65 致謝…………………………………………………………………………………………66 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………67 附錄…………………………………………………………………………………………68 第 69 頁 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 雙輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.1選題的背景和目的 冷軋鋼板和帶鋼近年來得到較大的發(fā)展，七十年代國外帶鋼冷連軋機(jī)共196套。末架出口速度可達(dá)25~4107米/秒，窄薄帶厚度僅0.001毫米，為了提高產(chǎn)量，冷帶卷已達(dá)60噸，一套冷軋機(jī)年產(chǎn)量可達(dá)350萬噸。 自1979年開始出現(xiàn)了全連續(xù)冷軋機(jī)，這種軋機(jī)只要第一架引料后，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軋制。全連續(xù)冷連軋機(jī)可以提高生產(chǎn)率30~50%，產(chǎn)品質(zhì)量和成材率也得到很大提高。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)極薄帶材要求增加特別是微電子工業(yè)對(duì)極薄帶材要求更高。而軋制薄帶要求軋輥直徑更小。一般簡單的關(guān)系d=100hmin。軋制0.1毫米厚的帶鋼應(yīng)為100毫米，有張力軋制可以稍大些。對(duì)于中小企業(yè)為生產(chǎn)薄帶將四輥軋機(jī)工作輥減少，支承輥直徑加大，由于軋輥直徑不匹配加大軋輥的磨損，為此，采用在二個(gè)工作中間加上小直徑的工作輥，組成五輥軋機(jī)，軋制形成異步軋制。這種軋機(jī)對(duì)四輥軋機(jī)改造尤其重要，只要將齒輪座改造就可以實(shí)現(xiàn)。不少企業(yè)為生產(chǎn)薄帶采用五輥冷軋機(jī)可采用雙輥驅(qū)動(dòng)工作輥或雙輥驅(qū)動(dòng)只承來實(shí)現(xiàn)。也可以采用單輥驅(qū)動(dòng)五輥軋機(jī)，這樣改造成本更低?？傊瑸樯a(chǎn)薄帶采用五輥軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)是很好的方法。為提高水平剛度也可采用具有側(cè)支系統(tǒng)的五輥軋機(jī)稱為FFC軋機(jī)。對(duì)冷連軋的最后一架也可以改造五輥軋機(jī)以便軋制更薄的帶材。 選題就是在這種情況下進(jìn)行的，其目的是利用四輥軋機(jī)改造成五輥軋機(jī)，生產(chǎn)薄帶卷材。以滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。要采用12輥或20輥軋機(jī)生產(chǎn)投資大，成本高。利用四輥軋機(jī)改造是一個(gè)有效的好方法。為此，選擇雙驅(qū)動(dòng)五輥軋機(jī)設(shè)計(jì)題目。 1.2冷軋板在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用 隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，冷軋鋼板的需求量越來越大。板材生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位也越來越顯著，板帶材應(yīng)用范圍最廣，工業(yè)先進(jìn)的國家鋼板產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的50~60%，板帶鋼按產(chǎn)品厚度分為 中厚板：厚度4~60毫米，長度可達(dá)25米，寬度4米。薄板：厚度0.2~4毫米，寬度2050毫米，可切成定尺長度，也可以成卷供應(yīng)。箔材：厚度0.2~0.001毫米，寬度20~600毫米可成卷供應(yīng)，極薄材最薄可達(dá)0.0002毫米。 冷軋生產(chǎn)是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行軋制，即常溫下進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品機(jī)械性能好，表面光滑。產(chǎn)品用途廣泛，可用于軍工、輪船、汽車、火車和拖拉機(jī)制造。日常生活用品電冰箱、洗衣機(jī)、收音機(jī)和錄音機(jī)。尤其電子工業(yè)和微電子工業(yè)對(duì)薄材使用更多。冷軋產(chǎn)品質(zhì)量直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，它反映一個(gè)國家的技術(shù)水平高低。 1.3冷軋機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 冷軋生產(chǎn)的發(fā)展方向，提高生產(chǎn)率，采用增加帶卷重量，提高軋制速度和作業(yè)率等，采用帶鋼冷連軋機(jī)是發(fā)展趨勢(shì)。冷軋帶卷的重量已達(dá)40噸，最大的達(dá)到60噸。軋制速度30~40米/秒。改善工藝潤滑材料與軋制速度還可以提高。 在帶鋼冷軋機(jī)上廣泛采用液壓彎輥裝置來改善板型。由于冷軋帶鋼要求較高，在冷軋機(jī)上采用了全液壓壓下裝置，并安裝帶鋼厚度自動(dòng)控制裝置，以保證帶鋼厚度公差。對(duì)于高速、高產(chǎn)量的帶鋼冷軋機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制。 第一臺(tái)全連軋冷軋機(jī)是二臺(tái)五機(jī)架冷連軋機(jī)，軋制成品厚度為0.15~1.6毫米，寬度為620~1300毫米，軋輥寬為1425毫米，最大卷重為32噸，最大軋制速度為30米/秒。 為改善板型，提高橫向偏差的精度，建造了HC軋機(jī)和CVC軋機(jī)。如下圖所示。 圖1.1 HC軋機(jī) 圖1.2 CVC軋機(jī) HC軋機(jī)采用改變移動(dòng)輥的位置使輥移動(dòng)到板邊位移。這樣板的厚度均勻。而CVC軋機(jī)是將軋輥磨成S形狀用于軋輥位移形成不同的變形而實(shí)現(xiàn)鋼板平直。 軋機(jī)軋輥的配置方案如圖1.3所示 a 二輥式 b 四輥式 c六輥式 d 七輥式 e偏八輥式 f十二輥式 g 二十輥式 圖1.3板帶冷軋機(jī)的形成 用的較多的是四輥軋機(jī)。由于有較細(xì)的工作輥和剛度較大的支承輥，故可以采用較大的壓下量，產(chǎn)品厚度為0.2~2.5毫米，一般選用四輥式軋機(jī)工作輥直徑與成品厚度之比（D/d）為1000~2000。四輥式可分為單機(jī)座和多機(jī)座兩種布置形式。六輥式由于結(jié)構(gòu)笨拙，調(diào)整不便，支承輥和工作輥直徑比不超過3，只是水平剛度稍有增加優(yōu)越性比四輥式軋機(jī)未能廣泛的應(yīng)用。 多輥式的Y型，八輥、十二輥和二十輥。因?yàn)楣ぷ鬏佒睆叫?，軋制時(shí)可以采用較大的壓下量，減少軋制道次和中間退火次數(shù)，工作輥的拆裝，加工又較方便，所以用于生產(chǎn)厚度0.5~0.002毫米以下的帶鋼。八輥軋機(jī)又稱偏八輥軋機(jī)，工作輥與支承輥的中心線不在同一垂直平面內(nèi)，這種軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，壓下量可達(dá)40~60%，使用效果較好，適應(yīng)生產(chǎn)厚度不同的產(chǎn)品。目前有三種型式 見圖1.4所示 a 偏八輥 b 偏十輥 c雙偏八輥 圖1.4偏八輥軋機(jī)及其衍生形式 b為兩個(gè)中間輥的偏十輥式，c為雙偏八輥即十六輥式軋機(jī)，三種軋機(jī)工作輥直徑分別為Φ70~200毫米、Φ120～150毫米和Φ80～90毫米，偏八輥式可軋制厚度為0.1毫米。目前常用于軋制硅鋼片最小厚度為0.2毫米,也可以軋制不銹鋼,最小厚度可達(dá)0.5毫米,雙偏八輥可軋厚度為0.02毫米.但結(jié)構(gòu)、操作復(fù)雜，故除軋制較薄或硬度很高的金屬材料外，一般很少使用。八輥軋機(jī)是在四輥式軋機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作輥驅(qū)動(dòng)的四輥軋機(jī)。工作輥直徑的減少受到傳動(dòng)扭矩限制，支承輥驅(qū)動(dòng)的四輥軋機(jī)，工作輥直徑的減少受到水平彎曲的限制，而八輥軋機(jī)可以使工作輥在垂直和水平方向均不會(huì)發(fā)生彎曲，設(shè)計(jì)選擇工作輥直徑時(shí)可以不考慮扭轉(zhuǎn)和彎曲力矩的作用，故可以采用比四輥軋機(jī)小得多的工作輥直徑。 以上說明可見，工作輥直徑是越來越小，而輥數(shù)越來越多。其原因是要想生產(chǎn)厚度薄軋材，工作輥直徑只有小才能軋出，這是由于軋輥的彈性壓扁量決定的，工作輥直徑小彈性壓扁量小，為保證工作輥?zhàn)冃伪仨氝x用更多輥。提高工作輥的剛度，又因?yàn)檐堓侀g傳動(dòng)時(shí)兩輥直徑之比應(yīng)為2～4倍為好。 1.4五輥軋機(jī)研究內(nèi)容和方法 1.4.1冷軋機(jī)在車間的布置和作用 冷軋車間包括，酸洗、冷軋、退火、平整、橫切、縱切、精整等組成。橫切是剪切鋼板和渡鋅板。其次是彩板機(jī)組生產(chǎn)不同的彩板。還有硅鋼片生產(chǎn)機(jī)組，生產(chǎn)硅鋼板。但是有些冷軋廠不是所有產(chǎn)品都生產(chǎn)。而組成專向工廠，如硅鋼片廠，渡錫，鋅鋼板廠和才片廠等。 退火分為中間退火、成品退火，一般冷軋工藝只能軋制與道次后，由于加工硬化必須退火變軟再進(jìn)行軋制。 冷軋機(jī)的作用就是將鋼板軋制成厚度更薄的產(chǎn)品。是冷軋車間的主要設(shè)備，它的生產(chǎn)能力決定了冷軋廠的產(chǎn)量。一般都采用大卷軋制。以便減少軋制道次。冷軋機(jī)的布置如圖1.5和圖1.6所示。 圖1.5 單機(jī)座冷軋機(jī) 圖1.6冷軋機(jī)組 1.4.2冷軋機(jī)的生產(chǎn)工藝 單機(jī)座冷軋機(jī)是可逆式四輥冷軋機(jī)將帶鋼卷用吊車吊來放到鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)上，進(jìn)入開卷機(jī)后鋼板頭壓平轉(zhuǎn)動(dòng)開卷機(jī)使鋼帶進(jìn)行四輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，到右卷取機(jī)后頭部夾緊，卷筒脹開，進(jìn)行第一道軋制，然后軋制反轉(zhuǎn)將鋼頭送到左卷取機(jī)頭部夾緊，進(jìn)行軋制卷取。卷取采用張力以便卷緊。第二道軋完重新軋制幾道后將卷筒縮小卸卷、運(yùn)走。 冷連軋機(jī)鋼帶鋼卷開卷后送到卷取機(jī)夾緊頭部后進(jìn)行連軋，軋完后卷??；機(jī)卷筒縮小卸卷后用鋼帶包緊，運(yùn)走。冷軋機(jī)用換輥小車迅速換輥。一次換輥十分鐘左右。 1.4.3五輥冷軋機(jī)的研究和方法 1、到冷軋廠進(jìn)行調(diào)研，了解冷軋機(jī)生產(chǎn)情況和存在的問題，收集軋制規(guī)程和軋機(jī)的結(jié)構(gòu)更加進(jìn)一步了解 2、制定冷軋機(jī)的設(shè)計(jì)方案和方案評(píng)述，通過認(rèn)真思考、改造創(chuàng)新、方案合理。 3、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 4、對(duì)控制系統(tǒng)提出要求，潤滑方法選擇和潤滑油選擇合理。 5、設(shè)備的安裝和維修方法，設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 2 方案的選擇與評(píng)述 按軋制品種最小厚度的要求，采用單機(jī)座可逆式冷軋機(jī)，為軋制較薄的帶鋼卷，四輥軋機(jī)和五輥軋機(jī)相比較，五輥軋機(jī)比四輥軋機(jī)軋制帶鋼更薄，很適用于小型工廠生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用五輥軋機(jī)設(shè)計(jì)方案。驅(qū)動(dòng)方式不同有不同的方案。 2.1方案的選擇 2.1.1工作輥驅(qū)動(dòng)方案 見圖2.1 1電機(jī) 2電機(jī)聯(lián)軸器 3減速機(jī) 4減速機(jī)聯(lián)軸器 5齒輪座 6萬向連接軸 7機(jī)座 圖2.1 工作輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)主傳動(dòng)示意圖 此方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)，軋輥之間空載不打滑，但軋制力過大時(shí)，工作輥的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度可能不夠，若強(qiáng)度滿足要求時(shí)，最好采用工作輥驅(qū)動(dòng)為好。 2.1.2支承輥驅(qū)動(dòng)方案 見圖2.2所示 1電機(jī)2電機(jī)聯(lián)軸器3減速機(jī)4減速機(jī)聯(lián)軸器5齒輪座6萬向連接軸7機(jī)座 圖2.2 支承輥驅(qū)動(dòng)五輥冷軋機(jī)主傳動(dòng)示意圖 此方案，由于工作輥輥靠摩擦傳動(dòng)，易滑。若工作強(qiáng)度不夠只能采用支承輥轉(zhuǎn)動(dòng)方案，小直徑的工作輥可以軋制較薄的帶鋼材。 2.1.3工作輥單輥驅(qū)動(dòng)方案 單輥驅(qū)動(dòng)方案見圖2.3所示 圖2.3工作輥單輥驅(qū)動(dòng)方案示意圖 這個(gè)方案利用工作輥驅(qū)動(dòng)四輥冷軋機(jī)卸掉上萬向接軸即可，可以軋制比單軋機(jī)更薄的帶材。若少量的薄帶需求可采用這個(gè)方法。 2.1.4支承輥單輥驅(qū)動(dòng)方案 這個(gè)方案利用支承輥驅(qū)動(dòng)四輥冷軋機(jī)，卸掉上萬向接軸即可進(jìn)行軋制。適用于少量帶鋼需求量。 綜上所述，采用支承輥驅(qū)動(dòng)方案，因?yàn)樯a(chǎn)薄帶鋼工作輥直徑一定要小，否則可以采用支承驅(qū)動(dòng)四輥冷軋機(jī)，因?yàn)樗妮伬滠垯C(jī)不能生產(chǎn)才選擇五輥軋機(jī)。具體結(jié)構(gòu)見下面選擇與評(píng)述。 支承輥單輥驅(qū)動(dòng)如圖2.4所示 圖2.4支承輥單輥驅(qū)動(dòng)示意圖 2.2方案評(píng)述 因?yàn)槭强赡孳垯C(jī)采用低速咬入高速軋制，因此電機(jī)需要調(diào)速，選擇直流機(jī)，可控硅供電。選擇具有減速機(jī)和齒輪座傳動(dòng)方案。電機(jī)容量可以小些。投資費(fèi)用少。采用滑塊式萬向接軸，此萬向接軸比十字接軸通用，調(diào)整傾角較小用彈簧平衡萬向接軸，上支承輥采用彈簧平衡，工作輥也采用彈簧平衡，主要原因調(diào)整范圍小，彈簧平衡可以滿足要求，但結(jié)構(gòu)簡單。壓下系統(tǒng)采用行星減速驅(qū)動(dòng)并安裝指針盤指示壓下量。軋輥軸承選用滾動(dòng)軸承提高軋制的精度。前后安裝卷取機(jī)實(shí)現(xiàn)張力軋制。工作輥采用乳化劑冷卻，機(jī)架采用閉式機(jī)架，保證機(jī)架的剛度。以便軋制更薄的產(chǎn)品。 五輥機(jī)采用異步軋制，異步軋制是兩個(gè)軋輥軋制速度不一次的一種新的軋制方法。由于兩個(gè)工作輥具有線速度差，因此出現(xiàn)了摩擦力作用方向相反的搓軋變形區(qū)，大大降低了軋制力，從而采用更大打開壓下量，減少逆次軋制更薄的產(chǎn)品提高軋制精度減少軋件寬度方向的厚度差提供可能條件。 五輥軋機(jī)是在原有的四輥軋機(jī)的四輥基礎(chǔ)上，在兩工作輥之間加一小直徑工作輥，組成五輥軋機(jī)，軋制形式為異步軋制，這種軋機(jī)是在四輥軋機(jī)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，這種改進(jìn)有它的實(shí)用性和可行性，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)帶材厚度的要求更加苛刻——極薄帶，而生產(chǎn)極薄帶就要求工作的輥直徑比較小，一般簡單的關(guān)系d=1000h,軋制0.1毫米厚的帶鋼應(yīng)為100毫米，有張力軋制可稍微小些，所以一般采用加工支承輥直徑減小工作輥直徑的辦法來實(shí)現(xiàn)，由于軋輥直徑不匹配，會(huì)加大軋輥的磨損，所以在不改變四輥軋機(jī)的條件下，在兩工作輥之間加一小直徑工作輥，這樣就可以軋制更薄的帶鋼，這種軋機(jī)只要將齒輪座改造一下就可實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)方式可采用雙輥驅(qū)動(dòng)工作輥式和雙輥驅(qū)動(dòng)支承輥。壓下系統(tǒng)有雙電機(jī)壓下改為行星擺線壓下。 3 軋機(jī)主電機(jī)容量的選擇 3.1 軋制力的計(jì)算 3.1.1 軋制規(guī)程 表3.1 45#軋制規(guī)程 原 始 高 度 H(mm) 成 品 厚 度 H(mm) 寬 度 B(mm) 道 次 軋 前 厚 度 h0(mm) 軋 后 厚 度 h1(mm) 壓 下 量 h(mm) 變 形 程 度 ε% 后 張 力 T0(N) 前 張 力 T0(N_) 0.5 0.1 160 1 0.5 0.35 0.15 30 14000 15000 2 0.35 0.25 0.10 28.6 13000 13500 3 0.25 0.18 0.07 28 10000 11000 4 0.18 0.13 0.05 27.8 9500 10000 5 0.13 0.10 0.03 23.1 9000 8500 3.1.2軋輥主要尺寸的選擇 1、輥身長度： 支承輥輥身長度： =+a [1] （3.1） 因?yàn)樗O(shè)計(jì)為小型軋機(jī)，故取a=40. 所以 =160+40=200mm 工作輥輥身長度： 工作輥輥身長度比支承輥輥身長度應(yīng)稍大些. 一般取5~10mm故取工作輥輥身長度為220mm. 即 =220mm 2、下工作輥直徑. 查[1]表3-3 =2.0~2.5 ===80~100 mm 取 =100mm 3、小直徑工作輥直徑 查[1]表3-3 =2.0~2.5 所以 ===40~50mm 取 =50mm 對(duì)于冷軋薄帶鋼軋機(jī).為能軋出薄帶.要求 無張力 ≤1000=10000.05=50mm 有張力 ≤(1500~2000) =(1500~2000)0.05 =75~100mm 因此 小直徑工作輥直徑滿足要求。 4、中間支承輥直徑 中間支承輥直徑與下工作輥直徑相等取100mm 5、大支承輥直徑 查[1]表3-3 =2.0~2.5 =(2.0~2.5) =(2.0~2.5)100 =200~250mm 取 =250mm 6、輥頸尺寸的確定 查[1]表3-5 滑動(dòng)軸承：d=(0.75~0.80)D l=(0.83~1)d 滾動(dòng)軸承：d=(0.50~0.55)D l=(0.83~1)d 本軋機(jī)的軸承采用滾動(dòng)軸承. （1）小直徑工作輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)50=25~27.5mm 取 =25mm =(0.83~1) =(0.83~1)25=21.6~25mm 取 =25mm 綜上所述：小直徑工作輥軸承采用圓滾子軸承7105成對(duì)配置。 （2）下工作輥和中間支承輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)100=50~55mm 因?yàn)檐垯C(jī)為小型軋機(jī)，故取=45mm =(0.83~1) =(0.83~1)45=37.4~45mm 取 =45mm 綜上所述：下工作輥和中間支承輥軸承采用圓錐滾子軸承7109，成對(duì)配置。 （3）大支承輥軸承 =(0.5~0.55) =(0.5~0.55)250 =125~137.5mm 取 =130mm =(0.83~1)130 =107.9~130mm 取 =120mm 綜上所述：大支承輥周成采用圓錐滾子軸承7126，成對(duì)配置. 7、輥頭形式的確定 因?yàn)榕c輥頭聯(lián)結(jié)的聯(lián)結(jié)軸承采用十字滑塊聯(lián)軸器，故輥頭采用梅花軸頭. 8、軋機(jī)軋輥輥身呈圓柱形輥身微突，這樣當(dāng)它受力彎曲時(shí)，可保證良好板形. 3.1.3軋制力的計(jì)算 參照[1]中第二章第三節(jié)，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，以及由于冷軋時(shí)軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著的彈性壓扁現(xiàn)象，近似地將薄擺弄的冷軋過程看作為平行平板間的壓縮，并假設(shè)接觸表面上的摩擦力符合干摩擦定律，因此，采用斯通公式計(jì)算軋制力。 根據(jù)斯通公式，軋制時(shí)的平均單位壓力： =(k-)m （3.2） 所以，軋制總壓力= 式中： k—平均變形阻力，k=1.15 —作用在軋件的入口斷面上的水平張力的平均值= ，—軋制前后軋件材料的變形阻力，通過強(qiáng)化的曲線查得。 ，—入口和出口斷面上的實(shí)際張應(yīng)力 m—考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對(duì)單位壓力的影響系數(shù). m = 其中：X由Z=和 Y=的值 查[1]中圖2-25確定 —不考慮軋輥彈性壓扁的接觸弧長度 —軋件與軋輥只摩擦系數(shù) —軋件平均厚度，= —常數(shù) ，= 對(duì)于鋼軋輥=mm/N —為軋輥半徑. —為泊松比，對(duì)于鋼軋輥=0.3 —為軋輥彈性模數(shù)，對(duì)于鋼軋輥=MPa 下面以第一道次的軋制為例計(jì)算軋制力. 1、鋼加工硬化曲線 如圖3-1 變形程度ε% =35+8.66 =58.5+1.44 圖3-1 2、計(jì)算和 接觸弧長度 = 其中：—軋輥的綜合曲率半徑 對(duì)于異輥軋制. = ==66.67mm 為壓下量，這里 =0.5-0.35=0.15mm 因此 ==3.16mm 軋件平均厚度 ===0.425mm 摩擦系數(shù)查[1]表2-4 因?yàn)? v=0.89m/s 所以取 =0.08 則 ==0.595 ==0.3538 3、計(jì)算Y Y= [1] （3.3）因?yàn)槭钱愝佨堉? =66.67mm 所以 ===0736mm/N == = =87.5+133.9 =221.4MPa 式中 ，—入口和出口的張力 ，—軋制入口和出口斷面面積 k=1.15=1.15=649.75MPa 其中： 軋制前后的軋件材料的變形阻力 由強(qiáng)化曲線查得 軋制前 =350MPa 軋制后 即ε=30% 時(shí) =780MPa 則 Y=2*0.736*（649.75-221.4） =0.1184 Z==0.3538 4、 查[1]中圖2-25 X=0.68 則 m===1.432 5、求 ： =(k-)m=(649.75-221.4)1.498 =612MPa 軋制力 =F 式中：F—軋件與軋輥間接觸面積在軋制總壓力垂直面上的投影. F=b —考慮彈性壓扁后的接觸弧長度 因?yàn)? 所以 ==3.6125 則 =F 所以 P= b=6121603.625 =3.54N 第二道次至第五道次軋制力計(jì)算方法及步驟與第一道次軋制力的計(jì)算完全相同 道次 1 2 3 4 5 P 3.54 2.63 3.12 3.08 2.87 P的單位：N 3.2軋制力矩的計(jì)算 軋輥受力分析，輥頸不同時(shí)作用在軋輥上的力 == ， 軋件的機(jī)械性質(zhì)均勻，可以認(rèn)為 =， 接觸弧長也相等 即 == 根據(jù)[6]中公式： [6] (3.4) 咬入角 式中：q—單位壓力比 q=1+ 由于 -1=1 且＜＜2R 所以 q=1 把=0.15 q=1 代入 得 =0.063246= =0.031623= 查[1]中式2-40 =≈0.35~0.45 =0.4 取 =0.4 所以 =0.4 則 =0.4=0.4= =0.4=0.4= 所以： = = =0 所以 =0 所以 = =1.2648mm = =1.2648mm 小直徑工作輥受力分析： 由平衡條件 ∑X=0 Nsin (1) ∑Y=0 (2) ∑M=0 (3) 由(2)式得 N= 代入(1)得 即 將 N 代入(3)得 式中 —小直徑工作輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004 (滾動(dòng)軸承) —小直徑工作輥軸承處的輥頸. ==12.5mm 所以 =0.00412.5=0.05mm =0.05 mm 所以 ==0.05rad 中間支承輥受力分析 由平衡條件： (1) (2) (3) 由 (2) 式得 由 (1) 式得 = 因?yàn)椋? 所以： 所以： (4) 將代入(3)得： (5) 五輥冷軋機(jī)軋輥受力分析圖 式中 —中間支承輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004 (滾動(dòng)軸承) —中間支承輥輥頸半徑. mm =0.00422.5=0.1mm N N =3.54N 所以 rad 以上大支承輥受力分析 —上大支承輥軸承處的摩擦系數(shù). =0.004(滾動(dòng)軸承) —上大支承輥輥頸半徑. mm 所以 =0.00465=0.26mm =23.28N·mm 下工作輥受力分析 (1) (2) (3) 由 (2) 式得 由 (1) 式得 = 因?yàn)? 所以 所以 (4) 將代入(3)得： (5) 下大支承輥受力分析 = = 式中 =0.00465=0.26mm 所以 =N·mm 驅(qū)動(dòng)軋輥總力矩 =0.97+23.28N·mm 3.3主電機(jī)容量的選擇 3.3.1初選電機(jī)容量 式中：—電機(jī)過載系數(shù). 取K=2 =N·mm 所以 KW 式中 — 傳動(dòng)系統(tǒng)總效率. 初選電機(jī)時(shí)=0.85~0.90. 取=0.85 —大支承輥轉(zhuǎn)數(shù) 設(shè)計(jì)要求的軋制速度 =0.89m/s 所以 rpm —小直徑工作輥轉(zhuǎn)數(shù) 因?yàn)? —中間支承輥轉(zhuǎn)數(shù) 所以 rpm 又因?yàn)? —大支承輥的轉(zhuǎn)數(shù) 所以 rpm =N·mm KW 鋼種 10鋼 20鋼 45鋼 38.3 27.6 10 在上述計(jì)算中，未考慮空轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩等諸多因素，此外還考慮到生產(chǎn)的發(fā)展要以及需要以及軋制不同鋼種的需要，故此，選用電機(jī)的功率微75KW。 查[8]選電機(jī) 電 機(jī) 型 號(hào) 額 定 功 率 額 定 電 壓 額 定 轉(zhuǎn) 速 額 定 電 流 效 率 最 高 轉(zhuǎn) 速 電樞 回路 電感 飛 輪 力 矩 75KW 220V 750rpm 3B5A 88% 1800rpm 1.45H 13.9 KW rpm 所以 初選 確定總效率 彈性聯(lián)軸器效率 減速器效率 萬向聯(lián)軸器效率 齒輪座效率 十字滑塊聯(lián)軸器效率 總效率： 3.3.2 主電機(jī)軸上的力矩 由于此軋機(jī)為小型軋機(jī)，軋制速度教小，動(dòng)力矩也較小，并且軋制時(shí)間與啟動(dòng)時(shí)間相比很長，故而忽略了 又因?yàn)? 所以 電機(jī)軸輸出力矩：N·mm 所以空轉(zhuǎn)力矩：N·mm 取 N·mm 各道次附加摩擦力矩 式中 —總效率 所以： N·mm N·mm N·mm N·mm N·mm 因此各道次電機(jī)軸上的軋制力矩為 N·mm N·mm N·mm N·mm N·mm 將計(jì)算結(jié)果匯總于下表 1 2 3 4 5 24.2510 21.7310 17.6410 13.2110 9.8810 97038.8 86954.5 70588 52861 39536 28650 28650 28650 28650 28650 675575 608348 499238 381057 292222 3.3.3 電機(jī)負(fù)載圖 材質(zhì)：鋼 卷重：Q=6000N=600Kg 比重：Kg/m 1、原始厚度 m 其中： —鋼卷重量 —軋制材料的密度 對(duì)于鋼：Kg/m —原始厚度 —比重 2、軋制長度 m 其中：—兩卷取機(jī)之間的距離 =3m 3、軋制軋件的重量 Kg 4、分道軋制長度： 則： m m m m m 5、各道軋制時(shí)間 一般要求軋制時(shí)間 s 式中 —軋制速度 =0.89m/s s s s s s 6、開始軋制時(shí)間 由于電機(jī)啟動(dòng)后不可能馬上咬鋼軋制，需要有一個(gè)將帶鋼繞上卷筒的時(shí)間。此外還有調(diào)整壓下量的時(shí)間等，故取開始軋制時(shí)間 7、軋制間歇時(shí)間 在每道次之間有一個(gè)調(diào)整壓下量和測(cè)量厚度時(shí)間,取軋制間隙時(shí)間 8、各道軋制速度 m/s 9、各道軋輥轉(zhuǎn)數(shù)： 匯總表 1 40 20 1537.72 1368.57 0.89 340 676 2 2152.81 1916.00 608 3 2990.01 2661.11 499 4 4140.02 3684.62 381 5 5382.02 4790.00 292 10.電機(jī)負(fù)載圖 3.3.4電機(jī)校核 1、過載校核 直流電機(jī)是按電流來校核 式中： —直流電機(jī)換向滑環(huán)所允許通過的最大電流 —直流電機(jī)的額定電流 —電機(jī)過載系數(shù) 考慮到本軋機(jī)為小型軋機(jī)，其電機(jī)磁通變化不大，故在電流與力矩成正比的情況下，可以通過力矩來進(jìn)行過載校核。 式中： —靜負(fù)載圖上的最大力矩 —額定靜力矩 —電機(jī)過載系數(shù) 對(duì)于可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī) 所以電機(jī)滿足過載要求 2、發(fā)熱校核 式中： —電機(jī)按發(fā)熱計(jì)算出來的當(dāng)量力矩 N·mm 所以 N·mm 所以電機(jī)滿足發(fā)熱要求 由于設(shè)計(jì)要求軋機(jī)應(yīng)同時(shí)滿足軋制合金鋼、普碳鋼和硅鋼的要求，故此，選用 型直流電機(jī)。 4 軋輥的計(jì)算 4.1軋輥的接觸強(qiáng)度計(jì)算 總的來說，軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力的綜合影響，其中包括彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過程中形成的殘余應(yīng)力等。 為了防止軋機(jī)軋輥輥面剝落，對(duì)工作輥和支承輥之間的接觸應(yīng)力應(yīng)該做疲勞校驗(yàn)。 軋輥的單位壓力大，所以彈性壓扁必須考慮，要求軋輥輥面硬度很高=60，將軋制力近似看成沿軋件寬度均布的載荷而且左右對(duì)稱。 4.1.1 校核壓應(yīng)力 1、參考[1]中最大壓應(yīng)力 式中： —加在接觸表面單位長度上的負(fù)荷 —相互接觸的兩個(gè)輥半徑 —與軋輥材料有關(guān)的系數(shù) 其中： —分別為兩軋輥材料的泊松比和彈性模量 ==0.3 ==2.1MPa 則 在輥間接觸區(qū)中，除了須校核最大正應(yīng)力外，對(duì)于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進(jìn)行校核，為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞值應(yīng)小于許用值，即，并且 2、小直徑工作輥與中間支承輥的接觸強(qiáng)度計(jì)算 由上所述 MPa 查[1]中表3-7 3-8，當(dāng)軋輥材料為時(shí)， 許用應(yīng)力 MPa MPa 所以軋輥滿足壓應(yīng)力要求。 4.1.2切應(yīng)力校核 參考[1]中 最大切應(yīng)力 MPa MPa 查[1]中表3-8許用切應(yīng)力MPa 所以 所以軋輥滿足接觸應(yīng)力條件。 4.2支承輥計(jì)算 受力分析及內(nèi)力圖 由圖可看出，截面軸頸小，截面有應(yīng)力集中，Ш—Ш截面力矩值最大，因此這幾個(gè)截面為危險(xiǎn)截面 抗彎截面模量 ①M(fèi)Pa ②MPa 式中： —應(yīng)力集中系數(shù). P—總軋制壓力 由[1]中圖3-13 圖3-12 取r/d=0.1 式中： r=13mm mm mm 所以 ③MPa mm mm mm mm mm mm mm mm 由[1]中 對(duì)于合金鍛鋼軋輥 許用應(yīng)力 MPa 因此 支承輥滿足彎曲強(qiáng)度要求. 4.3支承輥?zhàn)冃斡?jì)算 軋輥在軋制力和軋制力矩作用下。將發(fā)生彎曲。扭轉(zhuǎn)、剪切 輥間彈性壓扁等變形。這些變形均不得超過允許值。 因?yàn)樵谧冃芜^程中，支承輥與工作輥?zhàn)冃螐澢嗟?，支承輥的輥徑比工作輥的輥徑大的得多，支承輥比工作輥受到的彎曲力矩大得多，因此在?jì)算過程中只計(jì)算上，下大支承輥的變形。 將大支承輥看成簡支梁，用材料力學(xué)中計(jì)算直短梁撓曲方法處理。 這里計(jì)算的變形為最大變形，即時(shí)的變形 參考[1]中中有： 變形 式中： —由彎矩引起的變形值 —由剪切力引起的變形值 1、的計(jì)算 式中： —系統(tǒng)中僅由彎曲力矩作用的變形能 —在計(jì)算軋輥撓度處所作用的外力 —在計(jì)算截面上彎矩 —彈性模量 積分上式：第一段 第二段 第三段 所以： 式中： —軋輥、輥頸、輥身的端面慣性。 2、的計(jì)算 式中： —系統(tǒng)中僅由彎曲力矩作用的變形能 —在計(jì)算軋輥撓度處所作用的外力 —在計(jì)算截面上的切力 —剪切模量 —截面系數(shù) 對(duì)圓截面 積分上式：第一段 第二段 第三段 所以： 式中： —軋輥、輥頸、輥身的斷面面積。 mm mm mm 所以： mm 5 軋輥的調(diào)整機(jī)構(gòu) 5.1軋輥調(diào)整裝置的作用和類型 5.1.1軋輥調(diào)整的的作用包括以下方面 1、調(diào)整軋輥水平位置（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。尤其在初軋機(jī)，板坯軋機(jī)，了解軋機(jī)上幾乎每軋一道都需調(diào)整軋輥輥縫。 2、調(diào)整軋輥與輥道水平面間的相互位置，在連軋機(jī)上還要調(diào)整各機(jī)座間軋輥的相互位置，以保證軋線高度一致（調(diào)整下輥高度） 3、調(diào)整軋輥軸向位置，以保證有槽軋輥對(duì)準(zhǔn)孔型 4、在板帶軋機(jī)上要調(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。 5.1.2調(diào)整裝置根據(jù)各類軋機(jī)工藝要求 上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。 1、上輥調(diào)整裝置也稱壓下裝置。用途較廣，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機(jī)上 這幾年來，為了提高帶鋼厚度精度，開始使用“液壓壓下”技術(shù)，即用伺服閥控制壓下液壓缸，在軋制過程中迅速調(diào)整輥縫，以消除板厚誤差。 2、下輥調(diào)整裝置用在板帶軋機(jī)和三輥型鋼軋機(jī)上其作用是使軋輥對(duì)準(zhǔn)軋制線。 3、中輥調(diào)整裝置用在三輥軋機(jī)上，在中輥固定的軋機(jī)上，中輥用斜楔手動(dòng)微調(diào)，在下輥固定的軋機(jī)上，中輥交替地壓向上輥和下輥。 4、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。 壓下裝置： 上輥調(diào)整裝置也稱為壓下裝置，有手動(dòng)的，電動(dòng)的，液壓的。 常見的手動(dòng)壓下裝置有以下幾種： 1、斜楔調(diào)整方式 2、直接轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲的調(diào)整方式 3、圓柱齒輪傳動(dòng)壓下螺絲的調(diào)整方式 4、蝸輪蝸桿傳動(dòng)壓下螺絲的調(diào)整方式 電動(dòng)壓下量最常用的調(diào)整裝置，通常包括：電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)，制動(dòng)器，壓下螺絲。 壓下螺母，壓下位置指示器，球面墊塊和測(cè)壓儀等部件。 按照壓下速度，電動(dòng)壓下裝置可分為快速壓下裝置和板帶軋機(jī)壓下裝置兩大類。 板帶軋機(jī)壓下裝置的特點(diǎn)： 1、軋輥調(diào)整量較小 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(dòng)作快，靈敏度高 5、軋輥平行度的調(diào)整要求嚴(yán)格 為了便于兩個(gè)壓下螺絲單獨(dú)調(diào)整，兩臺(tái)雙出軸直流電動(dòng)機(jī)用磁聯(lián)軸節(jié)連接（斷電時(shí)連接）壓下螺絲端部裝有弧面推力銷柱軸承，以減小壓下螺絲的摩擦阻力矩。 常用的電動(dòng)壓下行程指示器有兩種形式：機(jī)械指針盤讀的指示器和自整角機(jī)—數(shù)字顯示指示器。 5.2壓下系統(tǒng)的計(jì)算 5.2.1壓下螺絲的主要參數(shù) 壓下螺絲一般由頭部、本體、尾部三個(gè)部分組成，頭部與上軋輥軸承座接觸，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(shí)磨損并使上軋輥軸承具有自動(dòng)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，壓下螺絲止推端采用凹形，這樣使凸形球面銅墊處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，而不易破壞，增強(qiáng)了工作的可靠性。 壓下螺絲本體部分帶有螺紋，由于五輥冷軋機(jī)軋制壓力大故采用梯形螺紋，但其效率低。 壓下螺絲的尾部是傳動(dòng)端，承受來自電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，由于要求尾部承載能力大，故采用花鍵形。 1、壓下螺絲的外徑： 式中：—壓下螺絲外徑 —輥徑直徑，對(duì)于五輥冷軋機(jī)來說，此應(yīng)為大支承輥輥徑直徑 mm 所以： mm 取：mm 2、壓下螺絲螺距 mm 取： mm 綜上所述：壓下螺絲為，頭部凹球面，尾部花鍵形，頭部為單頭 5.2.2壓下螺絲的傳動(dòng)力矩 轉(zhuǎn)動(dòng)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。 其計(jì)算公式是： 式中： —螺紋中徑 —螺紋上的摩擦角 即 —螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取 —螺紋升角，壓下時(shí)用正號(hào)，提升時(shí)用負(fù)號(hào)。 —螺距 所以： rad —作用在一個(gè)壓下螺絲上的力 —止推軸承的阻力矩 —螺紋摩擦阻力矩 1、止推軸承阻力矩的計(jì)算 式中： —壓下螺絲止推軸頸直徑 —壓下螺絲止推軸頸的摩擦系數(shù)，對(duì)于滑動(dòng)止推軸頸 取 —軋制壓力 N 所以： N mm N·mm 2、螺紋摩擦阻力矩的計(jì)算 式中：—螺紋中徑 取mm N·mm 所以：N·mm 5.2.3換算到電機(jī)軸上的靜力矩 式中： —總壓下速比 —總壓下效率 1、總壓下效率： 壓下系統(tǒng)減速機(jī)為行星擺線針齒減速器，其效率 取 滾動(dòng)軸承 所以： 總壓下效率 2、總壓下速比 所以：N·mm 由于壓下螺絲轉(zhuǎn)數(shù)低，故此在計(jì)算電機(jī)軸上的力矩時(shí)不計(jì)動(dòng)力矩。 因此 N·mm 式中：—電機(jī)軸上的力矩 因?yàn)閴合滤俣? mm/s 所以 rpm rpm 所以： KW 查[8]選電機(jī) 電 機(jī) 型 號(hào) 額 定 功 率 額 定 電 壓 額 定 轉(zhuǎn) 速 額 定 電 流 效 率 最 高 轉(zhuǎn) 速 電樞 回路 電感 飛 輪 力 矩 0.55KW 220V 1500rpm 3.52A 3000rpm 0.022Kg·mm KW rpm 所以：N·mm 5.2.4電機(jī)校核 壓下系統(tǒng)有兩種形式，即單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)為了降低，便于起制動(dòng)，該軋機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 由于壓下電機(jī)工作時(shí)間短，斷續(xù)工作而非連續(xù)工作，因此壓下電機(jī)只做過載校核。 取過載系數(shù) K=2.0 N·MPa 所以 壓下電機(jī)過載滿足要求。 5.2.5壓下螺母主要尺寸的確定 mm mm 取mm mm 取mm 式中： —螺母的外徑 —壓下螺母的高度 5.2.6壓下螺母的校核 1、接觸面上的擠壓強(qiáng)度 MPa 查得 MPa 所以 所以接觸面上的擠壓強(qiáng)度滿足要求 2、螺紋的擠壓強(qiáng)度 式中：—作用在一個(gè)壓下螺絲上的力 —扣數(shù) 暫取 —螺紋內(nèi)徑 mm —螺紋外徑 mm —螺母內(nèi)徑與螺絲外徑之差（間隙），由于值非常小，在此計(jì)算中忽略。 所以 所以 螺紋的擠壓強(qiáng)度滿足要求。 5.3上軋輥平衡裝置 5.3.1上軋輥平衡裝置的作用與特點(diǎn) 設(shè)置上軋輥平衡裝置是使上軸承座緊貼壓下螺絲端部并消除螺紋之間的間隙，防止在軋制前后產(chǎn)生沖擊，大多數(shù)軋機(jī)的平衡裝置還兼有抬升上輥的作用。 板帶軋機(jī)與上軋輥平衡裝置有以下特點(diǎn)： 1、由于工作輥與支承輥之間靠摩擦傳動(dòng)以及工作輥和支承輥的換輥周期不同，故工作輥和支承輥應(yīng)分別平衡。 2、上輥移動(dòng)的行程較小，移動(dòng)的速度不高。 3、工作輥換輥頻繁，平衡裝置的設(shè)計(jì)需使換輥方便。 4、在單張軋制的可逆四輥軋機(jī)上，工作輥平衡裝置應(yīng)滿足空載加、減速時(shí)工作輥和支承輥之間不打滑的要求 由于本軋機(jī)屬于小型軋機(jī)，故選用彈簧平衡，其優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，缺點(diǎn)是換輥時(shí)要人工拆裝彈簧費(fèi)力，費(fèi)時(shí) 5.3.2上軋輥平衡力的確定 1、上軋輥平衡力Q的計(jì)算 式中： Q—上軋輥平衡力 G—被平衡的重量 2、G的確定 上支承輥平衡裝置并不能清除上支承輥軸承中的頂間隙，因?yàn)樯现С休伷胶馐羌釉谒妮S承座上，這一頂間隙應(yīng)由工作輥平衡缸清除，為此，當(dāng)確定工作輥平衡缸被平衡零件重量時(shí)，除工作輥系統(tǒng)重量外，還應(yīng)包括支承輥的重量。 所以： 3、過平衡力的確定 N N 為了防止可逆式軋機(jī)空載啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)時(shí)工作輥與支承輥之間打滑，工作輥平衡力應(yīng)按照工作輥與支承輥接觸表面不打滑的條件來確定，即軋機(jī)空載加、減速時(shí)，主動(dòng)輥?zhàn)饔糜诒粍?dòng)輥表面的摩擦力矩應(yīng)大于被動(dòng)輥的動(dòng)力矩。 對(duì)于支承輥主動(dòng)、工作輥被動(dòng)，上工作輥與上支承輥間的作用力應(yīng)滿足下式： 式中： —工作輥飛輪力矩 Kg·mm —工作輥直徑，m —工作輥轉(zhuǎn)加速度，取r/min/s —工作輥與支承輥間滑動(dòng)摩擦系數(shù) =0.1 所以：=N 綜上所述：取上軋輥過平衡力N 6 機(jī)架計(jì)算 6.1機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)軋鋼機(jī)型式和工作要求，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開式兩種，本軋機(jī)采用閉式機(jī)架，以提高軋制精度，獲得較好的軋件質(zhì)量。 6.1.1為了簡化計(jì)算作以下假設(shè) 1、每片機(jī)架只在上、下橫梁中間斷面處有垂直力R，而且這兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一直線上，即機(jī)架的外負(fù)荷是對(duì)稱的。 2、機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線是對(duì)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是剛性的，即機(jī)架變形后，機(jī)架轉(zhuǎn)角保持不變。 根據(jù)上述假設(shè)，機(jī)架外負(fù)荷和幾何尺寸都與機(jī)架窗口垂直中心線對(duì)稱，故可將機(jī)架簡化為一個(gè)由機(jī)架立柱和上下橫梁的中性軸組成的自由框架。 6.1.2機(jī)架簡圖及受力圖 機(jī)架簡圖 上橫梁受力圖 立柱受力 機(jī)架內(nèi)力圖 6.1.3強(qiáng)度計(jì)算 式中： —作用于機(jī)架上的垂直力 —垂直力相對(duì)于計(jì)算截面的力臂 —機(jī)架計(jì)算截面上的慣性力矩 對(duì)于經(jīng)過簡化后的機(jī)架有以下關(guān)系式存在： 機(jī)架橫梁， 立柱 因此， 式中： —機(jī)架橫梁的中性線長度 —機(jī)架立柱的中性線長度 —機(jī)架上橫梁的慣性矩 —機(jī)架立柱的慣性矩 —機(jī)架下橫梁的慣性矩 積分得： 如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時(shí)則力矩為： 由力矩圖得： 在立柱上的彎矩為 將的表達(dá)式代入的表達(dá)式中得： 機(jī)架上橫梁截面尺寸如下圖所示 6.1.4機(jī)架的參數(shù) 窗口寬度： 式中： —支承輥直徑 所以： mm 取 mm 機(jī)架窗口高度： 式