四輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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####大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目 Φ 190/Φ 500*450 四輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之四 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 班 2011 年 6 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 姓名 下發(fā)日期 2011目 ? 190/? 500? 450四輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之四 專題 軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)計(jì)算 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 1、計(jì)算設(shè)計(jì)本道次（ 制力、驅(qū)動(dòng)力矩，并選擇電動(dòng)機(jī)； 2、機(jī)架的靜強(qiáng)度、剛度計(jì)算，有限元分析； 3、完成機(jī)架傳動(dòng)側(cè)、操作側(cè)、機(jī)架裝配圖的設(shè)計(jì)； 4、單片機(jī)架（傳動(dòng)側(cè)）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 5、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，完成 #0 圖紙。 主要技術(shù)參數(shù) 1、軋制材料： 25 2、原料規(guī)格： 200； 3、軋制規(guī)程： 3 . 1 2 . 7 5 2 . 4 2 . 0 1 . 8 1 . 4? ? ? ? ?； 4、軋制速度： 2m/s。 進(jìn) 度 及 完 成 日 期 3 月 14 日 — 3 月 16 日： 石橫特鋼參觀實(shí)習(xí)，寫實(shí)習(xí)報(bào)告及查閱相關(guān)資料 ； 3 月 17 日 — 4 月 09 日：比較各種結(jié)構(gòu)，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案； 4 月 10 日 — 4 月 19 日：對(duì)整機(jī)及部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算； 4 月 20 日 — 5 月 24 日： 圖； 5 月 25 日 — 6 月 03 日：編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)； 6 月 04 日 — 6 月 15 日：畢業(yè) 答辯審查準(zhǔn)備； 6 月 15 日 — 6 月 21 日：審閱與答辯。 教學(xué)院長(zhǎng)簽字 日 期 教研 室 主任簽字 日 期 指導(dǎo) 教師 簽字 日 期 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師 : 年 月 日 指 定 論 文 評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人 : 年 月 日 答 辯 委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ) 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師給定 成績(jī) (30%) 評(píng)閱人 給定 成績(jī) (30%) 答辯成績(jī) （ 40%） 總 評(píng) 答辯委員會(huì)主席 簽字 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 I 摘要 本軋機(jī)為小型四輥冷軋機(jī)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)架部分。機(jī)架是軋鋼機(jī)的重要部件，用來(lái)安裝整個(gè)輥系及軋輥調(diào)整裝置，并承受全部軋制力。因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜一般給予很大安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 機(jī)架的設(shè)計(jì)步驟可分為以下幾步： 1） 初步確定機(jī)架的形狀和尺寸； 2）常規(guī)計(jì)算：利用材料力學(xué)、彈性力學(xué)等固體力學(xué)理論和計(jì)算公式，對(duì)機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核； 3） 有限元靜態(tài)受力分析 。 本設(shè) 計(jì)主要采用了采利柯夫計(jì)算方法進(jìn)行閉式機(jī)架的強(qiáng)度和變形計(jì)算，然后采用有限單元法校核機(jī)架的應(yīng)力、變形及安全系數(shù)。用有限單元法可求出機(jī)架完整的應(yīng)力場(chǎng)。在以往機(jī)架的設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)取得很高但仍不能保證機(jī)架可靠工作。機(jī)架的破壞多在壓下螺母孔、機(jī)架窗口轉(zhuǎn)角處等應(yīng)力集中大的部位。采利柯夫計(jì)算方法只能求得某些部位的應(yīng)力值。而有限單元法不但能求出整個(gè)機(jī)架各部位的應(yīng)力場(chǎng)，特別能真實(shí)地反映局部部位高應(yīng)力水平的數(shù)值。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)架 ；設(shè)計(jì)步驟；計(jì)算方法；有限單元法 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 he is a is on of is of is of be 1) is ) of of 3) or ) to s We In is it t as is of of so of of s of 島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 錄 摘要 ................................................................................................................. I ....................................................................................................... 錄 .............................................................................................................. 1 章 緒論 ................................................................................................. 1 軋帶鋼生產(chǎn)概況和發(fā)展方向 .............................................................................. 1 軋機(jī)的類型、特點(diǎn)及工作原理 .......................................................................... 2 軋帶鋼的生產(chǎn)工藝 ............................................................................................. 3 第 2 章 設(shè)計(jì)方案的比較 ............................................................................. 8 轉(zhuǎn)動(dòng)方式 .............................................................................................................. 8 動(dòng)型式 .................................................................................................................. 9 輥軸承 .................................................................................................................. 9 下裝置的結(jié)構(gòu)形式 ............................................................................................ 10 輥平衡裝置 ........................................................................................................ 11 計(jì)方案的確定 .................................................................................................... 11 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................................................計(jì)題目及要求 ................................................................................................... 12 始數(shù)據(jù) ............................................................................................................... 12 輥參數(shù)的確定 ................................................................................................... 12 制力能計(jì)算 ........................................................................................................ 13 架的 設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................................................................... 27 結(jié)論 ..............................................................................................................考文獻(xiàn) ......................................................................................................謝 ..............................................................................................................件 1 ...........................................................................................................要 ............................................................................................................................... 45 1 前言 ........................................................................................................................... 45 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及載荷分布特點(diǎn) ............................................................................... 46 3 有限元分析 ............................................................................................................... 46 限元模型的建立及模型載荷的處理 ................................................................ 46 限元計(jì)算結(jié)果與分析 ........................................................................................ 48 形分析 .............................................................................................................. 48 力分析 .............................................................................................................. 49 架強(qiáng)度與剛度分析 .......................................................................................... 50 4 結(jié)論 ........................................................................................................................... 51 5 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 51 附件 2 ...........................................................................................................錄 1 ...........................................................................................................錄 2 ...........................................................................................................錄 3 ...........................................................................................................島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 第 1 章 緒論 軋帶鋼生產(chǎn)概況和發(fā)展方向 軋帶鋼生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 冷軋帶鋼生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、精密儀器、房屋建設(shè)、機(jī)械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家 用電器和各種日常生活的需求量成倍增長(zhǎng)，對(duì)冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。 當(dāng)前，大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產(chǎn)，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產(chǎn)品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質(zhì)量，不斷增加冷軋帶鋼的產(chǎn)品，滿足各個(gè)工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關(guān)的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用具等。以及外貿(mào)出口對(duì)冷軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機(jī)械制造和鋼鐵生產(chǎn)部門面臨的一項(xiàng)重要而有十分緊迫的任務(wù)。 軋帶鋼的生產(chǎn)歷史及發(fā)展方向 冷軋帶鋼生產(chǎn)始于 1660 年，當(dāng)時(shí)是在二輥軋機(jī)上進(jìn)行的。 冷軋帶鋼和薄板一般厚度為 3度為 100～ 2000以熱軋帶鋼或鋼板為原料，在常溫下經(jīng)冷軋機(jī)軋制成材。冷軋帶鋼和薄板具有表面光潔、平整、尺寸精度高和機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品大多成卷，并且有很大一部分經(jīng)加工成涂層鋼板出廠。只有少量的非凡用途的冷軋合金鋼板采取單片軋制。冷軋帶鋼和薄板的產(chǎn)量在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已占鋼材總產(chǎn)量的 30％ 左右。鋼種除普通碳鋼外，還有硅鋼、不銹鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等。 近年來(lái)，冷軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，主要是增加鋼卷的重量，加快機(jī)組速度，提高產(chǎn)品厚度精度，改善板形，提高自動(dòng)化程度及改進(jìn)軋機(jī)的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，其典型有 機(jī)、 機(jī)、 機(jī)、 機(jī)、 機(jī)、 機(jī)，全數(shù)字控制高精度可逆式六輥冷軋機(jī)組，或全數(shù)字控制高精度可逆式四輥冷軋機(jī)組等。 在帶鋼冷軋機(jī)上，廣泛的采用液壓彎輥裝置或抽動(dòng)工作輥裝置來(lái)改善板形，由于冷軋帶鋼的厚度公差要求高，為增加軋機(jī)壓下裝置的響應(yīng)速度，在冷軋機(jī)上采用了全液壓裝置及厚度自動(dòng)控制裝置，對(duì)于高速高產(chǎn)量的帶鋼冷連軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 2 軋機(jī)的類型、特點(diǎn)及工作原理 機(jī)的類型 軋鋼機(jī)構(gòu)造可以軋輥數(shù)目及其在機(jī)座中位置為特征進(jìn)行分類為：二輥式軋機(jī)、三輥式軋機(jī)、三輥勞特式軋機(jī)、復(fù)二輥 式軋機(jī)、四輥式軋機(jī)等。軋鋼機(jī)按布置分類可分為單機(jī)座式、橫一列式、連續(xù)式等。連軋機(jī)生產(chǎn)效率高，軋制速度快，但產(chǎn)品單一，變動(dòng)不大時(shí)，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。 其類型如圖所示 [1]： 圖 1輥類型圖 帶軋機(jī)各類的特點(diǎn)及工作原理 由于軋輥的輥數(shù)不同，則各類軋機(jī)的特點(diǎn)也不同： 1、二輥式軋機(jī)：此軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于二輥可逆式初軋機(jī)，可將鋼錠往復(fù)軋制成各種矩形坯，也可用于軋制軌梁和中厚板。 2、三輥式軋機(jī)：其在同一機(jī)座上軋件可兩向軋制，而軋機(jī)無(wú)需反轉(zhuǎn)，由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器 和齒輪座驅(qū)動(dòng)數(shù)臺(tái)三輥式軋機(jī)，可實(shí)現(xiàn)軋件往復(fù)多道次軋制。它用于開坯和型鋼生產(chǎn)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單和投資少的特點(diǎn)。 3、三輥勞特式軋機(jī)：此軋機(jī)中輥直徑較上下輥為小，浮動(dòng)在上下輥間。軋機(jī)由交青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 3 流馬達(dá)經(jīng)減速器和齒輪座驅(qū)動(dòng)軋機(jī)上下兩輥，中輥靠摩擦力轉(zhuǎn)動(dòng)，軋件可往復(fù)多道次軋制，用于軋制中厚板或薄板開坯。 4、復(fù)二輥式軋機(jī)：此軋機(jī)作用與三輥式相似，但軋輥調(diào)整、孔型配置較方便，用于橫列式中小型軋機(jī)。 5、四輥式軋機(jī)：是帶鋼冷軋機(jī)中最通用的機(jī)組，這種軋機(jī)采用閉口式機(jī)架，兩個(gè)牌坊有橫梁或其它軋機(jī)連接形成一個(gè)剛體，通常采用工作輥驅(qū)動(dòng)， 但是近來(lái)趨向于支承輥驅(qū)動(dòng)。 6、多輥式軋機(jī)：為適應(yīng)冷軋板帶產(chǎn)品尺寸向高精度和大的寬厚比方向發(fā)展需要，出現(xiàn)了六輥、十二輥和二十輥軋機(jī)。另外，為提高軋機(jī)剛度，簡(jiǎn)化軋機(jī)結(jié)構(gòu)，又出現(xiàn)了各種類型多輥式軋機(jī)。 軋帶鋼的生產(chǎn)工藝 大型軋鋼車間生產(chǎn)鋼軌需要以下工序： 表面清理→加熱→軋制→鋸切→緩冷→矯直→銑頭鉆孔→淬火→檢查 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝總的來(lái)看有以下三點(diǎn)： 1、加工溫度低，鋼板在軋制過(guò)程中，將產(chǎn)生不同程度的加工硬化現(xiàn)象。它使變形抗力增加，塑性降低。這樣就使軋制力增大，易發(fā)生脆裂。因此必須有軟化退火，使軋 件恢復(fù)塑性，降低變形抗力，以便對(duì)軋件經(jīng)行繼續(xù)軋制。在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中，每次軟化退火之前完成的冷軋工作稱為一個(gè)“軋程”，在一定的條件下，鋼質(zhì)愈硬，成品愈薄，所需之軋程愈多（軟化處理，又稱在結(jié)晶退火或固溶處理）。 2、冷軋中采用工藝?yán)鋮s與潤(rùn)滑 （ 1）工藝?yán)鋮s：在高速冷軋機(jī)上，金屬塑性變形產(chǎn)生大量的熱量，為保持軋輥所需輥型，軋輥表面需要冷卻。軋制速度越高，冷卻問(wèn)題顯得尤為重要。如何合理的強(qiáng)化冷卻過(guò)程的冷卻已成為發(fā)展現(xiàn)代冷軋機(jī)的重要的研究課題。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 4 圖 1連軋潤(rùn)滑液和冷卻液供給系統(tǒng) [1] 實(shí)驗(yàn)表明，帶鋼冷軋時(shí)其 變形功中約有 84%~88%轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工作輥表面可升溫?80℃ ～ 120℃ ， 支撐輥表面溫度可達(dá)到 50℃ ～ 70℃ ， 工作輥輥身中部與邊部溫度差通常為 15℃ ～ 20℃ ，最高可達(dá) 30℃ ～ 40℃ 。支撐輥輥身中部與邊部溫度差通常為5℃ ～ 8℃ ，最高可達(dá) 15℃ ～ 20℃ 。因此冷軋過(guò)程中必須對(duì)軋輥和帶鋼進(jìn)行冷卻。否則，軋輥表面會(huì)由于溫度過(guò)高引起淬火層硬度降低，從而影響帶鋼的表面質(zhì)量和軋輥壽命。另外，軋輥溫度升高和溫度的分布不均勻會(huì)破壞正常的輥型，直接影響帶鋼的板形和尺寸精度。同時(shí)軋輥溫度過(guò)高還會(huì)使冷軋潤(rùn)滑劑失效，油膜破裂，影響冷 軋過(guò)程的正常進(jìn)行。 因此我們必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┪呋蚩刂七@部分熱量，即便變形發(fā)熱率，單位時(shí)間發(fā)出的熱量 q。其表達(dá)式為： q ???? ?? 式中：系數(shù) ； ? —— 小于 1 的修正系數(shù)； J —— 機(jī)械功的熱當(dāng)量； B —— 所軋材的寬度； h? —— 該道次的絕對(duì)壓下量； ? —— 軋制速度； ? —— 軋制時(shí)的平均單位壓力。 取 ； ；所以 ? ??????? 。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 5 實(shí)驗(yàn)證明，水是一種比較理想的冷卻劑，它具有比熱大、吸收率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此通常情況下，冷連軋機(jī)組采用水或以水為主要成分的乳化液作為冷卻劑。只有 某些特殊的軋機(jī)，由于工藝潤(rùn)滑與軋輥軸承共用一種潤(rùn)滑劑，才采用全部油冷，但為了保證冷卻效果，需給予足夠大油量。 從實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大軋制的角度來(lái)看，我們所關(guān)心的是如何提高冷卻液的冷卻能力，即提高冷卻效果。有物理學(xué)可知一定質(zhì)量的液體在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的熱量可表示為： 12()q m t t c???式中： c —— 冷卻液的比熱； ? —— 比重； m — — 單位時(shí)間所需冷卻液的體積； 2t、1t—— 冷卻液前后的溫度。 由以上關(guān)系可知，在冷卻液種類和冷卻系統(tǒng)均一定的情況下，為增加 q，只有增加流量 m，但這往往受到原有冷卻設(shè)施的限制，所以通常是改變冷卻液的種類和增加冷卻液的溫度來(lái)增加其吸熱能力。冷卻液簡(jiǎn)單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實(shí)際資料表明，即使在采用有效的工藝?yán)鋮s的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢(shì)仍達(dá) 130~150甚至還要高，由此可見在軋制變形區(qū)的料溫一定比這還要高，輥面溫度過(guò)高會(huì)引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內(nèi)發(fā)生組織分解（殘余奧氏體的分解），使輥面出現(xiàn)附加的組織應(yīng)力。 另外，從其對(duì)冷軋過(guò)程本身的影響來(lái)看，輥溫的反常現(xiàn)象以及輥溫分布規(guī)律的反?；蛲蛔兙鶎?dǎo)致正常輥面條件的破壞，直接有害于板形與軋制精度。同時(shí)，輥面過(guò)高也會(huì)使冷軋工藝潤(rùn)滑劑失效（油膜破裂），使冷軋不能順利進(jìn)行。 綜上所述，為了保證冷軋的正常生產(chǎn)，對(duì)軋輥和軋件必須應(yīng)采取有效的冷卻和控溫措施。 （ 2）工藝潤(rùn)滑 ：冷軋過(guò)程中，帶鋼與軋輥接觸表面存在摩擦。為了降低軋制力、減少摩擦的影響，需進(jìn)行工藝潤(rùn)滑。工藝潤(rùn)滑的作用包括： 1）通過(guò)潤(rùn)滑劑在軋輥和帶鋼表面形成一層油膜，當(dāng)潤(rùn)滑劑滲入軋輥與帶鋼接觸表面的凸凹部時(shí)，可以把帶鋼與軋輥分隔開，從而降低接觸表面的摩擦系數(shù)，降低軋制負(fù)荷。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 6 2）冷軋過(guò)程中，由于劇烈的摩擦及變形功而產(chǎn)生很大的熱量，工藝潤(rùn)滑劑可以防止粘輥的發(fā)生。 3）工藝潤(rùn)滑對(duì)保護(hù)軋輥表面、改善帶鋼的表面質(zhì)量起著重要作用。一方面，在潤(rùn)滑劑的保護(hù)下，可防止軋輥表面氧化。另一方面，帶有潤(rùn)滑劑軋制對(duì)被軋帶鋼起到了“拋光”作用 。 生產(chǎn)實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)表明，采用天然油脂作為冷軋的工藝潤(rùn)滑劑在潤(rùn)滑效果上優(yōu)于礦物油，這是由于天然油脂與礦物油在分子的結(jié)構(gòu)上與特性上有質(zhì)的差別所致。 如表 1 表 1制油的組成 冷軋用乳化液應(yīng)滿足如下要求： 1、高溫、高壓條件下，具有良好的潤(rùn)滑特性和冷卻效果。 2、脫脂性能良好，潤(rùn)滑劑軋后易于清除，保證成品帶鋼表面光潔。 3、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，帶鋼不易生銹，不易腐蝕。 4、具有良好的乳化性能，使用方便。 5、成體低，廢液易處理，無(wú)環(huán)境污染。 冷軋過(guò)程中油的耗用量還是相當(dāng)大的?，F(xiàn)在，可以通過(guò)乳化 劑的作用把少量油于大量水混合起來(lái)制成乳狀潤(rùn)液。可以較好的解決油的循環(huán)使用問(wèn)題，在這種情況下水是作為冷卻劑與載油劑而起作用的。此時(shí)乳化劑需滿足濃度、皂化值、 、鐵含量等要求。 （ 3）冷軋中采用張力軋制：張力軋制是冷卻的一大特點(diǎn)。所謂“張力軋制”， 就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實(shí)現(xiàn)的 。單位張力z?是青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 7 作用在帶材斷面 A 上的平均張應(yīng)力 [3]： 2/ ? 式中： T—— 總張力； 張力的主要作用有以下幾個(gè)方 面： 1）防止帶鋼在軋制過(guò)程中跑偏（即保證正確對(duì)中軋制）。 2)使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過(guò)程中的保持板形平直以及軋板型良好）。 3)降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產(chǎn)品。 4)其適當(dāng)調(diào)整冷軋機(jī)主電機(jī)負(fù)荷的作用。 防止軋件跑偏是冷軋操作中關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)軋制的一個(gè)重要問(wèn)題。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設(shè)備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進(jìn)行。 防止跑偏的方法有： 1)采用凸行輥縫； 2)采用導(dǎo)板夾逼； 3)采用張力軋制。 通過(guò)改變卷取機(jī)，開卷機(jī)及軋機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及各架壓下可以使軋制 力，張力在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。借助準(zhǔn)確可靠的測(cè)試儀，并使之與自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)成閉環(huán)，可以按要求實(shí)現(xiàn)恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代冷軋機(jī)的起碼要求。 生產(chǎn)中張力的選擇主要是平均單位z?，從理論上講，單位張力似乎應(yīng)當(dāng)盡量選的高一些，但是不應(yīng)超過(guò)帶鋼的屈服極限s?， 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，一般軋機(jī)? )；而冷軋薄帶剛? )。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 8 第 2 章 設(shè)計(jì)方案的比較 轉(zhuǎn)動(dòng)方式 目前，小型四輥冷軋機(jī)的主轉(zhuǎn)動(dòng)方式有如下三種：（ 1）傳動(dòng)工作輥；（ 2）傳動(dòng)支承輥；（ 3）單輥傳動(dòng)。 一般是電機(jī)通過(guò)減速器與齒輪座來(lái)直接傳遞工作輥，這種形式對(duì)于軋制過(guò)程比較有利，但是對(duì)于較小的軋機(jī)，它又受到工作輥輥頸和方向接軸所能傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩的限制，而傳遞工作輥不能達(dá)到要求時(shí)，就需傳遞支承輥，而傳遞支承輥是靠摩擦力來(lái)傳遞工作輥的。這樣將會(huì)碰到關(guān)于工作輥力的傳遞問(wèn)題，這就是要增大軋輥的傳動(dòng)部件。同時(shí)還要考慮軋輥與軋件間的打滑問(wèn)題。 為了解決上述問(wèn)題，防止出現(xiàn)支承 輥斷輥、工作輥輥頭扭斷等現(xiàn)象，可采用異徑軋制、單輥驅(qū)動(dòng)等措施來(lái)解決。本次設(shè)計(jì)由于軋制力與軋制力矩不是很大，故不需考慮此問(wèn)題，但同時(shí)采用單輥驅(qū)動(dòng)又會(huì)帶來(lái)一系列新的問(wèn)題。由于采用單輥傳動(dòng)，使兩個(gè)工作輥?zhàn)匀粫?huì)產(chǎn)生一定的速度差，從而使軋制力有所降低，據(jù)實(shí)際分析證明，當(dāng)變形區(qū)長(zhǎng)度上出現(xiàn)搓扎區(qū)，一般可能使軋制壓力下降約 5~20%。由于單傳動(dòng)軋制時(shí)上下輥速度的配合是自然的，過(guò)程簡(jiǎn)單易行，無(wú)需復(fù)雜的控制系統(tǒng)。采用異徑軋制，并盡可能的減小空轉(zhuǎn)輥的直徑，充分發(fā)揮小輥的軋制可降低軋制壓力的優(yōu)點(diǎn)，以保證受力零件的正常工作，同時(shí)又有 利于增大壓下量，減小道次，從而提高軋機(jī)的工作效率。 在普通的四輥軋機(jī)工作中，盡管其主機(jī)列通常是有主電機(jī)通過(guò)減速機(jī)和齒輪座傳遞兩個(gè)工作輥，但是在預(yù)壓力作用下，由于工作輥徑的差別等原因，給冷軋薄帶鋼軋機(jī)的傳動(dòng)帶來(lái)很大的影響：在薄帶軋制中常出現(xiàn)量接軸傳動(dòng)力矩的分配不均，某個(gè)接觸力矩為零或趨近于零。由于輥頸差事實(shí)上不可能消除，使用較大的預(yù)壓力亦是必要。可以認(rèn)為，軋輥的傳動(dòng)力矩在兩軋輥上的分配并不總是大致想當(dāng)相等的。在運(yùn)轉(zhuǎn)中的軋機(jī)上，即從軋輥空轉(zhuǎn)，壓靠以至軋制階段，輥頸稍大的軋輥接觸中傳動(dòng)力矩永為正值，而輥頸稍小者， 其傳動(dòng)力矩可在負(fù)值至正值的廣大范圍內(nèi)變化，者是薄帶鋼軋制的軋機(jī)傳動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)于這類軋機(jī)，在一定的條件下實(shí)際上是單輥傳動(dòng)的。一般看來(lái)，當(dāng)軋件較薄時(shí)使用預(yù)壓力較大，直徑稍小的軋輥上，其傳動(dòng)接觸可能實(shí)際上不起作用，甚至反而有害。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 9 另一方面，由于軋件較薄，又是成卷軋制的，咬入條件能夠保證，有可能實(shí)現(xiàn)單輥傳動(dòng)。 在主機(jī)列中，自然可將齒輪座從設(shè)計(jì)中取消，減小設(shè)備的投資，降低動(dòng)力傳傳遞的能量消耗，從而取得一定的經(jīng)濟(jì)效果并可充分利用換輥，在操作上也會(huì)有許多方便。 動(dòng)型式 對(duì)于單機(jī)座軋機(jī)，有可逆式和不可逆的工作制度， 現(xiàn)分述如下 [1]： 1、不可逆式軋機(jī)工作制度 小型冷帶軋機(jī)采用不可逆式工作制度最多。當(dāng)采用這種工作制度時(shí)，軋輥與軋件的運(yùn)動(dòng)方向始終不變，但軋制速度卻有可調(diào)和不可調(diào)兩種，軋制速度不需要調(diào)整的小型冷帶軋機(jī)，通常選用交流同步電動(dòng)機(jī)和異步電機(jī)。在連續(xù)式冷帶鋼軋機(jī)上，為了保證通過(guò)每個(gè)機(jī)座的金屬秒流量相等，保持軋件張力的恒定，需要在軋制過(guò)程中不斷調(diào)整軋制速度。這類軋機(jī)，一般都采用調(diào)速范圍廣、超載能力大、慣性力矩小的直流電動(dòng)機(jī)來(lái)傳動(dòng)。 運(yùn)轉(zhuǎn)方式可分為： 幾乎保持嚴(yán)格不變的軋制速度；軋件通過(guò)時(shí)，軋制速度稍微降低；僅在軋機(jī)調(diào)整時(shí) 才調(diào)節(jié)速度；在軋件通過(guò)時(shí)，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)軋制速度。 2、可逆式工作制度 用可逆式冷軋機(jī)軋制時(shí)，軋輥既能逆轉(zhuǎn)又能調(diào)速。這類軋機(jī)采用調(diào)速范圍廣、慣性力矩小的直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。為提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力，可逆式冷軋機(jī)一般都有快速啟動(dòng)和制動(dòng)的要求。 目前，對(duì)單機(jī)座小型冷軋機(jī)，采用可逆式有很多有優(yōu)點(diǎn)，它能大大提高生產(chǎn)效率，以減少板帶鋼的吊運(yùn)與安裝。 輥軸承 軋輥軸承用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，并保持軋輥在機(jī)架中正確的位置。軋輥軸承與一般軸承的工作條件差別很大，其特點(diǎn)： 1、承受能力很高，這是因?yàn)檩S承受外圍尺寸的限制和在較短 的輥頸內(nèi)可用很大的許用應(yīng)力所決定的； 2、運(yùn)轉(zhuǎn)速度差別大； 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 10 3、工作環(huán)境惡劣。 軋輥軸承的性能與摩擦功率的損耗成正比，表征了軸承的發(fā)熱率。其主要形式是滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承主要是用雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承。在某些情況下，由于受軋輥軸承尺寸的限制，可采用滾針軸承。板帶軋機(jī)上多用滾動(dòng)軸承。 下裝置的結(jié)構(gòu)形式 壓下裝置目前就驅(qū)動(dòng)方式而言有手動(dòng)的、電動(dòng)的和液壓的三種結(jié)構(gòu)型式 [1]。 1、手動(dòng)壓下 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。其缺點(diǎn)是體力勞動(dòng)繁瑣，壓下速度和壓下能力較小。 2、電動(dòng)壓下 電 動(dòng)壓下是最常用的上輥調(diào)整裝置。是電動(dòng)機(jī)通過(guò)圓柱齒輪減速箱和渦輪減速箱傳遞運(yùn)動(dòng)的，它可以用于所有的軋機(jī)上，如初軋機(jī)、板坯軋機(jī)、冷板帶軋機(jī)等。其優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)距離可達(dá)較大的數(shù)值，壓下能力較大，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間較慢、效率較低。 壓下裝置的結(jié)構(gòu)在很大程度上與軋輥的調(diào)整速度、調(diào)整距離、調(diào)整頻率、和調(diào)整精度有關(guān)。按照壓下速度的大小，電動(dòng)壓下裝置可分為快速壓下裝置和慢速壓下裝置兩大類。 （ 1）快速壓下裝置 由于其壓下速度一般大于 1mm/s，故稱為快速壓下裝置。這類壓下裝置多用在初軋機(jī)、板坯軋機(jī)、中厚板軋機(jī)、連軋機(jī)組 的可逆式粗軋機(jī)上。其工藝特點(diǎn)是： 1）工作時(shí)要求大行程、快速和頻繁的升降軋輥。 2）軋輥調(diào)整時(shí)，不“帶鋼”壓下，即不帶軋制負(fù)荷壓下。 （ 2）慢速壓下裝置 這類裝置通常用在熱軋或冷軋薄板和帶鋼軋機(jī)上，其軋制速度很高。軋制精度要求也高。所以這類壓下裝置具有以下特點(diǎn)： 1）較小的軋輥調(diào)整量與較高的調(diào)整精度； 2）帶鋼壓下； 3）必須動(dòng)作快，靈敏度高； 4）軋輥平行度的調(diào)整要求嚴(yán)格。 3、液壓壓下 液壓壓下裝置是用液壓缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓下螺絲、螺母來(lái)調(diào)整軋輥輥青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 11 縫的。在這一裝置中，除液壓缸外，還有與之配套的伺服閥、液 壓系統(tǒng)及檢測(cè)儀表及運(yùn)算控制系統(tǒng)。與電動(dòng)壓下裝置相比較，液壓壓下裝置有如下特點(diǎn)： 1）快速響應(yīng)性好，調(diào)整精度高； 2）過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠； 3）機(jī)械傳動(dòng)效率高； 4）便于快速換輥，提高軋機(jī)作業(yè)率； 5）采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，消耗的功率小，效率高。 輥平衡裝置 平衡裝置的作用是消除軋制系統(tǒng)間隙，避免沖擊。提升上軋輥，用來(lái)大大降低咬入軋件時(shí)的沖擊和工作輥的頻繁換輥。上輥平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡三種形式?，F(xiàn)在在小型冷軋機(jī)上，廣泛使用液壓平衡裝置，它是由液壓缸產(chǎn)生的推力來(lái)進(jìn)行工作的 。液壓平衡優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工作靈敏度高，平衡效果好。 計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)采用：不可逆工作制度，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)支撐輥，工作輥軸承選用雙列滾針軸承，支承輥軸承選用四列圓柱滾子軸承，壓下裝置為電動(dòng)壓下，上輥為單缸平衡，輥型調(diào)整采用液壓壓下彎輥，直流電動(dòng)機(jī)。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 12 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)題目及要求 設(shè)計(jì)題目： ? 190/? 500? 450輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之四 —— 軋鋼機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)要求： 1、在滿足生產(chǎn)工藝及強(qiáng)度、剛度的條件下尺寸盡量小。 2、運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，完成冷軋機(jī)單體設(shè)計(jì)。 3、對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行綜合分析，提出最佳方案。 4、完成軋鋼機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)和有限單元法分析。 軋鋼機(jī)架類型如圖 3示： 圖 3架 始數(shù)據(jù) 1.、軋制帶材 25質(zhì)處理 )； 2.、帶寬 B=200厚0h=長(zhǎng) L=450品厚度1h= 3.、軋輥直徑 190/500 4.、軋制速度 v=2m/s； 5.、張力0150T T K N??。 輥參數(shù)的確定 1、工作輥直徑1D=190 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 13 2、支承輥直徑2D=500 3、軋輥材料。 工作輥 ： 920~95；支承輥 ： 920~65。 制力能 計(jì)算 要參數(shù)的確定 1、本道次加工過(guò)程中，鋼板厚度由 軋制為 板材料為25 （ 1） 本道次壓下量 ?????（ 2）本道次壓下率 % 0 0 00 ?????? h h?(3（ 3）金屬材料的屈服極限s?材料 屈服極限是使試樣產(chǎn)生給定的永久變形時(shí)所需要的應(yīng)力，金屬材料試樣承受的外力超過(guò)材料的彈性極限時(shí)，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時(shí)，其變形不再與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形，產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限，圖 3屈服極限圖。 由圖 3：。 圖 3服極限圖 圖 3態(tài)下變形阻力曲線 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 14 （ 4）變形抗力的確定 因?yàn)??，所以得： 9 25 1 ??? ?（ 5）摩擦系數(shù)的確定 冷軋時(shí)由于出口和入口軋件的速度與軋輥的速度不同步，從而產(chǎn)生前滑和后滑現(xiàn)象。摩擦力將阻礙金屬的變形，摩擦系數(shù)對(duì)軋制力影響較大，并且是變化的。為計(jì)算方便初步取其為常數(shù)。由參考資料取 。 （ 6）咬人條件的校核 由公式 co s 1 ???得： 99 o s ???? ， =? =,故能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 2、本道次加工過(guò)程中，鋼板厚度由 軋制為 （ 1） 本道次壓下量 ???? （ 2）本道次壓下率 %000???? h h? (3（ 3）金屬材料的屈服極限s?由圖 3，。 （ 4）變形抗力的確定 因?yàn)??所以得： 1 55 3 ??? ?（ 5）摩擦系數(shù)的確定 同上，取 ； （ 6）軋件入口和出口斷面上作用的平均水平張力 012m ??? ? ?? 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 15 式中：0?—— 軋件入口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為0h= 100 ?? ???? 1?—— 軋件出口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為0h= 2 211 ?? ???? 則 ????（ 7）咬入條件的校核 由公式 co s 1 ???得： co s 1 ??? = 90? =? ， ta n 3 0 ? 〈 ? =能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 3、本道次加工過(guò)程中，鋼板厚度由 軋制為 （ 1） 本道次壓下量 ???? （ 2）本道次壓下率 ? =0? 100%= 100%= (3（ 3）金屬材料的屈服極限s?由圖 3 ，。 （ 4）變形抗力的確定 因?yàn)??，所以得： 6 75 8 ??? ?（ 5）摩擦系數(shù)的確定 同上，取 。 （ 6）軋件入口和出口斷面上作用的平均水平張力 *m?青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 16 012m ??? ? ?? 式中：0?—— 軋件入口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503100 ?? ???? 1?—— 軋件出口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503211 ?? ???? ； 則 1 0 4 . 1 7 1 2 51 1 4 . 5 92m M P a? ? ???（ 7）咬人條件的校核 由公式 co s 1 ???得 co s 1 ??? = 90? =? ， ta n 3 0 ? 〈 ? =能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 4、本道次加工過(guò)程中，鋼板厚度由 軋制為 （ 1）本道次壓下量 ???? （ 2）本道次壓下率 ? =0? 100%= 100%=1 （ 3（ 3）金屬材料的屈服極限s?由圖 3 ，。 （ 4）變形抗力的確定 因?yàn)??所以得： 9 25 1 ??? ?（ 5）摩擦系數(shù)的確定 同上，取 。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 17 （ 6）軋件入口和出口斷面上作用的平均水平張力 *m?012m ??? ? ?? 式中：0?—— 軋件入口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503100 ?? ???? 1?—— 軋件出口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503211 ?? ???? 則 1 2 5 1 3 8 . 8 91 3 1 . 9 52m M P a? ? ???（ 7）咬人條件的校核 由公式 co s 1 ???得： co s 1 ??? = 90? =? ， ta n 2 0 ? 〈 ? =能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 5、本道次加工過(guò)程中，鋼板厚度由 軋制為 （ 1） 本道次壓下量 ???? （ 2）本道次壓下率 ? =0? 100%= 100%= (3（ 3）金屬材料的屈服極限s?由圖 3，。 （ 4） 變形抗力的確定 因?yàn)??所以得： ??? ?青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 18 （ 5）摩擦系數(shù)的確定 同上，取 。 （ 6）軋件入口和出口斷面上作用的平均水平張力 *m?012m ??? ? ?? 式中：0?—— 軋件入口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503100 ?? ???? 1?—— 軋件出口斷面上作用的水平張力，此時(shí)帶寬 B=200面厚度為 0h= M P 0503211 ?? ???? 則 1 3 8 . 8 9 1 7 8 . 5 71 5 8 . 7 32m M P a? ? ???（ 7）咬人條件的校核 由公式 co s 1 ???得： co s 1 ??? = 90? =? ， ta n 3 0 ? 〈 ? =能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 制力計(jì)算（計(jì)算板材從 軋制力） 在軋制時(shí)軋輥加于軋件使之塑性變形的力。但通常把軋件作用于軋輥上并通過(guò)壓下螺絲傳遞給機(jī)架的力 稱做軋制力，即是軋件加于軋輥的反作用力的垂直分量。軋制力在我國(guó)習(xí)慣稱做軋制壓力或軋制總壓力。圖 3出軋輥加于軋件的力， 軋制力 ,它垂直于軋輥表面； T 為摩擦力； 變形區(qū)水平投影長(zhǎng)度。軋制力是確定軋機(jī)強(qiáng)度的基礎(chǔ)。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）