二輥小型輥板帶軋鋼機設計

二輥小型輥板帶軋鋼機設計,小型,輥板帶,軋鋼機,設計 目 錄 畢業(yè)設計說明書 設計題目：二輥小型板帶軋鋼機 學生姓名： 專業(yè)班級： 學 院： 指導教師： 目　　錄 摘　　要 １ Abstract 2 1 緒論 3 1.1 軋鋼機的定義 3 1.2軋鋼機械的組成及特點 3 2 設備的主要參數(shù)及計算 6 2.1力能參數(shù) 6 2.1.1材料 6 2.1.2 產(chǎn)品 6 2.1.3二輥小型板軋機 6 2.2軋制力的計算 6 2.2.1軋制壓下規(guī)程的制定 7 2.2.2軋制力計算 8 2.2.3軋制總壓力 9 2.3軋制力矩的計算 15 第3章 軋輥的審計和強度計算 18 3.1 軋輥的設計 18 3.1.1 輥身 18 3.1.2輥頸 19 3.1.3輥頭 20 3.2軋輥的材料及輥面硬度 20 3.3軋輥材料的選擇 21 3.4軋輥的強度驗算 23 3.5軋輥安全系數(shù) 24 3.6軋輥斷裂形式 25 3.7軋輥撓度的計算 26 3.8軋輥校核 27 3.8.1軋輥強度校驗 27 3.8.2軋輥的接觸應力校驗 29 4 軋輥軸承的設計 31 4.1軸承選擇 31 4.2軸承主要參數(shù) 32 4.3軸承校核 33 4.4軋輥軸承 34 5 軋輥調(diào)整裝備 36 5.1壓下裝置 36 5.2軋輥平衡裝置 38 5.2.1上軋輥平衡裝置的作用及分類 38 5.2.2重錘平衡 38 5.3上軋輥平衡力的確定 39 6 軋鋼機機架設計 43 6.1 機架的概念 43 6.2機架主要參數(shù) 44 7 軋鋼機機座剛性強度計算 47 7.1軋鋼機剛性及彈跳值 47 7.2軋鋼機剛性的測定 48 7.3影響軋機剛性的因素 49 7.4提高軋機剛性的措施 50 7.5機架材料及許用應力 53 7.5.1機架主要結(jié)構(gòu)尺寸 53 7.5.2機架強度計算 53 7.6機架強度校核 55 結(jié) 論 58 致 謝 59 參考文獻 60 １ 摘 要 摘　　要 近年來中國經(jīng)濟建設蓬勃發(fā)展，對鋼鐵的需求越來越大，根據(jù)中國國情誕生了許多中小型軋鋼廠，這就對中小型軋鋼機提出了新的要求。接到設計任務后，經(jīng)過認真思考分析，結(jié)合已有設備，設計了這套二輥式小型板軋機。設計初步完成后，對各零件校核，發(fā)現(xiàn)全部合格，完全達到所須要求。經(jīng)計算機動態(tài)仿真，發(fā)現(xiàn)軋鋼機性質(zhì)比原來的軋機設備有所提高，尤其穩(wěn)定性也也有很大提高。其經(jīng)濟性完全適合現(xiàn)在市場需求。 由于設計的是軋鋼機組件，設計初根據(jù)任務書要求，和要實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)格，首先設計和選用了合適的軋輥，根據(jù)軋輥選擇合適的軸承。其次通過計算設計了合理的壓下裝置和調(diào)整裝置。然后根據(jù)軋機性能分析設計了軋機機架。最后經(jīng)過力能計算及各零件校核，校核完全合乎設計要求，軋鋼機設計圓滿結(jié)束。 最后，謝謝指導老師的耐心知道，沒有您的幫助，我完不成設計，您讓我學到了很多。 關鍵詞：軋鋼機；軋輥；平衡裝置；軸承。 Abstract Abstract In recent years, China's economic construction boom, the demand for steel growing, According to China's national conditions of the birth of many small and medium-sized rolling mill, which the small and medium-sized rolling mill of the new requirements. After receiving the design task, after serious consideration and analysis, the combination of equipment, we design a set of two small plates roller mill. Upon completion of the preliminary design of the parts are checked and found all qualified, To be fully met requirements. Computer simulations and found rolling mill in nature than the original mill equipment has increased, In particular, their stability is greatly improved. Its economy is now entirely appropriate for the needs of the market. As the design is a rolling mill components, and designed the mission early on, and to achieve product specifications, First design and selection of a suitable roll, according to choose a suitable roller bearings. Secondly, by calculating a reasonable reduction devices and adjustment device. According mill performance analysis and design of the mill housing. After the final calculations of the various components can check, check it fully conforms to the design requirements, rolling mill design to a successful conclusion. Finally, I thank the instructors for their patience know, without your help, I entirely incapable of design, you let me learn a lot. KeyWords：rolling mill； roll； balancing device； the bearings. 30 1 緒 論 1 緒論 首先軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠及連續(xù)鑄坯軋制成材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。它與鋼和生鐵的生產(chǎn)一樣，鋼材生產(chǎn)一 國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。鋼材的生產(chǎn)法有軋制、鍛造、擠壓、拉拔等。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)過程連續(xù)性、生產(chǎn)率高、品種多、，質(zhì)量好、易于機械化、自動化等優(yōu)點，因此得到廣泛的應用。 十九世紀中葉軋鋼機械只是軋制一些熟鐵條的小型軋機，設備簡陋，產(chǎn)量不高；有的軋機是用原始的水輪來驅(qū)動。十九世紀五十年代后，鋼的產(chǎn)量大增；各先進工業(yè)國的鐵路建設與遠洋航運餓發(fā)展，蒸汽機驅(qū)動的中型，大型軋機先后出現(xiàn)了。二十世紀的電氣化使功率更大的初軋機迅速發(fā)展起來。從二十世紀到今，鋼鐵業(yè)有著飛速的發(fā)展，其中軋鋼機也相應的發(fā)展迅速。由于汽車，石油，天然氣的輸送，電器電子工業(yè)與食品罐頭工業(yè)的發(fā)展，鋼材生產(chǎn)是以薄板占優(yōu)勢為特點的，總的來說，軋鋼機械向著大型，連續(xù)，高速和計算機控制的方向發(fā)展?，F(xiàn)在國內(nèi)的某些鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)水平已經(jīng)達到國際一流標準，但距離發(fā)達的工業(yè)國家在軋鋼技術發(fā)面仍有十到二十年的差距。 具體表現(xiàn)于：國產(chǎn)軋鋼機生產(chǎn)能力偏低，年產(chǎn)量低，軋鋼生產(chǎn)范圍比較小，精度比較低。這些問題直接影響到以后的加工成本，加工精度，加工質(zhì)量上。為了使中國機械有更好的生產(chǎn)能力，軋鋼機械必須負責起開好頭的中任。 我做的是軋鋼機設計，做軋鋼機首先要明白軋鋼機的定義 1.1 軋鋼機的定義 狹義的定義 軋制鋼材的機械設備稱為軋鋼機，它使軋件在轉(zhuǎn)動的軋輥間產(chǎn)生塑性變形，軋出所需斷面形狀和尺寸的鋼材。此外，為完成全部生產(chǎn)工藝過程，還必須有一定系列輔助工序，如：加熱、運輸、矯正、翻鋼、剪切、包裝等設備。 廣義的定義 用于軋制鋼材生產(chǎn)工藝全部所需要的主要和輔助工序成套機組也稱為軋鋼機，它包括：軋制、運輸、矯正、翻鋼、剪切、矯直等設備 再次我們需要了解軋鋼機設備的組成。 1.2軋鋼機械的組成及特點 軋鋼機械的組成可分為兩大類：主要設備和輔助設備。 主要設備 直接使軋件產(chǎn)生塑性變形的設備稱為主要設備，也成為主機列。它包括：工作機坐（軋輥、軸承、軋輥調(diào)整裝置、導為裝置及機架等），萬向或梅花接軸，齒輪機坐，減速器，主連軸節(jié)，主電機等。 輔助設備 是指主機列以外的各種設備，它用于完成一系列輔助工序。輔助設備種類繁多，車間機械化程度越高，輔助設備所占整個車間機械設備設備總重比例也越大。有時可達主要設備重量的3～4倍，如1000初軋機，其設備總重4400噸，其中重要設備重1000噸左右。 因為任務書要求，我這次設計僅設計主要設備里的工作機坐也成為軋鋼組件。。軋鋼機械或軋鋼設備主要指完成由原料到成品整個軋鋼工藝過程中使用的機械設備。一般包括軋鋼機及一系列輔助設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。這一機器系統(tǒng)稱主機列，也稱軋鋼車間主要設備。主機列的類型和特征標志著整個軋鋼車間的類型及特點。除軋鋼機以外的各種設備，統(tǒng)稱軋鋼車間輔助設備。輔助設備數(shù)量大、種類多。 隨著社會的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，促使各行各業(yè)都快速的建立和發(fā)展起來，從而對鋼鐵的需求越來越大，根據(jù)中國國情仍然存在著許多中小型軋鋼廠，這種小的鋼鐵廠分布均勻，生產(chǎn)能力不高，都基本屬于地方性單位，大多數(shù)也就服務于本地的建設生產(chǎn)。這種情況在一個發(fā)展中的國家里是不可能一下解決的，這是中國國情決定的。所以小型低能力的軋鋼機仍有很大的市場，所以這就給小型軋鋼機的設計提供了機會和任務，但現(xiàn)代對中小型軋鋼機提出了新的要求。所以設計中盡力改進原來的軋機，設計一些新的東西。 二輥軋機具有以下特點： 結(jié)構(gòu)簡單 二輥軋機簡單的結(jié)構(gòu)，保證了其傳動誤差小，能量損失少，更能有效的發(fā)揮其潛力，控制方便簡單。 實用性強： 實際生產(chǎn)表明，二輥軋機可以在小生產(chǎn)單位的惡劣條件下正常工作生產(chǎn)，可靠度高，維修方便，所以廣泛的被使用在中小型軋鋼單位。 3、.經(jīng)濟性好 二輥軋機目前還能活躍在鋼材生產(chǎn)的舞臺上，其經(jīng)濟性是不容忽視的，它工作能力強，安裝、調(diào)試方便，修理維護便宜。 根據(jù)實際情況和設計理念，我設計的是二輥式軋機此軋機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠由支流電機驅(qū)動，用于二輥可逆式初軋機，可將鋼錠往復軋制成各種矩形坯。由直流或交流電動機成組驅(qū)動數(shù)個二輥式機座組成連軋機組，可以生產(chǎn)鋼坯和型鋼，它具有高生產(chǎn)率的特點。 二輥軋機也用于疊軋薄板、冷軋帶鋼及冷軋平整工序等。 我們盡量在原有的基礎上結(jié)合實際情況，綜合考慮設計出經(jīng)濟型，高效型，連續(xù)型，自動化型的現(xiàn)代化軋鋼機。 2 設備的主要參數(shù)及計算 2 設備的主要參數(shù)及計算 2.1力能參數(shù) 2.1.1材料 材料：熱軋酸洗低碳鋼帶卷、緊卷，每卷焊縫不多于一個 抗拉強度：≤460MPa 屈服極限：≤350 MPa 厚度：20～30mm 寬度：350 ～400mm 鋼卷直徑： 卷重：max 500kg 2.1.2 產(chǎn)品 厚度：2～5mm 寬度：370～450mm 鋼卷直徑： 2.1.3二輥小型板軋機 軋制速度：0~138m/min 工作輥直徑：\ mm 輥身長度：500mm 最大軋制力：10000KN 傳動電機（DC）：160kw 2.2軋制力的計算 本節(jié)僅以來料厚度10mm,成品厚度2mm的鋼板軋制為例計算。 2.2.1軋制壓下規(guī)程的制定 根據(jù)二輥熱連軋機的特點，可以實現(xiàn)多機座配合實現(xiàn)迅速軋制的特點， 根據(jù)延伸率參考二輥軋機的有關數(shù)據(jù)，制定壓下規(guī)程如下： 根據(jù)壓下量公式計算得每次壓下量可達13.5mm，我們采用先急后緩的原則，所以： 一道壓下5m，因為鋼帶剛經(jīng)過熱處理，第一道經(jīng)行完后還要經(jīng)行下一道的壓制所以對精度要求不是很高，可以大點壓下。 第二道壓下2.5mm 第三道壓下0.5mm,最后在出產(chǎn)品時，盡量壓下要小。以保證產(chǎn)品的精度。 φ=lnλ/ln:按對數(shù)延伸率分配的系數(shù) λ=/：第i道次的延伸率 λ=：總延伸率 ，：來料厚，末道厚 二輥軋鋼機主機列性能 表 1軋機主要參數(shù) 序號 設備名稱 主要參數(shù) 單位 （代號） 270×3軋機 1 軋機 機架形式 閉口 軋輥名義直徑 mm 270 輥身長度 mm 500 單片牌坊允許軋制壓力 kg 45000 機架單重 kg 6670 2.2.2軋制力計算 本次設計采用熱軋鋼板軋機平均單位壓力計算公式：熱軋鋼板軋機的軋制壓力，可以采用愛克隆德軋制壓力公式計算！熱軋帶鋼軋機的軋制壓力也可采用R。B。西姆斯公式計算。在實際計算時，由于西姆斯公式的計算過程角為復雜，因此一般采用它的簡化公式。 因為影響單位壓力的大小及分布的主要因素，是變形區(qū)長度（既接觸弧水平投影的長度）l與軋件厚度h的比值（將稱作變形區(qū)形狀系數(shù)），其大小反映了接觸面（如摩擦力）對軋件變形區(qū)的影響情況。 l=6mm h=10mm 所以=0.6 又因為 0.1180.61 對于熱帶鋼連軋機，考慮到前后張力對軋制力的影響，平均壓力： （kg/ ）……………………（2-1） 式中、------為軋機單位前后張力（kg/）： 其中、為軋機前后張力（kg） b為軋件寬度（mm） h為軋件厚度(mm) h取前后軋件的平均厚度。 ==7.5mm （1）l為變形區(qū)長度， 因為平均單位壓力小于40gk/,所以 ==25.98mm （2）變形阻力 確定軋件變形阻力時，必須考慮變形溫度、變形程度和變形速度的影響。 變形程度計算： === （2-2） 式中為壓下量，為軋件被軋前厚度。（mm） （3）變形速度的計算： ==0.385 取0.4每秒 …..............................................(2-3) 。 上式中、a、b、和c對每鐘鋼的常數(shù)，我選用的是A3F 表2 鋼對應的基本常數(shù) 鋼號 （kg/） a b c A3F 6.90 0.135 0.164 2.80 40 …………………………（2-4） 將、、h、和帶入得， =22.35 2.2.3軋制總壓力 軋制時，軋件與軋輥接觸弧上軋制單位壓力的總和。軋制總壓力P用下式計算： P=pF …. ……………………………… ………（2-5） 式中 p-------軋件與軋輥接觸弧上的單位平均壓力； F-----軋件與軋輥間的接觸面積在軋制總壓力垂直平面上的投影 1．接觸面積的計算： 軋制板材時，又因為輥徑相同，所以采用公式： ……………………………（2-6） 式中 R------軋輥半徑 ------壓下量 、-------軋制前、后軋件的寬度（mm）` ==11042 ………（2-7） P=pF=22.35×11042=246789kg 軋制力矩 傳動軋輥時，電動機軸上的力矩M由下列力矩組成： ……………………….（2-8） 式中： -------軋制力矩 --------附加摩擦力矩 ------空轉(zhuǎn)力矩 ------動力矩 ------軋輥與豬電機間的傳動速比。 1） 軋制力矩： 軋制力矩是用來使軋件發(fā)生所需要的塑性變形的有用力矩。 （1）根據(jù)軋制壓力計算：（多用于板材） =2Pa= 令 式中： a------咬入角 ……………………………..（2-9） =……………………………..（2-10） 式中-------力臂系數(shù)，計算時按下述情況決定： 熱軋時， =0.5 帶入上式， 得： =0.5×25.98=12.99mm = =2×246789×12.99=3205789kg.mm （2）附加摩擦力矩 = …………………………..（2-11） 為軋制總壓力在軸承中產(chǎn)生的摩擦力矩，按下式計算： =Pd…………………………………….（2-12） 式中------軋輥軸承中的摩擦系數(shù)，查表 用夾布膠木軸瓦時 =0.003～0.006 所以：=Pd=246789×150×0.005=185092 kg.mm （3）為軋機傳動機構(gòu)中產(chǎn)生的附加摩擦力矩。 設計的軋鋼機工作機座參數(shù) 表3 軋機基本參數(shù) 軋輥直徑 250～280 選取270mm 輥身長度 500mm 壓下裝置最大啊調(diào)整量 60mm 軋輥軸向調(diào)整量 ±5mm 最大軋制力 50000kg 平衡裝置起重重量 10000kg 第一道次： 由經(jīng)驗公式： =225.4+33.9ε 代入數(shù)據(jù) =225.4+33.9×=535.5MPa 帶鋼張力按經(jīng)驗公式計算： T=hbk σ=K K=0.33-0.14h+0.02 式中： T------張力（N） σ------張應力（MPa） K-----張力系數(shù) h------帶材厚度（mm） ∴=0.33-0.14×2.5+0.02×=0.105 =0.33-0.14×1.5+0.02×=0.165 式中： ------后張力 ------前張力 不考慮彈性壓扁 式中： ：不考慮彈性壓扁時接觸弧長度 按M.D.STONE公式 由《塑軋》中，圖10-15得 式中：考慮軋輥彈性壓扁時變形區(qū)長度 當不考慮軋輥彈性壓扁時的軋制力 當考慮軋輥彈性壓扁時的軋制力 第二道次： =225.4+33.9ε=225.433.9=624MPa =0.33-0.14×1.5+0.02×=0.165 =0.33-0.14×0.98+0.02×=0.212 MPa 查《塑軋》圖10-15得 若不考慮彈性壓扁，軋制力 若考慮彈性壓扁，總軋制力 第三道次 =225.4+33.9ε=225.433.9=668MPa =0.212 =0.33-0.14×0.69+0.02×=0.243 查曲線得 當不考慮軋輥彈性壓扁時的軋制力 當考慮軋輥彈性壓扁時的軋制力 2.3軋制力矩的計算 軋制時，軋件在軋輥壓力的作用下產(chǎn)生塑性變形，與此同時，軋件也給軋輥以同等大小，方向相反的作用力，當軋件上作用有前后不相等的張力時，則軋制力與垂直方向成一個角度，如前圖所示，偏移角度為 當＜時，為負。 咬入角 力臂系數(shù) 取 上式中：過合力作用點的半徑與軋輥中心連線的夾角。 由圖可以求得作用在兩軋輥上的軋制力矩。 由軋件水平方向平衡 得 由于、角較小，可以近似看成 =1 ， =1 ， == 式中：R：工作輥公稱半徑 P：軋制力 ：絕對壓下量 ：力臂系數(shù) ：后，前張力。 下面計算各個道次得軋制力矩： 第一道次： 第二道次： 第三道次： 3 軋輥的設計和強度計算 第3章 軋輥的審計和強度計算 3.1 軋輥的設計 軋輥是軋鋼機在工作中直接與軋件接觸并使金屬產(chǎn)生塑性變形的重要部件，也是消耗性零件，它在軋鋼生產(chǎn)中對高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗各項指標影響很大。 軋輥的工作特點 工作時要承受很大的軋制壓力和力矩，有時還有動載荷。能在高溫或溫度變化很大的條件下工作。由于軋件溫度很高而且還有冷卻水，軋輥旋轉(zhuǎn)冷熱交加，因此在交變應力作用下逐漸產(chǎn)生龜裂和裂紋。在冷軋條件下，由于軋輥經(jīng)常受接觸應力作用，冷軋壓力很大，故工作條件極為繁重。 由于本課題要設計的是板帶軋機，所以選擇平面軋輥，但為保證軋件具有良好的板型，軋輥面作成稍有凸或凹的輥型。它完全有設計的是冷軋機還是熱軋機來決定。 3.1.1 輥身 輥身是軋輥與軋件接觸并使金屬產(chǎn)生塑性變形的部分，輥身直徑D是軋鋼機的一個重要的參數(shù)，在選擇上很重要，要根據(jù)工作形式定！ 軋輥的輥身直徑有公稱直徑和工作直徑之分。工程直徑通常指軋輥人字齒輪中心距并以次表示軋機大小。工作直徑是指軋輥與軋件接觸進行壓下變形而直接工作的直徑。鋼板軋機的軋輥工作直徑就是軋輥外徑。 本次設計的是小型板軋機，所以軋輥輥身直徑就是D。為了提高工作效率，所以設計小型連軋機。 所以軋輥直徑初步定為270mm。 軋輥直徑可根據(jù)咬入角度a和軋輥強度來確定。工作輥徑應滿足條件： 帶鋼軋機，尤其在軋制變形抗力較大的材料時，其軋輥直徑應根據(jù)最小可軋厚度選擇，當軋輥直徑很大時，彈性變形增加，致使鋼板的正常軋制成為不可能。根據(jù)實踐經(jīng)驗 熱軋鋼板時 咬入角度 15～22 1/30～1/15 在連軋工作中本軋機處在中間部分，所以選擇 1/30～1/15 =270×1/20=13.5mm 在軋制過程中由于軋輥表面的磨損，經(jīng)過一段時間后，軋輥磨損將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，此時需要對軋輥重車或重磨。每次重車0.5mm～5mm,重磨量0.01～0.5mm，當軋輥直徑減小到一定程度時，就不能再使用了，但可以采用堆焊辦法修復以延長軋輥壽命。 通常軋輥允許重車率用新輥直徑百分比數(shù)表示： 薄板軋機 3～6% 軋輥輥身長度的確定： 本設計設計的是板帶鋼軋機，對于鋼板軋機軋輥輥身長度L按軋制鋼板最大的寬度b決定： L=b+a………………………………………（3-2） 式中 a------根據(jù)鋼板寬度不同選取的余量，對于帶鋼，當b=200～400mm時，a=100mm,對于寬帶鋼a=200～400mm。 設計中要軋制的帶材寬度為400mm， 所以 L=400+100=500mm 軋輥輥身長為500mm. 3.1.2輥頸 輥頸是軋輥支持部分，它與軸承裝配在機座中，將軋制力經(jīng)壓下調(diào)節(jié)裝置傳遞到機架上。輥頸尺寸為直d和長度l ，它與軸承型式及工作載荷有關。從強度考慮，將輥頸 取較大d值，對加強軋輥安全防止經(jīng)常出現(xiàn)的斷輥頸 現(xiàn)象是必要的。但結(jié)構(gòu)上它受到軸承尺寸限制。另外 輥頸 與輥身的過渡角v應選擇的大些，以防止應力集中容易斷輥。 我設計是從經(jīng)濟方面，和生產(chǎn)實際情況方面（生產(chǎn)批量不是很大，環(huán)境惡劣）所以選擇了滑動軸承來和軋輥配合。 軋輥輥頸尺寸比例關系為： 表4軋輥尺寸比例 軋機類別 d/D l/d r/D 小型軋機 0.53～0.55 1.0+（20～30mm） 0.065 D為軋輥工作直徑 因為D=270mm， 所以 d =270mm×0.55=148.5mm 取d=150mm l=d×1.0+30mm=180mm r=270mm×0.065=17.55mm 取r=18mm r1=r+10mm=28mm 3.1.3輥頭 輥頭是傳遞軋輥扭矩部分，其參數(shù)根據(jù)接受形式不同而異。 梅花接軸是簡單的結(jié)構(gòu)形式，使用與速度不高、壓下調(diào)整量不大的軋機。梅花外徑d1與輥直徑d關系大致如下： 選用二輥連續(xù)軋機的 二輥型鋼（連續(xù)式）軋機 d1=d-10 mm=150-10=140mm D3=148mm r1=r+10mm=28mm l2=90mm l3=100mm 3.2軋輥的材料及輥面硬度 經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐積累，各種軋機的軋輥均已確定了較適合的材料。在選擇時要根據(jù)自己設計的具體情況，還要根據(jù)軋輥常見的破壞形式和破壞原因，按軋輥材料標準選擇合適材料。 在板帶材生產(chǎn)中，由于產(chǎn)品精度不斷提高，對軋制工藝條件也要求日趨嚴格。軋輥質(zhì)量好壞對板材質(zhì)量、軋機生產(chǎn)率和作業(yè)率影響很大。如果出現(xiàn)斷輥、輥面脫落或者輥面不耐磨、不耐熱裂等問題，則使軋輥費用增加并影響生產(chǎn)繼續(xù)進行。在軋鋼生產(chǎn)中，尤其在薄板生產(chǎn)中，軋輥費用占較大比例。為此，各國均開展了對軋輥材質(zhì)、加工及熱處理工藝的廣泛研究。 常用軋鋼材料 常用軋鋼材料有合金鍛鋼、合金鑄鋼、鑄鐵和半鋼等。 1.合金鍛鋼 按我國一機部部標準（Q/ZB62-73）；列有熱軋和冷軋機軋輥材料有； 熱軋軋輥 ： 55Mn2、55Cr、 60 Cr MnMo、60 Si Memos等 冷軋軋輥： 9 Cr、9 CrV、9 Cr2W、9 Cr2Mo、60 Cr2MoV、 80CrNi3W、8CrMoV等 2. 合金鑄鋼 合金鑄鋼種類不多，也沒有統(tǒng)一標準，隨著電渣重熔技術的發(fā)展，合金鑄鋼質(zhì)量正逐漸提高，今后合金鑄鋼軋輥將會廣泛應用。 3.鑄鐵 鑄鐵可分為普通鑄鐵.合金鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄造時，采用不同鑄形可以得到不同硬度的鑄鐵軋輥。鑄鐵軋輥有半冷硬，冷硬和無限冷硬軋輥之分。 半冷硬軋輥：軋輥表面沒有明顯的白口層，輥面硬度HS≥50。 冷硬軋輥：表面有明顯白口層，心部為灰口層，中間為麻口層，輥面硬度HS≥60。 無限冷硬軋輥：表面是白口層，但白口層與灰口層之間沒有明顯界限，輥面硬度HS≥65。 輥鐵軋輥的優(yōu)點是硬度高、表面光滑、耐磨、制造過程簡單且價廉。缺點為強度低，只有球墨鑄鐵軋輥強度較好。 4半鋼 半鋼的含碳量介于鑄鐵和鑄鐵之間（C：1。4～1。8%），而雜質(zhì)含量較低的具有過共析組織的鋼，成分中還添加Ni、Cr、Mo以強化基本組織，它兼有鑄鋼的強度和耐熱性及鑄鐵的耐磨性等綜合性能。 3.3軋輥材料的選擇 1. 初軋和型鋼軋機的軋輥 這類軋機的軋輥受力較大且有沖擊負荷。因此，應以具有足夠的強度為主，而輥面硬度則不能要求過高（HS＜35～40）。初軋輥常用高強度鑄鋼或鍛鋼。主要材料有40Cr、50CrNi、60CrMoV、60SiMnMo等。型鋼軋機粗軋輥多采用鑄鋼，如：ZG79、ZG79Mn、ZG8Cr、ZG15CrNiMo、ZG75Mo等。含Cr、Ni、Mo等合金元素的鑄鋼輥適于軋制合金鋼；含Mn鋼及高碳鋼鑄鋼輥多用于軋普碳鋼的粗軋機座上。 球墨鑄鐵軋輥價格較低，耐磨且有較高強度。適合在橫列式型鋼軋機第二架軋機座上使用。 球墨鑄鐵軋輥價格較低，耐磨且有較高強度。適合在橫列式型鋼軋機第二架粗軋機座上使用。 因型鋼軋機成品機座的尺寸要求嚴格，軋輥要有較高表面硬度和耐磨性。一般選用冷硬鑄鐵軋輥，表面硬度≥65。 2. 熱連軋帶鋼軋機的工作輥與支撐輥 在熱連軋帶鋼四輥軋機中，除少數(shù)粗軋機座工作輥受軋輥強度和咬入條件限制，采用鑄鋼材料外，其它各架軋機工作輥的工作特點是：主要承受扭矩和壓力，彎曲應力較小，軋制速度較高，輥面要求光滑以保證軋件表面質(zhì)量因此，選擇工作輥材料以輥面硬度為主，多采用鑄鐵軋輥。有些廠用冷硬鑄鐵（化學成分：C=3.0～3.5%；Si=0.5～1.87%；Mn=0.4～0.7%；Mo≈0.3%；P≤0.4%；S≤0.11%），輥面硬度HS=58～68。有的廠在精軋機組前幾架采用半鋼軋輥，以減緩表面糙化過程。以后幾架采用含高Ni、Cr的高硬度鑄鐵復合澆鑄，表面形成無限冷硬層，以提高軋輥表面硬度（硬度可達HS=75～83）。有的廠在精軋機組中使用高鉻鑄鐵復合澆鑄軋輥，這種軋輥高硬度層很厚、耐磨、使用壽命長。 熱連軋帶鋼四輥軋機支撐輥在工作中主要受彎曲，且直徑較大，因此，多選用9Cr2Mo、9CrV鍛鋼（輥面硬度HS=45～50）。選含Cr合金鋼是考慮大直徑軋輥的淬透性。國產(chǎn)1700熱連軋的鑲套支撐輥，輥心用37SiMn2MoV鍛鋼，輥套用8CrMoV或8Mn2MoV鍛鋼。國產(chǎn)的輥套則常用含C=0.4～0.8%、Ni=2.5～3%、Cr=0.6～2.0%、Mo=0.6%的合金鑄鋼，以保證輥套的高強度，也有鑄鐵或鑄鋼材料做輥套的。 3.冷軋帶鋼四輥軋機的工作輥和支撐輥 冷扎帶鋼四輥軋機的工作輥和支撐輥壓力大、扎制速度高、輥面質(zhì)量要求嚴格。因此，對輥面硬度和輥身強度均有很高要求。 我國常用冷軋工作輥的材料是：9Cr2W、9CrV鍛鋼，國外近年來用復合鑄鋼軋輥，其輥面硬度高、耐磨，輥心強度、韌性好。 4.疊軋薄板軋機軋輥 這種軋輥工作特點為：工作溫度400～450。間，軋制壓力較大，輥面要求光滑。因此，對軋輥硬度要求較高，軋輥材料多用冷硬球墨鑄鐵符合澆注軋輥，輥面硬度HS≥65。有的廠加入0.05%B以提高軋輥在高溫下碳化物的穩(wěn)定性。 綜上所述，我們設計的熱連軋機，它是兩輥軋機，沒有支持輥，所以要有足夠的強度，又因為它是連軋機構(gòu)，要求有一定精度，所以輥面要有一定的硬度，根據(jù)要求和實際情況，設計中選用半鋼作為軋鋼機軋輥的材料。 3.4軋輥的強度驗算 軋輥直接承受軋制壓力和轉(zhuǎn)動軋輥的傳動力矩，它屬于消耗性零件，就軋機整體而言，軋輥安全系數(shù)最小，因此，軋輥強度往往決定整個軋機負荷能力。 為保證產(chǎn)品高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗，對軋輥要求要有足夠的抵抗破壞的能力，包括：彎曲、扭轉(zhuǎn)、接觸應力、耐磨損、耐疲勞等各方面綜合性能。影響軋輥負荷因素很多，為簡化計算，一般進行靜強度計算，而將許多因素納入軋輥安全系數(shù)中。 通常對軋輥僅計算彎曲，對輥頸則計算彎曲和紐距，對傳動端輥頭僅計算扭轉(zhuǎn)強度，下圖為軋輥受力簡圖 圖1 軋輥受力簡圖 i. 輥身---計算彎曲強度 對鋼板軋機，在平輥軋制條件下設軋制壓力沿軋制寬度均勻分布，支反力左右相等各位P/2，并作用在壓下螺絲中心線位置上。鋼板軋輥輥身危險斷面位于輥身中間。如上圖 此斷面彎曲力矩等于： MD=P（a/4-b/8）………………………………………. (2-1) 式中 P----作用在軋輥上的軋制力（kg） a----壓下螺絲間的中心距離（cm） b----鋼板厚度（cm） 輥頸---計算彎曲和扭轉(zhuǎn) 輥頸危險斷面上的彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力分別為： …………………………………….（2-4） ………………………………………（2-5） 式中 d-------輥頸直徑； 、-----輥頸危險斷面處的彎矩和扭轉(zhuǎn)力矩。 對于鋼板軋輥輥頸彎矩等于： =P/2×c= P l…………………………………..（2-6） 式中 c-----壓下螺絲中心線至輥身邊緣距離，可近似取為輥頸長度之半，即 c=。 輥頭 軋輥傳動端輥頭只承受鈕矩，輥頭受力情況是屬于非圓截面扭轉(zhuǎn)問題，這在彈性力學有薄膜理論方法求解。 我設計選用的是梅花形輥頭，梅花形輥頭的最大扭轉(zhuǎn)應力產(chǎn)生在槽底上，對一般形狀的梅花輥頭，當時，其最大扭轉(zhuǎn)應力為： ----梅花輥頭外徑； ------梅花輥頭槽底直徑 3.5軋輥安全系數(shù) 上述軋輥強度計算均以靜負載荷計算。設計部件時，常以采用材料強度極限為基準進行安全系數(shù)校核，即安全系數(shù)n等于： ……………………………………….（2-7） 由于軋鋼生產(chǎn)工藝對軋輥負荷影響因素較多，波動也比較大，同時還有沖擊動負載、疲勞、溫度等因素影響，故精確計算軋輥實際負荷是困難的。采用靜浮載計算軋輥強度是經(jīng)過簡化的一般方法。通過這種計算并經(jīng)生產(chǎn)實踐證實，對一般軋輥采用安全系數(shù)n=5是足夠的，這已為大家所公認并采用。 表6各種軋輥材料許用應力值 材料名稱 極限強度 kg/m 許用應力〈〉kg/m 合金鍛鋼 70～120 14～24 碳素鍛鋼 60～70 12～14 碳素鑄鐵 50～60 10～12 球墨鑄鐵 50～60 10～12 合金鑄鐵 40～45 8～9 鑄鐵 35～40 7～8 3.6軋輥斷裂形式 軋輥是保證軋鋼車間生產(chǎn)正常進行的重要部件，除因正常磨損期進行更換外，還應消滅斷輥事故。 軋輥斷裂原因有兩類：一類屬于軋輥材質(zhì)或制造質(zhì)量，即軋輥內(nèi)在原因造成。另一類則是工藝條件和使用情況，即外部原因造成。表2-8為幾種典型的軋輥斷裂形式。由于軋輥材質(zhì)和制造缺陷造成的斷裂，一般在斷口處可檢查出，如沙眼、夾雜、裂紋等缺陷。 在生產(chǎn)實踐中，曾發(fā)現(xiàn)告訴運動的軋輥或傳動軸突然斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)測定研究，這與軟件高速咬入沖擊是傳動系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象有關，它可使應力負荷增加數(shù)倍。扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生應力也會引起零件疲勞破壞。這一現(xiàn)象將隨軋機向高速度、大功率、多電樞電機傳動發(fā)展而日趨嚴重，應在零件結(jié)構(gòu)強度上加以考慮。 二輥軋機軋輥斷面形式 斷輥形式 圖2 軋輥斷面形式圖 原因分析：鋼板軋輥輥身中間部位斷裂，斷口較平直為軋制壓力過高、軋輥激冷等原因。如斷口有一圈氧化痕跡，則為環(huán)狀裂紋發(fā)展造成。 3.7軋輥撓度的計算 在鋼板生產(chǎn)中，為確定軋機剛度，需要計算出輥身中間的總撓度和輥身中間與邊緣饒度差值，以使確定輥形凸度并在磨床上加工出輥型，從而保證軋出厚度均勻的鋼板。 由于軋輥直徑與軋輥支點距離比值較大，計算軋輥撓度量應該考慮到切應力影響。因此，軋輥中間總撓度為： f=f1+f2 式中f1和f2----由彎曲和剪切引起的撓度量。 按卡氏定理求得： ………………………….（3-8） ……..……………………..（3-9） 式中 U1 系統(tǒng)中僅彎曲力矩作用的變形能， U2-----系統(tǒng)中由于切力作用的變形能 R------在計算撓度位置所作用的外力 -- 和-----在任意截面上的彎矩和切力 E和G----彈性摸量和剪切摸量 I和F---斷面慣性矩和斷面面積。 當確定軋輥中間總撓度時，R力可假定為軸承反作用力，可用P/2表明。 當x=0～時， = …………………………………….（2-10） 式中 a---兩軸承支撐反作用點間距離。 當x=～時 =x- ………………………………… (2-21) 式中q—鋼板單位寬度上的壓力。 輥身中間總撓度 f= = 3.8軋輥校核 3.8.1軋輥強度校驗 兩個輥子作用力分布是均勻時的情況去校驗。 以第一道次為例： 軸承支反力 x=22.58(t) 彎輥力 =24.69（t） 軋制力 傳動力矩 對于軋輥只對截面輥頭和輥頸相交面Ⅰ、輥頸和輥身相交面Ⅱ做校核，輥身的強度無須校核。 Ⅰ-Ⅰ斷面 軋輥輥頸處合成應力按第四強度理論校核。 對于合金鍛造軋輥 安全系數(shù)n=5 所以Ⅰ-Ⅰ斷面安全 對于Ⅱ-Ⅱ截面 采用第四強度理論 所以Ⅱ-Ⅱ截面安全 3.8.2軋輥的接觸應力校驗 輥系各軋輥硬度參考如下： 軋輥 HS 95 當 HS=95時，[]=260 上，下軋輥 E相似相等 取E= 則最大接觸應力 式中：分別為工作輥、中間輥、支撐輥直徑 分別為作用在中間輥、支撐輥上單位長度上的均布載荷。 軋輥接觸安全。 4 軋輥軸承的設計 4 軋輥軸承的設計 4.1軸承選擇 軋輥軸承用來支承轉(zhuǎn)動的軋輥，并保持軋輥在機架中正確的位置，軋輥軸承應具有小的摩擦系數(shù)，足夠的強度和剛度，壽命長，并便于換輥。 軸承的式樣大概可分為兩類：一種是滑動軸承，一種是滾動軸承。新式的液體摩擦軸承其基本結(jié)構(gòu)也屬于滑動軸承，但運轉(zhuǎn)時能在摩擦面建立起一層油膜使金屬面不相接觸，這樣以液體摩擦代替固體摩擦，使摩擦系數(shù)大大降低，因而減小功率消耗，改善發(fā)熱狀況，減少磨損，延長工作壽命，達到理想軸承的要求。 因為本設計是針對小型軋鋼單位設計，考慮到經(jīng)濟使用和產(chǎn)品利用效率，所以選擇了經(jīng)濟性好，壽命長，摩擦系數(shù)低的滑動軸承具體為膠木軸承。 話分兩頭，膠木軸承也有它的缺點耐熱性與剛性比較差。但對于本軋機已經(jīng)能完全勝任了。 軋鋼機的軸承采用了膠木軸瓦，它優(yōu)點是摩擦系數(shù)低，膠木瓦的摩擦系數(shù)為0.005左右。采用用水潤滑 摩擦系數(shù)=0.03～0.07 膠木軸承用水潤滑，在不同單位壓力下，起摩擦系數(shù)與滑動速度的關系為單位壓力高則摩擦系數(shù)越低，當滑動速度小于每秒2米時，膠木軸瓦就會處在半干摩擦狀況，高速時軸承在近似與液體摩擦的條件下工作，即具有小餓摩擦系數(shù)。 軸承襯的形狀有各種各樣的，其中圓柱形的較省材料，但切向要求固定。如圖 圖3 膠木軸瓦 4.2軸承主要參數(shù) 整塊壓制襯瓦的主要尺寸是它的長度l、包角a和厚度h L決定與輥頸長度，l和a決定了承載能力。 軸承包角a的選擇正確與否對軸承的正常工作關系很大，在大載荷下增加包角a會促使發(fā)生包軸現(xiàn)象，當包角增加到以上時對減小單位壓力作用不大，但使軸頸表面冷卻條件變壞，襯瓦的包角一般取100～范圍內(nèi)。設計軋機為板軋機，鋼板軋機襯瓦包角選取為。 軸瓦的厚度h對軸承的剛度、導熱性與壽命有很大的影響。H越大剛度月小，導熱也越差而且軸承徑向尺寸也增加，但厚度太小會降低壽命，其值一般根據(jù)輥頸直徑選擇： 表7輥頸和軸瓦的關系 輥頸直徑(mm) 軸瓦厚度h(mm) 150～230 25 235～340 30 345～440 35 450～680 40 因為設計時的d=148.5mm，根據(jù)襯瓦盡量小的觀念，我們選擇為20mm。 即 h=20mm 4.3軸承校核 軋輥軸承強度校驗主要是指軸承壽命能否達到額定的要求。 以第一道次為例： 軸承壽命計算公式如下 ---軸承額定壽命，單位小時 n---軸承的轉(zhuǎn)速（r/min） n= P---當量動負荷（kg） c---軸承額定動負荷 v---軋輥線速度（m/min） R---軋輥半徑（m） ---軋輥軸承承受的軸向負荷（kg） ---軋輥軸承承受的徑向負荷（kg） x---徑向系數(shù) y---軸向系數(shù) ---壽命系數(shù)，取= 4.4軋輥軸承 該軸承選用膠木襯瓦軸承，該軸承為滑動軸承，基本尺寸、性能參數(shù)如下： D=140 d=20 T=205 須用應力 c=979KN =1580KN 極限轉(zhuǎn)速 則 式中： ---載荷系數(shù) 取=2.0 x=1 X:軸承反力 ：最佳彎輥力 一般約為最大軋制力的2% kg 軋輥換輥較為頻繁，可以適時更換軸承，此軸承滿足要求。 35 5 軋輥調(diào)整裝備 5 軋輥調(diào)整裝備 5.1壓下裝置 軋輥調(diào)整裝置的作用主要是調(diào)整軋輥在機架中的相對位置，以保證要求的壓下兩、精確的軋件尺寸和正常的軋制。軋輥的調(diào)整裝置主要有軸向調(diào)整裝置和徑向調(diào)整裝置兩種。 軋輥的徑向調(diào)整裝置的作用是： （1）調(diào)整兩軋輥之間軸線的距離，以保證正確的輥縫開度，給定壓下量； （2）調(diào)整兩軋輥的平行度 （3）調(diào)整軋制線的高度（在連軋機上要調(diào)整各機座間軋輥的相互位置，以保證軋制線高度一致） 壓下裝置的類型： 上棍調(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。就驅(qū)動方式而言，壓下扎又分為手動壓下裝置，電動壓下裝置和液壓壓下裝置三類。 又于設計的是小型連軋機，一臺軋機只軋制一道工序，而且壓下量不大，調(diào)整不頻繁，又因為是為小型單位設計，所以選擇了比較經(jīng)濟的受動壓下裝置。 手動壓下裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。其缺點是體力勞動繁重，壓下速度和壓下能力較小。其結(jié)構(gòu)如圖： 圖4 壓下手輪 圖5 俯視結(jié)構(gòu)配合 圖6 手動壓下驅(qū)動裝置刨視圖 5.2軋輥平衡裝置 5.2.1上軋輥平衡裝置的作用及分類 （1）消除間隙，避免沖擊。由于軋輥、軸承以及壓下螺絲等零件自重的影響在軋件進入軋機之前，這些零件之間不可避免地存在著一定的間隙。若不消除這些間隙，則喂鋼時將會產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，使設備受到嚴重損害。為消除上述間隙，須設上棍平衡裝置，它是壓下裝置的組成部分。 （2）抬起軋輥時起幫助軋輥上升的作用。 上軋輥平衡裝置有彈簧平衡、重錘平衡和液壓平衡三種形式。 本設計采用的是重錘平衡裝置 5.2.2重錘平衡 此種平衡方式廣泛應用于軋輥移動量很大的初軋機上，它工作 可靠，維修方便。其缺點是設備重量大，軋機的基礎結(jié)構(gòu)較副扎。本設計采用的重錘平衡裝置如圖； 圖7 重錘平衡 5.3上軋輥平衡力的確定 通常，作用于上軋輥組件的平衡力取為被平衡零件的重量的1.2～1.4倍（過平衡系數(shù)K=1.2～1.4）。 壓下螺絲 壓下螺絲壓下螺絲的結(jié)構(gòu)一般分為頭部、本體和尾部分。頭部和上輥軸承座接觸，承受來自輥頸的壓力和上軋輥平衡裝置的過度平衡力，為了防止端部在旋轉(zhuǎn)時的磨損并使上軋輥軸承具有自動調(diào)位性能，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，壓下螺絲止推端的球面有凹形和凸形兩種，老式的多為凸形，這重結(jié)構(gòu)形式在使用 時使凹形球面銅墊承受拉應力，改進后的壓下螺絲頭部做成凹形，這時凸形球面銅墊處于壓應力狀態(tài)，有利于提高強度。 在帶鋼軋機上，為減小傳動時摩擦損耗及減小壓下功率，目前大多數(shù)用滾動止推軸承代替滑動的止推銅墊。 壓下螺絲尾部是傳動端，承受驅(qū)動力矩，一般尾部的形狀有方形、花鍵形和圓柱形三種。當壓下速度不快而負荷很重時，通常做成花鍵形。 當軋輥快速移動時，通常將它作成鑲可換青銅滑板或補焊青銅的方尾。 在輕負荷的調(diào)整機構(gòu)中，包括手動的在內(nèi)，壓下螺絲尾部做成帶鍵的圓柱形。 所以我設計的壓下螺絲尾部選擇了帶鍵的圓柱形。壓下螺絲的基本參數(shù)是螺紋部分的外徑d0和螺距t，可按照我國一機部部頒標準選取。 壓下螺絲的直徑按作用在輥頸上最大可能的壓力決定，因其長度與直徑的比值很小。故不考慮壓下螺絲的縱向彎曲，壓下螺絲最小斷面的直徑d1由下列條件決定： （4-4） 式中 P-------作用在輥頸上的最大壓力。 通常壓下螺絲用，的鍛造碳鋼制造。這種鋼的許用應力以計，取 當負載荷很大時，同樣可采用合金鋼（40Cr或37SiMnMoV）。為提高壓下螺絲的螺紋和樞軸的耐磨性，將它淬火（通常硬度45～60HRC），并進行磨光。 由于壓下螺絲和軋輥輥頸的強度實際上和它們的直徑的平方成正比，因此壓下螺絲的螺紋和輥頸的直徑幾乎近于直線關系，對于鍛鋼和鑄鐵軋輥，可以采用下列數(shù)值： 式中： -----壓下螺絲外徑； d--------軋輥輥頸直徑。 壓下螺母 壓下螺母是軋鋼機上的易損零件。一般采用高強度無錫青銅ZQA19-4或ZHA166-6-3-2鑄成。由于重量較大，因此如何采用合理的結(jié)構(gòu)以節(jié)約有色金屬，是很重要的。 壓下螺母在結(jié)構(gòu)上有整體式和組合式之分。設計中采用整體的，因為多級的不能保證接觸面良好。如下圖 圖8 整體式壓下螺母 傳動壓下螺絲所需的力矩 傳動壓下螺絲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。 相應于壓下螺絲移向軋輥及離開軋輥，傳動兩個壓下螺絲所需的力矩等于； ……………………（5-1） 式中 P----作用在兩個壓下螺絲上的壓力 和------壓下螺絲樞軸的直徑及螺紋中徑； 和-----------螺紋中的摩擦角及螺紋導角； ---------壓下螺絲樞軸的摩擦系數(shù)。 當軋機空轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動壓下螺絲的力P為： P=Q-C 式中 Q