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第IV頁
目 錄
1緒論……………………………………………………………………………1
1.1選題的背景和目的……………………………………………………...1
1.2線材軋機在國內外的發(fā)展趨勢………………………………………...2
1.2.1線材車間的軋機布置形式……………………………………...2
1.2.2多線軋制在生產(chǎn)中的大規(guī)模應用……………………………...2
1.2.3采用恒微張力軋制的好處……………………………………...2
1.2.4適當提高機架剛度……………………………………………...3
1.2.5提高軋輥耐磨性………………………………………………...3
1.2.6現(xiàn)代化線材車間的發(fā)展………………………………………...3
1.3開坯線材軋機研究的主要內容和方法………………………………...5
1.3.1線材生產(chǎn)車間的平面布置……………………………………...5
1.3.2粗軋機的作用…………………………………………………...5
1.3.3線材車間的生產(chǎn)工藝（流程）…………………………………6
1.3.4開坯線材軋機的研究方法和方向……………………………...6
2方案的選擇和評述……………………………………………………………7
2.1方案的選擇……………………………………………………………...7
2.2開坯機的生產(chǎn)特點……………………………………………………...7
2.3方案的選擇和評述……………………………………………………...8
2.3.1主傳動的設計方案……………………………………………...8
2.3.2軋輥調整裝置的確定…………………………………………...8
2.3.3軋輥平衡裝置的確定…………………………………………...9
2.3.4機架形式的確定……………………………………………….10
3主電機容量的選擇…………………………………………………………..12
3.1軋制力的計算………………………………………………………….12
3.1.1軋輥主要尺寸的確定………………………………………….12
3.1.2孔型的布置…………………………………………………….12
3.1.3軋制力的計算………………………………………………….13
3.2電機軸上力矩的計算………………………………………………….15
3.3主電機選擇…………………………………………………………….16
4主要零件的強度計算………………………………………………………..17
4.1軋輥的強度計算……………………………………………………….17
4.2機架的強度計算……………………………………………………….19
4.3軋輥軸承的計算……………………………………………………….25
4.4齒輪座的計算………………………………………………………….25
4.5梅花軸頭的計算……………………………………………………….30
5關于H型架的改進方案…………………………………………………….31
6設備的可靠性及經(jīng)濟分析…………………………………………………..33
7潤滑方法的選擇……………………………………………………………..34
7.1軋輥軸承的潤滑……………………………………………………….34
7.2人字齒輪及支承軸承的潤滑………………………………………….34
7.3軋輥的冷卻…………………………………………………………….34
8試車方法和對控制系統(tǒng)的要求…………………………………………….35
8.1試車要求………………………………………………………………35
8.2維護規(guī)程………………………………………………………………35
結論……………………………………………………………………………36
致謝……………………………………………………………………………37
參考文獻………………………………………………………………………38
附錄A…………………………………………………………………………39
附錄B…………………………………………………………………………43
線材軋機設計指導書
設計題目 ：500開坯線材軋機
設計的目的和要求
通過500開坯線材軋機的設計，使學生獲得單體機械設備總體方案的選擇方法，計算方法的合理使用，提高繪圖技術和設計能力。掌握設備維修，潤滑的知識和經(jīng)濟評價方法。了解設計中對控制系統(tǒng)的要求，提高收集、查閱資料和專業(yè)外語翻譯能力。
在老師的指導下，獨立完成單體機械設備500開坯線材軋機設計。要求對設計方案認真思考，勇于創(chuàng)新和改進，使方案更加合理。選用的計算公式有根據(jù)，撰寫設計說明書符合規(guī)范。繪出總圖，部件圖和零件圖，要求圖形正確清晰，圖面符合標準，完成規(guī)定的專業(yè)外文翻譯資料。
設計原始參數(shù)
機組參數(shù)：；成品斷面尺寸開坯軋制速度，中軋速度，精軋速度。鋼種普碳，低合金鋼。
500開坯線材軋機參數(shù)：軋前斷面，軋后斷面，軋制速度，軋制溫度
畢業(yè)設計過程和步驟
1進行現(xiàn)場調研，了解生產(chǎn)工藝過程和設備生產(chǎn)中存在的問題，查閱有關資料和文獻，寫出緒論。
2對設計題目認真思考，綜合論證，制定合理的設計方案，并且進行方案評述。
3進行設計計算，撰寫設計說明書。設計說明書符合規(guī)范。打印后裝訂成冊。
4計算機繪圖，圖面線條符合規(guī)范標準，正確打印圖紙。
5外文翻譯，打印中外譯稿，將譯文和原文裝訂在設計說明書的附錄上。
6評閱人評閱，交出設計說明書和圖紙進行評閱人評閱。
7畢業(yè)答辯，寫出答辯申請書，批準后參加畢業(yè)答辯。
設計說明書的內容
中文摘要；
英文摘要；
目錄
1緒論
1.1選題的背景和目的
1.2線材軋機在國內外的發(fā)展趨勢
1.2.1線材車間的軋機布置形式
1.2.2多線軋制在生產(chǎn)中的大規(guī)模應用
1.2.3采用恒微張力軋制的好處
1.2.4適當提高機架剛度
1.2.5提高軋輥耐磨性
1.2.6現(xiàn)代化線材車間的發(fā)展
1.3開坯線材軋機研究的主要內容和方法
1.3.1線材生產(chǎn)車間的平面布置
1.3.2粗軋機的作用
1.3.3線材車間的生產(chǎn)工藝（流程）
1.3.4開坯線材軋機的研究方法和方向
2方案的選擇和評述
2.1方案的選擇
2.2開坯機的生產(chǎn)特點
2.3方案的選擇和評述
2.3.1主傳動的設計方案
2.3.2軋輥調整裝置的確定
2.3.3軋輥平衡裝置的確定
2.3.4機架形式的確定
3主電機容量的選擇
3.1軋制力的計算
3.1.1軋輥主要尺寸的確定
3.1.2孔型的布置
3.1.3軋制力的計算
3.2電機軸上力矩的計算
3.3主電機選擇
4主要零件的強度計算
4.1軋輥的強度計算
4.2機架的強度計算
4.3軋輥軸承的計算
4.4齒輪座的計算
4.5梅花軸頭的計算
5關于H型架的改進方案
6潤滑方法的選擇
7試車方法和對控制系統(tǒng)的要求
8經(jīng)濟分析及評價
結論
致謝
參考文獻（10篇以上，包括外文資料）
附錄A.B
第46頁
500開坯線材軋機設計
1緒論
1.1 選題的背景和目的
線材生產(chǎn)的特點是軋制斷面小，長度長。要求尺寸精度高及表面質量好。例如：在橫列式軋機上生產(chǎn)的直徑6.5，其鋼坯斷面33。其件長度為463。這樣，軋件表面面積大，散熱快，溫降達200℃左右。
隨著盤重增加，金屬收得快而多，純軋制時間增加會通條軋件尺寸波動大。機械性能差異大。給調整工作帶來困難。往往頭尾尺寸有耳子。另外，線材斷面最小，總延伸系數(shù)也最大。所以，線材軋制次數(shù)也最多，溫降也最大。為了節(jié)約能耗，提高產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)率，迫切需要鋼坯一次成材。一般線材軋機分為：粗軋，中軋，精軋三個機組。所以，線材車間的軋機最多，為了保證終軋溫度，在斷面小，道次多的情況下，只有高速發(fā)展才可能解決溫降大的矛盾。另外，軋機也極易沖擊軋機的機會增加。所以，線材生產(chǎn)安全問題是提到特別位置上。溫降大還帶來對孔型和導位裝置磨損快，損壞也快。所以，線材生產(chǎn)由橫列式發(fā)展到連續(xù)式，而且向連續(xù)化，高速化，自動化和高精度化發(fā)展。相應出現(xiàn)了高速粗線材軋機，這些軋機不僅精度高，而且軋制速度快。在加上軋后控制冷卻，使線材滿足國民經(jīng)濟建設快速發(fā)展的線材需求量。因此，線材生產(chǎn)的線速度是衡量線材生產(chǎn)技術水平的主要標志之一。隨著使原料加熱，軋制和精整等工序都出現(xiàn)了新技術以滿足高速軋制要求，生產(chǎn)出高質量的線材產(chǎn)品。
線材的用途很廣，在國民經(jīng)濟各個部門中，線材占有重要地位。有的線材軋制后可直接使用，主要作鋼筋混凝土的配筋，有的則作為再加工原料，經(jīng)過再加工后再使用，如：經(jīng)過拔絲成各種鋼絲，在捻成鋼絲繩或編織鋼絲網(wǎng)，冷段 ，熱鍛鉚釘，螺栓，冷鍛和液壓螺釘，以及經(jīng)過各種切削加工機械零件和工具。除了用途很廣泛以外，而且用量也很大。
據(jù)有關資料統(tǒng)計，各國線材產(chǎn)量占全部熱軋總量的5.3～15.3﹪。近年來，要求對線材性能及表面質量越來越高。要求對線材化學成分，機械性能，晶粒組織及晶粒粒度都做檢驗，符合標準方可出廠。所以，對線材的要求決定了新軋機及其新技術的飛速發(fā)展。
選題的目的對線材粗軋機組部分進行改進設計，分為三道次可逆軋制，四道次連續(xù)軋制，進入中軋進一步軋制。這樣，粗軋部分的溫降可以降低。連軋部分采用二輥軋機投資少，二輥軋機調整容易，軋件較短時，采用三道可逆軋制，機組短，占地面積小。第一架是開坯軋機，相當于中等型鋼軋制，采用500軋機大壓下量，使溫降少。因此，選擇500開坯線材軋機設計，設計時采用一些新技術使軋材調整方便，精度提高，坯料滿足以后軋制需要。
1.2 線材軋機在國內外的發(fā)展趨勢
1.2.1 線材車間的軋機布置形式
線材車間的軋機布置形式有三種：橫列式，復二重式（半連續(xù)式），連續(xù)式。隨著線材生產(chǎn)的發(fā)展，軋制方法逐步由橫列式向連續(xù)式發(fā)展。粗軋孔型系統(tǒng)采用平箱-立箱，六角-方型，菱-方型，橢圓-方型等幾種孔型方案。但是，所選孔型系統(tǒng)應滿足粗軋要求：第一，與粗軋的平均延伸系數(shù)相適應；第二，便于來料要入；第三，粗軋后劈頭不太嚴重；第四，粗軋后軋制形狀不太正確。由于箱形孔型是有變形均勻劈頭小，咬入穩(wěn)定等優(yōu)點。所以，粗軋中前幾道都采用平箱-立箱孔型。
1.2.2 多線軋制在生產(chǎn)中的大規(guī)模應用
在多線軋制中，中軋機與精軋機間設有自動活套。而且，粗，中軋機采用多線軋制，在高速無扭粗軋機上是單線軋制。這樣中軋軋機和精軋機之間各線可以出現(xiàn)不同程度的延伸差。因此，在精軋機前設有立活套和側活套，用形成活套方法來補償這些差別。這是高速線材軋機的布置特點之一。
1.2.3 采用恒微張力軋制的好處
在高速無扭線材軋機之間采用恒微張力軋制，即保證微拉力與微堆相結合來消除推鋼嚴重影響線材斷面尺寸的問題。如果拉鋼嚴重，設備負荷增加。對設備的薄弱環(huán)節(jié)如軋輥，減速箱，軸承的拉坯特別嚴重，增加設備故障，軋機作業(yè)率下降。因此，減少連軋機中拉鋼是線材生產(chǎn)的工程技術人員，調整工的努力方向，也是線材軋機水平的重要標志之一。
1.2.4 適當提高機架剛度
為提高軋制的精度，降低機架的變形，提高傳動系統(tǒng)的剛度。一般采用短線軋機，取消機架，上，下軸承座用二個大螺栓連接，消除傳遞的應力線，提高了軋制強度。
1.2.5 提高軋輥的耐磨性
軋輥材料采用碳化鎢，耐磨性好，孔型形狀不易變化，使產(chǎn)品比僅有較高的精度，而且表面質量好。同時，軋槽壽命好，每個軋輥重磨次數(shù)10～14次，有的達30次。每次重磨量為0.5，每磨一次平均可軋10000以上。軋輥平均壽命達20000～25000線材，由于碳化鎢很貴，采用合金剛軋輥進行熱噴涂，提高表面耐磨性，降低重磨次數(shù)。
1.2.6 現(xiàn)代化線材車間的發(fā)展
現(xiàn)代化車間都采用無扭精軋機組，頭行高速無扭線材軋制，使線材生產(chǎn)向優(yōu)質，高生產(chǎn)率，低消耗方向發(fā)展。高速無扭線材精軋機大都采用單線軋制和軋后控冷，并且在加熱，軋制，精整方面都采用新的技術。高速無扭精軋機有：框架式45°無扭精軋機，45°懸臂式高速無扭粗軋機（莫根式精軋機）和Y型軋機等等。
1、框架式45°無扭精軋機（施羅曼式）
機架為閉口框架式，采用雙支撐滾動軸承。其傳動軸與地面成45°，各對軋輥相互成90°，傳動箱與軋輥軸承上可伸縮的帶安全銷萬向接軸相連。這種軋機的特點是：
（1）相鄰的機架交錯90°，但是軋制線不變，頭尾無扭軋制。
（2）傳動系統(tǒng)中減少接軸與聯(lián)接軸，降低了傳動件之間的振動，提高產(chǎn)品尺寸精度（一般能達到）。
（3）單線軋制軋輥彈跳穩(wěn)定。因為事故停軋時，不受相鄰軋制線的影響。
（4）成品線速度等達到50，生產(chǎn)率很高。
除了以上特點外，它的主要缺點是延伸力不好，而且部分構件制造困難，不方便維修，投資也很大。
2、懸臂式高速無扭精軋機組（莫根式精軋機）
懸臂式45°高速無扭精軋機是小輥徑精軋機。傳動軸與地面成45°，共由十個機架組成，采用單線軋制。其主要特點為：
(1) 軋制速度快（可以達到75），生產(chǎn)率大大提高。
(2) 用小輥徑軋輥軋制提高了延伸率。
(3) 成品尺寸精度高，直徑公差可達到±0.1，表面質量好。
(4) 換輥方便，設備磨損少。
(5) 實現(xiàn)無扭軋制，事故停工少，操作功率高。
該軋機是高速無扭線材軋機的代表，應用廣泛，成為現(xiàn)代化線材軋機的樣板。
3、Y型軋機
Y型軋機是一種三輥連軋機，每個機架安放三個軋輥。當采用下傳動時，三個軋輥布置類似與英文字母Y，故稱為Y型三輥軋機。特點：
(1) 相鄰機架之間軋輥位置相互錯開。在軋制時軋件位置經(jīng)常變化，因此各部位溫度比較均勻，變化也比較均勻。
(2) 相鄰機架軋輥的中心線相互錯開一個角度。所以軋件不必扭轉，可以實現(xiàn)高速無扭軋制，成品線速度可達50～60，而且表面質量好，直徑公差±0.1。
(3) 整體傳動，結構緊湊。容易實現(xiàn)現(xiàn)代化。
Y型軋機的缺點是無法換輥，只能整體更換組合體，在特殊磨床上穩(wěn)定孔型磨削加工，不易除去氧化鐵皮，磨損大。
1.3 開坯線材軋機研究的主要內容和方法
1.3.1 線材生產(chǎn)車間的平面布置
1-500開坯線材軋機；2-400粗軋線材軋機；3-切頭飛剪；
4-350中軋線材軋機；5-300線材精軋機（二重式）；6-250線材精軋機（二重式）；
圖1.1 線材車間的平面布置圖
1.3.2 粗軋機的作用
粗軋機的作用是120×120的方鋼通過粗軋軋制成33×33的坯料，是中軋的主要原料。精軋機組成500開坯線材軋機和400二輥粗軋機連續(xù)機組。在前面采用了箱式孔型，后面采用了菱形-方形孔型設計。500開坯軋機將120×120坯料軋制成為68×104坯料。總共用了三個道次。開始時軋件比較短，采用連續(xù)軋機軋制可以減少車間的長度。由于其軋制速度不太大，因此更使用于中小型的企業(yè)。
1.3.3 線材車間的生產(chǎn)工藝（流程）
產(chǎn)品的規(guī)格是普碳鋼，焊條鋼以及優(yōu)質的碳素鋼。最小的直徑是6.5毫米。但是通常軋制直徑為10。主要的工藝包括：上料（包括原料的準備）——（步進式）加熱爐加熱——粗軋——分頭軋制——中軋——精軋——噴水冷卻——卷取——空冷——檢驗——打包——入庫，大致經(jīng)歷了十多道工序。開坯用的主要設備是直徑500的三輥軋機，粗軋機采用的是直徑400的二輥軋機，隨后的中軋是在350三輥軋機上完成的，最后的精軋是采用300和250二輥雙重式軋機。
1.3.4 開坯線材軋機的研究方法和方向
開坯線材軋機的研究方法和方向不是唯一的，教條的。其中研究方法包括以下幾條：
1、下廠實習，了解有關開坯機的軋制過程和生產(chǎn)中存在的問題。收集有關的技術性能參數(shù)以及有關的結構特點。
2、選擇開坯機的設計方案和對方案進行評述。
3、進行必要的設計計算。
4、畫出總裝配圖，部件圖，主要的零件圖。
5、對設備的控制方法提出要求選擇潤滑的方法和潤滑選用的油料。
6、提出設備的安裝方法和維修的過程。
7、對設備進行經(jīng)濟分析和評價。
2方案的選擇和評價
2.1 方案的選擇
線材開坯軋機是采用三輥驅動的線材開坯軋機，它可以在數(shù)量，品種和規(guī)格等方面全面滿足需要。而且更能達到為后期的中軋和精軋機組提供原料的要求。充分發(fā)揮成品車間的生產(chǎn)能力，還能保證鋼坯的內部組織結構和表面的質量。除了這些以外，線材開坯軋機還可以大大提高成品車間的成材率，將斷面尺寸為120×120的來料軋成斷面尺寸為33×33的小型鋼坯。開坯軋機是獨立的開坯軋制，采用了雙層輥道進行中上、中下輥軋制。
2.2 開坯機的生產(chǎn)特點
在三輥開坯軋機中，軋輥按一定的方向固定的轉動，在上，下軋制線上可以交差過鋼，在同一個軋制線上可以幾個孔型同時過鋼，縮短了軋制的時間，加快了節(jié)奏，提高了質量。一般的開坯機都有飛輪的存在。
由于軋制中三輥開坯軋機的每個孔型只能過一次鋼，所以輥身上需要布置多個孔型。允許利用輥身長度來減少機架的數(shù)量。孔型設計采用共軛系統(tǒng)。三輥軋機上中輥是固定不動的，用上輥的壓下裝置和下輥的壓上裝置來調節(jié)軋輥的位置，效果不錯。同時需要注意控制軋輥的軸向位置，保證對準孔型。
值得一提的是，一般奇數(shù)道次通過的孔型都是布置在下軋制線上，當然偶爾也會出現(xiàn)在上孔軋制線上。與此同時，配合雙層輥道和升降臺來傳遞軋件，縮短了輔助軋制時間，加快了節(jié)奏，提高了產(chǎn)量。同時也大大改善了工人的勞動條件。
2.3 方案的評述
2.3.1 主傳動設計方案：
1-電機；2-聯(lián)軸器；3-人字齒輪座；4-萬向接軸；
5-梅花軸頭連軸器；6-開坯軋機軋輥；
圖2.1 主傳動示意圖
主電機選擇ZJD-6，功率為1000，轉速，速比i=2.333。達到了降低電機容量的目的。齒輪座采用通常的人字齒輪座而梅花連接軸齒輪座側采用滑塊接頭，軋機側也選擇梅花接頭以便軋機換輥。軋輥軸承選擇滾動軸承而沒有用滑動式的，是因為滾動軸承精度高，這樣可以保證軋制的精度。上軋輥平衡采用彈簧平衡，主要是出于軋輥調整量小的考慮。采用電動壓下和壓上，并且 采取有效措施防止氧化鐵皮進入壓下螺母中去，保證了壓下工作靈活可靠。
2.3.2 軋輥調整裝置的確定
軋輥的調整裝置是軋機中關鍵的機構之一，其機構設計的好壞直接關系著軋件的產(chǎn)量和質量。通常軋機軋輥的調整一般均包括徑向和軸向兩個方向的調整。徑向調整是軋鋼機中的主要的必不可少的裝置。調整裝置的作用：
1、調整軋輥水平位置（調整輥縫），以保證軋件按給定的壓下量軋出所要求的斷面尺寸。尤其是在初軋機、板坯軋機、萬能軋機上，幾乎每炸一道次都需要調整軋輥輥縫；
2、調整軋輥與輥道水平面間的相互位置,在連軋機上，還要調整各機座間軋輥的相互位置，以保證軋線高度一致（調整下輥高度）；
3、調整軋輥軸向位置，以保證有槽軋輥對準孔型；
4、在板帶軋機上要調整軋輥輥型，其目的是減少板帶材的橫向厚度差并控制板形。
根據(jù)各類軋機的不同要求，調整裝置可分為：上輥調整裝置（壓下裝置）、下輥調整裝置（壓上裝置）、中輥調整裝置、立輥調整裝置和特殊軋機的調整裝置。 壓下裝置用途很廣，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機上。壓下裝置有手動的，電動的和液壓的。
手動壓下裝置多用在型鋼軋機上。長期以來，帶鋼軋機上使用的是電動壓下裝置。近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，帶鋼的軋制速度逐漸提高，產(chǎn)品的尺寸精度要求日趨嚴格，特別是采用AGC（Automatic Gauge Control）自動厚度控制系統(tǒng)后，電動壓下裝置由于有傳動率低、運動部分的轉動慣量大、反應速度慢、調整精度低等缺點，已經(jīng)不能滿足工藝要求。為了提高產(chǎn)品尺寸精度，在高速帶鋼軋機上采用液壓壓下裝置。
考慮到線材開坯軋機的特點，同時采用上輥調整裝置，下輥調整裝置。并且用軸向壓板控制軋輥的軸向位置。
2.3.3 軋輥平衡裝置的確定
設置軋輥平衡裝置的目的是，為了消除在軋制過程中因為工作機座中有關零件間隙所造成的沖擊現(xiàn)象，保證軋件的軋制精度，改善咬入條件，以及防止工作輥與支撐輥之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象等原因，幾乎在所有軋機上（疊軋薄板軋機除外）都有平衡裝置。
由于軋機機座中各有關相互配合的零件（如壓下螺絲與螺母、軸承與輥頸）存在著配合間隙。因此，在軋機空載情況下因為各個零件的自重作用，將會造成壓下螺絲與螺母的螺紋之間、壓下螺絲驅動軸與止推墊塊之間、工作輥于支撐輥表面間以及輥頸與軸承之間均可能產(chǎn)生一定的間隙，而這種間隙必然會在軋制過程中產(chǎn)生強烈的沖擊現(xiàn)象。其結果使軋機壽命降低，輥縫發(fā)生變化使軋件咬入不利。同時還會造成工作輥與支撐輥之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而帶材的質量大大的下降。另外，合理地選擇平衡力，還可以消除平衡系統(tǒng)中的滯后現(xiàn)象，以便提高AGC的控制精度。
軋機上常常采用的平衡裝置有：彈簧式、重錘式和液壓式三種。
1、彈簧式平衡裝置的特點是結構簡單、造價低、維修方便，但是平衡力是變化的。僅用于上輥調節(jié)高度在50～100mm的中小型鋼及線材軋機上。
2、重錘式平衡的特點是，a工作可靠、操作簡單、調整行程大；b重錘質量很大，產(chǎn)生的慣性力也很大，容易造成平衡系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象，影響軟件質量。
3、液壓式平衡裝置的特點，a、結構緊湊，適用于各種高度上的軋輥平衡；b、動作靈敏，能滿足現(xiàn)代化的AGC板帶自動控制的要求； c、在脫開壓下螺絲的情況下，上輥可停在任何要求的位置，同時拆卸方便，加速了換輥過程； d、平衡裝置被安排在地面以上，基礎簡單，維修方便，便于操作。其缺點是， a、調整高度不宜過多，否則制造維修困難。b、需要一套液壓系統(tǒng)，增加了設備的投資。
比較這三種平衡裝置，為了滿足軋件的精度以及基建投資的要求，決定采用彈簧式平衡裝置，它結構簡單，基本能夠滿足開坯軋機的工作要求。
2.3.4 機架的形式的確定
在軋制過程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力通過軋輥軸承、軸承座、壓下螺絲及螺母傳遞給機架，并且由機架全部吸收再傳遞給地基。也就是說軋鋼機架是工作機座的重要部件，軋輥軸承及軋輥調整裝置都安裝在機架上。機架要承受軋制力，必須有足夠的強度和剛度。
根據(jù)軋機形式和工作要求，軋鋼機架分為開式、閉式和半閉式三種。其中，閉式機架是一個整體框架，具有較高的強度和剛度。閉式機架主要是用于軋制力較大的初軋機、板坯軋機和板帶軋機等等。對于板帶軋機來說，為了提高軋制精度，需要有較高的機架剛度。對于某些小型軋機或者線材軋機，也往往采用剛度較好的閉式機架，以獲得較好的軋件質量。采用閉式機架的工作機座在換輥的時候軋輥是沿其軸線方向從機架窗口中抽出或裝入。這種軋機一般都設有專用的換輥裝置。
開式機架是由機架本體和上蓋組成。它主要是用在橫列式型鋼軋機上，其主要的優(yōu)點是換輥方便。開式機架的不足之處在于剛度比較差。影響開式機架的剛度和換輥速度的主要因素是上蓋的聯(lián)接方式。常見的上蓋聯(lián)接方式有五種。
1、 聯(lián)接的開式機架，機架上蓋（上橫梁）用兩個螺栓與機架立柱聯(lián)接。這種聯(lián)接方式結構簡單，但是因為螺栓比較長，變形大，機架剛度較低。此外，換輥時拆裝螺母較費時；
2、立銷和斜楔聯(lián)接的開式機架，其換輥比螺栓聯(lián)接方便；
3、套環(huán)和斜楔聯(lián)接的開式機架，與上述兩種形式比較，取消了立柱和上蓋上的垂直銷孔，用套環(huán)代替螺栓或圓柱銷。套環(huán)的下端用橫銷鉸接在立柱上，套環(huán)上端用斜楔把上蓋和立柱聯(lián)接起來。這種結構換輥比較方便。由于套環(huán)的斷面可大于螺栓或圓柱銷，軋機剛性有所改善；
4、橫銷和斜楔聯(lián)接的開式機架，上蓋與立柱用橫銷聯(lián)接后，再用斜楔楔緊。其優(yōu)點是結構簡單，聯(lián)接件變形小。但是，在楔緊力與沖擊力作用下，當橫銷沿著剪切力斷面發(fā)生變形后，拆裝比較困難，使換輥時間延長；
5、斜楔聯(lián)接的開式機架，與上述各種形式的開式機架相比有以下優(yōu)點：上蓋彈跳值??；聯(lián)接件結構簡單，聯(lián)接堅固；機架立柱橫向變形小，機架立柱上部被斜楔和機蓋止口緊緊擠住，大大減少了立柱的橫向變形。
由以上可知，斜楔聯(lián)接的開式機架，除了換輥方便以外，還具有較高的剛度，故稱為半閉式機架。這種機架使用效果較好，得到了廣泛使用。值得一提的是，這個課題所選用的就是半閉式機架。
3 主電機容量的選擇
3.1 軋制力的計算
3.1.1 軋輥主要尺寸的確定
壓下量=120-90=30；
咬入角=20°所以；
軋輥輥身直徑
D===500 （3.1）
軋輥長度L根據(jù)實際工作情況，取為L=1500；
軋輥輥徑的直徑d和長度l：一般近似的認為軋輥輥徑的直徑與輥身的直徑存在如下的關系：
d=（0.5～0.55）D （3.2）
所以d=0.5×500=250；而且l與d的關系是=（0.83～1.0）取l=250；
梅花接軸的軸頭直徑
d=d-（10～15） （3.3）
代入具體數(shù)值 d=250-10=240；
3.1.2 孔型布置
表3.1壓下規(guī)程 單位：
道次
Ⅰ
120
90
30
18
Ⅱ
134
98
36
21.6
Ⅲ
108
68
40
24
注：
根據(jù)壓下規(guī)程，設計孔型如下：
圖2.2孔型布置圖
3.1.3 軋制力計算
考慮到工作的環(huán)境溫度是1050℃，又是線材軋制，所以選擇艾克隆德公式（適用于熱軋型鋼軋機和線材軋機）計算平均單位軋制力。
P=（1+m）(k+) (3.4)
式中m-考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù)；
k-軋制材料在靜壓縮時變形阻力， MPa；
-軋件粘性系數(shù),；
u-變形速度， s。
m，k，，u的計算公式
計算系數(shù)
（3.5）
式中-摩擦系數(shù)，對于鋼軋輥，對于硬面鑄鐵軋輥，T為軋制溫度；
h，h-軋制前后軋件的高度，；
R-軋輥半徑，；
代入具體數(shù)值，得
計算變形阻力k
（3.6）
式中t-軋制溫度，℃；
w-碳的質量分數(shù)，％；
w-錳的質量分數(shù)，％；
w-鉻的質量分數(shù)，％。
代入數(shù)值，得
計算軋件粘性系數(shù)
（3.7）
式中c-考慮軋制速度對的影響系數(shù)，當軋制速度小于6時，c取1.0
帶入具體數(shù)值：
；
；
帶入公式(3.4)得
第一道次
；
第二道次
；
第三道次
。
在三個軋制道次中，第三道次平均單位壓力最大。
軋輥與軋件的接觸弧水平投影長度l，，可近似的認為；
；
；
；
那么，軋制力P
(3.8)；
；
；
。
3.2電機軸上力矩計算
軋制力的力臂a的計算
(3.9)；
式中 ，為軋制時的咬入角；
咬入角，
°十分接近20°跟前面的計算吻合
；
軋制力矩
(3.10)；
；
；
；
摩擦力矩，，其中（根據(jù)膠木瓦軸選取）
軋輥軸承處的摩擦阻力矩，
(3.11)；
；
；
。
3.3主電機選擇
軋制速度
(3.12)；
代入具體數(shù)值，軋制速度
電機功率N
(圓整)
查電機手冊 選擇電機(基速750，功率1800KW)＞N 滿足條件
速比 ；
主電機軸上的力矩
(3.12)；
式中 附加摩擦力矩；
(3.13)；
（取0.85）
空轉力矩
； ；
動載力矩 由于軋件長度很長，所以動載力矩很小，，忽略不計
帶入具體數(shù)值 得
（第一道次）；
（第二道次）；
（第三道次）；
4主要零件的強度計算
4.1軋輥的強度計算
軋輥的破壞取決于各種應力（其中包括彎曲應力，扭轉應力，接觸應力，由于溫度分布不均勻或者交替變化引起的溫度應力以及軋輥制止過程中形成的殘余應力等）的綜合影響。具體來說，軋輥的破壞可能由以下三方面原因造成：
1、軋輥的形狀設計不合理或設計強度不夠。例如：在額定負荷下，軋輥因為強度不夠而斷裂或接觸疲勞超過許用值，使輥面疲勞剝落等；
2、 輥的材質、熱處理或加工工藝不合要求。例如：軋輥的耐熱裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夾雜或殘余應力過大等；
3、 輥在生產(chǎn)過程中使用不合理。熱軋軋輥在冷卻不足或者冷卻不均勻時，會因為熱疲勞產(chǎn)生輥面熱裂；冷軋時的事故黏附也會導致熱裂甚至表層剝落；在冬季新?lián)Q上的冷軋輥突然進行高負荷熱軋或者冷軋機停車，軋熱的軋輥驟然冷卻，往往會因為溫度應力過大，導致軋輥表面剝落甚至斷輥；壓下量過大或者因為工藝過程安排不合理造成過負荷也會造成軋輥破壞等等。
4、 棍抗彎斷面系數(shù)比較大，即軋棍有很大的剛性。因此，軋制時由軋棍承擔彎曲力矩?？梢灾挥嬎丬堓佪伾碇胁亢洼侇i斷面的彎曲應力。
軋輥受到的彎曲應力如圖4.1，
圖4.1 軋輥彎曲應力圖
由于2-2截面與1-1面面積 接近，現(xiàn)在只校核1-1、3-3斷面的應力。
1- 1面只承受扭轉力矩作用，所以
（4.1）
3-3截面除了受到扭轉力矩以外，同時還有彎曲力矩作用，
（4.2）
（4.3）
根據(jù)第四強度理論：
（4.4）
式中P－第三道次的軋制力；
，－1-1，3-3斷面的直徑；
C－1-1，斷面至支反力處的距離；
－許用彎曲應力；
4.2機架強度的計算
斜楔聯(lián)接的開式機架，用于三輥式型鋼軋機。在這種軋機上，一般來說，當中上輥軋鋼時，中下輥就不扎軋鋼了。相反，中下輥軋鋼時，中上輥就不軋鋼了。由于軋件在中上輥軋制時與中下輥軋制時基本相同，在進行機架剛度計算時，只考慮一種情況。
為了簡化計算，假設機架上只作用兩個大小相等、方向相反的垂直力R，而通過斜楔作用，在機架上蓋和U形架上，還作用著一個反作用力F。力F可以分解為水平分力和垂直分力。此外，通過機架上蓋止口的作用，在機架上蓋和U型架上，作用著靜不定力X。靜不定力X的大小?？筛鶕?jù)止口處變形諧調條件提出。止口處的變形諧調條件可以用以下公式表示
（4.5）
式中 E-機架材料彈性系數(shù)，；
－由于U形架立柱撓曲，一個立柱在機架上蓋止口接觸處的變形；
－由于U形架下橫梁撓曲，一個立柱在機架上蓋止口接觸處的水平位移；
－機架上蓋止口處原始間隙（對于新機架即為配合間隙）；
X－機架上蓋止口處靜不定力；
－機架上蓋斷面面積；
利用材料力學公式求出和后，代入式，得
式中 －立柱的慣性矩；
R-作用在機架上的垂直力；
-斜楔空斜角的正切，，為立柱斜楔孔斜度；
－作用力對立柱中性線的距離；
－力對立柱中性線的距離；
－力X對下橫梁中性線的距離；
－力對下橫梁中性線的距離；
－立柱凸臺對下橫梁中性線的距離；
－下橫梁慣性矩；
－U形架兩立柱中性線距離；
軋件在中上輥軋制時，機架的上蓋和U型架的受力情況，如圖4.2所示。
圖4.2 中上輥軋制時的機架受力圖
圖4.3 中上輥軋制時U型架的彎曲圖
（4.6）
e=350mm；=15；e＇=200mm；C=850mm；C＇=2500mm；=2700mm；=1250mm；=1600mm；（矩形）；（圓形）
B處的危險斷面
圖4.4 B-B面立柱圖
;；;
圖4.5 機架上蓋受力分析及彎曲圖
Ⅱ-Ⅱ處的受力情況
圖4.6 Ⅱ-Ⅱ處的受力分析圖
圖4.7Ⅰ-Ⅰ處的剖視圖
圖4.8 Ⅱ-Ⅱ處的剖視圖
立柱處B的慣性矩
下橫梁慣性矩
危險斷面靜強度較核
;;；；截面強度滿足要求。查表：材料ZG35，；
對于機架橫梁有：
（4.7）
代入具體數(shù)值，得：
立柱校核
，（平移軸公式）
，，－各個小塊圖形的軸與每個小圖形的軸距離；
4.3軋輥軸承的計算
軋輥軸承的工作特點：工作負荷大；轉動速度差別大；工作環(huán)境惡劣；軸承所承受的大小，方向和性質是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷大小選擇軸承時，由于滾子軸承中主要是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也小；而球軸承則主要是線接觸，適宜用于承受較輕的或中等的載荷。考慮到軋機的工作特點，選擇滾子軸承。軸承又受到的是純徑向載荷，所以選擇膠木瓦滾子軸承。計算省略。
4.4齒輪座的計算
齒輪座是用來將電機的扭矩傳遞給軋輥。主要尺寸計算如下：
（4.8）
式中 －齒傾角，增大齒傾角能使傳動平穩(wěn)運轉，而且噪音小，并且能提高齒輪的彎曲強度，但降低了接觸強度，滑動磨損增大。通常，對人字齒取。這里，取。
中心矩的計算
（4.9）
（4.10）
齒寬系數(shù)
齒寬系數(shù)是用來表示齒輪傳動的寬度尺寸和徑向尺寸的比例，。閉式傳動常取，所以。
齒頂圓直徑
；
齒根圓直徑
輪齒的受力分析
一般習慣上，對齒根計算彎曲疲勞強度，對齒面采用接觸疲勞強度。
小齒輪傳遞的扭矩
（4.11）
式中 －輸入的功率，kw;
-齒輪的轉速，。代入具體數(shù)值
圓周力
（4.12）
徑向力
（為壓力角）
軸向力
正壓力
齒面接觸疲勞強度計算
（4.13）
式中 －節(jié)點區(qū)域影響系數(shù)，，數(shù)值列于；
－彈性影響系數(shù)，由得＝2.17；
；
大小齒輪均采用為材料，正火處理，表面硬度達到270HBS，精度等級達到8級。屈服極限達到380，強度極限達到700。
齒輪強度載荷系數(shù)K的計算
K包括使用系數(shù)；動載系數(shù)；齒間載荷系數(shù)以及齒向載荷分布系數(shù)，即：
式中 取1.5，根據(jù)齒輪座由電機驅動，受到中等沖擊；
由查得，＝1.062；
由查得，＝1.4；
由查得，＝1.02；
所以
重合度的計算
齒輪基圓直徑
端面齒頂壓力角
重合度
重合度系數(shù)
計算齒面接觸應力
齒根彎曲疲勞強度的驗算
彎曲疲勞許用應力
（4.14）
式中 －試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限，由得＝37.5Mpa；
－彎曲疲勞強度計算的最小安全系數(shù)，一般，?。?.5；
－試驗齒輪的應力修正系數(shù)，＝2；
－彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，得＝1.0；
所以，
齒根的彎曲疲勞強度
由得，；
由得，；
計算
計算
齒根彎曲應力計算
代入具體數(shù)值，得
所以，安全。
所以，安全。
4.5梅花軸頭的計算
梅花軸套套筒的強度校
（）
，－軸的外徑；－套筒梅花孔的直徑，
5關于H型架的改方案
H型瓦架變形,斷裂 為了調整和固定中輥，該機座使用了H型瓦架。由于H型瓦架腿部厚度受到機架窗口尺寸的限制，不能過于加大尺寸。當承受較大的彎矩后，極易變形，拆裝不方便。另外，由于該機架座使用年限較長，引起尺寸發(fā)生了變化，造成H型瓦架難以固定，在強大的沖擊載荷作用下，H型瓦架上腿根部斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生。這樣不但影響力軋機的軋制作業(yè)時間，而且造成設備備件不及時，無法保障軋鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
圖5.1 H架結構示意圖
綜上所述，該機架存在諸多問題，氶待解決。軋機軋制萬噸后，H型瓦架就開始變形、甚至斷裂。由于H型瓦架的變形，上輥軸承瓦盒的安裝和拆裝都非常困難，也增加了維修時間，降低了軋機作業(yè)率。曾經(jīng)有人在結構上和材質做過改進。例如：將鑄鐵件改為鍛鋼件，45號鋼改為65號鋼等其他鋼種。但是，都沒有很好的抑制斷裂現(xiàn)象發(fā)生。
經(jīng)過和老師進行研究分析認為，引起H型瓦架變形，斷裂的主要原因是軋機軋制過程中，由于H型瓦架受到上輥軸承瓦盒的側向沖擊而變形，以致應力集中到H型瓦架中部連接橫梁處引起斷裂。斷裂處就是應力集中點。因此，我們在對斷裂的H型瓦架進行修復時，決定將H型瓦架上部的兩側側板由整體式改為活動式（如圖）。這樣，就將斷裂處（應力集中點）作為側板的活動點，采用鉸鏈形式連接。上部的兩側側板仍然保持H型瓦架原來的外形，仍然能夠固定軸承瓦盒，抑制它的側向，還能傳遞壓力。
經(jīng)過修復后的H型瓦架，預計能夠每個月開坯2萬噸，并且在這樣的強度下很長時間不會產(chǎn)生變形，斷裂現(xiàn)象。我采取的改進辦法是簡單可行的，修改費用也相對較少的。改進提高了軋機的作業(yè)率，也會取得很好的經(jīng)濟效率
6設備的可靠性及經(jīng)濟分析
機械設備的有效度
對于可修復的設備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復到正常的狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障經(jīng)歷的時間（即可靠度）?？煽慷葧r間越長越好。另外，從發(fā)生故障到經(jīng)過維修后恢復到正常的工作狀態(tài)階段的時間（即維修度）。把可靠度和維修度兩者結合起來舊叫有效度（也叫有效利用率）。
MTBF-平均故障間隔期（h）
MTTR-平均維修時間（h）
表6.1
（單位：千萬）
時間
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
投資
1.0
2.5
年收益
1.5
1.7
1.6
2.0
2.5
2.5
2.5
3.0
累計凈收益
-1.0
-2.5
-3.0
-2.3
-0.7
1.3
3.8
6.3
8.8
11.8
投資回收期：
年
—行業(yè)投資回收期，重型機械年
因為
所以可以投資。
7潤滑方法的選擇
7.1軋輥軸承的潤滑
1.對于工作輥軸承，采用脂潤滑，它密封簡單不必經(jīng)常加換潤滑脂，且潤滑脂受溫度影響不大，對載荷性質、運動速度變化有較大適應范圍，因此，工作輥軸承采用潤滑脂；
查[2]表25-3選用壓延機用潤滑脂（GB493-65）代號ZGN40-1
2.軋輥軸承采用干油作為潤滑劑；
3.壓下系統(tǒng)中的 壓下螺母采用干油潤滑；
7.2人字齒輪及支承軸承的潤滑
由于齒輪座為立式齒輪座，且是三級人字齒輪傳動，因此，齒輪采用油潤滑，軸承也采用脂潤滑。
查[2]中25-1選軋鋼機油（GB442-64）潤滑油循環(huán)使用軸潤滑為壓延機用潤滑脂，代號ZGN40-1。
7.3軋輥的冷卻
軋輥冷卻采用乳化液冷卻，有專門供油系統(tǒng)
8 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求
8.1試車要求
1.組裝完畢，須進行人工盤車，確無不良現(xiàn)象時方可試車；
2.空載試車至少兩個小時，正反轉各一小時以上；
3.試車應保證
（1）潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)正常；
（2）傳動平穩(wěn)，無周期性噪音；
（3）壓下系統(tǒng)輕便靈活；
（4）各緊固零件聯(lián)結可靠；
（5）各軸承溫度不超過；
4.滿足以上要求，方可試車；
8.2維護規(guī)程
1.一切正常方可開車；
2.停車后要檢查主傳動及壓下系統(tǒng)中安全銷、安全套、有無斷和缺的并要補齊；
3.清理壓下和主傳動系統(tǒng)周圍的臟物，經(jīng)常保持清潔；
4.設備運轉后按巡回檢查制，按時定期檢查設備的潤滑聲音、溫度和振動以及運轉狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時解決；
結論
經(jīng)過設計中的計算可知，主傳動系統(tǒng)中的部分零件和軋機中的一些主要零件全部通過強度計算。本設計中對于軋輥的設計以及H型架的改進設計是本論文的一個更好體現(xiàn)個人能力的章節(jié)。在完成設計任務的同時，回首走過的四個多月的時光，發(fā)現(xiàn)自己還有很多的知識需要學習，更加認識到了終身學習的重要性和必要性。由于學生水平有限，難免在設計上存在諸多問題，還希望各位老師多多斧正，謝謝！
致謝
本人能如期完成設計任務，是與學院老師的幫助分不開的。尤其要特別提到的是指導教師，他給我提出了很多寶貴的建議。還有就是各位同學給我的幫助和關懷。在此，我僅代表我個人對設計過程中幫助過我的各位老師和同學致以衷心的感謝。
參考文獻
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[10] Hermann Wolters. automation in hot bridle mills[J] .MPT International. 1995.
附錄A
Integrating Tension Leveling Systems into Continuous Processing Lines
The demand for higher quality has required all participants in the manufactureing sequence to improve their product. Flat rolled metal finishers have looked to shape improvement., via tension leveling ,as a means to achieve this goal. The issues of equipment location and integration , leveler and bridle configurations, drive system options and drive controls are considerations that must be addressed.
The incorporation of tension leveling into a continuous processing line requires a decision as to its primary purpose. The priority of the criteria, ie, improved shape, improved processing or both , determines its location in the line.
If final shape is the only criterion, the leveling equipment should be located in either the process or delivery section is undesirable. However, this location does have the advantages of minimal chance of material damage before recoiling and it is unnecessary to increase accumulator and exit bridle roll diameters. Both locations have the advantage of processing clean material but there is the disadvantage of possible pick up (in the case of coating lines) on the bridle and leveler rolls.
In the case of process lines with planting or coating units, it is necessary to insure that the finish will not be affected by the elongation produced by the leveling process.
For improved processing, the tension leveler is located in either the entry section or the beginning of the process section before or after cleaning. The entry section location has the advantage of allowing a leveler roll change during a coil change but there is the disadvantage of tension transient from stopping and jogging. The process section after the cleaning unit location has the advantage eliminating dirt contamination on the bridle and leveler rolls. In addition, it may reduce the number of bridle rolls and eliminate the need for a collection system for the oil squeezed from the strip by the leveler rolls.
Almost all of the systems installed in tinning, pickling and electrogalvanizing lines have been located in the beginning of the process section. Hot dip galvanizing lines have units after coating with an equal number in the process or delivery section. In annealing lines, the units have been located in the delivery section, while paint lines have them in the entry section.
Configuration
Once the location is determined, the system can be configured. The configuration include:
Leveler configuration(manufacturer).
Leveler work roll diameter(manufacturer).
Leveler module configuration(manufacturer).
Bridle roll size(manufacturer or user).
Bridle roll covering(manufacturer or user).
Driver configuration(manufacturer or user).
Driver integration(manufacturer).
The leveler configuration and module design vary with the type of material and location of the leveler in the process line. Essentially, the leveler consists of four or more work roll modules and a curvature correction (crossbow) module .The size and number of work rolls is a function of material thickness range, yield strengths, line speed, elongation and tension constraints. Work roll diameter is determined by the highest yield strength at the minimum thickness (maximum diameter) and the maximum thickness (minimum diameter) for type of materials to be processed.
Leveler modules
Work roll diameters are small; therefore, support structures are required to provide rigidity. For ease of maintenance, work rolls and their backup systems are configured into removable modules. The modules are configured to provide the work roll rigidity without restricting the angle of wrap. The most common module configurations are:
1. Work roll supported by two large diameter full-faced backup rolls.
2. Work roll supported by small diameter segmented backup rolls.
3.Work roll supported by two medium diameter full-faced backup rolls supported by three rows of segmented backup rolls.
4. Work roll supported by two medium to relatively large diameter full-faced backup rolls, each supported by two narrow-faced rolls.
Modules employing segmented or narrow-faced backup rolls do not use automatic lubrication system because of the possibility of contaminating the strip. this type of module requires planned maintemance base on footage processed due to the lied amount of pre-lubrication.
Measures taken to extend module life are a function of the type of line and location of the leveler in the line the leveler’s work rolls may be chrome plated to prevent pickup and/or rusting. The backup rolls may be grooved to remove contaminants and coated to extend life and/or prevent rust.
Result
via tension leveling is an important facility in the producing line of steel’s hot-rolling. The via tension levelin