畢業(yè)設(shè)計(論文)-350四輥冷軋板帶軋機(jī)設(shè)計
(2013屆)
專科畢業(yè)設(shè)計(論文)資料
350四輥冷軋板帶軋機(jī)設(shè)計(φ100/φ350)
學(xué) 院(部):
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè):
機(jī)械設(shè)計與制造
學(xué) 生 姓 名:
班 級:
機(jī)制1002
學(xué)號
指導(dǎo)教師姓名:
職稱 教授
職稱
最終評定成績
20XX年6月
摘 要
軋鋼機(jī)機(jī)組由電動機(jī)、齒輪聯(lián)軸器、減速機(jī)、人字齒輪座、萬向接軸托架、萬向接軸、工作機(jī)座等組成。由電動機(jī)通過一系列傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動軋機(jī)工作輥進(jìn)行軋制。
本次設(shè)計的是350四輥可逆式冷軋板帶軋機(jī)主工作機(jī)座的結(jié)構(gòu),主要是由軋輥﹑軋輥軸承﹑機(jī)架﹑軌座﹑軋輥調(diào)整裝置﹑上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。主要是對350四輥可逆式冷軋板帶軋機(jī)的壓下規(guī)程的制定、軋機(jī)的軋制力及其軋制力矩的計算、電動機(jī)的選擇、和軋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
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,兩個牌坊有橫梁或其它軋機(jī)連接形成一個剛體,通常采用工作輥驅(qū)動,但是近來趨向于支承輥驅(qū)動。本機(jī)采用可逆式冷軋機(jī)軋制時,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機(jī)傳動。為提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力,可逆式冷軋機(jī)一般都有快速啟動和制動的要求。
關(guān)鍵詞:可逆式;軋制力;工作機(jī)座;電動機(jī)
全套圖紙加V信153893706或扣 3346389411
ABSTRACT
Unit rolling machine is composed of motor, reducer, gear coupling, gear coupling, herringbone gear pedestal, universal shaft bracket, cardan shaft, frame etc.. By the motor through a series of driving mechanism drives the work roll mill rolling.
This design is 350 four roller reversible cold rolling strip mill main housing structure, is mainly composed of roller, roller bearing, frame, base, roll adjusting device, upper roller balancing device and roll change device. Mainly on the 350 four roller reversible cold rolling strip mill press rules, the rolling force and rolling torque calculation, the choice of motor, and the structure design of rolling mill.
Four roller mill is cold strip mill in the most general unit, the mill adopts a closed type frame, two arch beam or other mill connected to form a rigid body, usually by work roll driving, but these days tend to support roller drive. This machine adopts rolling reversible cold rolling mill, roller can reverse and speed. This kind of mill adopts DC motor drive wide speed range, small moment of inertia. In order to improve the mill's production capacity, reversible cold rolling mill are generally quick start-up and braking requirements.
Keywords: Reversible; rolling force; frame; the motor
目 錄
第1章 緒論 6
1.1軋鋼機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 6
1.2軋鋼機(jī)分類 6
1.3軋鋼機(jī)的組成及結(jié)構(gòu) 7
第2章 壓下規(guī)程的制定 8
2.1壓下規(guī)程的確定 8
2.2軋制道次的確定 8
第3章 軋制力的計算 11
3.1各道次軋制力的計算 11
3.2張力的選取 11
3.3求解軋制力的具體計算步驟 11
第4章 軋制力在接觸弧上作用點的位置 15
4.1確定軋制力的方向 15
第5章 軋制力矩的計算 16
5.1軋制力矩的計算 16
第6章 主電機(jī)功率的計算及選電動機(jī) 19
6.1軋輥與電機(jī)的速比 19
6.2電動機(jī)的選擇 22
第7章 軋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 23
7.1軋輥的設(shè)計 23
7.1.1 軋輥的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 23
7.1.2、軋輥材質(zhì)的選擇 24
7.1.3、軋輥的校核 25
7.2軋輥軸承的選擇與校核 27
7.2.1 軋輥軸承的類型與特點 27
7.2.2 軋輥軸承的選擇 27
7.2.3、軋輥軸承的校核 28
7.2.4、軋輥軸承座的設(shè)計 30
7.3軋輥的調(diào)整和平衡裝置 30
7.4聯(lián)軸器的選擇 31
7.5機(jī)架的設(shè)計 31
7.5.1、機(jī)架的類型 31
7.5.2、機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 32
7.5.3、機(jī)架強(qiáng)度的校核 35
結(jié)論 40
參考文獻(xiàn) 41
致謝 42
第1章 緒論
1.1軋鋼機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
軋鋼就是用軋鋼機(jī)對鋼坯進(jìn)行壓力加工,獲得需要的形狀規(guī)格和性能的過程。軋機(jī)主要是有幾組軋輥構(gòu)成,軋輥是一對轉(zhuǎn)動方向相反的輥子,兩個輥子之間形成一定形狀的縫或孔,鋼坯通過軋輥就成為一定形狀的鋼材。
在結(jié)晶溫度以上的軋制稱為熱軋;在再結(jié)晶溫度以下的軋制稱為冷軋。
我們常見的鋼軌、圓鋼、方鋼、槽鋼、T形鋼、汽車板、橋梁鋼、螺紋鋼、鋼筋以及火車輪都是通過軋鋼工藝加工出來的。
我國大型鋼廠從70年代已用先進(jìn)的連軋軋機(jī),連軋機(jī)采用了一整套先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng),全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控均由計算機(jī)控制實施,軋件在幾架軋機(jī)上同時軋制,大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
1996年我國粗鋼產(chǎn)量突破1億噸,成為世界上第一產(chǎn)鋼大國,2003年突破2億噸,2005年突破3億噸,并連續(xù)10年保持世界第一。2006年我國鋼產(chǎn)量突破4億噸。我國鋼鐵業(yè)的迅猛發(fā)展,為我國國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前我國鋼鐵工花藝裝配水平雖然有了長足的發(fā)展,距居世界先進(jìn)水平差距還很大。其中軋鋼機(jī)械設(shè)計制造不但走不出國門,而且還主要是靠進(jìn)口。日本花16億美元引進(jìn)先進(jìn)冶金裝備及技術(shù),建成年產(chǎn)1.6億噸的現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè),然后通過消化吸收和再創(chuàng)新,又大量向世界各國輸出技術(shù),成為世界鋼鐵生產(chǎn)第一強(qiáng)國。我國前后花200億美元引進(jìn)冶金設(shè)備和技術(shù)。我國要從鋼鐵生產(chǎn)大國變成鋼鐵生產(chǎn)強(qiáng)國,必須依靠技術(shù)進(jìn)步,加強(qiáng)自主創(chuàng)新。特別是要盡快提高我國軋鋼機(jī)械的設(shè)計水平,這是非常重要的。
1.2軋鋼機(jī)分類
軋鋼機(jī)按用途可分為:開坯軋機(jī),型鋼軋機(jī),板帶軋機(jī)、鋼管軋機(jī)、特種軋機(jī)等。
軋鋼機(jī)按構(gòu)造(軋輥在機(jī)座中的布置形式)可分為:(1)具有水平軋輥的軋機(jī):(2)具有立式軋輥的軋機(jī);(3)具有水平和立式軋輥的軋機(jī)具有傾斜布置軋輥的軋機(jī);(4)其他布置軋輥的軋機(jī)。
1.3軋鋼機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)
軋鋼機(jī)主要包括:主電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)座等部分。主電機(jī)是為軋輥旋轉(zhuǎn)提供動力的設(shè)備。傳動機(jī)構(gòu)通常是有減速機(jī)、齒輪座、連接軸、和聯(lián)軸器等部件組成的。工作機(jī)座是主機(jī)的主要組成部分。包括:(1)機(jī)架,在窗口內(nèi)安裝軸承;(2)軋輥,軋件在其間被軋制(壓縮延伸);(3)軋輥軸承,用以軋輥的支撐和定位;(4)軋輥調(diào)整裝置及上棍平衡裝置,前者用來調(diào)整軋輥間的距離,后者用來校車上軸承座與壓下系統(tǒng)間的間隙;(5)導(dǎo)位裝置,用來使軋件按照規(guī)定的位置、方向和狀態(tài)準(zhǔn)確地進(jìn)出孔型。
第2章 壓下規(guī)程的制定
2.1壓下規(guī)程的確定
板帶鋼軋制規(guī)程主要包括壓下規(guī)程,速度規(guī)程,張力規(guī)程和輥形規(guī)程,其中主要是壓下規(guī)程的制定,下面完成對壓下規(guī)程的制定。
在設(shè)定壓下規(guī)程時,要分別考慮設(shè)備能力和產(chǎn)品質(zhì)量兩方面的因數(shù)。其中設(shè)備能力主要包括以下幾點:
1) 咬入條件:軋機(jī)型式的不同,咬入角也是不同的。
2) 軋輥強(qiáng)度:為滿足軋輥的強(qiáng)度條件,金屬對軋輥的壓力必須小于軋輥強(qiáng)度所決定的最大允許壓力。
3) 電機(jī)功率:電機(jī)功率應(yīng)該按合理的壓下規(guī)程選擇,而不按電機(jī)功率來選擇壓下規(guī)程,因此新的軋機(jī)功率一般都能保證充分發(fā)揮軋機(jī)的能力,不是限制壓下量的主要因數(shù)。
制定壓下規(guī)程時,一般是首先根據(jù)咬入條件和軋輥強(qiáng)度條件來確定壓下量,然后再檢驗電機(jī)是否過載和發(fā)熱。
2.2軋制道次的確定
按照經(jīng)驗分配壓下,按照經(jīng)驗可將總壓下量按定的分配比將其分配給各道次或各機(jī)架,
即 (2-1)
式中----第道次的壓下量分配系數(shù);
----為總壓下量:
對單機(jī)軋制值如表2-1所示
表2-1 單機(jī)軋制值
道次
數(shù)
1
2
3
4
5
6
7
3
0.48-0.54
0.34-0.37
0.09-0.10
5
0.23-0.39
0.25-0.29
0.16-0.18
0.09-0.12
0.05-0.08
7
0.30-0.36
0.22-0.27
0.16-0.17
0.09-0.11
0.06-0.08
0.04-0.07
0.02-0.05
本設(shè)計采用五個道次對沸騰鋼板材進(jìn)行軋制,軋制壓下規(guī)程表3-1如下:
表3-1軋制壓下規(guī)程表
軋制
道次
入口厚度
h0/mm
出口厚度
h1/mm
壓下量Δ
h/mm
壓下率ε/%
軋制前后軋件平均厚度hm/mm
1
0.9
0.63
0.27
18%
0.765
2
0.63
0.455
0.175
28.8%
0.5425
3
0.455
0.34
0.115
26.2%
0.3975
4
0.34
0.256
0.084
24.8%
0.596
5
0.256
0.2
0.056
23%
0.228
冷軋時由于存在加工硬化現(xiàn)象在計算冷軋板平均單位壓力時,軋件材料變形阻力需按考慮加工硬化后的選用。由于存在加工硬化影響,各道次變形阻力不僅與本道次變形阻力有關(guān),還與前面各道次總變形程度有關(guān),計算時一般把變形區(qū)作為圓弧來計算平均總變形程度,按此平均總變形程度來選取平均變形阻力,根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】,平均總變形程度用下式來計算:
(2-2)
(2-3)
(2-4)
式中:--本道次入口處的總變形程度(從退火狀態(tài)開始各道次變形程 度的累積);
--本道次出口處的變形程度;
--退火狀態(tài)坯料原始厚度
--該道次軋制前與軋制后軋件厚度;
--系數(shù),本設(shè)計中取,。
第一道次:
入口總壓下率,出口總壓下率
查參考文獻(xiàn)【1】,圖7-49得
第二道次:
入口總壓下率,出口總壓下率
查參考文獻(xiàn)【1】,圖7-49得
第三道次:
入口總壓下率,出口總壓下率
查參考文獻(xiàn)【1】,圖7-49得
第四道次:
入口總壓下率,出口總壓下率
查參考文獻(xiàn)【1】,圖7-49得
第五道次:
入口總壓下率,出口總壓下率
查參考文獻(xiàn)【1】,圖7-49得
第3章 軋制力及其力矩的計算
3.1各道次軋制力的計算
本設(shè)計中軋制力的計算采用斯通公式進(jìn)行計算,根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】查斯通公式為:
(3-1)
式中:--考慮加工硬化后軋制前和軋制后的平均變形阻力,可由代替。
--平均張應(yīng)力;
--考慮軋輥彈性壓扁接觸弧長加長后外摩擦對單位壓力的影響系數(shù),可由下式求出
(3-2)
而 (3-3)
式中:--軋件與軋輥間的摩擦系數(shù),本設(shè)計中??;
--軋件單道次平均厚度,;
--考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長度。
3.2張力的選取
軋制沸騰鋼時,由于通常是采用大張力軋制,單位張力一般取比較合適,其具體數(shù)值根據(jù)各道次的厚度和加工硬化的程度來確定。
3.3求解軋制力的具體計算步驟
1) 計算出不考慮軋輥彈性壓扁的接觸弧長度,根據(jù)參考文獻(xiàn)【2】可由式求得;
2) 計算出圖(3-1)所示諾模圖中左邊縱坐標(biāo)值;
圖3-1諾模圖
3) 計算出圖(3-1)右邊縱坐標(biāo),其中,C為一常數(shù),它決定于軋輥的材質(zhì)和尺寸,C用下式計算:
(3-4)
式中:R----軋輥半徑;
E----軋輥彈性模量,對于鋼軋輥;
----柏松比,對于軋輥;
----考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù);
在參考文獻(xiàn)【1】查到。
將值和值代入(3-4)式可得。
4) 根據(jù)計算所得的值和值,在圖(3-1)左邊和右邊縱坐標(biāo)上找到相應(yīng)的兩點,以直線連接這兩點,此直線與圖(3-1)中曲線的交點即為所求的值。
5) 根據(jù)圖(3-1)中求出的值,根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】查出壓力增加系數(shù)值;
6) 按照式(3-1)可求出平均單位壓力;
7) 按照式(3-4)可求出考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長,將此值代入下式可求出軋制總壓力:
(3-5)
第一道次:
;
故平均單位壓力:
軋制總壓力
第二道次:
故平均單位壓力:
軋制總壓力
第三道次:
故平均單位壓力:
軋制總壓力
第四道次:
故平均單位壓力:
軋制總壓力
第五道次:
故平均單位壓力:
軋制總壓力
表3-1 各道次軋制力
道次
平均單位壓力MPa
軋制總壓力(MN)
1
987.53
0.91
2
1151.97
0.83
3
1159.1
0.70
4
965.96
0.50
5
1231.2
0.51
第4章 軋制力在接觸弧上作用點的位置
4.1確定軋制力的方向
確定軋制力方向的方法是以軋件為對象研究作用在其上力的平衡條件。軋機(jī)構(gòu)造及軋制情況不同,軋制力方向也不同。圖4-1中所示各力為軋件對軋輥的反作用力。
圖4-1 簡單軋制時作用在軋輥上的力
軋制壓力在接觸弧上作用點的位置,可用角表示,角是過軋制壓力作用點與軋輥中心連線的夾角。在實際計算中,通常借助于力臂系數(shù)來確定角和作用點的位置,即:。
力臂系數(shù)通常根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定。
因此,在簡單軋制時,作用在兩個軋輥上的軋制力矩M可表示為:
(4-1)
第5章 軋制力矩的計算
5.1軋制力矩的計算
現(xiàn)代化的連續(xù)軋機(jī)多是驅(qū)動工作輥,隨著軋制速度的不斷提高,為了省去后面幾個機(jī)座傳動系統(tǒng)的增速裝置,有時由采用電動機(jī)直接驅(qū)動支承輥的方案。此外,當(dāng)工作輥直徑很小時,軋輥輥頭承受不了軋輥輥矩,亦需驅(qū)動支承輥。為了計算傳動支承輥所需的力矩,首先分析工作輥上力的平衡,由于工作輥是不傳動的,因而支承輥反力方向應(yīng)使工作輥上作用力所需的力矩和為零,據(jù)參考文獻(xiàn)【2】即:
(5-1)
式中 ----軋輥軸承處摩擦圓半徑;
----軋制力力臂。
力臂與驅(qū)動方式無關(guān),仍然是當(dāng)時,,
其中
----兩軋輥對軋件的摩擦力;
----工作輥直徑;
-----不考慮張力時軋制力作用點對應(yīng)的軋輥中心角。
工作輥軸承處的作用力可以從工作輥在水平方向力的平衡求得。
當(dāng)時,。
支承輥與工作輥間反力的大小,可以從工作輥在垂直方向力的平衡求得
(5-2)
式中 ----軋輥連心線與反力的夾角,;
----支承輥的直徑;
----軋輥軸承處摩擦圓半徑;
----工作輥與支承輥接觸處偏移一個滾動摩擦力臂的距離,一般情況下,。本設(shè)計中取。
-----前后張力對軋制力方向影響的偏轉(zhuǎn)角。
于是得
當(dāng)時,
由圖(4-1)可求得力臂的大小為
(5-3)
求得角后,則反力對支承輥的力臂為
(5-4)
傳動一個支承輥的力矩為
(5-5)
傳動兩個支承輥的總力矩為
(5-6)
由于工作輥的偏移矩的數(shù)值(一般為5-10)相對于工作輥與支承輥直徑來說很小,在計算傳動力矩時,為了簡化,可以認(rèn)為,即工作輥不偏移,此時計算誤差不超過,所以我們?nèi) ?
又因為
(5-7)
(5-8)
所以
圖5-1帶張力時四輥軋機(jī)軋輥受力情況 圖5-2冷態(tài)下變形阻力曲線
第6章 主電機(jī)功率的計算及選電動機(jī)
6.1軋輥與電機(jī)的速比
電動機(jī)分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩類。交流電動機(jī)主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機(jī)利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。直流電動機(jī)的調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”,是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下,根據(jù)需要,人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下,實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速,而且調(diào)速范圍較寬。起動力矩大。可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此,凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械,都用直流電動機(jī)拖動。所以本設(shè)計選擇直流電動機(jī)。
1、 軋制速度:
第一道次軋制速度;
工作輥轉(zhuǎn)速:;
支承輥轉(zhuǎn)速:;
軋輥與電機(jī)的速比:(此時軋輥轉(zhuǎn)速為1500r/min)。
第二道次軋制速度;
工作輥轉(zhuǎn)速:;
支承輥轉(zhuǎn)速:;
軋輥與電機(jī)的速比:(此時軋輥轉(zhuǎn)速為1500r/min)。
第三道次軋制速度;
工作輥轉(zhuǎn)速:;
支承輥轉(zhuǎn)速:;
軋輥與電機(jī)的速比:(此時軋輥轉(zhuǎn)速為1500r/min)。
第四道次軋制速度;
工作輥轉(zhuǎn)速:;
支承輥轉(zhuǎn)速:;
軋輥與電機(jī)的速比:(此時軋輥轉(zhuǎn)速為1500r/min)。
第五道次軋制速度;
工作輥轉(zhuǎn)速:;
支承輥轉(zhuǎn)速:;
軋輥與電機(jī)的速比:(此時軋輥轉(zhuǎn)速為1500r/min)。
表6-1軋輥與電機(jī)的速比
道次
軋制速度(m/s)
軋輥與電機(jī)的速比
1
1.2
22.7
2
2
13.76
3
3
9.15
4
3.5
7.85
5
4
6.88
2、軋輥與電機(jī)間的效率
電動機(jī)到工作輥之間要經(jīng)過人字齒輪座、減速器、萬向接軸。
齒輪座傳動效率,??;
減速器傳動效率,??;
萬向接軸的傳動效率:,??;
則總傳動效率;
3、電動機(jī)力矩
軋機(jī)主電機(jī)力矩
(6-1)
—電動機(jī)力矩;
—軋制時在軋輥軸承及傳動裝置中所產(chǎn)生的摩擦力矩;
—軋機(jī)空轉(zhuǎn)時在軋輥軸承及傳動裝置中所產(chǎn)生的摩擦力矩;
—動力矩。
若選電機(jī)驅(qū)動,則。
4、主電機(jī)的功率
(6-2)
查參考文獻(xiàn)【4】取主電動機(jī)型號Z2-101(直流),額定功率,最高轉(zhuǎn)速1800r/min,重量970kg。
6.2電動機(jī)的選擇
從上面的計算結(jié)果看,電動機(jī)的功率只在88KW左右,為了使軋機(jī)具有較高的能量儲存,使其在復(fù)雜的工作環(huán)境中工作,所選的電機(jī)功率要比此大的多。
上面所求的功率只是在某一道次的功率,在其他的情況下,軋機(jī)需軋制各種線材、型材,因此,需要改型,需要的功率要大一些。
查參考文獻(xiàn)【4】取主電動機(jī)型號Z2-101(直流),額定功率,最高轉(zhuǎn)速1800r/min,重量970kg。
第7章 軋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
7.1軋輥的設(shè)計
軋輥是軋鋼機(jī)中直接軋制軋件的主要部件。在軋制的過程中,軋輥直接與軋件接觸,強(qiáng)迫軋件發(fā)生塑性變化,與此同時,軋輥承受著巨大的軋制壓力作用,并由于軋輥本身的旋轉(zhuǎn)使其應(yīng)力隨時間作周期性的變化。在熱軋條件下,軋輥既接觸高溫的軋件而受劇熱,同時又被水冷卻而受急冷,冷熱交加。
7.1.1 軋輥的結(jié)構(gòu)及參數(shù)
軋輥由輥身、輥頸和輥頭三部分組成。輥徑安裝在軸承中,并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架。輥頭和連接軸相連傳遞軋制扭矩。
1、輥頭 2、輥頸 3、輥身
圖7-1軋輥示意圖
輥身:輥身是軋輥直接與軋件接觸的部分
輥頸:輥頸是軋輥的支撐部分,軋輥是依靠輥身的兩側(cè)軸徑支撐在軸承上。
輥身與輥頸交界處是應(yīng)力集中的部位,是軋輥強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。在輥頸與輥身必須有適當(dāng)?shù)倪^度的圓角。
軸頭:軋輥兩端的軸頭為軋輥與接軸相連接的部分。本設(shè)計中軸頭采用梅花軸頭的形式。
軋輥的基本尺寸參數(shù)有:軋輥的直徑,輥身的長度,輥頸直徑和輥頸長度以及輥頭尺寸等。其中輥身長度和輥身直徑是表征輥身尺寸的基本參數(shù)。
輥身直徑:輥身直徑為軋鋼機(jī)的一個重要的參數(shù)。
為輥身直徑即為公稱直徑。工作輥;支承輥;
查參考文獻(xiàn)【3】表(3-3)工作輥輥身的長度:;
??;
支承輥輥身的長度:;
輥頸:軸頸尺寸是指軸徑直徑和輥身的長度,它與所用軸承形式及工作載荷有關(guān),查參考文獻(xiàn)【3】表(3-5)可知:
;
工作輥;取。
;
支承輥;取。
查參考文獻(xiàn)【3】表(3-5)可知:
;工作輥;
;支承輥。
軸承處的輥頸向輥身過度處,為了減少應(yīng)力集中,需要做成圓角。
查參考文獻(xiàn)【3】表(3-5)得
;??;
工作輥;取。
支承輥;取。
軋輥頭:梅花軸頭的外徑:
;?。?
查參考文獻(xiàn)【3】表(3-6)得:;;;。
圖7-2軋輥梅花頭尺寸附圖
7.1.2、軋輥材質(zhì)的選擇
軋輥是軋機(jī)的主要部件,軋輥材質(zhì)的選擇與軋機(jī)工作特點及損壞形式有密切的關(guān)系,因此,在選擇軋輥材質(zhì)時,除考慮軋輥的工作要求與特點外,還要考慮軋輥常見的破壞形式和破壞原因。
本設(shè)計中軋輥材質(zhì)選用鑄鋼,輥材料的許用應(yīng)力查得:鑄鋼:強(qiáng)度極限;許用應(yīng)力;
7.1.3、軋輥的校核
在軋制過程中,工作輥承受的彎矩很小,而支承輥幾乎承受全部的彎矩,故在強(qiáng)度計算時,支承輥應(yīng)根據(jù)承受全部軋制力矩來計算輥身和輥頸的彎曲強(qiáng)度,而工作輥輥身和輥頸則不需要計算彎曲強(qiáng)度。由于一般工作輥是驅(qū)動輥,故僅需計算傳動端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
圖7-3軋輥尺寸示意圖
a. 計算支承輥強(qiáng)度
支撐輥輥身中部的彎曲力矩:
支撐輥輥身處彎曲應(yīng)力:
輥身的安全系數(shù):
;
支撐輥輥頸處彎曲力矩:
支撐輥輥頸處彎曲正應(yīng)力
支撐輥輥頸處的安全系數(shù):
從計算結(jié)果看,支撐輥輥身處安全,輥頸處安全系數(shù)偏低。
b. 計算工作輥強(qiáng)度
作用在傳動端工作輥輥頸上的扭矩:
工作輥輥頸處的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力:
軋輥的安全系數(shù)一般取為,則許用應(yīng)力。軋輥材料的許用應(yīng)力查得:鑄鋼:強(qiáng)度極限;許用應(yīng)力;取,則;因為。
故工作輥安全。
輥頭處扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力
軋輥的安全系數(shù)一般取為,則許用應(yīng)力。軋輥材料的許用應(yīng)力查得:鑄鋼:強(qiáng)度極限;許用應(yīng)力;取,則;因為。
故輥頭處安全。
7.2軋輥軸承的選擇與校核
7.2.1 軋輥軸承的類型與特點
軋輥軸承的主要類型是滾動軸承。軋輥上使用的滾動軸承主要是雙列球面滾子軸承,四列圓錐滾子軸承及多列圓柱滾子軸承,滾針軸承僅在個別情況下使用于工作輥。滾動軸承的剛性大、摩擦系數(shù)小,但抗沖擊性能差、外形尺寸較大,多用在多種板帶軋機(jī)和鋼坯連軋機(jī)上。
軋輥軸承是軋鋼機(jī)工作機(jī)座中的重要部件,由于各類軋機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作條件差別很大,因而必須采用不同類型的軸承。和一般用途的軸承相比,軋輥軸承有以下的特點:1)工作負(fù)荷大,通常軋輥軸承的單位壓力比一般用途的軸承高2~4倍;
2)運轉(zhuǎn)速度差別大,對于速度不同的軋機(jī)應(yīng)使用不同形式的軸承;
3)工作環(huán)境惡劣。
7.2.2 軋輥軸承的選擇
(1)支承輥軸承選用四列圓柱滾子軸承,軸承代號:。
主要參數(shù):,,,
基本額定載荷:,。
圖7-4四列圓柱滾子軸承示意圖
(2)工作輥軸承選用雙列圓錐滾子軸承,軸承代號:351314E
主要參數(shù):,,
基本額定載荷,。
圖7-5雙列圓錐滾子軸承示意圖
7.2.3、軋輥軸承的校核
1) 支承輥軸承強(qiáng)度校核
支承輥軸承承受很大的軋制力,以承受軸向載荷為主。
(1)靜強(qiáng)度校核
當(dāng)量靜負(fù)荷:
安全系數(shù):
故支承輥軸承強(qiáng)度足夠。
(2)疲勞壽命校核
軸承承受徑向力:
軸承額定壽命: (7-1)
式中 ——以小時計的軸承額定壽命,;
——軸承的轉(zhuǎn)速,,
最大軋輥轉(zhuǎn)速;
——額定動載荷,,;
——壽命指數(shù),對于滾子軸承;
——當(dāng)量動載荷,。
當(dāng)量總載荷 (7-2)
式中 ——徑向系數(shù),;
——軸向系數(shù),;
、——軸承徑向、軸向負(fù)荷,。對于板帶軋機(jī):
故,,。
——負(fù)荷系數(shù),由于工作中的振動、沖擊和軸承負(fù)荷不均等許多因素的影響,軸承實際負(fù)荷比計算負(fù)荷大,根據(jù)工作情況以負(fù)荷系數(shù)表示,板材軋機(jī) ,取。
——溫度系數(shù),軋輥軸承一般只能在溫度以下工作,故取=1。
故。
2) 工作輥軸承壽命校核
工作輥的兩端各有兩個軸承。此軸承基本不受軸向力,只受徑向力和摩擦阻力。
故;
最大軋輥轉(zhuǎn)速;
;
故兩軋輥的軸承均符合要求。
7.2.4、軋輥軸承座的設(shè)計
軋輥軸承座主要是用于限制軸承徑向和軸向的自由度,起到軸承定位的作用,為便于軸承的安裝與維護(hù),故設(shè)計此軸承座時采用開式結(jié)構(gòu),分上下部分,其對稱配置,采用螺栓連接,外用法蘭端蓋限制滾動軸承的軸向移動。查參考文獻(xiàn)【6】本設(shè)計中支承輥軸承座選用型,工作輥軸承選用型。
表7-1軸承座參數(shù)表
參數(shù)
d
d1
d2
D
b
B
B1
B2
H
R
200
228
180
360
108
300
270
170
455
210
70
80
140
43
125
90
170
200
95
圖7-6 軸承座示意圖
7.3軋輥的調(diào)整和平衡裝置
本設(shè)計中軋輥的調(diào)整和平衡裝置分別采用電動壓下和液壓平衡裝置。
電動壓下裝置是調(diào)整上軋輥位置的傳動機(jī)構(gòu),以保證按給定的壓下量軋制出所要求的斷面尺寸。該裝置是由電動機(jī)帶動兩級蝸輪機(jī)構(gòu),傳給壓下螺桿移動軋輥向上或向下運動所達(dá)到的。其中低速級傳動蝸桿為球面蝸桿,這種蝸桿承載能力大,體積小,傳動效率高。電動壓下裝置由兩套獨立傳動機(jī)構(gòu)組成,這可保證在調(diào)整軋機(jī)時,兩個上軋輥的軸承座可以單獨運動,該裝置在控制電路的配合下,可單獨點動,亦可左右連動。并配有數(shù)字顯示裝置,分別顯示左右壓下螺桿的壓下量。
為了避免軋件進(jìn)出軋輥時產(chǎn)生沖擊,因此在機(jī)架窗口板上裝有液壓平衡裝置,借此來消除軋機(jī)空載時上支撐輥軸承座與壓下螺桿間的間隙以及壓下螺桿螺紋間的間隙,液壓平衡裝置由四個液壓油缸通過活塞桿對上軋輥軸承座進(jìn)行平衡,油缸壓力最大為130kg/cm2。平衡力大小可自動調(diào)節(jié)。
7.4聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是用來連接兩軸或其他旋轉(zhuǎn)件,是其一同轉(zhuǎn)動并傳動轉(zhuǎn)矩的通用機(jī)械部件。用聯(lián)軸器連接的軸,在機(jī)器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離,只有停車后經(jīng)過拆卸才能分離,某些聯(lián)軸器還具有保護(hù)和自我控制的作用。
根據(jù)載荷大小機(jī)特性、工作轉(zhuǎn)速、補(bǔ)償性能、工作環(huán)境等因素,選則型號為,選則型號為的鼓形齒聯(lián)軸器(JB/T8854.2-2001)。
其公稱轉(zhuǎn)矩,許用轉(zhuǎn)速,而軋輥軸上的轉(zhuǎn)矩,電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速,所以選擇的聯(lián)軸器符合條件。
7.5機(jī)架的設(shè)計
7.5.1、機(jī)架的類型
軋鋼機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件,軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受全部軋制力,必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。
根據(jù)軋鋼機(jī)架結(jié)構(gòu)不同,軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開式兩種。
(1)閉式機(jī)架
如圖7-5所示,閉式機(jī)架是一個將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式整體框架,具較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度,但換輥不便。它常用在受力大或要求軋件精度高而不經(jīng)常換輥的軋鋼,如軋制力較大的軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等。對于板帶軋機(jī)來說,為提高軋制精度,需要有較高的機(jī)架剛度。采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座,在換輥時,軋輥是沿其軸線方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入,這種軋機(jī)一般都設(shè)有專用的換輥裝置。
圖7-7閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及簡圖
(2)開口式機(jī)架
開式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成,如圖7-6,它主要用在橫列式型鋼軋機(jī)上,其主要優(yōu)點是換輥方便。因為,在橫列式型鋼軋機(jī)上如果采用閉式機(jī)架,由于受到相鄰機(jī)座和連接軸的妨礙,沿軋輥軸線方向換輥是很困難得。采用開式機(jī)架,只要拆下上蓋,就可以很方便地將軋輥從上面吊出或裝入。開式機(jī)架主要缺點是剛度較差。
圖7-8開口式機(jī)架結(jié)構(gòu)及簡圖
因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜,一般給予很大的安全系數(shù),并作為永久使用的不更換零件來設(shè)計。本次設(shè)計中選用閉式機(jī)架。
7.5.2、機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、窗口高度和立柱端面尺寸。
(1)機(jī)架窗口高度
機(jī)架窗口高度與軋輥數(shù)目、輥身直徑、輥頸直徑,軸承、軸承座徑向厚度,以及上輥的調(diào)整距離等因素有關(guān)。主要根據(jù)軋輥最大開口度、壓下螺絲最小伸出端,以及換輥等要求確定。
對于四輥軋機(jī)可?。?
;
式中:、——工作輥、支承輥直徑,;取。
(2)機(jī)架窗口寬度B
在閉式機(jī)架中,機(jī)架窗口應(yīng)稍大于軋輥最大直徑,以便于換輥。四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的倍。
為換輥方便,換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動側(cè)窗口寬,亦可表示為
式中:B——機(jī)架窗口寬度;
——支承輥直徑,mm;
——支承輥軸承座寬度,mm,?。?
——窗口滑板厚度,mm,一般s=20~40mm,取s=25;
(3)機(jī)架端面尺寸
機(jī)架立柱的端面尺寸是根據(jù)軋鋼機(jī)類型、強(qiáng)度條件、機(jī)架受力特點等確定的。
四輥軋機(jī)機(jī)架立柱端面積與軋輥頸平方的比值:。
則四輥軋機(jī)機(jī)架端面面積
對于四輥軋機(jī),可選慣性矩較小的近似正方形斷面。實際上,一般都是選擇斷面尺寸小的矩形斷面,這對于減輕機(jī)架的重量是有利的。
所以根據(jù)經(jīng)驗值取端面尺寸為280mm220mm。
機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-7所示:
圖7-9機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖
(4)機(jī)架的材料和許用應(yīng)力[12]
軋鋼機(jī)機(jī)架一般采用含碳量為0.25%~0.35%的ZG270~500,其強(qiáng)度極限,延伸率。ZG270~500是大型鑄鋼件生產(chǎn)中最常用的碳素鑄鋼,具有較好的鑄造性和焊接性,但易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力引起熱裂,廣泛應(yīng)用于軋鋼、鍛壓、礦山等設(shè)備,如軋鋼機(jī)機(jī)架、輥道架、連軋機(jī)軌座、坯扎機(jī)立輥機(jī)架等。
由于機(jī)架是軋機(jī)中最貴重和最重要的零件,必須具有較大的強(qiáng)度儲備。一般機(jī)架的安全系數(shù)為;對于ZG270—500來說,許用應(yīng)力采用以下數(shù)值:
對于橫梁 ;
對于立柱 ;
為了防止機(jī)架在過載時破壞,在軋輥斷裂時機(jī)架要不產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)這一要求,機(jī)架的安全系數(shù)為
(7-3)
式中:——機(jī)架的安全系數(shù);
——軋輥的安全系數(shù);
——機(jī)架材料的強(qiáng)度極限;
——機(jī)架材料的屈服極限。
在一般情況下,材料的強(qiáng)度極限與屈服極限的比值近似為2,為了安全起見,可將機(jī)架安全系數(shù)取為:
(7-4)
當(dāng)軋輥安全系數(shù)取為5時,機(jī)架的安全系數(shù)為10~12.5。
7.5.3、機(jī)架強(qiáng)度的校核
1、閉式機(jī)架的強(qiáng)度計算
用材料力學(xué)方法計算時,為了簡化計算,一般做以下假設(shè):
1) 每片機(jī)架只在上下橫梁的中間端面處受有垂直力,而且這兩個力大小相等、方向相反,作用在同一直線上,即機(jī)架的外負(fù)荷是對稱的。此時,機(jī)架沒有傾翻力矩,機(jī)架底腳不受力。
2)機(jī)架結(jié)構(gòu)對窗口的垂直中心線是對稱的,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(轉(zhuǎn)角處)是剛性的(一般機(jī)架轉(zhuǎn)角處的剛性都是比較大的),即機(jī)架變形后,機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。
將機(jī)架及其受力狀態(tài)進(jìn)行簡化并畫彎矩圖,如圖7-10,7-11所示;
(a)對稱力系(b)不對稱力系(c)對稱受力機(jī)架內(nèi)力(d)不對稱受力機(jī)架內(nèi)力
圖7-10機(jī)架的受力狀態(tài)
圖7-10機(jī)架受力彎矩圖
靜不定力矩: (7-5)
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)架上橫梁的斷面慣性矩;
——機(jī)架立柱的斷面慣性矩;
——機(jī)架下橫梁的斷面慣性矩。
假設(shè)上下衡量慣性矩相同,即時,則力矩為:
(7-6)
其中:(矩形截面:)
則
立柱上的彎矩:
由上可知,減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分地減少立柱中的彎矩,這對于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。
危險截面應(yīng)力:;
上下橫梁最大彎曲應(yīng)力:
立柱的拉彎應(yīng)力:
對于機(jī)架,安全系數(shù)一般不小于10。
而對于ZG270~500,橫梁的許用應(yīng)力,立柱的許用應(yīng)力。,故機(jī)架強(qiáng)度足夠。
5、機(jī)架變形計算
機(jī)架在垂直方向的變形是由橫梁變形和立柱拉伸變形兩部分組成的,由于橫梁的端面尺寸較橫梁的長度來說是較大的,所以橫梁變形又包括由彎曲力矩所引起的變形和由切力引起的變形兩項。
圖7-10機(jī)架橫梁的等效懸臂梁
機(jī)架的彈性變形是由橫梁的彎曲和立柱的拉伸變形組成的。在計算橫梁的彎曲變形時,應(yīng)考慮橫向切力的影響,即
(7-7)
式中:——機(jī)架的彈性變形;
——由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形;
——由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形;
——由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形。
圖7-11是閉式機(jī)架的橫梁受力圖
圖7-11閉式機(jī)架的橫梁受力
根據(jù)卡氏定理,由彎矩產(chǎn)生的兩個橫梁的彎曲變形為:
(7-8)
式中:E——機(jī)架材料的彈性模數(shù),;
——橫梁的慣性矩;
——橫梁中性軸的長度;
——橫梁上的作用力,對于軋鋼機(jī),一般為軋制力的一半,即;
——機(jī)架立柱中的力矩。
所以:
(7-9)
式中:——機(jī)架材料的剪切彈性模數(shù),?。?
——橫梁的端面面積;
——橫梁的端面形狀系數(shù),對于矩形端面,系數(shù)。
所以
(7-10)
式中,——立柱中性軸的長度;
——立柱的端面面積。
所以:
機(jī)架的彈性變形
而對于鋼板軋機(jī),機(jī)架的允許變形為0.4~0.5mm(冷軋機(jī)),故機(jī)架剛度滿足要求。
結(jié)論
畢業(yè)論文是??茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會,通過這次比較完整的軋機(jī)設(shè)計,我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài),和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識,解決實際問題的能力,同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平,而且通過對整體的掌控,對局部的取舍,以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。我設(shè)計的題目是350四輥可逆式冷軋板帶軋機(jī)主工作機(jī)座的結(jié)構(gòu)。
從不知道畢業(yè)論文怎么寫,到順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計,這給了我很大的信心,讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心,比如我的設(shè)計在軋機(jī)軸承選擇就有很大的不足,只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題,不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行,今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn),并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識,更好的為祖國的四化服務(wù)。
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致謝
將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完,在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙,都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—劉忠偉老師,他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助,不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外,在校圖書館查找資料的時候,圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝!
感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn),如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā),我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友,在我寫論文的過程中給予我了很多素材,還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。
學(xué)生簽名:陳增旋
日 期:2013.5.16
畢業(yè)設(shè)計(論文)指導(dǎo)教師評閱表
學(xué)院(部):機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
陳增旋
學(xué) 號
10305910227
班 級
機(jī)制1002
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計與制造
指導(dǎo)教師
姓 名
劉忠偉
課題名稱
350四輥冷軋板帶軋機(jī)設(shè)計(φ100/φ350)
評語:(包括以下方面,①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況;②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計算機(jī)應(yīng)用能力;③學(xué)術(shù)水平或設(shè)計水平、綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力;)
是否同意參加答辯:
是□ 否□
指導(dǎo)教師評定成績
分值:
指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)評閱教師評閱表
學(xué)院(部):機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
陳增旋
學(xué) 號
10305910227
班 級
機(jī)制1002
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計與制造
課題名稱
350四輥冷軋板帶軋機(jī)設(shè)計(φ100/φ350)
評語:(對論文學(xué)術(shù)評語,包括選題意義;文獻(xiàn)利用能力;所用資料可靠性;創(chuàng)新成果及寫作規(guī)范化和邏輯性)
針對課題內(nèi)容給設(shè)計者(作者)提出3個問題,作為答辯時參考。
1.
2.
3
評 分:
是否同意參加答辯
是□ 否□
評閱人簽名: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯及最終成績評定表
學(xué)院(部)(公章):機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
陳增旋
學(xué)號
10305910227
班 級
機(jī)制1002
答辯
日期
2013.06.04
課題名稱
350四輥冷軋板帶軋機(jī)設(shè)計(φ100/φ350)
指導(dǎo)
教師
劉忠偉
成 績 評 定
分值
評 定
教師
1
教師
2
教師
3
教師
4
教師
5
小計
課題介紹
思路清晰,語言表達(dá)準(zhǔn)確,概念清楚,論點正確,實驗方法科學(xué),分析歸納合理,結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn),設(shè)計(論文)有應(yīng)用價值。
30
答辯
表現(xiàn)
思維敏捷,回答問題有理論根據(jù),基本概念清楚,主要問題回答準(zhǔn)確、深入,知識面寬。
70
合 計
100
答 辯 評 分
分值:
答辯小組長簽名:
答辯成績a:
× %=
指導(dǎo)教師評分
分值:
指導(dǎo)教師評定成績b:
× %=
評閱教師評分
分值:
評閱教師評定成績c:
× %=
最終評定成績:
分?jǐn)?shù): 等級:
答辯委員會主任簽名:
年 月 日
說明:最終評定成績=a+b+c,三個成績的百分比由各學(xué)院(部)自己確定。
47