机械毕业设计（论文）线材420中轧机设计（全套图纸）.doc

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1、线材420中轧机设计摘 要 线材的用途很广，在国民经济中有着大量的应用。中轧线材轧机是将粗轧钢坯进一步轧制，为精轧线材轧机轧制各种规格的成品线材提供原料。中轧线材轧机在线材生产中起着非常重要的作用，为精轧线材轧机的进一步轧制创造条件。 本设计按照给定的的压下规程和轧制速度计算轧制力和轧制力矩，选择主电机容量。对主要零件进行了强度计算，并对该轧机的经济效益进行了评价。 该轧机采用了二辊轧制。轴承采用焦木瓦材料，传动采用了齿形连接轴。 通过本次设计各方面的分析和计算，我们对设备的性能和存在的问题有了更深的了解，并使设备在理论上得到了进一步的改进。关键词：线材；线材轧机； 轧制； 轧辊全套图纸，加1

2、53893706The Design of 420 Middle Rolling Wire Stock MillAbstract The use of wire stock is very wide in country economy .middle rolling wire stock mill is make rough rolling billet steel more roll ,providing with raw material for fine rolling to gain various standard finish product wire stock.Middle

3、rolling wire stock roll play a great role in production of wire stock ,and favorable condition for further roll of fine rolling wire stock mill. This paper computes draught pressure and roll torque and chooses main electric engine volume in term of the given press rules and roll velocity.it also com

4、putes the strength of main parts and evaluates the economy benefit of roll.It adopts the two-high rolling mill.bearing the burnt wood material,with the tooth profile connection shaft transmission.through the analysis of all aspects of the design and calculation ,we on the performance of the equipmen

5、t and the existing problems have deeper understanding ,and make the equipment in theory has been further improved.Key word:wire；Wire rod Rolling; Rolling ;Mill; Roll目 录1绪论11.1 选题背景和目的11.2 国内外线材发展历史及现状21.2.1 国外线材发展历史及现状21.2.2 国内线材发展历史及现状31.3 中轧线材的研究方法和内容31.3.1 线材生产的平面布置及中轧机作用31.3.2 线材车间生产工艺流程41.3.3 中

6、轧线材的研究方法和内容42方案的选择与评价62.1 方案的选择62.2 方案的评述63电机的选择73.1 轧制力的计算73.1.1 轧辊主要尺寸的确定73.1.2 轧制规程83.1.3 孔型图83.1.4 平均单位压力的计算83.1.5 轧制力的计算113.2 轧机主电动机力矩与电动机功率123.2.1 轧机主电动机力矩123.2.2 轧辊的驱动力矩123.2.3 初选电机 133.2.4 附加摩擦力矩143.3 减速器154主要零件的计算164.1 轧辊校核164.1.1 辊身弯曲校核174.1.2 辊颈强度校核184.1.3 轴头强度校核184.2 轴承的寿命选择195压下装置的设计215

7、.1 电机的选择215.1.1 压下螺丝主要尺寸的确定215.1.2 压下螺丝的传动力矩215.1.3 压下电机功率235.2 联轴器的选择与计算235.3 齿式联轴器的选择与计算245.4 减速器齿轮的计算245.4.1 蜗轮蜗杆的设计256中轧机的润滑方式296.1 轧机轧辊的润滑296.2 轧辊轴承的润滑296.3 轧机主轴连接的润滑307试车方法和对系统控制的要求317.1 试车要求317.2 对控制系统的要求318设备的环保、可靠性和经济评价328.1 设备的环保328.2 机械设备的可靠性328.2.1机械设备的平均寿命338.3 机械设备的经济评价34总 结36致 谢37参考文献

8、381. 绪论1.1 选题背景及目的 线材的用途很广，除直接用做建筑钢筋外，还可以加工成各类专用钢丝，如弹簧用钢丝、焊丝、镀锌丝、轮胎丝等，也可以加工成其他金属品：如铆钉、螺钉、铁钉等。线材的特点是细而长，一般是直径为522mm的热轧圆钢或相当此断面的异型钢，目前线材的直径规格已扩大至36mm，甚至可达60mm。但常见的线材产品的规格为513mm。由于线材是以盘卷形式交货，故又称盘条。在生产过程中，将120120mm断面轧成3333mm的断面称为粗轧，将3333mm断面轧成1717mm称为中轧，而将断面变小到10mm以下的称为精轧。 轧制过程中，轧件散热快，温变快，特别是头尾变黑，使得轧制困难

9、。因此控制轧制过程中的温度是最重要的。随着盘重的增加，轧件长度的加大，表面散热加大，由于轧制时间长，造成轧制沿长产生不同温度，造成轧件尺寸波动大，影响轧件的机械性能。沿长度波动很大，这就给调整工作造成很大困难。更容易出现耳子。在轧制过程盘重大的轧件轧制道次多，温降也大，温度变化是线材轧机非常重要的因素。一般为提高生产率，提高产品质量，都采用钢坯一次轧制，一次加热成材。在断面小、道次多的情况下只有采用高速轧制才可以解决温降问题。 线材轧机轧制道次多，轧制的布置就多。为保证温度，只有采用高的线速度轧制才能解决温降问题。由于高速轧制的发展。轧机在轧制过程中易产生冲击，给线材生产又带来安全问题，所以要

10、孔型和前后导卫配置合理采用耐磨材料防止快速磨损。线材生产由横列式向连续式发展。而且采用自动化、高速化。由于轧制速度快，轧后冷却需要配合发展不同的工艺的冷却方法，使线材质量有了很大的提高。随着原料、加热、轧制和精整工序新技术的采用，使线材满足国民经济快速发展的需求。 为了提高生产率，采用钢坯一火成材，即加热一次轧制成线材产品。线材轧机合为粗轧、中轧、和精轧三个机组。为了保证线材的性能和表面质量以及内部晶粒组织，要求轧制进行改造更新，采用新技术改变轧制工艺。近年来采用的高速轧制，出现了无扭轧制的新型轧机。1.2 国内外线材发展历史及现状1.2.1国外线材发展历史及现状 据记载，世界上第一台线材轧机

11、在16世纪已经问世当时是用锻坯轧制线材而比较正规的线材轧机在18世纪中期才出现，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制，其轧速度超过8m/s，同时受头尾温差大的影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等致命缺点，限制了横列式轧机的发展。 保证产品质量并提高产量，同时也为了降低生产成本，必须提高轧制速度，所以20世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组组成，粗轧及中轧采用连轧，精轧机组仍采用横列式轧机，即活套轧制；复二重轧机是半连续式轧机的一个特例，中轧及桔轧机列在两个正围盘之间采用连轧，实现了机 1械化操作，轧制速度提高到16m/s，生产能力有很大提高，盘

12、重增加到200kg左右，尺寸精度较横列式为好，但品种及质量未有根本好转。 20世纪60年代是线材生产技术发展的兴盛与创新时期，在轧制速度不断提高的同时也解决丁大盘重线材的控制冷却问题，因此从根本上解决了盘重增大后，内层的线村长时间在高温下停留生成粗大的晶粒，使内外线材的力学性能差别很大，表面氧化铁皮厚等问题。 为了进一步解决产品品种及质量问题，英国在1862年建成了第一台连续式轧机。该轧机机座采用串列式布置形式，轧件同时在几个机架中轧制，各道次的金属秒流量相等。可单机驱动，有较高的调整精度，实现微张力或无张力轧制：由于没有穿唆轧制，没有大活套，所以头尾温差小，产品性能得到改善。到20世纪50年

13、代，随着机械制造、电气传动及控制水平的提高，线材轧制速度达36m/s，尺寸公差(0.30.4)mm，盘重为500kg左右，一套轧机年广量在3050万吨。当时典型的连续式线材轧机是两线8架集体传动的美国摩根型轧。 目前世界上应用最广泛的摩根型高速无扭轧机是美国摩根公司1962年开始研制的，1966年首先应用于加拿大钢铁公司哈密尔顿厂。第一套摩根型高速线材轧机于1966年9月正式投产，轧制速度4350m/s，同时摩根公司和加拿大斯太尔摩公司联合，开发了线材轧后控制冷却系统，称之为斯太尔摩线。 高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性，继美国之后，其他一些国家和公司也纷纷创新高速线材轧机，出现了各种机

14、型。目前基本上有四种1)测交45的美国摩根型；2)1575的德国德马克型；3)顶交45的英国阿希洛型；4) 09平立布置的意大利达涅利肋型。其中摩根机型应用最广泛。各种机型各有优点，但基本工艺特点差异不大。1.2.2 国内线材发展历史及现状纵观我国线材发展的历史，可以说有了突飞猛进的发展特别是近几十年来，我国线材行业持续高速发展，以每年净增产200多万吨高速度增长，其产量从1987年的693万吨，增加到1999年的2608万吨。增长2.8倍；同期高速线材产量从32万吨增加到1218万吨，增长37倍；线材自给率达到99%以上；在品种质量方面也有很大提高，目前完全可以按国际先进技术指标进行生产。多

15、数线品种与质量能够满足线材制品企业使用要求。所有这些都说明：我国已经成为世界最大的线材生产国，为世界同行所瞩目。但是也应看到，我国虽然是世界线材生产大国，但还不能说是线材生产强国；因为我国还有部分线材品种仍然依靠进口维持生产。如钢帘线、高应力弹簧钢、不锈钢、冷墩钢等线材。在重要用途线材实物质量方面，与世界先进工业国家仍有较大差距 目前我国拥有线材轧机近110套，其中复二重轧约占半，横列式线材轧机有近30套(将逐步被淘汰)；其余40多套多为高速线材轧机，其中从国外引进的高水平线材轧机有20多台国产高速线材轧机有近20套。1999年，全国生产线材2608万吨，其中高线产量1218万吨，高线比已经达

16、到46.7%；优质硬线比约10%，但精练比不到30%。从品种与质量来看，我国对国际标准ISO、欧洲标D2TN、日本标准J15中所列线材钢种、规格等基本可以全部生产，而且能达到相应的标准要求。国产线材除个别品种外(如钢帘线、气门弹簧、超低碳不锈钢用线材等)，基本都能满足用户要求，供需基本平衡，自给率达93%。1.3中轧线材的研究方法和内容1.3.1 线材生产的平面布置及中轧机作用线材厂平面布置如下图所示：1.开坯线材轧机 2.粗轧线材机组 3.切头事故剪 4.中轧线材机组 5.精轧线材机 6.精轧线材机 图1.1 线材厂平面布置 中轧机作用是将粗扎机组的坯料经过中轧进一步轧制,为精轧机组进一步轧

17、制成品提供原料。1.3.2 线材车间生产工艺流程 原料步进式加热炉粗轧切头中轧精轧穿水冷却卷取空冷检验打包入库1.3.3 中轧线材的研究方法和内容 1、下厂实习了解中轧生产工艺、轧制规程、轧机生产中存在的问题、收集有关技术性能系数和结构特点，为定制合理的方案收集资料。 2、通过认真研究选择中轧机设计方案，提出改进措施，对设计方案进行评述。 3、对主要零件进行强度计算。 4、画出方案总图，部分部件图和零件图。 5、对自动控制提出要求，选择润滑方法和润滑脂。 6、提出设备的安装方案和维修规程。 7、对设计进行分析和评价。2 方案的选择与评价2.1方案的选择方案选择二辊中轧线材轧机。它可以满足生产品

18、种和规格的要求。提供的原料发挥成品车间的生产能力，保证坯料的内部组织和表面质量。从而保证成品车间成材率和生产率的不断上升。主传动图如图所示:1. 电动机 2. 齿形联轴器 3. 减速机 4. 连接轴 5. 齿轮箱 6. 二辊轧机 图2.1 主传动图2.2方案的评述 主电机选择异步电机，通过齿形联轴器连接减速器。齿形联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒和两个带有外齿的内套筒组成。两个套筒内分别用键与两轴连接，两个外套筒用螺栓连成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。这类联轴器能传递很大的转矩，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高，在重型机械中广泛应用。 轧辊轴承是轧钢机工作机座中的重要部件，由于各类

19、轧机的结构及工作条件差别很大，因而必须采用不同类型的轴承。和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有以下特点：1)工作负荷大；2）运转速度差别大；3）工作环境恶劣。420中轧线材轧机采用采用焦本瓦轴承，造价低，摩擦系数较小，有足够的强度和刚度，压下采用电动压下。3电机的选择3.1轧制力的计算3.1.1 轧辊主要尺寸的确定轧辊的主要的尺寸是:轧辊的名义直径D,辊身直径L,辊径直径d,辊颈直径l。下面根据以给定的参数D=420mm确定其他主要尺寸。 根据参考文献1,79知： L/D=（1.52.5） （3.1）式中 L-轧辊辊身长度，mm； D-轧辊直径，mm； 即L=（1.52.5）D=（1.52.5）4

20、20=6301050mm 根据参考文献1,81知： d/D=（0.530.55） (3.2)式中 d-辊颈直径，mm； D-轧辊直径，mm; 因此，d=（0.530.55）D=（0.530.55）420=222.6231.1mm 根据参考文献1,81知 l/d=1+（2030）mm (3.3）式中 l-辊颈长度，mm； d-辊颈直径，mm; 即l=d+（2030mm）=（222.6231.1）+（2030）=242.6261mm因此选取L= 1000 mm ，d=230mm, l= 250 mm这样就可以完全满足要求了。3.1.2 轧制规程1. 压下统计表 表3.1 420中轧机压下统计表 单

21、位：mm 道次轧前高度轧前宽度轧后高度轧后宽度平均压下量15020302818.8注：3.1.3 孔型图图3.1 孔型图3.1.4 平均单位压力的计算 根据参考文献1,53可知，采用艾克隆德可计算线材轧机的平均单位轧制力，即： （3.4）式中 m-考虑外摩擦对单位压力的影响系数； k-轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； -轧件粘性系数，kgs/mm -变形速度，s。 艾克隆德根据其研究，提出了k、的计算公式。 他给出了下列计算系数m （3.5）式中 -摩擦系数 -轧制前后轧件的高度，mm； R-轧辊半径，mm。 其中=0.8（1.05-0.0005t）=0.396 （3.6） = =0.21

22、3 利用L、甫培热轧方坯的实验数据，得到k（MPa）的计算公式 （3.7）式中 t-轧制温度，； -碳的质量分数，%； -锰的质量分数，%; -铬的质量分数，%； 所以，在t=1100, 由文献2,18-35查出：=0.2%，=0.5%，=0. =（14-0.011100）1.4+0.2+0.5+09.8 =59.682MPa轧件粘度系数按下式计算 （3.8）式中：c-考虑轧制速度对的影响系数，其值如下： 表3.2 轧制速度对的影响轧制速度v/（ms-）661010151520系数c1.00.800.650.60 所以艾克隆德用下式计算变形速度 （3.9）式中 v-轧制速度，mm/s； -轧制

23、前、后轧件的高度，mm； R-轧辊半径，mm。 =50-30 =20mm 所以=30.86（1/s）所以平均轧制力 =（1+0.213）（59.682+0.0290.396）=72.408KN3.1.5 轧制力的计算 根据参考文献1，56 扎件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积， 即 （3.10）式中 P-扎件对轧辊的总压力，N； -轧制平均单位压力，N； F-轧件和轧辊接触面积，mm 接触面积F的一般形式为 （3.11）式中 -轧制前、后轧件的宽度； L-接触弧长度的水平投影。 因为扎制时是由椭圆变成圆形的，所以平均压下量 （3.12） =0.8550-0.793

24、0 =18.8mm 根据参考文献1,56知 =62.83mm （3.13） 所以 =1507.92mm 所以本次的总轧制力 =72.4081507.92=109185.47N=109.19KN3.2轧机主电动机力矩与电动机功率3.2.1轧机主电动机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成，即 （3.14）式中 -主电动机力矩； -轧辊上的轧制力矩； -附加摩擦力矩； -空转力矩； -动力矩； i-电动机和轧辊之间的传动比3.2.2 轧辊的驱动力矩 （3.15） （3.16）式中 P-轧制力； a-轧制力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离； -轧辊轴承处摩擦圆半径； D-轧辊直径； d-轧

25、辊轴颈直径； -合力作用点的角度； -轧辊轴承摩擦系数：对于胶木瓦轴承取=0.02.两个轧辊总驱动力矩为 （3.17） 由参考文献1,65知的计算方法 热轧时 （3.18）式中 -咬入角，其计算公式为 （3.19） 代入数据 =17.75 =0.5=0.517.75=8.876 所以 =109.19（420sin8.876+0.396230) =17024.207Nm3.2.3初选电机 因为v=4m/s所以 r/min （3.20）式中 v-轧制速度，m/s D-工作辊直径，mm。 根据过载条件确定电机功率，由参考文献1，73 （3.21）式中 ND-电机功率，KW； Me-额定静力矩，KNm

26、； Mmax-最大力矩； ne-电机转速，r/min； K-电动机过载系数，不可逆运转电机K=1.52.0。取K=1.8所以 根据计算数据等，选择电机为三相异步电动机 型号为：Y355M2-4型。电机参数如下： 额定功率： 额定转速： （3.22） 电动机与轧辊之间的传动比i： （3.23）3.2.4 附加摩擦力矩 附加摩擦力矩包括两部分，一是轧辊总压力在轧辊轴承处产生的附加摩擦力矩，二是各传动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩。 （3.24式中 -主电机到轧辊间的传动效率，单级齿轮传动=0.960.98，这里取0.97。 = 主电机轴上的总的附加摩擦力矩为： （3.25） 空转力矩是由各传动

27、件的重量产生的摩擦力矩及其他阻力矩， （3.26） 因为轧件长度很长，所以动力矩很小，因此动力矩忽略不计。 因此主电机力矩： （3.27） = = 3.3减速器 最常见的减速器是二级或三级圆柱减速器，由于减速器不用设计，可以直接采用成品装配，所以减速器选用ZLY-224-10型。公称传动比i输入转速r/min输出转速r/min低速级中心距mm公称输入功率Kw81500185224 2504 主要零件的计算4.1轧辊校核 按标定的最大轧制力和轧制力矩来校核轧辊的速度。 最大的轧制力为P=109.19KN。图4.1 轧辊受力简图将轧辊简化成两端支撑的简支梁，所以， P=109.19KN 根据图4.

28、1得到： (4.1) = (4.2)式中 、-压下螺丝对轧辊的力，KN; 、-危险断面到压下螺丝的距离，mm，=625 mm，=625 mm。 由公式 (4.1)与 (4.2)得出 = 54.595KN =54.595KN对轧辊校核时，对辊身进行弯曲校核，对辊颈进行弯扭合成校核，对轴头进行扭转校核。4.1.1 辊身弯曲校核 根据参考文献4,128计算危险断面处的应力： （4.3）式中 -辊身危险断面处的弯矩，Nm； D-轧辊断面处的直径，mm。 根据参考文献4,128 Nm （4.4）式中 - 辊身危险断面处的弯矩，Nm； a-压下螺丝的中心距，mm； x-为线断面到压下螺丝的距离，mm。 因

29、此，公式（4.3） = （4.5） 因为轧辊是铸铁轧辊，根据文献参考1,87得 =350400MPa。考虑到疲劳因素的影响，因此轧辊的安全系数一般取5，则： 因为，所以辊身强度合格。4.1.2 辊颈强度校核根据参考文献1,87辊颈危险断面上的弯曲应力为： = （4.6）式中 C-压下螺丝中心线到辊身边缘的距离，近似取为辊颈长度的一半，mm； d-辊颈直径，mm。 根据参考文献1,87辊颈危险断面上的扭转应力为 （4.7）式中 -轴颈危险断面的扭矩，Nm； d-辊颈直径，mm。 辊颈强度按照弯扭合成计算。对于球墨铸铁轧辊，按莫尔理论计算，根据参考文献1,87得： （4.8） = =7.448MP

30、a 因为，所以辊颈强度合格。4.1.3 轴头强度校核 对于轴头只校核扭转应力，因此： （4.9） 根据参考文献2,18-25： =0.7= （4.10）因为，所以轴头强度合格。4.2 轴承的寿命选择 轧辊轴承是轧钢工作机座中的重要部件。轧辊轴承的作用是用来支撑转动的轧辊，并保持轧辊在机架中的位置。 轧辊轴承的工作特点：工作负荷大；转动速度差别大；工作环境恶劣。 轧辊轴承应具有较小的摩擦系数，足够的强度和刚度，并且方便更换轧辊。轴承所承受力的大小，方向和性质是选择轴承类型的主要依据。根据载荷大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要是线接触，宜用与承受较大的载荷，承载后的变形也小；而球轴承则主要是线接触

31、，适宜用于承受较轻的或中等的载荷。考虑到粗轧机的工作特点，选择滚子轴承。根据参考文献6,320得到： （4.11）式中 -以小时表示的轴承基本额定寿命，h； n-轴承的转速，r/min，n=185r/min； -温度系数，取0.9； -额定动载荷，N； -寿命指数，因为是滚子轴承，所以=10/3； P-动载荷，N。 因为轧机采用四列圆柱滚子轴承，所以，取轴向载荷为零，当量动载荷P为： （4.12） 式中 -载荷系数，由于轧机在工作中受到许多因素的影响，轴承实际载荷要比计算载荷大，所以，取=2.5； -轴承径向负荷，=54595N。 =2.554595=136487.5N将数据代入 （4.11）

32、得 = 轴承寿命按=40000h计算，因为，所以，轴承满足寿命要求。5压下装置的设计 一般线材轧机的压下装置包括联轴器、减速器等。5.1电机的选择5.1.1压下螺丝主要尺寸的确定由于压下螺丝和轧辊辊径承受同样大小的轧制力，故二者之间有一定的比例关系，本机构采用30单头锯齿形螺纹，根据公式得： mm （5.1） 式中 d-压下螺丝外径，mm； dg-辊颈直径，mm。 取压下螺丝螺纹外径=140mm压下螺丝的螺距t，对中轧机，所以 （5.2）按标准取t=24mm （5.3） 5.1.2 压下螺丝的传动力矩 转动压下螺丝所需的静力矩也就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩

33、。其计算公式是： （5.4）式中 d2-螺纹中径，mm； -螺纹上的摩擦角，即，为螺纹接触面的摩擦系数，一般取，故； -螺纹升角，压下时用正号，提升时用负号，t为螺距； -作用在一个压下螺丝上的力； -止推轴承的阻力矩； -螺纹摩擦阻力矩。 止推轴承的阻力矩，对止推滚动轴承为 （5.5）式中 -滚动轴承平均直径，mm； -对滚动止推轴承可取。所以 =3.821104 Nmm （5.6） =8.58105Nmm （5.7）压下螺丝的阻力矩为 =0.3821105+8.58105 =8.9621105 Nmm （5.8）5.1.3 压下电机功率 对于传动系统的总速比有：式中 V-压下螺丝速度 mm

34、/s; T-压下螺丝螺距 mm。压下螺丝的传动电动机功率为 （5.9） 式中 M-压下螺丝阻力矩； n-电动机额定转数，r/min； i-传动系统总速比； -传动系统总的机械效率，估取=0.85。所以 （5.10） 根据计算数据等，选择电机为三相异步电动机 型号为：Y160M-6型。 电机参数如下： 额定功率： 额定转速：5.2联轴器的选择与计算 此次设计所选用的是弹性柱销联轴器。工作时转矩是通过主动轴上的键、半联轴器、弹性柱销、另一半联轴器及键传到从动轴上去的。它具有传递扭矩大，结构简单，安装、制造方便，耐久性好、允许被连接轴有一定的轴向位移以及径向位移和角速度。联轴器选用的型号是LZ3如果满足 （5.11）式中 T-联轴器计算转矩，Nm； K-工作情况系数，取K=3.1； P-电机功率，KW。 T-公称转矩，Nm ，=630Nm