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1、本科毕业设计（论文）铝箔初轧机2011年6月 本科毕业设计（论文）铝箔初轧机学 院： 机械工程学院 专 业： 07级机设1班 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 2011年6月 本人设计的题目是铝箔轧机，其为典型的四辊不可逆冷带轧机。又由于次设计中的轧件为典型的有色金属铝，所以该设计具有其独特性。本论文从铝与带钢的轧制工艺的异同点出发，较系统的阐述了四辊不可逆冷带轧机的新结构、新的计算理论和计算方法。分章节介绍了铝的轧制工艺及设备、轧机的主传动装置、轧辊、轧辊轴承、轧机机架、轧辊的调整与平衡机构、轧机刚度、轧机的辊型调节和换辊装置等，并对轧制力能参数、工作辊和工作辊轴承进行了重
2、点设计计算。由于作者的能力有限，所以在设计中借鉴了渤海铝业有限公司的四辊不可逆式轧机的相关设计计算。关键词四辊不可逆冷带轧机 工作辊 轧制工艺 轧件AbstractThe design of my topic is aluminum foil mill, the typical of four roll irreversible with cold rolling mill.besides,the rolling material in the design is the typical of nonferrous metal aluminum,therefore,this design ha
3、s its speciality.This paper from differences and similarities between the aluminum and steel strip rolling process, the new structure, the new calculation theory and calculation method were systematic described in four roll irreversible cold rolling mill. It introduces the aluminum rolling process a
4、nd equipment、the main device of the rolling mill transmission、roll、roll bearing、rolling mill frame、Roll adjustment and balancing mechanism、rolling mill stiffness、the roller mill type adjustment and roll change device and so on.And the author pays more attention to designing rolling parameter、work ro
5、ll and work roll bearing etc.For the limited capacity of design,in the design ,the author uses for reference of the design information of four high nonreversing cold strip mill designed by Davy Mckee Ltd,which belongs to Bohai Aluminum Idustries Ltd .KeywordsFour roll irreversible with cold rolling
6、mill Work roll Rolling technology Rolled piece 目 录摘要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论11.1国内铝箔轧机的发展概况11.2 铝及其合金的轧制工艺设备21.2.1 铝及其合金板、带、箔材21.2.2 铝及其合金的轧制工艺简述21.2.3 铝及其合金的轧制设备31.3 小结3第2章 轧机力能参数计算42.1轧制压力计算42.1.1 轧制过程基本概念42.1.2 轧制时轧制压力的计算金属的变形阻力82.1.3 轧制压力的计算公式92.2 辊系受力分析与稳定性112.2.1 辊系的受力分析112.2.2四辊轧机辊系的稳定性132.3轧机
7、的工作制度和轧制速度142.3.1轧机的工作制度142.3.2轧机的轧制速度152.4 小结15第3章 轧机的主传动装置163.1 轧机主机列简介163.1.1 轧机主机列的基本组成163.1.2 轧机主机列的基本类型163.2 齿轮机座的结构和主减速器173.2.1 齿轮机座的结构173.2.2 主减速器的结构183.3十字万向接轴183.3.1 十字万向接轴的结构193.3.2十字万向接轴的优点：193.4 小结20第4章 轧辊214.1轧辊的结构214.1.1轧辊的基本类型214.1.2 减少轧辊应力集中地结构措施224.1.3空心辊的内孔结构224.2轧辊的基本尺寸224.2.1工作辊
8、辊身长度224.2.2工作辊直径234.3工作辊的挠度计算234.3.1工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度计算244.3.2工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度计算254.3.3轧辊辊身中部与边部压力差值的确定254.3.4工作辊挠度的计算过程264.4 轧辊的材料与制造技术要求274.4.1 轧辊的材料274.4.2轧辊制造技术要求274.5小结29第5章 轧辊轴承305.1 滚动轴承的承载特点和型号选择305.1.1 滚动轴承的承载特点305.1.2 滚动轴承的结构和型号选择305.2 轴承的寿命计算315.3 轴承的润滑、密封335.3.1润滑335.3.2密封335.4 小结
9、33第6章 轧机机架346.1 牌坊的结构346.2 牌坊的尺寸参数356.3 机架强度计算366.3.1 确定形心366.3.2 机架的变形计算426.4 机架附件（轧辊轴承座的轴向固紧装置）446.5 小结45第7章 轧辊的调整与平衡机构467.1 液压压下装置467.1.1 液压压下的发展467.1.2 液压压下装置的特点467.1.3 液压压下的基本类型477.1.4 液压压下装置的控制方式477.2 轧辊平衡装置477.2.1 四辊轧机上轧辊平衡装置的特点477.3 小结48第8章 轧机刚度498.1 轧机刚度的基本概念498.2 提高轧机刚度的有效途径498.2.1 轧机刚度对板型
10、的影响498.2.2提高轧机刚度的有效途径498.3 小结50结论51参考文献52致谢53附录154附录261附录371第1章 绪论1.1国内铝箔轧机的发展概况中国铝箔轧制装备的发展大致分为三个阶段：第一阶段，1932年1979年，这一时期是中国铝箔轧制工业的初级阶段，设备和技术落后，控制手段简单，生产水平低下，生产规模和产品产量很小；第二个阶段，1980年一2001年，这一时期是中国铝箔轧制技术快速发展阶段，设备数量大增，引进了大批具有自动化控制技术的大中型铝箔轧机，生产水平总体提高，生产规模和产品产量迅速增加，但技术水平还参差不齐；第三个阶段，20022010年，这一时期应是中国铝箔轧制工
11、业高速持续发展和由铝箔大国变为铝箔强国的跨越式发展阶段，引进或自行设计制造的铝箔轧机装机水平大部分具有世界先进水平，拥有的2000mm级宽幅轧机数量超过国外相应设备的总量。铝箔轧制的产品、质量和品种以及装备水平均达到世界一流，出口量世界第一，成为真正的铝箔强国。1932年铝箔生产技术从瑞士传入中国，在上海建成中国最早的一家铝箔生产厂华铝钢精厂（上海铝材厂的前身），随后于1956年建成第二个铝箔生产车间东北轻合金厂铝箔车间。 1979年末，东北轻合金厂从德国阿申巴赫公司引进2台铝箔轧机，华北铝加工厂也从日本神户钢铁公司引进具有当时国际先进水平的铝箔轧机，并与日本合资建成了轧制技术研究中心和设备制
12、造公司。这一时期中国铝箔轧制工业的发展经历了相当长的时间，生产规模和产品产量很小，轧机装备水平差不多落后世界先进水平50年。改革开放以后，中国陆续引进大量国外先进设备和技术，并自行设计、改造或制造数台铝箔轧机。之后有大批铝箔轧机从国外引进，轧制设备装机水平开始大幅度提高，1988年美铝（上海）铝业公司从英国戴维公司引进2台310/8751780mm的铝箔轧机，使中国所能生产的铝箔宽度达1520mm,厚度达0.006 mm。1990年渤海铝业有限公司又从英国戴维公司引进3台西360/1002200 mm的现代化铝箔轧机，再一次将中国铝箔装备水平提升了一个档次，这一阶段的高水平引进，促进了中国铝箔
13、轧制生产快速发展，使中国铝箔轧制工业进入一个新阶段。截止到2000年，从国外引进的装机水平较高的铝箔轧机就有42台，加上国产的较大型铝箔轧机3台，我国总的上档次铝箔轧机数量约有45台。其技术指标：铝箔中轧机最高轧制速度1200m/min，一般为4001000 m/min，叠轧、精轧最高速度为400600 m/min，一般小于400 m/min 。铝箔最终成品率在7075，针孔数大于100个/2m，铝箔卷的断头为14个之间。由此可见，仍有一定数量的铝箔轧机与世界先进技术指标相差较大。经过70多年的发展，中国已成为世界铝箔工业大国与工业强国拥有比世界上任何一国都多的先进的超宽（2000 mm级）铝
14、箔轧机；生产能力居全球第一；完全掌握了各种规格箔材的生产技术，可生产市场需要的各种厚度、多种合金牌号的箔材；从2004年起中国首次成为铝箔净出口国，出口量还将逐年扩大；从2006年起中国的铝箔产量超过美国的，成为全球第一铝箔生产国。1.2 铝及其合金的轧制工艺设备1.2.1 铝及其合金板、带、箔材 铝及其合金产品是轻有色金属轧材的代表产品。按其厚度的不同，可分为板、带、箔三种。其中，铝箔是成卷供应的。1.2.2 铝及其合金的轧制工艺简述常用的铝及其合金的生产流程包括铝锭铣面、铝锭蚀铣、包铝、加热、热轧、预先退火、冷轧、中间退火、预剪、成品退火、淬火、人工时效、精整、涂油包装等工序。与一般轧钢工
15、艺相比，铝及其合金板、带生产流程有以下特点：1)铝锭要经过铣面（纯铝板锭除外），以清除表面缺陷，一般每边铣去812mm；2)由于铝锭铣面表面有润滑油脂，因而铣面后，铝锭需要去油，可在苛性钠槽中蚀洗，在硝酸槽中中和，然后进行水洗；3)为提高硬铝合金的机械性能，铝合金板材在冷轧后要进行淬火、自然时效和人工时效等工艺处理；4)轧制铝箔时，需要合卷和分卷。1.2.3 铝及其合金的轧制设备常用的铝及其合金的轧制设备如下：一、热轧设备二、冷轧设备三、剪切设备四、退火设备五、酸洗设备六、铝箔的合卷及分卷设备七、铝锭铣面设备1.3 小结本章主要介绍了在国内铝箔轧机的发展概况和铝及其合金的轧制工艺及设备。本设计
16、为四辊铝箔轧机。第2章 轧机力能参数计算2.1轧制压力计算2.1.1 轧制过程基本概念金属通过两相对旋转的的轧辊以压力进行加工，使其产生塑性变形，称为轧制工艺过程。被轧制的金属称为轧件。通过轧制，轧件的尺寸、形状及其物理、机械性能都将发生变化。2.1.1.1 轧制过程的变形系数在轧制过程中，轧件与轧辊直接接触而产生塑性变形的区域称为变形区。变形区几何形状如图2-1所示。轧件被扎后产生塑性变形，厚度由H减少到h，宽度由B增大至b，长度由L伸长至l。图2-1 变形区几何形状绝对压下量值为： （2-1）变形程度之值为： （2-2）绝对宽展量值为： （2-3）绝对伸长量值为： （2-4）绝对压下量=0
17、.75-0.35=0.35mm相对压缩率轧制时的接触弧与咬入角如图2-2所示，圆弧AB称为接触弧，角称为咬入角。由图上几何关系可得： （2-5）式中D轧辊直径。将D=360mm，=0.35带入公式得：则咬入角=2.35。图2-2 变形区接触弧长度的确定在实际计算中，不采用接触弧，而采用接触弧的水平投影l，简化计算时，可采用以下公式： （2-6）计算弹性压扁时，接触弧长为： （2-7）式中弹性压扁后的轧辊半径，其值为：轧制压力，轧辊材料的泊桑系数b轧件宽度，cmE轧辊材料的弹性系数，R工作辊任何半径，cm将R=180mm,=0.35mm 带入公式（2-6）得接触弧长2.1.1.2 轧制时金属的前
18、滑和后滑通常轧件通过变形区各截面时，速度是不等的。轧件出轧辊的速度大于轧辊的圆周速度，而轧件入轧辊的速度小于轧辊的圆周速度的水平分速度。显然，在变形区内，可以找到这样一个截面，金属流过该截面的速度与轧辊圆周速度的水平分速一个截面，此截面称为中性面，而在接触弧上与之相对应的点称为中性点，该点相对应得圆心角称为中性角。在轧件咬入处至中性面这一变形区内，任一截面上的金属质点运动的平均速度都小于轧辊圆周速度的水平分量，因而金属质点沿轧辊表面有现对向后的滑动，这种现象称为后滑，该变形区域称为后滑区。显然，在后滑区内，轧辊作用在金属上摩擦力的方向和轧件运动方向相同。在轧制时，正好依靠此摩擦力的作用，将金属
19、拉入变形区。在中性面至轧件出口停止这一变形区内，任一截面上的金属质点的运动平均速度大于轧辊圆周速度的水平分量，因而金属质点沿轧辊表面有相对向前的滑动，这种现象称为前滑，该变形区称为前滑区。显然，在前滑区内，轧辊作用在金属上的摩擦力方向与轧件运动的方向相反，此摩擦力欲使轧件脱离变形区。2.1.1.3轧制板带最小厚度在一定的操作条件下某一轧机能轧制的带钢的最小厚度是衡量带钢冷轧机性能的一个标志。斯通（M.D.Stone）推荐的计算机轧制板带最小厚度的公式为： （2-8） D 工作辊直径，mm 轧制中的摩擦系数k 被轧制金属的强制屈服极限， 被轧带材的平均张应力（等于前后张应力之和一半），E 轧辊材
20、料的弹性系数，罗伯特（W.L.Roberts）考虑变形程度的影响提出的计算公式为： （2-9）式中 考虑变形程度的影响强制屈服极限，其值为： 带材的后张应力， 带材的前后张应力， 带材的变形程度,分析可知，欲通过轧制获得薄带钢，可采取以下措施：1.采用直径较小的工作辊。但工作辊径的最小值受到所传递的扭矩的限制，因此，目前采用支承辊传动的轧机来轧制薄带；2.采用较大的前、后张力。张力越大对轧制强度大的金属更有实际意义，但张力值过大会使带钢沿着由加工硬化而产生的裂口拉断；3.采用较好的工艺润滑剂，以减少轧制过程中金属与轧辊表面的摩擦系数。此外，提高轧制速度，也可以使摩擦系数减小。2.1.2 轧制时
21、轧制压力的计算金属的变形阻力金属对塑性变形的抵抗能力，叫作金属的塑性变形抗力。金属在进行单向拉伸试验时，达到屈服极限后，就产生塑性变形。此时的屈服极限，就是金属在横向拉伸时的变形阻力。金属的屈服极限通常是在以下条件下获得的：1.单向拉伸；2.变形在温度为20条件下进行；3.变形速度为：金属在轧制过程中，变形速度、温度和变形程度均与以上试验条件相差很大。轧制温度可达900 1200，变形程度可达50（指明一个轧制道次），变形速度可达50或更高。此外，金属在轧制过程中的应力状态也较复杂（并非单向应力状态）。因此，金属在试验条件下的屈服极限并非金属在轧制过程中的变形阻力，但两者却有一定的联系。2.1
22、.3 轧制压力的计算公式目前工程上广泛采用斯通公式来计算轧制压力，斯通公式写成下式： （2-10） 式中x 计算系数，由x值可按表查得 值 轧件与轧辊表面的摩擦系数 轧件在变形区内的平均厚度， 轧件的平均张应力， 轧件在变形区内强制屈服极限的平均值，其值为（、 轧制前、后金属的变形阻力）用斯通公式直接计算比较困难，通常采用图表法，计算步骤为：求出 及 值求出a值，利用图表求出值利用图表查出，并计算出的值用乘以即可得到的值用值乘以轧材宽度b就可以得到轧制压力采用图表法来计算轧制压力，计算过程如下：已知：轧件入口厚度H=0.7mm轧件出口厚度h=0.35mm轧件宽度b=1800mm轧辊（新）半径R
23、=180mm接触弧长度l=7.9mm摩擦系数=0.02（查表）前后张应力=0.0825， =0.0929平均张应力代入上式的平均厚度mm平均张应力强制屈服极限的平均值则有根据， 查图可得：x=0.36根据x=0.36，查表得则所以轧制压力2.2 辊系受力分析与稳定性四辊轧机的辊系由工作辊与支承辊组成，轧制时，工作在工作辊上的轧制力传递给直径较大的支承辊，使轧机具有较大的刚度，从而保证所扎带材的精度。本设计中，采用工作辊传动且工作辊相对于支承辊有偏移（偏移量e=3mm）的带张力正向（沿轧制方向偏移）轧制过程。2.2.1 辊系的受力分析工作辊相对于支承辊有偏移的四辊轧机辊系受力分析如图2-4所示。
24、由于本设计中采用带张力轧制，其中后张力大于前张力，则有： （2-11） （2-12）式中 P 轧制力与张力在工作辊上的合力 工作辊与支承辊间的相互作用力 工作辊轴承座作用于工作辊的水平力的作用线与工作辊和支承辊连心线间的夹角 P的作用线与垂直线间的夹角。由以上公式可知，要确定作用线及，必须确定及图2-4 工作辊相对于支承辊有偏移的四辊轧机辊系受力分析已知轧制力及前、后张力后，P可按下式求得： (2-13)按作用在轧件上的力的平衡条件，有以下关系式 (2-14) (2-15) 弧度 （2-16）式中 支承辊轴承的摩擦圆半径； k 工作辊与支承辊间的滚动摩擦系数； e 工作辊相对于支承辊中心的偏移
25、量； 工作辊半径； 支承辊半径。k值可按下式求得： （2-17）式中 c 考虑接触应力不均匀分布系数，冷轧时取c=0.020.04； L 轧辊辊身长度，mm； 、 工作辊、支承辊辊身半径，mm； 、 工作辊、支承辊材料的弹性模量，；工作辊与支承辊轴承的摩擦圆半径可按以下公式求得： （2-18） （2-19）式中、 工作辊、支承辊轴承的摩擦系数；、 工作辊、支承辊辊径半径。作用在两个工作辊上的扭矩可按下式求得： （2-20） 式中 轧制力矩； 相对于工作辊中心的力臂，其值为： （2-21）2.2.2四辊轧机辊系的稳定性由于四辊轧机工作辊与其轴承座间及工作辊轴承座与支承辊轴承座间存在间隙，在轧制过
26、程中，工作辊及其轴承座如无固定的侧向力约束，将处于不稳定状态（即工作辊在轧制冲击力作用下，时而向一侧，时而向另一侧移动）。工作辊的这种自由状态，会降低轧制精度，加剧轧辊的磨损，并使轴承受反复冲击而降低其寿命。因此，有必要在轧制时保证工作辊的稳定位置，即让工作辊轴承始终承受一个方向不变的水平力。保持工作辊稳定性的有效方法，是使两工作辊连心线沿轧制方向有一个偏移量并保持带材的前张力大于后张力，即采用正向轧制（如图2-5）。 图2-5 工作辊传动的四辊轧机工作辊相对于支承辊偏移后的辊系受力情况2.3轧机的工作制度和轧制速度2.3.1轧机的工作制度轧机的工作制度按操作方式可分为可逆式和不可逆式两种，按
27、轧制状态又可分为带张力的带式工作制和无张力的块片式工作制两种。本轧机采用不可逆式带张力的带式工作制度。下面简要介绍不可逆式工作制度和带张力的工作制度。1.不可逆式工作制不可逆式工作制度应用最广。当采用这种工作制时，轧辊与轧件的运动方向始终不变，但轧制速度却有可调与不可调两种。在一般线材或小规格的型材轧机上，轧制速度一般不需要调整。这类轧机的主电动机通常选用交流同步电机或异步电机。在某些轧机上，在轧制过程中不需调速，但在更换轧材品种时需要调整轧制速度。这类轧机通常采用调速范围广的直流电动机。在连续式带材冷轧机上，为了保证通过每个机座金属秒流量相等，保持轧件张力的恒定，需要在轧制过程中不断调整轧制
28、速度。在这类自动控制水平较高的轧机上，一般都采用调速范围广、超载能力大、惯性力矩小的直流电动机来传动.2.带张力的工作制度当采用这种工作制时，轧件不仅承受轧辊所施加的轧制力，而且还承受卷曲机和开卷机所施加的前后张力，处于易塑性变形的良好应力状态，使轧制条件大大改善，宜于轧制平直的薄带。目前大多数生产带材和箔材的四辊冷轧机和多辊轧机以及带材冷轧机，都采用这种工作制度。这类轧机由于需要较大的调速范围，一般也都采用直流电动机传动。2.3.2轧机的轧制速度轧机的轧制速度是轧件出轧辊的速度，如忽略前滑的影响，轧制速度就等于轧辊辊身的圆周速度。轧制速度速度是轧机的一项重要性能指标。它与轧机的结构、生产能力
29、、轧材的工艺特点以及操作条件等因素有关。在不同的轧机上，轧制速度相差很大，综合得将该轧机的轧制速度设计为3.6m/s。2.4 小结本章中计算得到下列设计参数绝对压下量=0.75-0.35=0.35mm相对压缩率 咬入角=2.35接触弧长轧制压力轧制速度设计为3.6m/s。第3章 轧机的主传动装置3.1 轧机主机列简介3.1.1 轧机主机列的基本组成轧机主机列由主电机、传动装置和执行机构（即轧机的工作机座）三部分组成。传动机构是由联轴器、减速器、齿轮机座和接轴等组成。其作用是将主电机的动力传给轧辊。轧机所用的减速器一般为一级减速器。当需要设置飞轮时，飞轮应装在小齿轮轴的两端，以使负荷均匀的加在轴
30、和轴承上。常用轧机齿轮机座的形式有二辊式、三辊式和四辊式三种。通常下齿轮是主动的。连接轴的作用是将动力从齿轮机座或主电机传递给轧辊。轧辊常用的连接轴主要有万向接轴、弧形齿接轴和梅花接轴三种。一般板带轧机均使用万向接轴。轧机主机列所选用的联轴器有以下几种：刚性联轴器、弹性联轴器和补偿联轴器。目前多用齿式补偿联轴器，因为这类联轴器的两轴之间允许有不大的偏移或倾斜。3.1.2 轧机主机列的基本类型轧机主机列的基本类型有以下四种：1.电动机直接传动轧辊的主机列2.传动系统设有齿轮机座的主机列3.传动系统设有滑动离合器的主机列4.传动系统设有减速器及齿轮机座的主机列该轧机主机列的基本传动形式（图3-1）
31、，是电动机经联轴器、减速器、齿轮机座及接轴等传动两个轧辊。且驱动工作辊。本设计中采用这种主机列。图3-1 传动系统设有齿轮机座的主机列3.2 齿轮机座的结构和主减速器3.2.1 齿轮机座的结构齿轮机座的用途是通过减速器把主电动机的扭矩分配并传递给轧机工作辊的。本设计中，扭矩由齿轮机座的下轴传入。1.齿轮机座的结构型式就整个机座与轴承座的相互配置来说，齿轮机座主要有以下三种型式：1）高窗口开启式，即在底座上开有较高的窗口，窗口可放置上下轴的轴承座，顶上用机盖压紧。2）矮窗口开启式，即在上轴承座的轴承盖与机盖做成一体，降低了底座上的窗口高度。3）水平剖分式，即整个机架沿水平剖分成三段，不用另外的轴
32、承座。2.轴承目前，板带轧机的齿轮机座及主减速器，多采用滚动轴承，常用的型式为单列向心短圆柱滚子轴承、双列向心短圆柱滚子轴承、双列调心球面滚子轴承和双列圆锥滚子轴承。3.润滑和密封齿轮轮齿和轴承润滑的润滑方法一般采用稀油直接润滑。底座和机盖结合面的密封，一般采用迷宫式结构；出轴处采用甩油环加油密封或甩油环加迷宫密封结构。4.轮齿型式根据轧机的负荷特性，齿轮应具有较高的承载能力和精度，并希望外形小、重量轻。一般采用渐开线齿形、经过精加工的硬齿面圆柱齿轮。3.2.2 主减速器的结构减速器和齿轮机座的一些共性问题，如轴承、润滑与密封等可参阅齿轮机座部分。1.主减速器的结构形式现代板带轧机的主减速器的
33、特点：1）整个机壳为焊接结构。轴承盖与机盖是分开的；2）全部采用滚动轴承，在滚动轴承外圈与机座镗孔之间装有调整齿轮啮合间隙用的偏心套，其偏心距为0.25毫米或5毫米；3）出轴处密封良好，为防止漏油，有的采用甩油环加油封密封及径向迷宫密封等。2.齿轮与轴的装配齿轮与轴通常采用热装，即把齿轮加热到一定温度后，再与轴装配。其装配方法一般有两种：1）键连接，及齿轮孔与轴之间有一定的过盈，并附加平键联接；2）无键联接，即只靠齿轮孔与轴之间的过盈配合，而不加其他的固定装置。3.3十字万向接轴轧机常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴（一头为万向铰接，另一端为梅花轴）和齿式接轴。由于轧机的轧辊中心与齿轮
34、轴轴心不在同一条直线上，中间传动轴与水平线需倾斜一个角度，此角度随轧辊的调整而改变，因此需要采用万向接轴。带滚动轴承的十字轴式万向接轴近十几年越来越多地应用与轧钢机主传动中，并有逐步取代滑块式万向接轴的趋势。 图3-1 十字头万向接轴3.3.1 十字万向接轴的结构十字万向接轴的结构如图所示，是在两个轴端分别装有叉头，与十字头相联接，形成关节，使两轴在倾斜一定的角度情况下尚能传递扭矩。其倾斜角为510。3.3.2十字万向接轴的优点：1）传动效率高 由于采用滚动轴承，所以摩擦损失小，传动效率可达到98.7%99%，可以降低电力消耗5%15%：2）传递扭矩大 在相同回转直径的情况下，比滑块式万向接轴
35、能传递更大的扭矩。由于叉头强度限制，目前国内使用的十字轴式万向接轴，传递扭矩多在800 以下。我国以生产了承载1500的接轴。国外系列最大传递扭矩最高可达54008300；3）传动平稳 由于传动轴承的间隙小，接轴的冲击和振动显著减少，约为滑块式万向接轴的，提高了产品质量；4）润滑条件好 用润滑脂润滑，易密封，没有漏油现象，耗油量小，省去了润滑系统，改善了生产环境，节约了保养维修费用。5）噪音低 使用滑块式万向接轴，空车运行时，噪音高达8090,轧制时高达60。而使用十字轴式万向接轴，噪音可降低到3040，改善了工作环境，有利于保障操作工人的身体健康；6）使用寿命长一次使用可达12年以上，可减少
36、更换零部件的时间和费用；7）允许倾角大可达1015，用于立辊轧机可降低车间高度，节省投资8）适用于高速运转。十字轴式万向接手主要由轴套叉头，十字轴组成，在厂方帮助下，确定基本参数：回转直径1120mm 、公称扭矩3120 ，接轴许用工作倾角5。其损坏形式有叉头凸起部分被压堆了、十字式轴根部发生断裂、十字轴的滚动轴承粒发生碎裂、剪断和点蚀、轴承盒被撕裂、联接螺栓头断裂以及螺纹与光杆的交界处发生断裂等。3.4 小结本章主要介绍了轧机的主传动装置，并确定了齿轮机座和主减速器的结构，并选用了十字万向接轴。第4章 轧辊轧辊在轧制过程中承受着由金属变形抗力而引起的交变应力的作用，并处在剧烈的磨损状况下、受
37、周期变化的热应力作用，因而要求轧辊具有较高的强度和耐磨性。轧辊在轧制过程中的弹性变形及其形状和位置误差，对轧材的精度有直接影响，因而要求轧辊具有足够的刚度和制造、安装精度。此外，轧制过程中的一系列工艺参数（如轧制力、轧制速度、轧制时的能耗、轧材规格等）都与轧辊的结构和尺寸参数有关。因此，必须合理地选择轧辊的尺寸和结构，并正确地选择轧辊材料。本章主要设计轧辊。4.1轧辊的结构轧辊通常由辊身、滚经、和传动端三个基本结构要素组成。此外，还有制造，安装所需的辅助表面，如中心孔，紧固、吊装用的沟槽，螺孔以及轧机试运转前盘动轧辊所用带槽轴身等。4.1.1轧辊的基本类型四辊轧机的整体式工作辊有空心和实心结构
38、两种。热轧机上常用实心轧辊，而冷轧机上常用空心轧辊。我的设计采用空心轧辊，采用空心轧辊的原因如下：1）便于轧辊的预热和冷却2）当工作辊辊身表面淬火时，为增强淬火效应，保证淬火层的硬度和厚度，需通水冷却内孔表面3）车除轧辊中心部位在铸造时形成的疏松组织。 按制造方法，工作辊可分为铸造辊、锻造辊和镶套辊三种。工作辊传动端与传动扁头相连，连接方式有两种，一种采用键连接一种采用平口结构。本设计采用铸造辊，其连接方式为平口结构。 图4-1 工作辊零件图图4-2 带平头的辊头4.1.2 减少轧辊应力集中地结构措施在轧制过程中，工作辊除受平衡力外，还要承受调节辊型用的较大的弯辊力，因此，工作辊过渡区段的应力
39、集中比较严重。从减少应力集中地观点来看，过度愈平滑（台阶越多）愈有利，但制造必然愈困难。4.1.3空心辊的内孔结构工作辊的内孔有三种形式：平滑内孔（参见图4-1）、阶梯型内孔、带腹孔的内孔三种，后两种不作详述。本设计选用平滑内孔，其内孔直径与辊身直径的最佳比值，则，取内孔直径, ，其公差取。4.2轧辊的基本尺寸4.2.1工作辊辊身长度工作辊的辊身长度应与所扎的带材宽度相适应，可由下式确定： （4-1）式中所轧带材的最大宽度 a与带材宽度有关的系数，当b=1000-2500时，a=150-250mm本设计中，所轧带材的，可取则，即取。4.2.2工作辊直径 在选择工作辊直径时，应考虑咬入条件、扭转
40、强度、工作辊与支承辊间压力分布的均匀性、直径变化对轧制力的影响以及轧制速度和轧辊的热平衡等。 选择冷轧机的工作辊直径应该以能否对带材实现压下为前提，对轧件压力是否均匀分布，并不作为重要条件来考虑。冷轧时工作辊可采用斯通公式来确定： （4-2） 式中E 轧辊材料的弹性系数 k 带材的强度屈服极限，（） 被轧带材的最小厚度 轧制时前后张应力的平均值 轧制时后的张应力 轧制时的前张应力 冷轧时的摩擦系数4.3工作辊的挠度计算轧机的刚度很大程度上取决于轧辊（包括工作辊和支承辊）的刚度。在评定轧机的刚度和设计轧辊时，需要以下几个数据：即在轧制力的作用下工作辊辊身边缘相对于终点的挠度、工作辊辊身与板材边缘接触处相对于辊身中点的挠度。工作辊的挠度取决于支承辊挠度、工作辊与支承辊间弹性压扁的不均匀性以及轧辊的实际凸度与凹度等因素4.3.1工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度计算工作辊辊身边缘相对于辊身中点的挠度计算见图，工作辊辊身边缘相对于辊身中点挠度可按下式求得： （4-3） 式中、 工作辊材料的弹性模量和剪切模数、 工作辊辊身截面的惯性矩和面积图4-3 确定时所用的计算简图由所产生得弯矩为： （4-4）由所产生的剪力为： （4-5）由所产生的弯矩为： （4-6）由所产生的剪力为：
