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1、850水平轧机的设计摘要850水平轧机是轧制生产线上的主要设备之一,其主要由传动系统与压下系统两部分构成，其作用主要是用来轧制不同规格的钢坯。本文通过对850水平轧机的设计，将所学理论知识与实践相结合，培养了我们独立思考能力和分析问题、解决问题的能力，并提高了对创新意识的培养。设计的主要内容包括850水平轧机设计方案的确定与论证，使设计方案能够达到使用要求，并且合理可行，然后进行轧制力能参数的计算，并根据算出的结果来选择电动机并进行校核、计算，同时对其中的主要零部件，如轧辊、机架、连接轴、传动轴、压下螺丝等进行强度计算，并对压下螺丝的自锁、牙强度、和耐磨性的校核，保证了使用的安全性与可靠性，最
2、后对润滑方式进行了简单分析，对经济性也进行了分析。关键词：轧机；轧辊；机架；轧制力全套图纸，加153893706The Design Of 850 Horizontal MillABSTRACTThe level of 850 mill is one of the main equipments in a rolling mill production line.The main pressure system from the drive system with two components, its role is primarily used for rolling billets of
3、 different specifications. In this paper, the level of 850 mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem-solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. The key elements of
4、 the design level of 850 mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters,And in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, wh
5、ile the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the Lubrication An
6、alysis of a simple manner, on the economy is also analyzed.Keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force目录摘要ABSTRACT目录1绪论11.1设计选题的背景、目的和意义11.2 初轧机的发展概况11.2.1 初轧机的发展过程11.2.2 初轧机的新发展21.3研究的内容和方法22 设计及方案的选择与论证42.1轧机主传动装置42.2轧辊轴承52.3轧辊调整装置与上辊平衡装置52.3.1 轧辊调整装置52.3.2 上辊平衡装置62.4 轧辊机架63 轧制力能参数的确定83.1 平均
7、单位压力和总轧制力的计算83.1.1 平均单位压力的确定83.1.2 总轧制力103.1.3 轧制力矩的计算103.2 电动机的选择和校核123.2.1 轧机主电机力矩123.2.2 电动机容量的选择143.2.3 电动机的发热校核144 主要零件强度计算164.1 轧辊的强度校核164.1.1辊身强度校核174.1.2辊颈强度校核184.1.3传动端轴头校核184.2 轧件咬入的计算194.2.1 开始咬入阶段194.2.2 完成咬入阶段204.3 机架强度校核204.3.1 闭式机架的弯矩计算214.3.2 闭式机架的应力计算244.4 联接轴的强度计算254.4.1 开口式扁头的强度计算
8、264.4.2 叉头的强度计算284.5 齿轮座齿轮的校核284.5.1齿轮接触强度的校核294.5.2齿轮弯曲强度的校核304.6压下螺丝强度及压下电机功率的计算304.6.1压下螺丝螺纹尺寸的确定304.6.2压下螺丝的强度校核314.6.3压下螺丝传动力矩的计算324.6.4 压下电机功率的计算344.6.5 压下电机的选择354.7 自锁、牙强度和耐磨性等校核354.7.1 自锁性计算354.7.2 牙强度校核354.7.3 耐磨性的校核365 润滑方式的选择375.1 润滑的简单介绍375.2 各部分润滑方式的选择386 经济性分析40结束语41致谢42参考文献431绪论1.1设计选
9、题的背景、目的和意义钢铁自从被发现就被应用到人类生活的各个领域，在工业的发展过程中，钢铁的生产水平是衡量一个国家现代化水平的重要标志。如今放眼世界钢铁产品的发展，轧制成了相当重要的一部分，我们日常所用的钢材，建筑用钢，输油管道，自来水管等，都是经过轧制获得的，轧制已成为我们必不可少的生产方式。钢铁生产总量的90%以上是通过轧制成材的，因此，钢铁轧制技术水平的发展一直备受关注，其发展速度也在与日俱增。随着各种新技术和新工艺的不断应运而生，对轧钢设备的性能要求也在不断的提高，各种新型设备也不断涌现。而在各种成品轧制出来之前都要进行开坯轧制，即初轧，因此初轧机也成为了必不可少的一项设备。初轧机在热轧
10、带钢，型钢，管钢的生产过程中都取得了很大的作用，而近年来初轧机的发展相对于以往也有了很大的进步，出现了具有自动控制等先进技术功能的新型初轧机。在初轧机的设计计算中包含了机械设计专业所学的大部分专业课程内容，对以往的学习起到了一个很好的巩固和获得新知识的作用，对以后的工作也会有很大的帮助。这就是选择这个题目的目的。一种合理的初轧机不但能够达到理想的轧制效果还能为下一个工序减轻工作量，并且这种设计也不会花费高额的资金，真正做到了既经济又实惠。因此，初轧机的设计并不是想象中的那么没有意义，反而意义很大。1.2 初轧机的发展概况1.2.1 初轧机的发展过程 十九世纪中叶轧钢机械刚刚起步，十九世纪五十年
11、代以后，出现了蒸汽驱动的中型和大型轧机，二十世纪的电气化使初轧机发展了起来。在发展连铸的同时，国外仍在新建或扩建初轧机，以扩大开坯机能力。这是由于开坯机具有产品变化灵活，便于实现自动化等有点，如日本1969年有三台板坯初轧机和一台方坯初轧机投入生产1。60年代以来，连铸技术迅速发展，采用钢锭通过初轧来生产钢坯的方式已有所改变了。初轧机的技术发展主要是解决连铸还不能生产的某些钢种和规格的产品的加工问题，而不是追求更高的生产能力。70年代末，已很少建造初轧机，几乎不再建造专门生产板坯的板坯轧机。在连铸生产占比重高的工厂，有的在带有立辊的方坯-板坯初轧机后配置钢坯连轧机,克服了连铸机因经常更换浇铸规
12、格而降低作业率的缺点，扩大了产品种类，与连铸机生产相配合，可生产多种规格的板坯、方坯和圆坯。此外，为了生产小断面的坯料，也用初轧机将连铸坯轧制成小坯料。用万能式板坯初轧机轧制方坯的主要措施是在水平轧辊两端各开一个箱形孔，立辊随推床同步横移，如果轧制更宽的板坯则要换上没有轧槽的轧辊，为了减少换辊耽搁的时间，应设置快速换辊装置。在这种多品种的初轧机上生产宽边工字钢用的异形坯的技术还在研究中。1.2.2 初轧机的新发展 80年代建设的初轧机具有以下特点：1）万能式板坯初轧机得到迅猛发展，60年代后新建的初轧机60%是万能式板坯轧机，这种轧机带有立辊，可以减少轧件翻钢道次，轧制时间比方坯-板坯初轧机减
13、少39%。2）向重型化方向发展，轧制钢锭重量达45至75吨，最高年产量达500至600万吨。3）提高自动化程度，从均热炉到板坯精整均已实现自动控制。4）提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机（剪切力可达40MN）及在线火焰清理机2。初轧生产技术的发展，降低了能耗，提高了收得率。最好指标已近97。主要措施有:提高沸腾钢的比例,上铸钢锭时采用防溅筒以减少表面结疤；镇静钢挂绝热板、加发热剂以减少切头；钢锭采用凹型底盘浇注；沸腾钢锭用大头进钢轧制，改变轧制压下制度，以减少底部鱼尾段长度;沸腾钢采用瓶口模和机械封顶以减少缩孔;合理剪切以减少切损和发展半镇静钢等。为了提高轧机产量,普遍采用多锭串
14、轧。双锭串轧与单锭轧制相比,总轧制时间可缩短2530，轧机产量可提高1030。此外，采用液芯装炉法，可节省均热炉的燃耗。直送轧制和热装炉等节能措施也有所发展近二十年来，由于连续铸钢技术迅猛发展，连铸比将达到80%或更高。这样，初轧机将不会有更大的发展，只能起到配合和补充连铸生产的作用，许多初轧机厂都面临改造的任务。1.3研究的内容和方法初轧机发展至今已经达到了顶峰阶段，已经没有太大的发展潜力了，但是他在配合和补充连铸生产方面的作用还是很大的，并且在连铸发展的同时，初轧机也应该进行发展，尽量做到最好，即使不久的将来或许初轧机将退出历史的舞台，但我们应该让他在台上的演出更精彩。为了了解初轧机的构造
15、与工作原理，我专门走访了鞍山第一炼钢厂，实地观察了现有的初轧机，分别观察不同型号的初轧机在生产中的具体应用。经过查阅相关资料结合实际生产中的现有机构进行初步设计，并对各部分的尺寸进行选取，然后进行强度计算。经过理论设计合格后，再经实际检验可行后，才可投入使用。具体内容与方法： 1）绪论及设计方案的确定：方案选择正确、论证充分；2）按轧制给定钢种的轧制规程，确定参数，进行轧制力、轧制力矩的计算，进而选择主电机，进行主传动系统的设计计算；3）主要零部件强度计算（机架、压下螺丝螺母、轧辊、联轴器等）；4）其它如系统润滑、环保与经济性分析等；5）绘制工程图纸：总装配图1张、部件装配图2-3张、零件图3
16、-4张；6）编制、打印设计说明书；2 设计方案的选择与论证 850水平轧机主要由轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置、上辊平衡装置、轧机机架、轧机主传动装置等部分组成。2.1轧机主传动装置 850水平轧机主传动装置主要由电动机、联轴节、减速机、主联轴节、联接轴组成。其作用是将电动机的输出力矩通过减速装置与连接轴传递给轧辊，即电动机1的运动和力矩是通过电动机联轴节2、减速机3、主联轴节4、连接轴6而传递给轧辊7的。这种型式的主传动装置主要用于不可逆工作的轧钢机。 1电机：不同的电动机具有不同的机械特性，它是电动机的重要性能。轧机要求转速稳定，需要使用具有很高应变能力的电动机，直流电动机具有优良的调速特性
17、，调速平滑、方便，调速范围广，并且过载能力大，能在低速下连续输出较大转矩，还能承受频繁的冲击性负载。因此本设计采用直流电动机。 2减速机：减速机的作用是将高速电机的转矩传递给低速运动的部件。在轧机主传动中是否采用减速机就是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电动机与高速电动机之间的差价。当轧辊转速小于200250r/min时才采用减速机。如果轧辊转速大于200250r/min，则不用减速机而采用低速电动机。本设计任务中轧辊转速是12.284 r/min，远小于200250r/min，因此需要采用减速机。 3齿轮座：齿轮座是用来将电动机或主减速机的扭矩传递分配给两个轧辊。其传动型式如下图所
18、示：这种传动型式用于二辊轧机，考虑到传动装置的布置形式和拆卸方便等因素，通常采用齿轮传动。4连接轴：连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴，确定联接轴类型时，主要根据轧辊调整量和联接轴允许倾角等因素来确定。对于850水平轧机，轧辊调整量较大，联接轴倾角有时达到810，而且万向接轴传递的扭矩范围较广，一般为503000KNm,因此在本方案中采用万向接轴。5联轴节：联轴节包括电动机联轴节和主联轴节。电动机联轴节用来连接电动机与减速机的传动轴，而主联轴节则用来连接减速机与齿轮座的传动轴。本设计采用的是齿轮联轴节。2.2轧辊轴承轧辊轴承是轧钢机工作机架中的重要部件，其特点有以下几点：1）工作负
19、荷大。2）运动转速差别大。3）工作环境恶劣。轧辊轴承的主要类型是滚动轴承与滑动轴承。轧辊上使用的轴承主要是双列球面辊子轴承，四列圆锥辊子轴承，以及多列圆柱辊子轴承。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但抗冲击性能差，外形尺寸较大。滑动轴承分为半干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦滑动轴承主要是开式酚醛加布树脂轴承，它广泛应用于各种型钢轧机，钢坯机及初轧机。液体摩擦轴承承有动压，静压和静-动压三种结构型式，它们的特点是摩擦系数小，工作速度高，刚性较好，使用这种轴承的轧机能轧出高精度的轧件，主要用在现代化的冷、热带钢连轧机支承辊及其它高速轧机上。以此，综合各方面因素，本设计采用四列圆锥辊子轴承。2.3轧辊调
20、整装置与上辊平衡装置2.3.1 轧辊调整装置 轧机轧辊的调整装置一般包括径向和轴向两个方向调整，径向调整是轧钢机中主要的必不可缺的调整。径向调整装置按其轧辊移动的方向大致可分为压下（也包括压上）机构和侧压进机构。在常见的纵轧机座中均可看到压下机构，而侧压进机构仅用于斜轧机和立轧辊的调整机构中。压下机构按照轧钢机的类型、轧件的轧制精度要求，以及生产率高低的要求又可分为：手动、电动、电液及全液压压下机构。手动压下机构一般多用于不经常进行调节的、轧制精度要求不太严格的，以及轧制速度要求不高的中、小型型钢、线材和小型热轧板带轧机上，通常这些轧机是在轧制过程中轧辊相互位置不变的情况下进行工作的。电动压下
21、机构主要用于压下螺丝的移动速度约超过10.2mm/s的初轧机、板坯轧机及中厚板轧机上，以及移动速度小于10.2mm/s的薄的板带轧机上。电液和全液压压下机构是属于现代化轧钢机上的一种先进的压下机构，多用于高速连续式冷轧与热轧薄板轧机和带钢轧机上。综合考虑，本设计采用电动压下机构。2.3.2 上辊平衡装置 轧钢机上经常采用的平衡装置一般有：弹簧式、重锤式及液压式等三种型式，只有在少数的轧机上采用反扣螺母式的平衡装置。在初轧机、板坯粗轧机中，平衡装置要适应上轧辊的快速、大行程、频繁移动的特点，而且要求工作可靠、换辊和维修方便。在这种轧机上，广泛使用重锤式或液压式平衡装置。重锤式平衡装置广泛应用于轧
22、辊移动量很大的初轧机上，它工作可靠、维修方便。其缺点是设备重量大，轧机的基础结构教复杂。平衡锤通常装在工作机座的下方，平衡力由杠杆和支杆传给上轧辊。液压式平衡装置结构紧凑，与其他平衡方式比较，使用方便，易于操作，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动。所以这些都有利于换辊操作。但它的投资较大，维修也较复杂。经过比较考虑，本设计选用液压式平衡装置。2.4 轧辊机架轧机机架是工作机座的重要部件，根据轧机的型式和工作要求，轧机机架可分为开式机架和闭式机架两种。闭式机架是一个整体框架，具有较高的强度和刚度，因此，闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等。对于采用闭式
23、机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入的，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。开式机架由机架本体和上盖两部分组成，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。综合比较，闭式机架比开式机架更适合用于初轧机，因此，本设计采用闭式机架。3 轧制力能参数的确定设计参数：轧制材料：20#轧制温度：t=1000轧辊转速：n=12.284r/min轧件宽度：b0=140mm b1=
24、146.5mm轧件高度：h0=170mm h1=146mm3.1 平均单位压力和总轧制力的计算3.1.1 平均单位压力的确定本次设计的850水平轧机是用于轧制各种规格方坯中的轧制，是开坯机的一种，其轧辊是圆柱形的实心辊。而开坯机、型钢轧机、线材轧机的轧制压力一般采用艾客隆德公式计算。因此，850水平轧机也采用艾客隆德公式计算单位压力。根据文献2中艾客隆德公式计算单位压力: （3.1）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的变形阻力，MPa； 轧件粘性系数，kggs/mm2； u变形速度，s-1。利用艾客隆德研究提出的m、k、u计算公式为分别计算各系数。影响系数m （3.
25、2）式中 摩擦系数，该轧机设计轧辊材料为高强度铸钢，故，轧制温度 t=1000， 所以 ；h0，h1轧制前后轧件的高度，h0=170mm， h1=146mm； R轧辊半径，R=425mm。代入式（3.2），得 变形阻力k利用L.甫培（Pomp）热轧方坯的实验数据，得到k的计算公式 （3.3）式中 t轧制温度，t=1000。(C)碳的质量分数，%； (Mn)锰的质量分数，%； (Cr )铬的质量分数，%；本设计轧制材料是20# ，含C为0.170.24%，含Mn为0.350.65%，含 0.25%，取C=0.2%，Mn=0.5%，=0.2% ，代入式（3.3），得轧件粘性系数 （3.4）式中 t
26、轧制温度；c考虑轧制速度对的影响，其值如下：轧制速度v/(ms-1)max ,因此，辊身满足强度要求。4.1.2辊颈强度校核轧辊辊颈强度校核需要弯曲和扭转的合成计算，合力应力按第四强度理论计算，即 （4.2）辊颈处的弯矩由最大支反力决定： （4.3）式中 Md辊颈危险断面处的弯矩；R最大支反力； C压下螺丝中心线至辊身边缘的距离，。由此可得： （4.4） （4.5）所以，代入式（4.5），得可见=125.4MPap ,因此，辊颈满足强度要求。4.1.3传动端轴头校核由文献1,82可知传动轴头直径 由文献4,83可得抗扭系数为故有 （4.6）Nx。因此，只有当tan时，才能实现其自然咬入；若=t
27、an时，则轧件处于平衡状态，不能自然咬入；当tan时，则不可能自然咬入。4.2.2 完成咬入阶段由图4.1b可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，则必须符合以下条件，即由于，所以tantan，故轧机满足咬入条件，能够顺利轧制。4.3 机架强度校核轧机机架是工作机座中最关键的零件，轧辊轴承座及轧辊调整等装置都安装在机架上。机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度外，除此之外还应保证机架不会产生疲劳破坏。本设计为轧制力较大的初轧机，要求具有较高的强度和刚度，因此选用闭式机架。轧机机架强度和变形的计算，一般可采用以下步骤：1） 将机架结构图简化成为刚架，即以机架各断面的中性轴的连线组成框架，近似地处理成
28、直线或规整的圆弧线段，并确定求解断面的位置。2） 确定静不定阶数，如一般闭式机架是三次静不定问题，需作一系列假设来简化模型，降低静不定阶数。3） 确定外力的大小及作用点。4） 根据变形协调条件，用材料力学中任一种方法（卡氏定理，莫尔积分法，图乘法，立法等）求解静不定力和力矩。5） 根据计算截面的面积、惯性矩、中性轴线的位置及承载情况，求出应力和变形。4.3.1 闭式机架的弯矩计算用材料力学方法计算机架强度时，为了简化计算，一般做以下假设：1） 每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直力R，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，即机架的外负荷是对称的。此时，机架没有倾翻力矩，机架底脚
29、不受力。应该指出，由于两个轧辊直径和速度的不同、轧制速度的变化和咬入时冲击引起的惯性力，或在张力轧制时，轧制力方向都不是垂直的。由于水平分力的数值一般都较小，约为垂直分力的3%4%，故可以忽略不计。2） 机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑由于上下横梁惯性矩不同所引起的水平内力。3） 上下横梁和立柱交界处是刚性的，即机架变形后，机架转角仍保持不变。根据上述假设，机架外负荷和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架简化为一个由机架立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架。将此框架沿机架窗口垂直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力和静不定力矩M1。由于机架左右对称，所以力矩M1
30、可由半个机架的弹性变形位能求出2。将机架简化成自由框架：图4.4 矩形自由框架弯曲力矩图在机架简化为图4.4所示的矩形自由框架后，函数是简单函数关系：即对于机架横梁，而对于立柱，因此M1为 （4.10）式中 l1机架横梁的中性线长度； l2机架立柱的中性线长度； I1机架上横梁的惯性矩； I2机架立柱的惯性矩； I3机架下横梁的惯性矩。上式积分，得 （4.11）如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩M1为 （4.12）根据图4.4，在立柱上的弯矩M2为 （4.13）将式（4.13）代入式（4.14），则 （4.14）如图下图所示，把上横梁简化为截面a，把下横梁简化为截面b图4.5横梁化图 (4.15) (4.16)故横梁惯性矩为 （4.17）查机架图得 l1=1290mm，l2=3180mm立柱近似尺寸为7702800故，立柱惯性矩为 （4.18）又 将上述数据R、I1、I2、l1、l2分别代入公式（4.12）（4.14）中，得4.3.2 闭式机架的应力计算由于机架是轧机中最重要的部件，必须具有较大的强度储备。对于ZG270-500来说，许用应力采取以下数值：对于横梁 =5070MPa对于立柱 =4050MPa机架的应力图如下图所示图4.6 闭式机架中的应力图机架横梁内侧的应力n1为： (4.19)机架横梁外侧的应力a1为： (4.20
