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1、1,第二章 轧辊与轧辊轴承,计划学时：6学时主要内容：轧辊类型与结构，尺寸参数，轧辊强度及变形计算。轧辊轴承分类与结构，承载特点；轧机用多列滚动轴承、油膜轴承特点与结构，动压、静压、静动压轴承的特点与应用。,2,正在轧制中的四辊轧机，前方放置的为工作辊及其轴承、轴承座的备件组。,3,轧辊 Roller,4,1 轧辊,一、轧辊的类型与结构 轧辊是轧机的重要部件，轧件在轧辊间产生塑性变形，轧辊承受轧制时产生的轧制力与轧制力矩。1、形状一般为圆柱形的：带孔型（型钢轧机）或凸度（板带）。2、结构辊身（与轧件接触）、轴颈（传递轧制力）与轴头（传递扭矩）。轴头结构必须与传动机构一致。一般有三种：梅花轴头、
2、万向轴头及带键槽或平台的圆柱轴头。,5,二、轧辊的尺寸参数,基本尺寸参数：名义直径D、辊身长L、辊颈直径d、辊径长 l1、轧辊名义直径D与辊身长度L的确定 初轧机与型钢轧机 轧辊直径是轧机能力的主要标志之一，是 轧机的主要参数；当D确定以后，轧辊其它参数也随之确定。名义直径对型钢轧机：为齿轮座的中心矩。对初轧机：为辊环的外径。一般名义直径D均大于工作直径D1：1D/D11.4 确定原则：咬入条件与强度条件。咬入条件：由咬入角小于摩擦角D1=h/（1-cos）强度条件：计算应力许用应力（安全系数 n=5）。,6,辊身长度由工艺条件、孔型配置、轧辊的强度与刚度确定。各类轧机的L/D的比值见表3-2
3、，从1.523.0不等。板带轧机辊身长L 与辊身直径D 辊身长应大于所轧钢板的最大宽度bmax：L=bmax+a a由板宽确定 a=100200400mm 确定辊身长度以后，再根据咬入条件、强度与刚度条件确定辊身直径D。各种四辊轧机L/D比值、支承辊与工作辊直径之比D2/D1见表33 L/D 比值越小，则辊系的刚度越大。,7,D2/D1由工艺条件确定，D1还受弹性压扁的影响并受被轧带材最小厚度hmin的限制，一般D1（15002000）hmin。轧辊的重车率 轧辊的重车量与名义直径的比值称之为重车率，一般为510%，见表34，为节省材料，有的四辊轧机的支承辊（国产1700热连轧机）采用镶套结构
4、。2、辊颈尺寸d与l 的确定取决于轴承的形式，见表35，对滚动轴承由于其体积大，d/D比值偏小。3、轧辊传动端的型式与尺寸型式的选择应与轧机的类型、布置方式及传动方式综合考虑，通常使用的类型是万向轴头，其具体尺寸均已规范化见教材82页。,8,图3-3 国产1700热连轧精轧机组镶套支承辊的结构,9,轧机轧辊各种轴头的尺寸均已标准化，图示为梅花头的尺寸,10,三、轧辊的材料,在轧制过程中，轧辊承受由轧制力引起的大的弯矩、扭矩及接触压力，工作条件非常恶劣。对不同的轧辊选用不同的材料十分重要。对初轧机与型钢轧机，轧辊的强度要求通常是最重要的，它的破坏形式是断辊。对板带轧机，轧辊的刚度以及辊面的硬度要
5、求是最重要的，它直接影响产品的质量，其主要的破坏形式是剥落、磨损。轧辊的质量好坏对提高生产率，提高产品质量的意义是很大的。,11,1、常用轧辊材料合金锻钢（JB/ZQ4289-86）合金铸钢 铸铁 其中铸铁根据其成份及制造方法不同又可分为半冷硬、冷硬与无限冷硬铸铁。一 般采用下注法，在冷型内产生白口冷硬层。,12,2、轧辊材料的选择 初轧机型钢轧机受力大、冲击。要有大的抗弯扭强度。初轧采用锻钢、高强铸钢。型钢轧辊：铸钢、冷硬铸铁HS60。带钢热连轧机轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损。工作辊：粗轧铸钢，精轧无限冷硬铸铁HS83。支承辊：含Cr的合金锻钢。带钢冷连轧机轧制力与轧制扭矩大，大的
6、接触压力，高的辊面质量。工作辊：合金锻钢HS9095 支承辊：合金锻钢HS5065 各类轧机轧辊材料的选择见P86表37 铸造轧辊一般采用离心铸造工艺，以改善辊面性能。,13,四、轧辊强度校核,为保证高的轧制生产率和产品质量，轧辊必须有足够的强度。轧辊破坏的原因是多方面的：设计强度不够，在额定的负荷下产生断辊。材质及加工不合要求，达不到设计强度。使用维护不当。冷却不足或过热，换辊不及时产生疲劳剥落。对轧辊一般应进行弯曲、扭转强度校核，对四辊轧机还应做接触强度校核。轧辊在轧机中属易损件，它的安全系数是各部件中最低的（n=5）。,14,1、有槽轧辊的强度校核初轧型钢及线材轧机 将轧制力看作集中力，
7、轧辊在轧制时承受弯矩和扭矩。按材料力学方法找出其危险截面计算其相应的安全系数。在辊颈处，其受力特征是弯扭合成。应按相应的强度理论计算出当量应力，确定其安全系数。,15,16,2、钢板轧机轧辊的强度校核二辊轧机 仍按材力方法，将轧制力当作沿板宽均布力，计算方法与1同。,17,四辊轧机辊系配置简图,18,3、四辊轧机 由于其支承辊直径远大于工作辊直径，故认为：支承辊承受全部弯矩，而工作辊承受全部扭矩。支承辊弯矩计算：假设工作辊/支承辊之间接触压力均布，q=P/L，在辊身中部：弯矩：Mw=P(l0/4-L/8)弯曲应力：w=Mw/0.2D23Rb Rb许用弯曲应力。,19,工作辊扭转应力：=Mk/W
8、k Mk作用在工作辊上的传动力矩。Wk工作辊传动端的抗扭断面系数。工作辊/支承辊之间的接触应力 假设接触压力沿轧辊轴向均布，该问题可转化为弹性力学中的平面接触问题。当二者材料相同时，由赫兹公式，可以求出其最大接触压力max，在轧辊表面，材料处于三向受压状态，难以破坏，造成剥落的是辊面以下的切应力：在z=0.78b处：45max=0.304max,20,在z=0.5b处：zymax=0.256max 一般认为，后者是一种交变应力，是轧辊剥落破坏的根源。不同表面硬度的支承辊接触压力的许用值见表38。,21,五、轧辊的变形计算 轧辊在轧制力作用下，要产生弯曲变形，为满足板带平直度质量要求，必须对这些
9、变形值加以限制。1、简支梁法计算轧辊挠度 用材料力学中的能量法可方便的解决这一问题。由于轧辊短而粗，故其剪力对弯曲变形的影响不能忽略，其辊身中点总的挠度应为弯矩、剪力产生的挠度之和，由卡氏定理可分别求出其数值。详见公式322，323。,22,2、轧辊的弹性压扁 由赫兹公式，将工作辊与支承辊简化为无限长压力均布的圆柱体，则其两者间的弹性压扁值（或中心接近量）可由Fppel公式求出。公式334 K1、K2为轧辊材料的弹性系数，b为接触宽度之半，由公式3-10计算。同样也可求出工作辊辊面的弹性压扁量。（公式338）由于不均匀的弹性压扁将直接影响轧件的截面 形状，所以板带轧制中的弹性压扁的计算是十分重要的。,
