1500六辊冷连轧机主传动系统设计.pdf

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1、 本科生毕业设计(论文)第 I 页 1500 六辊冷连轧机主传动系统设计 摘要 随着工业生产的迅猛发展，我国对板带材的需求日益增加，特别是高精度冷轧薄板的生产更是供不应求，本次设计的是 1500 六辊冷连轧机组主传动系统，设计的该轧机能轧的最小板坯厚度达到了 0.3mm，本次设计的主要思路是根据轧件原始尺寸和成品尺寸，确定轧制压下规程，从而计算轧制力和轧制力拒，选择电机，进而确定工作辊、中间辊、支承辊尺寸，并分别进行扭转、接触应力、弯曲强度校核，并对机架、联轴器进行了结构和强度计算，采用了初选结构、校核强度、校核通过则采用，不通过则再选，再校核，直到校核通过为止的基本机械设计方法。这不仅是对所

2、学的理论知识的综合运用，也是考验思维的严谨缜密。此外，还对设备的安装、试车、经济性分析以及冷轧机的选题背景、发展历史做了简单的介绍，在设计中根据生产实际的要求，选择了不同的设计方案实现主传动，经过比较，确定了最佳方案，对方案中的各重要部件进行结构和性能的校核，力求达到最合理的设计，满足生产的设计要求。由于该题目是一个全新的课题，所以在设计中遇到了很多的问难，即使尽了最大的努力，得到老师、师傅的很大帮助，也难免有很多错误和考虑不全面的地方，希望大家批评指正。关键词：1500 六辊冷连轧机组，轧制力，轧制力矩，联轴器，机架 本科生毕业设计(论文)第 II页 1500 six roller cold

3、 mill main drive system of the design unit Abstract With the rapid development of industrial production,Chinas plate strip increasing demand,especially in the production of high precision cold-rolled sheet is in short supply,this design is 1,500 units of six roller cold mill main drive system,design

4、 of the rolling mill to achieve the minimum slab thickness of 0.3mm,the main idea of the design is based on roll size and finished pieces of original size,determine the rolling down of order in order to estimate the rolling force and rolling force resist,select motor,to determine the work roll,inter

5、mediate roller,roller bearing size,and were reversed,contact stress,bending strength checking,and rack,coupling to the structure and strength calculation,using the primary structure,checking the strength,Checking through the use of,does not pass the re-election,re-check until the check through the d

6、ate of the basic mechanical design.This is not only a theory for the integrated use of knowledge,but also the test of coherent thinking In addition,the equipment installation,testing,analysis of economic topics,as well as the background of the cold rolling mill,a brief history of the development of

7、the introduction,in the design in accordance with the requirements of the actual production,select a different design options to achieve the main drive,after comparison to determine the best program in the major structural components of the calibration and performance,and strive to achieve the most

8、reasonable design,production to meet the design requirements.Since the topic is a new subject,encountered in the design of a lot of difficult questions,even the best efforts to be a teacher,master of great help,it is inevitable that many errors and does not consider the local comprehensive,I hope al

9、l criticism.Keywords:1500 six roller cold rolling unit;Rolling force;Rolling moment;Coupling;Rack 本科生毕业设计(论文)第 III页 目 录 1、绪论.1 1.1 选题背景及目的.1 1.2 冷轧机发展.1 1.3 板型控制.2 1.4 研究内容和研究方法.3 2、传动方案评述与选择.4 2.1 方案选择.4 2.2 方案评述.4 2.3 电机选择.5 2.4.联接轴选择.5 3、力能参数的计算.6 3.1 轧制力的计算.6 3.1.1 轧制规程.6 3.1.2 初选轧辊材料.6 3.1.3 轧辊

10、主要参数的确定.6 3.1.4 轧制力的计算.8 3.2 轧制力矩的计算.11 3.2.1 轧制力矩的计算.11 3.2.2 反力矩的计算.12 3.2.3 摩擦力矩的计算.13 4、主电机容量的选择.14 4.1 初选电机功率.14 4.2 轧机主电动机力矩.14 4.3 各轧制阶段时间计算.16 4.3 电机的校核.18 5、轧辊强度校核.19 5.1 工作辊强度校核.19 5.2 支承辊强度校核.20 5.3 工作辊与中间辊间的接触应力校核.21 6、机架的设计校核.24 6.1 机架结构参数选择.24 6.2 机架的强度计算.24 7、联接轴计算.30 7.1 万向接轴的结构尺寸.30

11、 7.2 接轴叉头应力计算.30 7.3 接轴扁头应力计算.30 本科生毕业设计(论文)第 IV页 7.4 接轴轴体的应力计算.31 8、安装、试车规程制定.32 8.1 设备的安装.32 8.2 设备的试车规程.32 8.2.1 试运转前的准备.33 8.2.2 试车步骤.33 8.2.3 试运转中常见故障分析.34 8.2.4 试车后的工作.35 9、设备经济性分析.36 9.1 设备的可靠性.36 9.1.1 可靠度的计算.36 9.1.2 可靠性的计算.36 9.2 设备的经济评价.37 9.2.1 投资回收期.37 9.3 设备的环保措施.37 总结.38 致谢.39 参考文献.40

12、 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 1 页 1 绪论 1.1 选题背景及目的 在国民经济的发展中，钢板占有十分重要的地位，所以世界各国对发展钢板生产非常重视。目前，钢板总产量已占世界热轧钢材的三分之一以上。随着汽车制造、食品罐头、精密仪表、房屋建筑、机械制造和船舶工业的迅速发展，以及电风扇、洗衣机、空调器、电冰箱、电视机、收录机等家用电器和各种日常生活用品(诸如:家具、搪瓷器皿、玩具、灶具等)的需求量成倍增长，也由于钢板还可以作为冷弯钢材、电焊管、炉焊管、大型 UOE 钢管及焊接 H 型钢等产品的原材料，从而使钢板的需求量迅速增加。专家们一致认为:钢板生产规模，可以标志一个国家轧钢工业的发

13、展水平，有了钢板，其它异型产品通过焊接就可以得到。钢板中尤其是冷轧带钢，可以进一步加工成为镀锌板、镀锡板及其它金属镀层板，都是具有广泛用途的金属材料。金属涂层板的生产在国外发展异常迅速，现在都以高速化、连续化生产方式用冷连轧带钢轧机生产。这对于提高成材率，增加产量，提高质量，节约能源，降低成本，改善劳动条件和减少环境污染都有着重要意义。冷轧带钢产品物美价廉，在国际市场上具有良好的竞争力。当前世界各国正在大力发展冷轧带钢生产，逐步提高冷轧带钢在轧钢产量的比重，提高质量，扩大品种，以满足各工业部门，特别是与人民生活密切相关的轻纺工业和家电工业的需要。针对国内现有的薄钢板轧机的生产能力、技术装备、工

14、艺水平都比较落后，只有借鉴国外的先进技术，允分利用国内现有各厂的生产装备，积极进行技术改造，才能适应我国国民经济发展的需要。1.2 冷轧机发展 随着工业技术的发展，对冷轧带钢质量的要求越来越高，特别是带材的尺寸精度已成为重要的质量指标之一。四辊冷轧机对于板形的控制和修正能力较差。为了提高板形质量，多年来国内外都在板形问题上做了许多研究工作。比较有成效的有 HC 轧机、CVC技术及 HVC 技术等辊形控制轧机。HC 轧机是 1972 年日本日立公司发明的，全称日立中心凸度高度控制轧机。即对四辊轧机作了很大改进，在工作辊与支持辊之间增加可作轴向移动的中间辊，.研制成新型的六辊轧机。由于 HC 轧机

15、中间辊可随时沿轴向移动，以消除因轧制压力，受热，磨损而引起的工作轧辊挠度、克服了板带平直度因挠度引起的不利因素，达到了高精度板形 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 2 页 控制的可能性。以后日立金属公司与新日铁公司又共同研究，HC 轧机获得了发展和广泛应用，全世界已有近百套 HC 轧机投入使用。HC 轧机不仅用于单机架冷轧，还应用于冷连轧，并发展了热轧单机架和热连轧机组。单机座的 HC 轧机平整机可代替双机架四辊平整机。CVC 技术是 1982 年西德斯罗曼西-马克公司发明的一种控制板形新技术。CVC 全称连续变化凸度。CVC 技术是通过使用经过加工的 S 形凸度的轧辊，使辊缝形状与正在轧

16、制的带钢断面连续地进行匹配。因而能有效地影响带钢的平坦度和断面形状。与通常采用不同凸度 CVC 技术是通过使用经过加工的 S 形凸度的轧辊，使辊缝形状与正在轧制的带钢断面连续地进行匹配。因而能有效地影响带钢的平坦度和断面形状。与通常采用不同凸度的常规轧制相比，在采用 CVC 轧制时仅需要一种特殊的工作辊组。两个工作辊或者连其轴承座一起作轴向移动，或者其辊颈在轴承座内滑动。且两个工作轧辊轴向移动时，方向总是相反的。在其轧辊磨削成 S 形，然后使上、下辊互相相对地成 180 度排列，构成的辊缝轮廓形状是对称的。UPC 轧机出现是在日本的 HC 轧机和西德的 CVC 轧机稍后一些时间，由西德MDS(

17、曼内斯曼德马克萨克)公司在 1987 年提出，全称万能板形控制。都是属于为改善板形质量增加轧辊轴向抽动装置的一类轧机，但在辊面曲线方面各具特色。UPC 轧机的工作辊的辊廓曲线貌似雪茄烟，呈中间直径大、两端直径小的双圆锥状，工作辊可以轴向抽动以工作辊抽动量，再配合施加弯辊力，即可获得各种所需的辊缝。如工作辊轴向移动到两个小圆锥段相对时，则可轧凸形断面轧件，当上下工作辊轴向移动至两个大圆锥段相对时，则会使板形产生中凹的形状。这样就可以消除原始板形的缺陷，以及补偿轧辊磨损及热凸度带来的辊缝变化。UPC 系统可以用四辊轧机，亦可以用于六辊轧机可用于热轧，亦可用于冷轧。当用于六辊机座时，可以轴向抽动中间

18、辊。1.3 板型控制 板形与厚度是决定薄板儿何尺寸精度的两大指标。板形包括带钢平坦度、横截面凸度(横向厚差)和边部减薄量等 3 项内容。目前，厚度控制技术已能将纵向厚差稳定地控制在成品厚度的l%或5m 甚至2m 的范围以内，而横截面凸度和边部减薄量一般尚置于 10m 甚至 2030m 的水平。80 年代以来，随着汽车、家电等行业的发展，工业用户对板形平坦度的要求正越来越高，原来平坦度 20I 已能被接受，而今的要求则是 10I甚至 5I。板形质量的挑战推动着板形技术和轧机机型的发展。上述多种机型的同时并存 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 3 页 和相互竞争，一方面表明板形技术是当前国际上

19、开发研究的前沿和热点，另一方面也表明现有的板形技术尚未达到成熟稳定的地步。板形控制和厚度控制的实质都是辊缝的控制。但厚度控制只须控制辊缝中点处的开度精度，而板形控制则必须控制沿带钢宽度方向辊缝曲线的全长，辊缝曲线全长的几何尺寸和形状既决定带钢横截面的凸度和边部减薄量，更决定带钢的平坦度。1.4 研究内容和研究方法 研究内容：1500 生产线六辊冷轧机的主传动系统。研究方法：通过现场参观实习，了解并掌握所设计轧机主传动系统的设备组成、结构、工作原理及对应生产线的工艺流程。通过查找资料及所学的机械制图、计算机绘图知识进行看图，绘图训练，运用理论力学、材料力学、机械设计等知识进行计算并参考图纸对轧机

20、主传动系统进行设计及对主要零部件进行强度校核。辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 4 页 2 传动方案评述与选择 2.1 方案选择 轧机主传动装置作用是将电机的运动力矩传递给轧辊。在很多轧钢机上，主传动装置由减速机、齿轮座、连接轴和联轴节等部件组成。某些板坯及板带轧机，主传动是由电动机直接传动轧辊。在轧钢机中确定是否采用减速机的一个重要条件就是比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与告诉电机之间的差价。一般如果轧辊转速大于 200-250r/min，则不用减速机，在可逆式轧钢机上为了易于实现可逆转也往往不用减速机。1500六辊冷轧机轧辊的转速较高，故不采用减速器。当工作机座的轧辊由一个

21、电动机带动时，一般采用齿轮座将电动机或减速器传来的运动和力矩分配给二个或三个轧辊，考虑传动装置的布置型式和拆卸方便等因素，通常是下齿轮主动。图 2.1 冷轧机主传动方案一 1电机 2电动机联轴节 3齿轮座 4连接轴 5工作辊 图 2.2 冷轧机主传动方案二 1500 轧机采用双工作辊驱动，有两种方式：第一种方式是电动机 1 的运动和力矩是通过主联轴节 2 和联接轴 4 而直接传给轧辊 5，两个轧辊由各自的电动机单独驱动，如图2.2。第二种方式是电动机 1 的运动和力矩是通过主联结轴 2、齿轮座 3、联结轴 4 而传给轧辊 5，如图 2.1。所设计的轧机所需电机功率不大，又不是可逆轧机，考虑轧机

22、机构限制不能采用轧辊单独驱动。故采用图 2.1 的方案。5 4 3 2 1 5 4 2 1 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 5 页 2.2 方案评述 方案 2(图 2.1)和方案 1(图 2.2)比较优点有：少一个电动机，可使轧钢机主传动装置结构简单、运行可靠、损耗较小，机械设备重量减轻总的占地面积减少。2.3 电机选择 电动机是将电能转换为机械能，分为交流电动机和直流电动。(一)交流电动机：利用通电线圈在磁场里转动，保证线圈受力方向一致而连续旋转的，分为异步电动机和同步电动机两类。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉，可改变转速，具有较好的稳态和动态特性等优点，广泛应用于工农业生

23、产中。同步电动机是双重励磁和异步启动，只需通以较小的直流励磁功率，适用于大功率高电压的场合。具有转速恒定，不随负载而变化，功率因数可调，能量损耗小，运行效率高等特点。除了用于电力传动外，还可用于补偿电网功率因数。(二)直流电动机：利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的，其特点为：1、启动性能好 2、调速性能优越，易平滑调速 3、过载能力较强，热动和制动转矩较大，但是直流电动机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，价格也贵一些。综合考虑，参照实习工厂的电动机型式，本设计采用交流同步电动机。2.4 联接轴选择 在主传动装置中，联接轴是非常重要的部件，它将电机

24、的运动和力矩传递给轧辊。在轧钢机中常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴等。确定联接轴类型主要根据轧辊调整量、联轴允许倾角和传递扭矩等因素有关。万向接轴的允许倾角较大传递扭矩也较大，梅花接轴和联合接轴允许倾角较小一般用于轧辊调整量不大的轧机，齿式接轴倾角较小但在高速下运转平稳可靠一般用于轧辊调整量不大速度较高的轧机。所设计的冷轧板轧机对轧辊的调整量较大连接轴倾角有时达810故采用万向联接轴。万向接轴有滑块式和带滚动轴承式，由文献1轧钢机联接轴的类型和用途，综合生产实际考虑，因十字轴式万向接轴具有传动效率高、传动扭矩大、传动平稳、润滑条件好、噪音低、使用寿命长等优点，所以本设计采用

25、十字轴式万向接轴。辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 6 页 3 力能参数的计算 3.1 轧制力的计算 3.1.1 轧制规程 原始参数 材质：低碳钢，原料规格 3.0mm800mm，成品规格 0.3mm900mm，压下规程见表 3.1。表3.1 压下规程 连轧机号 N 轧前厚度 h0（mm）轧后厚度 h1(mm)压下量h（mm）1 35 27 8 2 27 21 6 3 21 17 4 4 17 15 2 5 15 14 1 3.1.2 初选轧辊材料 带钢冷轧机的工作辊对辊面硬度及强度均有很高的要求，常采用高硬度的合金铸钢。其支承辊在工作中主要承受弯曲，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性

26、，因此，多选用含 Cr 合金锻钢，中间辊主要考虑接触应力，为了轧制高碳钢和其它难变形的合金钢，在冷轧机上也采用带硬质合金辊套的复合式冷轧工作辊。其辊心材质与辊套材质的热膨胀系数应十分接近，以防轧辊发热时，损坏辊套。综上所述，工作辊材料：9Cr2W,中间辊材料：9Cr2Mo，支承辊材料：9CrV。3.1.3 轧辊主要参数的确定 1.工作辊主要参数的确定(1)辊身长度的确定 辊身长度 L 主要是根据所提供的坯料尺寸和实际生产中的辊道宽度来确定的，辊身长度应大于所带钢的最大宽度maxb，即 maxLba (3.1)式中 L辊身长度，mm；maxb带钢的最大宽度，mm；辽宁科技大学本科生毕业设计(论文

27、)第 7 页 a视带钢宽度而定的余量，当maxb=10002500mm 时，取a=150250mm。取b=1350mm 时，a=150mm。所以，mm15001501350L。1500 六辊冷连轧机组，为减小轧制力，应尽量使工作辊直径小些。但工作辊最小直径受辊径和轴头的扭转强度和轧件的咬入条件限制。按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径1D应满足 11c o shD (3.2)由文献1可知：取最大咬入角=5 代入式(3.2)得1D05cos10.1即1D262.791 mm。(2)最小轧制厚度限制 由文献1知 1D(15002000)minh=(15002000)0.3=450600mm 根据以上

28、计算及经验选为：mm4251maxD mm3851minD(3)轧辊辊颈尺寸1d的确定 1d=(0.50.55)1D=(0.50.55)425=(212.5233.75)mm 考虑轴承外径尺寸及接轴的影响取 1d=220mm(4)轴颈长度1l 1l=(0.831.0)1d 取1l=0.91d=0.9220=198mm。2.中间辊主要参数的确定(1)辊身直径的选择 2D(1.031.15)1D=(1.031.15)425=(437.75493)mm 根据以上计算及经验选为：mm4902maxD mm4402minD(2)轧辊辊颈尺寸2d的确定 2d=(0.50.55)2D=(0.50.55)49

29、0=(245269.5)mm 取2d=260mm。辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 8 页 (3)轴颈长度2l 2l=(0.831.0)2d取2l=0.92d=0.9260=234mm 3.支承辊主要参数的确定(1)辊身直径的选择 3D(2.33.5)2D=(2.33.5)490=(11271715)mm 根据以上计算及经验选为：mm13003maxD mm11503minD(2)轧辊辊颈尺寸3d的确定 3d=(0.50.55)3D=(0.50.55)1300=(650715)mm 取3d=680mm。(3)轴颈长度3l 3l=(0.831.0)3d取3l=0.93d=0.9680=612

30、mm。4.1500 六辊冷连轧机组轧辊传动端的型式 轧辊的轴头基本类型有 a)梅花辊头；b)万向辊头；c)圆柱形辊头；d)带平台的辊头。为了装卸轧辊轴承的方便，轴头用可装卸的动配合扁头。此时辊头平台更为适合，其结构尺寸如图 3.1 所示：图 3.1 带平台的辊头 3.1.4 轧制力的计算 轧件对轧辊的总轧制力 P 为轧制平均压力mP与轧件和轧辊接触面积 F 之乘积，即：P=mP.F (3.3)式中 P轧制力，N；mP平均单位压力，N；辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 9 页 F接触面积，mm2，轧件与轧辊接触面积计算公式如下 F=210bb l (3.4)式中 0b、1b轧制前、后轧件的宽

31、度，mm；l考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度，mm；取第一架轧机进行设计：l=hR=mm58.1412425 其中，l接触弧水平长度；R工作辊半径；h压下量。因为是冷轧薄板，故采用斯通公式。mm5.2223210mhhh 采用乳化液润滑，取1.0。图 3.2 冷态下变形阻力曲线 Z=34.0)5.258.141.0()(22mhl (3.5)Y=2C(K210)(3.6)辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 10 页 式中 C常数，对于钢轧辊 C=3mm90600RN；K=1.1521S0S 其中，0S、1S轧制前后轧件材料的变形阻力；0、1入口和出口断面上实际张应力值。查图 3.2 可知：MP

32、a250%0S00，；%3.333101hh，MPa520S1；图3.3 决定压扁后接触弧长度诺谟图 代入上式知 K=1.1521S0S=1.152520250=442.75MPa C=90600R=3mm002345.0906002425N 设MPa1200，MPa2001 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 11 页 *m210MPa1602200120 其中，*m入口和出口断面上作用水平张应力。代入式(3.6)数据知 Y=2C(K210)053.05.21.0)16075.442(002345.02 由 Z，Y 查文献1图 3.3 可得：X=0.61 那么 38.10.611e1e0.

33、61XXm lmm25.151.02.50.61mXh 接触弧上平均单位压力：XKP1e)(X*mm(42.75160)1.38=390.2MPa 轧制总压力：P=FPm=390.2KN50581025.1529008006 3.2 轧制力矩的计算 传动轧辊所需力矩为 MK=MZ+MR+Mf1 (3.7)式中 MK驱动一个工作辊力距，Nm；MZ轧辊上的轧制力矩，Nm；Mf1轧辊轴承处摩擦力矩，Nm；MR中间辊辊对工作辊的反力对工作辊的力矩，Nm；3.2.1 轧制力矩的计算 MZ=Pa (3.8)式中 P轧制力，kN；辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 12 页 a轧制力力臂，mm；a=sin

34、21D (3.9)=(3.10)=arcos(1h/D1)(3.11)式中 不考虑张力轧制时轧制力作用点对应的轧辊中心角；咬入角；力臂系数，采利柯夫认为=0.350.45 取=0.4 代入公式(3.83.11)可得=arcos(11/425)093123.3 0572492.14.0 a=0572492.1sin2425=5.83mm MZ=5058N1.294881083.51033m 3.2.2 反力矩的计算 MR=Rc (3.12)式中 R支承辊对工作辊的反力，kN；c反力 R 对工作辊的力臂，mm；R=)cos(P (3.13)c=mcos+sin21D (3.14)=arcsin22

35、2Dm (3.15)=arcsin2221DDe (3.16)式中 工作辊与支承辊连心线与垂直线夹角；e工作辊轴线相对于支承辊轴线偏移距一般 e=510mm，取 e=8mm；轧辊连心线与反力 R 的夹角；辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 13 页 mR 力在工作辊与支承辊接触处偏离一个滚动摩擦力臂的距离，m=0.10.3mm，取 m=0.2mm；1、2工作辊和支承辊轧辊轴承处摩擦圆半径，1=21d，2=22d (3.17)式中 d1、d2工作辊和中间辊辊轴颈直径，mm；轧辊轴承摩擦系数，由文献1知=0.004；代入式(3.123.17)数据可 1=mm44.0004.02220 2=mm5

36、2.0004.02260=arcsin0002.1249024258 =arcsin0168.024902.052.0 R=KN1.5059)002.1168.0cos(5058 c=0.2cos0.168+168.0sin2425=0.823mm MR=6.416310823.0101.505933 Nm 3.2.3 摩擦力矩的计算 Mf1=F1 (3.18)式中 F工作辊轴承处反力，kN；F=Rsin(+)(3.19)代入数据可得 F=5059.1sin(.002+0.168)=103.3KN Mf1=5.451044.0103.10333Nm MK=MZ+MR+Mf1=336975.45

37、6.41631.29488 Nm 驱动两个工作辊所需的力矩 MK=2 MK=2 6739433697 Nm 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 14 页 4 主电机容量的选择 4.1 初选电机功率 nw=160D=r900425.0028.2060min erN=kw3.63519550900673949550ZKnM 初选电动机型式为129760TDZ,额定功率7000erPkw，额定转速min/r1000ner Mer=9550erernN=955010007000=66850 Nm 其中，erN最大轧制功率，kW；Mer初选电机额定静力矩，Nm；Ner初选电机功率，kW；ner初选电机

38、转速，r/min。4.2 轧机主电动机力矩 主电机轴上上的力矩由四部分组成，即 MD=donkonffMMMiMM21Z=donkonfZMMMiM (4.1)式中 MD主电机力矩，Nm；MZ轧辊上的轧制力矩，Nm；Mf附加摩擦力矩，即轧制时由于轧制力作用于轧辊轴承、传动机构及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩，Nm；Mkon空转力矩，即当轧机空转时，由于各转动件的重量产生的摩擦力矩及其他阻力距，Nm；Mdon动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件或减速所引起的惯性力所产生的力矩，Nm；Mf2各转动零件推算到主电机轴上的附加力矩，Nm；电动机至轧辊之间的传动效率，此设计中 辽宁科技大学本科生毕业

39、设计(论文)第 15 页 =联轴器滑动轴承联轴节齿轮座 (4.2)i电动机和轧辊之间的传动比，此设计方案电机直接驱动轧辊，i=1；查文献2得联轴器=0.99，滑动轴承=0.98，联轴节=0.98，齿轮座=0.98 代入公式(4.2)得=0.99932.098.098.098.0 1、空转力矩Mkon Mkon=（0.030.06）Mer (4.3)取 Mkon=0.05 Mer 计算代入数据得 Mkon=3342.5Nm 2、摩擦力矩Mf、静力矩Mj Mf=21ffMiM (4.4)Mf2=iMk11 (4.5)Mj=MZ+Mf+Mkon (4.6)式中 Mj推算到电动机轴上的总静力矩，Nm。

40、代入上式可得 Mf2=6.24581336971932.01 Nm，Mf=1.25946.254815.45 Nm Mj=29488.1+2594.1+6685=38767.2 N m 3、动力矩Mdon Mdon=dtdwGD42 (4.7)式中 2GD各转动件推算到电机轴上的飞轮力矩，取 G=6.1t 2GD=1101.8kgm2；dtdw电动机的角加速度，rad/s2。由文献1 选启动时加速度 aj=400r/mins，制动时加速度 az=800 r/mins。可知 启动时角加速度 j=602400=41.89rad/s2 制动时角加速度 z=602800=83.78 rad/s2。辽宁

41、科技大学本科生毕业设计(论文)第 16 页 代入式(4.7)数据得 空载启动阶段动力矩起donM=11538.6Nm 空载制动阶段动力矩制donM=23077.2N m 4、各阶段、道次主电机力矩计算 MD1=Mkon+起donM (4.8)MD2=Mj+起donM (4.9)MD3=Mj (4.10)MD4=Mj制donM (4.11)MD5=Mkon制donM (4.12)式中 MD1空载加速启动阶段力矩，Nm；MD2咬入轧件后的加速阶段力矩，Nm；MD3稳定速度轧制阶段力矩，Nm；MD4带有轧件的减速阶段力矩，Nm；MD5抛钢后减速阶段力矩，Nm。代入式(4.84.12)可得 MD1=3

42、342.5+11538.6=14881.1 Nm MD2=38767.2+11538.6=48305.8 Nm MD3=38767.2 Nm MD4=38767.2 23077.2=15690 Nm MD5=665823077.2=-16419.2 Nm 4.3 各轧制阶段时间计算 yt=jyan (4.13)jt=jywann (4.14)Zt=zpwann (4.15)Wt=zpwjwywwtnntnnnnDL221601 (4.16)zt=zpan (4.17)辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 17 页 式中 yt启动空载阶段所需时间，s；ny咬入轧件是的转速，ny=400r/min

43、；jt咬入后加速阶段所需时间，s；Zt带有轧件的减速阶段所需时间，s；np各道次抛钢转速，np=400r/min；Wt稳定轧制时所需时间，s；L各道次后轧件的长度，取 L=80m；zt制动阶段所需时间，s。nw稳定轧制时工作辊转速，nw=900r/min；图4.1 电机静负荷 代入式(4.134.17)可得 yt=s1400400 jt=s25.1400400900 Zt s625.0800400900 Wt=625.0240090025.129004009001900425.08060 =2.64s 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 18 页 zt=s5.0800400 t=yt+jt+

44、Zt+Wt+zt+0t (4.18)式中 0t轧制时间时间间隙，取0t=0.6s；t轧制周期，s。代入式(4.18)数据得 t=6.615s 4.3 电机的校核 根据电机故障诊断修理手册和以上计算选定电机：电动机型式为129760TDZ,额定功率7000erPkw，额定转速min/r1000ern,额定电压10000erVv，额定电流523erAA,总重 6.1t 1、过载校核 Mer=KMmax (4.19)式中 Mmax静负荷图上的最大力矩，Nm；K电动机过载系数，不可逆电动机 K=1.52.0。由图 4.1 知 Mmax=48305.8 Nm，代入（4.19）得 K=0.721.52.0

45、 满足设计要求。2、发热校核 Mjun=ttMj2 (4.20)tMj2=02tMkon+yDtM21+jDtM22+wDtM23+zDtM24+25 zDtM (4.21)式中 Mjun电动机按发热计算出来的等值力矩，Nm。代入上式的得 Mjun=33449.38 NmMer满足设计要求。辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 19 页 5 轧辊强度校核 六辊轧机支承辊的抗弯系数较工作辊大得多，在轧制时的弯曲力矩决大部分由支承辊承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。此设计四辊轧机由工作辊传动，工作辊只受扭转切应力，支承辊刚性几乎承受全部弯曲应力，工作辊与支承辊之间存在接触应力。

46、5.1 工作辊强度校核 1、工作辊扭转应力计算 工作辊材料选合金锻钢，对工作只校核扭转强度，工作辊的弯矩图见图 5.1 考虑到其他轧制规程取最大轧制力矩 MK=20kNm 2maxhbMK (5.1)图 5.1 工作辊扭距图 式中 m a x轧辊扭转应力，MPa；矩形截面杆扭转系数；h、b矩形截面杆高、宽，mm。辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 20 页 传动端截面近似为矩形 b=160mm，h=200mm，h/b=1.25，查文献6可知=0.221，代入式 5.1 得 max=14.14MPa。由文献 1 可知 对于合金锻钢轧辊，当b=700750Mpa 时，许用应力 Rb=140150

47、Mpa；max=14.14Mpa Rb 可知工作辊强度满足要求。5.2 支承辊强度校核 支承辊材料选合金锻钢查文献1可以知支承辊强度极限b=700750MPa，许用应力 Rb=140150MPa。支承辊的弯曲力矩及弯曲应力分布见图 5.2，在辊颈的 1-1 断面和2-2 断面的弯曲应力应满足强度条件，断面 3-3 处弯距最大应校核 3-3 处弯曲应力。图5.2 支承辊的弯曲力矩及弯曲应力分布图 1、1-1 断面和2-2 断面强度校核 3111112.0dPc (5.2)3222222.0dPc (5.3)辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 21 页 式中 11、221-1 和 2-2 断面处

48、的弯曲应力，MPa；c1、c21-1 和 2-2 断面至反力 P/2 处的距离，mm；c1=(l0L3)/2r (5.4)c2=(l0L3)/2 (5.5)d1-1、d2-21-1 和 2-2 断面直径，d1-1=800mm；L3=1500mm，l0=2510mm d2-2=d1-1+2r (5.6)其中，r 为 1-1 断面处过渡圆角半径，r=90mm。由原始数据知最大轧制力 P=12000KN，代入式(5.25.6)得 d2-2=980mm c1=415mm c2=505mm 11=93.75Mpa Rb 22=32.19MPa Rb 可知断面 1-1 和 2-2 满足强度条件。2、校核断

49、面3-3 处弯曲应力 24.0303333LlDP (5.7)式中 333-3 断面处弯曲应力，MPa。代入式 5.12 数据得 33=34.72MPa Rb 可知 3-3 断面满足强度条件。5.3 工作辊与中间辊间的接触应力校核 六辊轧机中间辊和工作辊之间存在有很大的接触应力，在轧辊设计及使用时应进行校核计算。1、校核最大正应力max max=bq2 (5.8)b=212121)(2DDDDKKq (5.9)式中 m a x最大正应力，MPa；b接触区宽度，mm；辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 22 页 图5.3 工作辊与中间辊相接触的情况 q加在接触表面单位长度上的负荷，N/mm q

50、=2LPPG (5.10)其中，P、PG为轧制力和中间辊重量，取 P=Pmax=12000KN，PG=54t=529.2KN；K1、K2与轧辊材料有关的系数；K1=1211E，K2=2221E (5.11)其中，1、2及 E1、E2 为两轧辊材料的泊松比和弹性模数。由文献7得 1=2=0.3 E1=202GPa E2=202GPa 代入式(5.85.11)数据得 q=8352.8N/mm，K1=1.6710-6MPa-1，K1=1.6710-6MPa-1 max=1492.02MPa 本轧机中间辊辊面硬度HS=3040，由文献1知许用接触应力=16002000MPa。max 可知满足接触强度要