kz0615.01.01.00轧钢生产线设计大学本科毕业论文.doc

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1、沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）KZ0615.01.01.00轧钢生产线设计摘 要近年来随着中国的经济建设的蓬勃发展，导致了我国工业对钢铁的需求越来越大。但是，由于我国工业起步较晚，发展期间也走了许多弯路，这就导致我国的钢铁企业的技术水平仍然有待提高。所以，国家近期重大的改革目标就是逐步淘汰小型的钢铁企业，大力扶持大型钢铁企业用来实现技术的升级，这就对大型钢铁企业的轧钢生产线提出了新的要求。在接到设计任务后，经过认真的思考和分析，并且结合现有的设备，设计了这套轧钢生产线。在设计初步完成后，对各零件校核合格后，使所设计的轧钢生产线完全了达到所须要求。经大量计算过后，发现新设计的轧钢生产线性质比

2、原来的轧钢生产线设备有所提高，在稳定性上也有很大的提高。其经济性完全也适合现在市场的需求。由于设计的是轧钢生产线的相关配套设备，设计初根据任务书的要求和所需要达到的使用目的来设计轧钢生产线。首先设计和选用了合适的轧辊，并且选择了合适的轧辊轴承；然后根据轧辊的性能将其设计加入换辊机构的设计；其次根据轧制的性能和换辊机构的性能设计了轧机的机架和压下装置；再次，设计完成轧机后根据轧机的各项属性设计出输入的各项装置和主电机；最后，经过力学计算后校核主要零件并使之达到设计的要求，使整套轧钢生产线的设计圆满结束。关键词：轧钢生产线；轧钢机；轧辊；轴承34AbstractIn recent years, w

3、ith the rapid development of Chinese economic, the demand for iron and steel in industry in China is more and more expanding. Because of the late development of our industry, the development of the industry has also left many detours, which leads to the technical level of iron and steel enterprises

4、in China still need to be improved. So the recent national major reform goal is phasing out small iron and steel enterprises, vigorously support large-scale iron and steel enterprises to implement technology upgrade, which in large iron and steel enterprises steel rolling production line proposed ne

5、w requirements. After receiving the design task, by careful thinking and analysis, and the existing equipment, I design this rolling production line. When I finish the elementary design, and the completion of the parts, the design of the steel rolling production line is fully achieved. After a lot o

6、f calculation, I found that the new design of the rolling production line is improved, and the stability of the rolling production line is also greatly improved. Its economy is also suitable for the present market demand completely.The design is the related equipment of steel rolling production line

7、, initial design according to the requirements of the task and the need to achieve the purpose to design the rolling line. Firstly, I design and select of the appropriate roll, and select the appropriate roll bearing. Then I design the change roller mechanism and the input of the device and the main

8、 motor. Finally, After the calculation of mechanics, the main parts were checked and the design requirements were met, and the design of the whole rolling line was concluded successfully. Keywords: Rolling production line; rolling mill; roller; the bearings目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的来源及选题的依据11.1

9、.1 基本情况介绍11.1.2 本课题在国内外研究趋势21.1.3 本课题的目的与意义61.1.4 开展研究工作的设想61.2 课题研究采用哪些方法和手段71.3 完成课题的实验条件71.4 设计总体方案思路8第2章 设备的主要参数及计算92.1 轧机参数92.2 轧制力的计算92.3 轧制力矩的计算10第3章 轧辊的相关设计113.1 轧辊的工作特点123.2 轧辊的尺寸相关设计133.2.1 辊身133.2.2 辊颈143.2.3 辊头143.3 轧辊的材料及辊面硬度143.3.1 常见的轧辊材料143.3.2 轧辊材料的选择153.4 轧辊的强度验算183.4.1 轧辊强度的计算方法19

10、3.4.2 轧辊的安全系数203.4.3 轧辊断裂形式233.4.4 轧辊挠度的计算23第4章 轧辊轴承的设计254.1 轴承的概况254.2 轧辊轴承的选择25第5章 压下装置的选择275.1 压下装置简介275.2 压下装置的分类275.3 压下装置的选择与设计285.3.1 电动压下装置的形式285.3.2 压下装置参数295.3.3 压下装置齿轮轴承的选择305.3.4 轴承校核30第6章 结论31参考文献32致谢34第1章 绪论1.1 课题的来源及选题的依据1.1.1 基本情况介绍轧钢(steel rolling）是在运转的轧辊之间对钢坯形状的压力加工过程。轧钢过程的目的一方面是为了

11、生产中所需要得到的形状，例如：钢板，带钢，线材，棒材及各种型钢等；另一方面是为了改善钢坯的内部材料性能，例如：我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板，火车轮等都是通过轧钢工艺加工出来的。轧钢的分类有多种方式，例如：轧钢方法按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧，横轧和斜轧；按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和特殊轧制。周期轧制，旋压轧制，弯曲成型等都属于特殊轧制方法。轧钢的工艺流程主要包括:原料选定、钢坯在加热窑内预加热、除磷粗轧、预精轧、精轧、吐丝机（线材）、切定尺（棒材）、质量检测、成品打包、成品入库等工序

12、。目前，轧钢生产线的设计要求不但要将钢材轧制成功，而且要考虑到在整套轧钢生产过程的中，每件工序的安排是否合理。从而可以使整个轧钢生产更加高效、安全、适应性强。所以，轧钢生产线的工艺流程应该充分考虑合理性、适用性。例如： 加热窑进坯输送线与连铸出坯线贯通, 在主轧线后紧凑地布置棒材线、大盘卷线、线材生产线。合理的工艺流程为整个轧钢生产线的高效生产、高品质产品和低成本运行提供了有力保证 6。在现代化的轧钢生产线中，一般都会采用自动控制技术来实现整套产品的加工工序。自动控制能满足轧制速度的不断提高和生产过程的连续化，多品种范围的尺寸变更以及对轧件尺寸的各种精度要求。自动控制系统是由计算机系统、电气驱

13、动系统和可靠性高的检测元件组成。计算机控制的过程有:自动出钢过程控制、粗、中轧机的微张力轧制控制、精轧机的活套无张力轧制控制、活套的自动调节、自动切头飞剪和自动事故剪、盘卷推出机的自动操作等。采用自动控制之后将会有诸多有利因素，比如:采用了计算机控制之后,通过计算机进行科学组织,统筹安排,可以使已有的轧钢生产线内设备安装的各个阶段有机的联系起来,使加工各工序有效的流畅运行，而且也可以使设备安装工期压缩到最少。此外，通过运用合理的控制管理程序和使用先进的数字控制施工技术及应用计算机模拟仿真,就可以确保设备的安装质量和安全生产。所以，通过对轧钢生产线采用先进的自动控制技术可以实现设备安装质量最高、

14、安装工期最短的效果。1.1.2 本课题在国内外研究趋势自改革开放以来，随着我国经济建设的平稳迅速发展,我国国内的大型基础设施建设、汽车工业、船舶工业以及其他国家相关支柱产业的强劲崛起,目前对钢材的需求量越来越大。由于这些强劲的需求也就促使了我国钢产量的快速提升。据调查统计，我国每年的粗年钢产量,已经由几年前的1亿吨增加至2014年的16.62亿吨，占全球的49.5%。但是许多钢材加工企业的工艺落后，设备老化，导致轧制出来的产品废品率高，精度低。所以，依据国家的相关要求,为了提高生产力和降低能耗、发挥最大的经济效益和社会效益、实现绿色工业，国内的钢铁企业在几年前就开始进行了优化、整合和重组,相继

15、成立了以宝钢集团、首钢集团、武钢集团和鞍本集团为代表的国际化的大型钢铁集团。这些大型的钢铁集团现在正根据各自的企业优势和产品特点,按照市场的需求快速改建和新建各自的钢材生产线7。轧钢生产线的主要设备一般是指进行轧制的设备，即轧机。据记载，1480年意大利人达芬奇就曾经设计出过轧机的草图。1553年法国人布律列尔曾经将金和银的板材进行轧制,用来制造钱币。此后在西班牙、比利时和英国相继出现轧机，英国于1766年生产出了串列式小型轧机。在当代，现代轧钢生产线发展的趋势是趋于连续化、自动化、专业化。这样发展使得产品的质量高,原料消耗低。60年代以来世界上的轧钢生产线在设计、研究和建设方面取得了很大的进

16、展，使带材冷热轧生产线、厚板轧生产线、高速线材轧生产线、H型材轧生产线和连轧管生产线等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟 115米的线材轧制生产线、全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧钢生产线和连续式 H型钢轧钢生产线等一系列先进的生产线。目前，生产线用的原料的重量增大，而且采用液压 AGC、板形控制、电子计算机程序控制等手段并且测试控制手段越来越完善，轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧、控制轧制，还有其它适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧钢生产线也正在发展之中。我国的大型钢铁企业从20世纪70年代就已经开始采用先进的连轧生产线。连轧生产线采用了一系列整套的先进自

17、动化控制系统，全线轧制生产过程和操作监控过程全部都由计算机控制实施。通过使用计算机进行控制，可以使钢坯在几架轧机上同时进行轧制，大大的提高了生产效率和产品的质量。图1-1 轧钢生产线的一般构成图1-2 轧钢生产线的样式图1-3 鞍钢1700mm轧钢生产线图1-4 鞍钢1700mm轧钢生产线的产品1.1.3 本课题的目的与意义本课题通过对KZ0615.01.01.00轧钢生产线进行设计，需要确定合理的设计方案；绘制该生产线的总装图及部件图；对主要零件进行结构设计；及校核计算。并根据机械零件设计手册来选择合适的电机、减速器并撰写毕业论文。通过上述程序最终完成本课题的所有内容。利用总共18周的毕业设

18、计，来完成轧钢生产线的设计，并辉指出其总装图及部件图，而且要对主要零件进行校核计算。通过毕业课题的设计，是本人应用所学知识完成一个完整机械设备的设计体验。明确整套设计流程，可以为毕业后的实际设计工作奠定基础。1.1.4 开展研究工作的设想本次毕业设计是我在本科四年的生涯中第一次完整的设计一个整套的机械设备，意义非常重大。通过这次的毕业设计，可以让我初步了解日后实际生产应用中所需要进行的各项工序，为以后展开相关的研究打下一定基础。在这次毕业设计中，需要进行相关的准备工作有:首先，需要了解设计的答题要求对课题由一个基本的了解，明确索要设计的东西；其次，在了解相关信息后，需要确定合理的设计方案。合理

19、的设计方案需要查阅相关资料，包括各类期刊、杂志、会议、报刊的关于轧钢生产线的有关记录，各个专家所撰写的有关轧钢生产线的书籍，还有专家学者们关于轧钢生产线的有关成型设计等等。而且，这次轧钢生产线的设计还需要查阅各个外国专家学者有关轧钢生产线的相关研究成果，了解外国的相关发展结论。通过查阅大量的国内国外的资料，得出最后的总体方案设计；在论证完成总体方案设计后，就要开始绘制所设计的轧钢生产线的总装图及部件图，并且要对其中主要零件结构进行设计以及校核计算。在该步骤设计中，所需要的电机，减速器及标准件需要通过查阅机械零件设计手册来选择；完成图纸的绘制之后，我需要对之前所完成的设计方案进行最后的修改和整理

20、用来完成最后毕业论文的书写。撰写毕业论文需要所画出的总装图、部件图、计算结果等统一的整理汇总起来，并对其中的错误进行修改，把不合理的步骤进行完善和优化。通过一系列的论证完成毕业论文的书写并最终完成整个轧钢生产线的设计然后参加毕业答辩。1.2 课题研究采用哪些方法和手段（1）对文献进行深入探索的方法：在毕业设计中，通过发掘国内外最新的工程经验和行业的发展动态以及有关理论。参考已有的理论结果，支撑和组建本课题的理论框架和相关的方法。（2）深入调查研究的方法：通过总结整理所有最新资料，得出对轧钢生产线设计的最终结果。然后，对结果进行深入的论证，找出其中的不足并加以改进。最终确定这次轧钢生产线设计的最

21、佳结论。（3）基础实验观察的方法：通过操作变量的变化，经前后测定对比，分析该实验的因果关系，并最终得出最佳的方案。是整套轧钢生产线的设计的最终结果更加完善。（4）进行实际操作并进行研究的方法：轧钢生产线是一种在实际的工业生产中工作的设备。所以，对轧钢生产线的设计就要边实践边总结边研究，及时制定、修订设计方案，真正的把本科四年所学的理论应用恰当。在上述四种研究方法中，行实际操作并进行研究的方法，是这次毕业设计的主要研究方法。这是因为在实际的工业生产中，加工过程受各种因素、各个方面的综合干扰。仅仅通过查阅相关资料是不能够完整的考虑到各个因素的影响。所以，要亲自到实践中去，理论与实践相结合，才能把本

22、次毕业设计做好。1.3 完成课题的实验条件（1）在图书馆网络上查阅相关资料,了解国内外最新的前沿资讯。这是本次毕业设计的理论基础。（2）指导老师对本课题的指导。指导教师从业已有近30年，对本次的轧钢生产线设计一定有比本人更高的见解。通过指导老师的指导可以少走弯路，更高效的完成毕业设计。（3）充裕的设计时间。这次毕业设计是大学以来第一次独立完成整套机械设备的相关设计。我在很多方面一定会有各种不足之处，所以我需要18周的时间来完成这次毕业设计。（4）良好的实验环境。在设计中，相关的计算及零件选用需要一定的技术手段来检验其是否最优，所以，我需要一定的实验条件来对相关数据进行校验。这样才能最终将毕业设

23、计完成至一个令人满意的结果。1.4 设计总体方案思路（1）总装配图的设计；（2）压下装置的设计；（3）机架的设计；（4）换辊装置的设计；（5）电机的选用。第2章 设备的主要参数及计算2.1 轧机参数轧辊直径：1200mm；辊身长度：2050mm；轧制速度：01.11/2.12m/s；主电机功率：2x2850kw；主电机转速：020/30r/min；最大轧制压力：30000kN；最大轧制力矩：6250kNm。2.2 轧制力的计算本论文的设计采用热轧钢板轧机平均压力计算公式：热轧钢板轧机的轧制压力，可以采用爱克隆的轧制压力公式计算。同时，热轧带钢渣机的轧制压力也可采用R.B.西姆斯公式计算。在实际

24、计算时，由于西姆斯公式的计算过程较为复杂，因此一般用她的简化公式。由于变形区的长度（即接触弧水平投影的长度l与轧件厚度h的比值）是左右单位压力的大小和分布的主要因素。 为乘坐变形区形状系数，其大小反映了接触面（如摩擦力）对轧制件变形区的影响情况。对于热带钢连轧机，考虑到前后张力对轧制压力的影响，请平均压力为： （2-1）式中：、为轧机单位前后张力 （2-2） （2-3）其中：、机前后张力（kg）；b宽度（mm）；h前后轧件的平均厚度；l变形区长度；变形阻力。轧制时，轧件与轧辊接触弧上轧制单位压力的总和。轧制总压力P用下式计算：P=pF （2-4）经过计算后并参考设备许用应力及实际情况取轧制的压

25、力为18000kN2.3 轧制力矩的计算轧制时，乍见在轧制压力的作用之下产生塑性变形，与此同时，轧件也给轧辊同样大小但方向相反的作用力，当轧件上作用前后不相等的作用力的时候则轧制力与垂直方向成一个角度。由此，可以求出所需的两轧辊上的轧制力矩。 （2-5）经过计算并结合实际情况及许用应力后取轧制力矩M为3500kN第3章 轧辊的相关设计在轧钢工业的生产中，轧辊的作用不容置疑。它直接与扎件接触并且与金属作用使之产生塑性变形。并且，它也是消耗品，他在轧钢生产中对产量的提高、产品质量的提升、降低各项物品的消耗等指标有很大的影响。轧辊的分类有多种情况，按构造分类可分为两种：应用于轧制板带材料的光面轧辊和

26、应用于轧制型钢线材和钢坯的有槽轧辊；按照用途分类可分为工作辊和支承辊。生产中的的轧辊选用要根据实际的轧制情况进行分析。图3-1 轧辊图3-2 轧辊辊头3.1 轧辊的工作特点轧辊在工作时需要承受很大的轧制压力和轧制力矩，而且有时候会有动载荷。基于以上条件，所以要求轧辊能在高温或温度变化很大的条件下工作。并且，由于轧件温度很高而且需要在冷却水作用下工作，所以轧辊在旋转的时候会受到冷热双方面的作用，工农工作条件极为繁重。经过相关查阅资料，本设计选择平面轧辊。图3-3 轧辊的结构a梅花型辊头；b扁头型辊头；c带双键型辊头；1辊身；2辊颈；3辊头3.2 轧辊的尺寸相关设计3.2.1 辊身轧辊的辊身与轧件

27、直接接触并使金属产生塑性变形，它是轧辊的工作部分。现代轧钢生产对轧辊有很多要求，例如：需要有很高的强度，足够的刚度，较高的表面硬度和耐磨性，有良好的组织稳定性，以抵抗轧件的高温影响等等。所以，辊身直径D是轧钢机的一个重要的参数，这个参数在选择上有多种选法。轧辊的直径分为两种，即公称直径D和工作直径Dg。轧辊的公称直径D是指轧钢机的节圆直径或齿轮座的中心距。对轧辊分别由两个电机驱动的初轧机来说，公称直径D是按最末道次的轧辊中心矩来计算；对于型钢轧机来说以齿轮座的中心距作为轧辊公称直径；对于初轧机则把辊环外径称为公称直径。型钢轧机以轧辊的公称直径来作为轧机标称的组成部分，因为型钢品种规格与轧辊辊身

28、直径的大小成正比，辊身直径的数值即可反映该轧机所生产的品种规格。但是，由于生产不同品种规格所对应的轧辊辊身直径不同，因此通常习惯采用和轧辊辊身直径有一定对应关系而数值保持恒定不变的人字齿轮机座的中心距作为型钢轧机的名义直径。轧辊的工作直径Dg是指轧辊与轧件接触进行变形而直接工作的直径，在有槽轧辊上是指槽底处直径。所以，选择轧辊的直径为1200mm。轧辊直径选择之后需要满足一定的工作条件： （3-1）在轧制过程中，因为轧辊表面的磨损，经过一段时间后轧辊的磨损将影响产品的质量，此时需要对轧辊进行重车或重磨。每次重车0.5mm5mm,重磨量0.010.5mm，当轧辊直径减小到一定程度时，就不能再使用

29、了，但可以采用堆焊办法修复以延长轧辊寿命。一般情况下轧辊允许重车率用新辊直径百分比数表示：板轧机36%辊身长度的确定：对于一般的钢板轧机来讲辊身长度L都由钢板的最大宽度b决定：L=b+a （3-2）式中：a根据不同钢板宽度选取的余量；b钢板最大的宽度。综合各项参数考量之后，选择辊身长度为2050mm。3.2.2 辊颈在轧钢生产中，辊颈直径d 和辊颈长度 l 与其轴承的型式和工作载荷有关，辊颈的直径受轴承径向尺寸的限制，而且辊颈与辊身的交界面，往往是最薄弱的环节。对于本次设计的中厚板轧机而言一般可选辊颈直径为0.5倍辊身直径。所以，最终选取的辊身直径为600mm。3.2.3 辊头辊头的作用是传递

30、轧辊扭矩，其参数根据各个形式而不同。其中辊头形状最常见的是梅花形，它主要使用于转速不高、压下调整量小的轧钢机当中。本文根据各项情况考量后选择梅花辊头。3.3 轧辊的材料及辊面硬度轧钢生产已经经过多年，经验积累也越来越丰富。各种轧钢机轧辊的选材，根据具体情况，还可以根据自己设计的常见形式的造成损伤的原因选择合适的材料。生产板带材料时，由于产品精度的不断提高，轧制的工艺条件越来越严格。轧辊的质量好坏对板材的质量，生产率，作业率影响非常大。如果有一个破碎辊，辊面或滚筒表面不耐磨，热裂纹等问题，就会使轧辊成本升高并继续影响生产。在轧钢生产中，尤其是在薄板生产，相当大比例的费用是轧辊产生的。为此，各国都

31、进行了轧辊材质，加工和热处理工艺的研究。3.3.1 常见的轧辊材料常见的轧辊材料主要有：铸铁轧辊，合金锻钢轧辊，合金铸钢轧辊和半钢轧辊。（1）铸铁轧辊铸铁可分为普通铸铁，合金铸铁和球墨铸铁。铸铁轧辊不同硬度是由不同硬度的铸型得到。其主要种类有半冷硬，冷硬铸铁轧辊，和无限冷硬轧辊。（2）合金锻钢轧辊按我国Q/ZB62-73标准，热轧和冷轧机轧辊材料有：热轧轧辊：55Mn2、55Cr、60 Cr MnMo、 60 Si Memos冷轧轧辊：9 Cr、9 CrV、9 Cr2W、9 Cr2Mo、60 Cr2MoV、80CrNi3W、8CrMoV（3）合金铸钢没有统一的标准，并与电渣重熔技术的发展密切相

32、关，合金铸钢的质量逐渐提高。（4）半钢含碳量1.4%1.8%，杂质含量低，具有共析钢，成分也添加Ni，Cr，Mo加强基础组织，它既有钢的强度和耐热铸铁耐磨性综合性能的优点。3.3.2 轧辊材料的选择（1）初轧和型钢轧机的轧辊这类轧辊经常受到冲击载荷且受力较大。因此，应该要有的强度。但是，辊面的硬度却又不能过高（HS3540）。所以，主要的材料有40Cr、 50CrNi、 60 CrMoV、 60SiMnMo等。轧制合金钢适合用含有Cr、Ni、Mo等合金元素的轧辊。轧制普通碳钢的粗轧机的机座上常用含Mn和高碳铸钢轧辊。球墨铸铁轧辊的低价格，抗磨损，而且具有高的强度的特点，适用于在横列式的型钢轧机

33、的第二架粗轧机的机座上使用。（2）热连轧带钢轧机的工作辊与支撑辊在热轧带钢四辊轧机中，除了一些粗轧机的工作辊由于强度和咬入条件有限采用铸钢材料外，其它各类轧机工作辊的工作特点是主轴承的扭矩和压力，弯曲应力较小，转速高，用以确保工件表面质量的轧辊表面的要求。因此，工作辊的材料选择依据是辊面硬度，故多采用铸铁轧辊。一些工业企业使用冷硬铸铁（C=3.03.5%；Si=0.51.87%；Mn=0.40.7%；Mo0.3%；P0.4%；S0.11%，辊面硬度5868）来制作轧辊；还有些工业企业在粗轧生产线中采用半钢轧辊，以减缓表面糙化过程，然后再布置精轧生产线。然后，在精轧生产线中采用含Ni、Cr较高的

34、高硬度铸铁复合浇铸以使表面形成无线冷硬层，这样来提高辊面的硬度（HS=7583）并且也提高了精度。另一些工业企业在精轧部分使用硬度层很厚、耐磨、使用寿命长的高铬铸铁复合浇铸轧辊来提高精轧的轧制精度。热连轧带钢四辊轧机的支承辊所受应力主要为弯曲应力而且其直径较大。考虑到这些特点这些辊的材料一般采用9Cr2Mo、9CrV锻钢（辊面硬度HS=4550）来制造。这些材料中Cr占据重要作用。考虑到大直径系列轧辊的淬透性，所以选择Cr合金钢。在国产的1700mm热连轧生产线的镶套支承辊之中，辊套采取8CrMoV或8Mn2MoV锻钢制造，辊心采取37SiMn2MoV锻钢制造。为了保证辊套的高强度，国产的辊套

35、常使用C=0.40.8%、Ni=2.53%、Cr=0.62.0%、Mo=0.6%的合金铸钢铸造而成。此外，也有的工业企业的棍套是有铸钢或铸铁制成的。（3）冷轧带钢四辊轧机的工作辊和支撑辊冷轧生产机组四辊轧机的工作辊、支撑辊所受的压力打，轧制速度高，且有高质量的轧辊表面要求。所以，其对辊身强度及辊面硬度都有很高的要求。在中国，9Cr2W、9CrV锻钢等这些材料常用来铸造冷轧工作辊。而国外的轧辊近年来使用复合铸钢材料制成，这种材料的辊心强度、韧性好并且辊面的硬度高、耐磨。所以，我国的材料仍需改进以跟进先进制造的脚步。（4）叠轧薄板轧机轧辊叠轧薄板轧机轧辊工作在400450之间，轧辊的表面比较光滑，

36、轧制的压力较大。所以，该轧辊的硬度要求较高，多用冷硬球墨铸铁浇铸成轧辊。参考上述各个资料并汇总，本文的轧钢生产线中的轧机为二辊热轧机，由于没有支承辊导致轧辊需要有足够的强度和硬度。综上，本次设计采用半钢作为轧机轧辊的材料。图3-4 轮式离心铸造机1电机；2主动轴；3拖轮；4铸型；5轴承；6浇口小车3.4 轧辊的强度验算轧辊的性质决定整个轧机的负荷能力。它属于消耗性零件，直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩。他的安全性在轧机的整体中是最小的。轧辊需要有足够的抗弯曲，扭转，接触应力的能力来保证产品的高产、质优、消耗低。在实际生产中影响轧辊复合的因素有许多。所以，本文采用静强度进行计算，并且将其他影

37、响因素归入轧辊安全系数中。在计算中，对轧辊计算弯曲应力，对传动端辊头计算扭转强度，对辊颈计算弯曲应力和扭矩强度。下图为轧辊受力的简图：图3-5 轧辊的受力简图3.4.1 轧辊强度的计算方法（1）辊身的强度计算对于钢板轧机而言。在平辊轧制条件下，设轧制压力沿轧制宽度均匀分布，支反力左右相等各位P/2，并作用在压下螺丝中心线位置上。钢板轧辊辊身危险断面位于辊身中间。则此断面的弯曲应力为：MD=P（a/4-b/8） (3-3)式中：P作用在轧辊上的轧制力（kg）；a压下螺丝间的中心距离（cm）；b钢板厚度（cm）。（2）辊颈的强度计算辊颈断面上的扭转应力和弯曲应力分别为： （3-4） （3-5）式中

38、：d辊颈直径；、：辊颈危险断面处的弯曲力矩和扭转力矩。钢板轧钢机的辊颈弯矩为：=P/2c= P1 （3-6）式中：c辊身边缘至压下螺丝中心线的距离，可近似取c=0.5。（3）辊头轧辊的的传动端辊头只受扭转应力，辊头是属于非圆截面扭转问题，使用弹性力学有薄膜理论方法求解。本次设计选用的是最大的最大扭转应力产生在槽底上的梅花形辊头，对于一般的梅花型辊头来说，它的最大扭转应力为： （3-7）式中：花辊头外径；梅花辊头槽底直径。3.4.2 轧辊的安全系数 设计部件时，采用静强度计算时由于忽略了其他情况所以需要引入材料强度极限来对轧辊进行安全系数校核。安全系数n： （3-8）在实际生产中，精确计算轧辊实

39、际负荷是困难的。原因是轧钢生产工艺对轧辊负荷影响因素较多，波动较大，还有冲击动负载、疲劳、温度等因素影响。所以，采用静浮载计算轧辊强度是经过简化的一般方法。这种计算方法已经经过了生产实践的证实，大家一般公认的安全系数为n=5是足够的。表3-1 各种轧辊材料许用应力值材料名称极限强度（kg/mm2）许用应力（kg/mm2）合金锻钢碳素锻钢碳素铸铁球墨铸铁合金铸铁铸铁701206070506050604045354014241214101210128978图3-6 型钢轧辊的受力图图3-7 四辊轧机受力分析图a工作辊驱动；b支承辊驱动 3.4.3 轧辊断裂形式保证工厂正常生产的重要部件为轧辊。所以

40、，除了正常磨损期进行更换外，消灭断辊事故也是非常重要的。轧辊的断裂原因有两类：第一类为轧辊材质或制造质量等内在原因造成;第二类是由工艺条件和使用情况等外在原因导致。由于制造缺陷或轧辊材质造成的断裂，一般在断口处可检查出，如沙眼、夹杂、裂纹、沙眼等。在实际生产中，曾经出现转动的传动轴或轧辊突然断裂的事故。经过专业的研究后发现，这种事故的原因是传动系统发生扭转振动现象有关。它可使应力负荷增加数倍，并且扭转振动产生的应力也会引起零件的疲劳破坏。由于目前高速度、大功率、多电枢电机传动为发展趋势，这将会导致这一现象日益严重。解决这种现象需要提高部件的结构强度。图3-8 轧辊断裂形式图3.4.4 轧辊挠度

41、的计算在工业生产中，需要计算轧辊辊身中间的总挠度与边缘和辊身中间饶度差值来确定轧机的刚度。以此来确保轧出的钢板厚度均匀。由于轧辊支点与轧辊直径距离比值较大，所以计算轧辊的挠度量需要考虑到切应力的影响。故，轧辊中间得总挠度为：f=f1+f2 （3-9）式中：f1弯曲应力引起的挠度量f2剪切应力引起的挠度量由卡氏定理： .（3-10） （3-11）式中：U1系统中仅弯曲力矩作用的变形能U2系统中由于切力作用的变形能R在计算挠度位置所作用的外力与在任意截面上的弯矩和切力E与G性摸量和剪切摸量I与F断面惯性矩和断面面积辊身中间总挠度：f= （3-12）综上并经过计算，此轧辊合格。第4章 轧辊轴承的设计

42、4.1 轴承的概况轴承的大类有两种，即滚动轴承和滑动轴承。其中，滚动轴承的功率消耗少，摩擦阻力小，启动容易而且大多数已经标准化，所以它是现代机器中广泛应用的部件之一。本次设计中，除了要使设计的部件的各项指标达到设计要求而且要使设备的经济性最好。滚动轴承的基本结构包括内圈、外圈、滚动体、保持架等四部分组成。其中各项部件的主要作用为：内圈用来和轴颈装配：外圈用来和轴承座孔装配 。通常情况是内圈会随着轴颈进行旋转，外圈固定不动。但是，有些情况下也可以内圈不动而外圈动。滚动体是在内圈的滚道间滚动。常用的滚动体有球，圆柱滚子，球面棍子，圆锥棍子，滚针，球面棍子等几种。轴承内外圈的滚道的作用是限制滚动体沿

43、轴向的位移。保持架的主要作用是均匀的隔开滚动体。并且阻止相邻滚动体转动时因为接触处产生较大的相对滑动速度而导致的磨损。滚动轴承的内外圈和滚动体一般使用高碳铬轴承钢（GCr15）或渗碳轴承钢（G20CrNi4A）制造的，经过热处理之后硬度一般不低于60HRC。并且经过150的回火处理，所以元件硬度在工作温度不超过120时不会下降。综上，本文使用滚动轴承作为轧辊轴承与压下装置轴承。4.2 轧辊轴承的选择轧辊轴承用来支撑转动的轧辊，而且要保持轧辊在机架中正确的位置。这就导致轧辊轴承应具有较小的摩擦系数，寿命长，足够的强度和刚度，而且还要便于换辊。本次设计选择深沟球轴承作为轧辊轴承，型号为60/600.轴承内径为600mm外径870mm，轴承宽度为118mm。选择轴承之后，需要对轴承进行校核。轴承的强度的校验检测轴承是否达到额定的要求。轴承寿命计算公式为： （4-1）n= （4-2） （4-3）式中：Lh轴承额定寿命（h）n轴承的转速（r/min）p当量动载荷（kg）c轴承额定动载荷v线速度R轧辊半径Fa轴向载荷Fr径向载荷X径向动载荷系数Y轴向动载荷系数指数，对于球轴承为3，对于滚子轴承为 。对轧辊轴承计算：