D51-1200卧式轧环机辊系设计-轧钢机械设计.docx

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1、D51-1200卧式轧环机辊系设计课程设计说明书D51-1200卧式轧环机辊系设计Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill学 院（系）： 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2015.12.09 y- 24 -课程设计任务书-轧钢机械一、学生基本信息姓名性别出生年月班级学科专业学号二、课程性质与考查方式在学习轧钢机械设计后，进行的课程大作业，主要目的是掌握轧钢机械设计所学内容。成绩考核办法：1、日常出勤情况考核，为期3周（11月18日至1

2、2月9日）；2、中期进度情况、完成情况考核；3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。三、课程目标（一）设计的目的及要求1、机自专业冶金机械方向轧钢机械课程设计的目的是综合运用所学机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、结构力学、机械零件及其课程设计等专业基础课的理论知识，按照轧钢机械设计专业课及其行业相关标准要求，对轧钢机的主要部分如轧辊、机架、压下装置、平衡装置等进行设计。学习轧钢机机构的典型形式、各零部件的作用与装配关系、承载特点和设计计算方法，熟悉机构的安全要求与相关技术等方面的知识，培养学生在轧钢机械设计中分析问题和解决问题的能力。2、学生应认真阅读和理解课程设

3、计任务书，搜集与分析有关轧钢机械设计参考图纸与最新的专业文献资料，熟悉和学习有关各种最新设计标准和规范的内容，了解与设计内容相关的行业动态，在教师指导下，独立、认真、按时完成任务书规定的设计内容。3、课程设计的计算说明书应不少于1万字，绘图量不少于折合A0图1.5张。4、要求计算说明书计算准确、公式与图表格式规范、文字通顺、书写工整。说明书为打印文档时，须避免抄袭，应独立完成。5、要求设计图的图面布局恰当、字体端正，尺寸与公差标注合理，技术要求、标题栏与明细栏内容周全等满足工程图的要求。装配图与零件图都应符合最新制图标准及有关规定。当采用电子绘图工具完成绘图工作时，须避免抄袭，应独立完成。（二

4、）设计内容1、题目：D51-1200卧式轧环机辊系设计2、原始数据国产D51卧式轧环机主要技术参数型号环件外径/mm环件高度/mm径向轧制力/kN滑块行程/mm轧制速度/ms-1主电机功率/kWD51-120050012502008005001.592403、完成的工作内容完成辊系选型及力能参数计算（各辊轧制压力、传动力矩、主电机容量等），完成辊系设计。（三）设计的方法和步骤：1、查阅资料，熟悉题目，明确设计任务和要求，综合分析相关知识、资料，了解行业新动态；2、比较、确定总体与机构方案，选择各零部件形式；3、具体设计、计算、分析、绘图等；4、总结并撰写设计说明书。（四）成绩考核办法：1、日常

5、出勤情况考核；2、中期进度情况、完成情况考核；3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。摘 要环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧制设备轧环机（又称辗扩机或扩孔机）使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。环件轧制是连续局部塑性加工成形工艺，与整体模锻成形工艺相比，它具有大幅度降低设备吨位和投资、振动冲击小、节能节材、生产成本低等显著技术经济优点。广泛应用在机械、汽车、火车、船舶、航空、 航天、石油化工、核能工业等领域。分析了轧环机力能参数计算、轧环机工作原理、卧式轧环机的主要结构，确定轧环机轧辊的尺寸、咬入条件。学习轧环机机构的典型形式、各零部件的

6、作用与装配关系、承载特点和设计计算方法。关键词：轧环机；工作参数；计算Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling millAbstractRing rolling and rolling of ring with a hole, it is by means of the ring rolling equipment of ring rolling mill (also known as the rolling machine or reaming machine) increases as the ring wall thic

7、kness to reduce, increase the diameter and section contour forming of plastic processing technology. Ring rolling is a continuous local plastic forming technology, which has the advantages of great reduction of equipment tonnage and investment, low vibration, low vibration, energy saving and low cos

8、t, etc. Widely used in machinery, automobiles, trains, ships, aviation, aerospace, petrochemical, nuclear energy industry and other fields.The calculation of force energy parameters, working principle and main structure of the rolling mill are analyzed, and the dimension and biting condition of the

9、roller are determined. The typical form of the mechanism of the rolling mill, the relationship between the components and the assembly, the bearing characteristics and the design calculation method.Keywords: rolling mill; working parameter; calculation目 录摘 要IIIABSTRACTIV1 绪 论11.1 环件轧制技术简介11.2 轧环机的分类

10、与技术参数31.2.1 轧环机的分类31.2.2 轧环机的技术参数42 轧环机力能参数计算52.1 轧环机的工作原理52.2 环件轧制力的计算52.2.1 接触面积的计算62.2.2 环件轧制时平均单位压力pC的确定82.3 轧环机传动轧辊所需力矩的计算112.3.1 轧制力矩计算112.3.2 附加摩擦力矩计算132.3.3 空转力矩的计算143 卧式轧环机的主要结构163.1 卧式轧环机的结构方案163.2 卧式轧环机的主要构成183.2.1 机座183.2.2 主滑块183.2.3 定心装置193.2.4 轧辊203.3 主传动22参考文献23致 谢241 绪 论1.1 环件轧制技术简介

11、盘环件轧制是生产无缝环件的主要方法，盘环件轧制设备可以根据环件的形式和用途，分别称为轧环机（轧轴承环、套、盘类环件等）、车轮轧机和齿轮轧机等。盘环件轧制设备的用途很多，像轴承环、齿圈、轮毂、回转轴承、法兰、航空器用环形部件、阀体、核反应堆部件等，都可以采用盘环件轧制方法生产。可轧制环件的金属种类众多，如碳素钢、低合金钢、工具钢、不锈钢、耐热合金、高强度和抗高温镍合金、钛合金、铝合金及其他一些非铁合金等。通过改变轧辊形状及生产工艺，可以生产出多种断面形状的盘环件。横断面形状为矩形的环件叫矩形断面环件，沿横断面周边上任一点所做的切线交于断面之中的环件为异形断面环件。轧制盘环件的尺寸范围较大，外径在

12、758000mm、高度在152mm、质量在0.482000kg范围内的盘环件都可以采用轧制方法生产。其中，大约90%的环件尺寸范围为：外径240980mm，高度70210mm，壁厚1648mm。经过改造的轧机还可以轧制壁厚与高度比为161的盘类环件，以及高度与壁厚比为161的筒类环件。环件轧制成形是一个逐步变形的过程。在轧制过程中，金属的晶粒排列逐步与环件的周线相一致，因此得到的周向纤维致密均匀，而且在与环件横截面的外轮廓一直保持平行的状态下，沿周线扩展，最后形成与要求形状相接近的晶粒连接体，即环件。此外，由于轧环的生产具有效率高、尺寸精确，尤其是能显著降低材料消耗(一般材料利用率可达到90%

13、)等许多的优点，所以轧环机得到了广泛的应用。通常的环件轧制工艺是在生产开始时，将圆钢锯切或剪切成所需体积的钢坯，加热后用锻锤（压力机）拍扁，然后冲孔，再放置于轧环机上进行轧制。随着轧制过程中芯辊朝主轧辊方向的进给运动，毛坯壁厚减小，环件沿周向延伸，径向尺寸最终扩大到所需尺寸。图1.1是环件变形示意图。在工件的轴向（主轧辊对面）再布置一组轧辊，对工件施加轴向变形，控制环件的高度，协调轧辊和被轧环件的速度差，这种轧制方式为径向轴向轧环过程，如图1.2所示。图1.1 环件变形过程11-工件；2-芯辊；3-主轧辊；4-导向辊；5-测量辊图1.2 径向-轴向轧环过程1a-轧制开始；b-随动开始；c-轧制

14、结束环件轧制与板带生产过程相比起步较晚，自19世纪火车车轮的大量使用才开始了轧环生产过程。1842年英国人保曼（Bodmer）为曼彻斯特一家公司设计出第一台轧环机。1849年由德国的Alfred Krupp率先试验火车车轮轧制生产，18531854年制造出由他设计的轧环机。1854年英国也有了火车车轮轧机，此时的轧环机主要是用来拓展毛坯的外径。到了1864年，俄罗斯的奥布霍夫工厂利用同样的工艺生产出了火车轮毂。当时铁路运输业的大力发展促进了车轮和轮毂的迅速发展，使得轮毂轧机的作用也有了显著地提高，这样轮毂就得到了进一步的校准和成形。到了20世纪初，用来控制高度的辅助轧辊的出现，基本上奠定了轧环

15、机的模式。到了20世纪60年代用油压机来代替水压机，以及计算机的发展与先进的自控系统在轧环机上的应用，使得轧环机的性能、产品的精度得到了很大的提高，较小的环件生产率可达到500800h。目前，随着技术的进一步发展，生产率已提高到1200件h。今天，为更好地满足市场的需求，轧环机上配备了各种辅助设备，尽最大可能完善环件产品质量，提高市场竞争力。目前，世界上主要开展轧环机设备研制和环件技术开发的国家有德国、美国、日本、英国、俄罗斯、中国等，其中德国在该领域的研发水平较高，其产品品种规格全、使用范围广。在我国，济南铸锻研究所在轧环机的研究和生产方面的工作较为全面。为了满足国内对大型环件，特别是航天航

16、空工业对高温合金和钛合金大型环件的需求，我国在20世纪80年代中期开始开发重型数控径向轴向轧环机。1990年由济南铸锻研究所设计的1800mm数控径向轴向轧环机研制成功。该机采用径向轴向轧制原理，工件断面平直，棱角清晰；采用CNC和电液比例技术实现碾轧过程自动化；采用余量重新分配的控制系统，可以分别控制工件的外径、内径或中径尺寸，减少由于坯料超差所产生的废品。该轧机的轧制精度高，外径公差3mm，高度公差2mm。此后，我国又陆续研制成功3000mm、2000mm、800mmCNC轧环机，CNC系统的软硬件也在不断完善和发展。目前，国内拥有轧环机100多台，最大辗扩直径为5500mm。轧环机在大型

17、化、数控化和系列化生产方面取得显著成绩。1.2 轧环机的分类与技术参数1.2.1 轧环机的分类轧环机按不同的方式分类如下：（1）根据工件在轧制状态下的空间放置形式分类。按照该方法可以将轧环机分为卧式轧环机和立式轧环机两种类型。立式轧环机虽然能提供较大的轧制力，但由于外径受到空间高度的限制，应用范围相应受到限制。不过大多数中小型轧环机因操作方便而采用立式轧环机，如生产中小型轴承圈的轧环机。而卧式轧环机如果配备有完善的支撑装置，轧环外径可不受任何限制，所以大型轧环机一般采用卧式。（2）根据轧辊的空间位置分类。根据轧辊的空间位置，轧环机分为径向、径向轴向及特殊用途轧环机。（3）根据芯辊的数量分类。轧

18、环机还可根据芯辊的数量分为单芯辊和多芯辊两种。台式多芯辊轧环机用于生产一些小的和中等尺寸的环件，外径最大为500mm,最大质量为40kg。这种轧机有一个相对于主轧辊偏心的回转台，其轧制力可达320kn,4个芯辊安装在回转台上连续旋转，旋转轴线的偏心距离取决于环件的厚度。KFRMW是一种由瓦格纳公司改造的径向多芯辊轧环机，它的特点是配有测量和控制系统，与轧制恒壁厚环件的KFRW系列轧环机不同的是，这种轧环机既能使环壁厚均匀，又能使环径符合要求，避免由于环坯尺寸上的误差，导致环直径的不均匀，班宁公司的MIRA系列轧环机和瓦格纳公司的RWM系列轧环机，都有一个主轧辊和两个各自用液压缸驱动的芯辊，一个

19、芯辊主要用于装和取环件，另一个芯辊则用于轧制。瓦格纳公司的HRW系列轧环机也有两个芯辊，它主要用于轧制斜齿轮这一类有内法兰的环件。（4）根据工件的轧制温度分类。根据工件的轧制温度，轧环机可以分为热轧和冷轧两种形式。随着经济的发展和技术水平的提高，环件冷辗轧的应用逐渐增加。冷辗轧能使工件最大限度地接近成品件，具有材料的利用率高、切削加工量少、工件质量好等优点。目前，国产的D55M型和JK型系列冷轧环机使用效果也较好。1.2.2 轧环机的技术参数根据环件的用途，轧制过程可以是闭式的，也可以是开式的。UMIST（曼彻斯特大学理工学院）的试验轧机就是这种类型的轧机，这种轧机的特点是芯辊可以上下运动，以

20、利于环件在轧制前后的上料和下料。径向轧环机是由于轧制轴对称截面的环件。如果环件变形主要集中在环件周向的扩展上，利用闭式孔型轧制效果较好。德国一家生产原子反应堆部件的公司，就有一架径向轧制力可达45MN的轧环机，它可以生产外径10m、高4m的原子反应堆堆芯。表1.1 国产D51-1200卧式轧环机主要技术参数1型号环件外径/mm环件高度/mm径向轧制力/kN滑块行程/mm轧制速度/ms-1主电机功率/kWD51-120050012502008005001.592402 轧环机力能参数计算2.1 轧环机的工作原理轧环机的主要结构包括机座、主滑块、主轧辊及抱辊装置、轴向轧辊装置和主传动等几部分，依靠

21、轧辊的旋转与压下对轧件进行轧制。环件轧制如图2.1所示，在主轧辊作用下环件通过主轧辊与芯辊构成的孔型（辊缝）产生壁厚减少、径向伸长、直径扩大的轧制变形。环件轧制的主轧辊和芯辊直径相差悬殊，而且是主轧辊单辊驱动，芯辊仅为空转辊，它在环件与其接触面的摩擦力作用下随环件转动.轧制中由于压力辊（参见图2.1，在卧式轧环机中压力辊为芯辊）的径向进给运动，轧制孔型的高度逐渐减少。环件反复通过高度变化的孔型轧制多转才最终完成轧制变形。因此，环件轧制与普通轧制有着显著的不同，它既是单辊驱动的异步轧制，又是多道次轧制。要使环件产生稳定轧制变形以获得合格的轧制环件，则不仅要使环件能咬入孔型和锻透，而且还要使环件有

22、一定整体刚度。图2.1 卧式轧环机环件轧制简图11-主轧辊；2-环件；3-导向辊；4-芯辊2.2 环件轧制力的计算环件轧制仍属纵轧的范畴，但又具有特殊性，可以认为环件轧制是一种特殊的纵轧。因此环件轧制力的计算也是基于一般的纵轧理论，并考虑环件轧制的特点。环件轧制过程的几何变形区如图2.2所示。图2.2 环件轧制过程的几何变形区轧制力是指轧件对轧辊作用的合力，只有在简单轧制下此合力的方向才是垂直的，对普通轧制在在压下螺丝下测得的力仅是轧制力的垂直分量。一般通称的轧制力是指轧件和轧辊接触区内轧制单位压力与单位摩擦力的垂直分量之和，但是单位摩擦力和轧制压力相比其值很小，在工程计算中常忽略不计。轧制力

23、的计算公式为：P=pcF (2.1)p=55.71034420 2.46106N式中 P轧制力；pc 平均单位应力； F 轧件和轧辊接触面积，即接触表面积在垂直于P力方向的水平投影。2.2.1 接触面积的计算在接触面积的计算中应该考虑和简单轧制相比之下环件轧制的特点。环件径向轧制的特点是两个轧辊直径不同即传动的主轧辊直径大于从动的芯辊直径，而且轧件为环状。在轧辊为圆柱形的情况下，轧件和轧辊的接触面积可用下是表达:F=BL （2.2） F=20022.10=4420mm2式中 B轧件宽度，即环件的轴向高度；L轧件和轧辊的接触弧长，即接触弧在垂直于P力方向的投影长度。接触弧长L的计算，既不同于两个

24、等径轧辊轧制的情况，也不同于两个不等径轧辊轧制的情况。该计算中要同时考虑主轧辊和芯辊的直径不同和轧件形状这两个突出的特点。视主轧辊、芯辊为圆柱形，根据轧制理论，轧件对主轧辊与芯辊的压力大小相等，而方向相反，故两个轧辊和轧件的接触面积相等，接触弧长也相等。图2.3 环件轧制变形区的接触弧长由图2.3可知，芯辊与环件接触弧的长度可根据ABO、ABO1求出。在ABO中：L=AB=R12-(R1-Z1)2=2R1Z1-Z12 (2.3)在ABO1中：L=AB=r12-(r1-r1-Z1)2=2r1r1+Z1-(r1-Z1)2 (2.4)上两式中，Z12和（(r1+Z1)2与环坯半径R1和轧辊半径r1相

25、比值很小，为简化计算可忽略不计，则：L=AB=2R1Z1=2r1(r1+Z1) (2.5)同理，在CEO、CEO2中可得：L=CE=2R0Z2=2r2(r2-Z2) (2.6)根据式2.5有2R1Z1=2r1(r1+Z1)，可得：Z1=r1r1R1-r1 (2.7)根据式2.6有2R0Z2=2r2(r2-Z2)，可得：Z2=r2r2R0+r2 (2.8)已知式2.5等于式2.6，都等于接触弧长L，所以：L=2R1Z1=2R0Z2 (2.9)将Z1、Z2值代入上式既得：L=2R1r1r1R1-r1=2R0r2r2R0+r2 (2.10)令h=r1+r2，则r1=h-r2,将r1代入式2.10，可

26、以得：2R1r1R1-r1h-r2=2R0r2r2R0+r2 (2.11)R1r1h-r2R0+r2=R0r2r2(R1-r1) (2.12)将r2代入式得：L=2R0r2R0+r2=2R0r2R0+r2hR1r1(R0+r2)R0r2R1-r1+R1r1(R0+r2) =R0R1r1r22hR0R1r1r21r1-1R1+1r2+1R0=2h1r1+1r2+1R0-1R1 (2.13)L=23165+1345+1250-1100=22.10mm 2.2.2 环件轧制时平均单位压力pc的确定影响平均单位压力pc的因素很多，除金属材料固有的性能（化学成分、组织状态）外，还有热力学条件的影响因素，

27、即变形温度、变形速度和变形程度（或加工硬化）。影响金属应力状态的因素有轧辊尺寸、轧件尺寸、接触摩擦、外区、张力等。根据以上这些因素，确定平均单位压力的公式可表达为：pc=nnbs (2.14)pc=1.581.3725.73=55.7Mpa式中 s考虑热力学条件影响的单向应力状态下的瞬时屈服极限，即金属的变形抗力；nb考虑轧件宽度影响的系数；n考虑中间主应力、外摩擦、外区、外力影响的应力状态系数。（1）应力状态系数n的计算公式为：n=n1n2n3 (2.15)n=1.151.37=1.58式中 考虑中间主应力影响应力状态系数，取值范围为11.15，对环件轧制来说，忽略宽展，可看作平面变形，=1

28、.15；n1考虑外摩擦影响的应力状态系数；n2考虑外区影响的应力状态系数；n3考虑外力影响的应力状态系数。环件轧制的特点是小压下量多道次轧制，轧件与轧辊接触弧长L与轧件的平均厚度hc之比小于1，环件与轧辊的外摩擦对pc影响很小，故n1可忽略不计。n2考虑了轧件的入口断面和出口断面上纵向应力分布不均对变形抗力的影响，常用采利柯夫经验公式来确定：n2=Lhc-0.4 (2.16)n2=22.1048.5-0.4=1.37在0.05Lhc1范围内公式足够精确。环件轧制时没有纵向张力，尽管压下使环坯延伸，致使与变形区相对的环坯另一边形成应力状态，呈现塑性弯曲，反过来又对变形区的两端产生挤推力，但这种情

29、况只有在Lhc1时才会出现，因此可以不考虑n3的影响。（2）轧件宽度影响系数nb的计算公式为：nb=1+3b-L3bL2h1+L2h (2.17)nb=1+3200-22.1032000.222.10248.51+0.222.10248.5=1.37式中 b、h分别为轧件的平均宽度、厚度； 摩擦系数； L变形区接触弧长度。（3）变形抗力s的计算。金属变形抗力值一般是通过实验数据得来的，但为了便于应用于计算机控制的轧机，北京科技大学在凸轮压缩变形试验机上进行了一百多个钢种的变形抗力实验，将试验结果整理成相应的数学表达式：s=0KtKuKr (2.18)s=151.210.640.27=25.73

30、Mpa式中 0基准变形抗力，即变形温度t=1000、变形速度u=10s-1、变形程度=40%时的变形抗力；Kt变形温度影响系数，当t=1000时，Kt=1；Ku变形速度影响系数，当u=10s-1时，Ku=1；Kr变形程度影响系数，当真实平均变形程度rm=40%时，Kr=1。Kt、Ku、Kr的计算公式为：Kt=exp(A+BT) (2.19)Kt=e(3.665-2.8781.273)=1T=t+2731000=1000+2731000=1.273Ku=u10C+DTKu=0.210-0.122+0.1861.273=0.64Kr=Erm0.4N-(E-1)rm0.4 (2.20)Kr=1.40

31、20.060.40.589-1.402-10.060.4=0.27式中 A、B、C、D、E、N系数，见表2.1。表2.1 A、B、C、D、E、N系数钢种ABCDEN0MpaQ235A3.665-2.878-0.1220.1861.4020.589151.2冷轧变形抗力是冷态常温下实验的结果，亦可用相应公式计算：s=n (2.21)式中 、n与碳的质量分数有关的系数，见表2.2。表2.2 、n与碳的质量分数有关的系数1碳的质量分数/%0.140.200.230.310.450.610.971.16n0.290.290.260.260.280.270.280.27Mpa90081085089015

32、801820214022402.3 轧环机传动轧辊所需力矩的计算根据环件轧制工艺和轧环机结构的不同，传动轧辊所需总力矩的计算方法也应有所差异，但只要掌握了基本原理，就可以解决不同的问题。轧制时作用在电动机轴上的总力矩Mz由轧制力矩、附加摩擦力矩、空转力矩和动力矩组成，即：MZ=Mi+Mf+Mk+Md (2.22)式中 M轧制力矩； Mf传至电动机轴上的摩擦力矩； Mk空转力矩； Md动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩；i电动机到轧辊的速比。式中，Mi+Mf+Mk是静力矩，M是有效力矩，Mf+Mk是无效力矩，推算到电动机轴上的轧制力矩之比值称为轧机的传

33、动效率0，即：0=MiMi+Mf+Mk (2.23)2.3.1 轧制力矩计算轧制力矩可以根据轧件对轧辊的压力、能耗、摩擦力等来计算。（1）径向轧制力矩的计算对主轧辊传动、芯辊从动的轧环机，考虑轧辊辊颈摩擦，所以轧件作用于芯辊上的合力作用线必切于芯辊辊径的摩擦圆，如图2.4所示，传动主轧辊所需的径向轧制力矩M也可由式求出。一般热轧方坯时力臂系数取0.5，即考虑合压力通过接触弧中点的同时也通过变形区中心，即通过C点，CD=0.5L。另外，由于实际上很小，则假定tan=sin。图2.4 环件轧制过程的轧制力与力臂的简化分析由图2.4可知，在O1BO2中：sin=a2+1r1+r2+h (2.24)式

34、中 a2P力对主轧辊中心的力臂； r1芯辊半径； r2主轧辊半径； 1芯辊摩擦圆半径； h某道次后的环件径向厚度。在O1AD中：tan=0.5L+(1cos)r1+0.5h (2.25)因为很小，即cos1，所以tan=0.5L+1r1+0.5h (2.26)则：a2+1r1+r2+h=0.5L+1r1+0.5h=L+212r1+ha2=r1+r2+h2r1+hL+21-1故,径向轧制力矩可表示为：M=Pr1+r2+h2r1+hL+21-(1-2) (2.27) M=24610665+345+147265+14722.10+213-13-69 =3.7109Nmm（2）轴向轧制力矩的计算对于国

35、产D51-1200卧式轧环机，轴向轧制力非常小为便于计算，常可忽略不计。（3）矫正力矩Mw的计算和抱辊阻力矩M的计算轧制过程中，环件并不是正确的圆形，需要通过抱辊装置对环件的塑性弯曲进行矫正。因此便有了矫正力矩Mw和抱辊阻力矩M。矫正力矩Mw的表达式为：Mw=8M0r2dmax+dmindmax-hdmin-h2-dmin-hdmax-h2 (2.28) Mw=81.45105345500+494500-150494-1502-494-150500-1502 =2.78104Nmm式中 M0塑性弯曲力矩，对矩形断面环件：M0=0.25Sbh2 (2.29) M0=0.2525.73200150

36、2 =1.45105Nmm s屈服极限；b环件周向宽度；h环件径向厚度； dmax该道次环件的最大外径； dmin该道次环件的最小外径； r2主轧辊直径。2.3.2 附加摩擦力矩计算附加摩擦力矩Mf是指当轧件通过轧辊时，在辊颈处与轧机传动机构中所产生的摩擦力矩，它不包括空转摩擦力矩，即轧机无载荷时传动轧辊所需之力矩，所以附加摩擦力矩Mf可由下式表达：Mf=Mf1i+Mf2 (2.30)式中 Mf1轧辊辊颈处的摩擦力矩；Mf2轧机传动机构中的摩擦力矩。(1)轧辊轴颈处的摩擦力矩Mf1Mf1=Pd11 (2.31) Mf1=246103379.50.02 =1.867109NmMf1的计算和径向轧

37、制力矩M的计算关系密切，前面两个径向轧制力矩的计算公式已经将其考虑进去了。（2）轧机传动机构中的摩擦力矩Mf2Mf2可根据传动机构的传动效率来确定：Mf2=1-1M+Mf1i (2.32)Mf2=10.88-13.7109+1.8671092.51 =7.59108Nmm式中 i由电动机之轧辊的传动比；传动机构的传动效率。0是整个轧机的传动效率，如果知道某轧机的0，则可参考近似计算。对新设计的轧机的传动形式，按每种部件（如齿轮箱、传动轴）的效率1、2、n连乘确定，或者单独计算（要考虑该部件至电动机轴的传动比）后相加。传动机构的效率可表示为：=M+Mf1iM+Mf1i+Mf2 (2.33)=3.

38、7109+1.8671092.513.7109+1.8671092.51+0.29108=2.2181092.218+0.29108=88%2.3.3 空转力矩的计算空转力矩Mk是指轧机无载荷时传动轧机所需的力矩，也是按传动机构的质量和轴承中的摩擦圆半径进行计算的，其表达式为：Mk=Gnndn2in+Mk (2.34)式中 Gn该部件的质量（即轴承中的负荷）； n该部件在轴承中摩擦系数； dn 该部件的轴颈直径； in 该部件与电机间的传动比； Mk考虑飞轮时飞轮与空气的摩擦损失。当有飞轮时，飞轮与空气的摩擦损失可用下列经验公式计算：Mk=60N20n (2.35)N=0.742.5D21+5

39、b10-5 (2.36)式中 飞轮轮缘的圆周速度，ms；D飞轮外径，m；b飞轮轮缘宽度，m；n飞轮的转速，rmin。对于某一已掌握其空转力矩在总力矩中所占比例的轧机，可按经验百分比确定其空转力矩。3 卧式轧环机的主要结构3.1 卧式轧环机的结构方案卧式轧环机的常见结构方案有5种，如图3.1所示。卧式轧环机5种结构方案的结构特点和用途列于表3.1。表3.1 卧式轧环机结构方案的特点及用途方案结构特点优缺点用途轧辊支撑AB环件直径轧机总刚度轧辊受力情况结构复杂程度主轧辊芯辊a悬臂悬臂芯辊外侧不受限制最低最差最简单生产宽度小、变形抗力小、尺寸精度低的环件b悬臂非悬臂芯辊外侧芯辊外侧受限制较低较差较简

40、单生产轴承套圈之类的环件c悬臂非悬臂主轧辊外侧主轧辊外侧不受限制较低较差稍复杂生产轴承套圈之类的环件d非悬臂非悬臂芯辊外侧芯辊外侧受限制较低好稍复杂生产一般合金钢宽度较小的环件e非悬臂非悬臂不受限制较高好复杂生产各种合金钢中等宽度的断面尺寸精度高的环件a两辊均为悬臂b主动辊悬臂，被动辊支撑，支座在被动辊外侧c主动辊悬臂，被动辊支撑，支座在主动辊外侧d两辊支撑，支座在被动辊外侧e两辊支撑，支座在主动辊外侧图3.1 卧式轧环机的结构方案对照图3.1和表3.1可以看出，图3.1a所示的结构最简单，悬臂的两个轧辊受力情况最不好，底座在轧制时产生弯曲变形，因而轧机的总刚度最低。所以这种轧环机只能生产断面

41、尺寸精度要求不高、变形抗力小且宽度小的环件。图3.1b、c、d属于中间状态。图3.1e所示的结构复杂，效果较好。它的主要优点是加压缸放在总轧制力作用线附近，上下各部件所承受的载荷和由此而产生的变形比较均匀。因此这种轧环机轧制出的环件厚度和圆柱度的精度均较高，其次是底座不承受轧制载荷。但如果用于生产变形抗力大且宽度大而厚度小的环件，可能会存在以下问题：在轧制时，由于应力回线较长，而且是空间的，因此受力的部件变形较大，有的零件在水平面内和垂直面内都产生弯曲变形，这就降低了轧环机的总刚度。这不仅不利于轧制宽而薄的和变形抗力大的环件，而且也增加了加压缸的能耗。如果加大受力部件的截面尺寸，可以提高刚度，但这样会增加相应部件的质量，使设备变得大而笨重。3.2 卧式轧环机的主要构成3.2.1 机座机座是卧式轧环机的主要部件，通常采用铸钢件，其结构类似两条两在一起的滑轨。通常，由于机座要承受较大的纵向拉力，所以应具有较高的强度和刚度。3.2.2 主滑块图3.2 主滑块结构11-芯辊；2-芯辊支架；3-主轧辊；4-主油缸；5-锁紧装置；6-主滑块；7-柱塞；8-螺母主滑块的结构如图3.2所示。主滑块6用钢板焊接而成，要求有较大的刚度，既可支撑芯辊1，又可承载主油缸4和芯辊支架2。主油缸的柱