机械毕业设计（论文）-700水平轧机主传动系统的设计【全套图纸】 .rtf

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1、辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 700 水平轧机主传动系统的设计 摘要 本次设计为 700 水平轧机主传动结构。轧钢机主传动系统主要由电机、减速器、齿轮 座、联轴器及机架组成。本次设计是对 700水平轧机进行主传动系统设计，包括电动机、 减速器、联轴器及机架，通过计算轧制力能参数并进行零件强度校核分析，来完成设计内 容。考虑到造价问题，电动机选用造价低廉的高速交流电动机。在设计的过程中，我们要 考虑到实用性、制造的难度、经济因素以及实际生产中所遇到的问题。齿轮机座：用于将 转矩传递给工作辊，设计采用两个直径相等的圆柱形人字齿轮在垂直面上排成一排，被装 于密闭的箱体内。联轴器：将减速器与齿轮

2、座安全连接的连接轴。主联轴器一般采用梅花 接轴联轴器。 关键词：主传动系统；电动机；齿轮座 全套图纸，加全套图纸，加153893706153893706 The Design Of The Main Driver Of 700 Horizontal Mill Abstract This design to the level of 700 rolling mill main drive structure. Main drive system of steel rolling is mainly composed of motor, reducer, gear, shaft coupling

3、and frame. This design is carried out on the level of 700 rolling mill main drive system design, including motor, reducer, coupling and frame, through the calculation of rolling force can parameter and intensity analysis of the parts to complete the design content. Considering the cost problem, moto

4、r with low cost high speed of ac motor. In the process of design, we should consider the practicality, manufacturing difficulty, economic factors and problems encountered in the actual production. Gear stand: used to transfer torque to work roll, the design USES two equal diameter cylidrical herring

5、bone gear in the vertical plane in a row, packed in the sealed enclosure. Coupling: the gear reducer and connecting shaft of a secure connection. The main coupling with plum blossom joint shaft coupling in general. Keywords：The Main Driver；Electric；Roller 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 1. 绪论 1.1 课题设计目的及意义. 1.2 国

6、内外钢铁产业的研究历史及现状. 1.3 毕业设计的主要内容. 2. 总体方案确定 2.1 轧钢机主传动装置的类型. 2.1.1 单机座轧钢机 2.1.2 多机座轧钢机主传动类型 2.2 轧辊与轧辊轴承. 2.2.1 轧辊 2.2.2 轧辊轴承 2.3 方案对比与选择. 3 轧制力能参数的计算 3.1 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 3.1.2 总轧制力 3.1.3 轧制力矩的计算 3.2 电机的选择与校核. 3.2.1 电机的容量选择 3.2.2 轧机主电机力矩 3.2.3 电动机的发热校核. 3.2.4 电动机的过载校核 4 主要零件强度计算 4.1 轧件咬入

7、的计算. 4.1.1 开始咬入阶段 4.1.2 已经咬入阶段 4.2 轧辊校核. 4.2.1 辊身强度校核 4.2.2 辊颈强度校核 4.2.3 传动端轴头校核 4.3 机架的强度校核. 4.3.1 闭式机架的受力分析 4.3.2 闭式机架的应力计算 4.4 联接轴的强度计算. 4.4.1 开口式扁头的强度计算 4.4.2 叉头的强度计算 4.5 齿轮座齿轮的设计与强度计算. 4.5.1 齿轮座齿轮的确定 4.5.2 按齿面接触强度设计 4.5.3 按齿根弯曲强度校核 4.5.4 几何尺寸计算 4.5.5 人字齿轮轴的设计 5 润滑方式的选择 5.1 润滑方式的类型. 5.2 轧钢机润滑采用的

8、润滑油、润滑脂. 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 6 经济效益分析和环境保护. 6.1 经济效益分析 6.2 环境保护分析 结论. 致谢. 参考文献. 1. 绪论 1.1 课题设计目的及意义 毕业课程设计是大学生教学环节的综合的专业教学环节，它的目的就是由工程实践工 作出发，将工程实践的内容与所学的理论知识相结合，一个是关于学生的学识水平以及实 践应用能力的全面考核，二是让学生进行科学的研究的基本功锻炼，这样可以培育学生的 综合应用能力、独立思考能力以及自立解决工程问题的本领，从而启发了学生的内在潜能， 激发了学生的创造力和新思维能力。通过毕业设计，培养了学生查阅资料、方案设计、参 数确定

9、、理论分析、设计计算、分析及解决问题的能力，从而达到高级工程技术人才的根 基训练要求。 此次研究课题为 700 水平轧机主传动设计。在实际应用中，700 轧机用于型钢轧制， 所以此次的轧机也选择为大型轧机。轧钢在生产的过程中，轧钢机作为主要的机械设备之 一，被用于生产环节中，将钢锭轧制成钢材的环节称作轧钢生产。这样生产出来的钢材， 不仅提高了生产率，而且品种多样，在生产的过程中连续性强、容易实现机械化自动化等 优点。比起其他工艺，如：锻造、挤压、拉拔等得到更为广泛地应用 1 。 随着薄板轧制的厚度越来越薄，宽度越来越宽。通过辊径的增加来加强轧辊强度的做 法已经严重影响产品质量，甚至不能用于生产

10、更薄的薄板。随着科技的发展，时代的进步， 更多的新技术的出现，轧机的种类也变的越来越多，在 2000 年以来，我国的型钢轧机得 到了飞速发展。我国在型钢生产线的各方面都取得了很大的技术进步。 1.2 国内外钢铁产业的研究历史及现状 生产型钢时，有热轧、焊接和冷弯等几种生产方法，而在这当中热轧生产的型钢具有 效率高、耗能少、低成本的优点，适合大批量的生产，成为了型钢的主要生产方法 1 。 孔型法主要是用于生产简单断面型材。其优点在于易于将轧件正确进入孔型，又使得 轧件易于托槽。其缺点在于因轧辊直径变化而导致速度的差异，使得型材产生不对称的形 状，压下量分布的不平均，使轧制耗能增加，孔型磨损严重。

11、 由三个及以上轧辊所组成的孔型称为万能法轧制，也叫多辊轧制。 其孔型布置在同一个竖直面的上、下水平辊和左、右立辊组成。特点是：辊与轧件 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 间相对滑动小；万能法孔型速率差小、孔型均匀、尺寸平稳；轧制的能耗低；轧件 残余应力小，轧件的性能高；用比较小的辊径轧制大规模型材。 16 世纪人类发展轧钢到今天，人类走过了良久的进程。在 1530 年，依尼雪创造了人 类第一架用作轧钢的轧机，然后，在 1782 年，英国人约翰彼尼根据当时有两架刻有特异 孔型的轧辊轧机上成功加工了锻造棒材。1759 年，英国人托马斯则在孔型轧制方面获得 了专利，标志型钢生产历史开始。

12、大约在 1825 年，又出现了新型的生产工艺。有来自南斯达福得施耶的操作工想出了 棒形成品前为椭圆断面，然后凭借导卫制成最后孔型再轧制成圆的工艺。直到今天，仍然 被用于生产的椭圆-圆孔型工艺。 到了 1853 年，R-罗登发明三辊轧机，1857年，约翰-弗里茨把三辊轧机应用于棒材和 线材的轧制中。以后的一两年，比利时轧钢工人又完成不等轧件完全离开轧辊时，即在前 一道次轧制结束之前，就将轧件头部送入下一道次进行轧制的操作方法，用此方法的轧机 叫做比利时轧机又叫活套轧机。这种轧机被用于生产多年，最终因没能适应时代的步调被 淘汰。 1869 年，瓦施本造出了新式的轧机，就是现在叫做纵向直线布置连续式

13、线材或棒材 轧机。它使得轧机在轧制道次间无需 90转钢，防止了道次之间产生活套。自此，平立 交替式的连轧机出现。 到了 20 世纪 40、50 年代时，因科学技术的进步和发展，出现了无扭转连续式轧机， 以 1945-1950 年勒克加文纳厂生产的棒材轧机最为出名。之后，全连续式的无扭转轧机的 小型轧机越来越多，展现了当时科技水平的先进。 80 年代后，连铸生产技术愈加成熟，机械制造的水平也是在飞速的成长，小型轧机 的形式也在演变，发展成了全线无扭转直线连续式小型轧机。型钢的生产也越来越趋于环 保化、生产连续化、生产速度不断提高、轧机的质量越来越高、全线使用连铸坯以及铸坯 的热装热送、直接轧制技

14、术、短流程技术等各个方面都在飞速的发展。 按照轧辊的布置形式而命名轧机，包括：二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机、五辊轧机、 六辊轧机、偏八辊轧机、多辊轧机、Z 型轧机、在平板上轧机的轧机、行星轧机、摆式轧 机 2 。 1.3 毕业设计的主要内容 此次毕业设计的内容是 700 轧机水平主传动系统的设计及校核。设计内容可以分为以 下几个部分： 第一部分：绪论部分，包括：设计的目的及意义、国内外生产现状和设计内容介绍。 第二部分：700轧机设计方案的确定 .在主传动设计系统中，电机、联轴器、减速器、齿轮座、万向接轴等类型的分析。 .轧辊、轧辊轴承的选择方面，主要是对轧辊进行分析，进行了轧辊材料的选择，

15、对轧辊的轴承是根据其在系统中的作用进行的选择。 .平衡装置，是对其的功用和型式来描述，还重要的针对了轧机的上辊平衡装置的 选择进行分析。 .机架选择，主要是比较开式机架和闭式机架的优缺点，联系到实际情况中进行对 比选择。 第三部分：对轧机主传动基本参数、力能参数进行计算，进而选择主电机。 第四部分：对主要零部件的强度进行校核计算，包括：机架、轧辊、联轴器、万向接轴等。 第五部分：对所有轧机装配图、主传动、部件装配及零件图进行绘制。 第六部分：系统润滑、环保与经济性的分析等。 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 2. 总体方案确定 2.1 轧钢机主传动装置的类型 由于轧钢机型式和工作制度

16、不同，轧钢机主传动装置也有不同的类型。 2.1.1 单机座轧钢机 有的轧钢机是将电动机的运动和力矩通过电动机联结轴节、减速机、主联轴节、齿轮 座、联结轴而传给轧辊。还有的轧钢机将电动机的运动和力矩是通过主联轴节和联结轴而 直接传给轧辊，两个轧辊由各自的电动机单独驱动。还有一种将电动机的运动和力矩是通 过主联轴节、齿轮座、联结轴而传给轧辊。 2.1.2 多机座轧钢机主传动类型 多机座轧机一般是不可逆式轧机，往往采用集体驱动，由一台电动机通过减速机和齿 轮座传动若干架工作机座的轧辊3。 2.2 轧辊与轧辊轴承 2.2.1 轧辊 对于轧钢机来说，轧辊是不可缺少的部件。轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成

17、。轧 制时，轧辊与轧件直接接触，强迫轧件发生塑性变形。此时，轧辊也经受着相当大的轧制 力，并跟着轧辊自身的旋转而旋转，其应力随时间做周期性的变化。在热轧中，轧辊同时 经受高温和冷水的侵蚀，所以轧辊应该具备足够的强度、刚度和良好的耐磨性。 常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。 合金锻钢分为热轧轧辊用钢和冷轧轧辊用钢。 合金铸钢被用做轧辊的种类并不多，也没有统一标准。 铸铁分为普通铸铁、合金铸铁和球墨铸铁。 由于此次是700初轧机设计，用于型钢生产，多轧辊的强度要求较高，所以采用高强 度的铸钢或锻钢，其常用材料包括： Cr40 、 CrNi50 、 CrMnMo60 等。 2.2.2 轧辊

18、轴承 为了方便换辊，一般采用松配合；为防止磨损，应保证配合表面有润滑油。 2.3 方案对比与选择 方案一 方案二 1-电动机 2-联结轴 3-减速器 4-齿轮座 5-万向接轴 6-轧辊 方案一：电动机的运动、力矩都是通过减速机、齿轮座、联结轴传给轧辊的，减速 器可调节传动比，而齿轮座则可以平均分配转矩，使两辊的驱动同步，既转速相同，而方 向相反，这样就可以实现两辊启动、制动同步，这样可以提高带钢表面的质量。而且使用 单电机启动，所需的设备数量少、结构紧凑，并且占地面积小，便于维修。 方案二：两个电机分别带动两个轧辊，提供的动力大，而两个电机的容量需求小， 但不能实现两个轧辊同时驱动、启停，而且

19、传动不太平稳，导致轧件的表面质量比较差， 不能保证板型。而且使用双电机启动，所需设备数量比较多，成本高，结构也不紧凑，并 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 且占地面积大，不方便维修。 综上所述，选择方案一 方案一 1 支撑辊 2 工作辊3 支撑辊 4 连接轴支座 5 连接轴 6 齿轮机座 8 电动机 图2.1传动装置示意图 3 轧制力能参数的计算 设计参数： # 20 轧辊转速：21.236 / min r 轧制宽度： 0 113bmm= 1121bmm= 轧件高度： 0 156.7hmm= 1121hmm= 来料长度：31.7mm 成品规格：120 120mm 采用双辊驱动，双辊轧

20、制。 3.1 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 此次的设计700水平轧机是被用于 mm120120 的方坯轧制，是异性孔型中轧制。此时， 轧件被压迫宽展，此时孔型的侧壁又限制了方坯的宽度，从而产生侧向压缩和比较大的摩 擦力。由于孔型的限制，变形区内的金属变形并不均匀，因而在异型孔型轧制时，应力状 态很复杂。所以我选择艾克隆德公式计算。 (1)() m pm Kuh=+ (3.1) 式中 K轧制材料在静压缩时的变形阻力，MPa； h轧件粘度系数， 2 /Kg s mmg ； u变形速度， 1 s- 。 他给出下列计算系数m 0101 01 1.6()1.2()R hh

21、hh m hh m- = + (3.2) 式中 0 h ， 1 h 轧制前后轧件的高度 156.7 o hmm= ， 1 121hmm= ； R轧辊半径， 350Rmm= 。 代入式(3.2)，得 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 1.6 0.55350 (156.7 121)1.2 (156.7 121) 0.20 156.7 121 m -创 = + (140.01 )1.4( )() 1.3 () 9.8ktCMnCrwww=-+ (3.3) 式中 t轧制温度， 1000otC= ； ( )Cw 碳的质量分数，%； ()Mnw 锰的质量分数，%； ()Crw 铬的质量分数，%。

22、 本次设计的轧制材料 # 20 ，含C为0.17 0.24: ，含Mn为0.35 0.65: ，不含Cr，取 ( )0.21Cw= ， ()0.62Mnw= ，代入式 )3 . 3( ，得 (140.01 1000)(1.40.21 0.620.3 0) 9.887.42kMPa=-+创= (3.4) 轧件粘性系数 2 (/)kg s mmhg 0.01(140.01 )t ch=- 式中 t轧制温度， 1000 o tC= ； c考虑轧件速度对h的影响，其值如下： 表3.1 系数 c 和轧制速度 v的关系 轧制速度 21.236700 /0.78/ 6060 n D mm sm s pp n

23、 创 = (3.5) 对照上表取 1.0c= 代入式(3.4)，得 22 0.01 (140.01 1000) 1.0/0.04/kg s mmkg s mmh=创=gg 变形速度u 轧制速度 )/( 1 smv 610615102015 系数0 . 18 . 065. 060. 0 1 2 o h R u hh n + V (3.6) 式中 n轧制速度， /mm s； hV 压下量， 1 35.7 o hhhmm=-=V 。 代入式(3.5)，得 11 35.7 2 780 350 1.69 156.7 121 uss - 创 + 将计算所得的m、k、h和u的值代入式 ) 1 . 3( ，得

24、 (1 0.20)(87.420.04 1.69)104.99 m pMPaMPa=+ 3.1.2 总轧制力 轧件与轧辊的接触面积为 1 2 o bb Fl + = (3.7) 式中 o b ， 1 b 轧制前后轧件的宽度， 113 o bmm= ， 1 121bmm= ； l接触弧长度的水平投影。 sinlRR ha=V (3.8) 式中 R轧辊半径； hV 压下量。 代入数据，得 350 35.7111.78lmmmm= 所以可得出轧件与轧辊接触面积F 22 113 121 111.7813078.26 2 Fmmmm + = 计算总轧制力 104.99 13078.261373.09 m

25、 PpFKNKN= (3.9) ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 3.1.3 轧制力矩的计算 图 3.1 简单轧制时作用于轧辊上的力 驱动一个轧辊的力矩 k M 是轧制力矩 z M 与轧辊轴承处的摩擦力矩 1f M 的和。 11 () kzf MMMP ar=+=+ (3.10) 式中 P轧制力， 1373.09PKN= ； a轧制力力臂； 1 r 轧辊轴承处摩擦圆半径。 .求a、 1 r ： sin 2 D ab= (3.11) 1 2 d rm= (3.12) 式中 D轧辊半径， 700Dmm= ； d轧辊轴颈直径，380dmm= ； b 合力作用点角度。 采利柯夫认为 热轧时

26、0.5 b y a = (3.13) 冷轧时 0.350.45 b y a =: (3.14) 式中 a咬入角； arccos(1) 2 h R a=- V (3.15) 由之前的数据可得 35.7 arccos(1)18.38 2 350 a=-= 本轧制为热轧，则 0.5 18.389.19b= 故 9.19ob= ，将数据代入式 )11. 3( 、 )12. 3( ，得 700 (sin9.19)56 2 ammmm= 1 380 (0.004)0.76 2 mmmmr= .求驱动力矩 k M 单棍驱动力矩： 1 ()1373.09 (560.76)77936.59 k MP aN mN

27、 mr=+= 双辊驱动力矩： 22 77936.59155873.18 k k MMN mN m=醋 3.2 电机的选择与校核 3.2.1 电机的容量选择 按照静负荷图来选取电机容量，要首先根据过载的条件来选取电机的功率 D N max er M M K = (3.16) ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 30 erer Der M n NM p w= (3.17) 式中 er M 额定静力矩，KN m g ； max M 静力矩图上的最大力矩； er n 电动机的转速， / minr ； K电动机的负载系数，不可逆运转的电机 1.52.0K=: ，取 2.0K= 。 因此由式(3.

28、16)及(3.17)得 155873.18 77.936 2 er MN mKN m= 3.14 77.936 21.236 173.23 3030 er D Mn NKWKW p创 = 173.23 197.75 0.876 D D N NKWKW h = 式 中 h 主 电 动 机 到 轧 辊 之 间 的 传 动 效 率 ， 123 hh hh=鬃 (3.18) 1 h 万向接轴的传动效率， 1 0.940.96h=: ，取 1 0.96h= ； 2 h 齿轮座的传动效率， 2 0.930.95h=: ，取 2 0.95h= ； 3 h 减速器的传动效率， 3 0.930.96h=: ，取

29、 3 0.96h= ； 代入式(3.18)，得 0.96 0.95 0.960.876h=创 根 据 计 算 所 得 的 电 动 机 功 率 0 D N , 查 4第 五 卷40 133 - ， 附 表 40 15- ， 选 择 1600 12/1730Y- 型电动机。查得 180 / min er nr= 。 3.2.2 轧机主电机力矩 主电机轴上的力矩可分为四个部分，即 1 2 Zf Z Dfkondonfkondon MM M MMMMMMM ii + =+ (3.19) 式中 D M 主电机力矩； Z M 轧辊轴上的轧制力矩； f M 附加摩擦力矩， 1 2 f ff M MM i =

30、+ ； kon M 空转力矩，即在轧机空转过程中，因为各传动件的重量导致产生摩擦力矩 及其他阻力矩； don M 动力矩，即在轧辊转动速度不平均时，各个部件间因为加速或减速而导致 的惯性力所产生的力矩； i主电机与轧辊之间的传动比， 476 . 8 236.21 180 轧辊 电机 n n i 。 计算主电机力矩的几个组成部分： 轧制力矩 z M 是由轧制力来计算 1373.09 5676.89 z MP aN mkN m=醋= (3.20) 1 2 11 (1)(1) zf k f MM M M iihh + =-=- (3.21) 电动机力矩： 1 2 zf Dfkondon MM MMM

31、M i + =+ (3.22) 代入 2f M ，得 1zf Dkondon MM MMM ih + =+ 轧制力矩 z M 与轧辊轴承中的摩擦力矩 1f M 之和，即为驱动轧辊的传动力矩 k M ，而动 力矩 don M 只在轧辊不做等速运动的轧机上才产生，例如带有飞轮的轧机，所以700水平轧 机上 don M 的等于零。所以，得 k Dkon M MM ih =+ ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 初步设计时取 kon M 为 D M 的5% 8%: ，因此，得 155873.18 5%5% 8.476 0.876 k DDD M MMM ih =+ 通过整理，可得 22.10

32、D MkN m= 3.2.3 电动机的发热校核 电动机的负荷在运行时有功率的消耗，而最后都会变成为热能，这就使得电动机的温 度上升，高于周围环境温度。电动机的热量比高出环境热量的值被称为升温。由于升温现 象，电动机就会向四周放热；温度越高，放热越快。一旦电动机在一定时间发出的热量等 于放出的热量时，电动机温度不会升高，而保持到一个不再改变的温度，即达到发热和放 热平衡的状态。 电动机的发热校核的主要的出发点是要计算电动机工作室时的最大升温是否超过其允 许的升温值，而由于电动机的升温与电枢电流和电动机力矩有关，工程上为了易于计算， 往往采用等效电流法或等效力矩法进行电动机的发热校核。在应用等效力

33、矩法进行电动机 的发热校核时，必须要做出电动机的力矩图。其中 kon M 为电动机的空载启动时的电机力矩， D M 为稳态运转时的电机力矩，其相应的时间为启动时间 t t 、稳态运转时间 w t 。 1 5%22.10 5%1.11 DkonD MMMkN mkN m=醋= 稳态运转阶段：转速 w n 不变，力矩 2 22.10 Dj MMkN m= j a 是初轧机的加速度， 3080 / min j ars=: ，取 60 / min j ars= 空载启动时间： 180 3 60 er t j n tss a = 图 3.2 电动机力矩图 稳态运转时间： 1 6060 31700 40.

34、73 700 21.236 w w L ts Dnpp = 创 （ 1 L 来料的长度） 电动机等值力矩： 2 Di i jun Mt M t = ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 22 1.11322.1040.73 21.33 340.73 jun MkN m = + 21.33 180 40.19 3030 juner jun Mn NkN m p p创 = 197.75 Djun NkWN= ，且 22.10 Djun MkN mM=壮 ，所以选择的电动机满足要求。 3.2.4 电动机的过载校核 选取电动机功率时，除了要验算电动机发热以外，还需进行电动机过载验算。电动机 的额

35、定力矩 er M 应该满足以下的公式： 对于直流电动机： max 1 j er M M ill h = 对于交流电动机： max 12 j er M M ill l h = 式中 maxj M 工作机械的最大静力矩； l电动机过载系数，查表5,10 7- ；取 3l= ； 1 l 余量系数，直流电动机取0.9 0.95: ，异步电动机取0.9； 2 l 电压波动系数，一般取0.8 0.85: ；取 2 0.8l= ； i传动系统的传动比； h 传动系统系数。 本次设计所选的电动机为Y系列大型三相异步电动机，经计算，得 max 12 22.10 1.38 3 0.9 0.8 8.476 0.87

36、6 j er M MkN mkN m ill l h = 创创 因为 77.936 erer MkN mM=壮 ，所以选择的电动机满足要求 5 。 4 主要零件强度计算 4.1 轧件咬入的计算 当轧件在被咬入轧辊进入变形区时，轧制过程才被建立。 图4.1 开始咬入（a）和已经咬入（b）作用在轧件上的力 4.1.1 开始咬入阶段 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 如图4.1a所示。且有 sin x NNa= cos x TNma= TNm= 式中 m摩擦系数。 2sin2 cos0NGTaa+-= 式中，G为惯性力，若忽略不计，则平衡方程为 tanma= (4.1) 4.1.2 已经咬

37、入阶段 由图4.1b可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，则要满足以下条件，即 tanbm ，故满足咬入条件，轧制过程能建立。 4.2 轧辊校核 对于轧辊来说，各种应力决定了轧辊的破坏，其中包含弯曲应力、扭转应力、接触应 力和因为应力的分布不均匀或交替转变引发的温度应力和轧辊制造中造成的残余应力等应 力的综合影响。具体来说，轧辊被破坏的原因可分为下列三个方面： .轧辊的材质、热处理或加工的工艺未达到要求； .轧辊在生产过程中被不合理使用。 700水平轧机在辊身上分布许多孔型轧槽。此时轧辊所受的力（轧制力）几乎等于集 中力。一般只计算辊身的弯曲应力。 4.2.1 辊身强度校核 图 4.2 轧辊示意图

38、 已知参数：辊身长度 1200Lmm= ，轧辊直径 770Dmm= ，轴颈长度 675lmm= ，轴颈 直径 380dmm= 。因此， 12 1373.09 686.55 22 P RRkN= ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 11 1200675 (1)()686.55 222 643640.625 w xLl MR xxPRN m a N m + =-=+=醋 = (4.4) 式中 1 R 轴承处支反力； x轧制力到支反力间的距离； a压下螺丝中心距。 则弯曲应力为 33 643640.625 14.10 0.10.1 0.77 w w M PaMPa D s= 见表4.1，查得

39、 784.8 b MPas= ，故 784.8 156.96 5 b MPa n s s= 轧辊的安全系数一般取 5n= 。 可见 max 14.10MPass= ，因此辊身的强度满足要求。 表4.1 轧辊的常用材料及其机械性能 钢号 机械性能 MPa b/ MPa s/ %/%/ Mn60686.7353.24230 CrNi60784.8490.5833 CrMo60784.8490.5833 CrMn60784.8490.5833 CrNiMo50755.4 CrNiMo60784.8490.5833 CrMnMo50784.8441.5925 CrMnMo60932.0490.5925

40、 4.2.2 辊颈强度校核 在校核轧辊辊颈时，需将弯曲应力和扭转应力进行合成计算，然后照第四强度理论来 计算，即 22 3 p rss=+ (4.5) 辊颈处的弯矩取决于最大支反力： 5 13730900.675 2.32 10 2 222 n P l MRCN mN m=醋= 醋 (4.6) 式中 n M 辊颈危险断面处的弯矩； R最大支反力； 可得 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 图4.3 轧辊受力简图 5 33 2.32 10 42.28 0.10.1 0.38 n M PaMPa d s= (4.7) 33 77936.59 7.10 0.20.2 0.38 k M PaM

41、Pa d t= (4.8) 所以，代入式(4.5)，得 22 42.283 7.1044.03 p MPas=+ 可见， 156.96 p MPass= ，因此，辊颈的强度满足要求。 4.2.3 传动端轴头校核 轴头的扭转强度为 3 9550000 0.2 t P T n Wd t= 式中 t扭转切应力； n轧辊转速； P轧辊传递功率； 173.23 D PNMPa= d轴头直径。 故，有 33 173.23 95500009550000 21.236 9.08 0.20.2 350 P n PaMPa d t= (4.9) 9.08 0.70.8 109.87127.97MPaMPatts=

42、: ，故传动端轴头的强度满足要求 6 。 4.3 机架的强度校核 机架在工作机座中是最关键的零件。轴承座和轧辊调整装置等全装配于机架上。所以 对于机架，除了要确保强度和刚度满足要求以外，还要确保机架不会产生疲劳破坏。设计 时，除了保证其寿命以外，还应使得制造工艺相对简单，降低成本，而且在生产中还要保 证工艺以及产品方面满足要求，从而保证生产的可靠性。本次设计为初轧机，需要机架的 强度和刚度高。因此选取闭式机架。 闭式机架的强度计算的步骤： .首先画出机架的结构简图，画成为刚架，然后确定求解断面的位置。 .确定静不定阶数，通常闭式机架为三次静不定问题，通过做许多假设使得模型简 化。 .确定外力的

43、大小及作用点。 .根据变形协调条件求解静不定力和力矩。 .通过计算截面的面积、惯性矩、中性轴线的位置及承载情况，得出应力和变形。 4.3.1 闭式机架的受力分析 图 4.4 机架计算简图 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 如图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轧机的框架。将这个 框架从中心线剖开，则在截面上，可以画出作用着的垂直力 2 R 和静不定力矩 1 M( 如图 4.4) 。因为机架的对称性，所以可以用一半机架的弹性变形位能来算出力矩 1 M 。 将机架简化成自由框架： 在上横梁与立柱交界处x断面的弯曲力矩 x M 为 1 2 x R MyM=- (4.10)

44、 式中 R作用于机架上的垂直力； y 垂直于2 R 相对于计算截面的力臂。 在机架被简化成为图4.5示的矩形框架之后， ( )yf x= 是简单的函数关系： 图 4.5 闭式机架的应力图 即对于机架横梁 yx= ，然而对于立柱 1 2 l y= ，因此 1 M 为 11 2 11 2 122 000 123 1 22 000 123 111 2 22111 ll l x ll l x ldx yxdxdxxdx IIIIRR M dx dxdxdx I III + = + 蝌蝌 蝌 (4.11) 式中 2 l 机架立柱的中性线长度； 1 I 机架上横梁的惯性矩； 2 I 机架立柱的惯性矩； 3

45、 I 机架下横梁的惯性矩。 将上式积分，可得 121 1231 1 121 123 44 4 22 lll IIIRL M lll III + = + g (4.12) 先假设上下横梁的惯性矩是相同的，即当 31 II= 时，可得力矩 1 M 为 12 112 1 12 12 2 4 ll RLII M ll II + = + g (4.13) 根据图4.5，在立柱上的弯矩 2 M 为 1 21 4 RL MM=- (4.14) 将式(4.13)代入到式(4.14)中，则有 1 2 1 2 2 1 1 8 1 RL M I l I l = + g (4.15) 计算形心： 2 850 6500

46、.5525Am= 0.325Zm= 2 1 30 5600.0618Am= 1 0.015Zm= ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 2 2 400 1150.046Am= 2 0.0575Zm= 2 3 200 4100.082Am= 3 0.1Zm= 2 4 400 1150.046Am= 4 0.0575Zm= 解得， 11223344 1234 0.360 AZA ZA ZA ZA Z Zm AAAAA + = + 在机架图上确定中性面，如图4.6所示， 1 1190lmm= ， 2 3100lmm= 。 如图 7 . 4 所示，把上横梁简化为截面a，把下横梁简化为截面b 44

47、 33 1 01099 . 0 ) 12 650370 12 650850 (mmmIy )16. 4( 44 33 2 00618 . 0 ) 12 650370 12 650640 (mmmIy )17. 4( 图 4.6 机架结构简图 故横梁惯性矩为 4421 1 00859 . 0 2 00618 . 0 01099 . 0 2 mm II I yy )18. 4( 立柱惯性矩 2 I 的计算 在设计中，应按照比值的经验数据去求机架立柱断面面积，然后计算强度。因轧辊材 料为铸钢，查表 15 , 1 ， 0 . 18 . 0 2 2 d F 。 ? ? 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

48、 图 4.7 横梁简化图 取 22222 2 12996 . 0 1299603809 . 09 . 0mmmmmdF 。 查机架图，立柱断面面积近似尺寸 hb 为 440370 。 故，立柱惯性矩为 44 3 2 0701 . 0 12 440370 mmmI )19. 4( 又 kNPR09.1373 将上述数据R、 1 I 、 2 I 、 1 l 、 2 l 分别代入公式 )13. 4( 、 )15. 4( 中，解得 mkNM74.215 1 mkNM49.206 2 4.3.2 闭式机架的应力计算 因为机架对轧机相当重要，所以必须有较大的强度。就 500270ZG 来说，需用应力 采取以下数值： 对于横梁 MPa7050 对于立柱 MPa5040 求解机架应力，如图 8 . 4 图4.8 闭式机架的应力图 机架横梁内侧的应力 1n 为： 1 1 1 n n W M )20. 4( 机架横梁外