350中軋線材軋機設(shè)計1緒論1.1選擇的背景和目的線材的用途很廣，在國民經(jīng)濟各部分中都有著大量的應(yīng)用。除了建筑等還可以作為其它加大工車間的原料，如拔絲車間、鋼繩車間、鋼絲網(wǎng)車間和螺絲車間等都有應(yīng)用。線材生產(chǎn)的特點是軋制斷面小、長度長的螺紋鋼，最小斷面為§0.5毫米線材。線材軋制是將120x120毫米斷面軋成33x33毫米的斷面是粗軋階段，從33x33毫米斷面軋成17x17毫米斷面一般稱為中軋，繼續(xù)將斷面變小到§10毫米以下稱為精軋。軋制過程中軋件散熱快、溫變快、特別是頭尾變黑，使得軋制困難。因此，控制軋制過程中的溫度是最重要的。隨著盤重的增加，軋件的長度加大，表面散熱加大，由于軋制時間長，造成軋制沿長產(chǎn)生不同溫度，造成軋件尺寸波動大，影響軋件的機械性能。沿長度波動很大。這樣就給調(diào)整工作帶來更大困難。更容易出現(xiàn)耳子。在軋制過程盤重大的軋件軋制道次多，溫降也大，溫度變化是線材軋機非常重要的因素。一般為提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，都采用鋼坯一次軋制，一次加熱成材。在斷面小道次多的情況下只有采用高速軋制才可以解決溫降的大問題。線材軋機軋制道次多，軋機的布置就多。為保證溫度，只有采用高的線速度軋制才能解決溫度降的問題。由于高速軋制的發(fā)展，軋機在軋制過程中易產(chǎn)生沖擊，給線材生產(chǎn)又帶來安全問題，所以要孔型和前后導(dǎo)衛(wèi)配置合理采用耐磨材料防止快速磨損。線材生產(chǎn)由橫列式向連續(xù)式發(fā)展。而且采用自動化、高速化。由于軋制速度快，軋后冷卻需要配合發(fā)展不同工藝的冷卻方法，使線材質(zhì)量有了很大的提高。隨著原料、加熱、軋制和精整工序新技術(shù)的采用，使線材產(chǎn)品滿足國民經(jīng)濟快速發(fā)展的線材需求量。為了提高生產(chǎn)率，采用鋼坯一火成材，即加熱一次軋制成線材產(chǎn)品。線材軋機合為粗軋、中軋和精軋三個機組。為保證線材的性能和表面質(zhì)量以及內(nèi)部品粒組織，要求軋機進(jìn)行改造更新，采用新技術(shù)改變軋制工藝。近年來采用的高速軋制，出現(xiàn)了無扭軋制的新型軋機。這次設(shè)計選擇中軋線材軋機設(shè)計。中軋軋機可采用二重式或復(fù)二重式布置。軋機采用三輥軋機。在我國不少中小型線材廠采用，它可以滿足品種繁多產(chǎn)品的需要，而且投資少見效快。又比較靈活，仍在采用的一種軋機。350中軋線材軋機孔型采用橢圓一方孔型，軋輥采用冷硬鑄鐵，采用“拉而不緊”的圍盤、最大軋制速度為3.5米/秒。通過三輥軋機設(shè)計，提高單體機械設(shè)備的設(shè)計能力。同時也了解該軋機在線材軋機組的地位和作用，培養(yǎng)設(shè)計的綜合能力。1.2線材軋機在我國內(nèi)部的發(fā)展趨勢1.2.1線材車間軋機布置的改進(jìn)將橫列式、復(fù)二重式布置向高速連軋線材生產(chǎn)發(fā)展。粗軋機采用箱一立箱、六角一方發(fā)展，中軋采用菱一方發(fā)展，精軋采用橢圓一方發(fā)展。這樣便于軋機咬入，延伸系數(shù)相應(yīng)提高。防止臂頭減少軋制事故。中軋與精軋采用多線軋制。連軋機采用單線軋制，精軋機前設(shè)有活套，以補充中軋和精軋機的不同程度的延伸差。用活套補償這些特別是高速線材軋制軋機布置的重要特征。1.2.2采用無扭精軋機組，發(fā)展現(xiàn)代化車間實行高速無扭線材軋制，是保證線材生產(chǎn)高生產(chǎn)率、低消耗發(fā)展趨勢。軋機采用單線布置，軋后冷卻自動化。最早出現(xiàn)的是丫型軋機，以后逐步發(fā)展框架式45°無扭轉(zhuǎn)精軋機，到當(dāng)代最先進(jìn)的45°懸臂式高速無扭精軋機。它們的特點是：1、丫型軋機丫型軋機是采用每個機架裝有三個軋輥組成相似于字母“丫”形，稱為丫型軋機。丫型軋機類似于生產(chǎn)鋼管的現(xiàn)代化三輥減徑機，每個機架有三個互成120°布置的圓盤狀的軋輥，由若干臺機架緊湊地連續(xù)地布置在一起組成連軋機組。采用上傳動或下傳動。丫型軋機為三角弧邊組成三角圓組成三角一圓孔型系統(tǒng)。這類軋機前后道次變形均勻，張力可控制在2%的范圍內(nèi)，采用恒微張力軋制。該軋機的優(yōu)點：由于相鄰機架軋輥方位互相錯開、變形均勻，因軋件六向壓縮，所以軋件不會臂頭，不用切頭適于低塑性軋制；由于機架軋輥中心線互相錯開一個角度，因此，軋件不扭轉(zhuǎn)，軋制速度可以提高到50—60米/秒；采用整體傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)自動化。但是軋輥成形是在專用特殊磨床上加工，孔型磨損后不能在軋制線上換輥，氧化鐵皮不易去除，軋輥磨損快。發(fā)展前途向無頭軋制，連鑄連軋發(fā)展。2、框架式45°無扭高速精軋機組機架為閉口框架，采用雙支撐滾動軸承：傳動軸于地面成45°，各軋輥互成45°，通常有8個機架組成，傳動軋制速度達(dá)50米/秒。成組吊裝，用液壓缸移動軋輥來更換孔型。其優(yōu)點：軋制線固定不變、采用橢圓一橢圓孔型系統(tǒng)實現(xiàn)無扭軋制、軋件免受扭轉(zhuǎn)、軋廢大大減少。由于傳動系統(tǒng)中減少了接軸與聯(lián)軸器，降低了傳動件的振動，提高產(chǎn)品尺寸精度，軋輥彈跳穩(wěn)定，生產(chǎn)率高。其缺點是：制造困難、壽命短、基建投資大、占地面積大。3、懸臂式45°高速無扭精軋機懸臂型45°高速無扭精軋機是小輥徑軋機，傳動軸與地平面成45°角，最高軋制速度為70?102米/秒。該機組由t架組成，單線軋制，采用橢圓一圓孔型系統(tǒng)。采用耐磨的碳化鎢軋輥，軋輥采用快速液壓工具進(jìn)行，節(jié)省換輥時間，占地面積小。由于采用小直徑工作輥延伸率高。其優(yōu)點歸納如下：軋制速度快，生產(chǎn)率高；成品精度高，延伸率高，線材表面質(zhì)量好；事故停工少，槽孔壽命長，操作效率高，快速換輥，節(jié)省換輥換槽孔時間，設(shè)備磨損少。這樣的軋機應(yīng)用廣泛，是現(xiàn)代軋機的樣版。1.2.3采用恒微張力軋制在高速無扭轉(zhuǎn)線材軋機之間采用恒微張力軋制，即使微拉和微推相結(jié)合，消除推鋼嚴(yán)重影響線材斷面尺寸變化。減小負(fù)載，降低傳動件的損壞，減少設(shè)備事故。減少軋鋼過程中的過度拉鋼是生產(chǎn)技術(shù)人員努力方向，是線材軋制水平重要標(biāo)志之一。1.2.4對傳動系統(tǒng)的改進(jìn)方向1、提高軋輥的耐磨性采用耐磨性好的軋輥材料。采用熱噴涂，提高軋輥表面的耐磨性，通常采用碳化鎢材料，熱噴涂軋輥表面碳化鎢層。由于孔型變化小，產(chǎn)品有較高的粗變和較好的表面質(zhì)量，軋槽壽命長。2、提高機架剛變采用大斷面的軋鋼機機架，也可采用應(yīng)力線軋機。使軋機變形小，剛度大，提高軋制精度。1.2.5控制冷卻和性能控制控制冷卻是工藝的需要及性能的保證，可以減少表面氧化鐵皮。這是線材軋機重大技術(shù)學(xué)術(shù)之一，它可以減少氧化鐵皮，改善金相組織及性能，防止馬氏體及貝氏體出現(xiàn)，保證了線材的機械性能。高速無扭線材軋機，采用單根、高速、無扭和恒微張力軋制。它需要頭越小越好，發(fā)展前途向無頭軋制或連鑄連軋發(fā)展，采用大壓下量軋機和線材軋機組合。采取先進(jìn)的散卷冷工藝，軋制中采用自動張力控制裝置，連續(xù)軋制自動測徑。并采用直接數(shù)字控制計算機。1.3中軋線材軋機的研究方法和內(nèi)容1.3.1線材生產(chǎn)車間的平面布置和中軋機的作用線材廠平面布置如圖1.1所示1.500開坯線材軋機2.400粗軋線材軋機組3.切頭事故剪4.350中軋線材軋機組5.300精軋線材軋機6.250精軋線材軋機

圖1.1線材長平面布置圖350中軋線材軋機的作用是將粗軋機組33x33毫米的坯料通過中軋進(jìn)一步軋制，為精軋機進(jìn)一步軋制成品提供坯料。1.3.2線材車間生產(chǎn)工藝產(chǎn)品規(guī)格：生產(chǎn)普碳鋼、焊條鋼及優(yōu)質(zhì)碳素鋼，最小為拓.5毫米線材，最多軋制如0毫米的線材，也有部分為以后加工的坯料。工藝流程：原料-步進(jìn)式加熱爐加熱-粗軋-切頭-中軋-精軋-穿水冷卻-卷取一空冷一檢驗一打包一入庫。粗軋機采用500三輥軋機，粗連軋采用400二輥軋機，中軋采用350三輥軋機。精軋采用280和250二輥二重式軋機。1.3.3中軋線材軋機的研究內(nèi)容和方法1、下廠實習(xí)了解中軋生產(chǎn)工藝、軋制規(guī)程、軋機生產(chǎn)中存在問題、收集有技術(shù)性能系數(shù)和結(jié)構(gòu)特點，為制定合理方案收集資料。2、通過認(rèn)真研究選擇中軋機設(shè)計方案，提出改進(jìn)措施，對設(shè)計方案進(jìn)行評述。3、對主要零件進(jìn)行強度計算。4、畫出方案總圖，部分部件圖和零件圖。5、對自動控制提出要求選擇潤滑方法和潤滑油和潤滑脂。6、提出設(shè)備的安裝方案和維修規(guī)程。7、對設(shè)計進(jìn)行分析與評價。2方案的選擇與評價2.1方案的選擇方案選擇三輥中軋線材軋機。它可以滿足生產(chǎn)品種和規(guī)格的要求。提供的原料允許發(fā)揮成品車間的生產(chǎn)能力，保證坯料的內(nèi)部組織和表面質(zhì)量。從而保證成品車間成材率和生產(chǎn)率不斷上升。軋機前后采用正、逆圍盤保證安全生產(chǎn)。主傳動如圖2.1所示1.主電機2.電機聯(lián)軸器3.減速機4.齒形萬向連接軸5.齒輪座6.梅花連接軸7.三輥軋機8.二輥軋機圖2.1350中軋線材軋機組傳動示意圖2.2方案評述1、主電機選擇異步電機，通過棒銷聯(lián)軸器傳動減速機。棒銷聯(lián)軸器比其他聯(lián)軸器容易調(diào)整安裝誤差，工作可靠，安裝方便。齒輪萬向連接軸，精度高，調(diào)整1。?3°滿足調(diào)整要求。采用梅花連接軸便于換輥，拆卸方便。最后一架采用二輥以便為精軋?zhí)峁┰稀＼堓佪S承采用膠本瓦軸承，造價低，壓下采用手動壓下，平衡采用彈簧平衡。因為軋機小，滿足要求。采取改進(jìn)措施：將壓上機構(gòu)改成調(diào)整楔塊和調(diào)整絲桿。解決壓上裝置的密封問題。如圖2.2所示1.軸承座2.楔塊3.1.軸承座2.楔塊3.機架4.調(diào)整絲桿2、取消H形架，由2根撐桿和一個中輥上瓦座代替。消除H形架變形斷裂事故，保證軋制生產(chǎn)的穩(wěn)定性。如圖2.3所示(a)a.改造前(b)b(a)a.改造前(b)b.改造后將H形架合成兩部分保證原H形架的作用。3主電機容量的選擇3.1軋制力的計算3.1.1軋根主要尺寸的確定軋輥的主要尺寸是：軋輥的名義直徑D，輥身長度L，輥頸直徑d，輥頸長度l,輥頭直徑d1，輥頭長度11。下面根據(jù)已給定的參數(shù)D=350mm確定其它主要尺寸。由參考文獻(xiàn)［1，79］表3-2可知：—=1.5?2.5(3.1)D即L=D(1.5?2.5)=350(1.5?2.5)=525?875mm根據(jù)軋件寬度的需要和考慮機組體積的情況下，選擇前六道次軋輥的輥身長度為750mm，最后一道次軋輥的輥身長度為550mm。即L=L=L=L=L=L=L=L=L=750mm123456789L=L=550mm由參考文獻(xiàn)［1，81］表3-5可知：—=0.53?0.55(3.2)D即d=D(0.53?0.55)=350(0.53?0.55)=185.5?192.5mm.??選d=190mm。(3.3)—=1+(20?30)mmd(3.3)l=d+(20?30)=190+(20?30)=210?215mm???選l=214mm。由參考文獻(xiàn)［1,81］可知：d］=d-(10?15)mm(3.4)=190-(10?15)=175?180mm選d=180mm。l1=(0.7?0.8)《(3.5)=(0.7?0.8)x180=136?144mm選l=140mm。3.1.2軋制規(guī)程1、壓下統(tǒng)計表表3.1350中軋機組壓下統(tǒng)計表(mm)道次軋前高度h0軋后高度h1軋前寬度b0軋后高度b1平均壓卜量Ahm17048.683246.6820.5323319.50335219.3535232.5319.532.516.4942313.50233713.5553724.0513.524.511.2161711.5017248.9572418.3911.518.395.65

3.1.3軋制力的計算由參考文獻(xiàn)[1,53]可知，采用艾可隆德方法可計算線材軋機的平均單位軋制力：即P=(1+m)(k+門u)(3.6)式中：m—考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù)；k一軋制材料在靜壓縮時變形阻力,MPa；門一軋件粘性系數(shù),kg?s/mm2；u一變形速度,s-1。其中：R\R(h-h)-1.2(h-h)m-°h°+匕°―-(3.7)式中：R一摩擦系數(shù)。對于硬面鑄鐵可按下式計算，其中t為軋制溫度；R=0.8(1.05-0.0005t)(3.8)=0.8(1.05-0.0005x900)=0.48h0、h1—軋制前后軋件的高度，mm；R一軋輥半徑，mm。利用L.甫培(Pomp)熱軋方坯的實驗數(shù)據(jù)，得到k(MPa)的計算公式：k=(1.4t-0.01t)[1.4+①(C)+w(Mn)+0.3①(Cr)]x9.8(3.9)式中：t一軋制溫度，°C；w(C)一碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；①(Mn)—錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；①(Cr)一銘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。由參考文獻(xiàn)[2,127]表6.4查得，軋件Q235中：o(C)=0.2%；o(Mn)=0.5%；o(Cr)=0%。即k=(1.4-0.0E)[1.4+o(C)+o(Mn)+0.3o(Cr)]x9.8(3.10)=(1.4-0.01x900)[1.4+0.2+0.5+0.3x0]x9.8=102.9MPa軋件粘度系數(shù)門(kg-s/mm2)按下式計算：門=0.01(14-0.01t)c(3.11)式中：c一考慮軋制速度對門的影響系數(shù)。因為軋制速度小于6m/s,故取c=1.0。即門=0.01(14-0.01t)c=0.01(14-0.01x900)x1.0=0.05kg-s/mm2艾克隆德用下式計算變形速度：u=VR(3.12)h0+h式中：v—軋制速度，mm/s；h0、h1—軋制前后軋件的高度，mm；R一軋輥半徑，mm。第一道次：1&'R(h—h)—1.2(h—h)—?'011101111一h°1+七1x0.48175(70—46.68)—1.2(70—46.68)70+46.68—0.1819：Ah2v1Rh01+h1170一46.682x3x1000.17570+46.68—18.77s-1P—(1+m)(k+門u)—(1+0.181)(102.9+0.05x18.77)—122.63MPa第二道次:1.6rR(h02一氣2)—1.2(h02—氣2)

h02+h12x0.48175(33—19.5)—1.2(33—19.5)33+19.5—0.4029.'Ah2v2kRh+h0212■33—19.52x3x1000』_—175

=(1+m)(k+門u)=(1+0.402)(102.9+0.05x31.4)=146.49MPa第三道次:1.6『R(h-h)—1.2(h-h)m—031303133h03+h131.6x0.48175(52-32.53)-1.2(52-32.53)52+32.53—0.254c-Ah-2v3\Ru—3h03+h1352—32.532x3x1000.,；—\17552+32.53—23.68s-1則P3—(1+m3)(k+門u3)—(1+0.254)(102.9+0.05x23.68)—130.52MPa第四道次：1.6時R(h04-h14)-1.2(h04-.4)4—h04+h141.6x0.48:175(23-13.5)-1.2(23-13.5)23+13.52,(也\Rh04+hi423—13.52x3x1000■175

23+13.5

=38.30s-1P=(1+m)(k+門u)=(1+0.546)(102.9+0.05x38.30)=161.00MPa第五道次:1.6r)R(h05-h/—1.2(h05—h15)

h05+h15x0.48175(37-24.05)—1.2(37—24.05)37+24.05=0.344.'Ah2,,，——5~\Rh05+h1537—24.052x3x1000、：k17537+24.05=26.74s-1P=(1+m)(k+門u)=(1+0.344)(102.9+0.05x26.74)=140.09MPa第六道次:1.6QR嘰—匕)T.2(h06-hi6)

°—h06+hi6x0.48175(17-11.5)-1.2(17-11.5)17+11.5=0.604.'Ah2v6￥Rh06+h1617—11.52x3x1000』\17517+11.5=37.32s-1則P=(1+m)(k+門u)=(1+0.604)(102.9+0.05x37.32)=168.04MPa第七道次：1.6QR(h07-h17)-1.2(h07-h17)7-h07+h17x0.48175(24-18.39)-1.2(24-18.39)24+18.39=0.4052v7)Rh+h0717'24一18391752x3x1000.175則P=(1+m)(k+門u)=(1+0.405)(102.9+0.05x25.34)=146.35MPa由參考文獻(xiàn)［1,56］可知軋制力的計算公式：P=P--1(3.13)m2式中：b0、b］—軋制前后軋件的寬度；1一接觸弧長度的水平投影。由參考文獻(xiàn)［1，56］可知接觸弧長度的水平投影的計算公式：1=R?M(3.14)m式中：R一軋輥半徑；險—平均壓下量。m由參考文獻(xiàn)［1，57］可知線材軋機平均壓下量的計算公式：對于橢圓軋方形：Ah=0.68七-0.58h1(3.15)對于方形軋橢圓：Ah=?—0.7h1(3.16)第一道次：Ah1=0.68h01-0.58.］=0.68x70-0.58x46.68=20.53mm則

=v'175x20.53=59.94mm則P=P?b01+b11.l1m121=122.63x32+46.68x59.942=289166N第二道次：Ah2=h02-0.7h12=33-0.7x19.5=19.35mm則l=y)R?Ah=(175x19.35=58.19mm則P=P?b02+b12?l2m222=146.49x33+52x58.192=362281N第三道次：Ah3=0.68七3-0.58匕=0.68x52-0.58x32.53=16.49mm則=<175x16.49=53.72mm則P=P?b03+b13?lm323=130.52x19.5+32.5x53.722=182300N第四道次：Ah4=、-0.7h14=23-0.7x13.5=13.55mm則l=<R?Ah=(175x13.55=48.70mm則P=P?b04+b14?lm424=161x23+37x48.70

2=235221N第五道次：Ah5=0.68七5-0.58h15=0.68x37-0.58x24.05=11.21mm則

=(175x11.21=44.29mmP=P■b05+'15?lm525=140.09x以5+24"5x44.29=116491N第六道次:第六道次:第七道次:Ah6第七道次:Ah6=嶺-0.7匕=17-0.7x11.5=8.95mml6=E=v175x8.95=39.58mmP=P?'06+b16?l

6m626=168.04x17+24x39.582=136346NAh7=0.68h07-0.58氣7=0.68x24-0.58x18.39=5.65mm=(175x5.65=31.44mm=146.35x11.5+18.39=(175x5.65=31.44mm=146.35x11.5+18.392x31.44=68766N由參考文獻(xiàn)［1,60］可知軋制力矩的計算方法:(3.17)(3.18)(3.19)Mk=Mz+M1=(3.17)(3.18)(3.19)Dra-—Sin^2d

p——日12式中:P—軋制力;a一軋制力臂，即合力作用線與兩個軋輥中心連線的垂直距離;P］一軋輥軸承處摩擦圓半徑;D一軋輥直徑；d一軋輥軸頸直徑；P一合力作用點角度；R一軋輥軸承摩擦系數(shù)，對于膠木瓦軸承取R=0.02。對于簡單的軋制，每個道次兩個軋輥總驅(qū)動力矩為：Mk^=2Mk=P(D?Sinp+pd)(3.20)由參考文獻(xiàn)［1,65］可知&的計算方法：熱軋時：'=0.5(3.21)a式中:a—咬入角，其計算公式為:=arccos(1-△hm)D(3.22)第一道次:第二道次:MKE1arccos(1-arccos(1-19.723。△h)D20.53)350)P=0.5a

11=0.5x19.723=9.8615。=289166x(350xSin9.8615。+0.02x190)x10-3=18433N-ma=arccos(1-2arccos(1-也)35019.141。P=0.5a

22=0.5x19.141=9.5705。Mke2=P(D-Sinp2+Md)=362281x(350xSin9.5705。+0.02x190)x10-3=22459N?m第三道次:arccos(1-%3)arccos(1-妙)35017.658。。=0.5a33=0.5x17.658=8.8290。=P(D-Sinp3+yd)=182300x(350xSin8.8290°+0.02x190)x10-3=10486N?m第四道次:a=arccos(1-4arccos(1-蛭)35015.995。P=0.5a44=0.5x15.995=7.9975。Mk￡4=P(D-Sin^4+pd)=235221x(350xSin7.9975。+0.02x190)x10-3=12348N?m第五道次:yi-%5)arccos(1-旦點)35014.540。P=0.5a55=0.5x14.540=7.2700。=116491x(350xSin7.2700。+0.02x190)x10-3=560N-m第六道次:yi-*)arccos(1-堅35(12.985。。=0.5a6=0.5x12.985=6.492。5Mk寮=「(D-Sin^6+園)=136346x(350xSin6.4925。+0.02x190)x10-3=591N?m第七道次:=arccos(1-%7)D5.65=arccos(135(=10.309o。=0.5a7=0.5x10.309=5.1540Mks7=P(D-Sinp7+pd)=68766x(350xSin5.1545。+0.02x190)x10-3=242N?m電機軸上的力矩為:MKz=M"1+Mk￡2+M"3+Mk￡4+Mk￡5+M"6+M"7=18433+22459+10486+12348+5602+5914+2424=77666N?m3.3電機容量的選擇由參考文獻(xiàn)［1,73］可知，根據(jù)過載條件選擇電動機功率NdN=Mmax?n(3.23)d9550?n?K式中:最大靜負(fù)荷力矩,N?m；max

門一傳動系統(tǒng)總效率，初選時選門=0.85；K一電機過載系數(shù)，取K=2；n—軋輥轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。其中：60vn=兀D_60x3x1000=3.14x350=1638r/min則M-nN=maxd9550f?K_77666x163.8=9550x0.85x2=783.6KW由參考文獻(xiàn)［3］可查得應(yīng)該選用的電動機為：炊800-6/1250,N=800KW,n=930r/min。由參考文獻(xiàn)［1,68］可知，主電動機軸上的力矩的計算方法:M=“7,+%+M+M+MDif2Kondon式中：M7—軋輥上的軋制力矩；M—軋輥軸承上的摩擦力矩；f1M—傳動機構(gòu)及其它轉(zhuǎn)動件中的摩擦力矩；f2M一空轉(zhuǎn)力矩；KonM一動力矩，由于軋件很長，故可忽略不計；doni?一電動機和軋輥之間的傳動比。(3.24)(3.25)其中：

(3.24)(3.25)M=-?心11

fi2式中：r一軋輥軸承摩擦系數(shù)，對膠木瓦軸承，取H=0.02。(3.26)d一軋輥軸頸直徑;(3.26)11一軋輥數(shù)量。式中:190x10-32x0.02x11=20.9x10-3N?mi=nern_930=163.8=5.68M=(式中:190x10-32x0.02x11=20.9x10-3N?mi=nern_930=163.8=5.68M=(1-1)Mz+Mf1f2門i1(3.27)(3.28)氣一電動機到軋輥之間的傳動效率，取氣=0.97。即M=(土-1)M+"《1f2門i1,1八77666+20.9x10-3=(1)0.975.68=422.89N?mMk=0.04M(3.29)其中:主電動機額定力矩。erMer=9550』ner(3.30)9550800930=8215.05N?mMk=0.04M=0.04x8215.05=328.6N-mM=MZ+Mf1+M+M土MDif2Kondon77666+20.9x10-35.68+422.89+328.6土0(3.31)Mer_14425.09=8215.05=1.76V[K]=2選擇的電動機符合過載要求。4主要零件的強度計算4.1軋根的強度計算由參考文獻(xiàn)［4,18］可知軋輥強度的計算方法：以載荷最大的第一架軋機的中輥進(jìn)行計算。通常對輥身僅計算彎曲,對輥頸則計算彎曲和扭轉(zhuǎn)，對傳動端輥頭僅計算扭轉(zhuǎn)強度，如圖4.1所示。1、輥身帶孔型軋輥的危險斷面在軋槽上，則M=P-X-(a-x)(4.1)Da式中：Md—輥身危險斷面彎矩；P一作用在軋輥上的軋制力；a一壓下螺絲中心矩；x—危險斷面到壓下螺絲間的距離，取x=286mm，x=678mm。則M=P-—^-(a-x)-P-—^-(a-x).^^LD11a12a2678TOC\o"1-5"\h\z286678286=289166(96牛286-362281(96牛678-964964678=27425.79N-mM=P.x2.(a-x)-P.x1(a-x)-D22a21a1678678286286=362281—-(964-678-28916(964-286.964964678=48336.68N-mMD2>Md1作用在軋輥輥身危險斷面的彎矩為Md2。(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)b=D0.1D3(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)式中：D一計算斷面的直徑。則b=虹D0.1D3_48336.68x10000.1x3503=11.27MPa是鑄鐵軋輥.?.bb=350?400MPa則bg]=—n_35?4005=70?80MPa.?.bD<[b]合格。2、輥頸由圖4.1可看出斷面I-I載荷最大，所以只需計算此斷面的強度。輥頸危險斷面上的彎曲應(yīng)力b.和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力t分別為：b=、d0.1d3T=Mk0.2d3式中：d—軋輥直徑;

M”一輥頸危險斷面處的彎曲力矩;dMk一輥頸危險斷面處的扭轉(zhuǎn)力矩。其中:=MD1107286TOC\o"1-5"\h\z~107=27425.79x-286=10260.70N-mM=MK。+MK『+MK工3+MK工4+MK工5+MK工6+M斗K12_1843+32245-91048-61234-8560+591+2424

2=38833N-mM=MK『+MK￡3+MK￡4+MK￡5+M￡6+M斗K22_2245+>1048+)1234七560+591+24242=2961.6N?mM=MK￡3+MK￡4+MK￡5+M￡6+M￡7K32_10486+12348+5602+5914+24242=1838N?m則M^d1=0.1片3_10260.70x1000=0.1x190=14.96MPa10.2d3_38833x1000-0.2x190328.31MPaT=38833Nm圖4.1軋輥的載荷計算簡圖對于鑄鐵軋輥，根據(jù)莫爾理論，合成的計算應(yīng)力為：bp=0.375?七1+0.625?新;+4c;(4.6)=0.375x14.96+0.62514.962+4x28.312=42.21MPa<[b]/.合格。3、輥頭T=K1—(4.7)0.07d31_38833x1000—0.07x1803=48.95MPa[c]=0.7?[b]=0.7x(70?80)=49?56MPac<[c]合格。4.2軋輥軸承的驗算膠木瓦軸承的主要特點：1、抗拉強度較大，順纖維方向為100?150MPa,垂直纖維方向可達(dá)230?245MPa；2、摩擦系數(shù)比金屬襯瓦低10?20倍；3、有良好的耐磨性，使用壽命較大，且造價低；4、膠木襯瓦較薄，故可以采用較大的輥徑尺寸，有利于提高軋輥強度；5、可用水做潤滑劑，不存在軸承密封問題；6、能承受沖擊載荷。由參考文獻(xiàn)[1，96]可知，應(yīng)選的軸瓦厚度為h=25mm。下面試取軸瓦的工作寬度B=200mm進(jìn)行驗算，由參考文獻(xiàn)[5]表7-1-4可知其驗算方法：(4.8)pv=P-n19100-B(4.9)n-d-nv—60x1000(4.10)式中:Pa一壓強，MPa；P一軸承徑向載荷，N；d—輥頸的直徑，mm；B—輥頸的工作寬度，mm；pv—pv值，MPa-m/s；n—輥頸的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；v—圓周速度，m/s。其中P的值可由圖4.1求出，48336.68(964-678)x10-3=180360.75NP=-^ad-B180360.7519(X200=4.75MPapv-:〃19100-B4.75x163.819100x200=0.2X10-3MPa-m/s兀?d-n

v—60x1000_3.14x190x163.860x1000—1.63m/s由參考文獻(xiàn)［5］表7-1-5可查得，對于膠木瓦軸承：Pp=39?41MPav—12?13m/s

(pv)=0.18?0.5MPa-m/s

pP<P,pv<(pv),v<v合格。5減速器齒輪的設(shè)計計算5.1減速器的速比分配本設(shè)計所選擇的減速器為800減速器，在從電動機到軋輥的傳動過程中，除減速器以外其余傳動部件的速比都為1,故減速器的傳動比為傳動系統(tǒng)的總傳動比。即i=5.685.2減速器齒輪的計算由參考文獻(xiàn)［6,32］可知，減速器齒輪的計算方法1、確定齒輪的中心矩根據(jù)所選擇的減速器為800減速器可知，其中心矩為a=800mm2、初選減速器齒輪模數(shù)mn、齒數(shù)Z］、和Z2及螺旋角P。a=—-(Z+Z)(5.1)2-coS12式中：a—嚙合齒輪中心矩，mm；m—模數(shù)，mm；Z「Z2—相應(yīng)齒輪的齒數(shù)；P一螺旋角。一般取Z1=17?30，p=8。?15。。初選Z1=25,p=10。，貝UZ2=i?Z］(5.2)=5.68x25=142代入式(5.1)，得由標(biāo)準(zhǔn)取m=10mm，則n圓整后，得取Z=24，則1齒數(shù)比為2-a-cosp

m=nZ1+Z2_2x800xcos10o-25+142=9.44mm2-a-cosp1+Z2=—n_2x800xcos10o-1^=15.6Z1+Z2=158i=幺，Z=i-Z

Z211Z+Z=Z+i-Z=Z-(1+i)12111_158=1+5.68=23.65Z2=158-24=134i=Z2齒Z124=5.58與i=5.68的要求相比較，誤差為1.8%,可用。由式(4.1)可得P=cos-1mn?(Z1+Z「

2-a10x158=cos-12x800=9。4’7”滿足要求。3、計算齒輪分度圓的直徑小齒輪：d=mn?Z1(5.3)coS_10x24

=co9。4’7”=243.038mm大齒輪：d=m^coS_10x134=co9。4’7”=135.962nm4、計算齒輪的寬度按強度計算要求，取齒輪系數(shù)為中』=1.2，則齒輪工作寬度為b=9d-d1(5.4)=1.2x243038=291.646mm圓整為大齒輪的寬度，得b^=295mm取小齒輪的寬度為

b=300mm5、齒根彎曲疲勞強度的計算由參考文獻(xiàn)［7,213］可知齒根彎曲疲勞強度的計算方法(5.5)T=95.5x105?土

1n(5.5)er式中：T—齒輪軸的扭矩，N?m。1則T=95.5x105?土1ner=95.5x105x800930=82.15x105N?m(5.6)K?F?Y?Y?Y

b=tFaSa0(5.6)Fb?m?&式中：K一齒輪的載荷系數(shù)；F一沿嚙合線作用在齒面上的圓周力；tY^一斜齒輪的齒形系數(shù)；YSa一斜齒輪的校正系數(shù)；Y0一螺旋角的影響系數(shù)；b一齒寬；m一模數(shù)；n8a一標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動的端面重合度。其中：(5.7)2?T1d1(5.7)式中:d1—小齒輪的分度圓直徑，mm。則2-T1d12x82.15x105243.038=6.76x104N由參考文獻(xiàn)［7］表10-5可得Yf=2.65七二1.58由參考文獻(xiàn)［7］圖10-28可得(5.8)￥§二0.94'a=%1"a2(5.8)由參考文獻(xiàn)［7］圖10-26可得8=0.78a18=0.92a2則'a=8a/8a2=0.78+0.92二1.7(5.9)K=KA-Kv-Kf-K鄧式中:(5.9)K—使用系數(shù)；A孔一動載系數(shù)；

K一齒間載荷分配系數(shù)；FaK.—齒向載荷分布系數(shù)。F&由參考文獻(xiàn)［7］表10-2可得K=1.5A由參考文獻(xiàn)［7］圖10-8可得七=1.0由參考文獻(xiàn)［7］表10-3可得K=1.2Fa由參考文獻(xiàn)［7］圖10-13可得=1.35K=七-K^-Kf-K鄧=1.5x1.0x1.2x1.35=2.43則K-F-Y-Y-Y

b=tFaSap_Fb-m?￡_2.43x6.76x104x2.65x1.58x0.94300x10x1.7=126.77MPa由參考文獻(xiàn)［7,202］可知齒輪許用應(yīng)力的計算方法(5.10)K9―FNFES式中：(5.10)K一考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù);FNbfe一齒輪的疲勞極限，MPa；S—疲勞安全系數(shù)，取S=1.4。由參考文獻(xiàn)［7］圖10-18可得靠=0.86由參考文獻(xiàn)［7］圖10-20可得b=580MPaFE[b]=FEFS_0.86x580=14=356.29MPa.?.b<［b］滿足齒根彎曲疲勞強度的要求。6、齒面接觸疲勞強度的計算由參考文獻(xiàn)［7,213］可知齒面彎曲疲勞強度的計算方法:ZiFZ.土?Z,Z

\b-幺七uHE(5.11)式中:u—齒數(shù)比;z—區(qū)域系數(shù)；HZE一彈性影響系數(shù)，MPa；。其中：K=KA-Kv-Kh-K^由參考文獻(xiàn)[7]表10-3可得K=1.4HU(5.12)由參考文獻(xiàn)［7］表10-4可知膈的計算方法K=1.15+0.18-(1+0.6。2).奴+0.31x10-3.bHpdd(5.13)式中:(5.14)=1x243.038=243.038mmK=1.15+0.18-(1+0.6。2).奴+0.31x10-3.bHpdd=1.15+0.18x(1+0.6x12)x12+0.31x10-3x243038=1.513K=Ka-K"Kh-K耶=1.5x1.0x1.4x1.513=3.177由參考文獻(xiàn)［7］圖10-30可得ZH=1.5由參考文獻(xiàn)［7］表10-6可得1=189.8MPa2rKFT.土,Z?Z\b-d/氣uHE，3.177x6.76x1045.58+1xx1.5x188；300x243.038x1.75.58=406.95MPa由參考文獻(xiàn)［7］圖10-21可得g]=530MPaH滿足接觸疲勞強度的要求。6潤滑方法的選擇為了保證軋機的安全運行，除了采取各項維護、保養(yǎng)措施外，還須保證各機械摩擦部分有可靠的潤滑。潤滑的主要特點是：1、設(shè)備工作時受高溫、氧化鐵皮的影響負(fù)載沉重，往往是長時間的連續(xù)運轉(zhuǎn)；2、設(shè)備潤滑區(qū)域廣、面積大、潤滑點多、管路長。6.1軋輥軸承的潤滑對于膠木瓦軸承，可用水進(jìn)行冷卻和潤滑，它的工作溫度不應(yīng)超過60?80°C,因為溫度較高時會迅速膨脹，并進(jìn)而發(fā)生炭化，即燒瓦事故。所用的冷卻水必須凈化，并且不應(yīng)有腐蝕性。在整個軋制過程中供水不能中斷，以防軸承的破壞。只有在充分冷卻潤滑的情況下，這種軸承才能很好的工作。6.2人字齒輪座及其支撐軸承的潤滑對于本設(shè)計的立式三及人字齒輪座，其齒輪采用油潤滑；軸承采用脂潤滑。潤滑油：GB442-64；潤滑脂：ZGN40-1。7試車方法和對控制系統(tǒng)的要求7.1試車要求1、先找準(zhǔn)定位尺寸，對軌座安裝完畢后，再進(jìn)行組裝。確定無不良現(xiàn)象后方可試車。2、首先空載試車至少兩個小時。3、在試車前必須保證以下各項要求全都滿足：潤滑系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的各處工作正常；傳動平穩(wěn)，無周期噪音；壓下系統(tǒng)輕便靈活；各緊固零件聯(lián)結(jié)可靠。7.2對控制系統(tǒng)的要求1、當(dāng)軋機的軋制速度高于正常軋制速度3m/s時：達(dá)到3.05m/s時，發(fā)生間斷性響鈴報警；達(dá)到3.1m/s時，發(fā)生連續(xù)性響鈴報警，且系統(tǒng)自動強行斷電。2、對壓下系統(tǒng)的要求在調(diào)整上軋輥時，當(dāng)上軋輥與中軋輥距離相接觸的行程還差10m/s時，發(fā)生連續(xù)性響鈴報警，且壓下電動機強行斷電，停止工作，可用行程開關(guān)控制。8設(shè)備可靠性與經(jīng)濟評價8.1機械設(shè)備的有效度對于可修復(fù)設(shè)備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障階段即可靠度，從發(fā)生故障后進(jìn)行維修恢復(fù)到正常工作階段即維修度。把兩者結(jié)合起來，就是機械設(shè)備的有效度（有效利用率）MTBFMTBF+MTTRMTBFMTBF+MTTRx100%[8,9](8.1)式中:MTBF一平均故障間隔期，h；MTTR-平均維修時間，h。設(shè)備工作時間12000h，可能發(fā)生6次故障，每次處理故障時間平均為10h，檢修時間為200h。MTBF=120006=2000hMTTR=20°+10X66=43hA=2000x100%2000+43=98%8.2投資回收期表8.1有關(guān)資料表（萬元）時間（年）12345678910投資20001000600900110014001400140014002200年收益累計-2000-3000-2400-1500-40010002400380052007400凈收益

投資回收期（P）=累tL始即計凈現(xiàn)金流隹/上年累計凈現(xiàn)金絕對值出現(xiàn)正值年臨數(shù)投資回收期（P）=累tL始即P=6-1+400t1400

=5.3年重型機械P重型機械P=17年cp一行業(yè)投資回收期，c:.滿足要求。結(jié)論以上是我對350中軋線材軋機的設(shè)計及計算的重要過程。在本次設(shè)計中基本正確的應(yīng)用了許多所學(xué)過的基礎(chǔ)和專業(yè)知識，例如：軋鋼機械、機械設(shè)計、材料力學(xué)、工程經(jīng)濟學(xué)等。并通過所選用的參考文獻(xiàn)和網(wǎng)上資料對中軋線材軋機有了比較深刻的了解。本次設(shè)計，不僅使我擴展了專業(yè)知識面，加強了自己為設(shè)計查閱資料和整理資料的能力，還使我更能熟練的運用了計算機繪圖和打印說明書所應(yīng)用的工作軟件。對今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作積攢下了很多寶貴的經(jīng)驗。由于對專業(yè)知識掌握有限和對現(xiàn)實工作中的經(jīng)驗了解較少，所以在設(shè)計中不免地會出現(xiàn)錯誤，希望各位老師能多多的給予批評和指正。致謝在本次設(shè)計中遇到了很多自己解決不了的疑問，都是在王德春教授的熱心指導(dǎo)下完成的。王老師定期的檢查我們的設(shè)計進(jìn)度，并指出我們在設(shè)計中所犯的很多錯誤。為我們能夠認(rèn)真的完成設(shè)計和順利的完成學(xué)業(yè)起到了很好的督促作用。王老師知識淵博，實踐經(jīng)驗也很豐富，對我們要求嚴(yán)格，做事態(tài)度認(rèn)真，一絲不茍，對我們的幫助很大，使我們終生感激。感謝指導(dǎo)教師王德春教授給予的幫助。感謝院里領(lǐng)導(dǎo)對我們設(shè)計的關(guān)心和幫助。感謝系里同學(xué)和其他朋友的幫助。參考文獻(xiàn)鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.呂廣庶，張遠(yuǎn)明.工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2001.張金蘭，夏長發(fā).中小型電機選型手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1989.劉寶珩.軋鋼機械設(shè)計[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1984.成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.龔泄義.機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京:高等教育出版社,2004.濮良鬼，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2004.孫家驥.礦冶機械維修工程學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994.陳錫璞.工程經(jīng)濟[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994.JIANGZhi-qiang,FENGXi-lan.InternationalJournalofPlantEngineeringandManagement[J].China：ChinesePublishingHouse,2004.附錄英文翻譯熱軋棒-線材預(yù)精軋機具有高耐磨性的離心鑄造高速鋼軋輥的開發(fā)研制摘要本文研究的目的在于研制一種高速鋼用為軋輥材料，用它取代傳統(tǒng)的軋制材料，如合金鑄鐵和粉末冶金硬質(zhì)合金，因為低合金鑄鐵軋輥抗磨損性能差，而且高質(zhì)量的粉末冶金硬質(zhì)合金的成本太高又不容易被使用者接受。通過使用離心鑄造方法，高速鋼軋輥具有良好的抗磨性能，它的硬度可達(dá)65?67HRC，變化量小于2HRC，它的沖擊硬度小于15J/cm2。通過使用先完成的臺式高速線材或棒材軋輥軋機，高速鋼每100噸的磨損率達(dá)0.25mm，然而，高速鋼軋輥的制造負(fù)擔(dān)明顯低于粉末冶金硬質(zhì)合金軋輥，它僅是粉末冶金硬質(zhì)合金軋輥的30%。關(guān)鍵詞：高速鋼離心鑄造機，硬質(zhì)合金軋輥，分離，斷裂1綜述軋輥在熱軋線-棒材的生產(chǎn)中是很重要的工具，而且必須能承受很強的力和熱的作用。要具有良好的抗斷裂能能力，它的表面必須有良好的抗磨損和抗熱能力，因為軋輥的質(zhì)量不僅影響產(chǎn)品的成本，緊接著決定產(chǎn)品的質(zhì)量和軋機的工作效率。從這一點上說，對于改善熱軋軋輥抗磨損性能的研究引起了國際和國內(nèi)的重視，熱軋軋輥的材料已經(jīng)不斷開發(fā)和研制，從普通的冷鑄鐵、不定型冷合金鑄鐵、高銘鑄鐵、高銘鑄鋼到現(xiàn)在正在海外市場廣泛使用的高速鋼和粉末硬質(zhì)合金，而且它代表了熱軋軋輥的發(fā)展進(jìn)程。1988年，在日本鑄造高速鋼首次應(yīng)用于熱軋軋輥材料，從20世紀(jì)90年代開始，鑄造高速鋼開始在歐洲使用，在提高抗磨損性能上有許多優(yōu)勢，可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，減少軋輥替換頻率，降低工人勞動強度。同海外先進(jìn)水平相比，高速鋼軋輥在中國的研究和應(yīng)用具有很大的差異，現(xiàn)在高速鋼軋輥已在中國開發(fā)研制，它們的性能很明顯超過冷鑄鐵軋輥和高銘鑄鐵軋輥，與粉末硬質(zhì)合金軋輥相近；高速鋼軋輥的成本是硬質(zhì)合金軋輥的30%，而高速鋼軋輥具有好的經(jīng)濟效益。2HSS軋輥的生產(chǎn)過程（HSS-高速鋼）HSS軋根的生產(chǎn)流程HSS軋輥的生產(chǎn)過程與普通合金鑄鐵軋輥很相似，如園稿圖1中框圖所示。HSS軋根的成分如原稿表1所示。HSS軋根的熔煉HSS軋輥熔煉采用一個500kg感應(yīng)爐，HSS廢料、廢鋼、生鐵、鉬鐵、銘鐵、釩鐵、鎢鐵和金屬鉆作為爐料。變質(zhì)處理使用一個稀有的合金處理器，這種稀有的合金處理器在使用前必須被烘烤，放電濕度為1600?1640°C。HSS軋根的離心鑄造2.4.1模子準(zhǔn)備模子材料為HT200，厚度為90mm，預(yù)熱溫度250C以上。在此溫度進(jìn)行噴涂，鑄模溫度不高于150C以下時進(jìn)行澆注，涂料要求有好的絕熱性，良好的懸掛性，低的生產(chǎn)氣體能力，良好的件表面收縮性，好的熔化鋼精煉阻力。為滿足以上要求，可以選擇水基氧化鋯涂料。2.4.2制定離心鑄造工藝參軋輥外徑為①285mm，內(nèi)徑為①160mm，寬為90mm，軋輥生產(chǎn)使用垂直離心機。為確保離心軋輥的質(zhì)量，選擇合適的轉(zhuǎn)數(shù)是首要條件。以軋輥內(nèi)徑為基礎(chǔ)，鑄模的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)55200公式來選擇。公式：n=警-P式中:n一為轉(zhuǎn)動慣量，單位為r/min；Y一為熔煉金屬密度，單位kg/m；r一為軋輥內(nèi)半徑，單位為m；P一為調(diào)整系數(shù)；HSS—選1.4?1.6之間的數(shù)。澆注溫度對軋輥質(zhì)量有明顯的影響。根據(jù)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)，鑄造生產(chǎn)的速度和冷卻時間取決于鑄造生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、澆注溫度、在鑄造產(chǎn)品固化過程中金屬的熱物理常數(shù)、鑄模的散熱系數(shù)。因為鑄造產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和熱物理性能不能改變，澆注溫度和鑄模散熱系數(shù)是人工因數(shù)并且澆注溫度對固化速度有明顯的影響。澆注溫度太高會導(dǎo)致固化變慢并且結(jié)構(gòu)粗化;機械性能和軋輥的疲勞極限會降低，