【正文】 島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 27 萬向接軸的傳動效率： 3 6 ~ 8 ( 30 )??? ? ?，取 3 ? ? ； 則總傳動效率 1 2 3? ???? ? ； 電動機力矩 軋機主電機力矩 DM mNMM KD ????? ? ?? 若選電機驅(qū)動，則 mNMM DD ??? 9162主 。采用閉 式機架的工作機座，在換輥時，軋輥是沿其軸線方向從機架窗口中抽出或裝入，這種軋機一般都設(shè)有專用的換輥裝置。本次設(shè)計中選用閉式機架。 查 軋鋼機械第三版 表 51 得： 四輥軋機機架立柱斷面積與軋輥頸平方的比值 ：~ ?dF 。根據(jù)這一要求， 機架的安全系數(shù)為 bjgsnn??? 式中 ： jn —— 機架的安全系數(shù)； gn —— 軋輥的安全系數(shù)； 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 31 b? —— 機架材料的強度極限； s? —— 機架材料的屈服極限。 用材料力學方法計算時，為了簡化計算，一般做以下假設(shè)： 1）每片機架只在上下橫梁的中間端面處受有垂直力 R，而且這兩個力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，即機架的外負荷是對稱的。應(yīng)該指出，由于兩個軋輥直徑和速度的不同、軋制速度的變化和咬入時沖擊引起的慣性力，或在張力軋制時，軋制力方向都不是垂直的。 機架強度和變形計算 軋鋼機機架強度和變形的計算，一般可采用如下步驟： （ 1）將機架結(jié)構(gòu)圖簡化成為 平面 剛架， 可取出工作機架橫梁和立柱的軸線，把機架按長方形框架處理。 實際上，一般都是選擇斷面尺寸小的矩形斷面，這對于減輕機架的重量是有利的。 （ 1） 機架窗口高度 H 機架窗口高度 H 與軋輥數(shù)目、輥身直徑、輥頸直徑，軸承、軸承座 徑向厚度，以及上輥的調(diào)整距離等因素有關(guān)。因為，在橫列式型鋼軋機上如果采用閉式機架，由于受到相鄰機座和連接軸的妨礙，沿軋輥軸線方向換輥是很困難得。 機架的設(shè)計計算 機架的類型 軋鋼機機架是工作機座的重要部件，軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機架上。 則 mma in190 ???? )( 6 0 1 5 6 mmKNPaM Z ????? 圖 39 當 01TT? 帶張力軋制時四輥軋機軋輥受力圖 [5] 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 25 求工作輥傳 動支承輥的力矩 RM CRMR ?? (310) coscos( )PR ???? ? (311) 式中 ： ? —— 前后張力對軋制力方向影響的偏轉(zhuǎn)角， 01TT? 時 0?? ； ? —— 工作輥與支承輥連心線與垂直線的夾角，12arcsin22eDD? ??； 由于工作輥偏移距 e 的數(shù)值（一般為 5~10mm） 相對于工作輥和支撐輥的直徑來說很小，再計算傳動力矩時，為了簡化， 可認為 e=0，即工作輥不偏移，此時計算結(jié)果誤差不超過 1%。mP 代入公式求出 5l? ； 如是循環(huán)， 當 39。39。 圖 37 變形區(qū)中單元體應(yīng)力圖 [5] 平均單位壓力為 ： **1( ) ( )Xm m mep k k mX???? ? ? ? (33) 式中 ： k、 *m? 已知； 39。 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 圖 34 為了便于分析，可把影響軋制力的因素分為兩類： 影響軋件材料在簡單應(yīng)力狀態(tài)下變形抗力 0? 的因素，如化學成分、組織、軋制溫度和速度、加工硬化等； 影響變 形的應(yīng)力狀態(tài)的因素 ,如軋輥直徑、軋件尺寸、表面摩擦、外力（張力或推力）等。 （ 1） 本道次壓下量 mmhhh ????? （ 2） 本道次壓下率 ? =0hh? ? 100%= ? 100%=% (31) （ 3） 金屬材料的屈服極限 s? 由圖 33 得， as MP610?? 。 （ 1） 本道次壓下量 mmhhh ????? （ 2） 本道次壓下率 ? =0hh? ? 100%= ? 100%=% (31) （ 3） 金屬材料的屈服極限 s? 由圖 33 得 ， as MP580?? 。由 參考資料 取 ?? 。 軋輥參數(shù)的確定 工作輥直徑 1D =190mm； 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 支承輥直徑 2D =500mm； 軋輥材料 。液壓平衡優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，工作靈敏度高，平衡效果好。所以這類壓下裝置具有以下特點： 1） 較小的軋輥調(diào)整量與較高的調(diào)整精度； 2） 帶鋼壓下； 3） 必須動作快，靈敏度高； 4） 軋輥平行度的調(diào)整要求嚴格。 壓下裝置的結(jié)構(gòu) 在很大程度上與軋輥的調(diào)整速度、調(diào)整距離 、 調(diào)整頻率、和調(diào)整精度有關(guān) 。 在某些情況下，由于受軋輥軸承尺寸的限制，可采用滾針軸承。這類軋機采用調(diào)速范圍廣、慣性力矩小的直流電動機傳動。 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 另一方面，由于軋件較薄，又是成卷軋制的，咬入條件能夠保證，有可能實現(xiàn)單輥傳動。由于采用單輥傳動，使兩個工作輥自然會產(chǎn)生一定的速度差，從而使軋制力有所降低，據(jù)實際分析證明，當變形區(qū)長度上出現(xiàn)搓扎區(qū)，一般可能使軋制壓力下降約 5~20%。借助準確可靠的測試儀，并使之與自動控制系統(tǒng)結(jié)成閉環(huán)，可以按要求實現(xiàn)恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代冷軋機的起碼要求。單位張力 z? 是青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 作用在帶材斷面 A 上的平均張應(yīng)力 [3]： 2/ mmKgATZ ?? 式中 ： T—— 總張力； 張力的主要作用有以下幾個方面： 1） 防止帶鋼在軋制過程中跑偏（即保證正確對中軋制） 。 具有良好的乳化性能，使用方 便。 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 2）冷軋過程中，由于劇烈的摩擦及變形功而產(chǎn)生很大的熱量，工藝潤滑劑可以防止粘輥的發(fā)生。 由以上關(guān)系可知，在冷卻液種類和冷卻系統(tǒng)均一定的情況下，為增加 q，只有增加流量 m，但這往往受到原有冷卻設(shè)施的限制，所以通常是改變冷卻液的種類和增加冷卻液的溫度來增加其吸熱能力。 因此我們必須采取適當?shù)拇胧┪呋蚩刂七@部分熱量，即便變形發(fā)熱率，單位時間發(fā)出的熱量 q。軋制速度越高，冷卻問題顯得尤為重要。 多輥式軋機：為適應(yīng)冷軋板帶產(chǎn)品尺寸向高精度和大的寬厚比方向發(fā)展需要，出現(xiàn)了六輥、十二輥和二十輥軋機。連軋機生產(chǎn)效率高，軋制速度快，但產(chǎn)品單一，變動不大時，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。冷軋帶鋼和薄板具有表面光潔、平整、尺寸精度高和機械性能好等優(yōu)點，產(chǎn)品大多成卷，并且有很大一部分經(jīng)加工成涂層鋼板出廠。 Design steps。 機架的設(shè)計步驟 可 分為以下 幾步 ： 1） 初步確定機架的形狀和尺寸 ； 2）常規(guī)計算 ： 利用材料力學、彈性力學等固體力學理論和計算公式，對機架進行強度、剛 度和穩(wěn)定性等方面的校核； 3） 有限元靜態(tài)受力 分析 。 主要技術(shù)參數(shù) 軋制材料： 25Cr2MoVA； 原料規(guī)格： ? 200； 軋制規(guī)程： ? ? ? ? ?； 軋制速度： 2m/s。在以往機架的設(shè)計中，安全系數(shù)取得很高但仍不能保證機架可靠工作。隨著汽車的制造 、食品罐頭、容器包裝、精密儀器 、房屋建設(shè)、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。鋼種除普通碳鋼外，還有硅鋼、不銹鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等。它用于開坯和型鋼生產(chǎn)，具有設(shè)備簡單和投資少的特點。它使變形抗力增加，塑性降低。 支撐輥輥身中部與邊部溫度差通常為5℃ ～ 8℃ ，最高可達 15℃ ～ 20℃ 。 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 實驗證明，水是一種比較理想的冷卻劑，它具有比熱大、吸收率高、成本低等優(yōu)點。同時，輥面過高也會使冷軋工藝潤滑劑失效（油膜破裂），使冷軋不能順利進行。另一方面，帶有潤滑劑軋制對被軋帶鋼起到了“拋光”作用?，F(xiàn)在，可以通過乳化劑的作用把少量油于大量水混合起來制成乳狀潤液。 4)其適當調(diào)整冷軋機主電機負荷的作用。 一般是電機通過減速器與齒輪座來直接傳遞工作輥，這種形式對于軋制過程比較有利，但是對于較小的軋機，它又受到工作輥輥頸和方向接軸所能傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩的限制，而傳遞工作輥不能達到要求時，就需傳遞支承輥，而傳遞支承輥是靠摩擦力來傳遞工作輥的。 在普通的四輥軋機工作中，盡管其主機列通常是有主電機通過減速機和齒輪座傳遞兩個工作輥，但是在預壓力作用下，由于工作輥徑的差別等原因，給冷軋薄帶鋼軋機的傳動帶來很大的影響：在薄帶軋制中常出現(xiàn)量接軸傳動力矩的分配不均，某個接觸力矩為零或趨近于零。當采用這種工作制度時，軋輥與軋件的運動方向始終不變，但軋制速度卻有可調(diào)和不可調(diào)兩種，軋制速度不需要調(diào)整的小型冷帶軋機，通常選用交流同步電動機和異步電機。 軋輥軸承 軋輥軸承用來支承轉(zhuǎn)動的軋輥，并保持軋輥在機架中正確的位置 。 手動壓下 其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單 ，價格低。 這類壓下裝置多用在初軋機、板坯軋機、中厚板軋機、連軋機組的可逆式粗軋機上。與電動壓下裝置相比較，液壓壓下裝置有如下特點： 1） 快速響應(yīng)性好，調(diào)整精度高 ； 2） 過載保護簡單、可靠 ； 3） 機械傳動效率高 ； 4） 便于快速換輥，提高軋機作業(yè)率 ； 5） 采用標準液壓元件，簡化了機械結(jié)構(gòu)，消耗的功率小，效率高。 設(shè)計要求： 在滿足生產(chǎn)工藝及強度、剛度的條件下尺寸盡量小 。 （ 1） 本道次壓下量 mmhhh ?????? （ 2） 本道次壓下率 %%100 %1000 ?????? h h? (31) （ 3） 金 屬材料的屈服極限 s? 材料屈服極限是使試樣產(chǎn)生給定的永久變形時所需要的應(yīng)力，金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時，其變形不再 與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形，產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力稱為屈服極限，圖 32 為屈服極限圖。 =﹤ ? =（ tanθ 為摩擦系數(shù)） ,故能實現(xiàn)其自然咬入。 本道次加工過程中，鋼板厚度由 。 軋制力計算 （計算板材從 ） 在軋制時軋輥加 于軋件使之塑性變形的力。 在不考慮軋輥彈性壓扁時，當兩個軋輥直徑相同 時，接觸弧長度的水平投影為 sinl R R h?? ? ? 190( ) 0 .4 6 .1 62 mm? ? ? (32) 式中 ： R —— 軋輥半徑 ； h? —— 壓下量 。 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 根據(jù)希奇可克公式： 39。l ql? （ 37） 式中， l —— 不考慮壓扁時的接觸弧長； q—— 壓扁 系數(shù)。 由于計算過程較復雜 ，故我們用 VB 編了個小程序（見附錄） 。 則 2 0 .0 0 4 1 6 0 12k fr m m m m?? ? ? ? ? ? 2D —— 支承輥直徑 ； 故 1 r c si n 5002? ??? c —— 反力 R 對工作輥的力臂； 1c o s sin2Dcm ???? 001900 . 3 c o s 0 . 3 0 s in 0 . 3 0 0 . 82 mm? ? ? ? 則 KNKNR 56) os ( 0c 56 ??? ?? )( mmKNM R ???? 青島理工大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 求工作輥軸承的摩擦力矩1fM 1 1fMF??? （ 312） 式中 ： F —— 工作輥軸承處的反力； 當 01TT? 時 KNRF 1 6 2) i n ( 1 5 6s i n ??????? ）（ ?? 1? — — 工作輥摩擦圓半徑。 （ 1） 閉式機架 如圖 310 所示，閉式機架是一個 將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式 整體框架，具較強的強度和剛度， 但換輥不便。影響開式機架 剛度和換輥速度的主要關(guān)鍵是上蓋與 U 型架 體的連接方式。 （ 2） 機架窗口寬度 B 在閉式機架中，機架窗口應(yīng)稍大于軋輥最大直徑，以便于換輥。 ZG270～ 500 是 大型鑄鋼件生產(chǎn)中最常用的碳素鑄鋼 ， 具有較好的鑄造性和焊接性，但易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力引起熱裂 ， 廣泛應(yīng)用于軋鋼 、 鍛壓、礦山等設(shè)備，如軋鋼機機架、輥道架、連軋機軌座、坯扎機立輥 機架 等。 （ 3）確定外力的大小及作