【導(dǎo)讀】450四輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之四。3月14日—3月16日：石橫特鋼參觀實(shí)習(xí)，寫實(shí)習(xí)報(bào)告及查閱相關(guān)資料；3月17日—4月09日：比較各種結(jié)構(gòu)，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；4月10日—4月19日：對(duì)整機(jī)及部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；4月20日—5月24日：CAD制圖；5月25日—6月03日：編寫設(shè)計(jì)說明說；6月04日—6月15日：畢業(yè)答辯審查準(zhǔn)備；6月15日—6月21日：審閱與答辯。來安裝整個(gè)輥系及軋輥調(diào)整裝置，并承受全部軋制力。給予很大安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來進(jìn)行設(shè)計(jì)。有限單元法校核機(jī)架的應(yīng)力、變形及安全系數(shù)。而有限單元法不但能求出整個(gè)機(jī)架各部位的應(yīng)力場，特別能真。實(shí)地反映局部部位高應(yīng)力水平的數(shù)值。

　　

【正文】 mqll ????? 循環(huán)三 次： Y=； ????? mh lX ? 則 11 ????? eXem X M P amkp mm )()( ????????? ?? 5 ???? ?q mmqll ????? 再將 4l? 代 入 計(jì)算公式，再求出 mp? ； 又將 39。39。mP 代入公式求出 5l? ； 如是循環(huán)， 當(dāng) 39。39。1iill????， ?? 時(shí)，計(jì)算結(jié)束。 由于計(jì)算過程較復(fù)雜 ，故我們用 VB 編了個(gè)小程序（見附錄） 。 最后算得： 2/ 2 2 mmKNPm ? ； mml ? ， 則軋件對(duì)軋輥的總壓力青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 KNSPP m ????? 。 軋制力矩的計(jì)算 對(duì)于傳動(dòng)工作 輥的四輥冷軋機(jī)，傳動(dòng)軋輥所需力矩為軋制力矩 zM ，由工作輥帶動(dòng)支承輥的力矩 RM 與工作輥軸承中摩擦力矩1fM三部分之和，即 1K z R fM M M M? ? ? (38) 求軋制力矩 zM zM Pa? (39) 式中 ： P —— 軋制力； a —— 軋制力力臂，其大小與軋制力作用點(diǎn)及前后張力有關(guān)。 此軋制過程 01TT? ， 此時(shí) 1sin2Da ?? （前后張力對(duì)軋制力方向影響的偏轉(zhuǎn)角0?? ）； 式 中： 1D —— 工作輥直徑； ? —— 不考慮張力時(shí)軋制力作用點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軋輥中心角。冷軋時(shí)，000=( ~ 5) =( ~ 5) 8 =1 .04 ~ 7?? ?，取 ?? ? 。 則 mma in190 ???? )( 6 0 1 5 6 mmKNPaM Z ????? 圖 39 當(dāng) 01TT? 帶張力軋制時(shí)四輥軋機(jī)軋輥受力圖 [5] 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 求工作輥傳 動(dòng)支承輥的力矩 RM CRMR ?? (310) coscos( )PR ???? ? (311) 式中 ： ? —— 前后張力對(duì)軋制力方向影響的偏轉(zhuǎn)角， 01TT? 時(shí) 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(duì)于工作輥和支撐輥的直徑來說很小，再計(jì)算傳動(dòng)力矩時(shí)，為了簡化， 可認(rèn)為 e=0，即工作輥不偏移，此時(shí)計(jì)算結(jié)果誤差不超過 1%。則 0?? ； ? —— 軋輥連心線與反力 R 的夾角， 22arcsin2mD?? ?? ； 其 中， m—— 在工作輥和支撐輥接觸處偏移的一個(gè)滾動(dòng)摩擦力矩的距離（一般情況下 m=~ m，取 m= ） 。 2? —— 支承輥摩擦圓半徑， rfv ??2? （ r 為四列圓柱滾子軸承內(nèi)徑的半徑r=160mm； vf 為當(dāng)量摩擦系數(shù) vf kf? ，當(dāng)兩個(gè)接觸面沿整個(gè)半圓周均勻 接觸時(shí) k 取2? ，冷軋時(shí)圓柱滾子軸承摩擦系數(shù) ?=）。 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(duì)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(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dāng) 01TT? 時(shí) KNRF 1 6 2) i n ( 1 5 6s i n ??????? ）（ ?? 1? — — 工作輥摩擦圓半徑。 同上 11 0 .0 0 4 5 5 0 .3 52k fr m m?? ? ? ? ? ? 則 mmKNmmKNM f ????? 綜合上述： 軋制力矩為 mmKNMMMM fRZK ???????? 傳動(dòng)兩個(gè)工作輥總傳動(dòng)力矩為 mmKNMM kK ?????? 0 5 5 2 622 軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)功率的確定與選擇 軋輥與電機(jī)的速比 軋制速度： 2/v m s? ； 工作輥轉(zhuǎn)速：1 1 2 / 3 . 3 5 / 2 0 0 / m in3 . 1 4 0 . 1 9vn r s r s rD?? ? ? ??； 支承輥轉(zhuǎn)速：2 2 2 / 1 . 2 7 / 7 6 / m in3 . 1 4 0 . 5vn r s r s rD?? ? ? ??； 軋輥與電機(jī)的速比： ??i （此時(shí)軋輥轉(zhuǎn)速為 1500r/min） 。 軋輥與電機(jī)間的效率 電動(dòng)機(jī)到工作輥之間要經(jīng)過人字齒輪座、減速器、萬向接軸。 齒輪座傳動(dòng)效率 1 ~ ? ? ，取 1 ?? ； 減速器傳動(dòng)效率 2 ~ ? ? ，取 2 ? ? ； 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 萬向接軸的傳動(dòng)效率： 3 6 ~ 8 ( 30 )??? ? ?，取 3 ? ? ； 則總傳動(dòng)效率 1 2 3? ???? ? ； 電動(dòng)機(jī)力矩 軋機(jī)主電機(jī)力矩 DM mNMM KD ????? ? ?? 若選電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則 mNMM DD ??? 9162主 。 主電機(jī)的功率 DP 9550nMP DD ?? kwnMP DD 1449550 15009169550 ????? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本 （減速器電機(jī)與電器） 22151P? 取主電動(dòng)機(jī)型號(hào) Z425012（直流）， 額定功率 KWPN 160? ， 最高轉(zhuǎn)速 2100r/min，重量 880kg。 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)架的類型 軋鋼機(jī)機(jī)架是工作機(jī)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(jī)架上。機(jī)架要承受全部軋制力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。 根據(jù)軋鋼機(jī)架結(jié)構(gòu)不同 ，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開式兩種。 （ 1） 閉式機(jī)架 如圖 310 所示，閉式機(jī)架是一個(gè) 將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式 整體框架，具較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度， 但換輥不便。 它常用在受力大或要求軋件精度高而不經(jīng)常換輥的軋鋼，如 軋制力較大的軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等。對(duì)于板帶軋機(jī)來說，為提高軋制精度，需要有較高的機(jī)架剛度。采用閉 式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥時(shí)，軋輥是沿其軸線方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入，這種軋機(jī)一般都設(shè)有專用的換輥裝置。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 圖 3— 10 閉式機(jī)架 結(jié)構(gòu)及 簡圖 （ 2） 開式機(jī)架 開式機(jī)架 由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成，如 圖 311，它主要用在橫列式型鋼軋機(jī)上，其主要優(yōu)點(diǎn)是換輥方便。因?yàn)椋跈M列式型鋼軋機(jī)上如果采用閉式機(jī)架，由于受到相鄰機(jī)座和連接軸的妨礙，沿軋輥軸線方向換輥是很困難得。采用開式機(jī)架，只要拆下上蓋，就可以很方便地將軋輥從上面吊出或裝入。開式機(jī)架主要缺點(diǎn)是剛度較差。影響開式機(jī)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。常見的上蓋連接方式有四 種。 （ a） 螺栓連接 (b)套環(huán)連接 (c)銷軸連接 (d)斜楔連接 圖 311 機(jī)架上蓋連接方式 因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜，一般給予很大的安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)中選用閉式機(jī)架。 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、 窗口 高度和立柱端面尺寸。 （ 1） 機(jī)架窗口高度 H 機(jī)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)。 主要根據(jù)軋輥?zhàn)畲箝_口度、壓下螺絲最小伸出端，以及換輥等要求確定。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 對(duì)于四輥軋機(jī) 可取 mmDDH bw 2 4 1 5~1 7 9 4)5 0 01 9 0)(~()(~( ????? ） 式中 ： wD 、 bD —— 工作輥、支承輥直徑， mm； 取 H=2120mm。 （ 2） 機(jī)架窗口寬度 B 在閉式機(jī)架中，機(jī)架窗口應(yīng)稍大于軋輥?zhàn)畲笾睆剑员阌趽Q輥。四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的 ~ 倍。 mmDB b 650~575500)~()~( ???? 為換輥方便，換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動(dòng)側(cè)窗口寬 5~10mm， 亦可表示為 mmsBB z 5902525402 ?????? 式中 ： B—— 機(jī)架窗口寬度； bD —— 支承輥直徑， mm； zB —— 支承輥軸承座寬度， mm，取 zB =540mm； s —— 窗口滑板厚度， mm，一般 s=20~40mm，取 s=25； （ 3） 機(jī)架 端面尺寸 機(jī)架立柱的端面尺寸是根據(jù) 軋鋼機(jī)類型、 強(qiáng)度條件 、機(jī)架受力特點(diǎn)等 確定的。 查 軋鋼機(jī)械第三版 表 51 得： 四輥軋機(jī)機(jī)架立柱斷面積與軋輥頸平方的比值 ：~ ?dF 。 則 四輥軋機(jī)機(jī)架端面面積 ? ? 2 2 21. 2 ~ 1. 6 ( 1. 2 ~ 1. 6) 26 0 81 12 0 ~ 10 81 60F d m m? ? ? ? 對(duì)于四輥軋機(jī)，可選慣性矩較小的近似正方形斷面。 實(shí)際上，一般都是選擇斷面尺寸小的矩形斷面，這對(duì)于減輕機(jī)架的重量是有利的。 所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值 取端面尺寸為 360mm? 270mm。 29 7 2 0 02 7 03 6 0 mmF ??? 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3— 12： 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 圖 312 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖 機(jī)架的材料和許用應(yīng)力 [12] 軋鋼機(jī)機(jī)架一般采用含碳量為 %~%的 ZG270～ 500，其強(qiáng)度極限500 ~ 600b M Pa? ? ，延伸率 %16~%12?s? 。 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(jī)機(jī)架、輥道架、連軋機(jī)軌座、坯扎機(jī)立輥 機(jī)架 等。 由于機(jī)架是軋機(jī)中最貴重和最重要的零件，必須具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。一般機(jī)架的安全 系數(shù) 為 m=~15； 對(duì)于 ZG270— 500 來說，許用應(yīng)力 [? ]采用以下數(shù)值 ： 對(duì)于橫梁 [? ] MPa70~50? ； 對(duì)于立柱 [? ] MPa50~40? ； 為了防止機(jī)架在過載時(shí)破壞，在軋輥斷裂時(shí)機(jī)架要不產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)這一要求， 機(jī)架的安全系數(shù)為 bjgsnn??? 式中 ： jn —— 機(jī)架的安全系數(shù)； gn —— 軋輥的安全系數(shù)； 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 b? —— 機(jī)架材料的強(qiáng)度極限； s? —— 機(jī)架材料的屈服極限。 在一般情況下，材料的強(qiáng)度極限與屈服極 限的比值近似為 2，為了安全起見，可將機(jī)架安全系數(shù)取為 ： gj nn )~2(? 當(dāng)軋輥安全系數(shù) gn 取為 5 時(shí)，機(jī)架的安全系數(shù) jn 為 10~。 機(jī)架強(qiáng)度和變形計(jì)算 軋鋼機(jī)機(jī)架強(qiáng)度和變形的計(jì)算，一般可采用如下步驟： （ 1）將機(jī)架結(jié)構(gòu)圖簡化成為 平面 剛架， 可取出工作機(jī)架橫梁和立柱的軸線，把機(jī)架按長方形框架處理。 也可 近似地處理成直線或規(guī)整的圓弧線斷，并確定求解斷面的位置。 （ 2）確定靜不 定階數(shù)，如一般閉式 機(jī)架是三次靜不定問題，需作一系列假設(shè)來簡化模型，降低靜不定階數(shù)。 （ 3）確定外力的大小及作用點(diǎn)。 （ 4）根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，用材料力學(xué)中任一種 方法（卡式定理，莫爾積分法，圖乘法，力法等）求解靜不定力和力矩。 （ 5）根據(jù)計(jì)算截面的面積、慣性矩、中性軸線的位置及承載情況，求出應(yīng)力和變形。 用材料力學(xué)方法計(jì)算時(shí)，為了簡化計(jì)算，一般做以下假設(shè)： 1）每片機(jī)架只在上下橫梁的中間端面處受有垂直力 R，而且這兩個(gè)力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，即機(jī)架的外負(fù)荷是對(duì)稱的。此時(shí)，機(jī)架沒有傾翻力矩，機(jī)架底腳 不受力。應(yīng)該指出，由于兩個(gè)軋輥直徑和速度的不同、軋制速度的變化和咬入時(shí)沖擊引起的慣性力，或在張力軋制時(shí)，軋制力方向都不是垂直的。由于水平分力的數(shù)值一般都較小，約為垂直分力的 3%~4%，故可以忽略不計(jì)。只有當(dāng)水平分力較大時(shí)（例如，超過垂直分力的 15%），則應(yīng)考慮水平分力的