【正文】 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師給定 成績(jī) (30%) 評(píng)閱人 給定 成績(jī) (30%) 答辯成績(jī) （ 40%） 總 評(píng) 答辯委員會(huì)主席 簽字 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 I 摘要 本軋機(jī)為小型四輥冷軋機(jī)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)架部分。因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜一般給予很大安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本設(shè) 計(jì) 主要采用了采利柯夫計(jì)算方法進(jìn)行閉式機(jī)架的強(qiáng)度和變形計(jì)算，然后采用有限單元法校核機(jī)架的應(yīng)力、變形及安全系數(shù)。在以往機(jī)架的設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)取得很高但仍不能保證機(jī)架可靠工作。采利柯夫計(jì)算方法只能求得某些部位的應(yīng)力值。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)架 ； 設(shè)計(jì)步驟； 計(jì)算方法 ；有限單元法 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 II Abstract The mill is a small fourhigh cold rolling mill. The project is on the design of the Mill Housing. Mill Housing is one of the most important ponents which is used for installing the whole system of Roll, the device which regulates Mill Roll and supporting all of rolling pressure. Mill Housing has been designed the perpetual and unsubstitutive ponent for its large weight, plex technological process and high safety coefficient. Frame design steps can be divided into the following steps: 1) The frame is determine d primarily shape and size 2) The conventional calculation: the material mechanics, mechanics of elasticity and other solid mechanics theory and calculation formula of cutter, the strength, stiffness and stability checking aspects. 3) Tinted element static and dynamic analysis and model test (or physical test) and the optimized design 4) Manufacturing technology and economy analysis. Strength and Deformation calculation of Closetop mill housing mainly adopt the Calculation Method of , and then use the Finite Element Method to pare Housing’s Stress, Deformation and safety coefficient. We can gain the plete stress filed of Mill Housing through using the Finite Element Method. In the past design of Mill Housing, safety coefficient is bestowed with high number but it couldn’t assure the reliability of Housing. The parts where are easily destroyed are distributed where stress concentrate such as the hole which is installed roll positioning nut, the corners of window of the Mill Housing and so on. The calculation method of cloud only gain the stress of some places, but the Finite Element Method can specially and authentically reflect the level of high stress’s numerical value of the partial. Key words: Mill Housing。 Calculation Method。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(jī)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(zhǎng)，對(duì)冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。以及外貿(mào)出口對(duì)冷軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機(jī)械制造和鋼鐵生產(chǎn)部門面臨的一項(xiàng)重要而有十分緊迫的任務(wù)。 冷軋帶鋼和薄板一般厚度為 ～ 3mm,寬度為 100～ 2020mm；均以熱軋帶鋼或鋼板為原料， 在常溫下經(jīng)冷軋機(jī)軋制成材。只有少量的非凡用途的冷軋合金鋼板采取單片軋制。鋼種除普通碳鋼外，還有硅鋼、不銹鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等。 在帶鋼冷軋機(jī)上，廣泛的采用液壓彎輥裝置或抽動(dòng)工作輥裝置來(lái)改善板形，由于冷軋帶鋼的厚度公差要求高，為增加軋機(jī)壓下裝置的響 應(yīng)速度，在冷軋機(jī)上采用了全液壓裝置及厚度自動(dòng)控制裝置，對(duì)于高速 高產(chǎn)量的帶鋼冷連軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī) 控 制。 軋鋼機(jī)按布置分類可分為單機(jī)座式、橫一列式、連續(xù)式等 。 其類型如圖所示 [1]： 圖 11 軋輥類型圖 冷帶軋機(jī)各類的特點(diǎn)及工作原理 由于軋輥的輥數(shù)不同，則各類軋機(jī)的特點(diǎn)也不同： 二輥 式 軋機(jī)： 此軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于二輥可逆式初軋機(jī)，可將鋼錠往復(fù)軋制成各種矩形坯，也可用于軋制軌梁和中厚板。它用于開(kāi)坯和型鋼生產(chǎn)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單和投資少的特點(diǎn)。軋機(jī)由交青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 3 流馬達(dá)經(jīng)減速器和齒輪座驅(qū)動(dòng)軋機(jī)上下兩輥，中輥靠摩擦力轉(zhuǎn)動(dòng)，軋件可往復(fù)多道次軋制，用于軋制中厚板或薄板開(kāi)坯 。 四輥式 軋機(jī)： 是帶鋼冷軋機(jī)中最通用的機(jī)組，這種軋機(jī)采用 閉口式機(jī)架，兩個(gè)牌坊有橫梁或其它軋機(jī)連接形成一個(gè)剛體，通常采用工作輥驅(qū)動(dòng)， 但是近來(lái)趨向于支承輥驅(qū)動(dòng)。另外，為提高軋機(jī)剛度，簡(jiǎn)化軋機(jī)結(jié)構(gòu)，又出現(xiàn)了各種類型多輥式軋機(jī)。它使變形抗力增加，塑性降低。因此必須有軟化退火，使軋件恢復(fù)塑性，降低變形抗力，以便對(duì)軋件經(jīng)行繼續(xù)軋制。 冷軋中采用工藝?yán)鋮s與潤(rùn)滑 （ 1） 工藝?yán)鋮s： 在高速冷軋機(jī)上，金屬塑性變形產(chǎn)生大量的熱量，為保持軋輥所需輥型，軋輥表面需要冷卻 。如何合理的強(qiáng)化冷卻過(guò)程的冷卻已成為發(fā)展現(xiàn)代冷軋機(jī)的重要的研究課題 。 支撐輥輥身中部與邊部溫度差通常為5℃ ～ 8℃ ，最高可達(dá) 15℃ ～ 20℃ 。否則，軋輥表面會(huì)由于溫度過(guò)高引起淬火層硬度降低，從而影響帶鋼的表面質(zhì)量和軋輥壽命。同時(shí)軋輥 溫度過(guò)高還會(huì)使冷軋潤(rùn)滑劑失效，油膜破裂，影響冷軋過(guò)程的正常進(jìn)行。其表達(dá)式為： vhJBq ?????? 式中： 系數(shù) ~?? ； ? —— 小于 1 的修正系數(shù)； J —— 機(jī)械功的熱當(dāng)量； B —— 所軋材的寬度； h? —— 該道次的絕對(duì)壓下量； ? —— 軋制速度； ? —— 軋制時(shí)的平均單位壓力。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 5 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。 只有某些特殊的軋機(jī)，由于工藝潤(rùn)滑與軋 輥軸承共用一種潤(rùn)滑劑，才采用全部油冷，但為了保證冷卻效果，需給予 足夠大油量。有物理學(xué)可知一定質(zhì)量的液體在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的熱量可表示為： 12()q m t t c??? 式中 ： c —— 冷卻液的比熱； ? —— 比重； m —— 單位時(shí)間所需冷卻液的體積； 2t 、 1t —— 冷卻液前后的溫度。冷卻液簡(jiǎn)單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實(shí)際資料表明，即使在采用有效的 工藝?yán)鋮s的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢(shì)仍達(dá) 130~150oc ，甚至還要高，由此可見(jiàn)在軋制變形區(qū)的料溫一定比這還要高，輥面溫度過(guò)高會(huì)引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內(nèi)發(fā)生組織分解（殘余奧氏體的分解），使輥面出現(xiàn)附加的組織應(yīng)力。同時(shí)，輥面過(guò)高也會(huì)使冷軋工藝潤(rùn)滑劑失效（油膜破裂），使冷軋不能順利進(jìn)行。 （ 2） 工藝潤(rùn)滑 ： 冷軋過(guò)程中，帶鋼與軋輥接觸表面存在摩擦。工藝潤(rùn)滑的作用包括： 1）通過(guò)潤(rùn)滑劑在軋輥和帶鋼表面形成一層油膜，當(dāng)潤(rùn)滑劑滲入軋輥與帶鋼接觸表面的凸凹部時(shí)，可以把帶鋼與軋輥分隔開(kāi)，從而降低接觸表面的摩擦系數(shù)，降低軋制負(fù)荷。 3）工藝潤(rùn)滑對(duì)保護(hù)軋輥表面、改善帶鋼的表面質(zhì)量起著重要作用。另一方面，帶有潤(rùn)滑劑軋制對(duì)被軋帶鋼起到了“拋光”作用。 如 表 11所示 ： 表 11 軋制油的組成 冷軋用乳化液應(yīng)滿足如下要求： 高溫、高壓條件下，具有良好的潤(rùn)滑特性和冷卻效果 。 具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，帶鋼不易生銹，不易腐蝕 。 成體低，廢 液易處理，無(wú)環(huán)境污染?，F(xiàn)在，可以通過(guò)乳化劑的作用把少量油于大量水混合起來(lái)制成乳狀潤(rùn)液。 此時(shí)乳化劑需滿足濃度、皂化值、 PH 值、鐵含量等要求。所謂“張力軋制”， 就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實(shí)現(xiàn)的 。 2)使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過(guò)程中的保持板形平直以及軋板型良好） 。 4)其適當(dāng)調(diào)整冷軋機(jī)主電機(jī)負(fù)荷的作用。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設(shè)備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進(jìn)行。 通過(guò)改變卷取機(jī)，開(kāi)卷機(jī)及軋機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及各架壓下可以使軋制力，張力在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。 生產(chǎn)中張力的選擇主要是平均單位 z? ，從理論上講，單位張力似乎應(yīng)當(dāng)盡量選的高一些， 但是不 應(yīng)超過(guò) 帶鋼的 屈服極 限 s? ， 根據(jù)以往的經(jīng) 驗(yàn)，一 般軋機(jī)sZ ?? )~(? ；而冷軋薄帶剛 sZ ?? )~(? 。 一般是電機(jī)通過(guò)減速器與齒輪座來(lái)直接傳遞工作輥，這種形式對(duì)于軋制過(guò)程比較有利，但是對(duì)于較小的軋機(jī)，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(dá)到要求時(shí)，就需傳遞支承輥，而傳遞支承輥是靠摩擦力來(lái)傳遞工作輥的。同時(shí)還要考慮軋輥與軋件間的打滑問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)由于軋制力與軋制力矩不是很大，故不需考慮此問(wèn)題，但同時(shí)采用單輥驅(qū)動(dòng)又會(huì)帶來(lái)一系列新的問(wèn)題。由于單傳動(dòng)軋制時(shí)上下輥速度的配合是自然的，過(guò)程簡(jiǎn)單易行，無(wú)需復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 在普通的四輥軋機(jī)工作中，盡管其主機(jī)列通常是有主電機(jī)通過(guò)減速機(jī)和齒輪座傳遞兩個(gè)工作輥，但是在預(yù)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(jī)的傳動(dòng)帶來(lái)很大的影響：在薄帶軋制中常出現(xiàn)量接軸傳動(dòng)力矩的分配不均，某個(gè)接觸力矩為零或趨近于零?？梢哉J(rèn)為，軋輥的傳動(dòng)力矩在兩軋輥上的分配并不總是大致想當(dāng)相等的。一般看來(lái)，當(dāng)軋件較薄時(shí)使用預(yù)壓力較大，直徑稍小的軋輥上，其傳動(dòng)接觸可能實(shí)際上不起作用，甚至反而有害。 在主機(jī)列中，自然可將齒輪座從設(shè)計(jì)中取消，減小設(shè)備的投資，降低動(dòng)力傳傳遞的能量消耗，從而取得一定的經(jīng)濟(jì)效果并可充分利用換輥，在操作上也會(huì) 有許多方便。當(dāng)采用這種工作制度時(shí)，軋輥與軋件的運(yùn)動(dòng)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(jī)，通常選用交流同步電動(dòng)機(jī)和異步電機(jī)。這類軋機(jī)，一般都采用調(diào)速范圍廣、超載能力大、慣性力矩小的直流電動(dòng)機(jī)來(lái)傳動(dòng)。 可逆式工作制度 用可逆式冷軋機(jī)軋制時(shí)，軋輥既能逆轉(zhuǎn)又能調(diào)速。為提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力，可逆式冷軋機(jī)一般都有快速啟動(dòng)和制動(dòng)的要求。 軋輥軸承 軋輥軸承用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，并保持軋輥在機(jī)架中正確的位置 。 軋輥軸承 的性能與摩擦功率的損耗成正比，表征了軸承的發(fā)熱率。滾動(dòng)軸承主要是用雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承。 板帶軋機(jī)上多用滾動(dòng)軸承。 手動(dòng)壓下 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，價(jià)格低。 電動(dòng)壓下 電動(dòng)壓下是最常用的上輥調(diào)整裝置。其優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)距離可達(dá)較大的數(shù)值，壓下能力較大，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間較慢、效 率較低。按照壓下速度 的大小 ，電動(dòng)壓下裝置可分為快速壓下裝置和 慢速 壓下裝置兩大類。 這類壓下裝置多用在初軋機(jī)、板坯軋機(jī)、中厚板軋機(jī)、連軋機(jī)組的可逆式粗軋機(jī)上。 2） 軋輥調(diào)整時(shí)，不“帶鋼”壓下，即不帶軋制負(fù)荷壓下。軋制精度要求也高。 液壓壓下 液壓壓下裝置是用液壓缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓下螺 絲、螺母來(lái)調(diào)整軋輥輥青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 11 縫的。與電動(dòng)壓下裝置相比較，液壓壓下裝置有如下特點(diǎn)： 1） 快速響應(yīng)性好，調(diào)整精度高 ； 2） 過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠 ； 3） 機(jī)械傳動(dòng)效率高 ； 4） 便于快速換輥，提高軋機(jī)作業(yè)率 ； 5） 采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，消耗的功率小，效率高。 提升上