【正文】 軋輥，用來大大降低咬入 軋件時(shí)的沖擊和工作輥的頻繁換輥。 現(xiàn)在在小型冷軋機(jī)上，廣泛使用液壓平衡裝置，它是由液壓缸產(chǎn)生的推力來進(jìn)行工作的。 設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)采用： 不可逆工作制度， 電動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 支撐輥 ， 工作輥軸承選用雙列滾針軸承，支承輥軸承選用四列圓柱滾子軸承 ，壓下裝置為電動(dòng)壓 下，上輥為單缸平衡，輥型調(diào)整采用液壓 壓下彎輥，直流電動(dòng)機(jī)。 設(shè)計(jì)要求： 在滿足生產(chǎn)工藝及強(qiáng)度、剛度的條件下尺寸盡量小 。 對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行綜合分析，提出最佳方案 。 軋鋼機(jī)架 類型 如 圖 31 所示： 圖 31 機(jī)架 原始數(shù)據(jù) 1.、 軋制帶材 25Cr2MoVA(調(diào)質(zhì)處理 )； 2.、 帶寬 B=200mm,帶厚 0h =,帶長 L=450mm,成品厚度 1h =； 3.、 軋輥直徑 190/500mm； 4.、 軋制速度 v=2m/s； 5.、 張力 0150T T KN?? 。 工作輥 ： 92rC Mo輥面硬度 HS=90~95； 支承輥 ： 92rC Mo輥面硬度 HS=60~65。 （ 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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限，圖 32 為屈服極限圖。 圖 32 屈服極限 圖 圖 33 冷態(tài)下變形阻力曲線 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 （ 4） 變形抗力的確定 因?yàn)? ?? ， 所以得 ： as MPk 5 9 25 1 ???? ? （ 5） 摩擦系數(shù)的確定 冷軋時(shí)由于出口和入口軋件的速度與軋輥的速度不同步，從而產(chǎn)生前滑和后滑現(xiàn)象。為計(jì)算方便初步取其為常數(shù)。 （ 6） 咬人條件的校核 由公式 cos 1 hD? ??? 得： os ???? tanθ=176。 =﹤ ? =（ tanθ 為摩擦系數(shù)） ,故能實(shí)現(xiàn)其自然咬入。 （ 1） 本道次壓下量 mmhhh ????? （ 2） 本道次壓下率 %%1000 ???? hh? (31) （ 3） 金屬材料的屈服極限 s? 由圖 33 得， as MP535?? 。 本道次加工過程中，鋼板厚度由 。 （ 4） 變形抗力的確定 因?yàn)? ?? ， 所以得： as MPk 6 6 75 8 ???? ? （ 5） 摩擦系數(shù)的確定 同上，取 ?? 。 本道次加工過程中，鋼板厚度由 。 （ 4） 變形抗力的確定 因?yàn)? ?? 所以得： as MPk 5 9 25 1 ???? ? （ 5） 摩擦系數(shù)的確定 同上，取 ?? 。 本道次加工過程中，鋼板厚度由 。 （ 4） 變形抗力的確定 因?yàn)? ?? 所以得： as MPk 0 16 1 ???? ? 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 （ 5） 摩擦系數(shù)的確定 同上，取 ?? 。 軋制力計(jì)算 （計(jì)算板材從 ） 在軋制時(shí)軋輥加 于軋件使之塑性變形的力。軋制力在我國習(xí)慣稱做軋制壓力或軋制總壓力。軋制力是確定軋機(jī)強(qiáng)度的基礎(chǔ)。 軋件對(duì)軋輥的總壓力 P 為軋制平均單位壓力 mP 與軋件和軋輥接觸面積 F 之乘積，即 FPP m? ； 接觸面積 F 的一般形式 [5]為 ： 2 10 bbF ?? l 式中 ： 0b 、 1b —— 軋制前、 后軋件的寬度，此過程中 0b =1b =200mm； l —— 接觸弧長度的水平投影。 在不考慮軋輥彈性壓扁時(shí)，當(dāng)兩個(gè)軋輥直徑相同 時(shí)，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 。此曲線的斜率 (k)稱為軋機(jī)剛性系數(shù)，在其直線部分意義為產(chǎn)生單位彈跳量所需的軋制力。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 圖 35 軋件受力分析 圖 36 軋機(jī)彈性曲線 斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計(jì)算問題時(shí)，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大以及由于冷軋時(shí)軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著的彈性壓扁現(xiàn)象，近似的將薄板的冷軋過程看作為平行平板 的壓縮（如 圖 37），并假設(shè)接觸表面上的摩擦力符合干摩擦定律。mlX h?? 39。 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 21 根據(jù)希奇可克公式： 39。 將 0x 代入公式 39。 2 2 2( ) ( )mmm m m ml l C Cpph h h h? ? ? ?? ? ? （ 35） 將 （ 33） 代入 式 （ 3— 5） 經(jīng)整理 變換后，得： 其中 )1( ??? ?klumehuL 39。 2 * 2( ) 2 ( ) ( 1 ) ( )mlhmm m mllC k eh h h?? ? ??? ? ? ? （ 36） 令 *2 ( )mCk??mh? =Y； 2()mlh? =Z(l 為接觸弧長度的水平投影 )； 則 式（ 36） 可寫為： ZYeX X ??? )1(2 計(jì)算： 331 9 0 / 2 0 .0 0 1 0 590900 m m m mC NN??； 01 1 . 8 1 . 4 1 . 622m hhh m m? ?? ? ?； （ h為 平行平板 壓縮時(shí) 薄板的厚度） )( ??????Y 2 ??? ）（Z 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 圖 38 決定壓扁后接觸弧長度諾謨圖 [5] 查圖 38 得： X=。l ql? （ 37） 式中， l —— 不考慮壓扁時(shí)的接觸弧長； q—— 壓扁 系數(shù)。51 1 .3 3 1 0 mpq ??? ? ? 式中 ： ? —— 咬入角， 0 .4 0 .0 3 295hR? ?? ? ? 則 10 5 ???? ?q mmqll ????? 。39。39。 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） 。 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)。冷軋時(shí)，000=( ~ 5) =( ~ 5) 8 =1 .04 ~ 7?? ?，取 ?? ? 。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= ） 。 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。 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。 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)架要承受全部軋制力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。 （ 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。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。 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。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。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。 （ 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)。 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。 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。 （ 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?，以便于換輥。 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。 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。 所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值 取端面尺寸為 360mm? 270mm。 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。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。 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~。 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。 （ 3）確定外力的大小及作用點(diǎn)。 （ 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。此時(shí)，機(jī)架沒有傾翻力矩，機(jī)架底腳 不受力。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