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中國材料科技與設(shè)備(雙月刊) 技術(shù)與研究 2006年-第3期 基于ANSYS的四輥精密軋鋼機(jī)軋輥的設(shè)計分析 楊虎 ，肖文凱，肖榮清，周艷平 (武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院，湖北武漢430072) 摘要：通過ANSYS對3T精密軋鋼機(jī)用不同直徑軋輥在軋制同截面軋件軋制過程的有限元分析，揭示了在軋制過程中 應(yīng)力及軋制力隨軋輥直徑變化的分布規(guī)律，對軋輥的改進(jìn)設(shè)計具有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：軋鋼機(jī)；軋輥；有限元；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)力分析；ANSYS 0 前言 現(xiàn)有四輥精密軋鋼機(jī)在軋制過程中由于軋輥材料的限 制。在軋制小尺寸異型截面鋼絲的過程中，特別是軋件的 直徑低于2ram以下時，由于軋制力過大，軋輥容易磨損作 廢，有時甚至只能用一個班次。而更換一套軋輥的費用比 較高，為了降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，需要重新設(shè)計 符合壽命要求的軋輥。軋制力與軋輥直徑是密切相關(guān)的， 減小軋輥直徑，會使軋制力降低，因精軋時軋件的截面很 小，所以必須減小軋輥的直徑來降低軋制力，以解決上述 難題。但又會引發(fā)另外一個問題，即過小的軋輥直徑卻使 得軋鋼機(jī)各部件空間布置出現(xiàn)困難，且軋輥軸剛度也難以 滿足使用要求，因此軋輥的直徑不可能做得太小。若采用 傳統(tǒng)的計算與實驗方法確定軋輥直徑，勢必相當(dāng)費時耗力， 因有限元法模擬計算出的軋制力與理論計算值很接近…。 因此完全可以用于軋輥的設(shè)計及分析，這樣不但能夠節(jié)省 試驗費用而且提高了設(shè)計效率。改進(jìn)設(shè)計的第一步需要研 究軋輥直徑對軋制力的影響。并以此作為改進(jìn)設(shè)計的依據(jù)， 軋輥工作示意圖如圖1所示。 田1軋輥工作示意簡圖 1 有限元分析過程 1．1 建立模型 1．1．1 材料賦予 軋件的材料為6Crl3Mo。其彈性模量E；203GPa、屈 服極限仃．=777MPa，軋件的密度p=7850kg／m ，泊松比 u=0．3．尺寸取長15mm、寬3．5ram、高1．5mm。 軋件的初始截面和最終截面形狀如圖2所示。 a．初始截面 b．最終截面 圖2軋件的截面圈 軋輥的材料為9CrSi，彈性模量E=206GPa，密度p= 7850kg／m ，泊松比u=0．3。 在整個軋制過程中。軋輥以恒定角速度∞=3．14rad／s 轉(zhuǎn)動。 1．1．2幾何建模及單元格劃分 根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，采用實體建模。建模前，需對計算模 型參照實際情況進(jìn)行一些合理的簡化：軋件的材料性能均 勻，軋輥勻速運轉(zhuǎn)且在整個冷軋過程中變形很小且無磨損。 另外由于上下軋輥在軋制的過程中受力最大，而且所受的 是一對方向相反，大小相等的軋制力。因此，在幾何建模 時只需建立上軋輥及軋件的模型，在模．?dāng)M軋制過程中對軋 件底部節(jié)點施加上下方向的約束，對軋件左右兩側(cè)的節(jié)點 分別施加左右方向的約束，分析上軋輥的受力情況即可。 在單元類型的選擇上，軋輥和軋件均選擇SOUD164顯式 塊單元，在材料屬性中，軋輥選用剛體(rigid)材料，選用雙 線性隨動硬化(Bilinear Kinematic)材料。劃分網(wǎng)格時用手動 掃略(sweep)方式，軋輥和軋件之間的接觸選用Automatic Surface to Surface Contact，摩擦取庫侖摩擦。摩擦系數(shù)為O．2。 軋輥和軋件的單元數(shù)共15360個，節(jié)點數(shù)共22772個。 建立好的有限元計算模型如圖3所示： 啊 8．局部圖 b．局部左視圖 固3異型截面軋制的有限元模型 ·作者簡介：楊虎(1974一)。男，碩士研究生，主要從事機(jī)械設(shè)計方面的研究。通訊聯(lián)系人：肖文凱(1967一)男，副教授，主 要從事材料失效分析方面的研究。電話：027—87213206．E-mail：xiaowenkai@263．net ·104· ： ．! !eq．com f中國材料科技與設(shè)備網(wǎng)) 2006年·第3期 基于ANSYS的四輥精密軋鋼機(jī)軋輥的設(shè)計分析 中國材料科技與設(shè)備(雙月刊) 1．2有限元計算。結(jié)果及分析 為了能夠比較好的揭示在軋制相同軋件時軋輥直徑變 化對軋制力的影響，我們分別取了5種不同的軋輥直徑來 進(jìn)行分析。分別在ANSYS的前處理中建立好軋制的有限元 模型后，進(jìn)行ANSYS／LS—DYNA求解器求解，求解完成 后，可以用LSTC公司自己開發(fā)的后處理軟件lspost分析軋 制過程的運動規(guī)律、變形情況、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)(此后處理 器和Ls—DYNA模塊均由LSTC公司開發(fā)，所以界面更直 觀，對物體的運動分析也更方便)。分析結(jié)果如表1和圖 4、圖5、圖6所示： ，， 仕孤 表1 軋輥直徑對軋制工藝參數(shù)的影響 35 — 3o 螢25 20 要15 卅l0 5 0 ————、 ＼ 一＼ l柏 l20 loo 8O 60 軋輥直徑( ) 圈4軋制力的變化 -’、 、一——， —●， ～ 一 40 l20 l00 80 60 軋輥直徑(mm) 圖5 最大綜合應(yīng)力的變化 —●一—、' ～．． 40 l20 l00 80 60 軋輥直徑(am) 圖6最大剪應(yīng)力的變化 通過對軋制過程三維模型的有限元分析，揭示了在軋 制相同軋件的過程中軋輥直徑變化對軋制力的影響，通過 對比我們可以看到，不同直徑軋輥在軋制相同軋件的過程 中軋制力的變化很大。這說明軋輥直徑的改變對軋制力的 影響非常大，減小軋輥直徑可以明顯的減小軋輥和軋件的 接觸面積，減少對軋件內(nèi)金屬變形的約束，因此可以很明 顯的降低軋制力，軋輥也不會因為軋制力過大而起槽報廢。 另外，軋輥直徑的改變對軋制過程中最大綜合應(yīng)力和最大 剪應(yīng)力影響很小，這說明軋輥直徑變化對軋制過程中應(yīng)力 的影響比較小，因此軋制出的軋件質(zhì)量不會受到影響。所 以，在設(shè)計四輥精密軋鋼機(jī)時，由于軋鋼機(jī)機(jī)內(nèi)空間限制． 我們盡可能地減小軋輥的直徑，這樣不但可以改善軋制過 程中的軋制力和軋制應(yīng)力，而且可以擴(kuò)大能軋制截面的范 圍，我們可以依靠分析得出的數(shù)據(jù)，在有限的軋鋼機(jī)機(jī)內(nèi) 空間內(nèi)選擇和布置合適直徑的軋輥和符合強(qiáng)度要求的機(jī)架， 設(shè)計出新的軋鋼機(jī)。這對四輥精密軋鋼機(jī)的改進(jìn)設(shè)計具有 指導(dǎo)意義，并且可以縮短設(shè)計時間，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性和 可靠性，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。 參考文獻(xiàn)1 [1]喻海良，趙憲明，劉相華．板帶精軋過程軋制力的三維彈 塑性有限元分析[J]．鋼鐵研究，2005，2(1)：51—60 [2]葉先磊，史亞杰．ANSYS工程分析軟件應(yīng)用實例[M]， 北京：清華大學(xué)出版社，2003，9 [3]朱國明。吳迪。趙憲明．H型鋼開坯軋制四道次有限元模 擬[J]．材料與冶金學(xué)報，2002，1(3)；226—228 Analysis of ANSYS to the Structure Design of Roller Used in Precision Rolling Mill YANG Hu’，XIAO Wen—kai，XIAO Rong—qing，ZHOU Yah—ping (College of power＆mechanical engineering Wuhan University，Hubei，Wuhan，430072，China) Abstract：The paper USeS the structural module of finite element of ANSYS to calculate the stress deformation of roller used in precision rolling mil1．The result can be applied for the theoretical basement in the structural improvement，optimal design of roller and rolling mil1． Keywords：Rolling mill；Roller；FEA；Structure design；Stress analysis；ANSYS http：／／www．cmasteq．corn f中國材料科技與設(shè)奇匭L·105· ¨ 叭0 一 0 舡錯 崛 雌 0 一 。1 倒如囂 蟛
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 小型軋機(jī)的設(shè)計
院 （系） 機(jī)械與動力工程學(xué)院
專業(yè)班級 1
學(xué)生姓名 學(xué)號
指導(dǎo)教師 職稱
評閱教師 職稱
2012年 5 月 25 日
I
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘要
摘 要
設(shè)計的軋鋼機(jī)為400×2型軋鋼機(jī)，軋輥的直徑為400 mm，輥面長650mm.軋制力為100T。軋鋼機(jī)主要用來為軋制小型線材，采用兩輥式工作機(jī)座。軋機(jī)是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備。泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備﹐包括有主要設(shè)備﹑輔助設(shè)備﹑起重運輸設(shè)備和附屬設(shè)備等。但一般所說的軋機(jī)往往僅指主要設(shè)備。軋鋼機(jī)的主要設(shè)備是由一個主機(jī)列組成的。軋鋼機(jī)的主機(jī)列是由原動機(jī)，傳動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個基本部分組成的。采用的配置方式為電動機(jī)——減速機(jī)——分齒箱——軋機(jī)。由于軋輥的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速不可逆轉(zhuǎn)，原動機(jī)采用造價較底的高速交流主電機(jī)。考慮到軋制負(fù)荷很不均勻，為了均衡電機(jī)負(fù)荷，減少電機(jī)的容量，在減速機(jī)和電動機(jī)之間加有飛輪。分齒箱：其用途是傳遞轉(zhuǎn)矩給工作輥，裝在密閉的箱體內(nèi)。聯(lián)軸器：軸與軸之間的鏈接用聯(lián)軸器。
關(guān)鍵詞： 軋鋼機(jī)，分齒箱，飛輪
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 ABSTRACT
Abstract
Design of rolling mill is 400 ×2 type rolling mill, roll diameter is 400 mm, long 650mm. rolling force roll surface for100T. Rolling mill for rolling mainly to small wire, uses two rollers type working machine. Rolling mill is the realization of metal rolling equipment. A complete rolling production process equipment, including the main equipment, auxiliary equipment, lifting the transport equipment and ancillary equipment. But the general said mill often refers only to the main equipment. Rolling mill equipment is a major component of the mainframe out. Rolling machine mainframe is composed of a prime mover, transmission device and an actuating mechanism of three basic components. Allocation method used for electric motors -- -- -- mill reducer gear box. The roller to the irreversible and rotational speed, the original motivation for the introduction of the cost of a more rapid exchange of main motor. Taking into account the rolling load is uneven, in order to balance the load of the motor, reduce the electrical capacity, slowdown in the increase between a flywheel and electric motors. Gear box: its purpose is to transmit torque to the work roll, packed in a sealed box body. Coupling: the link between the shaft and the shaft coupling.
Key words：Rolling mill，gear seat，flywheel
Ⅱ
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 軋鋼機(jī)的定義 1
1.2 軋鋼機(jī)的標(biāo)稱 1
1.3 軋鋼機(jī)的用途 2
1.4 小型軋鋼機(jī)的主機(jī)列 2
1.5 軋鋼機(jī)的發(fā)展 5
第2章 設(shè)計方案的確定 6
2.1傳動方案的確定 6
2.1.1機(jī)械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則 6
2.1.2確定最終傳動方案 7
2.2 確定各傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率 7
第3章 電動機(jī)的選擇 8
3.1電動機(jī)功率的計算推演 8
3.2確定電動機(jī)具體型號 8
第4章 聯(lián)軸器的選擇 11
第5章 減速器的選擇 19
5.1傳動比的計算 19
5.2減速器的型號和各項參數(shù)的確定 19
5.3減速器的特點與破壞形式 20
5.4主減速機(jī)的結(jié)構(gòu) 21
5.5主減速器的潤滑及防護(hù)措施 21
Ⅲ
5.6齒輪的材料和熱處理 22
5.7減速器的工作狀態(tài)分析 22
第6章 分軸器的設(shè)計 23
6.1齒輪傳動 23
6.2齒輪軸的校核 23
6.2.1選擇材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 23
6.2.2求出軸上的轉(zhuǎn)矩， 23
6.2.3求作用在齒輪上的力 23
6.2.4確定各段軸的軸徑 24
6.2.5求支反力 24
6.2.6作彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖 24
6.2.4軸的校核 27
第7章 軋鋼機(jī)工作機(jī)座的設(shè)計 29
7.1工作機(jī)座的選擇 29
7.2軋輥與軋輥軸承的設(shè)計 29
7.3軋輥調(diào)整裝置的設(shè)計 32
7.4壓下裝置的選擇 34
7.5機(jī)架的設(shè)計 35
Ⅳ
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒論
第1章 緒論
1.1軋鋼機(jī)的定義
軋鋼機(jī)也稱為軋鋼機(jī)械，一般把將被加工的材料在旋轉(zhuǎn)的軋輥間受壓力產(chǎn)生的塑性變形即軋制加工機(jī)器稱為軋鋼機(jī)，這是簡單定義。軋鋼機(jī)是機(jī)械中使金屬在旋轉(zhuǎn)的軋輥中產(chǎn)生變形的那部分設(shè)備。
1.2軋鋼機(jī)的標(biāo)稱
按軋制品種﹑軋機(jī)型式和公稱尺寸來命名。“公稱尺寸”的原則對型材軋機(jī)而言, 是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名；初軋機(jī)則以軋輥公稱直徑命名；板帶軋機(jī)是以工作軋輥輥身長度命名；鋼管軋機(jī)以生產(chǎn)最大管徑來命名。軋鋼機(jī)的類別與規(guī)格與軋鋼機(jī)的斷面尺寸有關(guān)，因此軋鋼機(jī)的初軋和型鋼的類是以軋鋼的名義直徑。
1.3軋鋼機(jī)的用途
其結(jié)構(gòu)的特點為：
1.采用兩輥式工作機(jī)座，主電機(jī)不可逆轉(zhuǎn)，中上輥與中下輥交替過鋼，實現(xiàn)多道次的軋制。
2由于軋輥的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速不可逆轉(zhuǎn)，可采用造價較底的高速交流主電機(jī)在傳動裝置中裝有減速機(jī)和齒輪機(jī)座。
3多數(shù)400型鋼軋機(jī)要求既開坯又軋件，具有一機(jī)多能的特性，因此，軋機(jī)急需要較強(qiáng)的能力，又需要較強(qiáng)的剛度，而且由于經(jīng)常需要更換品種，在軋機(jī)結(jié)構(gòu)上需考慮換輥方便。
4為了便于換輥，三個機(jī)座的軋輥都采用梅花接軸連接。
1.4小型軋鋼機(jī)的主機(jī)列
軋鋼機(jī)的主要設(shè)備是由一個或數(shù)個主機(jī)列組成的。軋鋼機(jī)的主機(jī)列是由原動機(jī)，傳動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個基本部分組成的。
1工作機(jī)座：工作機(jī)座為軋鋼機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由軋輥及其軸承軋輥的調(diào)整機(jī)構(gòu)和上軋輥的平衡機(jī)構(gòu)，引導(dǎo)軋件的軋件進(jìn)入軋輥用的導(dǎo)裝置，工座機(jī)座的機(jī)架及支撐機(jī)座并把機(jī)座固定在地基上用的軌零、部件的和機(jī)構(gòu)組成。
2傳動裝置：聯(lián)軸器：聯(lián)軸器包括電機(jī)聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器，電機(jī)聯(lián)軸器用來連接電動機(jī)與減速器的主動齒輪軸；而主聯(lián)軸器則用來連接減速器與機(jī)輪機(jī)座的傳動軸，既自減速器將轉(zhuǎn)矩傳至齒輪機(jī)座的主動齒輪。
減速器：在軋鋼機(jī)中減速器的作用將電動機(jī)較高的轉(zhuǎn)速變成軋機(jī)所需的轉(zhuǎn)速，因而可以在主傳動中選用價格較底的高速電動機(jī)。確定是否采用減速器的一個重要條件，就是比較減速器及其摩擦損耗的費用是否低于低速電機(jī)的與高速電機(jī)的之間的差價。
采用減速器時，根據(jù)傳動比的大小選用一級（傳動比i小于等于8）二級（傳動比等于8—40）或三級（傳動比i大于40）減速器。與這些減速器相對應(yīng)的軋輥速度分別為200-250轉(zhuǎn)/分，40—50轉(zhuǎn)/分，以及10—15轉(zhuǎn)/分。
連接軸：軋鋼機(jī)齒輪機(jī)座，減速器或電動機(jī)的運動和力矩，都是通過連接軸傳遞給軋輥的。設(shè)計采用橫列式布置軋機(jī)，一個工作機(jī)座的軋輥是通過連接軸傳動的。軋鋼機(jī)采用的連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒輪接軸等。
設(shè)計的軋鋼機(jī)采用梅花接軸它常用在橫列式軋機(jī)上。
齒輪機(jī)座：其用途是傳遞轉(zhuǎn)矩給工作輥，設(shè)計采用三個直徑相等的圓柱形人字齒輪在垂直面排成一排，裝在密閉的箱體內(nèi)
3電動機(jī)的選擇：軋鋼機(jī)的電動機(jī)的形式的選擇與軋鋼機(jī)的工作制度有著緊密的聯(lián)系。設(shè)計的軋鋼機(jī)是軋制速度不需要調(diào)節(jié)的不可逆式軋鋼機(jī)，采用異步電動機(jī)。
異步電動機(jī)主要用在有劇烈尖峰負(fù)荷的軋機(jī)上，為了減少電動機(jī)的容量，有時裝有飛輪，異步電動機(jī)投資費用較底，在小形軋鋼機(jī)上很適合。
4小型軋鋼機(jī)的工作制度：一般中小形軋鋼機(jī)的工作制度可以分為：不可逆式的，可逆式的與帶張力軋制等幾種方式
三輥軋鋼機(jī) 二輥軋鋼機(jī)
圖1—1 軋機(jī)的工作制度
小型軋鋼機(jī)的總體布局
軋鋼機(jī)的主要設(shè)備由一列主機(jī)列，此軋機(jī)的總體布局基本上與主機(jī)列一致，結(jié)構(gòu)如下：
主機(jī)列三個基本部分組成，主電機(jī)，傳動機(jī)械，工作機(jī)座。
設(shè)計中的傳動裝置由齒輪機(jī)座，減速器，聯(lián)軸器，接軸組成，在電機(jī)與減速器之間用飛輪連接，在齒輪機(jī)座與減速器之間是用飛輪連接。在齒輪機(jī)座與減速器用安全聯(lián)軸器。因以上中除安全聯(lián)軸外，均在主機(jī)列中給以介紹，現(xiàn)對安全聯(lián)軸器作以介紹。
安全聯(lián)軸器：一般帶有飛輪的軋機(jī)，都有安全聯(lián)軸器。當(dāng)軋機(jī)上的轉(zhuǎn)矩超過額定的轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)軸器能夠分開，保護(hù)軋機(jī)的零部件，使之免受損壞。
工作機(jī)座為兩個三輥工作機(jī)座和一個二輥工作機(jī)座，總體結(jié)構(gòu)如圖：
圖 1—2 軋鋼機(jī)總裝圖
1主電機(jī) 2聯(lián)軸器3減速器4安全聯(lián)軸器5齒輪機(jī)座6梅花萬向接軸聯(lián)
軸器 7工作機(jī)座8梅花接軸
4
第2章 設(shè)計方案的確定
2.1 傳動方案的確定
2.1.1 機(jī)械傳動系統(tǒng)擬定的一般原則
1．采用盡可能簡短的運動鏈
采用簡短的運動鏈，有利于降低機(jī)械的重量和制造成本，也有利于提高機(jī)械傳動效率和減小積累誤差。
2．優(yōu)先選用基本結(jié)構(gòu)
魷魚基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計方便，技術(shù)成熟，故在滿足功能要求的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用基本機(jī)構(gòu)。若基本機(jī)構(gòu)不能滿足或者不能很好的滿足機(jī)械的運動或動力要求時，可以適當(dāng)?shù)貙ζ溥M(jìn)行變異或組合。
3．應(yīng)使機(jī)械油較高的機(jī)械效率；機(jī)械的效率取決于組成機(jī)械的各個機(jī)構(gòu)的效率。一次，當(dāng)機(jī)械中包含有機(jī)械效率較低的機(jī)構(gòu)時，就會使機(jī)械的總效率降低。
4．合理安排不同類型傳動機(jī)構(gòu)的順序
一般來說，在機(jī)構(gòu)的排列順序上有如下的一些規(guī)律：首先，在可能的情況下，轉(zhuǎn)變運動形式的機(jī)構(gòu)通常總是安排在運動鏈的末端，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)靠近。其次，帶傳動等摩擦傳動，一般都安排在轉(zhuǎn)速較高的運動鏈的始端，以減小其傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而減小其外形尺寸。
5．合理分配傳動比
運動鏈的總傳動比應(yīng)合理分配給各級傳動機(jī)構(gòu)，具體分配方法應(yīng)注意以下幾點：
1）每一級的傳動應(yīng)在常用的范圍之內(nèi)選取。如一級傳動比過大，對機(jī)構(gòu)的性能和尺寸都是不利的。例如當(dāng)齒輪傳動的傳動比大于8至10時，一般應(yīng)設(shè)計成兩級傳動；當(dāng)傳動比在30以上時，常設(shè)計成兩級以上的齒輪傳動。但是，對于帶傳動來說，一般不采用多級傳動。
2）當(dāng)傳動鏈為減速傳動時，必須十分注意機(jī)械的安全運轉(zhuǎn)問題，防止發(fā)生損壞機(jī)械或傷害人身的可能性。例如起重機(jī)械的起吊部分，必須防止荷重的作用下自動倒轉(zhuǎn)，為此在傳動鏈中應(yīng)設(shè)置具有自鎖能力的機(jī)構(gòu)或者裝設(shè)制動器。
6．保證機(jī)械的安全運轉(zhuǎn)
對于以上要求，在設(shè)計過程中應(yīng)盡量滿足。
2.1.2 確定最終傳動方案
通過對以上內(nèi)容的了解和分析結(jié)合我在實習(xí)工廠所觀察的外小型軋鋼機(jī)，經(jīng)過和老師的多次探討和修改最終我確定了外小型軋鋼機(jī)的整體傳動方案。
方案如下：
電動機(jī)帶動單級圓柱齒輪減速器運轉(zhuǎn)，再通過分軸器將單根輸入的軸的運轉(zhuǎn)以兩根軸同時輸出，并與外小型軋鋼機(jī)主體的兩個軋輥用聯(lián)軸器連接，使其完成要求的加工過程。
2.2 確定各傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率
參閱參考文獻(xiàn)[3]并結(jié)合本人所設(shè)計的外小型軋鋼機(jī)的整體傳動方案和各傳動機(jī)構(gòu)自身的特點確定各機(jī)構(gòu)的傳動效率如下：
減速齒輪傳動的傳動效率是：η齒=0.95
分軸器的傳動效率是： η軸=0.95
滑塊聯(lián)軸器的傳動效率是η聯(lián)2 =0.96
5
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第3章 電動機(jī)的選擇
第3章 電動機(jī)的選擇
由于小型軋鋼機(jī)屬于負(fù)荷比較大的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)工作特點及工作性質(zhì)，初步選擇三相異步電動機(jī)。
Y系列三相異步電動機(jī)是一般用途鼠籠型異步電動機(jī)基本系列，全國統(tǒng)一設(shè)計。它的中心高、功率等級、安裝尺寸均符合IEC國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品可以和國內(nèi)外各類機(jī)械設(shè)備配套。
Y系列電機(jī)具有效率高，能耗少、噪聲低、振動小、重量輕、體積小、性能優(yōu)良，運行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點。廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、采礦行業(yè)的各種無特殊要求的機(jī)械設(shè)備。如風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、起重及農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械等。
3.1 電動機(jī)功率的計算推演
根據(jù)本人設(shè)計的外小型軋鋼機(jī)的使用要求，最大軋制力是1000噸，軋制速度是0.7米每秒，可求出軋機(jī)主體部分的=100×0.7=700KW
因為依照整體傳動方案可計算出，電動機(jī)功率P=700/（0.95×0.95×0.96×0.96×0.96）KW876.67KW
3.2 確定電動機(jī)具體型號
所以根據(jù)計算出的結(jié)果和本機(jī)的軋制在查閱了設(shè)計手冊后最終確定出了電動機(jī)的具體型號：YB630S2-4
本機(jī)選用Y系列小型三相異步電動機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下所示：
功率KW：900? 轉(zhuǎn)速r/min：1500 效率（%）：95.8
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：2
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圖3-1 三相異步電動機(jī)
電動機(jī)各項參數(shù)如下：
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第4章 聯(lián)軸器的選型
一、選擇聯(lián)軸器應(yīng)考慮的因素
（一）動力機(jī)的機(jī)械特性
動力機(jī)到工作機(jī)之間，通過一個或數(shù)個不同品種型式、規(guī)格的聯(lián)軸器將主、從動端聯(lián)接起來，形成軸系傳動系統(tǒng)。在機(jī)械傳動中，動力機(jī)不外乎電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和氣輪機(jī)。由于動力機(jī)工作原理和機(jī)構(gòu)不同，其機(jī)械特性差別較大，有的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有的運轉(zhuǎn)時有沖擊，對傳動系統(tǒng)形成不等的影響。根據(jù)動力機(jī)的機(jī)械特性，將動力機(jī)分為四類。
（二）載荷類別
由于結(jié)構(gòu)和材料不同，用于各個機(jī)械產(chǎn)品傳動系統(tǒng)的聯(lián)軸器，其載荷能力差異很大。載荷類別主要是針對工作機(jī)的工作載荷的沖擊、振動、正反轉(zhuǎn)、制動、頻繁啟動等原因而形成不同類別的載荷。起動頻繁、正反轉(zhuǎn)、制動時的轉(zhuǎn)矩是正常平穩(wěn)工作時轉(zhuǎn)矩的數(shù)倍，是超載工作，必然縮短聯(lián)軸器彈性元件使用壽命，聯(lián)軸器只允許短時超載，一般短時超載不得超過公稱轉(zhuǎn)矩的 2~3 倍，即 [Tmax] ≥ 2~3T n 。
（三）聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速
聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速范圍是根據(jù)聯(lián)軸器不同材料允許的線速度和最大外緣尺寸，經(jīng)過計算而確定。不同材料和品種、規(guī)格的聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)速的范圍不相同，改變聯(lián)軸器的材料可提高聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)速范圍，材料為鋼的許用轉(zhuǎn)速大于材料為鑄鐵的許用轉(zhuǎn)速。
用于 n>5000r/min 工況條件的聯(lián)軸器，應(yīng)考慮聯(lián)軸器外緣離心力和彈性元件變形等影響因素，并應(yīng)作動平衡。高速時不應(yīng)選用非金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器，高速時形成彈性元件變形，宜選用高精度的撓性聯(lián)軸器，目前國外用于高速的聯(lián)軸器不外乎膜片聯(lián)軸器和高精度鼓形齒式聯(lián)軸器。
（四）聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸相對位移
聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸由于制造誤差、裝配誤差、安裝誤差、軸受載而產(chǎn)生變形、基座變形、軸承受損、溫度變化（熱脹、冷縮）、部件之間的相對運動等多種因素而產(chǎn)生相對位移。一般情況下，兩軸相對位移是難以避免的，但不同工況條件下的軸系傳動所產(chǎn)生的位移方向，即軸向（ x ）、徑向（ y ）、角向（α）以及位移量的大小有所不同。只有撓性聯(lián)軸器才具有補(bǔ)償兩軸相對位移的性能，因此在實際應(yīng)用中大量選擇撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器不具備補(bǔ)償性能，應(yīng)用范圍受到限制，因此用量很少。角向（α）唯一較大的軸系傳動宜選用萬向聯(lián)軸器，有軸向竄動，并需控制軸向位移的軸系傳動，應(yīng)選用膜片聯(lián)軸器；只有對中精度很高的情況下選用剛性聯(lián)軸器，各標(biāo)準(zhǔn)撓性聯(lián)軸器許用補(bǔ)償量見表 3 。
（五）聯(lián)軸器的傳動精度
小轉(zhuǎn)矩和以傳遞運動為主的軸系傳動，要求聯(lián)軸器具有較高的傳動精度，宜選用金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。大轉(zhuǎn)矩個傳遞動力的軸系傳動，對傳動精度亦有要求，高轉(zhuǎn)速時，應(yīng)避免選用非金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器和可動元件之間有間隙的撓性；聯(lián)軸器，宜選用傳動精度高的膜片聯(lián)軸器。
（六）聯(lián)軸器尺寸、安裝和維護(hù)
聯(lián)軸器外形尺寸，即最大徑向和軸向尺寸，必須在機(jī)器設(shè)備允許的安裝空間以內(nèi)。應(yīng)選擇裝拆方便、不用維護(hù)、維護(hù)周期長或者維護(hù)方便、更換易損件不用移動兩軸、對中間調(diào)整容易的聯(lián)軸器。
大型機(jī)器設(shè)備調(diào)整兩軸對中較困難，應(yīng)選擇使用耐久和更換易損件方便的聯(lián)軸器。金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器一般比非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器使用壽命長。國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家，已普遍選用使用壽命長、不用潤滑和維護(hù)的膜片聯(lián)軸器取代鼓形齒式聯(lián)軸器，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，還可以凈化工作環(huán)境。在軋機(jī)傳動系統(tǒng)選用我過研制的彈性活銷聯(lián)軸器和扇形塊彈性聯(lián)軸器，不僅具有膜片聯(lián)軸器的優(yōu)點，而且緩沖減振效果好，價格便宜。
（七）工作環(huán)境
聯(lián)軸器與各種不同主機(jī)產(chǎn)品配套使用，周圍的工作環(huán)境比較復(fù)雜，如溫度、濕度、水、蒸汽、粉塵、腐蝕介質(zhì)、鹽水、輻射等狀況，是選擇聯(lián)軸器時必須考慮的重要因素之一。對于高溫、酸、堿介質(zhì)的工作環(huán)境，不宜選用以一般橡膠為彈性元件材料的撓性聯(lián)軸器，應(yīng)選擇金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。
彈性柱銷式聯(lián)軸器由于運轉(zhuǎn)時柱銷的竄動，自身噪聲大，對于噪聲有嚴(yán)格要求的場合就不應(yīng)選用。
（八） 經(jīng)濟(jì)性
由于各品種、型式、規(guī)格的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)、材料、大小和精度不同，其成本和造價相差很大。
綜上所述，在該軋機(jī)中最適合選用梅花聯(lián)軸器。
第5章 減速器的選擇
5.1傳動比的計算
軋件出軋輥的初速度，直接影響軋鋼的效率，若軋件的出軋輥的初速度快，可提高效率，同時軋制工人不容易軋制。因而軋件的初速度以小于2米/秒為益
初選軋件的出輥速度為0.7米/秒，計算軋輥轉(zhuǎn)速 n:
取n=35r/min
=1500/35=42.85
在減速器等軋鋼機(jī)存在著傳動裝置的效率問題。電動機(jī)的效率為93.5％，
減速器、分軸器的效率為0.97％
5.2減速器的型號和各項參數(shù)的確定
根據(jù)=1500/35=42.85 初步選擇ZSC-400-3
10
圖4—1
由于i=42.8表格中沒有，找一個最接近的i=45.8 。
5.3減速器的特點、破壞形式
1主減速機(jī)的特點
底速、重載、沖擊負(fù)荷大，沖擊次數(shù)頻繁目前用于中小型軋鋼機(jī)主傳動的減速機(jī)有兩種配置方式：
電動機(jī)——減速機(jī)——軋機(jī)；
電動機(jī)——減速機(jī)——分齒箱——軋機(jī)。
在第一種配置方式中，減速機(jī)與軋機(jī)直接相連，處于劇烈的負(fù)荷工作，因此在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體的使用和配置情況加以區(qū)別，設(shè)計時采用第二種配置方式。
2主減速機(jī)齒輪的破壞形式
生產(chǎn)實踐證明，軋鋼機(jī)減速機(jī)齒輪破壞的主要形式表現(xiàn)為點蝕、縮性變形、膠合、
20
磨損、剝落而不是斷齒。
5.4主減速機(jī)的結(jié)構(gòu)
減速機(jī)是由齒輪、箱體、軸、軸承、箱蓋等主要零件組成。
齒輪做成人字齒，因為這種齒輪工作比較平穩(wěn)，而且對軸承不產(chǎn)生軸向力。
齒輪的加工方法：滾齒刀（人字）（8級精度）。
在減速器中，只有底速軸采用軸向固定，其他的軸留有少量的軸向的游隙，使她可以自由的串動，以免卡主齒輪。軸向的游隙為0.8—1mm。
中心距小于或等于1000毫米的減速器，采用滾動軸承，減速器的材料為鑄鐵，
1中心距 查表的 a=1000mm
2傳動比 總的傳動比由電動機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和軋輥的轉(zhuǎn)數(shù)之比確定。i=16
3 齒寬系數(shù) 為齒輪的寬度和中心距之比。，=0.4—0.6，取=0.5。
4模數(shù)和齒數(shù)
模數(shù)降低，小齒輪齒數(shù)齒數(shù)和均應(yīng)取較大的值。齒數(shù)增加使齒的磨損減小，同時增大重和的系數(shù)，有利于減低接觸應(yīng)力。
一對齒輪要求有較大的傳動比時，≥20，取一級小齒輪的齒數(shù)為22，大齒輪為84。
二級小齒的齒數(shù)為22，大齒輪為93。齒數(shù)和模數(shù)與中心距和齒傾角的關(guān)系為
模數(shù)按上式計算的6.5、9。
5齒頃角
漸開線齒輪的齒頃角：對于人字型齒輪= 取齒頃角為
5.5 主減速器的潤滑及防護(hù)措施
為了保證齒輪對嚙合時有可靠的潤滑，采用注噴循環(huán)潤滑。
采用28號軋鋼機(jī)油，進(jìn)游溫度小于等于，回油溫度小于等于。
減速器漏油的主要部位是在箱蓋 與箱體之間的接觸面、端軸及箱體的接觸處。
防止箱蓋與箱體之間的漏油，可將箱蓋下部壁板延長插入箱體的接觸處，深度為120mm——140mm,延長的插板四周拐角處要焊接，并在箱蓋與箱體的水平接觸面圖上
21
密封膠。
5.6 齒輪的材料和熱處理
小齒輪的材質(zhì)為，大齒輪為。
生產(chǎn)實踐證明，齒輪對承載能力除了決定于齒面硬度外，同時還與齒輪對的硬面差和齒面金相組織有關(guān)，而小齒輪調(diào)質(zhì)及大齒輪正火的熱處理配合方式，比大小齒輪均采用調(diào)質(zhì)的使用壽命高。
大齒輪采用正火處理，HB190——220；小齒輪采用調(diào)質(zhì)處理
5.7減速器的工作狀態(tài)分析
減速器為展開式減速器，這種兩極展開式圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)簡單齒輪對軸承的位置不對稱，軸要具有較大的剛度。
改進(jìn)意見：如能選取“分流式”減速器，會使軋機(jī)工作更可靠，齒輪與軸承對稱布置，因此載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載平均分配，中間軸危險截面上的扭距相當(dāng)于軸所傳遞扭距的一半。
其工作草圖如下：
圖中高速級采用人字齒輪，低速級可制成人字或直齒，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合變載的場合。
圖 4—2
22
重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第6章 分軸器的設(shè)計
第6章 分軸器的設(shè)計
為了滿足機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)要求，本設(shè)計中的分軸器是利用齒輪傳動將單根出入軸以兩根軸輸出。
6.1齒輪傳動
類比同類型機(jī)器，齒輪傳動的四個齒輪均選用材料40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，均為斜齒輪，齒數(shù)均為z=21，模數(shù)m=4，分度圓直徑d=85mm，分度圓柱上齒的傾斜角為300,7級精度。
該兩對齒輪傳動，經(jīng)校核，合格。
6.2 齒輪軸的校核
6.2.1 選擇材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。
主軸上安裝的零部件從左到右依次為：聯(lián)軸器、軸承蓋、軸承、齒輪、齒輪、軸承、軸承蓋、聯(lián)軸器，軸徑依次為60mm、65mm、70mm、70mm、65mm、60mm，其中，軸承蓋與軸承處軸徑相同。主軸如圖7-1.a所示
6.2.2求出軸上的轉(zhuǎn)矩，
P2=30X0.935X0.99X0.96=27.7695KW
N·m
T3=T2 (2輥的轉(zhuǎn)速相同，功率接近，就一個效率的差別）
6.2.3 求作用在齒輪上的力（如圖7-1.b）
周向力
N
徑向力
N
軸向力
N
23
6.2.4 確定各段軸徑
由減速器大齒輪軸處聯(lián)軸器的選型可知，該處軸徑為60mm, D1=280mm,T=3150N·m。
聯(lián)軸器由于制造和安裝誤差所產(chǎn)生的附加圓周力為
N
6.2.5 求支反力
① 在水平面的支反力（如圖7-1.c）由
∑MB=0
∑z=0得
N
② 在垂直平面的支反力（如圖7-1.e）由圖可知
∑MB=0
N
N
③ 由于的作用，在支點B、E處的支反力（如圖7-1.g）
∑MB=0得
N
N
6.2.6 作彎矩和轉(zhuǎn)矩圖
① 齒輪的作用力在水平面的彎矩圖（如圖7-1.d）
BC段
N
N·m
CD段
N·m
DE段
24
N·m
N·m
② 齒輪的彎矩圖（如圖7-1.f）
BC段
N·m
CD段
N·m
DE段
N·m
由于作用的彎矩圖（如圖7-1.h）
N·m
N·m
③ 作轉(zhuǎn)矩圖（如圖7-1.i）
T1=1667N·m T2=286.5N·m
25
圖 7-1 軸的載荷分析圖
6.2.7 軸的校核
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩和轉(zhuǎn)矩圖可知，截面B處彎矩最大，且有齒輪配合與鍵槽引起的應(yīng)力集中，故屬
靜強(qiáng)度校核的強(qiáng)度條件是
（7-1）
式中 SS=1.2～1.4，用于高塑性材料（бS/бB≤0.6）制成的鋼軸
SS=1.4～1.8，用于中等塑性材料（бS/бB≤0.6～0.8）制成的鋼軸
SS=1.8～2，用于低塑性的鋼軸
SS=2～3，用于鑄造軸
SS—只考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)
SS— 只考慮扭轉(zhuǎn)時的安全 （7-2）
（7-3）式中
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бS，S —材料的抗彎和抗扭屈服極限 (MPa)
Mmax，Tmax—軸的危險截面上所受懂得最大彎矩和最大扭矩（N·m）
Famax — 軸的危險截面上所受的最大軸向力（N）
W，WT — 分別為危險截面抗彎及抗扭截面系數(shù)（mm3），其值見表15-4[4]
A — 軸的危險截面的面積 (mm2）
由表15-1查得бS=355MPa，
則
MPa
且
Mmax=681000N·mm
Famax=0
mm3
mm3
所以
由表15-1查得бB=640MPa
則
所以
SS=1.2～1.4
取
SS =1.4
則
SS>SS
所以，此傳動軸的靜強(qiáng)度滿足要求。
（2）按彎扭合成應(yīng)力校核傳動軸的強(qiáng)度
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（7-4）
式中 ：
—— 軸的計算應(yīng)力 (MPa)；M —— 軸所受的彎矩（N·m）
T —— 軸所受的扭矩（N·m）；W —— 軸的抗彎截面系數(shù)（㎜3），
[б-1] —— 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用應(yīng)力，值按表15-1[4]選用
α — 折合系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取α=0.3，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取α=0.2，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，α=1
本式中取α=1，=703×0.1=34300mm3，因材料為45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，故[б-1]=60MP，則如下：
MP〈，滿足條件，所以安全。
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重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第7章 軋鋼機(jī)工作機(jī)座的設(shè)計
第7章 軋鋼機(jī)工作機(jī)座的設(shè)計
7.1 工作機(jī)座和機(jī)箱的選擇
機(jī)座和箱體等零件工作能力的主要指標(biāo)是剛度，其次是強(qiáng)度和抗振性能；當(dāng)同時用作滑道時，滑道部分還應(yīng)擁有足夠的耐磨性。此外，對具體的機(jī)械，還應(yīng)滿足特殊的要求，并力求具有良好的工藝性。
7.2軋輥與軋輥軸承的設(shè)計
1)軋輥與軋輥軸承座是整個工座機(jī)做的核心部分
軋輥是軋鋼機(jī)中直接軋制軋件的主要部件。在熱軋條件下，軋輥既接觸高溫的軋件而受劇熱，同時又被水冷卻而受急冷，冷熱交加。
1)軋輥的類型、結(jié)構(gòu)與參數(shù)
1軋輥的類型
選擇型鋼軋機(jī)的軋輥。
型鋼軋機(jī)的軋輥的輥身上有軋槽，根據(jù)型鋼軋制工藝要求安排孔型，孔型見孔型設(shè)計，軋輥應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的耐磨性能。軋輥工作表面的硬度是軋輥的主要的質(zhì)量指標(biāo)之一。
2軋輥的結(jié)構(gòu)
軋輥由輥身、輥徑和輥頭三部分組成。輥徑安裝在軸承中，并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架。輥頭和連接軸相連傳遞軋制扭矩。
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圖6—1
輥身：輥身是軋輥直接與軋件接觸的部分
輥徑：輥徑是軋輥的支撐部分，軋輥是依靠輥身的兩側(cè)軸徑支撐在軸承上。
輥身與輥徑交界處是應(yīng)力集中的部位，是軋輥強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。在輥徑與輥身必須有適當(dāng)?shù)倪^度的圓角。
軸頭：軋輥兩端的軸頭為軋輥與接軸相連接的部分。軸頭采用梅花軸頭的形式。
軸頭的形式：梅花軸頭，萬向軸頭，帶鍵槽的和圓柱形軸頭。
3軋輥的參數(shù)
軋輥的基本尺寸參數(shù)有：軋輥的公稱直徑D，輥身的長度L，輥徑直徑d和輥徑長度l 以及輥頭尺寸等。其中輥身長度和輥身直徑是表征輥身尺寸的基本參數(shù)。
輥身直徑：輥身直徑為軋鋼機(jī)的一個重要的參數(shù)
D為輥身直徑即為公稱直徑。D=400 mm為已知
輥身的長度L： L=（2.2—2.7）D
取 L=2.5D=1000mm
輥徑d:軸徑尺寸是指軸徑直徑d和輥身的長度L，它與所用軸承形式及工作載荷有關(guān)，
d/ D=0.55D(0.55~0.7) d=220mm 取d=220mm
l/d=1.0 l=d=220mm 取 l=220mm
軸承處的輥徑向輥身過度處，為了減少應(yīng)力集中，需要做成圓角。圓角的
r=(0.05—0.12)D
r=0.05×400=20 取r=20mm
軋輥頭：梅花軸頭的外徑
=0.85dmm 取=0.85×220=187mm
查表P81 表3-6：取=200mm D3=216mm r2= 41mm l2=130mm l3=150mm
P=q×b=1000t=1000×1000×10N=10×106N
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(b為輥的工作面）b=650mm 則平均載荷為：q=153846.2N
選擇軸承型號為:NU344
對應(yīng)軸承座得設(shè)計：(見圖紙）
4軋輥的材料
對軋鋼機(jī)軋輥的質(zhì)量的要求是很高的 ，因為它決定軋鋼機(jī)工作的好壞、生產(chǎn)率的高低和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。軋輥的工作條件是很繁重的，軋鋼時要不斷被金屬磨損，承受很大的動態(tài)壓力，與金屬之間有很大的滑動速度，有時還要經(jīng)受變化幅度很大的高溫影響。所以選用表面硬度為30HBS鑄鐵。
4．2 軋輥強(qiáng)度的校核
軋輥是使軋件產(chǎn)生塑性變形的主要部件，在軋制過程中，軋輥承受著軋制壓力，并將此負(fù)荷傳給軸承。
軋輥由輥身、輥徑及軸頭三部分組成。
輥徑的基本尺寸參數(shù)是：軋輥的名義直徑D、輥身長度L、輥頸直徑d以及輥頸長度l。
初軋機(jī)的軋輥輥身是有軋型的，通常把初軋機(jī)輥環(huán)外徑作為名義直徑。為了避免孔型槽切入過深，輥子名義直徑與工作直徑的比值一般不大于1.4。
軋輥安裝在軸承中，并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架，輥頭和聯(lián)接軸相連，傳遞軋制扭矩。
軋輥是軋鋼機(jī)中直接軋制軋件的主要部件。在軋制過程中，軋輥直接與軋件接觸，強(qiáng)迫軋件發(fā)生變形。與此同時，軋輥承受著巨大的軋制壓力的作用，并由于軋輥本身的旋轉(zhuǎn)而使其應(yīng)力隨時間作周期性的變化。
4．2．1 軋件咬入條件的校核
只有軋件被軋輥咬入進(jìn)入變形區(qū)，軋制過程才能建立。由文獻(xiàn)[1,27]頁可知，軋件咬入條件，可分為兩個階段，即開始咬入階段和已經(jīng)咬入階段。
1． 開始咬入階段：
當(dāng)軋件與旋轉(zhuǎn)著的軋輥接觸時，軋輥對軋件作用有正壓力N及摩擦力T，由文獻(xiàn)[1]可知，如圖4.5所示：
(a) (b)
圖4.5 開始咬入(a)及咬入后(b)作用于軋件上的力
并且：
N=Nsin
T=Ncos
T=N
式中：——摩擦系數(shù)。
當(dāng)軋件與軋輥接觸瞬間，在力的作用下處于平衡狀態(tài)時，則
2Nsin+G-2Tcos=0
式中：G——為慣性力。
若慣性力G忽略不計，則其平衡條件為：
若使軋件能被自然咬入，必須T>N。因此，只有當(dāng)>tan時，才能實現(xiàn)其自然咬入；若=tan時，則軋件處于平衡狀態(tài)，不能自然咬入；當(dāng)
tan
所以軋件咬入條件滿足。
4．2．2輥身、輥頸強(qiáng)度的校核
軋輥是軋鋼車間中主要的、經(jīng)常耗用的工具，其質(zhì)量好壞直接影響著鋼材的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此對軋輥的性能的要求是很嚴(yán)格的，但因為軋機(jī)類型及所軋制鋼材種類的不同，對軋輥性能的具體要求有很大的差別。
軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力，其中包括彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過程中形成的殘余應(yīng)力等的綜合影響。
設(shè)計軋機(jī)時，通常是按工藝給定的軋制負(fù)荷和軋輥參數(shù)對軋輥進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于對影響軋輥強(qiáng)度的各種因素（如溫度應(yīng)力、殘余應(yīng)力、沖擊載荷值等）很難準(zhǔn)確計算，為此，設(shè)計時對軋輥的彎曲和扭轉(zhuǎn)一般不進(jìn)行疲勞校核，而是將這些因素的影響納入軋輥的安全系數(shù)中，為了保護(hù)軋機(jī)其它重要部件，軋輥的安全系數(shù)是軋機(jī)各部件中最小的。
初軋機(jī)的軋輥，沿輥身長度上布置有許多孔型軋槽。此時，軋輥的外力（軋制壓力）可以近似地看成集中力。軋件在不同的軋槽中軋制時，外力的作用是變動的。所以要分別判斷不同軋槽過鋼時軋輥各斷面的應(yīng)力，進(jìn)行比較，找出危險斷面。
軋輥強(qiáng)度的計算內(nèi)容、方法和它的用途、形狀以及工作條件等因素有關(guān)。通常對輥身僅計算彎曲，對輥頸則計算彎曲和扭轉(zhuǎn)。
如圖4.6所示，為軋輥的彎曲扭轉(zhuǎn)力矩圖。
圖4.6 軋輥的彎曲、扭轉(zhuǎn)力矩圖
1．輥身強(qiáng)度校核
由文獻(xiàn)[1]可知，L/D=2.2-2.7，取2.5。
L=2.5D=2.6400=1000mm=1m
由文獻(xiàn)[1]可知，l/d=1.0
前面選取d=220mm=0.22m，所以l=220mm=0.22m
M=(0.22+1)=1.69MN·m
截面的直徑為D的圓形，抗彎截面系數(shù)W為：
W===0.00628m
σ==269MPa
由文獻(xiàn)[3]可知，許用應(yīng)力與軋輥表面硬度有關(guān)，表面硬度為30時，許用應(yīng)力[σ]=1600MPa。
σ<[σ]
所以，軋輥輥身強(qiáng)度滿足。
2．輥頸強(qiáng)度校核
因為第四道次的軋制力最大，所以取第四道次的軋制力P=1N
R===5N
C==0.11m
M=5.027N·m
M=RC=5N·m
M——輥頸危險斷面處的彎矩；
M——輥頸危險斷面處的扭矩。
由文獻(xiàn)[3]可知：
σ==516.5MPa
τ==237.3MPa
由文獻(xiàn)[3]可知，采用鋼軋輥時，合成應(yīng)力σ按第四強(qiáng)度理論計算：
σ= (4.13)
把數(shù)據(jù)代入公式(4.13)中得：σ==660.08MPa
σ<[σ]=1600MPa
圖6—2
7.3軋輥調(diào)整裝置的設(shè)計
軋輥調(diào)整裝置的作用主要調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對位置，以保證要求的壓下量精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。
調(diào)整裝置主要有軋輥軸向的調(diào)整裝置和頸向的調(diào)整裝置兩種。
軋輥的軸向的調(diào)整裝置主要用來對正軋槽，以保證正確的孔型，用手動來完成，裝置如圖。
圖6—2
軋輥的徑向調(diào)整其作用是需要進(jìn)行下述操作時，徑向調(diào)整兩工作輥之間的相對位置：
1調(diào)整兩工作軋輥的軸線之間的距離，以保持正確的輥縫開度，給定壓下量
2調(diào)整軋輥之間的平行度
3當(dāng)更換新軋輥時，調(diào)整軋制線的高度
4更換軋輥或處理事故（如軋卡）時需要的其他的操作。
軋輥的徑向調(diào)整分為：上輥調(diào)整裝置；下輥調(diào)整裝置；中輥調(diào)整裝置。
本設(shè)計中的軸向調(diào)整裝置采用壓下裝置和斜鐵調(diào)整裝置。
中輥調(diào)整裝置如圖，主要用來在軸承磨損時進(jìn)行微調(diào)。
圖6—3
32
下輥徑向的調(diào)整裝置分為手動和電動調(diào)整裝置，設(shè)計采用采用手動斜切調(diào)整裝置，本裝置較為復(fù)雜，設(shè)計的結(jié)構(gòu)與圖相似，其可作為改進(jìn)結(jié)。斜切的角度不可大于。
圖 6—4
7.4 下壓裝置的選擇
選用液壓缸壓下裝置。
壓下油缸主要結(jié)構(gòu)尺寸確定
7.4.1.缸筒內(nèi)徑
缸筒內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)負(fù)載力和工作壓力來計算（查周士昌主編《液壓系統(tǒng)設(shè)計》）。
（1）根據(jù)載荷7KN，選擇工作壓力。
載荷/KN
＜5
5~10
10~20
20~30
30~50
＞50
工作壓力/MPa
＜0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
工作壓力=50MPa。
34
（2）按工作壓力選取。
工作壓力/MPa
≤5.0
5.0~7.0
≥7.0
d/D
0.5~0.55
0.62~0.70
0.7
=0.7。
（3）背壓力。
回油路較短，且直接回油箱，背壓力可忽略不計。
（4）缸筒內(nèi)徑
0.357m
查液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取
7.4.2. 活塞桿直徑
查尺寸系列，取
7.4.3 液壓缸行程
由任務(wù)書可知行程S=300mm.
7.4.4 液壓缸外徑
查機(jī)械設(shè)計手冊單行本（液壓傳動與控制），液壓缸外徑。
7.4.5 缸筒長度
缸筒長度根據(jù)最大行程、活塞寬度、導(dǎo)向長度和其他結(jié)構(gòu)的總體需要確定，一般不超過內(nèi)徑的20倍。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求等因素，缸筒長度。
7.5 機(jī)架的設(shè)計
機(jī)架的形式：
軋鋼機(jī)在軋制過程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力，通過軋輥軸承、軸承座、壓下螺絲及螺母傳給機(jī)架，并由機(jī)架全部吸收不再傳給地基。因此，對機(jī)架必須要求有足夠的強(qiáng)度與剛度。
機(jī)架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、高度和立柱斷面尺寸。
按機(jī)架結(jié)構(gòu)分，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開式兩種。
1. 閉式機(jī)架
閉式機(jī)架是一個將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式整體框架，因此，從材料力學(xué)的觀點看，具有較高的強(qiáng)度和剛度，但換輥不方便。采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥時，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。
2. 開式機(jī)架
開式機(jī)架由架本體和上蓋兩部分組成。開式機(jī)架的上蓋可以從U形架體上拆開，它的剛性不及閉式機(jī)架，但它換輥方便的優(yōu)點使它廣泛地應(yīng)用在型鋼軋機(jī)上。
鋼軋機(jī)選用閉式機(jī)架。由于機(jī)架是一個非經(jīng)常更換的永久性的部件，設(shè)計時要保證使用壽命外，還要保證制造工藝簡化，成本降低，能滿足軋鋼生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品方面的要求，以保證生產(chǎn)的可靠性。
7．5．1 機(jī)架強(qiáng)度的計算
閉式機(jī)架強(qiáng)度計算的假設(shè)：
1. 每片機(jī)架只在上下橫梁的中間斷面處受有垂直力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(jī)架的外負(fù)荷是對稱的。
2. 機(jī)架結(jié)構(gòu)對窗口的垂直中心線是對稱的，而且不考慮由于上下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。
3. 上下橫梁和立柱交界處（轉(zhuǎn)角處）是剛性的，即機(jī)架變形后，機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。
根據(jù)上述假設(shè)，機(jī)架外負(fù)荷和幾何尺寸都與機(jī)架窗口垂直中心線對稱，故可將機(jī)架簡化為一個由機(jī)架立柱和上、下橫梁的中性軸組成的自由框架。如將此框架沿機(jī)架窗口垂直中心線剖開，則在剖開的截面上，作用著垂直力和靜不定力矩M。由文獻(xiàn)[1]可知，機(jī)架簡化為如圖(4.1)所示的矩形自由框架：
圖4.1 矩形自由框架彎曲力矩圖
由文獻(xiàn)[3]可知，對于機(jī)架橫梁y=x，而對于立柱y=，因此，M為
M=·=· (4.1)
式中：——機(jī)架橫梁的中性線長度；
——機(jī)架立柱的中性線長度；
——機(jī)架上橫梁的慣性矩；
——機(jī)架立柱的慣性矩；
——機(jī)架下橫梁的慣性矩。
上式積分后，得
M=· (4.2)
如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時，則力矩M為
M=· (4.3)
因為在立柱上的彎矩M為
M=-M (4.4)
將(4.3)式代入(4.4)式，則
M=· (4.5)
由公式(4.5)可看出，減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分地減少立柱中的彎矩M。這對于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。
求慣性矩和：
=1880mm =5150mm
把橫梁看作圖4.2所示:
圖4.2 橫梁簡圖
(4.6)
把橫梁數(shù)據(jù)代入公式(4.6)中得：==0.082m
把立柱看作圖4.3所示:
圖4.3 立柱簡圖
把立柱數(shù)據(jù)代入公式(4.6)中得：==0.005m
由文獻(xiàn)[1]可知，初軋機(jī)d/D=0.55~0.7，取d/D=0.59
d=9500.59=400mm
由文獻(xiàn)[1]可知，=0.8~1.0，取=0.9
機(jī)架立柱斷面積：F=0.9(0.28)=0.071m
選擇軋制力最大的第四道次進(jìn)行校核：
R===2.771MN
將以上數(shù)據(jù)代入公式(4.3)、(4.4)中，解得：
M=1.288MN·m
M=0.014MN·m
減小立柱斷面的慣性矩I和增加橫梁的慣性矩I，可以部分地減少立柱中的彎矩M，這對于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。
7．5．2 機(jī)架應(yīng)力的計算和校核
由文獻(xiàn)[1]可知，圖4.4為閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖，根據(jù)應(yīng)力圖計算下列數(shù)據(jù)。
W=W= (4.7)
W=W= (4.8)
把公式(4.7)、(4.8)代入數(shù)據(jù)得：
W=W===0.143m
W=W===0.009m
式中：W、W——分別為機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)；
W、W——分別為機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)。
圖4.4 閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖
由文獻(xiàn)[3]可知，機(jī)架一般采用含碳量0.25~0.35的鑄鋼，選用ZG35，對于ZG35來說，許用應(yīng)力采用下列數(shù)值：
對于橫梁[σ]50~70MPa，
對于立柱[σ]40~50MPa。
由文獻(xiàn)[3]可知：
機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力σ為：
σ=- (4.9)
機(jī)架橫梁外側(cè)的就力為：
σ= (4.10)
機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為：
σ= (4.11)
機(jī)架立柱外側(cè)的應(yīng)力為：
σ= (4.12)
把以上公式代入數(shù)據(jù)得：
σ=-MPa<[σ]=50～70MPa
σ==9.007MPa
σ===21.07MPa<[σ]=40～50MPa
σ==17.959MPa<[σ]=40～50MPa
所以，機(jī)架強(qiáng)度滿足。
；
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的一次綜合性檢驗，它是在學(xué)完機(jī)械的各門基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課上為完成等教育要求，提高分析問題和解決問題的能力，而進(jìn)行的一次全面的考核，他是大學(xué)生活的最后的重要環(huán)節(jié).
畢業(yè)設(shè)計的目的，是綜合運用四年所學(xué)的知識，培養(yǎng)我們掌握科學(xué)的研究方法、步驟和工作能力、提高我們實踐的知識水平，使我們的知識系統(tǒng)化，使我們查閱資料來解決問題的能力得到提升。
我設(shè)計的題目是小型軋鋼機(jī)，在指導(dǎo)老師的幫助指導(dǎo)下，到工廠實習(xí)之后，參閱有關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，來完成設(shè)計任務(wù)。
在設(shè)計過程中，深深地包含了于信偉指導(dǎo)老師的辛勤汗水，對老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，我表示忠心的感謝。
說明書的公差配合，標(biāo)注方法采用我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)。
由于我是第一次規(guī)模大的設(shè)計，加之涉及專業(yè)知識不多，實際經(jīng)驗不足，我雖盡了最大的努力，也灰有不足之處，敬請老師專家提出寶貴的意見，以便在以后的學(xué)習(xí)與工作中引以為機(jī)戒，更圓滿的完成工作任務(wù)。
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重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 參考文獻(xiàn)
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重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 致謝
致 謝
本次設(shè)計在指導(dǎo)老師的辛勤指導(dǎo)下，順利完成了。在此次的設(shè)計中，我獲得的許多從書本難以獲得的知識，實踐能力在此設(shè)計中得到了充份的鍛煉，各門知識得到了很好的綜合訓(xùn)練，不過在此設(shè)計中我也有許多的不足之處，獨立思考的能力有待進(jìn)一步的加強(qiáng)。
此次的設(shè)計是我對大學(xué)生活的綜合，是我參加工作前的一次全面的檢查，由于在我們的地方軋鋼機(jī)的設(shè)計資料比較少，感謝于信偉老師為我辛苦的搜集資料，并且在設(shè)計的過程中，第一次獨立的設(shè)計