850水平軋機(jī)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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In this paper, the level of 850 mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem-solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. The key elements of the design level of 850 mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters, And in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, while the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the Lubrication Analysis of a simple manner, on the economy is also analyzed. Keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 III 頁 目錄 摘要 . ABSTRACT. 目錄 . 1 緒論 .1 1.1 設(shè)計(jì)選題的背景、目的和意義.1 1.2 初軋機(jī)的發(fā)展概況.1 1.2.1 初軋機(jī)的發(fā)展過程.1 1.2.2 初軋機(jī)的新發(fā)展.2 1.3 研究的內(nèi)容和方法.2 2 設(shè)計(jì)及方案的選擇與論證 .4 2.1 軋機(jī)主傳動(dòng)裝置.4 2.2 軋輥軸承.5 2.3 軋輥調(diào)整裝置與上輥平衡裝置.5 2.3.1 軋輥調(diào)整裝置.5 2.3.2 上輥平衡裝置.6 2.4 軋輥機(jī)架.6 3 軋制力能參數(shù)的確定 .8 3.1 平均單位壓力和總軋制力的計(jì)算.8 3.1.1 平均單位壓力的確定.8 3.1.2 總軋制力.10 3.1.3 軋制力矩的計(jì)算.10 3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇和校核.12 3.2.1 軋機(jī)主電機(jī)力矩.12 3.2.2 電動(dòng)機(jī)容量的選擇.14 3.2.3 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校核.14 4 主要零件強(qiáng)度計(jì)算 .16 4.1 軋輥的強(qiáng)度校核.16 4.1.1 輥身強(qiáng)度校核.17 4.1.2 輥頸強(qiáng)度校核.18 4.1.3 傳動(dòng)端軸頭校核.18 4.2 軋件咬入的計(jì)算.19 4.2.1 開始咬入階段.19 4.2.2 完成咬入階段.20 4.3 機(jī)架強(qiáng)度校核.20 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 IV 頁 4.3.1 閉式機(jī)架的彎矩計(jì)算.21 4.3.2 閉式機(jī)架的應(yīng)力計(jì)算.24 4.4 聯(lián)接軸的強(qiáng)度計(jì)算.25 4.4.1 開口式扁頭的強(qiáng)度計(jì)算.26 4.4.2 叉頭的強(qiáng)度計(jì)算.28 4.5 齒輪座齒輪的校核.28 4.5.1 齒輪接觸強(qiáng)度的校核.29 4.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度的校核.30 4.6 壓下螺絲強(qiáng)度及壓下電機(jī)功率的計(jì)算.30 4.6.1 壓下螺絲螺紋尺寸的確定.30 4.6.2 壓下螺絲的強(qiáng)度校核.31 4.6.3 壓下螺絲傳動(dòng)力矩的計(jì)算.32 4.6.4 壓下電機(jī)功率的計(jì)算.34 4.6.5 壓下電機(jī)的選擇.35 4.7 自鎖、牙強(qiáng)度和耐磨性等校核.35 4.7.1 自鎖性計(jì)算.35 4.7.2 牙強(qiáng)度校核.35 4.7.3 耐磨性的校核.36 5 潤(rùn)滑方式的選擇 .37 5.1 潤(rùn)滑的簡(jiǎn)單介紹.37 5.2 各部分潤(rùn)滑方式的選擇.38 6 經(jīng)濟(jì)性分析 .40 結(jié)束語 .41 致謝 .42 參考文獻(xiàn) .43 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)選題的背景、目的和意義 鋼鐵自從被發(fā)現(xiàn)就被應(yīng)用到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)的發(fā)展過程中，鋼鐵的 生產(chǎn)水平是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。如今放眼世界鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展，軋 制成了相當(dāng)重要的一部分，我們?nèi)粘Ｋ玫匿摬模ㄖ娩?，輸油管道，自來水管等?都是經(jīng)過軋制獲得的，軋制已成為我們必不可少的生產(chǎn)方式。鋼鐵生產(chǎn)總量的 90%以 上是通過軋制成材的，因此，鋼鐵軋制技術(shù)水平的發(fā)展一直備受關(guān)注，其發(fā)展速度也 在與日俱增。隨著各種新技術(shù)和新工藝的不斷應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)軋鋼設(shè)備的性能要求也在 不斷的提高，各種新型設(shè)備也不斷涌現(xiàn)。而在各種成品軋制出來之前都要進(jìn)行開坯軋 制，即初軋，因此初軋機(jī)也成為了必不可少的一項(xiàng)設(shè)備。 初軋機(jī)在熱軋帶鋼，型鋼，管鋼的生產(chǎn)過程中都取得了很大的作用，而近年來初 軋機(jī)的發(fā)展相對(duì)于以往也有了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了具有自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)功能的新 型初軋機(jī)。在初軋機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中包含了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)所學(xué)的大部分專業(yè)課程內(nèi)容， 對(duì)以往的學(xué)習(xí)起到了一個(gè)很好的鞏固和獲得新知識(shí)的作用，對(duì)以后的工作也會(huì)有很大 的幫助。這就是選擇這個(gè)題目的目的。一種合理的初軋機(jī)不但能夠達(dá)到理想的軋制效 果還能為下一個(gè)工序減輕工作量，并且這種設(shè)計(jì)也不會(huì)花費(fèi)高額的資金，真正做到了 既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。因此，初軋機(jī)的設(shè)計(jì)并不是想象中的那么沒有意義，反而意義很大。 1.2 初軋機(jī)的發(fā)展概況 1.2.1 初軋機(jī)的發(fā)展過程 十九世紀(jì)中葉軋鋼機(jī)械剛剛起步，十九世紀(jì)五十年代以后，出現(xiàn)了蒸汽驅(qū)動(dòng)的中 型和大型軋機(jī)，二十世紀(jì)的電氣化使初軋機(jī)發(fā)展了起來。在發(fā)展連鑄的同時(shí)，國(guó)外仍 在新建或擴(kuò)建初軋機(jī)，以擴(kuò)大開坯機(jī)能力。這是由于開坯機(jī)具有產(chǎn)品變化靈活，便于 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等有點(diǎn)，如日本 1969 年有三臺(tái)板坯初軋機(jī)和一臺(tái)方坯初軋機(jī)投入生產(chǎn) 1。 60 年代以來，連鑄技術(shù)迅速發(fā)展，采用鋼錠通過初軋來生產(chǎn)鋼坯的方式已有所改 變了。初軋機(jī)的技術(shù)發(fā)展主要是解決連鑄還不能生產(chǎn)的某些鋼種和規(guī)格的產(chǎn)品的加工 問題，而不是追求更高的生產(chǎn)能力。70 年代末，已很少建造初軋機(jī)，幾乎不再建造專 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 門生產(chǎn)板坯的板坯軋機(jī)。在連鑄生產(chǎn)占比重高的工廠，有的在帶有立輥的方坯-板坯初 軋機(jī)后配置鋼坯連軋機(jī),克服了連鑄機(jī)因經(jīng)常更換澆鑄規(guī)格而降低作業(yè)率的缺點(diǎn)，擴(kuò)大 了產(chǎn)品種類，與連鑄機(jī)生產(chǎn)相配合，可生產(chǎn)多種規(guī)格的板坯、方坯和圓坯。此外，為 了生產(chǎn)小斷面的坯料，也用初軋機(jī)將連鑄坯軋制成小坯料。用萬能式板坯初軋機(jī)軋制 方坯的主要措施是在水平軋輥兩端各開一個(gè)箱形孔，立輥隨推床同步橫移，如果軋制 更寬的板坯則要換上沒有軋槽的軋輥，為了減少換輥耽擱的時(shí)間，應(yīng)設(shè)置快速換輥裝 置。在這種多品種的初軋機(jī)上生產(chǎn)寬邊工字鋼用的異形坯的技術(shù)還在研究中。 1.2.2 初軋機(jī)的新發(fā)展 80 年代建設(shè)的初軋機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）萬能式板坯初軋機(jī)得到迅猛發(fā)展，60 年 代后新建的初軋機(jī) 60%是萬能式板坯軋機(jī)，這種軋機(jī)帶有立輥，可以減少軋件翻鋼道 次，軋制時(shí)間比方坯-板坯初軋機(jī)減少 39%。2）向重型化方向發(fā)展，軋制鋼錠重量達(dá) 45 至 75 噸，最高年產(chǎn)量達(dá) 500 至 600 萬噸。3）提高自動(dòng)化程度，從均熱爐到板坯精 整均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。4）提高鋼坯質(zhì)量，改進(jìn)精整工序，采用大噸位板坯剪切機(jī)（剪 切力可達(dá) 40MN）及在線火焰清理機(jī) 2。 初軋生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，降低了能耗，提高了收得率。最好指標(biāo)已近 97。主要措 施有: 提高沸騰鋼的比例,上鑄鋼錠時(shí)采用防濺筒以減少表面結(jié)疤；鎮(zhèn)靜鋼掛絕熱板、加 發(fā)熱劑以減少切頭；鋼錠采用凹型底盤澆注；沸騰鋼錠用大頭進(jìn)鋼軋制，改變軋制壓 下制度，以減少底部魚尾段長(zhǎng)度;沸騰鋼采用瓶口模和機(jī)械封頂以減少縮孔 ;合理剪切以 減少切損和發(fā)展半鎮(zhèn)靜鋼等。為了提高軋機(jī)產(chǎn)量,普遍采用多錠串軋。雙錠串軋與單錠 軋制相比,總軋制時(shí)間可縮短 2530，軋機(jī)產(chǎn)量可提高 1030。此外，采用液芯裝 爐法，可節(jié)省均熱爐的燃耗。直送軋制和熱裝爐等節(jié)能措施也有所發(fā)展 近二十年來，由于連續(xù)鑄鋼技術(shù)迅猛發(fā)展，連鑄比將達(dá)到 80%或更高。這樣，初 軋機(jī)將不會(huì)有更大的發(fā)展，只能起到配合和補(bǔ)充連鑄生產(chǎn)的作用，許多初軋機(jī)廠都面 臨改造的任務(wù)。 1.3 研究的內(nèi)容和方法 初軋機(jī)發(fā)展至今已經(jīng)達(dá)到了頂峰階段，已經(jīng)沒有太大的發(fā)展?jié)摿α?，但是他在?合和補(bǔ)充連鑄生產(chǎn)方面的作用還是很大的，并且在連鑄發(fā)展的同時(shí)，初軋機(jī)也應(yīng)該進(jìn) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 行發(fā)展，盡量做到最好，即使不久的將來或許初軋機(jī)將退出歷史的舞臺(tái)，但我們應(yīng)該 讓他在臺(tái)上的演出更精彩。為了了解初軋機(jī)的構(gòu)造與工作原理，我專門走訪了鞍山第 一煉鋼廠，實(shí)地觀察了現(xiàn)有的初軋機(jī)，分別觀察不同型號(hào)的初軋機(jī)在生產(chǎn)中的具體應(yīng) 用。經(jīng)過查閱相關(guān)資料結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并對(duì)各部分的尺寸 進(jìn)行選取，然后進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)過理論設(shè)計(jì)合格后，再經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)可行后，才可投 入使用。 具體內(nèi)容與方法： 1）緒論及設(shè)計(jì)方案的確定：方案選擇正確、論證充分； 2）按軋制給定鋼種的軋制規(guī)程，確定參數(shù)，進(jìn)行軋制力、軋制力矩的計(jì)算，進(jìn) 而選擇主電機(jī)，進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算； 3）主要零部件強(qiáng)度計(jì)算（機(jī)架、壓下螺絲螺母、軋輥、聯(lián)軸器等） ； 4）其它如系統(tǒng)潤(rùn)滑、環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性分析等； 5）繪制工程圖紙：總裝配圖 1 張、部件裝配圖 2-3 張、零件圖 3-4 張； 6）編制、打印設(shè)計(jì)說明書； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 2 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 850 水平軋機(jī)主要由軋輥、軋輥軸承、軋輥調(diào)整裝置、上輥平衡裝置、軋機(jī)機(jī)架、 軋機(jī)主傳動(dòng)裝置等部分組成。 2.1 軋機(jī)主傳動(dòng)裝置 850 水平軋機(jī)主傳動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、減速機(jī)、主聯(lián)軸節(jié)、聯(lián)接軸組 成。其作用是將電動(dòng)機(jī)的輸出力矩通過減速裝置與連接軸傳遞給軋輥，即電動(dòng)機(jī) 1 的 運(yùn)動(dòng)和力矩是通過電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié) 2、減速機(jī) 3、主聯(lián)軸節(jié) 4、連接軸 6 而傳遞給軋輥 7 的。這種型式的主傳動(dòng)裝置主要用于不可逆工作的軋鋼機(jī)。 1 電機(jī)：不同的電動(dòng)機(jī)具有不同的機(jī)械特性，它是電動(dòng)機(jī)的重要性能。軋機(jī)要求轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定，需要使用具有很高應(yīng)變能力的電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速 平滑、方便，調(diào)速范圍廣，并且過載能力大，能在低速下連續(xù)輸出較大轉(zhuǎn)矩，還能承 受頻繁的沖擊性負(fù)載。因此本設(shè)計(jì)采用直流電動(dòng)機(jī)。 2 減速機(jī)：減速機(jī)的作用是將高速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給低速運(yùn)動(dòng)的部件。在軋機(jī)主傳動(dòng) 中是否采用減速機(jī)就是要比較減速機(jī)及其摩擦損耗的費(fèi)用是否小于低速電動(dòng)機(jī)與高速 電動(dòng)機(jī)之間的差價(jià)。當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)速小于 200250r/min 時(shí)才采用減速機(jī)。如果軋輥轉(zhuǎn)速大 于 200250r/min，則不用減速機(jī)而采用低速電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)任務(wù)中軋輥轉(zhuǎn)速是 12.284 r/min，遠(yuǎn)小于 200250r/min，因此需要采用減速機(jī)。 3 齒輪座：齒輪座是用來將電動(dòng)機(jī)或主減速機(jī)的扭矩傳遞分配給兩個(gè)軋輥。其傳動(dòng)型 式如下圖所示： 圖 2.1 傳 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 這種傳動(dòng)型式用于二輥軋機(jī)，考慮到傳動(dòng)裝置的布置形式和拆卸方便等因素，通 常采用齒輪傳動(dòng)。 4 連接軸：連接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒式接軸，確定聯(lián)接軸類型時(shí)， 主要根據(jù)軋輥調(diào)整量和聯(lián)接軸允許傾角等因素來確定。對(duì)于 850 水平軋機(jī)，軋輥調(diào)整 量較大，聯(lián)接軸傾角有時(shí)達(dá)到 810，而且萬向接軸傳遞的扭矩范圍較廣，一般為 503000KNm,因此在本方案中采用萬向接軸。 5 聯(lián)軸節(jié)：聯(lián)軸節(jié)包括電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)和主聯(lián)軸節(jié)。電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)用來連接電動(dòng)機(jī)與減 速機(jī)的傳動(dòng)軸，而主聯(lián)軸節(jié)則用來連接減速機(jī)與齒輪座的傳動(dòng)軸。本設(shè)計(jì)采用的是齒 輪聯(lián)軸節(jié)。 2.2 軋輥軸承 軋輥軸承是軋鋼機(jī)工作機(jī)架中的重要部件，其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：1）工作負(fù)荷大。 2）運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速差別大。3）工作環(huán)境惡劣。軋輥軸承的主要類型是滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承。 軋輥上使用的軸承主要是雙列球面輥?zhàn)虞S承，四列圓錐輥?zhàn)虞S承，以及多列圓柱 輥?zhàn)虞S承。滾動(dòng)軸承的剛性大，摩擦系數(shù)較小，但抗沖擊性能差，外形尺寸較大。滑 動(dòng)軸承分為半干摩擦與液體摩擦兩種。半干摩擦滑動(dòng)軸承主要是開式酚醛加布樹脂軸 承，它廣泛應(yīng)用于各種型鋼軋機(jī)，鋼坯機(jī)及初軋機(jī)。液體摩擦軸承承有動(dòng)壓，靜壓和 靜-動(dòng)壓三種結(jié)構(gòu)型式，它們的特點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，工作速度高，剛性較好，使用這種 軸承的軋機(jī)能軋出高精度的軋件，主要用在現(xiàn)代化的冷、熱帶鋼連軋機(jī)支承輥及其它 高速軋機(jī)上。 以此，綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用四列圓錐輥?zhàn)虞S承。 2.3 軋輥調(diào)整裝置與上輥平衡裝置 2.3.1 軋輥調(diào)整裝置 軋機(jī)軋輥的調(diào)整裝置一般包括徑向和軸向兩個(gè)方向調(diào)整，徑向調(diào)整是軋鋼機(jī)中主 要的必不可缺的調(diào)整。徑向調(diào)整裝置按其軋輥移動(dòng)的方向大致可分為壓下（也包括壓 上）機(jī)構(gòu)和側(cè)壓進(jìn)機(jī)構(gòu)。在常見的縱軋機(jī)座中均可看到壓下機(jī)構(gòu)，而側(cè)壓進(jìn)機(jī)構(gòu)僅用 于斜軋機(jī)和立軋輥的調(diào)整機(jī)構(gòu)中。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 壓下機(jī)構(gòu)按照軋鋼機(jī)的類型、軋件的軋制精度要求，以及生產(chǎn)率高低的要求又可 分為：手動(dòng)、電動(dòng)、電液及全液壓壓下機(jī)構(gòu)。手動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)一般多用于不經(jīng)常進(jìn)行 調(diào)節(jié)的、軋制精度要求不太嚴(yán)格的，以及軋制速度要求不高的中、小型型鋼、線材和 小型熱軋板帶軋機(jī)上，通常這些軋機(jī)是在軋制過程中軋輥相互位置不變的情況下進(jìn)行 工作的。電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)主要用于壓下螺絲的移動(dòng)速度約超過 10.2mm/s 的初軋機(jī)、板 坯軋機(jī)及中厚板軋機(jī)上，以及移動(dòng)速度小于 10.2mm/s 的薄的板帶軋機(jī)上。 電液和全液壓壓下機(jī)構(gòu)是屬于現(xiàn)代化軋鋼機(jī)上的一種先進(jìn)的壓下機(jī)構(gòu)，多用于 高速連續(xù)式冷軋與熱軋薄板軋機(jī)和帶鋼軋機(jī)上。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)。 2.3.2 上輥平衡裝置 軋鋼機(jī)上經(jīng)常采用的平衡裝置一般有：彈簧式、重錘式及液壓式等三種型式，只 有在少數(shù)的軋機(jī)上采用反扣螺母式的平衡裝置。 在初軋機(jī)、板坯粗軋機(jī)中，平衡裝置要適應(yīng)上軋輥的快速、大行程、頻繁移動(dòng)的 特點(diǎn)，而且要求工作可靠、換輥和維修方便。在這種軋機(jī)上，廣泛使用重錘式或液壓 式平衡裝置。 重錘式平衡裝置廣泛應(yīng)用于軋輥移動(dòng)量很大的初軋機(jī)上，它工作可靠、維修方便。 其缺點(diǎn)是設(shè)備重量大，軋機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)教復(fù)雜。平衡錘通常裝在工作機(jī)座的下方，平 衡力由杠桿和支桿傳給上軋輥。 液壓式平衡裝置結(jié)構(gòu)緊湊，與其他平衡方式比較，使用方便，易于操作，能改變 油缸壓力，而且可以使上輥不受壓下螺絲的約束而上下移動(dòng)。所以這些都有利于換輥 操作。但它的投資較大，維修也較復(fù)雜。 經(jīng)過比較考慮，本設(shè)計(jì)選用液壓式平衡裝置。 2.4 軋輥機(jī)架 軋機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件，根據(jù)軋機(jī)的型式和工作要求，軋機(jī)機(jī)架可分為 開式機(jī)架和閉式機(jī)架兩種。 閉式機(jī)架是一個(gè)整體框架，具有較高的強(qiáng)度和剛度，因此，閉式機(jī)架主要用于軋 制力較大的初軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等。對(duì)于采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 時(shí)，軋輥是沿其軸線方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入的，這種軋機(jī)一般都設(shè)有專用的換 輥裝置。 開式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成，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)?，在橫列式型鋼軋機(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的。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。 綜合比較，閉式機(jī)架比開式機(jī)架更適合用于初軋機(jī)，因此，本設(shè)計(jì)采用閉式機(jī)架。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 3 軋制力能參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)參數(shù)： 軋制材料：20 # 軋制溫度：t=1000 軋輥轉(zhuǎn)速：n=12.284r/min 軋件寬度：b 0=140mm b1=146.5mm 軋件高度：h 0=170mm h1=146mm 3.1 平均單位壓力和總軋制力的計(jì)算 3.1.1 平均單位壓力的確定 本次設(shè)計(jì)的 850 水平軋機(jī)是用于軋制各種規(guī)格方坯中的軋制，是開坯機(jī)的一種， 其軋輥是圓柱形的實(shí)心輥。而開坯機(jī)、型鋼軋機(jī)、線材軋機(jī)的軋制壓力一般采用艾客 隆德公式計(jì)算。因此，850 水平軋機(jī)也采用艾客隆德公式計(jì)算單位壓力。 根據(jù)文獻(xiàn)2中艾客隆德公式計(jì)算單位壓力: ukmp1 （3.1） 式中 m考慮外摩擦對(duì)單位壓力的影響系數(shù)； k軋制材料在靜壓縮時(shí)的變形阻力，MPa； 軋件粘性系數(shù)，kggs/mm 2； u變形速度，s -1。 利用艾客隆德研究提出的 m、k、u 計(jì)算公式為分別計(jì)算各系數(shù)。 影響系數(shù) m （3.2）10102.6.1hR 式中 摩擦系數(shù)，該軋機(jī)設(shè)計(jì)軋輥材料為高強(qiáng)度鑄鋼，故 ，軋t05.1 制溫度 t=1000， 所以 ；5.0.05 h0，h 1軋制前后軋件的高度，h 0=170mm， h1=146mm； R軋輥半徑，R=425mm。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 代入式（3.2） ，得 190.1467046702.25.061 m 變形阻力 k 利用 L.甫培（Pomp）熱軋方坯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到 k 的計(jì)算公式 8.93.4. CrMnCt （3.3） 式中 t軋制溫度，t=1000 。 (C)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； (Mn)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； (Cr )鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %； 本設(shè)計(jì)軋制材料是 20# ，含 C 為 0.170.24%，含 Mn 為 0.350.65% ，含 Cr 0.25%，取 C=0.2%，Mn=0.5%， =0.2% ，代入式（3.3） ，得rmskgk /672.84.9203.52.0410.14 軋件粘性系數(shù) ct. （3.4） 式中 t軋制溫度； c考慮軋制速度對(duì) 的影響，其值如下： 軋制速度 v/(ms- 1) max ,因此，輥身滿足強(qiáng)度要求。 圖 4.2 軋輥受力簡(jiǎn)圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 4.1.2 輥頸強(qiáng)度校核 軋輥輥頸強(qiáng)度校核需要彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成計(jì)算，合力應(yīng)力按第四強(qiáng)度理論計(jì)算， 即 23p （4.2） 輥頸處的彎矩由最大支反力決定： mNN lPRcMd 56 10829.250.143. （4.3） 式中 Md輥頸危險(xiǎn)斷面處的彎矩； R最大支反力； C壓下螺絲中心線至輥身邊緣的距離， 。2lc 由此可得： MPadM63.1450.1829.033 （4.4） ak .2.33 （4.5） 所以，代入式（4.5） ，得 MPap 86.154.36.1422 可見=125.4MPa p ,因此，輥頸滿足強(qiáng)度要求。 4.1.3 傳動(dòng)端軸頭校核 由文獻(xiàn)1,82 可知傳動(dòng)軸頭直徑 md4901 由文獻(xiàn)4,83 可得抗扭系數(shù)為 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁0231.1649.331dWt 故有 （4.6）MPaMtk.4023.85 Nx。因此，只有當(dāng) tan 時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)其自然 咬入；若 =tan 時(shí)，則軋件處于平衡狀態(tài)，不能自然咬入；當(dāng) tan 時(shí)，則不可能自 然咬入。 4.2.2 完成咬入階段 由圖 4.1b 可知，當(dāng)軋件被咬入后，若繼續(xù)咬入，則必須符合以下條件，即 tan 由于 ，所以 tantan，故軋機(jī)滿足咬入條件，能夠順利軋制。 4.3 機(jī)架強(qiáng)度校核 軋機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座中最關(guān)鍵的零件，軋輥軸承座及軋輥調(diào)整等裝置都安裝在機(jī) 架上。機(jī)架要承受軋制力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度外，除此之外還應(yīng)保證機(jī)架不會(huì) 產(chǎn)生疲勞破壞。本設(shè)計(jì)為軋制力較大的初軋機(jī)，要求具有較高的強(qiáng)度和剛度，因此選 用閉式機(jī)架。軋機(jī)機(jī)架強(qiáng)度和變形的計(jì)算，一般可采用以下步驟： 1）將機(jī)架結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化成為剛架，即以機(jī)架各斷面的中性軸的連線組成框架，近似 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 地處理成直線或規(guī)整的圓弧線段，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(jiǎn)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（卡氏定理，莫爾積分法，圖乘 法，立法等）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。 4.3.1 閉式機(jī)架的彎矩計(jì)算 用材料力學(xué)方法計(jì)算機(jī)架強(qiáng)度時(shí)，為了簡(jiǎn)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斷面處受有垂直力 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)。 2）機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線是對(duì)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(duì)稱，故可將機(jī) 架簡(jiǎn)化為一個(gè)由機(jī)架立柱和上、下橫梁的中性軸組成的自由框架。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 M1。由于機(jī)架2R 左右對(duì)稱，所以力矩 M1 可由半個(gè)機(jī)架的彈性變形位能求出 2。 將機(jī)架簡(jiǎn)化成自由框架： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 在機(jī)架簡(jiǎn)化為圖 4.4 所示的矩形自由框架后，函數(shù) 是簡(jiǎn)單函數(shù)關(guān)系：即對(duì)xfy 于機(jī)架橫梁 ，而對(duì)于立柱 ，因此 M1 為xy21ly 2030201121 1121 lll lllx dxIIdIRIdM （4.10） 式中 l1機(jī)架橫梁的中性線長(zhǎng)度； l2機(jī)架立柱的中性線長(zhǎng)度； I1機(jī)架上橫梁的慣性矩； I2機(jī)架立柱的慣性矩； I3機(jī)架下橫梁的慣性矩。 上式積分，得 3121 21144IlIlRM 圖 4.4 矩形自由框架彎曲力矩圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 （4.11） 如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即 時(shí)，則力矩 M1 為13I 21 214IlRlM （4.12） 根據(jù)圖 4.4，在立柱上的彎矩 M2 為 14Rl （4.13） 將式（4.13）代入式（4.14） ，則 2128IlRM （4.14） 如圖下圖所示，把上橫梁簡(jiǎn)化為截面 a，把下橫梁簡(jiǎn)化為截面 b (4.15)434 31 10695.2680)47( mmIy (4.16)424 32 7.0y圖 4.5 橫梁化圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 故橫梁慣性矩為 （4.17）424 2321 1093.107.10695. mIIy 查機(jī)架圖得 l1=1290mm， l2=3180mm 立柱近似尺寸為 7702800 故，立柱慣性矩為 44 32 085.11807mI （4.18） 又 MNPR463.1 將上述數(shù)據(jù) R、I 1、I 2、l 1、l 2 分別代入公式（4.12） （4.14）中，得 mKNIll 916.24085.1349.12.4.0.46211IlRM .28.38.13.8 26212 4.3.2 閉式機(jī)架的應(yīng)力計(jì)算 由于機(jī)架是軋機(jī)中最重要的部件，必須具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。對(duì)于 ZG270-500 來 說，許用應(yīng)力采取以下數(shù)值： 對(duì)于橫梁 =5070MPa 對(duì)于立柱 =4050MPa 機(jī)架的應(yīng)力圖如下圖所示 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力 n1 為： (4.19)11nnWM 機(jī)架橫梁外側(cè)的應(yīng)力 a1 為： (4.20)1a 機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)的應(yīng)力 n2 為： 22nnWMFR (4.21) 機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力 a2 為： (4.22)22aa 式中 Wn1、 Wa1分別為機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)； Wn2、W a2分別為機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)； F2機(jī)架立柱斷面積。 圖 4.6 閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 (4.23)33 21 04.68.0492mhIWn (4.24)3321.5In 機(jī)架立柱的斷面尺寸根據(jù)強(qiáng)度條件確定。由于作用于軋輥輥頸和機(jī)架立柱上的力 相同，而輥頸強(qiáng)度近似的與其直徑平方成正比，故機(jī)架立柱的斷面積與軋輥的直徑平 方有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)比值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定機(jī)架立柱斷面積，再進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 因軋輥材料為鑄鋼，由文獻(xiàn)2，表 5-1查得 F/d3=0.81.0 取 223 5.059.0. mdF 故，所求各應(yīng)力為： =5070MPaMPaan 74.143.631 =5070MPaPa 20.0.921 =5070MPaPan 5.1243.915.6332 =5070MPaMa .06.2.041332 綜上所述，機(jī)架強(qiáng)度滿足要求。 4.4 聯(lián)接軸的強(qiáng)度計(jì)算 本次設(shè)計(jì)選用的接軸是傾角較大的滑塊式萬向接軸，為使軸向移動(dòng)方便，選用開 式鉸鏈。開式鉸鏈的扁頭具有一個(gè)長(zhǎng)形切口，鉸鏈的一端可在此切口中沿接軸中心線 方向移動(dòng)。這種鉸鏈由扁頭、叉頭和回轉(zhuǎn)十字軸組成，回轉(zhuǎn)十字軸包括兩塊月牙形滑 塊和一根小方軸。兩個(gè)月牙形滑塊以滑動(dòng)配合裝在叉頭徑向鏜孔中，扁頭則插放在這 兩個(gè)月牙形滑塊中間，這就組成了繞徑向鏜孔軸線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸。 4.4.1 開口式扁頭的強(qiáng)度計(jì)算 滑塊式萬向接軸強(qiáng)度計(jì)算有兩種常用方法。一種是用材料力學(xué)方法計(jì)算，另一種 是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。后者計(jì)算方便，也反映了萬向接軸的特點(diǎn)，應(yīng) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 用廣泛。 實(shí)驗(yàn)表明，由月牙形滑塊作用在開口式扁頭上的負(fù)荷近似地按三角形分布，如圖 4.7 所示。因此，合力作用點(diǎn)位于三角形的面積形心，即在離斷面邊緣 處。當(dāng)萬向接軸b31 傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩為 M 時(shí)，合力 P 為 b320 （4.25） 式中 b0扁頭的總長(zhǎng)度； b1扁頭的一個(gè)分支的寬帶。 滑塊式萬向接軸各部分的結(jié)構(gòu)尺寸，可根據(jù)叉頭直徑 D 按以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系選?。?插頭直徑 D 0.850.95Dg 叉頭鏜孔直徑 d 0.460.5D 扁頭厚度 S 0.250.28D 扁頭長(zhǎng)度 l 0.4150.5D mmg 5.807.2850)9.0()95.8.0( 取 mD7 故 d3446.S19502 圖 4.7 開口式扁頭受力簡(jiǎn)圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁ml3457046. 在合力 P 作用下，斷面 -承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力 j 可按以下經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算 2220 6931. bxbSMj （4.26） 式中 M萬向接軸傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩，M=M k； 計(jì)算矩形斷面抗扭斷面系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，它決定于矩形斷面尺寸 b 與 S 之比。 當(dāng)萬向接軸傾角 =810，取 =9，由圖 4.7 可求出力臂 x 為 10sin325.xbx （4.27） 式中 x合力 P 對(duì)斷面 -的力臂； x1萬向接軸鉸鏈中心至斷面-的距離。 查圖紙，得 ： ， ， mb56mlx5.1723421mb630 所以代入式（4.27） ，得x 64.2135.179sin56305. 由查文獻(xiàn)1表 7-3，因?yàn)?，故取 =0.2088.0/1/sb 將各數(shù)據(jù)代入式（4.26） ，得MPa Paj45.0 208.61524.091.3195.06.1.326.823 萬向接軸的許用應(yīng)力為 (4.28)nb 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 式中 b萬向接軸材料的許用應(yīng)力，通常 b=600750MPa ； n安全系數(shù)，n=6。 代入，得 =100125MPa 可見 j，所以扁頭滿足強(qiáng)度條件。 4.4.2 叉頭的強(qiáng)度計(jì)算 叉頭的每個(gè)顎板承受月牙形滑塊傳遞的壓力，在垂直于扁頭的斷面中，壓力近似 地以三角形分布，其合力 P 通過三角形質(zhì)量中心。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，叉頭最大應(yīng)力發(fā)生在叉頭顎板內(nèi)表面的某一點(diǎn)上，最大應(yīng)力數(shù)值 決定于萬向接軸傾角 和叉頭鏜孔直徑與叉頭外徑的比值 d/D，其計(jì)算應(yīng)力 j 為 (4.29)KdDMj 25.135 式中 d叉頭鏜孔直徑； D叉頭外徑； M接軸傳遞的扭矩； K考慮接軸傾角的影響系數(shù)，其值可按下式確定 3/205.1K （4.30） 當(dāng) 時(shí) 9 2.19. 33/2 采用比值 ，此時(shí)，計(jì)算應(yīng)力 j 為46.0Dd MPaKMj 35.192.75.086.7533 （4.31） 可見 j=100Mpa，所以叉頭滿足強(qiáng)度條件。 4.5 齒輪座齒輪的校核 經(jīng)過大量實(shí)際情況可知，齒輪座齒輪的破壞形式主要是齒輪嚙合面的破壞，而不 是輪齒的斷裂，因此，此次校核首先要驗(yàn)算齒面的接觸強(qiáng)度，然后是齒根危險(xiǎn)斷面的 彎曲強(qiáng)度校核。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 4.5.1 齒輪接觸強(qiáng)度的校核 根據(jù)齒輪座傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 M 確定計(jì)算載荷 M1，當(dāng)主動(dòng)軸上的傳動(dòng)力矩為 Mk 時(shí)，齒輪傳遞的扭矩: （4.32） njK （4.33）式中： 過載系數(shù) nK 321Kn （4.34） 齒寬系數(shù) ,其中 B 為齒寬， 為中心距； 窄型 ，中型1 a1 a6.1 ，寬型 ；查圖可知 ， ，0.24.2m140d8970 ，取 1.6。61.89740dB 載荷集中系數(shù) 2K 1.02iK （4.35） 質(zhì)量系數(shù) 齒輪精度為 79 級(jí)時(shí)， ，此齒輪精度為 9 級(jí)，所以3 4.13K 。4.1K 將所有數(shù)值代入公式（4.34）中得： 46.21.6321 Kn 08905.83njM 齒面接觸應(yīng)力為： iBAjj 3)1(240 （4.36）式中： A中心距， ；m5. i傳動(dòng)比； B齒寬； 將所有數(shù)據(jù)代入公式（4.36）得： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁MPaiBMAjj 52.14.)(089215.0)(240 33 齒輪壓力角 ，螺旋角 ，取 ，齒輪材料選用 40 ，齒8Cr 輪精度為 9 級(jí)，調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度極限為 700 ，安全系數(shù)取 5，許用應(yīng)力=140Pa ,因?yàn)?,所以齒面強(qiáng)度滿足要求。MPaj 4.5.2 齒輪彎曲強(qiáng)度的校核 齒輪齒根部分彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： ZBymMnjw2 （4.37） 式中： B齒寬， ；140 計(jì)算載荷， ；jMN Z齒數(shù)， ;28 法向模數(shù)， ；nm3nm 齒根部分的應(yīng)力系數(shù)，此齒為滾齒 ；6.1 齒形系數(shù)，由當(dāng)量齒數(shù) 來確定：ydZ 9.4532cos8s3d 當(dāng) 時(shí)， ，當(dāng) 時(shí)， ，故取2918dZ4.05.y0d 45.03.y45.0y 代入公式（4.37）得： MPaZBymMnjw 8.14.2345.061892 可見 = 120 ，以此，齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。wPa 4.6 壓下螺絲強(qiáng)度及壓下電機(jī)功率的計(jì)算 4.6.1 壓下螺絲螺紋尺寸的確定 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 壓下螺絲是壓下系統(tǒng)的主要組成部分，由頭部、本體和尾部三部分組成。頭部與上 軋輥軸承座接觸，承受來自軸頸的壓力和上輥平衡裝置的過平衡力。壓下螺絲的本體 部分帶有螺紋，它與壓下螺母的內(nèi)螺紋配合以傳遞運(yùn)動(dòng)和載荷，壓下螺絲的螺紋有鋸 齒形和梯形兩種。壓下螺絲的尾部是傳動(dòng)端，承受來自電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。 壓下螺絲的基本參數(shù)是螺紋部分的外徑 d 和螺距 t，可按國(guó)家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇。壓下 螺絲直徑由最大軋制力決定。壓下螺絲的最小斷面直徑 d1 由下式來確定： 114dpR （4.38）式中： 作用在螺絲上的最大軋制力；1p 壓下螺絲許用應(yīng)力。一般壓下螺絲材料為鍛造碳鋼，其強(qiáng)度 =600700dR b ,當(dāng)安全系數(shù)取 時(shí)，許用應(yīng)力為 =100120 ，Ma6ndRMpa 取 =115dp 代入公式（4.38）得: 6142.31085m 由于壓下螺絲和軋輥輥徑承受同樣大小的軋制力，故而這兩者之間有一定的關(guān)系即： (0.62)gdd （4.39） 式中： d 壓下螺絲外徑； 輥徑直徑；g 取 0.56.5028m 對(duì)初軋機(jī)來說，壓下螺絲的螺 ,(.10.6)td 取 ，所以取標(biāo)準(zhǔn) ， .1.23.6td 32tm80d125.34m 4.6.2 壓下螺絲的強(qiáng)度校核 由螺紋外徑 確定出其內(nèi)徑 后，便可以按照強(qiáng)度條件對(duì)壓下螺絲進(jìn)行強(qiáng)度校核。d1d 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 則： （4.40）124jPd 式中 : 壓下螺絲中世紀(jì)計(jì)算應(yīng)力， （ ） ；j2Nm 壓下螺絲所承受的軋制力， （ ） ；1PK 壓下螺絲材料的強(qiáng)度極限， （ ） 2 bn （4.41） 壓下螺絲的強(qiáng)度極限；由于壓下螺絲的材料為 45#，其強(qiáng)度極限b =600700 。bMpa 壓下螺絲的安全系數(shù)。通常選用： ；n 6n 所以， (607)(102)bn 將所有已知數(shù)代入（公式 4.3）： 61224.4358.jPMpad 所以， ，即壓下螺絲滿足強(qiáng)度要求。j 4.6.3 壓下螺絲傳動(dòng)力矩的計(jì)算 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁d32M1M1P 1壓下螺絲 2壓下螺母 3球面墊 4.1 壓下螺絲受力平衡圖 轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲所需的靜力矩就是壓下螺絲的阻力矩，它包括之退軸承的摩擦力和 螺紋之間的摩擦力矩。 其計(jì)算公式為： 21 12tan()dMPM （4.42） 式中： 螺紋中徑；得 ；2d269.0m 螺紋上的摩擦角，即 ， 為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一 2arctn 般取 ，故 = ；t.10540.67 螺紋升角，壓下時(shí)取正號(hào)，提升時(shí)用負(fù)號(hào)， ， 為螺距；計(jì)算 td 得： ；032.678td 作用在一個(gè)壓下螺絲上的力；1p 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 止推軸承的阻力矩；1M 螺紋摩擦阻力矩；2 對(duì)于實(shí)心軸頸，止推軸承阻力矩 為：1 31dp （4.43） 式中： 壓下螺絲止推軸頸，根據(jù)文獻(xiàn)7查表得 =252 ,3d 3dm 對(duì)滾動(dòng)止推軸頸的摩擦系數(shù) =0.005；11 由于在處理壓下螺絲的阻塞事故時(shí)，壓下螺絲所受的力大約是正常軋制力的 1.62.0 倍，故?。?6121.4302.9pMN 將已知數(shù)據(jù)代入公式（4.43）得 3631 510.5. .92dMKNm 所以由公式（4.42）得： =1.092+21tan()P6.292.910tan(5.67.) =58.245 KNm 4.6.4 壓下電機(jī)功率的計(jì)算 每個(gè)壓下螺絲的傳動(dòng)電動(dòng)功率為 950MnNi （4.44） 式中： 傳動(dòng)壓下螺絲的靜力矩； 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)，r/min;n 傳動(dòng)系統(tǒng)總速比；i 傳動(dòng)系統(tǒng)的總的機(jī)械效率，根據(jù)參考文獻(xiàn)8知，蝸桿傳動(dòng)效 率 取 0.75，聯(lián)軸器的效率為 0.99，軸承的效率取0.78 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 0.99，所以, 總的效率 =22總 蝸 桿 聯(lián) 軸 器 軸 承 20.759.0.548 查(鞍鋼一煉鋼廠連軋作業(yè)區(qū))知軋輥?zhàn)畲笠菩兴俣? ；max0.8/Vs 故壓下螺絲 的最大轉(zhuǎn)數(shù)為: （4.45） ax6.109/min32nrt 第一級(jí)渦輪副傳動(dòng)比， =24；1i 1i 第二級(jí)渦輪副傳動(dòng)比， =15；2 2 245360i總 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù); n1.92.4/minir 將已知數(shù)代入公式（4.44）中得： 58.39.0.12906458MNKWi 所以壓下電機(jī)的總功率為 2.1.2總 4.6.5 壓下電機(jī)的選擇 查文獻(xiàn)3，表 22-1-117，根據(jù)電機(jī)的功率及額定轉(zhuǎn)數(shù)選用型號(hào)為 Z4-100-1 電機(jī)， 其額定轉(zhuǎn)數(shù) ,額定功率為 ，額定電壓為 400V，重量為 72kg.1860miner 1.4eNkw 4.7 自鎖、牙強(qiáng)度和耐磨性等校核 4.7.1 自鎖性計(jì)算 自鎖性是螺絲類零件的一個(gè)重要性質(zhì)，必須要保證其自鎖性才能正常的工作。壓 下螺絲的自鎖性直接影響軋件厚度的變化，造成軋件厚度不均等問題，影響軋件質(zhì)量， 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁 因此我們必須要對(duì)自鎖性進(jìn)行校核。 螺紋自鎖條件是： v 螺旋升角， 2.675 當(dāng)量摩擦角。v 螺紋實(shí)際摩擦角 ，所以 ，所以壓下螺絲滿足自鎖條件。05.67vv 4.7.2 牙強(qiáng)度校核 由查文獻(xiàn)9 ，表 3-1可得外螺紋計(jì)算公式為： 1wzFKdb （4.46） 213wzhdb （4.47） 式中： 最大軸外載荷 wF 621.4302.9wFPMN 外螺紋小徑，查圖表得 1d1dm 螺紋牙根部寬度，對(duì)于鋸齒形螺紋 b0.74.32.56t 螺紋牙的工作高度，對(duì)于鋸齒形螺紋 h 07.43htm 旋合圈數(shù)， ，壓下螺母的高度， ，zHzt (1.)Hd 取 ，因此，1.6.3048Hdm4801.9z 載荷不均勻系數(shù)，對(duì)于內(nèi)外螺紋為鋼時(shí)，zK 540.73ztKd 將所有數(shù)據(jù)代入公式（4.46）和（4.47）得： 1 2.960.73.1403510.9wzFdb5.(.78)76MPaMPa 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁2 21332.960.30.71451.9wzFhKdb .8MPaMpa 因此，牙強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。 4.7.3 耐磨性的校核 由查文獻(xiàn)9, 表 3-2可查得耐磨性校核公式為： 21FPdHz （4.48） 式中： 軸向載荷；F 螺桿中徑，2d258.dm 螺紋的基本壓型高度，H0.2Ht 旋合圈數(shù), z1z 許用壓強(qiáng)，P85PMa 將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.48）得： 212.9616.43.40580FMPadHz 因此，螺桿滿足耐磨性要求。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁 5 潤(rùn)滑方式的選擇 5.1 潤(rùn)滑的簡(jiǎn)單介紹 潤(rùn)滑是人們用來控制摩擦、降低磨損，以達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的措施。其主要作用 是降低摩擦系數(shù)、減少磨損、降低溫度、防止腐蝕、保護(hù)金屬表面、清潔沖洗和密封。 1.潤(rùn)滑的方式有兩種：油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑。 油潤(rùn)滑：當(dāng)軸承附近的機(jī)械零件已經(jīng)使用了油潤(rùn)滑或者需要靠潤(rùn)滑油散熱時(shí)，軸 承應(yīng)采用油潤(rùn)滑。在軸承處于重載荷或高轉(zhuǎn)速，或有外部熱量傳入時(shí)，可能會(huì)有散熱 要求。采用微量潤(rùn)滑法，例如滴油潤(rùn)滑，油霧潤(rùn)滑或油氣潤(rùn)滑，可保證攪油損失和軸 承磨擦都很小。當(dāng)使用空氣做載體時(shí)，可直接供油并使氣流有助于密封。軸承轉(zhuǎn)速極 高和需要良好冷卻郊果的地方，可將大量潤(rùn)滑油直接噴到所有的接觸面。 脂潤(rùn)滑：一般滾動(dòng)軸承都用脂潤(rùn)滑。其優(yōu)點(diǎn)主要有：設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單 。潤(rùn)滑脂可起 很大的密封作用。 維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)。在正常工作和環(huán)境條件下，油脂有可能 實(shí)現(xiàn)“終生潤(rùn)滑 ”。如果在高負(fù)載條件下（速度、溫度、載荷），就必須定期更換潤(rùn)滑 脂。為了更換潤(rùn)滑脂，就必須設(shè)置供應(yīng)和排除潤(rùn)滑脂的管道和收集使用過的潤(rùn)滑脂收 集器。對(duì)于短周期更換潤(rùn)滑脂的場(chǎng)合，應(yīng)設(shè)置必要的注入潤(rùn)滑脂的泵和閥。 2.軋機(jī)常用潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)介 軋機(jī)軸承工作性能能否得以有效利用，相當(dāng)大的程度取決于潤(rùn)滑情況，所以要降 低軋機(jī)軸承消耗，就必須選用適宜于使用條件的潤(rùn)滑方法和優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑劑，還要設(shè)計(jì)安 裝防止水和氧化皮等異物侵入的可靠密封裝置。 （1）稀油和干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)：由于各種軋機(jī)結(jié)構(gòu)與潤(rùn)滑的要求有很大差別，故 在軋機(jī)上采用了不同的潤(rùn)滑系統(tǒng)和方法。如一些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承等零、 部件可以采用油杯、油環(huán)等單體分散潤(rùn)滑方式。而對(duì)復(fù)雜的整機(jī)較為重要的摩擦副， 則采用了稀油或干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。從驅(qū)動(dòng)方式看，集中潤(rùn)滑系統(tǒng)可分為手動(dòng)、半自 動(dòng)及自動(dòng)操縱三類系統(tǒng)，從管線布置等方面看可分為節(jié)流式、單線式、雙線式、多線 式、遞進(jìn)式等類。 （2）軋機(jī)工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)：根據(jù)工況和所用介質(zhì)不同，軋機(jī)工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力常在 0.4-1.8MPa 左右，每分鐘流量可大至幾百至幾千升，介質(zhì)過濾精度小于 5m。常用噴 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁 嘴和分段冷卻裝置將介質(zhì)噴射到軋錕及軋材上，對(duì)噴出介質(zhì)的壓力、溫度等嚴(yán)格的要 求。所以，對(duì)噴出介質(zhì)、油（介質(zhì)）液溫度由壓力、溫度控制閥控制。 （3）軋機(jī)油膜軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)：軋機(jī)油膜軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)有動(dòng)壓系統(tǒng)，靜壓系統(tǒng)和動(dòng) 靜壓混合系統(tǒng)。動(dòng)壓軸承的液體摩擦條件在軋錕有一定轉(zhuǎn)速才能形成。當(dāng)軋機(jī)起動(dòng)、 制動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)，其速度變化就不能保障液體摩擦條件，限止了動(dòng)壓軸承的使用范圍。 靜壓軸承靠靜壓力使軸頸浮在軸承中，高壓油膜的形成和轉(zhuǎn)速無關(guān)，在起動(dòng)、制動(dòng)、 反轉(zhuǎn)甚至靜止時(shí)，都能保障液體摩擦條件，承載能力大、剛性好，可滿足任何載荷、 速度的要求，但需專用高壓系統(tǒng)，費(fèi)用高。所以，在起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、低速時(shí)用靜 壓系統(tǒng)供高壓油。而高速時(shí)關(guān)閉靜壓系統(tǒng)，用動(dòng)壓系統(tǒng)供油的動(dòng)靜壓混合系統(tǒng)效果更 為理想。 （4）軋機(jī)油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)：油霧潤(rùn)滑以壓縮空氣為動(dòng)力使油液霧化，經(jīng) 管道、凝縮嘴送入潤(rùn)滑部位。用于齒輪、蝸輪、特別常用于大型、高速、重載的滾動(dòng) 軸承潤(rùn)滑。它潤(rùn)滑、冷卻效率高；且可節(jié)約用油；因油霧有一定壓力（2-3KPa）又可 防止雜質(zhì)和水浸入摩擦副，使軸承壽命提高 40%。 油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)包括分水濾氣器、電磁閥、調(diào)壓閥、油霧發(fā)生器、輸送管道、凝縮 嘴、控制檢測(cè)儀表等。油霧發(fā)生器是核心裝置。 油氣潤(rùn)滑比油霧潤(rùn)滑效果更好，它是靠壓縮空氣流動(dòng)把油沿管路送至潤(rùn)滑點(diǎn)的。 油氣潤(rùn)滑的系統(tǒng)組成，關(guān)鍵的是油氣混合器和油氣分配器，國(guó)內(nèi)引進(jìn)設(shè)備上一般 采用油氣潤(rùn)滑。 目前軋機(jī)軸承主要采用脂潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑?，F(xiàn)大多廠家是使用簡(jiǎn)便易行的脂潤(rùn)滑 方式潤(rùn)滑，如有可能采取油氣潤(rùn)滑技術(shù)，可以使軋機(jī)軸承處于比較理想的潤(rùn)滑條件下 工作，會(huì)大幅度降低軸承消耗。 油氣潤(rùn)滑能使用高粘度的潤(rùn)滑油，能對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控，能提高軸 承座的密封性能并降低軋輥軸承的溫度，能在惡劣的工況條件下不間斷運(yùn)行，能方便 換輥等。由于油氣潤(rùn)滑具有其它潤(rùn)滑方式所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，并能充分滿足軋機(jī)對(duì)潤(rùn) 滑的要求，因此是軋機(jī)軋輥軸承潤(rùn)滑的理想選擇。 5.2 各部分潤(rùn)滑方式的選擇 由于技術(shù)原因，本設(shè)計(jì)軋輥軸承采用脂潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑的方法具有簡(jiǎn)單易行，軋輥 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 42 頁 更換方便的特點(diǎn)，應(yīng)用很廣泛。應(yīng)根據(jù)軋機(jī)軸承工作溫度、轉(zhuǎn)速、軋制力以及密封防 水性能、沖擊震動(dòng)大小、供脂方法等情況選擇適宜的潤(rùn)滑脂。要選用耐高溫、粘度強(qiáng)、 極壓性能好以及抗水淋性能高的正規(guī)廠家的潤(rùn)滑脂。根據(jù)軋機(jī)軸承的工作特點(diǎn)應(yīng)選擇 含 EP 添加劑的 2#、3#、鋰基脂或聚脲脂。 雖說高性能的潤(rùn)滑脂采購成本高，但是用量少了，軸承壽命長(zhǎng)，總的綜合成本是 降低了。另外潤(rùn)滑脂的填充量一定要適量并填充到位，不同牌號(hào)的潤(rùn)滑脂不能混用， 使軋機(jī)軸承工作表面始終處于油膜正常狀態(tài)。 軋機(jī)的減速機(jī)多采用多極變速，粗中軋機(jī)組減速機(jī)速比大、負(fù)載大，多采用 320# 重負(fù)荷工業(yè)齒輪油集中潤(rùn)滑；精軋機(jī)組減速機(jī)速比較小、速度高，常采用 220#中負(fù)荷 工業(yè)齒輪油集中潤(rùn)滑，大型帶鋼軋機(jī)的精軋機(jī)組因軋制力大、負(fù)荷高，一般采用 320# 重負(fù)荷工業(yè)齒輪油集中潤(rùn)滑。少數(shù)工藝較落后的軋制機(jī)組（往往是上世紀(jì)七八十年代 技術(shù)）減速機(jī)采用油池潤(rùn)滑，油箱內(nèi)設(shè)計(jì)有齒輪泵對(duì)部分高位潤(rùn)滑點(diǎn)強(qiáng)制潤(rùn)滑。近年 來，國(guó)內(nèi)有部分鋼鐵企業(yè)對(duì)其新軋制生產(chǎn)線的軋機(jī)減速機(jī)采用半合成或全合成齒輪油 潤(rùn)滑，所用牌號(hào)亦如上所述。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的軋機(jī)，選用 320#重負(fù)荷工業(yè)齒輪油集中 潤(rùn)滑。 連接電機(jī)與減速機(jī)的聯(lián)軸節(jié)多為齒輪式聯(lián)軸節(jié)，亦稱齒接手，負(fù)載相對(duì)較小、速 度高（與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同），多用 2#鋰基脂填充潤(rùn)滑，亦有采用 2#復(fù)合鋰基脂潤(rùn)滑的廠 家。本設(shè)計(jì)用 2#鋰基脂填充潤(rùn)滑。 而連接減速機(jī)與齒輪座的萬向聯(lián)接軸負(fù)載較大、速度相對(duì)較小、因靠近工作機(jī)座 所以環(huán)境濕度較大甚至直接有水淋并伴有氧化鐵皮，對(duì)潤(rùn)滑脂要求較高，以前多采用 2#鋰基脂或鈣基脂潤(rùn)滑，也有采用二硫化鉬脂潤(rùn)滑的，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在鋼鐵企 業(yè)在此處逐步采用抗水性和極壓性更好的復(fù)合鋰基脂、復(fù)合鋁基脂、聚脲脂潤(rùn)滑，甚 至有采用更高端的復(fù)合磺化鈣基脂潤(rùn)滑的。本設(shè)計(jì)采用復(fù)合鋰基脂潤(rùn)滑。 壓下系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度比較低，產(chǎn)生的熱量比較少，考慮到經(jīng)濟(jì)的原則，因此要采用 滴油潤(rùn)滑。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 43 頁 6 經(jīng)濟(jì)性分析 任何一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)實(shí)踐活動(dòng)，既是物質(zhì)財(cái)富的創(chuàng)造過程，又是勞動(dòng)耗費(fèi)的過程。經(jīng)濟(jì) 效益就是輸出的有效勞動(dòng)成果，與輸入的勞動(dòng)耗費(fèi)之間的比值。這個(gè)比值大，那么經(jīng) 濟(jì)效益好，比值小則經(jīng)濟(jì)效益差。如對(duì)不同的經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目進(jìn)行比較時(shí)，假定在有用勞動(dòng) 成果相同的條件下，并且在勞動(dòng)條件與環(huán)境允許的范圍內(nèi)，勞動(dòng)耗費(fèi)越小，則經(jīng)濟(jì)效 益越大；或在勞動(dòng)耗費(fèi)相同的情況下，在技術(shù)條件和要求允許的范圍內(nèi)，勞動(dòng)有用成 果越大，則經(jīng)濟(jì)效益越好。 產(chǎn)品成本是一項(xiàng)重要的綜合性指標(biāo)，它反應(yīng)企業(yè)各項(xiàng)工作和經(jīng)營(yíng)管理的經(jīng)濟(jì)效益， 加強(qiáng)成本控制，不斷降低成本，是加快企業(yè)發(fā)展的重要途徑，是為國(guó)家增加積累的重 要來源，是降低產(chǎn)品價(jià)格的重要前提。 成本控制包括生產(chǎn)過程前的控制和生產(chǎn)過程中的控制。生產(chǎn)過程前的控制主要是 在產(chǎn)品研制和設(shè)計(jì)過程中，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、工藝設(shè)備、材料選用等進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分 析和價(jià)值分析，用最低的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，以符合目標(biāo)成本的要求。生產(chǎn)過程中 的成本控制，即生成成本控制，就是在產(chǎn)品制造過程中，對(duì)成本形成的各個(gè)因素按照 一定的控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格加以監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)采取有效措施加以糾正，是生產(chǎn)過程 中各種資源的消耗和費(fèi)用開支限制在預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)。成本控制概念有廣義和狹義 之分，狹義的成本控制僅指生成過程中的成本控制；廣義的成本控制是對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全 過程的成本控制。成本控制的目的是把實(shí)際成本與標(biāo)準(zhǔn)成本一致起來，把成本限制在 標(biāo)準(zhǔn)成本以內(nèi)。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 44 頁 結(jié)束語 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是繼機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)之后又一次大型的設(shè)計(jì) 練習(xí)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幾乎涉及到的四年來所學(xué)到的全部專業(yè)知識(shí)，是大學(xué)期 間所學(xué)知識(shí)的一次大檢閱。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)到看圖讀圖，再到自己對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行機(jī) 構(gòu)分析；各機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)分析；受力分析；可靠性計(jì)算；繪圖及編寫說明書，整個(gè) 過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都是對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的檢測(cè)。在既能了解機(jī)械系統(tǒng)全貌的同時(shí)， 又能掌握具體的設(shè)計(jì)過程和方法。 設(shè)計(jì)過程中，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，查閱有關(guān)資料，與老師及同學(xué)共同研究，探討，不 僅開拓了視野，拉近了同學(xué)之間的友誼，增長(zhǎng)了實(shí)際生產(chǎn)