650粗轧机毕业设计

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φ650粗轧机设计

摘 要

线材的用途很广，在国民经济各个部门中，线材占有重要地位。近年来，对线材性能及表面质量的要求越来越高。尤其是对线材的化学成分、机械性能、晶粒组织及晶粒粒度都要做检验，符合标准方可出厂。所以，对线材的苛刻要求决定了新轧机及相关新技术的飞速发展。线材轧机属于小型轧钢机械范畴。线材轧机与其它轧钢机一样，其主机列也包括执行机构、传动装置、和原动机三个基本组成部分。本次设计在收集整理了国内外先进的线材轧制设备和技术的基础上，对设计方案进行了优化选择。首先，根据压下规程和轧制速度计算轧制力和轧制力矩，对电机进行选择、校核。然后对于主要零部件进行了受力和强度分析、校核；对于主传动装置中的减速器进行了设计，同时对润滑式进行了选择。

关键词：线材轧机；轧制力；轧制力矩；强度；主传动

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The Design ofφ650 Bar and Wire Rod Mill

Abstract

As the use of wire rod is very broad, in every department of national economy, wire rod possess important position. In recent years, for the requirement of the surface quality and performance of wire rod, it is more and more higher.So many parameters to be inspected, especially for the chemical composition ,mechanical performance, crystal microscopic organizes and crystal microscopic size of wire rod, accord with standard side can be sold out. So new rolling mill and related new technology should be developed fast for the harsh requirement of wire rod. The rod mill belongs to the small steel rolling category. The rod mill is same with other mills, its main engine row also includes the implementing agency, the transmission device, and the driving force three basic building blocks. This design in the collection reorganized the domestic and foreign advanced rod rolling equipment and in the technical foundation, carries on the choice and the appraisal to the design proposal. First, according to assigns depresses the regulations and the rolling speed computation roll force and the roll torque, and has carried on the choice and the examination to the electrical machinery. Then, has carried on the stress analysis and the essential examination regarding the main spare part. Regarding main drive's in reduction gear, the shaft coupling, the rotary coupling spindle have carried on the design, simultaneously has carried on the choice to the lubrication way. Finally, carries on the analysis appraisal to this rolling mill's economic efficiency.

Key words: wire rod rolling mill; roll force ; roll torque; intensity; main drive

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目录

1 绪论 ................................................................................................................... 1

1.1轧钢生产发展背景 .............................................................................................. 1 1.2 中小型型钢发展趋 .......................................................................................................... 2 1.4轧辊调整在轧钢过程中的重要性 .................................................................................. 4 1.5 课题研究的内容及方法 .................................................................................................. 4

2方案设计评述 .................................................................................................... 6

2.1轧机布置形式的选择 ...................................................................................................... 6 2.2轧机零件的选择 .............................................................................................................. 6 2.2.1机架的结构选择： .................................................................................................... 6

3轧制压力和轧制力矩的计算 ............................................................................ 8

3.1孔型的选择 ...................................................................................................................... 8 3.1.1箱－圆－椭圆－圆孔型系统的特点 ........................................................................ 8 3.1.2轧制参数的确定 ........................................................................................................ 9 3.2轧制力的计算 .................................................................................................................. 9 3.2.1第一轧制道次平均单位压力计算 ............................................................................ 9 3.2.2轧制总压力的计算 .................................................................................................. 11 3.2.3轧制力矩的计算 ...................................................................................................... 13

4轧机主电机力矩与电动机功率 ...................................................................... 14

4.1轧机主电动机力矩 ........................................................................................................ 14 4.2轧辊驱动力矩 ................................................................................................................ 14 4.3初选电机容量 ................................................................................................................ 16 4.4附加摩擦力矩 ................................................................................................................ 17 4.5电机校核 ........................................................................................................................ 18

5轧辊与轧辊轴承 .............................................................................................. 20

5.1轧辊的选择与强度的校核 ............................................................................................ 20 5.1.2轧辊的强度校核 ...................................................................................................... 20 5.2轧辊轴承 ........................................................................................................................ 24 5.2.1轴承的选择 .............................................................................................................. 24 5.2.2轧辊轴承的计算 ...................................................................................................... 24

6机架强度的计算 .............................................................................................. 26

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6.1机架的结构设计 ............................................................................................................ 26 6.2机架的强度计算及校核 ................................................................................................ 26

7减速器的设计 .................................................................................................. 30

7.1计算各轴的动力参数 .................................................................................................... 30 7.2齿轮的设计 .................................................................................................................... 31

8系统的润滑 ...................................................................................................... 37

8.1润滑需要注意的事项 .................................................................................................... 37 8.2常用的润滑剂的特点 .................................................................................................... 37 8.3润滑方式的选择 ............................................................................................................ 37

结束语 ................................................................................................................. 38 致 谢 ............................................................................................................... 39 参考文献 ............................................................................................................. 40

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1 绪论

1.1轧钢生产发展背景

在20世纪末，世界轧钢技术发展迅速。轧钢生产在自动化、高精度化、连续化方面取得了较大进步。轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的重要生产环节和主要方法。因为用轧制方法生产出的钢材，具有生产率高、生产过程连续性强、品种多、易于实现机械化、自动化等优点，而且比锻造、挤压、拉拔等生产产品，性能更高，成本更低。目前，约有93%的钢都是经过轧制成材的。有色金属生产也大量应用轧制方法。

轧钢生产的主要产品为建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。目前，我国轧钢生产的钢材品种主要有薄钢板、硅钢片、钢带、无缝钢管、焊接钢管、铁道用钢、普通大型材、普通中型材、普通小型材、优质型材、冷弯型钢、线材、特厚钢板、中厚钢板等。轧钢生产的产品按钢材断面形状分为：钢板、钢管和型钢。型钢是一种应用范围广泛的钢材。我国型钢产量占钢材总产量的25%～30%。型钢按用途分为：普通型钢和专用型钢。从断面形状又可分为异型断面型钢和简单断面型钢。从生产方式的角度又可分为焊接型钢、弯曲型钢和轧制型钢。

板带材也是一种广泛应用的钢材，我国的板带材产量占钢材总产量的45%～55%。板带钢按应用领域分为建筑板、桥板、船板、汽车板、电工钢板、机械用板等。按照轧制温度的不同又可以分为热轧板带和冷轧板带。钢板按厚度分为：中厚板、薄板和箔材。

钢管的用途主要有建筑用管和石油管道等。我国钢管产量占钢材总产量的10%～15%，钢管的规格一般用外形尺寸及壁厚标称。其断面一般为圆形管，也有多种异型钢管和变断面钢管。钢管从制造角度划分为无缝钢管、螺旋钢管与直缝钢管、冷轧钢管等。按断面形状划分为圆形管、异型钢管和变断面钢管。这些品种齐全、样式繁多的钢管被应用在管道、石油运输，锅炉侧壁、地质钻探、轴承及注射针管等方面。

随着轧钢工艺及轧钢技术的不断发展，钢材的生产范围将不断扩大，产品品种也将不断增多。近年来我国许多有价值的钢板产量大幅度增长，冷轧硅钢片2003年已达89.6万吨，镀锡板2002年已经达到110万吨，管线钢、石油管、耐火钢板、冷轧不锈钢板产量达55万吨。

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线材的用途很广，在国民经济各部门中占有重要的地位。有的线材轧制后可直接使用，主要作为钢筋混泥土的配筋；有的还可以作为其它加工车间的原料，如拔丝车间、钢绳车间、钢丝网车间和螺丝车间等都有应用。

线材生产的特点是轧制断面小，长度大，要求尺寸精度和表面质量较高。但增大盘重、减小线径和提高质量、精度是矛盾的。这是由于盘重增加和线径减少，导致轧件长度和轧制时间增加，从而使轧件终轧温度降低，首尾温差加大，结果造成首尾尺寸公差和性能不均匀。正是由于上述矛盾，推动了线材生产技术的发展。

据有关资料统计，各国线材产量占全部热轧总量的5.3～15.3%。近年来，对线材性能及表面质量要求越来越高。对线材化学成分、机械性能、晶粒组织及晶粒粒度都做检验，符合标准方可出厂。所以，对线材的要求决定了新轧机及其新技术的飞速发展。

1.2 中小型型钢发展趋势

横列式型钢轧机适合于多品种，批量不大或产品断面复杂以及合金钢生产的车间使用。但横列式轧机存在着轧制速度低，间隙时间长，产量低，质量差，难于实现机械化和自动化许多缺点，因此在已经充分发挥主轧机能力的基础上，为了进一步提高生产水平，较大幅度的增加生产，扩大品种，则应对这种轧机从根本上进行改造或建设新轧机，根据国内外的发展情况，有下列途径供参考。

1.扩大主电机容量，以充分发挥轧机的能力:多数横列式轧机主电机容量小，在轧机强度允许的条件下，限制了增加每道压下量以及同一列轧机上的过钢根数。又有一些横列式轧机，采用一列但传动的布置形式，不利于缩短最后两个机架的轧制时间，极大地阻碍了机时产量的提高。因此对扩大某些横列式轧机主电机容量，与相应增添必要的传动装置，能大幅度的提高轧机的生产能力。例如在一列三架布置的650轧机的另一侧增加一个主传动后，约可增加50％，这种措施投资少，且不需大拆大迁。

2.逐步向产品专业化的方向发展：目前较多的横列式中小型钢轧机，品种多，批量少，在一套轧机上既开坯又轧材，既生产简单断面的方、圆、扁钢，又生产复杂断面的异型钢，既轧普碳钢，又轧合金钢，在规格上也有大机轧小材或小机轧大材的不合理现象，以致换辊频繁，作业率低，轧机小时产量低，辅助设备不能充分利用，难以实行机械化、自动化操作，在一定程度上阻碍了这类轧机生产的发展。为此，针对这种情况，

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要因地制宜、逐步向产品专业化的方向发展。

3.向原料合理化方向发展：中小型钢轧机的原料应向着合理的方向发展，对于中型开坯车间应适当加大钢锭重量，或采用连铸坯轧制，对于成材轧机则应提供适当断面和重量的钢坯作原料

4.逐步向半连续式，连续式方向发展：横列式轧机因其本身存在着一系列缺点，在世界钢铁工业普遍向大型、高速、自动化发展的今天，这种轧机越来越不能满足发展的需要。而半连续式与连续轧机，其轧制速度高，间隙时间短，且便于实现机械化、自动化，采用最新技术成就，因而其产量高，质量好，劳动生产率高，成本低，各项技术经济指标远较横列式轧机优越，因此连续式、半连续式轧机已成为世界轧钢工业的发展总趋向。

1.3线材轧机的类型及特点

现代化车间都采用无扭精轧机组，头行高速无扭线材轧制，使线材生产向优质、高效、低耗方向发展。高速无扭线材精轧机大都采用单线轧制和轧后控冷，并且在加热、轧制、精整方面都采用新的技术。最早出现的是Y型轧机，以后逐步发展框架式45°无扭转精轧机，到当代最先进的45°悬臂式高速无扭精轧机。

Y型轧机：Y型轧机又称三辊式无扭机组，是由4～14台Y型机座组成的组合机组，其中中心距仅405～500mm。每台Y型机座有三个互成120°布置的盘形轧辊，构成三角孔型。三个互为120°的轧辊如同字母Y，故而得名。这类轧机前后道次变形均匀，张力可控制在2%的范围内，采用恒微张力轧制。Y型轧机的主要特点是：

1．相邻机架之间轧辊位置相互错开。在轧制时轧件位置经常变化，因此各部位温度比较均匀，变化也比较均匀。

2．相邻机架轧辊的中心线相互错开一个角度。所以轧件不必扭转，可以实现高速无扭轧制，成品线速度可达50～60m/min，而且表面质量好，直径公差±0.1mm。

3．整体传动，结构紧凑，容易实现现代化。

Y型轧机的缺点是无法换辊，只能整体更换组合体，在特殊磨床上稳定孔型磨削加工，不易除去氧化铁皮，磨损大。

框架式45°无扭转精轧机：机架为闭口框架，采用双支撑滚动轴承，传动轴与地面成45°，各轧辊互成90°，通常有8～11个机架组成，传动轧制速度达50m/s。成组吊装，用液压缸移动轧辊来更换孔型。其特点是：

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1．相邻的机架交错90°，但是轧制线不变，头尾无扭轧制。

2．传动系统中减少接轴与联接轴，降低了传动件之间的振动，提高产品尺寸精度 （一般能达到?0.1?0.2mm）。

3．单线轧制轧辊弹跳稳定。因为事故停轧时，不受相邻轧制线的影响。 4．成品线速度等达到50m/s，生产率很高。

它的主要缺点是延伸率不好，而且部分构件制造困难，不方便维修，投资也很大。 悬臂式45°高速无扭精轧机

20世纪70年代，摩根无扭高速线材精轧机组有了很大的发展，投产的已达到160多套。70年代后期投产的悬臂式无扭精轧机组出口速度多为65～80m/s，有的达到120m/s。45°精轧机组一般由23～26个机座串联组成，中心距500mm左右。每套机组有8～10对碳化钨轧辊，各机座轧辊交错成90°布置，并与地面成45°角布置。 其优点归纳如下：

1．轧制速度快，生产率高。

2．成品精度高，延伸率高，线材表面质量好。

3．事故停工少，槽孔寿命长，操作效率高，快速换辊，节省换辊换槽孔时间，设备磨损少。

这样的轧机应用广泛，是现代轧机的样版。

1.4轧辊调整在轧钢过程中的重要性

轧辊调整装置的作用主要是调整轧辊在机架中的相对位置，以保证要求的压下量、精确的轧件尺寸和正常的轧制条件。轧辊的调整装置主要有轴向调整和径向调整装置两轧辊的轴向调整主要用来对正轧槽，以保证正确的孔型形状。一般只用简单的手动机构完成。

1.5 课题研究的内容及方法

1.进行现场调研，收集650轧机有关的资料，了解生产中存在的问题，轧机结构特点，主要零件材料选择。

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2.制定650轧机的设计方案，并进行方案评述。 3.进行电机容量的选择，主要零件强度计算。 4.绘出总图，装配图和零件图。 5.润滑剂的特点和润滑方式的选择。

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2方案设计评述

2.1轧机布置形式的选择

2.1.1横列式布置：横列式轧机的工作机座是按直线横向布置的，在轧制型钢与旧式的线材轧机中，往往由于孔型布置的需要，在一个机列中工作机座的数目可达2-5架，有时机列的数目也可多达三列以上。

2.1.2连续式布置：这种轧机工作机座的数目等于轧件所需的轧制道数，各机座沿轧制线依次排列，机座间的距离比轧件的长度小很多，所以轧件同时要在数架机座中轧制。 2.1.3半连续式布置：半连续式轧机一般用于轧制钢坯，线材及带钢。其中钢坯半连续式轧机的粗轧，采用二辊可逆轧机或三辊不可逆式轧机，中轧及精轧则采用连轧机组。

2.2轧机零件的选择

2.2.1机架的结构选择： 1.机架的主要型式：

闭口式机架—为一种封闭式的钢架，常用于初轧机、钢板轧机、钢管轧机，有时也用于线材轧机及小型型钢轧机上。

开口式轧机—这种机架的上盖可以拆卸，特别是中小型型钢轧机，大多数采用开口式机架。 2.机架的结构：

1)机架的结构应有足够的强度、刚度和稳定性、并便于换辊、换瓦和操作调整。基于这个原则，一般中小型型钢轧机除某些小型和线材轧机有时采用闭口式机架外，大多采用开口式机架。采用开口式机架便于换辊，但往往使机架的刚度降低，在设计型钢轧机机架式应根据具体条件，正确处理这两个相互矛盾的因数。横列式中小型轧机多采用三辊开口式机架，当然距人字齿轮座最远的机架或成品机架，也可以采用闭口式和二辊式机架，但为了便于加工制造，同一列的轧机宜采用一致的结构型式。

2)机架立柱断面的形状一般抗弯能力较大的长方形或工字型。从固定滑板的方式

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看，采用工字型断面较方便，因为采用工字型断面可以用螺栓通过翼缘的通孔来固定滑板；若机架采用矩形断面，则滑板必须用螺钉来固定，这时要在窗口表面加工螺孔，因此机架的加工是比较困难的，更换滑板亦较麻烦。

3)机架轴承座内侧有设置轴承座滑板的，也有不设置轴承座滑板的，当然有滑板比没有要强，因为在某种程度上起到了防护机架磨损的作用。但是在小型型钢与线材轧机上，虽然在轧制过程中因轴承座的弹跳而造成对机架立柱内侧的某种冲击滑动是不可避免的，但因轴承座的滑动量较小，对机架立柱不会造成很大的磨损；另因机架小、窗口窄，加工滑板的固定螺孔是有一定困难的，一般只能用人工攻丝，废时废工。因此在小型型钢线材轧机上的滑板是可以免去的，对生产不会有很大的影响。

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3轧制压力和轧制力矩的计算

3.1孔型的选择

轧制线材用的孔型按用途可分为延伸孔型和精轧孔型。延伸孔型的作用是压缩轧件断面为成型孔提供红坯。精轧孔型的作用是使轧件最终形成所需的成品断面形状和尺寸。轧制线材常用的孔型按形状分有箱型孔型系统、菱—方孔型系统、菱—菱孔型系统、六角孔型系统、椭圆—方孔型系统、椭圆—立椭圆孔型系统、椭圆—圆孔型系统等。这里选择椭圆—圆孔型系统。为了保证粗轧机组轧制出断面尺寸准确的轧件，最后一道次采用圆孔型。

3.1.1箱－圆－椭圆－圆孔型系统的特点

1)可在同一孔型中轧制多种尺寸的轧件，共性大，可以减少孔数，减少换孔或换辊次数，有利于提高轧机的作业率。

2）在轧件断面相等的条件下，与其他孔型系统相对比，箱形孔型系统的孔型在轧辊上的切槽较浅，这样可相对提高轧辊强度，可增大压下量，对轧制大断面轧件是有利的。

3）在孔型中轧件宽度方向上的变形比较均匀，同时因为孔型中各部分之间的速度差较小，故孔型的磨损较为均匀，磨损程度和变形功也因之相对小些。 4）轧件在箱形孔型中轧制，有利于氧化铁皮的脱落。 5）轧件在箱形孔型中轧制比在光辊上轧制稳定。 6）轧件断面的温降较为均匀。

7）箱形孔型不适于轧制要求断面形状精确的小轧件。

8）轧件在箱形孔型中只能在一个方向上受到压缩，其侧面表面不易平直，有时出现皱纹，同时角部的加工也不足。

根据箱形孔型系统的特点可知，它适用于初轧机、轨梁轧机、二辊和三辊开坯机、中小型或线材轧机的开坯孔型，它适用于大断面的成品方钢。在中小型和线材轧机上，用于前几道做开坯孔型，有利于去除轧件上的氧化铁皮。

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图3.1 椭圆-圆孔型系统

3.1.2轧制参数的确定

表3.1 主要轧件规格轧制参数

机架

孔 序

高度×宽度

Ⅰ

0 1 2 3 4 5 6

250×250 196×260 162×267 190×180 160×187 140×174 110×183

54 34 77 30 47 30

10 7 18 7 14 9

1.3 1.4 1.6 1.8 2.1 2.6 3.1

2.4 2.54 2.42 2.58 2.68 2.84

1150 1125 1100 1075 1050 1025

压下量

宽 展

长 度

轧制速度 轧制温度

3.2轧制力的计算

3.2.1第一轧制道次平均单位压力计算

考虑到φ650线材轧机的工作环境温度是1150 ℃，经大量的试验资料证实，线材轧机的轧制力，采用S.艾克隆德公公式（适用于热轧型钢轧机和线材轧机）计算与实测记录比较接近。平均单位压力公式如下：

pm?(1?m)(k??u) (3.1)

式中：m—考虑外摩擦对单位压力的影响系数；

k—轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa； ?—轧制粘性系数,kg·s/mm2；

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u—变形速度，s?1。

艾克隆德根据其研究，提出了k、?、u的计算公式。 他给出下式计算系数m：

m=

1.6?R(h0?h1)?1.2(h0?h1)h0?h1 (3.2)

式中:?—摩擦系数，建议采用下式计算，对钢轧辊?=(1.05－0.0005t)，对硬面铸铁轧辊?=0.8(1.05－0.0005t)，t为轧制温度；

h0、h1—轧制前后轧件的高度，mm；

R—轧辊半径，mm。

?=0.8(1.05－0.0005t)=0.8(1.05－0.0005×1150)=0.38 (3.3)

根据表3.1得：h0=250mm，h1=196mm，R=325mm，所以由公式(3.2)得：

m=

1.6?R(h0?h1)?1.2(h0?h1)h0?h1

=

1.6?0..38?325?(250?196)?1.2?(250?196)

250?196=0.03

利用L.甫培（Pomp）热轧方坯的试验数据，得到k(MPa)的计算公式：

9.8 (3.4) k=(14－0.01t)[1.4+?(C)??(Mn)?0.3?(Cr)]×

式中:t—轧制温度，℃；

?(C)—碳的质量分数，％；

?(Mn)—锰的质量分数，％；

?(Cr)—铬的质量分数，％。

?(C)=0.17％，?(Mn)=0.43％，?(Cr)= 由实际工况得：由文献[2，18-35]查得：t=1150℃，0％。

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9.8 k=(14－0.01t)[1.4+?(C)??(Mn)?0.3?(Cr)]×= (14－0.01×1150)[1.4+0.17+0.43+0.3×0]×9.8 =49（MPa）

轧件粘度系数?（kg·s/mm2）按下式计算：

?=0.01(14－0.01t)c (3.5)

式中：c—考虑轧制速度对?的影响系数;

t—轧制温度;

由实际工况得：v=2.5～3m/s，所以由文献[1，54]查得c=1。

?=0.01(14－0.01t)c=0.01×

(14－0.01×1150)×1=0.04 （kg·s/mm2））

艾克隆德用下式计算变形速度。 由文献[1，54]查得：

2v?h u=

Rh 0?h1式中:v—轧制速度，mm/s；

h0、h1—轧制前后轧件的高度，mm； R—轧辊半径，mm。

?h?h0?h1=250－196=54（mm）

把数据代入(3.6)式得：

2v?h2?2800?54u=Rh=3250?h1250?196=5.0（1/s）

所以由公式(3.4)计算平均单位轧制力：

pm=(1+m)(k+?u)=(1+0.03)(49?0.04?5.0)?50.68（MPa） 3.2.2轧制总压力的计算 根据：

(3.6)

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P?pmF (3.7)

式中：P—轧件对轧辊的总压力，N；

pm—轧制平均单位压力，N；

F—轧件和轧辊接触面积，mm2。 计算式中各量：

F=

b0?b1l (3.8) 2式中： b0、b1—轧制的前后轧件的宽度，mm； l—接触弧的水平投影长度，mm。

计算接触面积实质上是计算基础弧长度。轧制线材轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象，因为各轧辊的直径相同，得：

l=R?hm (3.9)

式中： ?hm—平均压下量，mm。

因为在这一道次时，是由椭圆轧制成圆形，所以平均压下量：

?hm?0.85h0?0.79h1 (3.10)

?0.85?250?0.79?196=57.66（mm） 由公式(3.9)得：

l?R?hm?325?57.66=136.89（mm）

所以由公式(3.8)得：

F?b0?b1250?260l??136.89=34906.95（mm2） 22由公式(3.7)算出本道次的轧制力：

P?pmF?50.68?34906.95=1769.08（KN）

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3.2.3轧制力矩的计算

M=

Mza?Mm?Mk?Md i式中Mza—轧制力矩

Mm—附加摩擦力矩 Mk—空转力矩 Md—动力矩

i—轧辊与主电机间的传动速比

其中Mm、Md、Mk与Mza比较，Mza比较大。所以可以将上式简化

Mza i式中K为安全系数,取k=1.5初选轧机总转数i=10

M?KMza?PD?1769.08?325?574951(N?m)2

代入上式：

Mza i574951?1.5?10

M?Km) =86242.65(N?

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4轧机主电机力矩与电动机功率

4.1轧机主电动机力矩

主电动机轴上的力矩由四部分组成，即：

MD=

MZ?Mf1i?Mf2?Mkon?Mdon

=

MZ?Mf?Mkon?Mdon （4.1） i式中：MD—主电机力矩；

Mz—轧辊上的轧制力矩；

Mf—附加摩擦力矩，即当轧制时由于作用在轧辊轴承、传动机构及其它转动件

中的摩擦而产生的附加力矩，Mf=

Mf1i+Mf2；

Mkon—空转力矩，即轧机空转时，由于各转动件的重量所产生的摩擦力矩及其他

阻力矩；

Mdon—动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部分由于有加速或减速所引起的惯性

力所产生的力矩；

i—电动机和轧辊之间的传动比。

4.2轧辊驱动力矩

驱动一个轧辊的力矩MK为轧制力矩MZ与轧辊轴承处摩擦力矩Mf1之和。

MK?MZ?Mf1?P(a??1) (4.2)

DSin? (4.3) 2d?1?? (4.4)

2a? 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页

式中： MK—驱动一个轧辊的力矩，N·m； MZ—轧制力矩，N·m；

Mf1—轧辊轴承处摩擦力矩，N·m； P—轧制力，KN；

a—轧制力力臂，即合力作用线到两个轧辊中心线的垂直距离，mm； ?1—轧辊轴承处摩擦圆半径，mm；

d—轧辊轴颈直径，mm； ?—合力作用点角度；

?—轧辊轴承摩擦系数，取??0.02。

对于简单的轧制，每个道次两个轧辊总驱动力矩为：

MK??2MK?P(D?Sin???d) 由参考文献[1，65]可知?的计算方法 热轧时：

???0.5 式中：?—咬入角，其计算公式为：

??arcc1o?s?(hD) 代入具体数值计算：

??arccos(1??hD)=arccos(1?250-196650)= 23.07°

则 β?0.5?=0.5?23.07=11.54° 把具体数值代入(4.5)中得：

MK??P(D?Sin???d)?1769.08?（650?Sin11.54??0.02?370） =243131.38(N·m)

(4.5)

(4.6) (4.7) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页

4.3初选电机容量

根据工况得v?2.5m/s。 所以轧辊转速：

nH?式中： v—轧制速度，m/s；

60v60?2.5?1000?106.16(r/min) (4.8) ??D3.14?450D—工作辊直径，mm。

根据过载条件选择电动机功率，由文献[1，73]得：

N?式中： N—电机功率，KW； Mma—m； x最大力矩，N· nH—轧辊转速，r/min；

K—电机过载系数，因为选择不可逆电动机，所以过载系数K?1.5~2.0，

取K?2.0；

?—传动效率，?=?减速箱??齿轮座??万向接轴?0.8 把具体数值代入到(4.9)中得：

Mmax?nH (4.9)

K?9550??243124.66?73.49369.32(KW)

?Ner?2?9550?0.8在上述计算中，未考虑诸多因素，此外还要考虑到生产的发展以及需要轧制不同钢种，故根据文献[3，20-125]选择电动机为ZKSL?450?21 电机的参数如下：

额定功率：Ner?500(KW) 额定转速：ner?600/1200(r/min)

Mer?9550Ner500?9550?m) (4.10) ?3979.17(N·ner1200则电动机和轧辊之间的传动比i：

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页

i?ner1200??11.30 (4.11) nH106.164.4附加摩擦力矩

附加摩擦力矩Mf包括两部分，其一是由于轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩Mf1，这部分已包括在轧辊传动力矩MK之内；一部分为各传动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩Mf2。

Mf2?(1?1?1)MZ?Mf1i?（M?1）K (4.12) ?1i1式中： ?1—主电动机到轧辊之间的传动效率，其中不包括空转力矩Mkon的损失，单级

齿轮传动?1=0.96~0.98，取?1=0.97。

?1?MK?1.615?15556?=42.58(N·m) Mf2????1??1?????i11.3?0.97??1?推算到主电机轴上的总的附加摩擦力矩Mf为： Mf?Mf1i?Mf2 (4.13)

空转力矩Mkon是由各转动件的重量产生的摩擦力矩及其他阻力矩，即： Mkon??0.0?3?3979.17=198.96(N·m) (4.14) 0.?0M6=0.05er动力矩Mdon是在轧辊运转速度不均匀时，各部分由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩。由于轧件长度很长，所以动力矩很小，忽略不计。 则主电机力矩：

MD=

MZ?Mf1i? (1?1?1)MZ?Mf1i?Mkon?Mdon

=

1MK??Mkon ?i 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页

=所以，过载系数为：

115556.615??198.96=1919.82 (N·m) (4.15) 0.811.3K? =

MD Mer1919.82 (4.16)

3979.17 = 0.48＜[K]?2 则选择的电动机符合过载要求。

4.5电机校核

图3.2电机力矩

t1?0 s t2?10 s t3?13s

Mjun和Njun可用下式求得：

M?M2jtju=n?t NMjunnerjun??30 式中： Mjun—电动机按发热计算出来的等值力矩，N·m； Njun—电动机按发热计算出来的等值功率，KW； ner—电动机额定转速，r/min。

(4.17)

(4.18)

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页

将具体数值代入

Mkont2?MDt3198.962?10?1919.822?3=m) Mjun=?925.53 (N·

t2?t310?3Njun?Mjunner?3022=

925.53?1200?3.14?116.25 (KW)

30得：Ner??216.16 KW > Njun=116.25 (KW)

MD?1919.82 N·m >Mjun=925.53 (N·m)

根据以上所得，符合发热校核的条件

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页

5轧辊与轧辊轴承

5.1轧辊的选择与强度的校核

5.1.1轧辊参数选择

φ650轧机轧辊的名义直径为D?650(mm),φ650轧机的最大直径D?680(mm)，最小直径D?620(mm),L=1800(mm)

L—轧辊辊身长度，mm； 根据文献[1，81]可知：

d/D?(0.53~0.55) (5.1)

式中：d—辊颈直径，mm； D—轧辊直径，mm。 所以：

（0.53~0.55）?650?344.5~357.5(mm) d?(0.53~0.55)D?根据文献[1，81]可知：

l/d?1?(20~30) (5.2)

式中：l—轧辊辊颈长度，mm；

d—辊颈直径，mm。 所以由公式(5.2)得：

l?d?(20~30)?350?(20~30)?370~380(mm)

实际选用L?1800mm，d=370mm，l=400mm，这样完全可以满足强度要求 5.1.2轧辊的强度校核

轧辊的破坏取决于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分度不均匀或者交替变化引起的温度应力以及轧辊制动过程中形成的残余应力等）的综合影响。线材轧机的轧辊沿辊身长度上布置有许多孔型和轧槽。此时，轧辊的外力（轧制力）可近似地看成集中力。轧件在不同轧槽中轧制时，外力的作用点是变动的。所以要分别判断不同轧槽过钢时轧辊各断面的应力，进行比较，找出危险断面。本次设计的

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页

轧辊辊身中间位置只有一个轧槽所以危险面应该为中间断面。

图5.1轧辊受力分析

将轧辊简化成两端支撑的简支梁，则：

P?1769.08(KN)

由图5.1得出：

P 1?P2?P （5.3）

P1x1?P2x2 （5.4）

式中：P1、P2—压下螺丝对轧辊的力，KN；

x1、x2—危险断面到压下螺丝的距离，mm，x1?640mm，x2?640mm。 由公式联立得出：

P1?884.54(KN) P2?884.54(KN)

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22 页

校核轧辊时，通常对辊身只校核弯曲应力，对于辊颈要校核弯曲应力和扭转应力，对于轴头只校核扭转应力。

1)轧辊辊身强度校核

根据文献[4，128]计算作用于危险断面处的应力：

?D?MDMD （5.5） ??3WDD32式中：MD—作用于辊身危险断面处的弯矩，N·m； D—计算断面处的轧辊直径，mm。 根据文献[4，128]得：

640x?（1280?640）?566105.6(N·m) （5.6） MD?P?(a?x)=1769.08?1280a式中：MD—作用于辊身危险断面处的弯矩，N·m；

a—压下螺丝的中心距，mm；

x—危险断面到压下螺丝的距离，mm。

由公式(5.5)得：

?D?MD?32?D3566105.6?1000=21.00(MPa)

3.14?650332因为是铸铁轧辊，所以根据文献[2，18-50]得：?b?350~400MPa。为了充分

1利用轧机能力，轧辊的许用应力取得比较高，一般取破坏应力的，即安全系数为

55，则：

[?]??bn?350~400?70~80(MPa) （5.7） 5由于?D?[?]，所以辊身强度合格。

2)轧辊辊颈强度校核

对于辊颈来说要计算弯曲和扭转，根据文献辊颈危险断面上的弯曲应力?d为：

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 23 页

?d?MdP?C ?1?3Wd32 ?884.5?42?001000=35.59(MPa) (5.8)

3.14?370332式中：C—压下螺丝中心线至辊身边缘的距离，可近似取为辊径长度的一半，即

C?l，mm； 2 d—辊径直径，mm。

根据文献[4，129]辊颈危险断面上的扭转应力?为：

??MK?16?d3121562.33?1000?12.22(MPa) (5.9)

3.143?37016式中： MK—轴颈危险断面处的扭矩，即为作用在一个工作辊上的最大传动力矩，N·m； d—辊径直径，mm。

辊颈强度要按弯扭合成应力计算。对于铸铁轧辊，则按莫尔理论计算，根据文献得：

???0.375?d?0.625?2d?4?2

=0.375?35.59+0.625?35.592?4?12.222 =56.51(MPa) (5.10) 则???[?]，所以辊颈强度合格。 3)轧辊轴头强度校核

对于传动端轴头只计算扭转应力，则： ??根据文献[2，18-51]得：

[?]?0.7[?]?0.7?(70~80)?49~56(MPa) (5.12) 由于??[?]，所以轴头强度合格。

MD0.2d13=

566105.6?1000=31.06(MPa) (5.11) 30.2?450 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 24 页

5.2轧辊轴承

5.2.1轴承的选择

轧辊轴承是轧钢机工作机座中的重要部件。轧辊轴承是用来支撑转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置。轧辊轴承的工作特点：工作负荷大，转动速度差别大；工作环境恶劣。

轧辊轴承应具有小的摩擦系数，足够的强度和刚度，并便于更换轧辊。轴承所承受力的大小，方向和性质是选择轴承类型的主要依据。根据载荷大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要是线接触，宜用与承受较大的载荷，承载后的变形也小；而球轴承则主要是线接触，适宜用于承受较轻的或中等的载荷。考虑到粗轧机的工作特点，选择滚子轴承。

根据轧辊尺寸和轧机的工作特点选择合适的轴承型号，初选轴承型号为FC5476230。根据文献[5，20-179]得它的基本参数。

表5.1FC5476230轴承的基本参数

主要尺寸/mm

轴承型号

d

D

B

FW

基本额定载荷/KN 动载荷

Cr

静载C0r 4750

FC5476230 270 380 230 298 2140

5.2.2轧辊轴承的计算

轧辊轴承主要计算轴承的寿命。计算轴承的寿命要求符合轴承的实际寿命，必须准确的确定动载荷。当量动载荷与轴承寿命之间的关系，根据文献[6，320]得：

ftCr??10??? Lh? (5.13) ?60n?P??6??式中： Lh—以小时表示的轴承基本额定寿命，h；

n—轴承的转速，r/min, n=82.3(r/min)；

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 25 页

ft—温度系数，这里取ft=0.9； Cr—额定动载荷，N，Cr=2140000(N)；

?—寿命指数，由于是滚子轴承则?=

10； 3P—当量动载荷，N。

计算轧机用四列圆柱滚子轴承时，取轴向载荷为零，则当量动载荷P为：

P?fFFr （5.14） 式中： fF—载荷系数，由于轧机在工作中受振动、冲击和轴承载荷不均匀等诸多因素

的影响，轴承实际载荷要比计算载荷大，根据工况用载荷系数来表示。轧机fF=1.8~3.0，取fF=3.0；

Fr—轴承径向负荷，Fr=884540N。

P?fFFr=3?884540=2653620(N)

则将以上数据代入式得：

ftCr?10?0.9?2140000??10???Lh??=?60?82.3?884540??16720 h 60n?P????66?103?轴承寿命按[Lh]=6000h，Lh >[Lh]，所以轴承满足寿命要求

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 26 页

6机架强度的计算

6.1机架的结构设计

1）机架的主要形式的选择：工作机架的形式有闭口式和开口式两种选用开口式的预应力机架其换辊方便结构较为简单。

2）材料的选择：机架俗称牌坊是轧钢机工作机架的骨架它承受着经轴承座传来的全部轧制力因此要求它具有足够的强度和刚度。轧钢机机架采用ZG35分断铸造用电渣焊焊成一体。也就是说选择材料为钢板后焊接成机架。

3）机架的主要的尺寸：窗口的尺寸窗口是按轴承座及轴承设计的窗口尺寸的尺寸是由机架的形式和轧钢机的尺寸来确定开口式机架窗口的宽度根据轧辊轴径和轴瓦铁的尺寸来确定。设计选宽度为300mm.窗口高度的设计考虑上下辊调隙装置的尺寸加上三个轧辊的直径即可以定于1050 mm.。

4）立柱和横梁的断面的尺寸：机架应具有足够的强度和刚度机架的刚性表示它变形的抗力它与机架立柱断面的尺寸有着密切的联系。

6.2机架的强度计算及校核

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 37 页

8系统的润滑

8.1润滑需要注意的事项

采用干油润滑时注意用于速度较低，经常正，反转和重复短时工作的各种轴承以及采用稀有润滑很难保证可靠密封的零部件

采用稀有润滑是注意用于长期，重载，高速运转的设备。

8.2常用的润滑剂的特点

常用的润滑剂有两种：稀油润滑；干油润滑稀有润滑一般用于要求对摩擦面实行液体或半液体摩擦的地方，以及除了润滑外，还需要冷却，清晰摩擦表面的地方。干油润滑的主要的是减少摩擦以及保护摩擦表面不受腐蚀和防止外来水，氧化铁皮等污染物进入。转速较低或不经常工作的摩擦面，常用干油润滑。

8.3润滑方式的选择

为了保证轧钢机械的安全运转，除了采用各项维护、保养措施外，还须保证各机械摩擦部分有可靠的润滑。轧钢机械润滑的特点：

1. 设备工作时受高温、氧化铁皮的影响，负荷沉重，往往是长时间的连续运转； 2. 设备润滑区域广、面积大、润滑点多、管路长。

1 轧辊轴承的润滑：对于轧辊轴承，采用脂润滑，既方便又便宜。它的密封简单不必经常加换润滑脂，且润滑脂受温度影响不大，对载荷性质、运动速度变化有较大适应范围，因此工作辊轴承采用润滑脂。根据实际工作情况采用2#工业锂基质润滑脂。

2 万向接轴的润滑：万向接轴的滑动面、十字头、轴承等必须保证润滑，一般用2#工业锂基油脂在一般条件下连续运转500小时加油一次，间断运转2个月加油一次。

3减速机的润滑：影响减速器使用寿命的因素，除设计、制造、安装调试、造型等因素外，选用适当的润滑方式和润滑油也是一个重要因素减速机采用浸油润滑，即将齿

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 38 页

轮或其他辅助零件浸于减速机油池内，当其转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将油甩到箱壁上借以散热，而部分油又落入箱内的油沟中去润滑轴承。

结束语

以上就是我对650轧机的设计和计算的过程，在本次毕业设计前期，我阅读了大量有关线材咋记得书籍与论文，并在鞍钢进行了一个月的实习，在实习期间，我学到了书本上学不到的知识，了解了线材轧机的生产工艺流程，在本次的毕业设计中我几乎用到了大学期间所学过的所有的书如《轧钢机械》《材料力学》《理论力学》《机械原理》《机械设计》《机械制图》等。同时还通过阅读网上相关的资料对线材轧机的零件有了更深刻的了解。使我把在书本上学到的理论知识在实践中得到了充分的应用。本次设计是在收集整理了国内外先进的线材轧制设备和技术的基础上，对设计方案进行选择与评价。按照给定的压下规程和相关数据计算轧制力和轧制力矩，并对电机进行了选择与校核。同时又对主要零部件进行了设计和必要的校核。对于传动装置进行了设计，同时也对润滑方式进行了选择。

总而言之，这次毕业设计使我学到了很多知识，提高了我的专业知识技能，对我未来工作的工作都用重要的意义。由于本人的能力有限所掌握的知识和工作经验较少，因此在设计中难免有不足之处，希望各位老师能给与批评和改正。

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致 谢

本次设计在指导老师的辛勤指导下顺利完成了。在此次的设计中我获得许多从书本难以获得的知识,实践能力在此设计中得到了充分地锻炼，各门知识得到了很好的综合训练，不过在此设计中我也有许多的不足之处，独立思考的能力有待进一步的加强。此次的设计是我对大学生活的综合考量，是我参加工作前的一次全面的检查。首先感谢孙艳萍老师为我辛苦地指导，并且在设计的过程中有很多的东西很感谢指导老师给我辛勤的指导耐心的讲解细致入微的纠正错误使我少走了很多的弯路。经过两个多月的设计我的设计基本完成了。通过此次的论文，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎样更好的处理知识和实践相结合的问题。在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。而且要学会与人合作，这样做起事情来就可以事倍功半

由于是第一次独立设计设计中难免有错误和不足。最后我再次感谢老师的指导和帮助。

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 40 页

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dpm5.html