張力輥 畢設(shè)論文 王肖

1、摘 要鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在我國經(jīng)濟的發(fā)展中一直處在主要地位，我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展長期以來都得到國家的重視，我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速，形成了完整的成熟的工業(yè)體系。板帶材是鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的一類重要產(chǎn)品，早已成為國家基建和人民生活中常用的重要物資。伴隨著中國工業(yè)化和經(jīng)濟建設(shè)的進一步深入，對板帶材等鋼鐵產(chǎn)品的需求也愈加強勁。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，板帶材生產(chǎn)目前大部分采用連續(xù)化成卷生產(chǎn)。在帶鋼生產(chǎn)過程中，張力輥(Tension Roll)作為重要組成部分，在板帶材生產(chǎn)線上的作用至關(guān)重要。該設(shè)備在連續(xù)退火機組中使用非常廣泛。張力輥裝置就是用于在連續(xù)帶材生產(chǎn)線上實現(xiàn)張力調(diào)節(jié)的一種設(shè)備。采用張力輥裝置來實現(xiàn)張

2、力調(diào)節(jié)是一項新技術(shù) 。其原理為： 帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處(即包角處)產(chǎn)生摩擦力，以此使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，對機組實現(xiàn)張力控制。在查閱了大量相關(guān)資料和對連退機組及其張力輥相關(guān)設(shè)備進行了系統(tǒng)的了解下，本文中以機械動力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計和材料力學(xué)等知識作為理論基礎(chǔ)，從經(jīng)濟、可靠、實用的角度出發(fā)，對張力輥和壓輥的結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)以及壓下裝置進行了細致的設(shè)計，并對各部分的重點零部件進行了強度校核。關(guān)鍵詞： 張力輥； 鋼鐵； 板帶材AbstractIron and steel industry is a foundation industry of econom

3、y, it acts as a very important role during the development of our country. By the lasting support and guidance of the government, our iron and steel industry develops quickly, a mature industry system has been built up.Board strips is an important class of product in steel industry and had become a

4、common material in the nationals infrastructure and the People's Daily life. Along with the futher development of industrialization and economy construction in China, our country has a strong demand of iron and steel, such as Board strips.With the development of science and technology, now most

5、of the production of board strips use the method of continuously volume production. In the production process, the Tension roller as an important part in the production process of strip, act as an important role in the board strips production line. And the equipment has come to widespread used in th

6、e continuous annealing unit is very extensive.Tension roller device is used in cont as a kind of equipment to realize tension adjustment. And adopt tension roller to realize tension adjust is a new technology. The principle is: Strip bag around tension roller, and at the contact point (namely Angle

7、place) produces friction, so as to make the export tension and entry tension change according to some law ,and the the tension value will change. Then realized the tension control of the whole unit.In a lot of relevant information and access to Continuous Annealing Line and its tension roller relate

8、d equipment, This paper take the knowledge of mechanical dynamics, mechanical principle, mechanical design and material mechanics as its oretical basis, from the economical, reliable and practical point of view, From the angle of economic, reliable and practical. Take a meticulous design to structur

9、e of the tension roller and pressure roller, transmission system and pressing device. And take the key elements of all part into stress test.Key words: Tension Roll； Steel； Steel and Strip目 錄1 緒論11.1 我國鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀11.2 連續(xù)退火技術(shù)的工藝及發(fā)展11.3 板帶材的特點21.3.1 板帶產(chǎn)品的外形、使用特點21.3.2 板帶產(chǎn)品分類及技術(shù)要求21.3.3 板帶產(chǎn)品的生產(chǎn)特點41.3.4 張力輥

10、在板帶材生產(chǎn)中的作用42 張力輥的設(shè)計和研究42.1 設(shè)計參數(shù)42.2 張力輥幾何參數(shù)的設(shè)計計算52.2.1 張力輥直徑的選擇52.2.2 張力放大系數(shù)的確定52.3 張力輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計72.3.1 上輥的幾何參數(shù)及材質(zhì)選用72.3.2 上輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計82.4 壓輥的設(shè)計計算8 2.4.1 壓輥幾何參數(shù)的設(shè)計計算 2.4.2 壓輥壓力的計算3 張力輥傳動系統(tǒng)的設(shè)計113.1 張力輥整體結(jié)構(gòu)設(shè)計113.1.1 定性選電機113.2 電機的選擇123.2.1 張力輥電機功率的確定12 3.2.2張力輥電動機的選型3.3 減速器的選擇123.4 聯(lián)軸器的選擇133.4.1 聯(lián)軸器的分類133.4.2

11、聯(lián)軸器的選擇133.5 軸承的選擇133.5.1 張力輥受力分析133.5.2 張力輥軸承的選擇154 張力輥的強度校核164.1 張力輥的傳動原理及受力分析164.2 張力輥的扭矩及彎矩分析164.2.1 扭矩的確定164.2.2張力輥的剪切力及彎矩計算164.3 張力輥的校核214.3.1 許用應(yīng)力和許用安全系數(shù)的選擇214.3.2 張力輥校核214.4 張力輥有限元分析224.4.1有限元簡介234.4.2張力輥有限元分析23 4.4.3張力輥強度校核24結(jié)束語25參考文獻26致謝271、 緒論1.1、前言各種帶鋼連續(xù)處理機組（如連續(xù)酸洗、退火、各種鍍涂層、精整等機組），對帶鋼的張力都有

12、嚴格的要求，同時合適的帶鋼張力也是保證帶鋼高速同時合適的帶鋼張力也是保證帶鋼高速、穩(wěn)定運行的基本條件, 因此, 本文著重研究保障張力關(guān)鍵設(shè)備 張力輥。近幾年, 盡管國內(nèi)鋼鐵得到了迅猛的發(fā)展,但國內(nèi)高速的、運行平穩(wěn)的機 組絕 大部分是引進的, 而完全國產(chǎn)的這類機組的速度較低, 生產(chǎn)帶鋼品質(zhì)也低, 有些機組無法穩(wěn)定運行、甚至影響帶鋼的板形等等, 這種狀態(tài)的形成與國內(nèi)目前缺少對張力輥等這類設(shè)備的理論和實踐研 究不無關(guān)系。因此, 針對張力輥的研究尤為必要。在設(shè)計張力輥時，首先根據(jù)被處理的材料（材質(zhì)、厚度和寬度等），帶鋼的表面要求、張力要求、運行速度等，確定張力輥的型式，張力輥的輥徑，驅(qū)動張力輥的電機功

13、率及壓輥的設(shè)置，然后是傳動系統(tǒng)的確定，選擇電機、減速器、聯(lián)軸器、軸承和鍵。1.2 、我國鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀目前，我國已成為世界第一產(chǎn)鋼大國，熱軋帶鋼品種在我國鋼鐵工業(yè)中占有極其重要的地位，國內(nèi)各大鋼鐵公司為了盡快占領(lǐng)板帶材市場，紛紛花巨資新建或改造薄板連軋廠，不斷擴大品種范圍及產(chǎn)量。但總體而言，我國熱軋薄板生產(chǎn)、設(shè)計水平與世界先進水平相比仍有一定差距，我們需要不斷了解、掌握熱軋薄板生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝，提升熱軋板帶產(chǎn)品質(zhì)量。板帶材是鋼鐵材料中的重要產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用十分廣泛。熱扎板帶材的退火是板帶材生產(chǎn)中十分重要的輔助環(huán)節(jié)，目前世界上比較先進的退火工藝就是連續(xù)退火技術(shù),它不但比以往的罩式退火

14、技術(shù)提高了速度,退火質(zhì)量還更加好。在連續(xù)退火機組中張力輥必須提供足夠的張力，以保證后續(xù)工序的順利進行，以得到生產(chǎn)所需要的板帶質(zhì)量。1.3 、連續(xù)退火技術(shù)的工藝及發(fā)展帶鋼在直通式爐內(nèi)連續(xù)運行過程中完成的退火工藝稱為連續(xù)退火。連續(xù)退火是相對罩式退火而言的，連續(xù)退火為帶鋼連續(xù)通過退火爐，退火爐無封口，帶鋼不經(jīng)過停留而直接進行卷取的生產(chǎn)方式。在大生產(chǎn)應(yīng)用中，連續(xù)退火應(yīng)用廣泛，連續(xù)退火使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒，同時消除加工硬化和殘留內(nèi)應(yīng)力，鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài)的熱處理工藝。帶鋼的連續(xù)退火研究開始于20世紀(jì)30年代。50一60年代連續(xù)熱處理工藝在鍍錫原板的生產(chǎn)中得到廣泛運用。隨 后，日

15、本采用高溫軋制、高溫卷取工序同退火時過時效處理工序合并的方法，生產(chǎn)深沖用冷軋鋼板獲得成功。1971年 和1972年日本先后建成了兩條連續(xù)退火生產(chǎn)線。到了 80年代連續(xù)退火得到了廣泛應(yīng)用。連續(xù)退火機組的工藝流程為：開卷、焊接清洗活套連續(xù)退火平整、拉矯卷取。連續(xù)退火爐按作業(yè)方式分立式(塔式)與臥式兩 種。塔式退火爐用于每月必須退火1萬t以上的帶鋼 時才是經(jīng)濟的。產(chǎn)量低時，用臥式連續(xù)退火爐較經(jīng)濟， 因為這種爐子投資低、熱量消耗較少。 目前，在生產(chǎn)中運行的有4種工藝:(1)新日鐵公司的NSC一CAPL方法;(2)日本鋼管公司的NKK- CAL方法;(3)川崎公司的KM一CAL方法;(4)比利時公司的N

16、OWAQ方法。它們的不同點在于加熱后的 冷卻方法不同，有水冷、氣冷、輥冷、水一氣復(fù)合冷卻、 輥一氣復(fù)合冷卻、浸冷、噴冷等。各種冷卻方法用來控制冷卻速度，以得到所需組織結(jié)構(gòu)的冷卻帶鋼。4種方法原則上有兩種不同的退火周期。一種是加熱到退火溫度后保溫，冷卻到過時效溫度時再保溫，隨后冷卻到室溫。另一種是加熱到退火溫度后保溫，冷卻到室溫， 再重新加熱到過時效溫度，在此溫度上保溫，最后冷卻 到室溫。對雙相鋼，無需加熱到過時效溫度。用上述兩 種不同退火周期，可生產(chǎn)CQ(商用質(zhì)量)、1洲二(沖壓質(zhì)量)、Dl雙(深沖質(zhì)量)、HS(高強度鋼)和雙相鋼。 連續(xù)退火因周期短、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、設(shè)備投資節(jié)省、占地面積少等優(yōu)

17、點而獲得廣泛發(fā)展。日本1982年建造的帶鋼生產(chǎn)線，將酸洗、冷軋、電解脫脂、退火、 精整等工序合并成一條連續(xù)生產(chǎn)線，成為工藝更先進 的全連續(xù)冷軋帶鋼機組。1.4、板帶材的特點1.4.1、板帶產(chǎn)品的外形、使用特點1）外形特點：板帶產(chǎn)品外形扁平,寬厚比大，單位體積的表面積很大2）使用上的特點: a) 表面積大，故包容覆蓋能力強，在化工、容器、建筑、金屬制品、金屬結(jié)構(gòu)等方面都得到廣泛應(yīng)用b) 可任意剪裁、彎曲、沖壓、焊接、制成各種制品構(gòu)件，使用靈活方便，在汽車、航空、造船及拖拉機制造等部門占有極其重要的地位c) 可彎曲、焊接成各類復(fù)雜斷面的型鋼、鋼管、大型工字鋼等結(jié)構(gòu)件，故稱為“萬能鋼材”。1.4.2

18、、板帶產(chǎn)品分類及技術(shù)要求一般將單張供應(yīng)的板材和成卷供應(yīng)的帶材總稱為板帶1.4.2.1、板帶材產(chǎn)品分類一般分類：1)按材料種類：鋼板鋼帶、銅板銅帶和鋁板鋁帶等2)按產(chǎn)品尺寸規(guī)格：一般可分為厚板（包括中板和特厚板)、薄板和極薄帶材（箔材)三類。我國分類：1）中厚板：厚度在4.0mm以上 (其中420mm者為中板，2060mm者為厚板，60mm以上者為特厚板,特厚板可厚至500mm以上，最寬可達5000mm) 2）薄板：4.00.2mm3）極薄帶鋼（箔材）：0.2mm以下,目前箔材最薄可達0.001mm.1.4.2.2、板帶產(chǎn)品技術(shù)要求對板帶材的技術(shù)要求具體體現(xiàn)為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)板帶材的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)包括：品種

19、(規(guī)格）標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、試驗標(biāo)準(zhǔn)及交貨標(biāo)準(zhǔn)等根據(jù)板帶材用途的不同，對其提出的技術(shù)要求也各不一樣，基于其相似的外形特點和使用條件，其技術(shù)要求歸納起來：“尺寸精確板型好，表面光潔性能高”。（1）尺寸精度要求高尺寸精度主要是厚度精度,因為它不僅影響到使用性能及連續(xù)自動沖壓后步工序，而且在生產(chǎn)中難度最大厚度偏差對節(jié)約金屬影響很大。板帶鋼由于B/H很大，厚度一般很小，厚度的微小變化勢必引起其使用性能和金屬消耗的巨大波動。故在板帶鋼生產(chǎn)中一般都應(yīng)力爭高精度軋制,力爭按負公差軋制（在負偏差范圍內(nèi)軋制，實質(zhì)上就是對軋制精確度的要求提高了一倍，這樣自然要節(jié)約大量金屬，并且還能使金屬結(jié)構(gòu)的重量減輕 ）（2）板型要

20、好板型要平坦，無浪形瓢曲：對普通中厚板，其每米長度上的瓢曲度不得大于l5mm，優(yōu)質(zhì)板不大于10mm，對普通薄板原則上不大于20mm。板帶鋼既寬且薄，對不均勻變形的敏感性特別大，所以要保持良好的板型很不易。板帶愈薄，其不均勻變形的敏感性越大，保持良好板型的困難也就愈大。板型的不良來源于變形的不均，而變形的不均又往往導(dǎo)致厚度的不均，因此板型的好壞往往與厚度精確度也有著直接的關(guān)系（3）表面質(zhì)量要好板帶鋼是單位體積的表面積最大的一種鋼材，又多用作外圍構(gòu)件，故必須保證表面的質(zhì)量無論是厚板或薄板表面皆不得有氣泡、結(jié)疤、拉裂、刮傷、折疊、裂縫、夾雜和壓入氧化鐵皮，這些缺陷不僅損害板制件的外觀，而且往往敗壞性

21、能或成為產(chǎn)生破裂和銹蝕的策源地，成為應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)例如：硅鋼片表面的氧化鐵皮和表面的光潔度就直接敗壞磁性，深沖鋼板表面的氧化鐵皮會使沖壓件表面粗糙甚至開裂，并使沖壓工具迅速磨損，至于對不銹鋼板等特殊用途的板帶，還可提出特殊的技術(shù)要求 （4）性能要好主要包括機械性能、工藝性能和某些鋼板的特殊物理或化學(xué)性能一般結(jié)構(gòu)鋼板：具備較好的工藝性能，例如，冷彎和焊接性能等，而對機械性能的要求不很嚴格甲類鋼鋼板：要保證性能，有一定的強度和塑性重要用途的結(jié)構(gòu)鋼板：要求有較好的綜合性能，除要有良好的工藝性能，甚至除了一定的強度和塑性以外，還要求保證一定的化學(xué)成分，保證良好的焊接性能、常溫或低溫的沖擊韌性，或一

22、定的沖壓性能、一定的晶粒組織及各向組織的均勻性等等特殊用途的鋼板：如高溫合金板、不銹鋼板、硅鋼片、復(fù)合板等，它們或要求特殊的高溫性能、低溫性能、耐酸耐堿耐腐蝕性能，或要求一定的物理性能如磁性)等1.4.3、板帶產(chǎn)品的生產(chǎn)特點（1）板帶材是用平輥軋出，故改變產(chǎn)品規(guī)格較簡單容易，調(diào)整操作方便，易于實現(xiàn)全面計算機控制的自動化生產(chǎn)（2)帶鋼的形狀簡單，可成卷生產(chǎn)，且在國民經(jīng)濟中用量最大，故必須而且能夠?qū)崿F(xiàn)高速度的連軋生產(chǎn)（3）由于寬厚比和表面積都很大，故生產(chǎn)中軋制壓力很大，可達數(shù)百萬至數(shù)千萬牛頓，不僅使軋機設(shè)備復(fù)雜龐大，而且使產(chǎn)品厚、寬尺寸精度和板形控制技術(shù)及表面質(zhì)量控制技術(shù)變得十分困難和復(fù)雜。1.4

23、.4、張力輥在板帶材生產(chǎn)中的作用張力輥作為必不可少的設(shè)備, 在整條生產(chǎn)線上起著為全線提供張力的作用。連續(xù)生產(chǎn)線的帶鋼必須在張力之下運行，張力的最基本作用是保證帶鋼的正常運行，使帶鋼盡可能沿著生產(chǎn)線的中心線運行而不致因走偏而造成邊部刮傷甚至斷帶。 機組各段張力值的建立，是依靠在機組適當(dāng)位置設(shè)置的夾送輥和張力輥實現(xiàn)的。帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處（包角處）產(chǎn)生摩擦力，正是這個摩擦力，使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，對整條機組實現(xiàn)張力控制，因此張力輥是后處理機組連續(xù)運行的重要設(shè)備組成單元1。如何正確地獲得精確的張力值及張力變化規(guī)律，更好地控制張力，使整個機組的張力得到合理的

24、匹配，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低機組的能耗有著重要的意義，因此張力輥的設(shè)計對機組的正常連續(xù)運行顯得尤為重要。2、 張力輥的設(shè)計計算2.1、設(shè)計參數(shù)帶鋼厚度：入口 0.452.3mm 出口 0.452.3mm ； 帶鋼寬度：入口 9001860mm 出口 9001860mm ；單位鋼卷重量（kg/mm）：入口 最大 24 kg/mm，平均 18 kg/mm； 出口 最大 24 kg/mm，平均 18 kg/mm；原料強度：屈服極限 最大 1200Mpa ， 最小 345Mpa； 彈性模量 206Gpa；帶鋼單位張力（）：帶鋼入口單位張力為83；出口單位張力為24.06；帶鋼運行速度：601m/min；

25、2.2、張力輥幾何參數(shù)設(shè)計計算2.2.1、張力輥直徑的選擇張力輥直徑的選擇應(yīng)以帶鋼的最外(或最里)表面沒有達到屈服極限為條件, 這樣帶鋼只產(chǎn)生彈性變形,可以防止帶鋼產(chǎn)生塑性變形(彎曲或伸長)。顯然張力輥輥徑越小, 產(chǎn)生變形就越大, 要保證其變形在彈性范圍之內(nèi), 張力輥的輥徑不能太小, 必須有一定的限制。計算原則:帶鋼纏繞在張力輥上不產(chǎn)生塑性彎曲變形，即按厚帶材繞過張力輥的彎矩小于或等于帶材的彈性極限彎矩計算輥徑。計算公式如下： D = 其中： D ： 張力輥的輥徑 ，單位 mm； h ： 鋼板的厚度 ，單位 mm； E : 帶鋼的彈性模量 ，單位 MPa； ：帶鋼的屈服強度 ，單位 MPa。已

26、知帶鋼的最大厚度為2.3mm，帶鋼的彈性模量為206GPa，帶鋼的屈服強度為345MPa，代入上式得張力輥輥徑為： D=張力輥輥徑的大小取決于被處理帶材的材質(zhì)和最大厚度，輥徑并非越大越好，應(yīng)結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，確定合理的張力輥輥徑。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，最終確定張力輥輥徑D=1300mm。張力輥輥身的長度依據(jù)帶鋼的寬度選取，通常是帶鋼的帶寬加200300mm，帶鋼的寬度為9001860mm，則取張力輥輥身L=2100mm。2.2.2、張力放大系數(shù)的確定張力輥的工作原理是帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處(即包角處)產(chǎn)生摩擦力，以此使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，對機組實現(xiàn)張力控制

27、。張力放大系數(shù)就反映了張力變化規(guī)律。在輥面材質(zhì)和被處理材質(zhì)一定的前提下，即摩擦系數(shù)一定的前提下，包角的大小決定了張力輥的張力放大系數(shù)的大小。所以，在設(shè)計輥子的布置型式時，要考慮輥子的數(shù)量及總包角。張力輥處在“電動狀態(tài)”下工作時，張力輥為主動，即驅(qū)動的張力輥帶動帶鋼運動，如圖2.1所示，入口張力大于出口張力。 圖2.1 “電動狀態(tài)”張力輥示意圖張力放大系數(shù)計算公式： 其中： ：張力輥的入口張力，單位 kn； ：張力輥的出口張力，單位 kn； ：包角處帶鋼與張力輥之間的摩擦系數(shù)；：帶鋼在張力輥上的包角。：張力輥傳動帶鋼，保證帶鋼不打滑可能產(chǎn)生的張力放大倍數(shù)。這是可能產(chǎn)生的放大倍數(shù)，張力輥實際放大能

28、力取決于傳動功率，但是傳動能力超過此范圍也沒有意義。選取0.61860的帶鋼計算，可求得入口和出口張力分別為： 已知張力輥出口張力為93kn，入口張力為27kn，采用鋼輥接觸，摩擦系數(shù)取0.074,。代入公式得： =3.44由此可知，所需的張力輥總包角：16.69 弧度將弧度轉(zhuǎn)化為角度后，可知所需的張力輥總包角=。張力輥的型式一般有二輥式、三輥式、四輥式等。結(jié)合本機組所需的張力輥總包角，以及本機組設(shè)計中帶材入口與出口的位置，確定張力輥的型式為四輥式。輥子布置如圖2.2所示： 圖2.2 輥子布置圖圖中，。2.3、張力輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計張力輥輥身為2100mm，直徑為1300mm，考慮到張力輥直徑較大，

29、為減輕重量同時節(jié)省材料，采用如圖2.2所示的空心輥結(jié)構(gòu)。 圖2.2 張力輥結(jié)構(gòu)圖（1）、A必須為鍛件。常用鋼管的加工方法有鍛造、離心鑄造、焊接、和無縫鋼管等。其中：、鍛造：利用鍛錘的往復(fù)沖擊力或壓力機的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛，常用作生產(chǎn)大型材、開坯等截面尺鋼材寸較大的材料。整體鍛造成型質(zhì)量好、機械性能最佳，但成本較高，一般適用于特殊輥坯制造，如需要表面硬化淬火處理，或采用卷板很難成型的情況下。、離心鑄造：離心鑄造是將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法，離心鑄造的特點是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補縮效

30、果好，鑄件組織致密，機械性能好；鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。因此對某些特定形狀的鑄件來說，離心鑄造是一種節(jié)省材料、節(jié)省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施施。一般用于特殊材料，如不銹鋼、耐熱鋼等熱加工抗力較大材料，或沒有相應(yīng)牌號的板材。但制造成本高，而且需要專門的模具，冶金行業(yè)爐輥多采用此方法制造。、焊接：焊接鋼管是由卷成管形的鋼板以對縫或螺旋縫焊接而成。是最經(jīng)濟、應(yīng)用最廣泛的成型方法。但對于小直徑（<500mm）、板厚（>50m）的套筒有一定局限性，另外由于存在一條貫穿筒身的縱向焊縫，因此對于焊接質(zhì)量要求較高。無縫鋼管：大口徑厚壁無縫鋼管很少生產(chǎn)，

31、而且規(guī)格有限，一般小輥子多借用不同規(guī)格的無縫鋼管。國內(nèi)也有進行擴管生產(chǎn)，但批量小、規(guī)格少、質(zhì)量部穩(wěn)定，成本也接近鍛造。張力輥需要直徑為1300mm的鋼管強度要求較高，為滿足張力輥的尺寸及強度要求，選用鍛造的方式加工鋼管。（2）、對B、C進行正火處理，以細化金屬組織晶粒，消除在鍛、軋后的組織缺陷，改善鋼的機械性能（強度、韌性和塑性）。（3）、采用低氫焊條，在預(yù)熱溫度大于時，焊接B與E，C與D。較其它類型的酸性焊條，低氫焊條有很多優(yōu)點，如有良好的機械性能(特別是焊縫金屬的塑性、韌性及抗時效性能)和抗裂性能。焊接后，對B和E、C和D進行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，并進行磁粉探傷。（4）、對輥面進行表面噴

32、丸處理，然后進行毛化鍍鉻，硬度層t為0.10.03mm，表面粗糙度為4.04.5。、表面噴丸處理：噴丸處理也稱噴丸強化，是減少零件疲勞強度，提高壽命的有效方法之一，噴丸處理就是將高速彈丸流噴射到彈簧表面，使彈簧表層發(fā)生塑性變形，而形成一定厚度的強化層，強化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力，由于彈簧表面壓應(yīng)力的存在，當(dāng)彈簧承受載荷時可以抵消一部分抗應(yīng)力，從而提高彈簧的疲勞強度。、毛化鍍鉻：在各類機組中，諸如張力輥、活套輥、轉(zhuǎn)向輥、糾偏輥等，原本普遍采用包膠輥、無紡布輥或普通光面鍍鉻輥。包膠輥、無紡布輥雖然摩擦系數(shù)大，輥面有一定彈性，但表面耐磨性差，使用壽命短，已不能滿足現(xiàn)在高速連續(xù)生產(chǎn)線的需要，在大多數(shù)場

33、合，正逐漸被毛化鍍鉻輥所取代。普通光輥鍍鉻雖然耐磨性沒有問題，但摩擦系數(shù)小，易造成帶鋼表面擦傷、劃傷，也不能滿足生產(chǎn)需要。毛化鍍鉻輥首先對鋼基表面進行研磨、拋光，基本達到或接近鏡面水平，然后按照使用要求不同進行毛化處理，而后電鍍硬鉻，最終獲得是在光滑表面下，存在一定數(shù)量、深度，是人為處理有一定范圍要求的微坑，最終形成特殊的表面毛化鍍鉻狀態(tài)。 表面經(jīng)過毛化處理后，不但大大增加了輥面的摩擦系數(shù)，輥面與帶鋼貼合更緊密（毛化尖點增加接觸壓強），更重要的是帶鋼在運行過程中，由于微坑存儲氣體的作用，使得帶鋼與輥面之間形成一層保護氣膜（其原理類似于油膜軸承），避免了輥面對鋼帶的擦傷、劃傷，因此，帶鋼表面質(zhì)量

34、要求較高，越應(yīng)采用毛化鍍鉻輥。.2.4、壓輥的設(shè)計計算2.4.1、壓輥幾何參數(shù)的計算 在精整機組中，一般張力輥都加有壓輥，借此可獲得初始張力，還可防止帶鋼在輥子上打滑。打滑會使帶鋼出現(xiàn)（或加?。┡芷?，影響正常生產(chǎn)。 應(yīng)指出，帶鋼在張力輥上出現(xiàn)打滑，與所加壓輥壓力值有關(guān)。不能認為加大壓輥壓力，可以防止打滑，事實恰恰相反，往往減少壓輥壓力可以防止打滑。因此，產(chǎn)生另一種想法，為了防止打滑，建議干脆取消壓輥。實際表明，這種想琺也是不正確的。那么壓輥壓力應(yīng)為何值時，才可防止帶鋼出現(xiàn)打滑呢？下面討論”電動狀態(tài)”下張力輥的受力分析，如圖2.3所示。 圖2.3 帶壓輥的張力輥的受力分析壓輥通過液壓缸提供的液壓

35、力，使其緊緊將板帶材壓在張力輥上。一般輥身尺寸根據(jù)帶鋼的寬度b選取，通常是帶寬加（200300）mm，兩邊再留出安裝軸承和軸承座的尺寸a，便得到壓輥兩軸頸之間的長度l。初步設(shè)計時作簡化處理，認為壓輥的直徑在整個軸線上受到張力輥的反作用力是相等的。壓輥的受力圖2.4所示。壓輥在中點處撓度最大，采用疊加法求解壓輥的變形較為方便。由材料力學(xué)變形公式可得，跨度中點處由載荷圖2.4 壓輥受力簡圖引起的撓度為： 整個均布載荷使跨度中點處產(chǎn)生的撓度應(yīng)為dwc的積分，即： 將 代入上式，有： 則則選取2.4.2、壓輥壓力的計算由于帶鋼與輥子間的摩擦力是由壓輥對帶鋼的壓下力使得帶鋼與張力輥間產(chǎn)生擠壓導(dǎo)致的，而帶

36、鋼的入口張力就是由帶鋼與輥子間的摩擦力提供的。因此壓下力可由摩擦力公式計算得到。 即：在實際工作中取得: 同理可得：。3、 張力輥傳動系統(tǒng)的設(shè)計3.1、張力輥的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 張力輥整體結(jié)構(gòu)包括電動機（4個），減速器（4個），聯(lián)軸器（8個），軸承（12個），張力輥（4個），壓輥（2個），液壓缸（4個）和機架。張力輥整體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 圖3.1 張力輥整體結(jié)構(gòu)圖（1）、張力輥：張力輥為此結(jié)構(gòu)的主要工作部件，工作時，帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處（即包角處）產(chǎn)生摩擦力，正是這個摩擦力使出口張力與入口張力按某種規(guī)律變化，借此改變張力值，實現(xiàn)張力控制。（2）、壓輥：張力輥的壓輥作用就是增加摩擦

37、力的，保證帶鋼和張力輥不打滑。在實際應(yīng)用中，壓輥的作用并不是讓張力輥能傳遞更大的張力，而是用于穿帶，或用來防止帶鋼在換卷時打滑，這是因為再換鋼卷時，張力輥一側(cè)的帶鋼張力變?yōu)榱悖瑝狠佊糜诋a(chǎn)生初壓力。（3）、電動機：電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備，它是利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象制成，分布于各個用戶處，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。在此張力輥設(shè)計中電動機采用單獨轉(zhuǎn)動，即每個張力輥配一個電動機。（4）、減速器：減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)

38、矩的作用，它是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作的需要，選用減速器時應(yīng)根據(jù)工作機的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動力機的性能，經(jīng)濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質(zhì)量，價格等，選擇最適合的減速器。（5）、聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。（6）、軸承：軸承是在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的

39、部件。也可以說，當(dāng)其它機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來降低動力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機件。軸承是當(dāng)代機械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。按運動元件摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。3.2、電動機的選擇3.2.1、張力輥電機功率的確定張力輥組的傳動方案有以下幾種：電機單獨傳動，及每個張力輥各由一個電機單獨傳動。這種傳動方式的機、械設(shè)備較為簡單；從電控角度講，可單獨控制每根張力輥，從而實現(xiàn)張力輥組的速差控制和張力控制兩種控制方式。帶差動機構(gòu)的集中傳動，即采用機械差動機構(gòu)將前后張力輥閉環(huán)聯(lián)接。

40、這種集中傳動方式，輥組間的轉(zhuǎn)速差由差動機構(gòu)補償。它的優(yōu)點是在機組啟動或制動的情況下均能保持轉(zhuǎn)速差的恒定；缺點是由于在每個輥組內(nèi)部各個輥子之間是采用多數(shù)傳動齒輪聯(lián)接的，沒有差動補償裝置，所以會產(chǎn)生扭矩分配不均的現(xiàn)象，同時各個輥子位置的布置受傳動齒輪系的限制，對各輥子的精度要求較高，機械設(shè)備也較復(fù)雜。本設(shè)計方案采用的張力輥傳動方式是電機單獨傳動。由于帶材在每根張力輥上的包角相等，都為，所以每根張力輥的張力放大系數(shù)： 1.36根據(jù)歐拉公式：1號張力輥的傳動力矩：1號張力輥的轉(zhuǎn)速：1號張力輥的電機功率為：同理可得：2號張力輥的電機功率為=189.87kw 3號張力輥的電機功率為=140.29kw 4號

41、張力輥的電機功率為=102.32kw3.2.2、張力輥電動機的選型電動機分交流電動機和直流電動機兩種，由于直流電動機需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，維護比較不便等缺點，因此無特殊要求是不宜采用。冶金行業(yè)生產(chǎn)單位一般為三相交流電源，因此，應(yīng)選用交流電動機，同時交流電動機又分為異步電動機和同步電動機兩類，我國新設(shè)計的Y系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其具有以下優(yōu)點：1、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便； 2、適用于不易然，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上；3、由于起動性能較好，也適用與某些要求起動轉(zhuǎn)矩較高的機械。根據(jù)計算結(jié)果，查電機手冊，選擇的電機型號與技

42、術(shù)參數(shù)如表3.1所示： 表3.1 張力輥電機型號與技術(shù)參數(shù) 電機型號額定功率/kw同步轉(zhuǎn)速/r/min1號張力輥Y355L31515002號張力輥Y315L2-420015003號張力輥Y315L1-416015003號張力輥Y315S-411015003.3、 減速器的選擇ZDY、ZLY、ZSY型外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速器，適用于冶金、礦山、起重運輸、水泥、建筑、化工、紡織、輕工等行業(yè)，所以選擇該類型硬齒面圓柱齒輪減速器。硬齒面圓柱齒輪減速器高速軸不大于1500r/min；齒輪傳動圓周速度不大于20m/s；工作環(huán)境溫度為-40到45，低于0時，啟動前潤滑油要預(yù)熱。傳動部分的傳動比計算公式

43、為： 其中n為電動機的額定轉(zhuǎn)速。則減速器的承載能力受機械強度和熱平衡許用功率兩方面的限制。因此選用減速器必須經(jīng)過以下兩個步驟：（1）選用減速器的公稱輸入功率應(yīng)滿足： 式中 ：機械強度計算功率，kw； ：負載功率，kw； ：工況系數(shù)（及使用系數(shù)）； ：安全系數(shù); :減速器公稱輸入功率，kw1號電機對應(yīng)的減速器：負載功率為250kw，查機械設(shè)計手冊表可選工況系數(shù)為1.5，安全系數(shù)為1.5，代入公式，可得機械強度計算功率為： 傳動比為i=10，工稱轉(zhuǎn)速n=1500r/min，查表可得公稱輸入功率為762kw，可以選擇減速器型號為ZLY 355。（2）校核熱平衡許用功率應(yīng)滿足： 式中 :計算熱功率，k

44、w； ，：減速器熱功率，無冷卻裝置為，有冷卻裝置為； ：環(huán)境溫度系數(shù)； ：載荷功率系數(shù)； ：公稱功率利用系數(shù)。查機械設(shè)計手冊可選，環(huán)境溫度系數(shù)為1.3，載荷功率系數(shù)為1，公稱功率利用系數(shù)為1.25查表：ZLY 355，<,采用盤狀管冷卻時，=435kw，>因此可以選定：ZLY 355-10-減速器，采用油池潤滑，盤狀水管通過水冷卻潤滑油。同理通過計算，查表可以得到2到四號電機對應(yīng)的減速器如表3.2所示： 表3.2 電機所對應(yīng)的減速器電動機機械強度計算功率/kw公稱輸入功率/kw計算熱功率/kw減速器熱功率或/kw減速器型號2號電動機405555292.5330ZLY 315-10-

45、3號電動機300383216.6280ZLY 280-10-4號電動機219284158225ZLY 250-10-3.4、聯(lián)軸器的選擇3.4.1、聯(lián)軸器的分類連軸器是連接兩軸或連接軸與回轉(zhuǎn)件的一個部件，在傳遞運動和動力過程中和軸一同回轉(zhuǎn)不脫開。聯(lián)軸器除具有連接功能外，也可使之具有安全防護等功能。按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對所聯(lián)兩軸間的相對位移缺乏補償能力，但有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，不需維護，成本低等特點而仍有其應(yīng)用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸器，。前一類只具有補償兩軸間相對位移的能力，后一類因裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間

46、的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。3.4.2、聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇主要考慮所需傳遞軸轉(zhuǎn)速的高低、載荷的大小、被聯(lián)接兩部件的安裝精度等、回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、價格等，參考各類聯(lián)軸器的特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點1.所聯(lián)接兩個軸的軸徑；2.傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求；3.聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小，對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器；4.兩軸相對位移的大小和方向，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器；5.聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器比較可靠

47、；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強光等比較敏感，而且容易老化。6. 軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器(例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等)，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動。轉(zhuǎn)矩的計算：由得到的轉(zhuǎn)矩如表3.3所示： 表3.3 各段轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩/N.m轉(zhuǎn)矩/N.m1號電機1753.91號張力輥16216.12號電機12

48、872號張力輥11675.63號電機944.43號張力輥8646.44號電機6934號張力輥6304.8考慮到本設(shè)計中各傳動軸對中性能比較差，傳動轉(zhuǎn)矩較大，而且可能存在沖擊載荷，聯(lián)軸器選用彈性柱銷式聯(lián)軸器。所選的聯(lián)軸器型號如表3.4所示： 表3.4 各段聯(lián)軸器型號聯(lián)軸器型號聯(lián)軸器型號1號電機LZ51號張力輥LZ122號電機LZ52號張力輥LZ123號電機LZ53號張力輥LZ124號電機LZ54號張力輥LZ123.5、軸承的選擇3.5.1、張力輥受力分析對于1號張力輥，可看成帶鋼張力、，壓輥壓力和張力輥所受重力G產(chǎn)生的合力為，對張力輥產(chǎn)生的扭矩為，可以得出合力與張力輥軸承座產(chǎn)生的支持力相平衡，扭

49、矩與電動機扭矩相平衡，根據(jù)圖3.2求合力 圖3.2 1號張力輥的受力分析 ，計算張力的重力時將張力輥輥粗略的視為一個環(huán)形筒，如圖3.3所示： 圖3.3 張力輥簡圖張力輥體積鋼的密度：則張力輥的重力為： 得： 四個力、和G在X、Y軸產(chǎn)生的合力和計算如下：根據(jù)合力得： 同理得：118.65kn 88.8kn 150.13kn3.5.2、張力輥軸承的確定選擇滾動軸承的類型與多種因素有關(guān)，通常根據(jù)下列幾種主要因素： 允許空間。 載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向的聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如徑向載荷大，軸向載荷小，可選用深溝球軸承和內(nèi)外都有擋邊的圓柱滾子軸承，如同時還存在軸或殼體變

50、形大以及安裝對中性差的情況，可選用調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承；如軸向載荷大，徑向載荷小，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承，若同時要求調(diào)心性能，可選推力調(diào)心滾子軸承。 軸承工作速度。 旋轉(zhuǎn)精度。一般機械均可用0級公差軸承。 軸承的剛性。一般滾子軸承的剛性大于球軸承，提高軸承的剛性，可通過“預(yù)緊”，但必須適當(dāng)。 軸向游動。軸承配置通常是一端固定，一端游動，以適應(yīng)軸的熱脹冷縮，保證軸承游動方式，一是可選用內(nèi)圈或外圈無擋邊的軸承，另一種是在內(nèi)圈與軸或者外圈與軸承孔之間采用間隙配合。 摩擦力矩。需要低摩擦力矩的機械（如儀器），應(yīng)盡量采用球軸承，還應(yīng)避免采用接觸式密封軸承。 安裝于拆裝。裝卸頻繁時，

51、可選用分離型軸承，或選用內(nèi)圈為圓錐空的、帶緊定套或退卸套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承。選擇軸承一般根據(jù)機械的類型、工作條件、可靠度要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)定一個適當(dāng)?shù)氖褂脡勖ㄓ霉ぷ餍r表示），在進行額定動載荷和額定靜載荷的計算。（1） 基本額定動載荷計算對于轉(zhuǎn)速較高的軸承（n<10r/min），可按基本額定動載荷計算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)可靠度為90%、軸承材料為常見材料并在常規(guī)條件運轉(zhuǎn)時，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時考慮溫度、振動、沖擊等變化，則軸承基本額定動載荷可按下式進行簡化計算：式中 C:基本額定動載荷計算值，N； P：當(dāng)量動載荷，N； ：壽命因

52、素； ：速度因素； ：力矩載荷因素，力矩較小時=1.5，力矩載荷較大時=2； ：沖擊載荷因素； ：溫度因素； ：軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷，N； ：軸承尺寸及性能表中所列軸徑向基本額定動載荷，N。軸承的基本額定動載荷是在假定的運轉(zhuǎn)條件下確定的。其中載荷條件是：向心軸承僅受純徑向載荷；推力軸承僅受純軸向載荷。實際上，軸承在大多數(shù)應(yīng)用場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷，因此，在進行軸承計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定額定動載荷相一致的當(dāng)量動載荷。當(dāng)量動載荷的一般計算公式為：P=式中 P：當(dāng)量動載荷，N； ：徑向載荷，N； ：軸向載荷，N； X：徑向動載荷系數(shù)： Y：軸向動載荷系數(shù)

53、?？紤]到載荷較大，且主要承受徑向載荷，所以選擇調(diào)心滾子軸承，對于1號張力輥，當(dāng)量動載荷P=250kn，根據(jù)技術(shù)要求查機械手冊表得：壽命系數(shù)=1.54，速度系數(shù)=0.643，力矩載荷系數(shù)=1，沖擊載荷系數(shù)=1，溫度系數(shù)=1。代入公式得：（2） 額定靜載荷的計算對低速旋轉(zhuǎn)或緩慢擺動的軸承，應(yīng)分別計算額定動載荷和額定靜載荷，取其中較大者選擇軸承。額定靜載荷計算公式如下：式中 ：基本額定靜載荷計算值，N； ：當(dāng)量靜載荷，N； ：安全系數(shù)； ：軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，N； ：軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，N。計算得額定靜載荷=1473.5kn。查表可知型號為22244的軸承基本額定動載荷=1170kn，基本額定動載荷=2220kn ，能夠滿足要求。因為1號張力輥所受的