HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

PAGE本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)論文課題名稱(chēng)HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)院

上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目：HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：0910211522專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化任務(wù)起止日期：2013年2月25日至2010年6月28日共18周一、課題的目的與要求：通過(guò)本題目的研究和設(shè)計(jì)，使該學(xué)生得到——市場(chǎng)調(diào)查、資料檢索、機(jī)械設(shè)計(jì)、CAD軟件應(yīng)用、技術(shù)文件撰寫(xiě)等系統(tǒng)的工程師技能的綜合訓(xùn)練。要求按照學(xué)院下發(fā)的“學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)”中的規(guī)定，認(rèn)真完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作二、設(shè)計(jì)的技術(shù)要求與參數(shù)（或論文的主要研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)）：最大軋制力：20000kN軋制力矩：150MPa軋件：Q195Q215Q235工作輥直徑：400mm來(lái)料規(guī)格：1.2-4/700-1250軋機(jī)輥數(shù)：6要求軋機(jī)能自動(dòng)要自動(dòng)咬入軋件三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的具體工作1.根據(jù)工藝要求完成本課題所有力能參數(shù)的計(jì)算2.根據(jù)所得的數(shù)據(jù)完成主要零件的強(qiáng)度計(jì)算，以及相應(yīng)的選材，熱處理的選擇3.根據(jù)計(jì)算以及工藝需要對(duì)零、部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.按畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成所有的計(jì)算以及說(shuō)明，應(yīng)配以必要的插圖5.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四、查閱文獻(xiàn)要求及主要的參考文獻(xiàn)：黃華清《軋鋼機(jī)械》冶金工業(yè)出版社鄒家祥《軋鋼機(jī)械》冶金工業(yè)出版社王邦文《新型軋機(jī)》冶金工業(yè)出版社成大先《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社鄧文英《金屬工藝學(xué)》高教出版社五、進(jìn)度計(jì)劃：2.25~3.8：畢業(yè)實(shí)習(xí)、調(diào)研，收集資料，查閱中外文文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告等工作。3.11～3.22：比較方案，確定方案，完成實(shí)習(xí)報(bào)告，外文翻譯。3.22～6.14：完成計(jì)算及畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）全部?jī)?nèi)容，完成所有圖紙的繪制工作。6.14～6.21：計(jì)算說(shuō)明書(shū)整理、打印，圖紙打印、提交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文等，學(xué)生準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，交光盤(pán)。6.21～6.28：準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師陳建國(guó)13年1月29日教研組主任（審核）年月日HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)摘要：軋鋼設(shè)備主要指完成由原料到成品整個(gè)軋鋼工藝過(guò)程中所使用的機(jī)械設(shè)備。冷軋是生產(chǎn)冷軋板帶鋼材的主要成品工序，其生產(chǎn)的冷軋板帶屬于高附加值的鋼材品種，是汽車(chē)、建筑、家電、食品等行業(yè)所必需的原材料。本次課題中涉及的HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)，是對(duì)HC軋機(jī)的各個(gè)部分經(jīng)過(guò)綜合性的考量、各種方案比較后而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。目的是設(shè)計(jì)出可以改善板型的冷軋機(jī)。在本文中，首先介紹了軋鋼、軋機(jī)及HC軋機(jī)的基本概念，接著分析了課題的目的及完成的目標(biāo)，最后詳細(xì)介紹了1450單架可逆式冷軋機(jī)的軋制力的計(jì)算過(guò)程、軋輥調(diào)整裝置的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算、壓下螺絲螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算和軋機(jī)機(jī)架的強(qiáng)度和變形計(jì)算等等。關(guān)鍵字：冷軋機(jī)；軋制力；軋輥調(diào)整裝置；軋機(jī)機(jī)架。TheMainPartDesignofHCRollingMillAbstract:Rollingequipmentmainlyreferstothecompletionoftherawmaterialstofinishedthewholerollingprocessusedinmachineryandequipment.Thepurposeofthisprocessistogetrequiredshapeandspecificationofthesteel.Thecold-rollingisthemajorprocessofproducingcold-rolledstripsteelswhicharehighvalue-addedproductsandthenecessaryrawmaterialsforautomotive,construction,homeappliances,foodandsomeotherindustries.ThemainpartdesignofHitachiHighCrownControlmillcoveredinthispaperisdevisedthoughacomprehensiveconsiderationandacomparisonofvariousoptions.Thepurposeofthistopicistodesignakindofcoldrollingmillwhichcanimprovetheshapeofthecold-rolledstripsteels.Thepaper,atfirst,introducedthebasicconceptofsteelrolling,steelrollingmillandHCrollingmill.Thenitanalyzedthepurposeandobjectiveofthetopic.Finally,indetail,itintroducedthecalculationprocessofrollingforceof1450single-framereversiblecoldrollingmill,thechoiceaswellasthedesignandcalculationofrolleradjustmentdevice,screwdownandscrewnut,therackstrengthanddeformationofthecoldrollingmillandsomeotherpartsofthecoldrollingmill.KeyWords:coldrollingmill;rollingforce;rolleradjustmentdevice;therack目錄緒論…………………………1軋鋼的概念及其特點(diǎn)…………………1軋制技術(shù)的分類(lèi)及其特點(diǎn)……………1軋鋼機(jī)械的概念………………………1軋鋼機(jī)的分類(lèi)…………1HC軋機(jī)簡(jiǎn)介……………2HC軋機(jī)概述…………………2HC軋機(jī)的結(jié)構(gòu)原理…………2HC軋機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)…………2軋鋼機(jī)及軋鋼技術(shù)發(fā)展概況…………2國(guó)外的發(fā)展情況………………3我國(guó)的發(fā)展情況………………3課題內(nèi)容介紹………………4軋制力能參數(shù)………………4軋制過(guò)程基本參數(shù)……………………5軋制原理基本知識(shí)……………5軋制過(guò)程變形區(qū)及其參數(shù)……………………5絕對(duì)壓下量和相對(duì)壓下量……………………5彈性變形與塑性變形…………5軋制時(shí)接觸弧上平均單位壓力………6平均單位壓力一般表達(dá)式……………………6冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力計(jì)算公式……………8M.D斯通（Stone）方法…………………11軋輥的調(diào)整裝置…………17軋輥調(diào)整裝置的類(lèi)型…………………18電動(dòng)壓下裝置…………18快速電動(dòng)壓下裝置…………18板帶軋機(jī)壓下裝置…………19壓下螺絲及螺母設(shè)計(jì)計(jì)算……………21壓下螺絲……………………21壓下螺絲設(shè)計(jì)計(jì)算…………22壓下螺母……………………24壓下螺母設(shè)計(jì)計(jì)算…………26壓下螺絲的傳動(dòng)力矩及壓下電機(jī)功率計(jì)算………………28軋鋼機(jī)機(jī)架………………30機(jī)架的類(lèi)型……………30閉式機(jī)架……………………30開(kāi)式機(jī)架……………………31機(jī)架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)……………………32軋機(jī)機(jī)架斷面形狀選擇………………34軋機(jī)機(jī)架材料的許用應(yīng)力……………34軋機(jī)機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算……………………35軋機(jī)機(jī)架的變形計(jì)算…………………42軋機(jī)機(jī)架的傾翻力矩計(jì)算……………44傳動(dòng)系統(tǒng)加于機(jī)架上的傾翻力矩…………45水平力引起的傾翻力矩……………………45支座反力及地腳螺栓的強(qiáng)度計(jì)算…………46設(shè)計(jì)參數(shù)匯總……………49小結(jié)………………………50致謝……………51參考文獻(xiàn)………………………52PAGE53HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)1緒論1.1軋鋼的概念及其特點(diǎn)軋鋼是指將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是用軋機(jī)對(duì)鋼錠或鋼坯進(jìn)行壓力加工，以獲得需要的形狀規(guī)格和性能的鋼材過(guò)程。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)率、高品種多、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到更廣發(fā)的應(yīng)用。目前，約有90%的鋼材都是經(jīng)過(guò)軋制成材的。1.2軋制技術(shù)的分類(lèi)及其特點(diǎn)在再結(jié)晶溫度以下的軋制稱(chēng)為冷軋。在再結(jié)晶溫度以上的軋制稱(chēng)為熱軋。冷軋是以熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升，韌塑指標(biāo)下降，沖壓性能將惡化，因此冷軋只能用于簡(jiǎn)單變形的零件。但冷軋的鋼材產(chǎn)品表面質(zhì)量好，粗糙度低，并可根據(jù)需要賦予板帶材各種特殊的表面；冷軋還可獲得熱軋不能生產(chǎn)的極薄帶材；冷軋鋼材尺寸精、厚度均勻、板型平直，性能好，有較高的強(qiáng)度和良好的深沖性能等；冷軋還可實(shí)現(xiàn)高速連軋，因此有很高的生產(chǎn)率。冷軋是生產(chǎn)冷軋板帶鋼材的主要成品工序，其生產(chǎn)的冷軋板帶屬于高附加值的鋼材品種，是汽車(chē)、建筑、家電、食品等行業(yè)所必需的原材料。用熱軋的方法軋制鋼材可以破壞鋼錠的鑄造組織，細(xì)化鋼材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實(shí)，力學(xué)性能得到改善。熱軋的不均勻冷卻會(huì)造成軋制后的鋼材留有殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)鋼材的變形、穩(wěn)定性、抗疲勞性等方面產(chǎn)生不利的作用。此外熱軋的鋼材產(chǎn)品，對(duì)于厚度和邊寬這不好控制。1.3軋鋼機(jī)械的概念軋鋼機(jī)械或軋鋼設(shè)備主要指完成由原料到成品的整個(gè)軋鋼工藝過(guò)程中使用的機(jī)械設(shè)備，一般包括軋鋼機(jī)及一系列輔助設(shè)備組成的若干個(gè)機(jī)組。通常把使軋件產(chǎn)生塑性變形的機(jī)器稱(chēng)為軋鋼機(jī)。軋鋼機(jī)由工作機(jī)座、傳動(dòng)裝置（接軸、齒輪座、減速機(jī)、聯(lián)軸器）及主電機(jī)組成。1.4軋鋼機(jī)的分類(lèi)軋鋼機(jī)按用途可分為開(kāi)坯軋機(jī)、型鋼軋機(jī)、版帶軋機(jī)、鋼管軋機(jī)和特殊軋機(jī)。按軋輥在機(jī)座中的布置形式不同，軋鋼機(jī)可分為具有水平軋輥的軋機(jī)、具有立式軋輥的軋機(jī)、具有水平軋輥和立式軋輥的軋機(jī)、具有傾斜布置軋輥的軋機(jī)以及其他軋機(jī)五大類(lèi)。按軋鋼機(jī)的布置形式分類(lèi)，可分為單機(jī)架式、多機(jī)架順列式、橫列式、連續(xù)式、半連續(xù)式、串列往復(fù)式、布棋式等。軋鋼機(jī)的布置形式是依據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品及軋機(jī)工藝要求來(lái)確定的，機(jī)座排列的順序和數(shù)量的多少，構(gòu)成了不通車(chē)間布局的特點(diǎn)。1.5HC軋機(jī)簡(jiǎn)介1.5.1HC軋機(jī)概述HC軋機(jī)是日本日立與新日鐵公司于70年代初發(fā)明的新型六輥軋機(jī)。HC是英文HighCrownControlMill的簡(jiǎn)稱(chēng)，該軋機(jī)輥系由上下對(duì)稱(chēng)的三對(duì)輥組成，即工作輥、中間輥和支撐輥，其中中間輥可軸向移動(dòng)，并配置液壓彎輥裝置，因此具有很強(qiáng)板形控制能力。目前這種新型軋機(jī)已廣泛應(yīng)用于冷軋、熱軋及平整機(jī)生產(chǎn)中。由于其獨(dú)特的板形控制能力,大壓下率,節(jié)能和適宜軋制硬薄帶鋼等優(yōu)點(diǎn),在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展,到1996年世界各地共安裝了413臺(tái)HC軋機(jī)。1982年我國(guó)開(kāi)始研究HC軋機(jī),第1臺(tái)于1985年試車(chē)成功。目前國(guó)內(nèi)已有HC軋機(jī)達(dá)40臺(tái)。1.5.2HC軋機(jī)的結(jié)構(gòu)原理HC軋機(jī)是在四輥軋機(jī)的上、下工作輥與上、下支承輥之間各增加一個(gè)中間輥，共有六個(gè)軋輥，所以也稱(chēng)為六輥軋機(jī)，兩個(gè)中間輥同時(shí)可沿軋輥軸向相反方向移動(dòng)，移動(dòng)的結(jié)果達(dá)到如下效果：(1)有害接觸區(qū)被消除，故減少了工作輥的撓度，(2)減少了壓力分布的不均勻性；(3)可選用較小的工作輥直徑。另外，HC軋機(jī)使液壓彎輥裝置能更有效地發(fā)揮控制板形的作用，提高了板帶材的橫向厚度精度與板形平直度，避免了四輥軋機(jī)板形控制的局限性，這是板帶軋機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)進(jìn)步。（工作原理見(jiàn)圖1.1）1.5.3HC軋機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)HC軋機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)HC軋機(jī)具有良好的板形控制能力，利用調(diào)整彎輥力及中間輥的軸向位移量，可獲得最佳板形高質(zhì)量帶材；(2)帶材邊部減薄量少，收得率提高，由于HC軋機(jī)中間輥的軸向移動(dòng)，從而可采用直徑比較小的工作輥，使帶材邊部減薄量降低；(3)工作輥可不帶原始凸度，減少了磨輥、換輥次數(shù)及備用輥的數(shù)量；(4)節(jié)約能源：HC軋機(jī)比四輥軋機(jī)能耗降低10％～20％，提高產(chǎn)量和質(zhì)量；(5)HC軋機(jī)可增大道次壓下量從而減少軋制遭次，減少連軋機(jī)機(jī)架數(shù)量。1.6軋鋼機(jī)及軋鋼技術(shù)發(fā)展概況圖1.1HC軋機(jī)工作原理圖1.6.1國(guó)外的發(fā)展情況（1）工藝流程緊湊化、高效化軋鋼的連續(xù)化生產(chǎn)和控軋控冷技術(shù)是20世紀(jì)鋼鐵工業(yè)標(biāo)志性的技術(shù)進(jìn)步。它和氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、精煉、連鑄并列為推動(dòng)鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的三大技術(shù)，為緊湊式生產(chǎn)工藝流程奠定了基礎(chǔ)。（2）高新技術(shù)的應(yīng)用德國(guó)非常重視鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，制定了包括下列內(nèi)容的相關(guān)計(jì)劃：開(kāi)發(fā)新鋼種，生產(chǎn)滿(mǎn)足用戶(hù)要求的新性能材料；開(kāi)發(fā)新的制造設(shè)備，板形自動(dòng)控制，自由規(guī)程軋制，高精度、多參數(shù)在線綜合測(cè)試等，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和成材率及連續(xù)化、自動(dòng)化水平；開(kāi)發(fā)新工藝，簡(jiǎn)化或縮短生產(chǎn)流程；回收利用副產(chǎn)品，如爐渣、泥漿、粉塵；保護(hù)環(huán)境，保護(hù)空氣、水和土壤；節(jié)能，控制CO2排放量；廢鋼循環(huán)使用。軋機(jī)的控制已開(kāi)始由計(jì)算機(jī)模型控制轉(zhuǎn)向人工智能控制，并隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)化，使庫(kù)存率降低，資金周轉(zhuǎn)加快，最終降低成本。1.6.2我國(guó)的發(fā)展情況（1）我國(guó)板帶冷軋機(jī)使用現(xiàn)狀我國(guó)擁有現(xiàn)代化四輥及六輥冷軋機(jī)108臺(tái)，生產(chǎn)能力2100kt/a，二輥冷軋機(jī)約300臺(tái)，生產(chǎn)能力450kt/a，總計(jì)冷軋板帶生產(chǎn)能力2550kt/a;截至2005年底，引進(jìn)軋機(jī)的生產(chǎn)能力為1000kt/a，中國(guó)四輥軋機(jī)的生產(chǎn)能力為2120kt/a，二輥軋機(jī)的生產(chǎn)能力為380kt/a，總計(jì)冷軋板帶生產(chǎn)能力3500kt/a。有自制的輥寬≥800mm的四輥鋁板帶冷軋機(jī)約150臺(tái)，其中1400mm級(jí)的達(dá)65臺(tái)，占總數(shù)的43%;2006年全國(guó)投產(chǎn)的冷軋機(jī)26臺(tái)，形成板帶生產(chǎn)能力725kt/a，是投產(chǎn)能力最多的一年。另外，2006年在建的冷連軋生產(chǎn)線有2條，四輥及六輥單機(jī)架不可逆式冷軋機(jī)13臺(tái)，總生產(chǎn)能力1750kt/a。（2）機(jī)組設(shè)備布置緊湊，總體功能齊全，整機(jī)自動(dòng)化程度提高現(xiàn)代化板帶冷軋機(jī)的軋制形式均為不可逆軋制，配有卷材自動(dòng)運(yùn)輸裝置。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初年設(shè)計(jì)的機(jī)組中，同時(shí)配備了帶卷自動(dòng)測(cè)量和上卷自動(dòng)對(duì)中裝置，可實(shí)現(xiàn)上卸卷的自動(dòng)化操作，使操作強(qiáng)度逐步降低，提高成品率，增加競(jìng)爭(zhēng)能力。（3）軋制速度提高，單機(jī)產(chǎn)能增加前些年的國(guó)產(chǎn)板帶冷軋機(jī)，最大軋制速度由原來(lái)的300m/min提高到近800m/min，隨著板型自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入，最高軋制速度不斷提高，達(dá)到1200m/min，但來(lái)料厚度較大，單機(jī)產(chǎn)量較低，單機(jī)產(chǎn)能由最初的7.5kt/a提高到現(xiàn)在的40kt/a，但軋制速度與國(guó)外相比，仍有一定的差距，單機(jī)產(chǎn)能也有較大差距。（4）整機(jī)國(guó)產(chǎn)化程度提高，設(shè)備維護(hù)方便隨著國(guó)產(chǎn)裝備業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)配套能力進(jìn)一步提高，國(guó)產(chǎn)冷軋機(jī)以前主要靠引進(jìn)的檢測(cè)元件或控制系統(tǒng)逐步被質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國(guó)產(chǎn)元件或系統(tǒng)代替：如厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)（AGC）、帶材自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)（EPC）、X射線測(cè)厚儀、板型自動(dòng)控制系統(tǒng)（AFC）等。同時(shí)，由于國(guó)產(chǎn)化的提高，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用越來(lái)越經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。2課題內(nèi)容介紹HC軋機(jī)主體設(shè)計(jì)，是對(duì)HC軋機(jī)的各個(gè)部分經(jīng)過(guò)綜合性的考量、各種方案比較后而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。主要爭(zhēng)對(duì)軋機(jī)部分力能參數(shù)計(jì)算、機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)、機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及其它零部件設(shè)計(jì)以及計(jì)算，如機(jī)架、壓下裝置的選擇、壓下螺絲和壓下螺母的設(shè)計(jì)等等。在設(shè)計(jì)中要考慮到機(jī)架的選材、加工方法和工藝、熱處理方法以及最后的裝配問(wèn)題。通過(guò)正確的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及不斷的修改認(rèn)證，最終完成對(duì)冷軋機(jī)主體部分的合理的設(shè)計(jì)。3軋制力能參數(shù)軋制壓力、軋制力矩和電動(dòng)機(jī)功率這三個(gè)力能參數(shù)是標(biāo)志軋鋼機(jī)負(fù)荷的主要參數(shù)。在設(shè)計(jì)新型軋鋼機(jī)時(shí)，為了計(jì)算零部件強(qiáng)度必須計(jì)算這些參數(shù)。在合理安排工藝、安全使用設(shè)備以及充分發(fā)揮設(shè)備能力來(lái)滿(mǎn)足擴(kuò)大品種和強(qiáng)化軋制過(guò)程時(shí)，也要正確確定各種具體生產(chǎn)條件下的軋制壓力、軋制力矩和電動(dòng)機(jī)功率。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)新軋機(jī)或在生產(chǎn)中充分發(fā)揮軋鋼機(jī)潛力，精確確定這些參數(shù)是十分必要的。3.1軋制過(guò)程基本參數(shù)3.1.1軋制原理基本知識(shí)在一般的軋制過(guò)程中，軋件只是在一對(duì)工作輥中受到壓力而產(chǎn)生塑性變形。為了便于研究，一般都以簡(jiǎn)單的（即理想的）軋制過(guò)程作為研究的開(kāi)端。具有下列條件的炸制過(guò)程稱(chēng)為簡(jiǎn)單軋制過(guò)程：1）兩個(gè)軋輥都驅(qū)動(dòng)；2）兩個(gè)軋輥直徑相等；3）兩個(gè)軋輥轉(zhuǎn)速相同；4）被軋金屬作等速運(yùn)動(dòng)；5）被軋金屬上除軋輥施加的力以外，無(wú)任何其他作用力；6）被軋金屬的機(jī)械性質(zhì)是均勻的。然而，在軋制時(shí)，要想得到理想的軋制過(guò)程是很難辦到的。3.1.2軋制過(guò)程變形區(qū)級(jí)其參數(shù)變形區(qū)是指軋件在軋制過(guò)程中直接與軋輥相接觸而發(fā)生變形的那個(gè)區(qū)域，如圖3.1所示，其基本參數(shù)為：圖3.1變形區(qū)幾何圖形QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件高度（厚度），mm；QUOTE——軋制前后軋件的平均高度，mm，QUOTE=QUOTEQUOTE——壓下量（絕對(duì)壓下量），mm,QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件寬度，mm；QUOTE、QUOTE——軋制前、后軋件長(zhǎng)度，mm；l——接觸弧水平投影長(zhǎng)度，mm，可近似認(rèn)為QUOTED、R——軋輥直徑、半徑，mm。3.1.3絕對(duì)壓下量和相對(duì)壓下量軋制時(shí)，以絕對(duì)壓下量表示軋件高度方向的變形，即軋制前后軋件高度的差值QUOTE（3-1）絕對(duì)壓下量與軋件原始高度之比值稱(chēng)做相對(duì)壓下量或變形程度，用符號(hào)QUOTE表示，則QUOTE（3-2）3.1.4彈性變形與塑性變形物體在外力或內(nèi)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)去掉使物體發(fā)生變形的力后，變形即行消失，此種變形稱(chēng)為彈性變形。彈性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系可用高次曲線表示：（3-3）式中，為應(yīng)變，為應(yīng)力，E為彈性模數(shù)，K為系數(shù)。在工程運(yùn)用時(shí)，一般忽略高次項(xiàng)，只取第一項(xiàng)為其近似式（3-4）當(dāng)使物體發(fā)生變形的力消失之后，物體仍不能回復(fù)原來(lái)的形狀，所保留下來(lái)的變形稱(chēng)為塑性變形。一個(gè)物體受力后，首先是發(fā)生彈性變形，而后隨著外力增大到一定值之后，變由彈性變形過(guò)渡到塑性變形。所以，在塑性變形中一定有彈性變形存在。3.2軋制時(shí)接觸弧上平均單位壓力3.2.1平均單位壓力一般表達(dá)式圖3.3表示了有前后張力軋制時(shí)軋件變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。在軋制過(guò)程中，軋件在軋輥間承受軋制力而發(fā)生塑性變形。軋件塑性變形時(shí)體積不變，變形區(qū)的軋件在垂直方向產(chǎn)生壓縮，在軋制方向產(chǎn)生延伸，在橫向產(chǎn)生寬展，而延伸和寬展到接觸面上摩擦力的限制，使變形區(qū)中部呈三向壓應(yīng)力狀態(tài)。在有前后張力軋制時(shí)，靠近入口和出口處，由于張力的作用，這兩處金屬呈一向拉應(yīng)力兩向壓應(yīng)力狀態(tài)。圖3.2有前后張力軋制時(shí)軋件變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)在一定的應(yīng)力狀態(tài)下，軋件是否產(chǎn)生塑性變形，必須用塑性方程式來(lái)判別。塑性方程式的簡(jiǎn)化形式為：（3-5）式中－軋件的金屬變形阻力，它只決定于材料種類(lèi)（化學(xué)成分）及變形條件（變形程度、變形溫度、變形速度），而與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)。－最大主應(yīng)力；－最小主應(yīng)力；－表示中間主應(yīng)力的影響系數(shù)。當(dāng)或時(shí)，，當(dāng)時(shí)，，由此可知，中間應(yīng)力影響系數(shù)值在1～1.5范圍內(nèi)變化。板帶軋制時(shí)，取。在軋制時(shí)，為垂直方向主應(yīng)力，近似地可看作軋件與軋輥接觸弧上的單位壓力。為水平方向主應(yīng)力，其大小決定于接觸弧上的摩擦力和前后張力。則為軋件寬展方向的主應(yīng)力。由于各點(diǎn)的、值不同，接觸弧上單位壓力分布不均勻。為了便于計(jì)算，一般均以接觸弧上單位壓力的平均值（平均單位壓力）來(lái)計(jì)算軋制力。平均單位壓力的一般表達(dá)式為：（3－6）式中——應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù)，包括外摩擦、外區(qū)（變形區(qū)以外的金屬）和張力三個(gè)影響因素；——考慮外摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)；——考慮外區(qū)對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)；——考慮張力對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)。在大多數(shù)情況下，外摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響是主要的，而大部分計(jì)算平均單位壓力的理論公式主要是計(jì)算的公式。3.2.2冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力計(jì)算公式冷軋帶鋼軋機(jī)軋制的主要特點(diǎn)是：（1）軋件寬度比厚度大得多冷軋帶鋼軋機(jī)的軋件尺寸更接近于推導(dǎo)理論公式時(shí)所做的假設(shè)，即寬度比厚度大得多，寬展很小，可認(rèn)為是平面變形問(wèn)題。（2）采用大張力軋制冷軋帶鋼一般都采用較大的前后張力軋制，其單位張應(yīng)力一般?。?.3～0.5）。由于采用大張力軋制，因而計(jì)算冷軋平均單位壓力時(shí)，必須考慮張力的影響。根據(jù)上述軋制特點(diǎn)，冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力的一般表達(dá)式(3-7)在計(jì)算冷軋帶鋼軋機(jī)的平均單位壓力時(shí)，還必須考慮以下三個(gè)問(wèn)題：（a）軋輥彈性壓扁的影響由于冷軋帶鋼較薄較硬，因此接觸弧長(zhǎng)上的單位壓力較大，使軋輥在接觸處產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象，加長(zhǎng)了接觸弧的實(shí)際長(zhǎng)度。由于接觸弧長(zhǎng)度的加大，勢(shì)必增強(qiáng)軋輥與軋機(jī)接觸面上摩擦力的影響，從而使單位壓力加大。（b）軋件加工硬化的影響由圖3.3～圖3.5可見(jiàn)，冷軋時(shí)軋件的變形阻力曲線和公式，只與軋件的加工硬化（變形程度）有關(guān)。1－20A；2－10Mn2；3－A2；4－Fe；5－08F；6－A1圖3.3低碳鋼及低合金鋼的變形阻力曲線1―65Mn；2―T12；3―T10；4―T8A圖3.4高碳鋼及彈簧鋼的變形阻力曲線1―1Cr18Ni9T；2―8CrV；3―30CrMnSi；4―25CrMnSiA圖3.5合金鋼的變形阻力曲線因此，冷軋各道次的變形阻力的計(jì)算不僅與本道次的變形程度有關(guān)，而且與退火后在軋制該道次前的各道次的總變形程度有關(guān)。和可分別根據(jù)本道次軋前（入口處）的總變形程度和軋后（出口處）的總變形程度在軋件的變形阻力曲線中求出。和分別為：（3－8）（3－9）式中－退火狀態(tài)坯料的原始厚度；－本道次軋前軋件厚度；－本道次軋后軋件厚度。平均總變形程度用下式計(jì)算，（3－10）式中－系數(shù)，一般??；－系數(shù)，一般取。在選取系數(shù)和時(shí)，與之和必須等于1。一般取，。計(jì)算冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力常用的公式有斯通（M.D.Stone）公式和勃蘭特-福特（D.RBland-H.Ford）公式。在本次課題中，我選用了斯通公式作為計(jì)算冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力的公式。3.2.3M.D斯通（Stone）方法斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計(jì)算問(wèn)題時(shí)，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，以及由于冷軋時(shí)軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著的彈性壓扁現(xiàn)象，近似地將薄板的冷軋過(guò)程看作為平行平板間的壓縮（圖3.7），并假設(shè)接觸表面上的摩擦力符合于摩擦定律。在變形區(qū)內(nèi)作用有法向壓力，摩擦力，及水平應(yīng)力和平均張應(yīng)力。以變形區(qū)內(nèi)小單元體為平衡條件，有（3-11）(3-12)因故（3-13）根據(jù)假設(shè)為滑動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)為u，則（3-14）圖3.6變形區(qū)中單元體應(yīng)力圖把式3-13、3-14帶入式3-12，得（3-15）積分式3-15，得（3-16）假定在軋件的入口和出口斷面上作用有水平張應(yīng)力式中、——入口和出口斷面上實(shí)際張應(yīng)力值。由入口處的邊界條件（當(dāng)）（3-17）帶入式3-16不難求得積分常數(shù)（3-18）再將式3-18帶入式3-16，得（3-19）接著可以求平均單位壓力pm。設(shè)軋件寬度為b，則軋制力為（3-20）平均單位壓力為（3-21）設(shè)=X，則式3-21可寫(xiě)成（3-22）式中，考慮加工硬化時(shí)，；、——軋制前后軋制材料的變形阻力；——考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長(zhǎng)度；——軋件與軋輥間的摩擦系數(shù)，主要根據(jù)軋制條件確定，表3.1、3.2給出的數(shù)據(jù)可作參考；m——考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長(zhǎng)對(duì)單位壓力的影響系數(shù)（或稱(chēng)壓力增加系數(shù)P﹒M﹒F﹒）：根據(jù)赫奇可克公式式中R——軋輥半徑；E——軋輥彈性模數(shù)，對(duì)于鋼軋輥E=2100MPa；γ——泊松比，對(duì)于鋼軋輥γ=0.3；C——常數(shù)，，對(duì)于鋼軋輥mm3/N。將x0代入公式，經(jīng)整理后（3-23）將式3-19代入式3-21經(jīng)過(guò)整理變換后，得（3-24）令=X,則式（3-24）可寫(xiě)為表3.1冷軋低碳鋼時(shí)的摩擦系數(shù)潤(rùn)滑油摩擦系數(shù)無(wú)潤(rùn)滑油0.09煤油潤(rùn)滑0.08乳化液0.05表3.2冷軋時(shí)的摩擦系數(shù)潤(rùn)滑油軋制速度/（QUOTE）乳化液0.140.12～0.10礦物油0.12～0.100.10～0.090.080.06棕櫚油0.080.060.050.03根據(jù)此式以Y為右邊坐標(biāo)、Z為左邊坐標(biāo)、X為中間曲線坐標(biāo)，做成諾模圖，如圖3.7所示。根據(jù)原始條件，可算出Z與Y的數(shù)值，并在圖3.7左、右坐標(biāo)上找到相應(yīng)的兩點(diǎn)，以直線連接之，此直線與圖3.7中間曲線相交即為所求的X值。當(dāng)直線與曲線出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)時(shí)（即得到兩個(gè)X值），此時(shí)需進(jìn)行判別，舍去不合理的，選擇其中一個(gè)合理的X值。根據(jù)圖3.7求得的X值，再由計(jì)算求出m，就可按式3-22計(jì)算出平均單位壓力。圖3.7決定壓扁后接觸弧長(zhǎng)度諾模圖3.2.4平均軋制壓力的計(jì)算步驟及結(jié)果根據(jù)已知條件，要求軋件厚度由3.8mm經(jīng)過(guò)軋制后變?yōu)?.8mm。將這一厚度變化均分為6次軋制過(guò)程，即：3.8mm～3.3mm、3.3mm～2.8mm、2.8mm～2.3mm、2.3mm～1.8mm、1.8mm～1.3mm、1.3mm～0.8mm。本次設(shè)計(jì)的軋機(jī)軋制的軋件材料為Q195、Q215、Q235，如圖3.1所示，以下以第五次軋制計(jì)算為例：設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果軋制前、后總壓縮率(2）根據(jù)ε0、ε1查圖3.3(3)根據(jù)考慮加工硬化的情況，計(jì)算k(4)計(jì)算圖3.7所示諾模圖右側(cè)縱坐標(biāo)Y(5)計(jì)算出圖3.7所示諾謨圖中左側(cè)縱坐標(biāo)值Z(6)根據(jù)圖3.7求X(7)求出平均單位壓力QUOTE(8)求出考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長(zhǎng)QUOTE(9)將此QUOTE值代入式QUOTE后就可以求出軋件與軋輥接觸面積在水平方向的投影QUOTE及軋制力QUOTEQUOTE—軋制前總高度，QUOTE—第五道軋制前高度，QUOTE—第五道軋制后高度QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPa為一常數(shù)，它決定于軋輥的材質(zhì)和尺寸，用下式計(jì)算：－軋輥半徑，；－軋輥彈性模量，對(duì)于剛軋輥；－泊松比，對(duì)于剛軋輥。將和值代入上式，則對(duì)于剛軋輥QUOTEQUOTE查表3-1得QUOTE根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，課題中設(shè)計(jì)的軋機(jī)為單機(jī)架可逆式冷軋機(jī)，故QUOTE將上述計(jì)算得出的各值代入軋輥彈性壓扁前的接觸弧長(zhǎng)度L根據(jù)計(jì)算所得的Z和Y值，在圖3.7左側(cè)和右側(cè)縱坐標(biāo)上找到相應(yīng)的兩點(diǎn)，以直線連接這兩點(diǎn)，此直線與圖3.7中曲線的交點(diǎn)即為所求的X值，X=0.39QUOTE=QUOTE取軋件的軋前軋后平均寬度QUOTE=52.63%QUOTE=65.79%QUOTE=660MPa,QUOTE=720MPak=793.5MPaC=QUOTEY=0.113Z=0.104X=0.39QUOTEMPaQUOTEmmQUOTE=1280mm根據(jù)以上計(jì)算步驟，同理可以求得QUOTE4軋輥的調(diào)整裝置4.1軋輥調(diào)整裝置的類(lèi)型軋輥調(diào)整裝置的作用是：（1）調(diào)整軋輥水平位置，即調(diào)整輥縫，以保證軋件按給定的壓下量軋出所要求的斷面尺寸；（2）調(diào)整軋輥與軋道水平面間的相互位置，在連軋機(jī)上，還要調(diào)整各機(jī)座間軋輥的相互位置，以保證軋線高度的一致（調(diào)整下輥高度）；（3)調(diào)整軋輥軸向位置，以保證軋輥在機(jī)座中對(duì)中及保證有槽軋輥對(duì)準(zhǔn)孔型；（4）在板帶軋機(jī)上調(diào)整軋輥輥型，其目的是減小板帶材的橫向厚度差并控制板形。根據(jù)各類(lèi)軋機(jī)的工藝要求，軋輥調(diào)整裝置可分為：上輥調(diào)整裝置、下輥調(diào)整裝置、中輥調(diào)整裝置、立輥側(cè)壓下調(diào)整裝置和特殊軋機(jī)的調(diào)整裝置。上輥調(diào)整裝置也稱(chēng)壓下裝置，它的用途最廣，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機(jī)上。壓下裝置有手動(dòng)的、電動(dòng)的或液壓的。下輥調(diào)整裝置用在板帶軋機(jī)和三輥型鋼軋機(jī)上，有手動(dòng)的也有電動(dòng)的。其作用是是軋輥對(duì)準(zhǔn)軋制線。中輥調(diào)整裝置用在三輥軋機(jī)上。在中輥固定的軋機(jī)上、中輥用斜鍥手動(dòng)微調(diào)。在下輥固定軋機(jī)上（如三輥勞特軋機(jī)），中輥交替地壓向上輥和下輥。其傳動(dòng)方式有電動(dòng)、液壓及升降臺(tái)聯(lián)動(dòng)等多種形式。立輥調(diào)整裝置設(shè)置在立輥的兩側(cè)，用來(lái)調(diào)整立輥之間的距離，一般都是電動(dòng)的。其結(jié)構(gòu)和電動(dòng)壓下類(lèi)似。4.2電動(dòng)壓下裝置電動(dòng)壓下裝置是最常見(jiàn)的上輥調(diào)整裝置，它通常包括電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器、壓下螺絲、壓下螺母、壓下位置指示器，球面墊塊和測(cè)壓儀等部件。在可逆式板軋機(jī)的壓下裝置中，有的還裝有壓下螺絲回松機(jī)構(gòu)，以處理卡鋼事故。壓下裝置的結(jié)構(gòu)與軋輥的移動(dòng)距離、壓下速度和動(dòng)作頻率等有密切關(guān)系。電動(dòng)壓下裝置一般可分為快速電動(dòng)壓下裝置和板帶軋機(jī)壓下裝置來(lái)兩大類(lèi)。4.2.1快速電動(dòng)壓下裝置快速電動(dòng)壓下裝置，一般用于上軋輥調(diào)節(jié)距離大、調(diào)節(jié)速度快（），以及調(diào)節(jié)精度不高的軋機(jī)上，如多用于除渣機(jī)、板坯軋機(jī)、萬(wàn)能軋機(jī)等?？焖賶合聶C(jī)構(gòu)較多的還是采用臥式電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)軸與壓下螺絲垂直交叉布置，這種形式中常見(jiàn)的布局是圓柱齒輪和蝸輪副聯(lián)合傳動(dòng)壓下螺絲。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠采用普通臥式電動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)較緊湊。在采用球面蝸輪副或平面蝸輪副以后，傳動(dòng)效率顯著提高。如圖4.1所示。1－壓下渦輪副；2－壓下電動(dòng)機(jī)；3－差動(dòng)機(jī)構(gòu)；4－差動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)；5－極限開(kāi)關(guān)；6－測(cè)速發(fā)電機(jī)；7－自整角機(jī)；8－差動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸桿；9－左側(cè)太陽(yáng)輪（傘齒輪）；10－右側(cè)太陽(yáng)輪（傘齒輪）圖4.11700熱連軋四輥可逆粗軋機(jī)壓下裝置傳動(dòng)示意圖快速電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)調(diào)整時(shí)不帶負(fù)荷，即不“帶鋼”壓下。壓下電動(dòng)機(jī)的功率一般均按空載壓下考慮選用。快速電動(dòng)壓下裝置在生產(chǎn)中常遇到兩個(gè)問(wèn)題。一是壓下螺絲的卡鋼堵塞事故。卡鋼時(shí)，軋件對(duì)軋輥的壓力很大，壓下電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。為解決這一問(wèn)題，在一些中厚板軋機(jī)上增設(shè)了回松機(jī)構(gòu)。如圖4.1所示的壓下傳動(dòng)系統(tǒng)，即是利用差動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)回松壓下螺絲，生產(chǎn)中常遇到的另一個(gè)問(wèn)題是壓下螺絲的自動(dòng)旋松問(wèn)題。4.2.2板帶軋機(jī)壓下裝置冷、熱軋板帶軋機(jī)的電動(dòng)壓下速度在0.02～1.0mm/s范圍內(nèi)（有時(shí)，壓下速度也可達(dá)到3mm/s）。由于壓下速度的絕對(duì)值較小，過(guò)去曾稱(chēng)它為“慢速壓下機(jī)構(gòu)”。但是這個(gè)名稱(chēng)并沒(méi)有反映出板帶軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。事實(shí)上，在現(xiàn)代化的高速軋機(jī)上，為實(shí)現(xiàn)帶鋼的厚度自動(dòng)控制，需要壓下機(jī)構(gòu)以很高的速度對(duì)軋輥位置（輥縫）做微量調(diào)整。板帶軋機(jī)的軋件即薄又寬又長(zhǎng)，并且軋制速度快、軋件精度要求高，這些特征使壓下裝置具有以下特點(diǎn)：1）軋輥調(diào)整量較??；2）調(diào)整精度高；3）經(jīng)常的工作制度是“頻繁的帶鋼壓下”。4）必須動(dòng)作快，靈敏度高。5）軋輥平行度的調(diào)整要求嚴(yán)格。六輥軋機(jī)的電動(dòng)壓下大多采用圓柱齒輪－蝸輪副傳動(dòng)或兩級(jí)蝸輪副傳動(dòng)的形式，這兩種傳動(dòng)形式可以有多種配置方案。圖4.2示出了六種配置方案。圖4.2板帶軋機(jī)電動(dòng)壓下裝置配置方案簡(jiǎn)圖圖（4.2－b）是由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)以及蝸輪蝸桿傳動(dòng)的，多用于小型窄帶鋼軋機(jī)；（圖4.2－a、4.2－d、4.2－e）是圓柱齒輪－蝸輪副傳動(dòng)；（圖4.2－c、4.2－f）是兩級(jí)蝸輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)較緊湊，傳動(dòng)比可達(dá)1000～2000。近年來(lái)使用球面蝸輪副和平面蝸輪副，使傳動(dòng)效率和承載能力大大提高，且傳動(dòng)平穩(wěn)使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)對(duì)本次課題的要求的分析，在此次課題中將選用單電機(jī)的板帶軋機(jī)壓下裝置，具體的布置形式見(jiàn)圖4.3所示。1－球形墊塊；2－上支承輥軸承座；3－下壓裝置；4－位置傳感器；5－壓下電機(jī)；6－減速器圖4.31450六輥可逆冷軋機(jī)壓下系統(tǒng)4.3壓下螺絲及螺母設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1壓下螺絲壓下螺絲一般由頭部、本體和尾部三個(gè)部分組成。頭部與長(zhǎng)軋輥軸承座接觸，承受來(lái)自輥頸的壓力和上輥平衡裝置的過(guò)平衡力。為了防止端部在旋轉(zhuǎn)時(shí)磨損并使上軋輥軸承具有自動(dòng)調(diào)位能力，壓下螺絲的端部一般都做成球面形狀，并與球面銅墊接觸形成止推軸承。a―凸形；b―凹形；c―裝配式凹形圖4.4壓下螺絲的止推端部壓下螺絲止推端的球面有凸形和凹形兩種。老式的結(jié)構(gòu)多是凸形（圖4.4－a）這種結(jié)構(gòu)形式在使用時(shí)使凹形球面鑄銅墊承受拉應(yīng)力，因而銅墊易碎裂。改進(jìn)后的壓下螺絲頭部做成凹形（圖4.4－b），這時(shí)，凸形球面銅墊處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，提高了銅墊的強(qiáng)度，增強(qiáng)了工作的可靠性。壓下螺絲頭部也可做成裝配式（圖4.4－c）。增大球面止推軸頸是為了增大端面的摩擦阻力矩，防止螺絲的自動(dòng)旋松。這種結(jié)構(gòu)用在自鎖能力差的初軋機(jī)上。在帶鋼軋機(jī)上，由于“帶鋼壓下”，為了減小壓下電機(jī)功率和增加啟動(dòng)加速度，目前，大多數(shù)用滾動(dòng)止推軸承代替滑動(dòng)的止推銅墊。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（圖4.5）前者主要用于快速壓下裝置；后者主要用于軋制壓力大的軋機(jī)（如冷軋帶鋼軋機(jī)等）。壓下螺絲多數(shù)是單線螺紋，在初軋機(jī)等快速壓下裝置中有時(shí)采用雙線或多線螺紋。壓下螺絲的尾部是傳動(dòng)端，承受來(lái)自電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。尾部斷面的形狀主要有方形、花鍵形和圓柱形三種（圖4.6）。方形尾部四面鑲有青銅滑板，它主要用于快速壓下裝置?；ㄦI形尾部的承載能力大，尾部強(qiáng)度削弱得少，多用在低速、重載的帶鋼軋機(jī)。帶鍵槽圓柱形尾部?jī)H用于輕負(fù)荷的壓下裝置中。a―鋸齒形；b―梯形圖4.5壓下螺絲、螺母的螺紋斷面a―方形；b―花鍵形；c―帶鍵槽圓柱形圖4.6壓下螺絲的尾部（傳動(dòng)端）形狀4.3.2壓下螺絲設(shè)計(jì)計(jì)算壓下螺絲的基本參數(shù)是螺紋部分的外徑和螺距，可按照國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取。壓下螺絲直徑由最大軋制壓力決定。由于壓下螺絲的細(xì)長(zhǎng)比很小，其縱向彎曲可忽略不計(jì)。壓下螺絲最小斷面直徑由下式確定：(4－1)式中－作用在螺絲上的最大軋制力－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)度極限約為，。當(dāng)取安全系數(shù)時(shí)，許用應(yīng)力為。當(dāng)壓下螺絲負(fù)荷很大時(shí)，可采用合金鋼材料，如37SiMn2MoV。為了提高螺紋和樞軸的耐磨性，表面淬火并磨光。由靜強(qiáng)度分析看，壓下螺絲外徑與軋輥的輥頸的承受能力都與各自的直徑平方成正比。而且兩者均受同樣大小的軋制力，于是可以認(rèn)為他們存在著以下的關(guān)系：（4－2）式中－表示壓下螺絲的外徑；－支承輥輥頸直徑。公式中較小的比例系數(shù)用于鑄鐵軋輥；較大的比例系數(shù)用于鑄鋼及鍛鋼軋輥。確定后可根據(jù)自鎖條件求壓下螺絲的螺距（4－3）式中為螺紋升角，按自鎖條件要求，，則（4－4）對(duì)于板帶軋機(jī)，則。在、確定后，可參見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查處其他參數(shù)。壓下螺絲的有效螺紋長(zhǎng)度，擇優(yōu)調(diào)整量及螺母高度來(lái)確定。由螺紋外徑確定出其內(nèi)徑，并進(jìn)行強(qiáng)度校核，即：（4－5）式中－壓下螺絲實(shí)際計(jì)算應(yīng)力；－壓下螺絲所承受的軋制力；－壓下螺絲材料的許用應(yīng)力，，其中為強(qiáng)度極限，為安全系數(shù)，。壓下螺絲的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核，壓下螺絲選合金鋼材料（本次設(shè)計(jì)中選用37SiMn2MoV）。為了提高螺紋和樞軸的耐磨性，表面淬火并磨光。圖4.7壓下螺絲簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1）壓下螺絲最小斷面直徑QUOTE(2)壓下螺絲的外徑d(3)壓下螺絲的螺距t(4)壓下螺絲內(nèi)徑QUOTE(5)壓下螺絲內(nèi)徑QUOTE的強(qiáng)度校核QUOTE=QUOTEQUOTE，得QUOTEQUOTEmm取QUOTE取d=400mm取QUOTEmmQUOTEmm故強(qiáng)度合格4.3.3壓下螺母壓下螺母是軋鋼機(jī)機(jī)座中重量較大的易損零件。國(guó)產(chǎn)1150初軋機(jī)和4200厚板軋機(jī)的壓下螺母重達(dá)1.8t和4.1t。螺母通常用貴重的高強(qiáng)度青銅（ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1）或黃銅（ZHA166-6-3-2）鑄成。采用合理的結(jié)構(gòu)，可以大量節(jié)省有色金屬。圖4.8是壓下螺母的幾種結(jié)構(gòu)形式。整體螺母（圖4.8－a、4.8－b）耗費(fèi)青銅較多，其中雙極的雖比單級(jí)的省銅，但往往不能保證兩個(gè)階梯端面同時(shí)與機(jī)架接觸，因而很少應(yīng)用。整體螺母加工制造較為簡(jiǎn)單，工作可靠，多用在中小軋機(jī)上。加箍的螺母(圖4.8－c、4.8－d)比較經(jīng)濟(jì)，在初軋機(jī)及厚板軋機(jī)上的使用情況證明，其工作性能不亞于整體鑄青銅螺母。a―單級(jí)的；b―雙級(jí)的；c―單箍的；d―雙箍的；e―帶冷卻套的；f―帶鑄青銅芯的鋼螺母；g―兩半合并的；h―帶青銅襯的鋼螺母圖4.8壓下螺母的結(jié)構(gòu)形式為了節(jié)省青銅，近年來(lái)在大型軋機(jī)上廣泛使用組合式螺母。箍圈由高強(qiáng)度鑄鐵鑄成，以H7/m6的過(guò)渡配合套在青（黃）銅的螺母基體上以后，再加工螺母外徑和斷面。當(dāng)采用雙箍時(shí)，則在套上第二個(gè)箍圈以前，必須先車(chē)削第一箍圈的外徑及相應(yīng)的螺母外徑。采用加箍螺母時(shí)，在制造工藝上必須保證箍圈的端面緊密地壓在螺母的臺(tái)階上。高強(qiáng)度鑄鐵（例如KTZ45－5）的彈性模數(shù)與青銅相近，這就能保證在受壓時(shí)，箍圈和螺母本體均勻變形。高強(qiáng)度鑄鐵還有較好的塑性，裝配時(shí)，箍圈不易破裂。這一點(diǎn)灰口鑄鐵是無(wú)法保證的。箍圈不宜采用熱裝配，因?yàn)楣咳鋮s后與螺母的臺(tái)階端面之間會(huì)產(chǎn)生間隙。如果工藝上需要熱裝，則冷卻后應(yīng)再一次將箍圈壓實(shí)。圖4.8－e是有循環(huán)水冷卻的組合式螺母。在出軋機(jī)上的生產(chǎn)實(shí)踐證明，如有循環(huán)水冷卻，則螺母的使用壽命可以延長(zhǎng)1.5～2倍。循環(huán)水從下部進(jìn)入，由上部流出，出口應(yīng)位于入口的正對(duì)面，這樣既保證冷卻水的環(huán)流又符合熱水的自然流向。圖4.8－f是帶青銅芯的鑄鋼螺母。它是在一個(gè)內(nèi)表面有環(huán)形槽及軸向槽的鑄鋼套內(nèi)先澆鑄一層青銅，然后車(chē)制螺紋。螺母外層焊有冷卻水套。這種螺母比較省銅，但鑄銅層不太牢固。據(jù)試驗(yàn)，銅芯與鋼套之間有是有1～1.5mm的間隙，因此，這種形式的落幕很少使用。圖4.8－g是兩半拼合的螺母，是由兩個(gè)青銅半圓環(huán)套用配合螺栓拼合后車(chē)制螺紋而成。當(dāng)澆鑄條件受限制時(shí)，可采用這種形式。圖4.8－h(huán)是帶有青銅襯的鋼螺母。它是上一種螺母的改進(jìn)形式。兩半螺母本體是鋼制的，先車(chē)成具有較薄螺紋的毛坯，然后用電熔法涂上一層青銅襯，最后對(duì)螺紋精加工。這種形式的落幕可節(jié)省大量青銅，但要求經(jīng)常檢查螺母的磨損情況，以防銅襯磨完后將壓下螺絲磨壞。這種螺母可以用在熱軋薄板及冷軋機(jī)上，因?yàn)檫@類(lèi)軋機(jī)的螺母磨損較小。螺母與機(jī)架鏜孔的配合常采用H8/h9或H8/f9級(jí)的動(dòng)配合，主要為了便于拆裝。為了將螺母固定在機(jī)架的鏜孔內(nèi)，常采用壓板裝置。壓板嵌在螺母和機(jī)架的凹槽內(nèi)，用雙頭螺栓或T型螺栓固定（圖4.9）。采用T型螺栓的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)架加工較為容易且不需要加工螺紋孔。壓板槽的位置一般不應(yīng)在機(jī)架橫梁的中間斷面上（雖然加工較為方便），因?yàn)槟抢锸茌^大的彎矩。壓下螺母可用干油或稀油潤(rùn)滑。采用稀油潤(rùn)滑，循環(huán)油從開(kāi)在靠近上端面的徑向油孔送入螺紋，在螺紋孔內(nèi)沿軸向還開(kāi)有油槽，以便潤(rùn)滑油能流入每一圈螺紋。對(duì)于壓下螺絲在螺母中頻繁快速移動(dòng)的軋機(jī)（例如初軋機(jī)）,如果采用稀油潤(rùn)滑，螺母壽命可提高1.5～2倍。4.3.4壓下螺母設(shè)計(jì)計(jì)算壓下螺母的直徑與螺距隨壓下螺絲確定，此外還要確定壓下螺母的高度和外徑。由于壓下螺母用青銅制造，抗擠壓強(qiáng)度較低，故壓下螺母高度應(yīng)按螺紋的擠壓強(qiáng)度來(lái)確定。螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力為：（4－6）式中－壓下螺母中的螺紋圈數(shù)；、－壓下螺絲螺紋的外徑及內(nèi)徑；－壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差。根據(jù)式4－7，先求出壓下螺母螺紋圈數(shù)之后，其高度則為：設(shè)計(jì)時(shí)螺母高度可由下式預(yù)選（設(shè)壓下螺母需用單位壓）：然后再進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核。作用在壓下螺絲上的軋制力通過(guò)壓下螺母與機(jī)架孔的接觸面?zhèn)鹘o了機(jī)架，因此，壓下螺母應(yīng)按其接觸面的擠壓強(qiáng)度來(lái)確定它的外徑，即：（4－7）式中－壓下螺母接觸面上的單位壓力；－壓下螺母上最大作用力；、－壓下螺母外徑及壓下螺絲通過(guò)的機(jī)架橫梁上的孔的直徑；－壓下螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，同樣可先由經(jīng)驗(yàn)公式確定，，然后再按擠壓強(qiáng)度式4－8校核。壓下螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核，本設(shè)計(jì)壓下螺母，采用高強(qiáng)度青銅鑄造（ZQSn8-12）圖4.10壓下螺母簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)壓下螺母高度H(2)壓下螺母中的螺紋圈數(shù)Z(3)壓下螺母的高度校核(4)壓下螺母外徑D(5)壓下螺母的強(qiáng)度校核已計(jì)算得到t=48mm，代入得壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差QUOTE壓下螺絲通過(guò)機(jī)架橫梁上的孔的直徑H=600mm取Z=13壓下螺母高度合格D=640mm強(qiáng)度合格4.3.5壓下螺絲的傳動(dòng)力矩及壓下電機(jī)功率計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲所需的靜力矩也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋之間的摩擦力矩（圖4.11）。其計(jì)算公式是：（4－8）式中－螺紋中徑；－螺紋上的摩擦角，即，為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取，故－螺紋升角，壓下時(shí)用正號(hào)，提升時(shí)用負(fù)號(hào)，，為螺距；－作用在一個(gè)壓下螺絲上的力；－止推軸承的阻力矩；－螺紋摩擦阻力矩。1―壓下螺絲；2―壓下螺母；3―樞軸；4―止推墊塊；5―上軸承圈圖4.12壓下螺絲受力平衡圖對(duì)止推滾動(dòng)軸承（4－10）式中－滾動(dòng)軸承平均直徑；－對(duì)滑動(dòng)止推軸頸可取。作用在一個(gè)壓下螺絲上的力，對(duì)冷軋帶鋼軋機(jī)來(lái)講（4－11）式中－軋制壓力。每個(gè)壓下螺絲的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為（4－12）式中－按公式4－9計(jì)算出的轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲的靜力矩；－電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)；－傳動(dòng)系統(tǒng)總速比；－傳動(dòng)系統(tǒng)總的機(jī)械效率。設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)止推軸承阻力矩QUOTE(2)螺紋摩擦阻力矩QUOTE(3)壓下螺絲阻力矩QUOTE(4)壓下螺絲的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率N滾動(dòng)軸承平均直徑取QUOTE取

QUOTEn=720r/min，i=1.25，η=0.92QUOTE選擇YZR225M-8三相異步電動(dòng)機(jī)，F(xiàn)C=40%5軋鋼機(jī)機(jī)架5.1機(jī)架的類(lèi)型軋鋼機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件，其尺寸及重量最大，機(jī)架牌坊約為機(jī)架重量的70～80%，為工作機(jī)座重量的30～40%，為軋機(jī)主機(jī)列重量的20～25%。軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架因?yàn)橐惺苘堉屏?，所以必須有足夠的?qiáng)度和剛度。根據(jù)軋鋼機(jī)型式和工作要求及結(jié)構(gòu)不同，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開(kāi)式兩種。5.1.1閉式機(jī)架閉式機(jī)架如圖5.1所示，它是一個(gè)整體框架，因?yàn)榫哂休^大的強(qiáng)度和剛度，主要用于大型初軋機(jī)，板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)。對(duì)于板帶軋機(jī)來(lái)說(shuō)，為了提高軋制精度，需要有較高的機(jī)架剛度。對(duì)于某些小型軋機(jī)和線材軋機(jī)，也往往采用閉式機(jī)架，以獲得較好的軋件質(zhì)量。采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥時(shí)，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(zhuān)用的換輥裝置。圖5.1閉式機(jī)架簡(jiǎn)圖5.1.2開(kāi)式機(jī)架開(kāi)式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成圖5.3，它主要用在橫列式新剛軋機(jī)上，其主要優(yōu)點(diǎn)是換輥方便。因?yàn)?，在橫列式軋機(jī)各機(jī)座緊靠在一起，沿軋輥軸向換輥時(shí)困難的，采用開(kāi)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(kāi)式機(jī)架的主要缺點(diǎn)是剛度較差。影響開(kāi)市機(jī)架剛度和換輥速度的主要關(guān)鍵是上蓋的聯(lián)接方式。常見(jiàn)的上蓋聯(lián)接方式有五種。a―螺栓聯(lián)接；b―立銷(xiāo)和斜楔；c―套環(huán)和斜楔聯(lián)接；d―橫銷(xiāo)和斜楔聯(lián)接；e―斜楔聯(lián)接圖5.2開(kāi)式機(jī)架上蓋聯(lián)接方式圖5.2―a是螺栓聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，機(jī)架上蓋（上橫梁）用兩個(gè)螺栓與機(jī)架立柱聯(lián)接。這種聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但因螺栓較長(zhǎng)，變形較大，機(jī)架剛度較低。此外，換輥時(shí)拆裝螺母較費(fèi)時(shí)。圖5.2―b是立銷(xiāo)和斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，其換輥比螺栓聯(lián)接方便。圖5.2―c是套環(huán)和斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，與上述兩種形式相比，取消了立柱和上蓋上的垂直銷(xiāo)孔，用套環(huán)代替螺栓或圓柱銷(xiāo)。套環(huán)的下端用橫銷(xiāo)鉸接在立柱上，套換上端用斜楔把上蓋和立柱聯(lián)接起來(lái)。這種結(jié)構(gòu)換輥較為方便。由于套環(huán)的斷面可大于螺栓或圓柱銷(xiāo)，軋機(jī)剛性有所改善。圖5.2―d是橫銷(xiāo)和斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，上蓋與立柱用橫銷(xiāo)聯(lián)接后，再用斜楔楔緊。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接件變形較小。但是，在楔緊力和沖擊力的作用下，當(dāng)橫銷(xiāo)沿剪切斷面發(fā)生變形后，拆裝較為困難，使換輥時(shí)間延長(zhǎng)。圖5.2―e是斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，與上述各種形式的開(kāi)式機(jī)架相比有以下優(yōu)點(diǎn):1）由于聯(lián)接件數(shù)量少、變形小，使上蓋彈跳值減少。2）聯(lián)接件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接堅(jiān)固。3）機(jī)架立柱橫向變形小，在打緊斜楔后，機(jī)架立柱上部被斜楔和機(jī)蓋止口緊緊擠住，大大減小了立柱的橫向變形。由上可知，斜楔聯(lián)接的開(kāi)式機(jī)架，除了換輥方便外，還具有較高的剛度，故稱(chēng)為半閉口機(jī)架。這種機(jī)架使用效果較好，得到了廣泛應(yīng)用。5.2機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、高度和立柱斷面尺寸。在閉式機(jī)架中，機(jī)架窗口寬度應(yīng)稍大于軋輥?zhàn)畲笾睆?，以便于換輥；而開(kāi)式機(jī)架窗口寬度主要決定于軋輥軸承座的寬度。六輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的1.00～1.15倍。為了換輥方便，換輥側(cè)（操作側(cè)）的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動(dòng)窗口寬5～10mm，亦可表示為（5－1）式中－機(jī)架窗口寬度；－支承輥（軋輥）軸承座寬度，mm－窗口滑板厚度，mm一般取機(jī)架窗口高度主要根據(jù)軋輥?zhàn)畲箝_(kāi)口度、壓下螺絲最小伸出端（至少有2～3扣螺紋長(zhǎng)度），以及換輥等要求確定。（5－2）式中－兩個(gè)（或四個(gè)）軋輥接觸時(shí)，上下軸承座間的最大距離，mm；－安全臼或測(cè)壓元件以及均壓塊的高度，mm；－下軸承座墊板最大開(kāi)口度，mm；－軋輥換輥時(shí)的最大開(kāi)口度，mm；－機(jī)架窗口高度尺寸裕量，通常。對(duì)于六輥軋機(jī)，可?。?－3）式中、、－工作輥、中間輥、支承輥直徑，mm。機(jī)架立柱的斷面尺寸是根據(jù)強(qiáng)度條件確定的。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)度近似地與其直徑平方成正比，故機(jī)架立柱的斷面積與軋輥輥頸的直徑平方有關(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)行機(jī)架強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)軋輥材料和軋鋼機(jī)類(lèi)型，比值可按表5.1選取表5.1機(jī)架立柱斷面積與軋輥輥頸直徑平方的比值軋輥材料軋機(jī)類(lèi)型比值備注鑄鐵0.6～0.8碳鋼開(kāi)坯機(jī)0.7～0.9其他軋機(jī)0.8～1.0鉻鋼六輥軋機(jī)1.2～1.6按支承輥輥頸直徑計(jì)算機(jī)架立柱斷面尺寸對(duì)機(jī)架剛度影響較大。在現(xiàn)代板帶軋機(jī)上，為了提高軋件的軋制精度，有逐漸加大立柱斷面的趨勢(shì)。尺寸位置參見(jiàn)圖5.6簡(jiǎn)化機(jī)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)機(jī)架窗口寬度B機(jī)架窗口高度H(3)立柱斷面尺寸F取s=25mm,操作側(cè)的窗口寬度：B=1400mm傳動(dòng)側(cè)的窗口寬度：B=13950mmQUOTE=5530mm支撐輥軸頸：d=700mmQUOTE操作側(cè)：B=1400mm傳動(dòng)側(cè)：B=13950mmH=5530mm5.3軋機(jī)機(jī)架斷面形狀選擇根據(jù)力矩分配的條件，可以找到機(jī)架斷面形狀選擇的原則。機(jī)架立柱常用的斷面形狀有近似正方形、矩形和工字型三種。在斷面積相同的情況下，工字型斷面和矩形斷面有較大的慣性矩，其抗彎能力較大，適用于寬度較大的二輥軋機(jī)。初軋機(jī)機(jī)架為了固定滑板方便，也經(jīng)常選用工字型斷面。閉式機(jī)架采用慣性矩較大的工字型或矩形斷面立柱，可以減少橫梁上承受的彎曲力矩，使橫梁斷面尺寸減小。對(duì)六輥軋機(jī)用的窄而高的閉式機(jī)架，在水平作用力不大時(shí)，機(jī)架立柱采用近于正方形斷面較為合理。雖然，近似正方形斷面的慣性矩較小，會(huì)增加橫梁的彎曲力矩，但是立柱的彎曲力矩也相應(yīng)的減少。在這種軋機(jī)上，由于立柱高度大于橫梁的長(zhǎng)度，從立柱上省下來(lái)的材料將超過(guò)橫梁所需要的材料，對(duì)于減輕機(jī)架重量還是有利的。故在本次的課題中，機(jī)架的斷面形狀選近似于正方形斷面。5.4軋機(jī)機(jī)架材料的許用應(yīng)力機(jī)架一般采用含碳量為0.25～0.35的鑄鋼，例如ZG270-500，其強(qiáng)度極限=500～600MPa，延伸率。由于機(jī)架式軋機(jī)最重要的部件，必須具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，一般機(jī)架的安全系數(shù)不小于10，對(duì)于ZG270-500，其許用應(yīng)力為：對(duì)于橫梁對(duì)于立柱以上安全系數(shù)是根據(jù)以下原則確定的，即當(dāng)軋輥發(fā)生過(guò)載斷裂時(shí)，機(jī)架不應(yīng)該發(fā)生塑性變形，這時(shí)的許用應(yīng)力可以表示為：（5－4）式中－機(jī)架材料的屈服極限，MPa；－機(jī)架的計(jì)算載荷，即軋制時(shí)軋輥輥頸傳給機(jī)架的軋制力，KN；－軋輥達(dá)到斷裂時(shí)，通過(guò)軋輥輥頸傳給機(jī)架的最大軋制力，KN。為了確保當(dāng)軋輥斷裂時(shí)，機(jī)架而對(duì)不會(huì)產(chǎn)生任何塑性變形，則其正常軋制時(shí)的計(jì)算載荷永遠(yuǎn)應(yīng)小于斷輥時(shí)機(jī)架中產(chǎn)生的最大載荷，是由軋輥輥頸的強(qiáng)度條件來(lái)確定的，對(duì)一臺(tái)軋機(jī)說(shuō)，為定數(shù)，即：（5－5）式中－軋輥材料的強(qiáng)度極限，MPa；－軋輥輥頸處的塑性斷面系數(shù)（），對(duì)圓斷面－軋輥輥身邊緣到壓下螺絲中心線的距離，通常，為輥頸直徑。將和數(shù)值代入式5－5中可得：采用鑄鐵軋輥時(shí)，，；采用鑄鋼軋輥時(shí)，，則。若用式5－4的兩邊分別去除以機(jī)架材料的強(qiáng)度極限，則得：其中，即為機(jī)架的安全系數(shù)。，即軋輥的安全系數(shù)一般取為5。對(duì)于鑄鋼材料一般，所以(5－6)5.5軋機(jī)機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算利用材料力學(xué)的方法進(jìn)行閉式機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般做以下假設(shè)：（1）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(chēng)的，且認(rèn)為框架為自由框架。此時(shí)，機(jī)架沒(méi)有傾翻力矩，機(jī)架底腳不受力。應(yīng)該指出，由于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，活在張力軋制時(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)。只有當(dāng)水平分力較大時(shí)（例如超過(guò)垂直分力的15%），則應(yīng)考慮水平分力的影響。（2）機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線是對(duì)稱(chēng)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）是感性的（一般機(jī)架轉(zhuǎn)角處的剛性都是比較大的），即機(jī)架變形后，機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。根據(jù)這些假設(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(chēng)，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鑄成的自由框架。如將次框架沿機(jī)架窗口垂直中心線剖開(kāi)，則在剖開(kāi)的截面上，作用著垂直力和靜不定力矩（圖5.3）。圖5.3機(jī)架計(jì)算簡(jiǎn)圖及彎曲力矩圖由于機(jī)架左右對(duì)稱(chēng)，所以力矩可由半個(gè)機(jī)架的彈性變形位能求出。此時(shí)，界面的轉(zhuǎn)角等于零，按卡氏定理得（5－7）式中－彈性模數(shù)；－截面與計(jì)算截面間的機(jī)架中性線長(zhǎng)度；－機(jī)架計(jì)算截面上的彎曲力矩；－機(jī)架計(jì)算截面上的慣性矩。在斷面處的彎曲力矩為（5－8）式中－作用于機(jī)架上的垂直力；－垂直力相對(duì)于計(jì)算截面的力臂。力矩的導(dǎo)數(shù)為，（5－9）將式5—8和式5—9代入式5－7，并將常數(shù)取消后，得（5－10）由式5－10，可求出為（5－8）如果機(jī)架簡(jiǎn)化為如圖5.4所示的矩形自由框架，則式5－8中的函數(shù)是簡(jiǎn)單函數(shù)關(guān)系：即對(duì)于機(jī)架橫梁，而對(duì)于立柱，因此，為（5－9）式中－機(jī)架橫梁的中性線長(zhǎng)度；－機(jī)架立柱的中性線長(zhǎng)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。式5－9積分后，得（5－10）圖5.4矩形自由框架彎曲力矩如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時(shí)，則力矩為（5－11）根據(jù)式5－5作力矩圖時(shí)，在立柱上的彎矩為（5－12）將式5－11代入式5－12，則（5－13）由式5－13可看出，減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分的減少立柱中的彎矩。正如前面指出的那樣，這對(duì)于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。對(duì)于鋼板軋機(jī)，一般取為軋制力的一半，即；在求出力矩和后，可用以下公式進(jìn)一步求解機(jī)架的應(yīng)力（圖5.5）。圖5.5閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為(5－14)機(jī)架橫梁外側(cè)的應(yīng)力為(5－15)機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為(5－16)機(jī)架立柱外側(cè)的應(yīng)力為(5－17)式中、－分別為機(jī)架橫梁內(nèi)測(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)；、－分別為機(jī)架立柱內(nèi)測(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)；－機(jī)架立柱截面積。為了簡(jiǎn)化機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算，假設(shè)機(jī)架的上下橫梁慣性矩相等。（見(jiàn)圖5.6）圖5.6機(jī)架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)機(jī)架橫梁上的慣性矩QUOTE(2)機(jī)架立柱上的慣性矩QUOTE(3)機(jī)架橫梁、立柱的中性線長(zhǎng)度QUOTE、QUOTE(4)機(jī)架橫梁上的彎矩QUOTE(5)機(jī)架立柱上的彎矩QUOTE(6)機(jī)架橫梁內(nèi)、外側(cè)的斷面系數(shù)QUOTE、QUOTE(7)機(jī)架立柱內(nèi)、外側(cè)的斷面系數(shù)QUOTE、QUOTE(8)機(jī)架橫梁內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力QUOTE、QUOTE(9)機(jī)架立柱內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力QUOTE、QUOTE根據(jù)平行移軸公式：QUOTE得：QUOTEQUOTE橫梁中性線長(zhǎng)度：QUOTE立柱中性線長(zhǎng)度：QUOTE立柱斷面面積：QUOTE橫梁強(qiáng)度合格立柱強(qiáng)度合格5.6軋機(jī)機(jī)架的變形計(jì)算機(jī)架的彈性變形是由橫梁的彎曲變形和立柱的拉伸變形組成的。由于橫梁的斷面尺寸相對(duì)于橫梁的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)是較大的，在計(jì)算橫梁的彎曲變形時(shí)，應(yīng)該考慮橫向切力的影響。機(jī)架的彈性變形為：(5－18)式中－機(jī)架的彈性變形；－由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；－由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；－由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形。根據(jù)卡氏定理，由彎矩產(chǎn)生的兩個(gè)橫梁的彎曲變形為：(5－19)彎曲力矩及其導(dǎo)數(shù)可用以下公式表示（5-20）經(jīng)積分整理后，式5－19為(5－21)式中—機(jī)架材料的彈性模數(shù)；—橫梁的慣性矩；—橫梁中性軸的長(zhǎng)度；—橫梁上的作用力；—機(jī)架立柱中的力矩。同理，由切力產(chǎn)生的兩個(gè)橫梁的彎曲變形為(5－22)剪力及其導(dǎo)數(shù)可用以下公式表示(5－23)(5－24)經(jīng)積分整理后，式5－22為(5－25)式中—機(jī)架材料的剪切彈性模數(shù)；—橫梁的斷面面積；

—橫梁的斷面形狀系數(shù)，對(duì)于矩形斷面，系數(shù)。機(jī)架立柱的拉伸變形為(5－26)式中—立柱中性軸的長(zhǎng)度；—立柱的斷面面積。求出的機(jī)架變形應(yīng)小于許用值，六輥鋼板冷軋。表5-1常見(jiàn)材料的彈性模量及泊松比設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形QUOTE(2)由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形QUOTE(3)由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形QUOTE(4)校核機(jī)架變形機(jī)架材料為ZG270-500，由表3-1得彈性模量：E=200GPa，由表5-1得，切變模量：G=80GPa；橫梁斷面形狀系數(shù)：K=1.2；機(jī)架變形合格5.7軋機(jī)機(jī)架的傾翻力矩計(jì)算在軋制過(guò)程中，工作機(jī)架的傾翻力矩通常由兩部分組成，即(5－27)式中—機(jī)架的總傾翻力矩；—傳動(dòng)系統(tǒng)加于機(jī)架上的傾翻力矩；—水平力引起的傾翻力矩。5.7.1傳動(dòng)系統(tǒng)加于機(jī)架上的傾翻力矩圖5.7傳到軋輥上的力矩示意圖圖5.7中的為傳動(dòng)裝置傳給各軋輥的力矩，為相鄰機(jī)座傳給軋輥的力矩。由于是單機(jī)架，故都為零。在正常軋制的情況下(5－28)最危險(xiǎn)的情況是輥系中的中間輥的傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生了瞬時(shí)傳動(dòng)間隙以及中間輥從動(dòng)，即，則(5－29)這種情況下，總軋制力矩全部傳給了上下的支承輥，因此傾翻力矩達(dá)到了最大。5.7.2水平力引起的傾翻力矩如圖5.8所示，水平力Q引起的傾翻力矩為(5－30)式中—軋制中心線至軌座間的距離。由軋制速度的變化使軋件產(chǎn)生的慣性力，前、后張力差，以及在穿孔機(jī)上頂桿的作用力，都會(huì)在軋件上作用水平力。在一般情況下，水平力Q是隨著各種軋制工藝條件的改變而變化的，其最大值可按下式計(jì)算(5－31)故(5－32)式中—軋輥直徑。上式中；QUOTE；，得圖5.8水平力Q引起的傾翻力矩5.7.3支座反力及地腳螺栓的強(qiáng)度計(jì)算（1）支座反力的計(jì)算由圖26可知，在傾翻力矩的作用下，工作機(jī)座的兩個(gè)機(jī)架力圖從其兩邊支座中的一個(gè)離開(kāi)。這時(shí)，固定機(jī)架與軌座以及軌座與地基的螺栓顯然承受拉緊力，其值可按下式確定。(5－33)式中—支座間的距離；—工作機(jī)座的重量。同時(shí)兩個(gè)機(jī)架將緊壓到另一個(gè)支座上的力等于(5－34)應(yīng)該注意，為了保證機(jī)架地腳與軌座的配合表面始終不被分開(kāi)，故對(duì)地腳螺栓的預(yù)緊力必須大于。一般為保險(xiǎn)起見(jiàn)，應(yīng)取地腳螺栓總預(yù)緊力為(5－35)每一個(gè)地腳螺栓預(yù)緊力為(5－36)式中－一邊地腳螺栓的個(gè)數(shù)（2）地腳螺栓的強(qiáng)度計(jì)算首先按經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選螺栓直徑。當(dāng)軋輥直徑時(shí)(5－37)當(dāng)軋輥直徑時(shí)(5－38)然后按照強(qiáng)度條件對(duì)地腳螺栓進(jìn)行校驗(yàn)。(5－39)式中—地腳螺栓的最大拉力，??；—地腳螺栓的螺紋內(nèi)徑，mm；—地腳螺栓的許用應(yīng)力，通常?。?、鍛鋼）。設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)果(1)拉緊力QUOTE（2）預(yù)選螺栓直徑d（3)地腳螺栓的最大拉力QUOTE（4）地腳螺栓強(qiáng)度校核QUOTE；QUOTE；QUOTE，由式5-35得由式5-31得，QUOTE，由式5-39，得QUOTE，故地腳螺栓強(qiáng)度合格

6設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表6.1軋機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表軋件材料Q195、Q215、Q235軋件材料厚度1.5～4mm軋件材料寬度800～1280mm軋制成品厚度/寬度0.2～1.2mm最大軋制力19200KN軋制力矩150MPa穿帶速度1