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It is a very important question in the structural designing of short stress path high rigidity rolling mill that whether the bearing chock of the rolling mill can self-align freely and whether the self-aligning pad can come into partial loading status or even into damage because of the bearing chock’s deformation. So it has very important theoretical and practical significance to study the vital structure parameters of the rolling mill. Profiled bar is almost relate to all fields in daily life and all departments in national economy. It takes a very important part in national economy. Using the experience of home and abroad for reference. A new short stress line roll mill is designed . In design optimum of the draughty schedule is used and rolling force and rolling torque are calculated,which is to improve the property of the mill.In the meantime,a thorough research is done about the theory of the mill. Technology design and manufacture of roll. The structure principles and design features of short stress line roll moll.The design adopt some precise calculation formula and provide some full and allurate picture of analysis for and structure. Keywords： rofiled bar；hort stress line roll mill ；thory of deformation IV 第1章 緒論 1.1鋼軋機(jī)的分類 型鋼生產(chǎn)歷史悠久，品種規(guī)格繁多，用途廣泛，在軋鋼生產(chǎn)中占有非常重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)各類形狀的型鋼有 1500 多種，尺寸規(guī)格達(dá) 3900 多個(gè)，在我國(guó)型鋼被廣泛應(yīng)用在能源、交通、農(nóng)田水利、房屋建筑等基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù) 1997 年的統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)型材的比例占鋼材總量的 62.62%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 30%的世界水平。 型鋼軋機(jī)按照其用途及生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格可以分為軌梁大型、中小型及線軋機(jī)三大類。大型軋機(jī)的軋機(jī)形式有萬(wàn)能鋼梁軋機(jī)、橫列式、大型軌梁軋機(jī)、跟蹤式軋機(jī)，中小型軋機(jī)的軋機(jī)形式有橫列式中型軋機(jī)、連續(xù)式中型軋機(jī)、橫列式小型軋機(jī)、半連續(xù)式小型軋機(jī)、連續(xù)式小型軋機(jī)，線材軋機(jī)的軋機(jī)形式有橫列式、半連續(xù)式、連續(xù)式、高速線材軋機(jī)。 1.2線材軋機(jī)的發(fā)展及趨勢(shì) 1.2.1 線材狀況及其發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)中小型型鋼品種包括碳素鋼和低合金鋼的簡(jiǎn)單斷面和異型斷面的型材以及合金鋼的簡(jiǎn)單斷面型材。發(fā)達(dá)國(guó)家中小型型材的比例占鋼材總量的的 6—15%。我國(guó)成品鋼材中，中小型材占 20—30%，其中大部分是小型型材。我國(guó)中小型材生產(chǎn)于發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家相比差距很大，尤其是產(chǎn)品質(zhì)量、品種不能適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)小型材應(yīng)變的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 橫列式軋機(jī)數(shù)量多， 這部分軋機(jī)平均產(chǎn)量低， 大部分形不成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，導(dǎo)致能耗高，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。 （2）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備陳舊，許多軋機(jī)兩火成材，不能與連鑄坯銜接。 （3）原料斷面小，單重低，成材率低。 （4）軋機(jī)設(shè)備水平低，剛度差，產(chǎn)品精度低。 （5）車間綜合裝備水平低，缺乏機(jī)械化和自動(dòng)化。 隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和鋼鐵市場(chǎng)有賣方市場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橘I方市場(chǎng)，由國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)閲?guó)際競(jìng)爭(zhēng)，中小型材產(chǎn)品必須做到高質(zhì)量、高效益，要做到這一點(diǎn)，我們必須充分發(fā)揮已建或在軋機(jī)的作用，在完全消化吸收引進(jìn)設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)前提下，必須加速對(duì)現(xiàn)有橫列式軋機(jī)的技術(shù)改造。 （1）淘汰一批工藝落后、設(shè)備陳舊、形不成規(guī)模、產(chǎn)量低、能耗高、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、成本高、缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力的調(diào)坯軋材的橫列式軋機(jī)。 （2）對(duì)一些具有煉鋼、連鑄設(shè)備的企業(yè)，采用可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)現(xiàn)有軋機(jī)進(jìn)行全面改造，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，采用連鑄坯，一火成材。 （3）對(duì)于那些改造成連軋有困難，但自身?xiàng)l件好，具有特色的調(diào)坯軋材的橫列式軋機(jī)，要提高軋機(jī)的裝機(jī)水平，采用高剛度軋機(jī)，提高產(chǎn)品尺寸精度，降低能耗，并且充分發(fā)揮橫列式軋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)一些特殊斷面、小坯量型材。 （4）小型材軋機(jī)的改造要立足國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造。 中小型型鋼軋機(jī)的產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)：由簡(jiǎn)單斷面型材向高剛度方向發(fā)展，異型斷面型材向輕型薄壁化方向發(fā)展。從軋機(jī)布置形式上，中小型型鋼軋制向著半連續(xù)化、連續(xù)化方向發(fā)展，尤其是小型材生產(chǎn)。從裝備水平上，廣泛采用短應(yīng)力線、高剛度軋機(jī)，并且有的軋機(jī)可以進(jìn)行平、立轉(zhuǎn)換，擴(kuò)大了軋制產(chǎn)品的品種，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 1.2.2 線材生產(chǎn)及其發(fā)展 我國(guó)自 80 年代以來(lái)，線材生產(chǎn)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，線材產(chǎn)量及消費(fèi)量不斷提高，我國(guó)線材產(chǎn)量占鋼材產(chǎn)量的比例及占世界線材總產(chǎn)量的比例比較高。但我國(guó)雖然已是線材生產(chǎn)大國(guó)，但與先進(jìn)國(guó)家仍有很大的差距，主要表現(xiàn)在高速線材的比例低，硬線及合金鋼等高附加值線材比例低，控冷線的比例低，總體質(zhì)量水平低。 我國(guó)目前高線比例僅為 42%，其余均由復(fù)二重式或橫列式軋機(jī)生產(chǎn)。復(fù)二重式或橫列式軋機(jī)工藝技術(shù)落后，產(chǎn)品尺寸精度低，盤重小，規(guī)格少，性能差，耗能高，在冶金生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整中應(yīng)予以淘汰并建高線軋機(jī)代替其生產(chǎn)。線材軋機(jī)的演變是朝著高速、連續(xù)、無(wú)扭、單線、組合結(jié)構(gòu)、機(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展的，用戶對(duì)線材產(chǎn)量、盤重、精度、性能等方面的不斷增長(zhǎng)促進(jìn)了線材軋制的發(fā)展。 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1短應(yīng)力線軋機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 近幾年，在冶金機(jī)械線棒材行業(yè)中，短應(yīng)力線軋機(jī)因具有投資少、見(jiàn)效快、安裝調(diào)整方便、易于操作、軋制廢品少、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，受到軋鋼廠家的普遍歡迎，定貨量呈上升趨勢(shì)。因此對(duì)短應(yīng)力線軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析，對(duì)今后產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造是非常有必要的。短應(yīng)力線軋機(jī)是一種高剛度軋機(jī)，在軋制過(guò)程中，軋制力所引起的內(nèi)力沿各承載零件分布的應(yīng)力回線縮短。該軋機(jī)主要由輥系裝配、輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)、軸向調(diào)整機(jī)構(gòu)、拉桿裝配等組成。 2.1.1 輥系裝配 由于采用了四列短圓柱軸承，其軸承壽命長(zhǎng)，承載能力大，但四列短圓柱軸承只能承受徑向力，不能承受軸向力，故又采用了雙列角接觸球軸承來(lái)承受軸向力，由于四列短圓柱軸承的外圈可以自由脫出，這樣內(nèi)圈就可以事先套在軋輥輥頸上，外圈則可先裝入軸承座內(nèi)，將軸承座推到輥頸上與內(nèi)圈配合，軸承座與軋輥的裝配就變成了軸承本身的自裝配。從該裝配可以看出，軸承和軸承座受力情況好，且由于該軋機(jī)取消了集中載荷的壓下螺絲，采用四列短圓柱軸承，使軸承受力均勻，應(yīng)力降低，故與牌坊式軋機(jī)相比軸承壽命有顯著提高。 2.1.2 軸向調(diào)整機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)是由一軸通過(guò)軸套與萬(wàn)向聯(lián)軸器相連接，進(jìn)行外置式軸向調(diào)整。該機(jī)構(gòu)調(diào)整方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎。 2.1.3 壓下螺母與球面墊 壓下螺母通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)螺釘與軸承座聯(lián)接在一起，即壓下螺母不能相對(duì)于軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓下螺母帶動(dòng)軸承座升降，實(shí)現(xiàn)輥縫的調(diào)整。壓下螺母在所有的零件中受力比較大，且更換不方便，調(diào)整時(shí)與拉桿螺絲相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生摩擦，故選用耐磨材料；但由于它與拉桿相比較，制造簡(jiǎn)單，體積小，所以螺母材料應(yīng)略次于拉桿材料；為防止擠壓面膠合，壓下螺母材料選用鑄造青銅。球面墊與壓下螺母配合調(diào)心起一個(gè)鉸鏈點(diǎn)的作用。當(dāng)軸向調(diào)整軸承座或安裝誤差使拉桿被迫歪斜時(shí)，球面墊允許拉桿有一個(gè)小范圍的擺動(dòng)以減小軸承的邊緣負(fù)荷，提高軸承壽命，球面墊要滿足硬度和表面耐磨性的要求。 2.1.4 輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu) 輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整輥縫的大小。由于調(diào)整行程比較小，且不需要經(jīng)常調(diào)整，所以采用手動(dòng)或液壓馬達(dá)壓下，該裝置采用大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿減速，因此省力，結(jié)構(gòu)緊湊。圖1為輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)原理圖，由一套蝸輪蝸桿帶動(dòng)拉桿旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)輥縫調(diào)整，即四個(gè)蝸輪與一個(gè)長(zhǎng)蝸桿相嚙合，每個(gè)蝸輪又與輥系一個(gè)拉桿以鍵相聯(lián)接，蝸桿軸上安裝有內(nèi)齒圈和外齒軸套兩個(gè)齒形離合器，可以同時(shí)壓下，也可以單側(cè)壓下，選用齒形為花鍵的牙嵌離合器，這種齒形可以傳遞較大的力矩且容易嚙合。壓下機(jī)構(gòu)調(diào)整完畢后，蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能自鎖。從輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)可以看出，由于取消了壓下螺絲，進(jìn)一步縮短應(yīng)力回線，提高了該軋機(jī)的剛度，從而獲得了高精度產(chǎn)品，減少了軋制廢品，提高了軋機(jī)產(chǎn)品成材率。拉桿上、下兩端有旋向相反的T形螺絲起壓下螺絲作用，拉桿上頂端與蝸輪箱配合，下頂端與小底座配合，它聯(lián)接上、下軸承座，代替普通軋機(jī)的牌坊承受軋制力、支承輥?zhàn)蛹皦合聶C(jī)構(gòu)的重量，并且參加壓下傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱調(diào)整。因此，要求拉桿具有較高的強(qiáng)度、剛度和較好的韌性，能承受交變負(fù)荷且要耐磨，故拉桿采用S34Cr2Ni2Mo。采用這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱調(diào)整，保證了軋制線固定不變，從而，使導(dǎo)衛(wèi)裝置的調(diào)整、安裝、維護(hù)都很方便，減少了操作事故和工藝事故，提高了成材率和作業(yè)率。 圖2-1 輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu) 2.1.5 軋輥平衡裝置 由于軸承座及上軋輥的自重使拉桿螺絲與壓下螺母之間產(chǎn)生間隙。此間隙若不消除，則軋鋼時(shí)將在間隙處產(chǎn)生沖擊，影響整個(gè)機(jī)座的剛度，因此必須采用平衡裝置來(lái)平衡上軸承座和上軋輥的重量以消除間隙。 2.2短應(yīng)力線軋機(jī)軋制原理分析 所謂短應(yīng)力線軋機(jī)是泛指應(yīng)力回線縮短了的軋機(jī)，前文已經(jīng)指出影響軋機(jī)剛度的兩個(gè)直接因素是截面尺寸和應(yīng)力線長(zhǎng)度?？吭黾咏孛娉叽鐏?lái)提高剛度，必然導(dǎo)致機(jī)架笨重粗大。合理的途徑是盡量縮短應(yīng)力線，這就是短應(yīng)力線軋機(jī)的原理[8~11]。 圖2-2所示為短應(yīng)力線軋機(jī)和普通軋機(jī)應(yīng)力回線的比較。短應(yīng)力線軋機(jī)是所有軋機(jī)中應(yīng)力線最短的。這種軋機(jī)的應(yīng)力線是緊緊圍繞軋輥輥徑軸承的橢圓形。這是由于取消了壓下螺絲和機(jī)架的結(jié)果，拉桿安裝的與輥徑軸承的外圈極為接近，使W 值很小(圖2-2)，軋機(jī)的配合面是最少的(由于負(fù)荷零件的減少，使得他們之間的配合面也減少了)，軋機(jī)軸承具有較大剛度，所有這些都使軋機(jī)變形量減少，從而保證了軋機(jī)的高剛度。短應(yīng)力線軋機(jī)不采用預(yù)應(yīng)力，沒(méi)有機(jī)架，走短應(yīng)力線、少配合面分散載荷的設(shè)計(jì)思路，使軋機(jī)外觀小巧，加工簡(jiǎn)便，剛度高。避免了靠增加截面尺寸來(lái)提高剛度而導(dǎo)致機(jī)架笨重粗大的不經(jīng)濟(jì)做法。并且短應(yīng)力線高剛度軋機(jī)不需要象預(yù)應(yīng)力軋機(jī)那樣對(duì)機(jī)架等受力零件施加預(yù)應(yīng)力而得到較高的剛度，軋機(jī)結(jié)構(gòu)和操作相對(duì)簡(jiǎn)化，圖2-3為三種軋機(jī)剛度曲線。 圖 2-2普通軋機(jī)與短應(yīng)力線軋機(jī)應(yīng)力回線 圖2-3軋機(jī)剛度曲線 短應(yīng)力線軋機(jī)離線預(yù)裝、預(yù)調(diào)，整體吊裝換輥，可以減少在軋線上換輥與調(diào)試的時(shí)間，提高軋機(jī)作業(yè)率，減少調(diào)試廢品。沒(méi)有笨重的鑄鋼牌坊，設(shè)備加工制造容易，制造周期短。軋機(jī)采用滾動(dòng)軸承，其彈性變形、摩擦系數(shù)、 單位時(shí)間內(nèi)的磨損量遠(yuǎn)比舊式軋機(jī)(大多采用膠木瓦軸承)小， 產(chǎn)品精度、工作穩(wěn)定程度均大于膠木瓦軸承。短應(yīng)力線軋機(jī)所用滾動(dòng)軸承和十字軸式萬(wàn)向連軸器(或尼龍棒接軸、弧形齒輪軸等)，比舊式軋機(jī)的膠木瓦與梅花軸套傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音小，更適合于高速傳動(dòng)。此外，滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，主電機(jī)啟動(dòng)電流與工作電流小，電耗低，也是短應(yīng)力線軋機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)。 1.3短應(yīng)力線軋機(jī)總體方案 短應(yīng)力線軋機(jī)的主要設(shè)備是由一個(gè)或數(shù)個(gè)主機(jī)列組成的。短應(yīng)力線軋機(jī)的主機(jī)列是由原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成的。 （1）工作機(jī)座：工作機(jī)座為短應(yīng)力線軋機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由軋輥及其軸承軋輥的調(diào)整機(jī)構(gòu)和上軋輥的平衡機(jī)構(gòu)，引導(dǎo)軋件的軋件進(jìn)入軋輥用的導(dǎo)裝置，工座機(jī)座的機(jī)架及支撐機(jī)座并把機(jī)座固定在地基上用的軌零、部件的和機(jī)構(gòu)組成。 （2）傳動(dòng)裝置：聯(lián)軸器：聯(lián)軸器包括電機(jī)聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器，電機(jī)聯(lián)軸器用來(lái)連接電動(dòng)機(jī)與減速器的主動(dòng)齒輪軸；而主聯(lián)軸器則用來(lái)連接減速器與機(jī)輪機(jī)座的傳動(dòng)軸，既自減速器將轉(zhuǎn)矩傳至齒輪機(jī)座的主動(dòng)齒輪。 減速器：在短應(yīng)力線軋機(jī)中減速器的作用將電動(dòng)機(jī)較高的轉(zhuǎn)速變成軋機(jī)所需的轉(zhuǎn)速，因而可以在主傳動(dòng)中選用價(jià)格較底的高速電動(dòng)機(jī)。確定是否采用減速器的一個(gè)重要條件，就是比較減速器及其摩擦損耗的費(fèi)用是否低于低速電機(jī)的與高速電機(jī)的之間的差價(jià)，一般情況下，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于200—250轉(zhuǎn)/分才采用減速器。短應(yīng)力線軋機(jī)轉(zhuǎn)速小于200轉(zhuǎn)/分，因而采用減速器。 采用減速器時(shí)，根據(jù)傳動(dòng)比的大小選用一級(jí)（傳動(dòng)比i小于等于8）二級(jí)（傳動(dòng)比等于8—40）或三級(jí)（傳動(dòng)比i大于40）減速器。與這些減速器相對(duì)應(yīng)的軋輥速度分別為200-250轉(zhuǎn)/分，40—50轉(zhuǎn)/分，以及10—15轉(zhuǎn)/分。 連接軸：短應(yīng)力線軋機(jī)齒輪機(jī)座，減速器或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力矩，都是通過(guò)連接軸傳遞給軋輥的。設(shè)計(jì)采用橫列式布置軋機(jī)，一個(gè)工作機(jī)座的軋輥是通過(guò)連接軸傳動(dòng)的。短應(yīng)力線軋機(jī)采用的連接軸有萬(wàn)向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和齒輪接軸等。 設(shè)計(jì)的短應(yīng)力線軋機(jī)采用梅花接軸它常用在橫列式軋機(jī)上。 飛輪：設(shè)計(jì)的是一個(gè)飛輪裝置在減速器的小齒輪軸上。它的作用是在通過(guò)軋輥與軋輥空轉(zhuǎn)時(shí)，作動(dòng)蓄能器以均衡傳動(dòng)負(fù)荷；既軋輥空轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪加速，積蓄能量；而軋件通過(guò)時(shí)，飛輪減速。放出能量，幫助軋制。 齒輪機(jī)座：其用途是傳遞轉(zhuǎn)矩給工作輥，設(shè)計(jì)采用三個(gè)直徑相等的圓柱形人字齒輪在垂直面排成一排，裝在密閉的箱體內(nèi) （3）電動(dòng)機(jī)的選擇：短應(yīng)力線軋機(jī)的電動(dòng)機(jī)的形式的選擇與短應(yīng)力線軋機(jī)的工作制度有著緊密的聯(lián)系。設(shè)計(jì)的短應(yīng)力線軋機(jī)是軋制速度不需要調(diào)節(jié)的不可逆式短應(yīng)力線軋機(jī)，采用異步電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)主要用在有劇烈尖峰負(fù)荷的軋機(jī)上，為了減少電動(dòng)機(jī)的容量，有時(shí)裝有飛輪，異步電動(dòng)機(jī)投資費(fèi)用較底，在小形短應(yīng)力線軋機(jī)上很適合。 （4）短應(yīng)力線軋機(jī)的工作制度：一般中小形短應(yīng)力線軋機(jī)的工作制度可以分為：不可逆式的，可逆式的與帶張力軋制等幾種方式 設(shè)計(jì)采用不可逆軋機(jī)的工作制度，在這種工作制度下，每個(gè)軋輥的方向不變?cè)伒霓D(zhuǎn)速為不可變的。 三輥短應(yīng)力線軋機(jī) 二輥短應(yīng)力線軋機(jī) 圖2-5軋機(jī)的工作制度 短應(yīng)力線軋機(jī)的總體布局 短應(yīng)力線軋機(jī)的主要設(shè)備由一列主機(jī)列，此軋機(jī)的總體布局基本上與主機(jī)列一致，結(jié)構(gòu)如下： 主機(jī)列三個(gè)基本部分組成，主電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)械，工作機(jī)座。 設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)裝置由齒輪機(jī)座，減速器，聯(lián)軸器，接軸組成，在電機(jī)與減速器之間用飛輪連接，在齒輪機(jī)座與減速器之間是用飛輪連接。在齒輪機(jī)座與減速器用安全聯(lián)軸器。因以上中除安全聯(lián)軸外，均在主機(jī)列中給以介紹，現(xiàn)對(duì)安全聯(lián)軸器作以介紹。 安全聯(lián)軸器：一般帶有飛輪的軋機(jī)，都有安全聯(lián)軸器。當(dāng)軋機(jī)上的轉(zhuǎn)矩超過(guò)額定的轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)軸器能夠分開(kāi)，保護(hù)軋機(jī)的零部件，使之免受損壞。 工作機(jī)座為兩個(gè)三輥工作機(jī)座和一個(gè)二輥工作機(jī)座，總體結(jié)構(gòu)如圖： 圖2-6短應(yīng)力線軋機(jī)總裝圖 1-主電機(jī) 2-聯(lián)軸器3-減速器4-安全聯(lián)軸器5-齒輪機(jī)座 6-梅花萬(wàn)向接軸聯(lián)軸器 7-工作機(jī)座8-梅花接軸 第3章 總體參數(shù)計(jì)算 3.1軋制平均單位壓力的確定 在軋制的過(guò)程中，軋件在軋輥見(jiàn)承受軋制壓力的作用而發(fā)生塑性變性，由于軋件塑性變形時(shí)的體積不變。因此變形區(qū)的軋件在垂之方向上產(chǎn)生壓扁，在軋件方向上產(chǎn)生延伸，大量的實(shí)驗(yàn)資料證實(shí)，開(kāi)坯，型鋼，線材軋機(jī)的軋制壓力，采用S。愛(ài)克隆德公式計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近。 愛(ài)克隆德公式的適用范圍：軋制溫度高于800度，軋制材質(zhì)為炭鋼，軋制速度不大于20米/秒。 在愛(ài)克隆德的公式中，軋制的單位不僅是軋件機(jī)械性能的函數(shù)，而且是變形速度、摩擦系數(shù)、接觸弧長(zhǎng)和軋件平均高度之比的函數(shù)，軋制平均單位壓力由三部分組成：　　 =++ (kg/) Ｋ值:Ｋ為軋件在軋制溫度t度下的單向靜壓縮時(shí)的單位變形阻力，計(jì)算公式為: =(14-0.01) (kg/) 式中 　　　——軋制溫度； ——軋件的化學(xué)成分，計(jì)算公式為： =1.4+C+0.3Cr+Mn 其中 　　C為百分含量； 　　Mn為百分含量； ?　　Cr為百分含量。 軋制的材料設(shè)為A3鋼，則C取0.3 W=1.4+0.3=1.7帶入K式中為 =（14-0.01×1000）×1.7=6.8（ kg/) 值：值為變形速度引起的變形阻力，其計(jì)算公式為： =U(kg/) 式中 ——軋件在軋制溫度為度時(shí)的粘度系數(shù)，其計(jì)算公式為： =0.01（14-0.01）￠(kg ·s/) ￠為短應(yīng)力線軋機(jī)的軋制速度的修正系數(shù)； U——變形速度，計(jì)算公式為： U=（/s） 其中 　 R為軋輥的半徑； 　V為軋輥的圓周速度（軋制速度）（mm/s）； 　為道次壓下量，計(jì)算公式為 　　　　=h1-h2(?毫米) h1,h2為軋制前后的軋件的高度(毫米)； 查表2—1的軋制的修正系數(shù)為1 所以　 =0.01（14-0.01×1000）×1=0.04 （kg·s/) 以上取值，有賴于軋輥的轉(zhuǎn)速，其值為40——49轉(zhuǎn)/分。 初選V,?由現(xiàn)場(chǎng)以同類軋機(jī)取得，V=700（mm/s） =25mm(最大的壓下量) h1=60 mm(初使的高度) h2＝35 mm (軋制后的高度) 帶入 U＝2×700×=6（mm/s） 所以 ＝0.04×6=0.24（kg/) 　　　 =（+）M（kg/） 式中　　　 ——表示外摩擦對(duì)軋制平均單位壓力的影響系數(shù)，其計(jì)算公式為 = 為軋輥間的摩擦系數(shù)，計(jì)算公式為： =（1.05-0.005）a a為軋輥之間的修正系 軋輥的修正系數(shù)鋼軋輥a=1, 硬面鑄鐵軋輥a=0.8取a=0.8 所以　　　 U＝（1.05-0.0005×1000）×0.8=0.44 ?則　　　　 =(1.6×0.44-1.2×25)/(60+35)=0.1 =(6.8+0.24)×0.14=0.986（ kg/) (4)則平均單位壓力 =6.8+0.24+0.986=8.03（ kg/) 3.2軋制總壓力的確定 軋制總壓力的計(jì)算公式可用下式計(jì)算 N=PF P——軋件與軋輥接觸弧上的平均單位壓力 F——軋件與軋輥間的接觸面積在軋制總壓力垂直面上的的投影（簡(jiǎn)稱為接觸面積） 各種不同的情況下計(jì)算接觸面積的方法不同，有以下幾種情況1輥徑相同的情況2軋制異型斷面軋件時(shí)的情況3冷軋時(shí)的情況4中（厚）板角軋時(shí)的情況。 我采用的是輥徑相同時(shí)的情況，計(jì)算公式為： =() 式中 　　 ——軋輥的半徑（毫米）； 　　——壓下量（毫米）； 　　,軋制前、后軋件的寬度。 ==3429（） 所以 =×=8.03×3429=27537(kg) 3.3軋制力矩的確定 傳動(dòng)軋輥時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的力矩由下種四種力矩組成： = 式中——軋制力矩； ——附加摩擦力矩； ——空轉(zhuǎn)力矩； ——?jiǎng)恿兀? ——軋輥與主電機(jī)間的傳動(dòng)比。 其中、、與比較，比較大。所以可以將上式簡(jiǎn)化 M=K 式中K為安全系數(shù)，取 K=1.5； 初選軋機(jī)總傳動(dòng)比 i=10。 所以軋制力矩為 M==252.9（Nm） 粗算所需電動(dòng)機(jī)的功率： P===26（KW） 3.4電動(dòng)機(jī)的選擇 從上面的計(jì)算結(jié)果看，電動(dòng)機(jī)的功率只在30KW左右，為了使軋機(jī)具有較高的能量?jī)?chǔ)存，使其在復(fù)雜的工作環(huán)境中工作，所選的電機(jī)功率要比此大的多。 上面所求的功率只是在某一道次的功率，在其他的情況下，軋機(jī)需軋制各種線材、型材，因此，需要改型，需要的功率要大一些。 設(shè)計(jì)中，電機(jī)的功率要參考現(xiàn)場(chǎng)軋機(jī)的功率，故選電機(jī)為TRB7——6，異步電動(dòng)機(jī)。 此電機(jī)的一些數(shù)據(jù)從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5》查的為：額定功率為280KW，額定電壓為380伏，滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速980/分，效率為93％。最大的轉(zhuǎn)矩為2.2。 第4章 主要零部件的設(shè)計(jì)與校核 4.1飛輪的設(shè)計(jì) 采用飛輪的目的是降低軋制時(shí)電機(jī)的尖峰負(fù)荷、增加空載時(shí)的電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，從而在整個(gè)的工作過(guò)程中，使電機(jī)的負(fù)荷均勻，以便按允許過(guò)載能力選擇較小的電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷的變化而變化，飛輪儲(chǔ)存或放出能量，達(dá)到均衡電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的目的。飛輪安裝在電動(dòng)機(jī)的軸線上，并安裝在電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間。 4.1.1飛輪力矩的確定 電動(dòng)機(jī)尖峰負(fù)荷降低的多少與主傳動(dòng)系統(tǒng)總飛輪力矩有關(guān)，而飛輪力矩占總飛輪力矩相當(dāng)大的比重，故飛輪力矩是飛輪的一個(gè)重要參數(shù)。 飛輪本身的飛輪力矩為為傳動(dòng)總的飛輪力矩的一個(gè)組成部分，所以在計(jì)算之前，必須先計(jì)算。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的總的飛輪力矩 =（噸·） 在尖峰負(fù)荷的時(shí)刻，主傳動(dòng)的系統(tǒng)需要釋放的能量可按下式計(jì)算： 　　　　　 　 = 式中 ——在尖峰負(fù)荷下電動(dòng)機(jī)的最大的功率，其值可按作用在電動(dòng)機(jī)軸上的最大的轉(zhuǎn)矩確定: = ——尖峰負(fù)荷的時(shí)間； ——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，一般取=0.12—0.17，取為0.15； 從電動(dòng)機(jī)的參數(shù)中查的為2.2； 為電動(dòng)機(jī)的額定的轉(zhuǎn)數(shù)為980轉(zhuǎn)/分。 則 ==2257.6（KW） 由工廠現(xiàn)實(shí)測(cè)得為1秒； 所以　　　　　=2257.6×1=2257.6 KW· 則　　　　　　==6.17（噸·） 則　 飛輪的轉(zhuǎn)矩=--（噸·） 式中　　　　　 ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的飛輪力矩（噸·）； ——軋機(jī)傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)部分折算到電機(jī)軸上的飛輪力矩（噸·）； 可以近似的認(rèn)為與相當(dāng)。 因飛輪的圓周速度越高，則飛輪由于離心力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力就越大。確定飛輪直徑D，考慮圓周的速度小于允許的最大圓周的速度，即 D≤ 式中 飛輪n——飛輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)； ——飛輪最大的圓周速度，整體鑄造的圓盤式飛輪（鑄鋼），=70 —90 D≤=1.36米 則取D =0.96米——1米 D=1米 飛輪采用一個(gè)，飛輪的直徑可取的大一些，通過(guò)這兩個(gè)取這個(gè)方案。 飛輪的結(jié)構(gòu)和主要的參數(shù) 根據(jù)飛輪的直徑和圓周的速度的不同，選擇飛輪的結(jié)構(gòu)為整體鑄造圓盤式飛輪，飛輪的材料為ZG35。 主要的參數(shù)由書《中短應(yīng)力線軋機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算》中表格有如下的關(guān)系： 表　4-1 D D=100 mm ≥ (0.8—0.84)D C （0.3—0.34） (0.1—0.15）D 0.5（+） d 根據(jù)軸計(jì)算 （0.1—0.15）（- ） （1.6—1.8）d 因?yàn)镈=1000mm 所以=810—840 表 4-2 =（011—0.15）D=110—150 =130 mm d =100 mm d =100 mm =130 mm =130 mm C =（0.3—0.34） C =42 mm = 0.5（+） =500 mm =（1.6—1.8）d = 170 mm =（0.1—0.15）（- ） = 80 mm 飛輪整體鑄造后時(shí)效處理，進(jìn)行機(jī)械加工。飛輪裝置外圍加安全罩。 4.1.2飛輪的強(qiáng)度的校核 飛輪的強(qiáng)度應(yīng)滿足要求，才能保證飛輪安全工作。 飛輪的直徑滿足下公式即可滿足要求。 D≤ 飛輪的直徑就是按此關(guān)系式求的，為了驗(yàn)證一下，下面校核一下強(qiáng)度。 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其輪緣的內(nèi)表面所產(chǎn)生的應(yīng)力可按下式計(jì)算： （N/cm） 式中 V——飛輪的圓周速度（m/s）； r——飛輪輪緣的內(nèi)半徑（m）； R——飛輪的外半徑（m）； 　　　　　　 V=70(m/s) =3718.96（N/cm） =371.869(kg/) 所以強(qiáng)度足夠 4.2減速器的選擇 4.2.1傳動(dòng)比的計(jì)算 軋件出軋輥的初速度，直接影響軋鋼的效率，若軋件的出軋輥的初速度快，可提高效率，同時(shí)軋制工人不容易軋制。因而軋件的初速度以小于2米/秒為益 （1）初選軋件的出輥速度為0.7米/秒，計(jì)算軋輥轉(zhuǎn)速 n: 取n=50r/min =980/50=19.6 在減速器等短應(yīng)力線軋機(jī)存在著傳動(dòng)裝置的效率問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)的效率為93.7％， 可知減速器、齒輪機(jī)座的效率為94％ 則i=×93.7％×94％×94％=16 這樣將為： ==750/16=47r/min 為一般情況電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。 軋制速度為： =3.14×300×47=0.74 m/s 此軋制速度現(xiàn)場(chǎng)短應(yīng)力線軋機(jī)軋制速度相似，因而符合生產(chǎn)實(shí)際。二選擇減速器 由于確定=16，符合選二級(jí)減速器傳動(dòng)比的條件。選二級(jí)減器。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8—427，查的i=16對(duì)應(yīng)的代號(hào)為8在根據(jù)承載能力查表8—429，選取中心距a=1000毫米，工作類型：連續(xù)型，在查表8—424，的減速器的型號(hào)：ZL100型，最后確定減速器的型號(hào)：ZL100—8—，其外型及安裝尺寸如下。 型號(hào)：　 ZL100 中心踞： A=1000 =400 =600 中心高： =650 輪廓齒寸: H=1306 、L=1910、B=810 、=810 、=145 、=1550 、=22 =26、=50 地腳螺釘: d=M36、 n=8 、=610 、=7、=595、=510、=320 圖4-1 4.2.2主減速機(jī)的結(jié)構(gòu) 減速機(jī)是由齒輪、箱體、軸、軸承、箱蓋等主要零件組成。 齒輪做成人字齒，因?yàn)檫@種齒輪工作比較平穩(wěn)，而且對(duì)軸承不產(chǎn)生軸向力。 齒輪的加工方法：滾齒刀（人字）（8級(jí)精度）。 在減速器中，只有底速軸采用軸向固定，其他的軸留有少量的軸向的游隙，使她可以自由的串動(dòng)，以免卡主齒輪。軸向的游隙為0.8—1mm。 中心距小于或等于1000毫米的減速器，采用滾動(dòng)軸承，減速器的材料為鑄鐵， （1）中心距 　　　 查表的 　a=1000mm （2）傳動(dòng)比 　　總的傳動(dòng)比由電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和軋輥的轉(zhuǎn)數(shù)之比確定。i=16 （3）齒寬系數(shù) 為齒輪的寬度和中心距之比。，=0.4—0.6，取=0.5。 （4）模數(shù)和齒數(shù) 模數(shù)降低，小齒輪齒數(shù)齒數(shù)和均應(yīng)取較大的值。齒數(shù)增加使齒的磨損減小，同時(shí)增大重和的系數(shù)，有利于減低接觸應(yīng)力。 一對(duì)齒輪要求有較大的傳動(dòng)比時(shí)，≥20，取一級(jí)小齒輪的齒數(shù)為22，大齒輪為84。 二級(jí)小齒的齒數(shù)為22，大齒輪為93。齒數(shù)和模數(shù)與中心距和齒傾角的關(guān)系為　　　　　　　 模數(shù)按上式計(jì)算的6.5、9。 （5）齒頃角 漸開(kāi)線齒輪的齒頃角：對(duì)于人字型齒輪= 取齒頃角為 4.2.3齒輪的材料和熱處理 小齒輪的材質(zhì)為，大齒輪為。 生產(chǎn)實(shí)踐證明，齒輪對(duì)承載能力除了決定于齒面硬度外，同時(shí)還與齒輪對(duì)的硬面差和齒面金相組織有關(guān)，而小齒輪調(diào)質(zhì)及大齒輪正火的熱處理配合方式，比大小齒輪均采用調(diào)質(zhì)的使用壽命高。 大齒輪采用正火處理，HB190——220；小齒輪采用調(diào)質(zhì)處理 4.2.4減速器的工作狀態(tài)分析 減速器為展開(kāi)式減速器，這種兩極展開(kāi)式圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單齒輪對(duì)軸承的位置不對(duì)稱，軸要具有較大的剛度。 改進(jìn)意見(jiàn)：如能選取“分流式”減速器，會(huì)使軋機(jī)工作更可靠，齒輪與軸承對(duì)稱布置，因此載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載平均分配，中間軸危險(xiǎn)截面上的扭距相當(dāng)于軸所傳遞扭距的一半。 其工作草圖如下： 圖中高速級(jí)采用人字齒輪，低速級(jí)可制成人字或直齒，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合變載的場(chǎng)合。 圖 4-2 4.3齒輪機(jī)座的設(shè)計(jì) 4.3.1齒輪機(jī)座的類型和結(jié)構(gòu) （1）齒輪機(jī)座的結(jié)構(gòu) 齒輪機(jī)座箱體一般用鑄造的形式，由于齒輪機(jī)座的體積比較大，鑄造的工藝要求較高，一般的廠家無(wú)能力生產(chǎn)。因此，箱體采用分鑄拼焊結(jié)構(gòu)。焊條為T42。 具體的工藝要求如下： 鑄件退活后，對(duì)焊縫加工，焊縫要電磁探傷。 將焊好的箱體整體退火，然后機(jī)加工達(dá)到裝配要求。 分鑄拼焊結(jié)構(gòu)箱體生產(chǎn)較整體鑄造的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，易于制造；同時(shí)也有缺點(diǎn)：生產(chǎn)的周期長(zhǎng)，需工時(shí)長(zhǎng)，適合少量的加工。 （2）齒輪機(jī)座的類型 在軋機(jī)的傳動(dòng)的裝置中，齒輪機(jī)座用于傳遞扭距到工作機(jī)座的每一個(gè)軋輥；其特點(diǎn)是低速、重載、沖擊的次數(shù)頻繁。中小型的短應(yīng)力線軋機(jī)的齒輪機(jī)座一般有二重式、三重式和復(fù)合式 等三種類形。其中二重式齒輪機(jī)座多用于小型的二輥初軋機(jī)，三重式齒輪機(jī)座應(yīng)用于橫列式中短應(yīng)力線軋機(jī)；復(fù)合式齒輪機(jī)座的形式較多，其特點(diǎn)是齒輪的機(jī)座和減速器和在一個(gè)共同的箱體內(nèi)。 采用三重式齒輪機(jī)座，齒輪機(jī)座的基本參數(shù) 4.3.2齒輪的設(shè)計(jì) （1）齒輪節(jié)圓的直徑 軋輥中心距因軋輥重車和重磨后發(fā)生變化，節(jié)圓直徑 　　 　　D=()/2 　 =(302+298)/2 　　 =300mm （2）模數(shù)、齒數(shù)、齒寬、齒頃角 齒數(shù) 取14—31，齒寬系數(shù)1.7—2.4，齒頃角為，模數(shù)為8—45。 齒輪參數(shù)的確定是根據(jù)同類型的軋機(jī)的參數(shù)確定的。 中心距： A=d=300mm 端面模數(shù) ： =12mm 齒輪的工作寬度： b=720mm 齒傾角：　　　 ＝ 齒數(shù)：　　　 ＝25 （3）計(jì)算力矩的確定 （） 式中　　　　 ——扭矩分配系數(shù)，取0.5； ——電動(dòng)機(jī)最大的力； ＝； 為電動(dòng)機(jī)的最大的功率；為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，為減速器的總的傳動(dòng)比，為減速器與連軸節(jié)的總的傳動(dòng)效率。 ＝4457（） ＝0.54457＝2228.5（） （4）齒輪的材料和加工制造 齒輪的材料采用，齒輪的加工精度為8級(jí)，采用滾齒法加工，退刀槽的寬度為120mm （5）齒輪軸和滑動(dòng)軸承 軸承尺寸的確定，采用的是滑動(dòng)軸承 ＝195—225mm ?。?00mm L =(1.1—1.5) =220—300 取L=220mm 式中　　　　 d——齒輪的節(jié)圓的直徑； 　　　 L——滑動(dòng)軸承的工作寬度； 　　 ——軸徑直徑。 （6）軸端的強(qiáng)度計(jì)算 軸端直徑　　　 ＝（0.8—0.95）=(160—190) ?。?60 軸端的強(qiáng)度計(jì)算 式中　　　 ——作用于軸端的扭轉(zhuǎn)力矩。 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力［］ ［］＝（0.65—0.75）［］ ［］＝ 式中　　　 ——軸頸材料的抗拉強(qiáng)度； 　　　　　　　 ＝980M 　　　　　 =100×() ［］＝ ——安全系數(shù)，≥5； （7）滑動(dòng)軸承 材料 為滑動(dòng)軸承采用鑄鋼軸承座，孔內(nèi)以巴氏合金襯。 滑動(dòng)軸承的材料：軸承：鑄錫基軸承合金 ，牌號(hào)，硬度 27。 4.3.3齒輪機(jī)座的潤(rùn)滑 在軋機(jī)的傳動(dòng)裝置中，齒輪機(jī)座起著傳遞并分配扭矩的作用。其齒嚙和的特點(diǎn)是低速、重載、沖擊負(fù)荷大，沖擊次數(shù)頻繁，因此其齒輪的嚙合處于極沉重的擠壓負(fù)荷下工作結(jié)構(gòu)上的限制，其相互嚙合的齒輪對(duì)垂直配置在箱座中，因此濺油潤(rùn)滑比較困難。由于以上幾個(gè)原因，齒輪機(jī)座用稀油集中循環(huán)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油強(qiáng)行壓注到齒的嚙合面與軸承處。潤(rùn)滑油采用短應(yīng)力線軋機(jī)油，用HJ3—28號(hào)短應(yīng)力線軋機(jī)油。 4.3.4齒輪機(jī)座的總體尺寸 齒輪機(jī)座由機(jī)架、機(jī)蓋、齒輪軸、主連接螺栓、鍵板和軸承座等主要零部件組成。 （1）箱體的側(cè)壁的厚度 =（0.058—0.07）=17.4—21 取20 （2）齒頂距機(jī)蓋的下壁和箱體上壁的最小的距離： ≥（0.4—0.5）A =120—150 取120mm （3）機(jī)架與機(jī)蓋主連接螺栓的直徑： 取56mm 機(jī)架由左右兩個(gè)框架構(gòu)成，其間配置軸承座?；鶅r(jià)上有觀查齒輪嚙合的窺視空孔，以及潤(rùn)滑齒輪和軸承用的進(jìn)油孔和回油孔。機(jī)蓋上部設(shè)有透氣罩，以利于散熱通風(fēng)和防止由于箱體內(nèi)部因氣壓升高所造成的漏油。 采用滑動(dòng)軸承，因其易于制造，徑向尺寸小，有利于提高軸承座的強(qiáng)度，還由于徑向的尺寸限制。不過(guò)也有缺點(diǎn)：摩擦系數(shù)較大，軸承合金易于磨損，對(duì)齒輪的嚙合條件有不良的影響。 4.4工作機(jī)座的設(shè)計(jì) 4.4.1工作機(jī)座的選擇 工作機(jī)座是短應(yīng)力線軋機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。他是由軋輥及其軸承、軋輥調(diào)整裝置，機(jī)架及輥?zhàn)炔考慕M成。 （1）普通的開(kāi)式機(jī)座:具有開(kāi)式機(jī)架的工作機(jī)座，其軋機(jī)上蓋是可拆的，因此便于更換軋輥。 （2）閉口式工作機(jī)座:是一種的剛架其強(qiáng)度與剛度都較高 （3）預(yù)應(yīng)力工作機(jī)座:一般閉式的機(jī)架在不工作時(shí)，機(jī)架是不受力的。而預(yù)應(yīng)力軋機(jī)是用一種特殊的裝置通過(guò)拉桿對(duì)機(jī)架施加外力使機(jī)架在不工作時(shí)，預(yù)先就處于應(yīng)力的狀態(tài)。 預(yù)應(yīng)力軋機(jī)開(kāi)始于五十年代，此軋機(jī)屬于短應(yīng)力線軋機(jī)的一種，即這種軋機(jī)的應(yīng)力作用線較短，是因?yàn)樵陬A(yù)應(yīng)力軋機(jī)上，減少變形的環(huán)節(jié)和結(jié)合面的數(shù)量。如預(yù)應(yīng)力的軋機(jī)的橫梁和立柱長(zhǎng)度比同輥徑的軋機(jī)普通軋機(jī)小，以軋機(jī)軸承座代替牌坊，減少壓上和壓下的機(jī)構(gòu)，有的根本不用，而以其他的機(jī)構(gòu)替代；至于作為預(yù)應(yīng)力軋機(jī)的一部分的拉桿，因用材料較少，可以用彈性模量較大的優(yōu)質(zhì)鋼材制作。由于機(jī)架的結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，可用厚板坯切割的到毛坯。因而這種短應(yīng)力線軋機(jī)的剛性比同輥徑的短應(yīng)力線軋機(jī)要大，于是在軋制時(shí)可提高軋件的精度，尤其能使同一根軋件的頭尾斷面的尺寸偏差小，沿整個(gè)長(zhǎng)度上保持均勻，對(duì)小型及線材軋機(jī)尤為重要。 預(yù)應(yīng)力軋機(jī)有多種類型，如偏心套筒式、空心拉桿式等。本次設(shè)計(jì)采用的是半機(jī)架式，所謂的半機(jī)架式即把整體的牌坊改為分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，然后用螺栓拉桿把上下半機(jī)架連接成一個(gè)整體。 這種軋機(jī)的圖例是三輥、二輥短應(yīng)力線軋機(jī)的機(jī)座。它是由上下半機(jī)架組成，此軋機(jī)保留了普通開(kāi)式或閉式軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其區(qū)別是預(yù)應(yīng)力的機(jī)座對(duì)上下半機(jī)架施加了預(yù)應(yīng)力。 （4）懸掛式機(jī)架:懸掛式的機(jī)座 有三輥式和二輥式的。三輥式的由壓下裝置，平衡裝置，上輥組裝、中輥組裝和下輥組裝等部分組成。在中輥軸承座的上下面各有一對(duì)螺絲拉桿，上下軸承座分別套裝在螺絲拉桿上,并通過(guò)壓上和壓下裝置使上下輥軸承座體沿拉桿的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)軋輥的徑向的調(diào)整，拉桿的端部用螺母擰緊，構(gòu)成一個(gè)裝配式封閉的機(jī)架，懸掛在單邊的機(jī)架上。上中下軸承座經(jīng)過(guò)熱處理的鑄鋼件，根據(jù)鑄件的可能性，中輥軸承座和螺栓拉桿可以鑄成整體，也可分開(kāi)加工，然后將拉桿焊到軸承座上。 機(jī)座的上軸用蝶形的彈簧平衡，手動(dòng)壓上和壓下。二輥機(jī)座的結(jié)構(gòu)和三輥的相似，僅將上下輥軸承座改為一面伸出兩根圓柱。 懸掛式機(jī)架的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，剛性大，整機(jī)架換輥，其缺點(diǎn)是設(shè)備加工質(zhì)量要求高，機(jī)架都有一套備換的，資金需求量大，不易于小廠投資生產(chǎn)。 各種型式機(jī)座比較：預(yù)應(yīng)力機(jī)座優(yōu)點(diǎn)明顯。安裝、維修、換輥，有開(kāi)式的優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)，有閉口式機(jī)架的優(yōu)點(diǎn)，剛度、強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)開(kāi)口式機(jī)架的調(diào)隙裝置。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量的到了保證，這是選擇預(yù)應(yīng)力機(jī)做的原因。 4.4.2軋輥與軋輥軸承的設(shè)計(jì) （1）軋輥與軋輥軸承座是整個(gè)工座機(jī)做的核心部分 軋輥是短應(yīng)力線軋機(jī)中直接軋制軋件的主要部件。在軋制的過(guò)程中，軋輥直接與軋件接觸，強(qiáng)迫軋件發(fā)生塑性變化，與此同時(shí)，軋輥承受著巨大的軋制壓力作用，并由于軋輥本身的旋轉(zhuǎn)使其應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化。在熱軋條件下，軋輥既接觸高溫的軋件而受劇熱，同時(shí)又被水冷卻而受急冷，冷熱交加。 1)軋輥的類型、結(jié)構(gòu)與參數(shù) 軋輥的類型 選擇型鋼軋機(jī)的軋輥。 型鋼軋機(jī)的軋輥的輥身上有軋槽，根據(jù)型鋼軋制工藝要求安排孔型，孔型見(jiàn)孔型設(shè)計(jì)，軋輥應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的耐磨性能。軋輥工作表面的硬度是軋輥的主要的質(zhì)量指標(biāo)之一。 軋輥的結(jié)構(gòu) 軋輥由輥身、輥徑和輥頭三部分組成。輥徑安裝在軸承中，并通過(guò)軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架。輥頭和連接軸相連傳遞軋制扭矩。 　　　　　　　　　　　　　　 圖4-3 輥身：輥身是軋輥直接與軋件接觸的部分 輥徑：輥徑是軋輥的支撐部分，軋輥是依靠輥身的兩側(cè)軸徑支撐在軸承上。 輥身與輥徑交界處是應(yīng)力集中的部位，是軋輥強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。在輥徑與輥身必須有適當(dāng)?shù)倪^(guò)度的圓角。 軸頭：軋輥兩端的軸頭為軋輥與接軸相連接的部分。軸頭采用梅花軸頭的形式。 軸頭的形式：梅花軸頭，萬(wàn)向軸頭，帶鍵槽的和圓柱形軸頭。 軋輥的參數(shù) 軋輥的基本尺寸參數(shù)有：軋輥的公稱直徑D，輥身的長(zhǎng)度L，輥徑直徑d和輥徑長(zhǎng)度l 以及輥頭尺寸等。其中輥身長(zhǎng)度和輥身直徑是表征輥身尺寸的基本參數(shù)。 輥身直徑：輥身直徑為短應(yīng)力線軋機(jī)的一個(gè)重要的參數(shù) D為輥身直徑即為公稱直徑。D=300 mm為已知 輥身的長(zhǎng)度L：　　　L=（2.2—2.7）D 取　　　　　　　　　L=2.5D=750mm 輥徑 d:軸徑尺寸是指軸徑直徑d和輥身的長(zhǎng)度L，它與所用軸承形式及工作載荷有關(guān)， 　　　　　　d/ D=0.55 　 d=165mm　　　 取d=170mm l/d=0.92—1.2 l=0.96d=163.2mm取 l=164mm 軸承處的輥徑向輥身過(guò)度處，為了減少應(yīng)力集中，需要做成圓角。圓角的 r=(0.05—0.12)D 　　　　 r=0.065×300=19.5 　　取r=20mm 軋輥頭：梅花軸頭的外徑 =（0.9——0.95）d=0.925d=157.25mm 取=160mm 查表　　 軋輥的材料 對(duì)短應(yīng)力線軋機(jī)軋輥的質(zhì)量的要求是很高的 ，因?yàn)樗鼪Q定短應(yīng)力線軋機(jī)工作的好壞、生產(chǎn)率的高低和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。軋輥的工作條件是很繁重的，軋鋼時(shí)要不斷被金屬磨損，承受很大的動(dòng)態(tài)壓力，與金屬之間有很大的滑動(dòng)速度，有時(shí)還要經(jīng)受變化幅度很大的高溫影響。 基于上述的原因，軋輥采用高強(qiáng)度的鑄鋼軋輥和鍛鋼軋輥以及高強(qiáng)度的鑄鐵軋輥。 制造軋輥用的材料需要這樣的性能，即軋輥能長(zhǎng)時(shí)間的使用而不斷裂，其表面磨損也很小，即既是高強(qiáng)度又是耐磨的，軋輥的磨損程度取決于他的硬度大小。 初軋機(jī)和中軋機(jī)的六個(gè)軋輥均采用球墨鑄鐵軋輥，型號(hào)為—2，≥900 280—360。 小型及線材軋機(jī)即小型的圓鋼，螺紋鋼及線材軋輥材料為高鉻鑄鐵 （2）軋輥軸承 1）軋輥軸承的工作特點(diǎn) 軋輥軸承用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，保持軋輥在機(jī)架中正確的位置，軋輥軸的摩擦系數(shù)小，足夠的強(qiáng)度和剛度，壽命長(zhǎng)，以便于換輥。 軋輥的工作特點(diǎn)是能承變很高的，比普通標(biāo)準(zhǔn)軸承所允許要大幾倍的單 負(fù)荷。 2）選擇軸承的有 軋輥軸承的主要類型兩種：開(kāi)式（主要包括帶金屬軸襯的滑動(dòng)軸承、帶層壓膠布軸襯的滑動(dòng)軸承）閉式（主要包括油膜軸承和滾動(dòng)軸承） 選擇開(kāi)式的滑動(dòng)軸承（具有可拆軸承襯的）摩擦系數(shù)底=0.005，壽命長(zhǎng)，耐熱性與剛性較差，這是膠木軸承的特性。 非金屬軸承襯的開(kāi)式軸承 工作軋輥選擇的軸承就是這種軸承，采用膠木瓦，軸承襯瓦的形狀有好幾種如圖，其中半圓柱的比較省料，但切向要求牢固的固定，長(zhǎng)方形固定性好，然而用料較前著多，由三快組成的軸承襯比較省料。 目前應(yīng)用較多的是整壓 的半圓柱形襯瓦，其優(yōu)點(diǎn)是省料，制造方便，安裝以后不需另行鏜孔，而且也簡(jiǎn)化了軸承的結(jié)構(gòu)并且摩擦的系數(shù)底，膠木瓦的軸瓦摩擦系數(shù)=0.005左右。由于摩擦系數(shù)低軸瓦具有良好的耐磨性，因此壽命較高，并可減少能耗；膠木軸瓦比較薄，故可采用較大的軸徑尺寸，有利于提高軸徑的強(qiáng)度；這種軸襯質(zhì)地較軟，既耐沖擊，又能吸收進(jìn)入軸承的氧化鐵及等硬質(zhì)顆粒，因而有利于保護(hù)軸徑表面。 這類軸瓦的缺點(diǎn)是強(qiáng)度底，耐熱和導(dǎo)熱的性能很差，因此需要大量的 循環(huán)水進(jìn)行強(qiáng)制的冷卻和潤(rùn)滑。膠木軸瓦用水潤(rùn)滑。 圖4-4 4.4.3軋輥調(diào)整裝置的設(shè)計(jì) 軋輥調(diào)整裝置的作用主要調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對(duì)位置，以保證要求的壓下量精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。 調(diào)整裝置主要有軋輥軸向的調(diào)整裝置和頸向的調(diào)整裝置兩種。 軋輥的軸向的調(diào)整裝置主要用來(lái)對(duì)正軋槽，以保證正確的孔型，用手動(dòng)來(lái)完成，裝置如圖。 圖4-5 軋輥的徑向調(diào)整其作用是需要進(jìn)行下述操作時(shí)，徑向調(diào)整兩工作輥之間的相對(duì)位置： （1）調(diào)整兩工作軋輥的軸線之間的距離，以保持正確的輥縫開(kāi)度，給定壓下量 （2）調(diào)整軋輥之間的平行度 （3）當(dāng)更換新軋輥時(shí)，調(diào)整軋制線的高度 （4）更換軋輥或處理事故（如軋卡）時(shí)需要的其他的操作。 軋輥的徑向調(diào)整分為：上輥調(diào)整裝置；下輥調(diào)整裝置；中輥調(diào)整裝置。 本設(shè)計(jì)中的軸向調(diào)整裝置采用壓下裝置和斜鐵調(diào)整裝置。 中輥調(diào)整裝置如圖，主要用來(lái)在軸承磨損時(shí)進(jìn)行微調(diào)。 圖4-5 下輥徑向的調(diào)整裝置分為手動(dòng)和電動(dòng)調(diào)整裝置，設(shè)計(jì)采用采用手動(dòng)斜切調(diào)整裝置，本裝置較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與圖相似，其可作為改進(jìn)結(jié)。斜切的角度不可大于。 　　　　　　　　　　　　　　　圖4-6 4.4.4機(jī)架的設(shè)計(jì) （1）機(jī)架的主要形式的選擇 工作機(jī)架的形式有閉口式和開(kāi)口式兩種，選用開(kāi)口式的（預(yù)應(yīng)力）機(jī)架， 其換輥方便，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。 （2）材料的選擇 機(jī)架俗稱牌坊，是短應(yīng)力線軋機(jī)工作機(jī)架的骨架，它承受著經(jīng)軸承座傳來(lái)的全部軋制力，因此要求它具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 短應(yīng)力線軋機(jī)機(jī)架采用，分?jǐn)噼T造，用電渣焊焊成一體。也就是說(shuō)選擇材料為鋼板，后焊接成機(jī)架。 （3）機(jī)架的主要的尺寸 窗口的尺寸，窗口是按軸承座及軸承設(shè)計(jì)的，窗口尺寸的尺寸是由機(jī)架的形式和短應(yīng)力線軋機(jī)的尺寸來(lái)確定，開(kāi)口式機(jī)架窗口的寬度根據(jù)軋輥軸徑和軸瓦鐵的尺寸來(lái)確定。設(shè)計(jì)選寬度為300mm.。 窗口高度的設(shè)計(jì)，考慮上下輥調(diào)隙裝置的尺寸，加上三個(gè)軋輥的直徑即可以，定于1050 mm.。 （4）立柱和橫梁的斷面的尺寸 機(jī)架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，機(jī)架的剛性表示它變形的抗力，它與機(jī)架立柱斷面的尺寸有著密切的聯(lián)系。 機(jī)架立柱的斷面尺寸由下式近似確定： F=（0.8—1.0） 取F=0.9=0.9×=260.1 考慮強(qiáng)度和剛性的關(guān)系，取截面的尺寸：19×20 三軋輥機(jī)架的結(jié)構(gòu)，由兩部分組成：上機(jī)架、下機(jī)架。下機(jī)架的底座為導(dǎo)輥式的以利于滑動(dòng)，此機(jī)架軸的位置調(diào)整方便。 在上，下機(jī)架接觸面要加工平整，以保證接觸后機(jī)架的整體質(zhì)量。上、下機(jī)架接觸面處各有兩個(gè)定位孔，是安裝定位銷的，保證機(jī)架的安裝對(duì)正。上下機(jī)架對(duì)正后，將拉桿分別安于圖式的位置，然后在拉桿的下端插入鍵板，將拉桿上端大的螺母擰上，利用杠桿的原理，用千斤頂在拉桿上施以1.2倍的軋制力。這時(shí)拉桿伸長(zhǎng)螺母又可旋轉(zhuǎn)下降一級(jí)，當(dāng)螺母旋轉(zhuǎn)不動(dòng)時(shí)，將千斤頂移到另一個(gè)拉桿處，將另一拉桿安好。 由于拉桿的巨大的壓力作用，上下機(jī)架結(jié)合面緊密的接觸，而形成閉式的軋機(jī)。 4.4.5機(jī)架強(qiáng)度的校核 校核中的公式選用《機(jī)械軋鋼設(shè)備》一書中 彎矩計(jì)算圖 合成彎矩 圖4-7彎矩圖 根據(jù)軋輥的尺寸，得軋輥的重量G=453kg 軋制力 　　=（0.2—0.4）G