小型二輥式冷軋機結(jié)構(gòu)設(shè)計-兩輥冷軋機【含7張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip,含7張CAD圖帶開題報告-獨家,小型,二輥式,冷軋機,結(jié)構(gòu)設(shè)計,CAD,開題,報告,獨家 冷軋機結(jié)構(gòu)設(shè)計 Structure design of two-high cold rolling mill 摘 要 近年來，我國有色金屬加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，有色金屬具有優(yōu)異的性能。各種板帶型材在交通、建筑、航空、機械等領(lǐng)域大量使用，促使著各種先進的加工技術(shù)的產(chǎn)生及應(yīng)用。絕大部分的有色金屬的加工是靠軋制的方式來實現(xiàn)，用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)效率高、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等加工方式更廣泛地應(yīng)用。由此可見，軋制技術(shù)在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的重要性。 本文設(shè)計的是一款小型二輥冷軋機，主要的加工對象為鋁帶及其他有色金屬材料。在了解了任務(wù)書的要求之后首先了解了冷軋機的結(jié)構(gòu)以及工作原理，確定所要設(shè)計的機器的類型，通過計算得到所需的軋制力，其次設(shè)計軋輥的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定，然后選擇相應(yīng)的軸承及軸承座，最后設(shè)計軋輥的下壓裝置、平衡裝置以及機架，主要的零部件都通過校核，滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：冷軋機 軋輥 壓下裝置 平衡裝置 Abstract China's nonferrous metal processing industry has developed rapidly in recent years,. Nonferrous metals have excellent performance. Various board and strip materials are used in transportation, aerospace, energy, machinery, construction and other fields. Promote the production and application of all kinds of advanced processing technology. And more than 90 percent of the non-ferrous metal processing is done by rolling. Rolling usually refers to the process of changing the steel ingot and the shape of the billet in a rotating roll. Steel production by rolling method has the advantages of high production efficiency and easy realization of mechanization and automation. Therefore, it is more widely used than forging, extrusion and drawing. Thus, the importance of rolling technology in national economic production is obvious. This paper designs a small two-high cold rolling mill. The main processing objects are aluminum strip and other non-ferrous materials. First understand the structure and working principle of cold rolling mill.then determine the type of machine to be designed. Secondly, design the structure and parameter determination of the roll . Then select the corresponding bearing and bearing pedestal. Finally, designe the lower pressure device, the balancing device and the frame . The main parts are checked and meet the design requirements. Key words: cold rolling mill roll pressure device balancing device. 目 錄 摘 要 2 Abstract ii 1 緒論 1 1.1冷軋機定義 1 1.2 二輥冷軋機的主要結(jié)構(gòu)組成 1 1.3 二輥軋機的特點 2 2 軋制分析及軋制力計算 3 2.1 軋制能力主要參數(shù)計算 3 2.2 軋件咬入條件 4 2.3軋制力及傳動力矩的計算 5 2.3.1 確定軋制力方法 5 2.3.2軋制力分析 6 2.3.3鋁合金冷軋張力 9 2.3.4軋制力計算 11 2.3.5傳動軋輥所需力矩及功率計算 12 3 軋輥與軋輥軸承設(shè)計 17 3.1軋輥尺寸參數(shù)的確定 17 3.1.1輥身 17 3.1.2輥頸 18 3.1.3輥頭 18 3.2軋輥材質(zhì)的選擇及校核 19 3.2.1軋輥的強度和撓度計算 20 3.3軋輥軸承的選擇及校核 24 3.3.1軋輥軸承的選擇 24 3.3.2軋輥軸承強度校核 25 4 軋輥壓下裝置的設(shè)計 27 4.1 壓下裝置主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 27 4.1.1 壓下螺絲和壓下螺母主要參數(shù)計算 28 4.2 傳動壓下螺絲的扭矩計算 30 5 軋輥平衡裝置 32 5.1 彈簧的設(shè)計計算 32 5.2 彈簧的校核 35 6 軋機機架設(shè)計 36 6.1 機架主要參數(shù)計算 36 結(jié) 論 38 致 謝 39 參考文獻 41 1 緒論 現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)始于19世紀中期，一百多年以來，世界范圍內(nèi)的鋼鐵工業(yè)得到了快速的發(fā)展。尤其是在第二次世界大戰(zhàn)后。全球鋼鐵工業(yè)在生產(chǎn)中開發(fā)并促使了一系列新技術(shù)的產(chǎn)生及應(yīng)用，現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)將傳統(tǒng)的高能耗、高污染的鋼鐵產(chǎn)業(yè)慢慢變成了低耗、高效、智能化的產(chǎn)業(yè)。實現(xiàn)了節(jié)約資源、環(huán)境友好。在工業(yè)現(xiàn)代化進程中，鋼鐵工業(yè)一直是經(jīng)濟的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)一般包含高爐、煉鋼、軋鋼和連續(xù)鑄鋼。其中的軋鋼是鋼鐵工業(yè)發(fā)展中的重要內(nèi)容，軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯放到旋轉(zhuǎn)的軋輥中軋制成所需鋼材的生產(chǎn)過程。用軋制的方法來生產(chǎn)鋼材，具有很多優(yōu)點,例如效率高、連續(xù)性強、易于實現(xiàn)多樣化和自動化等。因此，它比鍛造、拉拔、擠壓等工藝應(yīng)用得更為廣泛。目前，約有百分之九十以上的鋼材都是通過軋制成材的。特別是有色金屬的成材。由此可見，軋鋼生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中具有重要的地位。在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，除了少量的鍛造和鑄造的方法制成零件外，其余的煉鋼廠生產(chǎn)的鋼錠與連鑄坯有百分之八十五以上要通過軋鋼生產(chǎn)軋制成各種鋼材，來供應(yīng)國民經(jīng)濟各部門。可見在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中，軋制生產(chǎn)所占據(jù)的地位，掌握先進的軋制技術(shù)對促進我國經(jīng)濟快速發(fā)展有著十分重要的作用。 常見的軋機有二輥軋機、三輥軋機、PC軋機、CVC軋機、HC軋機、十二輥軋機、二十輥軋機、行星軋機等。其中結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣泛也是最早出現(xiàn)的出現(xiàn)軋機是二輥式冷軋機。雖然二輥軋機精度差，剛度較小，不能加工薄的板材，但是因為其結(jié)構(gòu)的特殊性，輥徑大、易于維修，占地小。通常作為開坯機以及半精軋、中軋來使用。 本文設(shè)計的是傳統(tǒng)的水平式二輥冷軋機，主要用于軋制原料為有色金屬及普通碳鋼帶材。 1.1冷軋機定義 二輥式冷軋機由兩個位于同一垂直平面內(nèi)的軋輥上下排列組成，主要用來軋制窄規(guī)格的板帶材料，主要用于一些小型的加工廠，分為可逆式和不可逆式兩大類。 1.2 二輥冷軋機的主要結(jié)構(gòu)組成 二輥冷軋機的主要結(jié)構(gòu)組成有： （1） 軋輥 軋輥是在軋制過程中與軋件直接接觸并使金屬產(chǎn)生塑性變形的部件，因為軋輥會磨損和出現(xiàn)其他的破壞形式，需要不定期更換，所以是軋機上最大的消耗性零件。按照軋機的類型分為型鋼軋機軋輥和板帶軋機軋輥兩類。 （2） 壓下裝置 軋輥壓下裝置的主要作用是調(diào)整輥間縫隙大小，以達到按照給定的下壓量來軋制的要求。軋輥壓下裝置主要有手動、電動、液壓以及電-液幾種形式，其中最常見的是電動壓下裝置。 （3） 平衡裝置 軋輥平衡裝置的主要作用是消除軋制系統(tǒng)之間的間隙，改善咬入條件，降低咬入軋件時的沖擊力，防止支撐輥和工作輥之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。常見的上輥平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡和彈性膠體四種形式，根據(jù)軋機的型式不同，對平衡裝置要求也不一樣。 （4） 機架 機架是軋機上的最重要部分之一，在軋制時承受巨大的軋制力、沖擊力和部分軋制力矩。軋輥、壓下系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)都安裝在機架上。這就要求機架必須具有足夠的強度和剛度。依據(jù)結(jié)構(gòu)不同，分為開式機架和閉式機架。 1.3 二輥軋機的特點 1. 結(jié)構(gòu)簡單 二輥軋機較為簡單的結(jié)構(gòu)，保證了其傳動誤差小，能量損失少，效率更高，控制、維修方便簡單。 2. 經(jīng)濟性好 二輥軋機目前還能活躍在鋼材生產(chǎn)的舞臺上，其經(jīng)濟性是不容忽視的，它工作能力強，安裝、調(diào)試方便，修理維護便宜。 3. 實用性強 可靠度高，維修方便，所以廣泛的被使用在中小型軋鋼單位。 3 2 軋制分析及軋制力計算 軋制過程指的是金屬軋件被兩個旋轉(zhuǎn)的軋輥的摩擦力的作用拉入軋輥，使軋件受到擠壓而發(fā)生塑性變形的過程，軋制除了使軋件獲得了一定形狀和尺寸，同時也使其具備一定的組織結(jié)構(gòu)和性能。軋制是鋁合金板帶箔材主要的生產(chǎn)方法，同時也用于各種板材、帶材、管材等產(chǎn)品的生產(chǎn)。以軋制板材為例，軋制變形區(qū)示意圖如圖2-1所示。 圖2-1 鋁及鋁合金板材軋制變形區(qū)示意圖 ——軋件軋前厚度；——軋件軋后厚度；——軋件軋前寬度； ——軋件軋后寬度——軋輥半徑；——接觸弧長水平投影（變形區(qū)長度） 2.1 軋制能力主要參數(shù)計算 總的加工過程分為三次完成，本文只計算第一道次的加工，在第一道次加工過程中，原料厚度由2.75mm軋制到1.90mm。 （1）絕對壓下量 （2-1） （2）壓下率 （2-2） （3）變形區(qū)平均厚度 （2-3） （4）變形區(qū)長度： （2-4） （5）咬入角（軋入角）： （2-5） 2.2 軋件咬入條件 軋制過程建立的前提條件是軋件能夠被旋轉(zhuǎn)的軋輥咬入。所以研究和分析軋輥咬入軋件的條件具有重要的意義。軋件是受到軋輥摩擦力作用帶入軋輥間的，軋件咬入時的受力分析如圖2-2所示。 圖2-2 軋制過程受力分析圖 要滿足軋件的咬入條件可以得到： （2-6） 式中 Q—后推力； PX—軋制力， ； T—摩擦力， 代入中得： （2-7） 又因為 ，β為摩擦角。若不計后推力，Q=0，則有： 即: （2-8） 所以，實現(xiàn)咬入條件為： （摩擦角大于咬入角） （為臨界咬入角） 由于軋機能力的原因，對有一定的限制，當時，可實現(xiàn)自然咬入。但是，當摩擦系數(shù)過小時，如果壓下量太大，咬入角也會較大，則無法滿足自然咬入的條件，軋件喂不進去。凡是影響摩擦系數(shù)的因素在原則上都會對軋件的咬入產(chǎn)生影響，例如、軋制速度、軋件溫度等因素。 2.3軋制力及傳動力矩的計算 2.3.1 確定軋制力方法 軋制壓力的確定方法主要有以下兩種： （1） 實測法，總壓力通過放在壓下螺絲下的壓力傳感器測得，軋制壓力測試常用的壓力傳感器有壓磁式測壓頭和電阻應(yīng)變式測壓頭。 （2） 理論計算法，根據(jù)塑性理論和軋制條件分析，推導(dǎo)出來的軋制壓力計算公式。 經(jīng)綜合比較，此次設(shè)計過程中軋制壓力的計算采用理論計算法。常用的理論計算方法有： （1） 卡爾曼單位壓力微分方程 (2-9) 最后一項取正，表示后滑區(qū)；取負，則為前滑區(qū) （2） 采利柯夫公式 （2-10） （3） 恰古諾夫公式 （2-11） （4） 斯通公式 （2-12） 本次設(shè)計中選用斯通公式計算軋制力。 2.3.2軋制力分析 軋件的平均厚度，其中和分別為軋制前和軋制后的軋件厚度,變形區(qū)內(nèi)單元體的受力如圖2-3所示。 圖2-3 變形區(qū)內(nèi)單元體的受力圖示 設(shè)軋件寬度為B，由單元體的平衡條件可得 （2-13） 整理后得 （2-14） 根據(jù)塑性條件，設(shè)，可得 ，于是有 ，將此關(guān)系式代入上式，求得 （2-15） 假設(shè)接觸面全滑動，單位摩擦力，故由上式可得 （2-16） 假設(shè)變形區(qū)的入口和出口斷面處作用有平均水平法線應(yīng)力（張應(yīng)力） 由塑性條件，在入口和出口斷面處有如下邊界條件 將上式在p范圍內(nèi)積分，求得如下單位壓力公式 （2-17） 設(shè)板寬為B，則軋制力為 這樣，平均軋制單位壓力為 （2-18） 上式中右邊括弧內(nèi)的項為應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) ，式中 l′—考慮彈性壓扁后的變形區(qū)長度 —平面變形抗力的平均值， 彈性壓扁后的接觸弧長為 對上式兩端同時乘以 上式整理后為 （2-19） 將 代入上式，化簡后得 （2-20） 設(shè) ，則上式可寫成 （2-21） 為使用方便，將上式作成曲線如圖2-4所示： 圖2-4 確定 的圖表 2.3.3鋁合金冷軋張力 張力通常是指前后的卷筒給加工材料的拉力，或者機架之間相互作用使加工材料承受的拉力。通常在軋制時必須使用張力，張力的主要作用為： （1） 降低單位壓力，調(diào)整主電機負荷。 （2） 調(diào)節(jié)張力可以控制帶材厚度。 （3） 調(diào)整張力可以控制板型。 （4） 防止帶材跑偏，保證軋制穩(wěn)定。 在實際生產(chǎn)中張力的范圍按下式選擇： 式中 ——張力，Mpa； ——金屬在塑性變形為時的屈服強度，Mpa。 此次設(shè)計中原材料為3003鋁，查表2-1,可知3003鋁的力學(xué)性能。 牌號 包鋁分類 供應(yīng)狀態(tài) 試樣狀態(tài) 厚度/mm 抗拉強度Rm/Mpa 規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2/MPa 斷后伸長率/% 彎曲 半徑 A50mm 不小于 3003 0 0 >0.20-0.50 95-140 35 15 0t >0.50-1.50 17 0t >1.50-3.00 20 0t >3.00-6.00 23 1.0t >6.00-12.50 24 1.5t >12.50-50.00 23 H12 H12 >0.20-0.50 120-160 90 3 0t >0.50-1.50 4 0.5t >1.50-3.00 5 1.0t >3.00-6.00 6 1.0t H14 H14 >0.20-0.50 145-195 125 2 0t >0.50-1.50 2 0.5t >1.50-3.00 3 1.0t >3.00-6.00 4 2.0t H16 H16 >0.20-0.50 170-210 150 1 1.0t >0.50-1.50 2 1.5t >1.50-4.00 2 2.0t H18 H18 >0.20-0.50 190 170 1 1.5t >0.50-1.50 2 2.5t >1.50-4.00 2 3.0t H22 H22 >0.20-0.50 120-160 80 6 0t >0.50-1.50 7 0.5t >1.50-3.00 8 1.0t >3.00-6.00 9 1.0t H24 H24 >0.20-0.50 145-195 115 4 0t >0.50-1.50 4 0.5t >1.50-3.00 5 1.0t >3.00-6.00 6 2.0t H26 H26 >0.20-0.50 170-210 140 2 1.0t >0.50-1.50 3 1.5t >1.50-4.00 3 2.0t H28 H28 >0.20-0.50 190 160 2 1.5t >0.50-1.50 2 2.5t >1.50-3.00 3 3.0t 表2-1 3003鋁的力學(xué)性能 2.3.4軋制力計算 初步設(shè)定冷軋機軋輥輥徑為300mm 用乳化液潤滑，。 ——系數(shù)，，對于鋼軋輥，彈性模數(shù)， 泊松系數(shù)。則 查表3003鋁力學(xué)性能可得，3003鋁 取 平面變形抗力的平均值， 由表2-2，查得： 得。 x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.0 1.000 1.005 1.010 1.015 1.020 1.025 1.031 1.036 1.041 1.046 0.1 1.052 1.057 1.062 1.068 1.073 1.079 1.084 1.090 1.096 1.101 0.2 1.107 1.113 1.119 1.134 1.130 1.136 1.142 1.148 1.154 1.160 0.3 1.166 1.172 1.179 1.185 1.191 1.197 1.204 1.210 1.217 1.233 0.4 1.230 1.236 1.243 1.249 1.256 1.263 1.270 1.277 2.283 1.290 0.5 1.297 1.304 1.312 1.319 1.326 1.333 1.340 1.384 1.355 1.363 表2-2 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)數(shù)值表 2.3.5傳動軋輥所需力矩及功率計算 1. 傳動力矩的組成 欲確定主電動機功率，首先必須確定傳動軋輥的力矩。在軋制的過程中，傳動軋輥所需力矩通常由以下四部分組成： （2-22） 式中 ——軋制力矩，使軋件產(chǎn)生塑性變形所需力矩； ——發(fā)生在傳動機構(gòu)、軋輥軸承等地方的附加摩擦力矩； ——空轉(zhuǎn)力矩，即克服空轉(zhuǎn)時的摩擦力矩； ——動力矩，為克服軋輥不均速運動產(chǎn)生的慣性力所必需的； ——軋輥與主電動機之間的傳動比。 組成傳動軋輥的力矩的前三項為靜力矩，即 （2-23） 靜力矩指的是軋輥勻速轉(zhuǎn)動時所需的力矩，靜力矩在任何軋機上都是存在的，軋制力矩通常為靜力矩中的最大值，為有效力矩。只有在老式的軋機上，附加摩擦力矩才有可能大于軋制力矩。 主電機軸上的軋制力矩與靜力矩之比為軋機效率： （2-24） 軋機的效率會隨著結(jié)構(gòu)和軋制方式的不同而發(fā)生很大的變化，一般情況下，軋機的效率范圍為。 （1）附加摩擦力矩的確定 附加摩擦力矩通常是由兩軋輥軸承中的摩擦力矩 和傳動機構(gòu)中的摩擦力矩兩部分組成。 軋輥軸承中的附加摩擦力矩 對工作輥和支撐輥共四個軸承而言，此力矩的值為 （2-25） 式中 ——作用在四個軸承上的總負荷。等于軋制力； ——軋輥輥頸直徑； ——軋輥軸承的摩擦系數(shù)，取決于工作條件以及軸承的構(gòu)造，滾動軸承 。 （2）傳動機構(gòu)中的摩擦力矩 傳動機構(gòu)中的摩擦力矩指傳動機構(gòu)機座中的摩擦力矩，根據(jù)傳動效率按下式計算： （2-26） 式中 ——傳動機構(gòu)的效率，通常齒輪傳動的效率取。 （3）空轉(zhuǎn)力矩的確定 空轉(zhuǎn)力矩是指空轉(zhuǎn)時在軋輥軸承及傳動裝置中的力矩，通?？梢园凑障率絹泶_定空轉(zhuǎn)力矩大小，即 （2-27） 對于新式軋機可取最小值，對舊式軋機可取最大值。 （4） 動力矩 動力矩指的是軋機加速或減速運行時的慣性力矩，只發(fā)生在某些軋輥不勻速轉(zhuǎn)動的軋機上，比如在軋制道次中進行調(diào)速的軋機，本設(shè)計中的冷軋機采用不可逆的工作方式，在軋制道次中也不需要進行調(diào)速，所以動力矩可忽略不計。 2. 軋制力矩的確定 軋制力矩指的是軋制壓力與兩輥中心連線的垂直距離的乘積，如圖2-5所示： 圖2-5 按軋制力計算軋制力矩 （2-28） 式中 ——工作輥、支撐輥的軋制力矩。 因為摩擦力在垂直方向上的分力相對很小，可忽略不計，所以： （2-29） 力臂等于單位壓力圖形的重心到軋輥中心連線的距離的大小，為了避免因為幾何產(chǎn)生的的影響，通常不直接確定力臂a的大小,而是通過確定力臂系數(shù)的方法來確定。 （2-30） 式中 ——合壓力作用角； αj——接觸角； lj——接觸弧長度。 轉(zhuǎn)動軋輥所需的軋制力矩為 （2-31） 軋制力臂系數(shù)Ψ根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，其范圍為： 冷軋板帶時，Ψ=0.33-0.42 查手冊，初選冷軋機的主電機型號為型，額定功率P=132KW、額定轉(zhuǎn)速為n0=980r/min，為方便作n0=1000r/min計算，額定力矩; 軋輥輥身直徑D=300mm，軋輥輥頸直徑D與軋輥輥身直徑d關(guān)系為： 取d=0.5D,d=150mm。 則主電機軸上傳動軋輥的力矩計算如下 ① 本設(shè)計中第一道次軋制速度設(shè)為1.5m/s，軋輥轉(zhuǎn)速計算過程如下： ② 軋輥與主電機的傳動比 ③ 主電動機軸上傳動軋輥所需力矩的大小 56 3 軋輥與軋輥軸承設(shè)計 軋輥由輥身、輥頸和輥頭三部分組成，輥身與軋件接觸，對軋件施加壓力，輥頸安裝在軸承中，起支撐作用，輥頭與萬向接軸連接傳送軋制扭矩。通常分為有槽軋輥和平面軋輥，平面軋輥結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 軋輥組成 1— 輥身；2—輥頸；3—輥頭 3.1軋輥尺寸參數(shù)的確定 3.1.1輥身 輥身是軋輥上最重要的部分，通常是有光滑的圓柱形或帶軋槽的表面。軋輥與軋件接觸施加壓力并使軋件產(chǎn)生塑性變形，輥身的主要參數(shù)為輥身直徑和輥身長度。輥身直徑的大小主要根據(jù)允許咬入角α的大小和軋輥的強度來確定，既要保證軋輥強度，同時也要滿足以下的咬入條件： （3-1） 式中 Dg——軋輥的輥身直徑 △h——壓下量 α——咬入角 由前面計算已知 所以軋輥輥身直徑選為300mm滿足咬入條件。 初軋機輥身長度與輥身直徑的關(guān)系： （3-2） 取L=2.2D， 3.1.2輥頸 輥頸與軋輥軸承裝配在機座中，主要起支撐作用，輥頸的主要參數(shù)為長度和直徑 ，一般取，采用滾動軸承時，因為軸承外徑的限制，輥頸直徑受到不能取的過大，一般可?。? （3-3） 3.1.3輥頭 輥頭位于軋輥的端部，將減速箱輸出的動力傳遞到軋機上，輥頭主要有梅花軸頭、圓柱形軸頭和扁頭軸頭三種形式。梅花軸頭是比較簡單的結(jié)構(gòu)形式，通常適用于壓下調(diào)整量不大、速度不高的軋機，梅花軸頭與梅花接軸用軸套連接，扁頭軸頭用于和萬向接軸的叉頭連接。本文設(shè)計中采用梅花軸頭，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示： 圖3-2 梅花軸頭的結(jié)構(gòu) 梅花軸頭的外徑d1與軸頸直徑d大致關(guān)系為二輥薄板軋機為： （3-4） 其余尺寸參見表3-1, d 1 d 2 r l 1 l 2 140 148 29 90 100 150 162 31 95 110 160 176 33 105 120 180 196 38 115 130 200 216 41 130 150 220 238 44 140 160 表3-1 軋輥梅花頭尺寸 推理可得：d1=128mm時， d=134mm，r=27mm，l1=85mm，l2=90mm 3.2軋輥材質(zhì)的選擇及校核 在選擇軋輥的材質(zhì)時，要綜合考慮軋機的工作條件、工作要求以及各類材質(zhì)的特點還要了解軋輥常見破壞形式和破壞原因等，常見軋輥的材質(zhì)可參見表3-2。 表3-2 軋輥常用材質(zhì)表 鋁軋機用軋輥多采用添加了鎢、鉬等合金元素的高碳鉻鋼（如9Cr2MoV 、9Cr2Mo等），其它一些大多選擇硅錳鋼（例如60SiMnMo）、鉻鎳鋼（例如50CrNiMo）和中碳鉻錳鋼（例如60CrMnMo）等，大直徑軋輥通常采用高碳鋼。為了保證軋輥的使用效果和壽命，除了選擇合適的材質(zhì)，還要配合適宜的軋輥加工和熱處理制度，以獲得均勻的硬度分布和深的工作層。此設(shè)計中軋輥選用9Cr2MoV作為軋輥材料，當冷軋輥直徑小于時,輥身表面硬度范圍。 3.2.1軋輥的強度和撓度計算 軋輥作為軋機上直接承受軋制壓力的加工工具，通常是軋機上最大的消耗性的零件，就軋機整體而言，軋輥的安全系數(shù)最小，軋輥的主要破壞形式有輥面磨損、輥面剝落、斷輥、輥面熱裂等。軋輥強度計算的內(nèi)容和方法和它的形狀、工作條件以及用途等因素相關(guān)。 1. 軋輥的強度計算 二輥軋機的受力簡圖如圖3-3所示，為簡化計算，設(shè)定軋件位于輥身中央，可以近似地看成載荷是是沿軋件寬度均布分布，軋輥左右兩端的支反力相等，并作用于壓下螺絲中心線的位置上。 ——許用彎曲應(yīng)力，對于合金鍛鋼軋輥，當強度極限 時，許用彎曲應(yīng)力。 圖3-3 軋輥受力簡圖 輥身中央截面的彎曲力矩為： （3-5） 彎曲應(yīng)力為： （3-6） 故輥身中央截面強度足夠。 輥頸的危險截面位于輥頸根部，其彎矩為： 彎曲應(yīng)力為： 故輥頸根部截面強度足夠。 輥頸處的扭轉(zhuǎn)力為： 式中 D——軋輥直徑 d ——輥頸直徑 Mn——軋輥的扭矩 軋輥輥頸處所受的力為彎曲力和扭轉(zhuǎn)力的結(jié)合，在求得危險截面的彎曲應(yīng)力的分扭轉(zhuǎn)應(yīng)力后，可按照強度理論計算合應(yīng)力，合成應(yīng)力可按第四強度理論計算。 （3-7） 所以軋輥滿足強度要求。 2. 軋輥的撓度計算 在軋制負荷的作用下，軋輥會產(chǎn)生彈性變形，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)軋輥在軋制力作用下某一截面的撓度值為，軋輥的撓度計算簡圖如圖3-4所示。 圖3-4 軋輥撓度計算簡圖 因為軋輥屬于短粗梁，所以軋輥的撓度值由兩部分組成，即 （3-8） 式中 f1——由彎矩引起的撓度值 f2——由剪力引起的撓度值 （1） 輥身中央截面總撓度的計算 彎矩引起的撓度 （3-9） E，G——彈性模量和剪切彈性模量 剪力引起的撓度 （3-10） 式中——剪應(yīng)力分布不均影響系數(shù)，對于圓截面。 代入數(shù)據(jù)，求得 （2） 輥身中間與板邊緣撓度差值計算 彎矩引起的撓度 （3-11） 代入數(shù)據(jù)，求得 剪力引起的撓度 （3-12） 將 代入上式得： 代入數(shù)據(jù)，求得： （3） 輥身中間和輥邊撓度差值計算 輥身中間與輥邊撓度差值相當于懸臂梁 點撓度值。 彎矩引起的撓度值 （3-13） 剪力引起的撓度值 （3-14） 代入數(shù)值，求得： 撓度引起的變形量極小，軋輥滿足工作要求。 3.3軋輥軸承的選擇及校核 軋輥軸承用來支撐轉(zhuǎn)動的軋輥，并保持軋輥在機架中處于正確的位置。常用的軋輥軸承一般有滾動軸承、滑動軸承和液體摩擦軸承，軋輥軸承是軋鋼機械上的重要部件之一，與普通機械上的軸承相比，軋輥軸承具有以下特點： （1） 可以承受很大的工作負荷。軋輥軸承的單位壓一般比普通的軸承高倍，值是普通軸承的倍。 （2） 工作環(huán)境惡劣，熱軋時工作溫度很高，還伴有氧化鐵皮和冷卻水的飛濺；冷軋時用的工藝潤滑劑與軸承潤滑劑混合，對軸承的密封性有較高的要求。 （3） 運轉(zhuǎn)速度差別大。高速軋機與低速軋機速度相差巨大。 3.3.1軋輥軸承的選擇 1. 支撐輥和工作輥都選用代號為FC3045120的四列圓柱滾子軸承，F(xiàn)C系列圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。 圖3-5 四列圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)簡圖 主要參數(shù)： 3.3.2軋輥軸承強度校核 軋輥軸承承受很大的軋制力，以承受軸向載荷為主。 1. 靜強度校核 當量靜負荷： （3-15） 安全系數(shù)： （3-16） 故支撐輥軸承強度足夠。 2. 疲勞壽命校核 當量動負荷與軸承壽命之間的關(guān)系： （3-17） 式中 Lh——軸承額定壽命，h； C——額定動負荷，N，其值由軸承手冊查得C=Cr=788KN； n——軸承的轉(zhuǎn)速，n=143r/min； P——當量動負荷，N； ——壽命指數(shù)，對滾子軸承 當量動負荷由下式求得：取 （3-18） 式中 X—徑向系數(shù)，對于板帶軋機，，，所以取值為1，Y取值為0； Fr—軸承徑向負荷，； Fa—軸承軸向載荷，??； fT—溫度系數(shù)，軋輥軸承一般只能在以下工作，取 ； fF—負荷系數(shù)，冷軋機，取。 代入數(shù)據(jù)，求得： 軋輥換輥較為頻繁，可以適時更換軸承，故軋輥的軸承符合要求。 4 軋輥壓下裝置的設(shè)計 壓下裝置也稱上輥調(diào)整裝置，軋輥壓下裝置的作用主要是調(diào)整輥間縫隙大小，以達到按照給定的下壓量來軋制的要求。軋輥壓下裝置主要有手動、電動、液壓以及電-液幾種形式，其中最常見的是電動壓下裝置。此次設(shè)計的是小型軋機，不需要頻繁調(diào)整下壓量，且下壓量不大，所以選擇了比較經(jīng)濟的手動壓下裝置。手動壓下裝置的特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是存在壓下速度和壓下能力較小、操作工體力勞動繁重的缺點，其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。 圖4-1 手動壓下裝置結(jié)構(gòu)圖 1——壓下螺絲；2——壓下螺母；3——螺栓；4——機架； 5——支撐輥軸承座；6——小齒輪；7——支撐輥軸承 4.1 壓下裝置主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 1. 壓下螺母 壓下螺母承受著巨大的軋制力，一般都是采用高強度的鑄造鋁黃銅如ZHA166-6-3-2或高強度的無錫青銅如ZQA19-4等材料。一般分為組合式和整體式，其中整體式一般用在中小型軋機和有色金屬軋機上。為了便于更換，一般采用動配合的形式，為了防止螺母在機架中轉(zhuǎn)動和防止螺母在機架中脫出，大多采用壓板的形式將螺母固定，壓板嵌在機架和螺母的槽內(nèi)，并用螺栓固定。 2. 壓下螺絲 壓下螺絲由三部分組成，與軋輥軸承座相接觸端稱為頭部；中間帶有鋸齒形或者梯形螺紋的部分稱為本體，與壓下螺母內(nèi)螺紋相配合；尾部承受驅(qū)動力矩，尾部截面形狀通常有方形和花鍵形兩種。 4.1.1 壓下螺絲和壓下螺母主要參數(shù)計算 1. 壓下螺絲 壓下螺絲的主要參數(shù)是螺紋部分外徑和螺距,其值可通過查手冊獲得。壓下螺絲的長度與直徑比值很小，忽略軸向彎曲，壓下螺絲的最小截面的直徑: （4-1） 式中 ——作用于壓下螺絲的軋制力，； ——壓下螺絲的需用壓應(yīng)力，。 壓下螺絲的安全系數(shù)取值為6，材料為合金鋼，強度極限， 則許用應(yīng)力，代入數(shù)據(jù)得： 壓下螺絲直徑與輥頸直徑間的比例關(guān)系為： （4-2） 式中 ——壓下螺絲外徑； ——軋輥輥頸直徑，取，則： 根據(jù)自鎖條件確定壓下螺絲的螺距： （4-3） 式中 ——螺紋升角 自鎖條件要求，則： 查表得M90螺栓螺距為，滿足自鎖要求。 普通螺紋的基本牙型如圖4-2所示 圖4-2 普通螺紋的基本牙型 D——內(nèi)螺紋大徑；D1——內(nèi)螺紋小徑;D2——內(nèi)螺紋中徑；d——外螺紋大徑； d1——外螺紋小徑；d2——外螺紋中徑； P——螺距；H——原始三角形高度 原始三角形高度： （4-4） 小徑： （4-5） 中徑： （4-6） 2. 壓下螺母 壓下螺母的主要參數(shù)是高度和外徑，高度按螺紋的需用單位壓力為來計算，關(guān)系式為： （4-7） 由上式可以求出，螺紋高度 ，按許用單位壓力，可確定 ，取 （4-8） 螺紋外徑根據(jù)端面與機架橫梁接觸面壓力來確定，即： （4-9） 式中 ——壓下螺母端面與機架橫梁接觸面的單位壓力； ——作用在壓下螺絲上的最大軸向力； ——壓下螺母外徑； ——機架與壓下螺絲接觸端面的內(nèi)徑； ——許用單位壓力，一般按選取， 這時。 。 4.2 傳動壓下螺絲的扭矩計算 壓下螺絲受力平衡圖如圖4-3所示，由圖可知傳動壓下螺絲需要克服的是壓下螺絲頭部止推軸承處的摩擦靜力矩和壓下螺絲與螺母螺紋之間的摩擦力矩，即 （4-10） （1）計算 設(shè)作用在壓下螺絲上的軸向力P在壓下螺 絲頭部與球形墊接觸上沿著直徑方向均勻 分布，單位壓力為 （4-11） （4-12） 圖4-3 壓下螺絲受力平衡圖 式中 ——壓下螺絲端部與球面墊摩擦因數(shù)，通常 ，采用滾動止推軸承 時， 可取值0.005； ——壓下螺絲頭部直徑，取 。 （2）計算M2： （4-13） 式中 ——作用于壓下螺絲的軸向力； ——螺紋間的摩擦角， ，一般可取 ，則 ； ——螺紋升角， ，下壓時為正值，提升時取負值， 分別為螺紋直徑和螺距，； ——壓下螺絲和螺母螺紋直徑，mm。 5 軋輥平衡裝置 由于零件間存在配合間隙，在軋機空載時，由于工作軋輥與軸承座自身重力的作用，會造成壓下螺絲與壓下螺母和軸承座之間產(chǎn)生一定的間隙。而這些間隙會導(dǎo)致軋制過程中產(chǎn)生強烈的沖擊，強烈的沖擊將會造成軋機零件壽命的下降，還會影響板帶材的質(zhì)量。常見的上輥平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡以及彈性膠體四種形式?？紤]到成本的問題，此次設(shè)計選用彈簧式平衡裝置，結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但也存在換輥時需要人工拆卸彈簧，耗時較長的缺陷。 圖5-1 彈簧式平衡裝置結(jié)構(gòu)圖 1——拉桿；2——螺母；3——墊圈；4——套筒； 5——彈簧；6——螺栓；7——機架；8——壓板 5.1 彈簧的設(shè)計計算 在安裝彈簧時其最小預(yù)緊力 為： （5-1） 式中 G——被平衡零件的重力，N； Pmin——彈簧的最小過平衡力，N，，取。 被平衡零件即軋機上輥，上輥重力計算： 選用牌號為的熱軋彈簧鋼作為平衡裝置彈簧的材料，該種材料具有高的抗疲勞性能、抗高溫的特點，設(shè)軋輥調(diào)節(jié)最大行程60mm。 曲度系數(shù)： （5-2） 式中 C——旋繞比，，初選，則 材料直徑： （5-3） 式中 ——彈簧的工作載荷，因為有兩個彈簧，所以； ——許用切應(yīng)力，查表得 。 ，取 。 彈簧有效圈數(shù)： （5-4） 式中 ——切變模量，查表得，； ——彈簧中徑， （5-5） 取標準值； 查手冊得，時，彈簧心軸最大取值為，取， 最小套筒直徑，取。 圈 彈簧總?cè)?shù)： （5-6） 式中 ——壓縮彈簧的支撐圈數(shù)，查手冊得。 圈 彈簧外徑： 彈簧節(jié)距 ： （5-7） ，取,則 壓并高度: （5-8） 螺旋角 : （5-9） 彈簧自由長度（兩端磨平時）： （5-10） 彈簧材料的展開長度： （5-11） 5.2 彈簧的校核 （1） 彈簧穩(wěn)定性驗算 高徑比： （5-12） 所以滿足穩(wěn)定性要求 （2） 校核彈簧特性 壓并變形量： （5-13） 滿足工作變形量在20%到80%之間。所以彈簧滿足工作要求。 6 軋機機架設(shè)計 軋鋼機架是軋機的最重要部分之一，因為所有的系統(tǒng)都是通過機架連接到一起。在軋制時承受著軸承座帶來的全部軋制力，產(chǎn)生的所有沖擊都會傳遞到機架上，所以機架必須具有足夠的強度和剛度。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同來分，機架可分為開式機架、閉式機架兩大類。本次設(shè)計選用閉式機架，結(jié)構(gòu)簡圖如圖 61所示，閉式機架具有較高的強度和剛度，閉式機架的主要參數(shù)為窗口高度、窗口寬度和立柱截面尺寸，機架安全系數(shù)通常為。 圖 61機架結(jié)構(gòu)簡圖 6.1 機架主要參數(shù)計算 窗口高度H 窗口高度與軋輥數(shù)目、軋機最大開口度，輥頸直徑、壓下螺紋最小伸出端、軋輥中心距、軸承和軸承座徑向厚度、上輥的調(diào)整距離及余量參數(shù)等因素有關(guān)。計算時根據(jù)軋機結(jié)構(gòu)型式和各部件的尺寸具體確定。一般可取： （6-1） 取H為1000mm。 窗口寬度B 對于閉式機架，窗口的寬度應(yīng)該略大于輥身直徑，以便在換輥時能順利地從窗口中取出軋輥，輥身直徑300mm。取窗口寬度B為350mm。 機架立柱斷面面積F 機架立柱斷面面積是根據(jù)機架的強度來確定的，根據(jù)表 61給出的經(jīng)驗公式設(shè)定 軋輥材料 軋機類型 比值F/d2 備注 鑄鐵 　 0.6-0.8 　 碳鋼 開坯機 0.7-0.9 　 其他軋機 0.8-1.0 　 鉻鋼 四輥軋機 1.2-1.6 按支撐輥輥頸計算 合金鋼軋輥 　 1.0-1.2 　 表 61機架立柱斷面面積與軋輥輥頸直徑平方之比 輥頸直徑150mm，取 ，則 ， 即，取。 結(jié) 論 本文結(jié)合應(yīng)用實例, 對小型二輥冷軋機進行了結(jié)構(gòu)分析和主要參數(shù)計算。給出了軋制力的計算過程、軋輥的參數(shù)設(shè)計、軋輥軸承的選擇、軋輥的校核、軸承的校核、壓下裝置的設(shè)計、平衡裝置的設(shè)計以及機架的設(shè)計。改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更為簡單，為小型軋機的生產(chǎn)企業(yè)提供了參考。 致 謝 經(jīng)過近一個半月時間的努力，大學(xué)的最后的一個考試，也就是畢業(yè)設(shè)計，也基本完成了?；仡櫞舜巫霎厴I(yè)設(shè)計的整個過程，我感受很多。從最開始拿到題目的茫然，到現(xiàn)在對機構(gòu)和工作原理的熟悉，中間有我自己付出的努力，當然更重要的是我的指導(dǎo)老師XXX老師和其他同學(xué)對我的幫助。通過這次的畢業(yè)設(shè)計我相信我們大家都學(xué)到了很多，這也是我們在進入社會、進入實際的工作崗位前的最后一次練兵了，以后就不會有老師這么耐心的指導(dǎo)了，所以同學(xué)們都認真對待這次設(shè)計，就我個人而言我有三點體會。 一：要善于利用身邊資源 最開始拿到題目的時候，大腦里一片空白，完全不知道從哪里下手，因為自己在平時根本就沒有接觸過冷軋機，甚至不知道冷軋機是什么樣子、什么用途的機械。最開始老師讓我們在網(wǎng)上找一些相關(guān)的資料看一下，先大致了解一下自己所要設(shè)計的東西。所以最開始我也是通過網(wǎng)絡(luò)了解了冷軋機的結(jié)構(gòu)、工作原理的。在著手設(shè)計的時候，剛開始也是不知道從哪一步開始，因為之前從來沒有過設(shè)計整個機械的經(jīng)歷，大學(xué)里做過最接近的一次機械設(shè)計是減速箱的設(shè)計，后來就在圖書館里找到了很多關(guān)于軋制方面的書籍，也是通過看書才知道設(shè)計軋機第一步是要計算軋制力，然后設(shè)計軋輥及其它機構(gòu)的，在設(shè)計過程中，涉及大量的計算和參數(shù)，很多在網(wǎng)上也找不到，也是在圖書館里找到了一本機械設(shè)計手冊，查參數(shù)就跟之前查詞典一樣簡單迅速。所以，我們要善于利用身邊的資源，比如網(wǎng)絡(luò)和圖書館。 二：設(shè)計時要綜合分析 在設(shè)計時，首先要對結(jié)構(gòu)有一個大致的了解和計劃，可以先畫出簡圖，而不是做了一個機構(gòu)再考慮別的機構(gòu)，因為機械很多地方都是環(huán)環(huán)相扣的，很可能這個系統(tǒng)設(shè)計完成，再做下一個系統(tǒng)時，前面的設(shè)計就出現(xiàn)問題了。另外在零件的選擇上要盡量選擇標準件，盡量在滿足工作要求的前提下減少成本，簡化結(jié)構(gòu)。雖然我們的畢業(yè)設(shè)計不是制造出實物，但是也要以做實物的標準來進行。 三：要有足夠耐心 剛開始設(shè)計的時候，也走了不少彎路，做了幾次改變。做機械設(shè)計是一個很枯燥的過程，但是又是個很嚴謹?shù)倪^程。有時候碰到問題很長時間解決不了的時候，人就會很煩躁，我有過幾次這樣的經(jīng)歷都覺得進行不下去要放棄了。這時候可以暫時放下手里的事情或者去找老師討論一下問題，當完成設(shè)計的時候，會有一種成就感，所以我們要以足夠的耐心來對待我們的畢業(yè)設(shè)計。 最后我要衷心感謝XXX老師，是他帶領(lǐng)著我們順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，我想真心的代表我們所有由XXX老師指導(dǎo)的同學(xué)再次對他說聲謝謝，感謝在設(shè)計中為我提供幫助的所有人。 參考文獻