畢業(yè)設計（論文）-800大型軋機設計（含全套CAD圖紙）

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1、 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 800 大型軋機設計 全套完整版全套完整版 CAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706 1 緒論 1.1 選題的背景和目的 鞍鋼大型軋鋼廠是我國較大的大型型材廠，生產(chǎn)全國 60%以上的鐵路用軌。我國 自行設計建造的南京長江大橋全部用的型材都是由大型廠提供的。鞍鋼大型廠 1953 年 正式投產(chǎn)，為 50 年代鞍鋼三大工程之一，主要采用原蘇聯(lián)的 800 毫米大型軋機，原設 計能力為年產(chǎn) 300KN，由于進行設備改造年產(chǎn)達到 90 萬噸，可以生產(chǎn) 60kg/m 重軌和 各種不同形狀的大型型材。 為提高產(chǎn)品質量，該廠引進了四輥萬能大型軋機，采用第

2、一煉鋼廠的連鑄坯為坯 料。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，需要更多數(shù)量、更多品種、更高質量的型鋼，特別是大型 型材。為滿足這一需要，型鋼軋機的發(fā)展不外于兩個，一是改造舊軋機；二是更新設 備，采用新技術和新工藝在舊型鋼軋機上逐漸完善及工藝改進，這是我國改造挖潛以 少花錢多辦事見效快的新方針，是節(jié)約經(jīng)濟的客觀需要。 按著上述精神本設計對 800 大型軋機進行調研，了解生產(chǎn)中存在的問題，為此在 這次設計中進行改進，使舊設備更加完善。 1.2 型鋼軋機國內外發(fā)展狀況 型鋼品種繁多，并且同一斷面的型鋼又有很多不同規(guī)格和型號，廣泛用于國防、 機械改造、修建鐵路、橋梁、礦山、工廠及船舶制造建筑、農(nóng)業(yè)及民用等各個部門。

3、 世界各國型材占鋼材比重各自不同，工業(yè)發(fā)達國家的型鋼生產(chǎn)總趨勢是占鋼材的比重 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 越來越小，但其產(chǎn)量和品種不斷更新，新的型鋼品種不斷增加。以前很多必須用鍛壓、 沖壓和機械加工方法的產(chǎn)品，改為能以軋制方法取而代之。因此，軋制產(chǎn)品的種類和 生產(chǎn)技術,也同樣在一定程度上反映了一個國家冶金工業(yè)的發(fā)展水平。 1.2.1 型鋼的生產(chǎn)方式 熱軋型鋼有生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、能耗少、成本低等特點，熱軋型鋼生產(chǎn)主要方 法有: (1)普通軋法：既是在一般二輥或三輥軋機上進行軋制?？仔陀袃蓚€軋輥的孔槽組 成，可生產(chǎn)一般簡單異型和縱軋周期斷面型鋼。 (2)多輥軋法：孔型由三個以

4、上的軋輥槽組成，從而減少了閉口槽的不利影響，軋 槽殘余應力小，其中 H 型鋼屬于這一類。 (3)熱彎軋法：它的前半部是將坯料壓成扁帶或接近成品斷面形狀，然后在后面孔 型中趁熱彎曲成型。 (4)熱軋縱剖軋法：將較難軋的非對稱斷面的產(chǎn)品，先設計成對稱斷面或將小斷 面產(chǎn)品設計成并聯(lián)形式的斷面產(chǎn)品，然后在軋機上或冷卻后用圓盤剪縱剖而得到兩個 不同尺寸的型材。 (5)熱軋冷技法：先熱軋成型，并留有冷軋工余量，然后經(jīng)酸洗、堿洗、水洗涂 潤滑劑后冷技成材。 (6)熱冷成型法：以熱軋和冷軋板帶鋼為原料使其通過帶有一定槽形而又回轉的軋 輥，使板帶承受橫向彎曲變形而獲得所需斷面形狀的鋼材。 1.2.2 軋機的布置

5、方式 (1)橫列式 分為：一列式，二列式，三列式等。 一列式大多數(shù)用一臺交流電機同時傳動數(shù)架水平輥軋機，設備簡單、造價低、建 廠快、產(chǎn)品品種靈活。要減少首尾溫度差可采用一、二列式。 (2)順列式 軋機多為水平立式或多輥軋機，各架軋機順序布置平行縱列中，軋機單獨傳動， 每架只軋一道，但不形成連軋。 (3)棋盤式 它介于橫列式和順列式之間，前幾架軋件較短采用順列式，后幾架精軋機布置成 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 橫列式。 (4)半連續(xù)式 粗軋機為連續(xù)式，精軋為橫列式，或者粗軋機為橫列式，精軋為連續(xù)式。 (5)連續(xù)式 軋機縱向緊密排列為連軋機組，可采用單獨傳動或集體驅動，每架只軋

6、一道，一 根軋件可在數(shù)架軋機內同時軋制，各道間遵循秒流量相等的原則，軋制速度快，產(chǎn)量 高。 1.2.3 型鋼生產(chǎn)的特點 (1)產(chǎn)品斷面比較復雜。 (2)產(chǎn)品品種多。 (3)軋機類型多。 1.2.4 大型軋機生產(chǎn)的發(fā)展趨勢 800 大型軋機屬于軌梁式軋機，軋輥直徑 750950 毫米，生產(chǎn)主要產(chǎn)品有重軌、 大型工字鋼、角鋼、方鋼、圓鋼、管坯、鋼樁以及其它異型鋼材。 (1)大型軋機布置形成的發(fā)展 橫列式軋機布置有一列式、二列式和三列式。發(fā)展趨勢精軋和粗軋分開，提高產(chǎn) 品的精度，防止軋制時相互影響。 軋制方法，常規(guī)軋法和多輥軋法，發(fā)展趨勢四輥萬能式軋機。 (2)現(xiàn)代化軋制車間 該車間由開坯、第一組、

7、第二組軋機和精軋機組成，機架采取順列布置。用高壓 水除磷，熱軋潤滑油潤滑軋槽，軋機采用直流電機，單獨傳動，實行自動控制，全部 聯(lián)接系統(tǒng)采用自動耦合方式，采用連續(xù)作業(yè)發(fā)展。 1.3 大型軋機的研究內容和方法 1.3.1 車間平面布置及大型軋機的作用 車間平面布置圖，見圖 1.1。 大型軋機,將坯料軋成大型型材的主要設備,表示大型廠生產(chǎn)產(chǎn)量的主要設備。 1.3.2 生產(chǎn)工藝流程 產(chǎn)品的品種包括: (1)鋼軌類：43kg/m，50kg/m，60kg/m(鐵路用軌)Qu80，Qu100，Qu120(吊車用軌)。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 (2)型材類：工字鋼 20，22，24，3

8、0，45。 槽鋼 18，20，24，30。 角鋼 16/16，16/10，12，5/20，20/20。 (3)圓鋼類：90160，管坯 90160。 (4)異型鋼：球扁鋼，履帶鋼，鋼板柱和方鋼。 以重軌為例說明生產(chǎn)工藝流程： 鋼坯驗收上垛火焰清理加熱軋制鋸切打印緩冷 矯正加工（端部淬火，打孔）探訪成品檢查分類入庫。 1.3.3 研究的內容和方法 (1)進行現(xiàn)場調研，收集 800 軋機有關資料，了解生產(chǎn)存在的主要問題，軋機的結 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 構特點，主要零件材料選擇。 (2)制定 800 軋機的設計方案，并進行方案

9、評述。 (3)進行主電機容量的選擇，主要零件的強度計算。 (4)繪出總圖，部分部件圖和零件圖。 (5)指出對控制系統(tǒng)的要求，潤滑方法選擇和潤滑油的選用。 (6)設備安裝方法，維護檢修規(guī)程。 (7)對設備的設計進行經(jīng)濟分析與評價。 1.3.4 軋機生產(chǎn)中存在的問題 為保護設備過載情況不被損壞，采用齒形聯(lián)軸器，用 6 個安全銷螺絲聯(lián)接，見圖 1.2。當軋制過載時，安裝安全銷斷開，使電機和設備停轉起到安全作用。但是在使用 中，安全銷破壞部位達到過載不剪斷，有時達不到過載也剪斷，主要因為是 6 個安全 銷受力不均。剪斷后更換不方便安全銷螺絲局部變形不易取出，只好用電焊切斷，修 理一次需 3 個多小時，

10、影響軋鋼生產(chǎn)，之后改成 3 個安全螺絲，效果不佳，如果安全 銷直徑大些，不起安全作用。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1左半聯(lián)軸器 2安全銷 3定位套 4安全銷套 5左齒套 6軸承 7齒形軸 8右齒套 9定位環(huán) 10右半聯(lián)軸器 圖 1.2 齒形聯(lián)軸器示意圖 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 2 方案的選擇與評述 2.1 選擇與評述 800 大型軋機采用橫列式布置，三重式軋鋼機采用集中驅動，為單向不可逆式傳動， 其主傳動示意圖見圖 2.1 所示。 采用直流低速可調電機，無減速器，通過齒輪座帶動軋輥轉動。選用低速電機， 取消減速機是因為減速機造價高，又有功率消耗其費用比選

11、擇低速電機和高速電機的 差價還高，所以選擇低速電機，投資低，又不經(jīng)常啟、制動，提高傳動效率。 齒輪座采用人字齒輪，萬向連接軸采用梅花接軸，因為調節(jié)范圍小，梅花軸滿足 要求，而與齒輪軸端采用滑塊式萬向接軸，這樣減少齒輪座與第一架軋機的距離。電 機與齒輪座采用齒形聯(lián)軸器，并對安全銷進行改進設計。 軋輥選用滑動軸承，壓下、壓上選擇電動壓下、壓上機構，改變原來軋機的手動 傳動方案。軋輥平衡選用彈簧平衡，因為調整范圍小，彈簧平衡安全可靠，保證在正 常平衡力之內，軸向調整采用斜楔，機架采用開式機架，U 形架和上橫梁，用斜楔聯(lián) 接，比其它聯(lián)接剛度好，拆卸方便，滿足換輥要求。 主電機 齒形聯(lián)軸器 齒輪座 萬向

12、接軸 1 號機座 2 號機座 3 號機座 圖 2.1 800mm 大型軋鋼機主機列 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 2.2 設計改進 2.2.1 齒形聯(lián)軸器的改進 圖 2.2 齒形聯(lián)軸器改進部分結構示意圖。從圖中可見聯(lián)軸器的形狀和尺寸與原設計 相同，只改變半聯(lián)軸器和齒套，使其均布三個安全環(huán)，在安全環(huán)處，半聯(lián)軸器和齒套 凸緣加工成二個半圓，安全環(huán)就在其上，更換時去掉壓板裝上新環(huán)。此結構主要優(yōu)點 是結構簡單緊湊，安裝更換方便，計算簡易可靠，壽命長，靈敏性好。 1 2 3 4 5 6 1半聯(lián)軸器 2壓板 3定位銷 4凸緣 5安全環(huán) 6齒套 圖 2.2 齒形聯(lián)軸器改進部分示意圖 鞍山科

13、技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 3 主電機容量的選擇 3.1 軋制力的計算 3.1.1 軋輥主要尺寸的確定 由 60kg/m 重軌軋輥圖和孔型圖得軋輥主要尺寸，如表 3.1。 表表 3.1 計算數(shù)據(jù)根據(jù)表計算數(shù)據(jù)根據(jù)表 道次 R (mm) R (mm) Q (mm) Q (mm) b (mm) b (mm) t (s) 120101 1 419 419 52500 45390 250 260 3.2 2 385 419 45390 42070 260 280 3.5 3 365 473 42070 35970 180 220 4.1 4 347 495 35970 27000 220

14、 260 5.0 5 368 481 27000 21320 260 280 5.9 6 485 541 21320 16410 142 152 6.5 7 475 525 16410 13000 152 159 8.1 8 475 521 13000 10900 159 164 9.5 9 467 514 10900 9445 164 169 11 10 463 511 9445 8605 169 174 12.1 11 414 507 8605 7690 174 178.3 13.2 注：R 、R兩軋輥的最大半徑；Q 、Q 軋件軋制前后的斷面積；b 、b 軋件軋制前后的寬度； 120101

15、 t軋制時間。 3.1.2 軋制規(guī)程 軋制時間表，如附錄表 B1。 壓下量統(tǒng)計表 平均壓下量(mm)為 1,57 (3.1) 1 1 0 0 b Q b Q hm 在型鋼軋機上各道次壓下量的分配，一般存在著兩頭小中間大的規(guī)律。因為在頭 幾道中，軋件表面上氧化鐵皮較多，降低了摩擦系數(shù)；中間道次處在高溫塑性好的加 工條件下，壓下量高些，各道次壓下量如表 3.2。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 表表 3.2 壓下量統(tǒng)計表壓下量統(tǒng)計表 道 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 壓下量 35.42 24.33 70.22 59.65 27.70 42.18 26.2 1

16、5.30 10.58 6.43 6.32 3.1.3 軋制力的計算 一般常采用艾克隆德方法來計算型鋼軋機的軋制力。 軋制中厚板、板坯、方坯及異性斷面軋件一般不考慮軋制時軋輥產(chǎn)生彈性壓扁 現(xiàn)象。 當兩個軋輥直徑相同的情況下，接觸弧長度的水平投影為 l = (3.2)hR 式中 R軋輥半徑； h壓下量。 第一道軋制時 l =121.82 (mm)hR42.35419 當兩個軋輥直徑不相同的情況下，接觸弧長度的水平投影為 l = (3.3)h RR RR 21 21 2 第二道軋制時 l =98.809 (mm)h RR RR 21 21 2 419385 33.244193852 軋制異型斷面時，

17、當量半徑 R 為 d R = (3.4) d 121 2 2 1 1 ) 2 )( 2 (2 m mm hRR h R h R 式中 h軋制后軋件平均高度 h=Q /b 。 1m1m11 第二道軋制時 R =325.99 (mm) d 121 2 2 1 1 ) 2 )( 2 (2 m mm hRR h R h R 25.150419385 ) 2 58.174 419)( 2 25.150 385(2 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 變形速度 u(1/s)為 u (3.5) 10 2 hh R h v 式中 軋制速度， =2.8mm/min；vv 軋制前后軋件的高度。h 1

18、0h 第一道軋制時 u =4.234 (1/s) 10 2 hh R h v 21058.174 419 42.35 10008 . 22 軋件粘度系數(shù)(kgs/mm )為 2 =0.01(14-0.01t)c (3.6) 式中 c考慮軋制速度對 的影響系數(shù)，查文獻1根據(jù)軋制速度可查系數(shù) c 的值， c=1.0； t軋制溫度， C。 第一道軋制時 =0.01(14-0.01t)c=0.01 (14-0.01 1150) 1.0=0.025 k 的計算公式 k=(14-0.01t)1.4+(C)+(Mn)+0.3(Cr) 9.8 (3.7) 式中 (C)碳的質量分數(shù)，； (Mn)錳的質量分數(shù)，；

19、 (Cr)鉻的質量分數(shù)，。 軋制 60kg/m 重軌時，碳的質量分數(shù)為 0.7，錳的質量分數(shù)為 0.8，鉻的質量分 數(shù)為 0.25。 第一道軋制時， k =(14-0.01t)1.4+(C)+(Mn)+0.3(Cr) 9.8 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 =(14-0.01 1150) 1.4+0.7+0.8+0.3 0.25 9.8 =72.8875 系數(shù) m 為 m= (3.8) 10 1010 )(2 . 1)(6 . 1 hh hhhhR 式中 摩檫系數(shù)，對于鋼軋輥=1.05-0.0005t。 第一道軋制時 m= 10 1010 )(2 . 1)(6 . 1 hh

20、hhhhR = 58.174210 )58.174210(2 . 1)58.174210(419475 . 0 6 . 1 =0.13 平均單位壓力 p 為 m p =(1+m)(k+u) (3.9) m 式中 m考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù)； k軋制材料在靜壓縮時變形阻力，MPa。 第一道軋制時 p =(1+m)(k+u)=(1+0.13) (72.8875+0.025 4.234)=83.535 m 接觸面積 F(mm )為 2 F= (3.10)l bb 2 10 第一道軋制時 F=31064.10l bb 2 10 82.121 2 260250 軋制力 P(KN)為 P= p F

21、(3.11) m 第一道軋制時 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 P = p F=83.535 31064.10=2594.94 m 由上述式子和表 3.1 中的已知數(shù)據(jù)計算出 11 道次各道次的軋制力，如表 3.3 所示。 3.2 電機軸的力矩的計算 3.2.1 軋制力矩的計算 軋制力矩 M ( Nm) Z M =Pa (3.12) Z 式中 P軋制力； a軋制力力臂，即合力作用線距兩個軋輥中心連線的垂直距離,a=l/2。 第一道軋制時 M = Pa=2594.94 121.82/2=158057.8 Z 3.2.2 軋輥軸承處摩擦力矩的計算 軋輥軸承處摩擦力矩 M( Nm)

22、 1f M=P (3.13) 1f1 式中 軋輥軸承處摩擦圓半徑, =d/2； 1 1 d 軋輥軸頸直徑； 軋輥軸承摩擦系數(shù)，膠木及塑料瓦=0.02。 第一道軋制時 M=P= 2594.94 450/2 0.02=11677.23 1f1 3.2.3 主電機軸上的附加摩擦力矩的計算 主電機軸上的附加摩擦力矩 M( Nm) 2f M= (3.14) 2f i MK 1 1 式中 主電機到軋輥之間的傳動效率，=0.85； i電動機和軋輥之間的傳動比，i=1。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 第一道軋制時 M=29958.23 2f i MK 1 1 1 23.11677 8 .

23、158057 ) 1 85 . 0 1 ( 3.2.4 主電機軸上力矩的計算 主電機軸上力矩 M ( Nm) D M =( M + M)/i+ M+M (3.15) DZ1f2fkon 式中 M空轉力矩。 kon 3.3 主電機容量的選擇及校核 3.3.1 主電機容量的選擇 由軋制速度得軋制轉速 n= (3.16) H D v 60 式中 D軋輥直徑。 根據(jù)軋輥最大力矩 M=9550可得出 maxK H n N k N= (3.17) k nM HK 9550 max 式中 k電動機過載系數(shù)，直流電動機 k=22.5，交流電動機 k=1.52； 主電動機到軋輥之間的傳動效率，=0.85； N電

24、動機功率，kw。 由 60kg/m 重軌軋制規(guī)程時間表得，在同時軋制第 4、6、8 道次時軋制力矩最大 M = M+M+M maxK4K6K8K =720712+323891+232401+16290.1+40521.8+29930.7 =1363746.6( NM) N=4492.34 k nM HK 9550 max 85 . 0 5 . 29550 85.66 6 . 1363746 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 查文獻10，選擇 2-ZJD215/135-10 直流電動機，N=2 3000kw，n=90r/min，M er er =636666.67( Nm)，90

25、/3000295509550 er er er n N M=（0.03-0.06）M=0.05 636666.67=31833.33( Nm)。 koner 第一道軋制時 M =( M + M)/i+ M+M DZ1f2fkon =(15805.78+11677.23)/1+29958.23+31833.33 =224099 表表 3.3 各道次計算結果表各道次計算結果表 道次 p(MPa) P(KN) M(Nm) M( Nm) M( Nm) M( Nm) M( mZ1f2fkonD Nm) 1 83.54 2594.94 158057.8 11677.23 29958.23 31833.33

26、 224099 2 86.038 2295.36 113401 10329.12 21838.37 31833.33 169974 3 86.42 2625.64 558390 12078 74128.6 31833.33 666356 4 101.51 3541.33 720712 16290.1 95768.7 31833.33 854531 5 116.0 3205.7 459379 14746.6 61609.5 31833.33 557495 6 124.05 2112.5 323891 40521.8 9717.7 31833.33 498496 7 131.4 2234.29 3

27、42556 10277.7 52722.3 31833.33 427316 8 144.85 1970.64 232401 29930.7 9064.45 31833.33 366812 9 159.27 1852.84 181239 23987.7 8523.09 31833.33 288552 10 176.45 1648.03 125655 17850.8 7580.93 31833.33 235123 1 190.62 1689.88 119065 17098.2 7773.43 31833.33 223833 電動機靜負荷圖如附錄圖 B所示。 3.3.2 主電機的校核 (1)電動機發(fā)

28、熱校核 由電動機靜負荷圖得各段時間內的主電動機力矩，如表 3.4 所示。 等值力矩( Nm) jun M 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 (3.18) i ii jun t tM M 2 由表 3.6 得=619720.66 jun M 合格 max 4.4.2 滑塊式萬向聯(lián)接軸的驗算 滑塊式萬向接軸主要結構尺寸是叉頭直徑 D(mm)，為軋輥名義直徑的 8595。 叉頭直徑為 D=(0.85-0.95) D (4.21) 1 式中 D 軋輥名義直徑，D =800mm。 11 D=(0.85-0.95) D =(0.85-0.95) 800=680-760 1 取 D=760m

29、m。 萬向接軸的許用應力為 = n b 式中 材料的抗拉強度，MPa； b n安全系數(shù)，最小安全系數(shù)不應小于 5。 選擇材料為 ZG35CrMo，=686MPa。 b =137.2 n b 5 686 (1) 扁頭強度計算 P P 圖 4.5 扁頭受力簡圖 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 扁頭受力情況如圖 4.5 所示。 扁頭厚度 S(mm) S=(0.25-0.28)D (4.22) S=(0.25-0.28)D=(0.25-0.28) 760=190-212.8 取 S=210。 查文獻1傾斜角=，K=1.05。201 萬向接軸力臂(mm)為x (4.23) 10 sin

30、) 3 2 (5 . 0 xbbx 式中 萬向接軸鉸鏈中心至斷面-的距離，=130(mm)； 1 x 1 x b 扁頭的總寬度，b =760(mm)； 00 b扁頭一個分支的寬度，b=260(mm)。 =0.5(760-+130=136.83 10 sin) 3 2 (5 . 0 xbbx201sin)260 3 2 應力(MPa)按下式計算 j = (4.24) j 22 2 0 ) 6 (93 ) 3 2 ( 1 . 1 b xx bSbb M 式中 M萬向接軸傳遞的扭轉力矩，M=636666.67( Nm)； 計算矩形斷面抗扭斷面系數(shù)時的轉化系數(shù)，它決定于矩形斷面尺寸 b 與 S 之比，

31、可查文獻1選取，=0.277。 = j 22 2 0 ) 6 (93 ) 3 2 ( 1 . 1 b xx bSbb M = 22 2 ) 277 . 0 6 260 (83.136983.1363 210260)260 3 2 760( 100067.6366661 . 1 =88.47 合格 (2)叉頭強度計算 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 應力(MPa)按下式計算 j =75.6 (4.25) j K D M 3 =75.6=75.6=115.13 合格 j K D M 3 05 . 1 760 100067.636666 3 4.4.3 梅花軸頭的計算 梅花軸頭最大

32、剪應力發(fā)生在梅花瓣的凹部，其值按下式計算 (4.26) 3 1 07 . 0 d MK 式中 作用在軋輥上最大的傳動力矩，=681873.3( Nm)； K M K M 梅花軸頭直徑，=450(mm)； 1 d 1 d 許用剪切應力，合金結構鋼=151.2(MPa)。 =106.9 合格 3 1 07 . 0 d MK 3 45007 . 0 3 . 681873 4.5 齒輪的強度計算 800 大型軋機原來用于 50kg/m 重軌軋制，現(xiàn)改為軋制 60kg/m 重軌，設計是仍采 用原來的齒輪軸，對其進行齒根彎曲疲勞強度計算和齒面接觸疲勞強度計算。 齒輪已知數(shù)據(jù)： 齒輪材料 35CrMoV，齒

33、輪精度 8 級，模數(shù) Mn=33mm，齒數(shù) Z=21，變位系數(shù) x=0，中心距 d=800mm，齒寬 B=1600mm，傳動比=1，圓周力u Ft=1559.83KN，法向壓力角，螺旋角30，當量齒數(shù)。 20 n 582933 V Z 4.5.1 齒根彎曲疲勞強度計算 齒輪彎曲疲勞強度公式為 (4.27) F SaFat F bMn YYYKF 式中 K載荷系數(shù)，包括使用系數(shù) K ，動載系數(shù)，齒間載荷分 K KKKK VA AV K 配系數(shù)，齒向載荷分布系數(shù)，查文獻1， K K5 . 1 A K15 . 1 V K2 . 1 F K ，；41 . 2 F K99 . 4 41 . 2 2 .

34、115 . 1 5 . 1K 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 齒形系數(shù)，由當量齒數(shù)查文獻1，=2.478； Fa Y Fa Y Sa Y 應力校正系數(shù)，由當量齒數(shù)查文獻1， Sa Y =1.64； Y螺旋角影響系數(shù)，數(shù)值查文獻1， Y=0.75； 齒輪端面重合度，查文獻1，=1.62； 齒輪的許用應力，MPa。 F 1058 F =277.35 合格 F SaFat F bMn YYYKF 62 . 1 331600 64 . 1 75 . 0 478 . 2 100083.155999 . 4 F 4.5.2 齒面接觸疲勞強度計算 齒輪接觸疲勞強度公式為 (4.28) HE

35、H t H ZZZ u u bd KF 1 1 式中 K載荷系數(shù)，包括使用系數(shù) K ，動載系數(shù)，齒間載荷分 K KKKK VA AV K 配系數(shù)，齒向載荷分布系數(shù)，查文獻1， K K5 . 1 A K15 . 1 V K2 . 1 H K ，5 . 1 H K ；105 . 3 5 . 12 . 115 . 1 5 . 1K 區(qū)域系數(shù)，查文獻1得=2.02； H Z H Z 彈性影響系數(shù)，查文獻1得=189.8MPa； E Z E Z 2/1 螺旋角系數(shù)，查文獻9得=0.72； Z Z 許用應力，=740.6MPa。 H H HEH t H ZZZ u u bd KF 1 1 =72 . 0

36、8 . 18902 . 2 18001600 2100083.1559105 . 3 =596.63 合格 H 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁 5 潤滑方法的選擇 潤滑，就是在機械相對運動的接觸面間加入潤滑介質，使接觸面間形成一層潤滑 膜，從而把兩摩擦表面分隔開來，減小摩擦，減低磨損，延長機械設備的使用壽命。 此外，潤滑還能起到?jīng)_洗、冷卻、阻尼振動、防銹、密封等作用。 潤滑材料一般有氣體、液體、固體三種。通常采用液體潤滑。 在 800 大型軋鋼機中，主電動機軸承座采用干油潤滑，齒形聯(lián)軸器采用干油潤滑， 軋輥軸承座采用干油潤滑，機架窗口采用干油潤滑，齒輪座采用稀油油池潤滑，滑動

37、 軸承采用水潤滑。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁 6 試車方法和對控制系統(tǒng)的要求 試車是設備安裝工作的最后一道工序，也是對安裝施工質量的綜合檢驗。 試車的步驟應符合先試單機后聯(lián)動試車、先空載試車后帶負荷試車、先試輔助系 統(tǒng)后試主機的原則。 800 大型軋鋼機首先進行單機空載試車，分別對主電動機、齒輪座、各架機座進行 試車，試運轉成功后將各部分聯(lián)接好，進行空載聯(lián)動試車。如無停轉、振動等現(xiàn)象則 試車成功。最后進行帶負荷聯(lián)動試車，如無振動現(xiàn)象、運轉順利則試車成功，設備就 可以啟動進行生產(chǎn)。 對控制系統(tǒng)的要求是穩(wěn)定性要求和響應特性要求。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 32

38、 頁 7 設備可靠性與經(jīng)濟分析 7.1 機械設備的有效度 對于可修復性設備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復到正常工作狀態(tài)。因此， 從開始工作到發(fā)生故障階段即可靠度，從發(fā)生故障后進行維修恢復到正常工作階段即 維修度。把兩者結合起來，就是機械設備的有效度（有效利用率） 。 A=100 (7.1) MTTRMTBF MTBF 式中 MTBF平均故障間隔期（h） ； MTTR平均維修時間（h） 。 設備工作時間 15000h，可能發(fā)生 10 次故障，每次處理故障時間平均為 15h，檢修 時間 1000h。 hMTBF1500 10 15000 =92.8 1151500 1500 A 7.2 投資回收

39、期 表表 7.1 有關資料表有關資料表 （萬元）（萬元） 115 10 10151000 MTTR 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 時間 （年） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 投 資 5000 3000 2000 年凈 收 入 1000 1000 1000 2000 2000 2000 3000 5000 8000 累積凈收入 -5000 -8000 -10000 -9000 -8000 -7000 -5000 -3000 -1000 2000 7000 15000 投資回收期（Pt）=累計凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值年份數(shù)-1+ 當量凈現(xiàn)金流量 流量的絕對

40、值 上年累計凈現(xiàn)金 (7.2) Pt Pc 式中 Pc行業(yè)投資回收期，重型機械 Pc=17 年 投資回收期（Pt）=累計凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值年份數(shù)-1+ 當量凈現(xiàn)金流量 流量的絕對值 上年累計凈現(xiàn)金 =(10-1)+ 3000 1000 =9.33 年 Pt Pc 合格 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 34 頁 結 論 首先，在畢業(yè)設計期間，我查閱了有關型鋼軋機方面的資料，在下廠實習期間， 使我對型鋼生產(chǎn)的工作情況、工藝流程和生產(chǎn)設備情況都有了更多的了解。更使我對 800 型鋼軋機的主電動機容量的選擇、軋制力的計算、軋輥的強度計算、機架的強度計 算、軋輥滑動軸承的驗算、安全環(huán)的計算、

41、滑塊式萬向聯(lián)接軸的驗算、齒輪強度的計 算都有了更加深入的學習。 其次，畢業(yè)設計中使我在大學中所學到的軋鋼機械 、 機械設計 、 機械原理 、 機械制圖 材料力學 公差與互換性等課程都得到了復習，并且使這些理論知 識在實際中都得到充分的應用。畢業(yè)設計期間，通過查閱資料、下工廠實習與指導老 師以及同學共同研究、探討，使我不僅大大加寬了知識面，提高了設計能力和獨立思 考的能力，同時，這次畢業(yè)設計為我以后走上工作崗位打下了良好的基礎。 總之，這次畢業(yè)設計不僅是對我所學知識的綜合檢驗，而且對我今后的學習、工 作都具有重要的意義。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 35 頁 致 謝 本次畢業(yè)設計是在

42、王德春老師悉心指導下完成的。王老師從設計方案的選擇，撰 寫計劃的安排，出現(xiàn)問題的解決及設計的全過程給予了精心的指導。王老師多次詢問 設計進程，并為我指點迷津，幫助我開拓思路，精心點撥、熱忱鼓勵。在實習階段， 王老師帶領我熟悉現(xiàn)場，熟悉設備使我對生產(chǎn)工藝、設備狀況有了進一步的了解。此 外王老師還悉心幫助我查找收集資料，給了我很大的幫助。最后還要感謝同學的幫助 和支持。王老師嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，積極向上的工作熱情都使我受益非淺，在此，我表 示衷心的感謝和誠摯的謝意。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 36 頁 參考文獻 1鄒家祥.軋鋼機械(第 3 版)M.北京:冶金工業(yè)出版社,2005. 2王德

43、春.軋機安全裝置改進及安全環(huán)設計初步研究J. 鞍山:鞍山鋼鐵學院學報,1989. 3蔣維興.軋鋼機械設備M. 北京:冶金工業(yè)出版社. 4鄒家祥 施東成.軋鋼機械理論與結構設計M. 北京:冶金工業(yè)出版社. 5鞏云鵬 田萬祿 黃秋波.機械設計課程設計M. 遼寧:東北大學出版社. 6濮良貴 紀名剛.機械設計(第 7 版)M. 北京:高等教育出版社. 7孫桓 陳作模.機械原理(第 6 版)M. 北京:高等教育出版社. 8機械設計手冊編委會.機械設計手冊(新版第 1 冊)M. 北京:機械工業(yè)出版社. 9機械設計手冊編委會.機械設計手冊(新版第 3 冊)M. 北京:機械工業(yè)出版社. 10機械電子工業(yè)部編.

44、大電機產(chǎn)品樣本M. 北京:機械工業(yè)出版社. 11陳錫璞.工程經(jīng)濟J. 北京:機械工業(yè)出版社,1994. 12孫家驥.礦冶機械維修工程學M. 北京:冶金工業(yè)出版社,1994. 13V.B.Ginzburg. Model Building of Backup Roller Diameter Effect Rate in 4-High Mill J.Theory and practice,Marcel Dekker Inc,New York,1993,345-346. 14J.C.Parks. ASIE Steel Technol M.Steel Research.2000,77,60-62. 鞍山

45、科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 37 頁 附 錄 A 外文翻譯 四輥軋機支承輥直徑影響率的模型建立 四輥軋機支承輥直徑影響率有系統(tǒng)地被研究應用在軟件上，結果顯示支承輥影響 率是板形寬度增加的函數(shù)，隨著支承輥直徑的增加，消耗量也增加，影響率也隨著增 加。當支承輥直徑被設置為 1.64m 和板形寬度為 1.85m 時，計算支承輥直徑影響率參 考值的誤差將為 3.55m?；谶@個結果，軋輥直徑影響率的參考值和修正系數(shù)的 6 次 冪多項式配合系數(shù)根據(jù)相關系數(shù)來確定。支承輥直徑影響率的高精度模型建立，當模 型被用來預測板形時，精度小于 5.0m。 關鍵詞：四輥軋機，影響系數(shù)法，板形，熱軋，支承輥直徑

46、，影響率 1.介紹 最近，一些新的熱軋技術比如自由軋制度和板形軋制制度被應用在熱軋領域。隨 著更多的改善和 AGC 的廣泛應用，板形規(guī)格、控制能力達到一個新的高度。因此，板 形控制變得更加重要。開發(fā)一個普通的分析工具為計算模型參數(shù)和得到更好的板形控 制是必要的。最近，影響系數(shù)法被很好地應用在許多重要的板形理論和工程問題上。 在這篇文章中，影響系數(shù)法被用于開發(fā)普通的分析軋輥直徑對板形影響的模擬軟件。 2.板形計算理論 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 38 頁 2.1 參照板形和再生板形 把軋輥直徑、軋輥輥形、軋輥彎曲應力、單位寬度的軋制力和這些板形寬度分布 的參考值將這些條件被定義為參考

47、條件。當它開始分析板形時，首先考慮參考條件， 并且在這樣參考條件下的板形是參考板形。為了確定在板形上一個特殊因素的影響， 一個被選擇的參數(shù)比如軋輥直徑允許改變，變成其它常數(shù)，改變的參數(shù)將導致一個新 的、不同于參考條件的板形產(chǎn)生，這樣的新板形被定義為再生板形。 2.2 板形的影響率 板形的影響率 k 是再生板形與參考板形間的不同比率，并且如公式(1)所示影響參 i 數(shù)的改變值。 k 0 0 XX CC i i i 這里 C 是當影響系數(shù)是 X 時的再生板形，單位 mm，C 是參考板形，單位 mm。 ii0 2.3 板形計算的理論模型 板形計算模型如下式(2)表示 )( 0 1 0 XXkCC i

48、i n i 這里 C 是板形，單位 mm，C 是參考中心板形，單位 mm，n 是總的影響系數(shù)，X 是 0i 影響參數(shù)的實際值，X 是影響參數(shù)的參考值。 0 3.下軋輥直徑影響率的數(shù)學模型 支承輥直徑是工作輥直徑的 1.5-2.5 倍，并且軋輥線性剛度增加是軋輥直徑二次方 的函數(shù)。由于這些原因，支承輥直徑改變引起的變形大于工作輥改變引起的變形。支 承輥直徑的影響如公式(3)所示。 K 0 0 BB DB DD CC D C 這里C 是支承輥直徑根據(jù)板形變形的變形程度，單位 mm，是當支承輥直徑 0 C 參考值為時的參考中心板形，單位 mm，C 是支承輥直徑為 D 是的彈復板形。 0B D B 3

49、.1 支承輥直徑影響率的參考值的確定 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 39 頁 圖 1 描繪的是模擬曲線，K是板形寬度增加的函數(shù)。從圖上可以看出隨著板形 0DB 寬度的增加 K迅速的減少，K是 6 次冪多項式的配合系數(shù)，如表 1 所示，配合模 0DB0DB 型公式如式(4)所示。 K)( 0 6 0 0 0 0 i db i BB DB Bi DD CC 這里 K是支承輥直徑影響的參考值，單位 mm/m , (i)是 K的 6 次冪多 0DB0DB0DB 項式的配合系數(shù)。 3.2 考慮支承輥直徑改變的修改 K 0DB 圖 2 所示計算機模擬支承輥直徑影響率曲線是板形寬度的函數(shù)，當支承輥

50、直徑設 置各自參考值為 1.44m，最小值為 1.54m，最大值為 1.64m，并且其它系數(shù)保持連續(xù)。 如圖 2 所示， 通過支承輥直徑改變修改影響率（影響率通過 K表示） ，支承輥直徑增加。 DB DB K和 K間的差和板形寬度增加一樣重要。支承輥直徑被設置為 1.64m，板形 DB DB0DB 寬度為 1.85m 時，在 K與 K間的差將為 0.01774mm/m。如果板形寬度用 K的 DB DB0DB0DB 模型計算，最大誤差將為 3.55m。 根據(jù)下軋輥直徑改變的修改能被表示成 K和考慮支承輥直徑修改系數(shù)。K計 0DB DB DB 算模型如式(5)所示。K為 6 次冪多項式配合系數(shù)，如

51、表 2 列出。 0DB )( )( 0 6 0 0 0 iK DB i DB n B B DB DB DB Bin D D KK DB DB 這里的 K是支承輥直徑修改的影響率，單位 mm/m，D 是支承輥直徑，單位 DB DBB m，D是支承輥直徑的參考值，單位 mm/mm，n是 K考慮支承輥直徑的修改系 0BDB0DB 數(shù)，是 K考慮支承輥直徑的 6 次冪多項式配合系數(shù)，B 是板帶寬度，單位 m。 0DB K DB 0DB 3.3 考慮減少改變的修正 K 0DB 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 40 頁 圖 3 描述的是支承輥直徑影響率的計算機模型曲線是板帶寬度增加的函數(shù)，當減 少

52、被設置的參考值為 0.3mm，最小值為 0.5mm，最大值為 10mm，并且其它參數(shù)保持 不變。從圖上可以看出支承輥直徑修改的影響率（影響率可以表示為 K）隨板形寬 h DB 度的增加而減少，隨著消耗量的增加而增加，并且 K和 K的差變得非常重要。當 h DB 0DB 減小 10mm，板形寬度為 1.85m，得到最小差值 0.002432mm/m，如果支承輥直徑被設 置為 1.64m，板形計算使用 K的模型的最大誤差將為 0.48m。 0DB 當減小量改變 K的修正值能被 K和 K的修正系數(shù)表示和 n考慮減小量 0DB0DB0DBDB 的改變。綜合考慮，支承輥直徑的兩個因素和減小量，支承輥直徑

53、的數(shù)學模型可以表 示為式(6)。 計算結果與理論結果間的誤差在表 4 中列出，最大誤差 0.5m，K減少的修正 0DB 和根據(jù)減少的改變的 n表 3 和表 4 中列出。 DB 6 0 0 6 0 2 0 0 0 6 0 2 0 0 6 0 0 0 0 )ln()()ln()(exp )ln()()ln()(exp )( i in h i in h n h iKDB h i iKDB h i n h ln B BKDB hDB hDB DB h h Biy h h Bixl h h Biy h h Bixm D D mKK DBDBDB DB nDB h DB 這里 K是支承輥直徑考慮軋輥直徑和

54、減少量兩方面的影響率，單位 mm/m，K hDB DB 是支承輥直徑影響率的參考值，單位 mm/m，是減少量，單位 mm，是減少 0DB h 0 h 量參考值，單位 mm。 m是 K減少量的修正系數(shù)，l是 n減少量的修正系數(shù)，x、y是 0DB K h0DB DB n hDB 0DB K h 0DB K h K考慮減少量的 6 次冪多項式配合系數(shù)，并且 x、y是 n考慮減少量的 6 次 0DB 0DB K h 0DB K hDB 冪多項式配合系數(shù)。 4.結論 (1)支承輥直徑的影響率增加是板形寬度增加的函數(shù)，隨著支承輥直徑的增加影響率 也增加。 鞍山科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 41 頁 (2)支承輥直徑影響率與參考值的差是板形寬度增加的函數(shù)，如果支承輥直徑被設置 為 1.64m 和板形寬度是 1.85m，計算板形寬度使用支承輥直徑影響率參考值的誤差可 以是 3.5m。 (3)支承輥直徑影響率的數(shù)學模型被建立和考慮參數(shù)的 6 次冪多項式配合系數(shù)被確定。 板形寬度計算使用在這篇文章建立的模型的最大誤差小于 0.5m。