毕业设计（论文）高精度四辊带钢冷轧机组设计说明书

2011毕业设计任务技术性能参数设计题目高精度四辊带钢冷轧机组设计技术参数工作辊直径辊身长150/160500MM支持辊直径辊身长380/400400MM辊身有效宽400MM最大轧制力1500KN轧制速度3M/S新辊时最大开口度10MM来料厚度2MM来料宽度150320MM成品厚度0205MM序号总图装配图1零件图1零件图2零件图31Y辊系装配2Y机架装配3Y工作辊换辊装置装配4Y张力测量装置装配5Y卷筒装配说明1按序号15，每人分配一个设计任务，每个人的设计工作量为354个A1。2总图由大家合作完成，参考资料中有总图的参考图，两个文件，不同视图。完成后可将总图打印为A0。3装配图每人分配一个任务。完成后打印为A1。4选取装配图中主要的三个零件，绘出零件图，图幅A2或A3，零件图总计工作量不小于1个A1。5设计画图的同时完成设计任务书。设计人签字指导教师签字教研室主任签字四辊可逆式轧机摘要作为国民经济支柱的钢铁工业，其发展必须符合新型工业化的战略，把技术革新和可持续发展放在重要地位。未来的轧钢生产工艺流程将更加紧凑；达到铸轧一体化，用高新技术改造轧钢工艺，实现所谓的“最小压缩比轧制”，这必将推动计算机控制的进一步深入应用，从而实现计算机模型控制向人工智能的转化。本次设计任务是设计一台四辊可逆式轧机，配合PLC控制系统，从而实现多参数在线控制轧制，提高带钢的品质。四辊可逆式冷轧机，衔接连铸后的技术工艺，减少工艺，可实现往返可逆轧制。四辊轧机还能提供较大的轧制压力，提高软件的可轧硬度范围，实现产品规格多样化。与PLC相配合使用，能人口智能控制带钢厚度偏差。实现“最小压缩比轧制”。同时降低库存，提高资金周转利用率，最终降低成本。关键词四辊轧机；最小压缩比；PLC；可逆式。FOURHIGHREVERSINGMILLSABSTRACTIRONANDSTEELINDUSTRY,ASTHEPILLAROFNATIONALINDUSTRY,ITSDEVELOPMENTMUSTACCORDWITHSTRATEDYOFNEWINDUSTRILATION,ANDPUTTECHNOLOGYINNOVATIONANDSUSTAINABLEDEVELOPMENTONIMPORTANTPOSITIONTECNOLOGICALPROCESSOFROLLINGSTEELPRODUCTIONINTHEFUTUREWILLBEMORECOMPACT,REALIZEINTEGRATIONOFCASTINGANDROLLINGANDMAKESOCALLED“ROLLINGWITHMINIMUMCOMPRESSRATE”COMETRUEBYUSINGHIGHANDNEWTECHNOLOGY,WHICHWILLPUTCOMPUTERCONTROLFORWARDANDMAKETHETRANSFORNFROMCOMPUTERMODELCONTROLTOANTIFICALINTELLIGENCECONTROLTHETASKOFTHISDESIGNISTODESIGNAFOURHIGHREVERSINGMILLS,WITHPLCCONTROLSYSTEM,TOREALIZEMULTIPARAMETERONLINECONTROLANDIMPROVEQUALITYOFSTEELSTRIPFOURHIGHREVERSINGCOLDROLLINGMILLS,WHICHLINKSUPTHETECHNOLOGYPROCESSOFPOSTCASTINGANDREDUCESWORKINGPROCEDURES,CANREALIZEREVERSINGROLLINGFOURHIGHREVERSINGMILLSALSOCANPROVIDEMOREROLLINGPROSSURETOIMPROVETHERANGEOFROLLABLEHARDNESSANDDIVERSIFYTHESPECIFICATIONOFPRODUCTWITHTHECOOPERATIONOFPLC,FOURHIGHRESERSINGMILLSCANCONTROLHARDNESSDEVIATIONOFSTEELSTRIPBYARTIFICALINTELLIGENCE,ANDREALIZE“ROLLINGOFMINIMUMCOMPRESSRATE”,ANDATTHESAMETIME,IMPROVEUTILIZATIONRATIOOFCAPITALTURNOVER,REDUCESTOCKANDCOSTKEYWORDSFOURHIGHMILLS；MINIMUMCOMPRESSRATE；PLC；REVERSING目录前言1第1章轧辊的工艺计算311轧辊的基本参数312轧辊的材料和表面硬度513轧辊的强度校核514工作辊与支承辊的接触应力915轧辊的变形计算1016工作辊与支承辊见的弹性压扁11第2章轧辊轴承1221轴承的选择1222轴承寿命计算1223轧辊轴承润滑13第3章压下螺丝与压下螺母的工艺参数1431压下螺丝的选择1432压下螺母的选择1433压下螺丝的传动力矩和压下电机功率1534电机的选择16第4章机架的工艺参数1841机架的主要结构参数1842机架的结构2043机架强度计算21第5章工作机座刚度的计算2551轧辊系统的弹性变形2552轧辊轴承的弹性变形2653轴承座的弹性变形2754压下系统的弹性变形2855支承辊轴承座和压下螺丝之间各零件的弹性变形3056压力调心板的接触变形3157机架的弹性变形32第6章轧制力矩35第7章减速器37第8章万向接轴38第9章电动机39参考文献40致谢41附录外文资料及翻译42前言作为国民经济支柱之一的钢铁材料产业的发展，必须符合新型工业化的要求，即要求符合可持续发展，环境友好，技术创新和信息化的要求，并针对我国人口众多，就业需求大的特点适应发展劳动密集型产业，这是我国新型工业化发展道路和战略对钢铁材料产业的具体要求。钢铁工业化在20世纪取得了重大发展，是钢铁材料成为全球应用的主要基础材料，其成型的主要方式轧钢的连续化生产和控轧控冷技术是20世纪钢铁工业标志性的技术进步，它和氧气转炉炼钢和精炼连铸并列为推动钢铁工业技术进步的三大技术，它彻底改善了传统的钢铁生产工艺流程。世界钢铁工业和技术的进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化，近终形连铸、轧材性能高品化、品种规格多样化、控制管理计算机化，使钢铁生产转质量型的低成本的轨道上，以扩大市场，提高竞争力。轧钢生产工艺流程将更加紧凑，并趋向于铸轧一体化生产。历经百年的，以辊轧为特点的连续变形的轧钢技术在可见的未来，仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术，由于连续辊轧技术是连续、高效和可控的，它便于计算机等高新技术的应用，因此在计算机产业应用方面一直处于整个钢铁工业生产流程的前列。在新世纪一辊轧为特征的轧钢工艺虽然不会发生重大变革，但轧钢前后共需的衔接技术必将发生长足的进步。热轧生产正在趋向生产薄（或小）规格的产品，以实现以热轧产品代替部分冷轧产品。在20世纪，由于连铸特别是近终形连铸的发展，以实现轧钢行业淘汰了初轧工序，将连铸的薄带钢直接冷轧。与此同时，炼钢技术及进步提高了钢的纯净度，近终形连铸对凝固过程和凝固组织的优化控制，使保证钢铁性能所需的最小压缩比发生了变化。研究工作进一步证明，炼钢连铸轧钢三者技术进步的相互影响，将实现可谓的“极限近终形连铸”加“最小压缩比轧制”的低能耗，低成本的铸轧一体化。这不仅对板材生产，而且也是棒、线、型材生产发展的方向。用高新技术改造传统的轧钢工业。20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征式信息技术的应用。AGC的广泛应用就是例证，以后的板材自动控制，中厚板的平面形状自动控制，自由规程轧制技术等，无一不是以计算机为核心的高新技术应用的结果，先进的高精度、多参数在线综合测试技术与高响应速度的控制系统相结合，得保证了轧制生产的高精度、高速度以及生产产品的高质量。AGC、AWC、AFC、激光测速、棒材外形尺寸测量以及在线智能化的产品质量测量手段的问世，使轧钢生产达到了一个全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随信息技术发展，信息网络的建立，与系统科学、计算机技术相结合，轧钢工艺控制与管理相结合，实现了工业信息技术系统，将实现生产过程的优化和高品质化，同时可降低库存，提高资金周转利用率，最终降低成本。为适应近终形连铸技术，实现“最小压缩比轧制”，且提高带钢的硬度，机械性能。本轧机设计为四辊可逆式轧机。它衔接连铸后的技术工艺减少工序，可实现往返可逆轧制。四辊轧机还能提供较大的轧制力，故能提高轧件的可轧硬度扩大了轧件硬度范围，实现了产品规格的多样化。同时，与四辊可逆轧机相配套使用的控制技术是人工智能PLC系统，实现了综合多参数在线测量的轧制控制，从而很好地控制带钢厚度偏差，提高产品的质量，真正实现了计算机模型控制向人工智能控制的转变。第1章轧辊的工艺计算轧辊时轧钢中直接轧制轧件的主要部件，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生塑性变形。轧辊的种类很多，根据不同轧机的工艺条件正确选择轧辊对轧机的生产率、产品品种质量等都有重要影响。11轧辊的基本参数轧辊的直径D轧辊长度L辊颈直径D辊颈长度L工作辊根据2PRH其中轧辊辊身的半径压下量摩擦系数P即有2PHR在没有润滑条件下冷轧带钢180取PH则4520R即91D考虑到工作辊所受的冲击载荷及减小刚度变形，控制板形，取MD160根据ABLMX式中板带的最大轧制宽度AX视板宽而定的系数当时，取20MAXM201由于3B故取18所以L5支承辊对于支承辊传动的四辊轧机取321D21D即有M40512辊颈辊颈是轧辊的支承部分，轧辊依靠辊身两侧的滚几难过支承在轴承上。使用滚动轴承时D考虑到工作辊辊颈处强度，取D8501取M9考虑到支承辊传动，还要收扭转力矩。故取D22最大重车率根据文献2工作辊最大重车率36取6支承辊最大重车率10辊颈长度考虑到轴承的安装配合，尺寸如下图12轧辊的材料和表面硬度材料根据文献2,选用合金锻钢，在我国“重型机械标准”中已有规定，JB/2Q428986标准中列出了热冷轧机轧辊用钢，选用合金锻钢，MOCR29材料的机械性能好，强度和硬度高作为轧辊这一重要部件，其要求高，故选用合金锻钢。辊面硬度根据文献【3】对于工作辊，其其淬硬度深度必须大于6MM95HS辊颈硬度范围S03取HS4013轧辊的强度校核四辊轧机有两个工作辊（直径小）和两个支承辊（直径大），轧制压力由工作辊传到支承辊，再由支承辊轴承座传给机架。由于支承辊具有较大的刚性，其直径为工作辊的几倍，故抗弯断面系数比工作辊大得多。辊系在轧制过程中将产生弯曲变形。如果工作辊和支承辊的辊身同时为圆柱形，又都以相同的弯曲率弯曲，工作辊及支承辊的弯曲挠度为41DPRFW42BB式中比例系数1因为，则轧辊的弯曲力矩与作用在轧辊上的载荷承正比BWF21DPMWB式中、工作辊和支承辊的弯矩WB、工作辊和支承辊的直径1D2、工作辊和支承辊的作用力WPB因为所以421DW因为总轧制力KNP50即有W4153714KNPWB581462371509BBW由以上数据可以看出25的轧制力作用在工作辊上，使之产生变形，而其余约975的轧制力作用在支承辊上。由于轧制力绝大部分由支承辊承担，在计算支承辊时，通常按承受全部的轧制力的情况考虑。对于支承辊四辊轧机支承辊计算简图的分布WM332211C1C2LLO的分布W支承辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见上图，在辊颈11断面和22断面的弯曲应力均满足强度条件BRMPADC48720311B59322支承辊辊身中部33断面处弯矩是最大的，若认为轴承反力距离L等于压下螺丝中心距L，而且把工作辊对支承辊的压力简化成均不载荷，可得33断面的弯矩表达式MKNLLPMW251984支承辊的扭转力矩CT362所以得BWRPA41823式中总轧制力P11断面直径，1DMD0122断面直径，227、11和22断面到支反力处的距离1C2P01C152考虑轧辊磨损重车后的工作尺寸，取对于合金锻钢9CR2MO，当强度极限MD3201402时MPAB75许用应力RB所以，、均小于123BR即可知支承辊是安全的。对于工作辊如同支承辊，可有BWRMPADC45720311BW322BOWRPALD01403123其中是经过重车后的最小直径，重车为6，12即有806故可知工作辊是安全的。14工作辊与支承辊的接触应力根据文献【3】HERTZ理论两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭圆性分布的压应力，半径方向产生的法向正应力在接触面的中部最大。211221212MAXRKQDB其中加载接触表面单位长度的负载53740LP、相对接触的两轧辊半径1R2考虑重车率M182、与轧辊材料有关的系数1K2ER221其中为泊松比，R30为材料弹性模数，EMPA31带入数据计算得427MAX根据文献【3】，轧辊材料表面硬度8095HS所以，P20A30为保证轧辊不产生疲劳破坏684MAXMAX45MO所以，轧辊接触应力满足，辊面是安全的。15轧辊的变形计算支承辊的变形计算4344211025606MDI97442121IMICLAEPF1350168233231DDGF72222其中A10L40MC155EPA48故有支承辊在辊身中部的变形FF192321因此，挠度对班后的影响较小。16工作辊与支承辊见的弹性压扁如果把支承辊与工作辊见的弹性压扁看作是两个圆柱体的接触变形，并假设其压力分布均匀，则根据赫兹订立可推出工作辊与支承辊见的压扁公式043LN21212KQDKQBW其中、工作辊、支承辊的直径WDB作用在工作辊辊身的单位负荷、与轧辊材料有关的系数12故有M03961028401563LN1284155332第2章轧辊轴承21轴承的选择轧辊轴承是轧机工作几座中的重要部件。轧辊轴承的主要类型是滚动轴承和滑动轴承，本设计采用滚动轴承。工作辊两端采用两列滚针轴承（NA4917）以承受径向载荷并在辊子两头分别用一推力球轴承（51114）以承受轴向载荷。支承辊两端采用三个单向推力球轴承（51244）以承受径向载荷，辊子两头用四点接触球轴承（QJ1040）以承受轴向分力。22轴承寿命计算601PCNLH其中轴承而定动载荷CN当量动载荷P轴承的转速寿命指数球轴承3辊子轴承10根据轧制速度，可推算轴承转速MIN/6V21NDV其中工作辊直径1支承辊直径2工作辊转速1N支承辊转速2代入数据得SRAD/97516031N/2工作辊KNP348HLH270619756031061满足安全条件，设计可用。支承辊KNP2HLH41580736960162满足安全条件，设计可用。23轧辊轴承润滑工作辊全部采用脂润滑支承辊轴向轴承采用脂润滑径向轴承采用油润滑第3章压下螺丝与压下螺母的工艺参数31压下螺丝的选择压下螺丝一般由头部、本体和为不三部分组成。头部与支承辊轴承座直接接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置过平衡力，为了防止端部在旋转时的磨损，病逝轧辊轴承有自动的调位移力，此时头部采用球面垫片，这样增加工作的可靠性，亦可减少带钢压下时的压下电动机功率，增加了启动的加速度。压下螺丝本体部分带有螺纹，与压下螺母内螺纹配合以传动和载荷。本设计根据传动效率快速压下的特点，选用锯形螺纹，因为只有轧制力特别大，压下精度又要求高的冷轧板带轧机上才采用梯形螺纹。压下螺丝尾部是传动端，承受来自电动机的传动力矩，尾部呈花键形，它承受能力大没强度较弱，压下螺丝基本参数是螺纹部分直径和螺距。根据DT计算选用，由于压下螺丝直径由最大轧制力确定，MTD6,130其螺丝细长比很小，其纵向弯曲可忽略不计。压下螺丝最大截面直径由下式确定GD25式中压下螺丝外径D辊颈直径GM4136200取MD130按自锁条件，则2ODT142对于板带精轧机座的要求O则T7选632压下螺母的选择压下螺母是轧钢机机座中重量的易损零件，通常用贵重的高强度青铜或黄铜铸成。本设计选用整体螺母。如图，虽然它耗费青铜较多，但却具有加工自造简单，工作可靠的有点，正是本设计轧机需要的保证。经验公式MDH26015021取高度8D3495取M为了便于彩妆，螺母与机架镗孔的配合常采用动配合，并采用压板装置，压板嵌在螺母与机架的凹槽内，用双头螺柱，使螺母固定在机架的镗孔内，压下螺母，采用干油润滑。33压下螺丝的传动力矩和压下电机功率转动压下螺丝所需要的静力矩，也就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹的摩擦力矩。即21TGDPM式中螺纹中经2DMT51267035螺纹上的摩擦角，即，为螺纹接触的摩ARCTG2擦系数，一般取。12故O螺纹升角，压下时用正号，提升时用负号MDT0136作用在一个压下螺丝上的力1P轴承阻力矩MMKGPDD332212108460675TAN054T41T压下螺丝止推轴颈直径311P3121D3代入公式MKGM310579234电机的选择根据压下螺丝，预选电机型号Z292,其而定功率为75KW，传动比。25601I电机工作功率为NEKWIMNN54190所以此电机选择合理。第4章机架的工艺参数轧钢机架是轧机的重要部件，其尺寸和重量最大，机牌坊约为机架重量的7080，为工作机座重量得3040，为轧机主机列重量的2025，轧辊轴承座及轧辊调整装置都安装在机架上。机架要承受轧制力，所以，要有足够的强度和刚度。根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机架分为闭式和开式两种，本设计机架采用闭式机架。结构如图41机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口高度、宽度和断面尺寸。在闭式机架中机架窗口应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊。四辊轧机机架窗口宽度应比传动侧窗口宽M105可表示为SB2其中机架窗口宽度支承辊轴承座宽度2窗口滑板厚度一般取取S504MS2则有，换辊侧MB90B21D符合安全要求。窗口高度H对于四辊轧机，536BWD401294取M0断面尺寸机架立柱断面尺寸是根据强度条件确定的，由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似地与直径平方有关。在设计时，可根据比值的经验数据确定机架立柱断面面积，在进行机架强度验算。2DF根据文献2，表51铬钢的四辊轧机612DF其中辊颈M0故有7458机架立柱常用的断面形状有近正方形，矩形和工字形三种。闭式机架采用惯性矩较大的工字形或矩形断面立柱，可以减小横梁上承受的弯曲力矩。使横梁断面尺寸减小。对于四辊轧机用窄而高的闭式机架，在水平作用力不大时，机架立柱采用近正方形较为合理。虽然，近正方形断面的惯性矩小，会增加横梁的弯曲力矩，但是立柱的弯曲力矩也相应减小。在这种轧机上，由于立柱高度大于横梁的长度，已从立柱省下来的材料将超过横梁所需的材料，对于减轻机架重量还是有利的，机架立柱断面尺寸对机架的刚度影响较大。在现代板带轧机设计中，为提高轧件的轧制精度，有逐渐加大立柱断面尺寸的趋势。故取MF2406考虑到窗口面产生的弯曲变形大故取B240L42机架的结构两片机架上部，通过箱形横梁用螺栓连接，并用键定位，下部靠两根横梁通过螺栓连接。在换辊端的机架立柱上装有支承辊和工作辊轴向压紧装置。为实现快速换辊，要求均采用液压装置，且能提高板形的板厚质量。为防止立柱内表面磨损，装有用45号钢制成的滑板，机架窗口镶嵌工作辊平衡液压凸块，该凸块选用较好的材料（耐压），机架顶部装有上支撑辊平衡缸。牌坊地脚装入地脚板凹口内，在凹口两侧用斜楔将轧机牌坊地脚紧固，轧机地脚螺丝穿过地脚板与轧机牌坊紧固，以增加机架刚性和稳定性。地脚板为厚钢板焊接结构。机架材料为，352G机械性能MPAB0S812/35MNK每片机架重量约为15吨。机架的左右牌坊加工要求特别高，其内侧面的加工，必须保证在同一平面内，即要求，先联接左右机架，再在同一工序中加工平面。内表面的滑板加工，先紧定滑板，而后加工。具体加工方法由生产单位采用，需保证要求。43机架强度计算用材料力学方法计算时，为简化计算，一般做以下假设1每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直力R，而且这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，即机架的外载荷是对称的。此时，机架没有倾翻力矩，机架座脚不受力。应指出由于两个轧辊直径和速度的不同，轧制速度的变化和咬入时冲击引起的惯性力或在张力轧制方向都不垂直的。由于水平分力的数值一般较小，约为垂直分力的34，故可忽略不计。（2）机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑，由于上下横梁惯性矩不同引起的水平内力。（3）上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的，即机架变形机架转角仍保持不变。机架的计算简图如下窗口尺寸，MH150B50II、IIII、IIIIII为上横梁、立柱和下横梁的危险断面。机架强度计算在只考虑轧制力作用，且上下横梁惯性相等情况下进行的。在轧制力F作用下的机架弯矩图M在单位力矩作用下的弯矩图M113213211144ILILR2118ILR其中机架横梁的中性线长度，1L1LM680机架立柱的中性线长度，224机架上横梁的惯性矩1I机架立柱的惯性矩2机架下横梁的惯性矩3作用于机架上的重直力，RNPR3107524833291406MBHI48333163632311056W522104BH则有604718873BMMN6105BALR463105876105机架横梁内侧的应力为1NMPAWAN508371机架横梁外侧的应力为1A1机架立柱内侧的应力222FRBN56310460175MPA机架材料的强度极限52为防止机架在过载时破坏，在轧辊断裂时机架不产生塑性变形，按此要求，机架的安全系数,为轧辊的安全系数。JNSBGG当时，G5J3015871B对于立柱JN6202B故，机架安全系数满足，所以机架是安全的。第5章工作机座刚度的计算在设计新轧机时，需要从理论上计算工作机座各承载零件的弹性变形，以便为板厚自动控制系统提供轧机刚度系数和正确选用各零件变形的比例关系，计算一般按静态状态考虑。在轧制过程中，轧机工作机座各零件变形，使辊缝发生变化，因而轧出的板厚也发生变化。轧机工作机座的弹性变形等于各系列零件弹性变形的总和，F则有公式7654321FFFF其中轧辊系统的弹性变形1F轧辊轴承的弹性变形2轴承座的弹性变形3F压下系统的弹性变形4支撑辊轴承和压下螺丝之间各零件的弹性变形5F压力调心板的接触变形6机架的弹性变形7F51轧辊系统的弹性变形213211FF其中支承辊辊身中部的弯曲变形1F支承辊与工作辊间弹性压扁2工作辊与轧件之间的弹性压扁13F因为前面算过,1F2,M930F047126LN41013BDPFG其中轧制力，KN5轧制宽度，；0B20工作辊辊径，；GDMG6工作辊材料的弹性系数，MGE1其中工作辊材料的弹性模数；GE工作辊材料的泊松比。UBPMDZG81MAEG50230GU26MN/124代入数据得F513综合计算得70152轧辊轴承的弹性变形四辊轧机工作辊受力很小，大体上是支承辊受轧制力，故忽略工作辊轴承弹性形变，当支承辊采用滚动轴承时，在轴承没有外负荷情况下，轴承的内外座圈的中心线重合。轧制时，轴承内座圈与滚动体间以及外座圈与滚动体间都产生弹性压扁。使内外座圈的中心线产生偏移，此时，对于整个工作机座，12支承辊的弹性为9080122COS4COSPIZLFG其中滚子的接触角，；滚子的有效接触长度，；GL16GL轴承中滚子的列数，；I4I每列滚子数量，；Z2Z轧制力，。PKN750代入计算得MF16253轴承座的弹性变形对于四辊轧机，只需要计算支承辊轴承的弹性变形。由于结构复杂，只能近似计算。如图，在计算时，可将受力部分简化成一个四棱柱体，其压缩变形量可按下式计算XXSJEFRHF3其中作用在轴承上的力，；R2P上轴承座变形部分的计算高度JHMHJ165021下轴承座变形部分的计算高度XJX一侧上轴承座变形的平均面积SF22138402160MBLS一侧轴承变形部分平均面积X248X轴承座变形计算宽度BB160轴承材料的弹性模量EMPA2代入数据得XSJEFRHF34320165784012657553M054压下系统的弹性变形对于压下装置是发动机的，影响轧辊缝的弹性变形，包括三部分43241FF其中压下螺丝的压缩部分；41F压下螺母的压缩变形；2螺纹螺牙的弯曲变形。43F压下装置的受力情况见上图所示，在压下螺丝端部承受着一半的轧制力后，其负载通过螺丝传递到螺母上去。实验证明，螺母每转一圈，所传递的力是不同，第一圈最大，以后逐渐减小，沿螺母高度方向的受力，压下螺丝与螺母啮合段的受力由下端的全负荷逐渐降到零。1）下螺丝的压缩变形41F21241PPSZDLHE其中轧制力，；ZPKNZ50压下螺丝端部无螺纹部分长度，；SMAS50螺母高度，；HM16压下螺丝端部无螺纹部分长度，；2LL21压下螺丝螺纹部分最大伸出部分长度，；1M4压下螺丝平均直径，；PDDP0压下螺丝无螺纹部分直径，。252代入数据计算得MF145042）压下螺母的压缩变形42F412242PMZPMZDEHDEHF其中轧制力；ZP压下螺母材料的弹性模量；M压下螺母的外径；压下螺丝平均值；PD螺母的高度。H压下螺母选用耐磨的青铜MPAEM51029622542F383）压下螺母螺牙的弯曲变形4FHEDSPZ2043其中轧制力；ZP螺距，；SM5螺纹中径，；PDP10螺母高度；H压下螺母弹性模量；E压下螺母剪切模量，。GMPAE3106738则有MF41021580543故有43241FF06850M55支承辊轴承座和压下螺丝之间各零件的弹性变形在支承辊轴承座和压下螺丝之间还有垫板、止推球面等零件，它们也产生弹性变形。各垫板的压缩变形，根据胡克定律得EFHPFZ25其中轧制力；ZP垫板的受压高度；H垫板材料的弹性模量；E垫板的受力面积。F1）只退点的压缩变形51F材料采用青铜MPA50则MF422253512）上垫块的压缩变形52F材料选用合金钢，厚CR40HF072125523调心垫的压缩变形53F材料选用，CR40MF08214275053则垫板的总变形为53251FF70456压力调心板的接触变形为解决轧辊轴承座的自位调心问题，下轴承座下面有一块圆弧形的压力调心垫，以压力调心垫与下垫板是圆弧与平面的线接触，其接触变形为6FLN86414326BEPF其中调心垫板的长度；3L调心垫压扁接触宽度，；3BEPR203压力垫板单位长度承受的压力，；P3LZ轧制压力；Z压力调心板的圆弧半径。0R调心板材料同为，则CR41023351028LN8641235315235236FM80压力调心板还受到上支撑辊和工作辊自重产生的压力弹性变形，由于相比轧制力很小，故在此忽略不计。57机架的弹性变形73271FF其中由弯矩产生的横梁弯曲变形；71F由切力产生的横梁弯曲变形；2由拉力产生的立柱拉伸变形。73F为了简化计算，假定机架上、下横梁的惯性矩相同，（机架的假设同前），由横梁受力可见，弯曲力矩引起的横梁变形，根据卡氏定理得71F42171BMRLEIF其中机架材料的弹性模数；横梁的惯性矩；1I横梁上的作用力，；R2PR机架立柱中的力矩。BM则有MLEIFB198042117横切力引起的上下横梁的弯曲变形72F172GFRHK其中横梁的断面形状系数，；K机架材料的剪切弹性模数，；GMPA4035横梁的断面积，；F24107M横梁上的作用力。R代入数据计算得F872由拉力产生的立柱拉伸变形3273EFRLF其中立柱中性轴的长度，；2LML1402立柱断面积，；F2机架材料弹性模量，；EMPA57立柱上的拉力，。RKN63代入数据得MF0273则FF45373271则机座的弹性变形7654321FFFF45320807050M工作机架的刚度系数计算MKNFPC/513其中轧制力；工作机座的弹性变形量，。FMF5012第6章轧制力矩根据文献【3】，表24过轧制压力作用点与轧辊中心连线的夹角其中轧件咬入角，；42510RH力臂系数，冷轧带钢取。则174张力轧制时轧制压力偏离垂直方向的角度、PTARC201其中轧制压力，；PT5前张力，；1T71后张力，。0T30则764021PTARC支承辊对工作辊的反作用力的作用与工作辊和支承辊连线间的夹角SCOSINSINRT11RPM其中工作辊半径，；1R801滚动摩擦力臂系数，；M2工作辊轴承摩擦圆半径，。151代入数据计算得0746支承辊对工作辊的作用力SPKNS815COS工作辊轴承处的压反力（摩擦力）FPF3INTA轧制压力力臂754SI1R作用力对于支承辊的力臂S2COSINM其中支承辊半径。2代入数据计算得S89517作用力对工作辊的力臂SPMRS8716COSSIN1则传动力矩KMKNPS2421驱动2个支承辊的传动力矩KK9361第7章减速器根据传动，推算其主减速器的速比为42I中心距为MA850主减速器型号为21851A型张力减速器中心距6速比4910I第8章万向接轴根据传动力矩的大小，选择合适的万向接轴。带有滚动轴承的十字轴式万向接轴近几十年越来越多地应用于轧钢机主传动中，并有逐渐取代滑块式万向接轴的趋势，因为它具有如下优点1）传动效率高由于采用滚动轴承，所以摩擦损失小，传动效率可达98799。可降低电力消耗515。2）传递扭矩大在回转直径相同情况下，比滑块式万向接轴能传递更大的扭矩。3）传动平稳约为滑块式万向接轴冲击和振动的1/101/30。提高产品质量。4）润滑条件好用润滑脂润滑，易密封，无漏油现象，油耗小，省去了润滑系统，改善生产环境，节约了保养维修费用。5）噪声低可降低到3040DB,有利于工人将康6）寿命长可达12年。可减少更换零部件的时间和费用。7）允许倾角大可达。0158）适用于高速连续转动。根据传动力矩的大小，选择合适的万向接轴。本次设计选用SWC350其中轴径D350MM传递力矩TN180KNM疲劳转矩ZF90KNM轴间角AO15伸缩量为150MMLMIN1410MM第9章电动机主动机选用直流电动机，根据传动比，选用Z420031型号（JB/T6316）其中功率90KW电压440V电流225A转速1500/2800R/MIN其励磁电压180V励磁电流963V励磁方式他励重约为580KG张力电动机Z418021JB/T6316功率30KW电压440V电流225A其励磁电压480V励磁电流640V励磁方式他励重约为350KG参考文献1黄庆学，肖宏，孙斌煜轧钢机械设计M北京冶金工业出版社，200762张小平，秦建平轧制理论M北京冶金工业出版社，2006111722023赵松筠，唐文林型钢孔型设计（第2版）M北京冶金工业出版社，200045黎景全轧制工艺参数测试技术（第2版）M北京冶金工业出版社，19966王海文轧钢机械设计M北京机械工业出版社，19837黄庆学，梁爱生高精度板带轧制技术M北京冶金工业出版社，20028刘宏民三维轧制理论及应用M北京科学出版社，19989王廷簿金属塑性加工学M北京机械工业出版社，199810邹家祥轧钢机现代设计理论M北京冶金工业出版社，199111王国栋板形控制和板形理论M北京冶金工业出版社，198612梁爱生，孙斌煜，李玉贵，杨晓明轧钢生产新技术600问M北京冶金工业出版社，200513黄华清，轧钢机械M北京冶金工业出版社，1986致谢随着该毕业论文的完成，我的大学生活也将尘埃落定。本论文是在杜晓钟老师的细心指导下完成的。从论文的选题、设计、数据处理直至撰写，恩师倾注了大量的心血。在整个设计过程中，我获得了独立思考和学习的能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力。恩师渊博的知识、严谨的治学态度、求实创新的工作作风和乐观向上的谨慎风范，冷我肃然起敬，成为比知识更为重要的财富。在设计过程中，通过运用四年来所学的知识，老师的指导，同学的帮助和查阅大量的资料，使自己受益匪浅，对于我这个即将踏上工作岗位的学生来说，这次设计不仅是我的毕业设计，它也是我步入社会参加工作的第一份答卷。同时冶金机械教研室的各位老师们在我四年的学习、生活上也给了我无微不至的关怀和鼓励。我在学习中取得的进步和获得的成果，均离不开各位老师的谆谆教诲。在次，我要向辛勤培育我四年的老师们致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢。附录外文资料及翻译一个优化了的赫兹板带轧制模型基于扰动方法的近似法谭兰格兹麦克尔温中心的统计科学和工业数学，昆士兰科技大学，邮政总局信箱2434，布里斯班，昆士兰，澳大利亚4001收到2001年5月21日；收到表格2002年3月12日修订摘要弗莱克和约翰逊INTJMECHSCI198729507已经开发出一种板带轧制模型，随后作为一个冷轧轧制模型被使用，这一模型基于赫兹接触问题的改进。它去掉了轧辊在剖面上保持圆形这一限制性假设。弗莱克和约翰逊扰动近似模型方程是针对小压下情况开发的。这使得轧制力矩和轧制力在一小部分完整的迭代解决时间能得到的更精确一些，并且有实现在线控制的可能。2002年ELSEVIER科学有限公司版权所有。关键词板带轧制近似法平面应变扰动技术1绪论早期的模式（例如由奥罗万1，布兰德和福特汽车公司2）曾在预测冷轧中厚带带中比较成功，这些模型基于接触弧是圆弧。当保留轧辊剖面是圆形的假设时，希区柯克的公式3用来预测变形在这些模式中的变形圆辊径，但是，这些模型用于薄带和铝箔冷轧时，将会出现收敛问题。考虑到各种厚度带钢开始屈服时所需的载荷，约翰逊和本尔4调查了轧辊变平的问题，这一工作要求假设在滑动区和无滑区带钢保持平整和具有一定塑性，他们得出的结论是，无论带钢轧成都么薄，这一问题都将可能决定着诱发屈服载荷的大小。福特和亚历山大5和凯勒6精确地指出，这一载荷有一个极限，不过，约翰逊和本尔说明，这一极限是在只有在辊隙存在滑动的假设下由福特和亚历山大发现的，然而，约翰逊和本尔指出，有可能存在一定的关于产生屈服载荷的大小的物理极限轧辊材料本身发生屈服和塑性变形时将会导致这一载荷过大。名称从轧辊中心线到入口处或出口处的接触宽度A水平应力X板材厚度的一半B压力P剪切力Q一半厚度的改变量B板带屈服应力SY，最大赫兹压力，最大尺寸赫兹压力0P，平衡压力和弹性模型剪应力模型KQ在直角坐标系下相对于轧辊中心线距离X,位置区之间的边界A和B，B和C，C和D，D和E，E和ABCDEXFF和F和G间的距离轧辊的弹性模量R库仑摩擦系数未变形轧辊半径板材变形量，板材中间变形量1,R020/RB1010/RB无当量轧制力及轧制力矩WQ轧辊速度及轧件速度,RSV蠕变率无量纲的笛卡尔坐标U边界位置I边界压力值IP富莱克和约翰逊7和富莱克8去掉了轧辊保持圆形的假设，代替这一假设的是当轧辊变形时，轧辊的剖面包含一个平整的区域。富莱克和约翰逊7检测薄板的轧制和适应于优化了的赫兹轧辊变形模型，这一模型也作为温克尔的塑性模型（“床垫”模型）而闻名的，轧辊的中心位置假设是平的，并且在这一位置带钢和轧辊以相同的速度移动，这样以致于产生粘性摩擦。这一模型包括弹性和塑性区域，因此，比约翰逊和本尔模型更接近实际。富莱克和约翰逊所做的工作是通过源将他们的模型延伸到冷轧模型之中，这一模型用富莱克和约翰逊的“床垫”模型来表示轧辊的变形，适应的条件是冷轧过程中的小下压和小延伸的，板带在这模型中轧制中发生加工硬化。瑞娜实验显示在板带的轧制过程中发生中心平整区，实验也包含了塑性板带三的轧制。这一过程被终止而且轧辊被移走。这一实验也表明板带在薄的情况下实验将会有一定程度的变厚，这一现象在轧辊停止转动时既发生在轧制的过程中也发生在后续的锻造过程。李去掉了板带在中心区域平整的假设，取而代之的是虎克定律，并改善为平面应变用来计算剖面处压力，带钢剖面还是非常平坦。在下面，对富莱克和约翰逊优化赫兹轧制力模型的简要介绍，在假设小压下情况下，用作扰动技术的一种近似的控制方程被发现，近似结果进行比较完整的模型的预测。这一实验的初步结果如论文附录中所示，摘要推导结果引用在他们的工作,扩展到包括一级修正的术语。一个完整的结果在朗朗中给出。2审查弗莱克和约翰逊板材赫兹压力模型弗莱克和约翰逊模拟薄板轧制。他们认为，有7个区。平衡方程适用于每个区域，板带被假定为接受均匀压缩（无垂直应力变化）。这个方程是来板带钢垂直部分的受力平衡。是水平应力；为板带厚度；为轧辊和板带间的剪切力或摩擦力。图1为辊缝区域示意图板材轧制中，工作辊的塑性变形小于其弹性变形，因此，整体压力分布大约是椭圆形或赫兹7。所以弗莱克和约翰逊用一个赫兹平衡方程来表示，表示接触面到工作辊中心线的距离；为最大压力。除了平衡和压力均衡器。（1）及（2），TRESCA屈服准则是假设持有的三个塑性区域，即在特定区域，滑移发生库仑摩擦法是假设保持，即用适当的符号（出入端和输出端）。3解决步骤为了解决弗莱克和约翰逊模型方程，我们需要找到整个辊缝的水平应力，板带厚度，剪切应力和压力的值。此外，还需找到未知常数，KP与求解P0，以及该区域的边界位置的值，要知道这些值，我们解以下方程1一个系统的四个非未知数的线性方程组，即四个未知数，KP0F；2A其他三个单一非线性方程组，每个未知数为,ABE2在塑性变形区不同方程的压力；3数值积分找到轧制力和力矩；4同时解决了无滑微分方程，并找到无滑区，和的起点和终点，以及蠕CD变比率为了估计轧制力和轧制力矩不需要的未知（包括蠕变比率测定）的无滑弹性地区和方法来估计这些并没有在这个论文中。4关于扰动理论的近似结果41动量为了在线控制轧机，预测轧制力和轧制力矩，需要计算准确，高效。虽然应全面弗莱克和约翰逊模型的解可以得到在一个时间框架适合在线使用，它是更可适用于一个准确的近似或解决在线控制，通过这样做，我们减少了计算所需的时间来评估我们的预测。这种方法是，缩放，平移重新规模的变量，然后用摄动方法开发容易计算准确的近似值。42非多元化弗莱克和约翰逊非多元化模型的主要变量如下弗莱克和约翰逊模型的主要控制方程可以用这些变量表示。此平衡方程表示为而压力方程变为屈服应力变为COLOUMB的摩擦规律为43扰动梯度近似值压力式上重新安排。（7），可以发现半厚度及其衍生的表达，即同时使用和库仑屈服准则的摩擦，一个简单的表达为减少地区在塑性平衡方程版表达法也可以找到由于小，均衡器。（11）意味着的O（1）衍生的估计是同样的O（1）估计半厚度式（10），是这些结果表明，板带没有减少，这是一个很好的近似，如果减少，板带的价值为O（）（01）。然而，为了在使用滚动脾气我们希望近似为一高达10的削减，在这种情况下，近似，只是在弹性加载区（A区），然而，在ABCD平坦区域他是一个好的近似值。在变形区B的末端，我们了解到板带很平，从而显示出关系式（13）很好。EQ（12）的控制则变为其中在B区，其中是一个常数选择，以确保持续的压力，也就是AP问题是我们不知道带钢厚度的近似值，我们假设其为B1，解决次近似值为在塑性变形去F处，我们知道板带的厚度，平衡方程变为2B1R进而其近似值为其中已定，以确保持续的压力，即AP在B和F区域内的压力分布可以有以下方程获得10式到12式可以得到P（1），在B区域P（0）由18式获得而在F区域为其中44参数和的确定,FX0,P2X和这五个参数可以由在附录A中的五个非线性方程组确定。这些方程中的三个的条件是在辊缝出口处的压力为零，最后两个方程反应的是，者之间的关系，这五个方程构成的方程组可以简化为一0,XP个含有未知数的方程，即FV其中一旦确定，可以通过26式得到，2而可通过下面方程得到FV0,P0X,P方程（25）的求解扰动近似式可以表示为更详细的已在附录A中给出。牛顿迭代数值求根方法可以用来解决方程式（25），对于可以由（31）式估算得到，在其他区域边界（FV,FX0,P和）位置中，牛顿迭代数值求根方法可以用来求解每一个方程的根，在2,X每种情况下，扰动近似值可以用来作为初始设定值，更详细的已在附录A中给出。45轧制力和轧制力矩的计算轧制力W轧制力矩Q由于现在在塑性变形区域B和F内我们已经设定了一个估计值，所以轧制力和轧制力矩可以由上面两式计算得出，但是，由于我们现在的压力在减少形成区，在平面区域，如下面表格1和246轧制力及轧制力矩的校正改进逼近轧制力和力矩的计算只需要整合在RST的阶为O（）为在这两个地区的塑料压力更正。表达式轧制力和扭矩，发现以前，2仍然有效，其他地区作为新的价值观，只要和的使用。同样，零阶，在减少为O（1），1,BVBE修正项区B和F是有效的，只要我们使用更新的区域边界的立场。这次调整范围为轧制力和扭矩区B和F载于附录C。5结果在近似进行了比较与控制方程10和20方程数值解得到的结果和002毫米厚带钢减少。其他参数为给定的典型值相同。使用中的压力更正塑料减少区B和F给出了压力，并剥夺亲莱更好的逼近看到图2。与压力提供准确的修正项的新近似轧辊和转矩，如图看到的预测3。在这里，曲线和近似只给出了规模带钢入口厚度值，对于该模型是有效的。在这个极限下，没有平坦地区和其他限制逐步减少，第一步是大比总要求减少。6结论对无量纲变量的描述弗莱克和约翰逊修订赫兹模型方程使用揭示了一个小参数，可在开发基于扰动方法近似使用。亲乐的压力和一阶修正初步估计已发现。这些近似被用来开发关法估算轧制力和轧制力矩。该方法利用了事实，只有4个单非线性方程组需要解决的区域界限的优势。这些界限的初步估计也已确定，这降低了计算时间。事实上，计算时间减少了约100的完整模型所需的时间比的因素。轧制力的预测和轧制力矩的比较完整的模型的预测，特别是积极为小削减。对于较大的减少，在近似的误差增加，但是这可能是矫正通过引入修正的下一个命令。总的来说，总体而言，此模型需要较少的计算模型是显着的各种参数值准确，这种模型认为是对在线控制的理想选择。附录A参数和的确定,FX0,P2X在我们提到段落44时，有三个条件，分别为和与之间,FX20P的关系，这些方程推导出三个条件压力为零时的辊缝出口；板带在处的屈FX服极限；在处的屈服度。最后两个平衡方程由和之间的关系得出。FX0,P确切的方程可以从弗莱克和约翰逊方程7或兰格兹方程14中找到。这些方程可以简化为一个具有一个未知数