带钢轧机的设计毕业论文.doc
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带钢轧机的设计毕业论文.doc
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重庆科技学院
毕业设计(论文)
题目950热带钢四辊轧机的设计
院(系)机械与动力工程学院
专业班级设维专2009-02
学生姓名吕鹏学号2009630630
指导教师陈祥伟职称高级工程师
评阅教师职称
2012年6月18日
学生毕业设计(论文)原创性声明
本人以信誉声明:
所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。
与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计(论文)作者(签字):
年月日
重庆科技学院本科生毕业设计ABSTRACT
摘要
设计的为950带钢轧机设计。
轧钢机主要用来轧制板材,采用四辊式工作机座。
轧钢机的主要设备是有一个主机列组成的。
轧钢机的主机列石油原动机,传动装置和执行机构三个基本部分组成的。
采用的配置方式为电动机——减速机——齿轮机座——轧机。
本次设计的设计内容主要包括:
轧制压力和轧制力矩的计算及电动机的选取,轧辊的设计及校核,主减速器的设计,轴系部件的设计,齿轮机座的设计,其中包括对减速器的润滑和密封等设计过程按照国家标准和机械设计标准来设计的。
设计950带钢轧机的目的是设计专用于轧制950mm规格的板带钢材。
本次设计重点是轧机设计和各齿轮的设计,以及电动机驱动功率的计算。
关键词:
液压压下装置设计辊系设计主传动的设计
Ⅰ
重庆科技学院专科生毕业设计参考文献
ABSTRACT
Designofthe950rollingmilldesign.Rollingmachineismainlyusedforrollingsheet,usesfourrollerstypeworkingmachine.Rollingmillequipmentisamaincolumns.Rollingmachinemainframeoiloriginalmotivation,driveandtheactuatorthreebasiccomponents.Allocationmethodusedforelectricmotors------millherringbonegearreducer.
Thedesigncontentmainlyincludes:
therollingforceandrollingtorquecalculationandtheselectionofmotor,rollerdesignandverification,thereducerdesign,thedesignofherringbonegearshaftcomponents,design,includingreducersuchaslubricationandsealingdesignprocessinaccordancewithnationalstandardsandmechanicaldesignstandarddesignof.
Designofthe950rollingmillisdesignedspecialforrolling950mmspecificationsofthesteelplateandband.
Thedesignfocusesontherollingmilldesignandthedesignofgears,andthemotordrivepowercalculation.
Keyword:
Hydraulicscrewdowndevicedesign;Rollerdesign;Designofmaindrive
II
目录
摘要……………………………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………………………………II
1绪论………………………………………………………………………………7
1.1设计选题背景………………………………………………………………7
1.2轧机国内外发展的研究现状、成果、发展趋势…………………………7
1.3压下系统的研究与应用……………………………………………………8
2辊系设计计算……………………………………………………………………9
2.1轧辊尺寸计算………………………………………………………………9
2.1.1轧辊的基本参数…………………………………………………………9
2.1.2轧辊的材料………………………………………………………………10
2.2轧制力的计算………………………………………………………………10
2.3轧制力矩的计算……………………………………………………………12
2.4轧辊强度的校核……………………………………………………………12
2.5轧辊轴承及寿命计算………………………………………………………14
2.6轴承的安装与润滑…………………………………………………………15
2.7万向接轴的选择……………………………………………………………17
2.8辊系设计计算安装要点与维护要点………………………………………17
3主传动部分设计计算……………………………………………………………19
3.1电机的选择…………………………………………………………………19
3.1.1轧机的电动机力矩………………………………………………………19
3.1.2电机的型号确定及功率计算……………………………………………20
3.2轴承寿命……………………………………………………………………20
3.2.1工作辊轴承的寿命计算…………………………………………………20
3.2.2支承辊的轴承寿命计算…………………………………………………21
3.3减速器传动功率计算………………………………………………………21
3.4减速箱齿轮设计及传动零件的设计………………………………………22
3.4.1减速箱的设计计算………………………………………………………22
3.4.2轴的设计计算与校核……………………………………………………25
3.4.3箱体的设计………………………………………………………………28
3.4.4减速器的润滑与密封的选择、润滑剂牌号及容量说明………………29
3.4.5减速器附件及说明………………………………………………………29
4压下部分设计计算………………………………………………………………30
4.1确定液压系统的重要参数…………………………………………………30
4.1.1初选系统工作压力………………………………………………………30
4.2执行元件的选择……………………………………………………………30
4.2.1液压基本回路的选择……………………………………………………30
4.2.2供油方式的选择…………………………………………………………30
4.2.3液压系统原理图…………………………………………………………30
4.3液压缸的设计计算…………………………………………………………32
4.4液压缸主要性能参数确定…………………………………………………33
4.5液压缸主要结构参数的计算………………………………………………34
4.5.1缸筒壁厚计算……………………………………………………………34
4.5.2活塞及活塞杆的设计计算………………………………………………34
4.6强度和稳定性计算…………………………………………………………35
4.6.1缸筒壁厚的校核…………………………………………………………35
4.6.2活塞杆的校核……………………………………………………………35
4.6.3缸筒和缸底焊缝的计算…………………………………………………35
4.7液压缸辅助装置设计………………………………………………………36
4.7.1缓冲装置…………………………………………………………………36
4.7.2排气装置…………………………………………………………………36
4.7.3密封装置…………………………………………………………………37
4.8液压泵的计算………………………………………………………………37
4.9液压压下系统性能验算……………………………………………………41
4.10系统发热及温升计算……………………………………………………42
4.11液压压下系统的安装与维护……………………………………………43
5机架的设计………………………………………………………………………44
6轧机的润滑………………………………………………………………………47
6.1轧机润滑范围………………………………………………………………47
6.2轧机润滑采用的润滑油、脂………………………………………………48
6.3轧机常用的润滑系统简介…………………………………………………48
6.4轧机常用的润滑装置………………………………………………………49
7设计心得…………………………………………………………………………51
参考文献……………………………………………………………………………52
1绪论
1.1设计选题背景
轧钢生产时将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。
用轧制方法生产钢材,具有生产率高、品种多、上产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。
因此,它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。
目前,约有90%的钢都是经过轧制成材的。
有色金属成材,主要也用轧制方法。
【1】
目前我国处在新老交替的钢铁生产体系中,轧机在轧钢生产中的作用仍无法替代,轧机仍具有着十分重要的作用。
1.2轧机国内外发展的研究现状、成果、发展趋势
1.2.1轧机的国内外研究现状及成果
从16世纪人类开始轧钢发展到今天,经过了漫长的过程。
在1530年或1532年,依尼雪在拿伯格(Nnrmberg)发明了第一个用于轧钢或轧铁的轧机,紧接着,1782年,英国的约翰彼尼(John·payne)在有俩个刻成不同形状的孔型的轧辊的轧机中加工锻造棒材。
1759年,英国的托马斯伯勒克里(Thomas·Blockley)取得了孔型轧制的另外一个专利,在历史上标志着型钢生产正式开始。
轧钢机械的分类。
轧钢机械可按所轧辊的材料分为轧辊钢材的和轧辊铝、铜等有色金属的两类。
各类轧机的工作原理和主要结构基本相同,只是轧辊的温度、压力和速度有所差异。
轧机中使用最多的是轧钢机。
轧机又可分为半成品轧机和成品轧机。
半成品轧机主要是开坯机,包括初轧机、板坯轧机和钢坯轧机。
随着连铸机的逐步推广,某些装有连铸机的钢厂已不再使用开坯机开坯。
成品轧机有型材轧机、轨梁轧机、线材轧机、厚板轧机、薄板轧机、带材轧机、箔带轧机、无缝管轧机、铜板轧机、铝板轧机和某些特殊轧机。
它们的主要区别是轧辊的布置和辊的形状不同,并且在精度、刚度、强度和外形尺寸上也有很大的差别。
1.2.2轧机的发展趋势
总的来说,轧钢机械向着大型、连续高速和计算机控制方向发展。
轧机的发展,在发展连铸的同时,国外仍在新建或扩建初轧机,以扩大开坯能力。
这是由于开坯机具有产品变化灵活,便于实现自动化等优点,如日本1969年有三台板坯初轧机和一台方坯初轧机投入生产。
至1970年止,世界上有初轧机达200多台。
拥有初轧机最多的国家为美国达130台,日本42台,绝大部分为二辊可逆式轧机,开坯能力达3亿吨以上。
七十年代的初轧机轧辊直径增大到1500毫米。
我国拥有1000毫米以上大型初轧机七套,还有750~850毫米小型初轧机八套,主要用于合金钢厂,为数不多的650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。
1959年我国开始自行设计制造开坯机,以制成的开坯机有700、750、825、850/650、1150等毫米初轧机。
1.3压下系统的研究与应用
压下装置也称上辊调整装置,主要作用是通过对上辊的调整,办证轧件给定的压下量轧出所要求的断面尺寸,以及有槽轧辊对准孔型,在连轧机上,还要调整各机座间轧辊的相对位置。
压下系统的分类及作用:
1)快速压下系统:
习惯上把不“带钢”压下的压下装置称为快速压下装置,一般其压下速度大于1mm/s。
这种装置主要用于可逆式热轧机上,如初轧机、板坯轧机及中厚板轧机。
2)电动双压下装置:
这是较旧式轧机上的一种电动压下装置,该压下装置具有粗调与精调两个压下系统。
个系统分别有各自的电动机和减速器。
3)电—液双压下装置:
常见的有两种。
一种是在带有常规电动压下装置上,把压下螺母下端与一扁形齿轮固结在一起构成的。
另一种是粗调仍为电动压下,精调则利用设置在压下螺丝与上轴承之间或在下横梁与下轴承座间的液压缸来实现。
4)全液压压下装置:
该装置主要包括:
主液压缸,检测辊缝值的位置传感器及电液伺服阀等。
他取消了传统的电动压下机构,辊缝的调节量完全靠设置在上(下)横梁与上(下)轴承座间的液压缸来完成。
2辊系设计计算
2.1轧辊的尺寸计算
2.1.1轧辊的基本参数
已知:
轧制速度2.5m/s,轧制温度1000℃,轧制不锈钢
1.轧辊的名义直径D和滚身长度L的确定
轧辊的基本尺寸参数是:
轧辊的名义直径D,滚身长度L,辊颈直径d以及辊颈直径l。
950轧钢机的轧辊滚身长度L应大于所轧钢板的最大宽度bmax。
L=bmax+a
取a=200
L=950+200=1150mm
对于四滚轧机,为减少轧制力,应尽量使工作辊直径小一些,但工作辊的最小直径受着轴颈和轴头扭转强度和咬入条件的限制。
工作辊直径D1和支承辊直径D2参考[3]表3-2各种四滚轧机的L/D1,L/D2,,及D2/D1选择宽带钢轧机精轧机座
L/D1=2.5得D1=460mm
L/D2=1.25D2=920mm
D2/D1=2.0
2.轧辊的重车率
在轧制过程中,轧辊滚面因工作磨损,需不止一次地重车或重磨。
轧辊工作表面的每次重车量为0.5-5mm。
查[3]表3-4各种轧机地重车率取重车率为8%。
3.轧辊辊颈尺寸d和l的确定
轴颈直径d和长度l与轧辊轴承形式及工作载荷有关。
由于受轧辊轴承径向尺寸的限制,轴颈直径比轴身直径要小得多。
因此轴颈与轴身过渡处,往往是轧辊强度最差的地方。
只要条件允许,轴颈直径和轴颈与轴身的过度圆应选大些。
查[3]表3-5得
工作辊d1=0.5D1=0.5X460=230mm.
L1=d1=230mm
支承辊d2=0.5D2=0.5X920=460mm
L2=d2=460mm
4.轧辊传动端的型号与尺寸
选择滑块式万向联轴器
D1=D-10mm=450mm
S=0.25D1=112.5mm
a=0.5D1=225mm
b=0.2D1=90mm
c=b=90mm
2.1.2轧辊的材料
工作辊的材料选择55Cr
支承辊的材料选择55Mn2
2.2轧制力的计算
2.2.1轧制压力
一.轧制压力
1.理论计算。
根据塑性力学理论分析变形区内应力状态与变形规律,首先确定接触
上单位压力分布规律及大小,求出接触弧上的平均单位压力Pm后,按下式计算:
P=PmF
式中Pm———平均单位压力;
F———轧件与轧辊接触面积在水平方向的投影。
F=
式中b0、b1———轧制前后轧件的宽度
l———轧件与轧辊接触弧的水平投影
当两个轧辊直径相同而在不考虑轧辊弹性压扁情况下,接触弧长度的水平投影l为:
由△ABC和△ABD
而BD=2R
则
如果忽略二次项,l近似为
F=
2.热轧钢板轧机平均单位压力计算
由于厚板、中板轧机轧制时的/=33.91/24=1.413>1时,则平均单位压力的计算应采用薄板轧机的公式:
1)轧制时金属的变形阻力
变形程度
由于在轧制时,轧件在变形区内的压下量实际上是变化的,所以变形程度沿接触弧也是变化的。
所以用平均变形程度来表示变形区的变形程度。
平均变形程度:
由于变形区特征参数/=33.91/24=1.413<2,变形区中的轧件和轧辊之间存在相对滑动。
2)应力状态的影响系数
对于热轧薄板轧机来说,外摩擦对应力状态的影响系数一般采用西姆斯公式或西姆斯的简化公式来计算。
=
3)金属的变形阻力
查库克变形阻力曲线得:
平均单位压力:
轧制力P=PmF=149.0438996.5=5.81MN
2.3轧制力矩
轧件的咬入角a
力臂系数=0.5
过轧制压力作用点与轧辊中心直线的夹角
摩擦系数取=0.004
轧辊轴承处的摩擦圆半径
轧辊的传动力矩
2.4轧辊的强度校核
由于支承辊的抗弯断面系数较工作辊大得多,即支承辊有很大的刚性。
因此,轧制时的弯曲力绝大部分由支承辊承担。
在计算支承辊时,通常按承受全部轧制力的情况考虑。
由于四辊轧机一般是工作辊传动,因此,对支承辊只需计算滚身中部和轴颈断面的弯曲应力。
支承辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见下图。
在轴颈的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件,即
满足强度要求
满足强度要求
支承辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见下图:
其中P=2.91MNRb=145MPa
3-3断面的弯矩表达式
辊身中部3-3断面的弯曲应力为:
满足要求
工作辊与支承辊间的接触应力
四辊轧机支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力,应进行校核。
假设辊间作用力沿轴向均匀分布,由弹性力学知,辊间接触问题可简化成一个平面应变问题。
两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁,存在呈半椭圆形分布的压应力,半径方向产生的法向正应力在接触面中部最大。
最大压应力:
=
加在接触表面单位长度的负荷q=P/L=2.91MN/1150mm=2530000N/m
=500mm=1000mm。
查表得泊松比=0.3弹性模数=206
0.3206
满足要求。
2.5轧辊轴承及寿命计算
轧辊轴承是轧机的主要部件之一,和一般用途的轴承相比,具有以下一些工作特点:
(1)工作负荷大。
通常轧辊轴承的单位压力比一般用途的药膏2~5倍,甚至更高。
而PU值是普通轴承的3~20倍。
(2)运转速度差别大。
高速线材轧机的速度可达140m/s以上,而有的轧制速度仅有0.2m/s。
(3)工作环境恶劣。
热轧时有冷却水和氧化铁皮飞溅,而且温度高;冷轧时的工艺润滑剂与轴承润滑剂容易相混。
因此对轴承的密封损失有较高的要求。
基于本轧机的要求轧制力大,轴向力较小,故选用四列圆锥滚子轴承。
根据轧辊辊颈d=180mm选取四列滚子圆锥轴承的型号为380000型。
其基本参数如下表
基本尺寸
安装尺寸
其他尺寸
200
310
275
213
284
15
14
24.5
3
2.5
计算系数
基本额定载荷
极限转速
重量
轴承代号
脂
油
38000型
0.37
1.7
2.3
2.1
1760
4200
560
700
75.1
382040
2.6轴承的安装与润滑
1、四列圆锥滚子轴承的安装
轧钢机四列圆锥滚子轴承由三个外圈、两个内圈、两个外调整环、一个内调整环和四套带圆锥滚子的保持架组成,轴承的游隙由轴承内的调整环加以保证,轴承各部件不能互换,因此装配时必须严格按打印号的相互位置进行,先将轴承装入轴承座中,然后将装有轴承的轴承座整个吊装到轧辊的轴颈上。
四列圆锥滚子轴承各列滚子的游隙应保持在同一数值范围内,以保证轴承受力均匀。
装配前应对轴承的游隙进行测量。
将轴承装到轴承座内,可按下列顺序进行。
(1)将轴承座放置水水平,检查校正轴承座孔中心线对底面的垂直度。
(2)将第一个外圈装入轴承座孔,用小铜锤轻敲外圈端面,并用塞尺检查,使外圈与轴承座孔接触良好,然后再装入第一个外调整环。
(3)将第一个内圈连同两套带圆锥滚子的保持架以及中间外圈装配成一组部件,用专用吊钩旋紧在保持端面互相对称的四个螺孔内,整体装入轴承座。
(4)装入内调整环合第二个外调整环。
(5)将第二个内圈连同两套带圆锥滚
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