初轧机设计说明书

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1绪论

初轧机在轧钢生产中的作用是开坯，随着连铸技术的发展，初轧机的作用随之下降，但初轧机不能被淘汰，轧制某些特殊用途的钢材，由于连铸坯有缺陷，故必须采用模铸，初轧机开坯。 1.1轧辊调整装置的用途

轧辊调整装置是轧钢机中关键机构之一,其结构的好坏，直接关系着轧件的产量的高低与质量的好坏。轧机轧辊的调整一般均包括径向和轴向两个方向的调整,径向调整是轧钢机中必不可缺的调整。轧辊通过两个方向的调整后,可以保证轧辊间的相互位置的正确性,按规定完成道次的压下量,还能在一定程度上来补偿其轧辊辊身与轴径的允许磨损量,同时又能调整轧辊与辊道水平面的相互位置，而且在连轧机上，还能调整机座间轧辊的相互正确位置,从而保证轧制的直线性，使得轧制顺利进行。 1.2轧辊调整装置的类型

轧辊调整装置按用途大致分为径向与轴向两大类调整装置。其轴向调整装置仅用于型钢、线材轧机上,以微调的方法来保证两个轧辊间组成正确的孔型位置,以及补偿轧辊瓦缘的允许磨损量。而在各类型的板带轧机上只有轧辊的轴向固定装置。

径向调整按其轧辊移动方向大致分为压下(也包括压上)机构和侧压进机构。在常见的纵轧机座中均可看到压下机构,而侧压进机构仅用于斜轧机和立辊的调整机构中。

根据各类轧机的工艺要求，调整装置可分为：上辊调整装置、下辊调整装置、中辊调整装置、立辊调整装置和特殊轧机的调整装置。

上辊调整装置也称压下装置，它的用途最广。安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧机上。

压下机构按轧钢机的类型、轧件的轧制精度要求,以及生产率高低要求又可分为:手动、电动、电-液及全液压压下机构。手动压下机构一般多用于不经常进行调节的、轧制精度要求不太严格的,以及轧制精度要求不高的中、小型型钢、线材和小型热轧板带轧机上,通常这些轧机是在轧辊相互位置不变的情况下进行工作的。电动压下机构主要用于压下螺丝的移动速度超过1~0.2mm/s的初轧机、板带轧机及中厚板轧机上,以及移动速度小于1~0.2mm/s的薄板带轧机上。前者是出于生产率的要求,而后者是由于压下精度的要

初轧机设计说明书 第２页

求。

1.3 轧机上压下装置的分类和特点 1.3.1电动压下装置

电动压下装置是轧钢机调整机构中最常见的一种压下装置。按轧辊调整的距离、速度及精度又可将压下装置分为快速和慢速两种压下装置。 快速电动压下装置

一般常用在上轧辊调节距离大、调节速度快以及调节精度要求不高的轧机上,如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机及万能轧机上。在这些类型的轧机上由于上辊的调整距离大、压下十分频繁,要求有较高的压下速度以免影响轧制生产率，所以采用快速电动压下装置是必要的。

常采用的快速电动压下装置有两种类型：

一种是由法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速器带动压下螺丝。两个压下螺丝是由两台带法兰盘的立式电动机通过圆柱齿轮减速机构传动的。因此采用这种传动系统启动迅速、传动效率高、造价低,但存在着加大了机座的总高度,增加了厂房高度基本建设投资等缺点。另外为了实现压下螺丝的单独调整,中间介轮可以由液压缸控制,使其与压下螺丝啮合或脱离。其结构简图如图1—2所示。

123456 1－制动器 2-立式电动机 3－减速机 4－压下螺母 5－压下螺丝 6－离合器

图1.1立式电机—圆柱齿轮传动的电动压下装置

初轧机设计说明书 第３页

另一种快速电动压下装置由两台卧式电动机通过三个圆柱齿轮和两对蜗轮蜗杆减速机构来带动两个压下螺丝，通过离合可以实现压下螺丝的单独调整。轧辊开度指示器的传动系统中还装有差动机构,它可以由小电动机带动实现调整作业。这种快速电动压下装置的特点是：结构紧凑、机座总体高度低、基建投资下降,但传动效率低、造价高。因此多用在一些压下要求速度不高的初轧机上。 2 慢速电动压下装置

这种调整装置多用于上辊调节距离在100～200毫米以下，调节速度小于1～0.2mm/s，但调节精度要求高的薄板、带材轧机上。在这种压下机构中，由于传速比i要求很大（最大可以达到i=1500～2000）,同时又要求能带钢压下。因此，压下装置的设计是比较复杂的。 1.3.2手动压下装置

这种压下装置结构简单、造价低,但工人的劳动条件差、强度大,因此常用在生产效率低的轧机上。 1.3.3双压下装置

为了控制板厚偏差在规定的范围内，在现代化的板、带材成品机座的压下装置中,分成了精调与粗调两个部分。其中精调装置是用来首先给定原始辊缝的,.而精调装置是用来在轧制过程中随着板、带材坯料厚度、轧制力及成品厚度的变化,随时对辊缝进行微量调节校正的。 一、电动双压下装置

由于电动双压下装置的反应灵敏度差,所以仅用于精度低的热轧板带成品轧机上。在这种压下装置中精调与粗调系统都是由电动机通过机械的减速机构来传动压下螺丝的,因此传动系统的惯性力很大,从而使调整辊缝的校正讯号传递滞后现象很严重,所以无法满足高精度的板厚公差要求。由于以上原因,目前很少采用这种板厚自动调节系统。其简图如图1—2所示。

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211－精调电动机 2－粗调电动机

图1.2 电动双压下装置简图

二、电-液双压下调整装置

第一种电动双压下调整装置,它的粗调为一般的电动压下机构,通过电动压下系统带动压下螺丝在空载的情况下给定原始辊缝.而精调通过液压缸推动齿条带动扇形齿轮,使压下螺母转动,但用于压下螺丝在电动机压下机构的锁紧条件下而不能转动,其结果只能使压下螺丝上下移动实现了辊缝的微调。

第二种,电-液双压下机构,粗调为一般的电动压下机构,而精调是用液压缸直接代替了压下螺丝与螺母。通常液压缸放在精调压下螺丝与上轴承座之间或下横梁与下轴承座之间。该装置的特点是精调装置的结构简单而紧凑,消除了机械惯性力,从而大大缩短了调节信号滞后现象,减少了压下螺丝与螺母的磨损,提高了精度机构的效率。它的调节灵敏度比一般电动压下要快10倍以上。因此大大提高了板材的轧制精度,广泛的用在现代化的冷、热成品带钢轧机上。

电-液双压下装置与电动双压下装置相比有以下特点：结构紧凑,精调部分传动零件减少使传动惯性力下降，因此，调节讯号滞后现象减轻,而灵敏度增加。但仍保留着机械传动零件，所以仍存在着惯性力以及传动间隙对精度灵敏度的影响，使调整精度还不够高。

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1.3.4全液压压下装置

所谓全液压压下装置就是取消了传统的电动压下机构,其辊缝的调节均由液压缸来完成 。其系统示意图如图1—3所示。

全液压压下装置的特点:

(1)惯性力小、动作快、灵敏度高,因此可以得到高精度的板带材,其厚度偏差可以控制到小于成品厚度1%,而且缩短了板带材的超差部分长度,提高了轧件成品率,节约了金属,提高了产品质量,并降低了成本。

(2)结构紧凑,降低了机座的总体高度,减少了厂房投资，同时提高了传动效率。 (3)采用液压系统可以使卡钢迅速脱开,有利于处理卡钢事故,避免了轧件对轧辊的刮伤。

(4)可以实现轧辊快速提升,便于快速换辊,提高了轧机的有效作业效率,增加了轧机的产量。

(5)压下系统复杂,工作条件要求高,有些元件制造困难、成本高、维护保养要求很严格以保证精度。

811P10P0△P△P/K137h69CpCP△p/ks312S0h012Q出油△h △s45进油

1—电位器 2—传给另一机架的迅号 3—位移调节放大器 4—放大器 5—伺服阀 6—位移传感器 7—测厚仪 8—测压仪 9—力—位移转换元件 10—选择开关

初轧机设计说明书 第６页

11—压力传感器 12—柱塞缸 13—压力比较器 CP—调节系数装置

图1.3 全液压压下系统示意图

1.4电动压下装置经常发生的事故及解决措施 1.4.1压下螺丝的阻塞事故

由于初轧机、板坯轧机和厚板轧机的电动压下装置压下行程大、速度快、动作频繁，而且是不带钢压下，所以常常由于操作失误、压下量过大等原因产生卡钢、“坐辊”或压下螺丝超限提升而发生压下螺丝无法退回的事故。这时上辊不能移动，电机无法启动，轧机不能正常工作。

为了处理堵塞事故，很多轧机都专门设置了压下螺丝的回松机构。 1.4.2压下螺丝的自动旋松

压下螺丝的自动松问题主要发生在初轧机上，尤其是采用立式电动机压下时，问题尤为严重，已停止转动的压下螺丝自动旋松，使辊缝值变动，造成轧件厚薄不均，严重影响轧件质量。

目前防止压下螺丝自动旋松的主要办法是加大螺丝的摩擦力矩。这可以两方面入手，一是加大压下螺丝止推轴颈的直径，并且在球面垫上开孔。二是适当增加螺丝直径。

初轧机设计说明书 第７页

2快速电动压下装置的方案选择与评述

习惯上把不“带钢”的压下装置称为快速压下装置。这种装置多用在可逆热轧机上，如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组的可逆式粗轧机组等。

按照传动的布置形式，快速电动压下装置有两种方案：一种是由台卧式电动机来驱动两个压下螺丝的升降，另一种是由两台立式电动机来驱动两个压下螺丝的升降。

第一种方案采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置的形式，这种形式中常见的布局是圆柱齿轮和蜗轮副联合传动压下螺丝。它的特点是能够采用普通卧式电动机，机构较紧凑。在采用球面蜗轮副或平面蜗轮副后，传动效率显著提高，因此在压下速度不太快板坯轧机上经常采用这种布置形式。如图2.1所示。

3122

1－制动器 2－电动机

图2.1卧式电动机传动压下装置的配置方案

第二种方案是采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平衡布置的形式，压下装置的两台立式电动机通过圆柱齿轮减速机来传动压下螺丝，这种布置形式可使每个压下螺丝单独调整。因此这种传动系统具有启动迅速、传动效率高、造价低。因为1150初轧机的压下装置要求具有以上特点，因此本次设计采用第二种方案。

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113

231—电动机 2—小惰轮 3—大惰轮

图2.2 立式电机传动压下装置的配置方案

在毕业设计中，本人对压下系统中的指针传递装置进行了改进，原结构中一端采用双列圆柱滚子轴承，另一端采用单列圆柱滚子轴承。其主要缺点是不能承受轴向力。经计算校核采用一对圆锥滚子轴承完全可以替代原方案，改进后的主要优点是：（1）可以承受一定的轴向力，从而保证了该装置工作的可靠性。（2）便于安装、拆卸，减轻了维修工作量，同时降低了成本。

初轧机设计说明书 第９页

3计算轧制力

1计算第一道次轧制力

（1） 计算压下量hh0h138031070mm （3.1） （2） 计算接触弧水平投影长度 lRh1150 70200.62mm （3.2）

2（3） 计算轧制后轧件的平均高度 hh0h1m23803102345mm（4） 计算外区应力状态的影响系数

nl0.4hm 0.4200.62345

1.240

（5） 计算变形速度

因为

lh200.620.582。所以采用粘着理论计算m345urmvllnh0h3.5ln3800.00355 1200.62310（6） 计算相对压下量 hh100%70100%18.4% 0380（7） 计算平均变形程度r1mln1ln112.3%0.131 m1其中m232318.4%12.3% （8） 计算20#的变形阻力

60KtKuKr 查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

3.3） （3.4）

3.5） 3.6） 3.7） 3.8）

（3.9） （（（（（初轧机设计说明书 第１０页

A3.321 B2.609 C0.133 D0.210 E1.454 N0.390

0155.8MPa

T1） 变形温度影响系数

（3.10） KtexpABT

t27310502731.323 10001000exp3.3212.6091.323

0.877

2）变形速度影响系数

CDTKuu10 0.003550.1330.2101.32310

0.316

3） 变形程度影响系数

NKrmrrE0.4E1m0.4 0.390 1.4540.131.1310.41.454100.4 0.792

155.80.8770.3160.792

34.196MPa

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

p15nm1. 1.151.2434.196 48.764MPa

（10）计算轧制力

PpmF 3.11）

3.12）

3.13） 3.14）

（ （ （ （初轧机设计说明书 第１１页

48.764383380200.62 23732.227kN

2计算第二道次轧制力 （1） 计算压下量h40mm

（2） 计算接触弧水平投影长度lRh115040151.66mm 2（3） 计算轧制后轧件的平均高度hm（4） 计算外区应力状态的影响系数

l nhmh0h1310270290mm 220.4

0.4151.662901.296

（5） 计算变形速度

因为

l151.660.522。所以采用粘着理论计算 hm290umvrh0ln lh13.5310ln 151.662700.00319

（6） 计算相对压下量 h100% h040100% 31012.9%

（7） 计算平均变形程度 rmln1 1m初轧机设计说明书 第１２页

ln118.6%

0.090

其中m232312.9%8.6% （8） 计算20#的变形阻力

60KtKuKr 查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

A3.321 B2.609 C0.133 D0.210 E1.4540155.8MPa

Tt2731000104527310001.318 1） 变形温度影响系数

KtexpABT

exp3.3212.6091.318

0.889

2）变形速度影响系数

CDTKuu10

0.13300.00355.2101.31810

0.312

3） 变形程度影响系数

NKrmrrE0.4E1m0.4

0.390 1.4540.0900.41.45410.0900.4 0.711

155.80.8890.3120.71130.725MPa （9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

N0.390

初轧机设计说明书 第１３页

pm1.15n

1.151.29630.725 45.793MPa

（10）计算轧制力

PpmF

45.793386388151.66 22687.701kN

3计算第三道次轧制力 （1） 计算压下量h30mm

（2） 计算接触弧水平投影长度lRh115030131.34mm 2（3） 计算轧制后轧件的平均高度hm（4） 计算外区应力状态的影响系数

h0h1270240255mm 22l nhm0.4

0.4131.342551.304

（5） 计算变形速度

因为

l131.340.5152。所以采用粘着理论计算hm255umvrh03.5270lnln0.00314 lh1131.34240（6） 计算相对压下量

h100% h0初轧机设计说明书 第１４页

30270100% 11.1%

（7） 计算平均变形程度 r1mln1 mln117.4%

0.077

其中m232311.1%7.4% （8） 计算20#的变形阻力

60KtKuKr 查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

A3.321 B2.609 C0.133 D0.210 E1.4540155.8MPa

Tt2731000104027310001.313 1） 变形温度影响系数

KtexpABT

exp3.3212.6091.313

0.901

2）变形速度影响系数

uCDTKu10

0.1330.003140.2101.31310

0.316

3）变形程度影响系数

NKrmrrE0.4E1m0.4

N0.390

初轧机设计说明书 第１５页

0.070 1.4540.4 0.677

0.3901.45410.077 0.4155.80.9010.3160.67730.044MPa

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

pm1.15n

1.151.30430.044 45.055MPa

（10）计算轧制力

PpmF

45.793388390131.34 22339.622kN

4计算第四道次轧制力 （1） 计算压下量h78mm

（2） 计算接触弧水平投影长度lRh115078211.78mm 2（3） 计算轧制后轧件的平均高度hm（4） 计算外区应力状态的影响系数

l nhmh0h1388310349mm 220.4

0.4211.783491.22

（5） 计算变形速度

因为

l211.780.612。所以采用粘着理论计算 hm349初轧机设计说明书 第１６页

uvrhmlln0h 13.5211.78ln388310 0.00371

（6） 计算相对压下量

hh100% 078388100% 20.1%

（7） 计算平均变形程度 r1mln1 m ln1113.4%

0.144

其中232m320.1%13.4%

（8） 计算20#的变形阻力

60KtKuKr 查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

A3.321 B2.609 C0.133 D0.210 E1.4540155.8MPa

Tt2731000103527310001.308 1）变形温度影响系数

KtexpABT

exp3.3212.6091.3088 0.912

2）变形速度影响系数

N0.390

初轧机设计说明书 第１７页

uKu10CDT

0.1330.2101.3080.00317100.327

3）变形程度影响系数

rrKrEmE1m

0.40.4N0.144 1.4540.4 0.813

0.3901.45410.144 0.4155.80.9120.3270.81337.762MPa

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

pm1.15n

1.151.2237.762 52.980MPa

（10）计算轧制力

PpmF

52.980240246211.78 22726.485kN

5计算第五道次轧制力 （1） 计算压下量h60mm

（2） 计算接触弧水平投影长度lRh60185.74mm （3） 计算轧制后轧件的平均高度hm（4） 计算外区应力状态的影响系数

ln hm0.4h0h1310250280mm 22

初轧机设计说明书 第１８页

185.742801.178

0.4

（5） 计算变形速度

因为

l185.740.662。所以采用粘着理论计算 hm280umvrh0ln lh13.5310ln 185.742500.00405

（6） 计算相对压下量 h60100%100%19.4% h031011ln0.138 1m112.9%（7） 计算平均变形程度 rmln其中 m（8） 计算20#的变形阻力

2219.4%12.9% 33 60KtKuKr 查《轧钢机械》表2-1得20#变形阻力公式系数值

A3.321 B2.609 C0.133 D0.210 E1.454 N0.390

0155.8MPa

T1） 变形温度影响系数

t27310302731.303 10001000KtexpABT

exp3.3212.6091.303

0.924

2）变形速度影响系数

初轧机设计说明书 第１９页

uKu10CDT

0.1330.2101.3030.00405100.333

3） 变形程度影响系数

rrKrEmE1m

0.40.4N0.138 1.4540.4 0.803

0.3901.45410.138 0.4155.80.9240.3330.80338.517MPa

（9） 根据采用采利柯夫计算接触弧上的平均压力

pm1.15n

1.151.17838.517 52.179MPa

（10）计算轧制力

PpmF

52.179246250185.74 22403.548kN

初轧机设计说明书 第２０页

4 电机容量的选择

1计算压下螺丝的转速

n9048 1.87r5/s 112.5r/min 2计算被平衡部件总重量

G91000357000 448000N

3对压下螺丝进行受力分析，如图4.1所示。

M12M2d2M13P1d3

1－压下螺丝 2－压下螺母 3－球面垫

4.1压下螺丝受力平衡图

4计算作用在一个压下螺丝上的力 P10.2G

0.2448000

89600N

5计算止推轴承阻力矩

M1d131P133 4.1） （

初轧机设计说明书 第２１页

490 3 =2926933.333N.m 6计算螺纹摩擦阻力矩

89600 0.2 M2P1d2ta(n) （4.2） 2387.26tan(0.036540’) 23374Nm 79489.0 89600式中——螺纹上的摩擦角 ——螺纹升角

7计算转动压下螺丝所需的静力矩

MM1M2

2926933.3337948903.374

10875836.71Nm

NMn

1000955010875836.71112.5

100095500.98 125.57KN

8试选电机的型号为ZD141-2B，功率为200KW，基速为500r/min，高速为1200r/min。 9计算所选电机的额定转矩

N9550103 Mer

n2009550103 

500 3800000 N10对所选电机进行过载校核：

Mmax10875836.71 Mmer3800000 2.863

满足要求。

初轧机设计说明书 第２２页

5 压下螺丝与螺母的设计计算

5.1压下螺丝的设计计算 5.1.1压下螺丝螺纹外径确定 1、预选螺纹外径d及其它参数

由经验公式d0.55~0.621dg得

d0.6690414mm

查机械设计手册，预选d420mm。 式中 d----压下螺丝外径mm； dg----轧辊辊颈mm；

螺纹螺距： t0.12~0.14d 0.1242050.4mm 取螺距为48mm。

根据d和t可确定压下螺丝的中径d2387.268mm和内径d1336.694mm； 5.1.2压下螺丝的强度校核

4p1 （5.1） d12式中 ----压下螺丝中实际计算应力，单位为Nmm2； p1----压下螺丝所承受的轧制力，单位为kN； d1----压下螺丝螺纹内径，单位为mm； ----压下螺丝许用应力，单位为N/mm2； bn

b----压下螺丝材料强度极限，单位为N/mm2； n----压下螺丝的安全系数，n6；

p1p 2初轧机设计说明书 第２３页

3732.227 21866.1135kN

41866.1135103 2336.69420.97MPa

其中 bn59059MPa 105.1.3压下螺丝的尾部形状设计

（1）本次设计压下螺丝的尾部选取镶有青铜滑块的方形尾部。 （2）压下螺丝端部形状选择

压下螺丝的端部选用凸形球面，因为球面垫采用青铜材料，青铜球面垫的主要特点是具有较好的抗压性能，采用压下螺丝的端部为凸形球面大大提高了青铜垫块使用寿命，减少有色金属的消耗。 5.2压下螺母的结构尺寸设计

压下螺母的材料选为铸造无锡青铜ZQAL94，其许用挤压应p60~80MPa。 1、压下螺母高度H的确定

pZdd1224p122p （5.2）

从而解得 Zpd4p12d12

7042036.69425.653241866.11351032

3.06

HZt3.0648146.98mm （5.3）

取 H150mm。

式中 p----螺纹受力面上的单位挤压应力，单位为MPa； p1----轴颈上的最大压力，单位为MPa；

初轧机设计说明书 第２４页

Z----压下螺母中的螺纹圈数；

d----压下螺丝的螺纹外径，单位为mm； d1----压下螺丝的螺纹内径，单位为mm； ----压下螺母与螺丝的内径之差，单位为mm； p----压下螺丝材料许用应力，单位为MPa； 2、压下螺母外径D的确定

p4p1D2D2p 1从而有

D4P1PD21P

10341866.113570450270486.27mm 取D490mm。

5.4）

（ 初轧机设计说明书 第２５页

6 齿轮设计计算

1选精度等级、材料及齿数

（1）按所设计的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。 （2）选用7级精度（GB10095-88）。

（3）材料选择：由表101选择小齿轮材料选用40Cr,硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢,硬度为240HBS,硬度差为40HBS。

（4）选小齿轮齿数z120，大齿轮齿数z288.8,取为80。 （5）选取螺旋角。初选螺旋角β=8°。 2 按齿面接触强度设计

d1t32KtT1u1ZHZEdauH (6.1) 2（1）确定公式内的各计算数值 试选Kt = 1.6。 由图选取区域系数ZH  2.44。

由图查得a10.78，a20.87，则aa1a21.65。 由表选取齿宽系数d1。

MPa。 由表查得材料的弹性影响系数ZE  189.8由图1021d按齿面硬面查得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1600MPa,小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1550MPa。 计算小齿轮传递的转矩

5 T09.551012P1 （6.2） n1200= 9.55×

500=3.82106

计算应力循环次数

Nmm

N160n1jLh （6.3）

初轧机设计说明书 第２６页

605001283005

1.08109

N2N1/u

1.08109/4.44 2.43108

查取弯曲疲劳寿命系数

由图查得，KFN10.90；KFN20.95 计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数S=1得：

FE1H1KFN1S 0.96001 540MPa

FN2FE2H2KS

0.955501 522.5MPa

许用接触应力

HH1H2/2 540522.5/2

531.25MPa

（2） 计算

计算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式得：

262 d1.63.82101t311.655.4414.442.44189.8531.25 162.75mm 计算圆周速度

(6.4) (6.5)

初轧机设计说明书 第２７页

vd1tn1601000 (6.6)

162.755006010004.26m/s

计算齿宽b及模数mnt

bdd1t (6.7)

1162.75

162.75mm

d1tcosmnt (6.8)

z1162.75cos8

208.06mm

h2.25mnt (6.9)

2.258.06 18.13mm

b/h162.75/18.13

8.98mm

计算纵向重合度

0.318dz1tg (6.10)

0.318120tg8 0.894

计算载荷系数K 已知使用系数KA=1.75。

根据v = 4.26m/s，7级精度，查得动载系数KV1.14；由表查得KH的计算公式: 故 KH1.120.18d0.2310b （6.11）

1.120.18120.23103162.75 1.34

23初轧机设计说明书 第２８页

查得KF1.30，KHKF1.4。故载荷系数：

KKAKVKHKH (6.12)

1.751.341.301.4 4.27

按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 即：

d1d31tK/Kt 162.7533.66/1.6

225.71mm

计算模数mn

mnd1cosz 1225.71cos820

11.18mm

3 按齿根弯曲强度设计 即：

m2KT1Ycos2YFYSn2 dz1aF (1)确定计算参数 1)计算载荷系数

KKAKVKFKF 1.751.141.31.4

3.63

2)根据纵向重合度0.894，由图查得螺旋角影响系数YB0.95。 3)计算当量齿数

zz1V1co3s (6.13)

(6.14) (6.15) (6.16)

(6.17)

初轧机设计说明书 第２９页

20

cos3820.20

zV0z2 (6.18)

3cos88cos38

88.86

4)查取齿形系数

由表查得，YF12.8；YF22.202。 5)查取应力校正系数

由表查得，YS11.55；YS21.778。 查取弯曲疲劳强度极限

由图查得，小齿轮FE1500MPa；大齿轮FE2380MPa。

由图10-18查得:弯曲疲劳极限寿命系数: KFN10.85,KFN20.88 6)计算弯曲疲劳许用应力,取安全系数S1.4,由式(10-12)得:

[KFN1FE1F1]S 0.855001.4 303.57 MPa

[KFN2FE2F2]S 0.883801.4 238.86 MPa

计算大、小齿轮的

YFYS并加以比较

F

Y.81.55F1YS1F12303.57

0.01430

(6.19) 初轧机设计说明书 第３０页

YF2YS2F21.7782.202

238.860.01639

大齿轮的数值大。 (2) 设计计算

23.633.821060.95cos8mn0.01639 21201.6528.77mm

mn10mm,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强

度算得的分度圆直径d1225.71mm来计算应有的齿数。于是由：

z1d1cos， mn225.71cos8

222.35

取z124,则z2uz14.4424106.56mm,取Z2108。 4几何尺寸的计算 (1) 计算中心距

az1z2mn2cos2cos8

2410810

666.486mm

将中心距圆整为667mm。 (2)按圆整后的中心距修正螺旋角

1 arccoszz2mn

2aarccos2410810

2667830'07''

初轧机设计说明书 第３１页

因β值改变不多，故参数a、K、ZH等不必修正。 (3)计算大、小齿轮分度圆直径 d1z1mn cos2410

cos 830'07''242.66mm

d2z2mn cos10810

cos830'07''1090.61mm

(4)计算齿轮宽度

bdd11242.66242.66 mm 圆整后取B2243 mm，B1265 mm。

初轧机设计说明书 第３２页

7 主要零件的强度校核

7.1 圆锥齿轮轴的强度校核

1求圆锥齿轮轴上转矩和转速

n112.58025360r/min T9550000Pn

955000010360

265277.78Nmm

2求作用在圆锥齿轮上的作用力

dmZ (525 125mm

dmd10.1R (12510.50.3

106.25mm

F2T1tdm (1 2265277.78106.25

4993.46N

FrFttancos1 ( 4993.46tan20cos1926 1718.45N

FaFttansin1 4993.46tan20sin1926 591.71N 3计算轴上的载荷并画出弯矩图和扭矩图

7.1) 7.2) 7.3)7.4)

(7.5)

初轧机设计说明书 第３３页

FNH1Ft500 4304993.46500

4305806.35N

FNH2FtFNH1

4993.465806.35 812.89N

mHFt70

4993.4670 349542.2Nmm

FNV1Ft500Fadm1

4301718.45500591.71106.25

430  1851.99N

FNV1FtFNV1

1718.451851.99 133.54N

mV1Fadm1FNV170

591.71106.251851.9970 66770.11Nmm

22M1MHMV1

349542.226670.112

355862.33Nmm

初轧机设计说明书 第３４页

70430

FtFaFrFNH1FNV1FNV2FNH2FtFNH1FNH2FrMHFaMFNV1FNV2

MV2

图7.1弯矩图和扭矩图

TM2M2MV14判断危险截面

初轧机设计说明书 第３５页

在截面Ⅲ处，虽然轴径略微小些，但在该截面所承受的弯矩很小，几乎为零，所以可以不对该截面进行强度校核。再截面Ⅱ处的直径与截面Ⅰ处的直径相同，但截面Ⅱ处承受的弯矩较小，所以可以不对此截面进行强度校核。经上述分析，只对截面Ⅰ处进行强度校核。

5接弯扭合成应力校核轴的强度

caM1T3W2 (7.6)

22355862.330.6265277.80.1503

31.19MPa

该轴的材料为45钢调质处理，查《机械设计》表15-1得160MPa，因此

ca1，故安全。

7.2轴承使用寿命的校核

计划轴承两年换一次 Ln=236024=17280h 1初选代号为30210、30209的圆锥滚子轴承 2计算两轴承承受的径向载荷

Fr1FNH12FNV12

5806.3521851.992

60.94.55N

Fr2FNH22FNH22

812.892133.542

823.79N 3计算轴承产生的派生轴向力

查《机械设计课程设计》表4.6.3得代号为30209的圆锥滚子轴承的有关数据

Cr64200N，Cor47800N，e0.4，Y1.5得代号为30210的圆锥滚子轴承的有关N，Cor55200数据为Cr72200N，e0.42，Y1.5

初轧机设计说明书 第３６页

Fd1Fr1 (7.7) 2Y6094.55

21.52031.52N

Fd2Fr2 2Y823.79 21.5274.60N

FaFd1591.712031.52

2623.23NFd2

所以2轴承为紧轴承，1轴承为松轴承。

Fa12031.52N

Fa2FaFd1

591.712031.52 2623.23N

4计算滚动轴承的当量为载荷

1轴承

Fa12031.520.33e Fr16094.55查《机械设计》表13-5得径向动载荷系数X1轴向动载荷系数Y0。 2轴承

Fa22623.233.18e Fr2823.79查《机械设计》表13-5得径向动载荷系数X0.4轴向动载荷系数Y1.5。

p2fpXFr2YFa2 (7.8) .23 20.4823.791.52623.72Np1 85285计算滚动轴承的寿命

初轧机设计说明书 第３７页

106ftC Lh (7.9) 60np1 

10722006036012189.1610317408.64h>17280h,满足设计要求。

初轧机设计说明书 第３８页

8 润滑方法的选择

压下螺母可用干油或稀油润滑。采用稀油润滑，循环油从开在上端面的径向油孔送入螺纹。在螺纹孔内沿轴线还开有油槽，以便润滑油能进入每一圈螺纹。

对于压下螺丝在螺母中频繁快速移动的初轧机，如果采用稀油润滑，螺母的寿命可提高1.5～2倍，故采用稀油润滑。

压下指针传递装置为油池润滑，轴承为飞溅润滑。 减速机为飞溅润滑。

初轧机设计说明书 第３９页

9 试车方法

(1)试车前应详细检查。

(2)试车前按要求进行润滑，不得有漏油现象。

(3)试车时应从低速开始试车，试车速度分别以15m/s、30m/s、45 m/s、60m/s、75m/s、85mm/s、95mm/s七种速度(指压下速度)进行试车。 (4)试车次数不得少于20次。

(5)试车前要把安装、检查工具和影响试车的构件拿开，试车后要清扫现场。

初轧机设计说明书 第４０页

10 设备可靠性与经济评价

10.1机械设备的有效度

对于可维修设备，由于发生故障之后，可以修理恢复到正常工作状态。因此，从开始工作到发生故障即可靠度；从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段即维修度；二者结合起来，就是机械设备的有效度(有效利用率)。

AMTBF100%MTBFMTTR (10.1)

MTBF————平均故障间隔期 (h) MTTR————平均维修时间

设备工作时间8640h,可能发生2次故障，每次处理故障时间平均6h，检修时间500h。

MTBF8640 2 4320h

MTTR50026 2256h

A4320100%

432025694.44%

10.2投资回收期

表10.1有关资料表（万元）

时 间 (年) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 投 资 300

年净 收益 150 150 150 150 150 150 150 150 150 累计净收益 -300 -150 0 150 300 450 600 750 900 1050

投资回收期：

Pt[累计净先进流量开始出现正值年份数]1[上年累计净现金流量的绝对值]当量净现金流量

初轧机设计说明书 第４１页

31150 150=3年

Pc————行业投资回收期，重型机械Pc17年

PcPt，满足要求。

初轧机设计说明书 第４２页

总结

紧张而又忙碌的毕业设计即将结束了。回顾这三个多月的毕业设计，真是有很大的收获，从设计一开始搜集资料，到鞍钢实习，回来认真分析1150初轧机的快速电动压下装置的机械构造，然后进行设计计算，强度校核，画图，编写说明书。每一步都不容易，在刘春丽老师耐心指导下，克服了一个又一个困难。终于圆满的完成了毕业设计。

通过这次毕业设计，是对我所学课程的一次总结。本次设计涉及到机械制图，金属工艺学，理论力学，材料力学，公差，轧钢机械，机械原理和机械设计等。有的课程学的时间较长，已经忘了，有的课程当时学的不是太懂，但是通过这次设计，又重新掌握了这些知识。

由于液压压下技术的快速发展，使电动压下装置的地位有所下降，但是对于一些很厚的轧件仍需要采用开坯轧机进行开坯轧制。因此电动压下装置在轧钢领域仍有其价值。

初轧机设计说明书 第４３页

致谢

在这次毕业设计中，我得到了刘春丽老师和王德春老师的耐心指导，使我能够顺利完成毕业设计。他们渊博的知识、严谨的治学作风使我受益匪浅。还有机设教研室全体老师的热心帮助。谨在此，表示我最衷心的谢意。

初轧机设计说明书 第４４页

参考文献

[1] 王海文.轧钢机械设计[M].北京:机械工业出版社,1983,78-100.

[2] 采利柯夫,AH..轧钢机的力参数计算理论[M].北京:机械工业出版社,1965,12-56. [3] 濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2001,184-374. [4] 施东成.轧钢机械理论与结构设计[M].北京:冶金工业出版社,1993,80-138. [5] 采利柯夫,AH,斯米尔诺夫,B.B..轧钢设备[M].北京:机械工业出版社,1961,76-96. [6] 大连理工大学工程画教研室[M].机械制图.北京:高等教育出版社,2003,12-290. [7] 陈作摸. 机械原理[M].北京:高等教育出版社,292-366.

[8] 莫雨松,李硕根.互换性与技术测量[M].北京:中国计量出版社,2000,1-193. [9]Sims,R.B..Inst Mech Engr.1954,Vo1 165,No6. [10]Stone,M.D..ISE.1956,NO12,1953,NO2.

[11]王廷博，轧钢生产，北京：冶金工业出版社，1981，80-122.

初轧机设计说明书 第４５页

附录A 译文

计算机与制造业

计算机正在将制造业带入信息时代.计算机长期以来在商业和管理方面得到广泛的应用,它正在作为一种新的工具进入工厂中,而且它如同蒸汽机在100年前使制造业发生改变那样,正在使制造业发生着变革.

尽管基本的金属切削过程不太可能发生根本性的改变,但是它们的组织形似和控制方式必将发生改变.

从某一方面可以说,制造业正在完成一个循环.最初的制造业是家庭手工业:设计者本身也是制造者,产品的构思与加工由同一人完成.后来,形成了零件的互换性着个概念,生产被依照专业功能分割开来,可以成批的生产数以千计的相同零件.

今天,尽管设计者与制造者不可能是同一人,但在集成制造系统前进的途中.这两种功能已经越来越靠近了.

可能具有讽刺意味的是,在市场需求高度多样化的产品的时候,提高生产率和降低成本的必要性促使制造业朝着集成为单调关系系统方向变化.这是一个连续的过程,在其中零件不需要花费多达95﹪的生产时间用在运输和等待加工上.

计算机是满足这两项要求中任何一项的关键.它是能够提供快速反应功能’柔性和满足多样化市场的惟一工具.而且,它是实现制造系统集成所需要的,能够进行详细分析和利用精确的惟一工具.

将来,计算机可能是一个企业生存的基本条件,许多现今的企业将被生产能力更高的企业组合所取代.这些生产能力更高的企业组合是一些具有非常高的质量,非常高的生产率的工厂.目标是设计和运行一个能以高生产率的生产方式100﹪合格产品的工厂.

一个采用先进技术的,竞争的世界正在促使制造业开始作更好的工作,使其本身采用先进的技术.为了适应竞争,一个公司回满足一些在某种程度上的相互矛盾的要求,诸如产品多样化,提高质量,增加生产率,降低价格.在努力满足这些要求的过程中,公司需要一个采用先进技术的工具,一个能够对顾客的需求做出快速反映,而且从制造资源中获得最大收益的工具.

计算机就是这个工具.

初轧机设计说明书 第４６页

成为一个具有”非常先进的质量,非常高的生产率”的工厂,需要对一个非常复杂的系统进行集成.这只有通过采用计算机对机械制造的组成部分-设计,加工,装配,质量保证,管理和材料装卸及输送进行集成才能完成.

例如,在产品设计期间,交换式的计算机辅助设计系统使的完成绘图和分析工作所需要的时间比原来减少,而且精确程度得到了很大的提高.此外,样机的试验与评价的程度进一步加快设计的过程.

在制订制造计划时,计算机辅助编制工艺规程可以从数以千计的工序和加工过程中选择最好的加工方案.

在车间里,分布式智能以微处理器这种形式来控制机床,操纵自动装卸料设备和收集关于当前车间状态的信息.

但是这些各自独立的改革 还远远不够.我们所需要的好是由一个通用软件从开端到终端进行控制的全部自动化的系统.

整个系统都会从中受益.基本上,计算机集成可以提供广泛的,及时的和精确的信息,可以改进各部门之见的交流与沟通,实施更严格的控制,而且通常能够增强整个系统的全面质量和效率.

例如,改进交流和沟通意味着会使设计具有更好的可制造性.数控编程人员和工艺装备设计人员有机会向产品设计人员提出意见,反之亦然.

因而可以减少技术方面的变更,而对于那些必要得便更,可以更有效的进行处理.计算机不仅能够更快地对变更之处做出详细说明,而且还能够把变更之后的数据告诉随后使用者.

利用及时的更新的生产控制数据可以制定更好的工艺规程和更有效率的生产进度.因而,可使昂贵的设备得到更好利用,提高零件在生产过程中的运送效率,减少在制品的成本.

产品质量月可得到改进.例如,不仅可以提高设计的精度,还可以使质量保证部门利用设计数据,避免由于误解而产生错误.

可使人们更好地完成他们的工作.通过避免冗长的计算和书写工作-这不不算查找资料所浪费的时间-计算机不仅使人们更有效的工作,而且还能把他们解放出去做只有人类才能做的工作:创造性的思考.

计算机集成制造还回吸引新的人才进入制造业.人才被吸引过来的愿意是他们希望

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到一个现代化的,技术先进的环境中工作.

在制造工程中,CAD/CAM减少了工艺设备设计,数控变成和编制工艺规程所需要的时间.同时加快了响应速度,这最终将回使目前外围加工的工作由公司内部人员来完成.

计算机在工程和相关领域中得到了广泛的应用,而这种应用会计的到越来越快的发展.工程技术专业的学生们应该通晓计算机,了解计算机的用途和他们的优点.不这样做就会使学生们在在、将来的职业生涯中处于非常不利的地位.

计算机辅助设计(CAD)是应用计算机来帮助解决设计问题:这样包括视频显示器上的生成图像,通过绘图仪或打印机将这图像打印在纸上,分析试验数据,以便检索的方式存储设计信息.许多CAD系统以集成的方式完成这些功能,极大地提高了设计人员的工作效率.

计算机辅助设计制图(CADD)是CAD的一个分支,它是通过计算机生成工程样图和其他技术文件的过程.它与制图之间的关系要比CAD更好一些.CADD用户采用键盘或鼠标输入数据,以便在显示器的屏幕上生成图像.这些图像可以通过绘图仪或打印机输出到纸上.

工程师通常认为计算机不会改变设计过程的性质.它是一个能够显著提高工作效率和生产效率的工具,设计人员CAD系统可以被视为是一个集体.设计人员提供知识,创造力和控制;计算生成准确又易于修改的图形,以很高的速度进行复杂的设计分析工作,以及存储和检索设计信息.有时计算机可以对工程师所使用的许多其他工具其增强或替代作用,但是它不能取代由设计控制的设计过程.

许多曾经只能在大型计算机上运行的先进的应用软件,也可以在微型计算机上运行.CAD的一个重要的应用领域是制造业.计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)系统可以用来设计零件或产品,生成主要的生产工步,并采用电子方式将此信息传给包括机器人在能的制造设备和控制它们的运行.与传统的制造系统相比,CAD/CAM系统有许多优点,包括减少设计工作量,提高高材料利用率,缩短研制周期,提高精度和改善库存管理.

计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)是利用速度快,精度高的数字计算机来完成从工程设计到产品制造的整个过程.CAD/CAM是数控和计算机技术等的发展并被联合起来的结果.通过公用数字型数据而联合起来,并随着电子技术的不断发展而充实起来,数字控制和数字计算机已经发展成熟,两者综合起来,就可以将我们带到想往已久

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的自动化工厂的门口.

CAD/CAM计算机化功能有以下三个方面: 1. 设计/制图;即计算机辅助工程; 2. 计划/制度进度表;即管理信息系统; 3. 制造自动化.

一个理想化的CAD/CAM系统是用户如何经图像端和计算机联系,利用公用数据库内所存的信息来设计和控制制造的整个过程.随着交换式制图的问世,用户使用编码穿孔卡片组纸带卷将数据和指令输入计算机的问题就不复存在.用户不需要具有计算机编程和操作的经验也能使用机床.有了交换式制图,用户就可用屏幕显示图与计算机进行通讯.操作这些系统不要求有计算机的知识,而是在时时情况下与计算机进行通讯,即计算机几乎可以瞬时对用户的指令作出响应.在CAD/CAM中,要求解决三维机械设计和制造问题.通过键盘光笔或其他类似铅笔的装置和计算机交互作用,设计人员在显示屏幕上的规定点和线,就可以很快构成屏幕显示的图和模型,这是计算机数据库内所存储的图象的真实再现.

用笔划一下,或按一下按钮,设计人员就可以对整个或部分设计图样进行移动,放大,旋转,翻转拷贝等.例如,通过按一按钮,设计人员可发出一翻转指令而产生一显示的镜象来制造一个对称零件,或可利用一平移指令来建立线性零件的模型,也可规定一横截面,然后进行线性平移以建立一个平面模型.同样,用一个横截面绕其中心轴旋转的旋转指令,也很容易就可以建立一个圆形零件的模型.这些均利用了计算机可又快,又好的重复动作的优点.

在设计完成以后,可利用计算机存储器内的最终几何数据来产生数控指令,以便在自动机床制作零件,或建立一个印刷线路原图和钻空纸带以便自动制作印刷电路卡片.现在许多CAD/CAM系统可以对某些类型的不同的零件产生数控指令.在在屏幕上模拟刀具路线从而可较快的确认,检验和修改程序.

总之,CAD/CAM 功能各不同. CAD具有以下4类功能: 1.几何制模 2.工程分析 3.运动学

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4.自动绘图

CAM也具有下面4类功能 1.数字控制 2.工艺过程 3.机器人技术 2. 工厂管理

鞍山科技大学本科生毕业设计（论文）