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洛 陽 理 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（論文） 題目：立式軋機的軋輥機構設計 姓 名: 系 部: 專 業(yè): 指導教師: 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 立式軋機的軋輥機構設計 摘 要 軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的最終環(huán)節(jié)，鋼鐵軋制在國家工業(yè)體系中占有舉足輕重的基礎地位。軋機是指完成金屬軋制生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設備﹑輔助設備﹑起重運輸設備和附屬設備等。但一般所說的軋機往往僅指主要設備。 本設計的主要內(nèi)容就是在對立式軋機功能結(jié)構進行全面分析的基礎上，利用大學所學的相關知識對立式軋機的軋輥結(jié)構及其調(diào)整機構進行設計，并結(jié)合立軋機工作過程中的受力情況對主要零部件的承載能力和強度進行了校核。 通過立式軋機的設計，不僅鍛煉了自己綜合運用各種知識解決問題的能力，還深化了對大學所學各種知識的理解，提高了獨立從事工程設計工作的能力。 關鍵詞：立式軋機，軋輥機構，機構設計 The Designing of The Vertical Rolling Mill ABSTRACT The production of the steel is the final part of the steel industry, Steel rolling plays a decisive foundation on the national industrial system.Rolling mill is the equipment that finish the process of the metal rolling mill production. Including the main equipment, auxiliary equipment, lifting transportation equipment and ancillary equipment etc. But the rolling mill is only the major equipment in general. The main content of this design is on the function structure of the vertical rolling mill based on the analysis of comprehensive utilization of the university knowledge of vertical mill roll adjusting device structure and design, And combining with the working process of the rolling force that is made of main components of the bearing capacity and strength It is not only exercise their comprehensive use of various knowledge, but also the ability to solve the problem of university that deeps the understanding of all kinds of knowledge through the vertical mill design and improves the independent working ability in engineering design. KEY WORDS: Vertical rolling mill，The structure of the vertical roll ,The designing of the machanism . 22 目　錄 前　言 1 第1章 軋鋼機械的概述 3 1.1軋鋼生產(chǎn) 3 1.2軋鋼機械 3 1.3軋機的用途及其發(fā)展 4 1.4立輥軋機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 4 第2章 立式軋機的軋輥結(jié)構設計 7 2.1 間隙調(diào)節(jié)方案的確定 7 2.2 軸承的選擇 9 2.2.1 軸承的介紹 9 2.2.2 軋機中軸承的選用 9 2.3 軸承座的分析 10 2.4 軋輥材料的確定 11 2.5 軋輥的直徑和長度的確定 11 2.6 軸承端蓋的結(jié)構 12 第3章 立式軋機部件的校核 14 3.1 軸承的失效形式 14 3.2 滾動軸承的計算準則 14 3.3 滾動軸承的校核 14 3.4 軋輥的強度校核 17 結(jié)論 20 謝辭 21 參考文獻 22 外文資料翻譯 23 前　言 1. 軋機的用途及發(fā)展 軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設備。泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設備﹑輔助設備﹑起重運輸設備和附屬設備等。但一般所說的軋機往往僅指主要設備。 現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化,產(chǎn)品質(zhì)量高,消耗低。60年代以來軋機在設計、研究和制造方面取得了很大的進展，使帶材冷熱軋機、厚板軋機、高速線材軋機、H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達每秒鐘115米的線材軋機、全連續(xù)式帶材冷軋機、5500毫米寬厚板軋機和連續(xù)式 H型鋼軋機等一系列先進設備。軋機用的原料單重增大，液壓 AGC、板形控制、電子計算機程序控制及測試手段越來越完善，軋制品種不斷擴大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，及適應新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟效益的各種特殊結(jié)構的軋機都在發(fā)展中 。 2. 傳統(tǒng)軋機的結(jié)構及原理分析 軋機的主要設備有工作機座和傳動裝置 工作機座:由軋輥﹑軋輥軸承﹑機架﹑軌座﹑軋輥調(diào)整裝置﹑上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。 軋輥:是使金屬塑性變形的部件。 軋輥軸承:支承軋輥并保持軋輥在機架中的固定位置。軋輥軸承工作負荷重而變化大，因此要求軸承摩擦系數(shù)小，具有足夠的強度和剛度，而且要便于更換軋輥。不同的軋機選用不同類型的軋輥軸承。滾動軸承的剛性大，摩擦系數(shù)較小，但承壓能力較小，且外形尺寸較大，多用于板帶軋機工作輥?；瑒虞S承有半干摩擦與液體摩擦兩種。半摩擦軋輥軸承主要是膠木﹑銅瓦﹑尼龍瓦軸承，比較便宜，多用于型材軋機和開坯機。液體摩擦軸承有動壓﹑靜壓和靜 - 動壓三種。優(yōu)點是摩擦系數(shù)比較小，承壓能力較大，使用工作速度高，剛性好，缺點是油膜厚度隨速度而變化。液體摩擦軸承多用于板帶軋機支承輥和其它高速軋機。 軋機機架:由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整裝置，需有足夠的強度和鋼度承受軋制力。機架形式主要有閉式和開式兩種。閉式機架是一個整體框架，具有較高強度和剛度，主要用于軋制力較大的初軋機和板帶軋機等。開式機架由機架本體和上蓋兩部分組成，便于換輥，主要用于橫列式型材軋機。此外，還有無牌坊軋機。 軋機軌座:用于安裝機架，并固定在地基上，又稱地腳板。承受工作機座的重力和傾翻力矩，同時確保工作機座安裝尺寸的精度。 軋輥調(diào)整裝置:用于調(diào)整輥縫，使軋件達到所要求的斷面尺寸。上輥調(diào)整裝置也稱“壓下裝置”，有手動﹑電動和液壓三種。手動壓下裝置多用在型材軋機和小的軋機上。電動壓下裝置包括電動機﹑減速機﹑制動器﹑壓下螺絲﹑壓下螺母﹑壓下位置指示器﹑球面墊塊和測壓儀等部件；它的傳動效率低，運動部分的轉(zhuǎn)動慣性大，反應速度慢，調(diào)整精度低。 70 年代以來，板帶軋機采用 AGC( 厚度自動控制 ) 系統(tǒng)后，在新的帶材冷﹑熱軋機和厚板軋機上已采用液壓壓下裝置，具有板材厚度偏差小和產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點。 上軋輥平衡裝置:用于抬升上輥和防止軋件進出軋輥時受沖擊的裝置。形式有:彈簧式﹑多用在型材軋機上；重錘式，常用在軋輥移動量大的初軋機上；液壓式，多用在四輥板帶軋機上。 為提高作業(yè)率，要求軋機換輥迅速﹑方便。換輥方式有 C 形鉤﹑套筒﹑小車和整機架換輥式四種。用前兩種方式換輥靠吊車輔助操作，而整機架換輥需有兩套機架，此法多用于小的軋機。小車換輥適合大的軋機，有利于自動化。目前，軋機上均采用快速自動換輥裝置，換一次軋輥只需5 ～ 8 分鐘。 傳動裝置:由電動機﹑減速機﹑齒輪座和連接軸等組成。齒輪座將傳動力矩分送到兩個或幾個軋輥上。 輔助設備:包括軋制過程中一系列輔助工序的設備。如原料準備﹑加熱﹑翻鋼﹑剪切﹑矯直﹑冷卻﹑探傷﹑熱處理﹑酸洗等設備。 起重運輸設備:吊車﹑運輸車﹑輥道和移送機等。 附屬設備: 有供配電﹑軋輥車磨，潤滑，供排水，供燃料，壓縮空氣，液壓，清除氧化鐵皮，機修，電修，油﹑水﹑酸的回收，以及環(huán)境保護等。 第1章 軋鋼機械的概述 1.1軋鋼生產(chǎn) 軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的最終環(huán)節(jié)。軋鋼車間擔負著生產(chǎn)鋼材的任務。例如，鋪設一條5 000Km的雙軌鐵路，需要100萬噸重型鋼軌；制造一艘萬噸輪船，約需6 000t鋼板；鋪設一條5 000Km的石油管道，需要90萬噸無縫鋼管。因此，鋼鐵軋制在國家工業(yè)體系中占有舉足輕重的基礎地位。 20世紀90年代以前，中國軋鋼生產(chǎn)的平均水平與世界主要產(chǎn)鋼國比較，還比較落后。軋鋼生產(chǎn)以型鋼為主，生產(chǎn)線大、中、小型并存。不同企業(yè)的技術裝備水平參差不齊，能耗、成本水平較高。很多企業(yè)還使用著20世紀50～60年代較為陳舊的設備和工藝。這是鋼材質(zhì)量、品種和效益較差的主要原因。 20世紀90年代后期，國內(nèi)經(jīng)濟有了高速的發(fā)展。加入WTO后，為了適應參與國際鋼材市場的競爭的需要，國內(nèi)各大企業(yè)采用當今世界先進的技術和裝備，進行了大規(guī)模的技術改造。廣泛引進新技術、新設備、新工藝，是中國軋鋼生產(chǎn)的水平有了長足的進步，發(fā)展了一批高技術、高附加值的品種，如汽車、家電用薄鋼板，H型鋼板，高檔次石油套管，UOF大口徑天然氣輸送管道鋼管等。95%以上的鋼材品種，從數(shù)量到質(zhì)量均可以滿足國民經(jīng)濟各部門的需要。對于一批高難度的品種也在組織技術攻關和引進國外先進技術，如高檔次汽車用冷薄板、不銹鋼冷軋薄板等。建成以寶鋼、天津大無縫為代表的現(xiàn)代化企業(yè)和以邯鋼、珠鋼、包鋼薄板坯連鑄軋為代表的現(xiàn)代化生產(chǎn)線。全國2002年產(chǎn)鋼100萬噸以上的鋼鐵企業(yè)（集團）已有50家，年產(chǎn)鋼量1.54億噸，已占全國的85%。其中寶鋼集團年產(chǎn)鋼規(guī)模達2000萬噸；中國鋼鐵工業(yè)已進入技術創(chuàng)新全面繁榮的新時期。軋鋼生產(chǎn)技術創(chuàng)新的發(fā)展方向為：通用工藝技術、綜合節(jié)能與環(huán)保技術、新品種開發(fā)與鋼材性能優(yōu)化技術、信息技術和裝備機電控制一體化技術。 1.2軋鋼機械 軋鋼設備包括軋制、精整和輥道等設備。根據(jù)各種機械設備不同的用途，可分為主要設備和輔助設備兩大類。主要設備是使軋件在軋輥中實現(xiàn)塑性變形（即軋制工序）的機械，一般稱為主機或主機列。輔助設備使用完成其他輔助工序的機械，如剪切機、矯直機、輥道、卷取機等。 軋鋼機主機列通常由電機、主傳動、工作機座三部分。 主電機的形式主要根據(jù)軋機在工作中調(diào)速的需要而定。包括不需要調(diào)速的異步交流電機等。主電機的容量主要根據(jù)軋機的生產(chǎn)率和用途可以在極廣泛的范圍內(nèi)變動，從幾十千瓦到幾千千瓦?，F(xiàn)代化的初軋機，一臺主電機容量達2500～7000KW，而某些精密箔帶軋機，其主電機容量只有10KW左右。 主傳動一般由減速機、人字齒輪、主聯(lián)軸器等傳動裝置組成。在主傳動中是否采用飛輪，應當從軋機的作業(yè)方式和負荷圖決定。 在某些大軋機上，如二輥可逆式初軋機、四輥可逆式鋼板軋機，主傳動中設有減速機和齒輪座，每一個工作輥都用一個單獨電動機驅(qū)動。這不僅大大簡化了設備，而且更重要的是解決了制造特大功率電動機帶來的許多困難。 軋鋼機工作機座是有機架、軋輥、軋輥軸承及壓下平衡裝置等組成，這些零部件的形式和結(jié)構主要決定于軋機的用途。 1.3軋機的用途及其發(fā)展 軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設備。泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設備﹑輔助設備﹑起重運輸設備和附屬設備等。但一般所說的軋機往往僅指主要設備。 現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化,產(chǎn)品質(zhì)量高,消耗低。60年代以來軋機在設計、研究和制造方面取得了很大的進展，使帶材冷熱軋機、厚板軋機、高速線材軋機、H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達每秒鐘115米的線材軋機、全連續(xù)式帶材冷軋機、5500毫米寬厚板軋機和連續(xù)式 H型鋼軋機等一系列先進設備。軋機用的原料單重增大，液壓 AGC、板形控制、電子計算機程序控制及測試手段越來越完善，軋制品種不斷擴大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，及適應新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟效益的各種特殊結(jié)構的軋機都在發(fā)展中 。 1.4立輥軋機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 一般立輥軋機是傳統(tǒng)的立輥軋機，主要用于板坯寬度齊邊，調(diào)整水平軋機壓下產(chǎn)生的寬展量、改善邊部質(zhì)量。這類立輥軋機結(jié)構簡單，主傳動功率小，側(cè)壓能力普遍較小，而且控制水平低，輥縫設定為擺死輥縫，不能在軋制過程中進行調(diào)節(jié)，帶坯寬度控制精度不高。我國熱軋寬帶粗軋機配有一般立輥軋機的有武鋼1700mm，本鋼1700mm，攀鋼1450mm，太鋼1549mm和梅鋼1422mm。 有AWC功能的重型立輥軋機是為了適應連鑄的發(fā)展和熱軋帶鋼板坯熱裝的發(fā)展而產(chǎn)生的現(xiàn)代軋機。這類立輥軋機結(jié)構先進，主傳動電機功率大，側(cè)壓能力大，有AWC功能，在軋制過程中對帶坯進行調(diào)寬、控寬及頭尾形狀控制，不僅可減少連鑄板坯的寬度規(guī)格，而且有利于實現(xiàn)熱軋帶鋼板坯的熱裝，提高帶坯寬度精度和減少切損。我國熱軋寬帶鋼粗軋機配有AWC功能的重型立輥軋機有寶鋼2050mm，本鋼1700mm。 中厚板軋機上附設立輥軋機,最早于40年代用在萬能式中厚板軋機上,50年代用于大型鋼錠的軋邊以消除錐度,60年代開始把立輥軋機用于齊邊與破鱗,70年代連鑄板坯迅速發(fā)展,而鋼錠急劇減少,軋機生產(chǎn)能力重于成材率,曾提出過“立輥無用論”,80年代以來,厚板軋機上附設立輥軋機開始多起來,主要用于平面板形控制,使成材率有所提高,一般可提高約1%~3%,尤以日本和韓國都推舉此做法,目的是想生產(chǎn)出無切邊鋼板,但是,附設立輥軋機后,軋邊道次的間歇時間增加,使軋機的生產(chǎn)能力有所下降,一般要下降約10%~20%,70年代開始,日本厚板軋機開工率已降到60%以下,軋機生產(chǎn)能力也降至次要地位,而降低成本,節(jié)約資源則升至主導地位,因此,成材率重于軋機生產(chǎn)能力,立輥軋機功能又被人們重視起來,一些原先預留好立輥軋機的厚板軋機也都紛紛安裝上立輥軋機,成材率普遍都提高2個百分點,取得了應有的效益。至今世界上附設有立輥軋機的寬厚板軋機約30套,占1/3左右。韓國仿效日本也在現(xiàn)有兩套軋機新增3臺立輥軋機,而且都是近接布置,也使成材率大大提高。特別是1975年日本采用立輥軋機開創(chuàng)了無切邊軋制厚板的生產(chǎn)技術,它可采用銑邊加工邊部方式,每邊加工量控制在20mm以下,保證了用戶不需要再加工,使立輥軋機的作用更加被重視起來。 在精軋階段,立輥軋邊的技術還有待加以完善,也值得讀者進一步分析研究,至于增設立輥軋機后帶來軋機生產(chǎn)能力下降與成材率的提高,兩者取舍時,仍需用戶自己去權衡。 日本11套4200mm以上軋機中有6套附設立輥軋機,其中水島廠5490mm軋機為機后TFP近接式,也是世界上中厚板立輥軋機性能最高的一套,并實現(xiàn)了MAS和TFP相結(jié)合。韓國4套3400mm以上軋機中有2套附設立輥軋機,其中浦項廠4724+4724mm雙機架軋機粗軋機機前近接立輥軋機和精軋機機前近接立輥軋機,這是世界上第一套精軋機附設立輥軋機,另外,浦項廠4300mm軋機機前也近接有立輥軋機,這樣,韓國3套立輥軋機均為機前近接布置型式。 德國迪林根,米爾海姆及杜伊斯堡3套最好的厚板軋機都進行現(xiàn)代化技術改造。1985年迪林根廠將4300mm精軋機改成4800mm,并增加5500mm粗軋機組成5500mm加4800mm世界上最大雙機架厚板軋機;1998年米爾海姆廠將5000mm放大至5100mm軋機;1999年杜伊斯堡廠將3700mm放大至3900mm軋機,并將全廠實現(xiàn)了自動化。1998年伊朗阿瓦士廠4800mm軋機也是德國設計制造,以上4套軋機均未附設立輥軋機,而1998年瑞典奧克塞洛森德廠3800mm軋機機前設有立輥軋機是由德國設計制造,因為這是一套雙機架爐卷軋機,先建3800mm軋機是爐卷軋機的粗軋機,因此,粗軋機前必需有立輥軋機,不然帶鋼寬度偏差就無法控制。1984年俄羅斯伊爾諾斯克廠5000mm軋機和在建馬格尼托哥爾斯克5000mm軋機都未附設立輥軋機。90年代美國新建4套以生產(chǎn)中厚板為主單機架爐卷軋機和我國在建3套同樣軋機都設有立輥軋機是控寬的必需設備,非平面板形控制用立輥軋機。 第2章 立式軋機的軋輥結(jié)構設計 2.1 間隙調(diào)節(jié)方案的確定 立式軋機顧名思義就是軋輥的垂直，它水平放置的軋機不同，本文也主要是對立式軋機的軋輥裝置的各個零件的進行設置，立式軋機就是主傳動電機安裝在地面上，齒輪箱安裝在機架上面，電動機通過水平軸、圓錐齒輪減速器及立軸將運動和動力傳遞到機架上部的齒輪箱。齒輪箱有兩級圓斜齒輪減速器及齒輪座組成，齒輪座的作用是將運動和動力傳給兩個立軸。與兩立輥相對應的上面分別安裝兩個液壓缸，用以平衡連接軸的重量。聯(lián)接軸中部位花鍵結(jié)構，起伸縮量為1005m，允許軋輥升降，以便實現(xiàn)不同鋼板的軋制。 本文為立式軋機的設計，我認為立式軋機主要是保證帶鋼的寬度，而保證寬度的設計就是保證兩輥之間的距離，距離的好壞直接關系到所出帶鋼的質(zhì)量，那就是兩輥之間間隙調(diào)整的設計，調(diào)整間隙的方法有液壓傳動調(diào)整間隙法、渦輪蝸桿傳動調(diào)整間隙法和絲桿調(diào)整間隙法，本設計運用的絲桿調(diào)整間隙法，說起絲桿大家都對它很熟悉，他是我國最成熟的技術啦。而絲桿傳動又有許多優(yōu)點，如間隙之間的調(diào)整靠人工，方便。 液壓傳動雖然有自鎖性較好，液壓傳動的特點是： 1. 使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； 2. 對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； 3. 液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平； 4. 液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作， 一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內(nèi)較合適。 5. 液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。 機械傳動也就是渦輪蝸桿傳動的設計，原利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。機械傳動在機械工程中應用非常廣泛,有多種形式,主要可分為兩類：①靠機件間的摩擦力傳遞動力和運動的摩擦傳動，包括帶傳動、繩傳動和摩擦輪傳動等。摩擦傳動容易實現(xiàn)無級變速,大都能適應軸間距較大的傳動場合,過載打滑還能起到緩沖和保護傳動裝置的作用，但這種傳動一般不能用于大功率的場合，也不能保證準確的傳動比。②靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動，包括齒輪傳動、鏈傳動、螺旋傳動和諧波傳動等。嚙合傳動能夠用于大功率的場合，傳動比準確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。 圖2—1 絲桿間隙調(diào)節(jié)機構 有圖2—1可知，設計所使用的為絲桿間隙調(diào)整結(jié)構，和液壓、渦輪蝸桿間隙調(diào)整結(jié)構相比，它有許多自己的優(yōu)勢，手動調(diào)節(jié)不需要太多的能量，方便實惠，設計的間隙調(diào)整結(jié)構為絲桿帶動軸承座的移動，而軸承座和立輥是緊密配合，則軸承座的移動可以帶動立輥的移動，進而來保證兩個棍子之間的距離，實現(xiàn)我們設計所說的保證帶鋼寬度。而之所以設計選著絲桿間隙調(diào)節(jié)機構，因為那是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷膫鲃訖C構，而且技術也比較成熟，而絲桿間隙調(diào)整結(jié)構也有著自己的優(yōu)點，所以本設計選著絲桿間隙調(diào)節(jié)機構，則他的工作原理為:首先我們借助輔助設備來轉(zhuǎn)動我們的絲桿，而借助輔助工具的絲桿傳動還可以較輕我們?nèi)祟惖脑S多力氣，大大減輕我們的勞動，提高我們勞動人民的積極性和工作的認真性。我們的工人可以通過我們的輔助工具（如長鋼筋）等來旋轉(zhuǎn)我們的四根絲桿軸1，而絲桿軸上的間隙調(diào)整可以先調(diào)整一根絲桿軸，但四根絲桿軸的調(diào)節(jié)幅度不能帶大，要始終使四根絲桿軸保持相對平衡的狀態(tài)，軸承座孔的鋸齒形梯形絲桿可以和我們呢絲桿軸兩端左右螺旋的相配合，絲桿軸的轉(zhuǎn)動可以帶動設計的軸承座做水平移動，而立輥是通過軸和設計的軸承座是過盈配合，則可以帶動軸承座2和3，4和5做相反的水平運動，而軸承做的移動還可以帶動立輥的水平移動，這時調(diào)節(jié)是我們還是要注意要使軸承座移動的幅度不能太大，以免由于幅度過大而造成梯形螺紋的損壞和絲桿軸的斷裂，進而影響我們的生產(chǎn)，正確的調(diào)整方法可以給我們的工人減少許多不必要的麻煩。正確的調(diào)整方法還可以是我們的立輥6和7做水平相對運動，而帶鋼是通過兩輥的擠壓來保證我們所需要的寬度的，則兩輥之間的距離對設計則來說是很重要的，由于帶鋼生產(chǎn)的環(huán)境可知，當鋼坯進入兩輥之間有很大沖擊力，這么大的沖擊力很容易破壞設計的絲桿間隙調(diào)節(jié)機構，則我們在絲桿的末端設計有彈簧，它可以減輕帶鋼進入時的給絲桿間隙調(diào)節(jié)機構的強大沖擊力，起到緩沖的作用，進而減輕對整個機構的破壞作用，大大延長我們設計的機構使用壽命。 2.2 軸承的選擇 2.2.1 軸承的介紹 軸承是支撐軸頸的部件，有時也用來支撐軸上的回轉(zhuǎn)零件，如行星輪系的星系輪和帶傳動中的張緊輪等。 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，軸承殼分為滑動摩擦軸承（滑動軸承）和滾動摩擦軸承（滾動軸承） 2.2.2 軋機中軸承的選用 熱帶軋鋼中軸承一般有開式膠木瓦和滾動軸承兩種。開式膠木瓦具有較小的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性，并且用水潤滑時具有足夠的承載能力，但彈性變形大對產(chǎn)品精度要求較高的大、中、小型以及線材。已采用滾動軸承。 立式軋機的軋輥具有重載、高溫的特點，所有要才采用的軸承能夠承受很大的載荷，有良好的潤滑和冷卻作用，摩擦系數(shù)小、剛性好。因此，軋輥采用滾動軸承。 目前，軋機上常采用的滾動軸承型式是四列圓錐滾柱軸承及球面圓錐滾柱軸承，因為這類軸承不僅能承受很大的徑向載荷，同時可承受一定的軸向載荷。因此立式軋機的軋輥上采用四列圓錐滾柱軸承和二列圓錐滾子軸承。 2.3 軸承座的分析 立輥軋機軸承座位與一門型架，考慮到調(diào)整軋件厚度的需要，軸承座在機架窗口應能上下移動，故其配合一般取；為防止軋輥的軸向竄動，考慮到換輥的方便，換輥端的軸承座裝有固定擋板。傳動端的軸承座做成游動的，這樣軋輥可以自由的熱膨脹，而且當軋輥斷裂時，軸承座可以在窗口自由滑，以避免軸承座零件的順壞。另外考慮換輥的方便，也應把軸向固定裝置設置在換輥端。 軸承座的材料常用ZG45，并且軋輥軸承座應具有自動調(diào)位的功能，軸頸與滾動軸承內(nèi)圈配合采用基孔制，為了拆裝方便一般采用動配合。為了防止相當運動，必須采用軸向壓緊裝置，它是通過鎖緊螺母將止推軸套壓緊在軸承內(nèi)圈的側(cè)面。這樣的結(jié)構可以使軋輥轉(zhuǎn)動時，軸頸和軸承內(nèi)圈一起轉(zhuǎn)動。軸承外圈與軸承座的配合為基軸制，同樣為何便于拆裝，一般取動配合。 軸承座上設有調(diào)整環(huán)，其作用是保證一定的軸向間隙，以避免軸承滾動體卡住的現(xiàn)象，并使四列錐柱受力均勻。用軸承端蓋把軸承的外圈沿軸向固定，而軸承的內(nèi)圈用鎖緊螺母通過止推軸承壓緊。螺母擰在帶螺紋的半環(huán)上，半環(huán)則以銷釘固在軸頸的環(huán)形槽中。當擰緊螺母時，止推軸套壓緊軸承內(nèi)圈。 軸承的潤滑是通過軸承座上的鉆孔和調(diào)整環(huán)上的孔進行的，為了防止周頸生銹并考慮到軸承內(nèi)圈可能稍微轉(zhuǎn)動，故對軸頸也進行潤滑。為了保證軸承的密封性，在軸身一端用保護套、膠質(zhì)密封圈、防塵環(huán)等零件密封。在軸頭一端也有密封圈，密封圈是用耐油橡膠制成的。 由于軋鋼生產(chǎn)時在高溫下作業(yè)，則軸承的密封性很重要，它的好壞將直接關系到設計的使用壽命，故本設計特別注重密封裝置的設置，盡量選用國家標準件和減輕設計則的工作，有密封零件的特向可知，骨架式油封密封裝置已經(jīng)成為了標準系列，則在這次設計中我們本著使用的原則選著了普通型骨架式橡膠油封(標準為HG4-692-67)。 2.4 軋輥材料的確定 在生產(chǎn)實踐，對各種軋機的軋輥均已確定了較合適的材料，在選擇軋輥材料時，處應考慮軋輥的工作要求與特點外，還要根據(jù)軋輥常見的破壞形式和破壞原因，按軋輥材料的標準來選擇合適的材質(zhì)。 鍛鋼軋輥的綜合機械性能好，但加工困難，價格也高，中小型軋機很少采用。而在軋制的后幾道中對軋輥要求較好的耐磨性，一般選用鑄鐵軋輥。球墨鑄鐵軋輥價格便宜，耐磨且有較高的強度適合在橫列式軋機上使用。又因為本軋機對成品的幾何形狀及尺寸公差要求嚴格，對軋輥要求有較高的表面強度和耐磨性，一般選用冷硬普通鑄鐵軋輥，材料選用40Cr 2.5 軋輥的直徑和長度的確定 有軋鋼機械第一章可知：立輥軋機的軋輥工作、直徑，既是軋機的主要參數(shù)，也是軋輥尺寸的主要參數(shù)。當軋輥的直徑確定以后，軋輥的其他參數(shù)受強度、剛度、或結(jié)構上的限制也將隨之確定。 式中： ——最大咬入角，與軋輥和扎件間的摩擦系數(shù)有關。由文獻3，表3 - 1查得，熱軋帶鋼的。 ——壓下量，mm。 當時： 當時： 由文獻3，表3–1查得，計算得，所以可以取。 由文獻3，表3–2查得初軋機的，所以軋輥輥身長度為： 取為913.5mm. 2.6 軸承端蓋的結(jié)構 軸承蓋式固定軸承、承受軸向力和調(diào)整軸承間隙。 軸承蓋的結(jié)構形式可以分為凸緣式和嵌入式兩類。每一類又有透蓋（有通孔，供軸穿出）和悶蓋（無通孔）之分。其材料一般為鑄鐵（HT150）或鋼(Q235)。 凸緣式軸承蓋裝拆、調(diào)整軸承間隙較為方便，密封性好，故應用方便。但外緣尺寸大，需用一組螺釘固定。 嵌入式軸承端蓋結(jié)構簡單、緊湊，無需固定螺釘，重量輕及外伸軸的伸出長度短，有利于提高軸的強度和剛度。但裝拆端蓋和調(diào)整軸承游隙或間隙叫麻煩，但密封性較差，座孔上需開環(huán)形槽，加工費時。常用于要求重量輕及尺寸緊湊的場合。 嵌入式軸承蓋與軸承座孔的接合處有帶O形密封圈和不帶O形密封圈兩種結(jié)構形式。后者密封性較差，用于脂潤滑軸承；前者用于油潤滑軸承。 軸承蓋的結(jié)構形式繁多，應根據(jù)軸承類型、固定方式、潤滑和密封裝置等并參照經(jīng)驗公式進行設計，由于能力有限，本人對軸承端蓋的設計采用凸緣式的結(jié)構設計，它是我們課程設計指導書上的結(jié)構設計，具有一定的權威性，故在這次軋輥軸承端蓋設計，我從分參照了專家的經(jīng)驗，它的結(jié)構參數(shù)可以 熱帶軋鋼中軸承一般有開式膠木瓦和滾動軸承兩種。開式膠木瓦具有較小的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性，并且用水潤滑時具有足夠的承載能力，但彈性變形大對產(chǎn)品精度要求較高的大、中、小型以及線材。已采用滾動軸承。 立式軋機的軋輥具有重載、高溫的特點，所有要才采用的軸承能夠承受很大的載荷，有良好的潤滑和冷卻作用，摩擦系數(shù)小、剛性好。因此，軋輥采用滾動軸承。本次設計為軸承的機構設計需要螺釘連接則： 軸承蓋的連接螺釘直徑，直徑大小及螺釘數(shù)見機械設計手冊。 D—軸承外徑，、由密封尺寸確定，m由結(jié)構確定 第3章 立式軋機部件的校核 3.1 軸承的失效形式 1. 點蝕 軸承工作時，滾動體和滾到上各點受到循環(huán)接觸應力的作用，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)（工作小時數(shù)）后，在滾動體上或滾道表面將產(chǎn)生疲勞點蝕，從而產(chǎn)生振動和噪聲，致使軸承失效。疲勞點蝕是正常運轉(zhuǎn)條件下軸承的一種主要失效形式。 2. 塑性變形 軸承承受載荷過大或巨大沖擊載荷時，在滾動體或滾道表面可能由于局部接觸應力超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形，形成凹坑而失效。這種失效形式主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)速極低或擺動的軸承中。 3. 磨損 潤滑不良、雜物和灰塵的侵入都會引起軸承的早期磨損，從而使軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度，噪聲增大，溫度升高，最終導致軸承失效。 此外，由于設計、安裝以及使用中某些原因，可能導致軸承的破裂、保持架損壞及回火、腐蝕等現(xiàn)象，使軸承失效。 蓋式固定軸承、承受軸向力和調(diào)整軸承間隙。 3.2 滾動軸承的計算準則 在確定軸承的尺寸時，應針對軸承的主要失效形式進行必要的計算。對一般運轉(zhuǎn)的軸承，主要失效形式時疲勞點蝕，應按基本額定動載荷進行壽命計算。對于不轉(zhuǎn)、擺動或轉(zhuǎn)速極低的軸承，主要失效形式是塑性變形，故應按額定靜載荷進行強度載荷計算。 3.3 滾動軸承的校核 1.壽命 軸承工作時，滾動體和套圈出現(xiàn)疲勞點蝕前的累計總轉(zhuǎn)數(shù)為軸承的壽命。 軋制力的計算，根據(jù)塑性力學原理分析變形區(qū)內(nèi)應力狀態(tài)與變形規(guī)律，首先確定接觸弧上單位壓力的分布規(guī)律及大小，接觸弧上平均單位壓力后，按下式即可計算出軋制力 (3-1) 式中 軋件與軋輥的接觸面積（實際接觸弧形面積的水平投影）； 軋制前后的軋件平均寬度； 接觸弧長度(即變形區(qū)長度)； 由于帶鋼的寬度和塑性變形可知，軋制的溫度為，壓下量的為36mm則372400 由前面的軸承的型號可知，我們所使用的軸承型號為32030和3045120,本文主要是對軸承壽命的校核。根據(jù)的工廠的實際情況,這些軸承的使用情況為三班制，一個月進行維修一次，軸承的壽命為一年。軋輥的轉(zhuǎn)速為所受的徑向力為372400和所受的軸向力為所受的箱體的總量為12218.6。 根據(jù)大量實驗和理論分析結(jié)果推到出軸承疲勞壽命的計算公式： （3-2） 式中：基本額定動載荷，對向心軸承為，推力軸承為，; 當量動載荷，； 溫度系數(shù)； 動載荷系數(shù)； 壽命指數(shù)，球軸承3，滾子軸承； 軸承的工作轉(zhuǎn)速，； 對于軸承的選著，設計所選的都為滾子軸承，有設計手冊，我們可一知道另種型號的基本靜載荷為480和218,根據(jù)工廠的實際情況可知，一般來說，工廠都是一年大修一次，故設計的軸承的壽命為一年半半，工作情況為三班制，設計假設兩種不同型號的軸承所受的力分別為圓錐滾子軸承承受軸向力，則軸承的受力分析如圖3—2。雙列圓柱軸承承受徑向力。則外部給調(diào)節(jié)機構的力如圖3—1 圖3—1 間隙調(diào)節(jié)機構的外部受力圖 圖3—2軸承的受力分析圖 因為圓錐滾子只承受軸向力，由我們的設計可知，軸向力是我們所設計的部分零件的重力有我們設計的重量可知圓錐滾子軸承所受的軸向力為12218.6N,有公式（3-2）可知軸承的，符合所設計的要求，所選的軸承是合格的。 有我們的工作環(huán)境可知，圓柱滾子軸承只承受徑向力，軋鋼廠都是在高溫下作業(yè)，由所學的張建中主編的機械設計基礎可知:0.2,2.0;軸向力為12218.6N，有公式（3-2）可知15426，則所選著的軸承是可以滿足設計要求的。 3.4 軋輥的強度校核 繪制軋輥的受力簡圖：如圖3-3（a） 計算支承反力：受力簡圖如圖3-3（b） 水平方向：受兩個力 大小相等，方向相反 垂直方向： = =1200009.8（650-325）+ = 彎矩圖如圖3-3（c）,合成彎矩圖如圖3-3（d） 查手冊得冷硬鑄鐵的強度極限為 許用應力為 通常對于軋輥只需找出其斷面應力進行比較，找出危險截面，通常對輥身只計算彎曲應力，對輥頸則計算彎曲和扭轉(zhuǎn)應力，傳動端軸頭只計算扭轉(zhuǎn) 彎曲應力的計算： 有圖可知軋制力p所在斷面上的彎矩力為 扭矩圖如圖3-3（e），最終扭矩圖如圖3-3（f） 彎曲應力為： 式中d=計算斷面處的軋輥直徑 < 因此符合要求 軸頸彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力的計算： 軸頸上彎曲應力由最大支反力決定 式中R-最大支反力 C-壓下螺絲中心線到軸身邊緣的距離，取為軸頸長度的一半 軸頸危險截面的彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力分別為 ==76Mpa< =80Mpa 符合要求 74Mpa< 符合要求 （a）軋輥受力簡圖 （b）垂直方向受力簡圖 （c）彎矩圖 （d）合成彎矩圖 （e）轉(zhuǎn)矩圖 （f）最終彎矩圖 圖3—3 立式軋機的軋輥的受力分析 結(jié)論 本文是對立式軋鋼機間隙調(diào)節(jié)機構的設計，在這次設計中，參考了機械零件設計準則，盡量的考慮了機械零件的結(jié)構性設計準則，有國家標準的使用了國家標準件，減輕了設計中的不少工作，對沒有國家標準的零件進盡可能參照所學過的知識進行設計，并查閱了大量的書籍，使設計所涉及到的零件能夠滿足加工的要求。通過本設計，使自己對軋機的內(nèi)部零件的設計準則有了進一步的了解，使自己認識到了機械設計是一門技術性很強的學科。 通過本次軋鋼機械間隙調(diào)整機構的設計，使我收獲很多，認識到了機械設計需要設計者的耐心和專心科研精神，也使我對立輥軋機從利性認識上升到感性認識，對熱軋帶鋼生產(chǎn)過程有了深刻的理解，對立輥軋機的工作原理及工作的方式都有了新的認識。 謝辭 在本設計即將完成之時，在這里要特別感謝我的指導教師吳銳老師，在做整個畢業(yè)設計的過程中吳老師給予了我很多重要又及時的幫助與指導，從設計開始的資料收集到結(jié)束時的收尾整理，吳老師都教給了我較適用的方法并指明方向，可以說，沒有吳老師的幫助我不能在預期的時間內(nèi)順利完成這個設計的。再次感謝吳老師??！ 同時還要感謝和我一組的那些同學們，在設計過程中你們給了我很多有參考性的意見，謝謝你們??！ 參考文獻 [1] 張建中. 機械設計基礎. 高等教育出版社. 2007 [2] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M]. 第七版. 高教出版社. 2005 [3] 劉慶明. 軋鋼機械. 化學工業(yè)出版社.2004 [4] 曾志新，呂明. 機械制造技術基礎[M]. 武漢理工大學出版社. 2004 [5] 劉力. 機械制圖. 高等教育出版社.2002 [6] 楊曉輝. 簡明機械實用手冊[M]. 科學出版社. 2006 [7] 郭藝俊，左寶山，張桂藝. 機械設計便覽[M]. 天津科學技術出版社 [8] 陳心昭，權義魯.現(xiàn)代實用機械設計手上冊[M].機械工業(yè)出版社 2006 [9] 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