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本科毕业设计第1页共30页1引言1.1轧机的发展轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备、起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。据说在14世纪欧洲就有轧机，但有记载的是1480年意大利人达·芬奇(LeonardodaVinci)设计出轧机的草图。1553年法国人布律列尔(Brulier)轧制出金和银板材，用以制造钱币。此后在西班牙﹑比利时和英国相继出现轧机。英国于1766年有了串行式小型轧机，19世纪中中期，第一台可逆式板材轧机在英国投产，并轧出了船用铁板。1848年德国发明了万能式轧机，1853年美国开始用三辊式的型材轧机，并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。1859年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在1872年出现的；20世纪,随着冶金工业的发展，已出现多种类型的轧机，其中有用两架三辊粗轧机和五架四辊稿轧机组成的半连续式带钢轧机。现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业、,产品质量高、消耗低。60年代以来轧机在设计，研究和制造方面取得了很大的进展，使带材冷热轧机、厚板轧机、高速线材轧机、H型材轧机和连轧管机组等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟115米的线材轧机、全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧机和连续式H型钢轧机等一系列先进设备。轧机用的原料单重增大，液压AGC、板形控制、电子计算机程序控制及测试手段越来越完善，轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧、控制轧制等新轧制方法，以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。1.2轧机的主要设备由轧辊、轧辊轴承、轧机机架、轧机轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置、传动装置、附属设备等组成。1.3多辊轧机的用途(1)轧制高强度的金属和合金薄带材。用四辊轧机冷轧高强度薄带材，不但不经济，而且在许多情况下的技术上还不可能达到。为了减小变形抗力，采用中间退火（或淬火）及减小到压下量得方法是不经济的，并且不可能轧到很薄得成品厚度，而采用减小工作辊直径的方法，即采用多辊轧机则是合适的。(2)轧制极薄带材。轧机的最小可轧制厚度受工作直径的限制，往往轧辊的弹性压扁本科毕业设计第2页共30页值可以同带材的厚度相比拟，当工作辊本身的弹性压扁值大于轧件厚度时，就妨碍其继续压下。轧辊的弹性压扁，在单位压力相同时，与轧辊直径相比。当轧辊材质一定时，要减少轧辊的弹性压扁值，就必须减少辊径。为了经济而实行的轧制薄带和极薄带材，必须采用直径尽可能小的工作辊。在四辊轧机上采用小直径工作辊不能保证它们再轧制方向上的稳定性和补偿用小棍径而降低的横向刚度。塔形辊系的多辊轧机很好地解决了使用小直径工作辊的技术问题。(3)轧制高精度带材。1.4多辊轧机的发展和优点多辊轧机以其工作辊直径小，轧机刚度打的特点而不断发展和完善。最初出现的多辊轧机为六辊轧机。但是由于轧辊数量少，工作辊未作传动辊，并且在结构上受到两个支撑辊间隙的限制，工作辊径的减小受到限制，因而使用较少。此后，在六辊轧机的基础上产生了十二辊，二十辊，三十辊，三十二辊，三十六辊等多辊轧机。辊轧机与传统轧机的优势：当前，一般规格的普碳冷板在市场上已经非常普遍，效益也变得十分微小。而薄规格化板材已成发展趋势，这方面的需求在加大，效益还比较乐观。最初的四、六辊可逆式轧机轧制轧辊粗大，轧制精度不高，很难轧制薄规格产品；而且由于工作辊、支承辊、牌坊都是很庞大，造成运行成本高，很难在日益激烈的市场竞争中取得优势。多辊机由于工作辊径小，其可轧性在轧薄规格及难变形钢材产品方面明显优于4-6辊机而且节能效果显著。此前很长时间，多辊机主要用于轧制不锈钢、硅钢等难于变形的合金钢，用于轧制普碳钢也仅仅是近几年才开始的，经过实践其优势十分明显。与传统的四辊轧机相比，多辊轧机有以下的优点：(1)工作辊整个辊身以支承辊作媒介支承在牌坊上，轧辊宽度方向承受的弯曲很小，从而能够使用小直径的工作辊。(2)由于轧机的刚度提高，并使用了高硬度轧辊，因而能生产出高精度的产品，其精度与四辊机相比可提高四倍。(3)新型的二十辊机可将2.75mm的原料一个轧程轧到0.18～0.23，3.0mm的原料一个轧程轧到0.2～0.25，同时对多种合金钢品种均能适应。本科毕业设计第3页共30页(4)工作辊直径减小，可以实现轧薄，普通1250四辊轧机最薄可轧到0.25mm，而用二十辊轧机可以轧到0.08mm。(5)由于轧辊直径小，导致变形区接触面积减小,从而使总轧制力减小。二十辊轧机的轧制力(在轧制条件相同时)约为四辊轧机的25%，由于轧制力的减小使轧制力矩减小,从而可节约电能30~40%。[5](6)在多辊机上实际强化压下，使轧制道次减少，并有可能减少轧程，从而提高了生产效率和成材率，降低成本。(7)由于多辊轧机采用大张力轧制，带钢的平直度、板型显著提高。(8)轧机的体积减小，重量减轻，相对降低了设备投资费用。(9)多辊轧机常用备件（如轧辊、轴承等）均比四辊机小得多，因此可以大大减低成本。2总体方案的设计2.1技术参数要求(1)被加工工件直径310mm；(2)最大工件长度50mm；(3)工件材料GCr15；(4)轧制功率11kW；(5)整机使用时间250000h2.2方案设计2.2.1固定辊的设计(1)轧辊座轧辊轴座分开铸造，用螺栓紧固以便于安装和更换，同时轧辊采用装配式轧辊。轧辊轴承均采用滚动轴承，因为滚动轴承维护方便且摩擦系数较低。轴承内圈采用双螺母锁紧，轴两端螺母应采用不同的旋向。(2)角度调整机构角度调整机构由安装在轧辊轴座两端的螺母和螺杆构成，为了消除轧辊轴座和移动辊座之间的间隙，在每个调解机构的上方安装有轧辊轴座锁紧机构。调节轧辊工作倾角时，先调节锁紧螺杆。本科毕业设计第4页共30页2.2.2传动方案的确定(1)为了降低成本、减轻重量、设计上的简单，我们应该使用简单的机构和简短的运动链，如果基本机构不能完成机械的运动，可以适当进行组合。而为了是机械有较高的工作效率，我们对传动效率较大的主运动链的选择需要让其具有较高的机械效率，其它传动效率较小的辅助运动链可以放在次要地位[7]。(2)多级减速器各级传动比的分配，直接影响减速器的承载能力，和使用寿命，还会影响其体积、重量和润滑。传动比一般按以下原则分配：使各级传动承载能力大致相等；使减速器的尺寸与质量较小；使各级齿轮圆周速度较小；采用油浴润滑时，使各级齿轮副的大齿轮浸油深度相差较小。低速级大齿轮直接影响减速器的尺寸和重量，减小低速级传动比，即减小了低速级大齿轮及包容它的机体的尺寸和重量。增大高速级的传动比，即增大高速级大齿轮的尺寸，减小了与低速级大齿轮的尺寸差，有利于各级齿轮同时油浴润滑；同时高速级小齿轮尺寸减小后，降低了高速级及后面各级齿轮的圆周速度，有利于降低噪声和振动，提高传动的平稳性。故在满足强度的条件下，末级传动比小较合理。减速器的承载能力和寿命，取决于最弱一级齿轮的强度。仅满足于强度能通得过，而不追求各级大致等强度常常会造成承载能力和使用寿命的很大浪费。通用减速器为减少齿轮的数量，单级和多级中同中心距同传动比的齿轮一般取相同参数。当设置较密时，较易实现各级等强度分配；设置较疏时，难以全部实现等强度。按等强度设计比不按等强度设计的通用减速器约半数产品的承载能力可提高10%-20%。本科毕业设计第5页共30页图11—电动机2—皮带轮3—行星齿轮4—皮带5—减速器6—轧机的辊2.2.3机架的选择轧钢机机架是轧机的重要部件，轧辊、轧辊轴承、以及轧辊调整装置都安装在机架上。机架再轧制过程中承受巨大的轧制力必须有足够的强度和刚度。(1)闭式机架它是一个整体框架，一般通过上下连接梁将左右两片机架联结在一起，并通过轨座将其安装在地基基础上。特点：强度、刚度大、整体性强；但只能从其侧边换辊。图2闭式机架本科毕业设计第6页共30页(2)开式机架它的每片机架均由机架本体与上盖两部分组成，其两部分联结方式有多种：螺栓、立销、套环、横销、斜楔等5种。以最后一种斜楔联结性能最佳因而应用最广。开式机架刚度较差，但换辊方便：可卸下联结斜楔打开机架盖从上面吊出或装入。图3开式机架本设计是对棒材的压轧，棒材直径不大，因此压轧力不是很大,在保证产品质量的情况下结构越简单越好，所以说选取开式机架就可以。2.2.4电机的选择通常我们采用三相异步电动机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。3机械装置设计3.1V带设计3.1.1V带设计的注意事项(1)V带一般都是无端环带，为了方便安装，应调整轴间距和预紧力，而对于没有张紧轮的传动，其中一根轴的轴承位置能沿带长方向移动；本科毕业设计第7页共30页(2)传动结构应便于V带的安装和更换；(3)水平和接近水平的带传动，应该使带的松边在上，紧边在下，可增大小带轮的包角；(4)多根V带传动时，应避免各V带的载荷分布不均，对同一带轮上V带的长度配组，而更换时必须全部带同时更换；(5)使用张紧轮传动的V带，会增加带的曲挠次数，缩短寿命；(6)在传动装置中，俩带轮对应的轮槽中心平面的平面度应该小于0.002倍的轴间距，带轮轴线的平行度应小于0.006倍的轴间距；(7)普通V带和窄V带不能混用于通一个传动装置。3.1.2V带设计的过程1)确定计算功率Pca工作情况系数KA=1.2，则Pca=KAP=1.2×11=13.2（kW）2)选择V带的型号根据计算功率Pca和小带轮转速n1=1460r/min，所以选用B型带。3)确定带轮基准直径dd，验算带速(1)选取小带轮基准直径dd1=125mm(2)验算带速vv=πdd1n1/60000=9.93(m/s)v在5m/s-25m/s范围内,所以带速合适.(3)计算大带轮基准直径dd2=n1/n2×dd1=3×125=375(mm),选取355mm.从动轮的实际转速为n’2=dd1/dd2×n1(1－ε)=503.8(r/min)转速误差为(n2－n’2)/n2×100%=-3.52%转速误差不超过±5%，所以合适。4)确定中心距a，选择带的基准长度Ld0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）本科毕业设计第8页共30页0.7（125+355）mm≤a0≤2（125+355）mm336mm≤a0≤960mm初定中心距a0=450mm计算相应的带长Ld0Ld0≈2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd1—dd2）2/4a0=2×450+π(125+355)/2+(125—355)2/4×450=1683（mm）选取带的基准长度为Ld=1600mm计算实际中心距a≈a0+（Ld—Ld0）/2=450+（1600—1683）/2=409（mm）计算中心距a的变动范围是406mm—478mm。6)计算小带轮上的包角α1α1≈1800—（dd2—dd1）×57.30/a=1800—（355—125）×57.30/409=147.770＞1200故包角合适。7)确定V带的根数z≥Pca/（P0+△P0）KaKL用内插法得P0=2.20Kw,△P0=0.46kW，Ka=0.91，KL=0.92，则z≥Pca/（P0+△P0）KaKL=13.2/(2.20+0.46)×0.91×0.92=5.93取z=6根.8)确定带的初拉力F0F0=500Pca(2.5/Ka-1)/zv+qv2取q=0.18,则F0=500Pca/zv(2.5/Ka-1)+qv2本科毕业设计第9页共30页=500×13.2×(2.5/0.91-1)/6×