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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
線材420中軋機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
線材的用途很廣，在國民經(jīng)濟(jì)中有著大量的應(yīng)用。中軋線材軋機(jī)是將粗軋鋼坯進(jìn)一步軋制，為精軋線材軋機(jī)軋制各種規(guī)格的成品線材提供原料。中軋線材軋機(jī)在線材生產(chǎn)中起著非常重要的作用，為精軋線材軋機(jī)的進(jìn)一步軋制創(chuàng)造條件。 本設(shè)計(jì)按照給定的的壓下規(guī)程和軋制速度計(jì)算軋制力和軋制力矩，選擇主電機(jī)容量。對主要零件進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，并對該軋機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評價。 該軋機(jī)采用了二輥軋制。軸承采用焦木瓦材料，傳動采用了齒形連接軸。 通過本次設(shè)計(jì)各方面的分析和計(jì)算，我們對設(shè)備的性能和存在的問題有了更深的了解，并使設(shè)備在理論上得到了進(jìn)一步的改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：線材；線材軋機(jī)； 軋制； 軋輥
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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
The Design of 420 Middle Rolling Wire Stock Mill
Abstract
The use of wire stock is very wide in country economy .middle rolling wire stock mill is make rough rolling billet steel more roll ,providing with raw material for fine rolling to gain various standard finish product wire stock.Middle rolling wire stock roll play a great role in production of wire stock ,and favorable condition for further roll of fine rolling wire stock mill. This paper computes draught pressure and roll torque and chooses main electric engine volume in term of the given press rules and roll velocity.it also computes the strength of main parts and evaluates the economy benefit of roll.It adopts the two-high rolling mill.bearing the burnt wood material,with the tooth profile connection shaft transmission.through the analysis of all aspects of the design and calculation ,we on the performance of the equipment and the existing problems have deeper understanding ,and make the equipment in theory has been further improved.
Key word:wire；Wire rod Rolling; Rolling ;Mill; Roll
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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
1緒論 1
1.1 選題背景和目的 1
1.2 國內(nèi)外線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 3
1.3 中軋線材的研究方法和內(nèi)容 3
1.3.1 線材生產(chǎn)的平面布置及中軋機(jī)作用 3
1.3.2 線材車間生產(chǎn)工藝流程 4
1.3.3 中軋線材的研究方法和內(nèi)容 4
2方案的選擇與評價 6
2.1 方案的選擇 6
2.2 方案的評述 6
3電機(jī)的選擇? 7
3.1 軋制力的計(jì)算 7
3.1.1 軋輥主要尺寸的確定 7
3.1.2 軋制規(guī)程 8
3.1.3 孔型圖 8
3.1.4 平均單位壓力的計(jì)算 8
3.1.5 軋制力的計(jì)算 11
3.2 軋機(jī)主電動機(jī)力矩與電動機(jī)功率 12
3.2.1 軋機(jī)主電動機(jī)力矩 12
3.2.2 軋輥的驅(qū)動力矩 12
3.2.3 初選電機(jī) 13
3.2.4 附加摩擦力矩 14
3.3 減速器 15
4主要零件的計(jì)算 16
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4.1 軋輥校核 16
4.1.1 輥身彎曲校核 17
4.1.2 輥頸強(qiáng)度校核 18
4.1.3 軸頭強(qiáng)度校核 18
4.2 軸承的壽命選擇 19
5壓下裝置的設(shè)計(jì) 21
5.1 電機(jī)的選擇 21
5.1.1 壓下螺絲主要尺寸的確定 21
5.1.2 壓下螺絲的傳動力矩 21
5.1.3 壓下電機(jī)功率 23
5.2 聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算 23
5.3 齒式聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算 24
5.4 減速器齒輪的計(jì)算 24
5.4.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 25
6中軋機(jī)的潤滑方式 29
6.1 軋機(jī)軋輥的潤滑 29
6.2 軋輥軸承的潤滑 29
6.3 軋機(jī)主軸連接的潤滑 30
7試車方法和對系統(tǒng)控制的要求 31
7.1 試車要求 31
7.2 對控制系統(tǒng)的要求 31
8設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)評價 32
8.1 設(shè)備的環(huán)保 32
8.2 機(jī)械設(shè)備的可靠性 32
8.2.1機(jī)械設(shè)備的平均壽命 33
8.3 機(jī)械設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評價 34
總 結(jié) 36
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致 謝 37
參考文獻(xiàn) 38
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1. 緒論
1.1 選題背景及目的
線材的用途很廣，除直接用做建筑鋼筋外，還可以加工成各類專用鋼絲，如彈簧用鋼絲、焊絲、鍍鋅絲、輪胎絲等，也可以加工成其他金屬品：如鉚釘、螺釘、鐵釘?shù)?。線材的特點(diǎn)是細(xì)而長，一般是直徑為5~22mm的熱軋圓鋼或相當(dāng)此斷面的異型鋼，目前線材的直徑規(guī)格已擴(kuò)大至36mm，甚至可達(dá)60mm。但常見的線材產(chǎn)品的規(guī)格為5~13mm。由于線材是以盤卷形式交貨，故又稱盤條。在生產(chǎn)過程中，將120120mm斷面軋成3333mm的斷面稱為粗軋，將3333mm斷面軋成1717mm稱為中軋，而將斷面變小到10mm以下的稱為精軋。
軋制過程中，軋件散熱快，溫變快，特別是頭尾變黑，使得軋制困難。因此控制軋制過程中的溫度是最重要的。隨著盤重的增加，軋件長度的加大，表面散熱加大，由于軋制時間長，造成軋制沿長產(chǎn)生不同溫度，造成軋件尺寸波動大，影響軋件的機(jī)械性能。沿長度波動很大，這就給調(diào)整工作造成很大困難。更容易出現(xiàn)耳子。在軋制過程盤重大的軋件軋制道次多，溫降也大，溫度變化是線材軋機(jī)非常重要的因素。一般為提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，都采用鋼坯一次軋制，一次加熱成材。在斷面小、道次多的情況下只有采用高速軋制才可以解決溫降問題。
線材軋機(jī)軋制道次多，軋制的布置就多。為保證溫度，只有采用高的線速度軋制才能解決溫降問題。由于高速軋制的發(fā)展。軋機(jī)在軋制過程中易產(chǎn)生沖擊，給線材生產(chǎn)又帶來安全問題，所以要孔型和前后導(dǎo)衛(wèi)配置合理采用耐磨材料防止快速磨損。線材生產(chǎn)由橫列式向連續(xù)式發(fā)展。而且采用自動化、高速化。由于軋制速度快，軋后冷卻需要配合發(fā)展不同的工藝的冷卻方法，使線材質(zhì)量有了很大的提高。隨著原料、加熱、軋制和精整工序新技術(shù)的采用，使線材滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求。
為了提高生產(chǎn)率，采用鋼坯一火成材，即加熱一次軋制成線材產(chǎn)品。線材軋機(jī)合為粗軋、中軋、和精軋三個機(jī)組。為了保證線材的性能和表面質(zhì)量以及內(nèi)部晶粒組織，要求軋制進(jìn)行改造更新，采用新技術(shù)改變軋制工藝。近年來采用的高速軋制，出現(xiàn)了無扭軋制的新型軋機(jī)。
1.2 國內(nèi)外線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
1.2.1國外線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
據(jù)記載，世界上第一臺線材軋機(jī)在16世紀(jì)已經(jīng)問世．當(dāng)時是用鍛坯軋制線材而比較正規(guī)的線材軋機(jī)在18世紀(jì)中期才出現(xiàn)，由粗軋及精軋兩列橫列式軋機(jī)組成。因?yàn)椴捎梅磭P及人工喂鋼軋制，其軋速度超過8m/s，同時受頭尾溫差大的影響，線材存在著尺寸精度差、盤重小、性能不穩(wěn)定等致命缺點(diǎn)，限制了橫列式軋機(jī)的發(fā)展。
保證產(chǎn)品質(zhì)量并提高產(chǎn)量，同時也為了降低生產(chǎn)成本，必須提高軋制速度，所以20世紀(jì)初開發(fā)了半連續(xù)式軋機(jī)。該軋機(jī)由粗、中、精軋機(jī)組組成，粗軋及中軋采用連軋，精軋機(jī)組仍采用橫列式軋機(jī)，即活套軋制；復(fù)二重軋機(jī)是半連續(xù)式軋機(jī)的一個特例，中軋及桔軋機(jī)列在兩個正圍盤之間采用連軋，實(shí)現(xiàn)了機(jī) 1械化操作，軋制速度提高到16m/s，生產(chǎn)能力有很大提高，盤重增加到200kg左右，尺寸精度較橫列式為好，但品種及質(zhì)量未有根本好轉(zhuǎn)。
20世紀(jì)60年代是線材生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的興盛與創(chuàng)新時期，在軋制速度不斷提高的同時也解決丁大盤重線材的控制冷卻問題，因此從根本上解決了盤重增大后，內(nèi)層的線村長時間在高溫下停留生成粗大的晶粒，使內(nèi)外線材的力學(xué)性能差別很大，表面氧化鐵皮厚等問題。
為了進(jìn)一步解決產(chǎn)品品種及質(zhì)量問題，英國在1862年建成了第一臺連續(xù)式軋機(jī)。該軋機(jī)機(jī)座采用串列式布置形式，軋件同時在幾個機(jī)架中軋制，各道次的金屬秒流量相等?？蓡螜C(jī)驅(qū)動，有較高的調(diào)整精度，實(shí)現(xiàn)微張力或無張力軋制：由于沒有穿唆軋制，沒有大活套，所以頭尾溫差小，產(chǎn)品性能得到改善。到20世紀(jì)50年代，隨著機(jī)械制造、電氣傳動及控制水平的提高，線材軋制速度達(dá)36m/s，尺寸公差(0.3—0.4)mm，盤重為500kg左右，一套軋機(jī)年廣量在30—50萬噸。當(dāng)時典型的連續(xù)式線材軋機(jī)是兩線8架集體傳動的美國摩根型軋。
目前世界上應(yīng)用最廣泛的摩根型高速無扭軋機(jī)是美國摩根公司1962年開始研制的，1966年首先應(yīng)用于加拿大鋼鐵公司哈密爾頓廠。第一套摩根型高速線材軋機(jī)于1966年9月正式投產(chǎn)，軋制速度43—50m/s，同時摩根公司和加拿大斯太爾摩公司聯(lián)合，開發(fā)了線材軋后控制冷卻系統(tǒng)，稱之為斯太爾摩線。
高速線材軋機(jī)一出現(xiàn)就顯示出極大的優(yōu)越性，繼美國之后，其他一些國家和公司也紛紛創(chuàng)新高速線材軋機(jī)，出現(xiàn)了各種機(jī)型。目前基本上有四種1)測交45的美國摩根型；2)15／75的德國德馬克型；3)頂交45的英國阿希洛型；4) 0／9平—立布置的意大利達(dá)涅利肋型。其中摩根機(jī)型應(yīng)用最廣泛。各種機(jī)型各有優(yōu)點(diǎn)，但基本工藝特點(diǎn)差異不大。
1.2.2 國內(nèi)線材發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
縱觀我國線材發(fā)展的歷史，可以說有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展．特別是近幾十年來，我國線材行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，以每年凈增產(chǎn)200多萬噸高速度增長，其產(chǎn)量從1987年的693萬噸，增加到1999年的2608萬噸。增長2.8倍；同期高速線材產(chǎn)量從32萬噸增加到1218萬噸，增長37倍；線材自給率達(dá)到99%以上；在品種質(zhì)量方面也有很大提高，目前完全可以按國際先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)。多數(shù)線品種與質(zhì)量能夠滿足線材制品企業(yè)使用要求。所有這些都說明：我國已經(jīng)成為世界最大的線材生產(chǎn)國，為世界同行所矚目。但是也應(yīng)看到，我國雖然是世界線材生產(chǎn)大國，但還不能說是線材生產(chǎn)強(qiáng)國；因?yàn)槲覈€有部分線材品種仍然依靠進(jìn)口維持生產(chǎn)。如鋼簾線、高應(yīng)力彈簧鋼、不銹鋼、冷墩鋼等線材。在重要用途線材實(shí)物質(zhì)量方面，與世界先進(jìn)工業(yè)國家仍有較大差距
目前我國擁有線材軋機(jī)近110套，其中復(fù)二重軋約占—半，橫列式線材軋機(jī)有近30套(將逐步被淘汰)；其余40多套多為高速線材軋機(jī)，其中從國外引進(jìn)的高水平線材軋機(jī)有20多臺．國產(chǎn)高速線材軋機(jī)有近20套。1999年，全國生產(chǎn)線材2608萬噸，其中高線產(chǎn)量1218萬噸，高線比已經(jīng)達(dá)到46.7%；優(yōu)質(zhì)硬線比約10%，但精練比不到30%。從品種與質(zhì)量來看，我國對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO、歐洲標(biāo)D2TN、日本標(biāo)準(zhǔn)J15中所列線材鋼種、規(guī)格等基本可以全部生產(chǎn)，而且能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。國產(chǎn)線材除個別品種外(如鋼簾線、氣門彈簧、超低碳不銹鋼用線材等)，基本都能滿足用戶要求，供需基本平衡，自給率達(dá)93%。
1.3中軋線材的研究方法和內(nèi)容
1.3.1 線材生產(chǎn)的平面布置及中軋機(jī)作用
線材廠平面布置如下圖所示：
1.開坯線材軋機(jī) 2.粗軋線材機(jī)組 3.切頭事故剪
4.中軋線材機(jī)組 5.精軋線材機(jī) 6.精軋線材機(jī)
圖1.1 線材廠平面布置
中軋機(jī)作用是將粗扎機(jī)組的坯料經(jīng)過中軋進(jìn)一步軋制,為精軋機(jī)組進(jìn)一步軋制成品提供原料。
1.3.2 線材車間生產(chǎn)工藝流程
原料——步進(jìn)式加熱爐——粗軋——切頭——中軋——精軋——穿水冷卻——卷取——空冷——檢驗(yàn)——打包——入庫
1.3.3 中軋線材的研究方法和內(nèi)容
1、下廠實(shí)習(xí)了解中軋生產(chǎn)工藝、軋制規(guī)程、軋機(jī)生產(chǎn)中存在的問題、收集有關(guān)技術(shù)性能系數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為定制合理的方案收集資料。
2、通過認(rèn)真研究選擇中軋機(jī)設(shè)計(jì)方案，提出改進(jìn)措施，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評述。
3、對主要零件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
4、畫出方案總圖，部分部件圖和零件圖。
5、對自動控制提出要求，選擇潤滑方法和潤滑脂。
6、提出設(shè)備的安裝方案和維修規(guī)程。
7、對設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評價。
2 方案的選擇與評價
2.1方案的選擇
方案選擇二輥中軋線材軋機(jī)。它可以滿足生產(chǎn)品種和規(guī)格的要求。提供的原料發(fā)揮成品車間的生產(chǎn)能力，保證坯料的內(nèi)部組織和表面質(zhì)量。從而保證成品車間成材率和生產(chǎn)率的不斷上升。
主傳動圖如圖所示:
1. 電動機(jī) 2. 齒形聯(lián)軸器 3. 減速機(jī) 4. 連接軸 5. 齒輪箱 6. 二輥軋機(jī)
圖2.1 主傳動圖
2.2方案的評述
主電機(jī)選擇異步電機(jī)，通過齒形聯(lián)軸器連接減速器。齒形聯(lián)軸器由兩個帶有內(nèi)齒及凸緣的外套筒和兩個帶有外齒的內(nèi)套筒組成。兩個套筒內(nèi)分別用鍵與兩軸連接，兩個外套筒用螺栓連成一體，依靠內(nèi)外齒相嚙合以傳遞轉(zhuǎn)矩。這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，并允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高，在重型機(jī)械中廣泛應(yīng)用。
軋輥軸承是軋鋼機(jī)工作機(jī)座中的重要部件，由于各類軋機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作條件差別很大，因而必須采用不同類型的軸承。和一般用途的軸承相比，軋輥軸承有以下特點(diǎn)：1)工作負(fù)荷大；2）運(yùn)轉(zhuǎn)速度差別大；3）工作環(huán)境惡劣。420中軋線材軋機(jī)采用采用焦本瓦軸承，造價低，摩擦系數(shù)較小，有足夠的強(qiáng)度和剛度，壓下采用電動壓下。
3電機(jī)的選擇?
3.1軋制力的計(jì)算
3.1.1 軋輥主要尺寸的確定
軋輥的主要的尺寸是:軋輥的名義直徑D,輥身直徑L,輥徑直徑d,輥頸直徑l。
下面根據(jù)以給定的參數(shù)D=420mm確定其他主要尺寸。
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1,79〕知：
L/D=（1.5～2.5） （3.1）
式中 L--軋輥輥身長度，mm；
D--軋輥直徑，mm；
即L=（1.5～2.5）×D=（1.5～2.5）×420=630～1050mm
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1,81〕知：
d/D=（0.53～0.55） (3.2)
式中 d--輥頸直徑，mm；
D--軋輥直徑，mm;
因此，d=（0.53～0.55）×D=（0.53～0.55）×420=222.6～231.1mm
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1,81〕知
l/d=1+（20～30）mm (3.3）
式中
l--輥頸長度，mm；
d--輥頸直徑，mm;
即l=d+（20～30mm）=（222.6～231.1）+（20～30）=242.6~261mm
因此選取L= 1000 mm ，d=230mm, l= 250 mm這樣就可以完全滿足要求了。
3.1.2 軋制規(guī)程
1. 壓下統(tǒng)計(jì)表
表3.1 420中軋機(jī)壓下統(tǒng)計(jì)表 單位：mm
道次
軋前高度
軋前寬度
軋后高度
軋后寬度
平均壓下量
1
50
20
30
28
18.8
注：
3.1.3 孔型圖
圖3.1 孔型圖
3.1.4 平均單位壓力的計(jì)算
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1,53〕可知，采用艾克隆德可計(jì)算線材軋機(jī)的平均單位軋制力，即：
（3.4）
式中
m--考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù)；
k--軋制材料在靜壓縮時變形阻力，MPa；
η--軋件粘性系數(shù)，kg·s/mm2
Μ--變形速度，s﹣1。
艾克隆德根據(jù)其研究，提出了k、η、μ的計(jì)算公式。
他給出了下列計(jì)算系數(shù)m
（3.5）
式中
μ--摩擦系數(shù)
--軋制前后軋件的高度，mm；
R--軋輥半徑，mm。
其中μ=0.8（1.05-0.0005t）==0.396 （3.6）
=
=0.213
利用L、甫培熱軋方坯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到k（MPa）的計(jì)算公式
（3.7）
式中
t--軋制溫度，℃；
--碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；
--錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;
--鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；
所以，在t=1100℃, 由文獻(xiàn)〔2,18-35〕查出：=0.2%，=0.5%，=0.
=（14-0.01×1100）〔1.4+0.2+0.5+0〕×9.8
=59.682MPa
軋件粘度系數(shù)η按下式計(jì)算
（3.8）
式中：c--考慮軋制速度對η的影響系數(shù)，其值如下：
表3.2 軋制速度對η的影響
軋制速度v/（m·s-1）
﹤6
6～10
10～15
15～20
系數(shù)c
1.0
0.80
0.65
0.60
所以
艾克隆德用下式計(jì)算變形速度
（3.9）
式中
v--軋制速度，mm/s；
--軋制前、后軋件的高度，mm；
R--軋輥半徑，mm。
=50-30 =20mm
所以==30.86（1/s）
所以平均軋制力
=（1+0.213）×（59.682+0.029×0.396）=72.408KN
3.1.5 軋制力的計(jì)算
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1，56〕
扎件對軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積F之乘積，
即
（3.10）
式中
P--扎件對軋輥的總壓力，N；
--軋制平均單位壓力，N；
F--軋件和軋輥接觸面積，mm2
接觸面積F的一般形式為
（3.11）式中
--軋制前、后軋件的寬度；
L--接觸弧長度的水平投影。
因?yàn)樵茣r是由橢圓變成圓形的，所以平均壓下量
（3.12）
=0.85×50-0.79×30
=18.8mm
根據(jù)參考文獻(xiàn)〔1,56〕知
==62.83mm （3.13）
所以 ==1507.92mm2
所以本次的總軋制力
=72.408×1507.92=109185.47N=109.19KN
3.2軋機(jī)主電動機(jī)力矩與電動機(jī)功率
3.2.1軋機(jī)主電動機(jī)力矩
主電動機(jī)軸上的力矩由四部分組成，即
（3.14）
式中
--主電動機(jī)力矩；
--軋輥上的軋制力矩；
--附加摩擦力矩；
--空轉(zhuǎn)力矩；
--動力矩；
i--電動機(jī)和軋輥之間的傳動比
3.2.2 軋輥的驅(qū)動力矩
（3.15）
（3.16）式中
P--軋制力；
a--軋制力臂，即合力作用線距兩個軋輥中心連線的垂直距離；
--軋輥軸承處摩擦圓半徑；
D--軋輥直徑；；
d--軋輥軸頸直徑；
β--合力作用點(diǎn)的角度；
μ--軋輥軸承摩擦系數(shù)：對于膠木瓦軸承取μ=0.02.
兩個軋輥總驅(qū)動力矩為
（3.17）
由參考文獻(xiàn)〔1,65〕知β的計(jì)算方法
熱軋時
（3.18）式中
α--咬入角，其計(jì)算公式為
（3.19）
代入數(shù)據(jù)
==17.75°
β=0.5α=0.5×17.75°=8.876°
所以
=109.19（420×sin8.876°+0.396×230)
=17024.207N·m
3.2.3初選電機(jī)
因?yàn)関=4m/s
所以
r/min （3.20）式中
v--軋制速度，m/s
D--工作輥直徑，mm。
根據(jù)過載條件確定電機(jī)功率，由參考文獻(xiàn)〔1，73〕
（3.21）
式中
ND--電機(jī)功率，KW；
Me--額定靜力矩，KN·m；
Mmax--最大力矩；
ne--電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；
K--電動機(jī)過載系數(shù)，不可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)K=1.5~2.0。取K=1.8
所以
根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)等，選擇電機(jī)為三相異步電動機(jī) 型號為：Y355M2-4型。
電機(jī)參數(shù)如下：
額定功率：
額定轉(zhuǎn)速：
（3.22）
電動機(jī)與軋輥之間的傳動比i：
（3.23）
3.2.4 附加摩擦力矩
附加摩擦力矩包括兩部分，一是軋輥總壓力在軋輥軸承處產(chǎn)生的附加摩擦力矩，二是各傳動零件推算到主電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。
（3.24式中
--主電機(jī)到軋輥間的傳動效率，單級齒輪傳動=0.96～0.98，這里取0.97。
=
主電機(jī)軸上的總的附加摩擦力矩為：
（3.25）
空轉(zhuǎn)力矩是由各傳動件的重量產(chǎn)生的摩擦力矩及其他阻力矩，
（3.26）
因?yàn)檐埣L度很長，所以動力矩很小，因此動力矩忽略不計(jì)。
因此主電機(jī)力矩：
（3.27）
=
=
3.3減速器
最常見的減速器是二級或三級圓柱減速器，由于減速器不用設(shè)計(jì)，可以直接采用成品裝配，所以減速器選用ZLY-224-10型。
公稱傳動比i
輸入轉(zhuǎn)速r/min
輸出轉(zhuǎn)速r/min
低速級中心距mm
公稱輸入功率Kw
8
1500
185
224
250
4 主要零件的計(jì)算
4.1軋輥校核
按標(biāo)定的最大軋制力和軋制力矩來校核軋輥的速度。
最大的軋制力為P=109.19KN。
圖4.1 軋輥受力簡圖
將軋輥簡化成兩端支撐的簡支梁，所以，
P=109.19KN
根據(jù)圖4.1得到：
(4.1)
= (4.2)式中
、--壓下螺絲對軋輥的力，KN;
、--危險斷面到壓下螺絲的距離，mm，=625 mm，=625 mm。
由公式 (4.1)與 (4.2)得出
= 54.595KN =54.595KN
對軋輥校核時，對輥身進(jìn)行彎曲校核，對輥頸進(jìn)行彎扭合成校核，對軸頭進(jìn)行扭轉(zhuǎn)校核。
4.1.1 輥身彎曲校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)［4,128］計(jì)算危險斷面處的應(yīng)力：
（4.3）
式中
--輥身危險斷面處的彎矩，N·m；
D--軋輥斷面處的直徑，mm。
根據(jù)參考文獻(xiàn)［4,128］
N·m （4.4）
式中
-- 輥身危險斷面處的彎矩，N·m；
a--壓下螺絲的中心距，mm；
x--為線斷面到壓下螺絲的距離，mm。
因此，公式（4.3）
= （4.5）
因?yàn)檐堓伿氰T鐵軋輥，根據(jù)文獻(xiàn)參考［1,87］得 =350～400MPa。考慮到疲勞因素的影響，因此軋輥的安全系數(shù)一般取5，則：
因?yàn)椹?，所以輥身?qiáng)度合格 。
4.1.2 輥頸強(qiáng)度校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)［1,87］輥頸危險斷面上的彎曲應(yīng)力為：
= （4.6）式中
C--壓下螺絲中心線到輥身邊緣的距離，近似取為輥頸長度的一半，mm；
d--輥頸直徑，mm。
根據(jù)參考文獻(xiàn)［1,87］輥頸危險斷面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ為
（4.7）式中
--軸頸危險斷面的扭矩，N·m；
d--輥頸直徑，mm。
輥頸強(qiáng)度按照彎扭合成計(jì)算。對于球墨鑄鐵軋輥，按莫爾理論計(jì)算，根據(jù)參考文獻(xiàn)［1,87］得：
（4.8）
=
=7.448MPa
因?yàn)椹?，所以輥頸強(qiáng)度合格。
4.1.3 軸頭強(qiáng)度校核
對于軸頭只校核扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因此：
（4.9）
根據(jù)參考文獻(xiàn)［2,18-25］：
=0.7= （4.10）
因?yàn)棣萤?，所以軸頭強(qiáng)度合格。
4.2 軸承的壽命選擇
軋輥軸承是軋鋼工作機(jī)座中的重要部件。軋輥軸承的作用是用來支撐轉(zhuǎn)動的軋輥，并保持軋輥在機(jī)架中的位置。
軋輥軸承的工作特點(diǎn)：工作負(fù)荷大；轉(zhuǎn)動速度差別大；工作環(huán)境惡劣。
軋輥軸承應(yīng)具有較小的摩擦系數(shù)，足夠的強(qiáng)度和剛度，并且方便更換軋輥。軸承所承受力的大小，方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷大小選擇軸承時，由于滾子軸承中主要是線接觸，宜用與承受較大的載荷，承載后的變形也小；而球軸承則主要是線接觸，適宜用于承受較輕的或中等的載荷。考慮到粗軋機(jī)的工作特點(diǎn)，選擇滾子軸承。根據(jù)參考文獻(xiàn)［6,320］得到：
（4.11）式中
--以小時表示的軸承基本額定壽命，h；
n--軸承的轉(zhuǎn)速，r/min，n=185r/min；
--溫度系數(shù)，取0.9；
--額定動載荷，N；
ε--壽命指數(shù)，因?yàn)槭菨L子軸承，所以ε=10/3；
P--動載荷，N。
因?yàn)檐垯C(jī)采用四列圓柱滾子軸承，所以，取軸向載荷為零，當(dāng)量動載荷P為：
（4.12） 式中
--載荷系數(shù)，由于軋機(jī)在工作中受到許多因素的影響，軸承實(shí)際載荷要比計(jì)算載荷大，所以，取=2.5；
--軸承徑向負(fù)荷，=54595N。
=2.5×54595=136487.5N
將數(shù)據(jù)代入 （4.11）得
=
軸承壽命按=40000h計(jì)算，因?yàn)?，所以，軸承滿足壽命要求。
5壓下裝置的設(shè)計(jì)
一般線材軋機(jī)的壓下裝置包括聯(lián)軸器、減速器等。
5.1電機(jī)的選擇
5.1.1壓下螺絲主要尺寸的確定
由于壓下螺絲和軋輥輥徑承受同樣大小的軋制力，故二者之間有一定的比例關(guān)系，本機(jī)構(gòu)采用30°單頭鋸齒形螺紋，根據(jù)公式得：
mm （5.1） 式中
d--壓下螺絲外徑，mm；
dg--輥頸直徑，mm。
取壓下螺絲螺紋外徑=140mm
壓下螺絲的螺距t，對中軋機(jī)，
所以
（5.2）
按標(biāo)準(zhǔn)取t=24mm
（5.3）
5.1.2 壓下螺絲的傳動力矩
轉(zhuǎn)動壓下螺絲所需的靜力矩也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋之間的摩擦力矩。其計(jì)算公式是：
（5.4）
式中
d2--螺紋中徑，mm；
ρ--螺紋上的摩擦角，即，為螺紋接觸面的摩擦系數(shù)，一般取，故’；
α--螺紋升角，壓下時用正號，提升時用負(fù)號，，t為螺距；
--作用在一個壓下螺絲上的力；
--止推軸承的阻力矩；
--螺紋摩擦阻力矩。
止推軸承的阻力矩，對止推滾動軸承為
（5.5）
式中
--滾動軸承平均直徑，mm；
--對滾動止推軸承可取。
所以
=3.821×104 N?mm （5.6）
=8.58×105N?mm （5.7）
壓下螺絲的阻力矩為
=0.3821×105+8.58×105
=8.9621×105 N?mm （5.8）
5.1.3 壓下電機(jī)功率
對于傳動系統(tǒng)的總速比有：
式中
V--壓下螺絲速度 mm/s;
T--壓下螺絲螺距 mm。
壓下螺絲的傳動電動機(jī)功率為
（5.9） 式中
M--壓下螺絲阻力矩；
n--電動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；
i--傳動系統(tǒng)總速比；
η--傳動系統(tǒng)總的機(jī)械效率，估取η=0.85。
所以
（5.10）
根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)等，選擇電機(jī)為三相異步電動機(jī) 型號為：Y160M-6型。
電機(jī)參數(shù)如下：
額定功率：
額定轉(zhuǎn)速：
5.2聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算
此次設(shè)計(jì)所選用的是彈性柱銷聯(lián)軸器。工作時轉(zhuǎn)矩是通過主動軸上的鍵、半聯(lián)軸器、彈性柱銷、另一半聯(lián)軸器及鍵傳到從動軸上去的。它具有傳遞扭矩大，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、制造方便，耐久性好、允許被連接軸有一定的軸向位移以及徑向位移和角速度。
聯(lián)軸器選用的型號是LZ3
如果滿足 ﹤ （5.11）
式中
T--聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
K--工作情況系數(shù)，取K=3.1；
P--電機(jī)功率，KW。
T--公稱轉(zhuǎn)矩，N·m ，=630N·m
= N·m
因?yàn)門﹤，所以滿足強(qiáng)度要求。
5.3齒式聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算
考慮到聯(lián)軸器傳遞的大扭矩，較大的偏移量和安裝要求。選擇LZ型齒輪聯(lián)軸器，選擇的聯(lián)軸器型號為：LZ5根據(jù)參考文獻(xiàn)［5,6-44］齒式聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核：
如果滿足
< （5.12）式中
T--聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；
K--工作情況系數(shù)，取K=3.1
--驅(qū)動力矩，=200×0.99×0.94=186.12KW；
n--工作轉(zhuǎn)速，r/min。n=975r/min.
==3723.028N·m
因?yàn)門 <，所以滿足強(qiáng)度要求。
5.4 減速器齒輪的計(jì)算
5.4.1蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)
1.選擇蝸桿傳動類型
根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用阿基米德螺線蝸桿。傳動比i=15.5。要求壽命為24000h。
2.選擇材料
考慮蝸桿傳動功率不大，速度中等，故蝸桿用35CrMo鋼；蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC。蝸輪用ZCuSn10P1，金屬模鑄造。
3.按齒面疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。其公式為： （5.13）
（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩
按=2，估取效率η=0.8，則
==915618.5N·mm （5.14）
（2）確定載荷系數(shù)K
應(yīng)為工作載荷較穩(wěn)定，所以取=1；使用系數(shù)=1.15；動載系數(shù)=1.05；所以
（5.15）
（3） 確定彈性影響系數(shù)。
（4） 確定蝸輪齒數(shù)
（5.16）
（5）確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC
可從參考文獻(xiàn)［6,253］表11-7中查的蝸輪的基本許用應(yīng)力 ˊ=268MPa。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（5.17）
主要壽命 （5.18）
則=·ˊ=0.759×268=203MPa （5.19）
（6） 計(jì)算值
mm3=6445.65mm3
因?yàn)?，所以從參考文獻(xiàn)［6,245］表11-2中取模數(shù)m=10mm；蝸桿分度圓直徑。
4.蝸輪與蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
（1）中心距
(5.20)
（2）蝸桿
軸向齒距：
；
直徑系數(shù)：
；
齒頂圓直徑：
；
齒根圓直徑：
；
分度圓導(dǎo)程角：
=12°31′44″；
蝸桿軸向齒厚：
。
（3）蝸輪
蝸輪分度圓直徑：
；
蝸輪喉圓直徑：
；
蝸輪齒根圓直徑：
；
蝸輪咽喉母圓半徑：
。
5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（5.21）
當(dāng)量齒數(shù)：
（5.22）
根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)從參考文獻(xiàn)［6,253］中查的齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù) （5.23）
許用彎曲應(yīng)力 （5.24）
從參考文獻(xiàn)［6,253］中查的ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力。
壽命系數(shù) （5.25）
=13.43MPa
所以，彎曲強(qiáng)度滿足要求。
6 驗(yàn)算效率
（5.26）已知 γ=12.52°； ；
m/s （5.27）
從參考文獻(xiàn)［6,261］中用插值法查的、；代入式（5.26）中得η=0.875，大于原估計(jì)值，因此不用重算。
7 精度等級公差的確定
考慮所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動是動力傳動，從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f GB/T 10089-1988。
8 主要設(shè)計(jì)結(jié)論
模數(shù)m=10mm，蝸桿直徑，蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)。蝸桿材料用35CrMo鋼，齒面淬火；蝸輪材料用ZCuSn10P1，金屬模鑄造。
6中軋機(jī)的潤滑方式
6.1 軋機(jī)軋輥的潤滑
潤滑是指在軋件相對運(yùn)動的接觸表面之間加入潤滑介質(zhì)，使其形成一層潤滑膜，從而把直接接觸的零部件的摩擦表面分隔開了，以減少摩擦和零部件摩擦，達(dá)到延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命及提高機(jī)械工作效率的目的。熱軋鋼車間的機(jī)械設(shè)備要在高溫和惡劣條件下工作。一般工作機(jī)件需要承受>100℃的溫度，有的摩擦機(jī)件在高壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)，需承受沖擊負(fù)荷，潤滑膜極易被破壞；另一方面，軋機(jī)軋輥轉(zhuǎn)速不高，很難形成油膜。此外，軋機(jī)工作環(huán)境中水分多、灰塵多、有腐蝕性氣體等都是潤滑的不利條件。因此對潤滑油提出更高的要求：
? 1.能適應(yīng)高溫、高壓負(fù)荷各種轉(zhuǎn)數(shù)的要求，能夠保證處于液體摩擦狀態(tài)。
? 2.在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)具有冷卻作用，保證摩擦表面具有一定的工作溫度。
? 3.具有清潔作用，能吸收帶走運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的一些物質(zhì)，如金屬屑、灰塵
等雜物。
? 4．具有抗氧化、抗腐蝕作用，能在規(guī)定的時間內(nèi)經(jīng)受住外界溫度、壓力、濕氣與氧化作用，而不被腐蝕。
綜上所述，本設(shè)計(jì)中軋機(jī)大部分部件可采用稀油潤滑方式進(jìn)行潤滑。
6.2軋輥軸承的潤滑
?? 軋輥軸承的潤滑原則上與其他滾動軸承的潤滑基本一致，只是軋輥軸承的工作條件比較惡劣，其工作性能能否獲得有效發(fā)揮在很大程度上取決于軸承的潤滑情況。
???? 軋輥軸承采用的潤滑方法主要有脂潤滑和油潤滑。
???? 脂潤滑的潤滑脂兼有密封作用，密封結(jié)構(gòu)和潤滑設(shè)施簡單，補(bǔ)充潤滑脂方便，因此只要工作條件允許，軋輥軸承一般都采用脂潤滑。
?? ?油潤滑的冷卻效果強(qiáng)，并能從軸承內(nèi)帶走污物和水分。軋輥軸承采用油潤滑的潤滑方法有壓力供油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑。
??? ?壓力供油潤滑是常規(guī)轉(zhuǎn)速下軋輥軸承最有效的潤滑方式。
??? ?噴油潤滑是將潤滑油以一定的壓力通過裝在軸承一側(cè)的噴油嘴噴入軸承內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)行潤滑，一般應(yīng)用在高速軋輥軸承，或者壓力供油潤滑不能滿足冷卻要求的場合。
???? 噴霧潤滑是將含有油霧的干燥壓縮空氣噴到軸承內(nèi)部進(jìn)行潤滑，使用油量少，由于空氣的作用，冷卻效果極強(qiáng)，主要用于軋制速度高和軋制精度高的大型軋輥軸承，或者用于在軸承箱中不經(jīng)常拆卸的軋輥軸承。
綜上所述，本設(shè)計(jì)中軋輥軸承采用油潤滑潤滑方式。選擇潤滑油主要確定潤滑油的粘度，根據(jù)粘度選用適當(dāng)?shù)臐櫥驼扯取?
6.3軋機(jī)主軸連接的潤滑
齒式聯(lián)軸器一般采用0#或1#潤滑脂潤滑，換脂周期為6-12個月，要求潤滑劑粘著性好，對密封要求不嚴(yán)。
7試車方法和對系統(tǒng)控制的要求
7.1試車要求
1.首先要找準(zhǔn)定位尺寸，對軌座安裝完畢后，再進(jìn)行組裝。確定無不良現(xiàn)象后方可試車。
2.首先空載試車至少兩個小時。
3.在試車前必須保證以下各項(xiàng)要求全部滿足。
（1）潤滑系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的工作要求全部滿足。
（2）傳動平穩(wěn)，無周期噪音。
（3）壓下系統(tǒng)輕便靈活；
（4）各緊固零件連接可靠。
7.2對控制系統(tǒng)的要求
1.當(dāng)軋機(jī)的軋制速度高于正常軋制速度4m/s時：
（1）當(dāng)達(dá)到4.05m/s時，發(fā)生間斷性響鈴報警；
（2）達(dá)到4.10m/s時，發(fā)生連續(xù)性響鈴報警，且系統(tǒng)強(qiáng)行斷電；
2.對壓下系統(tǒng)的要求
在調(diào)整上軋輥時，當(dāng)上軋輥與下軋輥距離相接觸行程還有10m/s時，發(fā)生連續(xù)性響鈴報警，且壓下電動機(jī)強(qiáng)行斷電，停止工作?？捎眯谐涕_關(guān)控制。
8 設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)評價
8.1設(shè)備的環(huán)保
環(huán)境保護(hù)簡稱環(huán)保。環(huán)境保護(hù)（environmental protection）涉及的范圍廣、綜合性強(qiáng)，它涉及自然科學(xué)和社會科學(xué)的許多領(lǐng)域，還有其獨(dú)特的研究對象。環(huán)境保護(hù)方式包括：采取行政、法律、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、民間自發(fā)環(huán)保組織等等，合理地利用自然資源，防止環(huán)境的污染和破壞，以求自然環(huán)境同人文環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境共同平衡可持續(xù)發(fā)展，擴(kuò)大有用資源的再生產(chǎn)，保證社會的發(fā)展。
機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性是指機(jī)械在作業(yè)時保護(hù)環(huán)境的性能，該環(huán)境指操作人員的工作環(huán)境和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)周圍的環(huán)境。在軋制過程中，軋輥需要進(jìn)行冷卻，一般用水冷卻，但用水量較大大，因此需要將工業(yè)用水產(chǎn)生的污水進(jìn)行凈化處理，經(jīng)過凈化處理的水再進(jìn)行循環(huán)的使用。由于磨損、故障等原因降低了設(shè)備的使用壽命。因此對設(shè)備需要進(jìn)行加強(qiáng)維護(hù)、清掃設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的灰塵和油污，使設(shè)備表面光亮整潔滿足設(shè)備的環(huán)保要求。
機(jī)械設(shè)備環(huán)保性包括防治工業(yè)生產(chǎn)排放的“三廢”（廢水、廢氣、廢渣）、粉塵、放射性物質(zhì)以及產(chǎn)生的噪聲、振動、惡臭和電磁微波輻射，交通運(yùn)輸活動產(chǎn)生的有害氣體、液體、噪聲，海上船舶運(yùn)輸排出的污染物，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活使用的有毒有害化學(xué)品，城鎮(zhèn)生活排放的煙塵、污水和垃圾等造成的污染；其主要有以下幾種：
降噪：在軋機(jī)設(shè)