机械毕业设计（论文）粗轧机工作辊设计【全套图纸】.doc

R3粗轧机设计1 绪论1.1选题背景及意义热带钢连轧是为了提高热轧机的产量，改进叠板轧机的操作，而采用的轧制方法。连续轧制是将钢坯轧成长带钢后再切成钢板。最早采用二辊五机架热连轧机，轧制速度很低。为了提高轧制速度和产量，热带钢连轧机迅速发展，从半连轧式到四分之三连续式最后发展到全连续式。全套图纸，加153893706在热带钢连轧机迅速发展的背景下，选择粗轧机设计这个题目的意义在于粗轧机作为粗轧区最后一架粗轧机在生产中存在一些问题，如机架齿轮座齿轮点蚀严重，万向接轴的润滑与密封不良等。对这些问题的解决也是对粗轧机进行改进性设计。提高其轧制精度和成品质量来保证它能够为1700mm精轧机组提供合格的坯料。通过对粗轧机设计，本人能够掌握轧机设计全过程及设计方法并且为以后工作打下坚实基础。1.2 热轧带钢连轧机发展趋势1.2.1 我国热轧带钢连轧机发展过程概述19591978年的20年间，我国热轧带钢轧机及生产技术处于低水平阶段。已有的一套半连续式热带钢连轧基本上是手动操作、人工设定的操作方式，轧机的主要生产工艺技术指标相当于我国第一代热带钢轧机装备水平。1978年武钢1700mm热连轧机建成投产，我国热轧带钢轧机的生产工艺技术、技术装备很快提高到国际先进水平，向前迈进了一大步，它生产的主要工艺技术指标相当于我国第二代热带钢轧机。我国钢铁工业开始拥有由计算机控制的完全制动化操作的现代化热轧带钢轧机。20世纪80年代宝钢2050mm热连轧机的建成投产，使我国热轧带钢轧机的生产技术和技术装备水平又上了一个新台阶，达到了当时世界最先进的现代化热轧带钢轧机。板坯加热节能和热装技术、粗轧机宽度自动控制、精轧机组液压AGC、板形控制技术（CVC系统）、全液压卷取机、完善的4机计算机自动化控制系统都处于世界一流水平，轧制品种包括汽车用DDQ级深冲压钢及X70级管线钢和钢卷等，主要消耗指标均达到世界先进水平。宝钢2050mm主要生产工艺技术指标相当于我国第三代热带钢轧机装备水平。20世纪90年代我国建成投产7套热轧带钢轧机，是我国热轧带钢轧机的高速发展阶段。其中4套全新的热带钢轧机，即宝钢1580mm热轧机、鞍钢1780mm热轧机、珠钢1500mm及邯钢1900mm薄板坯连铸连轧机。宝钢1580mm热轧机、鞍钢1780mm热轧机采用和连铸机直接连接布置和生产管理的连续生产线，紧凑型可逆式粗轧机组、板坯定宽压力机、精轧机组板形控制交叉辊（PC）轧机、精轧机全液压AGC系统、全液压卷取机、完善的计算机自动化控制和生产管理控制系统，这些都体现了20世纪90年代热轧带钢轧机最先进的技术装备水平和一流的产品质量控制水平。1.2.2 我国热轧带钢连轧机发展趋势珠钢和邯钢各自相继建成一套薄板坯连铸连轧机，是近10年来发展的新型的热轧带钢生产短流程工艺技术。连铸板坯厚度5070mm，通过在线长辊底式均热炉直接加热。由于其规模适当、投资费用较低，所生产的热轧普通用途的带钢具有较好的市场竞争力。薄板坯连铸连轧带钢生产工艺技术，是20世纪80年代钢铁工业生产具有突破性的重大技术进步。我国已经投产的2套和即将投产的包钢的一套薄板坯连铸连轧机，采用的是全是德国SMS公司研制开发的CSP技术及装备。这三套CSP的生产线的6机架连轧机组全部装有全液压AGC、CVC及弯辊板形控制技术，是生产高尺寸精度热带钢轧机的最先进的技术装备。唐钢刚刚建成投产一套超薄带钢连铸连轧生产线，连铸薄板坯在很高的温度下进入轧制线，经过很长的辊底式均热炉，采用半无头轧制工艺轧制。该生产线与CSP技术所不同的是板坯厚度为90/70mm，采用2架不可逆式粗轧机和5架精轧机，末架最高出口速度为23.2m/s。这是当今生产热轧宽而薄的带钢最前沿的现代化技术，也是热轧带钢轧机发展的趋势。1.2.3 我国热轧带钢轧机所使用的主要新技术1 连铸板坯热装（HCR）和直接热装（DHCR）技术应用和实现板坯热装技术的基础是炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯。在热轧车间有关技术有：（1） 连铸和热轧车间上下工序生存计划的一贯管理，保证预定的板坯物流与连铸和热轧机的节奏匹配，板坯数据实时传输。（2） 热轧车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间，保证和提高板坯温度。（3） 设有板坯定宽压力机（sizing press,简称SP）可以减少连铸板坯的宽度种类和增加连铸板坯宽度，从而提高连铸机产量和稳定连铸机生产，相应可以提高板坯的DHCR比率。（4） 加热炉采用长行程装料机。1580mm热轧机的步进式加热炉采用了行程为10.4m的装料机，便于在冷板坯与热轧交替时将高温板坯一次装入到内深8m的深处，而缩短在炉加热时间。（5） 精轧机组后段的机架（F4F7）设工作辊轴向移动装置（WRS）,这对增加带钢同宽度的轧制量十分有利，对提高DHCR比率也有利。2 板坯定宽压力机 我国有套热连轧机组设有由日本IHI公司设计供货的板坯定宽压力机。对这种板坯定宽压力机一次最大侧压量为350mm，可以连续进行板坯侧压，运行时间短，侧压率达90以上。3 中间辊道保温罩和带坯边部电感应加热器 粗轧机出口带坯长度可达8090m，在进行精轧机轧制过程中为了减少带坯头尾温差，设置保温罩是简单易行的有效技术。我国宝钢2050mm、宝钢1580mm、鞍钢1780mm热轧机设计已采用保温罩。太钢1549mm和梅钢1422mm热轧机技术改造后增设了保温罩。精轧机组的带坯边部电感应加热器是针对轧制薄规格的产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种而设置的，在日本的热带轧机上应用普遍。宝钢1580mm热轧机有计划轧制取向硅钢及薄规格产品，因而设有一套2×2000kw感应加热器，对于坯温为1000、厚度为40mm的带坯，距边距25mm处坯温可升高45。4 精轧机组全液压压下及AGC系统在20世纪90年代投产的宝钢1580mm及鞍钢1780mm热轧机的精轧机组取消了电动机械压下装置，而采用液压缸行程为110120mm的全液压压下装置和AGC系统。本钢、太钢、梅钢和攀钢的4套热连轧机经技术改造后，全部精轧机架（F1F6、F7）均采用了HAGC；而太钢1549mm热带钢轧机的F1F6精轧机改造一步到位，全部采用行程为200mm的全液压压下及AGC系统。5 精轧机板形控制技术板形包括带钢断面凸度、断面轮廓形状（contoure）及带钢的平直度。近一、二十年国际上开发研制出各种板形控制的方法，而用于热带钢轧机的板形控制方式主要有：工作辊弯辊装置（WRB、Double Chock Bender）、工作辊轴向移动装置（WRS=HCM）、连续可变凸度控制（Continuously Variable Crowning,简称CVC）及成对交叉辊轧机（Pair Cross Mill,简称PCM）等。其中，WRB或者用于独立的控制或者用于其他控制形式的热轧机而被普遍采用。我国现有及改造的热带钢轧机采用的板形控制为以下3种方式：（1） 工作辊弯辊和轴向移动（窜辊）装置（WRB+WRS）。武钢1700mm热轧机19911993年改造时，在F4F7轧机上增设了WRB每侧+2MN及WRS±150mm。太钢1594mm热轧机F1F6轧机上增设WRB每侧+1600kN，及F4F6轧机上增设WRS±150mm。 攀钢1450mm热轧机F1F6轧机利用工作辊每侧1MN弯辊力改造完善了板形控制装置。 工作辊弯辊装置用于板形控制关键是增大弯辊力，用于平直度动态控制不论什么形式的热轧机都采用。 （2） 连续可变凸度控制（CVC）。宝钢2050mm热轧机精轧机组（F1F7）全部是CVC轧机±100mm，并在7个机架上又配有WRB每侧+1MN。本钢1700mm热轧机改造为精轧机F2F4设CVC±150mm，F2F7机架WRB每侧1600kN。 梅钢1422mm热轧机改造为精轧机F1F6设CVC±100mm，F1F6机架WRB每侧1200kN。 （3） 成对交叉辊轧机（PCM）。宝钢1580mm精轧机F2F7为PCM，交叉角为0º1.5º，F1设每侧±1200kN、F2F3为每侧1200kN和F4F7为每侧 ±1000kN WRB, F4F7 设有轧辊在线磨削装置（on-line Roll Grinder，简称ORG ）。鞍钢1780mm热轧机精轧机F2F4为PCM，交叉角为0º1.5º，F1设每侧±1200kN、F2F3为每侧1200kN、F4为每侧1000kN和F5F7为每侧 ±1000kN WRB, F4F7 设有ORG。 CVC和PCM都是20世纪80年代开发研制的板形控制轧机，这两种形式的轧机凸度控制能力都达到1000m或稍大，用于轧制薄规格、低凸度带钢产品，都是当代先进的板形控制技术。 1.3 1700mm热轧带钢连轧机1.3.1 1700mm热轧带钢连轧机概况1700mm热带钢连轧机有半连续式和四分之三连续式两种布置。轧制区域分为粗轧区和精轧区两部分。精轧区精轧机组为连续式；粗轧区第一架粗轧机采用可逆式，而第二、三架粗轧机采用连续式或者可逆式。第一架为二辊可逆式粗轧机，其前面有大立辊破鳞机，大立辊破鳞机除了具有挤松氧化铁皮的作用外，还起到轧制侧边和调节板坯宽度规格的作用。其他粗轧机采用四辊万能轧机，所谓万能轧机就是带有立辊的轧机，四辊万能轧机不仅能够轧制平板还能轧制侧边，并且立辊起到对准轧制中心线的作用。近年来采用连铸坯为原料，但由于连铸坯规格品种少，就要求立辊除鳞机和第二架万能轧机的立辊压下量总和为7080mm，若能再小更好。粗轧机因为是粗轧区最后一架粗轧机，同时经过R3粗轧机轧制的来料将作为精轧机组合格的精轧坯料，所以在粗轧机出口处安装测厚、测宽仪及温度测量装置，以便为精轧机组计算机提供输入参数。因为现代热带钢连轧机都采用多级自动化和多级计算机控制，所以热带钢连轧机所轧制出的板带钢成品质量和产量得以大幅度提高，生产成本明显降低并且减少了操作工人的工作量。1.3.2 1700mm热轧带钢连轧机生产工艺过程采用炼钢厂连铸车间提供的连铸坯为原料，连铸板坯经检查和清理后装入加热炉加热，温度加热到12001280后出炉，运到大立辊和第一架粗轧机进行轧制侧边和轧制平板，并采用高压水（120Mpa150Mpa）清除氧化铁皮，可逆轧机往复轧制三道次后接着运入和四辊万能轧机各轧制一道次，经粗轧机出口处的测厚、测宽仪及温度测量装置后，用切头飞剪切头，然后进入精轧机组轧制，板带钢出最后一架精轧机后，经过层流冷却后，进行热带钢卷取，卷取成带卷后打捆、卸卷，最后由运输链运到板卷库或冷却车间。1.3.3 1700mm热轧带钢连轧机原料规格1700mm热带钢连轧机原料主要是炼钢厂连铸车间生产的连铸板坯。1700mm热带钢连轧机原料规格如下：连铸板坯：厚度 240250mm、宽度 8001600mm、最大卷重24t。 1.3.4 1700mm热轧带钢连轧机产品规格1700mm热带钢连轧机产品规格如下：热轧钢卷：厚度 1.220mm、宽度 7501550mm、钢卷内径 800mm、钢卷外径 12002000mm、重卷 40t。 1.3.5 1700mm热轧带钢连轧机产品品种产品主要以钢卷状态供给冷轧机作原料，同时，也直接向用户和市场销售热轧钢卷和精整加工产品，即平整钢卷、分卷钢卷、纵切窄带钢卷、横切钢板，最近几年又有经过酸洗的热轧钢卷销售。热轧钢卷主要钢种有低碳钢（包括超低碳钢）、一般碳素结构钢，供冷轧机生产取向硅钢、无取向硅钢、不锈钢薄板带用原料钢卷，也由1700mm热带钢连轧机生产。1.4 粗轧机研究的内容和步骤1 到热轧带钢厂进行实习，了解粗轧机生产工艺和生产存在的问题以及解决方案2 对现场轧机的结构特点、维修方法、润滑方法及重要零件的材质和热处理方法进行研究3 制定粗轧机的设计方案并进行方案评述4 进行设计计算5 对设计的粗轧机制定进行简单的设备可靠性与经济性评价2 方案选择与评述2.1 主传动装置选择2.1.1主传动装置型式的选择 按机座数量轧钢机主传动装置类型分为：单机座轧钢机主传动装置和多机座（或多列式）轧钢机主传动装置。 对于单机座轧钢机来说，有四种型式：第一种型式的轧钢机，电动机的运动和力矩是通过电动机联轴节、减速机、主联轴节、齿轮座、联接轴而传给轧辊。这种型式的主传动装置，一般用于不可逆工作的轧机，也用于速度较低的四辊可逆式轧机。第二种型式的轧钢机，电动机的运动和力矩是通过主联轴节和联接轴而直接传给轧辊，两个轧辊由各自的电动机单独驱动。这种型式的主传动装置，主要用于大型可逆式轧机。第三种型式的轧钢机，电动机的运动和力矩是通过主联轴节、齿轮座、联接轴而传给轧辊。这种型式的主传动装置在可逆式轧机和不可逆轧机都有应用。第四种型式的轧钢机，电动机的运动和力矩是通过电动机联轴节、减速机、联接轴而传给轧辊。这种型式的主传动装置为单辊驱动主要用于高速平整冷轧机。根据粗轧机所采用的轧制形式和工作环境等因素，选择第一种型式。2.1.2 电机型式的选择因为同步交流电机无需调速，价格便宜等特点，同时考虑粗轧机的特点和总体经济性考虑，所以选择同步交流电机。2.1.3 接轴的选择轧机常用的联接轴有万向接轴、梅花接轴、十字接轴、齿式接轴等。确定联接轴类型时，主要根据轧辊调整量和联接轴允许倾角等因素。对于轧辊调整量较大、联接轴倾角有时达到8º10º的热轧带钢轧机，一般采用万向接轴，因万向接轴的允许倾角较大。故粗轧机选用万向接轴。由于粗轧机所传递的扭矩较大，所以采用滑块式万向接轴。 2.1.4 联轴节（器）的选择 联轴节包括电机联轴节和主联轴节。电机联轴节用来连接电动机与减速机的传动轴，而主联轴节则用来连接减速机与齿轮座的传动轴。粗轧机所采用的联轴节是齿形联轴节。2.2 机架的结构选择机架的结构决定于工作机座的型式。1700mm热带钢轧机有三种类型的工作机座，也就相应地有三种规格的机架。由于粗轧机四辊万能工作机座，立辊和水平辊共同安装在一个机架上，并且轧制力较大，所以采用闭式机架。 2.3 轧辊轴承选择热轧带钢轧机的轧辊轴承，因为承受的轧制压力大，速度高，并且在高温下工作，所以轴承的负荷比一般轴承高出若干倍。热轧带钢轧机采用的轧辊轴承，主要有滚动轴承和液体摩擦轴承。2.3.1 工作辊轴承型式的选择由于滚动轴承摩擦系数小、工作可靠、拆装方便，广泛应用于四辊轧机工作辊上。热轧带钢轧机工作辊轴承，较少采用圆柱滚子轴承，因为它需要附加承受轴向载荷的止推轴承，特别是当在一个辊颈上装置数列滚柱轴承时，由于滚柱轴承径向间隙不能调整，而圆锥滚子轴承除能承受径向负荷外，还可以承受一定的轴向载荷，所以主要采用圆锥滚子轴承。轧钢机属于重型冶金机械，考虑到轴承的负荷很重，所以选用四列圆锥滚子轴承作为粗轧机工作辊轴承。2.3.2支承辊轴承型式的选择液体摩擦轴承运转时，靠压力油楔支撑外载，承载能力很高，摩擦消耗很小，当保持稳定的液体摩擦时，摩擦系数仅为0.0010.005，甚至更小，比滚动轴承的摩擦系数还小。这种轴承刚性好，外形尺寸小，允许轧辊有较大的轴颈，当使用维修恰当时，寿命可达1015年，正好符合支承辊的要求，因此选择其为支承辊轴承。2.4 改进性设计方案2.4.1 万向接轴铰链润滑及密封的改进万向接轴在工作过程中，承受着很大的动载荷，从而使铰链结构产生较大的变形和磨损。滑块的不断磨损，导致结构间隙增大，加剧铰链的冲击和滑块的磨损。因此改善铰链的润滑条件，减少滑块的磨损是很重要的。滑块式万向接轴，由于润滑不良，滑块的磨损引起间隙增大是难免的，因此接轴的转速受到限制，滑块的寿命一般约为23个月，造成材料的浪费，维修时间的延长，资金的消耗。为改善万向接轴铰链的润滑条件，将主动端铰链置于密封的焊接油箱内，用HJ328轧钢机油润滑。联接轧辊的铰链，由于经常换辊，采用人工干油润滑。2.4.2 主传动齿轮承载能力的改进原方案主传动齿轮齿面点蚀严重，主要原因是当时我国装配制造业整体水平落后，只能加工软齿面齿轮，无法加工硬齿面齿轮，然而由于用户对产品质量和性能的要求提高，所以原有主传动软齿面齿轮的承载能力已达不到要求，因此对其改进。随着我国冶金工业的蓬勃发展，装配制造业整体水平明显提高，已具备加工硬齿面齿轮的能力，同时合理选择齿轮齿数、模数和修正系数以及材料，推荐使用轮齿渗碳和表面淬火处理等方法已达到对主传动齿轮承载能力改进的目的。3 主电机容量选择3.1 轧制力计算3.1.1 轧辊主要参数的确1 工作辊主要参数的确定 原料尺寸48mm、=1600mm;成品尺寸28mm、=1550mm，根据辊身长度应大于钢板最大宽度这一原则， 1.80 （3.1） 式中的值视钢板最大宽度而定。当mm时，= mm。而mm，因此取=mm，则mm。由1.80表3-3选取宽带钢轧机粗轧机座常用比值,则mm。工作辊轴承是滚动轴承，故轧辊辊颈直径d按采用轴承型式确定0.55） ，则（0.500.55） （0.500.55）×950475522.5mm，但考虑1700mm热带钢轧机粗轧机的负荷和轧制其他种类原料等因素，选取630mm。对于滚动轴承，取0.831.0，则（0.831.0）（0.831.0）×630522.9630mm,选取=595mm。2支承辊主要参数的确定 同样由1.80表3-3选取宽带钢轧机粗轧机座常用比值,由于支承辊1700mm,则/1.1=1700/1.11550 mm。因为支承辊使用的是滑动轴承，所以查1.81表3-5，按中厚板轧机选取=0.670.75,=(0.670.75)=(0.670.75)×15501038.51162.5mm,选取=1100mm。对于液体摩擦轴承，一般取0.75，则=0.75=0.75×1100825mm。3 轧制过程变形区参数计算轧制过程变形区参数包括：、（轧制前、后轧件厚度）mm；轧制前后轧件的平均厚度，)mm；(接触弧水平投影长度；近似为)；D、R(轧辊直径和半径)mm;（压下量）mm；（绝对压下量）；（相对压下量）。 =(48+28)/2=38mm （3.2） =48-28=20mm （3.3） 97.468mm （3.4） =20/48=41.7 （3.5） 27.8 （3.6） （3.7） 根据1.79表3-1选取轧辊与轧件的摩擦系数，轧件能够自然咬入。轧制速度=3.0m/s , 2，故采用滑动理论求。 =1/s （3.8） 3.1.2 轧制力计算1 变形阻力计算变形阻力计算公式可用下式表示 2.58 （3.9）式中 平均变形速度； 平均变形程度； 轧制温度。因为轧件的材料是Q235钢，所以查2.58表3-6得，87Mpa，=0.124, =0.167, =2.54,将其带入公式（3.10）得，变形阻力Mpa 。 2 平均单位压力计算平均单位压力公式的一般形式可用下式表示 （3.10）因为粗轧机是热轧带钢轧机，所以根据采利科夫提出的方法计算热轧薄板轧机平均单位压力时，外摩擦对应力状态影响是主要的，也就是说1。=20/48=41.7 （3.11） = = = Mpa （3.12）将1.5，162.84代入公式（3.10）得， Mpa （3.13） 将以求得的数值代入式（3.13）中得，N。 3.2 轧制力矩计算3.2.1 四辊轧机受力分析图3.1 四辊轧机工作辊受力简图3.2.2 驱动轧辊的力矩 （3.14）式中 驱动轧辊力矩，N·mm； 轧制力矩，N·mm； 摩擦阻力矩，N·mm。 （3.15）式中 工作辊轴承摩擦阻力矩，N·mm； 支承辊对工作辊的支反力矩，N·mm。轧制力矩计算按下式： （3.16）式中 P轧制力，N； 合力作用点位置系数，一般在0.30.5范围内，粗轧头几道次取大值，故取0.5； 工作辊半径，mm； 压下量，mm。 = N·mm （3.17） （3.18） 式中 工作辊轴承的支反力，N； 支承辊对工作辊的支反力，N； 支承辊对工作辊的支反力力臂，mm。 轧辊轴承的摩擦圆半径为： （3.19） （3.20）式中 、工作辊轴承和支承辊轴承的摩擦系数，对于液体摩擦轴承，可取0.003，对于滚动轴承，可取0.005； 、工作辊和支承辊辊颈直径。mmmm图中3.1中，是工作辊中心线相对支承辊中心连线的偏移量，值大小取决于临界值，因为粗轧机是单向不带张力轧制，所以临界值计算公式表示为： （3.21）式中 工作辊与支承辊间的滚动摩擦力臂，一般取0.10.3，因此取=0.2； 、工作辊和支承辊半径。mm支承辊对工作辊支反力力臂用下面公式计算： （3.22） 若忽略作用在工作辊轴承座上的平衡力和忽略工作辊轴承座与支承辊的形轴承座摩擦力，应该指向水平方向并切于摩擦圆。根据工作辊的平衡条件，和的大小为： （3.23） （3.24）N （3.25） （3.26） （3.27） （3.28） （3.24） N将计算得到的数值代入下式（3.25）得 （3.25） N·mm N·mm3.3 主电机容量选择 3.3.1 电机轴上功率计算电机轴上功率计算公式可以表示为 （3.26）式中 电机轴上功率； 工作辊转速 电机过载系数，不可逆电机在1.52.0范围，取2.0； 效率，取0.85。工作辊转速的计算公式可以表示为 （3.27）r/min kw3.3.2 主电机选择根据电机轴上功率初选电机，查7得， 285/150直流电动机r/min，kw，。轧机主电机轴上的力矩由四部分组成，即对于四辊轧机公式如下： （3.28） 式中 主电机力矩； 轧辊上的轧制力矩； 附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构及其他转动件中的摩擦而产生的附加力矩，； 空转力矩，即轧机空转时，由于转动件的重量所产生的摩擦力矩及 其他阻力矩； 动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速度或减速所以引起惯性力所产生的力矩； 电动机和轧辊之间的传动比。0.1） （3.29）0.1）46528.59837 N·mm传动机构产生摩擦力矩 （3.30）N·m将计算得到的各数值代入得， N·mm （3.31） kw考虑到以后冶金行业的发展，故近似选择交流同步电动机kw。4 轧辊强度计算钢板轧机轧辊的计算方法是将轧制力近似看成沿轧件宽度均布载荷，而且左右对称，轧制力，是轧件宽度。四辊板带轧机，由于有支承辊给轧辊计算带来了新特点。首先是工作辊和支承辊之间有弯曲载荷的分配问题；其次是工作辊和支承辊之间存在着相当大的接触应力。4.1 支承辊强度计算四辊轧机支承辊直径与工作辊之比一般在1.52.9范围以内。支承辊的抗弯断面系数较工作辊大的多，在计算支承辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分有支承辊承担。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，对支承辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。4.1.1 支承辊弯曲应力计算 支承辊的弯曲力矩 1.88 （4.1） =N·mm由支承辊按1中选取8CrMoV钢锻造，查手册得900Mpa，故Mpa。MpaMpaMpaMpa MpaMpa 4.1.2 支承辊与工作辊之间接触应力计算由于所选支承辊材料为8CrMoV，故支承辊表面硬度HS70，经2.90表3-8查得，支承辊许用应力为2280Mpa，许用应力为694Mpa。根据H.赫茨（Hertz）理论，最大压应力及接触区宽度2b可由下式计算 （4.2）式中 加在接触表面单位长度上的负荷； 及相互接触的两个轧辊直径及半径； 与轧辊材料有关的系数， 其中，及为两轧辊材料的泊松比和弹性模量。 （4.3）若两轧辊泊松比同取，则，Mpa代入得，最大压应力MpaMpa最大主应力Mpa Mpa最大反复切应力MpaMpa4.2 工作辊强度计算由于在轧制过程中，不存在前后张力差并且支承辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转应力。图4.1 工作辊、支承辊受力图、内力图扭转应力为 （4.4）式中 作用在一个工作辊上的最大传动力矩 工作辊传动端的扭转断面系数 mm³ （4.5） N·mm将N·mm和代入式（4.4）得，Mpa Mpa4.3 支承辊变形计算设轧件与轧辊间作用着均布载荷，是轧件宽度，轧制力为,为轧身长度，为支反力作用点到辊边的距离。轧辊辊身中点总挠度为 1.91 （4.6）式中 、由弯矩和切力所引起的挠度值。 由卡式定理得 （4.7） （4.8）式中 系统中仅由弯曲力矩作用的变形能： （4.9） 系统中由切矩力作用的变形能： (4.10） 代入值、值及边界条件，并积分公式（4.7）、（4.8），得。 （4.11） (4.12)以上各式 在计算轧辊挠度处所作用的外力； 和在计算截面上的弯矩和切力；和弹性模数和剪切模数 Mpa，Mpa； 截面系数，对圆截面； 轧辊轴辊中心线之间的距离。图4.2四辊轧机轧辊挠度计算简图 =0.29 N·mm N·mmN·mm 同理可以求出轧辊辊身中点与轧件边缘处的挠度差值 (4.13)N·mm N·mm (4.14) N·mm (4.15) 5 机架的强度计算5.1 机架的结构确定 机架的尺寸参数，主要是窗口的宽度和高度、立柱的断面尺寸。四辊轧机窗口的宽度，应大于支承辊直径并考虑轴承座宽度，以便换辊时能从窗口出入。窗口高度，取决于轧辊开度和平衡装置、换辊装置等结构、其他结构的设计应尽可能减少窗口的尺寸。立辊断面面积5767cm；沿轧制方向立柱宽度790mm；沿轧制轴向立柱厚度730mm；换辊侧窗口宽度1810mm;窗口高度7100 mm;机架总高9800mm，机架材料为ZG35，其机械性能为：强度限Mpa，延伸率，冲击韧性N·mm/m，每片机架约重130t。5.2 闭式机架强度计算 5.2.1 闭式机架强度计算基本假设 闭式机架强度计算基本假设：1 机架载荷对称；2 忽略水平应力，底脚不受力，视为无约束的自由框架；3 机架结构对称并认为上、下横梁惯性矩相同；4 机架转角处绝对刚性。5.2.2 求静不定力矩 根据上述假设，机架外负荷和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架简化为一个由机架立柱和上、下横梁的中性轴组成的自由框架。如将此框架窗口垂直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力和静不定力矩。由于机架左右对称，所以力矩可由半个机架的弹性变形位能求出。按卡式定理： (5.1)式中 弹性模数； 截面与计算截面间的中性线长度； 机架计算截面上弯矩； 机架计算截面上的惯性矩。在截面处的弯曲力矩为 (5.2)式中 R作用于机架上的垂直力； y垂直力相对于计算截面的力臂。力矩的导数为 (5.3) (5.4) (5.5)如图5.1简化矩形自由框架，则上式中的函数是简单函数关系：图5.1 矩形自由框架弯曲力矩图即对于机架横梁，而对于立柱，因此，为 (5.6)式中 机架横梁的中性线长度； 机架立柱的中性线长度；机架上横梁的惯性矩；机架立柱的惯性矩；机架下横梁的惯性矩。积分后，得 (5.7)如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩为 (5.8) (5.9)图5.2 机架II截面图5.3 机架IIII截面根据材料力学， mm 对机架横梁：mm，mmmmmmmm mm N将以上结果代入式5.8、式5.9得，N·mmN·mm 图5.4 闭式机架中的应力图在求出力矩和后，可用一下公式进一步求解机架的应力图5.4。机架横梁内侧的应力 （5.10）机架横梁外侧的应力 (5.11)机架立柱内侧的应力 (5.12)机架立柱外侧的应力 (5.13)式中 和 分别为机架横梁内侧和外侧的断面系