平辊轧机设计毕业设计论文

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第Ⅰ页

Φ380H平辊轧机设计

摘要

Φ380H平辊轧机是轧制生产线上的主要设备之一,其主要由传动系统与压下系统两部分构成，其作用主要是用来轧制不同规格的钢坯。本文通过对Φ380H平辊轧机的设计，将所学理论知识与实践相结合，培养了我们独立思考能力和分析问题、解决问题的能力，并提高了对创新意识的培养。设计的主要内容包括Φ380H平辊轧机设计方案的确定与论证，使设计方案能够达到使用要求，并且合理可行，然后进行轧制力能参数的计算，并根据算出的结果来选择电动机并进行校核、计算，同时对其中的主要零部件，如轧辊、机架、连接轴、传动轴、压下螺丝等进行强度计算，并对压下螺丝的自锁、牙强度、和耐磨性的校核，保证了使用的安全性与可靠性，最后对润滑方式进行了简单分析。

关键词：轧机；轧辊；机架；轧制力

The Design Of Φ380H Mill

Abstract

The level of Φ380H mill is one of the main equipments in a rolling mill production line.The main pressure system from the drive system with two components, its role is primarily used for rolling billets of different specifications. In this paper, the level of Φ380H mill design theory will be the combination of knowledge and practice to cultivate our capacity for independent thinking and analysis of issues, problem-solving skills, and increased awareness of the culture of innovation. The key elements of the design level of Φ380H mill design and feasibility studies to determine, so that the use of design to meet requirements and is reasonably practicable, and then rolling force can be calculated parameters,And in accordance with the results calculated to select the motor and check the calculation, while the main components, such as roller, rack, connecting shaft, transmission shaft, screws and so on down to the strength calculation of pressure from the screw lock, tooth strength and wear resistance of the check to ensure that the use of the safety and reliability, the last of the Lubrication Analysis of a simple manner.

Keywords: rolling mill; roll; rack; rolling force

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

1 绪论 (1)

1.1 选题背景和目的 (1)

1.2 课题的研究方法和内容 (1)

1.3 国内外线材轧机的发展概况和新技术 (2)

1.3.1 线材轧机的发展历史 (2)

1.3.2 国外线材轧机的发展 (2)

1.3.3 国内线材轧机的发展 (3)

1.3.4 国内外先进技术 (3)

2 方案设计 (5)

2.1 线材轧机的轧制力能参数设计 (5)

2.1.1 孔型系统的选择 (5)

2.1.2 轧制总压力和轧制力矩的设计 (5)

2.2 主电机的选择 (5)

2.3 轧机机架的设计 (5)

2.4 轧辊系统设计 (6)

2.4.1 轧辊的设计 (6)

2.4.2 轧辊轴承的设计 (6)

2.4.3 轧机轧辊调整机构的设计 (6)

2.5 轧机主传动装置设计 (6)

2.6 系统的润滑 (7)

3 孔型设计 (8)

3.1 孔型系统的选择 (8)

3.1.1 椭圆—圆孔型系统的变形系数 (8)

3.1.2 椭圆—圆孔型系统的孔型构成 (8)

3.2 孔型尺寸的计算 (10)

4 轧辊轧制总压力与轧辊驱动力矩 (12)

4.1 轧制力的计算 (12)

4.1.1 平均单位压力的计算 (12)

4.1.2 接触面水平投影面积的计算 (13)

4.2 轧辊驱动力矩的计算 (14)

5 轧机主电动机力矩及电动力功率 (16)

5.1 主电动机力矩 (16)

5.2 电机容量的选择 (16)

5.3 附加摩擦力矩 (17)

5.4 空转力矩 (17)

5.5 电动机的校核 (18)

6 机架的设计 (19)

6.1 机架的选择及结构参数 (19)

6.2 机架强度的计算及校核 (19)

6.3 机架的变形计算 (24)

7 轧辊与轧辊轴承设计 (26)

7.1 轧辊的设计 (26)

7.1.1 轧辊参数的选择 (26)

7.1.2 轧辊的强度校核 (26)

7.2 轧辊轴承的校核 (29)

7.2.1 轧辊轴承的选择 (29)

7.2.2 轴承寿命计算 (30)

8 压下装置 (32)

8.1 压下螺丝螺纹尺寸的确定 (32)

9 主传动装置设计 (33)

9.1 联轴器的选择及计算 (33)

9.2 联接轴的选择及计算 (33)

9.3 减速机的设计 (34)

9.3.1 计算各轴的动力参数 (34)

9.3.2 齿轮设计 (35)

10 润滑方式的选择 (43)

10.1 润滑方式的类型 (43)

结束语 (45)

致谢 (46)

参考文献 (47)

1 绪论

1.1选题背景和目的

线材用途十分广泛，除直接用作建筑钢筋外，还可加工成各类专用钢丝，如弹簧用钢

丝、焊丝、镀锌丝、通讯线、钢帘线、钢绞线等；还可加工成其他金属制品，如铆钉、螺钉、铁钉等。根据资料统计，一般国家线材产量占钢材总产量的5-15%。我国目前处在经济发展时期，城市建设和解决居民居住条件仍需要大量线材。此外，国内对金属制品需求

量增加，国际贸易出口量也不断扩大，我国线材产量占钢材总产量的比例达到15%左右近几年我国线材无论是生产能力还是消费水平均得到了快速发展，2007年我国线材实

际产量已达7921万t，2008年尽管受到国际金融危机的影响，线材实际产量仍然增长到8024万t。至2011年我国前11个月的线材产量已突破1亿吨。目前我国已成为世界上最大的线材生产国，年产量己超过世界线材生产总量的三分之一，在线材生产规模不断扩大的同时，我国在线材生产技术进步、产品研发方面也取得了可喜成效。但是，在看到我国线材产业飞速发展的同时，也要清醒的看到我国线材产业目前仍然存在不少的问题；尤其是应该看到生产规模不断扩大与现有产品结构的不相适应，已成为困扰我国线材产业发展的主要问题，这也是造成我国线材产业处于生产能力相对过剩而高附加值产品实物质量仍落后于国外发达国家的根本原因。

1.2课题的研究方法和内容

本次设计的课题为Φ380H平辊轧机设计，我会利用在大学期间所学的知识完成本次设计。线材轧机主要结构形式由轧辊、轧辊调整机构、轧机机架、轧机主传动装置等部分组成。要对这几部分进行相应的设计和计算。

具体方法和内容如下：

1.对线材轧机的轧制力能参数进行设计计算（包括孔型设计、轧制力轧制力矩计算、电机选择等）。

2.对线材轧机的轧辊和轧辊轴承进行设计计算。

3.对线材轧机的机架进行设计计算。

4.对线材轧机的轧辊调整机构进行设计计算。

5.对线材轧机的主传动装置进行设计计算

6.对线材轧机的系统润滑进行说明。

要通过以上的研究内容对我的设计题目进行研究，要将所学知识运用到实际当中去。提高知识的灵活运用能力。

1.3 国内外线材轧机的发展概况和新技术

1.3.1线材轧机的发展历史

自第一台线材轧机问世以来已有100多年的历史了。线材轧机发展及演变过程主要为横列式线材轧机、半连续式线材轧机和连续式线材轧机。

20世纪40年代的线材轧机大部分为横列式线材轧机，需要人工喂钢，最大轧制速度在10m/s以下。由于速度低，轧件温度大，影响线材尺寸精度，因此，其盘重一般在80~90kg 左右。轧机生产能力为10~15t/h。

在20世纪50年代研发了半连续式线材轧机，它是将横列式轧机和连续式轧机组合起来的轧机，粗轧机为连续式布置，精轧机为横列式布置，中轧机组布置成连续式或横列式。

到20世纪50年代中期，出现了连续式线材轧机，精轧机组一般配置为6~8架水平辊轧机。60年代初期，精轧机组配置了立辊，形成了水平辊—立辊—水平辊的连续式线材轧机，可实现无扭转轧机制。

1964年~2000年，高速线材轧机发展很快，全世界已建成300多天高速无扭转精轧机组，其主要有摩根，德马克，阿希洛，达涅利。

1.3.2 国外线材轧机的发展

16世纪，世界上第一台线材轧机问世，当时是用锻坯轧制线材；比较正规的线材轧机在18世纪出现，由粗轧和精轧两横列式轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制，同时受头尾温差大的影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等缺点，限制了横列式轧机的发展。

为了保证产品质量和提高产量，以及降低成本，必须提高轧制速度。因而，在20世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组构成，粗轧和中轧采用连轧，精轧采用横列式轧机。实现了机械化操作，轧制速度和生产能力提高了，但品种及质量未有根本性的好转。

1862年，在英国建成了第一台连续式轧机，解决了产品品种及质量问题。该轧机机座采用串列式形式，轧件同时在几个机架中轧制，各道次的金属秒流量相等。可单机驱动，有较高的调整精度，实现微张力或无张力轧制；由于没有穿梭轧制，没有大活套，所以头

尾温差小，产品性能得到改善。到了20世纪50年代，随着机械制造、电气传动及控制水平的提高，轧制速度达到36m/s。20世纪70年代，摩根公司、施罗—西马克公司研制了45°无扭组合连续式线材轧机。轧制速度了达60m/s。

90年代以来，美国摩根公司又开发了高精度线材轧机，他们在无扭精度轧机后增加剪径和定径机架以提高线材精度和轧机产量。1991年摩根公司提供给巴西内尔格厂棒、线材轧机投产，最高极限轧制速度为140m/s，设计轧制速度达到120m/s，一般采用单线布置。这就是所谓的第六代高速无扭线材轧机。

1.3.3国内线材轧机的发展

我国线材生产在解放前，只有几套陈旧、落后的横列式线材轧机，其中最早的唯一一套复二重式是当时的上海钢铁公司的Φ255mm线材轧机。从1942年投入到解放前的7年中一共生产线材不到3万吨。解放后由上钢二厂接管，通过多年逐步改造、革新，其年设计能力达到25万吨，轧制速度达到16m/s。1980年实际年产量达到37.6万吨，创造了我国复二重式线材轧机最高年产记录。

自六十年代到七十年代末期，乃至八十年代初期，我国复二重式线材轧机取得了较大的发展，三十多套这类轧机相继问世。这期间的发展是与北京钢铁设计院结合上钢二厂复二重式轧机的特点所做的“复二重式线材轧机”有着密切联系的。

在七十年代初，我国开始研制45?无扭高速线材轧机。1982年10月1日，我国与菲律宾签订合同，向菲律宾出口了一条精轧作业线。

另外，1984年5月，与德国西马克公司签订的马鞍山钢铁公司高速线材轧机技术合作合同生效，开始为马钢合作制造75m/s高速线材轧机成套设备，与1987年投产，拉开了中国引进高速线材轧机的序幕，使我国线材轧机有了质的飞跃。

1.3.4国内外先进技术

目前国际上最先进的高速线材轧机是：摩根无扭高速悬臂式45°轧机。该机组解决了轧机振动问题，其办法是取消了接轴式联轴器，采用了精密螺旋伞齿轮与螺旋齿轮轧辊轴直接啮合连接，代替了普通精轧机上的万向接轴。

目前这种轧机有几个厂进行引进：天津钢厂引进的美国摩根公司高速线材轧机、昆钢引进德国sms公司的高速线材轧机、张家港沙太钢铁公司高速线材轧机的引进、湘钢引进摩根高速线材轧机。起特点是：

1) 工艺布置优化。全线26架轧机呈平立轧制交替布置，轧件在整个轧制过程中

无扭转；

2) 高速轧制。成品轧机的轧制速度为120m/s，引进最新一代超重型V型精轧机，轧机的功率、负荷、刚度都优于标准型轧机；

3) 产品的高档化。可生产φ5.5mm~φ20mm共30个规格线材；

4) 产品盘重大，采用一锭一坯成品，成品每盘单重达2.2t；

5) 产品性能优质化。采用美国摩根公司最新开发的大风量斯太尔摩控制冷却设备，成品线材可以直接拉成高强度钢丝；

6) 自动控制系统数字化。提高了轧制过程的控制精度、可靠性和易操作性。

2 方案设计

2.1线材轧机的轧制力能参数设计

2.1.1孔型系统的选择

孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成。延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱—方、菱—菱、椭—方、六角—方、椭圆—圆、椭圆—立椭圆等；精轧孔型系统一般是方—椭圆—螺或圆—椭圆—螺孔型。

本设计采用椭圆—圆孔型系统。

2.1.2轧制总压力和轧制力矩的设计

线材轧机的总压力根据艾克隆德公式确定，通过孔型设计计算出压下量和给出的轧制速度等参数算出轧制总压力。

轧制力矩的确定方法有两种，一种是通过轧制力来计算轧制力矩，第二种是根据轧制能量来推算轧制力矩。本次设计选择第一种方法来确定轧制力矩的大小。

2.2主电机的选择

电动机主要根据电动机的功率来选择，另外一般选用高转速，用减速器来减速，而不采用成本较高的低速电动机，其作用是给整个系统提供动力。

首先确定电机的力矩，再初选电机功率，根据初选的电机功率确定电机的型号。2.3轧机机架的设计

轧机机架的作用是在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝以及螺母传给机架，并由机座全部吸收，不再传给地基。

机架按结构分为开式和闭式，闭式机架是一个整体框架，强度和刚度很大，得到广泛应用，所以本设计采用的就是闭式机架。

选择机架的基本尺寸参数，并对机架的强度和刚度进行校核。

2.4轧辊系统设计

2.4.1轧辊的设计

轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件，粗轧机组件由上下轧辊及其轴承部件组成的，轧辊与轧辊轴承通过轴承座安装在轧机机架的窗口内，上轧辊是通过它的轴承座与其上面的压下螺丝相连，并把垂直向上的轧制压力通过压下螺丝和螺母传给机架，其下面通过轴承盒支在平衡装置的四根顶杆上。在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生变形。

轧辊结构有辊身、辊颈、和辊头三部分组成。辊身是轧辊直接与轧件接触的工作部分。辊颈是轧辊的支撑部分。而辊头则是轧辊与连接轴相接的地方。对轧辊进行强度校核，通常对辊身只计算弯曲应力，对辊颈计算弯曲和扭转应力，对传动端轴头只计算扭转应力。

2.4.2轧辊轴承的设计

由于各类轧机的结构及工作条件差别很大，因而采用不同类型的轴承。轧辊上使用的轴承主要是双列球面滚子轴承、四列圆锥滚子轴承以及四列圆柱混子轴承。本次设计选择四列圆柱滚子轴承。这类轴承的特点是：径向承载能力大，不能承受轴向载荷，径向尺寸小，允许转速高等。

根据辊颈尺寸选择轧辊轴承的型号，对其进行寿命校核。

2.4.3轧机轧辊调整机构的设计

上轧辊调整装置即压下装置，压下装置按照轧钢机的类型、轧件的轧制精度等要求，以及生产率高低的要求可分为：手动、电动、电—液及全液压压下机构。本设计采用液压压下装置，因为轧机上辊调节距离不大，调节速度不快，但调节精度要求高。

2.5轧机主传动装置设计

轧机主传动装置包括，连接轴，联轴器，齿轮机座，减速器部分组成。本次设计不涉及此轮机座。

（1）联接轴：其作用是将扭矩从齿轮机座或一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机组的轧辊。它的主要类型为：万向接轴和梅花接轴。

本设计采用万向接轴。

（2）联轴器：主要是齿轮联轴器，作为主电机联轴器或主联轴器。

因为齿轮联轴器结构简单，紧凑，制造容易，并有很高的精度，摩擦损失小，能传递

很大的扭矩，有良好的补偿性能和一定的弹性等特点。

（3）主减速器：作用是把主电机的高速转数变成轧辊需要的低转数，以避免采用成本较高的低速电动机。

2.6系统的润滑

润滑的作用不仅是润滑工作表面，以减少磨损，提高效率和延长机件的寿命，同时还能起到冷却、缓冲、减振、防锈和排污等作用。因此，任何设备的重要部件都离不开润滑。

3 孔型设计

3.1 孔型系统的选择

轧制线材用的孔型按用途分为延伸孔型和精轧孔型。延伸孔型的作用是压缩轧件断面为成型孔提供红坯。精轧孔型的作用是使轧件最终形成所需的成品断面形状和尺寸。轧制线材常用的孔型按形状分有箱型孔型系统、菱—方孔型系统、菱—菱孔型系统、六角孔型系统、椭圆—方孔型系统、椭圆—立椭圆孔型系统、椭圆—圆孔型系统等。这里选择椭圆—圆孔型系统。为了保证粗轧机组轧制出断面尺寸准确的轧件，最后一道次采用圆孔型。

椭圆—圆孔型系统如图3.1所示：

图3.1椭圆—圆孔型系统

3.1.1 椭圆—圆孔型系统的变形系数

1.延伸系数：

椭圆—圆孔型系统的延伸系数一般不超过1.3～1.4，轧件在椭圆孔型中的延伸系数为

1.2～1.6，轧机在圆孔型中的延伸系数为1.2～1.4。

2.宽展系数：

椭圆—圆孔型系统的宽展系数为0.5～0.95，轧件在圆孔型的宽展系数为0.3～0.4。

3.1.2 椭圆—圆孔型系统的孔型构成

1.椭圆孔型的构成：

B：

孔型宽度

k

式中：b——椭圆轧件的宽展；

δ——宽展余量，一般取0.85～0.9，这里取0.9。

孔型高度k h ：

h h k = （3.2） 式中：h ——椭圆轧件的高度。

δ——宽展余量，一般取0.85～0.9，这里取0.9。 辊缝s ：

()h s 3.0~2.0= （3.3） 椭圆孔型的圆弧半径R ：

外圆角半径r ：

k B r )12.0~08.0(= （3.5）

2.圆孔型的构成：

孔型高度k h ：

式中：y F ——圆断面轧件的断面面积。

孔型宽度k B ：

?+=R B k 2 （3.7） 式中：?——宽展留的余量，可取1～4mm 。

圆孔型的扩张半径R '：

其他尺寸，孔型的扩张角??=30~15?，通常取?=30?；外圆角半径r=2～5mm ；辊缝s=2～5mm.

3.2 孔型尺寸的计算

表3.1 边长为120mm 的方坯制成Φ5.5线材轧机断面尺寸

轧机号

轧件截面形状 轧件高度（mm ） 轧件宽度（mm ） 轧件截面积mm 8＃

椭圆 26.4 62.3 1250 9#

圆 35 35.1 960 10#

椭圆 19.2 48.69 715 11#

圆 26.5 26.6 550 12#

椭圆 14.7 36.27 410 13# 圆 20 20 320 以12#和13#为例，进行孔型尺寸计算：

（1）12#轧机为椭圆孔型，其孔型宽度k B 、高度k h 、辊缝s 、椭圆孔型的圆弧半径R

、外圆角半径r ：

7.14==h h k mm

()h s 3.0~2.0= 取1.37.1421.021.0=?==h s mm

k B r )12.0~08.0(= 取03.43.401.01.0=?==k B r mm

（2）13#轧机为圆孔型，其孔型宽度k B 、高度k h 、圆孔型的扩张半径R '： 202==R h k mm

21120

2=+=?+=R B k mm

=02.10mm