矫直机机架和工作辊和校核说明

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1、摘 要 轧件在加热、轧制、热处理及各种精整等工序加工过程中，由于塑性变形不均、加热和冷却不均、剪切以及运输和堆放等原因，必然产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪形、镰弯和歪扭的塑性变形，或内部产生残余应力，这在成为合格的产品之前，都必须采用矫正机进行矫正加工，矫正轧件形状和消除内应力。所以，矫正机是轧制车间和精整线上必不可少的重要设备，而且也广泛用于以轧材做坯料的各种车间。 本次设计主要通过分析矫直机机架和下辊装配的设计，从而对矫正机的结构进行了简单的设计。设计中，通过参考现有矫正机的文献资料，确定设计的思路与方案。综合考虑本次设计的技术要求，利用材料力学的基本知识，并采用基本的力学模型进行设计计算。

2、同时参考轧机机架的强度计算和校核方法，对矫直机机架和工作辊进行了设计和校核。关键词：矫正机；机架； 下辊； AbstractRolling in the process of heating, rolling, heat treatment and finishing processes, due to the uneven plastic deformation, heating and cooling uneven shear as well as transport and stacking, and other reasons, will inevitably produce diff

3、erent degrees of bending, buckling , the plastic deformation of the wave-shaped, sickle bent and contorted, or internally generated residual stress, before becoming a qualified products must be straightening machine correction processing, correction of rolling shape and the elimination of internal s

4、tress. Therefore, the straightening machine is essential for rolling workshop and finishing line equipment, but also widely used in a variety of workshops to roll billets. The design by analysis of the rack of The straightening machine and the assemble of the lower roll. During the design, I refer t

5、o the straightening machine;s existing literature to determine the design ideas and programs. Considering the technical requirements of the design, the use of basic knowledge of mechanics of materials, and basic mechanical model of the design calculations.Meanwhile,I refer to the strength calculatio

6、n and examination of the rolling mills rack and do the design and examination of the rack of the rolling mill.Key words: The straightening machine; rack; lower roller. 目 录1 绪论31.1 轧钢生产的国内外发展情况31.1.1 轧钢生产及产品种类31.1.2 轧机的分类41.2 矫直机在轧钢机中的作用和分类41.2.1 矫直机的作用41.2.2 矫直机的分类、工作原理及特点41.3 辊式矫直机的工作原理51.4 辊式矫正机的发

7、展趋势61.5 技术经济性分析61.5.1 技术经济评价的涵义61.5.2 经济评价在工程机械中的重要性71.5.3 课题选择71.5.4 摸清课题要求72 总体方案设计82.1 矫正机的调整形式82.2 辊式矫正机的矫正方案82.3 支承辊的布置形式82.4 矫正机的机座形式92.5 工作辊的材质92.6 传动系统的形式92.7 矫直辊列的布置形式与驱动形式103 矫正机参数的计算103.1 17辊矫直机主要设计参数103.2 辊式矫直机基本参数的确定113.2.1 辊距t113.2.2 辊径D123.2.3 辊身长度L123.2.4 辊数n123.2.5 矫直速度v123.3 矫正机力能参

8、数的计算133.4 矫直力矩的计算143.5 矫直功率的计算15 3.6 电动机的选择164 机架的设计与校核174.1 机架的形式及结构尺寸174.1.1 机架的形式174.1.2 机架的结构尺寸184.2 机架的强度计算214.2.1 几点假设214.2.2 求静不定力T224.2.3 机架和横梁的强度校核255 工作辊和支承辊设计及强度校核275.1 支承辊布置形式275.2 工作辊的强度校核276 压下装置的校核计算286.1 压下电动机的过载校核计算286.2 压下螺丝及压下螺母的强度校核计算296.2.1 压下螺母挤压应力校核296.2.2 机架与螺母端面间挤压应力校核307 参考

9、文献308 致谢329 附：33本科毕业设计资料清单331 绪论1.1 轧钢生产的国内外发展情况1.1.1 轧钢生产及产品种类在20世纪末，世界轧钢技术发展迅速。轧钢生产在自动化、高精度化、连续化方面取得了较大进步。轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的重要生产环节和主要方法。因为用轧制方法生产出的钢材，具有生产率高、生产过程连续性强、品种多、易于实现机械化、自动化等优点，而且比锻造、挤压、拉拔等生产产品，性能更高，成本更低。目前，约有93%的钢都是经过轧制成材的。有色金属生产也大量应用轧制方法。轧钢生产的主要产品为建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。目前，我国轧钢生产的钢材品种主

10、要有薄钢板、硅钢片、钢带、无缝钢管、焊接钢管、铁道用钢、普通大型材、普通中型材、普通小型材、优质型材、冷弯型钢、线材、特厚钢板、中厚钢板等。轧钢生产的产品按钢材断面形状分为：钢板、钢管和型钢。型钢是一种应用范围广泛的钢材。我国型钢产量占钢材总产量的25%30%。型钢按用途分为：普通型钢和专用型钢。从断面形状又可分为异型断面型钢和简单断面型钢。从生产方式的角度又可分为焊接型钢、弯曲型钢和轧制型钢。板带材也是一种广泛应用的钢材，我国的板带材产量占钢材总产量的45%55%。板带钢按应用领域分为建筑板、桥板、船板、汽车板、电工钢板、机械用板等。按照轧制温度的不同又可以分为热轧板带和冷轧板带。钢板按厚度

11、分为：中厚板、薄板和箔材。钢管的用途主要有建筑用管和石油管道等。我国钢管产量占钢材总产量的10%15%，钢管的规格一般用外形尺寸及壁厚标称。其断面一般为圆形管，也有多种异型钢管和变断面钢管。钢管从制造角度划分为无缝钢管、螺旋钢管与直缝钢管、冷轧钢管等。按断面形状划分为圆形管、异型钢管和变断面钢管。这些品种齐全、样式繁多的钢管被应用在管道、石油运输，锅炉侧壁、地质钻探、轴承及注射针管等方面。随着轧钢工艺及轧钢技术的不断发展，钢材的生产范围将不断扩大，产品品种也将不断增多。近年来我国许多有价值的钢板产量大幅度增长，冷轧硅钢片2003年已达89.6万吨，镀锡板2002年已经达到110万吨，管线钢、石

12、油管、耐火钢板、冷轧不锈钢板产量达55万吨。 1.1.2 轧机的分类按用途：轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机。按轧辊在机座中的布置形式：根据轧辊在机座中的布置形式不同，轧钢机可分为具有水平轧辊的轧钢机、具有立式轧辊的轧机、具有水平轧辊和立式轧辊的轧机、具有倾斜布置轧辊的轧机、其他轧机这五类。按轧辊机的布置形式：根据轧钢机布置形式可分为单机架式、多机架顺列式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等。1.2 矫直机在轧钢机中的作用和分类1.2.1 矫直机的作用 轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管经常出现

13、弧形弯曲；某些型钢的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材则会产生纵向弯曲、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，轧件需要在矫正机上进行矫正。1.2.2 矫直机的分类、工作原理及特点 根据矫正型材类型及对施加弯曲方式的不同，矫直机分为: 1压力矫直机 1）工作原理：型材安放于活动压头和两固定支点之间，利用一次反弯的方法进行矫正； 2）特点：设备结构简单，效率低，只能矫正简单弯曲，主要用于大型型材补充矫直。 2辊式矫直机 1）工作原理：型材通过上下两排轴线平行、排列相互交错矫正辊，经过多次反复弯曲得到矫正； 2）特点：设备结构较复杂，连续工作，生产效率高，主要用于板材和

14、型材矫直。 3管棒材矫直机 1）工作原理：圆柱形管棒材边前进边旋转，通过上下两排具有特殊形状、轴线相互交叉矫正辊，获得与其轴线对称的平、直管棒材； 2）特点：矫正辊多采用悬臂式布置，调整和维修方便，连续工作，生产效率高，矫正质量好。 4拉伸矫直机（张力矫直机） 对轧件施加外拉力，使其平直而达到矫直目的，分为： 1）钳式拉伸矫直机 用于单件矫直型材或薄板，生产效率低，轧件损失大； 2）辊式拉伸矫直机 用于连续矫直薄板带，生产效率高，轧件损失小； 5拉伸弯曲矫直机 拉伸矫直与辊式矫直联合作用的矫直方法。1.3 辊式矫直机的工作原理 由于金属原始弯曲曲率大小和方向是不同，辊式矫直机的每个矫直辊都使金

15、属产生弯曲变形，金属经过多次反复弯曲以消除曲率的不均匀，从而使弯曲曲率从大逐渐变小而使其平值。 1-1矫直辊受力图 1-2三辊矫正方式矫直原理分为大变形方案和小变形方案。1） 小变形方案 矫直原则：每个辊子的压下量可以单独调整，只消除前一个辊子产生的（或留下的）最大残余曲率，经多次反弯后，残余曲率逐渐减小，轧件趋于平直。 优点：总变形曲率小，所需矫正能量小。 缺点：一般而言，原始曲率Cr0是未知的。难于确定矫正辊的压下量。2）大变形方案 矫直原理：在前几个辊采用比小变形方案大得多的压下量，使轧件一开始就得到足够大的弯曲，迅速缩小残余曲率的变化范围，使具有不同曲率的轧件，经过几次剧烈的反弯（大变

16、形）以后，原有的原始曲率的不均匀度被消除，形成单值残余曲率，再予以矫平。 优点：矫正辊数比较少，矫正质量较高。 缺点：对轧件的变形程度不应过份加大，以减小轧件内部的残余应力。 1.4 辊式矫正机的发展趋势辊式矫正机是在实际生产中使用最广泛的一类矫正机，随着矫正技术的进步以及工业生产中对钢板的质量要求越来越高，对辊式矫正机的要求也越来越高。新一代的矫正机一般要求高刚度、全液压调节及先进的自动化系统；由计算机控制的矫正辊缝调节系统可根据钢板厚度设定调节上辊组的开口度，以及入口出口方向和左右方向的倾斜调节；上辊组可以快速打开、关闭，上矫正辊的弯曲调节用以纠正钢板的中间浪和左右边浪，并且每个上辊和下辊

17、组的入口出口辊可以单独调节。矫正机的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫正机。既要求有高质量，又要有高矫正速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。1.5 技术经济性分析1.5.1 技术经济评价的涵义通常来说对“技术”的理解是包括工具、劳动者的劳动方法、技能等技术的总称。对“经济”的含义，主要是指在社会生产和再生产的整个过程中所取得的节约和效果，经济效果是指社会生产和再生产，即即经济活动过程中劳动消耗和劳动占用同劳动成果的比较。这里所说的劳动消耗，包括人力、物力、财力的消耗。劳动占用是指厂房、设备、器具的占用。技术经济评价又可称

18、为项目经济评价，是指工程项目或设计方案投资决策过程中，采用现代分析方法对项目方案在计算期（包括建设期和生产期）内的经济效果所做的测算和分析。技术经济评价是可行性研究的核心内容，是项目方案投资决策的重要依据。在工程机械项目中，为了提高工程的经济效益，采用先进的技术，以节约工程建设的造价，降低运行成本和节约经济性的维护费用。但是，在某些情况下，采用先进的技术还必须与当地的客观条件相适应。1.5.2 经济评价在工程机械中的重要性 自改革开放以来，我国的基础建设程序和管理体制发生了根本的变化，逐步走上了了良性发展的轨道。根据国内外的经验，从设计阶段到技术设计完成，约占1/4设计周期，到施工图设计完成需

19、要2/5的以上的建设周期。根据设计阶段影响投资的程度来看，初步设计阶段影响投资的可能性为75-95%；技术设计阶段影响投资的可能性为35-75%；施工图设计阶段影响投资的可能性为10-35%；而自施工开始，通过技术组织措施节约工程造价的可能性只有5-10%。显然，前期建设工作对于降低总概算费用起着决定性的作用。了解和掌握技术经济评价在工程机械中应用的重要性具体体现在以下几个方面：进行技术经济比较，选择合理的路线走向；在方案确定和设计中，对零件加工工艺进行方案必选，推荐技术先进、投资经济的工艺；经过技术经济比较，选择重要零件的结构形式；研究工程设计中技术进步的经济效益。在设计工作中，开展技术进步

20、活动的最终目的是提高经济效益，包括采用新工艺，可以缩短成产周期，降低能耗和资源消耗。经过技术经济分析，对经济效益不大的技术，建议不宜在工程设计中应用。有些技术对建设项目的近期效益不明显而远期效益较高的，建议可在对投入与产出做比较后做出取舍。有些技术近期投资较大，远期效益虽有不很高的，需做全面分析，看能否分期投资。有些技术在工艺上有较大的改进，可节省经济性的运行费用，但在结构方面却增加难度和投资，则建议需做进一步的经济核算后再确定。1.5.3 课题选择选择课题时要进行趋向研究、市场分析、用户调查、专利情况等情报的收集工作，根据情报来确定设计工作任务。（1）趋向研究：随着工厂对薄板需求量的增加，对

21、薄板的矫直厚度、矫直理论和矫正质量有了新的要求，我们对原有的矫直机进行了一部分改进设计，使其更好的适应市场的需求。（2）市场分析：薄板在工厂的应用范围广泛，适应市场的需求，与企业的利益息息相关。1.5.4 摸清课题要求 为了搞清如何对矫直机进行改进，在参观了工厂现有的矫直设备外，又在网上查阅相关资料，使所设计的矫直机符合经济性和可靠性要求。2 总体方案设计2.1 矫正机的调整形式辊式矫正机的调整可以分为上辊单独调整、上辊整体平行调整、上辊整体倾斜调整、上辊局部倾斜调整等四大类。上辊单独调整矫正机是上排每个工作辊可单独调整的矫正机，这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、

22、辊距较大的型钢矫正机。上辊整体平行调整矫正机，通常出入口的两个工作辊做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫正质量，广泛用来矫正4-12mm以上的中厚板。上辊整体倾斜调整矫正机，这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫正时的变形特点，广泛用于矫正4mm以下的薄板。上辊局部倾斜调整矫正机，这种翼倾调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫正薄板。2.2 辊式矫正机的矫正方案按照辊式矫正机每个辊使轧件产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法，可以有多种矫正方案，目前研究和应用最多的是两种方案：小变形矫正方案和大变形矫正方案。小变形矫正方案是针对矫正机上排工作辊可以单独调整每个辊子压下量的

23、方案。在这个方案中，进入各个辊子下的轧件经反弯和弹复后，其最大原始曲率要完全消除。这样原来平直部分产生新的弯曲，就作为下一辊的反弯原始曲率，经过反复弯曲后使得轧件矫正。采用这个方案各辊的压下量相对较小，所以消耗的功率小，但是原始曲率消除缓慢，要达到既定的矫正质量就必须增加矫J下辊的数量，从而导致矫正机设备结构复杂。大变形矫正方案是在第二、第三辊上采用很大的反弯曲率，使轧件各部分的弯曲变形总曲率均达到很大值，而让残余曲率不均匀性迅速减小。从第四辊之后轧件的反弯曲率可逐渐减小，使轧件趋于平直。采用这种方案，可以用较少的辊子获得较好的矫正质量。但是过分增加轧件的变形程度会使对加工硬化明显的材料及大断

24、面系数的轧件增加其内部的残余应力，影响产品质量，而且会加大矫正机的能量消耗。2.3 支承辊的布置形式支承辊的布置形式有垂直布置、交错布置、垂直和交错混合布置、双层支承辊等。垂直布置是支承辊仅承受工作辊的垂直方向的弯曲，用于辊径与辊身长度之比较大的矫正机。交错布置是支承辊承受工作辊的垂直方向和水平方向的弯曲，矫正过程中工作辊比较稳定，多用于工作辊辊径与辊身长度比值较小的矫正机。混合布置多用于矫正带氧化皮的热轧钢板。双层支承辊是为加强支撑作用和传动能力，增设大直径的外层支承辊并改为内层支承辊传动。2.4 矫正机的机座形式辊式钢板矫直机工作机座可分为台架式和牌坊式两大类。台架式矫直机的结构简单。但刚

25、性较差，采用大量弹簧平衡的台架式矫正机，使用时上台架容易产生震动，由于冷矫直时矫直力大，所需机架的刚性要求较高，故台架式薄板矫直机不能满足薄板冷矫的使用。矫直机本体装在可移动的框架上，框架下面的四个车轮支撑在轨道上，由横移驱动机构推动框架移入工作位置后用定位装置定位，矫正机机架可以是开式的也可以是闭式的。薄板矫直机大多采用牌坊式结构。矫直机的工作机座包括机架本体，支承辊，压下装置和摆动装置等部分。牌坊式工作机座的特点是强度和刚度较好，辊子的调整拆装方便，故新设计的板带矫直机采用这种形式，缺点是结构较复杂、外形尺寸也较大。2.5 工作辊的材质工作辊直接与轧件接触，为避免辊子过早磨损和保证矫直机可

26、靠工作，对矫直机工作辊有下列要求：（1）辊面应有较高的硬度；（2）有较高的加工精度；（3）有较高的抗弯和抗扭强度。目前，冷矫时，若工作辊径D200mm时，采用9Cr。有的重型厂当D90mm时，采用59CrV4；热矫直机工作辊常采用60SiMn2MoV或55CrVA；采用温矫工艺的矫正辊需要镀铬，铬层厚度0.10.2mm。支承辊承受矫直过程中的扭转应力，与工作辊直接接触，在二十一辊矫直机中也采用60CrMoV作为原材料。2.6 传动系统的形式主传动系统包括减速机、齿轮座和万向联轴节等。（1）减速机。在矫直机主传动系统中，减速机除有减速作用外，还有均衡分配传动扭矩的作用，因此也称减速分配器。减速机

27、有三种主要形式：圆柱齿轮型，圆柱圆锥齿轮型和蜗轮型。这三种形式中，每种又可分为单支、双支、三支和四支等结构。辊数大于7的矫直机上，不宜使用单支减速分配器。这是因为传递的总扭矩大，齿轮座的齿轮也大，使齿轮座出轴的间距很难与矫正辊间距相适应，因此，在辊式钢板矫直机上大多使用多支的减速分配器，这样可以使齿轮座的载荷均匀。由于矫直机的第三辊（或第二辊）受的矫正扭矩最大，因此，该辊要尽可能由减速机的一根出轴经齿轮座直接传动，以减轻齿轮座的负荷。有时，为适应矫直机在连续机组中的安装，将矫直机设计成可以双向进料的结构，这时，矫直机另一端的第三辊由一根输出轴直接传动。（2）齿轮座。一般情况，为防止钢板在工作辊

28、间打滑，辊式钢板矫直机的所有工作辊都是驱动的，齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给各个矫正辊。齿轮座输入轴数目与减速机支数相同，每根输入轴带动一组齿轮，在输入轴数量较多时，各组齿轮之间互补联接，以避免功率传递线路闭和，恶化齿轮啮和条件。按照齿轮的啮合列数，可分为单列齿轮座和多列齿轮座。单列齿轮座的制造和安装简单，各齿轮轴和轴承可以通用且切齿轮轴的刚性高。一般在工作辊距小于50mm时，宜采用这种形式。与单列齿轮座比较，多列齿轮座的中心距较小，因为每对齿轮座的齿宽是根据传递的扭矩确定的。同时，齿轮避免了重复啮合，因而可以适当减小中心距。多列齿轮座的齿轮轴刚性较低，为保证齿轮轴的刚度，通常只在辊距

29、大于50mm时才采用这种结构。（3）万向联轴节。由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距，因此，齿轮座出轴与矫正辊采用万向联轴节连接。矫直机常用的万向联轴节除了一般的滑块式、叉头、扁头型外，在辊径小于1200mm时，也采用球形万向联轴节；在小辊距矫直机上，也可以采用简易型刚球万向接轴，这种联轴节采用标准刚球，它只起定心作用，矫正扭矩是靠两叉头的侧面直接接触来传递的。2.7 矫直辊列的布置形式与驱动形式（1）工作辊与支承辊装置：工作辊装置，上下两排工作辊分别装在轴承座中，轴承座固定在上下机座中，上辊座的侧面形成圆弧面，可以在机架窗上内侧摆动和上下滑动，使上工作辊上下移动，及改变前后工作辊的开度，当调

30、整工作辊挠度时，轴承座和辊座之间可沿半径为60毫米的圆弧面相对转动。（2）驱动形式：钢板辊式矫直机的上排和下排工作辊是驱动的，以避免钢板在工作辊间打滑。3 矫正机参数的计算3.1 17辊矫直机主要设计参数带钢厚度： 0.8-3mm带钢宽度： 700-1530mm带钢屈服极限： Max .280 Mpa 带钢强度极限：Max.420 Mpa矫直速度： 30m/min（厚度1.8mm） 18m/min（厚度1.8mm）矫直辊辊距： 52mm矫直机辊数： 17矫直辊直径： 50mm矫直辊辊身长度：1776mm支承辊辊距： 104mm支承辊直径： 100mm压下行程： +35mm -4.5mm压下速度

31、： 70.5mm/min3.2 辊式矫直机基本参数的确定辊式矫直机基本参数包括辊径D、辊距t、辊数n、辊身长度L和矫正速度V。其中最主要的是D和t。矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫正质量、设备的结构尺寸和功率消耗等都有重要的影响。辊数多少取决于压下方案及矫直质量要求。辊径和辊距受结构条件，咬入条件、强度条件及矫直可能性的约束，不仅限定它们的尺寸范围，而且限定它们之间的比例关系。辊身长度则取决于轧材的宽度。3.2.1 辊距t 由文献1公式11-46及11-49知矫直机允许的最大与最小辊距为： (3.1) (3.2) 式中：被矫钢板的最小厚度，=0.8mm ；工作辊弹性模量 ， MPa ；矫直辊

32、的屈服强度，=490 MPa ；被矫钢板的最大厚度，=3mm 。所以： tmax0.35=0.35120 mm ；tmin0.43=0.43=26.7 mm ；矫直机矫直辊距t的范围是： t ；3.2.2 辊径D 由文献1表11-4得薄板矫直机矫直辊直径D和矫直辊辊距t之比： 0.90.95 ；所以 ， D D D ， 即 D ； 求出24.03 mm D 114mm 而D=50 mm符合要求。3.2.3 辊身长度L 通常 L=bmax+a；当bmax200mm时，a=100300mm。 因为bmax=1530mm200mm,所以，L=bmax+a=1530+（100300）=16301830

33、mm；而L=1776mm符合要求。3.2.4 辊数n 增加辊数即增加轧件的反弯次数，可以提高矫直质量但也会增加轧件的加工硬化和矫直机的功率。为此，选择辊数n的原则是在保证矫直质量的前提下，使辊数尽量少。对于板材辊式矫直机，辊数n随着轧件宽厚比(bh)的增加而增加。因为轧件宽厚比愈大，它的浪形弯曲亦愈显著，需要多次的反复弯曲才能保证矫直质量。辊数与残余曲率有关。实际上，各辊压弯量的调整由于材质不匀及尺寸公差会造成理论与实际之间有差距。另外，机架刚度、侧弯、扭曲等对矫直效果都有影响，为此常用增加辊数的办法来弥补上述的不足，根据此次的带钢厚度（0.83mm）和此次设计的要求，取工作辊辊数为17。3.

34、2.5 矫直速度v 矫直速度的大小，首先要满足生产率的要求，要与轧件生产能力相协调，要与所在机组的速度相一致。 由于矫直速度的上限至今尚没有理论的计算方法，但人为设定矫直速度所依据的经验是可以遵循的。此次给定的矫直速度为30m/min（厚度1.8mm），18m/min（厚度1.8mm）3.3 矫正机力能参数的计算 由文献1公式11-30可知：作用在矫直机上下辊子上压力的总和为： （3.3）式中：t 矫直辊辊距，=52 mm 。今假设：（1）第2，3，4辊下轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩；（2） 第n-1, n-2, n-3 辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩；（3）其余各辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩和

35、塑性弯曲力矩的平均值，即= ；（4）由文献2公式5-12得辊式矫直机屈服力矩，=280=642.6N mm，塑性弯曲力矩为=963.9N mm，其中：为被矫钢板的屈服极限，=280 MPa 。将上述三个假设代入式（3.3），可得出各辊下矫直力的计算式为： =37.1KN =111.3 KN =148.4 KN =142.1KN =129.8KN =123.6 KN =123.6 KN =117.4 KN =()= 105.0 KN =98.9 KN = 74.1 KN =24.7KN 由文献1公式11-33得作用在上、下辊子上的压力总和为 ： =(n-2) =(17-2) =1.85 N ；

36、（3.4）3.4 矫直力矩的计算因为17辊矫直机采用倾斜调整，计算总矫直扭矩M 由1公式11-41c得， (3.5) 由1公式11-41d得， (3.6)其中： e 形状系数，由1表11-2查得，e=1.5； 原始曲率半径，由1公式11-40得，对于钢板矫直机，故；板带的屈服强度，=280 MPa 。所以总矫直力矩为：3.5 矫直功率的计算辊式矫直机电机功率由文献1公式11-44得： P= （3.7） 其中：总矫正扭矩，= N mm ； 作用在矫直辊上的压力总和，= 1.85N ；矫直辊与轧件的滚动摩擦系数，对于钢板=0.0002m， 如考虑可能出现较大的滑动摩擦，则对于钢板=0.0008m

37、；辊系轴承的摩擦系数，滚动轴承；滾针轴承 ；滑动轴承；故；D辊子直径，D= 50mm ；d辊子轴承处直径 , d=38 mm；v矫正速度m/，板带厚度范围h=（0.3.0）mm ， 矫正速度 v= 30m/min（厚度1.8mm） v= 18m/min（厚度1.8mm） 矫正功率， =0.850.7（有支承辊时，取较小值），取=0.72 。所以 厚度1.8mm时，矫直功率为： P= =KW 厚度1.8mm时，矫直功率为： P= =KW3.6 电动机的选择 在前面关于矫正机的主参数计算中可以得到，矫正机的矫正过程所需功率为227.85KW。 电动机类型的选择可以根据动力源和工作条件，冶金用电动机

38、大多用绕线转子三相异步电动机。因为它具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时与周期运行，频繁启动与制动，有时过负荷及有显著的震动和较大的冲击的设备。 由矫正机功率（227.85KW）可根据上海南洋YTSP系列变频调速三相异步电动机可选择型号为YTSP400L1-6电动机（6极电机，50Hz时同步转速1000r/min）。该电动机基本参数如下： 标称功率：315KW 额定电流：590A 额定扭矩：3008NM 转差率：1% 重量：2600kg 由上海南洋YTSP系列变频调速三相异步电动机可查的该电动机的安装尺寸及重要外形尺寸为： 电动机总长度：1800mm 电动机中心高：400mm 外

39、伸轴径：110mm 外伸长度：210mm4 机架的设计与校核4.1 机架的形式及结构尺寸4.1.1 机架的形式 在矫直过程中，被矫直的钢材作用到工作辊上的全部矫直力，通过工作辊、工作辊轴承、支承辊、支承辊轴承、压下螺丝及螺母传给机架，并有机架全部吸收，不再传给地基。因此，机架必须具有足够的强度和刚度。机架按结构分，可以分为开式与闭式两种形式，如图4-1所示。（一） 闭式机架：它是一个整体的框架。如图4-1a所示为一闭式机架简图，其闭式机架为一闭式框架。因此，从材料力学的观点来看，其强度与刚度都是很大的，故在实际生产中能得到广泛的应用。（二） 开式机架：它是由机器本体和上盖两部分组成。图3-1b

40、所示为一开式机架简图，其机架本体与上盖连接用的是斜楔，所谓的开式机架实际上是一开式框架。同样按材料力学的观点来看，其强度和刚度比闭式机架差得多，因此开式机架仅用于横列式布置的型钢和线材的矫直机上，以便于更换工作辊。另外，机架还可以根据机架的加工、制造和运输的可能性分为整体式（如图4-1a,b）、焊接式（图4-1c）、组合式（图4-1d）也称为装配式。其中，整体式在实际应用中是最为广泛的，只要在条件许可的条件下都尽可能地使用它，而且以闭式机架用的最为广泛。当机架受到加工制造及运输条件限制时，可采用焊接式和组合式。焊接式机架常用于一些大型、特厚板的矫直机中。为解决加工和运输能力不足的困难，可分段运

41、输和制造，然后在生产现场用电渣焊的方法焊接成一个整体。组合式机架一般极少使用，其原因是这种机架强度和刚度都较差，它的结构形式类似于水压机。图4-1 机架形式 4.1.2 机架的结构尺寸 （一）机架主要结构尺寸的确定机架的主要结构尺寸包括：机架窗口高度（H）、窗口宽度（B）以及机架立柱断面尺寸（F=l1b),如图4-2。 图4-2 机架的结构形式为了便于更换工作辊，在闭式机架中，窗口的宽度应稍大于工作辊的直径D，而且在换辊侧的窗口宽度比传动侧的窗口宽度应大10毫米，而在开式机架中，其窗口宽度主要取决于工作辊直径、轴承座高度、压下螺丝的伸出量和安全臼、短支撑等有关零件的高度尺寸，以及上工作辊的最大

42、提升量。如1150的初轧机机架的尺寸为B=1260mm；H=4700mm；机架立柱的断面尺寸F=l1b（mm2）式中：l1立柱的厚度（mm） b立柱的宽度（mm）根据机架强度条件来确定F，但预选时可按表4-1中的经验公式事先给定，而后再进行技嘉的强度与刚度验算。表4-1 机架立柱断面面积与辊颈直径的平方比由于作用在立柱断面F上的矫直力为辊子上承受的矫直力的二分之一。当辊径d与辊颈长度l之比为一个常数时，其辊颈强度与辊颈直径d的平方近似成正比关系。因此，机架立柱断面与轧辊辊颈d的平方之比F/d2 主要取决于矫直机类型和工作辊的材质，并存在正比关系。如1150的初轧机立柱断面 F=3810cm2其

43、轧辊辊颈d=690mm故F/d2 =0.74；机架立柱的断面宽度b=280mm；而厚度l1=540mm，如图4-3 图4-3 1150初轧机立柱断面尺寸和相互位置图当立柱断面积确定之后，应当首先定出沿工作辊轴线方向的宽度b,通常情况下，b应要求比轴承座宽度稍小一些，以免钢板碰伤立柱。对机架的中心线应严格要求与轴承座中心线重合。为防止窗口立柱表面被上下运动的轴承座所磨损，其窗口宽度B设计时应考虑留有两侧滑板的厚度之距离，而且应尽可能地保证上下横梁的断面积和惯性矩相等。如机架立柱的断面积选好后，一定要进行强度和刚度的校验。（二） 对一种典型机架的结构分析 图4-4为650大型型钢三辊轧机工作机座。

44、它是由两片开式机架组成的，两机架的上盖被铸成一体，称为机架盖。在机架盖上可以安装压下机构，其上的中心轴5除换辊时可以吊起机架盖外，还可以整体吊起工作机座，以便于机座的调整和安装。机架盖与机架立柱的连接时采用刚性很好的楔子1来实现的，二者之间的定位是靠菌状销子2完成的。两机架之间的连接，上面是通过双头螺栓和撑管3、下面是由铸造横梁和螺钉完成的。图4-4 650大型轧钢机工作机座采用这种整体式的开式机架结构，对于换辊是十分方便的，因此开式机架得到广泛的应用。另外为了便于机座的拆装，将机架地脚的侧支撑面6做成15度斜度。连接机架与轨座的螺栓在轨座孔中紧固，而螺栓的另一头则做成圆锥形。同时相应将机架地

45、脚孔内也做成一段圆锥孔。在机架窗口内的下部有突出部分7是用来安放中辊轴承座用的，在其下部窗口的立柱内表面上还镶有耐磨滑板8，以防止轴承座上下移动时磨损立柱表面。上轴承座安放在中辊轴承座的H形的瓦座上，并能上下滑动以实现上辊缝的调节。中辊通常是不动的，而上下辊调节是通过手动压下机构实现的。连接上盖与立柱的斜楔斜度为1:50，为了简化机架切削加工以及防止斜楔对机架的磨损，可将斜楔孔做成不带斜度的长方形孔，然后再配上两块鞍形垫板（上下各一块），并做成1:50的斜度。根据本次的设计参数和设计要求，结合开式机架和闭式机架的结构特点和优缺点，本次设计的工作机座选用牌坊式开式机架，以便于辊子的拆装和满足强度

46、刚度要求。4.2 机架的强度计算4.2.1 几点假设 为了使计算简便，在对矫直机机架，分析其受力和变形情况时，可以作以下几点假设，如图4-5. 1、只考虑垂直矫直力P1对开式机架的作用，作用点在机架中心线上。其中P1=P/2，其中P为总的矫直力。 2、只考虑机架受力变形后，轴承座对它的影响，不考虑机架上盖对机架立柱的影响，认为立柱与上机架盖的连接为滑动铰链连接。 3、认为轴承座为绝对刚体，当受力后不会发生任何变形。 在以上假设条件下，当机架在矫直力P1的作用下，机架立柱在B点处的最大变形max与轴承座的配合间隙有以下关系: max 式中：max在P1的作用下，两立柱与轴承座接触点B处的最大变形

47、； 机架窗口与轴承座侧向的最大配合间隙。 为了计算方便起见，现将开式机架简化为一个开式框架，如图3-5所示，并将已知的外力P1及静不定力T加在其上，其中静不定力为未知数。因此为了计算机架的强度与刚度，首先应求出静不定力T来。图4-5开式机架受力变形图4.2.2 求静不定力T根据变形的协调条件可列出下面的补充方程来，并用力法求解出静不定力T。由于从机架的受力分析来看，只在一个坐标方向上暴露出了静不定力T，参看图3-5，因此只需要列出一个补充方程式就可以了。即 TTT+TP = （4-1）式中： T机架受外力P1作用变形后，在立柱B点处轴承座对立柱的反作用力（千牛）， 称为静不定力； TT在T的单

48、位力（1）作用下，立柱B、B两点处在T力的方向上产生的变形， 称为方程的主系数； TP在外力P1作用下，立柱B、B两点处在T力的方向上产生的变形，称为方程 的自由项； 轴承座与机架窗口的配合间隙，的符号“”表示作用力T的方向与变形 的方向相反。下面用材料力学的力法求变形的方法来求TT和TP：首先在立柱B、B两点处加上T的单位力（T=1），并划出单位力（1）的弯矩图和在P1力作用下的弯矩图，如图4-6所示：图4-6 在T单位力和外力P1作用下的弯矩图 图中I2、I1为机架立柱和下横梁的断面惯性矩；l1为下横梁中性层长度；c为机架立柱B点至下横梁中性层距离。按图乘法求出TT和TP的值： （4-2）

49、 （4-3）式中： P1作用在一个机架上的矫直力（千牛）； E机架材料的弹性模数（牛/毫米2）。下面求出I1、I2： h1=300mm b1=400mm 图4-7横梁截面简化图 h2=100mm b1=160mm 图4-8 机架截面简化图 ；将TT和TP的值带入式（4-1）中得 （4-4）从公式（4-4）中看出，当机架窗口与轴承座的配合间隙=0时，T将会达到最大值，则： （4-5）之前算出的矫直力P=1.85x106 N; P1=P/2=0.925x106 N=925KN; c=575mm; l1=1860mm; ;把以上数据代入式4-5，可得到： Tmax=367.84 Nmm2 画出机架在

50、外力P1和静不定力T作用下的内力图，如图4-9所示： 图4-9 开式机架内力图4.2.3 机架和横梁的强度校核 由于轴承座与机架窗口的配合间隙随轴承的上下运动所产生的机械模塑而不断增加，因此是个变化值，强度校验时，为了安全起见，应按=0（新轴承座）的情况考虑。此时的静不定力T达到最大值。 从弯矩图M中可以看出，立柱与横梁连接处的弯矩值比较大，再考虑此处易产生应力集中，因此该处必须进行强度校验，其强度条件如下： （4-6）式中：max2立柱中的最大应力（牛/毫米2）； F2立柱的断面面积（毫米2）； W2立柱的抗弯截面系数（毫米2）； 机架材料的许用应力（牛/毫米2）。把： P1=P/2=0.9

51、25x106 N=925KN; F2=b2h2=100x160=16000 mm2; ; Tmax=367.84 Nmm2 c=575mm;带入式（4-6），可得到： max2=29.70 N/mm2 而： =235 N/mm2满足式4-6所列出的强度条件。一般情况下（不是粗而短的构件），切力对强度影响很小，因此可不考虑切力Q的影响。校验横梁强度时，应按配合间隙max(立柱B点处的最大变形)来考虑，则T=0。此时横梁中部的弯矩值达到了最大，而横梁的轴向力变得最小（等于零）。即： （4-7）横梁的强度条件为： （4-8）式中： max1横梁中的最大应力值（牛/毫米2）； W1立柱的抗弯截面系数（

52、毫米2）； 机架材料的许用应力（牛/毫米2）。而： P1=P/2=0.925x106 N=925KN; l1=1860mm;把这些值带入式4-8，可得到： max1=71.69 N/mm2 而： =235 N/mm2；满足式4-7所列出的强度条件。5 工作辊和支承辊设计及强度校核5.1 支承辊布置形式 如图5-1所示，支承辊主要有三种布置方式，即垂直布置（5-1a）、交错布置(5-1b)、垂直和交错混合布置(5-1c)等。 图5-1 支承辊的布置形式垂直布置是支承辊仅承受工作辊的垂直方向的弯曲，用于辊径与辊身长度之比较大的矫正机。 交错布置是支承辊承受工作辊的垂直方向和水平方向的弯曲，矫正过程

53、中工作辊比较稳定，多用于工作辊辊径与辊身长度比值较小的矫正机。混合布置多用于矫正带氧化皮的热轧钢板。 根据此次的设计参数和设备、工艺的特点，在本设计中我们选用的是如图5-2b所示的交错布置。5.2 工作辊的强度校核工作辊的强度条件是工作辊各处的计算应力应小于许用应力。工作辊的许用应力是其材料的强度限除以安全系数。通常工作辊的安全系数选取5。矫直辊的材料为100Cr6，查阅机械设计手册知 由于工作辊有支承辊，故无需考虑工作辊的弯曲力矩，而只需考虑其扭转。由于各辊系中的第三个辊受力最大，当第三辊满足要求时起于各辊均可以满足要求，所以只校核第三辊即可。第三辊扭矩为： 其中， D 工作辊直径； 塑性弯曲力矩； 钢板在相应辊子下的弯曲半径。对于17辊矫直机： 2=90h=9060=5400mm假定倒数第二个辊仅实现弹性弯曲，则其曲率半径为即：则带入值得：则工作辊危险断面在辊径处，扭转应力为:（工作辊辊径取50mm） 合成应力按第四强度理论计算：