850mm平整机右张力辊结构设计说明书

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1、本科毕业设计（论文）850mm平整机右张力辊结构设计白晓蒙燕 山 大 学12年 6 月 本科毕业设计（论文）850mm平整机右张力辊结构设计学院（系）：里 仁 学 院 专 业： 08 轧 钢 学生 姓名： 白 晓 蒙 学 号： 081101011220 指导 教师： 王 东 城 答辩 日期： 2012.6.17 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院： 里仁学院 系级教学单位： 冶金机械系 学号081101011220学生姓名白晓蒙专 业班 级08级轧钢1班题目题目名称850mm平整机组右张力辊结构设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（

2、 ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容了解冷轧平整带钢张力辊的工作原理和结构特点；掌握机械设计的基本过程和张力辊（S辊）设计的基本知识；设计850mm冷轧平整带钢张力辊的本体、主传动、整体装配图。基本要求1、完成设计图纸不少于6A1，草图不少于两张装配图；2、完成2万字以上的设计计算说明书；3、查阅文献15篇以上，其中外文文献不少于5篇；4、翻译外文资料3000字。参考资料1机械设计专业基础书及工具手册2轧钢机械设计和轧钢设备及工艺等专业书3查阅相关的中英

3、文参考文献4利用图书馆电子资源和网络搜索论坛资源周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容收集资料、消化图纸、确定方案、开题报告、文献终述、计算力能参数完成轧机主要零部件设计及相关力能参数计算；CAD录入图纸完成总图、辊系图等总体设计及图纸设计和CAD录入撰写设计说明书；翻译外文资料；审核图纸完成全部设计内容，准备答辩指导教师：王东城职称：讲师 2012 年 2 月 27 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本次毕业设计的任务是设计850mm平整机右张力辊结构设计。文中简要介绍了张力辊的结构原理，侧重于理论分析与计算。确定了张力辊的主要结构参数、力能参数。该课题的研究工作，

4、不仅运用到了材料力学、理论力学、高等数学、轧钢机械等基础知识，也运用到了数值分析理论。关键词平整机；冷轧；张力辊I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractThe designment of this assighment is to design 610850mm four-miter cold-strip reel.The type and structure of the reeling machine is introduced in the paper.It defines the main parametens of the four-miter cold-strip ree

5、l.The calculation and check of the main partss strength. In this researching task, it is applied that not only the basic knowledge such asmechanics of materials, theoretical mechanics, higher mathematics, steel rollingengineering, but also the intellective theory up to date such as numerical analysi

6、s.Keywordsmiter；cold-roll；reelingXI 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 课题来源及意义11.1.2 S辊在平整机组中的作用21.2 论文研究内容3第2章 张力辊的功能、作用及结构原理42.1 张力辊的功能及作用42.2 冷带钢张力辊的工艺特点42.3 张力辊目前存在的问题5第3章 简介主要参数及结构原理73.1 主要参数73.2 主要结构和特点83.3 张力辊的润滑和维护9第4章力能参数和主要结构参数计算114.1 张力辊主要参数的确定114.1.1 张力辊直径的确定114.1.2 张力辊宽度的确定134.2 张力辊的

7、传动设计134.2.1 张力辊包角的计算134.2.2 张力辊传动力矩的计算144.2.3 张力辊临界转速的选择144.2.4 张力辊电机的选择144.3 张力辊受力分析164.3.1不带压辊194.3.2带压辊22第5章张力辊轴的校核计算25结论26参考文献27致谢28附录129附录236附录344I第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景钢铁工业是国民经济的基础产业，在国民经济发展中发挥着重要的作用，是社会发展水平和综合国力的重要标志之一。其中，板带钢是最主要的钢材产品，在国民经济各部门中使用最广泛。作为板带钢的重要组成部分，冷轧带钢在国民经济中占有十分重要的地位。随着汽车制造业、家庭用

8、品、包装工业以及机器制造和建筑等方面的快速发展，对冷轧带钢的需求急剧增加。轧钢生产是钢铁生产的后部工序，轧制成材的钢铁产品既要满足产量的需求，还要满足品种规格和质量的需求。纵观我国板带生产历史和现状，高档次冷轧板生产是一个重要发展方向。冷轧带钢具有外形几何尺寸精度高、表面质量和力学性能优越等优点，且其品种和规格多，除了满足用途用材之外还可满足如精密机器、仪表、通讯、军工等特殊行业用材的需要，应用十分广泛。作为影响板带钢性能指标的最后一道工序，平整对成品带钢的性能起着至关重要的作用。随着对带钢产品质量的要求越来越高，平整轧制技术开始受到越来越多的重视。而张力辊做为平整机中最重要的部分也越来越受到

9、大家的重视。随着国家产业政策的逐步调整，冷轧薄板的生产得到飞快的发展。国内外大多数钢铁企业的生产线正在向着高速度、大张力自动化程度高的方向发展。当前我国对带钢产品的精度和质量的要求越来越高，要想获得板形好的高质量带卷，张力辊在冷轧钢带机组中发挥着重要的作用。 1.1.1 课题来源及意义 钢的冷轧起始于德国，19 世纪中叶，德国已能生产出2025mm 宽度的冷轧带钢。随后，美国于1859 年建成了一套25mm 的冷轧机。大约在1885 年左右，英国生产出170mm 也是当时世界上最宽的冷轧低碳带钢。此后，冷轧带钢生产发展很快，产品宽度也不断扩大，并逐步建立了辅助设备，如剪切、卷取、矫直、平整、热

10、处理设备等，产品质量也有了较大的提高。随着德国1917 年二辊可逆式冷轧机、1932 年四辊可逆式冷轧机的率先使用，揭开了现代按常规工艺生产板带材的序幕，此后冷轧带钢的最大有效宽度迅速增大，而且在一定宽度条件下，其最小轧制厚度也不断减小。我国冷轧板带工业起步较晚，直至1960 年，鞍钢建立了第一台1700mm 单机可逆式冷轧机，以后又陆续投产了1200mm 单机可逆式冷轧机、MKW1400mm 偏八辊轧机、1550mm 二十辊冷轧机和1250mmHC 单机架可逆式冷轧机，70 年代在武汉钢铁公司投产了我国第一套1700mm 五机架冷连轧机，1988 年在宝钢建成了2030mm五机架连轧机，此后

11、，又陆续新建了宝钢1420 工程、攀钢1220 工程、宝钢1550 工程以及正在筹建的宝钢1800 工程。在带材精整机组中，各段带材常常要先取不同的张力，以适应工艺要求，张力辊装置就是用于在连续带材生产线上实现张力调节的一种设备。采用张力辊装置是一项新技术，其原理为：带钢包绕在张力辊上，在包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律产生变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制。1.1.2 S辊在平整机组中的作用S 辊通常称作张力辊, 平整机组中设置的S辊具有以下作用:(1) 机前S 辊能增大平整机入口处张力, 可以相应减小开卷张力, 使开卷机的设计轻量化,减轻或避免带材擦伤

12、;(2) 机后S 辊能增大平整机出口处张力, 可以相应减小卷取张力, 使卷取机的设计轻量化;(3) S 辊能稳定机组张力;(4) 平整机组中通常是以延伸率来管理平整机的轧制, 延伸率的检测元件光电编码器一般都安装在机前S 辊、机后S 辊的上辊上, 因此S 辊同时又是测量延伸率的间接设备。1.2 论文研究内容本论文对张力辊设备中涉及到的重要力能参数给予了详实地分析，所以本论文主要包括以下内容：1. 张力辊概述主要介绍张力辊，了解张力辊所经历的改进历程以及张力辊的发展趋势。2. 张力辊主要力能参数的选择为了使带钢在平整过程中符合一定的张力要求，在平整过程中始终要使被轧制的带钢上作用有一定的张力，这

13、就是张力辊的作用调控张力的大小，所以有必要探讨张力辊的工艺控制原理和计算方法。3. 张力辊关键部件的强度分析由于径向压力的计算具有非常重要的作用，但是到目前为止，计算张力辊径向压力，还没有一个令人满意的公式，探讨了张力辊径当量半径计的算对径向压力计算的重要意义和影响，介绍了张力辊当量半径的基本计算公式。4. 张力辊的受力分析及校核 张力辊主要承担了带钢张力的作用，在弯扭组合力矩作用下的受力。60 第2章 张力辊的功能、作用及结构原理 第2章 张力辊的功能、作用及结构原理2.1 张力辊的功能及作用张力辊是冷轧带钢生产的重要设备，用途是调整张力使带钢符合一定的张力要求。特别是近代冷轧生产向高速度方

14、向发展时，张力辊的重要性更为显著。带钢包绕在S辊上在其包绕接触处（包角处)产生摩擦力正是这个摩擦力使出口张力与入口张力按某种规律变化借此改变张力值对机组实现张力控制。在不同的轧制速度和不同张力条件下，张力辊受较大的径向张力。张力辊也用于热带钢平整机组和纵切机组。近年来国内冶金行业保持良好的发展态势，各钢铁企业在扩大生产规模的同时，也都注重企业装备的改良和升级。在此情况下，张力辊为一重要的轧钢辅助设备将势必成为各钢铁公司所要投入使用和改造的生产对象。2.2 冷带钢张力辊的工艺特点就工艺目的讲，冷热带钢的张力是一致的，但是由于冷带钢生产的特殊性，冷带张力辊还有以下特点：1) 张力冷带张力辊（尤其在

15、轧制作业线上）突出的特点是采用较大张力。此外，由于张力直接影响产品质量及尺寸精度，因此对张力的控制也有很严格的要求。表面质量冷带钢表面光洁，板形及尺寸精度要求较高，因此对张力辊几何形状及表面质量的要求也相应提高。2) 调速问题在带钢平整过程中，为保证张力辊外层线速度与轧机相适应并保证张力恒定，就要求张力辊速度是可调的。其调速范围应满足轧制速度变化（在精整机组则是机组的速度变化）。张力辊的驱动通常采用直流电动机，在恒张力范围内，根据张力设计发出的讯号调整电机的转速。有的张力辊采用可自动调节油压的液压马达驱动。近年来由于冷轧机速度不断提高，为了减小启动、制动的时间和增加调速的灵敏性，在大型冷连轧机

16、组中采用直流电机直接传动张力辊（取消减速机构）并选用小飞轮力矩的双电枢或多电枢电机驱动。此外张力辊转速高可达40m/s，也是冷轧工艺的另一显著特点。实际上，除高温条件外，几乎所有对热平整机的性能要求，对冷卷取机都是适用的。但考虑到上述工艺特点，冷带钢卷取机还应考虑以下几个问题：要求有更高的强度、张力辊转速可调和张力辊张力可调。2.3 张力辊目前存在的问题(1) 国内张力辊旧离合器工作原理：传动轴电机侧为一套半刚半齿式联轴器，电机侧半联轴器为刚性联接。配套传动轴侧半离合器为鼓形齿联轴器，传动轴辊侧联轴器即为离合器。其结构也是半刚半齿形式，辊侧安装一刚性半连轴器，配套半联轴器为鼓形齿连轴器(离合器

17、)。辊侧离合器的外齿套与拨叉活接。此套离合器是依靠人力，利用杠杆原理带动传动轴沿轴向移动实现离合。虽然离合行程只有32 mm，但因齿面磨损以及传动轴自重的原因，在实际操作离合器时通常要借助起吊设备微量托举传动轴才能实现离合，操作时一般需23人。这种操作方式费时、费人、费力，急需加以改造。(2) 张力辊组的张力递增是通过每根张力辊的包绕效应获得的。包绕在一根辊子上的带材在受到一定初始张力作用时，带材与辊子之间的摩擦力有一最大值，当辊子的传递动力超过最大摩擦力时则辊面与带之间将会产生打滑。2.4 张力辊的发展趋势 平整是一种对退火带钢进行的小压下率的二次冷轧，其主要目的是：改善带钢的力学性能，去除

18、退火带钢的屈服平台；改善带钢的板形；使带钢表面具有一定的粗糙度或光洁度。作为一种特殊的冷轧技术，平整与普通冷轧存在诸多共同点，也有其特殊之处。随着平整轧制技术的发展，越来越多的应用于冷轧的先进技术又应用于平整轧制，并取得了不错的效果。而要取得好的板型就离不开张力辊对张力的控制，这样才能使板型更完美，而目前我国对张力辊的研究欠佳，所以对张力辊的研究有其重要的意义。随着现代科学的发展，轧钢工艺技术的进步，要适合现代连轧连续高效生产的要求和工作环境的需要，张力辊的发展呈现了几个比较明显的趋势。1) 张力辊张力的可控性,要求在不同的条件下张力辊都能完美的完成张力的控制。2) 计算机技术的发展，控制理论

19、的逐步完善，以及把这些理论和技术广泛地应用到卷取机上，使张力辊动作的准确性、灵敏度得以极大的提高。3) 伴随着冲击振动理论和实践的发展，人们对工作环境要求的提高，减少噪声，提高抗冲击性，能是张力辊发展极为重要的一个任务。第3章 简介主要参数及结构原理 第3章 简介主要参数及结构原理3.1 主要参数（1）来料规格经冷轧退火后的成卷带材。材质：Q195、Q215、08Al、20、16Mn、SPCC、SPCD、SPCE机械性能 s450N/mm2 b600 N/mm2 厚度：0.21.25mm 宽度：450750mm 卷径（内/外）：510/1500mm 最大卷重：8 t（2）成品 厚度：0.21.

20、25mm 宽度：450750mm 卷径（内/外）：510/1500mm最大卷重： 8 t（3）主要技术参数 最大轧制力：5000KN 最大轧制力矩：10KN.M 轧制速度：Max 350m/min 穿带速度：20m/min 开卷张力：302.5KN 卷取张力：353KN 入口平整张力: 50 5KN 出口平整张力: 60 6KN工作辊规格：430380900mm支撑辊规格：850790850mm 开卷机卷筒直径：460520mm（正圆510mm） 卷取机卷筒直径：485 510mm 开卷机卷筒轴向浮动量：75mm张力辊规格：610850mm 延伸率：干平整：03%；湿平整：05% 延伸率控制精

21、度：5% 工作辊最大开口度：30mm (最大辊径时) 工作辊弯辊力（单边正/负）：350 / 250KN 压下油缸直径：400 / 320x130 mm 液压系统工作压力： 压下油缸：18MPa 一般液压传动：10Mpa 换辊时最大起吊重量：13 t （下支承辊装置）3.2 主要结构和特点由开卷伸缩导板、一对S辊（张力辊）、上下压辊、下张力辊压上装置及机架组成。开卷伸缩导板包括摆动导板和伸缩导板，分别由二个油缸驱动。伸缩导板的导轨设在摆动导板上。开卷时，将摆动导板上抬对准带头，然后伸出导板接住带头，将带头导向下张力辊。二个张力辊上下布置分别由直流电机通过减速机带动，旋向相反，沿带材前进一侧设有

22、弧形导板，以利穿带。 上下压辊、下张力辊压上装置均为油缸驱动，在穿带过程中压上，对带材起夹送作用。带材由下而上呈反“S”形通过二个张力辊。穿带完毕伸缩导板缩回，摆动导板放下，上下压辊及下辊压上油缸缩回。 张力辊传动电机： 75KW 750 r/min 张力辊减速机速比： 4 张力辊规格： 610x850 mm 图3-1 本体装配 穿带时，将下压辊压上并启动右张力辊。带头沿下弧形导板进入上下张力辊间缝道，将下张力辊压靠上张力辊夹送带头，(此时松开下压辊) 带头沿上弧形导板上升，穿出上张力辊。再将上压辊压上(此时降下下张力辊油缸)，继续向前送带。3.3 张力辊的润滑和维护张力辊的润滑对张力辊的正常

23、工作极为重要，设计时应特别考虑各运动部件的良好润滑。减速箱中轴承承受负荷大，齿轮啮合与轴承的发热量大，在闭式减速箱中热量不易散出，所以，减速箱采用稀油集中循环润滑。其它使用干油润滑的地方如表3-1所示。表3-1 张力辊干油润滑部位润滑部位润滑点润滑方式油品周期备注2台电机轴承2+2按厂家规定2个减速箱按厂家规定上接轴2灌油150#工业齿轮油1月下接轴8油杯2#锂基脂1周上辊轴承2油杯2#锂基脂1周下辊轴承2油杯2#锂基脂1周上压辊轴承2油杯2#锂基脂1月下压辊轴承2油杯2#锂基脂1月下辊轴承座导轨2处涂抹2#锂基脂1周滑动导板导轨2处涂抹2#锂基脂3月开卷导板 在使用中，要定期检查各减速箱及轴

24、承的润滑情况、工作温度和声音，定期检查传动装置的工作情况，对异常现象及时处理。按照设备润滑表规定的油品和给油周期对各摩擦面进行润滑，定期换油，设备停车超过八小时、重新开动时，必须先以低速运转十分钟后再进行轧制第4章 力能参数和主要结构参数计算 第4章力能参数和主要结构参数计算 S 辊通常称作张力辊, 平整机组中设置的S辊具有以下作用：(1) 机前S 辊能增大平整机入口处张力， 可以相应减小开卷张力， 使开卷机的设计轻量化，减轻或避免带材擦伤；(2) 机后S 辊能增大平整机出口处张力，可以相应减小卷取张力， 使卷取机的设计轻量化；(3) S 辊能稳定机组张力；(4) 平整机组中通常是以延伸率来管

25、理平整机的轧制，延伸率的检测元件光电编码器一般都安装在机前S 辊、机后S 辊的上辊上，因此S 辊同时又是测量延伸率的间接设备。4.1 张力辊主要参数的确定4.1.1 张力辊直径的确定张力辊直径选择，应以带钢最外层表面达到屈服极限为出发点。这样可防止带钢产生永久变形。如图4-1所示，为带钢某一小段未弯曲时长度，并等于中性层长度。为长度为的绕到半径为R的张力辊后弯曲变形后的长度，为该小段带钢对应的圆心角。为最外层应变，为带钢最外层应力，为带材厚度。 图4-1 带钢绕到张力辊后弯曲变形图所以有：由于2R远大于h，所以左边可消去h，最终得到： (1)本次设计的张力辊所通过带材的最大厚度为1.25mm，

26、弹性模量E为2.1*105Mpa，带材变形抗力为450Mpa，带入公式(1)得到并圆整后得：R=305mm D=610mm。4.1.2 张力辊宽度的确定张力辊辊身工作部分长度应等于或稍大于轧辊辊身长度，而轧辊辊身长度为850mm，所轧最大带钢宽度为750mm，因此选取和平整机工作辊辊身长度相同的张力辊宽度850mm。4.2 张力辊的传动设计4.2.1 张力辊包角的计算如图4-2所示，为了穿带方便，两个辊子之间要有一定的间隙。图4-2 张力辊几何尺寸图4-2中，L为水平方向两辊中心距，H为垂直方向两辊中心距，为单个辊子包角，由于带钢具有一定的刚性,在张力辊入口和出口端不能完全紧贴在辊子上,而会产

27、生弹塑变形,使得实际包角小于理论包角。实际计算时, 可取=(0. 80. 9)。一般地,带钢越厚, 值越小。其中：本次设计张力辊L=0，H=635mm，D=610mm，代入参数后可以得到： (3)4.2.2 张力辊传动力矩的计算 由于本次设计张力辊的50kN开卷最大张力为30kN，平整入口张力为50kN，即对于出口处T250kN，入口处T130kN，4.2.3 张力辊临界转速的选择卷筒的临界转速，由生产试验等结果表明，卷筒空载和卷重很小时，Kj值为最大。故应按卷筒空载和卷重很小的条件来选取合理的最高卷取速度，而不应以最大卷重来选取。4.2.4 张力辊电机的选择根据机器的机械特性，得知当轧制线速

28、度不变时，卷取机是在为适应卷径的变化而调整卷筒转速，而且不引起张力的波动，这种情况下采取调激磁(恒功率)的调速方法。当直流电机转速高于额定转速以上时，为调激磁(弱磁调速)调速方法，此时，电机恒功率输出。生产运行时，往往因为一些原因无法全部过程采用调激磁的方法。当直流电机速度在额定转速以下时，为调压(恒力矩)的调速方法，这时候改变机组速度，不会因为调整卷取机速度而影响电机的驱动力矩。一般卷取机都同时采用调激磁(恒功率)和调压(恒转矩)两种调速方法，分别适应上述两种情况，以充分适应电机容量。1) 电机额定转速与传动比的选择根据国内现状，最高弱磁转速达到或超过2000rmin时，将对齿轮的精度和强度

29、有更高的要求，并会降低轴承工作寿命，增加制造成本。因此，电机的最高转速应控制在18002000rmin的范围内，所以在选择直流电机时应尽可能使额定转速低。卷筒电机的额定转速ner必须与卷取计算转速相适应：式中最大卷取线速度，m/s；（10.5、4.87）最大带卷半径，m。（1.51/2）则其速比i为（当v=10.5m/s,i=2.41; 当v=4.87m/s,i=5.2）求得=320r/min因为卷取带材的厚度范围较大，工艺上又要求多种张力及多种速度制度，卷筒传动选为两个传动比，以满足工艺要求2) 激磁调速范围与最大卷径比根据卷取机的机械特性，为了实现在卷取过程中张力不发生波动，电机的弱磁调速

30、范围应满足下列要求：由于故式中卷筒电机弱磁调速的最高转速；D卷筒直径，m。求得上式代表激磁调速的范围与最大卷径比之间的关系。设计时，电机激磁调速的范围需取大于或等于最大卷径比。故选为1000r/min。4.3 张力辊受力分析根据张力辊在机组中安装位置和作用不同,张力辊可以处于电动机工作状态或发电机工作状态。如图4-3 所示。图4-3( a) 中,带钢入口张力大于出口张力,张力辊处于电动机工作状态;图4-3 ( b) 中,带钢出口张力大于入口张力,张力辊处于发电机工作状态。图4-3 张力辊工作状态如图4-4所示，当张力辊处于电动工作状态时, 设张力辊入口拉力为F1 , 出口拉力为F2，先分析钢带

31、在即将打滑时F1 和F2的关系,在带上取一小段微弧d1，忽略离心力的影响,分析其受力平衡情况,可得法向与切向受力平衡式,即图4-4 张力辊受力分析图式中： 微弧段的正受力 微弧段所对圆心角 微弧段的受力增量 由于很小，因此 略去二阶微量，得：有上式得到对上式从F2到F1积分得到最终得到式中： 摩擦系数 上式即为欧拉方程，挠性体磨擦的基本公式。当张力辊处于发电工作状态时, 设张力辊入口拉力为F1 , 出口拉力为F2，此时可以得到 (4)如图4-5所示，实际计算过程，由于带钢具有一定的刚性，不是完全的弹性柔软体，因此带钢不是很服帖地贴在辊子表面。因此实际包角小于理论包角，假定在AC与BD弧段带钢要

32、产生弹塑性弯曲，并近似认为两者相等。图4-5 张力辊实际受力图根据欧拉方程(4)，可得：带钢在弹塑性弯曲时所引起的张力损失值，其数值可按下列式子计算：带钢的弹塑性力矩有其中：弹塑性分界区带钢厚度，表示为带钢在AC与BD弧段曲率半径，取值如果考虑带钢离心力的作用，按照机械零件皮带传动离心力的计算方法，可求得带钢离心力为式中：带钢运动速度； 带钢每米重量； 重力加速度；最终得到张力辊的驱动力矩为计算离心力时，驱动力矩为4.3.1不带压辊上述公式为张力辊处于电动状态下的相应公式，本次设计张力辊为入口张力辊。入口S辊位于开卷机与平整机之间, 用于扩大开卷张力, 其上辊和下辊分别由直流电动机传动, 处于

33、“发电状态”, 即电动机的传动力矩方向与带材运动方向相反, 由带材张力拖动S 辊转动。此时可得：当S辊正常（稳态）工作时，上下压辊打开，如图4-6 所示，上下两个张力辊同时作用，此时1号辊产生的平衡力矩为2号辊产生的平衡力矩为图4-6 S辊稳态工作时受力图为最终计算电机功率，在计算时参数均取最大值，本次设计张力辊通过带材最大宽度为750mm，最大厚度为1.25mm，最大速度为350m/min，首先计算离心力=0.8*0.75*1.25*350/60=4.4 千克然后计算弹塑性张力损失值=24.1 千克为避免打滑，S辊所需最小实际包角为本次设计开卷张力：302.5KN，入口平整张力: 505KN

34、，取最大值有T1=3000千克，T2=5000千克，由于张力辊材质为钢辊，与带钢之间的摩擦系数取0.13，代入后得到=3.833弧度=220由于近似相等，所以最终得到理论包角220/2/0.8=137由于设计张力辊包角为180，所以完全能够满足不打滑的要求。当入口张力取值3000千克时，出口张力为 =（3000+24.1-4.4）+24.1+4.4=5831千克由于所需实际张力为5000千克，所以能够达到要求。此时，2号辊产生的平衡力矩为=（3000+24.1-4.4）（-1）*610/2=260.6千克.m2号辊产生的平衡力矩为 =（3000+24.1-4.4）（-1）*610/2=334.

35、3千克.m张力辊最大转速为182.7r/min1号辊所需电机功率为=2606N.m*182.7/9550/0.85=58kW2号辊所需电机功率为=3343N.m*182.7/9550/0.85=75kW因此，可以选择两台电机功率均为75kW，即可满足所需平衡力矩要求。4.3.2带压辊如图4-6所示。入口端压辊的压紧力为P1，出口端压辊的压紧力为P2，由于入口端和出口端都加了压辊，整个S 辊没有弹塑性弯曲导致的张力损失，所以1# 张力辊和2# 张力辊的理论包角与实际包角相同。此时可得：1号辊产生的平衡力矩为2号辊产生的平衡力矩为图4-7S辊施加压辊力时受力图如果入口端与出口端压辊压紧力相等，两张

36、力辊不打滑条件为代入数值后得到4kN压辊在施加压力后会产生一定的挠度，如图4-9所示，压辊在中点处挠度最大，采用叠加法求解压辊的变形较为方便。由材料力学变形公式表可查得，跨度中点处由微分载荷引起的挠度为图4-8 压辊受力分析整个均布载荷使跨度中点处产生的挠度应为dc 的积分，即：将代入，得到=200mm式中：许用挠度，取值0.2mm 单位宽度压力，取值实际可稍微取大些，最终取值=127.5mm增加压辊后，会降低平衡电机的功率，因此不再进行功率计算第5章 张力辊轴的校核计算 第5章张力辊轴的校核计算出口侧张力辊受力较大，因此校核出辊张力辊轴的强度。如上图所示，在张力的作用下，根据前面计算包角大概

37、为180，因此张力辊所受总力为2T2=2*5000kg=10000kg。辊子所承受最大扭矩为3343N.m，与电动机减速机相连的轴端直径为，初略计算其受力强度为=11Mpa该轴材质为45钢，许用应力为，所以轴的强度可以满足要求。参考文献 结论本论文根据力学和数学知识，结合现代的工程设计思想和设计方法，全面详实地分析了卷取机力能参数和结构参数的特点，对于冷轧带钢张力辊有了较系统全面的认识。综合各章，得出以下总结：1. 了解张力辊所经历的改进历程，以及张力辊的发展趋势。2. 由于张力辊的大小和控制关系到能否得到高质量的成品带卷，引用了张力辊的工艺控制原理和计算方法。3. 为了合理选取张力辊电动机，

38、在张力辊的传动设计部分，详细地介绍了分析了张力辊的张力和临界转速。由于本人的理论知识有限，实践经验不足，文中多为引用别人的观点和理论，在设计中必然存在不少错误，希望各位老师批评指正，使得本次的设计工作更加完善。本次设计工作让我接触到了不少书籍、杂志以及网站，使我对设计工作有了一定的认识。通过这块铺路石，使我在以后的工作和生活中少走一些弯路。参考文献 参考文献1 徐匡迪, 蒋国昌. 中国钢铁工业的现状和发展. 中国工程学,2000,2(7):1-92 董志红, 李立复. 板带生产工艺现状及发展趋势. 钢铁,1999,34(11):68-713 胡国栋. 板带材生产工艺及设备. 北京：冶金工业出版

39、社, 2008:2202314 周国盈，带钢精整设备，机械工业出版社，1979：15 孙建华，浅谈平整机组对冷轧板带质量的影响，20066 张小伟. 冷轧带钢的平整轧制. 一重技术, 2005, (5): 1-67 G. Finstermann, G. Nopp, N.Eisenk ck. 奥钢联在平整技术领域的新进展. 钢铁, 2004, 39(7):47-50 8 丁鸿武. 河南. 彩涂机组张力辊装置的设计与计算,2001:129 宋晓东.平整机中S辊的设计, 一重技术，2007：310 宋建芝.带钢机组张力辊计算和设计研究，冶金设备，2009 (173):434411 符可惠.拉弯矫直机

40、组张力辊的设计和计算J.有色金属加工，2007，4（36）：495012 谭刚，陈兵.冷轧后处理机组张力辊设计计算，四川冶金2010（2）：30 13 傅作宝. 冷轧薄钢板生产. 第2 版. 北京: 冶金工业出版社,2005:282-29014 张吉恒,崔学平.冷连轧机组张力辊联轴节故障分析与改进. 冶金设备, 2005(153):6215 Ken-ichiro Mori, Naohiro Oketani. Prediction of coiling conditions of plate in coilbox by controlled FEM simulation, 2005: 40341

41、316 W.M. Quach, J.G. Teng, K.F. Chung. Residual stresses in steel sheets due to coiling and uncoiling: a closed-form analytical solution. Engineering Structures, 2004: 1249125917 Feldmann,H.,et al,U.S.Patent No.4,440,012,April 3,198418 V. B. Ginzburg. High-Quality Steel Rolling Theory and Practice.

42、New York, USA: Marcel Dekker, Inc., 1993: 1-1619 Dipl-Ing. Stefan Fuchshumer.Algebraic Linear Identification, Modelling,and Applications of Flatness-based Control.JOHANNE SKEPLER UNIVERSIT AT LINZ,2005:82-89附录 1 致谢非常感谢王东城老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到图纸的绘制、修改，到说明书、外文翻译的定稿，王老师给了我耐心的指导和无私的帮助

43、。为了指导我的毕业论文，王老师有时候周末都得在办公室，辅导我们，放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！通过这一阶段的努力，我的毕业设计850mm平整机组右张力辊结构设计终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓

44、励是分不开的。在本次毕业设计中的写作过程中，我的导师王东城老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名里仁学院学子，在今后的工作中把里仁学院的优良传统发扬光大。感谢各位老师的批评指导。附录1 附录1燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：850mm平整机右张力辊结构设计学院（系）：里仁学院机械工程系 年级专业： 08 轧

45、钢 学生姓名： 白 晓 蒙 指导教师： 王 东 城 完成日期：2012年3月23日 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义钢铁工业属于原材料工业，是国民经济的基础工业。轧钢生产是钢铁生产的后部工序，轧制成材的钢铁产品既要满足产量的需求，还要满足品种规格和质量的需求。纵观我国板带生产历史和现状，高档次冷轧板生产是一个重要发展方向1-3。 近十几年来，冷轧薄板（包括镀锌板、镀锡板、硅钢板、汽车板等）的产量得到迅速的增长。目前世界各国多广泛采用连续式冷轧机组生产薄板。对于硅钢板，大部分则采用20辊轧机。此外，目前还采用一些单机座四辊可逆式冷轧机。经冷轧机组轧制后的薄板，必须经过处理加工，

46、才能获得镀锌板、镀锡板、硅钢板以及汽车板等。为了适应冷轧连续化成卷生产的要求，国内外相继出现各种类型处理加工成卷带钢的连续精整机组。由于连续精整机组生产效率高、劳动条件好，便于实现机械化和自动化，所以，国内外都十分重视连续精整机组的理论研究、设计计算、制造及生产等4。平整机组是冷轧产品的最终工序，因此，前几道工序产生的缺陷会在该工序集中显现出来，如板形、粘结等。另外，如果对平整机组控制不好，不仅会扩大前道工序带来的缺陷，而且会产生新的缺陷，如振动纹、平整斑等。因此平整机组是冷轧带钢生产的关键机组，如何通过平整机组改善冷轧带钢的质量是一个重要的课题5。 在带材精整机组中，各段带材常常要先取不同的

47、张力，以适应工艺要求，张力辊装置就是用于在连续带材生产线上实现张力调节的一种设备。采用张力辊装置是一项新技术，其原理为：带钢包绕在张力辊上，在包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律产生变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制6。工业生产中对成品钢卷的要求越来越高，酸洗、退火、平整、拉矫、重卷等精整线已逐渐成为钢厂的必备生产线，张力辊作为这些精整线中的重要设备，也在不断发展创新。如果没有张力辊的存在，会造成无法实现带钢张力的分段控制，较大的开卷张力会使钢卷层间滑动而划伤表面，同时较大的卷取张力又会使带钢塌卷。有了张力辊使带钢成S形走向，从而实现了分段张力控制，很好的解决

48、了上诉矛盾。近几年，尽管国内钢铁得到了迅猛的发展，国内高速的、运行平稳的机组绝大部分是引进的，而完全国产的这类机组的速度较低，生产带钢品质也低，有些机组无法稳定运行、甚至影响带钢的板形等等，这种状态的形成与国内目前缺少对张力辊等这类设备的理论和实践研究不无关系。因此，针对张力辊的研究尤为必要。本溪钢铁公司冷轧薄板厂自1994年6月正式投产以来，随着年产量的逐年攀升，一些设备存在的功能缺陷越来越明显地显露出来。这些设备缺陷的存在，不仅降低了设备的有效作业率，严重制约了产品产量的进一步提高。而且也严重影响着产品的质量14。因此，及时有效地对设备进行改进，完善设备功能显得尤为重要。CDCM线，即酸洗

49、一冷连轧联合机组，是冷轧厂主要生产线，该生产线上的每一个设备单元对产品的质量和产量都至关重要。其中的6#张力辊组尤为突出。冷连轧采用的是常温轧制，在连续轧制过程中需要较大的轧制力和较大的可调控带钢张力，这种张力的建立主要是防止带钢跑偏15。6#张力辊组的作用就是保持轧制过程中联结活套出口的张力及轧机入口的带钢张力，以此来保证带钢在机架中顺利通过并对带钢的板形和厚度进行控制。6#张力辊齿轮联轴节位于电机和减速机之间，用来把电机输出的转矩传递到减速机直至张力辊。通过张力辊组各电机设定的速度差来建立张力。在正常生产轧制过程中16。带钢需要的最大张力达250kN。这对齿轮联轴节的强度和耐磨性提出了很高

50、的要求，自酸洗一冷连轧联合机组投产以来，该齿轮联轴节已经发生多次滚齿、断齿故障，或因轮齿变形、磨损严重而被迫停机换件，新件上机使用周期不足半年4。随着国家产业政策的逐步调整，冷轧薄板的生产得到飞快的发展。国内外大多数钢铁企业的生产线正在向着高速度、大张力自动化程度高的方向发展。当前我国对带钢产品的精度和质量的要求越来越高，要想获得板形好的高质量带卷，张力辊在冷轧钢带机组中发挥着重要的作用。由此可见，学习设计850mm平整机张力辊对于初学者有一定的指导意义，为未来轧钢设备制造企业自主设计制造、技术集成的高品质张力辊提供一定的技术、工艺借鉴和帮助，为推进引进、消化、吸收、移植实施创新型的发展策略做

51、出有益的贡献。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 1. 张力辊主要技术参数的选择与确定1) 材料：Q195、Q215、08Al、20、16Mn、SPCC、SPCD、SPCE；2) 成品规格：厚度0.21.25mm，宽度450750mm，带卷内径510mm，带卷外径9001500mm，最大卷重8t。3) 出入口平整张力:入口，550KN；出口，660KN4) 张力辊规格： 610850mm；5) 机械性能： s450N/mm2，b600N/mm2；6) 选取的电机:直流电机Z4-225-31。2. 张力辊主要结构及特点此850mm平整机张力辊主要结构有：左、右两片机架，上、下横梁，上、下张力辊

52、，上、下压辊，上、下弧形导板等部分组成。其主要特点是机前张力辊能增大平整机入口处张力，可以相应减小开卷张力使开卷机的设计轻量化，减轻或避免带材擦伤；机后S辊能增大平整机出口处张力， 可以相应减小卷取张力，使卷取机的设计轻量化；3. 设计850mm平整机张力辊总图；架体总图；架体配图；上辊配图；下辊装配图三、研究步骤、方法及措施 1. 毕业调研，查阅参考文献，选择和确定方案；译英语论文。2. 完成张力辊相关力能参数计算和技术设计。3. 完成总图，架体等图纸设计。4. 完成零件图等，总体把握设计图纸的质量，并认真撰写设置说明书。5. 完善全部图纸和说明书，答辩准备。四、研究工作进度 第一阶段（14

53、周）：第1周，毕业调研、收集查阅资料、选择和确定方案；第2周，消化图纸，撰写开题报告初稿；第3周，计算力能参数，完善开题报告，撰写文献综述；第4周，准备开题考核。第二阶段（58周）：第5周，确定张力辊的结构参数和力能参数；第6周，完成主要部件设计，并对零件强度进行校核；第7周，计算并选取合适的电机；第8周，CAD录入图纸。第三阶段（912周）：第9周，完成主要零部件图纸，如上辊和下辊；第10周，准备中期考核；第11周，完成张力辊总体设计图纸；第12周，CAD录入图纸。第四阶段（1316周）：第13周，初步整理至少60页的说明书，约两万字；第14周，翻译英文资料；第15、16周，审核图纸、改图；

54、第五阶段（17周）：完善全部图纸、装订整理说明书，完成全部设计内容，制作幻灯片，做好答辩的准备工作。五、主要参考文献 1 徐匡迪, 蒋国昌. 中国钢铁工业的现状和发展. 中国工程学,2000,2(7):1-92 董志红, 李立复. 板带生产工艺现状及发展趋势. 钢铁,1999,34(11):68-713 胡国栋. 板带材生产工艺及设备. 北京：冶金工业出版社, 2008:2202314 周国盈，带钢精整设备，机械工业出版社，1979：15 孙建华，浅谈平整机组对冷轧板带质量的影响，20066 张小伟. 冷轧带钢的平整轧制. 一重技术, 2005, (5): 1-67 G. Finsterman

55、n, G. Nopp, N.Eisenk ck. 奥钢联在平整技术领域的新进展. 钢铁, 2004, 39(7):47-50 8 丁鸿武. 河南. 彩涂机组张力辊装置的设计与计算,2001:129 宋晓东.平整机中S辊的设计, 一重技术，2007：310 宋建芝.带钢机组张力辊计算和设计研究，冶金设备，2009 (173):434411 符可惠.拉弯矫直机组张力辊的设计和计算J.有色金属加工，2007，4（36）：495012 谭刚，陈兵.冷轧后处理机组张力辊设计计算，四川冶金2010（2）：30 13 傅作宝. 冷轧薄钢板生产. 第2 版. 北京: 冶金工业出版社,2005:282-2901

56、4 张吉恒,崔学平.冷连轧机组张力辊联轴节故障分析与改进. 冶金设备, 2005(153):6215 Ken-ichiro Mori, Naohiro Oketani. Prediction of coiling conditions of plate in coilbox by controlled FEM simulation, 2005: 40341316 W.M. Quach, J.G. Teng, K.F. Chung. Residual stresses in steel sheets due to coiling and uncoiling: a closed-form anal

57、ytical solution. Engineering Structures, 2004: 1249125917 Feldmann,H.,et al,U.S.Patent No.4,440,012,April 3,198418 V. B. Ginzburg. High-Quality Steel Rolling Theory and Practice. New York, USA: Marcel Dekker, Inc., 1993: 1-1619 Dipl-Ing. Stefan Fuchshumer.Algebraic Linear Identification, Modelling,and Applications of Flatness-based Control.JOHANNE SKEPLER UNIVERSIT AT LINZ,2005: