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1、 112050 四棍轧机（四棍轧机（F5）设计）设计摘要摘要目前，随着国民经济高速的发展，钢铁企业也迅猛发展。带钢的应用变得更加广泛，例如：厂房设备、机械设备、桥梁、高速公路等。为了适应新形式的发展需要，我国自行设计制造了 2050 热带钢连轧机，产品质量达到国际先进水平。它是 2050 四棍热连轧机的第五架轧机，本文通过对 F5 精轧机的设计计算，了解了机械设计的一般设计方法，通过对局部结构进行改造，使结构更合理。本设计的设计内容是根据轧件要求，确定轧制力，轧制力矩，并对电机、主传动装置等进行了合理的选择和校核。选取主要部件如轧辊，机架，齿轮座等结构尺寸并校核，另外还对轧机系统的环保和经济技
2、术进行了合理的分析。关键词：关键词：机架；轧制力；轧辊；环保；校核。22The Design of the 2050 Four Roller Mill (F5)AbstractAt present,along with national economy high speed development, iron and steel enterprise also swift and violent development. The belt-shaped steel becomes more widespread, for example: Workshop equipment ,mechani
3、cal device ,bridge highway and so on . For the new situation development need .quality of the products of the 2050 hot strip tandem mill .Which is designed and manufactured by our own country,The F5 finishing mill is the fifth frame of the four-high hot tandem mill.Here, by designing and calculating
4、 to the F5 finishing mill, I find out the general design procedures of mechanism designs .By improving on the part structure and carrying the optimize design .The contents of my design are to ascertain the rolling force and rolling torque ,And to the electrical machinery ,the main drive and so on ha
5、s carried on the reasonable select and the examination ,The next step is to select the structure dimensions of the critical pieced which contain the mill rolls ,Moreover also has carried on the reasonable analysis to the rolling mill system environmental protection and the economical technology .Key
6、 words: framework ,rolling force ,mill rolls ,environmental protection ,check33目录目录2050 四棍轧机（F5）设计.1Abstract 21 绪论11.1 选题背景.11.2 轧钢生产工艺.21.3 热轧的优点.21.4 热轧的缺点.21.5 传统热轧带钢生产的新技术和新设备.31.6 课题研究方法及内容.32 总体方案设计43 主电机容量的选择53.1 轧制力的计算.53.1.1 基本数据的确定.53.1.2 轧制力计算73.2 轧制力矩的计算83.3 选择主电机103.3.1 电机初选103.3.2 计算机轴
7、上的力矩113.3.3 电机容量校核124 减速机设计134.1 计算各轴的动力参数134.2 齿轮的设计144.3 输出轴的设计计算174.3.1 初步确定轴的最小直径：174.3.2 传动轴受力分析：184.3.3 求支座反力和传动轴应力集中点处得弯矩值：194.3.4 校核轴的强度195 压下装置的选择21446 轧辊的强度计算226.1 工作辊强度计算226.2 支承辊强度计算226.3 轧辊的变形计算257 机架的设计计算267.1 结构尺寸267.2 强度计算277.2.1 惯性矩的计算277.2.2 截面系数的计算277.2.3 强度计算287.3 机架的变形计算298 齿轮座倾
8、翻力矩及轧辊轴承的计算318.1 齿轮座倾翻力矩的计算318.2 轧辊轴承的计算329 轧机润滑方式的选择3410 设备的经济效益和环保分析3510.1 设备投资的经济分析3510.2 设备的环境保护设施35结束语36致谢37参考文献38111 绪论绪论1.1 选题背景选题背景轧钢机也称为轧钢机械，一般把将被加工的材料在旋转的轧辊间受压力产生的塑性变形即轧制加工机器称为轧钢机，这是简单定义。轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。大多数情况下，轧制生产过程要经历几个轧制过程，还要完成一系列的辅助工序，如将原材料由仓库运出加热， ，轧件送往轧辊，轧制、翻转、剪切、打印、轧件收集、卷曲成卷等。
9、随着国民经济的飞速发展，为了满足建筑、造船、汽车、矿山、国防等方面的需求，使得轧钢需求量不断增长，从而促进了热轧带钢机的发展。用轧制方法生产钢材，具有生产效率高、品种多、生产过程连续性强等优点，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛的应用。板带钢材应用范围最广，工业先进国家钢板产量占钢的 50%66%。热轧带钢机具有轧制速度高、产量高、自动化程度高等优点，轧制速度 50 年代为1012m/s，70 年代已经达到 1830m/s。生产规格也由生产厚度为 28mm、宽度小于 2000mm 的成卷带钢，扩大到生产厚度 1.220mm、宽度 2500mm 的带钢。带钢重量的加大和作业率的提高，使现有的带
10、钢热轧机年产量达 350600万吨，最大卷曲也由 15 吨增加到 70 吨。据说在 14 世纪欧洲就有轧机，但记载是在 1480 年意大利人达芬奇设计出轧机草图，1553 年法国人轧制出金和银板材，用以制造钱币，此后在西班牙、比利时等相继出现轧机。19 世纪中叶第一台可逆式轧机在英国投产，并轧制出船用钢板。1848 年英国发明万能轧机，1853 年美国开始使用三辊式型材轧机，1859 年建造了第一台连轧机。现在的带钢连轧机除了采用自动控制外，还实现了电子计算机控制，从而大大提高了自动化水平，改善了产品质量，带钢厚度公差不超过0.5mm，宽度公差不超过 0.51.0mm，并具有良好的板形。221
11、.2 轧钢生产工艺轧钢生产工艺现代化连续式热轧带钢轧机，主要用于轧制厚度为 120mm 的带钢。连轧机使用原料厚度 150350mm 的板坯或连铸坯。在连续式加热炉中，将板坯加热到轧制温度后，先在粗轧机组的立棍除磷机座除板坯表面的氧化铁皮。经粗轧机组各工作机座后，轧制成厚度为 2560mm 的长度坯，经过切头飞剪切去带坯端头，送入具有 67 座四棍式连轧机精轧机组中，扎成成品厚度的刚带。经冷却到 550650后，卷成钢卷，用链式运输机送往热轧卷材仓库存放。冷却C至常温后，由精整工段的横切机组或纵切机组经开卷、矫直、平整及剪切后，切成定尺长度的热轧钢板或窄带钢卷，供应工业生产需要。1.3 热轧的
12、优点热轧的优点（1）热轧能显著降低能耗，降低成本。热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的 能量消耗。（2）热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能。（3）热轧通常采用大铸锭，大压下量轧制，不仅提高了生产效率，而且为提高轧制速度、实现轧制过程的连续化和自动化创造了条件1.4 热轧的缺点热轧的缺点经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱
13、发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多；不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。热轧不能非常精确地33控制产品所需的力学性能，热轧制品的组织和性能不能够均匀。其强度指标低于冷作硬化制品，而高于完全退火制品;塑性指标高于冷作硬化制品，而低于完全退火制品。热轧产品厚度尺寸较难控制，控制精度相对较差;热轧制品的表面较冷轧制品粗糙 Ra 值一般在 0.51
14、.5m。因此，热轧产品一般多作为冷轧加工的坯料。1.5 传统热轧带钢生产的新技术和新设备传统热轧带钢生产的新技术和新设备1.连铸坯热装热送和直接轧制。将连铸机在 600以上的高温直接装炉或C先放入保温装置，待机装入加入炉。直接轧制是把 1050以上的高温连铸坯，C经边部加入后直接轧制。2.无头轧制。将粗轧后的带坯在中间辊道上焊合起来，并连续通过经扎机组，精轧后将带钢切断并卷曲，这样提高成材率和生产率。3.在线调宽及板坯大侧压技术。目前在线调宽有四种形式：独立的挤压机、可逆式大立辊、调宽机架、粗轧机配大型立辊。最大有效测压下来可达300mm。4.板形控制。随着对板带质量要求的提高，近年来发现了数
15、十种不同结构的机型和辊系，还应用了在线磨辊技术。5.宽度自动控制、厚度自动控制和带钢温度控制等技术有了新的发展。1.6 课题研究方法及内容课题研究方法及内容传动采用电机、减速机、齿轮座的典型传动形式。电机输出转动和力矩，通过减速机减速后，由联轴器、齿轮机座等将转动和力矩传递到工作辊。具体方法与内容如下：1.进行资料收集，通过翻阅大量的中文文献，了解我国目前的精轧机的生产和应用情况，为接下来的设计打好基础，提供理论依据。2.进行总体方案设计，根据设计题目的特点，主要对轧机的传动形式、电机选择及减速机进行研究设计。3.对精轧机的主要技术参数进行计算，对轧机的传动装置进行分析计算。4.对精轧机的结构
16、尺寸进行确定，主要是轧辊和机架的设计，轴承的计算。445.在本次设计中，要完成计算机绘图。6.最后整理并检查图纸及说明书，完成毕业论文。2 总体方案设计总体方案设计1.对轧辊的传动，采用电动机为原动力。其优点为：（1）提供的功率范围大，从毫瓦级到万千瓦级；（2）使用和控制非常方便，具有自起动、加速、控制、反转等能力，能满足要求；（3）工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪音比较小。2.因为 F5 机架轧制速度很高，而且精轧机组主电机功率不是很大，所需减速机尺寸不大，成本和维修费用比直接用低速电机成本要低，故采用减速机减速传动。由于轧制速度高，所以减速机传动比无需太高，所以采用圆锥圆柱齿轮减速机。3.齿轮座起分配扭转的作用，由于精轧机轧制压下较小，轧制力和力矩较小，应用齿轮座分配力矩齿轮座的尺寸不太大，制造和维修比较容易，所以成本较双电机要低。4.压下系统分电动压下和液压压下两种，相对于电动压下液压压下具有：快速响应性好，调整精度高，过载保护简单、可靠、传动效率高，便于快速换滚，提高轧制作业率等优点，故采用液压压下装置。5.液压式平衡装置结构
