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1、机械工程学院课 程 设 计 任 务 书专业班级： 设计人 同组人： 设计题目： 万能轧机机架设计 设计参数： Q235 DW=500mm Db=850mm 最大轧制力 设计要求： 通过本课程设计使学生了解轧钢机机架的结构及类型；熟悉轧钢机机架的主要结构参数；掌握轧钢机机架的强度校核方法及变形计算方法，为毕业设计及今后从事相关的专业打下必要的基础。设计内容包括：1）主要结构参数的确定；2）机架强度校核；3）机架变形计算； 4）计算机绘制相关图纸；5）撰写说明书。 设计时间： 2014 年 12 月 15 日 至 2015 年 01 月 02 日 设计人(签字) 指导教师(签字) 教研室主任（签字
2、） 附注：本课程设计任务书由学生附入设计说明书内。摘要机架是轧机的主要承载部件之一，其力学性能直接影响产品的质量、轧制控制系统的精度和轧机的使用寿命。本课程主要研究初轧机机架，首先介绍机架的类型、主要结构参数和结构特点，然后通过计算机架的强度、刚度和变形来对机架进行校核，并对机架的受力做了分析使其满足使用要求。关键词：初轧机机架 强度 刚度 变形目录摘要1目录2第一章绪论31.1万能轧机的介绍31.2机架的主要结构参数41.3机架的结构特点6第二章轧机机架强度和刚度计算82.1轧钢机机架的强度和变形的计算步骤82.2机架的设计计算8结论18参考文献19致谢20第一章绪论1.1万能轧机的介绍1.
3、1.1万能轧机万能轧机是由一对水平辊和一对立辊组成主机架，其四个辊的轴线在一个平面内，水平辊为主动辊，立辊为从动辊（有的轧机立辊也可驱动），可对轧件进行四面加工，并由二辊水平轧机做辅助机架（轧边机）。11.1.2万能轧机的用途万能轧机主要用来轧制各类型钢，例如：H型钢、钢轨、工字钢、槽钢、钢板桩、U型钢、L型钢、不等边角钢等各种类型的型钢，因其适用于多品种钢材轧制，故而得名“万能轧机”。 31.1.3万能轧机的优点与常规轧制法相比，万能轧机轧制钢轨具有如下优点：由于可对钢轨头部和底部进行直接压下，对钢轨性能非常重要的头部与底部的加工硬化效果增大，可以得到良好的材料质量；通过轧制工序的各个部分，
4、可以施加比较均匀的压下力而得到均匀的变形，从而得到高质量的钢轨；钢轨的轨底背部不发生缺陷，可获得平坦度及垂直度良好的钢轨；由于能够减轻轧辊局部的摩擦，可以保证产品良好的表面性能；轧辊的孔型设计方法得到简化，新精轧管产品开发周期得以缩短。1.1.4机架的种类 图310 闭式机架结构及简图开式机架开式机架由机架本体和上盖两部分组成，如图3-11，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难得。采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。影响开式
5、机架刚度和换辊速度的主要关键是上盖与U型架体的连接方式。常见的上盖连接方式有四种。2 （a）螺栓连接 (b)套环连接 (c)销轴连接 (d)斜楔连接图3-11 机架上盖连接方式因机架重量大、制造复杂，一般给予很大的安全系数，并作为永久使用的不更换零件来设计。本次设计中选用闭式机架。1.1.5万能轧机的发展方向目前的万能轧机向着一机多用的方向发展，即轧机既可生产 型钢，又可以生产轨梁及异型断面钢材。下面就几种典型的万能轧机做一些介绍。该万能轧机的水平辊多采用四辊轧机。其工作机座包括： 压下装置、 平衡装置、 轧辊轴承及轴承座、 轧辊、 机架和主传动装置。水平轧辊的装置与一般的二辊式、 四辊式轧机
6、基本相同。立辊是用来挤压钢坯表面氧化铁皮， 控制板坯宽度， 以保证轧件宽度准确， 轧制齐边钢板。同时减少了轧件翻钢次数， 节省轧制时间。立辊特点： 轧辊的辊身较短， 当轧件厚度小于1500mm 时， 轧辊通常做成悬臂式， 但当坯料厚度较大， 或采用钢锭作为原料时， 考虑到轧制力很大的情况下才做成非悬臂式。在热带钢连轧车间内， 立辊机座是用来从侧面压缩板坯， 保证带钢侧边质量和调节带钢宽度规格， 在初始道次， 还起破鳞作用。根据不同的使用要求， 立辊可安设在独立的工作机架上， 也可以和水平辊合拼在一个机座上。把立辊和水平辊机座合拼为一个机座称为万能机座。该万能机座的立辊，洗矿机一般都安设在水平辊
7、的前面。按立辊的传动型式， 可分为下传动的立辊和上传动的立辊。按结构可分悬臂式和框架式立辊。1.2机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱截面尺寸。在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承座的宽度。四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.131.30倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽510mm，亦可表示为式中 机架窗口宽度； 支撑轴（轧辊）轴承座宽度，mm； S窗口滑板厚度，mm，一般取s=2040mm。机架窗口高度H主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端（至少有23扣螺纹长度），以及换辊等要求确定。
8、H=H1+H2+H3+S1+S2式中 H1 两个（或四个）轧辊接触时，上、下轴承座间的最大距离，mm； H2 安全臼或测压元件以及均压块的高度，mm； H3 下轴承座底垫板厚度，mm； S1 轧机换辊时最大开口度，mm； S2 机架窗口高度尺寸裕量，通常S2 =150250mm。对于四辊轧机，可取H=（2.63.5）（+Db）式中 、Db工作辊、支承辊直径，mm。机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而轧颈强度近似地与其直径平方（d2）成正比，故机架立柱的断面积（F）与轧辊辊颈的直径平方（d2）有关。在设计时，可根据比值（F/d2）的经验数据确定机架立
9、柱断面积，再进行机架强度验算。根据轧辊材料和轧钢机类型，比值（F/d2）可按表1选取。表1 机架立柱断面积与轧辊辊直径平方的比值机架立柱断面尺寸对机架刚度影响较大。在现代板带轧机上，为了提高轧件的轧制精度，有逐渐加大立柱断面的趋势。厚板轧机机架立柱断面积已增至10000cm2；热轧带钢轧机的机架立柱断面积达7000cm2。1.3机架的结构特点1.3.1闭式机架结构：图3为1700热连轧机四辊万能机的水平轧辊机架。它是由两片闭式机架1组成的，机架上面是通过铸钢横梁来连接。由于机座采用五缸式平衡装置，因此，上横梁2的中部留的安装平衡缸的空腔。两机架的压下螺丝中心距为2800mm。在窗口内侧镶有耐磨
10、滑板3。机架下部也是由铸造横梁4用螺钉连接在一起的。整个机架是通过热装地脚螺钉牢固地与轨座5连接在一起的，轨座5与机架地脚的配合面为直角，以便加工、安装和校正，轨座5放在地基之上，并通过地脚螺钉固定。轴向压板6用以防止轧辊轴向串动。为了使机座起吊方便，在机架上铸有四个耳环。机架用ZG35II整体铸造，其机械性能：500MPa；280MPa；15；350MPa。 图3 1700热连轧机万能机座水平轧辊机架1机架 2上铸造横梁 3耐磨滑板 4下铸造横梁 5轨座 6周向压板第二章轧机机架强度和刚度计算2.1轧钢机机架的强度和变形的计算步骤（1） 以机架各断面的中性轴的连线组成框架，近似地处理成直线或
11、规整的圆弧线段，将机架结构图简化成为刚架；（2） 对轧机机架上所受的各种外力进行计算，确定所加外力的大小及外力在机架上的作用位置；（3） 确定静不定阶数，如一般式机架是三次静不定问题，需作一系列假设来简化模型，降低静不定阶数；（4） 根据变形协调条件，用材料力学中的图乘法、莫尔积分法、卡氏定理法、柔性转角计算法等求出轧机机架的静不定力和力矩；（5） 根据机架主要尺寸截面的面积、惯性矩、主要位置的承载情况和各种力的作用位置，求出机架各个部分的应力和变形。42.2机架的设计计算2.2.1机架的类型轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受全部轧制力，必须有
12、足够的强度和刚度。根据轧钢机架结构不同，轧钢机机架分为闭式和开式两种。闭式机架如图3-10所示，闭式机架是一个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式整体框架，具较强的强度和刚度，但换辊不便。它常用在受力大或要求轧件精度高而不经常换辊的轧钢，如轧制力较大的轧机、板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度。采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。 图310 闭式机架结构及简图2.2.2机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、窗口高度和立柱端面尺寸。（1）机架窗口高度H机架窗口高度H与轧辊数目、
13、辊身直径、辊颈直径，轴承、轴承座径向厚度，以及上辊的调整距离等因素有关。主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端，以及换辊等要求确定。对于四辊轧机可取式中：、工作辊、支承辊直径；Dw=500mm Db=850mm取H=4300mm。（2）机架窗口宽度B在闭式机架中，机架窗口应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊。四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.151.30倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比传动侧窗口宽510mm，亦可表示为式中：B机架窗口宽度；支承辊直径，mm；支承辊轴承座宽度，mm，取=950mm；S窗口滑板厚度，mm，一般s=2040mm，取s=25；（3）机架端面尺寸机架立柱的端
14、面尺寸是根据轧钢机类型、强度条件、机架受力特点等确定的。查轧钢机械第三版表5-1得：四辊轧机机架立柱断面积与轧辊颈平方的比值：。则四辊轧机机架端面面积对于四辊轧机，可选惯性矩较小的近似正方形断面。实际上，一般都是选择断面尺寸小的矩形断面，这对于减轻机架的重量是有利的。所以根据经验值取端面尺寸为mm。机架结构简图如图312： 图3-12 机架结构简图2.2.3机架的材料和许用应力轧钢机机架一般采用含碳量为0.25%0.35%的ZG270500，其强度极限 b=500600Mpa，延伸率s=12%16%。ZG270500是大型铸钢件生产中最常用的碳素铸钢，具有较好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂，广泛应用于轧钢、锻压、矿山等设备，如轧钢机机架、辊道架、连轧机轨座、坯扎机立辊机架等。由于机架是轧机中最贵重和最重要的零件，
