1第一章：第一章： 概论概论•计划学时：2学时•主要内容：轧钢生产与轧钢机械轧钢机的标称、分类与发展；轧钢辅设备的分类及工作制度 2§1-1 轧钢生产与轧钢机械一、轧钢生产一、轧钢生产1、目的：将钢锭通过轧制的方法变为钢材2、特点：生产率高、品种多、质量高、易于实现机械化，自动化；与其它方法相比应用最为广泛85——90%以上的钢材都通过轧制成材的3、钢材分类： 1）型材 占钢材产量的30——35%、品种最多，主要用于建材 2）板带材 占50——66% 应用最广、产量最高，用于造船、汽车、家电、电工、焊管等 3 按加工方法可分为：热轧板与冷轧板热轧板与冷轧板 按厚度可分为：中厚板（4~60mm）、薄板（0.2~4mm）、箔材（0.2~ 0.001mm） 3）管材 占8~15% 又可分为无缝管与焊管，大多为圆形断面用于水煤气输送、油井管、锅炉、国防军工用无缝管 此外还有少量的斜轧、横轧、楔横轧等特种轧制产品生产机械零件毛坯，齿轮、丝杆、钢球及轴类零件（少切削、无切削零件） 4轧钢生产的产品轧钢生产的产品——型材型材 5钢材的截面形状 6二、轧钢机械（轧钢机械（Rolling Machinery））、二、1、定义定义：轧钢机械由轧制机械主设备主设备（主轧机——使轧件产生塑性变形的设备）与辅助设备辅助设备组成（除主设备及工艺设备以外的一切设备）。
主设备组成主设备组成：轧机系统：主机或主机列（工作机座与主传动、电机组成）它决定了轧钢车间的类型与特征 辅设备组成辅设备组成：完成一切辅助的工序 轧件的运输、搜集、剪切、运输、搜集、剪切、矫正、清理矫正、清理轧钢车间的机械化程度越高则其辅设备重量所占的比例越大如武钢1700热轧机组：主设备重10000t，而其辅设备重量为40000t 72、轧钢机的标称轧钢机的标称 轧机的品种繁多，它的标称与其产品及生产能力直接相关• 初轧机与型钢轧机初轧机与型钢轧机——以（最后一架轧机—即成品架次）轧辊的名义直径名义直径作为轧机的标称• 钢板轧机钢板轧机——以轧辊的辊身长度辊身长度来标称如2050热连轧机组，表示轧机的轧辊辊身长为2050mm• 钢管轧机钢管轧机——以能轧制钢管的最大外径轧制钢管的最大外径来标称如宝钢140无缝钢管轧机，表示其轧制钢管的最大外径为140mm 8§2 轧钢机的分类 习惯上轧钢机的分类可按其用途、轧辊在机座中的布置及轧机的排列方式进行分类一、按轧辊在机座中的布置方式分类一、按轧辊在机座中的布置方式分类 可分为：具有水平轧辊的轧机、立辊轧机、万能轧机（既有水平辊又有立辊的轧机）与斜辊轧机等。
1、水平式轧机水平式轧机：轧辊水平放置的轧机，应用最广，是最普遍的；表1——2 按轧辊的数目及排列方式可分为2辊、4辊、8辊……最多达20辊、行星轧机等以2辊4辊轧机最为常用广泛用于初轧、型钢及板带轧机上 多辊轧机的支承辊其目的是增强工作辊的刚性增强工作辊的刚性，用于薄带轧制 92、立式轧机立式轧机：表1——3 轧辊垂直放置的轧机，用于不希望翻钢的场合（如钢坯连轧H-V布置、带钢粗轧用于轧制板边破鳞等）3、万能轧机万能轧机：具有水平辊及立辊的轧机，表1—3图2、3、4 用于宽带钢、板坯、及宽边钢梁、H型钢等4、斜辊轧机斜辊轧机：轧辊倾斜放置的轧机 用于横向——螺旋轧制主要用于钢管生产、钢管穿孔、延伸、精整、扩型等并可用于轧制钢球 另外还有一些特种用途的轧机用于轧制车轮、轮箍、齿轮等，实现无切屑加工F1——2、1——3） 10二、按轧钢机的布置形式分类二、按轧钢机的布置形式分类 轧机的生产能力除取决于标称外，还决定于布置形式同样是250轧机横列式的与连续式的其生产能力差别极大1、单机座单机座：二辊、三辊、四辊及多辊轧机，应用最广（初轧、板带、钢管等）。
将两个单机座顺序排列便成了双机座 这种布置简单、但孔型少2、横列式横列式：用一台电机带动布成一列的多架工作机座用于型钢、线材轧制 设备简单、投资少；但生产率低大量用于中小企业、乡镇企业 113、连续式连续式： 轧件同时在几个机架中轧制、为避免轧件在机座间形成大的活套及拉钢，必须 保持在各机座秒流量相等（即单位时间流过机座的金属体积相等）： FiVi=const Fi ——第i 机座轧件的截面积 Vi——第i 机座轧件的速度 连续式轧机其工作机座数与轧制所需道次数相等它的特点是：速度高、生产率高、设备紧凑，易于实现机械化自动化广泛用于带钢、线材与钢坯生产 缺点：调整困难、难以生产复杂断面的型钢，一次性投资大 124、半连续式半连续式： 连续式+横列式——用于生产型钢 连续式+顺列式——用于生产带钢5、串列往复式和布棋式串列往复式和布棋式 金属在每个机座中只轧一道，实现跟踪轧制设备布置紧凑，排成几列，轧制时有横移轧制速度随道次而增加，生产率高布棋式则更为紧凑 实际上，轧机的布置形式不是一成不变的，在实际中必须根据实际情况灵活选择。
13§3 轧钢机的发展概况一、初轧机初轧机落千丈 一、初轧机的发展概况1、重型化：一般采用单机座可逆式轧机，其辊径最大达1500mm，最大锭重60吨2、采用万能轧机：即带有立辊，减少翻钢道次以提高生产率3、自动化：从均热炉到精整均采用计算机控制4、提高产品质量：采用火焰清理、控制冷却速度等措施以提高质量 80年代以来，由于连铸技术的发展，初轧已无发展的必要现存的初轧机面临改造、转产及淘汰的前景 14二、板带轧机板带轧机1、热带钢连轧机热带钢连轧机特点： 高速 V~30m/s； 大型——带宽2500mm，最大卷重45t； 计算机控制包括从加热、轧制、冷却及精整的全过程； 高精度——厚度AGC控制系统，同板差达50μ 152、、冷连轧机冷连轧机 特点：高速 ——41.7m/s，已实现全连续轧制； 高精度：厚度AGC控制与板形控制，全液压压下，厚差达5μ。
全部计算机控制； 最小板厚达0.001mm 宝钢2030冷连轧机——最大速度 >30m/s，全连续无头轧制，年产量达200万吨以上图示为全连续轧制设备工艺配置图 16三、线材轧机 线材产量占钢材产量7——8%，其直径一般为5~12.7mm 发展趋势发展趋势：高速、连续、大盘重、高产量、高精度 发展概况发展概况—— 四十年代：采用横列式轧机，人工喂钢；V<10m/s，盘重80~90kg 五十年代：采用半连续式（连续式+横列式） 15m/s，盘重125kg 连续式 V=35m/s，盘重300——350 kg 六十年代：采用Y型轧机，V=60m/s 七十年代以来：摩根45度无扭轧机，轧制速度大于100米/秒，盘重1吨以上其精轧机座各机座互成90度，不用翻钢，采用碳化钨轧辊以及油膜轴承由于其高的产品质量以及生产率，高线轧机成为线材轧制的主流机型 17四、钢管轧机四、钢管轧机 钢管制造方法可分为轧制钢管与焊轧制钢管与焊接钢管接钢管，一般焊接钢管产量都超过无缝管的产量尤其是大直径钢管，用于长距离输送油气。
无缝钢管一般采用热轧（斜轧穿孔）方法生产，其生产工艺与设备都十分复杂总的趋势是连续化，产品的精度与质量不断提高 18§4 轧钢机辅设备的分类及工作制度轧钢机辅设备的分类及工作制度一、辅设备分类 完成轧制过程辅助工序辅助工序的设备叫辅设备，如钢材的运输、运输、切断、矫直、搜集与冷却切断、矫直、搜集与冷却等设备典型用于剪切轧件的设备为剪切机，用于剪切钢坯、钢板与型钢 常见辅设备的分类见表1—5 一般而言，机械化程度越高，则辅设备越多，车间的生产率越高轧钢机械辅设备在轧钢生产中起着十分关键的作用 轧钢机械辅设备的特点是种类繁多，工作条件恶劣，重载，结构复杂 19二、轧钢机械辅设备的工作制度 轧钢机械辅设备的工作制度大多比较复杂，可分为以下四种工作制度：即1、连续工作制；2、短时工作制；3、启动工作制；4、阻塞工作制具体展开见教材有关部份） 现代化轧钢车间十分复杂，往往根据工艺要求由各个工序组成，每个工序称为一个机组，它由许多单体设备组成如冷轧中的连续酸洗机组由开卷、焊机、拉弯矫、酸洗槽、圆盘剪等单体设备组成。
20第二章 轧辊与轧辊轴承计划学时：6学时主要内容：轧辊类型与结构，尺寸参数，轧辊强度及变形计算轧辊轴承分类与结构，承载特点；轧机用多列滚动轴承、油膜轴承特点与结构，动压、静压、静动压轴承的特点与应用 21§1 轧辊一、轧辊的类型与结构一、轧辊的类型与结构 轧辊是轧机的重要部件，轧件在轧辊间产生塑性变形，轧辊承受轧制时产生的轧制力与轧制力矩1、形状形状——一般为圆柱形的：带孔型（型钢轧机）或凸度（板带）2、结构结构——辊身（与轧件接触）、轴颈（传递轧制力）与轴头（传递扭矩） 轴头结构必须与传动机构一致一般有三种：梅花轴头、万向轴头及带键槽或平台的圆柱轴头 22二、轧辊的尺寸参数轧辊的尺寸参数 基本尺寸参数：名义直径D、辊身长L、辊颈直径d、辊径长 l1、轧辊名义直径、轧辊名义直径D与辊身长度与辊身长度L的确定的确定• 初轧机与型钢轧机初轧机与型钢轧机 轧辊直径是轧机能力的主要标志之一，是 轧机的主要参数；当D确定以后，轧辊其它参数也随之确定 名义直径——对型钢轧机：为齿轮座的中心矩 ——对初轧机：为辊环的外径。
一般名义直径名义直径D均大于工作直径D1：1≤D/D1≤1.4 确定原则：咬入条件与强度条件 咬入条件：由咬入角小于摩擦角＝＞D1>=Δh/（1-cosα） 强度条件：计算应力＜许用应力（安全系数 n=5） 23 辊身长度——由工艺条件、孔型配置、轧辊的强度与刚度确定 各类轧机的L/D的比值见表3-2，从1.5~2~3.0不等•板带轧机——辊身长L 与辊身直径D 辊身长应大于所轧钢板的最大宽度bmax： L=bmax +a a由板宽确定 a=100—200—400mm 确定辊身长度以后，再根据咬入条件、强度与刚度条件确定辊身直径D 各种四辊轧机L/D比值、支承辊与工作辊直径之比D2/D1见表3——3 L/D 比值越小，则辊系的刚度越大 24 D2/D1由工艺条件确定，D1还受弹性压扁的影响并受被轧带材最小厚度hmin的限制，一般D1<（1500~2000） hmin•轧辊的重车率轧辊的重车率 轧辊的重车量与名义直径的比值称之为重车率，一般为5~10%，见表3——4，为节省材料，有的四辊轧机的支承辊（国产1700热连轧机）采用镶套结构。
2、辊颈尺寸d与l 的确定——取决于轴承的形式，见表3—5，对滚动轴承由于其体积大，d/D比值偏小3、轧辊传动端的型式与尺寸——型式的选择应与轧机的类型、布置方式及传动方式综合考虑，通常使用的类型是万向轴头，其具体尺寸均已规范化见教材82页 25三、轧辊的材料三、轧辊的材料 在轧制过程中，轧辊承受由轧制力引起的大的弯矩、扭矩及接触压力，工作条件非常恶劣对不同的轧辊选用不同的材料十分重要 对初轧机与型钢轧机，轧辊的强度要求通常是最重要的，它的破坏形式是断辊 对板带轧机，轧辊的刚度以及辊面的硬度要求是最重要的，它直接影响产品的质量，其主要的破坏形式是剥落、磨损 轧辊的质量好坏对提高生产率，提高产品质量的意义是很大的 261、常用轧辊材料常用轧辊材料——合金锻钢（JB/ZQ4289-86） ——合金铸钢 ——铸铁 其中铸铁根据其成份及制造方法不同又可分为半冷硬、冷硬与无限冷硬铸铁一 般采用下注法，在冷型内产生白口冷硬层 272、轧辊材料的选择轧辊材料的选择• 初轧机型钢轧机—受力大、冲击要有大的抗弯扭强度 初轧采用锻钢、高强铸钢。
型钢轧辊：铸钢、冷硬铸铁HS>60 • • 带钢热连轧机带钢热连轧机————轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损 工作辊：粗轧工作辊：粗轧——铸钢，精轧铸钢，精轧——无限冷硬铸铁无限冷硬铸铁HS83HS83 支承辊：含支承辊：含CrCr的合金锻钢的合金锻钢• • 带钢冷连轧机带钢冷连轧机————轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力，高的辊面质轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力，高的辊面质量 工作辊：合金锻钢工作辊：合金锻钢HS90——95HS90——95 支承辊：合金锻钢支承辊：合金锻钢HS50——65HS50——65 各类轧机轧辊材料的选择见各类轧机轧辊材料的选择见P86P86表表3—73—7 铸造轧辊一般采用离心铸造工艺，以改善辊面性能铸造轧辊一般采用离心铸造工艺，以改善辊面性能 28四、轧辊强度校核轧辊强度校核 为保证高的轧制生产率和产品质量，轧辊必须有足够的强度轧辊破坏的原因是多方面的：• 设计强度不够，在额定的负荷下产生断辊。
• 材质及加工不合要求，达不到设计强度• 使用维护不当冷却不足或过热，换辊不及时产生疲劳剥落 对轧辊一般应进行弯曲、扭转强度校核，对四辊轧机还应做接触强度校核 轧辊在轧机中属易损件，它的安全系数是各部件中最低的轧辊在轧机中属易损件，它的安全系数是各部件中最低的（（n=5） 291、有槽轧辊的强度校核、有槽轧辊的强度校核—初轧型钢及线材轧初轧型钢及线材轧机机 将轧制力看作集中力，轧辊在轧制时承受弯矩和扭矩按材料力学方法找出其危险截面计算其相应的安全系数在辊颈处，其受力特征是弯扭合成应按相应的强度理论计算出当量应力，确定其安全系数 302、钢板轧机轧、钢板轧机轧辊的强度校核辊的强度校核——二辊轧机二辊轧机 仍按材力方法，将轧制力当作沿板宽均布力，计算方法与1同 313、四辊轧机、四辊轧机 由于其支承辊直径远大于工作辊直径，故认为：支承辊承受全部弯矩，而工作辊承受全部扭矩• 支承辊弯矩计算：假设工作辊/支承辊之间接触压力均布，q=P/L，在辊身中部： 弯矩： Mw=P(l0/4-L/8) 弯曲应力： σw=Mw/0.2D23≤Rb Rb——许用弯曲应力。
32• 工作辊扭转应力： τ=Mk/Wk Mk——作用在工作辊上的传动力矩 Wk——工作辊传动端的抗扭断面系数• 工作辊/支承辊之间的接触应力 假设接触压力沿轧辊轴向均布，该问题可转化为弹性力学中的平面接触问题当二者材料相同时，由赫兹公式，可以求出其最大接触压力σmax ，在轧辊表面，材料处于三向受压状态，难以破坏，造成剥落的是辊面以下的切应力： 在z=0.78b处： τ45max=0.304σmax 33在z=0.5b处： τzymax=0.256σmax 一般认为，后者是一种交变应力，是轧辊剥落破坏的根源 不同表面硬度的支承辊接触压力的许用值见表3——8 34五、轧辊的变形计算五、轧辊的变形计算 轧辊在轧制力作用下，要产生弯曲变形，为满足板带平直度质量要求，必须对这些变形值加以限制1、简支梁法计算轧辊挠度、简支梁法计算轧辊挠度 用材料力学中的能量法可方便的解决这一问题由于轧辊短而粗，故其剪力对弯曲变形的影响不能忽略剪力对弯曲变形的影响不能忽略，其辊身中点总的挠度应为弯矩、剪力产生的挠度之和，由卡氏定理可分别求出其数值。
详见公式3—22，3—23 35§2. 轧辊轴承一、工作特点一、工作特点1、负荷大——由于尺寸限制，单位压力p是一般轴承的2~4倍，pv值为3~20倍2、工作条件恶劣：水、氧化铁皮等容易进入轴承内、受冲击二、类型与特点二、类型与特点 一般而言、有滚动轴承与滑动轴承两种 滚动轴承滚动轴承一般采用多列（2列、4列）圆柱、圆锥、球面辊子轴承，以提高承载能力这种轴承刚度大，摩擦系数小，但体积大，用于板带、线材、钢坯轧机 36滑动轴承滑动轴承有半干摩擦轴承，如铜瓦、胶木瓦轴承；多用于初轧、型钢轧机，其结构简单，价廉，但磨损大，刚度小而且寿命短由于以上原因，目前这种轴承大多被滚动轴承所替代油膜轴承油膜轴承 又称动压轴承其润滑状态为流体动力润滑，多用于板带轧机的支承辊轴承及高线轧机其刚度大，精度高，承载力大，使用寿命长 37三、非金属衬开式轴承及其应用（夹布胶木轴承）三、非金属衬开式轴承及其应用（夹布胶木轴承）1、非金属衬轴承的特点 这种轴承由于结构简单、承载力大、价廉，用水作润滑剂及散热剂，维修使用方便所以早期大量的用作初轧、型钢轧机的轧辊轴承 但其低的效率、较短的使用寿命以及低的刚度，使其无法适应近年来产品质量的要求。
近年来，新设计的轧机，已不再使用这种轴承2、结构——一般为开式• 形状——半圆柱形，长方形及组合式；以半圆柱形应用最广 38• 参数——长 l (取决于辊颈长），包角α（120—140度），及厚度h（20~40mm）• 端瓦——止推瓦、用于承受轴向力，25——60mm 厚3、非金属衬轴承在轧机上的安装 分承受轧制力的主轴瓦以及辅助轴瓦；对二辊轧机，上辊上轴瓦与下辊下轴瓦是主轴瓦；上辊的下轴瓦虽不承受轧制力，但不轧制时要承受轧辊重量，是辅轴瓦 39四、滚动轴承四、滚动轴承 1、特点：精度高、刚度大，摩擦系数小、寿命长；应用于板带、型钢、钢坯以及初轧等各类轧机为适应轧机负荷大的特点，多采用多列轴承2、型式：一般为四列圆锥辊子、四列圆柱辊子及双列向心球面辊子轴承3、设计安装注意事项：• 轴向固定轴向固定——轴承与轴必须固定，轴向固定指轴承座与机座的固定一般是一端固定，通常是操作端（OS），另一端（驱动端DS）可自由伸缩• 轴承内座圈与辊颈的配合轴承内座圈与辊颈的配合——采用动配合（f8）以利换辊；应适当提高辊颈硬度（HRC37~38）以防止辊颈破坏 40• 必须考虑必须考虑轴承座的自轴承座的自位性位性——由于多列轴承无自位性，必须在轴承座受力支 承处加球面垫，以保持其自位性。
41• 采用四列圆柱滚子轴承必须附加止推轴承采用四列圆柱滚子轴承必须附加止推轴承（负荷按径向力5~10%） 内圈与辊颈固定，换辊时连同内圈一起换，外圈与滚动体可与任一内圈配合，有互换性 教材98-99-100页有不同的轧辊轴承的装配示例，供设计时参考 轴承设计时必须进行必要的寿命计算，计算步骤与机械零件课程所述方法相同对于轴向载荷，应参照公式3-42——3-45计算同时应考虑必要的动负荷 42五、液体摩擦轴承五、液体摩擦轴承 液体摩擦轴承液体摩擦轴承又称油膜轴承在工作过程中，相对运动表面被一层油膜（1~ 100μm）完全隔开，其摩擦力实际上是液体内部由相对运动产生的剪力 按其油膜生成的条件，又可分为动压、静压、静动压、动静压轴承1、动压轴承特点及工作原理• 特点——承载力大、体积小，高效、长寿，适合在高速下工作但结构复杂、成本高• 工作原理——对无限长轴承，其油膜压力可用以下方程（雷诺方程）表示： 43 由方程可以看出，形成动压润滑的条件是：必须存在油楔，轴颈必须有足够的速度U，油液必须有合适的粘度η。
• 动压轴承的止推 （一般安在操作端） 径向动压轴承与前述的四列圆柱辊子轴承一样无轴向止推功能，必须另外安装轴向固定装置一般安装双列向心推力辊子轴承，其内圈与轴颈固定，外圈固定在轴承座上• 动压轴承的结构 一般采用Morgoil轴承， 由锥套、轴瓦、止推轴承以及相应的固定、密封件组成图3—30a是国产1700热连轧机支承辊用的油膜轴承结构图 442 2、静压轴承、静压轴承 由动压轴承形成动压的条件可知，在轴颈速度U=0时，其承载能力为零而在实际轧制过程中，在轧件咬入、穿带时，其轧制速度存在很低的情况；这时，油膜轴承将产生轴颈与轴承直接接触，而无法正常运行 为解决这一问题，发展了静压轴承，这种轴承的承载能力依靠油压系统的高压油产生，而与轴颈转速无关• 特点：刚度大，油膜厚度与辊颈的转速无关，轴承寿命长• 工作原理：由轴承内的静压油腔与润滑系统的节流器共同组成，主油腔与副油腔的压力差与外载平衡各油腔的油压通过节流器控制，如节流器参数选择合理，其轴承刚度可以达到无穷大 45 轧钢机静压油膜轴承上常用的节流器有：毛细管节流器、小孔节流器、薄膜式节流器以及滑阀式的节流器。
静压轴承最早由法国人Gizard于1851年发明应用在火车轮轴上，直到本世纪50年代才在天文望远镜、机床主轴、导轨、体育看台及雷达天线上广为使用使用在轧机上是1962年开始的 静压轴承的最大缺点在于过高的供油压力（达100MPa），系统复杂 463 3、静动压轴承与动静压轴承、静动压轴承与动静压轴承 静动压轴承结合以上两种轴承的优点，即在低速时采用静压，高速时采用动压油路根据轧机的转速情况自动切换；两个系统是分开的，动压：1~3bar，静压：700~1400bar 为保证动压特性，油腔不能过大，这就造成静动压系统小油腔、高油压的结构 如武钢1700冷连轧静动压轴承其静压油腔尺寸为200×76mm 节流阀采用毛细管式或薄膜式 47 宝钢2030冷轧机组支承辊轴承采用动静压轴承，即同时采用动压与静压静压系统的节流阀采用薄膜式这样，减少了油路切换造成的油膜波动，提高了轧制时的轴承刚度与产品精度 静压系统最大的缺点是：供油系统复杂、成本高、系统可靠性差、噪声大 武钢1700冷连轧支承辊轴承静动压系统供油系统图见教材图3——33。
它的静动压系统是分开的，分别由低压泵与高压泵供油 48六、轧辊轴承的油雾润滑及油气润滑装置六、轧辊轴承的油雾润滑及油气润滑装置1、油雾润滑(Mist lubrication)装置 将压缩空气通入油雾发生器，使润滑油雾化为粒度细小的干燥油雾并通过管路通往磨擦部件进行润滑 其结构组成见教材p108，油雾润滑装置国内已有专业厂生产；设计者主要进行选型设计即可对于采用其它润滑方式效果不好的，采用这种润滑装置可取得较好的润滑效果2、油气润滑(Air_oil lubrication)装置 该装置由供油部分，供气部分及油气混合部分组成供油部分主要部件为油箱、油泵及给油器供气部分供给干燥的压力为3-4个压力的压缩空气油气混合装置将油气混合并雾化成油滴，由油气分配阀分配给每个润滑点 49 油气润滑特别适用于重负荷的轧机滚动轴承如四辊轧机的工作辊轴承在润滑的同时具有冷却效果，延长轴承的使用寿命同时这种润滑方式的耗油量少，仅为耗脂量的1/10——1/20由于油滴较大，不会对环境造成污染，其环保效果较好 50第三章：轧辊调整机构与上辊平衡装置主要内容： 压下装置的作用与分类：手动压下、电动压下及结构设计；力分析与电机选择。
液压压下特点与应用上辊平衡装置的作用与分类，结构特点；平衡力的确定计划学时：6学时 51§3-1轧辊调整装置的类型轧辊调整装置的类型一、轧辊调整装置一、轧辊调整装置 1、作用：、作用：• 调辊缝、轧出所要求的断面尺寸，尤其是初轧、钢坯、型钢轧机等• 调整轧制线的高度使其与辊道的高度一致；在连轧机上保持各架轧制线一致• 对型钢轧机轴向调整轧辊以对准孔型• 对板带轧机，轴向移动以调整辊型进行板形控制（CVC、HC等轧机） 522、类型：、类型：• 按调整对象分：上辊、下辊、中辊调整装置；立辊调整装置等• 按调整时驱动方式分：手动、电动、液压压下装置• 按调整速度分：快速压下（空载时压下、又称不带钢压下）、慢速压下（轧制时压下，又称带钢压下）——各类轧机的压下速度见表4——1；通过本课程的学习，要求了解各种压下类型的特点、选型与结构，应用范围 53二、轧辊手动调整装置二、轧辊手动调整装置 对于型钢、轨梁轧机，在轧制品种确定以后，轧辊不须经常调整，一般采用手动压下装置手动压下装置一般采用斜楔、丝杆（直接用手动或通过齿轮减速以后板动）；也可用偏心套，如高线轧机。
例：650型钢轧机的轧辊调整装置 上辊调整(压下)——通过圆柱齿轮减速转动压下螺丝 下辊调整(压上)——同上 中辊调整——采用H架用斜楔调整中辊上瓦；下瓦固定在机架内侧的凸起上（俗称牛腿），其垂直位置可由垫片调整 54 对于下辊调整装置也有用丝杆移动斜楔以达到调整目的丝杆可用液压马达直接驱动以加快其调整过程也可用垫片调整 55上辊手动(调整)压下装置 56轧辊辊缝的对称调整装置 这种轧辊调整装置指保持轧制线高度不变的条件下, 上下工作辊的中心线同时接近或分开这种调整装置主要用于小型轧机如高速线材的预精轧; 实现这种功能的机构很多，如教材117页F4-6即为用于高线预精轧的蜗杆—偏心轮辊缝调整机构 57§3—2 电动压下装置电动压下装置 电动压下装置是最常用的上辊调整(压下)装置，它的结构与轧辊的移动距离、压下速度和工作频率有关一般按压下速度分为两类：即用于可逆式热轧机快速压下装置与用于板带精轧机的慢速压下装置 对于压下螺丝必须具有良好的自锁性能，同时其调整要求能既能同时调又能分开调一、快速压下装置一、快速压下装置1、工艺特点：• 大行程、高速同时压下次数频繁。
压下速度>1mm/s，最大达200mm/s以上 58• 不带钢压下——即压下时不轧钢，调整时轧辊及压下装置不承受轧制力 对设备要求：1）反应快，惯性小2）效率高3）必须考虑处理阻塞与坐钢阻塞与坐钢事故 其典型设备是（初轧）板坯（粗）轧机2、结构特点： 一般为电机——减速机——压下螺丝结构为了减少GD2，一般使用两台电机；可以是卧式电机或立式电机 59• 采用卧式电机采用卧式电机 电机与压下螺丝成交叉布置，这样必须加蜗杆减速机；采用这种装置的速比较大，适用于压下速度较慢的（20——40mm/s）的四辊可逆式粗轧机 例：国产1700热连轧四辊可逆式粗轧机压下装置通过卧式电机（150/300 kw, 480/960rpm)——圆柱齿轮副 速比 i=1——蜗杆（速比 i=12.75）——压下螺丝（四线蜗杆）；其压下速度为9.6—19.2mm/s 两套装置中间装有电磁离合器，以实现联动与单动 60•生产中遇到的事故与处理 又如教材示例武钢1700R2压下机构，其特色是其联动装置是一个差动机构 对于快速压下装置设计时不考虑带钢压下，并且压下速度大，行程大；这样实际生产中易产生误操作——卡钢、坐辊、超限提升等事故，这时产生压下螺丝的堵塞事故。
——压下螺丝的堵塞事故机理分析： 在压下操作时：M阻=M电+J|dω/dt| (4-1) 61 当发生阻塞时， M阻与M电都达到最大值，将上式移项可以看出： M电max = M阻max -J|dω/dt| 即： M阻max＞ M电max 在这种情况下，电机的最大力矩小于最大堵转力矩，电机无法启动以消除堵塞现象电机在堵塞过程中所做的功变成压下螺丝、机架等部件的变形能，在堵塞以后并没有消失，仍以压力的形式存在，阻塞力矩大于电机的启动力矩，电机无法转动 62处理方法：——用人工，将钢坯割除，或用专用工具（大板手）将其旋松——专门设计压下螺丝的回松机构，其力参数按最大轧制力的1.6~2.0考虑 63——压下螺丝的自动旋松： 主要产生在初轧机上，由此影响辊缝开度并影响轧件的精度，产生轧件的厚薄不均 1）原因：压下螺丝螺距过大，螺蚊升角大于或接近螺纹的自锁角，无自锁性 2）解决方法： ——适当加大压下螺纹直径，tgα=h/πd，减少螺纹升角，增加自锁能力。
但过大的直径引起轧机尺寸过于庞大也应予以考虑 ——增大压下螺纹球面垫直径与开孔直径d4, d3，从而加大摩擦力矩（见教材公式4——4） 此外选用适当的润滑剂，也可解决压下螺丝的旋松问题 64装装配配式式压压下下螺螺丝丝头头部部结结构构图图阻力矩阻力矩M计算公式：计算公式： 65二、板带轧机的电动压下装置二、板带轧机的电动压下装置 板带轧机在轧制过程中要进行辊缝调整，即所谓的带钢压下，由于调整量小所以速度限制在0.02—1.0mm/s范围内，又称慢速压下机构必须指出的是，在板带轧机AGC（Automatic gauge control）系统中，为动态控制其板厚精度，其响应速度极快，如20Hz 1、板带轧机的电动压下装置的特点——• 调整量小：100~200mm，不超过300mm（空行程如换辊时），实际轧制过程中调整量只有10~25mm，最少只有几个微米• 精度高：冷轧5微米，热轧50微米• 带钢压下：压下与轧制同时进行 66• 反应速度快：由于机械压下惯性大，满足不了轧制精度的要求，目前在热轧的成品架次及冷轧的全部架次，已全部由液压压下代替• 两套系统既可单动又可联动，以满足轧辊平行度调整的要求。
672、结构形式： 四辊轧机电动压下一般采用圆柱齿轮—蜗轮蜗杆，或二级蜗杆传动形式，后者速比大还有采用行星齿轮减速的，速比大但结构复杂，制造较困难 各种传动的配置方案见图4——13 示例：国产1700热连轧机组精轧压下结构与传动简图（见教材p125~126) 带钢精轧机系采用带钢压下，由于压下调整时机座中有轧件也就是作用有轧制力，为减小由此产生摩擦力矩，其压下机构一方面采用速比较大的蜗轮蜗杆减速，另一方面在压下螺丝头部采用不同的结构设计，没有采用球面垫而是采用有止推及自位功能的滚动轴承 68轧钢机械第三章 轧辊调整机构与上辊平衡装置第二讲： §3—2 电动压下装置（续）压下螺丝与压下螺母压下螺丝与压下螺母 69三、压下螺丝与压下螺母三、压下螺丝与压下螺母1、压下螺丝 结构结构：压下螺丝分为三部份：头部、尾部与螺纹本体• 头部头部——通过球面垫或止推轴承与轧辊轴承座相接触，承受来自辊颈的轧制力与上辊的过平衡力 压下螺丝头部一般做成凹形，做成球面的目的是使轴承座具有自位能力，并使青铜球面垫处于受力较好的受压状态；初轧机为增加其压下的自锁能力，压下螺丝头部通常做成装配式的以增加摩擦力矩；板带轧机由于带钢压下，为减少摩擦力矩，压下螺丝头部一般用止推的滚动轴承而不用铜垫。
• 螺丝本体螺丝本体——一般使用锯齿形或梯形螺纹，大多是单线的，以增加自锁能力 设计参数：设计参数：螺丝外径d与螺距t注意该参数要标准化！） 70• 尾部尾部——传递电机的驱动力矩，在旋转的同时，带动轴承座上下运动以实现辊缝的调整尾部形状有：方形（快速压下，镶有铜滑板）、花键（用于低速重载带钢压下）及平键（轻载） 71螺丝外径螺丝外径d——由强度条件（抗压强度）确定; 螺纹最小断面直径d1由下式确定：P1——作用在压下螺丝上的轧制力；Rd——材料的许用应力，Rd=σb/n，安全系数n=6 经验公式经验公式：d=(0.55~0.62)dg dg ：轧辊辊颈直径，较小的系数用于铸铁，较大系数为钢轧辊 72• 螺距螺距t : 必须综合考虑压下速度及压下机构的自锁性能设螺丝外径为d：t=(0.12~0.16)d 初轧开坯机t=(0.025~0.05)d 热带轧机t=0.017d 冷轧带钢轧机 压下螺丝的稳定性问题——一般由于其长径比不大，不存在失稳问题 732、压下螺母 压下螺母安装在机架上横梁的镗孔中，一般用青铜、黄铜制成；与机架的配合为H8/h9或H8/f9。
• 结构；分整体式与组合式两种；前者用于中小型轧机，后者节省青铜，用于大轧机 另外还有加冷却水套的、加箍的、加青铜衬及拼合结构 在结构上必须充分考虑压下螺丝的冷却与润滑，以延长其使用寿命• 与机架固定： 首先必须与机架固定，其固定方式一般采用压板压板通过双头螺栓T型螺栓固定在机架上，其目的是防止压下螺母的上下串动与转动 74•尺寸： 螺母的外径D与高度H，可按强度条件确定； 按螺纹的许用挤压应力确定螺母高度H，一般: H=（1.2~2)d，d——螺纹外径 按螺母端面与机架接触部份的许用应力，确定螺母外径D，一般 D=(1.5~1.8)d 教材上有强度计算的公式，供设计时参考 75四、压下螺丝的传动力矩和压下电机功率四、压下螺丝的传动力矩和压下电机功率 转动压下螺丝所需的静力矩Mj包括球面垫（或止推轴承）产生的摩擦阻力矩M1和螺丝副之间的磨擦力矩M21、静力矩Mj的确定： Mj=M1+M2 对不带钢压下(用球面垫)： M1=μ1 P1 d3 / 3 d3——实心轴颈的直径， μ1——摩擦系数0.1——0.2。
76 对带钢压下： M1= μ1 P1 dp / 2 dp——滚动轴承的平均直径， μ1=0.005 而 M2=P1 × d2/2×tg(ρ+α) d2——螺丝中径， ρ——螺丝的摩擦角 ρ =arctg(μ2)=5°40′， μ2=0.1 α——螺丝升角，tg α=t/πd2，t——螺距， α在提升时为负压下时为正 P1——作用在一个压下螺丝上的力 77 P1——作用在一个压下螺丝上的力, 其计算方法如下：• 不带钢压下时：P1=（Q-G)/2=(0.1~0.2)G Q——上辊平衡力=(1.2~1.4)G，G——被平衡部件的重量 在处理卡钢、阻塞事故时，压下螺丝所受的力是正常轧制力的1.6—2.倍• 带钢压下时：P1=P/2 为轧制力的一半而平衡力不计 对高速压下装置，除考虑静力矩外，还必须考虑动力矩，有关计算方法请参阅有关资料（如王海文编：轧钢机械设计） 78 Mj——静力矩，（Nm）n——电机的转数，rpm，i– 传动系统的速比，η——传动机构总效率。
对于频繁启制动的压下系统（如初轧），应考虑压下系统的动力矩，作出负荷图，并对电机进行发热计算2、压下螺丝的功率计算 79§3-3 带钢轧机的液压压下装置带钢轧机的液压压下装置一、带钢压下装置的特点 随着轧制速度以及轧制精度的不断提高，原有的板带轧机上应用的电动压下装置已不能满足生产的需要为了提高产品的尺寸精度，在高速带钢轧机上开始采用液压压下装置目前新建的冷连轧机组几乎全部采用液压压下，热带轧机的成品机架往往也装有液压压下装置 液压压下由压下液压缸以及与之配套的液压伺服系统，包括相应的检测仪表及控制系统组成 80 特点及优点：• 反应速度快（比传统的电动压下惯性小），精度高有利于提高产品质量• 易于实现板厚自动控制，适应各种轧制工艺要求AGC系统）• 过载保护简单可靠，易于处理事故如卡钢事故）• 机构简单，简化了机械传动系统，传动效率高，损失小 缺点： 系统及元件复杂，成本高，易漏油在大行程的工况下（如初轧）不适用 液压压下系统一般采用电液反馈式的，它的特点是惯性小，反应灵敏 81二、压下液压缸及其在轧机上的配置二、压下液压缸及其在轧机上的配置 压下液压缸在轧机上的配置有压下式与压上式两种，压下式液压缸安装在机架上横梁与支承辊轴承座之间，悬挂系统较为复杂，造价高，但工作条件好，维护方便。
压上式液压缸安装在机架下部，其拆卸方便，但工作条件差，环境恶劣，对液压系统的密封要求可以低一些，因而其造价也可以低一些 实际设计时可以根据具体情况进行选择，在液压元件过关的情况下，选用压下式为佳 821、压下式液压压下装置 其典型实例是1700冷连轧液压压下装置，其配置见图4——23，主要结构特点如下：• 压下液压缸3安装在上支承辊轴承座6与机架上横梁之间；压下液压缸活塞直径φ965mm，最大压下行程100mm，最大轧制力12.5MN，工作压力21MPa；液压缸上安有压力传感器4及光栅式位置传感器以测定活塞的位移• 为方便换辊，在液压缸与机架上横梁之间安装有弧形垫块（同时可起自位作用）在换辊时，安装在上连接梁下的双向液压缸可将两弧形垫块同时抽出以方便换辊• 安装在连接梁中部的平衡缸1通过平衡梁，平衡拉杆，平衡架，将压下液压缸悬挂在机架的顶部 轧机的测压仪安装在机架底部，下轴承座与斜楔调整装置之间 832、压上式压下装置、压上式压下装置 压上式压下装置其功能与特点已在前面论述，以下以1700热连轧机组精轧F7机架机械——液压压上装置为例，介绍其主要结构特点：• 该装置又称双压下装置，即既具有机械压下又具有液压压下功能。
在空载粗调时采用蜗杆——蜗轮——压下螺丝进行机械压下（螺母转动压上螺丝上下运动），精调时带钢压下采用液压压上装置• 采用浮动活塞环结构，适应热轧咬钢时的冲击，减少液压油的泄漏其主要结构为：活塞在下，缸体套在活塞上面，其内径比活塞大10mm，活塞上装有浮动活塞环5，二者之间有8mm的间隙，这样可使活塞在缸体内径向窜动而不漏油压上时活塞不动，高压油使得缸体上下运动 84• 采用装在活塞（铁心）和缸体（线圈）内的差动变压器式的位置传感器测定液压缸的位置• 其压上机构的工作参数为：总行程40mm，工作行程4mm，油压21MPa，最大作用力14.7MN 注：教材图形有误，应为P136 图4—25 85液压系统设计注意事项：液压系统设计注意事项：必须采取措施提高液压缸的响应频率，如：• 减少液压缸的油柱高度• 适当提高供油压力• 尽量缩短从伺服阀到液压缸的管路的长度• 采取措施减少活塞与缸体之间的摩擦• 液压系统内必须有排气装置 86轧钢机械第三章 轧辊调整机构与上辊平衡装置第三讲： §3—4上辊平衡装置 §3—5轧辊的轴向调整与固定 87§3-4 上轧辊平衡装置一、上轧辊平衡装置的作用与特点 1、作用——消除轴承座、压下螺丝、螺母之间由于零件自重而产生的间隙，消除冲击。
2、类型——取决于轧机的型式• 型钢轧机：调整量小, 采用弹簧平衡• 初轧机： 调整量大，快速、频繁 采用重锤或液压平衡• 四辊轧机：调整量小，低速、但要考虑打滑条件 采用液压平衡 88二、弹簧式平衡装置 1、特点：结构简单，多用于调整量小的三辊式型钢轧机 2、结构：通过安装在机架盖上的弹簧与上辊下轴承座拉杆平衡上辊；其平衡力可通过拉杆上端的螺母调节 缺点：弹簧力与其压缩量有关，不稳；换辊时必须拆装弹簧 89三、重锤式平衡装置1、特点：可靠方便，广泛用于调整量大的初轧机上 缺点：设备庞大，基础复杂2、结构：重锤安装在机座两侧的下部，通过连杆、穿过机架立柱的顶杆、将上轴承座顶起左右顶杆通过横梁连接以保持同步升降 换辊时，由压下螺丝将上辊压到最低（这时平衡锤升到最高），用横销插在机架立柱内的纵向槽内销住顶杆，即可对轧辊解除平衡 90四、液压式平衡四、液压式平衡1、特点：结构紧凑、使用方便、易于操作及换辊 缺点：系统复杂、投资大、维修困难 液压式平衡装置广泛应用于四辊轧机，同时在新设计的初轧机上也开始使用，如宝钢1300初轧机。
根据液压缸的数量，可分为五缸式与八缸式的两种2、八缸式液压平衡装置 其典型设备是本钢1700热连轧机的平衡装置 91 安装在下工作辊轴承座上的液压缸3支撑上工作辊及其轴承座，平衡上工作辊及其轴承、支承辊本体重量（其目的是消除支承辊轴承的上部间隙）安装在下支承辊轴承座里的支承辊平衡缸4，平衡上支承辊轴承座及轧辊的重量，在换辊时，这是必要的 工作辊平衡缸还起着工作辊正弯辊缸的作用，起着板形调控的作用 921700冷连轧机液压平衡装置工作辊平衡（正弯及压紧缸4）4×2=8工作辊负弯缸2 4×2=8上支承辊平衡缸 3 2×2=4 （兼提升轨道） 933、五缸式平衡装置、五缸式平衡装置 所谓五缸式平衡装置是指工作辊平衡缸仍为四个；而支承辊平衡缸公用一个液压缸，采用悬挂式的结构，通过横梁及拉杆，将左右两个支承辊的轴承座吊起，液压缸总数为五个 优点：结构简单、换辊方便，工作条件好，缸的数量少 缺点：笨重，机座高度高 示例1：本钢1700热连轧粗轧机座支承辊平衡装置图，它由装置在上连接梁内的立式液压缸，通过水平平衡横梁，两根拉杆，以及三角形的平衡梁将上支承辊的吊耳吊起。
94 示例2：武钢1700热连轧机精轧F7窗口布置图； 它采用五缸式的平衡装置：上支承辊平衡缸1个、上工作辊平衡缸2*2=4个、下工作辊压紧缸2*2=4、工作辊负弯辊缸4*2=8；总计：为17个液压缸另外还有压上的液压缸2个 教材还介绍了1300初轧机的上工作辊的液压平衡机构，用两个液压缸将上工作辊及轴承座悬挂起来，起到平衡上工作辊的作用 95五、上辊平衡力的确定 平衡力Q1为被平衡重量G的1.2~1.4倍，即过平衡系数k=1.2~1.4 Q1=(1.2~1.4)G 液压平衡时，油液的工作压力按下式计算： p=k*4G/nπd2N/cm2 G——被平衡零件的总重，单位：N n——平衡液压缸的数量 d——液压缸柱塞直径 k——过平衡系数，k=1.2~1.4 96 被平衡零件重的确定： 对四辊轧机工作辊平衡时被平衡零件重应包括上支承辊本体重量以消除支承辊轴承的上部间隙 支承辊平衡时，其被平衡重量应包括上支承辊总体、压下螺丝，球面垫等零部件的重量。
工作辊换辊时，上支承辊必须由其平衡缸连同其上部的压下部件一起提升 974、工作辊——支承辊之间的打滑条件 四辊轧机在空载启动、制动和反转时应考虑工作辊与支承辊辊面之间不能打滑即空载时，其被动辊的启动力矩应小于主动辊作用于从动辊的摩擦力矩 四辊轧机其驱动方式大多由工作辊驱动，其支承辊转动系由工作辊通过辊面的摩擦力带动对于支承辊驱动的情况，只用于工作辊直径较小的轧机中以下分两种工况进行讨论： 98• 工作辊主动，支承辊被动 不考虑支承辊轴承的摩擦阻力则不打滑条件为： D1，D2——工作辊，支承辊直径，米 （GD2）2——支承辊飞轮力矩，kg.m2 dn/dt——工作辊的角加速度，rpm/sec， μ——辊间摩擦系数 99工作辊——支承辊之间过平衡力Q的确定工作辊主动支承辊主动 1002、支承辊主动 根据相同的原理，可以推导出支承辊主动时支承辊从动时，过平衡力Q所应满足的条件： 101 这里所说的工作辊过平衡力Q与前面所说的工作辊的平衡力Q1是有差别的；过平衡力Q是总平衡力Q1的一部分 总的平衡力Q1=（1.2~1.4）G，其方向与被平衡件的重力方向相反，实际的Q是工作辊通过平衡机构作用的平衡力Q1（向上）除去工作辊及其轴承、轴承座的重量的剩余平衡力，这个剩余量必须满足不打滑条件的要求值。
如果满足不了，则必须增加其大小，直到满足打滑条件为止 对于下工作辊尽管没有平衡上的要求，同样存在打滑的问题，实际上，下辊需要压紧力（四辊轧机的下工作辊一定要有压紧缸 ！）；上式中的Q力应为压紧力与工作辊及其轴承座的重量的和 102§3-5 轧辊的轴向调整与固定一、轧辊轴向调整及其机构1、作用• 型钢轧机必须对准上下轧辊形成的孔型• 调整轴瓦的轴向间隙• 承受轴向载荷，固定轧辊• CVC、HC轧机通过轴向移动轧辊（串辊）控制板带材的板形采用液压缸）2、常用结构 103 对轧辊不经常升降的轧机上，采用凸缘、压板与螺栓用于滑动轴承）对于采用滚动轴承的轧机，只需要移动一个轴承座（一般是非传动侧的），采用双拉杆装置，正反螺丝 104二、轧辊的轴向固定 轧辊的轴向调整装置同时也可以实现轧辊的轴向固定但也可以设置单独的轧辊轴向固定装置 在板带轧机上，一般采用由液压缸控制的压板对轴承座实现轴向固定采用液压缸的目的是适应轧机快速换辊的要求 105轧钢机械第五章：轧机主传动装置计划学时；6学时主要内容：轧机主传动的组成和类型；联轴节与联轴器；接轴，滑块式万向接轴的结构与强度计算。
齿轮机座与主减速机的结构特点与设计 106第五章：轧钢机主传动装置第五章：轧钢机主传动装置§1、轧钢机主传动装置的组成和类型、轧钢机主传动装置的组成和类型一、轧机主传动装置的组成功用：将电机的运动和力矩传给轧辊组成：如图7——1，减速机——齿轮座——联接轴、联轴节等组成对型钢轧机，主传动装置由减速机——主联轴节——齿轮座——联接轴—（轧辊）组成另外在主传动装置中，还有装置在减速机高速轴上的飞轮与接轴平衡装置 107以下分述各组成部份的作用及类型：1、减速机减速机—— 作用：将电机的高转速变成轧辊所需的低转速 选用原则：高速电机价格+减速机价格<低速电机价格，选用减速机 一般当轧辊转速高时，n>200rpm，可不用减速机可逆式轧机（如初轧、开坯轧机）一般用电机直接带动，以利反转2、齿轮座齿轮座—— 作用：分配和传递扭矩，即将电机或减速机的扭矩传递和分配给2个或3个轧辊 对功率大的初轧、板带轧机，通常由两台电机分别直接驱动轧辊 1083、联接轴联接轴—— 作用：将（电机、减速机、齿轮座的）运动和力矩传递给轧辊；在横列式轧机上，各架之间也是通过联接轴传动的。
类型：万向接轴，梅花接轴，齿式接轴 选型原则：允许倾角；传动扭矩以及转速以万向接轴允许倾角最大，达8~12度，广泛用于轧辊开度调节量大的初轧、板坯粗轧，热连轧机最简单的是梅花接轴，用于无法侧向换辊的横列式轧机齿型接轴运行平稳，适用于高速，广泛用于板带，线材轧机 为减轻对联接零件的负荷及铰链的磨损，在接轴直径D>450~500mm的接轴上，一般装有接轴平衡装置 1094、联轴节联轴节 包括电机联轴节（从电机到减速机）和主联轴节（减速机到齿轮座）大多为齿轮联轴节，对带飞轮的轧机采用安全联轴节以保护电机 110二、轧机主传动装置的类型 由于轧机的轧制特点不同，轧机主传动也有不同的类型见表7——1 1、单机座轧机的传动型式• 电机——减速机——齿轮座——传动轴——轧辊，用于二辊开坯，型钢、四辊轧机、三辊开坯轧机，一般是不可逆的a—c)• 电机——接轴——轧辊 其上下轧辊单独驱动，用于初轧、厚板轧机，其接轴为滑块式的，可逆式d)• 电机——齿轮座——接轴——轧辊 (e) 如D≤1000的初轧机，其空间结构限制，不能采用双电机单独驱动。
1112、多机座的传动方式——一列或多列式• 电机——减速机——轧辊 其实际的减速机由两台单独的减速装置组成，用于高速冷轧机上f) 另外在迭轧薄板或平整机上，由于是单辊驱动的，采用表7——1g所示的电机——减速机——接轴——轧辊系统• 横列式 电机——减速机——齿轮座——接轴——轧辊（下一机座） 一般由一台电机集体驱动，多用于型钢生产h）• 双列式 （j） 用一台电机驱动两列轧机，其减速机有两根输出轴，通过齿轮座驱动两列轧机又称之为复二重轧机 112• 多机座连轧机 分集体驱动和单独驱动两种，前者调整不便，减速机十分庞大，目前大多用后者为减少飞轮矩，采用双电枢电机，以提高其启动性能 113§2 联接轴与联轴节 联接轴作用——将扭矩从齿轮座或马达传给轧辊，或在横列式轧机上将扭矩从一台轧机传给另一台轧机 分类——万向接轴（滑块式及带滚动轴承式），弧形齿接轴与梅花接轴 各种接轴的特点和适用范围见下表： 114一、滑块式万向接轴 功能：用来传递两根在空间成交叉位置的轴的转动 特点：允许倾角大（10度以上），传动平稳，传递扭矩大。
广泛用于初轧、中厚板与钢管轧机的传动系统1、滑块式万向接轴的结构• 结构类型：由扁头、叉头、滑块（半月块）和销轴组成如图7——15，安装在叉头镗孔中的半月块一般由青铜制成，扁头可随之一起绕叉头镗孔中心转动，半月块中心有一小轴，扁头可随小轴一起绕垂直轴转动 115滑块式万向接轴（开式铰链）结构 116滑块式万向接轴铜滑块的装拆 117——开式铰链： 扁头上沿轴向开一长槽，允许扁头从轴向装拆，这样轧机可从轴向换辊，而轧辊轴头做成扁头的形状 ——闭式铰链： 在扁头上开一孔，通过销子将扁头、半月块及叉头连接闭式铰链的拆卸只能从侧向进行（先拆去销子，然后将扁头与滑块一起取出）由于叉头上有销孔，故对叉头强度减弱较大 其具体结构见下图 118滑块式万向接轴闭式铰链结构 119• 尺寸参数 滑块式万向接轴的主要尺寸参数是叉头直径D，很显然D值必须小于轧辊的最小直径（小5~15mm）一般而言，叉头直径应为轧辊的名义直径的85%~90%，以免轧辊与其发生干涉而齿轮座端的直径可取稍大些以增加其强度，以免产生破坏 各部尺寸一般以经验取，具体数据见教材有关部份p224——225 图7-18）• 滑块式万向接轴的材料 接轴本体：45、50、40CrNi等优质碳素钢及合金钢。
滑块：青铜，如ZQAL9——4等 120• 润滑 滑块式万向接轴的润滑十分重要，它的相对滑动面多——半月块与叉头镗孔之间，扁头与半月块之间；压力大但其相对滑动速度不高，其润滑状态属边界润滑而无法形成油膜这样铜滑块的磨损必然较大，因而容易对生产产生不利影响 一般采用压力供油，从接轴轴向开孔进油，但效果不佳滑块式万向接轴的润滑是企业长期未能解决的大问题，它消耗大量青铜（1150初轧滑块295公斤/块）并影响轧机的作业率，必须引起足够的重视 1212、滑块式万向接轴的强度计算 常用的计算方法有材料力学方法以及基于实验数据得出的经验公式计算法；前者概念清楚而后者计算准确简便，应用较广在设计大型轧机的万向接轴时，为了更合理地进行强度和结构设计，必须应用有限元方法及光弹方法进行 以下分析滑块式万向接轴的重要零件：扁头、叉头的受力及强度情况同样，由于扁头零件有开口与闭口两种，对于扁头带槽（开口式）及带孔（闭口式）两种受力是不同的 122•开口式扁头受力分析与强度计算开口式扁头受力分析与强度计算 123 考虑I-I截面上的强度，设x 1为其到回转中心水平距离,则P到I-I距离为x: 设扁头上的分布力成三角形分布，其合力P相距： b0-2b/3 设传递力矩为M，则其作用在扁头上的等效力为： 124 对于扁头的一悬臂而言，其受力为偏心弯曲，力P的作用点偏心值为： b/2-b/3=b/6 由以上分析可知，I-I截面受三个力的作用： 弯矩：Mw=P.x；扭矩：Mn=bP/6，剪力：Q=P 由于I-I截面形状尺寸已知，在外力作用下，其应力可由材力公式计算：η——形状系数，见表7-3 计算应力也可由经验公式得出，见教材式7——15(16) 125 设万向接轴传递力矩为M，倾角为α，则力矩沿其轴向—径向分量为： M1=Mcosα M2=Msinα 对I——I截面，M1产生扭矩（产生剪应力），M2产生弯矩（弯曲应力）；其实际计算应力要按第三强度理论进行合成。
也可按教材列出的经验公式（7——19）进行计算• 闭口式扁头受力分析 126• 叉头受力分析与强度计算叉头受力分析与强度计算 127• 叉头受力分析与强度计算 叉头的每个颚板受半月块传递的压力，在垂直于扁头轴线的断面A-A中，压力近似成三角形分布其合力，即分布力的等效力在离中心b1/3处，b1为颚板的宽当万向接轴传递扭矩为M时，作用在颚板上的等效力P为： 128 再根据力的平行移轴定理，将作用在颚板上的力P，向颚板中点平移，形成作用在中点的力P及M/2的力矩 I-I截面形心位于离叉头镗孔中心x1,y1处，其截面与叉头轴线成β角（与P力方向成α+β角）再将P及M/2向I-I形心平移，并将其分解为I-I截面的水平及垂直分量平移形成Px的弯矩，分解形成两个力（N，Q）及两个力矩（Mt与Myy)这五个分力，对I-I截面产生不同的应力实际上应考虑这些应力合成后的最大应力并对其进行强度校核 如B点的应力应为P力向I-I面形心平移时产生的弯矩P.x产生的拉应力与P力的垂直分量N在截面上产生的均布拉应力的迭加还应考虑扭矩Mt在该点产生的剪力最后由强度理论得出B点的计算应力，进行强度核算。
同样，可以采用经验公式进行计算应力的推算 129• 轴体的强度计算轴体的强度计算 由经验公式： 当接轴倾角α≤4°时，扭转应力： τ=5M/d03 当接轴倾角α＞4°时，扭转应力： τ=5M（1+sin α)/d03 M——传递扭矩，d0——接轴本体直径• 万向接轴的许用应力 由于万向接轴受其尺寸限制，其安全系数n不小于5，即[σ]≥σ b /5 σ b ——接轴材料的强度极限 130二、十字轴式万向接轴 十字轴式万向接轴即带有(滚动)轴承的万向接轴，它广泛用于汽车工业，近年来在钢管轧机、带钢轧机、立辊轧机上得到较多的应用，并有逐步取代滑块式万逐步取代滑块式万向接轴的趋势向接轴的趋势 结构——由两个叉头，通过轴承与十字轴相联接，轴承可以是滚动轴承也可以是滑动轴承 优点——与滑块式万向接轴相比，它的最大优点是磨损小，效率高，传递扭矩大，寿命长，传动平稳在可能的情况下，应优先使用十字轴式万向接轴目前，十字轴式万向接轴已标准化（JB3241——83等） 131可伸缩的十字轴式万向接轴 132三、弧面齿形接轴弧面齿形接轴 1、结构特点：类似齿形接轴，主要由内齿圈与外齿套组成，通过内外齿面相互接触不传递扭矩。
与齿式接轴相比，其外齿套相差较大，它的齿顶、齿根与齿断面两侧均是弧面这样，它既能传递大的扭矩，又允许内齿圈与外齿套之间有较大的倾角起到了万向铰链的作用，其最大倾角可达到3度 133 它的结构如图所示，可以允许两个平面内的转动，故而可以在有传动倾角的情况下传递大的扭矩 134弧形齿接轴示例 135四、梅花接轴梅花接轴1、结构特点：由梅花头及梅花套筒组成2、特点：允许倾角不大于1——2度，用于横列式轧机从机架顶部换辊它的最大缺点是冲击大；当倾角大于1度时，轴头一般做成弧形，以改善其传动性能它的尺寸取决于轧辊的尺寸，主要参数见教材P238供设计时参考 136 137五、球笼式万向接轴五、球笼式万向接轴这是国外近20年发展起来的一种新型高效万向接轴由奥地利人A.H. 瑞兹伯于1920年发明，经多次改进，已在日、美、英、德、意等12个国家专利注册由于其结构简单，性能好，广泛用于轻工、冶金及机械部门这种联轴器的结构由加工为球面的外环、内环以及之间的多个钢球组成，钢球装在称之为球笼的保持架内 138轧钢机主传动装置配置简图 139五、联接轴总体配置及其平衡装置联接轴总体配置及其平衡装置 联接轴是用来联接轧辊和齿轮座，或轧辊与电机的部件。
在考虑联接轴总体配置时，必须考虑以下因素： ——轧辊调节范围； ——齿轮座中心距； ——接轴允许倾角1、联接轴的总体配置 在轧辊的调节范围根据工艺条件确定以后，很显然，接轴长度L取决于允许倾角α当然，接轴越长，则在相同的提升量下其倾角越小同时接轴的工作条件、受力条件越好但过长的接轴在设备的配置上与厂房的建设上有困难，所以必须综合考虑各种因素，选取适当的接轴长度L 140• 首先确定齿轮座的中心距A 齿轮座中心距A与轧辊直径，轧辊开度有关一般可按经验选取： 型钢轧机： 初轧机，设H为上辊最大提升量： 钢板轧机： 其出口厚度 h 变化不大； 一般齿轮座的中心距可取大点，这样可以提高齿轮座端万向接轴与齿轮轴的强度 141• 根据允许倾角确定接轴长度根据允许倾角确定接轴长度L 对于接轴，尽管允许有一定的倾角，但随着倾角的增加，其传动效率、传递力矩随之减少所以在配置联接 轴时，要求倾角不能过大最少在接轴负荷较大时有较小的倾角 如滑块式万向接轴，其允许最大倾角为8~10度实际上考虑以上因素，初轧机实际倾角为3~6度。
对板带轧机最大倾角为1~2度 设上轧辊中心线与上齿轮轴中心线的最大距离为hs，接轴允许的最大倾角为α ，则由简单的三角关系，接轴长度的水平投影L为： L=hs/tg α 142• 例：1000初轧机联接轴配置图 143 如图所示，1000初轧机，轧辊直径Dmax=950mm，Dmin=830mm上轧辊提升量H=1000mm，则： 齿轮座中心距 A=（950+830）/2+1000/（8~10）≈1000mm 由上图，H+Dmax=hs+hx+A，下辊到下齿轮轴中心线hx=50mm 移项得：hs=H+Dmax-hx-A=1000+950-50-1000=900mm 所以，tg α=hs/L=0.1139 得出α=6°50′ 必须注意的是，L是接轴的投影长度，随着α角而变化所以联接轴的铰链应留有相应的轴向位移量实际接轴长：L/cos α=7554mm 实际接轴为一端固定，另一端游动实际接轴为一端固定，另一端游动 1442、联接轴的平衡装置联接轴的平衡装置 如前所述，轧辊直径D>450~500mm的接轴，一般都配置有接轴平衡装置。
目的与作用——平衡接轴自重，以减少铰链处的磨损 平衡力的确定——采用过平衡，过平衡系数 k=1.1~1.3 平衡方式——有三种：弹簧平衡、重锤平衡及液压平衡，其特点如下： （具体类型及特点见教材p242，表7——5） 145• 弹簧平衡移动量少，结构简单但平衡力不稳；主要用于轧辊压下移动量小的型钢轧机• 重锤平衡 移动量大，但结构复杂、庞大； 主要用于轧辊开度变化大的初轧机• 液压平衡易控制，使用方便，但系统复杂主要用于板带材轧机 146平衡装置示例1150初轧机上辊重锤平衡、下辊弹簧平衡 147平衡装置示例1700精轧机液压平衡装置 148六、主联轴节（器）主联轴节（器） 主联轴节安装在减速机与齿轮座（或电机与减速机）之间应用最广的是齿轮联轴器及棒销式联轴器在设计计算时，应首先考虑主联轴器所受的计算力矩，然后参照标准系列予以选用 1、主联轴器的计算力矩 如联轴节传递最大力矩为Mg，则其计算力矩Mm为：Mm=k.Mg 式中：k——工作条件系数，不可逆轧机k=1.1~1.3，可逆式1.3~1.5也可按电机额定力矩Mn确定（见教材式7-54——7-57）。
149 对于有飞轮的不可逆式轧机其电动机联轴器： Mm=(1.5—2)Mn Mn——折算到联轴器轴上的电动机额定力矩1.5~2为过载系数2、安全联轴器 在装有飞轮的轧机上，为了保护轧机不过载，往往在减速机与齿轮座之间装有安全联轴节它的典型结构由齿轮联轴器一边的内齿套法兰上沿圆周方向装有多个安全销螺栓，当轧机过载时，安全销被剪断，以保护传动系统不受损坏 150型钢轧机安全联轴节 151 设计使用注意事项设计使用注意事项：• 安全销的个数—— 不能过多，以免受力不均；最少2~3个• 材料——选用优质炭素结构钢，45、50等，并必须控制热处理HRC为 30 ~ 35，以保证材料性能（τs）保持一致• 安全销要定期检查、更换 152 式中，D为安全销回转直径，n为安全销的个数，τmax为安全销的材料剪切强度限脱开力矩的计算脱开力矩的计算： 安全销联轴器脱开力矩一般应比上面所确定的计算力矩大设脱开力 矩为Mm′，则： 式中，n——安全系数，σe，σb——轧机中被保护零件的弹性限与强度限。
它的原则是当安全销被剪断时，被保护零件应力不超过弹性限 由此可得出安全销的直径d: 153§3 齿轮座与主减速机一、齿轮座1、齿轮座的特点与结构型式——特点：它的主要功能是传递、分配扭矩给轧辊；它的特点是传递扭矩大但中心矩受到轧辊中心矩限制 这样，反映到其结构上必然是：• 大模数：模数 m=8~45• 较少的齿数：齿数 Z=20~40；（这是由其齿轮直径受到限制所决定的）• 大齿宽；齿宽系数B/A=1.6~2.0~2.4 154 在设计时，必须注意以下几个方面：• 在保证弯曲强度的条件下，齿的模数不宜选得过大闭式齿轮传动其破坏形式是剥落；增加齿数可以提高齿轮啮合时的重合系数，以提高其接触强度• 选用人字齿，以提高传动的稳定性与重合系数一般设计成齿轮轴的结构形式，选用硬齿面，以提高接触强度• 在条件许可的情况下，尽量选用滚动轴承，以提高传动效率• 尽量采用铸——焊结构的箱体，以降低制造成本由于齿轮座一般是单件小批生产，采用焊接箱体是合适的选择 1552、齿轮座结构示例——• 箱体的选型：有高立柱式、矮立柱式、水平剖分式及垂直剖分式四种目前的趋势是选用密封较好的前两种形式。
并且采用焊接结构代替过去的铸造结构，以节省金属、减少制造成本• 润滑方式：齿面和轴承均采用强制润滑，供油压力为2~3个压（0.2—0.3MPa）同时必须注意密封，以防止油液泄漏• 650轧机的齿轮座 箱体为高立柱式，装有三根齿轮轴，中间齿轮轴为主动轴；有三根输出轴装有万向接轴的叉头以通过接轴传动轧辊采用滑动轴承润滑系统为油压为3bar的共用润滑系统 156• 铸焊结构的齿轮座 如图示，为减轻重量，节约制造成本，采用铸焊结构的齿轮座（由铸钢件与钢板焊接而成），焊后退火再进行机加工机架立柱与上盖采用斜楔联接，拆装方便 为改善齿面啮合状况，上轴承座位置是可调的用螺丝调好以后，再用衬板固定 157• 齿轮轴的轴向定位 一般仅固定一根轴，对于三根轴的齿轮座，固定中间轴，其它两根轴采用齿定位必须考虑在运转时轴的热膨胀，以免卡死，要在轴承与压盖之间留有足够的间隙 1583、齿轮座的倾翻力矩的计算• 二辊轧机的齿轮座 如图所示，对输入轴其力矩大小为Mq，其方向与轴转向相同；对输出轴，力矩大小为M1、M2，方向与转向相反；以右手法则确定力矩方向，设顺时针力矩为正，在正常轧制情况下： Mq=Mzh+M1-M2=Mzh (M1=M2) 在上接轴折断情况下，M1=0，这时下接轴传递全部轧制力矩，M2=Mq： Mq=Mzh-M2=0 159 最危险情况为下接轴折断情况，此时M2=0，M1=Mzh： Mq=Mzh+M1=2Mzh• 三辊轧机的齿轮座 按同样的方法可分析三辊轧机齿轮座的倾翻力矩，最大值出现在中接轴折断时，此时： Mqmax=2Mzh 160二、主减速机主减速机1、轧机主减速机的特点 负荷特点：负荷大、变化剧烈、承受冲击，要求连续运行。
作用：将电机的高转速变为轧辊所要求的低转速 选取原则：考虑经济上的合理性及技术上的可行性；一般单级的运用最为广泛（i<8),对2—3级的其速比的分配一般按齿轮各级等接触强度的原则确定对于二级的减速机，其第二级与第一级中心距之比一般为1.3~1.5 1612、设计注意事项• 采用人字齿，强度高、运行平稳 必须考虑轴向定位：单级的固定低速轴，两级的固定中间轴• 在满足强度的条件下，应选用较多的齿数和较小的模数以提高齿轮副的重合系数，运行平稳• 齿宽不宜过大，以免受力不均；B/A以0.4—0.8为宜• 采用组合齿轮，以节省优质钢材采用齿圈——轮心结构，齿圈采用合金锻钢，与轮心过盈配合（热套，过盈量一般为直径的1/1000，温度~300度）为防止两者松动，除过盈配合外，还要采用螺钉固定 162• 尽量采用滚动轴承，以减少磨损，提高传动效率并延长零件寿命• 采用焊接结构的箱体代替铸造结构的箱体，以缩短生产周期，降低生产成本对于单件小批生产的零件，采用焊结结构是合理的• 重视润滑与密封的问题，合理选择润滑方式与润滑剂 163 特点——焊接箱体；焊接组合齿轮，锻造齿圈热套在轮心上，焊接幅板；采用滚动轴承（一般采用双列向心圆柱辊子轴承，既可调心，又可承受轴向力）；其轴向固定采用固定中间轴的一端。
为保证齿面啮合良好，在轴承外圈与机座镗孔之间，装有4个偏心套筒，在安装时，可根据齿面啮合情况，转动套筒以调整轴的位置 在齿轮负载与空载时，由于齿面切向力的作用，会引起轴颈位置的变化，从而使齿面接触不良，必须进行适当的调整3、例：1700热带钢轧机的粗轧机座主减速机 164 轧钢机主传动系统在轧机的生产过程中十分的重要，其选型与配置必须根据现场工艺及实际设备情况灵活掌握并予以综合考虑教材上讲述的只是主传动系统设计与配置的基本原则，由于现场的情况比较复杂，具体设计时应根据实际情况予以全面考虑，必要时还应参照现有的同类型的或类似的设备进行技术上与经济上的全面比较，从中选取最 佳的配置方案 165轧钢机械第六章：剪切机（教材第八章）计划学时：6学时 166剪切机定义剪切机定义：将轧件剪切成定尺的机械称之为剪切机剪切机分类剪切机分类：• 平行刀片——用于热剪方坯、板坯；冷剪（成型剪）型材• 斜刀片——一般上刀斜1——6度，用于剪切薄板• 圆盘剪——纵剪钢板• 飞剪——横切运动着的钢材，切头、切尾、切定尺具体见表8-1 167§1、平行刀片剪切机的类型和参数、平行刀片剪切机的类型和参数一、类型1、上切式平行刃剪切机 这种剪切机的结构是下刀固定不动，剪切轧件的动作由上刀的向下运动完成。
下切式剪切机，在剪切时，为使剪切顺利进行，机后一般装有摆动辊道为提高生产率，出现了能快速更换刀片的剪切机 1682、下切式剪切机下切式剪切机 下切式剪切机基本原理是在剪切时上刀不动、下下切式剪切机基本原理是在剪切时上刀不动、下刀升起剪断轧件刀升起剪断轧件 由于这种剪切机在切断轧件时，下刀抬起轧件离开辊道，所以机后可不设摆动辊道 这种剪机另一个特点是在剪切时机架不受剪切力 下切式剪切机广泛用于大、中型剪切机 169 剪切机的驱动形式一般由电动机驱动其工作制度可分为：启动工作制和连续工作制两种前者为电机启制动一次完成一次剪切，多采用直流电动机在连续工作制的剪切机上，一般装有带飞轮的交流绕线式电动机，在传动系统中采用离合器；在空载时，飞轮可储存能量，在剪切时，离合器合上，飞轮放出的动能可帮助系统克服剪切时的大的阻力实现剪切 大型平行刃式剪切机的驱动系统也有采用液压传动的 170 二、剪切机结构参数 1、刀片行程 H—它决定了该剪切机所能剪切钢坯的最大高度 H=H1+j+q+s H1=钢坯厚h + (50~75)mm j——压板低于上刀的距离，j=5~50mm q——下刀低于辊道的距离，q=5~20mm s——上下刀刃的重合量，s=5~25mm 1712、刀片尺寸• 刀片长—— 由被剪钢坯截面的最大宽度 bmax 确定；l = (3~4)bmax 小型方坯剪l =(2~2.5)bmax大、中型方坯剪l =bmax + (100~300) 板坯剪• 刀片断面高 h 与宽 b h =(0.65~1.5)hb=h/(2.5~3)，h——钢坯厚度 1723、剪机的理论空行程次数 它表示了该剪切机的生产率，理论空行程次数越多，则生产率越高。
它受电机功率与剪切机的型式的限制具体数据见p259表8—2, 剪切机剪切力从63吨——2500吨，其理论剪切次数从5~30次/分钟变化由于两次剪切之间需要有许多如定尺、运输等辅助工作要完成，实际剪切次数一般小于该数据 173三、剪切过程分析三、剪切过程分析 实际剪切过程由两个阶段组成：刀片压入阶段与金属滑移阶段 如图，刀片压入后，上下刀受剪切力P与侧向力T，在剪切力P形成的力偶Pa作用下，轧件沿顺时针方向旋转γ角，由力的平衡：a=x=0.5z/tgγ，c=h/cos γ- 0.5zPa=Tc (8-7)(8-9) 174 当压入到一定深度z时，P力增大同时坯料实际的剪切断面变小，当实际断面上的剪应力达到剪切变形抗力时，轧件产生滑移，直至剪断假定刀片与金属接触面上压力均布且相等，设轧件宽为b,则有： 由以上关系消去P、a、c可以得出压入深度z与转角γ之间的关系： z/h=2tg γ.sin γ≈2tg 2γ或： (8-10) 175 可知，压入深度z越大，则转角γ越大，而由式8-9，T=Ptg γ知，侧向力T也越大。
在剪切机上，为减少侧向力的值，一 般均安装有压板将轧件压在下刃台上以减小γ角 在无压板情况下， γ=10~20度，T=(0.18~0.35)P 在有压板情况下， γ=5~10度， T=(0.1~0.18)P 有压板后，剪切机的γ角减小，侧向力减小，既提高了剪切质量，又减少了设备磨损这时压板力为Q： Q=(0.04~0.05)Pmax 由上面的假设可得出压入阶段的剪切力： P=pbx=pb.0.5z/tg γ，p——平均压力 由(8-10)可得出： 176 在滑移阶段，剪切力为： τ——被剪金属断面的剪切变形阻力由上述公式可以看出，在压入阶段，剪切力P随压入深度z 增加而增加；在滑移阶段，P随z而减少 在相对压入深度ε=ε0时，轧件被剪断 ε0与被剪金属的性质有关，金属塑性越好则其值越大 177四、单位剪切阻力曲线与剪切力、剪切功四、单位剪切阻力曲线与剪切力、剪切功1 1、单位剪切阻力曲线（、单位剪切阻力曲线（ τ——ε曲线）） 定义：将金属剪切过程中任一瞬时的剪切力定义：将金属剪切过程中任一瞬时的剪切力P P，除以试，除以试件的件的原始断面积原始断面积原始断面积原始断面积F F，其商即单位剪切阻力。
其商即单位剪切阻力 由以上定义可知，单位剪切变形阻力并不是轧件的实由以上定义可知，单位剪切变形阻力并不是轧件的实际剪切应力，是一种名义应力际剪切应力，是一种名义应力将试件的相对压入深度与单位剪切变形阻力的关系绘成将试件的相对压入深度与单位剪切变形阻力的关系绘成曲线，则称之为单位剪切阻力曲线（曲线，则称之为单位剪切阻力曲线（ τ——ε曲线τ=f (ε) ） 教材262-265所示为部份钢种的τ——ε曲线 1782、最大剪切力Pmax 可按以下公式计算：可按以下公式计算： P Pmaxmax=Kτ=KτmaxmaxF Fmaxmax(8-13)(8-13) K K为考虑刀片磨钝、刀片间隙增大而使剪切力增大的系数为考虑刀片磨钝、刀片间隙增大而使剪切力增大的系数具体数值见教材具体数值见教材p266p266对于所剪材料无单位剪切阻力的实对于所剪材料无单位剪切阻力的实验数据时，可用以下公式计算最大剪切力：验数据时，可用以下公式计算最大剪切力： P Pmaxmax=0.6Kσ=0.6Kσt tF Fmaxmax (8-14)(8-14) 近年来，采用弹塑性有限元法对剪切过程中的剪切力进行近年来，采用弹塑性有限元法对剪切过程中的剪切力进行计算也取得了不少成果。
计算也取得了不少成果 1793、瞬时剪切力及其计算曲线 上面求出的是最大剪切力如果想要精确的确定电动机功率，则必须要求出剪切力P与曲柄转角α之间的关系P=f(α)为此必须知道剪切力与刀片压入深度之间的关系P=f(z) 瞬时剪切力可按以下公式算出：Pi=kτiF0 (8-15) 同上面一样，对于无实验曲线的剪切钢种，可按教材上的近似公式算出由于与刀片的压入深度z，相对压入深度ε有确定关系，所以根据上式可以确定剪切力P与z或ε的关系 由以上关系作出的曲线即瞬时剪切力计算曲线 1804、剪切功、剪切功 根据剪切功可以方便地确定剪切机所需电机功率剪切功可按下式计算： a称之为单位剪切功，它等于单位剪阻力曲线所包围的面积其意义为剪切高度为1mm断面积为1mm2试件所需的剪切功 某些材料的单位剪切功见教材表8-5、8-6及图8-8 181五、静力矩五、静力矩1、静力矩的组成 为了精确地计算剪机各传动部件的强度及电机功率，必须计算剪切机偏心轴上的静力矩它由以下三部份组成：Mj=Mp+Mf+Mkon8-23 分别表示剪切力矩、摩擦力矩及空转力矩。
由于剪切机负荷较大，摩擦力矩不能简单地用效率考虑而要进行具体计算2、Pi= f(α)曲线 设曲柄转角为0度时刀片开度为最大（等于曲柄半径的两倍）则转角为180度时，刀片开度最小可以用图解法或解析法求出曲柄转角与刀片开度关系同时也可求出曲柄转角与相对压入深度的关系 182图解法求曲柄转角与刀片行程相对压入深度关系图解法求曲柄转角与刀片行程相对压入深度关系∵△∵△ ABC与与△△OAG相似相似 ∴∴ AC/H0=AB/A0 AC=z1, ∴∴AO=1 得出得出:AB=ε 183• 曲线横座标为曲柄转角,纵座标为刀片行程; 根据剪切机构尺寸可作出其关系曲线.• 作出五个等距的同心圆.• 作出轧件厚度水平线,它与曲线交点的横座标则为刀片与轧件接触时的曲柄转角.显然这时的压入深度及相对压入深度均为0.• 当压入深为z1时,其水平线与曲线交点的横座标为这时的曲柄转角,AB长则为相对压入深度. 利用上面给出的单位剪切阻力曲线（ τ—ε曲线）得出相应转角下的剪切变形抗力τ，将其乘上轧件的原始断面积则可得出相应角度下的总剪切力P这样就可作出Pi= f(α)曲线。
即曲柄转角与总剪切力之间的关系 1843、剪切力矩Mp和摩擦力矩Mf 求得剪切力P以后，则可由剪切机构中的力的平衡关系求出作用在连杆上的力，进而求得作用在曲柄轴上的静力矩 如图所示，如总剪切力为Pi则由此产生的作用在连杆上的力为Pab，由曲轴中心向作垂线，其长度c与Pab乘积则为产生的静力矩Mp 185在三角形AOB中，由正弦定理：sinβ=(R/L)sinα由摩擦引起的偏转角：sinγ=(ρa+ρb)/L滑块的摩擦角φ=tan-1μ 由图可看出， Mj′=Pab×C C——力Pab到O点的力臂 以上计算结果实际包含了剪切力矩与摩擦力矩 186 力臂c的求法： 在>90°时： c=Rcos(α-β-γ-90)+ρa+ρo (8-35) 在<90°时： c=Rcos(90-α+β+γ)+ρa+ρo (8-36) 由此可作出力臂c与曲柄转角α的关系曲线c=f(α) 以及静力矩与转角的关系曲线Mj =f(α)见教材上的附图 空载力矩一般可取剪切力矩的5%--8% 。
将三部份的值相加则得出总的静力矩 187 预选电动机的额定力矩：Mer=(1.15—1.3)Mm 带飞轮的剪切机预选电动机可按前面求出的静负荷图求出其平均值： 不带飞轮的剪切机预选电动机时，可按静力矩的大小直接选取：六、电动机功率的预选六、电动机功率的预选 188§2、平行刃剪切机的结构 对于剪切机，其电机工作制度分为两种： 1、起动工作制——又分为摆动工作制（剪切一次曲柄转角α＜360°）与圆周工作制（α=360°）两种，采用直流电机 2、连续工作制——采用离合器、带飞轮交流电机 从剪切机构上讲，剪切机又分为上切式剪切机与下切式剪切机 189一、上切式剪切机——其剪切钢坯动作由上剪刃完成（下刃固定） 为保持切口平直，上切式剪切机必须在机后有一随上刀、轧件运动的升降辊道如图所示： 190实例一：20兆牛上切式剪切机 结构特点：上切式；由曲柄连杆机构、上剪刃与连杆之间的补强块、上剪台液压平衡、液压压板、快速换剪刃机构、上下剪台夹紧缸及扩大行程机构组成 1912、活连杆上切式剪切机活连杆上切式剪切机 这种类型的上切式剪切机典型实例是剪切能力为1.6MN的钢坯剪。
电机经减速机经二级减速后驱动曲轴使活动连杆上下摆动在不剪切时，上刀台由剪机顶部的汽缸提至最高位置，活连杆由汽缸向左拉至上刀台左侧的空凹槽内摆动 在剪切时，上刀台下降，左汽缸将活连杆向右顶至上刀台右方高出的剪切位置，连杆在曲柄的带动下上下滑动将上下刀台之间的钢坯剪断完成剪切任务后，左汽缸再将连杆拉回左侧上刀的空槽内上下空摆动上刀台向上运动由向上的过平衡力实现，平衡重锤通过悬于剪机顶部的两个链轮及链条将上刀台吊起顶部汽缸用以实现上刀台的快速上下运动完成一次剪切后，等待下一次剪切 为减小剪切过程中的冲击，机体上部装有两组弹簧 192 这种剪机的特点是：• 操作速度快，实际剪切次数多用活连杆取代传统的离合器• 增大了上下刀台间的距离，即开口度使其适应不同的剪切工况要求（如弯头轧件等） 193二、下切式剪切机二、下切式剪切机 下切式剪切机基本原理是上刀不动、下刀升起剪断轧件下切式剪切机基本原理是上刀不动、下刀升起剪断轧件这样，不需要上切式剪切机那样的机后升降辊道但其机构比较复杂其典型结构是浮动偏心轴式剪切机 以下介绍下切式剪切机的分类及其基本原理 这种剪切机有三种型式：上驱动机械压板式、下驱动机械压板式以及下驱动液压压板式。
浮动偏心轴式剪切机的偏心轴转动中心在各个瞬时是不同的，它与外界阻力有关；其外界阻力一方面取决于上下剪台的重量，同时取决于平衡力的大小与配置 在这三种下切式剪切机中，最广泛使用的一种是液压压板式下切式剪切机 194——液压压板式下切式剪切机液压压板式下切式剪切机 下切式剪切机是50年代从前苏联引进的，最大剪切力为1000吨——1500吨一般用于初轧方坯的剪切，它是具有两个自由度的曲柄连杆机构机构复杂但剪切力大、剪切质量可靠 1951、结构及自由度分析—— 构件数：曲柄、连杆、上刀台与下刀台共四个活动构件 约束数：铰链三个、导向滑道两个均为低副 自由度数： W=3*4-2*5=2;2、剪切过程分析—— 1963 3、力与运动分析、力与运动分析——1. 剪切运动分析：设绕A点与B点转动时其阻力分别为MA与MB根据最小阻力定律，绕A转时上刀下降，MAG1Q2
198§§3 3 斜刀片剪切机及其结构斜刀片剪切机及其结构 斜刀片剪切机主要用来剪切钢板，剪刃与水平面所成的倾角使得其实际剪切面积远小于轧件的横截面积，从而可以大大减小剪切力对于斜刃剪而言，同样也有上切式与下切式两种，以上切式的居多，下切式的一般安装在连续作业机组中其驱动力既可以是电机驱动也可以是液压驱动一．斜刀片剪切机的参数1．结构参数 主要参数为：刀片的倾角α、刀片长l与理论空行程次数 199 倾角α愈大，则剪切力愈小，但刀片的行程H需要增加而αmax受横向力的限制一般钢板厚h越大允许的倾角α愈大，见图(8-27), p284为抵消横向力的影响，现场有将剪刃制成人字形的 刀片的行程可按平行刃剪的公式进行确定，但必须考虑到倾角引起的行程的增加量H′，一般而言：H′=bmaxtgα(8-47) 刀片的长度l:l=bmax+ (100—300)mm(8-48) 200 剪切力P由三部分组成：P= P1 + P2 + P3 式中：P1——纯剪切力、 P2 、P3被剪部份沿AD线的弯曲力及局部弯曲力； 剪切功 ： A=Pbtgα2、剪切力与剪切功、剪切力与剪切功 201以下对剪切力的主要组成部份进行推导：以下对剪切力的主要组成部份进行推导： 如图示,设q为剪切区域内单位宽度的剪切力，则在剪切变形区内宽为 dx 形成的区域内有: dP1=qxdx=τhdx= (τdF ) 202 203二、斜刃剪的结构二、斜刃剪的结构 斜刃剪有机械式与液压式的两种。
前者一般为电机驱动的曲柄连杆式的，后者为液压缸驱动的同样有上切式与下切式的不同型式以下介绍部份典型结构实例 204§4 圆盘剪及其结构圆盘剪及其结构 结构：由上下圆盘形反向旋转刀片组成 用途：剪切运动着的钢板及带钢，厚度<20~30mm. 剪切后的部份应进行卷取或碎边，作为切边剪为使其剪下的切边下弯，应使1、上下剪刃前后错开，或2、上刀直径小于下刀直径如图所示： 205一、圆盘剪参数一、圆盘剪参数1、结构参数• 刀片尺寸——刀片直径D；设h为钢板厚，s为刀片的重迭量，α咬入角，则： 当α=10~15度时，可由经验公式确定：D=(40~125)h；对h=40的厚钢板，D=（22~25）h; 其它参数，如刀片厚，刀片侧隙及剪切速度见教材有关内容 2062、剪切力与剪切功率• 剪切力P 实际剪切力由两部份组成，其推导与斜刃剪类似其推导与斜刃剪类似，结果如下 ： 式中系数见教材在计算剪切力时与平行剪一样，也要考虑其侧向力T及刀口磨钝以后的剪切力的增加 207• 剪切力矩剪切力矩 与简单轧制类似，M1= PDsin α， α为接触弧中点所对的圆心角；如刀片轴上的摩擦力矩为M2=Pdμ, n为对刀片数，则总的驱动力矩： M = n (M1+M2)• 驱动功率驱动功率——设v为剪切速度， μ1为刀片与钢板间的摩擦系数，则圆盘剪的电机功率N为： 208轧钢机械第八章 矫直机（教材第十一章）学时：8学时 209第八章：矫正机第八章：矫正机 轧件在运输过程中，往往会产生形状缺陷：如弯曲、波浪形等；必须在矫正机上进行矫正，以生产出合格的产品。
矫正机类型矫正机类型矫正机类型矫正机类型：1、压力式矫正机压力式矫正机——三点式矫正，采用压力机压头及两固定支点，矫正大型型钢、钢梁2、辊式矫正机辊式矫正机——轧件通过多个交错排列的转动辊子进行矫正它又可再分为：每个辊子单独可调的、整排辊子可调的、倾斜调整的、部份可调的 2103、管棒材矫正机管棒材矫正机——一般采用斜辊，其矫正辊倾斜布置，轧件边旋转边前进4、拉伸矫拉伸矫——又称张力矫，使用夹钳使带材在张力作用下产生塑性变形从而矫正5、拉弯矫拉弯矫——使带材在弯曲的同时产生拉伸，从而矫正6、扭转矫扭转矫——使扭转变形的轧件进行反扭矫正 211§1 弹塑性弯曲的基本概念弹塑性弯曲的基本概念 及轧件的反弯矫正及轧件的反弯矫正 一、轧件的弹塑性弯曲变形 1、弹塑性弯曲的变形过程 定义：轧件在外力矩作用下，既有弹性变形层，又有塑性变形层的弯曲称之为弹塑性弯曲弹塑性弯曲 212 按其应力—应变特点，又可再分为以下三种形式： a——轧件的材料有加工硬化有加工硬化的拉伸曲线 b——理想弹塑性理想弹塑性曲线及 c——简化曲线简化曲线 213 在弹塑性弯曲中，材料力学中的平断面假设仍然成立，其对应的截面应力—应变图如图11-3。
2142、弹塑性弯曲过程中的曲率变化弹塑性弯曲过程中的曲率变化 ——原始曲率原始曲率：1/r0,当r0=∞时，1/r0=0轧件是平直的 要注意曲率符号的规定：与反弯曲率同向反号，反向同号同向反号，反向同号 ——反弯曲率反弯曲率：1/ρ；在外力矩的作用下，轧件的弯曲曲率称之为反弯曲率 ——总变形曲率总变形曲率：1/rc=1/r0+1/ρ (11-1)注意：必须考虑曲率的正负号正负号——弹弹复复曲曲率率：1/ρy——轧件弹性恢复时曲率的变化量，它取决于弹复力矩My或总变形曲率1/rc ——残余曲率残余曲率：1/r——如其等于0，则轧件矫平；否则它是下一次反弯时的原始曲率， 即：1/ri=(1/r0) i+1 215 3、轧件的矫正条件矫正条件—— 在一般情况下，轧件的残余曲率与其反弯曲率、弹复曲率存在以下的关系：1/r=1/ρ-1/ρy（11-2） 当轧件矫平时：1/r=0，则有：1/ρ=1/ρy（11-3） 即反弯曲率反弯曲率等于弹复曲率弹复曲率 216二、弹塑性弯曲的外力矩二、弹塑性弯曲的外力矩 1、、应应变变ε与与总总变变形形曲曲率率1/rc的关系的关系 如图，在离中性层oo为z处，对应A0A0面的转角为φ0，弯曲半径为r0；反弯后A1A1对应于φ1，反弯曲率为1/ρ；则z点的相对变形为： 217(11-5)(11-5a) 218 这说明，在z=0时，中性层上，ε=0，并且ε与到中性层的矩离z成正比，与总变形曲率成正比；在z=h/2时，达到最大值。
设z=z0时，ε=εs，此时σ=σs在zz0时，材料处于塑性状态z0是弹塑性变形的分界点由（11-5）式，在z0处的变形为εs：εz0=εs = =z0*1/rc 219 εz0=εs=z0*1/rc （11-5c） 由此可以解出： z0=εs /1/ rc （11-6） h/2≥z0≥0；当z0=0时轧件为全塑性，当z0=h/2时，轧件处于全弹性状态，也是弹性变形的极限状态 2202、、弹塑性弯曲阶段的弹塑性弯曲阶段的 外力矩与力矩方程外力矩与力矩方程 ——一般形式： 式中，W′与S′分别是弹性变形区与塑性变形区的抗弯截面模量与静矩（面积对中性轴的一次矩）11-8,11-9) 221——屈服力矩屈服力矩Mw与屈服曲率与屈服曲率1/ρw 在轧件表层开始屈服时轧件的总变形曲率为屈服曲率1/ρw，相对应的外力矩为屈服力矩Mw由（11-5）式，εh/2=h/2*1/rc，有εs=h/2*1/ρw，即： 屈服曲率 ： 1/ρw =εs / h/2= 2εs / h （11-11） 相对应的这时的外力矩为屈服力矩 Mw 。
由上面推出的弹塑性变形时，截面性质与外力矩关系式，当Zo=h/2时，可得出： 222——理想弹塑性材料的轧件塑性弯曲力矩理想弹塑性材料的轧件塑性弯曲力矩Ms与断面形状系数与断面形状系数e 对全塑性状态的轧件而言，其z0=0，而只有第二项，即： S为截面的塑性断面系数（即面积一次矩） 对一般的弹塑性材料：Ms≥M≥Mw 引入断面形状系数 e= Ms / Mw =σsS/σsW=S/W 由此可得出：Ms = Mw e 当截面形状确定以后，S与W值也是确定的，故断面形状系数 e 的值是常量，对矩形截面而言，e值为1.5对其它截面具体值见p349表11-2 这时，W为整个截面的抗弯截面模量以上公式也可由材力公式1/ρ =M/EI=>1/ρw = Mw /EI，此二公式实际上是一致的 223——外力矩外力矩M与总变形曲率与总变形曲率1/rc关系：力矩方程关系：力矩方程 在 矩形断面的条件下，F=bh，dF=bdz，式11-9可变为： 由公式11-5，εs = z0 *1/r c => z0 =εs /(1/r c)，代入上式： （11-15） 224 公式11-15表示了弹塑性弯曲变形时，外力矩M与材 料性质、总变形曲率之间的关系，称之为力矩方程。
Mw为轧件的屈服力矩 由上式可见：当1/rc<1/ρw时，M与总变形曲率1/rc成线性关系；当1/rc=1/ρw时，M=Mw；当1/rc∞时，M=Ms=1.5Mw； 225三、轧件的弹复与弹复阶段的曲率方程轧件的弹复与弹复阶段的曲率方程 在外力矩M作用下，轧件产生弹塑性变形，同时在轧件内存在反力矩M反 =-M，当外力矩消失时，轧件在弹复力矩的作用下，产生反变形，即弹复变形；也就是弹药塑性变形的第二阶段：弹弹复阶段复阶段1、弹复阶段轧件断面上各层弹复阶段轧件断面上各层 纤维应力、应变的变化纤维应力、应变的变化 226 由（11-5a），εh/2=h/2*1/rc，如令h/2=1则有：εh/2= 1/rc（边层纤维的变形等于总变形曲率）如图，轧件的原始曲率为1/r0，断面A0A0在M的作用下，反弯至A1A1，反弯曲率为1/ρ，最后弹复至AA面由于设h/2=1，可以作出各变形曲率之间的关系：1/rc=1/r0+1/ρ,及1/r=1/ρ-1/ρy——平断面假设平断面假设：在外力矩M作用下，AA断面总保持为平面 z0是弹塑性变形区的分界点，但弹复后，内应力并不全部消除，而是保持部份原有应力；残余应力如图示，在半断面上其应力对中性点c的力矩应相等，即：Mada2=M dbc 2272、弹复曲率的确定弹复曲率的确定：（1/ρy =？目的是确定反弯曲率1/ρ，以达到矫正目的） 由：1/ρ=M/EI，当外力矩已知时，即可以求出弹复曲率的值。
在弹塑性弯曲中，有：Ms≥M≥Mw； 由此可得出弹复曲率的两个极限值： 极小值—— 1/ρw= Mw /EI 以及极大值—— 1/ρs= Ms /EI 故而弹复曲率的范围可定为： 1/ρs ≥1/ρy≥1/ρw 2283、轧件弹复曲率与总变形曲率之间的关系轧件弹复曲率与总变形曲率之间的关系 （曲率方程）（曲率方程） 如前所述，只要知道弹复力矩My，即可由曲率与外力矩的关系，求出弹复曲率1/ρy=My/EI由作用力与反作用力相等的原则，在理想弹塑性材料以及矩形断面的假设条件下，可以得出曲率方程： （11-20） 229 上式可用图形表示如下：上式可用图形表示如下： 1/ρs 与1/ρw之比为轧件断面的形状系数e 230四、相对力矩与相对曲率四、相对力矩与相对曲率 1、相对力矩相对力矩： 定义：轧件弹塑性弯曲力矩M与屈服力矩Mw之比为相对力矩M 塑性弯曲力矩Ms=Ms/Mw=e，即为该断面的形状系数 这样，上节推出的表示总变形曲率与外力矩关系的力矩方程用相对力矩表示如下： 2312、相对曲率相对曲率： 定义：各曲率与屈服曲率之比称为相对曲率。
以C加上相应的下标表示： 原始相对曲率：C r 0=1/r0/1/ρw 相对反弯曲率：Cρ=1/ρ/1/ρw 相对总变形曲率：C c=1/rc/1/ρw 相对弹复曲率：C y=1/ry/1/ρw 相对残余曲率：C r =1/r/1/ρw 2323、相对应变相对应变： 定义：应变ε与εs之比称之为相对应变以C表示 如式（11-5a），εh/2=h/2*1/rc=h/2*Cc*1/ρw =h/2*Cc*εs/h/2= C cεs 即总相对应变：C c =εh/2/εs=C h/2 也就是轧件表层轧件表层(z=h/2)的相对应变的相对应变C h/2等于相对曲率等于相对曲率C c 两者可以相互运算这就给轧件的曲率与变形之间关系的确定与运算提供了极大的方便 上面推出的力矩方程与曲率方程可用相对力矩与相对曲率来表示 233力矩方程（力矩方程（11-23）：）：曲率方程（曲率方程（11-24）：）：有意思的是，用相对值表示的两个方程完全相同完全相同！ 234五、五、轧件矫正原理轧件矫正原理轧件矫正原理轧件矫正原理 1、具有单值原始曲率轧件的反弯矫正 由式11-3，具有单值原始曲率1/ρ轧件的矫正按下式： 1/r=1/ρ-1/ρy=0=>1/ρ=1/ρy 在原始曲率1/r0已知的情况下，反弯曲率1/ρ是可以通过1/ρy计算的，对矩形断面轧件，其反弯曲率1/ρy由曲率方程得出： 235 令1/ρ=1/ρy，同时将总变形曲率1/rc=1/r0+1/ρ，1/ρw=Mw/EI=2εs/h代入上式，得出反弯曲率与原始曲率之间的关系式： 或以相对曲率的形式表示： Cρ=1.5-0.5/(Cr0 +Cρ)2 上式可以以图形表示，当Cr0较大时，取Cρmax= Cymax= 1.5，即可矫正轧件 。
2362、具有多值原始曲率的轧件的矫正、具有多值原始曲率的轧件的矫正 一般而言，原始曲率的大小与方向均是变化的，其绝对值小于或等于最大原始曲率（这时半径r0min为最小）： 0≤|1/r0|≤|1/r0min| 对这类轧件，一般采用交变弯曲变形的方法，以消除其1/r0的不均匀度，再逐渐矫平 由轧件的曲率方程，1/ρy =f(1/rc)的非线性特性非线性特性，在经过同一反弯曲率的反弯以后，不同数值与方向的原始曲率其残余曲率是收敛的，即残余曲率1/rc减小并趋向一致减小并趋向一致由此，可按单值原始曲率的轧件矫正原理在矫正阶段的最后将轧件一次矫正 237§2 辊式矫正机辊式矫正机 一、轧件在辊式矫正机上的矫正过程与矫正工艺轧件在辊式矫正机上的矫正过程与矫正工艺 1、辊式矫正机的矫正过程辊式矫正机的矫正过程 轧件在交错排列的矫正辊之间经过多次反复反向弯曲，使轧件曲率的不均匀度逐渐减小，进而矫正 根据轧件的厚薄不同，矫正机的辊数也不同，从5辊到29辊都有根据每个辊子使轧件产生的变形程度和最终消除曲率的方法的不同，可有多种矫正方案。
以下介绍在矫正工艺上常用的小变形方案和大变形方案 238——小变形方案小变形方案 每个辊子的压下量可以单独调整，其选择原则为：只消除前一个辊子产生的（或留下的）最大残余曲率，使之变平为简单起见，采用相对曲率表示即表层纤维的相对应变即为相对曲率：Cc=εh/2/εs），如前节所述，轧件表层的相对应变与相对变形曲率一致，可以相互运算 首先，设轧件的最大相对原始曲率为： ±Cr0——1/r0/1/ρw 239 由下图可见，经多多次次反反弯弯后，残余曲率逐渐减小，轧件趋于平直为矫平原始曲率1/r0的轧件，选择反弯曲率Cρ=Cy；而原轧件平直部份（Cr0=0部份）产生残留曲率（即Cri= Cρi-Cyi）其值是渐减的；当C r0=∞时，Cρ=Cymax=e，由原平直部份产生最大残留曲率C rmax 240 右图表示采用小变形方案时轧件的曲率变化图曲率变化图 小变形方案的优、缺点： 优点优点：总变形曲率小，所需矫正能量小 缺点缺点：一般而言，原始曲率Cr0是未知的难于确定矫正辊的压下量 241——大变形方案大变形方案 其基本原理是：使具有不同曲率的轧件，经过几次剧烈的反弯（大变形）以后，原有的原始曲率的不均不均匀度被消除匀度被消除，形成单值残余曲率单值残余曲率Cr，再予以矫平。
该方案的矫正辊数比较少，矫正质量较高但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 2422、辊式矫正机的矫正工艺、辊式矫正机的矫正工艺 1）上排工作辊单独可调上排工作辊单独可调：一般前面2——3辊为大变形矫正，4辊以后小变形矫正； 适用于5——9辊矫正机 2）上排工作辊整体平行调整上排工作辊整体平行调整：一般第一辊（压下量小，以利咬入）与最后一辊（矫平辊，其压下必须考虑使其反弯曲率等于弹复曲率）单独调整；中间辊作平行调整（使轧件的残余曲率为定值，形成单值曲率） 适用于5——7辊矫正机，矫中厚板 2433）上排工作辊倾斜调上排工作辊倾斜调：开始入口端2，3辊采用大变形方案，以后逐步减小 适用于薄带（7——13辊），极薄带（17——29辊） 4）上排工作辊局部倾斜调上排工作辊局部倾斜调：入口、出口局部倾斜调，其余作整体平行调本方案综合了整体调与倾斜调的优点适用于矫正薄带材 244二、辊式矫正机的力能参数的计算二、辊式矫正机的力能参数的计算 1、作用在辊式矫正作用在辊式矫正机上的矫正力机上的矫正力 其本假设：将轧件看作受许多集中载荷的连续梁，集中载荷即矫正辊对轧件的压力。
如图所示 245 设矫正辊之间的辊距相等，为t（ t
由此可得： P=∑Pi=4 *(Ms+Mw)(n-2) /t n—辊数 (11-33) 如上、下排辊子的所受总压力相等，则有： ∑P上=∑P下=1/2*∑P=2*(Ms+Mw)(n-2)/t (11-34) 由此求出的矫正力，从1——3辊递增、然后递减，从6到 n-5 辊稳定，以后又递减第n 辊之Pn为最小值 2482、作用在矫正辊上的矫正扭矩、作用在矫正辊上的矫正扭矩 假设：轧件弯曲变形功弯曲变形功 Ap 与在矫正扭矩矫正扭矩Mk 作用下，使轧件前进所作的功所作的功 Ak 相等，即 Ap=Ak； 设在 i 辊下，轧件弯曲变形的总曲率为1/rc，则其单位长度单位长度弯曲变形功为ai ，在已知力矩方程 M=f (1/rc) 时，有： （11-35） 对长度为 li 的轧件，在第 i 辊下弯曲变形功 Api 为： (11-36) 249 设矫正辊直径为D，在扭矩 Mki 的作用下，轧件前进li 所作的功 Aki 为： Aki=2Mki*li /D 由Api=Aki，得： (11-38) 250 在已知力矩方程 M= f (1/rc)时，上式可精确积分。
为简化起见，可以梯形OBCD代替OACD，即设 Mi 为常量，△CED是弹复功，引入弹复功系数ky=0--1，当ky=0时，弹复功不属于功耗，由以上假设有： 251 而总的矫正力矩总的矫正力矩： Mk=∑Mki(11-39) 对Mi，1/ri-1，1/ri，及ky的不同假设将产生不同的矫正扭矩算式以下介绍公式（11-42）(p366-p367)： e—截面的形状系数，Cpi=Cri-1+Cri，表示第 i 辊下的相对塑性变形曲率 而a≈0.45n(Cp2-3.35)-0.225Cp2+2.25 (11-43) n—辊数，第二辊下的相对塑性变形曲率：Cp2=Cro+Cρ2，对浪形钢板，Cp2=10；对弯曲钢板，Cp2=4.5—6. 更加详细内容及有关算图请参见教材相应章节 2523、矫正功率的确定、矫正功率的确定 式中： Mk——矫正扭矩，kNm； ∑P——矫正力总和，KN； f——轧件与矫正辊的滚动摩擦系数 μ——矫正辊轴承摩擦系数 D——矫正辊直径，m； v——矫正速度，m/s; η——传动效率，=0.85——0.7 d——辊子轴承处直径（滚动轴承取中径），m 253三、辊式矫正机的基本参数三、辊式矫正机的基本参数 辊式矫正机的基本参数为：直径D，辊距t，辊数n，矫正速度v，其中最重要的参数是矫正辊直径矫正辊直径D 及辊距及辊距t。
1、最大辊距、最大辊距tmax的确定：的确定：(β= D/t = 0.7—0.95) tmax确定矫正质量如过大，则难以在轧件内部产生足够的塑性变形 确定原则确定原则：原来平直的具有最薄厚度的轧件，经矫正辊反弯后，其断面上的塑性层的变形高度不小于轧件厚度的2/3，如图所示 254 ——原始曲率为1/r0=0，因此总变形曲率等于反弯曲率，即： 1/rc= 1/ρ ——反弯后，其断面上的塑性层的变形高度不小于轧件厚度的2/3，这意味着，弹塑性变形层的分界Z0=h/6； 由弹塑性变形时，与总变形曲率的关系： εz0=εs=z0*1/rc （11-5c） 可以得出，相对应的反弯曲率（即总变形曲率）： 1/ρ=6 εs /h 用相对曲率表示，这时有： C c= Cρ=1/ρ/1/ρw =3 255或相对曲率Cρ>=3，即： 1/ρ=3/ρw=6σs/Ehmin 设ρ=Dmax/2，对薄板而言Dmax =2ρ=βtmax=0.95tmax tmax=0.35hminE/σs （ 11-46） 一般当h<4mm时，才校核上述的条件；当h>4mm时，t 应由强度条件，由tmin 确定。
2562 2、最小允许辊、最小允许辊距距tmin 的确定的确定：： 一般辊矩 t 越小，可能产生的1/ρ越大，矫正质量越高但t t 越小则产生较大的矫正力 P，应由矫正辊的强度条件确定最小允许辊最小允许辊距距 ——辊面的接触应力，由赫兹公式： 257(11-48) 总压力P 按第三辊所受压力进行计算： P=P3=8Ms/tmin=8σsWe /tmin 式中：R——矫正辊半径，R=β *tmin /2；b——轧件与辊子的接触宽度； [σ0]——矫正辊允许接触压力，一般[σ0]=2σs； 代入（11-47）得：(11-47) 258 对板带矫正机，其形状系数e=1.5，轧件的抗弯截面模量：W=bh2max /6，β=0.95；可以得出： (11-49) 在tmin≤t≤tmax条件下，辊距 t 越小则可能的矫正质量越高 2593、辊数的确定：、辊数的确定： 应该说，在能满足矫正质量的条件下，辊数越少越好 一般轧件的宽厚比b/h 越大，则t 应越小，以增加弯曲变形；但t 受 tmin 的限制，不能过分减小，必须采取增加辊数，以改善矫正质量。
常用辊数见表11——5p380）4 4、辊身长、辊身长L：L=bmax+a 当bmax <200mm 时， a=50mm； bmax >=200mm时，a=100——300mm 5 5、矫正速度：、矫正速度：由生产率确定(表11-6)，如对薄带v=0.1-7m/s6、基本参数的系列化：、基本参数的系列化：辊式矫正机标准：（JB1465-75）板材，（JB2095-77）型钢 260四、四、辊式矫正机的结构辊式矫正机的结构辊式矫正机的结构辊式矫正机的结构 辊式矫正机的结构有板材与型材两种；由工作机座与传动部份组成，其传动部份实际上为一减速机与类似齿轮座的力矩分配系统，视不同机型其配置有所不同工作机座系统由上下矫正辊及机架组成为加强刚度，在有些矫正机上还增设了支承辊 图示图示 2611、工作机座的结构形式工作机座的结构形式 辊式钢板矫正机的工作机座可分为台架式与牌坊式两种，大多为台架式的由上下台架组成上下台架由四根立柱联接；立柱同时又是压下螺丝，装于台架内的压下螺丝转动以调整矫正辊的压下量中厚板矫正机大多是台架式的，上台架可单独/整体压下，其压下传动是集体传动的。
262 以下以11-260/300×2300 中板矫正机工作机座为例，说明其基本结构其总驱动功率为 130kW见图11-21 结构形式与特点：• 压下压下由电机——两级蜗轮蜗杆——转动压下螺母，使上台架整体升降• 同步弹簧平衡装置同步弹簧平衡装置：平衡螺母与压下螺母同时转动、升降，并带动托盘升降托盘上有24个平衡弹簧与拉杆，以过平衡过平衡的方式吊起上台架• 上下支承辊上下支承辊还可单独通过压下螺丝进行调整（手动）• 工作辊工作辊为空心结构，可通水冷却每根工作辊均单独驱动 2632、工作辊材料工作辊材料： 辊面要求耐磨耐磨，表面热处理硬度一般HRC 50--60；工作辊材料采用合金结构钢如：60CrMnV 3、主传动系统主传动系统： 包括减速机减速机、齿轮座齿轮座以及万向联轴节万向联轴节等右图所示为板材辊式矫正机的主传动系统的组成与配置由于辊式矫正机的矫正辊数较多， 264而每根矫正辊均需驱动以防止轧件与矫正辊产生打滑现象，所以其齿轮机座有多根输出轴；为增加齿轮座传动齿轮的接触强度其传动齿轮中心距大于矫正辊的辊距，同时为适应矫正辊压下时传动轴的倾角变化，在齿轮机座与工作机座之间的传动采用万向接轴万向接轴。
以上结构与配置与主轧机主传动系统有类似之处，此处不予详述矫直机主传动部份结构也有不同的类型与结构，在对它进行设计时可参见教材有关部份 265五、辊式型钢矫正机辊式型钢矫正机 1、特点特点： 在矫正辊上带有孔型；为对准孔型，工作机座必须有轴向调整装置（由右轴承座右侧的蜗轮蜗杆及直径φ450螺距10的螺母组成） 辊矩大，一般无支承辊2、分类分类： 开式开式：悬臂式，如p381, F11-28该机座换矫正辊/辊套方便（套有辊圈的心轴），同时操作时易于观察 闭式闭式：轴承座安装在辊子的两侧，其基本结构由机架、压下螺丝、矫正辊组成 机座刚性大，但换辊不方便（6——8小时），所以用得很少 266轧钢轧钢 机械机械第九章：卷取机（教材第十二章）计划学时：4学时 267§1 热带钢卷取机热带钢卷取机 卷取机功用卷取机功用：卷取超长轧件（一般指线材、带材），以便储存、运输 它是热带钢轧机的配套设备，又可再分为地上式与地下式两种以地下式的为最常用 一、设备布置与卷取工艺设备布置与卷取工艺1、地下式卷取机的配置这种类型的卷取机位于工作辊道的下面，所以称之为地下式的卷取机。
特点：工作条件恶劣，处于连续交替作业，生产节奏快结构：由夹送辊、前后导尺、导板、助卷辊、卷筒组成具体见F12-1 2682、卷取工艺——控制速度以控制卷取张力——带钢卷取 269以下简述卷取工艺过程：1、控制张力必须控制速度：当带钢头部离开轧机以后，辊道的速度必须大于轧制速度，目的是防止堆钢而进入夹送辊以后，夹送辊的速度必须大于轧制速度，以建立张力2、助卷辊的作用：轧件头部经导板进入卷筒与助卷辊之间，卷上2-3圈以后，助卷辊方可松开（厚板除外）3、卷筒与轧机同步加速，卷取4、卷取终了，必须使夹送辊速度小于卷筒速度，以维持张力而且卷取速度应低，以保持稳定一般现代化的卷取机最大卷取速度v=30m/s，卷重：45t，带钢厚度达：25mm；全部采用计算机控制，大卷重、高速化以提高生产能力 270一、一、1700三辊式卷取机的结构（地下式）三辊式卷取机的结构（地下式） 性能及结构特点——见表12-1（p407）卷取速度：8-22m/s，卷重：30t；它由张力辊、卷筒以及助卷辊组成 1、结构与组成结构与组成： 张力辊：由上下辊组成（D1/D2 =2：1，以利咬入同时上辊偏向前方，以利轧件下弯），用气缸调整上辊的开闭；辊缝用千斤顶调整。
张力辊前有风动导尺，其作用是使带钢边缘齐整张力辊后有导板，使带钢能顺利进入卷筒在有多台卷取机轧件 271的情况下，上辊抬起，使带钢通过它进入下一台卷取机2、卷筒卷筒：在高压下能实现胀缩，要有足够的强度与刚度要有辅助支承，以增加刚度一般采用斜楔式的斜面柱塞式，当液压缸（或复位弹簧）使得锥形心轴左移时，斜面效应使得卷筒张开，反之使卷筒收缩卷筒的驱动有电机直接驱动及通过减速传动两种方式直接驱动必须妥善解决胀缩缸设置问题 272 3、助助卷卷辊辊：一般设有三个助卷辊沿圆周方向120度均布，起到压紧带钢头几圈的作用武钢1700热轧卷取机助卷辊采用气动式的压紧方案，如图所示 助卷辊的最大的问题在于由于带钢头部层叠引起的冲击问题过大的冲击往往引起助卷辊的损坏在实际生产中采用液压控制的办法以减少冲击 273一、冷带卷取机的类型及工艺特点一、冷带卷取机的类型及工艺特点 1、分类 一般为卷筒式，主要由胀缩卷筒及传动装置组成，卷筒同时配有皮带助卷器或钳口 为改善轧制条件，改善板形，卷取整齐，卷取时必须有一定的张力按张力的大小，可分为：轧制及平整线上的大张力卷取机及精整线（退火、酸洗、涂层作业线）上的卷取机。
其卷筒大多是棱锥式、弓形块式也有用实心卷筒的 2、工艺特点 ——张力：σ0以可逆式轧机为最高，比张力最大达0.5~0.8而精整线为0.05~0.10最低（比张力定义为张力与相对应材料的屈服极限之比）——几何形状：无论张开或缩起，必须为一整圆不能有缺口 274——稳定性：对于大张力薄带卷取，有产生塌卷的可能，这是不能允许的——纠偏控制：一般采用光电元件——伺服阀，进行纠偏如图所示 275二、冷带卷取机的结构二、冷带卷取机的结构 一般以卷筒的结构进行分类 1、实心卷筒卷取机：其结构最简单，刚度大，可受大张力；但无法胀缩故无法卸卷2、四棱锥卷取机：用于20辊1180轧机它由四个扇形块、四棱锥（α=7045）及胀缩液压缸组成液压油由左端的旋转接头进入液压缸使胀缩液压缸右移，同时使棱锥轴右移；锥轴上的四个斜面将扇形板沿径向顶开而棱锥轴左移则实现卷筒收缩在卷筒表面安有钳口，以固定带钢头部 276该卷筒刚度大，强度高，并可承受大的张力缺点：卷筒涨开以后不是一个整圆 2772、八棱锥卷取机： 为改善带钢卷取的质量，使卷筒胀开以后为一整圆，发展了八棱锥卷取机 其扇形块锥角：α=12045，镶条锥角：α=1604351；增加镶条的目的在于填充扇形块间的间隙，使得卷筒无论张开或收缩均为一整圆。
278其特点如下： ——在卷筒压力较大时，由于其锥角较大，故可产生自动缩径，从而使压力减小——胀缩楔块的楔角小于其摩擦角，故在卷取时，胀缩缸不受卷取力影响除以上类型以外，还有弓形块式的（张开不是一个整圆），在冷轧原料段中也广为应用 279§3 卷取机的设计计算卷取机的设计计算 首先根据工艺要求确定其结构形式，结构参数，最后进行强度校核一、卷筒主要参数确定卷筒主要参数确定 1、卷筒直径及筒身长卷筒直径及筒身长 冷带卷取——内层带材不产生塑性变形热带卷取——开始几圈产生一定的塑性变形，以得到密实、整齐的带卷由弹塑性理论可以推出：卷筒外径：D冷≥Ehmin/σs (mm)(12-1)D热≤0.2Eh平均/σs (mm)(12-2)其中：h平均=(hmax+hmin)/2；σs——卷取温度下轧件的屈服极限，其大小见p419 2802、卷筒径向压力计算卷筒径向压力计算 卷筒外径D不宜过大，也不宜过小，应综合考虑卷取工艺及材料强度也可用经验公式，如：D=（150——200）hmax 筒身长一般大于等于轧辊辊身长卷筒胀缩量卷筒胀缩量△△D=15——40mm，热带取上限。
卷筒径向压力直接影响卷筒强度以及胀缩缸的推力；并影响卷取质量它受许多因素的影响：如与张力，带卷外径，卷筒刚度，层间滑动及摩擦等因素有关由于该问题在理论上极具深度，故而难度很大以下仅介绍这方面的部份研究成果 281——英格利斯（英格利斯（C. E. Englis）公式）公式 ： 其本假设：将带卷及卷筒均视作厚壁弹性圆筒，在张力作用下，每层带卷均受一均布的径向压力Pi的作用，而卷筒压力是所有各层带卷对卷筒所产生的径向压力增量之和假设带材与卷筒弹性模量相同，各向同性，在张力恒定、各层无滑动的条件下，卷筒径向压力分析为弹性力学的平面轴对称问题在卷取第i+1层带钢时，由拉密解答及r2处的变形协调条件，可解出卷筒径向压力增量△Pi为：(12-3) 282而pi=σ0h/r；σ0——单位张力MPah——带材厚度r——第i层带材半径，mmr1——卷筒当量内半径r2——卷筒当量外半径对弓形块卷筒：r1=弓形块最薄处内径；实心卷筒：r1=0； 283.对四棱锥卷筒：A——棱锥横断面的二分之一边长的平均值（mm）令h = dr ，以积分代替和式，得出卷筒表面压力P的公式： Rc——带卷外径，mm；而带卷表面的切应力（12-5）： （12-4） 284. 以上公式表明，卷筒压力及其切向压力是带卷及卷筒的尺寸（r1、r2、Rc）以及张力的函数。
卷筒压力P随当量内半径r1的增加而减少，随带卷外径Rc增大而增大；切向压力σt随当量半径r1的增加而减少，随Rc增大而增大（负值） 285——自动缩径卷筒径向压力的计算自动缩径卷筒径向压力的计算 由以上分析可以看出，r1 =0的实心卷筒，带卷D越大，则卷筒表面的压力P越大；这样使得卸卷困难，并使得卷筒及棱锥容易发生破坏为此，新设计的卷筒采用自动缩径，或称之为“可控刚度卷筒”；即采用棱锥角等于7度30分到8度的卷筒，使其大于磨擦角而不致自锁其原理如下： 当带卷外径Dc增加时，卷筒压力随之增大，而作用在棱锥上的水平力Q＇也增大当Q＇>Q时，棱锥轴向右移，使卷筒压力P减小，而Q＇也随之下降随着带卷外径的增加，卷筒压力P与Q＇又增加，当其到达其临界值P0时，又产生缩径而使其减小 这种当径向压力不断增加—>缩径—>压力减小—>压力增加……这一过程称之为缩径缩径 286缩径使卷筒径向压力减小，一般缩径量为缩径量为0.18—3mm过大的缩径量会使内层带卷切向应力加大，甚至引起塌卷所以必须正确确定P0的值，保证适量的缩径适量的缩径 287——自动缩径时压力计算的丛书和公式：自动缩径时压力计算的丛书和公式： 而系数k：k=c[0.15+1/(1.5+(Rc/r2)2)] c——卷筒刚度系数；对四棱锥卷筒c与关系见图12-20。
当锥角=14度——16度时，推荐c=1.45—1.6，以此作为平衡力的计算依据 这是自动缩径状态下的卷筒压力计算公式，教材还给出了自锁状态下的径向压力计算公式以上公式可用于卷筒的强度校核 288——胀缩缸平衡力的计算胀缩缸平衡力的计算 根据以上推出的卷筒径向压力计算公式，即可对胀缩缸的平衡力进行计算 锥面间的反力锥面间的反力： 如图，带卷对每一扇形块的等效压力： B——带卷宽；D——卷筒外径 289假设卷筒收缩时，扇形块受力如图示，由力的平衡条件，可解出法向力N：2、胀缩缸平衡力计算、胀缩缸平衡力计算 由图可以得出：： 290 由于在卷取过程中，tgα>f2，即卷筒不自锁，这就必须有Q>0方可平衡由上式简化之，得： 对于不自动缩径的卷筒tgα
N=Fv，功率N随速度而增大）即恒力矩 当卷径变化而需调速时，张力应保持不变，此时驱动力矩是变的——应调励磁N不变、即恒功率） 2、电机的额定转速与速比、电机的额定转速与速比 卷取计算转速：nj=30vmax/πRcmax(r.p.m) 292对电机直接驱动的卷取机：ner≥ nj，否则，减速机的速比为：i=ner/nj 3 3、励磁调速范围与最大卷径比、励磁调速范围与最大卷径比 为保持卷取过程中恒张力卷取，必须保持恒功率，这就意味着，其励磁调速范围应满足以下要求：由于有：vmax =2πRcner/60i= π Dnmax/60i； 所以：nmax/ner=2Rc/D，D——卷筒外径 293 4、卷取时电机功率计算卷取时电机功率计算 卷取功率一般由卷取张力，塑性弯曲变形，卷取速度，摩擦阻力确定： （12-13） k2——塑性弯曲及摩擦影响系数，取k2=1.1—1.2 T——张力，N；v——卷取速度，m/s；η——传动效率，0.85—0.9Tv）max表示在各种工艺条件下，Tv乘积的最大值 如有两台以上卷取机同时交替工作，则： （12-14） 294一般有：tw=t0，所以有：Ner=0.7Nj过载校核：Mz/λη≤Mer (12-15) λ——电机的过载系数，——电机额定力矩=9550Ner/ner (N.m) 而最大力矩：Mz =MT+Mb+Mj+Mf Nm (12-15a ) 各力矩的意义及计算方法如下各力矩的意义及计算方法如下： • 带材弯曲产生的阻力矩：Mb =Bh2σs/4i×10-3 Nm 295 PRj表示第j个轴承的支反力，它应由张力与卷筒、最大卷重共同产生。
• 加速卷取的动力矩： • 张力产生的阻力矩：MT =DwBhσ0/2i×10-3 Nm Dw--带卷外径• 卷筒轴承的摩擦阻力矩： 296轧钢机械•第四章：轧钢机机架（教材第五章）•主要内容：机架的类型和特点；开式机架与闭式机架，机架设计参数选择闭式机架的强度与变形计算•计划学时：4 学时 297§1 轧钢机机架的类型与结构一、机架的类型 轧钢机机架是轧机的重要部件，轧辊、轧辊轴承以及轧辊调整装置都安装在机架上机架在轧制过程中承受巨大的轧制力，必须有足够的强度与刚度 轧钢机机架按其结构一般分为闭式机架闭式机架与开式机架开式机架两种1、闭式机架 它是一个整体框架，一般通过上下联结梁将左右两片机架联结在一起，并通过轨座将其安装在地基基础上 特点：强度、刚度大，整体性强；但只能从其侧边换辊 用途：轧制力大的初轧机、钢坯轧机；轧制力大并且轧制精度高的板带轧机；精度高的小型轧机 2982、开式机架 它的每片机架均由机架本体与上盖两部份组成；其两部份联结方式有多种：螺栓、立销、套环、横销、斜楔等五种以最后一种斜楔联接性能最佳因而应用最广 开式机架刚度较差，但换辊方便：可卸下联接斜楔打开机架盖用吊车从上面将机架盖连同中上辊一起吊出U型架。
换辊以后再安装复位 这种机架主要用于横列式轧机（因为这种轧机无法侧向换辊！） 简图所示为用斜楔联接的开式机架的结构简图，其联接零件少，拆装方便，是开式机架中刚度最好的一种，应用广泛，主要用于横列式轧机（型钢轧机，轨梁轧机），一般又称其为半闭口机架 299二、机架的主要结构参数 机架的主要结构参数指机架窗口尺寸（窗口高及宽）、立柱断面尺寸 1、机架宽度 B• 闭式机架——由于闭式机架只能从侧向换辊，其机架开口宽度必须大于轧辊的最大直径Dmax对四辊轧机为换辊方便，其换辊侧（操作侧）开口宽度应比驱动侧宽5——10mm；其窗口宽为支承辊直径的1.3~1.5倍由于机架内侧与支承辊轴承座之间通常安装有滑板，在设计时，机架开口宽度还应考虑（加上）滑板的厚度• 开式机架——决定于轧辊轴承座的宽度，同样也要考虑机架内侧的耐磨滑板的厚度其开口大小与轧辊直径无关） 3002、机架开口高度 H 对于不同的轧机其开口高度H取值不同主要取决于：轧辊的中心距、最大开口度、轧辊轴承座高度、压下螺丝的伸出长度和垫板（球面垫）的高度，必要时还要考虑换辊的要求 对于四辊轧机，其窗口的开口高度H可由下式确定： H=(2.6~3.5)(Dw+Db) 3013、立柱截面——由强度及刚度条件确定 截面形状：矩形或接近正方形的形状，工字形（初轧机） 截面尺寸：由于立柱受力（轧制力）与工作辊辊颈相同而辊颈的强度近似与其直径d的平方成正比，故初步设计时可根据比值（F/d2）确定机架立柱断面面积F的值，然后再根据实际轧制时的受力工况进行精确校核。
不同轧机其立柱截面积的确定见教材表5——1，注意对不同的轧辊材料，其（F/d2）的比值是不同的 轧机工作机座的强度与刚度性能在很大程度上取决于机架立柱的截面尺寸，目前为提高轧制精度，热带钢轧机的立柱断面积达7000cm2，厚板轧机达10000 cm2，(1平方米） 302三、机架的结构特点1、闭式机架的结构 闭式机架通常用于强度、刚度要求高的初轧、板带轧机；其典型设备是1700四辊轧机 最大轧制力为25MN，考虑到轧制不锈钢及发生卡钢事故等情况，单片机架按承受最大轧制力20MN设计 303• 1700 四辊轧机精轧机架 左右两片机架通过上下连接梁连接成一体，并通过轨座固定在地基上机架上横梁中部加工有安装压下螺母的镗孔每片机架130吨，机架总重327吨，其主要特点是：• 高而窄——立柱采用近似正方形的截面 920*700，截面积F=6440cm2机架材料采用强度及韧性均较好的铸钢 ZG270-500 (老牌号为ZG35)• 采用液压平衡——平衡缸采用八缸式结构 304•在机架下部专门设有支承辊换辊小车，采用4个液压缸控制小车的升降同时在机架下部装有测量轧制压力用的测压头。
• 机架内表面镶有耐磨滑板，同时在操作侧，装有轧辊轴向定位的压板 在四辊轧机中，用于弯辊、平衡的液压缸很多，都通过机架进行固定，在机架设计时必须考虑周到各个缸的位置及固定方法 3051700精轧机工作机座机架 机架窗口的宽高比为1:3.75，属高而窄的类型，机架的总高度为9250毫米为防止立柱表面磨损，机架内侧装有45号钢制成的耐磨滑板为换辊方便，操作侧窗口比驱动侧宽20毫米 为了减小机架窗口转角处和压下螺丝镗孔处的应力集中，根据某重机厂的光弹实验结果比较，在机架窗口采用双圆角的结构，使转角处的应力集中达到最小 3062、开式机架的结构 以下用斜楔连接的650型钢轧机工作机座的开式机架为例 左右两片机架通过两根拉紧螺栓和撑管以及下联接梁联接后固定在轨座上具有箱形结构的机架盖通过4个斜楔与U形架相联接机架盖上部有一横销，可供安装时整体吊装或换辊时将机架盖连同中下辊同时吊装出来 U形架内表面上有两个凸台，俗称《牛腿》，是固定中辊下轴瓦用的中辊的上轴承座安装在H架上机架内侧的竖直槽是安装导板梁用的 在窗口的内表面上一般装有耐磨滑板也有的轧机考虑到H架的强度要求为尽可能地扩大窗口的宽度而不加滑板。
307 联接U型架与机架盖的斜楔斜度为1：50，为加工方便，一般将机架孔做成直的，而增加一个斜的鞍座 压上装置安装在U型架的下横梁中，而压下装置安装在机架盖的两侧压下方式为手动 308 机架窗口尺寸：窗口宽度由轴承座的宽度确定，同时应该适当考虑H架的支腿强度但也不能过宽，这样对轧制短轧件不利 窗口高度由轧辊最大直径，最大开口度以及轴承座的高度，压下螺丝伸出尺寸、球面垫的尺寸确定 309 每台轧机有左右两个轨座，用横梁或撑管连接以增加其刚性对轧辊直径小于500毫米的小型轧机也有将其做成整体的 型钢轧机轨座通常做成中间带凹槽的（用于穿螺丝用），两边与垂直面成15度的斜面，以便于对轧机进行轴向调整• 轨座的作用—— 通过轨座将轧机固定在基础上，在轧制时承受倾翻力矩 轨座必须保持足够的强度和安装精度 轨座一般是铸钢的，对小型轧机，也有铸铁的3、轨座的结构 310 初轧、开坯、板带轧机上轧机不须作轴向调整，轨座通常做成工字形的，与底脚相连处，做成矩形断面 1700冷连轧机的轨座实际只起到垫板的作用，如图5——9所示。
为拆装方便，在某些型钢轧机上，机架底脚与轨座采用斜楔连接，通过销子、斜楔将机架固定在轨座上 311轧钢机械第二节：机架强度和变形的计算 312轧钢机机架受力示意图P——总轧制力R——作用在单片 机架上的轧制力，（对板带轧机, R = P/2）） 313§2 机架强度和变形的计算 由于轧钢机机架多属静不定框架结构，所以在对机架进行强度分析时，必须对实际的机架进行必要的简化首先将机架各断面的中性轴连线组成一个框架系统，加上外力；确定其力学模型的静不定次数及相应的变形协调条件由此即可建立力与变形的条件解出静不定力，进而确定各断面上作用的弯矩、剪力根据截面的性质，可求出各点的应力与变形 一、闭式机架的强度计算 这里介绍材料力学方法 1、基本假设• 对称性——它反映在以下两个方面： 314 结构上的对称性——左右对称 受力即载荷上的对称性——同样为左右对称 为简化计算，假设水平力很小可忽略不计• 机架的刚性很大，其交接处的转角变化可忽略不计• 根据以上假设，将机架沿 I——I 截面剖开，即可得出简化的相当系统。
在 I——I 截面上作用有R/2的垂直作用力（R实际是作用在一片机架上的轧制力，对板带轧机而言，R应为总轧制力的一半）与剖开后暴露出的内力矩M1（即所求的未知静不定力矩） 315 由于机架下横梁中部的转角为零，可简化为插入端如图示 M1可由材料力学的能量法，根据I——I截面上转角为零的条件求出这是材料力学中的一次静不定问题实际为三次静不定问题M，Q与N） 3162、求静不定力矩M1 由卡氏定理，I—I 截面的转角可由下式求出： E——材料的弹性模量，x——计算截面与I——I截面间中性线长，Mx——计算截面x点的弯矩，Ix——计算截面x点的惯性矩 5——1 3175——5 将上式对M1求导数，可得出：代入5——1式： 假设弯矩的正方向——以顺时针为正则在计算截面x点的弯矩为： 318机架为简单框架受力与简化 319A、简单框架、简单框架——矩形框架矩形框架 假定其上下横梁截面相等，即I1=I3，立柱为等截面其惯性矩为I2 对横梁：x点到I——I截面的距离y=x；对立柱：y=l/2,可以解出； 320由此可得出立柱上的弯矩M2：5——10 积分后可得：5——7，5——8 321 由机架立柱所受弯矩M2的计算公式可以看出，增加横梁的惯性矩I1，减少立柱的惯性矩I2可降低M2的值。
所以现场板带轧机机架立柱采用近似正方形的立柱截面，可节省机架的材料 3223、强度校核 根据以上求出的静不定力矩M1即可求出机架各点的弯矩由此可作出机架的弯矩图上下横梁受弯矩作用，立柱除受弯矩M2以外，还受有拉力R/2的作用，应予以合成 对于框架结构，其弯矩图规定画在画在受拉的面受拉的面上对于上下横梁外面受拉；对立柱，里面受拉，与拉伸应力合成后，里面所受拉力增加，外表所受压力减少对机架其弯矩分布如右图所示 323应力计算： 机架横梁外侧（受拉）： σ外1=M1/W外1 机架横梁内侧（压）： σ内1=M1/W内1 立柱： σ=R/2F2±M2/W2 ，内正外负 F2—立柱截面积，W2—立柱抗弯截面模量 3244、立柱断面形状选择 常用的立柱断面形状有近似正方形、矩形与工字形 对于高而窄的四辊轧机，常选用惯性矩较小的近似正方形截面，由本节导出的闭式轧机机架立柱受弯矩M2的计算公式可以看出，减少立柱的惯性矩I2可减少立柱所受的弯矩从而节省材料，减轻机架重量 对于两辊轧机，其宽度相对较大（l1）故立柱所受弯矩M2亦较大。
一般选用惯性矩较大的矩形或工字形断面工字形加工困难，但易于安装滑板 图示为初轧机的工字形断面的机架立柱局部视图，中间半圆形的孔槽是用来安装（穿过）轧辊平衡装置的顶杆的 325二、闭式机架的变形计算 机架的弹性变形由三部份组成，即由弯矩和剪力产生的上下横梁的弯曲变形f1，f2以及立柱的拉伸变形f3，即： f=f1+f2+f3 由材料力学可知，横梁由弯矩和剪力引起的变形计算可由卡氏定理计算设上下横梁惯性矩相等（I1），则由弯矩产生的上下横梁的总的弯曲变形f1为： 326 设力矩以顺时针为正：Mx=R/2*x-M2 对R/2微分：＞＞ 代入上式并积分： 327 由剪切力引起的上下横梁的总弯曲变形f2： 式中：fs——剪切形状系数，对矩形断面fs=1.2 对拉伸变形： F2—— 立柱断面积 328对钢板轧机，其允许变形为： 冷轧机：[f]=0.4~0.5mm 热轧机：[f]=0.5~1.0mm 对开式机架，同样应用必要的强度核算。
教材上专门讲述并推导了半闭口机架（即用斜楔联接的开式机架）的强度分析公式，在使用时可参阅教材有关部份对于半闭口机架，其受力仍为静不定的其求解可用前面所用的能量法，也可用其它方法教材上推导所用方法为力矩—面积法，具体方法及原理请参照有关力学教材由于这种轧机大多为三辊式轧机，必须分别就其中上辊轧制与中下辊轧制的工况分别进行考虑进行强度分析 329四、机架的材料和许用应力 由于机架在轧制过程中承受巨大的轧制力及冲击，同时机架也时轧机工作机座中价值最为昂贵的零件，所以其安全系数远远大于其它零件是轧机中最大的 机架一般为铸钢件，采用ZG270——500（即原ZG35），其抗拉强度极限为500MPa 机架的安全系数 n=10~12.5 以上分析均是基于材料力学的方法，该方法简单，概念清楚，使用方便但假设条件多，因而精度较差 330五、用弹性力学有限元方法计算机架的应力和变形 近年来，凡是重要的、结构复杂的机架，在设计时都采用了弹性力学中的有限单元法进行设计计算这种方法最大特点在于精确度高，可利用有限元方法对机架进行全面力学分析与不同方案的比较有限元方法其基本原理是用变分原理求解数学、物理问题的一种数值解法。
331有限元分析过程及示例有限元分析过程及示例 可以应用商品化的有限元软件包如ANSYS，ALGOL，NASTRAN等对机械零部件进行有限元分析，尽管其功能有一定的不同，但其解题步骤一般由以下组成；• 建模——一般采用三维建模应用自下向上或自顶向下的方法完成机械零件的建模模型应与实际吻合，利用其对称性可简化并减小建模及计算的工作量以提高分析精度• 分网——根据模型的特性及受力状态应用不同的单元、不同的网格同时对网格划分的粗细大小也要求适当确定• 引入约束条件——根据零件的受力及变形特点加进约束条件，即对于零件不同的部位的自由度按实际情况进行限制 332•加载——在受力部位加入外力，可以是集中力，分布力；也可以是惯性力重力等• 求解——这一步包括形成方程的系数阵并根据边界条件对方程进行变换每一个未知量对应于一个方程，弹性力学有限元分析最终是求解一个大型的线性方程组• 后处理——根据求得的节点位移变换得出单元的变形及应力并以图形方式显示应用程序可对结果进行各种处理及比较，如改变其几何形状并进行优化设计等 以下是某热连轧机的机架有限元分析的示例 3332、轧辊的弹性压扁、轧辊的弹性压扁 由赫兹公式，将工作辊与支承辊简化为无限长压力均布的圆柱体，则其两者间的弹性压扁值（或中心接近量）可由Föppel公式求出。
公式3—34 K1、K2为轧辊材料的弹性系数，b为接触宽度之半，由公式3-10计算 同样也可求出工作辊辊面的弹性压扁量公式3—38）由于不均匀的弹性压扁将直接影响轧件的截面 形状，所以板带轧制中的弹性压扁的计算是十分重要的。