轧辊

工作辊 驱动方式 辊身 辊颈 辊头 辊身
支承辊 辊颈 辊头
工作辊驱动 支撑辊驱动
不计算 不计算
不计算 不计算
扭转应力 弯曲应力 不计算 弯曲应力
弯曲应力
不计算
弯扭合成 扭转应力
4、接触强度的计算
六、例题
1、钢板轧机轧辊的尺寸选择及强度计算
已知在2500二辊式热轧机上轧制1750mm宽度的钢板，最大 轧制力为9.8MN，试选取轧辊其他尺寸，并加以验算。假定最大压 下量Δh=15mm，轧辊与轧件之间的摩擦系数μ=0.3，轴承摩擦系数 μ1=0.1，辊头选用梅花头。
长度确定原则：I 孔型布置数目 II 强度条件 Ⅲ经验：
轧辊名义直径应符合国家规定的初轧机与型钢轧机系列标准。我国 初轧机系列有750、850、1150mm几种，横列式型钢轧机有300、500、 650、800mm等。
(2)板带轧机：原则：先定L，后定D L的确定：
Bmax/mm a/mm D的确定： <200 50 400～1200 100 1200～2000 >2000 200 400
根据铸型不同，可以得到不同硬度：半冷硬、冷硬、无限冷硬。 优点：铸铁硬度高、表面光滑、耐磨、制造过程简单且价格便宜。 缺点：强度低于钢轧辊，只有球墨铸铁强度较好。 （4）高速钢
优点：耐磨性好、耐表面粗糙性能好。近20年新进展，应用前景广。
四、轧辊材料的选取
（1）初轧机、钢坯轧机、厚板轧机、大型轨梁轧机、型钢粗轧机： 一般选用锻钢轧辊，要求较高的用合金钢轧辊。型钢粗轧机多采用 铸钢轧辊。 原因：压下量大，轧制力大，有冲击负荷，要求轧机具有高强度和 较大的摩擦系数（因为易于咬入，从而加大压下量） （2）中小型轧机的精轧机座轧辊： 大多采用铸铁轧辊，也有采用球墨铸铁的。 原因：这类轧机着重要求硬度和耐磨性，使产品尺寸精确，表面质 量好，并能减少换辊次数，提高生产率。
初始状态
稳定状态
二、二辊轧机轧制力矩计算 （1）简单轧制：两辊都驱动； 直径相同，转速相同；轧制时，除 了轧制力外不受其他力作用；相对轧制线受力相同 （2）受力分析
二辊轧机受力分析
辊身受力分析
轧辊受力分析
（3）轧制力矩的推导：M=P（a+ρ）
三、四辊轧机轧制力矩计算 （1）受力分析
D1 2
工作辊驱动 （2）轧制力矩推导
设计部件时，常采用材料强度极限οb为标准进行安全系数n的校对：
n σb σ
当n=5时，轧辊的许用应力
b
5
各种材料的许用应力见下表
材料名称 合金锻钢 碳素锻钢 碳素铸钢 球墨铸铁 合金铸铁 铸铁 强度极限σb/Mpa 686～1176 588 ～686 490 ～588 490 ～588 392 ～441 343 ～392 许用应力[σ]/Mpa 137.2～235.2 117.6 ～137.2 98 ～117.6 98～117.6 78.4 ～88.2 68.6 ～78.4
（2）轧辊的材料热处理或加工工艺不合要求。
例如：轧辊的耐热裂性、耐黏附性极耐磨性差，材料中有夹杂物或 残余应力过大等。 （3）轧辊在生产过程中使用不合理。
例如：热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面 热裂； 冷轧时事故黏附也会导致热裂，甚至表面剥落； 在冬季，新换上的冷辊突然进行高负荷热轧。或者冷轧机停车，轧 热的轧辊骤然冷却，往往会因为温度应力过大，导致辊面表层剥落 甚至断辊； 压下量过大，或因工艺安排不合理，造成过负荷轧制，也会造成轧 辊破坏。 二、轧辊的安全系数及许用应力
二、轧辊分类 （1）板带轧机轧辊 辊身为圆形：一般轧机
辊身微凹：热轧，补偿热膨胀，控制板型。
辊身微凸：冷轧，补偿受力弯曲，控制板型。 S、雪茄等特殊曲线型辊身：CVC轧机，UPC轧机。 （2）型钢轧机轧辊：辊身上有轧槽（孔型）
（3）特殊轧辊：一般用于穿孔机、车轮轧机、齿轮轧机、楔横轧 机等专用或特殊轧机上，轧辊具有各种不同形状。
三、轧辊的工作特点及对轧辊的要求
特点
要求
工作时承受很大的轧制力和力矩，并伴有强大 强度↑ 刚度↑表面硬 的动载荷。 度↑ 要在高温和温度变化很大的条件下工作。 磨损严重：热轧还伴有坚硬的氧化铁皮使辊面 极易破损；冷轧，特别是轧制薄板时，轧辊经 常处于弹性压扁状态，使其接触应力巨大，轧 辊也极易破坏 热应力稳定性↑
预精轧机座：高镍铬离心铸造复合辊、工具钢、碳化钨等。
精轧机座：一般为碳化钨的硬质合金。因为它具有良好的热传导性， 在高温下有硬度下降小，耐热疲劳性能好，耐磨性好，强度高等特 点
（4）热轧带钢轧机：
工作辊：多采用铸铁轧辊
原因：以辊面硬度要求为主。 支撑辊：多选用含铬合金锻钢。 原因：工作中主要承受弯矩，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊 淬透性。 （5）冷轧带钢轧机： 工作辊：多采用高强度合金铸钢或带硬质合金辊套的复合辊 原因：对辊面硬度和强度均有很高的要求。 支撑辊：与热轧带钢相似，多选用含铬合金锻钢。但硬度更高 （HS=50～65） 原因：工作中主要承受弯矩，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊 淬透性。
轧辊直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩，它属于消耗性零件， 就轧机整体而言，轧辊安全系数最小。 由于生产工艺对轧辊负荷影响因素较多，波动也较大，同时还有冲 击负荷、疲劳、温度等因素影响，精确计算实际负荷是困难的。
采用静负荷计算轧辊强度是经过简化的一般方法，经过生产实践证 实，对一般轧辊采用安全系数n=5是较合适的。
M 2 D2E J4 所以 M ( D ) 1 1
1 1 1 1
M2 2 E2 J 2
1
支持辊和工作辊的曲率半径可以认为相等，假设E1=E2 1 M 如果D2=2000，D1=800，M1=0.0256M2
作用于工作辊上的弯曲力矩甚小，可以不予计算，即可以不予计算轧制 力所在平面的弯曲应力。 （2）支持辊：与二辊方法相同
滑动轴承：
滚动轴承
液体Baidu Nhomakorabea承
例：滑动轴承
四、辊头尺寸的确定
a 梅花轴头
b万向轴头
c 带键槽轴头 d 圆柱形轴头 e 带平台的轴头
例：梅花接轴
第三节
轧辊材料的选择
一、轧辊材料选用原则 根据工作特点及破坏形式，严格保证轧辊性能（强度、耐磨性、耐 热型等。 二、轧辊破坏形式
三、轧辊常用材料
（1）合金锻钢：（JB/ZQ4289-1986）
工作辊驱动：M=Pa+Ptgβρ1+PtgβD1/2
支持辊驱动
支撑辊驱动：M=Pa/(D1/2-ρ1) ×D2/2+P/cosβ×ρ2
第五节 轧辊强度计算
一、目的及原因 1、目的：使轧辊不发生破坏性事故，保证轧机生产率及降低生产 成本。 2、原因
（1）轧辊形状及尺寸设计不合理或设计强度不够。
例如：在额定负载下，轧辊因强度不够而断裂；因接触应力超过许 用值，使辊面出现疲劳剥落。
热轧辊：55Mn2，55Cr，60CrMnMo，60SiMnMo等 冷轧辊：9Cr，9Cr2，9Cr2W，9Cr2Mo，60CrMoV，80CrNi3W 优缺点：综合力学性能较好，但价格昂贵，加工制造困难。 （2）铸钢：ZG70，ZG70Mn，ZG8Cr，ZG75Mo
（3）铸铁：普通铸铁、合金铸铁、球墨铸铁。
5、已知某1200初轧机轧辊第一孔型轧制力P1=3MN，压下螺丝中心 距a=3000mm；第一孔距一端压下螺丝中心距离为1000mm；第一孔型 轧辊工作直径D1=900mm；轧辊辊颈直径d=600mm；辊颈与辊身交接 面距压下螺丝中心线距离e=300mm；轴承摩擦系数f=0.01.，辊头为 扁头，轧辊材质为锻钢辊，σb=700MPa。传动端为A端，如图所示。 请设计扁头并校核轧辊强度。
第二章
轧辊
第一节 第二节
概述 轧辊主要参数设计
第三节
第四节
轧辊材料的选择
轧辊受力及轧制力矩的计算
第五节
轧辊强度计算
第一节 概述
一、轧辊在工作机座中的地位和结构 中心地位：机座的其他组件和机构都是为装置、支撑和调整轧辊以 及引导轧件正确地进出轧辊而设。 （1）辊身：轧辊与轧件接触并使金属产生塑性变形的部分。 （2）辊颈：轧辊支撑部分，安装在轴承里置于机架中，并通过轴 承座和压下装置把轧制力传给机架。 （3）辊头：通过与联轴器相连接来传递轧件扭矩的。
第四节 轧辊受力及轧制力矩的计算
一、摩擦圆概念 Q—外力；N—正压力；T—摩擦力；R—N与f的合力； φ—摩擦角：正压力N与合力R之间的夹角 平衡状态：∑F=0 Q-R=0 ∑M=0 M=Rρ ρ—摩擦圆半径 ρ=d/2sin φ 因为φ<50,很小,sin φ≈tg φ ≈f(摩擦系数） 所以 ρ=d/2 〃f 结论： （1）合反力永远与摩擦圆相切； （2）合反力形成的力矩与M方向相反。
三、平辊二辊轧机强度计算
计算内容： 1、辊身：因为辊身所承受的扭转应力比弯曲应力小得多，所以只 计算弯曲应力 2、辊颈：计算弯曲和扭转合成应力 3、辊头：只有扭转应力
四、有槽轧辊的强度计算
五、四辊轧机的强度计算方法
1、计算内容：
(1)工作辊的计算 1 M 1 因为 1 E1 J 1
表面冷硬层要深
第二节
一、轧辊的基本参数
轧辊主要参数设计
轧辊名义直径（或称公称直径）D、辊身长度L、辊颈直径d、辊颈 长度l。辊头直径d1。
有关轧辊直径：
名义直径：齿轮座中心矩；初轧机： 辊环外经或末道轧辊中心矩
工作直径：槽底直径（型钢轧机）
最大直径：新辊直径 最小直径：旧辊直径
二、轧辊名义直径及辊身长度的确定 (1)初轧机与型钢轧机 首先确定辊身直径：确定原则： I 为避免孔型槽切入过深，轧辊名义直径与工作直径的比值一 般不大于1.4； II 最大咬入角 III轧辊强度（n＝5）（后述）
热轧板带： 二辊轧机
四辊轧机
中厚板：L/D=2.2—2.8 薄板：L/D=1.5---2.2
冷轧板带：
工作辊最大直径还受被轧带材最小厚度的限制。 根据经验 Dg<（1500～2000）hmin（张力轧制） Dg<1000hmin （无张力） 或 Dg=0.28E hmin/f(K-σ平) 三、辊颈尺寸的确定：
2、型钢轧机轧辊强度计算
3、四辊轧机强度计算
不计轴承摩擦，工作辊辊头为圆柱形，直径 为40mm.支持辊HS=36-46
本章将讲述的主要内容 1、轧辊基本结构用途及分类 2、轧辊几何尺寸的设计 3、轧辊材质的设计 4、轧辊的强度计算
重点 了解 了解 重点
作业题 1、轧辊有哪几部分组成？各部分的作用？ 2、计算轧辊辊头强度时，为什么只计算传动端扭转应力？ 3、画出四辊轧机受力分析图，并推导轧制力矩计算公式。 4、某二辊可逆钢板轧机的下辊由σ=588---666.4Mpa的碳素锻钢制 成，取安全系数年n=5。所轧钢板的最大宽度b=2100mm，两压下螺 丝之间的距离a=2910mm，作用在下辊的最大压力P=7.4MN，轧辊辊 身直径D=850mm，轴承内的摩擦系数f=0.03，辊颈直径d=620mm，辊 头d1=530mm，辊身长度L=2290mm，最大压下量Δh=30mm，轧辊辊头 是梅花形的，力的作用方式如下图所示，试校核轧辊强度。
（3）线材轧机 粗轧机机座：软化退火的珠光体球墨铸铁或普通铸钢， 如果热裂性问题是主要问题：其硬度值低些（HS=38～45）
如果耐磨性问题是主要问题：选择硬度稍高些（HS=45～55）。
优选铸铁，原因：硬度相同的轧辊，软化退火的球墨铸铁轧辊较普 通铸钢轧辊寿命高2倍。
中轧机座：优选珠光体球墨铸铁或贝氏体球墨铸铁，硬度稍高 （ HS=60～70）。