第三章轧辊与轧辊轴承
轧辊轴承
带金属轴瓦的滑动轴承：用于叠轧薄板轧机。 带布胶轴瓦的滑动轴承：用于开坯、中厚板及型钢 轧机。 闭式（液体摩擦）轴承：用于四辊轧机。 滚动轴承：用于钢板、钢坯、线材、钢管轧机。
课外作业: 1、轧辊轴承的工作特点是什么？ 2、轧辊轴承的类型、特点及用途是什么？
3.3 非金属衬开式轴承
§3.3.1 带非金属轴瓦的开式滑动轴承 1、应用：除冷轧机、薄板轧机、部分线材轧机和钢 管轧机以外的大部分轧机上。 2、制作：布胶轴瓦是一种用棉织品（棉布或帆布） 先在合成树脂中浸透的棉布用高压压制成，其布 层之间都充满了树脂，是一种多层状的塑料。 3、轴瓦主要是酚醛夹布树脂（胶木轴瓦）和塑料 轴瓦。
①承受很高的单位压力（p）； 轧辊轴承所承受的单位压力要比普通轴承大 2～5倍。这是因为轧机的轧制压力大，而其轴 承受外围尺寸的限制和在较短的辊颈内使用很 大的许用应力所决定的。 ②承受的热许值即Pv值大； Pv值比普通轴承大4～24倍；Pv值是代表能量 消耗的指标，即反映轴承发热情况的数值，由 于轧辊轴承的单位压力高，且辊颈圆周速度也 较大，这就造成了Pv值很大。
胶木衬瓦的缺点是它的耐热性和导热能力 差(导热系数比金属衬瓦约低90倍)，工作时需 要大量的循环水进行强制冷却。另外，它的刚 性差，弹性模数只有500～1100MPa，受力后弹 性变形较大。因此，在轧件尺寸要求严格的轧 机(精轧机座)上，不宜使用这种轴承。 胶木轴瓦冷却与润滑用水的水量，可按下 面经验公式大致确定
液体摩擦轴承有动压、静压和静一动压三种 结构型式。它们的特点是摩擦系数小，工作速 度高，刚性较好，使用这种轴承的轧机能轧出 高精度的轧件。这种轴承广泛用在现代化的冷、 热带钢连轧机支承辊及其它高速轧机上。 液体摩擦轴承的允许速度只受散热条件的 限制，在适当冷却的条件下，当速度提高时， 承载能力不是降低，而是提高。
轧辊与轧辊轴承.
22
23
3.3
轧辊的强度计算
① 轧辊强度效核的必要性
设计不合理，强度不合理，额定载荷下断裂；
材质选用不合理，热处理工艺不合理，加工工艺不合理； 合理造成轧制压力过大；
生产中使用不当，如轧低温钢、断冷却水、压下规程不
高速钢、半高速钢轧辊广泛应用
抗热裂性，耐磨性及红硬可大大延长轧辊寿命，提高轧材质量
21
半钢轧辊
其含碳量介于介于铸钢与铸铁之间-过共析钢组织，兼有铸钢 强度、耐热龟裂性及铸铁耐磨性, 半钢轧辊是近年来出现的新型 轧辊材质。
复合式锻钢轧辊
近年来, 出现采用镶辊套的复合式锻钢轧辊, 如热轧支持辊辊 套采用8CrMoV或8Mn2MoV制作，心轴用37SiMn2MoV等材料 制作；冷轧支持辊辊套采用9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W等制作， 心轴用55CrMn、55Cr、35CrNiW等材料制作。
辊套采用热压方式套在辊心轴上。
12
3.2.2 轧辊的参数
3.2.2.1 辊身直径
在轧机设计中，确定轧辊最佳直径应考虑以下几个方面的因素：
① 咬入条件
13
② 轧辊的强度和刚度条件
14
③ 最小可轧厚度
④热平衡条件
15
3.2.2.2 辊身长度
① 对于型材轧机，辊身长度主要取决于孔型配置的数目及辊身强度
滑、轧件咬入打滑或卡钢造成相对运动，而造
成轧辊表面剧烈摩擦。
4
③ 热负荷
热轧时轧辊辊身受轧件高温及冷却水交替作用， 产生的热循环应力；冷轧时由于轧件变形热效 应，轧辊表层也产生热循环应力。
5
3.1.2 轧辊的主要失效形式
① 磨损
磨损达到一定辊次（反复车削，辊身表层硬度丧失， 强度削弱而报废。 辊耗：每轧一吨钢所消耗的轧辊重量，包括固定消耗 与意外事故造成的消耗。 重车率：全部重车量与轧辊名义直径的百分比。
毕业设计 轧辊的工艺计算
设计目录前言 (1)第一章轧辊的工艺计算1.1 轧辊的基本参数 (5)1.2 轧辊的材料、轧辊的硬度面 (5)1.3 轧辊的强度校核 (6)1.4 工作辊与支承辊的接触应力 (9)1.5 轧辊的变形计算 (10)1.6 工作辊与支承辊间的弹性变形 (11)1.7 轧辊轴承的选择 (12)1.8 轴承寿命的计算 (12)1.9 轧辊轴承润滑 (13)第二章压下螺丝与螺母的工艺参数2.1 压下螺丝的选择 (14)2.2 压下螺母的选择 (15)2.3 电机的选择 (17)第三章轧辊平衡系统的工艺参数3.1 支承辊平衡缸的选择 (18)3.2 工作辊平衡缸的选择 (19)第四章机架的工艺参数4.1 机架的主要结构参数 (20)4.2 机架的结构 (21)4.3 机架的强度计算 (24)第五章工作机座刚度计算5.1 轧辊系统的弹性变形 (25)5.2 轧辊轴承的弹性变形 (26)5.3 轴承座的弹性变形 (27)5.4 压下系统的弹性变形 (28)5.5 支承辊轴承座和压下螺丝间各零件的弹性变形 (30)5.6 压力调心板的接触变形 (31)5.7 机架的弹性变形 (32)第六章轧辊轧制力矩的计算 (33)第七章减速器 (34)第八章万向接轴的选择 (35)第九章电动机容量计算与校核9.1 主电机容量的计算 (36)9.2 主电机容量的校核…………………………….结束语 (39)参考文献 (40)前言随着汽车、制罐、无线电技术等部门的迅速发展，冷轧薄板的产量日益增加。
冷轧的生产成本比热轧的高10%，投资费用比热轧多20-25%，但冷轧钢板的性能和质量都比热轧的好，在同样的用途下，可以节约金属达30%，故冷轧薄板得到迅速发展。
美国使用的薄板几乎百分之百都是冷轧的，热轧薄板的焊管冷弯型钢的坯料都是冷轧的。
目前，国外绝大多数薄板是连续式生产，成卷供应。
冷轧薄板轧机有：连续式冷轧机，多辊式轧机（八辊，十二辊，二十辊等），四辊可逆冷式轧机，六辊冷轧机和特殊轧机。
轧钢机械设备知识点
第一章概述1、钢材的分类：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3）管材占8~15% 又可分为无缝管与焊管，大多为圆形断面。
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）。
2、轧钢机械的组成：轧钢机械由轧制机械主设备（主轧机——使轧件产生塑性变形的设备）与辅助设备组成（除主设备及工艺设备以外的一切设备）。
*主设备组成：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：完成一切辅助的工序轧件的运输、搜集、剪切、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。
*常见的轧钢辅设备：剪切类、矫正类、卷取类、运输翻转类、打捆包装类、表面清理加工类。
（教材P20表1-6）3、轧钢机的标称：初轧机与大外径来标称。
如宝钢140无缝钢管轧机，表示型钢轧机——以（最后一架轧机—即成品架次）轧辊的名义直径作为轧机的标称。
钢板轧机——以轧辊的辊身长度来标称。
如2030冷连轧机组，表示轧机的轧辊辊身长为2030mm。
钢管轧机——以能轧制钢管的最其轧制钢管的最大外径为140mm4、按轧辊在机座中的布置分类：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：轧辊水平放置的轧机，应用最广，是最普遍的。
*PC轧机（轧辊成对交叉轧机）：四辊，轧辊成对交错，叫超角度5°，用于冷轧及热轧带材。
*HC轧机（高性能凸度控制轧机）：六辊，用于冷轧普碳及合金钢带材。
*CVC轧机（凸度连续可变轧机）：两辊，用于热轧及冷轧带钢。
2）立式轧机：轧辊垂直放置的轧机，用于不希望翻钢的场合。
3）万能轧机：具有水平辊及立辊的轧机。
4）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。
3轧辊与轧辊轴承
复合式锻钢轧辊
近年来, 出现采用镶辊套的复合式锻钢轧辊, 如热轧支持辊辊 套采用8CrMoV或8Mn2MoV制作，心轴用37SiMn2MoV等材料 制作；冷轧支持辊辊套采用9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W等制作， 心轴用55CrMn、55Cr、35CrNiW等材料制作。
⑵支持辊强度效核
45
3.3.3.3 四辊轧机轧辊接触应力计算
⑴ 半径方向的法向正应力
46
⑵ 在接触区切应力 τ
47
图3-8 轧辊接触应力与深度关系
48
3.3.4 轧辊的断裂形式与安全系数 3.3.4.1 轧辊断裂形式
49
3.3.4.2 轧辊安全系数
* 影响轧辊实际强度的其它因常素: 轧辊材质的不均匀性；轧制 时冲击负荷、温度应力的作用以及轧辊的疲劳等.
轧制生产对轧辊的基本要求包括工艺、寿命要求。
① 工艺要求 合理的结构、尺寸、材质—以保证成品的尺寸精度、
表面质量及产量。 ② 寿命要求 工作时间适当—轧辊需要一定的强韧性、耐磨性、
耐热性及耐剥落性； 材质特性值—机械性能和硬度。
8
总的来看，轧制生产对轧辊的基本要求可归纳为对轧辊 的结构、尺寸的确定，对轧辊材质、制造方法的选择，对 轧辊强度、刚度的校核。
63
3.4 轧辊的扰度计算
3.4.1 二辊板带轧机轧辊扰度的计算
64
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3.4.1.1 辊身中央断面总弯曲扰度的计算
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3.4.1.2 辊身中央与板边缘扰度差值的计算
68
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3.4.1.3 辊身中央与辊身边缘扰度差值的计算
轧辊轴承的工作特点及类型
轧辊轴承的工作特点及类型第一篇：轧辊轴承的工作特点及类型轧辊轴承的工作特点及类型轧辊轴承的工作特点轧辊轴承是用来支撑轧辊的，和一般用途的轴承相比,轧辊轴承有以下特点：（1）承受很高的单位压力。
由于轴承座外形尺寸受到限制,不能大于辊身最小直径,且辊颈长度又较短,所以轴承上单位载荷大。
通常轧辊轴承的单位压力广髙达2000-4800Mpa，为普通轴承的2-5倍,而且pv值（单位压力和线速度的乘积）是普通轴承的3-20倍。
（2）运转速度差别大。
不同轧机的运转速度差别很大,例如，现代化的六机架冷连轧机出口速度已达42m/s，高速线材轧机出口速度达到100m/s，而有的低速轧机速度只有0.2m/s。
显然,不同速度的轧机应使用不同类型的轴承。
（3）工作环境恶劣。
热轧时轧辊都要用水冷却，且污水、氧化铁皮等容易落入轴承。
冷轧机采用工艺润滑剂（乳化液等）来润滑、冷却轧辊与轧件,它们是不能与轴承润滑剂相混的。
因此，对轴承的密封提出了较高的要求。
因此,对轧辊轴承的要求是承载能力大、雎擦系数小、耐冲击,可在不同速度下工作，在结构上,径向尺寸应尽可能小（以便采用较大的辊颈直径），有良好的润滑和冷却条件。
轧辊轴承的类型轧辊轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。
滚动轴承主要是双列球面滚子轴承、四列圆锥滚子轴承及四列圆柱滚子轴承。
滚针轴承仅在个别情况下用于工作辊。
滚动轴承刚性大,縻擦系数较小，但抗冲击性能差，外形尺寸较大。
多用于板带轧机、线材和钢管轧机上。
滑动轴承有半干庠擦和液体摩擦两种。
半干摩擦的滑动轴承主要是夹布胶木轴承，它广泛用于各种幵坯轧机、中厚板轧机和型钢轧机。
在有的小型轧机上还使用铜瓦或尼龙轴承。
金属滑动轴承，主要材料是青铜，因其摩擦系数较商、不耐用，又要消耗有色金属，目前仅用于脅轧薄板轧机上，由于轧辊工作温度高（约300℃），故采用沥靑做润滑剂。
液体摩擦轴承（油膜轴承）的特点是摩擦系数小、工作速度高、刚性较好，广泛用在现代化的冷、热带钢连轧机的支撑辊和其他髙速轧机上。
3轧辊与轧辊轴承解析
⑵支持辊强度效核
45
3.3.3.3 四辊轧机轧辊接触应力计算
⑴ 半径方向的法向正应力
46
⑵ 在接触区切应力
τ
47
图3-8 轧辊接触应力与深度关系
48
3.3.4 轧辊的断裂形式与安全系数
3.3.4.1 轧辊断裂形式
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3.3.4.2 轧辊安全系数
* 影响轧辊实际强度的其它因常素: 轧辊材质的不均匀性；轧制
② 板带材轧机轧辊的辊身长度应与所轧板带材最大宽度相适应。
工作辊辊身长度可用下式确定：
16
板带材轧机的辊身长度的确定，一般应和轧辊直径一起考虑。
17
3.2.2.3 辊颈
辊颈直径d、辊颈长度 l 、辊颈与辊身过度圆弧半径r与轧辊轴承形式 及工作载荷有关，并应综合考虑轧辊辊颈的强度和轧辊轴承的寿命。由
轧辊强度、刚度的校核。
9
3.2
轧辊的结构
图3-1 轧辊的结构 a-梅花形的辊头；b-扁头形的辊头；c-带双键形的辊头 10 1-辊身；2-辊颈；3-辊头
① 辊身
工作部分 型材轧辊-辊身上刻有各种形状的轧槽 (孔型 ) 板材轧辊-平辊或微凸、微凹型或其它较复杂的曲线 形状（辊型）。
② 辊头
传动连接或吊装部分，其形状由连接轴型式确定，
梅花型、 单键型、双键型、万向节型。
11
③ 辊颈
支持固定轧辊部分，即安装轴承及轴承座部分。形
状由轴承型式确定，滑动轴承及滚动轴承为圆柱体，
液体摩擦轴承为圆锥形。辊颈、身交界处为应力集中
处应用过度圆弧连接，属于强度薄弱环节。
组合轧辊 -组合轧辊由韧性好的心轴和硬度高的辊套组成，
生产某种产品时各机架轧制压力分别为P1=170 t，P2=140 t；传 动轧辊的总扭矩分别为Mn1=19 KN.m，Mn2=16 KN.m；工作辊 辊身直径为Φ150 mm, 辊颈直径为Φ110 mm, 辊头直径为Φ100 mm，带双键槽；支持辊辊身直径为Φ450 mm，辊颈直径为 Φ250 mm；压下螺丝中心距为700 mm，工作辊辊颈中心距为 650mm。轧件宽度b=280 mm，轧辊材质为合金锻钢。忽略水平 张力的影响。试校核轧辊强度（要求画出辊系受力图、轧辊受力
材料成型概论 第三章 轧制成型2
轧机按轧辊装配形式分类
按轧辊的数目、放置、大小来区分轧机的基本型式 为：表3－2
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程： 由钢锭或钢坯轧成具有一定规格和性能的钢材的一 系列加工工序的组合。
❖ 在提高质量和产量的同时，力求降低成本是制定轧 钢生产工艺过程的总任务和总依据。
❖ 碳素钢和合金钢的基本典型生产工艺过程如下图所 示。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料准备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料准备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库
材料也比较稀贵，产量不大而产品种类繁多。 ❖ 常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。
❖ 各种轧钢生产系统组成见下表。
3.4.1 轧钢生产系统
轧材生产系统的发展： ❖ 向大型化、连续化、自动化方向发展。 ❖ 工艺流程经历了“长流程”到“短流程”的发展过
程。 ❖ 目前“长流程”和“短流程”共存。 ❖ 长流程主要吃铁水，短流程主要吃废钢。
❖ 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后发展的 必然趋势。
3.4.1 轧钢生产系统
型钢生产系统 热轧线材、热轧棒材、热轧H型钢、热轧型钢
❖ 型钢生产系统的规模往往不很大，就规模而言可分 为大型、中型和小型三种生产系统。
❖ 年产100万t以上的称大型生产系统；年产30～ 100万t称中型生产系统；年产30万t以下的称小型 生产系统。
第3章+轧辊轴承
§3.3.2 带金属轴瓦的开式滑动轴承 这种轴承采用金属轴瓦的主要材料是青铜， 由于轧辊温度高，故采用沥青作为轴承的润滑剂。 因为摩擦系数较高，不耐用，又要消耗稀缺贵重 有色金属，所以目前仅用于热作业式叠轧薄板上 （其辊颈温度约3000C左右）。为节省青铜，其 代用材料有石墨化钢、耐热铸铁等。 金属轴瓦的润滑，在热作业式轧机上主要是 使用处理过的无毒石油沥青润滑。在冷作业式轧 机轧辊轴承上（温度在30～800C之间），可采用 合适的稀油或干油润滑。
Q Pdun 405
3-39
式中 Q P d u
—— 一个轴瓦的耗水量，kg／h； —— 作用在轴承上的力，N； —— 轧辊辊颈直径，cm； —— 摩擦系数，u = 0.03～0.06； n —— 轧辊转数，r／min。
为改善轴瓦的工作状况，在更换轧辊时或停 车以后，可向轴瓦内注入适量干油。对可逆式轧 机，周期性地注入少量干油，可以减小轧机的启 动力矩。 钢轧辊辊颈如果表面淬火，可显著延长轴瓦 寿命。 轴瓦的结构形状有半圆柱形(图3-20c)、长方 形(图3-20h)及组合式(图3-20a)几种。半圆柱形 轴瓦用料最省，但在轴承盒中需要有切向固定。 长方形的切向固定性较好，但用料较多。由三块 胶木组成的组合式轴瓦比较省料。目前应用最多 的是整体压制半圆柱形的轴瓦，其优点是省料， 制造方便，安装后不需要另行镗孔。
3.4 滚动轴承
滚动轴承的特点决定了它在轧机上的使用 方式。由于轧辊轴承要在径向尺寸受到限制的 条件下承受很大的轧制力，所以在轧机上使用 的滚动轴承多采用多列滚子轴承。这种轴承有 较小的径向尺寸和良好的抗冲击性能。主要有 双列球面滚柱轴承，四列圆锥滚柱轴承和多列 圆柱滚子轴承。前两种可同时承受径向力和轴 向力；第三种虽要附加轴向止推轴承，但它的 径向尺寸小，承载能力大，允许转速高，因而， 近年来在高速、重载轧机上广泛采用。
轧钢基础知识
远大1420冷连轧工程新员工培训 冷连轧工程新员工培训 远大 轧钢基础知识 设备管理组 2011-3
山东远大板业新项目
目 录 •第一章 •第二章 •第三章 •第四章 •第五章 •第六章 轧钢生产与轧钢机械 轧钢机的标称与分类 轧钢机的发展概况 轧辊与轧辊轴承 轧机主传动装置 冷轧概述
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第一章 轧钢生产与轧钢机械
1.1 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。
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按加工方法可分为：热轧板与冷轧板 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）。
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4.2 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l。 轧辊名义直径D与辊身长度 与辊身长度L的确定 轧辊名义直径 与辊身长度 的确定 D 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。 初轧机与型钢轧机 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 名义直径 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>=∆h/（1-cosα） 强度条件：计算应力＜许用应力（安全系数 n=5）。
《轧辊》精品课件
辊颈:校核弯+扭组合强度
辊头:校核扭转强度
工作辊强度计算
(1)工作辊传动时，工作辊强度 (2)支承辊传动时，工作辊强度
工作辊传动
PT
b
四
辊
d1
D
轧
机
工
L
作
Mw
辊
受
a
力
及
MT
力
矩
图 Mn
PT q=P/L
d3
c
辊身中部垂直弯矩
Mw max P (l b) 8
辊身中部水平弯矩
M T max
T 2
第二节 轧辊的结构和参数
确定原则（方法）： 辊身直径D ：①咬入条件（热轧）
② ③
轧轧辊辊的的最热平小衡可:轧D轧m厚in辊度直1(冷径c轧oh使s)轧辊的工作温度≯100℃.
④ 轧辊的强度和刚度
Dmax
0.28Ehmin
(K P)
辊身长度L： L/D比例。
L/D小，刚度大，不易弯
曲。（查表，经验数值） 辊颈直径d： d/D有比例， 0.5-0.8(滚动轴承取下限)
b＞1200 , a=200~400 例如:首秦4300轧机: b=4100，a=200。
第三节 轧辊材料及辊面硬度
一、常用的轧辊材料
铸钢 1、钢
锻钢
合金铸钢 合金锻钢
热轧辊-合金结构钢：55Mn2,55Cr,60CrMnMo 冷轧辊-合金工具钢:9Cr, 9CrV, 9Cr2W, 9Cr2Mo
2、铁
按排列方式分类
单机架： 横列式：在大型型钢和中型钢轧机上应用
单列 双列
顺列（串列）：在热连轧机组的粗轧机组中
连续式：热轧带钢、冷轧带钢、钢管的轧制、高速线材
《轧辊》精品课件
第四节 轧辊的强度计算
1） 二辊型钢轧机强度的计算
包括
2）二辊板带轧机强度的计算 工作辊传动
3） 四辊板带轧机强度的计算 支承辊传动
Md 0.1d 3
钢轧辊, 第四强度理论:
Mn Wn
Mn 0.2d 3
2 d
3
2
铸铁轧辊,第二强度理论:
0.375 d 0.625
2 d
4
2
强度校核合格 强度不够
辊头强度校核
tmax
a
b
Mn Wn
Mn
b3
辊头强度合格
a/b
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
η 0.208 0.346 0.493 0.645 0.801
工作辊校核 支承辊校核
原则：
辊身:计算（校核）弯曲强度 辊颈:计算（校核）弯扭组合 辊头:计算（校核）扭转应力
步骤:
1）对受力及几何形状进行简化 2）进行辊系的受力分析 3）找出可能的危险断面，画出力矩图 4）对危险断面的弯曲力矩进行计算 5）计算弯曲应力 6）求出许用应力 7）作出安全或是否符合强度要求的判断
(a 4
b) 8
辊身中部合成弯矩
M
M2 W max
M
2 T max
M W
M 0.1D13
PT
T 4
辊颈处的弯曲应力和扭转应力
MWT
T 4
C
d
MWT W
MWT 0.1d 3
d
Mn W
第三章轧辊与轧辊轴承
第三章轧辊与轧辊轴承第一节轧辊的结构与类型一、轧辊的结构轧辊是用来对轧件进行轧制加工的工具，它是整个工作机座的中心，机座的其他组件和机构都是为装置、支承和调整轧辊以及引导轧件正确地进出轧辊而设的。
1．辊身辊身是轧辊的中间部分，直接与轧件接触，经常处于高温、高压、受冲击等繁重的工作负荷以及承受高温下用水冷却而产生的内应力。
钢板轧机的轧辊辊身呈圆柱形，冷轧板带轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好的板形。
有时热轧薄板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板形。
型钢轧机轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制要求安排孔型(图3—16)。
2．辊颈辊颈安装在轴承中，承受轧制压力，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。
辊颈的形状有圆柱形和圆锥形两类，圆柱形辊颈用于滑动轴承和滚动轴承，圆锥形辊颈用于液体摩擦轴承。
3．辊头辊头和联接轴相连接，传递轧制扭矩。
辊头的形状有梅花轴头、扁头和带有键槽的圆柱形三种。
梅花轴头(图3～1)用于和梅花套筒、梅花接轴相连接；扁头(见图3—4)用于和万向接轴相连接；带双键槽的圆柱形辊头，则用键与套筒配合组成装配式辊头，与万向接轴或齿形接轴连接。
带双键槽的轴头在使用过程中，键槽侧壁容易崩裂，目前常用易加工的带平台的轴头(图3—2)取代。
在四辊板带轧机上，轧辊分为工作辊和支承辊。
工作辊一般是驱动辊，辊径小，并与高温轧件接触，要求有一定的强度、刚度和较高的耐磨性。
而支承辊则主要是承受弯曲负荷，要求有足够的抗弯强度和抗弯刚度，此外，还要考虑支承辊与工作辊问的接触应力。
工作辊的结构如图3—2所示。
辊身为光滑的圆柱表面。
辊颈使用滚动轴承，在其中部，为了便于拆卸轴承，开有一个小切口(切口宽度应大于轴承间隔环的宽度)。
辊头为平台结构。
工作辊两端做成对称的，使传动端和非传动端可互换使用。
当采用装配式轴头时，为了拆卸滚动轴承，辊头上的扁头必须作成可拆卸的。
轧辊的辊身与辊颈的过渡区由于直径的突然变化是受力的危险截面，产生很大的应力集中，设计翩造时应注意采用过渡台阶或过渡圆弧以减少应力集中。
轧辊与轧辊轴承(3)
• 四辊轧机由于其支承辊
直径大干工作辊直径， 故认为支承辊受全部弯 矩，而工作辊承受全部 扭矩。支承辊弯矩断面 3-3计算为：
• 断面3-3弯曲应力为
3 3
P L P l 0 Rb 3 2 0.4 D2
L l MW P 0 8 4
• 扭转应力为：
MK WK
21
工作辊与支承辊间的接 触应力
假设辊间作用力沿轴向均 匀分布，由弹性力学中可 转化为弹性力学中的平面 接触问题，当二者材料相 同时，由赫茨公式可以求 出最大接触压力，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:
22
• 在
z 0.78b
1.有槽轧辊的强度校核--初轧型 钢及线材轧机 将轧制力看作集中力，轧辊在轧制 承弯矩和扭矩。按材料力学方法找 出其危险截面计算其相应的安全系 数。在辊径处，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。
19
钢板轧机轧辊的强度校 核二辊轧机计算方法和 有槽轧辊一样，只是轧 制力不能再看成是集中 力，而是近似地看成沿 轧件宽度均布的载荷， 而且左右对称（图310），轧制力P=qb,b 是轧件宽度。
5
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。 一般名义直径均大于工作直径,确定 原则：咬入条件与强度条件。 轧辊工作直径可根据最大咬入角a（或压下量 与辊径之比）和轧辊的强度来确定。 轧辊的强度条件是轧辊各处的计算应力应小 于许用应力。轧辊的许用应力是其材料的强 度除以安全系数。通常轧辊的安全系数取5。
25
P 2 3 f1 12ab 7b 4 18.8 ED
轧钢机械设备.pdf
导卫盒(箱):导卫制作成整体,一般在小型材轧机上使用
导:左右布置,导向作用,防止跑偏 卫:上下布置,限制上翘和下弯,保证运行安全
无牌坊小型材轧机主机列图
(c)
(c) 由一个电机通过齿轮机座带动轧辊的传动方式
第四节 辅助设备分类
辅助设备分类：
1 剪切类：剪切机，锯切机 2 矫直类：辊式矫、张力矫、压力矫、斜辊矫 3 卷取类：线材、热轧钢板卷取、张力卷取 4 表面加工设备：酸洗、镀复、清洗、打印 5 打捆包装：打捆机、包装机 6 运输类：辊道、推床、翻钢机、转向台、拉钢机、冷床、挡 板、堆垛机、钢锭车
半连续式：
型钢机组的半连续：一半是顺列、一半是横列式连轧 热带钢机组半连续：粗轧机组中有可逆道次，而精轧机组起全连轧
R1
R2
R3
R4
a 单机架； b 双机架式；c一一列横列式; d一两列横列式; e一三列横 列式; f—集体驱动连续式 ;g 一单独驱动连续式
第三节 轧钢机主机列的组成
电机：动力源。 传动机构：将运动和动力传递给轧辊，包括飞轮、 减速机、齿轮机座、连接轴、联轴节等。 工作机座：使轧件产生变形的部分。包括：轧辊、 轴承、调整装置、轴承座、机架、导卫、地脚板 等。
第二节 轧钢机的分类
按用途:型钢、板带、钢管、特种（钢球，齿轮、犁铧等）
分类方法
按构造：二辊式、三辊式、四辊、偏八辊、十二辊、二十辊等
按布置方式：单机座，横一机列，两列式，顺列式、连续式、半 连续
轧机的命名方式: 型钢轧机\开坯机:以轧辊的直径命名(先确定直径,再确定辊身长) 板带轧机:以辊身长度命名(先确定辊身长,再确定直径) 例如:鞍钢的4300,首钢的3500,首秦的4300,武钢的2800,,本钢1700,鞍钢的 1780,是指辊身长度. 抚钢的三辊 650,指的是传动轧辊的齿轮机座的节圆直径,或者是公称直径 对于初轧机,如抚钢(东北特钢)的850,由电机直接传动轧辊,指辊环外径. 轧管机:以机组所能轧制的最大管径尺寸命名.如140,指最大管外径为140mm.
棒材工艺教程(第二章第五节轧辊及轧辊轴承)
2.1、轧辊名义直径D和辊身长度L的确定 型钢轧机轧辊名义直径D，即是轧机的主要参数，也是轧辊尺
4、棒材粗、中、精轧轧辊采用哪些材质 小型型钢、棒材轧机粗轧机组通常由4～8个
机架组成，多数为6个机架。粗轧机组担负着开坯的 任务。转速低（一般小于1m/s），坯料大，压下量 高，轧辊孔型深，轧机负荷大，进入轧机的钢坯温 度高，因此粗轧机机架的轧辊要求有较高的抗拉强 度，并兼有良好的抗热裂性能、咬入性能。投产较 早的普通小型棒材轧机的粗轧辊，多数使用普通铸 钢系列、无限冷硬铸铁、球墨无限冷硬铸铁等材质， 随着国内小型型钢连轧机组的引进，目前，小型型 钢连轧机粗轧辊的材质也大多采用半钢、石墨钢、 珠光体球铁材质。
寸的主要参数。当轧辊的直径D确定以后，轧辊的其它参数受强度、刚 度或结构上的限制也将随之确定。
带有孔型的轧辊辊身长度L主要取决于孔型配置、轧辊的抗弯 强度和刚度。因此，粗轧机的辊身较长，以便配置足够数量的孔型； 而精轧机轧辊尤其是成品轧机轧辊的辊身较短，这样，可加强轧辊刚 度，提高产品尺寸精确度。通常轧机轧辊的L与D均有一定比例。
各类轧件的结构及工作条件差别很大，因而必须采用不 同类型的轴承。和一般用途的轴承相比，轧辊轴承有一 下特点；
A 工作负荷大。 B 运转速度差别大。 C 工作环境恶劣。
2、轧辊轴承的类型与特点 轧辊轴承的主要类型是滚动轴承与滑动轴承。 轧辊上使用的滚动轴承主要是双列球面滚子诸佛成， 四列圆锥滚子轴承及多列圆柱滚子轴承。滚针轴承仅在 个别情况下用于工作辊。滚动轴承的刚性大，摩擦系数 较小，但抗冲击性能差、外形尺寸较大。它们多用在各 种板带轧机和钢坯连轧机上。
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第三章轧辊与轧辊轴承第一节轧辊的结构与类型一、轧辊的结构轧辊是用来对轧件进行轧制加工的工具，它是整个工作机座的中心，机座的其他组件和机构都是为装置、支承和调整轧辊以及引导轧件正确地进出轧辊而设的。
1．辊身辊身是轧辊的中间部分，直接与轧件接触，经常处于高温、高压、受冲击等繁重的工作负荷以及承受高温下用水冷却而产生的内应力。
钢板轧机的轧辊辊身呈圆柱形，冷轧板带轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好的板形。
有时热轧薄板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板形。
型钢轧机轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制要求安排孔型(图3—16)。
2．辊颈辊颈安装在轴承中，承受轧制压力，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。
辊颈的形状有圆柱形和圆锥形两类，圆柱形辊颈用于滑动轴承和滚动轴承，圆锥形辊颈用于液体摩擦轴承。
3．辊头辊头和联接轴相连接，传递轧制扭矩。
辊头的形状有梅花轴头、扁头和带有键槽的圆柱形三种。
梅花轴头(图3～1)用于和梅花套筒、梅花接轴相连接；扁头(见图3—4)用于和万向接轴相连接；带双键槽的圆柱形辊头，则用键与套筒配合组成装配式辊头，与万向接轴或齿形接轴连接。
带双键槽的轴头在使用过程中，键槽侧壁容易崩裂，目前常用易加工的带平台的轴头(图3—2)取代。
在四辊板带轧机上，轧辊分为工作辊和支承辊。
工作辊一般是驱动辊，辊径小，并与高温轧件接触，要求有一定的强度、刚度和较高的耐磨性。
而支承辊则主要是承受弯曲负荷，要求有足够的抗弯强度和抗弯刚度，此外，还要考虑支承辊与工作辊问的接触应力。
工作辊的结构如图3—2所示。
辊身为光滑的圆柱表面。
辊颈使用滚动轴承，在其中部，为了便于拆卸轴承，开有一个小切口(切口宽度应大于轴承间隔环的宽度)。
辊头为平台结构。
工作辊两端做成对称的，使传动端和非传动端可互换使用。
当采用装配式轴头时，为了拆卸滚动轴承，辊头上的扁头必须作成可拆卸的。
轧辊的辊身与辊颈的过渡区由于直径的突然变化是受力的危险截面，产生很大的应力集中，设计翩造时应注意采用过渡台阶或过渡圆弧以减少应力集中。
轧辊的结构有实心辊、空心辊和镶套辊三种，一般为实心辊。
直径超过400mm的冷轧轧辊，在锻造后，多半在中心镗一个φ70～φ250的通孔，作成空心辊的原因是一方面可使轧辊热处理后的内应力分布均匀，另一方面，在轧辊表面淬火时，可对轧辊通水内冷，提高淬火效果，保证淬火层的硬度和厚度。
图3—3为采用镶套式辊身结构的支承辊，为节约高合金材料，辊套媚合金钢(8CrMoV，8Mn2MoV)，芯轴用锻钢。
其优点是既能保证辊身表面有较高的硬度(HS≥70)，又能使辊心有良好的韧性。
辊套要加热到270℃后热装到芯轴上，过盈量可取为芯轴直径的0.13％。
为了便于拆卸和安装液体摩擦轴承，其辊颈作成圆锥形，锥度一般取l:5，锥度公差不大于±0.03mm(在直径上测量)。
二、轧辊的类型轧辊按构造分类主要有光面轧辊和有槽轧辊，钢板轧辊按作用的不同又有工作辊和支承辊之分。
轧辊的工作表面硬度是轧辊的主要性能参数之一。
根据辊身表面硬度的不同，轧辊可分为软面轧辊(HS=25～35)、半硬面轧辊(HS=35～60)、硬面轧辊(HS=60～85)和特硬轧辊(HS=85～100)。
三、轧辊材料的选择轧辊是轧钢车间经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的质量和产量，因此对轧辊的性能(主要是强度、耐磨性和一定的耐热裂性)的要求是很严格的。
因轧机类型和所轧钢材种类的不同，对轧辊材料性能的具体要求也有很大差别。
常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。
初轧机和型钢轧机轧辊受力较大，且有冲击负荷，应有足够的强度，而辊面硬度可放在第二位。
初轧机常用高强度铸钢或锻钢，型钢轧机多用铸钢。
含Cr、Ni、Mo等合金元素的铸钢轧辊适用于轧制合金钢；含Mn钢及高碳铸钢轧辊多用于轧普碳钢的第一架粗轧机。
在型钢轧机的成品机架上，成品形状及公差要求严格，要求轧辊有较高的表面硬度及耐磨性，一般选用普通铸铁轧辊。
带钢热轧机的工作辊选择轧辊材料时，以辊面硬度要求为主，多采用铸铁轧辊，或在精轧机组前几架采用半钢轧辊，以减缓辊面的糙化过程。
而支承辊在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，因此，多选用含Cr合金锻钢。
带钢冷轧机的工作辊对辊面硬度及强度均有很高的要求，常采用高强度的合金铸钢。
其支承辊工作条件与热轧机相似，材料选用也基本相同，但要求有更高的辊面硬度。
在冷轧机上为了轧制高碳钢和其他难变形的合金钢，也采用带硬质合金辊套的复合式冷轧工作辊。
尽管冷轧工作辊的硬度要求很高(HS>90)，但却不使用铸铁轧辊，这是因为当辊径确定以后，可能轧出的轧件最小厚度值和轧辊材料的弹性模数E值成反比，即轧辊材料弹性模数E愈大，可能轧出的轧件厚度愈小，铸铁的E值约为钢的一半，故而冷轧带钢使用铸铁轧辊是不利的。
在轧辊的常用材料中：1)用于轧辊的合金锻钢，在我国重型机械标准JB／ZQ4289—86标准中列出了热轧轧辊和冷轧轧辊用钢。
热轧轧辊用钢有：55Mn2、55Cr、60CrMnMo、60SiMnMo等。
冷轧轧辊用钢有：9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo)、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV 等。
2)用于轧辊的合金铸钢种类尚不多，也没有统一标准。
3)铸铁可分为普通铸铁、合金铸铁和球墨铸铁。
采用不同的铸型，可以得到半冷硬、冷硬及无限冷硬铸铁。
表3—1列出了部分轧机轧辊材料及辊面硬度。
第二节轧辊尺寸轧辊辊身直径和辊身长度既是轧钢机的主要参数，也是轧辊尺寸的主要参数。
当轧辊 直径D 确定以后，轧辊的其它尺寸受强度、刚度或结构上的限制也将随之确定。
一、轧辊辊身直径D 和辊身长度L 的确定1．初轧机和型钢轧机这些轧机的轧辊都是有轧槽的，轧辊直径是以名义直径(或公称直径)表示的：对型钢轧机是以齿轮座的中心距作为轧辊名义直径；初轧机则把辊环外径作为名义直径。
因此，有槽轧辊其名义直径均大于其工作直径(指槽底直径)。
为了避免轧槽切入过深，轧辊名义直径与工作直径的比值一般不大于1．4。
轧辊工作直径D 1要根据允许咬入角α(或压下量与辊径之比△h ／D 1)和轧辊的强度要求来决定。
各种轧机的最大允许咬人角可参考表3—2。
按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径D l 应满足下式要求11cos h D a∆≥- (3—1) 带有轧槽的轧辊辊身长度L 取决于孔型配置、轧辊的抗弯强度和刚度。
因此，粗轧机的辊身较长，以便配置较多的孔型，而精轧机轧辊尤其是成品轧机轧辊的辊身较短，这样可提高轧辊刚度，从而提高产品尺寸精度。
通常各种轧机轧辊的L 与D 均有一定比例，其比值可参考表3～3。
按照式(3—1)计算后确定的轧辊名义直径，应符合国家规定的轧钢机系列标准。
2．板带轧机轧辊板带轧机辊身长度标志着板带轧机的规格。
决定板带轧机轧辊尺寸时，应首先确定辊身长度，然后再根据强度、刚度和有关工艺条件确定其直径。
辊身长度L 比所轧钢板的最大宽度b 大一个适当的裕量α，即L=b+α式中 α值视钢板宽度而定，当b=400～1200mm 时 α=100mmb=1000～2500mm时α=150～200mmb更大时α=200～400mm辊身长度确定以后，对二辊轧机可根据皎人条件及轧辊强度，参照表3—3确定辊径D。
对于四辊轧机，为减少轧制力，应尽量使工作辊直径取得小些，但工作辊最小直径受辊颈和辊头的扭转强度及轧件咬入冬件的限制。
支承辊直径主要取决于刚度和强度要求。
四辊轧机的辊身长度L确定以后，可根据表3—4确定工作辊直径D1和支承辊直径D2。
比值L／D2标志着辊系的抗弯刚度，其值愈小则刚度愈高。
辊径比D2/D1的选择，主要取决于工艺条件，其值视轧机的用途而略有不同。
一般说，当轧件较厚时(咬人角较大)，要求较大的工作辊直径，故选较小的D2／D1值；当轧件较薄时，则选较大的D2／D1值。
因此粗轧机组比精轧机组的辊径比小些，热轧机比冷轧机的辊径比小些。
对于支承辊传动的四辊轧机，一般选D2／D1=3～4。
在冷轧板带轧机上，轧制压力很大，若工作辊直径过大，则弹性压扁值也大，以致无h加的限制。
根据经验法轧出合格产品。
为此，工作辊最大直径还受所轧板带最小厚度minh有张力轧制时D1<(1500～2000)minh无张力轧制时D1<1000min3．轧辊的重车在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需不止一次地重车或重磨。
轧辊工作表面的每次重车量为0．5～5mm，重磨量为0．01～0．5mm。
轧辊直径减小到一定程度后，即不能再使用。
轧辊从开始使用直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。
初轧机轧辊的重车率受咬入能力和辊面硬度的限制；板带轧机轧辊只受表面硬度的限制。
各种轧机轧辊的最大重车率见表3—5。
二、轧辊辊颈直径d和辊颈长度f的确定辊颈直径和长度与轴承的型式和工作载荷有关，直径d受轴承径向尺寸的限制，而且辊颈与辊身的交界面，往往是最薄弱环节。
只要条件允许，辊颈直径和辊颈与辊身的过渡圆角r均应选得大些。
使用滑动轴承的轧机，辊颈尺寸(d／D、l/d和r／D比值)列于表3—6中。
使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似地选d=(0．5～0．55)D，l/d =0．83～1.0。
三、辊头的型式与尺寸各种轧机由于传动连接方法的不同，所要求的辊头型式也不同。
选择辊头尺寸时，应根据辊头的型式确定。
1．梅花辊头梅花辊头的外径d1与辊颈直径d的关系大致如下：三辊型铜与线材轧机d1=d一(10～15)mm二辊型钢(连续式)轧机d1=d一10mm中板轧机d1=(0．9～0．94)d二辊薄板轧机d1=0．85d辊头其余尺寸见表3—7。
2．万向辊头(扁头)的尺寸图3—4为带有整体扁．头的轧辊，多用于初轧机，其各部尺寸有如下关系：D1=D一(5～15)mm b=(0．15～0．20)D lS=(0．25～0．28)D1c=(0．50～1．00)b=(0．50～0．60)D1当采用可拆卸辊头时，若使用滑动轴承，则扁头与轧辊用热压配合；若使用滚动轴承时，则扁头用无键联接(用手压泵通过液压力拆装扁头)方式装在轧辊上。
第三节 轧辊的强度校核轧辊的破坏可能由于三方面原因造成：1)轧辊的形状设计不合理或设计强度不够，因而产生轧辊断裂、辊面疲劳剥落等；2)轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求，如轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差；3)轧辊在生产过程中使用不合理，比如，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；冷轧时事故粘附也会导致表层剥落；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，轧热了的轧辊骤然冷却，往往因温度应力过大，导致轧辊表面剥落甚至断辊；低温轧制、压下量过大，或因工艺过程安排不合理产生过负荷轧制，也会造成轧辊破环。