2150四辊可逆式粗轧机压下系统设计

2150四辊可逆式粗轧机压下系统设计
摘要
近几年，随着轧钢工业技术的不断发展，轧钢设备也在日益更新和发展。

尤其是热轧机更是发展日新月异。

本设计主要是设计2150四辊可逆式粗轧机压下系统。

通过查设计手册等资料和去厂里实习，然后分析各种方案，最后确定了最优方案。

主要内容包括：轧制力的计算、压下系统驱动力矩的计算、选择直流电动机、环面蜗杆减速器传动系统的确定以及蜗轮蜗杆轴设计计算和强度校核、压下螺丝和压下螺母的强度校核、轧钢机架的强度校核。

设计过程中本着实用性、经济性、可靠性的原则。

本文还简介了润滑方式、试车规程等相关内容。

关键词：热带钢轧机；压下系统；强度校核
The Design of 2150 4-High Reversing Roughing
Mill Reduction System
Abstract
Rescently,with the continual development of the rolling industry,rolling mill equipment was also updated increasingly. In particular ,hot Rolling Mill is a rapid development.The design introduces 2150 four-high reversing roughing mill reduction system. Through the search of information（Design Manual and so on）and training to the factory, and then analyze the program, and finally to determine the optimal program.Reducer terms include: rolling force calculation,the reduction system driving torque,the choose of DC Motor,linear drive system including the Worm Reducer main right,and the the worm shaft design and strength check,reduction system to pressure screw and screw box and the strength of mill housing check.In the design process,make efforts to meet production requirements,practical,economic and reliability.In this paper also gave a brief account of lubrication,tast protocols and other related content.
Keywords:hot strip rolling mill;reduction system;the strength checking
目录
摘要 (I)
Abstract .............................................................................................................................. I I 1 绪论 (1)
1.1 选题背景和目的 (1)
1.2 我国轧钢生产技术近年来的进步与发展 (1)
1.3 全球轧钢生产的进展情况 (1)
1.4 全球经济危机下的我国钢铁工业形势 (2)
1.5 轧钢技术的未来发展趋势 (4)
1.6 课题的研究方法 (4)
2 方案设计 (5)
2.1 压下系统形式的选择 (5)
2.2 电动机的选择 (5)
2.3 减速器的选择 (5)
2.4 压下螺丝 (5)
2.5 压下螺母 (6)
3 轧制力计算 (7)
3.1轧制工艺 (7)
3.2 轧辊材料的选择 (7)
3.3 轧辊的尺寸参数确定 (7)
3.3.1辊身长度L的确定 (7)
3.3.2轧辊直径D的确定 (8)
3.3.3轧辊辊颈直径d和辊身长度l的确定 (9)
3.3.4 轧辊轴头型式与尺寸的选择 (10)
3.4 轧制力的计算 (11)
3.4.1变形阻力的计算 (11)
h (12)
3.4.2求各段轧制时的l和
m
3.4.3咬入角 和轧辊的圆周线速度
v (13)
r
3.4.4计算平均轧制力和总轧制力 (17)
4 压下装置的设计和计算 (20)
4.1.压下螺丝的设计计算 (20)
4.1.1螺纹外径d和螺距t的确定 (20)
4.1.2 压下螺丝最小截面直径d的确定 (21)
4.1.3压下螺丝强度校核 (21)
4.1.4压下螺丝的尾部设计 (22)
4.1.5压下螺丝的端部形状选择 (22)
4.2压下螺丝传动力矩的计算 (22)
4.3 压下电机的选择 (25)
4.3.1压下电机功率的计算 (25)
4.3.2 电机的选择 (25)
4.4 压下螺丝静强度校核 (25)
4.5压下螺母的结构尺寸设计 (26)
4.5.1 压下螺母的参数确定 (26)
4.5.2 压下螺母强度校核 (27)
4.5.3压下螺母的材料选择 (28)
4.6 蜗轮蜗杆的设计与校核 (28)
4.6.1环面蜗杆传动 (28)
4.6.2材料的选择 (28)
4.6.3基本参数的确定 (29)
4.6.4环面蜗杆传动校核 (31)
5 机架的强度计算 (37)
5.1 机架的结构尺寸 (37)
5.1.1 窗口尺寸 (37)
5.1.2 立柱断面积 (38)
5.2 受力及其力矩 (38)
6 润滑方式的选择 (41)
7 试车规程 (42)
8 经济性分析 (43)
8.1 材料经济性分析 (43)
8.2 传动方案经济性分析 (43)
8.3 环保经济性分析 (43)
结束语 (44)
致谢 (45)
参考文献 (46)
1 绪论
1.1 选题背景和目的
在大学四年即将接近尾声的时候，毕业设计来到了我们面前。

如果说我们之前所学的都是些理论知识的话，那么毕业设计算是最接近实际的了。

它算是对我们之前所学的知识进行了一个总结，使我们所学的知识更加系统化。

是我们由上学到工作的一个很好的过渡桥梁。

本课题是根据所学的知识和现场观测实习对四辊可逆粗轧机进行设计及计算。

通过本次设计能够对四辊轧机的基本结构有个更清楚的了解，为以后的继续深造或者工作都有一定的帮助。

并且在设计期间能够锻炼自己的解决问题的思路和处理数据的能力，以及一定的查设计手册和制图能力。

1.2 我国轧钢生产技术近年来的进步与发展
总结了近几年我国轧钢生产技术的进步，其主要体现在钢材品种结构调整基本满足了国民经济发展的需要；轧钢装备现代化和国产化工作的重大突破为提高产能、提升品种及质量创造了良好条件；轧钢生产技术经济指标进一步提高．轧钢技术自主创新取得一批重要成果，核心技术的自主创新出现了可喜进展。

众多新产品与新技术的研发成功缩小了我国与国际轧钢技术先进水平的差距。

对于轧钢技术的发展，着重提出：要把资源、能源与环境问题作为轧钢技术创新和进步的战略任务；应更加关注先进、成熟、重要技术的应用与提高，如提高热装温度和热装比，低温轧制与轧制润滑技术，控轧控冷技术及装备，精细操作技术等。

1.3 全球轧钢生产的进展情况
全球的钢铁生产持续增加，在2004年粗钢的产量突破了l0亿t的大关。

在过去的五年中，每年的钢铁产量增长5％，而中国和印度的钢铁产量增长最为显著。

很明显，轧钢生产能力也是按这种发展趋势增加的(见表1)。

在过去的l5年(1990～ 2005)中，随新上设备的增加，轧钢生产能力增加了4％在轧钢生产能力布局方面，长材占40％，板材占60％左右。

观察一下不同类型的轧钢设备的增长也很有意思，在过去的15年(1990～2005年)中，长材、板材和厚板设备的增长是相当相似的。

最后我们还发现，在过去的三年中，不同设备的生产水平，设备利用率一般都很高，在75％一90％间。

1.4 全球经济危机下的我国钢铁工业形势
下半年以来，由于美国次贷危机引发的全球金融危机已向实体经济蔓延，我国经济也出现了出口下降和国内市场急剧萎缩的趋势，目前已造成我国钢铁等基础原材料产业生产、价格、效益等全面恶化，特别是9月下旬以来，国内钢材价格急剧下跌，钢厂库存大量增加，出口订单明显减少，企业纷纷限产，多数企业陷入亏损，形势十分严峻。

为此，近日国家发改委组织召开了钢铁行业生产经营形势座谈会，分析钢铁工业面临的严峻形势，认真研究应对危机，提出确保行业平稳健康发展的相关措施。

(1)钢材价格急剧下跌
10月31日，国内钢材价格指数跌到108．59点，比最高点时下降53．67点。

尤其是国庆节后的一周内钢材价格快速下跌了1500元／吨，多数普碳品种钢材已从最高价累计回落了2500元／吨以上，降价幅度超过40％。

目前，螺纹钢价格在3400--3600元／吨，基本上止跌企稳，略有回升；中厚板在4600元／吨，热轧卷在3500元／吨，冷轧板在4800元，吨，无缝管在5700元／吨，仍处于下跌态势。

与此同时，国际市场钢材价格也相应大幅回落。

(2)市场需求陡然萎缩
三季度以来，经济增速下滑，钢铁下游行业景气回落，下游用户开工率严重不足或处于停产状态。

规模以上工业增加值增幅从6月份的16％回落到9月份l1．4％，为2002年4月份以来最低。

发电量、原油加工量仅增长3．4％和3．7％。

汽车增长速度明显下降，其中8月份已出现同比负增长；集装箱行业9月份接单锐减，全行业亏损；9月份全球新船订单同比减少66％；国内家电行业产品积压严重，开工明显不足。

(3)企业面临亏损局面
9月份7l家重点大中型钢铁企业实现利润32．2亿元，同比下降72．9％，环比下降66．6％，其中23家亏损。

目前，国内钢材市场多数品种价格已经回落到成本线以下。

我国今年进口矿预计在4亿吨以上，其中长协矿占60％以上。

由于目前国内进口铁矿石现货价已低于长协价400-500元／吨，国内焦炭价格低于焦煤的价格，相当一批有竞争力的大型企业，如宝钢股份、鞍钢股份、首钢、马钢等9月份当月出现亏损，吨钢产品亏损约1000元左右，整个钢铁行业盈利水平急剧下滑。

据协会统计，10月份钢铁企业亏损面达到80％。

(4)钢铁产量同比回落
1O月份铁、钢、材分别同比回落16．8％、17．0％和12．4％，这是近10多年来从未出现的情况。

10月份钢材出口462万吨，环比回落205万吨，四季度出口订单大幅减少。

市场需求的急剧萎缩，导致国内钢铁企业近期纷纷减产。

平均减产幅度在30％左右，部分中小企业处于停产状态。

近期国内钢材价格大起大落的直接原因是外部环境恶化，市场需求陡减，固然与市场需求引起供求关系的变化有关，也暴露出我国钢铁行业产业结构方面的问题：一是与国际原料市场关联度高，且无安全保障体系。

随着我国钢铁产量的增加，铁矿石进口比例逐年提高，对外依存度长期保持在50％以上，2008年进口铁矿石预计将超过4亿吨，而有矿产权益的进口量只有4000万吨，不足10％。

因此，国际铁矿石的涨跌，直接影响到我国钢材价格的起落。

二是产能过剩，市场定位雷同。

我国钢铁产能已出现了供大于求的局面，部分钢材品种严重过剩，钢铁投资也出现了装备和市场定位雷同的情况，如普通热轧板卷、H型钢等近几年产能增加很多，供需关系失衡。

当前市场发生变化，价格率先暴跌，甚至一度跌破3000元，吨，低于普通线材的价格水平。

三是市场培育不成熟，风险防范能力脆弱。

我国钢铁市场发展滞后，中间商环节过多，钢铁企业直供用户比例不高。

随着市场价格波动，贸易商等市场流通环节的恐慌心理蔓延，加上，钢铁企业保值销售机制(钢厂承诺中间商不定价格销售，以销量提成)，
使中间商不按价值定价，而是竞相降价，非理性因素的推波助澜，放大了需求萎缩，造成了价格短期内急剧下跌。

1.5 轧钢技术的未来发展趋势
在2O世纪，轧制技术取得了令人注目的进展。

在新世纪的发展走向如何?当前的钢铁工业的关键问题是如何获得好的ROCE(已动用资本回报率)。

这对钢铁工业来说是更严峻的挑战，对所有品种的轧制来说，不仅轧钢工艺投资巨大，而且，从长期来说，钢铁产品的销售价格是下降趋势。

在未来的几年中，各种类型的热轧机和冷轧机，特别是板材用的轧机将投入使用。

设备选择将取决于生产水平、产品组合、生产的钢种以及用户的要求。

这里指出几点关键因素：选择适当的生产能力的生产设备，优化各设备生产能力的投资成本。

在任何情况下，确保生产设备的高生产率。

设备的产各种钢种，即使在较低的产量时，投入的成本也要低。

设备的可靠性好，工艺效率高，减少计划和非计划停机时间，降低能耗，优化产品质量和收得率。

对设备条件进行分析并预测钢产品的性能(如机械性能、表面质量等)。

交货时间。

在21世纪，交货时间是一大挑战。

'对从板坯到冷轧成品的生产来说，从订货到交货的平均交货周期是4—6周，是实际生产时间的10～l5倍。

缩短交货周期要通过提高设备的可靠性，改进产品质量，降低计划中的限制和进行供应链的管理来实现。

对用户关系管理(CRM)和降低库存(所需的流动资本)来说，也是关键的一点。

1.6 课题的研究方法
我的设计课题是2150四辊可逆式粗轧机压下系统。

设计该课题主要是应用理论联系实际的方法。

通过先复习课本理论知识，然后去现场实习，在查找不同的地方，再去工厂实习的方法进行研究。

通过设计的整个过程可以把大学所学的主要专业基础课的知识用到实际应用中去，用理论联系实际的方法使我们学的更好。

而且，在设计的过程中，我们还锻炼了自己的独立思考能力和分析问题解决问题的能力，还有处理数据的能力也得到了加强。

2 方案设计
2.1 压下系统形式的选择
压下系统按传动形式主要可以分为手动压下装置、电动压下装置和液压压下装置等。

手动压下装置主要多用在型钢轧机上，有的小带钢轧机也使用这种压下形式。

电动压下装置适合大的压下量，而且压下速度快。

液压压下装置具有惯性小、响应快、精度高、安全可靠、体积小等优点，但是其对液压系统油的清洁度要求高，对维护人员的技术水平要求高。

因为电动压下与液压压下相比较还有结构简单、便于维护的优点，而液压压下要求很高，压下油缸也要定期清理，否则淤积物影响响应速度和调整精度。

所以综合考虑，2150四辊可逆式粗轧机压下装置采用电动压下装置。

电动压下装置是最常用的上辊调整装置，通常包括：电动机、电磁离合器、减速器、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等部件。

2.2 电动机的选择
电动机分直流和交流两大类。

直流电机具有良好的启动特性和调速特性，易平滑调速过载能力较强，热动和制动转矩较大。

但是直流电机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护。

因此,在调速性能要求较高的大型设备,比如轧钢机上都采用直流电动机拖动。

所以，选择直流电动机。

2.3 减速器的选择
四辊板带轧机的电动压下大多采用圆柱齿轮-蜗轮副传动或两级蜗轮副传动的形式。

根据一般情况，2150四辊可逆式粗轧机压下装置采用圆柱齿轮-蜗轮蜗杆传动形式。

2.4 压下螺丝
压下螺丝螺纹形状有锯齿形和梯形两种。

前者主要用于快速压下装置；后者主要用于轧制压力大的轧机（如冷轧带钢轧机等）。

综合考虑，2150粗轧机组选择锯齿形螺纹。

压下螺丝断面的形状主要有方形、花键形和圆柱形三种。

方形尾部四面镶有青铜滑板，它主要用于快速压下装置。

花键形尾部的承载能力大，尾部强度削弱得少，多用在
低速、重载的带钢轧机。

带键槽圆柱形尾部仅用在轻负荷的压下装置中。

所以，选择花键形尾部即可满足要求。

2.5 压下螺母
压下螺母是轧钢机中重量较大的易损零件。

形式选择双镶套螺母。

3 轧制力计算
3.1轧制工艺
表 3.1 轧制工艺
道次 轧前厚度 轧后厚度 压下量 压下量ε= 温度 （N ） （H ）mm （h ）mm （△h ） （△h/H ）% （T ）℃ 1 230 180 50 21.7 1100 2 180 120 60 33.3 1100 3 120 70 50 41.7 1100 4 70 40 30 42.9 1100 5 40 21 19 47.5 1100 轧制材料：Q235
原料规格：230mm ×2000mm ×6000mm 成品规格：21mm ×2000mm ×65714mm 单位重量：24.56吨
3.2 轧辊材料的选择
常用的轧辊材料有合金锻件、合金铸铁和铸铁等。

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。

而支承辊在工作中主要受弯曲，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。

所以，工作辊选择的材料为：50CrNiMo,支承辊选择的材料为：60CrMnMo.
3.3 轧辊的尺寸参数确定
3.3.1辊身长度L 的确定
根据要求可知：辊身长度L 应大于所轧钢板的最大宽度max b ,即
L=max b +a
式中的a 值视钢板宽度而定。

当max b =400～1200mm 时，a ≈100mm; max b =1000～2500mm
时，a=150～200mm ；当钢板更宽时，a=200～400mm.
课题设计的是2150四辊可逆式粗轧机，所以有，max b =2000mm,a=150mm. 3.3.2轧辊直径D 的确定
由文献1[表3-3]可知,
L/1D =1.5～3.5 L/2D =1.0～1.8 2D /1D =1.2～2.0 其中：
1D ———工作辊直径 2D ———支承辊直径
比值L/2D 标志着辊系的抗弯刚度，其值愈小，则刚度愈高。

一般说来，辊身长度较大者，选用较大的比值。

辊径比2D /1D 的选择，主要取决于工艺条件。

当轧件较厚（咬入角较大）时，由于要求较大的工作辊直径，故选较小的2D /1D 值；当轧件较薄时，则选较大的2D /1D 值。

因此，厚板轧机和热带钢轧机粗轧机座比精轧机座的辊径比小些，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2D /1D =3～4.
由L=2150mm, 所以，
1D =614～1433mm 2D =119～2150mm
按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径1D 应满足下式 1D ≥
1cos h
α
∆-
式中： 1D ———轧辊的工作直径 ∆h ———压下量 α———最大咬入角。

α的取值范围一般为α=15～20︒，现在取α=20︒时
1D ≥
2
60202sin
2
=994.9mm
根据以上的计算和范围选取：1D =1250mm, 2D =1650mm. 3.3.3轧辊辊颈直径d 和辊身长度l 的确定
辊颈直径d 和长度l 与轧辊轴承型式及工作载荷有关。

由于受轧辊轴承径向尺寸的限制，辊颈直径与辊身直径要小的多。

因此辊颈与辊身过渡处，往往是轧辊强度最差的地方。

只要条件允许，辊颈直径和辊身的过渡圆角r 均应选大些。

由文献1[表3-5]可知, 1d =(0.55～0.7)1D 式中：1d ———工作辊辊颈直径
1D ——工作辊直径
所以，
1d =（0.55～0.7）⨯1250=687.5～875mm
现取 1d =750mm
2d =(0.55～0.7)2D
式中： 2d ———支承辊辊颈直径
2d =(0.55～0.7)⨯1650=907.5～1155mm
现取 2d =1050mm
再由文献1[表3-5]可知, l /d=1.0,所以，
1d =750mm 时，取 1l =750mm
2d =1050mm 时，取2l =1050mm
式中： 1l ———工作辊辊颈长。

2l ———支撑辊辊颈长。

3.3.4 轧辊轴头型式与尺寸的选择
轴头的基本型式有梅花轴头、万向轴头、圆柱形轴头、带平台的轴头。

为了装卸轧辊轴承的方便，轴头用可装卸的动配合扁头。

所以，轴头带平台更为合适，其机构尺寸如图3.1所示：
图3.1 带平台的辊头
a =0.75d 'd =(0.9～0.95)d 式中：'d ———工作辊辊头直径 d ———轧辊辊颈直径 a ———辊头平台
'1d =（0.9～0.95）⨯750=675～712.5mm,取'1d =700mm '2d =（0.9～0.95）⨯1050=945～997.5mm,取'2d =950mm 式中：'1d ———工作辊辊头直径 '2d ———支承辊辊头直径
1a =0.75⨯750=562.5mm,取1a =570mm 2a =0.75⨯1050=787.5mm,取2a =790mm
式中：1a ———工作辊辊头平台 2a ———支承辊辊头平台。

3.4 轧制力的计算
3.4.1变形阻力的计算
目前，变形阻力数据主要是通过实验取得的。

但是， 除去用曲线图查找变形阻力以外，还可将实验结果整理成相应的数学表达式，这更便于应用于计算机控制的轧机。

北京科技大学在凸轮压缩形变试验机上进行了100多个钢种的变形阻力试验.
所轧的轧件是Q235，并整理成图表及相应公式: σ=0σ⋅t K ⋅u K ⋅r K 式中 0σ———基准变形阻力 t K ———变形温度影响系数 t K =exp(A+BT)
u K ——变形速度影响系数
u K =10C DT
u +⎛⎫
⎪
⎝⎭
r K ———变形程度影响系数
r K =E 0.4N
m r ⎛⎫
⎪⎝⎭
-（E -1）0.4m r
由文献[1,表2-1]可知: A=3.665; B=-2.878; C=-0.122; D=0.186; E=1.402; N=0.379;
0σ=151.2MPa
m r =ln
1
1m
ε- 式中：m r ———平均变形程度
m ε——相对变形程度
m ε=23
ε 式中：ε———变形程度
m ε——相对变形程度
1m ε=
23⨯21.7%=14.5% 1m r =ln 110.145-=0.157 2m ε=23⨯33.3%=22.2% 2m r =ln 1
10.222-=0.251
3m ε=23⨯41.7%=27.8% 3m r =ln 1
10.278-=0.326
4m ε=23⨯42.9%=28.6% 4m r =ln 1
10.286-=0.337
5m ε=23⨯47.5%=31.7% 5m r =ln 1
10.317
-=0.381
将以上数据写入表3-2中
表3.2各道次变形程度
道次 1 2 3 4 5
ε（%） 21.7 33.3 41.7 42.9 47.5
m ε（%） 14.5 22.2 27.8 28.6 31.7
m r 0.157 0.251 0.326 0.337 0.381
3.4.2求各段轧制时的l 和m h
由文献1中第23页公式： l m h =10
2
h h + 其中：l ———接触弧水平投影长度 m h ———轧制前后轧件的平均高度 0h 、1h ———轧制前、后轧件高度 所以，
1l 1m h =
230180
2+=205mm
2l 2m h =
180120
2+=150mm
3l 3m h =12070
2+=95mm
4l 4m h =7040
2+=55mm
5l 5m h =4021
2
+=30.5mm
将此数据制作成表3-3如下：
表3.3 各道次l 与m h 值
道次 1 2 3 4 5
l (mm) 176.78 193.65 167.71 147.90 108.97
m h (mm) 205 150 95 55 30.5
3.4.3咬入角α和轧辊的圆周线速度r v
由文献[1,2-140]知：
α=1cos 12h R -∆⎛⎫
- ⎪⎝⎭
1150cos 12625α-⎛⎫=- ⎪
⨯⎝⎭=16.26︒
1tan α=0.29 1260cos 12625α-⎛⎫=- ⎪⨯⎝⎭=17.82︒
2tan α=0.32
1350cos 12625α-⎛
⎫=- ⎪⨯⎝⎭=16.26︒ 3tan α=0.29
1430cos 12625α-⎛
⎫=- ⎪⨯⎝⎭=12.58︒ 4tan α=0.22
1519cos 12625α-⎛
⎫=- ⎪⨯⎝⎭
=10.00︒ 5tan α=0.18
由文献[2,3-1]知：
摩擦系数u=1.05-0.0005t-0.056v 轧制温度t=1100℃,再根据正常咬入条件u>tan α可以得：
1.05-0.0005⨯1100-0.0561r v >0.29 所以，1r v <3.57m/s 1n <56.8r/min
1.05-0.0005⨯1100-0.0562r v >0.32 所以，2r v <3.04m/s 2n <48.4r/min
1.05-0.0005⨯1100-0.0563r v >0.29 所以，3r v <3.57m/s 3n <56.8r/min
1.05-0.0005⨯1100-0.0564r v >0.22 所以，4r v <4.82m/s 4n <76.7r/min
1.05-0.0005⨯1100-0.0565r v >0.18 所以，5r v <5.71m/s 5n <90.9r/min
所以，n<48.4r/min 才能正常轧制。

根据文献[2,3-13]可得：
p n b
+
y n a
=0t
其中： y n ———咬入轧件时的速度 p n ———抛出轧件时的速度 a ,b ———轧辊的加速度和减速度 当咬入角允许时，则p n =y n 轧制周期最短，所以， p n =y n =
0ab
t a b
+ 一般轧机的启动加速度a =30～80r/min ⋅s,制动加速度b=60～120r/min ⋅s,结合实际情况取：
a =15r/min ⋅s , b=30r/min ⋅s ,第一道轧制后由调整压下螺丝所决定的间隙时间0t 较
小（约为1.5～2.5）这里取0t =2s.
第一道轧制时，
p n =y n =
1530
21530
⨯⨯+=20r/min
n=20<48.4r/min ,符合咬入条件。

利用梯形图取：
h n =36r/min h n ———梯形图的恒定转速
第二道后由于大立辊需要侧压，间隙时间取0t =6s ，所以抛出转速提高到30r/min,第三道次，第四道次均为30r/min,第五道次后进入下一台轧机，则以最大轧制速度抛出，转速为36r/min.
所以，摩擦系数u=1.05-1100⨯0.0005-0.056⨯2.62=0.35 轧辊圆周转速：r v =361250
60
π⨯=2356mm/s 粘着理论： u=r
v l
ln 01h h (m l h <2) 滑动理论：
u=1v l
⋅
0h h ∆ (m
l
h >2) 第一道次： T=
2731000t +=11002731000
+=1.373
11m l h =176.78205
=0.86<2,采用粘着理论 1m u =
1r v l ln 230180=
2356
176.78
⨯ln1.28=3.29 u k =0.1220.1861.373
3.2210-+⨯⎛⎫
⎪
⎝⎭
=0.862
t k =exp(A+BT)=exp(3.665-2.878⨯1.373)=0.75
r k =1.402⨯0.379
0.1570.4⎛⎫
⎪
⎝⎭
-(1.402-1)
0.157
0.4
=0.826 σ=151.2⨯0.75⨯0.862⨯0.826=80.74Mpa
第二道次：
22m l h =193.65150
=1.29<2, 采用粘着理论 则 2m u =
2356193.65ln 180
120
=4.93 u k = 0.1220.1861.373
5.0310-+⨯⎛⎫
⎪
⎝⎭=0.912
t k =0.75
r k =1.4020.379
0.2510.4⎛⎫
⎪
⎝⎭
-()
0.251
1.40210.4
-=0.923 σ=151.2⨯0.75⨯0.912⨯0.923=95.46Mpa
第三道次：
33m l h =167.7195
=1.77<2，所以，采用粘着理论。

3m u =
2356167.71120
ln 70
=7.57
3u k =0.1220.1861.373
7.3310-+⨯⎛⎫
⎪
⎝⎭=0.959
t k =0.75
r k =1.4020.379
0.3260.4⎛⎫
⎪
⎝⎭
-()
0.326
1.40210.4
-=0.970 σ=151.2⨯0.75⨯0.959⨯0.970=105.49Mpa
第四道次：
44m l h =147.9055
=2.69>2，所以，采用滑动理论。

1440
m v h u l h ∆=
⋅
=147.90
55⋅
2
1114r r v v h s v h ⎛-∆== ⎝
2
123563012356440v ⎛-=- ⨯⎝
所以， 12550/v mm s = 4255030
7.39147.9070
m u =
⨯=
()0.1220.1861.373
0.379
7.750.967
100.75
0.3370.3371.402 1.40210.9750.40.4151.20.750.9670.975106.92u t r k k k MPa
σ-+⨯⎛⎫== ⎪
⎝⎭=⎛⎫
=--= ⎪
⎝⎭
=⨯⨯⨯=
第五道次：
55108.97 3.69229.5
m l h ==>，所以，采用滑动理论。

2
123561912356421v ⎛-=- ⨯⎝ 所以， 1v =2638mm/s 5263819
11.50108.9740
m u =
⨯= 0.1220.1861.373
11.72 1.0210u k -+⨯⎛⎫
== ⎪
⎝⎭
t k =0.75
()
0.379
0.3810.381
1.402 1.40210.9930.40.4
r k ⎛⎫
=--= ⎪
⎝⎭
σ=151.2⨯0.75⨯1.02⨯0.993=114.86Mpa 编制变形阻力表3.4如下：
表3.4变形阻力
道次 1 2 3 4 5
σ（Mpa ） 80.74 95.46 105.49 106.92 114.86
3.4.4计算平均轧制力和总轧制力 计算轧件对轧辊的总压力P 可由公式：
P=m p F
其中，m p ———平均单位压力
F ——轧件和轧辊的接触面积
接触面积F 的一般形式为：
F=
01
2
b b l + 式中，0b 、1b ———轧制前、后轧件的宽度
l ——接触弧长度的水平投影
由计算2l
u
h
δ=∆可由文献[1,图2-20]，'n σ可由文献[1,图2-57b]得出： m p =1.15'
n σσ
第一道次：
m
l
h <1（外区影响是主要的） 'n σ=''n σ
''n σ=0.4
m l h -⎛⎫
⎪
⎝⎭
=0.4
176.78205-⎛⎫ ⎪⎝⎭
=1.06
m p =1.15⨯1.06⨯80.74=98.42Mpa
p 总=98.42⨯2⨯0.177=34841KN 第二道次：
1R h =625120
=5.2，ε=0.333由文献[1,图2-23]得'n σ=1.0 m p =1.15⨯1.0⨯95.46=109.779Mpa p 总=109.779⨯2⨯0.194=42594KN 第三道次：
1R h =62570
=8.9，ε=0.417由文献[1,图2-23]得'n σ=1.212
m p =1.15⨯1.212⨯105.49=147.03Mpa p 总=147.03⨯2⨯0.168=49402KN 第四道次：
1R h =62540
=15.6，ε=0.429由文献[1,图2-23]得'n σ=1.384 m p =1.15⨯1.384⨯106.92=170.17Mpa p 总=170.17⨯2⨯0.148=50370KN 第五道次：
1R h =62521
=29.8，ε=0.475由文献[1,图2-23]得'n σ=1.672 m p =1.15⨯1.672⨯114.86=220.85Mpa p 总=220.85⨯2⨯0.109=48145KN 制作成表格3-5如下：
表3.5平均单位压力及总轧制力
道次 1 2 3 4 5
m p （Mpa ） 99.35 109.779 147.03 170.17 220.85 p 总(KN) 34841 42594 49402 50370 48145
所以，最大轧制力为50370KN ，在第四道次产生。

4 压下装置的设计和计算
压下装置的总体方案如下图4.1所示，采用双电机带动，单级圆柱齿轮传动，在两个电动机之间用电磁离合器连接，其目的是用来单独调节一个压下螺丝。

1-电动机2-电磁离合器3-制动器4-圆柱齿轮部分5-蜗轮蜗杆部分6-压下螺丝
图4.1 压下装置总体方案
4.1.压下螺丝的设计计算
4.1.1螺纹外径d和螺距t的确定
由于压下螺丝和轧辊辊颈承受同样大小的轧制力，故二者之间有一定的比例关系。

d
即 d=（0.55～0.62）
g
式中 d———压下螺丝外径。

d———辊颈直径，对四辊轧机则应是支承辊辊颈直径。

g
所以， d=（0.55～0.62）⨯1050=577.5～651mm
取 d=607mm
压下螺丝的螺距t,对四辊热轧带材轧机，
t=（0.025～0.050）d=（0.025～0.050）⨯607mm=15.175～30.35mm
所以，取 t=30mm
4.1.2 压下螺丝最小截面直径d 的确定 1d
式中 1p ———作用在螺丝上的最大轧制力
1p =p/2=50370/2=25185KN
d R ———压下螺丝许用应力
一般压下螺丝材料为碳钢，其强度极限由文献3可知，
b σ=650Mpa, s δ=1.6%
当安全系数n=6时，许用应力d R =108.33Mpa,由于压下螺丝负荷较大，因此采用45号钢，并进行表面淬火HRC=45～60并磨光
所以， 1d
=544.2mm 取 1d =555mm
由文献[6,表21.1-24]可知，
2d =584.5mm 1d =555mm t=30mm 采用单头锯齿形螺纹GB/T13576.1-1992,锯齿形螺纹是用于单向受力的传力螺旋。

4.1.3压下螺丝强度校核
按照强度条件对压下螺丝进行强度校核
1
2
1
4j p d σπ=
≤[]σ 式中 j σ———压下螺丝中实际计算应力
1p ———压下螺丝所受的轧制力 1d ———压下螺丝最小截面直径 []σ———压下螺丝材料许用应力
j σ=6
2
425.185103.14555⨯⨯⨯=104.16Mpa
[]σ=
b
n
σ=650/6=108.33Mpa
式中 b σ———压下螺丝材料的强度极限（前面已由表查出）
n ———压下螺丝的安全系数 所以， 符合j σ[]σ≤，满足设计要求。

4.1.4压下螺丝的尾部设计
尾部通常可分为带花键的和镶有青铜滑板的方形尾部形状，由于带有花键的尾部设计承载能力大，尾部强度削弱的少。

所以，选择带有花键的尾部形状。

4.1.5压下螺丝的端部形状选择
通常分为两种：凹形球面和凸形球面。

因为凹形球面自位性好，可有效防止青铜止推垫块产生拉应力，还可以大大地提高青铜止推垫块的使用寿命，可减少有色金属的消耗，所以，选择凹形球面。

4.2压下螺丝传动力矩的计算
压下静摩擦力矩的计算
压下螺丝受力平衡图，如图4.1所示
1-压下螺丝 2-压下螺母 3-压下螺丝枢轴 4-止推垫块 5-上轴承座
图4.1 压下螺丝受力平衡图
再由公式，
12j j j M M M =+ 式中：1j M ———止推轴承的阻力矩
2j M ——螺纹间的摩擦阻力矩
空载压下时： 1p =（0.1～0.2）G 式中： G ———被平衡的部件总重量
G=G G G G +++工作辊系支撑辊系压下螺丝压下螺母
G 工作辊系=()2
1.251.32 1.1400.3050.650.02252
2.1502π⎧⎫⎪⎪⎛⎫⨯⨯++⨯+⨯⎡⎤⎨⎬ ⎪⎣⎦
⎝⎭⎪⎪⎩⎭
⨯7.8⨯3
10 =375881.27N
G 支撑辊系= [()()2
2
1.651.98 1.950.8672
2.150.72760.31722ππ⎛⎫⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭
()()220.213390.31720.499850.3172ππ+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯]⨯7.8⨯310⨯9.8
=984576.93N
G 压下螺丝=2
0.6072π⎡⎤⎢⎥⎣⎦⨯4.003⨯7.8⨯3
10⨯9.8=88502.05N G 压下螺母=2
0.9000.5552-⎡⎤⎢⎥⎣⎦
⨯0.900⨯7.8⨯310⨯9.8=25711.71N 所以， G=375881.27+984576.93+88502.05+25711.71=1474671.96N 取： 1P =0.2G=0.2⨯1474671.96=294934.392N 再由 1j M =3
11
3
d u p 式中 3d ———压下螺丝端部枢轴的直径
1p ———作用在一个压下螺丝上的力 1u ———止推轴颈的摩擦系数，1u =0.18 则 1j M =294954.392⨯0.18⨯0.555/3=9821.32Nm
2j M =()2
1
tan 2
d p ρα± 式中： ρ———压下螺丝与压下螺母的螺纹间摩擦角。

ρ=arctan μ
μ———螺纹间摩擦系数 取 μ=0.1 则 ρ=540'
α———压下螺丝与螺母的螺纹升角；对于式中的“±”为压下时取“+”,提升时取“-”。

α=arctan
t
d
π,所以，α= 0.9 2j M =294934.392⨯0.5845
2
⨯tan(540'+0.9)=9925.32Nm
j M =12j j M M +=9821.32+9925.32=19746.64Nm
4.3 压下电机的选择
4.3.1压下电机功率的计算
传动总效率 24
ηηηηη=蜗杆联轴器齿轮轴承
由文献[10,表4.2-9]可知：η联轴器=0.99；η齿轮=0.97；η轴承=0.99；η蜗杆=0.85
η=240.990.970.990.85⨯⨯⨯=0.78
初选蜗轮与蜗杆的传动比 1i =25，减速机传动比2i =1，所以总传动比12i i i =⨯=25. 取 压下速度v=30mm/s;用单头丝杆螺距，t=30mm;其行程s=240mm
则 压下丝杆转速： n=v
t
⨯60=30/30⨯60=60r/min
蜗杆转速： N=25⨯60=1500r/min 电机功率 P=
9550j M N
i η
=
19658.811500
9550250.78⨯⨯⨯=158.35KW
4.3.2 电机的选择
根据电机功率选用：2112Z -直流电动机。

根据实际需要，由文献[8,表40-37]可知，电动机功率及转速如下：
e N =200KW e n =1500r/min
额定功率：200KW,额定转速：1500r/min,最高转速：1500r/min
额定电压：220V,额定电流：1010A,最大励磁功率：1620W,重量：1410Kg
4.4 压下螺丝静强度校核
压下螺丝受轴向力F 和转矩T 的作用。

因此根据第四强度理论及危险截面强度校核计算公式为：
ca
σ==σ] 式中：ca σ———计算应力
1d ———压下螺丝螺纹小径
F ———压下螺丝所受轴向力
T ———压下螺丝所受转矩
T=9.55⨯610/p n i
η=9.55⨯610⨯200⨯0.78⨯25/1500=24.83⨯610Nm 由前面可知：[σ]=108.33Mpa
ca σ=100Mpa<[σ] 因此压下螺丝满足静强度要求。

4.5压下螺母的结构尺寸设计
4.5.1 压下螺母的参数确定
由压下螺丝的外径d,螺距t 及螺纹形状的确定，所以，压下螺母的d 、t 和螺纹形状也就可以确定了，剩下的就是确定压下螺母的高度H 与外径D.
压下螺丝的外径：d=607mm
螺距： t=30mm
外螺纹牙高：3h =0.8677t=0.8677⨯30=26.031mm
压下螺丝螺纹内径：1d =d-23h =607-2⨯26.031=554.938mm
基本牙型高度：1H =0.75t=0.75⨯30=22.5mm
压下螺母的小径：1D =d-21H =607-2⨯22.5=582mm
中径： 2D =2d =d-0.75t=607-0.75⨯30=584.5mm
压下螺母的高度：
H=(1.2～2)d=(1.2⨯607～2⨯607)=(728.4～1214)mm
取H=900mm.
压下螺母螺纹圈数：
Z=H t =90030=30。