轧机吐丝与动压轴承毕业设计讲稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,毕业设计辅导材料,高速线材吐丝机、油膜轴承,轧机轧制力能参数（二辊,/,四辊轧机）,1,一、吐丝机,吐丝机的功能是在高速线材的轧制线上将高速前进的轧件连续地弯成直径确定的盘圆并散落在带式输送机上进行连续冷却。,吐丝机紧跟在夹送辊之后，用于将成品轧件弯曲成线圈状以便于进行轧后处理和运输，轧件由轴心进入，经吐丝管从切向出料，吐出呈螺旋形线圈逐渐倒在不断前进的斯太尔摩运输机上，然后经冷却、收紧、打捆成卷以待发运。,卧式吐丝机由直线引线管、螺旋引线管、螺旋吐丝盘、导向套筒（导轨）、水平驱动轴、减速装置组成。,线材由成品轧机轧出，经长导管引入吐丝机回转中的导管，通过回转中的曲线导管以圆周切线逐圈推向前方，形成连续的线环。,2,吐丝机力参数计算,吐丝机在工作过程中，将原来直的轧件利用吐丝盘的高速旋转产生的力使轧件产生塑性变形而变成所需要的圆形散卷。由于其力与变形的关系比较复杂，所以整个机构的受力分析以及电机选择都比较困难。这里介绍功率计算的能量法。,其原理是利用在轧件前进的过程中，通过计算吐丝机将原来是直的轧件变为盘圆所需的能量作为在吐丝过程中所需要的能量确定电机的功率。,首先要确定单位长度轧件变成曲率为,1/r,的盘圆所需的功。根据弹塑性力学的原理，对于给定的截面的轧件其材料的性能已知，在总变形曲率确定的情况下，其外力矩的大小,M,可以求出：,3,高速线材吐丝机,4,弹塑性弯曲阶段的 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),5,屈服力矩,M,w,与屈服曲率,1/,w,在轧件表层开始屈服时轧件的总变形曲率为屈服曲率,1/,w,，,相对应的外力矩为屈服力矩,M,w,。,相对应的这时的外力矩为屈服力矩,M,w,。,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：,6,对全塑性状态的轧件而言，其,z,0,=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：,M,s,M,M,w,引入断面形状系数,e,=,M,s,/,M,w,=,s,S,/,s,W,=,S,/,W,由此可得出：,M,s,=,M,w,e,对于圆形断面，,e=1.7,7,单位长度轧件弯曲变形所需功的计算,:,显然，在轧件速度已知的情况下，每秒弯曲轧件所需的功就等于所需的功率。,8,也就是说，弯曲轧件所需功率：,N=v*A,此外还应考虑这些轧件加速所需的功。两部份加起来再考虑效率就是总的功率。,右图为高速线材轧机,（,45,无扭轧制）,以下讲解轧辊,与轧辊轴承：,9,10,正在轧制中的四,辊轧,机，前方放置的为工作辊及其轴承、轴承座的备件组。,11,轧辊,Roller,12,13,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 100m,）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。,-,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,过程,油膜轴承在从启动到运转的过程中，其工作过程可用下图表示：,14,液体动压轴承润滑油膜的形成可分成三个阶段。当轴开始转动时，辊颈与轴承直接接触，相应的摩擦为半干摩擦，轴颈在摩擦力的作用下偏移,(,图,333,、,a),。如果轴承附有静压起动装置，使轴承在起动时在高压油的作用下抬起，则可避免这种现象。当轴的转速增大，吸入轴颈轴承间的油量也增加，具有一定粘度的油被辊颈带入油楔，油膜的压力逐渐形成。转动中，油膜的动压力与轴承径向载荷相平衡,(,图,333c),，轴颈的中心向下、向左偏移并达到一个稳定的位置，这时轴承和轴之间建立了一层很薄的楔形油膜。当轴的转速继续增加轴颈中心向轴承中心向移动。理论上，当轴转速达到时，轴颈中心与轴承中心重合。,工作原理,对无限长轴承，其油膜压力,p,可用以下方程（雷诺方程）表示：,15,雷诺方程,:,16,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,。,由于动压轴承在工作过程中，轴与轴承表面被一层油膜隔开，磨损基本上消除了，所以油膜轴承具有好的性能及长的使用寿命。,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,17,一般采用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330a是国产1700热连轧机支承辊用的油膜轴承结构图。,支撑辊的辊颈为锥形，套在外面的锥套与轴套形成承载面。轴套与轴承座固定是不旋转的。,18,19,20,21,带止推轴承的油膜轴承,22,油膜轴承零件：锥套加工,23,油膜轴承锥套,24,二、中轧机轧制力与轧制力矩计算,25,轧制原理基本知识,轧制过程基本参数,1、简单轧制过程,简单轧制定义：两辊驱动,、辊径相等,(,无,切槽,),、转速相等、轧辊为刚性、轧件等速运动、,轧件,材料,均匀,、,轧件仅受轧制力,作用。,这是一种理想的轧制状态，实际上是难以实现的。,2、变形区及其参数,由两条接触弧围成的区域,（,ABCD,所围成的）,称之为变形区,。,26,变形区及其参数,D、R,轧辊直径、半径。,h,0,、,h,1,：,轧制前后轧件高。,轧件的平均高度,h,m,：,h,m,=(,h,0,+,h,1,)/2,压下量：,h,=,h,0,-,h,1,b,0,、,b,1,：轧制前后宽度。,宽展量,b,=,b,1,-,b,0,27,L,0,、,L,1,：轧制前后轧件长。,延伸率,：,=,L,1,/,L,0,临界角，又称之为中性角。为轧制时前滑区及后滑区的分界。,咬入角，接触弧所对应的中心角。,28,AB,弧称为接触弧或咬入弧。,l,接触弧的水平投影,3,、,绝对压下量与相对压下量,绝对压下量：,h,=,h0,-,h,1,相对压下量：,=,h,/,h,0,100,%,4,、变形速度,29,轧制压力的概念,影响,轧制时,单位压力的因素,有两方面的因素：金属本身的性能即变形阻力及影响应力状态的因素。,1、金属的变形阻力及其影响因素,定义：金属的塑性变形阻力指单向应力条件下，材料产生塑性变形所需的外加应力。,它取决于材料的品种、变形温度,t,、变形速度,u,、变形程度,等。一般用或s表示。,2、变形阻力的确定,它的值一般用实验确定,，可由相应的图表查出。,30,金尼克曲线,31,艾克隆德公式（,S.EKLUND,）,公式形式（,P,m,为平均压力）：,P,m,=(1+,m,)(,k,+,u,)-(2-103),设,t,为轧制温度,=1.05-0.0005,t,（钢轧辊）,=0.8(1.05-0.0005,t,)（铸铁辊）,k,-轧件静压缩时的变形阻力：,k,=(14-0.01,t,)(1.4+C+Mn+0.3Cr),9.8 MPa,式中：C、Mn、Cr-含对应元素的百分数%,粘度系数,：,=0.01(14-0.01,t,),c,kg.s/mm,2 ,c,为与轧速有关的系数,32,变形速度,u,按以下公式计算：,EKLUND公式一般用于,热轧型钢、钢坯,的轧制压力计算。,33,四辊轧机,轧机的结构,工作机座、主传动与压下,轧制力与轧制力矩,34,正在轧制中的四,辊轧,机，前方放置的为工作辊及其轴承、轴承座的备件组。,35,轧辊,Roller,36,37,工作机座,四辊轧机的工作机座由轧辊、轧辊轴承、机架、以及轧辊平衡机构组成。各部份的功能如下：,轧辊：轧件在两个工作辊之间产生塑性变形、轧件厚度变薄，宽度变大，长度变长。为提高辊系的刚性，通常在上下工作辊垂直方向上增加支撑辊。,轧辊轴承：在轧辊两端辊颈处装有轧辊轴承，通常有滚动轴承与油膜轴承两种。,机架：所有工作机座上轧辊、轧辊轴承以及压下机构等都固定在一个整体框架内，这就是机架。机架一般由左右两个闭式框架及中间联接梁组成。,轧辊平衡机构：主要用于平衡上下轧辊的重量，以减少冲击并使轧制正常进行；四辊轧机一般采用液压平衡。,38,轧辊与轧辊轴承,39,轧钢机机架,40,41,轧辊平衡机构,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。根据液压缸的数量，可分为五缸式与八缸式的两种。,平衡力的计算,一般采用过平衡，一个压下螺丝受力：,P,1=,（,Q,-,G,)/2=(0.10.2),G,Q,上辊平衡力,=(1.21.4),G,，,G,被平衡部件的重量。,42,电动压下装置,43,电动压下装置,44,电动压下装置的力参数计算,在调整压下时，压下螺丝不受轧制力。受的是轧辊的过平衡力,p1,。,轧制时压下螺丝受轧制力。压下螺丝必须有足够的强度与刚度。同时必须不能回松，能够自锁。,45,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,M2,。,1,、,静力矩,M,j,的确定：,M,j,=,M,1+,M,2,M,1=,1,P,1,dp,/2,dp,滚动轴承的平均直径，,1=0.005,而,M,2=,P,1,d,2/2tg(,+,),d,2,螺丝中径，,螺丝的摩擦角。,P,1,作用在一个压下螺丝上的力。,46,M,j,静力矩，（,Nm,）,n,电机的转数，,rpm,，,i,传动系统的速比，,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,47,四辊轧机的主传动装置,一、轧机主传动装置的组成,功用：将电机的回转运动和力矩传给轧辊。,组成：电动机,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。,另外在部份主传动装置中，还有装置在减速机高速轴上的飞轮、在大中型轧机上还装置有接轴平衡装置。,48,49,二、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：,50,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,715,，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。,51,滑块式万向接轴（开式铰链）结构,52,滑块式万向接轴铜滑块的装拆,53,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,515mm,）。各部尺寸一般以经验取，具体数据见教材有关部份。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,ZQAL94,等。,润滑,滑块式万向接轴的润滑十分重要。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。,54,滑块式万向接轴的强度计算（开口式）,55,开口式扁头受力分析与强度计算,56,在扭矩作用下，其,1-1,截面上最大应力可由材力公式计算：,形状系数，见表,7-3,(,一般情况,:,=0.208),由第四强度理论求出当量应力,并对扁头进行强度校核。,计算应力也可由经验公式得出，见教材式,715(16),57,叉头受力,分析与强度计算,最大应力出现于,1-1,截面的,B,点。经过力的分解与简化最后由强度理论得出,B,点的计算应力，进行强度核算。同样，可以采用以下半经验公式进行计算应力的推算：,58,轴体的,强度计算,由经验公式：,当接轴倾角,4,时，扭转应力：,=5,M,/,d,0,3,当接轴倾角,4,时，扭转应力：,=5,M,（,1+sin,)/,d,0,3,M,传递扭矩，,d,0,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,b,/5,b,接轴材料的强度极限。,59,三、,联接轴的平衡装置,如,前所,述，轧辊直径,D,450500mm,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,=1.11.3,。,平衡方式,有三种：弹簧平衡、重锤平衡及液压平衡。,（具体类型及特点见教材,p242,，,表,75,）,液压平衡特点：易控制，使用方便，但系统复杂。主要用于板带材轧机。,60,平衡装置示例,1150,初轧机上辊重锤平衡、下辊弹簧平衡,61,平衡装置示例,1700,精轧机液压平衡装置,62,1,、奥洛万,方程,基本假设条件,：,接触区内的摩擦力,t,s,粘着,平面变形,2,=0,，,变形抗力为常数 k=c,平断面假设不存在,x,、,y,不是主平面；,xy,沿y向不均匀，中心层=0；,屈服条件,1,-,3,=k不适用，而应为（2-20）：,(,x,-,y,),2,+4,xy,2,=k,2,轧制力与轧制力矩计算,由,X,=0可导出(奥洛万)方程,，,对于平面变形问题，水平力,Q,与,p,的关系为：,Q,=,h,(,p,-k)(2-32),在粘着的条件下：=/4,63,2,、西姆斯,(Sims 1954),公式,以下介绍奥洛万方程的西姆斯解法；,1、基本假设：,变形区为粘着，,t,x,为常数,t,x,=k/2,水平力,Q,=,h,(,p,-k/4),接触弧为抛物线：,h,=,h,1,+R,2,=,dh,/,d,=2R,2、简化与积分，求沿接触弧压力分布,p,当,较小时：sin,cos,1;(2-31,)式可简化为,：,dQ,/,d,=2R,p,Rk (2-76),64,Sims,公式的推导,65,而平均轧制压力,p,m,=,P,/F由此可得出,p,m,的计算公式,2-84,及相应的n,的计算公式2-85。,66,Sims,公式的算图及简化公式,算图：由轧件的相对压下量及轧辊半径,R,与出口厚的比值,R,/,h,1,可以由算图查出相应的n,=,p,m,/k进而求出平均压力,p,m,。,Sims公式的适用条件：热轧薄板（,平面变形,、张力不计）。,Sims公式的简化：,1,、,志田茂公式,（日本）,67,轧制总压力与轧辊传动力矩,一、轧件与轧辊的接触面积,轧制总压力P为轧制平均单位压力与轧件/轧辊接触面积F乘积：,P,=,p,m,*,F,对板带产品：,这样计算接触面积实际上是计算接触弧长的水平投影,l,。,对于矩形轧件：如上下轧辊半径,R,1,=,R,2,=,R,，则：,2-109,68,二、轧制总压力的方向与轧辊传动力矩,1、二辊简单轧制,简单轧制指一种理想轧制工况，即两辊大小相等、等速，无轧制力以外的外力。,根据力的平衡条件，此时轧制力的合力必定是等值反向，同时位于垂直面的方向。作用于一根轧辊上的驱动力矩为,M,k,:,M,k,=,M,z,+,M,f,=,P,(,a,+,1,）-(2-120),力臂,a,=Dsin,/2,摩擦圆半径,1,=,d,/2,d,-工作辊,辊颈,直径,69,总传动力矩：,M,k,=2,M,k,=2,P,(,a,+,1,)=,P,(,D,sin,+,d,)-(,2-121),a,力臂，一般,a,=,l,/2,70,2,、,无,张力轧制时的四辊轧机驱动力矩,M,k,的求法,四辊轧机一般驱动工作辊，而支承辊则靠工作辊与支承辊之间的摩擦力带动。所以应对工作辊进行受力分析,，以求出其驱动力矩,M,k,。,四辊轧机工作辊与支承辊的偏移距,e,;,e,=5,10mm,由此引起其连心线的偏角：,工作辊与支承辊之间的滚动摩擦系数,m,=0.1-0.3mm，也就是工作辊沿滚动方向偏移其连心线的距离。,支承辊被动，,其转动的条件为接触压力的合力,R,必须相切于支承辊摩擦圆,。,工作辊受三个力：轧制力,P,，,支承辊反力,R,及水平力,F,。,71,2-1,轧制力,P,大小：,P,=,p,m,*,F,（接触区的水平投影面积）,方向,：,为垂直方向。,轧制力矩：,M,z=,P,.,a,-(2-125),2,-2,、,支承辊对工作辊的反力,R,方向,：与垂直方向偏角,+,由,Y,=0:,P,cos,=,R,cos(,+,),支撑辊轴承摩擦圆半径：,2,=d,2,/2*,72,力臂,c,=KH+O,1,K=,m,cos,+,R,1,sin,由,R,引起的阻力矩：,M,R,=R.,c,-(,2-126),2-,3,、水平力,F,由作用在工作辊上的力平衡,可,以导出,：,水平力,：,F,=,R,sin(,+,),水平力引起工作辊的摩擦力矩,（作用在工作辊轴承上）,M,f,=,F.r,1,.,1,=,F,.,1,r,1,为工作辊,轴承平均半,径,总的驱动力矩：,M,k,=,M,z,+,M,R,+,M,f,-,-(2-124),而驱动上下工作辊的力矩为它的两倍。,73,轧机主电机力矩与电动机功率,一、主电机力矩,根据求得的轧机总驱动力矩即可求得主电机力矩,:,式中，,i,为传动系统的总传动比，,为其传动效率，,M,kon,为传动系统的空转力矩，一般取总静力矩的5-10%即可；,M,don,为系统动力矩，根据加减速情况，其值有正有负，,应根据实际情况具体分析。,二、主电机功率（,N,及,n,取标准值）,74,