辊颈强度按弯扭合成应力考虑:
（1）钢轧辊,按第四强度理论
p 3 [ ]
2 d 2 d
（2）铸铁轧辊,按莫尔强度理论
p 0.375 d 0.625 4 [ ]
2 d 2 d
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5.3.1.3 辊头强度校核 辊头危险截面在传动侧;辊头上的扭转应力:
5.1.1 轧辊所受载荷
（1）机械载荷: 弯曲应力、辊面间接触应力、传动辊上的扭转应力. 咬入瞬间及轧制速度变化时,引起动载荷,导致辊上应力变化. （2）摩擦: 变形区中的前、后滑,咬入打滑、卡钢等造成辊身表面与轧件间相对 运动,导致辊身表面受到剧烈摩擦.
（3）热负荷:
热轧时,轧件高温和冷却水交替作用,产生热循环应力; 冷轧时,轧件变形热效应,轧辊表层也产生热循环应力.
从弯矩、扭矩大小可知辊的危险截面.
型材轧辊的受力及内力图
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5.3.1.1 辊身强度校核
辊身受弯矩和扭矩共同作用,但其扭转应力较弯曲应力小,故只计算辊
身弯曲应力.
辊身所受最大弯矩即为轧制力作用截面的弯矩:
( a x) x MD P a
辊身危险截面的弯曲应力σD


强韧性、耐磨性、耐热性、耐剥落性等;
材料机械性能和硬度为主. 总结：
结构、尺寸的确定; 材质、制造方法的选择; 强度、刚度的校核.
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5.2 轧辊的结构形式及材质选择 5.2.1 轧辊的结构 辊身: 工作部分. ① 型材轧辊: 辊身有各种形状轧槽,即孔型; ② 板材轧辊: 辊身呈圆柱形;为补偿弯曲、不均匀热膨胀、不均匀磨损对辊缝的
3 1
Wn 0.19d
③平台式辊头:
Wn 0.18d13
④矩形截面辊头:
3 h Wn 0.325 0.125 d1 d1
η值
a/b 1.0 0.208 1.5 0.346 2.0 0.493 2.5 0.645
Wn b
3
h为扁头厚度(mm);d1扁头直径(mm);η矩形截面长短边的影响系数.
上.
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轧辊的结构 a-梅花形辊头；b-扁头形辊头；c-带双键形的辊头 1-辊身；2-辊颈；3-辊头
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5.2.2 轧辊的参数
辊身直径
辊身长度 辊颈直径及长度 辊头尺寸 ………….. 5.2.2.1 辊身直径 是轧机的重要参数.

铸铁轧辊(C≥2.0%)、半钢轧辊(C≥1.5%)、钢轧辊(C≥0.8%)三种类型.
铸铁辊: 普通、合金、球墨.
按硬度: 半冷硬、冷硬、无限冷硬. 铸铁辊优点: 硬度高、耐磨性好、表面光滑、制造方法简便、成本低.
缺点: 质脆、强度低、耐冲击性差.
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钢轧辊: 铸钢、锻钢.

四辊轧机辊身长度与辊径间、支持辊径与工作辊径的比值关系.
各类四辊轧机L/D1、L/D2、D2/D1
轧机类型 厚板轧机 宽带材轧机 粗轧机 精轧机 L/D1 比值 3.0～5.2 1.5～3.5 2.1～4.0 常用比值 3.2～4.5 1.7～2.8 2.4～2.8 比值 1.9～2.7 1.0～1.8 1.0～1.8 L/D2 常用比值 2.0～2.5 1.3～1.5 1.3～1.5 比值 1.5～2.2 1.2～2.0 1.8～2.2 D2/D1 常用比值 1.6～2.0 1.3～1.5 1.9～2.1 备注 根据辊 身 长度在 1120～ 5590 mm范围 内的165 台四辊 轧机数 据 统计而 得
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5.1.2 轧辊的主要失效形式 （1）磨损: 辊身磨损达到允许的总车削量后,因表层硬度丧失、强度削弱而报 废; （2）辊面剥落: 轧辊受循环接触应力作用,表面产生掉块形成凹坑而报废; （3）折断: 过大轧制压力产生的机械应力是断辊的主要原因. 5.1.3 轧制生产对轧辊的要求 工艺要求: 合理结构、尺寸、材质,以保证轧件尺寸、表面质量、产量. 寿命要求: 不致过早、或不正常破坏、失效.
型材轧机辊身长度与其名义直径之比K
轧机类型 K 开坯轧机 2.0～3.0 型钢粗轧机 1.5～2.5 型钢精轧机 1.5～2.0
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板带材轧机: 辊身长应与板带最大宽度相适应.
L bmax
L为辊身长度(mm); bmax所轧板带最大宽度(mm); Δ随板带宽度而异的 余量(mm). 板带材轧机辊身长度的余量
优点: 强度高、韧性好、咬入能力强.
缺点: 硬度一般较铸铁辊低. 半钢轧辊: 碳量介于铸钢与铸铁间,杂 质量低,具有过共析组织. 碳量远高于铸钢.铸态脆且易生成碳
化物偏析和内部缺陷; 锻造和热处理后,
可得均匀分散析出的极细高硬度碳化物. 兼有铸钢强度、韧性、耐热疲劳性及
铸铁耐磨性等.
适于带钢热连轧四辊轧机工作辊.
据轧机最小可轧厚度临界条件,推导出冷轧机最大工作辊径应满足:
D1max
0.28Ehmin (1.15 s p )
E为轧辊的弹性模量(MPa);hmin带材最小可轧厚度(mm);μ为轧辊与带材间的摩 擦系数;σs为带材的屈服极限(MPa);σp为平均张应力(MPa). （4）热平衡条件 高速冷轧时,轧件变形热效应很大,导致工作辊温度升高. 辊表面存在工艺冷却与润滑, 温升至一定程度出现热平衡—辊表面吸收热量
冷轧板带材轧机
2.3～3.0
2.5～2.9
0.8～1.8
0.9～1.4
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5.2.2.3 辊颈
直径d、长度l、与辊身过渡圆弧半径r与轴承形式、工作载荷有关;
应综合考虑辊颈强度、轴承寿命. 若条件允许,辊颈直径应选大些. 5.2.2.3 辊头 尺寸根据连接轴形式确定. 5.2.3 轧辊的材质选择
Mn d1 [ ] (0.5 0.6)[ ] Wn
τd1为辊头扭转应力(MPa); Mn为传动该轧辊最大扭矩(N· mm); Wn为辊头抗扭
截面系数(mm3); [τ]为轧辊许用剪应力(MPa).
轧机轧辊辊头形式
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①带键槽的辊头:
②带双键槽的辊头:
MD MD D [ ] 3 WD 0.1D
MD为轧制力作用截面的弯矩(N· mm); D 为轧制力作用截面辊身最小工作直径(mm).
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5.3.1.2 辊颈强度校核
辊颈受弯扭组合变形,危险点在传动侧辊颈、辊身交界处.

辊颈与辊身相接处弯矩最大,为
M d Rc Md Rc d Wd 0.1d 3
影响,可将辊身加工成较复杂的曲线形状,即辊型.
辊头: 与连接轴相接部分. 连接传动、或吊装. 梅花型、键槽型、万向节型. 辊颈: 支承部分. 支承在轴承上.形式由轴承形式及装卸要求确定. 圆柱形: 滑动轴承、滚动轴承; 圆锥形: 液体摩擦轴承,锥度一般为1:5

辊颈与辊身交界处为应力集中部位. 组合辊由韧性好的心轴和硬度高的辊套组成,辊套采用热压装方式套在辊心轴
bmax(mm) Δ(mm) <200 50 200～1200 100～200 1000～2500 150～200 >2500 200～400
板带材轧机辊身长度确定,一般应和辊径一起考虑. 出发点： 使轧辊获得最小弯曲挠度和足够强度,以获得所需板形、减小横向厚差.
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据轧辊受力可列出各段弯矩方程:
当
当
a b 0 x 2 a b a x 2 2
时,
1 M Px 2
时,
2
1 1 a b M Px q x 2 2 2
P为轧制压力(N); b为轧件宽度(mm); q为单位轧件长度轧制压力(N/mm). 由弯矩方程—弯矩图,按扭矩作用—扭矩图. 从弯矩及扭矩图可知,辊身中部截面弯矩最大,故辊身只须计算中部的弯曲强度; 对辊颈则需计算弯曲和扭转强度; 对传动端辊头应计算其扭转强度.
Mz [ ] WD
σ为轧辊危险截面处应力(MPa); Mz危险截面处弯矩(N· mm); WD危险截面处 抗弯截面系数(mm3);[σ]为轧辊许用正应力(MPa).
多辊轧机: 轧制负荷主要由支持辊承担.
支持辊直径应根据强度和刚度条件确定.
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（3）最小可轧厚度
型材轧机: 它是表征轧机
的特性参数. 板带轧机: 它是关系到板
带材最小可轧厚度的参数.
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确定最佳直径应考虑: （1）咬入条件 直径应满足:
h Dg 1 cos max
各类轧机轧制钢材的αmax
Dg为轧辊工作直径(mm);△h为压下量(mm);αmax最大允许咬入角(0)
轧辊与轧辊轴承
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轧辊与轧辊轴承构成的辊系是轧机核心部件.
轧辊与轧件接触,迫使轧件产生塑性变形,同时,轧辊承受巨大轧 制压力,并将此负荷传递给轧辊轴承.
辊系结构、尺寸、材质、强度、刚度对能否实现优质、高产、
低耗的影响极大.
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5.1 轧辊的工作特点及其工艺要求
3.0 0.801
4.0 1.150
6.0 1.789
η
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5.3.2 二辊板带轧机轧辊强度的校核 受力如图.
为简化计算: 设轧件立于辊身中央,轧
制力沿辊身长度均匀分布;