四辊轧机设计计算书3.1 冷轧轧辊的组成冷轧辊是冷轧机的主要部件。

轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。

辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。

轴头和连接轴相连，传递轧制力矩。

工作辊和支撑辊的结构如图所示。

工作辊结构支撑辊结构3.2、 冷轧辊系尺寸的选择冷轧过程中，轧辊表面承受很大的挤压应力和强烈的磨损，因此，冷轧工作辊应具有极高而均匀的硬度，一定深度的硬化层，以及良好的耐磨性与抗烈性。

降低轧辊硬度，虽然改善抗烈性，但耐磨性降低，因此，必须正确选择轧辊表面硬度。

冷轧辊用钢均多为高碳合金钢，如29r C 、o r M C 29等，我们这里选工作辊的材质为o r M C 29。

轧件对冷轧工作辊巨大的轧制压力，大部分传递给支撑辊上。

支撑辊既要能承受很大的弯曲应力，还要具有很大的刚性来限制工作辊的弹性变形，以保证钢板厚度均匀。

轧机支撑辊的表面肖氏硬度一般为HS45左右。

目前为提高板厚精度与延长轧辊的寿命，支撑辊硬度有提高的趋势。

支撑辊常用钢号为o r M C 29、V C r 9、及o n r M M C 60，我们这里选支撑辊材质为o r M C 29。

3.3、 辊系尺寸的确定1) 辊身长度L 及直径D 的确定。

辊身长度L 应大于所轧钢板的最大宽度m ax b ，即 []2max a b L += （3.1）当m ax b =400—1200 mm 时，a=50—100 mm ，现m ax b =500mm ，取a=50mm 所以 mm a b L 55050500max =+=+= 四辊轧机的辊身L 确定以后，根据经验数据：8.18.02-=D L来确定支撑辊直径2D ，取7.12=D L所以 mm LD 3207.12==对于支撑辊传动的四辊轧机，一般选4312-=D D ，现取2.312=D D则 mm D D 1002.33202.321===2) 轧辊辊颈尺寸d 和l 的确定。

使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，辊径尺寸不能过大，一般近似地选()D d 56.05.0-=，0.183.0-=dl则： mm D d 18032056.056.022=⨯==； mm d l 16818093.093.022=⨯==mm D d 17032054.054.02/2=⨯==； mm l 71/2=mm D d 5410054.054.011=⨯== ； mm d l 9.465485..085.011=⨯== mm d 50/1=； mm l 22/1=mm d 35//1=； mm l 16//1=3.4、 轧制力的计算在冷轧薄带时，由于工作辊直径相对于轧件厚度来说很大，考虑到轧辊压扁现象，斯通近似认为冷轧轧制过程相当于两平行平板间的压缩过程。

根据平行平板的压缩变形推导出平均单位压力公式。

斯通平均单位压力公式写成下式：[]31Xe q k P X-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--（3.2）式中 X —计算系数，-=hfl X /，由X 值可按表3.2查出X e X 1-值；/l —考虑轧辊弹性压扁的变形区长度，mm ； f —轧件与轧辊表面间的摩擦系数，可按表3.1查取；-h —轧件在变形区的平均厚度，2hH h +=-，mm ； -q —轧件的平均应力，2hH q q q +=-（H q 、h q 分别为轧件的前后张应力），a P ；k —轧件在变形区内的平均变形抗力，a P ，其值为：-=s k σ15.1-s σ—对应于冷轧平均总压下率的金属平均变形抗力，a P ，查金属加工硬化曲线得到：平均压下率106.04.0εεε+=-总，在一定压下率下，2.0σσ=-s ；0ε、1ε—分别为轧件在轧制前后的冷轧总压下率。

表3.1 冷轧时摩擦系数值与轧制速度的关系润滑剂轧制速度3以下10以下 20以下大于20 乳化液 矿物油 棕榈油0.14 0.10—0.12 0.080.10—0.12 0.09—0.10 0.060.08 0.050.06 0.03表3-2 应力状态系数Xe n X 1-=用斯通公式直接计算比较困难，通常采用图表法见图（3.1）。

计算步骤如下： （1） 已知 H 、h 、R 、H q 、h q ；（2） 由金属加工硬化曲线查得0s σ、1s σ，计算k 值；（3） 求出不考虑轧辊弹性压扁的变形区长度()h H R l -=和2⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-h fl 值；（4） 求出C 值，()E r R C π218-=，对钢轧辊95000R C =，并计算出⎪⎭⎫⎝⎛---q k h f C 2值；（5） 利用图3-1求出-=hfl X /值；（6） 利用表3-4查出应力状态系数Xe n X 1-=值，并计算出/l 值；（7） 以-P 乘以/l 和轧件宽度B ，就可以得出轧制力P ，即[]5/B l P P -= （3.3）图3.1 图3.2现已知 mm H 0.25.1-=，轧制到mm h 5.12.0-=，带钢宽度为500mm ，钢种a b MP 900=σ，a s MP 720=σ，前张力为0，后张力为216a MP ，轧机轧辊直径为mm 100，摩擦系数由3-3查得知10.0=f ，求该道次得轧制力。

解：(1) ()()mm h H R h R l 55.0505.1250=⨯=-⨯=-=∆= mm h H h 75.125.122=+=+=-(2) 压下量mm 5.0=∆，冷轧总压下率25.025.12=-=-=H h H 总ε 求平均冷轧总压下率%1525.06.06.04.010=⨯=+=-εεε总 查该钢种的加工硬化曲线如图3-2查出对应于%15=-总ε的-s σ，a s MP 7002.0==-σσ(3) 286.075.151.0=⨯=-h fl ；082.022=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-h fl z(4) MPa k s 80570015.115.1=⨯==-σ；a h H MP q q q 10822162=+=+=-()1467.01088055.01.0950005022=-⨯⨯⨯=⎪⎭⎫⎝⎛-=--q k h f c y(5) 由图3-12的纵坐标082.02=z 和1467.0=y 上两点连一条直线，读出与图中-=hfl X /曲线的交点的数值，4.0/==-hfl X21.05.04.0/=⨯==∴-f h X l (6) 由表查得，应力状态系数195.375.11175.1=-=-=e X e n X (7) ()KN n q k P 9.2226195.3108805=⨯-=⎪⎭⎫⎝⎛-=--3.5、轧辊的强度校核四辊轧机的支撑辊直径2D 比工作辊直径1D 大好几倍，显然，支撑辊有很大的刚性，因此轧制时的弯曲应力绝大部分由支撑辊承担。

在计算支撑辊强度时，通常按其承受全部轧制力的情况考虑。

当四辊轧机工作时，对支撑辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力以及传动端的扭转应力。

支撑辊的弯曲应力和弯曲力矩分布如图3-1所示。

图3-1 四辊轧机支撑辊计算简图在辊颈的1—1断面和2—2断面上的弯曲应力均应满足强度、扭转条件，即：bd PC 3111112.0--=σ （3.4）； 3112.0-=d M k τ （3.5） bd PC 3222112.0--=σ （3.6）； 3222.0-=d M k τ （3.7） 式中 P —总轧制力，N ；11-d 、22-d —辊颈1-1和2-2断面处的直径，mm ；1C 、2C —辊颈1-1和2-2断面至支反力2P 处的距离，mm ； k M —作用在一个支撑辊上的最大传动力矩； k W —支撑辊传动端的扭矩断面系数；辊颈强度应按弯、扭合成应力计算。

采用钢轧辊时，合成应力应按第四强度理论公式计算：b p R ≤+=223τσσ （3.8）a MP 7.1331802.070103.22283311=⨯⨯⨯=-σ a MP 503202.0145103.22283322=⨯⨯⨯=-σ a k MP D T M 24280160158222=⨯=⋅=∴311112.0--=d M k τ=02.01802.0242803=⨯ 322222.0--=d M k τ=003.03202.0242803=⨯ ∴a b a p MP R MP 14522.03221=≤=+=τσσa b a p MP R MP 14512.03222=≤=+=τσσ支撑辊中部的最大弯曲力矩m ax M 可用下式简单计算：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=840max L lP M （3.9）式中 0l —两个压下螺丝之间的距离，mm ；L —支撑辊的辊身长度，mm ；则支撑辊辊身中部3-3端面处的弯曲应力为： b R L l D P ≤⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-24.003233σ （3.10）∴a b MP L l D P 25.42517.025*********.0103.222824.03303233=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-σ第四章 液压缸的设计4.1、 绪论液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系。

对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。

因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统工况进行分析，编制负载图，选定系统的工作压力，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，然后进行结构设计。

现行程S=5mm ，a MP P 60=，油压为a MP 2422-。

进行结构设计。

4.2、方案的设计图4-1所示为一实心单杆液压缸结构。

它由无缝钢管缸筒4、整体式活塞5、缸盖2、缸盖7组成。

两端缸盖和缸体采用螺纹连接。

活塞和缸筒用O 形密封圈密封。

活塞杆和缸筒采用Y 形密封圈密封，缸盖和缸筒间采用铜密封。

图4-1 单杆液压缸结构1、6—密封圈；2、7—缸盖； 3—铜垫； 4—缸筒；5—活塞（杆）4.3、液压缸主要参数的确定液压缸主要结构尺寸包括缸筒内径D 、活塞杆外径d 和缸筒长度L 。

4.3.1、缸筒内径D 的确定液压缸的缸筒内径D 是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸得有效工作面积，从而得到缸筒内径D ，再从GB2348—93标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。

根据负载和工作压力的大小确定D 。

[]6max 4pF D π=（4.1）式中 P —液压缸工作腔的工作压力；max F —最大作用负载； 现 max F =60KN ，P =22Mpa则 ： mm D 18614.310221060453=⨯⨯⨯⨯=查GB/T2348—93，取D=200mm 。

4.3.2、活塞杆外径d 的确定由于对液压缸无速比要求，可按下式初步选取d 值。