φ25mm螺紋鋼孔型設(shè)計

1、學 號：200806020207HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：25mm螺紋鋼孔型設(shè)計學生姓名：高寬專業(yè)班級：08 軋 2班學 院：指導教師： 馮運莉201年02月29日目錄1 設(shè)計說明.32 孔型系統(tǒng)的選擇及依據(jù)33 確定軋制道次.44 分配各道次延伸系數(shù)45 校核個道次延伸系數(shù).56 確定各道次軋件出口斷面面積.57 確定各道次軋件出口斷面尺寸及形狀.68 各道次孔型尺寸.119 力能等效計算.1210校核軋輥強度.1711電機的選擇及校核.2012各孔型圖及軋制圖標.2625mm螺紋鋼孔型設(shè)計1 設(shè)計說明由兩個或多個軋輥的軋槽在過軋輥軸線的

2、平面上索構(gòu)成的斷面輪廓叫做孔型?？仔驮O(shè)計所確定的尺寸是指正在軋制時得到的軋件尺寸。2 孔型系統(tǒng)的選擇及依據(jù)棒材孔型系統(tǒng)一般為橢圓-圓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)適合平立交替軋機使用，軋件沒有尖角低溫處，斷面溫度比較均勻。橢圓孔磨損也較為均勻（相對方進橢）橢圓圓孔型系統(tǒng)圖1 橢圓-圓孔型系統(tǒng)箱形孔型系統(tǒng)圖2 箱型孔型系統(tǒng)箱形孔型的優(yōu)點如下：1.用改變輥縫的方法可以軋制多種尺寸不同的軋件，共用性好。這樣可以減少孔型數(shù)量，減少換孔或換輥次數(shù)，提高軋機的作業(yè)率。2.在軋件整個寬度上變形均勻。因此孔型磨損均勻，且變形能耗少。3.軋件側(cè)表面的氧化鐵皮易于脫落，這對改善軋件表面質(zhì)量是有益的。4.與相等斷面面積的其他孔型相

3、比箱形孔型在軋輥上的切槽淺軋輥強度較高，故允許采用較大的道次變形量。5.軋件斷面溫度降較為均勻本設(shè)計的32棒材的孔型系統(tǒng)為箱型孔與橢圓圓孔型系統(tǒng)的組合具體孔型系統(tǒng)為：粗軋：箱形方孔-平橢圓-圓-橢圓圓精軋: 橢圓-圓橢圓圓橢圓圓-橢圓圓最后幾道次為保證成品斷面形狀和尺寸的正確性，減少孔型磨損，提高軋輥使用壽命，以及降低能耗，應(yīng)采用較小的延伸系數(shù)，此外，由于橢圓孔和圓形孔的不特點，橢圓孔的延伸系數(shù)比圓形孔的相對大些。3 確定軋制道次連鑄坯斷面積：熱膨脹系數(shù)=1.0121.015 ，一般生產(chǎn)取=1.01332圓鋼橫截面積：Fn=(d)2/4=503.72 mm225圓鋼的總延伸系數(shù)為：（1)式中：

4、總延伸系數(shù)原料斷面面積 成品斷面面積=44.67分配各道次延伸系數(shù)：=123.n=44.67平均軋制系數(shù)p取1.34軋制道次n=/p=144 分配各道次延伸系數(shù)表1 孔型延伸系數(shù)孔型系統(tǒng)箱型橢圓型圓型延伸系數(shù)1.151.61.21.61.21.4表2 各機架延伸系數(shù)的分配機架號1234567延伸系數(shù)1.381.391.381.371.341.321.31機架號891011121314延伸系數(shù)1.31.291.281.271.261.251.245 校核個道次延伸系數(shù)123.n=1.38*1.39*1.38*.1.24=44.676 確定各道次出口的斷面面積由延伸系數(shù)與軋件斷面面積關(guān)系，確定各道

5、次軋件斷面面積：單位（2）表3 各道次軋件斷面面積 單位（2）道次面積道次面積116304.3582059.66211729.7591596.6438499.82101247.3746204.24119821854630.0312779.5163507.6013623.6172677.5614502.917 確定個道次軋件出口斷面尺寸及形狀1. 第一道次 箱型計算側(cè)壁斜度1=（B1-150）/（150-H1）=0.2橫截面積F1=B1H1=16304.35解得：軋件寬度B1=159.56mm軋件高度H1=102.18mm孔型高度102.18mm孔型槽底寬度bk=B-（0.05B0）=150-（

6、0.05*1500）=142.5150在此取145mm孔型槽口寬度Bk=B+h+（510）=150+0.2*（150-102.18）+（510）=145.44150.44mm再次取Bk=148mm槽底圓角半徑在此取mm槽口圓角半徑在此取mm輥縫 在此取mm2.第二道次 方型計算側(cè)壁斜度2=（B2-102.18）/（159.65-H2）=0.25橫截面積F1=B2H2=11729.75解得：軋件寬度B2=117.08mm軋件高度H2=100.05mm孔型高度22100.05mm孔型槽底寬度bk2=B-（0.05B0）=102.18-（0.05*102.180）=97.07102.18在此取100

7、mm孔型槽口寬度Bk2=B+h+（510）=102.18+0.25*（159.56-117.08）+（510）=117.80122.80mm再次取Bk=120mm槽底圓角半徑r1=（0.120.20）B=（0.120.20）*102.18=12.2620.43在此取mm槽口圓角半徑r2=（0.100.12）B=（0.100.12）*102.18=10.2212.26在此取r2=11mm輥縫 在此取mm3.第三道次 平橢圓計算此道次延伸系數(shù)為1.38，因此定壓下率為1.60則 h3=B2/=117.08/1.60=73.18mm由于F3=hb3（1-0.215h3/b3）=8499.82 求得b

8、3=100.44mm設(shè)充滿度孔型寬度B3=h3/=100.44/0.95=105.73mm孔型高度H3=h3=73.18mm輥縫S=（0.180.3）H3=（0.180.3）*73.18=13.1721.95在此取S=18mm橢圓半徑R=B32+(H3-S)2/4(H3-S)=36.85槽口圓角半徑r=（0.080.12）B3=8.4612.69在此取r=104.第四架 圓孔的計算軋件面積F4=d42*/4=6204.24求得d4=88.88mm孔型高度 0.98*h42*/4=6204.24h4=89.78孔型半徑r4= h4/2=44.89mm槽口圓角半徑在此取孔型寬度B4=h4+（0.5

9、1）=90.2890.78在此取B4=90.78輥縫S4=（0.100.15）h4=8.9813.47在此取S=13mmd6=66.83 h6=67.50 R6=33.75 r6=2.0 B6=68.50 S6=10d8=51.21 h8=51.73 R8=25.86 r8=2.0 B8=52.73 S8=7d10=39.85 h10=40.26 R10=20.13 r10=2.0 B10=41.26 S=10=65.第五架 橢圓孔的計算中間橢圓件的尺寸可以根據(jù)前后兩道次圓的尺寸來求得，具體步驟如下：圖3 中間橢圓件尺寸的計算d4=88.88 d6=66.835=0.41 6=0.3b5=d4

10、(1+5)- d65(1+6)/(1-56)=102.28h5= d6(1+6)-b56=44.94設(shè)充滿度孔型寬度B5=b5/=102.28/0.95=107.66mm孔型高度H5=h5=44.94mm輥縫S=（0.180.3）H5=（0.180.3）*44.94=8.0913.48在此取S=12mm橢圓半徑R5=B52+(H5-S)2/4(H5-S)=96.20槽口圓角半徑r5=(0.080.12) B5=8.6112.92在此取同理可得：b7=76.32 h7=43.68 B7=80.34 H7=43.68 S7=9 R7=55.20 r7=8b9=58.11 h9=34.37 B9=6

11、1.17 H9=34.37 S9=8 R9=42.07 r9=5b11=44.92 h11=27.47 B11=47.28 H11=27.47 S11=7 R11=32.42 r11=46.第十二架 圓孔的計算軋件面積F12=d122*/4=779.51求得d12=31.50成品前孔基圓的構(gòu)成與成品尺寸關(guān)系密切，由生產(chǎn)經(jīng)驗可知:當圓鋼規(guī)格在2030mm之間時H12=（1.151.28）d0H12=1.216d0=1.216*25=30.40mm孔型寬度Bk3=（1.021.03）H12 則Bk3=1.03H12=1.03*30.40=31.31mm輥縫S的取值為23mm，則S=2圓鋼直徑為20

12、30mm時，槽口圓角r之間為1.52mm。則r=27.第十四架 圓孔的計算軋件面積F14=d122*/4=502.91求得d14=25.30成品孔基圓半徑R ：H14=（1.0111.014）d0，其中(1.0111.014)為熱膨脹系數(shù)，在這里取1.013H14=1.013d0=25.32mmR=H14/2=25.32/2=12.66mm為了保證圓鋼的橢圓度要求，成品孔內(nèi)徑的開口寬度按下式確定：表4 圓鋼開口寬度成品圓鋼直徑/mm側(cè)壁斜度%側(cè)壁角10305026035B=2R/cos-Stan=27.51當圓鋼直徑為2030mm時，S=1.21.5 取1.58.第十三架 橢圓孔的計算由以上可

13、得：H3=d12=31.50mm d0=25mm表5 成品孔與成品前橢圓孔寬展系數(shù)的確定圓鋼直徑/mm成品孔中的成品前橢圓孔中的9280.30.450.71.1在此取 =0.3 ， = 0.7b2=H3+(1+2)-d02(1+1)/(1-12)=30.80mmh2=d0(1+1)- b21=23.26mmK2 橢圓輥縫S 與成品直徑的關(guān)系：當圓鋼直徑為2030mm時，輥縫S為1.52mm。在此取S=2Bk2= b2+(0.51)=30.80+0.55=31.35H2=h2=23.26mm槽口圓角r=(0.060.14) = 1.232.87 取S=2橢圓圓弧半徑R=Bk22+(H2-S)2/

14、4(H2-S)=16.87表6 軋件斷面積機架孔型高寬面積延伸系數(shù)0H1箱102.18159.5616304.351.38V2方箱100.05117.0811729.751.39H3平橢圓73.18100.448499.821.38V4圓88.8888.886204.241.37H5橢圓44.94102.284630.031.34V6圓66.8366.833507.601.32H7橢圓43.6876.322677.561.31V8圓51.2151.212059.661.30H9橢圓34.3758.111596.641.29V10圓39.8539.851247.371.

15、28H11橢圓27.474492982.181.27V12圓31.5031.50779.511.26H13橢圓23.2630.80623.611.25V14圓25.3025.30502.911.248 各道次孔型尺寸表7 各道次孔型尺寸道次孔型形狀孔型高度H槽口寬度Bd槽底寬度bd槽口圓角半徑R槽底圓角半徑r輥縫SH1箱102.18148145251625V2方箱100.05120.00100111525道次孔型形狀孔型高度H槽口寬度Bd槽底寬度bd橢圓（圓）半徑R槽口圓角半徑r輥縫SH3橢圓73.18105.73-36.851018V4圓89.7890.78-44.89213H5橢圓44.9

16、4107.66-96.201012V6圓67.5068.50-33.42210H7橢圓43.6880.34-55.2089V8圓51.7352.73-25.6128H9橢圓34.3761.17-42.0758V10圓40.2641.26-19.5326H11橢圓27.4747.28-32.4247V12圓30.4031.31-15.7522H13橢圓23.2631.35-16.8722V14圓25.3227.51-12.6621.59 力能等效計算1. 平均單位壓力的計算據(jù)經(jīng)驗，熱軋型鋼采用艾克隆德公式計算平均單位壓力與實測數(shù)據(jù)較相近，公式為：(2)式中：m外摩擦對單位壓力影響的系數(shù)；k沿接觸

17、弧上金屬的平面變形抗力，Mpa；粘性系數(shù)，Mpas；平均變形速度，s-1；其中（1+m）是考慮外摩擦的影響。（3）（4）（5）（6）式中：R軋輥工作輥半徑，mm軋件平均壓下量，mmt軋制溫度，Mn以百分數(shù)表示的錳含量C以百分數(shù)表示的碳含量Cr以百分數(shù)表示的鉻含量f摩擦系數(shù),（7）對于鋼軋輥a1，對于鑄鐵軋輥a0.8。本車間選用鑄鐵軋輥a0.8。1).第一道開軋溫度為1050，所以：2).鋼種為 20MnSiV,其化學成分中C0.20,Mn=1.20,Cr03). 表8 隨軋制速度的變化軋制速度/系數(shù)/616100.810150.654). 5). 6). Mpa2.軋制壓力的計算軋制壓力的計算

18、公式為： (8)式中：平均單位壓力；F軋件與軋輥的接觸面積，其計算公式為：(9)式中：R軋輥平均工作半徑，mm；h平均壓下量，mm。以第一道次為例：以下道次與第一道算法步驟相同。軋件平均高度的計算公式為：箱形孔軋件： hp0.97軋件高度h橢圓孔軋件： hp0.85軋件高度h圓孔軋件： hp軋件高度h/4平橢和扁橢孔軋件： hp0.895軋件高度h3.軋制力矩的計算傳動兩個軋輥所需的軋制力矩為：(10)式中：P軋制力；a力臂；力臂系數(shù)，在自由軋制時常取0.5，有孔型限制時，摩擦力增加力臂長度；因計算困難，仍取為0.5；接觸弧長度, 。以第一道次為例：以下各道次的軋制力矩與第一道算法步驟相同。4

19、.附加摩擦力矩的計算(1) 軋輥軸承中的附加摩擦力矩：對于短應(yīng)力線軋機，上、下工作輥共有四個軸承，其附加摩擦力矩計算公式為：(11)式中：軋輥輥徑直徑，mm；軋輥軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，取值為0.003。以第一道次為例： kNm(2)傳動機構(gòu)中的摩擦力矩：(12)式中：Mm2換算到主電機軸上的傳動機構(gòu)的摩擦力矩傳動機構(gòu)的效率，即從主電機到軋機的傳動效率，取0.97i傳動比以第一道次為例： kNm則換算到主電機軸上的附加摩擦力矩為： kNm5. 空轉(zhuǎn)力矩的計算空轉(zhuǎn)力矩通常按經(jīng)驗公式確定：(13)式中：MH電機的額定轉(zhuǎn)矩。由，可得：(14)式中：ND電機的額定功率，kW；n電機的轉(zhuǎn)速，r/mi

20、n。 kNm對新安裝潤滑良好的軋機傳動，取空轉(zhuǎn)力矩 。以第一道次為例：kNm6. 靜力矩的計算電機軸靜力矩可按下式計算：(15)以第一道次為例： kNm10校核軋輥強度1.輥身強度的校核700 640140237.50231.25 圖4 軋輥孔型圖第一道軋輥孔型尺寸此為帶孔型的軋輥，其危險斷面可能在某個軋槽上，應(yīng)比較各斷面應(yīng)力大小來確定，輥身驗算彎矩為：（16）作用在輥身危險斷面的彎曲應(yīng)力：（17）式中:輥身危險斷面彎矩； 計算斷面的直徑。以第一道次為例 Mpa對鑄鐵軋輥，其許用應(yīng)力為160 MPa ,故B,輥身強度足夠。2.輥頸強度的校核輥頸處因其所受的扭矩作用也較大，故要進行彎扭校核。輥頸

21、危險斷面上的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為：（18）（19）式中：輥頸直徑；、輥頸危險斷面處的彎矩和扭轉(zhuǎn)力矩；抗扭截面系數(shù)。以第一道次為例，軋輥輥頸彎矩為：對鑄鐵軋輥，采用莫爾理論計算： 由此可見，jA160 MPa ，故軸頸安全。3. 傳動端軸頭強度的校核以第一道次為例，輥頭采用萬向扁軸頭，其厚度為軸頸直徑的2/3，即:mm最大扭轉(zhuǎn)力矩為：（20）式中：輥頸危險斷面處的彎矩和扭轉(zhuǎn)力矩；抗扭截面系數(shù)。則：由此可見，160 MPa ,故軸頭安全。由于此軋機的軋輥最大許用應(yīng)力為160MPa ，故輥身、輥頸、軸頭三部分的強度均足夠，能夠滿足軋制要求。對于其余道次的輥身彎曲應(yīng)力、輥頸彎扭應(yīng)力、軸頭應(yīng)力均采用

22、此算法，得出表21。表9 輥身、輥頸、軸頭應(yīng)力的校核道次數(shù)n輥身彎曲應(yīng)力 Mpa輥頸彎扭應(yīng)力Mpa軸頭應(yīng)力Mpa許用應(yīng)力Mpa133.4963.963.46160225.7548.673.86160349.3250.476.45160425.6321.862.37160528.1530.794.87160622.1421.895.63160727.3032.7812.74160821.4623.4114.59160916.0920.3711.921601013.0015.7514.74160119.8613.2211.22160129.0511.5615.251601319.5516.5821

23、.161601419.2616.2231.8416011電機的選擇及校核據(jù)經(jīng)驗，并參照同類車間同種產(chǎn)品，設(shè)定25圓鋼的成品軋機出口速度為17m/s，則最后一架軋機軋輥轉(zhuǎn)速為：n14=60V14D(1+Sn+Sh)式中：為自由寬展時的前滑值為由于側(cè)壁限制寬展造成的金屬總線流動的前滑部分（因為這部分前滑值測算困難，為方便起見，不予考慮。） n14=60*17*370*(1+0.0846)10-3=877.9r/min電機轉(zhuǎn)速： n電機=n14*I14=877.9*1=877.9r/min連軋機孔型設(shè)計常數(shù)，即連軋常數(shù)：CA=FV (1+S)式中：CA 連軋常數(shù)F此道次的軋件斷面積V此道次的軋制速度

24、S前滑值由于孔型側(cè)壁對寬展有不同程度的約束，孔型中前滑格外大，即在自由寬展時的前滑與限制寬展造成的金屬縱向流動之和。 C14=F14V141+Sh=502.91*17*1+0.0846=9.27*103據(jù)此可計算出各道次的轉(zhuǎn)速，見表14表10 軋件入口速度與出口速度對比道次1234567入口速度(m/s)0.070.110.160.230.340.480.68出口速度(m/s)0.100.150.220.330.470.660.93道次891011121314入口速度(m/s)0.961.331.832.463.304.355.69出口速度(m/s)1.291.772.393.204.225.

25、527.17表11 軋機轉(zhuǎn)速與減速比道次數(shù)軋輥輥徑D（mm）軋輥轉(zhuǎn)速n輥(r/min)減速比電機轉(zhuǎn)速n電（r/min）軋輥速度v(m/s)16405.0879.86405.700.1726407.1775.22539.330.24353012.2671.61877.900.34453017.6749.68877.900.49553024.1636.34877.900.67653033.1726.47877.900.92741558.0115.13877.901.26841578.2711.22877.901.79415104.068.44877.902.2610415136.296.44877

26、.902.9611415177.274.95877.903.8512415226.543.86877.904.9213370323.292.72877.906.2614370406.952.16877.907.88對于棒材連軋這樣長時間軋制的軋機，只需要根據(jù)靜力矩計算電機的功率，即： (21)式中：n電機的轉(zhuǎn)速，r/min；由電機到軋機的傳動效率，取0.97。則：在計算軋制負荷時，需要對中間力矩、各種影響因素進行計算。由軋制力，可解出其它各參量。1.斯米爾諾夫軋制力矩模型 （22）式中：采用回歸方式得出；軋輥轉(zhuǎn)換直徑；孔型高度；變形力矩系數(shù)。變形力矩系數(shù)根據(jù)軋制方案確定。矩形箱形孔 方橢圓 橢

27、圓圓 圓橢圓 2.電機軸上的力矩電機額定功率在建廠設(shè)計時已經(jīng)確定，不同轉(zhuǎn)速下輸出功率變更不相同。為了便于與現(xiàn)場實測負荷進行比較，應(yīng)將軋制功率在不同轉(zhuǎn)速下計算出輸出力矩。校核電機輸出力矩時，除需要考慮軋制力矩外，還有附加摩擦力矩、空轉(zhuǎn)力矩等。一般來說，軋輥傳動到電機軸上所需力矩，由以下四部分組成： （23）式中：軋制力矩，即軋件產(chǎn)生塑性變形所需的力矩；克服軋制時發(fā)生在軋輥軸承、傳動機構(gòu)中的附加摩擦力矩；空轉(zhuǎn)力矩，即克服空轉(zhuǎn)時的摩擦力矩；動力矩，為了克服速度變化時的慣性力所需。正常連軋生產(chǎn)軋機、軋輥速度是恒定的，故可取。由此可知： （24）式（24）各因子計算方法如下：1）附加摩擦力矩組成附加摩擦力矩有兩項，一為軋輥滾動軸承中的摩擦力矩，另一項為傳動機構(gòu)中的摩擦力矩。附加摩擦力矩對兩軋輥而言，此力矩值為： （25）式中：作用在四個軸承上的總負荷，它等于軋制力；軋輥直徑；軋輥滾動軸承中摩擦系數(shù)：；傳動機構(gòu)中的摩擦力矩，即齒輪機座、減速機座和連接軸等機構(gòu)中的附加摩擦力矩，一般它們由傳動效率決定： （26）式中：電動機與軋機之間的傳動比；從主電機到軋機的傳動效率，一級齒輪傳動的效率一般取0.960.98，在此取。則總的附加摩擦力矩 （27）2）空轉(zhuǎn)力矩空轉(zhuǎn)力矩就是不軋鋼時傳動軋機主機列旋轉(zhuǎn)件所需的力矩，可以認為它是根據(jù)旋轉(zhuǎn)零件的重量在軸承中引起的摩擦力來計算。在軋機主機列中有電機、減速機、