毕业设计(论文)-20辊森吉米尔轧机支承辊轴承设计与应用研究(有图纸) .doc
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1、 河南科技大学毕业设计(论文) 1 20 辊森吉米尔轧机支承辊轴承设计与应用研究 摘 要 滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦 损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。 内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转,外圈作用是与轴承座相配合,起支承 作用。滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间,其形状大 小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命,保持架能使滚动体均匀分布, 防止滚动体脱落,引导滚动体旋转起润滑作用。 随着钢铁业突飞猛进的发展,20 辊森吉米尔轧机由于具有轧制压下率高,轧 制控制精度高以及高产量等优点在轧钢行
2、业显现出其独特的优势,20 辊森吉米尔 轧机已广泛应用于冷轧行业尤其是不锈钢的冷轧行业,几乎承担了全世界 96%的 不锈钢生产,并广泛轧制硅钢和碳素钢以及各种有色金属。 轧机轴承作为轧机的重要零部件,能够提高轧机设备轧制水平,提高轧机稳 定性,提高轧机产品质量,在轧制过过程中轧辊与所扎金属直接接触,其是轧机 使金属产生塑性变形的主要部件。同时轧机轴承是整个轧机中易磨损的重要零部 件,而且轧辊是由轧机轴承支承的,因此轧机轴承的质量和使用寿命直接关系到 轧机的生产效率产品质量及生产成本。如何减少轧机轴承的磨损,提高轧机的工 作效率,为企业创造更好的经济效益,这是摆在我们面前一个重要难题。因此, 在
3、轧辊轴承设计和实际应用中,设计与研究 20 辊森吉米尔轧机支承辊轴承具有 重要的学术价值。 关键词:森吉米尔轧机,滚动轴承,设计,应用研究 装配图,加装配图,加 153893706153893706 河南科技大学毕业设计(论文) 2 DESIGN AND APPLIED RESEARCH OF 20-ROLLER SENDZIMIR MILL BACKUP ROLL BEARING ABSTRACT Rolling bearing is a precision mechanical components, which turn the sliding friction between the
4、operation of the shaft and the bearing block into rolling friction,and reducing the friction loss.Generally,Rolling bearing consist of outer ring, inner ring, roller and cage components.The role of inner ring is compatible with the shaft and rotating with the shaft,The role of bearing outer ring mat
5、ched with bearing block is to play a supportive role.Roller is a uniform distribution between the inner and outer rings by means of the cage, the size and number of the roller directly impact on the performance and life of rolling bearings.Besides,the rolling element cage can prevent rollers off, gu
6、iding the rollors rotating and lubricate. With the rapid development of steel industry,20-roller Sendzimir rolling mills demonstrate its unique advantages with a high pressure rolling, rolling high control precision and high yield advantages in the steel rolling industry. It almost undertake ninety-
7、six percent of the world stainless steel production, and is widely rolled silicon steel, carbon steel and various non-ferrous metals. Rolling mill bearings is important component,whicn can improve the level of rolling mill equipment and improve rolling mill stability and improve product quality.In t
8、he process of rolling metal,rolling mills directly contact with the metal, which is a metal main components to produce plastic deformation. Rolling bearings are also easy to wear , and Roll is supported by the bearings, so the quality and life of rolling bearings is directly related to production ef
9、ficiency and product quality and production costs. 河南科技大学毕业设计(论文) 3 How to reduce the mill bearing wear and improve mill efficiency for enterprise to create better economic,this is an important challenge facing us. Therefore,design and research of 20-roller Sendzimir rolling mills bearing have impor
10、tant academic value in the roller bearing design and practical applications. KEY WORDS: Sendzimir rolling mill, rolling bearing, design,applied research 河南科技大学毕业设计(论文) 4 目 录 前 言.1 第一章 绪论.2 1.1 课题的目的与意义 .2 1.2 国内外有关课题的研究现状 .2 1.3 课题设计研究的内容及方法 .3 第二章 20 辊森吉米尔轧机概述5 2.1 轧机简介 .5 2.2 轧机结构特点 .6 第三章 20 辊森吉米
11、尔轧机支承辊轴承概述9 3.1 轴承的类型 .9 3.2 轴承结构特点 12 4.1 轴承材料选取 14 4.2 轴承的热处理工艺 15 4.3 辊系的载荷分析 17 4.4 轴承的载荷分析 18 4.5 轴承的参数设计 19 4.6 轴承的公差选取与分析 21 4.7 轴承的优化 23 第五章 20 辊森吉米尔轧机支承辊轴承应用研究26 5.1 轴承的润滑 26 5.2 轴承的失效因素及预防措施 28 结 论.31 参考文献.32 致 谢.34 河南科技大学毕业设计(论文) 1 前 言 轧机轴承是森吉米尔轧机中易磨损的重要零部件,在轧辊轴承的设计和应用 研究中,如何提高支承辊轴承的使用寿命和
12、工作性能,一直以来是轴承研究设计 追求的目标,无论是轴承结构的改进,还是辅助设备的改进,近年来都有了长足 的发展,但轧机轴承在使用中仍经常遇到一些问题。因此,深入研究森吉米尔轧 机支承辊轴承的机理具有十分重要的学术和实用价值。 本文通过对 20 辊森吉米尔轧机支承辊轴承的研究,从支承辊轴承结构分析、 设计、安装及润滑维护等几方面进行了认真仔细的分析和探究,提出了一些解决 方法,使支承辊轴承更好的满足实际生产需要,期望对轧机轴承的设计和使用有 所帮助。 河南科技大学毕业设计(论文) 2 第一章 绪论 1.1 课题的目的与意义 20 辊森吉米尔辊轧机的轧制力从工作辊通过中间辊传到支承辊装置,并最终
13、 传到坚固的整体机架上,这种结构设计保证了工作辊在整个长度方向的支承,由 于辊系变形极小,可以在轧制的整个宽度方向获得非常精确的厚度偏差,因此 20 辊森吉米尔辊轧机在实际应用很广,几乎承担了全世界 96%的不锈钢生产,并广 泛轧制硅钢和碳素钢以及各种有色金属。 轧机轴承能够提高轧机设备水平,提高轧机稳定性,提高轧机产品质,它在 我国轧钢行业已占据了主导位置。但同时轧机轴承是轧机中易磨损的重要零部件, 使生产受到影响,给企业也造成了很大的经济损失。如何减少轧机轴承的磨损, 提高轧机的工作效率率,为企业创造更好的经济效益,在轧辊轴承设计和实际应 用中,轴承的承载能力和寿命问题是必须考虑到问题。因
14、此,设计与研究 20 辊 森吉米尔轧机支承辊轴承具有身份重要的学术的使用价值。 1.2 国内外有关课题的研究现状 20 辊森吉米尔轧机支承辊轴承是轧制工艺过程中的易损常换件,对于这类问 题的研究国内外有许多论文有所涉及。喻海良、刘相华等使用有限元分析方法模 拟森吉米尔轧机工作辊的挠度,分析轧制压力、带钢宽度对轧辊挠度的影响,显 示工作辊的挠度随着工作辊直径的减少和轧辊压力的增加而上升;张雁、彭涛等 介绍了支承辊轴承的结构特点,从精度的保证及承载能力和寿命方面分析了支承 辊厚壁轴承的应用;陈於学和杨曙年通过虚滚子的假设,得出圆柱滚子轴承各滚 子的动负荷随轴承的转动周期性变化,以及径向载荷的大小、
15、游隙、转速和滚子 个数等于圆柱滚子轴承动负荷分布的关系。 此外,国外轴承厂商从改进轴承结构和润滑及精度等方面提高了轧机轴承的 寿命。如 SKF 多辊机轴承的滚子和滚道采用了对数曲线形状,改善了轴承的应力 分布,接触表面采用优化抛光可改善轴承润滑;TIMKEN 的 Z-Spexx 型森吉米尔 河南科技大学毕业设计(论文) 3 轧机用圆柱滚子轴承采用特殊的表面处理可以提高轴承寿命并使零件敏感度低于 边界润滑条件以提高轴承的使用寿命。德国的 FAG 能生产出内径 70-180mm,外 径 160.02-406.42 的支承轴承,最大动态径向负荷可达 2550KN,最大静态径向负 荷可达 3450KN
16、。瑞典 SKF 能生产出内径 55-180mm,外径 120-406.4 的支承轴承, 最大动态径向负荷可达 1900KN,最大静态径向负荷可达 3100KN。日本 NSK 能 生产出内径 31.75-180mm,外径 76.2-406.42mm 的支承轴承,最大动态径向负荷 可达 2610KN,最大静态径向负荷可达 3500KN。国内某厂家能生产出内径 70- 260mm,外径 160-520mm 的支承轴承,最大动态径向负荷可达 2336KN,最大静 态径向负荷可达 4073KN。 1.3 课题设计研究的内容及方法 本论文通过对 20 辊森吉米尔轧机结构进行认真的分析,并根据轧机实际的 工
17、作环境,分析了支承辊轴承实效原因,并针对实效提出了相应的预防措施。 论文主要从以下几方面分析支承辊轴承: (1)20 辊森吉米尔轧机的辊系结构,并对其工作辊、中间辊以及支承辊的分布 和调整进行了具体的剖析; (2)分析 20 辊森吉米尔轧机辊系特点,支承辊轴承结构; (3)根据轧机实际的工作环境,从结构设计、装配、润滑、过载等方面分析轴 承原因,并提出相应的预防措施。 针对支承辊轴承的受载情况,可以应用赫兹接触理论,分析轴承滚动体接触 变形与应力计算。 1881 年 H.R.赫兹最早研究了玻璃透镜在使它们相互接触的力作用下发生的弹 性变形。他假设:接触区发生小变形;接触面呈椭圆形;相接触的物体
18、可 被看作是弹性半空间,接触面上只作用有分布的垂直压力。凡满足以上假设的接 触称为赫兹接触。当接触面附近的物体表面轮廓近似为二次抛物面,且接触面尺 寸远比物体尺寸和表面的相对曲率半径小时,由赫兹理论可得到与实际相符的结 果。 Hertz 弹性接触理论在滚动轴承载荷分布计算中占有重要地位,它构成了滚 动体接触变形与应力计算的基础。经典分析法假定套圈的刚度为无穷大,除局部 河南科技大学毕业设计(论文) 4 接触变形外套圈不会产生其他形式的偏离其初始几何形状的整体弹性变形,于是 内、外套圈的相对位移情况变得非常简单。正因其所得结论简单直观,便于设计 应用,因而迄今为止仍然使用最多。实践证明该理论可以
19、用于一般滚动轴承中的 接触应力和变形分析,理论计算结果与试验结果较为吻合。 河南科技大学毕业设计(论文) 5 第二章20 辊森吉米尔轧机概述 森吉米尔(sendzimir)轧机是最适合冷轧不锈钢、硅钢和高强度金属及其合金 薄带和极薄带的轧机,而 20 辊森吉米尔轧机应用广泛,几乎承担了全世抖 96 的不锈钢生产,广泛用于轧制硅钢、碳素钢和各种有色金属。 2.1 轧机简介 钢铁轧制工业中,板材和带材的生产比例已超过 50%,合金薄带的需求也不 断地增长。在各种轧制设备中,由于轧制过程中轧辊弹性变形和轧制力较大的原 因,四辊轧机不适合轧制高强度钢和精密合金的冷轧薄板和薄带。在技术可行与 经济性方面
20、采用多辊轧机冷轧薄板和薄带有着无可比拟的优越性。多辊轧机支承 辊轴承的精度和寿命对轧制薄板带的生产及质量有相当重要的影响。 自 1932 年出现第一台多辊轧机以来,多辊轧机发展很快,具有不同的结构 形状和几何尺寸,机型有森吉米尔型、山特维克型,按辊系可分为 6 辊、12 辊和 20 辊轧机等,但最多的是 20 辊轧机,其中又以森吉米尔型为主导。 20 辊森吉米尔型轧机的机座牌坊为内部装有成套轧辊的整体结构,刚性极高, 能够充分保证工作辊在轧制方向上的稳定性及补偿小直径工作辊的挠度。工作机 座是一个复杂块体,工作机座包括牌坊、支承辊系、压下装置、磨损补偿机构、 辊形控制和平衡机构、传动装置、导卫
21、、润滑和冷却参数控制系统等。 20 辊森吉米尔冷轧机形式是 1-2-3-4 型。例如 ZR33-18, “Z“是波兰语 Zimna 的第一个字母,意思是“冷” ;“R”表示“可逆的” ;“33”表示轧机的型号; “18”是轧制带材宽度的英寸数。 20 辊森吉米尔轧机是单机架可逆式冷轧机,主要适用于用于不锈钢、硅钢及 合金钢等难于变形的金属板卷,主要特点是:20 个轧辊环形叠加式镶嵌在具有 “零凸度”的整体铸钢机架内,在轧机机架受力情况下,轧机宽度方向变形均匀 且有较小的接触弧长和不易变形的小直径工作辊,使该轧机可以达到大压下量, 高速连续轧制薄带钢。 20 辊森吉米尔冷轧机与四辊轧机或其他类型
22、轧机的本质区别是轧制力的传递 河南科技大学毕业设计(论文) 6 方向不同。森吉米尔冷轧机轧制力从工作辊通过中间辊传到支承辊装置,并最终 传到坚固的整体机架上。这种设计保证了工作辊在整个长度方向的支承。这样辊 系变形极小,可以在轧制的整个宽度方向获得非常精确的厚度偏差。 2.2 轧机结构特点 20 辊森吉米尔轧机机架为一个整体铸(锻)钢件,并和齿轮机座安装在同一底 板上。作用在工作辊上的轧制力,通过中间辊呈放射状分散到各支承辊装置上, 而各支承辊装置为多支点梁的形式,将轧制力沿辊身长度方向传递给整体机架。 森吉米尔型轧机的机座牌坊为内部装有成套轧辊的整体结构,刚性极高,能 够充分保证工作辊在轧制
23、方向上的稳定性及补偿小直径工作辊的挠度。工作机座 是一个复杂块体,工作机座包括牌坊、支承辊系、压下装置、磨损补偿机构、辊 形控制和平衡机构、传动装置、导卫、润滑和冷却参数控制系统等。 20 辊森吉米尔轧机辊系由 2 个工作辊(ST) 、4 个第一中间辊(OPQR) 、6 个第二中间辊(IKLNJM)及 8 个支承辊(ABCDEFGH)组成,按 1-2-3-4 呈塔 形布置,上下对称设置在机架的 8 个梅花孔内。上下两个工作辊分别靠在两个第 一中间辊上,上下两对第一中间辊又支承在 3 个第二中间辊上,而 6 个第二中间 辊则支承在外层固定于梅花孔里的 8 个支承辊组上。如下图 2-1 和图 2-
24、2 所示。 图 2-1 轧辊的辊系平面图 河南科技大学毕业设计(论文) 7 图 2-2 轧辊的辊系结构 辊系配置的特点是在塔形支承辊组中,前排的每一个轧辊紧靠在后面的轧辊 上,20 辊轧机中的两小直径工作辊由四根带有斜度的中间辊支承,四根中间辊由 其后的六根中间辊支承,最外是八根由一组厚壁外圈轴承、心轴及鞍座组成的支 承辊。支承辊上一组厚壁外圈轴承装在同一根心轴上,心轴则靠一系列鞍座支承, 鞍座均安装在轧机座的半圆形座孔里。 20 辊森吉米尔轧机每个支承辊的数个短圆柱轴承(亦称背衬轴承)和鞍座安装 在同一轴上。除 B、C 辊组(见下图 2-3)外,其余各支承辊结构基本相同, B、C 辊组视有无
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