H型鋼制作矯直機設(shè)計含6張CAD圖

H型鋼制作矯直機設(shè)計含6張CAD圖,型鋼,制作,矯直機,設(shè)計,cad H型鋼制作矯直機設(shè)計摘要矯直機的功能就是使鋼材的彎曲部位承受相當大的反向彎曲或拉伸，使該部位產(chǎn)生一定的彈塑性變形，當外力消除時，鋼材經(jīng)過彈性回復，然后達到平直。本文是依據(jù)H型鋼的生產(chǎn)，闡述了H型鋼的腹板矯直過程。課題主要完成了對矯直機的總體設(shè)計以及矯直機的主傳動系統(tǒng)設(shè)計。主傳動系統(tǒng)采用電機通過聯(lián)軸器連接減速器，再通過聯(lián)軸器與齒輪座相連，最后與矯直機下輥通過來聯(lián)軸器相連帶動傳動；上輥通過電機與液壓缸來進行升降運動。并對矯直機的某些零件和基本結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計與校核。關(guān)鍵詞：彎曲，矯直，H型鋼矯直機。IDesign of straightening machine for making H type steelAbstract Straightening machines function is to make the steel bending parts bear considerable reverse bending or stretching, generate the elastic-plastic deformation of the parts of the, when the external force is elimin-ated,steel after elastic recovery, then bestraight. This paper is based on the production of H type steel, and the Straightening process of web plate of H type steel is described. The main task is to complete the design of the straightening machine and the design of the Main drive system of the straightening machine. Main drive system by motor through the shaft coupling is connected with a speed reducer, then is connected by the gear coupling and support, finally and straightening machine and through to coupling drive the connected transmission; and through the motor and hydraulic cylinder for lifting movement. And some parts of the straightening machine and the basic structure of the design and check. Key words： bend ，Straightening， H type steel straightening machine. 目錄摘要IAbstractII引言1第一章 矯直理論以及矯直機2第一節(jié) 彈塑性彎曲2一 彈塑性彎曲的變形過程2二 彈塑性彎曲時的曲率變化2三 彎曲力矩和彈復曲率4第二節(jié) 矯直機7一 概述7二 型鋼輥式矯直機8三 壓下方案9第二章 矯直機的設(shè)備組成9第一節(jié) 主傳動裝置10一 主電動機和減速器的選擇10二 萬向接軸和聯(lián)軸器10第二節(jié) 矯直機機體11一 矯直輥11二 機架11三 上輥壓下調(diào)整裝置11四 矯直輥的軸承12第三章 矯直機設(shè)計12第一節(jié) 設(shè)計任務13第二節(jié) 矯直方案確定14第三節(jié) 基本參數(shù)選擇14一 輥距t14二 輥徑D15三 輥子數(shù)目15五 輥身長度L15第四節(jié) 矯直機力能參數(shù)計算16一 矯直力計算16二 矯直扭矩18第五節(jié) 主電動機選擇20第四章 主減速器的設(shè)計22第一節(jié) 傳動裝置方案的比較與總體設(shè)計22一 傳動比的計算及分配23二 傳動裝置運動以及動力參數(shù)的計算23第二節(jié) 傳動件的設(shè)計計算24一 高速級圓柱齒輪傳動設(shè)計24二 低速級圓柱齒輪傳動設(shè)計27三 軸的設(shè)計31第五章 零件校核33第一節(jié) 輥的校核33第二節(jié) 軸承的校核36第三節(jié) 減速器軸的校核（以中間軸為例）38一 齒輪傳動的作用力38二 軸上力作用點的間距38三 軸的受力分析39四 軸的強度校核41第四節(jié) 減速器軸承的校核（以中間軸為例）42第五節(jié) 減速器鍵的校核（以中間軸為例）44第六節(jié) 減速器齒輪的校核（低速級齒輪為例）44第六章 輔助裝備45第一節(jié) 矯直前原料45第二節(jié) 矯直后原料46第七章 維護保養(yǎng)46第一節(jié) 減速器潤滑46第二節(jié) 矯直機軸承潤滑47結(jié)束語47參考文獻49致謝50VI引言 軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，軋鋼車間擔負著生產(chǎn)軋鋼的任務，軋鋼體制在國家工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位。近代一些工業(yè)發(fā)達的國家的軋鋼設(shè)備發(fā)展動向是大型化、連續(xù)話、高速化和自動化。這是對鋼材要求不斷提高產(chǎn)品常量和質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低原材料和能源消耗及產(chǎn)品成本的發(fā)展結(jié)果，這也和軋鋼設(shè)備制造水平有關(guān)的重型機器制造、電機制造、計算機和自動化控制以及液壓系統(tǒng)等科學技術(shù)發(fā)展有密切關(guān)系。 H 型鋼作為一種經(jīng)濟斷面型鋼，具有重量輕、承載能力大、外形美觀、易于鉚接、節(jié)約工時、降低造價等優(yōu)點，已被廣泛應用于工業(yè)與民用鋼結(jié)構(gòu)中，具有廣闊的應用前景。但是，由于 H 型鋼的斷面結(jié)構(gòu)相對其它形式型鋼存在著腰高腿薄等特點，矯直時因穩(wěn)定性問題，只能通過壓下腹板進行整體矯直，這樣就存在局部變形過大，合理壓下量設(shè)置問題，因此，H 型鋼矯直過程研究和實踐研究有很多難點問題。 H 型鋼在軋制生產(chǎn)、冷卻等過程中，由于種種影響因素，往往會產(chǎn)生各種變形。大型 H 型鋼同其他鋼材一樣，由于斷面復雜易產(chǎn)生冷卻不均，不可避免地產(chǎn)生某些塑性變形，因此在成為成品之前必須進行矯直。所以大型 H 型鋼的矯直是大型 H 型鋼生產(chǎn)中不可缺少的工序之一，決定著大型 H 型鋼成品的質(zhì)量。通過矯直不僅要保證大型 H 型鋼在長度方向的彎曲度，而且要規(guī)整大型 H 型鋼的斷面形狀，這也就決定了大型 H 型鋼矯直的難度和大型 H 型鋼矯直機的復雜性。隨著大型 H 型鋼生產(chǎn)的發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)的提高及對大型 H 型鋼產(chǎn)品形狀精度的要求也不斷提高，大型 H 型鋼矯直機也就相應需要的不斷更新發(fā)展。第一章 矯直理論以及矯直機第1節(jié) 彈塑性彎曲 一 彈塑性彎曲的變形過程 軋件在矯直機上彎曲變形時，實際上是一個橫向彎曲過程。但若軋件厚度h與矯直軋件時的兩個支點距離t的比值（h/t）很小時，可忽略剪應力的影響，近似的認為矯直軋件時的彎曲是個純彎曲變形。軋件在外負荷彎曲力矩M作用下產(chǎn)生彎曲變形時，中性層以上的縱向纖維受到拉伸變形，中性層以下的縱向纖維受到壓縮變形。在外負荷彎曲力矩M 的作用下，軋件中同時有彈性和塑性變形的彎曲變形稱為彈塑性彎曲變形；軋件彈塑性彎曲變形的過程有兩個階段組成，在外負荷彎曲力矩作用下的彈塑性彎曲階段和除去外負荷后的彈性恢復階段（軋件產(chǎn)生彈性恢復變形）。 二 彈塑性彎曲時的曲率變化 軋件的彎曲狀態(tài)可用曲率表示，軋件的彈塑性彎曲變形過程則可用曲率的變化來說明。 (1)原始曲率 (如圖a所示)。軋件在彎曲前所具有的曲率稱為原始曲率，以表示，其中是軋件的原始曲率。曲率的方向用正負號表示，+表示彎曲凸度向上的曲率；-表示彎曲凸度向下的曲率。=0時，表示軋件是平直的。=時，原始曲率為最大。(2)反彎曲率(如圖a所示)。在彎曲力矩M的作用下，將原始曲率為的軋件向反方向彎曲后，軋件所具有的曲率稱為反彎曲率。反彎曲率的選擇是決定軋件能否矯直的關(guān)鍵。軋件矯直的實質(zhì)就是要選擇 “適量的”反彎曲率，以便使扎件在外負荷消除后，經(jīng)過彈性恢復而變直(即=0)。在輥式矯直機上，反彎曲率是通過輥子的壓下來獲得的。反彎曲率大小的選擇是決定軋件能否被矯直的關(guān)鍵。 (3)殘余曲率(如圖b所示)。當除去外負荷后，軋件在彈性內(nèi)力矩 My的作用下，經(jīng)過彈復后所具有的曲率稱為殘余曲率如果軋件得到矯直，則殘余曲率等于零（=0);如果軋件還未矯直，則此殘余曲率 即為下次再彎曲時的原始曲率，即 = (1-1)其中，i是指第i次彎曲。 （4）彈復曲率.在彈性恢復的階段,軋件彈性恢復的曲率稱為彈復曲率，它是反彎曲率與殘余曲率的代數(shù)差，即 =- (1-2) 顯然，當殘余曲率等于零時，上式得 = (1-3) 上式表示了矯直軋件的基本原則：要使原始曲率為的軋件得到矯直，必須使反彎曲率在數(shù)值上等于彈復曲率。因此，正確計算彈復曲率進而確定反彎曲曲率的大小是完成矯直的前提和關(guān)鍵所在。 (a)彈塑性彎曲階段 （b）彈性恢復階段 圖1-1 彈塑性彎曲時的曲率變化 三 彎曲力矩和彈復曲率 1彎曲力矩M.外力矩計算式的一般形式 使軋件產(chǎn)生彈塑性彎曲時的外力矩是軋件斷面上各層纖維應力引起的內(nèi)矩相平衡的，按照圖(b）所示可得出彈塑性彎曲階段彎曲力矩M的計算公式 ： （1-4）式中彈性變形區(qū)內(nèi)，距中性層Z處縱向纖維的應力。dF微分斷面面積因為,代入上式，得 （1-5）或者M= （1-6）式中 W軋件彈性變形區(qū)的斷面系數(shù)W= （1-7） S兩倍的半段面塑性變形區(qū)的面積對中性層的面積矩 S= （1-8）軋件產(chǎn)生純彈性變形時的外力矩最小，其值為屈服力矩,對應的軋件總變形曲率為屈服曲率。（2）理想彈塑性材料的彎曲力矩在彈性彎曲極限的狀態(tài)，如圖（a）所示，此時,外力矩計算公式為 （1-9）當軋件彎曲至（c）所示的純塑形狀態(tài)時，外力矩最大，其值為塑性彎曲力矩,對應的軋件總變形曲率也將達到最大值。此時，外力矩計算公式為 （1-10）式中 S矩形斷面的塑性斷面系數(shù)。Mw和Ms值分別為 （1-10） （1-10） （a）彈性彎曲變形 （b）彈塑性彎曲變形 (c)純塑形彎曲變形 圖1-2 彈塑性彎曲階段軋件的幾種變形形態(tài)2彈復曲率。彈塑性變形后的軋件在彈復階段的應力與應變呈直線關(guān)系。因此，可以用材料力學中曲率與力矩的關(guān)系公式來計算彈復曲率，即= （111）式中 I為軋件的慣性矩，對矩形斷面I= 對于矩形截面，其最小和最大彈復曲率分別為 （112） （113） 矩形斷面軋件的力矩方程為M= （114） 代入彈復曲率方程，得=在已知材料性能、斷面尺寸及原始曲率的情況下，求解方程，即可定量計算反彎曲率。第2節(jié) 矯直機 一 概述20世紀以來，矯直技術(shù)得到了很大的發(fā)展。但在快速發(fā)展的矯直理論背后，矯直技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應用卻非常滯后。矯直理論總體來說還很粗糙，因為矯直機的許多參數(shù)還需要依靠經(jīng)驗公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定，矯直機矯直輥負輥距的破壞作用的機理直到20世紀80年代才被闡明，落后于實際30多年。輥數(shù)、輥距、壓彎量、輥徑、矯直速度等許多數(shù)據(jù)還沒有權(quán)威的理論公式。直到20世紀80年代，矯直理論才逐步走向完善，現(xiàn)已開發(fā)出萬能矯直機、行星矯直機、旋轉(zhuǎn)反彎矯直機、輥距改變的9+1輥矯直機，并且矯直機實現(xiàn)了利用計算機程序?qū)崿F(xiàn)自動控制。隨著矯直技術(shù)的發(fā)展四種矯直技術(shù)逐步發(fā)展成熟，它們是彎曲矯正技術(shù)、拉伸矯正技術(shù)、拉彎矯正技術(shù)和扭轉(zhuǎn)矯正技術(shù)。隨之而來的還有平動矯直技術(shù)，行星矯直技術(shù)、全長矯直技術(shù)、變凸度及變輥距矯直技術(shù)等。由于軋材品種規(guī)格的多樣化和對其形狀精度要求的不同嗎所需要的矯直方式和矯直設(shè)備也各不相同。按用途和工作原理，矯直機可分為以下幾種基本形式：壓力矯直機：如圖（a）所示，將軋件的彎曲部位支撐在工作臺的兩個支點之間，用壓頭對準彎曲部位進行反向壓彎，這類矯直機用來矯直大型鋼梁、鋼軌、型材、棒料和管材。主要缺點就是操作復雜且生產(chǎn)率低。平行輥矯直機：如圖（b）所示，被矯鋼材通過上下兩排相符交錯排列的矯直輥，利用多次反復彎曲而得到矯正。平行輥矯直機主要用于矯正板材和型鋼的矯直，這類矯直機生產(chǎn)率高且易于實現(xiàn)機械化，得到了廣泛的應用。斜輥矯直機：如圖（c）所示，采用具有類似雙曲線形狀的工作輥相互交差排列，圓材邊旋轉(zhuǎn)邊前進，從而獲得對軸線對稱的形狀，主要用于矯直棒料和管材。此類矯直機重量較輕，便于調(diào)整和維修。拉伸（張力）矯直機：如圖（d）所示，矯直時由兩個鉗口將被矯金屬兩端沿寬度方向夾住，一個鉗口固定不動，另一個移動對金屬施加超過材料屈服極限的拉力，產(chǎn)生塑性變形，從而矯直。此來矯直機生產(chǎn)率低，金屬端部會造成較大的廢料頭，損耗大。主要用來矯直極薄帶材和復雜斷面異型材。拉彎矯直機：如圖（e）所示，在張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時從而產(chǎn)生彈塑性延伸，進而矯正。主要用于矯直各種金屬帶材尤其是薄帶材。扭轉(zhuǎn)矯直機：如圖（f）所示，對發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的軋件，施加外扭矩使其反向扭轉(zhuǎn)而矯直，是用來消除軋件斷面相對軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的一種矯直設(shè)備，主要用于矯直型材。 （a）壓力矯直機 （b）平行輥矯直機 (c)斜輥矯直機 （d）拉伸矯直機 （e）拉彎矯直機 （f）扭轉(zhuǎn)矯直機 圖1-3 矯直機的基本類型 二 型鋼輥式矯直機 型鋼輥式矯直機的主要用途是矯直各種規(guī)格的變形型鋼，矯直機的輥子上加工了被矯軋件斷面相應的孔型。按照輥子在機座中心的配置方式，型鋼輥式矯直機有開式和閉式兩種結(jié)構(gòu)。 開式矯直機；如圖1-4所示，此類矯直輥是懸臂的，又稱為懸臂式矯直機。該矯直機的特點是在操作、調(diào)整、維修和更換軸套等方面比較方便，但因輥子是懸臂放置的，矯直輥置于機架的一側(cè)，故軸承受力不均，所以這種矯直機多用于矯正中小型斷面鋼材。 閉式矯直機：如圖1-5所示，矯直輥置于輥軸的兩個軸承之間，兩端軸承受力均勻，鋼性較好，多用于矯直大型鋼材，其缺點是在生產(chǎn)中操作人員看不清鋼材的矯正情況，給調(diào)整工作造成困難。此外，更換軸套不方便，影響矯直機的作業(yè)率。 圖1-4 開式矯直機 圖1-5 閉式矯直機 三 壓下方案 矯直機矯直方案的合理確定，不僅可以有效地矯正工件，使工件平直,板形質(zhì)量得到改善，而且可以降低設(shè)備的承載能力和提高經(jīng)濟效益。在輥式矯直機上，按照每個輥子使工件產(chǎn)生的變形程度不同，主要可以分成兩種矯直方案。 第一種為小變形原則矯直方案，即逐步矯直法。小變形原則矯直方案是假設(shè)矯直機上排工作輥可以單獨調(diào)整，每個輥子采用的壓彎量恰好能完全矯正前面相鄰輥子處的最大殘余曲率，使殘余曲率逐漸減小的矯直方案。條材經(jīng)過反復彎曲和彈復，最大原始曲率的部分被矯直，原來平直的部分被壓彎，形成新的最大彎曲，如此反復，直到條材被矯直。采用這個方案各輥的壓下量相對較小，所以消耗的功率小，但是原始曲率消除緩慢，要達到既定的矯直質(zhì)量就必須增加矯直輥的數(shù)量，從而導致矯直機設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜。 第二種為大變形原則矯直方案，即小殘差遞減方案。大變形原則矯直方案是在前面幾個輥子上采用很大的反彎曲率，使工件的各部分彎曲變形總曲率均達到很大的數(shù)值。這樣就可以使殘余曲率的不均勻性迅速減小，后面幾個輥子采用小變形矯直法，使工件的反彎曲率逐漸減小，使工件趨于平直。采用這種方案，可以用較少的輥子獲得較好的矯直質(zhì)量。但是過分增加工件的變形程度會使對加工硬化明顯的材料及大斷面系數(shù)的工件增加其內(nèi)部的殘余應力，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會加大矯直機的能量消耗。第二章 矯直機的設(shè)備組成型鋼矯直機主要由主電機，減速器，齒輪座，萬向接軸，聯(lián)軸器，矯直機本體等六部分組成。第1節(jié) 主傳動裝置 一 主電動機和減速器的選擇 異步電機主要用于又劇烈尖峰載荷的軋機上，為了減小電機的容量，裝有飛輪。異步電機的投資費用較低，應用較為廣泛。 減速機采用圓齒輪傳動，由一臺電機軸輸入傳動力矩，減速機輸出軸通過齒輪嚙合將壯舉傳遞給各矯直輥。由于矯直機的第三輥所受的扭矩最大，因此盡量使該輥為減速機的輸出軸直接傳動，以減少減速機的負荷。檢驗復合減速機中齒輪和軸承的強度，若強度不能滿足要求，則要增加減速機的齒輪模數(shù)。在一些情況下，也可將直接傳動第三輥改為直接傳動相鄰輥，以改善載荷分配不均勻的情況。 二 萬向接軸和聯(lián)軸器 軋機齒輪座，減速機或電機的運動和力矩都是通過聯(lián)軸器傳遞給軋輥的。常用的聯(lián)軸器有：萬向接軸、齒輪接軸、聯(lián)合接軸和梅花接軸等。 帶有滾動軸承的十字軸式萬向接軸近十年來，越來越廣泛的應用與軋機的主傳動中，并有取代滑塊式萬向接軸的趨勢。所以，本次設(shè)計采用了帶滾動軸承的十字滑塊萬向接軸。其優(yōu)點如下： （1）傳動效率高。由于采用滾動軸承，所以摩擦損失少,傳動效率可達98.799， 可降低電力消耗515。 （2）傳動扭矩大。多在800KMm以下。 （3）傳動平穩(wěn)。由于滾動軸承間隙小，接軸的沖擊和震動顯著減小。約為滑塊式 萬向接軸的1/101/30提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 （4）潤滑條件好。用潤滑脂潤滑，易密封，沒有漏油現(xiàn)象，耗油量少。 （5）噪音低。使用滑塊式萬向接軸，空轉(zhuǎn)時，噪音達8090dB。而十字軸式萬向接軸噪音可降至3040dB，改善了工作環(huán)境，有利于工人的身體健康。 （6）使用壽命長，一般可達12年以上，可減少更換零部件的時間。 （7）允許傾角大，可達1015度。 一般雙接頭萬向接軸的組成包括：法蘭叉頭、花鍵叉頭、由花鍵及套管叉頭組成的中間軸。軸承蓋，法蘭叉頭采用合金鑄鋼，十字軸采用合金鍛鋼。 目前十字軸式萬向接軸在各行各業(yè)中已趨于標準化。十字軸強度的計算主要是計算軸頸處的彎曲應力，根據(jù)零件應力狀態(tài)校核其強度。 萬向接軸的尺寸：直徑 d0=40mm 中心距 L=410mm 本次設(shè)計采用梅花接軸。梅花接軸用于橫列式型鋼軋機。當梅花接軸的請教小于1，接軸軸頭為普通的梅花頭。當傾角到時。接軸軸頭一般采用外圓具有弧形半徑R的弧形梅花頭，以改善接軸與套筒的接觸狀況。第2節(jié) 矯直機機體 一 矯直輥 型鋼開式輥式矯直機的矯直輥由輥軸和帶槽孔的軸套組合而成。軋件是在由輥套所構(gòu)成的孔型中得到矯直的。 二 機架 軋鋼機架是工作機座的重要組成部分，軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置都安裝在機架上。機架要承受軋制力，必須有足夠的強度和剛度。 對機架的要求： 有足夠的強度和剛度； 形狀簡單，便于制造； 便于在機架上安裝附件。 本設(shè)計采用35#鑄鋼為機架材料。機架為空心矩形斷面，便于裝卸其它部件，且剛性好。機架和上蓋用大型螺栓連接，并用螺母把緊。 三 上輥壓下調(diào)整裝置 上輥壓下調(diào)整裝置本次設(shè)計采用電動-液壓壓下裝置。電動-液壓壓下系統(tǒng)響應速度快，調(diào)整精度高，動態(tài)特性大幅度提升，是產(chǎn)品的精度提高，質(zhì)量更有了保證，節(jié)約了金屬資源及能源，提高了產(chǎn)品的合格率。此外，過載保護簡單可靠，簡化了機械結(jié)構(gòu)，較機械傳動效率高。 四 矯直輥的軸承 由于被矯軋件對輥子的壓力很大，所以在輥式矯直機的傳動功率中，有相當大的一部分是用于克服軸承中的摩擦力矩。同時懸臂式矯直機鄰近輥套的支點負荷沉重。實踐表明，采用滑動軸承時，軸承磨損嚴重，影響矯直機的正常運轉(zhuǎn)。為了使矯直機的功率，最大限度地用在使軋件彎曲變形上，選用摩擦系數(shù)低、耐用度高的滾動軸承，本次設(shè)計采用圓錐滾子軸承32320。第3章 矯直機設(shè)計輥式矯直機的基本參數(shù)包括：輥徑D，輥距t，輥數(shù)n，輥身長度L和矯直速度V。其中最主要的參數(shù)是D與t。矯直機基本參數(shù)選擇關(guān)系到軋件的矯直質(zhì)量，設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和功率消耗等。而結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)軋件的規(guī)格，材料，生產(chǎn)率以及類似設(shè)備或有關(guān)系列標準加以選擇和校核確定的。第1節(jié) 設(shè)計任務 設(shè)計矯直機對H型鋼（如圖3-1所示）腹板進行矯直，即對2000mmX350mmx12mm的鋼板進行矯直。基本的變形如圖3-2所示，對于型鋼，原始平均曲率半徑可取mm 圖3-1 H型鋼 圖3-2 曲率半徑H型鋼腹板局部平面度（如圖3-3所示）允許誤差為3mm。 圖3-3 局部不平度第2節(jié) 矯直方案確定 增加輥子的數(shù)量可以增加軋件的反彎次數(shù)，可以提高矯直的質(zhì)量，但是輥子太多會使矯直機過于復雜并增加功率消耗。理想彈性材料矯直的最少輥數(shù)為5個，這也是輥式矯直機的臨界輥數(shù)。因此，此次設(shè)計的矯直機原理圖如下： 圖3-4 矯直機原理圖第3節(jié) 基本參數(shù)選擇 一 輥距t 輥距是型鋼輥式矯直機的基本參數(shù)，它便是型鋼輥式矯直機的大小和能力。因此，通常用輥距來代表型鋼輥式矯直機的規(guī)格。 輥距越小，矯直精度越高。但隨著輥距的減小，被矯軋材對輥子的壓力將增大，會加劇輥子的磨損，使被矯軋材表面擦傷。同時輥距過小，在結(jié)構(gòu)上輥軸直徑受到限制。但輥距也不能過大，過大則不能保證被矯軋材得到足夠的變形量，降低矯直精度。所以，輥距的最大值也應有個限制；由此可見，輥距主要決定于軋件的矯直精度和矯直輥的強度條件。 由實踐和理論可知型鋼矯直機的輥距可大致去下面值 H=12mm故t取200mm 二 輥徑D 型鋼矯直機輥徑D與輥距t之間，通常具有以下比例關(guān)系 因此確定輥徑D=mm，選取輥徑160mm 三 輥子數(shù)目 在輥距一定的條件下，從提高矯直精度的觀點看，輥子數(shù)目越多越好。但輥子數(shù)目增多，使矯直機的尺寸增大，從而增加了設(shè)備的造價和傳動矯直機的功率消耗。而且，當輥子數(shù)目增加到一定數(shù)量之后，輥子數(shù)目對矯直質(zhì)量的影響就變得很不顯著；再增加輥子，就只能無意義的提高矯直機的造價。所以須根據(jù)矯直型材規(guī)格的實際情況，選擇足夠而又必需的輥子數(shù)目。 通常，矯直大型型鋼 n= 矯直中小型型鋼 n=所以，設(shè)計采用9輥矯直機是合適的（不包括出口處一個“標準輥”）。 四 矯直速度V 按平均輥徑計算的輥子線速度叫做矯直速度。根據(jù)所要求的生產(chǎn)率不同，型鋼輥式矯直機的矯直速度在m/s的范圍內(nèi)選取，故選取矯直速度1m/s 五 輥身長度L 對于懸臂式矯直機輥長較短，本次設(shè)計布置1個孔型，輥身長度計算公式 （3-1）式中 n-孔型數(shù)； -型鋼最大寬度； b-孔型間結(jié)構(gòu)余量； a-輥端結(jié)構(gòu)余量，對于本次設(shè)計，n=1 a=0.5，經(jīng)過計算L=510mm.第4節(jié) 矯直機力能參數(shù)計算一 矯直力計算 作用在矯直機輥子上的壓力應根據(jù)彎曲軋件時所需的彎曲力矩來計算。此時，將軋件看為是一個受很多集中載荷作用的連續(xù)梁。這些集中載荷就是各輥子對軋件的壓力，在數(shù)值上也就是作用在輥子上的壓力。 分別以、表示矯直時第1到第10輥子對軋件的壓力（即矯直力），分別以、表示軋件在第2到第9輥子上的彎曲力矩。作用在各輥子上的壓力可按照軋件各斷面的力矩平衡條件求出。公式如下： （3-2）得 （3-3）得 用同樣的方法可求得:.作用在所有輥子上的壓力總和為 （3-4） 彎曲力矩值取決于彎曲變形量的大小，要精確計算是困難的，通常采用一種簡化的方法，即作如下假設(shè)： （1）第2、3、4輥處軋件的變形最大，彎曲力矩為塑性彎曲力矩Ms,即； （2）第n-1、n-2、n-3輥處，軋件彎曲變形最小，其彎曲力矩為屈服力矩Mw,即； （3）其余各輥下軋件的彎曲力矩為與的平均值，即將此假設(shè)代入上式，可得出作用在各矯直輥上的壓力為矯直機上，各輥的矯直力分布規(guī)律為：從第一輥至第三輥矯直力遞增；從第 n2 輥至n輥矯直力遞減；第四輥至第 n3 輥的矯直力相差不大。第三輥的矯直力最大。對于輥式矯直機，當輥子數(shù)目大于6時，作用在所有棍子上的壓力和為 （3-5） 在本次設(shè)計中，b=350mm，h=12mm代入上式有將結(jié)果帶入上式得 二 矯直扭矩矯直扭矩是指軋件產(chǎn)生彎曲變形所需的力矩，根據(jù)矯直扭矩在輥子上產(chǎn)生的矯直功等于使軋件產(chǎn)生彎曲變形功德功能相等原則，其計算公式如下： （3-6）式中 作用在第i輥上的矯直扭矩 第i棍下軋件的彎曲力矩 第i輥下軋件的塑性變形曲率，它包括進入該輥的軋件原始曲率和軋件在該輥上產(chǎn)生的最大殘余曲率，即 （3-7） D矯直輥直徑矯直扭矩Ms的計算方法： 假設(shè)各輥子下軋件的彎曲力矩都等于純塑形彎曲力矩。矯直原始曲率為0的軋件時，因在第一輥與第n輥下軋件不發(fā)生彎曲變形。所以只計算第二輥到第n-1輥的塑性變形曲率，且因軋件在第n-1輥后已被矯直，即，則作用在所有輥子上的矯直扭矩為 （3-8）在矯直原始曲率為0的軋件時，因軋件在第三輥才產(chǎn)生塑性彎曲變形，其矯直扭矩為 （3-9）式中的二倍曲率是考慮到前一輥的殘余曲率是后一輥原始曲率，總塑性變形曲率是兩者之和。對于具有雙向原始曲率的軋件，其矯直力矩為 （3-10）式中 軋件的平均原始曲率，對于本次設(shè)計取=30h=360mm在不同的輥子下，軋件的殘余曲率是不相等的，為了計算方便，假設(shè)各輥子下的殘余曲率都等于最大殘余曲率，所以矯直扭矩為 （3-11）矩形斷面軋件 （3-12）代入上式得=420 第5節(jié) 主電動機選擇 輥式矯直機主傳動電機功率可按下式確定： （3-13） V被矯軋件的運動速度（m/s）； D矯直輥輥身直徑（mm）； h傳動效率，=0.75-0.90，取0.8； M總的矯直力矩?？偟某C直力矩由三部分力矩組成： （3-14）式中 M使軋件產(chǎn)生塑性變形的矯直力矩； M輥子與軋件的滾動摩擦力矩，按下式計算： （3-15） 為矯直機輥子上的總壓力； f 為輥子與軋件的滾動摩擦系數(shù)，取f=0.0002； M輥子軸承中的摩擦力矩， （3-16） 輥子軸承的摩擦系數(shù)，取=0.005； d輥子軸承處直徑（滾動軸承取中徑）；將數(shù)據(jù)代入上述公式因此 電動機的傳動功率計算： = 故主電動機選取Y180L-8，功率為11kW，同步轉(zhuǎn)速750/min，質(zhì)量為184kg。 第4章 主減速器的設(shè)計第1節(jié) 傳動裝置方案的比較與總體設(shè)計1.方案比較： 圖4-1 第一種方案 圖4-2 第二種方案 第一種方案會發(fā)生帶與帶輪之間發(fā)生打滑，加劇帶的磨損，降低從動輪的轉(zhuǎn)速，作用在軸上的徑向壓力大：第二種方案傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，而且傳動比穩(wěn)定，工作可靠； 第二種方案高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和在載荷作用下軸產(chǎn)生的彎曲變形可以部分的抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。2. 主電動機選取Y180L-8，功率為11kW，同步轉(zhuǎn)速750r/min，滿載轉(zhuǎn)速為=730r/min，減速器的輸出軸 （4-1）由表查得，一對軸承效率，斜齒圓柱齒輪傳動效率，聯(lián)軸器效率因此，電動機的額定功率為減速器壽命 一 傳動比的計算及分配 總傳動比 取高速級的傳動比，則低速級的傳動比： （4-2） 二 傳動裝置運動以及動力參數(shù)的計算1) 各軸的轉(zhuǎn)速： （4-3） （4-4） （4-6）2)各軸的功率 （4-7） （4-8） （4-9） （4-10）3）各軸的轉(zhuǎn)矩 （4-11） （4-12） （4-13） （4-14）第2節(jié) 傳動件的設(shè)計計算 一 高速級圓柱齒輪傳動設(shè)計大、小齒輪均選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，大齒輪?；x用8級精度。 1.初步計算傳動的主要尺寸對于軟齒面閉式傳動，故按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，有 （4-15）1） 小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩為2） 選取載荷系數(shù)=1.43） 由表選取齒寬系數(shù)=14） 由表差得彈性系數(shù)=189.85） 初選螺旋角=12，節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.466） 齒數(shù)比u=27） 初選小齒輪齒數(shù)=20.則=u=220=40，取=40，則端面重合度為： 軸向重合度為由圖查的重合度系數(shù)8)由圖查的重合度系數(shù)8） 許用接觸應力 由圖查的接觸疲勞極限應力為， 小齒輪與大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)分別為： 由圖查的壽命系數(shù),由表取安全系數(shù)則取 初算小齒輪的分度圓直徑，有= 2.初步計算傳動的主要尺寸 1）計算載荷系數(shù) 由表差得使用系數(shù),動載荷系數(shù)，齒間載荷分配系數(shù)，齒向載荷分配系數(shù)，則載荷系數(shù)2) 對進行修正3）確定模數(shù)取4） 計算傳動尺寸 中心距 則螺旋角為 因值與初選值相差不大，故無需對有關(guān)的參數(shù)進行修正 ； 分度圓直徑： 取 取齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 二 低速級圓柱齒輪傳動設(shè)計大、小齒輪均選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，大齒輪?；?，選用8級精度。 1.初步計算傳動的主要尺寸對于軟齒面閉式傳動，故按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，有 （4-16） 1）小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩為 2）選取載荷系數(shù)=1.4 3）由表選取齒寬系數(shù)=1 4）由表差得彈性系數(shù)=189.8 5）初選螺旋角=14，節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.44 6）齒數(shù)比u=3.05 7）初選小齒輪齒數(shù)=23.則=u=3.0525=76.25，取=77，則端面重合度為： 軸向重合度為 由圖查的重合度系數(shù) 8)由圖查的重合度系數(shù) 9)許用接觸應力 由圖查的接觸疲勞極限應力為， 小齒輪與大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)分別為： 由圖查的壽命系數(shù),由表取安全系數(shù)則取 初算小齒輪的分度圓直徑，有= 2.初步計算傳動的主要尺寸 1）計算載荷系數(shù) 由表差得使用系數(shù),動載荷系數(shù)，齒間載荷分配系數(shù)，齒向載荷分配系數(shù)，則載荷系數(shù)3) 對進行修正3）確定模數(shù)取5） 計算傳動尺寸 中心距 則螺旋角為 因值與初選值相差較大，故需對有關(guān)的參數(shù)進行修正 ； 由圖查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.44，則端面重合度為 軸向重合度為 由圖查的重合度系數(shù)由圖查的重合度系數(shù)=查得動載系數(shù),K值不變?nèi)?中心距 則螺旋角為 修正完畢，故分度圓直徑 取 取齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 三 軸的設(shè)計 所有軸選用采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理 1. 中間軸（軸）的設(shè)計 查表取得C=106135，取中間值120，則 （4-17） 1）軸承選擇以及軸段1、5的設(shè)計 該段安裝軸承，考慮齒輪有軸向力存在，選用角接觸球軸承，取軸承為 7208C，軸承內(nèi)徑d=40mm，外徑D=80mm，寬度B=18mm，故： 2）軸段2、4的設(shè)計 軸段2上安裝齒輪3，軸段4上安裝齒輪2，便于安裝，和應分別高于于和，可定=50mm. 齒輪2輪轂寬度范圍為（1.2 1.5）=，取其輪轂寬度與齒輪寬度相等，左端采用軸肩定位，右邊采用套筒定位。齒輪3采用實心式，取其輪轂寬度與齒輪寬度相等，右端采用軸肩定位，左邊采用套筒定位。軸段的長度應比相應的齒輪的輪轂略短，取 3）軸段3 該段為中間軸上的兩個齒輪提供定位，軸肩高度范圍=，取其高度為5mm，則 齒輪3的左端面與箱體內(nèi)壁的距離與齒輪2的右端面與箱體內(nèi)壁的距離均取，則箱體內(nèi)壁的距離 4）軸段1、5的長度 軸承內(nèi)端面距箱體內(nèi)壁的距離取為則軸段1、5的長度為：結(jié)構(gòu)如下： 圖4-3 中間軸2. 高速軸（軸）的設(shè)計同理可求軸承選用7208C結(jié)構(gòu)如下： 圖4-4 高速軸3. 低速軸（軸）的設(shè)計 同理可求軸承選用7212C結(jié)構(gòu)如下： 圖4-5 低速軸第5章 零件校核第1節(jié) 輥的校核 矯直輥軸由于在重載和沖擊載荷作用下工作，要求材料的機械性能、淬火性能好，故選用材料為40Cr。輥徑取d=100mm，r=2.5mm矯直理論和實踐證明，第三跟輥子受載最大，因此，再確定輥子的尺寸，以第三根輥子為對象。取安全系數(shù)S=3； 由上邊的計算知道, 得第三根矯直輥的摩擦力矩為： （5-1） f矯直輥與軋件的摩擦系數(shù)，取f=0.0002輥子軸承的摩擦系數(shù)，取=0.005d輥子軸承處直徑（滾動軸承取中徑）；帶入數(shù)字，得 =22.43Nmm第三根矯直輥的矯直扭矩為： （5-2）=第三根矯直輥的傳動力矩為: =(22.43+63860) =63882.4Nmm只考慮彎矩作用時的安全系數(shù): （5-3）只考慮扭矩作用時的安全系數(shù)： （5-4）對稱循環(huán)應力下的材料彎曲疲勞極限,查表得，查理論應力集中系數(shù)表插值，得又查圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為故有效應力集中系數(shù)為由圖得尺寸系數(shù)；由圖得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。輥按磨削加工，由圖得表面質(zhì)量系數(shù)軸未經(jīng)表面強化處理，即由公式得綜合系數(shù)為合金鋼的特性系數(shù)為：彎曲應力幅為：彎曲平均應力扭轉(zhuǎn)切應力為：扭轉(zhuǎn)切應力幅和平均切應力為：帶入上述數(shù)字得 =17，39 =2176.5 =17.4S=3故安全。第二節(jié) 軸承的校核 滾動軸承是標準件，安裝，維修更換方便，價格也便宜，故應用廣泛。本次設(shè)計矯直輥采用32320軸承。用小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命為 （5-5） 對于滾子軸承，； n軸承的轉(zhuǎn)速; P軸承的當量動負荷； Fr徑向載荷； Fa軸向載荷 X,Y徑和軸向動載荷系數(shù)；實際上，在許多支撐中還會出現(xiàn)一些附加載荷，因此可對當量動載荷乘上一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù)，當量動載荷應為 （5-6）因為第三根輥受力最大，故只需計算第三根即可。由設(shè)計手冊知 由上述公式有P=110.88KNX=1,Y=0,因此則h軸承壽命大約為90天查表取,則軸承合格。第3節(jié) 減速器軸的校核（以中間軸為例） 一 齒輪傳動的作用力 齒輪 1的作用力 圓周力： 其方向與力作用點圓周速度方向相反 徑向力： 其方向為力的作用點指向輪1的轉(zhuǎn)動中心 軸向力：法向力：齒輪2的各個作用力與齒輪1相應的力大小相等，方向相反 齒輪3的作用力 圓周力： 其方向與力作用點圓周速度方向相反 徑向力： 其方向為力的作用點指向輪1的轉(zhuǎn)動中心 軸向力：法向力：齒輪4的各個作用力與齒輪3相應的力大小相等，方向相反. 二 軸上力作用點的間距選用軸承7208C，因此軸承反力的作用點距軸承外圈大端面的距離，由軸的設(shè)計圖得 三 軸的受力分析 1）畫出軸的受力簡圖，如下：圖5-1 軸的受力簡圖 2）計算支承反力 在水平面上： 式中負號表示與圖中所畫力的方向相反 在垂直平面上 軸承1的總支承反力為 軸承2的總支承反力為3) 畫彎矩圖 在水平面上a-a剖面圖左側(cè)為 a-a剖面圖右側(cè)為 b-b剖面右側(cè)為 b-b左側(cè)為 在垂直平面上為 合成彎矩 畫出轉(zhuǎn)矩圖 四 軸的強度校核1) a-a剖面的抗彎截面系數(shù)為 抗扭截面系數(shù)為 a-a左側(cè)彎曲應力為 右側(cè)的彎曲應力為 剪切應力為 差表得45鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉強度極限，查得軸的需用彎曲應力 。 對于單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，取折合系數(shù)，則2) b-b剖面的抗彎截面系數(shù)為抗扭截面系數(shù)為a-a左側(cè)彎曲應力為右側(cè)的彎曲應力為剪切應力為差表得45鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉強度極限，查得軸的需用彎曲應力。對于單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，取折合系數(shù)，則所以軸的強度滿足要求。 第4節(jié) 減速器軸承的校核（以中間軸為例） 中間軸選用軸承7208C由表得，受力如下： 圖5-2 軸承受力簡圖由表差得軸承內(nèi)部軸向力計算公式，分別為外部軸向力則兩軸承的軸向力分別為 ，故只需校核軸承1的壽命。,查表得所以X=0.44,Y=1.21,當量動載荷為軸承的壽命為軸承壽命滿足要求。第5節(jié) 減速器鍵的校核（以中間軸為例）軸選用A型普通平鍵連接，型號分別為和；鍵的擠壓應力為鍵、軸、齒輪的材料都是鋼，查表得，,強度足夠另一個處的鍵更長，其強度也足夠。