F釘自動壓扁機設計【單根鋼絲壓扁機】

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冷軋薄鋼板生產的發(fā)展歷史鋼的冷軋是在19世紀中葉始于德國，當時只能生產寬度20mm25mm的冷軋鋼帶。美國1859年建立了25mm冷軋機，1887年生產出寬度為150mm的低碳鋼帶。1880年以后冷軋鋼帶生產在美國、德國發(fā)展很快，產品寬度不斷擴大，并逐步建立了附屬設備，如剪切、矯直，平整和熱處理設備等，產品質量也有了提高。寬的冷軋薄板(韌帶)是在熱軋成卷帶鋼的基礎上發(fā)展起來的。首先是美國早在1920年第一次成功地軋制出寬帶鋼，并很快由單機不可逆軋制而跨入單機可逆式軋制。1926年阿姆柯公司巴持勒工廠建成四機架冷連軋機。日本1938年在東洋鋼板松下工廠安裝了第一臺可逆式冷軋機，開始冷軋薄板的生產。1940年在新日鐵廣壩廠建立了第一套四機架1420mm冷連軋機。我國冷軋寬帶鋼的生產開始于1960年，首先建立了1700mm單機可逆式冷軋機，以后陸續(xù)投產了1200mm單機可道式冷軋機，l400mm偏八輥軋機、l150mm二十輥冷軋機和1250mmHC單機可逆式冷軋機等，70年代投產了我國第一套1700m血連續(xù)式五機架冷軋機，1988年建成了2030m血五機架全連續(xù)冷軋機?，F(xiàn)在我國投入生產的寬帶鋼軋機有18套，窄帶鋼軋機有418套。在這30多年中，我國冷軋薄板生產能力增加了20多倍，生產裝備技術水平已由只能生產低碳薄板而發(fā)展到能生產高碳鋼、臺金鋼、高合金鋼、不銹耐熱冷軋薄板、鍍鋅板、徐層鋼板、塑料復合薄板和硅鋼片等。但隨著四化建設的發(fā)展，無論在數(shù)量和品種質量上都遠遠滿足不了四化建設發(fā)展的需要，為此我們必須增建新輪機，改造現(xiàn)有冷軋機，大力發(fā)展冷軋生產。從世界上看：日本1960年冷軋板產量100萬t，而30年后的今天生產能力已達2000多萬t，增加了20倍。原西德1950年年產冷軋板16.3萬t，而1974年達821.3萬t，增加了50多倍。1.3 冷軋薄板技術在鋼絲壓扁機中的應用鋼材在熱軋過程中的溫降和溫度分布不均給生產帶來了難題，特別是在軋制厚度小而長度大的薄板帶產品時，冷卻上的差異引起的軋件首尾溫差往往使產品尺寸超出公差范圍，性能出現(xiàn)顯著差異。當厚度小于一定限度時，軋件在軋制過程中溫降劇烈，以致根本不可能在軋制周期之內保持熱軋所需的溫度。因此，從規(guī)格方面考慮，事實上存在著一個熱軋厚度下限。70年代初期，日、法、意、原西德等國曾致力于用熱連軋精軋機組增加8、9機架來生產1mm式0.8mm的薄帶。但實踐證明，從產品質量和設備重量來說這是不可行的?，F(xiàn)代熱連軋機，目前設計可能軋出最小厚度為1.2mm，但實際生產中很少生產1.8mm或1.5mm以下的熱軋板卷。而冷軋則不存在熱軋溫降與溫度不均勻的弊病，可以得到厚度更薄、精度更高的冷軋帶鋼和冷軋躥板?，F(xiàn)代冷連軋寬帶軋機和雙機架二次冷軋可生產厚度為0.100.17mm的冷軋薄板，作為鍍錫原板，即使不經(jīng)二次冷軋也可生產0.23.5mm厚的冷軋薄板。現(xiàn)代可逆式冷軋機可生產0.150.35mm的冷軋板。多輥冷軋機或窄帶鋼冷軋機則可生產最薄達0.001mm的產品，因此軋制厚度為0.8mm的線板時可以采用冷軋鋼板技術而不用考慮鋼板的熱軋溫降與溫度不均勻的弊病等問題。目前熱軋工藝技術水平尚不能使鋼板表面在熱軋過程中不被氧化，也不能完全避免由氧化鐵皮造成的表面質量不良。因此熱軋不適于生產表面光潔程度要求較高的板帶鋼產品。熱軋板表面祖糙度熱軋狀態(tài)為20，酸洗后為25。而冷軋板表面清潔光亮，并可根據(jù)不同用途制造不同表面粗糙度的鋼板。冷軋板按表面組糙度分為2種：一種是無光澤的鋼板，其表面租糙度為310，一般適用于作沖壓部件，并且當需涂噴刷漆時這種鋼板附著性較強；第二種是光亮板，其表面祖糙度大于0.2，這種鋼板主要作為裝飾鍍鉻用厚板等。這樣的表面質量熱軋是無法滿足的。2. 方案確定與原理分析2.1 本畢業(yè)設計課題內容及要求本畢設課題要求設計一臺單根鋼絲壓扁機，應能夠實現(xiàn)盤狀圓料開卷，校直、壓扁、自動下料等動作，通過對其相關資料的收集，調研和需求分析，確定其主機的設計方案，并對方案進行論證，繪制總體裝配圖及部分部件和零件圖。產品規(guī)格為：圓料直徑：1.0-1.6mm；壓完厚度：0.4-0.9mm；線速度：10-250m/min。 2.2 總體方案的設計本設計生產的成品主要用于制作鋼絲線板，原料為成卷的鋼絲，每卷鋼絲線板長約1O00m ，壓扁后厚度約為0.8mm ，實現(xiàn)自動化的持續(xù)生產，易選用二輥軋機。具有水平扎輥的二輥軋機的適用范圍為薄板軋機、冷軋鋼板及帶鋼軋機、高生產率生產鋼坯和線材的連續(xù)式軋機，所以初選二輥軋機來實現(xiàn)其鋼絲線板的軋制。本課題設計的是能實現(xiàn)單根鋼絲自動壓扁的冷軋機械，其主要工序為：開卷、校直、軋制和自動下料。 2.2.1 開卷裝置開卷裝置的形式多樣，機構性能不一。由于生產線對開卷裝置性能沒有較高要求，選取結構簡單的一種裝置并且結構緊湊、使用方便適合各種盤狀卷材的開卷。該裝置如下圖所示:圖2-1 開卷機構1.鋼絲卷 2.支架體 3.穿絲環(huán)4.轉臂2.2.2 校直機構方案分析校直機構采用滾輪設計，上下兩排滾輪，鋼絲從中間通過，只要滾輪之間的間距適當，就可以把鋼絲校直。滾輪的材料依然要求耐磨耐高溫來保證滾輪的壽命。鋼絲細而長，很難順利地到達相應的位置，因此需要一個導絲機構，可以利用一個帶孔的裝置將鋼絲引到相應位置。該孔的直徑要稍大于鋼絲直徑，并且途中不要拐彎，以保證鋼絲可以順利通過。該機構如圖2-2所示。具體校直裝置參見部裝圖。圖2-2 牽引輪圖示2.2.3 冷軋過程中對軋輥的要求在冷軋過程中，軋輥是使被軋帶材產生變形的直接工具。出于輥軋機冷軋的特點，決定了對軋輥的如下要求：輥軋機冷軋的特點，決定了對軋輥的如下要求：a)由于重磨次數(shù)多，要求工作輥有足夠的淬硬層(小直徑的工作輥基本可全部淬透)。b)制造軋輥的材料必須是高質量的，不允許有白點、發(fā)裂和粗大的非金屬夾雜物等缺陷存在，以防止軋輥的疲勞破壞，以及獲得高精度、高光潔度的表面。c)為了獲得高質量表面的帶材，及軋制極薄帶時所必備條件之一，要求軋輥表面有最高的光潔度。一般工作輥為1012級，支持輥為810級。d)為了獲得橫向尺寸均一反良好板形的線材，要求有輥型調整(縱向和橫向)機構或第一層中間輥具有一定的凸度。2.2.4 軋制過程中對機架的選取軋鋼機機架是工作機座的重要部件，軋輥軸承座及軋輥調整裝置等都安裝在機架上。機架要承受軋制力，必須有足夠的強度和剛度。根據(jù)軋鋼機型式的工作要求，軋鋼機機架分為閉式和開式兩種。a)閉式機架閉式機架是一個整體的框架，具有較高強度和剛度。閉式機架主要用于軋制力較大的初軋機，板坯軋機和板帶軋機等。對于板帶軋機來說，為提高軋制精度，需要有較高的機架剛度。采用閉式機架的工作機座，在換輥時，軋輥是沿其軸線方向從機架窗口中抽出或裝入，這種軋機一般都設有專用的換輥裝置。b)開式機架 開式機架由機架本體和上蓋兩部分組成，它主要用在橫列式型鋼軋機上，其主要優(yōu)點是換輥方便。因為，在橫列式型鋼軋機上如果采用閉式機架，由于受到相鄰機座和連接軸的妨礙，沿軋輥軸線方向換輥是很困難的。采用開式機架，只要拆下上蓋，就可以方便的將軋輥從上面吊出或裝入。開式機架主要缺點是剛度較差。本設計是對線材的壓軋，壓軋力不大，所以就這點來說機架是開式還閉式影響不大，由于本設備是單根壓扁，保證產品質量的情況下結構越簡單越好，故選用開式機架。2.2.5 咬入條件 為咬入角為摩擦角，即當摩擦角大于咬入角時才能實現(xiàn)自然咬入。如圖2-3所示，當時，軋輥對軋件的作用力T與N的合力F的水平分力與軋制方向相同，則軋件可以被自然咬入。在這種條件下，即實現(xiàn)的咬入，稱為自然咬入。顯然愈大，即愈大于，軋件愈被咬入軋輥間的輥縫中。 圖2-3 當時，軋輥對軋件作用力合力的方向2.2.5 電機的選擇一、概述YCT系列電磁調速電動機（以下簡稱調速電動機）是一種控制簡單的交流無級調速電動機，由交流三相異步電動機，渦流離合器（亦稱電磁轉差離合器）和測速發(fā)電機組成。通常與ZTK系列、ZLK系列（JZT3系列）、JDI系列控制器配合后組成一套交流調速驅動裝置，裝有測速負反饋自動調速系統(tǒng)。能在比較寬廣的轉速范圍內，進行平滑的無級調速。 電磁調速電動機結構簡單，運行可靠，適用維護方便（無整流子、無滑環(huán)），起動性能好，控制功率小，易于自控和遙控，調速比寬（1：10），調速精度較高，可廣泛應用于鋼鐵、電站、電線電纜、石油、化工、造紙、紡織、印染、機械制造等行業(yè)作恒轉矩交流無級調速之用。二、基本原理YCT系列電磁調速異步電動機的無級調速是由電磁鐵轉差離合器來完成的，它有兩個旋轉部分，圓筒形電樞和爪形磁極，兩者沒有機械聯(lián)接，電樞由拖動電機帶動并與同步旋轉，當激磁線圈通入直流電后，工作氣隙中產生磁場，電樞切割磁力線產生感應電勢并形成渦流，由渦流產生的磁場與磁極磁場相互作用，產生電磁力，使爪形磁極和電樞作同一方向旋轉（但始終保持一定的轉速差），從而輸出轉矩，輸出軸轉向與拖動電機方向一致，改變激磁電流的大小，可以方便地調節(jié)輸出轉速。三、特性1、自然機械特性：渦流離合器具有軟自然機械特性，如圖中在一定的激磁電流（1）下，轉速隨轉矩增加而下降，該機械特性類同卷繞特性，因此，在開環(huán)控制時，只要選擇合理，可用于對張力要求不十分嚴的收卷機械。（見圖一）2、人工機械特性：YCT調速電動機配上ZTK、ZLK、JDI系列控制器后的機械特性如下圖，當負載在額定轉矩Mn的10%-100%范圍內變動時，控制器能根據(jù)測速發(fā)電機的信號，自動調整激磁電流，使輸出轉速基本不變。本系列調速電動機的速度變化率小于3%。（見圖二）3、由于輸入軸與輸出軸之間沒有機械上的直接聯(lián)系，因而基本上沒有失控區(qū)，在許多場合顯示了它的優(yōu)越性。4、效率：YCT系列電磁調速電動機的傳遞效率與輸出軸的轉速成正比，所以用戶在設計選用本產品時最好較長時間使用在高速或中速段，低速段在短時間內使用，這樣比較經(jīng)濟。四、控制器JDI型系列的電磁鐵調速電動機控制器是機械工業(yè)部全國聯(lián)合（統(tǒng)一）設計的產品，用于電磁調速電動機的速度控制，實現(xiàn)桓矩無級調速。其基本工作原理：從圖1方框圖可知，控制器由可控硅主回路、給定電路、觸發(fā)電路、測速負反饋電路等環(huán)節(jié)組成。主回路：采用可控硅半波直流電路。由于勵磁線圈是一個電感性負載，為了讓電流連續(xù)，因此在勵磁線圈前并聯(lián)一個續(xù)6R二級管(C2)。主回路的保護裝置：用熔斷器(RD)進行短路保護，用壓敏電阻1(Rv)進行交流側浪涌電壓保。給定電路：4w交流電壓由變壓器副邊經(jīng)BZ01橋式整流，Rl、cl、C2兀型濾波后，以WD2WD1,穩(wěn)壓管加到給定電位器w1，兩端。測速負反饋電路：測速發(fā)電機三相(或單相)電壓經(jīng)D66橋式整流后由C3濾波加到反饋電位器W2二端，此直流電壓隨調速電機的轉速變化成線性變化，作為速度反饋信號與給定信號相比較，由于它的極性是與給定信號電壓相反的，它的增加將減少綜合信號(等于給定信號反饋信號)，即起書負反鎖的作用。使骨差沾實現(xiàn)嵌恒轉矩無級調速。 從圖2可知，JDIA型的速度指令信號電壓是裝在控制面板上的轉速操作電位器產生的，從而實現(xiàn)手動控制的目的。圖3為JDIA型各點電壓被型圖。2.2.6 減速方式的選擇本設備為單根鋼絲壓扁，功率較小，且電機不光驅動軋輥，電機還要驅動上卷軸和布線機構，鑒于各機構分布情況選用帶輪傳動的方式來減速。帶輪傳動常用有摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。鑒于設備功率小同步要求低選用摩擦帶傳動。摩擦帶傳動又分為平帶傳動和V帶傳動，平帶的截面形狀為矩形,工作面為內表面, 主要用于兩軸平行, 轉向相同的較遠距離的傳動。V帶的截面形狀為梯形,工作面為兩側面, 帶輪的輪槽截面也為梯形。 在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下, V帶產生的摩擦力要比平帶的摩擦力大,所以, V帶傳動能力強, 結構更緊湊, 在機械傳動中應用最廣泛，本設備就選用V帶傳動實現(xiàn)動力傳動和減速，電機輸出后經(jīng)過中間一個減速軸的減速將動力傳到壓扁機構和上卷機構，使其線速度相同達到壓完上卷的目的。2.2.7 布線機構的選擇目前布線機構也有好多種，但大體分兩種：純機械式和機電一體式。純機械式就是整個機構全部為機械機構，沒有電氣控制，換向全靠機械控制，絲杠上是一個帶螺紋可換向軸，當導向滾走到極限位置絲杠拖動軸承繼續(xù)運動的話就會使軸的螺紋換向，使軸向相反方向運動。另一種是機電一體式，通過電氣控制使絲杠正反轉，從而達到鋼絲導向裝置直線往復運動的目的。由于純機械式布線器易于控制，且市場上有成品，且價錢便宜，故本設計采用光杠排線器，如下圖所示:圖2-4 光缸排線器結構圖該光桿排線器排線均勻排線推力大，排線速度及排線距離可調，被廣泛應用于電纜繩帶等行業(yè)。2.2.8自動檢測裝置在系統(tǒng)中沒有原理時要有自動提醒，以免生產者不知造成機器空運行浪費能源，自動檢測裝置采用杠桿原理如圖2-5所示：將A端放到鋼絲上，當有鋼絲的時候A端不會落下，C端就會一直將按鈕D按下，按鈕D是個常開開關，當D接通時控制電機啟停的繼電器電源接通將電機啟動，鋼絲斷時D斷開，總電源關閉。 圖2-5 自動檢測裝置示意圖3 主要機械結構設計本次設計的設備整個機架都是由角鋼和槽鋼焊接而成，原因主要有兩方面：一方面是能大大減少機身的重量從而實現(xiàn)好運輸好制造;另一方面是整個機座角鋼焊接成可大大減低成本并且材料容易購得，不需經(jīng)過其他加工處理，避免不必要的工時，從而縮短了它的制造周期。整臺設備的動力由一臺電機提供，由帶輪傳動傳給壓扁機構、布線機構和上卷機構，以下是各個部分的詳細設計計算：3.1 校直輪的設計計算鋼絲在拉拔過程中，由于加工變形、受熱或冷卻的不均勻，不可避會產生殘余應力。殘余應力的存在，對成品鋼絲的質量是非常有害的，比較觀的是影響鋼絲的平直度。嚴重的會產生“雞窩線”、“元寶線”等，使鋼絲無法正常使用。鋼絲生產過程中常用矯直的方法來消除鋼絲的殘余應力 矯直分為回轉式矯直和輥式矯直兩種。實際應用中，根據(jù)對產品的不同要求而采用不同的矯直方式，如矯直回火預應力鋼絲采用回轉式矯直；而彈簧鋼絲、制繩鋼絲等采用輥式矯直。 此次畢業(yè)設計選用的是回轉式校直器，該回轉式校直器的基本原理是同一平面內的一組輥輪通過合理地壓下，鋼絲以一定的速度向前運動，呈波形或彎曲形通過校直器，經(jīng)受反復彎曲變形，使鋼絲的每一個圓截面上的任一方向都得到相同程度的彎曲變形，曲率由大變小，使得鋼絲內部的殘余應力逐漸消除，最終達到平直而實現(xiàn)鋼絲校直的目的，如圖3-1所示。鋼絲通過矯直輥輪時，處于彈塑性變形狀態(tài)鋼絲橫截面上的應力分布如圖3-2所示。鋼絲被矯直的條件是反彎后彈回到平直，即彈性變形的反彎曲率應等于彈回曲率。 3-1輥式矯直基本原理示意圖 3-2 彈塑性變形圖校直器的主要參數(shù)包括輥徑、輥距、校直輥數(shù)量和壓下量（壓下量規(guī)定為處于校直輥間的鋼絲變形后的波峰與波谷之間的垂直距離）。鋼絲在校直過程中處于彈塑性形變狀態(tài)，因而必須保證合理的反復彎曲才能保證校直所需的彈性變形及塑性狀態(tài)。根據(jù)鋼絲校直的條件，并考慮鋼絲存在受拉伸而產生附加應力情況，所以輥徑要取合理的大小。矯直輥個數(shù)n, 輥輪數(shù)目見表3-l，可根據(jù)具體情況而定,一般來講,矯直輥數(shù)多,則消除鋼絲殘余曲率的范圍寬,調節(jié)余地大,有利于提高矯直效果,但實踐證明,也增加了調整的難度,考慮到旋轉校直的特點，即在鋼絲校直過程中其各個截面的任一方向都得到了相同程度的彎曲，并為了操作便利，一般取n=57基本就能解決矯直的問題。此次畢業(yè)設計中取校直輥的數(shù)量為7個。壓下量大小與校直效果有很大的關系，壓下量過大會造成過彎曲，過小則達不到校直效果。因此壓下量也要取合適的大小。表3-1 鋼絲材料與輥輪個數(shù)關系輥輪問的間距：輪距是與輪徑相適應的參數(shù)，其確定原則一是保證壓輪有充分的壓下量，二是保證此壓下量時鋼絲在滾輪上的包角，見圖3-3所示。 圖3-3 輥輪幾何關系據(jù)圖3-3示，幾何求解可得:下面討論壓下最的問題:壓下且定義為處于矯直輪間鋼絲波形的波峰與波谷之間的垂直距離。壓下最過大會造成彎曲線，達小則達不到矯直效果。如將鑰絲所呈波形近似看作圓弧曲線，如圖1所示，數(shù)學上可導出這種圓弧的曲率半徑最大值方程為:當鋼絲的包角大于，可以認為，代入上式，整理得出關于A的二次方程式:求解即得到壓下量的計算式:從式中還可看出，由得故輪距的取值范圍為:一般情況下，矯直器都有較大的壓下且調節(jié)范圍，在調試時，可實驗確定最佳值。值得注意的是實際矯直過程中，鑰絲經(jīng)各滾輪所殘留的彎曲曲率逐漸減少。因此，壓下最自第一壓輪起應依此遞減，呈楔形分布，最大壓下最按上式求得。據(jù)資料介紹，校直器的參數(shù)可分別由以下各式計算后確定：式中：校直輪直徑，mm；鋼絲直徑，mm；系數(shù)（與鋼絲直徑有關）；屈服極限，MPa；彈性模量，GPa；壓下量，mm；相鄰兩個校直輥之間的距離，mm；本次設計采用冷拉普通鋼絲，其為一般用途低碳鋼絲（GB343-94）其力學性能如表3-2所示.公稱直徑mmb,Mpa180彎曲試驗次數(shù) 1.41.810606表3-2 鋼絲參數(shù)表表3-3 不同直徑的鋼絲對應的K值通過查資料,d=1.03mm,=0.2，將上述的各個數(shù)值代入公式得：=44.7，輥輪直徑是由鋼絲的直徑?jīng)Q定的，由于鋼絲直徑的局限性，常取輥輪直徑D=20150mm，根據(jù)國內校直器輥輪產品樣本，選用=60mm的輥輪。輪距，即120t84，輪距取100mm。從而得到最大壓下量A=26.8mm.校直機構的上排校直輪可以調節(jié)位置，壓下量可以同過調節(jié)校直精度調整螺栓調節(jié)，這樣此機構的應用范圍就更廣泛了。3.2軋輥參數(shù)的確定工作輥的材料是由比所軋金屬硬度高的金屬材料制成，如鑄鐵、鍛鋼、經(jīng)熱軋?zhí)幚淼匿摶蛴操|合金鋼都可以作為工作輥的材料。由于鋼絲壓扁機屬于帶鋼冷軋機所以它的工作輥的硬度及強度均有很高的要求，所以一般采用高硬度的合金鑄鋼(如9Cr2W、Cr2Mo)來作為它的材料。輥身一般呈圓柱體，兩端有輥頸，以便安裝軋輥和與主接軸相連。輥端有多種形式，常見的如梅花頭，平形輥端，鍵槽等。通過調研選用鍵槽形式的輥端用于聯(lián)接軋輥和主接軸。輥身中間部位直徑稍大時稱為軋輥中間有凸度，通常只有千分之一時，這凸度稱正凸度。輥身中間部分直徑稍小時稱為負凸度。工作輥表面光潔度對所扎帶鋼的光潔度，以及為達到給定壓下量所需的軋制力都有重要的影響。對于光潔度要求很高的帶鋼，如不銹帶鋼，軋輥必須研磨和拋光，使光潔度達到0.0250.05微米。用于軋制酸洗帶鋼的冷連軋機的第一架軋機的工作輥的光潔度則為1.25微米以上。工作輥光潔度越低工作輥與帶鋼之間的有效摩擦系數(shù)就越大，為達到給定壓下量所需的軋制力就越大。因為此課題所軋制的帶鋼介于兩者之間所以所用的工作輥的輥面光潔度取0.08微米。軋 制 情 況最大咬入角最大比值軋輥與軋件的摩擦系數(shù)熱軋在有刻痕或焊痕的軋輥中軋制初軋柸或鋼柸軋 制 型 鋼軋 制 帶 鋼自動軋管機熱軋鋼管24322025152012141/61/31/81/71/141/81/601/400.450.620.360.470.270.36-在潤滑條件下冷軋帶鋼在較光潔的軋輥上軋制在表面經(jīng)好磨光的軋輥中軋制同上，用棕油，棉籽油或蓖麻油潤滑51035241/1301/231/3501/1301/6001/2000.090.180.050.080.030.06表3-4 各種軋機的最大咬入角和由表3-4可知：在有潤滑而且軋輥表面經(jīng)過很好的磨光的冷軋環(huán)境下，最大的咬入角取值范圍為35;最大比值取值范圍為1/3501/130;軋輥與軋件的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)為。開始軋制時，當時可以實現(xiàn)自然咬入解得 mm則軋輥直徑mm，可實現(xiàn)開始階段的自然咬入，但由于軋輥兩端軸承的影響D應盡可能取的大一些，經(jīng)過調研最終取D為210mm。軋 機 名 稱L/D初軋機型鋼軋機開柸和粗扎機座精軋機座中厚板軋機裝甲板軋機二輥薄板軋機二輥鐵皮軋機2.22.71.52.52.23.01.52.02.22.83.03.51.52.21.31.5 表3-5 各類軋機的L/D由軋輥直徑和表3-5中參數(shù)定取軋輥長度L=260mm。其余各個參數(shù)參見軋輥零件圖。3.3 軋制過程變形區(qū)及其參數(shù)的計算3.3.1 計算軋制時接觸弧上的平均軋制單位壓力由于單位壓力在接觸弧上的分布是不均勻的，為了方便計算，一般均以單位壓力的平均值平均單位壓力來計算軋制總壓力。平均單位壓力是在確定了單位壓力大小及其分布規(guī)律之后，取軋件與軋輥的接觸弧面積上的單位壓力和單位摩擦力在垂直方向上的投影的總和，得到軋制總壓力，再除以接觸面積得到平均單位壓力。采用采里柯夫公式：應力狀態(tài)系數(shù)：變形抗力應力狀態(tài)系數(shù)無張力軋制時張力影響系數(shù) =1外端影響系數(shù)，軋制薄板時 =1外摩擦影響系數(shù) =1.25=1.15查表可知變形抗力=1038MPa由以上式子可以算出=10381.151.25=1492.125Mpa。3.3.2 計算軋制壓力P軋件對軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力Pm對扎件和軋輥接觸面積F之乘積，即：平均單位壓力：軋件與軋輥的接觸面積 =1.03mm =0.8mm =0.23mm =1.1736F0:扎前的橫斷面積 F1:扎后的橫斷面積L0:扎前軋件的長度 L1:扎后軋件的長度如果能持續(xù)咬入，則 ：中性角 ：軋輥與軋件的摩擦系數(shù)又因為在軋制薄鋼板時張力不可忽視。即 所以 取 =0.0010在不考慮軋輥彈性壓扁時且兩輥直徑相同的情況下：接觸弧長度水平投影=RSinmm又因為在熱軋薄板及冷軋薄板時單位壓力較高，因此軋輥產生局部彈性壓縮變形。它將使接觸弧長度有較顯著的增加。q:壓扁系數(shù)在冷軋薄板時可簡化為在有壓扁的情況下又因為已經(jīng)算得=9.15mm 因為前面已算得=1492MPa所以。mm 。又有上述關系已算出接觸面積為mm。最后由以上各式得出軋制壓力:P=F=14929.88=14743.9N.3.4 傳動力矩的計算 傳動力矩M:軋制力矩：附加摩擦力矩：空轉力矩：動力矩勻速轉動時此項可忽略不計 i ：軋輥與主電機之間的傳動比軋制力矩 =PaP：金屬對軋輥的垂直壓力（即軋制力）按金屬對軋輥的作用力計算的軋制力矩該方法是用金屬對軋輥的垂直壓力P乘以力臂a， 圖3-4 按軋制力計算軋制力矩因為摩擦力在垂直方向上的分力相對很小，可以忽略不計。所以： 從上式可看出，力臂a實際上等于單位壓力圖形的重心到軋輥中心線的距離。為了消除幾何因素對力臂a的影響，通常不直接確定出力臂a，而是通過確定力臂系數(shù)的方法來確定，即 或 ：軋制力臂系數(shù) ：接觸弧長度上式中的軋制力臂系數(shù)根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其范圍為： 熱軋鑄錠時 =0.550.60 熱軋板帶時 =0.420.50 冷軋板帶時 =0.330.42附加摩擦力矩 ：軋輥軸承中的附加摩擦力矩：傳動機構中的摩擦力矩 i：軋輥與主電機間的傳動比其中 P：軋制力：軋輥輥頸直徑：軋輥軸承摩擦系數(shù)（滾動軸承=0.003） ：傳動機構的效率空轉力矩此公式為經(jīng)驗公式：電動機的額定轉矩14743.90.429.163=56.7377Nm14743.90.1050.003=4.644Nm=0.957 0.0212Nm=O.408 Nm = =6.857Nm3.5 電機的選擇工作機一般為穩(wěn)定載荷連續(xù)運動的機械，傳動功率較小，故只需要使電動機的額定功率Pcd等于或稍大于電動機的實際輸出功率Pd，即PcdPd就可以了，不需要對電機進行熱平衡計算和校核起動力。 電動機實際輸出功率Pd Pd= n:電機的轉速（r/min) :由電動機到軋機的傳動效率 ：傳動轉矩 =812.52W所以選用系列YCT132-4B型電磁調速電動機額定功率/kW: P= 1.5KW ; 輸出轉矩：9.7Nm 。額定轉矩下的調速范圍：1230125r/min.其對應的線才的限速度范圍是135-13m/min3.6 減速軸設計求減速軸上的功率P2，轉速n2：去V帶傳動的效率為0.96，滾動軸承的效率為0.99（一對），則P2=P=1.50.960.97=1.3968 KW.電磁調速電機可調到的最小速度n2=41.67r/min按下式初步估算減速軸的最小徑，取軸的材料為45鋼，調質處理， 傳動軸的最小直徑顯然是安裝盤線軸減速帶輪處，考慮到軸的截面上開有鍵槽和安裝軸用彈性擋圈對軸的強度的削弱，以及使所選的軸的直徑與標準軸承內圈配合精度要求，線材加工的速度可以根據(jù)實際加工狀態(tài)調節(jié)等因素，故選取軸的最小直徑為45mm，其他尺寸見零件圖。3.7 帶輪設計計算帶輪傳動選用V帶傳動，帶型選A型，電機轉速n=1080r/min,軋輥的轉速n=90r/min要傳遞的功率Pca=KaP=1.41.5=2.1KW.電機帶輪即小帶輪基準直徑dd1=80mm .中間傳動軸轉速選n=360r/min,則中間軸與電機組合的從動輪d2=803=240mm，查普通V帶輪的基準直徑系列表選取該電動機減速帶輪的直徑為=250mm.中心距范圍為 初定軸間距a0:400mm. 所算得基準長度Ld0:1336mm 查V帶基準長度表 ：選取Ld0=1430mm .從而算得實際軸間距a=447mm. 小帶輪包角=158. 同理可得軋輥帶輪直徑為315mm;盤線輪減速帶輪和軋輥減速帶輪基準直徑以及布線器驅動帶輪均取112mm，盤線軸帶輪D=250mm，布線器帶輪基準直徑取為450mm .中間傳動軸和盤線軸中心距定為540mm. 盤線軸和布線器的中心距定為530，中間傳動軸和下軋輥的中心距定為620mm .3.8 布線機構計算盤線輪轉速n=113r/min,為保證盤線軸轉一轉，布線器滑塊能夠軸向滑動至少1.13mm的距離以保證被壓扁成型的線材能夠均勻的層層盤起。根據(jù)排線器技術參數(shù)表選取型號為GP60的光缸排線器，該排線器為純機械式控制行程，以實現(xiàn)布線器滑塊的軸向兩個方向的移動。其具體技術參數(shù)如下表3-6所示:型號尺寸行走節(jié)距mm/r推力kg重量kgGP150.0211111.2GP200.0516162.5GP300.1025266.1GP400.5324211.2GP50147033GP60248100424GP6024810045表3-6 排線器技術參數(shù)表 圖3-5 C型系列光桿排線器安裝尺寸圖型號d1d2L1L2L3L4L5L6H1H2Md鍵槽(寬深)GP15151543013726815M852.5GP2020144501410240362090152-M852.5GP30301850018109784220106202-M1063GP404030880251541127550140252-M1484GP505035880403042646050168105GP6060451130403042646050170105GP15、20型排線器總成帶導線輪。表中L1尺寸為本廠標準尺寸，特殊要求可定作。計算公式：L1最大行程=線盤寬+排線器長度+60 表3-7 排線器的安裝參數(shù)表3.9 工作輥軸承的校核：為了減少各部件之間的摩擦，需要在一些部位安裝軸承，根據(jù)軸承中摩擦性質的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且它已標準化，選用、潤滑、維修都很方便，因此在一般機械中應用較廣。由于扎輥主要承受徑向載荷，所選用的軸承是GB/T285-1994雙列圓柱滾子軸承NN3021。它的基本額定載荷=74.2kN、=88.8kN。滾動軸承壽命的計算： 滾動軸承壽命的計算公式為式中的單位為。為指數(shù)。對于球軸承， ；對于滾子軸承，。如果改用小時數(shù)表示壽命，代表軸承的轉速（單位為r/min），則以小時數(shù)表示的軸承壽命（單位為h）為如果載荷P和轉速n為已知，預期計算壽命又已取定，則所需軸承應具有的基本額定動載荷C（單位為N）可根據(jù)上式計算得出： 機 械 類 型預期計算壽命不經(jīng)常使用的儀器或設備，如閘門開閉裝置等3003000短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后果，如手動機械等30008000間斷使用的機械，中斷使用后果嚴重，如發(fā)動機輔助設備、流水作業(yè)線自動傳送裝置、升降機、車間吊車、不常使用的機床等800012000每日8 h工作的機械（利用率不高），如一般的齒輪傳動、某些固定電機等1200020000每日8 h工作的機械（利用率較高），如金屬切削機床、連續(xù)使用的起重機、木材加工機械、印刷機械等200003000024 h 連續(xù)工作的機械，如礦山升降機、紡織機械、泵、電機等400006000024 h 連續(xù)工作的機械，終端使用后果嚴重，如纖維生產或造紙設備、發(fā)電站主電機、礦井水泵、船舶螺旋槳軸等100000200000 表3-8 推薦的軸承預期計算壽命 滾動軸承的基本額定動載荷是在一定的運轉條件下確定的，如載荷條件為：向心軸承僅承受純徑向載荷，推力軸承僅承受純軸向載荷。實際上，軸承在許多應用場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷。因此，在進行軸承壽命計算時，必須把實際載荷轉換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的當量動載荷，用字母P表示。這個當量動載荷，對于以承受徑向載荷為主的軸承，稱為徑向當量動載荷，常用表示；對于以承受軸向載荷為主的軸承，稱為軸向當量動載荷，常用表示。當量動載荷P（或）的一般計算公式為 式中，X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。實際上，在許多支承中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算。為了記及這些影響，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)，故實際計算時，軸承的當量動載荷應為： 查表查的徑向動載荷系數(shù)X=1，軸向動載荷系數(shù)Y=0；已確定軸承徑向載荷，軸向載荷,取軸承轉速為，為滾子軸承，當量動載荷 =N軸承壽命為 4.72年符合要求。3.10 鍵的強度校核 根據(jù)工作狀況，使用要求和結構設計中的鍵選擇普通平鍵，選擇鍵的尺寸長度根據(jù)輪轂長度選定，鍵長略短于輪轂長度，并取標準長度系列。 平鍵的失效形式主要有，鍵、軸、輪轂三者中較弱的工作面被壓潰，鍵的剪斷。因實際中鍵的剪斷極為罕見，對于平鍵聯(lián)接通常只進行擠壓強度或耐磨性的計算，所以在重要的場合中才進行抗剪強度的校核驗算。 假定壓力沿鍵長和鍵高均勻分布，按平均擠壓應力進行強度或耐磨性的條件校核。 T:傳遞的轉矩 d:軸的直徑 k：鍵與輪轂的接觸高度 l：鍵的接觸長度 鍵的材料 因壓潰和磨損為鍵聯(lián)接的主要失效形式，所以鍵的材料要有足夠的硬度。一般采用抗拉強度不低于600MPa的鋼制成。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷，因此，通常只按照工作面上的擠壓應力進行強度叫和計算。 本設計中鍵聯(lián)接較多，選取軋輥處的鍵對其校核：鍵的尺寸： b=25mm h=14mm L=70mm 由于鍵的材料是鋼，故取其許用擠壓應力為=110 M Pa . 驗算擠壓強度 鍵的工作長度l=L-b=70-25=45mm 擠壓面高度k=h/2=14/2=7mm 轉矩 T=56.7377Nm 由此可得出鍵的工作擠壓應力為： =4.002MPa110Mpa 滿足工作條件 ，所選鍵安全 。 結 束 語 六月的來臨代表了此次畢業(yè)設計的尾聲，我的大學生活也即將結束，這次設計是我的大學階段設計的難度最大的設計，它是對我大學四年所學知識的概括，是將理論知識付諸于實踐的一次具體應用，也是在走上工作崗位之前的一次模擬練習。在這次畢業(yè)設計中，我收獲很多。我的設計是F釘壓扁機，實質也就是鋼絲壓扁技術，其中涉及到很多學科的很多知識，像壓扁機架形式的選擇，既要考慮實用性，單根鋼絲的壓扁要求不高也要考慮經(jīng)濟性太復雜的設備會使造價提高成本增加，所以最后選擇了開式機架，方便簡單又經(jīng)濟實惠，這些選擇讓我進一步理解的設計的意義，也讓我明白了設計的博大精深和因地制宜。剛接到任務時有興奮也有擔心。讓我興奮的是我要可以有機會和條件設計第一部功能完整的設備，而讓我擔心的就是我能否到最后圓滿完成它，隨著畢設的進程我不斷的復習和學習跟畢設有關的知識，我的自信心越來越強，我越來越覺得自己可以完成這項任務。書到用時方恨少，整個的設計過程讓我對這句話理解頗深。整個設計用到太多學科的知識，但是很多都已經(jīng)模糊了，所以，一邊設計一邊猛翻書，其實我知道，這些知識不能老靠翻書的來，每次老師來指導過我就會有很大收獲，經(jīng)驗和知識靠自己不斷實踐的過程積累起來的。、這次畢設大大鍛煉我的動手能力和解決問題的能力，自身素質得到了一個飛躍，同時，我深刻地體會到設計一件產品的不容易，同時也發(fā)現(xiàn)機械行業(yè)中所涉及到的知識之多。我相信在未來我也會自信的面對每次任務，在以后的工作實踐中鍛煉自己，提升自己的素質，在不斷的追求和努力中實現(xiàn)自己的人生價值。致 謝此次設計歷時四個多月，在這四個多月中我碰到許多難題，很多都是讓我束手無策的難題，通過商國娟老師的教導、同學的幫助和自己辛勤的努力，使得我的畢業(yè)設計能夠順利完成，我向他們致以深深的謝意。四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，在這四個多月來的畢業(yè)設計期間，我要感謝我的導師：商國娟老師。您治學嚴謹，學識淵博，為我營造了一種良好的精神氛圍。您的和藹給了我一種非常親切的感覺，在您面前我可以暢所欲言，是您讓我放心的問了您我所有的問題而沒有擔心有些問題太簡單讓您斥責。授人以魚不如授人以漁，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，而且樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”的感覺，謝謝您，老師！我也要感謝我的同學。大家在一起畢設的這段時間給了我很多關照，很多難以解決的問題都是大家?guī)臀医鉀Q，我會一直記住我們一起學習的地方，我們一起的努力，謝謝你們。我還要感謝我所有的帶過我的老師，是你們培養(yǎng)了我，讓我打實了基礎，讓我學到了相關只是，讓我具備了畢設的畢設的基本條件，我的設計里都有你們辛勤的汗水，謝謝老師。最后我感謝母校對我的培育，很快我就要離開了，但我不會忘記自己曾經(jīng)學習，生活的地方！參 考 文 獻 1 周驥平.機械制造自動化.機械工業(yè)出版社，20032 劉于雄.排釘及排釘用鋼絲的生產.金屬制品，1998第二期:22263 吳繼根.介紹一種校直金屬絲的方法.機械制造，1980年10期:15184 郭漢橋，王林，陳勇軍等.電子設備檢測技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.20075 楊盡巨.行星式多輥板料校直機.重型機械，1980年04期:29306 侯志明.鋼絲校直機.水利電力機械，1980年03期:23317 成大先.機械設計圖冊.第一卷.北京：化學工業(yè)出版社，20008 Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering .Katson publ.House，19859 鄒家祥.軋鋼機械.第三版.冶金工業(yè)出版社，200210 濮良貴.機械設計.第八版.高等教育出版社，2005 11 陳彥博，趙紅亮，翁康榮.有色金屬軋制技術.化學工業(yè)出版社.200712 鄧星鐘.機電傳動控制.第三版.華中科技大學出版社，199813 采力柯夫，斯米爾諾夫軋鋼設備機械工業(yè)出版社，196114 金清肅.機械設計課程設計.華中科技大學出版社,2007,1015 機械設計實用手冊編委會.機械設計實用手冊.機械工業(yè)出版社,2008,4 16 施東成主編軋鋼機械設計方法冶金工業(yè)出版社,199117王海文主編軋鋼機械設計機械工業(yè)出版社，198318 王邦文主編新型軋機冶金工業(yè)出版社，1994圖1軋制裝置圖2校直裝置