800輥距型鋼矯直機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、800輥距型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)作 者 姓 名：張海軍指 導(dǎo) 教 師：李 駿單 位 名 稱：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 名 稱：機(jī)械工程及自動(dòng)化東 北 大 學(xué)2011年6月800 rollerspacing profile steel straightening machine design and developmentby Zhang Hai JunSupervisor: Li JunNortheastern UniversityJune 2011畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：800輥距型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容：(1) 矯直所需矯直力、軸承受力及矯直力矩，

2、確定輥距等機(jī)體參數(shù)(2) 傳動(dòng)功率計(jì)算，電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇(3) 矯直過(guò)程的驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)(4) 機(jī)架結(jié)構(gòu)、矯直輥的驅(qū)動(dòng)、矯直輥的位置調(diào)整、輥型等各部分設(shè)計(jì)(5) 完成三維建模，并繪制二維工程圖4張（A0）以上(6) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份(7) 外文翻譯一篇畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分：題目：設(shè)計(jì)或論文專(zhuān)題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期第1周指導(dǎo)教師簽字：2011年3月5日- I -東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 800輥距型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，客戶對(duì)鋼材的質(zhì)量和精度要求越來(lái)越高，一些板材、型鋼和管材必須經(jīng)過(guò)矯直過(guò)程才能達(dá)到用戶要求。矯直質(zhì)量

3、已經(jīng)成為衡量產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。在這種背景下，矯直技術(shù)得以迅速發(fā)展，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。輥式矯直機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種矯直機(jī)。也是矯直技術(shù)發(fā)展最為完善的一種矯直機(jī)。本文中所設(shè)計(jì)的矯直機(jī)是屬于懸臂式機(jī)架結(jié)構(gòu)。為現(xiàn)在矯直機(jī)的主體形式，懸臂結(jié)構(gòu)換輥方便，操作調(diào)整靈活。其共有9個(gè)輥系，分為上下兩行，輥距相等，輥軸上下兩行交錯(cuò)排列，且平行，可以矯直大多數(shù)的型材，如工字鋼、槽型鋼、角鋼、方鋼、鋼軌等。在文中介紹了矯直機(jī)的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)參數(shù)的選取。從矯直產(chǎn)品的規(guī)格出發(fā)，以36#工字型鋼為最大工作要求，依據(jù)矯直的基本原理，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。其主體設(shè)計(jì)為輥系上下調(diào)整

4、機(jī)構(gòu)、左右串動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓下機(jī)構(gòu)和機(jī)架等機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，作者應(yīng)用 SolidWorks 軟件對(duì)輥距為800mm的型鋼矯直機(jī)進(jìn)行三維的初步建模，并應(yīng)用CAXA軟件對(duì)模型進(jìn)行工程圖的繪制，同時(shí)對(duì)相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步研究。關(guān)鍵詞：型材矯直機(jī)；懸臂式；矯直原理；壓下規(guī)程800 profile steel straightening machine design and developmentAbstractWith the rapid development of economic and expansion of production, the quality and precision o

5、f steel are demanded by customers higher and higher, and some sheet and tube must be straightened to reach the requirements of users. Straightening quality has become the important standard to measure product competitiveness. Under these circumstances, leveling technology has developed greatly, and

6、has been widely used.Roll straightener is a kind of straightening machine which is currently the most widely used and owns the most perfect straightening technology.In this article the straightening machine designed is to belong to cantilever frame structure ,the normal form of straightener for now.

7、 cantilever structure operation convenient for changing rolls , and adjust flexibly. It has 9 roll system totally, divided into two lines, rolls are in the equal distance up and down, the rollers are arranged fluctuational in two line crisscross, and parallelly. It can straightening most profiles.Su

8、ch as joist steel, slot steel, angle steel, square steel, rail, etc.In this paper introduces the basic parameters of the straightener the design process and related parameters selection.From the specifications of the products, the straighteningbased on the basic principle of straightening, has compl

9、eted the design task,and reach the design purpose. The main design are the roll system for up and down, the adjusting mechanism of dynamic adjusting mechanism, press agencies and frame institutions . In the design process, The author application software SolidWorks to design the 800mm distance steel

10、 straightening machine for 3 d modeling, And applicate the CAXA software to model engineering drawing, At the same time,carry out a preliminary study of levant parameters.Key words: profile steel straightening machine; cantilever straightening machine;straightening principle; the pressure rules- IV

11、- 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)I摘 要IIABSTRACTIII第1章緒 論11.1課題研究的目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)11.2.1國(guó)外矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2國(guó)內(nèi)矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.3型材矯直機(jī)當(dāng)前研究狀況31.2.4矯直技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)41.3本課題研究?jī)?nèi)容及方法4第2章矯直原理及矯直機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)72.1矯直原理及輥式矯直機(jī)72.1.1輥式矯直機(jī)工作原理72.1.2矯直機(jī)的分類(lèi)92.1.3壓下方案的分析102.2矯直方案的選擇與力能參數(shù)計(jì)算112.2.1輥距112.2.2輥長(zhǎng)122.2.3矯直方案的選擇122.2.4基本參數(shù)計(jì)算1

12、22.2.5力能參數(shù)計(jì)算：142.2.5.1矯直力與矯直彎矩142.2.5.2軸承壓力152.2.5.3矯直輥轉(zhuǎn)矩162.2.6軸承的選取與校核202.3上、下輥系軸的校核232.4技術(shù)參數(shù)26第3章矯直機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)29第4章零件建模與三維裝配354.1基于solidworks的零件建模的若干方法35 4.1.1Toolbox插件的模型導(dǎo)出354.1.2“曲線”插入法354.1.3基于二維軟件（CAXA）的三維造型354.1.4SolidWorks軟件輔助裝配體設(shè)計(jì)374.1.5應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行裝配374.2800型鋼矯直機(jī)的三維結(jié)構(gòu)模型38第5章經(jīng)濟(jì)環(huán)保性分析41第6章結(jié) 論

13、43參考文獻(xiàn)45結(jié)束語(yǔ)47- 2 -東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒論第1章 緒 論1.1 課題研究的目的和意義矯直作為一種精整技術(shù)，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個(gè)分支。尤其近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和精度的要求普遍提高，矯直技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對(duì)各種材料的質(zhì)量提出了更高的要求。因此矯直作為一種精整技術(shù)已越來(lái)越得到工程技術(shù)人員的重視；矯直設(shè)備則已經(jīng)從過(guò)去的冶金行業(yè)的輔助設(shè)備發(fā)展為包括冶金和一些高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的加工設(shè)備。彈塑性力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究彈性和彈塑性物體變形規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，比材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)研究范圍更廣泛,研

14、究方法更精確，是分析和解決許多工程技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)和依據(jù)，矯直理論就是在彈塑性理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它屬于金屬加工學(xué)科的一個(gè)分支。但隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，矯直機(jī)械也己經(jīng)從過(guò)去的冶金行業(yè)發(fā)展到其他一些高技術(shù)領(lǐng)域，如儀器儀表制造業(yè)、汽車(chē)、船舶和飛機(jī)制造業(yè)，石油化工業(yè)、建筑材料業(yè)、機(jī)械裝備制造業(yè)以及精密加工制造業(yè)等領(lǐng)域。由此可以看出矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和其成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個(gè)企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而且標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。在講求質(zhì)量、效益的今天，矯直技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的重要性更加突出。

15、我們知道，金屬條材在加工和運(yùn)輸過(guò)程中，常因受外力、溫度等變化發(fā)生彎曲，扭曲變形，為了解決這種弊端，矯直技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。矯直技術(shù)就多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)品或成品的質(zhì)量水平，矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在 20 世紀(jì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步，雖然還有一些理論滯后于實(shí)踐的情況，不過(guò)，如今的矯直理論已經(jīng)進(jìn)入到了解析化和系統(tǒng)化的時(shí)代，并為數(shù)字化和信息化敞開(kāi)了大門(mén)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，矯直理論和矯直技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。1.2 國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)1.2.1 國(guó)外矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀在20世紀(jì)3040年代，國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)和

16、板材矯直機(jī)也迅速的發(fā)展起來(lái)，相應(yīng)的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀(jì)7080年代，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)力量己相當(dāng)雄厚，矯直技術(shù)得到了不斷地改進(jìn)、發(fā)展和擴(kuò)充。英國(guó)的布朗克斯(BRONX)、德國(guó)的凱瑟琳(Kieserling)、德馬克(Demag)以及日本的一些品牌成為了矯直機(jī)領(lǐng)域的代表。此時(shí)的矯直概念則由原來(lái)狹義的彎曲矯直擴(kuò)展為包括解決彎曲、控制斷面形狀和尺寸精度的矯直，提出了平動(dòng)矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長(zhǎng)矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變輥距矯直技術(shù)以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等。 近幾年國(guó)外關(guān)于矯直技術(shù)和矯直機(jī)的研究主要集中在提高矯直精度，提高控制水平及改善環(huán)境方面。同時(shí)為提高矯直精度和控制水

17、平，開(kāi)展了對(duì)變形機(jī)理、改進(jìn)工藝和參數(shù)優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實(shí)用價(jià)值的成果。而且國(guó)外學(xué)者對(duì)矯直過(guò)程的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對(duì)扭轉(zhuǎn)變形矯直過(guò)程的實(shí)時(shí)控制的研究，以及Juen A.Robert對(duì)圓盤(pán)鋸片嬌直過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的研究等等。 1.2.2 國(guó)內(nèi)矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的矯直技術(shù)研究起步較晚，建國(guó)以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要才有了對(duì)矯直技術(shù)的研究。那時(shí)，矯直機(jī)主要靠進(jìn)口。從 70 年代開(kāi)始，許多學(xué)者對(duì)輥形設(shè)計(jì)做了理論和試驗(yàn)研究。在 1980年，中國(guó)金屬壓力加工學(xué)會(huì)在衡陽(yáng)專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了“輥形專(zhuān)題會(huì)議” 。通過(guò)這次學(xué)術(shù)交流會(huì)，產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。 到了

18、80 年代，國(guó)內(nèi)對(duì)矯直技術(shù)的研究已有了相當(dāng)?shù)某晒Ｔ谵D(zhuǎn)轂矯直技術(shù)方面，創(chuàng)造了中國(guó)首創(chuàng)的雙向旋轉(zhuǎn)矯直法。在80 年代末，東北大學(xué)的崔甫教授研制了矯直 F200復(fù)合轉(zhuǎn)轂式高精度棒材矯直機(jī)，并首先提出了雙交錯(cuò)輥系的新方法。從 90 年代后，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面邁出了一大步。我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、雙向反彎輥形2 輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、液壓矯直自動(dòng)切料機(jī)和平行不等輥距矯直機(jī)等方面有了很大突破，各種矯直機(jī)的矯直質(zhì)量均有突破。近年來(lái)，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面取得了很大進(jìn)步，在矯直機(jī)械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績(jī)，很多學(xué)者開(kāi)始利用有限元分析和解析的方法來(lái)

19、研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，壓彎量及工件殘余應(yīng)力等都成為了人們的研究對(duì)象。在過(guò)程控制方面，正由人工控制逐漸向計(jì)算機(jī)控制， 由單機(jī)控制向全線計(jì)算機(jī)控制發(fā)展，在矯直機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設(shè)備將逐漸被淘汰或改造?，F(xiàn)在矯直技術(shù)的研究發(fā)展方向是開(kāi)發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動(dòng)化的環(huán)保型矯直設(shè)備。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯直速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)西安重型機(jī)械研究所和太原重型集團(tuán)等企事業(yè)部門(mén)在矯直機(jī)的研究和生產(chǎn)上代表了國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先的水平，在棒材、型材和板材矯直機(jī)的研制上都取得了一定的成績(jī)

20、。 但是，在取得成績(jī)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機(jī)壓上式結(jié)構(gòu)的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。1.2.3 型材矯直機(jī)當(dāng)前研究狀況 在型材矯直方面，國(guó)外學(xué)者重點(diǎn)放在了鋼軌矯直，有代表性的是澳大利亞的G.Schleinzer的鋼軌輥式矯直殘余應(yīng)力的研究一文，通過(guò)建立彈塑性模型，從理論上研究了鋼軌矯直過(guò)程，通過(guò)建立三維有限元模型，全面仿真了矯直時(shí)鋼軌內(nèi)的殘余應(yīng)力變化等， 并結(jié)合試驗(yàn)和己有文獻(xiàn)， 徹底分析了鋼軌內(nèi)應(yīng)力的分布及對(duì)鋼軌性能的影響。文中運(yùn)用子模型仿真， 很值得借鑒。 比較全面的還有美國(guó)的Vamey的 輥式矯直機(jī)理，以鋼軌為例， 全面分析了輥式矯直的

21、過(guò)程， 殘余應(yīng)力的變化等。 俄羅斯學(xué)者 Volego.I.F則是從理論和試驗(yàn)角度，建立了鋼軌矯直的數(shù)學(xué)模型，研究了合理的壓下方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。型材的矯直都是在輥式矯直機(jī)上進(jìn)行的。根據(jù)各個(gè)參數(shù)及矯直工藝等的不同，輥式矯直機(jī)也有多種形式， 最常見(jiàn)的一種就是平行輥矯直機(jī)。 它是反復(fù)彎曲式矯直機(jī)的一種，是連續(xù)性反復(fù)彎曲的矯直設(shè)備。它把間斷的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯(cuò)布置若干個(gè)互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進(jìn)行多次反復(fù)壓彎以達(dá)到矯直目的。這種方式不僅能顯著提高工作效率，而且能獲得很高的矯直質(zhì)量。在輥式型材矯直機(jī)中，由于懸臂式結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)擁有更多的優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的此類(lèi)

22、矯直機(jī)基本上都采用了懸臂式結(jié)構(gòu)。而且在國(guó)外，矯直輥壓上式結(jié)構(gòu)也普遍得以開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，如日本住友公司生產(chǎn)的1200mm7輥式型鋼矯直機(jī)，就是壓上式結(jié)構(gòu)，它采用無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)，可針對(duì)任意斷面尺寸及材質(zhì)的工件而選用合適的矯直速度， 以保證充分利用設(shè)備能力。 還有瑞士的ZDAS公司， 可以生產(chǎn)各種類(lèi)型的矯直機(jī)，在型材矯直機(jī)方面不但可以生產(chǎn)傳統(tǒng)的型材矯直機(jī)，還可以生產(chǎn)變輥距型材矯直機(jī)和變輥位型材矯直機(jī)，而且很多型號(hào)均采用了壓上和懸臂式結(jié)構(gòu)(圖1.1)。其產(chǎn)品系列隨著輥距的變大，矯直速度從1.6m/s到14m/s不等。圖1.1 瑞士ZDAS公司生產(chǎn)的型材矯直機(jī)而在國(guó)內(nèi)由于對(duì)壓上式結(jié)構(gòu)的研究還不是很多，大多仍然

23、采用壓下式結(jié)構(gòu)。1.2.4 矯直技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)綜合近些年國(guó)內(nèi)外的研究，可以看到：在矯直過(guò)程的變形機(jī)理方面向精度定量的方向進(jìn)一步發(fā)展，如：拉力對(duì)矯直的作用，在斜輥矯直機(jī)上壓緊力對(duì)矯直的作用等；在改進(jìn)矯直工藝及改進(jìn)矯直設(shè)備方面，如采用最佳壓下方案，采用恒功率制度，用振動(dòng)矯直代替旋轉(zhuǎn)矯直，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的變輥距矯直是大型矯直機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)；在過(guò)程控制方面，隨著工業(yè)控制水平的不斷提高，矯直機(jī)電氣控制已上了一個(gè)新臺(tái)階，設(shè)備級(jí)控制趨向簡(jiǎn)單化，工廠級(jí)監(jiān)控、相關(guān)設(shè)備間聯(lián)動(dòng)、智能化控制，已是傳動(dòng)及基礎(chǔ)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。型材矯直機(jī)采用壓上式結(jié)構(gòu)將是未來(lái)發(fā)展的方向，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將使機(jī)架上部結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，操作環(huán)境的光線會(huì)

24、更好，在采用吊車(chē)換輥操作的時(shí)候可以避免輥?zhàn)踊虻踯?chē)與機(jī)架上部壓下裝置的磕碰，減少事故的發(fā)生，從另一角度而言，換輥工作將更加方便。 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容及方法根據(jù)型鋼的實(shí)際尺寸和變形情況，根據(jù)矯直的理論公式進(jìn)行型鋼矯直機(jī)的原型開(kāi)發(fā)，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)、力能參數(shù)和工藝參數(shù)并采用solidworks軟件建立實(shí)體模型，并進(jìn)行裝配。其中，機(jī)架由焊接鋼結(jié)構(gòu)的左右兩片式牌坊構(gòu)成；在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)減小輥距的方式消除不均勻矯直力；采用帶有獨(dú)立動(dòng)力的蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)矯直輥的垂直方向位置進(jìn)行調(diào)整；設(shè)計(jì)導(dǎo)入輥和導(dǎo)出輥完成型材的導(dǎo)向；通過(guò)聯(lián)軸器、齒輪箱和萬(wàn)向傳動(dòng)軸對(duì)矯直輥進(jìn)行單獨(dú)傳動(dòng)等設(shè)計(jì)方案完成設(shè)計(jì)任務(wù)。繪制裝配圖、

25、部件圖、零件圖等，對(duì)不合理的地方進(jìn)行二次修改。最后書(shū)寫(xiě)論文闡述設(shè)計(jì)過(guò)程。a) 矯直所需矯直力、軸承受力及矯直力矩，確定輥距等機(jī)體參數(shù)b) 傳動(dòng)功率計(jì)算，電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇c) 矯直過(guò)程的驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)d) 機(jī)架結(jié)構(gòu)、矯直輥的驅(qū)動(dòng)、矯直輥的位置調(diào)整、輥型等各部分設(shè)計(jì)- 50 -東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第2章 矯直原理及矯直機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)第2章 矯直原理及矯直機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)2.1 矯直原理及輥式矯直機(jī)2.1.1 輥式矯直機(jī)工作原理輥式矯直機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種矯直機(jī)。也是矯直技術(shù)發(fā)展最為完善的一種矯直機(jī)。輥式矯直機(jī)可以矯正板帶材和型材。其種類(lèi)繁多，按用途可分為板材和型材兩類(lèi)矯直機(jī)；還可按板厚來(lái)分，可分為厚

26、、中、薄三類(lèi)板材矯直機(jī)；還有按重型和普通型來(lái)區(qū)分板材矯直機(jī)的；用板寬來(lái)編排矯直機(jī)系列也是一種方法。從趨勢(shì)上看以厚度來(lái)區(qū)分板材矯直機(jī)是最基本的方法。 輥式矯直機(jī)屬于連續(xù)性反復(fù)彎曲式矯直機(jī)，是在壓力矯直機(jī)的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來(lái)的，它克服了壓力矯直機(jī)斷續(xù)工作的缺點(diǎn)，使矯直效率成倍提高，使矯直工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線，這在技術(shù)上是一次較大的跨越。其理論基礎(chǔ)就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大差別，在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著減小，甚至?xí)呌谝恢?，從而達(dá)到矯直目的。 圖2.1 平行輥矯直的7種典型輥系在生產(chǎn)實(shí)際中，工件原始曲率的大小和方向均是不相同的，輥式矯直機(jī)的矯直原理就是使工

27、件在矯直輥壓下力的作用下，在同一工作平面內(nèi)通過(guò)交錯(cuò)配置的工作輥進(jìn)行反復(fù)壓彎，工件發(fā)生彈塑性變形，直到殘余曲率逐漸減小為零，工件趨于平直。因此，輥式矯直機(jī)必須具有兩個(gè)基本特征：第一是具有相當(dāng)數(shù)量交錯(cuò)配置的矯直輥，實(shí)現(xiàn)多次反復(fù)彎曲的能力；第二是壓彎量可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。 平行輥矯直機(jī)發(fā)展歷史較長(zhǎng)，輥系結(jié)構(gòu)形式很多，且主要與用途有關(guān)，其次也與矯直質(zhì)量有關(guān)。如圖2.1為平行輥矯直機(jī)的7種典型輥系。輥系a主要用于熱矯厚板、粗矯板材等；輥系b主要用于熱矯板材；輥系c是一種靈活性較大的多用途輥系；輥系d是按線性遞減壓下的板材矯直輥系；輥系e是型材矯直的常用輥系，各上輥單獨(dú)調(diào)整可采用各種壓下

28、方案；輥系f是矯直板材的輥系，帶有支撐背輥。輥式矯直機(jī)有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，輥系的結(jié)構(gòu)也有很多形式，總體來(lái)說(shuō)有七種典型的輥系結(jié)構(gòu)。包括上輥組平行升降的輥系；兩端輥單獨(dú)可調(diào)的輥系；上輥可單項(xiàng)傾斜的輥系；按線性遞減壓下的輥系；各上輥單獨(dú)可調(diào)式的輥系；四重式和六重式輥系。800型鋼矯直機(jī)所一應(yīng)用的輥系類(lèi)型為各上輥單獨(dú)可調(diào)式的輥系，如圖2.2所示。 圖2.2 上輥可調(diào)輥系結(jié)構(gòu)由于H型鋼的斷面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， H型鋼的連續(xù)矯直是采用平式輥矯，彎曲的軋件進(jìn)入矯直機(jī)后，在交錯(cuò)排列的矯直輥外力作用下，彎曲部位產(chǎn)生一定的反彎曲，使該部位產(chǎn)生一定的塑性變形，通過(guò)矯直機(jī)后，H型鋼經(jīng)彈性回復(fù)便達(dá)到平直狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)矯直的目的 如圖

29、2.3所示。圖2.3 矯直輥矯直型鋼示意圖這種輥系的壓下量可單獨(dú)調(diào)整，能精確設(shè)定各矯直輥的壓下量，有利于合理的制定壓下規(guī)程。壓下量可調(diào)式輥系的矯直機(jī)是現(xiàn)代應(yīng)用最為普遍的一種矯直機(jī)，不論是板材還是型材，都能達(dá)到很好的矯直效果。不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調(diào)節(jié)的條件下也能矯直其側(cè)彎曲；不僅能矯直板材的縱向波浪，在增加彎輥措施后，也能矯直其橫向波浪，即矯直其瓢曲。 除這些典型的輥系外，近代學(xué)者還研究出一些新型輥系，包括異輥距輥系，變輥距輥系，雙交錯(cuò)矯直輥系等。這些新型的矯直機(jī)改善了原有矯直機(jī)的設(shè)計(jì)，使矯直質(zhì)量進(jìn)一步提高，為縮短空矯區(qū)和消除斷軸事故提供了有利的解決條件。 隨著矯直技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)輥

30、式矯直機(jī)的要求也越來(lái)越高。新一代的矯直機(jī)一般都采用計(jì)算機(jī)控制，包括控制輥位、設(shè)定壓彎量及矯直的全過(guò)程，這些研究也取得初步的成果，但還有待繼續(xù)研究。本文通過(guò)計(jì)算機(jī)編程合理的計(jì)算輥式矯直機(jī)的壓彎量，為計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制提供依據(jù)。2.1.2 矯直機(jī)的分類(lèi) 矯直機(jī)的種類(lèi)和規(guī)格都很多，分類(lèi)依據(jù)也不少。按照工作原理矯直機(jī)可以分為五大類(lèi)：反復(fù)彎曲式矯直機(jī)、旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)、拉伸矯直機(jī)、拉彎矯直機(jī)和拉坯矯直機(jī)。其中，普通型材輥式矯直機(jī)是指輥距相等，上下兩行交錯(cuò)排列輥軸且平行的型材矯直機(jī)，可以矯直大多數(shù)的型材，如工字材、槽型材、角材、方材、鋼軌等。但是由于型材的多樣性，矯直機(jī)的適用范圍很有限。按照機(jī)架結(jié)構(gòu)可以分

31、為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)和懸臂結(jié)構(gòu)，由于懸臂結(jié)構(gòu)換輥方便，操作調(diào)整靈活，加上如今軸承的承受載荷能力大大提高，現(xiàn)在的矯直機(jī)基本都使用懸臂結(jié)構(gòu)。異輥距型材矯直機(jī)是指其輥距不相等，而且不相等的形式也很多，如輥距遞減式、先增后減式、先減后增式等。根據(jù)形式的不同，其優(yōu)點(diǎn)也有所不同，如矯直力更均衡、減少空矯區(qū)長(zhǎng)度、有利于壓彎量的實(shí)現(xiàn)等等。圖2.3 反復(fù)彎曲式矯直機(jī)分類(lèi)壓力矯直機(jī)是最簡(jiǎn)單的矯直設(shè)備，它工作時(shí)將工件支承在工作臺(tái)的兩個(gè)活動(dòng)支點(diǎn)間，用壓頭對(duì)準(zhǔn)最彎部位進(jìn)行反向壓彎，當(dāng)壓彎量與工件彈復(fù)量相等時(shí)，壓頭撤回后工件的彎曲部位變直。變輥距型材矯直機(jī)的輥距可以適當(dāng)調(diào)整以擴(kuò)大矯直范圍。像工字鋼這樣的大斷面型材，在矯直時(shí)需要較大

32、輥距的矯直機(jī)才能完成其矯直任務(wù)，而這類(lèi)產(chǎn)品的規(guī)格多，產(chǎn)量小，因此就要考慮一臺(tái)機(jī)器可以盡量矯直更多不同斷面大小的型材，也就是其矯直范圍要擴(kuò)大，變輥距型材矯直機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)這樣的功能。較大的輥距有利于較大規(guī)格，強(qiáng)度較高，原始曲率梯度小的型鋼矯直；較小的輥距有利于較小規(guī)格，強(qiáng)度較低，原始曲率梯度大的型鋼矯直 變輥位型材矯直機(jī)是一種新型的型材矯直機(jī)，它是以變輥位的方式代替變輥距的矯直方式來(lái)達(dá)到擴(kuò)大矯直范圍的目的。除了這些矯直機(jī)還有很多種類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)和矯直原理也都不盡相同，如矯直圓材的2斜輥矯直機(jī)、拉伸彎曲矯直機(jī)等等。2.1.3 壓下方案的分析 矯直機(jī)的壓下規(guī)程是保證生產(chǎn)質(zhì)量的依據(jù)。合理的壓下規(guī)程可以提高

33、矯直質(zhì)量和矯直精度，降低設(shè)備能耗，延長(zhǎng)設(shè)備的壽命。為保證獲得在公差允許范圍內(nèi)的平直工件，根據(jù)工件的規(guī)格、材質(zhì)、原始彎曲及翹曲程度的不同，要制定不同的壓下規(guī)程。 輥式矯直機(jī)廣泛應(yīng)用于矯直各種規(guī)格、各種材質(zhì)的金屬條材,在一條機(jī)列中往往置于主機(jī)之前作粗矯直及喂料用。工件連續(xù)通過(guò)交錯(cuò)排列且轉(zhuǎn)動(dòng)著輥?zhàn)?得到多次反復(fù)反向的彎曲,如果輥?zhàn)拥膲合铝空{(diào)整適當(dāng),可使工件不同原始曲率迅速變?yōu)榫坏那?逐漸將工件矯平。 目前壓下規(guī)程制定的方法主要有經(jīng)驗(yàn)法和理論法，經(jīng)驗(yàn)法是依靠工人的經(jīng)驗(yàn)并用試調(diào)的辦法來(lái)調(diào)整各輥的壓下量，這種調(diào)整方法效率低，矯直質(zhì)量差，浪費(fèi)大，矯直達(dá)不到理想的效果。隨著自動(dòng)化的發(fā)展應(yīng)用,理論法受到人們

34、的重視。理論法是根據(jù)矯直原理通過(guò)計(jì)算得出各個(gè)輥?zhàn)拥膹澢鷵隙?，從而算出可調(diào)輥的壓彎量來(lái)制定壓下規(guī)程。隨著矯直機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展,理論法是大有前途,因?yàn)樗蓪⒔?jīng)驗(yàn)法的思想融入到理論法中來(lái)。 矯直機(jī)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(jì)效益。矯直機(jī)壓彎量的計(jì)算是生產(chǎn)實(shí)踐中制定矯直規(guī)程的依據(jù),本文就采用矯直原理的理論方法計(jì)算矯直機(jī)的壓彎量，并編程實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同材質(zhì)的條材壓彎參數(shù)的計(jì)算，根據(jù)壓彎量制定合理的壓下規(guī)程，保證矯直質(zhì)量好，效率高，而且能耗最小。 在輥式矯直機(jī)上，按照每個(gè)輥?zhàn)邮构ぜa(chǎn)生的變形程度不同，主要可以分成兩種矯直方案

35、。 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(jī)上排工作輥可以單獨(dú)調(diào)整，每個(gè)輥?zhàn)硬捎玫膲簭澚壳『媚芡耆C正前面相鄰輥?zhàn)犹幍淖畲髿堄嗲剩箽堄嗲手饾u減小的矯直方案。條材經(jīng)過(guò)反復(fù)彎曲和彈復(fù)，最大原始曲率的部分被矯直，原來(lái)平直的部分被壓彎，形成新的最大彎曲，如此反復(fù)，直到條材被矯直。采用這個(gè)方案各輥的壓下量相對(duì)較小，所以消耗的功率小，但是原始曲率消除緩慢，要達(dá)到既定的矯直質(zhì)量就必須增加矯直輥的數(shù)量，從而導(dǎo)致矯直機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)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(gè)輥?zhàn)由喜捎煤艽蟮姆磸澢?，使工件的各部分彎曲變形總曲率均達(dá)到很大的

36、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(gè)輥?zhàn)硬捎眯∽冃纬C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?zhàn)荧@得較好的矯直質(zhì)量。但是過(guò)分增加工件的變形程度會(huì)使對(duì)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(yīng)力，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)加大矯直機(jī)的能量消耗。2.2 矯直方案的選擇與力能參數(shù)計(jì)算2.2.1 輥距通常輥距與輥徑的結(jié)構(gòu)關(guān)系用下式表示 （2.1）本設(shè)計(jì)輥?zhàn)訅簭澚靠梢詥为?dú)調(diào)節(jié)，取1.11，所以D=800/1.11=720mm。2.2.2 輥長(zhǎng)輥?zhàn)娱L(zhǎng)度主要決定于工件寬度及孔型線數(shù)。其次要考慮輥?zhàn)觾啥思翱仔烷g的結(jié)構(gòu)余量。因此型鋼矯直輥輥身長(zhǎng)為 （2.

37、2）n: 孔型線數(shù)，取1。: 工件的最大寬度，36c#工字鋼為140mm。a: 輥端的結(jié)構(gòu)余量，a=(0.20.6) ，=0.4*140=56，取a為56mm。2.2.3 矯直方案的選擇彎曲程度并不相同的金屬材料經(jīng)過(guò)矯直輥的多次反復(fù)彎曲，在較大彈塑性彎曲條件下，彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著的減少，所以在矯直機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)就要盡量消除各輥處的殘留撓度差(曲率差)，進(jìn)而達(dá)到矯直的目的。 減少或消除殘留曲率差的方法基本有三種：小變形矯直法(逐步矯直法)、線性遞減矯直法以及大變形矯直法(大壓彎小殘差矯直法)，本設(shè)計(jì)將采用大變形矯直方案，對(duì)工字鋼進(jìn)行立放矯直。2.2.4 基本參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)用于矯直型鋼，8

38、00輥距矯直機(jī)可矯最大的工字鋼牌號(hào)為36c#，故將以36c#工字鋼為例進(jìn)行如下的一系列計(jì)算。工字鋼截面示意圖及各參數(shù)含義如下圖（圖2.4）所示。圖2.4 工字鋼截面示意圖參數(shù)36c#型鋼的基本參數(shù)如下表所示（GB/T 706-1988）：表2.1 36c#型鋼的基本參數(shù)表型號(hào)h/mmb/mmd/mmt/mmr/mmr1/mm36c36014014.015.812.06.0為了便于分析，工字鋼可看做H型鋼，簡(jiǎn)化為下圖（圖2.5）的結(jié)構(gòu)模型：圖2.5 工字鋼結(jié)構(gòu)化簡(jiǎn)模型圖設(shè), 為腹板高。36c#型鋼的翼板厚度系數(shù)和模板厚度系數(shù)計(jì)算如下:翼板厚度系數(shù)： （2.3）腹板厚度系數(shù)： （2.4）斷面的彈性

39、極限彎矩為： （2.5）根據(jù)大變形矯直方案，可以確定九輥矯直機(jī)對(duì)工字鋼進(jìn)行七次矯直的彎矩比分別為：1.8，1.75，1.7，1.65，1.6，1.55，1.5 ，即：2.2.5 力能參數(shù)計(jì)算：矯直機(jī)的力能參數(shù)包括矯直力、矯直彎矩、工作轉(zhuǎn)矩及驅(qū)動(dòng)功率。九輥型鋼矯直機(jī)的力學(xué)模型如下圖所示：2.2.5.1 矯直力與矯直彎矩由彎矩比的定義： （2.6）可算出七次矯直的彎矩根據(jù)連續(xù)梁的三彎矩方程，可以寫(xiě)出矯直力的表達(dá)式，任意第i輥的矯直力為: （2.7）其中p為輥距，若把理解為彈性極限彎曲時(shí)的支點(diǎn)力，并用表示，即： （2.8）則上式（2.7）變?yōu)椋?（2.9）各輥矯直力在等輥距矯直機(jī)上可寫(xiě)為矩陣形式：

40、（2.10）各輥矯直力絕對(duì)值之和為： （2.11）2.2.5.2 軸承壓力軸承承載了矯直輥所受的矯直力。由于機(jī)架與輥軸的結(jié)構(gòu)不同，軸承壓力的計(jì)算方法也不同。而機(jī)架結(jié)構(gòu)基本有兩種：一種為簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)，另一種是懸臂式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外比較常用的懸臂式結(jié)構(gòu)，如下圖（圖2.6）所示：圖2.6 懸臂式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由力矩平衡關(guān)系，其中為單個(gè)矯直輥所承受的最大的矯直力，根據(jù)初步設(shè)計(jì)，式中a=600mm，b=1500mm。由此可得： （2.12）由力矩平衡關(guān)系，可得： （2.13）軸承受力總和為： （2.13）2.2.5.3 矯直輥轉(zhuǎn)矩a.矯直變形能計(jì)算金屬條材受外力作用產(chǎn)生彎曲時(shí)，外力所做功的一部分用于彈

41、性變形，另一部分用于塑性變形，還有一小部分變成熱量(用于分子間摩擦)而散失。彎曲功的絕大部分用于變形，故這里要討論的主要內(nèi)容就是變形所需之能量。矯直中的變形屬于彈塑性變形，變形的初始階段都是彈性變形；然后進(jìn)入到彈塑性變形階段，其彈性變形與塑性變形混在一起。彈性變形是一種蓄能變形，它決定金屬的彈復(fù)能力；塑性變形是永久變形，它決定耗能的多少。其變形能是消耗性能量，是不可逆的，它所需的外力作功要由機(jī)器負(fù)擔(dān)。而彈性變形是一種蓄能變形，其變形能是可逆的，可以等價(jià)反饋的能量，它不消耗機(jī)器功率。因此，必須把混在一起的變形分離成彈性與塑性兩種變形才能進(jìn)行耗能計(jì)算和彈復(fù)量的計(jì)算。圖2.7 立放工字鋼彎曲彈復(fù)后的

42、應(yīng)力應(yīng)變圖圖2.7表示了立放工字鋼彎曲彈復(fù)后的應(yīng)力應(yīng)變圖，假設(shè)塑性變形已經(jīng)深入到腹板，由圖示幾何關(guān)系，有： （2.14）則距中性層z出的應(yīng)變?yōu)椋?（2.15）同理有： （2.16）則距中性層z處的應(yīng)力為： （2.17）彈性變形是兩個(gè)梯形區(qū)域代表各纖維的彈性變形總和，用應(yīng)力與線位移乘積表示能量，則有全斷面的彈性變形能： （2.18）將、及帶入上式（2.18）得：其中=0.9122，=0.8*=0.8*0.9122=0.7298， =2.06105Mpa，=,360mm，b=140mm，=h*=360*0.7298=262.728mm塑形變形能可由下式來(lái)計(jì)算： （2.19）將代入上式積分整理得：代

43、入數(shù)據(jù)算得 總彎曲變形能為：彈復(fù)變形能為： （2.20）矯直機(jī)在矯直型鋼時(shí)，彈復(fù)的絕大部分能量將釋放反饋給矯直機(jī)，幫助機(jī)器運(yùn)行。因此機(jī)械用于矯直變形的能量基本可以寫(xiě)成為： （2.21）第i輥的矯直變形能為： （2.22）b.克服摩擦阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩 矯直輥在矯直力作用下收到各種阻力，矯直輥產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要能夠克服軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動(dòng)摩擦阻力及工件變形阻力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。對(duì)于懸臂式結(jié)構(gòu)克服摩擦阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為： （2.23）：工件與輥面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，型材取=0.001：軸承摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取0.01da為工作側(cè)軸頸直徑，為驅(qū)動(dòng)側(cè)軸頸直徑。根據(jù)初步設(shè)計(jì)，分別取=320mm，=200mm。

44、c.克服工件塑性變形的矯直輥轉(zhuǎn)矩工件彎曲過(guò)程中純塑性變形及殘余變形都消耗動(dòng)力，設(shè)這兩種變形所需轉(zhuǎn)距為，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)角后所消耗的能量為，此時(shí)工件所走過(guò)的長(zhǎng)度為R ，其中R為輥?zhàn)影霃剑?設(shè)工件單位長(zhǎng)度所需的矯直變形能為，寫(xiě)成能量關(guān)系式： （2.24） （2.25）若第i輥處的轉(zhuǎn)矩為，矯直變形能為，則克服工件塑性變形阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為: （2.26）矯直輥的總轉(zhuǎn)矩為: （2.27）（4）驅(qū)動(dòng)功率當(dāng)以確定矯直速度v，矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為時(shí)，矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為： （2.28）：當(dāng)采用電動(dòng)機(jī)-減速器-萬(wàn)向軸傳動(dòng)時(shí)，取0.8。: 取60m/min。2.2.6 軸承的選取與校核矯直輥在工作過(guò)程中主要受徑向載荷，軸

45、向載荷與之相比幾乎可以忽略不計(jì)，而且矯直機(jī)外形尺寸較大，前后立箱相隔較遠(yuǎn)導(dǎo)致安裝對(duì)中性差，當(dāng)輥軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受力而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。為保證正常工作，通常選用有一定調(diào)心性能的調(diào)心滾子軸承。圖2.8為調(diào)心滾子軸承示意圖。圖2.8 調(diào)心滾子軸承根據(jù)機(jī)械的類(lèi)型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個(gè)適當(dāng)?shù)氖褂脡勖橄卤?，矯直機(jī)軸承預(yù)期壽命=20000h。條件：軸承預(yù)期壽命=20000h，工作環(huán)境清潔，載荷平穩(wěn)，工作溫度低于120度。矯直速度為60m/min，因此軸承轉(zhuǎn)速n=60/(0.72*)=26.5r/min，需按基

46、本額定動(dòng)載荷值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。對(duì)于調(diào)心滾子軸承，當(dāng)量動(dòng)載荷為徑向載荷:對(duì)于軸頸為da處的軸承，設(shè)計(jì)基本額定動(dòng)載荷為： (2.29)式中， 基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N。 P 當(dāng)量動(dòng)載荷，N。 溫度因數(shù)， 在低于120的條件下工作時(shí)，取ft=1。 n 軸承轉(zhuǎn)速，r/min。根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選取型號(hào)為23064的調(diào)心滾子軸承，在處放置兩個(gè)，同時(shí)可得軸頸=320mm。其基本參數(shù)如下：基本尺寸/mm|d: 320基本尺寸/mm| D: 480基本尺寸/mm|B: 121基本額定載荷/kN|: 1380基本額定載荷/kN|: 3260軸承代號(hào)|圓柱孔: 2306

47、4驗(yàn)算此型號(hào)軸承的靜強(qiáng)度，與計(jì)算基本額定動(dòng)載荷時(shí)同理，當(dāng)量靜載荷為徑向載荷，即：對(duì)于軸頸為da處的軸承，。設(shè)計(jì)基本額定靜載荷為： （2.30）式中， 基本額定靜載荷計(jì)算值，N。 當(dāng)量靜載荷，N。 安全因數(shù)，對(duì)于調(diào)心滾子軸承，取=3。帶入數(shù)據(jù)得:因此，da處軸承靜強(qiáng)度合格，所選型號(hào)23064能滿足使用要求 。對(duì)于軸頸為處的軸承，=1576KN，設(shè)計(jì)基本額定動(dòng)載荷為：根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選取型號(hào)為23140的調(diào)心滾子軸承，在處放置一個(gè)，同時(shí)可得軸頸:=200mm?；境叽?mm|d: 200基本尺寸/mm| D: 340基本尺寸/mm|B: 112基本額定載荷/kN|: 910基本額

48、定載荷/kN|: 2010軸承代號(hào)|圓柱孔: 23140驗(yàn)算此型號(hào)軸承的靜強(qiáng)度，與計(jì)算基本額定動(dòng)載荷時(shí)同理，當(dāng)量靜載荷為徑向載荷，即：對(duì)于軸頸為da處的軸承，。設(shè)計(jì)基本額定靜載荷為：式中， 基本額定靜載荷計(jì)算值，N。 當(dāng)量靜載荷，N。 安全因數(shù)，對(duì)于調(diào)心滾子軸承，取=3。帶入數(shù)據(jù)得:因此，da處軸承靜強(qiáng)度合格，所選型號(hào)23140能滿足使用要求 。2.3 上、下輥系軸的校核輥軸是矯直機(jī)的重要部件，不僅承受矯直力及軸承支點(diǎn)力產(chǎn)生的彎矩作用，而且傳遞矯直動(dòng)力，承受扭矩。由于矯直機(jī)外形尺寸較大，前后立箱距離較大，會(huì)使輥軸產(chǎn)生一定的撓度彎曲。輥軸上零件較多，軸的結(jié)構(gòu)加工處承受交變的力，會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)

49、生一定影響。因此總的看來(lái)，對(duì)于輥軸應(yīng)該進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算。鑒于篇幅，只在這里進(jìn)行其中最重要的對(duì)第3輥的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)軸的工作條件并考慮到制造工藝等因素，應(yīng)選擇具有高的強(qiáng)度及剛度、并對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低、材料來(lái)源廣泛及經(jīng)濟(jì)低廉的軸，故對(duì)輥端軸選取45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，通過(guò)查閱手冊(cè)，可得其相關(guān)力學(xué)性能為：=600MPa，=355MPa， =55MPa當(dāng)作用于軸上載荷的大小及位置已確定，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也已基本確定時(shí)，可按彎扭合成法進(jìn)行計(jì)算，一般轉(zhuǎn)軸用這種方法，偏于安全。計(jì)算步驟如下。（1）畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖，分析后畫(huà)出受力圖、彎矩圖、扭矩圖，如下所示。圖

50、2.9 輥軸受力示意簡(jiǎn)圖圖2.10 輥軸受力圖圖2.11 輥軸彎矩圖圖2.12 輥軸扭矩圖 其中扭矩可按前面力能參數(shù)計(jì)算部分矯直輥轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式計(jì)算。第三個(gè)輥的力，克服摩擦阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為： （2.31），克服工件塑性變形阻力的矯直輥轉(zhuǎn)矩為： （2.32）矯直輥總轉(zhuǎn)矩為：（2）確定危險(xiǎn)截面。由上面的分析及圖像可見(jiàn)，1截面軸頸最小且開(kāi)了一個(gè)鍵槽，2截面受彎矩最大，因此1截面和2截面是危險(xiǎn)截面，需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 對(duì)于1截面，危險(xiǎn)截面上彎矩M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為： （2.33） ，轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為：對(duì)于一般鋼制的軸，危險(xiǎn)截面上的計(jì)算應(yīng)力可按第三強(qiáng)度理論計(jì)算： （2.34）因此1截面安全，滿足強(qiáng)

51、度要求。對(duì)于2截面，其軸頸為：危險(xiǎn)截面上彎矩M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為：轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力為： (2.35)對(duì)于一般鋼制的軸，危險(xiǎn)截面上的計(jì)算應(yīng)力可按第三強(qiáng)度理論計(jì)算： (2.36)因此2截面安全，滿足強(qiáng)度要求。綜上所述，輥軸設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合要求，滿足使用條件。2.4 技術(shù)參數(shù)根據(jù)以上計(jì)算和結(jié)合實(shí)際情況，將800輥距型鋼矯直機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)如下表：表2.2 整機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)序號(hào)參數(shù)項(xiàng)代號(hào)數(shù)值單位1輥距T800mm2輥數(shù)N9個(gè)3輥寬B320mm4平均輥頸D720mm5減速器傳動(dòng)比I166矯直速度1m/s7壓下調(diào)整速度3.125mm/s8壓（上）下調(diào)節(jié)量+240(-70)mm/s9軸向調(diào)節(jié)量20mm表2.3 上輥

52、的參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)代號(hào)數(shù)值單位軸向調(diào)整量20mm傳動(dòng)比I99電機(jī)轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)量0.909mm/r軸向調(diào)整速度0.1438mm/s電機(jī)型號(hào)Y-112功率2.2kw轉(zhuǎn)數(shù)940r/min表2.4 下輥的參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)代號(hào)數(shù)值單位軸向調(diào)整量20mm傳動(dòng)比I99電機(jī)轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)量0.909mm/r軸向調(diào)整速度0.1438mm/s電機(jī)型號(hào)Y-112功率2.2kw轉(zhuǎn)數(shù)940r/min東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第3章 矯直機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第3章 矯直機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 型鋼軋件進(jìn)入矯直機(jī)后 ,通過(guò)對(duì)每個(gè)矯直輥進(jìn)行不同的軸向和垂直位置的調(diào)整 ,從而達(dá)到對(duì)軋件施加一定壓力的作用。在軋件通過(guò)矯直機(jī)的過(guò)程中 ,每個(gè)矯直輥都起

53、到一定的作用 ,在軋件通過(guò)矯直機(jī)后即完成了整個(gè)矯直過(guò)程。為了增加上輥的穩(wěn)定性以保證高質(zhì)量矯直水平的實(shí)現(xiàn)，上輥系的前后軸承座分別裝在前后壓下絲杠上。前后壓下絲杠分別是前后壓下機(jī)構(gòu)的動(dòng)作執(zhí)行部件。同一組的前后壓下絲杠梁由同一個(gè)電機(jī) 控制，實(shí)現(xiàn)了前后壓下的同步進(jìn)行。壓下機(jī)構(gòu)可由電機(jī)或手輪驅(qū)動(dòng)，保證自動(dòng)和手動(dòng)相互結(jié)合。該矯直機(jī)主要有上輥壓下驅(qū)動(dòng)裝置、下輥驅(qū)動(dòng)裝置、上下輥前后調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置及矯直機(jī)機(jī)架主體三個(gè)大部分組成。其矯直機(jī)主體結(jié)構(gòu)如圖2.3 所示。 圖 3.1 800材矯直機(jī)主體結(jié)構(gòu)示意圖1.上輥系前壓下絲杠 2.上輥系后壓下絲杠 3.上輥系后壓下絲杠 4.壓下傳動(dòng) 5.上輥系調(diào)整 6.下輥系調(diào)整

54、7.機(jī)架 8.底座機(jī)架，800型鋼矯直機(jī)結(jié)構(gòu)為懸臂式機(jī)架結(jié)構(gòu)。由鋼結(jié)構(gòu)的前后兩片箱式焊接件構(gòu)成，換輥時(shí)，只需卸下緊固圓螺母，無(wú)需其他操作。矯直輥裝配，該矯直機(jī)具有9個(gè)水平布置的矯直輥，每個(gè)輥系都是單獨(dú)傳動(dòng)的，上部5個(gè)矯直輥垂直可調(diào)，矯直輥軸為兩點(diǎn)支撐，矯直輥筒在兩個(gè)緊固圓螺母的預(yù)緊力下鎖緊，能夠承受矯直徑向力，矯直輥軸承用的是兩列圓柱滾子軸承，用兩只推理球承來(lái)承受軸向載荷矯直輥的驅(qū)動(dòng)，是電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、齒輪箱和萬(wàn)向傳動(dòng)軸對(duì)矯直輥進(jìn)行單獨(dú)傳動(dòng)。上輥系前端壓下如圖3.2所示。圖3.2 上輥系前端壓下示意圖1.球面墊2.定位套3.半卡環(huán)4.前壓下絲杠5.前壓下螺母6.單向推力球軸承7.調(diào)整墊8.鍵9

55、.平衡套10.彈簧導(dǎo)桿11.下彈簧座12.衡彈簧13.平衡螺母14.上彈簧座15.調(diào)整螺桿上輥系后端壓下如圖3.3所示。圖3.3 上輥系后端壓下示意圖1.內(nèi)六角圓柱頭螺釘2.后壓下絲杠3.密封墊4.端蓋5.ZG1/4堵6.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 7.內(nèi)六角圓柱頭螺釘8.旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈9.后壓下螺母10.襯環(huán)11.擋油環(huán)12.蝸輪13.圓螺母14.圓螺母止動(dòng)墊圈在矯直機(jī)工作的過(guò)程當(dāng)中，被矯直的型鋼軋件在進(jìn)入矯直機(jī)時(shí)，必須滿足要如條件。為此，矯直機(jī)必須具備輥系上下調(diào)整的功能，在調(diào)整過(guò)程中，又必須保證前后輥的調(diào)節(jié)的一致性，為此，前后壓下的動(dòng)作一致性是必要的。本矯直機(jī)前后壓下部分采用一個(gè)電機(jī)為一對(duì)輥系的動(dòng)

56、力源。通過(guò)齒輪減速傳動(dòng)，和萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)等常見(jiàn)零部件，將動(dòng)力傳至后下壓機(jī)構(gòu)，使得統(tǒng)一性得以保證。上輥系壓下傳動(dòng)如圖3.4所示。圖3.4 上輥系壓下傳動(dòng)示意圖1.圓錐滾子軸承2.悶蓋3.大齒輪4.調(diào)整套5.鍵6.前蝸桿7.軸8.密封套9.單列圓錐滾子軸承10.氈圈油封11.單列圓錐滾子軸承12.鍵13.柱銷(xiāo)聯(lián)軸器14.有伸縮焊接式萬(wàn)向聯(lián)軸器15.彈簧墊圈16.六角頭鉸制孔用螺栓17.六角螺母18.聯(lián)接盤(pán)19.鍵20.透蓋21.密封墊22.內(nèi)六角圓柱頭螺釘23.接頭式壓注油杯 4.接頭式壓注油杯矯直輥系的軸向調(diào)整如圖3.5所示。圖3.5 下輥軸后端向調(diào)整機(jī)構(gòu)示意圖1.導(dǎo)向平鍵,2.內(nèi)六角螺釘,3.標(biāo)準(zhǔn)

57、型彈簧墊圈 ,4.六角頭螺栓,5.油封壓蓋,6.推力球軸承7.蝸輪箱蓋8.密封墊a9.雙頭螺栓10.螺母11.彈簧墊圈12.推桿13.蝸輪箱體14.圓螺母15.止動(dòng)墊圈16.內(nèi)六角螺釘17.墊18.雙列向心球面滾子軸承19.隔環(huán)20.隔套21.雙向推力球軸承22.軸套23.壓蓋24.密封墊25.氈圈26.螺釘27.鍵28.密封墊b 29.蝸輪矯直輥的垂直調(diào)整，垂直調(diào)整裝置是為了使被矯直的型鋼在上下方向上產(chǎn)生彎曲，而使矯直輥產(chǎn)生升降位移的裝置，該矯直機(jī)中，是上矯直軸垂直調(diào)整，其依靠電機(jī)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)調(diào)整，在負(fù)荷條件下可調(diào)，每對(duì)壓下都是有同一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證同步性。下棍及輥?zhàn)b在機(jī)機(jī)架的軸承座中，上、下輥的前后位置都可以采用電機(jī)調(diào)節(jié)，和手動(dòng)微調(diào)。前后調(diào)節(jié)的過(guò)程中， 主要靠蝸輪蝸桿傳動(dòng)，通過(guò)推桿推動(dòng)軸承套筒，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)動(dòng)作。同時(shí)依靠其自鎖實(shí)現(xiàn)調(diào)整后的位置控制。該型鋼矯直機(jī)矯直工作時(shí)采用下輥驅(qū)動(dòng)，上輥從動(dòng)。矯直輥的前端調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖3.6所示。圖3.6 下輥軸前端向調(diào)整機(jī)構(gòu)示意圖1.圓螺母 2.止動(dòng)墊圈 3.調(diào)心滾子軸承4.軸間墊圈5.前壓蓋6.密封墊c 7.內(nèi)六角螺釘8.U型無(wú)骨架油封9.下矯直輥10.鍵11.內(nèi)六角螺釘12.園螺母13.六角頭螺栓14.螺栓15.擋圈16.輕型彈簧墊圈17.六角頭螺栓18.油封壓蓋19.