关于矫直机的设计与实现的毕业论文

摘要矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。轧制出的钢材常出现弧形弯曲、纵向和横向弯曲、瓢曲等缺陷,为此轧后钢材必须经过矫正。本设计方案以太重集团生产的几种矫直机为参照，结合本案设计要求，设计了九辊矫直机。本方案以弹塑性弯曲变形理论为设计依据。主要包括以下内容矫直机类型，矫直原理，矫直机结构的确定，矫直机基本力能参数计算、力能参数计算、电动机功率计算、工作辊和支撑辊的结构设计与校核、压下机构的设计计算及校核。关键词矫直机；工作辊；支承辊；压下机构ABSTRACTSTRAIGHTENINGMACHINEISAEQUIPMENT,WHICHSTRAIGHTENMETALBAR,PIPEWORKPIECE,WIREANDSOONAFTERROLLING,THEREAREARCHBENDING,VERTICALANDHORIZONTALBENDING,PROTUBERANCEINSTEELSTRIPSOITMUSTBESTRAIGHTENEDICONSULTEDSTRAIGHTENINGMACHINEOFTAIZHONGGROUP,COMBININGWITHTHEDESIGNREQUIREMENTSOFTHEPROGRAM,THENDESIGNEDTHENINEROLLERSTRAIGHTENINGMACHINETHEPROJECTISBASEDONTHETHEORYOFELASTOPLASTICBENDINGITINCLUDESTHEFOLLOWINGTHETYPEOFSTRAIGHTENINGMACHINE,THETHEORYOFSTRAIGHTENINGMACHINEANDTHESTRUCTUREOFSTRAIGHTENINGMACHINE,THECALCULATIONOFSTRAIGHTENINGMACHINESBASICPARAMETERS,THESTRUCTURALDESIGNANDTHECHECKINGOFTHEWORKROLLANDBACKUPROLL,THESTRUCTURALDESIGNANDCHECKINGOFSCREWDOWNKEYWORDSSTRAIGHTENINGMACHINEWORKROLLBACKUPROLLSCREWDOWN目录摘要IABSTRACTII目录III一、前言111课题研究的意义及现状112论文主要研究内容3二、方案确定421矫直机类型422矫直原理623矫直机结构8三、设计计算1731矫直机基本参数的确定1732辊式矫直机的力能参数确定19展望35参考文献36致谢37附件138附件246一、前言11课题研究的意义及现状在板带材的轧制生产中，由于轧件温度不均，变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响，致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。为此轧后钢材必须经过矫正，以达到国家规定的质量标准，满足用户的使用要求。为此我们参照以往的矫直机设计资料，结合当前最新的矫直机设计技术设计了该型矫直机。本设计方案以实用化、坚固耐用为根本设计思想，兼顾经济性。矫直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，矫直技术也要跟上时代。首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制，使矫直技术走上现代化的道路，不断丰富金属矫直学的内容。矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决，但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式。矫直技术历史悠久，但其产生时间并未有确切的时间记载。但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高的水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵，都要求用矫直技术来完成成品的制造。手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等。对大型工件的手工矫直常借助高温加热进行。古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫往必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破天机之功。现代矫直机的快速发展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的。到19世纪30年代，冶铁技术发展起来，钢产量迅速成倍的增长。到19世纪末期时，钢产量增加了50多倍。钢材产量占钢产量的比重也明显增加。这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。到1914年英国发明了212型五辊式矫直机，解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度。20世纪20年代，日本已能制造多辊矫直机。20世纪30年代中期，发明了222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量。20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿公司研制成功313七辊式矫直机。20世纪30到40年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速发展，而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业。新中国成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫直机。20世纪50年代，苏联的矫直机大量的进入到中国，同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。20世纪70年代，我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果，同时也引进许多先进的矫直设备。如英国的布朗克斯矫直机；德国的凯瑟琳、德马克连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等。与此同时，我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从20世纪50年代起提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式到80年代提出的等曲率反弯辊形计算法。此外，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机械厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作。进入90年代之后，我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省级部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。如已经研制成功的双向反弯辊形2辊矫直机、复合转毂式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等。12论文主要研究内容本矫直机的主要技术参数为矫直材料Q235，钢板厚度H416MM，最大板宽B2100MM；矫直温度400600；矫直速度0515M/S；矫直辊辊距280MM；辊径250MM；辊身长2350MM，5个上辊，4个下辊；支承辊辊径280MM、辊身长900MM、3个上辊、4个下辊；最大开度140MM；压下装置采用一台55KW、1455R/MIN的交流电机驱动；主电机一台、200KW、980R/MIN、交流。根据设计要求，在本方案中，设计计算了矫直机的基本力能参数，如辊距，辊径等；工作辊的结构与装配方案，并对其进行了校核；支承辊的机构与装配方案，并对其进行校核；压下系统的结构设计。二、方案确定21矫直机类型211压力矫直机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫直。这种矫直机用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径（大于200300毫米）钢管或用作辊式矫直机的补充矫直。压力矫直机的主要缺点是生产率低且操作较繁重。压力矫直机有立式（图21A）和卧式（图21B）两种。212拉伸矫直机拉伸矫直机也称张力矫直机，主要用于矫直厚度小于06毫米的薄钢板和有色金属板材。通常，辊式板带材矫直机只能有效的矫直轧件的横向或纵向弯曲（即二元形状缺陷）。至于板带材的中间瓢曲和边缘浪形（三元形状缺陷）则是由于板材沿长度的方向各纤维变形量不等造成的。为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。在普通辊式矫直机上虽然能使这种缺陷有所改善，但矫直效果不理想。这时需要采用拉伸矫直方法。拉伸矫直的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫直。图21J是矫直单张板材的钳式拉伸矫直机。这种设备生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗太大。图21K是张力平整组。他能对成卷带材进行粗矫，也能改善轧件的机械性能。图21L是连续拉伸机组。它由两个张力辊组成。拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生。这种矫直机主要用于有色金属。图21M是带有张力的辊式矫直机组。这种结构用于连续矫直高强度薄带材。但因辊式矫直机的工作辊很难单独调整，同时，在张力作用下，工作辊容易窜动，因而影响了矫直质量。目前，这种结构的矫直机已被拉伸弯曲矫直机取代。213拉弯矫直机曲的基本原理是当带材在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，使带材产生弹塑性延伸，从而较平。这种矫直机组一般用在连续作业线上，可以矫直各种金属带材（包括高强度极薄钢板）。拉伸弯曲机组也可在酸洗机组上进行机械破鳞，以提高酸洗速度。图21矫直机的基本类型214管材、棒材矫直机管、棒材矫直的原理也是利用多次反复弯曲轧件，是轧件矫直。图21G是斜辊式矫直机。这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状。两排工作辊轴线相互交叉。管棒材在矫直时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状。图21H是“313”型辊式矫直机。这种矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫直管棒材时，效果很好。图21I是偏心轴式矫直机用来矫直薄壁管。215辊式矫直机在辊式矫直机上轧件多次反复弯曲而得到矫直。辊式矫直机生产率高而且容易实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛应用。辊式矫直机的类型很多，在图21中图CH列出了几种主要的类型。图21C是上排每个工作辊可单独调整的辊式矫直机。这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫直机。图21D是整排上工作辊平行调整的矫直机。通常，出入口的两个上工作辊（也称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫直质量。这种矫直机广泛用来矫直412MM以上的中厚板。图21E是整排上工作辊可以倾斜调整的矫直机。这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫直时的变形特点。它广泛用于矫直4毫米以下的薄板。图21F是上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫直机。这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫直薄板。22矫直原理若轧件具有单值曲率的圆弧，则用三个辊子使其反弯至曲率为，且连续通过，01R1即可完全矫直。但实际情况中，轧件的原始曲率沿长度方向往往是变化的，不仅是多值的，而且弯曲方向也不同，所以仅用三个辊子的矫直方法是不行的。为了保证矫直质量，必须增加矫直辊的数量。辊式矫直机一般至少要五个工作辊。本设计方案采用的是上下辊平行排列的矫直方案，即上排辊相对下排辊平行排列，集体升降，矫直时所有上排辊子的压下量相同，除首尾辊外，其余各辊子处轧件弯曲至相同的曲率。1F当时，矫直原始曲率为的轧件，若第2辊使变为，第3辊1FW01R01R1使变为，由于弹性变形不足和残余应力的影响，后面的辊子作用不大，轧件的0R1残余曲率会接近于0。为了提高矫直精度，较彻底的消除残余曲率，必须1R。1FW图22上下辊平行排列矫直原理图如上图所示，轧件的原始曲率为0。通过第2辊子后，变为，残余曲1R1R1率为，通过第3辊子后，变为和变为，残余曲率为01R01R21R；通过第4辊子后，变为，残余曲率为；依次类推，残余曲率21R2231范围逐渐缩小，经若干辊子后，残余曲率趋于定值。若矫直机的出口辊的压下可单独调整，则可完全消除该定值的残余曲率，即轧件得到完全矫直。实际上辊数是有限的，只能达到限定的矫直精度，若是轧件反复通过矫直机，则起到增加辊数的作用，即可提高矫直精度。23矫直机结构231工作辊的布置方案按工作辊的调整方法和排列方式不同，工作辊的结构有以下几种基本形式1）每个上辊可单独调整高度的。如图23A，每个上辊都具有单独的轴承座和压下调整机构，保证任意调整高度。此外通常还可以移动机架的上部分相对下部分进行集体调整。能够得到较高的矫直精度。但结构复杂，所以在实际中一般辊数较少。2）上排辊子集体平行调整高度。如图23B，上排辊子固定在一个平行升降的横梁上，只能集体上下平行调整，所以辊子的压下量相同，结构比较简单。但这种调整方式只能用较小的（甚至是最小的）有效弯曲变形，才能得到较高的矫直精度，否则将出现较大的残余曲率。为解决上述缺点，通常出入口上辊为单独调整的。这种结构方案广泛应用于中厚板的矫直。3）上排辊子集体倾斜调整。如图23C，上排辊子安装在一个可倾斜调整的横梁上，由入口至出口轧件弯曲逐渐减小，可以实现大变形，小变形俩种矫直方案，能得到较高的矫直速度，调整也很方便，所以应用广泛。图23板材辊式矫直机上辊调整方案A每个上辊单独调整；B上辊集体平行调整；C上辊集体倾斜调整图24混合排列的辊式矫直机A入口平行、出口倾斜；B中间平行、俩端倾斜4）平行和倾斜混合排列的矫直机。如图24，一种是入口段为平行排列，出口段为倾斜排列，增加了入口段轧件的大变形过程，可提高矫直质量。另一种是中间为平行排列，俩端为倾斜排列，它不仅能提高矫直质量，而且可改善咬入条件和作用于可逆矫直。232支撑辊的布置方案1）垂直布置。支承辊仅承受工作辊垂直方向的弯曲。这种布置形式仅用于辊径与辊身长度比值较大的矫直机。图25板材矫直机支承辊的布置形式A垂直布置；B交错布置；C垂直和交错混合布置2交错布置。支承辊承受工作辊垂直方向的弯曲，矫直过程中工作辊比较稳定。与垂直布置得想反，多用于工作辊辊径与辊身长度比值较小的矫直机。3）垂直和交错混合布置。下排支承辊采用垂直布置形式，可漏掉辊间的氧化铁皮和其他物质，从而减轻辊面磨损，可提高辊子寿命。这种布置形式多用于矫直带氧化铁皮的热轧钢板。图26双层矫直辊的矫直机示意图1板材；2工作辊；3外层支承辊；4中间支承辊4）双层支承辊。随着板材厚度的减小，矫直机工作辊辊径和辊距相应减小，则支承辊直径可能受到限制，为加强支撑作用和扭转能力，增设大直径的外层支承辊和改为内层支承辊（中间支承辊）传动。目前这种矫直机用于铝及铝合金薄带的拉弯矫直机组中。对于板材，尤其是薄板，不仅在纵向上具有弯曲变形，而且在横向上也具有弯曲变形，如瓢曲和浪形，严重影响板形质量，因此，根据不同的矫直工艺要求，支承辊又分一段、二段、三段的和多段的若干种。右图27所示为三段式支承辊矫直方案，其各段支承辊可单独调整压下，沿工作辊长度方向可使带材产生不同的变形，能够消除俩边或中间或一边的板形缺陷。上下各段可对称布置或交错布置。图27双边浪形（上），中间瓢曲（中），单边浪形（下）233工作机座的结构形式1台架式这种矫直机机座由上台架、下台架和立柱三个主要部分组成。立柱同时也是压下螺丝。压下螺丝（或螺母）转动，可以调整上、下台架的相互位置，从而也调整了矫直辊的压下量。中厚板矫直机大多是台架式的，它的上台架可以整体平行压下和整体倾斜压下。整体平行压下，其压下机构是集体驱动的，如图28所示；整体倾斜压下是由两套驱动装置完成的，如图29所示。图28集体驱动压下装置A两级蜗杆减速B两级蜗杆减速C圆柱齿轮蜗杆减速图29整体倾斜调整台架式矫直机压下装置布置示意图A圆柱齿轮蜗杆减速B两级蜗杆减速图21011260/3002300钢板矫直机总图1压下传动装置；2、9支承辊调节装置；3、7上下支承辊；4、8上下台架；6上下工作辊；10紧固螺母；11立柱；12压下螺母；13内齿圈；14平衡螺母；15托盘；16平衡弹簧；17手轮；18压下螺丝；19出入口工作辊图210是一台11260/300X2300矫直机的结构图，这种矫直机的结构特点如下1）矫直机上排辊是整体平行调整的（出、入口工作辊可以单独调整），因此，上台架4只是由一台双输出轴电动机分别通过两级蜗轮减速机同时转动四个立柱上压下螺母。压下装置中的四个立柱同时是压下螺丝，它们由螺母10固定在下台架8上。在调整压下时，立柱不动，而是压下螺母12和平衡螺母14随上台架一起移动。压下螺母同时也是压下减速机的蜗轮。为了消除压下螺母和螺丝之间的间隙，装设了同步弹簧平衡装置。在托盘15上的平衡弹簧16通过拉杆平衡整个上台架及上面机件的重量（过平衡）。压下螺母12与平衡螺母14由内齿套13联接。托盘15通过平面轴承支托在平衡螺母上。这种装置可使平衡弹簧随着台架升降。在调整压下量时，弹簧16不产生附加变形。2牌坊式牌坊式矫直机的机架牌坊可以是开式的也可以是闭式的。图211是横切机组中的一台11辊矫直机结构图。它采用了闭式牌坊。矫直机上排工作辊既能整体平行调整，又能整体倾斜调整。牌坊式工作机座的特点是强度和刚性较好，辊子的调整和拆卸方便。故新设计的薄带矫直机常采用这种形式。它的缺点是结构较复杂，外形尺寸也较大。图2111190/1001700钢板矫直机总图1、4牌坊架；2上横梁；3电动机；5凹弧面移动滑座；6凸弧面摆动横梁；7、10支承辊；8、9工作辊；11小齿轮；12手轮；13连杆；14扇形齿轮；15偏心轴；16压下螺母；17压下螺丝；18滑块；19弧形导板；20平衡梁；21滚动轴承；22螺栓；23螺母；24楔块；25支座；26悬臂轴；27轴承234主传动系统1机列布置机列布置是指电动机、传动装置和工作机座的总体安排。他取决于车间内与之联系的设备布置情况、安置该矫直机的面积亦即传动装置的布置形式等。图212是几种典型的机列布置示意图。图212A是机列布置中最简单的一种，扭矩由电动机经联合减速机传到工作辊。由于减速机与齿轮座放在一个箱体内，机列布置较紧凑，占地面积小，重量轻，润滑集中。但是，联合减速机结构较复杂，比较不容易加工制造和维修。图212B是电动机经减速机传到齿轮座，齿轮座再通过几根输出轴传动工作辊的布置形式。这种布置方式中的减速机与齿轮座的结构均较简单，但机列长度较长。当电动机功率超过6080千瓦时，通常采用双电机驱动（表22图C）。这样不仅可以使减速机负荷均匀，而且可缩短机列长度。一般情况，这种布置方式的机列总宽均不超过工作机座的宽度，故适于在连续机组中布置。图212D除具有图B、C的优点外，还有机列总长度较短的优点，只是这种布置形式需要使用较为复杂的伞齿轮减速机。图212几种典型的机列布置示意图图212E与图212D相似，但是采用了球面蜗轮减速机。一般只在齿轮座必需采用两根相距较远的输入轴时，才使用这种布置形式。图212E与图212D所示的机列其宽度很大，只是在机列长度受限制时，才采用。2主传动系统主传动系统包括减速机、齿轮座和万向联轴节等。（1）减速机。在矫直机主传动系统中，减速机除有减速作用外，还有均衡分配传动扭矩的作用，因此也称减速分配器。它有三种主要形式圆柱齿轮型、圆柱圆锥齿轮型和蜗轮型。在这种形式中，每种又可分为单支（指单根输出轴）、双支、三支和四支等几种结构（图21）。在辊数大于7的矫直机上，不易使用单支减速分配器。这是因为传递的总扭矩大，齿轮座的齿轮尺寸也大，使齿轮座输出轴的间距很难与矫直机辊间距相适应。因此，在辊式钢板矫直机上，大多使用多支的减速分配器，这样也可使齿轮座的载荷均匀。由于矫直机的第三辊（或第二辊）受的矫直扭矩最大，因此，对该辊要尽可能由减速机的一根输出轴经齿轮座直接传动，以减轻齿轮座的负荷。优势，为适应矫直机在连续机组中的安装，将矫直机设计成可以双向进料的结构。这时，矫直机另一端的第三辊（或第二辊）也由减速机的一根输出轴传动。在这种情况下，减速机中心距总和应等于齿轮座两边第三轴或第二轴之间的距离（图21）。这一值受齿轮座最大中心距的限制。齿轮座最大中心距是按照矫直辊最大中心距和万向接轴的长度以及接轴倾角不超过6的条件确定的。在综合考虑上述因素后，选定减速机中心距，然后对减速机、齿轮座的齿轮和轴进行强度校验。如计算结果不能满足，则考虑增加减速机支数。在某些情况下，也可将直接传动第三辊改为传动邻近的辊，以改变齿轮座的负荷分配情况。圆柱齿轮减速机的制造和安装较为简单，因此在矫直机主传动系统中获得广泛应用。在制造能力许可下，也可使用联合减速机。将减速机和齿轮座连成一个整体，可减少传动件，且结构紧凑，能减小机列总长度。（2）齿轮座一般情况，为防止钢板在工作辊间打滑，辊式钢板矫直机所有的工作辊都是驱动的。齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给各个矫直辊。齿轮座输入轴数目与减速机的支数相同。每根输入轴带动一组齿轮。在输入轴数量较多时，各组齿轮之间互不联结，以避免功率传递路线闭合，恶化齿轮啮合条件。按照齿轮的啮合列数，可分为单列齿轮座和多列齿轮座。单列齿轮座的制造、安装简单，各齿轮轴和轴承可以通用且齿轮轴的刚性高。一般在工作辊距小于50毫米时，一采用这种形式。与单列齿轮座比较，多列齿轮座的总中心距小，因为每对齿轮的齿宽是根据传递的扭矩确定的，同时，齿轮避免了重复啮合，因而可适当减小中心距。多列齿轮座的齿轮轴刚性较低。为保证齿轮轴的刚度，通常只在辊距大于50毫米时才采用这种结构。由于在矫直机的功率中，轴承摩擦损耗占得比重较大，所以齿轮座、减速机和矫直机本体一般均采用滚动轴承。（3）万向联轴节由于齿轮座的总中心距大于矫直机的总中心距，因此齿轮座输出轴与矫直辊采用万向联轴节联接。矫直机上常用的万向联轴节除了一般的滑块式叉头扁头型外，在辊径小于120毫米时，也采用球型万向联轴节。球型万向联轴节有多种型式。图212是钢球上带有十字槽的结构。齿轮座传动端的叉头6通过方槽孔，套在齿轮座输出轴上，叉头6的另一端通过带槽的球2（见图212B）与叉头5相连接。同样工作辊端的叉头1也通过球2与叉头3相连。拆卸接轴时，需将花键轴上的柱销取下，脱开接轴将轴折转90，即可将叉头从钢球上取下。在小辊距矫直机上也可采用简易型钢球万向接轴（图213）。这种联轴节中采用标准钢球（GB30864），它只起定心作用，矫直扭矩是靠两插头的侧面直接接触来传递的。这种联轴节结构简单，易于制造。拆卸时，松开钢丝6，去掉夹木7，叉头3即可沿轴向取下。在有的矫直机上还采用滚动轴承铰链式万向联轴节，其允许倾斜角度可达18，但结构尺寸较大。图212带槽球形万向联轴节A联轴节结构；B球结构1工作辊端叉头；2带槽钢球；3接轴叉头；4接轴；5接轴叉头；6齿轮座端叉头图213简易球形万向联轴节1叉头；2钢球；3叉头；4接轴；5导向键；6紧固钢丝；7夹木三、设计计算31矫直机基本参数的确定311辊距T的确定辊距T的确定对保证矫直机的矫直质量有重要影响。在矫直轧件时，其基本条件是轧件应产生弹塑性弯曲变形，例如，对钢板矫直机，根据1前面几个辊子的反弯曲率必须满足下列条件（31）EHSW21显然，若板材的E已确定，则S越大或H越小，反弯曲率半径也应越小。与此对应，矫直辊径D与辊距T也应越小。确定辊距的原则是既要保证轧件矫直质量，又要满足辊子的强度条件。最小允许辊距受辊子强度条件限制；最大允许辊距取决于轧件矫正质量。根据【1】得最小允许辊距为（32）MEHTS4152310430MAXMIN图31最大允许辊距TMAX的确定如图31所示根据1P369得最大允许辊距为（33）MEHTS425035106MINAX根据经验值辊距取T155MM312辊径D的确定由下表可知道工作辊直径D095T14725MM圆整取D150MM表31辊径与辊距的比值矫直机类型/DT矫直机类型/DT薄板矫直机09095厚板矫直机07085中板矫直机085090型钢矫直机075090313辊数N的确定增加辊数即是增加轧件的反弯次数，辊数增加有利于提高矫直质量，但也会增加轧件的加工硬化和矫直功率，为此，选择辊数的是在保证矫直质量的前提下，使辊数尽量少。辊式矫直机常用的辊数如下表表32辊式矫直机常用辊数矫直机类型辊式钢板矫直机辊式型钢矫直机钢板厚度MM轧件种类025151566中小型型钢大型型钢辊数N1929111779111379因为用于矫直带头所以选择5辊314辊身L的确定辊身长度L取决于轧件最大宽度，根据1得LBMAXA（34）当BMAX200MM时，A100300MM。所以M取L1700315矫正速度的确定矫直机的矫正速度主要由生产效率确定，要与轧机生产能力和所在机组的速度相协调。查1表116，0160M/S在此取05M/S。32矫直力与矫直力矩的计算1矫直力的计算图31工作辊受力情况根据文献1可知，各辊子上的力可以根据轧件断面的力矩平衡条件求出，即（35）122233234434554PMTTTPMTPT式中T矫直辊辊距。今假设第2、3、4辊下轧件弯曲力矩为塑性弯曲力矩SM由文献2，512得辊式矫直塑性弯曲力矩为NMM，SM42MAXBH32106413805其中（42CRMO为矫直辊屈服极限，550MPA。SS将上述三个假设代入式（33），可得出各辊下矫直力的计算式为3917KN1PST211710KN2SM615668KN3ST811710KN4PS3917KN5ST2故作用在上下辊子上的压力总和为46902KN（36）PNI11P2345P2矫直力矩的计算矫直过程按照以下假设进行分析1）认为各辊下的弯曲力矩均是塑形弯曲力矩；IMSM2）认为弹复变形不属于耗能变形；3）除原始曲率外，其余各辊下的残余曲率（也就是下一辊的原始曲率）都等01R于小变形矫直方案中的残余曲率最大值；MAXI1R4）对具有原始曲率的轧件，可假设其平均原始曲率为0MIN1R00IN0MIN1R2R2R式中的数值，对于钢板，H为轧件厚度。0MINRI3按照上述假设，矫直辊上的矫直力矩为37MAX0I12N7RRWKDME其中，按照下列回归经验公式可以近似计算AXI1RSMAXI3106E4RH401521904821EEHESI60AXR13028714235451603，MM故MM。0MIN3RH00MINR5，取大值。0IN112R570136R将与代入式37中可得0RMAXIKNMM286475130752103602153KM33矫直功率的计算查文献1，辊式矫直机电动机功率可按下式计算（38）21KDNMPFD式中总矫正扭矩，647528KNMM；KMKM作用在矫直辊上的压力总和，46902KN；PP矫直辊与轧件的滚动摩擦系数，对于钢板00002，如考虑可能出现较FF大的滑动摩擦，则对于钢板00008；F辊系轴承的摩擦系数，轴承；01D辊子直径，D150MM；D辊子轴承处直径,D65MM；V矫正速度M/，V05M/S；S传动效率，07680723。减数器齿轮座2联轴器万向接轴290980所以电机功率N21KDMPF3085213256800773112080246975）（6457KW上述计算表明，第三根辊子上受力最大，所以应对其进行强度校核。图33塑性变形折算系数A的计算图所以，查阅【5】，选用2台YTSZ355M16型冶金用电机，其基本参数如下额定功率为200千瓦转动惯量为805KGM,额定转矩为1910NM重量为1600KG额定转速为980R/MIN总长度为1650MM宽度730MM,高度1010MM输出轴轴径95MM324工作辊的结构设计和强度校核（1）工作辊的结构设计因上下工作辊结构相同，故取上工作辊为研究对象工作辊采用如图34所示结构方案，查阅【3】选用42CRMO为轧辊材料。其拉伸强度极限1080MPA，屈服极限强度930MPA,取安全因数N5，则该材料的许用BS应力186MPA因轴端尺寸已定，所以依据【4】7351，初选轴承型号为SNHR65KBE52XL。图34工作辊结构简图上图中相关尺寸为L2334。5MMC198MMA2096MMD150MMD65MMPP3015668304700KN3图36轴端装配的详细设计方案（2）工作辊的强度校核轴的计算简图如下图37工作辊的载荷分析图上图中相关尺寸为B1380MML2096MMC198MMA2334MMD150MMD65MM如图34所示，辊身中央断面22处的弯曲力矩为（311）MNBAPMK07583142615842则弯曲应力（312）AMPDM16350710322S2由弯矩图得截面11处的弯矩为157KNM弯曲应力为AMPM951705D1033S1则扭转应力为（314）AMPDT3251086742031D9依第四强度理论校核得（315）23A11断面APMP791253917221122断面AP86632222均满足强度要求。（3）轴承校核前面已初选工作棍轴承型号为23030C/W33调心辊子轴承，基本参数如下D65MMD120MMB56MM基本额定动载荷为CR438KN图38轴承受力图每个轴承所受的径向力为KNPFR523086152301第三辊子所受轧制力3因无轴向载荷，故EFRAA00所以径向当量动载荷（316）KNFYFPRPARPR65372611其中载荷系数1218,此处取16PFPF轴承所受径向力KNRF轴承所受轴向力KNA所以轴承寿命317）HPCNLRH108413265796013106C基本额定动载荷KNN辊子转速MIN/6930751430RRVN对于滚子轴承所以轴承寿命符合要求4夹送辊的设计与计算41夹送辊的辊径计算夹送辊是为了改善矫直辊对板材的咬入条件而设置的。因此送料辊的压下是弹性压下，其压力随板材的宽、厚不同而可以变化。在工作过程中，辊子压紧带材，带材受拉力T的作用。带材对上下辊子的水平方向摩擦力可按下式计算12P采用钢送料辊在冷状态下取015，采用聚氨基甲酸或橡胶包层夹送辊时，取。在此取。02502KN1210T5KNP1夹送辊的辊径CDMMMINCSH2106840E按照设计要求，在此初定500MM。C2求出辊子传递的功率P，转速N和转矩，并确定最小直径D。CM1）已给出夹送辊的张力为20KN，两个辊子上的摩擦力10KN，每个辊1T2子传递的功率PP10055KW1T传动效率，07680723。减数器齿轮座2万向接轴2908所以电机功率91567230/5P电辊子的转速NMIN/190514360263CRDV辊子的转矩CMNMCC12T25002）初步确定辊子的最小直径03DNPA在此选辊子的材料为40，查文献3表153，选取112，故RC0AMNPA64719512D330在此初选D75MM。42夹送辊的结构设计1联轴器和轴承的选择最小直径D75MM，辊子直径250MM。联轴器的计算转矩。考虑CD1CACATKM到转矩变化很小，查文献3表141取13。故3250NM。按照计算转矩应小AKCATA于联轴器公称转矩的条件，查文献1第二卷6218，选用SWC180A1655型标准伸缩焊接式万向联轴器。参数如下公称转矩T125KNM疲劳转矩T63KNMNF2滚动轴承的选择因轴承同时承受有径向力和轴向力的作用，且径向载荷较大，故选取32220双列圆锥滚子轴承。其内径D100MM，外径D180MM，宽B46MM。3轴承座的结构设计根据轴径大小与滚动轴承结构与尺寸，夹送辊轴承座的结构尺寸如图41所示图41送辊轴承座结构4根据轴的各部分尺寸和装配关系，作出夹送辊的结构草图，如图42图42夹送辊结构草图详细尺寸见图纸。43夹送辊的强度校核由于夹送辊受到径向载荷，并且传递扭矩，应按照弯扭组合来校核其强度。作出其受力分析图、弯矩图和扭矩图如下图43夹送辊受力、弯矩、扭矩图12RCMAX75QLMFPTN求得25KN；由弯矩图得17625NM。12RRFA在最大弯矩处进行弯曲校核（截面22）按照第三强度理论来进行强度校核，即2232MAX50176501CTMW145MPA01，且R3MM）,或载荷不稳定，应力变化较大时，还应按弯曲疲劳强度校核轴肩处的安全系数。在本案中不对其进行验算。展望在参照以往的设计资料的基础上，对该矫直机的压下系统进行了改进。为使压下蜗轮在转动时更加灵活，减少蜗轮的磨损，同时也考虑到蜗轮承受较大轴向力，故加装了一对圆锥滚子轴承。虽然在设计过程当中本人力求在每一个板块中做到严谨、先进、合理，使该矫直机的每一个结构、每一项功能都尽量贴近实际，满足现实要求，但受到学识、经验、设计能力、时间方面的制约而不能尽善尽美，因此该矫直机在未来的时间里可在以下方面进行升级改进1支撑方案改进。在本设计案中，每个工作辊只有一个支承辊支撑。这种方案虽结构简单，安装维护方便，但其只能对工作辊中部竖直方向起到支撑作用，而对工作辊靠近轴承端的部分以及水平方向的挠曲变形不能有效抑制，所以日后可对支撑方案进行改进。2增加支承辊缓冲装置。在本案中，支承辊的轴承座与上机架是刚性连接的，工作辊轧制时产生的振动会传递至支撑辊和上机架，这种频繁的振动对由钢板焊接而成的上机架是极为不好的，可能会损坏机架结构，缩短矫直机的使用寿命。此外，这种振动可能会破坏支承辊和工作辊的工作面。所以，改进时应为每个支承辊加设缓冲装置。3优化上机架结构。本案中，上机架结构复杂，加工制造很不方便，容易产生挠曲变形，影响矫直机的刚度和矫直精度。4增加工作辊缓冲装置。本案中，工作辊与上机架靠螺栓连接，靠上机架上的16根弹簧消振。该缓冲方案虽结构简单，可以起到缓冲作用，但振动会经由工作辊传递至机架，频繁的振动可能会破坏机架结构，所以应对其改进。5改进压下系统。本案中，采用的是蜗轮蜗杆式的机械压下机构，存在着体积大，结构复杂等诸多缺点，日后改进可采用液压压下系统，提高设备的电气化和自动化程度。参考文献【1】黄华清轧钢机械第一版北京冶金工业出版社，1979【2】黄庆学轧钢机械设计北京冶金工业出版社，2007【3】成大先机械设计手册第三版第1卷北京化学工业出版社，2002【4】成大先机械设计手册第四版第2卷北京化学工业出版社，2002【5】成大先机械设计手册第四版第5卷北京化学工业出版社，2002【6】成大先机械设计手册第四版第4卷北京化学工业出版社，2002【7】濮良贵，纪名刚机械设计第八版北京高等教育出版社,2007【8】哈工大学理论力学教研室理论力学第六版北京高等教育出版社,2002【9】武汉钢铁设计研究院板带车间机械设备设计第一版（下册）北京冶金工业出版社，1984【10】成大先机械设计手册单行本第一版，电机与电器北京化学工业出版社，2004【11】邹家祥轧钢机械第3版北京冶金工业出版社，2000致谢将近三个月的毕业设计已接近尾声，欣赏着这三月来自己所做的作品，回忆着这期间的点点滴滴，心中满是成就感和充实感。我要感谢自己当初幸运的选择了张老师的毕业设计课题。张老师在我毕业设计的过程中，不仅是我的指导老师，而且还像朋友般，无论谁有学业、工作抑或是生活上的问题，他都关切的关心问候，以自己的经验给予我们指导，帮助寻求解决的方法。设计组中数位同学的工作没有落实，他尽自己所能积极的予以推荐指导。为了督促我们认真严格的完成设计任务，他更是身体力行，不辞辛劳的经常到四层的设计室指导。有时对于一些设计细节我们随意带过，认为无所谓，张老师严肃地批评我们说作为一个设计人员，对自己的所书所写要认真负责，否则就不要乱写。古语云“德高为师，身正为范”，张老师将这句话诠释得淋漓尽致。此外，我还要感谢我的同组同学，当有问题向他们请教时，他们尽自己所能帮助我解决问题，在此万分感谢附件1基于振动监测的设备故障诊断技术在大型轧钢机械上的应用摘要对基于振动的设备故障诊断技术做了较全面和深入的介绍,通过实例介绍了该诊断技术在轧钢机械领域的应用。指出该诊断技术可同时对一个测点进行复杂的时域、频域、相关域、统计域等分析,具有一定的趋势预测分析能力。关键词轧钢机械振动监测故障诊断1前言轧钢机械属于大型的旋转机械,是轧钢厂的关键设备。转轴组件是轧机的核心部分,它包括旋转轴、齿轮传动件、联轴器、滑动和滚动轴承等。人们通过长期观察和实践,发现旋转机械的绝大多数前期故障都会表现出异常的振动,因此掌握机械振动的一般规律就能从振动信号中识别出常见的设备故障。通过对振动信号波形进行简单的时域、频域以及小波分析可对振动进行一般的识别,振动的可识别性是对机械故障进行振动噪声测试分析的技术前提。因此,采用在设备诊断技术领域较成熟的振动分析技术作为技术的突破口对轧钢机进行日常振动状态监测,就能在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下,掌握轧机运行状态,判定产生故障的部位和原因,并预测未来的技术状态,从而可在早期有效地发现,以及在后期及时地抑制故障,保障生产的可持续发展。2信号识别与获取任何机器设备在运行中都会产生振动,机器的振动信号中包含了丰富的机器运行的状态信息。当设备发生异常或故障时,振动将会发生变化,一般表现为振幅加大。由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特征,这些特征表现为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状和能量分布状况等。振动信号的性质和特征不仅与故障有关,还与系统的固有特性有关,具体表现为同一故障发生的部位不同、故障激励传递通道即传递函数不同,其振动特征和响应亦会有较大的差别。总之,设备的振动是由故障激励和系统特性所共同决定的,但很多情况下,振动特征和故障类型之间并不是一一对应的关系,不能简单地对号入座,这就给振动的识别带来一定的困难。因此,振动的识别对于设备诊断技术的完善是至关重要的。轧钢机械工作时轧件是非连续地被轧制的,其转速并不恒定、功率更是从空载到满负荷间周期地波动。从原动机到轧辊间有庞大的传动和减速机构,可能出现的故障类型很多,因此检测设备、测点、点检方式和点检时间的选择对诊断的准确与否起关键作用。为保证所测数据具有可比性,在测定数据时应遵循以下几点原则每次测量要在同一测点进行,否则由于激振源到测点的传递函数不同,而使测量的结果相差很大。保持每次测量时机器的工况相同。保持测量的参数相同,一般来说,频率在10100HZ的振动应以位移作为数采器的输出参数,频率在1001000HZ的振动应以速度作为数采器的输出参数,频率在1000HZ以上的振动应以加速度作为数采器的输出参数。使用的仪器相同和测量的方法如传感器及其固定方式相同。在测振过程中,测点的选择同样影响监测结果,其选择原则是1测点应选择在振动信号传递的通道上而且路线最短的位置,尽量减少中间传递介质。2测点应选在信号反应比较敏感的部位,如轴承座、机座等。3测点应选择在便于多方位测量的位置。一般测振动要选定三个方向水平X、垂直Y、轴向A来评定,特别对低频振动,更要强调其方向性高频振动对方向不敏感。4对于大型机械设备,受传递函数的影响,应多点检测。3轧钢机械等旋转机械的常见故障及其诊断方法旋转机械的常见故障,按转子类型和振动性质的不同,可分为转子不平衡、转子不对中、基座或装配松动、转子与定子摩擦、感应电机振动、滚动轴承故障、齿轮机构的振动等。利用振动监测技术对这些常见机械故障可进行较为准确的诊断。31转子不平衡不平衡是旋转机械中最常见的一种故障。引起不平衡的原因较多,如安装不良造成偏心、配合松动、轴弯曲变形、加工制造误差以及长期运行中产生不均匀磨损等。我们从离心力的计算公式易知,不平衡振动对转速的变化是最敏感的。转子不平衡的振动特征是刚性转子在启动时振幅随转速的增大而增大,柔性转子在启动时振幅是先增大而后减小。在频率特征方面,不平衡振动的频率成分单一而明朗,主要表现为转子的基频在相位方面,水平和垂直方向的振动相差90,且通常水平方向的振动比垂直方向的大、径向振动比轴向振动要大。32转子不对中转子不对中是指转子中心与轴承中心不对中,或多转子系统中各转子的轴线不对中,也是旋转机械的一类多发性的典型故障。不对中有三种类型,即平行不对中、角度不对中、综合不对中。其产生的原因有转子及支座安装不良、轴承支座不均匀膨胀引起变形、地基变形以及热不对中等。转子不对中的振动特征是当转子不对中时将产生一种附加弯矩,形成附加激励,故轴向振动往往是存在不对中的一种征兆。在振动频率特征方面,平行不对中主要激起2倍转频,角度不对中则表现为同频振动突出,它们的共同点是以旋转频率的2倍频或4倍频为主,尚伴有高次倍频。在相位特征方面,平行不对中时,转子两端径向振动相位相差180角度不对中时,联轴器两端轴向振动相位相差180,而径向相位相同。33基座或装配松动松动常和不平衡相伴生,表现为非线形的振动特征。地脚松动引起的振动方向特征很明显,表现在垂直方向的振动很强烈。由零件配合松动引起的振动,其方向特征不明显。在振幅方面,松动引起的振动随负荷的增加而增大,但对转速表现出无规律的变化,忽大忽小,呈跳跃式变化。在振动频率特征方面,除基频成分外,基频的奇数倍频突出常高于基频的幅值,伴有3倍、5倍、7倍及0305倍的谐波成分,频谱结构成梳状。34转子与定子摩擦此类摩擦属干摩擦,大多表现为径向摩擦。摩擦振动属于非线性振动,频带范围很宽,除基频外,还有2倍、3倍以及1/3、1/2等谐波成分。在时域波形上,常表现为削波状态,“截头余弦”形状的波形是摩擦故障特有的重要标志。在某些特殊情况下,摩擦还可能激起系统的固有频率振动。35感应电机振动故障特征电动机是一种典型的旋转机械,在机械故障的表现方面具有旋转机械的共同特点,如存在转子不平衡、不对中、松动、摩擦等故障类型。感应电机的振动故障的一大特点是包括机械和电气两方面内容,发生的故障除机械因素外还与电气相关,如转子与定子间磁隙不均匀、电压不稳定、匝间短路等也会引起电机的异常振动。当电动机在运行中突然给它断电,其时如果振动立即下降为零,即说明电动机存在电气方面的故障,否则,属于机械故障。36滚动轴承故障滚动轴承是旋转机械转子系统的重要支撑部件,其基本结构包括外圈、内圈、滚动体、保持架等元件。对滚动轴承实施振动诊断的基本方法是频率分析,因为滚动轴承每一个元件都有其各自的故障特征频率。理论上,通过频率分析不但能判断轴承有无故障,而且可以具体判断轴承中损坏的元件。滚动轴承的故障特征频率简化计算为内圈通过频率F06ZFR,外圈通过频率F04ZFR,保持架通过频率F04FR,其中Z为滚动体个数,FR为轴