2090高精度棒材矫直机设计

1、目 录中文摘要i英文摘要ii1 绪 论11.1设计课题背景11.2设计依据11.3矫直设备的发展概况11.4分类及工作原理31.4.1 压力矫直机31.4.2辊式矫直机31.4.3 斜辊式矫直机31.4.4拉伸矫直机31.4.5拉伸弯曲矫直机42 钢材矫直理论12.1“ 矫直”的定义12.2反弯矫直的基本原理13二辊滚光矫直机的工作原理43.1二辊滚光矫直机的简介43.2二辊滚光矫直机的工作原理43.3设计二辊滚光矫直机所涉及到的主要参数103.4国内外现在生产这种矫直机的厂家114二辊滚光矫直机力能参数计算124.1矫直力的计算124.1.1求导程t124.1.2求弹性极限弯矩mmax134

2、.1.3求倾角：134.1.4轴承承受力的总和144.2 二辊滚光矫直机功率计算144.2.1轴承的消耗功率144.2.2滑动摩擦的消耗功率144.2.3滚动摩擦的消耗功率144.2.4塑性弯曲变形的消耗功率154.2.5消耗总功率154.3电机驱动功率124.4关于机架、机座及轴承盖的设计155二辊滚光矫直机辊系设计185.1矫直辊的组成185.2.矫直辊材料185.3矫直辊尺寸计算195.4矫直速度计算205.5矫直辊强度计算215.6轴承的寿命校核236二辊滚光矫直机传动装置的选择及液压过载保护256.1二辊滚光矫直机传动装置的选择256.1.1矫直机主传动装置的组成256.1.2矫直机

3、主传动装置类型256.1.3万向连接轴256.1.4联接轴的总体的配置及其平衡装置266.1.5主减速机276.2二辊滚光矫直机的液压过载保护装置287二辊滚光矫直机的安装与维护307.1二辊滚光矫直机的安装307.1.1基础307.1.2设置安装基准307.1.3设置垫板307.1.4矫直机的吊装、找正、找平、找标高317.1.5二次灌浆317.1.6试运转317.2二辊滚光矫直机的维护317.2.1二辊滚光矫直机的维护和修理制度317.2.2二辊滚光矫直机的润滑328总结349致谢3510参考文献36摘 要随着科技的进步，人们对棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高，以前人们采用平行

4、辊矫直机矫直管、棒等圆形断面条材，圆材在矫直过程中容易产生自转现象，并且只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲。在这种情况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、管材的矫直问题，在这种情况下，我们对二辊滚光矫直机进行设计。本文重点对钢材矫直工艺及工作原理，斜辊矫直机的工作原理、特点、结构等进行了介绍，同时对二辊棒材矫直机力能参数的计算进行了分析，提出了本次设计二辊棒材矫直机的基本思路。矫直机的机架、机座、传动等部分设计不属于本次设计的重点，所以在这里只是作了简单的介绍，但是由于时间比较仓促，本文对矫直机的液压压下装置、矫直机的安装与维护没有做出详尽的介绍，限于本人的水平，

5、文中有误漏之出，还请批评指正。关键词：棒材 矫直工艺 二辊棒材矫直机 矫直力能参数abstractwith the advancement of technology, peoples growing demand for the bar, its accuracy is also getting higher and higher, before people parallel roller leveler straightening tubes, rods and other circular cross-section of the build, round-wood in hand d

6、irect the process of rotation is easy to produce, and only straightening roundwood roll axis perpendicular to the longitudinal section on the bend. in this case the ramp roll straightening machine resolved before the advent of parallel roll straightening machine can not be resolved by the bar, pipe

7、straightening of the problem, in this case, we design roll on the roller-straightening machine.the steel straightening process and working principle, ramps roll straightening machine works, characteristics, such as the structure was introduced, while two of the roll bar straightening machine can be

8、calculated parameters of an analysis of the proposed the design of the roll bar leveler of the basic ideas. straightening machine rack, engine, transmission and other parts of the design are not the focus of this design, so here is a brief introduction, but because of the time hasty comparison, the

9、paper leveler of the hydraulic pressure devices, straightening machine installation and maintenance have not made detailed introduction, i am limited to the level of error in the text of a leak, also invited criticism correction.key words: bars；straightening process；the two roll bar straightening ma

10、chine；straightening of the power parameters1 绪 论1.1设计课题背景长期以来，矫直机因弯曲由人工检测，压弯量人为设定不够准确，全过程都靠手工操作，效率低，矫直精度全凭操作者经验来决定等缺点，一直作为一种补充矫直设备来使用。所以矫直必须检测工件的原始弯曲，测量弯曲量、确定最佳矫直点、设定压弯量。由于缺少可靠的检测手段和认识上的一些人为因素，以前这些工作只能靠人工来完成。因此以前的矫直机有以下缺点：弯曲人工检测、压弯量人工设定不够准确，效率低，矫直精度全凭操作者经验来决定，降低了生产效率。而且现在人们对棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高，在情

11、况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、管材的矫直精度问题，在这种情况下，我们对二辊滚光矫直机进行设计。1.2设计依据主要参数：矫直棒材规格：2090；矫直棒材材料：合结钢、不锈钢（s1200n/mm2）；.棒材原始曲率：0.4%（mm/m）；矫直后直度：0.05%（mm/m）；棒材原始表面：ra3.2；棒材矫直后表面：ra0.8；最大矫直速度：330m/min；最大矫直力：300kn；采用液压过载保护；采用循环润滑与循环冷却；自动上下料。1.3矫直设备的发展概况 矫直技术产生的确切时间尚未找到准确的文字记载。但从文物发掘中看到我国在春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到

12、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和工具，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、钻台等。对大型工件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“矫枉必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破之功，用之于改造社会也有指导意义。由于中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态，18世纪末叶到19世纪初叶，欧洲进行了产业革命，逐步实现了用蒸汽动力代替人力，机械化生产代替了手工作坊。19世纪30年代冶铁技术发展起来，当时英国的生铁产量已由7万t增长到19

13、万ta，增加了27倍。19世纪50年代开辟了炼钢技术发展的新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到19世纪末时，钢产量增加50多倍。钢材产量占钢产量的比重也显著增加。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。英国在1905年制造的辊式板材矫直机大概是我国见到的最早的l台矫直机。20世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机。到1914年英国发明了212型五辊式矫直机(阿布拉姆逊式一abramsen)，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斜辊矫直机。20世纪30年代中期发明了222型六辊式

14、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(sutton)公司研制成功313型七辊式矫直机(ktc型矫直机)。20世纪3040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。与此同时还出现了拉伸矫直机，20世纪50年代苏联的矫直机大量进入到中国。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

15、触到大量的国外设计研制成果。有小到声16mm金属丝矫直机和大到600mm管材矫直机。有速度达到300mrain的高速矫直机和精度达到0038mmm的高精度矫直机。同时也引进许多先进的矫直设备。如英国的布朗克斯(bronx)矫直机；德国的凯瑟林(kieserling)矫直机、德马克(demag)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。值得自豪的是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年代起就有刘天明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。6080年代在辊形理论方面有许多学者进行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，还召开了全国性的辊形理论

16、讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，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器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。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进入90年代我国在赶超世界先进水平方向又迈出了一大步，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、省及部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁管材直机、3斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形2辊矫直机、复合转式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。在矫直高强度合金钢方面也已获得很好的矫直质量。其矫后的

17、残留挠度为0205mmm。此外，从20世纪60年代以后拉伸与拉弯矫直设备得到很大发展，对带材生产起到重要作用。1.4分类及工作原理金属棒材在轧制、加热、运输等各种加工过程中常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形或内部残余应力；目前冶金市场上对金属棒材的成品精度要求也越来越高，因此轧制矫直设备在工厂中应用越来越普遍，对矫直设备的自动控制要求也越来越高。根据结构特点和工作原理的不同，矫直机可以分为压力矫直机、辊式矫直机、斜辊矫直机、拉伸矫直机和拉弯矫直机等几种基本类型。1.4.1 压力矫直机 压力矫直机是以曲柄连杆机构驱动的活动压头使轧件产生一次反向弯曲，将轧件矫直的。“矫枉必须过正”就是压力矫直

18、机的基本矫直原理。这种矫直机人工操作繁重、生产效率低，但调整灵活，对于各种局部弯曲状态，都具有矫直的可能性，一般只有用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径（大于200300mm）钢管，或用作辊式矫直机的补充矫直。压力矫直机有立式和卧式两种结构。1.4.2辊式矫直机辊式矫直机具有两排交错布置的工作辊，弯曲的轧件通过转动的工作辊之间，经过多次反复弯曲得以矫直。轧件能以较高的速度在运动中进行连续矫直，生产效率高，且易于实现机械化和流水生产，辊式矫直机在型钢车间和板带材车间得到广泛的应用。辊式矫直机的一类型很多。其中按上排工作辊的调整方式分，基本上可以归纳为三类：单独调整、平行调整和倾斜调整。1.4.3 斜辊

19、式矫直机斜辊式矫直机用于矫直管材和圆棒材。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，也是利用多次反复弯曲轧件，最终消除各方面的弯曲和端面的椭圆度。这类矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，矫直管棒材效果好。其中可以按工作辊数量分类，而本文介绍的二辊矫直机就是其中的一种。1.4.4拉伸矫直机主要用于矫直厚度小于0.6mm的薄钢板和有色金属板材、管材、异型材。对于具有中间瓢曲或边缘浪形的板带材，虽有结构复杂的支承辊分段可调的辊式矫直机加以矫直，但矫直效果不理想，这是需采用拉伸矫直方法。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

20、之产生弹塑性延伸变形，从而将轧件矫直。1.4.5拉伸弯曲矫直机为了提高带材矫直质量，近年来，拉伸弯曲矫直机组得到较大的发展。拉伸弯曲矫直的基本原理是在张力作用下的带材，经过弯曲辊剧烈弯曲时，产生弹塑性延伸，从而三维形状缺陷得以消除。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（包括高强度极薄带材），也可以用于酸洗机组进行机械破磷，从而提高酸洗速度。此外，在有色金属型材车间尚有扭转式矫直机，用于矫直型材的扭曲变形。2 钢材矫直理论2.1“ 矫直”的定义金属条材（具体指型材、棒材、管材、线材、板材、带材等长条状的金属型材）在轧制、加热、运输、锻造、挤压、拉拔、冷却等各种加工过程中因外力作

21、用常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形；内部残余应力使金属条材发生弯曲或扭曲变形；为了获得平直的成品金属条材就必须使其纵向纤维或纵向截面由曲变直，横向纤维或横向截面也由曲变直。实现这一要求的工艺过程就称为“矫直”。2.2反弯矫直的基本原理在压力矫直机、辊式矫直机、斜辊式矫直机和拉伸矫直机中，轧件都是经过反向弯曲后矫直的，而轧件的弯曲状态可以用曲率表示，在轧件的弹塑性弯曲变形过程则可以用曲率的变化来说明。轧件在矫直过程中的曲率变化：原始曲率 轧件在矫直前的曲率称为原始曲率，以表示。（图2.1a）。r0是轧件的原始曲率半径。弯曲的方向用正负号表示，如+表示弯曲凸度向上的曲率，-则表示弯曲凸度向下

22、的曲率，而轧件的平直段用=0表示。反弯曲率 轧件在外力矩m作用下强制反弯的曲率称为反弯曲率，以表示。在压力矫直机和辊式矫直机上，反弯曲率是通过矫直机的压头或辊子的压下来获得的。反弯曲率大小的选择是决定轧件能否被矫直的关键。图2.1 弹塑性弯曲时的曲率变化a-弯曲阶段；b-弹复阶段总变形曲率 它是轧件弯曲变形的变化量，是原始曲率与反弯曲率的代数和，以表示，即：=+使用上式时，应将曲率的正负号代入。原始曲率与反弯曲率方向相同时符号相反；方向相反时符号相同。弹复曲率 它是当外力矩去除后，轧件在变形内力形成的弹复力矩my作用下弹性恢复的曲率变化量，以表示。残余曲率 它是轧件经过弹复后所具有的曲率（图1

23、-1b），以表示。如轧件被矫直，则=0，如轧件未被矫直，在辊式矫直机上，前一辊的残余曲率将是下一辊的原始曲率，即，式中i指辊数。残余曲率是反弯曲率与弹复曲率的代数差：=- ，显然欲使轧件矫直，则必须使残余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反弯矫直时（压力矫直机）选择反弯曲率的基本原则。3二辊滚光矫直机的工作原理3.1二辊滚光矫直机的简介而本文介绍的二辊滚光矫直机是斜辊式矫直机的一种；可以矫直15-200mm的棒材和厚壁管材。二辊滚光矫直机由于矫直精度高、造价低，可矫直轻中型棒材、管材，在治金工业和机械制造业中有广泛应用。二辊滚光矫直机的优越性主要体现在：使工件得到全长矫直，解决了工件头尾两端在

24、一般矫直机上不能矫直的难题；使矫直质量得到明显提高，把矫直后的残留扰度减少到0.10.5mm/m;对圆材的外径有较强的圆整作用，显著的减少了圆材的椭圆度；可以有效的消除矫直后的圆材缩径现象，能保证工件的尺寸精度；在矫直的同时能提高工件的表面粗糙度。当然二辊滚光矫直机也有很多不足的地方需要我们去改进，从而达到我们需求的高效化、高质量、高产量。这些不足的地方主要表现在：矫直速度较低，一般为750m/min。按新的大斜角辊形设计所取得的成功，可以将矫直速度提高一倍左右，使这一缺点得到很大的补救；导板的消耗量较大，不过在光亮工件的矫直中使用尼龙导板，以及在大直径工件的矫直中使用辊式导板，也使这一缺点有

25、所改善；对于矫直精度这一点我们可以利用二辊的弧度、刚度以及两辊之间的倾角来控制棒材轧件，从而达到我们要求的精度。我国的钢铁工业现有二十余条棒材生产线，在建的仍有十余条生产线，随着生产技术的进步和现代化改造的实施，棒材生产向着高效化、高质量的方向发展，对常规产品圆度在1.5200mm的情况，各生产单位均采用了线上的斜辊矫直设备，为了满足日益提高的棒材质量要求，斜辊矫直设备得到了进一步的发展。3.2二辊滚光矫直机的工作原理2斜辊矫直机可简称为2辊矫直机。其工作原理在斜辊矫直理论中独具特点。其结构3.1所示。图3.1二辊棒材矫直机示意图它对工件的矫直作用不是依靠各辊之间的交错压弯使工件产生塑性弯曲变

26、形，而是依靠一对辊缝内部弯曲曲率的变化而达到。为了说明工件在辊缝内矫直的道理，首先要对旋转压弯有一理解。工件被旋转压弯也可以相对地把工件看成为一个螺旋形扁钢，用压辊压在扁钢的边缘上以扁钢为轨道向前行走，扁钢在压辊处被压弯并在辊子走过后弹复变直。这样辊子对螺旋形扁钢的相对运动就同平行辊对长条形扁钢的相对运动一样，只不过后者的矫直运动为平行矫直运动，前者为旋转矫直运动，它们的机理是一致的。但是旋转矫直的工件并不是螺旋形扁钢而是圆形棒材。如图3.2。所示的棒材在旋转前进中受辊3压弯，并在压弯处的截面33上产生塑性压缩(上面的影线部分)与拉伸(下面影线部分)变形。当此截面旋转前进到77位置处被辊7从反

27、向压弯，而且其压弯量正好可使在33位置已被压弯的棒材得到矫直。其矫直过程的纵向变形如图22b，断面变形如图22d所示。不过圆材弯曲一般是全方位的弯曲，把33位置的弯曲理解为cg方位的弯曲，同样在ae、bf及dh各方位的弯曲也都应得到矫直。于是，应该在15的各位置上都设置压弯辊，不管上述各方位的原始曲率如何，都经受较大的压弯，然后同时旋转前进到59的各位置，并被同样设置的各反方向压弯辊压弯后弹复变直，达到全长度及全方位的矫直目的。结合上面提到的螺旋形扁钢可以把ac、bf、cg及dh4个方位用4条扁钢来代替，并设其厚度为时，则4条扁钢经过大小两次正反压弯后各自得到矫直也等于整个圆材得到矫直。可见当

28、圆材只在一处受到大压弯时，其弯矩如图2-2c的虚线m-x所示；在其反向受到小压弯时其弯矩如图中虚线m-x所示，其结果只能矫直一个扁钢或cg一个方位。而要矫直圆材则必须在圆材旋转的半周中或在其半个导程(t2)上造成等弯矩的大压弯状态来代替想像的各压弯辊，然后又在其下半周内造成等弯矩的小压弯(与弹复量相等)才可能实现其变形为图2-2 中(d2)与(d3)之和。同时还须明确图21中的前半周(左侧的t2长度)是在单一方向原始曲率条件下进行旋转的。但是全方位原始弯曲却是c。的弯曲，因此在两个半周的旋转之前还需要有半周的旋转弯曲，以消除c。使之变成+ c。或一c。，即单一方向的原始弯曲。这样我们可以概括地

29、说，二辊矫直的必要条件是工件在辊缝中先要经过至少一个导程的等曲率大变形压弯，然后要经过至少半个导程等曲率小变形(与矫直曲率相适应变形)的反向压弯。前者可使工件各处的残留弯曲达到一致程度，后者可使工件全长得到矫直。也可以简单地说之为“先统一，后矫直”，这句话同大变形小残差的平行辊矫直法的含义是一致的。图3.2 集中力弯曲与等弯矩弯曲的旋转矫直变形图2辊矫直的原理虽然简单，但其实现方法仍然包含一些较为复杂的措施。如材质不匀会使残留弯曲难以统一，也会使残留弯曲难以被一次矫直；工件尺寸公差较大时常需施以过大的压弯量；工件的刚性偏大时常需增加压弯次数；考虑到辊子磨损、新辊缝的弯曲曲率必须适当增大等。因此

30、辊缝多采用对称形式，人口侧辊缝起到咬入及预矫作用；出口侧辊缝起到矫直作用；辊腰处的等曲率区为中区，起到统一残留弯曲的作用。参看图2-2中区(2sd)的理论长度为t，考虑到向两侧的曲率过渡及辊缝的压紧程度不足等因素，取2sd =2t。出口区为了防止一次矫直质量不高的可能性，在初矫区(sd)之后再增加精矫区(sb)，它们的理论值为sd=t2及sb =t2。考虑到曲率之间的半周过渡而取sd=t，再考虑走出塑性区时，由于辊缝的弹跳或积累的残留弯曲偏大而达不到质量要求的可能性，故加大sb=(12)t，并使其问曲率值逐渐减小，以保证矫直质量的稳定性。2辊矫直还可能遇到矫直管材的情况，一般是矫直厚壁管，此时

31、的辊缝的弯曲程度可以明显减小, 塑性变形深度与壁厚可以相等。所以辊腰区的曲率不需太大，从而矫直区的曲率变化范围也要明显减小，故除辊腰区仍需要等曲率压弯之外其他区域便可以按线性递减原则来安排辊缝的曲率变化。下面用图3.2来介绍2辊矫直的基本工作方式，图3.2a为工作状态的两个视图，圆材在辊缝之问被同向旋转的凸凹2辊压弯并作反向旋转。由于两个辊子轴线对圆材轴线成对称倾斜关系，圆材将一边旋转一边前进。当矫直棒材时，如图23b所示，辊缝内形成三种弯曲区sd及sd为等曲率区，sb为变曲率塑性变形区。图23b中3个曲率比cw1，、cw2，及cw3与3个曲率区相对应，图中t为旋转导程值,cw3按线性递减原则

32、分配在出人口区。图3.3c为矫直管材时辊缝的弯曲形状，此时只有sd及sb区，其长度为sd=t，sb=(23)图3.3 2辊矫直过程及两种压弯方式为了说明上述辊缝具有可靠的矫直能力，下面结合一典型的辊缝模型，示于图3.4，并利用有关的曲率方程式来解析全部的矫直过程。设图cw1=4，cw2=165，cw3=14。则矫直过程的解析结果列于表3.1。辊缝的总长度为8t，它等于辊子的工作长度lg。从矫直过程看预矫区也很有用，首先使工件的全长弯曲方向得到统一，而且减小了残留曲率比的差值；由开始时假设的c。=到左2段减小到c。=028。辊腰段的作用在于统一残留弯曲。虽然第3次(右2段)的统一没有用处，但也为

33、难矫工件留有余地。进入矫直区后只转半周便可达到合格要求，说明以后的辊缝可以取消，但为了提高质量可以矫到右4段。右5段以后确实没有用了。而且从全过程看各奇数段的半周转过之后残留弯曲都有增大。因此，可以从第5段或第7段取消辊缝。这两段辊缝作成开扩的八字形与辊端圆角结合起来将有助于工件头部的咬入和出口工件的稳定。但是，也要看到不管是奇数段和偶数段每多转一周之后的相对质量都在提高。因此在高精度的矫直机上辊缝仍然要保持到第6段，甚至要增加到第8段。图3.4 2辊矫直辊曲率比的分配模型表3.1 图3.3二辊辊缝矫直过程的解析结果续表3.1从上表的实际解析中可以较为深入地理解2辊矫直的内在机理，但是涉及的内

34、容比较单纯。不能满足各种具体条件的要求。首先是cw1的取值范围可以按小变形原则开始取值，即从17开始加大到3以上。为了便于达到统一残留曲率的目的，力求使总曲率比达到5左右。同时还考虑到增加辊子寿命的需要把增大到7，经过磨损之后仍能达到5的水平。因此设计辊缝的曲率比在 (2辊矫直时值不允许太大)时采用的cw1=35。接下去及值皆可按小变形原则从有关曲线上查知。再下去等值的影响已经很小，不必精确计算，只按递减原则予以确定即可，如用一过渡切线把辊形曲线与辊端圆角连接起来。利用两辊矫直机在减小斜角时(a=510)对工件表面的压光作用，研制出专用的矫直抛光机。其工作原理也是相同的。3.3设计二辊滚光矫直

35、机所涉及到的主要参数其基本参数包括矫直力、矫直力矩、辊距t、辊径d、辊数n、辊身长度l和矫直速度v0矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫直质量、设备的结构尺寸和功率消耗等都有重要的影响。在这里我们对各个参数的主要公式进行简单的介绍，在第3章、第4章都有详尽的介绍。矫直力： 矫直力矩：辊距： 辊径： 辊身长度l：， 矫直速度： ，轴承寿命较核： ， ， ，矫直辊强度较核： 3.4国内外现在生产这种矫直机的厂家二辊滚光棒材矫直机由于矫直精度高、造价低、易于维修、换辊时占用吊车时间少、导板调节比较方便，可矫直轻中型棒材、管材，在治金工业和机械制造业中有广泛应用。现在在我国国内中信重型机械公司洛阳矿山厂

36、、无锡西漳液压机械厂等很多厂家。而国外如英国的布朗克斯公司、维柯公司及罗伯运（r0一betson)公司；法国的dms公司及艾梯巴尔(etlbar)公司：德国的索林坚(solingen)公司和斯兰特(siant)公司；美国的萨顿(sutton)公司；日本的川副机械公司；前苏联的基洛夫机床广等。可以生产这种斜二辊滚光辊矫直机。4二辊滚光矫直机力能参数计算4.1矫直力的计算矫直力的计算由于二辊矫直机辊形有单向弯曲与双向弯曲之分,其矫直力也不同, 而矫直力大小与辊缝的压弯程度密切相关,由于本机型的辊形设计采用单向反弯曲辊形,因此按单向反弯曲辊形来计算矫直力。 辊形各段长度：辊腰段sd=t,辊腹段sd=

37、t,辊胸段sb=t。由于等弯曲率区内的弯矩不变, 它必然由一个外力偶构成工件内部的等弯矩区。首先从图3-1 上力f3来看,在sb段内它形成的弯矩是线性递增的。虽然这个弯矩一开始是弹性弯矩,但很快增大为弹塑性弯矩( 弹性段长度可略去不计),新的力偶矩应由f2来形成,而且只在转半周之后就需形成f2sd /2的力偶矩,以便在下半周内完成m2的等弯矩弯曲。进入到辊腰sd段时,由于增大弯矩须达到m1值,故需在m2之外再增加一个力偶矩f2sd /2 值。这种人为的受力模型是与辊形曲线的曲率变化过程基本一致的,是会接近实际受力状态的,于是可以计算图中的各矫直力：图4.1 二辊矫直机双向反弯辊受力简图 4.1

38、.1求导程t粗棒螺旋导程：细棒螺旋导程： 4.1.2求弹性极限弯矩mmax 双向辊形的矫直力：矫直力总和为： 4.1.3求倾角：矫直辊轴承承受的力为辊面法向力之和,为了简化计算,假设凹凸辊受力点基本相同,如图4.2所示,接触角与倾斜角基本等,则:图4.2 矫直辊和轧件相对位置简图其中,为凸辊辊腰直径,由与工件接触最多、压力最大的辊径确定，选取倾斜角=20代入得：4.1.4轴承承受力的总和根据矫直力的大小及工作辊的强度，查机械设计手册选用轴承的型号为：调心球滚子轴承22212c/w334.2 二辊滚光矫直机功率计算4.2.1轴承的消耗功率设矫直辊的辊径直径为，轴承摩擦系数为，辊子转速为,则轴承摩

39、擦消耗功率为： ，其中=230mm4.2.2滑动摩擦的消耗功率凸凹辊辊腰直径分别为和，工件与辊面之间摩擦系数为，则滑动摩擦消耗功率为：，其中=0.050.1之间，这里取=0.09所以=6.0227kw4.2.3滚动摩擦的消耗功率工件与辊面之间滚动摩擦系数为 ,辊子斜角为,工件直径为,则两者之间的滚动摩擦消耗功率为:4.2.4塑性弯曲变形的消耗功率工件的纯塑性弯曲曲率比的最大值为，而最小值为0，故其平均值为，其相应的，辊子工作长度=560mm,于是可知工件旋转弯曲能耗比为=10.5,所以塑性弯曲变形所消耗的功率为:或其中，所以=9.93kw4.2.5消耗总功率 所消耗的总功率为：=0.0826+

40、6.0227+3.097+9.93=19.87kw4.3矫直机驱动功率矫直机驱动总功率为：n总= 其中：为传递效率，=0.950.97之间，这里取=0.96 n总=20.7kw故选择电机的功率为22kw查机械设计手册选用电机的型号为：查得该型号的电机基本参数：代表电机的系列代号； 181为机座中心高； 2为电机级数额定转速：4.4关于机架、机座及轴承盖的设计矫直机的机架、机座、传动等部分设计不属于本次设计的重点，所以在这里只是作了简单的介绍。矫直机架是工作机座中尺寸和重量都是最大的部件，也是最重要的部件，是用来安装矫直辊、轴承座、矫直辊调整机构和导板装置等工作机座中全部部件的，机架要承受矫直压

41、力，必须有足够的强度和刚度。在这里要较核机架的强度和刚度，就必须对其矫直材料进行选择，然后对矫直机机架的危险断面进行受力分析，计算其断面的惯性矩，再根据尺寸计算机架所受的应力与材料的许用应力进行比较，较核机架的强度。矫直时在矫直压力作用下轧件产生塑性变形。同时，在矫直反力的作用下，工作机座中的矫直辊、轴承、轴承座、垫板、压下螺丝和螺母、机架等一系列受力零件，也产生相应的弹性变形，总变形量可达几毫米。对于成品矫直机，机座的弹形变形对工件尺寸精度有很大影响。轧件进入矫直辊前，矫直辊的原始辊缝高为，如果矫直辊的原始辊型为圆柱形，则辊缝是均匀的。当矫直时，在矫直力为作用下，机座产生弹性变形，使实际辊缝

42、呈不均匀地增大，矫直后的轧件断面呈中部较厚的形，工件的厚度h在于原始辊缝，高机座在矫直辊辊身中部处产生的弹性变形为f则h=+f式中 h 矫直后的轧件厚度；矫直辊原始辊缝； f 机座弹性变形（机座在轧辊辊身中部处的弹性变形量）。由上式可见，机座弹性变形f对矫直后的轧件厚度影响很大，要想得到厚度为h轧件，矫直辊的原始辊缝应调整到比轧件厚度h小一个机座弹性变形量f的数值机座的弹形变形可分为两个部分一部分是除矫直辊弯曲变形以外的其他各受力零件的弹性变形，包括由轴承、轴承座、垫板、压下螺丝和螺母等零件产生的压缩变形，矫直辊的弹形压扃，机座闰柱的拉伸变形和机架横梁的弯曲变形等造成的。这些变形使矫直辊辊缝均

43、匀地增大。另一部分是矫直辊的弯曲变形，使轧辊轴线挠曲，除了加在原始辊缝外，还使辊缝在宽度方向产生不均匀变化，这使用权轧件沿宽度方向产生横向厚度偏差。由于机座的弹性变形f是由矫直力产生的，如果在矫直过程中矫直力有波动，则在一定原始辊缝下，机座的弹性变形也有相应的波动，这就使轧件沿长度方向的厚度产生变化，产生了纵向厚度偏差。对于纵向进取度偏差，在现代二辊滚光矫直机上，设置了厚度控制装置，使矫直机能在矫直过和中迅速调整，控制轧件的纵向厚度偏差。至于轧件沿宽度方向产生的横向厚度偏差，一般是通过合理的辊型设计、辊型调整等措施来控制的。由上可知，机座的弹形变形直接影响矫直后的轧件厚度以及轧件的纵向和横向的

44、厚度偏差，因而也影响到矫直机的调整、矫直工艺规程的制定和辊型设计等。 5二辊滚光矫直机辊系设计5.1矫直辊的组成辊身、辊颈和辊头，如图5.1所示：图5.1 矫直辊示意图5.2.矫直辊材料矫直辊是轧钢车间经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的选题和产量，因此对矫直辊的性能（主要是强度、耐磨性和一定的耐热裂性）的要求是很严格的。因矫直机类型和所矫直钢材种类的不同，对矫直辊材料性能的具体要求也有很大差别。常用的矫直辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。2辊滚光矫直机的工作辊对辊面硬度及强度均有很高的要求，常采用高强度的合金铸钢。其支承辊工作条件与平板矫直机相似，材料选用也基本相同，但要求有更高的辊

45、面硬度。2辊滚光矫直机的工作辊选择矫直辊材料时，以辊面硬度要求为主，多采用铸铁轧辊。而支承辊在工作中主要随弯矩，且直径较大，工着重考虑强度和轧辊淬透性，因此，多选用含cr合金锻钢。2辊滚光矫直机上为了矫直高碳钢和其他难变形的合金钢，也采用带硬质合金辊套的复合式矫直辊。尽管矫直辊的硬度要求很高（hs 90），但却不使用铸铁轧辊，这是因为当辊径确定以后，可能矫直出的轧件最小厚度什和轧辊材料的弹性模数e值反比，即矫直辊材料弹性模数e愈大，可能矫直出的轧件直径愈小，铸铁的e 值约为钢的一半，故而2辊滚光矫直机使用铸铁矫直辊是不利的。在矫直辊的常用材料中：用于矫直辊的合金锻钢，在我国重型机械标准jb/z

46、q4289-86标准中列出了平板矫直辊和棒材矫直辊用钢.：平板矫直辊用钢有:55mn2,55cr,60crmn mo,60simn mo等.棒材矫直辊用钢有:9cr,9cr2,9crv,9cr2w,9cr2mo,60crmov,80crni3w,8crmov等.用于矫直辊的合金铸钢的种类尚不多,也没有统一标准.铸铁可分为普通铸铁、合金铸铁和球墨铸铁。采用不同的铸型，可以得到半冷硬、冷硬及无限冷硬铸铁。 故本矫直机限的矫直辊材料及硬度如下： 2辊滚光矫直机工作辊：矫直辊硬度hs=85100(取hs=100)这里根据矫直辊的需求 ：选用选用的材料为25mntibre =1375mpa5.3矫直辊尺

47、寸计算圆材弹性极限弯曲半径：辊腰段压弯半径：辊腹段压弯半径：辊胸段压弯半径：粗棒螺旋导程：细棒螺旋导程： 腰段辊长： = 75.72 取 =70mm腹段辊长： = =70mm胸段辊长： =2 =140取=140mm辊端圆角：r2090mm辊子工作长度：辊子全长： 凹辊腰径：，取=215mm，半径为=107.5mm工件最小半径为: r=10mm辊形初始值： =0，=0，=0，=0凹辊各段的曲率半径：=-343mm,=-1030mm,=-1202mm凸辊各段的曲率半径：=343mm,=1030mm,=1202mm辊形轴向分段：=20mm（实际取值要小）5.4矫直速度计算斜辊矫直机的矫直速度是旋转圆

48、材的前进速度。它与辊子转速、辊子斜角及辊子工作直径有直接关系如图5.2所示。参看图22a，当辊子工作直径处的切线速度为，工作直径为。，辊子转速为，转子斜角为a时，矫直速度为：图5.2 斜辊矫直时轧件与辊子的关系按习惯写法，其单位速度为ms，转速为rmin。当工件转速为n、直径为d，导程为t时，则:由上述二式可得出工件转速与辊子转速之间关系为将n=150.8,d=2090mm，=15.代如公式得出矫直速度：=5.4724.64m/s矫直速度首先来自产量要求，工件转速要受其原始弯曲程度的制约。因此产量要求也受工件原始状态的限制。工件原始弯曲很大时，进入辊缝之后工件甩摆严重，噪声很大，且容易损坏设备

49、，甚至造成人身伤害。现代化的矫直机在工件送进的导向装置上花费很大投入的目的就是限制其甩摆，提高矫直速度。另外也从改善冷却条件及输送方法来减少工件的原始弯曲。5.5矫直辊强度计算矫直辊在复杂的应力状态下工作，这种应力状态是由残余应力接触应力弯曲应力扭转剪应力以及由于温度分布不均所引起的热应力等综合形成的。矫直辊中的应力可分为以下两大类：（1）制造过程中（主要是在热处理过程中）形成的应力；（2）使用过程产生的应力。这种应力是由两种因素引起的，即受力因素（金属作用于矫直辊的压力、带材张力及扭矩等）及热因素（矫直辊与轧件接触和磨擦引起的发热及用油或水冷却轧辊）。在矫直辊的设计计算中，通常只计算矫直辊在

50、使用过程中所产生的应力。这些应力包括矫直辊表面的接触应力、矫直辊横向压缩引起的应力、热应力以及由弯矩、扭矩作用所引起的应力等关于矫直辊的受力模型图如图5.3所示。弯矩模型图5.4。工作辊与支承辊的接触面积比工作辊与轧件的接触面积小的多，故存在很大的接触应力。假设辊间作用力沿轴向均匀分布。 图5.3矫直辊的受力模型图赫兹理论认为，两个圆柱体在接触区内产生局部弹性压扁，存在呈半椭圆形分布的压应力。半径方向产生的法向正应力在接触面的中部最大。接触区宽度2b和最大压应力由下式计算： 图5.4 二辊滚光矫直机矫直弯矩图b= = = 式中 q加在接触表面单位长度上的负荷，q=p/l,n/mm；d、d及r、

51、r工作辊与支承辊的直径与半径； k、k 与矫直辊材料有关的系数；k=k=v、v及e、e 工作辊与支承辊的材料泊松比和弹性模数。 v、v=0.28, e、e =184mpa工作辊与支辊皆为钢轧辊时，可简化为 =191=191=837mpa1375mpa计算时，式中的q可按加大50%考虑。在辊间接触区中，除了须校核最大正应力外，对于轧辊体内的最大切应力也应进行校核。在距离接触点表面深度为0.78处，切应力为最大 =149.7mpa虽然接触应力通常很大，但对于轧辊不致产生很大危险，因为在接触区内，材料处于三向压应力状态，能承受较高的应力。但当或值超过许用值时，会使轧辊表面产生裂纹或剥落。5.6轴承的

52、寿命校核根据矫直压力对所选轴承进行寿命的校核校核型号：322220当量动载荷p=f(xf+yf)f=p=0.5*1184232=592116(n)由于矫直时考虑有轻微的轴向窜动，故f=10%f=59211.6(n)=0.1e=0.41由资料19双列圆锥滚子轴承中知l=3000(h)np=np n=24r/minl由资料19知l=20003000(h)故轴承322220选择符合校核型号：22212c/w33当量动载荷p=f(xf+yf)f= =0.5*11849.4 =5924.7(n)p=p=p=1184232*=11849.4(h)f=10%f=592.5(n)=0.1l+3000(h)所以

53、轴承22212c/w33选择符6二辊滚光矫直机传动装置的选择及液压过载保护6.1二辊滚光矫直机传动装置的选择6.1.1矫直机主传动装置的组成矫直机主传动装置即由减速箱、联轴器和联接轴等部分组成。其作用是将电动机的转动力矩传递给矫直辊。减速箱减速箱的作用是将电动机较高的转速变成矫直辊所需的转速。联轴器（节）与联接轴联轴器（节）包括电机联轴器和主联轴器。电机联轴器用来联接电动机与减速机的传动轴，而主联轴器则用来联接减速机与齿轮座的传动轴。目前应用最广泛的联轴器是齿轮联轴器。联接轴用来将齿轮座输出轴的转动扭矩传递给工作机座的导板。在横列在轧矫直机左右，通过一个工作机座的矫直辊传动另一个工作机座的矫直

54、辊，也是通过联接轴传动的。矫直机常用的联接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和弧形齿接轴等。6.1.2矫直机主传动装置类型由于轧钢机型式和工作制度的不同，其主传动装置也有不同的类型单机座矫直机主传动装置类型第一种型式：电动机的转动力矩是通过电动机联轴器、减速机、主联轴器、齿轮座、联接轴而传给导板的。这是最常见的主传动型式。第二种型式：电动机的转动扭矩是通过主联轴器和联接轴而直接传给矫直辊的。两个导板由各自的电动机单独驱动。这种型式的主传动装置主要用于大型的板材矫直机。第三种型式：电动机的转动力矩是通过主联轴器、齿轮座、联接轴而传给矫直辊的。这种型式的主传动装置在矫直机上都有应用。第四种型式：两台电动机的传动扭矩是通过电动机联轴器、联合减速机，联接轴而传动两个导板的。这种型主要有棒材矫直机上。第五种型式：在二辊叠薄板矫直机上，只传动下矫直辊，故不需齿轮座只采用一般型式的确良减速机，直接用一根联接轴传动下矫直辊。本矫直机采用的单机座矫直机主传动装置第