关于矫直机的设计与实现的毕业论文终稿

1、 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,矫直机结构确实定,矫直机根本力能参数计算、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Abstract Straightening machine is a equipment, which straighten met

2、al bar, pipe workpiece, wire and so on. After rolling, there are arch bending, vertical and horizontal bending, protuberance in steel strip. So it must be straightened. I consulted straightening machine of Tai Zhong Group, combining with the design requirements of the program, then designed the nine

3、 roller straightening machine. The project is based on the theory of elasto-plastic bending. It includes the following: the type of straightening machine, the theory of straightening machine and the structure of straightening machine, the calculation of straightening machines basic parameters, the s

4、tructural design and the checking of the work roll and backup roll, the structural design and checking of screwdown Key words: Straightening machine; work roll; backup roll; screwdown 目录摘要IAbstractII目录III一、前言11.1 课题研究的意义及现状11.2 论文主要研究内容3二、方案确定42.1 矫直机类型42.2 矫直原理62.3 矫直机结构8三、设计计算173.1 矫直机根本参数确实定173.2

5、 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1.1 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,以到达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、巩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

6、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开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,要求用信息化带开工业化,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拟明显。例如矫直辊负转矩的破坏

7、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年代末才被说明。另外,就矫直理论的总体来看,仍然处于粗糙阶段,首先就是其根本参数确实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。但从文物开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

8、和平整技术已经到达很高的水平。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。现代矫直机的快速开展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的。到19世纪30年代,冶铁技术开展起来,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

9、代替蒸汽动力为标志,推动了机械工业的开展。到1914年英国创造了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,创造了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年代国外技术兴旺国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速开展,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

10、到中国,同时,世界上随着电子技术及计算机技术的开展,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开展与完善。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

11、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创造专利;一些新成果获得了市、省级部级科技成果进步奖;有的获得了国家创造奖。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。1.2 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H4?16mm,最大板宽B2100mm;矫直温度400?600;矫直速度0.5?1.5m/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140m

12、m;压下装置采用一台5.5kw、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根本力能参数,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2.1 矫直机类型2.1.1 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2-1a)和卧式(图2-1b)两种

13、。2.1.2 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0.6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)那么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2-1j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局部要切除,造成的金属

14、损耗太大。图2-1k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2-1l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2-1m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。2.1.3 拉弯矫直机 曲的根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

15、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2-1 矫直机的根本类型2.1.4 管材、棒材矫直机 管、棒材矫直的原理也是利用屡次反复弯曲轧件,是轧件矫直 。 图2-1g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2-1h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2-1i是偏心轴式矫直机用来矫直薄壁管。2.1.5 辊式矫直机 在辊式矫直机上轧件屡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

16、广泛应用。 辊式矫直机的类型很多,在图2-1中图ch列出了几种主要的类型。图2-1c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2-1d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2-1e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2-1f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

17、调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数,用来矫直薄板。2.2 矫直原理 假设轧件具有单值曲率的圆弧,那么用三个辊子使其反弯至曲率为,且连续通过,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。 当时,矫直原始曲率为的轧件,假设第2辊使变为,第3辊使变为,由于弹性变形缺乏和剩余应力的影

18、响,后面的辊子作用不大,轧件的剩余曲率会接近于?0。为了提高矫直精度,较彻底的消除剩余曲率,必须。图2-2 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,剩余曲率为?,通过第3辊子后,变为和变为,剩余曲率为?;通过第4辊子后,变为,剩余曲率为?;依次类推,剩余曲率范围逐渐缩小,经假设干辊子后,剩余曲率趋于定值。假设矫直机的出口辊的压下可单独调整,那么可完全消除该定值的剩余曲率,即轧件得到完全矫直。实际上辊数是有限的,只能到达限定的矫直精度,假设是轧件反复通过矫直机,那么起到增加辊数的作用,即可提高矫直精度。2.3 矫直机结构2.3.1 工作辊的布置方案 按工

19、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根本形式: 1)每个上辊可单独调整高度的。如图2-3a,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局部相对下局部进行集体调整。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2-3b,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,结构比拟简单。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,否那么将出现较大的剩余曲率。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

20、厚板的矫直。 3)上排辊子集体倾斜调整。如图2-3c,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2-3 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2-4 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2-4,一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

21、件和作用于可逆矫直。2.3.2 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2-5 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拟稳定。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2-6 双层矫直辊的矫直机示意图 1-板材;2-工作辊;3-

22、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,那么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、三段的和多段的假设干种。右图2-7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

23、布置或交错布置。 图 2-7双边浪形(上),中间瓢曲(中),单边浪形(下) 2.3.3 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局部组成。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2-8所示;整体倾斜压下是由两套驱动装置完成的,如图2-9所示。图2-8 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2-9 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

24、轮-蜗杆减速b?两级蜗杆减速图2-1011-260/3002300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2-10是一台11-260/300X2300矫直机的结构图,这种矫直机的结构特点如下: 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2-11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

25、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2-1111-90/1001700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2.3.4 主传动系统 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

26、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2-12是几种典型的机列布置示意图。 图2-12a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,比拟不容易加工制造和维修。 图2-12b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开工作辊的布置形式。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2.2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

27、,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2-12d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2-12 几种典型的机列布置示意图 图2-12e与图2-12d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2-12e与图2-12d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

28、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2-1)。 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

29、)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2-1)。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,那么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

30、,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,以防止功率传递路线闭合,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。与单列齿轮座比拟,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,齿轮防止了重复啮合,因而可适

31、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2-12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2-12b)与叉头5相连接。同样工作辊端的

32、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2-13)。这种联轴节中采用标准钢球(GB308?64),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2-12 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2-1

33、3 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3.1 矫直机根本参数确实定3.1.1 辊距t确实定 辊距t确实定对保证矫直机的矫直质量有重要影响。在矫直轧件时,其根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以下条件:(3-1) 显然,假设板材的E已确定,那么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。 确定辊距的原那么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: (3-2

34、) 图3-1 最大允许辊距t确实定如图3-1所示根据1 p369得最大允许辊距为: (3-3) 根据经验值辊距取t155mm 3.1.2 辊径D确实定由下表可知道工作辊直径D0.95t147.25mm 圆整取D150mm表3?1 辊径与辊距的比值矫直机类型矫直机类型3.1.3 辊数n确实定 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3?2 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轧件种类钢板厚度 mm中小型型钢大型型钢0.25-1.51.5

35、-66辊数n19-2911-177-911-137-9因为用于矫直带头 所以选择5辊3.1.4 辊身L确实定 辊身长度L取决于轧件最大宽度,根据1得:Lb+a (3-4) 当b200mm时, a50mm ;当b200mm时,a100300mm 。 所以 L1380+3001680mm取L1700 3.1.5 矫正速度确实定 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11-6,0.16.0m/s 在此取0.5m/s。 图3.1 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: (3.5)式中: t ? 矫直辊辊距。 今假

36、设第2、3、4辊下轧件弯曲力矩为塑性弯曲力矩;由文献2,5-12得辊式矫直塑性弯曲力矩为N ?mm,其中:(42CrMo为矫直辊屈服极限,550MPa 。 将上述三个假设代入式(3.3),可得出各辊下矫直力的计算式为: 故作用在上下辊子上的压力总和为 : +469.02kN (3.6)2. 矫直力矩的计算:矫直过程按照以下假设进行分析:认为各辊下的弯曲力矩均是塑形弯曲力矩;认为弹复变形不属于耗能变形;除原始曲率外,其余各辊下的剩余曲率(也就是下一辊的原始曲率)都等于小变形矫直方案中的剩余曲率最大值;对具有原始曲率的轧件,可假设其平均原始曲率为: 式中的数值,对于钢板, ,h为轧件厚度。按照上述

37、假设,矫直辊上的矫直力矩为:其中,按照以下回归经验公式可以近似计算: , mm 故:mm。,取大值:。将与代入式3.7中可得:kN?mm3.3 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: (3.8)式中: ?总矫正扭矩,6475.28kN?mm ; ?作用在矫直辊上的压力总和, 469.02kN ;?矫直辊与轧件的滚动摩擦系数,对于钢板0.0002, 如考虑可能出现较大的滑动摩擦,那么对于钢板0.0008 ; ?辊系轴承的摩擦系数,轴承 ; D?辊子直径,D 150 mm ; d?辊子轴承处直径 , d65 mm; v?矫正速度m/, v0.5m/s ; ?传动效率, 0.7

38、680.723 。 所以电机功率: 上述计算说明,第三根辊子上受力最大,所以应对其进行强度校核。 图3-3 塑性变形折算系数a的计算图所以,查阅【5】,选用2台YTSZ355M1-6型冶金用电机,其根本参数如下: 额定功率为200千瓦 转动惯量为8.05 kgm,额定转矩为1910nm 重量为1600 kg额定转速为980r/min 总长度为1650mm 宽度730mm,高度1010mm输出轴轴径95mm3.2.4 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3-4所示结构方案,查阅【3】选用42CrMo为轧辊材料。其拉伸强度极

39、限1080MPa,屈服极限强度930MPa,取平安因数n5,那么该材料的许用应力186MPa.因轴端尺寸已定,所以依据【4】7-351,初选轴承型号为HR65KBE52X+L。 图3-4工作辊结构简图上图中相关尺寸为:L2334。5mmc198mma2096mmD150mmd65mmpp30%156.6830%47.00KN图3-6 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3-7 工作辊的载荷分析图上图中相关尺寸为:b1380mmL2096mmc198mma2334mmD150mmd65mm如图3-4所示,辊身中央断面2-2处的弯曲力矩为: (3-11)那么弯曲应力

40、: (3-12) 由弯矩图得 截面1-1处的弯矩为:15.7kN?m弯曲应力为 : 那么扭转应力为: (3-14) 依第四强度理论校核得: (3-15) 1-1 断面 2-2 断面 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,根本参数如下:d65mmD120mm B56mm 根本额定动载荷为Cr438KN图3-8轴承受力图每个轴承所受的径向力为: -第三辊子所受轧制力因无轴向载荷,故 所以径向当量动载荷:(3-16) 其中 -轴承所受径向力 KN -轴承所受轴向力 KN所以轴承寿命: 3-17) C- 根本额定动载荷 KN n- 辊子转速 -对于

41、滚子轴承 所以轴承寿命符合要求 4 夹送辊的设计与计算4.1 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: 采用钢送料辊在冷状态下取0.15,采用聚氨基甲酸或橡胶包层夹送辊时,取。在此取。 kN 1.夹送辊的辊径: mm 按照设计要求,在此初定500mm。 2.求出辊子传递的功率P,转速n和转矩,并确定最小直径d。 1)已给出夹送辊的张力为20kN,两个辊子上的摩擦力10kN,每个辊子传递的功率P: ?传动效率, 0

42、.7680.723 。 所以电机功率: 辊子的转速n:辊子的转矩:N?m2)初步确定辊子的最小直径:在此选辊子的材料为40,查文献3表15-3,选取112,故: 在此初选d75mm。 4.2 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:。考虑到转矩变化很小,查文献3表14-1取1.3。故3250Nm。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查文献1第二卷6-2-18,选用SWC-180A-1655型标准伸缩焊接式万向联轴器。 参数如下:公称转矩T12.5kN?m 疲劳转矩T6.3kN?m 2. 滚动轴承的选择 因轴承同时承受有径向力和轴

43、向力的作用,且径向载荷较大,应选取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4.1所示:图4.1 送辊轴承座结构 4. 根据轴的各局部尺寸和装配关系,作出夹送辊的结构草图,如图4.2:详细尺寸见图纸。4.3 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4.3夹送辊受力、弯矩、扭矩图求得:25kN;由弯矩图得17625Nm。在最大弯矩处进行弯曲校核(截面2-2)按照第三强度理论来进行强度校核,即:

44、1.45MPa156MPa 符合强度要求 危险截面处进行强度校核,按照第三强度理论来进行强度校核 25.1MPa156MPa 符合强度要求 对轴头进行扭转校核 所以轴头强度符合要求 所以轴颈处材料选40Cr,最小轴径d75mm是符合设计要求的。故,最终确定夹送辊的结构参数:辊径500mm;最小直径d75mm图3-8轴承受力图每个轴承所受的径向力为: -辊子所受轧制力因无轴向载荷,故 所以径向当量动载荷:(3-16) 其中 -轴承所受径向力 KN -轴承所受轴向力 KN所以轴承寿命: 5047358.3h 3-17) C- 根本额定动载荷 322KN n- 辊子转速 -对于滚子轴承 所以轴承寿命

45、符合要求3.2.5 压下机构的设计计算牙型选择:考虑到螺杆要承载较大力,所以选择锯齿形螺纹,因为锯齿形螺纹适用于单向受力条件,且承载力较大。(1)压下螺丝直径为: (3-18) 所以 d其中,P为单个承载螺杆所受轴向力,即螺杆采用铸钢ZG270-500,屈服极限270MPa根据相关设备经验值选取 d180mm 查阅【4】5-26,螺距P8mm 中径d2174mm 小径d1166.116mm 与其配合的内螺纹参数如下:174mm 168mm(2)螺纹牙的强度校核图3-14螺纹牙简图如上图所示:螺纹牙危险截面a?a的剪切强度为 (3-19) 其中,为零件材料铸钢ZG310-570的许用剪切应力18

46、6F 为单个螺栓柱所承受的压力螺纹牙危险截面a?a的弯曲强度为: (3-20)其中, 为螺栓材料铸钢ZG310-570的许用弯曲应力310?372; b 为螺纹牙根部的厚度; 为弯曲力臂。满足强度要求。(3)压下电动机的选择粗略计算整个压下局部的总重:(3-21)那么压下螺柱的传动力矩: (3-22) -作用在一个压下螺丝上的力 KN -螺纹中径 mm -螺纹上的摩擦角。 t -螺距 mm -螺纹升角,根据3得 根据【1】得压下螺丝的电动机传动功率为: (3-23)-传动系统总的工作效率n -电动机额定转速i -传动系统总传动比 根据计算结果选用YTSZ?132S?4型号电机 :额定功率 5.

47、5千瓦额定转矩 35 N?M 额定转速 1455r/min重量 80Kg (3)压下机构减速器的选择 压下机构总传动比 查阅【6】16-79 选用CW型圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器。 型号标记:CW 125-10VIF 根据电动机的输出转速和总传动比查手册得:一级减速器选用CW型圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器输入转速1465 r/min传动比10,中心距125mm。 二级减速器因无标准减速器可选用,所以需另行设计。也选用CW型圆弧圆柱蜗杆蜗轮参数如下 :表3?3 二级蜗轮蜗杆减速器主要参数传动比30.5中心距a225mm蜗杆头数Z2蜗轮齿数Z261齿顶高6.2mm蜗轮齿宽B500.75da156.7mm(4)万向联轴器的选用和校核 分配箱与工作辊之间使用的联轴器选用WS型十字轴式万向联轴器。十字轴的材料一般为中碳合金钢,如 42CrM0、40Cr;或低碳合金