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青島農(nóng)業(yè)大學海都學院
本科生畢業(yè)論文（設計）
題 目： 鋼板校平機設計
姓 名：
系 別： 工程系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 號：
指導教師： 呂寶君
2011年6月18日
畢業(yè)論文（設計）誠信聲明
本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。
論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書
本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權青島農(nóng)業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接相關的學術論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學。
論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日
指 導 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日
目 錄
摘 要……………………………………………………………………………………………………..…. I
Abstract………………………………………………………………………………………………………. II
1 緒 論………………………………………………………………………………..……..……1
1.1 平行輥式校平機國內(nèi)外現(xiàn)狀………………………………………………………..……1
1.2 鋼板校平機研究的內(nèi)容和意義……………………………………………………..……1
2 校平機總體方案設計……………………………………………………………………….…3
2.1 反彎校平的基本原理………………………………………………………….………..…3
2.2 校平機的工作原理和壓下方案選擇…………………………………………….…..……4
3 傳動系統(tǒng)的設計………………………………………………………………………….……8
3.1傳動系統(tǒng)參數(shù)計算…………………………………………………………………………8
3.1.1 結構參數(shù)的確定 …………………………………………………………….………8
3.1.2 力能參數(shù) …………………………………………………………………………...…9
3.2 減速機、齒輪座、電機和萬向聯(lián)軸節(jié)的選擇計算…………………………………..…14
4 校平裝置設計…………………………………………………………………………………18
4.1 液壓壓下系統(tǒng)設計……………………………………………………………………….18
4.1.1液壓壓下系統(tǒng)的組成…………………………………………………………………..…… ……18
4.1.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理……………………………………………….…………………... ….…18
4.1.3液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算………………………………………………………………...……20
4.2 輥子材料選擇及強度校核…………………………………………………………….…22
4.2.1輥子材料選擇………………………………………………………………………..…22
4.2.2輥子強度校核……………………………………………………………..…….…………….. .…23
4.3軸承的選擇及潤滑………………………………………………………......................…26
4.3.1軸承的選擇…………………………………………………………….....................…26
4.3.2軸承的潤滑……………………………………………………………………..........................…27
5 結論…………………………………………………………………………..……….... .....………………29
參考文獻……………………………………………………………….……………. .............................. . ..30
致謝……………………………………………………………………………..……...... …………..... . . …31
鋼板校平機設計
摘 要
針對鋼板校平機的使用要求，本課題完成了鋼板校平機的結構設計。所設計的校平機采用了異輥距輥系技術、彎輥技術、液壓壓下加壓方式。異輥距輥系技術的應用縮短了空校區(qū)，從而使補校工作明顯減輕；彎輥技術的應用使校平機在工作時可使校平工作輥產(chǎn)生一定量的曲率以抵消機架的彈跳，并可有效改善板材的橫向板形；液壓壓下加壓方式實現(xiàn)了動態(tài)輥縫調整，提高了鋼板的校平質量，使校平機運行更加平穩(wěn)，并可實現(xiàn)過載保護。
關鍵詞：鋼板；校平裝置；異輥距輥系；彎輥技術；液壓壓下
II
Steel Leveling Machine Design
Abstract
According to the use of steel leveling machine, this task completed steel leveling machine design. The steel leveling machine adopts the roll of technology, from roll bending roll technology, hydraulic press pressure mode. Different from the roll system technology roll application shortened empty campus, thereby significantly reduce continuation school for work, Bending roll technology application makes leveling machine work can make leveling work roll produce a certain amount of curvature to offset the frame, and can effectively improve the bounce of the lateral plate shape, Under the pressure of hydraulic pressure means to realize the dynamic roll gap adjustment and improve the quality of steel, leveling leveling machine working more smoothly, and can achieve overload protection.
Key Words: steel plate；leveling machine；different from the roll system roll；bending roll technology；hydraulic press
青島農(nóng)業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計）
1 緒 論
1.1 鋼板校平機國內(nèi)外現(xiàn)狀
平行多輥薄板校平機國內(nèi)外發(fā)展很不平衡，國內(nèi)基本上還停留在傳統(tǒng)的手動調節(jié)及機械傳動方式，位置精度只有±0.5mm，而國外已經(jīng)實現(xiàn)了計算機電液自動控制，位置精度已經(jīng)達到0.1mm，且有良好的人機界面，便于現(xiàn)場工程師操作[1]。
在中國銷售高精度薄板校平機的公司主要有三家，瑞士海莫樂公司、臺灣雙郁機械公司和美國的IOWA精密工業(yè)公司，后兩家公司校平機都作為卷板材加工流水線工序設備，而瑞士海莫樂公司作為專業(yè)校平機制造公司，性能最好。它采用液壓系統(tǒng)來控制校平機的輥縫，公司產(chǎn)品廣泛應用于汽車、建筑玻璃、精密儀器儀表和工具等領域。這三家的校平機都能實現(xiàn)計算機數(shù)字控制(CNC)，而且海莫樂公司校平機能自動感應壓應力，采用雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)了智能化，但價格不扉，一臺20-30萬美金。
國內(nèi)的情況是：北京機械工業(yè)自動化研究所機器人工程中心開發(fā)的一套開卷、矯平剪切、堆垛生產(chǎn)線技術中，矯平機能實現(xiàn)計算機數(shù)字控制，但校平機的間隙調整由標尺指示，并沒有采用閉環(huán)控制，所以位置控制精度僅有±0.5mm。生產(chǎn)制造公司有國營西北機器廠、富地機械、山東省淄博市桓臺齊光鍛壓機床廠、無錫梅里精品機械和湖北重型機器集團，前后輥縫間距全部采用手動機械調節(jié)，位置精度僅依靠蝸輪控制。所以產(chǎn)品的校平精度不高，不能應用在精矯工序。
由湖北重型集團有限公司同華中理工大學威奇數(shù)控公司合作開發(fā)的輥式板材校平機系列，經(jīng)過多年的完善和發(fā)展，在理論上和實踐上形成了較成熟的體系。結構上，采用機械傳動和液壓傳動相結合的方案，并重點加入了液壓墊這一專利技術，使得設備結構更為緊湊，精度高，噪聲低，控制方便，不僅提供了良好的交互環(huán)境。而且在實時性和預警上也對液壓、機械和電氣各環(huán)節(jié)實現(xiàn)了全面管理。整套控制系統(tǒng)由一臺工控機和PLC組成，校平精度也達到了0.1mm[14]。
1.2 平行輥式校平機研究的內(nèi)容和意義
隨著我國板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，各廠家日益認識到板形在生產(chǎn)與市場銷售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。這些缺陷往往在板材軋制、熱處理、校平、冷卻過程中形成，往往是由于溫度、輥形、壓下、冷卻水溫、水壓等因素不合適造成的。若將板帶看作由無數(shù)條縱向金屬纖維連結而成的材料，則不良板形材料中內(nèi)應力的出現(xiàn)，正是因相鄰纖維間存在長度差之故。由于鄰近纖維間的相互制約，長纖維受壓應力，短纖維受拉應力。因此，板帶橫向厚度差與板形有著密切的關系。橫向厚差大的板帶，一般板形都不好，但因只需幾微米的橫向厚差，即可造成明顯的板形缺陷。因此，有些橫向厚差很小的材料，板形也完全有可能不符合要求。
隨著民用消費類產(chǎn)品需求不斷增加，市場對薄板需求也大幅度提升，同時對板材的質量要求也在大幅提升。只有有了好的材料，才能加工出好的產(chǎn)品來。因此這些變形如果得不到及時有效的矯正，將嚴重影響著產(chǎn)品質量和數(shù)量的提高，尤其是本身作為工具的高精密儀器和刀具，它們對用材平整度要求更加苛刻。
對于薄板，平行多輥校平機應用最廣，技術也最成熟。這種校平機克服了普通壓力校平機斷續(xù)工作的特點，成倍地提高了校平效率，使校平工序得以進入連續(xù)生產(chǎn)線，而且可以達到很高地校平精度。本課題研究的也就是平行輥校平機。
當今世界上先進校平機技術快速發(fā)展，板材校平機正向重型化、全液壓、自動化過渡。
平行輥校平機在板材加工方面應用廣泛，但從國內(nèi)現(xiàn)狀可以看出，高精度的液壓多輥薄板校平機(位置精度0.15mm以下)國內(nèi)還相當缺乏。因此，本課題的研究具有十分重要的意義。
29
2 校平機總體方案設計
2.1 反彎校平的基本原理
在壓力校平機、輥式校平機、斜輥式校平機和拉伸校平機中，軋件都是經(jīng)過反向彎曲后校平的，而軋件的彎曲狀態(tài)可以用曲率表示，在軋件的彈塑性彎曲變形過程則可以用曲率的變化來說明。
軋件在校平過程中的曲率變化：
1）原始曲率 軋件在校平前的曲率稱為原始曲率，以表示。（圖2.1a）。r0是軋件的原始曲率半徑。彎曲的方向用正負號表示，如+表示彎曲凸度向上的曲率，-則表示彎曲凸度向下的曲率，而軋件的平直段用=0表示。
2）反彎曲率 軋件在外力矩M作用下強制反彎的曲率稱為反彎曲率，以表示。在壓力校平機和輥式校平機上，反彎曲率是通過校平機的壓頭或輥子的壓下來獲得的。反彎曲率大小的選擇是決定軋件能否被校平的關鍵。
圖2.1 彈塑性彎曲時的曲率變化
a-彎曲階段；b-彈復階段
3）總變形曲率 它是軋件彎曲變形的變化量，是原始曲率與反彎曲率的代數(shù)和，以表示，即：
=+
使用上式時，應將曲率的正負號代入。原始曲率與反彎曲率方向相同時符號相反；方向相反時符號相同。
4）彈復曲率 它是當外力矩去除后，軋件在變形內(nèi)力形成的彈復力矩My作用下彈性恢復的曲率變化量，以表示。
5）殘余曲率 它是軋件經(jīng)過彈復后所具有的曲率（圖2.1b），以表示。如軋件被校平，則=0，如軋件未被校平，在輥式校平機上，前一輥的殘余曲率將是下一輥的原始曲率，即，式中i指輥數(shù)。
殘余曲率是反彎曲率與彈復曲率的代數(shù)差：=- ，顯然欲使軋件校平，則必須使殘余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反彎校平時（壓力校平機）選擇反彎曲率的基本原則。
2.2 校平機的工作原理和壓下方案選擇
平行輥校平機屬于連續(xù)性反復彎曲的校平設備，這種校平機克服了壓力校平機斷續(xù)工作的缺點，使校平效率成倍提高，使校平工序得以進入連續(xù)生產(chǎn)線。
金屬材料在較大的彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，在彈復后所殘留的彎曲程度差別會顯著減小，甚至會趨于一致。隨著壓彎程度的減小其彈復后的殘留彎曲必然會一致趨近于零值而達到校平目的。因此平行輥校平機必須具備兩個顯著的特征：第一，具有相當數(shù)量的交錯布置的校平輥以實現(xiàn)多次的反復彎曲；第二，壓彎量可以調整，能實現(xiàn)校平所需要的壓彎方案[7]。
下面以5輥校平法用圖形表示如圖2.2所示：
圖2.2 5輥校平法
平行多輥校平機的壓下方案有三種，①最小壓彎遞減方式，即校平機每個輥的壓下量都可單獨調整的假想方案。校平機上各個輥子反彎曲率的選擇原則是：只消除軋件在前一輥產(chǎn)生的最大殘余曲率，使之變直。②最小殘差遞減方式，即使具有不同原始曲率的軋件經(jīng)過較少次數(shù)劇烈的大變形反彎，以迅速消除其原始曲率的不均勻度，然后按校平單值曲率的辦法加以校平的方案。③線性遞減方式。其中最常用的是線性遞減方式，薄板校平多采用這種方案，也是本文討論的方式。這種方式的特點是：從第二輥(第一個上輥)到最后第二輥(最后一個上輥)的壓彎量按線性遞減，最后第二棍的壓彎曲率一般為彈性極限曲率，前面第二輥的壓彎曲率則不受嚴格限制。由于這種壓下方式多用于薄板材校平，故第二輥壓下曲率都較大。工業(yè)生產(chǎn)中采用這種方案的多輥校平機的輥數(shù)一般都較多，有11、13、17、19、21、23輥等，同時輥徑要盡量小，這樣使板材得到較大的變形，變形愈大愈有利于消除波浪彎[1]。
2.3 輥系方案的確定
平行輥校平機發(fā)展歷史較長，輥系結構形式很多，且主要與用途和校平質量有關。這里介紹幾種典型輥系，如圖2.3所示。
圖2.3 典型輥系
輥系a是上輥組平行升降的輥系，主要用于熱校平厚板、粗矯板材和在展卷機后平整帶材等工作；輥系b有所改進，兩端輥單獨調整，有利于中間各輥加大壓下，也有利于兩端輥的咬入及提高校平質量，主要用于熱校平板材。輥系c是一種靈活性較大的多用途輥系，上輥可以調成平行升降、單向傾斜和雙向傾斜等形式。第一個用途同圖a,第二個同圖d，第三個用途為可以進行反復及雙向咬入的校平。輥系d是按線形遞減壓下的板材校平輥系。輥系e是型材校平的常用輥系，各上輥單獨調整可以采用各種壓下方案。輥系f是校平板材的輥系，帶有支撐背輥，它有兩個作用：一，校平寬板時輥子太長，剛度不夠，用支撐輥來保持工作輥的剛度；二，校平薄板時要消除波浪需要用支撐輥來改變工作輥的凸度。這種輥系也稱為四重式校平輥系。輥系g比前一種增加一排中間輥，由于支撐輥多為盤形，長期工作中使工作輥表面被壓出痕跡，這時若校平工件的表面要求光亮，而輥面壓痕很可能在工件表面上留下條狀暗影甚至印痕。故用中間輥隔離上述壓痕的傳遞。這種輥系也稱為六重式校平輥系[8]。
除這些典型輥系外，近代新研制設計了不少性能更好的輥系。不過它們都是在已有的輥系基礎上的改進。如圖2.4所示的異輥距輥系，特點就是加大了入口側的輥距，以減少入口側各輥的壓力，尤其可以減少第3輥的斷軸事故。同時還追求等強度設計的理想狀態(tài)。隨著校平力的逐漸減小，向著出口側逐步也減小了輥距尺寸。它由于空矯區(qū)（不產(chǎn)生校平彎矩的區(qū)間）比較短，可以明顯的減輕補矯工作。即用縮短兩端輥間距的辦法使工件頭尾經(jīng)歷正負兩次短距離的反彎，可以使空矯區(qū)成倍縮短?？粘C區(qū)的縮短將會使校平質量提高及補矯工作減輕。同時各輥校平力也有了很大的改善。
圖2.4 9輥式異輥距校平輥系
以上分析比較可以看出，輥系f比較適合校平薄板材，故選擇這種輥系。另外可以適當縮短兩端的輥距，以減小空矯區(qū)。同時設計成異輥距類型，使性能更好。
3 傳動系統(tǒng)的設計
3.1傳動系統(tǒng)參數(shù)計算
3.1.1 結構參數(shù)的確定
1、輥數(shù)的確定
選擇輥數(shù)的原則是在保證校平質量的前提下，使輥數(shù)盡量少。對于薄板校平機，由于b/h比值很大，原始彎曲曲率較大，以及瓢曲和浪形的二維形狀缺陷嚴重，應減小輥距以增加板材的彈塑性彎曲變形，但由于輥距不能選的過小，故要增加輥數(shù)。在表11-3[1]中確定輥數(shù)。為此需計算校平機最大負荷特性：
（3-1）
——鋼板屈服極限，
——鋼板最大寬度，
——鋼板最大厚度
設計任務要求，校平機典型鋼種為，經(jīng)查詢，知其，現(xiàn)??；另外鋼板規(guī)格為，??；，取。故，由表11-3得知輥數(shù)取13。又根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)知輥數(shù)取11即可。
2、輥徑、輥距與輥長的確定
圖3-12[2]知校平最佳區(qū)域中，單位厚度輥徑值滿足。因為，故，又因為， ，故，所以可以取輥徑。支撐輥輥徑應取大一些，取為。
使用滾動軸承時，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過大，近似地選擇。另外，只要條件允許，輥頸直徑和輥身的過渡圓角均應選大一些。
根據(jù)公式和可以確定工作輥輥頸直徑和輥頸長度，輥距 （其中，壓彎量單獨調節(jié)時取較大值，集體調節(jié)時取較小值，為輥子最大直徑）。所以
再從表11-3[2]中由知輥距比較合適。下面根據(jù)以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)及已有變輥距校平機做參考，確定各處輥距如圖3.1所示：
圖3.1 本校平輥系各輥距大小
輥長
（時，；時，）
3、支撐輥的確定
前面已經(jīng)確定支撐輥直徑為。下面確定支撐輥的布置方式和相關尺寸：
由于上面所設置的輥距較小，同時工作輥輥徑與輥身比值處于中間，既不大也不小，故這里考慮采用垂直布置方案。為了調整工作輥的撓度，有效地消除板帶的局部瓢曲或單、雙邊浪形。這里采用多段支撐輥校平方案。其各段支撐輥可以單獨調整壓下，沿工作輥長度方向可使帶材產(chǎn)生不同的變形，以消除板帶邊緣或中部的板形缺陷。具體布置形式如圖3.2所示。
與工作輥一樣，我們可以得到支撐輥輥頸直徑為和輥頸長度
3.1.2 力能參數(shù)
1、確定壓彎量并計算校平力
1）壓彎量
圖3.2 支撐輥布置圖
a—消除雙邊浪形 b—消除中間瓢曲 c—消除單邊浪形
前面已經(jīng)確定壓彎方案選擇線性遞減壓彎方案，現(xiàn)首先確定入口及出口處的壓彎量：
已知校平機為類型。工件尺寸為，代表鋼種為，取其。
該方案中規(guī)定變形大致范圍為。包含和，工件通過第二輥后，方向趨同，但是中包含最大和最小的彎曲狀態(tài)，而最小的，要使這個在反彎之后也獲得一種與其他相差不多的彈復能力，就必須采用加大的。由于，故取。假設鋼板原始的彎曲最大為，則第二輥后的彈復曲率比為
其殘留曲率比為
這個，需用彈塑性撓度計算法。由公式1-165知
其中
所以
出口壓彎撓度
所以入口壓彎量為，出口為
由于輥數(shù)為11，那么上輥組的傾斜度為：
所以
由，，， 得表3.1如下：
表3.1 各輥子壓彎量
圖3.3為第2到第10輥每個輥子的壓彎量，從這個圖中明顯地看出壓下方式為線性遞減壓下：
圖3.3 線性遞減壓下
2）校平力
查圖3-14[2]得
根據(jù)公式和
得各個輥子處的彎矩為：
按連續(xù)梁的三彎矩方程式計算后（其中前面已經(jīng)給出計算式子）求出校平力為：
2、軸承壓力計算
校平輥所承受的校平力直接作用于軸承上。機架結構采用簡支式結構。如圖3.4所示為輥子軸承受力分析圖：
圖3.4 校平輥軸承受力圖
那么
軸承受力總和為
取，那么各個輥子兩端的軸承受力大小可以計算如下：
所以
3、校平輥轉矩計算
校平輥在校平力作用下所需克服的阻力包括軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動摩擦阻力及工件的塑性變形阻力。下面分別求這兩個力
1） 軸承摩擦阻力
前面已經(jīng)確定機架結構為簡支結構，那么根據(jù)下面公式[2]即可求得該摩擦阻力：
其中為工件與輥面的滾動摩擦系數(shù)，板材為；高溫板材為；為軸承摩擦系數(shù)，尼龍軸承；青銅軸承；滾動軸承。為軸頸直徑。
2）工件塑性變形阻力：
其中是第輥處的轉矩，是第輥處的校平變形能
這里
其中可由下式子計算：
將代替代入得
從而根據(jù)上面給出的公式求得每個輥子處的校平變形能為
進而求得工件塑性變形阻力為
3） 總轉矩
上面兩個阻力求出之后，相加即得總轉矩
4、校平功率
為了使校平機適應生產(chǎn)線，速度取生產(chǎn)線速度。又因為有支撐輥，校平機傳動系統(tǒng)效率可取為。那么計算到電機處的驅動功率為
3.2 減速機、齒輪座、電機和萬向聯(lián)軸節(jié)的選擇計算
1、減速機的選擇
主傳動系統(tǒng)中，減速機除有減速作用以外，還有均衡分配傳動扭矩的作用，因此也稱為假速分配器。它有三種主要形式：圓柱齒輪型、圓柱—圓錐齒輪型和蝸輪型。這三種形式中每種分為單、雙、三、四支等結構。
在輥數(shù)大于7的校平機上，不宜使用單支減速分配器。這是因為傳遞的總扭矩大，齒輪座是齒輪尺寸也大，使齒輪座出軸的間距很難與矯正輥間距相適應，因此，在輥式鋼板矯正機上，大多使用多支的減速分配器。這樣也可以使齒齒輪座的載荷均勻。
由于本校平機中第二輥的校平扭矩最大，因此對該輥要盡可能由減速機的一根出軸經(jīng)齒輪座直接傳動，以減輕齒輪座的負荷。為適應矯正機在連續(xù)機組中的安裝，將矯正機設計成可以雙向進料的結構。這時，矯正機另一端的第二輥也又減速機的出軸直接傳動。那樣，減速機中心距和應等于齒輪座兩邊第二軸之間的距離，如圖3.12所示：
3.5 減速分配器和齒輪座示意圖
值受齒輪座最大中心距的限制，是按校平輥最大中心距和萬向連接軸的長度以及連接軸傾角不超過60 的條件來確定的。前面已經(jīng)算得，第一輥和第十一輥中心距為615mm，故這里。
2、電機的選擇
前面求得驅動功率為。綜合考慮機械負載特性（恒功率），斷續(xù)周期工作制，無調速要求，有過載能力。
工作條件：冶金用，所以灰塵和渣子較多，溫度較高等工作條件，選擇負荷率為 0.8。那么
選YIR系列起重及冶金用三相異步電機：（重型%=40%）
從表16—1—83中查得，型號： 機座號：315M，,
3、聯(lián)軸器的選擇
萬向聯(lián)軸器的計算轉距：
式中 ——萬向聯(lián)軸器公稱轉距（N·m）
——萬向聯(lián)軸器的疲勞轉距（N·m）
——萬向聯(lián)軸器的理論轉距（N·m）
——驅動功率KW
——萬向聯(lián)軸器的轉速 r/min
——萬向聯(lián)軸器的轉速修正系數(shù)
——萬向聯(lián)軸器的壽命修正系數(shù)
——萬向聯(lián)軸器的兩折角修正系數(shù)
——載荷修正系數(shù)載荷均勻；工作平穩(wěn)時；載荷不均勻時；中等沖擊較大沖擊載荷和頻繁正反轉時特大沖擊載荷和頻繁正反轉時，。
這里（減速器效率為80%），（與工作輥一致）。查圖5—2—4得（取折角為60）；。
那么
從表5—2—15中選取：
SWP·180·A型×1000（1250，1400，1600，1800）。JB/T3241—1991
其相關參數(shù)如下：回轉直徑，，，1250，1400，1600，1800等。伸縮量
4、減速器的選擇
，考慮工作環(huán)境及傳動比大小，經(jīng)濟等方面的因素來選取。
1）減速器的計算功率
由 。
式中 ——計算功率KW
——載荷功率 KW
——減速器公稱輸入功率
——工況系數(shù)
——啟動系數(shù)
——可靠度系數(shù)
這里 =72KW，查表15—2—8～15—2—10得=1，=1，=1.56，
那么
按接近公稱轉速750r/min，查表15—2—4，初選ZDY160， ,,。
2）校核熱平衡許用功率
查表15—2—11～15—2～13得 （）。
按式15—2—3計算得 熱平衡許用功率：
查表15—2—7，對于ZDY160型，，盤狀水管冷卻時，。因此，可選定ZDY160—2.8—Ⅰ型減速器，采用油池潤滑，盤狀水管冷卻調管油。
4校平裝置設計
4.1 液壓壓下系統(tǒng)設計
4.1.1 液壓壓下系統(tǒng)的組成
平行多輥校平機的發(fā)展歷史較長，輥系結構形式很多。線性遞減壓下的板材校平機的輥系結構是：所有上輥都固定在上輥驅動平板上或者上輥連接裝置上，通過控制驅動平板來控制壓下量。其結構如圖3.6所示。
圖4.1 線性遞減法輥系結構
從上圖可以看出，整個系統(tǒng)主要部件就是上下排輥。前后輥縫要可調，且排輥自身要轉動。
液壓壓下系統(tǒng)的整體結構由空間分立的三個部分組成：以PLC為核心的電氣控制柜、以泵和閥為主體的液壓柜、以液壓缸、馬達和上下排輥為主體的機械結構。電氣柜有電源、電氣保護元件、PLC、放大器（6個伺服閥放大器），面板（配置觸摸屏、開關、按扭、指示燈）等；液壓柜下部為油箱，上部為泵組和閥組；機械部分的上部安裝液壓缸（缸體上有壓力傳感器），六個位移傳感器安裝在上下兩部分之間。
4.1.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)是決定板材校平效果的關鍵部分，采用閉環(huán)控制。圖形如圖3.7所示。
系統(tǒng)采用三位四通O型電液伺服閥控制液壓缸的一端。伺服閥對液壓缸下腔供油，下腔壓力增大，上校平輥驅動平板下移，輥縫減小，伺服閥卸荷，液壓缸下腔壓力減小，平板上移，輥縫增大。位移傳感器檢測到平板的位移信號的變化，可以反饋給系統(tǒng)，通過對伺服閥的控制來調節(jié)輸入到液壓缸下腔的壓力油的流量，最終使輥縫維持在恒定值。液壓缸上腔的壓力由背壓閥提供，可以認為是一個常數(shù)。大流量泵對液壓缸下腔供油，小流量泵對液壓缸上腔供油。
圖4.2 液壓控制系統(tǒng)原理圖
由于支撐輥有三排，故設置6個液壓缸來控制，每排有2個液壓缸來控制其壓下量。而每個液壓缸分別由一個獨立的伺服閥控制。這樣就能夠滿足校平機對鋼板中心浪形和邊浪的平整。
工作參數(shù)設定在觸摸屏上，從而實現(xiàn)平板壓下量的設定，進行精確校平。電氣控制部分是以帶觸摸屏的 PLC為核心的自動化控制設備，有良好的人機界面?？驁D如3.8所示
機器啟動后，首先在觸摸屏上將前后輥縫及輥子軸向上的壓下量設定。校平過程中的輥縫和速度等參數(shù)可以在顯示屏上顯示出來，當出現(xiàn)錯誤時，指示燈報警，同時系統(tǒng)控制壓下油缸卸荷，以松開輥子。
圖4.3 電氣控制原理
位置控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過直線位移傳感器實時檢測每個液壓缸對應位置的上下排輥的間距，位置量轉化成電流，輸入PLC的A/D模塊，經(jīng)過比較分析，PLC計算出控制量，經(jīng)D/A模塊輸出控制電壓，經(jīng)放大器放大后轉化成電流，輸入到比例控制閥，控制其流量，從而改變壓下量。
PLC、觸摸屏、旋轉編碼器、位移傳感器等可以進行適當選擇。
4.1.3液壓壓下系統(tǒng)部分參數(shù)計算
1、液壓缸的計算
每個驅動平板由兩個液壓缸來控制其壓下量，為分析方便，將其分成兩部分，忽略彼此之間的耦合。和液壓缸相連的驅動平板的二分之一部分的受力如下3.9：
4.4 缸體受力情況
平衡方程：
為作用在平板上的外負載；為平板和與缸體固定的管道總質量的一半。
各參數(shù)的確定：
1）系統(tǒng)供油壓力：考慮到液壓元件及伺服閥的額定壓力系列，并考慮到可靠性與維護，取
2）負載壓力：為保證伺服閥閥口上有足夠的壓降，以確保其控制能力，取
3）壓下缸行程：根據(jù)板坯厚度、成品厚度及故障狀態(tài)的過鋼要求等，確定
4）液壓缸背壓：取
5）上、下腔面積和
由上面平衡方程得 壓下力
令面積比得
由于（其中2為載荷系數(shù)），并取得
從而得缸體直徑為，參考液壓缸直徑標準系列，選取
令，那么，同樣選取
從而，
2、 伺服閥參數(shù)的確定
1） 負載流量
由壓下速度，可求出伺服閥的負載流量
2） 伺服閥的選擇及其參數(shù)
選用莫格（MOOG）D791系列伺服閥，主要參數(shù)如下：
額定流量 （單邊）
額定供油壓力
滯環(huán)
分辨率
3） 伺服閥的工作流量
閥口實際壓降
式中，液壓站至管路總壓降，伺服閥油油管路壓降，額定負載壓力。將這些參數(shù)代入上面的式子中，得
于是伺服閥的工作流量：
4） 實際壓下速度的校驗
由，可得實際壓下速度
可滿足靜態(tài)要求。
3、液壓泵的選擇
可選擇一種壓力補償型變量葉片泵，它可根據(jù)外負載（泵出口壓力）的大小自動調節(jié)泵的排量。其設計特點是：零件少、可靠性高、容積效率和總效率高、耐久度好
4、液壓缸間的同步控制策略
為了得到滿意的校平效果，必須控制上下排輥的平行度，也就是控制液壓缸之間的同步度。由于控制出口端或者入口端的三個液壓缸分別由各自的伺服閥控制，因此，這三個缸之間的同步誤差必須控制在一定范圍內(nèi)。
選擇主/輔控制單邊校正方案的串聯(lián)結構[8]。其方案圖如3.10
圖4.5 串聯(lián)結構
其中1表示主液壓缸，2、3表示輔助液壓缸。因為電液伺服閥輸入正電壓時，液壓缸下移，輥縫變小，所以對于2、3來說，在加法器中對同步誤差反饋部分的疊加應該是減號。
這種結構以主缸1為基礎，通過調整輔缸2、3來使三者之間同步。主缸1以理想位移為輸入信號，輔缸2、3以主缸的實際位移輸出為輸入信號，也就是輔缸來跟蹤主缸，輔缸與主缸之間的時間位置偏差反饋給輔缸，調整后使二者同步。
4.2 輥子材料選擇及強度校核
4.2.1輥子材料選擇
參考文獻[6]，可以知道校平輥材料的要求一般如下：
1、為了保證校平輥有足夠的耐磨性、表面硬度和使用壽命，盡量不要用含Mn的材料，因為，Mn和Fe所形成的碳化物，質點太硬，形成麻點。另外工作輥的硬度都應達到Hs=7O以上。
2、工作輥和支承輥的硬度差不能小，否則，支承軸對工作輥表面產(chǎn)生磨損，從而直接影響鋼板的表面質量。從表四可看出硬度差為Hs=10較為合適。
3、工作輥硬化層深度為10mm為最佳。
另外，影響淬硬性和淬透性的主要元素是C、Cr、Mo、Ni。C含量降低使得其淬火時不易發(fā)生開裂；Cr含量的提高可以增大材料的耐磨性；適量加入Mo，可以提高淬透性和輥子的淬硬層厚度；Ni可以提高淬透性，但是會增大回火脆性。另外，假如適量的V，可以細化晶粒，形成少量的含V的碳化物，提高耐磨性和回火穩(wěn)定性[7]。
綜合分析以上的因素，最終確定選擇工作輥和支撐輥均選擇35CrMoV。要求其經(jīng)過表面淬火后的表面硬度為,支撐輥為。其余部位的調質硬度為。經(jīng)查詢[6]，得到35CrMoV的組成情況為：C ，Mn ,Cr ,Mo ,V ；；力學性能為：
選擇完材料后，應對其進行熱處理，其大致工藝如下：
1、預先熱處理——等溫球化退火：消除鍛造應力、細化晶粒、降低硬度、便于機械加工等。
2、調質處理：改善心部組織，保證心部有良好的綜合機械性能，為最終表面淬火做好組織和性能準備。
3、輥身表面感應加熱淬火：隨著感應器間隙的增大，硬化層深度增加；隨著感應器移動速度的加快，硬化層的深度減小。故要適當調節(jié)間隙和深度。保證表面硬度。然后進行低于回火溫度的除應力回火。
4.2.2 輥子強度校核
前面已確定工作輥直徑為，長度為1700，支撐輥直徑為。使用滾動軸承時，由于軸承外徑較大，軸頸尺寸不能過大，近似地選擇。另外。只要條件允許，軸徑直徑和軸身的過度圓角均應選大一些。
根據(jù)公式：， [3]得
工作輥： ，，
支撐輥： ，，
1）彎曲強度
對支撐輥來說，只需計算輥身中部和輥徑斷面的彎曲應力，其彎曲力矩和應力分布如下圖3.11：
4.6 支撐輥彎曲力矩和應力分布圖
由于第2輥彎矩最大、第8輥的軋制力最大，故驗證該輥對應的支撐輥的強度。在輥徑斷面1—1和2—2斷面上的彎曲應力均應滿足強度條件，即：
式中： ——軋制壓力；
，——該處的斷面直徑；
——斷面1-1和2-2到支反力處的距離；
——許用彎曲應力；
第二輥：
現(xiàn)已知：，，
.（經(jīng)插值法算得）
那么：
輥身中部3-3斷面處彎矩最大，
那么
第8輥：其余參數(shù)一樣。
材料的彎曲疲勞極限，取安全系數(shù)S=1.8，那么。很明顯上述彎曲應力都小于極限彎曲應力，故合適。
對于工作輥，其扭轉應力 ，
式中： ——最大轉動力矩，——扭轉斷面系數(shù)。另外還要考慮應力集中系數(shù)，故：
第二輥
由于有彎輥裝置，還要考慮彎曲應力，
按第四強度理論：
同樣第8輥： ，也適合。
2）接觸強度
參照文獻[3]式子（3—11）得（平均載荷）。
式中： ——均布載荷，——輥子半徑，——彈性摸量，
——接觸區(qū)寬度。
式子（3—13）得
查表3—8得許用接觸應力，取安全系數(shù)，
那么 ，經(jīng)驗證，接觸強度滿足要求。
4.3 軸承的選擇及潤滑
4.3.1軸承的選擇
工作條件：由于校平機校平輥徑向載荷大，軸向載荷很小，同時，軸有彎曲變形，還有工作的軸速也不是很高，故選用調心滾子軸承。我國北方軸承研究所研制的一種“密集型軸承”，其額定載荷是現(xiàn)有傳統(tǒng)軸承的兩倍以上，故可選用[4]。
參考文獻[10]中表格13—3初選軸承使用壽命 ，又已知其工作溫度600C左右。
1） 支撐輥 ，
轉速 ，運轉條件正常，可靠度為 90%。
徑向當量動載荷：
軸向力很小，可以略去不計。故 ，為動載荷系數(shù)，由表（13—6）查得：
計算基本額定動載荷：
式中 ，，，（查參考文獻[6]中的表13—4）
那么
按軸承樣本或設計手冊選擇尺寸為“”的密封型軸承，其基本額定載荷約為同類型軸承（22308TN1/W33）的兩倍。
即 ，
，選擇上述密集型軸承2個進行并列，那么
壽命：
滿足要求。
靜載荷：
徑向當量載荷：
由 得（為靜強度系數(shù)，?。?
那么 ，滿足要求。
2） 工作輥
由于工作輥基本不承受校平力，故可以按軸承的靜強度進行選擇。
由
查表或手冊，選取尺寸為“”的密集型軸承，其性能相當于同類型22208的兩倍以上。
故 ，滿足要求。
4.3.2軸承的潤滑
校平機的潤滑采用通用機械設備的潤滑方法進行潤滑，只有像校平輥、減速器、聯(lián)軸器及軸承等幾個部分需要專門的潤滑，這零件的潤滑在選用潤滑劑也有要求，下面進行具體介紹：
滾動軸承是使用十分廣泛的一種重要支撐部件，屬于高副接觸。由于滾動軸承中的滾動體與內(nèi)外滾道間的接觸面積十分狹小，接觸區(qū)內(nèi)壓力很高，因而對油膜的抗壓強度要求很高。在滾動軸承的損壞形式中，往往由于潤滑不良而引起軸承發(fā)熱、異常的噪聲、滾道燒傷及保持架損壞。因此，必須十分注意選擇滾動軸承的潤滑方式和潤滑劑。
通過比較潤滑油和潤滑脂，如表4.1所示。并且校平機軸承的工作溫度在60℃以上，承受較大的校平力，有污染。
表4.1 滾動軸承潤滑油、脂的選擇
影響選擇的因素
潤滑油
潤滑脂
溫度
當油池溫度超過90℃或軸承溫度超過200℃時，可采用特殊的潤滑油
當溫度超過120℃時，要用特殊潤滑脂，當溫度升高200~220℃時，再潤滑的時間間隔要縮短
速度因素（值）
值〈 450000~500000
值〈 300000~350000
載荷
各種載荷直到最大
低到中等
軸承形式
各種軸承
不用于不對稱的球面滾子止推軸承
殼體設計
需要較復雜的密封和供油裝置
較簡單
長時間不維護
不可以用
可用。根據(jù)操作條件，特別要考慮溫度
集中供給（同時供給其他零部件）
可用
不可用，不能有效地傳熱，也不能作為液壓介質
最低的扭矩損失
為了獲得最低功率損失，應采用有洗泵或油霧裝置的循環(huán)系統(tǒng)
污染條件
可用，但要采用有過濾裝置的循環(huán)系統(tǒng)
可用，正確設計，可防止污染物的侵入
故這里選擇潤滑油潤滑。
5 結 論
本課題設計的鋼板校平機校平裝置，使鋼板校平加工精密度提高，校平裝置設備壽命增加。本設計主要解決了以下的問題：
1.設計各輥的輥距不相等，加大入口側的輥距，從而減少入口側各輥的壓力，特別是減少了入口端第3個輥的斷軸事故。同時出口側隨著校平力的減小，輥距也減小，縮短了空矯區(qū)，從而明顯減輕補矯工作。
2.采用了彎輥技術，在工作時可使校平工作輥產(chǎn)生一定量的曲率以抵消機架的彈跳，并可有效改善板材的橫向板形。
3.采用了液壓壓下取代了機械壓下，液壓壓下能夠使運行更加平穩(wěn)、反應快，更重要的是它能夠實現(xiàn)過載保護。當輥縫被板材頂起時，液壓壓下裝置會相應地改變輥縫來適應板材厚度的變化；特別是兩輥發(fā)生粘著時，液壓缸會馬上卸載，對傳動等部件實行及時保護。
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致 謝
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