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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
畢業(yè)設(shè)計報告(論文)
報告(論文)題目： 板料矯直機設(shè)計
作者所在系部： 機電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
作者所在班級： B13113
作 者 姓 名 ： 李海俠
作 者 學(xué) 號 ： 20134011309
指導(dǎo)教師姓名： 賀俊杰
完 成 時 間 ： 2017.5.26
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
摘要
在軋制生產(chǎn)過程中，由于塑性變形、冷卻不均或運輸?shù)纫幌盗性蚴管埣a(chǎn)生不同程度的撓曲、瓢曲、波浪等狀況，為此軋后鋼材必須經(jīng)過矯正。
?本文介紹了矯直機的結(jié)構(gòu)特點和原理。本次設(shè)計的矯直機是用來矯正鋼板在軋制過程中產(chǎn)生的各種彎曲和瓢曲，通過矯正可消除鋼板彎曲應(yīng)力，并提高鋼板的平直度，達到用戶的要求。對矯直機基本力能參數(shù)、電動機功率進行了計算、對工作輥和支撐輥的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計與校核、壓下機構(gòu)的設(shè)計計算及校核。
關(guān)鍵詞：矯直機；板料；壓下機構(gòu)
1
Abstract
In the rolling process, due to plastic deformation, uneven cooling or transportation, a series of reasons lead to different degrees of bending, buckling, wave and so on. Therefore, the rolled steel must be corrected.
This paper introduced the structure and principle of the straightening machine. The design of the straightener is used to correct the steel plate in the process of rolling a variety of bending and buckling, through the correction can eliminate the bending stress of steel plate, and improve the flatness of the steel plate, to meet the requirements of the user. The basic force and energy parameters of the straightening machine and the power of the motor are calculated. The structure of the work roll and the support roller are designed and checked, and the design, calculation and verification of the press mechanism are carried out.
Key words: straightening machine; panel; screwdown
I
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 1
1.2 論文主要研究內(nèi)容 1
第2章 矯直機方案確定 3
2.1 矯直機類型 3
2.2 矯直機工作原理 4
2.3 工作輥的布置方案 5
2.4 支撐輥的布置方案 6
2.5 機架結(jié)構(gòu) 6
2.6工作機座的結(jié)構(gòu)形式 6
2.7 主傳動系統(tǒng) 7
第3章 矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)與力能參數(shù)的計算 9
3.1 矯直機基本參數(shù)的確定 9
3.2 矯直速度的確定 11
3.3輥式矯直機的力能參數(shù)確定 11
3.4 電機功率的確定 13
第4章 主要零部件的設(shè)計與校核 15
4.1 工作輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核 15
4.2支承輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核 18
第5章 壓下機構(gòu)的設(shè)計計算 22
5.1 壓下螺紋選擇 22
5.2 螺紋牙的強度校核 22
5.3 壓下電動機的選擇 23
5.4 壓下機構(gòu)減速器的選擇 24
5.5 萬向聯(lián)軸器的選用和校核 25
第6章 潤滑方式的選擇 27
結(jié)論 28
參考文獻 29
致謝 30
III
第1章 緒論
1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀
我們知道，軋鋼廠剛軋出的軋件由于運輸，制造等多種因素的影響，都會產(chǎn)生形狀的缺陷[1]。所以就會導(dǎo)致所軋制出來的產(chǎn)品出現(xiàn)各種形狀上面的情況。為了解決這些問題，就需要使用矯直機了，從而能達到規(guī)定的標(biāo)準，為此本次設(shè)計是對比之前的矯直機的一些參考資料，做了一些參考，又結(jié)合當(dāng)前新的矯直計技術(shù)設(shè)計了該矯直機。本設(shè)計方案的主要設(shè)計思想為實用化、堅固耐用。
矯直技術(shù)是一門金屬加工學(xué)科，它廣泛的應(yīng)用在日用金屬加工產(chǎn)業(yè)，建筑材料業(yè)，機械裝備制造業(yè)，以及精密加工制造業(yè)等各種行業(yè)中[2]。并且矯直技術(shù)也推動技術(shù)的發(fā)展與更新。所以對矯直機的要求也就越來越高，我們一提到矯直機，可能就會想到把一個彎的金屬板材矯直了，其實，這里面的學(xué)問有很多，都需要我們一步步的研究。
矯直技術(shù)一般來說是用于金屬條材加工時的后部工序，所以它也就在一定程度上決定了該種產(chǎn)品的質(zhì)量水平[3]。矯直技術(shù)相比之前來說取得了明顯并且巨大的的發(fā)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了進一步的發(fā)展。這對于我國的矯直事業(yè)也做了巨大的改變，我們雖然取得了巨大的發(fā)展，但是好多的東西我們都沒有成熟，設(shè)備以及技術(shù)都還需要改進，這就需要我們國家這些優(yōu)秀的人才，也需要我們這些正在讀書的大學(xué)生，我們要好好地學(xué)習(xí)這些知識，并且能夠真正的學(xué)以致用。目前我國的鋼鐵事業(yè)發(fā)展的也很快速，所以矯直方面的事業(yè)也會有很大的市場[4]，所以做好這方面的研究對我們國家的經(jīng)濟也會有所提升[5]。
我們提到的矯直技術(shù)的源頭目前并沒有明確的記載，但是我們從挖掘出來的文物中可以看到在戰(zhàn)國時期我國的矯直技術(shù)就已經(jīng)達到當(dāng)時的很高水平[6]。但是由于后來我國社會的特殊條件，很多的技術(shù)都只停留在手工階段，并沒有進一步的發(fā)展，相反，當(dāng)時歐洲進行了產(chǎn)業(yè)革命，并進一步的實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)代替手工業(yè)。所以，我們國家最開始的矯直機都是德國、英國等國家制造的。后來經(jīng)過我們國家對人才的培養(yǎng)以及技術(shù)的研究，我國的矯直技術(shù)也邁進了一大步。
1.2 論文主要研究內(nèi)容
本矯直機的主要技術(shù)參數(shù)為：矯直的材料為Q235，鋼板厚度H=5—15mm，最大板寬B=2000mm；矯直溫度400—600℃；矯直速度0.5—1.5m/s；矯直輥輥距280mm；輥徑250mm；輥身長2350mm，5個上輥，4個下輥；支承輥輥徑280mm、輥身長900mm、3個上輥、4個下輥；最大開度140mm；壓下裝置采用一臺5.5kw、1455r/min的交流電機驅(qū)動；主電機一臺、200kw、980r/min、交流。
第2章 矯直機方案確定
2.1 矯直機類型
2.1.1 壓力矯直機
軋件是在活動的壓頭和兩個固定支點間對準最彎部位進行反向壓彎方法進行矯直的。它是最簡單的矯直設(shè)備。這種矯直機主要是用來矯直鋼軌，大型鋼梁、和大直徑（大于φ200～φ300毫米）鋼管或用作輥式矯直機的補充矯直。壓力矯直機的主要缺點是生產(chǎn)率低且操作較繁重。壓力矯直機有臥式和立式兩種。
2.1.2 拉伸矯直機
拉伸矯直機主要是用于矯直板材厚度小于0.6毫米的薄鋼板和有色金屬板材。
通常，輥式矯直機只能有效的矯直軋件的橫向或縱向彎曲（即二元形狀缺陷）。至于板帶材的中間瓢曲和邊緣浪形（三元形狀缺陷）則是由于板材沿長度方向的各纖維變形量不等而造成的。為了改善這種情況，就需要軋件有適當(dāng)?shù)乃苄匝由?。在普通的輥式矯直機上其實也能使這種情況得到一點改善，但效果不理想。這時就需要采用這種矯直方法。拉伸矯直的主要特點是對軋件施加張力，并且是高于材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性變形，從而將軋件矯直。
2.1.3 拉彎矯直機
它的基本原理是當(dāng)帶材在小直徑矯直輥上彎曲時，同時施加張力，使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而矯平。這種矯直機組一般是在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強度極薄鋼板）。拉伸彎曲機組也可在酸洗機組上進行機械破鱗，以提高酸洗速度。
2.1.4 管材、棒材矯直機
管、棒材矯直的原理也是利用多次反復(fù)彎曲軋件從而達到矯直效果。
斜輥式矯直機的工作輥是具有類似雙曲線的空間曲線的形狀。兩排工作輥軸線相互交叉。管棒材在矯直時邊旋轉(zhuǎn)邊前進，從而獲得對軸線對稱的形狀。
2.1.5 輥式矯直機
在輥式矯直機上軋件多次反復(fù)彎曲而得到矯直。輥式矯直機克服了壓力矯直機連續(xù)工作的不足，使得矯直的效率成倍提高，能使得矯直工序連續(xù)生產(chǎn)[7]。
輥式矯直機的類型很多，主要的類型有上排每個工作輥可單獨調(diào)整的輥式矯直機。這種調(diào)整方式較靈活，但由于結(jié)構(gòu)配置上的原因，它主要用于輥數(shù)較少、輥距較大的型鋼矯直機；整排上工作輥平行調(diào)整的矯直機。通常，出入口的兩個上工作輥（也稱導(dǎo)向輥）做成可以單獨調(diào)整的，以便于軋件的導(dǎo)入和改善矯直質(zhì)量。這種矯直機廣泛用來矯直4～12mm的中厚板；整排上工作輥可以傾斜調(diào)整的矯直機。這種調(diào)整方式使軋件的彎曲變形逐漸減小，符合軋件矯直時的變形特點。它廣泛用于矯直4毫米以下的薄板；上排工作輥可以局部傾斜調(diào)整（也稱翼傾調(diào)整）的矯直機。這種調(diào)整方式可增加軋件大變形彎曲的次數(shù)，用來矯直薄板。
2.2 矯直機工作原理
軋件彎曲過程可以用曲率變化來說明，主要使用以下幾個曲率：
1） 原始曲率1/ro：軋件在矯直彎曲前所具有的曲率[8]。
2） 反彎曲率1/ ρ：在外力矩作用下，軋件強制彎曲后的曲率稱為反彎曲率。在壓力矯直機和輥式矯直機上，反彎曲率是通過矯直機的壓頭和輥子的壓下來獲得的。
3）總變形曲率1/rc：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，即：
1/rc＝1/r0＋1/ρ (2-1)
4）殘余曲率1/r：當(dāng)去除外負荷后，軋件在彈性內(nèi)力矩的作用下，經(jīng)過彈復(fù)后所具有的曲率稱為殘余曲率。如果1/r＝0，則表示軋件已矯直。
5）彈復(fù)曲率1/ ρy：彈性恢復(fù)階段，軋件彈性恢復(fù)的曲率。它等于反彎曲率與殘余曲率的代數(shù)差，即：
1/ ρy ＝1/ ρ －1/r (2-2)
根據(jù)（2-1）式，要使原始曲率為1/r0的軋件得到矯直，即殘余曲率1/r=0，則必須選擇適當(dāng)?shù)耐饬兀狗磸澢试跀?shù)值上等于彈復(fù)曲率。
矯直的基本原理：軋件的矯直彎曲變形過程分為彈塑性彎曲變形和彈復(fù)變形兩個階段。彈塑性彎曲變形階段是在彎曲力矩M的作用下，將具有原始曲率1/r0的軋件向反方向彎曲，其反彎曲率為1/ ρ ；當(dāng)外力矩去除后，進入彈復(fù)階段。此時在軋件的彈性內(nèi)力矩的作用下，軋件彈性恢復(fù)（彈復(fù)曲率為1/ρy)，最終得殘余曲率1/r。如果所取的反彎曲率在數(shù)值上等于彈復(fù)曲率，則彈復(fù)后的軋件將得到矯直。
2.3 工作輥的布置方案
按工作輥的調(diào)整方法和排列方式不同，工作輥的結(jié)構(gòu)有以下幾種基本形式：
1）每個上輥可單獨調(diào)整高度的。如圖2-1a，每個上輥都具有單獨的軸承座和壓下調(diào)整機構(gòu)，可以任意的調(diào)整其高度。此外還可以移動機架的上部分相對下部分進行集體調(diào)整。能夠得到較高的矯直精度。但是其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所以在實際生活中一般采用的輥數(shù)較少。
2）上排輥子集體平行調(diào)整高度。如圖2-1b，上排輥子固定在一個平行升降的橫梁上，只能集體的進行上下平行調(diào)整，所以輥子的壓下量是相同的，結(jié)構(gòu)也比較簡單。但這種調(diào)整方式只能用較小的有效彎曲變形，才能得到較高的矯直精度，否則將會出現(xiàn)較大的殘余曲率。為解決這些問題，通常出入口上輥為單獨調(diào)整的。這種結(jié)構(gòu)方案主要應(yīng)用于中厚板的矯直。
3）上排輥子集體傾斜調(diào)整。如圖2-1c，上排輥子安裝在一個可以傾斜調(diào)整的橫梁上，由入口到出口軋件彎曲逐漸減小，可以實現(xiàn)大變形，小變形的矯直方案，可以得到較高的矯直速度，調(diào)整方便，所以應(yīng)用非常廣泛。
圖2-1 板材輥式矯直機上輥調(diào)整方案
a-每個上輥單獨調(diào)整；b-上輥集體平行調(diào)整；c-上輥集體傾斜調(diào)整
圖2-2 混合排列的輥式矯直機
a-入口平行、出口傾斜；b-中間平行、倆端傾斜
4）平行和傾斜混合排列的矯直機。如圖2-2，一種是入口段為平行排列，出口段為傾斜排列，增加了入口段軋件的大變形過程，可提高矯直質(zhì)量。另一種是中間為平行排列，兩端為傾斜排列，它不僅能提高矯直質(zhì)量，而且可改善咬入條件和作用于可逆矯直。
2.4 支撐輥的布置方案
1）垂直布置。如圖2-3a，支承輥僅承受工作輥垂直方向的彎曲。這種布置形式僅用于輥徑與輥身長度比值較大的矯直機。
2) 交錯布置。如圖2-3b，支承輥承受工作輥垂直方向的彎曲，矯直過程中工作輥比較穩(wěn)定。多用于工作輥輥徑與輥身長度比值較小的矯直機。
3）垂直和交錯混合布置。如圖2-3c，下排支承輥采用垂直布置形式，可漏掉輥間的氧化鐵皮和其他物質(zhì)，從而減輕輥面之間的磨損，提高了輥子壽命。這種布置形式多用于矯直帶氧化鐵皮的熱軋鋼板。
4）雙層支承輥。隨著板材厚度的減小，矯直機工作輥輥距和輥徑相應(yīng)減小，則支承輥直徑可能會受到限制，為加大支撐作用和扭轉(zhuǎn)能力，增設(shè)大直徑的外層支承輥并改為內(nèi)層支承輥（中間支承輥）傳動。目前這種矯直機用于鋁及鋁合金薄帶的拉彎矯直機組中。
圖2-3 板材矯直機支承輥的布置形式
a-垂直布置；b-交錯布置；c-垂直和交錯混合布置
2.5 機架結(jié)構(gòu)
由上、下機架，橫梁組成，上、下機架均采用焊接閉式機架，具有足夠的強度和剛度，加工精度高，所有矯正力通過橫梁作用在機架上
2.6工作機座的結(jié)構(gòu)形式
1）臺架式
這種矯直機機座由上臺架、下臺架和立柱三個主要部分組成。立柱同時也是壓下螺絲。壓下螺絲（或螺母）轉(zhuǎn)動，可以調(diào)整上、下臺架的相互位置，從而也調(diào)整了矯直輥的壓下量。
中厚板矯直機大多是臺架式的，它的上臺架可以整體平行壓下和整體傾斜壓下。整體平行壓下，其壓下機構(gòu)是集體驅(qū)動的，如圖2-5所示。
圖2-5 集體驅(qū)動壓下裝置
a--兩級蝸桿減速 b--兩級蝸桿減速 c--圓柱齒輪-蝸桿減速
2）牌坊式
牌坊式矯直機的機架牌坊可以是開式的也可以是閉式的。
牌坊式工作機座的特點是強度和剛性較好，輥子的調(diào)整和拆卸方便。故新設(shè)計的薄帶矯直機常采用這種形式。它的缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸也較大。
2.7 主傳動系統(tǒng)
機列布置是指電動機、傳動裝置和工作機座的總體安排。他取決于車間內(nèi)與之聯(lián)系的設(shè)備布置情況、安置該矯直機的面積亦即傳動裝置的布置形式等。
機列布置中最簡單的一種，扭矩由電動機經(jīng)聯(lián)合減速機傳到工作輥。由于減速機與齒輪座放在一個箱體內(nèi)，機列布置緊湊，重量輕，占地面積小，潤滑集中。但是，聯(lián)合減速機結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，很難加工制造和維修。
電動機經(jīng)減速機傳到齒輪座，齒輪座再通過幾根輸出軸傳動工作輥的布置形式。這種布置方式中的減速機與齒輪座的結(jié)構(gòu)均較簡單，但機列長度較長。當(dāng)電動機功率超過60～80千瓦時，通常采用雙電機驅(qū)動。這樣不僅可以使減速機負荷均勻，而且可縮短機列長度。一般情況，這種布置方式的機列總寬均不超過工作機座的寬度，故適于在連續(xù)機組中布置。
采用了球面蝸輪減速機。一般只在齒輪座必需采用兩根相距較遠的輸入軸時，才使用這種布置形式。機列其寬度很大，只是在機列長度受限制時，才采用。?
具體布置形式根據(jù)不同的情況而定，本次設(shè)計的矯平機采用第二種形式。
主傳動系統(tǒng)
（1）減速器
在矯直機主傳動系統(tǒng)中，減速機除了有減速作用外，還有平衡分配傳動扭矩的作用，因此也稱為減速分配器。它有三種主要形式：圓柱齒輪型、圓柱-圓錐齒輪型和蝸輪型。在這種形式中，每種又可分為單支（指單根輸出軸）、雙支、三支等幾種結(jié)構(gòu)。
在輥數(shù)大于7的矯直機上，通常不使用單支減速分配器。因為傳遞的總扭矩大，齒輪座的齒輪尺寸也大，使齒輪座輸出軸的間距很難與矯直機輥間距相適應(yīng)。因此，在輥式鋼板矯直機上，大多使用多支的減速分配器，這樣也可使齒輪座的載荷均勻。
由于矯直機的第三輥（或第二輥）受的矯直扭矩最大，因此，對該輥要盡可能由減速機的一根輸出軸經(jīng)齒輪座直接傳動，以減輕齒輪座的負荷。為適應(yīng)矯直機在連續(xù)機組中的安裝，將矯直機設(shè)計成可以雙向進料的結(jié)構(gòu)。這時，矯直機另一端的第三輥（或第二輥）也由減速機的一根輸出軸傳動。在這種情況下，減速機中心距總和應(yīng)等于齒輪座兩邊第三軸或第二軸之間的距離。這一值受齒輪座最大中心距的限制。
圓柱齒輪減速機的制造和安裝較為簡單，因此在矯直機主傳動系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。在制造能力許可下，也可使用聯(lián)合減速機。將減速機和齒輪座連成一個整體，可減少傳動件，且結(jié)構(gòu)緊湊，能減小機列總長度。
（2）齒輪座
一般情況，為防止鋼板在工作輥間打滑，輥式鋼板矯直機所有的工作輥都是驅(qū)動的。齒輪座的作用是將減速機傳來的扭矩分配給各個矯直輥。
齒輪座輸入軸數(shù)目與減速機的支數(shù)相同。每根輸入軸帶動一組齒輪。在輸入軸數(shù)量較多時，各組齒輪之間互不聯(lián)結(jié)，以避免功率傳遞路線閉合，惡化齒輪嚙合條件。
按照齒輪的嚙合列數(shù)，可分為單列齒輪座和多列齒輪座。一般在工作輥距小于50毫米時，一采用這種形式。與單列齒輪座比較，多列齒輪座的總中心距小，因為每對齒輪的齒寬是根據(jù)傳遞的扭矩確定的，同時，齒輪避免了重復(fù)嚙合，因而可適當(dāng)減小中心距。多列齒輪座的齒輪軸剛性較低。為保證齒輪軸的剛度，通常只在輥距大于50毫米時才采用這種結(jié)構(gòu)。
由于在矯直機的功率中，軸承摩擦損耗占得比重較大，所以齒輪座、減速機和矯直機本體一般均采用滾動軸承。
（3）萬向聯(lián)軸節(jié)
由于齒輪座的總中心距大于矯直機的總中心距，因此齒輪座輸出軸與矯直輥采用萬向聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接。
矯直機上常用的萬向聯(lián)軸節(jié)除了一般的滑塊式叉頭扁頭型外，在輥徑小于120毫米時，也采用球型萬向聯(lián)軸節(jié)。
在小輥距矯直機上也可采用簡易型鋼球萬向接軸。這種聯(lián)軸節(jié)中采用標(biāo)準鋼球（GB308—64），它只起定心作用，矯直扭矩是靠兩插頭的側(cè)面直接接觸來傳遞的。這種聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，易于拆卸。
第3章 矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)與力能參數(shù)的計算
3.1 矯直機基本參數(shù)的確定
3.1.1 輥距t的確定
輥距t的確定對保證矯直機的矯直質(zhì)量有重要影響。在矯直軋件時，其基本的條件是軋件應(yīng)產(chǎn)生彈塑性彎曲變形，例如，對鋼板矯直機，根據(jù)前面幾個輥子的反彎曲率必須滿足下列條件：
（3-1）
顯然，若板材的E已確定，則σs越大或h越小，反彎曲率半徑ρ也應(yīng)越小。與此對應(yīng)，矯直輥徑D與輥距t也應(yīng)越小。
確定輥距的原則是既要滿足輥子的強度條件，又要保證軋件矯直質(zhì)量。最小允許輥距受輥子強度條件限制；最大允許輥距取決于軋件矯正質(zhì)量。
根據(jù)[1]得：
（3-2）
圖3-1 最大允許輥距tmax的確定
如圖3-1所示根據(jù)[1]得最大允許輥距為：
（3-3）
根據(jù)經(jīng)驗值輥距取t=280mm
3.1.2 輥徑D的確定
由表3-1可知道工作輥直徑D=(0.85-0.9)t=238～252mm 取D=250mm
表3—1 輥徑與輥距的比值
矯直機類型
矯直機類型
薄板矯直機
0.9—0.95
厚板矯直機
0.7—0.85
中板矯直機
0.85—0.90
型鋼矯直機
0.75—0.90
3.1.3 輥數(shù)n的確定
增加輥數(shù)即是增加軋件的反彎次數(shù)，輥數(shù)增加有利于提高矯直質(zhì)量，但也會增加軋件的加工硬化和矯直功率，為此，選擇輥數(shù)是要在保證矯直質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量少。輥式矯直機常用的輥數(shù)如表3-2所示：
表3—2 輥式矯直機常用輥數(shù)
矯直機類型
輥式鋼板矯直機
輥式型鋼矯直機
軋件種類
鋼板厚度 mm
中小型型鋼
大型型鋼
0.25-1.5
1.5-6
＞6
輥數(shù)
19-29
11-17
7-9
11-13
7-9
3.1.4 輥身L的確定
輥身長度L取決于軋件最大寬度，根據(jù)[3]得：
L=bmax+a （3-4）
當(dāng)bmax<200mm時， a=50mm ；當(dāng)bmax>200mm時，a=100～400mm 。
所以 L=2000+350=2350mm
3.2 矯直速度的確定
矯直機的矯正速度主要由生產(chǎn)效率確定，要與軋機生產(chǎn)能力和所在機組的速度相協(xié)調(diào)。查[1]表11-6，=0.1~6.0m/s 在此取=0.5m/s。
3.3輥式矯直機的力能參數(shù)確定
3.3.1作用在軋件上的彎曲應(yīng)力
對于中厚板矯直機，通常是第一輥和第n輥為單獨調(diào)整，其余為集體調(diào)整，如圖3-2所示，因此，除第二輥和第n-1輥外，中間各輥的彎曲力矩可認為是相同的，而第一輥和第n輥力矩為零，故彎曲力矩之和為：
（3-5）
圖3-2 作用在矯直輥上的壓力和彎曲力矩
考慮到原始曲率較大，第二輥的彎曲力矩可按計算。令：=, = ,與分別為中間各輥彎曲力矩與的比值和第n-1輥彎曲力矩與的比值。二者數(shù)值的大小決定于中間各輥所調(diào)整的彎曲程度。一般取值為a=0.88，=0.84，在本方案中，采用的第一輥和第九輥單獨調(diào)整，整體平行布置方案，因此n=9時，彎曲力矩之和為
其中為彎矩彈性極限值，為：
= （3-6）
3.3.2計算矯直鋼板時軋輥上的作用力
依據(jù)[3]，作用在上、下兩排輥子上的矯直力之和：
P== （3-7）
=
=
=7188.48 KN
因=0，=，=====，=，=0
所以，作用在各輥子上的力分別為：
（3-8）
上述計算表明，第三根輥子上受力最大，所以應(yīng)對其進行強度校核。
3.4 電機功率的確定
如果分別考慮各輥子下軋件的塑性變形功，則根據(jù)[3]矯正扭矩為：
（3-9）
a--- 塑性變形曲率折算系數(shù)。對于單向波浪形的軋件，為4.5～6，根據(jù)塑性變形曲率折算系數(shù)計算圖選取a值，此處取5，則根據(jù)圖3-3查 得a=6
σs---材料的屈服極限 300MPa
b--- 鋼板寬度 m
h--- 鋼板厚度 m
D--- 矯直輥直徑 m
E--- 材料的彈性模量
圖3-3 塑性變形折算系數(shù)a的計算圖
電動機功率計算公式為：
N = （3-10）
則
M--- 矯正扭矩，KN·M
--- 作用在輥子上的壓力總和 ，KN
f--- 輥子與軋件的滾動摩擦系數(shù)，對于鋼板f =0.0002m如果考慮可能出現(xiàn)的較大的滑動摩擦，則對于鋼板，f =0.0008m；對于型鋼，f =0.0008～0.0012m；
μ--- 輥子軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承 μ=0.005；滾針軸承
μ=0.01；滑動軸承μ=0.05～0.07 ；
D--- 輥子直徑， m
d--- 輥子軸承處直徑（滾動軸承取中徑 ） m
ν---矯直速度 m/s
η--- 傳動效率，η=0.85～0.7（有支承輥時取較小值）
所以，查閱[4],選用YTSZ355M1-6型冶金用電機，其基本參數(shù)如下：
額定功率為200千瓦 轉(zhuǎn)動慣量為8.05 kgm,額定轉(zhuǎn)矩為1910nm 額定轉(zhuǎn)速為980r/min
第4章 主要零部件的設(shè)計與校核
4.1 工作輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核
（1）工作輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計
因上下工作輥結(jié)構(gòu)相同，故取上工作輥為研究對象
工作輥采用如圖4-1所示結(jié)構(gòu)方案，選用60SiMnMo為軋輥材料。其拉伸強度極限=930MPa，屈服極限強度=490MPa,取安全因數(shù)n=5，則該材料的許用應(yīng)力==98MPa.因軸端尺寸已定，所以依據(jù)[4],7-351，初選軸承型號為23030C/W33
圖4-1 工作輥結(jié)構(gòu)簡圖
上圖中相關(guān)尺寸為：L=2350mm c=150mm a=2650mm D=250mm d=150mm 深孔直徑 d =80mm
p=p30%=1048.3230%=314.5KN
圖4-2 軸端裝配的詳細設(shè)計方案
（2）工作輥的強度校核
軸的計算簡圖4-3所示：
圖4-3 工作輥的載荷分析圖
上圖中相關(guān)尺寸為：b=2000mm L=2350mm c=150mm a=2650mm D=250mm d=150mm 深孔直徑 d =80mm
輥身中央斷面2-2處的彎曲力矩為：
（4-1）
則彎曲應(yīng)力：
（4-2）
截面1-1處的彎矩為：
彎曲應(yīng)力為 ：
則傳遞到矯直輥上傳遞的扭矩為：
（4-3）
其中
則扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
（4-4）
依第四強度理論校核得：
（4-5）
1-1 斷面
2-2 斷面
均滿足強度要求。
（3）軸承校核
前面已初選工作棍軸承型號為23030C/W33 調(diào)心滾子軸承，基本參數(shù)如下：
d=150mm D=225mm B=56mm 基本額定動載荷為Cr=438KN
軸承受力如圖4-4所示：
圖4-4 軸承受力圖
每個軸承所受的徑向力為：
----第三輥子所受軋制力
因無軸向載荷，故
所以徑向當(dāng)量動載荷：
（4-6）
其中
----載荷系數(shù)=1.2~1.8, 此處取1.5
----軸承所受徑向力 KN
----軸承所受軸向力 KN
所以軸承壽命：
（4-7）
C---- 基本額定動載荷 KN
n---- 輥子轉(zhuǎn)速
ε----對于滾子軸承
根據(jù)實際情況軸承壽命已滿足要求
4.2支承輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核
（1）支承輥結(jié)構(gòu)設(shè)計
擬定支承輥結(jié)構(gòu)如下圖所示。選用60SiMnMo為軋輥材料。其拉伸強度極限=930MPa，屈服極限強度=490MPa,取安全因數(shù)n=5，則該材料的許用應(yīng)力=98MPa.依軸端尺寸，查閱[4],7-351，選用調(diào)心滾子軸承，軸承型號為23030C/W33
圖4-5支承輥結(jié)構(gòu)簡圖
上圖中相關(guān)參數(shù)如下：
a=1260mm b=900mm c=180mm d=150mm D=280mm =190mm
圖4-6 軸端裝配方案圖
（2）支承輥的強度校核
因上下排支承輥結(jié)構(gòu)相同，所以取上排支承輥為研究對象。支承輥的結(jié)構(gòu)簡圖及其載荷分析圖如圖4-7所示：
圖4-7 支承輥載荷分析圖
上圖中相關(guān)參數(shù)如下：
b=900mm c=180mm d=150mm D=280mm =190mm
p=p70%=1048.3270%=733.8KN
輥身中央斷面2-2處的彎曲力矩為：
彎曲應(yīng)力為：
滿足應(yīng)力要求
軸頸1-1處所受彎矩為：
滿足應(yīng)力要求
（3） 軸承校核
上面已初選23033C/W33型調(diào)心輥子軸承， 基本參數(shù)如下：
d=150mm D=225mm B=56mm Cr=438KN
軸承受力載荷圖如圖4-8所示：
圖4-8 支承輥軸承受力載荷圖
單個軸承所受的徑向力為：
其中=1048.32KN，為第三輥所受軋制力
因無軸向載荷，故
所以，軸承所受徑向當(dāng)量動載荷：
其中，----載荷系數(shù)1.2 ~ 1.8, 此處取1.5
則軸承壽命為:
C----基本額定動載荷 KN
n----輥子轉(zhuǎn)速
ε----對于滾子軸承
根據(jù)實際情況軸承壽命已滿足要求
第5章 壓下機構(gòu)的設(shè)計計算
5.1 壓下螺紋選擇
參數(shù)要求：電動機壓下速度v=0.5mm/s 最大壓下量為15mm
牙型選擇：考慮到螺桿要承載較大力，所以選擇鋸齒形螺紋，因為鋸齒形螺紋適用于單向受力條件，且承載力較大。
壓下螺絲直徑為：
（5-1）
所以 d
其中，P為單個承載螺桿所受軸向力，即
P==（288+1048.32+1013.76+1002.24+241.92）=898.56KN
螺桿采用鑄鋼ZG270-500，屈服極限=270MPa根據(jù)相關(guān)設(shè)備經(jīng)驗值選取 d=180mm 查閱[4]5-26，螺距P=8mm 中徑d2=174mm 小徑d1=166.116mm 與其配合的內(nèi)螺紋參數(shù)如下：=174mm =168mm
5.2 螺紋牙的強度校核
如圖5-1所示：螺紋牙危險截面a—a的剪切強度為
圖5-1 螺紋牙簡圖
（5-2）
其中，為零件材料鑄鋼ZG310-570的許用剪切應(yīng)力186
F 為單個螺栓柱所承受的壓力
螺紋牙危險截面a—a的彎曲強度為：
（5-3）
其中， 為螺栓材料鑄鋼ZG310-570的許用彎曲應(yīng)力310—372；
b 為螺紋牙根部的厚度；
為彎曲力臂 。
滿足強度要求。
5.3 壓下電動機的選擇
粗略計算整個壓下部分的總重：
（5-4）
則單根螺柱的受重為P= =84.3KN
則壓下螺柱的傳動力矩：
（5-5）
-----作用在一個壓下螺絲上的力 KN
-----螺紋中徑 mm
-----螺紋上的摩擦角。
t -----螺距 mm
-----螺紋升角，根據(jù)[3]得
根據(jù)[7]得壓下螺絲的電動機傳動功率為：
（5-6）
η-----傳動系統(tǒng)總的工作效率
n -----電動機額定轉(zhuǎn)速
i -----傳動系統(tǒng)總傳動比
根據(jù)計算結(jié)果選用YTSZ—132S—4型號電機 ：額定功率 5.5千瓦 額定轉(zhuǎn)矩 35 N·M 額定轉(zhuǎn)速 1455r/min 重量 80Kg
5.4 壓下機構(gòu)減速器的選擇
壓下機構(gòu)總傳動比
查閱[7],16-79 選用CW型圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器。
根據(jù)電動機的輸出轉(zhuǎn)速和總傳動比查手冊得：一級減速器選用CW型圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器輸入轉(zhuǎn)速1465 r/min 傳動比10，中心距125mm。
二級減速器因無標(biāo)準減速器可選用，所以需另行設(shè)計。也選用CW型圓弧圓柱蝸桿蝸輪參數(shù)如表5-1所示 ：
表5—1 二級蝸輪蝸桿減速器主要參數(shù)
傳動比
30.5
中心距
a=225mm
蝸桿頭數(shù)
Z=2
蝸輪齒數(shù)
Z2=61
模數(shù)
m=6.3
模數(shù)
m=6.3
蝸桿分度圓直徑
d1=mq=63mm
蝸輪分度圓直徑
d2=384.3mm
蝸桿齒根圓直徑
df1=47.88mm
蝸輪齒根圓直徑
df2=371.9mm
蝸桿齒頂圓直徑
da1=75.6mm
蝸輪喉圓直徑
da2=391.95mm
齒頂高
=6.2mm
蝸輪齒寬
B=50≤0.75da1=56.7mm
5.5 萬向聯(lián)軸器的選用和校核
分配箱與工作輥之間使用的聯(lián)軸器選用WS型十字軸式萬向聯(lián)軸器。如圖5-2所示：
圖5-2 WS型十字軸式萬向聯(lián)軸器
1、3—半聯(lián)軸器 2—叉型接頭 4—十字軸 5—銷釘 6—套筒 7—圓柱銷
十字軸的材料一般為中碳合金鋼，如 42CrM0、40Cr ；或低碳合金鋼，如 18CrM0Ti、20MnVB、20CrM0 等，經(jīng)滲碳淬火后，表面硬度達58～64HRC。十字軸軸徑的主要失效形式是軸頸在軸肩處的彎曲強度不足，根據(jù)[4]得彎曲強度條件為：
（5-7）
Tc ----萬向聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 （N·mm）
R ----十字軸中心到軸頸中部的距離（mm）
s ----軸頸中部到軸肩的距離（mm）
d、d0 ----軸頸直徑和內(nèi)徑（mm）
----十字軸材料的許用彎曲應(yīng)力，一般取=σs/（3～3.5）（MPa）
σs ----十字軸材料的屈服極限（MPa）
當(dāng)軸肩圓角半徑過?。ㄒ话銘?yīng)使r/d>0.1 ，且r>3mm）,或載荷不穩(wěn)定，應(yīng)力變化較大時，還應(yīng)按彎曲疲勞強度校核軸肩處的安全系數(shù)。在本案中不對其進行驗算
第6章 潤滑方式的選擇
板料矯直機潤滑方式有兩種：稀油潤滑和干油潤滑。
稀油潤滑
（1）主減速機為稀油集中循環(huán)潤滑
（2）壓下減速機構(gòu)為稀油注入潤滑
干油潤滑
干油潤滑有手動和自動兩種。自動干油集中潤滑方式主要采用流出式，干油粘度較大，特別冬天防寒不良時，干油壓力損失較大，應(yīng)該注意輸油管的保溫措施，干油油管不需要經(jīng)常拆卸，用法蘭聯(lián)接，加工制造簡單。
稀油潤滑集中潤滑系統(tǒng)通常由兩部分組成：稀油站和潤滑管路，包括給油管、回油管及機器配管。為保證齒輪對由可靠地潤滑，主減速機為循環(huán)噴注潤滑。
管路分為供齒輪對嚙合潤滑和供軸承潤滑兩個部分，都是從一個總進油管分出來，其中包括油管、接頭、截止閥、油流指示器，彎頭及管路固定裝置等元件，供齒輪對潤滑還有噴嘴。各種管路的規(guī)格需根據(jù)嚙合處或軸承處所需油量確定，在此不設(shè)計。齒輪對嚙合處潤滑是從齒輪對入口方向向齒輪噴油。對較寬的齒輪，通常利用幾個噴嘴的集中油管均勻噴注在齒輪表面上，保證齒輪嚙合處形成油膜并將齒輪傳動時的熱量帶走，在主減速機機體內(nèi)，潤滑油面應(yīng)保持在最大齒面根圓上5-15mm。減速機漏油主要集中在箱蓋和箱體間的接觸面、軸端、箱體與油箱的接縫處，在這些地方采用相應(yīng)的措施防漏。
壓下機構(gòu)潤滑方式為稀油潤滑。由于壓下機構(gòu)經(jīng)常動作，調(diào)整周期長，故每次壓下調(diào)整時，均需先開動潤滑機構(gòu)，使壓下螺母與螺絲得到充分潤滑。
結(jié)論
本人在參照以往的設(shè)計資料的基礎(chǔ)上，對該矯直機的壓下系統(tǒng)進行了改進。為使壓下蝸輪在轉(zhuǎn)動時更加靈活，減少蝸輪的磨損，同時也考慮到蝸輪承受較大軸向力，故加裝了一對圓錐滾子軸承。雖然在設(shè)計過程當(dāng)中力求在每一個板塊中做到嚴謹、先進、合理，使該矯直機的每一個結(jié)構(gòu)、每一項功能都盡量貼近實際，滿足現(xiàn)實要求，但受到學(xué)識、經(jīng)驗、設(shè)計能力、時間方面的制約而不能盡善盡美，因此該矯直機在未來的時間里可在以下方面進行升級改進：
（1）支撐方案改進。
在本設(shè)計案中，每個工作輥只有一個支承輥支撐。這種方案雖結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，但其只能對工作輥中部豎直方向起到支撐作用，而對工作輥靠近軸承端的部分以及水平方向的撓曲變形不能有效抑制，所以日后可對支撐方案進行改進。
（2）增加支承輥緩沖裝置。
在本案中，支承輥的軸承座與上機架是剛性連接的，工作輥軋制時產(chǎn)生的振動會傳遞至支撐輥和上機架，這種頻繁的振動對由鋼板焊接而成的上機架是極為不好的，可能會損壞機架結(jié)構(gòu)，縮短矯直機的使用壽命。此外，這種振動可能會破壞支承輥和工作輥的工作面。所以，改進時應(yīng)為每個支承輥加設(shè)緩沖裝置。
（3）優(yōu)化上機架結(jié)構(gòu)。
本案中，上機架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造很不方便，容易產(chǎn)生撓曲變形，影響矯直機的剛度和矯直精度。
（4）增加工作輥緩沖裝置。
本案中，工作輥與上機架靠螺栓連接，靠上機架上的16根彈簧消振。該緩沖方案雖結(jié)構(gòu)簡單，可以起到緩沖作用，但振動會經(jīng)由工作輥傳遞至機架，頻繁的振動可能會破壞機架結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)對其改進。
（5）改進壓下系統(tǒng)。
本案中，采用的是蝸輪蝸桿式的機械壓下機構(gòu)，存在著體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等諸多缺點，日后改進可采用液壓壓下系統(tǒng)，提高設(shè)備的電氣化和自動化程度。
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致謝
歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)在已經(jīng)基本上結(jié)束，同時，我的大學(xué)生活也已經(jīng)接近尾聲，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，繼續(xù)好好學(xué)習(xí)。
回首大學(xué)生活，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師多年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護。學(xué)友情深，情同兄妹。多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。
在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。
最后，我要特別感謝賀俊杰老師。是他在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵,使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，在此表示衷心的感激。賀老師認真負責(zé)的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他的耐心輔導(dǎo)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，我增長了很多認識，也了解到了許多實際性的問題，同時我了解到機械設(shè)計也是多么的博大精深。我的知識，特別是在機械專業(yè)方面的知識還剛剛是打下了一個良好的基礎(chǔ)，學(xué)無止境，還有很多問題需要我去研究，去探索。因此，在以后的工作和學(xué)習(xí)生活中，我將繼續(xù)努力，爭取更大的進步。
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