φ20-φ90高精度棒材矯直機設計【5張CAD圖紙】

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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 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 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 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 machine；straightening of the power parameters重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 緒論1 緒 論1.1設計課題背景長期以來，矯直機因彎曲由人工檢測，壓彎量人為設定不夠準確，全過程都靠手工操作，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定等缺點，一直作為一種補充矯直設備來使用。所以矯直必須檢測工件的原始彎曲，測量彎曲量、確定最佳矯直點、設定壓彎量。由于缺少可靠的檢測手段和認識上的一些人為因素，以前這些工作只能靠人工來完成。因此以前的矯直機有以下缺點：彎曲人工檢測、壓彎量人工設定不夠準確，效率低，矯直精度全憑操作者經(jīng)驗來決定，降低了生產(chǎn)效率。而且現(xiàn)在人們對棒材的需求量越來越大、對其精度要求也越來越高，在情況下斜二輥矯直機的問世解決了以前平行輥矯直機所解決不了的棒材、管材的矯直精度問題，在這種情況下，我們對二輥滾光矯直機進行設計。1.2設計依據(jù)主要參數(shù)：矯直棒材規(guī)格：2090；矯直棒材材料：合結鋼、不銹鋼（s1200N/mm2）；.棒材原始曲率：0.4%（mm/m）；矯直后直度：0.05%（mm/m）；棒材原始表面：Ra3.2；棒材矯直后表面：Ra0.8；最大矯直速度：330m/min；最大矯直力：300KN；采用液壓過載保護；采用循環(huán)潤滑與循環(huán)冷卻；自動上下料。1.3矯直設備的發(fā)展概況 矯直技術產(chǎn)生的確切時間尚未找到準確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國在春秋戰(zhàn)國時期寶劍的平直度可以使人想象到當時手工矯直和平整技術已經(jīng)達到很高的水平。在我國古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品和工具，小自針錐、大到鐵杵都要求用矯直技術來完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設備與工具是極簡單的，如平錘、鉆臺等。對大型工件手工矯直常借助高溫加熱進行。古代人在矯直及整形的實踐中認識到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術頗有一語道破之功，用之于改造社會也有指導意義。由于中國社會的特殊條件，好多技術停留在手工狀態(tài)，18世紀末葉到19世紀初葉，歐洲進行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實現(xiàn)了用蒸汽動力代替人力，機械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀30年代冶鐵技術發(fā)展起來，當時英國的生鐵產(chǎn)量已由7萬t增長到19萬ta，增加了27倍。19世紀50年代開辟了煉鋼技術發(fā)展的新紀元。隨著平爐煉鋼技術的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到19世紀末時，鋼產(chǎn)量增加50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機械、軋鋼機械和矯直機械。進入20世紀，以電力驅動代替蒸汽動力為標志，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機大概是我國見到的最早的l臺矯直機。20世紀初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機。到1914年英國發(fā)明了212型五輥式矯直機(阿布拉姆遜式一Abramsen)，解決了鋼管矯直問題，同時提高了棒材矯直速度。20世紀20年代日本已能制造多斜輥矯直機。20世紀30年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機，顯著提高了管材矯直質(zhì)量.20世紀60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題，美國薩頓(Sutton)公司研制成功313型七輥式矯直機(KTC型矯直機)。20世紀3040年代國外技術發(fā)達國家的型材矯直機及板材矯直機也得到迅速發(fā)展，而且相繼進入到中國的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。新中國成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國家制造的矯直機。與此同時還出現(xiàn)了拉伸矯直機，20世紀50年代蘇聯(lián)的矯直機大量進入到中國。同時，世界上隨著電子技術及計算機技術的發(fā)展，工業(yè)進步速度加快，矯直機的品種、規(guī)格、結構及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。20世紀70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設計研制成果。有小到聲16mm金屬絲矯直機和大到600mm管材矯直機。有速度達到300mrain的高速矯直機和精度達到0038mmm的高精度矯直機。同時也引進許多先進的矯直設備。如英國的布朗克斯(BRONX)矯直機；德國的凱瑟林(Kieserling)矯直機、德馬克(Demag)連續(xù)拉彎矯直機及高精度壓力矯直機；日本的薄板矯直機等。值得自豪的是我國科技界一直在努力提高自己的科研設計和創(chuàng)新能力。從20世紀50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設計的精確計算法及文獻提出的矯直曲率方程式。6080年代在輥形理論方面有許多學者進行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計算法。與此同時，以西安重型機械研究所為代表的科研單位和以太原重型機器廠為代表的設計制造部門完成了大量的矯直機設計研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設備保證，還培養(yǎng)了一大批設計研究人員。進入90年代我國在趕超世界先進水平方向又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省及部級科技成果進步獎；有的獲得了國家發(fā)明獎。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機，多斜輥薄壁管材直機、3斜輥薄銅管矯直機、雙向反彎輥形2輥矯直機、復合轉式矯直機，平行輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等研制方面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量。其矯后的殘留撓度為0205mmm。此外，從20世紀60年代以后拉伸與拉彎矯直設備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起到重要作用。1.4分類及工作原理金屬棒材在軋制、加熱、運輸?shù)雀鞣N加工過程中常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形或內(nèi)部殘余應力；目前冶金市場上對金屬棒材的成品精度要求也越來越高，因此軋制矯直設備在工廠中應用越來越普遍，對矯直設備的自動控制要求也越來越高。根據(jù)結構特點和工作原理的不同，矯直機可以分為壓力矯直機、輥式矯直機、斜輥矯直機、拉伸矯直機和拉彎矯直機等幾種基本類型。1.4.1 壓力矯直機 壓力矯直機是以曲柄連桿機構驅動的活動壓頭使軋件產(chǎn)生一次反向彎曲，將軋件矯直的?！俺C枉必須過正”就是壓力矯直機的基本矯直原理。這種矯直機人工操作繁重、生產(chǎn)效率低，但調(diào)整靈活，對于各種局部彎曲狀態(tài)，都具有矯直的可能性，一般只有用來矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于200300mm）鋼管，或用作輥式矯直機的補充矯直。壓力矯直機有立式和臥式兩種結構。1.4.2輥式矯直機輥式矯直機具有兩排交錯布置的工作輥，彎曲的軋件通過轉動的工作輥之間，經(jīng)過多次反復彎曲得以矯直。軋件能以較高的速度在運動中進行連續(xù)矯直，生產(chǎn)效率高，且易于實現(xiàn)機械化和流水生產(chǎn)，輥式矯直機在型鋼車間和板帶材車間得到廣泛的應用。輥式矯直機的一類型很多。其中按上排工作輥的調(diào)整方式分，基本上可以歸納為三類：單獨調(diào)整、平行調(diào)整和傾斜調(diào)整。1.4.3 斜輥式矯直機斜輥式矯直機用于矯直管材和圓棒材。這種矯直機的工作輥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邊前進，也是利用多次反復彎曲軋件，最終消除各方面的彎曲和端面的橢圓度。這類矯直機的設備重量輕，易于調(diào)整和維修，矯直管棒材效果好。其中可以按工作輥數(shù)量分類，而本文介紹的二輥矯直機就是其中的一種。1.4.4拉伸矯直機主要用于矯直厚度小于0.6mm的薄鋼板和有色金屬板材、管材、異型材。對于具有中間瓢曲或邊緣浪形的板帶材，雖有結構復雜的支承輥分段可調(diào)的輥式矯直機加以矯直，但矯直效果不理想，這是需采用拉伸矯直方法。拉伸矯直的主要特點是對軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而將軋件矯直。1.4.5拉伸彎曲矯直機為了提高帶材矯直質(zhì)量，近年來，拉伸彎曲矯直機組得到較大的發(fā)展。拉伸彎曲矯直的基本原理是在張力作用下的帶材，經(jīng)過彎曲輥劇烈彎曲時，產(chǎn)生彈塑性延伸，從而三維形狀缺陷得以消除。這種矯直機組一般用在連續(xù)作業(yè)線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強度極薄帶材），也可以用于酸洗機組進行機械破磷，從而提高酸洗速度。此外，在有色金屬型材車間尚有扭轉式矯直機，用于矯直型材的扭曲變形。重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 鋼材矯直理論2 鋼材矯直理論2.1“ 矯直”的定義金屬條材（具體指型材、棒材、管材、線材、板材、帶材等長條狀的金屬型材）在軋制、加熱、運輸、鍛造、擠壓、拉拔、冷卻等各種加工過程中因外力作用常常產(chǎn)生不同程度的彎曲、歪扭等塑性變形；內(nèi)部殘余應力使金屬條材發(fā)生彎曲或扭曲變形；為了獲得平直的成品金屬條材就必須使其縱向纖維或縱向截面由曲變直，橫向纖維或橫向截面也由曲變直。實現(xiàn)這一要求的工藝過程就稱為“矯直”。2.2反彎矯直的基本原理在壓力矯直機、輥式矯直機、斜輥式矯直機和拉伸矯直機中，軋件都是經(jīng)過反向彎曲后矯直的，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。軋件在矯直過程中的曲率變化：原始曲率 軋件在矯直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。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。在壓力矯直機和輥式矯直機上，反彎曲率是通過矯直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矯直的關鍵。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。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。殘余曲率 它是軋件經(jīng)過彈復后所具有的曲率（圖1-1b），以表示。如軋件被矯直，則=0，如軋件未被矯直，在輥式矯直機上，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：=- ，顯然欲使軋件矯直，則必須使殘余曲率=0，由上式得：=，此式是一次反彎矯直時（壓力矯直機）選擇反彎曲率的基本原則。37重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 二輥滾光矯直機的工作原理3二輥滾光矯直機的工作原理3.1二輥滾光矯直機的簡介而本文介紹的二輥滾光矯直機是斜輥式矯直機的一種；可以矯直15-200mm的棒材和厚壁管材。二輥滾光矯直機由于矯直精度高、造價低，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應用。二輥滾光矯直機的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：使工件得到全長矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機上不能矯直的難題；使矯直質(zhì)量得到明顯提高，把矯直后的殘留擾度減少到0.10.5mm/m;對圓材的外徑有較強的圓整作用，顯著的減少了圓材的橢圓度；可以有效的消除矯直后的圓材縮徑現(xiàn)象，能保證工件的尺寸精度；在矯直的同時能提高工件的表面粗糙度。當然二輥滾光矯直機也有很多不足的地方需要我們?nèi)ジ倪M，從而達到我們需求的高效化、高質(zhì)量、高產(chǎn)量。這些不足的地方主要表現(xiàn)在：矯直速度較低，一般為750m/min。按新的大斜角輥形設計所取得的成功，可以將矯直速度提高一倍左右，使這一缺點得到很大的補救；導板的消耗量較大，不過在光亮工件的矯直中使用尼龍導板，以及在大直徑工件的矯直中使用輥式導板，也使這一缺點有所改善；對于矯直精度這一點我們可以利用二輥的弧度、剛度以及兩輥之間的傾角來控制棒材軋件，從而達到我們要求的精度。我國的鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有二十余條棒材生產(chǎn)線，在建的仍有十余條生產(chǎn)線，隨著生產(chǎn)技術的進步和現(xiàn)代化改造的實施，棒材生產(chǎn)向著高效化、高質(zhì)量的方向發(fā)展，對常規(guī)產(chǎn)品圓度在1.5200mm的情況，各生產(chǎn)單位均采用了線上的斜輥矯直設備，為了滿足日益提高的棒材質(zhì)量要求，斜輥矯直設備得到了進一步的發(fā)展。3.2二輥滾光矯直機的工作原理2斜輥矯直機可簡稱為2輥矯直機。其工作原理在斜輥矯直理論中獨具特點。其結構3.1所示。圖3.1二輥棒材矯直機示意圖它對工件的矯直作用不是依靠各輥之間的交錯壓彎使工件產(chǎn)生塑性彎曲變形，而是依靠一對輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化而達到。為了說明工件在輥縫內(nèi)矯直的道理，首先要對旋轉壓彎有一理解。工件被旋轉壓彎也可以相對地把工件看成為一個螺旋形扁鋼，用壓輥壓在扁鋼的邊緣上以扁鋼為軌道向前行走，扁鋼在壓輥處被壓彎并在輥子走過后彈復變直。這樣輥子對螺旋形扁鋼的相對運動就同平行輥對長條形扁鋼的相對運動一樣，只不過后者的矯直運動為平行矯直運動，前者為旋轉矯直運動，它們的機理是一致的。但是旋轉矯直的工件并不是螺旋形扁鋼而是圓形棒材。如圖3.2。所示的棒材在旋轉前進中受輥3壓彎，并在壓彎處的截面33上產(chǎn)生塑性壓縮(上面的影線部分)與拉伸(下面影線部分)變形。當此截面旋轉前進到77位置處被輥7從反向壓彎，而且其壓彎量正好可使在33位置已被壓彎的棒材得到矯直。其矯直過程的縱向變形如圖22b，斷面變形如圖22d所示。不過圓材彎曲一般是全方位的彎曲，把33位置的彎曲理解為cg方位的彎曲，同樣在ae、bf及dh各方位的彎曲也都應得到矯直。于是，應該在15的各位置上都設置壓彎輥，不管上述各方位的原始曲率如何，都經(jīng)受較大的壓彎，然后同時旋轉前進到59的各位置，并被同樣設置的各反方向壓彎輥壓彎后彈復變直，達到全長度及全方位的矯直目的。結合上面提到的螺旋形扁鋼可以把ac、bf、cg及dh4個方位用4條扁鋼來代替，并設其厚度為時，則4條扁鋼經(jīng)過大小兩次正反壓彎后各自得到矯直也等于整個圓材得到矯直?？梢姰攬A材只在一處受到大壓彎時，其彎矩如圖2-2c的虛線M-x所示；在其反向受到小壓彎時其彎矩如圖中虛線M-x所示，其結果只能矯直一個扁鋼或cg一個方位。而要矯直圓材則必須在圓材旋轉的半周中或在其半個導程(t2)上造成等彎矩的大壓彎狀態(tài)來代替想像的各壓彎輥，然后又在其下半周內(nèi)造成等彎矩的小壓彎(與彈復量相等)才可能實現(xiàn)其變形為圖2-2 中(d2)與(d3)之和。同時還須明確圖21中的前半周(左側的t2長度)是在單一方向原始曲率條件下進行旋轉的。但是全方位原始彎曲卻是C。的彎曲，因此在兩個半周的旋轉之前還需要有半周的旋轉彎曲，以消除C。使之變成+ C?；蛞籆。，即單一方向的原始彎曲。這樣我們可以概括地說，二輥矯直的必要條件是工件在輥縫中先要經(jīng)過至少一個導程的等曲率大變形壓彎，然后要經(jīng)過至少半個導程等曲率小變形(與矯直曲率相適應變形)的反向壓彎。前者可使工件各處的殘留彎曲達到一致程度，后者可使工件全長得到矯直。也可以簡單地說之為“先統(tǒng)一，后矯直”，這句話同大變形小殘差的平行輥矯直法的含義是一致的。圖3.2 集中力彎曲與等彎矩彎曲的旋轉矯直變形圖2輥矯直的原理雖然簡單，但其實現(xiàn)方法仍然包含一些較為復雜的措施。如材質(zhì)不勻會使殘留彎曲難以統(tǒng)一，也會使殘留彎曲難以被一次矯直；工件尺寸公差較大時常需施以過大的壓彎量；工件的剛性偏大時常需增加壓彎次數(shù)；考慮到輥子磨損、新輥縫的彎曲曲率必須適當增大等。因此輥縫多采用對稱形式，人口側輥縫起到咬入及預矯作用；出口側輥縫起到矯直作用；輥腰處的等曲率區(qū)為中區(qū)，起到統(tǒng)一殘留彎曲的作用。參看圖2-2中區(qū)(2Sd)的理論長度為t，考慮到向兩側的曲率過渡及輥縫的壓緊程度不足等因素，取2Sd =2t。出口區(qū)為了防止一次矯直質(zhì)量不高的可能性，在初矯區(qū)(Sd)之后再增加精矯區(qū)(SB)，它們的理論值為Sd=t2及SB =t2。考慮到曲率之間的半周過渡而取Sd=t，再考慮走出塑性區(qū)時，由于輥縫的彈跳或積累的殘留彎曲偏大而達不到質(zhì)量要求的可能性，故加大SB=(12)t，并使其問曲率值逐漸減小，以保證矯直質(zhì)量的穩(wěn)定性。2輥矯直還可能遇到矯直管材的情況，一般是矯直厚壁管，此時的輥縫的彎曲程度可以明顯減小, 塑性變形深度與壁厚可以相等。所以輥腰區(qū)的曲率不需太大，從而矯直區(qū)的曲率變化范圍也要明顯減小，故除輥腰區(qū)仍需要等曲率壓彎之外其他區(qū)域便可以按線性遞減原則來安排輥縫的曲率變化。下面用圖3.2來介紹2輥矯直的基本工作方式，圖3.2a為工作狀態(tài)的兩個視圖，圓材在輥縫之問被同向旋轉的凸凹2輥壓彎并作反向旋轉。由于兩個輥子軸線對圓材軸線成對稱傾斜關系，圓材將一邊旋轉一邊前進。當矯直棒材時，如圖23b所示，輥縫內(nèi)形成三種彎曲區(qū)Sd及Sd為等曲率區(qū)，SB為變曲率塑性變形區(qū)。圖23b中3個曲率比Cw1，、Cw2，及Cw3與3個曲率區(qū)相對應，圖中t為旋轉導程值,Cw3按線性遞減原則分配在出人口區(qū)。圖3.3c為矯直管材時輥縫的彎曲形狀，此時只有Sd及SB區(qū)，其長度為Sd=t，SB=(23)圖3.3 2輥矯直過程及兩種壓彎方式為了說明上述輥縫具有可靠的矯直能力，下面結合一典型的輥縫模型，示于圖3.4，并利用有關的曲率方程式來解析全部的矯直過程。設圖Cw1=4，Cw2=165，Cw3=14。則矯直過程的解析結果列于表3.1。輥縫的總長度為8t，它等于輥子的工作長度Lg。從矯直過程看預矯區(qū)也很有用，首先使工件的全長彎曲方向得到統(tǒng)一，而且減小了殘留曲率比的差值；由開始時假設的C。=到左2段減小到C。=028。輥腰段的作用在于統(tǒng)一殘留彎曲。雖然第3次(右2段)的統(tǒng)一沒有用處，但也為難矯工件留有余地。進入矯直區(qū)后只轉半周便可達到合格要求，說明以后的輥縫可以取消，但為了提高質(zhì)量可以矯到右4段。右5段以后確實沒有用了。而且從全過程看各奇數(shù)段的半周轉過之后殘留彎曲都有增大。因此，可以從第5段或第7段取消輥縫。這兩段輥縫作成開擴的八字形與輥端圓角結合起來將有助于工件頭部的咬入和出口工件的穩(wěn)定。但是，也要看到不管是奇數(shù)段和偶數(shù)段每多轉一周之后的相對質(zhì)量都在提高。因此在高精度的矯直機上輥縫仍然要保持到第6段，甚至要增加到第8段。圖3.4 2輥矯直輥曲率比的分配模型表3.1 圖3.3二輥輥縫矯直過程的解析結果續(xù)表3.1從上表的實際解析中可以較為深入地理解2輥矯直的內(nèi)在機理，但是涉及的內(nèi)容比較單純。不能滿足各種具體條件的要求。首先是Cw1的取值范圍可以按小變形原則開始取值，即從17開始加大到3以上。為了便于達到統(tǒng)一殘留曲率的目的，力求使總曲率比達到5左右。同時還考慮到增加輥子壽命的需要把增大到7，經(jīng)過磨損之后仍能達到5的水平。因此設計輥縫的曲率比在 (2輥矯直時值不允許太大)時采用的Cw1=35。接下去及值皆可按小變形原則從有關曲線上查知。再下去等值的影響已經(jīng)很小，不必精確計算，只按遞減原則予以確定即可，如用一過渡切線把輥形曲線與輥端圓角連接起來。利用兩輥矯直機在減小斜角時(a=510)對工件表面的壓光作用，研制出專用的矯直拋光機。其工作原理也是相同的。3.3設計二輥滾光矯直機所涉及到的主要參數(shù)其基本參數(shù)包括矯直力、矯直力矩、輥距t、輥徑D、輥數(shù)n、輥身長度L和矯直速度v0矯直機基本參數(shù)的正確選擇對軋件的矯直質(zhì)量、設備的結構尺寸和功率消耗等都有重要的影響。在這里我們對各個參數(shù)的主要公式進行簡單的介紹，在第3章、第4章都有詳盡的介紹。矯直力： 矯直力矩：輥距： 輥徑： 輥身長度L：， 矯直速度： ，軸承壽命較核： ， ， ，矯直輥強度較核： 3.4國內(nèi)外現(xiàn)在生產(chǎn)這種矯直機的廠家二輥滾光棒材矯直機由于矯直精度高、造價低、易于維修、換輥時占用吊車時間少、導板調(diào)節(jié)比較方便，可矯直輕中型棒材、管材，在治金工業(yè)和機械制造業(yè)中有廣泛應用。現(xiàn)在在我國國內(nèi)中信重型機械公司洛陽礦山廠、無錫西漳液壓機械廠等很多廠家。而國外如英國的布朗克斯公司、維柯公司及羅伯運（R0一BETSON)公司；法國的DMS公司及艾梯巴爾(ETlBAR)公司：德國的索林堅(SOLINGEN)公司和斯蘭特(SIANT)公司；美國的薩頓(SUTTON)公司；日本的川副機械公司；前蘇聯(lián)的基洛夫機床廣等?？梢陨a(chǎn)這種斜二輥滾光輥矯直機。重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算4二輥滾光矯直機力能參數(shù)計算4.1矯直力的計算矯直力的計算由于二輥矯直機輥形有單向彎曲與雙向彎曲之分,其矯直力也不同, 而矯直力大小與輥縫的壓彎程度密切相關,由于本機型的輥形設計采用單向反彎曲輥形,因此按單向反彎曲輥形來計算矯直力。 輥形各段長度：輥腰段Sd=t,輥腹段Sd=t,輥胸段Sb=t。由于等彎曲率區(qū)內(nèi)的彎矩不變, 它必然由一個外力偶構成工件內(nèi)部的等彎矩區(qū)。首先從圖3-1 上力F3來看,在Sb段內(nèi)它形成的彎矩是線性遞增的。雖然這個彎矩一開始是彈性彎矩,但很快增大為彈塑性彎矩( 彈性段長度可略去不計),新的力偶矩應由F2來形成,而且只在轉半周之后就需形成F2Sd /2的力偶矩,以便在下半周內(nèi)完成M2的等彎矩彎曲。進入到輥腰Sd段時,由于增大彎矩須達到M1值,故需在M2之外再增加一個力偶矩F2Sd /2 值。這種人為的受力模型是與輥形曲線的曲率變化過程基本一致的,是會接近實際受力狀態(tài)的,于是可以計算圖中的各矯直力：圖4.1 二輥矯直機雙向反彎輥受力簡圖 4.1.1求導程t粗棒螺旋導程：細棒螺旋導程： 4.1.2求彈性極限彎矩Mmax 雙向輥形的矯直力：矯直力總和為： 4.1.3求傾角：矯直輥軸承承受的力為輥面法向力之和,為了簡化計算,假設凹凸輥受力點基本相同,如圖4.2所示,接觸角與傾斜角基本等,則:圖4.2 矯直輥和軋件相對位置簡圖其中,為凸輥輥腰直徑,由與工件接觸最多、壓力最大的輥徑確定，選取傾斜角=20代入得：4.1.4軸承承受力的總和根據(jù)矯直力的大小及工作輥的強度，查機械設計手冊選用軸承的型號為：調(diào)心球滾子軸承22212C/W334.2 二輥滾光矯直機功率計算4.2.1軸承的消耗功率設矯直輥的輥徑直徑為，軸承摩擦系數(shù)為，輥子轉速為,則軸承摩擦消耗功率為： ，其中=230mm4.2.2滑動摩擦的消耗功率凸凹輥輥腰直徑分別為和，工件與輥面之間摩擦系數(shù)為，則滑動摩擦消耗功率為：，其中=0.050.1之間，這里取=0.09所以=6.0227KW4.2.3滾動摩擦的消耗功率工件與輥面之間滾動摩擦系數(shù)為 ,輥子斜角為,工件直徑為,則兩者之間的滾動摩擦消耗功率為:4.2.4塑性彎曲變形的消耗功率工件的純塑性彎曲曲率比的最大值為，而最小值為0，故其平均值為，其相應的，輥子工作長度=560mm,于是可知工件旋轉彎曲能耗比為=10.5,所以塑性彎曲變形所消耗的功率為:或其中，所以=9.93KW4.2.5消耗總功率 所消耗的總功率為：=0.0826+6.0227+3.097+9.93=19.87KW4.3矯直機驅動功率矯直機驅動總功率為：N總= 其中：為傳遞效率，=0.950.97之間，這里取=0.96 N總=20.7KW故選擇電機的功率為22KW查機械設計手冊選用電機的型號為：查得該型號的電機基本參數(shù)：代表電機的系列代號； 181為機座中心高； 2為電機級數(shù)額定轉速：4.4關于機架、機座及軸承蓋的設計矯直機的機架、機座、傳動等部分設計不屬于本次設計的重點，所以在這里只是作了簡單的介紹。矯直機架是工作機座中尺寸和重量都是最大的部件，也是最重要的部件，是用來安裝矯直輥、軸承座、矯直輥調(diào)整機構和導板裝置等工作機座中全部部件的，機架要承受矯直壓力，必須有足夠的強度和剛度。在這里要較核機架的強度和剛度，就必須對其矯直材料進行選擇，然后對矯直機機架的危險斷面進行受力分析，計算其斷面的慣性矩，再根據(jù)尺寸計算機架所受的應力與材料的許用應力進行比較，較核機架的強度。矯直時在矯直壓力作用下軋件產(chǎn)生塑性變形。同時，在矯直反力的作用下，工作機座中的矯直輥、軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲和螺母、機架等一系列受力零件，也產(chǎn)生相應的彈性變形，總變形量可達幾毫米。對于成品矯直機，機座的彈形變形對工件尺寸精度有很大影響。軋件進入矯直輥前，矯直輥的原始輥縫高為，如果矯直輥的原始輥型為圓柱形，則輥縫是均勻的。當矯直時，在矯直力為作用下，機座產(chǎn)生彈性變形，使實際輥縫呈不均勻地增大，矯直后的軋件斷面呈中部較厚的形，工件的厚度h在于原始輥縫，高機座在矯直輥輥身中部處產(chǎn)生的彈性變形為f則h=+f式中 h 矯直后的軋件厚度；矯直輥原始輥縫； f 機座彈性變形（機座在軋輥輥身中部處的彈性變形量）。由上式可見，機座彈性變形f對矯直后的軋件厚度影響很大，要想得到厚度為h軋件，矯直輥的原始輥縫應調(diào)整到比軋件厚度h小一個機座彈性變形量f的數(shù)值機座的彈形變形可分為兩個部分一部分是除矯直輥彎曲變形以外的其他各受力零件的彈性變形，包括由軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲和螺母等零件產(chǎn)生的壓縮變形，矯直輥的彈形壓扃，機座閏柱的拉伸變形和機架橫梁的彎曲變形等造成的。這些變形使矯直輥輥縫均勻地增大。另一部分是矯直輥的彎曲變形，使軋輥軸線撓曲，除了加在原始輥縫外，還使輥縫在寬度方向產(chǎn)生不均勻變化，這使用權軋件沿寬度方向產(chǎn)生橫向厚度偏差。由于機座的彈性變形f是由矯直力產(chǎn)生的，如果在矯直過程中矯直力有波動，則在一定原始輥縫下，機座的彈性變形也有相應的波動，這就使軋件沿長度方向的厚度產(chǎn)生變化，產(chǎn)生了縱向厚度偏差。對于縱向進取度偏差，在現(xiàn)代二輥滾光矯直機上，設置了厚度控制裝置，使矯直機能在矯直過和中迅速調(diào)整，控制軋件的縱向厚度偏差。至于軋件沿寬度方向產(chǎn)生的橫向厚度偏差，一般是通過合理的輥型設計、輥型調(diào)整等措施來控制的。由上可知，機座的彈形變形直接影響矯直后的軋件厚度以及軋件的縱向和橫向的厚度偏差，因而也影響到矯直機的調(diào)整、矯直工藝規(guī)程的制定和輥型設計等。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 二輥滾光矯直機輥系設計5二輥滾光矯直機輥系設計5.1矯直輥的組成輥身、輥頸和輥頭，如圖5.1所示：圖5.1 矯直輥示意圖5.2.矯直輥材料矯直輥是軋鋼車間經(jīng)常耗用的工具，其質(zhì)量好壞直接影響著鋼材的選題和產(chǎn)量，因此對矯直輥的性能（主要是強度、耐磨性和一定的耐熱裂性）的要求是很嚴格的。因矯直機類型和所矯直鋼材種類的不同，對矯直輥材料性能的具體要求也有很大差別。常用的矯直輥材料有合金鍛鋼、合金鑄鋼和鑄鐵等。2輥滾光矯直機的工作輥對輥面硬度及強度均有很高的要求，常采用高強度的合金鑄鋼。其支承輥工作條件與平板矯直機相似，材料選用也基本相同，但要求有更高的輥面硬度。2輥滾光矯直機的工作輥選擇矯直輥材料時，以輥面硬度要求為主，多采用鑄鐵軋輥。而支承輥在工作中主要隨彎矩，且直徑較大，工著重考慮強度和軋輥淬透性，因此，多選用含Cr合金鍛鋼。2輥滾光矯直機上為了矯直高碳鋼和其他難變形的合金鋼，也采用帶硬質(zhì)合金輥套的復合式矯直輥。盡管矯直輥的硬度要求很高（HS 90），但卻不使用鑄鐵軋輥，這是因為當輥徑確定以后，可能矯直出的軋件最小厚度什和軋輥材料的彈性模數(shù)E值反比，即矯直輥材料彈性模數(shù)E愈大，可能矯直出的軋件直徑愈小，鑄鐵的E 值約為鋼的一半，故而2輥滾光矯直機使用鑄鐵矯直輥是不利的。在矯直輥的常用材料中：用于矯直輥的合金鍛鋼，在我國重型機械標準JB/ZQ4289-86標準中列出了平板矯直輥和棒材矯直輥用鋼.：平板矯直輥用鋼有:55Mn2,55Cr,60CrMn Mo,60SiMn Mo等.棒材矯直輥用鋼有:9Cr,9Cr2,9CrV,9Cr2W,9Cr2Mo,60CrMoV,80CrNi3W,8CrMOV等.用于矯直輥的合金鑄鋼的種類尚不多,也沒有統(tǒng)一標準.鑄鐵可分為普通鑄鐵、合金鑄鐵和球墨鑄鐵。采用不同的鑄型，可以得到半冷硬、冷硬及無限冷硬鑄鐵。 故本矯直機限的矯直輥材料及硬度如下： 2輥滾光矯直機工作輥：矯直輥硬度HS=85100(取HS=100)這里根據(jù)矯直輥的需求 ：選用選用的材料為25MnTiBRE =1375MPa5.3矯直輥尺寸計算圓材彈性極限彎曲半徑：輥腰段壓彎半徑：輥腹段壓彎半徑：輥胸段壓彎半徑：粗棒螺旋導程：細棒螺旋導程： 腰段輥長： = 75.72 取 =70mm腹段輥長： = =70mm胸段輥長： =2 =140取=140mm輥端圓角：R2090mm輥子工作長度：輥子全長： 凹輥腰徑：，取=215mm，半徑為=107.5mm工件最小半徑為: r=10mm輥形初始值： =0，=0，=0，=0凹輥各段的曲率半徑：=-343mm,=-1030mm,=-1202mm凸輥各段的曲率半徑：=343mm,=1030mm,=1202mm輥形軸向分段：=20mm（實際取值要小）5.4矯直速度計算斜輥矯直機的矯直速度是旋轉圓材的前進速度。它與輥子轉速、輥子斜角及輥子工作直徑有直接關系如圖5.2所示。參看圖22a，當輥子工作直徑處的切線速度為，工作直徑為。，輥子轉速為，轉子斜角為a時，矯直速度為：圖5.2 斜輥矯直時軋件與輥子的關系按習慣寫法，其單位速度為ms，轉速為rmin。當工件轉速為n、直徑為d，導程為t時，則:由上述二式可得出工件轉速與輥子轉速之間關系為將n=150.8,d=2090mm，=15.代如公式得出矯直速度：=5.4724.64m/s矯直速度首先來自產(chǎn)量要求，工件轉速要受其原始彎曲程度的制約。因此產(chǎn)量要求也受工件原始狀態(tài)的限制。工件原始彎曲很大時，進入輥縫之后工件甩擺嚴重，噪聲很大，且容易損壞設備，甚至造成人身傷害。現(xiàn)代化的矯直機在工件送進的導向裝置上花費很大投入的目的就是限制其甩擺，提高矯直速度。另外也從改善冷卻條件及輸送方法來減少工件的原始彎曲。5.5矯直輥強度計算矯直輥在復雜的應力狀態(tài)下工作，這種應力狀態(tài)是由殘余應力接觸應力彎曲應力扭轉剪應力以及由于溫度分布不均所引起的熱應力等綜合形成的。矯直輥中的應力可分為以下兩大類：（1）制造過程中（主要是在熱處理過程中）形成的應力；（2）使用過程產(chǎn)生的應力。這種應力是由兩種因素引起的，即受力因素（金屬作用于矯直輥的壓力、帶材張力及扭矩等）及熱因素（矯直輥與軋件接觸和磨擦引起的發(fā)熱及用油或水冷卻軋輥）。在矯直輥的設計計算中，通常只計算矯直輥在使用過程中所產(chǎn)生的應力。這些應力包括矯直輥表面的接觸應力、矯直輥橫向壓縮引起的應力、熱應力以及由彎矩、扭矩作用所引起的應力等關于矯直輥的受力模型圖如圖5.3所示。彎矩模型圖5.4。工作輥與支承輥的接觸面積比工作輥與軋件的接觸面積小的多，故存在很大的接觸應力。假設輥間作用力沿軸向均勻分布。 圖5.3矯直輥的受力模型圖赫茲理論認為，兩個圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應力。半徑方向產(chǎn)生的法向正應力在接觸面的中部最大。接觸區(qū)寬度2b和最大壓應力由下式計算： 圖5.4 二輥滾光矯直機矯直彎矩圖b= = = 式中 q加在接觸表面單位長度上的負荷，q=P/L,N/mm；D、D及r、r工作輥與支承輥的直徑與半徑； K、K 與矯直輥材料有關的系數(shù)；K=K=v、v及E、E 工作輥與支承輥的材料泊松比和彈性模數(shù)。 v、v=0.28, E、E =184Mpa工作輥與支輥皆為鋼軋輥時，可簡化為 =191=191=837Mpa1375MPa計算時，式中的q可按加大50%考慮。在輥間接觸區(qū)中，除了須校核最大正應力外，對于軋輥體內(nèi)的最大切應力也應進行校核。在距離接觸點表面深度為0.78處，切應力為最大 =149.7MPa雖然接觸應力通常很大，但對于軋輥不致產(chǎn)生很大危險，因為在接觸區(qū)內(nèi)，材料處于三向壓應力狀態(tài)，能承受較高的應力。但當或值超過許用值時，會使軋輥表面產(chǎn)生裂紋或剝落。5.6軸承的壽命校核根據(jù)矯直壓力對所選軸承進行壽命的校核校核型號：322220當量動載荷P=f(XF+YF)F=P=0.5*1184232=592116(N)由于矯直時考慮有輕微的軸向竄動，故F=10%F=59211.6(N)=0.1e=0.41由資料19雙列圓錐滾子軸承中知L=3000(h)nP=nP n=24r/minL由資料19知L=20003000(h)故軸承322220選擇符合校核型號：22212C/W33當量動載荷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)所以軸承22212C/W33選擇符重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 二輥滾光矯直機傳動裝置的選擇及液壓過載保護6二輥滾光矯直機傳動裝置的選擇及液壓過載保護6.1二輥滾光矯直機傳動裝置的選擇6.1.1矯直機主傳動裝置的組成矯直機主傳動裝置即由減速箱、聯(lián)軸器和聯(lián)接軸等部分組成。其作用是將電動機的轉動力矩傳遞給矯直輥。減速箱減速箱的作用是將電動機較高的轉速變成矯直輥所需的轉速。聯(lián)軸器（節(jié)）與聯(lián)接軸聯(lián)軸器（節(jié)）包括電機聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器。電機聯(lián)軸器用來聯(lián)接電動機與減速機的傳動軸，而主聯(lián)軸器則用來聯(lián)接減速機與齒輪座的傳動軸。目前應用最廣泛的聯(lián)軸器是齒輪聯(lián)軸器。聯(lián)接軸用來將齒輪座輸出軸的轉動扭矩傳遞給工作機座的導板。在橫列在軋矯直機左右，通過一個工作機座的矯直輥傳動另一個工作機座的矯直輥，也是通過聯(lián)接軸傳動的。矯直機常用的聯(lián)接軸有萬向接軸、梅花接軸、聯(lián)合接軸和弧形齒接軸等。6.1.2矯直機主傳動裝置類型由于軋鋼機型式和工作制度的不同，其主傳動裝置也有不同的類型單機座矯直機主傳動裝置類型第一種型式：電動機的轉動力矩是通過電動機聯(lián)軸器、減速機、主聯(lián)軸器、齒輪座、聯(lián)接軸而傳給導板的。這是最常見的主傳動型式。第二種型式：電動機的轉動扭矩是通過主聯(lián)軸器和聯(lián)接軸而直接傳給矯直輥的。兩個導板由各自的電動機單獨驅動。這種型式的主傳動裝置主要用于大型的板材矯直機。第三種型式：電動機的轉動力矩是通過主聯(lián)軸器、齒輪座、聯(lián)接軸而傳給矯直輥的。這種型式的主傳動裝置在矯直機上都有應用。第四種型式：兩臺電動機的傳動扭矩是通過電動機聯(lián)軸器、聯(lián)合減速機，聯(lián)接軸而傳動兩個導板的。這種型主要有棒材矯直機上。第五種型式：在二輥疊薄板矯直機上，只傳動下矯直輥，故不需齒輪座只采用一般型式的確良減速機，直接用一根聯(lián)接軸傳動下矯直輥。本矯直機采用的單機座矯直機主傳動裝置第一種型式。其傳動結構如圖2-1所示：6.1.3萬向連接軸萬向連接軸具有很多優(yōu)點，使用效果也好。在很多現(xiàn)代化的冷、熱帶鋼連軋機、板材軋機、線材軋機和矯直機的主傳動中，廣泛使用萬向連接軸。萬向連接軸的結構式很多，在矯直機中應用最多的是滑塊式萬向連接軸和帶滾動軸承（十字頭）萬向連接軸。在棒材矯直機的矯直棍的傾角很大，接軸傾角達，傳遞扭矩也很大，有的高達3000kN.m，工作條件非常繁重。因此在棒材矯直機上，廣泛采用滑塊式萬向連接軸?；瑝K式萬向連接軸具有以下優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、噪音小，有利于提高矯直速度，適于高速運轉；沒有沖擊振動和軸向串動，徑向間隙可減小到最低限度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)久耐用。由于外齒側面弧形化，降低接觸應力，消除了一般齒輪聯(lián)軸器外齒軸套端部載荷，與一般齒輪聯(lián)軸器相比，在同樣型號下強度提高15%20%，一般壽命在12年以上；結構輕巧，裝拆方便，易于換輥；便于潤滑和密封，大大節(jié)省油耗，省去了潤滑系統(tǒng)，降低了投資費用，而且便于維護，有利于提高矯直機作業(yè)率；傳動效率高，可達97%99%；許傾角大，比弧形齒接軸的傾角大，可達?；瑝K式萬向連接軸缺點是：加工時碳要有專門的靠模，比加工普通齒輪聯(lián)軸器復雜，成本較高?；瑝K式萬向連接軸所用材料為45#鋼、50#鋼及40CrNi合金結構鋼，淬火后的硬度=HRC40，用帶彈簧的球面頂頭定位，以防止接軸軸向竄動。所以，本矯直機選用滑塊式萬向連接軸。6.1.4聯(lián)接軸的總體的配置及其平衡裝置本矯直機主傳動中聯(lián)接軸是用來聯(lián)接矯直輥和齒輪座導板的，在考慮聯(lián)接軸總體置時，綜合考慮矯直輥調(diào)整范圍、齒輪座中心距（或電動機的軸的中心距），以及聯(lián)接軸允許傾角等因素，使聯(lián)接軸有較合適的工作條件。其中，矯直輥調(diào)整范圍是根據(jù)工藝要求確定的，而齒輪座中心距的確定,則要考慮聯(lián)接軸的工作條件。為了使上下兩個聯(lián)接軸工人條件均衡，應該使上下兩個聯(lián)接軸的傾角盡可能相等。此進，齒輪座中心距A按以下公式確定：對于軋件出口厚度h變化不大的棒材矯直機：式中 -凸輥直徑；-凹輥直徑。在確定齒輪座中心距后可進一步確定聯(lián)接軸長度或聯(lián)接軸最大傾角。在確定聯(lián)接軸長度時，為了減少矯直機主傳動裝置的總長度和車間總面積，通常在保證矯直機前后輔助設備置的前提下，應選取較小的聯(lián)接軸長度。聯(lián)接軸兩端鉸鏈中心線之間的水平長度L，可用 以下公式確定取L=2.03m。6.1.5主減速機許多矯直機的主傳動系統(tǒng)中都設有減速機，稱為主減速機。最常用的是一級和二級圓柱齒輪減速機，一般以速比78作為選用一級或二級減速機的分界線。在二級減速機中，為了使么第二級和第二級的負荷均勻，這兩級的中心距的分配原則，主要是應使這兩級的傳動齒輪齒面接觸應力近似相等，并適當考慮減速機能具有較小的外形尺寸和重量。根據(jù)這一原則，第二級與第一級中心距之比為1.31 .5。選用減速機中心距時，應參考專業(yè)標準有關中心距的規(guī)定。主減速機的結構特點：減速機主要由齒輪、軸、軸承、箱體、箱蓋等部分組成。主減速機的型號選取：首先根據(jù)工作要求選擇合適的傳動比，而減速器的實際傳動比與公稱傳動比是有差別的，但誤差不要超過4%。按照本次設計