800輥距型鋼矯直機畢業(yè)設計

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1、 800輥距型鋼矯直機的設計與開發(fā) 作 者 姓 名： 張海軍 指 導 教 師： 李 駿 單 位 名 稱： 機械工程與自動化學院 專 業(yè) 名 稱： 機械工程及自動化 東 北 大 學 2011年6月 800 rollerspacing profile steel straightening machine design and development by Zhang Hai Jun Supervisor: Li J

2、un Northeastern University June 2011 畢業(yè)設計（論文）任務書 畢業(yè)設計（論文）題目： 800輥距型鋼矯直機的設計與開發(fā) 設計(論文)的基本內容： (1) 矯直所需矯直力、軸承受力及矯直力矩，確定輥距等機體參數 (2) 傳動功率計算，電動機類型選擇 (3) 矯直過程的驅動方式設計 (4) 機架結構、矯直輥的驅動、矯直輥的位置調整、輥型等各部分設計 (5) 完成三維建模，并繪制二維工程圖4張（A0）以上 (6) 畢業(yè)設計說明書一份 (7) 外文翻譯一篇 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 題目：　　　　　　　　　　　

3、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 設計或論文專題的基本內容： 學生接受畢業(yè)設計（論文）題目日期 　　　　　　　　　　　　　第1周 指導教師簽字： 2011年3月5日 - I - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 摘要 800輥距型鋼矯直機的設計與開發(fā) 摘 要 隨著國民經濟的快速發(fā)展和生產規(guī)模的不斷擴大，客戶對鋼材的質量和精度要求越來越高，一些板材、型鋼和管材必須經過矯直過程才能達到用戶要求。矯直質量已經成

4、為衡量產品競爭力的重要標準。在這種背景下，矯直技術得以迅速發(fā)展，應用也越來越廣泛。輥式矯直機是目前應用最為廣泛的一種矯直機。也是矯直技術發(fā)展最為完善的一種矯直機。 本文中所設計的矯直機是屬于懸臂式機架結構。為現在矯直機的主體形式，懸臂結構換輥方便，操作調整靈活。其共有9個輥系，分為上下兩行，輥距相等，輥軸上下兩行交錯排列，且平行，可以矯直大多數的型材，如工字鋼、槽型鋼、角鋼、方鋼、鋼軌等。 在文中介紹了矯直機的基本參數的設計過程和相關參數的選取。從矯直產品的規(guī)格出發(fā)，以36#工字型鋼為最大工作要求，依據矯直的基本原理，結合現代設計理論，完成了設計任務，達到了設計目的。其主體設計為輥系上下調

5、整機構、左右串動調整機構、壓下機構和機架等機構。在設計過程中，作者應用 SolidWorks 軟件對輥距為800mm的型鋼矯直機進行三維的初步建模，并應用CAXA軟件對模型進行工程圖的繪制，同時對相關的參數設計進行了初步研究。 關鍵詞：型材矯直機；懸臂式；矯直原理；壓下規(guī)程  800 profile steel straightening machine design and development Abstract With the rapid development of economic and expansion of product

6、ion, the quality and precision of steel are demanded by customers higher and higher, and some sheet and tube must be straightened to reach the requirements of users. Straightening quality has become the important standard to measure product competitiveness. Under these circumstances, leveling techno

7、logy has developed greatly, and has been widely used.Roll straightener is a kind of straightening machine which is currently the most widely used and owns the most perfect straightening technology. In this article the straightening machine designed is to belong to cantilever frame structure ,the no

8、rmal form of straightener for now. cantilever structure operation convenient for changing rolls , and adjust flexibly. It has 9 roll system totally, divided into two lines, rolls are in the equal distance up and down, the rollers are arranged fluctuational in two line crisscross, and parallell

9、y. It can straightening most profiles.Such as joist steel, slot steel, angle steel, square steel, rail, etc. In this paper introduces the basic parameters of the straightener the design process and related parameters selection.From the specifications of the products, the straightening based on the

10、 basic principle of straightening, has completed the design task,and reach the design purpose. The main design are the roll system for up and down, the adjusting mechanism of dynamic adjusting mechanism, press agencies and frame institutions . In the design process, The author application software

11、SolidWorks to design the 800mm distance steel straightening machine for 3 d modeling, And applicate the CAXA software to model engineering drawing, At the same time,carry out a preliminary study of levant parameters. Key words: profile steel straightening machine; cantilever straightening m

12、achine;straightening principle; the pressure rules  - IV - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 目錄 目 錄 畢業(yè)設計（論文）任務書 I 摘 要 II ABSTRACT III 第1章 緒 論 1 1.1 課題研究的目的和意義 1 1.2 國內外矯直機研究現狀及發(fā)展動態(tài) 1 1.2.1 國外矯直機的發(fā)展現狀 1 1.2.2 國內矯直機的發(fā)展現狀 2 1.2.3 型材矯直機當前研究狀況 3

13、 1.2.4 矯直技術的發(fā)展趨勢 4 1.3 本課題研究內容及方法 4 第2章 矯直原理及矯直機參數設計 7 2.1 矯直原理及輥式矯直機 7 2.1.1 輥式矯直機工作原理 7 2.1.2 矯直機的分類 9 2.1.3 壓下方案的分析 10 2.2 矯直方案的選擇與力能參數計算 11 2.2.1 輥距 11 2.2.2 輥長 12 2.2.3 矯直方案的選擇 12 2.2.4 基本參數計算 12 2.2.5 力能參數計算： 14 2.2.5.1矯直力與矯直彎矩 14 2.2.5.2軸承壓力 15 2.2.5.3矯直輥轉矩 16 2.2.6 軸承的選取與校核 2

14、0 2.3 上、下輥系軸的校核 23 2.4 技術參數 26 第3章 矯直機的主要結構特點 29 第4章 零件建模與三維裝配 35 4.1 基于solidworks的零件建模的若干方法 35 4.1.1 Toolbox插件的模型導出 35 4.1.2 “曲線”插入法 35 4.1.3 基于二維軟件（CAXA）的三維造型 35 4.1.4 SolidWorks軟件輔助裝配體設計 37 4.1.5 應用SolidWorks進行裝配 37 4.2 800型鋼矯直機的三維結構模型 38 第5章 經濟環(huán)保性分析 41 第6章 結 論 43 參考文獻 45 結束語 47

15、 - 2 - 東北大學畢業(yè)設計（論文） 第1章 緒論 第1章 緒 論 1.1 課題研究的目的和意義 矯直作為一種精整技術，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個分支。尤其近年來，隨著社會的發(fā)展，人們對產品質量和精度的要求普遍提高，矯直技術發(fā)展迅猛，應用也越來越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對各種材料的質量提出了更高的要求。因此矯直作為一種精整技術已越來越得到工程技術人員的重視；矯直設備則已經從過去的冶金行業(yè)的輔助設備發(fā)展為包括冶金和一些高技術領域不可缺少的加工設備。 彈塑

16、性力學是固體力學的一個重要分支，是研究彈性和彈塑性物體變形規(guī)律的一門學科，比材料力學及結構力學研究范圍更廣泛,研究方法更精確，是分析和解決許多工程技術問題的基礎和依據，矯直理論就是在彈塑性理論的基礎上發(fā)展起來的。它屬于金屬加工學科的一個分支。但隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，矯直機械也己經從過去的冶金行業(yè)發(fā)展到其他一些高技術領域，如儀器儀表制造業(yè)、汽車、船舶和飛機制造業(yè)，石油化工業(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)等領域。由此可以看出矯直技術水平的高低不僅影響著一個企業(yè)某種產品的質量和其成本，而且標志著一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術水平的高低不僅影響著一個企業(yè)某種產品的質量和成本，而且標

17、志著一個國家的工業(yè)水平，直接關系到工業(yè)產品的競爭力。在講求質量、效益的今天，矯直技術在工業(yè)領域的重要性更加突出。 我們知道，金屬條材在加工和運輸過程中，常因受外力、溫度等變化發(fā)生彎曲，扭曲變形，為了解決這種弊端，矯直技術應運而生。矯直技術就多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產品或成品的質量水平，矯直技術同其他金屬加工技術一樣在 20 世紀取得了長足的進展，相應的矯直理論也取得了很大的進步，雖然還有一些理論滯后于實踐的情況，不過，如今的矯直理論已經進入到了解析化和系統(tǒng)化的時代，并為數字化和信息化敞開了大門，隨著計算機技術的發(fā)展和普及，矯直理論和矯直技術還有很大的發(fā)展空間。

18、1.2 國內外矯直機研究現狀及發(fā)展動態(tài) 1.2.1 國外矯直機的發(fā)展現狀 在20世紀30～40年代，國外技術發(fā)達國家的型材矯直機和板材矯直機也迅速的發(fā)展起來，相應的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀70～80年代，國外許多發(fā)達國家的技術力量己相當雄厚，矯直技術得到了不斷地改進、發(fā)展和擴充。英國的布朗克斯(BRONX)、德國的凱瑟琳(Kieserling)、德馬克(Demag)以及日本的一些品牌成為了矯直機領域的代表。此時的矯直概念則由原來狹義的彎曲矯直擴展為包括解決彎曲、控制斷面形狀和尺寸精度的矯直，提出了平動矯直技術、行星矯直技術、全長矯直技術、程序控制矯直技術、變輥距矯直技術以及

19、雙向旋轉矯直技術等。 近幾年國外關于矯直技術和矯直機的研究主要集中在提高矯直精度，提高控制水平及改善環(huán)境方面。同時為提高矯直精度和控制水平，開展了對變形機理、改進工藝和參數優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實用價值的成果。而且國外學者對矯直過程的計算機實時控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對扭轉變形矯直過程的實時控制的研究，以及Juen A.Robert對圓盤鋸片嬌直過程實現自動控制的研究等等。 1.2.2 國內矯直機的發(fā)展現狀 我國的矯直技術研究起步較晚，建國以后，隨著經濟建設的需要才有了對矯直技術的研究。那時，矯直機主要靠進口。從 70 年代開始，許多學者對輥形

20、設計做了理論和試驗研究。在 1980年，中國金屬壓力加工學會在衡陽專門召開了“輥形專題會議” 。通過這次學術交流會，產生了等曲率反彎輥形計算法。 到了 80 年代，國內對矯直技術的研究已有了相當的成果。在轉轂矯直技術方面，創(chuàng)造了中國首創(chuàng)的雙向旋轉矯直法。在80 年代末，東北大學的崔甫教授研制了矯直 F200復合轉轂式高精度棒材矯直機，并首先提出了雙交錯輥系的新方法。從 90 年代后，我國在趕超世界先進水平方面邁出了一大步。我國在反彎輥形七斜輥矯直機、多斜輥薄壁轉轂式矯直機、雙向反彎輥形2 輥矯直機、復合轉轂式矯直機、液壓矯直自動切料機和平行不等輥距矯直機等方面有了很大突破，各種矯直機的矯直質量

21、均有突破。 近年來，我國在趕超世界先進水平方面取得了很大進步，在矯直機械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績，很多學者開始利用有限元分析和解析的方法來研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數學模型，壓彎量及工件殘余應力等都成為了人們的研究對象。在過程控制方面，正由人工控制逐漸向計算機控制， 由單機控制向全線計算機控制發(fā)展，在矯直機結構設計方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設備將逐漸被淘汰或改造?，F在矯直技術的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動化的環(huán)保型矯直設備。既要求有高質量，又要有高矯直速度，在產品上能滿足大規(guī)模生產的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實現完全自

22、動化。 現在國內西安重型機械研究所和太原重型集團等企事業(yè)部門在矯直機的研究和生產上代表了國內的領先的水平，在棒材、型材和板材矯直機的研制上都取得了一定的成績。 但是，在取得成績的同時，國內矯直技術的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機壓上式結構的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。 1.2.3 型材矯直機當前研究狀況 在型材矯直方面，國外學者重點放在了鋼軌矯直，有代表性的是澳大利亞的G.Schleinzer的《鋼軌輥式矯直殘余應力的研究》一文，通過建立彈塑性模型，從理論上研究了鋼軌矯直過程，通過建立三維有限元模型，全面仿真了矯直時鋼軌內的殘余應力變化等， 并結合試

23、驗和己有文獻， 徹底分析了鋼軌內應力的分布及對鋼軌性能的影響。文中運用子模型仿真， 很值得借鑒。 比較全面的還有美國的Vamey的 《輥式矯直機理》，以鋼軌為例， 全面分析了輥式矯直的過程， 殘余應力的變化等。 俄羅斯學者 Volego.I.F則是從理論和試驗角度，建立了鋼軌矯直的數學模型，研究了合理的壓下方案，并進行了試驗驗證。 型材的矯直都是在輥式矯直機上進行的。根據各個參數及矯直工藝等的不同，輥式矯直機也有多種形式， 最常見的一種就是平行輥矯直機。 它是反復彎曲式矯直機的一種，是連續(xù)性反復彎曲的矯直設備。它把間斷的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯布置若干個互相平行的矯直輥

24、，按遞減壓彎規(guī)律進行多次反復壓彎以達到矯直目的。這種方式不僅能顯著提高工作效率，而且能獲得很高的矯直質量。 在輥式型材矯直機中，由于懸臂式結構比簡支式結構擁有更多的優(yōu)點，所以現在國內外的此類矯直機基本上都采用了懸臂式結構。而且在國外，矯直輥壓上式結構也普遍得以開發(fā)和應用，如日本住友公司生產的1200mm7輥式型鋼矯直機，就是壓上式結構，它采用無極調速系統(tǒng)，可針對任意斷面尺寸及材質的工件而選用合適的矯直速度， 以保證充分利用設備能力。 還有瑞士的ZDAS公司， 可以生產各種類型的矯直機，在型材矯直機方面不但可以生產傳統(tǒng)的型材矯直機，還可以生產變輥距型材矯直機和變輥位型材矯直機，而且很多型號均采

25、用了壓上和懸臂式結構(圖1.1)。其產品系列隨著輥距的變大，矯直速度從1.6m/s到14m/s不等。 圖1.1 瑞士ZDAS公司生產的型材矯直機 而在國內由于對壓上式結構的研究還不是很多，大多仍然采用壓下式結構。 1.2.4 矯直技術的發(fā)展趨勢 綜合近些年國內外的研究，可以看到：在矯直過程的變形機理方面向精度定量的方向進一步發(fā)展，如：拉力對矯直的作用，在斜輥矯直機上壓緊力對矯直的作用等；在改進矯直工藝及改進矯直設備方面，如采用最佳壓下方案，采用恒功率制度，用振動矯直代替旋轉矯直，單獨驅動的變輥距矯直是大型矯直機發(fā)展的趨勢；在過程控制方面，隨著工業(yè)控制水平的不斷提高，矯直機

26、電氣控制已上了一個新臺階，設備級控制趨向簡單化，工廠級監(jiān)控、相關設備間聯動、智能化控制，已是傳動及基礎自動化發(fā)展的必然趨勢。 型材矯直機采用壓上式結構將是未來發(fā)展的方向，因為這種結構將使機架上部結構更加簡化，操作環(huán)境的光線會更好，在采用吊車換輥操作的時候可以避免輥子或吊車與機架上部壓下裝置的磕碰，減少事故的發(fā)生，從另一角度而言，換輥工作將更加方便。 1.3 本課題研究內容及方法 根據型鋼的實際尺寸和變形情況，根據矯直的理論公式進行型鋼矯直機的原型開發(fā)，確定結構參數、力能參數和工藝參數并采用solidworks軟件建立實體模型，并進行裝配。其中，機架由焊接鋼結構的左右兩片式牌坊構成；

27、在允許的范圍內，通過減小輥距的方式消除不均勻矯直力；采用帶有獨立動力的蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)對矯直輥的垂直方向位置進行調整；設計導入輥和導出輥完成型材的導向；通過聯軸器、齒輪箱和萬向傳動軸對矯直輥進行單獨傳動等設計方案完成設計任務。繪制裝配圖、部件圖、零件圖等，對不合理的地方進行二次修改。最后書寫論文闡述設計過程。 a) 矯直所需矯直力、軸承受力及矯直力矩，確定輥距等機體參數 b) 傳動功率計算，電動機類型選擇 c) 矯直過程的驅動方式設計 d) 機架結構、矯直輥的驅動、矯直輥的位置調整、輥型等各部分設計   - 50 - 東北大學畢業(yè)設計（論文）

28、 第2章 矯直原理及矯直機參數設計 第2章 矯直原理及矯直機參數設計 2.1 矯直原理及輥式矯直機 2.1.1 輥式矯直機工作原理 輥式矯直機是目前應用最為廣泛的一種矯直機。也是矯直技術發(fā)展最為完善的一種矯直機。輥式矯直機可以矯正板帶材和型材。其種類繁多，按用途可分為板材和型材兩類矯直機；還可按板厚來分，可分為厚、中、薄三類板材矯直機；還有按重型和普通型來區(qū)分板材矯直機的；用板寬來編排矯直機系列也是一種方法。從趨勢上看以厚度來區(qū)分板材矯直機是最基本的方法。 輥式矯直機屬于連續(xù)性反復彎曲式矯直機，是在壓力矯直機的基礎上而發(fā)展起來的，它克服了壓

29、力矯直機斷續(xù)工作的缺點，使矯直效率成倍提高，使矯直工序得以進入連續(xù)生產線，這在技術上是一次較大的跨越。其理論基礎就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大差別，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，從而達到矯直目的。 圖2.1 平行輥矯直的7種典型輥系 在生產實際中，工件原始曲率的大小和方向均是不相同的，輥式矯直機的矯直原理就是使工件在矯直輥壓下力的作用下，在同一工作平面內通過交錯配置的工作輥進行反復壓彎，工件發(fā)生彈塑性變形，直到殘余曲率逐漸減小為零，工件趨于平直。因此，輥式矯直機必須具有兩個基本特征：第一是具有相當數量交錯配置的矯直輥，實現多次反

30、復彎曲的能力；第二是壓彎量可以調整，能實現矯直所需要的壓彎方案。 平行輥矯直機發(fā)展歷史較長，輥系結構形式很多，且主要與用途有關，其次也與矯直質量有關。如圖2.1為平行輥矯直機的7種典型輥系。輥系a主要用于熱矯厚板、粗矯板材等；輥系b主要用于熱矯板材；輥系c是一種靈活性較大的多用途輥系；輥系d是按線性遞減壓下的板材矯直輥系；輥系e是型材矯直的常用輥系，各上輥單獨調整可采用各種壓下方案；輥系f是矯直板材的輥系，帶有支撐背輥。 輥式矯直機有很長的發(fā)展歷史，輥系的結構也有很多形式，總體來說有七種典型的輥系結構。包括上輥組平行升降的輥系；兩端輥單獨可調的輥系；上輥可單項傾斜的輥系；按線性遞減壓下

31、的輥系；各上輥單獨可調式的輥系；四重式和六重式輥系。800型鋼矯直機所一應用的輥系類型為各上輥單獨可調式的輥系，如圖2.2所示。 圖2.2 上輥可調輥系結構 由于H型鋼的斷面結構特點， H型鋼的連續(xù)矯直是采用平式輥矯，彎曲的軋件進入矯直機后，在交錯排列的矯直輥外力作用下，彎曲部位產生一定的反彎曲，使該部位產生一定的塑性變形，通過矯直機后，H型鋼經彈性回復便達到平直狀態(tài)，實現矯直的目的 如圖2.3所示。 圖2.3 矯直輥矯直型鋼示意圖 這種輥系的壓下量可單獨調整，能精確設定各矯直輥的壓下量，有利于合理的制定壓下規(guī)程。壓下量可調式輥系的矯直機是現代應用最為普遍的一種

32、矯直機，不論是板材還是型材，都能達到很好的矯直效果。不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調節(jié)的條件下也能矯直其側彎曲；不僅能矯直板材的縱向波浪，在增加彎輥措施后，也能矯直其橫向波浪，即矯直其瓢曲。 除這些典型的輥系外，近代學者還研究出一些新型輥系，包括異輥距輥系，變輥距輥系，雙交錯矯直輥系等。這些新型的矯直機改善了原有矯直機的設計，使矯直質量進一步提高，為縮短空矯區(qū)和消除斷軸事故提供了有利的解決條件。 隨著矯直技術的進步，對輥式矯直機的要求也越來越高。新一代的矯直機一般都采用計算機控制，包括控制輥位、設定壓彎量及矯直的全過程，這些研究也取得初步的成果，但還有待繼續(xù)研究。本文通過計算機編程

33、合理的計算輥式矯直機的壓彎量，為計算機的自動化控制提供依據。 2.1.2 矯直機的分類 矯直機的種類和規(guī)格都很多，分類依據也不少。按照工作原理矯直機可以分為五大類：反復彎曲式矯直機、旋轉彎曲式矯直機、拉伸矯直機、拉彎矯直機和拉坯矯直機。 其中，普通型材輥式矯直機是指輥距相等，上下兩行交錯排列輥軸且平行的型材矯直機，可以矯直大多數的型材，如工字材、槽型材、角材、方材、鋼軌等。但是由于型材的多樣性，矯直機的適用范圍很有限。按照機架結構可以分為簡支結構和懸臂結構，由于懸臂結構換輥方便，操作調整靈活，加上如今軸承的承受載荷能力大大提高，現在的矯直機基本都使用懸臂結構。 異輥距型材矯直機是指其

34、輥距不相等，而且不相等的形式也很多，如輥距遞減式、先增后減式、先減后增式等。根據形式的不同，其優(yōu)點也有所不同，如矯直力更均衡、減少空矯區(qū)長度、有利于壓彎量的實現等等。 圖2.3 反復彎曲式矯直機分類 壓力矯直機是最簡單的矯直設備，它工作時將工件支承在工作臺的兩個活動支點間，用壓頭對準最彎部位進行反向壓彎，當壓彎量與工件彈復量相等時，壓頭撤回后工件的彎曲部位變直。 變輥距型材矯直機的輥距可以適當調整以擴大矯直范圍。像工字鋼這樣的大斷面型材，在矯直時需要較大輥距的矯直機才能完成其矯直任務，而這類產品的規(guī)格多，產量小，因此就要考慮一臺機器可以盡量矯直更多不同斷面大小的型材，也就是其矯直范

35、圍要擴大，變輥距型材矯直機就可以實現這樣的功能。較大的輥距有利于較大規(guī)格，強度較高，原始曲率梯度小的型鋼矯直；較小的輥距有利于較小規(guī)格，強度較低，原始曲率梯度大的型鋼矯直 變輥位型材矯直機是一種新型的型材矯直機，它是以變輥位的方式代替變輥距的矯直方式來達到擴大矯直范圍的目的。 除了這些矯直機還有很多種類型，其結構和矯直原理也都不盡相同，如矯直圓材的2斜輥矯直機、拉伸彎曲矯直機等等。 2.1.3 壓下方案的分析 矯直機的壓下規(guī)程是保證生產質量的依據。合理的壓下規(guī)程可以提高矯直質量和矯直精度，降低設備能耗，延長設備的壽命。為保證獲得在公差允許范圍內的平直工件，根據工件的規(guī)格、材質、原始彎曲

36、及翹曲程度的不同，要制定不同的壓下規(guī)程。 輥式矯直機廣泛應用于矯直各種規(guī)格、各種材質的金屬條材,在一條機列中往往置于主機之前作粗矯直及喂料用。工件連續(xù)通過交錯排列且轉動著輥子,得到多次反復反向的彎曲,如果輥子的壓下量調整適當,可使工件不同原始曲率迅速變?yōu)榫坏那?逐漸將工件矯平。 目前壓下規(guī)程制定的方法主要有經驗法和理論法，經驗法是依靠工人的經驗并用試調的辦法來調整各輥的壓下量，這種調整方法效率低，矯直質量差，浪費大，矯直達不到理想的效果。隨著自動化的發(fā)展應用,理論法受到人們的重視。理論法是根據矯直原理通過計算得出各個輥子的彎曲撓度，從而算出可調輥的壓彎

37、量來制定壓下規(guī)程。 隨著矯直機自動化的發(fā)展,理論法是大有前途,因為它可將經驗法的思想融入到理論法中來。 矯直機矯直方案的合理確定,不僅可以有效地矯正工件,使工件平直,板形質量得到改善,而且可以降低設備的承載能力和提高經濟效益。矯直機壓彎量的計算是生產實踐中制定矯直規(guī)程的依據,本文就采用矯直原理的理論方法計算矯直機的壓彎量，并編程實現不同規(guī)格、不同材質的條材壓彎參數的計算，根據壓彎量制定合理的壓下規(guī)程，保證矯直質量好，效率高，而且能耗最小。 在輥式矯直機上，按照每個輥子使工件產生的變形程度不同，主要可以分成兩種矯直方案。 第一種為小變形原則矯直方案，即逐步矯直法。小變形原則矯直方案

38、是假設矯直機上排工作輥可以單獨調整，每個輥子采用的壓彎量恰好能完全矯正前面相鄰輥子處的最大殘余曲率，使殘余曲率逐漸減小的矯直方案。條材經過反復彎曲和彈復，最大原始曲率的部分被矯直，原來平直的部分被壓彎，形成新的最大彎曲，如此反復，直到條材被矯直。采用這個方案各輥的壓下量相對較小，所以消耗的功率小，但是原始曲率消除緩慢，要達到既定的矯直質量就必須增加矯直輥的數量，從而導致矯直機設備結構復雜。 第二種為大變形原則矯直方案，即小殘差遞減方案。大變形原則矯直方案是在前面幾個輥子上采用很大的反彎曲率，使工件的各部分彎曲變形總曲率均達到很大的數值。這樣就可以使殘余曲率的不均勻性迅速減小，后面幾個輥子

39、采用小變形矯直法，使工件的反彎曲率逐漸減小，使工件趨于平直。采用這種方案，可以用較少的輥子獲得較好的矯直質量。但是過分增加工件的變形程度會使對加工硬化明顯的材料及大斷面系數的工件增加其內部的殘余應力，影響產品質量，而且會加大矯直機的能量消耗。 2.2 矯直方案的選擇與力能參數計算 2.2.1 輥距 通常輥距與輥徑的結構關系用下式表示 （2.1） 本設計輥子壓彎量可以單獨調節(jié)，α取1.11，所以D=800/1.11=720mm。 2.2.2 輥長 輥子長度主要決定于工件寬度及孔型線數。其次要考慮輥子兩端及孔型間的結構余量。因此型

40、鋼矯直輥輥身長為 （2.2） n: 孔型線數，取1。 : 工件的最大寬度，36c#工字鋼為140mm。 a: 輥端的結構余量，a=(0.2~0.6) ，=0.4*140=56，取a為56mm。 2.2.3 矯直方案的選擇 彎曲程度并不相同的金屬材料經過矯直輥的多次反復彎曲，在較大彈塑性彎曲條件下，彈復后所殘留的彎曲程度差別會顯著的減少，所以在矯直機設計時就要盡量消除各輥處的殘留撓度差(曲率差)，進而達到矯直的目的。 減少或消除殘留曲率差的方法基本有三種：小變形矯直法(逐步矯直法)、線性遞減矯直法以及大變形矯直法(大壓彎小殘差矯直法)，

41、本設計將采用大變形矯直方案，對工字鋼進行立放矯直。 2.2.4 基本參數計算 本設計用于矯直型鋼，800輥距矯直機可矯最大的工字鋼牌號為36c#，故將以36c#工字鋼為例進行如下的一系列計算。 工字鋼截面示意圖及各參數含義如下圖（圖2.4）所示。 圖2.4 工字鋼截面示意圖參數 36c#型鋼的基本參數如下表所示（GB/T 706-1988）： 表2.1 36c#型鋼的基本參數表 型號 h/mm b/mm d/mm t/mm r/mm r1/mm 36c 360 140 14.0 15.8 12.0 6.0 為了便于分析，工字鋼可看做H型鋼，簡化

42、為下圖（圖2.5）的結構模型： 圖2.5 工字鋼結構化簡模型圖 設, 為腹板高。 36c#型鋼的翼板厚度系數和模板厚度系數計算如下: 翼板厚度系數： （2.3） 腹板厚度系數： （2.4） 斷面的彈性極限彎矩為： （2.5） 根據大變形矯直方案，可以確定九輥矯直機對工字鋼進行七次矯直的彎矩比分別為：1.8，1.75，1.7，1.65，1.6，1.55，1.5 ，即： 2.2.5 力能參數計算： 矯直

43、機的力能參數包括矯直力、矯直彎矩、工作轉矩及驅動功率。九輥型鋼矯直機的力學模型如下圖所示： 2.2.5.1 矯直力與矯直彎矩 由彎矩比的定義： （2.6） 可算出七次矯直的彎矩 根據連續(xù)梁的三彎矩方程，可以寫出矯直力的表達式，任意第i輥的矯直力為: （2.7） 其中p為輥距，若把理解為彈性極限彎曲時的支點力，并用表示，即： （2.8） 則上式（2.7）變?yōu)椋? （2.9） 各輥矯直力在等輥距矯直

44、機上可寫為矩陣形式： （2.10） 各輥矯直力絕對值之和為： （2.11） 2.2.5.2 軸承壓力 軸承承載了矯直輥所受的矯直力。由于機架與輥軸的結構不同，軸承壓力的計算方法也不同。而機架結構基本有兩種：一種為簡支式結構，另一種是懸臂式結構。本設計采用現在國內外比較常用的懸臂式結構，如下圖（圖2.6）所示： 圖2.6 懸臂式結構簡圖 由力矩平衡關系，其中為單個矯直輥所承受的最大的矯直力，根據初步設計，式中a=600mm，b=1500mm。由此可得： （2

45、.12） 由力矩平衡關系，可得： （2.13） 軸承受力總和為： （2.13） 2.2.5.3 矯直輥轉矩 a.矯直變形能計算 金屬條材受外力作用產生彎曲時，外力所做功的一部分用于彈性變形，另一部分用于塑性變形，還有一小部分變成熱量(用于分子間摩擦)而散失。彎曲功的絕大部分用于變形，故這里要討論的主要內容就是變形所需之能量。矯直中的變形屬于彈塑性變形，變形的初始階段都是彈性變形；然后進入到彈塑性變形階段，其彈性變形與塑性變形混在一起。彈性變形是一種蓄能變形，它決定金屬的彈復能力；塑性變形

46、是永久變形，它決定耗能的多少。其變形能是消耗性能量，是不可逆的，它所需的外力作功要由機器負擔。而彈性變形是一種蓄能變形，其變形能是可逆的，可以等價反饋的能量，它不消耗機器功率。因此，必須把混在一起的變形分離成彈性與塑性兩種變形才能進行耗能計算和彈復量的計算。 圖2.7 立放工字鋼彎曲彈復后的應力應變圖 圖2.7表示了立放工字鋼彎曲彈復后的應力應變圖，假設塑性變形已經深入到腹板，由圖示幾何關系，有： （2.14） 則距中性層z出的應變?yōu)椋? （2.15） 同理有：

47、 （2.16） 則距中性層z處的應力為： （2.17） 彈性變形是兩個梯形區(qū)域代表各纖維的彈性變形總和，用應力與線位移乘積表示能量，則有全斷面的彈性變形能： （2.18） 將、、及帶入上式（2.18）得： 其中=0.9122，=0.8*=0.8*0.9122=0.7298， =2.06105Mpa，=,360mm，，b=140mm，=h*ξ=360*0.7298=262.728mm 塑形變形能可由下式來計算： （2.19） 將代入上式積分整理得： 代入數

48、據算得 總彎曲變形能為： 彈復變形能為： （2.20） 矯直機在矯直型鋼時，彈復的絕大部分能量將釋放反饋給矯直機，幫助機器運行。因此機械用于矯直變形的能量基本可以寫成為： （2.21） 第i輥的矯直變形能為： （2.22） b.克服摩擦阻力的矯直輥轉矩 矯直輥在矯直力作用下收到各種阻力，矯直輥產生的轉矩要能夠克服軸承摩擦阻力、輥面與工件間的滾動摩擦阻力及工件變形阻力產生的轉矩。對于懸臂式結構 克服摩擦阻力的矯直輥轉矩

49、為： （2.23） ：工件與輥面的滾動摩擦系數，型材取=0.001 ：軸承摩擦系數，滾動軸承?。?.01 da為工作側軸頸直徑，為驅動側軸頸直徑。根據初步設計，分別取=320mm，=200mm。 c.克服工件塑性變形的矯直輥轉矩 工件彎曲過程中純塑性變形及殘余變形都消耗動力，設這兩種變形所需轉距為，輥子轉動θ角后所消耗的能量為θ，此時工件所走過的長度為θR ，其中R為輥子半徑， 設工件單位長度所需的矯直變形能為，寫成能量關系式： （2.24）

50、 （2.25） 若第i輥處的轉矩為，矯直變形能為，則克服工件塑性變形阻力的矯直輥轉矩為: （2.26） 矯直輥的總轉矩為: （2.27） （4）驅動功率 當以確定矯直速度v，矯直機傳動系統(tǒng)的效率為η時，矯直機驅動功率為： （2.28） ：當采用電動機-減速器-萬向軸傳動時，取0.8。 : 取60m/min。 2.2.6 軸承的選取與校核 矯直輥在工作過程中主要受徑向載荷，軸向載荷與之相比幾乎可以忽略不計，

51、而且矯直機外形尺寸較大，前后立箱相隔較遠導致安裝對中性差，當輥軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內外圈軸線發(fā)生偏斜。為保證正常工作，通常選用有一定調心性能的調心滾子軸承。圖2.8為調心滾子軸承示意圖。 圖2.8 調心滾子軸承 根據機械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉速n，預先確定一個適當的使用壽命，查下表，矯直機軸承預期壽命′=20000h。 條件：軸承預期壽命′=20000h，工作環(huán)境清潔，載荷平穩(wěn)，工作溫度低于120度。矯直速度為60m/min，因此軸承轉速n=60/(0.72*π)=26.5r/min，需按基本額定動

52、載荷值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。 對于調心滾子軸承，當量動載荷為徑向載荷: 對于軸頸為da處的軸承， 設計基本額定動載荷為： (2.29) 式中，— 基本額定動載荷計算值，N。 P — 當量動載荷，N。 — 溫度因數， 在低于120的條件下工作時，取ft=1。 n — 軸承轉速，r/min。 根據上式計算結果，在機械設計手冊中選取型號為23064的調心滾子軸承，在處放置兩個，同時可得軸頸=320mm。其基本參數如下： 基本尺寸/mm|d: 320 基本尺

53、寸/mm| D: 480 基本尺寸/mm|B: 121 基本額定載荷/kN|: 1380 基本額定載荷/kN|: 3260 軸承代號|圓柱孔: 23064 驗算此型號軸承的靜強度，與計算基本額定動載荷時同理，當量靜載荷為徑向載荷，即： 對于軸頸為da處的軸承，。 設計基本額定靜載荷為： （2.30） 式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 當量靜載荷，N。 — 安全因數，對于調心滾子軸承，取=3。 帶入數據得: 因此，da處軸承靜強度合格，所選型號230

54、64能滿足使用要求 。 對于軸頸為處的軸承，=1576KN， 設計基本額定動載荷為： 根據上式計算結果，在機械設計手冊中選取型號為23140的調心滾子軸承，在處放置一個，同時可得軸頸:=200mm。 基本尺寸/mm|d: 200 基本尺寸/mm| D: 340 基本尺寸/mm|B: 112 基本額定載荷/kN|: 910 基本額定載荷/kN|: 2010 軸承代號|圓柱孔: 23140 驗算此型號軸承的靜強度，與計算基本額定動載荷時同理，當量靜載荷為徑向載荷，即： 對于軸頸為da處的軸承，。 設計基本額定靜載荷為： 式中

55、， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 當量靜載荷，N。 — 安全因數，對于調心滾子軸承，取=3。 帶入數據得: 因此，da處軸承靜強度合格，所選型號23140能滿足使用要求 。 2.3 上、下輥系軸的校核 輥軸是矯直機的重要部件，不僅承受矯直力及軸承支點力產生的彎矩作用，而且傳遞矯直動力，承受扭矩。由于矯直機外形尺寸較大，前后立箱距離較大，會使輥軸產生一定的撓度彎曲。輥軸上零件較多，軸的結構加工處承受交變的力，會對軸的疲勞強度產生一定影響。因此總的看來，對于輥軸應該進行彎扭合成強度計算、疲勞強度校核及剛度計算。鑒于篇幅，只在這里進行其中最重要的對第3輥的彎扭

56、合成強度計算。 根據軸的工作條件并考慮到制造工藝等因素，應選擇具有高的強度及剛度、并對應力集中的敏感性低、材料來源廣泛及經濟低廉的軸，故對輥端軸選取45號優(yōu)質碳素結構鋼，并經過調質處理，通過查閱手冊，可得其相關力學性能為： =600MPa，=355MPa， =55MPa 當作用于軸上載荷的大小及位置已確定，軸的結構設計也已基本確定時，可按彎扭合成法進行計算，一般轉軸用這種方法，偏于安全。計算步驟如下。 （1）畫出軸的受力簡圖，分析后畫出受力圖、彎矩圖、扭矩圖，如下所示。 圖2.9 輥軸受力示意簡圖 圖2.10 輥軸受力圖 圖2.11 輥軸彎矩圖 圖2

57、.12 輥軸扭矩圖 其中扭矩可按前面力能參數計算部分矯直輥轉矩的計算公式計算。第三個輥的力，克服摩擦阻力的矯直輥轉矩為： （2.31） ，克服工件塑性變形阻力的矯直輥轉矩為： （2.32） 矯直輥總轉矩為： （2）確定危險截面。由上面的分析及圖像可見，1截面軸頸最小且開了一個鍵槽，2截面受彎矩最大，因此1截面和2截面是危險截面，需要進行強度校核。 對于1截面，危險截面上彎矩M產生的彎曲應力為： （2.33） ，轉矩T產生的扭剪應力為：

58、 對于一般鋼制的軸，危險截面上的計算應力可按第三強度理論計算： （2.34） 因此1截面安全，滿足強度要求。 對于2截面，其軸頸為： 危險截面上彎矩M產生的彎曲應力為： 轉矩T產生的扭剪應力為： (2.35) 對于一般鋼制的軸，危險截面上的計算應力可按第三強度理論計算： (2.36) 因此2截面安全，滿足強度要求。 綜上所述，輥軸設計強度符合要求，滿足使用條件。 2.4 技術參數 根據以上計算和結合實際情況

59、，將800輥距型鋼矯直機的參數設計如下表： 表2.2 整機的參數設計 序號 參數項 代號 數值 單位 1 輥距 T 800 mm 2 輥數 N 9 個 3 輥寬 B 320 mm 4 平均輥頸 D 720 mm 5 減速器傳動比 I 16 6 矯直速度 1 m/s 7 壓下調整速度 3.125 mm/s 8 壓（上）下調節(jié)量 +240(-70) mm/s 9 軸向調節(jié)量 20 mm 表2.3 上輥的參數設計 參數項 代號 數值 單位 軸向調整量 20 mm

60、傳動比 I 99 電機轉一圈移動量 0.909 mm/r 軸向調整速度 0.1438 mm/s 電機 型號 Y-112 功率 2.2 kw 轉數 940 r/min 表2.4 下輥的參數設計 參數項 代號 數值 單位 軸向調整量 20 mm 傳動比 I 99 電機轉一圈移動量 0.909 mm/r 軸向調整速度 0.1438 mm/s 電機 型號 Y-112 功率 2.2 kw 轉數 940 r/min  東北大學畢業(yè)設計（論

61、文） 第3章 矯直機的主要結構特點 第3章 矯直機的主要結構特點 型鋼軋件進入矯直機后 ,通過對每個矯直輥進行不同的軸向和垂直位置的調整 ,從而達到對軋件施加一定壓力的作用。在軋件通過矯直機的過程中 ,每個矯直輥都起到一定的作用 ,在軋件通過矯直機后即完成了整個矯直過程。 為了增加上輥的穩(wěn)定性以保證高質量矯直水平的實現，上輥系的前后軸承座分別裝在前后壓下絲杠上。前后壓下絲杠分別是前后壓下機構的動作執(zhí)行部件。同一組的前后壓下絲杠梁由同一個電機 控制，實現了前后壓下的同步進行。壓下機構可由電機或手輪驅動，保證自動和手

62、動相互結合。 該矯直機主要有上輥壓下驅動裝置、下輥驅動裝置、上下輥前后調節(jié)驅動裝置及矯直機機架主體三個大部分組成。其矯直機主體結構如圖2.3 所示。 圖 3.1 800材矯直機主體結構示意圖 1.上輥系前壓下絲杠 2.上輥系后壓下絲杠 3.上輥系后壓下絲杠 4.壓下傳動 5.上輥系調整 6.下輥系調整 7.機架 8.底座 機架，800型鋼矯直機結構為懸臂式機架結構。由鋼結構的前后兩片箱式焊接件構成，換輥時，只需卸下緊固圓螺母，無需其他操作。 矯直輥裝配，該矯直機具有9個水平布置的矯直輥，每個輥系都是單獨傳動的，上部5個矯直輥垂直可調，矯直輥軸為兩點支撐， 矯

63、直輥筒在兩個緊固圓螺母的預緊力下鎖緊，能夠承受矯直徑向力，矯直輥軸承用的是兩列圓柱滾子軸承，用兩只推理球承來承受軸向載荷 矯直輥的驅動，是電機通過聯軸器、齒輪箱和萬向傳動軸對矯直輥進行單獨傳動。 上輥系前端壓下如圖3.2所示。 圖3.2 上輥系前端壓下示意圖 1.球面墊2.定位套3.半卡環(huán)4.前壓下絲杠5.前壓下螺母6.單向推力球軸承7.調整墊8.鍵9.平衡套10.彈簧導桿11.下彈簧座12 .衡彈簧13.平衡螺母14.上彈簧座15.調整螺桿 上輥系后端壓下如圖3.3所示。 圖3.3 上輥系后端壓下示意圖 1.內六角圓柱頭螺釘2.后壓下絲杠3.密封墊4.端蓋5

64、.ZG1/4堵6.內六角圓柱頭螺釘 7.內六角圓柱頭螺釘8.旋轉軸唇形密封圈9.后壓下螺母10.襯環(huán)11.擋油環(huán)12.蝸輪13.圓螺母14.圓螺母止動墊圈 在矯直機工作的過程當中，被矯直的型鋼軋件在進入矯直機時，必須滿足要如條件。為此，矯直機必須具備輥系上下調整的功能，在調整過程中，又必須保證前后輥的調節(jié)的一致性，為此，前后壓下的動作一致性是必要的。本矯直機前后壓下部分采用一個電機為一對輥系的動力源。通過齒輪減速傳動，和萬向聯軸節(jié)等常見零部件，將動力傳至后下壓機構，使得統(tǒng)一性得以保證。上輥系壓下傳動如圖3.4所示。 圖3.4 上輥系壓下傳動示意圖 1.圓錐滾子軸承2.悶蓋3

65、.大齒輪4.調整套5.鍵6.前蝸桿7.軸8.密封套9.單列圓錐滾子軸承10.氈圈油封11.單列圓錐滾子軸承12.鍵13.柱銷聯軸器14.有伸縮焊接式萬向聯軸器15.彈簧墊圈16.六角頭鉸制孔用螺栓17.六角螺母18.聯接盤19.鍵20.透蓋21.密封墊22.內六角圓柱頭螺釘23.接頭式壓注油杯 4.接頭式壓注油杯 矯直輥系的軸向調整如圖3.5所示。 圖3.5 下輥軸后端向調整機構示意圖 1.導向平鍵,2.內六角螺釘,3.標準型彈簧墊圈 ,4.六角頭螺栓,5.油封壓蓋,6.推力球軸承7.蝸輪箱蓋8.密封墊a9.雙頭螺栓10.螺母11.彈簧墊圈12.推桿13.蝸輪箱體14.圓螺母15.

66、止動墊圈16.內六角螺釘17.墊18.雙列向心球面滾子軸承19.隔環(huán)20.隔套21.雙向推力球軸承22.軸套23.壓蓋24.密封墊25.氈圈26.螺釘27.鍵28.密封墊b 29.蝸輪 矯直輥的垂直調整，垂直調整裝置是為了使被矯直的型鋼在上下方向上產生彎曲，而使矯直輥產生升降位移的裝置，該矯直機中，是上矯直軸垂直調整，其依靠電機的蝸輪蝸桿傳動調整，在負荷條件下可調，每對壓下都是有同一個電機驅動，保證同步性。 下棍及輥座裝在機機架的軸承座中，上、下輥的前后位置都可以采用電機調節(jié)，和手動微調。前后調節(jié)的過程中， 主要靠蝸輪蝸桿傳動，通過推桿推動軸承套筒，實現調節(jié)動作。同時依靠其自鎖實現調整后的位置控制。該型鋼矯直機矯直工作時采用下輥驅動，上輥從動。 矯直輥的前端調整機構如圖3.6所示。 圖3.6 下輥軸前端向調整機構示意圖 1.圓螺母 2.止動墊圈 3.調心滾子軸承4.軸間墊圈5.前壓蓋6.密封墊c 7.內六角螺釘8.U型無骨架油封9.下矯直輥10.鍵11.內六角螺釘12.園螺母13.六角頭螺栓14.螺栓15.擋圈16.輕型彈簧墊圈17.六角頭螺栓18.油封壓蓋19.