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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目
?50-?110七輥矯直機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
院（系）
機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
時(shí) 間
2016 年 6 月 12 日
摘要
現(xiàn)代化的棒材生產(chǎn)中，精整是生產(chǎn)的最后階段，而棒材矯直是精整最重要的工序，它直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，經(jīng)過矯直的橢圓度和直線度高的棒材才具有高的價(jià)值。矯直機(jī)作為棒材矯直的最重要設(shè)備，決定著圓鋼的最終質(zhì)量。
七輥棒材矯直機(jī)是在總結(jié)近年來(lái)所具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的多臺(tái)大規(guī)格棒材矯直機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而來(lái)。該機(jī)為八立柱七斜輥棒材矯直機(jī)，采用了預(yù)應(yīng)力機(jī)架及可靠的液壓工作原理，使輥縫值具有較高精度，對(duì)棒材在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的彎曲和橢圓度具有明顯的矯直效果。
本文在學(xué)習(xí)矯直技術(shù)的基本方法和原理的基礎(chǔ)上，掌握了基本矯直變形理論。首先，確定了總體方案。其次，研究了棒材的彎曲變形和彎矩，以及作用在各輥上的矯直力，推導(dǎo)出計(jì)算矯直力的力學(xué)模型，確定相對(duì)反彎曲率并進(jìn)行輥型設(shè)計(jì)。然后對(duì)主要承受力的零、部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、減速器以及聯(lián)軸器的選型，對(duì)矯直機(jī)的安裝和維護(hù)進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)鍵字：七斜輥矯直；輥型；矯直力；力學(xué)模型
Abstract
In the process of modern steel bar producation,the rigor disposal of steel bar is the last phase,in which the bar straightening machine takes up the important position. The quality of straightening is the decisive factor of steel bar. The straightening steel bar have appended values for its good roundness and straightness and the straightener is one of the most important device which decide the steel bar’s quality competitively.
Seven roll bar straightening straightening machine in full summary in recent years to design and manufacture with the leading domestic level of National Taiwan University, more than the size bar straightening straightening machine based on design. The machine is four columns of seven slanting roller bar straightening straightening machine, the prestressed frame and reliable hydraulic pressure principle of work, the roll gap value with high precision, has the obvious straightening effect on the bar in the production process generated by bending and ellipticity.
On the basis of studying the basic method and principle of straightening technology, this paper studies the basic theory of straightening deformation. First, the overall scheme is determined. Secondly, the bending deformation and bending moment of the bar, and the straightening force on each roll were studied, and the mechanical model of the straightening force was deduced. Then, the strength of the main bearing force is checked. Finally, the selection of motor, reducer and shaft coupling, the installation and maintenance of straightening machine instructions.
Key words: seven inclined roller straightening; Roller type; straightening force; mechanical model
目錄
1 緒論 1
1.1 課題意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài) 1
1.2.1 國(guó)外矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 矯直機(jī)在軋鋼機(jī)中的作用和分類 2
1.3.1 矯直機(jī)的作用 2
1.3.2 矯直機(jī)的分類 3
1.4 輥式矯直機(jī)工作原理 4
1.5 輥式矯直機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 4
2 總體方案確定 6
2.1 矯直機(jī)組成及矯直機(jī)主機(jī)組成 6
2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng) 6
2.3 上機(jī)架組件 7
2.4 下機(jī)架組件 8
2.5 立柱系統(tǒng) 9
2.6 矯直輥的布置結(jié)構(gòu) 9
2.7 工作輥的材質(zhì) 9
3 矯直機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算 10
3.1 矯直機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 10
3.2 金屬材料彎曲變形 10
3.2.1 棒材極限彎矩的確定 10
3.2.2 彎曲變形與彎矩 10
3.2.3 彎曲變形與能耗 11
3.2.4 相對(duì)反彎曲率的確定 13
3.3 矯直機(jī)基本參數(shù)的確定 14
3.4 工藝參數(shù)計(jì)算 15
3.5 輥型設(shè)計(jì) 16
3.6 矯直力的計(jì)算 18
3.7 傳動(dòng)功率的計(jì)算 21
3.7.1 棒材與輥面間滾動(dòng)摩擦功率 21
3.7.2 各軸承的摩擦功率 21
3.7.3 低頻彎曲塑性變形功率 23
3.7.4 旋轉(zhuǎn)彎曲塑性變形功率 23
3.7.5 矯直機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 23
4 軸的設(shè)計(jì)與校核 24
4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 24
4.2 軸的材料選擇 24
4.3 軸的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì) 24
4.4 軸的強(qiáng)度校核 25
5 標(biāo)準(zhǔn)件的選型 27
5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 27
5.1.1 電動(dòng)機(jī)的選用原則 27
5.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 27
5.2 減速器的選擇 28
5.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 28
5.2.2 減速器選用 28
5.2.3 減速器的潤(rùn)滑及維護(hù) 28
5.3 聯(lián)軸器的選擇 29
5.3.1 電動(dòng)機(jī)與減速器之間聯(lián)軸器選擇 29
5.3.2 減速器與工作輥之間聯(lián)軸器選擇 29
6 矯直機(jī)的安裝和維護(hù) 30
6.1 矯直機(jī)的安裝 30
6.2 矯直機(jī)的維護(hù) 31
6.2.1 矯直機(jī)的維護(hù)和修理制度 31
6.2.2矯直機(jī)的潤(rùn)滑 32
7 總結(jié) 33
參考文獻(xiàn) 35
附錄 36
致謝 37
第 36 頁(yè)
1 緒論
1.1 課題意義
自第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，鋼鐵工業(yè)獲得了迅猛發(fā)展，同時(shí)，剛才質(zhì)量以成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)體系的不斷完善，我國(guó)的鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過成中積累了大量的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但由于歷時(shí)文題，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)起步較晚，雖然在局部領(lǐng)域有一定的建樹，整體技術(shù)水平卻與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)相比存在一定的差距。為了在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的軌跡化市場(chǎng)上立于不敗之地，以及更好的滿足各行業(yè)對(duì)鋼鐵質(zhì)量不斷提高的要求，這就需要進(jìn)一步提高剛才的質(zhì)量。棒材作為鋼鐵材料的重要組成部分，也擔(dān)此重任。由于棒材的生產(chǎn)過程中多采用熱軋或冷拔等金屬加工方法，其生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品都存在一定程度的彎曲，有時(shí)還甚至存在扭曲。如果再經(jīng)熱處理，這種偏差可能會(huì)進(jìn)一步加劇。為了矯正這種偏差，常采用各種矯正方法進(jìn)行矯直。棒材類剛才在軋制過后，其質(zhì)量在很大程度上取決于矯直工藝的好壞。
由于理論方面的缺失，許多工廠矯直棒材時(shí)對(duì)矯直工藝參數(shù)的確定主要依賴于操作人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這種方法必然受人為因素的影響很大，參數(shù)的選取不夠科學(xué)，造成了矯直質(zhì)量的不穩(wěn)定。因此，找到一種合理的方法彌補(bǔ)依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定矯直參數(shù)的不足，有很大的現(xiàn)實(shí)意義。正是基于以上的情況，本次設(shè)計(jì)通過參考現(xiàn)有的矯直理論和計(jì)算方法，研究2-2-2-1輥系七斜輥棒材矯直機(jī)的矯直過程，計(jì)算出合理，可靠的工藝參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出所需的矯直機(jī)。同時(shí)也通過對(duì)該類矯直機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)，為大規(guī)格棒材矯直機(jī)技術(shù)研究發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外矯直機(jī)研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)
1.2.1 國(guó)外矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
在20世紀(jì)30～40年代，國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)和板材矯直機(jī)也迅速的發(fā)展起來(lái)，相應(yīng)的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀(jì)70～80年代，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)力量己相當(dāng)雄厚，矯直技術(shù)得到了不斷地改進(jìn)、發(fā)展和擴(kuò)充。英國(guó)的布朗克斯(BRONX)、德國(guó)的凱瑟琳(Kieserling)、德馬克(Demag)以及日本的一些品牌成為了矯直機(jī)領(lǐng)域的代表。此時(shí)的矯直概念則由原來(lái)狹義的彎曲矯直擴(kuò)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(dòng)矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長(zhǎng)矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變輥距矯直技術(shù)以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等。
近幾年國(guó)外關(guān)于矯直技術(shù)和矯直機(jī)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(shí)為提高矯直精度和控制水平，開展了對(duì)變形機(jī)理、改進(jìn)工藝和參數(shù)優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實(shí)用價(jià)值的成果。而且國(guó)外學(xué)者對(duì)矯直過程的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對(duì)扭轉(zhuǎn)變形矯直過程的實(shí)時(shí)控制的研究，以及Juen A.Robert對(duì)圓盤鋸片嬌直過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的研究等等。
1.2.2 國(guó)內(nèi)矯直機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)的矯直技術(shù)研究起步較晚，建國(guó)以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要才有了對(duì)矯直技術(shù)的研究。那時(shí)，矯直機(jī)主要靠進(jìn)口。從70 年代開始，許多學(xué)者對(duì)輥形設(shè)計(jì)做了理論和試驗(yàn)研究。在1980年，中國(guó)金屬壓力加工學(xué)會(huì)在衡陽(yáng)專門召開了“輥形專題會(huì)議”。通過這次學(xué)術(shù)交流會(huì)，產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法到了80 年代，國(guó)內(nèi)對(duì)矯直技術(shù)的研究已有了相當(dāng)?shù)某晒Ｔ谵D(zhuǎn)轂矯直技術(shù)方面，創(chuàng)造了中國(guó)首創(chuàng)的雙向旋轉(zhuǎn)矯直法。在80 年代末，東北大學(xué)的崔甫教授研制了矯直F200復(fù)合轉(zhuǎn)轂式高精度棒材矯直機(jī)，并首先提出了雙交錯(cuò)輥系的新方法。從90 年代后，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面邁出了一大步。我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、雙向反彎輥形2 輥矯直機(jī)、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)、液壓矯直自動(dòng)切料機(jī)和平行不等輥距矯直機(jī)等方面有了很大突破，各種矯直機(jī)的矯直質(zhì)量均有突破。
近年來(lái)，我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面取得了很大進(jìn)步，在矯直機(jī)械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績(jī)，很多學(xué)者開始利用有限元分析和解析的方法來(lái)研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，壓彎量及工件殘余應(yīng)力等都成為了人們的研究對(duì)象。在過程控制方面，正由人工控制逐漸向計(jì)算機(jī)控制，由單機(jī)控制向全線計(jì)算機(jī)控制發(fā)展，在矯直機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設(shè)備將逐漸被淘汰或改造?，F(xiàn)在矯直技術(shù)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(dòng)化的環(huán)保型矯直設(shè)備。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯直速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)西安重型機(jī)械研究所和太原重型集團(tuán)等企事業(yè)部門在矯直機(jī)的研究和生產(chǎn)上代表了國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先的水平，在棒材、型材和板材矯直機(jī)的研制上都取得了一定的成績(jī)。但是，在取得成績(jī)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)矯直技術(shù)的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機(jī)壓上式結(jié)構(gòu)的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。
1.3 矯直機(jī)在軋鋼機(jī)中的作用和分類
1.3.1 矯直機(jī)的作用
軋件在軋制、冷卻和運(yùn)輸過程中，由于各種因素的影響，往往產(chǎn)生形狀缺陷。例如鋼軌、型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼的斷面會(huì)產(chǎn)生翼緣內(nèi)并、外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)；板材和帶材則會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等。為了消除這些缺陷，軋件需要在矯正機(jī)上進(jìn)行矯正。
1.3.2 矯直機(jī)的分類
矯直設(shè)備按工作原理不同可分為五大類：第一類稱為反復(fù)彎曲式矯直機(jī)，如壓力矯直機(jī)及輥式矯直機(jī)，它們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕凰矫鎯?nèi)對(duì)工件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減小壓彎量，直到壓彎和彈復(fù)量相等而變直。如圖1-1為手工壓力矯直。
圖1-1 利用凹槽塊的手工壓力矯直
如圖1-2為壓力矯直。
圖1-2 壓力矯直
第二類稱為旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)，是工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方式從大的等彎矩區(qū)向小的等彎矩區(qū)過渡，在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直。旋轉(zhuǎn)者可以是工件，可以是矯直工具，也可以是變形方位。如常見的斜輥矯直機(jī)、轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)及平動(dòng)式矯直機(jī)。
第三類稱為拉伸矯直機(jī)，它依靠拉伸變形把原來(lái)長(zhǎng)短不一的縱向纖維拉成等長(zhǎng)度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直，如鉗式拉伸矯直機(jī)及連續(xù)拉伸矯直機(jī)。
第四類稱為拉彎矯直機(jī)，它是把拉伸和彎曲變型合成起來(lái)使工件兩個(gè)表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時(shí)間發(fā)生，全段各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時(shí)發(fā)生的，既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。
第五類稱為拉胚矯直設(shè)備，它是在拉動(dòng)連鑄坯下行的同時(shí)使鑄坯的弧形彎曲漸伸變直，其拉力主要用于克服外部阻力，而鑄坯本身在高溫狀態(tài)下所需的矯直拉力是較小的。
1.4 輥式矯直機(jī)工作原理
輥?zhàn)拥奈恢门c被矯直制品運(yùn)動(dòng)方向成某種角度，兩個(gè)或三個(gè)大的是主動(dòng)壓力輥，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)作同方向旋轉(zhuǎn)，另一邊的若干個(gè)小輥是從動(dòng)的壓力輥，它們是靠著旋轉(zhuǎn)著的圓棒或管材摩擦力使之旋轉(zhuǎn)的。為了達(dá)到輥?zhàn)訉?duì)制品所要求的壓縮，這些小輥可以同時(shí)或分別向前或向后調(diào)整位置，一般輥?zhàn)拥臄?shù)目越多，矯直后制品精度越高。制品被輥?zhàn)右胫?，不斷地作直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而使制品承受各方面的 壓縮、彎曲、壓扁等變形，最后達(dá)到矯直的目的。矯直原理分為大變形方案和小變形方案：
（1）小變形方案矯直原則：
每個(gè)輥?zhàn)拥膲合铝靠梢詥为?dú)調(diào)整，只消除前一個(gè)輥?zhàn)赢a(chǎn)生的（或留下的）最大殘余曲率，經(jīng)多次反彎后，殘余曲率逐漸減小，軋件趨于平直。
優(yōu)點(diǎn)：總變形曲率小，所需矯正能量小。
缺點(diǎn)：一般而言，原始曲率是未知的。難于確定矯正輥的壓下量。
（2）大變形方案矯直原理
在前幾個(gè)輥采用比小變形方案大得多的壓下量，使軋件一開始就得到足夠大的彎曲，迅速縮小殘余曲率的變化范圍，使具有不同曲率的軋件，經(jīng)過幾次劇烈的反彎（大變形）以后，原有的原始曲率的不均勻度被消除，形成單值殘余曲率，再予以矯平。
優(yōu)點(diǎn)：矯正輥數(shù)比較少，矯正質(zhì)量較高。
缺點(diǎn)：對(duì)軋件的變形程度不應(yīng)過份加大，以減小軋件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。
1.5 輥式矯直機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
輥式矯正機(jī)是在實(shí)際生產(chǎn)中使用最廣泛的一類矯正機(jī)，隨著矯正技術(shù)的進(jìn)步以及工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)鋼板的質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)輥式矯正機(jī)的要求也越來(lái)越高。新一代的矯正機(jī)一般要求高剛度、全液壓調(diào)節(jié)及先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)；由計(jì)算機(jī)控制的矯正輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)鋼板厚度設(shè)定調(diào)節(jié)上輥組的開口度，以及入口／出口方向和左右方向的傾斜調(diào)節(jié)；上輥組可以快速打開、關(guān)閉，上矯正輥的彎曲調(diào)節(jié)用以糾正鋼板的中間浪和左右邊浪，并且每個(gè)上輥和下輥組的入口出口輥可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。矯正機(jī)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(dòng)化的環(huán)保型矯正機(jī)。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯正速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。
2 總體方案確定
本次七輥棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì)，選用應(yīng)用最廣的2-2-2六輥式矯直機(jī)，這種矯直機(jī)是目前棒材矯直應(yīng)用最多的一類矯直機(jī)，也是此次準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的矯直機(jī)的形式，目前準(zhǔn)備在其出口增加一只托輥，它可以增大第三對(duì)輥處塑性彎曲區(qū)的長(zhǎng)度，并在壓下量合適的條件下易于達(dá)到棒材彈復(fù)變直的要求。所以此輥系也稱其為七輥矯直機(jī)。
六輥斜輥棒材矯直機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：
(1)輥斜輥式矯直機(jī)的六個(gè)矯直輥都是主動(dòng)的，棒材本身不傳遞扭矩，可以保護(hù)棒材表面；
(2)六輥斜輥式矯直機(jī)輥間負(fù)荷均衡，三對(duì)矯直輥輥徑相同，方向相反，并有較長(zhǎng)的曲面對(duì)置，因此，矯直輥上的單位壓力較?。?
(3)棒材在六輥斜輥矯直機(jī)上橫向得到壓扁矯正，在兩個(gè)嬌直輥的作用下容易壓成橢圓形，實(shí)現(xiàn)圓度矯正而且應(yīng)力分布均勻；
(4)六輥縱向彎曲矯正時(shí)，中間輥被其對(duì)應(yīng)下輥所支撐和平衡，防止棒材局部彎曲和應(yīng)力分布不均。
由于六輥斜輥棒材矯直機(jī)具有上述優(yōu)點(diǎn)，特別適用于矯直棒材。
2.1 矯直機(jī)組成及矯直機(jī)主機(jī)組成
矯直機(jī)主機(jī)由主傳動(dòng)裝置、上機(jī)架、下機(jī)架、立柱、調(diào)角機(jī)構(gòu)、矯直輥裝置、換輥裝置、水冷卻消塵系統(tǒng)等主要部分組成。如圖2-1所示。
2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)
主傳動(dòng)系統(tǒng)采用萬(wàn)向接軸傳動(dòng)。主傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速分配齒輪箱、萬(wàn)向接軸等組成。
萬(wàn)向接軸的一端與輥?zhàn)虞S頭相連，電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱的出軸相連，電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱用聯(lián)軸器連接。這種傳動(dòng)方式使?jié)櫥?、維修及換輥等工作得到改善。如圖2-2所示為立式機(jī)架的斜輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)圖。這種矯直機(jī)采用萬(wàn)向接軸傳動(dòng)比較普遍，其優(yōu)越性更大，電動(dòng)機(jī)及減速分配齒輪箱可單獨(dú)裝在地基上，與機(jī)器本體分離較遠(yuǎn)，使結(jié)構(gòu)明顯簡(jiǎn)化，具有調(diào)節(jié)方便，工作線高度不變，機(jī)器本體與傳動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)互不干擾等優(yōu)點(diǎn)。由于其上下輥都可傳動(dòng)，因此，咬入條件及表面質(zhì)量有改善，這種矯直機(jī)傳動(dòng)方式的不足之處是占地面積和機(jī)架高度大。
2.3 上機(jī)架組件
圖2-1 矯直機(jī)主機(jī)
圖2-2 矯直機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)
由上機(jī)架、壓下系統(tǒng)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。上機(jī)架為焊接件。其壓下機(jī)械部分由行星擺線減速器、聯(lián)軸器、壓下絲桿等組成。壓下絲桿通過復(fù)合螺母來(lái)消除絲桿與壓下螺母之間的間隙。三個(gè)上輥的壓下機(jī)構(gòu)可聯(lián)動(dòng)或單動(dòng)，壓下過程是在非矯直狀態(tài)下完成。
角度調(diào)整機(jī)構(gòu)為電動(dòng)調(diào)整，液壓鎖緊，由電機(jī)通過減速機(jī)帶動(dòng)螺桿軸向運(yùn)動(dòng)，通過頂塊使液壓缸筒轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)整完畢后液壓鎖緊。由于矯直輥?zhàn)惭b在液壓缸筒上，從而達(dá)到調(diào)整矯直輥旋轉(zhuǎn)角的目的。每個(gè)輥體上采用了兩個(gè)這樣的機(jī)構(gòu)，使矯直輥固定鎖緊。角度調(diào)整是在非矯直狀態(tài)下完成的。調(diào)角機(jī)構(gòu)端部采用法蘭聯(lián)結(jié)。結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
1、壓下機(jī)構(gòu) 2、軸承 3、上蓋板 4、連接螺絲 5、上橫梁
圖2-3 矯直機(jī)上橫梁組件結(jié)構(gòu)示意圖
2.4 下機(jī)架組件
下機(jī)架組件由下機(jī)架、下輥托盤機(jī)構(gòu)、下輥角度調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成，下機(jī)架為焊接件，下輥托盤機(jī)構(gòu)安裝在下機(jī)架內(nèi)部，托盤上部安裝下矯直輥。由角度調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)托盤及輥體旋轉(zhuǎn)，其下中間輥、尾輥設(shè)有電動(dòng)壓上機(jī)構(gòu)。壓上動(dòng)作是在非矯直狀態(tài)下完成的。下輥角度調(diào)整機(jī)構(gòu)同上輥角度調(diào)整機(jī)構(gòu)。下中間輥及尾輥角度調(diào)整為手動(dòng)調(diào)整，初設(shè)調(diào)整后不參與規(guī)格變換時(shí)的調(diào)整。
下機(jī)架角度調(diào)整機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分置于機(jī)架焊接結(jié)構(gòu)件內(nèi)部，在側(cè)面設(shè)有面板，為防止冷卻水的侵入面板下加有良好密封。下機(jī)架焊接件周邊焊有一定高度的防水擋板，防止冷卻水的溢出，使冷卻水將氧化鐵皮沿機(jī)架表面預(yù)留口沖走，至設(shè)備下面的傾斜式地溝中，氧化鐵皮沿地溝被沖至氧化鐵皮收集槽。為防止冷卻水的侵入，下托盤系統(tǒng)具有良好的雙層密封。
2.5 立柱系統(tǒng)
該部分由8根立柱及支承套、螺母組成，可與上下橫梁形成預(yù)應(yīng)力機(jī)架，提高了機(jī)架的剛性及矯直過程的穩(wěn)定性。
2.6 矯直輥的布置結(jié)構(gòu)
圖2-4 矯直機(jī)矯直輥布置
2.7 工作輥的材質(zhì)
工作輥直接與軋件接觸，為避免輥?zhàn)舆^早磨損和保證矯直機(jī)可靠工作，對(duì)矯直機(jī)工作輥有下列要求：
（1）輥面應(yīng)有較高的硬度；
（2）有較高的加工精度；
（3）有較高的抗彎和抗扭強(qiáng)度。
目前，冷矯時(shí)，若工作輥徑D<60mm，采用60CrMoV；當(dāng)D=60～120mm時(shí)，采用90CrVMo；當(dāng)D>200mm時(shí)，采用9Cr，本次設(shè)計(jì)采用90CrVMo。
3 矯直機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算
3.1 矯直機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
棒材直徑：
屈服強(qiáng)度：
矯直速度：
矯直精度：
原始曲率：
工作壓力：
試壓（2-3小時(shí)）：
角度調(diào)整范圍：
3.2 金屬材料彎曲變形
3.2.1 棒材極限彎矩的確定
棒材的彈性極限彎矩：
（3-1）
式中：---粗棒材半徑
----屈服強(qiáng)度
則
3.2.2 彎曲變形與彎矩
棒材在矯直機(jī)上產(chǎn)生彎曲變形的外因是外加了彎矩，彎曲狀態(tài)是內(nèi)力和外力平衡的結(jié)果。棒材端面彎曲時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變圖如圖3-1所示。
棒材斷面彎矩計(jì)算如公式（3-2）計(jì)算：
(3-2)
其彎矩比表達(dá)式為公式（3-3）計(jì)算：
(3-3)
圖3-1 理想金屬棒材的彎曲應(yīng)力應(yīng)變圖
最大矯直彎矩按計(jì)算，得；
按塑性極限彎曲及可算出。
棒材的受力模型如圖3-2。
3.2.3 彎曲變形與能耗
取彈區(qū)比。
（1）棒材的彈性變形所耗能量按公式（3-4）計(jì)算:
（3-4）
式中：
--工作輥彈性模量
圖3-2 棒材的受力模型
對(duì)細(xì)棒材：
粗棒材：
(2）棒材塑性變形所需能量按公式（3-5）計(jì)算：
（3-5）
則細(xì)棒材：
粗棒材：
總和變性能：
細(xì)棒材：
粗棒材：
(3)彈復(fù)變性能計(jì)算公式（3-6）：
（3-6）
則細(xì)棒材：
粗棒材：
(4)矯直所需能量：
細(xì)棒材：
粗棒材：
(5)旋轉(zhuǎn)彎曲的能耗
單位長(zhǎng)度棒材旋轉(zhuǎn)一周所消耗的彎曲變形能用公式（3-7）計(jì)算:
(3-7)
于是旋轉(zhuǎn)彎曲耗能比為公式（3-8）計(jì)算：
（3-8）
則細(xì)棒材：
粗棒材：
3.2.4 相對(duì)反彎曲率的確定
工件受到各矯直輥的壓力發(fā)生彈塑性彎曲，若工件的彎矩為,彈性模量為及斷面慣性矩為，則彎曲后的彈復(fù)曲率為:
（3-9）
式中 ---彈性極限曲率，
---斷面慣性矩，
查表知彈區(qū)比時(shí)，
則
相對(duì)彈復(fù)曲率
工件矯直意味著反彎后的殘余曲率變?yōu)榱阒?，?
所以
---相對(duì)反彎曲率
取反彎曲率
已知原始曲率為 相對(duì)原始曲率
總變形曲率
相對(duì)總變形曲率
3.3 矯直機(jī)基本參數(shù)的確定
（1）導(dǎo)程t
根據(jù)導(dǎo)程的計(jì)算公式（3-10）：
（3-10）
式中：--棒材直徑；
--輥?zhàn)有苯恰?
則細(xì)棒螺旋導(dǎo)程：
粗棒螺旋導(dǎo)程：
（2） 輥軸直徑
選取
（3）輥腰直徑
選取
（4）輥?zhàn)尤L(zhǎng)
選取
（5）輥?zhàn)庸ぷ鞑糠珠L(zhǎng)度
選取
（6）輥距
選取
3.4 工藝參數(shù)計(jì)算
（1）傾角
除7輥外，其余各輥輥腹接觸點(diǎn)的法向壓力并不是豎直方向，它與輥軸縱向剖面間的夾角為，由文獻(xiàn)[1]可知：
（3-11）
式中：—等彎曲長(zhǎng)度， 取
--輥?zhàn)有苯?，?
則
（2）矯直速度
已知軋件前進(jìn)速度（矯直速度）為
則矯直輥轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周速度：時(shí)
時(shí)
扎件轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周速度：時(shí)
時(shí)
矯直輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度：時(shí)
時(shí)
軋件轉(zhuǎn)動(dòng)速度： 時(shí)
時(shí)
3.5 輥型設(shè)計(jì)
矯直輥是矯直機(jī)上的主要部件，其輥型曲線決定了矯直質(zhì)量的高低。一般斜輥矯直機(jī)的輥型曲線主要用等距雙曲線輥型，它是由棒材繞矯直輥軸線旋轉(zhuǎn)一周得到的。該輥型能與直棒材保持良好的接觸關(guān)系，在壓彎曲率不大的情況下，用這種輥型的矯直機(jī)矯直大直徑棒材有很好的效果。本次設(shè)計(jì)按粗棒材直徑、斜角為設(shè)計(jì)。
直棒材與輥面的接觸關(guān)系模型如圖3-3所示，棒材與矯直輥軸線的空間距離,交角為，棒材繞矯直輥軸線旋轉(zhuǎn)一周形成的內(nèi)表面即為輥型曲面。設(shè)定各矢量長(zhǎng)度：、、、、、,圖上各矢量的坐標(biāo)值為：
式中：R---棒材直徑
---過棒材中點(diǎn)與接觸點(diǎn)G的連線與X軸的夾角。
全封閉矢量間關(guān)系為
圖3-3 直棒材與輥面的接觸關(guān)系模型
矢量在x軸方向的分矢量為，故
(3-12)
同理可知故
(3-13)
于是可得
(3-14)
由圖中下部分畫出的坐標(biāo)關(guān)系可知
(3-15)
將式（3-13）代入式（3-12），且整理后得
(3-16)
由于矢量的分矢量為
(3-17) (3-18)
在給定Z值，并求出值后，便可確定過M點(diǎn)的輥截面半徑
(3-19)
輥端圓角可參照工件直徑及原始彎曲狀態(tài)來(lái)確定，一般可按工件范圍確定，取。
計(jì)算Z、、b、X、Y、的值如表3-1所示。
3.6 矯直力的計(jì)算
七斜輥矯直機(jī)為2-2-2-1輥系，7個(gè)矯直輥全部為長(zhǎng)輥，對(duì)于這種矯直機(jī)矯直管材時(shí)，上下矯直輥間需要一定的壓緊力，以便更好地抱緊管材，同時(shí)矯直管材斷面的橢圓度。但矯直棒材時(shí)如果加入預(yù)緊力，棒材在旋轉(zhuǎn)矯直時(shí)不會(huì)像管材產(chǎn)生彈性壓扁現(xiàn)象，卻很有可能被卡死。因此，在調(diào)節(jié)輥縫時(shí)，使上下矯直輥對(duì)與棒材剛好相接觸為宜?；谶@樣的輥系和位置布置，當(dāng)3、4、7輥向上抬升時(shí)，矯直力作用模型見圖3-4。
表3-1 Z、、b、X、Y、的值
Z
0
20
40
60
80
100
120
0
2.0682
4.1313
6.1824
8.2221
10.2403
12.2344
b
0
20.63
41.12
61.69
82.27
102.86
123.84
X
-150
-150.04
-150.14
-150.32
-150.57
-150.88
-151.25
Y
0
-5.19
-10.34
-15.54
-20.75
-25.99
-31.40
(mm)
150
150.13
150.5
151.12
151.99
153.10
154.47
Z
140
160
180
200
220
240
14.202
16.1340
18.0324
19.8924
21.7116
23.4876
b
144.52
165.21
185.92
206.64
227.39
248.15
X
-151.68
-152.17
-152.70
-153.28
-153.90
-154.57
Y
-36.75
-42.14
-47.59
-53.09
-58.65
-64.27
(mm)
156.07
157.90
159.94
162.21
164.70
167.40
由于棒材本身的彎曲，以及在4、7輥的壓彎作用下，使得2輥的右端接觸點(diǎn)和1輥的左端接觸點(diǎn)對(duì)棒材產(chǎn)生反作用力；3-4、5-6兩對(duì)輥相對(duì)于彎曲的工件，其壓力將向兩端集中，輥腰附近將形成等彎矩區(qū)，并構(gòu)成梯形彎矩圖，等彎矩圖內(nèi)將產(chǎn)生塑性變形，等彎矩區(qū)S的大小取決于輥?zhàn)有苯堑恼{(diào)整，且不應(yīng)小于一個(gè)螺旋導(dǎo)程；7輥處由于沒有上輥，可認(rèn)為其作用力集中在輥腰處。
在計(jì)算矯直力時(shí)，采用較大的,由經(jīng)驗(yàn)確定，故；而要根據(jù)工件原始彎曲經(jīng)反彎后所殘留的彎曲程度而定，一般取，現(xiàn)取，故。由于3、6輥同時(shí)起導(dǎo)向作用，且棒材沒有彈性壓扁，因此3、6的作用力很小，可認(rèn)為兩處作用力為零。于是按圖3-4中受力模型可寫出矯直力計(jì)算式：
已知
（3-20）
（3-21）
(3-22)
（3-23）
(3-24)
（3-25）
（3-26）
已知代入（3-20）—（3-26）公式中得：
在無(wú)壓緊力作用下，豎直方向上各輥壓力總和為：
各輥輥面上壓力總和為：
3.7 傳動(dòng)功率的計(jì)算
斜輥矯直機(jī)傳動(dòng)過程中受到棒材塑性變形、矯直輥與棒材表面滾動(dòng)摩擦和矯直輥軸承摩擦的影響，而棒材塑性變形所消耗的功率由兩部分組成：棒材低頻彎曲產(chǎn)生塑性變形所消耗的功率、棒材旋轉(zhuǎn)彎曲的塑性變形所消耗的功率。因此傳動(dòng)功率由克服棒材低頻彎曲塑性變形的功率、克服棒材旋轉(zhuǎn)彎曲塑性變形的功率、克服矯直輥與棒材表面滾動(dòng)摩擦的功率和克服矯直輥軸承摩擦的功率組成。
3.7.1 棒材與輥面間滾動(dòng)摩擦功率
矯直過程中，棒材與輥面間的相互運(yùn)動(dòng)以滾動(dòng)為主，克服滾動(dòng)摩擦所需功率為：
(3-27)
式中：f---棒材與輥面間滾動(dòng)摩擦系數(shù)，m，通常取f=0.001m
v---棒材矯直速度，m/s,已知v=0.083m/s
---矯直輥的工作直徑，m，可取
因此
3.7.2 各軸承的摩擦功率
矯直輥輥面上的壓力是由轉(zhuǎn)轂軸承傳遞的，根據(jù)力的平衡原理，各軸承處的壓力總和等于矯直輥輥面上的壓力總和，矯直過程中克服軸承摩擦所需功率為：
（3-28）
圖3-4 矯直力作用模型
式中：---輥軸直徑，取
---軸承摩擦系數(shù),取
---輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，計(jì)算得
則
3.7.3 低頻彎曲塑性變形功率
由于棒材受到交錯(cuò)布置的矯直輥的壓力作用，棒材軸線產(chǎn)生彎曲變形，彎曲次數(shù)與矯直輥數(shù)量有關(guān)，而棒材矯直機(jī)的矯直輥數(shù)量并不多，因此這種彎曲屬于低頻彎曲，對(duì)于七斜輥矯直機(jī)而言，棒材發(fā)生3次低頻彎曲塑性變形，低頻彎曲塑性變形所消耗的功率為：
(3-29)
對(duì)粗棒材有
則
3.7.4 旋轉(zhuǎn)彎曲塑性變形功率
查表知工件旋轉(zhuǎn)彎曲耗能比,那么旋轉(zhuǎn)塑性變形消耗的功率為：
(3-30)
式中： ---工件直徑，取
則
3.7.5 矯直機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率
其中 ---傳動(dòng)效率，取
4 軸的設(shè)計(jì)與校核
4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它與軸上安裝的零件類型，尺寸及位置，零件的固定方式，載荷性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯，制造和裝配工藝、安裝和運(yùn)輸，對(duì)州的變形等因素有關(guān)。一般軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是：
（1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；
（2）易于軸上零件的精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
（3）采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
（4）便于加工制造和保證精度。
4.2 軸的材料選擇
該軸無(wú)特殊要求，因而選用45鋼調(diào)制處理。
4.3 軸的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。
圖4-1 軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)軸向定位的要求確定軸上各段直徑和長(zhǎng)度。
（1）如圖4-1所示，3-4段為矯直輥軸段，取直徑為,已知矯直輥的長(zhǎng)度為600mm，左端靠軸肩定位，右端靠套筒定位，為了軸肩和套筒能緊緊的壓緊矯直輥，此軸段長(zhǎng)度應(yīng)短于矯直輥長(zhǎng)度，故取。
（2）4-5段要安裝滾動(dòng)軸承故需參考軸承內(nèi)徑。因?yàn)橹饕惺軓较蜉d荷，所以初步選擇調(diào)心滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)，查GB/T288-1994選型圓柱孔型調(diào)心滾子軸承，其尺寸
。故。
（3）矯直輥的左端靠軸肩定位，軸肩的高度，故取，則軸環(huán)。軸環(huán)寬度。取。
（4）1-2軸段上軸承的右端用隔環(huán)固定，取隔環(huán)的長(zhǎng)度為，所以
。
（5）4-5軸段上的軸承左端靠隔環(huán)固定，右端靠端蓋固定，取隔環(huán)長(zhǎng)度
，所以。
（6）5-6軸段與減速器輸出軸用萬(wàn)向接軸連接，故取。
半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按查表選取平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為.半聯(lián)軸器與軸的配合為。調(diào)心滾子軸承與軸的周向定位來(lái)固定，此處選軸的直徑尺寸公差為。矯直輥與軸的軸向定位是由過渡配合來(lái)保證的。
4.4 軸的強(qiáng)度校核
軸的受力分析如圖4-2所示。
軸的扭矩：
輥?zhàn)虞S上的圓周力：
由前面計(jì)算知輥面上的徑向力：
計(jì)算支反力：水平面上支反力
垂直面內(nèi)支反力
圖4-2 軸的受力
危險(xiǎn)截面處的水平彎矩
垂直彎矩
則最大彎矩
進(jìn)行校核時(shí)，只校核軸上承受彎矩最大和扭矩的截面的強(qiáng)度。該軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，前面已選軸的材料為45鋼。調(diào)制處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得許用應(yīng)力，軸的計(jì)算應(yīng)力為：
(4-1)
式中
計(jì)算得
故軸的強(qiáng)度滿足要求。
5 標(biāo)準(zhǔn)件的選型
5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
5.1.1 電動(dòng)機(jī)的選用原則
電動(dòng)機(jī)的功率，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來(lái)選擇，盡量使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
（1）如果電動(dòng)機(jī)功率選的過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。
（2）如果電動(dòng)機(jī)功率選的過大，就會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利，而且還會(huì)造成電能浪費(fèi)。
要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率，必須經(jīng)過以下計(jì)算或比較：
對(duì)于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率（即生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率），可計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率，及傳動(dòng)效率。計(jì)算出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同，因此，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。
5.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
已知矯直機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率
查表知 萬(wàn)向聯(lián)軸器的傳遞效率
減速器的傳遞效率
軸承的傳遞效率
電機(jī)至矯直機(jī)之間的總效率為
因采用兩臺(tái)相同的電動(dòng)機(jī)
所需電機(jī)的電機(jī)功率
因載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于P即可。
所以選取電動(dòng)機(jī)的額定功率為P=100kW.
根據(jù)計(jì)算出的功率選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：YZR315M-8
主要參數(shù)如表5-1。
輸出軸直徑
表5-1 電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)
額定功率/kW
轉(zhuǎn)速r/min
定子電流/A
100
715
190
5.2 減速器的選擇
5.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比
5.2.2 減速器選用
選用減速器的型號(hào)為：ZXY型減速器
主要參數(shù) 低速級(jí)中心距：355mm
公稱傳動(dòng)比：
公稱轉(zhuǎn)速： 輸入 輸出
公稱輸入功率：
取傳動(dòng)效率
則減速器輸出軸的功率為
5.2.3 減速器的潤(rùn)滑及維護(hù)
（1）減速器有油池潤(rùn)滑和循環(huán)潤(rùn)滑兩種情況，功率較大轉(zhuǎn)速較高，連續(xù)工作的減速器應(yīng)盡可能采用循環(huán)潤(rùn)滑，以降低油溫，充分發(fā)揮減速機(jī)的承載能力。
（2）當(dāng)減速器工作環(huán)境溫度較低時(shí)，應(yīng)采用措施保證油溫在以上。
（3）油池潤(rùn)滑的油面高度比內(nèi)齒輪齒頂高2-5倍的模數(shù)（兩級(jí)以高速級(jí)為準(zhǔn)，三級(jí)以中級(jí)為準(zhǔn)）。
（4）潤(rùn)滑油推薦采用等級(jí)為150-220，GB5903中載荷工業(yè)齒輪油。
（5）潤(rùn)滑油的更換期：第一次使用的減速器（或新更換齒輪）運(yùn)轉(zhuǎn)10-15天后，需更新?lián)Q油。正常情況下，連續(xù)工作的減速器3個(gè)月?lián)Q一次油。
（6）在工作過程中。如油溫顯著升高且超過，油的質(zhì)量變壞或產(chǎn)生不
正常噪音時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢查。
(7)減速器應(yīng)半年之內(nèi)檢修一次，備件必須按照?qǐng)D紙要求制造，更換備件后的減速器你必須經(jīng)過跑合和承載試車后再正式使用。
5.3 聯(lián)軸器的選擇
5.3.1 電動(dòng)機(jī)與減速器之間聯(lián)軸器選擇
本次設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器選用剛性聯(lián)軸器。
凸緣聯(lián)軸器是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用普通平鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個(gè)半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)軸器有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式：
①靠鉸制孔用螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸對(duì)中和靠螺栓桿承受擠壓與剪切來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩；
②靠一個(gè)半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個(gè)半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對(duì)中。
連接兩個(gè)半聯(lián)軸器的螺栓可以采用A級(jí)和B級(jí)的普通螺栓，轉(zhuǎn)矩靠?jī)蓚€(gè)半聯(lián)軸器結(jié)合面的摩擦力矩來(lái)傳遞。
選用型號(hào)為：YL15
5.3.2 減速器與工作輥之間聯(lián)軸器選擇
本次設(shè)計(jì)中減速器與工作輥之間的連接選用萬(wàn)向接軸。
選用型號(hào)為：型聯(lián)軸器.
6 矯直機(jī)的安裝和維護(hù)
6.1 矯直機(jī)的安裝
（1）基礎(chǔ)
基礎(chǔ)：把矯直機(jī)牢固地固定在要求的位置上，而且把矯直機(jī)本身的重量和工作時(shí)的作用力傳遞到土壤中去，并吸收振動(dòng)。
基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)：根據(jù)矯直機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、動(dòng)力作用的性質(zhì)，選擇基礎(chǔ)類型，在堅(jiān)固和經(jīng)濟(jì)的條件下，確定基礎(chǔ)最合適的尺寸和強(qiáng)度等。
基礎(chǔ)的驗(yàn)收：由安裝部門根據(jù)圖樣和技術(shù)規(guī)范，對(duì)基礎(chǔ)工程進(jìn)行全面檢查。
（2）設(shè)置安裝基準(zhǔn)
矯直機(jī)在安裝時(shí)，其前后左右的位置根據(jù)縱橫中心線來(lái)調(diào)整，上下位置根據(jù)標(biāo)高按基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)調(diào)整。這里要求精度比較高，因?yàn)橹苯佑绊懗C直機(jī)的矯直精度，所以這里基礎(chǔ)水平度的要求是5‰，保證矯直輥、導(dǎo)板的進(jìn)給精度。
（3）設(shè)置墊板
一次灌漿出來(lái)的基礎(chǔ)，其表面的標(biāo)高和水平度很難滿足矯直機(jī)安裝精度的要求，因此常采用墊板來(lái)調(diào)整。
墊板的作用：利用墊板的高度來(lái)調(diào)整矯直機(jī)的標(biāo)高和水平度；通過墊板把矯直機(jī)的重量和工作載荷均勻地傳遞給基礎(chǔ)；在特殊情況下，也可以通過墊板校正矯直機(jī)機(jī)座的變形。
墊板的材料：普通鋼或鑄鐵。
墊板的面積計(jì)算：
（6-1）
其中式中，A：墊板總面積，
C：安全系數(shù)，取1.5~3；
R：混凝土的抗壓強(qiáng)度，；
：矯直機(jī)自重加在墊板上的負(fù)荷與工作負(fù)荷，;
：地腳螺栓的緊固力，;
：地腳螺栓材料的許用應(yīng)力，;
：地腳螺栓總有效截面積，。
（4）矯直機(jī)的吊裝、找正、找平、找標(biāo)高
設(shè)備從工地沿水平和垂直方向運(yùn)到基礎(chǔ)上就位的整個(gè)過程稱為吊裝。
然后對(duì)矯直機(jī)進(jìn)行“三找”，即：找平、找正、找標(biāo)高。為了保證安裝要求的精度，在這里要用到水準(zhǔn)儀或激光儀來(lái)測(cè)量，以保證其精度。
（5）二次灌漿
由于有墊板，所以在基礎(chǔ)表面和矯直機(jī)機(jī)座底部會(huì)形成空洞，這些空洞在矯直機(jī)投產(chǎn)前用混凝土填滿，這一作業(yè)稱為二次灌漿。
由于二次灌漿充滿的空洞不大，所以通常選用的石子塊度要比一次灌漿基礎(chǔ)的要小。
6.2 矯直機(jī)的維護(hù)
6.2.1 矯直機(jī)的維護(hù)和修理制度
矯直機(jī)采用現(xiàn)在冶金設(shè)備比較通用的點(diǎn)檢定修制度：
點(diǎn)檢包括：日常檢查、定期檢查、和精度檢查。
定修包括：確定修理周期和確定修理方法。
矯直機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)前的維護(hù)
（1）機(jī)械設(shè)備周圍應(yīng)全部清掃干凈。
（2）機(jī)械設(shè)備上不得放有任何工具、材料叉其他妨礙機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的東西。
（3）機(jī)械設(shè)備各部分的裝配零件必須完整無(wú)缺．各種儀表都要經(jīng)過試驗(yàn)，所有螺釘、銷釘之類的緊固件都要擰緊并固定好。
（4）所有減速器、齒輪箱、滑動(dòng)面以及每個(gè)應(yīng)當(dāng)潤(rùn)滑的潤(rùn)滑點(diǎn)，都要按照產(chǎn)品說(shuō)明書上的規(guī)定，保質(zhì)保量地加上潤(rùn)滑油。
（5）檢查水冷、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)的管路、閥門等，該開的是否已經(jīng)打開，該關(guān)的是否已經(jīng)關(guān)閉。
（6）在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)前，應(yīng)先開動(dòng)液壓泵將潤(rùn)滑油循環(huán)一次，以檢查整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)是否暢通，各潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑情況是否良好。
（7）檢查各種安全設(shè)施(如安全罩、欄桿、圍繩等)是否都已安設(shè)妥當(dāng)。
（8）只有確認(rèn)設(shè)備完好無(wú)疑，才允許進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在設(shè)備起動(dòng)前還要做好緊急停車的準(zhǔn)備，確保試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全。
矯直機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中的維護(hù)
（1）打開矯直機(jī)運(yùn)行過程中的檢測(cè)系統(tǒng)，判定矯直機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)是產(chǎn)生的信息是否正常，其目的就是為了早期發(fā)現(xiàn)矯直機(jī)故障的苗頭
（2）在狀態(tài)檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)矯直機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，這是為了預(yù)知矯直設(shè)備劣化的速度，為維修做好安排。
矯直機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)后的維護(hù)：在這里主要是做矯直機(jī)的潤(rùn)滑、保養(yǎng)工作。
制定矯直機(jī)的維護(hù)周期：根據(jù)七輥矯直機(jī)各個(gè)部件的受力狀態(tài)，現(xiàn)制訂七斜輥矯直機(jī)的維護(hù)周期：
（1）每月要進(jìn)行2～3次小修，每次工期8～16h；
（2）每年要進(jìn)行一次中修，工期不超過10個(gè)工天；
（3）每3～5年要進(jìn)行一次大修，工期為12～15工天。
6.2.2矯直機(jī)的潤(rùn)滑
潤(rùn)滑原理：潤(rùn)滑就是在相對(duì)運(yùn)勤的摩擦接觸面之間加入潤(rùn)滑劑，使腰接觸表面之間形成潤(rùn)滑膜，變干摩擦為潤(rùn)滑劑內(nèi)部的分子間的內(nèi)摩擦，以達(dá)到減小摩擦，減小磨損，延長(zhǎng)機(jī)械壽命的目的。
二輥滾光矯直機(jī)的潤(rùn)滑采用通用機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑方法進(jìn)行潤(rùn)滑，只有像矯直輥、減速器、聯(lián)軸器及軸承等幾個(gè)部分需要專門的潤(rùn)滑，這零件的潤(rùn)滑在選用潤(rùn)滑劑也有要求，下面進(jìn)行具體介紹：
①對(duì)于矯直輥的潤(rùn)滑，根據(jù)矯直輥的工作條件以及工作環(huán)境，我們查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)潤(rùn)滑部分資料，在這里選用的是復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂，具體型號(hào)為：ZFU—4H
②減速器的潤(rùn)滑主要部分是齒輪、軸，本矯直機(jī)的減速器是放在一個(gè)減速箱里面，所以根據(jù)減速器的工作環(huán)境，以及矯直的負(fù)荷大小，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得選用重負(fù)荷齒輪油，具體型號(hào)為：L—CKD（極壓型）
③關(guān)于聯(lián)軸器的的潤(rùn)滑方式有兩種，人工定期加油潤(rùn)滑和采用自動(dòng)潤(rùn)滑裝置潤(rùn)滑，而本矯直機(jī)的滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器主要采用干油或烯油進(jìn)行潤(rùn)滑，具體型號(hào):L—HM
④軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承的工作環(huán)境、承載載荷等，查機(jī)械手冊(cè)得用復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，具體型號(hào)為：ZFG—1H。
二輥滾光矯直機(jī)的潤(rùn)滑基本原則：采用“潤(rùn)滑五定”原則即：
定質(zhì)：選用潤(rùn)滑劑的質(zhì)量一定要合格；
定時(shí)：潤(rùn)滑的周期；
定量：所用潤(rùn)滑劑的量；
定人：潤(rùn)滑時(shí)應(yīng)定人負(fù)責(zé)；
定點(diǎn)：對(duì)該要重點(diǎn)潤(rùn)滑的地方應(yīng)該進(jìn)行定點(diǎn)潤(rùn)滑。
潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直根據(jù)各種機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)和使用條件確定。一般潤(rùn)滑系統(tǒng)由五個(gè)主要組成：油泵、油箱、油管、濾油器、控制及報(bào)警系統(tǒng)。有的特殊設(shè)備則需要冷卻或加熱等裝置。一般，僅需根據(jù)機(jī)械設(shè)備的具體情況，設(shè)計(jì)并選擇合適的零、部件組裝成適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑系統(tǒng)。
總之，潤(rùn)滑方法的選擇，除了要考慮載荷、速度、摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式與分布外．還應(yīng)注意所選潤(rùn)滑劑的種類、供給量、機(jī)器的結(jié)構(gòu)、精密程度和工作環(huán)境等。一股對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型及低速輕載的機(jī)械可采用手工潤(rùn)滑、滴油潤(rùn)滑和油墊潤(rùn)滑等；對(duì)于大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及高速重載的機(jī)器可采用飛濺潤(rùn)滑、油環(huán)潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑；速度更高的滾動(dòng)軸承或齒輪傳動(dòng)多用油霧潤(rùn)滑。
7 總結(jié)
歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在這里就要結(jié)束了，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題為50-110七輥矯直機(jī)設(shè)計(jì)，在此，我對(duì)這三個(gè)月來(lái)所做的工作以及計(jì)算說(shuō)明書作一總結(jié)，歸納有以下幾點(diǎn)：
（1）學(xué)習(xí)并了解了矯直技術(shù)的原理和基本方法，對(duì)矯直機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r有了一定的了解，掌握了基本的矯直變形理論，即通過對(duì)發(fā)生彎曲及扭轉(zhuǎn)的棒材矯直后獲得質(zhì)量較高的棒材。
（2）對(duì)矯直機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的確定。通過對(duì)比之后選用傳統(tǒng)的2-2-2六輥矯直機(jī)，在其出口下排輥?zhàn)雍竺娑嗉右粋€(gè)托輥，形成2-2-2-1型七輥矯直機(jī)。確定該矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，并對(duì)主要結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
（3）計(jì)算矯直機(jī)的主要參數(shù)。研究金屬材料的變形，計(jì)算變形時(shí)的彎矩和能耗，確定相對(duì)反彎曲率。設(shè)計(jì)輥型，計(jì)算并確定輥?zhàn)拥闹饕獏?shù)，如輥軸直徑，輥腰直徑，輥?zhàn)尤L(zhǎng)，輥?zhàn)庸ぷ鞑糠珠L(zhǎng)度以及輥距。
（4）根據(jù)輥?zhàn)拥牟贾猛茖?dǎo)出計(jì)算矯直力的力學(xué)模型，計(jì)算作用在各個(gè)棍子上的力，求出各輥輥面上壓力總和。計(jì)算矯直機(jī)工作時(shí)的傳動(dòng)功率從而選出適應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。
（5）設(shè)計(jì)矯直輥軸的結(jié)構(gòu)，選取軸的材料為45鋼。通過計(jì)算出的矯直力，校核軸的強(qiáng)度，校核結(jié)果為滿足強(qiáng)度要求。
（6）根據(jù)計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)功率，推導(dǎo)出所需要的電動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、減速器以及聯(lián)軸器的選型。
（7）對(duì)矯直機(jī)的安裝和維護(hù)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
（8）繪制矯直機(jī)的總裝圖以及主要結(jié)構(gòu)的裝配圖，零、部件圖等。
以上為本次設(shè)計(jì)所做的主要工作。
新一代的矯正機(jī)一般要求高剛度、全液壓調(diào)節(jié)及先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)；由計(jì)算機(jī)控制的矯正輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)鋼板厚度設(shè)定調(diào)節(jié)上輥組的開口度，以及入口／出口方向和左右方向的傾斜調(diào)節(jié)；上輥組可以快速打開、關(guān)閉，上矯正輥的彎曲調(diào)節(jié)用以糾正鋼板的中間浪和左右邊浪，并且每個(gè)上輥和下輥組的入口出口輥可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。
矯正機(jī)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(dòng)化的環(huán)保型矯正機(jī)。既要求有高質(zhì)量，又要有高矯正速度，在產(chǎn)品上能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。
畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，這讓我不由有一種如釋重負(fù)的感覺，總之我明白了：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值!有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。
大學(xué)四年就會(huì)在這最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。我曾經(jīng)以為時(shí)間是一個(gè)不快不慢的東西,但現(xiàn)在我感到時(shí)間過的是多么的快,四年了,感覺就在一眨眼之間結(jié)束了我的大學(xué)生涯。畢業(yè),最重要的一個(gè)過程,最能把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中的過程就數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)了。這也是我們從一個(gè)學(xué)生走向社會(huì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折，另一個(gè)生命歷程的開始。
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