非標角鋼冷軋矯直機矯直部分設計

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1、河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 非標角鋼冷軋矯直機(矯直部分) 摘 要 矯直機是軋制車間必不可少的重要設備，而且廣泛用于軋材作坯料的各種車間，如汽車、船舶制造廠等。 矯直機矯直鋼板時,由于長度方向發(fā)生塑性變形,導致鋼板與矯直輥速度差可達到3%,因而產(chǎn)生附加扭矩。以往的整體傳動易導致接軸和齒輪損壞,同時當矯直輥與鋼板產(chǎn)生速差時,鋼板打滑現(xiàn)象會損傷表面,為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生,矯直輥盡量采用單獨傳動或分組傳動,同時還可用于控制張力。 本文首先通過對矯直原理的學習了解，通過大量計算確定矯直輥數(shù)目。然后根據(jù)工件的形狀確定輥形進而來對整個矯直輥結(jié)構(gòu)進行設計。其次就是動力傳動和引導裝

2、置的設計。 考慮到傳統(tǒng)與現(xiàn)代的設計思想，本課題采用矯直輥在矯直機平臺上，均勻而且獨立分布。通過這種設計，它不僅使矯直輥能夠單獨傳動，而且能夠通過改變各個矯直輥間的距離隨時變身成現(xiàn)代主流的異輥距矯直機。 關鍵詞：矯直機，異輥距，矯直輥，扭矩 NON-STANDARD ANGLE IRON COLD STRAIGHTENING MACHINE ABSTRACT Straightening machine is important and indispensable equipment in rolling wo

3、rkshop, and it is also used in a variety of workshops rolled to billets, Such as automotive, ship manufacturing, etc.. When straightener is used to Straighten plates, due to length of the plastic ,its deformation is occurred, resulting in the velocity difference between steel plate and straighteni

4、ng rolls, just like the 3% rate,thereby creating additional torque. The overall drive past easily leads to damage between axis and gear.At the same time when the speed of straightening rollers and steel production is different, the steel skidding may damage the surface, in order to avoid the occurre

5、nce of these phenomena, straightening roll as far as possible use separate drive or group drive ,at the same time it can also be used to control the tension. Firstly, through the understanding and learning of the principle of straightening, the number of the straightening rollers are determined by

6、a large number of calculations. Then according to the shape of the workpiece , the contour of the straightening roller and the entire design of the structure of straightening roller is determined. The second is the design of the power transmission and guide devices. Taking into account the traditio

7、nal and modern design, this issue puts the straightening roller into straightening machine platform with uniform and independent distribution. In this design, it not only make the separate drive of straightening rollers possible, but also to transform into modern mainstream straightener by changing

8、the distance between each straightening roller at any time. KEY WORDS: Straightening machine, different from the roll, straightening rolle 目 錄 前 言 1 第1章 緒 論 2 1.1 矯直的定義 2 1.2 矯直技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 3 1.3 矯直機的發(fā)展及現(xiàn)狀 4 1.4 平行輥矯直法的簡介 5 第2章 矯直部分的設計 6 2.1矯直輥數(shù)的確立 6 2.1.1 矯直輥數(shù)與鋼板厚度的關系 6 2.1.2 矯直的理論計算

9、7 2.2 矯直輥的結(jié)構(gòu)設計 10 2.2.1 矯直輥徑與輥距的確定 10 2.2.2 矯直輥上下兩輥中心距地確定 11 2.2.3 矯直輥的整體設計 12 2.3 矯直輥的整體強度校核 12 2.3.1 矯直輥主要參數(shù) 12 2.3.2 矯直輥主動軸的強度校核 13 2.4 本章小結(jié) 15 第3章 主傳動部分的設計 16 3.1 傳動的結(jié)構(gòu)設計 16 3.2 傳動部分的強度校核 18 3.3 本章小結(jié) 21 第4章 軋制部件的設計 22 4.1軋制部件的設計 22 4.2 軋輥軸的強度校核 23 5.3本章小結(jié) 25 第 5 章 進料部件、皮帶輪的設計 26

10、 5.1 進料部件的設計 26 5.2皮帶輪的設計 26 5.3本章小結(jié) 25 第6章 總 結(jié) 29 參考文獻 30 致 謝 31 III 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 前 言 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)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。不過理論滯后于實踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負轉(zhuǎn)矩的破壞作用在20世紀下半葉才得以解決（改集體驅(qū)動為單輥驅(qū)動，改剛性連接為超越離合連接等），但其破壞作用的機理直到20世紀80年代末材被闡明。另外，就矯直理論的總體來看，

11、仍然處于粗糙階段，首先就是其基本參數(shù)的確定還要依靠許多經(jīng)驗算法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度；其次是許多技術(shù)現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺、矯直噪聲、斜輥矯直特性、斜輥輥形特性、拉彎變形匹配特性等都缺乏理論闡述；再次是理論的概括性不夠，一套公式不僅不能包括各種斷面型材，甚至不能包括同類斷面而尺寸和材質(zhì)不同的工件，如彎矩與矯直曲率等都缺少通用表達式。20世紀70年代以來，矯直技術(shù)與矯直理論的發(fā)展明顯加快，如拉彎矯直技術(shù)很快走向成熟；開發(fā)成功平動（萬能）矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變凸度及變輥距矯直技術(shù)，以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等；完善了等距雙曲線輥形設計法；

12、創(chuàng)立了等曲率遞減反彎輥形設計法、矯直耗能計算法、主要工藝參數(shù)計算法、兩種拉彎制度的定性與定量分析以及負轉(zhuǎn)矩和超前接觸分析法；尤其在利用相對值概念對各種矯直過程進行定量分析工作中取得了系統(tǒng)化的成果，為矯直技術(shù)數(shù)字化處理打下了基礎。在這種情況下，本文采用平行輥等距矯直法對非標角鋼進行矯直。 本課題主要工作分為三部分: 1. 矯直部分傳動方案的設計 2. 軋制部分的設計、進料部件的設計 3. 矯直力的校核，皮帶輪的設計 限于本人的水平，本文雖經(jīng)多次修改，但難免會有疏漏甚至錯誤之處，懇請各位評審老師及同學批評指正。 第1章 緒 論 矯直技術(shù)屬于金屬加工學科的一個分支，

13、已經(jīng)廣泛應用于日用金屬加工業(yè)，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)，冶金工業(yè)， 建筑材料學業(yè)，機械裝備制造業(yè)，以及精密加工制造業(yè)。矯直技術(shù)在廣度和深度方面的巨大發(fā)展迫切要求矯直理論能進一步解決一些疑難問題，推動開發(fā)新技術(shù)和研制新設備。本章主要介紹矯直機的定義，矯直技術(shù)的發(fā)展，矯直機的發(fā)展現(xiàn)狀和平行輥矯直法的介紹。 1.1 矯直的定義 金屬條材像型、管、線、板、帶等長條狀的金屬型材，在軋制、鍛造、擠壓、運輸、冷卻及各種加工過程中常因外力作用，溫度變化及內(nèi)力消長而發(fā)生彎曲或你扭曲變形。在長度遠大于寬度或厚度的條材上，縱向纖維的變形十分明顯；在寬度不太小的條材上如帶材橫向纖

14、維的變形有時顯而易見。為了獲得平直的成品條材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稱為矯直。 矯直與彎曲是兩個相反的工藝過程,但它們的變形機理是相同的。通常，不同金屬都有大小不等的彈性極限，即使在塑性變形條件下仍然伴隨著彈性變形。彈性變形意味著勢能的貯存，表現(xiàn)為一種彈性返回的能力，完全能返回原狀的變形稱為純彈性變形，否則都是彈塑性變形。而純塑性變形是指在相當大變形程度或在相當高的變形溫度時，忽略不計其很小的彈復能力而假定的一種理想狀態(tài)。 古人從生產(chǎn)和生活實踐中早已認識到彈性的存在，，并得出“矯正必須過正”的理性結(jié)論。今人對金屬矯直理論的研究

15、不僅從理論上驗證了“矯正必須過正”的基本規(guī)律，而且找到了計算“過正量”的科學方法，指出在“過正量”與金屬彈復量相等時可以達到矯直目的。 由于條材種類不同，彎曲形態(tài)不同，各自所要求的矯直方法也不盡相同。工業(yè)上人們已經(jīng)研制成功的矯直方法主要有壓力矯直法、平行輥矯直法、斜輥矯直法、轉(zhuǎn)轂矯直法、平動矯直法、拉伸矯直法、拉彎矯直法及其他一些特殊的矯直法。 本設計采用平行輥矯直法。平行輥矯直法是把間斷的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯交錯布置若干個互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進行多次反復壓彎以達到矯直目的。不僅顯著提高工作效率，而且能獲得很高的矯直質(zhì)量。這種矯直法在板材及型材矯直中得

16、到廣泛應用，不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調(diào)節(jié)條件下也能矯直其側(cè)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，即矯直其飄曲。利用兩組平行輥將其輥系進行直角組合或稱平立輥組合，即將一組水平輥與一組垂直輥組合起來形成復合輥系可以對二維彎曲嚴重的線材及小型材進行有效的矯直。 1.2 矯直技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)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。不過理論滯后于實踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負轉(zhuǎn)矩的破壞作用在20世紀下半葉才得以解決（改集體驅(qū)動為單輥驅(qū)動，改剛性連接為超越離合連接等），但其破壞作用的機理直到

17、20世紀80年代末材被闡明。另外，就矯直理論的總體來看，仍然處于粗糙階段，首先就是其基本參數(shù)的確定還要依靠許多經(jīng)驗算法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度；其次是許多技術(shù)現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺、矯直噪聲、斜輥矯直特性、斜輥輥形特性、拉彎變形匹配特性等都缺乏理論闡述；再次是理論的概括性不夠，一套公式不僅不能包括各種斷面型材，甚至不能包括同類斷面而尺寸和材質(zhì)不同的工件，如彎矩與矯直曲率等都缺少通用表達式。20世紀70年代以來，矯直技術(shù)與矯直理論的發(fā)展明顯加快，如拉彎矯直技術(shù)很快走向成熟；開發(fā)成功平動（萬能）矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)、全長矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變凸度及變輥距矯直技

18、術(shù)，以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等；完善了等距雙曲線輥形設計法；創(chuàng)立了等曲率遞減反彎輥形設計法、矯直耗能計算法、主要工藝參數(shù)計算法、兩種拉彎制度的定性與定量分析以及負轉(zhuǎn)矩和超前接觸分析法；尤其在利用相對值概念對各種矯直過程進行定量分析工作中取得了系統(tǒng)化的成果，為矯直技術(shù)數(shù)字化處理打下了基礎。 1.3 矯直機的發(fā)展及現(xiàn)狀 我國已有中厚板軋機31套，正在建設或計劃建設中厚板軋機約24套，中厚板軋機合計約55套(未含臺灣)，中厚板年生產(chǎn)能力約4900多萬噸。中厚板軋鋼廠熱矯直機有近一半已進行了技術(shù)改造,安裝了新型四重式11輥、上輥或下輥可整體傾動、可快速換輥的恒輥距矯直機。還有一半熱矯直機和多數(shù)冷矯直機

19、是50~60年代的臺式矯直機。目前國內(nèi)外鋼板矯直機均是恒輥距矯直機,或少數(shù)雙恒輥距矯直機。 　　發(fā)展狀況 　　國際知名的的冶金設備供應商（德國的MDS、SMS-Demag和日本的MHI 等）不斷提高矯直機性能，使高剛度、全液壓和自動化功能更強，對鋼板的矯直效果更好。應用技術(shù)一般有預應力機架、液壓平衡系統(tǒng)、換輥裝置、壓下系統(tǒng)（AGC）、彎輥系統(tǒng)（APC系統(tǒng)）、輥系分組傳動或單獨傳動等。 　　對于矯直機傳動系統(tǒng)而言，普遍采用電機、減速齒輪分配箱、安全聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器到矯直輥的傳動方式。矯直機矯直鋼板時,由于長度方向發(fā)生塑性變形,導致鋼板與矯直輥速度差可達到3%,因而產(chǎn)生附加扭矩,以往的整

20、體傳動易導致接軸和齒輪損壞,同時當矯直輥與鋼板產(chǎn)生速差時,鋼板打滑現(xiàn)象會損傷表面, 為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生,矯直輥盡量采用單獨傳動或分組傳動,同時還可用于控制張力。 　　國際上比較著名的軋鋼設備生產(chǎn)商主要在德國、日本等西方發(fā)達資本主義國家。例如德國的德馬克、西馬克，日本的三菱重工等大集團。 　　我國20世紀五、六十年代的大部分矯直機的輥系都采用大節(jié)距大工作輥，矯直厚度范圍僅在4~5倍，支承輥承載能力低，使矯直能力低下，且工作輥軸承座是整體、固定不可調(diào)節(jié)的，造成矯直鋼板質(zhì)量低，產(chǎn)品成材率低。 　　厚板矯直技術(shù)在我國起步較晚，且理論研究較生產(chǎn)落后的現(xiàn)象突出，經(jīng)過近些年來工業(yè)的發(fā)展和自身技術(shù)的

21、進步，矯直機的性能和各項參數(shù)都有了很大的改善。鋼板的寬度、厚度及長度規(guī)格也在不斷擴大。 2005年3月1日投產(chǎn)的寶鋼5m熱矯直機由SMSD設計，是全液壓9輥調(diào)節(jié)矯直機。最大矯直力可達44000KN，鋼板的矯直溫度范圍也較寬：400~1100℃，鋼板的厚度范圍在10~80mm，寬度可達4800mm，矯直速度也達到0.5~2.5m/s。其矯直機電動機功率為220KW。舞陽軋鋼廠生產(chǎn)的最厚鋼板能達到700mm（900mm厚鋼錠生產(chǎn)，不保探傷）。 目前，厚板矯直機已由二重式發(fā)展到四重式，輥子為傾斜布置、成組換輥，并設過載保護裝置，機架采用預應力框架結(jié)構(gòu)，增大剛度。四重式矯直機，在結(jié)構(gòu)和輥系布置上做

22、了很大改進，改變了原有二重式熱矯直機矯直質(zhì)量不理想、輥距大、矯直能力低、維修不便等缺點，使矯直厚度范圍擴大到10倍左右。使矯直機向自動化、全液壓、高負荷、高剛度、多功能、強力矯直技術(shù)發(fā)展，即采用第三代矯直機，進一步提高鋼板表面質(zhì)量。 1.4 平行輥矯直法的簡介 平行輥矯直法是把間斷的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法。 壓力矯直法是將條材的彎曲部位放置在兩個支點之間用壓頭對彎曲部位進行反向壓彎。當壓彎量選定合適時，壓頭抬起后條材彈復變直，完成一維彎曲的矯直任務。當條材有側(cè)彎時再將其彎曲部位移至壓頭處進行反彎完成第二次的一維矯直任務。當一根跳財具有多處的不同程度和不同方位的彎曲時，則需要

23、進行多部位、多方向和多次的一維反彎矯直工作，即用一維反彎完成多部位二維彎曲矯直任務。 平行輥矯直是從入口到出口交錯布置若干個互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進行多次反復壓彎以達到矯直目的。不僅顯著提高工作效率，而且能獲得很高的矯直質(zhì)量。這種矯直法在板材及型材矯直中得到廣泛應用，不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)條件下也能矯直其側(cè)彎曲；不僅能矯直板材的縱向波浪，在增加彎輥將其輥系進行直角組合或稱平立輥組合，即將一組水平輥與一組垂直輥組合起來形成復合輥系可以對二維彎曲嚴重的線材及小型材進行有效的矯直。 第2章 矯直部分的設計 矯直部分的設計是本設計中至關

24、重要的設計部分，一個產(chǎn)品的設計最重要的技術(shù)核心。只有把矯直部分很好的設計，滿足一定的要求，才能使其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品達到一定的技術(shù)指標。本設計采用平行輥矯直法。平行輥矯直機必須具備兩個基本特征，第一是具有相當數(shù)量交錯配置的矯直輥以實現(xiàn)多次的反復彎曲；第二是壓彎量可以調(diào)整，能實現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。本章主要介紹根據(jù)矯直原理對矯直輥數(shù)的確立，以及矯直輥所承受的力和整體的結(jié)構(gòu)設計。 2.1矯直輥數(shù)的確立 我設計的矯直機所矯直的角鋼橫截面形狀如圖2-1。 圖2-1 需要矯直的角鋼橫截面 本設計的技術(shù)要求：1.撓曲度全長不大于3mm； 2.扭曲不大于0.5

25、； 原料全長2000mm，鋼板厚度為3mm 2.1.1 矯直輥數(shù)與鋼板厚度的關系 很多資料書上給出了矯直輥與鋼板厚度的經(jīng)驗關系如表2-1: 表2-1 鋼板厚度和矯直輥數(shù)的關系 鋼板厚度h/mm 0.20-1.5 1.5-5.0 >5.0 輥數(shù) 29-17 17-11 9-7 以上表格為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，下面進行定量分析，進一步準確確定輥數(shù)。 2.1.2 矯直的理論計算 1. 首先對第一個技術(shù)要求進行對輥數(shù)的確定 圖2-2 需要計算的截面 保證撓曲度全長不大于3mm，可以對圖2-2的菱形截面進行進行矯直計算，如果能把該菱形截面矯直，那么整體也能滿

26、足條件。 菱形斷面的彎矩比與曲率比的關系如下： =2-2+ （2-1） =2-+ （2-2） 運用公式進行本設計計算： C==2-+ （2-3） C= C-= C-2+- （2-4） 根據(jù)以上公式可以計算9輥后對應的殘留撓度值 可以設原始曲率C值為5，輥系矯直過程解析表2-2。 表2-2 矯直過程解析表 輥數(shù) C C C= C 1

27、/2 3 4 5 6 7 8 9 5 0.34 0.14 0.06 0.01 0.009 0.0077 0.0066 1.96 1.6 1.4 1.2 1.19 1.18 1.17 1.156 0.34 0.14 0.06 0.01 0.009 0.0077 0.0066 0.005 由以上數(shù)據(jù)可知：A=AC= (較高強度=1000MPa，E=206000Mpa,H=3mm) A=0.005=0.000011441mm 與此A相應的曲率半徑為：=1/ A=87398mm 每米長工件的相應撓度為：- 所以87398-=1m

28、m 全長=2=2mm<3mm 故滿足技術(shù)要求。 根據(jù)經(jīng)驗，矯直機的矯直輥的第一輥與最后一棍不起矯直作用，所以輥數(shù)為11個。 2.根據(jù)技術(shù)要求確定對輥數(shù) 要保證扭曲不大于0.5，可以取下圖中的長方形截面進行計算校核。只要長方形截面能滿足技術(shù)要求，那么該角鋼的扭曲度就能滿足技術(shù)要求。 長方形斷面的彎矩比與曲率比的關系如下： =1.5-0.5 （2-5） =1.5- （2-6） 圖2-3 需要計算的截面 運用公式進行本

29、設計計算： C==1.5- （2-7） C= C-= C-1.5+ （2-8） 根據(jù)以上公式可以計算11輥后對應的殘留扭曲值 可以設原始曲率C值為5，輥系矯直過程解析如表2-3： 表2-3 矯直過程解析表 輥數(shù) C C C= C 1/2 3 4 5 6 7 5 0.214 0.082 0.044 0.027 0.019 1.488 1.273 1.193 1.148 1.12 1.101 0.214 0.082 0.044

30、 0.027 0.019 0.013 由以上數(shù)據(jù)可知：A=AC0.013 (較高強度=1000MPa， E=206000Mpa,H=3mm) A=0.013=0.000042071mm 與此A相應的曲率半徑為：=1/ A=23769mm 每米長工件的相應撓度為：- （2-9） 所以23769-=5.26mm 所以全長=25.26=10.52mm ；==0.302<0.5 故符合技術(shù)要求。 根據(jù)經(jīng)驗，矯直機的矯直輥的第一輥與最后一輥不起矯直作用，所以輥數(shù)為9個。 根據(jù)以上計算可以得知，在滿足技術(shù)要求的條件下，矯直輥數(shù)為11個，與經(jīng)驗數(shù)據(jù)相

31、吻合。 2.2 矯直輥的結(jié)構(gòu)設計 矯直輥的結(jié)構(gòu)設計很重要，它能反映一個產(chǎn)品功能的強大，好的結(jié)構(gòu)設計不但能提高生產(chǎn)效率，而且還能保證較高的質(zhì)量。 31 2.2.1 矯直輥徑與輥距的確定 矯直輥的主要任務是使工件得到矯直所需曲率的壓彎，其次還需考慮咬入條件和強度上的需要。查詢《矯直原理與矯直機械》得： ① 矯直所需壓彎曲率要明顯大于彈性極限曲率（），其增大倍數(shù)與工件材質(zhì)和斷面有關。 D= （2-10） 角鐵材料選用Q235，則E=200GP，，解得： D=900mm，則mm ② 按接觸強度計算：

32、d (2-11) 解得： mm，則mm ③ 按咬入條件計算： （2-12） 解得： mm，則mm 由①②③知： 可取D=150mm。 矯直輥距與輥徑直接相關，輥距大小與咬入條件又互有影響。輥距過大，壓彎量必然增大，時輥縫變小，對咬入不利。輥距與輥徑的結(jié)構(gòu)關系，通常用下式表示： P=aD （2-13） (a=1.1-1.2) 本設計取輥距p=180mm 2.2.2 矯直輥上下兩輥中心距地確定

33、考慮到角鋼的形狀，上下兩輥之間的間距為4mm，輥徑為150mm，取中心距為128mm, 矯直輥軸徑d=55mm，軸承采用7010C型角接觸球軸承。設計如圖2-4： 圖2-4 矯直輥 2.2.3 矯直輥的整體設計 經(jīng)過上面的計算可以作出設計如圖2-5： 由于矯直輥需要傳動，而矯直上下輥之一必須是可以上下調(diào)節(jié)，只有這樣才可以給工件一個垂直方向的力，進而來給工件一個反彎距，這樣不間斷的進行壓彎，彈復，壓彎，最終達到矯直目的。 圖2-5 矯直輥結(jié)構(gòu)圖 2.3 矯直輥的整體強度校核 強度校核是機械設計中必不可少的一部分，沒有強度的校核，就不是一個完整的設計。一個沒有校核的

34、產(chǎn)品是很危險的，不但影響工作，而且會影響到操作工人的人身安全。 2.3.1 矯直輥主要參數(shù) （1）矯直輥所受的彎矩 前面介紹過，矯直方案就是矯直彎矩的根據(jù)。（=235Mpa） M=M= M（2-+） （2-14） M=1.96=1466N. mm （2-15） （2）矯直輥所受的壓力 在輥式矯直機上，作用在各輥子上的壓力可按照軋件各斷面的力矩平衡條件求出。 P=M ；=M ； P= M... （2-16） 根據(jù)分析，矯直輥系中，第三輥的受力是最大的，因

35、此，矯直輥的設計及強度計算應以第三輥上載荷為基準進行。 P= M=47N 作用在輥上的壓力總和 = M（n-2）=423N （3）矯直輥上的矯直扭矩 矯直扭矩是指使軋件產(chǎn)生彎曲變形所需的力矩。根據(jù)矯直扭矩在棍子上產(chǎn)生的矯直功應等于使軋件產(chǎn)生彎曲變形功的功能相等原則，其公式如下 T=f=0.0846KN.m (4)矯直輥所需總功率 P=2nT 矯直速度與鋼板厚度的關系如表2-4。 表格2-4 矯直速度與鋼板厚度的關系 鋼板厚度h/mm 矯直速度v/m.s 冷軋 熱軋 0.5-4 4-30 6.0-0.5 0.5-0.1 1.0-0.3 由于本

36、角鋼在直角處的厚度為3>4矯直速度的設為0.32m/s，故n=56.6r/min 所以P=0.50kw 每輥上的功率為0.05kw。 2.3.2 矯直輥主動軸的強度校核 根據(jù)所設計的矯直輥的結(jié)構(gòu)，設計的軸如圖2-6： 圖2-6 矯直輥主動軸 材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。所受的力如圖2-7。 圖2-7 主動軸的受力圖 軸上的功率為P=0.05kw； 所以：T=9550000=8437N.mm 已知左端齒輪的分度圓直徑d=84mm； 所以：F==201N；F=tan F=73N (=20) BC=375mm；AB=276mm f=4N () 由受力

37、圖2-7可知水平面內(nèi)的受力分析如下 -FBC-FAB+AB=0得 =108N； =14N 得 =271N =65N 水平和垂直面上受的彎矩圖如圖2-8： 圖2-8 主動軸彎矩圖 由圖得出=41669N.mm =20662N.mm 按彎扭合成應力校核的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的界面即危險界面的強度，軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6，軸的計算應力： =52.6Mpa 材料為45鋼，[]=60Mpa,< [] 故安全。 被動輪軸和主動輪軸直徑相同，所受之力遠遠小于主動輪，故從動輪也是安全的。

38、 2.4 本章小結(jié) 本章通過矯直原理確定了矯直輥的數(shù)目，以及矯直輥所需的矯直力。并且在矯直輥的設計中，采用獨立分布的特點，避免了因整體傳動導致接軸和齒輪損壞,和同時因矯直輥與鋼板產(chǎn)生速差時,鋼板打滑現(xiàn)象損傷表面,同時還可用于控制張力。 第3章 主傳動部分的設計 機械中的傳動方式主要有三種：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動。本設計采用的傳動方式為最常見的齒輪傳動。齒輪傳動的特點如下 主要優(yōu)點：工作可靠，壽命長，傳動比準確，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率及速度適應范圍廣。 主要缺點：制造精度要求高，制造費用大，精度低時震動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。 考慮各種情況，

39、本課題選擇齒輪傳動比較合適。 本章主要介紹矯直機的傳動部分的結(jié)構(gòu)設計和主要零件的校核。 3.1 傳動的結(jié)構(gòu)設計 由于矯直輥需要11個，需要傳動的距離比較大，所以要采用多級齒輪來帶動矯直輥的轉(zhuǎn)動。傳動結(jié)構(gòu)大致如圖3-1： 圖3-1 齒輪傳動圖 由于矯直輥分為上下兩輥，而相鄰的兩個矯直輥的主動軸不在一個水平線上，所以把傳動齒輪的齒輪軸線放置在矯直輥中心距的中點，使傳動齒輪軸帶動的懸臂齒輪能夠同時帶動相鄰的兩個齒輪軸轉(zhuǎn)動。 另外轉(zhuǎn)向問題，由于相鄰的兩個矯直輥的主動軸式一上一下，而工件加工方向是一個方向—（向右）所以相鄰的兩個齒輪軸的轉(zhuǎn)向相反。 要達到相反的功效，相鄰的兩個矯直輥的驅(qū)

40、動齒輪軸不能是一個，所以采用上圖所示的結(jié)構(gòu)，一個傳動齒輪軸帶動一個矯直輥，相鄰的矯直輥由相鄰的傳動齒輪軸帶動，故方向能夠得到保證。 傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)如下： （1）懸臂齒輪分度圓直徑d 首先要保證矯直速度v=0.32m/s,矯直輥的轉(zhuǎn)速n=56.6r/min，矯直輥主動軸上的懸臂齒輪分度圓直徑d=84mm。要保證傳動軸線在一個水平線上，同時要帶動矯直輥，所以設計的傳動軸上的懸臂齒輪的分度圓直d=127-84=43mm。傳動比i=2:1。如圖3-2所示。 圖3-2 懸臂齒輪 (2)傳動齒輪分度圓直徑d 由于矯直部分所決定的輥距t=180mm，所以傳動齒輪的分度圓直徑為180m

41、m。傳動齒輪采用等速傳動，傳動i=1，如圖3-3。 圖3-3 傳動齒輪 齒輪軸斷面直徑d=45mm,軸承型號為7208，外形尺寸d=40mm. （3）齒輪軸所受最大功率P 前面矯直部分已經(jīng)得知矯直輥的功率p=0.05kw.由傳動結(jié)構(gòu)決定傳動齒輪為13個，其中一個是用來和軋制部分相連接，一是解決中心過大問題，二是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向問題。且直徑d=120mm。另外一個在軋制輥軸上直徑d=125，整個傳動系統(tǒng)的傳動比基本保持一致。 圖3-4 調(diào)向齒輪 取齒輪傳動的效率為0.98，軸承的傳動效率為0.98。因此可以得出從軋制部分輸入的功率P=0.89kw。 調(diào)向齒輪的功率P=0

42、.89=0.87kw。 扭矩T=9550000=9550000=281644N.mm 3.2 傳動部分的強度校核 （1）傳動齒輪的強度校核 校核的該齒輪是傳動系統(tǒng)中承受載荷最大的，該齒輪的強度影響整個機器是否能夠長時間工作，所以該齒輪在設計中必須要重點考慮。齒輪位置如圖3-5。 圖3-5 校核齒輪 材料：20 一天八小時，單班制，工作壽命15年 試選載荷系數(shù)K=1.3。Z=48 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T=9550000=9550000=281644N.mm 選齒寬系數(shù)=0.4。 查《機械設計》10—6查得材料的彈性影響系數(shù)Z=189

43、.8MPa. 由《機械設計》圖10—21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 =780Mpa；大齒輪的接觸疲勞強度極限=700 Mpa。 由式《機械設計》10—13計算應力循環(huán)次數(shù)： N=60nJL=6029.51（830015）=6.37210 N=6.11310 由《機械設計》圖10—19取接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.90；K=0.95。 計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,由《機械設計》式（10-12）得 []==0.9780=702Mpa []==665Mpa 計算小齒輪分度圓直徑d,代入[]中較小的值。

44、 d=2.32=122.2mm 圓周速度v==0.19m/s。 計算載荷系數(shù)： 根據(jù)v=0.18m/s,7級精度，由《機械設計》圖10-8查得動載荷系數(shù)K=1; 直齒輪，=1； 由《機械設計》表10-2查得使用系數(shù)K=1； 由《機械設計》表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪響度支撐非對稱布置時，K=1.16。K=1.15。 K= KKKK=1=1.16 按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式得 =117.6mm。 按齒根彎曲強度設計： 由《機械設計》式（10-5）得彎曲強度的設計公式為： m （3-1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)

45、值： 由圖《機械設計》10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=600Mpa，大齒輪彎曲強度極限=550Mpa。 由圖《機械設計》10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.85,K=0.88； 計算彎曲疲勞許應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式得 []==364.29Mpa []=345.71 Mpa 計算載荷系數(shù)K K= 查齒形系數(shù)： 由《機械設計》表10-5查得 =2.332 =2.32 查應力校正系數(shù)： 由《機械設計》表10-5查得 =1.692 =1.70 計算大、小齒輪的并加以比較。 ==0.01083

46、 ==0.01141 大齒輪的數(shù)值大。 設計計算： m=2.001mm 因此，取m=2.5，d=180mm 3.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計和零件的設計校核，傳動系統(tǒng)是一個機器能量傳遞的橋梁，是機械設計中一個重要的環(huán)節(jié)。該傳動結(jié)構(gòu)的設計能夠?qū)崿F(xiàn)上一章的矯直輥的單獨傳動。 第4章 進料部件的設計及強度校核 工件從進料部件中進入到矯直輥中進行矯直處理。進料部件的設計關系到工件能否順利進行矯直的關鍵。 4.1軋制部件的設計 本課題所設計的軋制不部件不是用來把工件軋制成型的，而是把軋制成型的部件拉入矯直輥

47、區(qū)進行矯正作業(yè)。 一、定中心距： 考慮到工件的咬入，軋輥的直徑不宜過小。根據(jù)結(jié)構(gòu)選定中心距為200mm。 二、軋輥大小及結(jié)構(gòu)的設計： 本課題設計的軋輥的大小取軋制成型軋輥大小的近1/2。軋輥的作用是夾緊角鋼往矯直輥區(qū)傳送。上下輥的最大半徑是108mm，設計如圖4-1： 圖4-1軋拉結(jié)構(gòu) 上軋輥采用彈簧浮動結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對工件的壓緊，在工作時，先對上軋輥施加一個預緊力（本設計預緊力F=1000N），以便壓緊角鋼。下軋輥不動，由帶輪帶動獲得一個對工件的牽引力。 四、軋輥的功率 軋輥的作用是拉動角鋼前行，速度比前軋輥大（v=0.26m/s）,故，該軋輥要大于它，取V=0.32m/s，

48、轉(zhuǎn)速n=28.3r/min,要想拉動角鋼，不僅速度要大，牽引力也要大，根據(jù)前面同學設計，在滿足該軋輥能夠克服前軋輥摩擦力和本輥的摩擦力總和不大于500N。所以設計該軋輥的功率為0.3kw，提供的牽引力遠遠大于摩擦，所以能夠帶動前進。 4.2 軋輥軸的強度校核 如果V帶是連接前后的傳動方式，起到了重要作用，那么軋輥軸正是實現(xiàn)傳動很好的結(jié)構(gòu)橋梁。它同樣起到至關重要的作用。如圖4-2所示： 圖4-2 軋輥軸示意圖 該軸的軋輥處的直徑d=60mm,兩端軸承支承處的直徑d=55mm。該軸的受力分析圖如圖4-3： 圖4-3 軸的受力分析圖 材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。所受的力如下 軸上的

49、功率為P=1.2kw； 所以：T=9550000=404947N.mm 已知左端齒輪的分度圓直徑d=125mm； 所以：F==4694N；F=tan F=1708N (=20) AC=161mm；AB=268mm；BD=102mm ；預緊力F=1000N f=212N () 由受力圖可知水平面內(nèi)的受力分析如下 FBC+fAB-AB-BD=0得 =2149N； =10089N 得 =6145N =5279N 水平和垂直面上受的彎矩圖如圖4-4： 圖4-4 軸的彎矩圖 由圖得出=804053N.mm =748638N.mm

50、=905660 N.mm 按彎扭合成應力校核的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的界面即危險界面的強度，軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6，軸的計算應力： =56.4Mpa 材料為45鋼，[]=60Mpa,< [] 故安全。 4.3本章小結(jié) 本章主要介紹了進料部件的設計，和重要零件的校核。其中軋制部分的結(jié)構(gòu)設計極其重要，它是把軋制成型的角鋼推向后面的矯直區(qū)的一大動力。它本身又是整個矯直結(jié)構(gòu)部分傳動系統(tǒng)的一部分，所以必須能夠保證其剛度和強度。因此對其重要的軸進行強度的校核是很有必要的。

51、 第5章 進料部件、皮帶輪的設計 皮帶輪帶動軋輥拉動工件從進料部件中進入到矯直輥中進行矯直處理，進料部件、皮帶輪的設計關系到后面的矯正、矯直能否順利。 5.1 進料部件的設計 進料部件是角鋼軋制成型后在軋輥的拉動下送往矯正輥區(qū)的橋梁。所以它的形狀也必須和角鋼斷面外形相似，設計如圖5-1所示： 圖5-1 進料口 考慮到鋼板在炸成角鋼后，不僅在形狀上有變化，而且會伴隨著彎曲的存在，所以進料口的厚度設計為5mm方便角鋼順利通過。 5.2 皮帶輪的設計 帶傳動時一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳動帶。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特

52、點，在近代機械中應用廣泛。 圖5-2 帶傳動示意圖 帶的傳動類型一般有兩種：摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動。在摩擦帶傳動中，根據(jù)傳動帶的橫截面形狀的不同，又可以分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動。 平帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，帶輪葉容易制造，在傳動中心距較大的情況下應用較多。常用的平帶有帆布芯平帶、編制平帶（棉織、毛織和縫合棉布帶）、棉綸片復合平帶等數(shù)種。 圓帶結(jié)構(gòu)簡單，其材料常為皮革、棉、麻、錦綸、聚氨脂等，多用于小功率傳動。 V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時，V帶的兩個側(cè)面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動允許的傳動比大，結(jié)

53、構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已經(jīng)標準化。V帶傳動的上述特點已經(jīng)廣泛的應用。本課題采用V帶傳動，V帶的具體設計如下： 1.確定計算功率P 由《機械設計》表8-7查得工作情況系數(shù)K=1(該機器每天工作8小時，載荷變動微小。所以： P= KP=1=1.2kw (P是矯直輥的功率和軋輥的功率總和) 2.選擇V帶的帶型： 根據(jù)P、n由《機械設計》圖8-11選用B型帶。 3.確定帶輪的基準直徑d和帶速v 由《機械設計》表8-6和表8-8，取小帶輪的基準直徑d=150mm； V===0.22m/s 計算大帶輪的基準直徑： 傳動比i=2.32，故d=348mm。 4.確定V帶的

54、中心距a和基準長度L 根據(jù)《機械設計》式（8-20），初定中心距a=500mm。 由《機械設計》式（8-22）計算帶所需的基準長度 L2a=1801.46mm 由《機械設計》表8-2選帶的基準長度L=1800mm。 按《機械設計》式（8-23）計算實際中心距a。 500mm 5.驗算小帶輪上的包角 157.3 6.計算帶的根數(shù)z 計算單根V帶的額定功率P。 由d=150mm和n=28.3r/min,查《機械設計》表8-4a得P=0.34kw。 根據(jù)n=28.3r/min,i=2.32和B型

55、帶，查《機械設計》表8-4b得=0.02kw。 查《機械設計》表8-5得K=0.94,由表8-2得K=0.95，于是 P=（P+）K K=(0.34+0.02)=0.32kw 計算V帶的根數(shù)z. Z= P/ P=3.75 取4根 7.計算單根V帶的初拉力的最小值（） 由《機械設計》表8-3得B型帶的單位長度質(zhì)量q=0.18kg/m,所以 （）= 硬使帶的實際初拉力F>（） 8.計算壓軸力F 壓軸力的最小值為 （F）==8879N 5.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了進料、皮帶輪的設計，皮

56、帶輪帶動軋制部件運轉(zhuǎn)，是很重要的部分。 結(jié)論 本課題題目是“非標角鋼冷軋矯直機的設計”。矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)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。不過理論滯后于實踐的現(xiàn)象比較明顯。 對于矯直機傳動系統(tǒng)而言，普遍采用電機、減速齒輪分配箱、安全聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器到矯直輥的傳動方式。矯直機矯直鋼板時,由于長度方向發(fā)生塑性變形,導致鋼板與矯直輥速度差可達到3%,因而產(chǎn)生附加扭矩,以往的整體傳動易導致接軸和齒輪損壞,同時當矯直輥與鋼板產(chǎn)生速差時,鋼板打滑現(xiàn)象會損

57、傷表面, 為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生,矯直輥盡量采用單獨傳動或分組傳動,同時還可用于控制張力。 本文首先通過對矯直原理的學習了解，通過大量計算確定矯直輥數(shù)目。然后根據(jù)工件的形狀確定輥形進而來對整個矯直輥結(jié)構(gòu)進行設計。其次就是動力傳動和引導裝置的設計。 綜合了傳統(tǒng)與現(xiàn)代的設計思想，本課題采用矯直輥在矯直機平臺上，均勻而且獨立分布。通過這種設計，實現(xiàn)了矯直輥能夠單獨傳動，而不會像以往的整體傳動那樣因為矯直輥與工件的速度差導致一些表面損傷現(xiàn)象，同時它能夠保證在矯直輥失效時，能夠及時快速的替換從而保證較高的工作效率。 參考文獻 [1] 吳宗澤．

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