Φ219七輥矯直機(jī)壓下裝置設(shè)計(jì)論文

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1、第34頁 1 緒論 1．1矯直設(shè)備的發(fā)展 1．1．1矯直設(shè)備的發(fā)展概況 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。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明222型六輥式矯直機(jī)，顯著提高了管材矯直質(zhì)量。20世紀(jì)60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題，美國薩頓公司研制成功313型七輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設(shè)計(jì)研制成果，有小到φ1.6mm金屬絲矯直機(jī)和大到φ600mm管材矯直機(jī)。有速度達(dá)到300m/min的高速矯直機(jī)和精度達(dá)到0.038mm/m的高精度矯直機(jī)。 同時也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備

2、。進(jìn)入90年代我國在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機(jī)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(jìn)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(jī)，多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)，平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動切料機(jī)等研制方面相繼取得成功， 1．1．2矯直作用 軋制和熱處理后的管材有一系列的缺陷，其中主要的是縱向彎曲和橫斷面的橢圓度。為了消除這些缺陷，需設(shè)置斜輥式鋼管矯直機(jī)，在矯直過程中，鋼管在矯直輥間作直線前進(jìn)的同時還進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過鋼管在矯直輥中反復(fù)多次彈性彎曲使鋼管達(dá)到矯直的目的。 1． 2矯直設(shè)備分類 1．2．1矯直機(jī)的分類 按工作

3、原理不同劃分為五大類。第一類稱為反復(fù)彎曲矯直機(jī)，它們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕黄矫鎯?nèi)對工件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減小壓彎量，直到壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。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)時彈復(fù)變直。第三類稱為拉伸矯直機(jī)，它依靠拉伸變形把原來長短不一的縱向纖維拉成等長度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直。第四類稱為拉彎矯直機(jī)。它是把拉伸與彎曲變形合成起來使工件兩個表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時間發(fā)生，全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時發(fā)生的，既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。第五類稱為拉坯矯直設(shè)備，它是在拉動

4、連鑄坯下行的同時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)下所需的矯直力是較小的。 具體進(jìn)一步分類如圖1.1所示： 　　　　　　　　 ,圖1.1 （５）拉坯矯直機(jī) 拉坯矯直機(jī)在連鑄系統(tǒng)中占有重要位置，取得了很大發(fā)展，已經(jīng)自成體系。 1．2．2鋼管矯直機(jī)分類及適用范圍　 在矯直管、棒等圓形斷面條材時若采用平行輥矯直機(jī)則存在兩個致命的缺點(diǎn)：第一，只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲。若矯直其它各方面的縱向剖面的彎曲常需要進(jìn)行多次的變方位的矯直過程；第二，圓材在矯直過程中容易產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不僅達(dá)不到矯直目的，反而要產(chǎn)生嚴(yán)重的螺旋形彎曲（俗

5、稱麻花彎），使產(chǎn)品報(bào)廢。為了消除上述的缺點(diǎn)，在生產(chǎn)中常采用斜輥矯直機(jī)。 常見的斜輥矯直機(jī)的類型及用途： 1、 2斜輥矯直機(jī)：這種矯直機(jī)用于矯直棒材，也可用于矯直厚壁管材。 2、 3斜輥矯直機(jī)：只適用于矯直長度較小，直徑較大，壁厚很薄的小量管材，故至今沒有發(fā)展起來。 3、 多斜輥矯直機(jī) (1)、212型5輥式矯直機(jī)：適用范圍寬，表面質(zhì)量好，可以一機(jī)多用。但上輥穩(wěn)定性低，傳動系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高。 (2)、222型6輥式矯直機(jī)：這種矯直機(jī)既可以矯直管材又可以矯直棒材。 4、6輥以上的斜輥矯直機(jī) (1)、12121型7輥式矯直機(jī)：這種矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材，不僅可以矯

6、直管材的彎曲度也可以消除管材的隨圓度。 (2)、1－12（8）型8輥式矯直機(jī)：它有較廣的適用范圍，可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線、擠壓生產(chǎn)線、電鍍生產(chǎn)線及有色金屬管的軋制生產(chǎn)線。 5、313型斜輥矯直機(jī)：這種矯直機(jī)只能用于大直徑圓材的矯直。 1．2．3斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1、1-1（5）輥系 如圖1.2（a）所示，上下輥一一交錯，此輥系常駐由５個輥?zhàn)咏M成，上三下二，上輥短，下輥長。入口側(cè)長輥處可使圓材得到較大的均勻的塑性彎曲，到出口側(cè)長輥處則按較小的塑性彎曲進(jìn)行壓彎在反復(fù)后達(dá)到矯直的目的。 2、212輥系　如圖1.2（b）所示，5輥式管材矯直機(jī)的專用輥系，它把原來

7、輥系中兩端短輥移到長輥上方，形成兩對壓緊輥。 3、2輥系 如圖1.2（c）所示，它的矯直功能來自輥形的凸凹變化，它是以矯直短圓材的獨(dú)特性而受到重視，又以能矯直圓材兩端和能壓光圓材表面而得到不斷發(fā)展。 4、12121輥系　如圖1.2（d）所示，可以把它看成是圖1.2（a）和圖1.2（b）兩種輥系的綜合。圓材在壓緊輥間的塑性變形區(qū)得到延長，壓扁矯直和圓整能力得到增強(qiáng)，矯直速度有所提高，對管棒材矯直都可適用。 5、222或2-2（6）輥系　如圖1.2（e）所示，６個輥?zhàn)尤繛轵?qū)動輥，這種輥系的兩端輥主要起壓扁矯直和圓整作用，并有利于工件的咬入，中間輥可以保證較長的塑性彎曲區(qū)，使已經(jīng)壓扁矯直部

8、分尚存的彎曲得到矯直。 6、2221或2-21（7）輥系　如圖1.2（f）所示，此輥系是在222輥系后面增加一輥，新增加一個輥?zhàn)悠鸬淖饔煤艽?，它可以增大?對輥處塑性彎曲區(qū)的長度，并在壓下量合適的條件下易于達(dá)到工作彈復(fù)變直的要求。而且這種改進(jìn)的輥系對于矯直管材也有提高質(zhì)量的作用。 7、21-1（9）輥系　如圖1.2（g）所示，這種矯直輥系入口端的一對壓緊輥可以保證工件快速咬入和對管材的壓扁矯直作用，3個長輥處可以實(shí)現(xiàn)３段遞減的等曲率性變性區(qū)，有助于提高矯直速度。 8、313輥系　如圖1.2（h）所示，此輥系比較特殊，前后各用３個斜輥按相隔120°環(huán)抱管材，既可以按三角壓扁方式起到矯直和圓

9、整作用，又可以利用中間輥進(jìn)行三段的連續(xù)壓彎，可用較小的壓彎改善壓扁矯直效果，使大直徑薄壁管找到了較好的矯直途徑。 圖1.2 斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1．3斜輥矯直的工作原理 斜輥矯直機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)反彎矯直原理，旋轉(zhuǎn)反彎矯直主要用于圓材矯直，旋轉(zhuǎn)矯直中最常見的方法是多斜輥矯直法，是在斜輥矯直機(jī)上進(jìn)行的。由于圓材的原始彎曲是多方位的。因此，在矯直時要使圓材繞軸線旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)的同時能使其反彎程度由小到大，再由大到小連續(xù)變化，才能使任何方位的原始彎曲都能得到可靠的反彎矯直。斜輥矯直機(jī)的作用是強(qiáng)迫圓材在反彎狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，達(dá)到矯直的

10、目的。如圖1.4所示： 1——K-x曲線 2——M-x曲線 圖1.4 旋轉(zhuǎn)反彎矯直過程中彎矩與塑性區(qū)分布 圓材在斜輥間反彎前進(jìn)，走過每一個螺旋導(dǎo)程時反彎量的減少梯度和圓材塑性變形層的深度及均勻度是矯直質(zhì)量的決定因素。因此，圓材在塑性區(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)次數(shù)或稱高頻彎曲次數(shù)越多，各處縱向纖維的變形量差別越小，結(jié)果各處的殘余曲率差也越小，從而使圓材變直。相對而言，如果使彎曲延長，在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)程不變的條件下，也等于增加高頻彎曲次數(shù)，同樣可提高矯直質(zhì)量。 1． 4φ219矯正機(jī)簡介 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的φ219矯正機(jī)采用八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng)。 下面簡述工作

11、過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 矯直機(jī)組具有手動控制和半自動控制兩種工作方法。手動控制用于安裝調(diào)試，換輥，檢修作業(yè)；半自動控制用于正常矯直生產(chǎn)作業(yè)。其機(jī)組工作過程簡述如下： 上料臺架上排布好待矯直的鋼管后，拔料器動作將一支待矯直鋼管送入輸送輥道。布軒在輸送輥道的光電檢測裝置檢測到鋼管后，入口輥道升起，輸送鋼管前進(jìn)；當(dāng)布軒在入口輥道出口端的光電檢測裝置檢測到鋼管后，入口導(dǎo)板動作，使鋼管對中順利進(jìn)入矯直機(jī)；當(dāng)鋼管頭部被咬入第一對矯直輥后，入口導(dǎo)板打開，入口輥道下降，鋼管在橋直機(jī)城經(jīng)反復(fù)旋轉(zhuǎn)彎曲變形后被矯直。當(dāng)鋼管尾部離開第七號輥（導(dǎo)輥）后，出口輥道升起，將矯直后的鋼管輸送到下一工序，即完成一根鋼管的矯直。當(dāng)

12、鋼管離開第三對輥?zhàn)雍?，主傳動系統(tǒng)發(fā)出信號指令輸入輥道抬起迎接下一根待矯鋼管。 2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)、采用了八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng)，提高機(jī)架剛度和矯直度。 (2)、上輥?zhàn)挡捎枚鶎?dǎo)向，導(dǎo)向精度較高，安裝調(diào)整方便。 (3)、上輥采用液壓平衡和鎖緊，消除了螺旋副的間隙和其他安裝間隙， (4)、提高了機(jī)架的剛度，消除了咬入時的沖擊。 (5)、下輥采用液壓缸鎖緊，工作可靠。 (6)、下輥升降電氣傳動安裝在機(jī)座側(cè)面，以便于檢修和調(diào)整。 (7)、轉(zhuǎn)角調(diào)整采用電機(jī)螺旋升降器機(jī)構(gòu) (8)、矯直輥軸承座與轉(zhuǎn)盤做成一體式 (9)、換輥工具采用杠桿平衡砣結(jié)構(gòu)形式。 (

13、10)、潤滑（稀油和干油）按鈕安裝在主操作臺上，以方便操作。 2 矯直機(jī)總體方案的確定 2． 1矯直方案及傳動方案的確定 2．1．1矯直方案 方案一： 采用2-2-2-1型7輥式矯直機(jī)，此矯直機(jī)是使用數(shù)量最多的矯直機(jī)之一。這種矯直機(jī)既可矯直管材也可以矯直棒材，具有穩(wěn)定性高，矯直表面質(zhì)量好，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 方案二： 采用2-1-2型5輥式矯正機(jī)，這種矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍寬，表面質(zhì)量好，可以一機(jī)多用。缺點(diǎn)為上輥穩(wěn)定性低，傳動系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高。 方案三： 采用1-2-1-2-1型7輥式矯正機(jī)，這種

14、矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材， 可以保持工作的良好的表面質(zhì)量，并且可以提高矯直速度。所以它有較廣的適用范圍，可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線等。但制造成本高。 綜上分析，采用方案一。 2．1．2傳動方案 斜輥矯直機(jī)的傳動方式有齒輪和萬向接軸傳動兩種。 方案一：齒輪傳動如圖2.1所示 1-長輥 2-拉桿 3-右立板 4-集油盤 5-端板 6-傳動輪 8-短輥 9-左立板 10-壓下手輪 圖2.1 臥式矯直機(jī)齒輪傳動 此圖為齒輪傳動的臥式斜輥矯直機(jī)，它是由兩個分配軸及圓錐齒輪直接傳動矯直輥的。這種傳動比較緊湊，調(diào)節(jié)輥?zhàn)有苯堑姆秶梢院?/p>

15、大，但輥?zhàn)虞S頭齒輪受輥徑限制不能太大，其強(qiáng)度也受限制。此外，齒輪系統(tǒng)包含在輥?zhàn)D(zhuǎn)盤之內(nèi)，潤滑及密封也不太方便。 方案二：萬向接軸傳動（如圖2.2所示） 圖2.2 立式斜輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)圖 萬向接軸的一端與輥?zhàn)虞S頭相聯(lián)，電動機(jī)與減速分配齒輪箱的出軸相聯(lián)，電動機(jī)與減速分配齒輪箱用聯(lián)軸器聯(lián)接。這種傳動方式使?jié)櫥?、維修及換輥等工作得到改善。此圖為立式機(jī)架的斜輥矯直機(jī)。這種矯直機(jī)采用萬向接軸傳動比較普遍，其優(yōu)越性更大。電動機(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)明顯簡化。具有調(diào)節(jié)方便，工作線高度不變，機(jī)器本體與傳動系統(tǒng)的震動互不干擾等優(yōu)點(diǎn)。由于其上下輥都可傳動，因此，咬入條

16、件及表面質(zhì)量有改善。這種矯直機(jī)傳動方式的不足之處是占地面積和機(jī)架高度大。 2．2上橫梁的壓下裝置 2．2．1上橫梁工作原理描述 為適應(yīng)不同規(guī)格鋼管能在矯直機(jī)中順利的實(shí)現(xiàn)矯直，上橫梁裝配必須實(shí)現(xiàn)以下功能： 1、 應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管，上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào)，同時必須能夠承受上工作輥系傳遞給上橫梁的反力； 2、 矯直機(jī)要能穩(wěn)定、精確矯直，必須在工作過程中上工作輥系不能上、下竄動；保證矯直輥輥面與鋼管能夠良好的接觸，矯直輥必須圓周方向能夠調(diào)整； 3、 矯直機(jī)要達(dá)到高精度，上、下工作輥必須鎖緊，在工作過程中不能轉(zhuǎn)動； 2．2．2壓下調(diào)整方案的確定 為了滿足上述工作

17、原理要求，下面分別對上述四點(diǎn)要求分別闡述： 1、矯直機(jī)要適應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管，上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào)。這一要求，我們采取三種方案加以分析和比較。 上工作輥系上下調(diào)整有很多種方案可以實(shí)現(xiàn)： 方案一：通過液壓缸推、拉動上橫梁來實(shí)現(xiàn)上工作輥系移動。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，控制簡單。 缺點(diǎn)：液體具有可壓縮性和液壓傳動準(zhǔn)確性隨油溫變化較為明顯等原因，所以上工作輥系調(diào)整好后很難保證準(zhǔn)確位置不變，這樣矯直機(jī)的工作精度很難保證。 方案二：采用減速電機(jī)帶動齒輪齒條： 優(yōu)點(diǎn)：可以通過機(jī)械制動實(shí)現(xiàn)上橫梁準(zhǔn)確定位并鎖緊，工作較為可靠。 缺點(diǎn)：傳動機(jī)構(gòu)相當(dāng)笨拙、復(fù)雜，制造成本高，可靠

18、性一般。 方案三：采用減速電機(jī)帶動螺旋副來實(shí)現(xiàn)上橫梁升降：如圖1.5所示 1-擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型電機(jī)減速速器 2-過度座 3-聯(lián)軸器 4-上橫梁 5-絲杠 6-活動梁 7-座板 8-立柱 9-拉桿 10-平衡缸 圖2.3 采用減速電機(jī)帶動螺旋副傳動簡圖 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整精確度較高；結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；控制維護(hù)簡單 缺點(diǎn)：螺旋傳動效率低； 綜上所述，方案三雖然傳動效率低，但此方案用于調(diào)整，在調(diào)整結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)定矯直階段后，固定不動。所以采用此方案。 2、要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確矯直、在工作過程中上工作輥系不能上、下竄動，也就是上工作輥系必須緊密的與上橫梁在一起，不能有任何動態(tài)

19、或靜態(tài)間隔，有三種方案： 方案一：采用彈簧來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平衡： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 缺點(diǎn)：上工作輥系在調(diào)整過程中彈簧的壓縮在不斷的變化，根據(jù)虎克定律，可知彈簧產(chǎn)生的是一個變力，所以很不穩(wěn)定。 方案二：采用螺桿與大螺母相配合來實(shí)現(xiàn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 缺點(diǎn)：在調(diào)整過程中如果工人沒有放松螺桿，那么很容易損壞傳動部件，造成事故， 而且每次調(diào)整后工人要爬到上橫梁上鎖緊螺桿，所以很不方便。 方案三：采用液壓缸來實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整系統(tǒng)壓力可以得到不同的平衡鎖緊力。 缺點(diǎn)：需要一液壓站，成本相對較高。 綜上三種方案，方案三最佳。

20、 3 矯直機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 3． 1φ219矯直機(jī)的主要參數(shù) 矯直力為：3000KN 鋼管直徑：φ133～φ219 鋼管壁厚：4～20mm 角度調(diào)整范圍：27°～37° 鋼管材質(zhì)：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，低合金鋼 最大屈服強(qiáng)度：500MPa 矯直精度：0.5mm／m 下壓力不小于10t，下壓速度為0.8～1.2mm/s。 3．2矯直輥輥形尺寸的確定 3．2．1輥徑的確定 初選輥徑：由文獻(xiàn)[2] 264頁 （4-20）式得： mm時： （3.1）

21、式中：— 矯直輥輥腰直徑，單位為mm； — 管材最大直徑，單位為mm； 取系數(shù)為1.7，則輥徑為： mm 3．2．2輥?zhàn)娱L度的確定 初選輥?zhàn)娱L度：由文獻(xiàn)[2] 264頁 （4-21）式得： mm時： （3.2） 取系數(shù)為1.5，則輥?zhàn)娱L度為： mm 3．2．3輥距的確定 初選輥距： (3.3) 取系數(shù)為2，則輥距為： mm 根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和以往的經(jīng)驗(yàn)，及參照同類型設(shè)備和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最后確定輥形的工藝參數(shù)為： mm mm mm 3．3

22、矯直力的計(jì)算 在上橫粱壓下傳動過程中，中間輥所受的矯直力最大，所以在下面的絲杠設(shè)計(jì)及輥軸的校核過程中都用此力來計(jì)算。 查文獻(xiàn)[1]288頁，式4-78 (3.4) 式中：— 為工件的螺旋導(dǎo)程； — 彈性極限彎矩，，； — 塑性斷面系數(shù)； — 抗彎斷面模數(shù)； mm3 查文獻(xiàn)[5]第378頁，表8-2取 N·mm mm = =2808057.185N 中間上輥的壓緊力可有可無。但是，它的導(dǎo)向作用不可少。因此可以考慮具有輕微的壓緊力并按0.3來計(jì)算。 于是矯直力為： N 3．

23、 4主電機(jī)的選擇 主電機(jī)的型號：24-280-21 功率：110KW×2 轉(zhuǎn)數(shù)：600/1500r/min 主減速器速比：16.57 4 壓下機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4．1螺旋螺母的設(shè)計(jì) 圖4.1 螺旋傳動的受力分析 4．1．1選擇螺旋螺母材料 螺旋采用45鋼淬火，由文獻(xiàn)[9]第1卷3-15頁表3-1-7]查得其抗拉強(qiáng)度MPa，屈服強(qiáng)度MPa，螺母材料用鋁青銅ZcuAl10Fe3（考慮速度低）。 4．1．2耐磨性計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]92頁式（5-44） （4

24、.1） 式中：— 螺紋的中直徑，單位為mm； — 作用于螺桿上的軸向載荷，單位為N；即 — 螺距，單位為mm； — 螺紋的牙形高度，單位為mm； — 許用壓強(qiáng)，單位為MPa； — 可根據(jù)螺母形式選定，對于整體式螺母，由于磨損后不能調(diào)整， 取1.2～2.5； 考慮到螺桿對強(qiáng)度要求較高并單向傳動，采用鋸齒形螺紋。 按國家標(biāo)準(zhǔn)：30°鋸齒形螺紋 。 取 由文獻(xiàn)[1]第93頁表5-12查得許用壓強(qiáng)MPa。取MPa mm 查文獻(xiàn)[9]第2卷 5-25頁表5-1-13（GB/T13576.3-1992）螺紋的基本尺寸： mm；mm；mm；mm； mm； mm 螺

25、母高度： (4.2) mm 取mm 螺母的螺紋圈數(shù)： (4.3) 取 4．1．3校核螺旋副自鎖條件 螺旋升角： (4.4) 查文獻(xiàn)[1]第93頁表5-12得摩擦系數(shù)。 摩擦角： (4.5) ∵，∴證明螺旋自鎖可靠。 4．1．4校核螺母螺紋牙強(qiáng)度 圖4.2 螺母螺紋圈的受力分析 由文獻(xiàn)[1]第94頁表5-13知螺母螺牙許用應(yīng)力，對于青銅材料有M

26、Pa， MPa，考慮載荷接近靜載，鋁青銅材料強(qiáng)度較高，許用應(yīng)力取大值。 螺紋牙危險截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為： (4.6) 螺紋牙危險截面a-a的彎曲強(qiáng)度條件為： (4.7) 式中：— 螺紋牙根部的厚度，單位為mm； 對于30°鋸齒形螺紋，。 — 螺母材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa； — 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa； MPa

27、1、 螺旋升角： (4.8) 2、 總摩擦力矩： (4.9) 式中：— 螺紋的摩擦力矩，單位為N·mm； — 軸承的摩擦力矩，單位為N·mm； 螺桿所受的橫向力： 螺桿所受的摩擦阻力： (4.10) 式中：— 作用于螺紋上的正壓力，單位為N； — 摩擦系數(shù)； 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-8頁表1-1-7摩擦系數(shù)，無油潤滑， ∴t t N·mm N·mm N·mm=3684.1 N·

28、m 螺桿所受的扭矩： (4.11) 式中：— 為軸承的傳動效率； — 為聯(lián)軸器的傳動效率； 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-5頁表1-1-3 N·m 初選絲杠的下壓速度為mm/s， 初定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速： (4.12) r/min KW 式中：— 電機(jī)功率，單位為KW； 杳文獻(xiàn)[9]第4卷16-186頁 表16-2-142 考慮到傳動比較大，輸出功率小，選用 XLEDC2.2-8185A-473 擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型減速器。其傳動比，輸出轉(zhuǎn)速r/

29、min，輸出轉(zhuǎn)矩N·m 當(dāng)r/min時， 壓下速度： mm/s<1.2mm/s 4．2．2選壓下電動機(jī) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速： r/min r/min 選電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，電機(jī)功率為2.2Kw，滿載轉(zhuǎn)速r/min。 查文獻(xiàn)[9]第4卷22-52頁表22-1-28 選電機(jī)為Y100L1-4。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子和減速哭中的齒輪有一定的轉(zhuǎn)動慣量，所以輥距調(diào)定好后的電機(jī)不能馬上停下來，容易造成高速過量，所以選用YEJ系列電動機(jī)。YEJ系列電動機(jī)是在Y系列電動機(jī)前蓋與風(fēng)扇之間附加一個圓盤型直流電磁制動器組成的派生產(chǎn)品，其工作條件與Y系列相同。 安裝型式選B5。

30、 所以電動機(jī)型號：YEJ100L1-4-B5 2.2KW 1430r/min 5 壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力和輥軸的強(qiáng)度計(jì)算 5．1壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力 5．1．1壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力計(jì)算 壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力，是液壓缸向上抬起時的鎖緊力，目的是保證矯直輥不上、下竄動。 圖5.1 液壓缸簡圖 液壓缸向上抬起時的鎖緊力F，如圖5.1所示； （5.1） 式中：A— 液壓缸的環(huán)形面積，單位為mm2； — 公稱壓強(qiáng)，單位為MPa； 在冶金設(shè)備中，工程

31、壓強(qiáng)一般取16MPa（中高壓）， N 活動梁及活動梁上所有零件的重量： G=6131.735Kg 則作用在活動梁上所有零件的重力： N ∵∴在工作過程中工作輥不能上、下竄動。 5．1．2矯直輥周向鎖緊 工作輥工作時不能轉(zhuǎn)動，如下圖所示：輥距為1000mm，鋼管從上一對輥到下一對矯直輥時，鋼管的頭部并不直接與矯直輥的輥徑相接觸，而是與矯直輥輥徑的大端切線 方向相接觸。可以把這時的鋼管看做成一懸臂梁，則在圖紙上測量l=879.64mm。矯直精度為0.5%。 圖6.2 矯直輥周向鎖緊受力圖 已知：mm，撓度mm，壁厚mm 文獻(xiàn)[9]第3版1-110頁

32、 （5.2） 式中：I— 彈性模量； E— 軸向慣性矩，單位為MPa； m 查文獻(xiàn)[9]第3版 第1卷 表1-1-6 第1-7頁 20號鋼為碳鋼，取E=200GPa。 N 上工作輥旋轉(zhuǎn)時所需力矩： N·m N 查文獻(xiàn)[9]第3版 表1-1-7 摩擦系數(shù)鋼-鋼的為： N·m ∵> ∴安全。 5．2軸的校核 5．2．1 軸的受力分析 圖5.3 軸的受力分析圖 5．2．2按彎扭合成校核 1、支反力： ===982820.015N 1、

33、 彎矩： M=×（280+5+80）=982820.015×（280+5+80）=358729.3 N·m 2、 扭矩： 查文獻(xiàn)[9]第1卷 1-25頁 表1.1-22 得， =0.95 =0.98 KW r / min 取 =50 r / min 式中：— 傳到矯直輥上的功率，單位為KW ； — 電動機(jī)的總功率，單位為KW ； — 電動機(jī)的總效率，單位為 r / min ；

34、 — 聯(lián)軸器的效率； — 軸承的效率； — 矯直輥的轉(zhuǎn)速，單位為 r / min ； — 總效率； — 總傳動比； T=N·m (5.3) 由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，因此，取=0.6 將上列數(shù)值代入式(5.3)得， = 65.4MPa 查文獻(xiàn)[9]第3卷 19- 4頁 表19.

35、1-1得， []=180～207 MPa 取 []=180 MPa ＜[] 故安全 式中：— 軸的計(jì)算應(yīng)力 單位為MPa ； []— 軸的許用彎曲應(yīng)力 單位為MPa ； M— 軸所受的彎矩 單位為N·mm； T— 軸所受的扭矩 單位為N·mm； W— 軸的抗彎截面系數(shù) 單位為mm ； 5．2．3 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 1、判斷危險截面 截面Ⅰ-Ⅰ處有過渡配合

36、、圓角、鍵槽、扭矩和較大的彎矩。 截面 Ⅲ-Ⅲ處有過渡配合、圓角、扭矩、和少量的彎矩。 因此，此軸的危險截面為Ⅰ-Ⅰ，故校核截面Ⅰ-Ⅰ即可。 截面Ⅰ-Ⅰ（右） 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d=0.1×380=5487200 mm 抗扭截面系數(shù)：W=0.2d=0.2×380=10974400 mm 截面Ⅰ-Ⅰ的彎矩M為： M=358729.3N·m 截面Ⅰ-Ⅰ的扭矩T為： T=18582.39N·m 截面上的彎曲應(yīng)力：

37、===65.4MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： ===1.69 MPa 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1] 355頁 表15 – 1得， =640 MPa =275 MPa =155 MPa 截面處由于沒有軸肩存在，故取 ： =1 =1 及 =1 =1 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1] 37頁 （附3 – 4 ）式 得， K =1+=1+1×（1-1）=1 K =1+=

38、1+1×（1-1）=1 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（中冊）》 780頁 表8 – 369得， 彎曲尺寸系數(shù)：=0.6 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)： =0.6 軸按磨削加工， 查文獻(xiàn)[1] 40頁 附圖 3 – 4得， =0.91 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理， 即 =1 查文獻(xiàn)[1] 25頁（3 – 12） 式 得綜合系數(shù)為： 式中：— 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)

39、力下零件的表面質(zhì)量系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù)； 式中：— 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的表面質(zhì)量系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù)； 查文獻(xiàn)[1] 24頁 對于碳鋼， 取 查文獻(xiàn)[1] 26頁 對于碳鋼， 取 計(jì)算安全系數(shù)值 ： = ＞S (5.4) 由文獻(xiàn)[1] 366頁 得 S=1.5

40、 (5.5) 式中：— 僅有彎曲應(yīng)力時的安全系數(shù)； — 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ； — 材料常數(shù) ； — 在彎曲應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ； — 彎曲疲勞極限 單位為MPa ； (5.6) 式中：— 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時的安全系數(shù)； — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 單位為MPa ； — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ； — 材料常數(shù) ； — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ；

41、 將上列數(shù)值代入式(5.4)中 得， =＞S ∴故合格 式中： — 危險截面的計(jì)算安全系數(shù) ； — 僅有彎曲應(yīng)力時的安全系數(shù) — 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時的安全系數(shù) ； S— 安全系數(shù) ； 6 絲杠上的零件的驗(yàn)算 6．1軸承的的驗(yàn)算 作用于絲杠上的止推墊可以看成是一個鑲嵌軸承，為了能達(dá)到能正常工作，要對其在動載和靜載時分別進(jìn)行校核。 靜載時： (6.1) 動載時： (

42、6.2) 式中：— 軸向載荷，N； — 滑動軸承的環(huán)形面積，mm2； — 滑動軸承的大徑，mm； — 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，m／s； ∵滑動軸承采用的是固體自潤滑，∴取： 查文獻(xiàn)[9]得：MPa； m／s； KNmm2 mm2 (6.3) MPa < m／s< ∴安全。 6．2鍵的校核 1、鍵的選擇 為了便于安裝和拆卸內(nèi)齒套，內(nèi)齒套與絲杠的頭部用花鍵聯(lián)接。為了能滿足定心精度高，定心的穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，選用矩形花鍵。矩形花鍵的字心方式為小徑定心。 根據(jù)小徑mm

43、，查文獻(xiàn)[9]第2卷 第5-206頁表5-3-20選用的矩形花鍵的規(guī)格為： mm取鍵長mm（比輪轂寬度小些）。 即花鍵的齒數(shù)，大徑mm，小徑mm，鍵寬mm。 2、校核花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 校核鍵的擠壓強(qiáng)度： （6.4） 式中：— 載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，一般取=0.7～0.8，齒數(shù)多時取偏小值；取=0.7 — 花鍵的齒數(shù)； — 齒的工作長度，單位為mm； — 花鍵齒側(cè)的工作高度，矩形花鍵，，C為倒角尺寸，單位為mm； — 花鍵平均直徑，矩

44、形花鍵，單位為mm； (6.5) — 花鍵聯(lián)接時的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa； 查文獻(xiàn)[1]第108頁表6-3，取的值為40MPa； N·m mm mm MPa< ∴鍵的強(qiáng)度合格。 結(jié) 論 在老師的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過3個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。通過此次實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)，我受益匪淺。 首先，就對大學(xué)期間所學(xué)知識的系統(tǒng)運(yùn)用和綜合運(yùn)用。從前，總是覺得學(xué)的知識太零荼了，什么都學(xué)了，可是有許多學(xué)得不夠深入。這次設(shè)計(jì)讓我把學(xué)過的相關(guān)專業(yè)知

45、識又學(xué)習(xí)了一遍，能夠做到系統(tǒng)化，綜合化。 其次，就是理論聯(lián)系實(shí)際能力的提高。知識就該是活學(xué)活用的。雖然是學(xué)機(jī)械專業(yè)的，但不能機(jī)械地學(xué)習(xí)。要把所學(xué)知識真正與生產(chǎn)密切相連，敢于提出問題，并提出改進(jìn)方案。 最后，是對我所設(shè)計(jì)的φ219七輥矯直機(jī)壓下裝置的總結(jié)。通過計(jì)算并考慮實(shí)際工作情況，我分別選擇了壓下裝置的減速器，壓下電機(jī)；設(shè)計(jì)并校核了絲杠與螺母；壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整和周向調(diào)整的鎖緊力的計(jì)算；計(jì)算結(jié)果表明在調(diào)整矯直輥時，矯直輥在軸向和周向都不會發(fā)生竄動現(xiàn)象；我還計(jì)算了輥軸的強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果表明滿足強(qiáng)度要求；同時對內(nèi)齒套的端部的花鍵和絲杠上部的滑動軸承進(jìn)行了校核，校核結(jié)果均滿足要求。

46、 致 謝 這次畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)是對我大學(xué)期間所學(xué)的知識一種檢驗(yàn)，是一次運(yùn)用知識、掌握系統(tǒng)知識體系的完善。在此，我向指導(dǎo)我的黃老師致以最真摯的謝意。感謝黃老師用淵博的知識、誨人不倦的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)以及循循善誘的耐心作風(fēng)不辭辛苦的悉心教導(dǎo)我，使我在學(xué)習(xí)的過程中受益匪淺，銘記終身。黃老師這種兢業(yè)精神更讓我深受感動。 感謝鞍鋼無縫鋼管廠的各位師傅們，在實(shí)習(xí)期間所給予我們的支持和幫助。 此外，還要感謝同組的崔宇同學(xué)和崔爽同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對我的鼓勵和支持。 參考文獻(xiàn) [

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