七輥中板預矯正機主傳動系統(tǒng)的設計【含9張CAD圖紙+文檔全套】

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For thickness of 4~60mm conventional Products, every production department adopts multi-roll correction equipment. In order to meet the requirements of ever-increasing plate types and quality of boards, the multi-roll correction equipment gets improved. Now we are studying and designing the straightening machine to reduce costs and improve efficiency, output and quality, meeting the requirements of production and our customers.In this thesis. Background, development status and trend of straightening machine were firstly discussed and according to the present situation, considering economy and efficiency-related factors, I select some related equipment reasonably and then this design plate correction machine selection and discussed solutions. Second, determine the correct machine parameters, And through the force of correction, the correction torque and motor power of computing and work characteristics select straightening machine motor types and models. Finally, the main parts of straightening machine (the third work rolls, work roll bearings) were checking calculation. The specification for environmental protection and lubrication equipment selection, reliability and economic feasibility of doing discussed. Key words: Plate straightening machine；Main drive system；Straightening roller 第IV頁 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題研究的目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 1 1.3 矯直機的工作原理 2 1.4 課題研究的內(nèi)容和方法 3 2 總方案確定 4 2.1 矯正機類型 4 2.1.1 壓力矯正機 4 2.1.2 拉伸矯正機 4 2.1.3 拉伸彎曲矯正機 4 2.1.4 管材、棒材矯正機 5 2.1.5 輥式矯正機 5 2.2 矯正方案 6 2.3 主傳動系統(tǒng) 6 2.3.1 電機 8 2.3.2 減速器 8 2.3.3 萬向接軸 8 2.3.4 聯(lián)軸器 9 3 矯正機相關參數(shù)設計計算 10 3.1 原始數(shù)據(jù) 10 3.2 矯正機基本參數(shù)確定 10 3.2.1 輥距t的確定 10 3.2.2 輥徑D的確定 ................................................................................................................11 3.2.3 輥數(shù)n確定 11 3.2.4 矯身L的確定 11 3.2.5 矯正速度v的確定 12 3.3 矯正機力能參數(shù)的計算 12 3.3.1 矯直力的計算 12 3.3.2 矯直力矩的計算 15 3.4 矯正機主電機的選擇 16 4 主要零部件校核計算 18 4.1 矯直輥的校核計算 18 4.1.1 第三輥壓力和矯正力矩的確定 18 4.1.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定 19 4.1.3 彎曲力矩的計算 20 4.1.4 支反力的計算 23 4.2 矯直輥的強度計算及校核 24 4.3 工作輥軸承的校核 25 5 潤滑的選擇 27 5.1 輥系的潤滑 27 5.2 齒輪減速器中齒輪的潤滑 27 6 設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟可行性分析 29 6.1 設備的環(huán)保性分析 29 6.2 設備的可靠性 29 6.3 設備的經(jīng)濟性分析 31 結論 33 致謝 34 參考文獻 35 第35頁 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 1 緒論 1.1課題研究的目的及意義 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(chǎn)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(jīng)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。隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，矯直機械也己經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品的質量和成本，而且標志著一個國家的工業(yè)水平，直接關系到工業(yè)產(chǎn)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。 1.2矯直機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 1、國外矯直機發(fā)展現(xiàn)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、德國的凱瑟琳、德馬克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(shù)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(xiàn)自動控制的研究等等。 2、國內(nèi)矯直機發(fā)展現(xiàn)狀 通過矯直機發(fā)展歷史，我們知道我國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，造成矯直鋼板質量低，產(chǎn)品成材率低。 其中厚板矯直技術在我國起步就較晚，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)展和自身技術的進步，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。 就整個發(fā)展狀況來說，厚板矯直機已經(jīng)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構，增大剛度。四重式矯直機，在結構和輥系布置上做了很大改進，改變了原有二重式熱矯直機矯直質量不理想、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、強力矯直技術發(fā)展，即采用第三代矯直機，進一步提高鋼板表面質量。 1.3 矯直機的工作原理 在軋制產(chǎn)品中，除一些大斷面軋件具有單值原始曲率的形狀缺陷外，多數(shù)軋件上的形狀缺陷其原始曲率的數(shù)值和方向均是不定的。對這類軋件的矯正，大多是先采用交變彎曲變形以消除其原始曲率的不均勻度，再逐漸將軋件矯平。 軋件上不同方向、不同數(shù)值的原始曲率，經(jīng)過同一個反彎曲率的彈塑性反彎后，其殘余曲率有趨向一致的特性。這是由軋件曲率方程的非線性變化規(guī)律決定的，可稱之為殘余曲率差值的收斂特性。有加工硬化材料的軋件，其殘余曲率差值也具有這種收斂特性，只是收斂的幅度要小些。正是軋件這一特性，使得軋件經(jīng)多次交變的彈塑性彎曲后，其殘余曲率逐漸趨向一致，形成單值原始曲率，進而矯平。輥式矯正機就是利用這一原理矯平軋件的。 1.4 課題研究內(nèi)容及方法 根據(jù)中厚板的實際尺寸和變形情況，按照矯正要求，確定矯正機的基本參數(shù)，進行矯直力、矯直力矩的計算，進而計算矯直功率，選擇主電機，并對主要零部件強度進行校核計算，利用CAD，Solidworks工程軟件繪制圖紙和三維模型，包括零件圖，部件圖，裝配圖，最后撰寫說明書。 2 總方案確定 2.1矯正機的類型 現(xiàn)在的矯正機有很多品種，而且規(guī)格也非常的繁雜。矯正機的類型可以按其工作原理分類，按其各自用途不同進行分類，按其結構的特點分類。在按用途分類中，一為矯正型材的矯正機，例如有型材壓力矯正機，輥式，及型材拉伸型矯正機；二是帶材矯正機，比如有拉彎矯正機；三為板材矯正機，例如板材輥式矯正機；還有線材矯正機，一般為平立輥復合矯正機。除此之外，矯正機還可以做進一步的按具體結構，具體用途，傳動方式等等再做具體細化分類。 2.1.1壓力矯正機 壓力矯正機的工作原理是將具有原始彎曲的工件支撐在工作臺的兩個活動的支點之間用壓頭對準確最彎部位進行反向壓彎的。當其工件彈復量和壓彎量相同時，壓頭撤回后工件的彎曲部位會變直。這樣進行下去，工件每個彎曲部位肯定會將全部變直從而達到矯正的目的。 2.1.2拉伸矯正機 也稱張力矯正機，主要用于矯正厚度小于mm的薄鋼板和有色金屬板材。通常，輥式板帶材矯正機只能有效地矯正軋件的縱向和橫向彎曲（即二維形狀缺陷）。這時需采用拉伸矯正方法。例如矯正單張板材的鉗式拉伸矯正機和連續(xù)拉伸機組。鉗式拉伸矯正機生產(chǎn)率低且夾鉗夾住的部分要切除，造成的金屬損耗較大；連續(xù)拉伸機組由兩個張力輥組組成,拉伸所需的張力由張力輥對帶材的摩擦力產(chǎn)生，這種矯正機主要用于有色金屬。 2.1.3拉伸彎曲矯正機 矯正帶材的三維形狀缺陷時，應使帶材產(chǎn)生塑性延伸。在拉彎矯直的過程中每一次拉彎的拉伸量與彎曲量的匹配不一樣，但是卻可以產(chǎn)生變形性質上的變化，比如，當拉力越大時其彎曲的彈性區(qū)厚度越小同時中性層的偏移量也增大。如果彎曲的曲率增大，那么中性層的拉伸變形將比純拉伸變形增大的多。 拉伸彎曲矯正機有如下特點：1）帶鋼在退火以后再通過拉伸彎曲矯正以后退，帶鋼的機械性能有很大改變，經(jīng)過改善的一些性能甚至超過了冷平整的效果。2）能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三維形狀缺陷。3）矯平輥與彎曲輥都是從動輥，他們都沒有驅動裝置，因此可以和帶材實現(xiàn)同步運動，不會出現(xiàn)因為打滑而刮傷帶材表面。4）與輥式矯正機相比，其結構簡單，重量輕，維修方便，操作容易。5）適用范圍廣泛，比如全部的帶材加工作業(yè)線和很多種金屬材料。6）矯正機組的矯正厚度范圍廣，例如從mm或從mm的帶材可在同一設備中矯正。7）可在酸洗機組中作為機械破鱗裝置。 2.1.4管材、棒材矯正機 管、棒材矯正的工作原理是利用多次反復彎曲軋件將軋件矯正的過程。例如斜輥式矯正機、“313“型輥式矯正機、偏心軸式矯正機等。兩排工作輥軸線相互交叉。管棒材在矯正時邊旋轉邊前進，從而獲得對軸線對稱的形狀?！?13“型輥式矯正機的設備重量輕，易于調(diào)整和維修，用于矯正管、棒材時，效果很好。偏心軸式矯正機，用來矯正薄壁管。 2.1.5輥式矯正機 在輥式矯正機上軋件多次通過交錯排列的轉動著的輥子，利用多次反復彎曲而得到矯正。 板、帶材和型鋼用的輥式矯正機的類型很多，如上輥單獨調(diào)整輥式矯正機、上輥整體平行調(diào)整輥式矯正機、上輥整體傾斜調(diào)整輥式矯正機、上輥局部傾斜調(diào)整輥式矯正機等。上輥單獨調(diào)整輥式矯正機的上排每個工作輥可單獨調(diào)整，這種調(diào)整方式較靈活，但由于結構配置上的原因，它主要用于輥數(shù)較少、輥距較大的型鋼矯正機。上輥整體平行調(diào)整輥式矯正機的上工作輥可整排平行調(diào)整。這種矯正機廣泛用來矯正mm以上的中厚板。上輥整體傾斜調(diào)整輥式矯正機的上工作輥可以整排傾斜調(diào)整，這種調(diào)整方式使軋件的彎曲變形逐漸減小，符合軋件矯正時的變形特點。它廣泛用來矯正mm以下的薄板。這種調(diào)整方式主要用來矯正薄板。 2.2矯正方案 按照每個矯正輥使中厚鋼板產(chǎn)生的最終消除殘余曲率和變形程度的方法,矯正方案一般可以分為小變形矯正方案、大變形矯正方案。 2.2.1小變形矯正方案 矯正時反彎的壓下量用于消除鋼板在上一輥產(chǎn)生的最大殘余曲率(即進入該輥的最大原始曲率)使之變平直。 它的主要優(yōu)點是,軋件的總變形曲率小,矯正軋件時所需要的能量也也少。 2.2.2大變形矯正方案 使擁有不同的原始曲率的軋件經(jīng)過反復幾次劇烈的反彎以消除其原始曲率的不均勻度,使之形成單值曲率，然后按照矯正單值曲率軋件的矯正方法加以矯正的方案。 采用大變形矯正方案，可用較少的輥子獲得較好的矯正質量。但若過分的加大軋件的變形程度。則會增加軋件內(nèi)部的殘余應力，影響產(chǎn)品的質量，增大矯正機的能量消耗。 綜上所述本次設計采用小變形矯正方案，因主要是單值曲率的板材，且所需功率小，殘余應力小，故采用小變形矯正方案。 2.3主傳動系統(tǒng) 主傳動裝置主要由主電機、聯(lián)軸器、聯(lián)合減速機及萬向接軸等組成。傳動系統(tǒng)由兩臺交流電機通過聯(lián)軸器一聯(lián)合減速器一萬向接軸一工作輥裝置使設備轉動運行。下對主傳動系統(tǒng)進行方案分析： 方案一： 圖2.1 1—工作機座 2—萬向接軸 3—齒輪座 4—低速電動機 方案二： 圖2.2 1—工作機座 2—萬向接軸 3—齒輪座 4—減速器 5—高速電動機 方案三： 圖2.3 1—工作機座 2—萬向接軸 3—聯(lián)合減速器 4—高速電動機 對上述三個方案討論，方案一雖然使用低速電動機，但是因為沒有減速器，不利于分配傳動扭矩；方案二和方案三作用相同，但方案二對比方案三來說，方案三結構更緊湊，可以減少傳動件，可以減小機列總長度。因此，本次設計中采用方案三。 2.3.1電機 電機分為高速電機和低速電機兩種。 （1）高速電機： 高速電機通常是指轉速超過10000r/min的電機。它們具有以下優(yōu)點：一是由于轉速高，所以電機功率密度高，而體積遠小于功率普通的電機，可以有效的節(jié)約材料。二是可與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構，傳動效率高，噪音小。三是由于高速電機轉動慣量小，所以動態(tài)響應快。 （2）低速電機 一種旋轉式機器,它將電能轉變?yōu)闄C械能,它主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子,其導線中有電流通過并受磁場的作用而使轉動,這些機器中有些類型可作電動機用,也可作發(fā)電機用。 2.3.2減速器 在矯直機主傳動系統(tǒng)中,減速機除有減速作用外,還有均衡分配傳動扭矩的作用,因此也稱減速分配器。它有三種主要形式圓柱齒輪型,圓柱圓錐齒輪型和蝸輪型。這三種形式中,每種又可分為單支、雙支、三支和四支等結構。 圓柱齒輪減速機的制造和安裝較為簡單,因此在矯正機主傳動系統(tǒng)中獲得廣泛應用。在制造能力許可時,也可使用聯(lián)合減速機。減速機和齒輪座組成一個整體,可減少傳動件,而且結構緊湊,還可以減小機列的總長度。在輥數(shù)大于7的矯正機上,因為傳遞的總扭矩大,齒輪座的齒輪尺寸也大,使齒輪座出軸的間距很大與矯正輥間距相適應。因此,在輥式鋼板矯直機上大多使用多支的減速分配器,這樣可以使齒輪座的載荷均勻。 2.3.3 萬向接軸 由于齒輪座中心距大于矯正機的總中心距，因此，齒輪座出軸與矯正輥采用萬向聯(lián)軸節(jié)連接。由于齒輪座中心距大于矯正機的總中心距，因此，齒輪座出軸與矯正輥采用萬向聯(lián)軸節(jié)連接。十字軸萬向聯(lián)軸器利用其機構的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角β的情況下能實現(xiàn)所鏈接的兩軸連續(xù)回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。十字軸式萬向聯(lián)軸器是用量較大的萬向聯(lián)軸器，軸承是十字軸萬向聯(lián)軸器的易損件，幾種大型十字軸萬向聯(lián)軸器主要區(qū)別在于軸承座和十字叉頭的變化，形成不同結構的型式，為保證主、從動端的同步性，實際應用中均采用雙聯(lián)型式，雙聯(lián)的聯(lián)接方式不外乎焊接或法蘭盤通過螺栓聯(lián)接。 2.3.4聯(lián)軸器 聯(lián)軸器的作用主要用來連接軸與軸（或軸與其它回轉零件），以傳遞運動和轉矩。聯(lián)軸器的原理是在機器工作時，聯(lián)軸器始終把兩個軸連接在一起，只有在機器停止運行時，通過拆卸方法才能使兩軸分離。聯(lián)軸器包括電動機聯(lián)軸器和主聯(lián)軸器。電動機聯(lián)軸器用來連接電動機與減速機的傳動軸，而主聯(lián)軸節(jié)則用來連接減速機與齒輪座的傳動軸，因為此次設計中是將齒輪座與減速機設計為一體的聯(lián)合減速機，所以不需要主聯(lián)軸器。目前，應用最廣泛的聯(lián)軸器是齒輪聯(lián)軸器，所以電動機聯(lián)軸器選用齒輪聯(lián)軸器。 3.矯正機相關參數(shù)設計計算 3.1原始數(shù)據(jù) 1.被矯正板最大寬度：； 2.輥身長度：； 3.被矯正板厚度：； 4.矯直速度：； 5.軋件屈服極限：（冷態(tài)）； 6.矯正輥數(shù)(包括邊輥)：。 3.2 矯正機基本參數(shù)確定 輥式矯正機的基本參數(shù)包括：輥徑、輥距、輥數(shù)、輥身長度和矯正速度。 3.2.1 輥距t的確定 確定輥矩時，應該既考慮滿足最小厚度軋件的矯正質量要求，又考慮滿足矯正最大斷面軋件時矯正輥的強度要求。所以，應該分別計算最大允許輥距和最小允許輥距。最后確定的輥距應是（盡量取小值）。 （1） 最大允許輥距的確定 決定軋件的矯正質量。值過大，軋件難以產(chǎn)生必要的彈塑性彎曲變形。根據(jù)文獻【1】得 （3.1） 式中：——軋件的最小厚度，； ——工作輥彈性模量，； ——軋件的屈服極限，； 將數(shù)據(jù)代入公式(3.1)得 （2） 最小允許輥距確定 當越小時，對軋件可能產(chǎn)生的反彎曲率越大，矯正質量就會越高。但是越小，矯正力就會增大。所以最小允許輥距會受到輥身表面接觸應力與工作輥扭轉強度的限制。根據(jù)文獻【1】得 （3.2） 式中：——軋件最大厚度, ——彈性模量， ——軋件的屈服極限， 將數(shù)據(jù)代入公式(3.2)得 因為，并且t盡量取小值所以可取。 3.2.2 輥徑D的確定 由文獻【1,表11-4】可知中厚板矯正機矯直輥直徑D和矯直輥距T之比： （3.2） 工作輥直徑； 取。 3.2.3輥數(shù)n的確定 增加輥數(shù)即是增加軋件的反彎次數(shù)，輥數(shù)增加有利于提高矯直質量，但也會增加軋件的加工硬化和矯直功率，為此，選擇輥數(shù)的是在保證矯直質量的前提下，使輥數(shù)盡量少。因為鋼板厚度為 ，由文獻【1，表11-5】選取7輥。 3.2.4輥身L的確定 輥身長度與軋件最大寬度有關，根據(jù)文獻【1】通常 (3.4) 當時，；當時，。由于軋件最大寬度；所以可取。 將數(shù)據(jù)代入公式(3.4)得 ，取 3.2.5 矯正速度v的確定 矯正機的矯正速度主要由生產(chǎn)效率確定,要與軋機生產(chǎn)能力和所在機組的速度相協(xié)調(diào)。查文獻【1】表11-6可得 在此取 3.3 矯正機力能參數(shù)的計算 輥式矯正機的力能參數(shù)包括作用在矯正輥上的壓力（矯正力）、矯正扭矩和矯正機的驅動功率。 3.3.1 矯直力的計算 1. 軋件的屈服力矩 屈服力矩是將軋件彎曲到彈性彎曲最大極限狀態(tài)時的外力矩，用符號表示。它是最大的彈性彎曲力矩，也是最小的彈塑性彎曲力矩。由文獻【1】得 （3.5） 式中： ——軋件的屈服極限， ——斷面形狀對稱軋件的斷面系數(shù) 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3.5)得 2. 軋件的彈性彎曲力矩 當軋件彎曲至全塑性彎曲狀態(tài)時，整個斷面上纖維的應力均達到，這時， 外力矩達到最大值，稱為塑性彎曲力矩。根據(jù)文獻【1】可得 （3.6） 式中：——軋件的屈服力矩 ——斷面的形狀系數(shù)，由文獻[1，表11-2]查得。 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3.6)得 3. 作用在矯正輥上的壓力（矯正力） 按照圖3.1，各輥子上的力可根據(jù)軋件斷面的力矩平衡條件求出。今假設：1）第2、3輥下軋件的彎曲力矩為塑性彎曲力矩，即；2）第5、6輥下件的彎曲力矩為屈服力矩，即；3）第4輥下的軋件彎曲力矩為塑性彎曲力矩和屈服力矩的平均值，即 圖3-1 作用在矯直輥上的壓力 根據(jù)文獻【1】按照上述三個假設可得出各輥下矯直的計算式為： （3.7） 式中：——軋件的屈服力矩，； ——軋件的彈性彎曲力矩，； ——輥距，t=360mm。 將以上數(shù)據(jù)代入公式（3.7）得 （3.8） 此時，根據(jù)文獻可得作用在上、下排輥子上的壓力總和為 式中： ——矯正機輥數(shù)， ——軋件的塑性彎曲力矩， ——軋件的屈服力矩， ——輥距， 將數(shù)據(jù)代入公式(3.8)得 由式（3.7）計算可以看出，在上述三個假設前提下，第1輥至第3輥的矯直力是遞增的，第3輥矯正力為最大值。然后，矯直力開始減小，第7輥矯直力最小值。 3.3.2矯直力矩的計算 矯直力矩作用在矯正機上，軋件是跟著矯正輥的轉動不斷前進并反復彎曲的。所以，矯正輥上的扭矩可以按照功能相同的原理來確定，即軋件彎曲變形所做的功應該和矯正輥在矯正扭矩的作用下使軋件前進所做的功相同。 現(xiàn)假設在： 1） 認為各輥下的彎曲力矩均是塑性彎曲力矩； 2） 認為彈復變形不屬于消耗變形； 3） 除原始曲率外，其余各輥下的殘余曲率（也就是下一輥的原始曲率） 都等于小變形矯直方案中的殘余曲率最大值； 4）對具有原始曲率的軋件，可假設其平均原始曲率為： 式中的數(shù)值，對于鋼板，，h為軋件厚度。 按照上述假設，當矯正軋件上原始曲率凸度向下部分時，矯正總扭矩應該為： （3.9） 式中：______平均原始曲率，， 故 ，取 _____小變形方案的殘余曲率最大值。矩形斷面軋件由文獻【1】得 _____矯正輥直徑，； ____形狀系數(shù)，由文獻【1】表11-2可得； _____屈服力矩， ____矯正輥輥數(shù)，。 將以上數(shù)據(jù)代入公式（3.9）可得： 3.4矯正機主電機的選擇 查文獻【1】公式11-44可得輥式矯正機的電機功率為： （3.10） 式中：——矯正扭矩，； ——作用在輥子上的壓力總和， ?——輥子與軋件的滾動摩擦系數(shù)，對于鋼板?=0.0002m； Μ——輥子軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承μ=0.005； D——輥子直徑，； d——輥子軸承處直徑，； ν——矯正速度，； η——傳動效率， ； 將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 該矯正機由兩臺電機驅動，所以電機功率為，選用型號YSP4002-6的電動機，其額定轉速，額定功率為 矯正輥的轉速為： 故 因此主傳動系統(tǒng)的總傳動比為： 4 主要零部件校核計算 4.1 矯直輥的校核計算 根據(jù)第3章公式3.7可知，第三輥上的壓力和矯直力矩最大，故對第三輥進行強度校核。 4.1.1 第三輥壓力和矯正力矩的確定 由文獻[7，P180]可知，傳動力矩 （4.1） 式中 ——第三輥的矯正力矩 ——第三輥的摩擦力矩 由文獻[7，P180]可知，第三輥的矯正力矩 （4.2） 式中 ——第三輥壓力， ——矯正機的總壓力， ——作用在矯正機上的矯正力矩， 將數(shù)據(jù)代入公式4.2得 由文獻[7，P180]可知第三輥的摩擦力矩 （4.3） 式中 ——第三輥壓力 ——輥子與軋件的摩擦系數(shù)，考慮可能出現(xiàn)較大的滑動摩擦，對于鋼板： ——輥子軸承的摩擦系數(shù)，本矯正機用的是滾動軸承， ——輥子軸承處直徑， 將數(shù)據(jù)代入公式4.3得 將數(shù)據(jù)代入公式4.1得 4.1.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定 圖4.1a為輥身長度支承輥的配置圖，今認為第三輥的壓力為均布載荷，單位長度上的壓力，沿矯正輥輥身長度上有五個支承輥，可認為是一個七支點的連續(xù)梁，由此將其簡化為力學模型，如圖4.1b所示。 由文獻[7]知，連續(xù)梁計算可采用三彎矩方程式，故根據(jù)三彎矩方程式，對此連續(xù)梁進行分段計算求出各支點的彎曲力矩和支反力。 圖 4.1 第三輥均布載荷圖 由文獻[7，式6-79]得三彎矩方程式為 （4.4） 式中 、、——第、、支點的彎矩 、——第、跨度的長度 、——第、跨度在外載荷作用下的彎矩圖面積 、——彎矩圖面積、的重心到支點、的距離 4.1.3 彎曲力矩 （1）0—1段和1—2段梁上的作用載荷及其彎矩圖如圖4.2所示，為求出彎矩圖面積，需求出最大彎矩。 對于0—1段： 最大彎矩 （4.5） 而 a—0—1段 b—1—2段 圖 4.2 作用載荷和彎矩圖 將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.5）得 此段的彎矩圖面積為： 彎矩圖面積重心到支點的距離為： 對于1—2段： 最大彎矩 彎矩圖面積 彎矩圖面積重心到支點的距離 （2）由于支點0的彎曲力矩，故對于0—2段由公式4.4得三彎矩方程為 代入有關數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.6） 對于2—3段和段的作用載荷及其彎矩圖與1—2段相同，故對于1—3段由公式（4.4）得三彎矩方程為 ， 代入有關數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.7） 對于段由公式（4.4）得三彎矩方程為 ，且 代入有關數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.8） 聯(lián)立求解公式4.6、公式4.7、公式4.8，則可求得支點1、2、3處的彎曲力矩為 由于、、，故求出、、后，可得出整個矯正輥上各支點的彎曲力矩, 4.1.4 支反力的計算 各支點的支反力可分段求出個段的支反力，然后將相同支點的支反力相加即可。 支點0的支反力為 支點1的支反力由兩部分組成，一部分是0—1段的支反力，另一部分是1—2段的支反力，即 同理，由于段、段和段外載荷相同，故 所以，支點2和支點3的支反力與為： 由于、、，故求出、、、后，可得出整個矯正輥上各支點的支反力， 4.2 矯直輥的強度計算及校核 根據(jù)上述求出的矯正輥各支點的彎曲力矩和支反力，可發(fā)現(xiàn)其最大彎矩在支點2和支點3處，即 矯正輥直徑，故彎曲應力為 由公式求出第三輥的傳動力矩，則在支點2處的扭轉力矩為 按第四強度理論合成則 根據(jù)文獻選矯正輥的材料為，其屈服強度為，取安全系數(shù)，則矯正輥的許用應力。 ，故該矯正輥的強度符合矯正要求。 4.3 工作輥軸承的校核 根據(jù)工作條件，工作輥主要承受徑向載荷，并且要求有一定的自動調(diào)心性能，承載能力高，故根據(jù)文獻[8，表6-2-2]選用調(diào)心滾子軸承，由文獻[8，表6-2-77]選軸承的型號為 ，其基本額定動載荷，基本額定靜載荷，計算系數(shù)、、、，預期壽命為，軸承的受力分析如圖4.3。 圖 4.3 軸承受力分析 1、軸承受到的徑向載荷、 2、軸承當量動載荷 和 由文獻[6，式13-9a] （4.9） 式中 ——載荷系數(shù)，軸承運轉中有中等沖擊載荷， ——軸承承受的徑向力 將數(shù)據(jù)代入公式4.9得 3、軸承壽命 由參考文獻[6，式13-5]得： （4.10） 式中 ——軸承轉速， ——基本額定動載荷 ——指數(shù)，對于滾子軸承， ——軸承當量動載荷 將數(shù)據(jù)代入公式4.10得 ，故所選軸承符合壽命要求。 5 潤滑的選擇 機械中的可動零、部件，在壓力下接觸而作相對運動時，其接觸表面間就會產(chǎn)生摩擦，造成能量損耗和機械磨損，影響機械運動精度和使用壽命。因此，在機件做相對運行的接觸面加入潤滑介質，以減少摩擦和磨損，延長機械設備的使用壽命。加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護零件不遭銹蝕，而且在采用循環(huán)潤滑時還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。使用膏狀的潤滑脂，既可以防止內(nèi)部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質侵入，避免加劇零件的磨損，起到密封作用。 5.1 輥系的潤滑 由于本矯正機工作時承受高溫、重載、高速以及有冷卻水和臟物侵入潤滑點，故矯正機的工作輥、支承輥、前后導輥等采用油氣潤滑系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)的單相流體潤滑技術相比具有無可比擬的優(yōu)越性，大大延長了摩擦副的使用壽命，改善了現(xiàn)場的環(huán)境。它由主站、外置式和內(nèi)置式油氣分配器、中間連接管道和管道附件等組成。主站是潤滑油供給和分配、壓縮空氣處理的總成。主站由油箱、潤滑油的供給和分配部分、壓縮空氣處理輸出部分等組成。油箱是用于貯存潤滑油的。油箱內(nèi)部經(jīng)防銹處理 ，外表面噴塑。在油箱上配置了具有一個液位點控制的液位控制繼電器，當油箱內(nèi)潤滑油的液位降至設定液位時會發(fā)出故障信號，該信號與主機聯(lián)鎖，可使主機停止運行。 5.2 齒輪減速器中齒輪的潤滑 齒輪在傳動時，相嚙合的齒面間有相對滑動，因此就要發(fā)生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。特別是高速傳動，就更需要考慮齒輪的潤滑。 輪齒嚙合面間加注潤滑劑，可以避免金屬直接接觸，減少摩擦損失，還可以散熱及防銹蝕。因此，對齒輪傳動進行適當?shù)臐櫥?，可以大為改善輪齒的工作狀況，確保運轉正常及預期的壽命。 本設計主傳動系統(tǒng)齒輪的圓周速度，采用稀油循環(huán)噴油潤滑，即由油泵或中心供油站以一定得壓力供油，借噴嘴將潤滑油噴到齒輪的嚙合面上。同時，其，故噴嘴應位于輪齒嚙合的一邊，以便借潤滑油及時冷卻剛嚙合過的輪齒，同時亦對輪齒進行潤滑。由文獻[6，表10-11]選用的潤滑油為重負荷工業(yè)齒輪油（GB 5903—1995），牌號為320。 本設計壓下系統(tǒng)齒輪的圓周速度時，常將大齒輪的輪齒浸入油池中進行浸油潤滑。這樣，齒輪在傳動時，就把潤滑油帶到嚙合的齒面上，同時也將油甩到箱壁上，借以散熱。齒輪浸入油中的深度可視齒輪的圓周速度大小而定，對圓柱齒輪通常不宜超過一個齒高，但一般亦不小于。 6 設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟可行性分析 6.1 設備的環(huán)保性分析 機械設備的環(huán)保性，是指機械設備在作業(yè)時保護環(huán)境的性能，此環(huán)境指作業(yè)人員工作環(huán)境和作業(yè)周圍的環(huán)境。隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，很多生產(chǎn)和施工企業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟效益，機械設備連續(xù)不停的運作。由此產(chǎn)生的各種噪聲、廢氣、污水和煙塵嚴重污染了環(huán)境，破壞了生態(tài)，給人們的身體健康造成了危害。為了保護人類賴以生存的環(huán)境和人們的健康生活，我們在設計機械設備時必須保證其環(huán)保性，設計、生產(chǎn)和使用環(huán)保性好的機械設備。為了使設備具有良好的環(huán)保性，可以做如下幾點： （1）選用環(huán)保性好的電動機 電動機是機械設備產(chǎn)生噪聲、振動和排氣污染的主要污染源，所以選擇環(huán)保性好的電動機來改善機械的環(huán)保性。 （2）改進機械結構 機械設備中除了電動機會產(chǎn)生噪聲和振動外，各工作裝置在運行時也會產(chǎn)生噪聲和振動，因此在機械設計上我改進了上述部件的結構使其實現(xiàn)低噪聲、低振動運行。 （3）增加后處理裝置 增加后處理裝置是指在機械設備排污染源的后部增加消除污染的裝置，用于清除機械排氣或作業(yè)過程中產(chǎn)生的有害氣體和微粒、粉塵。 （4）加強狀態(tài)檢測和及時維修 有了環(huán)保性較好的機械設備的同時還要加強狀態(tài)檢測和及時維修，才能使機械設備處于正常運行狀態(tài)，保證其在作業(yè)時有良好的環(huán)保性。 6.2 設備的可靠性 1、設備的可靠性定義 機械在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，叫做設備的可靠性。 2、可靠度的計算 由文獻[10，式7-5]知可靠度函數(shù)為 （6.1） 式中 ——失效率，為常數(shù)，?。? ——工作時間。 假設工作后，將數(shù)據(jù)代入公式（6.1）得可靠度 其故障率分布曲線（浴盆曲線）如圖6.1所示 圖 6.1 故障率分布曲線 3、設備的平均壽命 機械設備的可靠性另一個指標為使用壽命，即平均壽命。工作時間隨機變量的期望值由文獻[10，式7-4]知 （6.2） 式中 ——平均壽命； ——可靠性函數(shù)，機械設備是可修復系統(tǒng)，即在一次年修的平均工作時間，。 則 (6.3) 式中 ——失效率，為常數(shù)，取。 將數(shù)據(jù)代入公式（6.3）得 6.3 設備的經(jīng)濟性分析 1、投資回收期 按靜態(tài)經(jīng)濟評價方法，設備投產(chǎn)后以每年取得的凈利潤，包括利潤和設備的折舊費，將全部投資即固定資產(chǎn)投資和流動資產(chǎn)回收所需時間，以年為單位，從建設年份算起。假設：建設期為兩年，總費用為90萬元，年凈收益和累積凈收益如表8.1所示。 表6.1 收益資料表 單位：萬元 時間（年） 1 2 3 4 5 6 7 8 建設期 40 50 — — — — — — 年凈收益 — — 7 13 15 23 22 26 累積凈收益 -40 -90 -83 -70 -55 -33 -11 15 由文獻[10，式2-12]知投資回收期 （6.4） 由表6.1可見，全部投資的絕大部分已于第七年末收回，尚余11萬元，而第八年年凈收益大于此數(shù)，故此矯正機的的投資回收期為 2、設備的合理更新期 按最小年費用法，考慮資金的時間價值，則 （6.5） 式中 ——設備使用年的年平均費用； ——設備的初始投資； ——使用到第年的運行費用； ——設備在年末的殘值。 ——基準貼現(xiàn)率，。 假設：購置這臺矯正機的費用為120萬元，年運行費用和年末殘值如表6.2所示。 表6.2 年運行費用及年末殘值表 單位：萬元 年份 1 2 3 4 5 6 7 年運行費用 10 12 14 18 23 28 34 年末殘值 100 82 65 60 50 40 20 由表6.2數(shù)據(jù)分別求出每年設備的年平均費用為 顯然，、，所以該矯正機的經(jīng)濟壽命為6年。 結論 畢業(yè)設計就要結束了，下面我對這次畢業(yè)設計進行一下總結。在此次設計中，主要是針對七輥中板矯正機的設計。設計的內(nèi)容主要包括矯正機總體方案的確定、矯正機結構參數(shù)的確定、矯正機主傳動系統(tǒng)力能參數(shù)的計算和電機的選擇、工作輥的強度校核、潤滑方式的選擇、經(jīng)濟可行性分析以及圖紙的繪制等內(nèi)容。 經(jīng)過了半年時間的努力，我的畢業(yè)設計終于完成了。在這個過程中我遇到了許多的困難，但是經(jīng)過老師的細心指導，我都一個個的克服了。設計剛開始的時候我根本不知道從何下手，只是按照老師的要求查找關于矯正機的各方面資料。首先，我們要寫緒論，緒論是一個課題的總體概括。主要包括：畢業(yè)設計的選題背景及目的、國內(nèi)外研究狀況、課題研究的方法和內(nèi)容，在老師的幫助指導下完成了這部分的內(nèi)容；其次就是總體方案的確定，這部分的內(nèi)容是主傳動系統(tǒng)傳動方案的選擇；再次就是計算部分的內(nèi)容，進過老師的指導和幫助，先后完成了矯正機結構參數(shù)的確定、矯正機主傳動系統(tǒng)力能參數(shù)的計算和電機的選擇、工作輥的強度校核等計算內(nèi)容；再次就是潤滑、環(huán)保及經(jīng)濟性分析等內(nèi)容；最后就是計算機繪圖方面的內(nèi)容，在老師的指導下，并經(jīng)過一個月的努力，終于完成了四張零件圖、兩張裝配圖和一張總圖的繪制。 這次畢業(yè)設計雖然結束了，但這次設計卻是一次寶貴的經(jīng)歷。通過這次畢業(yè)設計，使我對七輥中板矯正機有了一個比較清晰的了解，更重要的是通過這次畢業(yè)設計提高了我查閱文獻、收集資料和專業(yè)外文翻譯，分析解決實際問題的能力，同時培養(yǎng)了我認真做事的工作作風，為將來走向工作崗位打下了堅實的基礎。 致謝 畢業(yè)設計是大學的最后一門課程，是對大學的所有課程的一個總結。這次畢業(yè)設計，不僅培養(yǎng)了我理論與實踐相結合的能力，將書本上的理論知識運用到畢業(yè)設計當中，而且讓我更好的掌握了書本知識。通過這次畢業(yè)設計，提高了我查閱文獻、收集資料和專業(yè)外文翻譯，分析解決實際問題的能力。同時，在這個過程中我也找到了自己的不足。 首先，我能夠順利完成這次畢業(yè)設計，我要特別感謝我的畢業(yè)設計指導老師石加聯(lián)教授，在這個設計過程中，每當我遇到困難時，石老師總是給我細心的指導和講解。通過石老師指導，解決了我的許多疑惑，使我順利的完成了設計工作。 再次，我要感謝每一位教過我的老師，是你們認真的教導，才會讓我掌握到這么多的專業(yè)知識。我才能夠把每一科的專業(yè)知識運用到這次畢業(yè)設計當中，你們用辛勤的汗水毫不吝嗇的將所有知識傳授給我們，對你們的感謝是無法用語言表達出來。 最后，我要感謝在設計中幫助過我的同學和朋友們，你們總會在一些細節(jié)地方提醒我。沒有你們的幫助，我可能會走很多彎路，謝謝你們的幫助。 參考文獻 [1] 鄒家祥．軋鋼機械[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2007． [2] 國家機械工業(yè)局．中國機電產(chǎn)品目錄（14）[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2000． [3] 成大先．機械設計手冊單行本（連接與緊固）[M] ．北京：化學工業(yè)出版社，2004． [4] 王海文．軋鋼機械設計[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，1983． [5] 成大先．機械設計手冊單行本（減速器 電機與電器）[M] ．北京：化學工業(yè)出版 社，2004 [6] 濮良貴．機械設計（第八版）[M] ．北京：高等教育出版社，2006． [7] 施東成．軋鋼機械設計方法[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1991． [8] 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