2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計【說明書+CAD】
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第45頁
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計
2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計
摘要
軋鋼生產(chǎn)已經(jīng)成為冶金生產(chǎn)行業(yè)中把鋼坯制成鋼材的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié),具有產(chǎn)量大、品種齊全，是國內(nèi)產(chǎn)過程機械化自動化程度高等許多優(yōu)點，是滿足國民生產(chǎn)所需要的重要技術(shù)。本次設(shè)計的矯直機為十一輥矯直機主傳動系統(tǒng)。第一步，分析了矯直技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了矯直機的分類以及不同種類矯直機的用途；第二步，通過兩種方案之間優(yōu)缺點的詳細對比，選擇了主傳動系統(tǒng)的最優(yōu)方案，并進行了電機、減速器、齒輪座、聯(lián)軸器等零部件的選擇；第三步，確定了矯直機的一些基本參數(shù)和力能參數(shù)，例如：其基本參數(shù)確定了輥徑、輥距、輥數(shù)、輥速以及輥身長度，力能參數(shù)確定了其矯直力和矯直力矩；第四步，進行了輥子、軸承等領(lǐng)不進啊的強度校核，確定所涉及和選擇的領(lǐng)不進啊的安全性能以及其是否滿足使用要求；最后，進行了潤滑方式的選擇、經(jīng)濟可行性分析、環(huán)保分析等內(nèi)容。
關(guān)鍵字：中厚板；矯直機；主傳動系統(tǒng)；電機；減速器
The Designing Of Medium Plate 2800 Hot Straightening Main Drive System
Abstract
Rolling production has become the metallurgical industry in the production of steel billets made important production processes, with the yield, variety, is the degree of mechanization and automation of many of the advantages of higher domestic production process, it is an important technology to meet the national production needs. The design of the leveler was 11 roll straightener main drive system. The first step in analyzing the straightening technology development status at home and abroad, analyzes the use classification, and the different types of leveler straightening machine; the second step, a detailed comparison of the advantages and disadvantages between the two programs, select the the main transmission system optimal solution, and were selecting the motor, reducer, gear housing, couplings and other components; the third step, identified a number of basic parameters and power leveler energy parameters, such as: basic parameter determines the roll diameter, roll away, roll number, roll speed and roll body length, force and energy parameters determined its Straightening and straightening moment; the fourth step, conducted a roller bearing areas such as the strength of the school does not feed ah Collar nuclear determine choice involved and not into the ah safety performance and whether it meets the requirements; Finally, the selection of lubrication, the economic feasibility analysis, environmental analysis and so on.
Keywords: medium and heavy plate; Surface quality; main transmission system;motoer;reducer
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 選題背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 3
2 設(shè)計方案選擇 4
2.1 矯直機的方案選擇 4
2.1.1 矯直機的選擇 4
2.1.2 矯直方案的選擇 5
2.2主傳動系統(tǒng)的方案選擇 5
2.2.1 方案選擇 5
2.2.2 電機的初步選擇 7
2.2.3 減速器的選擇 7
2.2.4 齒輪箱的選擇 8
2.2.5 聯(lián)軸器的選擇 8
3 基本參數(shù)的確定 9
3.1 輥距t和輥徑D的確定 9
3.2 輥數(shù)n的確定 11
3.3 輥身長L的確定 12
3.4 矯直速度V的確定 13
4 力能參數(shù)的確定 14
4.1 計算理論依據(jù) 14
4.2 矯直力的計算 17
4.3 矯直力矩的計算 18
4.4 矯直機驅(qū)動功率的確定 22
5 主要零部件的校核計算 24
5.1 電機的選擇及過載校核 24
5.2 矯直輥強度校核 24
5.2.1 第三輥的傳動力矩 25
5.2.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定 25
5.2.3 矯直輥強度計算及校核 32
5.3 工作輥軸承的校核 34
5.3.1 軸承的初選 34
5.3.2 軸承壽命計算 35
5.4 萬向連接軸的計算 35
5.4.1 萬向接軸主要尺寸 35
5.4.2 叉頭的強度計算 38
6 相關(guān)潤滑的選擇 39
6.1 矯直輥的潤滑 39
6.2 主傳動系統(tǒng)的潤滑 39
7 設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟可行性與環(huán)保性分析 41
7.1 設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟可行性分析 41
7.2 設(shè)備的環(huán)保可行性分析 41
結(jié)束語 43
致謝 44
參考文獻 45
1 緒論
1.1 選題背景及意義
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各行業(yè)對于鋼材的質(zhì)量要求越來越高，然而鋼材軋制、冷卻或者運輸?shù)倪^程中，由于各種各樣因素的影響，可能會出現(xiàn)不同的形狀缺陷。例如鋼管、鋼軌和型鋼的弧形彎曲；工字鋼等型鋼的斷面產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)、外擴和翼緣內(nèi)并；板材和帶材的縱向彎曲、中間飄曲、橫向彎曲和邊緣浪形以及鐮刀彎等。為了消除這些缺陷，需要將軋件在矯直機上進行矯直[1]。由于彎曲、浪形、瓢曲等缺陷是中厚板在生產(chǎn)過程中的主要變形，所以采用輥式矯直機。
為了實現(xiàn)由鋼鐵大國到鋼鐵強國的過渡，不應(yīng)該一味的追逐產(chǎn)量，應(yīng)該更加看重產(chǎn)品的質(zhì)量，必須提高鋼材的附加值，而作為生產(chǎn)線上舉足輕重的輔助設(shè)備，矯直機直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和直行率的高低。矯直機的設(shè)計包括主傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及壓下系統(tǒng)的設(shè)計兩部分，從大功率的電動機傳出高轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速器、齒輪箱，再經(jīng)過聯(lián)軸器傳遞給壓下系統(tǒng)。由于是高轉(zhuǎn)速、大功率及大轉(zhuǎn)矩，在工作中面臨很多問題，例如在軋制過程中,由于鋼材進入矯直輥時會產(chǎn)生強大的載荷沖擊，所以對于軸、齒輪、軸承及軸承座的材料和強度要求非常的嚴格,因此矯直機的設(shè)計中主傳動系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。本設(shè)計以南京中厚板2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)為題，本次畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)⑽掖髮W(xué)四年所學(xué)理論知識與工程實踐相結(jié)合，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力、獨立思考能力和解決工程問題能力，啟發(fā)內(nèi)在潛能，激發(fā)創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力。通過此次畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)我查閱資料、方案設(shè)計、參數(shù)確定、理論分析、設(shè)計計算、分析及解決問題的能力，達到高級工程技術(shù)人才的基本訓(xùn)練要求。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)今世界各國對于矯直技術(shù)的研究正向著精深的方向發(fā)展，我國的工業(yè)建設(shè)也已經(jīng)把質(zhì)量、品種與效益作為主要問題予以重視，然而與國外的中厚板矯直技術(shù)相比，我國的中厚板矯直技術(shù)起步較晚，并且與實際生產(chǎn)相比理論研究比較落后，近些年隨著工業(yè)的發(fā)展和自身技術(shù)的進步,我國自主生產(chǎn)的矯直機性能和各項參數(shù)不斷的向前發(fā)展，從而使得鋼板的寬度、厚度及長度規(guī)格不斷擴大，并且正在逐步的追趕上世界先進的技術(shù)。世界上較為先進的矯直技術(shù)大都來自于德馬克、西馬克以及日本的三菱重工等廠家。國外先進的矯直機大多通過矯直輥不同方向預(yù)彎以來消除鋼板生產(chǎn)過程中的邊緣波浪或中心瓢曲；通過上矯直輥傾斜來消除生產(chǎn)過程中的單邊波浪；通過矯直輥沿矯直方向的傾動來調(diào)節(jié)輥縫；入、出口輥單獨調(diào)節(jié)輥縫有利于鋼板的傳送；其設(shè)有過載保護以及快速換輥裝置；通過不同輥徑與輥距的組合方式來擴大其矯直的范圍等。除此之外國外的新一代矯直機還通過采用自動控制、計算機模型設(shè)定和液壓AGC動態(tài)輥縫調(diào)整等先進技術(shù)，來提高中厚板的矯直質(zhì)量[2]。矯直技術(shù)正是保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要技術(shù)之一，需要用系統(tǒng)的正確的理論來武裝廣大技術(shù)人員，急需用高精度高效率的矯直設(shè)備來武裝生產(chǎn)現(xiàn)場。對于矯直機的分類可以按照其機構(gòu)特點和工作原理進行區(qū)分,按照機構(gòu)特點，現(xiàn)有的矯直機可以分為:
(1)壓力矯直機
(2)輥式矯直機
(3)管棒材矯直機
(4)拉伸矯直機
(5)拉伸彎曲矯直機
按照工作原理不同，可以分為:
(1)反復(fù)彎曲式矯直機
(2)旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機
(3)拉伸矯直機
(4)拉彎矯直機
(5)拉坯矯直設(shè)備
中厚板矯直機已經(jīng)由二重式發(fā)展到四重式，輥子為傾斜布置、成組換輥，并且設(shè)有過載保護，機架采用預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，增大剛度。四重式矯直機，在結(jié)構(gòu)和輥系布置上做了很大的改進，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、多功能、強力矯直機、技術(shù)發(fā)展，即采用第三代矯直機，進一步提高鋼板表面的質(zhì)量。而矯直機的主傳動系統(tǒng)可以采用普通電機、減速器、齒輪箱、聯(lián)軸器聯(lián)接到矯直輥上；或者采用低速電機、齒輪箱、聯(lián)軸器聯(lián)接到矯直輥上；還可以采用普通電機、減速齒輪分配箱、聯(lián)軸器聯(lián)接到矯直輥上。本次設(shè)計采用的是普通電機、減速器、齒輪箱、聯(lián)軸器的傳動方案,具體選擇方案的原因會在后面進行論述。
1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容
2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)為本次的畢業(yè)設(shè)計題目，其作用是帶動矯直機工作。矯直機主傳動系統(tǒng)包括電機、減速器、齒輪箱以及萬向聯(lián)軸器。其中電機的作用是提供動力；減速器的作用是降低電機輸出的轉(zhuǎn)速和均衡分配傳動扭矩；齒輪箱的作用是將減速器輸出軸所傳遞的扭矩均衡的分配給多個矯直輥；萬向聯(lián)軸器用來補償齒輪箱輸出軸與矯直輥之間的綜合位移。
該主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要進行電機的選擇、減速器的選擇、齒輪箱的選擇、萬向聯(lián)軸器的選擇。這些內(nèi)容的選擇已有的數(shù)據(jù)如下：
矯直鋼板的厚度：5～30 mm
矯直鋼板的寬度：1600～2650 mm
矯直鋼板的長度：6000～45000 mm
鋼板矯直時的溫度范圍：500～900℃
矯直鋼板的屈服強度：460 N/mm2
換輥形式：液壓整體快速換輥
上矯直輥數(shù)：n=5
下矯直輥數(shù)：6
通過以上數(shù)據(jù)及對矯直機的矯直力、矯直力矩進行計算，按照擬定的傳動方案參照機械設(shè)計手冊進行電機選擇、進行傳動零件的設(shè)計計算以及相關(guān)聯(lián)軸器等傳動元件的選擇，然后在對設(shè)計時涉及的齒輪、軸、聯(lián)軸器及軸承等各零件進行校核。
本次畢業(yè)設(shè)計的最后要求是：總裝配圖1張、部件裝配圖1-2張、零件圖3-4張。所繪圖紙全部采用計算機繪圖，圖面質(zhì)量要求符合機械制圖國家標準GB的規(guī)定要求，達到工程使用標準。
2 設(shè)計方案選擇
對于來料鋼板的各項參數(shù)相同，不同方案的矯直機生產(chǎn)的產(chǎn)品主要技術(shù)指標基同，都能滿足用戶要求的情況下，由于矯直機的配置重量、投資花銷、主傳動功率及其生產(chǎn)所用的成本等相差很大，所以矯直機的配置是否經(jīng)濟、是否適用,矯直輥數(shù)量、矯直輥輥徑、矯直輥輥距的合理選定是其主要因素[3]。
2.1 矯直機的方案選擇
2.1.1 矯直機的選擇
目前我國最常用的矯直機分為斜輥矯直機、拉伸壓力矯直機、平行輥矯直機、拉彎矯直機和旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機等種類。各類矯直機相應(yīng)的用途和特點如下:
（1）、壓力矯直機的矯直范圍是:大型鋼梁、鋼軌和大直徑鋼管,又或用在于輥式矯直機的補充矯直, 大多都設(shè)置在型鋼和鋼管生產(chǎn)的生產(chǎn)線上。其主要缺點是操作較繁重且生產(chǎn)率低。
（2）、平行輥矯直機,很好的解決了壓力矯直機操作較繁重且生產(chǎn)率低的缺點，能夠使矯直效率成倍提高，這種矯直機廣泛應(yīng)用于板材和型材的矯直中。
（3）、 斜式矯直輥是專門用于圓斷面條材的一種矯直機，它補充了平行輥矯直機的缺點。
（4）、拉伸和拉彎矯直機其中拉伸一般在薄板矯直復(fù)雜型材矯直。拉伸的缺點是矯直裂邊，斷帶及耗能大,為了解決拉伸矯直機的缺點產(chǎn)生了拉彎矯直法,進一步的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，拉彎矯直法已成為帶材生產(chǎn)中最好的矯直方法。
（5）、旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機的矯直范圍是:圓材、各方向斷面模數(shù)差值較小且斷面尺寸也較小的條材[3]。
本次設(shè)計的是中厚板軋制線的軋機后方的矯直機，屬于熱矯直機，用來進行熱矯直鋼板，按照以往經(jīng)驗適合使用平行輥式矯直機，該矯直機屬于連續(xù)性反復(fù)彎曲的矯直設(shè)備，能夠客服壓力矯直機連續(xù)工作的特點，能夠較大的提高矯直效率，并且能夠加入到連續(xù)工作的生產(chǎn)線上。由于隨著矯直機輥數(shù)的增加，軋件的反彎次數(shù)也相應(yīng)的增加，所以矯直機輥數(shù)的增加可以大大的提高矯直產(chǎn)品的質(zhì)量，但是增加矯直機輥數(shù)的同時也會增加軋件的加工硬化以及矯直機所需要的功率[1]，所以對于輥式矯直機輥數(shù)的初選參照表2-1：
表2-1 輥式矯直機的輥數(shù)[1]
由表查得本次設(shè)計的中板矯直機初選為采用11輥。
2.1.2 矯直方案的選擇[6]
目前軋制是板材生產(chǎn)的主要方法?，F(xiàn)階段有多種多樣的板帶材矯正方法及其矯直設(shè)備保證板材質(zhì)量,使得各國的軋制鋼板生產(chǎn)擁有飛快的發(fā)展速度。其中，多輥式矯正機是矯直板材最常用的矯直設(shè)備。其生產(chǎn)率相對而言非常高，因而被廣泛應(yīng)用于各種板材的矯直。由于軋件的材質(zhì)、規(guī)格和尺寸的不同所以需要的彎曲次數(shù)也不會相同因此矯直機的輥數(shù)也不會相同，輥數(shù)一般為5～29,常用的是7～9，用的最多的是9～11.其可以軋制的板材包括厚度達50mm。本次設(shè)計的矯直機為中厚板所以選用上排工作輥整體平行調(diào)整的11輥矯正機，第2、3輥采用大變形使軋件反復(fù)彎曲消除原始曲率，第4輥開始使用小變形逐漸的減小軋件的曲率。這種方法不僅能夠增加矯直的質(zhì)量，同時也能減少矯直所需要的功率。
2.2主傳動系統(tǒng)的方案選擇
本設(shè)計的方案選擇是通過兩個方案對比之后選擇出最佳方案。
2.2.1 方案選擇
方案一：
通過兩臺高速電機帶動減速器，然后連接齒輪座，最后傳動到工作輥。如圖2-1：
圖2-1
a—下工作輥；b—單支齒輪座；c—減速器；d—電機；e—聯(lián)軸器
方案二：
通過兩臺慢速電機帶動齒輪座，然后傳動到工作輥。如圖2-2：
對比兩組方案，方案二采用的是低速電機與齒輪座的組合，相對于快速電機與減速器和齒輪座的組合，低速電機節(jié)省空間、噪聲小、不需要維護、外形美觀，其低轉(zhuǎn)速、大扭矩可以直接滿足用戶的使用需求，但是低速電機價格購買價格和維修的價格都非常昂貴，所以考慮到經(jīng)濟性、維修工藝性等方面本次設(shè)計的矯直機主傳動系統(tǒng)選擇高速電機。
即本設(shè)計選擇方案二作為主傳動系統(tǒng)。
圖2-1
a—下工作輥；b—聯(lián)軸器；c—齒輪座；d—電機
2.2.2 電機的初步選擇
對于高速電機的選擇，期選擇內(nèi)容包括：電動機的類型、電壓、轉(zhuǎn)速以及容量等。其具體選擇會在后面的章節(jié)進行。
2.2.3 減速器的選擇
減速器的作用不僅僅是降低電機的轉(zhuǎn)速，還能夠平均的分配扭矩的傳動。常用的減速器有圓柱齒輪型、圓柱-圓錐齒輪型和渦輪型三種主要型式，在這三種型式中每種又分為四種結(jié)構(gòu)，它們是單支、雙支、三支和四支。當(dāng)矯直機的輥數(shù)大于7時，不宜使用單支減速器，大多使用多支的減速器，這樣可以式齒輪座的載荷均勻。對于本次設(shè)計初步選擇雙支減速器。從制造安裝方便、經(jīng)濟的角度考慮選擇圓柱齒輪減速器。再由軸的受力考慮，由于其承受軸向力和徑向力，所以選擇斜齒圓柱齒輪減速器。綜合以上，本次設(shè)計選擇的是雙支二級斜齒圓柱輪減速器。
2.2.4 齒輪箱的選擇
按照齒輪的嚙合列數(shù)進行分類，齒輪箱可以分為兩類：單列齒輪箱和多列齒輪箱。與多列齒輪箱相比單列齒輪箱的制造、安裝簡單，各齒輪軸和軸承可以通用且齒輪軸的剛性高。多列齒輪箱比單列齒輪箱的總中心距小，但是多列齒輪箱的齒輪軸剛性低。綜合考慮齒輪軸的剛性、安裝、制造等問題本次設(shè)計選用單支齒輪箱。
2.2.5 聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器可以按照位移補償能力進行分類，具體分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類，其中剛性聯(lián)軸器又可以劃分為剛性固定式聯(lián)軸器和剛性可移式聯(lián)軸器。剛性固定式聯(lián)軸器適用于聯(lián)接沒有相對位移的兩軸；彈性聯(lián)軸器適用于補償兩軸之間的綜合位移，但是不能傳遞過大的扭矩；而剛性可移式聯(lián)軸器既可以補償兩軸之間的綜合位移，與可以傳遞較大的扭矩。綜上，本次設(shè)計選擇剛性可移式聯(lián)軸器中的萬向聯(lián)軸器。
3 基本參數(shù)的確定
輥距t、輥徑D、輥數(shù)n、輥身長度l和矯直速度V為輥式矯直機的基本參數(shù)。正確的選擇矯直機的基本參數(shù)對于產(chǎn)品的矯直質(zhì)量、設(shè)備的尺寸結(jié)構(gòu)以及功率的消耗都有較重要的影響[1]。
其中，矯直機的輥數(shù)在前面的章節(jié)進行過簡單的論述；輥距和輥徑受咬入條件、強度條件、矯直可能性以及結(jié)構(gòu)條件的約束，既限定了它們之間的比例關(guān)系，也限定了它們的尺寸范圍；輥身長度取決于軋件的寬度[4]。
3.1 輥距t和輥徑D的確定
輥徑D是輥式矯直機的重要參數(shù)，其與輥距t有一定的比例關(guān)系（如表3-1），確定輥距t后，按照比例關(guān)系可以確定輥徑D并圓整為矯直機參數(shù)系列中的相應(yīng)數(shù)值。
按照矯直一定厚度范圍內(nèi)的鋼板選擇矯直機的輥距時，既要保證最小厚度軋件的矯直質(zhì)量，又要保證在矯直最大截面積軋件時的矯直強度[5]。所以，計算時應(yīng)該分別按照最大允許輥距tmax和最小允許輥距tmin進行計算，最后確定的輥距t應(yīng)該滿足tmin＜t＜tmax盡量取小值，并且圓整為矯直機參數(shù)系列中的相應(yīng)數(shù)值[1]。
表3-1
（1）最小允許輥距tmin
最小允許輥距取決于輥子的強度條件，輥距減小時會增大輥子上的壓力，如果采用支承輥，可以提高工作輥的強度，但是接觸應(yīng)力過大，會造成輥子表面過度的磨損以及剝落，這樣就容易劃傷軋件表面。所以，按照工作輥的接觸強度和扭轉(zhuǎn)子強度來計算最小允許輥距tmin。
根據(jù)接觸應(yīng)力公式[5]：
(3-1)
式中 ———輥子表面最大接觸應(yīng)力；
P———軋件對輥子的最大壓力，由后面的分析可得它等于最小輥距時作用在第三輥上的壓力P3：
(3-2)
E———工作輥彈性模數(shù)；
R———工作輥半徑；
b———軋件與輥子的接觸寬度；
———允許接觸應(yīng)力，其值大致等于軋件的屈服強度的兩倍，即
=2 (3-3)
對于本次設(shè)計的2800中板熱矯直機，取，時，帶入下式
(3-4)
式中 hmax———矯直鋼板的最大厚度
最小允許輥距tmin為：
(3-5)
取E= 206000 Mp
圓整后tmin=560mm
（2）最大允許輥距tmax
最大允許輥距tmax取決于厚度最小的軋件的矯直質(zhì)量，而矯直質(zhì)量與第二輥下軋件變形程度有關(guān)。tmax不能太大，否則軋件不會產(chǎn)生必要的彈塑性彎曲變形，達不到矯直效果。
矯直的最小厚度軋件經(jīng)矯直輥反轉(zhuǎn)時，斷面處的塑性變形的高度不能夠小于，即。所以，軋件的反彎率應(yīng)該是：
(3-6)
假設(shè)反彎曲率半徑等于矯直輥的半徑，即，由表3-1可得Dmax=0.9tmin,于是得出：將3-6代入，得
(3-7)
代數(shù)得：
計算結(jié)果表明，tmax值遠大于按照強度條件計算出的tmin值，而t值應(yīng)該靠近tmin值選取。所以t值取為t=tmin=560mm
（3）輥徑D的確定
取D=510mm
3.2 輥數(shù)n的確定
隨著輥數(shù)的增加軋件的反彎次數(shù)也隨之增加,雖然這樣可以提高軋件的矯直質(zhì)量,但是同時也會使得軋件的加工硬化和矯直機所需要的功率增加。所以,輥數(shù)n的選取應(yīng)該在保證矯直質(zhì)量的前提下盡量減少輥數(shù)。
對于小變形壓彎值容易計算不容易調(diào)節(jié)，計算很準確然而調(diào)節(jié)卻比較困難，特別是由于機架的剛度小、側(cè)彎、扭曲，調(diào)準后工作時各輥之間相互影響，使得準確性下降。結(jié)合表2-1、圖3-1以及表3-2本次設(shè)計的2800熱矯直機的輥數(shù)選擇11輥。
表3-2 板材矯直機的經(jīng)驗輥數(shù)
板厚/mm
板寬/mm
輥數(shù)(個)
矯直特性
≥50
＞2500
5～9
熱矯
8～50
寬板
9～11
熱矯
8～50
寬板
9～13
冷矯
1～8
寬板
13～17
冷矯
0.2～1
寬板
17～23
冷矯
0.1～0.2
寬板
23～29
冷矯
圖3-1[6] 殘余曲率與矯直機輥數(shù)的關(guān)系
3.3 輥身長L的確定
矯直輥輥身長度L與軋件的最大寬度有關(guān)[1]，要比軋件的最大寬度大一定的數(shù)值，這是因為矯直輥為光輥，軋件在其表面容易發(fā)生跑偏，所以在輥端應(yīng)該留有余量。一般可以根據(jù)表3-3選取，或者利用慣用規(guī)定進行計算。
表3-3 矯直輥輥身長度與鋼板最大寬度的關(guān)系[7]
鋼板最大寬度bmax/mm
400
540
800
1000
1250
1550
1800
2000
2500
3200
4000
輥身長度L/mm
500
700
1000
1200
1450
1700
2000
2300
2800
3500
4200
由于本次畢業(yè)設(shè)計所給的軋件最大寬度為2650mm,所以采用慣用規(guī)定[6]：
(3-7)
時，a=50～200mm，
時, a=200～350mm，
本設(shè)計取a=200，所以
3.4 矯直速度V的確定
（1）、單獨設(shè)置的鋼板矯直機，考慮矯直溫度、軋件種類等因素，根據(jù)矯直機的生產(chǎn)率確定其矯直速度。
（2）、連續(xù)生產(chǎn)線上的矯直機，根據(jù)與機組速度相適應(yīng)確定其矯直速度，大多數(shù)情況是可以調(diào)節(jié)的。
本次設(shè)計的2800中板熱矯直機是在連續(xù)生產(chǎn)線上，在軋制后的第一次矯直，其矯直速度由表3-4選取，大小為0～±1～±2m/s。
表3-4 鋼板矯直速度[7]
鋼板厚度h/mm
冷矯直v(m/s)
熱矯直v(m/s)
0.5～4
6.0～0.5
1.0～3.0
4～30
0.5～0.1
4 力能參數(shù)的確定
矯直機的力能參數(shù)計算包括矯直力、矯直力矩和矯直機驅(qū)動功率的計算。作為合理設(shè)計以及使用的重要依據(jù)，矯直機力能參數(shù)的計算，對于進一步確定合理的矯直機結(jié)構(gòu)，提高軋件的矯直質(zhì)量有重要意義。
4.1 計算理論依據(jù)[1][5][6]
中厚板在矯直過程中會產(chǎn)生彈塑性變形，并且會形成一定厚度的塑性層，其彎曲變形如圖4-1所示
h—軋件厚度；Zt—彈性層厚度；σt—材料的屈服極限
圖4-1 非理想材料彈塑性彎曲變形[7]
σ與ε之間的線性關(guān)系為: σ=Eε;當(dāng)彎曲變形達到屈服極限(εt)之后，縱向纖維的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不在遵循胡克定律，表現(xiàn)為某種曲線或者近似直線但其彈性性質(zhì)明顯減弱的特征；在塑性區(qū)的應(yīng)力可以寫為：σ=σt+E’(ε-εt)。
軋件在矯直過程中內(nèi)外力矩相等可以表示為：
(4-1)
因為：
(4-2)
(4-3)
所以：
(4-4)
寬度為b的矩形斷面：
dF=bdz (4-5)
(4-6)
整理得：
(4-7)
式中：———強化系數(shù)
———彈性層厚度系數(shù)
對于彈性彎曲極限狀態(tài)：
———彈性彎曲極限值
式中：———彈性斷面系數(shù)
對于彈塑性彎曲極限狀態(tài)：
———彈塑性彎曲極限值
式中：———塑性斷面系數(shù)
圖4-2 矯直力分析[7]
由軋件在矯直過程中的狀態(tài),如圖4-2所示,作用在輥子上的壓力可以根據(jù)各斷面上的彎曲力矩,由平衡進行計算,具體結(jié)果如下:
式中 t———矯直輥輥距
Pi———各輥的矯直力
Mi———各輥的矯直力矩
4.2 矯直力的計算
在誤差不大的情況下，對于板材矯直機的彎曲力矩進行簡化計算，可以進行做如下考慮：
（1）、軋件在2、3、4輥子上承受最大彎曲力矩，為塑性變形，即：
M2= M3= M4= MS
式中 MS———塑性彎曲力矩
（2）、軋件在8、9、10輥上為彈性變形，即：
M8= M9= M10= Mw
式中 Mw———彈性彎曲力矩
（3）除了第1和第11輥之外，其余的輥子上的彎曲力矩等于塑性彎曲力矩與彈性彎曲力矩的平均值，即：
對于鋼板矯直機，其作用在軋件上的彈性彎曲力矩和塑形彎曲力矩分別為：
式中 b———矯直鋼板的橫截面寬度
h———矯直鋼板的厚度
———矯直鋼板的屈服強度
S———鋼板的塑性斷面系數(shù)
W———鋼板的彈性斷面系數(shù)
作用在各輥子上的壓力為：
作用在矯直機所有輥子上的壓力總和為：
4.3 矯直力矩的計算
以下計算公式中出現(xiàn)的字母含義：
———作用在矯直輥上的矯直力矩
D———工作輥輥身直徑
———矯直鋼板的屈服強度
b———矯直鋼板的橫截面寬度
h———矯直鋼板的厚度
E———鋼材的彈性模量
鋼板產(chǎn)生塑性變形時的矯直力矩計算如下：
(4-8)
系數(shù)的計算如下：
第二個輥子：
(4-9)
其余輥子：
(4-10)
在上式中，如果，那么應(yīng)該按照以下公式進行計算：
(4-11)
對于11～19輥的矯直機[5]：
本次設(shè)計的矯直機為11輥,所以
假設(shè)倒數(shù)第二個輥僅實現(xiàn)彈性彎曲，其曲率半徑為：
(4-12)
即
(4-13)
所以：
=5837.7mm
=6349.2mm
=6958.9mm
=7704.2mm
=8620.7mm
=9794.3mm
=11325.0mm
通過對比的值和的值，可知除了和其余的全部大于，所以kj計算如下：
所以：
4.4 矯直機驅(qū)動功率的確定
對于本次設(shè)計的輥式矯直機,其主傳動系統(tǒng)電機的功率可以按照下式進行確定:
(4-14)
式中 V———軋件的運動速度
D———矯直輥輥身直徑
———傳動效率，=0.75～0.9
M———總矯直力矩
總矯直力矩由Mj、Mg、Mm三部分組成：
(4-15)
式中 Mj———使軋件產(chǎn)生塑性變形的矯直力矩
Mg———輥子與軋件的滾動摩擦力矩，其計算方法如下：
(4-16)
—為矯直機輥子上的總壓力
—為軋件與輥子之間的滾動摩擦系數(shù)，其取值如下：
對于型鋼矯直 =0.0008～0.0012
對于鋼板矯直 =0.0002～0.0008
本次設(shè)計為鋼板矯直，取=0.0002
則
Mm—矯直機輥子軸承的摩擦力矩，按照軸承所受的壓力計算，其公式如下：
(4-17)
—輥子軸承的摩擦系數(shù)
對于滑動軸承=0.05～0.07
對于滾動軸承=0.003～0.005
對于滾針軸承=0.01
本設(shè)計為滾動軸承，取=0.003
—輥子軸承處直徑（滾動軸承取中徑），
則
所以：
5 主要零部件的校核計算
5.1 電機的選擇及過載校核
由以上計算可得，單臺電機功率為：
取單臺電機的功率為315kw。
根據(jù)以上電機功率的計算,以及機械設(shè)計手冊選擇電機型號為Y335M3-2,其轉(zhuǎn)速為670～1340r/min,額定電流為6.5A[8]。
按照以下公式進行電機的過載校核[8]：
(5-1)
式中 ———電機最大負載轉(zhuǎn)矩，本設(shè)計中
———余量系數(shù)，直流電機取0.9～0.95，交流電機取0.9
———電機波動系數(shù)，取0.85
———電機額定轉(zhuǎn)矩
———電動機轉(zhuǎn)矩過載系數(shù)，取1.5
電機的額定轉(zhuǎn)矩為：
所以：
滿足式子(5-1)，即所選電機滿足使用要求。
5.2 矯直輥強度校核
由矯直力的計算，可以知道第三輥的矯直力是最大的，所以對第三輥進行強度校核即可。由4.2矯直力的計算可以知道第三輥上的矯直力P3=15672857N。
5.2.1 第三輥的傳動力矩
第三輥上的傳動力矩可以由以下公式進行計算[9]：
(5-2)
(5-3)
式中 ———第三輥矯直力矩
———第三輥摩擦力矩
———矯直力矩，
———第三輥的壓力，
———矯直機的壓力總和,
所以：
(5-4)
式中 ———矯直機與軋件的滾動摩擦系數(shù)，
———輥系軸承的摩擦系數(shù)，
———輥子軸承處直徑，
所以：
5.2.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定
將第三輥上的壓力認為是均布的，則單位長度上的壓力為q，其計算公式為：
(5-5)
式中 ———第三輥的壓力，
b———軋件的最大寬度，b=2650
所以：
沿著矯直輥輥身的長度方向有5個支承輥，可以認為是有7個支點的連續(xù)梁進行計算，即對此連續(xù)梁計算出各段的彎曲力矩和支反力。如圖5-1為支承輥簡化后的力學(xué)模型圖。
圖5-1 支承輥力學(xué)模型圖
彎矩方程式為[9]：
(5-6)
式中 ———第i支點的彎矩
———第i跨度的長度
———第i跨度在外載荷作用下的彎矩圖面積
，———彎矩圖的重心到支點i-1,i+1的距離
（1）、彎曲力矩的計算
0-1段和1-2段梁上所作用的載荷以及其彎矩分別如圖5-2和圖5-3所示：
圖5-2 0-1段梁上所作用的載荷和彎矩
對于0-1段如圖5-2，最大彎矩公式如下：
(5-7)
(5-8)
(5-9)
所以：
求彎矩面積的公式為：
(5-10)
所以：
彎矩面積的重心到支點0的距離計算公式如下：
(5-11)
所以：
對于1-2段如圖5-3：
彎矩圖面積的重心到支點2的距離為：
因為支點1的彎矩，所以當(dāng)時，對于0-2段彎矩的方程式為：
(5-12)
所以：
化簡為：
(1)
對于2-3段只受均勻載荷的作用：
圖5-3 1-2段梁上所作用的載荷和彎矩
彎矩圖面積的重心到支點2的距離為：
所以：
化簡后：
(2)
因為3-4段和1-2段上所作用載荷以及彎矩相同，所以對于2-4段：
其中
所以：
即：
(3)
由對稱性可知：
(4)
解方程組(1) (2) (3) (4)
得：
由對稱性得：
（2）、支反力的計算
通過分段計算，分別求出各段的支反力，然后將相同支點的支反力相加，既可以求出各支反力。
因為支點一的支反力是由0-1段的支反力和1-2段的支反力組成的，所以：
(5-13)
式中 ，———只考慮該段外載荷對支點1產(chǎn)生的支反力
在1-2段只作用均布外載荷，所以：
其中
同理,支點2的支反力是由1-2段的支反力和2-3段的支反力組成的；支點3的支反力是由2-3段的支反力和3-4段的支反力組成的。
所以：
式中 ，———只考慮該段外載荷對支點2產(chǎn)生的支反力
，———只考慮該段外載荷對支點3產(chǎn)生的支反力
在2-3段和3-4段只作用均布外載荷，所以：
所以：
其中
所以各支點的支反力為：
5.2.3 矯直輥強度計算及校核
矯直輥的彎曲力矩的彎矩圖和支反力的力矩圖可作出如圖5-4,由圖可知其最大彎矩。
已知矯直輥直徑
圖5-4 彎矩圖和力矩圖
所以：
輥子上最大彎曲應(yīng)力為：
輥子上最大切應(yīng)力為：
按照第四強度理論計算[10]:
已知矯正輥材料為其屈服極限為：
所以其安全系數(shù)為：
～5
故該矯直輥強度滿足使用要求。
5.3 工作輥軸承的校核[11][12]
5.3.1 軸承的初選
滾動軸承與滑動軸承相比，具有效率高、啟動靈活、潤滑簡便、摩擦阻力小、以及互換性高等優(yōu)點，所以本設(shè)計選擇滾動軸承。
對于滾動軸承類型的選擇，應(yīng)該考慮到軸承的調(diào)心性、轉(zhuǎn)速、載荷、安裝、拆卸、以及經(jīng)濟性等因素。選擇軸承型號及參數(shù)如下：
23936CC/W33-C3的雙列向心調(diào)心滾子軸承，其參數(shù)為：、、、、、。
32936/DF的圓錐輥子軸承，其參數(shù)為：、、、、、。
因為軸承是易損件，取所以
5.3.2 軸承當(dāng)量動載荷的計算
因為軸向力，所以軸承當(dāng)量動載荷的計算公式為：
(5-14)
式中 ———載荷系數(shù)，對于中等慣性沖擊取，本設(shè)計取
———軸承承受的徑向力
已知軸承處的支反力為，所以軸承的徑向載荷為：
所以：
5.3.2 軸承壽命計算
軸承壽命計算公式為：
(5-15)
式中 ———溫度系數(shù)，當(dāng)軸承溫度小于120度時
———軸承轉(zhuǎn)速（即矯直輥轉(zhuǎn)速）
———基本額定動載荷，去兩個軸承中較小的值，即
———壽命指數(shù)，對于滾子軸承
已知矯直速度，所以矯直輥的轉(zhuǎn)速為：
所以：
滿足壽命使用要求，即所選軸承符合使用要求。
5.4 萬向連接軸的計算
5.4.1 萬向接軸主要尺寸[13]
叉頭直徑：
取
扁頭長度L
取
扁頭厚度S
取
叉頭鏜孔直徑d
取
接軸本體直徑
取
扁頭總寬度
取
5.4.2 扁頭的強度計算[13]
（1）、開口扁頭的受力分析
如圖5-5所示：
，
(5-16)
(5-17)
(5-18)
(5-19)
式中 ———矯直輥的最大矯直力矩，
所以：
圖5-4
（1）、強度校核
為危險斷面，求剪應(yīng)力時的經(jīng)驗公式計算
(5-20)
通過的值可以查出，所以：
所以扁頭的強度符合使用要求。
5.4.2 叉頭的強度計算
根據(jù)實驗公式，叉頭最大應(yīng)力取決于萬向接軸傾角和叉頭銷孔直徑和外徑比值，其應(yīng)力計算公式為 ：
(5-21)
式中 ———的一個系數(shù)，
所以：
所以叉頭的強度符合使用要求。
6 相關(guān)潤滑的選擇
6.1 矯直輥的潤滑[14]
矯直輥的潤滑可以選用傳統(tǒng)的干油潤滑或者較為先進的油氣潤滑。由于矯直機經(jīng)常處于高溫和高濕度的情況下，干油管道受到烘烤的影響，其內(nèi)的潤滑脂容易染化、硬結(jié)，導(dǎo)致管路堵塞無法補充干油，容易引起軸承損壞等事故，并且干油也無法潤滑在輥盒內(nèi)部的支承輥。所以現(xiàn)在大多選用的是油氣潤滑系統(tǒng)。將壓縮空氣與潤滑油混合形成紊流的油氣混合后再供給到潤滑點即為油氣潤滑。與干油潤滑線比較油氣潤滑具有以下優(yōu)點：
（1）、潤滑油的消耗量低，采用油氣潤滑所消耗的潤滑油的量相當(dāng)于干油潤滑的幾十分之一。
（2）、傳動件的壽命得到大幅度的提高，油氣潤滑可以適當(dāng)?shù)慕档凸ぷ鳒囟龋鋲簭娍捎行Х乐雇鈦淼乃?、有害氣體、腐蝕性流體、氧化鐵皮等物質(zhì)的侵入。
（3）、對潤滑油的粘度的適應(yīng)性非常好。
（4）、受潤滑設(shè)備的運行和維修費用大幅度降低。
（5）、不會像干油潤滑污染乳化液，對環(huán)境的影響小。
（6）、管道簡潔，對潤滑設(shè)備大小沒有限制。
所以本次設(shè)計矯直輥和支承輥采用油氣潤滑。
矯直輥采用外置式油氣分配器，支承輥采用內(nèi)置式油氣分配器，保證每個軸承單獨潤滑。
6.2 主傳動系統(tǒng)的潤滑
（1）、減速器和齒輪座的潤滑
減速器和齒輪座的潤滑的潤滑方式通常為稀油潤滑和干油潤滑，本次設(shè)計采用稀油潤滑。稀油潤滑集中潤滑系統(tǒng)通常由稀油站和潤滑管路兩部分組成，包括給油管、回油管及機器配管。主減速機采用循環(huán)噴注潤滑，可以保證齒輪對有可靠的潤滑。
（2）、萬向接軸的潤滑
本次設(shè)計采用的是萬向接軸，其滑塊式萬向接軸鉸鏈的摩擦表面不能很好的密封潤滑油，使得潤滑油不易保存在摩擦表面上，造成接軸鉸鏈處的潤滑不好，會導(dǎo)致滑塊的加速磨損，間隙增大。所以為了改善鉸鏈的潤滑條件，以降低滑塊的磨損。可采用人工定期加潤滑油或采用專門裝置自動潤滑。本次設(shè)計萬向接軸采用手動干油潤滑方式。
7 設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟可行性與環(huán)保性分析
7.1 設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟可行性分析[15]
技術(shù)經(jīng)濟性分析研究技術(shù)活動的經(jīng)濟效果，要求獲得最大產(chǎn)出與回報的同時付出最低的成本。所以在開發(fā)一個產(chǎn)品時，必須進行技術(shù)方案的經(jīng)濟效果評價。即在技術(shù)方案沒有進行社會實踐之前，估算出其經(jīng)濟效果，幫助決策技術(shù)方案的可行性。其基本原則是：產(chǎn)品創(chuàng)造的價值必須大于其生產(chǎn)過程中投入的勞動價值。
設(shè)備的經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在制造，設(shè)計以及使用的過程中，在整個過程中需要進行全面的考慮。設(shè)計制造的經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在機器的成本上；使用的經(jīng)濟性體現(xiàn)在效率高，較小的消耗能源，原材料，以及維修費用上面。我們可以采用如下方法提高設(shè)備的經(jīng)濟性：
（1）、合理提高矯直機的自動化和機械化的水平，例如可以采用自動厚度控制系統(tǒng)等，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。
（2）、大量采用標準件，以便節(jié)約采購資金。
（3）、在選擇該矯直機的電機的時候，不用選擇功率太大的，以節(jié)約電能，但是也不能太小以至于不滿足動力的需求。
（4）、矯直機的壓下系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿傳動，這種方式不僅傳動效率高，也有利于形成油膜，接觸齒數(shù)多，結(jié)構(gòu)緊湊，減小占地面積。節(jié)約了資金。
（5）、在為矯直機的零件材料的時候盡可能不要選擇吸油的材料。
（6）、要適當(dāng)?shù)牟捎梅雷o和潤滑系統(tǒng)，例如矯直輥采用油氣潤滑，和其他的潤滑方式比較，可以提高軸承的壽命3~6倍，使故障率大大降低，相應(yīng)的維修費用也大大的減小。
7.2 設(shè)備的環(huán)?？尚行苑治?
（1）、由于該矯直機在工作的時候內(nèi)部產(chǎn)熱量會很大，所以矯直輥內(nèi)部采用冷水冷卻。使用的水量會很大，考慮到環(huán)保，應(yīng)該將流出的污水導(dǎo)入過濾水池，經(jīng)過處理后循環(huán)再用，既經(jīng)濟又環(huán)保；
（2）、由于生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量大灰塵，影響到了機械設(shè)備的潤滑，從而造成磨損會降低設(shè)備的使用，為此應(yīng)對設(shè)備加強維護清掃灰塵和油污，同時注意保持生產(chǎn)車間環(huán)境。
（3）、降低矯直機在運行時候的噪音。本次設(shè)計的十一輥矯直機采用的是油氣潤滑，潤滑油是均勻且不間斷的一旦出現(xiàn)了潤滑故障就會有警報不至于在短時間內(nèi)磨損軸承，更主要的是有效的降低的噪音，減少噪聲污染。
結(jié)束語
首先感謝您能耐心的看完“2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計”。
通過2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，我成功地梳理的大學(xué)四年所學(xué)習(xí)的知識，更加深刻的了解了所學(xué)知識的應(yīng)用，也將所學(xué)習(xí)的知識掌握的更加深刻和詳細，同時也補充了專業(yè)知識的漏洞。感謝學(xué)校給予的這個機會！
雖然對于機械已經(jīng)有了四年的學(xué)習(xí)，但是學(xué)期初接到課題時還是非常迷茫的，由于沒有獨自做過這種課題，所以不知道應(yīng)該從何做起，后來在老師的耐心指導(dǎo)下，逐漸的掌握了做設(shè)計的步驟和方法。通過前兩周的資料收集以及圖紙的仔細閱讀，重新認識了矯直機，逐步掌握了其工作原理以及主傳動系統(tǒng)的作用和工作過程。而后，通過設(shè)計方案的選擇、矯直力和矯直力矩的計算、電機選擇校核等練習(xí)了機械設(shè)計手冊的使用；通過裝配圖、零件圖以及部件圖的繪制對CAD進行了練習(xí)。
這次的畢業(yè)設(shè)計對我的影響非常大，不僅僅復(fù)習(xí)了所學(xué)習(xí)的知識，更讓我懂得了做機械需要耐心、細心的查找整理資料，需要熟練的掌握各種制圖軟件。對于我以后的學(xué)習(xí)影響非常大，讓我更加熱愛機械，更加希望深入的學(xué)習(xí)機械！
致謝
首先，非常感謝石加聯(lián)老師在本次畢業(yè)設(shè)計中對我的耐心指導(dǎo)，幫助我順利的完成了“2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計”這一課題。
由于本人第一次獨自進行這么大的課題，不免會出現(xiàn)一些錯誤，非常感謝老師和同學(xué)們耐心的批評和指正。
最后感謝評閱老師和答辯老師能夠耐心的看完我的設(shè)計說明書！祝您：身體健康、工作順利，闔家歡樂！
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