1、本科畢業設計（論文）I摘要摘要矯直機是對金屬棒材、管材、線材等進行矯直的設備。軋制出的鋼材常出現弧形彎曲、縱向和橫向彎曲、瓢曲等缺陷,為此軋后鋼材必須經過矯正。本設計方案以太重集團生產的幾種矯直機為參照，結合本案設計要求，設計了九輥矯直機。本方案以彈塑性彎曲變形理論為設計依據。主要包括以下內容：矯直機類型，矯直原理，矯直機結構的確定，矯直機基本力能參數計算、力能參數計算、電動機功率計算、工作輥和支撐輥的結構設計與校核、壓下機構的設計計算及校核。關鍵詞關鍵詞：矯直機；工作輥；支承輥；壓下機構本科畢業設計（論文）IIAbstractStraightening machine is a equipm

2、ent, which straighten metal bar, pipe workpiece, wire and so on. After rolling, there are arch bending, vertical and horizontal bending, protuberance in steel strip. So it must be straightened. I consulted straightening machine of Tai Zhong Group, combining with the design requirements of the progra

3、m, then designed the nine roller straightening machine. The project is based on the theory of elasto-plastic bending. It includes the following: the type of straightening machine, the theory of straightening machine and the structure of straightening machine, the calculation of straightening machine

4、s basic parameters, the structural design and the checking of the work roll and backup roll, the structural design and checking of screwdown Key words: Straightening machine; work roll; backup roll; screwdown本科畢業設計（論文）III目錄目錄摘要摘要.IABSTRACT .II目錄目錄.III一、前言一、前言 .11.1 課題研究的意義及現狀.11.2 論文主要研究內容.3二、方案確定二、

5、方案確定 .42.1 矯直機類型.42.2 矯直原理.62.3 矯直機結構.8三、設計計算三、設計計算 .173.1 矯直機基本參數的確定.173.2 輥式矯直機的力能參數確定.19展望展望 .35參考文獻參考文獻 .36致致謝謝 .37附件附件 1 .38附附件件 2 .46本科畢業設計（論文）1一、前言一、前言1.1 課題研究的意義及現狀課題研究的意義及現狀在板帶材的軋制生產中，由于軋件溫度不均，變形不均及軋后冷卻不均、運輸和其他因素的影響，致使軋制出來的產品常出現波浪彎和瓢曲等缺陷。為此軋后鋼材必須經過矯正，以達到國家規定的質量標準，滿足用戶的使用要求。為此我們參照以往的矯直機設計資料，

6、結合當前最新的矯直機設計技術設計了該型矯直機。本設計方案以實用化、堅固耐用為根本設計思想，兼顧經濟性。矯直技術屬于金屬加工學科的一個分支，已經廣泛應用于日用金屬加工業，儀器儀表制造業，汽車、船舶和飛機制造業，石油化工業，冶金工業，建筑材料業，機械裝備制造業，以及精密加工制造業。矯直技術在廣度和深度方面的巨大發展迫切要求矯直理論能進一步解決一些疑難問題，推動開發新技術和研制新設備。尤其在黨的十六大之后，要求用信息化帶動工業化，矯直技術也要跟上時代。首先要在矯直機設計、制造、矯直過程分析、矯直參數設定及矯直質量預測等方面搞好軟件開發；其次要進行數字化矯直設備的研制，使矯直技術走上現代化的道路，不斷

7、豐富金屬矯直學的內容。 矯直技術多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產成品的質量水平。矯直技術同其他金屬加工技術一樣在 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象比較明顯。例如矯直輥負轉矩的破壞作用在 20 世紀下半葉才得以解決，但其破壞作用的機理直到 20 世紀 80 年代末才被闡明。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的確定還要依靠許多經驗算法和經驗數據，如輥數、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度等；其次是許多技術現象如螺旋彎廢品、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；

8、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不同的工件，如彎距和矯直曲率等都缺少通用表達式。 矯直技術歷史悠久，但其產生時間并未有確切的時間記載。但從文物發掘中看到我國春秋戰國時期寶劍的平直度可以使人想象到當時手工矯直和平整技術已經達到很本科畢業設計（論文）2高的水平。在我國古代人的生活與生產中使用的物品與工具，小自針錐、大到鐵杵，都要求用矯直技術來完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設備與工具是極簡單的，如平錘、砧臺等。對大型工件的手工矯直常借助高溫加熱進行。古代人在矯直及整形的實踐中認識到物質的反彈特性，確立了“矯往必須過正”的哲理，用之于

9、矯直技術頗有一語道破天機之功。現代矯直機的快速發展是從 18 世紀末的歐洲產業革命開始的。到 19 世紀 30 年代，冶鐵技術發展起來，鋼產量迅速成倍的增長。到 19 世紀末期時，鋼產量增加了 50 多倍。鋼材產量占鋼產量的比重也明顯增加。這時已經出現了鍛造機械、軋鋼機械和矯直機械。進入 20 世紀，以電力驅動代替蒸汽動力為標志，推動了機械工業的發展。到 1914 年英國發明了 212 型五輥式矯直機，解決了鋼管矯直問題，同時提高了棒材矯直速度。20 世紀 20 年代，日本已能制造多輥矯直機。20 世紀 30 年代中期，發明了 222 型六輥式矯直機，顯著提高了管材矯直質量。20 世紀 60年

10、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 七輥式矯直機。20 世紀 30 到 40 年代國外技術發達國家的型材矯直機及板材矯直機也得到了迅速發展，而且相繼進入到中國的鋼鐵工業及金屬制品業。新中國成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國家制造的矯直機。20 世紀 50 年代，蘇聯的矯直機大量的進入到中國，同時，世界上隨著電子技術及計算機技術的發展，工業進步速度加快，矯直機的品種、規格、結構及控制系統都得到不斷的發展與完善。20 世紀 70 年代，我國改革開放以后接觸到大量的國外設計研制成果，同時也引進許多先進的矯直設備。如英國的布朗克

11、斯矯直機；德國的凱瑟琳、德馬克連續拉彎矯直機及高精度壓力矯直機；日本的薄板矯直機等。與此同時，我國科技界一直在努力提高自己的科研設計和創新能力。從 20 世紀 50 年代起提出的雙曲線輥形設計的精確計算法及文獻提出的矯直曲率方程式到 80 年代提出的等曲率反彎輥形計算法。此外，以西安重型機械研究所為代表的科研單位和以太原重型機械廠為代表的設計制造部門完成了大量的矯直機設計研制工作。進入 90 年代之后，我國在趕超世界先進水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發明專利；一些新成果獲得了市、省級部級科技成果進步獎；有的獲得了國家發明獎。如已經研制成功的雙向反彎輥形 2 輥矯直機、復

12、合轉轂式矯直機，平行輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等。本科畢業設計（論文）31.2 論文主要研究內容論文主要研究內容本矯直機的主要技術參數為：矯直材料 Q235，鋼板厚度 H=416mm，最大板寬B=2100mm；矯直溫度 400600；矯直速度 0.51.5m/s；矯直輥輥距 280mm；輥徑250mm；輥身長 2350mm，5 個上輥，4 個下輥；支承輥輥徑 280mm、輥身長900mm、3 個上輥、4 個下輥；最大開度 140mm；壓下裝置采用一臺 5.5kw、1455r/min的交流電機驅動；主電機一臺、200kw、980r/min、交流。根據設計要求，在本方案中，設計計算了矯直機

13、的基本力能參數，如輥距，輥徑等；工作輥的結構與裝配方案，并對其進行了校核；支承輥的機構與裝配方案，并對其進行校核；壓下系統的結構設計。本科畢業設計（論文）4二、方案確定二、方案確定2.1 矯直機類型矯直機類型2.1.1 壓力矯直機壓力矯直機軋件在活動壓頭和兩個固定支點間，利用一次反彎的方法進行矯直。這種矯直機用來矯直大型鋼梁、鋼軌和大直徑（大于 200300 毫米）鋼管或用作輥式矯直機的補充矯直。壓力矯直機的主要缺點是生產率低且操作較繁重。壓力矯直機有立式（圖2-1a）和臥式（圖 2-1b）兩種。2.1.2 拉伸矯直機拉伸矯直機拉伸矯直機也稱張力矯直機，主要用于矯直厚度小于 0.6 毫米的薄鋼

14、板和有色金屬板材。通常，輥式板帶材矯直機只能有效的矯直軋件的橫向或縱向彎曲（即二元形狀缺陷） 。至于板帶材的中間瓢曲和邊緣浪形（三元形狀缺陷）則是由于板材沿長度的方向各纖維變形量不等造成的。為了矯正這種缺陷，需要使軋件產生適當的塑性延伸。在普通輥式矯直機上雖然能使這種缺陷有所改善，但矯直效果不理想。這時需要采用拉伸矯直方法。拉伸矯直的主要特點是對軋件施加超過材料屈服極限的張力，使之產生彈塑性變形，從而將軋件矯直。圖 2-1j 是矯直單張板材的鉗式拉伸矯直機。這種設備生產率低且夾鉗夾住的部分要切除，造成的金屬損耗太大。圖 2-1k 是張力平整組。他能對成卷帶材進行粗矯，也能改善軋件的機械性能。圖

15、 2-1l 是連續拉伸機組。它由兩個張力輥組成 。拉伸所需的張力由張力輥對帶材的摩擦力產生。這種矯直機主要用于有色金屬。圖 2-1m 是帶有張力的輥式矯直機組。這種結構用于連續矯直高強度薄帶材。但因輥式矯直機的工作輥很難單獨調整，同時，在張力作用下，工作輥容易竄動，因而影響了矯直質量。目前，這種結構的矯直機已被拉伸彎曲矯直機取代。2.1.3 拉彎矯直機拉彎矯直機曲的基本原理是當帶材在小直徑輥子上彎曲時，同時施加張力，使帶材產生彈塑本科畢業設計（論文）5性延伸，從而較平。這種矯直機組一般用在連續作業線上，可以矯直各種金屬帶材（包括高強度極薄鋼板） 。拉伸彎曲機組也可在酸洗機組上進行機械破鱗，以提

16、高酸洗速度。圖 2-1 矯直機的基本類型2.1.4 管材、棒材矯直機管材、棒材矯直機管、棒材矯直的原理也是利用多次反復彎曲軋件，是軋件矯直 。圖 2-1g 是斜輥式矯直機。這種矯直機的工作輥具有類似雙曲線的空間曲線的形狀。兩排工作輥軸線相互交叉。管棒材在矯直時邊旋轉邊前進，從而獲得對軸線對稱的形狀。圖 2-1h 是“313”型輥式矯直機。這種矯直機的設備重量輕，易于調整和維修，本科畢業設計（論文）6用于矯直管棒材時，效果很好。圖2-1i 是偏心軸式矯直機用來矯直薄壁管。2.1.5 輥式矯直機輥式矯直機在輥式矯直機上軋件多次反復彎曲而得到矯直。輥式矯直機生產率高而且容易實現機械化，在型鋼車間和板

17、帶材車間獲得廣泛應用。輥式矯直機的類型很多，在圖 2-1 中圖 ch 列出了幾種主要的類型。圖2-1c 是上排每個工作輥可單獨調整的輥式矯直機。這種調整方式較靈活，但由于結構配置上的原因，它主要用于輥數較少、輥距較大的型鋼矯直機。圖 2-1d 是整排上工作輥平行調整的矯直機。通常，出入口的兩個上工作輥（也稱導向輥）做成可以單獨調整的，以便于軋件的導入和改善矯直質量。這種矯直機廣泛用來矯直 412mm 以上的中厚板。圖 2-1e 是整排上工作輥可以傾斜調整的矯直機。這種調整方式使軋件的彎曲變形逐漸減小，符合軋件矯直時的變形特點。它廣泛用于矯直 4 毫米以下的薄板。圖 2-1f 是上排工作輥可以局

18、部傾斜調整（也稱翼傾調整）的矯直機。這種調整方式可增加軋件大變形彎曲的次數，用來矯直薄板。2.2 矯直原理矯直原理若軋件具有單值曲率的圓弧，則用三個輥子使其反彎至曲率為，且連續通過，01r1即可完全矯直。但實際情況中，軋件的原始曲率沿長度方向往往是變化的，不僅是多值的，而且彎曲方向也不同，所以僅用三個輥子的矯直方法是不行的。為了保證矯直質量，必須增加矯直輥的數量。輥式矯直機一般至少要五個工作輥。本設計方案采用的是上下輥平行排列的矯直方案，即上排輥相對下排輥平行排列，集體升降，矯直時所有上排輥子的壓下量相同，除首尾輥外，其余各輥子處軋件彎曲至相同的曲率。1f當時，矯直原始曲率為的軋件，若第 2

19、輥使變為，第 3 輥11fw010r01r11r使變為，由于彈性變形不足和殘余應力的影響，后面的輥子作用不大，軋件的01r11r本科畢業設計（論文）7殘余曲率會接近于0。為了提高矯直精度，較徹底的消除殘余曲率，必須11r。11fw圖 2-2 上下輥平行排列矯直原理圖如上圖所示，軋件的原始曲率為0。通過第 2 輥子后，變為，殘余曲11r11r11r率為，通過第 3 輥子后，變為和變為，殘余曲率為01r11r01r11r11r21r11r；通過第 4 輥子后，變為，殘余曲率為；依次類推，殘余曲率21r11r21r21r31r范圍逐漸縮小，經若干輥子后，殘余曲率趨于定值。若矯直機的出口輥的壓下可單獨

20、調整，則可完全消除該定值的殘余曲率，即軋件得到完全矯直。實際上輥數是有限的，只能達到限定的矯直精度，若是軋件反復通過矯直機，則起到增加輥數的作用，即可提高矯直精度。本科畢業設計（論文）82.3 矯直機結構矯直機結構2.3.1 工作輥的布置方案工作輥的布置方案按工作輥的調整方法和排列方式不同，工作輥的結構有以下幾種基本形式： 1）每個上輥可單獨調整高度的。如圖 2-3a，每個上輥都具有單獨的軸承座和壓下調整機構，保證任意調整高度。此外通常還可以移動機架的上部分相對下部分進行集體調整。能夠得到較高的矯直精度。但結構復雜，所以在實際中一般輥數較少。 2）上排輥子集體平行調整高度。如圖 2-3b，上排

21、輥子固定在一個平行升降的橫梁上，只能集體上下平行調整，所以輥子的壓下量相同，結構比較簡單。但這種調整方式只能用較小的（甚至是最小的）有效彎曲變形，才能得到較高的矯直精度，否則將出現較大的殘余曲率。為解決上述缺點，通常出入口上輥為單獨調整的。這種結構方案廣泛應用于中厚板的矯直。 3）上排輥子集體傾斜調整。如圖 2-3c，上排輥子安裝在一個可傾斜調整的橫梁上，由入口至出口軋件彎曲逐漸減小，可以實現大變形，小變形倆種矯直方案，能得到較高的矯直速度，調整也很方便，所以應用廣泛。圖 2-3 板材輥式矯直機上輥調整方案a-每個上輥單獨調整；b-上輥集體平行調整；c-上輥集體傾斜調整圖 2-4 混合排列的輥

22、式矯直機a-入口平行、出口傾斜；b-中間平行、倆端傾斜本科畢業設計（論文）9 4）平行和傾斜混合排列的矯直機。如圖 2-4，一種是入口段為平行排列，出口段為傾斜排列，增加了入口段軋件的大變形過程，可提高矯直質量。另一種是中間為平行排列，倆端為傾斜排列，它不僅能提高矯直質量，而且可改善咬入條件和作用于可逆矯直。2.3.2 支撐輥的布置方案支撐輥的布置方案1）垂直布置。支承輥僅承受工作輥垂直方向的彎曲。這種布置形式僅用于輥徑與輥身長度比值較大的矯直機。圖 2-5 板材矯直機支承輥的布置形式a-垂直布置；b-交錯布置；c-垂直和交錯混合布置2) 交錯布置。支承輥承受工作輥垂直方向的彎曲，矯直過程中工

23、作輥比較穩定。與垂直布置得想反，多用于工作輥輥徑與輥身長度比值較小的矯直機。3）垂直和交錯混合布置。下排支承輥采用垂直布置形式，可漏掉輥間的氧化鐵皮和其他物質，從而減輕輥面磨損，可提高輥子壽命。這種布置形式多用于矯直帶氧化鐵皮的熱軋鋼板。 圖 2-6 雙層矯直輥的矯直機示意圖1-板材；2-工作輥；3-外層支承輥；4-中間支承輥本科畢業設計（論文）104）雙層支承輥。隨著板材厚度的減小，矯直機工作輥輥徑和輥距相應減小，則支承輥直徑可能受到限制，為加強支撐作用和扭轉能力，增設大直徑的外層支承輥和改為內層支承輥（中間支承輥）傳動。目前這種矯直機用于鋁及鋁合金薄帶的拉彎矯直機組中。 對于板材，尤其是薄

24、板，不僅在縱向上具有彎曲變形，而且在橫向上也具有彎曲變形，如瓢曲和浪形，嚴重影響板形質量，因此，根據不同的矯直工藝要求，支承輥又分一段、二段、三段的和多段的若干種。右圖 2-7 所示為三段式支承輥矯直方案，其各段支承輥可單獨調整壓下，沿工作輥長度方向可使帶材產生不同的變形，能夠消除倆邊或中間或一邊的板形缺陷。上下各段可對稱布置或交錯布置。 圖 2-7 雙邊浪形（上） ，中間瓢曲（中） ，單邊浪形（下） 2.3.3 工作機座的結構形式工作機座的結構形式1臺架式 這種矯直機機座由上臺架、下臺架和立柱三個主要部分組成。立柱同時也是壓下螺絲。壓下螺絲（或螺母）轉動，可以調整上、下臺架的相互位置，從而也

25、調整了矯直輥的壓下量。中厚板矯直機大多是臺架式的，它的上臺架可以整體平行壓下和整體傾斜壓下。整體平行壓下，其壓下機構是集體驅動的，如圖 2-8 所示；整體傾斜壓下是由兩套驅動裝置完成的，如圖 2-9 所示。圖 2-8 集體驅動壓下裝置a-兩級蝸桿減速 b-兩級蝸桿減速 c-圓柱齒輪-蝸桿減速本科畢業設計（論文）11圖 2-9 整體傾斜調整臺架式矯直機壓下裝置布置示意圖a圓柱齒輪-蝸桿減速 b兩級蝸桿減速圖 2-10 11-260/3002300 鋼板矯直機總圖1-壓下傳動裝置；2、9-支承輥調節裝置；3、7-上下支承輥；4、8-上下臺架；6-上下工作輥；10-緊固螺母； 11-立柱； 12-壓

26、下螺母；13-內齒圈；14-平衡螺母；15-托盤；16-平衡彈簧；17-手輪；18-壓下螺絲；19-出入口工作輥圖 2-10 是一臺 11-260/300X2300 矯直機的結構圖，這種矯直機的結構特點如下：1）矯直機上排輥是整體平行調整的（出、入口工作輥可以單獨調整） ，因此，上臺架 4 只是由一臺雙輸出軸 電動機分別通過兩級蝸輪減速機同時轉動四個立柱上壓下螺母。壓下裝置中的四個立柱同時是壓下螺絲，它們由螺母 10 固定在下臺架 8 上。在調整壓下時，立柱不動，而是壓下螺母 12 和平衡螺母 14 隨上臺架一起移動。壓下螺母同時也是壓下減速機的蝸輪。為了消除壓下螺母和螺絲之間的間隙，裝設了同

27、步彈本科畢業設計（論文）12簧平衡裝置。在托盤 15 上的平衡彈簧 16 通過拉桿平衡整個上臺架及上面機件的重量（過平衡） 。壓下螺母 12 與平衡螺母 14 由內齒套 13 聯接。托盤 15 通過平面軸承支托在平衡螺母上。這種裝置可使平衡彈簧隨著臺架升降。在調整壓下量時，彈簧 16 不產生附加變形。 2牌坊式牌坊式矯直機的機架牌坊可以是開式的也可以是閉式的。圖 2-11 是橫切機組中的一臺 11 輥矯直機結構圖。它采用了閉式牌坊。矯直機上排工作輥既能整體平行調整，又能整體傾斜調整。牌坊式工作機座的特點是強度和剛性較好，輥子的調整和拆卸方便。故新設計的薄帶矯直機常采用這種形式。它的缺點是結構較

28、復雜，外形尺寸也較大。圖 2-11 11-90/1001700 鋼板矯直機總圖1、4-牌坊架；2-上橫梁；3-電動機；5-凹弧面移動滑座；6-凸弧面擺動橫梁；7、10-支承輥；8、9-工作輥； 11-小齒輪；12-手輪；13-連桿；14-扇形齒輪；15-偏心軸；16-壓下螺母；17-壓下螺絲；18-滑塊；19-弧形導板；20-平衡梁；21-滾動軸承；22-螺栓；23-螺母；24-楔塊；25-支座；26-懸臂軸；27-軸承2.3.4 主傳動系統主傳動系統1.機列布置機列布置是指電動機、傳動裝置和工作機座的總體安排。他取決于車間內與之聯系的設備布置情況、安置該矯直機的面積亦即傳動裝置的布置形式等。

29、圖 2-12 是幾種典型的機列布置示意圖。本科畢業設計（論文）13圖 2-12a 是機列布置中最簡單的一種，扭矩由電動機經聯合減速機傳到工作輥。由于減速機與齒輪座放在一個箱體內，機列布置較緊湊，占地面積小，重量輕，潤滑集中。但是，聯合減速機結構較復雜，比較不容易加工制造和維修。圖 2-12b 是電動機經減速機傳到齒輪座，齒輪座再通過幾根輸出軸傳動工作輥的布置形式。這種布置方式中的減速機與齒輪座的結構均較簡單，但機列長度較長。當電動機功率超過 6080 千瓦時，通常采用雙電機驅動（表 2.2 圖 c） 。這樣不僅可以使減速機負荷均勻，而且可縮短機列長度。一般情況，這種布置方式的機列總寬均不超過工

30、作機座的寬度，故適于在連續機組中布置。圖 2-12d 除具有圖 b、c 的優點外，還有機列總長度較短的優點，只是這種布置形式需要使用較為復雜的傘齒輪減速機。圖 2-12 幾種典型的機列布置示意圖本科畢業設計（論文）14圖 2-12e 與圖 2-12d 相似，但是采用了球面蝸輪減速機。一般只在齒輪座必需采用兩根相距較遠的輸入軸時，才使用這種布置形式。圖 2-12e 與圖 2-12d 所示的機列其寬度很大，只是在機列長度受限制時，才采用。2主傳動系統 主傳動系統包括減速機、齒輪座和萬向聯軸節等。（1）減速機。在矯直機主傳動系統中，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

31、。它有三種主要形式：圓柱齒輪型、圓柱-圓錐齒輪型和蝸輪型。在這種形式中，每種又可分為單支（指單根輸出軸） 、雙支、三支和四支等幾種結構（圖 2-1） 。在輥數大于 7 的矯直機上，不易使用單支減速分配器。這是因為傳遞的總扭矩大，齒輪座的齒輪尺寸也大，使齒輪座輸出軸的間距很難與矯直機輥間距相適應。因此，在輥式鋼板矯直機上，大多使用多支的減速分配器，這樣也可使齒輪座的載荷均勻。由于矯直機的第三輥（或第二輥）受的矯直扭矩最大，因此，對該輥要盡可能由減速機的一根輸出軸經齒輪座直接傳動，以減輕齒輪座的負荷。優勢，為適應矯直機在連續機組中的安裝，將矯直機設計成可以雙向進料的結構。這時，矯直機另一端的第三輥

32、（或第二輥）也由減速機的一根輸出軸傳動。在這種情況下，減速機中心距總和應等于齒輪座兩邊第三軸或第二軸之間的距離（圖 2-1） 。這一值受齒輪座最大中心距的限制。齒輪座最大中心距是按照矯直輥最大中心距和萬向接軸的長度以及接軸傾角不超過 6的條件確定的。在綜合考慮上述因素后，選定減速機中心距，然后對減速機、齒輪座的齒輪和軸進行強度校驗。如計算結果不能滿足，則考慮增加減速機支數。在某些情況下，也可將直接傳動第三輥改為傳動鄰近的輥，以改變齒輪座的負荷分配情況。圓柱齒輪減速機的制造和安裝較為簡單，因此在矯直機主傳動系統中獲得廣泛應用。在制造能力許可下，也可使用聯合減速機。將減速機和齒輪座連成一個整體，可

33、減少傳動件，且結構緊湊，能減小機列總長度。（2）齒輪座 一般情況，為防止鋼板在工作輥間打滑，輥式鋼板矯直機所有的工作輥都是驅動的。齒輪座的作用是將減速機傳來的扭矩分配給各個矯直輥。本科畢業設計（論文）15齒輪座輸入軸數目與減速機的支數相同。每根輸入軸帶動一組齒輪。在輸入軸數量較多時，各組齒輪之間互不聯結，以避免功率傳遞路線閉合，惡化齒輪嚙合條件。按照齒輪的嚙合列數，可分為單列齒輪座和多列齒輪座。單列齒輪座的制造、安裝簡單，各齒輪軸和軸承可以通用且齒輪軸的剛性高。一般在工作輥距小于 50 毫米時，一采用這種形式。與單列齒輪座比較，多列齒輪座的總中心距小，因為每對齒輪的齒寬是根據傳遞的扭矩確定的，

34、同時，齒輪避免了重復嚙合，因而可適當減小中心距。多列齒輪座的齒輪軸剛性較低。為保證齒輪軸的剛度，通常只在輥距大于 50 毫米時才采用這種結構。由于在矯直機的功率中，軸承摩擦損耗占得比重較大，所以齒輪座、減速機和矯直機本體一般均采用滾動軸承。（3）萬向聯軸節 由于齒輪座的總中心距大于矯直機的總中心距，因此齒輪座輸出軸與矯直輥采用萬向聯軸節聯接。矯直機上常用的萬向聯軸節除了一般的滑塊式叉頭扁頭型外，在輥徑小于 120 毫米時，也采用球型萬向聯軸節。球型萬向聯軸節有多種型式。圖 2-12 是鋼球上帶有十字槽的結構。齒輪座傳動端的叉頭 6 通過方槽孔，套在齒輪座輸出軸上，叉頭 6 的另一端通過帶槽的球

35、 2（見圖 2-12b）與叉頭 5 相連接。同樣工作輥端的叉頭 1 也通過球2 與叉頭 3 相連。拆卸接軸時，需將花鍵軸上的柱銷取下，脫開接軸將軸折轉 90，即可將叉頭從鋼球上取下。在小輥距矯直機上也可采用簡易型鋼球萬向接軸（圖 2-13） 。這種聯軸節中采用標準鋼球（GB30864） ，它只起定心作用，矯直扭矩是靠兩插頭的側面直接接觸來傳遞的。這種聯軸節結構簡單，易于制造。拆卸時，松開鋼絲 6，去掉夾木 7，叉頭 3 即可沿軸向取下。在有的矯直機上還采用滾動軸承鉸鏈式萬向聯軸節，其允許傾斜角度可達 18，但結構尺寸較大。本科畢業設計（論文）16圖 2-12 帶槽球形萬向聯軸節a-聯軸節結構；

36、b-球結構1-工作輥端叉頭；2-帶槽鋼球；3-接軸叉頭；4-接軸；5-接軸叉頭；6-齒輪座端叉頭圖 2-13 簡易球形萬向聯軸節1-叉頭；2-鋼球；3-叉頭；4-接軸；5-導向鍵；6-緊固鋼絲；7-夾木 本科畢業設計（論文）17三、設計計算三、設計計算3.1 矯直機基本參數的確定矯直機基本參數的確定3.1.1 輥距輥距 t 的確定的確定輥距 t 的確定對保證矯直機的矯直質量有重要影響。在矯直軋件時，其基本條件是軋件應產生彈塑性彎曲變形，例如，對鋼板矯直機，根據1前面幾個輥子的反彎曲率必須滿足下列條件： （3-1）Ehsw211顯然，若板材的 E 已確定，則 s越大或 h 越小，反彎曲率半徑 也

37、應越小。與此對應，矯直輥徑 D 與輥距 t 也應越小。確定輥距的原則是既要保證軋件矯直質量，又要滿足輥子的強度條件。最小允許輥距受輥子強度條件限制；最大允許輥距取決于軋件矯正質量。根據【1】得：最小允許輥距為 （3-2） mmEhts41.51235101 . 2443. 043. 05maxmin圖 3-1 最大允許輥距 tmax的確定本科畢業設計（論文）18如圖 3-1 所示根據1 p369 得最大允許輥距為： （3-3）mmEhts42.500235101 . 26 . 135. 035. 05minmax根據經驗值輥距取 t=155mm 3.1.2 輥徑輥徑 D 的確定的確定由下表可知

38、道工作輥直徑 D=0.95t=147.25mm 圓整取 D=150mm表 31 輥徑與輥距的比值矯直機類型/D t矯直機類型/D t薄板矯直機0.90.95厚板矯直機0.70.85中板矯直機0.850.90型鋼矯直機0.750.903.1.3 輥數輥數 n 的確定的確定增加輥數即是增加軋件的反彎次數，輥數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，選擇輥數的是在保證矯直質量的前提下，使輥數盡量少。輥式矯直機常用的輥數如下表：表 32 輥式矯直機常用輥數矯直機類型輥式鋼板矯直機輥式型鋼矯直機鋼板厚度 mm軋件種類0.25-1.51.5-66中小型型鋼大型型鋼輥數 n19-2

39、911-177-911-137-9 因為用于矯直帶頭因為用于矯直帶頭 所以選擇所以選擇 5 輥輥3.1.4 輥身輥身 L 的確定的確定輥身長度 L 取決于軋件最大寬度，根據1得： 本科畢業設計（論文）19 L=bmax+a （3-4）當 bmax200mm 時，a=100300mm 。所以 L=1380+300=1680mm 取 L=17003.1.5 矯正速度的確定矯直機的矯正速度主要由生產效率確定，要與軋機生產能力和所在機組的速度相協調。查1表 11-6，=0.16.0m/s 在此取=0.5m/s。 3.2 矯直力與矯直力矩的計算 1.矯直力的計算圖 3.1 工作輥受力情況根據文獻1可知，

40、各輥子上的力可以根據軋件斷面的力矩平衡條件求出，即： （3.5）12223323443455422(2)2(2)2(2)2PMtPMMtPMMMtPMMMtpMt式中：t 矯直輥輥距。本科畢業設計（論文）20今假設第 2、3、4 輥下軋件彎曲力矩為塑性彎曲力矩;sM由文獻2，5-12得輥式矯直塑性彎曲力矩為=N mm，sMs42maxbh3210303640 . 41380550其中：（42CrMo)為矯直輥屈服極限，=550MPa 。ss將上述三個假設代入式（3.3） ，可得出各輥下矯直力的計算式為：=39.17kN1PsMt2=117.10kN2PsMt6=156.68kN3PsMt8=1

41、17.10kN4PsMt6= 39.17kN5PsMt2故作用在上下輥子上的壓力總和為 ：=+=469.02kN （3.6）pnip11P2P3P4P5P2. 矯直力矩的計算： 矯直過程按照以下假設進行分析：1）認為各輥下的彎曲力矩均是塑形彎曲力矩；iMsM2）認為彈復變形不屬于耗能變形；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01r于小變形矯直方案中的殘余曲率最大值；maxi1r4）對具有原始曲率的軋件，可假設其平均原始曲率為： 0min10r 00min0min1111=0=r2r2 r式中的數值，對于鋼板，= ，h 為軋件厚度。 0minr 0minr1030

42、h按照上述假設，矯直輥上的矯直力矩為：本科畢業設計（論文）21 (3.7)max0i112n-72rrwKDMM e其中，按照下列回歸經驗公式可以近似計算：maxi1rsmaxi31= 0.6e-0.44rh400 = 0.6 1.50.44=0.2190480.22210000 4 10E Ehesi44. 06 . 0maxr113. 01287. 010421000023544. 0-5 . 16 . 03-， mm 故：=mm。 0min1030r=hh=1.6 4.0 0minr2.5 18.75 ，取大值：。 00min11112 r537.5r01136r將與代入式 3.7 中可

43、得：01rmax1irkNmm28.647513. 075210361303621503kM3.3 矯直功率的計算查文獻1，輥式矯直機電動機功率可按下式計算： （3.8）212kdNMPfD本科畢業設計（論文）22式中：總矯正扭矩，=6475.28kNmm ；kMkM 作用在矯直輥上的壓力總和，= 469.02kN ；pp矯直輥與軋件的滾動摩擦系數，對于鋼板=0.0002， 如考慮可能出現較ff大的滑動摩擦，則對于鋼板=0.0008 ；f輥系軸承的摩擦系數，軸承 ；01. 0D輥子直徑，D= 150 mm ；d輥子軸承處直徑 , d=65 mm；v矯正速度 m/ ， v=0.5m/s ；s傳動

44、效率，=0.768=0.723 。減數器齒輪座2聯軸器2萬向接軸2299. 099. 098. 0所以電機功率：N=21()2kdMP fd =30.0852 1.113.225226.8 (0.00080.01)2150 100.723723. 01101505 . 022065. 001. 00008. 002.469475. 63-）（ =64.57Kw本科畢業設計（論文）23 上述計算表明，第三根輥子上受力最大，所以應對其進行強度校核。圖 3-3 塑性變形折算系數 a 的計算圖所以，查閱【5】 ，選用 2 臺 YTSZ355M1-6 型冶金用電機，其基本參數如下： 額定功率為 200

45、千瓦 轉動慣量為 8.05 kg m,額定轉矩為 1910n m 重量為 1600 kg 額定轉速為 980r/min 總長度為 1650mm 寬度 730mm,高度 1010mm 輸出軸軸徑95mm本科畢業設計（論文）243.2.4 工作輥的結構設計和強度校核工作輥的結構設計和強度校核 （1）工作輥的結構設計因上下工作輥結構相同，故取上工作輥為研究對象工作輥采用如圖 3-4 所示結構方案，查閱【3】選用 42CrMo 為軋輥材料。其拉伸強度極限=1080MPa，屈服極限強度=930MPa,取安全因數 n=5，則該材料的許用 b s應力=186MPa.因軸端尺寸已定，所以依據【4】7-351，

46、初選軸承型號為 snHR65KBE52X+L。圖 3-4 工作輥結構簡圖上圖中相關尺寸為：L=2334。5mm c=198mm a=2096mm D=150mm d=65mm p=p30%=156.68 30%=47.00KN 3本科畢業設計（論文）25圖 3-6 軸端裝配的詳細設計方案（2）工作輥的強度校核軸的計算簡圖如下：圖 3-7 工作輥的載荷分析圖上圖中相關尺寸為：b=1380mm L=2096mm c=198mm a=2334mm D=150mm d=65mm 如圖 3-4 所示，輥身中央斷面 2-2 處的彎曲力矩為：（3-11）mNbaPMk07.55)83 . 141 . 2(6

47、8.156)84(22本科畢業設計（論文）26則彎曲應力： （3-12）aMPDM16315. 01 . 007.551 . 0332222 s2-2由彎矩圖得 截面 1-1 處的彎矩為：15.7kNm 彎曲應力為 ：aMPM95.11711. 01 . 07 .15d1 . 03311111 s1-1 則扭轉應力為： （3-14）aMPdT33.2511. 02 . 028.67452 . 03311 aMPDT9 . 915. 02 . 028.67452 . 03322依第四強度理論校核得： （3-15）223a1-1 斷面 apMP79.12533.2539 .117322211211

48、12-2 斷面 apMP89.1639 . 9316332222222222均滿足強度要求。（3）軸承校核前面已初選工作棍軸承型號為 23030C/W33 調心輥子軸承，基本參數如下： d=65mm D=120mm B=56mm 基本額定動載荷為 Cr=438KN本科畢業設計（論文）27圖 3-8 軸承受力圖每個軸承所受的徑向力為：KNPFFrr5 .232%3086.1562%30321-第三輥子所受軋制力3P因無軸向載荷，故 eFFFraa00所以徑向當量動載荷： （3-16）KNFfFYFfPrparpr65.375 .236 . 1)(1其中-載荷系數=1.21.8, 此處取 1.6p

49、fpf-軸承所受徑向力 KNrF-軸承所受軸向力 KNaF所以軸承壽命： 3-17）hhpcnLrh10000084.183823)65.37269(69.636010)(601031066C- 基本額定動載荷 KNn- 輥子轉速 min/69.63075. 014. 35 . 03030rrvn-對于滾子軸承 310所以軸承壽命符合要求本科畢業設計（論文）284 夾送輥的設計與計算4.1 夾送輥的輥徑計算夾送輥是為了改善矯直輥對板材的咬入條件而設置的。因此送料輥的壓下是彈性壓下，其壓力隨板材的寬、厚不同而可以變化。在工作過程中，輥子壓緊帶材，帶材受拉力 T 的作用。帶材對上下輥子的水平方向摩

50、擦力可按下式計算：122TTTP采用鋼送料輥在冷狀態下取=0.15，采用聚氨基甲酸或橡膠包層夾送輥時，取。在此取。=0.20.25=0.2kN12102TTT=50kN2TP1.夾送輥的輥徑：cDmmmincsh210000 1.6=840400ED按照設計要求，在此初定=500mm。cD2.求出輥子傳遞的功率 P，轉速 n 和轉矩，并確定最小直徑 d。cM1）已給出夾送輥的張力為 20kN，兩個輥子上的摩擦力=10kN，每個輥1T2T2T子傳遞的功率 P：P=10 0.5=5kW1T傳動效率，=0.768=0.723 。減數器齒輪座2萬向接軸299. 098. 0本科畢業設計（論文）29所以

51、電機功率：915. 6723. 0/5/PP電輥子的轉速 n：min/1 .191050014. 35 . 06060260n3crDv輥子的轉矩：cM=NmcMc12DT 25002500102）初步確定輥子的最小直徑：03dnPA在此選輥子的材料為 40，查文獻3表 15-3，選取=112，故：rC0AmmnPA64.711 .195112d330在此初選 d=75mm。 4.2 夾送輥的結構設計1. 聯軸器和軸承的選擇最小直徑 d=75mm，輥子直徑=250mm。聯軸器的計算轉矩：。考慮cD1cac=ATKM到轉矩變化很小，查文獻3表 14-1 取=1.3。故=3250Nm。按照計算轉矩

52、應小AKcaTcaT于聯軸器公稱轉矩的條件，查文獻1第二卷 6-2-18，選用 SWC-180A-1655 型標準伸縮焊接式萬向聯軸器。參數如下：公稱轉矩 T =12.5kNm 疲勞轉矩 T =6.3kNmnf 2. 滾動軸承的選擇 因軸承同時承受有徑向力和軸向力的作用，且徑向載荷較大，故選取 32220 雙列圓錐滾子軸承。其內徑 d=100mm，外徑 D=180mm，寬 B=46mm。 3. 軸承座的結構設計 根據軸徑大小與滾動軸承結構與尺寸，夾送輥軸承座的結構尺寸如圖 4.1 所示：本科畢業設計（論文）30圖 4.1 送輥軸承座結構 4. 根據軸的各部分尺寸和裝配關系，作出夾送輥的結構草圖

53、，如圖 4.2：本科畢業設計（論文）31圖 4.2 夾送輥結構草圖詳細尺寸見圖紙。4.3 夾送輥的強度校核 由于夾送輥受到徑向載荷，并且傳遞扭矩，應按照彎扭組合來校核其強度。作出其受力分析圖、彎矩圖和扭矩圖如下：圖 4.3 夾送輥受力、彎矩、扭矩圖12rrc2max+=1275 mqllM=22FFPTNP求得：=25kN；由彎矩圖得17625Nm。12rrFFmax=M在最大彎矩處進行彎曲校核（截面 2-2）按照第三強度理論來進行強度校核，即：本科畢業設計（論文）3222322max2500176255 . 0321 cTMW=1.45MPa=156MPa 符合強度要求 危險截面處進行強度校

54、核,按照第三強度理論來進行強度校核22322max25009000156. 0321 cTMW=25.1MPa0.1 ，且 r3mm）,或載荷不穩定，應力變化較大時，還應按彎曲疲勞強度校核軸肩處的安全系數。在本案中不對其進行驗算。本科畢業設計（論文）38展望展望在參照以往的設計資料的基礎上，對該矯直機的壓下系統進行了改進。為使壓下蝸輪在轉動時更加靈活，減少蝸輪的磨損，同時也考慮到蝸輪承受較大軸向力，故加裝了一對圓錐滾子軸承。雖然在設計過程當中本人力求在每一個板塊中做到嚴謹、先進、合理，使該矯直機的每一個結構、每一項功能都盡量貼近實際，滿足現實要求，但受到學識、經驗、設計能力、時間方面的制約而不

55、能盡善盡美，因此該矯直機在未來的時間里可在以下方面進行升級改進：1.1. 支撐方案改進支撐方案改進。在本設計案中，每個工作輥只有一個支承輥支撐。這種方案雖結構簡單，安裝維護方便，但其只能對工作輥中部豎直方向起到支撐作用，而對工作輥靠近軸承端的部分以及水平方向的撓曲變形不能有效抑制，所以日后可對支撐方案進行改進。2.2. 增加支承輥緩沖裝置增加支承輥緩沖裝置。在本案中，支承輥的軸承座與上機架是剛性連接的，工作輥軋制時產生的振動會傳遞至支撐輥和上機架，這種頻繁的振動對由鋼板焊接而成的上機架是極為不好的，可能會損壞機架結構，縮短矯直機的使用壽命。此外，這種振動可能會破壞支承輥和工作輥的工作面。所以，

56、改進時應為每個支承輥加設緩沖裝置。3.3. 優化上機架結構優化上機架結構。本案中，上機架結構復雜，加工制造很不方便，容易產生撓曲變形，影響矯直機的剛度和矯直精度。4.4. 增加工作輥緩沖裝置增加工作輥緩沖裝置。本案中，工作輥與上機架靠螺栓連接，靠上機架上的 16根彈簧消振。該緩沖方案雖結構簡單，可以起到緩沖作用，但振動會經由工作輥傳遞至機架，頻繁的振動可能會破壞機架結構，所以應對其改進。5.5. 改進壓下系統改進壓下系統。本案中，采用的是蝸輪蝸桿式的機械壓下機構，存在著體積大，結構復雜等諸多缺點，日后改進可采用液壓壓下系統，提高設備的電氣化和自動化程度。本科畢業設計（論文）39參考文獻參考文獻

57、【1】 黃華清. 軋鋼機械. 第一版. 北京：冶金工業出版社，1979【2】 黃慶學. 軋鋼機械設計. 北京:冶金工業出版社，2007【3】 成大先. 機械設計手冊. 第三版 第 1 卷. 北京：化學工業出版社，2002【4】 成大先. 機械設計手冊. 第四版 第 2 卷. 北京：化學工業出版社，2002【5】 成大先. 機械設計手冊. 第四版 第 5 卷. 北京：化學工業出版社，2002【6】 成大先. 機械設計手冊. 第四版 第 4 卷. 北京：化學工業出版社，2002【7】 濮良貴，紀名剛. 機械設計. 第八版. 北京：高等教育出版社, 2007【8】 哈工大學理論力學教研室. 理論力學

58、. 第六版.北京：高等教育出版社, 2002【9】 武漢鋼鐵設計研究院. 板帶車間機械設備設計. 第一版（下冊）.北京：冶金工業出版社，1984【10】 成大先. 機械設計手冊(單行本). 第一版，電機與電器. 北京：化學工業出版社，2004【11】 鄒家祥. 軋鋼機械. 第 3 版. 北京：冶金工業出版社，2000 本科畢業設計（論文）40致謝致謝將近三個月的畢業設計已接近尾聲，欣賞著這三月來自己所做的作品，回憶著這期間的點點滴滴，心中滿是成就感和充實感。我要感謝自己當初幸運的選擇了張老師的畢業設計課題。張老師在我畢業設計的過程中，不僅是我的指導老師，而且還像朋友般，無論誰有學業、工作抑或是

59、生活上的問題，他都關切的關心問候，以自己的經驗給予我們指導，幫助尋求解決的方法。設計組中數位同學的工作沒有落實，他盡自己所能積極的予以推薦指導。為了督促我們認真嚴格的完成設計任務，他更是身體力行，不辭辛勞的經常到四層的設計室指導。有時對于一些設計細節我們隨意帶過，認為無所謂，張老師嚴肅地批評我們說：作為一個設計人員，對自己的所書所寫要認真負責，否則就不要亂寫。古語云：“德高為師，身正為范” ，張老師將這句話詮釋得淋漓盡致。此外，我還要感謝我的同組同學，當有問題向他們請教時，他們盡自己所能幫助我解決問題，在此萬分感謝！本科畢業設計（論文）41附件附件 1基于振動監測的設備故障診斷技術基于振動監測

60、的設備故障診斷技術在大型軋鋼機械上的應用在大型軋鋼機械上的應用摘摘要要對基于振動的設備故障診斷技術做了較全面和深入的介紹,通過實例介紹了該診斷技術在軋鋼機械領域的應用。指出該診斷技術可同時對一個測點進行復雜的時域、頻域、相關域、統計域等分析,具有一定的趨勢預測分析能力。關鍵詞關鍵詞軋鋼機械; 振動監測; 故障診斷1前言前言軋鋼機械屬于大型的旋轉機械,是軋鋼廠的關鍵設備。轉軸組件是軋機的核心部分,它包括旋轉軸、齒輪傳動件、聯軸器、滑動和滾動軸承等。人們通過長期觀察和實踐,發現旋轉機械的絕大多數前期故障都會表現出異常的振動,因此掌握機械振動的一般規律就能從振動信號中識別出常見的設備故障。通過對振動