火车制动梁用异型材矫直机的设计.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com目录引言.31矫直机的概述.42金属条材的弯曲与矫直.62.1定义62.2分类.73高温弹性变形与弹性模量.94矫直机构设计.114.1平行辊矫直机的工作原理.124.2结构参数计算.134.2.1辊系与辊数.134.2.2辊径、辊距与辊长.164.2.3力能参数计算.175动力系统的选择.206传动系统的选择与设计.217结论.23致谢.24参考文献.25附录A.错误!未定义书签。附录B.错误!未定义书签。摘要矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得www.88doc88.comwww.yanziedu.com了很大的进步。依据所要实现的功能以及指导教师的要求，本次设计主要是针对火车制动梁用异型材的矫直，相对应的应采用平行辊矫直机，所以本次设计的主要方案为平行辊矫直机的设计。文中对国内外矫直技术的历史及现状、矫直机的设计计算等进行了详细阐述，论证了矫直火车制动梁用异型材所用矫直机的辊系、辊距以及辊数选取原则，并且给予了充分的计算数据用以支持所选方案的合理性。最终设计出的成品将能够以满足要求的精度和速度工作。矫直机的应用在大大提高生产效率的同时，也将提高产品的质量，为大批量流水线式生产提供了一个不可缺少的环节。关键词：应力；反弯；矫直机AbstractCorrectingstraighttechnologyisusingintherearwardworkingprocedureofmetalstripmaterialmachiningwidely.Itmostlydecidethequalityoftheproductandfinishedproduct.Correctingstraighttechnologygetsquitegreatevolvein20centurylikeothermetalworking.Thewww.88doc88.comwww.yanziedu.comtheoryofcorrectingstraighttechnologyalsogetsprodigiousprogresscorrespondingly.Accordingtothefunctionstobeachievedandthedemandsofthefacultyadviser,thedesignisaimatthedifferentmodelmaterialcorrectingstraightoftrainapplythebreak.Correspondinglyparallelrollercorrectingstraightmachineisbetter,theprojectofthisdesignisparallelrollercorrectingstraightmachinedesign.Itisexplainclearlythattheinsideandoutsidercorrectingstraighttechnologyshistoryandactuality,designcalculatesinthepaper.Alsoincludingtherollerquotients,rollerdistanceandrollercountchoosingofthedifferentmodelmaterialcorrectingstraightoftrainapplythebreak.Thefinishedproductoffinallydesigncouldworkinthedemandedprecisionandspeed.Theapplicationofcorrectingstraightmachineisenormouslyboostthequalityandefficiencyofproduct,andprovideindispensabilitytacheinglideproduce.Keywords：stress；anti-bend；correctingstraightmachine引言矫直技术产生的确切时间尚未找到准确的文字记载。但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵都要求矫直技术来完成成品的制造。手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等。对大型工件手工矫直常借助高温加热进行。古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫枉必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破之功，用之于改造社会也有知道意义1。由于中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态，18世纪末到19世纪出，欧洲进行了产业革命，逐步实现了用蒸汽动力代替人力，机械化生产代替了手工作坊。19世纪30年代冶铁技术发展起来，但是英国的生铁产量已由7万吨增长到19万吨，增加了2.7倍。19世纪50年代开辟了炼钢技术发展到新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到19世纪末时，钢产量增加50多倍。钢材产量占钢产量的比重也显著增加。这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。英国在1905年制造的辊式板材矫直机大概是www.88doc88.comwww.yanziedu.com我国见到的最早的1台矫直机。20世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机。到1914年英国发明了212型五辊式矫直机(阿布拉姆逊式Abramsen)，解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度。20世纪20年代日本已经能够制造多斜辊矫直机。20世纪30年代中期发明了222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量。20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿（Sutton）公司研制成功313型七辊式矫直机（KTC型矫直机）2。20世纪3040年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到迅速发展，而且继续进入到中国的钢铁工业及金属制品业。新中国成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以看到德、英、日等国家制造德矫直机。与此同时还出现了拉伸矫直机，20世纪50年代苏联的矫直机大量进入到中国。同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。20世纪70年代我国改革以后解除到大量的国外设计研制成果。小到1.6mm金属丝矫直机和大到600mm管材矫直机。有速度达到300m/min的高速矫直机和精度达到0.038mm/m的高精度矫直机。同时也引进许多先进的矫直设备。如英国的布朗克斯（BRONX）矫直机；德国的凯瑟林（Kieserling）矫直机、德马克（Demag）连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等。值得自豪的式我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。20世纪50年代起就有刘天明提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式。6080年代在辊形理论方面有许多学者进行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，还召开了全国性的辊形理论讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机器厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进入90年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁管矫直机、3斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形2辊矫直机、故和转毂式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。在矫直高强度合金钢方面也已获得很好的矫直质量。其矫后的参路挠度为0.20.5mm/m（一等品为1mm/m）。此外，从20世纪60年代以后拉伸与拉弯矫直设备得到很大发展，对带材生产起到很重要作用。在实际生产中，金属材料（如型、管、线、板、带等长条状金属型材）在轧制、锻造、拉拔、运输、冷却及各种加工过程中常因外力作用，温度变化及内力消长而发生弯曲或扭曲变型。在长度远大于宽度或厚度的条材上，纵向纤维的变形十分明显；在宽度不太小的www.88doc88.comwww.yanziedu.com条材上如带材横向纤维的变形有时也是显而易见的。为了获得平直的成品条材必须使其纵向纤维或纵向截面由曲变直，横向纤维或横向截面也由曲变直。实现这一要求的工艺我们称之为矫直。矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决（改集体驱动为单辊驱动，改刚性连接为超越离合连接等），但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺等都缺乏理论阐论；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯矩和矫直曲率等都缺少通用的表达式。20世纪70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯矫直技术很快走向成熟；开发成功平动（万能）矫直技术、行星矫直技术，以及双向旋转矫直技术等；完善了等距双曲线辊型设计法；创立了等曲率递减反弯辊型设计法，矫直耗能计算法，主要工艺参数计算法；尤其在利用相对值概念对各种矫直过程进行定量分析工作中取得了系统化的成果，为矫直技术数字化处理打下了基础。www.88doc88.comwww.yanziedu.com1矫直机的概述由于条材种类不同，弯曲形态不同，各自所要求的矫直方法也不同。工业上人们已经研制成功的矫直方法主要由压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、平动矫直法、拉伸矫直法、拉弯矫直法及其他一些特殊的矫直法。依据所要实现的功能以及指导教师的要求，本次设计主要是针对断面如图所示的工件的矫直，相对应的应采用平行辊矫直机，所以本次设计的主要方案为平行辊矫直机的设计。平行辊矫直机必须具备两个基本特征：第一是具有相当数量交错配置的矫直辊，以实现多次的反复矫直；第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需的压弯方案。需要掌握理论力学及材料力学的知识点。设计出的成品将能够完成对该种工件的矫直工作。平行辊矫直法是把间断的压力矫直法变成辊式连续矫直法，从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直辊，按递减压弯规律进行多次反复压弯以达到矫直目的。不仅显著提高工作效率，而且能获得较高的矫直质量。这种矫直法在板材及型材矫直中得到广泛应用，不仅能矫直型材的主弯曲，在增加轴向调节的条件下也能矫直其侧弯曲；不仅能矫直板材的纵向波浪，在增加弯辊措施后，也能矫直横向波浪，即矫直瓢曲。利用两组平行辊将其辊系进行直角组合或称平立辊组合，即将一组水平辊与一组垂直辊组合起来形成复合辊系可以对二维弯曲严重的线材及小型材进行有效的矫直。www.88doc88.comwww.yanziedu.com设计出的成品的可行性计算预计将有如下步骤：首先对需要矫直的工件的材质性能进行校合计算，计算出的结果将直接影响下一步的工作，若制造工件的材料适合矫直，即该种材料的韧性较好，则可进行接下来的工作，若不行，则令想它法；当计算出的结果证明其适合采用平行辊矫直机矫直后，接下来的工作就是对矫直机的各个性能参数进行计算，以便设计出符合矫直要求的设备，需要解决三个主要问题：机构参数计算、力能参数计算。当这些问题解决后，就可以进行平行辊矫直机的结构设计了。矫直机的结构设计将依据优化配置的原则，随时进行调整，随时进行改动，在达到所要实现的功能要求的同时，达到成本的最低化。在具体的毕业设计论文中，首先在第一章中将对矫直机的设计进行理论上的阐述，主要是矫直机的发展情况以及在现实中的应用。其次是在第二章中对本次设计的成品，即火车制动梁用异型材矫直机设计的需要性进行说明。在第三章中提出方案，并验证其可行性的计算过程，其中将详细的计算出：辊系与辊数；辊径、辊距与辊长；矫直弯矩与矫直力、轴承压力、矫直辊转矩；驱动功率等。最后在第四章中就配合装配图以说明结构特点。目前辊式矫直机大致分为以下如图1-1所示几种：辊式矫直机型材矫直机板材矫直机钢坯矫直机变辊距矫直机普通辊式矫直机异辊距矫直机平立辊组合式矫直机简支辊式矫直机悬臂辊式矫直机中厚板矫直机薄板矫直机瓦楞板矫直机图1-1矫直机的分类Fig.1-1Straighteningmachineclassification