机械毕业设计20φ20-φ90高精度棒材矫直机设计

重庆科技学院本科生毕业设计 目录 目 录 中文摘要 . I 英文摘要 . II 1 绪 论 . 1 1.1设计课题背景 . 1 1.2设计依据 . 1 1.3矫直设备的发展概况 . 1 1.4分类及 工作原理 . 3 1.4.1 压力矫直机 . 3 1.4.2辊式矫直机 . 3 1.4.3 斜辊式矫直机 . 3 1.4.4拉伸矫直机 . 3 1.4.5拉伸弯曲矫直机 . 4 2 钢材矫直理论 . 1 2.1“ 矫直”的定义 . 1 2.2反弯矫直的基本原理 . 1 3二辊滚光矫直机的工作原理 . 4 3.1二辊滚光矫直机的简介 . 4 3.2二辊滚光矫直机的工作原理 . 4 3.3设计二辊滚光矫直机所涉及到的主要参数 . 10 3.4国内外现在生产这种矫直机的厂家 . 11 4二辊滚光矫直机力能参数计算 . 12 4.1矫直力的计算 . 12 4.1.1求导程 t . 12 4.1.2求弹性极限弯矩 Mmax . 13 4.1.3求倾角 ： . 13 4.1.4轴承承受力的总和 . 14 4.2 二辊滚光矫直机功率计算 . 14 4.2.1轴承的消耗功率 . 14 4.2.2滑动摩擦的消耗功率 . 14 4.2.3滚动摩擦的消耗功率 . 14 4.2.4塑性弯曲变形的消耗功率 . 15 4.2.5消耗总功率 . 15 4.3电机驱动功率 . 12 4.4关于机架、机座及轴承盖的设计 . 16 5二辊滚光矫直机辊系设计 . 18 5.1矫直辊的组成 . 18 5.2.矫直辊材料 . 18 5.3矫直辊尺寸计算 . 19 5.4矫直速度计算 . 20 5.5矫直辊强度计算 . 21 5.6轴承的寿命校核 . 23 6二辊滚光矫直机传动装置的选择及液压过载保护 . 25 6.1二辊滚光矫直机传动装置的选择 . 25 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 6.1.1矫直机主传动装置的组成 . 25 6.1.2矫直机主传动装置类型 . 25 6.1.3万向连接轴 . 25 6.1.4联接轴的总体的配置及其平衡装置 . 26 6.1.5主减速机 . 27 6.2二辊滚光矫直机的液压过载保护装置 . 28 7二辊滚光矫直机的安装与维护 . 30 7.1二辊滚光矫直机的安装 . 30 7.1.1基础 . 30 7.1.2设置安装基准 . 30 7.1.3设置垫板 . 30 7.1.4矫直机的吊装、找正、找平、找标高 . 31 7.1.5二次灌浆 . 31 7.1.6试运转 . 31 7.2二 辊滚光矫直机的维护 . 31 7.2.1二辊滚光矫直机的维护和修理制度 . 31 7.2.2二辊滚光矫直机的润滑 . 32 8总结 . 34 9致谢 . 35 10参考文献 . 36 重庆科技学院本科生毕业设计 中文 摘要 I 摘 要 随着科技的进步，人们对 棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高，以前人们采用 平行辊矫直机矫直管、棒等圆形断面条材 ， 圆材在矫直过程中容 易产生自转现象 ，并且 只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲 。 在 这种 情况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、管材的矫直问题，在这种情况下，我们对 二辊滚光矫直机进行设计。 本文 重点 对钢材矫直工艺及工作原理，斜辊矫直机的工作原理、特点、结构等进行了介绍，同时对二辊棒材矫直机力能参数的计算进行了分析，提出了本次设计二辊棒材矫直机的基本思路 。 矫直机的机架、机座、传动等部分设计不属于本次设计的重点，所以在这里只是作了简单的介绍，但是由于时间比较仓促，本文对矫直机的液压压下装置、矫直机的安装与维 护没有做出详尽的介绍，限于本人的水平，文中有 误漏之出，还请批评指正 。 关键词： 棒材 矫直工艺 二辊棒材矫直机 矫直力能参数 重庆科技学院本科生毕业设计 Abstract II ABSTRACT With the advancement of technology, peoples growing demand for the bar, its accuracy is also getting higher and higher, before people parallel roller leveler straightening tubes, rods and other circular cross-section of the build, round-wood in hand Direct the process of rotation is easy to produce, and only straightening roundwood roll axis perpendicular to the longitudinal section on the bend. In this case the ramp roll straightening machine resolved before the advent of parallel roll straightening machine can not be resolved by the bar, pipe straightening of the problem, in this case, we design roll on the roller-straightening machine. The steel straightening process and working principle, ramps roll straightening machine works, characteristics, such as the structure was introduced, while two of the roll bar straightening machine can be calculated parameters of an analysis of the proposed The design of the roll bar leveler of the basic ideas. Straightening machine rack, engine, transmission and other parts of the design are not the focus of this design, so here is a brief introduction, but because of the time hasty comparison, the paper leveler of the hydraulic pressure devices, Straightening machine installation and maintenance have not made detailed introduction, I am limited to the level of error in the text of a leak, also invited criticism correction. Key words: bars； Straightening process； the two roll bar straightening machine；straightening of the power parameters 重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 1 1 绪 论 1.1 设计课题背景 长期以来，矫直机因弯曲由人工检测，压弯量人为设定不够准确，全过程都靠手工操作，效率低，矫直精度全凭操作者经验来决定等缺点，一直作为一种补充矫直设备来使用。所以矫直必须检测工件的原始弯曲，测量弯曲量、确定最佳矫直点、设定压弯量。由于缺少可靠的检测手段和认识上的一些人为因素，以前这些工作只能靠人工来完成。因此以前的矫直机有以下缺点：弯曲人工检测、压弯量人 工设定不够准确，效率低，矫直精度全凭操作者经验来决定，降低了生产效率。 而且现在人们对棒材的需求量越来越大、对其精度要求也越来越高，在情况下斜二辊矫直机的问世解决了以前平行辊矫直机所解决不了的棒材、 管材的矫直精度问题，在这种情况下，我们对 二辊滚光矫直机进行设计。 1.2 设计依据 主要参数： 矫直棒材规格： 20 90；矫直棒材材料：合结钢、不锈钢（s 1200N/mm2）； .棒材原始曲率： 0.4%（ mm/m）；矫直后直度： 0.05%（ mm/m）；棒材原始表面 ： Ra3.2；棒材矫直后表面： Ra0.8；最大矫直速度： 330m/min；最大矫直力： 300KN；采用液压过载保护；采用循环润滑与循环冷却；自动上下料。 1.3 矫直设备的发展概况 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在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的水平。在我国 古代人的生活与生产中使用的物品和工具，小自针锥、大到铁杵都要求用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、钻台等。 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指导意义。 由于中国社会的特殊条件，好多 技术 停留在手工状态， 18世纪末叶到 19世纪初叶，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，当时英国的生铁产量已由 7万 t增长到 19万 t a，增加了 2 7倍。 19世纪 50年代开辟了炼钢技术发展的重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 2 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我国见到的最早的 l 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 (阿布拉姆逊式一 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 年代日本已能制造多斜辊矫直机。 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 )。 20 世纪 30 40 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，而且相继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见到德、英、日等国家制造的矫直机。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年代我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果。有小到声 1 6mm 金属丝矫直机和大到 600mm 管材矫直机。有速度达到 300m rain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。值得自豪的是我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从 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。 60 80 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 方向 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； 一些新成果获得了市、省及部级科技成 果进步奖；有的获得了 国家 发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁 管材直机、 3斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形 2辊矫直机、复合 转 式矫直机，平行重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 3 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。其矫后的残留挠度为 0 2 0 5mm 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 重要作用。 1.4 分类及工作原理 金属棒材在轧制、加热、运输等各种加工过程中常常产生不同程度的弯曲、歪扭等塑性变形或内部残余应力；目前冶金 市场上对金属棒材的成品精度要求也越来越高，因此轧制矫直设备在工厂中应用越来越普遍，对矫直设备的自动控制要求也越来越高。 根据结构特点和工作原理的不同，矫直机可以分为压力矫直机、辊式矫直机、斜辊矫直机、拉伸矫直机和拉弯矫直机等几种基本类型。 1.4.1 压力矫直机 压力矫直机是以曲柄连杆机构驱动的活动压头使轧件产生一次反向弯曲，将轧件矫直的。“矫枉必须过正”就是压力矫直机的基本矫直原理。这种矫直机人工操作繁重、生产效率低，但调整灵活，对于各种局部弯曲状态，都具有矫直的可能性，一般只有用来矫直大型钢梁、钢轨和 大直径（大于 200 300mm）钢管，或用作辊式矫直机的补充矫直。压力矫直机有立式和卧式两种结构。 1.4.2 辊式矫直机 辊式矫直机具有两排交错布置的工作辊，弯曲的轧件通过转动的工作辊之间，经过多次反复弯曲得以矫直。轧件能以较高的速度在运动中进行连续矫直，生产效率高，且易于实现机械化和流水生产，辊式矫直机在型钢车间和板带材车间得到广泛的应用。辊式矫直机的一类型很多。其中按上排工作辊的调整方式分，基本上可以归纳为三类：单独调整、平行调整和倾斜调整。 1.4.3 斜辊式矫直机 斜辊式矫直机用于矫直管材和圆棒 材。这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状，两排工作辊轴线相互交叉，管棒材在矫直时边旋转边前进，也是利用多次反复弯曲轧件，最终消除各方面的弯曲和端面的椭圆度。这类矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，矫直管棒材效果好。其中可以按工作辊数量分类，而本文介绍的二辊矫直机就是其中的一种。 1.4.4 拉伸矫直机 主要用于矫直厚度小于 0.6mm的薄钢板和有色金属板材、管材、异型材。对于具有中间瓢曲或边缘浪形的板带材，虽有结构复杂的支承辊分段可调的辊式矫直机加以矫直，但矫直效果不理想，这是需采用拉伸矫直方法。拉 伸矫直的主要重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 4 特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性延伸变形，从而将轧件矫直。 1.4.5 拉伸弯曲矫直机 为了提高带材矫直质量，近年来，拉伸弯曲矫直机组得到较大的发展。拉伸弯曲矫直的基本原理是在张力作用下的带材，经过弯曲辊剧烈弯曲时，产生弹塑性延伸，从而三维形状缺陷得以消除。这种矫直机组一般用在连续作业线上，可以矫直各种金属带材（包括高强度极薄带材），也可以用于酸洗机组进行机械破磷，从而提高酸洗速度。 此外，在有色金属型材车间尚有扭转式矫直机，用于矫直型材的扭曲变形。 重庆科技学院本科生毕业设计 钢材矫直理论 1 2 钢材矫直理 论 2.1“ 矫直”的定义 金属 条 材 （具体指型材、棒材、管材、线材、板材、带材等长条状的金属型材） 在轧制、加热、运输 、锻造、挤压、拉拔、冷却 等各种加工过程中 因外力作用 常常产生不 同程度的弯曲、歪扭等塑性变形； 内部残余应力 使金属条材发生弯曲或扭曲变形 ； 为了获得平直的成品金属条材就必须使其 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过程就称为“矫直”。 2.2 反弯 矫直的基本原理 在压力矫直机、辊式矫直机、 斜辊式矫直机和拉伸矫直机中，轧件 都是经过反向弯曲后矫直的，而轧件的弯曲状态 可以用曲率表示，在轧件的弹塑性弯曲变形过程则可以用曲率的变化来说明。 轧件在矫直过程中的曲率变化： 原始曲率 轧件在矫直前的曲率称为原始曲率，以01r 表示。（图 2.1a）。r0是轧件的原始曲率半径。弯曲的方向用正负号表示，如 +01r 表示弯曲凸度向上的曲率， -01r 则表示弯曲凸度向下的曲率，而轧件的平直段用01r =0表示。 反弯曲率 轧件在外力矩 M作用下强制反弯的曲率称为反弯曲率，以1表示。在压力矫直机和辊式矫直机上，反弯曲率是通过矫直机的压头或辊子的压下来获得的。反弯曲率大小的选择是决定轧件能否被矫直的关键。 重庆科技学院本科生毕业设计 钢材矫直理论 2 图 2.1 弹塑性弯曲时的曲率变化 a-弯曲阶段； b-弹复阶段 总变形曲率 它是轧件弯曲变形的变化量，是原始曲率与反弯曲率的代数和，以cr1 表示，即： cr1 =01r +1 使用上式时，应将曲率的正负号代入。原始曲率与反弯曲率方向相同时符号相反；方向相反时符号相同。 重庆科技学院本科生毕业设计 钢材矫直理论 3 弹复曲率 它是当外力矩去除后，轧件在变形内力形成的弹复力矩 My作用下弹性 恢复的曲率变化量，以y1 表示。 残余曲率 它是轧件经过弹复后所具有的曲率（图 1-1b），以r1表示。如轧件被矫直，则r1=0，如轧件未被矫直，在辊式矫直机上，前一辊的残余曲 率将是下一辊的原始曲率，即1011ii rr，式中 i指 辊数。 残余曲率r1是反弯曲率与弹复曲率的代数差：r1=1-y1 ，显然欲使轧件矫直，则必须使残余曲率r1=0，由上式得：1=y1 ， 此式是一次反弯矫直时（压力矫直机）选择反弯曲率的基本原则。 重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 4 3 二辊滚光矫直机的工作原理 3.1 二辊 滚光 矫直机的简介 而本文介绍的二辊 滚光 矫直机是斜辊式矫直机的一种；可以矫直 1 5-200mm的棒材和厚壁管材。 二辊 滚光 矫直机由于矫直精度高、造价低，可矫直轻中型棒材、管材，在治金工业和机械制造业中有广泛应用 。二辊 滚光 矫直机的优越性主要体现在： 使工件得到全长矫直，解决了工件头尾两端在一般矫直机上不能矫直的难题； 使矫直质量得到明显提高，把矫直后的残留扰度减少到 0.1 0.5mm/m; 对圆材的外 径有较强的圆整作用，显著的减少了圆材的椭圆度； 可以有效的消除矫直后的圆材缩径现象，能保证工件的尺寸精度； 在矫直的同时能提高工件的表面粗糙度。 当然 二辊 滚光 矫直机 也有很多不足的地方需要我们去改进，从而达到我们需求的高效化、高质量、高产量。这些不足的地方主要表现在： 矫直速度较低，一般为 7 50m/min。按新的大斜角辊形设计所取得的成功，可以将矫直速度提高一倍左右，使这一缺点得到很大的补救； 导板的消耗量较大，不过在光亮工件的矫直中使用尼龙导板，以及在大直径工件的矫直中使用辊式导板，也使这一缺点有所改善； 对于矫直精度这一点我们可以利用二辊的弧度、刚度以及两辊之间的倾角来控制棒材轧件，从而达到我们要求的精度。 我国的钢铁工业现有 二 十余条 棒材 生产线，在建的仍有十余条生产线，随着生产技术的进步和现代化改造的实施， 棒材 生产向着高效化、高质量的方向发展，对常规产品 圆度在 1.5 200mm的情况，各生产单位均采用了线上的 斜 辊矫直设备，为了满足日益提高的 棒材 质量要求， 斜 辊矫直设备得到了进一步的发展。 3.2 二辊滚光矫直机的工作原理 2斜辊矫直机可简称为 2辊矫直机。其工作原理在斜辊 矫 直理论中独具特点。其结构 3.1所 示。 重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 5 图 3.1二辊棒材矫直机示意图 它对工件的矫直作用不是依靠各辊之间的 交 错压弯使工件产生塑性弯曲变形，而是依靠一对辊缝内部弯曲 曲 率的变化而达到。为了说明工件在辊缝内矫直的道理，首先要 对 旋转压弯有一理解。工件被旋转压弯也可以相对地把工件看成为 一个螺旋形扁钢，用压辊压在扁钢的边缘上以扁钢为轨道向前 行 走，扁钢在压辊处被压弯并在辊子走过后弹复变直。这样辊子 对 螺旋形扁钢的相对运动就同平行辊对长条形扁钢的相对运动一样，只不过后者的矫直运动为平行矫直运动，前者为旋转矫直 运 动，它们的机理是一致的。但是旋转矫直的工件并 不是螺旋形 扁钢而是圆形棒材。如图 3.2。所示的棒材在旋转前进中受辊 3压 弯，并在压弯处的截面 33上产生塑性压缩 (上面的影线部分 )与 拉 伸 (下面影线部分 )变形。当此截面旋转前进到 77位置处被辊 7从反向压弯，而且其压弯量正好可使在 33位置已被压弯的棒材 得 到矫直。其矫直过程的纵向变形如图 2 2b，断面变形如图 2 2d所 示。不过圆材弯曲一般是全方位的弯曲，把 33位置的弯曲理解 为 cg方位的弯曲，同样在 ae、 bf及 dh各方位的弯曲也都应得到 矫 直。于是，应该在 1 5的各位置上都设置压弯辊，不管上述各 方位的原始曲率如何，都经受 较大的压弯，然后同时旋转前进到 5 9的各位置，并被同样设置的各反方向压弯辊压弯后弹复变直，达到全长度及全方位的矫直目的。结合上面提到的螺旋形扁钢可以把 ac、 bf、 cg及 dh4个方位用 4条扁钢来代替，并设其厚度为时，则 4条扁钢经过大小两次正反 压弯后各自得到矫直也等于整个圆材得到矫直。可见当圆材只在一处受到大压弯时，其弯矩如图 2-2c的虚线 M-x所示；在其反向受到小压弯时其弯矩如图中虚线 M-x所示， 其结果只能矫直一个扁钢或 cg一个方位。而要矫直圆 材 则必须在圆材旋转的半周中或在其半个导程 (t 2)上造成等弯矩 的大压弯状态来代替想像的各压弯辊，然后又在其下半周内造成等弯矩的小压弯 (与弹复量相等 )才可能实现其变形为图 2-2 中 (d2)与 (d3)之和。同时还须明确图 2 1中的前半周 (左侧的 t 2长度 )是在单一方向原始曲率条件下进行旋转的。但是全方位 原 始弯曲却是 C。 的弯曲，因此在两个半周的旋转之前还需要有 半 周的旋转弯曲，以消除 C。 使之变成 + C。 或一 C。，即单一方向 的 原始弯曲。这样我们可以概括地说，二辊矫直重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 6 的必要条件是工 件 在辊缝中先要经过至少一个导程的等曲率大变形压弯，然后要经 过至少半个导程等曲率小变形 (与矫直曲率 相适应变形 )的反向 压 弯。前者可使工件各处的残留弯曲达到一致程度，后者可使工 件 全长得到矫直。也可以简单地说之为“先统一，后矫直”，这句话 同 大变形小残差的平行辊矫直法的含义是一致的。 图 3.2 集中力弯曲与等弯矩弯曲的旋转矫直变形图 2辊矫直的原理虽然简单，但其实现方法仍然包含一些较 为 复杂的措施。如材质不匀会使残留弯曲难以统一，也会使残留弯曲难以被一次矫直；工件尺寸公差较大时常需施以过大的压弯量 ； 工件的刚性偏大时常需增加压弯次数；考虑到辊子磨损、新辊缝的弯曲曲率必须适当增大等。因此辊缝多采用对称形式，人口侧 辊 缝起到咬入及预矫作用；出口侧辊缝起到矫直作用；辊腰处的等 曲 率区为中区，起到统一残留弯曲的作用。参看图 2-2中区 (2Sd)的理论长度为 t，考虑到向两侧的曲率过渡及辊缝的压紧程度不足等因素，取 2Sd =2t。出口区为了防止一次矫直质量不高的可能性，在初矫区 (Sd)之后再增加精矫区 (SB)，它们的理论值为 Sd=t 2及 SB =t 2。考虑到曲率之间的半周过渡而取 Sd=t，再考虑走出塑性区时，由于辊缝的弹跳或积累的残留弯曲偏大而达不到质量要求的可能性，故加重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 7 大 SB=(1 2)t，并使其问曲率值逐渐减小，以保 证矫直质量的稳定性。 2辊矫直还可能遇到矫直管材的情况，一般是矫直厚壁管，此时的辊缝的弯曲程度可以明显减小 , 塑性 变形深度与壁厚可以相等。所以辊腰区的曲率不需太大，从 而矫 直区的曲率变化范围也要明显减小，故除辊腰区仍需要等曲 率压 弯之外其他区域便可以按线性递减原则来安排辊缝的曲率变 化。 下面用图 3.2来介绍 2辊矫直的基本工作方式，图 3.2a为工 作状 态的两个视图，圆材在辊缝之问被同向旋转的凸凹 2辊压弯 并作 反向旋转。由于两个辊子轴线对圆材轴线成对称倾斜关系， 圆材 将一边旋转一边前进。当矫直棒材时，如图 2 3b所示，辊缝 内 形成三种弯曲区 Sd及 Sd为等曲率区， SB为变曲率塑性变形 区。 图 2 3b中 3个曲率比 Cw1，、 Cw2，及 Cw3与 3个曲率区相对应，图 中 t为旋转导程值 ,Cw3按线性递减原则分配在出人口区。图3.3c为 矫直管材时辊缝的弯曲形状，此时只有 Sd及 SB区，其长度为 Sd=t， SB=(23) 图 3.3 2辊矫直过程及两种压弯方式 为了说明上述辊缝具有可靠的矫直能力，下面结合一典型的辊缝模型，示于图 3.4，并利用有关的曲率方程式来解析全部的矫直过程。设图 Cw1=4， Cw2=1 65，Cw3=1 4。则矫直过程的解析 结果列于表 3.1。辊缝的总长度为 8t，它等于辊子的工作长度 Lg。从矫直过程看预矫区也很有用，首先使工件的全长弯曲方向得到统一，而且减小了残留曲率比的差值；由开始时假设的 C。 = 2 到左 2段减小到 C。=0 28。辊腰段的作用在于统一残留弯曲。虽然第 3次 (右 2段 )的统一没有用处，但也为难矫工件留 有 余地。进入矫直区后只转半周便可达到合格要求，说明以后的 辊 缝可以取消，但为了提高质量可以矫到右 4段。右 5段以后确 实 没有用了。而且从全过 程看各奇数段的半周转过之后残留弯曲 都 有增大。因此，可以从第 5段或第 7段取消辊缝。这两段辊缝 作 成开扩的八字形与辊端圆角结合起来将有助于重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 8 工件头部的咬 入和 出口工件的稳定。但是，也要看到不管是奇数段和偶数段每多转 一周之后的相对质量都在提高。因此在高精度的矫直机上辊缝 仍 然要保持到第6段，甚至要增加到第 8段。 图 3.4 2辊矫直辊曲率比的分配模型 表 3.1 图 3.3二辊辊缝矫直过程的解析结果 续表 3.1 重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 9 从上表的实际解析中可以较为深入地理解 2辊矫直的内在机理，但是涉及的内容比较单纯。不能满足各种具 体条件的要求。首先是 Cw1的取值范围可以按小变形原则开始取值，即从 1 7开始加大到 3以上。为了便于达到统一残留曲率的目的，力求使总曲率比C达到 5左右。同时还考虑到增加辊子寿命的需要把C增大到 7，经过磨损之后仍能达到C 5的水平。因此设计辊缝的曲率比 在 |2|0 C(2辊矫直时0C值不允许太大 )时采用的 Cw1=3 5。接下去2wC及3wC值皆可按小变形原则从有关曲线上查知。再下去4wC6wC等值的影响已经很小，不必精确计算，只 按 递减原则予以确定即可，如用一过渡切线把辊形曲线与辊端圆 角 连接起来。 重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 10 利用两辊矫直机在减小斜角时 (a=5 10)对工件表面的压光作用，研制出专用的矫直抛光机。其工作原理也是相同的 。 3.3 设计二辊滚光矫直机所涉及到的主要参数 其基本参数包括矫直力、矫直力矩、辊距 t、辊径 D、辊数 n、辊身长度 L和矫直速度 v0矫直机基本参数的正确选择对轧件的矫直质量、设备的结构尺寸和功率消耗等都有重要的影响。 在这里我们对各个参数的主要公式进行简单的介绍，在第 3章、第 4章都有详尽的介绍。 矫直力： 2121 MMSdF tMtF 54.61 3222 MMdSF tMtF 8.02 323 MSbF tMtF 7.03 3212 FFFF 矫直力矩： sdsZtM 32m a xm a x3 辊距： Lp 43 辊径： dD Z 25.1 dDD Zg 432 辊身长度 L： tan1m ax dt tan2 m in dt 1tSd ， dd SS ， db SS 2 bddg SSSL 2 RLLg 2矫直速度：60 000 nDV sin0VVs 重庆科技学院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机的工作原理 11 cos0VVn sin600DVn sD ， tan60d Vn sd 轴承 寿命较核： PCL10， PCnL h 6010 6 61060 hLnPC ， CfCtt PCfnL th 6010 6 ， 61060 htLnfPC 矫直辊强度较核： 22 3 p3107.0 dM k 3.4 国内外现在生产这种矫直机的厂家 二辊 滚光 棒材矫直机由于矫直精度高、造价低 、易于维修、换辊时占用吊车时间少、导板调节比较方便 ，可矫直轻中型棒材、管材，在治金工业和机械制造业中有广泛应用。 现在在我国国内中信重型机械公司洛阳矿山厂、 无锡西漳液压机械 厂等很多厂家。而国外 如英国的布朗克斯公司、维柯公司及罗伯运 （ R0一 BETSON)公司；法国的 DMS 公司及艾梯巴尔 (ETlBAR)公司：德国的索林坚(SOLINGEN)公司和斯兰特 (SIANT)公司；美国的萨顿 (SUTTON)公司；日本的川副机械公司；前苏联的基洛夫机床广等。 可以生产这种 斜 二辊 滚光 辊矫直机 。 重庆科技学 院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机力能参数计算 12 4 二辊滚光 矫直 机 力能参数计算 4.1 矫直力的计算 矫直力的计算由于二辊矫直机辊形有单向弯曲与双向弯曲之分 ,其矫直力也不同 , 而矫直力大小与辊缝的压弯程度密切相关 ,由于本机型的辊形设计采用单向反弯曲辊形 ,因此按单向反弯曲辊形来计算矫直力 。 辊形各段长度 ： 辊腰段Sd=t,辊腹段 Sd=t,辊胸段 Sb=t。 由于等弯曲率区内的弯矩不变 , 它必然由一个外力偶构成工件内部 的等弯矩区 。 首先从图 3-1 上力 F3来看 ,在 Sb段内它形成的弯矩是线性递增的 。 虽然这个弯矩一开始是弹性弯矩 ,但很快增大为弹塑性弯矩 ( 弹性段长度可略去不计 ),新的力偶矩应由 F2来形成 ,而且只在转半周之后就需形成 F2Sd /2的力偶矩 ,以便在下半周内完成 M2的等弯矩弯曲 。 进入到辊腰 Sd段时 ,由于增大弯矩须达到 M1值 ,故需在 M2之外再增加一个力偶矩 F2Sd /2 值 。 这种人为的受力模型是与辊形曲线的 曲率变化过程基本一致的 ,是会接近实际受力状态的 ,于是可以计算图中的各矫直力 ： 图 4.1 二辊矫直机双向反弯辊 受力简图 2121 MMSdF 3222 MMdSF 323 MSbF 4.1.1 求导程 t 粗棒螺旋导程： mmt 72.7515t a n901 细棒螺旋导程： mmt 28.2925t a n202 重庆科技学 院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机力能参数计算 13 4.1.2 求弹性极限弯矩 Mmax mNsdsZtM .81.6437932 9014.390032m a xm a x33 双向辊形的矫直力 ： tMtF 54.61 tMtF 8.02 tMtF 7.03 矫直力总和为 ： KNtMtFFFF 6.27108.163212 4.1.3 求倾角 ： 矫直辊轴承承受的力为辊面法向力之和 ,为了简化计算 ,假设凹凸辊受力点基本相同 ,如图 4.2所示 ,接触角 与倾斜角 基本等 , tSSSSdd 4222 ,则 : 图 4.2 矫直辊和轧件相对位置简图 tansin2 gDS 重庆科技学 院本科生毕业设计 二辊滚光矫直机力能参数计算 14 sin4tangDt s in4a rc ta ngDt 其中 ,为凸辊辊腰直径 ,由与工件接触最多 、 压力最大的辊径确定 ， 选取倾斜角 =20代入得 ： 9.15s in4a r c t a n gDt 4.1.4 轴承承受力的总和 kNFF Z 81.5649.15c o s 6.2712c o s2 根据 矫直力的大小 及工作辊的强度，查机械设计手册选用轴承的型 号为：调心球滚子 轴承 22212C/W33 4.2 二辊滚光矫直机功率计算 4.2.1 轴承的消耗功率 设矫直辊的辊径直径为gd， 轴承摩擦系数为 1 ， 辊子转速为gn,则轴承摩擦消耗功率为 ： 6011 ggZndFN ， 其中 gd =230mm 4.2.2 滑动摩擦的消耗功率 凸凹辊辊腰直径分别为gD和gD， 工件与辊面之间摩擦系数为 2 ， 则滑动摩擦消耗功率为 ： 60222 gggnDDFN ， 其中 2 =0.05 0.1之间，这里取 2 =0.09 所以 2N =6.0227KW 4.2.3 滚动摩擦的消耗功率 工件与辊面之间滚动摩擦系数为 f ,辊子斜角为 ,