机械毕业设计（论文）-十三辊矫正机压下系统设计（全套图纸） 1.pdf

辽宁科技大学本科毕业设计（论文） i 十三辊钢板矫正机压下系统设计 摘 要 轧钢生产是冶金生产行业中把钢坯轧制成钢材的重要生产环节， 具有产量大、 品种 齐全、生产过程机械化自动化程度高等优点。但是轧件在轧制、冷却和运输过程中，受 到不同因素的影响而产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管常出现弧形弯曲；某些型钢 的面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材容易产生横纵向弯曲、边缘浪形和中间 瓢曲以及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，矫正技术应运而生。根据本次设计要求，设计 了十三辊钢板矫正机压下系统。查阅相关资料，完成绪论及总体方案评述，并对矫正机 的压下系统进行设计。主要内容包括：矫正机的结构确定和力能参数计算、主传动电机 和压下电动机的选择及校核、 选择联轴器和分配减速器、 压下螺丝和压下螺母的设计及 校核、蜗轮蜗杆的设计及校核、轴承的寿命计算和键的选择及校核。 关键词：矫正机；压下系统；力能参数；蜗轮蜗杆 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） ii 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） iii thirteen roller pressure plate straightening machine system design abstract production of steel rolling is the billet rolling chenggangcai in metallurgical industry of the important production link, has a large production, variety complete, high mechanization of production process automation. but the rolled piece in the process of rolling, cooling and transportation, influenced by different factors and produce shape defect. such as rail, steel and steel pipe often appear arc bending; some steel surface will produce flange inside and outside, expansion and reverse; plate and strip are easy to produce transverse buckling, edge wave shape and intermediate ladle and rocker. in order to eliminate these defects, the correction technology emerges as the times require. according to the design requirements, design the thirteen roller plate straightening machine system under pressure. refer to related information, complete the introduction and the overall scheme are reviewed, and the system of the straightening machine design. main content includes: the structure of the straightening machine can determine and force parameters calculation, selection of main drive motor and motor under pressure and checking, selecting coupling and the distribution of reducer, pressure under the screw and nut design and checking, the design of the worm and worm wheel and check, bearing life calculation and selection of key and the check. keywords:straightening machine; press down system; can force parameters; worm gear and worm 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） iv 目录 1.绪论 1 1.1 课题研究的背景和意义 . 1 1.2 矫正机的发展概况 . 1 1.3 辊式矫正机的工作原理和结构组成 . 2 1.4 辊式矫正机的类型及用途 . 3 1.5 本论文研究内容 3 2.总体方案 . 4 2.1 矫正方案及矫正工艺 . 4 2.1.1 矫正方案 4 2.1.2 矫正工艺 4 2.2 矫正机结构组成 . 5 2.2.1 机座形式 5 2.2.2 主传动机构简介 5 2.2.3 压下机构组成和作用 7 2.2.4 矫正辊的布置形式 8 3.矫正机结构参数的确定和电机的选择 . 9 3.1 矫正机的结构参数的确定 . 9 3.1.1 辊距和辊径的确定 9 3.1.2 矫正辊辊颈直径的确定 . 11 3.1.3 矫正辊传动端的尺寸确定 . 11 3.2 矫正机的力能参数的计算 . 12 3.2.1 作用在矫正辊上的压力（矫正力） 12 3.2.2 作用在矫正辊上的矫正扭矩 15 3.3 矫正机主电机的选择 . 16 3.3.1 主传动电机功率的确定 16 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） v 3.3.2 主电机的选择 17 3.3.3 主电机过载校核 17 3.4 作用在螺丝上的最大矫正力的确定 . 19 3.5 压下电机选择及校核 . 19 3.5.1 压下螺丝的设计 19 3.5.2 压下电机功率的计算 21 3.5.3 选择压下电机 22 3.5.4 电机过载校核 22 4.传动系统设计 . 24 4.1 传动比分配 . 24 4.2 圆柱齿轮减速器的选择 . 24 4.3 蜗轮蜗杆的设计与校核 . 24 4.3.1 蜗轮蜗杆的设计 24 4.3.2 蜗杆的校核 28 4.4 蜗杆轴的强度校核 . 29 5.零、部件的设计与校核 . 34 5.1 压下螺母的设计与校核 . 34 5.1.1 设计压下螺母的高度和外径 34 5.1.2 压下螺母的校核 35 5.2 圆锥滚子轴承使用寿命计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3 键的选择及校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.4 联轴器的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.润滑方式的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.1 矫正辊的润滑 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.2 圆柱齿轮减速机的润滑 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.3 蜗轮蜗杆的润滑 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） vi 6.4 压下螺丝（螺母)的润滑 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.设备的可靠性与经济分析 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.1 设备的可靠性 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.2 技术经济分析方法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3 设备的经济性分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 论 . 46 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 1.绪论 1.1 课题研究的背景和意义 金属加工学科的一个分支是矫正技术， 已经广泛应用到日常金属加工业、 仪器仪表 制造业、汽车、石油化工业、冶金工业、船舶和飞机制造业、建筑材料业、机械装备制 造业、 及精密加工制造业。 矫正技术的进步迫切要求矫正理论能进一步解决轧钢机械的 一些疑难问题，推动和开发新技术和研制新设备。首先要在矫正机设计、制造、矫正参 数设定、 矫正过程分析及矫正质量预测等方面做到新软件技术开发； 其次进行数字化矫 正设备的研制， 使矫正技术走上现代化的道路， 不断丰富和完善金属材料矫正学方面的 内容。 金属材料在加工和运输过程中，常常会受外力、温度等因素的影响发生弯曲，扭曲 变形。为了解决这种弊端，矫正技术应运而生。矫正技术多用于金属材料加工的后部工 序，在一定程度上提高产品或成品的质量水平，矫正技术同其他金属加工技术一样，在 20 世纪取得了快速的发展，相应的矫正理论也得到了明显的进步，虽然还有一些理论 滞后于实践的情况， 但是如今的矫正理论已经进入到了解析化和系统化的时代， 并为数 字化和信息化敞开了大门， 随着计算机技术的高速发展和普及， 矫正技术和矫正理论还 会有很大的发展空间。 1.2 矫正机的发展概况 钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。有了钢铁，就使得中 国国民经济的技术得到新型的改善。而矫正技术在轧钢过程中有着不可代替的地位。 中厚板生产线在线的辊式矫正机以热矫正机数量为多， 总的趋势是以发展大矫正力 的强力式矫正机为主。 该系列设备总体趋势是： 用数字控制系统精确调整上矫正辊位置， 并借助自动测厚仪自动控制矫正辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。 高刚度矫正 机机座，可满足大矫正力条件下的使用，变形小，精度高。为了提高矫正效果，矫正机 出口处的上辊或下辊可以单独调整， 且在矫正过程也可以进行调整。 在矫直机结构设计 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 方面，正在向精密化，大型化发展，并正在加速结构更新的进度，老设备将逐步被淘汰 和改造。 目前，矫正机已由二重式发展到四重式，辊子为倾斜布置、成组换辊，并设有过载 保护装置，机架采用预应力框架结构，增大刚度。四重式矫正机，在结构和辊系布置上 做了很大改进，改变了原有二重式热矫正机矫正质量不理想、矫正能力低、辊距大、维 修困难等缺点，使矫正厚度范围扩大到原来 10 倍左右。矫正机向自动化、全液压、高 刚度、高负荷等多功能的矫直技术发展，即采用第三代矫正机，进一步提高钢板表面质 量水平。 在 20 世纪五、六十年代，我国的大部分矫直机的辊系都采用大节距大工作辊，矫 直厚度范围仅在 45 倍，支承辊承载能力低，使矫直能力低下，且工作辊轴承座是整 体、固定不可调节的，造成矫直钢板质量低，产品成材率低。而厚板矫直技术在我国起 步较晚，且理论研究较生产落后的现象突出。常规的矫直设备还需添补和改造，不过应 该尽量采用新的高效能的常规设备，如新的拉弯矫直设备，新的 3- 1- 3 矫直机，大型二 辊矫直机、滚动模转毂矫直机及变辊距矫直机等；新的矫直技术也需积极开发，如振动 矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直技术等；在矫直理论研究方面应该走出自己的道 路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率朔性区长度及深度 对矫直质量的影响， 在矫直过程中克服残留应力影响的方法， 斜辊的受力测定与计算方 法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转矫直法等。 经过近些年来工业的发展和自身技术的进步， 矫直机的性能和各项参数都有了很大 的改善，使得钢板矫正机除了生产一些常见产品外，还生产满足建筑、造船、汽车、石 油、化工、国防、矿山等专用钢材的性能要求。 1.3 辊式矫正机的工作原理和结构组成 辊式矫正机的工作原理： 加工件在辊式矫正机上通过多个交错排列的辊子多次反复 弯曲，使原始曲率的不均匀度逐渐减小，进而得到矫正 1。 辊式矫正机主要是由电动机、减速机、齿轮座、连接轴和矫正辊工作机座等部件组 成。而各类矫正机的差别主要表现在工作机座的结构上。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 1.4 辊式矫正机的类型及用途 辊式矫正机的结构类型有很多， 如上辊单独调整辊式矫正机、 上辊整体平行调整辊 式矫正机、上辊整体倾斜调整辊式矫正机、上辊局部倾斜调整辊式矫正机等8。 1) 上辊单独调整辊式矫正机：上排每个工作辊可单独调整，这种调整方式比较灵 活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫正机和钢管矫 正机。 2) 上辊整体平行调整辊式矫正机：上工作辊可整排平行调整，它在前后设置有单 独调整的上工作辊，也称为导向辊，以便于轧件的导入和导出及改善矫正质量。这种矫 正机主要用于矫正 412mm 以上的中厚板。 3) 上辊整体倾斜调整辊式矫正机：上工作辊可以整排倾斜调整，这种调整方式可 以使轧件的反弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫正时金属的变形规律。它主要用于矫正 4mm 以下的薄板。 4) 上辊局部倾斜调整辊式矫正机：上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整） 的矫正机。这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，多用来矫正薄板。 矫正机主要用于消除轧件在轧制、 冷却和运输过程中， 由于各种因产生的形状缺陷， 以满足生产需求。 1.5 本论文研究内容 依据钢板的实际尺寸和变形情况，确定结构参数、力能参数和工艺参数。以下是本 次设计任务的主要内容。 1) 十三辊矫正机的结构和力能参数的确定、矫正力和矫正扭矩的计算； 2) 选择电动机和设计分配减速器，并对电机校核； 3) 压下螺丝、压下螺母、蜗轮蜗杆的设计及校核； 4) 设备的可靠性和经济评价。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 2.总体方案 2.1 矫正方案及矫正工艺 2.1.1 矫正方案 在辊式矫正机中， 根据每个矫正辊使钢板产生的变形程度和最终消除残余曲率的方 法不同,矫正方案可分为小变形矫正方案、大变形矫正方案。 1.小变形矫正方案 该方案的矫正原则是： 矫正反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余 曲率(即进入该辊的最大原始曲率)使之变平。它的主要优点是，轧件的总变形曲率小， 矫正轧件时所需要的能量也少。 2.大变形矫正方案 这是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯以消除其原始曲率的不均匀 度,形成单值曲率，然后按照矫正单值曲率轧件的矫正方法加以矫正的方案。 采用大变形矫正方案， 可用较少的辊子获得较好的矫正质量。 但若过分的加大轧件 的变形程度。 则会增加轧件内部的残余应力， 影响产品的质量， 增大矫正机的能量消耗。 综上所述，由于本次设计的钢板变形曲率较小，消耗能量也少。根据上述方案分析 可得，采用小变形矫正方案较为合适。 2.1.2 矫正工艺 矫正机的矫正工艺与矫正机的类型和上矫正辊的调整方式有密切的关系。 矫正机出 口处与入口处的局部上排辊可局部调整，上排其余各辊可整体平行调整或整体倾斜调 整。轧件在入口端的第二、第三辊上的反弯曲率最大，产生大变形，迅速消除轧件的原 始曲率不均匀度。以后各辊的压下量按直线关系递减，在第 n- 1 辊处，轧件的反弯曲率 最小，只产生弹性弯曲变形。矫正薄板材时，一般是 713 辊；矫正极薄带时，则为 1729 辊，且带有工作辊挠度调整装置，以矫正板材上的瓢曲，单、双边浪形等二、 三维形状缺陷。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 2.2 矫正机结构组成 2.2.1 机座形式 辊式钢板矫正机工作机座可分为台架式和牌坊式两大类。 牌坊式工作机座可以整体平行压下， 其压下机构多是集体驱动。 它的结构特点是强 度和刚度较好，辊子的调整拆装方便。缺点是结构较复杂、外形尺寸也较大。 台架式矫正机机座由上台架、 下台架和立柱三个主要部分组成。 压下螺丝 （或螺母） 转动，可以调整上、下台架的相互位置，从而也调整了矫正辊的压下量。它的上台架可 以整体平行压下。台架式矫正机的结构简单。但刚性较差，采用大量弹簧平衡的台架式 矫正机，在使用时上台架容易产生震动。 综上所述，薄板矫正机用于矫直薄板，不需要太大的矫直力，因此选择台架式，其 结构简单的特点可以节约成本，降低操作难度。 所以本次设计选择台架式机架，其压下系统选择集体驱动的。 2.2.2 主传动机构简介 十三辊矫正机的主传动系统由主电机、减速器、联轴器和齿轮机座等组成。传动 系统由一台交流电机通过联轴器减速机齿轮机座万向联轴节工作辊装置使设 备转动运行。其主传动装置结构简图如图 2.1 所示。 1.电机 根据电源种类、 工作条件、 及负荷性质、 大小、 启动特性及过载情况等来选择电机。 在矫正机主传动系统中，电机主要用来提供转速和扭矩。因此，本次设计电动机选择的 是交流电动机。 2.减速器 在矫正机主传动系统中,将减速机与齿轮座组成一个整体,可减少传动件， 且结构紧 凑，能减小机列总长度。减速机除有减速作用外，还有均衡分配传动扭矩的作用，因此 也称减速分配器。 圆柱齿轮减速机的制造和安装较为简单； 锥齿轮减速器用于两轴垂直 相交或垂直相错的传动中。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 1工作机座 2万向联轴节 3齿轮座 4减速分配器 5单级锥齿轮减速器 6电机 图 2.1 主传动装置结构简图 3.齿轮机座 一般情况， 为防止钢板在工作辊间打滑， 辊式钢板矫正机的所有工作辊都是驱动的， 齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给各个矫正辊。 4.联轴器 联轴器的作用主要用于连接两轴（或轴与其它回转零件），以传递运动和转矩。联 轴器的原理是在机器运转时， 联轴器始终把两个轴连接在一起， 只有在机器停止工作时， 通过拆卸才能使两轴分离。 联轴器包括电动机联轴器和主联轴器。 电动机联轴器用来连 接电动机与减速机的传动轴，而主联轴器则用来连接减速机与齿轮座的传动轴。 万向联轴节：由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距，因此，齿轮座出轴与矫正 辊采用万向联轴节连接。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 2.2.3 压下机构组成和作用 电动压下装置装在横梁上部， 常采用的是上辊调整装置， 由电机、 圆柱齿轮减速机、 蜗轮蜗杆减速机、压下螺丝和压下螺母组成。 两台电机通过圆柱减速机减速， 同时带动 4 个压下螺丝转动， 将活动横梁沿机架内 侧的滑板上下移动，同步轴采用联轴器实现单独调整，可通过板材厚度、宽度、材料及 原始曲率来调整其开口度大小，压下工作行程。压下螺丝上部为矩形花键导向，下部用 锯齿形螺纹， 承受矫正力和实现辊系的上下移动。 下端部安装有安全保护作用的液压垫， 当操作者在操作时发生误操作或矫正过程中发生卡钢现象时， 矫正力过大时， 可使活动 梁及上辊系快速抬起，工作辊的开口度增大，对设备起到保护作用，同时装有压力传感 器用来检测矫正过程中矫正力的大小。压下装置结构简图如图 2.2 所示。 1蜗轮 2蜗杆 3减速器 4联轴器 5电机 图 2.2 压下装置结构简图 1.蜗轮蜗杆减速器 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构。 它能承受很大的 传动比，因为承受的传动比大，零件的数也少，故蜗杆的结构要紧凑；在传动中，啮合 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 齿对很多，所以它的传动是平稳的，且噪声也较小；若蜗杆的螺纹升角比啮合面的摩擦 角小时，会发生自锁现象。 2.压下螺丝和压下螺母 压下螺丝一般由头部、本体和尾部三个部分组成。压下螺丝的本体部分带有螺纹， 它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。 压下螺丝的头部螺纹有锯齿形和梯形两 种。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。尾部断面的形状主要有方 形、花键形和圆形三种。压下螺母是轧钢机座中重量较大的易损零件。螺母通常采用贵 重的高强度的青铜或黄铜铸成。 综上所述，本次设计压下螺丝采用锯齿形螺纹，这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率， 梯形螺纹牙根强度高的特点；压下螺母是易损零件，通常采用高强度青铜 zqa19- 4。 3.电机 直流电动机多用于对调速要求较高的生产机械上，具有：调速范围广、易于平滑调 速、启动、制动和过载转矩大等优点。交流电动机的结构简单，维修方便，具有：高效、 节能、启动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。 根据实际要求，本次设计压下电机为交流电动机。 2.2.4 矫正辊的布置形式 该矫正机有十三个工作辊， 上排七个， 下排六个。 由于辊径与辊身长度之比值较小， 所以支撑辊采用交错布置， 使支承辊承受工作辊的垂直方向和水平方向上的弯曲， 矫直 过程中工作辊载荷比较稳定。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 3.矫正机结构参数的确定和电机的选择 已知参数如下： 轧件材料：q235 矫正速度：11.5m/min 轧件厚度：35mm 轧件宽度：900mm 矫正机上矫辊数：7 矫正机下矫辊数：6 上支撑辊数：8 下支撑辊数：7 矫正温度：常温 压下速度：1.5mm/s 3.1 矫正机的结构参数的确定 辊式矫正机的基本参数主要有： 辊径d、 辊距t、 辊数n、 辊身长度l和矫正速度v。 矫正机的工作辊和支撑辊的材料采用了 45 钢。 3.1.1 辊距和辊径的确定 1.辊距t的确定 辊距t是矫正机的最基本的参数。确定辊距t时，需要考虑满足最小厚度轧件的矫 正质量要求，还要考虑满足矫正最大断面轧件时矫正辊的强度要求。因此，要分别计算 最大允许辊距 max t 和最小允许辊距 min t。最后确定的辊距t应是 maxmin ttt时， mma300100=。由于轧件宽度mmb900=；根据本次设计，a可取mma100=。 将数据代入公式(3.4)得： mml1000100900=+= 5.矫正速度 的确定 矫正机的矫正速度主要由生产率确定。本次设计矫正速度min/5 .11mv =。 3.1.2 矫正辊辊颈直径的确定 矫正机的矫正辊使用了滑动轴承，根据文献1，p81有： 8 . 075. 0= d d (3.5) 式中：d辊颈直径； d辊径，mmd120=。 将数据代入公式(3.5)得:()mmd69908 . 00.75120= ，取辊颈 ：mmd90= 3.1.3 矫正辊传动端的尺寸确定 根据本设计确定矫正辊传动端的外径：mmd70 1= 。 结合上述数据，矫正辊结构尺寸图如图 3.1 所示： 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 12 页 图 3.1 矫正辊的结构图 3.2 矫正机的力能参数的计算 辊式矫正机的力能参数有：作用在矫正辊上的压力（矫正力）、矫正扭矩和矫正机 的驱动功率。 3.2.1 作用在矫正辊上的压力（矫正力） 1.计算轧件的屈服力矩 w m 将轧件弯曲至表层纤维的应变 sh = 2/ 时的外力矩，称为屈服力矩，以 w m 表示。 它是最大弹性弯曲力矩，也是最小弹塑性弯曲力矩。 查文献1，式 11- 10得： wm sw = (3.6) 式中： s 轧件的屈服极限，mpa s 235=； w断面形状对称轧件的断面系数，其中：3750 6 5900 6 2 max 2 = = bh w； b轧件宽度，mmb900=； max h 轧件厚度，mmh5 max =。 将以上数据代入公式(3.6)得： mmnm w = 5 108125. 83750235 2.计算轧件的塑性弯曲力矩 s m 当轧件弯曲至全塑性弯曲状态时，整个断面上纤维的应力达到 s 时，外力矩达到 最大值，称为塑性弯曲力矩 s m 。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 13 页 查文献1，式 11- 14a可得: emm ws = (3.7) 式中： w m 轧件的屈服力矩； e断面的形状系数。 根据文献1，表 11- 2查得5 . 1=e。 将以上数据代入公式(3.7)得： mmnms=13218755 . 1108125. 8 5 3.计算作用在矫正辊上的压力（矫正力） 作用在矫正辊上的压力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。 将轧件看成是受很多 集中载荷的连续梁， 这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。 它们在数值上等于轧件对 棍子的压力（矫正力）。 (1) 求各辊的矫正力 i p 查文献1，式 11- 32，可得出各辊下矫正力的计算式为： += += += += += = = = )7 1 )53 1 ) 4 )35 1 )7 1 8 6 2 10 9 876 5 4 3 2 1 ws ws ws ws ws s s s mm t p mm t p mm t ppp mm t p mm t p m t p m t p m t p （ （ （ （ （ (3.8) 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 14 页 = = = w w w mp mp mp t 2 t 6 t 8 13 12 11 (3.9) 式中： s m 轧件的塑性弯曲力矩，mmnms=1321875； w m 轧件的屈服力矩，mmnmw= 5 108125. 8； t辊距，mmt130=。 将以上数据代入公式(3.8)和(3.9)得: () ()np np np np np 71178108125.8313218755 130 1 77957108125.813218757 130 1 813461321875 130 8 610101321875 130 6 203371321875 130 2 5 5 5 4 3 2 1 =+= =+= = = = () () () np np np np np nppp 8 130 2 40673108125. 8 130 6 54231108125. 8 130 8 57620108125. 871321875 130 1 64399108125. 8513218753 130 1 67789108125. 81321875 130 4 5 13 5 12 5 11 5 10 5 9 5 876 = = = =+= =+= =+= 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 15 页 (2) 计算上、下排辊子上的压力总和p 根据文献1，式 11- 33得： )2)( 4 1 += nmm t pp ws n i (3.10) 式中：n矫正机辊数，13=n； s m 轧件的塑性弯曲力矩，mmnms=1321875； w m 轧件的屈服力矩，mmnmw= 5 108125. 8； t辊距，mmt130=。 将数据代入公式(3.10)可得： np745673)213()108125 . 8 1321875( 130 4 5 =+= 3.2.2 作用在矫正辊上的矫正扭矩 1.计算轧件的原始曲率 0 r 1 查文献1，式 11- 40可知，轧件平均原始曲率为： min0min00 )(2 1 )( 1 0 2 11 rrr = += (3.11) 式中： min0) (r的数值：对于钢板，hr)3010()( min0 =；h是轧件的厚度；mmh3=，则 mmr30310)( min0 =。 将数据代入公式(3.11)得： 1 0 60 1 302 11 = =mm r 2.计算轧件的残余曲率最大值 max r 1 i 查文献1，式 11- 29a可得： 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 16 页 ehr s i 44. 0) 1 ( max = (3.12) 式中： s 轧件的屈服极限，mpa s 235=； h轧件的厚度，mmh3=； e 轧件的弹性模量，mpae 5 100 . 2=。 将数据代入公式(3.12)得： 14 5 max 1072 . 1 3100 . 2 235 44 . 0 ) 1 ( = =mm ri 3.计算总的矫正扭矩 k m 查文献1，式 11- 41c按照假设条件，总的矫正扭矩计算式为： += max 0 ) 1 )(72( 1 2 i wk r n r em d m (3.13) 式中： 0 1 r 平均原始曲率； max ) 1 ( i r 小变形矫正方案的残余曲率最大值。 将数据代入公式(3.13)得： mmnmk= += 645 1058 . 1 1072 . 1 )7132( 60 1 5 . 1108125 . 8 2 120 3.3 矫正机主电机的选择 3.3.1 主传动电机功率的确定 辊式矫正机的电动机功率的计算，查文献1，式 11- 44可知： 12 ) 2 ( += d vd fpmn k (3.14) 式中： k m 矫正扭矩，mmnm= 6 k 1058. 1； 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 17 页 p作用在辊子上的压力总和， np745673= ； f 辊子与轧件的滚动摩擦系数，考虑工作中可能出现较大的滑动摩擦，则对 于 钢板，mf0008. 0=； 辊子轴承的摩擦系数，滑动轴承05 . 0 =； d辊径，mmd120=； d辊子轴承处直径，mmd90=； v矫正速度，smmv/1917. 0min/5 .11=； 传动效率，7 . 0=。 将数据代入公式(3.14)得： kwn59.17 7 . 0 1 12 . 0 1917 . 0 2 ) 2 09 . 0 05 . 0 0008 . 0 (673.74558 . 1 = += 3.3.2 主电机的选择 查文献6，表 25- 1- 26选择主电机，如表 3.1 所示： 表 3.1 主电机参数 型号 额定功率 (kw) 额定转速 (r/ min) 效率 /% 质量 /kg y180m-4 18.5 1470 91.0 174 3.3.3 主电机过载校核 查文献1，式 2- 150可得： konf k j mm i m m+= (3.15) 式中： j m电机轴上的总静力矩； 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 18 页 k m 矫正扭矩，mknm=58. 1 k ； f m 附加摩擦力矩； kon m空转力矩。 1) 矫正辊的转速： min/r51.30 12. 0 1917. 060 60 1 1 = = d n 2) 电动机和矫正辊之间的传动比： 51.30/1470/ 1 =nni 3) 电机的额定静力矩： mkn n n m er er =12. 0 1470 5 .18 95509550 4) 附加摩擦力矩 f m和空转力矩 kon m的计算： 查文献1，p70可知： mkn i m m k f = = =014. 0 51.30/1470 58. 1 1 7 . 0 1 1 1 mknmm erkon =012. 01 . 012. 0%)10%5( 将数据代入公式(3.15)得： mknm j =+=059. 0012. 0014. 0 51.30/1470 58. 1 根据文献1，式 2- 161可得知电动机的过载系数： er j m m k = (3.16) 将数据代入公式(3.16)得： 25 . 15 . 0 12 . 0 059 . 0 =kk 所以，选取的主电机符合设计要求。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 19 页 3.4 作用在螺丝上的最大矫正力的确定 由文献1，11- 33 和 1，11- 34 得： )2)( 4 1 += nmm t pp ws n i )2()( 2 2 1 += nmm t pp ws上 因为本次设计用两个电动机共同带动四个压下螺丝，所以有： npp 5 . 372836745673 2 1 2 1 = 上 npp93209 5 . 372836 4 1 4 1 1 = 上 式中： 1 p单个压下螺丝上的作用力。 3.5 压下电机选择及校核 3.5.1 压下螺丝的设计 本次设计压下螺丝材料采用 40cr，调质处理；牙型采用锯齿形。 1.压下螺丝的结构参数确定 压下螺丝最小断面直径 1 d的确定，根据文献1，式 4- 5可知： d r p d 1 1 4 (3.17) 式中： 1 p作用在单个螺丝上的最大矫正力，np93209 1= ； d r压下螺丝的许用应力，压下螺丝材料采用 40cr，调质处理，其强度极限 为pa900m b =，当安全系数 n=6 时，mpa n r b d 150 6 900 = 。 将数据代入公式(3.17)得： mmd13.28 150 932094 1 = 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 20 页 查文献 6，表5- 2- 22取螺距mmt4=，满足自锁条件，则取： 压下螺丝螺纹小径：mm058.58d1= 中径：mmd62 2 = 大径：mm65d = 压下螺母螺纹小径：mmd59 1= 中径：mmd62 2 = 大径：mmd66= 所以，螺纹升角：= =176. 1 62 4 arctanarctan 2 d t 2.压下螺丝的校核 根据文献1，式 4- 5可知： dd r d p r= 2 1 1 4 (3.18) 式中： 1 p作用在单个螺丝上的最大矫正力，np93209 1= ； d r压下螺丝的许用应力，压下螺丝材料采用 40cr，调质处理，其强度极限 为pa900m b =，当安全系数6=n时，mpa n r b d 150 6 900 = ； 1 d压下螺丝最小断面直径，mmd058.58 1= 。 将数据代入公式(3.18)得： mparmpar dd 15021.35 058.58 932094 2 = = 所以该压下螺丝满足设计要求。 3.压下螺丝的静力矩的计算： 转动压下螺丝所需的静力矩也就是压下螺丝的阻力矩，根据文献1，式 4- 6可知： )tan( 2 2 1121 +=+= d pmmmm (3.19) 式中： 2 d 螺纹中径，取mmd62 2 =； 当量摩擦角，即 2 arctanu=， 2 u为接触面的摩擦系数，一般取1 . 0 2 ，故 =667 . 5 405； 螺纹升角，=176. 1； 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 21 页 1 p 作用在一个压下螺丝上的力，查文献1，式 4- 9可得，在不带钢压下时有 gp)2 . 01 . 0( 1= ，其中 g 为被平衡部件的总质量，则ng165640=，所以 取：np3000076526)2 . 01 . 0( 1 =； 1 m 止推轴承的阻力矩； 2 m 螺纹摩擦阻力矩。 本次设计压下螺丝使用止推滚动轴承，则根据文献1，式 4- 8得： 2 111 p d pm= (3.20) 式中： p d滚动轴承平均直径，mmdp90=； 1 u滚动止推轴承可取005. 0 1= u。 将数据代入公式(3.20)得： mmnm=6938 2 90 30000005. 0 1 由公式(3.19)得： ()mmn d pm=+=+=111604176. 1667. 5tan 2 62 30000)tan( 2 2 12 将数据代入公式(3.19)得： mnmmnmmm=+=+=54.1181185421116046938 21 3.5.2 压下电机功率的计算 根据文献5，式 4- 11可知，电机的传动功率为： 9550 丝 mn n = (3.21) 式中：m 传动压下螺丝的静力矩，mnm=54.118； 丝 n 压下螺丝转速， t n 丝 丝 60 = ； 丝 v压下螺丝速度，smmvv/5 . 1= 压下丝 ， 则：min 5 . 22 4 5 . 160 t 60 r v n= = 丝 丝 ； 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 22 页 传动系统的机械效率，3786. 072. 0768. 099. 0 2525 = 蜗轮减速器联 。 将数据代入公式(3.21)得： kw mn n74. 0 3786. 09550 5 .2254.118 9550 = = 丝 所以：kwnn48. 174. 022 = 3.5.3 选择压下电机 查文献6，表 25- 1- 26选择压下电机，如表 3.2 所示： 表 3.2 压下电机参数 型号 额定功率 (kw) 转速 (r/ min) 效率 /% 质量 /kg y90l-4 1.5 1400 79.0 26 3.5.4 电机过载校核 根据公式(3.15)有： konfj mm i m m+= (3.22) 式中： j m电机轴上的总静力矩； m 压下螺丝静力矩，mnm=54.118； f m附加摩擦力矩； kon m空转力矩； 22.625 .22/1400/= 丝 nni mn n n m er er =23.10 1400 5 . 1 95509550 mn i m m f = = =1 . 0 22.62 54.118 1 95. 0 1 1 1 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 23 页 转动效率，查资料得95 . 0 =； mnmm erkon =023. 11 . 023.10%)10%5( 将数据代入公式(3.22)得： mnm j =+=03. 3023. 11 . 0 22.62 54.118 根据文献1，式 2- 161可得知电动机的过载系数： er j m m k = (3.23) 将数据代入公式(3.23)得： 25 . 13 . 0 23.10 03. 3 =kk 所以，选取的压下电机符合设计要求。 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 24 页 4.传动系统设计 4.1 传动比分配 总传动比：22.62 5 .22 1400 = 丝 总 n n i e 选取的减速机传动比：15. 3= 减 i 因为 蜗减总 iii=，所以20 15. 3 22.62 = 减 总 蜗 i i i 4.2 圆柱齿轮减速器的选择 本次设计的减速机传动比15. 3= 减 i，具有传动平稳、效率高、工作寿命长，维护简 便等特点，查文献6，表 15- 2- 4选用 zdy160- 3.15 型圆柱齿轮减速器，如图 4.1 所示： 图 4.1 圆柱齿轮减速器 4.3 蜗轮蜗杆的设计与校核 4.3.1 蜗轮蜗杆的设计 1.选择蜗杆传动类型 根据 gb/t100851988，采用渐开线蜗杆。 2.选择材料 因蜗杆传动功率较小，速度中等，所以蜗杆采用 45 钢；为提高效率和耐磨性，蜗 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 25 页 杆螺旋齿面进行淬火，硬度为 4555hrc。蜗轮采用铸锡磷青铜 zcusn10p1，金属模 铸造。因考虑到有色金属价格较高，故仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 ht100 制 造。 3.按齿面接触疲劳强度设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则， 先按齿面接触疲劳强度进行设计， 再按齿根弯曲疲 劳强度进行校核。 根据文献5，式 11- 10得： 2 2 21 2 480 h z ktdm (4.1) (1) 计算作用在蜗轮上的转矩 2 t 因20= 蜗 i，根据文献5,表 11- 1，取2 1= z。 kwpp54. 02/72. 05 . 12/ 2 = 蜗总 则 mmn in p t= 56 2 6 2 102 22.62/1400 54 . 0 1055 . 9 / 1055 . 9 总总 (2) 计算载荷系数k 由文献5，表 11- 9得： va kkkk = (4.2) 其中： a k使用系数，查文献5，表 11- 5得15 . 1 = a k； k载荷分布不均匀系数，因工作载荷较稳，取1= k； v k动载系数，由于转速较低，所以取05. 1= v k。 将数据代入公式(4.2)得：21. 105. 1115. 1= va kkkk (3) 确定弹性影响系数 e z 因为选用的是铸锡磷青铜蜗轮与 45 钢蜗杆相配，所以 2 1 160mpaze= 辽宁科技大学本科毕业设计（论文） 第 26 页 (4) 蜗轮齿数 2 z的计算40202 12 = 蜗 izz (5) 确定许用接触应力 h 蜗轮材料为铸锡磷青铜 zcusn10p1，金属模铸使造蜗杆齿面硬度大于 45 hrc，根 据文献5，表 11- 7，查得蜗轮的基本许用应力pa268 m h = 应力循环次数： 8 h2 102 . 312000 15. 3 1400 16060=ljnn 寿命系数： 65. 0 102 . 3 1010 8 8 7 8 7 = = n khn 则 mpak hhnh 17426865 . 0 = (6) 计算值 1 2d m： 将数据代入公式(4.1)得： 3 2 5 1 2 1151 17440 480 10221. 1mmdm= 因2 1= z，根据文献5，表 11- 2，可取模