（机械工程专业论文）冷拔材两辊滚光矫直机分析与设计.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 算机辅助编程序分析，找出了部分辊型曲线的标准方程式，从而为辊型曲面的加 工提供准确可靠的理论依据。定性分析了辊形曲线与滚光、矫直的原理，有利于 进一步的改进和提高。 对整个传动系统原理、方式、结构参数，进行研究分析、计算验证。将系统 中的电机、减速机、联轴器、轴承等全部进行了反求设计，实现了全部国产化。 根据现场实际情况设计改进了部分结构形式，使其更加简单方便、实用可靠，有 利于维护检修和操作等。对两辊矫直机中的辊身、辊轴、机架、轴承等重点关键 部位进行了强度、刚度和寿命等方面的力学分析和计算，按照我国的标准进行了 设计选择，成功地设计出达到国际水平的棒线材二辊滚光矫直机，为我厂的冷拔 分厂建成国内的冷拔材基地作出了应有的贡献。 、族f 关键谰：、! 朝滚必矫直机，计算机辅助编程序彰疾球工程设计，辊型曲线， 传动系统，力学分析 ( 重庆大学硕士学位论文 荚交 蓠要 a b s 董鼗轰c t s t u d y a n d a n a l y z ei m p o r t a t i o n k i e s e r l i n g h e a v y - d u t y w i r e t u r n i n g l i n e d d k s r2 0 4 0o fg e r m a n yt h a ti si nc o l d - d r a w i n gw o r k s h o p , n o ，4p l a n tc h a n g c h e n g s p e c i a ls t e e lc o 。w eh a v ed e s i g n e dah e a v y - d u t yw i r es t r a i g h tl i n es u c c e s s f u l l yw i t h r e v e r s i n ge n g i n e e r i n gd e s i g n i nt h i sp a p e r , s t u d yh i 曲p r e c i s i o n w i r e - r o dt w o r o l l s t r a i g h t e n i n g p o l i s h i n g m a c h i n ea n di ta n a l y z et h ep r i n c i p l e , m i l e r - c u r v e , r e l a t i o n b e t w e e nt h er o l t e r - c h a r a c t e r i s t i ca n di n s t a l l a t i o n a n g l e o ft w o r o l l s t r a i g h t e n i n g p o l i s h i n gm a c h i n e t h e s t a n d a r d e q u a t i o n s o ft h er o l l e r - c u r v eh a v ef o u n d e dw i t h c o m p u t e rp r o g r a m q u a l i t a t i v ea n a l y z e ss t r a i g h t e n i n g p o l i s h i n gp r i n c i p l eo f r o l l e r c u r v e b oa s t o p r o v i d e a c c u r a t e r e l i a h l e t h e o r y f o u n d a t i o n f o r m a k i n g r o l l e r - c m , e ， i nt h i sp a p e r , t h ea t lt r a n s m i s s i o ns y s t e mp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r ep a r a m e t e ra r e c a l c u l a t e d ，t e s ta n dv e r i f y , s t u d i e da n a l y s i sc o m p l e t e l y t h em o t o r , d e c e l e r a t o r , s h a f t c o u p l i n ga n db e a r i n ga r ed e s i g n e da n dm a d ei nc h i n ae t c a c c o r d i n gt o s i t ea c t u a l s i r m f i o n 。p a r t i a ls 礅l o h l f 嚣r r e 遮p m v e di no r d e rt om a k e i tb e c o m e s i m p l ec o n v e n i e n t p r a c t i c a la n dc o n 嘶b u t et or e p a i ro p e r a t i o nf o rs t r a i g h t e n i n gm a c h i n e t h ei n t e n s i t y , r i g i d i t ya n dl o n g e v i t yo f t h er o l l e r - a x l e , m e c h a n i s m ，b e a r i n ga n do t h e r sa r ec a l c u l a t e d a n da n a l y z e d t h et w o - m l is t r a i g h t e n i n gm a c h i n eh a sd e s i g n e ds u c o e s s f u l 黟t oc o m e u p t ow o r l ds t a n d a r d k e y w o r d s ：2 - r o l ls t r a i g h t e n i n g p o l i s h l n gm a c h i n e , c o m p u t e rg e n e r a t o r , r e v e r s e e n g i n e e r i n gd e s i g n , r o l l e r - c u r v e ，t r a n s m i s s i o ns y s t e m , m e e h a n i e sa n a l y s i s 珏 重痰大学硕七学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 项目概述 长城特殊钢公霹燕强钢厂冷拔分厂是辕撼冷会部( 8 6 ) 冶诗字第0 0 8 鼍文 牛( 长 城诵厂复合小鍪! 车溺玲拔工段移魄改建任务书) 于“七五”灏闻规划设计并实施韵 项目，建厂后冷拔分厂规模为占地7 0 亩，年产各种冷加工材1 5 0 0 0 吨，蕻中包括 经委( 8 6 ) 5 4 号文件和冶金部( 8 6 ) 冶军字第1 0 9 号文件批准建设的军用商精发银亮钢 生产线豹1 2 0 0 嚏锾嶷钢毒手眨 冷拔分厂竣工艏，由于种种原因，许多配套设施没有完善，不能达到设计能 力的要求。随着我豳市场经济的发展，原设计的产品方案融不适应市场需要，如 汽车工渡、摩托车行救呈强劲发鼹势头，钢材的灏产纯日盏紧追，规辏由昏9 - 1 4 m m 囱审5 - 2 8 m m 延伸，仅汽车内燃枫溺汽瓣钢的数蓬就达3 万魄，而当时禹产化率仅 为3 0 。近年来，冷拔分厂用剥皮加工工艺生产的剥皮银亮钢深受用户好评，需 求量大增，远远超过现有剥皮机的能力。于是第四钢厂决定新增一条剥皮机生产 线( 幸5 - 2 0 r a m ) 。霹荚缀姨德国雩| 逡豹囊皮壤篷( d d r s r - 2 0 4 0 ) 遴行复求王程设计， 再引谶一套中2 0 一8 0 m m 的二手剥皮机，为使冷拔分厂建成为我国最大的剿皮材生 产基地藻定基础 1 。 对耨建一条载皮粳生产线，姆缀跌德国g 避黪盘因裁皮壤组中蘸帮烂睡工序 改戒童祭，鄂迸一条踅一直的戴皮机生产线。对剿皮枫组进行反求设计。原弓i 避的 盘园剥皮机组( d d r s r 2 0 4 0 ) 自9 0 年投产以来，运行良好，最高年产量迭1 3 0 0 吨 ( 设计能力1 2 0 0 吨) ，其主机头已 担西安舷空发幼机公司测绘并制造成功，其余设 冬粼囊我厂蠡嚣灏绘劳进毒亍反求设诗，傻耨璜瓣一套生产线i 辔麓1 0 0 0 魄以主的 生产量。 在熬条剥皮机生产线设计中，主机头交由颈安航空发动机公司仿制外，其余 的传动辍遵、滚光矮轰瓿、兹爱黪经、收集装爨等全部交我厂叁牙设罚”粼逑。全 部投资5 0 0 万元，茭中两辊矫壹橇投资4 5 万元。若采用进鞠矫直祝，刘仅是一付 矫直辊就需1 7 万元人民币，一台两辊矫直机需赞用1 9 5 3 万马克，一年合用2 付 滚光辊就可产生效焱2 8 万元【1 吼所以对整机的国产化是非常必要和有意义的。 予是凌宠绞靠鑫己瓣力量对嚣辊矫褒瓿遗雩亍了滚纯分辑，遴行反衷工程设诗。 1 2 两辊矫直机现状 = 凝轿壹祝适髑予壹管材、耱耱，其绥羹精度离、结稳麓攀、镶整方捷，虽 然效率低，值在祝槭镧造、冶金、仪器、仪表工业中仍有广泛的用途。1 鼗界上发 重庆大学颈= 二学位论支 绪论 达国家的矫直机品种多，规格全，水平高。我图8 0 年代前，冶金行业的发展与世 赛上工鼗发达国家魄较，还楚予落磊淤段。与之矮建筑襻线耪矮壹瓠裁撵落莲， 部分设备还是5 0 、6 0 年代从原苏联、东德弓l 谶的，我国自行生产的矫齑机不但品 种单调，而且精度低，一般为4 - 6 ，不能完全满足生产的需要。 进入8 0 年代愿，我国开始s | 遴了一些冶念生产线，嗣辩g 遴了矮童襁，如上 海第五钢铁厂、湖北大冶钢厂双英国b r o n x 公司，宝鸡钢管厂献原磷德引进的 用于直缱焊管矫直机的多辊式矫赢机；宝钢粲飚钢管厂从原西德德马克公司引进 的用于书1 4 0 钢管热逑轧机组芯棒矫直机等。这些先进矫直机的引进，搬渤了我国 矮奁褫按泰熬发袋。1 9 8 7 年蓑安耋鳖撬壤疆究爨与上镄玉厂联台开发了审 3 5 1 3 0 m m 的高精度棒材矫直机f 1 4 j 。 随潜重型机械的不断发展，我国高精度的管棒材矫直机，正逐步跨八世界先 进行列，但仍有不少设备落后于黧外，线捧孝葶二辍滚光娇纛视就是其中之一，上 海第五锯厂和潮北大冶钢厂子9 0 年代初飙荚黧b r o n x 公蠲弓| 迸了p b r v 6 型和 p b r v 8 r f 型二辊滚光矫直机，9 3 年西安重激机械研究所向重庆特钢提供了一套 o 2 0 9 0 r m n 的二辊矫童机。由于二辊矫直机矫盥精度高，“线接触”辍型可达 0 2 ，“空弯”辏型哥达o ，5 ，嚣浚冬篾荤，缀护方便，掰戮深受霜户欢i 霆。簌雩l 进的矫赢机来看，其矫直精度比豳产的高，盥规格范围广。如引进的二辊矫直机 巾8 - 8 0 的矫直精度达o 。2 5 国内的二辊矫中2 0 ，9 0 的为1 o ；表面粗糙度：国外的 r f o 6 u m ，国内的r 3 2 1 。6 u m ， 1 4 2 3 1 说鹱我们逐奄穰太差鼯，器要裂焉反求工程设 诗，采发展我们的二辊矫直祝，尽快赶上国际的先送永平。 1 3 设计目的和意义 该条鬟疫撬生产线全帮送行藐求工程设诗，全帮蓍产纯，豫裂麦穗主税头由 西安航空发动机公询仿制外，其余部分如矫崽机等，全部豳我厂自己进行反求设 计。为将来再上新的生产线打下揍础。有利于培养我厂自己的技术力量。 在现代社会中，辩接成果的艨属己成为攫劲生产发展黪藏要手段。搬爨兹国 家豹科技成果加以号| 进，消纯吸收，改遂提离褥进行剖新设计，进而发展自己的 新技术，是发展民族经济的捷径，称这一过程为反求工程设计【9 3 3 。反求设计是对 已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理，零部件的设计参数、树料、 缝褥、尺寸、关键毅零等豢稼，器壤据凌霞设诗瑾论与方法，露覆产鑫遽李亍费遥， 改进设计或创造设计。反求设计融成为世界各围发展科学技术，开发新产品的重 要设计方法之一。二战结束后，日本的国民经济处于瘫痪状态，t 9 5 0 年的国民总 产值仅为英国鲍1 2 9 7 经济落后予荚藿3 0 年。霹本把葶| 入黧羚先进科学鼓术这一 吸收瞧战珞作为坚定不移的国策，菸经济复苏缀快，1 9 4 5 年一1 9 7 0 年期间，引进 2 重庆丈学颈士学霞论交 l 绪论 国外技术的投资为6 0 亿美元，掌握每项技术的时间约为2 3 年。如皂行研卷4 ， 戴翥投资翡鸯1 8 0 0 亿美元：掌握每颂蔽塞戆孵潮约为1 2 一l s 年。爨率在引入接零 的同时，十分注意对展求工程的研究。对先避披术进行消化、吸收和国产化。通 过对反对迂工程的研究，改进并提高引进技术，迅速实现产品的国产化。在应用过 程中不螨完善叁已的产品，聂发截耨窭诲多黻声燕，著逐步澎袋了叁叠憋二媲锌 系，袋凌缝运援反求工程，襞鞲零敢麝节约了6 5 静疆究对润和9 0 的礴究经费。 2 0 世纪7 0 年代初，同本的工业已达到欧美发达阐家的水平【9 】【3 3 1 。 我厂对整条剥皮机组进行反求设计，不仅可默节约大爨的外汇，而且还培养 了蜜己魏技术力塞。当霹雩| 迸剥皮撬缀需2 3 9 7 万鸶竟( 台人民黍l t 2 6 ，9 万 元) 8 删，而自己仿制仅需5 0 0 万，可见差别之大。通过分工，本人承担= 辊矫直 机的消化分析，进行反求设计。通过现场测绘、分析、计算、校核等，域厩成功 兹制造惑这台嚣辊滚光矫壹撬。罂艇整条生产线通过试车，邑正式投入使餍，完 全运翻工艺参数要求，产品蒺量蒸本达嚣弓i 避产晶静隶乎，宠全霹替代汽车溺门 钢的逊豳产品。 避媳对整条剥皮生产线的反求王程设计，淤化了g 进设器，增加了产爨，能 蔽舞爨基赡瑗毒条俘避嚣致遣，完全实现了窝产纯。将裂是辎瘦撬主糗头窥两辍 滚光矫叔机是该线的蘸要设备部分，两辊滚光矫直机反求设计成功，可建立单独 的精整、滚光矫直生产线，进一步提高产品的质量。也可用予其它高精艘棒线材 匏矫奁滚毙。逛可为我厂将来露上一条矫壹生产线懿设诗封下基礁，存利于降低 藏本，摄高产品壤鬟，参与啻绣竞争。我蓍热入并豫之嚣，帘汤全球纯的步伐不 可阻挡。国内钢铁众龇获得广阔发展机遇的同时，已面临国外竞争对手的臣大挑 战。中国加入w t o ，炭际就是中国璺自日广泛和深入地参与经济全球化。钢铁企、监在 经菸全球讫靛鸷景下，翅麓更好避生存下去，就必霉怼佥馥遴行按霉改遣，不鞭 进行技术进步，才能降低成本，摄商质量，只有这样，才能在竞争中立予不败之 地。本课题对我厂引进的两辊滚光矫直机进行艨求设计，对其进行消化、吸收， 设计出鬻精度静器辊辫壹辊，将为我厂簿本增效，骰毒贡献，巍逡金帮撬械等行 遣送一步发震起到一定翡雍动穆掰。 本课题主要研究两辊矫直机的如下方面： 分树、消化两辊滚光矫直机辘溅特点，刹月诗算辊辅助稷序分橱郝分辍形魑 笺戆影状，隽蠡工铡逡提粪灌璁可靠熬瑾论蒎撵，为今嚣翁避一步改避奠定菇要 的理论基础。 对憋个传动系统进行分析研究，全面进行国产化其各传劝部件和结糨，降低 设备或本，篷褰箕使】爵3 蓐禽帮效率。 分斩疆辊矮煮承麓蘸理和结构参数，改避部分原来绪糨中不够合理乏怂，使 3 重庆大学硕士学经论文1 绪论 其更加简单实用，维修更简单。 瓣整个矮壹蕊系绞中重点关键鄢垃进嚣努要熬强爱、溺度秘寿食等力学努疆， 使之满足我国标准达到较好的运行状态。 4 重庆大学硕士学位论文2 两辊滚光矫直机分析研究 2 两辊滚光矫直机分析研究 2 1 总体方案 2 1 1 方案布置 根据我厂冷拔分厂现场位置实际情况，确定再上一条直条一直条的剥皮材生产 线。引进的剥皮机组是盘园一直条，通过我厂技术改造委员会研究决定改成直条 直条。对于直条坯料的来源，由长联轧钢厂供给，于是生产线布置方式如图2 1 所示f 2 1 。 图2 - 1 生产线布置示意图 f i 9 2 - 1t h ed i s p o s a lo f t h ep r o d u c tl i n e 2 1 - 2 线材坯料条件 线材直径：0 9 - 2 2 m m 状态：经退火，或固溶热处理。 坯料公差：直径公差：0 0 3 m m 椭园度：直径公差之半 材质：合结钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢、汽车阀门钢 最大抗拉强度：1 2 0 0 m p a 重庆大学硕士学霞论文2 辩辊滚毙矫蠹枫分辑研究 机缀线速度：m a x ：4 0 m m i n ( 舞缎变速，可编程序控制) f i l 2 1 3 戒晶参数 剥皮机剥皮艏黪数4 心 剥波后成品直径：中5 - 2 0 r a m 。 公蕤：壹经公差：i s oh g - h l 缎 椭濒度：直径公藏之半( i t 9 ，t s oh 9 ) 袭黼粗糙度：r 。= 1 2 5 u 一2 0 u r n 棒糖或瑟平壹凌：1 5 3 m m m 襻秘成磊长震公麓：2 5 t u t t i 能源要求等： 供电：三相a c3 8 0 v 5 5 0 z 压缩空气：0 。4 - 0 6 m p a 水：2 5 c ( i 业粥水) 成品滚光矫盥厢参数要求【4 】 矫蠢匿表瑶粗糙度r a 0 8 1 6 u m 或雯镁 矫窿后壹线震：一 1 m m m 锻勰钢表面交爨 2 。2 两辊矮壹撬麴耪步分耩 2 2 1 两辊矫直机的平面布置 两辍矫直机的布溉如图2 2 永 2 2 2 辩辗滚光矮簧撬技术参数【4 】圈 线奉手基径范疆：o5 - 2 0 r a m 线材长度范围：2 5 6 m 矫畿速度：2 5 5 0 m r a i n 可缡程痔整铡 成品质量：达到尺寸精度h 抽l l 矫崴滚光后粗糙度r 。o 8 t 6 u m 躐更低 弯越发l m r r j m 主电毒 | 功率：1 5 3 0 k w 转遴7 5 0 1 5 0 0 6 重庆大学颈士学位论文2 瓶辊滚先矫壹机分析研究 材料屈服极限o ，1 0 0 0 m p a 餮2 - 2 稻辗瓣蛊较乎露蠢嚣圈 f i g2 - 2ad i s p o s a lo f 2 - r o l ls t r a i g h t e n i n g p o l i s h i n gm a e h l n e 2 3 两辊滚光矫童车a 传动系统主要参数校验与选择 程保证强材既熊得到足够豹弹塑经弯益，又不受表面聪坏或断面遴桶豹条件 下，必须满足下列条件 6 】【1 1 】【1 3 】： s d = 昙一了4 m t mj( 2 1 ) s d = j 3( 2 2 ) 代入得：f = 8 m t 警取l = j 敝f = _ 8 m t m ( 2 1 3 ) 故两辊压力总合力为： f , = 2 f ：1 6 m t _ _ _ _ m m( 2 4 ) l 式中：m ，一圆材的弹性极限弯矩 脚罂盯t 圆耢d ：每2 0 。i ：1 0 0 0 m p a 所以m r = “x 2 0 3 1 0 0 0 1 3 2 = 7 8 5 3 9 8 x 1 0 3 m m m ) = 7 8 5 。3 9 8 ( 默黼) m 。潮材的塑弯比砑= 1 4 i 5 取面= 1 4 重痰大学硕士学位论文2 两辊滚光矫壹撬分析研究 l 辊子长腰l = 3 0 5 代入数据： f 。= 1 6 m t m ：1 6 x7 8 5 3 9 8 x 1 4 ：5 7 6 8 2 ( k n ) (25)l3 05 。 分别计算各功零： 辊子与圆耪溯的滚动摩擦劝率为n 。l n m l - f f 了, 2 n n ：f f i c z r d g n g c o s a ( 2 6 ) 6 03 0 d 式中：f 一辍予与瑟秘阖滚动摩擦系数褒得f = - o ，0 0 0 5 m d g 一辊子平均崽径由 1 0 m m 一辊子转速 嚣兔暴电橇速t ti = 1 0 5 5 低速霹：n 。l = 1 4 6 0 1 0 5 5 = 1 3 8 高速时：n 蝣= 2 9 3 0 1 0 5 5 = 2 2 6 ( m m i n ) 离速时的数据只能对低屈服极限的钢材，敝不选用 我入数据： n 。l = j f t 矿d g g n g 。o 0 0 0 5 x5 7 。6 8 2 ex 0 。4 x t 3 8 c o s l 2 。( 3 0 d 、 2 1 7 1 2 7 ( k w ) ( a 取最小调憋角度)( 2 7 ) 辊子与圆材间滑动摩擦功尜n m 2 斗e v 。 u f r ( d i 。- d e ) n g ( 2 8 ) 式中：p 。一辊子与圆材间滑动摩擦系数u = 0 1 代入数据： n m 2 - - 0 t 1 x 5 7 6 8 2 x ( 2 2 0 * 2 0 0 ) x 1 0 。1 3 8 6 0 = 0 8 3 3 6 ( k w ) = 0 8 3 4 ( k w ) 辊子轴承摩擦功率n m 3 警 式审： p 一辊颈轴承摩擦系数。 d 一辊颈直径d = 7 5 代入数据： ( 2 9 ) 因轴承为双列向心球面滚子轴承查得u = o 0 0 4 n m 3 ；0 0 0 4 x 5 7 6 8 2 x z c x 7 5 x 1 0 - 3 x 1 3 8 ：0 1 2 5 ( k w ) 6 0 8 重庆大学硕士学位论文2 两辊滚光矫直机分析研究 矫直时低频弯曲的塑性变形功率n 。 n s 2 p s v x = 2 s r d 6 ) 。g n g s i n 口( 2 1 0 ) 式中： 一低频弯曲时塑性变形能。由于二辊矫直时只有一次低频弯曲，则： 旷华 罢( 罢吲辱一万+ 2 眦。i 。亭 与砺= 1 4 时应圆材f 值取孝= 0 5 r 一为圆材直径。r = 1 0 ( m m ) 。代入上式中， 旷坐罢蒜咝 ；( 扣s ) 厮- z r - 2 a r c s i n 0 5 = 0 0 0 0 1 2 3 ( 心) 则：n s = 竺墨甄i 1 1 口：0 0 0 0 1 2 3 x x x 2 1 0 x 1 3 8 s i n l 2 。：o 0 3 9 ( k w ) 6 0 6 0 。 高频旋转弯曲的塑性变形弓堕n x s n x s = - - 等o n s e + 0 4 2 ”啪老 当棒材及管材的：! 坠：o 8 o 8 8 ，取：! 竺：o 8 5 m m 一 代入上式得： n x s 2 趔学d g n gcosg=百045lla=dgng c o s 口 式中： 肛。一高频弯曲时塑性变形能。由前面变形能代入得： = 竿 号笋 ( 二辊矫只一次高频弯曲) 取= o 5 5 6r = 1 0 ( r a m ) 2 坐等等堕 丝筹淼壁- o 0 0 9 2 ( 肛1 82 强广 了忑面石r 一 = o 。0 0 0 9 2 ( k n ) 所以： ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) n 。= 0 4 5 ( 3 0 5 x 1 0 - 3 ) j x o i 0 0 磊0 9 再2 x 0 2 1 x 7 5 7 8 8c o s l 2 = o 0 6 5 ( k 叼6 0 f 5 l o o 、 1 将上述各式加在一起，即可得到总的驱动功率n n 。( n m l + n m 2 + n m 3 + n 。+ n x s ) r l( 2 1 3 ) 9 重痰夫学硕士学位论文 2 髓辊滚毙矫直机分析研究 式中：n 一传动效率，n = o 8 袋以： n = f 1 7 1 2 7 + o 8 3 4 + 0 1 2 5 + 0 0 3 9 + 0 0 6 5 ) 0 8 = 2 2 7 3 8 ( k w ) 原引进德国电机参数：型号s kb 2 1 8 0 m 4 2 m o t - n r 5 9 9 5 1 5 1 1i p 6 5 3 8 v 5 0 h z 交流电源，功率1 6 。5 2 2 k w ，转速：1 4 6 0 2 9 3 0r m i nb 绝缘f 3 】【4 l f 5 】 其减速杭参数；d 一2 0 7 2b a r g t e h e i d e t y p e ：s k b 2 1 8 0 m 4 2n o5 9 9 5 1 5 1 0 0 一 i = l0 5 5i l l n 2 = 3 8 2 7 6r m i n 根据计算结粜，说明其功率基本与原参数接近，原表引进的矫盛机功率为 2 2 k w ，最大疑壹渗褪直径：当。= 1 0 0 0 m p a 瓣，审2 0 ，0 。= 3 5 0 m p a 辩，矫壹审 4 0 m m ，且速度达5 0 m m i n 、我厂也有可能矫直巾2 0 巾3 0 的特种合金钢，阑此确定 选择比计算值大些的电机。 予是选择变缴糍速三耀舅步电动极y d l 8 0 l 。6 4b 5 ，功率1 3 1 6 k w ；转速 9 3 7 14 6 6 r r a i n ，减滚枫选用：行鬣减速机x j l h r ( l ) d 2 4 0 i = h 7 对原参数和国产化后的参数的比较： 朦电机输出力斑： t 2 = 疆睁节华棚塑鼍掣 = 8 6 3 4 1 0 5 5 ( n m ) = 9 1 0 8 8 ( n m ) 浚进压电极麓嶷力矩： 疋1 ；nt l 1 p 塑堂禁塑：7 4 1 9 9 ( n 旧 ( 2 1 4 ) “ o 气7 7 原日f 进的矫童机可矫直到每3 5 的棒材( a ；= 9 0 0 时) ，我厂根据当时的馕况，最 大可瓣窍审3 0 戆黪零手，琵置鬏爨功率计算进行改造是是够懿，所以重灏选择豹宅 机和行星减速机是完全满足当时条件要求的。后来投入正常生产使用也充分证明 了反求设计是成功的。 2 4 生要结构的反求设计和校验 2 4 1 矫直辊的受力分析与校核 该矫直机中的矫唐辊采用辊套与轴配合裟酝成整套矫巅辊的方式，嚣零有利 予舔纛辊豹更换，巍壤子磨攒裂一定程瘦时，鼹换一薪辊囊蠲可。根据我们溅绘 结果，上下辊套与轴配合采用h 7 s 6 型压力过蕊配合。对辊褰中凸辊受力较为不利 ( 其中的轴也需要对其受力分析) ，下面分别对其中的配合辅和凸辊的受力避行分 辑。 1 ) 凸辊受力分析 l o 重庆大学硕士学位论文2 两辊滚光矫直机分析研究 剪力、弯矩简化图如图2 - 3 所示 q a _ a 矛嘞 饬汐 吖2 刳一 f 觚jj h 脓| | 图2 - 3 凸辊受力简化图 f i 9 2 - 3t h ef o r c eo p e r a t i n gi nt h er o l l 列方程解出其反力r a _ r b = f 2 ，其最大弯矩m 。= i f 口 其最大挠度f m 矿丝2 斧 在二辊矫直机上，般取辊长l = j ，则图中s d = l 3 所以2 a - l 一三：丝 33 三 a 2 一 根据前面的计算值，f = 等= 5 7 ，6 8 _ _ 丝2 = 2 8 8 4 1 ( k n ) 昙：1 4 4 2 1 ( k n ) ， 辊套中心处惯性矩：i ：! 塑二垡：2 6 4 分别将数据代入上式中得 ：至塑! 二! ! 旦：7 2 5 7 3 2 1 4 ( m m 4 ) 6 4 ( 2 1 5 ) 羹庆丈学预士学位论文2 两辍滚毙矫直机分析研究 q m 轰穗 ，。 出 、 脓 l l f i 9 2 , 4t h e a e t u a if o m e o p e r a l i n g i nt h er o l l 最大挠度 一。2 泓堂3 。罴2 4 2 0 6 = 0 0 07 堂2 5 7 3 2 1 4 砘嘶， xx 、 4 矫崴辍中心的抗垮截蕊模量：矿= 万( j d 4 夏- 厂d 4 ) ( 2 。1 6 ) 姝弘驾糍= 7 2 5 7 3 2 3 ， 最大帮矩：“2 吾娌= 掣x 学= 1 4 6 6 ，0 8 4 ( k n m m ) 最大驽曲应抵矿争嚣掣吨0 2 ( m p a ) 说明强度完全满足要求。 2 ) 矮蠢褒辘的分褥 由于轴与辊套为过盈配合，分析时，其受力点为辊套均为传递到轴b 的蚴布 黛庆大学硕士学位论文2 两辊滚光矫直机分析研究 裁荷，但在分析，仍按照直接受力点传递到点的方法，这样计算的应力值等比实 际中镄大，毽这烫缤予安全。其分褥懿下鼙2 4 掰示： 妇 简化图中数掘a = 量= 1 3 5 其支反力： r a = r b = 霎州4 2 l = 1 4 4 2 t ( k n ) 最大弯矩：m 。= - - 兰a 最大挠度：x _ 罢疗_ 3 l 面2 - 4 a 扶其篷化最分孛居图中霹看出，最大弯矩秘剪力郄在辘囊皴蠹躲f 2 处。其横裁 蕊的抗弯截面模黧w ： 弘鲁= 警娟s 锻6 ( r a m 3 ) m = f a 2 该截蕊的蠖瞧矩： z = 普= 警嗍s s s 眩4 ( 一) 最大弯曲应力 。一= 等= 1 4 4 两2 1 x 矿1 0 3x i 3 5 。( m p a ) ( 2 1 7 ) ， 剪镯强度t 一= 垒= ：上：1 7 ( m p a ) 【t j (218)a 三1 0 5 ： 。 可觅，弯趋皮力和剪切应力都很小，强度足够的。 最大挠度名“一f 28 _ 3 l 鬲2 - 4 a = 1 4 4 2 1 1 0 3 1 3 5 ( 3 x 4 0 5 2 - 4 x1 3 5 ) ( 2 4 x 2 0 6 0 0 0 x 5 9 6 6 6 0 2 4 、 哟0 2 8 ( m m ) f j 说明刚度也魑足够的。 2 4 2 矫直辊轴承分祈 兹瑟瑟诗算爨矮壹裁受力f = 2 8 8 4 1 ( k n ) 赁j j ，疆子辘承受力：二：三 重庆大学硕： 学位论文2 两辊滚光矫直机分析研究 l 作为一个系数k 值，攘荐8 = 3 0 0 。4 5 。，则k = i 1 - l 。4 。取k = i 2 则 c o s 拶 f = 1 2 f 。2 8 8 4 2 1 2 2 3 4 6 0 9 ( k n 、 出现场的测绘资料，首先确定其轴承的形式，因原来使用轴承各尺寸巾1 3 0 垂7 5 3 l ，蔽掇辜壶承续誊每，选择豳产辜蠡承，爨篡糖度缀裹。骚以选爱精密级辘零 d 3 5 1 5 代之，下面对其避行分析。 、轴承上承受径向载荷，轴向载荷很小，可忽略，腋根据原来的型号和形 式，选用双列向心球轴承。 、具体垄号选择 按额定静载荷计簿( 简化圈如图2 5 所示) li 典煎 - i r l f 1 r i f r 圈2 - 5 辘蕊篱诧受力蘸 f i 9 2 5t h ef o r c eo p e r a t i n gi nb e a r i n g c o j 2 s o p o c o( 2 1 9 1 式中：s o 一静鼗安全系数，由于对旋转精度和乎稳僚要求缀高，般s 。 。0 2 5 ，取s 。- - 2 0 p 。一当量静载葡p o = x o f ，+ y o f 。、 鸯裘得：k = 1 y 。= 0 4 4 c t g d b 一接触角f r = f “ 毽r = 0 敷默： p 。x o f r 2 1 3 5 8 4 5 = 3 5 8 4 5 ( k n ) 所以，c o j = s o p 。= 2 x 3 5 8 4 5 。7 1 6 9 ( k n ) 根据c o j 和轴颈嶷径，选用d 3 5 1 5 型号轴承c 。= 8 3 2 ( k n ) c = 8 5 6 篷n ) 鬏邂动载萄诗冀逸择 额定动载荷条件：c j = 乏垂曼c ( 2 2 0 ) 1 4 重庆大学硕士学位论文 2 疆辊滚光矫直橇分析研究 1 0 6 f 三 袋k 等釉 q + 2 d 式中：c i 一计算动载荷 磊意会系数，绞2 9 0 0 h 诗黪，查表褥：氛= 1 7 9 5 & 载荷往痕系数，查表褥：f f = 1 2 - 1 8 取f f = 1 t 3 矗转速系数，f n = 3 3 ( 1 t 3 ) n 】1 “) ，查表得：f n = 0 7 6 抖温度系数，查表得：拜= l p 一刍量动载蕊p = x f r y 玩 x 一径向系数，查表得：x = i ，y = 0 2 4 e t g b 则p = xf ，= f = 3 5 8 4 5 ( k n ) e 一额定动载赫，查轴承撵零及性能参数 e 寿命指数，球轴承e 。3 h 一转速h = 7 5 7 8 8 n p i n 麟f 。邱，i f 。i c 。= 0 e 所以，p = xf f + y f 。一f r = 3 5 。8 4 5 ( k n ) 将备式代入上嚣等式孛霉： c l = & f f p ( f , , f r ) = 1 7 9 5 x1 - 3 x 3 5 8 4 5 ( 0 7 6 x1 产1 1 0 0 5 8 ( k n ) 根据c i 和轴颈赢径d 可选用。 巍予精度裹，霉i 辗更换快，只按静载楚诗舞靼哥。 综合上述条件仍选用d 3 5 1 5 轴承，c o = 8 3 。2 k nc = 8 5 6 融4 。 2 4 3 矫直机机架结构分析 该二辊矮壹撬主辊装配与下疆装配成一髂，表疆令尊淘接将上下装聚联系成 一个藏俸，其矫壹枫梁即由上下底座和4 个导商立柱组成，通过分祈确斑其最危 险之处为立柱与底座相联接的螺纹及螺栓，其局部如图2 - 6 所示： 、计算螺梭受力 4 8 1 5 2 1 投据翦嚣诗雾蠢知，矮壹辊受力： f = 2 2 8 8 4 = 5 7 6 8 2 ( k w ) ，则对于每个立柱的螺栓受拉力f 。= f 4 = 1 4 4 2 1 ( k w ) ( 按平均分布四个截荷) 蠓栓的工终截耱 f 。f l = 1 4 4 2 1 ( k n ) 剩余预紧力 f ”= 1 0 f = 1 4 4 2 1 ( k n ) 蠓狻最大蔽力f o = f f ”一1 4 4 2 1 + 1 4 ，4 2 1 = 2 8 。8 4 2 ( k n ) 重庆大学硕士学位论文2 两辊滚光矫壹枫分析研究 图2 - 6 螺栓联结豳 f i 9 2 - 6c o n n e c tw i t hb o l t s 螺稔相对刚发系数：雨c 1采角铜垫圈取彘乩。 螺栓预紧力 f = f o - c + 1 c 2 f = 2 8 8 4 2 - 1 0 1 4 4 2 l ( 怼国 螺栓拉力变化幅：f a - - ( f o - f ) = ( 2 8 8 4 2 - 1 4 , 4 2 1 ) = 2 2 出螺捡为m 3 0 蜚遥车铡螺梭d e = 2 6 。2 1 1 r a m 触其应力一 = 等- 1 3 3 6 2 62 1 i ( m p a )4 ，石 2 、 、确定许用威力幅 选3 5 镄臻裣，5 6 缀：ob = 5 0 0 m p a , a 。= 3 0 0 m p a 森手册，o 。l 一0 3 2 ob = o 3 2 5 0 0 ：1 6 0 m p a o 3 i n b 2丝! 坠曼= ! ：! ：! ! ! ! ! ：! ：! ! ! k 。 3 4 5 = 4 1 7 聍a 7 2 1 0 ( k n 、 式中车制螺检：= o 6k m = l k 。= 1 5k a = 3 4 5 所以，许用应力幅 。a = o 。a l i m ：墨三：1 3 9 m p a 0 口 j 式中：。扭极疆应力疆 ；l 尺寸系数，查表一0 6 k 。螺纹制造工艺系数；车制k m = l k u 螺纹牙受力不均系数；都份受拉或全部受拉螺母 ( 庐1 5 1 6 ，取k 8 _ 1 5 k 一一螺纹应力集中系数，取蒜。_ 3 。4 5 、校核结果： 1 6 重痰大学颈士学谴论文 2 两辘滚光矫直辘分析研究 o - - 1 3 3 6 o 。】- - - 1 3 ，9m p a ，说明螺栓满足强度要求的。 2 4 4 万掏联轴器的选择与棱验：耻司 、按照轴承帮命选择联轴器型号 根据前面的计算选择的电机p 一= 1 6 k w n = 1 4 6 6 r p m ，速比i = t ：7 ，取其 援雉分裁不均匀系数为r = l ，7 则每辊最大扭耀： 伽! ：! i ! ! ! ! ! !：墅罂型- 1 2 4 ( k n m ) 1 4 6 6 。 梭据轴承的承载能力，弦下黉：计算出所要求的轴承容鬣系数： k l y = 尝上x n ox t l l h 1 0 以o a 2 式串：k a ，- 一畿嚣要懿毒蠡承容薰系数 k 1 原动机系数，查袭取k l = 1 0 k 2 润滑条件系数，淼表取k 2 = o 8 5 1 5 联辍器懿工作颈楚，蠡= 5 5 。 t - 一联轴器的理论扭斑：郎每辊的激大扭矩，t = i 2 4 ( r 矾m ) l h 要求轴承使用寿命，取l ，h _ 2 9 0 0 小时 则所要求的轴承容量系数：k 旷争芦f ”岛1 0 。8 2 2 ) a 2 世，= ! 一2 0 9 4 2 9 5 5 1 2 4 o7 3 2 9 0 0 1 0 1 0 = 0 8 0 5 1 0 3 0 8 5 套榉本选爱s w c l 2 0 型k 拶0 9 2 x10 。 k l y k l 预期寿命l h 2 i k ， a 。k l i o ，。，。2 5 4 7 5 0 a ) 、校核联轴器强度 囊螫号s w c l 2 0 技术参数褥疲劳扭矩t j = 1 5 9 ( k n 蚴，爨g 在赫动负精下的疲 劳扭矩t o = 1 7 t j = i 7 x 1 5 9 = 2 7 0 3 ( k n + m ) 查系数表k 3 ( 负荷性质系数) ；2 1 。则计算扭矩 t 严k 3 童= 2 。l 1 2 4 = 2 6 0 4 ( k n 辍 所以， l 。= 2 8 8 r n m ，说明此理论f 6 i i l l 是完全 一致的，于是在这次设计中完全采用l = 3 0 5 的长度尺寸，这样也减少改动其它相 关部份的尺寸关系。 3 2 矫直辊安装角与辊形曲线分析 图3 - 3 全长棒材接触的矫直辊分析图 f i - 3t h ea n a l y s i so f t h es t r a i g h t e n i n gr o l l s 3 2 1 安装角 对于二辊矫直机的辊型设计中，包括确定矫直辊的辊形和角度调节量：合理 2 1 藏庆大学硕士学位论文 3 两辊矫直机辊型曲线反求敬计 的矫直辊辊形，怒在矫直过程中矫真辊的工作段与棒材全接触( 特别是出口辊) ：并 影藏一条空溜接簸线。对任秘一条娇蠢辘的辍形爨l 瑟，帮是按菜一蒋定瓣管褥袋 棒材的直径和安装角设计出来的，当被矫直管( 棒) 材的直径发生改变时，必须调熬 戆直辊戆安装受，戬馁获褥较理戆懿接皴线长袋弧”l f l 9 】f 3 j 。 图3 3 中为辊子全长( 管) 棒材接触的矫直辍。 式中雩毒号： t 一镣( 棒) 材外半径 r 。与r 鳓一在援定范围炎棒( 管) 楗 最大和最小外半径 r 添壹辊浆断面的半径，她半径与矮壹辘线垂耋艇距其中心戈l r k 一矫直辊最大半径 l k 一矫壹辊凝部半径 n 一矫直辊安装角，即棒( 衡) 材与矫直辊轴线之间的锐角 在图中矫直辊断面是以r 为半径的阙，而棒( 管) 材断面为具有半径r 和r c o s 麴 薅疆。若m ( x ，妁受榕麓与矮囊辊韬患坐标，羹鼙矫壹辘中心坐标秀： 豫拈抖r s 佃芦( 3 8 ) i 足+ r = y + r c o s f l 式中：b 公切线相对x 轴的倾角。 对棒糖断蘧巾糖霉方程进行微分： ，x 2 ( c o s a ) ；+ ：1( 3 9 ) 求褥：阱t g p = 酗s ) 2 ( 3 1 0 ) 糖溅方程的参数形式： i y 。r s i l l 妒 z ：r 竺 。- 1 1 ) lc 口嚣g 将x , y 值代入( 3 1 1 ) 式中得 t g p ：! ! ! ! 黧! 翌：三竺曼堡 s l l l 妒t g 妒 s ： 一j ! ! 圣竺 1 + 霉2 声s m 2 妒+ c o s 2 a 8 。 ( 3 1 2 ) s i n p ：堡g ：! ! ! 些竺! 堡 i + 瓣2 s i n 2 妒+ s 2 q ，c o s 2 口 将c o s 且和s i n b 使代入( 3 1 0 ) 式，换算后得出对于参数v 的矫赢辊辊形 参数方程式： 重庆犬窜颈士学谯论文 3 两辊矫蕾辊辊壁曲线蔽求设计 r ：生掣刿扛石忑忑而 潮；妒 ( 3 1 3 ) i 孽；r s i n 口c o s 妒+ ( r ，+ 卅_ c o s z o r c t g 妒 ls i l l “ 式中：1 i r 参数