镀锌线转向装置机架结构设计(开题报告).doc

武汉科技大学本科生毕业设计开题报告毕业设计（论文）开题报告设 计 题 目：镀锌线转向装置机架结构设计学 校： 武汉科技大学班 级：机械工程及自动化2班学 号：200803130282姓 名：贺礼昌 指 导 老 师：郭良斌一 立题依据金属腐蚀与保护一直是工业生产中极受重视的传统课题，每年都会有大量金属制品因腐蚀严重而报废。解决钢板防腐问题的重要途径之一是基板镀锌。热镀锌钢板因其耐腐蚀性能良好，使用寿命长且生产成本较低，在建筑、汽车制造、家用电气、电子技术等众多工业领域中获得广泛应用，其需求量在不断增长。热镀锌是将钢、不锈钢、铸铁等金属浸入熔融液态金属或合金中获得镀层的一种工艺技术。热镀锌是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。热镀锌产品对钢铁的减蚀延寿、节能节材起着不可估量和不可替代的作用。因而，在钢铁生产中，镀锌线已经成为钢铁企业不可或缺的生产线。本转向装置主要用于汽车镀锌板生产线出口段，位于涂油机之前。夹送状态工作时（即穿带时）以25m/min的速度传送带钢，压辊在气缸驱动下压下，作为夹送辊使用。在正常生产时作为导向辊使用(起导向作用)，上压辊打开。而机架作为机身的主体，连接其余机件为一个整体，是转向装置所有运动部分的支撑体，一般来说，机架的重量约占整个设备的60%或更高。所以机架的设计尤为重要。二 文献综述 2.1 工艺特点 由于机架是一个非更换的永久性零件，设计除保证寿命外，还要制造工艺简单，成本降低，能满足轧钢生产和产品方面的要求，以保证生产的可靠性。（1） 根据轧制工艺规程，详尽地计算机架所承受的各种载荷，并与同类型现有的轧机载荷对照比较，以确定所设计机架的计算载荷。机架除承受轧制压力外，还有来自外界的各种载荷；诸如坯料惯性力或冲击力、带材的前后张力、传动部件的间隙所引起的轴向力，以及安装偏差在轧制过程中所产生的附加载荷等等。对于机架的这些突加突卸的动载荷，将会引起机架的振动，为避免机架的强烈振动，在设计机架时，要注意到外载的激振频率与机架的固有频率之间不能相比，从而减少共振的可能性。（2） 保证有足够的强度。机架在承受最大轧制压力及其他附加载荷的情况下，不致发生破坏。设计时时可能产生应力集中的部位要特别注意，除理论验算外，尚应辅以实验验证，使该部位的局部应力水平在安全程度内。对于其他部位亦应使其应力尽量均匀，降低拉应力效应。（3） 保证一定的刚度。根据所轧制产品的尺寸要求来确定工作机座的最小刚度。近些年来，为保证产品的尺寸精度，采取轧辊位置的控制方法来补偿工作机座的弹性变形也是行之有效的。设计时应以这样的观点来考虑；即在机架一定重量的条件下获得最大的刚度系数，这称为机架的最佳结构，合理地利用了金属材料。另一方面所应考虑的问题是立柱的内侧弯曲变形，当机架受载后，立柱向内侧的弯曲变形不致影响轴承座的上下自由移动，使轴承座与机架内侧滑板之间既无过大的间隙，又不出现卡夹现象。（4） 结构上合理，制造上经济。2.2 国内外研究现状 机架设计计算概括地说，要考虑两个基本变量，一是结构的载荷效应 作用在结构上的载荷产生的结构内力、如轴力、弯矩、剪力、扭矩等；其二是结构的抗力 结构承受载荷和变形的能力，如载荷强度、杆件的刚度和稳定性等。根据对载荷效应S和结构抗力R这两个基本变量的描述，形成不同的设计计算方法。若将S和R描述为“确定性”的变量，则相应的设计计算方法就是大家熟知的允许应力计算法。若从概率统计的观点出发，认为S和R具有随机性，即结构承受的各种载荷具有随机性，与此相适应的是概率设计计算法。结构的概率设计计算法按其发展过程分为三个水准，即水准一：半概率计算法，水准二：近似概率计算法，水准三：全概率设计法。2.3 发展趋势在设计中，建立基于有限元方法的计算模型，通过反复计算和对结构的不断调整，使其结构趋于合理。基本思想是：首先使建立整体空间模型和实际结构受力完全一致。因此，每一次计算过程都相当于实际结构进行一次静载模拟实验，并真实反映了结构的内力大小和分布情况，然后根据计算结果对结构设计进行调整，通过反复计算和调整，得到优化合理的结构。三 镀锌线转向装置机架结构设计的设计内容本人负责镀锌线转向装置机架结构的设计，其具体内容如下:运用理论力学和材料力学的原理对轧机转向装置进行优化设计和计算。本转向装置主要用于汽车镀锌板生产线出口段，位于涂油机之前。在已知斜送平出式转向装置工作系统，夹紧机构尺寸参数和受力的条件下，利用机架设计理论进行转向装置机架的设计，并进行校核分析。我们对机架进行受力分析，包括机架的自重、压紧装置的自重、抛光机构的自重以及工作时夹紧力和夹送力的分析等。再用材料力学和理论力学原理把机架简化成理想的力学模型，主要对机架两端部分简化，根据工作辊的扰度要求，其受力主要作用在机架下面的一个类似“工”子钢的部件上，因此将其简化成一个工字钢，对它的变形进行校核，另一个就是两端机架间的连杆，根据夹紧力和夹送力的水平方向的分力校核其强度和刚度。对于压紧机构部分机架的受力分析和校核，主要是根据夹送辊的受力，转化到摇臂梁上，再计算摇臂梁对机架的作用力，来校核该部分机架的强度和刚度。3.1 主要设计参数导向辊尺寸：10002300mm；压辊尺寸：2002300mm；单个油缸的最大驱动力为11KN；3.2 参数分析 本次设计根据已给的三个参数和工艺要求初步确定机架的尺寸，然后查阅相关技术资料选定机架材料为ZG310-570。并确定机架总长3000mm,总宽 1770mm，总高度520mm，然后进行详细设计和校核。3.3 设计目标对斜送平出式转向装置夹送辊和导向辊的结构参数进行分析，利用弹塑性弯曲变形理论建立带钢进入夹送辊后弯曲变形的力学模型，并进行求解，得到斜送平出式转向装置工作辊组尺寸参数（参考设计结果为：导向辊尺寸10002300mm，表面镀铬；压辊尺寸2002300mm，表面包塑）。结合夹紧机构的尺寸参数和受力条件（单个油缸的最大驱动力为11KN），利用机架设计理论进行转向装置机架的设计，以及地脚螺栓、压紧机构螺栓安装图设计，并进行校核和分析。3.4 设计中的关键问题根据前面所述,进行机架的结构形式的选择仍是一个较复杂的过程。对结构形式，构件截面和节点构造等均需要结合具体情况进行分析，对结构方案要进行技术经济比较，由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方案比较困难，但是本着节约材料和达到性能要求的原则可以设计出合理的机架结构。另外，机架各部分的校核也很关键，直接决定我们的设计是否成功。四 设计方案机架作为机身的主体，连接其余机件为一个整体，是转向装置所有运动部分的支撑体，一般来说，机架的重量约占整个设备的60%或更高。当转向装置工作时，机架承受变形时产生的抗力，因此对整个设备而言机架必须满足强度，刚度和振动稳定性等方面的要求。 开式机架的不足之处在于，由于机架的变形过大而影响整个装置的寿命，相关数据表明，与闭式机架相比，采用开式机架的转向装置的寿命降低约一半的水平。因此，我采用闭式机架结构的设计。 机架及底座结构与构件的连接方法有三种，即焊接连接，销座耳板连接和螺栓连接。 销座耳板连接是一种短暂性的连续，适合频繁搬迁的需要。螺栓连接是最早出现的连接方式，但容易削弱构件截面，结构不紧凑。而焊接连接具有任何形状的结构都可以用焊连接的优点，还具有制造简便，易于自动化操作，生产效率高，节省材料，不削弱截面等优点。但也应注意这种结构容易造成构件或结构的残余应力和变形。综合考虑，基于本设计的情况，我采用闭式焊接结构机架，并考虑到尽量减小焊接产生的缺陷，我采用板极电渣焊。根据已给参数，参照行相关技术文献初步确定机架总长3000mm,总宽 1770mm，总高度520mm，然后进行详细设计和校核。五 设计内容1.搜集相关资料及参考书籍；2.毕业设计开题报告，不少于3000字；3.工程图的绘制，图幅总量折合5张A1；4.其中手工绘制的图纸包括：一张手绘的A2图及所有对应的零件草图；5.设计计算说明书一份，不少于1.0万字；包括手工计算草稿；六 设计进度设计（论文）主要项目时间完成内容备注开题3月23日至4月19日课题背景、工作内容描述、研究方法与技术路线3周综述3月30日至4月19日对他人的工作进行总结，对卷取机进行分析，提出设计计算步骤2周译文4月13日至5月19日翻译1.0万字符以上的英文文献5周设计图纸4月20日至5月24日计算分析；结构设计5周设计说明书或论文5月25日至6月16日撰写论文；整理、修改、打印论文3周答辩6月20日论文答辩1周七 参考文献1 邹家祥. 轧钢机械.第一版.北京：冶金机械出版社，2007.82 郑志峰主编. 链传动设计与应用手册（第一版）. 北京：机械工业出社.19923 邹家祥. 冶金机械设计理论.第一版.北京：冶金工业出版社，19984 成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社，20025 机械设计手册.第二版.北京：化学工业出版社，19976 于惠力，李广慧.轴系零部件设计实例精辟.北京：机械工业出版社.20097 濮良贵，纪名刚主编.机械设计第八版.北京：高等教育出版社，2006.58 唐增宝，常建娥主编机械设计课程设计华中科技大学出版社，19959 机械设计手册联合编写