钢筋矫直机总体结构毕业设计

毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 题题 目目 钢筋矫直机的设计钢筋矫直机的设计 姓姓 名名 朱磊 学学 号号 0710111617 所在学院所在学院 机械工程学院 专业班级专业班级 07 机设 2 班 指导教师指导教师 李冬林 日日 期期 2011 年 6 月 22 日 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 学 院机械学院指导教师李冬林职 称副教授 学生姓名朱磊专业班级07 机设 2 班学 号0710111617 设计题目钢筋矫直机的设计 设 计 内 容 目 标 和 要 求 设计内容目标和要求 设计进度等 一 设计内容 对钢筋直径 5 12mm 的矫直机进行设计 包括机架 辊轮 牵引等重要 部件的设计以及重要零件的设计计算 二 要求 1 收集查阅 10 15 篇相关资料 并写出开题报告 2 完成至少 5000 字符以上的相关英文资料的翻译 3 完成主要零部件的设计 设计图纸总量不少于 3 张 A0 4 撰写设计说明书 要求不少于 40 页 三 设计进度 1 2 21 3 20 实习 调研 查阅相关资料 2 3 21 3 27 翻译英文资料 写出开题报告 3 3 28 4 10 完成总体方案设计图 4 4 11 5 1 完成所有装配图的绘制 5 5 2 5 15 完成主要零件的设计和绘图 6 5 16 5 22 撰写设计说明书 7 5 23 5 29 整理校对所有设计资料 准备答辩 指导教师签名 李冬林 2011 年 2 月 23 日 基层教学 单位审核 学 院 审 核 毕业设计 论文 学生开题报告 课题名称钢筋矫直机的设计 课题来源教师课题课题类型 AY 指导教师李冬林 学生姓名朱磊学 号 0710111617 专业班级07 机设 2 班 一一 本课题的研究目的及意义本课题的研究目的及意义 矫直技术属于金属加工科学的一个分支 多用于金属材料加工的后部工序 很大程度上决定着产 成品的质量水平 矫直机通过矫直辊对棒材等进行挤压 使其改变直线度 一般有两排矫直滚 数量不等 也有两滚矫直机 依靠两辊 的角度变化对不同的材料进行矫直 矫直机按照结构特点分为 压力矫直机 辊式矫直机 管棒材矫直机 张力矫直机和拉伸弯曲矫直机组等 轧件在加热 轧制 热处理 运输过程中 由于各种因素的影响产生不同的弯曲 歪扭等塑 性变型或者内不残余应力 为了消除这些缺陷 轧件需要在矫直机上进行矫直 二 课题发展状况和前景二 课题发展状况和前景 国外发展状况 国际知名的的冶金设备供应商 德国的MDS SMS Demag 和日本的 MHI 等 不断提高矫直机性能 使高刚度 全液压和自动化功能更强 对轧件的 矫直效果更好 应用技术一般有预应力机架 液压平衡系统 换辊装置 压下 系统 AGC 弯辊系统 APC 系统 辊系分组传动或单独传动等 对于矫直机传动系统而言 普遍采用电机 减速齿轮分配箱 安全联轴 器 万向联轴器到矫直辊的传动方式 钢筋在矫直过程中可能会出现钢筋打 滑会损伤表面 为了避免这些现象的发生 矫直辊尽量采用单独传动或者分组 传动 同时还可用于控制张力 国内发展状况 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 不过理论滞后的现象比较明显 20 世纪 70 年代我国改革开放以后接触到大量国外的设计成果 小到直径1 6mm 的 金属丝矫直机和大到直径 600mm 的管材矫直机 进入到九十年代我国在赶超 世界先进水平的方面又迈出了一大步 到现在我国在反弯辊形七斜辊矫直机 多斜辊薄壁管矫直机 3 斜辊铜管矫直机 复合转毂矫直机和矫直液压自动 切料机方面相继取得成功 在矫直高强度合金钢方面已获得了很好的矫直质量 随着我国经济的日益发展壮大 建筑业的迅猛发展 对建筑所用的钢筋日趋 要求用带肋钢筋 螺纹钢筋 进而逐步取代普通的光圆钢筋 带肋钢筋是一种 新型高效建筑钢材 与混凝土的握裹能力比光圆钢筋大 4 5 倍 应用于预应力 非混凝土构建中可以节省钢材 20 30 应用于预应力混凝土构建中 可以缩短 放张周期 并且节省水泥 50 70 因此 在建筑行业中 对带肋钢筋的需求量 日趋增大 但是现有的矫直设备多采用普通凹弧面式矫直辊 钢筋表面与矫直辊 之间形成滚动摩擦 其缺点是 矫直辊与带肋钢筋之间为短线接触 受力面积小 不能满足带肋钢筋表面基本无划伤和较高的矫直度的要求 影响钢筋的使用质量 所以国内矫直机设计研究人员现在着重研究辊轴配置方案和带肋钢筋矫直机的设 计方法 实现矫直后带肋钢筋表面无划伤和高的矫直度 以保障我国建筑业对新 型钢筋的使用达到现在的生产要求 三 机械部分的设计三 机械部分的设计 矫直机部件设计 包括机架 辊轮 牵引等重要部分 主要零件的结构分析 材料选择 公差配合选择及技术要求说明 绘制矫直机装配图和部分非标准零件 图 四 本课题研究的内容四 本课题研究的内容 1 设计课题意义 2 矫直机的工作原理及基本结构 3 设计方案的分析论证 4 总体设计和性能分析 5 主要零部件的分析计算 结构设计及工艺分析 6 重要零件的强度计算及校验 7 技术经济效果分析 五 实施方案和进度安排五 实施方案和进度安排 通过查阅资料及相关书籍并结合毕业设计的内容 目的及要求 弄明钢 筋矫直组成及其工作原理 同时在老师的指导下拟定总体实现方案 并重点 完成对钢筋矫直机的设计和主要零部件的设计计算等 课题类型 1 A 工程实践型 B 理论研究型 C 科研装置研制型 D 计算机软件型 E 综合应用型 2 X 真实课题 Y 模拟课题 1 2 均要填 如 AY BX 等 开题报告 1 1 收集资料 2011年2月21日 2011年3月20日 2 方案制定 2011年3月21日 2011年4月10日 翻译外文资料 分析钢筋矫直机的要求和结构工艺性 确定运动原理 图 初定矫直的结构形式 3 装配图 2011年4月11日 2011年5月1日 4 零件图 2011年5月2日 2011年5月22日 5 完成制图工作 修改 编写设计说明书及准备答辩 2周 2011年5月23日 201年5月29日 已查阅的主要参考文献 1 黄庆学 肖宏 轧钢机械设计 北京冶金工业出版社 2007 341 342 2 崔甫 矫直原理与矫直机械 北京冶金工业出版社 2005 1 6 3 崔甫 矫直技术与理论的新探索 北京冶金工业出版社 2010 5 4 邹慧君 机械原理课程设计手册 高等教育出版社 2000 5 王为 汪建晓 机械设计 M 武汉 华中科技大学出版社 2007 6 刘天明 斜辊式管棒材矫直机矫直辊形曲线的研究 重型机械 1981 12 1 12 7 冯京越 等 带肋钢筋调直机调直回转机构的设计 J 建筑机械 2000 11 8 矫庆春 黄晓娟 矫直机矫直辊设计分析 J 冶金设备 2005 03 9 卢秀春 金贺荣 冷轧带肋钢筋矫直机矫直系统参数设计 J 钢铁 2001 06 10 宋玉荣 钢筋矫直机矫直系统动态特性理论与试验研究 D 指导教师意见 指导教师签名 年 月 日 毕业设计 论文 学生申请答辩表 课 题 名 称 钢筋矫直机的设计 指导教师 职称 李冬林 副教授 申 请 理 由 学生所在学院 机械工程学院 专业班级 07 机设 2 班 学号 071011161 7 学生签名 日期 毕业设计 论文 指导教师评审表毕业设计 论文 指导教师评审表 序号评分项目 理工科 管理类 评分项目 文科 满分评分 1工作量外文翻译 15 2文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述 10 3技术水平与实际能力创新能力与学术水平 25 4研究成果基础理论与专业知识论证能力 25 5文字表达文字表达 10 6学习态度与规范要求学习态度与规范要求 15 是否同意参加答辩 是否同意参加答辩 总分总分 评 语 指导教师签名 另附 毕业设计 论文 指导记录册 年 月 日 毕业设计 论文 评阅人评审表毕业设计 论文 评阅人评审表 学生姓名朱磊专业班级 07 机设 2 班 学号0710111617 设计 论文 题目钢筋矫直机的设计 评阅人评阅人职称 序号评分项目 理工科 管理类 评分项目 文科 满分评分 1工作量外文翻译 15 2文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述 10 3技术水平与实际能力创新能力与学术水平 25 4研究成果基础理论与专业知识论证能力 25 5文字表达文字表达 10 6学习态度与规范要求学习态度与规范要求 15 总分总分 评 语 评阅人签名 年 月 日 毕业设计 论文 答辩表毕业设计 论文 答辩表 学生姓名朱磊专业班级07 机设 2 班学号 071011161 7 设计 论文 题目钢筋矫直机的设计 序号评审项目指 标满分评分 1 报告内容 思路清新 语言表达准确 概念清楚 论点正确 实验方法科学 分析归纳合理 结论有应用价值 40 2 报告过程准备工作充分 时间符合要求 10 3 创 新对前人工作有改进或突破 或有独特见解 10 4 答 辩 回答问题有理论依据 基本概念清楚 主要问题 回答准确 深入 40 总分 答辩 组 评语 答辩组组长 签字 年 月 日 答辩 委员 会意 见 答辩委员会负责人 签字 年 月 日 毕业设计 论文 成绩评定总表毕业设计 论文 成绩评定总表 学生姓名 专业班级 毕业设计 论文 题目 成绩类别成绩评定 指导教师评定成绩 评阅人评定成绩 答辩组评定成绩 注 成绩评定由指导教师 评阅教师和答辩组分别给分 以百分记 最后按 优 90 100 良 80 89 中 70 79 及格 60 69 不及格 60 以下 评定等级 其中 指导教师评定成绩占 40 评阅人评定成绩占 20 答辩组评定成绩占 40 总评成绩 40 20 40 评定等级 毕业设计 论文 专用纸 I 摘摘 要要 钢筋矫直机在现代化的工业建设中有着极为重要的作用 关于钢筋矫直机 的理论研究虽然有较大的发展 但对矫直机动态特性的研究 还是空白 从动 力学和结构学的角度对矫直系统的动态特性进行研究 解析其振动特性 提供 有效的振动控制的手段和方法是非常重要的 本文运用转子动力学理论对钢筋 矫直机矫直系统动态特性进行了研究 这在国内尚属首例 对钢筋矫直机矫直 系统动特性研究过程中 涉及的相关理论主要有转子动力学 弹塑性理论 机 械设计 数据采集与处理 信号与系统 数字信号处理等 本文通过对矫直系 统动态特性理论与试验的研究 建立了矫直系统的动力学模型 发现了矫直机 矫直系统的振动规律 提出减振的一些方法 通过对钢筋矫直机矫直系统的主 要技术参数 如受力 弯矩等进行分析 深刻认识了矫直系统在钢筋矫直机工 作运行过程中的动态特性 为建立合适的矫直系统动力学模型提供依据 关键词 钢筋矫直机 转子动力学 力学模型 临界转速 动特性测试 毕业设计 论文 专用纸 II Abstract The straightening machine of steel bar plays an important roll in the modernization of industry Though there has been a rapid development with regard to the theoretic research of the straightening machine of steel bar little work has been done in the research of dynamic characteristic of the straightening machine In this paper the rotor dynamic straightening system of reinforced straighten dynamic characteristics Of the reinforced straighten straightening system dynamic characteristics in the process of research involving the related theory of rotor dynamics main elastic plastic theory mechanical design data acquisition and processing signal and system digital signal processing This article through to the straightening the dynamic characteristics of the system theory and test research established the straightening system dynamic model and found the straightening machine system vibration rule the straightening put forward some methods of reducing vibration Through to the steel straightening machine straightening system such as the main technical parameters of the force moment of deep understanding analysis the straightening system in steel straightening machine work in the process of operation dynamic properties set up suitable for straightening system dynamics model provides the basis Key word straightening machine of steel bar rotor dynamics dynamics model critical speed dynamic characteristic text 毕业设计 论文 专用纸 III 目录目录 摘 要 I ABSTRACT II 目录 III 1 前言 1 1 1 研究的目的及意义 1 1 2 矫直机在国内外发展现状和发展趋势 1 1 3 矫直设备的分类 2 1 3 1 矫直机的分类 2 1 3 2 钢筋矫直机分类及适用范围 4 1 3 3 斜辊矫直机的典型辊系 4 1 4 斜辊矫直的工作原理 7 2 矫直机总体方案选择 8 2 1 矫直方案及传动方案确定 8 2 1 1 矫直方案 8 2 1 2 传动方案 9 2 1 3 压下调整方案的确定 10 3 矫直机参数的计算 13 3 1GJ20 矫直机的主要参数 13 3 2 矫直辊辊形尺寸的确定 13 3 2 1 辊径的确定 13 3 2 2 辊子长度的确定 13 3 2 3 辊距的确定 14 3 3 矫直力的计算 15 3 4 主电机的选择 16 3 5 外向联轴器与万向轴的设计 16 3 6 辊架与辊子的装配设计 17 毕业设计 论文 专用纸 IV 3 6 1 载荷情况 17 3 6 2 高速性能 17 3 6 3 轴向游动性 17 3 6 4 允许的空间 18 3 6 5 安装于拆卸方便 18 4 压下机构设计 19 4 1 螺旋螺母的设计 19 4 1 1 选择螺旋螺母材料 19 4 1 2 耐磨性计算 19 4 1 3 校核螺旋副自锁条件 20 4 1 4 校核螺母螺纹牙强度 21 4 2 压下装置的减速器和电机的选择 22 4 2 1 选择减速器 22 4 2 2 选压下电动机 24 5 矫直机机架的设计 25 6 压下机构锁紧力校核 26 6 1 压下机构锁紧力 26 6 1 1 压下机构轴向调整锁紧力计算 26 6 1 2 矫直辊周向锁紧 27 6 2 按弯扭合成校核 28 6 3 按疲劳强度进行校核 29 7 键的选择 34 设计总结 35 致 谢 36 参考文献 37 毕业设计 论文 专用纸 1 1 前言前言 1 1 研究的目的及意义研究的目的及意义 矫直技术属于金属加工科学的一个分支 多用于金属材料加工的后部工序 很大程度上决定着产 成品的质量水平 矫直机通过矫直辊对棒材等进行挤 压使其改变直线度 一般有两排矫直滚 数量不等 也有两滚矫直机 依靠 两辊的角度变化对不同的材料进行矫直 矫直机按照结构特点分为 压力矫 直机 辊式矫直机 管棒材矫直机 张力矫直机和拉伸弯曲矫直机组等 轧 件在加热 轧制 热处理 运输过程中 由于各种因素的影响产生不同的弯 曲 歪扭等塑性变型或者内不残余应力 为了消除这些缺陷 轧件需要在矫 直机上进行矫直 1 2 矫直机在国内外发展现状和发展趋势矫直机在国内外发展现状和发展趋势 国外发展状况 国际知名的的冶金设备供应商 德国的MDS SMS Demag 和日本的 MHI 等 不断提高矫直机性能 使高刚度 全液压和自动化功能更强 对 轧件的矫直效果更好 应用技术一般有预应力机架 液压平衡系统 换辊装 置 压下系统 AGC 弯辊系统 APC 系统 辊系分组传动或单独传动 等 对于矫直机传动系统而言 普遍采用电机 减速齿轮分配箱 安全联轴 器 万向联轴器到矫直辊的传动方式 钢筋在矫直过程中可能会出现钢筋 打滑会损伤表面 为了避免这些现象的发生 矫直辊尽量采用单独传动或者 分组传动 同时还可用于控制张力 国内发展状况 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 不过理论滞后的现象比较明显 20 世纪 70 年代我国改革开放以后接触到大量国外的设计成果 小到直径 毕业设计 论文 专用纸 2 1 6mm 的金属丝矫直机和大到直径 600mm 的管材矫直机 进入到九十年代 我国在赶超世界先进水平的方面又迈出了一大步 到现在我国在反弯辊形七 斜辊矫直机 多斜辊薄壁管矫直机 3 斜辊铜管矫直机 复合转毂矫直机 和矫直液压自动切料机方面相继取得成功 在矫直高强度合金钢方面已获得 了很好的矫直质量 随着我国经济的日益发展壮大 建筑业的迅猛发展 对建筑所用的钢筋日 趋要求用带肋钢筋 螺纹钢筋 进而逐步取代普通的光圆钢筋 带肋钢筋是 一种新型高效建筑钢材 与混凝土的握裹能力比光圆钢筋大 4 5 倍 应用于 预应力非混凝土构建中可以节省钢材 20 30 应用于预应力混凝土构建中 可以缩短放张周期 并且节省水泥 50 70 因此 在建筑行业中 对带肋钢 筋的需求量日趋增大 但是现有的矫直设备多采用普通凹弧面式矫直辊 钢筋 表面与矫直辊之间形成滚动摩擦 其缺点是 矫直辊与带肋钢筋之间为短线接 触 受力面积小 不能满足带肋钢筋表面基本无划伤和较高的矫直度的要求 影响钢筋的使用质量 所以国内矫直机设计研究人员现在着重研究辊轴配置方 案和带肋钢筋矫直机的设计方法 实现矫直后带肋钢筋表面无划伤和高的矫直 度 以保障我国建筑业对新型钢筋的使用达到现在的生产要求 1 3 矫直设备的分类矫直设备的分类 1 3 1 矫直机的分类矫直机的分类 按工作原理不同划分为五大类 第一类称为反复弯曲矫直机 它们是靠压 头或辊子在同一平面内对工件进行反复压弯并逐渐减小压弯量 直到压弯量与 弹复量相等而变直 第二类称为旋转弯曲式矫直机 是工件在塑性弯曲状态下 以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡 在走出塑性区时弹复变 直 第三类称为拉伸矫直机 它依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成 等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直 第四类称为拉弯矫直机 它是 把拉伸与弯曲变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三 者不在同一时间发生 全断面各层纤维的弹复变形也不是同时发生的 既防止 了板带的断裂 又提高了矫直质量 第五类称为拉坯矫直设备 它是在拉动连 毕业设计 论文 专用纸 3 铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直 其拉力主要用于克服外部阻力 而铸坯本身在高温状态下所需的矫直力是较小的 具体进一步分类如图 1 1 所示 图 1 1 矫直机的分类 拉坯矫直机 拉坯矫直机在连铸系统中占有重要位置 取得了很大发展 已经自成体系 毕业设计 论文 专用纸 4 1 3 2 钢筋矫直机分类及适用范围钢筋矫直机分类及适用范围 在矫直管 棒等圆形断面条材时若采用平行辊矫直机则存在两个致命的缺 点 第一 只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲 若矫直其它各方面 的纵向剖面的弯曲常需要进行多次的变方位的矫直过程 第二 圆材在矫直过 程中容易产生自转现象 不仅达不到矫直目的 反而要产生严重的螺旋形弯曲 俗称麻花弯 使产品报废 为了消除上述的缺点 在生产中常采用斜辊矫直 机 常见的斜辊矫直机的类型及用途 12 斜辊矫直机 这种矫直机用于矫直棒材 也可用于矫直厚壁管材 23 斜辊矫直机 只适用于矫直长度较小 直径较大 壁厚很薄的小量管 材 故至今没有发展起来 3多斜辊矫直机 1 212 型 5 辊式矫直机 适用范围宽 表面质量好 可以一机多用 但上辊稳定性低 传动系统复杂 制造成本高 2 222 型 6 辊式矫直机 这种矫直机既可以矫直管材又可以矫直棒 材 4 6 辊以上的斜辊矫直机 1 12121 型 7 辊式矫直机 这种矫直机主要用于矫直高强度管材及 厚壁管材 不仅可以矫直管材的弯曲度也可以消除管材的随圆度 2 1 12 8 型 8 辊式矫直机 它有较广的适用范围 可以用于管 材张力减径生产线 焊管生产线 挤压生产线 电镀生产线及有色金 属管的轧制生产线 5 313 型斜辊矫直机 这种矫直机只能用于大直径圆材的矫直 1 3 3 斜辊矫直机的典型辊系斜辊矫直机的典型辊系 1 1 1 5 辊系 如图 1 2 a 所示 上下辊一一交错 此辊系常驻由 个辊子组成 上三下二 上辊短 下辊长 入口侧长辊处可使圆材得到较大的 均匀的塑性弯曲 到出口侧长辊处则按较小的塑性弯曲进行压弯在反复后达到 毕业设计 论文 专用纸 5 矫直的目的 2 212 辊系 如图 1 2 b 所示 5 辊式管材矫直机的专用辊系 它把原 来辊系中两端短辊移到长辊上方 形成两对压紧辊 3 2 辊系 如图 1 2 c 所示 它的矫直功能来自辊形的凸凹变化 它是 以矫直短圆材的独特性而受到重视 又以能矫直圆材两端和能压光圆材表面而 得到不断发展 4 12121 辊系 如图 1 2 d 所示 可以把它看成是图 1 2 a 和图 1 2 b 两种辊系的综合 圆材在压紧辊间的塑性变形区得到延长 压扁矫直 和圆整能力得到增强 矫直速度有所提高 对管棒材矫直都可适用 5 222 或 2 2 6 辊系 如图 1 2 e 所示 个辊子全部为驱动辊 这种辊系的两端辊主要起压扁矫直和圆整作用 并有利于工件的咬入 中间辊 可以保证较长的塑性弯曲区 使已经压扁矫直部分尚存的弯曲得到矫直 6 2221 或 2 21 7 辊系 如图 1 2 f 所示 此辊系是在 222 辊系后面 增加一辊 新增加一个辊子起的作用很大 它可以增大第 3 对辊处塑性弯曲区 的长度 并在压下量合适的条件下易于达到工作弹复变直的要求 而且这种改 进的辊系对于矫直管材也有提高质量的作用 7 21 1 9 辊系 如图 1 2 g 所示 这种矫直辊系入口端的一对压紧 辊可以保证工件快速咬入和对管材的压扁矫直作用 3 个长辊处可以实现 段 递减的等曲率性变性区 有助于提高矫直速度 8 313 辊系 如图 1 2 h 所示 此辊系比较特殊 前后各用 个斜辊按 相隔 120 环抱管材 既可以按三角压扁方式起到矫直和圆整作用 又可以利 用中间辊进行三段的连续压弯 可用较小的压弯改善压扁矫直效果 使大直径 薄壁管找到了较好的矫直途径 毕业设计 论文 专用纸 6 毕业设计 论文 专用纸 7 图 1 2 斜辊矫直机的典型辊系 1 4 斜辊矫直的工作原理斜辊矫直的工作原理 斜辊矫直机一般采用旋转反弯矫直原理 旋转反弯矫直主要用于圆材矫直 旋转矫直中最常见的方法是多斜辊矫直法 是在斜辊矫直机上进行的 由于圆 材的原始弯曲是多方位的 因此 在矫直时要使圆材绕轴线旋转 并在旋转的 同时能使其反弯程度由小到大 再由大到小连续变化 才能使任何方位的原始 弯曲都能得到可靠的反弯矫直 斜辊矫直机的作用是强迫圆材在反弯状态下旋 转前进 达到矫直的目的 如图 1 4 所示 1 K x 曲线 2 M x 曲线 图 1 4 旋转反弯矫直过程中弯矩与塑性区分布 圆材在斜辊间反弯前进 走过每一个螺旋导程时反弯量的减少梯度和圆材 塑性变形层的深度及均匀度是矫直质量的决定因素 因此 圆材在塑性区内旋 毕业设计 论文 专用纸 8 转次数或称高频弯曲次数越多 各处纵向纤维的变形量差别越小 结果各处的 残余曲率差也越小 从而使圆材变直 相对而言 如果使弯曲延长 在旋转导 程不变的条件下 也等于增加高频弯曲次数 同样可提高矫直质量 毕业设计 论文 专用纸 9 2 矫直机总体方案选择矫直机总体方案选择 2 1 矫直方案及传动方案确定矫直方案及传动方案确定 2 1 1 矫直方案矫直方案 平行辊矫直机在矫直管 棒材等圆形断面材料时存在两个致命的缺点 第 一 只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲 若矫直其他各个方位的纵 向剖面的弯曲常需要进行多次的变方位的矫直过程 第二圆材在矫直过程中容 易产生自转现象 不仅达不到矫直的目的 反而要生产严重的螺旋形弯曲 使 产品报废 所以采用斜辊矫直机 其辊型采用双曲线形 它与直线状态的圆材 表面可以形成良好的接触关系 当短棍压弯工件时接触压力将向接触线两端集 中 由于接触线很短 只能在弯曲后工件向辊面包敷时使受力点得以扩散而不 会发生较大的应力集中所以可以对带肋钢筋有比较好的矫直效果 方案一 采用 2 斜辊矫直 其优点是结构简单 可以达到一定的矫直效果 但是稳 定性比较低 达不到钢筋矫直的要求 所以不太适合钢筋的矫直 方案二 采用多斜辊采用 2 2 2 型 6 辊式矫直机 此矫直机是使用数量最多的矫直 机之一 这种矫直机既可矫直管材也可以矫直棒材 具有稳定性高 矫直表面 质量好 操作方便等优点 方案三 采用 2 1 2 型 5 辊式矫正机 这种矫直机的优点是适用范围宽 表面质量 好 可以一机多用 缺点为上辊稳定性低 传动系统复杂 制造成本高 方案四 采用 1 2 1 2 1 型 7 辊式矫正机 这种矫直机主要用于矫直高强度管材及厚 壁管材 可以保持工作的良好的表面质量 并且可以提高矫直速度 所以它有 较广的适用范围 可以用于管材张力减径生产线 焊管生产线等 但制造成本 高 毕业设计 论文 专用纸 10 综上分析采用方案二 2 1 2 传动方案传动方案 斜辊矫直机的传动方式有齿轮和万向接轴传动两种 方案一 齿轮传动如图 2 1 所示 1 长辊 2 拉杆 3 右立板 4 集油盘 5 端板 6 传动轮 8 短辊 9 左立板 10 压 下手轮 图 2 1 卧式矫直机齿轮传动 此图为齿轮传动的卧式斜辊矫直机 它是由两个分配轴及圆锥齿轮直接传 动矫直辊的 这种传动比较紧凑 调节辊子斜角的范围可以很大 但辊子轴头 齿轮受辊径限制不能太大 其强度也受限制 此外 齿轮系统包含在辊座转盘 之内 润滑及密封也不太方便 方案二 万向接轴传动 如图 2 2 所示 毕业设计 论文 专用纸 11 图 2 2 立式斜辊矫直机结构图 万向接轴的一端与辊子轴头相联 电动机与减速分配齿轮箱的出轴相联 电动机与减速分配齿轮箱用联轴器联接 这种传动方式使润滑 维修及换辊等 工作得到改善 此图为立式机架的斜辊矫直机 这种矫直机采用万向接轴传动 比较普遍 其优越性更大 电动机及减速分配齿轮箱可单独装在地基上 与机 器本体分离较远 使结构明显简化 具有调节方便 工作线高度不变 机器本 体与传动系统的震动互不干扰等优点 由于其上下辊都可传动 因此 咬入条 件及表面质量有改善 2 1 3 压下调整方案的确定压下调整方案的确定 为了满足上述工作原理要求 下面分别对上述四点要求分别阐述 1 矫直机要适应不同规格的待矫直钢管 上 下工作辊系中的辊距要求可 调 这一要求 我采取三种方案加以分析和比较 上工作辊系上下调整有很多种方案可以实现 方案一 通过液压缸推 拉动上横梁来实现上工作辊系移动 优点 结构简单 制造成本低廉 控制简单 毕业设计 论文 专用纸 12 缺点 液体具有可压缩性和液压传动准确性随油温变化较为明显等原因 所以上工作辊系调整好后很难保证准确位置不变 这样矫直机的工作精度 很难保证 方案二 采用减速电机带动齿轮齿条 优点 可以通过机械制动实现上横梁准确定位并锁紧 工作较为可靠 缺点 传动机构相当笨拙 复杂 制造成本高 可靠性一般 方案三 采用减速电机带动螺旋副来实现上横梁升降 如图 1 5 所示 1 摆线针轮电机直联型电机减速速器 2 过度座 3 联轴器 4 上横梁 5 丝 杠 6 活动梁 7 座板 8 立柱 9 拉杆 10 平衡缸 图 2 3 采用减速电机带动螺旋副传动简图 优点 调整精确度较高 结构简单 易于加工 控制维护简单 缺点 螺旋传动效率低 综上所述 以及综合方面的考虑我采用方案一 2 要实现稳定 精确矫直 在工作过程中上工作辊系不能上 下窜动 毕业设计 论文 专用纸 13 也就是上工作辊系必须紧密的与上横梁在一起 不能有任何动态或静态间 隔 有三种方案 方案一 采用弹簧来实现稳定 平衡 优点 结构简单 成本低 缺点 上工作辊系在调整过程中弹簧的压缩在不断的变化 根据虎克定律 可知弹簧产生的是一个变力 所以很不稳定 ESF 方案二 采用螺杆与大螺母相配合来实现 优点 结构简单 成本低 缺点 在调整过程中如果工人没有放松螺杆 那么很容易损坏传动部件 造 成事故 而且每次调整后工人要爬到上横梁上锁紧螺杆 所以很不方便 方案三 采用液压缸来实现调平衡 优点 结构紧凑 工作可靠 调整系统压力可以得到不同的平衡锁紧力 缺点 需要一液压站 成本相对较高 综上三种方案 方案三最佳 毕业设计 论文 专用纸 14 3 矫直机参数的计算矫直机参数的计算 3 1GJ20 矫直机的主要参数矫直机的主要参数 矫直力为 2000KN 钢筋直径 6 12 角度调整范围 25 35 钢管材质 优质碳素钢 低合金钢 最大屈服强度 500MPa 矫直精度 0 5mm m 下压力不小于 10t 下压速度为 0 8 1 2mm s 3 2 矫直辊辊形尺寸的确定矫直辊辊形尺寸的确定 3 2 1 辊径的确定辊径的确定 初选辊径 由文献 2 264 页 4 20 式得 g D mm 时 150 max d 3 1 max 55 2dDg 式中 矫直辊辊腰直径 单位为 mm g D 管材最大直径 单位为 mm max d 取系数为 1 7 则辊径为 g D mm123727 17 1 dDg 3 2 2 辊子长度的确定辊子长度的确定 初选辊子长度 由文献 2 264 页 4 21 式得 g L 毕业设计 论文 专用纸 15 mm 时 150 max d 3 2 gg DL5 23 1 取系数为 1 5 则辊子长度为 g L mm1891235 15 1 gg DL 3 2 3 辊距的确定辊距的确定 初选辊距 p 3 3 g Lp5 22 取系数为 2 则辊距为 p mm38818922 g Lp 根据现场的实际情况和以往的经验 及参照同类型设备和有关标准 最后 确定辊形的工艺参数为 mm mm mm123 g D190 g L390 p 所以最终确定的辊子如图 3 1 所示 图 3 1 斜辊 毕业设计 论文 专用纸 16 3 3 矫直力的计算矫直力的计算 在上横粱压下传动过程中 中间辊所受的矫直力最大 所以在下面的丝杠 设计及辊轴的校核过程中都用此力来计算 查文献 1 288 页 式 4 78 3 4 t gg g g M L t L pL t pL F 35 1 22 2 35 1 335 2 2 式中 为工件的螺旋导程 t 弹性极限弯矩 t M sst WM WSWs 塑性断面系数 s W 抗弯断面模数 W mm384 571098 219 179219 0982 0 0982 0 4444 D dD W 查文献 5 第 378 页 表 8 2 取5 1 S 265 8566485 184 571098 WSWs N mm17 471156545265 856648550 sst WM mm92 42921932tan32tan Dt t gg g g M L t L pL t pL F 35 1 22 2 35 1 335 2 2 17 471156545 35 1 2 92 429 2 380 1000380 2 92 429 100035 1 380335 2 g L 2808057 185N 中间上辊的压紧力可有可无 但是 它的导向作用不可少 因此可以考虑 具有轻微的压紧力并按 0 3来计算 2 F 毕业设计 论文 专用纸 17 于是矫直力为 N03 1965640185 28080573 0185 28080573 0 222 FFF 3 4 主电机的选择主电机的选择 主电机的型号 24 280 21 功率 4KW 2 转数 600 1500r min 主减速器速比 6 92 3 5 外向联轴器与万向轴的设计外向联轴器与万向轴的设计 在方案选择中我选用了万向接轴的设计 具体万象接轴的连接方案如图 3 2 所示 图 3 2 万象接轴与联轴器 毕业设计 论文 专用纸 18 3 6 辊架与辊子的装配设计辊架与辊子的装配设计 在前我已经对斜辊进行了设计 现在还需要设计一个辊架 使动力能够通 过减速箱万向轴传递到辊子以后辊子能够灵活转动 不出现卡阻现象 所以在 辊架中需要合理设计一个滚动轴承能够满足设计要求 其中轴承的选择因综合 考虑下列各个主要因素 3 6 1 载荷情况载荷情况 载荷是选择轴承的主要依据 通常应该根据载荷的大小 方向和性质选择 轴承 1 载荷大小一般情况下 辊子轴承的由于是线接触 承载能力大 适 用于承受大载荷 球轴承是由于点接触 承载能力下 适用于轻 中等载荷 2 载荷性质有冲击载荷时 宜选用滚子轴承 3 6 2 高速性能高速性能 一般摩擦力矩小 发热量小的轴承高速性能好 球轴承比滚子轴承有较高 的极限转速 故高速时应优先考虑用球轴承 径向载荷小时 选用深沟球轴承 相反比较大时 选用圆柱滚子轴承 对联合载荷 载荷较小时 选用角接触球 轴承 载荷较大时采用圆锥滚子轴承或者角接触轴承组合 在一定条件下 工 作转速较高时 宜选用直径系列为 8 9 0 1 的轴承 保持架的材料对轴承转速影 响很大 实体保持架比冲压保持架允许的转速高 3 6 3 轴向游动性轴向游动性 一般机械工作时 因机械摩擦或者工作介质的关系而使轴发热 从而有热 胀冷缩产生 在选择轴承结构类型时 应使其轴有轴向游动的可能性 因此 常在轴的某一端选用内圈或者外圈无挡圈的圆柱滚子轴承 以适应由于热胀冷 缩而引起的轴的伸长或者缩短 毕业设计 论文 专用纸 19 3 6 4 允许的空间允许的空间 在机械中一般都是先确定轴的尺寸 然后根据轴的尺寸来确定轴承的尺寸 小轴选用球轴承 大轴选用滚子轴承 在内径尺寸已经确定 若颈项尺寸受限 可以使用滚针轴承或者直径系列为 8 9 0 回的轴承 若宽度尺寸受限 可选用 宽度系列为 8 0 的轴承 3 6 5 安装于拆卸方便安装于拆卸方便 对于轴承的使用寿命一般都难以等同于主机使用寿命 在实际使用轴承作 为易损件要经常被装拆 因此 在选用轴承类型时要求拆装方便 所以综合考虑以上因素我选用深沟球轴承 具体如何装配如图 3 3 所示 图 3 3 辊轮 辊架装配图 毕业设计 论文 专用纸 20 4 压下机构设计压下机构设计 4 1 螺旋螺母的设计螺旋螺母的设计 图 4 1 螺旋传动的受力分析 4 1 1 选择螺旋螺母材料选择螺旋螺母材料 螺旋采用 45 钢淬火 由文献 9 第 1 卷 3 15 页表 3 1 7 查得其抗拉强度 MPa 屈服强度MPa 螺母材料用铝青铜 ZcuAl10Fe3 考虑600 B 355 S 速度低 4 1 2 耐磨性计算耐磨性计算 由文献 1 92 页式 5 44 4 1 ph FP d 2 式中 螺纹的中直径 单位为 mm 2 d 作用于螺杆上的轴向载荷 单位为 N 即F 2 FF 螺距 单位为 mm P 螺纹的牙形高度 单位为 mm h 许用压强 单位为 MPa p 毕业设计 论文 专用纸 21 可根据螺母形式选定 对于整体式螺母 由于磨损后不能调整 取 1 2 2 5 考虑到螺杆对强度要求较高并单向传动 采用锯齿形螺纹 按国家标准 30 锯齿形螺纹 取Ph75 0 2 1 由文献 1 第 93 页表 5 12 查得许用压强MPa 取MPa 2518 p 21 p mm 948 181 212 175 0 03 1965640 2 P P ph FP d 查文献 9 第 2 卷 5 25 页表 5 1 13 GB T13576 3 1992 螺纹的基本尺寸 mm mm mm mm 500 186 22 Dd76 168 3 d000 173 3 D200 d mm 18 P mm 5 131875 0 75 0 Ph 螺母高度 4 2 2 dH mm 取mm38 218948 1812 1 2 dH 220 H 螺母的螺纹圈数 4 3 P H Z 取 2 12 18 220 P H Z12 Z 4 1 3 校核螺旋副自锁条件校核螺旋副自锁条件 螺旋升角 4 4 2 arctan d P 76 1 5 186 18 arctanarctan 2 d P 查文献 1 第 93 页表 5 12 得摩擦系数 1 0 f 毕业设计 论文 专用纸 22 摩擦角 4 5 farctan 71 5 1 0arctanarctan f 证明螺旋自锁可靠 71 4 171 5 1 4 1 4 校核螺母螺纹牙强度校核螺母螺纹牙强度 图 4 2 螺母螺纹圈的受力分析 由文献 1 第 94 页表 5 13 知螺母螺牙许用应力 对于青铜材料有 MPa 40 MPa 考虑载荷接近静载 铝青铜材料强度较高 许用应力取大值 60 螺纹牙危险截面 a a 的剪切强度条件为 4 6 DbZ F 螺纹牙危险截面 a a 的弯曲强度条件为 4 7 ZDb DDF 2 2 3 毕业设计 论文 专用纸 23 式中 螺纹牙根部的厚度 单位为 mm b 对于 30 锯齿形螺纹 Pb75 0 螺母材料的许用切应力 单位为 MPa 螺母材料的许用弯曲应力 单位为 MPa MPa MPa31 19 12 5 13200 03 1965640 DbZ F 40 MPa MPa 93 57 12 5 13200 5 18620003 196564033 22 2 ZDb DDF 60 螺母螺纹的剪切和弯曲强度都满足要求 4 2 压下装置的减速器和电机的选择压下装置的减速器和电机的选择 4 2 1 选择减速器选择减速器 1 螺旋升角 4 8 2 tan d P 7597 1 5 186 18 arctanarctan 2 d P 2 总摩擦力矩 总 M 4 9 轴承螺纹总 MMM 式中 螺纹的摩擦力矩 单位为 N mm 螺纹 M 轴承的摩擦力矩 单位为 N mm 轴承 M 螺杆所受的横向力 cossin 11 NNF 螺杆所受的摩擦阻力 4 10 sincos3cos 11 NNN 毕业设计 论文 专用纸 24 式中 作用于螺纹上的正压力 单位为 N 1 N 摩擦系数 查文献 9 第 1 卷 1 8 页表 1 1 7 摩擦系数 无油润滑 18 0 t05 103cos 7597 1 sin18 0 7597 1 cos 10 3cos sincos 1 N N t 117 2 7597 1 cos18 0 7597 1 sin15 10cossin 11 NNF N mm 42 1041 197 2 5 186 117 2 2 d FM螺纹 N mm 4 10171 2 1154 115265 115265 NM 轴承 N mm 3684 1 N m 444 1041 368101711041 197 轴承螺纹总 MMM 螺杆所受的扭矩 4 11 联轴承 总 M T 式中 为轴承的传动效率 轴承 为联轴器的传动效率 联 查文献 9 第 1 卷 1 5 页表 1 1 3 99 0 轴承 98 0 联 N m25 3797 98 0 99 0 1 3684 联轴承 总 M T 初选丝杠的下压速度为mm s 9 0 V 初定电机输出转速 4 12 P V n 0 r min3 18 609 0 0 P V n 0 6 1055 9 n P T r 毕业设计 论文 专用纸 25 KW2 1 1055 9 10325 3797 1055 9 6 3 6 0 nT Pr 式中 电机功率 单位为 KW r P 杳文献 9 第 4 卷 16 186 页 表 16 2 142 考虑到传动比较大 输出功率小 选用 XLEDC2 2 8185A 473摆线针轮 电机直联型减速器 其传动比 输出转速r min 输出转矩473 i2 3 0 n N m 4047 T 当r min 时 2 3 n 压下速度 mm s 安全 摩 M 工 M 6 2 按弯扭合成校核按弯扭合成校核 1 支反力 982820 015N 1NH F 2NH F 2 03 1965640 1 弯矩 M 280 5 80 982820 015 280 5 80 358729 3 N m 1NH F 2 扭矩 查文献 9 第 1 卷 1 25 页 表 1 1 22 得 0 95 0 98 联 轴承95 0 减速器 KW29 9795 0 98 0 95 0 110 0 轴承联总总总 PPP r min 53 9021 36 57 16 1500600 0 i n n 总 总 取 50 r min 0 n 式中 传到矫直辊上的功率 单位为 KW 0 P 电动机的总功率 单位为 KW P 总 毕业设计 论文 专用纸 30 电动机的总效率 单位为 r min 总 联轴器的效率 联 轴承的效率 轴承 矫直辊的转速 单位为 r min 0 n 总效率 总 总传动比 i总 T N m39 18582 50 29 97 95509550 0 0 n P 5 3 22 ca MT W 由于扭转切应力为脉动循环变应力 因此 取 0 6 将上列数值代入式 5 3 得 3 2 2 2 2 3801 0 185823906 0358729300 W aTM ca 65 4MPa 查文献 9 第 3 卷 19 4 页 表 19 1 1 得 180 207 MPa 取 180 MPa 1 1 ca 1 故安全 式中 轴的计算应力 单位为 MPa ca 轴的许用弯曲应力 单位为 MPa 1 M 轴所受的弯矩 单位为 N mm T 轴所受的扭矩 单位为 N mm W 轴的抗弯截面系数 单位为 mm 3 毕业设计 论文 专用纸 31 6 3 按疲劳强度进行校核按疲劳