火车制动梁用异型材矫直机的设计【6张图/11200字】【优秀机械毕业设计论文】
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火车
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说明书一份,27页,11200字左右.
附录翻译一份.
图纸共6张,如下所示
A0-装配图.dwg
A1-工作示意图.dwg
A3-链轮.dwg
A3-上部边辊.dwg
A3-上辊中辊.dwg
A3-下辊.dwg
目录
引言 1
1 矫直机的概述 4
2 金属条材的弯曲与矫直 6
2.1定义……………………………………………………………………………6
2.2 分类 7
3 高温弹性变形与弹性模量 9
4 矫直机构设计 11
4.1 平行辊矫直机的工作原理 11
4.2 结构参数计算 13
4.2.1 辊系与辊数 13
4.2.2 辊径、辊距与辊长 16
4.2.3 力能参数计算 17
5 动力系统的选择 20
6 传动系统的选择与设计 21
7 结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录A 26
附录B 31
摘要
矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。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。
依据所要实现的功能以及指导教师的要求，本次设计主要是针对火车制动梁用异型材的矫直，相对应的应采用平行辊矫直机，所以本次设计的主要方案为平行辊矫直机的设计。
文中对国内外矫直技术的历史及现状、矫直机的设计计算等进行了详细阐述，论证了矫直火车制动梁用异型材所用矫直机的辊系、辊距以及辊数选取原则，并且给予了充分的计算数据用以支持所选方案的合理性。最终设计出的成品将能够以满足要求的精度和速度工作。
矫直机的应用在大大提高生产效率的同时，也将提高产品的质量，为大批量流水线式生产提供了一个不可缺少的环节。
关键词：应力；反弯；矫直机
Abstract
Correcting straight technology is using in the rearward working procedure of metal strip material machining widely. It mostly decide the quality of the product and finished product. Correcting straight technology gets quite great evolve in 20 century like other metalworking. The theory of correcting straight technology also gets prodigious progress correspondingly.
According to the functions to be achieved and the demands of the faculty adviser, the design is aim at the different model material correcting straight of train apply the break. Correspondingly parallel roller correcting straight machine is better, the project of this design is parallel roller correcting straight machine design.
It is explain clearly that the inside and outsider correcting straight technology’s history and actuality, design calculates in the paper. Also including the roller quotients, roller distance and roller count choosing of the different model material correcting straight of train apply the break. The finished product of finally design could work in the demanded precision and speed.
The application of correcting straight machine is enormously boost the quality and efficiency of product, and provide indispensability tache in glide produce.
Key words： stress; anti-bend; correcting straight machine
引言
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水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵都要求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、砧台等。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知道意义[1]。由于中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态，18世纪末到19世纪出，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，但是英国的生铁产量已由7万吨增长到19万吨，增加了2.7倍。19世纪50年代开辟了炼钢技术发展到新纪元。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1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——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年代日本已经能够制造多斜辊矫直机。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）[2]。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，而且继续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看到德、英、日等国家制造德矫直机。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年代我国改革以后解除到大量的国外设计研制成果。小到 1.6mm金属丝矫直机和大到 600mm管材矫直机。有速度达到300m/min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。值得自豪的式我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。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面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁管矫直机、3斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形2辊矫直机、故和转毂式矫直机，平行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。其矫后的参路挠度为0.2～0.5mm/m（一等品为1mm/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，对带材生产起到很重要作用。
在实际生产中，金属材料（如型、管、线、板、带等长条状金属型材）在轧制、锻造、拉拔、运输、冷却及各种加工过程中常因外力作用，温度变化及内力消长而发生弯曲或扭曲变型。在长度远大于宽度或厚度的条材上，纵向纤维的变形十分明显；在宽度不太小的条材上如带材横向纤维的变形有时也是显而易见的。为了获得平直的成品条材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我们称之为矫直。
矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。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。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决（改集体驱动为单辊驱动，改刚性连接为超越离合连接等），但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺等都缺乏理论阐论；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯矩和矫直曲率等都缺少通用的表达式。20世纪70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯矫直技术很快走向成熟；开发成功平动（万能）矫直技术、行星矫直技术，以及双向旋转矫直技术等；完善了等距双曲线辊型设计法；创立了等曲率递减反弯辊型设计法，矫直耗能计算法，主要工艺参数计算法；尤其在利用相对值概念对各种矫直过程进行定量分析工作中取得了系统化的成果，为矫直技术数字化处理打下了基础。
- 内容简介：
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中文题目：火车制动梁用异型材矫直机的设计 外文题目： F N 毕业设计（论文）共 40 页（其中：外文文献及译文 15 页） 图纸共 6 张 完成日期 2006 年 6 月 答辩日期 2006 年 6 月 摘要 矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。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。 依据所要实现的功能以及指导教师的要求，本次设计主要是针对火车制动梁用异型材的矫直，相对应的应采用平行辊矫直机，所以本次设计的主要方案为平行辊矫直机的设计。 文中对国内外矫直技术的历史及现状、矫直机的设计计算等进行了详细阐述，论证了矫直火车制动梁用异型材所用矫直机的辊系、辊距以及辊数选取原则，并且给予了充分的计算数据用以支持所选方案的 合理性。最终设计出的成品将能够以满足要求的精度和速度工作。 矫直机的应用在大大提高生产效率的同时，也将提高产品的质量，为大批量流水线式生产提供了一个不可缺少的环节。 关键词：应力；反弯；矫直机 is in of It of 0 of to to be of is at of is of is It is s in of of of in of is of in 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 附录 A 数控系统与数控机床技术发展趋势 摘要 :本文主要阐述了数控系统及数控机床的产生、发展以及其将来，较全面的说明了现阶段及未来的发展趋势。 关键词：数控系统；数控机床 1 数控系统发展趋势 从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了 46 年历程。数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段： 分立式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路微机式的数控系统。到 80 年代，总体发展趋势是：数控装置由 展；广泛采用 32 位 成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展； 置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。到 1990 年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约 13 万台套。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是： 新一代数控系统采用开放式体系结 构 进入 90 年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用 丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心（ 空军共同领导的“下一代工作站 /机床控制器体系结构” 共体的“自动化系统中开放式体系结构” 本的 划等。开发研究成果已得到应用，如司从 1995 年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 2 品中采用了开放式体系结构的 统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。数控系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多 优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用， 不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随 级而升级，结构上不必变动。 新一代数控系统控制性能大大提高 数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制 、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统已实用化。 总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。 2 数控机床发展趋势 为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要 求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面： 高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。 高速、高效 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 实现高效、优质、低成本生产 有广泛的适用性。 新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。 90 年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000 100000r/高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度 60120m/削进给速度高达 60m/高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术 水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加 /减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。 依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到 5000 米 8000 米 /分以上；主轴转数在 30000 转 /分 (有的高达 10 万转 /分 )以上；工作台的移动速度：（进给速度），在分辨率为 1 微米时，在 100 米 /分（有的到 200 米 /分）以上，在分辨率为 米时，在24 米 /分以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12 米 /分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。 高精度 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米 级（ 10其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。 当前，机械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，达到 5 微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（ 米），主轴回转精度要求达到 米，加工圆度为 米，加工表面粗糙度 米等。 精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 4 可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10 多年来，普通级数控机床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m，精密级加工中心的加工精度则从 35 m，提高到 1m。 高可靠性 高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 16 小时内连续正常工作，无故障率 P(t) 99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间 必须大于 3000 小时。 于 3000 小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10： 1 的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此 时数控系统的 要大于 时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 0 万小时。 当前国外数控装置的 已达 6000 小时以上，驱动装置达 30000 小时以上。 模块化、智能化、柔性化和集成化 模块化、专门化与个性化 机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。 智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面： 为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成； 为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等； 简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等； 智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。 柔性化和集成化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控 复合加工机床）、线（ 面（工段车间独立制造岛、 体（ 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善； 机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与 结，向信 息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 开放性 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。 出现新一代数控加工工艺与装备 为适应制造自动化的发展，向 供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换） 、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用机器人、物流系统； 造及无图纸制造技术； 围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域； 以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。对机 械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。 由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术，机械加工向虚拟制造的方向发展。 综上所述，在现阶段和未来的一段时间内，数控系统与数控机床技术的发展将迎来一个新的空间，必定以惊人的速度向前发展，并达到一个崭新的曾面上。 贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 6 附录 B of of of of of of &D 952 of of 6 of of - of of of of of 0 of C 2 of of to to of In a of is is Go to 990 of of of of a to 0 of 宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 of of go up a of of a of of of of is to In a of of a of in 00 A2 of 995 in of of of of in as of to on It is a of is of is of go on is of of or of of of of of of of PU on a he of on to to in of of ey 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 8 is to of be of In a a of of of to of o of of to of of in o at of of is of of of is to of of to to is a of of is 90 a of 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 of of of r/, is m/0 is as 0 m/ of . As is of of of of of as as a of in of do a of is is of of of of 000 8000 s of in is as as in 00 s 00 s) in .1 4 s ; 2 s to a of of of a of of of of of of to of is of to 10 by to to as as 3 of . 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 10 of of of of is as of .1 is a of is of is of so of of of of is of of To of 0 of 10 m go 5 of m 3 5 m, 1 m. of of to be of do be is a is of of if to 6 ( t) 99% of of of be 000 is 000 of of a of as of 0: (is a of of be 3,333.3 of in of be of of 000 宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 Is he of is of of of of of of of of of of is in he incl 1 目录 引言 . 1 1 矫直机 的概述 . 4 2 金属条材的弯曲与矫直 . 6 义 6 类 . 7 3 高温弹性变形与弹性模量 . 9 4 矫直机构设计 . 11 行辊矫直机的工作原理 . 11 构参数计算 . 13 系与辊数 . 13 径、辊距与辊长 . 16 能参数计算 . 17 5 动力系统的选择 . 20 6 传动系统的选择与设计 . 21 7 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 A . 错误 !未定义书签。 附录 B . 错误 !未定义书签。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 引言 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水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵都要求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、砧台等。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知道意义 1。由于中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态， 18世纪末到 19世纪出，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，但是英国的生铁产量已由 7万吨增长到 19万吨，增加了 19世纪 50年代开辟了炼钢技术发展到新纪元。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 1 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 解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度。 20 世纪 20 年代日本已经能够制造多斜辊矫直机。 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（ 司研制成功 313型七辊式矫直机（ 2。 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，而且继续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看到德、英、日等国家制造德矫直机。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 年代我国改革以后解除到大量的 国外设计研制成果。小到 属丝矫直机和大到 600材矫直机。有速度达到 300m/高速矫直机和精度达到 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（ 直机；德国的凯瑟林（ 直机、德马克（ 续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等。值得自豪的式我国科技界一直贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 2 在努力提高自己的科研设计和创新能力。 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面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利。近年来我国在反弯辊形 七斜辊矫直机，多斜辊薄壁管矫直机、 3 斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形 2 辊矫直机、故和转毂式矫直机，平行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。其矫后的参路挠度为 m（一等品为 1mm/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，对带材生产起到很重要作用。 在实际生产中，金属材料（如型、管、线、板、带等长条状金属型材）在轧制、锻造、拉拔、运输、冷却及各种加工过程中常因外力作用，温度变化及内力消长而发生弯曲或扭曲 变型。在长度远大于宽度或厚度的条材上，纵向纤维的变形十分明显；在宽度不太小的条材上如带材横向纤维的变形有时也是显而易见的。为了获得平直的成品条材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我们称之为矫直。 矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。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。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例如矫直辊负转矩的破坏作用在 20世纪下半叶才得以解决（改集体驱动 为单辊驱动，改刚性连接为超越离合连接等），但其破坏作用的机理直到 20 世纪 80年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺等都缺乏理论阐论；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯矩和矫直曲率等都缺少通用的表达式。 20 世纪 70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯矫直技术很快走向成熟 ；开发成功平动（万能）矫直技术、行星矫直技术，以及双向旋转矫直技术等；完善了等距双曲线辊型设计法；创立了等曲率递减反弯辊型设计法，矫直耗能计算法，主要工艺参数计算法；辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 尤其在利用相对值概念对各种矫直过程进行定量分析工作中取得了系统化的成果，为矫直技术数字化处理打下了基础。 贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 4 1 矫直机 的概述 由于条材种类不同，弯曲形态不同，各自所要求的矫直方法也不同。工业上人们已经研制成功的矫直方法主要由压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、平动矫直法、拉伸矫直法、拉弯矫直法 及其他一些特殊的矫直法。 依据所要实现的功能以及指导教师的要求，本次设计主要是针对断面如图所示的工件的矫直，相对应的应采用平行辊矫直机，所以本次设计的主要方案为平行辊矫直机的设计。平行辊矫直机必须具备两个基本特征：第一是具有相当数量交错配置的矫直辊，以实现多次的反复矫直；第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需的压弯方案。需要掌握理论力学及材料力学的知识点。设计出的成品将能够完成对该种工件的矫直工作。 平行辊矫直法是把间断的压力矫直法变成辊式连续矫直法，从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直辊，按递减压弯规律进 行多次反复压弯以达到矫直目的。不仅显著提高工作效率，而且能获得较高的矫直质量。这种矫直法在板材及型材矫直中得到广泛应用，不仅能矫直型材的主弯曲，在增加轴向调节的条件下也能矫直其侧弯曲；不仅能矫直板材的纵向波浪，在增加弯辊措施后，也能矫直横向波浪，即矫直瓢曲。利用两组平行辊将其辊系进行直角组合或称平立辊组合，即将一组水平辊与一组垂直辊组合起来形成复合辊系可以对二维弯曲严重的线材及小型材进行有效的矫直。 设计出的成品的可行性计算预计将有如下步骤：首先对需要矫直的工件的材质性能进行校合计算，计算出的结果将直接影响 下一步的工作，若制造工件的材料适合矫直，即该种材料的韧性较好，则可进行接下来的工作，若不行，则令想它法；当计算出的结果证明其适合采用平行辊矫直机矫直后，接下来的工作就是对矫直机的各个性能参数进行计算，以便设计出符合矫直要求的设备，需要解决三个主要问题：机构参数计算、力能参数计算。当这些问题解决后，就可以进行平行辊矫直机的结构设计了。 矫直机的结构设计将依据优化配置的原则，随时进行调整，随时进行改动，在达到所要实现的功能要求的同时，达到成本的最低化。 在具体的毕业设计论文中，首先在第一章中将对矫直机的设计进行 理论上的阐述，主要是矫直机的发展情况以及在现实中的应用。其次是在第二章中对本次设计的成品，即火车制动梁用异型材矫直机设计的需要性进行说明。在第三章中提出方案，并验证其可行性的计算过程，其中将详细的计算出：辊系与辊数；辊径、辊距与辊长；矫直弯矩与矫直力、轴承压力、矫直辊转矩；驱动功率等。最后在第四章中就配合装配图以说明结辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 构特点。 目前辊式矫直机大致分为以下如图 1 辊 式 矫 直 机型 材 矫 直机板 材 矫 直机钢 坯 矫 直机变 辊 距 矫直 机普 通 辊 式矫 直 机异 辊 距 矫直 机平 立 辊 组 合式 矫 直 机简 支 辊 式矫 直 机悬 臂 辊 式矫 直 机中 厚 板 矫直 机薄 板 矫 直机瓦 楞 板 矫直 机图 1直机的分类 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 6 2 金属条材的弯曲与矫直 义 矫直与弯曲是两个相反的工艺过程， 但他们的变形机理是相同的。为了说明其内涵，首先要了解金属的弹性特征。通常，不同的金属都有大小不等的弹性极限，即使在塑性变形条件下仍然伴随着弹性变形。弹性变形意味着势能的贮存，表现为一种弹性返回的能力，完全能返回原装的变形成为纯弹性变形，否则都是弹塑性变形。而纯塑性变形是指在相当大的变形程度或在相当高的变形温度时，忽略不计其很小的弹复能力而假定的一种理想状态。古人从生产和生活实践中早已认识到弹性的存在，并得出“矫枉必须过正”的理性结论。今人对金属矫直理论的研究不仅从理论上验证了“矫枉必须过正”的基本规律，而且找到了过正量的科学计算方法，指出在 过正量与金属弹复量相等时可达到矫直目的。现在以图 2 设其原始弯曲状态的曲率半径为 0，矫直所用的反弯半径为 w，反弯达到 状态。此时解除外力，条材将自由弹复到 状态。若 为一条直线，即达到矫直目的。可见反弯的过正量 及 恰好与金属的弹复量相等。将反弯的过正量用曲率 有 j 金属的弹复量也用曲率半径表示，即用 然有 j f。故可以说，只有 w 直观上可以看出，条材原始曲率半径 0越小，即原始弯曲越严重，矫直所用之 所用反弯量越大。不过反弯量与原始弯曲之间只有非线性关系，而且因条材的断面形状不同，其非线性关系的表现形式也不同。 当原始弯曲十分严重，矫直时所需达到的反弯曲率半径由于非线性关系的存在不必很小，但此时的反弯变形的总量却已经很大。当这种变形量大到足够时条材断面形状发生畸变，仍然达不到矫直目的时，这种条材在矫前矫后都属于废b a 1 - 1图 2弯矫直过程 宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 品。因此，能够进行矫直的条材其反弯变形总量是有限的，不能太大，而且断面高度越大，断面形状越复杂，这种限制越严格。由于反弯矫直时条材纵向纤维的塑性变形先从表层纤维开始，随着反弯量的增大塑性变形向内层深入，越深入，外层纤维的变形越增大。当增大到使断面形状产生畸变时，其工艺过程发生质的变化，矫直反而失败。因此在矫 直理论的研究中允许采用平截面、小塑性变形及单一纵向变形阻力等理想原则的原因在此。由此还可看出，矫直与弯曲这两个反义词又不宜简单地理解为两个相反的工艺过程和两个相反的工艺目的，后者在变形量方面要比前者大得多，在断面的限制方面也比前者宽得多。 类 矫直的对象是各种弯曲的条材。由于条材种类不同，其加工方法不同、加工设备也不同，在条材上所产生的弯曲形态也不同。常见的线材、棒材、管材、矩形材及异型材等纵轴对称的和宽厚相差不大的条材，它们的弯曲多为纵向纤维的 弯曲。如图 2 若 条材纵轴 为 x 轴，则沿 x 轴的弯曲可能呈现多种形式的波浪弯。如水平面（ ）内波浪弯，垂直面（ 波浪弯，以及倾斜面（ 波浪弯等。如果把一个平面内的波浪弯称为一维弯曲，则同时在两个平面内都有的波浪弯成 为二维弯曲。至于倾斜面内的波浪弯在没有其他弯曲存在条件下也属于一维弯曲。在有其他弯曲条件下可以将倾斜面内波浪弯分解为水平与垂直两面的弯曲，仍属二维弯曲。扁材及窄带材的二维弯曲常表现为垂直面内的波浪弯及水平面内的镰刀弯。薄板及宽带材的二维弯曲常表现为纵向波浪弯与横向波浪弯的同时共存，如图 2水平放置的薄板沿y 轴在 种双向波浪弯使人看不清其波浪方向，只看到凸凹不平，称之为瓢曲。可以看出瓢谷部位的纤维要比瓢缘部位的长，瓢曲严重部维要比平坦部位的纤维长。如果板边的波浪与瓢曲比中间部位严重，表明边部纤维比中部 x - y 面x z 面x - y z 面x y z y zy z y Z 1 - 2图 2维弯曲图 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 8 的长，可称之为边长形波浪弯。此外薄板也常出现三维弯曲，即在纵向波浪弯与横向波浪弯之外，从水平面即 上看也有弯曲。如图 2所示的薄板材纵轴 x 坐标轴偏离时产生的镰刀弯，即第三维的弯曲。 一般型材的弯曲主要表现为在较小断面模数或非对称断面模数 上的弯曲，有时因冷却不均，自重作用及外力冲撞等原因也可能在其他方向上产生弯曲。前者称为主弯曲，后者称为副弯曲，或称为侧弯曲。主弯曲是大量的、经常的、规律性较强的弯曲，侧弯曲是不太明显、不太一致的弯曲，但在矫直中不可忽略，所以型材矫直机都应具备二维矫直能力。一般型材沿纵轴产生扭曲现象也是难以避免的，但从实质看，扭曲也是由纵向纤维产生二维弯曲所形成。型材与板材不同，不存在三维弯曲。 x - y 面x z 面y - z 面x y z y zy z y Z 板的三维弯曲图 宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 3 高温弹性变形与弹性模量 弹性模量可认为是表示材料刚性大小的物理量，金属的弹性在工程中具有很大的实际意 义。在常温下，为了预防构件失稳，除了从结构上保证外，必须尽量采用具有正弹性模量大的材料。一般来说弹性模量是一个比较稳定的参数，材料的热处理和应变硬化对它的影响不大，但是它会随温度等因素的变化而变化。 本次设计中，恰恰也遇到了这个问题。由于工件在矫直过程中是处于高温状态下的，其弹性模量必然会有所改变，如果不能准确掌握金属弹性模量随温度变化的规律，得不到在某一高温度下确切的弹性模量值，设计计算中的结果也就会 失之毫厘谬之千里 ，所以，弹性模量对于矫直机的设计来说，无疑是一个至关重要的参数。 得到这一参数最精确的方 法就是通过试验，实地测出金属在不同高温条件下的值。但是由于条件的限制，不能够亲自测出，所以只能参考鞍钢技术中心的一次类似实试验，筛选出本设计所需的一些结论 3。 试验选用低合金钢、碳钢共 14个钢种。大部分由鞍钢各炼钢厂冶炼，经轧制后取样。部分钢种由鞍钢钢铁研究所试验厂冶炼，其中选择了 45 号钢、 进行了弹性变形和弹性模量的数据整理分析。 考虑到低温与高温轧制的要求，试验温度范围选择较宽， 800 900C ，并每隔 50 9 隔试验温度。变形速度选为 5 隔速度级， 1/s、 10/s、 30/s、 50/s、70/s。压缩变形程度为： 0 。 试验是在“ 热加工模拟试验机上进行金属热轧单道次和多道次单向压缩变形抗力试验，研究金属热轧变形抗力随试验温度、变形速度、变形程度的变化规律和应变残留率与变形温度、道次间歇时间及应变间的函数关系。试验完全模拟鞍钢半连轧厂加热及 1700 试验方法如 下： 1）试验温度大于等于 1000C 时，以 10C /温 5进行压缩，然后空冷； 2）试验温度小于 1000C ，保温 5 3C /s 的冷却速度把试样冷却到试验温度，冷却气体为温 2开始压缩，其后空冷； 3）当试验温度大于等于 1000C 时，试样以 10C /温 5进行第一次压缩，其应变为 10 40，经间歇时间 后空冷。当试验温度小于 1000C 时， 试样以 10C /000C ，保温 5C 的冷却速度进行冷却，冷却气体为直贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 10 冷却到试验温度，保温 2道次间歇的时间 5s，进行第二此压缩，然后空冷。 试样是在真空下采用感应加热，用吹冷系统冷却试样。为保证试样在变形过程中处于单向压缩状态，在试样上、下端面加入适应不同温度范围要求而配制的玻璃粉润滑剂，以减少试样上下端面与接触面间的摩擦。 试验结果与分析：金属弹性模量主要取决于金属原子本身的性质，弹性模量、弹性变形都随温度升高而降低。这是因为在小弹性变形范围内可以认为： 比例，当温度变化时，原子间结合力 P 和原子间距离 X 都在变化，并 都影响弹性模量 E 值，故： 2E 1 P P T X T 上式可看出，弹性模量随温度变化涉及到两个方面：一是表现在 项，温度影响原子振动能量增大，而且振动的振幅随温度的升高而加大，原子间结合力受到削弱，因此 总是小于零；二是随温度的变化影响物体的体积，表现在 项。一般情况下，物体有正的膨胀系数，故上式右端为负值，所以金属材料的 弹性模量总是随温度的升高而减小。此外，试验数据还表明，弹性模量随温度升高而降低的幅度也在增长。如 45钢。 800 1000C 时降低 15， 1100 1200C 时降低 从 800 1200C 总降低达到 右。产生这种现象主要是由于温度提高使塑性变形的影响加剧所致。金属在轧制过程中产生很大的塑性变形，由于弹性变形量比塑性变形量小得多，所以被测 量的弹性模量值明显减小。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 4 矫直机构设计 平行辊矫直机是目前应用范围最广的矫直机，其门类、品种和规格最多。其基本分类方法，按用途分为板材与型材两大类矫直机。其细化分类则有多种方法，如板材矫直机，有按厚、中、薄三类来划分板材矫直机；也有用板厚来标称板材矫直机；还有用重型及普通型来区分板材矫直机；以及用板宽来编排矫直机系列等。在特定条件下各种分类都有自己的理由。从趋势上看以厚度来区分板材矫直机是最基本的方法。不过厚度对矫直和对轧钢却存在着不同的意义。因为矫直机与厚度平方成正比，而轧制力并无 这种关系。因此不一定有厚板轧机就一定有厚板矫直机与其对应。采用如下分类法比较切实可行，如：中厚板矫直机，其能力上限可矫厚板，下限可矫中板；中薄板矫直机，其能力上限为中板，下限为薄板；薄板矫直机为厚度很薄、宽度较大的薄板材矫直所使用。板宽及板厚与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先是板厚决定辊径尺寸；其次是板宽决定辊长尺寸；第三是辊数决定矫直质量；第四是辊子重叠数决定着矫直质量及表面粗糙程度；第五是矫直温度决定矫直机的结构特点。在矫直机的标称中不管写法如何和顺序如何，总得反映出上述五个特点。 型材矫直机 过去多用辊距与辊数，以及用途等项来标称机器种类、规格及型号。近年来在辊系方面取得不少进展，如异辊距矫直机及变辊距矫直机在生产中不断出现。因此，辊系特征在新矫直机的标称中也应有所反映。过去一些简支结构的矫直机架尚在使用，但越来越多的采用悬臂式结构，这种机架为辊距及辊位调整提供了方便。型材矫直机的牌坊特征，如：机架闭式或开式，能力特征如轨梁、大型、中型及小型等都可以反映到其标称中。除异辊距及变辊距之外，还有平立辊复合辊系的矫直机。现代矫直机也有用最大矫直弯矩及辊数加入标称之中的。 20 世纪 70 年代开始实现矫直机 的计算控制，控制生产线上各种设备包括矫直机的从速度同步开始，到控制辊位、设定压弯量及矫直全过程的程序。计算机控制的辊式矫直机作为一个新的门类将获得越来越大的反展。 平行辊矫直机属于连续性反复弯曲的矫直设备，这种矫直机克服了压力矫直机断续工作的缺点，使矫直效率成倍提高，使矫直工序得以进入连续生产线。 行辊矫直机的工作原理 从压力矫直机到辊式矫直机在技术上完成一次较大的跨越，这个跨越的理论基础就使金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 12 曲程度差别会显著减小，甚至会 趋于一致。随着压弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一致趋近于零值而达到矫直目的。因此平行辊矫直机必须具备两个基本特征，第一是具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次的反复弯曲；第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案 4。现以 5辊式矫直机为例，相应的 5辊式矫直法示于图 4属条材通过两排交错配置矫 直辊的辊缝时经受 3次反复弯曲而被矫直 5。其矫直过程的理论分析可参看图 4中曲线代 表工件的弯曲弯矩比 M 与弯曲曲率比 C 的关系。它既包含弯 矩与弯曲程度的关系，也包含弹复能力与弯曲程度的关系。当工件原始的最大弯曲用曲率比0C表示时，第一次压弯达到1于0于0弯曲增加很大反向弯曲，由0于原始无弯曲的部分即零曲率部分也压成1果当工件离开第 2 辊之后三条压弯曲线（ M C ）皆22 - 1 33 c 2 图 4直过程理论分析图 32 45图 4辊矫直法 宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 需从与1、 1 及 O 处按弹性规律弹回到1 O 处。原始的弯曲程度为00，一次弯曲后残留弯曲程度差为11。这不仅表明新的弯曲状态已经由异向变为同向，而且弯曲程度也减少得十分明显。当工件行进到第 3 辊处用减小的压弯22 1及02C（02 1）压成反弯。至于第一次残留的 的弯曲将一直处在两个边界值之间而不必讨论。当工件离开第 3 辊后两条曲线将由 2 及 2 点弹回到2。二次弯曲后的残留弯曲程度差为22 又有明显的减小，同时各自的弯曲程度也有显著的减小。 M C 曲线的收敛性也表现在这里。当工件进入第 4辊时，从03C（03 2及03C（03 2）开始的两条 M C 曲线与压弯量3及 3 。在工件走出该矫直辊缝后，工件由 3及 3 弹复到3点，若3绝对值都不超过矫直质量允许范围，则为合格。从这个矫直过程看，压弯量增大时残留量的差值减小，当压弯次数增加时残留量的差值也减小，递减量合适时残留量才能趋近于零值。这也说明矫直过程必经的两个阶段，第一段是减小差值，第二段是消除残完。也可以说是先统一（残留弯曲）后矫直。 构参数计算 系与辊数 本次 设计根据所要矫直工件的形状的要求，采用如图 4 在辊系确定之后，要进一步考虑辊数应该如何确定。小变形逐步矫直法所需辊数从图图 4辊矫直机原理图 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 14 4定性分析中已经可以看到用三次弯曲即用 5 辊矫直机可使残留弯曲变得很小 6。以下进行定量讨论： 根据矫直曲率比方程式为 6： 23002 2 / ( ) 1 / ( )w w C C C C (4此式所代表的0 系 曲线示于图 4 按着这条曲线可以很容易根据原始曲率（比）找到最小变形所需之矫直曲率（比）。由于一根条材上各部位的原始曲率不同，必须先把最大的0时又会把最小的0C=0）压弯变成下一次矫直的对象即新的最大0此逐步进行矫直，直到最后达到允许残留弯曲时便完成了矫直工作。其间所需辊数就是 理论辊数。在这一计算过程中，首先需要算出的是压弯曲率（比）；其次需要算出的是残留曲率（比），即矫直部位经第二次压弯所残留的曲率（比），其表达式为： 232 2 / 1 /c w f w w w C C M C C C (4此式所代表系曲线示于图 4 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 511 . 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 . 71 . 81 . 92原始曲率比矫直曲率比图 4系曲线 0 of 宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 工件的原始曲率为 10 6 . 5 1 0 m 4极限曲率： 22 H E(4其中t 金属的弹性极限应变 t 金属的弹性极限 H 工件的断面高度 E 金属的弹性模量 根据已知条件，t 460 H 88E 12000（由于工件是在 1000以弹性模量 E 被极大削弱 1）带入数值，得出412 4 6 0 8 . 7 1 0 m 0 0 0 8 8 。则原始曲率比 00 6 . 5 0 . 7 58 . 7 （ 4 考虑到弯曲的方向性，则0C 第一次将其中 矫直，而 第二次反弯中矫直。 1 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7 1 . 8 1 . 9 200 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 4矫直曲率比反弯曲率比图 4系曲线图 of 凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 16 将原始曲率比0C 带入 23002 2 / ( ) 1 / ( )w w C C C C 中，得 ，因此两次所用之 121 。 此结果带入 232 2 / 1 /c w f w w w C C M C C C 中，得出残留曲率1 。11 02继续以上步骤，将02 / ( ) 1 / ( )w w C C C C 中，得出 3 类推得出2 至此，三次矫直工序已经完成，第三次反弯后残留曲率为： 4 5 122 8 . 7 1 0 0 . 1 1 9 . 6 1 0 m mc t C （ 4 与此2 221 / 1 0 4 1 7 m （ 4 每米长工件的相应挠度为： 222 2 2 500c c c （ 4 所以 222 1 0 4 1 7 1 0 4 1 7 5 0 0 1 2 m m / 基本符合矫直标准。也就是说，采用五辊矫直机已经能够满足矫直精度的要求，因此确定矫直机的辊子数量为 5。 径、辊距与辊长 矫直辊的主要任务是使工件得到矫直所需曲率的压弯，其次还需考虑咬入条件和强度上的需要。矫直所需压弯曲率要明显大于弹性极限曲率（其增大的倍数与工件材质和断面有关，如一般强度且强化 特性较小的矩形类断面所用的曲率倍数为 3 4；强化特性较大的或金属集中于中性层的菱形或圆形类断面所用倍数为 4 5。由于压弯曲率比（当于压弯曲率（弹性极限曲率（比，即上述的矫直曲率所用的倍数。因此，各种其反数便是矫直曲率半径，即用w t C，算出矫直辊半径为： 112j w w t t C A C （ 4 矫直辊直径为： 2 （ 4 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 带入数据，得 459此结果作为参考的一个数据，并非最终确定的辊子直径。还需从咬入条件以及工件的加工时的状态来讨论，引入 在工件能够被咬入的条件下辊子直径最大值公式： 0 5 （ 4 带入数值，算出结果为 D 1 2 0 0 0 8 80 . 0 4 5460 103合以上两个结果得出最后结果，取 100 辊子之间的距离由公式 （ 4 确定，式中 。辊子压弯量单独确定时 取大值，集体调节时 取小值。式中的D 为辊子的最大直径。根据这个公式，带入数值得 1 . 1 5 1 4 0 1 6 1 m ，即 161 ，取整得 160 辊子长度主要决定于工件宽度及孔型线数。其次要考虑辊子两端及孔型间的结构余量。因此型材矫直辊辊身长为 m a x ( 1 )L n B n b a （ 4 式中 n 孔型线数 工件的最大宽度 b 孔型间的结构余量， m a x( 0 0 a 辊端的结构余量 ， m a x( 0 0 其中， 1n ；m 8m ； ； 。 带 入 公 式 ， 得 出8 8 (1 1 ) 0 . 2 8 8 0 . 2 5 8 8 1 1 0 m ，即 110 能参数计算 辊式矫直机的力能参 数包括矫直力、工作转矩及驱动功率。在矫直辊按照压弯方案调定之后，各辊对工件的压弯程度，即压弯曲率（比）便可确定。在已知原始曲率（比）条件下可以计算总曲率（比）变化并进一步计算矫直弯矩、矫直力、传动转矩及驱动功率。 矫直弯矩为 2( 1 . 5 0 . 5 / ) M M C （ 4 26（ 4 贾凯： 火车制动梁用异型材矫直机的设计 18 0 C （ 4 式中 弹性极限弯矩 M 弯矩比 C 总曲率的变化量 B 工件最大宽度 H 工件断面高度 0C 工件原始曲率 工件矫直曲率 综上 2 201 . 5 0 . 5 / ( ) 6 C （ 4 2 28 8 8 8 4 6 0 1 . 5 0 . 5 / ( 0 . 7 5 1 . 7 4 ) 7 4 1 5 5 8 8 5 N m m 7 . 4 2 k N 即 7 k N 矫直力为 8MF p （ 4 其中 p 辊距 带入数值，38 7 . 4 2 3 7 1 k 0 1 0F ，即 371 矫直辊所受的矫直力直接作用到轴承上。由于机架与辊轴的结构不同，轴承压力的计算方法也不同。本次设计采用简支式结构，如图 4 图 4支式结构图 宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 矫直辊转矩计算公式为 ()2dT f F （ 4 式中 f 工件与滚面的滚动摩擦系数，通常取 轴承摩擦系数，采用滚动轴承 0 5 0 d 轴颈直径 带入数值，得 0 . 0 0 5 0 . 0 5( 0 . 0 0 0 8 ) 3 7 1 0 . 3 4 k N ，即 0 k N 驱动功率公式为 （ 4 式中 T 矫直辊转矩 v 矫直速度，这里 矫直机传动系统效率，取 33B G k c ，B 对滚动轴承效率， 式 齿 轮 传 动 效 率 ，c 轮 联 轴 器 的 效 率 ， 则33
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