矫直机的主传动系统设计

I矫直机的主传动系统摘要我设计的题目是“矫直机的主传动系统”。矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。矫直机通过矫直辊对棒材等进行挤压使其改变直线度。一般有两排矫直辊，数量不等。也有两辊矫直机，依靠两辊（中间内凹，双曲线辊）的角度变化对不同直径的材料进行矫直。主要类型有压力矫直机、平行辊矫直机、斜辊矫直机、旋转反弯矫直机等等。本设计是根据包钢无缝钢管厂的斜六辊矫直机设计的，采用两台电机驱动。在这次设计中，我完成了以下工作：设计方案选择与确定；电动机和减速器的选择；轴的设计与校核；联轴器的选择与校核；轴承的选择与校核。经过上面一系列的设计计算及校核，设计出的矫直机可以正常安全的工作。关键词：矫直机斜辊主传动IIStraighteningmachinemaindriveAbstractIdesignisentitledstraighteningmachinemaindrive.Straighteningmachineisametalbar,pipe,wire,andotherequipmentforstraightening.Straighteningrollerstraighteningmachinethroughthebarsofpressureforthemtochange,suchasstraightness.Therearetworowsofstraighteningroller,thenumberofranges.Therearealsotworollerstraighteningmachine,relyingontworollers(ConcaveIntermediate,hyperbolicroll)theperspectiveofthedifferentchangesinthediameterofthematerialstraightening.Typeofstraighteningofthemainpressure,balancerollerstraighteningmachine,shoesrollerstraighteningmachine,anti-rotationbendinglevelerandsoon.Thisdesignisbasedonsix-cladsteelseamlesssteelpipeplantinobliquerollerstraighteningmachinedesign,Usingtwomotors.Inthisdesign,Icompletedthefollowingwork:designoptionsanddetermine;motorandreducerofchoice;shaftdesignandverification;couplingofselectionandchecking;bearingselectionandchecking.Aftertheaboveseriesofdesigncalculationandchecking,straighteningmachinecandesignasafeworkingproperly.Keywords:obliquerollerstraighteningmachinemaindriveIII目录1.绪论.11.1引言.11.2我国无缝钢管行业的发展趋势.21.3中国无缝钢管行业发展现状.31.4我国无缝钢管行业存在的问题.41.4.1生产过剩，供大于求.41.4.2品种结构急需调整.41.4.3自主创新能力不强.41.4.4管坯质量不高，有待提高.41.4.5产品质量不高，精整尚需加强.51.4.6提高管理水平，优化经济指标.51.5无缝钢管生产工艺.61.5.1无缝钢管生产工艺流程.61.5.2其具体工艺过程如下.62.矫直机设计方案选择和确定.92.1矫直机设计方案.92.2矫直机的设计方案确定.103.矫直机主传动的力能参数计算.113.1弹性核心半径和管材极限弯矩的确定.113.1.1确定弹性核心半径.113.1.2确定管材的极限弯矩.123.2管材变形的确定.123.2.1管材的弯曲变形.133.2.2旋转弯曲变形能的确定.143.2.3管材残余变形能及旋转弯曲好能比的确定.173.3管材导程的长度确定.183.4矫直力的分析与计算.19IV3.5驱动功率的计算.213.5.1各轴承的摩擦功率.223.5.2工件滚动摩擦所消耗的功率.223.5.3工件塑性弯曲所消耗的功率.234.电机和减速器的选择.244.1电动机的选择.244.1.1电动机的选用原则.244.1.2电动机的选择.254.2减速器的选用.254.2.1传动机构的总传动比.254.2.2分配传动装置各级传动比.264.2.3传动装置的总体布置.264.2.4传动装置各轴的运动和动力参数.264.2.5减速器的润滑与维护.275.轴的设计与校核.285.1.轴的结构设计.285.1.1轴的结构设计原则.285.1.2选择轴的材料.285.1.3初步确定轴的最小直径.285.1.4轴的结构设计.295.1.5求轴上的载荷.315.1.6按弯扭合成应力校核轴的强度.335.1.7精确校核轴的疲劳强度.335.2本章小结.376.联轴器的选择与校核.386.1联轴器的选用.386.1.1联轴器的功能与分类.386.1.2选择联轴器的原则.386.1.3联轴器的选择.38V6.1.4联轴器校核.397.轴承的选择与校核.417.1轴承的选用原则.417.2轴承的选用.417.3轴承的寿命计算.428.键的选择与校核.438.1键的选择.438.1.1连接电机与减速器的键.438.1.2连接矫直辊与联轴器的键.438.2键的校核.44结束语.45参考文献.46VI11.绪论1.1引言无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。我国无缝钢管行业近几年出现了有史以来最快的发展，连续六年产销两旺，产品结构调整成效显著，自给率逐年提高。2004年中国钢管产量达到2123万吨，占全球钢管产量的25%以上，无缝管和焊接管均实现净出口的良好态势，市场价格一直高位运行。技术改造和投资创历史新高，技术装备大为改善，出现了两个百万吨级的无缝钢管生产企业，跨人全球大钢管集团的行列。如同中国钢铁工业发展一样，尽管近几年钢管行业取得了令人瞩目的成就，从产量上已占全球1/4以上，但从技术装备、产品质量和产品档次、企业的经济规模及主要技术经济指标等方面看，与国际先进水平比仍有一定的差距。2005年全球无缝钢管产量为2328万t，2006年为3200万t，2007年迅猛增加到3720万t，2008年增加到4110万t，2009年预计将达4300万t左右。增量绝大部分来自中国，中国是增长最快的地区。世界10大无缝钢管生产国分别是中国、日本、美国、俄罗斯、乌克兰、德国、意大利、英国、法国、阿根廷。中国、独联体、西欧是主要的无缝钢管生产地区，占全球的78%。中国无缝钢管产量在全球的比重不断增长，2006年占全球的45%，2007年约占50%，2008年2009年占全球无缝钢管产量的半壁2江山。中国是最大的无缝钢管生产国，也是最大的消费国，2008年产量达到2018万t，比2007年增长200万t，在国内表观消费量下滑12%的情况下，新增产能主要用于净出口的增长。1.2我国无缝钢管行业的发展趋势无缝钢管主要由热轧钢生产，除热轧管外，尚有采用热轧穿孔冷轧或冷拔工艺生产小规格的无缝钢管，无缝钢管在钢管中的比例近几年稳定在42%45%左右，焊管有上升的趋势。无缝钢管与焊接钢管比较是材料的可靠性和品种适应性强，尤其适应壁厚和合金钢的生产。主要问题是投资高、成本高、制造工艺复杂、壁厚和椭圆度公差大。而焊接管实际上是板材的深加工产品，其成本和价格主要取决于板材的成本和价格，在价格相近的条件下，无缝钢管的市场竞争力因其可靠性强而提高，随着钢板质量的不断改善和焊管技术装备水平的提高，部分无缝管市场有被焊接管替代的可能，但这只是非常有限的领域。（1）热轧工艺是无缝钢管的主要制造方法，占无缝管产量的80%。目前我国拥有100mm以上热轧管机组41套，其中热连轧机组9套，产能445万t；精密轧管机组5套，产能60万t。热连轧管机组的生产能力约占无缝管总能力的45%50%。热连轧管机组生产的品种和质量水平除轧机本身的技术水平外，在很大程度上受冶炼和连铸的制约，因此先进的工艺流程应该是指冶炼至管加工的完整流程。国际知名无缝管企业大都是完整的专业钢管厂或钢联合企业，靠外购坯制造无缝管的企业难以在激烈的市场竞争中占领阵地。采用电弧炉或转炉冶炼LF炉外精炼、VD真空处理、全保护浇注连铸圆管坯热连轧机管加工，被认为是当今国际先进的无缝钢管生产工艺流程，采用上述工艺流程可以生产诸如石油专用管、高压锅炉管、中低合金管等。钢的质量水平可以达到较高标准，一般，深脱硫可以达0.005%以下，1520ppm，C0.15%SH2pm可控制在，连铸温度变化控制在1015摄氏度。天津钢管公司、宝钢2商贸（钢管）公司、鞍钢无缝厂、宝钢无缝长均已实现上述工艺流程，攀成刚无缝和衡阳钢管公司也在抓紧配套工程建设，近期可实现上述工艺流程。对于冶炼设备，电弧炉或转炉容量不宜小于70100t。为钢包精炼创造条件，要充3分重视连轧机组的在线检测手段和高压锅炉管的生产线，应配备高水平的热处理和加工系统，逐步实现钢坯的热装热送和在线常化、控轧控冷的工艺。（2）目前国内冷拔无缝钢管约有20%是采用100mm以下小穿孔机穿孔后的毛管经冷拔或冷轧制制做的。据不完全统计，国内拥有上千条冷拔管机组和近千条冷轧管机组，供冷拔的穿孔机110余套，主要是100mm以下规格，冷拔管与热轧管比较具有成材率低和耗能高、劳动生产率低的劣势。多数小企业设备落后，自动化程度低，大部分规格完全可以由热轧钢管机组生产。应逐步实现以热带冷，降低成本和资源消耗。若仍用冷拔或冷轧工艺解决，也应采用自动化程度较高的液压冷拔机组和到素超长形成冷轧管机等当今国际上先进技术。1.3中国无缝钢管行业发展现状(1)生产发展与表现消费现状2004年，我国无缝钢管和焊接钢管产量均为世界第一。2000年以来，我国钢管行业高速发展，钢管产量增长与全成品钢材增长几乎同步，即成品钢材平均每年以2164%高速增长，其中钢管以208%的高速增长，管材比保持在70%左右。产量居世界第一位，成为名副其实的钢管大国。1981年-2004年，我国无缝钢管产量及表观消费量总的变化趋势是稳定、同步增长，1999年以前消费量一直高于生产量，并有一定波动(80万吨左右)。2002年前表观消费量略大于国内生产量，2003年基本持平，2004年生产量略大于表观消费量，预计2005年生产量将开始明显超过表观消费量。(2)产能建设现状目前我国有无缝管厂家130家左右，近200台套机组。其中能生产热轧成品管且工艺技术装备较完整的有近30家，生产总量超过600万吨，占无缝钢管总量的60%以上。这类生产厂绝大多数为国有企业，技术装备先进，单线生产能力高(天管250机组、宝钢140机组均超过80万吨)，产品质量好，是无缝钢管生产的主导企业。其余企业主要是为冷轧冷拔提供毛管或荒管坯料的中小企业，设备比较简单，单线生产能力较低，产品以结构管、低中压锅炉管和一些多规格小批量的冷轧冷拔产品为主。在这类企业中也有一批装备水平适中，产品质量较好的企业，它们占据了市场相当的份额。但是这类企业大部分为购4坯生产企业，其管坯的采购和质量没有保证，尤其是近年矿石价格大幅度上涨，使管坯价格也在上涨，钢管的利润空间越来越小。另外，随着供坯企业后续加工线的建成，管坯资源也会减少，未来生产将会面临困境。1.4我国无缝钢管行业存在的问题在我国无缝钢管行业飞速发展的同时，也出现了诸如产能过剩、品种结构调整难度进一步加大以及技术创新能力不强等问题。1.4.1生产过剩，供大于求据估计，未来几年我国无缝钢管的表观消费量应在1000万t/a左右。而我国无缝钢管的产能已达到1200万t/a以上，并且当前投资热情还相当高。如不引起高度重视，继续盲目扩大产能，势必造成供求关系的严重失衡，不利于整个行业的健康发展。1.4.2品种结构急需调整从总体上讲，我国无缝钢管的品种结构调整取得了很大的成绩，出口管的品种也正在不断优化，油井管的国产化率和出口量迅速提高。但从有关部门了解到的情况看，我国出口钢管量大而价低，进口钢管量小而价高。2005年出口无缝钢管的平均价格为1068美元/t，而进口无缝钢管的平均价格为2509美元/t。其中进口的30万t高压锅炉管平均单价达到了3358美元/t。由此说明，我国在高端产品上还不得不依赖进口，而这一部分产品的生产技术难度最大，质量要求更高。可见品种结构调整进入了攻坚阶段。1.4.3自主创新能力不强从20世纪80年代宝钢引进第一台连轧管机组以来，我国共引进了10套连轧管机组、2组Assel轧管机组，由此使我国无缝钢管机组水平得到了迅速提高；但另一方面也表明了我国无缝钢管生产装备技术主要依赖国外，自主原始创新、集成创新和消化、移植后再创新的能力不强。这一现象与我国处于钢管5产量大国的地位（占世界总产量的40%左右）极不协调。1.4.4管坯质量不高，有待提高随着我国先进轧管机组的建成投产，通过这些机组生产的无缝钢管，其外径公差、壁厚公差以及表面质量均能达到国际一般水平或国际先进水平。目前，钢管质量的差距主要体现在钢质纯度以及性能的稳定性方面，除几个生产规模较大的钢管生产企业具有比较完善的供坯条件之外，一些小厂还得从市场购买管坯。即使是自供管坯的企业，其精炼能力和钢中有害元素的控制水平也参差不齐，P、S含量与国外高质量产品相比几乎是相差1个数量级的水平，而夹杂物含量的距离就更大。那些管坯靠吃“百家饭”的钢管厂，其钢质问题就更为突出。因此，必须提高冶炼的装备水平以及增强精炼能力，再配合以较高的热处理装备技术条件下来提高钢管的性能稳定性。1.4.5产品质量不高，精整尚需加强精整工序是保证专用钢管质量的重要工序之一。多年来，我国钢管企业存在重视钢管成型工序，而轻视钢管热处理工序、精整工序以及后续探伤减产工序的现象，且问题比较突出。这些工序不是处理能力不足，就是工序流程不畅或是装备水平配置较低，难易满足生产高质量产品的要求。甚至在某些厂所使用的检测设备，其水平比用户验收所用的探伤机的水平还低很多。这一现象也反应了我国钢管生产还处在一个粗放的生产阶段。1.4.6提高管理水平，优化经济指标我国无缝钢管生产企业因为生产机组水平的不同、管理水平的高低和对环保认识的差异，造成了对资源、能源利用上的不同效果。供坯条件不配套而又采用冷轧(拔)生产工艺的企业，常常要经过多道次冷加工、退火、酸洗工序，造成了对资源、能源的浪费和对环境的污染，这类企业应十分重视废酸的综合治理。迄今为止，还没有一家企业真正能成规模地实现连铸坯热送工艺。有些企业的经济技术指标也不先进。其主要原因是由于无缝钢管是高附加值产品，在但前钢管市场较好、价格较高的情况下，企业往往以提高产量扩大生产规模6获取更大利润为目标，而提高技术经济指标、节能降耗等方面对企业利润的影响不如提高产量那样突出，导致人们对节能降耗的工作重视度不够。1.5无缝钢管生产工艺1.5.1无缝钢管生产工艺流程管坯锯坯加热穿孔机连轧机脱管机再加热炉定径机张减机冷床管排锯矫直机探伤倒棱热处理成品标记入库如图1.11.1无缝钢管生产工艺流程1.5.2其具体工艺过程如下（1）管坯锯的生产过程：管坯从清理台架上一根根送到辊道上，经过称量测长以后，从辊道上拨到一个横架上；在由一个装有翻转斜槽的横移小车从横架上取出四根圆坯，然后送到火焰切割机的输入轨道上，通过四线火焰切割机进行切割。（2）管坯加热:无缝钢管管坯加热过程一般分为低温和高温两个阶段。低温阶段是加热一些合金钢和高合金钢的关键，这是因为这些钢在低温阶段导热性差、塑性低，若采用过快的加热速度会产生加热裂纹甚至破碎。高温阶段是指金属被加热到700800以上时，金属的塑性显著提高，故可采用较快的加热7速度，以提高炉子的加热能力、减少氧化和脱碳等加热缺陷。高温阶段的主要问题是如何保证管坯加热均匀、改善金属的组织结构，减少氧化、脱碳和防止过热、过烧。其中加热温度均匀是生产工艺中很关键的问题。管坯加热不均将带来毛管壁厚不均、内外表面缺陷以及轧制过程不能顺利进行，如出现不咬入、轧卡等生产故障。因此，在加热阶段结束，要有一定的保温时间（均热），这对加热大直径无缝钢管管坯尤为重要。（3）穿孔后的荒管到输出辊道的端部后进行穿孔，轧制后芯棒被包在钢管中，仅露出尾部。由拨料器将带芯棒的钢管拨至移送链上，拨至脱棒轨道上进行脱棒。芯棒被送到脱棒机后的辊道上，通过接料钩将芯棒拨入芯棒冷却水槽中。冷却后的芯棒在依次由水槽拨至芯棒送进装置的台架上。(4)连轧机:为使空心毛管进一步减径减壁,则须在轧管机上将穿孔后的毛管进一步加工。（5）管坯定心及穿孔机：管坯定心是指在管坯前端端面中心钻孔或冲孔，其目的是防止穿孔时穿偏，减小毛管壁厚不均，并改善斜轧穿孔二次咬入条件，使穿孔过程顺利进行。（6）脱管机：限动芯棒轧制时，最后有一段芯棒留在钢管中，需要脱棒。为此，在轧机的出口端设置脱管机，因为钢管通过时有一定的减径量，这样，钢管从轧机中出来后，就可不停止地由脱管机将其从芯棒上脱去。（7）定径，减径和张力减径：这两个过程是空心体不带芯棒的连轧过程。定径的任务是在较小的总减径率和小的单机架减径率条件下将钢管轧成具有要求的尺寸精度和真圆度的成品管。减径的任务除了起定径作用外，还要求有较大的减径率，以实现用大管料生产小口径钢管的目的。张力减径则除有减径任务以外，还要达到利用各机架间建立张力来实现减壁的目的。（8）冷床：冷床是钢管机组和热处理作业线上必不可少的设备。其类型有链式，步进式和螺旋式三种。钢管冷却方式随其材质而异，对大多数钢种，采用自然冷却即可达到要求。（9）矫直机：不论热轧或冷加工的钢管其内部往往存有残余应力，因此在热轧和冷拔冷轧以后钢管都会产生一定程度的弯曲。（10）钢管的切断、切头和倒棱：钢管矫直后需要进行切断切头或倒棱。在8钢管以倍尺长度矫直或者钢管要求定尺交货的情况下，需要将钢管切断，否则就只需切头。(11)热处理：热轧状态下达不到技术条件所要求的机械性能和组织状态的钢管，如不锈钢管、轴承管、高压锅炉管等，在精加工或交货前要热处理。（12）标记入库：钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。92.矫直机设计方案选择和确定2.1矫直机设计方案斜辊矫直机有4种基本形式；二辊式多棍交叉式六辊式和七辊式。上述矫直机有各自的优缺点。为了能正确的选择，必须根据管棒的平直度和表面光直度和矫直速度来考虑。方案一：采用两个矫直辊。如图2.1图2.1方案二：采用7个矫直辊。如图2.2图2.2方案三：采用六个矫直辊。如图2.3图2.3102.2矫直机的设计方案确定方案一：优点：使工件得到全场矫直，解决了工件头尾两端在一般矫直机上不能矫直的难题；使矫直机质量得到很明显的提高；对圆材的外径有较强的圆整作用，显著的减少了椭圆度；可以有效的消除矫直后的圆材缩径现象；在矫直过程能提高表面粗糙度。缺点：矫直的速度较低；导板的消耗量大；对管材的矫直容易造成缩径。方案二：优点：在多辊矫直机上工件一次通过矫直，客服了过去需要多次反复矫直的缺点；矫直时不需卫梁的优点。缺点是：造成了及其结构庞大，咱地面积增加，动力消耗也增加；矫直时产生大的单位压力且两端不能被矫直。方案三：优点：六辊矫直机六个轧辊都是主动的，钢管本身不传递扭矩，可以保护管面；六辊矫直机辊间负荷均衡，三对轧辊辊径相同，方向相反，并有较长曲面对置；钢管在六辊矫直机上横向压扁矫直，受到来自两个轧辊的作用力，易压成椭圆形，钢管直径不会变化且应力分布均匀。方案三与其他方案矫直机比较有以下特点，在矫直过程中，轧辊作用在钢管上的力应是平衡的，矫直后钢管上的残余应力是最小的；钢管端部得到很好地矫正。把包辛格效应减至最小。从经济上考虑：方案三矫直速度快，占地面积适中。方案确定：使用方案三六辊斜辊矫直。布置形式：2-2-2。如图2.4。图2.4六辊矫直的结构113.矫直机主传动的力能参数计算矫直机的技术性能参数：1.钢管规格：外径180mm；长度10000mm；壁厚6.5mm。2.最大屈服强度：。MPas30(max)3.矫直要求：矫直后钢管弯曲度：管体：0.75mm/m;管端1mm/m（1.2m内）。4.矫直辊：喉径440mm;辊长：650mm;辊距1100mm。5.矫直速度：0.5m/s。6.矫直辊调角范围:30-36，安装角34。矫直机力能参数包括矫直力和驱动功率。3.1弹性核心半径和管材极限弯矩的确定由于外力作用而产生的内应力必然形成两者之间的大小相等方向相反的平衡关系，算出内力矩就等于找到产生该种弯曲的外力矩，即弯矩。管材矫直是塑性变形一般都需要深入到管内径，但不需要深入的过多。有些管材在塑性变形未深入到内径条件下也能矫直。其原因在于原始弯曲程度比较轻微，塑性变形深度可以浅些，其次看塑性变形面积所占的比重。当外圈塑性变形所形成的环形面积占据对优势时，矫直便不成问题。管材的弯矩实质上是通过粗细两个棒材的弯矩之差来求得的。3.1.1确定弹性核心半径已知大圆半径：R=180/2=90mm,壁厚6.5mm，所以小圆半径：r=90-6.5=83.5mm。管径比：9.095.83mRra根据表3.1，可知弹区比=0.812a值0.9值0.8表3.1而（3-1）Rt式（3-1）中：；弹性核心半径，mtR。大圆半径，所以弹性核心半径：t728.09因为，即钢管的塑性变形已经深入到小圆半径以内，证mrRt5.830明小圆有塑性变形。3.1.2确定管材的极限弯矩管材的极限弯矩：tM(3-2)414StR式中（3-2）中：外径，mm；管径比；管材的as屈服极限，MPa。mNRMst443109.513.2管材变形的确定金属管材受外力作用产生弯曲时，外力所做功的一部分用于弹性变形，另一部分用于塑性变形，还有一部分变成热量而散失。弯曲功的绝大部分用于变形，故这里讨论的主要就是变形所需的能量。矫直中的变形属于弹塑性变形，变形的初始阶段都是弹性变形；然后进入到弹塑性变形阶段。其弹性变形混在13一起。弹性变形是一种蓄能变形，他决定金属的弹复能力；塑性变形是永久变形，他决定耗能的多少。因此，必须把混在一起的变形分离成弹性与塑性两种变形才能进行耗能计算和弹复量的计算。3.2.1管材的弯曲变形计算管材的变形就是先根据外径算出粗棒的变形能，再根据内径算出细棒的变形能，然后相减所得的便是钢管的变形能。粗棒的变形能：1）粗棒的弹性变形能：大tU（3-3）12212t44ERUSins大式3.3中，外径，mm；管材的屈服极限，MPa；弹区比。s8.018.048.01.428.01.39023.U22126tSin大mN31.2）粗棒塑性变形能：大sU（3-4）1212SsSin3ER大mN3121926210.8.0Sin0.3）粗棒总变形能：大U（3-5）大大大stUmN33105.2.细棒的变形能：141)细棒弹性变形能：小tU已知:(3-6)92.0Rra细棒的弹区比：87.001202102S44ERSinUt小mN312219262106.87.0sin87.0487.0.385.1）细棒塑性变形能：小sU（3-7）0121002sSin3R小EmN3121926210.487.0Sin4.3）细棒的总变形能：（3-8）小小小sUtmN331064.4）管材总的变形能：（3-9）小大UmN331086.4.52153.2.2旋转弯曲变形能的确定旋转弯曲主要是指圆形材在斜辊矫直机中或在转毂矫直机中边旋转边前进的反弯矫直过程。旋转弯曲的实质是管材的弯曲不只在一个平面内进行，而是在全方位的所有平面连续旋转进行。如图3.1所示，以圆材为例在半径为z的环形面积上取小面积dF。它代表一束纵向纤维纵轴d旋转，在受到弯矩M作用下由02相角的旋转过程中将连续完成：拉伸弹回压缩弹出在拉伸的一个循环变形。现结合应力应变图分析第一个相位02的旋转过程。小纤维束受到的拉伸变形为235,其中为弹性变形，为塑性变形。同时在即第三个相位的纤维结acbc23束将产生大小相等方向相反的压缩变形及相应。由轴心d到半径caabcR端部包含dF在内的楔形纤维块在第一相位将产生的d15三角形的拉伸变形量；在第三相位将产生d15三角形的压缩变形量。其中d123及的梯形面积321代表弹性变形量；235及的三角形面积代表塑性变形量。接着转到第二相532位在的过程中拉伸的纤维块弹复到位置；第四相位中已被压缩的纤24d维块在2的旋转过程中弹复到位置。根据平截面原理，为一条34d直线。楔形纤维块继续旋转时，已拉伸的纤维块将重新进行与方才被压缩纤维块相同的变形过程；已压缩的纤维块也将重新进行与方才被拉伸纤维块相同的变形过程。这时整个断面完成了一个选装弯曲变形。16图3.1旋转弯曲及弹复后的应力应变图圆材旋转一周后，弹性变形的消耗能等于一次性弯曲的耗能，而塑性变形将是完全耗能变形。如图所示，环绕一周，任意的微单元断面将发生一次塑性拉伸和一次性压缩。于是单位长度棒材旋转一周的塑性变形能为：（3-11）ztdsRxsU42由于（由图上看到）及，代入上式变为；tstZz2d1-E4ttxsRt积分后整理得：（3-12）2322UtXS粗棒的旋转弯曲变形能：1）粗棒的塑性弯曲变形能)2(13R22sEUXS大17mN329262107.8.0)()1(.2）粗棒的旋转弯曲变形能（3-13）大大大txsUmN331057.2细棒的旋转弯曲变形能：1）细棒的塑性弯曲变形能小xsU87.0).2()1(102385.926mN7.02)细棒的旋转弯曲变形能（3-14）小小小txsUmN33104.26.7管材的总旋转变形能：（3-15）小大xxUmN331056.4.273.2.3管材残余变形能及旋转弯曲好能比的确定从上图中影线部分可看到残余变形及，前者为塑性变形区（235y及）内残余变形；后者为弹性变形区（d123及）内的残余变形。532321d他们分别为及。于是可以计算残余变形余能为：y18(3-16)dzRdzzRUyyxytt24240积分整理后，可得旋转弯曲的残余变形能为：（3-17）2arcsin125348ri162221222txyU粗棒的残余变形mNxy409.大细棒的残余变形3xy15.U小单位长度棒材旋转一周所需的弯曲能（3-18）xysxJ（3-2212212txJarcsin5316arcsin534884U19）粗棒旋转一周消耗的弯曲能mN4xysxJ107.2U大大大细棒旋转一周消耗的弯曲能5.6xysxJ小小小管材旋转弯曲的耗能比2212221222xJJarcsin5316arcsin53143884Ut191.23.3管材导程的长度确定1）管材的导程公式：（3-mtgDtg25.381104.320）式中：D-圆材直径：-棍子倾斜角度。令gL2）辊身的工作长度：gL据表3.1所示，mtg152420表3-1斜辊辊形的分类、基本参数及主要用途3.4矫直力的分析与计算2-2-2辊系的矫直机的辊子都是长辊，辊子全部成对配置，辊子全部为驱动辊。参看图3.2，辊系中中间部分的下辊可升降调整，各斜角可调。当辊子斜角较小并将工件抱紧时，在中间一对辊子向上抬起后工件内可产生如图b的弯矩，类似固端梁的弯矩图。当辊子斜角较大对工件抱得不紧时，便可产生如图c所示的弯矩图。为了达到矫直的目的，这两种弯曲的弯矩区都不应小于一个螺旋导程，即。两个固端区可按。tSgL21图3.2，2-2-2辊系矫直力作用力模型(3-21)gtLMF35.11N4103.52.（3-221sgpPFM22）22tggtMtLpLmM2/35.16.2即：tggtLpF2/35.1.2154106.2109.5381.2./.其余各力可按,计算13F3F2故：（3-23）tgggMLtLpNtMg54108.4238.296.3此时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来计算。于是辊面法相压力总和为：3.2F(3-24)COS21.3F总N55104.67cos驱动功率的计算矫直机工作时所消耗的功率包括：各轴承的摩擦功率、工件滚动摩擦功率23所消耗的功率和工件塑性弯曲所消耗的功率。下面分别计算各功率。3.5.1各轴承的摩擦功率(3-25)60dzng1合FP式中：