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F钉自动压扁机设计【含10张CAD图纸】,含10张CAD图纸,自动,压扁,设计,10,CAD,图纸
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毕 业 设 计 中 文 摘 要本次毕业设计是设计F钉自动压扁机，该设备所要解决的问题是能够自动连续将圆钢丝压扁成要求厚度的扁钢丝以实现钢丝粘合成排，用于高效高速低成本的向排钉生产提供原料。自动钢丝压扁机是钢材轧制技术和机械自动化技术的结合产物，该系统可在无人看管的情况下自行将钢丝连续压扁到规定厚度，并在断丝时自动停机，布线机构可将扁线均匀缠卷，钢丝接入设备就可自动开卷，自动校直，自动压扁，自动缠线。在钢丝通过校直机构后进入轧辊压轧机构，设备采用两个轧辊将钢丝冷轧成扁丝，通过做往复直线运动的布线机构将钢丝均匀缠到辊子上，最终实现钢丝的自动开卷、校直、压扁和自动下料。关键词 F钉 校直 压扁 冷轧 自动 本 科 毕 业 设 计 第 36 页 共 37 页毕 业 设 计 外 文 摘 要Title The design of the squashing machine for F nail AbstractThe graduation project is to design auto-squashing machine for F nail, the problem to be solved is to complete that a round wire will be automatically flatten into a flat wire which is satisfied with the thickness requirements in order to achieve the flat wire and wire rows for efficient high-speed nail to the row of low-cost raw materials reduction.The auto-squashing machine applies rolled steel wire technology and machinery automation technology, the system can be left unattended when it squash the wire to the required thickness of straight and broken wires in automatic shutdown, and the wiring body can arrange the steel wire regularly when winding line. When we put the wire access to the device, it can automatically open the wire, automatically rectifying, automatically squashing, automatically winding line.After the wire through the rectifying mechanism, it will be drawn into the pressure roll bodies which equipment use two rolls of cold-rolled steel wire to squash the round wire into a flat wire, and then the flat wire will be arranged regularly evenly wrapped around the wire roller through the wiring mechanism which do the back and forth movement in order to realize the ultimate realization of automatically opening automatically retifying, straightening, flattening and winding.Key Words F Nails ，Rectify ，Squash ，Cold-rolling system ， Automatic目 录1 绪论 11.1 钢丝压扁机的发展现状 11.2 冷轧薄钢板生产的发展历史 21.3 冷轧薄板技术在钢丝压扁机中的应用 32 方案确定与原理分析 42.1 本毕业设计课题内容及要求 42.2 总体方案的设计 43 主要机械结构设计123.1 校直轮的设计计算123.2 轧辊参数的确定153.3 轧制过程变形区及其参数的计算173.4 传动力矩的计算203.5 电机的选择233.6 减速轴设计233.7 带轮设计计算243.8 布线机构计算243.9 工作辊轴承的校核253.10 键的强度校核28结束语 30致谢 31参考文献 32图133图2341 绪论随着社会进步，自动化的概念越来越醒目，传统的手工操作制定已被慢慢淘汰，F钉以其适用方便快捷，应用场合广泛，操作简单，价格便宜等特点受到了人们的青睐，自动化程度的提高使人们享受到了舒适快捷的工作环境，最为F钉制造中心环节压扁系统已经受到了越来越多研发人士的关注。1.1 钢丝压扁机发展的现状随着建筑、装修、家具及包装等行业的日益火爆，市场对排钉的需求量不断增加。在排钉生产中，钢丝压扁机是用来将经过多道次拉拔的钢丝进行压扁，并将其缠绕在专用的线轴上，以备后续粘胶等工序用的机器。而排钉是把规则排列的单个钉子用树脂或塑料粘接起来的一种新型木工用钉。将排钉装人特制的射钉枪中，以电或压缩空气为动力，射人木板、塑料或其它复台材料中。它在建筑、装修家俱、包装等行业得到越来越广泛的应用，排钉的使用将逐步取代用榔头“打进钉子”的陈旧紧固方式。使用排钉的最大优点是工作效率高，省工省时，其工效是用榔头操作的2O倍。另一个优点是工艺性能好，所以在装修和家俱生产中大量采用排钉工艺，以取得造型效果。8O年代初，排钉在发达国家得到广泛应用，其用量已占全世界木工用钉消费总量的1520。9O年代随着我国对外开放的发展及建筑、装修、家俱等行业的繁荣，这种新型钉开始在我国应用，且用量逐年增加。与此同时，排钉生产的工艺、技术、设备也随之由国外引进，在枯海一带及内地部分省市已新建数家生产排钉的企业，形成金属制品行业的一个新领域。1.2 冷轧薄钢板生产的发展历史钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度20mm25mm的冷轧钢带。美国1859年建立了25mm冷轧机，1887年生产出宽度为150mm的低碳钢带。1880年以后冷轧钢带生产在美国、德国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐步建立了附属设备，如剪切、矫直，平整和热处理设备等，产品质量也有了提高。宽的冷轧薄板(韧带)是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始冷轧薄板的生产。1940年在新日铁广坝厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机可道式冷轧机，l400mm偏八辊轧机、l150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等，70年代投产了我国第一套1700m血连续式五机架冷轧机，1988年建成了2030m血五机架全连续冷轧机。现在我国投入生产的宽带钢轧机有18套，窄带钢轧机有418套。在这30多年中，我国冷轧薄板生产能力增加了20多倍，生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、台金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、徐层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着四化建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要，为此我们必须增建新轮机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。从世界上看：日本1960年冷轧板产量100万t，而30年后的今天生产能力已达2000多万t，增加了20倍。原西德1950年年产冷轧板16.3万t，而1974年达821.3万t，增加了50多倍。1.3 冷轧薄板技术在钢丝压扁机中的应用钢材在热轧过程中的温降和温度分布不均给生产带来了难题，特别是在轧制厚度小而长度大的薄板带产品时，冷却上的差异引起的轧件首尾温差往往使产品尺寸超出公差范围，性能出现显著差异。当厚度小于一定限度时，轧件在轧制过程中温降剧烈，以致根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需的温度。因此，从规格方面考虑，事实上存在着一个热轧厚度下限。70年代初期，日、法、意、原西德等国曾致力于用热连轧精轧机组增加8、9机架来生产1mm式0.8mm的薄带。但实践证明，从产品质量和设备重量来说这是不可行的。现代热连轧机，目前设计可能轧出最小厚度为1.2mm，但实际生产中很少生产1.8mm或1.5mm以下的热轧板卷。而冷轧则不存在热轧温降与温度不均匀的弊病，可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和冷轧蹿板。现代冷连轧宽带轧机和双机架二次冷轧可生产厚度为0.100.17mm的冷轧薄板，作为镀锡原板，即使不经二次冷轧也可生产0.23.5mm厚的冷轧薄板。现代可逆式冷轧机可生产0.150.35mm的冷轧板。多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm的产品，因此轧制厚度为0.8mm的线板时可以采用冷轧钢板技术而不用考虑钢板的热轧温降与温度不均匀的弊病等问题。目前热轧工艺技术水平尚不能使钢板表面在热轧过程中不被氧化，也不能完全避免由氧化铁皮造成的表面质量不良。因此热轧不适于生产表面光洁程度要求较高的板带钢产品。热轧板表面祖糙度热轧状态为20，酸洗后为25。而冷轧板表面清洁光亮，并可根据不同用途制造不同表面粗糙度的钢板。冷轧板按表面组糙度分为2种：一种是无光泽的钢板，其表面租糙度为310，一般适用于作冲压部件，并且当需涂喷刷漆时这种钢板附着性较强；第二种是光亮板，其表面祖糙度大于0.2，这种钢板主要作为装饰镀铬用厚板等。这样的表面质量热轧是无法满足的。2. 方案确定与原理分析2.1 本毕业设计课题内容及要求本毕设课题要求设计一台单根钢丝压扁机，应能够实现盘状圆料开卷，校直、压扁、自动下料等动作，通过对其相关资料的收集，调研和需求分析，确定其主机的设计方案，并对方案进行论证，绘制总体装配图及部分部件和零件图。产品规格为：圆料直径：1.0-1.6mm；压完厚度：0.4-0.9mm；线速度：10-250m/min。 2.2 总体方案的设计本设计生产的成品主要用于制作钢丝线板，原料为成卷的钢丝，每卷钢丝线板长约1O00m ，压扁后厚度约为0.8mm ，实现自动化的持续生产，易选用二辊轧机。具有水平扎辊的二辊轧机的适用范围为薄板轧机、冷轧钢板及带钢轧机、高生产率生产钢坯和线材的连续式轧机，所以初选二辊轧机来实现其钢丝线板的轧制。本课题设计的是能实现单根钢丝自动压扁的冷轧机械，其主要工序为：开卷、校直、轧制和自动下料。 2.2.1 开卷装置开卷装置的形式多样，机构性能不一。由于生产线对开卷装置性能没有较高要求，选取结构简单的一种装置并且结构紧凑、使用方便适合各种盘状卷材的开卷。该装置如下图所示:图2-1 开卷机构1.钢丝卷 2.支架体 3.穿丝环4.转臂2.2.2 校直机构方案分析校直机构采用滚轮设计，上下两排滚轮，钢丝从中间通过，只要滚轮之间的间距适当，就可以把钢丝校直。滚轮的材料依然要求耐磨耐高温来保证滚轮的寿命。钢丝细而长，很难顺利地到达相应的位置，因此需要一个导丝机构，可以利用一个带孔的装置将钢丝引到相应位置。该孔的直径要稍大于钢丝直径，并且途中不要拐弯，以保证钢丝可以顺利通过。该机构如图2-2所示。具体校直装置参见部装图。图2-2 牵引轮图示2.2.3 冷轧过程中对轧辊的要求在冷轧过程中，轧辊是使被轧带材产生变形的直接工具。出于辊轧机冷轧的特点，决定了对轧辊的如下要求：辊轧机冷轧的特点，决定了对轧辊的如下要求：a)由于重磨次数多，要求工作辊有足够的淬硬层(小直径的工作辊基本可全部淬透)。b)制造轧辊的材料必须是高质量的，不允许有白点、发裂和粗大的非金属夹杂物等缺陷存在，以防止轧辊的疲劳破坏，以及获得高精度、高光洁度的表面。c)为了获得高质量表面的带材，及轧制极薄带时所必备条件之一，要求轧辊表面有最高的光洁度。一般工作辊为1012级，支持辊为810级。d)为了获得横向尺寸均一反良好板形的线材，要求有辊型调整(纵向和横向)机构或第一层中间辊具有一定的凸度。2.2.4 轧制过程中对机架的选取轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度。根据轧钢机型式的工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。a)闭式机架闭式机架是一个整体的框架，具有较高强度和刚度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机，板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度。采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。b)开式机架 开式机架由机架本体和上盖两部分组成，它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和连接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。采用开式机架，只要拆下上盖，就可以方便的将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。本设计是对线材的压轧，压轧力不大，所以就这点来说机架是开式还闭式影响不大，由于本设备是单根压扁，保证产品质量的情况下结构越简单越好，故选用开式机架。2.2.5 咬入条件 为咬入角为摩擦角，即当摩擦角大于咬入角时才能实现自然咬入。如图2-3所示，当时，轧辊对轧件的作用力T与N的合力F的水平分力与轧制方向相同，则轧件可以被自然咬入。在这种条件下，即实现的咬入，称为自然咬入。显然愈大，即愈大于，轧件愈被咬入轧辊间的辊缝中。 图2-3 当时，轧辊对轧件作用力合力的方向2.2.5 电机的选择一、概述YCT系列电磁调速电动机（以下简称调速电动机）是一种控制简单的交流无级调速电动机，由交流三相异步电动机，涡流离合器（亦称电磁转差离合器）和测速发电机组成。通常与ZTK系列、ZLK系列（JZT3系列）、JDI系列控制器配合后组成一套交流调速驱动装置，装有测速负反馈自动调速系统。能在比较宽广的转速范围内，进行平滑的无级调速。 电磁调速电动机结构简单，运行可靠，适用维护方便（无整流子、无滑环），起动性能好，控制功率小，易于自控和遥控，调速比宽（1：10），调速精度较高，可广泛应用于钢铁、电站、电线电缆、石油、化工、造纸、纺织、印染、机械制造等行业作恒转矩交流无级调速之用。二、基本原理YCT系列电磁调速异步电动机的无级调速是由电磁铁转差离合器来完成的，它有两个旋转部分，圆筒形电枢和爪形磁极，两者没有机械联接，电枢由拖动电机带动并与同步旋转，当激磁线圈通入直流电后，工作气隙中产生磁场，电枢切割磁力线产生感应电势并形成涡流，由涡流产生的磁场与磁极磁场相互作用，产生电磁力，使爪形磁极和电枢作同一方向旋转（但始终保持一定的转速差），从而输出转矩，输出轴转向与拖动电机方向一致，改变激磁电流的大小，可以方便地调节输出转速。三、特性1、自然机械特性：涡流离合器具有软自然机械特性，如图中在一定的激磁电流（1）下，转速随转矩增加而下降，该机械特性类同卷绕特性，因此，在开环控制时，只要选择合理，可用于对张力要求不十分严的收卷机械。（见图一）2、人工机械特性：YCT调速电动机配上ZTK、ZLK、JDI系列控制器后的机械特性如下图，当负载在额定转矩Mn的10%-100%范围内变动时，控制器能根据测速发电机的信号，自动调整激磁电流，使输出转速基本不变。本系列调速电动机的速度变化率小于3%。（见图二）3、由于输入轴与输出轴之间没有机械上的直接联系，因而基本上没有失控区，在许多场合显示了它的优越性。4、效率：YCT系列电磁调速电动机的传递效率与输出轴的转速成正比，所以用户在设计选用本产品时最好较长时间使用在高速或中速段，低速段在短时间内使用，这样比较经济。四、控制器JDI型系列的电磁铁调速电动机控制器是机械工业部全国联合（统一）设计的产品，用于电磁调速电动机的速度控制，实现桓矩无级调速。其基本工作原理：从图1方框图可知，控制器由可控硅主回路、给定电路、触发电路、测速负反馈电路等环节组成。主回路：采用可控硅半波直流电路。由于励磁线圈是一个电感性负载，为了让电流连续，因此在励磁线圈前并联一个续6R二级管(C2)。主回路的保护装置：用熔断器(RD)进行短路保护，用压敏电阻1(Rv)进行交流侧浪涌电压保。给定电路：4w交流电压由变压器副边经BZ01桥式整流，Rl、cl、C2兀型滤波后，以WD2WD1,稳压管加到给定电位器w1，两端。测速负反馈电路：测速发电机三相(或单相)电压经D66桥式整流后由C3滤波加到反馈电位器W2二端，此直流电压随调速电机的转速变化成线性变化，作为速度反馈信号与给定信号相比较，由于它的极性是与给定信号电压相反的，它的增加将减少综合信号(等于给定信号反馈信号)，即起书负反锁的作用。使骨差沾实现嵌恒转矩无级调速。 从图2可知，JDIA型的速度指令信号电压是装在控制面板上的转速操作电位器产生的，从而实现手动控制的目的。图3为JDIA型各点电压被型图。2.2.6 减速方式的选择本设备为单根钢丝压扁，功率较小，且电机不光驱动轧辊，电机还要驱动上卷轴和布线机构，鉴于各机构分布情况选用带轮传动的方式来减速。带轮传动常用有摩擦带传动和啮合带传动。鉴于设备功率小同步要求低选用摩擦带传动。摩擦带传动又分为平带传动和V带传动，平带的截面形状为矩形,工作面为内表面, 主要用于两轴平行, 转向相同的较远距离的传动。V带的截面形状为梯形,工作面为两侧面, 带轮的轮槽截面也为梯形。 在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下, V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大,所以, V带传动能力强, 结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛，本设备就选用V带传动实现动力传动和减速，电机输出后经过中间一个减速轴的减速将动力传到压扁机构和上卷机构，使其线速度相同达到压完上卷的目的。2.2.7 布线机构的选择目前布线机构也有好多种，但大体分两种：纯机械式和机电一体式。纯机械式就是整个机构全部为机械机构，没有电气控制，换向全靠机械控制，丝杠上是一个带螺纹可换向轴，当导向滚走到极限位置丝杠拖动轴承继续运动的话就会使轴的螺纹换向，使轴向相反方向运动。另一种是机电一体式，通过电气控制使丝杠正反转，从而达到钢丝导向装置直线往复运动的目的。由于纯机械式布线器易于控制，且市场上有成品，且价钱便宜，故本设计采用光杠排线器，如下图所示:图2-4 光缸排线器结构图该光杆排线器排线均匀排线推力大，排线速度及排线距离可调，被广泛应用于电缆绳带等行业。2.2.8自动检测装置在系统中没有原理时要有自动提醒，以免生产者不知造成机器空运行浪费能源，自动检测装置采用杠杆原理如图2-5所示：将A端放到钢丝上，当有钢丝的时候A端不会落下，C端就会一直将按钮D按下，按钮D是个常开开关，当D接通时控制电机启停的继电器电源接通将电机启动，钢丝断时D断开，总电源关闭。 图2-5 自动检测装置示意图3 主要机械结构设计本次设计的设备整个机架都是由角钢和槽钢焊接而成，原因主要有两方面：一方面是能大大减少机身的重量从而实现好运输好制造;另一方面是整个机座角钢焊接成可大大减低成本并且材料容易购得，不需经过其他加工处理，避免不必要的工时，从而缩短了它的制造周期。整台设备的动力由一台电机提供，由带轮传动传给压扁机构、布线机构和上卷机构，以下是各个部分的详细设计计算：3.1 校直轮的设计计算钢丝在拉拔过程中，由于加工变形、受热或冷却的不均匀，不可避会产生残余应力。残余应力的存在，对成品钢丝的质量是非常有害的，比较观的是影响钢丝的平直度。严重的会产生“鸡窝线”、“元宝线”等，使钢丝无法正常使用。钢丝生产过程中常用矫直的方法来消除钢丝的残余应力 矫直分为回转式矫直和辊式矫直两种。实际应用中，根据对产品的不同要求而采用不同的矫直方式，如矫直回火预应力钢丝采用回转式矫直；而弹簧钢丝、制绳钢丝等采用辊式矫直。 此次毕业设计选用的是回转式校直器，该回转式校直器的基本原理是同一平面内的一组辊轮通过合理地压下，钢丝以一定的速度向前运动，呈波形或弯曲形通过校直器，经受反复弯曲变形，使钢丝的每一个圆截面上的任一方向都得到相同程度的弯曲变形，曲率由大变小，使得钢丝内部的残余应力逐渐消除，最终达到平直而实现钢丝校直的目的，如图3-1所示。钢丝通过矫直辊轮时，处于弹塑性变形状态钢丝横截面上的应力分布如图3-2所示。钢丝被矫直的条件是反弯后弹回到平直，即弹性变形的反弯曲率应等于弹回曲率。 3-1辊式矫直基本原理示意图 3-2 弹塑性变形图校直器的主要参数包括辊径、辊距、校直辊数量和压下量（压下量规定为处于校直辊间的钢丝变形后的波峰与波谷之间的垂直距离）。钢丝在校直过程中处于弹塑性形变状态，因而必须保证合理的反复弯曲才能保证校直所需的弹性变形及塑性状态。根据钢丝校直的条件，并考虑钢丝存在受拉伸而产生附加应力情况，所以辊径要取合理的大小。矫直辊个数n, 辊轮数目见表3-l，可根据具体情况而定,一般来讲,矫直辊数多,则消除钢丝残余曲率的范围宽,调节余地大,有利于提高矫直效果,但实践证明,也增加了调整的难度,考虑到旋转校直的特点，即在钢丝校直过程中其各个截面的任一方向都得到了相同程度的弯曲，并为了操作便利，一般取n=57基本就能解决矫直的问题。此次毕业设计中取校直辊的数量为7个。压下量大小与校直效果有很大的关系，压下量过大会造成过弯曲，过小则达不到校直效果。因此压下量也要取合适的大小。表3-1 钢丝材料与辊轮个数关系辊轮问的间距：轮距是与轮径相适应的参数，其确定原则一是保证压轮有充分的压下量，二是保证此压下量时钢丝在滚轮上的包角，见图3-3所示。 图3-3 辊轮几何关系据图3-3示，几何求解可得:下面讨论压下最的问题:压下且定义为处于矫直轮间钢丝波形的波峰与波谷之间的垂直距离。压下最过大会造成弯曲线，达小则达不到矫直效果。如将钥丝所呈波形近似看作圆弧曲线，如图1所示，数学上可导出这种圆弧的曲率半径最大值方程为:当钢丝的包角大于，可以认为，代入上式，整理得出关于A的二次方程式:求解即得到压下量的计算式:从式中还可看出，由得故轮距的取值范围为:一般情况下，矫直器都有较大的压下且调节范围，在调试时，可实验确定最佳值。值得注意的是实际矫直过程中，钥丝经各滚轮所残留的弯曲曲率逐渐减少。因此，压下最自第一压轮起应依此递减，呈楔形分布，最大压下最按上式求得。据资料介绍，校直器的参数可分别由以下各式计算后确定：式中：校直轮直径，mm；钢丝直径，mm；系数（与钢丝直径有关）；屈服极限，MPa；弹性模量，GPa；压下量，mm；相邻两个校直辊之间的距离，mm；本次设计采用冷拉普通钢丝，其为一般用途低碳钢丝（GB343-94）其力学性能如表3-2所示.公称直径mmb,Mpa180弯曲试验次数 1.41.810606表3-2 钢丝参数表表3-3 不同直径的钢丝对应的K值通过查资料,d=1.03mm,=0.2，将上述的各个数值代入公式得：=44.7，辊轮直径是由钢丝的直径决定的，由于钢丝直径的局限性，常取辊轮直径D=20150mm，根据国内校直器辊轮产品样本，选用=60mm的辊轮。轮距，即120t84，轮距取100mm。从而得到最大压下量A=26.8mm.校直机构的上排校直轮可以调节位置，压下量可以同过调节校直精度调整螺栓调节，这样此机构的应用范围就更广泛了。3.2轧辊参数的确定工作辊的材料是由比所轧金属硬度高的金属材料制成，如铸铁、锻钢、经热轧处理的钢或硬质合金钢都可以作为工作辊的材料。由于钢丝压扁机属于带钢冷轧机所以它的工作辊的硬度及强度均有很高的要求，所以一般采用高硬度的合金铸钢(如9Cr2W、Cr2Mo)来作为它的材料。辊身一般呈圆柱体，两端有辊颈，以便安装轧辊和与主接轴相连。辊端有多种形式，常见的如梅花头，平形辊端，键槽等。通过调研选用键槽形式的辊端用于联接轧辊和主接轴。辊身中间部位直径稍大时称为轧辊中间有凸度，通常只有千分之一时，这凸度称正凸度。辊身中间部分直径稍小时称为负凸度。工作辊表面光洁度对所扎带钢的光洁度，以及为达到给定压下量所需的轧制力都有重要的影响。对于光洁度要求很高的带钢，如不锈带钢，轧辊必须研磨和抛光，使光洁度达到0.0250.05微米。用于轧制酸洗带钢的冷连轧机的第一架轧机的工作辊的光洁度则为1.25微米以上。工作辊光洁度越低工作辊与带钢之间的有效摩擦系数就越大，为达到给定压下量所需的轧制力就越大。因为此课题所轧制的带钢介于两者之间所以所用的工作辊的辊面光洁度取0.08微米。轧 制 情 况最大咬入角最大比值轧辊与轧件的摩擦系数热轧在有刻痕或焊痕的轧辊中轧制初轧柸或钢柸轧 制 型 钢轧 制 带 钢自动轧管机热轧钢管24322025152012141/61/31/81/71/141/81/601/400.450.620.360.470.270.36-在润滑条件下冷轧带钢在较光洁的轧辊上轧制在表面经好磨光的轧辊中轧制同上，用棕油，棉籽油或蓖麻油润滑51035241/1301/231/3501/1301/6001/2000.090.180.050.080.030.06表3-4 各种轧机的最大咬入角和由表3-4可知：在有润滑而且轧辊表面经过很好的磨光的冷轧环境下，最大的咬入角取值范围为35;最大比值取值范围为1/3501/130;轧辊与轧件的摩擦系数摩擦系数为。开始轧制时，当时可以实现自然咬入解得 mm则轧辊直径mm，可实现开始阶段的自然咬入，但由于轧辊两端轴承的影响D应尽可能取的大一些，经过调研最终取D为210mm。轧 机 名 称L/D初轧机型钢轧机开柸和粗扎机座精轧机座中厚板轧机装甲板轧机二辊薄板轧机二辊铁皮轧机2.22.71.52.52.23.01.52.02.22.83.03.51.52.21.31.5 表3-5 各类轧机的L/D由轧辊直径和表3-5中参数定取轧辊长度L=260mm。其余各个参数参见轧辊零件图。3.3 轧制过程变形区及其参数的计算3.3.1 计算轧制时接触弧上的平均轧制单位压力由于单位压力在接触弧上的分布是不均匀的，为了方便计算，一般均以单位压力的平均值平均单位压力来计算轧制总压力。平均单位压力是在确定了单位压力大小及其分布规律之后，取轧件与轧辊的接触弧面积上的单位压力和单位摩擦力在垂直方向上的投影的总和，得到轧制总压力，再除以接触面积得到平均单位压力。采用采里柯夫公式：应力状态系数：变形抗力应力状态系数无张力轧制时张力影响系数 =1外端影响系数，轧制薄板时 =1外摩擦影响系数 =1.25=1.15查表可知变形抗力=1038MPa由以上式子可以算出=10381.151.25=1492.125Mpa。3.3.2 计算轧制压力P轧件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力Pm对扎件和轧辊接触面积F之乘积，即：平均单位压力：轧件与轧辊的接触面积 =1.03mm =0.8mm =0.23mm =1.1736F0:扎前的横断面积 F1:扎后的横断面积L0:扎前轧件的长度 L1:扎后轧件的长度如果能持续咬入，则 ：中性角 ：轧辊与轧件的摩擦系数又因为在轧制薄钢板时张力不可忽视。即 所以 取 =0.0010在不考虑轧辊弹性压扁时且两辊直径相同的情况下：接触弧长度水平投影=RSinmm又因为在热轧薄板及冷轧薄板时单位压力较高，因此轧辊产生局部弹性压缩变形。它将使接触弧长度有较显著的增加。q:压扁系数在冷轧薄板时可简化为在有压扁的情况下又因为已经算得=9.15mm 因为前面已算得=1492MPa所以。mm 。又有上述关系已算出接触面积为mm。最后由以上各式得出轧制压力:P=F=14929.88=14743.9N.3.4 传动力矩的计算 传动力矩M:轧制力矩：附加摩擦力矩：空转力矩：动力矩匀速转动时此项可忽略不计 i ：轧辊与主电机之间的传动比轧制力矩 =PaP：金属对轧辊的垂直压力（即轧制力）按金属对轧辊的作用力计算的轧制力矩该方法是用金属对轧辊的垂直压力P乘以力臂a， 图3-4 按轧制力计算轧制力矩因为摩擦力在垂直方向上的分力相对很小，可以忽略不计。所以： 从上式可看出，力臂a实际上等于单位压力图形的重心到轧辊中心线的距离。为了消除几何因素对力臂a的影响，通常不直接确定出力臂a，而是通过确定力臂系数的方法来确定，即 或 ：轧制力臂系数 ：接触弧长度上式中的轧制力臂系数根据大量实验数据统计，其范围为： 热轧铸锭时 =0.550.60 热轧板带时 =0.420.50 冷轧板带时 =0.330.42附加摩擦力矩 ：轧辊轴承中的附加摩擦力矩：传动机构中的摩擦力矩 i：轧辊与主电机间的传动比其中 P：轧制力：轧辊辊颈直径：轧辊轴承摩擦系数（滚动轴承=0.003） ：传动机构的效率空转力矩此公式为经验公式：电动机的额定转矩14743.90.429.163=56.7377Nm14743.90.1050.003=4.644Nm=0.957 0.0212Nm=O.408 Nm = =6.857Nm3.5 电机的选择工作机一般为稳定载荷连续运动的机械，传动功率较小，故只需要使电动机的额定功率Pcd等于或稍大于电动机的实际输出功率Pd，即PcdPd就可以了，不需要对电机进行热平衡计算和校核起动力。 电动机实际输出功率Pd Pd= n:电机的转速（r/min) :由电动机到轧机的传动效率 ：传动转矩 =812.52W所以选用系列YCT132-4B型电磁调速电动机额定功率/kW: P= 1.5KW ; 输出转矩：9.7Nm 。额定转矩下的调速范围：1230125r/min.其对应的线才的限速度范围是135-13m/min3.6 减速轴设计求减速轴上的功率P2，转速n2：去V带传动的效率为0.96，滚动轴承的效率为0.99（一对），则P2=P=1.50.960.97=1.3968 KW.电磁调速电机可调到的最小速度n2=41.67r/min按下式初步估算减速轴的最小径，取轴的材料为45钢，调质处理， 传动轴的最小直径显然是安装盘线轴减速带轮处，考虑到轴的截面上开有键槽和安装轴用弹性挡圈对轴的强度的削弱，以及使所选的轴的直径与标准轴承内圈配合精度要求，线材加工的速度可以根据实际加工状态调节等因素，故选取轴的最小直径为45mm，其他尺寸见零件图。3.7 带轮设计计算带轮传动选用V带传动，带型选A型，电机转速n=1080r/min,轧辊的转速n=90r/min要传递的功率Pca=KaP=1.41.5=2.1KW.电机带轮即小带轮基准直径dd1=80mm .中间传动轴转速选n=360r/min,则中间轴与电机组合的从动轮d2=803=240mm，查普通V带轮的基准直径系列表选取该电动机减速带轮的直径为=250mm.中心距范围为 初定轴间距a0:400mm. 所算得基准长度Ld0:1336mm 查V带基准长度表 ：选取Ld0=1430mm .从而算得实际轴间距a=447mm. 小带轮包角=158. 同理可得轧辊带轮直径为315mm;盘线轮减速带轮和轧辊减速带轮基准直径以及布线器驱动带轮均取112mm，盘线轴带轮D=250mm，布线器带轮基准直径取为450mm .中间传动轴和盘线轴中心距定为540mm. 盘线轴和布线器的中心距定为530，中间传动轴和下轧辊的中心距定为620mm .3.8 布线机构计算盘线轮转速n=113r/min,为保证盘线轴转一转，布线器滑块能够轴向滑动至少1.13mm的距离以保证被压扁成型的线材能够均匀的层层盘起。根据排线器技术参数表选取型号为GP60的光缸排线器，该排线器为纯机械式控制行程，以实现布线器滑块的轴向两个方向的移动。其具体技术参数如下表3-6所示:型号尺寸行走节距mm/r推力kg重量kgGP150.0211111.2GP200.0516162.5GP300.1025266.1GP400.5324211.2GP50147033GP60248100424GP6024810045表3-6 排线器技术参数表 图3-5 C型系列光杆排线器安装尺寸图型号d1d2L1L2L3L4L5L6H1H2Md键槽(宽深)GP15151543013726815M852.5GP2020144501410240362090152-M852.5GP30301850018109784220106202-M1063GP404030880251541127550140252-M1484GP505035880403042646050168105GP6060451130403042646050170105GP15、20型排线器总成带导线轮。表中L1尺寸为本厂标准尺寸，特殊要求可定作。计算公式：L1最大行程=线盘宽+排线器长度+60 表3-7 排线器的安装参数表3.9 工作辊轴承的校核：为了减少各部件之间的摩擦，需要在一些部位安装轴承，根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化，选用、润滑、维修都很方便，因此在一般机械中应用较广。由于扎辊主要承受径向载荷，所选用的轴承是GB/T285-1994双列圆柱滚子轴承NN3021。它的基本额定载荷=74.2kN、=88.8kN。滚动轴承寿命的计算： 滚动轴承寿命的计算公式为式中的单位为。为指数。对于球轴承， ；对于滚子轴承，。如果改用小时数表示寿命，代表轴承的转速（单位为r/min），则以小时数表示的轴承寿命（单位为h）为如果载荷P和转速n为已知，预期计算寿命又已取定，则所需轴承应具有的基本额定动载荷C（单位为N）可根据上式计算得出： 机 械 类 型预期计算寿命不经常使用的仪器或设备，如闸门开闭装置等3003000短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械等30008000间断使用的机械，中断使用后果严重，如发动机辅助设备、流水作业线自动传送装置、升降机、车间吊车、不常使用的机床等800012000每日8 h工作的机械（利用率不高），如一般的齿轮传动、某些固定电机等1200020000每日8 h工作的机械（利用率较高），如金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械、印刷机械等200003000024 h 连续工作的机械，如矿山升降机、纺织机械、泵、电机等400006000024 h 连续工作的机械，终端使用后果严重，如纤维生产或造纸设备、发电站主电机、矿井水泵、船舶螺旋桨轴等100000200000 表3-8 推荐的轴承预期计算寿命 滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的运转条件下确定的，如载荷条件为：向心轴承仅承受纯径向载荷，推力轴承仅承受纯轴向载荷。实际上，轴承在许多应用场合，常常同时承受径向载荷和轴向载荷。因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用字母P表示。这个当量动载荷，对于以承受径向载荷为主的轴承，称为径向当量动载荷，常用表示；对于以承受轴向载荷为主的轴承，称为轴向当量动载荷，常用表示。当量动载荷P（或）的一般计算公式为 式中，X、Y分别为径向动载荷系数和轴向动载荷系数。实际上，在许多支承中还会出现一些附加载荷，如冲击力、不平衡作用力、惯性力以及轴挠曲或轴承座变形产生的附加力等等，这些因素很难从理论上精确计算。为了记及这些影响，可对当量动载荷乘上一个根据经验而定的载荷系数，故实际计算时，轴承的当量动载荷应为： 查表查的径向动载荷系数X=1，轴向动载荷系数Y=0；已确定轴承径向载荷，轴向载荷,取轴承转速为，为滚子轴承，当量动载荷 =N轴承寿命为 4.72年符合要求。3.10 键的强度校核 根据工作状况，使用要求和结构设计中的键选择普通平键，选择键的尺寸长度根据轮毂长度选定，键长略短于轮毂长度，并取标准长度系列。 平键的失效形式主要有，键、轴、轮毂三者中较弱的工作面被压溃，键的剪断。因实际中键的剪断极为罕见，对于平键联接通常只进行挤压强度或耐磨性的计算，所以在重要的场合中才进行抗剪强度的校核验算。 假定压力沿键长和键高均匀分布，按平均挤压应力进行强度或耐磨性的条件校核。 T:传递的转矩 d:轴的直径 k：键与轮毂的接触高度 l：键的接触长度 键的材料 因压溃和磨损为键联接的主要失效形式，所以键的材料要有足够的硬度。一般采用抗拉强度不低于600MPa的钢制成。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断，因此，通常只按照工作面上的挤压应力进行强度叫和计算。 本设计中键联接较多，选取轧辊处的键对其校核：键的尺寸： b=25mm h=14mm L=70mm 由于键的材料是钢，故取其许用挤压应力为=110 M Pa . 验算挤压强度 键的工作长度l=L-b=70-25=45mm 挤压面高度k=h/2=14/2=7mm 转矩 T=56.7377Nm 由此可得出键的工作挤压应力为： =4.002MPa110Mpa 满足工作条件 ，所选键安全 。 结 束 语 六月的来临代表了此次毕业设计的尾声，我的大学生活也即将结束，这次设计是我的大学阶段设计的难度最大的设计，它是对我大学四年所学知识的概括，是将理论知识付诸于实践的一次具体应用，也是在走上工作岗位之前的
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