十一辊中板矫正机主传动设计说明

52/56十一辊中板矫正机设计摘要随着生产技术的进步和现代化改造的实施，中厚板生产向着高效化、高质量的方向发展，对厚度在4~60mm的常规产品，各生产单位均采用了线上的多辊矫正设备，为了满足日益提高的板形、板面质量要求，多辊矫正设备得到了进一步的发展。因此，我对矫正机进行相应的设计，以降低成本，提高效率、产量和质量来满足生产与客户的要求。本篇论文中，首先论述了矫正机的背景与发展状况，以与未来的发展趋势，并根据当前实际情况，考虑经济性和效率性等相关因素，对相关设备做了合理选用；然后对本次设计的中厚板矫正机进行了相应的设计。该矫正机用于中厚板生产线，为四重十一辊矫正，采用机械压下，机架为预应力机架。在设计计算中，首先，确定了主传动系统的结构参数，并根据矫正力、矫正力矩和主电机功率与工作特点选择主传动系统的电机类型和型号；其次，确定了压下系统的结构参数，并根据驱动压下螺丝的驱动力矩和电机功率选择压下电机的类型和型号；再次，对压下系统蜗轮蜗杆减速机进行了设计与校核；再次，对工作辊的强度和轴承的寿命进行了相应的校核；最后，讨论了润滑方式以与设备环保经济可行性分析等容。关键词：中板矫正机；主传动系统；压下系统；矫正辊TheDesignoftheElevenRollPlateStraighteningMachineAbstractWiththedevelopmentoftechnologyandtheimplementofModernization,productionofplatestraighteningmovestowardsefficientandhighqualitydirection.Forthiknessof4~60mmconventionalProducts,everyproductiondepartmentadoptsMulti-rollcorrectionequipment.Inordertomeettherequirementsofever-inceasingplatetypesandqualityofboards,themulti-rollcorrectionequipmentgetsimproved.Nowwearestudyinganddesigningthestraighteningmachinetoreducecostsandimproveefficiency,outputandquality,meetingtherequirementsofproductionandourcustomers.Inthisthesis.Background,deveopmentstatusandtrendofstraighteningmachinewerefirstlydiscussedandaccordingtothepresentsituation,consideringeconomyandefficiency-relatedfactors,Iselectsomerelatedequipmentreasonablelyandthenhaveacorrespondingdesignoftheplatestraighteningmachine.Thisstraighteningmachineisusedinplatestraighteningmachineproductionline,choosingreversiblestraighteningfor11four-rollandwithmechanicalpressureandprestressedrack.Inthedesignofcalculating,firstlymakesurethemaindrivesystemandaccordingtothestraighteningforce,correcttorque,themainmotorpowerandworkcharacteristics,wechoosetypesandmodelsforthemaindrivesystem;thenplanandcheckthereductionwormreducersystem;nextchecktheintensityofworkrollandlife-spanofbearing;lastly,makesurewaysoflubricationaswellaseconomicfeasibilityanalysisofequipmentKeywords:Platestraighteningmachine；Maindrivesystem；Pressuresystem；Straighteningroller目录摘要IAbstractII1绪论11.1矫正机的发展趋势11.2矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数21.3矫正机的类型、特点、结构组成21.4矫直机的工作原理52总体方案设计62.1矫正方案62.1.1小变形矫直方案62.1.2大变形矫直方案62.2矫正工艺62.3矫正机的主传动系统72.3.1机座形式72.3.2主传动装置组成和作用82.4压下机构组成和作用92.4.1蜗轮蜗杆减速机112.4.2压下螺丝和压下螺母112.4.3离合器113十一辊中板矫正机力能参数计算123.1原始数据123.2辊式矫正机基本参数确定123.2.1辊径与辊距的确定123.2.2辊身长度的确定143.2.3矫正辊辊颈尺寸的确定143.2.4矫正辊传动端的尺寸153.3辊式矫正机力能参数的计算153.3.1作用在矫正辊上的压力（矫正力）153.3.2作用在矫正辊上的矫正扭矩193.4辊式矫正机主电机的选择203.4.1矫正功率的确定203.4.2选择电动机214主要零件的强度校核224.1矫直辊强度校核224.1.1第三辊的传动力矩224.1.2第三辊上弯曲力矩和支反力的确定234.1.3第三矫正辊强度校核284.2工作辊轴承校核295低速级齿轮设计316轴的设计与校核376.1轴的结构设计376.2轴的强度校核386.3精确校核轴的疲劳强度397润滑方式的选择417.1辊系的润滑417.2压下蜗轮蜗杆的润滑417.2.1润滑油的选择427.2.2润滑油给油方法与油量427.3压下螺丝螺母的润滑427.4齿轮减速器中齿轮的润滑438设备的环保、可靠性和经济可行性分析448.1设备的环保性分析448.2设备的可靠性448.3设备的经济性分析46结论48致49参考文献501绪论1.1矫正机的发展趋势中厚板生产线在线的辊式矫直机以热矫直机数量最多，总的趋势是一发展大矫直力的强力四重式矫直机为主，该系列设备总体趋势是用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫直辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作；高刚度矫直机机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，精度高；为了提高矫直效果，矫直机出口处的上或下辊可以单独调整，且在矫直过程也可以进行调整；上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支撑辊，以消除钢板的单侧或者双侧边滚；下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷；装备液压安全装置和快速松开装置以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊；上、下矫直辊和支撑辊分别装在各自的框架上，框架与其辊子可以侧向移动进行快速换辊，实现辊系的线外整备；矫直机入口处装有水或压力空气，以消除残留的氧化铁皮；在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢板的上翘；为了避免矫直辊辊面的潜伤，辊面应具有一定的硬度，对四重辊式矫直机必须保证工作辊和支撑辊的辊面硬度有一个差值；在矫直机结构设计方面，正在向精密化，大型化发展，并正在加速结构更新的进度，老设备将逐步被淘汰和改造。就我国的工业发展水平来看，常规的矫直设备尚需添补和改造，不过应该尽量采用新的高效能的常规设备，如新的拉弯矫直设备，新的3-1-3矫直机，大型二辊矫直机、滚动模转毂矫直机与变辊距矫直机等；新的矫直技术也需积极开发，如振动矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直，矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以与复合转毂矫直技术等；在矫直理论研究方面应该走出自己的道路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定与计算方法、等曲率朔性区长度与深度对矫直质量的影响，在矫直过程中克服残留应力影响的方法，斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以与双向旋转矫直法等。所有这些已经遇到的和想到的问题，即使不能概括全面，只要同行们从实际出发，发现问题，抓住不放，搞出结果，将来一定会集腋成裘，形成我国的矫直理论体系。并让它更好地为我国社会主义四化建设服务。1.2矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数中板矫正机生产的主要产品除了一些常见产品外，主要还生产建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。该矫直机的技术参数主要有：工作方式，压下方式，可倾斜调整，传动矫正辊数，矫正辊直径，矫正辊辊矩，矫正辊辊身长度，矫正辊数量，中间辊辊数，中问辊直径，中间辊辊矩，支承辊辊径，支承辊排数，矫正辊辊面标高，上辊系的倾动，向倾斜调整，矫正辊传动方式，压下平衡机构，采用弹簧平衡等。工艺要求：针对矫正机的要求提高，矫直机的主电机要由以前的一台电机改为两台，而减速机部还是3根轴，中间有一共用轴，2台电机通过它连接起来，保证了两台电机的速度始终达到一致。在速度一致的情况下，还要两台电机达到转矩分配，即要求两台电机转矩一致，这就需要两台电机实现主从控制主从应用中，主传动是典型的速度控制，从传动是速度或转矩控制。1.3矫正机的类型、特点、结构组成轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢（如工字钢等）的断面会产生翼缘并、外扩和扭转；板材和带材则会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以与镰刀弯等。为了消除这些缺陷，轧件需要在矫正机上进行矫正。根据结构特点，矫正机可以分为压力矫正机、辊式矫正机、管棒材矫正机、拉伸矫正机（单板材矫正机和连续式拉伸矫正机）和拉伸弯曲矫正机等几种类型。（1）压力矫正机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫正。这种矫正机用来矫正大型钢梁、钢轨和大直径（大于mm）钢管或用作辊式矫正机的补充矫正。压力矫正机的主要缺点是生产率低且操作较繁重。压力矫正机有立式和卧式两种。（2）板、带材和型钢用的辊式矫正机在辊式矫正机上轧件多次通过交错排列的转动着的辊子，利用多次反复弯曲而得到矫正。辊式矫正机生产率高且易于实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛应用。板、带材和型钢用的辊式矫正机的类型很多，如上辊单独调整辊式矫正机、上辊整体平行调整辊式矫正机、上辊整体倾斜调整辊式矫正机、上辊局部倾斜调整辊式矫正机等。上辊单独调整辊式矫正机的上排每个工作辊可单独调整，这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫正机。上辊整体平行调整辊式矫正机的上工作辊可整排平行调整。通常，出、入口的两个上工作辊（可称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫正质量。这种矫正机广泛用来矫正mm以上的中厚板。上辊整体倾斜调整辊式矫正机的上工作辊可以整排倾斜调整，这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫正时的变形特点。它广泛用来矫正mm以下的薄板。上辊局部倾斜调整辊式矫正机的上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫正机。这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫正薄板。（3）管材、棒材矫正机管、棒材矫正的原理也是利用多次反复弯曲轧件使轧件矫正。例如斜辊式矫正机、“313“型辊式矫正机、偏心轴式矫正机等。斜辊式矫正机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状。两排工作辊轴线相互交叉。管棒材在矫正时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状。“313“型辊式矫正机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫正管、棒材时，效果很好。偏心轴式矫正机，用来矫正薄壁管。（4）拉伸矫正机也称力矫正机，主要用于矫正厚度小于mm的薄钢板和有色金属板材。通常，辊式板带材矫正机只能有效地矫正轧件的纵向和横向弯曲（即二维形状缺陷）。至于板带材的中间瓢曲或边缘浪形（三维形状缺陷）则是由于板材沿长度方向各纤维变形量不等造成的。为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。在普通辊式矫正机上，虽能使这种缺陷有所改善，但矫正效果不理想。这时需采用拉伸矫正方法。拉伸矫正的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫平。例如矫正单板材的钳式拉伸矫正机和连续拉伸机组。钳式拉伸矫正机生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗较大；连续拉伸机组由两个力辊组组成,拉伸所需的力由力辊对带材的摩擦力产生，这种矫正机主要用于有色金属。（5）拉伸弯曲矫正机组随着工业的发展，对高强度极薄带材的需要量日益增加，同时，对板材平直度的要求也逐年提高。辊式矫正机由于其结构和矫正工艺的局限性，几乎无法矫正高强度合金钢带材的三维形状缺陷（边缘浪形和中间瓢曲等）。矫正带材的三维形状缺陷时，应使带材产生塑性延伸。若用连续拉伸机组矫正合金钢带材，会出现下列问题：1）连续拉伸矫正时，需要使带材产生超过材料屈服限的应力，对较厚较宽的合金钢带材，必须施加很大的力，这要消耗很大的能量；2）矫正脆性材料（屈服限和强度限很接近的材料）时，容易断带，这会造成设备事故。为解决上述问题，研制了拉伸弯曲矫正机组。拉伸弯曲矫正机组有很多种布置型式，但最基本的型式是在两组力辊间装有分开布置的、数量较少的弯曲辊和矫正辊。在力作用下的带材，经过弯曲辊剧烈弯曲时，产生弹朔性延伸，三维形状缺陷被消除，然后再经过矫平辊将残余曲率矫平。拉伸弯曲矫正工艺的矫正原理与拉伸矫正机与辊式矫正机的矫正原理都不一样，它在拉伸带材时所使用的应力仅是材料屈服限的，这就克服了连续拉伸机组矫正工艺的缺点。拉伸弯曲矫正机组有下列特点：1）退火后的带钢经过拉伸弯曲矫正后，机械性能有明显改善，某些性能的改善超过冷平整的效果。2）能消除带材的瓢曲、边缘浪形和镰刀弯等三维形状缺陷。3）弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊，没有驱动装置，因而可与带材同步运动，不会因打滑而擦伤带材表面。4）与辊式矫正机相比，其结构简单，重量轻，维修方便，操作容易。5）适用于几乎所有的带材加工作业线和各种金属材料（从屈服限为的铁镍合金到铝合金和黄铜等。）在拉伸弯曲矫正机组上矫正的带材最大厚度已达到mm，最大宽度达mm，矫正速度mm，最高可达m/min。6）矫正机组的矫正厚度围广，例如从mm或从mm的带材可在同一设备中矫正。7）可在酸洗机组中作为机械破鳞装置。采用的延伸率，对氧化铁皮结合牢固的带材，也可取得良好破鳞效果，从而能降低酸液消耗并显著提高机组速度。8）用于镀锌机组，可使锌花更细致，镀层更均匀。9）与力矫正机相比，拉伸弯曲机组中带材的应力小得多，不会断带，也不影响带材质量。但是，应该指出，拉伸弯曲矫正机只能矫正连续带材，不能矫正单板材，因而尚无法代替矫平单钢板的夹钳式拉伸矫正机。目前，拉伸弯曲矫正机组已在冷轧带材的连续生产作业线中得到广泛的应用。1.4矫直机的工作原理在轧制产品中，除一些大断面轧件具有单值原始曲率的形状缺陷外，多数轧件上的形状缺陷其原始曲率的数值和方向均是不定的。对这类轧件的矫正，大多是先采用交变弯曲变形以消除其原始曲率的不均匀度，再逐渐将轧件矫平。轧件上不同方向、不同数值的原始曲率，经过同一个反弯曲率的弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特性。这是由轧件曲率方程的非线性变化规律决定的，可称之为残余曲率差值的收敛特性。有加工硬化材料的轧件，其残余曲率差值也具有这种收敛特性，只是收敛的幅度要小些。正是轧件这一特性，使得轧件经多次交变的弹塑性弯曲后，其残余曲率逐渐趋向一致，形成单值原始曲率，进而矫平。辊式矫正机就是利用这一原理矫平轧件的。2总体方案设计2.1矫正方案按照每个矫直辊使钢板产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法,矫直方案可分为小变形矫正方案、大变形矫正方案。2.1.1小变形矫直方案该方案的矫直原则是:矫直反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)使之变平。它的主要优点是,轧件的总变形曲率小,矫正轧件时所需要的能量也也少。2.1.2大变形矫直方案这是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯以消除其原始曲率的不均匀度,形成单值曲率，然后按照矫正单值曲率轧件的矫正方法加以矫正的方案。采用大变形矫正方案，可用较少的辊子获得较好的矫正质量。但若过分的加大轧件的变形程度。则会增加轧件部的残余应力，影响产品的质量，增大矫正机的能量消耗。综上所述本次设计采用小变形矫正方案，因主要是单值曲率的板材，且所需功率小，残余应力小，故采用小变形矫正方案。2.2矫正工艺矫正机的矫正工艺与矫正机的类型和上矫直辊的调整方式有密切的关系，以下是上排工作辊的调整方式的四种矫正工艺。1.上排工作辊单独调整的矫正机:在这种矫正机上，第2、3辊按照大变形矫正法确定其压下量，将轧件剧烈弯曲，第四辊的压下量适当控制，使残余应力值减小，后面各辊按小变形矫正法调整压下量，将轧件逐渐矫平，一般适合型钢矫正。2.上排工作辊整体平行调整的矫直机:这种矫直机除第1和最后一个辊子外，其余各辊的压下量是一样的，使轧件多次反复剧烈弯曲，形成单值残余曲率，最后一个辊能够单独调整，将此处的单值残余曲率矫平。第1辊适当减小压下量，以便于轧件的咬入。采用这种调整方式的一般是7-11辊钢板矫正机，用以矫正中厚板。3.上排工作辊整体倾斜调整的矫直机:这种矫直机轧件在入口端的第二、第三辊上的反弯曲率最大，产生大变形。迅速消除轧件的原始曲率不均匀度，以后各辊的压下量按直线关系递减。在第n-1辊处，轧件的反弯曲率最小，只产生弹性弯曲变形。这种工作辊调整方式符合矫直过程的变形特点。采用这种调整方式的一般是7—13辊的薄板矫直机和17-29辊的极薄带材矫直机，后者带有工作辊挠度调整装置，以矫直板材的瓢曲以与单、双边波浪等二、三维形状缺陷。4.上排工作辊局部(单侧或双侧)倾斜调整的矫直机:这种矫直机出口处或入口与出口处的局部上排辊可倾斜调整，上排其余各辊整体平行调整。这种调整方式集中了平行调整与倾斜调整的优点。对于双侧局部倾斜调整的矫直机，由于入口端局部倾斜调整便于轧件的咬入因而可加大平行调整部分的辊子压下量，适合于矫直薄带材或薄板材。本次设计采用上排工作辊整体倾斜调整的矫正机。2.3矫正机的主传动系统2.3.1机座形式辊式钢板矫直机工作机座可分为台架式和牌坊式两大类。中厚板矫正机大多是台架式的。所以本次设计选择台架式机架。这种矫正机机座由上台架、下台架和立柱三个主要部分组成。压下螺丝（或螺母）转动，可以调整上、下台架的相互位置，从而也调整了矫正辊的压下量。它的上台架可以整体平行压下，本次设计其压下机构选择集体驱动的。本次设计的矫直机上排辊是整体平行调整的，上台架由一台电动机通过减速分配器同时带动四个两级蜗轮蜗杆减速机同时转动四个压下螺母。2.3.2主传动装置组成和作用主传动装置由主电机、联轴器、联合减速机与万向接轴等组成。传动系统由两台直流电机通过联轴器一联合减速器一万向接轴一工作辊装置使设备转动运行。其主传动结构简图如图：12341-工作机座2-万向接轴3-联合减速器4-电机图2.1主传动示意图1.电机:电机分为高速电机和低速电机两种。（1）高速电机：高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。它们具有以下优点：一是由于转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于功率普通的电机，可以有效的节约材料。二是可与原动机相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小。三是由于高速电机转动惯量小，所以动态响应快。（2）低速电机一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。因为低速电机的成本比较高，为了节约成本，主传动系统和压下系统均采用高速电机，提高经济效益。2.减速机:在矫直机主传动系统中,减速机除有减速作用外,还有均衡分配传动扭矩的作用,因此也称减速分配器。它有三种主要形式圆柱齿轮型,圆柱圆锥齿轮型和蜗轮型。这三种形式中,每种又可分为单支、双支、三支和四支等结构。圆柱齿轮减速机的制造和安装较为简单,因此在矫正机主传动系统中获得广泛应用。在制造能力许可时,也可使用联合减速机。将减速机与齿轮座组成一个整体,可减少传动件,且结构紧凑,能减小机列总长度。在辊数大于7的矫正机上,因为传递的总扭矩大,齿轮座的齿轮尺寸也大,使齿轮座出轴的间距很大与矫正辊间距相适应。因此,在辊式钢板矫直机上大多使用多支的减速分配器,这样可以使齿轮座的载荷均匀。3.万向接轴:由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距，因此，齿轮座出轴与矫正辊采用万向联轴节连接。由于齿轮座中心距大于矫正机的总中心距，因此，齿轮座出轴与矫正辊采用万向联轴节连接。矫直机常用的万向联轴节除了一般的滑块式叉头扁头型外，在辊径小于1200mm时，也采用球形万向联轴节，在小辊距矫直机上，也可以采用简易型刚球万向接轴，这种联轴节采用标准刚球，它只起定心作用，矫正扭矩是靠两叉头的侧面直接接触来传递的。这种联轴节结构简单，易于制造。4.联轴器：联轴器的作用主要用来连接轴与轴（或轴与其它回转零件），以传递运动和转矩。联轴器的原理是在机器工作时，联轴器始终把两个轴连接在一起，只有在机器停止运行时，通过拆卸方法才能使两轴分离。联轴器包括电动机联轴器和主联轴器。电动机联轴器用来连接电动机与减速机的传动轴，而主联轴节则用来连接减速机与齿轮座的传动轴，因为此次设计中是将齿轮座与减速机设计为一体的联合减速机，所以不需要主联轴器。目前，应用最广泛的联轴器是齿轮联轴器，所以电动机联轴器选用齿轮联轴器。2.4压下机构组成和作用图2.2是十一辊中板矫正机压下系统简图，它的作用是实现对上辊的调整，以控制矫正的辊缝，达到良好的板材质量。常用的是上辊调整装置，由交流变频电机、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、压下螺丝和压下螺母、传动侧与被动侧由中间浮动轴联接，浮动轴端装有电磁离合器等组成。交流变频电机通过减速机减速，带动4个压下丝杠转动使活动横梁沿机架侧的滑板上下移动，同步轴采用离合器实现单独调整，可根据板材厚度、宽度、材料与原始曲率调整其开口度大小，压下工作行程-15～+80mm。压下丝杠材质为合金钢,上部为渐开线花键导向，下部是轧钢机用锯齿形螺纹，承受矫正力和实现辊系的上下移动，下端部是球面结构，它可实现矫正辊系的前后倾动功能，同时下部装有起安全保护作用的液压垫，当操作者发生误操作或矫正力过大时，矫正过程中发生卡钢现象时，用以使活动梁与上辊系快速抬起，工作辊的开口度增大，对设备起到保护作用，同时油压传感器用来检测矫正过程中矫正力的大小。1——电机2——齿轮减速机3——蜗轮蜗杆减速机4——压下螺丝5——电磁离合器图2.2十一辊中板矫正机压下系统为了避免矫正时的冲击，压下装置中装有液压平衡机构，用以平衡上辊系与活动横梁的全部重量，消除压下螺母与丝杠之间的间隙。压下过平衡系数为1.2～1.4。压下丝杠顶部装有四个高精度的位移传感器，它可通过PLC通讯系统与压下交流变频电机形成位置闭环控制，实现工作辊缝的精确调整，保证钢板的矫正质量。2.4.1蜗轮蜗杆减速机在设计选择压下装置的电动机和减速机配置方案是十分重要的。因为在设计压下机构时，不仅应满足压下的工艺要求，而且还应考虑其他因素，如：电动机，减速机能否布置得开；换辊，检修导卫和处理事故时，吊车吊钩能否进入，设备检修是否方便等。而且，蜗轮蜗杆减速机在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。它的最主要的特点是：一是在传递中，可以改变90度方向；二是自锁。所以此矫正机的压下系统采用的是蜗轮蜗杆减速机传动。2.4.2压下螺丝和压下螺母压下螺丝一般由头部，本体和尾部三个部分组成。头部与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调位能力，我们可以把矫正机压下螺丝的端部做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。压下螺母是平整机机座中重量较大的易损零件。我们采用稀油润滑，螺母寿命可以提高1.5~2倍。2.4.3离合器离合器工作原理是主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质(液力偶合器)，或是用磁力传动(电磁离合器)来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。离合器主要有机械式、电磁式、液压式、气动式、离心式、超越式、安全式等类型。本矫正机的压下系统采用的是电磁离合器。3十一辊中板矫正机力能参数计算3.1原始数据1.轧件材质：652.(1)宽度（2）厚度（3）矫正速度（4）压下速度3.2辊式矫正机基本参数确定辊式矫正机的基本参数包括：辊径、辊距、辊数、辊身长度和矫正速度。3.2.1辊径与辊距的确定1.辊距的确定确定辊矩时，应该既考虑满足最小厚度轧件的矫正质量要求，又考虑满足矫正最大断面轧件时矫正辊的强度要求。为此，应分别计算最大允许辊距和最小允许辊距。最后确定的辊距应是（尽量取小值）。（1）最大允许辊距的确定决定轧件的矫正质量。值过大，轧件难以产生必要的弹塑性弯曲变形。根据文献得(3.1)式中：——轧件的最小厚度，——弹性模量，——屈服极限，根据文献查出将数据代入公式(3.1)得（2）最小允许辊距的确定辊距越小，对轧件可能产生的反弯曲率越大，矫正质量越高。但越小，矫正力越大。故最小允许辊距受工作辊扭转强度和辊身表面接触应力限制。根据文献得(3.2)式中：——轧件最大厚度,——弹性模量，——轧件的屈服极限，将数据代入公式(3.2)得因为，并且t尽量取小值所以可取。2．辊径的确定(3.3)式中：——辊径；——辊距，由文献[1，表11-4]得将数据代入公式(3.3)得圆整后取。3.2.2辊身长度的确定辊身长度与轧件最大宽度有关，根据文献通常(3.4)当时，；当时，。由于轧件最大宽度；所以可取。将数据代入公式(3.4)得3.2.3矫正辊辊颈尺寸和的确定辊颈直径和长度与矫正辊轴承型式与工作载荷有关。由于受矫正辊轴承径向尺寸的限制，辊颈直径比辊身直径小得多。因此辊颈与辊身过渡处，往往是矫正辊强度最差的地方。只要条件允许，辊颈直径和辊颈与辊身的过渡圆角均应选大些。根据文献[1,P81]使用滚动轴承时有式中：——辊颈直径——辊子直径，将数据代入得根据文献[1,P81]有考虑到矫正辊传动端的结构尺寸可取。根据文献[1,P81]有式中：——过渡圆角——辊子直径将数据代入得3.2.4矫正辊传动端的尺寸根据文献[1,P81]确定矫正辊传动端的型式与尺寸轴头的外径式中：——辊颈直径将数据代入得取。3.3辊式矫正机力能参数的计算辊式矫正机的力能参数包括作用在矫正辊上的压力（矫正力）、矫正扭矩和矫正机的驱动功率。3.3.1作用在矫正辊上的压力（矫正力）1．轧件的屈服力矩将轧件弯曲至弹性弯曲最大极限状态时的外力矩，称为屈服力矩，以表示。它是最大弹性弯曲力矩，也是最小弹塑性弯曲力矩。根据文献得(3.5)式中：——轧件的屈服极限，——断面形状对称轧件的断面系数将以上数据代入公式(3.5)得2．轧件的塑性弯曲力矩Ms当轧件弯曲至全塑性弯曲状态时，整个断面上纤维的应力均达到，这时，外力矩达到最大值，称为塑性弯曲力矩。根据文献可得(3.6)式中：——轧件的屈服力矩——断面的形状系数，由文献[1，表11-2]查得。将以上数据代入公式(3.6)得3．作用在矫正辊上的压力（矫正力）作用在矫正辊上的压力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。此时，将轧件看成是受很多集中载荷的连续梁，这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。它们在数值上等于轧件对辊子的压力（矫正力）。按照图3.1，各辊子上的力可根据轧件断面的力矩平衡条件求出。假设：1）第2、3、4辊下轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩，即；2）第、、辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩，即；3）其余各辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩和塑性弯曲力矩的平均值，即…。图3.1作用在矫正辊上的压力（矫正力）根据文献按照假设可得出各辊下矫正力的计算式为(3.7)式中：——轧件的塑性弯曲力矩，——轧件的屈服力矩，——辊距，将以上数据代入公式(3.7)得此时，根据文献可得作用在上、下排辊子上的压力总和为(3.8)式中：——矫正机辊数，——轧件的塑性弯曲力矩，——轧件的屈服力矩，——辊距，将数据代入公式(3.8)得由公式和计算可以看出，在上述三个假设前提下，第1辊至第3辊的矫正力是递增的，第3辊矫正力为最大值。然后，矫正力开始减小，第11辊矫正力为最小值。3.3.2作用在矫正辊上的矫正扭矩在辊式矫正机上，轧件是随着矫正辊的转动不断前进并反复弯曲的。因此，矫正辊上的扭矩可以按照功能相等的原理来确定，即轧件弯曲变形所做的功应该和矫正辊在矫正扭矩的作用下使轧件前进所做的功相等。假设：1）认为各辊下的弯曲力矩均是塑性弯曲力矩；2）认为弹复变形不属于耗能变形；3）为了简化计算，除原始曲率外，其余各辊下的残余曲率（也就是下一辊的原始曲率）都等于小变形矫正方案中的残余曲率最大值；4）对具有原始曲率为的轧件，可假设其平均原始曲率为(3.9)式中：的数值：对于钢板，，是轧件的厚度，，则。将数据代入公式(3.9)得根据文献按照假设条件，总的矫正扭矩计算式是(3.10)式中：——平均原始曲率——小变形矫正方案的残余曲率最大值。对矩形断面轧件，其残余曲率最大值为(3.11)式中：——轧件的屈服极限——是轧件的厚度——弹性模量将数据代入公式(3.11)得将数据代入总的矫正扭矩计算式(3.10)得3.4辊式矫正机主电机的选择3.4.1矫正功率的确定根据文献可得辊式矫正机的电动机功率按下式计算(3.12)式中：——矫正扭矩——作用在辊子上的压力总和——辊子与轧件的滚动摩擦系数，考虑可能出现较大的滑动摩擦，则对于钢板，=0.0008m——辊子轴承的摩擦系数，滚动轴承——辊子直径——辊子轴承处直径——矫正速度——传动效率，将数据代入公式(3.12)可得用2台电机，每台电机功率为。3.4.2选择电动机根据文献[5]可选择型号电动机；额定功率，额定转速。4主要零件的强度校核4.1矫直辊强度校核根据第3章公式3.7可知，第三辊上的压力和矫直力矩最大，故对第三辊进行强度校核。4.1.1第三辊的传动力矩由文献[7，P180]可知，传动力矩（4.1）式中——第三辊的矫正力矩——第三辊的摩擦力矩由文献[7，P180]可知，第三辊的矫正力矩（4.2）式中——第三辊压力，——矫正机的总压力，——作用在矫正机上的矫正力矩，将数据代入公式4.2得由文献[7，P180]可知第三辊的摩擦力矩（4.3）式中——第三辊压力——辊子与轧件的摩擦系数，考虑可能出现较大的滑动摩擦，对于钢板：——辊子轴承的摩擦系数，本矫正机用的是滚动轴承，——辊子轴承处直径，将数据代入公式4.3得将数据代入公式4.1得4.1.2第三辊上弯曲力矩和支反力的确定图4.1a为辊身长度支承辊的配置图，今认为第三辊的压力为均布载荷，单位长度上的压力，沿矫正辊辊身长度上有五个支承辊，可认为是一个七支点的连续梁，由此将其简化为力学模型，如图4.1b所示。由文献[7]知，连续梁计算可采用三弯矩方程式，故根据三弯矩方程式，对此连续梁进行分段计算求出各支点的弯曲力矩和支反力。图4.1矫正辊配置由文献[7，式6-79]得三弯矩方程式为（4.4）式中、、——第、、支点的弯矩、——第、跨度的长度、——第、跨度在外载荷作用下的弯矩图面积、——弯矩图面积、的重心到支点、的距离1、弯曲力矩（1）0—1段和1—2段梁上的作用载荷与其弯矩图如图4.2所示，为求出弯矩图面积，需求出最大弯矩。对于0—1段：最大弯矩（4.5）而a—0—1段b—1—2段图4.2作用载荷和弯矩图将以上数据代入公式（4.5）得此段的弯矩图面积为：弯矩图面积重心到支点的距离为：对于1—2段：最大弯矩弯矩图面积弯矩图面积重心到支点的距离（2）由于支点0的弯曲力矩，故对于0—2段由公式4.4得三弯矩方程为代入有关数据化简整理得（4.6）对于2—3段和段的作用载荷与其弯矩图与1—2段一样，故对于1—3段由公式（4.4）得三弯矩方程为，代入有关数据化简整理得（4.7）对于段由公式（4.4）得三弯矩方程为，且代入有关数据化简整理得（4.8）联立求解公式4.6、公式4.7、公式4.8，则可求得支点1、2、3处的弯曲力矩为由于、、，故求出、、后，可得出整个矫正辊上各支点的弯曲力矩。2、支反力的计算各支点的支反力可分段求出个段的支反力，然后将一样支点的支反力相加即可。支点0的支反力为支点1的支反力由两部分组成，一部分是0—1段的支反力，另一部分是1—2段的支反力，即同理，由于段、段和段外载荷一样，故所以，支点2和支点3的支反力与为：由于、、，故求出、、、后，可得出整个矫正辊上各支点的支反力。4.1.3第三矫正辊强度校核根据上述求出的矫正辊各支点的弯曲力矩和支反力，可发现其最大弯矩在支点2和支点3处，即矫正辊直径，故弯曲应力为由公式求出第三辊的传动力矩，则在支点2处的扭转力矩为按第四强度理论合成则根据文献选矫正辊的材料为，其屈服强度为，取安全系数，则矫正辊的许用应力。，故该矫正辊的强度符合矫正要求。4.2工作辊轴承校核根据工作条件，工作辊主要承受径向载荷，并且要求有一定的自动调心性能，承载能力高，故根据文献[8，表6-2-2]选用调心滚子轴承，由文献[8，表6-2-77]选轴承的型号为，其基本额定动载荷，基本额定静载荷，计算系数、、、，预期寿命为，轴承的受力分析如图4.3。图4.3轴承受力分析1、轴承受到的径向载荷、2、轴承当量动载荷和由文献[6，式13-9a]（4.9）式中——载荷系数，轴承运转中有中等冲击载荷，——轴承承受的径向力将数据代入公式4.9得3、轴承寿命由参考文献[6，式13-5]得：（4.10）式中——轴承转速，——基本额定动载荷——指数，对于滚子轴承，——轴承当量动载荷将数据代入公式4.10得，故所选轴承符合寿命要求。5低速级齿轮设计根据第3章可知电机功率为，工作辊转速为，所以总传动比为，给低速级齿轮传动比为2.7，剩余传动比在其他级分配。1.选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数1）选用斜齿轮传动；2）选用7级精度（GB10095-88）；3）材料选择。由文献[3,表10-1]选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS；4）选小齿轮齿数，齿数比，大齿轮齿数；5）选取螺旋角，初选螺旋角。2.按齿面接触强度设计：根据文献进行计算，即(5.1)确定公式的各计算数值试选载荷系数；由文献[6，图]，选取区域系数；由文献[6，图]，查得，；可知：；由文献得，齿宽系数；当文献[6，表10-7]选取时，由文献查得材料的单位影响系数MPa；由文献[6，图]，按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限；；2）由文献，计算应力循环次数（设使用寿命为15年），式中：－齿轮的转速；－每转一周单个齿所受应力次数；－齿轮的工作寿命；所以：3）由文献[6，图10-19查得接触疲劳寿命系数，，；计算接触疲劳许用应力：取失效率为，安全系数，由文献得:所以4）将以上数据代入公式5.1计算得：取3.计算圆周速度：4.计算齿宽与模数5.计算纵向重合度：6.计算载荷系数：(5.2)式中：－使用系数；－动载系数；－齿间载荷分配系数；－齿向载荷分布系数；由文献[6，表10-2]查得已知，齿轮精度为7级，由文献[3，图10-8]查得由文献[6，表10-4]查得对称布置得由文献[6，图10-13]查得由文献[6，表10-3]查得将以上数据代入公式得按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：由文献得7.计算模数：则取mm8.按齿根强度设计(5.3)确定计算参数（1）技术载荷系数（2）根据纵向重合度从文献[3，图10-28]查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数（4）查取齿形系数由文献[6，表10-5]查得（5）查取应力校正系数由文献[6，表10-5]查得（6）由文献[3，图10-20c]查得小齿轮的弯曲疲劳极限；大齿轮的弯曲疲劳极限。（7）由文献[6，图10-18]查得弯曲疲劳弯曲寿命系数（8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，由式（10-12）得（9）计算大，小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大设计计算将以上数据代入公式得对比计算结果，有齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法模数取，以可满足弯曲强度。但为了满足接触疲劳强度得的分度圆直径来计算齿数。于是由取，则9.几何尺寸计算（1）计算中心距将中心距圆整为（2）按圆整后的中心距修正螺旋角：因改变不多，故参数，，等不必修正。（3）.计算大小齿轮分度圆直径：（4）计算齿宽圆整后取。6轴的设计与校核6.1轴的结构设计根据文献可参考设计出轴各段直径和长度如图所示。最小轴直径为，，此处轴与齿轮座配合，所以选轴的直径尺寸公差为。与滚动轴承相配合选，，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为；滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，根据文献查轴肩，所以，。与齿轮配合处轴直径，，为了保证齿轮轮毂与轴配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为；齿轮与轴的周向定位采用平键连接，根据文献查平键截面，键长为。齿轮左端与轴承之间采用轴肩定位，轴肩高度，取，所以，。齿轮右段与轴承之间采用套筒定位，与滚动轴承配合，选轴的直径与长度都与一样。图6.1轴的结构6.2轴的强度校核根据第5章可知轴上所受齿轮圆周力力，径向力与轴向力。根据文献可知轴的强度公式为(6.1)式中——轴的计算应力，——轴所受弯矩，——轴所受扭矩，——轴的抗弯截面系数，；由文献得图6.2轴的载荷分析图根据图6.2可知：将以上数据代入公式得由文献可知,所以安全。6.3精确校核轴的疲劳强度截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为截面上的弯曲应力为截面上的扭转切应力为轴材料为，，，，根据文献可查得，根据文献可得材料的敏性系数为，故有效应力集中系数为根据文献得尺寸系数为，根据文献得表面质量系数为则综合系数为根据文献得碳钢特性系数为取取于是：则所以安全。7润滑方式的选择机械中的可动零、部件，在压力下接触而作相对运动时，其接触表面间就会产生摩擦，造成能量损耗和机械磨损，影响机械运动精度和使用寿命。因此，在机件做相对运行的接触面加入润滑介质，以减少摩擦和磨损，延长机械设备的使用寿命。加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可以防止部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。7.1辊系的润滑由于本矫正机工作时承受高温、重载、高速以与有冷却水和脏物侵入润滑点，故矫正机的工作辊、支承辊、前后导辊等采用油气润滑系统，它与传统的单相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性，大大延长了摩擦副的使用寿命，改善了现场的环境。它由主站、外置式和置式油气分配器、中间连接管道和管道附件等组成。主站是润滑油供给和分配、压缩空气处理的总成。主站由油箱、润滑油的供给和分配部分、压缩空气处理输出部分等组成。油箱是用于贮存润滑油的。油箱部经防锈处理，外表面喷塑。在油箱上配置了具有一个液位点控制的液位控制继电器，当油箱润滑油的液位降至设定液位时会发出故障信号，该信号与主机联锁，可使主机停止运行。7.2压下蜗轮蜗杆的润滑由于蜗杆传动滑动速度大、效率低、产生的热量大，如果润滑不当就会导致过渡磨损、甚至产生胶合。为防止上述问题出现，如何保证蜗杆传动具有良好的润滑状态，就成为蜗杆传动设计时必须考虑的一个至关重要的问题。润滑对于蜗杆传动来说，具有特别重要的意义。因为当蜗杆润滑不良时，其传动效率将显著降低，并且还会带来剧烈的磨损和产生齿间胶合破坏的危险，所以往往采用粘度大的矿物油对蜗杆传动进行良好的润滑，在润滑油中还常常加入添加剂，使其提高胶合能力。7.2.1润滑油的选择用做润滑剂的油类主要可概括为三类：一是有机油，通常是动植物油；二是矿物油主要是石油产品；三是化学合成油。我们要根据蜗轮、蜗杆配对材料和运转条件合理选用。对于本设计中，蜗杆传动采用钢蜗杆配青铜蜗轮。润滑油的运动粘度是根据蜗杆相对滑动速度与载荷类型进行选择的。本蜗轮蜗杆采用闭式传动，承受载荷类型为中等，由参考文献[6，表11-21]知其运动粘度，根据参考文献[9，表10-2-10]选择该蜗杆传动润滑油的牌号为L-CKE/P，精度等级为320。7.2.2润滑油给油方法与油量在参考文献[6，表11-21]中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。为保证蜗杆传动的正常润滑、又不致因浸入油池深度过大，过分搅动润滑油而导致功率损失较大和润滑油温升较高而过早失效，必须保证一定的油量。1蜗杆下置时，浸油深度应不超过一个齿高；2蜗杆上置时，蜗轮进入深度约为蜗轮外径的三分之一。同时还应使齿顶与箱底保持适当距离，以防止沉入箱底的杂质被搅起而降低润滑性能。对于闭式传动采用由此润滑时，在搅油损耗不致过大的情况下，应有适当的油量。这样不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。因此本设计采用上述方法对蜗轮蜗杆进行润滑可行。7.3压下螺丝螺母的润滑为改善压下螺丝、压下螺母润滑情况，本矫正机采用的是自动单线干油润滑，将压下润滑压力油管接在螺母下部润滑孔上，保证润滑油从压下螺母底部润滑孔流人压下螺母和压下螺丝螺旋面上，并从螺纹中流出，其中连接管路利用压下螺母下部装配法兰，在法兰上钻工艺孔，密封罩、外分别接润滑管路，这样可避免润滑直接穿过密封罩,并减少密封罩收缩时受到挤压。压下螺丝与螺母间润滑油是由润滑站直接供应，站压力为，经过管路压力损失，到压下螺丝与螺母间后压力不小于，保证带压力润滑。其工作制度为每隔4小时，系统工作一次。7.4齿轮减速器中齿轮的润滑齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。特别是高速传动，就更需要考虑齿轮的润滑。轮齿啮合面间加注润滑剂，可以避免金属直接接触，减少摩擦损失，还可以散热与防锈蚀。因此，对齿轮传动进行适当的润滑，可以大为改善轮齿的工作状况，确保运转正常与预期的寿命。本设计主传动系统齿轮的圆周速度，采用稀油循环喷油润滑，即由油泵或中心供油站以一定得压力供油，借喷嘴将润滑油喷到齿轮的啮合面上。同时，其，故喷嘴应位于轮齿啮合的一边，以便借润滑油与时冷却刚啮合过的轮齿，同时亦对轮齿进行润滑。由文献[6，表10-11]选用的润滑油为重负荷工业齿轮油（GB5903—1995），牌号为320。本设计压下系统齿轮的圆周速度时，常将大齿轮的轮齿浸入油池中进行浸油润滑。这样，齿轮在传动时，就把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。齿轮浸入油中的深度可视齿轮的圆周速度大小而定，对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高，但一般亦不小于。8设备的环保、可靠性和经济可行性分析8.1设备的环保性分析机械设备的环保性，是指机械设备在作业时保护环境的性能，此环境指作业人员工作环境和作业周围的环境。随着我国社会经济的高速发展，很多生产和施工企业为了获取更大的经济效益，机械设备连续不停的运作。由此产生的各种噪声、废气、污水和烟尘严重污染了环境，破坏了生态，给人们的身体健康造成了危害。为了保护人类赖以生存的环境和人们的健康生活，我们在设计机械设备时必须保证其环保性，设计、生产和使用环保性好的机械设备。为了使设备具有良好的环保性，我做了如下几点：（1）选用环保性好的电动机电动机是机械设备产生噪声、振动和排气污染的主要污染源，所以选择环保性好的电动机来改善机械的环保性。（2）改进了机械结构机械设备中除了电动机会产生噪声和振动外，各工作装置在运行时也会产生噪声和振动，因此在机械设计上我改进了上述部件的结构使其实现低噪声、低振动运行。（3）增加了后处理装置增加后处理装置是指在机械设备排污染源的后部增加消除污染的装置，用于清除机械排气或作业过程中产生的有害气体和微粒、粉尘。（4）加强了状态检测和与时维修有了环保性较好的机械设备的同时还要加强状态检测和与时维修，才能使机械设备处于正常运行状态，保证其在作业时有良好的环保性。8.2设备的可靠性1、设备的可靠性定义机械在规定条件下和规定的时间完成规定功能的能力