冷軋帶鋼夾送矯直裝置設(shè)計【說明書+CAD】

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Straightening has become an important measure of the quality of product competitiveness. In this context, straightening technology developed rapidly, applications are increasingly widespread. Roller leveler is currently the most widely used as a leveler. Straightening technology is the most perfect kind of leveler. Herein designed leveler five pinch roller straightening unit. For cold-rolled strip straightening, straightening force, the straightening moment, straightening power, pinch each apparatus and parts checking calculations. And according to the given data into the selected desired by calculating the motor and other gear. This paper involved pinch leveler After a series of design, based on the principle, but also to check the strength of the main parts, in order to ensure that the design of machinery to meet the actual production. Finally, environmental protection but also with technical and economic analysis, device evaluation. Key words:Cold-rolled strip pinch five roller straightening machine; straightening roll; straightening force; straightening moment; pinch rollers; parts checking 窗體底端 目 錄 1 緒論···································································1 1.1 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備········································1 1.2 冷軋帶鋼夾送矯直機類型和結(jié)構(gòu)········································2 1.3 國內(nèi)外夾送矯直機的發(fā)展?fàn)顩r··········································2 1.4 冷軋夾送矯直機研究現(xiàn)狀··············································4 1.5 課題的研究內(nèi)容和研究方法············································4 2 總體方案評述與選擇················································6 2.1 夾送裝置主傳動方案選擇··············································6 2.2 矯直裝置主傳動系統(tǒng)方案選擇··········································7 2.2.1 主傳動方案····················································7 2.2.2 減速器方案···················································8 3 矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)與力能參數(shù)的計算···································10 3.1 設(shè)計要求與基本參數(shù)·················································10 3.2 輥式矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定·····································10 3.3 矯直力與矯直力矩的計算·············································12 3.4 矯直功率的計算·····················································14 3.5 矯直主傳動系統(tǒng)的設(shè)計···············································15 3.5.1 選擇矯直電機·················································15 3.5.2 電動機類型的選擇 ············································15 3.5.3 電動機的傳動比 ··············································16 3.6 減速器參數(shù)計算······················································16 3.7 減速器齒輪接觸強度校核··············································17 4 冷軋帶鋼夾送裝置主要零件強度計算校核·····························19 4.1 夾送輥的輥徑計算···················································19 4.2 夾送輥的綜合計算················································20 4.3 夾送輥調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計方案·······································21 4.4 彈簧調(diào)整系統(tǒng)主要零部件的強度校核···································22 4.4.1 拉桿的強度校核···············································22 4.4.2 緊固螺栓的強度校核···········································24 4.4.3 連接夾送輥軸承座的螺栓的強度校核·····························24 4.5 夾送輥軸承的壽命計算···············································25 5 冷軋帶鋼矯直裝置主要零件強度計算及其校核 ·······················26 5.1 軸承的選取與校核···················································26 5.2 矯直輥強度校核計算··············································28 5.2.1 矯直輥接觸強度校核···········································28 5.2.2 矯直輥彎扭強度校核···········································29 5.2.3 矯直輥疲勞強度計算···········································32 6 潤滑方式的選擇······················································34 7 技術(shù)經(jīng)濟環(huán)保分析····················································35 結(jié)論····································································36 參考文獻·······························································37 致謝····································································38 第 38 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文） 1 緒論 帶鋼是相對于鋼卷，由中小型生產(chǎn)線冷軋工藝軋制而成的帶鋼產(chǎn)品。帶鋼一般成卷供應(yīng)，具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、便于加工、節(jié)省材料等優(yōu)點。同鋼板相同，帶鋼按所用材質(zhì)分為普通帶鋼和優(yōu)質(zhì)帶鋼兩類；按加工方法分熱軋帶鋼、冷軋帶鋼兩種。帶鋼廣泛用于生產(chǎn)焊接鋼管，作冷彎型鋼的坯料，制造自行車車架、輪圈、卡箍、墊圈、彈簧片、鋸條、五金制品和刀片等。比如冷軋普碳帶鋼適用于制造自行車、縫紉機、農(nóng)機等配件及五金制品；冷軋優(yōu)質(zhì)帶鋼適用于制造各種沖壓件、鋼管及其他金屬制品；冷軋彈簧鋼、工具鋼帶鋼用于制造彈簧、刀具、帶尺等制品。 1.1冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備 在相關(guān)學(xué)科和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，冷軋技術(shù)發(fā)展迅速，面貌日新月異，逐漸形成了現(xiàn)代冷軋工藝。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的冷軋事業(yè)不斷地成長壯大，從只能生產(chǎn)建筑用材的產(chǎn)品發(fā)展成為能夠生產(chǎn)高級汽車外板、高級家電板、高級包裝材料和電工鋼產(chǎn)品，無論產(chǎn)量，還是產(chǎn)品的規(guī)格品種多樣化和質(zhì)量，都有大幅提高，所以對于加工工藝也有不同的要求。 冷軋帶鋼在軋制、冷卻、運輸過程中或熱處理之后，由于各種原因往往產(chǎn)生縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等缺陷，因此，為消除這些缺陷，冷軋帶鋼需要在矯直機上進行矯直。冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝流程一般為：矯直→酸洗→軋制→工藝潤滑→退火→平整→剪切→包裝。 在矯直方面，輥式矯直機生產(chǎn)率高且易實現(xiàn)機械化，在板帶車間運用廣泛。帶鋼在輥式矯直機中經(jīng)過交錯排列的矯直輥多次反向彎曲，使原始曲率的不均勻度逐漸減小，進而矯平。由于軋件的材質(zhì)、規(guī)格和尺寸不相同，需要反復(fù)彎曲的次數(shù)也不同，因而輥式矯直機的輥數(shù)差別很大，輥數(shù)最少5個，最多29個，用以矯直極薄帶材。 現(xiàn)場矯直機的工作原理是塑性拉彎矯直理論，帶材在軋制及平整工序中產(chǎn)生內(nèi)部不均勻應(yīng)力，當(dāng)其應(yīng)力值達到一程度時，會造成板形的瓢曲或浪形，拉彎矯直機利用了內(nèi)應(yīng)力的存在改善板形。需矯平的帶材在張力輥組施加的張力的作用下，連續(xù)經(jīng)過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥劇烈彎曲，如圖1.1。帶材各條縱向纖維長度的不均勻性在拉伸和彎曲的合作用下，沿長度方向上產(chǎn)生了不同程度的塑性延伸，拉伸彎曲矯直技術(shù)使各條縱向纖維的長度趨向于一致，從而減小了內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布，消除了由于縱向纖維長度差造成的板形缺陷。 圖1.1 板帶矯直機工作原理 1.2冷軋帶鋼夾送矯直機工作原理和主要參數(shù) 軋件進入旋轉(zhuǎn)著的矯直輥中，經(jīng)過多次的、反復(fù)的、正反方向的彎曲變形使其原始曲率的不均勻性得到消除，從而使曲率從大變小，達到矯直的目的；矯直機有以下參數(shù)： 輥子直徑：輥徑過小強度不夠，輥徑過大，作用在輥子上的壓力也越大，軋件得不到足夠的彎曲變形，使矯直質(zhì)量達不到要求。 輥子數(shù)量：輥數(shù)增加，就增加了軋件反復(fù)彎曲的次數(shù)，有利于提高矯直精度；但實際上輥數(shù)達到一定數(shù)量后，靠增加輥數(shù)來提高矯直效果已不明顯，反而卻增加能耗，因此，在保證矯直要求的前提下，輥數(shù)應(yīng)盡量少。 輥子間距：輥間距對于軋件矯直質(zhì)量和作用在輥子上的壓力有很大關(guān)系。輥距過小，作用在輥子上的壓力太大，矯直機不僅能量消耗增大，而且，當(dāng)接觸應(yīng)力超過其許用值時，輥子會過早磨損；而輥距過大，帶材變形就不充分，不能達到所要求的矯直效果。 特別指出，支撐輥印要盡量避免；它是指平直光滑的工作輥輥面粘有金屬鐵粉及殘留乳液，從而在矯直帶鋼時，被傳遞到支撐輥表面，再由支撐輥傳遞到工作輥表面在帶鋼表面形成可見，無明顯手感的壓印，多呈條帶狀。用擦拭法去處效果不明顯，影響冷軋板帶鋼的表面質(zhì)量與美觀。 綜上所述：小輥徑、多輥數(shù)及小的輥間距適合于矯直斷面較薄的板帶鋼，大輥徑、少輥數(shù)、大的輥間距適合于矯直斷面較厚的板帶鋼 本課題研究的是五輥冷軋帶鋼夾送矯直裝置。 1.3 國內(nèi)外夾送矯直機的發(fā)展?fàn)顩r? 矯直技術(shù)產(chǎn)生的確切時間還未找到準(zhǔn)確的文字記載。但從文物發(fā)掘中可以看到，我國春秋戰(zhàn)國時期寶劍的平直度要求表明當(dāng)時手工矯和平整技術(shù)已經(jīng)達到很高水平。?古代人在矯直及整形的實踐中認識到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術(shù)具有一語道破之功。由于中國社會的特殊條件，好多技術(shù)停留在手工階段。18世紀(jì)末到19世紀(jì)初，歐洲進行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實現(xiàn)了用蒸汽動力代替人力，機械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀(jì)30年代冶鐵技術(shù)培訓(xùn)發(fā)展起來，當(dāng)時英國的生鐵產(chǎn)量已由7萬噸增長到19萬噸，增加了了2.7倍，19世紀(jì)50年代開辟了煉鋼技術(shù)的新紀(jì)元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到19世紀(jì)末，鋼產(chǎn)量增加50多倍，鋼材產(chǎn)量占鋼鐵產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機械、軋鋼機械和矯直機械。進入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動代替蒸汽動力為標(biāo)志，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機大概是我們見到的最早的一臺矯直機。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機。到1914年英國發(fā)明了212型五輥式矯直機，解決了鋼管矯直問題同時提高了棒材矯直速度，20世紀(jì)20年代日本已能制造多斜輥矯直機，20世紀(jì)30年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機，顯著提高了管材矯直質(zhì)量，20世紀(jì)60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題美國薩頓公司研制成功313型七輥式矯直機。20世紀(jì)30到40年代國外技術(shù)發(fā)達國家的型材矯直機及板材矯直機也得到迅速發(fā)展，而且相繼進入到中國的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。新中國成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以見到德、英、日等國家制造的矯直機。與此同時，還出現(xiàn)了拉伸矯直機。20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)的矯直機大量進入到中國，同時，世界上隨著電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)進步速度加快，矯直機的品種，規(guī)格，結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。20世紀(jì)70年代我國改革開放以后接觸到大量的國外設(shè)計研究成果。有小到φ1.6mm金屬絲矯直機和大到φ600mm管材矯直機，有速度達到300m/min的調(diào)整矯直機和精度達到0.038mm/m的高精度矯直機，同時也引進許多先進的矯直設(shè)備。如英國的布朗克斯矯直機、德國的凱瑟林矯直機、德馬克連續(xù)拉彎矯直機以及高精度壓力矯直機、日本的薄板矯直機等。值得自豪的是我國科技界一直在努力提高自己的科研設(shè)計創(chuàng)新能力。從20世紀(jì)50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設(shè)計的精確計算法及文獻提出的矯直曲率方程式。60~80年代在輥形理論方面有許多學(xué)者進行了深入的研究，并取得了十分可喜的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會，產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計算法。進入90年代我國在趕超世界先進水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市，省及部級科技進步獎。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機、多斜輥薄壁管矯直機、3斜輥薄銅管矯直機、雙向反彎輥形2輥矯直機、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機、平行輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等研制方面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量，其矯后的殘留撓度為0.2~0.5mm/m。此外，從20世紀(jì)60年代以后拉伸與拉彎矯直設(shè)備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起到重要作用。 1.4 冷軋夾送矯直機研究現(xiàn)狀 進入90年代我國在趕超世界先進水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市，省及部級科技進步獎。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機、多斜輥薄壁管矯直機、三斜輥薄銅管矯直機、雙向反彎輥形二輥矯直機、復(fù)合轉(zhuǎn)轂式矯直機、平行輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等研制方面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量，其矯后的殘留撓度為0.2~0.5mm/m。此外，從20世紀(jì)60年代以后拉伸與拉彎矯直設(shè)備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起到重要作用。 在實際計算中，作用在矯直輥上的壓力可按照軋件彎曲時所需的力矩來計算。此時，將冷軋帶鋼看成受很多集中載荷的連續(xù)梁，這些集中載荷就是各個輥對冷軋帶鋼的壓力。它們在數(shù)值上等于冷軋帶鋼對輥子的壓力。 在輥式矯直機上，軋件是隨著矯直機的轉(zhuǎn)動不斷前進并反復(fù)彎曲的，按矯直輥上的扭矩按功能原理來確定。 矯直機的功率的計算，要計算主傳動電機功率必須求出冷軋帶鋼塑性變形矯直力矩（Mk）和作用在輥子上的總壓力（ΣP）。 1.5課題的研究內(nèi)容和研究方法 進行設(shè)計前對鞍鋼冷軋帶鋼夾送矯直裝置進行研究分析。研究鞍鋼集團冷軋帶鋼夾送矯直裝置生產(chǎn)流程后，采用經(jīng)典材料力學(xué)、機械設(shè)計學(xué)方法，對五輥夾送矯直機進行計算，對主要參數(shù)例如作用在輥式矯直機輥子上的壓力，矯直輥間板帶的彎曲撓度，輥式矯直機傳動功率和輥式帶鋼矯直機基本參數(shù)進行計算校核。 圖1.2 立式矯直機機架 2總體方案評述與選擇 2.1夾送裝置主傳動方案選擇和調(diào)整裝置的作用 1——夾送輥 2——電機 3——減速器 圖2.1 雙電機傳動方案 雙電機傳動方案由于復(fù)雜和存在速度不均勻?qū)е碌膸т摀p傷，所以我不考慮使用這個方案。 1——夾送輥 2——電機 3——減速器 圖2.2 單電機傳動方案 夾送裝置采用單電機傳動，這種方案簡單實用，而且布置緊湊。夾送裝置不需要太復(fù)雜，優(yōu)先考慮單電機傳動。 夾送輥裝置由上夾送輥、下夾送輥、機架、壓輥、活門、機架輥及導(dǎo)板、傳動等組成。本夾送輥設(shè)置在地下卷取機入口側(cè)，將鋼板頭部引入地下卷取機的同時，對帶鋼施加張力。上下夾送輥之間的輥縫設(shè)置，是根據(jù)帶鋼的厚度，由液壓壓下系統(tǒng)控制，行程由組合位置傳感器控制。 2.2矯直裝置主傳動系統(tǒng)方案選擇 2.2.1主傳動方案 軋件在軋制、冷卻和運輸過程中，由于各種因素的影響，往往產(chǎn)生形狀缺陷。板材和帶材往往會產(chǎn)生縱向彎曲（波浪形）、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等變形。為了消除這些缺陷，軋件需要在矯直機上進行矯正。 在輥式矯直機上，按照每個輥子使軋件產(chǎn)生的變形程度和最終消除殘余曲率的方法，可以有多種矯直方案。最常見的是小變形矯直方案和大變形矯直方案。小變形矯直方案是假設(shè)矯直機上每個輥子的壓下量都可以單獨調(diào)整，各個輥子的反彎曲率的選擇原則是只消除軋件前一輥上產(chǎn)生的最大參與曲率，使之變平。大變形矯直方案是使具有不同原始曲率的軋件經(jīng)過幾次劇烈的反彎以消除其原始曲率的不均勻度，形成單值曲率，然后按照矯直單值曲率軋件的方法加以矯平。 傳動簡圖如圖2.3和圖2.4所示： 1——電機 2——萬向聯(lián)軸器 3——下工作輥 4——上工作輥 圖 2.3 矯直主傳動方案原理圖 該方案是一個由一個電動機驅(qū)動的。通過聯(lián)軸器由電機帶動每一個矯直輥。這種方案雖然利于分別控制矯直輥，但是比較復(fù)雜，對精度要求也比較高。必須嚴(yán)格控制各輥的轉(zhuǎn)速。所以這一個方案不采用。 1——電機 2——萬向聯(lián)軸器 3——上工作輥 4——下工作輥 5——鏈輪 圖 2.4 矯直主傳動方案原理圖 該方案是一個由一個電動機驅(qū)動的。由于圓柱齒輪減速機的制造和安裝較為簡單，因此在矯直機主傳動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。且將其制造成為聯(lián)合減速機。因為將減速機與齒輪座組成一個整體，可減少傳動件，且結(jié)構(gòu)緊湊，能減少機列總長度，節(jié)省精整車間的空間。 該矯直機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，一個電機驅(qū)動，傳動結(jié)構(gòu)精巧，布置緊湊，通過帶動一個下矯直輥，由鏈輪把下矯直輥統(tǒng)統(tǒng)帶動。此矯直傳動分配箱還帶動一夾送輥，這也是板帶矯直機的另一個特點。由于其輥距較小，夾送輥的傳動若另做，不僅浪費電動機、聯(lián)軸器等零部件，還浪費空間， 使得整機平面布置較困難。此外，還有夾送輥，凈輥等傳動與矯直傳動做到一起，使其性能更優(yōu)。 2.2.2 減速器方案 為了方便運算和設(shè)計，我打算采用單級圓柱齒減速器，減速器方案簡圖如圖2.5。 本方案采用斜齒圓柱齒輪傳動，其承載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動好，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)轉(zhuǎn)速較高負載較高的傳動，更適用于高速或要求傳動平穩(wěn)的場合。并且由于結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)制造。 圖 2.5 減速器傳動方案 3 矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)與力能參數(shù)的計算 3.1 設(shè)計要求與基本參數(shù) 帶鋼厚度：1.8～4.0mm， 帶鋼寬度：1100mm， 材料屈服極限：=235MPa 材料強度極限：MPa 帶鋼最大輸送速度m/min，最小輸送速度m/min 夾送輥張力為20kN 。 3.2 輥式矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定 1. 輥徑D與輥距t的確定 輥徑D與輥距t之間有一定的比例關(guān)系，查文獻[12]，薄板矯直機的比例關(guān)系為：。 在此取。輥徑D確定后，滾子軸頸及與萬向接軸連接處軸頸的強度可以按照一般強度計算公式校核。輥子上的矯正扭矩按照第三輥的計算扭矩(包括摩擦因素)考慮，因為第三輥的矯正力P最大。 在確定輥距t時，應(yīng)該考慮滿足最小厚度軋件的矯正質(zhì)量要求，又滿足考慮矯正最大斷面軋件時矯正輥的強度要求。為此，應(yīng)分別計算最大允許輥距和最小允許輥距。最后確定的輥距t應(yīng)該是(盡量取小值)，而且應(yīng)圓整至矯直機參數(shù)系列中的相應(yīng)數(shù)值。 (1)最大允許輥距的確定： 計算的出發(fā)點：平直的（）最小厚度軋件經(jīng)過矯正輥反彎時，斷面上塑性變形區(qū)高度應(yīng)不小于，即。由此，軋件的反彎曲率應(yīng)是： (3.1) 若假設(shè)這一反彎曲率半徑等于矯直輥半徑(忽略軋件的厚度)，即，對于薄板矯直機與關(guān)系應(yīng)該是： ()。將式3.1代入，得： (3.2) 式中 hmin——被矯鋼板的最小厚度，=1.8mm ； ——鋼板的彈性模量 ， MPa ； ——屈服極限，=235MPa ； hmax——被矯鋼板的最大厚度，=4.0 mm 。 　　　　?。?.35=0.35×＝0.56m=560mm (2)最小允許輥距的確定： 輥距t越小對軋件可能產(chǎn)生的反彎曲率越大，矯正質(zhì)量越高，但同時矯正力P越大。故最小允許輥距受工作輥扭轉(zhuǎn)強度和輥身表面接觸應(yīng)力限制。輥子上最大接觸應(yīng)力應(yīng)小于允許值，即： （3.3） 式中 ——最大允許接觸應(yīng)力； P ——最大矯直力，按第三輥壓力計算： ； E ——工作輥彈性模量；E=210000MPa； R ——工作輥半徑， ； b ——軋件與輥子的接觸寬度； ——允許接觸應(yīng)力值，一般取軋件屈服極限的二倍，即。 將以上各式代入式(3.3)中，得：。對于板帶矯直機e=1.5，，0.95，由此 （3.4） 將各數(shù)值代入式3.4得： =47.10mm 所以：，47.10mm < t < 560mm 。查文獻[2]，在此取t=160mm。 mm，圓整于D=150mm。 2. 輥數(shù)n的選擇： 選擇輥數(shù)n的原則是保證矯正質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量減小。查文獻[1]，在此選擇n=5。 3. 輥身長度L的確定： 輥身長度L與軋件最大寬度有關(guān)，通常 當(dāng)200mm時，a=50mm；當(dāng)200mm時，a=100~300mm。 在此取a=300mm，L=1100+300=1400mm。 4. 矯正速度的確定 矯直機的矯正速度主要由生產(chǎn)效率確定，要與軋機生產(chǎn)能力和所在機組的速度相協(xié)調(diào)。查文獻[1]，=0.1~6.0m/s 在此取=1.1m/s。 3.3矯直力與矯直力矩的計算 在生產(chǎn)實際中，輥式矯直機的矯直原理就是使工件在矯直輥壓下力的作用下，在同一工作平面內(nèi)通過交錯配置的工作輥進行反復(fù)壓彎，工件發(fā)生彈塑性變形，直到殘余曲率逐漸減小為零，工件趨于平直。下面根據(jù)計算矯直力和矯直力矩的公式求出所需的參數(shù)。 （1）矯直力的計算 根據(jù)文獻[1]可知，作用在矯直輥上的矯直力如圖1.1所示，各輥子上的力可以根據(jù)軋件斷面的力矩平衡條件求出，即： （3.5） 式中 t —— 矯直輥輥距。 今假設(shè)第2、3、4輥下軋件彎曲力矩為塑性彎曲力矩; 由文獻[2，5-12]得輥式矯直塑性彎曲力矩為 ==1316N mm， 其中 為軋輥屈服極限，=235MPa 。 將上述三個假設(shè)代入式（3.3），可得出各輥下矯直力的計算式為： ==16.45 kN ==49.35 kN ==65.8 kN ==49.35 kN ==16.45 kN 故作用在上下輥子上的壓力總和為 ： ==++++=197.4 kN （3.6） （2） 矯直力矩的計算 矯直過程按照以下假設(shè)進行分析： （1）認為各輥下的彎曲力矩均是塑形彎曲力矩； （2）認為彈復(fù)變形不屬于耗能變形； （3）除原始曲率外，其余各輥下的殘余曲率（也就是下一輥的原始曲率）都等于小變形矯直方案中的殘余曲率最大值； （4）對具有原始曲率的軋件，可假設(shè)其平均原始曲率為： 式中的數(shù)值，對于鋼板，= ，h為軋件厚度。 按照上述假設(shè)，矯直輥上的矯直力矩為： (3.7) 其中，按照下列回歸經(jīng)驗公式可以近似計算： ， 故：=mm。 ，取大值：。 將與代入式(3.7)中可得： 3.4矯直功率的計算 查文獻[1]，輥式矯直機電動機功率可按下式計算： （3.8） 式中 ——總矯正扭矩，=3224.8kNmm ； ——作用在矯直輥上的壓力總和，= 197.4 kN ； ——矯直輥與軋件的滾動摩擦系數(shù)，對于鋼板=0.0002， 如考慮可能出現(xiàn)較大的滑動摩擦，則對于鋼板=0.0008 ； ——輥系軸承的摩擦系數(shù)，輥針軸承 ； D——輥子直徑，D= 150 mm ； d——輥子軸承處直徑 (滾針軸承取中徑), d=85 mm； v——矯正速度m/， v=1.1 m/s ； ——傳動效率， ==0.768=0.723 。 所以電機功率： N= =75.426kW 3.5矯直主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 3.5.1選擇矯直電機 由前面的主參數(shù)計算可以得到，矯直機的總功率為p=75kW 3.5.2 電動機類型的選擇 電動機類型的選擇可以根據(jù)動力源和工作條件，冶金用電動機大多采用YZR 系列 （繞線轉(zhuǎn)子三相異步）電動機。因為它具有較大的過載能力和較高的機械強度，特別使 用于短時和周期運行，頻繁啟動和制動，有時過負荷及有顯著的振動和較大沖擊的設(shè)備。 電動機功率的選擇及其類型參數(shù)： 根據(jù)矯直機的功率（75kW），可選擇YZR系列，功率為75kW的280M電機，由文獻查得其轉(zhuǎn)速為nm=969r/min。 由文獻可查得其安裝尺寸及重要的外形尺寸： 電動機總長度：l=1315mm 外伸軸徑：D=80mm 外伸長度：E=170mm 電動機中心高：H=280mm 3.5.3 電動機的傳動比 電動機的轉(zhuǎn)速為nm=969r/min 經(jīng)一級減速后，要進行兩次分配，最終輸出軸的轉(zhuǎn)速可計算得到： v = 1.5m/s；v=n×r；r=D/2； D為工作輥的直徑（D=150mm） 所以： （3.1） 傳動比： 3.6減速器參數(shù)計算 1、 各軸的轉(zhuǎn)速計算 2、 各軸的輸入功率 各傳動軸和傳動機構(gòu)的效率由文獻[4]查得， (彈性聯(lián)軸器)，其特點是傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)簡單，耐久性好， 有一定的緩沖和吸振能力。適用于軸向竄動較大，正反轉(zhuǎn)變化較多和啟動較頻繁的場合。 （閉式圓柱齒輪傳動，7級精度），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，效率高 (0.99)，壽命長，能保證恒定的傳動比，傳動平穩(wěn)，適用的范圍廣,可實現(xiàn)平行軸、相交軸和交錯軸之間的傳動。 (圓錐滾子軸承)，其結(jié)構(gòu)為向心推力結(jié)構(gòu)，可以同時承受軸向和徑向的 力。其中單列的只能承受單方向的軸向力，有些類型可以同時承受對向軸向力，類似角接觸球軸承，不同的是相對轉(zhuǎn)速低，精度低，但承受力大很多。 所以減速器的傳遞效率為 由主要參數(shù)計算可以得到：所選電動機的額定功率為P=75KW;電動機所工作需功率為 Pd=71KW。 所以各軸輸入功率為： 3、 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 各軸轉(zhuǎn)矩如下： 4、總匯 將上述計算結(jié)果列于下表4.1 中，以供后面查用 表4.1 減速機參數(shù)圖 軸號 轉(zhuǎn)速（r/min） 功率P(kW) 轉(zhuǎn)矩T(N·m) 傳動比i 1 969 66.53 655.67 5.07 1 2 192.12 63.89 3492.58 3 192.12 61.99 3098.39 3.7減速器齒輪接觸強度校核 由于減速器齒輪較多，這里只列出一個高速級齒輪。查文獻得， 模數(shù):m=2.5 齒數(shù):Z1=30 齒形角:a=20° 齒頂高系數(shù):ha* =1 分度圓直徑:d1=75 精度等級:7HK GB10095-02 中心距:157.531.5 按照接觸疲勞強度校核公式進行校核得 （3.2） 齒輪法向力 (3.3) 所以有 MPa (3.4) 所以MPa,故齒輪滿足強度要求，是安全的。 4冷軋帶鋼夾送裝置主要零件強度計算及其校核 4.1 夾送輥的輥徑計算 夾送輥是為了改善矯直輥對板材的咬入條件而設(shè)置的。因此送料輥的壓下是彈性壓下，其壓力歲半才的寬、厚不同而可以變化。 在工作過程中，輥子壓緊帶材，帶材受拉力T的作用。帶材對上下輥子的水平方向摩擦力可按下式計算： 采用鋼送料輥在冷狀態(tài)下取=0.15，采用聚氨基甲酸或橡膠包層夾送輥時，取。在此取。 kN 1.夾送輥的輥徑： mm 按照設(shè)計要求，在此初定=610mm。 2.求出輥子傳遞的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩，并確定最小直徑d。 （1）已給出夾送輥的張力為20kN，兩個輥子上的摩擦力===10kN，每個輥子傳遞的功率P： P===11kW 輥子的轉(zhuǎn)速n： =82.34 輥子的轉(zhuǎn)矩： ==1275N·m （2）初步確定輥子的最小直徑： （3）在此選則輥子的材料為40，查文獻[3]表15-3，選取=112，故： mm 在此初選d=100mm。 4.2 夾送輥的綜合計算 1. 聯(lián)軸器和軸承的選擇 最小直徑d=100mm，輥子直徑=610mm。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：?？紤]到轉(zhuǎn)矩變化很小，查文獻[3]表14-1取=1.3。故=1657.5Nm。按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查文獻[4]表13-5，選用LT11型彈性套柱銷聯(lián)軸器。其半聯(lián)軸器孔徑為100mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=195mm。 2. 滾動軸承的選擇 因軸承同時承受有徑向力和軸向力的作用，且徑向載荷較大，故選取調(diào)心滾子軸承。d=120mm，查文獻[4]表12-1選取23124C的調(diào)心滾子軸承，其內(nèi)徑d=120mm，外徑D=200mm，寬B=62mm。 3.夾送輥的強度校核 由于夾送輥受到徑向載荷，并且傳遞扭矩，應(yīng)按照彎扭組合來校核其強度。作出其受力分析圖、彎矩圖和扭矩圖如圖4.1所示 則有 求得：=25kN；41250Nm。 按照第三強度理論來進行強度校核，即： 所以軸頸處材料選45號鋼，最小軸徑d=100mm是符合設(shè)計要求的。故，最終確定夾送輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)：輥徑=610mm；最小直徑d=100mm，軸承處直徑D=120mm。 圖4.1夾送輥受力、彎矩、扭矩圖 4.3夾送輥調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計計算 1. 調(diào)整系統(tǒng)的作用： 為了保證軋件按照給定的壓下量被夾送輥咬入，并且與工作輥的軋線保持高度一致，使軋件能順利送入工作輥進行矯直，需要給夾送輥上設(shè)置一個調(diào)整系統(tǒng)，來確保軋件的壓下量和保持夾送輥的平衡。這里夾送輥采用液壓壓下裝置，調(diào)整系統(tǒng)輔助微調(diào)壓下。當(dāng)夾送輥間沒有軋件時，由于上軋輥及其軸承座的重力作用，在軸承座與壓下螺絲之間、壓下螺絲與螺母的羅文之間均會產(chǎn)生間隙。這樣，當(dāng)軋件咬入時，會對壓下裝置產(chǎn)生沖擊，所以必須設(shè)置一個平衡裝置來防止這種情況發(fā)生，使上軸承座緊貼壓下螺絲端部并消除螺紋之間的間隙，大多數(shù)的平衡裝置還兼有抬升上輥的作用。由于夾送輥的移動量很小，一次調(diào)整好在軋制過程中一般不再調(diào)整，因此多使用彈簧平衡。 2.彈簧式平衡裝置的特點： 彈簧式平衡裝置的結(jié)構(gòu)較簡單，一般由4個彈簧和拉桿組成，彈簧放在機架蓋上不，上輥的下瓦座通過拉桿吊掛在平衡彈簧上。彈簧的平衡力應(yīng)是被平衡重量的1.2—1.4倍，可用過拉桿上的螺母調(diào)節(jié)。當(dāng)上輥下降時，彈簧壓縮，上升時則放松，因此，彈簧的平衡力是變化的，彈簧越長，平衡力越穩(wěn)定。彈簧平衡只適用于上輥調(diào)整量不大于50—100mm的軋機。它的優(yōu)點是簡單可靠，缺點是換輥時要人工拆裝彈簧。 3.調(diào)整系統(tǒng)方案確定： 根據(jù)夾送輥的受力特點和壓下量變化的大小，在此采用彈簧調(diào)整裝置來微調(diào)夾送輥的壓下量。 參考軋機的上輥彈簧平衡裝置，夾送輥彈簧調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。裝置主要由彈簧、拉桿和調(diào)節(jié)螺母組成，通過傳感器作用，裝置上的標(biāo)尺可以顯示調(diào)節(jié)量。通過調(diào)節(jié)螺母來調(diào)整拉桿的上下運動，使拉桿上的彈簧拉伸或壓縮，來微調(diào)夾送輥的壓下量。 4.4彈簧調(diào)整系統(tǒng)主要零部件的強度校核 4.4.1 拉桿的強度校核 拉桿直徑=35mm；拉桿螺紋部分直接=30mm；夾送輥壓下力P=50kN。拉桿螺紋部分的強度校核應(yīng)該綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。 其危險截面的拉伸應(yīng)力為： 其危險截面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為： （4.1） 對于M10~M64普通螺紋的鋼制螺栓，取0.17，=1.04~1.08，0.05，由此可得： （4.2） 由于螺栓材料是塑性的，故可根據(jù)第四強度理論，求出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下其計算應(yīng)為： （4.3） 所以，螺栓危險截面的拉伸強度條件為： （4.4） 以上各式中中，為螺栓所受的預(yù)緊力。 碳素鋼螺栓的預(yù)緊力關(guān)系式為： （4.5） 式中，是螺栓材料的屈服極限，是螺栓危險截面的面積，。 在此，螺栓的材料選用45號鋼，其屈服極限，螺紋外徑=30mm。 由式（4.5）可求得： 取大值，=222.55Kn。再代入式（4.4）可得： 螺紋連接件的許用拉應(yīng)力按下時計算： （4.6） 查文獻[3]，安全系數(shù)S=2.5，所以。 所以：，符合強度要求。 4.4.2 緊固螺栓的強度校核 緊固螺栓的螺紋外徑為20mm，材料為45號鋼。其預(yù)緊力為： 取大值，=98.91kN。 由式（4.4）可得：MPaMPa 所以緊固螺栓的設(shè)計符合強度要求。 4.4.3 連接夾送輥軸承座的螺栓的強度校核 與夾送輥軸承座連接的螺栓螺紋外徑為30mm，長度為8mm。此處的連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受壓擠，在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強度條件計算。 在計算時，假設(shè)螺栓孔與空壁表面上的壓力分布是均勻的，由于這種連接所受的預(yù)緊力很小，所以不考慮預(yù)緊力和螺紋摩擦力矩的影響。 螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為： （4.7） 載荷F=50kN，=30mm； 為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm，取=37.5mm。 查文獻[4]，許用擠壓應(yīng)力為：=0.8=360MPa。由式（4.7）可得： 符合擠壓強度條件的要求。 螺栓桿的剪切強度條件為： （4.8） 螺栓材料的許用剪切應(yīng)力應(yīng)為： （4.9） 查文獻[3]，鋼的安全系數(shù)=1.25。由式（4.9）可得：=360MPa。故： 符合剪切強度條件的要求。 4.5 夾送輥軸承的壽命計算 以小時代表的軸承基本額定壽命Lh為： （4.10） 其中n為軸承轉(zhuǎn)速，C這軸承基本額定靜載荷，P為軸承實際承受的載荷，對于球軸承＝3，對于滾子軸承。 夾送輥轉(zhuǎn)速的計算： （4.11） 則 =82.34 按照式（4.10），則上輥軸承壽命為： 即：每隔4個月?lián)Q一次軸承即可。 5 冷軋帶鋼矯直裝置主要零件強度計算及其校核 5.1軸承的選取與校核 矯直輥在工作過程中主要受徑向載荷，軸向載荷與之相比幾乎可以忽略不計，而且矯直機外形尺寸較大，前后立箱相隔較遠導(dǎo)致安裝對中性差，當(dāng)輥軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。為保證正常工作，通常選用有一定調(diào)心性能的調(diào)心滾子軸承。 圖5.1 調(diào)心滾子軸承 根據(jù)機械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個適當(dāng)?shù)氖褂脡勖C直機軸承預(yù)期壽命′=20000h。 條件：軸承預(yù)期壽命′=20000h，工作環(huán)境清潔，載荷平穩(wěn)，工作溫度低于120度。矯直速度為66m/min，因此軸承轉(zhuǎn)速n=66/(0.72*)=26.5r/min，需按基本額定動載荷值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。 對于調(diào)心滾子軸承，當(dāng)量動載荷為徑向載荷: 對于軸頸為處的軸承， 設(shè)計基本額定動載荷為： (5.1) 式中 C’— 基本額定動載荷計算值，N P — 當(dāng)量動載荷，N ft— 溫度因數(shù)， 在低于120°的條件下工作時，取ft=1 n — 軸承轉(zhuǎn)速，r/min 根據(jù)上式計算結(jié)果，在機械設(shè)計手冊中選取型號為22217的調(diào)心滾子軸承，在處放置兩個，同時可得軸頸=85mm。其基本參數(shù)如下： 基本尺寸/（mm） d: 85 基本尺寸/（mm） D: 150 基本尺寸/（mm） B: 36 基本額定載荷/（kN）:145 基本額定載荷/（kN）: 228 軸承代號（圓柱孔）: 22217 驗算此型號軸承的靜強度，與計算基本額定動載荷時同理，當(dāng)量靜載荷為徑向載荷，即： 對于軸頸為da處的軸承，。 設(shè)計基本額定靜載荷為： （5.2） 式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 當(dāng)量靜載荷，N。 — 安全因數(shù)，對于調(diào)心滾子軸承，取=3。 帶入數(shù)據(jù)得: 因此，da處軸承靜強度合格，所選型號22217能滿足使用要求 。 對于軸頸為處的軸承，=1576KN， 設(shè)計基本額定動載荷為： 根據(jù)上式計算結(jié)果，在機械設(shè)計手冊中選取型號為22217C的調(diào)心滾子軸承，在處放置一個，同時可得軸頸=85mm。 基本尺寸/(mm)d:85 基本尺寸/(mm)D:150 基本尺寸/(mm)B:36 基本額定載荷/(kN)|: 224 基本額定載荷/(kN): 285 軸承代號(圓柱孔): 22217C 驗算此型號軸承的靜強度，與計算基本額定動載荷時同理，當(dāng)量靜載荷為徑向載荷，即： 對于軸頸為da處的軸承，。 設(shè)計基本額定靜載荷為： 式中， — 基本額定靜載荷計算值，N。 — 當(dāng)量靜載荷，N。 — 安全因數(shù)，對于調(diào)心滾子軸承，取=3。 帶入數(shù)據(jù)得: 因此，da處軸承靜強度合格，所選型號22217C能滿足使用要求 。 5.2矯直輥強度校核計算 5.2.1矯直輥接觸強度校核 由于各工作輥所受扭矩不同，所以在這里只計算第三輥。如果第三輥能滿足強度校核，其他矯直輥則都可以滿足所需強度。 =504000N·mm 矯直機工作輥應(yīng)該滿足表面接觸應(yīng)力小于要