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1、第34頁 1 緒論 1．1矯直設(shè)備的發(fā)展 1．1．1矯直設(shè)備的發(fā)展概況 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質(zhì)量水平。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明222型六輥式矯直機(jī)，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(jī)。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(jì)研制成果，有小到φ1.6mm金屬絲矯直機(jī)和大到φ600mm管材矯直機(jī)。有速度達(dá)到300m/min的高速矯直機(jī)和精度達(dá)到0.038mm/m的高精度矯直機(jī)。 同時(shí)也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備

2、。進(jìn)入90年代我國在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機(jī)獲得了國家的發(fā)明專利；一些新成果獲得了市、省及部級(jí)科技成果進(jìn)步獎(jiǎng)；有的獲得了國家發(fā)明獎(jiǎng)。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機(jī)，多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)，平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動(dòng)切料機(jī)等研制方面相繼取得成功， 1．1．2矯直作用 軋制和熱處理后的管材有一系列的缺陷，其中主要的是縱向彎曲和橫斷面的橢圓度。為了消除這些缺陷，需設(shè)置斜輥式鋼管矯直機(jī)，在矯直過程中，鋼管在矯直輥間作直線前進(jìn)的同時(shí)還進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過鋼管在矯直輥中反復(fù)多次彈性彎曲使鋼管達(dá)到矯直的目的。 1． 2矯直設(shè)備分類 1．2．1矯直機(jī)的分類 按工作

3、原理不同劃分為五大類。第一類稱為反復(fù)彎曲矯直機(jī)，它們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕黄矫鎯?nèi)對(duì)工件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減小壓彎量，直到壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。第二類稱為旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)，是工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方式從大的等彎矩區(qū)向小的等彎矩區(qū)過渡，在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直。第三類稱為拉伸矯直機(jī)，它依靠拉伸變形把原來長短不一的縱向纖維拉成等長度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直。第四類稱為拉彎矯直機(jī)。它是把拉伸與彎曲變形合成起來使工件兩個(gè)表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時(shí)間發(fā)生，全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時(shí)發(fā)生的，既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。第五類稱為拉坯矯直設(shè)備，它是在拉動(dòng)

4、連鑄坯下行的同時(shí)使鑄坯的弧形彎曲漸伸變直，其拉力主要用于克服外部阻力，而鑄坯本身在高溫狀態(tài)下所需的矯直力是較小的。 具體進(jìn)一步分類如圖1.1所示： 　　　　　　　　 ,圖1.1 （５）拉坯矯直機(jī) 拉坯矯直機(jī)在連鑄系統(tǒng)中占有重要位置，取得了很大發(fā)展，已經(jīng)自成體系。 1．2．2鋼管矯直機(jī)分類及適用范圍　 在矯直管、棒等圓形斷面條材時(shí)若采用平行輥矯直機(jī)則存在兩個(gè)致命的缺點(diǎn)：第一，只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲。若矯直其它各方面的縱向剖面的彎曲常需要進(jìn)行多次的變方位的矯直過程；第二，圓材在矯直過程中容易產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不僅達(dá)不到矯直目的，反而要產(chǎn)生嚴(yán)重的螺旋形彎曲（俗

5、稱麻花彎），使產(chǎn)品報(bào)廢。為了消除上述的缺點(diǎn)，在生產(chǎn)中常采用斜輥矯直機(jī)。 常見的斜輥矯直機(jī)的類型及用途： 1、 2斜輥矯直機(jī)：這種矯直機(jī)用于矯直棒材，也可用于矯直厚壁管材。 2、 3斜輥矯直機(jī)：只適用于矯直長度較小，直徑較大，壁厚很薄的小量管材，故至今沒有發(fā)展起來。 3、 多斜輥矯直機(jī) (1)、212型5輥式矯直機(jī)：適用范圍寬，表面質(zhì)量好，可以一機(jī)多用。但上輥穩(wěn)定性低，傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高。 (2)、222型6輥式矯直機(jī)：這種矯直機(jī)既可以矯直管材又可以矯直棒材。 4、6輥以上的斜輥矯直機(jī) (1)、12121型7輥式矯直機(jī)：這種矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材，不僅可以矯

6、直管材的彎曲度也可以消除管材的隨圓度。 (2)、1－12（8）型8輥式矯直機(jī)：它有較廣的適用范圍，可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線、擠壓生產(chǎn)線、電鍍生產(chǎn)線及有色金屬管的軋制生產(chǎn)線。 5、313型斜輥矯直機(jī)：這種矯直機(jī)只能用于大直徑圓材的矯直。 1．2．3斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1、1-1（5）輥系 如圖1.2（a）所示，上下輥一一交錯(cuò)，此輥系常駐由５個(gè)輥?zhàn)咏M成，上三下二，上輥短，下輥長。入口側(cè)長輥處可使圓材得到較大的均勻的塑性彎曲，到出口側(cè)長輥處則按較小的塑性彎曲進(jìn)行壓彎在反復(fù)后達(dá)到矯直的目的。 2、212輥系　如圖1.2（b）所示，5輥式管材矯直機(jī)的專用輥系，它把原來

7、輥系中兩端短輥移到長輥上方，形成兩對(duì)壓緊輥。 3、2輥系 如圖1.2（c）所示，它的矯直功能來自輥形的凸凹變化，它是以矯直短圓材的獨(dú)特性而受到重視，又以能矯直圓材兩端和能壓光圓材表面而得到不斷發(fā)展。 4、12121輥系　如圖1.2（d）所示，可以把它看成是圖1.2（a）和圖1.2（b）兩種輥系的綜合。圓材在壓緊輥間的塑性變形區(qū)得到延長，壓扁矯直和圓整能力得到增強(qiáng)，矯直速度有所提高，對(duì)管棒材矯直都可適用。 5、222或2-2（6）輥系　如圖1.2（e）所示，６個(gè)輥?zhàn)尤繛轵?qū)動(dòng)輥，這種輥系的兩端輥主要起壓扁矯直和圓整作用，并有利于工件的咬入，中間輥可以保證較長的塑性彎曲區(qū)，使已經(jīng)壓扁矯直部

8、分尚存的彎曲得到矯直。 6、2221或2-21（7）輥系　如圖1.2（f）所示，此輥系是在222輥系后面增加一輥，新增加一個(gè)輥?zhàn)悠鸬淖饔煤艽?，它可以增大?對(duì)輥處塑性彎曲區(qū)的長度，并在壓下量合適的條件下易于達(dá)到工作彈復(fù)變直的要求。而且這種改進(jìn)的輥系對(duì)于矯直管材也有提高質(zhì)量的作用。 7、21-1（9）輥系　如圖1.2（g）所示，這種矯直輥系入口端的一對(duì)壓緊輥可以保證工件快速咬入和對(duì)管材的壓扁矯直作用，3個(gè)長輥處可以實(shí)現(xiàn)３段遞減的等曲率性變性區(qū)，有助于提高矯直速度。 8、313輥系　如圖1.2（h）所示，此輥系比較特殊，前后各用３個(gè)斜輥按相隔120°環(huán)抱管材，既可以按三角壓扁方式起到矯直和圓

9、整作用，又可以利用中間輥進(jìn)行三段的連續(xù)壓彎，可用較小的壓彎改善壓扁矯直效果，使大直徑薄壁管找到了較好的矯直途徑。 圖1.2 斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1．3斜輥矯直的工作原理 斜輥矯直機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)反彎矯直原理，旋轉(zhuǎn)反彎矯直主要用于圓材矯直，旋轉(zhuǎn)矯直中最常見的方法是多斜輥矯直法，是在斜輥矯直機(jī)上進(jìn)行的。由于圓材的原始彎曲是多方位的。因此，在矯直時(shí)要使圓材繞軸線旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)能使其反彎程度由小到大，再由大到小連續(xù)變化，才能使任何方位的原始彎曲都能得到可靠的反彎矯直。斜輥矯直機(jī)的作用是強(qiáng)迫圓材在反彎狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，達(dá)到矯直的

10、目的。如圖1.4所示： 1——K-x曲線 2——M-x曲線 圖1.4 旋轉(zhuǎn)反彎矯直過程中彎矩與塑性區(qū)分布 圓材在斜輥間反彎前進(jìn)，走過每一個(gè)螺旋導(dǎo)程時(shí)反彎量的減少梯度和圓材塑性變形層的深度及均勻度是矯直質(zhì)量的決定因素。因此，圓材在塑性區(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)次數(shù)或稱高頻彎曲次數(shù)越多，各處縱向纖維的變形量差別越小，結(jié)果各處的殘余曲率差也越小，從而使圓材變直。相對(duì)而言，如果使彎曲延長，在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)程不變的條件下，也等于增加高頻彎曲次數(shù)，同樣可提高矯直質(zhì)量。 1． 4φ219矯正機(jī)簡介 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的φ219矯正機(jī)采用八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng)。 下面簡述工作

11、過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 矯直機(jī)組具有手動(dòng)控制和半自動(dòng)控制兩種工作方法。手動(dòng)控制用于安裝調(diào)試，換輥，檢修作業(yè)；半自動(dòng)控制用于正常矯直生產(chǎn)作業(yè)。其機(jī)組工作過程簡述如下： 上料臺(tái)架上排布好待矯直的鋼管后，拔料器動(dòng)作將一支待矯直鋼管送入輸送輥道。布軒在輸送輥道的光電檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管后，入口輥道升起，輸送鋼管前進(jìn)；當(dāng)布軒在入口輥道出口端的光電檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管后，入口導(dǎo)板動(dòng)作，使鋼管對(duì)中順利進(jìn)入矯直機(jī)；當(dāng)鋼管頭部被咬入第一對(duì)矯直輥后，入口導(dǎo)板打開，入口輥道下降，鋼管在橋直機(jī)城經(jīng)反復(fù)旋轉(zhuǎn)彎曲變形后被矯直。當(dāng)鋼管尾部離開第七號(hào)輥（導(dǎo)輥）后，出口輥道升起，將矯直后的鋼管輸送到下一工序，即完成一根鋼管的矯直。當(dāng)

12、鋼管離開第三對(duì)輥?zhàn)雍?，主傳?dòng)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)指令輸入輥道抬起迎接下一根待矯鋼管。 2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)、采用了八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng)，提高機(jī)架剛度和矯直度。 (2)、上輥?zhàn)挡捎枚鶎?dǎo)向，導(dǎo)向精度較高，安裝調(diào)整方便。 (3)、上輥采用液壓平衡和鎖緊，消除了螺旋副的間隙和其他安裝間隙， (4)、提高了機(jī)架的剛度，消除了咬入時(shí)的沖擊。 (5)、下輥采用液壓缸鎖緊，工作可靠。 (6)、下輥升降電氣傳動(dòng)安裝在機(jī)座側(cè)面，以便于檢修和調(diào)整。 (7)、轉(zhuǎn)角調(diào)整采用電機(jī)螺旋升降器機(jī)構(gòu) (8)、矯直輥軸承座與轉(zhuǎn)盤做成一體式 (9)、換輥工具采用杠桿平衡砣結(jié)構(gòu)形式。 (

13、10)、潤滑（稀油和干油）按鈕安裝在主操作臺(tái)上，以方便操作。 2 矯直機(jī)總體方案的確定 2． 1矯直方案及傳動(dòng)方案的確定 2．1．1矯直方案 方案一： 采用2-2-2-1型7輥式矯直機(jī)，此矯直機(jī)是使用數(shù)量最多的矯直機(jī)之一。這種矯直機(jī)既可矯直管材也可以矯直棒材，具有穩(wěn)定性高，矯直表面質(zhì)量好，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 方案二： 采用2-1-2型5輥式矯正機(jī)，這種矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍寬，表面質(zhì)量好，可以一機(jī)多用。缺點(diǎn)為上輥穩(wěn)定性低，傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高。 方案三： 采用1-2-1-2-1型7輥式矯正機(jī)，這種

14、矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材， 可以保持工作的良好的表面質(zhì)量，并且可以提高矯直速度。所以它有較廣的適用范圍，可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線等。但制造成本高。 綜上分析，采用方案一。 2．1．2傳動(dòng)方案 斜輥矯直機(jī)的傳動(dòng)方式有齒輪和萬向接軸傳動(dòng)兩種。 方案一：齒輪傳動(dòng)如圖2.1所示 1-長輥 2-拉桿 3-右立板 4-集油盤 5-端板 6-傳動(dòng)輪 8-短輥 9-左立板 10-壓下手輪 圖2.1 臥式矯直機(jī)齒輪傳動(dòng) 此圖為齒輪傳動(dòng)的臥式斜輥矯直機(jī)，它是由兩個(gè)分配軸及圓錐齒輪直接傳動(dòng)矯直輥的。這種傳動(dòng)比較緊湊，調(diào)節(jié)輥?zhàn)有苯堑姆秶梢院?/p>

15、大，但輥?zhàn)虞S頭齒輪受輥徑限制不能太大，其強(qiáng)度也受限制。此外，齒輪系統(tǒng)包含在輥?zhàn)D(zhuǎn)盤之內(nèi)，潤滑及密封也不太方便。 方案二：萬向接軸傳動(dòng)（如圖2.2所示） 圖2.2 立式斜輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)圖 萬向接軸的一端與輥?zhàn)虞S頭相聯(lián)，電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱的出軸相聯(lián)，電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱用聯(lián)軸器聯(lián)接。這種傳動(dòng)方式使?jié)櫥?、維修及換輥等工作得到改善。此圖為立式機(jī)架的斜輥矯直機(jī)。這種矯直機(jī)采用萬向接軸傳動(dòng)比較普遍，其優(yōu)越性更大。電動(dòng)機(jī)及減速分配齒輪箱可單獨(dú)裝在地基上，與機(jī)器本體分離較遠(yuǎn)，使結(jié)構(gòu)明顯簡化。具有調(diào)節(jié)方便，工作線高度不變，機(jī)器本體與傳動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)互不干擾等優(yōu)點(diǎn)。由于其上下輥都可傳動(dòng)，因此，咬入條

16、件及表面質(zhì)量有改善。這種矯直機(jī)傳動(dòng)方式的不足之處是占地面積和機(jī)架高度大。 2．2上橫梁的壓下裝置 2．2．1上橫梁工作原理描述 為適應(yīng)不同規(guī)格鋼管能在矯直機(jī)中順利的實(shí)現(xiàn)矯直，上橫梁裝配必須實(shí)現(xiàn)以下功能： 1、 應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管，上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào)，同時(shí)必須能夠承受上工作輥系傳遞給上橫梁的反力； 2、 矯直機(jī)要能穩(wěn)定、精確矯直，必須在工作過程中上工作輥系不能上、下竄動(dòng)；保證矯直輥輥面與鋼管能夠良好的接觸，矯直輥必須圓周方向能夠調(diào)整； 3、 矯直機(jī)要達(dá)到高精度，上、下工作輥必須鎖緊，在工作過程中不能轉(zhuǎn)動(dòng)； 2．2．2壓下調(diào)整方案的確定 為了滿足上述工作

17、原理要求，下面分別對(duì)上述四點(diǎn)要求分別闡述： 1、矯直機(jī)要適應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管，上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào)。這一要求，我們采取三種方案加以分析和比較。 上工作輥系上下調(diào)整有很多種方案可以實(shí)現(xiàn)： 方案一：通過液壓缸推、拉動(dòng)上橫梁來實(shí)現(xiàn)上工作輥系移動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，控制簡單。 缺點(diǎn)：液體具有可壓縮性和液壓傳動(dòng)準(zhǔn)確性隨油溫變化較為明顯等原因，所以上工作輥系調(diào)整好后很難保證準(zhǔn)確位置不變，這樣矯直機(jī)的工作精度很難保證。 方案二：采用減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條： 優(yōu)點(diǎn)：可以通過機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)上橫梁準(zhǔn)確定位并鎖緊，工作較為可靠。 缺點(diǎn)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)笨拙、復(fù)雜，制造成本高，可靠

18、性一般。 方案三：采用減速電機(jī)帶動(dòng)螺旋副來實(shí)現(xiàn)上橫梁升降：如圖1.5所示 1-擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型電機(jī)減速速器 2-過度座 3-聯(lián)軸器 4-上橫梁 5-絲杠 6-活動(dòng)梁 7-座板 8-立柱 9-拉桿 10-平衡缸 圖2.3 采用減速電機(jī)帶動(dòng)螺旋副傳動(dòng)簡圖 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整精確度較高；結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；控制維護(hù)簡單 缺點(diǎn)：螺旋傳動(dòng)效率低； 綜上所述，方案三雖然傳動(dòng)效率低，但此方案用于調(diào)整，在調(diào)整結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)定矯直階段后，固定不動(dòng)。所以采用此方案。 2、要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確矯直、在工作過程中上工作輥系不能上、下竄動(dòng)，也就是上工作輥系必須緊密的與上橫梁在一起，不能有任何動(dòng)態(tài)

19、或靜態(tài)間隔，有三種方案： 方案一：采用彈簧來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平衡： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 缺點(diǎn)：上工作輥系在調(diào)整過程中彈簧的壓縮在不斷的變化，根據(jù)虎克定律，可知彈簧產(chǎn)生的是一個(gè)變力，所以很不穩(wěn)定。 方案二：采用螺桿與大螺母相配合來實(shí)現(xiàn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 缺點(diǎn)：在調(diào)整過程中如果工人沒有放松螺桿，那么很容易損壞傳動(dòng)部件，造成事故， 而且每次調(diào)整后工人要爬到上橫梁上鎖緊螺桿，所以很不方便。 方案三：采用液壓缸來實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整系統(tǒng)壓力可以得到不同的平衡鎖緊力。 缺點(diǎn)：需要一液壓站，成本相對(duì)較高。 綜上三種方案，方案三最佳。

20、 3 矯直機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 3． 1φ219矯直機(jī)的主要參數(shù) 矯直力為：3000KN 鋼管直徑：φ133～φ219 鋼管壁厚：4～20mm 角度調(diào)整范圍：27°～37° 鋼管材質(zhì)：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，低合金鋼 最大屈服強(qiáng)度：500MPa 矯直精度：0.5mm／m 下壓力不小于10t，下壓速度為0.8～1.2mm/s。 3．2矯直輥輥形尺寸的確定 3．2．1輥徑的確定 初選輥徑：由文獻(xiàn)[2] 264頁 （4-20）式得： mm時(shí)： （3.1）

21、式中：— 矯直輥輥腰直徑，單位為mm； — 管材最大直徑，單位為mm； 取系數(shù)為1.7，則輥徑為： mm 3．2．2輥?zhàn)娱L度的確定 初選輥?zhàn)娱L度：由文獻(xiàn)[2] 264頁 （4-21）式得： mm時(shí)： （3.2） 取系數(shù)為1.5，則輥?zhàn)娱L度為： mm 3．2．3輥距的確定 初選輥距： (3.3) 取系數(shù)為2，則輥距為： mm 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和以往的經(jīng)驗(yàn)，及參照同類型設(shè)備和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最后確定輥形的工藝參數(shù)為： mm mm mm 3．3

22、矯直力的計(jì)算 在上橫粱壓下傳動(dòng)過程中，中間輥所受的矯直力最大，所以在下面的絲杠設(shè)計(jì)及輥軸的校核過程中都用此力來計(jì)算。 查文獻(xiàn)[1]288頁，式4-78 (3.4) 式中：— 為工件的螺旋導(dǎo)程； — 彈性極限彎矩，，； — 塑性斷面系數(shù)； — 抗彎斷面模數(shù)； mm3 查文獻(xiàn)[5]第378頁，表8-2取 N·mm mm = =2808057.185N 中間上輥的壓緊力可有可無。但是，它的導(dǎo)向作用不可少。因此可以考慮具有輕微的壓緊力并按0.3來計(jì)算。 于是矯直力為： N 3．

23、 4主電機(jī)的選擇 主電機(jī)的型號(hào)：24-280-21 功率：110KW×2 轉(zhuǎn)數(shù)：600/1500r/min 主減速器速比：16.57 4 壓下機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4．1螺旋螺母的設(shè)計(jì) 圖4.1 螺旋傳動(dòng)的受力分析 4．1．1選擇螺旋螺母材料 螺旋采用45鋼淬火，由文獻(xiàn)[9]第1卷3-15頁表3-1-7]查得其抗拉強(qiáng)度MPa，屈服強(qiáng)度MPa，螺母材料用鋁青銅ZcuAl10Fe3（考慮速度低）。 4．1．2耐磨性計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]92頁式（5-44） （4

24、.1） 式中：— 螺紋的中直徑，單位為mm； — 作用于螺桿上的軸向載荷，單位為N；即 — 螺距，單位為mm； — 螺紋的牙形高度，單位為mm； — 許用壓強(qiáng)，單位為MPa； — 可根據(jù)螺母形式選定，對(duì)于整體式螺母，由于磨損后不能調(diào)整， 取1.2～2.5； 考慮到螺桿對(duì)強(qiáng)度要求較高并單向傳動(dòng)，采用鋸齒形螺紋。 按國家標(biāo)準(zhǔn)：30°鋸齒形螺紋 。 取 由文獻(xiàn)[1]第93頁表5-12查得許用壓強(qiáng)MPa。取MPa mm 查文獻(xiàn)[9]第2卷 5-25頁表5-1-13（GB/T13576.3-1992）螺紋的基本尺寸： mm；mm；mm；mm； mm； mm 螺

25、母高度： (4.2) mm 取mm 螺母的螺紋圈數(shù)： (4.3) 取 4．1．3校核螺旋副自鎖條件 螺旋升角： (4.4) 查文獻(xiàn)[1]第93頁表5-12得摩擦系數(shù)。 摩擦角： (4.5) ∵，∴證明螺旋自鎖可靠。 4．1．4校核螺母螺紋牙強(qiáng)度 圖4.2 螺母螺紋圈的受力分析 由文獻(xiàn)[1]第94頁表5-13知螺母螺牙許用應(yīng)力，對(duì)于青銅材料有M

26、Pa， MPa，考慮載荷接近靜載，鋁青銅材料強(qiáng)度較高，許用應(yīng)力取大值。 螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為： (4.6) 螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的彎曲強(qiáng)度條件為： (4.7) 式中：— 螺紋牙根部的厚度，單位為mm； 對(duì)于30°鋸齒形螺紋，。 — 螺母材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa； — 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa； MPa

27、1、 螺旋升角： (4.8) 2、 總摩擦力矩： (4.9) 式中：— 螺紋的摩擦力矩，單位為N·mm； — 軸承的摩擦力矩，單位為N·mm； 螺桿所受的橫向力： 螺桿所受的摩擦阻力： (4.10) 式中：— 作用于螺紋上的正壓力，單位為N； — 摩擦系數(shù)； 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-8頁表1-1-7摩擦系數(shù)，無油潤滑， ∴t t N·mm N·mm N·mm=3684.1 N·

28、m 螺桿所受的扭矩： (4.11) 式中：— 為軸承的傳動(dòng)效率； — 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率； 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-5頁表1-1-3 N·m 初選絲杠的下壓速度為mm/s， 初定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速： (4.12) r/min KW 式中：— 電機(jī)功率，單位為KW； 杳文獻(xiàn)[9]第4卷16-186頁 表16-2-142 考慮到傳動(dòng)比較大，輸出功率小，選用 XLEDC2.2-8185A-473 擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型減速器。其傳動(dòng)比，輸出轉(zhuǎn)速r/

29、min，輸出轉(zhuǎn)矩N·m 當(dāng)r/min時(shí)， 壓下速度： mm/s<1.2mm/s 4．2．2選壓下電動(dòng)機(jī) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速： r/min r/min 選電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，電機(jī)功率為2.2Kw，滿載轉(zhuǎn)速r/min。 查文獻(xiàn)[9]第4卷22-52頁表22-1-28 選電機(jī)為Y100L1-4。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子和減速哭中的齒輪有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以輥距調(diào)定好后的電機(jī)不能馬上停下來，容易造成高速過量，所以選用YEJ系列電動(dòng)機(jī)。YEJ系列電動(dòng)機(jī)是在Y系列電動(dòng)機(jī)前蓋與風(fēng)扇之間附加一個(gè)圓盤型直流電磁制動(dòng)器組成的派生產(chǎn)品，其工作條件與Y系列相同。 安裝型式選B5。

30、 所以電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YEJ100L1-4-B5 2.2KW 1430r/min 5 壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力和輥軸的強(qiáng)度計(jì)算 5．1壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力 5．1．1壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力計(jì)算 壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力，是液壓缸向上抬起時(shí)的鎖緊力，目的是保證矯直輥不上、下竄動(dòng)。 圖5.1 液壓缸簡圖 液壓缸向上抬起時(shí)的鎖緊力F，如圖5.1所示； （5.1） 式中：A— 液壓缸的環(huán)形面積，單位為mm2； — 公稱壓強(qiáng)，單位為MPa； 在冶金設(shè)備中，工程

31、壓強(qiáng)一般取16MPa（中高壓）， N 活動(dòng)梁及活動(dòng)梁上所有零件的重量： G=6131.735Kg 則作用在活動(dòng)梁上所有零件的重力： N ∵∴在工作過程中工作輥不能上、下竄動(dòng)。 5．1．2矯直輥周向鎖緊 工作輥工作時(shí)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，如下圖所示：輥距為1000mm，鋼管從上一對(duì)輥到下一對(duì)矯直輥時(shí)，鋼管的頭部并不直接與矯直輥的輥徑相接觸，而是與矯直輥輥徑的大端切線 方向相接觸?？梢园堰@時(shí)的鋼管看做成一懸臂梁，則在圖紙上測(cè)量l=879.64mm。矯直精度為0.5%。 圖6.2 矯直輥周向鎖緊受力圖 已知：mm，撓度mm，壁厚mm 文獻(xiàn)[9]第3版1-110頁

32、 （5.2） 式中：I— 彈性模量； E— 軸向慣性矩，單位為MPa； m 查文獻(xiàn)[9]第3版 第1卷 表1-1-6 第1-7頁 20號(hào)鋼為碳鋼，取E=200GPa。 N 上工作輥旋轉(zhuǎn)時(shí)所需力矩： N·m N 查文獻(xiàn)[9]第3版 表1-1-7 摩擦系數(shù)鋼-鋼的為： N·m ∵> ∴安全。 5．2軸的校核 5．2．1 軸的受力分析 圖5.3 軸的受力分析圖 5．2．2按彎扭合成校核 1、支反力： ===982820.015N 1、

33、 彎矩： M=×（280+5+80）=982820.015×（280+5+80）=358729.3 N·m 2、 扭矩： 查文獻(xiàn)[9]第1卷 1-25頁 表1.1-22 得， =0.95 =0.98 KW r / min 取 =50 r / min 式中：— 傳到矯直輥上的功率，單位為KW ； — 電動(dòng)機(jī)的總功率，單位為KW ； — 電動(dòng)機(jī)的總效率，單位為 r / min ；

34、 — 聯(lián)軸器的效率； — 軸承的效率； — 矯直輥的轉(zhuǎn)速，單位為 r / min ； — 總效率； — 總傳動(dòng)比； T=N·m (5.3) 由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，因此，取=0.6 將上列數(shù)值代入式(5.3)得， = 65.4MPa 查文獻(xiàn)[9]第3卷 19- 4頁 表19.

35、1-1得， []=180～207 MPa 取 []=180 MPa ＜[] 故安全 式中：— 軸的計(jì)算應(yīng)力 單位為MPa ； []— 軸的許用彎曲應(yīng)力 單位為MPa ； M— 軸所受的彎矩 單位為N·mm； T— 軸所受的扭矩 單位為N·mm； W— 軸的抗彎截面系數(shù) 單位為mm ； 5．2．3 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 1、判斷危險(xiǎn)截面 截面Ⅰ-Ⅰ處有過渡配合

36、、圓角、鍵槽、扭矩和較大的彎矩。 截面 Ⅲ-Ⅲ處有過渡配合、圓角、扭矩、和少量的彎矩。 因此，此軸的危險(xiǎn)截面為Ⅰ-Ⅰ，故校核截面Ⅰ-Ⅰ即可。 截面Ⅰ-Ⅰ（右） 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d=0.1×380=5487200 mm 抗扭截面系數(shù)：W=0.2d=0.2×380=10974400 mm 截面Ⅰ-Ⅰ的彎矩M為： M=358729.3N·m 截面Ⅰ-Ⅰ的扭矩T為： T=18582.39N·m 截面上的彎曲應(yīng)力：

37、===65.4MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： ===1.69 MPa 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1] 355頁 表15 – 1得， =640 MPa =275 MPa =155 MPa 截面處由于沒有軸肩存在，故取 ： =1 =1 及 =1 =1 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1] 37頁 （附3 – 4 ）式 得， K =1+=1+1×（1-1）=1 K =1+=

38、1+1×（1-1）=1 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（中冊(cè)）》 780頁 表8 – 369得， 彎曲尺寸系數(shù)：=0.6 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)： =0.6 軸按磨削加工， 查文獻(xiàn)[1] 40頁 附圖 3 – 4得， =0.91 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理， 即 =1 查文獻(xiàn)[1] 25頁（3 – 12） 式 得綜合系數(shù)為： 式中：— 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)

39、力下零件的表面質(zhì)量系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù)； 式中：— 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的表面質(zhì)量系數(shù)； — 在剪切應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù)； 查文獻(xiàn)[1] 24頁 對(duì)于碳鋼， 取 查文獻(xiàn)[1] 26頁 對(duì)于碳鋼， 取 計(jì)算安全系數(shù)值 ： = ＞S (5.4) 由文獻(xiàn)[1] 366頁 得 S=1.5

40、 (5.5) 式中：— 僅有彎曲應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)； — 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在彎曲應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ； — 材料常數(shù) ； — 在彎曲應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ； — 彎曲疲勞極限 單位為MPa ； (5.6) 式中：— 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)； — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 單位為MPa ； — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù)； — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ； — 材料常數(shù) ； — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ；

41、 將上列數(shù)值代入式(5.4)中 得， =＞S ∴故合格 式中： — 危險(xiǎn)截面的計(jì)算安全系數(shù) ； — 僅有彎曲應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù) — 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù) ； S— 安全系數(shù) ； 6 絲杠上的零件的驗(yàn)算 6．1軸承的的驗(yàn)算 作用于絲杠上的止推墊可以看成是一個(gè)鑲嵌軸承，為了能達(dá)到能正常工作，要對(duì)其在動(dòng)載和靜載時(shí)分別進(jìn)行校核。 靜載時(shí)： (6.1) 動(dòng)載時(shí)： (

42、6.2) 式中：— 軸向載荷，N； — 滑動(dòng)軸承的環(huán)形面積，mm2； — 滑動(dòng)軸承的大徑，mm； — 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，m／s； ∵滑動(dòng)軸承采用的是固體自潤滑，∴?。? 查文獻(xiàn)[9]得：MPa； m／s； KNmm2 mm2 (6.3) MPa < m／s< ∴安全。 6．2鍵的校核 1、鍵的選擇 為了便于安裝和拆卸內(nèi)齒套，內(nèi)齒套與絲杠的頭部用花鍵聯(lián)接。為了能滿足定心精度高，定心的穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，選用矩形花鍵。矩形花鍵的字心方式為小徑定心。 根據(jù)小徑mm

43、，查文獻(xiàn)[9]第2卷 第5-206頁表5-3-20選用的矩形花鍵的規(guī)格為： mm取鍵長mm（比輪轂寬度小些）。 即花鍵的齒數(shù)，大徑mm，小徑mm，鍵寬mm。 2、校核花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 校核鍵的擠壓強(qiáng)度： （6.4） 式中：— 載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，一般取=0.7～0.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值；取=0.7 — 花鍵的齒數(shù)； — 齒的工作長度，單位為mm； — 花鍵齒側(cè)的工作高度，矩形花鍵，，C為倒角尺寸，單位為mm； — 花鍵平均直徑，矩

44、形花鍵，單位為mm； (6.5) — 花鍵聯(lián)接時(shí)的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa； 查文獻(xiàn)[1]第108頁表6-3，取的值為40MPa； N·m mm mm MPa< ∴鍵的強(qiáng)度合格。 結(jié) 論 在老師的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過3個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。通過此次實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)，我受益匪淺。 首先，就對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用和綜合運(yùn)用。從前，總是覺得學(xué)的知識(shí)太零荼了，什么都學(xué)了，可是有許多學(xué)得不夠深入。這次設(shè)計(jì)讓我把學(xué)過的相關(guān)專業(yè)知

45、識(shí)又學(xué)習(xí)了一遍，能夠做到系統(tǒng)化，綜合化。 其次，就是理論聯(lián)系實(shí)際能力的提高。知識(shí)就該是活學(xué)活用的。雖然是學(xué)機(jī)械專業(yè)的，但不能機(jī)械地學(xué)習(xí)。要把所學(xué)知識(shí)真正與生產(chǎn)密切相連，敢于提出問題，并提出改進(jìn)方案。 最后，是對(duì)我所設(shè)計(jì)的φ219七輥矯直機(jī)壓下裝置的總結(jié)。通過計(jì)算并考慮實(shí)際工作情況，我分別選擇了壓下裝置的減速器，壓下電機(jī)；設(shè)計(jì)并校核了絲杠與螺母；壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整和周向調(diào)整的鎖緊力的計(jì)算；計(jì)算結(jié)果表明在調(diào)整矯直輥時(shí)，矯直輥在軸向和周向都不會(huì)發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象；我還計(jì)算了輥軸的強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果表明滿足強(qiáng)度要求；同時(shí)對(duì)內(nèi)齒套的端部的花鍵和絲杠上部的滑動(dòng)軸承進(jìn)行了校核，校核結(jié)果均滿足要求。

46、 致 謝 這次畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)一種檢驗(yàn)，是一次運(yùn)用知識(shí)、掌握系統(tǒng)知識(shí)體系的完善。在此，我向指導(dǎo)我的黃老師致以最真摯的謝意。感謝黃老師用淵博的知識(shí)、誨人不倦的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)以及循循善誘的耐心作風(fēng)不辭辛苦的悉心教導(dǎo)我，使我在學(xué)習(xí)的過程中受益匪淺，銘記終身。黃老師這種兢業(yè)精神更讓我深受感動(dòng)。 感謝鞍鋼無縫鋼管廠的各位師傅們，在實(shí)習(xí)期間所給予我們的支持和幫助。 此外，還要感謝同組的崔宇同學(xué)和崔爽同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的鼓勵(lì)和支持。 參考文獻(xiàn) [

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