喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內，有疑問咨詢QQ:1064457796
本科畢業(yè)設計（論文）
題 目
?50-?110七輥矯直機設計
學生姓名
學 號
院（系）
機電工程學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
指導教師
時 間
2016 年 6 月 12 日
摘要
現代化的棒材生產中，精整是生產的最后階段，而棒材矯直是精整最重要的工序，它直接決定了產品的質量，經過矯直的橢圓度和直線度高的棒材才具有高的價值。矯直機作為棒材矯直的最重要設備，決定著圓鋼的最終質量。
七輥棒材矯直機是在總結近年來所具有國內領先水平的多臺大規(guī)格棒材矯直機的基礎上設計而來。該機為八立柱七斜輥棒材矯直機，采用了預應力機架及可靠的液壓工作原理，使輥縫值具有較高精度，對棒材在生產過程中所產生的彎曲和橢圓度具有明顯的矯直效果。
本文在學習矯直技術的基本方法和原理的基礎上，掌握了基本矯直變形理論。首先，確定了總體方案。其次，研究了棒材的彎曲變形和彎矩，以及作用在各輥上的矯直力，推導出計算矯直力的力學模型，確定相對反彎曲率并進行輥型設計。然后對主要承受力的零、部件進行強度校核。最后進行電動機、減速器以及聯軸器的選型，對矯直機的安裝和維護進行說明。
關鍵字：七斜輥矯直；輥型；矯直力；力學模型
Abstract
In the process of modern steel bar producation,the rigor disposal of steel bar is the last phase,in which the bar straightening machine takes up the important position. The quality of straightening is the decisive factor of steel bar. The straightening steel bar have appended values for its good roundness and straightness and the straightener is one of the most important device which decide the steel bar’s quality competitively.
Seven roll bar straightening straightening machine in full summary in recent years to design and manufacture with the leading domestic level of National Taiwan University, more than the size bar straightening straightening machine based on design. The machine is four columns of seven slanting roller bar straightening straightening machine, the prestressed frame and reliable hydraulic pressure principle of work, the roll gap value with high precision, has the obvious straightening effect on the bar in the production process generated by bending and ellipticity.
On the basis of studying the basic method and principle of straightening technology, this paper studies the basic theory of straightening deformation. First, the overall scheme is determined. Secondly, the bending deformation and bending moment of the bar, and the straightening force on each roll were studied, and the mechanical model of the straightening force was deduced. Then, the strength of the main bearing force is checked. Finally, the selection of motor, reducer and shaft coupling, the installation and maintenance of straightening machine instructions.
Key words: seven inclined roller straightening; Roller type; straightening force; mechanical model
目錄
1 緒論 1
1.1 課題意義 1
1.2 國內外矯直機研究狀況及發(fā)展動態(tài) 1
1.2.1 國外矯直機的發(fā)展現狀 1
1.2.2 國內矯直機的發(fā)展現狀 2
1.3 矯直機在軋鋼機中的作用和分類 2
1.3.1 矯直機的作用 2
1.3.2 矯直機的分類 3
1.4 輥式矯直機工作原理 4
1.5 輥式矯直機的發(fā)展趨勢 4
2 總體方案確定 6
2.1 矯直機組成及矯直機主機組成 6
2.2 主傳動系統(tǒng) 6
2.3 上機架組件 7
2.4 下機架組件 8
2.5 立柱系統(tǒng) 9
2.6 矯直輥的布置結構 9
2.7 工作輥的材質 9
3 矯直機主要參數的計算 10
3.1 矯直機主要技術參數 10
3.2 金屬材料彎曲變形 10
3.2.1 棒材極限彎矩的確定 10
3.2.2 彎曲變形與彎矩 10
3.2.3 彎曲變形與能耗 11
3.2.4 相對反彎曲率的確定 13
3.3 矯直機基本參數的確定 14
3.4 工藝參數計算 15
3.5 輥型設計 16
3.6 矯直力的計算 18
3.7 傳動功率的計算 21
3.7.1 棒材與輥面間滾動摩擦功率 21
3.7.2 各軸承的摩擦功率 21
3.7.3 低頻彎曲塑性變形功率 23
3.7.4 旋轉彎曲塑性變形功率 23
3.7.5 矯直機的驅動功率 23
4 軸的設計與校核 24
4.1 軸的結構設計原則 24
4.2 軸的材料選擇 24
4.3 軸的結構及尺寸設計 24
4.4 軸的強度校核 25
5 標準件的選型 27
5.1 電動機的選擇 27
5.1.1 電動機的選用原則 27
5.1.2 電動機的選擇 27
5.2 減速器的選擇 28
5.2.1 傳動機構的總傳動比 28
5.2.2 減速器選用 28
5.2.3 減速器的潤滑及維護 28
5.3 聯軸器的選擇 29
5.3.1 電動機與減速器之間聯軸器選擇 29
5.3.2 減速器與工作輥之間聯軸器選擇 29
6 矯直機的安裝和維護 30
6.1 矯直機的安裝 30
6.2 矯直機的維護 31
6.2.1 矯直機的維護和修理制度 31
6.2.2矯直機的潤滑 32
7 總結 33
參考文獻 35
附錄 36
致謝 37
第 36 頁
1 緒論
1.1 課題意義
自第二次世界大戰(zhàn)以來，鋼鐵工業(yè)獲得了迅猛發(fā)展，同時，剛才質量以成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。隨著我國科學技術的發(fā)展以及工業(yè)體系的不斷完善，我國的鋼鐵企業(yè)在生產過成中積累了大量的生產實踐經驗。但由于歷時文題，我國的鋼鐵工業(yè)起步較晚，雖然在局部領域有一定的建樹，整體技術水平卻與國際先進企業(yè)相比存在一定的差距。為了在競爭日益激烈的軌跡化市場上立于不敗之地，以及更好的滿足各行業(yè)對鋼鐵質量不斷提高的要求，這就需要進一步提高剛才的質量。棒材作為鋼鐵材料的重要組成部分，也擔此重任。由于棒材的生產過程中多采用熱軋或冷拔等金屬加工方法，其生產出來的產品都存在一定程度的彎曲，有時還甚至存在扭曲。如果再經熱處理，這種偏差可能會進一步加劇。為了矯正這種偏差，常采用各種矯正方法進行矯直。棒材類剛才在軋制過后，其質量在很大程度上取決于矯直工藝的好壞。
由于理論方面的缺失，許多工廠矯直棒材時對矯直工藝參數的確定主要依賴于操作人員的實踐經驗。這種方法必然受人為因素的影響很大，參數的選取不夠科學，造成了矯直質量的不穩(wěn)定。因此，找到一種合理的方法彌補依靠經驗來確定矯直參數的不足，有很大的現實意義。正是基于以上的情況，本次設計通過參考現有的矯直理論和計算方法，研究2-2-2-1輥系七斜輥棒材矯直機的矯直過程，計算出合理，可靠的工藝參數，從而設計出所需的矯直機。同時也通過對該類矯直機的設計開發(fā)，為大規(guī)格棒材矯直機技術研究發(fā)展做出貢獻。
1.2 國內外矯直機研究狀況及發(fā)展動態(tài)
1.2.1 國外矯直機的發(fā)展現狀
在20世紀30～40年代，國外技術發(fā)達國家的型材矯直機和板材矯直機也迅速的發(fā)展起來，相應的理論研究也取得了一定的成果。到了20世紀70～80年代，國外許多發(fā)達國家的技術力量己相當雄厚，矯直技術得到了不斷地改進、發(fā)展和擴充。英國的布朗克斯(BRONX)、德國的凱瑟琳(Kieserling)、德馬克(Demag)以及日本的一些品牌成為了矯直機領域的代表。此時的矯直概念則由原來狹義的彎曲矯直擴展為包括解決彎曲、控制斷面形狀和尺寸精度的矯直，提出了平動矯直技術、行星矯直技術、全長矯直技術、程序控制矯直技術、變輥距矯直技術以及雙向旋轉矯直技術等。
近幾年國外關于矯直技術和矯直機的研究主要集中在提高矯直精度，提高控制水平及改善環(huán)境方面。同時為提高矯直精度和控制水平，開展了對變形機理、改進工藝和參數優(yōu)化等方面的理論研究，取得了一些具有實用價值的成果。而且國外學者對矯直過程的計算機實時控制研究比較多，如Dvide E.Hardt等對扭轉變形矯直過程的實時控制的研究，以及Juen A.Robert對圓盤鋸片嬌直過程實現自動控制的研究等等。
1.2.2 國內矯直機的發(fā)展現狀
我國的矯直技術研究起步較晚，建國以后，隨著經濟建設的需要才有了對矯直技術的研究。那時，矯直機主要靠進口。從70 年代開始，許多學者對輥形設計做了理論和試驗研究。在1980年，中國金屬壓力加工學會在衡陽專門召開了“輥形專題會議”。通過這次學術交流會，產生了等曲率反彎輥形計算法到了80 年代，國內對矯直技術的研究已有了相當的成果。在轉轂矯直技術方面，創(chuàng)造了中國首創(chuàng)的雙向旋轉矯直法。在80 年代末，東北大學的崔甫教授研制了矯直F200復合轉轂式高精度棒材矯直機，并首先提出了雙交錯輥系的新方法。從90 年代后，我國在趕超世界先進水平方面邁出了一大步。我國在反彎輥形七斜輥矯直機、多斜輥薄壁轉轂式矯直機、雙向反彎輥形2 輥矯直機、復合轉轂式矯直機、液壓矯直自動切料機和平行不等輥距矯直機等方面有了很大突破，各種矯直機的矯直質量均有突破。
近年來，我國在趕超世界先進水平方面取得了很大進步，在矯直機械的研制和矯直理論的研究上都取得了很多成績，很多學者開始利用有限元分析和解析的方法來研究矯直理論本身，從不同角度建立了矯直狀態(tài)下的數學模型，壓彎量及工件殘余應力等都成為了人們的研究對象。在過程控制方面，正由人工控制逐漸向計算機控制，由單機控制向全線計算機控制發(fā)展，在矯直機結構設計方面，正在向精密化、大型化發(fā)展，老設備將逐漸被淘汰或改造。現在矯直技術的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動化的環(huán)保型矯直設備。既要求有高質量，又要有高矯直速度，在產品上能滿足大規(guī)模生產的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實現完全自動化。現在國內西安重型機械研究所和太原重型集團等企事業(yè)部門在矯直機的研究和生產上代表了國內的領先的水平，在棒材、型材和板材矯直機的研制上都取得了一定的成績。但是，在取得成績的同時，國內矯直技術的研究和使用還有很多工作要做，如型材矯直機壓上式結構的研究、提高矯直精度、矯直速度和控制水平等等。
1.3 矯直機在軋鋼機中的作用和分類
1.3.1 矯直機的作用
軋件在軋制、冷卻和運輸過程中，由于各種因素的影響，往往產生形狀缺陷。例如鋼軌、型鋼和鋼管經常出現弧形彎曲；某些型鋼的斷面會產生翼緣內并、外擴和扭轉；板材和帶材則會產生縱向彎曲、橫向彎曲、邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等。為了消除這些缺陷，軋件需要在矯正機上進行矯正。
1.3.2 矯直機的分類
矯直設備按工作原理不同可分為五大類：第一類稱為反復彎曲式矯直機，如壓力矯直機及輥式矯直機，它們是靠壓頭或輥子在同一水平面內對工件進行反復壓彎并逐漸減小壓彎量，直到壓彎和彈復量相等而變直。如圖1-1為手工壓力矯直。
圖1-1 利用凹槽塊的手工壓力矯直
如圖1-2為壓力矯直。
圖1-2 壓力矯直
第二類稱為旋轉彎曲式矯直機，是工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉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)時彈復變直。旋轉者可以是工件，可以是矯直工具，也可以是變形方位。如常見的斜輥矯直機、轉轂式矯直機及平動式矯直機。
第三類稱為拉伸矯直機，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入塑性變形后經卸載及彈復而變直，如鉗式拉伸矯直機及連續(xù)拉伸矯直機。
第四類稱為拉彎矯直機，它是把拉伸和彎曲變型合成起來使工件兩個表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時間發(fā)生，全段各層纖維的彈復變形也不是同時發(fā)生的，既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質量。
第五類稱為拉胚矯直設備，它是在拉動連鑄坯下行的同時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)下所需的矯直拉力是較小的。
1.4 輥式矯直機工作原理
輥子的位置與被矯直制品運動方向成某種角度，兩個或三個大的是主動壓力輥，由電動機帶動作同方向旋轉，另一邊的若干個小輥是從動的壓力輥，它們是靠著旋轉著的圓棒或管材摩擦力使之旋轉的。為了達到輥子對制品所要求的壓縮，這些小輥可以同時或分別向前或向后調整位置，一般輥子的數目越多，矯直后制品精度越高。制品被輥子咬入之后，不斷地作直線或旋轉運動，因而使制品承受各方面的 壓縮、彎曲、壓扁等變形，最后達到矯直的目的。矯直原理分為大變形方案和小變形方案：
（1）小變形方案矯直原則：
每個輥子的壓下量可以單獨調整，只消除前一個輥子產生的（或留下的）最大殘余曲率，經多次反彎后，殘余曲率逐漸減小，軋件趨于平直。
優(yōu)點：總變形曲率小，所需矯正能量小。
缺點：一般而言，原始曲率是未知的。難于確定矯正輥的壓下量。
（2）大變形方案矯直原理
在前幾個輥采用比小變形方案大得多的壓下量，使軋件一開始就得到足夠大的彎曲，迅速縮小殘余曲率的變化范圍，使具有不同曲率的軋件，經過幾次劇烈的反彎（大變形）以后，原有的原始曲率的不均勻度被消除，形成單值殘余曲率，再予以矯平。
優(yōu)點：矯正輥數比較少，矯正質量較高。
缺點：對軋件的變形程度不應過份加大，以減小軋件內部的殘余應力。
1.5 輥式矯直機的發(fā)展趨勢
輥式矯正機是在實際生產中使用最廣泛的一類矯正機，隨著矯正技術的進步以及工業(yè)生產中對鋼板的質量要求越來越高，對輥式矯正機的要求也越來越高。新一代的矯正機一般要求高剛度、全液壓調節(jié)及先進的自動化系統(tǒng)；由計算機控制的矯正輥縫調節(jié)系統(tǒng)可根據鋼板厚度設定調節(jié)上輥組的開口度，以及入口／出口方向和左右方向的傾斜調節(jié)；上輥組可以快速打開、關閉，上矯正輥的彎曲調節(jié)用以糾正鋼板的中間浪和左右邊浪，并且每個上輥和下輥組的入口出口輥可以單獨調節(jié)。矯正機的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動化的環(huán)保型矯正機。既要求有高質量，又要有高矯正速度，在產品上能滿足大規(guī)模生產的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實現完全自動化。
2 總體方案確定
本次七輥棒材矯直機的設計，選用應用最廣的2-2-2六輥式矯直機，這種矯直機是目前棒材矯直應用最多的一類矯直機，也是此次準備設計的矯直機的形式，目前準備在其出口增加一只托輥，它可以增大第三對輥處塑性彎曲區(qū)的長度，并在壓下量合適的條件下易于達到棒材彈復變直的要求。所以此輥系也稱其為七輥矯直機。
六輥斜輥棒材矯直機具有的優(yōu)點：
(1)輥斜輥式矯直機的六個矯直輥都是主動的，棒材本身不傳遞扭矩，可以保護棒材表面；
(2)六輥斜輥式矯直機輥間負荷均衡，三對矯直輥輥徑相同，方向相反，并有較長的曲面對置，因此，矯直輥上的單位壓力較小；
(3)棒材在六輥斜輥矯直機上橫向得到壓扁矯正，在兩個嬌直輥的作用下容易壓成橢圓形，實現圓度矯正而且應力分布均勻；
(4)六輥縱向彎曲矯正時，中間輥被其對應下輥所支撐和平衡，防止棒材局部彎曲和應力分布不均。
由于六輥斜輥棒材矯直機具有上述優(yōu)點，特別適用于矯直棒材。
2.1 矯直機組成及矯直機主機組成
矯直機主機由主傳動裝置、上機架、下機架、立柱、調角機構、矯直輥裝置、換輥裝置、水冷卻消塵系統(tǒng)等主要部分組成。如圖2-1所示。
2.2 主傳動系統(tǒng)
主傳動系統(tǒng)采用萬向接軸傳動。主傳動系統(tǒng)由電動機、減速分配齒輪箱、萬向接軸等組成。
萬向接軸的一端與輥子軸頭相連，電動機與減速分配齒輪箱的出軸相連，電動機與減速分配齒輪箱用聯軸器連接。這種傳動方式使?jié)櫥⒕S修及換輥等工作得到改善。如圖2-2所示為立式機架的斜輥矯直機結構圖。這種矯直機采用萬向接軸傳動比較普遍，其優(yōu)越性更大，電動機及減速分配齒輪箱可單獨裝在地基上，與機器本體分離較遠，使結構明顯簡化，具有調節(jié)方便，工作線高度不變，機器本體與傳動系統(tǒng)的震動互不干擾等優(yōu)點。由于其上下輥都可傳動，因此，咬入條件及表面質量有改善，這種矯直機傳動方式的不足之處是占地面積和機架高度大。
2.3 上機架組件
圖2-1 矯直機主機
圖2-2 矯直機主傳動系統(tǒng)
由上機架、壓下系統(tǒng)、角度調整機構等組成。上機架為焊接件。其壓下機械部分由行星擺線減速器、聯軸器、壓下絲桿等組成。壓下絲桿通過復合螺母來消除絲桿與壓下螺母之間的間隙。三個上輥的壓下機構可聯動或單動，壓下過程是在非矯直狀態(tài)下完成。
角度調整機構為電動調整，液壓鎖緊，由電機通過減速機帶動螺桿軸向運動，通過頂塊使液壓缸筒轉動,調整完畢后液壓鎖緊。由于矯直輥座安裝在液壓缸筒上，從而達到調整矯直輥旋轉角的目的。每個輥體上采用了兩個這樣的機構，使矯直輥固定鎖緊。角度調整是在非矯直狀態(tài)下完成的。調角機構端部采用法蘭聯結。結構如圖2-3所示。
1、壓下機構 2、軸承 3、上蓋板 4、連接螺絲 5、上橫梁
圖2-3 矯直機上橫梁組件結構示意圖
2.4 下機架組件
下機架組件由下機架、下輥托盤機構、下輥角度調整機構等組成，下機架為焊接件，下輥托盤機構安裝在下機架內部，托盤上部安裝下矯直輥。由角度調整機構帶動托盤及輥體旋轉，其下中間輥、尾輥設有電動壓上機構。壓上動作是在非矯直狀態(tài)下完成的。下輥角度調整機構同上輥角度調整機構。下中間輥及尾輥角度調整為手動調整，初設調整后不參與規(guī)格變換時的調整。
下機架角度調整機構傳動部分置于機架焊接結構件內部，在側面設有面板，為防止冷卻水的侵入面板下加有良好密封。下機架焊接件周邊焊有一定高度的防水擋板，防止冷卻水的溢出，使冷卻水將氧化鐵皮沿機架表面預留口沖走，至設備下面的傾斜式地溝中，氧化鐵皮沿地溝被沖至氧化鐵皮收集槽。為防止冷卻水的侵入，下托盤系統(tǒng)具有良好的雙層密封。
2.5 立柱系統(tǒng)
該部分由8根立柱及支承套、螺母組成，可與上下橫梁形成預應力機架，提高了機架的剛性及矯直過程的穩(wěn)定性。
2.6 矯直輥的布置結構
圖2-4 矯直機矯直輥布置
2.7 工作輥的材質
工作輥直接與軋件接觸，為避免輥子過早磨損和保證矯直機可靠工作，對矯直機工作輥有下列要求：
（1）輥面應有較高的硬度；
（2）有較高的加工精度；
（3）有較高的抗彎和抗扭強度。
目前，冷矯時，若工作輥徑D<60mm，采用60CrMoV；當D=60～120mm時，采用90CrVMo；當D>200mm時，采用9Cr，本次設計采用90CrVMo。
3 矯直機主要參數的計算
3.1 矯直機主要技術參數
棒材直徑：
屈服強度：
矯直速度：
矯直精度：
原始曲率：
工作壓力：
試壓（2-3小時）：
角度調整范圍：
3.2 金屬材料彎曲變形
3.2.1 棒材極限彎矩的確定
棒材的彈性極限彎矩：
（3-1）
式中：---粗棒材半徑
----屈服強度
則
3.2.2 彎曲變形與彎矩
棒材在矯直機上產生彎曲變形的外因是外加了彎矩，彎曲狀態(tài)是內力和外力平衡的結果。棒材端面彎曲時的應力應變圖如圖3-1所示。
棒材斷面彎矩計算如公式（3-2）計算：
(3-2)
其彎矩比表達式為公式（3-3）計算：
(3-3)
圖3-1 理想金屬棒材的彎曲應力應變圖
最大矯直彎矩按計算，得；
按塑性極限彎曲及可算出。
棒材的受力模型如圖3-2。
3.2.3 彎曲變形與能耗
取彈區(qū)比。
（1）棒材的彈性變形所耗能量按公式（3-4）計算:
（3-4）
式中：
--工作輥彈性模量
圖3-2 棒材的受力模型
對細棒材：
粗棒材：
(2）棒材塑性變形所需能量按公式（3-5）計算：
（3-5）
則細棒材：
粗棒材：
總和變性能：
細棒材：
粗棒材：
(3)彈復變性能計算公式（3-6）：
（3-6）
則細棒材：
粗棒材：
(4)矯直所需能量：
細棒材：
粗棒材：
(5)旋轉彎曲的能耗
單位長度棒材旋轉一周所消耗的彎曲變形能用公式（3-7）計算:
(3-7)
于是旋轉彎曲耗能比為公式（3-8）計算：
（3-8）
則細棒材：
粗棒材：
3.2.4 相對反彎曲率的確定
工件受到各矯直輥的壓力發(fā)生彈塑性彎曲，若工件的彎矩為,彈性模量為及斷面慣性矩為，則彎曲后的彈復曲率為:
（3-9）
式中 ---彈性極限曲率，
---斷面慣性矩，
查表知彈區(qū)比時，
則
相對彈復曲率
工件矯直意味著反彎后的殘余曲率變?yōu)榱阒?，?
所以
---相對反彎曲率
取反彎曲率
已知原始曲率為 相對原始曲率
總變形曲率
相對總變形曲率
3.3 矯直機基本參數的確定
（1）導程t
根據導程的計算公式（3-10）：
（3-10）
式中：--棒材直徑；
--輥子斜角。
則細棒螺旋導程：
粗棒螺旋導程：
（2） 輥軸直徑
選取
（3）輥腰直徑
選取
（4）輥子全長
選取
（5）輥子工作部分長度
選取
（6）輥距
選取
3.4 工藝參數計算
（1）傾角
除7輥外，其余各輥輥腹接觸點的法向壓力并不是豎直方向，它與輥軸縱向剖面間的夾角為，由文獻[1]可知：
（3-11）
式中：—等彎曲長度， 取
--輥子斜角，取
則
（2）矯直速度
已知軋件前進速度（矯直速度）為
則矯直輥轉動的圓周速度：時
時
扎件轉動的圓周速度：時
時
矯直輥轉動速度：時
時
軋件轉動速度： 時
時
3.5 輥型設計
矯直輥是矯直機上的主要部件，其輥型曲線決定了矯直質量的高低。一般斜輥矯直機的輥型曲線主要用等距雙曲線輥型，它是由棒材繞矯直輥軸線旋轉一周得到的。該輥型能與直棒材保持良好的接觸關系，在壓彎曲率不大的情況下，用這種輥型的矯直機矯直大直徑棒材有很好的效果。本次設計按粗棒材直徑、斜角為設計。
直棒材與輥面的接觸關系模型如圖3-3所示，棒材與矯直輥軸線的空間距離,交角為，棒材繞矯直輥軸線旋轉一周形成的內表面即為輥型曲面。設定各矢量長度：、、、、、,圖上各矢量的坐標值為：
式中：R---棒材直徑
---過棒材中點與接觸點G的連線與X軸的夾角。
全封閉矢量間關系為
圖3-3 直棒材與輥面的接觸關系模型
矢量在x軸方向的分矢量為，故
(3-12)
同理可知故
(3-13)
于是可得
(3-14)
由圖中下部分畫出的坐標關系可知
(3-15)
將式（3-13）代入式（3-12），且整理后得
(3-16)
由于矢量的分矢量為
(3-17) (3-18)
在給定Z值，并求出值后，便可確定過M點的輥截面半徑
(3-19)
輥端圓角可參照工件直徑及原始彎曲狀態(tài)來確定，一般可按工件范圍確定，取。
計算Z、、b、X、Y、的值如表3-1所示。
3.6 矯直力的計算
七斜輥矯直機為2-2-2-1輥系，7個矯直輥全部為長輥，對于這種矯直機矯直管材時，上下矯直輥間需要一定的壓緊力，以便更好地抱緊管材，同時矯直管材斷面的橢圓度。但矯直棒材時如果加入預緊力，棒材在旋轉矯直時不會像管材產生彈性壓扁現象，卻很有可能被卡死。因此，在調節(jié)輥縫時，使上下矯直輥對與棒材剛好相接觸為宜?；谶@樣的輥系和位置布置，當3、4、7輥向上抬升時，矯直力作用模型見圖3-4。
表3-1 Z、、b、X、Y、的值
Z
0
20
40
60
80
100
120
0
2.0682
4.1313
6.1824
8.2221
10.2403
12.2344
b
0
20.63
41.12
61.69
82.27
102.86
123.84
X
-150
-150.04
-150.14
-150.32
-150.57
-150.88
-151.25
Y
0
-5.19
-10.34
-15.54
-20.75
-25.99
-31.40
(mm)
150
150.13
150.5
151.12
151.99
153.10
154.47
Z
140
160
180
200
220
240
14.202
16.1340
18.0324
19.8924
21.7116
23.4876
b
144.52
165.21
185.92
206.64
227.39
248.15
X
-151.68
-152.17
-152.70
-153.28
-153.90
-154.57
Y
-36.75
-42.14
-47.59
-53.09
-58.65
-64.27
(mm)
156.07
157.90
159.94
162.21
164.70
167.40
由于棒材本身的彎曲，以及在4、7輥的壓彎作用下，使得2輥的右端接觸點和1輥的左端接觸點對棒材產生反作用力；3-4、5-6兩對輥相對于彎曲的工件，其壓力將向兩端集中，輥腰附近將形成等彎矩區(qū)，并構成梯形彎矩圖，等彎矩圖內將產生塑性變形，等彎矩區(qū)S的大小取決于輥子斜角的調整，且不應小于一個螺旋導程；7輥處由于沒有上輥，可認為其作用力集中在輥腰處。
在計算矯直力時，采用較大的,由經驗確定，故；而要根據工件原始彎曲經反彎后所殘留的彎曲程度而定，一般取，現取，故。由于3、6輥同時起導向作用，且棒材沒有彈性壓扁，因此3、6的作用力很小，可認為兩處作用力為零。于是按圖3-4中受力模型可寫出矯直力計算式：
已知
（3-20）
（3-21）
(3-22)
（3-23）
(3-24)
（3-25）
（3-26）
已知代入（3-20）—（3-26）公式中得：
在無壓緊力作用下，豎直方向上各輥壓力總和為：
各輥輥面上壓力總和為：
3.7 傳動功率的計算
斜輥矯直機傳動過程中受到棒材塑性變形、矯直輥與棒材表面滾動摩擦和矯直輥軸承摩擦的影響，而棒材塑性變形所消耗的功率由兩部分組成：棒材低頻彎曲產生塑性變形所消耗的功率、棒材旋轉彎曲的塑性變形所消耗的功率。因此傳動功率由克服棒材低頻彎曲塑性變形的功率、克服棒材旋轉彎曲塑性變形的功率、克服矯直輥與棒材表面滾動摩擦的功率和克服矯直輥軸承摩擦的功率組成。
3.7.1 棒材與輥面間滾動摩擦功率
矯直過程中，棒材與輥面間的相互運動以滾動為主，克服滾動摩擦所需功率為：
(3-27)
式中：f---棒材與輥面間滾動摩擦系數，m，通常取f=0.001m
v---棒材矯直速度，m/s,已知v=0.083m/s
---矯直輥的工作直徑，m，可取
因此
3.7.2 各軸承的摩擦功率
矯直輥輥面上的壓力是由轉轂軸承傳遞的，根據力的平衡原理，各軸承處的壓力總和等于矯直輥輥面上的壓力總和，矯直過程中克服軸承摩擦所需功率為：
（3-28）
圖3-4 矯直力作用模型
式中：---輥軸直徑，取
---軸承摩擦系數,取
---輥子轉速，計算得
則
3.7.3 低頻彎曲塑性變形功率
由于棒材受到交錯布置的矯直輥的壓力作用，棒材軸線產生彎曲變形，彎曲次數與矯直輥數量有關，而棒材矯直機的矯直輥數量并不多，因此這種彎曲屬于低頻彎曲，對于七斜輥矯直機而言，棒材發(fā)生3次低頻彎曲塑性變形，低頻彎曲塑性變形所消耗的功率為：
(3-29)
對粗棒材有
則
3.7.4 旋轉彎曲塑性變形功率
查表知工件旋轉彎曲耗能比,那么旋轉塑性變形消耗的功率為：
(3-30)
式中： ---工件直徑，取
則
3.7.5 矯直機的驅動功率
其中 ---傳動效率，取
4 軸的設計與校核
4.1 軸的結構設計原則
軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它與軸上安裝的零件類型，尺寸及位置，零件的固定方式，載荷性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯，制造和裝配工藝、安裝和運輸，對州的變形等因素有關。一般軸的結構設計原則是：
（1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數的截面形狀；
（2）易于軸上零件的精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調整；
（3）采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施；
（4）便于加工制造和保證精度。
4.2 軸的材料選擇
該軸無特殊要求，因而選用45鋼調制處理。
4.3 軸的結構及尺寸設計
軸的結構如圖4-1所示。
圖4-1 軸的結構
根據軸向定位的要求確定軸上各段直徑和長度。
（1）如圖4-1所示，3-4段為矯直輥軸段，取直徑為,已知矯直輥的長度為600mm，左端靠軸肩定位，右端靠套筒定位，為了軸肩和套筒能緊緊的壓緊矯直輥，此軸段長度應短于矯直輥長度，故取。
（2）4-5段要安裝滾動軸承故需參考軸承內徑。因為主要承受徑向載荷，所以初步選擇調心滾子軸承。參照工作要求并根據，查GB/T288-1994選型圓柱孔型調心滾子軸承，其尺寸
。故。
（3）矯直輥的左端靠軸肩定位，軸肩的高度，故取，則軸環(huán)。軸環(huán)寬度。取。
（4）1-2軸段上軸承的右端用隔環(huán)固定，取隔環(huán)的長度為，所以
。
（5）4-5軸段上的軸承左端靠隔環(huán)固定，右端靠端蓋固定，取隔環(huán)長度
，所以。
（6）5-6軸段與減速器輸出軸用萬向接軸連接，故取。
半聯軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按查表選取平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為.半聯軸器與軸的配合為。調心滾子軸承與軸的周向定位來固定，此處選軸的直徑尺寸公差為。矯直輥與軸的軸向定位是由過渡配合來保證的。
4.4 軸的強度校核
軸的受力分析如圖4-2所示。
軸的扭矩：
輥子軸上的圓周力：
由前面計算知輥面上的徑向力：
計算支反力：水平面上支反力
垂直面內支反力
圖4-2 軸的受力
危險截面處的水平彎矩
垂直彎矩
則最大彎矩
進行校核時，只校核軸上承受彎矩最大和扭矩的截面的強度。該軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)應力，取，前面已選軸的材料為45鋼。調制處理。由《機械設計》表15-1查得許用應力，軸的計算應力為：
(4-1)
式中
計算得
故軸的強度滿足要求。
5 標準件的選型
5.1 電動機的選擇
5.1.1 電動機的選用原則
電動機的功率，應根據生產機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負載下運行。選擇時應注意以下兩點：
（1）如果電動機功率選的過小，就會出現“小馬拉大車”現象，造成電動機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。
（2）如果電動機功率選的過大，就會出現“大馬拉小車”的現象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對用戶和電網不利，而且還會造成電能浪費。
要正確選擇電動機的功率，必須經過以下計算或比較：
對于恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率（即生產機械軸上的功率），可計算所需電動機的功率，及傳動效率。計算出的功率，不一定與產品功率相同，因此，所選電動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。
5.1.2 電動機的選擇
已知矯直機的驅動功率
查表知 萬向聯軸器的傳遞效率
減速器的傳遞效率
軸承的傳遞效率
電機至矯直機之間的總效率為
因采用兩臺相同的電動機
所需電機的電機功率
因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于P即可。
所以選取電動機的額定功率為P=100kW.
根據計算出的功率選電動機的型號為：YZR315M-8
主要參數如表5-1。
輸出軸直徑
表5-1 電動機主要參數
額定功率/kW
轉速r/min
定子電流/A
100
715
190
5.2 減速器的選擇
5.2.1 傳動機構的總傳動比
5.2.2 減速器選用
選用減速器的型號為：ZXY型減速器
主要參數 低速級中心距：355mm
公稱傳動比：
公稱轉速： 輸入 輸出
公稱輸入功率：
取傳動效率
則減速器輸出軸的功率為
5.2.3 減速器的潤滑及維護
（1）減速器有油池潤滑和循環(huán)潤滑兩種情況，功率較大轉速較高，連續(xù)工作的減速器應盡可能采用循環(huán)潤滑，以降低油溫，充分發(fā)揮減速機的承載能力。
（2）當減速器工作環(huán)境溫度較低時，應采用措施保證油溫在以上。
（3）油池潤滑的油面高度比內齒輪齒頂高2-5倍的模數（兩級以高速級為準，三級以中級為準）。
（4）潤滑油推薦采用等級為150-220，GB5903中載荷工業(yè)齒輪油。
（5）潤滑油的更換期：第一次使用的減速器（或新更換齒輪）運轉10-15天后，需更新換油。正常情況下，連續(xù)工作的減速器3個月換一次油。
（6）在工作過程中。如油溫顯著升高且超過，油的質量變壞或產生不
正常噪音時，應停機檢查。
(7)減速器應半年之內檢修一次，備件必須按照圖紙要求制造，更換備件后的減速器你必須經過跑合和承載試車后再正式使用。
5.3 聯軸器的選擇
5.3.1 電動機與減速器之間聯軸器選擇
本次設計中電動機與減速器之間的聯軸器選用剛性聯軸器。
凸緣聯軸器是把兩個帶有凸緣的半聯軸器用普通平鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個半聯軸器連成一體，以傳遞運動和轉矩。這種聯軸器有兩種主要的結構形式：
①靠鉸制孔用螺栓來實現兩軸對中和靠螺栓桿承受擠壓與剪切來傳遞轉矩；
②靠一個半聯軸器上的凸肩與另一個半聯軸器上的凹槽相配合而對中。
連接兩個半聯軸器的螺栓可以采用A級和B級的普通螺栓，轉矩靠兩個半聯軸器結合面的摩擦力矩來傳遞。
選用型號為：YL15
5.3.2 減速器與工作輥之間聯軸器選擇
本次設計中減速器與工作輥之間的連接選用萬向接軸。
選用型號為：型聯軸器.
6 矯直機的安裝和維護
6.1 矯直機的安裝
（1）基礎
基礎：把矯直機牢固地固定在要求的位置上，而且把矯直機本身的重量和工作時的作用力傳遞到土壤中去，并吸收振動。
基礎的設計：根據矯直機結構特點、動力作用的性質，選擇基礎類型，在堅固和經濟的條件下，確定基礎最合適的尺寸和強度等。
基礎的驗收：由安裝部門根據圖樣和技術規(guī)范，對基礎工程進行全面檢查。
（2）設置安裝基準
矯直機在安裝時，其前后左右的位置根據縱橫中心線來調整，上下位置根據標高按基準點來調整。這里要求精度比較高，因為直接影響矯直機的矯直精度，所以這里基礎水平度的要求是5‰，保證矯直輥、導板的進給精度。
（3）設置墊板
一次灌漿出來的基礎，其表面的標高和水平度很難滿足矯直機安裝精度的要求，因此常采用墊板來調整。
墊板的作用：利用墊板的高度來調整矯直機的標高和水平度；通過墊板把矯直機的重量和工作載荷均勻地傳遞給基礎；在特殊情況下，也可以通過墊板校正矯直機機座的變形。
墊板的材料：普通鋼或鑄鐵。
墊板的面積計算：
（6-1）
其中式中，A：墊板總面積，
C：安全系數，取1.5~3；
R：混凝土的抗壓強度，；
：矯直機自重加在墊板上的負荷與工作負荷，;
：地腳螺栓的緊固力，;
：地腳螺栓材料的許用應力，;
：地腳螺栓總有效截面積，。
（4）矯直機的吊裝、找正、找平、找標高
設備從工地沿水平和垂直方向運到基礎上就位的整個過程稱為吊裝。
然后對矯直機進行“三找”，即：找平、找正、找標高。為了保證安裝要求的精度，在這里要用到水準儀或激光儀來測量，以保證其精度。
（5）二次灌漿
由于有墊板，所以在基礎表面和矯直機機座底部會形成空洞，這些空洞在矯直機投產前用混凝土填滿，這一作業(yè)稱為二次灌漿。
由于二次灌漿充滿的空洞不大，所以通常選用的石子塊度要比一次灌漿基礎的要小。
6.2 矯直機的維護
6.2.1 矯直機的維護和修理制度
矯直機采用現在冶金設備比較通用的點檢定修制度：
點檢包括：日常檢查、定期檢查、和精度檢查。
定修包括：確定修理周期和確定修理方法。
矯直機在運轉前的維護
（1）機械設備周圍應全部清掃干凈。
（2）機械設備上不得放有任何工具、材料叉其他妨礙機械運轉的東西。
（3）機械設備各部分的裝配零件必須完整無缺．各種儀表都要經過試驗，所有螺釘、銷釘之類的緊固件都要擰緊并固定好。
（4）所有減速器、齒輪箱、滑動面以及每個應當潤滑的潤滑點，都要按照產品說明書上的規(guī)定，保質保量地加上潤滑油。
（5）檢查水冷、液壓、氣動系統(tǒng)的管路、閥門等，該開的是否已經打開，該關的是否已經關閉。
（6）在設備運轉前，應先開動液壓泵將潤滑油循環(huán)一次，以檢查整個潤滑系統(tǒng)是否暢通，各潤滑點的潤滑情況是否良好。
（7）檢查各種安全設施(如安全罩、欄桿、圍繩等)是否都已安設妥當。
（8）只有確認設備完好無疑，才允許進行試運轉，并且在設備起動前還要做好緊急停車的準備，確保試運轉時的安全。
矯直機在運轉中的維護
（1）打開矯直機運行過程中的檢測系統(tǒng)，判定矯直機在運轉是產生的信息是否正常，其目的就是為了早期發(fā)現矯直機故障的苗頭
（2）在狀態(tài)檢測的基礎上進一步對矯直機運行狀態(tài)的發(fā)展趨勢進行分析，這是為了預知矯直設備劣化的速度，為維修做好安排。
矯直機在運轉后的維護：在這里主要是做矯直機的潤滑、保養(yǎng)工作。
制定矯直機的維護周期：根據七輥矯直機各個部件的受力狀態(tài)，現制訂七斜輥矯直機的維護周期：
（1）每月要進行2～3次小修，每次工期8～16h；
（2）每年要進行一次中修，工期不超過10個工天；
（3）每3～5年要進行一次大修，工期為12～15工天。
6.2.2矯直機的潤滑
潤滑原理：潤滑就是在相對運勤的摩擦接觸面之間加入潤滑劑，使腰接觸表面之間形成潤滑膜，變干摩擦為潤滑劑內部的分子間的內摩擦，以達到減小摩擦，減小磨損，延長機械壽命的目的。
二輥滾光矯直機的潤滑采用通用機械設備的潤滑方法進行潤滑，只有像矯直輥、減速器、聯軸器及軸承等幾個部分需要專門的潤滑，這零件的潤滑在選用潤滑劑也有要求，下面進行具體介紹：
①對于矯直輥的潤滑，根據矯直輥的工作條件以及工作環(huán)境，我們查機械設計手冊潤滑部分資料，在這里選用的是復合鋁基潤滑脂，具體型號為：ZFU—4H
②減速器的潤滑主要部分是齒輪、軸，本矯直機的減速器是放在一個減速箱里面，所以根據減速器的工作環(huán)境，以及矯直的負荷大小，查機械設計手冊得選用重負荷齒輪油，具體型號為：L—CKD（極壓型）
③關于聯軸器的的潤滑方式有兩種，人工定期加油潤滑和采用自動潤滑裝置潤滑，而本矯直機的滑塊式萬向聯軸器主要采用干油或烯油進行潤滑，具體型號:L—HM
④軸承的潤滑根據軸承的工作環(huán)境、承載載荷等，查機械手冊得用復合鈣基潤滑脂潤滑，具體型號為：ZFG—1H。
二輥滾光矯直機的潤滑基本原則：采用“潤滑五定”原則即：
定質：選用潤滑劑的質量一定要合格；
定時：潤滑的周期；
定量：所用潤滑劑的量；
定人：潤滑時應定人負責；
定點：對該要重點潤滑的地方應該進行定點潤滑。
潤滑系統(tǒng)的設計：
潤滑系統(tǒng)的設計直根據各種機械設備的特點和使用條件確定。一般潤滑系統(tǒng)由五個主要組成：油泵、油箱、油管、濾油器、控制及報警系統(tǒng)。有的特殊設備則需要冷卻或加熱等裝置。一般，僅需根據機械設備的具體情況，設計并選擇合適的零、部件組裝成適當的潤滑系統(tǒng)。
總之，潤滑方法的選擇，除了要考慮載荷、速度、摩擦副的運動形式與分布外．還應注意所選潤滑劑的種類、供給量、機器的結構、精密程度和工作環(huán)境等。一股對結構簡單、小型及低速輕載的機械可采用手工潤滑、滴油潤滑和油墊潤滑等；對于大型、結構復雜及高速重載的機器可采用飛濺潤滑、油環(huán)潤滑或強制潤滑；速度更高的滾動軸承或齒輪傳動多用油霧潤滑。
7 總結
歷時三個月的畢業(yè)設計在這里就要結束了，本次畢業(yè)設計的課題為50-110七輥矯直機設計，在此，我對這三個月來所做的工作以及計算說明書作一總結，歸納有以下幾點：
（1）學習并了解了矯直技術的原理和基本方法，對矯直機在國內外發(fā)展狀況有了一定的了解，掌握了基本的矯直變形理論，即通過對發(fā)生彎曲及扭轉的棒材矯直后獲得質量較高的棒材。
（2）對矯直機總體設計方案的確定。通過對比之后選用傳統(tǒng)的2-2-2六輥矯直機，在其出口下排輥子后面多加一個托輥，形成2-2-2-1型七輥矯直機。確定該矯直機的結構組成，并對主要結構作簡要說明。
（3）計算矯直機的主要參數。研究金屬材料的變形，計算變形時的彎矩和能耗，確定相對反彎曲率。設計輥型，計算并確定輥子的主要參數，如輥軸直徑，輥腰直徑，輥子全長，輥子工作部分長度以及輥距。
（4）根據輥子的布置推導出計算矯直力的力學模型，計算作用在各個棍子上的力，求出各輥輥面上壓力總和。計算矯直機工作時的傳動功率從而選出適應的電動機。
（5）設計矯直輥軸的結構，選取軸的材料為45鋼。通過計算出的矯直力，校核軸的強度，校核結果為滿足強度要求。
（6）根據計算出的驅動功率，推導出所需要的電動機功率，進行電動機、減速器以及聯軸器的選型。
（7）對矯直機的安裝和維護作簡要說明。
（8）繪制矯直機的總裝圖以及主要結構的裝配圖，零、部件圖等。
以上為本次設計所做的主要工作。
新一代的矯正機一般要求高剛度、全液壓調節(jié)及先進的自動化系統(tǒng)；由計算機控制的矯正輥縫調節(jié)系統(tǒng)可根據鋼板厚度設定調節(jié)上輥組的開口度，以及入口／出口方向和左右方向的傾斜調節(jié)；上輥組可以快速打開、關閉，上矯正輥的彎曲調節(jié)用以糾正鋼板的中間浪和左右邊浪，并且每個上輥和下輥組的入口出口輥可以單獨調節(jié)。
矯正機的研究發(fā)展方向是開發(fā)研制高效節(jié)能、高精度和高度自動化的環(huán)保型矯正機。既要求有高質量，又要有高矯正速度，在產品上能滿足大規(guī)模生產的需求，而且還必須降低工作噪聲，操作上實現完全自動化。
畢業(yè)設計終于完成了，這讓我不由有一種如釋重負的感覺，總之我明白了：知識必須通過應用才能實現其價值!有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。
大學四年就會在這最后的畢業(yè)設計總結劃上一個圓滿的句號。我曾經以為時間是一個不快不慢的東西,但現在我感到時間過的是多么的快,四年了,感覺就在一眨眼之間結束了我的大學生涯。畢業(yè),最重要的一個過程,最能把理論知識運用到實踐當中的過程就數畢業(yè)設計了。這也是我們從一個學生走向社會的一個轉折，另一個生命歷程的開始。
參考文獻
[1] 崔甫. 矯直原理與矯直機械[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2007.
[2] 王廣輝.七斜輥棒材矯直機理論計算及有限元分析[D].燕山大學.機械工程學院.2010.