七辊中板预矫正机主传动系统的设计【含9张CAD图纸+文档全套】
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第I页辽宁科技大学本科生毕业设计七辊中板预矫正机主传动系统的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460 mm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。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及客户的要求。本篇论文中,首先论述了矫正机的背景与发展状况,以及未来的发展趋势,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方案的选择与论述;其次确定了矫正机相关参数,并通过对矫正力、矫正力矩和主电机功率的计算及工作特点选择矫正机的电机类型和型号;最后,对矫正机的主要零部件(第三个工作辊、工作辊轴承)进行了校核计算。说明书的最后还对润滑的选择和设备的环保、可靠性和经济可行性做了论述。关键词:中板矫正机;主传动系统;矫正辊第II页辽宁科技大学本科生毕业设计The Predistortion Seven Roller Plate Design Of Main Drive SystemAbstractWith the development of technology and the implement of Modernization, production of plate straightening moves towards efficient and high quality direction. For thickness of 460mm conventional Products, every production department adopts multi-roll correction equipment. In order to meet the requirements of ever-increasing plate types and quality of boards, the multi-roll correction equipment gets improved. Now we are studying and designing the straightening machine to reduce costs and improve efficiency, output and quality, meeting the requirements of production and our customers.In this thesis. Background, development status and trend of straightening machine were firstly discussed and according to the present situation, considering economy and efficiency-related factors, I select some related equipment reasonably and then this design plate correction machine selection and discussed solutions. Second, determine the correct machine parameters, And through the force of correction, the correction torque and motor power of computing and work characteristics select straightening machine motor types and models. Finally, the main parts of straightening machine (the third work rolls, work roll bearings) were checking calculation. The specification for environmental protection and lubrication equipment selection, reliability and economic feasibility of doing discussed.Key words: Plate straightening machine;Main drive system;Straightening roller第IV页辽宁科技大学本科生毕业设计目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究的目的及意义11.2 国内外发展的现状和趋势11.3 矫直机的工作原理21.4 课题研究的内容和方法32 总方案确定42.1 矫正机类型42.1.1 压力矫正机42.1.2 拉伸矫正机4 2.1.3 拉伸弯曲矫正机42.1.4 管材、棒材矫正机52.1.5 辊式矫正机52.2 矫正方案62.3 主传动系统62.3.1 电机82.3.2 减速器82.3.3 万向接轴82.3.4 联轴器93 矫正机相关参数设计计算103.1 原始数据103.2 矫正机基本参数确定103.2.1 辊距t的确定10 3.2.2 辊径D的确定.113.2.3 辊数n确定113.2.4 矫身L的确定113.2.5 矫正速度v的确定123.3 矫正机力能参数的计算123.3.1 矫直力的计算123.3.2 矫直力矩的计算153.4 矫正机主电机的选择164 主要零部件校核计算184.1 矫直辊的校核计算184.1.1 第三辊压力和矫正力矩的确定184.1.2 第三辊上弯曲力矩和支反力的确定194.1.3 弯曲力矩的计算204.1.4 支反力的计算234.2 矫直辊的强度计算及校核24 4.3 工作辊轴承的校核255 润滑的选择275.1 辊系的润滑275.2 齿轮减速器中齿轮的润滑276 设备的环保、可靠性和经济可行性分析296.1 设备的环保性分析296.2 设备的可靠性296.3 设备的经济性分析31结论33致谢34参考文献35第35页辽宁科技大学本科生毕业设计1 绪论1.1课题研究的目的及意义 矫直作为一种精整技术,始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来,随着社会的发展,人们对产品质量和精度的要求普遍提高,矫直技术发展迅猛,应用也越来越广泛。如今,工业发展方向是高、精、尖,对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视;矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。随着冶金行业的不断发展,矫直机械也己经从过去的冶金行业发展到其他一些高技术领域,如仪器仪表制造业、汽车、船舶和飞机制造业,石油化工业、建筑材料业、机械装备制造业以及精密加工制造业等领域。由此可以看出矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本,而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本,而且标志着一个国家的工业水平,直接关系到工业产品的竞争力。在讲求质量、效益的今天,矫直技术在工业领域的重要性更加突出。1.2矫直机国内外发展现状和趋势1、国外矫直机发展现状 在20世纪3040年代,国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机也迅速的发展起来,相应的理论研究也取得了一定的成果。到了20世纪7080年代,国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚,矫直技术得到了不断地改进、发展和扩充。英国的布朗克斯、德国的凯瑟琳、德马克以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直,提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度,提高控制水平及改善环境方面。同时为提高矫直精度和控制水平,开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究,取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多,如Dvide E.Hardt等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究,以及Juen A.Robert对圆盘锯片娇直过程实现自动控制的研究等等。2、国内矫直机发展现状 通过矫直机发展历史,我们知道我国20世纪五、六十年代的大部分矫直机的辊系都采用大节距大工作辊,矫直厚度范围仅在45倍,支承辊承载能力低,使矫直能力低下,且工作辊轴承座是整体、固定不可调节的,造成矫直钢板质量低,产品成材率低。 其中厚板矫直技术在我国起步就较晚,且理论研究较生产落后的现象突出,经过近些年来工业的发展和自身技术的进步,矫直机的性能和各项参数都有了很大的改善。钢板的宽度、厚度及长度规格也在不断扩大。 2005年3月1日投产的宝钢5m热矫直机由SMSD设计,是全液压9辊调节矫直机。最大矫直力可达44000KN,钢板的矫直温度范围也较宽:4001100,钢板的厚度范围在1080mm,宽度可达4800mm,矫直速度也达到0.52.5m/s。其矫直机电动机功率为220KW。舞阳轧钢厂生产的最厚钢板能达到700mm(900mm厚钢锭生产,不保探伤。 就整个发展状况来说,厚板矫直机已经由二重式发展到四重式,辊子为倾斜布置、成组换辊,并设过载保护装置,机架采用预应力框架结构,增大刚度。四重式矫直机,在结构和辊系布置上做了很大改进,改变了原有二重式热矫直机矫直质量不理想、辊距大、矫直能力低、维修不便等缺点,使矫直厚度范围扩大到10倍左右。使矫直机向自动化、全液压、高负荷、高刚度、多功能、强力矫直技术发展,即采用第三代矫直机,进一步提高钢板表面质量。1.3 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。1.4 课题研究内容及方法 根据中厚板的实际尺寸和变形情况,按照矫正要求,确定矫正机的基本参数,进行矫直力、矫直力矩的计算,进而计算矫直功率,选择主电机,并对主要零部件强度进行校核计算,利用CAD,Solidworks工程软件绘制图纸和三维模型,包括零件图,部件图,装配图,最后撰写说明书。2 总方案确定2.1矫正机的类型 现在的矫正机有很多品种,而且规格也非常的繁杂。矫正机的类型可以按其工作原理分类,按其各自用途不同进行分类,按其结构的特点分类。在按用途分类中,一为矫正型材的矫正机,例如有型材压力矫正机,辊式,及型材拉伸型矫正机;二是带材矫正机,比如有拉弯矫正机;三为板材矫正机,例如板材辊式矫正机;还有线材矫正机,一般为平立辊复合矫正机。除此之外,矫正机还可以做进一步的按具体结构,具体用途,传动方式等等再做具体细化分类。2.1.1压力矫正机压力矫正机的工作原理是将具有原始弯曲的工件支撑在工作台的两个活动的支点之间用压头对准确最弯部位进行反向压弯的。当其工件弹复量和压弯量相同时,压头撤回后工件的弯曲部位会变直。这样进行下去,工件每个弯曲部位肯定会将全部变直从而达到矫正的目的。2.1.2拉伸矫正机 也称张力矫正机,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)。这时需采用拉伸矫正方法。例如矫正单张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张力辊组组成,拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生,这种矫正机主要用于有色金属。2.1.3拉伸弯曲矫正机矫正带材的三维形状缺陷时,应使带材产生塑性延伸。在拉弯矫直的过程中每一次拉弯的拉伸量与弯曲量的匹配不一样,但是却可以产生变形性质上的变化,比如,当拉力越大时其弯曲的弹性区厚度越小同时中性层的偏移量也增大。如果弯曲的曲率增大,那么中性层的拉伸变形将比纯拉伸变形增大的多。拉伸弯曲矫正机有如下特点:1)带钢在退火以后再通过拉伸弯曲矫正以后退,带钢的机械性能有很大改变,经过改善的一些性能甚至超过了冷平整的效果。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)矫平辊与弯曲辊都是从动辊,他们都没有驱动装置,因此可以和带材实现同步运动,不会出现因为打滑而刮伤带材表面。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)适用范围广泛,比如全部的带材加工作业线和很多种金属材料。6)矫正机组的矫正厚度范围广,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。2.1.4管材、棒材矫正机管、棒材矫正的工作原理是利用多次反复弯曲轧件将轧件矫正的过程。例如斜辊式矫正机、“313“型辊式矫正机、偏心轴式矫正机等。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。2.1.5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。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。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。这种调整方式主要用来矫正薄板。2.2矫正方案 按照每个矫正辊使中厚钢板产生的最终消除残余曲率和变形程度的方法,矫正方案一般可以分为小变形矫正方案、大变形矫正方案。2.2.1小变形矫正方案矫正时反弯的压下量用于消除钢板在上一辊产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)使之变平直。 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。2.2.2大变形矫正方案使拥有不同的原始曲率的轧件经过反复几次剧烈的反弯以消除其原始曲率的不均匀度,使之形成单值曲率,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。则会增加轧件内部的残余应力,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。2.3主传动系统主传动装置主要由主电机、联轴器、联合减速机及万向接轴等组成。传动系统由两台交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。下对主传动系统进行方案分析:方案一: 图2.1 1工作机座 2万向接轴 3齿轮座 4低速电动机 方案二: 图2.2 1工作机座 2万向接轴 3齿轮座 4减速器 5高速电动机 方案三: 图2.3 1工作机座 2万向接轴 3联合减速器 4高速电动机对上述三个方案讨论,方案一虽然使用低速电动机,但是因为没有减速器,不利于分配传动扭矩;方案二和方案三作用相同,但方案二对比方案三来说,方案三结构更紧凑,可以减少传动件,可以减小机列总长度。因此,本次设计中采用方案三。2.3.1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。2.3.2减速器 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。减速机和齿轮座组成一个整体,可减少传动件,而且结构紧凑,还可以减小机列的总长度。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。2.3.3 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。十字轴万向联轴器利用其机构的特点,使两轴不在同一轴线,存在轴线夹角的情况下能实现所链接的两轴连续回转,并可靠地传递转矩和运动。十字轴式万向联轴器是用量较大的万向联轴器,轴承是十字轴万向联轴器的易损件,几种大型十字轴万向联轴器主要区别在于轴承座和十字叉头的变化,形成不同结构的型式,为保证主、从动端的同步性,实际应用中均采用双联型式,双联的联接方式不外乎焊接或法兰盘通过螺栓联接。2.3.4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。3.矫正机相关参数设计计算3.1原始数据1.被矫正板最大宽度:;2.辊身长度:;3.被矫正板厚度:;4.矫直速度:;5.轧件屈服极限:(冷态);6.矫正辊数(包括边辊):。3.2 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 辊距t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。所以,应该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【1】得 (3.1)式中:轧件的最小厚度,; 工作辊弹性模量,; 轧件的屈服极限,;将数据代入公式(3.1)得(2) 最小允许辊距确定 当越小时,对轧件可能产生的反弯曲率越大,矫正质量就会越高。但是越小,矫正力就会增大。所以最小允许辊距会受到辊身表面接触应力与工作辊扭转强度的限制。根据文献【1】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。3.2.2 辊径D的确定由文献【1,表11-4】可知中厚板矫正机矫直辊直径D和矫直辊距T之比: (3.2)工作辊直径; 取。3.2.3辊数n的确定增加辊数即是增加轧件的反弯次数,辊数增加有利于提高矫直质量,但也会增加轧件的加工硬化和矫直功率,为此,选择辊数的是在保证矫直质量的前提下,使辊数尽量少。因为钢板厚度为 ,由文献【1,表11-5】选取7辊。3.2.4辊身L的确定辊身长度与轧件最大宽度有关,根据文献【1】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 ,取3.2.5 矫正速度v的确定矫正机的矫正速度主要由生产效率确定,要与轧机生产能力和所在机组的速度相协调。查文献【1】表11-6可得 在此取3.3 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 矫直力的计算1. 轧件的屈服力矩屈服力矩是将轧件弯曲到弹性弯曲最大极限状态时的外力矩,用符号表示。它是最大的弹性弯曲力矩,也是最小的弹塑性弯曲力矩。由文献【1】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. 轧件的弹性弯曲力矩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【1】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)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。今假设:1)第2、3辊下轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩,即;2)第5、6辊下件的弯曲力矩为屈服力矩,即;3)第4辊下的轧件弯曲力矩为塑性弯曲力矩和屈服力矩的平均值,即 图3-1 作用在矫直辊上的压力根据文献【1】按照上述三个假设可得出各辊下矫直的计算式为: (3.7) 式中:轧件的屈服力矩,; 轧件的弹性弯曲力矩,; 辊距,t=360mm。将以上数据代入公式(3.7)得 (3.8)此时,根据文献可得作用在上、下排辊子上的压力总和为 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)得由式(3.7)计算可以看出,在上述三个假设前提下,第1辊至第3辊的矫直力是递增的,第3辊矫正力为最大值。然后,矫直力开始减小,第7辊矫直力最小值。3.3.2矫直力矩的计算矫直力矩作用在矫正机上,轧件是跟着矫正辊的转动不断前进并反复弯曲的。所以,矫正辊上的扭矩可以按照功能相同的原理来确定,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同。现假设在: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消耗变形;3) 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) 都等于小变形矫直方案中的残余曲率最大值;4)对具有原始曲率的轧件,可假设其平均原始曲率为:式中的数值,对于钢板,h为轧件厚度。按照上述假设,当矫正轧件上原始曲率凸度向下部分时,矫正总扭矩应该为: (3.9)式中:_平均原始曲率,故 ,取_小变形方案的残余曲率最大值。矩形断面轧件由文献【1】得_矫正辊直径,;_形状系数,由文献【1】表11-2可得;_屈服力矩,_矫正辊辊数,。将以上数据代入公式(3.9)可得:3.4矫正机主电机的选择查文献【1】公式11-44可得辊式矫正机的电机功率为: (3.10)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,对于钢板=0.0002m;辊子轴承的摩擦系数,滚动轴承=0.005;D辊子直径,;d辊子轴承处直径,;矫正速度,; 传动效率,;将以上数据代入公式得:该矫正机由两台电机驱动,所以电机功率为,选用型号YSP4002-6的电动机,其额定转速,额定功率为矫正辊的转速为:故因此主传动系统的总传动比为:4 主要零部件校核计算4.1 矫直辊的校核计算根据第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 第三辊压力和矫正力矩的确定由文献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 第三辊均布载荷图由文献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4.1.3 弯曲力矩(1)01段和12段梁上的作用载荷及其弯矩图如图4.2所示,为求出弯矩图面积,需求出最大弯矩。对于01段:最大弯矩 (4.5) 而 a01段 b12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12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02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23段和段的作用载荷及其弯矩图与12段相同,故对于13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, 4.1.4 支反力的计算各支点的支反力可分段求出个段的支反力,然后将相同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01段的支反力,另一部分是12段的支反力,即 同理,由于段、段和段外载荷相同,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, 4.2 矫直辊的强度计算及校核 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。4.3 工作辊轴承的校核 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 润滑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,既可以防止内部的润滑剂外泄,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。5.1 辊系的润滑由于本矫正机工作时承受高温、重载、高速以及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、外置式和内置式油气分配器、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。油箱内部经防锈处理 ,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,当油箱内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。5.2 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,还可以散热及防锈蚀。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,确保运转正常及预期的寿命。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,以便借润滑油及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(GB 59031995),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。6 设备的环保、可靠性和经济可行性分析6.1 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,可以做如下几点:(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)加强状态检测和及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及时维修,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。6.2 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内完成规定功能的能力,叫做设备的可靠性。2、可靠度的计算 由文献10,式7-5知可靠度函数为 (6.1) 式中 失效率,为常数,取; 工作时间。假设工作后,将数据代入公式(6.1)得可靠度 其故障率分布曲线(浴盆曲线)如图6.1所示图 6.1 故障率分布曲线3、设备的平均寿命 机械设备的可靠性另一个指标为使用寿命,即平均寿命。工作时间随机变量的期望值由文献10,式7-4知 (6.2) 式中 平均寿命; 可靠性函数,机械设备是可修复系统,即在一次年修的平均工作时间,。则 (6.3)式中 失效率,为常数,取。将数据代入公式(6.3)得 6.3 设备的经济性分析1、投资回收期按静态经济评价方法,设备投产后以每年取得的净利润,包括利润和设备的折旧费,将全部投资即固定资产投资和流动资产回收所需时间,以年为单位,从建设年份算起。假设:建设期为两年,总费用为90万元,年净收益和累积净收益如表8.1所示。 表6.1 收益资料表 单位:万元时间(年)12345678建设期4050年净收益71315232226累积净收益-40-90-83-70-55-33-1115由文献10,式2-12知投资回收期 (6.4)由表6.1可见,全部投资的绝大部分已于第七年末收回,尚余11万元,而第八年年净收益大于此数,故此矫正机的的投资回收期为 2、设备的合理更新期 按最小年费用法,考虑资金的时间价值,则 (6.5)式中 设备使用年的年平均费用; 设备的初始投资; 使用到第年的运行费用; 设备在年末的残值。 基准贴现率,。假设:购置这台矫正机的费用为120万元,年运行费用和年末残值如表6.2所示。 表6.2 年运行费用及年末残值表 单位:万元年份1234567年运行费用10121418232834年末残值100826560504020由表6.2数据分别求出每年设备的年平均费用为显然,、,所以该矫正机的经济寿命为6年。 结论毕业设计就要结束了,下面我对这次毕业设计进行一下总结。在此次设计中,主要是针对七辊中板矫正机的设计。设计的内容主要包括矫正机总体方案的确定、矫正机结构参数的确定、矫正机主传动系统力能参数的计算和电机的选择、工作辊的强度校核、润滑方式的选择、经济可行性分析以及图纸的绘制等内容。经过了半年时间的努力,我的毕业设计终于完成了。在这个过程中我遇到了许多的困难,但是经过老师的细心指导,我都一个个的克服了。设计刚开始的时候我根本不知道从何下手,只是按照老师的要求查找关于矫正机的各方面资料。首先,我们要写绪论,绪论是一个课题的总体概括。主要包括:毕业设计的选题背景及目的、国内外研究状况、课题研究的方法和内容,在老师的帮助指导下完成了这部分的内容;其次就是总体方案的确定,这部分的内容是主传动系统传动方案的选择;再次就是计算部分的内容,进过老师的指导和帮助,先后完成了矫正机结构参数的确定、矫正机主传动系统力能参数的计算和电机的选择、工作辊的强度校核等计算内容;再次就是润滑、环保及经济性分析等内容;最后就是计算机绘图方面的内容,在老师的指导下,并经过一个月的努力,终于完成了四张零件图、两张装配图和一张总图的绘制。这次毕业设计虽然结束了,但这次设计却是一次宝贵的经历。通过这次毕业设计,使我对七辊中板矫正机有了一个比较清晰的了解,更重要的是通过这次毕业设计提高了我查阅文献、收集资料和专业外文翻译,分析解决实际问题的能力,同时培养了我认真做事的工作作风,为将来走向工作岗位打下了坚实的基础。致谢毕业设计是大学的最后一门课程,是对大学的所有课程的一个总结。这次毕业设计,不仅培养了我理论与实践相结合的能力,将书本上的理论知识运用到毕业设计当中,而且让我更好的掌握了书本知识。通过这次毕业设计,提高了我查阅文献、收集资料和专业外文翻译,分析解决实际问题的能力。同时,在这个过程中我也找到了自己的不足。首先,我能够顺利完成这次毕业设计,我要特别感谢我的毕业设计指导老师石加联教授,在这个设计过程中,每当我遇到困难时,石老师总是给我细心的指导和讲解。通过石老师指导,解决了我的许多疑惑,使我顺利的完成了设计工作。再次,我要感谢每一位教过我的老师,是你们认真的教导,才会让我掌握到这么多的专业知识。我才能够把每一科的专业知识运用到这次毕业设计当中,你们用辛勤的汗水毫不吝啬的将所有知识传授给我们,对你们的感谢是无法用语言表达出来。最后,我要感谢在设计中帮助过我的同学和朋友们,你们总会在一些细节地方提醒我。没有你们的帮助,我可能会走很多弯路,谢谢你们的帮助。 参考文献 1 邹家祥轧钢机械M 北京:冶金工业出版社,2007 2 国家机械工业局中国机电产品目录(14)M 北京:机械工业出版社,2000 3 成大先机械设计手册单行本(连接与紧固)M 北京:化学工业出版社,2004 4 王海文轧钢机械设计M 北京:机械工业出版社,1983 5 成大先机械设计手册单行本(减速器 电机与电器)M 北京:化学工业出版 社,2004 6 濮良贵机械设计(第八版)M 北京:高等教育出版社,2006 7 施东成轧钢机械设计方法M北京:冶金工业出版社,1991 8 成大先机械设计手册单行本(轴承)M 北京:化学工业出版社,2004 9 成大先机械设计手册单行本(润滑与密封)M 北京:化学工业出版社,2004 10 沈永刚现代设备管理M 北京:化学工业出版社,2003 11 Smith Jr.,R.P., Innovation in the Computing System of Straightening ForceJ. 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