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1、-毕业）设计（论文）-七辊棒材矫直机设计（全套图纸-第 24 页 本科毕业设计（论文）题 目50-110七辊矫直机设计学生姓名 学 号院（系）机电工程学院专 业机械设计制造及其自动化指导教师时 间 2016 年 6 月 12 日摘要现代化的棒材生产中，精整是生产的最后阶段，而棒材矫直是精整最重要的工序，它直接决定了产品的质量，经过矫直的椭圆度和直线度高的棒材才具有高的价值。矫直机作为棒材矫直的最重要设备，决定着圆钢的最终质量。七辊棒材矫直机是在总结近年来所具有国内领先水平的多台大规格棒材矫直机的基础上设计而来。该机为八立柱七斜辊棒材矫直机，采用了预应力机架及可靠的液压工作原理，使辊缝值具有较高
2、精度，对棒材在生产过程中所产生的弯曲和椭圆度具有明显的矫直效果。本文在学习矫直技术的基本方法和原理的基础上，掌握了基本矫直变形理论。首先，确定了总体方案。其次，研究了棒材的弯曲变形和弯矩，以及作用在各辊上的矫直力，推导出计算矫直力的力学模型，确定相对反弯曲率并进行辊型设计。然后对主要承受力的零、部件进行强度校核。最后进行电动机、减速器以及联轴器的选型，对矫直机的安装和维护进行说明。关键字：七斜辊矫直；辊型；矫直力；力学模型全套图纸加153893706AbstractIn the process of modern steel bar producation,the rigor disposal
3、 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 i
4、mportant device which decide the steel bars 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 ba
5、sed 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 gene
6、rated 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 st
7、raightening 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.K
8、ey words: seven inclined roller straightening; Roller type; straightening force; mechanical model目录1 绪论11.1 课题意义11.2 国内外矫直机研究状况及发展动态11.2.1 国外矫直机的发展现状11.2.2 国内矫直机的发展现状21.3 矫直机在轧钢机中的作用和分类21.3.1 矫直机的作用21.3.2 矫直机的分类31.4 辊式矫直机工作原理41.5 辊式矫直机的发展趋势42 总体方案确定62.1 矫直机组成及矫直机主机组成62.2 主传动系统62.3 上机架组件72.4 下机架组件82.
9、5 立柱系统92.6 矫直辊的布置结构92.7 工作辊的材质93 矫直机主要参数的计算103.1 矫直机主要技术参数103.2 金属材料弯曲变形103.2.1 棒材极限弯矩的确定103.2.2 弯曲变形与弯矩103.2.3 弯曲变形与能耗113.2.4 相对反弯曲率的确定133.3 矫直机基本参数的确定143.4 工艺参数计算153.5 辊型设计163.6 矫直力的计算183.7 传动功率的计算213.7.1 棒材与辊面间滚动摩擦功率213.7.2 各轴承的摩擦功率213.7.3 低频弯曲塑性变形功率233.7.4 旋转弯曲塑性变形功率233.7.5 矫直机的驱动功率234 轴的设计与校核24
10、4.1 轴的结构设计原则244.2 轴的材料选择244.3 轴的结构及尺寸设计244.4 轴的强度校核255 标准件的选型275.1 电动机的选择275.1.1 电动机的选用原则275.1.2 电动机的选择275.2 减速器的选择285.2.1 传动机构的总传动比285.2.2 减速器选用285.2.3 减速器的润滑及维护285.3 联轴器的选择295.3.1 电动机与减速器之间联轴器选择295.3.2 减速器与工作辊之间联轴器选择296 矫直机的安装和维护306.1 矫直机的安装306.2 矫直机的维护316.2.1 矫直机的维护和修理制度316.2.2矫直机的润滑327 总结33参考文献3
11、5附录36致谢371 绪论1.1 课题意义自第二次世界大战以来，钢铁工业获得了迅猛发展，同时，刚才质量以成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。随着我国科学技术的发展以及工业体系的不断完善，我国的钢铁企业在生产过成中积累了大量的生产实践经验。但由于历时文题，我国的钢铁工业起步较晚，虽然在局部领域有一定的建树，整体技术水平却与国际先进企业相比存在一定的差距。为了在竞争日益激烈的轨迹化市场上立于不败之地，以及更好的满足各行业对钢铁质量不断提高的要求，这就需要进一步提高刚才的质量。棒材作为钢铁材料的重要组成部分，也担此重任。由于棒材的生产过程中多采用热轧或冷拔等金属加工方法，其生产出来的产品都存在一
12、定程度的弯曲，有时还甚至存在扭曲。如果再经热处理，这种偏差可能会进一步加剧。为了矫正这种偏差，常采用各种矫正方法进行矫直。棒材类刚才在轧制过后，其质量在很大程度上取决于矫直工艺的好坏。由于理论方面的缺失，许多工厂矫直棒材时对矫直工艺参数的确定主要依赖于操作人员的实践经验。这种方法必然受人为因素的影响很大，参数的选取不够科学，造成了矫直质量的不稳定。因此，找到一种合理的方法弥补依靠经验来确定矫直参数的不足，有很大的现实意义。正是基于以上的情况，本次设计通过参考现有的矫直理论和计算方法，研究2-2-2-1辊系七斜辊棒材矫直机的矫直过程，计算出合理，可靠的工艺参数，从而设计出所需的矫直机。同时也通过
13、对该类矫直机的设计开发，为大规格棒材矫直机技术研究发展做出贡献。1.2 国内外矫直机研究状况及发展动态1.2.1 国外矫直机的发展现状在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(BRONX)、德国的凯瑟琳(Kieserling)、德马克(Demag)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
14、、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。1.2.2 国内矫直机的发展现状我国的矫直技术研究起步较晚，建国以后，随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时，矫直机主要靠进口。从
15、70 年代开始，许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在1980年，中国金属压力加工学会在衡阳专门召开了“辊形专题会议”。通过这次学术交流会，产生了等曲率反弯辊形计算法到了80 年代，国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂矫直技术方面，创造了中国首创的双向旋转矫直法。在80 年代末，东北大学的崔甫教授研制了矫直F200复合转毂式高精度棒材矫直机，并首先提出了双交错辊系的新方法。从90 年代后，我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向反弯辊形2 辊矫直机、复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等辊距矫直机等方面有了很大突破，各种
16、矫直机的矫直质量均有突破。近年来，我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步，在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩，很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身，从不同角度建立了矫直状态下的数学模型，压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面，正由人工控制逐渐向计算机控制，由单机控制向全线计算机控制发展，在矫直机结构设计方面，正在向精密化、大型化发展，老设备将逐渐被淘汰或改造。现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫直设备。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上
17、实现完全自动化。现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机的研究和生产上代表了国内的领先的水平，在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。但是，在取得成绩的同时，国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做，如型材矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平等等。1.3 矫直机在轧钢机中的作用和分类1.3.1 矫直机的作用轧件在轧制、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；某些型钢的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材则会产生纵向弯曲、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，轧件
18、需要在矫正机上进行矫正。1.3.2 矫直机的分类矫直设备按工作原理不同可分为五大类：第一类称为反复弯曲式矫直机，如压力矫直机及辊式矫直机，它们是靠压头或辊子在同一水平面内对工件进行反复压弯并逐渐减小压弯量，直到压弯和弹复量相等而变直。如图1-1为手工压力矫直。图1-1 利用凹槽块的手工压力矫直如图1-2为压力矫直。图1-2 压力矫直第二类称为旋转弯曲式矫直机，是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡，在走出塑性区时弹复变直。旋转者可以是工件，可以是矫直工具，也可以是变形方位。如常见的斜辊矫直机、转毂式矫直机及平动式矫直机。第三类称为拉伸矫直机，它依靠拉伸变形把原来长
19、短不一的纵向纤维拉成等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直，如钳式拉伸矫直机及连续拉伸矫直机。第四类称为拉弯矫直机，它是把拉伸和弯曲变型合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发生，全段各层纤维的弹复变形也不是同时发生的，既防止了板带的断裂，又提高了矫直质量。第五类称为拉胚矫直设备，它是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的矫直拉力是较小的。1.4 辊式矫直机工作原理辊子的位置与被矫直制品运动方向成某种角度，两个或三个大的是主动压力辊，由电动机带动作同方向旋转，另一边的若干个小辊是从动的压力辊，它们是
20、靠着旋转着的圆棒或管材摩擦力使之旋转的。为了达到辊子对制品所要求的压缩，这些小辊可以同时或分别向前或向后调整位置，一般辊子的数目越多，矫直后制品精度越高。制品被辊子咬入之后，不断地作直线或旋转运动，因而使制品承受各方面的 压缩、弯曲、压扁等变形，最后达到矫直的目的。矫直原理分为大变形方案和小变形方案：（1）小变形方案矫直原则：每个辊子的压下量可以单独调整，只消除前一个辊子产生的（或留下的）最大残余曲率，经多次反弯后，残余曲率逐渐减小，轧件趋于平直。优点：总变形曲率小，所需矫正能量小。缺点：一般而言，原始曲率是未知的。难于确定矫正辊的压下量。（2）大变形方案矫直原理在前几个辊采用比小变形方案大得
21、多的压下量，使轧件一开始就得到足够大的弯曲，迅速缩小残余曲率的变化范围，使具有不同曲率的轧件，经过几次剧烈的反弯（大变形）以后，原有的原始曲率的不均匀度被消除，形成单值残余曲率，再予以矫平。优点：矫正辊数比较少，矫正质量较高。缺点：对轧件的变形程度不应过份加大，以减小轧件内部的残余应力。1.5 辊式矫直机的发展趋势辊式矫正机是在实际生产中使用最广泛的一类矫正机，随着矫正技术的进步以及工业生产中对钢板的质量要求越来越高，对辊式矫正机的要求也越来越高。新一代的矫正机一般要求高刚度、全液压调节及先进的自动化系统；由计算机控制的矫正辊缝调节系统可根据钢板厚度设定调节上辊组的开口度，以及入口出口方向和左
22、右方向的倾斜调节；上辊组可以快速打开、关闭，上矫正辊的弯曲调节用以纠正钢板的中间浪和左右边浪，并且每个上辊和下辊组的入口出口辊可以单独调节。矫正机的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫正机。既要求有高质量，又要有高矫正速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。2 总体方案确定本次七辊棒材矫直机的设计，选用应用最广的2-2-2六辊式矫直机，这种矫直机是目前棒材矫直应用最多的一类矫直机，也是此次准备设计的矫直机的形式，目前准备在其出口增加一只托辊，它可以增大第三对辊处塑性弯曲区的长度，并在压下量合适的条件下易于达到棒材弹复变直的要求
23、。所以此辊系也称其为七辊矫直机。六辊斜辊棒材矫直机具有的优点：(1)辊斜辊式矫直机的六个矫直辊都是主动的，棒材本身不传递扭矩，可以保护棒材表面；(2)六辊斜辊式矫直机辊间负荷均衡，三对矫直辊辊径相同，方向相反，并有较长的曲面对置，因此，矫直辊上的单位压力较小；(3)棒材在六辊斜辊矫直机上横向得到压扁矫正，在两个娇直辊的作用下容易压成椭圆形，实现圆度矫正而且应力分布均匀；(4)六辊纵向弯曲矫正时，中间辊被其对应下辊所支撑和平衡，防止棒材局部弯曲和应力分布不均。由于六辊斜辊棒材矫直机具有上述优点，特别适用于矫直棒材。2.1 矫直机组成及矫直机主机组成矫直机主机由主传动装置、上机架、下机架、立柱、调
24、角机构、矫直辊装置、换辊装置、水冷却消尘系统等主要部分组成。如图2-1所示。2.2 主传动系统主传动系统采用万向接轴传动。主传动系统由电动机、减速分配齿轮箱、万向接轴等组成。万向接轴的一端与辊子轴头相连，电动机与减速分配齿轮箱的出轴相连，电动机与减速分配齿轮箱用联轴器连接。这种传动方式使润滑、维修及换辊等工作得到改善。如图2-2所示为立式机架的斜辊矫直机结构图。这种矫直机采用万向接轴传动比较普遍，其优越性更大，电动机及减速分配齿轮箱可单独装在地基上，与机器本体分离较远，使结构明显简化，具有调节方便，工作线高度不变，机器本体与传动系统的震动互不干扰等优点。由于其上下辊都可传动，因此，咬入条件及表
25、面质量有改善，这种矫直机传动方式的不足之处是占地面积和机架高度大。2.3 上机架组件图2-1 矫直机主机图2-2 矫直机主传动系统由上机架、压下系统、角度调整机构等组成。上机架为焊接件。其压下机械部分由行星摆线减速器、联轴器、压下丝杆等组成。压下丝杆通过复合螺母来消除丝杆与压下螺母之间的间隙。三个上辊的压下机构可联动或单动，压下过程是在非矫直状态下完成。角度调整机构为电动调整，液压锁紧，由电机通过减速机带动螺杆轴向运动，通过顶块使液压缸筒转动,调整完毕后液压锁紧。由于矫直辊座安装在液压缸筒上，从而达到调整矫直辊旋转角的目的。每个辊体上采用了两个这样的机构，使矫直辊固定锁紧。角度调整是在非矫直状
26、态下完成的。调角机构端部采用法兰联结。结构如图2-3所示。1、压下机构 2、轴承 3、上盖板 4、连接螺丝 5、上横梁图2-3 矫直机上横梁组件结构示意图2.4 下机架组件下机架组件由下机架、下辊托盘机构、下辊角度调整机构等组成，下机架为焊接件，下辊托盘机构安装在下机架内部，托盘上部安装下矫直辊。由角度调整机构带动托盘及辊体旋转，其下中间辊、尾辊设有电动压上机构。压上动作是在非矫直状态下完成的。下辊角度调整机构同上辊角度调整机构。下中间辊及尾辊角度调整为手动调整，初设调整后不参与规格变换时的调整。下机架角度调整机构传动部分置于机架焊接结构件内部，在侧面设有面板，为防止冷却水的侵入面板下加有良好
27、密封。下机架焊接件周边焊有一定高度的防水挡板，防止冷却水的溢出，使冷却水将氧化铁皮沿机架表面预留口冲走，至设备下面的倾斜式地沟中，氧化铁皮沿地沟被冲至氧化铁皮收集槽。为防止冷却水的侵入，下托盘系统具有良好的双层密封。2.5 立柱系统该部分由8根立柱及支承套、螺母组成，可与上下横梁形成预应力机架，提高了机架的刚性及矫直过程的稳定性。2.6 矫直辊的布置结构图2-4 矫直机矫直辊布置2.7 工作辊的材质 工作辊直接与轧件接触，为避免辊子过早磨损和保证矫直机可靠工作，对矫直机工作辊有下列要求：（1）辊面应有较高的硬度；（2）有较高的加工精度；（3）有较高的抗弯和抗扭强度。目前，冷矫时，若工作辊径D2
28、00mm时，采用9Cr，本次设计采用90CrVMo。3 矫直机主要参数的计算3.1 矫直机主要技术参数棒材直径：屈服强度：矫直速度：矫直精度：原始曲率：工作压力：试压（2-3小时）：角度调整范围：3.2 金属材料弯曲变形3.2.1 棒材极限弯矩的确定棒材的弹性极限弯矩： （3-1）式中：-粗棒材半径 -屈服强度则 3.2.2 弯曲变形与弯矩棒材在矫直机上产生弯曲变形的外因是外加了弯矩，弯曲状态是内力和外力平衡的结果。棒材端面弯曲时的应力应变图如图3-1所示。棒材断面弯矩计算如公式（3-2）计算： (3-2)其弯矩比表达式为公式（3-3）计算： (3-3)图3-1 理想金属棒材的弯曲应力应变图最
29、大矫直弯矩按计算，得；按塑性极限弯曲及可算出。棒材的受力模型如图3-2。3.2.3 弯曲变形与能耗取弹区比。（1）棒材的弹性变形所耗能量按公式（3-4）计算: （3-4）式中：-工作辊弹性模量 图3-2 棒材的受力模型对细棒材： 粗棒材： (2）棒材塑性变形所需能量按公式（3-5）计算： （3-5）则细棒材：粗棒材：总和变性能：细棒材：粗棒材：(3)弹复变性能计算公式（3-6）： （3-6）则细棒材：粗棒材：(4)矫直所需能量：细棒材：粗棒材：(5)旋转弯曲的能耗单位长度棒材旋转一周所消耗的弯曲变形能用公式（3-7）计算:(3-7)于是旋转弯曲耗能比为公式（3-8）计算： （3-8）则细棒材：
30、 粗棒材：3.2.4 相对反弯曲率的确定工件受到各矫直辊的压力发生弹塑性弯曲，若工件的弯矩为,弹性模量为及断面惯性矩为，则弯曲后的弹复曲率为: （3-9）式中 -弹性极限曲率， -断面惯性矩， 查表知弹区比时，则相对弹复曲率 工件矫直意味着反弯后的残余曲率变为零值，即所以 -相对反弯曲率取反弯曲率 已知原始曲率为 相对原始曲率总变形曲率相对总变形曲率3.3 矫直机基本参数的确定（1）导程t根据导程的计算公式（3-10）： （3-10） 式中：-棒材直径； -辊子斜角。则细棒螺旋导程：粗棒螺旋导程：（2） 辊轴直径选取 （3）辊腰直径选取（4）辊子全长选取（5）辊子工作部分长度选取（6）辊距选取
31、3.4 工艺参数计算（1）倾角除7辊外，其余各辊辊腹接触点的法向压力并不是竖直方向，它与辊轴纵向剖面间的夹角为，由文献1可知： （3-11）式中：等弯曲长度， 取 -辊子斜角，取则（2）矫直速度已知轧件前进速度（矫直速度）为则矫直辊转动的圆周速度：时 时扎件转动的圆周速度：时 时矫直辊转动速度：时 时轧件转动速度： 时 时3.5 辊型设计矫直辊是矫直机上的主要部件，其辊型曲线决定了矫直质量的高低。一般斜辊矫直机的辊型曲线主要用等距双曲线辊型，它是由棒材绕矫直辊轴线旋转一周得到的。该辊型能与直棒材保持良好的接触关系，在压弯曲率不大的情况下，用这种辊型的矫直机矫直大直径棒材有很好的效果。本次设计按
32、粗棒材直径、斜角为设计。直棒材与辊面的接触关系模型如图3-3所示，棒材与矫直辊轴线的空间距离,交角为，棒材绕矫直辊轴线旋转一周形成的内表面即为辊型曲面。设定各矢量长度：、,图上各矢量的坐标值为：式中：R-棒材直径 -过棒材中点与接触点G的连线与X轴的夹角。全封闭矢量间关系为图3-3 直棒材与辊面的接触关系模型矢量在x轴方向的分矢量为，故 (3-12)同理可知故 (3-13)于是可得 (3-14)由图中下部分画出的坐标关系可知 (3-15)将式（3-13）代入式（3-12），且整理后得 (3-16)由于矢量的分矢量为 (3-17) (3-18)在给定Z值，并求出值后，便可确定过M点的辊截面半径
33、(3-19)辊端圆角可参照工件直径及原始弯曲状态来确定，一般可按工件范围确定，取。计算Z、b、X、Y、的值如表3-1所示。3.6 矫直力的计算七斜辊矫直机为2-2-2-1辊系，7个矫直辊全部为长辊，对于这种矫直机矫直管材时，上下矫直辊间需要一定的压紧力，以便更好地抱紧管材，同时矫直管材断面的椭圆度。但矫直棒材时如果加入预紧力，棒材在旋转矫直时不会像管材产生弹性压扁现象，却很有可能被卡死。因此，在调节辊缝时，使上下矫直辊对与棒材刚好相接触为宜。基于这样的辊系和位置布置，当3、4、7辊向上抬升时，矫直力作用模型见图3-4。表3-1 Z、b、X、Y、的值Z02040608010012002.0682
34、4.13136.18248.222110.240312.2344b020.6341.1261.6982.27102.86123.84X-150-150.04-150.14-150.32-150.57-150.88-151.25Y0-5.19-10.34-15.54-20.75-25.99-31.40(mm)150150.13150.5151.12151.99153.10154.47Z14016018020022024014.20216.134018.032419.892421.711623.4876b144.52165.21185.92206.64227.39248.15X-151.68-15
35、2.17-152.70-153.28-153.90-154.57Y-36.75-42.14-47.59-53.09-58.65-64.27(mm)156.07157.90159.94162.21164.70167.40由于棒材本身的弯曲，以及在4、7辊的压弯作用下，使得2辊的右端接触点和1辊的左端接触点对棒材产生反作用力；3-4、5-6两对辊相对于弯曲的工件，其压力将向两端集中，辊腰附近将形成等弯矩区，并构成梯形弯矩图，等弯矩图内将产生塑性变形，等弯矩区S的大小取决于辊子斜角的调整，且不应小于一个螺旋导程；7辊处由于没有上辊，可认为其作用力集中在辊腰处。在计算矫直力时，采用较大的,由经验确定，
36、故；而要根据工件原始弯曲经反弯后所残留的弯曲程度而定，一般取，现取，故。由于3、6辊同时起导向作用，且棒材没有弹性压扁，因此3、6的作用力很小，可认为两处作用力为零。于是按图3-4中受力模型可写出矫直力计算式：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： 在无压紧力作用下，竖直方向上各辊压力总和为：各辊辊面上压力总和为：3.7 传动功率的计算斜辊矫直机传动过程中受到棒材塑性变形、矫直辊与棒材表面滚动摩擦和矫直辊轴承摩擦的影响，而棒材塑性变形所消耗的功率由两部分组成：棒材低频弯曲产生塑性变形所消耗的
37、功率、棒材旋转弯曲的塑性变形所消耗的功率。因此传动功率由克服棒材低频弯曲塑性变形的功率、克服棒材旋转弯曲塑性变形的功率、克服矫直辊与棒材表面滚动摩擦的功率和克服矫直辊轴承摩擦的功率组成。3.7.1 棒材与辊面间滚动摩擦功率矫直过程中，棒材与辊面间的相互运动以滚动为主，克服滚动摩擦所需功率为： (3-27)式中：f-棒材与辊面间滚动摩擦系数，m，通常取f=0.001m v-棒材矫直速度，m/s,已知v=0.083m/s -矫直辊的工作直径，m，可取因此3.7.2 各轴承的摩擦功率矫直辊辊面上的压力是由转毂轴承传递的，根据力的平衡原理，各轴承处的压力总和等于矫直辊辊面上的压力总和，矫直过程中克服轴
38、承摩擦所需功率为： （3-28） 图3-4 矫直力作用模型式中：-辊轴直径，取 -轴承摩擦系数,取 -辊子转速，计算得则 3.7.3 低频弯曲塑性变形功率由于棒材受到交错布置的矫直辊的压力作用，棒材轴线产生弯曲变形，弯曲次数与矫直辊数量有关，而棒材矫直机的矫直辊数量并不多，因此这种弯曲属于低频弯曲，对于七斜辊矫直机而言，棒材发生3次低频弯曲塑性变形，低频弯曲塑性变形所消耗的功率为： (3-29)对粗棒材有则 3.7.4 旋转弯曲塑性变形功率查表知工件旋转弯曲耗能比,那么旋转塑性变形消耗的功率为： (3-30)式中： -工件直径，取则3.7.5 矫直机的驱动功率其中 -传动效率，取4 轴的设计与
39、校核4.1 轴的结构设计原则轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它与轴上安装的零件类型，尺寸及位置，零件的固定方式，载荷性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯，制造和装配工艺、安装和运输，对州的变形等因素有关。一般轴的结构设计原则是：（1）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；（2）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；（3）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；（4）便于加工制造和保证精度。4.2 轴的材料选择该轴无特殊要求，因而选用45钢调制处理。4.3 轴的结构及尺寸设计轴的结构如图4-1所示。图4
40、-1 轴的结构根据轴向定位的要求确定轴上各段直径和长度。（1）如图4-1所示，3-4段为矫直辊轴段，取直径为,已知矫直辊的长度为600mm，左端靠轴肩定位，右端靠套筒定位，为了轴肩和套筒能紧紧的压紧矫直辊，此轴段长度应短于矫直辊长度，故取。（2）4-5段要安装滚动轴承故需参考轴承内径。因为主要承受径向载荷，所以初步选择调心滚子轴承。参照工作要求并根据，查GB/T288-1994选型圆柱孔型调心滚子轴承，其尺寸。故。（3）矫直辊的左端靠轴肩定位，轴肩的高度，故取，则轴环。轴环宽度。取。（4）1-2轴段上轴承的右端用隔环固定，取隔环的长度为，所以（5）4-5轴段上的轴承左端靠隔环固定，右端靠端盖固
41、定，取隔环长度，所以。（6）5-6轴段与减速器输出轴用万向接轴连接，故取。半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。按查表选取平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为.半联轴器与轴的配合为。调心滚子轴承与轴的周向定位来固定，此处选轴的直径尺寸公差为。矫直辊与轴的轴向定位是由过渡配合来保证的。4.4 轴的强度校核轴的受力分析如图4-2所示。轴的扭矩：辊子轴上的圆周力：由前面计算知辊面上的径向力：计算支反力：水平面上支反力 垂直面内支反力图4-2 轴的受力危险截面处的水平弯矩垂直弯矩则最大弯矩进行校核时，只校核轴上承受弯矩最大和扭矩的截面的强度。该轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，前面已选轴的材料为4
42、5钢。调制处理。由机械设计表15-1查得许用应力，轴的计算应力为： (4-1)式中 计算得故轴的强度满足要求。5 标准件的选型5.1 电动机的选择5.1.1 电动机的选用原则电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点：（1）如果电动机功率选的过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电动机被烧毁。（2）如果电动机功率选的过大，就会出现“大马拉小车”的现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：对
43、于恒定负载连续工作方式，如果知道负载的功率（即生产机械轴上的功率），可计算所需电动机的功率，及传动效率。计算出的功率，不一定与产品功率相同，因此，所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。5.1.2 电动机的选择已知矫直机的驱动功率查表知 万向联轴器的传递效率 减速器的传递效率轴承的传递效率电机至矫直机之间的总效率为因采用两台相同的电动机所需电机的电机功率因载荷平稳，电动机额定功率略大于P即可。所以选取电动机的额定功率为P=100kW.根据计算出的功率选电动机的型号为：YZR315M-8主要参数如表5-1。输出轴直径表5-1 电动机主要参数额定功率/kW转速r/min定子电流/A1007151905.2 减速器的选择5.2.1 传动机构的总传动比5.2.2 减速器