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1、 p 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 鋼管二輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì) 燕 山 大 學(xué) 2011年 6 月 摘要 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Φ80mm鋼管二輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì) 摘要 二輥矯直機(jī)在制造業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，實(shí)際生產(chǎn)中也起著至關(guān)重要的作用。二輥矯直機(jī)在試行中非常成功，同時(shí)矯直理論逐步得到了完善。 本文首先介紹了矯直機(jī)在世界和中國(guó)的發(fā)展情概況，對(duì)矯直機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的分類，并對(duì)不同類型矯直機(jī)的工作原理和各自的特

2、征進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。 本文重點(diǎn)討論了二輥矯直機(jī)矯直方法的性能和優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)介紹了二輥矯直技術(shù)，對(duì)其作了結(jié)構(gòu)參數(shù)、力能參數(shù)、工藝參數(shù)的計(jì)算，如輥形、軋制力、軋制功率、傾斜角等，并對(duì)矯直輥進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析。最后，介紹了二輥矯直機(jī)的基本構(gòu)造及其各部分的作用。 關(guān)鍵詞:　斜二輥矯直機(jī)；矯直變形；多次反彎；輥形曲線 Abstract A two--roll straightening machine is applied extensively in manufacturing industry. It also plays a

3、n important role in actual production. A two--roll straightening machine design is successfully trial-produced. In the meantime it is completed that the theory of straightening technology. At the beginning, Two-roll straightening machine’s history in the world is referred in this article. Two--roll

4、 straightening machine’s type is presented. It is systematically introduced that the principle of work and design features of different style machines. It is emphasized that the capability and advantage of straightening process by means of two--roll straightening machine. Some master and process pa

5、rameters in the rolling ,for instance structure, capability and technic are presented in forms. It contains rolling shape, rolling force, power and elevation angle，also the structure of straightening machine ‘design and computation of roll profile curve . The technology is introduced in greater deta

6、ils, also the structure of straightening machine design and function of every part. Keywords: Two--roll straightening; Defomation straightening; Various Reverse bending ; Roll profile curve. 目錄 目 錄 摘要 II Abstract Ⅲ 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 第2章 矯直機(jī)的概況 2 2.1矯直設(shè)備的發(fā)展概況 2 2.2矯直設(shè)備的分類 3 第3章

7、 不同矯直機(jī)的工作原理 6 3.1壓力矯直機(jī)的工作原理 6 3.2平行輥矯直機(jī)的工作原理 6 3.3旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī) 7 3.3.1斜輥矯直機(jī) 7 3.3.2轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī) 7 3.4拉伸與拉彎矯直機(jī) 8 第4章 斜二輥矯直機(jī)的工作原理 9 4.1矯直棒材的基本原理 9 4.2斜輥矯直機(jī)的分類 9 4.3斜二輥矯直機(jī)概況 10 4.4斜輥矯直機(jī)的工作原理 10 4.5二輥矯直機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 13 第5章 Φ80mm斜二輥矯直機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 14 5.1已知技術(shù)數(shù)據(jù) 14 第6章 矯直機(jī)輥形的設(shè)計(jì) 15 6.1輥型計(jì)算公式推導(dǎo) 15 6. 2矯直機(jī)輥形計(jì)算 16 第7

8、章 矯直機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算 18 7.1矯直力的計(jì)算 18 7.1.1確定導(dǎo)程t 19 7.1.2求彈性極限彎矩 19 7.1.3求傾角θ 20 7.1.4軸承承受力的總和 21 7.2二輥矯直機(jī)功率計(jì)算 21 7.2.1軸承消耗的功率 21 7.2.2滑動(dòng)摩擦消耗功率 22 7.2.3滾動(dòng)摩擦消耗功率 22 7.2.4塑性彎曲變形所消耗的功率 22 7.3矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算 22 第8章 矯直輥的強(qiáng)度校核 24 8.1矯直輥的受力分析與校核 24 第9章 矯直機(jī)的其它組成部分 28 9.1主傳動(dòng)裝置的選擇和校核 28 9.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇 28 9.1.2

9、減速器的選擇 28 9.1.3聯(lián)軸器的選擇 28 9.2角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 29 9.3徑向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(壓下) 29 9.4導(dǎo)板及其調(diào)整機(jī)構(gòu) 29 9.5進(jìn)料口側(cè)導(dǎo)向裝置的作用及其調(diào)整方式 30 9.6噴嘴裝置 30 9.7機(jī)架部分 31 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 35 附錄1 36 附錄2 53 附錄3 65 附錄4 73 VII 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景 軋件在加熱，軋制，熱處理及各種精整等工序加工過(guò)程中，由于塑性變形不均，加熱和冷卻

10、不均，剪切以及運(yùn)輸和堆放等原因，必然產(chǎn)生不同程度的彎曲，瓢曲，浪形，鐮彎和歪扭的塑性變形，或內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這在成為合格的產(chǎn)品之前，都必須采用矯直機(jī)進(jìn)行矯直加工，矯直軋件形狀和消除內(nèi)應(yīng)力。所以，矯直機(jī)是軋制車間必不可缺少的重要設(shè)備，而且也廣泛用于以軋材作坯料的各種車間，如汽車，船舶制造廠等。 目前，軋材品種規(guī)格的多樣化和對(duì)其形狀精度要求的提高，促進(jìn)了矯直理論和矯直機(jī)結(jié)構(gòu)的研究工作的快速發(fā)展及矯直技術(shù)水平的不斷提高。矯直不同品種規(guī)格的軋材，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同規(guī)格的矯直機(jī)。所以矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)形式繁多，矯直方式也大不相同。 按工作原理不同分為五大類: 1.反復(fù)彎曲式矯直機(jī)(如壓力矯直機(jī)及輥式

11、矯直機(jī))； 2.旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)(如斜輥式矯直機(jī))； 3.拉伸矯直機(jī)(如鉗式拉伸矯直機(jī),連續(xù)拉伸矯直機(jī))； 4.拉彎矯直機(jī)； 5.拉坯矯直設(shè)備。 軋制，焊接及熱處理后鋼管的主要缺陷是縱向彎曲，橫向彎曲的橢圓度，以及非圓鋼管的扭曲。為了消除這些缺陷，采用鋼管矯直機(jī)，利用多次彈塑性縱向彎曲或拉伸來(lái)矯直鋼管的縱向彎曲；用彈塑性扭轉(zhuǎn)矯直扭轉(zhuǎn)的鋼管；有時(shí)是扭轉(zhuǎn)及拉伸聯(lián)合起來(lái)對(duì)鋼管進(jìn)行矯直 二輥矯直機(jī)適用于直管材、棒材，使軋件在螺旋前進(jìn)過(guò)程中各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲和斷面的橢圓度。其矯直精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，雖然效率低，但在機(jī)械制造、冶金、儀器、儀表工業(yè)中仍有廣泛的

12、用途。 1 第2章 矯直機(jī)的概況 第2章矯直機(jī)的概況 2.1矯直設(shè)備的發(fā)展概況 矯直技術(shù)產(chǎn)生的確切時(shí)間尚未找到準(zhǔn)確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國(guó)有秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期寶劍的平直度可以使人想像到當(dāng)時(shí)手工矯直和平整技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高水平。在我國(guó)古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品與工具，小自針錐、大到鐵桿都要求用矯直技術(shù)來(lái)完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設(shè)備與工具是極簡(jiǎn)單的．如平錘、砧臺(tái)等。對(duì)大型工件手工矯直常借助高溫加熱進(jìn)行。古代人在矯直及

13、整形的實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的反彈特性，確．立了“矯枉必須過(guò)正”的哲理，用之于矯直技術(shù)頗有一語(yǔ)道破之功，用之于改造社會(huì)也有指導(dǎo)意義。由于中國(guó)社會(huì)的特殊條件，好多技術(shù)停留在手工狀態(tài)，18世紀(jì)末葉到19世紀(jì)初葉，歐洲進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實(shí)現(xiàn)了用蒸汽動(dòng)力代替人力．機(jī)械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀(jì)30年代冶鐵技術(shù)發(fā)展起來(lái)，當(dāng)時(shí)英國(guó)的生鐵產(chǎn)量已由7萬(wàn)噸增長(zhǎng)到19萬(wàn)噸，增加了2.7倍。19世紀(jì)50年代開(kāi)辟了煉鋼技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速。到19世紀(jì)末時(shí)，鋼產(chǎn)量增加50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機(jī)械、軋鋼機(jī)械和矯直機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動(dòng)代替蒸

14、汽動(dòng)力為標(biāo)志，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。英國(guó)在1905年制造的輥式板材矯直機(jī)可能是我國(guó)見(jiàn)到的最早的一臺(tái)矯直機(jī)。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。到1914年英國(guó)發(fā)明了212型五輥式矯直機(jī)，解決了鋼管矯直問(wèn)題，同時(shí)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(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明了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(wèn)題，美國(guó)薩頓公司研制成功313型七輥式矯直機(jī)(KTC型矯直機(jī))。20世紀(jì)30—40年代國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的型材矯直機(jī)及板材矯直機(jī) 近年來(lái)我國(guó)的反彎輥形七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁管矯直機(jī)、三斜輥薄銅管矯直機(jī)、

15、雙向反彎行二輥矯直機(jī)等研究方面相繼取得成功。在矯直高強(qiáng)度合金鋼方面也獲得很好的矯直質(zhì)量。其矯后的殘余撓度為0.2～0.05mm/m。此外，從20世紀(jì)60年代以后拉伸和拉彎矯直設(shè)備得到了很大的發(fā)展，對(duì)帶材生產(chǎn)起了重要作用。20 世紀(jì)80年代末90年代初,西安重型機(jī)械研究所與上海第五鋼鐵廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)了Φ55～Φ130mm的高精度棒材矯直機(jī)。1993 年西安重型機(jī)械研究所向重慶特鋼提供了一套Φ20～Φ90mm的二輥矯直機(jī)，主要矯直合金鋼和不銹鋼棒材，棒材規(guī)格為Φ20～Φ90300～6000mm，原始不直度≤ 4‰，屈服極限σs ≤ 950MPa，矯直精度≤1‰，表面粗糙度Ra3.2～1.6，矯直速度4

16、3～50m/min，主電機(jī)功率為902kw。 2001年我國(guó)自主研發(fā)的 JBLR-130六輥棒材矯直機(jī),可以矯直高溫狀態(tài)下鈦合金棒材,也可應(yīng)用于其他金屬在高、低溫狀態(tài)的管棒材的矯直，直線度誤差小于1‰mm，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)斜輥式熱矯直機(jī)的空白。 JBLR-130六輥棒材矯直機(jī)采用當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的全接觸高次曲線輥型與凹凸園弧混合布置的復(fù)合輥型，其矯直原理是多斜輥與二輥矯直原理的綜合，是一種新型的矯直機(jī)。 2008年中國(guó)重型機(jī)械研究院為上海寶鋼設(shè)計(jì)制造了一套Φ70～Φ250mm的棒材矯直機(jī) 2008年由攀成鋼川冶廠自主研制的Φ720mm六輥鋼管矯直機(jī)生產(chǎn)完成，這是繼中信重工后誕生的國(guó)內(nèi)第二大規(guī)格

17、的鋼管矯直機(jī)。它的研制成功標(biāo)志著我國(guó)生產(chǎn)大型鋼管矯直機(jī)水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。 2010年4月22日，大連金牛股份有限公司Φ60～Φ200mm棒材矯直機(jī)組技術(shù)設(shè)計(jì)審查會(huì)在西重所召開(kāi)。此次Φ60～Φ200mm棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì)與以往較小規(guī)格的棒材矯直機(jī)相比作了比較大的改進(jìn)并采用了專利技術(shù)――“嵌入式預(yù)應(yīng)力機(jī)架”及“液壓動(dòng)態(tài)恒壓矯直方法”。 2.2矯直設(shè)備的分類 現(xiàn)代矯直設(shè)備品種較多，規(guī)格更多。按工作原理不同劃分為五大類。第一類稱為反復(fù)彎曲式矯直機(jī)，如壓力矯直機(jī)及輥式矯直機(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

18、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(guò)渡，在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直、旋轉(zhuǎn)者可以是工件，可以是矯直工具，也可以是變形方位。如常見(jiàn)的斜輥矯直機(jī)、轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)及平動(dòng)式(過(guò)去常稱為振動(dòng)式)矯直機(jī)。第三類稱為拉伸矯直機(jī)，它依靠拉伸變形把原來(lái)長(zhǎng)短不一的縱向纖維拉成等長(zhǎng)度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直，如鉗式拉伸矯直機(jī)及連續(xù)拉伸矯直機(jī)。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(lái)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)連鑄坯下行

19、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)下所需的矯直拉力是較小的。 其次是按用途不同進(jìn)行分類：一為矯直型材的矯直機(jī)，如型材壓力矯直機(jī)、型材輥式矯直機(jī)及型材拉伸矯直機(jī)；二為板材矯直機(jī)，如板材輥式矯直機(jī)及板材拉伸矯直機(jī);三為帶材矯直機(jī)，如連續(xù)拉伸矯直機(jī)及拉彎矯直機(jī)；四為管棒材矯直機(jī)，如斜輥矯直機(jī)、轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)及管材拉伸矯直機(jī)；五為線材矯直機(jī)，如轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)及平立輥復(fù)合矯直機(jī)；六為薄壁異型管的平動(dòng)式矯直機(jī)；七為連鑄拉坯矯直機(jī)；八為特殊用途矯直機(jī)，如瓦楞板矯直機(jī)，圓鋸片矯直機(jī)，鋼絲繩矯直機(jī)等。 再次是按結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類：一為壓力矯直機(jī)，如機(jī)械壓力矯直機(jī)、液壓壓

20、力矯直機(jī)及微機(jī)程控壓力矯直機(jī)等；二為平行輥式矯直機(jī)，簡(jiǎn)稱輥式矯直機(jī)，如簡(jiǎn)支輥式矯直機(jī)及懸臂輥式矯直機(jī)；三為斜輥式矯直機(jī)，如二斜輥矯直機(jī)，三斜輥矯直機(jī)及各種各樣的多斜輥矯直機(jī)等；四為轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)，如滑動(dòng)模式轉(zhuǎn)鼓矯直機(jī)，滾動(dòng)模式轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)，斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)及復(fù)合式轉(zhuǎn)毅矯直機(jī)等；五為拉伸矯直機(jī)，如機(jī)械拉伸矯直機(jī)、液壓拉伸矯直機(jī)及連續(xù)拉伸矯直機(jī)等；六為拉彎矯直機(jī)，如機(jī)械拉彎矯直機(jī)、液壓拉彎矯直機(jī)及液膜拉彎矯直機(jī)等；七為拉坯矯直機(jī)，如普通拉坯矯直機(jī)及多輥拉坯矯直機(jī)；八為特殊結(jié)構(gòu)矯直機(jī)，如行星式矯直機(jī)及平動(dòng)式矯直機(jī)等。 按上述原則分類的矯直機(jī)還可進(jìn)一步按具體用途、具體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)

21、方式及控制方式等不同再做細(xì)化分類，每個(gè)細(xì)化分類中都可用不同規(guī)格形成產(chǎn)品系列。 本說(shuō)明書(shū)是以工作原理為主將矯直機(jī)劃分為五大類，外加一類特種矯直機(jī)。然后再控其結(jié)構(gòu)特征及用途不同分五章內(nèi)容介紹。分類如下： 1.反復(fù)彎曲式矯直機(jī)(如壓力矯直機(jī)及輥式矯直機(jī))； 2.旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)(如斜輥式矯直機(jī))； 3.拉伸矯直機(jī)(如鉗式拉伸矯直機(jī),連續(xù)拉伸矯直機(jī))； 4.拉彎矯直機(jī)； 5.拉坯矯直設(shè)備； 5 第3章 不同矯直機(jī)的工作原理 第3章不

22、同矯直機(jī)的工作原理 3.1壓力矯直機(jī)的工作原理 壓力矯直機(jī)與輥式矯直機(jī)同屬于利用反復(fù)彎曲并逐漸減小壓彎撓度方法達(dá)到矯直目的的設(shè)備。因?yàn)樗亲詈?jiǎn)單的矯直設(shè)備，就從這種矯直機(jī)開(kāi)始討論。壓力矯直機(jī)的工作原理是將帶有原始彎曲的工件支承在工作臺(tái)的兩個(gè)活動(dòng)支點(diǎn)之間用壓頭對(duì)準(zhǔn)最彎部位進(jìn)行反向壓彎的。當(dāng)壓彎量與工件彈復(fù)量相等時(shí)，壓頭撤回后工件的彎曲部位變直。如此進(jìn)行，工件各彎曲部位必將全部變直從而達(dá)到矯直的目的。當(dāng)然憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的壓彎量很難準(zhǔn)確的與工件的彈復(fù)量相等，所以在頭一次反向壓彎后要檢測(cè)彈復(fù)量與壓彎量的差值即殘留撓度值，用此值修正第二次壓彎量，用新壓彎量進(jìn)行再次反向壓彎，再檢測(cè)，直到矯直為止。通?？咳?/p>

23、的感觀和經(jīng)驗(yàn)確定壓彎量時(shí)，常需3次以上的修正工作?，F(xiàn)代使用微機(jī)來(lái)設(shè)定壓彎量則只需1-2次修正工作．而且速度快，質(zhì)量穩(wěn)定。 壓力矯直機(jī)是最簡(jiǎn)單的設(shè)備，具有投資少，應(yīng)用靈活的特點(diǎn)。在生產(chǎn)能力較低和質(zhì)量要求不高的情況下得到廣泛的應(yīng)用。但其本身也存在著生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)能力不高的特點(diǎn)。 3.2平行輥矯直機(jī)的工作原理 從壓力矯直機(jī)到輥式矯直機(jī)在技術(shù)上完成一次較大的跨越，這個(gè)跨越的理論基礎(chǔ)就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別在彈復(fù)后所殘留的彎曲程度差別會(huì)顯著減小，甚至?xí)呌谝恢隆? 平行輥矯直機(jī)是把簡(jiǎn)短的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯(cuò)布置若干個(gè)互相平行的矯

24、直輥，按遞減壓彎規(guī)律進(jìn)行多次反復(fù)壓彎以達(dá)到矯直的目的。不僅顯著提高了工作效率，而且可以獲得很高的矯直質(zhì)量。利用兩組平行輥將其輥系進(jìn)行直角組合或稱平立輥組合，及將一組水平輥和一組垂直輥組合起來(lái)形成復(fù)雜輥系，可以對(duì)二維彎曲嚴(yán)重的線材及小型材進(jìn)行矯直。因此平行輥矯直機(jī)必須具備以下兩個(gè)基本特征：第一是具有相當(dāng)數(shù)量交錯(cuò)配置的矯直輥以實(shí)現(xiàn)多次反復(fù)彎曲；第二是壓彎量可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)矯直所需要的壓彎方案。 平行輥矯直機(jī)屬于連續(xù)式反復(fù)彎曲的矯直設(shè)備，這種矯直機(jī)克服了壓力矯直機(jī)斷續(xù)工作的缺點(diǎn)，使矯直效率成倍提高，使矯直工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線。但是，平行輥矯直機(jī)在矯直管、棒等圓形斷面條材時(shí)存在兩個(gè)致命的缺點(diǎn)：第一

25、，只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面的彎曲。若矯直其他各方位的縱向剖面的彎曲常需要進(jìn)行多次的變方位的矯直過(guò)程；第二，圓材在矯直過(guò)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(俗稱麻花彎)，使產(chǎn)品報(bào)廢。究其原因，前者是圓材彎曲具有全方位的特性，在矯直某一縱向剖面時(shí)對(duì)與其垂直的縱向剖面無(wú)矯直能力，即對(duì)側(cè)向彎曲不能矯直。后者乃系偏心壓彎條件下輥?zhàn)訉?duì)圓材壓力將構(gòu)成對(duì)圓材軸線的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)這種轉(zhuǎn)矩超過(guò)輥面與圓材之間的摩擦轉(zhuǎn)矩時(shí)，圓材便會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)。而自轉(zhuǎn)一旦產(chǎn)生便將連續(xù)不斷。由自轉(zhuǎn)形成的螺旋彎曲也將越轉(zhuǎn)越嚴(yán)重。 3.3旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī) 3.3.1斜輥矯直機(jī) 鑒于平行輥矯直機(jī)的以上缺

26、點(diǎn)，為了有針對(duì)性的解決問(wèn)題，可在平行輥矯直機(jī)的入口側(cè)，或入、出口兩側(cè)增設(shè)夾送輥組，以防止工件自轉(zhuǎn)。不過(guò)，要想達(dá)到全方位矯直．還要增加一臺(tái)側(cè)彎矯直機(jī)，組成平立輥系矯百機(jī)。這樣的矯宜機(jī)輥數(shù)增加很多，機(jī)組長(zhǎng)度及重量成倍增加、動(dòng)力消托及占地面積都要增大。為了探求把平面反彎矯直變成全方位反彎矯直的新方法，人們?cè)O(shè)想使工件在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)中受到反復(fù)壓彎的矯直方法。如果把平行輥矯直機(jī)上、下兩排輥皆按某一角度對(duì)工件軸線裝成傾斜并使兩徘輥軸互相交叉狀態(tài)，則在調(diào)好壓下量之后，工件通過(guò)輥縫時(shí)便可受到旋轉(zhuǎn)壓彎，達(dá)到全方位反彎矯直目的。 3.3.2轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī) 轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)的工作原理與斜輥矯直機(jī)基本相同，前者是通過(guò)轉(zhuǎn)轂內(nèi)設(shè)

27、置的矯直工具繞工件旋轉(zhuǎn)使工件在前進(jìn)中得到矯直；后者是工件在斜輥?zhàn)饔孟吕@其自身軸線旋轉(zhuǎn)并在前進(jìn)中經(jīng)過(guò)反復(fù)彎曲而變直。從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原則來(lái)看，兩者同屬旋轉(zhuǎn)矯直；從運(yùn)動(dòng)主體來(lái)看，前者為工具旋轉(zhuǎn)，后者為工件旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)毅式矯直機(jī)的旋轉(zhuǎn)矯直丁具有多種結(jié)構(gòu)型式，老式的工具是在轉(zhuǎn)筒內(nèi)設(shè)置若干個(gè)孔模，它們交錯(cuò)配置在工件軸線上，使工件在通過(guò)孔模時(shí)產(chǎn)生反復(fù)彎曲。由于孔模與工件表面的相對(duì)滑移和滑轉(zhuǎn)而產(chǎn)生很大摩擦力．造成較大磨損，產(chǎn)生根多熱量，矯直工具壽命很矩，大部分的功變?yōu)闊o(wú)益的消耗。為了克服這種缺點(diǎn)，對(duì)矯直工具進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，其中比較典型的有兩種，一是斜輥結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)轂內(nèi)設(shè)置兩個(gè)或3個(gè)以上的斜輥；二是滾動(dòng)孔模結(jié)構(gòu)，它相

28、當(dāng)于在孔模外部裝上滾動(dòng)軸承，并使孔模的斜角可調(diào)，在轉(zhuǎn)毅轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)交措配置的滾動(dòng)孔模對(duì)工件進(jìn)行螺旋形的反復(fù)壓彎而達(dá)到矯直目的。歸納起來(lái)，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)多屬于上述3種結(jié)構(gòu)即滑動(dòng)模式結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)模式結(jié)構(gòu)及斜輥式結(jié)構(gòu)。 3.4拉伸與拉彎矯直機(jī) 拉伸矯直的機(jī)理是利用金屬工件不直時(shí)其縱向纖維長(zhǎng)短不齊，而長(zhǎng)短不齊的纖維受到塑性拉伸達(dá)到長(zhǎng)短相等之后，卸掉外力時(shí)必然以基本相等的彈復(fù)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，以達(dá)到矯直的目的。拉伸矯直法除了前面談到的應(yīng)力會(huì)向薄弱部位迅速集中造成邊部開(kāi)裂、甚至拉斷，以及表面產(chǎn)生滑移線等缺點(diǎn)外，還因全斷面的拉伸所需矯直力很大，耗能偏高，很不經(jīng)濟(jì)。如果能使拉伸變形不同時(shí)在截面上達(dá)到最大值，則會(huì)

29、克服上述缺點(diǎn)。于是想到在拉伸同時(shí)加上彎曲，使帶材一側(cè)的拉伸得到疊加，用較小的拉力便可得到較大的拉伸變形，使帶材另一側(cè)的拉壓相互抵減而不產(chǎn)生塑性變形。這種矯直要比全斷面的拉伸矯直無(wú)疑是節(jié)約能耗，而且消除了拉斷或拉裂的危險(xiǎn)。拉彎矯直過(guò)程中每次拉彎的拉伸量和彎曲量的匹配不同，而可以產(chǎn)生變形性質(zhì)上的變化。 9 第4章 斜二輥矯直機(jī)的工作原理 第4章斜二輥矯直機(jī)的工作原理 4.1矯直棒材的基本原理 本次設(shè)計(jì)矯直的是鋼管

30、，由以上矯直原理可以看出應(yīng)該用旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機(jī)，應(yīng)該用彎曲矯直理論對(duì)其進(jìn)行矯直。 軋制，焊接及熱處理后鋼管的主要缺陷是縱向彎曲，橫向彎曲的橢圓度，以及非圓鋼管的扭曲。為了消除這些缺陷，采用鋼管矯直機(jī)，利用多次彈塑性縱向彎曲或拉伸來(lái)矯直鋼管的縱向彎曲；用彈塑性扭轉(zhuǎn)矯直扭轉(zhuǎn)的鋼管。有時(shí)是扭轉(zhuǎn)及拉伸聯(lián)合起來(lái)對(duì)鋼管進(jìn)行矯直。 軋材的矯直分為粗矯和細(xì)矯。在軋制，拉拔和熱處理后直接進(jìn)行粗矯，以保證產(chǎn)品的運(yùn)輸?shù)目赡?，這對(duì)完成其他精整工序是必要的。在軋材冷卻過(guò)程中，進(jìn)行這種矯直最為合理。為了進(jìn)行粗矯，一般采用鏈?zhǔn)匠C直機(jī)，花輥式和槽型式矯直機(jī)，以及鋼管橫向移動(dòng)的螺旋輥式矯直機(jī)。 鋼管的精矯和其它精整工序，

31、往往一起進(jìn)行，其目的在于使制品最終達(dá)到所要求的條件。為此，一般采用斜輥式，轉(zhuǎn)子式，扭轉(zhuǎn)拉伸矯直機(jī)及鋼管的螺旋輥式矯直機(jī)。 應(yīng)當(dāng)指出，上述的所有矯直機(jī)，比較容易消除鋼管的縱向彎曲，而消除橢圓度很困難。橢圓度只能在斜輥式和轉(zhuǎn)子式中矯直，因?yàn)樵诤髢煞N矯直機(jī)中存在著鋼管和矯直輥的相對(duì)回轉(zhuǎn)。 如果鋼管的原始曲率太大，那么，在冷卻過(guò)程中，就不可能完全消除曲率。因此在制定鋼管綜合制造工藝過(guò)程時(shí)，必須規(guī)定軋制時(shí)鋼管彎曲允許的范圍。例如，在加熱過(guò)程中使鋼管旋轉(zhuǎn)。 4.2斜輥矯直機(jī)的分類 斜輥矯直機(jī)主要包括所有棍子軸線對(duì)圓材軸線傾斜放置的輥式矯直機(jī)。首先是二斜輥矯直機(jī)，可簡(jiǎn)稱為二輥矯直機(jī)，也是輥數(shù)最少的斜

32、輥矯直機(jī)；其次是三輥矯直機(jī)，它與二斜輥矯直機(jī)一樣，三個(gè)輥?zhàn)佣荚谕欢螆A材周圍工作，都靠輥?zhàn)颖旧淼耐拱驾佇问箞A材產(chǎn)生反彎達(dá)到矯直的目的；第三，雙列配置的多斜輥矯直機(jī)，其中包括多種配置方式的輥系結(jié)構(gòu)，輥數(shù)最多可達(dá)11輥；第四，按三列配置式或313配置的多斜輥矯直機(jī)。 4.3斜二輥矯直機(jī)概況 斜二輥矯直機(jī)用于矯直棒材，也可用于矯直厚壁管材。早期的二輥矯直機(jī)多是臥式結(jié)構(gòu)，其矯直輥壓彎平面與地面平行，圓材的軸線高度是不變的，圓材的下表面所接觸的工作線高度應(yīng)該可以調(diào)整。圓材的下支撐導(dǎo)板也必須及時(shí)調(diào)整高度以適應(yīng)支撐各種直徑圓材的需要和對(duì)磨損的補(bǔ)償。圓材在輥縫中除需要防止下落外，還防備上跳的可能，故在輥

33、縫上面也要裝有可調(diào)節(jié)的導(dǎo)向板。當(dāng)凸輥的轉(zhuǎn)向向下帶動(dòng)圓材轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只在二輥的出口處設(shè)置導(dǎo)向套也可以防止圓材上跳，故可以不設(shè)置上導(dǎo)板。 隨著工業(yè)的發(fā)展，圓材的規(guī)格越來(lái)越多，直徑也越來(lái)越粗，在用臥式矯直機(jī)進(jìn)行矯直不僅輸送裝置需要經(jīng)常調(diào)整高度，很不方便，而且機(jī)械占地面積也明顯增大，于是大量二輥矯直機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。立式二輥矯直機(jī)向高度空間增大，同時(shí)為矯直時(shí)的過(guò)載保護(hù)及機(jī)械送料提供了空間上的方便。 4.4斜輥矯直機(jī)的工作原理 二(斜)輥矯直機(jī)可簡(jiǎn)稱為二輥矯直機(jī)。其工作原理在斜輥矯直理論中獨(dú)具特點(diǎn)。它對(duì)工件的矯直作用不是依靠各輥之間的交措壓彎使工件產(chǎn)生塑性彎曲變形，而是依靠一對(duì)輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化而達(dá)到。

34、為了說(shuō)明工件在輥縫內(nèi)矯直的道理，首先要對(duì)旋轉(zhuǎn)壓彎有一理解。工件被旋轉(zhuǎn)壓彎也可以相對(duì)地把工件看成為一個(gè)螺旋形扁鋼，用壓輥壓在扁鋼的邊緣上以扁鋼為軌道向前行走．扁鋼在壓輥處被壓彎并在輥?zhàn)幼哌^(guò)后彈復(fù)變直。這樣輥?zhàn)訉?duì)螺旋形扁鋼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就同平行輥對(duì)長(zhǎng)條形扁鋼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)一樣．只不過(guò)后者的矯直運(yùn)動(dòng)為平行矯直運(yùn)動(dòng)，前者為旋轉(zhuǎn)矯直運(yùn)動(dòng)，它們的機(jī)理是一致的。但是旋轉(zhuǎn)矯直的工件并不是螺旋形扁鋼而是圓形棒材。 圖4-1 集中力彎曲與等彎矩彎曲的旋轉(zhuǎn)矯直變形圖 如圖 4-1a所示的棒材在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)中受

35、輥3壓彎，并在壓彎處的截面33上產(chǎn)生塑性壓縮(上面的影線部分)與拉伸(下面影線部分)變形。當(dāng)此截面旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到77位置處被輥7從反向壓彎，而且其壓彎量正好可使在33位置已被壓彎的棒材得到矯直。其矯直過(guò)程的縱向變形如圖4-1b，斷面變形如圖4-1d所示。不過(guò)圓材彎曲一般是全方位的彎曲，把33位置的彎曲理解為cg方位的彎曲，同樣在ae.bf及ch從各方位的彎曲也都應(yīng)得到矯直。于是，應(yīng)該在l~5的各位置上都設(shè)置壓彎輥，不管上述各方位的原始彎曲如何。都經(jīng)受較大的壓彎，然后同時(shí)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到5~9的各位置，并被同樣設(shè)置鈉各反向壓彎輥壓彎后彈復(fù)變直，達(dá)到全長(zhǎng)度及全方位的矯直目的。結(jié)合上面提到的螺旋形扁鋼可以把a(bǔ)

36、e,bf,cg及dh4個(gè)方位用4條扁鋼來(lái)代替，并設(shè)其厚度為δ時(shí)、則4條扁鋼經(jīng)過(guò)大小兩次正反壓彎后各自得到矯直也等于整個(gè)圓材得到矯直。可見(jiàn)當(dāng)圓材只在一處受到大壓彎時(shí)，其彎矩如圖4—1c的虛線M-x所示；在其反向受到小壓彎時(shí)其彎短如圖中虛線所示，其結(jié)果只能矯直一個(gè)扁綱或cg一個(gè)方位。而要矯直圓材則必須在圓材旋轉(zhuǎn)的半周中或在其半個(gè)導(dǎo)程(t／2)上造成等彎短的大壓彎狀態(tài)來(lái)代替想像的各壓彎輥，然后又在其下半周內(nèi)造成等彎矩的小壓彎(與彈復(fù)量相等)才可能實(shí)現(xiàn)其變形為圖4—1中(d2)與(d3)之和。同時(shí)還須明確圖4—1中的前半周(左側(cè)的t／2長(zhǎng)度)是在單一方向原始曲率條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。但是全方位原始彎曲卻是

37、的彎曲，因此在兩個(gè)半周的旋轉(zhuǎn)之前還需要有半周的旋轉(zhuǎn)彎曲，以消除使之變成或，即單一方向的原始彎曲。這樣我們可以概括地說(shuō)、二輥矯直的必要條件是工件在輥縫中先要經(jīng)過(guò)至少一個(gè)導(dǎo)程的等曲率大變形壓彎．然后要經(jīng)過(guò)至少半個(gè)導(dǎo)程等曲率小變形(與矯直曲率相適應(yīng)變形)的反向壓彎。前者可使工件各處的殘留彎曲達(dá)到一致程度，后者可使工件全長(zhǎng)得到矯直。也可以簡(jiǎn)單地說(shuō)之為“先統(tǒng)一，后矯直”，這句話同大變形小殘差的平行輥矯直法的含義是一致的。 二輥矯直的原理雖然簡(jiǎn)單，但其實(shí)現(xiàn)方法仍然包含一些較為復(fù)雜的措施：如材質(zhì)不勻會(huì)使殘留彎曲難以統(tǒng)一，也會(huì)使殘留彎曲難以被一次矯直；工件尺寸公差較大時(shí)常需施以過(guò)大的壓彎量；工件的剛性偏大時(shí)

38、常需增加壓彎次數(shù)；考慮到輥?zhàn)幽p、新輥縫的彎曲曲率必須適當(dāng)增大等。因此輥縫多采用對(duì)稱形式，入口側(cè)輥縫起到咬入及預(yù)矯作用；出口側(cè)輥縫起到矯直作用；輥腰處的等曲率區(qū)為中區(qū)，起到統(tǒng)一殘留彎曲的作用。 二輥矯直機(jī)還有可能遇到矯直管材的情況，一般是厚壁管，此時(shí)的輥縫的彎曲程度可以明顯減小，中心出曲率壓彎之外的其他區(qū)域便可按線性遞減原則來(lái)安排輥縫的曲率變化。 4.5二輥矯直機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 二輥矯直機(jī)的優(yōu)越性包括： 1)使工件得到全長(zhǎng)矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機(jī)上不能矯直的難題； 2)使矯直質(zhì)量得到明顯提高，能把矯后的殘留撓度減少到0.1—0.5mm/m； 3)對(duì)圓材的外徑有較強(qiáng)的團(tuán)整作用，

39、顯著地減少了圓材的橢圓度； 4)可以有效地消除矯直后的圓材徑縮現(xiàn)象，能保證工件的尺寸精度； 5)在矯直的同時(shí)能提高表面粗糙度。 二輥矯直機(jī)的缺點(diǎn)包括： 1)矯直速度比較低，大約只有7-50m/min?？梢圆捎么笮倍鹊某C直輥來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題； 2)導(dǎo)扳的消耗量較大，不過(guò)在光亮工件的矯直中使用尼龍導(dǎo)板，以及在大直徑工件的矯直中使用輥式導(dǎo)扳，也使這一缺點(diǎn)有所改善。 3)對(duì)管材的矯直容易造成縮徑，故不能用于矯直徑厚比為D：δ>15的管材，不過(guò)隨著輥形設(shè)計(jì)及導(dǎo)板的改進(jìn)，徑厚比的范圍也可以增大。 15

40、 第5章 Φ80mm斜二輥矯直機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 第5章Φ80mm斜二輥矯直機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 5.1已知技術(shù)數(shù)據(jù) 來(lái)料規(guī)格：Φ50mm~Φ80mm的鋼管 來(lái)料長(zhǎng)度：1~9mm 來(lái)料壁厚：4~10mm 來(lái)料材質(zhì)：合金鋼 材料屈服極限：900Mpa 材料彈性模量：206109pa 二輥矯直機(jī)矯直速度：30m/min 傾角α：20~25 二輥矯直機(jī)的年產(chǎn)能：10萬(wàn)噸 第6章 矯直機(jī)輥形的設(shè)計(jì)

41、 第6章 矯直機(jī)輥形的設(shè)計(jì) 二斜輥矯直機(jī)最關(guān)鍵最重要的部分就是矯直輥的輥形。二斜輥矯直機(jī)的軋輥有兩種輥形：一種是“線接觸”型，別一種是“懸空彎曲”型?！皯铱諒澢毙偷妮?zhàn)映C直機(jī)，由于輥?zhàn)觾A斜角比較小(5～l5)，矯直速度較低，一般只有l(wèi)0～20m／min。鋼管的矯直度雖然很高，但鋼管的端部矯直不了?！熬€接觸”型輥由于塑性長(zhǎng)度大，這種輥?zhàn)拥膬A斜角較大，因此矯直速度很高，可達(dá)50m/min。所矯直鋼管的直度可達(dá)l：4000，甚至達(dá)l：10000。并且鋼管的端部也可以得到矯直。 從前面二斜輥矯直機(jī)原理的討論中已基本了解二輥矯直輥縫應(yīng)具備的三段矯直能力。中段為輥腰段，它的

42、輥形需使圓材受到較大而且均勻的彎曲變形，達(dá)到先統(tǒng)一殘留彎曲的目的。第二段為腹段，要把已經(jīng)統(tǒng)一的殘留彎曲矯直，達(dá)到消除殘留彎曲的目的。第三段為輥胸段，要把一些意外未被矯直或誤差的部位進(jìn)行補(bǔ)充性的矯直，達(dá)到精矯的目的。 6.1輥型計(jì)算公式推導(dǎo) 輥腰段輥形的彎曲程度應(yīng)使各種原始彎曲受到反彎后的彈復(fù)能力趨于一致。由于二輥矯直機(jī)對(duì)工件原始彎曲要求較嚴(yán)格，一般不超過(guò)彈性彎曲曲率，即。但考慮工件在進(jìn)入二輥矯直機(jī)前往往要經(jīng)過(guò)預(yù)矯工序，故其內(nèi)部的原始變形歷史已經(jīng)存在，應(yīng)把原始變形量包括在內(nèi)，則取。此時(shí)留給輥腹段的殘留曲率比為。將其視為輥腹段的原始曲率比，則此段輥形應(yīng)具有的矯直曲率比為。經(jīng)輥腹段矯直后總曲率比

43、的變化為 ， 彈復(fù)能力為 此段的殘留值為及 ?？梢?jiàn)輥腹段的。這個(gè)殘留值相當(dāng)于 940MPa的高強(qiáng)度直徑為10mm棒材殘留lmm／m的矯直精度。考慮到更高強(qiáng)度、更細(xì)棒材或更高精度要求進(jìn)一步在輥胸段采用或1.4的輥形曲率比，并按每半周一次線性遞減方式減到輥段。從第一次壓彎實(shí)地曲率比差值為2，第二次為0．08，第三次為零的規(guī)律來(lái)看，輥腰處的壓彎量可以有較大的變化范圍，而輥腹及輥胸段的壓彎可以認(rèn)為是基本不變的。這樣結(jié)合矯直原理中的輥縫模型可以寫(xiě)出各段輥縫長(zhǎng)度及其曲率半徑值。 輥腰段：， 輥腹段：， 輥胸段：， 轉(zhuǎn)半周后按線性遞增法取值。上面各式中的系數(shù)按小直徑取小值，大直徑取大值。輥?zhàn)娱L(zhǎng)度在一

44、定輥縫長(zhǎng)度條件下可以寫(xiě)出輥?zhàn)庸ぷ鏖L(zhǎng)度為 輥端圓角半徑R可按圓材直徑取值如，則輥?zhàn)尤L(zhǎng)為： 在個(gè)別情況下，入手結(jié)構(gòu)尺寸限制，輥?zhàn)庸ぷ鏖L(zhǎng)度可以縮短，如取時(shí)，，。 輥?zhàn)又睆巾毾却_定凹輥輥腰直徑考慮到結(jié)構(gòu)安裝及強(qiáng)度條件，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用 。 凸輥輥腰直徑要在凹輥輥形設(shè)計(jì)完成之后，選定其輥腹到輥胸段內(nèi)可能與工件接觸最多、壓力最大處的輥徑為凸輥輥腰直徑。從矯直原理出發(fā)采用三段三曲率反彎的空間曲線進(jìn)行矯直已經(jīng)在實(shí)踐中得到了充分的驗(yàn)證，其輥縫形態(tài)示于圖5-1。各段輥縫長(zhǎng)度皆用界出線長(zhǎng)度表示。由于輥?zhàn)有苯菫棣?，故接觸線長(zhǎng)度之間在如下的大致關(guān)系： ，，。在輥胸段凸輥用形成輥形后，凹輥端部的過(guò)渡線彎

45、曲半徑會(huì)逐步大于。故越靠近輥端其輥縫間隙越大，這既符合曲率遞減原則又給工件咬人創(chuàng)造了寬松的條件。單項(xiàng)彎曲的輥縫在矯直細(xì)圓材時(shí)，由于彎曲嚴(yán)重造成輥腰與輥端的直徑差值增大，不僅會(huì)造成很大的相對(duì)滑動(dòng)，而且工件出入輥縫時(shí)要產(chǎn)生很大的傾斜，操作很不方便，有時(shí)產(chǎn)生工件的甩擺并傷及操作者，很不安全。 6.2矯直機(jī)輥形計(jì)算 已知數(shù)據(jù)：鋼管的最小直徑為50mm,最大直徑為80mm。被矯直材料的屈服極限：，彈性模量 ，輥?zhàn)拥男苯菫棣?20~25，矯直速度為30m/min。設(shè)計(jì)同向反彎的矯直輥輥形。 圓材的彈性極限彎曲半徑 輥腰段壓彎半徑 輥腹段壓彎半徑 輥胸段壓彎半徑 粗管的螺旋導(dǎo)程

46、： 細(xì)管的螺旋導(dǎo)程： 輥腰段長(zhǎng)度： 取 輥腹段長(zhǎng)度： 輥胸段長(zhǎng)度： 取 輥端圓角取 輥?zhàn)庸ぷ鏖L(zhǎng)度 輥?zhàn)尤L(zhǎng)： 凹輥腰直徑： 取 圖6-1，繪制的矯直輥的三維圖 17 第7章 矯直機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算 第7章 矯直機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算 圖7-1 單向反彎輥縫受力簡(jiǎn)圖 7.1矯直力的計(jì)算 由于二輥矯直機(jī)輥形有單向彎曲與雙向彎曲之分．其矯直力也不同．而矯直力大小與輥縫的壓彎程度

47、密切相關(guān)，由于本機(jī)型的輥形設(shè)計(jì)采用單向反彎曲輥形，因此按單向反彎曲輥形來(lái)計(jì)算矯直力及矯直功率。 由于等彎曲率區(qū)內(nèi)的彎矩不變，它必然由一個(gè)外力偶構(gòu)成工件內(nèi)部的等彎矩區(qū)。首先從圖6-1上力來(lái)看，在段內(nèi)它形成的彎矩是線性遞增的。雖然這個(gè)彎矩一開(kāi)始是彈性彎矩．但很快增大為彈塑性彎矩(彈性段長(zhǎng)度可略去不計(jì))，新的力偶矩應(yīng)由來(lái)形成，而且只在轉(zhuǎn)半周之后就需形成的力偶矩，以便在下半周內(nèi)完成的等彎矩彎曲。進(jìn)入到輥腰段時(shí)，由于增大彎矩須達(dá)到，值，故需在之外再增加一個(gè)力偶矩值。這種人為的受力摸型是與輥形曲線的曲率變化過(guò)程基本一致的，是會(huì)接近實(shí)際受力狀態(tài)的，于是可以計(jì)算圖中的各矯直力 矯直力總和為：

48、 所以 圖 7-2 軋件與矯直輥的相對(duì)位置簡(jiǎn)圖 7.1.1確定導(dǎo)程t 圓材的螺旋導(dǎo)程： 7.1.2求彈性極限彎矩 彈性截面系數(shù)，為使該二管矯直機(jī)還能滿足矯直Φ50mm~Φ80mm的棒材，則計(jì)算彈性截面系數(shù)時(shí)按Φ80mm的棒材計(jì)算 最大的彈性極限彎矩： N.m 求矯直力 取 總和為： 把的值，代人公式 求得矯直力總和： 7.1.3求傾角θ 矯直輥軸承承受的力為輥面法向力之和，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)凹凸輥受力點(diǎn)基本相同，如圖6-2所示，接觸角與傾斜角基

49、本相等，，則 所以 所以 其中，為凸輥輥腰直徑，由與工件接觸最多、壓力最大的輥徑確定，選取傾斜角。代入得： 7.1.4軸承承受力的總和 7.2二輥矯直機(jī)功率計(jì)算 7.2.1軸承消耗的功率 設(shè)矯直輥的輥徑直徑為，軸承摩擦系數(shù)為、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為則軸承摩擦消耗功率為： ， 其中，輥徑直徑=0.5D=210 mm 輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速 摩擦系數(shù)取0.002 所以 7.2.2滑動(dòng)摩擦消耗功率 凸凹輥輥腰直徑分別為和，工件與輥面之間摩擦系數(shù)為，則滑動(dòng)摩擦消耗功率為： ， 其中，由于和取值近似，所以滑動(dòng)摩擦功率忽略。 7.2.3滾動(dòng)摩

50、擦消耗功率 工件與輥面之間滾動(dòng)摩擦系數(shù)為f，輥?zhàn)有苯菫?，工件直徑為d，則兩者之間的滾動(dòng)摩擦消耗功率為： 7.2.4塑性彎曲變形所消耗的功率 工件的純塑性彎曲曲率比的最大值為，而最小值為0，故其平均值為，其相應(yīng)的，于是可知工件旋轉(zhuǎn)彎曲能耗比為，所以 塑性彎曲變形所消耗的功率為： 式中 將代人到以上公式中，得到 考慮到矯直過(guò)程中，工件一般不和矯直輥全長(zhǎng)接觸，而只是在4t長(zhǎng)度上受到矯直力。所以，實(shí)際的矯直功率約為 7.3矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算 矯直機(jī)總功率為： 矯直機(jī)

51、驅(qū)動(dòng)總功率為： 其中： η矯直機(jī)的傳動(dòng)效率，η=0．95～0．97，取η=0．96。 23 第8章 矯直輥的強(qiáng)度校核 第8章 矯直輥的強(qiáng)度校核 8.1矯直輥的受力分析與校核 該矯直機(jī)中的矯直輥采用輥套與軸配合裝配成整套矯直輥的方式，非常有利于矯直輥的更換，當(dāng)輥?zhàn)幽p到一定程度時(shí)，更換一新輥套即可。 凸輥受力分析 剪力和彎矩簡(jiǎn)化如圖8-1所示 圖8-1

52、凸輥受力簡(jiǎn)圖 列方程解出其反力 ,其最大彎矩 Mmax= Fa/2 其最大撓度 在二輥矯直機(jī)上，一般取輥長(zhǎng) L=J,則圖中 Sd=L/3， 所以 a =L/3 根據(jù)前面的計(jì)算值， 輥套中心處慣性矩， 分別將數(shù)據(jù)代入上式中得： 矯直輥中心的抗彎截面模量： 最大彎矩： 最大彎曲應(yīng)力 說(shuō)明強(qiáng)度完全滿足要求。 通過(guò)Solidworks對(duì)繪制的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行分析得到如下結(jié)果 首先劃分網(wǎng)格，如圖8-2所示： 圖8-2 簡(jiǎn)化輥的網(wǎng)格劃分圖 進(jìn)行計(jì)算，得到的應(yīng)力結(jié)果如圖8-3所示：

53、 圖8-3 簡(jiǎn)化輥的應(yīng)力分析圖 得到的位移分析結(jié)果如圖8-4所示： 8-4 簡(jiǎn)化輥的變形分析圖 27 第9章 矯直機(jī)的其他組成部分 第9章 矯直機(jī)的其它組成部分 二輥矯直機(jī)主要包括以下機(jī)構(gòu)：主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，矯直輥，輥?zhàn)皦合卵b置，平衡裝置，機(jī)架部分，圓柱形輥角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及雙曲線行輥角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)和抬升導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，噴嘴機(jī)構(gòu)和矯直

54、機(jī)本體機(jī)座等部分組成。 9.1主傳動(dòng)裝置的選擇和校核 主傳動(dòng)裝置包括：電動(dòng)機(jī)，減速器，聯(lián)軸器 9.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)力能參數(shù)計(jì)算得到的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，又由本矯直機(jī)采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。應(yīng)該選擇滿足規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能均勻連續(xù)的無(wú)極調(diào)速，并能輸出額定轉(zhuǎn)矩，且適用于經(jīng)常運(yùn)行在高速范圍的條件。所以選用Y2系列的電動(dòng)機(jī)，額定功率為130kw。 9.1.2減速器的選擇 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)間獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需求。 減速器的選擇主要與電機(jī)轉(zhuǎn)速，矯直輥工作轉(zhuǎn)速及電動(dòng)機(jī)的功率有關(guān)，因此，根據(jù)前面的計(jì)算數(shù)據(jù)可知，減速器的傳動(dòng)比 i=1484/129.65

55、=11.446,取i=11.2。 根據(jù)手冊(cè)選擇減速器，能夠滿足所需功率，轉(zhuǎn)矩和變速比的減速器ZLY200-11.2。 9.1.3聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器主要用作連接兩軸，使兩者一起回轉(zhuǎn)，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器只能在機(jī)器停車后拆開(kāi)時(shí)，才能把兩軸分離。定其類型時(shí)，主要根據(jù)矯直機(jī)輥調(diào)整量和聯(lián)軸器允許的傾角等因素。二輥矯直機(jī)的聯(lián)軸器最好選用萬(wàn)向接軸，因其結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，允許較大的傾斜角和高轉(zhuǎn)速。 矯直機(jī)的載荷變換不大，且轉(zhuǎn)速不高，工作是啟動(dòng)不頻繁，而且傳動(dòng)時(shí)有 較大的傾角，故選用WSD型十字萬(wàn)向接軸。 9.2角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 為了使鋼管與矯直輥間的接觸達(dá)到最大接觸（即輥身全長(zhǎng)相接觸，且接觸線

56、不間斷）必須調(diào)節(jié)矯直機(jī)的矯直輥角度。根據(jù)理論計(jì)算分析，本二輥矯直機(jī)上輥調(diào)節(jié)角度為 12～24，下輥調(diào)節(jié)角度為 12～20。 本設(shè)計(jì)中的二輥矯直機(jī)上下輥調(diào)節(jié)角度范圍完全滿足角度要求，其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用非自動(dòng)方式，即手動(dòng)調(diào)節(jié)。整個(gè)下輥裝置由軸承座、轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄、角度指針等組成，下輥裝置的底座中開(kāi)一個(gè)弧形長(zhǎng)條孔，這樣通過(guò)底座的條孔用2 個(gè) M20 的螺栓與下輥?zhàn)?lián)結(jié)成一體，且下輥軸承座為一圓形座，其周圍由B2040 和 B2060 的銷軸精確定位。當(dāng)需要調(diào)節(jié)矯直輥的角度時(shí)，就松開(kāi)兩個(gè) M20 的螺栓，搬動(dòng)調(diào)節(jié)手柄到達(dá)要求的角度位置后緊固兩個(gè)螺栓即可達(dá)到目的，而輥?zhàn)杏幸粋€(gè)定心襯套，以便使其調(diào)節(jié)角度時(shí)以

57、定心襯套為中心，精確的到達(dá)位置而不改變矯直棒材的中心。 上輥裝置基本與下輥裝置的結(jié)構(gòu)一致，調(diào)節(jié)方式與下輥裝置是一樣的，上下輥裝置按照矯直棒材的要求同時(shí)調(diào)整達(dá)到矯直產(chǎn)品的要求。整個(gè)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一個(gè)既保證精度要求，又簡(jiǎn)單實(shí)用的調(diào)節(jié)裝置。 9.3徑向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(壓下) 為在矯直輥中夾緊鋼管棒材在輥?zhàn)g彎曲，矯直機(jī)的矯直相對(duì)鋼管向調(diào)節(jié)。本矯直機(jī)中采用上輥移動(dòng)，導(dǎo)向滑塊的方式，即壓下調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 雙曲線輥的壓下調(diào)整機(jī)構(gòu)一般應(yīng)在輥的角度調(diào)節(jié)之后進(jìn)行。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)傳動(dòng)蝸輪蝸桿減速器減速，蝸桿減速器輸出軸直接裝配一開(kāi)式齒輪與另一小齒輪嚙合。該小齒輪裝在一升降滑座之中，升降滑座中裝配一升降螺母和與

58、計(jì)數(shù)器同步的大齒輪，再聯(lián)接計(jì)數(shù)器。這樣電機(jī)傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪而升降螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，可使上輥?zhàn)谒膫€(gè)立柱中上升和下降。同時(shí)計(jì)數(shù)器作用，對(duì)升降行程，計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的行程數(shù)據(jù)，其機(jī)構(gòu)上還裝設(shè)位置傳感器，對(duì)于機(jī)構(gòu)中升降的起始點(diǎn)由位置傳感器確定 9.4導(dǎo)板及其調(diào)整機(jī)構(gòu) 導(dǎo)板裝置的作用是防止被矯棒材偏離矯直中心線。此裝置位于兩輥輥縫之間，用來(lái)支撐被矯直鋼管以免被鋼管在進(jìn)入輥縫前由于自身重力而產(chǎn)生的彎曲造成矯直誤差。偏離矯直中心線，此導(dǎo)板裝置可根據(jù)被矯直鋼管的粗細(xì)及輥縫的大小進(jìn)行更換，以適應(yīng)矯直不同直徑鋼管的需要。 旋轉(zhuǎn)手柄帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠與螺母為螺紋聯(lián)結(jié)。螺母和保護(hù)板用螺栓固定在一起，螺母不動(dòng)，絲杠旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。

59、通過(guò)離合器時(shí)，左面絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并與外面的箱體分開(kāi)，箱體不轉(zhuǎn)，但左側(cè)絲杠前進(jìn)時(shí)可以推動(dòng)箱體移動(dòng)，右側(cè)絲杠與箱體連在一起，可前后移動(dòng)卻不能做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其前后運(yùn)動(dòng)可帶動(dòng)齒條移動(dòng)，齒條齒輪為相互嚙合關(guān)系，所以齒輪隨其做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而齒輪，偏心輪同為通過(guò)鍵固定在心軸上共同動(dòng)作。偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)四根導(dǎo)柱在上下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而帶動(dòng)導(dǎo)板機(jī)構(gòu)的降低和升高動(dòng)作。 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠被圓柱銷固定在擋環(huán)上，使絲杠只能做圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不能前后移動(dòng)。這樣，在導(dǎo)板架內(nèi)與絲杠螺紋聯(lián)結(jié)的滑塊即隨絲杠回轉(zhuǎn)做前后移動(dòng)。而滑塊與整個(gè)導(dǎo)板是固定聯(lián)結(jié)在一起的，滑塊的前后移動(dòng)就形成了導(dǎo)板的前后移動(dòng)，達(dá)到導(dǎo)板的平移的目的。 9.5進(jìn)料

60、口側(cè)導(dǎo)向裝置的作用及其調(diào)整方式 此裝置的作用是保持待矯直鋼管穩(wěn)定準(zhǔn)確地進(jìn)入矯直輥縫，其位于進(jìn)入矯直輥輥縫的入口前端。 當(dāng)調(diào)整了矯直輥的傾斜角度及雙曲線輥的壓下量之后，勢(shì)必造成矯直輥中心線與進(jìn)料口側(cè)向?qū)б诘奈恢闷睢＿@時(shí)須對(duì)導(dǎo)引口直徑及其位置進(jìn)行調(diào)整，以滿足正常矯直的要求。 調(diào)整導(dǎo)引口的直徑，首先應(yīng)根據(jù)被矯直的直徑對(duì)導(dǎo)引管材進(jìn)行更換，然后，對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整導(dǎo)引口的左右位置時(shí)，只須調(diào)整導(dǎo)板的位置固定螺栓的安裝位置即可；調(diào)整導(dǎo)引管上下位置時(shí)，只須增大或減小導(dǎo)引管下面墊圈的厚度即可。 9.6噴嘴裝置 其作用是用乳化液來(lái)冷卻和潤(rùn)滑被矯直鋼管，提高被矯直材料的表面質(zhì)量，不至于被劃傷。

61、9.7機(jī)架部分 根據(jù)安裝各輥的機(jī)構(gòu)和工作狀況的需要，機(jī)架材料為鑄鋼35，因?yàn)槠浜附有阅芎?，故較大的鑄件均用鑄鋼35。 31 結(jié)論 結(jié)論 大學(xué)最后一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)有遺憾也有收獲。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，它考察了對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，以及運(yùn)用這些知識(shí)的綜合能力，對(duì)我們即將畢業(yè)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，它是我們走向社會(huì)的一個(gè)必要階段。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，在知道老師的幫助下，我查閱了很多資料和圖紙，并且上網(wǎng)查閱了相關(guān)的知識(shí)，使我

62、對(duì)課題有了更深的了解。在此設(shè)計(jì)中，對(duì)斜二輥管材矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、各基本參數(shù)的選取、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、各主要部件的選取和校核，都做了詳細(xì)的闡述。二輥矯直機(jī)的效果取決于合理的輥型設(shè)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在的研究多集中于輥型的幾何設(shè)計(jì)，而對(duì)于矯直過(guò)程變形機(jī)理，以及輥型與矯直精度之間的關(guān)系尚無(wú)完整的理論，這對(duì)于輥型設(shè)計(jì)構(gòu)成了一大障礙，我們需要在這些方面做出努力。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)使我認(rèn)識(shí)到了自己的很多不足。首先是自己的理論知識(shí)體系不能系統(tǒng)起來(lái)，過(guò)去學(xué)過(guò)的很多知識(shí)現(xiàn)在都不是很清楚了，不能夠利用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不是很扎實(shí)。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)比以前的課程設(shè)計(jì)查閱的資料多，數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析量大，全面提高

63、了我們綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和分析解決問(wèn)題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是理論和實(shí)際的最佳結(jié)合。最后，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次對(duì)我們專業(yè)知識(shí)綜合素質(zhì)能力的全面測(cè)試，它極大地開(kāi)拓了我們的視野，讓我們學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的東西，積累和豐富了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在這次走向社會(huì)之前的完整的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練中，從最開(kāi)始的不知所措，到課題的最終完成，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是經(jīng)過(guò)不懈的努力完成的，其中既有成功的喜悅也有失敗的教訓(xùn)。 由于時(shí)間倉(cāng)促，還有我的水平有限和經(jīng)驗(yàn)的不足，在本次的設(shè)計(jì)中還有很多的缺陷和漏洞，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。 31

64、 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 劉寶衍. 軋鋼機(jī)械設(shè)備[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2004, 157~184. [2] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007, 374~437. [3] Seung-Cheol Kim, Sung-Chong Chung. Synthesis of the muliti-step straightness control system for shaft straightening processes[J]. Mechataronics, 2

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