七輥中板預矯正機主傳動系統(tǒng)的設計【含9張CAD圖紙+文檔全套】

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Meanwhile, with the development of China's steel industry, the plate number and straightening technology also raised higher demands plate (which typically have a thickness greater than 4.0mm) in the construction industry, machinery manufacturing, shipbuilding, etc. It has been widely used. 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頁 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題研究的目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 1 1.3 矯直機的工作原理 2 1.4 課題研究的內(nèi)容和方法 3 2 總方案確定 4 2.1 矯正機類型 4 2.1.1 壓力矯正機 4 2.1.2 拉伸矯正機 4 2.1.3 拉伸彎曲矯正機 4 2.1.4 輥式矯正機 5 2.2 矯正方案 6 2.3 主傳動系統(tǒng) 6 2.3.1 電機 8 2.3.2 減速器 8 2.3.3 萬向接軸 8 2.3.4 聯(lián)軸器 9 3 矯正機相關(guān)參數(shù)設計計算 8 3.1 原始數(shù)據(jù) 8 3.2 矯正機基本參數(shù)確定 8 3.2.1 輥距t的確定 8 3.2.2 輥徑D的確定 ................................................................................................................10 3.2.3 輥數(shù)n確定 10 3.2.4 矯身L的確定 10 3.2.5 矯正速度v的確定 10 3.3 矯正機力能參數(shù)的計算 10 3.3.1 矯直力的計算 10 3.3.2 矯直力矩的計算 14 3.4 矯正機主電機的選擇 15 4 主要零部件校核計算 16 4.1 矯直輥的校核計算 16 4.1.1 第三輥壓力和矯正力矩的確定 16 4.1.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定 17 4.1.3 彎曲力矩的計算 19 4.1.4 支反力的計算 21 4.2 矯直輥的強度計算及校核 23 4.3 工作輥軸承的校核 24 5 潤滑的選擇 25 6 設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟可行性分析 26 6.1 設備的環(huán)保性分析 26 6.2 設備的可靠性 26 6.3 設備的經(jīng)濟性分析 28 結(jié)論 31 致謝 32 參考文獻 33 第34頁 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 1 緒論 1.1課題研究的目的及意義 矯直作為一種精整技術(shù)，始終是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一個分支。尤其近年來，隨著社會的發(fā)展，人們對產(chǎn)品質(zhì)量和精度的要求普遍提高，矯直技術(shù)發(fā)展迅猛，應用也越來越廣泛。如今，工業(yè)發(fā)展方向是高、精、尖，對各種材料的質(zhì)量提出了更高的要求。因此矯直作為一種精整技術(shù)已越來越得到工程技術(shù)人員的重視；矯直設備則已經(jīng)從過去的冶金行業(yè)的輔助設備發(fā)展為包括冶金和一些高技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的加工設備。隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展，矯直機械也己經(jīng)從過去的冶金行業(yè)發(fā)展到其他一些高技術(shù)領(lǐng)域，如儀器儀表制造業(yè)、汽車、船舶和飛機制造業(yè)，石油化工業(yè)、建筑材料業(yè)、機械裝備制造業(yè)以及精密加工制造業(yè)等領(lǐng)域。由此可以看出矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和其成本，而且標志著一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。矯直技術(shù)水平的高低不僅影響著一個企業(yè)某種產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而且標志著一個國家的工業(yè)水平，直接關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的競爭力。在講求質(zhì)量、效益的今天，矯直技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的重要性更加突出。 1.2矯直機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 1、國外矯直機發(fā)展現(xiàn)狀 在20世紀30～40年代，國外技術(shù)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(shù)力量己相當雄厚，矯直技術(shù)得到了不斷地改進、發(fā)展和擴充。英國的布朗克斯、德國的凱瑟琳、德馬克以及日本的一些品牌成為了矯直機領(lǐng)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(shù)、行星矯直技術(shù)、全長矯直技術(shù)、程序控制矯直技術(shù)、變輥距矯直技術(shù)以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等。近幾年國外關(guān)于矯直技術(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(xiàn)自動控制的研究等等。 2、國內(nèi)矯直機發(fā)展現(xiàn)狀 通過矯直機發(fā)展歷史，我們知道我國20世紀五、六十年代的大部分矯直機的輥系都采用大節(jié)距大工作輥，矯直厚度范圍僅在4~5倍，支承輥承載能力低，使矯直能力低下，且工作輥軸承座是整體、固定不可調(diào)節(jié)的，造成矯直鋼板質(zhì)量低，產(chǎn)品成材率低。 其中厚板矯直技術(shù)在我國起步就較晚，且理論研究較生產(chǎn)落后的現(xiàn)象突出，經(jīng)過近些年來工業(yè)的發(fā)展和自身技術(shù)的進步，矯直機的性能和各項參數(shù)都有了很大的改善。鋼板的寬度、厚度及長度規(guī)格也在不斷擴大。 2005年3月1日投產(chǎn)的寶鋼5m熱矯直機由SMSD設計，是全液壓9輥調(diào)節(jié)矯直機。最大矯直力可達44000KN，鋼板的矯直溫度范圍也較寬：400~1100℃，鋼板的厚度范圍在10~80mm，寬度可達4800mm，矯直速度也達到0.5~2.5m/s。其矯直機電動機功率為220KW。舞陽軋鋼廠生產(chǎn)的最厚鋼板能達到700mm（900mm厚鋼錠生產(chǎn)，不保探傷。 就整個發(fā)展狀況來說，厚板矯直機已經(jīng)由二重式發(fā)展到四重式，輥子為傾斜布置、成組換輥，并設過載保護裝置，機架采用預應力框架結(jié)構(gòu)，增大剛度。四重式矯直機，在結(jié)構(gòu)和輥系布置上做了很大改進，改變了原有二重式熱矯直機矯直質(zhì)量不理想、輥距大、矯直能力低、維修不便等缺點，使矯直厚度范圍擴大到10倍左右。使矯直機向自動化、全液壓、高負荷、高剛度、多功能、強力矯直技術(shù)發(fā)展，即采用第三代矯直機，進一步提高鋼板表面質(zhì)量。 1.3 矯直機的工作原理 在軋制產(chǎn)品中，除一些大斷面軋件具有單值原始曲率的形狀缺陷外，多數(shù)軋件上的形狀缺陷其原始曲率的數(shù)值和方向均是不定的。對這類軋件的矯正，大多是先采用交變彎曲變形以消除其原始曲率的不均勻度，再逐漸將軋件矯平。 軋件上不同方向、不同數(shù)值的原始曲率，經(jīng)過同一個反彎曲率的彈塑性反彎后，其殘余曲率有趨向一致的特性。這是由軋件曲率方程的非線性變化規(guī)律決定的，可稱之為殘余曲率差值的收斂特性。有加工硬化材料的軋件，其殘余曲率差值也具有這種收斂特性，只是收斂的幅度要小些。正是軋件這一特性，使得軋件經(jīng)多次交變的彈塑性彎曲后，其殘余曲率逐漸趨向一致，形成單值原始曲率，進而矯平。輥式矯正機就是利用這一原理矯平軋件的。 1.4 課題研究內(nèi)容及方法 根據(jù)中厚板的實際尺寸和變形情況，按照矯正要求，確定矯正機的基本參數(shù)，進行矯直力、矯直力矩的計算，進而計算矯直功率，選擇主電機，并對主要零部件強度進行校核計算，利用CAD，Solidworks工程軟件繪制圖紙和三維模型，包括零件圖，部件圖，裝配圖，最后撰寫說明書。 2 總方案確定 2.1矯正機的類型 現(xiàn)在的矯正機有很多品種，而且規(guī)格也非常的繁雜。矯正機的類型可以按其工作原理分類，按其各自用途不同進行分類，按其結(jié)構(gòu)的特點分類。在按用途分類中，一為矯正型材的矯正機，例如有型材壓力矯正機，輥式，及型材拉伸型矯正機；二是帶材矯正機，比如有拉彎矯正機；三為板材矯正機，例如板材輥式矯正機；還有線材矯正機，一般為平立輥復合矯正機。除此之外，矯正機還可以做進一步的按具體結(jié)構(gòu)，具體用途，傳動方式等等再做具體細化分類。 2.1.1壓力矯正機 壓力矯直機通過壓力將軋件矯直，是最原始的矯直方法，并不經(jīng)常用。這樣進行下去，工件每個彎曲部位肯定會將全部變直從而達到矯正的目的。 2.1.2拉伸矯正機 拉伸矯直機使用對象一般是某種金屬軋件平直度不好的時候，它的元素纖維長度不一樣的軋件。矯直的時候，矯直機咬住軋件的兩端，然后逐漸增大對軋件的拉力，讓軋件產(chǎn)生彈塑形拉伸變形，就可以將軋件矯直了。但是，由于材料的強化特性不同，矯直質(zhì)量有高有低。同時，在拉伸的時候容易將軋件拉斷，或者會改變軋件的金屬性能，而且該軋機價格也昂貴，所以不常選用。 2.1.3拉伸彎曲矯正機 在拉彎矯直的過程中每一次拉彎的拉伸量與彎曲量的匹配不一樣，但是卻可以產(chǎn)生變形性質(zhì)上的變化，拉伸彎曲矯正機有如下特點：1）帶鋼在退火以后再通過拉伸彎曲矯正以后退，帶鋼的機械性能有很大改變，經(jīng)過改善的一些性能甚至超過了冷平整的效果。2）矯平輥與彎曲輥都是從動輥，他們都沒有驅(qū)動裝置，因此可以和帶材實現(xiàn)同步運動，不會出現(xiàn)因為打滑而刮傷帶材表面。3）適用范圍廣泛，比如全部的帶材加工作業(yè)線和很多種金屬材料。4）矯正機組的矯正厚度范圍廣，例如從mm或從mm的帶材可在同一設備中矯正。 2.1.4輥式矯正機 在這次設計中，輥式矯正機是我們選用的最終矯正機，因為它是所有矯正機的發(fā)展。輥式矯正機采用平行輥或斜輥對軋件矯直。有七輥，九輥，十一輥等，輥數(shù)越多對軋件的內(nèi)部應力不利，而且不利于軋件的矯直，因此，我們選用七輥矯正機。七輥矯正機的前后兩個輥起導入軋件的作用，中間的輥參與矯直工作，每個輥所受的矯直力是不一樣的，這和他們的作用方式有關(guān)，因此在計算時一定要對危險輥進行強度校核，結(jié)構(gòu)參數(shù)有輥距，輥徑，輥數(shù)，輥身長度，力能參數(shù)有矯直力，矯直力矩，矯直功率，還要通過查閱表格對輥子速度進行選擇。輥式矯正機矯正質(zhì)量好，效率大，經(jīng)濟效益好，所以在實際生產(chǎn)中經(jīng)常選用輥式矯正機。 2.2矯正方案 矯正方案在實際應用中一般有大變形方案和小變形方案兩種，這種分類原則是按照每一個矯正輥在生產(chǎn)中消除中厚板的最終殘余曲率和變形程度區(qū)分的。 2.2.1小變形矯正方案 小變形矯正方案指在矯正的時候，通過反彎的壓下量可以減少中厚板通過上一個矯正輥上矯直時產(chǎn)生的最大殘余曲率(就是中厚板通過這個輥子的時候的最大原始曲率)使鋼板變的平直。它有以下優(yōu)點，軋件從第一個輥行進到最后一個輥以后總的變形曲率會很小，對軋件矯直的整個過程所需要的電能機械能也減少。 2.2.2大變形矯正方案 大變形矯正方案是通過矯正機的反復運動，逐漸消除軋件的原始曲率的不均勻度，讓每個軋件的原始曲率都趨于一致形成單值曲率，然后再在矯直機上將軋件逐漸矯直的方法。 通過上面的論述，并對大變形方案和小變形方案進行比較，采用小變形方案，我們在設計中采用的板材主要是單值曲率的，對電機功率的要求不大，殘余應力還很小，所以采用小變形矯直方案。 2.3主傳動系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng)主要包括高速電機，圓柱齒輪減速器，齒輪座，萬向接軸和工作機座等。下面通過三種方案分析確定最終的主傳動方案，并分別對每一個位置的機械設備進行分析論述。主傳動結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 1 2 3 4 5 圖2.1 1—工作機座 2—萬向接軸 3—齒輪座 4—減速器 5—高速電動機 2.3.1機列布置 機列布置對輥式鋼板矯正機來說可以分為牌坊式和臺架式兩種。機列布置主要包括本體，工作輥，壓下機構(gòu)，擺動裝置。臺架式機列調(diào)整方便，結(jié)構(gòu)先進，因為這次設計主要針對的是中厚板，所以采用臺架式。 2.3.2減速器 減速器最大的作用就是減速，但是在矯直過程中減速器應該還得具有分配傳動扭矩 的作用，這種減速分配器一共有三種形式：二級圓柱齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器和圓柱圓錐齒輪減速器。每一種形式又可以分成單支、雙支、三支和四支。本次設計采用的是雙支減速器結(jié)構(gòu)。 我們知道一般矯直機第三輥受的矯正扭矩最大，所以，對第三輥要盡可能有減速機的一根軸經(jīng)齒輪座傳遞直接傳動，來減輕齒輪座的復核。這次設計使用的是聯(lián)合減速器，將減速器月齒輪座構(gòu)成一個整體，既可以減少傳動件，而且結(jié)構(gòu)緊湊，可以減少機列的總長度。 2.3.3聯(lián)軸器 3.矯正機相關(guān)參數(shù)設計計算 3.1原始數(shù)據(jù) 1.被矯正板最大寬度：； 2.輥身長度：； 3.被矯正板厚度：； 4.矯直速度：； 5.軋件屈服極限：（冷態(tài)）； 6.矯正機的輥子數(shù)目(包括邊輥數(shù)目)：。 3.2 矯正機基本參數(shù)確定 平行輥式矯正機的基本參數(shù)有：輥子直徑、輥子之間的距離、輥子的數(shù)目、每個輥身的長度和矯正機矯正的速度。 3.2.1 輥距t的確定 在對輥距t確定時，應該考慮滿足最小軋件的矯正質(zhì)量要求，又要考慮滿足矯正最大斷面軋件時矯正輥的強度要求。為此，應分別計算最大允許輥距和最小允許輥距。最后確定。 （1） 輥距確定 根據(jù)文獻【1】可得 （3.1） 式中：——軋件的最小厚度，； ——工作輥彈性模量，； ——軋件的屈服極限，； 將數(shù)據(jù)代入公式(3.1)得 （2） 輥距確定 最小輥距的值也有很大的要求，如果它的值越小時，對軋件的矯正質(zhì)量是由益的，因為這樣可以是軋件的反彎曲率變大。但是最小輥距的值也不可以太小，因為這時候會讓矯正力P 變大。所以，最小允許的輥距距離會受到一些條件的限制，通過查閱資料可知，主要受矯正輥身表面接觸應力和輥子的扭轉(zhuǎn)強度限制。由文獻【1】可得 （3.2） 式中：——軋件最大厚度, ——彈性模量， ——軋件的屈服極限， 將數(shù)據(jù)代入公式(3.2)得 因為，并且t盡量取小值所以可取。 3.2.2 輥徑D的確定 由文獻[1]可以得到矯正機的矯直輥的直徑D和矯直機的矯直輥子之間的距離T的比值： （3.3） 工作輥直徑； 取。 3.2.3輥數(shù)n的確定 輥數(shù)的確定比較簡單主要是考慮是否有利于提高矯直的質(zhì)量，是否能夠減少軋件的加工硬化和矯直功率，而我們知道，軋件的反彎次數(shù)和輥數(shù)有關(guān)系，增加次數(shù)，就能提高軋件被矯直的質(zhì)量，就能減少矯直過程中軋件產(chǎn)生的加工硬化，所以為了防止不好的現(xiàn)象出現(xiàn)，而且還能提高軋件的矯直質(zhì)量，我們一般使用輥數(shù)較少一點，此次設計采用的輥子數(shù)目為7輥。 3.2.4輥身L的確定 輥子的長度確定和軋件的最大寬度有很大的關(guān)系輥，我們通常用下面的公式表示二者之間的關(guān)系： (3.4) 當時，；當時，。由于軋件最大寬度；所以可取。 將數(shù)據(jù)代入公式(3.4)得 ，取 3.2.5 矯正速度v的確定 矯直機矯正速度在任務書中已經(jīng)給出，但是它的準確確定還需要進行一定的討論，需要依據(jù)。速度和生產(chǎn)效率有關(guān)系，并有生產(chǎn)效率決定，根據(jù)軋機的生產(chǎn)能力知道，二者要相互協(xié)調(diào)。由文獻【1】可以查得 在此取 3.3 矯正機力能參數(shù)的計算 輥式矯正機的力能參數(shù)主要由三部分組成，一是矯直輥上的矯直力，二是矯正扭矩，三是電機驅(qū)動矯正機所需要的驅(qū)動功率。 3.3.1 矯直力的計算 1. 軋件的屈服力矩 屈服力矩不同于屈服極限，軋件的屈服力矩是一個外力矩，這個外力矩是使軋件彎曲到彈性彎曲最大極限狀態(tài)時得到的，可以用英文符號表示。它可以表示兩種彎曲力矩，一個是最大的彈性彎曲力矩，一個是最小的彈塑性彎曲力矩。由文獻【1】得 （3.5） 式中： ——軋件的屈服極限， ——斷面系數(shù)，表達公式為 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3.5)得 2. 軋件的彈性彎曲力矩 根據(jù)文獻【1】可得 （3.6） 式中：——軋件的屈服力矩 ——斷面形狀系數(shù)。 將以上數(shù)據(jù)代入公式(3.6)得 3. 作用在矯正輥上的壓力（矯正力） 根據(jù)下圖3.1，每個輥子上受到的壓力可以根據(jù)被矯直軋件的斷面的力矩平衡條件求出來?，F(xiàn)在做如下假設：1）軋件在第2個和第三個3輥子下受到的彎曲力矩為塑性彎曲力矩，二者相同，用公式表達就是；2）軋件在第5個和第6個輥子下受到的彎曲力矩叫屈服力矩，二者一樣，用公式表達就是；3）軋件在第4輥下的受到的彎曲力矩是塑性彎曲力矩和屈服力矩二者的平均值，用公式表達就是 圖3-1 作用在矯直輥上的壓力 根據(jù)上面是論述和力矩圖分析可以分別求出每一個輥矯直時的計算表達式： （3.7） 式中：——軋件的屈服力矩，； ——軋件的彈性彎曲力矩，； ——輥距，t=360mm。 將以上數(shù)據(jù)代入公式（3.7）得 （3.8） 因此可得壓力總和為： 式中： ——矯正機輥數(shù)， ——軋件的塑性彎曲力矩， ——軋件的屈服力矩， ——輥距， 將數(shù)據(jù)代入公式(3.8)得 從上面的式子計算可以得到下面的結(jié)論，每一個輥的矯直力都是不同的，其中第一輥到第三輥矯直力逐漸增大，增大到第三輥時達到最大，隨后，矯直輥的矯直力就開始減少了，到第七輥減到最小。我們可以看到，軋件通過矯直機時，在第三個輥子上受到的力最大，在第七個輥子上受到的力最小。 3.3.2矯直力矩的計算 矯正機上有矯直力矩，對矯直力矩計算需要進行一些假設，我們知道軋件在被矯直的時候是隨著矯直輥的轉(zhuǎn)動向前進，并不斷的彎曲平整，最終達到要求。那么，矯直力矩的確定就可以根據(jù)功能相同的原理原則，換句話說就是矯正輥在矯正扭矩的作用下使軋件前進所做的功和軋件彎曲變形所做的功一樣。 現(xiàn)假設在： 1） 我們認為每一個輥子對軋件的彎曲力矩都是塑性的彎曲力矩； 2） 彈復變形并不是消耗變形，二者不同； 3） 每一個輥的殘余曲率和一種情況下的殘余曲率是相同的，這種情況就是小變形矯直方案，和其最大值是一樣的，最大值為。但是在這種情況下，不能考慮原始曲率方可。 4）當軋件一開始就有原始曲率的時候，其值為，我們可以規(guī)定一個平均原始曲率，用公式表達為： 上式中的，材料不同取值也不同，當材料是鋼板時，，式中的h表示軋件的厚度值。 根據(jù)上面的論述，當被矯正的軋件上的原始曲率凸度有向下部分的時候，我們可以根據(jù)下面的公式計算矯正的總扭矩： （3.9） 式中：______平均原始曲率，， 故 ，取 _____小變形方案的殘余曲率最大值。矩形斷面軋件由文獻【1】得 _____矯正輥直徑，； ____形狀系數(shù)，由文獻【1】表11-2可得； _____屈服力矩， ____矯正輥輥數(shù)，。 將以上數(shù)據(jù)代入公式（3.9）可得： 3.4矯正機主電機的選擇 根據(jù)文獻【1】我們可以查得此次設計的輥式矯正機的電機功率的表達公式為： （3.10） 式中：——矯正扭矩，； ——作用在輥子上的壓力總和， ?——輥子和軋件之間的滾動摩擦系數(shù)，材料為鋼板時?=0.0002m； Μ——輥子軸承摩擦系數(shù)，其中μ=0.005； D——輥子直徑，； d——輥子軸承處直徑，； ν——矯正速度，； η——傳動效率， ； 將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 該矯正機由兩臺電機驅(qū)動，所以電機功率為，選用型號YSP4002-6的電動機，其額定轉(zhuǎn)速，額定功率為 矯正輥的轉(zhuǎn)速為： 故 因此主傳動系統(tǒng)的總傳動比為： 4 主要零部件校核計算 4.1 矯直輥的校核計算 通過第三章的計算，我們知道第三個輥子受力最大，為最危險輥，故要對第三輥進行校核計算。 4.1.1 第三輥壓力和矯正力矩的確定 由文獻[7，P180]可知，傳動力矩 （4.1） 式中 ——第三輥子上的矯正力矩 ——第三輥子上的摩擦力矩 由文獻[7]我們能得到： （4.2） 式中 ——第三輥壓力， ——矯正機的總壓力， ——作用在矯正機上的矯正力矩， 將數(shù)據(jù)代入公式4.2得 由文獻[7]我們可以得到： （4.3） 式中 ——第三輥壓力 ——輥子和軋件之間的摩擦系數(shù)，在矯直過程中輥子和軋件可能有很大的滑動摩擦，當軋件材料是鋼板時： ——輥子軸承的摩擦系數(shù)， ——輥子軸承處直徑， 將數(shù)據(jù)代入公式4.3得 將數(shù)據(jù)代入公式4.1得 4.1.2 第三輥上彎曲力矩和支反力的確定 圖4.1a為輥身長度支承輥的配置圖，現(xiàn)在我們認為第三輥的壓力是均布載荷，在支撐輥單位長度上的壓力，在矯直輥一個輥身長度上一共有支撐輥五個，為了方便計算，可轉(zhuǎn)化為一個有七支點的連續(xù)梁，由此將其簡化為力學模型，如圖4.1b所示。 圖 4.1 矯正輥配置 根據(jù)文獻【7】，我們查得三彎矩方程式的表達式是： （4.4） 式中 、、——第、、支點的彎矩 、——第、跨度的長度 、——第、跨度在外載荷作用下的彎矩圖面積 、——彎矩圖面積、的重心到支點、的距離 4.1.3 彎曲力矩 （1）下面的0—1段和1—2段梁彎矩圖已經(jīng)給出來了，根據(jù)梁上的作用載荷得出，現(xiàn)在要求彎矩圖形的面積大小，首先應該先算出最大的彎矩。 對于0—1段： 最大彎矩 （4.5） 而 a—0—1段 b—1—2段 圖 4.2 作用載荷和彎矩圖 將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.5）得 此段的彎矩圖面積為： 每一個彎矩圖面積都有一個重心，現(xiàn)在需要計算重心到到支點的距離，用字母表示，其公式為： 對于1—2段： 最大彎矩 彎矩圖面積 1-2段彎矩圖面積重心到支點的距離用字母表示，其公式為： （2）由于支點0的彎曲力矩，故對于0—2段由公式4.4得三彎矩方程為 代入有關(guān)數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.6） 對于2—3段和段的作用載荷及其彎矩圖與1—2段相同，那么對1—3段來說可以得到： ， 代入有關(guān)數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.7） 對于段由公式（4.4）得三彎矩方程為 ，且 代入有關(guān)數(shù)據(jù)化簡整理得 （4.8） 聯(lián)立求解公式4.6、公式4.7、公式4.8，則可求得支點1、2、3處的彎曲力矩為 由于、、，故求出、、后，可得出整個矯正輥上各支點的彎曲力矩, 4.1.4 支反力的計算 支反力的大小是相同支點的支反力之和，那么就要首先求出各支點的支反力。 支點0的支反力為 支點1處的支反力為： 同理，由于段、段和段外載荷相同，故 所以，支點2和支點3的支反力與為： 由于、、，故求出、、、后，可得出整個矯正輥上各支點的支反力， 4.2 矯直輥的強度計算及校核 上面的論述，矯直輥每個支點處的支反力、彎曲力矩都已經(jīng)知道了，最大的彎矩位置在2、3支點處，根據(jù)公式： 矯正輥直徑，故彎曲應力為 我們接著可以算出在第三輥子上的傳動力矩，和在第2個支點處的扭轉(zhuǎn)力矩： 根據(jù)文獻選矯正輥的材料為，其屈服強度為，取安全系數(shù)，則矯正輥的許用應力。 ，綜上所述，所設計的矯正輥的強度合格。 4.3 工作輥軸承的校核 根據(jù)分析和矯正輥所處的工作條件，矯正機上矯直輥主要承受的載荷是徑向的，所選軸承應該具有自動調(diào)心功能，滿足承載能力高的要求，在這次設計中，通過查閱文獻文獻【8】，選擇的是調(diào)心滾子軸承，然后繼續(xù)確定軸承的型號是 ，軸承的基本額定動載荷，軸承的基本額定靜載荷，計算系數(shù)、、、，預期壽命為，軸承的受力分析如圖4.3。 圖 4.3 軸承受力分析 1、軸承受到的徑向載荷、 2、軸承當量動載荷 和 由文獻[6，式13-9a] （4.9） 式中 ——軸承載荷系數(shù)， ——軸承承受的徑向力 將數(shù)據(jù)代入公式4.9得 3、軸承壽命 由參考文獻[6，式13-5]得： （4.10） 式中 ——軸承轉(zhuǎn)速， ——基本額定動載荷 ——指數(shù)，對于滾子軸承， ——軸承當量動載荷 將數(shù)據(jù)代入公式4.10得 ，軸承壽命在規(guī)定范圍內(nèi)，所選軸承合格。 5 潤滑的選擇 潤滑方式為： 齒輪轉(zhuǎn)速比較大，可以采用飛濺潤滑，減速器里用油浴潤滑，而每個箱體上的軸承根據(jù)速度大小則選擇脂潤滑。 密封類型選擇為： 1、 軸伸出端的密封 軸伸出端有透蓋，頭蓋與軸接觸處采用毛氈密封 2、 箱體結(jié)合面的密封 在箱體的結(jié)合面上有箱蓋和箱座，二者的密封比較簡單，用涂密封膠就可以，并定期加注 3、 軸承箱體內(nèi)、外側(cè)的密封 軸承高速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)可以用擋油環(huán)密封，防止?jié)櫥蜑R出；外側(cè)用毛氈就足夠了。 6 設備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟可行性分析 6.1 設備的環(huán)保性分析 機械設備的環(huán)保性，指的是各種機械設備在運轉(zhuǎn)的時候?qū)Νh(huán)境的保護程度，這里的環(huán)境是指工人的實際操作車間的環(huán)境和廠區(qū)周圍的環(huán)境?，F(xiàn)在我們國家大力發(fā)展經(jīng)濟，新常態(tài)下的經(jīng)濟達到了穩(wěn)定快速發(fā)展，政府為很多企業(yè)提供了很多便利，大氣污染，水污染等嚴重的破壞了我們生活的環(huán)境，破壞了大自然的生態(tài)平衡。因此，我們在設計機械產(chǎn)品的時候，必須要考慮產(chǎn)品的環(huán)保性能，和對環(huán)境的損害程度。 （1）選用環(huán)保性好的電動機 一臺環(huán)保性能好的電動機可以有效的改變機器的環(huán)保型，因為電動機是噪音污染、震動和排氣污染的主要源頭。 （2）改進機械結(jié)構(gòu) 機器的污染除了電動機產(chǎn)生的以外，還有機器在運行的時候由機器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的污染，比如震動和噪聲污染。所以，需要改進機械的結(jié)構(gòu)來減少污染，增加環(huán)保性。 （3）增加后處理裝置 后處理裝置主要放在機器污染源的后面，消除各種污染的設備?？梢郧謇頇C器的排出的有害氣體，產(chǎn)生的粉塵等。 （4）加強狀態(tài)檢測和及時維修 除了有質(zhì)量好的環(huán)保機器設備之外，還要加強狀態(tài)的檢測和機器及時有效的維修，才能及時發(fā)現(xiàn)機械設備存在的隱患和漏洞，似的設備能夠及時的維修。 6.2 設備的可靠性 1、 設備的可靠性定義 設備的可靠性指機械設備能夠按時、按量完成工作的能力。 2、可靠度的計算 （6.1） 式中 ——失效率 ； ——工作時間。 現(xiàn)在做取工作后，再把所取的數(shù)據(jù)帶入到公式（6.1）中，得到可靠度 那么可以做出故障率的分布曲線（又名“浴盆曲線”）如下圖所示 圖 6.1 故障率分布曲線 3、設備的平均壽命 設備的平均壽命可以用機器設備的使用壽命表示，它也可以表示設備的使用可靠性。設備在一定的工作時間內(nèi)，有一個隨機變量的期望值，這個期望值用公式表達為[10，式7-4] （6.2） 式中 ——平均壽命； ——可靠性函數(shù)，。 則 (6.3) 式中 ——失效率 。 將數(shù)據(jù)代入公式（6.3）得 6.3 設備的經(jīng)濟性分析 1、 投資回收期 機械設備投入生產(chǎn)以后企業(yè)每年賺取的凈利潤有企業(yè)利潤、機器的折舊費，在評價的時候，通常按照靜態(tài)方法評價，全部投資所需的時間以年為單位，從初建開始計算。我們可以做如下假設：建設用時是2年，企業(yè)總資金90萬元，每年企業(yè)凈收益額和累積的凈收益額如下表所示。 表6.1 收益資料表 單位：萬元 時間（年） 1 2 3 4 5 6 7 8 建設期 40 50 — — — — — — 年凈收益 — — 7 13 15 23 22 26 累積凈收益 -40 -90 -83 -70 -55 -33 -11 15 知投資回收期，參考文獻[10]得 （6.4） 從上面的表格可以得出結(jié)論，企業(yè)在第七年可以收回86%的資金，那么還剩11萬元沒有收回，但是在第八年的時候，這一年的凈收益額大于11萬元，所以可以得到矯正機的投資回收期： 2、設備的合理更新期 （6.5） 式中 ——年平均費用； ——設備的初始投資； ——使用到第年的運行費用； ——設備在年末的殘值。 ——基準貼現(xiàn)率，。 現(xiàn)在按購買一臺矯直機需要120萬元計算，可以得到如下每年的運行費用和年末殘值。 表6.2 年運行費用及年末殘值表 單位：萬元 年份 1 2 3 4 5 6 7 年運行費用 10 12 14 18 23 28 34 年末殘值 100 82 65 60 50 40 20 由上面所示的數(shù)據(jù)可以求出每年設備的支出費用： 比較可知，、，因此可得這個矯正機的經(jīng)濟壽命是六年。 結(jié)論 大學本科畢業(yè)設計就要結(jié)題了，我的課題是七輥中板預矯正機主傳動系統(tǒng)的設計，以下是我對這次畢業(yè)設計的內(nèi)容進行的一些總結(jié)。我設計的內(nèi)容首先是緒論和設計方案的確定，按照矯正要求，確定矯正機的基本參數(shù)，繞后進行矯直力、矯直力矩的計算，進而計算矯直功率，選擇主電機，再然后對零部件強度進行計算（矯直輥、工作輥軸承等），并對系統(tǒng)的潤滑、環(huán)保和經(jīng)濟性進行分析。最后完成圖紙的繪制。 白駒過隙，半年時間過去了，經(jīng)過不斷的努力，我終于完成了自己的畢業(yè)設計論文和圖紙。前途是光明的，道路是曲折的，每一個探索的過程必然充滿了艱辛和汗水，遇到困難不退縮，而是自己積極到圖書館查找資料，向老師請教，心里始終堅持不拋棄不放棄。萬事開頭難，拿到這個題目的時候，對我來說，腦子里一片空白，因為這是第一次理論聯(lián)系實際的操作作業(yè)，理論有遺忘的需要用最快的時間撿起來，實際需要自己去下都工廠區(qū)了解，去網(wǎng)上查資料，而且二者如何有效結(jié)合也很重要設。我首先到圖書館借閱相關(guān)的書籍，比如機械設計手冊，中厚板生產(chǎn)實用技術(shù)等書籍，經(jīng)過仔細的閱讀，我得知如今中厚板的生產(chǎn)已經(jīng)向合金化，大型化發(fā)展，隨著我國的工業(yè)化進程不斷擴大，各行各業(yè)對中厚板產(chǎn)品的需求也擴大了，不論是從品種上還是從數(shù)量上，而且對中厚板質(zhì)量的要求也逐漸提高，市場的需求讓中厚板得到了很快發(fā)展，因此這次畢業(yè)設計將是對自己一個很大的提高和知識的擴展。關(guān)于矯直，古人云：矯枉必須過正。我這次用到的平行輥矯直機是屬于反復彎曲的矯直設備，它有兩大基本特征，首先是它具有一定數(shù)量交錯配置的矯直輥，可以實現(xiàn)很多次的反復彎曲；其次是平行輥矯直機的壓彎量可以調(diào)整，可以實現(xiàn)矯直鋼板時所需要調(diào)整的壓彎方案，簡單方便。 自己完整的經(jīng)歷了這次本科畢業(yè)設計，對我來說不是結(jié)束，而是開始。這是一次由自己獨立完成，在一個大方向下，自己查閱資料，自己設計的實踐經(jīng)驗。對即將繼續(xù)攻讀研究生的我來說有很大的意義，是一次不可多得的經(jīng)歷，也是大學期間最后一次認認真真完成的學習任務，整個過程，心里始終充滿了感恩和興奮。在設計過程中我鍛煉了自己查閱資料，提出問題解決問題的能力，真正理解了理論聯(lián)系實際的意義，這些對我今后的學習，生活，工作有著巨大的意義，為將來的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 致謝 半年的時間很快就過去了，在老師同學的共同幫助下，終于完成了自己的本科畢業(yè)設計。在這里我要首先感謝石加聯(lián)教授在這半年來對我的悉心指導和關(guān)心，還要感謝同組同學的幫助和支持。 剛開學，由于要準備研究生復試的相關(guān)程序，并沒有全身心投入到自己的本科畢業(yè)設計中來，等到研究生的事情忙完以后，發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)比其他同學晚了將近一個月的時間。石老師鼓勵我，讓我抓緊時間，踏踏實實的做。我的題目是七輥中板預矯正機主傳動系統(tǒng)的設計，我從南京鋼鐵中板廠的生產(chǎn)工藝流程著手，并結(jié)合大四上學期的軋鋼機械課程開始了畢業(yè)設計的工作。在設計過程中遇到了很多新的問題，比如文獻檢索的能力自己很欠缺，我找到了同組的同學，在他們的熱情幫助下我順利掌握了。這次設計從開始到結(jié)尾，我始終充滿了感動，心懷著感恩，因為在四年前選擇這個專業(yè)，就立誓要為了國家的工業(yè)繁榮昌盛而努力，科大給我提供了這個平臺，這四年里我學了很多感興趣并想以后為之不斷努力的課程，比如機械制造，機械設計。這次的畢業(yè)設計我用到了很多里面的知識，課堂上的知識在實際中得到了應用，心里則更加堅信對機械的不斷探索和學習。在這里我要感謝大學四年里每一位代課老師，傳道授業(yè)解惑，學到科學理論的同時，也學會了擔當，自強，堅持，永不言棄的機械精神。 最后，還要再次感謝石教授對我的指導，每周一的例會，石老師總是耐心的回答同學們的問題，鼓勵我們互相討論一周的成果和經(jīng)驗，并對下一周的工作安排具體到每一個人。記得在設計中期，一個關(guān)于輥式矯直原理的知識困住了我，在圖書館沒有找到相關(guān)的資料，石老師得知后，將自己的書借與了我還給我講解了這個知識點，讓我很感動。 參考文獻 ［1］ 鄒家祥．軋鋼機械[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2014． ［2］ 王生朝．中厚板生產(chǎn)實用技術(shù)[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2009． ［3］ 崔甫．矯直原理與矯直機械[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2007． ［4］ 鞏亞東、原所先．機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M] ．北京：科學出版社，2010． ［5］ 成大先．機械設計手冊[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2004． ［6］ 濮良貴、陳國定．機械設計（第九版）[M] ．北京：高等教育出版社，2012． ［7］ 孫恒．機械原理[M]．北京：高等教育工業(yè)出版社，2012． ［8］ 李柱、徐振高．互換性與測量技術(shù)[M] ．北京：高等教育出版社，2013． ［9］ 周驥平、林崗．機械制造自動化技術(shù)[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2007． ［10］ 周新祥、于曉光．噪聲控制與結(jié)構(gòu)設備的動態(tài)設計[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2014． [11] Smith Jr.,R.P., Innovation in the Computing System of Straightening Force[J]. 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