钢管矫直机毕业设计说明书

燕山大学毕业设计（论文）钢管矫直机学院机械工程学院年级专业03级轧钢学生姓名康锡军指导教师李学通专业负责人答辩日期PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学毕业设计（论文）任务书学院机械工程学院系级教学单位机械系学号030101010356学生姓名康锡军专业班级轧钢032题目钢管矫直机课题来源自选主要内容设计方案选择，力能参数选择及计算，结构设计。目标完成168管材矫直机本体设计。包括机架、辊座、压下调整机构。基本要求1设计图纸量7张A1，其中至少有一张计算机绘制的部件图；有一张典型零件的零件图。CAD要求有草图。2设计说明书要反映和论述选题及方案的确定过程，反映设计的过程和创新点。3查阅资料不少于15篇，翻译与课题相关的外文资料5千汉字。参考资料1轧钢机械设计、轧钢工艺及设备、机械设计、互换性及测量等教科书。2毕业设计参考图纸。3机械设计手册等。周次14周58周912周1316周1718周应完成的内容收集资料消化图纸确定方案计算力能参数、主要零部件的结构参数，完成主要部件的结构设计译外文资料完成总体设计图纸译外文资料完成总体设计图纸及校核完成零件图和说明书指导教师李学通系级教单位审批说明如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。本任务书一式二份，教师、学生各执一份。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM摘要I摘要从研究矫直管材材的变形机理入手，设计了一台七辊矫直机，并对矫直变形理论，矫直工艺进行了研究。本文全面阐述了七辊矫直机的结构原理和设计特点，论述了采用七辊矫直机的有点，详细介绍了工艺过程，对零部件进行了一定的校核，对矫直机的结构有了一定的掌握，并以多种形式汇总了矫直的许多工艺参数。设计的内容侧重于理论分析，结构参数的确定，力能参数的确定，结构强度的校核，液压系统的分析等。关键词矫直原理七辊矫直机结构原理PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTDESIGNONASEVENROLLSSTRAIGHTENINGMACHINEANDTECHNOLOGYOFSTRAIGHTENINGSECTIONBEGINNINGOFRESEARCHINGONTHEMECHANISMOFRESEARCHINGONTHEMECHANISMOFDEFORMATIONOFTHESTRAIGHTENINGSECTION,SEVENROLLSSTRAIGHTENINGMACHINEISDESIGNEDARESUCCESSFULLYTRIALPRODUCEDINTHEMEANTIMETHROUGHRESEARCHISDONEABOUTTHETHEORYOFSTRAIGHTENINGTECHNOLOGYTHESTRUCTUREPRINCIPLEANDDESIGNFEATUREOFTHEMACHINEARESYSTEMATICALLYEXPOUNDEDITISDISCUSSEDTHEADVANTAGEOFSTRAIGHTENINGSECTIONBYMEANOFSSMACHINETHETECHNOLOGYISINTRODUCEDINGREATERDETAILSOMEIMPORTANTPARTSARECHOCKEDANDTHESTRUCTUREOFSTRAIGHTENINGHASSOMEMASTERANDMANHUNTPARAMETERSINTHEROLLINGARECOMBINEDFORMSTHEDESIGNINGCONTENTISPAIDATTENTIONTOTHETHEORETICALANALYSIS,THEMECHANICSPARAMETER,THEEXAMINATIONOFSTRUCTUREINTENSITY,THEDESIGNEEOFHYDRAULICPRESSURESYSTEM,ANDSOONKEYWORDSMECHANISMOFDEFORMATIONSTRAIGHTENINGTECHNOLOGYOFSEVENROLLSSTRAIGHTENINGMACHINETHESTRUCTUREPRINCIPLEPDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOMIII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题背景112课题背景213课题背景3第2章斜辊矫直机的原理421矫直原理422矫直机的分类723矫直机辊系配置的四种基本形式924斜辊矫直机的类型及选择925斜辊矫直机的特点1526矫直机的机架和传动设计15261机架设计15262传动设计1627新旧矫直机的比较16271常规斜辊矫直机的特点16272常规斜辊矫直机存在的主要缺点16273本矫直机的工作原理和工作过程17274本机组的主要特点和先进性20275设备组成及结构特点202751矫直机的传动装置202752矫直机本体20第3章矫直机基本参数的设计与计算2231基本参数的选择原则22311矫直辊辊颈D的确定22PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）IV312矫直辊中心矩T的确定22313辊身长度L的确定23314矫直辊辊数N的确定23315矫直速度V的确定2332本矫直机基本参数的确定与计算23321矫直辊的设计与计算233211矫直辊尺寸参数计算233212辊形曲线的设计与计算273213矫直辊材质及其技术要求2933力能参数计算30331矫直力的计算30332主电机传动功率的计算和选择31333压下电机的计算和选择393331压下丝杠、丝母的设计与计算393332压下电机传动功率的计算40第4章主要零部件的设计与校核4541矫直辊传动轴的设计与校核45411轴的设计454111按扭矩计算轴的最小直径454112设计轴得结构46412轴的校核4742传动轴承的校核4843液压压下机构设计49第5章主要零部件的选择与加工5251上下横梁5252矫直辊5253矫直辊轴5354压下螺丝、螺母5355主传动系统联轴器的选择5356矫直辊轴承54PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOMV第6章安装与试车的注意事项55第7章润滑与密封简介5671矫直机的润滑56711润滑件的选择56712润滑剂的选择5672矫直机的密封57结论59参考文献61附录163附录273致谢75PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOMPDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第1章绪论1第1章绪论11课题背景矫直技术多用于金属加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论比取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等。到20世纪70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯矫直技术很快走向成熟；开发成功平动万能矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术，以及双间旋转矫直技术等。根据近年矫直技术的不断提高和发展，首先在矫直过程的变形机理方而取得不少的研究成果，如拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用，残留应力对矫直尺寸精度的影响，等曲率接触区对矫直变形的重义作用等。就我国的工业发展水平来看，常规的矫直设备尚需添补和改造，不过应该尽量采用新的高效能的常规设备，如新的拉弯矫直设备，新的313矫直机，大型二辊矫直机、滚动模转矫直机及变辊距矫直机等；新的矫直技术也需积极开发，如振动矫直、高效高精度滚光矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直，矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以及复合转毂矫直技术等；在矫直理论研究方面应该走出自己的道路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率塑性区长度及深度对矫直质量的影响，在矫直过程中克服残留应力影响的方法，减少矫直过程的摩擦损失，最佳结构参数的确定方法，斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转矫直法等。所有这些已经遇到的和想到的问题，即使不能概括全面，只要同行们从实际出发，发现问题，抓住不放，搞出结果，将来一定会集腋成裘，形成我国的矫直理沦体系。并让它更好地为我国社会主义四化建设服务。随着国民经济的发展，近年内，管材生产不论在数量上还是品种上，都有相当大的增长。新型高效率的管材精整设备，尤其是管材矫宜机，是PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）2保证管材质量的重要关键。国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。管材生产在数量上和晶种方面有很大增长，这就提出了管材精整过程现代化。制造新型高生产率的精整设备的任务首先是管材矫直机。摆在我们面前的任务，是生产新型管材矫直机。为进一步完善精整过程和提高轧制速度，必须制造新的高效率管材矫直机。提高被矫管材材质的机械性能和矫直速度，要求认其而客观地研究斜辊式和其它型式矫直机的矫直过程。足够精确地确定矫宜过程的力能参数，对于设计和使用管材矫直饥是非常重要的，因为这样才有可能正确地评价矫直机的承裁能力，减少多余的安全系数，进而减轻不必要的设备重量。在研究工作中，最困难的是测量斜辊式矫直机矫直力能参数。因为在这种情况下其力的相互作用关系是相当复杂的12课题背景管材生产在数量上和晶种方面有很大的增长，这就提出了管材精整过程的现代化。制造新型高生产效率的精整设备的首要任务是管材矫直机，所以管材矫直机的发展趋势是用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测量装置控制矫直辊负荷和在线计算机进行全自动操作；高刚度矫直机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，精度高；为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（下）辊可以单独调整，且在矫直过程中也可以进行调整；装备有液压安全装置和快速松开装置，以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊；为避免矫直辊辊面滑伤，辊面应有一定的硬度。辊式矫直机以热矫直机数量为多，总的趋势是以发展大矫直力的强力四重式矫直机为主，该系列设备总体趋势如下（1）用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫直辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。（2）高刚度矫直机机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，精度高。（3）为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（或下辊）可以单独调整，且在矫直过程也可以进行调整。（4）上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支承辊，以改变矫直辊的挠曲，消除钢板的单侧或者双侧边浪。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第1章绪论3（5）下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷。（6）装备液压安全装置和快速松开装置以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊。（7）上、下矫直辊和支承辊分别装在各自的框架上，框架及其辊子可以侧向移动进行快速换辊，实现辊系的线外整备（即拥有两套以上的辊系装备供给一套矫直机使用）。（8）矫直机入口处装有水或压力空气，以清除残留的氧化铁皮。（9）在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢管的上翘。（10）为了避免矫直辊辊面的滑伤，辊面应具有一定的硬度。对四重辊式矫直机必须保证工作辊和支承辊的辊面硬度有一个差值。13课题背景矫直技术同其他金属加工一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步，不过理论滞后于实际的现象比较明显。例如矫直辊负转距的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决（改集体传动为单辊驱动，改刚性连接为超越离合器连接等），单其破坏作用的机理直到20世纪80年代才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段。首先是其基本参数的确定还要依靠许多的经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等。其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪音、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概念不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不包括同类断面尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等缺少通用表达式。科技的发展水平是有一定限度的，在先进的矫直机也存在一定的问题。比如立式七辊矫直机上悬挂的矫直辊摆动大，调整苦难。而矫直辊的调整都固定在上机架的方孔内进行，经解体后发现，方孔已严重磨损，且磨损量不规则，不对称，上边只有05MM，下边却达8MM。同时，还存在入料不准确，影响生产的自动化和控制水平；噪音大，不利于环境保护；咬入条件不好，易发生卡钢和矫断事故等问题。又由于工人的操作水平的限制，钢管矫直时因调整与操作的不当产生螺旋凹痕，钢管外径过大或过小、矫方、矫不直、滑伤等缺陷。这些问题对于钢管质量有很大的影响，必须引起注意，采取措施，加以解决。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）4第2章斜辊矫直机的原理21矫直原理轧件在轧制、冷却和运输的过程中，由于各种因素的影响，往往会产生形状缺陷，例如钢轨、型钢和钢管的弧形弯曲；型钢断面产生的翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材产生的纵向弯曲，边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯曲。矫直就是使轧件承受某种方式的和一定大小的外力作用，产生一定的弹塑性变形，当上述外力去除后，在内力作用下又产生弹性恢复变形，知道内力达到新的平衡，得到所要求的形状。按轧件的应力和应变状态可分为以下几种基本矫直方式弯曲矫直、拉伸矫直、拉弯矫直和扭转矫直。旋转反弯矫直主要用于圆材矫直，旋转矫直中最常见的方法是多斜辊矫直法，是在斜辊矫直机上进行的。由于圆材的原始弯曲是多方位的，因此在矫直时要使圆材绕轴线旋转，并在旋转的同时能使其反弯程度由大到小连续变化，才能使任何方位的原始曲率都得到可靠的反弯矫直。由于本矫直机采用弯曲矫直方式，以下只对弯曲矫直方式原理进行阐述，其它方式不作介绍。弯曲矫直可分为压力矫直和多辊式矫直两大类，弯曲矫直中的压力矫直是采用“三点”弯曲的矫直方法，即在外力作用下使轧件产生弹塑性变形，部分弹复后得到正确的形状。这种矫直方法对于轧件某一点的曲率可以一次得到完全矫直，实际上，轧件的原始曲率沿长度方向往往是变化的（多值的），而且弯曲方向也不同，因此由三辊构成的压力矫直就行不通，而必须采用多辊式矫直方法。图21所示为上下辊平行排列的矫直方案，上排辊相对于下排辊平行排列，集体升降，除首尾外，各辊子处轧件弯曲至相同曲率FR1PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第2章斜辊矫直机的原理5图21上下辊平行排列的矫直机当WFRR11弹性弯曲弹复曲率极限值时，由于弹塑性变形不足和残余应力的影响，矫直质量不好，因此，必须FR1WR1，原始曲率为01R0的轧件通过第二辊子后01R变为11R，残余曲率为01R11R，通过第三个辊子后01R变为11R，11R变为21R，依次类推残余曲率逐渐减小，通过若干辊子后，残余曲率趋于定值，但实际上辊数有限，只能达到有限的矫直精度。图22所示为上下辊倾斜排列的矫直机示意图。矫直机入口端辊子压下量大，出口端辊子压下量小，所有上排辊子压下量按一定规律分布，可以集体调整压下量，或上排辊子单独调整，和平行排列矫直方案一样，必须FR1WR1图22上下辊倾斜排列的矫直机示意图矫直过程一般分为两种方案小变形和大变形矫直方案。所谓小变形矫直方案就是每个辊子采用的压下量恰好能完成矫正前面相邻辊子处的最大残余曲率，使残余曲率逐渐减小的方案。增加辊数，可进一步减小残余曲率，提高矫直精度，但不能弯曲消除残余曲率，在理论上，小变形矫直不能完全矫直具有多种曲率的轧件。所谓大变形矫直方案就是前几个辊子采用大压下量，使轧件得到足够的弯曲，很快缩小残余曲率范围，后面辊子接着采用小变形矫直方案。采用大变形矫正方案之所以能使PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）6残余曲率快速接近，是由轧件的弹塑性变形性质决定的。在同一辊子压下挠度曲率条件下，原始曲率差值一定，总弯曲曲率越大，弹复曲率越接近，容易得到较高精度。表21小变性方案曲率变化表PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第2章斜辊矫直机的原理722矫直机的分类热轧钢管尤其是大长度钢管在轧制和冷却过程中，由于塑性变形的不均，加热和冷却不均，以及剪切、运输和堆放等原因，必然会产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪形、镰弯和歪扭等塑性变形，或内部产生残余应力，这在成不合格产品之前，都必须采用矫直机进行矫正加工，矫正轧件形状和消除内应力。所以，矫直机是轧制车间必不可少的重要设备，而且也广泛用于以轧材作坯料的各种车间，如汽车、船舶制造厂等。目前，轧制品种规模的多样化和对其形状精度要求的提高，促使了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发展及矫直技术水准的不断提高。矫直不同的品种规格的轧材，采用不同结构形式和不同规格的矫直机。根据结构特点，矫正机可以分为压力矫正机、辊式矫正机、管帮矫正机、拉伸矫正机（单张板材矫正机和连续式拉伸矫正机）和拉伸弯曲矫正机等几种类型。根据不同的分类方法，矫直机可以分成各种类型。根据结构特点，矫直机可以分为以下几种形式（1）压力矫直机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫直。主要用于大型钢梁，钢轨和大直径钢管的矫直，或作为辊式矫直机的补充矫直。（2）辊式矫直机轧件受到交错排列的转动的辊子的反复弯曲而得到矫直。主要用于型钢和板带材的矫直。（3）管材矫直机矫直原理同辊式矫直机。最大特点是矫直辊与矫中心线有倾角，使管材产生螺旋前进而在各方面得到矫直。主要用于管材，棒材的矫直。（4）拉伸矫直机对轧件施加超过其材料屈服极限的张力，使轧件产生弹塑性变形，从而将轧件矫直。主要用于矫直厚度小于06MM的薄钢板和有色金属板材。通常，辊式板带矫正机只能有效的矫正轧件的纵向和横向弯曲（即二维形状缺陷）。至于板带材的中间瓢曲或边缘浪形（三维形状缺陷）则是由于板材沿长度方向各纤维变形量不等造成的。为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。在普通辊式矫正机上，虽能使这种缺陷有所改善，但矫正效果不理想。这时需要采用拉伸矫正方法。拉伸矫正的主要特PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）8表22矫直机类型图表点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫直。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第2章斜辊矫直机的原理9（5）拉弯矫直机主要用于带材的矫直。矫直时使带材在小直径辊子上弯曲，同时施加张力，使带材产生弹塑性变形而得到矫直。23矫直机辊系配置的四种基本形式（1）11辊系上下辊一一交错，下辊驱动，上辊用于压弯。此辊系常有5个辊子组成，上三下二，上辊短，下辊长。此辊系多用于矫直棒材。特点是咬入条件不好，棒材两端得不到矫直，表面质量低。（2）22辊系上下辊相对配置，一般由三对辊组成，六个辊子一般为全部驱动。各辊长度相同。此辊系用于管材矫直，咬入条件好，表面不划伤，对直径有圆整作用，对两端有压扁矫直作用。三个上辊和中间的下辊都是可以调节压下的，结构比较复杂。（3）复合辊系形式很多，基本特点是单双辊交错配置。它兼有上述两辊系的特点。管棒材都可矫直。大多是上辊起压下作用。驱动上下辊均可。一般长辊为驱动辊，短辊随动。（4）313辊系其入口和出口为三辊，形成环抱压紧状态，中间一辊压弯。此辊系优点较多，圆整作用和咬入条件及工作稳定性好，两端矫直效果好，只有两个下辊驱动，但辊子调节困难，适用范围小，维修困难，表面质量低。24斜辊矫直机的类型及选择斜辊式管（棒）材矫直机的矫直原理是采用弯曲矫直原理，弯曲矫直原理在第一节中已叙述，此处不再赘述。斜辊矫直具有自身特点矫直辊具有准双曲线的空间曲线形状，保证辊与轧件间的接触；上下两排工作辊轴线互相交叉，轧件在矫直时边旋转边前进，从而获得对称的形状。因此，斜辊矫直机在矫直钢管的同时保证了圆度。矫直过程中同一段弹塑性弯曲段能得到多次弯曲，如图23，在弹塑性弯曲段内得到的弯曲次数（每半周弯曲一次）IMSILN221式中ILN弹塑性弯曲段长度；PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）10S轧件转一周轴向移动距离。由图23中几何关系有MSMWLIILI50LN505022LIMSMWI1LN（23）把SAPDTG和式（22）、（23）代入（21），得12MSMWDTGLIMIAP24所有LNI处总弯曲次数为121212MSMWDTGLIMIMNNAP25式中D轧件直径A轧件中心线与辊中心线夹角MW弹性弯矩极限值MS弹塑性弯矩极限值PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第2章斜辊矫直机的原理11图23斜辊矫直单元（,T为辊距）从式（25）中可以看出，适当调整、和D等参数值，轧件容易得到多次弹塑性弯曲，而不需要太多的矫直辊就能达到所要求的矫直精度。综上所述，采用斜辊矫直有如下优点（1）生产率高，工作过程连续；（2）矫直辊的上下调整，可消除椭圆度，保证了矫正质量；（3）矫直辊有特定的辊型曲线，保证了管材和辊子的相应接触面积，进一步保证了矫直质量。斜辊式矫直机按照辊子树木的多少分为而辊、三辊、五辊、六辊、七辊、十辊等型式，如图24所示，A，B型式的矫直机中，钢管在矫正时只经受一个矫正循环，即在矫正辊的压力下得到一次纵向弯曲。在第5型矫直机中，钢管经受三个矫正循环，F型式的矫直机只有一对矫直辊，上辊凸出，下辊则呈凹形。两个辊子的孔型成一个弯曲单元，能有效消除管端弯曲。图24中画有旋转箭头的辊子为主动辊，其它为空转辊。A、E两种型式矫直机的辊子是水平放置，该矫直机的结构比较简单，易于制造且调整方便，但矫直质量较差，多在小型企业中使用B、C、D、F型式矫直机。所有辊子都在垂直平面内放置，故不必采用导板来保持钢管的稳定位置，应用比较普遍，尤其是七辊矫直机应用较广。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）12图24斜辊矫式直机示意图PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第2章斜辊矫直机的原理13本矫直机采用七辊式，辊系布置如图24种的（C）所示，矫直辊交叉角为27。其中前六个辊子为传动辊，后一个为非传动辊。第一对辊的上辊为液压压下，能够快速升降。七个棍子形成两个弯曲单元，管材在这两个单元种螺旋前进，经反复弯曲后得到矫直。由下图25可得出一般斜辊矫直机辊子与轧件转速关系如下图25速度分析示意图APSIN0DVNS（26）APDTGVNSD27式中SV矫直管材前进速度；D转子传动直径；D轧件直径；A辊子倾斜角度。由上式中可以看出，当轧件直径减小，而其它条件不变时，ND即轧件转速会增大。另外，为保证一定的生产率（以重量计），轧件转速将进一步增大。当ND/D值超过一定数值时，轧件会加剧振动，撞击设备，将产生轧件擦伤和扭曲现象，严重影响产品质量，并且可能破坏设备。所以当矫PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）14直直径很小的轧件时应采用滚筒式矫直机，如图26所示。滚筒内装有多对倾斜布置的行星辊，构成几个弯曲单元，矫正时滚筒旋转，轧件从滚筒中的行星辊所形成的辊型中通过（轧件被拉出而不旋转），使轧件受到各方向的弯曲力矩，同时又克服了前面提到的矫直机矫直细轧件的缺点，即轧件旋转速度过大，但是，若用它矫直粗轧件时，由于滚筒的离心力与其半径的立方成正比，则旋转速度将受到限制而不宜采用，故仅用于矫直直径小的轧件，一般D故轴承寿命符合要求。43液压压下机构设计本矫正机第一对辊采用液压快开（闭）式结构，设计时参考了一般压下装置的球面垫结构。14231活塞杆；2压板；3辊座；4密合座；图43活塞杆与辊座联接示意图由于矫直辊需要上下调整，应选择头部法兰式，第一对辊座中的矫直力。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）50KGKNPPG55667345557277221根据参考资料中选得工作压下为AMP20，内径为MMD200，液压缸的输出压力为KN32628，符合载荷要求。液压缸的外径为MM240，即液压缸壁厚为MM20，钢筒采用号钢的无缝钢管。活塞杆直径按公式1DD2时计算得MMMMD1424141212200缸底厚度4330SDPD式中D液压缸内径MMD200P工作压力AMPP20NBSSNS缸体材料的抗拉强度AMP1205598S带入上式得PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第4章主要零部件的设计与校核51MMMM363535120202004330D设计是缸底厚度取为,40MM行程为MMS125，活塞杆总长MML910230555125（不包括头部）。设计时，依据管材规格范围，考虑了综合结构因素度。由于1046142910LL，活塞杆为短粗杆，不需要进行稳定性的校核。活塞杆头部设计成球状，与底座配合使之有一定的自位性，并能进行矫直辊的转角调整PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）52第5章主要零部件的选择与加工零部件是整个设备实现功能的基本单元，因此，零部件的选择与加工是设计工作中的一个重要环节。本章将介绍斜辊矫直机中主要零部件的选择与加工。51上下横梁横梁材料选用低合金钢。因为低合金钢与碳钢相比具有重量轻，机械性能好的特点。低合金钢与高合金钢相比又具有良好的可焊性，有利于以后的焊接加工。焊接加工完毕后，对焊缝部的缺陷进行检验，其允许范围应满足Q12B7473或J1392887的要求。承受载荷很大的部位的焊缝，在焊接后要进行热处理，由于横梁整体尺寸较大，可先焊重要部位，热处理后，再焊接其他部为，使横梁整体成形。上下横梁是是通过两根预应力立柱和C形立柱联接起来，机架刚性好造型美观。这种布置形式使机架的操作侧完全敞开，使还辊和维修变得较为方便。机架采用整体铸件，但近年更多采用焊接结构。当焊接工序完成后，应当对机架进行时效处理，以消除由于焊接或是其它原因产生的内应力。横梁时效处理完成后，应当去除表面锈迹、油污、碎屑等其它杂物。然后进行涂漆处理。涂漆的颜色依据用户的要求而定。52矫直辊对于矫直机辊有很高的质量要求，因为矫直辊决定着矫直机的正常工作，生产效率和矫直精度。辊子的材料必须坚固耐磨。本矫直辊选用的材料是9GR2W，该材料有较高的强度和耐磨性。矫直辊是矫直机的核心零件，辊形曲线加工得是否准确，直接影响矫直机得矫直精度和表面质量及矫直参数得调整。为了保证加工精度，应选用数控车床直接加工的方法，即把理论计算的辊形曲线上的各点输入到卧式数控车床的控制器中，车床按给定的数据自动走刀进行加工，保证辊形曲线PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第5章主要零部件的选择与加工53的准确性，满足设计要求。车床加工完成后，为保证辊面的精度要求和表面光滑度的要求，应当在数控磨床上以很小的磨削量进行磨削加工。对于一些圆角、边缘等一些不能加工到的部位，应由工人手工来进行磨削处理。为了提高矫直辊的性能，对辊表面进行感应加热，淬火，即用由水冷铜螺线管构成的感应加热器加热辊身。当加热到淬火温度时，移开加热器，用大于四个大气压的冷却水进行淬火，表面淬火层硬度为HRC5560。53矫直辊轴矫直辊轴由于承受很大的矫直力，同时由于结构限制，其尺寸不可能很大。所以要求轴的材料具有很高的机械强度。通过轴的弯曲强度设计计算和参考机械设计手册中材料一章，选用45GRNIMOVA,由手册可知此类钢适用于作轴类零件，表面淬火硬度可达HRC6570。由于零件比较重要，不能用热轧圆棒料直接加工，而采用锻造毛坯，以此来保证加工出来的轴具有较高的综合机械性能。加工时如果有条件，应尽量采用数控车床来进行、若在普通车床上加工应该采用多次走刀，切削量逐步减小，最后几次走刀可以采取不改变切削量的方法来保证加工的精度。整个轴加工完成后要进行热处理。由于轴上有多处与其它零件配合，为了使零件配合面耐磨强度较高，而在装拆及摩擦运动中不致很快损坏，要求对轴进行调质处理。54压下螺丝、螺母与普通轧机设计规范相同，本次设计矫直机压下螺丝选用45钢，表面淬火硬度HRC4045，以提高螺纹部分的耐磨性。压下螺母选用ZQAL94（铸铝青铜）。该材料的特点是强度高，减磨性，耐蚀性和铸造性能好。压下螺丝和螺母上加工有梯形螺纹，梯形螺纹成灾能力高，传动效率也较高。55主传动系统联轴器的选择本矫直机中有一个非传动辊，六个传动辊。由于矫直辊需要上下调节，PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）54使得辊轴线与减速机的轴线不一定在一条直线上。为了传递动力，需选用SWP型十字轴式万向联轴器，该联轴器有如下特点（1）倾斜角范围大，可达12度；（2）润滑条件好，维护方便，寿命长；（3）工作稳定；（4）摩擦损耗少，传递效率高。由于矫直机辊压下（上）时不允许有轴向窜动，为了补偿压下（上）调节时接轴两铰点间的轴向变化，在接轴上带有花键。万向接轴的一端与辊子轴头相接，另一端与减速机的分配齿轮箱的出轴相接。电动机与减速分配齿轮箱用联轴器联接。这种传动方式使润滑、维修和换辊等工作的到改善。但辊子倾角的调节范围受万向轴倾斜范围限制，不能太大。另外，传动机构装在机架上面，增加了机器高度，影响稳定性，妨碍光线。目前，所有的卧式矫直机都是单侧辊子传动，对圆材咬入条件不好，矫直后表面光洁度不高。立式机架的斜辊矫直机采用万向接轴传动比较普遍，其优越性很大。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，使其结构明显简化。它具有调节方便，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。由于其上下辊都可以传动，因此，咬入条件及表面质量都有改善。这种矫直机传动方式的不足之处是战地面积大，机架高度高。56矫直辊轴承因为矫直辊轴承受很大的径向载荷和较小的轴向载荷，故矫直辊轴承采用圆锥滚子轴承，其型号为32034。这种轴承能够同时承受较大的径向载荷和轴向载荷的联合作用。为了平衡其受的轴向力，两个轴承成对使用。两端分别用止退垫圈和套筒固定。故其固定方式为两端单向固定。滚动体与材料一般均用强度高、耐磨性好的含铬的专用滚珠轴承钢GCR15制造，热处理后的硬度达到6265HRC，工作表面须经磨削或抛光。保持架多采用软钢冲压而成，或者用铜合金或塑料制造。轴承已经标准化，由专业厂家大批生产。该轴承的润滑采用开油沟，油润滑。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第5章主要零部件的选择与加工55第6章安装与试车的注意事项该矫直机在安装和试车时，应注意以下几个方面的问题一、装配前，所有的零件必须清洗干净；二、系和下辊系，指示器，复合减速机，电机与电机座可以预先装配，其余均在总装进行；三、安装润滑管路前应检查油路是否畅通，并清理所有油空；四、安装时，需按机器总装图及装配图上的技术要求进行总装；时，在各润滑点加入适量润滑油；五、装配完毕后需进行空载试车，检查矫直机是否正常运行；件若有松动需拧紧；封部位不得有渗油现象；车时还需检查各电机的电流和电压是否在规定的范围内，各个转动及联接处均应灵活，无卡住现象；各轴承和复合减速机的发热均应在规定范围内；复合减速机中的齿轮啮合和润滑情况均应良好。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）56第7章润滑与密封简介71矫直机的润滑为了减少功率损失，减少矫直机的摩擦和发热量，需要对矫直机的各有关部位进行润滑。本矫直机的主要润滑部位是上下辊轴承处，压下机构螺纹副配合处以及各接手，联轴器等转动点。对于上下矫直辊轴承，由于受到很大的冲击，振荡载荷，宜采用间歇干油润滑方式；对于压下机构中的轴承，齿轮副等摩擦副，由于承载不太大，速度不太高，宜采用低压力油润滑方式；其它润滑点，如接手，联轴器等有摩擦的动点，由工人检修时抹上足量干油即可711润滑件的选择对于上排矫直辊轴轴承，由于辊需要上下调节，不利于接油管，而采用油枪定期将润滑油加入各润滑点。润滑油是通过加工在轴承座中的油孔而加到轴承处的。在每个油孔外端尽头都存在M10的螺纹，装有直通或压注油杯，利用爪式压杆或油枪或A型油嘴的手推式油枪加润滑油脂。下排辊子轴轴承的润滑是通过手动手动干油站把润滑油送入油管和加工在轴承座中的油孔而达到各摩擦副表面的。对于压下机构的润滑，由于液压站将有一定压力的液压油经过油管和加工在套筒，机架内壁的油孔而达到各摩擦副表面的。712润滑剂的选择由于脂润滑部位载荷较大，且摩擦产生的热量使温度升高。参考常用润滑脂的性质及用途，选用石墨钙基润滑脂（SY140565）或复合成钙基润滑脂（SY141580）或4号高温脂（SY151165）。有润滑采用N150机械油。因为压下机构的轴承和螺纹啮合等摩擦副对润滑油的要求不是很高，可选用粘度较大的机械油。另外，第一对辊的压下机构中辊座凸块与导向套导向槽之间也需要定PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM第7章润滑与密封简介57期抹涂适量干油润滑脂。72矫直机的密封为了防止矫直机润滑油的泄漏和灰尘，水汽等进入矫直机内部，并使摩擦表面保持良好的润滑条件，矫直机里多处用到密封装置，以下简单阐述密封的选择依据。对于润滑脂，密封处防漏要求不是很高，主要防止灰尘和水分进入，选用毛毡密封即可。如果有必要，可选择优质细毛毡，密封效果将会更好。油密封部位主要是防止油的渗漏，同时有防止灰尘和水汽的作用，因此密封效果要求较高，一般选用优质的细毛毡密封或Y型密封圈密封。其中，Y型密封圈可以调节轴向压紧力，即如果发现有渗漏油现象，则拧紧压盖上的螺钉，直至无渗漏。因此，这种密封圈密封效果较好。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）58PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM结论59结论四个多月的毕业设计工作已经接近了尾声，在这次设计工作中，我巩固了四年来所学的各方面的知识，并充分体会到了将所学知识运用到实践当中去的乐趣，增强了我对未来设计工作的信心。同时，在这次设计工作中也暴露出自身很多的不足，尤其体现在对所学知识的综合运用能力差，理论与实践不能结合到一起，考虑问题不全面，顾此失彼，这些问题的出现使我能全面的分析自己，为我将来解决工作、学习中遇到的各种问题指明了方向。设计工作拓宽了我得知识面和视野。半年来的努力收到了很大的回报。这次设计工作是对我的一次大检验、大练兵，它给了我很多的经验和教训。通过对这些经验教训的思考与总结，完善了对设计工作的认识及思维结构，使我更加有信心来面对以后的各种设计工作，不辜负四年来母校对我的培养和老师对我的教导。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）60PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM参考文献61参考文献1王海文轧钢机械设计北京机械工业出版社，1983，3323452施东成轧钢机械理论与结构设计北京冶金工业出版社，1993，2252473邵晓荣，包耳互换性与测量技术基础北京机械工业出版社，2001，751124邹家祥轧钢机械北京冶金工业出版社，2002，3653805宋耀增，周万民画法几何北京机械工业出版社，2001，1861966韩晓娟机械设计课程设计北京机械工亚出版社，2000，1071407连家创轧机基本理论进展西安西安重型机械研究所出版，1983，4184218【苏】AM马斯基列逊著，西安重型机械研究所一室译管材矫直机北京机械工业出版社，1979，1641909李长穆编译现代钢管生产北京冶金工业出版社，1982，22526810崔莆矫直原理与矫直机械北京冶金工业出版社，2002，18825411机械设计手册联合编写组机械设计手册北京化学工业出版社，2002，12曹宏德塑性变形力学基础与轧制原理北京机械工业出版社，1979，15425113龚景安，许立忠机械设计北京机械工业出版社，1998，17822514卢于逑热轧钢管生产知识问答北京冶金工业出版社，1991，20825415郭春华，盖茜，吴俊伟管棒材矫直机的发展现状重工科技2002年第1期363716井永水，窦志强，李忠富矫直理论的新探索北京科技大学学报，2002年2月，第24卷第1期646617栗林辊式矫直机的发展趋势及其结构特点现代制造技术与装备，2006年第3期394118王秀军，李强，贾志刚斜辊钢管矫直机矫直力计算分析焊管，2002年3月，第27卷第2期2728PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）62PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM附录163附录1外文翻译对于无缝钢管端部弯曲得旋转矫直法的研究KKAWAI,YTATSUKI,HKUDO国立东京大学机械材料工程学院（日本）摘要一种新的矫直理论最近发表出来。这种理论用应用旋转成形方式，通过三个辊子实现对无缝钢管端部弯曲的矫直。在最近进行的试验中，研究者使用了一台由三个轧辊的螺旋轧机。预先压弯的铝材管子在各种工作状态下被矫直。通过试验发现，节距和公称半径减小量是决定能够达到一定的矫直率的重要因素，并且还存在一个相对于各种矫直率的最小轧辊长度。管材样品的弯曲在最佳工作状态下可以达到90的矫直率。同时，通过本实验也发现，存在一个相对于一个特定的矫直率的最大节距，并且，轴线咬入率可以在实际中任意选择。关键词矫直旋转成形金属成形无缝钢管正文第一节简介旋转成形是一种使圆棒和金属钢坯成为各种不同外形的成形方法。它通过旋转压缩实现的。这一个方法不仅是一种比较流行的制造螺栓、螺杆和机械螺丝的方法，而且它的应用还扩大到了齿轮、钢球、圆环、圆柱体、锥形体、各种轴以及具有对称轮廓的产品制造领域。使圆棒材和毛管旋转成形称为轧制，也就是说，使钢坯和管坏旋转成形称为旋压成形。每一种旋转成形方法都有自己的应用范围和概念特点。进一步说，对于所有的旋转成形来说，有很多共同的优点，现把这些优点归纳如下（1）成形压力是由旋转成形过程中的固定变形产生的。这时，旋转成PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM燕山大学本科生毕业设计（论文）64形设备的刚性要求比传统的锻造设备低。（2）可以达到较高的生产率，实现连续、自动化生产。（3）金属消耗和产品的成本可以降低。（4）由轧制接触决定的工具磨损可以减小，工具寿命延长。（5）能够达到较高的产品表面质量和尺寸精度。（6）在轧制过程中，产品形成纤维组织，提高了产品的强度。（7）冷却液、润滑液可以很容易的流到由成形工具和工件按轧制接触形成的缝隙中。（8）旋转成形设备可以实现低噪音、低振荡的生产。为了使一个金属成为一个对周围环境有益的技术，在生产过程中，我们必须减少金属损耗，能源消耗，噪音和排放到周围环境中的有害物质。旋转成形技术是一种环境友好型技术，因为根据以上对其优点的描述，它满足这些对环境保护的要求。KIUCHI为了能在金属成形领域有效的保护环境，他创造了一种技术。他把它们划分为四类节约能源的技术；改进功能质量和产品寿命的技术；消除对环境有害物质的技术和循环利用资源，提高资源利用率的技术。他强调，节约能源是不可缺少的技术标准。在日本，钢铁制造业的能源消耗大约占国内总消耗的13。同时，释放的二氧化碳百分比和它的能源消耗一样。为了节约能源，在金属制造领域和其它制造过程中提高材料的产出率是很重要的。在本文中，我们提出一种对环境友好的旋转成形过程，利用它来提高钢管制造中的材料产出率。第二节常规的钢管生产诸如象石油用的大直径断面的商品管，主要用无缝钢管轧机制造。图1所示的是典型的无缝钢管的生产过程。坯料在加热炉均匀加热后，经穿孔机穿孔。这时，空心管坏在扩径机作用下，减小壁厚，扩大外径。轧完的管子由均整机将其内外表面抛光，然后由定径机确定其尺寸。PDFCREATEDWITHPDFFACTORYPROTRIALVERSIONWWWPDFFACTORYCOM附录165图1传统的钢管生产工艺流程图在无缝钢管制造过程中存在一个普遍的缺陷，这个缺陷是产品在轧制后不是直的。冷却后，弯曲的管材能被旋转矫直机很有效率的矫直。尽管如此，钢管接近端部的的弯曲不能完全得到矫直。因此，因切头尾而损失的管材经常超过钢管轧制后长度的四分之一。所以发展一种新型的矫直方法，对于矫直管材端部弯曲，减少切头尾的损失，提高钢管制造过程中材料的成品率是很重要的。第三节实验生产在先前，我们提出了一种用三个矫直辊的旋转成形过程的新的矫直方法，用以矫直管材端部的弯曲。为了矫直端部的弯曲，我们使用由YOKAI和KUDO设计的带有三个矫直辊的螺旋矫直机。这台螺旋矫直机包括在同一个垂直面内以相同角度安装的三个矫直辊；一个调整辊缝的螺旋压下装置；用于调