1、书书书辊式校平机的结构形式及设计方法*于震川，李长光（中国电子科技集团公司第 14 研究所， 江苏 南京 210013）摘 要：辊式校平机具有较高的生产效率，在板材校平中，应用最为广泛。这里着重介绍了辊式校平机的结构形式、使用特点、设计计算等。关键词：校正辊；压紧轮；节距；辊子直径；辊数中图分类号： TH12 文献标识码： B 文章编号： 1008 -5300（ 2004） 04 -0028 -04The Design Method and Structure Type of Roller-type Planing DeviceYu Zhen-chuan， LI Chang-guang（ Th
2、e 14th Research Institute of CETC， Nanjing 210013， China）Abstract： Having higher production efficiency， roller-type planing device has been widely used in sheet - met-al planing process. This article primarily introduces the structure type， operation feature as well as design cal-culations of the de
3、vice.Key words： correcting roller； pressing wheel； pitch； roller diameter； number of rollers0 引 言板材的校正方法很多，有压力校正、拉力校正及辊式校正等。其中辊式校平机具有较高的生产效率，几乎完全摆脱了手工劳动，应用最为广泛。板料在多辊校平机的两列交叉排列的辊子之间通过，它的每一部分在超过它的材料屈服点的应力下，得到反复及反方向的多次弯曲，消除了板料上的波状变形，从机器中出来的板料是平的，或在板料全长上只有均匀、轻微的曲度。结合校平机设计中的一些经验和目前校平机的一些结构形式，对其作用和功能作了简单的
4、分析和介绍，期望对大家在设计和使用校平机时能有所鉴借。1 辊式校平机的结构形式1. 1 无支撑开放式校平机如图 1 所示，校平机一般装有 5 9 个大直径的工作辊，其轴端由轴承支撑，一般不带驱动装置。校平机可将板材拉直，并产生二次曲服力。结构特点：结构简单，需要大直径辊轴。由于只有二端支撑，工作时随着挠度的增大，辊轴中心将发生偏斜，使板材边缘产生变形。一般用于校平较厚的板料图 1 无支撑开放式校平机原理图以及宽度不大的卷料。1. 2 有成对导辊且上辊可调的开放式校平机如图 2 所示，该校平机是在图 1 机型上增加了两对导向辊。进料导辊的圆周速度较整形辊的圆周速度低，因此在整形的过程中，板料在导
5、辊和整形辊之间被拉紧，这样会把板料上大的摺纹拉直，出料导辊的圆周速度等于或稍大于整形辊的圆周速度。当整形辊有空滑时，成对的导向辊可以防止其间的板料产生摺纹。图 2 有成对导辊且上辊可调的开放式校平机原理图结构特点：这种校平机的结构形式近于开放式校平机，增加了导向辊，且带有驱动装置，整形辊可沿整形方向调节上辊列倾斜度，因此可大大提高薄板整形的质量。一般用于板厚 4. 5 mm 以下的薄板整形。82电 子 机 械 工 程Electro - Mechanical Engineering2004 年第 20 卷第 4 期2004. Vol. 20 No. 4* 收稿日期： 2004 -01 -121.
6、 3 带支撑的封闭式校平机如图 3 所示，这种校平机工作辊直径较小，间距也小，通常有 11 19 根辊轴（其数量随板材厚度减小而增加），辊轴中央还装有压紧轮，用以防止辊轴的变形。工作辊一般带有驱动。图 3 带支撑的封闭式校平机原理图结构特点：由于工作辊中央有压紧轮支撑，因此可有效地减小工作辊在载荷作用下的偏斜。一般用于板材的横向矫直和较窄板料的厚度校正。由于校正辊的挠度在整个长度上不能控制，因此板材的边缘波状变形和中心变形，导致板材的横向长度产生差异，需通过延长板材中心或边沿，来控制整个横向上板材一致时，其功能就不能支持。1. 4 压紧轮可调的支撑式校平机如图 4 所示，这种校平机是在带支撑的
7、封闭式校平机的基础上发展起来的，是对带支撑校平机性能的改进与补充。较带支撑的校平机而言，它的工作辊直径更小，且拥有 7 11 个可上下独立调整的压紧轮。因此，可有效地控制工作辊长度上的挠度，从而对边缘波状变形和中心变形的板材，可有效地通过适当的挠度调整来延长板材中心和边缘，从而达到控制整个横向板材的一致。图 4 压紧轮可调的支撑式校平机原理图结构特点：由于具有独立支撑且上下可调的压紧轮，因此能有效地控制或消除板材宽度方向不均匀的问题。但由于压紧轮较窄，工作辊直径较小，使它们相互间的压应力较大，极易在工作辊上留下印痕，从而影响板材的表面质量。1. 5 压紧轮可调的五层支撑式校平机如图 5 所示，
8、为了避免压紧轮在工作辊上留下印痕而影响到板材的表面质量，可设计一个与板材宽度等长的中间辊支撑工作辊。中间辊则由压紧轮支撑，这样中间辊的压痕不会传递到工作辊，使板材表面质量得到保证。但这样可能会因工作辊挠度调整的灵活性不够，而不能很好地控制板材的延伸。考虑到实际使用中往往只有一面的表面质量很重要，所以使用如图 5 所示的五层轧辊装置（即板材上面是工作辊、中间辊、压紧轮，下面是工作辊、压紧轮），板材的上表面就不会产生划痕。图 5 压紧轮可调的五层支撑式校平机原理图结构特点：装置是融合了有独立调整压紧轮的校平机和有支撑辊的校平机二种机型特点而设计的，因此它融合了二者的优点，只是结构复杂一些。对于处理
9、横向长度有差别而又对其校平后的某一表面有较高质量要求的板材有较好的功能。2 设计计算确定辊式校平机主要参数的方法很多，这里只简短、概括地说明薄板校平机在实际计算中所采用的方法。2. 1 辊轴的节距、直径和辊数的选择辊轴的节距、直径和辊数是保证板材校平质量的重要条件。是设计校平机的主要参数。在满足校正辊强度的前提下，选用小直径的辊轴，减小节距，增加辊数，可加大板料的拉力，使板料往复变形的次数增加，从而得到较高的校平质量。2. 1. 1 节距根据板料的强度、性能，可取节距值为 65 80。常采用的辊子节距值如表 1 所示。表 1 常用辊子节距表板料厚度 / mm 0. 4 1. 5 0. 6 2.
10、 5 1 4 2 8 4 6 5 20 8 30 12 50辊子节距 T/ mm 50 65 85 125 200 220 300 4002. 1. 2 直径辊子的直径一般等于 0. 9 0. 95 倍辊子节距。在实际应用中用同样的辊子校正厚度和机械性能均不相同的板材时，应当依据校正最硬且断面大的板材的强度条件来选择辊子直径，这样就得允许降低校正较薄板材的校正效果。92第 4 期 于震川，等：辊式校平机的结构形式及设计方法 2. 1. 3 辊 数辊 子 的 根 数 根 据 整 形 所 需 的 质 量 选 择 ， 在 中 等 及厚 板 料 的 校 平 机 中 ， 辊 子 的 根 数 采 用 5
11、11， 而 在 薄 板的 整 形 中 则 为 9 21 根 。当 校 平 机 所 产 生 的 扭 矩 等 于 或 大 于 消 耗 在 矫 直 板材 的 曲 皱 、 再 弯 曲 、 克 服 辊 轴 与 板 的 滚 动 摩 擦 以 及 辊 子轴 颈 的 摩 擦 阻 力 时 ， 即 要 求 ：tmaxn801-2fD-（ 1 - ） d Dn - 2+ 1. 3 =1nep/10式 中 ， = 1 +k060； 0 3 0 ； A3： nep=180， 45#： nep=120； n为 轧 辊 数 ； 热 冷 轧 件 ： f =0. 8； 1=0. 2； = 0. 5；dD=0. 6。2. 2 主
12、要 参 数 的 验 算根 据 使 用 要 求 ， 选 择 了 辊 轴 的 节 距 、 直 径 和 辊 数后 ， 必 须 先 计 算 出 校 正 板 材 所 需 的 扭 矩 、 辊 子 上 的 压力 、 传 动 功 率 等 。 利 用 所 得 的 数 据 ， 验 算 校 正 辊 的 强度 、 选 择 电 机 的 功 率 、 核 算 轴 承 的 寿 命 。 在 确 定 了 主 要参 数 后 ， 再 具 体 地 进 行 设 计 。2. 2. 1 板 材 所 需 的 扭 矩在 校 正 板 材 的 过 程 中 ， 一 部 分 功 率 消 耗 在 塑 性 变形 上 ， 其 中 弹 性 变 形 所 消 耗
13、的 功 率 约 为 塑 性 变 形 的10% 15% 。在 辊 式 校 平 机 中 ， 为 完 成 塑 性 变 形 所 需 要 的 扭 矩按 下 式 确 定 ：M =2TBD4En-12Cpi+1Cpi-( )2式 中 ， B 为 板 材 宽 度 ； 为 板 材 厚 度 ； D 为 辊 子 直 径 ； Cpi为 相 应 辊 子 的 变 形 ； T为 板 材 屈 服 极 限 ； E 为 板 材 弹性 模 量 。2. 2. 2 校 平 机 辊 子 上 的 压 力根 据 弯 曲 板 材 的 外 力 （ 压 力 P） 力 矩 同 内 力 力 矩（ Ms和 M） 的 平 衡 条 件 来 确 定 作 用
14、于 辊 子 上 的 压 力 。弹 性 弯 曲 时 的 内 力 矩 为 ：M=TB26塑 性 弯 曲 时 的 内 力 矩 为 ：Ms= 1. 5M取 前 三 个 辊 子 （ 从 第 二 个 辊 子 开 始 ） 上 的 力 矩 为M2= M3= M4= MS； 后 三 个 辊 子 （ 从 倒 数 第 二 个 辊 子开 始 ） 上 的 力 矩 为 Mn -2= Mn -3= Mn -4= M， 除 第 一 个和 最 后 一 个 辊 子 之 外 ， 其 余 辊 子 上 的 力 矩 取 中 间 值 。P1=2Mst， P2=6MstP3=8MstPn=2Mt， Pn-1=6MtPn-2=8Mt中 间 辊
15、 子 上 的 压 力 取 P3和 Pn -2的 平 均 值 ， 作 用于 所 有 辊 子 上 的 压 力 总 和 （ 当 n 6 时 ） 为 ：p =5TB23t（ n - 2）式 中 ， T为 板 材 屈 服 极 限 ； B 为 板 材 宽 度 ； 为 板 材 厚度 ； t 为 辊 子 节 距 ； n 为 辊 子 数 。2. 2. 3 传 动 功 率 的 确 定N = 19. 6vD（ M1+ M2+ M3）式 中 ， v 为 板 材 的 运 动 速 度 ； B 为 板 材 宽 度 ； M1为 校 正力 矩 ； M2为 板 材 对 辊 子 的 滚 动 摩 擦 力 矩 ； M3为 消 耗 于辊
16、 子 支 撑 的 摩 擦 力 矩 ； 为 传 动 效 率 。M1=2TBD4En-12Cpi+1Cpi-( )2M2= Pd2M3= pfd2式 中 ， 为 辊 子 对 板 材 的 滚 动 摩 擦 系 数 ； d 为 轴 承 处 辊径 的 直 径 ； f 为 辊 子 轴 径 对 轴 承 的 磨 擦 系 数 （ 滑 动 轴 承取 f = 0. 1 ） 。2. 2. 4 校 正 辊 强 度 的 验 算各 种 校 平 机 出 入 口 间 隙 的 设 置 方 法 都 类 似 ， 通 常入 口 间 隙 设 得 比 较 小 ， 出 口 间 隙 大 致 达 到 板 材 厚 度 ， 所以 只 要 对 受 力
17、较 大 的 第 二 个 工 作 辊 辊 颈 的 扭 转 和 第 三个 支 承 辊 的 弯 曲 及 轴 承 寿 命 进 行 验 算 。 如 图 6 所 示 。在 同 一 排 上 有 二 个 支 承 辊 时 ， 把 工 作 辊 看 作 一 连续 梁 ， 支 持 在 支 承 辊 辊 身 二 端 的 四 个 点 上 ， 支 承 辊 每 个支 点 上 的 反 力 等 于 集 中 力 。R = 0. 45TB2t03 电 子 机 械 工 程 第 20 卷图 6 进出口间隙示意图根据此力计算辊子最危险断面上的弯矩和验算辊子轴承的寿命。2. 3 辊轴的材料及加工工艺辊轴的质量直接影响到整个校平机的校平质量及使
18、用寿命。很多设计精巧的校平机，就是因为辊轴取材和热处理工艺不当，造成辊轴很快就磨损，致使整机不能使用，所以必须重视辊轴的材料及加工工艺。轴承钢 GCr15 能承受高压而集中的周期性交变负荷，由于存在转动及滑动产生极大磨擦的情况下，有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性，有一定的抗蚀能力，因而常用来作辊轴的材料。较典型的加工工艺如下：锻打等温退火（球化）粗车调质精车中频淬火（淬硬层深 4 5mm）粗磨时效处理（消除内应力）精磨。经这样加工后的辊轴具有较高的强度，其表面硬度 为 HRC61 63，采用中频淬火，使淬硬层为 4 5mm，远比高频淬火深，以利于辊轴轧毛后磨光继
19、续使用。经时效处理后，消除了内应力，使轴辊不易变形。3 结束语对目前广为使用的几种校平机的结构形式及其特点进行了分析和比较，并对其设计方法进行了介绍。这里只介绍了机械结构部分，而对于一些薄板进行校平时，如何对工作辊挠度调整的自动跟踪和自动测量；如何自动调整板材在校平机中的偏移等，希望以后与大家共同探讨。参考文献： 1 张展 . 非标准设备设计手册 M . 北京：兵器工业出版社， 1994. 2 马九荣 . 机械工程手册 M . 北京：机械工业出版社，1997. 3 成大先 . 机械设计手册 M . 北京：化学工业出版社，1993.作者简介：于震川（ 1947 - ），男，高级工程师，主要从事电
20、子设备的结构设计及工艺研究工作；李长光（ 1942 - ），男，高级工程师（研究员级），主要从事电子设备的结构工艺设计研究及科研管理工作*。（上接第 27 页）以上述测向天线为例，为了进一步减小测向天线各平面的 RCS 值，需在各平面上涂覆 RAM，这里选用宽带吸波材料 WAJ -5，这是一种胶板式的宽带 RAM，厚度 5 mm，可以通过裁减成不同形状以满足各平面的需要，通过粘接与平面紧密结合。在宽带吸波材料的粘接中，还需注意以下几点：（ 1）需注意粘接工艺（采用典型工艺），必须保证粘接的可靠性；（ 2）粘接过程中，接缝的粘接有较高的要求，须按图 9 所示要求粘接；（ 3）粘接接缝须做封边处理
21、（特制封边腻子和封边胶），且须修平整。图 9 吸波材料粘接要求3 结束语在舰船桅区电子设备的结构设计中，隐身问题是一个系统问题，必须和整条舰船的隐身问题一起考虑，只有在这基础上才能综合考虑外形隐身技术和雷达吸波材料隐身技术的应用。参考文献： 1 阮颖铮 . 雷达截面与隐身技术 M . 北京：国防工业出版社， 1998. 2 张凌江 . 舰艇隐身技术与当年的原子弹具有类似的意义 N . 解放军报， 2003 -04 -23. 3 阮颖铮，译 . 雷达截面 M . 北京：电子工业出版社，1988.作者简介：卢斌（ 1969 - ），男，主要从事电子对抗系统的结构设计，项目主持结构设计师。13第 4 期 于震川，等：辊式校平机的结构形式及设计方法
