1、 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 I 页十一辊中板矫正机设计摘要随着生产技术的进步和现代化改造的实施，中厚板生产向着高效化、高质量的方向发展，对厚度在 460 mm 的常规产品，各生产单位均采用了线上的多辊矫正设备，为了满足日益提高的板形、板面质量要求，多辊矫正设备得到了进一步的发展。因此，我对矫正机进行相应的设计，以降低成本，提高效率、产量和质量来满足生产及客户的要求。本篇论文中，首先论述了矫正机的背景与发展状况，以及未来的发展趋势，并根据当前实际情况，考虑经济性和效率性等相关因素，对相关设备做了合理选用；然后对本次设计的中厚板矫正机进行了相应的设计。该矫正机用于中厚板生产线，为四重十一辊矫
2、正，采用机械压下，机架为预应力机架。在设计计算中，首先，确定了主传动系统的结构参数，并根据矫正力、矫正力矩和主电机功率及工作特点选择主传动系统的电机类型和型号；其次，确定了压下系统的结构参数，并根据驱动压下螺丝的驱动力矩和电机功率选择压下电机的类型和型号；再次，对压下系统蜗轮蜗杆减速机进行了设计与校核；再次，对工作辊的强度和轴承的寿命进行了相应的校核；最后，讨论了润滑方式以及设备环保经济可行性分析等内容。关键词：中板矫正机；主传动系统；压下系统；矫正辊辽宁科技大学本科生毕业论文 第 II 页The Design of the Eleven Roll Plate Straightening Ma
3、chineAbstractWith the development of technology and the implement of Modernization, production of plate straightening moves towards efficient and high quality direction. For thikness of 460mm conventional Products, every production department adopts Multi-roll correction equipment. In order to meet
4、the requirements of ever-inceasing plate types and quality of boards, the multi-roll correction equipment gets improved. Now we are studying and designing the straightening machine to reduce costs and improve efficiency, output and quality, meeting the requirements of production and our customers.In
5、 this thesis. Background, deveopment 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 reasonablely and then have a corresponding design of the plate straighteni
6、ng machine. This straightening machine is used in plate straightening machine production line, choosing reversible straightening for 11 four-roll and with mechanical pressure and prestressed rack. In the design of calculating, firstly make sure the main drive system and according to the straightenin
7、g force, correct torque, the main motor power and work characteristics, we choose types and models for the main drive system; then plan and check the reduction worm reducer system; next check the intensity of work roll and life-span of bearing; lastly, make sure ways of lubrication as well as econom
8、ic feasibility analysis of equipment.Key words: Plate straightening machine；Main drive system；Pressure system；Straightening roller辽宁科技大学本科生毕业论文 第 III 页目录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 矫正机的发展趋势.11.2 矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数 .21.3 矫正机的类型、特点、结构组成 .21.4 矫直机的工作原理.52 总体方案设计 .62.1 矫正方案 .62.1.1 小变形矫直方案 .62.1.2 大变形矫直
9、方案 .62.2 矫正工艺 .62.3 矫正机的主传动系统 .72.3.1 机座形式 .72.3.2 主传动装置组成和作用 .82.4 压下机构组成和作用 .92.4.1 蜗轮蜗杆减速机 .112.4.2 压下螺丝和压下螺母.112.4.3 离合器 .113 十一辊中板矫正机力能参数计算 .123.1 原始数据 .123.2 辊式矫正机基本参数确定 .123.2.1 辊径与辊距的确定 .123.2.2 辊身长度的确定 .143.2.3 矫正辊辊颈尺寸的确定 .143.2.4 矫正辊传动端的尺寸.153.3 辊式矫正机力能参数的计算 .153.3.1 作用在矫正辊上的压力（矫正力） .153.3
10、.2 作用在矫正辊上的矫正扭矩 .193.4 辊式矫正机主电机的选择 .203.4.1 矫正功率的确定 .203.4.2 选择电动机 .214 主要零件的强度校核 .224.1 矫直辊强度校核 .224.1.1 第三辊的传动力矩 .22辽宁科技大学本科生毕业论文 第 IV 页4.1.2 第三辊上弯曲力矩和支反力的确定 .234.1.3 第三矫正辊强度校核.284.2 工作辊轴承校核 .295 低速级齿轮设计 .316 轴的设计与校核 .376.1 轴的结构设计 .376.2 轴的强度校核 .386.3 精确校核轴的疲劳强度 .397 润滑方式的选择 .417.1 辊系的润滑 .417.2 压下
11、蜗轮蜗杆的润滑 .417.2.1 润滑油的选择 .427.2.2 润滑油给油方法及油量 .427.3 压下螺丝螺母的润滑 .427.4 齿轮减速器中齿轮的润滑 .438 设备的环保、可靠性和经济可行性分析 .448.1 设备的环保性分析.448.2 设备的可靠性 .448.3 设备的经济性分析.46结论 .48致谢 .49参考文献 .50辽宁科技大学本科生毕业论文 第 1 页1 绪论1.1 矫正机的发展趋势中厚板生产线在线的辊式矫直机以热矫直机数量最多，总的趋势是一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是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
12、线过程计算机进行全自动操作；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；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；上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支撑辊，以消除钢板的单侧或者双侧边滚；下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷；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；上、下矫直辊和支撑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；矫直机入口处装有水或压力空气，以消除残留的氧化铁皮；在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢板的上翘；为了避免矫直辊辊面的潜伤，辊面应
13、具有一定的硬度，对四重辊式矫直机必须保证工作辊和支撑辊的辊面硬度有一个差值；在矫直机结构设计方面，正在向精密化，大型化发展，并正在加速结构更新的进度，老设备将逐步被淘汰和改造。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 3-1-3 矫直机，大型二辊矫直机、滚动模转毂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、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、等曲率朔性区长
14、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，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，形成我国的矫直理论体系。并让它更好地为我国社会主义四化建设服务。辽宁科技大学本科生毕业论文 第 2 页1.2 矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数中板矫正机生产的主要产品除了一些常见产品外，主要还生产建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。该矫直机的技术参数主要有：工作方式，压下方式，可倾斜调整，传动矫正辊数，矫正辊直径，矫正辊辊矩，
15、矫正辊辊身长度，矫正辊数量，中间辊辊数，中问辊直径，中间辊辊矩，支承辊辊径，支承辊排数，矫正辊辊面标高，上辊系的倾动，向倾斜调整，矫正辊传动方式，压下平衡机构，采用弹簧平衡等。工艺要求：针对矫正机的要求提高，矫直机的主电机要由以前的一台电机改为两台，而减速机内部还是 3 根轴，中间有一共用轴，2 台电机通过它连接起来，保证了两台电机的速度始终达到一致。在速度一致的情况下，还要两台电机达到转矩分配，即要求两台电机转矩一致，这就需要两台电机实现主从控制主从应用中，主传动是典型的速度控制，从传动是速度或转矩控制。1.3 矫正机的类型、特点、结构组成轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往
16、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（如工字钢等）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（波浪形） 、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，轧件需要在矫正机上进行矫正。根据结构特点，矫正机可以分为压力矫正机、辊式矫正机、管棒材矫正机、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。（1）压力矫正机 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正。这种矫正机用来矫正大型钢梁、钢轨和大直径（大于 mm）钢管或用作302辊式矫正机的补充矫正。压力矫正机的主要缺点是生产率低且操作较繁重。压力矫正
17、机有立式和卧式两种。（2）板、带材和型钢用的辊式矫正机 在辊式矫正机上轧件多次通过交错排列的转动着的辊子，利用多次反复弯曲而得到矫正。辊式矫正机生产率高且易于实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛应用。板、带材和型钢用的辊式矫正机的类型很多，如上辊单独调整辊式矫正机、上辊整辽宁科技大学本科生毕业论文 第 3 页体平行调整辊式矫正机、上辊整体倾斜调整辊式矫正机、上辊局部倾斜调整辊式矫正机等。上辊单独调整辊式矫正机的上排每个工作辊可单独调整，这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫正机。上辊整体平行调整辊式矫正机的上工作辊可整排平行调整。通常，出、入口的
18、两个上工作辊（可称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫正质量。这种矫正机广泛用来矫正 mm 以上的中厚板。上辊整体倾斜调整辊式矫正机的上工作辊可124以整排倾斜调整，这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫正时的变形特点。它广泛用来矫正 mm 以下的薄板。上辊局部倾斜调整辊式矫正机的上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫正机。这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫正薄板。（3）管材、棒材矫正机 管、棒材矫正的原理也是利用多次反复弯曲轧件使轧件矫正。例如斜辊式矫正机、 “313“型辊式矫正机、偏心轴式矫正机等。斜辊式矫正机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的
19、形状。两排工作辊轴线相互交叉。管棒材在矫正时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状。 “313“型辊式矫正机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫正管、棒材时，效果很好。偏心轴式矫正机，用来矫正薄壁管。（4）拉伸矫正机 也称张力矫正机，主要用于矫正厚度小于 mm 的薄钢板和有6.0色金属板材。通常，辊式板带材矫正机只能有效地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。这时需采用拉伸矫正方法。拉伸
20、矫正的主要特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，从而将轧件矫平。例如矫正单张板材的钳式拉伸矫正机和连续拉伸机组。钳式拉伸矫正机生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗较大；连续拉伸机组由两个张力辊组组成,拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生，这种矫正机主要用于有色金属。（5）拉伸弯曲矫正机组 随着工业的发展，对高强度极薄带材的需要量日益增加，同时，对板材平直度的要求也逐年提高。辊式矫正机由于其结构和矫正工艺的局限性，辽宁科技大学本科生毕业论文 第 4 页几乎无法矫正高强度合金钢带材的三维形状缺陷（边缘浪形和中间瓢曲等） 。矫正带材的三维形状缺陷时，应使带材产生塑
21、性延伸。若用连续拉伸机组矫正合金钢带材，会出现下列问题：1）连续拉伸矫正时，需要使带材产生超过材料屈服限的应力，对较厚较宽的合金钢带材，必须施加很大的张力，这要消耗很大的能量；2）矫正脆性材料（屈服限和强度限很接近的材料）时，容易断带，这会造成设备事故。为解决上述问题，研制了拉伸弯曲矫正机组。拉伸弯曲矫正机组有很多种布置型式，但最基本的型式是在两组张力辊间装有分开布置的、数量较少的弯曲辊和矫正辊。在张力作用下的带材，经过弯曲辊剧烈弯曲时，产生弹朔性延伸，三维形状缺陷被消除，然后再经过矫平辊将残余曲率矫平。拉伸弯曲矫正工艺的矫正原理与拉伸矫正机及辊式矫正机的矫正原理都不相同，它在拉伸带材时所使用
22、的张应力仅是材料屈服限的 ，这就克服了连续拉伸机组矫正103工艺的缺点。拉伸弯曲矫正机组有下列特点：1）退火后的带钢经过拉伸弯曲矫正后，机械性能有明显改善，某些性能的改善超过冷平整的效果。2）能消除带材的瓢曲、边缘浪形和镰刀弯等三维形状缺陷。3）弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊，没有驱动装置，因而可与带材同步运动，不会因打滑而擦伤带材表面。4）与辊式矫正机相比，其结构简单，重量轻，维修方便，操作容易。5）适用于几乎所有的带材加工作业线和各种金属材料（从屈服限为 的铁镍合金到铝合金和黄铜等。 ）在拉伸弯曲矫正机组上矫0.5%1.正的带材最大厚度已达到 mm，最大宽度达 mm，矫正速度 mm，最高可达
23、03070m/min。6）矫正机组的矫正厚度范围广，例如从 mm 或从 mm 的带材可10 3.61在同一设备中矫正。7）可在酸洗机组中作为机械破鳞装置。采用 的延伸.5%.率，对氧化铁皮结合牢固的带材，也可取得良好破鳞效果，从而能降低酸液消耗并显著提高机组速度。8）用于镀锌机组，可使锌花更细致，镀层更均匀。9）与张力矫正机相比，拉伸弯曲机组中带材的张应力小得多，不会断带，也不影响带材质量。但是，应该指出，拉伸弯曲矫正机只能矫正连续带材，不能矫正单张板材，因而尚无法代替矫平单张钢板的夹钳式拉伸矫正机。目前，拉伸弯曲矫正机组已在冷轧带材的连续生产作业线中得到广泛的应用。辽宁科技大学本科生毕业论文
24、 第 5 页1.4 矫直机的工作原理在轧制产品中，除一些大断面轧件具有单值原始曲率的形状缺陷外，多数轧件上的形状缺陷其原始曲率的数值和方向均是不定的。对这类轧件的矫正，大多是先采用交变弯曲变形以消除其原始曲率的不均匀度，再逐渐将轧件矫平。轧件上不同方向、不同数值的原始曲率，经过同一个反弯曲率的弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特性。这是由轧件曲率方程的非线性变化规律决定的，可称之为残余曲率差值的收敛特性。有加工硬化材料的轧件，其残余曲率差值也具有这种收敛特性，只是收敛的幅度要小些。正是轧件这一特性，使得轧件经多次交变的弹塑性弯曲后，其残余曲率逐渐趋向一致，形成单值原始曲率，进而矫平。辊式矫正
25、机就是利用这一原理矫平轧件的。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页2 总体方案设计2.1 矫正方案按照每个矫直辊使钢板产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法,矫直方案可分为小变形矫正方案、大变形矫正方案。 2.1.1 小变形矫直方案 该方案的矫直原则是:矫直反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)使之变平。 它的主要优点是,轧件的总变形曲率小,矫正轧件时所需要的能量也也少。2.1.2 大变形矫直方案 这是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯以消除其原始曲率的不均匀度,形成单值曲率，然后按照矫正单值曲率轧件的矫正方法加以矫正的方案。 采用大变形矫正
26、方案，可用较少的辊子获得较好的矫正质量。但若过分的加大轧件的变形程度。则会增加轧件内部的残余应力，影响产品的质量，增大矫正机的能量消耗。综上所述本次设计采用小变形矫正方案，因主要是单值曲率的板材，且所需功率小，残余应力小，故采用小变形矫正方案。 2.2 矫正工艺矫正机的矫正工艺与矫正机的类型和上矫直辊的调整方式有密切的关系，以下是上排工作辊的调整方式的四种矫正工艺。 1.上排工作辊单独调整的矫正机:在这种矫正机上，第2、3辊按照大变形矫正法确定其压下量，将轧件剧烈弯曲，第四辊的压下量适当控制，使残余应力值减小，后面各辊按小变形矫正法调整压下量，将轧件逐渐矫平，一般适合型钢矫正。 2.上排工作辊整体平行调整的矫直机:这种矫直机除第1和最后一个辊子外，其余各辊的压下量是相同的，使轧件多次反复剧烈弯曲，形成单值残余曲率，最后一个辊能够
