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1、第I页2600mm 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，为四重十一辊矫正，采用机械压下，机架为预
2、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；矫正辊第II页The Design of the 2600mm Plate Straightening MachineAbstractWith the development
3、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 the requirements of ever-inceasing
4、 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 this thesis. Background, deveopme
5、nt 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 straightening machine. This straightening mac
6、hine 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 straightening force, correct torque, the main
7、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 economic feasibility analysis of equipme
8、nt.Key words: Plate straightening machine；Main drive system；Pressure system；Straightening roller第III页目录摘要.IABSTRACT.II1 绪论.11.1 选题的背景和目的 .11.2 中厚板矫正机的分类 .11.2.1 热矫正机.11.2.2 冷矫正机.21.2.3 热处理矫正机.21.2.4 压平机.21.3 2600MM中板矫正机的主要产品和设备主要参数 .21.3.1 主要产品.21.3.2 设备主要参数.31.4 2600MM中板矫正机的主要结构特点 .31.4.1 主传动系统.31.
9、4.2 机架.41.4.3 辊系.41.4.4 压下装置.51.4.5 活动横梁.51.5 辊式矫正机的发展趋势 .52 总体方案设计.72.1 主传动系统 .72.1.1 电机.72.1.2 联轴器.82.1.3 齿轮减速箱.82.1.4 分配箱.92.1.5 安全万向接轴.9第IV页2.2 压下系统 .92.2.1 蜗轮蜗杆减速机.102.2.2 压下螺丝和压下螺母.112.2.3 离合器.112.3 矫正辊 .112.4 机架 .123 矫正机的基本参数.133.1 原始数据 .133.2 矫正机主传动系统基本参数 .133.3 矫正机主传动系统力能参数 .153.4 矫正机压下机构基本
10、参数 .203.4.1 压下螺丝基本参数.203.4.2 压下螺母的基本参数.203.5 矫正机压下机构力能参数 .224 蜗轮与蜗杆的设计.264.1 蜗轮的设计 .264.2 蜗轮的校核 .294.3 蜗杆传动的热平衡计算 .305 主要零件的强度校核.325.1 工作辊的校核 .325.1.1 第三辊的压力和传动力矩.325.1.2 第三辊的弯曲力矩和支反力.335.1.3 第三矫正辊强度.385.2 工作辊轴承的校核 .396 润滑方式的选择.416.1 辊系的润滑 .416.2 压下蜗轮蜗杆的润滑 .416.2.1 润滑油的选择.42第V页6.2.2 润滑油给油方法及油量.426.3
11、 压下螺丝螺母的润滑 .426.4 齿轮减速器中齿轮的润滑 .437 设备的环保、可靠性和经济可行性分析.447.1 设备的环保性分析 .447.2 设备的可靠性 .447.3 设备的经济性分析 .46结论.48致谢.49参考文献.50 第1页1 绪论1.1 选题的背景和目的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)和位伸弯曲矫正机等几种类型。轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。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)
12、，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。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，对常规产品厚度在 460 mm 厚度的情况，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。在这个背景下，我选择了 2600mm 中板矫正机为设计题目。其目的是通过中板矫正机的设计，了解辊式矫正机的特点，矫正机的类型和发展趋势，通过现场调研了解中板矫正机在生产中出现的问题，通过局部改进使其进一步完善，通过方案的选择掌握单体设备总体方案中的作用。对矫正方案及矫正工艺的确定
13、；对机座形式、主传动机构组成和作用、压下机构组成和作用、矫正辊的结构特点及轴承形式等的了解。从而提高了自己的综合分析能力。对矫正机结构参数的确定、矫正机主传动系统力能参数的计算、压下机构力能参数的计算、主要零件的强度计算，进而提高了设计能力和计算能力。通过综合知识的运用，完成工程师的基本训练，理论结合实际，提高分析问题解决问题的能力，同时掌握了查阅文献、收集资料和专业外文翻译的方法，为将来走向工作岗位打好坚实的基础。1.2 中厚板矫正机的分类中厚板矫正机可分为热矫正机、冷矫正机、热处理矫正机及压平机等四种。按其功能和结构特点分别介绍。1.2.1 热矫正机热矫正机装在轧机后面，将轧成后热钢板经空
14、冷、后快冷、或淋水降温后进行矫 第2页正，矫正板温一般在 600以上，750以下，而快冷后可达 450。矫正后板温过高时，冷却中仍会产生瓢曲变形现象。过低的话，矫正力明显增大矫正机距轧机一般达7080m 以上，中间设置有淋水装置，以调节板温。型式采用四重辊，辊数为 715 个，一般用 911 个，太多时使矫正机庞大。二重式的横向刚度太差，早以不采用。钢板矫正时串过矫正辊之间经多次反复进行弯曲变形，以消除瓢曲，同时要达到钢板残余应力非常小，内外分布均匀的目标。1.2.2 冷矫正机冷矫正机用于热矫未矫平直或热矫后产生不平直的个别钢板。在冷态下进行矫正，矫正力比热矫正大。型式与热矫正机基本形同，但辊
15、数比热矫正机少 2 根以上。布置一般在剪切机或热处理线后面，不会直接影响到轧机生产，矫速比热较低，一般为 2060m/min，最低达 10m/min，最高达 90m/min。1.2.3 热处理矫正机 热处理矫正机设在正火或回火热处理处理线后，矫正热处理后不平直的钢板，对象是冷状态下矫正，因而采用冷矫正机，但也用于热处理加热后钢板，故称为热处理矫正机。其基本结构与冷矫正机相同，如果只作为热处理板矫正用，矫正能力就不需要太大，考虑铁皮硬与无水冷措施、矫正辊材质硬度略比热矫高一点，因此，也有采用冷热两用矫正机型式。但热处理后钢板不会出现翘头的问题，因而不需要压头辊装置，也可免去快速换辊措施。1.2.
16、4 压平机厚度大于 30mm 或头尾端局部弯曲的钢板，冷矫正机矫正很困难的情况，一般都单独布置，结构多采用油压式。1.3 2600mm 中板矫正机的主要产品和设备主要参数1.3.1 主要产品该矫正机的产品主要有普通的低合金板、低压容器板、锅炉板、普碳板、桥梁板、高强度船板、高压容器板耐侯板、工程机械及管材用板等。 第3页如按用途可分为结构,包容及特殊第三类。(1)结构类：包括船舰，建筑，工程机械，桥梁及采油平台等；(2)包容类：包括锅炉，容器，管线及罐等；(3)特殊用途类：包括坦克，防弹板，复合板，不锈板及工具模具等。1.3.2 设备主要参数（1）矫正机型式:四重十一辊式（2）最大矫正力:22
17、000 KN（3）压下方式:机械压下（4）设备总重:291 吨1.4 2600mm 中板矫正机的主要结构特点 图 1.1 是 2600mm 中板矫正机，它主要由以下几部分组成：主传动系统、机架、辊系、压下装置、活动横梁等。1主传动系统 2机架 3辊系 4压下装置 5活动横梁图 1.1 2600中板矫正机mm1.4.1 主传动系统主传动装置由两台交流变频电机、联轴器、齿轮减速箱、安全联轴器、分配箱、十一根安全万向接轴等组成。 第4页减速箱的齿轮为中硬齿面，分配箱的齿轮为硬齿面。齿面润滑采用稀油循环润滑。为了让矫正辊轴头能准确方便的插入万向接轴，矫正辊端部和万向接轴头部采用内外渐开线花键连接的结构
18、形式。接轴采用十字型安全万向接轴，接轴的一端与矫正辊传动端相连，另一端与分配箱相连。1.4.2 机架机架采用预应力框架焊接结构。由两个上横梁、两个中间框架、底座、四根预紧螺杆、八个螺母（四个液压螺母）组成。机架的装配是通过超高压油泵给压力油，使四个拉紧螺杆受拉产生伸长，通过垫片填充液压螺母与上部横梁之间的空隙，从而实现机架的组装和预紧。立柱及机架断面与 3500mm 矫正机接近。1.4.3 辊系1、工作辊装置上下工作辊装置是进行板材矫正的主要部件，上下工作辊交错排列，上工作辊轴承座固定在上活动箱体上。下工作辊的轴承座固定在机架窗口的下活动箱体上。工作辊材质为 4Cr5MoSiV1，辊身表面硬度
19、 HRC56,辊面具有硬度高、良好的耐磨性等特点，并且加工精度和表面光洁度高，提高了被矫钢板的表面质量。轴承采用调心滚子轴承（SKF、FAG） 。工作辊为内部通水冷却，上、下工作辊及前后导辊采用中空通冷却水冷却（内冷方式） 。上工作辊的工作行程通过高精度的位移传感器显示，传感器的升降位移量可在操作台数字显示，显示精度为0.01mm，并具有断电记忆功能。边辊调整装置布置在下排矫正辊两端的边辊下面，由液压马达、同步轴、螺旋千斤顶组成，通过边辊调整装置可以实现边辊的单独垂直调整，边辊调整量通过编码器传到操作台显示，具有上下极限限位开关。2、上下支承辊除两根边辊设有二根支承辊外，其余九根矫正辊每根辊下
20、面（上面）均设有四根支承辊；并通过错位板，使支承辊轴线与矫正辊轴线错位 30mm，呈交错布置形式。支承辊辊身表面硬度 HRC48，支承辊轴承采用高承载能力的调心滚子轴承 第5页（SKF） ，轴承润滑采用油气润滑。1.4.4 压下装置压下部分装在横梁上部，由交流变频电机通过减速机减速，带动 4 个压下丝杠转动使活动横梁沿机架内侧的滑板上下移动，同步轴采用离合器实现单独调整，可根据板材厚度、宽度、材料及原始曲率调整其开口度大小，压下工作行程-15+80mm。压下丝杠材质为合金钢,上部为渐开线花键导向，下部是轧钢机用锯齿形螺纹，承受矫正力和实现辊系的上下移动，下端部是球面结构，它可实现矫正辊系的前后
21、倾动功能，同时下部装有起安全保护作用的液压垫，当操作者发生误操作或矫正力过大时，矫正过程中发生卡钢现象时，用以使活动梁及上辊系快速抬起，工作辊的开口度增大，对设备起到保护作用，同时油压传感器用来检测矫正过程中矫正力的大小。 为了避免矫正时的冲击，压下装置中装有液压平衡机构，用以平衡上辊系及活动横梁的全部重量，消除压下螺母与丝杠之间的间隙。压下过平衡系数为 1.21.4。压下丝杠顶部装有四个高精度的位移传感器，它可通过 PLC 通讯系统与压下交流变频电机形成位置闭环控制，实现工作辊缝的精确调整，保证钢板的矫正质量。1.4.5 活动横梁 活动横梁为焊接结构件，其上装有平衡液压缸和液压垫，下部装有上
22、活动箱体、上工作辊、上支承辊。整体换辊时把活动横梁与上活动箱体以及下活动箱体与机架的连接（上部连接采用液压弹簧方式，下部定位销）脱开，辊系和上下活动箱体整体由电机传动链条装置拉出设备本体。1.5 辊式矫正机的发展趋势 中厚板生产线在线的辊式矫正机以热矫正机数量为多，总的趋势是以发展大矫正力的强力四重式矫正机为主，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正辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫正辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。 （2）高刚度矫正机机座，可满足大矫正力条件下的使用，变形小，精度高。 （3）为了提高矫正效果，矫正机出口处的上(或下辊)可以单独调整，且在矫正过程也可
23、以进行调整。 第6页 （4）上矫正辊可以横向倾动，能分别调整各段支承辊，以改变矫正辊的挠曲，消除钢的单侧或者双侧边浪。 （5）下矫正辊可以沿矫正方向倾斜以调整矫正辊负荷。 （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正辊。 （7）上、下矫正辊和支承辊分别装在各自的框架上，框架及其辊了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正机使用)。 （8）矫正机入口处装有水或压力空气，以清除残留的氧化铁皮。 （9）在矫正辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢板的上翘; (10) 为了避免矫正辊辊面的滑伤，辊面应具有一定的硬度。对四重辊式矫正
24、机必须保证工作辊和支承辊的辊面硬度有一个差值。随着用户对钢板质量要求的提高，辊式矫正机将向高刚度、大矫正力、针对钢板缺陷的专门功能结构的方向上发展，并尽可能降低线上维护时间，通过自动控制和液压系统的提高来简化制作结构和操作使用。第7页2 总体方案设计2.1 主传动系统图 2.1 是 2600mm 中板矫正机主传动系统图，它的作用是将电动机的运动和力矩传递给矫正辊主传动装置。由两台交流变频电机、联轴器、齿轮减速箱、安全联轴器、分配箱、十一根安全万向接轴等组成。1电机 2联轴器 3齿轮减速箱 4安全联轴器 5分配箱 6万向接轴图 2.1 2600中板矫正机主传动系统mm2.1.1 电机1、交流电机
25、和直流电机直流电机的优点是响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，能承受频繁的冲击性负载。但直流电机也有其缺点，较交流电机相比结构复杂，制造成本高，维护工作量大，使用场合也受到限制。采用交流电机驱动，中间需要一个变速箱，一个齿轮座。采用这传动方式的优点是：设备投资少,配套容易，使用和维护比用直流电机简便，缺点是：传动装置需要增加专门的变速箱，交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等。综合考虑，该矫正机采用交流电动机，为 SIEMENS 变
26、频调速三相异步电动机，该电机是全数字式交流变频矢量控制调速控制系统具有性能好、可靠性高，可以满足第8页各种不同控制功能要求，调速系统具有最佳自优化功能，并提供完备的监控保护和故障自诊断功能，同时还具有方便快捷的网络通讯功能，自动化系统通过网络可以对传动系统进行参数设定和信息交换。 通过确定矫正力,从而来确定电动机的矫正力矩。2、电机台数的确定采用一台电机占地面积小且维修便利,若采用多台电机驱动，则可降低转子的飞轮转矩，减少电机重量,降低电机价格。为了满足矫正要求，该矫正机采用两台电动机带动矫正辊的驱动方式，其中一台带动五辊，另一台带动六辊。2.1.2 联轴器联轴器的种类很多，无弹性元件的挠性联
27、轴器，如十字滑块联轴器、滑块联轴器、齿式联轴器、滚子链联轴器；有弹性元件的挠性联轴器，如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、星形弹性联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器、膜片联轴器。无弹性元件的挠性联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。有弹性元件的挠性联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力，制造弹性元件的材料有非金属和金属两种。非金属有橡胶、塑料等，其特点为质量小，价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强。金属材料制成的弹性元件(主要为各种弹簧)则强度高、尺寸小而寿命较长。根据这些特点，2600mm 中板矫正机在电机
28、和减速机之间，采用两个弹性柱销联轴器,在减速机和齿轮分配箱之间，采用两个齿式联轴器。2.1.3 齿轮减速箱减速机是将电动机较高的转速变成矫正辊所需要的转速,确定减速机的一个重要条件是比较减速机极其摩擦损耗费用是否低于低速电机之间的差价。齿轮减速机可分为圆柱齿轮减速机、大功率齿轮减速机、斜齿轮减速机、平行轴斜齿轮减速机、锥齿轮减速机、圆锥圆柱齿轮减速机等。为了降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，同时降低了负载的惯量。综合考虑，该矫正机主传动系统采用的是两台四级传动齿轮减速机。其中第9页减速机的齿轮为中硬齿面，分配箱的齿轮为硬齿面。齿面润滑采用稀油循环润滑。2.1.4 分配箱 本
29、矫正机齿轮分配箱的作用是将两电机通过减速器传来的转速均匀的分配给十一个矫正工作辊，并且实现上下两排辊的转速方向相反。2.1.5 安全万向接轴万向接轴最主要的作用就是起连接和将齿轮座、减速机、电动机的运动和力矩传递给矫正辊。滑块式万向接轴是由轧辊端扁头、带叉头的接轴、传动端扁头、衬瓦以及中间具有方形或圆形的销轴组成。它能传递的扭矩范围较大，一般为 503000。KN m十字轴式万向联轴器，由两个叉形接头，一个中间联接件和轴销(包括销套及铆钉)所组成；轴销与互相垂直配置井分别把两个叉形接头与中间件联接起来。这样，就构成了一个可动的联接。该矫正机采用十字型安全万向接轴，接轴的一端与矫正辊传动端相连，
30、另一端与分配箱相连。为了让矫正辊轴头能准确方便的插入万向接轴，矫正辊端部和万向接轴头部采用内外渐开线花键连接的结构形式。2.2 压下系统图 2.2 是 2600mm 中板矫正机压下系统简图，它的作用是实现对上辊的调整，以控制矫正的辊缝，达到良好的板材质量。常用的是上辊调整装置，由交流变频电机、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、压下螺丝和压下螺母、传动侧与被动侧由中间浮动轴联接，浮动轴端装有电磁离合器等组成。交流变频电机通过减速机减速，带动 4 个压下丝杠转动使活动横梁沿机架内侧的滑板上下移动，同步轴采用离合器实现单独调整，可根据板材厚度、宽度、材料及原始曲率调整其开口度大小，压下工作行程-15+80
31、mm。压下丝杠材质为合金钢,上部为渐开线花键导向，下部是轧钢机用锯齿形螺纹，承受矫正力和实现辊系的上下移动，下端部是球面结构，它可实现矫正辊系的前后倾动功能，同时下部装有起安全保护作用的液压垫，当操作者发生误操作或矫正力过大时，矫正过程中发生卡钢现象时，用以使活动梁及上辊系快速抬起，工作辊的开口度增大，对设备起到保护作用，同时油第10页压传感器用来检测矫正过程中矫正力的大小。1电机 2齿轮减速机 3蜗轮蜗杆减速机 4压下螺丝 5电磁离合器图 2.2 2600中板矫正机压下系统mm为了避免矫正时的冲击，压下装置中装有液压平衡机构，用以平衡上辊系及活动横梁的全部重量，消除压下螺母与丝杠之间的间隙。
32、压下过平衡系数为 1.21.4。压下丝杠顶部装有四个高精度的位移传感器，它可通过 PLC 通讯系统与压下交流变频电机形成位置闭环控制，实现工作辊缝的精确调整，保证钢板的矫正质量。2.2.1 蜗轮蜗杆减速机在设计选择压下装置的电动机和减速机配置方案是十分重要的。因为在设计压下机构时，不仅应满足压下的工艺要求，而且还应考虑其他因素，如：电动机，减速机能否布置得开；换辊，检修导卫和处理事故时，吊车吊钩能否进入，设备检修是否方便等。而且，蜗轮蜗杆减速机在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。它的最主要的特点是：一是在传递中，可以改变 90 度第11页方向；二是自锁。
33、所以此矫正机的压下系统采用的是蜗轮蜗杆减速机传动。2.2.2 压下螺丝和压下螺母压下螺丝一般由头部，本体和尾部三个部分组成。头部与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调位能力，我们可以把矫正机压下螺丝的端部做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。压下螺母是平整机机座中重量较大的易损零件。我们采用稀油润滑，螺母寿命可以提高1.52 倍。2.2.3 离合器离合器工作原理是主动部分和从动部分借接触面间的摩擦
34、作用，或是用液体作为传动介质(液力偶合器)，或是用磁力传动(电磁离合器)来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。离合器主要有机械式、电磁式、液压式、气动式、离心式、超越式、安全式等类型。本矫正机的压下系统采用的是电磁离合器。2.3 矫正辊2600mm 中板矫正机的矫正辊由工作辊和支承辊构成。上下工作辊装置是进行板材矫正的主要部件，上下工作辊交错排列，上工作辊轴承座固定在上活动箱体上。下工作辊的轴承座固定在机架窗口的下活动箱体上。工作辊材质为 4Cr5MoSiV1，辊身表面硬度 HRC56,辊面具有硬度高、良好的耐磨性等特点，并且加工精度和表面光洁度高
35、，提高了被矫钢板的表面质量。轴承采用调心滚子轴承（SKF、FAG） 。工作辊为内部通水冷却，上、下工作辊及前后导辊采用中空通冷却水冷却（内冷方式） 。 上工作辊的工作行程通过高精度的位移传感器显示，传感器的升降位移量可在操作台数字显示，显示精度为0.01mm，并具有断电记忆功能。 边辊调整装置布置在下排矫直辊两端的边辊下面，由液压马达、同步轴、螺旋千斤顶组成，通过边辊调整装置可以实现边辊的单独垂直调整，边辊调整量通过编码器第12页传到操作台显示，具有上下极限限位开关。上下支承辊除两根边辊设有二根支承辊外，其余九根矫直辊每根辊下面（上面）均设有四根支承辊；并通过错位板，使支承辊轴线与矫直辊轴线错
36、位 30mm，呈交错布置形式。支承辊辊身表面硬度 HRC48，支承辊轴承采用高承载能力的调心滚子轴承（SKF） ，轴承润滑采用油气润滑。2.4 机架2600mm 中板矫正机的机架采用的是预应力机架，机架采用预应力框架焊接结构。由两个上横梁、两个中间框架、底座、四根预紧螺杆、八个螺母（四个液压螺母）组成。机架的装配是通过超高压油泵给压力油，使四个拉紧螺杆受拉产生伸长，通过垫片填充液压螺母与上部横梁之间的空隙，从而实现机架的组装和预紧。立柱及机架断面与 3500mm 矫正机接近。第 13 页3 矫正机的基本参数3.1 原始数据1、矫正钢板参数 （1）钢板厚度：=（630）hmm（2）钢板宽度：=（
37、15002300）bmm（3）钢板材料：65Mn （4）钢板屈服强度：=430MPas2、矫正速度：=0.52.0m/s v3、矫正辊数：上矫正辊=5 下矫正辊=6nnn4、压下速度：=0.11mm/sv压3.2 矫正机主传动系统基本参数矫正机的基本参数包括：辊距 、辊径、辊身长度、辊数和矫正速度 。其tDLnv中最主要的是 与。矫正机基本参数的正确选择对轧件的矫正质量、设备的结构尺寸tD和功率消耗等都有重要的影响。1、辊距 的确定t确定辊距 时，应该既考虑满足最小厚度轧件的矫正质量要求，又考虑满足矫正最t大断面轧件时的矫正辊的强度要求。为此，应分别计算最大允许辊距和最小允许辊maxt距。最后
38、确定的辊距 因是（尽量取小值） ，而且应圆整至矫正机参数系minttminmaxttt 列中的相应数值。（1） 最大允许辊距maxt由文献1，式 11-46 （3.1）minmax3sEht式中 矫正钢板的弹性模量，；E200GPaE 第 14 页 矫正钢板的最小厚度，；minhmin6mmh 的比例系数，有文献1，表 11-4查得；Dt0.9 矫正钢板的屈服强度，。s430MPas将数据代入公式 3.1 得：9max6200 1061033.59mm3 0.9 430 10t（2） 最小允许辊距mint由文献1，式 11-48 （3.2）min0.836sWeEtb式中 断面形状对称轧件的断
39、面系数，；W2max16Wbh 形状系数，由文献1，表 11-2查得；e1.5e 工作辊的弹性模量，；E200GPaE 轧件与辊子的接触宽度；b 的比例关系，由文献1，表 11-4查得；Dt0.9 矫正钢板的屈服强度，；s430MPas 矫正钢板的最小厚度，。maxhmax30mmh将数据代入公式 3.2 得： 29min61301.5 200 1060.836285.07mm0.9 430 10t由上计算可知辊距的取值范围为，当大于 4mm285.07mm1033.59mmt minh时， 值应靠近值来选取，故取，边辊辊距取。tmint300mmt 1375mmt 2、辊径的确定D 由比例关
40、系，则Dt第 15 页 0.9 300270mmDt 取 285mmD 3、辊长的确定L 辊身长度与轧件最大宽度有关，通常Lmaxb max23003002600mmLba 当时，；当时，。max200mmb50mma max200mmb100 300mma 3.3 矫正机主传动系统力能参数1、作用在矫正辊上的矫正力 作用在矫正辊上的矫正力可按照轧件弯曲时所需的力矩来计算。此时，将轧件看成是受很多集中载荷的连续梁，这些集中载荷就是各个辊对轧件的压力。它们在数值上等于轧件对辊子的矫正力。按照图 3.1，各辊子上的力可根据轧件断面的力矩平衡条件求出，即图 3.1 作用在矫正辊上的矫正力第 16 页
41、 （3.3）121223132344345545665677678878998910109101111012221122222222222222221122PMttPMMtttPMMMtPMMMtPMMMtPMMMtPMMMtPMMMtPMMMtPMMtttPMtt式中 矫正辊边辊辊距；1t 矫正辊辊距；t今假设：1）第 2、3、4 辊下的轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩，即sM；2）第 10、9、8 辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩，即234sMMMMwM；3）其余各辊下的弯曲力矩为屈服力矩和塑形弯曲力矩的1098wMMMMwMsM平均值，即。5672swMMMMM将上述三个假设代入公式 3.3，可
42、得出各辊下的矫正力的计算式为第 17 页 （3.4）1112134567891101111222 4281715341351782 4222sssswswswswswwwwPMttttPMtttPMtPMMtPMMtPMMtPMMtPMMtPMtttPMtttPMtt作用在上、下排辊子上的压力总和为 （3.5）111118282iswswtPPMMMMtttt上排辊或下排辊上受的矫正力，如以公式 3.5 的平均值计算，则 （3.6）11411422swswtPPPMMMMtttt下上式中 塑形弯曲力矩，sM ； 2236112.320 10430 10 N m98.9kN m44ssMbh 屈
43、服力矩， wM 。236112.320 10430 10 N m=65.93kN m66wsMbh由公式 3.5 求出总矫正力，为第 18 页111288 0.37598.965.9398.965.930.30.32 0.3750.3iPP19047.47kN由公式 3.6 可求出上排辊和下排辊的矫正力，为 1119047.029523.51kN22PPP下上2、作用在矫正机上的矫正力矩由文献1，式 11-41c (3.7)0max11272kwiDMM enrr式中 矫正辊的直径，；D285mmD 形状系数，由文献1，表 11-2查得；e1.5e 屈服力矩， wM ；236112.320 1
44、0430 10 N m=65.93kN m66wsMbh平均原始曲率，对于钢01r 300min1118.3 10 1 mm22 10 6rr板； 0min10 30rh 矫正辊辊数，；n11n 小变形矫正方案的残余曲率最大值，对于矩形断面轧件，max1ir。649max1430 100.440.441.58 10 1 mm200 106sirEh将数据代入公式 3.7 得 3428565.93 1.58.3 102 11 71.58 102kM150.77kN m第 19 页3、矫正功率的确定由文献1，公式 11-44 （3.8）212kdvNMPfD 式中 矫正力矩，；kMkN m 作用在
45、辊子上的压力总和，；PkN 辊子与轧件的摩擦系数，考虑可能出现较大的滑动摩擦，对于f钢板，；0.0008mf 辊子轴承的摩擦系数，本矫正机用的是滚动轴承，；0.005 矫正辊的直径，；D0.285mD 辊子轴承处直径，；d0.2md 矫正速度，；v0.5m sv 传动效率，。0.7 将数据代入公式 3.8 得0.22 0.51150.77 19047.470.00080.00520.2850.7N 879.86kW此矫正机是由两台电机带动，根据电机的功率由文献2，458 页选用型号为YZP400L3-4 电机，其额定转数,额定功率为，额定电流1489r minen 500kWeN ，额定转矩,
46、重量为。900AeI 3206.8N meM 2690kg矫正辊的转速为 6060 0.516.75r min220.285vnD矫故主传动系统齿轮减速箱的总传动比为148988.916.75enin矫第 20 页3.4 矫正机压下机构基本参数3.4.1 压下螺丝基本参数 压下螺丝的本体带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的螺纹有锯齿形和梯形两种，因矫正机的矫正力不是特别大，故选用锯齿形螺纹。1、压下螺丝的内径确定1d 由文献1，式 4-5 （3.9） 114Pd 式中 作用在单个压下螺丝上的最大矫正力，1P；19523.512380.88kN44PP 压下螺丝许用应力
47、，压下螺丝材料为 35CrMnMo,其强度极限为 。当取安全系数时，许用应力为。685MPas6n 114MPa将数据代入公式 3.9 得 3164 2380.88 10m163.07mm114 10d由文献3，表 4-1-12，初选公称直径的锯齿形螺纹。220mmd 2、压下螺丝螺距 的确定t 由文献4，9495 页可知，按自锁条件要求，则2 30 0.12 0.140.12 0.1422026.4 30.8 mmtd 由文献3，表 4-1-12，选择公称直径，螺距的锯齿形螺纹。220mmd 20mmt 3.4.2 压下螺母的基本参数1、压下螺母高度的确定H第 21 页 当压下螺母材料的许用
48、单位压力时，压下螺母高度可由文 15 20 MPap H献4，式 2-6得 1.2 21.2 2220264 440 mmHd 由上结果可选。590mmH 按挤压强度对其进行校核，由文献4，式 2-5 （3.10） 122142PppZdd 式中 螺纹受力面上的单位挤压应力，；pMPa 轴颈上（压下螺丝上）的最大压力，;1P19523.512380.88kN44PP 压下螺母中的螺纹圈数，；Z59029.520HZt 压下螺丝的螺纹外径，；d220mmd 压下螺丝的螺纹内径，查文献3，表 4-1-12得；1d1185.289mmd 压下螺母与压下螺丝的内径之差，；190 185.2894.71
49、1mm 压下螺母的许用单位压力，压下螺母材料为 ZQAl9-4,其强度极限 p为。当取安全系数时，许用应力为480MPas6n 。 80MPap 将数据代入公式 3.10 得 3224 2380.88 105.88MPa29.5220185.2892 4.711p ，即所选的压下螺母高度满足挤压强度。 ppH2、压下螺母外径的确定D 当压下螺母材料的许用单位压力时，压下螺母外径可由文 60 80 MPap D献4，式 2-8得 1.5 1.81.5 1.8220330 396 mmDd第 22 页 由上结果可选。495mmD 按挤压强度对其进行校核，由文献4，式 2-7 （3.11） 1221
50、4PppDD 式中 压下螺母接触面上的单位应力，；pMPa 压下螺母的最大压力，;1P19523.512380.88kN44PP 压下螺母的外径，；D495mmD 压下螺丝通过机架上横梁孔的直径，；1D1400mmD 压下螺母的许用单位压力，压下螺母材料为 ZQAl9-4,其强度极限 p为。当取安全系数时，许用应力为480MPas6n 。 80MPap 将数据代入公式 3.11 得 3224 2380.88 1035.65MPa495400p ，即所选的压下螺母外径满足挤压强度。 ppD3.5 矫正机压下机构力能参数1、压下螺丝的传动力矩转动压下螺丝所需的静力矩就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推
51、轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩，如图 3.2.由文献4，式 2-9 （3.12） 12MMM式中 止推轴承的阻力矩；1M 螺纹摩擦阻力矩。2M对于实心轴颈，止推轴承阻力矩为1M第 23 页 （3.13）31113dMp 式中 对滚动止推轴颈的摩擦系数 ；110.15作用在一个压下螺丝上的力；1P压下螺丝止推轴颈，。3d3370mmd d3d2M1M2M132P11压下螺丝 2压下螺母 3球面垫图 3.2 压下螺丝受力平衡图螺纹摩擦力矩为2M （3.14）221tan2dMp式中 作用在一个压下螺丝上的力；1P螺纹中径，由文献3，表 4-1-12查得；2d2205mmd 螺纹上的摩擦角，即，
52、为螺纹接触面的摩擦系数，2arctan2一般取，故=；2arctan0.105 4005.67第 24 页 螺纹升角， 为螺距，。t0200.02891.66220td由于此矫正机为不带钢压下，故由文献1，131 页知， （3.15）114PQG 式中 上矫正辊平衡力；Q 被平衡部件（包括矫正辊组件及压下螺丝）的总重，G。55.88 10GN 一般情况下，去平衡力为被平衡重量的倍，即Q1.2 1.4 510.05 0.10.05 0.15.88 10 N294 588 kNPG将数据代入公式 3.12 得 32111tan32ddMpp330.370.2050.15 588 10588 10t
53、an 5.671.663241.86 10 N m2、压下机构电机功率 单个压下螺丝所需功率为 （3.13）9550MnN 式中 单个压下螺丝的传动力矩，；MN m 压下螺丝转速，。n6060 13r mint20vn压 将数据代入公式 3.13 得 41.86 1035.84kW9550N根据矫正机的压下机构传动的布置，可知该矫正机压下螺丝由两个电机带动，一个电机带动两个压下螺丝，因其经过齿轮圆柱减速机和蜗轮蜗杆减速机其传动效率，故可知压下螺丝的传动压下电机的功率为0.96 0.700.672齿轮蜗轮第 25 页 22 5.84=17.39kW0.672NN根据电机的功率由文献2，459 页
54、选用型号为 YTSP180L-4(IC411)电机，其额定转数,额定功率为，额定电流，额定转矩1450r minen 22kWeN 43.7AeI ,重量为，调速范围。140.0N meM 220kg290 1450r min根据文献5，表 15-2-2选择齿轮减速机的型号 ZLY180-6.3-，可知其传动比，初选蜗轮蜗杆减速机的传动比，则压下系统总传动比16.3i 249i 126.3 49308.7ii i而压下系统总传动比的范围为290 145096.67 483.333nin 由此知齿轮减速机的传动比和蜗轮蜗杆减速机的传动比满足条件。第 26 页4 蜗轮与蜗杆的设计4.1 蜗轮的设计
55、1. 选择蜗杆的传动类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）2. 选择蜗轮材料 考虑到蜗杆传递功率不大，旋转速度中等，因此，可选用蜗杆材料为 45#钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮用铸铝铁青铜 ZQAl9-4,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用 45#钢制造。3. 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由参考文献6，式 11-12，传动中心距 （4.1）232EHZ ZaKT（1）确定作用在蜗轮上的转矩2T （4.
56、2） 66212229.55 109.55 10PPTnn 式中 输入蜗杆的功率，；1P1220.9610.56kW2P 蜗轮蜗杆的传动效率，按，估取效率；11z 0.7 蜗轮（压下螺丝）的转数，；2n23minnr 将数据代入公式 4.2 得 67210.56 0.79.55 102.35 10 N mm3T（2）确定载荷系数 K因为压下装置是不“带钢”压下，载荷稳定，故取载荷分布不均匀系数=1。K第 27 页由于载荷分布不均匀、冲击小、启动次数中等、启动载荷较大、所以，根据参考文献6，表 11-5知，选取使用系数。1.15AK 由于转数不高、冲击不大，根据参考文献6，图 10-8知，选取动
57、载荷系数。1.05VK 则载荷系数 （4.3）1.15 1 1.051.21AVKKKK （3）确定弹性影响系数EZ根据蜗轮选用的材料为青铜和钢蜗杆相搭配，故根据参考文献6，表 10-6查得。12160MPaEZ （4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径与中心距之比为，根据文献6，图 11-18中1da10.30da可查得。3.1Z（5）确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸铝铁青铜 ZQAl9-4，由于最大滑行速度，所以根据0.5m ssV 参考文献6，表 11-6查得，蜗轮的许用接触应力。250MPaH（6）计算中心距,将数据代入公式 4.1 得 273160 3.11.21 2.35 102
58、23.69mm250a取中心距，因为传动比，取模数，蜗杆分度圆直径355mma 49i 12mmm 。这时，从参考文献6，图 11-18中可查得接触系数1120mmd 11200.338355da,所以，因此以上计算结果可用。2.95ZZZ4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆主要尺寸参数轴向齿距： 1237.699mmaPm第 28 页直径系数： 10q 齿顶圆直径： *111122aaaddhdh m 1202 1 12 144mm齿根圆直径： *111122ffaddhdh mc m 12021 120.2 12 91.2mm分度圆导程角: 1arctanzq 1arctan10 5
59、.71065 4238蜗杆轴向齿厚： 12asm 1122 18.8496mm（2）蜗轮主要尺寸参数蜗轮齿数： 211 4949zz i 蜗轮分度圆直径： 2212 49588mmdmz蜗轮变位系数： 1222ddaxmm355120588122 12 0.083蜗轮喉圆直径： *2222222 ()aaaddhdm hx 5882 12 (1 0.083) 613.99mm 蜗轮齿根圆直径： *2222222 ()ffaddhdm hxc第 29 页 5882 12 (1 0.0830.2) 561.19mm 蜗轮咽喉母圆半径： 2211355613.9948mm22garad4.2 蜗轮的
60、校核按齿根弯曲疲劳强度校核，由文献6，式 11-13 （4.4）22121.53FFaFKTYYd d m（1）蜗轮当量齿数 22334949.7368coscos 5.7106VZZ（2）齿形系数根据，由参考文献6，图 11-19查得齿形系数20.083x 249.7368VZ 22.34FaY（3）螺旋角影响系数 5.7106110.9592140140Y （4）蜗轮许用弯曲应力 (4.5) FFFNK根据蜗轮材料为 ZQAl9-4，金属模铸造，单侧工作，可从文献6，表 11-8查得蜗轮基本许用应力。90MPaF应力循环次数 626060 1 3 120002.16 10hNjn L 寿命
61、系数6699610100.9182.16 10FNKN则蜗轮的许用弯曲应力为第 30 页 0.918 9082.62MpaFFNFK（5）将数据代入公式 4.4，其齿根弯曲疲劳强度 71.53 1.21 2.35 102.34 0.9592120 588 12F 60.94MPa，所以蜗轮的齿根弯曲疲劳强度是满足的。 FF4.3 蜗杆传动的热平衡计算 蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散出，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量的条件进行热平衡计12算，以保证油温稳定第处于规
62、程的范围内。1、单位时间内的发热量 （4.6） 11000 (1)P 式中 蜗杆传递的功率，；P10.56kWP 蜗杆传动的效率，；0.7 将数据代入公式 4.6 得 11000 10.56 0.77392J S 2、单位时间内的散热量 （4.7）20()daS tt 式中 箱体的表面传热系数，可取，当周围d2o8.15 17.45 W (mC)d空气流通良好时取大值； 内表面能被润滑油所溅到，而外表面又可以为周围空气所冷却的S箱体表面面积，；2m 油的工作温度，一般限制在，最高不应该超过；0to60 70 Co80 C第 31 页 周围空气的温度，常温情况下可取为；ato20 C按热平衡条件
63、，可求得在既定工作条件下的油温为12 0t 01000 (1)adPttS 73922017.45 7.84 oo74.03 C80 C所以蜗杆传动发热量满足要求。第 32 页5 主要零件的强度校核5.1 工作辊的校核 根据第 3 章公式 3.4 可知，第三辊上的压力和矫直力矩最大，故对第三辊进行强度校核。5.1.1 第三辊的压力和传动力矩1、第三辊的压力3P 由第 3 章公式 3.4 知 （5.1）38sPMt 式中 矫正辊辊距，；t300mmt 塑形弯曲力矩，sM ；2236112.320 10430 10 N m98.9kN m44ssMbh 将数据代入公式 5.1 得 363898.9
64、 102.64 10 N0.3P 2、第三辊的传动力矩3TM由文献7，例题 6-2可知，传动力矩 （5.2）333TkfMMM式中 第三辊的矫正力矩；3kM 第三辊的摩擦力矩。3fM由文献7，例题 6-2可知，第三辊的矫正力矩 （5.3）33kkPMMP式中 第三辊压力，；3P32637.33kNP 矫正机的总压力，；P19047.47kNP 第 33 页 作用在矫正机上的矫正力矩，kM150.77kN mkM 将数据代入公式 5.3 得 632637.33150.77kN m20.88 10 N mm19047.47kM由文献7，例题 6-2可知第三辊的摩擦力矩 （5.4）332fdMPf
65、式中 第三辊压力，；3P32637.33kNP 辊子与轧件的摩擦系数，考虑可能出现较大的滑动摩擦，对于钢f板；0.0008mf 辊子轴承的摩擦系数，本矫正机用的是滚动轴承，；0.005 辊子轴承处直径，；d0.2md 将数据代入公式 5.4 得 630.22637.330.00080.005kN m3.43 10 N mm2fM 将数据代入公式 5.2 得 666320.88 103.43 1024.31 10 kN mmTM5.1.2 第三辊的弯曲力矩和支反力图 5.1a 为辊身长度支承辊的配置图，今认为第三辊的压力为均布载荷，单位长3P度上的压力，沿矫正辊辊身长度上有四个支332637.3
66、3kN mm1.15 10 N mm2300Pqb承辊，可认为是一个六支点的连续梁，由此将其简化为力学模型，如图 5.1b 所示。由文献7知，连续梁计算可采用三弯矩方程式，故根据三弯矩方程式，对此连续梁进行分段计算求出各支点的弯曲力矩和支反力。第 34 页a辊身长度支承辊配置 b力学模型图 5.1 矫正辊配置由文献7，式 6-79得三弯矩方程式为 （5.5）111111126nnnnnnnnnnnnnabMlMllMlll 式中 、第、支点的弯矩；1nMnM1nM1nlnl1nl 、第、跨度的长度；nl1nln1n 、第、跨度在外载荷作用下的弯矩图面积；n1nn1n 、弯矩图面积、的重心到支点、的距离。na1nbn1n1n1n1、弯曲力矩（1）01 段和 12 段梁上的作用载荷及其弯矩图如图 5.2 所示，为求出弯矩图面积，需求出最大弯矩。maxM对于 01 段：最大弯矩 （5.6）1max1002lMAl第 35 页 而 2320501111.15 10301221.06 10 N491q lAl 3551101.15 10190 1.06 10 =1.12 10 NAqlAa01
