1000mm立式矫直机辊系设计

1000mm立式矫直机辊系设计

大学本科毕业设计说明书

1000mm立式矫直机辊系设计

1000mm vertical straightening machine roll system design

学院（直属系）：

学 院（系）： 专 业：机械设计制造及其自动化（冶机）学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期：

时间： 2 年 月 0日

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1000mm立式矫直机辊系设计

学 生 姓 名 设计（论文）题目 指 导 教 师 1000mm立式矫直机辊系设计 1. 查阅资料，了解型钢矫直机结构形式； 主要研 究内容 2. 1000mm立式矫直机力能参数计算； 3. 1000mm立式矫直机辊系设计； 4. 1000mm立式矫直机辊系强度刚度计算。 结合国内型钢矫直机资料，运用材料力学、机械设计、轧钢设计、研究方法 轧钢工艺等基础知识和专业知识，对1000mm立式矫直机辊系等进行设计，校核相关零部件。 主要技术指标(或研究目标) 1000mm立式矫直机矫直速度为2.5m/s，辊环直径为950mm，最大矫直力为1200KN，径向调整速度为0.65mm/s，轴向调整范围为±20mm，轴向调整速度为0.45mm/s，最大扭矩为25KN.m。 教研室 意见 教研室主任（专业负责人）签字： 年 月 日 说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。

摘要

本设计是根据中厚水平板矫直机的原理所设计。矫直辊系是整个矫直系统中

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最重要的一个构造部分，它是直接与加工坯料相接处的部分。它的好坏直接影响到加工精度是否符合加工要求。其力学性能直接影响产品的质量、轧制控制系统的精度和轧机的使用寿命。本设计主要研究的是矫直辊、矫直辊的刚度的计算、矫直机的力能参数。以及以上机械性能对整体矫直机的影响。

关键词：矫直机、辊系、力能参数、机械性能

Digest

This design is based on the level of medium thickness plate straightening machine, the principle of the design. Straightening roll system is one of the most

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important in the straightening system structure, which is part of the processing directly with the blank place. It's good or bad will directly affect the machining precision meets the requirements. Its mechanical properties directly affect the quality of the product, the precision of the rolling control system, and the using life of rolling mill. This design mainly is the study of the straightening roller, straightening roll stiffness calculation, can force parameters of the straightening machine. And above mechanical properties on the whole the influence of the straightening machine.

Keywords: straightening machine, roll system, force parameters, the mechanical properties.

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 2 Digest ................................................................................................................................................ 3 第一章绪论....................................................................................................................................... 6

1.1课题背景 ............................................................................................................................ 6 1.2立式矫直机的介绍 ............................................................................................................ 6

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1.3平行辊热矫直机的发展趋势 ............................................................................................ 6 1.4典型型钢矫直机---900型钢矫直机的详细介绍 ........................................................... 7

1.4.1 900矫直机的结构组成及基本参数 .................................................................... 7 1.4.2矫直机基本参数 ...................................................................................................... 7 1.4.3矫直品种及规格 ...................................................................................................... 8 1.4.4矫直机本体 .............................................................................................................. 8 1.4.5联合减速机 .............................................................................................................. 9 1.4.6传动装置 .................................................................................................................. 9 1.4.7横移装置 .................................................................................................................. 9 1.4.8 900矫直机的优点 .............................................................................................. 10 1.5本次设计的重要性 .......................................................................................................... 10 第二章矫直原理 ............................................................................................................................. 11

2.1矫直原理 .......................................................................................................................... 11 2.2弯曲变形与曲率 .............................................................................................................. 13 第三章 矫直原理及矫直机参数设计 ......................................................................................... 16

3.1矫直原理及压下方案 ....................................................................................................... 16

3.1.1辊式矫直机工作原理 ............................................................................................ 16 3.1.2压下方案的分析 .................................................................................................... 18 3.2矫直方案的选择与力能参数计算 ........................................................................... 20 3.2.1矫直方案的选择 .................................................................................................... 20 3.2.2轴承压力 ................................................................................................................ 20 3.2.3轴承的选取与校核 ................................................................................................ 21 3.3轴的校核 ........................................................................................................................... 23

3.3.1辊身弯曲应力校核 ................................................................................................ 23 3.3.2辊颈强度校核 ........................................................................................................ 23 3.3.3轴的变形计算 ........................................................................................................ 24

第四章轴向运动的计算 ................................................................................................................. 27 结论 ................................................................................................................................................ 29 参考文献......................................................................................................................................... 30 致谢 ................................................................................................................................................ 31

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第一章绪论

1.1课题背景

型钢直是型钢生产过程中非常重要的一环，是用来消除型钢经过轧钢机和快速冷却，型钢由于温度和变形的不均匀性，和运输的各种原因，导致轧制后钢通常有一些包和波片的缺陷以满足产品标准和用户要求。钢铁、中厚板矫直机作为一种重要的中厚钢板轧制生产的辅助设备，确定付款，交付的产品质量和高、低下来。特别是钢铁、板生产过程中用于控制轧制控制冷却技术(生产TMCP)后,以满足强劲的高强度钢和钢冷矫直后中板产品和高精度要求的用户，支付，板矫直技术不断提高的作用，从而促进了现代发展理论和矫直矫直技术[1 - 3]。

目前,品种规格和要求的精密压延制品具有较高的增加,促进了矫直机的矫直理论和结构的研究工作,不断的快速发展所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也全不相同[4]。

根据结构的基本形式和矫直机的工作原理可以分为平行辊压力矫直机、矫直机、斜辊矫直机，拉丝机，拉伸弯曲。钢铁、中厚板热矫直机采用平行辊的设计。许多平行结构可以辊矫直机，矫直机，辊数量5卷辊，辊直径20毫米至520毫米。矫直钢板和钢范围(5 - 6)。

1.2立式矫直机的介绍

立式矫直机对型钢、棒、管线材和型钢进行矫直处理的机械设备。通过辊式矫直机矫直机挤压钢平直度的变化。一般有两排矫直辊,数量。也有两辊矫直机,依靠两辊(中间凹,双曲线辊)的角度变化对不同材料与不同直径矫直模型。主要类型的压力矫直机、平衡滚矫直辊矫直机、斜矫直机、旋转弯曲矫直机。

1.3平行辊热矫直机的发展趋势

高性能钢的需要，板，对矫直机的性能要求越来越高，可以请求矫直简单和复杂钢、钢板缺陷。

需要矫直机具有多种调节手段，1：矫直辊可进行单独调整；2：可实现大变形及小变形的矫直方案；3：可以实现上排辊的集体倾动调节；4：可以实现液压压下及弯辊矫直方案；5：可以实现矫直辊的横向调节，用于矫直带有浪形的板材；6：矫直辊本身带有凸度，实现对板材有浪的矫直；7：矫直机带有支撑辊以

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提高矫直机其刚度，可矫直板材的屈服强度范围扩大[14]。

1.4典型型钢矫直机---900型钢矫直机的详细介绍

1.4.1 900矫直机的结构组成及基本参数

900七辊矫直机采用固定节距式辊系，整体设备尺寸为14.838m×7.085m×7.260m，重约269t。预应力框架，框架使用开放通过杆螺母固定连接。三辊式矫直机;放电4矫直辊，整个轴承安装在阀座和焊接框架，通过联合减速器和环球耦合实现集中传播。电控系统采用的是ABB PLC控制，具有调整实时存储的功能。工作站的人机界面交换可以显示和调整数量的工作辊和工作辊的轴向调整数量,因此可以更直观、快速、准确调整。矫直整体机构如下图所示。

图1.4.1矫直机结构图

1.4.2矫直机基本参数

表1.4.2矫直机基本参数（表一）

辊径×辊径/mm 辊数/个 矫直速度/m/s 压下调整速度/m/s 压下调整量/mm 轴向调节速度/mm/s 轴向调整量/mm 矫直后平直度/% 矫直长度/m

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900×890 7 V=0.2~3.2 V=1.15 S=-260~60 V=2.33 S=±30 ≤0.2 6~16 1000mm立式矫直机辊系设计

1.4.3矫直品种及规格

表1.4.3矫直品种及规格

品种 圆钢 角钢 工字钢 U型钢 轻轨 规格/mm Φ55~Φ120 10~12# 9~12# 18~40# 18~38# 最大规格/mm Φ120 200×200×24 12# 40U 38# 材质 45 Q460 20 MnK 25 MnK 50Q 1.4.4矫直机本体

（1）机架。机架是开式预应力机架，各部分的箱体均为铸焊机构。主要包括前、后横梁，前、后立柱，拉杆、底座六部分。前横梁在工作中不仅仅只受到承受着主要的预紧力，并且在矫直过程中受到的冲击力也是比较大的，容易发生变形。通过其有限元的加载受力分析，为了确保承载的能力，机架是采用高性能的材料制作的。前后横梁、立柱和底座采用预应力螺纹禁固连接，且预应力拉杆选用高强度的材料制作。

（2）上、下矫直辊。上、下校平辊是由高强度材料的大尺寸的球面滚子轴承承受轴向和径向载荷组合矫直的过程。分体轴承座侧面采用轴向定位机构。上矫直辊操作采用弹簧机构进行平衡和缓冲。

（3）轴向调整装置。该部分安装在机架的后部，通过蜗轮蜗杆机构对每一个矫直辊进行单独的调整。为了防止错误或电气故障坠毁的组件,在轴向调整系统增加了行程开关保护。通过自动控制系统的实现精确、辊式矫直机轴向调整数量,缩短调整时间。

(4)压下装置。为了方便维护和更换部件，传动系统，在中间部分之前和之后的不同，蜗轮和蜗杆传动系统两个固定梁。减速器采用双输出轴的压力之前和之后的蜗轮和蜗杆同步调整。该结构可以大大减少工作强度和检修时间，提高工作效率。操作机构侧向压力由两部分组成，压力系统和平衡系统，主要包括压力螺丝，螺母在压力下，平衡棒，等等，通过共同努力，实现工作辊的上下调整。矫直机的压力平衡机制，可以有效地消除螺丝和螺母之间的差距。传动侧传统涡轮内孔螺纹和螺纹的压力，螺杆在压力下圆周方向是固定的,通过线程压力调整函数，实现工作辊的调整。在传动侧压下螺丝的顶部安装有保护装置，压下系统的基本结构如下图所示

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图1.4.4压下机构示意图

（5）前立辊装置。该部分由两个立辊、立辊架、减速器和架体等组成。辊子由辊套、滚轴、轴承等组成，辊子为从动辊，采用锥形轴联结，便于拆卸和更换内部易损件。通过丝杆和螺母的调整原理,来调整滚子和左和右导向板之间的距离。

1.4.5联合减速机

减速器的减速机主要由制动机制两部分组成,箱体尺寸较大,拼合式结构,接下来的三个部分,它的外壳。通过减少形成机制与五轴同步输出,以驱动下工作的四个支柱矫直机辊旋转同时工作。润滑采用的是稀油循环润滑剂，增加了专用稀油润滑站；为保证各轴承都得到润滑，在箱体外部增加了润滑的管路，便于日常观察、维护和维修。

1.4.6传动装置

为了满足现场工艺布置的需要，该减速机和矫直之间采用十字轴式万向联轴器用来传递扭矩。为了满足800矫直机和900矫直机随时调换的矫直，中间可以采用可伸缩的连杆来实现前后的移动。由于联结杆规格比较大，质量也重，为了更好的减小联结杆在矫直时引起的振动，对其进行了改进添加了弹簧滚轮的缓冲支撑装置。

1.4.7横移装置

变化在型钢矫直品种，达到800矫直机和快速切换900矫直机，矫直机横向移动装置设计。将矫直机底座固定在横移底架上面，通过两组并列且平行的液压缸来牵引横移底座在三组并列T型滑道上实现整体平移。因为两个矫直机位于相

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同的生产线,从而增加了更换辊道，为了确保生产线的连续性。两个横向矫直机移动设备共享一组特殊的液压站，在工作中，首先将取代矫直机返回，然后把整个生产矫直机到适当的位置，如下图所示

图1.4.7横移装置

1.4.8 900矫直机的优点

（1)液压横向装置可以实现矫直机整体快速移动，但随着800矫直机和有效地利用现有的空间和原始的其他设备。

(2) 通过液压螺母，预应力，比较传统的蒸汽和电阻丝加载更快和更准确。 （3）前压下系统由传动装置被安装在横梁内部转变至两横梁中间区域内，这一巧妙的设计使检修变得更加的方便、快捷。

（4）前压下系统中独特的平衡结构，可以有效快速的消除压下螺丝与压下螺母之间的间隙，更便于日后的调整。

（5）液压捋辊装置具有快速便利的优点，可以有效的减少换滚所需要的时间。

（6）先进的电脑控制系统，更加方便工人进行调整，节省调整时间提高工作效率。

1.5本次设计的重要性

根据上面的介绍我们可以很轻易的得出型钢矫直机在型钢的生产中起着至关重要的作用，它用来解决型钢在轧制过程中的不平整的问题，比如边部波纹，中间的弯曲等问题。型钢的矫直是否合格直接影响到生产出来的型钢是否合格。

而在这一矫直工序中矫直辊起着至关重要的作用，它直接影响到产品的质量是否过关，矫直辊还直接影响到整个矫直机的机械性能，比如矫直速度、矫直质量、矫直的型钢大小等等。从这些重要性中开始本课题的研究。

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第二章矫直原理

2.1矫直原理

在型钢钢铁生产，最是钢在原始曲率修正的大小和方向是随机的，多值已经属于原始的轧件弯曲矫直问题。矫直辊矫直原理是：多个弹塑性变形，消除原始曲率不均匀性，并逐渐变平，以达到矫正的目的。表，尤其是钢铁主要采用辊矫直矫直机，可分为两种，冷矫直和热矫直。型钢由于不同材质、规格和尺寸，需要变形的数量也不同，因此辊辊矫直机的数量也有很大差异。通常，型钢矫直机辊数多为5-13个，其中5-7辊的多用于型钢矫直。可以按照每一个矫直辊型钢产生的变形程度并最终消除残余曲率的方法，可分为小变形矫直方案，大变形和倾斜校正方案。

(1)小变形矫直方案

矫直方案的原则是：使用矫直变形量消除支撑前辊最大残余曲率。为达到消除该辊最大原始曲率目的，该辊的反弯曲率

111?w应等于钢板的弹复曲率

1?f， 即

?w??f 。小变形矫直方案优势在轧件原始曲率较大。可以迅速消除原始曲率

值之间的差异。

(2)大变形矫直方案

部分在这种情况下的多值原始曲率和曲率弯曲变形，弹性越大复杂曲率差异越小,成品钢的残余曲率在较小的范围内。根据这一特点，在第二和第三辊采用大相对于反弯曲率，轧件的一部分价值总额的弯曲变形曲率玩双曲率接近一个值在同一个方向,残余曲率减小，几乎可以迅速使轧件长度方向曲率单个值。然后几变形后，轧件通常是平直的，达到矫正的目的。

(3)整体倾斜矫直方案

矫直方案主要是研究数量前后通过调整结束,使其首端的压下量对其相对反弯曲率CW?3?5，尾端压下量的相对反弯曲率CWn?1?1。当确定第二辊及倒数第二辊( n - 1辊) 上的反弯曲率后，就可按线性规律确定其它矫直辊的反弯曲率。本矫直方案的优点是按照钢板矫直过程的变形特征。

型钢在热轧钢板用户要求尺寸和形状精度越来越高。除了其他方面，用户需求部分必须连续，而且没有可能有害的内部压力的目的。内应力以及弯曲和平面度误差是由以下的原因造成的：

沿截面高度方向和宽度方向上的不均匀塑性变形,例如在轧制过程。 轧件的不均匀冷却部分，例如在冷却床上或在热轧过程或温度控制的过程。

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平面度误差弯曲或边缘波和中部折叠形式，这种误差可以被理解为钢板长度的长度或宽度。一块平的型钢钢铁，所有沿长度方向和纤维材料的宽度相同的长度。

矫直的任务是基于钢特殊形状的平面度超差，为了弥补长度差异，适用于特殊的形成是用来消除弯曲和波形。

在这个过程中,最重要的事情是确定钢板的变形状态取代变形将导致内部应力状态的不确定性。这是通过在矫直机的入口段对钢板进行较强的弯曲来实现的。

通常，弯曲一块型钢时会产生对称弯曲应力分布的应力状态。

弹性应力

σσsσs 弹-塑性应力 塑性应力

图2-1 弯曲应力分布的应力状态

图2-2无内应力弯曲

如果型钢，有很多不同的内部拉应力和压应力(当有边缘波或中央隆起)，堆

栈到内部应力、弯曲应力分布的不对称中心线的应力分布。

图2-3型钢中央内部应力分布

图2-4弯曲应力与内部应力叠加

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这种形式的应力分布造成下述情况：

1) 在存在内部拉应力时，型钢顶面的伸长量大于钢板底面的压缩量。 2) 在存在内部压应力时，型钢底面的压缩量大于钢板顶面的伸长量。 当存在内部拉应力时，通过多次交变弯曲，钢板稍微伸长。 相反，当存在内部压应力时，通过上述弯曲，钢板稍微缩短。

沿垂直部分的内部压力可以导致波形，不同长度由交变弯曲补偿，并使中央凸和边缘波减少。 调整设备，这些可以任意选择使用辊式矫直机可以使用不同的方式或矫直机的长度方向沿宽度方向调整，前提是消除钢波形。矫直过程，必须使每转动后钢钢筋的绝对值减少尽可能的均匀。

在这个过程中，最后把弯曲的数量必须是弹性的矫直机矫直后离开扁钢。 平行辊矫直机是目前使用最广泛的矫直机。可以除以厚度钢板矫直机矫直机，中厚钢板矫直机矫直机和表。型钢矫直机，它的容量限制可以中厚板、地板往往中板；薄板矫直机的能力限制会造成中板，下限可以适当的表；薄板矫直机的厚度很薄,大板矫直的宽度。板宽与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先板厚决定辊径尺寸；其次是板宽决定辊长尺寸；第三是辊数决定着矫直质量；第四是辊子重叠数决定矫直质量及表面粗糙度；第五是矫直温度决定矫直机的结构特点[15]。

2.2弯曲变形与曲率

金属应力状态矫直过程中基本上是集中载荷。在立辊矫直矫直和压力条件下，考虑到工件的弹性压扁，弯曲和接触载荷点也形成一个小的区域。小段的力学分析,考虑弯曲和变形的曲率,也非常接近实用和方便。现在从微小弧段上取一

?单位弧长Oa，如图2-5所示，设工件原始状态是弯曲的，具有原始曲率?0，此

?单位弧长即Oa=1，它所`对应的弧心角为A0，它们之间的关系为：

A0??弧长Oa的曲率也是用1?Oa?0?1?0

mm?1。表示，只是单位量纲不再是弧度rad，而是?01他们的数值完全相同，故曲率也是用A0表示，但需写为A0??0。A0（单位为

mm?1）即是原始曲率，也可以理解为原始曲率角。由于按角度概念运算会带来

许多方便，以后各种曲率皆按曲率角进行运算。

??现在按图2-5所对原始曲率A0的Oa工件进行反弯达到Oa1状态。此时形成

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的反弯曲率为Aw，其相应的曲率半径?w。故有：Aw?1?w

??工件Oa由A0弯到Oa1状态，总的曲率变化量就是总的曲率角变化量为：

A??A0?Aw

这个总曲率角在图2-5中相当于一个三角形?O0O1b中b角的外角，他相当于曲率角由A0变到Aw，总的变化当然是A0?Aw。在由A0?O?Aw的变化过程中曲率半径由?0增到无穷大，再由无穷大减到?w。而新曲率半径只能借助曲率角来计算，即：

????0?w111 ???11A?A0?Aw???0w??0?w取消外力后，工件将释放其弹性势能形成弹性恢复现象。因为包含弯曲弹塑性变形，塑性变形是一个永久变形,所以复杂的行动不能回到初始状态，只能按

?弹性势能大小返回到Oa2所对应的弧心角为Ac，称之为残留曲率（角），与其对应的曲率半径为?c，同理Ac=1?c

??。工件由Oa1弹复到Oa2，其曲率角的变化由

Aw变到Ac，其减小量，以Af表示，则：

图2-5 弯曲时曲率变化

Af?Aw?Ac

Af为弹复曲率(角)，在图1-5中表现为右侧的?w与?c两个半径线间的夹角。

等待复杂的工件处于稳定状态后，它与原状态的区别不会改变，并成为永久性差异，不可恢复的变形成为永久变形的部分。它所对应的曲率变化称为塑性弯

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曲曲率（角），即?0与?c两个半径线间的夹角：

As?A0?Ac

当弯曲方向与压弯方向一致时，即同向压弯时，上式中的A0改为负值即可。当工件原始状态无弯曲时，A0=0。

当工件反弯后变直时，Aw?Af或Aw?Af?0。此式即为矫直曲率方程式。为了使矫直后的工件变直，必须选择一个恰逢弹性复杂曲率等于反弯曲率为矫直工件。

为了进一步了解和矫直原理，相对于曲率的概念处理。首先设定弹性极限曲率(角)为At，它相当于工件表层纤维达到弹性极限变形时的曲率值。

At?2?t H现在定义：各种曲率对弹性极限曲率的比值为曲率比，用c表示，c也是采用各种脚标以区别各种曲率比的不同名称。总弯曲率比为：

C??A? At其它如：原始曲率比、反弯曲率比、弹复曲率比、残留曲率比及塑性曲率比等分别表示为：

C0?AfA0AAA Cw?w Cf? Cc?c Cs?s AtAtAtAtAt前面给出的各种曲率方程式可以用曲率比写出：

Cf?Cw?Cc或Cf?Cw?Cc?0

Cs?C0?Cc或Cs?C0?Cc?0

C??Cw?C0或C??Cw?C0?0

从上述分析中看出：残留变形是残留弯曲所反映的变形，是外在可见的变形。弯曲变形可以理解为矫直时的反弯变形，明确了弯曲变形就等于明确了矫直变形[16]

。

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第三章 矫直原理及矫直机参数设计

3.1矫直原理及压下方案

3.1.1辊式矫直机工作原理

辊矫直机矫直机是应用最广泛的。也是一种矫直矫直技术的发展是最完美的机器。辊矫直机可以主要分为板带和型钢矫直机。类型繁多，根据用途可以分为两类，板材和型材矫直机；也可能根据厚度，可分为重型、中型和三种薄板矫直机；并根据重和正常来区分板矫直机；使用钢宽度来重做矫直机系列是一种方法。从趋势上看区别钢矫直机是最基本的方法。

辊矫直机属于重复弯曲式矫直机的连续性,是压力矫直机的基础上开发的，它克服了缺点的间歇压力矫直机,矫直效率成倍增加,矫直过程分为连续生产线，它在技术上是一个更大的跨度。它的理论基础是一个大型金属材料的弹塑性弯曲条件下，无论有多么原始弯曲，残余弯曲后，可以显著降低不同程度，甚至融合，矫直和实现。

图8 平行辊矫直的7种典型辊系

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在实际生产中，工件原始曲率的大小和方向都是不同的，辊矫直机的矫直原理是使工件矫直辊压力的作用下，通过反复交错排列在同一工作辊弯曲、弹塑性变形的工件，直到减少到零，残余曲率的构件往往是直的。辊矫直机，因此，必须有两个基本特征：首先，大量交错辊矫直机，实现重复弯曲能力；第二种是弯曲可以调整，可以实现弯曲矫直你需要的解决方案。

平行辊矫直机辊系统结构的发展历史，主要的使用，也与矫直质量。如图8所示，7种典型的平行辊矫直机辊系统。辊系统主要用于热中厚板，厚板校正，等等；B辊系统主要用于热板校正；C是一种辊系统灵活性大型多功能辊系统；D辊系统是根据线性降低的压力下板辊式矫直机系统；E是辊式矫直机辊系统，常用在辊单独调整可以用在各种各样的压力，F是辊式矫直机系统、辊系统支持回滚。

辊式矫直机有着悠久的历史,轧辊的结构体系也有多种形式,通常有七种辊系统的典型结构。包括上辊组平行升降的辊系；两端的滚轮单独可调辊系统；辊可以倾斜单辊系统，根据线性降低的压力下辊系统，每个系统独立可调辊辊；四个重型和六个类型辊系统。1000毫米水平为每个辊上辊矫直机应用程序类型系统单独可调辊系统,如图9所示。

图9 上辊可调辊系结构

因为我连续矫直工字梁的梁截面结构特征就是使用平辊矫，弯曲后轧件进入辊式矫直机矫直机在交错在外力的作用下，弯曲区域有一定的弯曲，使当地产生

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一定的塑性变形，通过矫直机，工字梁弹性恢复，实现平直状态，达到矫正的目的,如图10所示。

图10 矫直辊矫直型钢示意图

减少辊系统的单独调整，可以准确设置矫直辊的数量，有利于合理有利于规制定的压力。可调的矫直机辊系统是现代应用程序最常见的矫直机，板和型钢，都可以达到很好的矫正效果。主要弯曲矫直的主要材料的情况相同下增加轴向调整可以横向弯曲矫直；不仅能矫直板材的纵向波浪，在增加弯辊措施后，也能矫直其横向波浪，即矫直其弯曲。

除了典型的辊系统，现代学者也开发一些新型的辊系统，包括不同辊辊系统，变辊距辊系统，双交错辊式矫直机系统等。这些新的矫直机改进原设计矫直机的矫直质量进一步提高，缩短空区和消除事故断轴校正提供了良好的解决方案的条件。

随着矫直技术的进步，越来越多的还高辊矫直机的要求。新一代的矫直机采用电脑控制，通常包括控制辊位、弯曲和矫直的整个过程，这些研究也取得了初步成果，但还有待继续研究。在本文中，通过计算机编程的计算和合理的辊式矫直机弯曲能力，计算机自动控制提供了依据。

3.1.2压下方案的分析

压力下的矫直机程序是确保生产质量的基础。合理的压力调节可以提高矫正质量和矫直精度和减少能源消耗的设备，延长设备的使用寿命。为了保证在公差允许范围内获得平坦的工件，根据工件的规格，材质，原始弯曲和扭曲程度的不同，使用不同压力进行矫直。

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辊式矫直机矫直机是广泛应用于各种规格、各种金属材料、机前通常是放置在一个主机粗矫直和精细矫直中使用的。工件和旋转辊连续、多次反复弯曲。如

果卷的量。适当的可以使不同的原始曲率迅速提高工件的轮廓，工件逐渐变平。 规定在当前压力主要是经验方法和理论方法，依靠工作经验和调试经验的方法是调整每一卷的数量，调整方法的低效率和矫直质量差、浪费大、矫直不能达到理想的效果。随着自动化的发展应用理论，得到了人们的注意力。理论计算方法基于矫直辊弯曲挠度的原则，可调辊弯曲应力计算。

矫直机矫直方案是否合理，不仅可以有效正确的工件，工件表面，提高板形质量，并能降低承载力，提高设备的经济效益。数量计算弯曲矫直机的矫直法规制定生产实践的基础上，本文使用矫直理论的原理方法计算弯曲矫直机的数量，和程序实现不同规格、不同材料钢筋弯折参数计算，按照合理的弯曲量的规定制定，保证矫直质量好，效率高，能耗最低。

在辊式矫直机中，在工作中每个辊子使工件产生的变形的程度不尽相同，主要可以分为以下的两种矫直方案提供。

第一个矫直方案小变形原理，即渐进矫直方法小变形矫直原理矫直方案假设只有在工作辊可以调整，每个弯辊采用将完全正确数量的相邻最大残余曲率辊，减少残余曲率矫直方案。

经过反复应力和弯曲后，最大的是原始弯曲矫直的一部分,原直下的一部分，成立一个新的最大弯曲，如此反复，直到反复矫直。采用每个卷的计划减少相对较小，所以消耗的力量很小，但是原始的曲率消除慢,达到既定的矫直质量有必要增加矫直辊的数量，导致矫直机设备结构复杂。

第二个方案是按照大变形的矫正方案的原则，即小残余减少计划。大变形矫直原理解决方案，一些大的反弯曲率,每个部分的曲率工件弯曲变形在巨大的价值。所以你可以迅速降低残余曲率的不均匀性,后面几卷的小变形矫正方法，部分反弯曲率逐渐降低,使工件往往是直的。

在这个情况中。可以更好的减少辊矫直质量。但过度增加工件变形程度将有一个明显的加工硬化材料，和一个大截面系数增加，工件内部残余应力的影响产品质量，也增加了矫直机的能耗。

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1000mm立式矫直机辊系设计

3.2矫直方案的选择与力能参数计算 3.2.1矫直方案的选择

弯曲程度是不一样的反复弯曲辊矫直机的金属材料、大型弹塑性弯曲的情况下，后对于剩下的不同弯曲程度可以显著降低,当矫直机设计，将试图消除残余挠度差每转动(曲率差异)，从而达到校正的目的。

减少或消除残余曲率差异有三种基本方法：小变形矫直方法(渐进矫直方法),线性梯度校正法和大变形矫直法(大小残余弯曲矫直方法)，采用大变形矫直方案设计。

3.2.2轴承压力

轴承支承辊式矫直机矫直力。由于框架和滚子的结构是不同的，支承压力的计算方法也不同。的框架结构和主要有两种：简支结构，另一个是悬臂结构。本设计采用悬臂式结构，现在国内外经常使用的,如下图（图11）所示：

图11 悬臂式结构简图

由力矩平衡关系Fa?b?F??a?b?，其中F?1200KN为单个矫直辊所承受的最大的矫直力，根据初步设计，式中a=279.1mm，b=997.7mm。由此可得：

Fa?a?bF ba?b279.1?997.7F??1200?1535.7KN b997.7 Fa?由力矩平衡关系Fb?b?F?a，可得：

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1000mm立式矫直机辊系设计

Fb?aF b Fb?a279.1F??1200?335.7KN b997.7

3.2.3轴承的选取与校核

辊矫直机工作过程中主要由径向载荷和轴向载荷可以忽略，比较和矫直机外形尺寸较大，垂直框安装中。当滚动轴中心线和轴承中心线的不重叠和角误差，由于轴向力和弯曲或倾斜，将导致轴承内外圈的轴偏转。为了保证正常工作，通常选择一个球面球面滚子轴承性能。图12为调心滚子轴承示意图。

图12 调心滚子轴承

根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n，预先确定一个适当的使用寿命，查下表，矫直机轴承预期寿命L10h′=20000h。

条件：轴承预期寿命L10h′=20000h，工作环境清洁，载荷平稳，工作温度低于120度。矫直速度为60m/min，因此轴承转速n=60/(0.72*)=26.5r/min，需按基本额定动载荷值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。

对于调心滚子轴承，当量动载荷为径向载荷:

P?R

对于轴颈为da处的轴承P?R?Fa?1535.7KN 设计基本额定动载荷为：

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1000mm立式矫直机辊系设计

C'?

P?60nL'10h

ft106310 C??1535.7?60?26.5?20000?1499.8KN

1000000

式中：C'— 基本额定动载荷计算值，N。 P — 当量动载荷，N。

ft— 温度因数， 在低于120°的条件下工作时，取ft=1。 n — 轴承转速，r/min。

根据上式计算结果，在机械设计手册中选取型号为23072的调心滚子轴承，在da处放置两个，同时可得轴颈da=360mm。其基本参数如下：

基本尺寸/mm|d： 360 基本尺寸/mm| D：540 基本尺寸/mm|B：134 基本额定载荷/KN|Cr：1710 基本额定载荷/KN|Cor：4180 轴承代号：23072

验算此型号轴承的静强度，与计算基本额定动载荷时同理，当量静载荷为径向载荷，即：

P0?R

对于轴颈为da处的轴承：P0?R?Fa。 设计基本额定静载荷为：

C0?S0P0

式中，C0 — 基本额定静载荷计算值，N。 P0— 当量静载荷，N。

S0 — 安全因数，对于调心滚子轴承，取S0=3。

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1000mm立式矫直机辊系设计

带入数据得：

C0?4607.1KN?Cor?4180KN

因此，da处轴承静强度合格，所选型号23072能满足使用要求 。

3.3轴的校核

3.3.1辊身弯曲应力校核

矫直力P所在端面弯矩为：

x279.1Mb?x(1?)P?279.1?(1?)?1200000?241228337.2N?mm

a997.7弯曲应力为：

Mb241228337.2??47.62MPa ?b?330.1D0.1?370由于在计算轧辊强度时未考虑疲劳因素，故轧辊的安全系数一般取n?5。 而合金锻钢轧辊，强度极限?b?700~750MPa， 许用应力Rb?140~150MPa。 ?b?Rb，故轧辊弯曲应力校核合格。

3.3.2辊颈强度校核

辊颈强度要按弯扭合成应力计算。采用钢轧辊时，合成应力按第四强度理论计算：

?P??2?3?2

辊颈危险断面处的弯曲应力?和扭转应力?分别为：

Mn??0.1d3? ?

Mk???0.2d3????式中 Mn---辊颈危险断面处弯矩；

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1000mm立式矫直机辊系设计

Mk---作用在轧辊上的扭转力矩； d-----辊颈直径。

辊颈上的弯矩由最大支反力决定，即：

Mn?Rc?1535700?190?291783000N?mm 式中 R-----最大支反力；

c------压下螺丝中心线至辊身边缘的距离。

554666660?62.54MPa ??30.1?360Mk是驱动一个轧辊的力矩，是轧制力矩MZ与轧辊轴承处摩擦力矩Mf1之

和。

MK?MZ?Mf1?P(a??1)；

Ddsin?，?1??。 22D370sin22??69.3mm； 因此 a?sin??22d360?0.04?7.2mm； ?1???22 a? 从而 MK?1200000?(69.3?7.2)?9.18?107N?mm；

9.18?107?9.8MPa； 所以 ??0.2?3603 ?P?3?2??2?3?9.82?62.542?64.8MPa。 ?p?Rb，故轧辊轴颈强度校核合格。

3.3.3轴的变形计算

将承载轧辊看成简支梁，用材料力学中计算直短梁挠曲方法处理。 具体计算方法如下：（尺寸如图13）

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1000mm立式矫直机辊系设计

图13 二辊轧机轧辊挠度计算简图

（1）轧辊辊身总挠度为： f?f1?f2

式中 f1、f2----由弯矩和切力所引起的挠度值。

P f1?18.8ED4P f2?G?D2代入数据，得

4?????3?233?D??8a?4ab?b?64c????1?? ?????d????????D?2???b?a??2c?1?????? 2d??????????4????0.37????32338?1.1?4?1.1?0.11?0.11?64?0.134??1???????0.018mm0.36??????????1200f1?18.8?2?106?0.374???0.37?2??12000.11??f2??1.1??2?0.134??1???????0.37mm 328?10?3.14?0.37?2????0.36?????f?f1?f2?0.388mm

式中 E和G----弹性模数和剪切模数； P----轧制力；

a----轧辊轴承中心线之间的距离； B----轴承宽度的一半； L----辊身长度； b----轧件宽度。

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1000mm立式矫直机辊系设计

B?l? a?2???c?，c?；

2?2? B?167mm；

?l? a?2???c??1100mm；

?2? E?200GPa，G?8?103MPa； (2)轧辊辊身中点与轧件边缘处的挠度差为为：

P23???0.035mm； 12ab?7b f1'?18.8ED4Pb?0.016mm； f2'?2?GD2 f'?f1'?f2'?0.051mm；

（3）轧辊辊身中点和辊身边上的挠度差值为：

P2323??12aL?4L?4bL?b?0.13mm； f1\?418.8ED f2\?KP?b?L????0.26mm；

?GD2?2? f\?f1\?f2\?0.39mm。

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1000mm立式矫直机辊系设计

第四章轴向运动的计算

本设计的主题设计矫直机的齿轮轴向运动，电机通过减速机减速机传动齿轮驱动轮旋转，驱动轮驱动驱动轮旋转，驱动轮旋转驱动轴的运动。

齿轮传动是最重要的机械传动装置，许多的形式，被广泛使用，传输容量可以达到数十万千瓦，速度200米/秒，直径超过10米。齿轮的主要优点是：效率高、结构紧凑，运行可靠，使用寿命长，瞬时传动比稳定，广泛的适用范围。但齿轮制造和安装精度要求高，价格较贵，不应该使用场合的传输距离太大了。

某种形式的齿轮，齿轮传动可以打开，打开和关闭的一半。齿轮传动没有防尘罩或底盘，齿轮完全暴露，叫做开始齿轮传动。这种扩散到外界，少量的润滑,最糟糕的工作条件，齿轮磨损，所以只适用于低速传输。齿轮传动用一个简单的块，有时大齿轮部分进入储层，称为半开放的齿轮传动。它的工作条件正在改善,但仍然不能小心，防止外部杂物侵入，润滑条件是不好的。齿轮传动和精密加工和刚性密封盒(传播,被称为一个封闭齿轮传动。它与开放或半开放齿轮传动相比，润滑和保护等条件最好的,在重要的场合使用。

按齿面硬度分，齿轮分为软齿面齿轮（齿面硬度?350HBW或38HRC）和硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBW或38HRC）。

主动轮转速n1与从动轮转速n2之比称为传动比，用i表示，即

??i?n1n2?d2d1?d2d1?z2z1

式中 d?、d——齿轮的节圆直径和分度圆直径； z——齿轮齿数。

下角1指主动轮，2指从动轮。对于减速传动，i?1；增速传动，i?1。为了使强度计算对减速和增速传动都适用，引入齿数比，用u表示，即

u?z2z1

式中 z2、z1——大、小齿轮的齿数。

这样，减速传动时，u?i；增速传动时，u?1i。

本设计采用闭式齿轮减速传动，假设电机转速为1000rmin，减速器的减速比为20，则电机转一圈，小齿轮主动轮转120圈，假设齿轮传动比i?20，则大齿轮从动轮转1400圈。

螺距P?6mm，单线螺纹的螺纹导程S?P?6mm，电机转动1min，轴的轴

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向运动量为：

1??L??1000??360???2?3.14?6??23.89mm

400??结论：电机转一圈轴的轴向运动量为0.02389mm。

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1000mm立式矫直机辊系设计

结论

本文所设计的课题为1000mm立式矫直机辊系设计，本文主要研究的的问题为1000mm立式矫直机力能参数的计算、1000mm立式矫直机辊系的设计、1000mm立式矫直机辊系强度刚度的计算。经过3个月左右探索和计算完成此设计。主要计算及研究有以下数据。

1.轴承压力：Fa=1537.7KN， Fb=335.7KN 2.矫直机轴承预期寿命L10h′=20000h 3. 轴颈da=360mm

4.因为C0=4607.1KN>Cor4180KN所以da处轴承静强度合格。

5.强度极限σb=700~750Mpa,需用应力Rb=140~150Mpa, σb≤Rb,故轧辊弯曲应力校核合格。

6. 因为σp=64.8Mpa, Rb=140~150Mpa，σp＜Rb，故轧辊轴颈强度校核合格。 7. 电机转一圈轴的轴向运动量为0.02389mm。

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参考文献

[1]徐乐江.冷轧行业的现状及对策.轧钢,1999,(3):35-37

[2]陈守群.宝钢3套冷连轧机板形控制技术简介.轧钢,1999,(3):24-26 [3]王效岗,黄庆学.新式型钢矫直机的技术特点,山西冶金,2006,（2):223-225 [4]曹晓琪,梁永祥,常瑜.厚板压力矫平机机架预应力系数的理论计算及验证. 山西冶金,2008,3:134

[5] E.Doegel,R.Menzl, S.Huinink. Analysis of the levelling process based upon an analytic forming model.1982,5-8

[6]F.D.Fischer,F.G.Rammerstorfer,N.Friedl.Buckling phenomena related to rolling and levelling of sheet metal. International Journal of Mechanical Sciences.2002,42:1887-1910

[7]Z.Q.Hu, M.Z.Li, Z.Y.Cai. Continuous ?exible forming of three-dimensional surface parts using bendable rollers.1974(11):46-49

[8]王宇,胡高举. 宽厚板热矫直机技术研究,宽厚板,2002,(6):2-3 [9]孙本荣,王有铭,陈瑛.中厚钢板生产.北京:冶金工业出版社,1993,1-4 [10]于世果,李宏图.国外厚板轧机及轧制技术的发展.钢铁技术,2000,(5):11-12 [11]A.C.R.Lima,W.B.Hoogmoed,E.A.Pauletto,L.F.S.Pinto. Management systems in irrigated rice affect physical and chemical soil properties. Soil&Tillage Research.2009;103:92-97.

[12]周存龙,王国栋,刘相华等.辊式矫直机矫直辊的弯辊模型.东北大学学报(自然科学版),2005,26(5):460-462

[13]王建强,袁建光.宝钢宽厚板全液压冷矫直机的选取.宝钢技术,2003,(5):17-21 [14] S.L.Srimani, A.C. Pankaj, J. Basu. Analysis of end straightness of rail during manufacturing.1982,3-8

[15] DONG Min, LIU Cai. Design of Fault Diagnosis Observer for HAGC System on Strip Rolling Mill.2002;42:1880-1900

[16]Bathe K J.Finite Ekement Procedure in engineering Analysis.Pentice Hall

Englewood Cliffs，NJ，1982，5-8

[17]F.D.Fisch，F.G.Rammerstorfer，N.Friedl. Buckling phenomena related to rolling

and levelling of sheet metal. International Journal of Mechanical Sciences.2002;42:1887-1910 [18] Turley Jw. Contralable tension reel.Iron and steel Engineer，1974，(11):46-49

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1000mm立式矫直机辊系设计

致谢

本次将近三个月的毕业设计中，由于时间紧迫，任务繁重，加上本人缺乏实际设计经验，故在资料准备，文献参考，工艺设计和孔型计算等方面有老师的指导。

并在本次设计中学习到了很多的新知识，认识到了没一项设计要以实际出发，不是所有的设计都要从书上去照搬照抄，每一个设计都有它的独特的地方，我们在设计的时候要把握好它的特点和实际要求去设计，没有必要去做那么多的无用功。

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致谢

本次将近三个月的毕业设计中，由于时间紧迫，任务繁重，加上本人缺乏实际设计经验，故在资料准备，文献参考，工艺设计和孔型计算等方面有老师的指导。

并在本次设计中学习到了很多的新知识，认识到了没一项设计要以实际出发，不是所有的设计都要从书上去照搬照抄，每一个设计都有它的独特的地方，我们在设计的时候要把握好它的特点和实际要求去设计，没有必要去做那么多的无用功。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fjmg.html