机械系统设计讨论课

机械系统设计讨论课汇报

班级：机设08-1

组内成员：庞沙沙何宏雷宋盈盈指导老师：汪飞雪

完成时间：2011年10月26日

目录

一、平行辊矫直机原理 (3)

二、平行辊矫直机结构参数计算 (3)

三、平行辊矫直机力能参数计算 (5)

四、平行辊矫直机工艺参数计算 (8)

五、讨论感想 (9)

六、参考文献 (9)

七、组内分工 (9)

一、平行辊矫直机原理

平行辊矫直机属于连续性反复弯曲的矫直设备，这种矫直机克服了脚力矫直机断续工作的缺点，是矫直效率成倍提高，使矫直工序得以进入连续生产线。

金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。随着压弯程度的减小其弹复后的残留弯曲必然会一致趋近于零值而达到矫直目的。因此平行辊矫直机必须具备两个基本特征，第一是具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次反复弯曲；第二十压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。

二、平行辊矫直机结构参数计算

1、辊系与辊数 （1）辊系

首先需要选定辊系，为了兼顾扩大适用范围及缩小空桥区的两个目

的，曾提出双交错变辊矫直辊系，如图3-8所示，辊系中,2、,3、,4及,5各辊为液压恒压支承或在形成连续梁受力时自动卸载变为零压支承。其恒压是只能对工件头尾有矫直作用的压力。于是这种辊系，第一，可矫直中等断面的工件，相当于辊距为p=21t 的矫直机；第二，可矫中等断面的工件，使,2、,3、,4及,5各辊处于浮动状态，其压力只能矫直头尾，而对其他各辊只有较小的增压作用；第三，可矫大型断面的工件，上述恒压辊在变成零压辊之后辊距增大到p=3t +2

t 61t ，也达到了变距的效果。这样“变辊距”要比其他办

法有三个优点，其一为容易调整；其二为机架刚性好；其三为空桥区很短。

（2）辊数

在辊系确定之后，要进一步考虑辊数应该如何确定。下面分别按小

变形矫直法和大变形矫直法来讨论辊数的计算方法。 ① 小变形逐步矫直法 由于一根条材上各部位的原始曲率不同，必须先把最大的0C 值矫值。如此逐步进行矫直，直到最后达到允许残留弯曲时便完成了矫直工作。其间所需辊数就是理论辊数。 ②大变形矫直法

大变形矫直法所需辊数定性分析中已基本明确用三次反弯可以收到

矫直效果，但这只是最少辊数的一个依据。

有支承辊支承辊的数量要根据板宽所要求的支承辊排数来确定。

2、辊径、辊距与辊长 （1）辊径

矫直辊半径为

w

t t

w W

J C EH A C A R σ211=

=

=

矫直辊直径为

w

t J J C EH

R D σ=

=2

此式中Cw 值在前面已大致分成3种情况赋值为： 断面集中形（菱、圆形断面）：Cw=4~5 断面均匀形（方、矩形等断面）：Cw=3~4 断面集边形（工字、管形等断面）：Cw>=2~1.11=H H 从工件的材质来分，强度越高，强化特性越大者Cw 取值要偏大

（2）辊距

辊距与辊径的结构关系，通常用下式表示：

P=aD

式中a=1.1~1.2。辊子压弯量单独调节时a 取较大值，集体调节时a 取较小值。式中D 为辊子最大直径。

辊子长度主要决定于工件宽度及孔型线数。其次要考虑辊子两端及孔型间的结构余量。因此型材矫直辊辊身长为L a b n nB +-+=)1(max 式中n ——孔型线数

max

B ——工件的最大宽度

b ——孔型间的结构余量，b=（0.1~0.3）max B a ——辊端的结构余量，a=（0.2~0.6）max B

（3）辊长

板带材矫直辊的辊身长为L=,

max

a

B

+

由于矫直辊为光辊，板带材矫直时容易跑偏，为此辊端的余量必须加大，根据惯用的规定，可取为

max B <=1000mm 者,a =50~200mm max

B >1000mm 者,a =200~350mm

3、夹送辊

在板材矫直辊系及圆材矫直辊系的入口侧常需要设置夹送辊，前者是

为了克服板材头部撬起时顶到直径较细的工作辊而不能咬入的障碍，故夹送辊前不仅要有上下对称的喇叭形入口而且辊径也要加大。后者是为了防止圆形工件在辊缝中在反弯压力作用下失去周向稳定性而旋转并形成以辊距为螺旋导程的螺旋形弯曲。

夹送辊的直径可参考矫直辊来确定（应大于矫直辊径）

三、平行辊矫直机力能参数计算 1、矫直弯矩与矫直力

（1）按小变形方案压弯时每次的残留c C 值都小于1，故其压弯挠度比弯曲

曲率比相等，即w δ=w C ，于是压弯挠度值为w δ=1δw C 其中w C 是由矫直曲率方程式算出，因此在总去率比的变化量w C C C +=∑0已知后，便可算出弯矩：()2

/5.05.1∑-==C M M M M t t 。上式中的0C 值为每次压

弯前一次的残留值c C ，即该次为平直部位压弯后的残留值。

（2） 若按大变形方案压弯时，可能出现残留的c C >1.需要计算压弯挠度

w δ。当设定较大的弯曲值w C 时，既可以算相互压弯挠度w

t w δδδ+=又可算出其弯矩()[]20/5.05.1w t C C M M +-=。由于大变形所用的w C 值较大（w C =3~5），在计算中忽略0C 不计，所造成的误差很小，但

给计算带来很大方便，在一般计算中可以采用。

（3） 若按线性递减方案压弯时，在大压弯阶段仍需要把式

()()

[

]

2

/12335c

c w M M M -+-+=δ与

()

2

0/5.05.1w C C M +-=或

2

/5.05.1w C M -=及2

/5.05.1c c C M -=等结合起来做出w w C -δ曲线。

然后按线性递减安排的w δ值或w δ值都有相应的w C 值在曲线上存在。

找出w C 值便可算出弯矩M 值。如简化计算时()2

/5.05.1w

t C M M -=。 算出各辊处的弯矩M 值后，可以按连续梁的三弯矩方程式写出矫直力表达式。任意第i 辊的矫直力i F 为 ()

t i i i i M M M M

p

F 11

2_2+-+=

2、轴承压力

机架结构基本有两种：一种是悬臂式结构，另一种是简支式结构，后

者各轴承受力之和等于矫直力，一根轴的左右轴承受力分别为a F 及

b F ，矫直力为F 时可写出：

F

b

a b F a +=

F

b

a a F

b += F F F b a =+

轴承受力总和为∑∑∑=+F F F b a 悬臂式结构的轴承力为

F

F F b a =- F

a

b a F a +=

F

b b a F b +=

轴承受力总和为

∑

∑∑∑∑+=++=+F b a F b

a F b

b a F F b a )12(

3、矫直辊转矩

矫直辊在矫直力作用下所需要克服的阻力包括轴承摩擦阻力、辊面与

工件间的滚动摩擦阻力及工件塑性变形阻力

（1） 简支机构

∑

+

=F d

f T m )2

(μ

式中f 为工件与辊面的滚动摩擦系数。板材为f=0.002~0.004m ；高温板材的f=0.0008m ；型材为f=0.0008~0.001m

式中μ为轴承摩擦系数。尼龙轴承的μ=0.02~0.03；青铜轴承的

μ=0.03~0.05；滚动轴承的μ=0.005~0.01

式中d 为轴径直径 （2） 悬臂结构

[]}∑++?

??

+=F ad d b a b f T b a m )(2μ 式中a d 为工作侧轴颈直径；b d 为驱侧轴颈直径

工件单位长度所需的矫直变形能为j u ，故可写出下面等式：

j j u R θθτ= 所以j j Ru =τ

若第i 辊处的转矩为ji τ；矫直变形能为ji u ，则总矫直转矩为

∑∑--==

1

2

1

2

n Ji

n Ji

J u R T τ

矫直辊的总转矩为T=J m T T + 4、驱动功率

当已确定矫直速度为v ，矫直机传动系统的效率为η时，矫直机驱动功率为 R

Tv

N η=

式中η=0.7~0.9。当采用电动机—减速器—万向轴传动时η=0.85~0.9；当矫直辊背部有支承辊或矫直辊中有半数左右的随动辊时η=0.7~0.8 5、超前接触对矫直力的影响

超前接触是指矫直辊对工件的压弯作用点不在辊子对工件的垂直接触

点，而在咬入侧倾斜。

塑性弯曲变形所消耗的能量可以表现为转矩J τ的形式 J Fe τ=, 已知J J Ru =τ,故 J Ru Fe =

所以F

u R

e J =

超前量所对应的超前角为β，可用下式计算：

)arcsin(

)arcsin(

F u R

e J ==β

这种超前接触对辊子的轴承受力及辊轴受力所造成的影响，这就是图中辊面直压力

,

F 要比矫直力F 有所增大，即β

cos ,F F =

四、平行辊矫直机工艺参数计算

1、压弯量

小变形原则所用的压弯挠度就是弹复挠度，而且没有残留挠度，其压

弯挠度比可由式5151'-得知w w C =δ，且可由式1781-解出w δ值，现将与各种原始曲率比0C 相对应的w δ值列于下表中

大变形压弯量中压弯挠度需用式1-162及式1-171来计算其压弯挠度比，然后，计算其压弯挠度，再根据辊序不同来计算去压弯量。 线性递减原则所制定的压弯方案只要把入口处的压弯量及出口处的压弯量确定之后即可调整辊组的倾斜度，入口压弯挠度仍按∑C 不超过5来确定w δ及w δ，出口压弯挠度按w δ=t δ来确定。

2、辊凸度

在宽薄板矫直机上，为了有效消除瓢曲缺陷都在工作辊的背面装有一排或数排支承辊，第一可增强细长工作辊的径向刚度；第二可以对工作辊造成人为的压弯，使辊面形成凸起，人们把凸起额程度称为凸度。调节凸度的大小可根据瓢曲程度而定，目前只能根据经验制定凸度调节量。

3、轴向调节量

型材矫直机一般都配备轴向调节装置，用以对正上下辊的孔型位置，或

错开前后辊的孔型位置，以便于矫直条材的侧向弯曲。在平立辊组合辊

系中，可以不设轴向调节结构，但轴头的紧固螺母必须具有轴向调节功

能，可在换辊时调整对正孔型位置。

4、矫直速度

在连续生产线上实用的矫直机，要以轧钢机的速度为依据确定矫直速

度。即以生产线速度为矫直速度。但矫直机大都在常温下工作，其速度

常地狱轧制速度，而且1台矫直机的加工产品规格也较少。故有分流矫

直方法，即在精整工段设置两台以上的矫直机把一条线分成两条以上生

产线，用较低的速度同时完成相同的任务。也有用离线矫直法，把冷床

上的条材运到各矫直机处进行矫直。

矫直速度的上限至今尚没有理论计算方法，但人为设定矫直速度所依据

的经验是可以遵循的。

从充分发挥矫直机的能力来考虑矫直速度问题，对节约能源、保证安全。

挖掘潜力都是很重要的。我们把这个调节规程成为恒功率工作制度。五、讨论感想

在这次机械系统设计专题的讨论中，我们通过查阅资料，学习了矫直机。我们不仅对矫直的原理有了了解，更主要的是对平行辊矫直机的

原理以及它的结构参数等等相关内容有了深入的理解。我们从中还学到

了研究机械的方法，这对以后我们无论从事什么方面的研究都有很大帮

助，因为整个研究的思路方法是相通的。

同时我们也体会到，学习的乐趣，有些知识是不能仅仅局限在课本上的，我们可以查阅其他资料来了解学到很多东西，这个过程、这种方

法对于我们学生来说是很重要的。

六、参考文献

1、卢秀春.机械系统设计（第二部分）

2、崔甫.矫直原理与矫直机械.北京：冶金工业出版社.2007

七、组内分工

庞沙沙负责平行辊矫直机的结构参数计算部分

何宏雷负责平行辊矫直机的工艺参数计算部分

宋盈盈负责平行辊矫直机的力能参数计算部分