火車制動梁用異型材矯直機的設計.doc

目錄引言.31矯直機的概述.42金屬條材的彎曲與矯直.62.1定義62.2分類.73高溫彈性變形與彈性模量.94矯直機構設計.114.1平行輥矯直機的工作原理.124.2結構參數(shù)計算.134.2.1輥系與輥數(shù).134.2.2輥徑、輥距與輥長.164.2.3力能參數(shù)計算.175動力系統(tǒng)的選擇.206傳動系統(tǒng)的選擇與設計.217結論.23致謝.24參考文獻.25附錄A.錯誤!未定義書簽。附錄B.錯誤!未定義書簽。摘要矯直技術多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質量水平。矯直技術同其他金屬加工技術一樣在20世紀取得了長足的進展，相應的矯直理論也取得了很大的進步。依據(jù)所要實現(xiàn)的功能以及指導教師的要求，本次設計主要是針對火車制動梁用異型材的矯直，相對應的應采用平行輥矯直機，所以本次設計的主要方案為平行輥矯直機的設計。文中對國內(nèi)外矯直技術的歷史及現(xiàn)狀、矯直機的設計計算等進行了詳細闡述，論證了矯直火車制動梁用異型材所用矯直機的輥系、輥距以及輥數(shù)選取原則，并且給予了充分的計算數(shù)據(jù)用以支持所選方案的合理性。最終設計出的成品將能夠以滿足要求的精度和速度工作。矯直機的應用在大大提高生產(chǎn)效率的同時，也將提高產(chǎn)品的質量，為大批量流水線式生產(chǎn)提供了一個不可缺少的環(huán)節(jié)。關鍵詞：應力；反彎；矯直機AbstractCorrectingstraighttechnologyisusingintherearwardworkingprocedureofmetalstripmaterialmachiningwidely.Itmostlydecidethequalityoftheproductandfinishedproduct.Correctingstraighttechnologygetsquitegreatevolvein20centurylikeothermetalworking.Ttheoryofcorrectingstraighttechnologyalsogetsprodigiousprogresscorrespondingly.Accordingtothefunctionstobeachievedandthedemandsofthefacultyadviser,thedesignisaimatthedifferentmodelmaterialcorrectingstraightoftrainapplythebreak.Correspondinglyparallelrollercorrectingstraightmachineisbetter,theprojectofthisdesignisparallelrollercorrectingstraightmachinedesign.Itisexplainclearlythattheinsideandoutsidercorrectingstraighttechnologyshistoryandactuality,designcalculatesinthepaper.Alsoincludingtherollerquotients,rollerdistanceandrollercountchoosingofthedifferentmodelmaterialcorrectingstraightoftrainapplythebreak.Thefinishedproductoffinallydesigncouldworkinthedemandedprecisionandspeed.Theapplicationofcorrectingstraightmachineisenormouslyboostthequalityandefficiencyofproduct,andprovideindispensabilitytacheinglideproduce.Keywords：stress；anti-bend；correctingstraightmachine引言矯直技術產(chǎn)生的確切時間尚未找到準確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國春秋戰(zhàn)國時期寶劍的平直度可以使人想象到當時手工矯直和平整技術已經(jīng)達到很高水平。在我國古代人的生活與生產(chǎn)中使用的物品與工具，小自針錐、大到鐵杵都要求矯直技術來完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設備與工具是極簡單的，如平錘、砧臺等。對大型工件手工矯直常借助高溫加熱進行。古代人在矯直及整形的實踐中認識到物質的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術頗有一語道破之功，用之于改造社會也有知道意義1。由于中國社會的特殊條件，好多技術停留在手工狀態(tài)，18世紀末到19世紀出，歐洲進行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實現(xiàn)了用蒸汽動力代替人力，機械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀30年代冶鐵技術發(fā)展起來，但是英國的生鐵產(chǎn)量已由7萬噸增長到19萬噸，增加了2.7倍。19世紀50年代開辟了煉鋼技術發(fā)展到新紀元。隨著平爐煉鋼技術的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到19世紀末時，鋼產(chǎn)量增加50多倍。鋼材產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重也顯著增加。這時已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機械、軋鋼機械和矯直機械。進入20世紀，以電力驅動代替蒸汽動力為標志，推動了機械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機大概是我國見到的最早的1臺矯直機。20世紀初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機。到1914年英國發(fā)明了212型五輥式矯直機(阿布拉姆遜式Abramsen)，解決了鋼管矯直問題，同時提高了棒材矯直速度。20世紀20年代日本已經(jīng)能夠制造多斜輥矯直機。20世紀30年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機，顯著提高了管材矯直質量。20世紀60年代中期，為了解決大直徑管材的矯直問題，美國薩頓（Sutton）公司研制成功313型七輥式矯直機（KTC型矯直機）2。20世紀3040年代國外技術發(fā)達國家的型材矯直機及板材矯直機也得到迅速發(fā)展，而且繼續(xù)進入到中國的鋼鐵工業(yè)及金屬制品業(yè)。新中國成立前在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工廠里可以看到德、英、日等國家制造德矯直機。與此同時還出現(xiàn)了拉伸矯直機，20世紀50年代蘇聯(lián)的矯直機大量進入到中國。同時，世界上隨著電子技術及計算機技術的發(fā)展，工業(yè)進步速度加快，矯直機的品種、規(guī)格、結構及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。20世紀70年代我國改革以后解除到大量的國外設計研制成果。小到1.6mm金屬絲矯直機和大到600mm管材矯直機。有速度達到300m/min的高速矯直機和精度達到0.038mm/m的高精度矯直機。同時也引進許多先進的矯直設備。如英國的布朗克斯（BRONX）矯直機；德國的凱瑟林（Kieserling）矯直機、德馬克（Demag）連續(xù)拉彎矯直機及高精度壓力矯直機；日本的薄板矯直機等。值得自豪的式我國科技界一直在努力提高自己的科研設計和創(chuàng)新能力。20世紀50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設計的精確計算法及文獻提出的矯直曲率方程式。6080年代在輥形理論方面有許多學者進行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，還召開了全國性的輥形理論討論會；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計算法。與此同時，以西安重型機械研究所為代表的科研單位和以太原重型機器廠為代表的設計制造部門完成了大量的矯直機設計研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設備保證，還培養(yǎng)了一大批設計研究人員。進入90年代我國在趕超世界先進水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機獲得了國家的發(fā)明專利。近年來我國在反彎輥形七斜輥矯直機，多斜輥薄壁管矯直機、3斜輥薄銅管矯直機、雙向反彎輥形2輥矯直機、故和轉轂式矯直機，平行輥異輥距矯直機及矯直液壓自動切料機等研制方面相繼取得成功。在矯直高強度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質量。其矯后的參路撓度為0.20.5mm/m（一等品為1mm/m）。此外，從20世紀60年代以后拉伸與拉彎矯直設備得到很大發(fā)展，對帶材生產(chǎn)起到很重要作用。在實際生產(chǎn)中，金屬材料（如型、管、線、板、帶等長條狀金屬型材）在軋制、鍛造、拉拔、運輸、冷卻及各種加工過程中常因外力作用，溫度變化及內(nèi)力消長而發(fā)生彎曲或扭曲變型。在長度遠大于寬度或厚度的條材上，縱向纖維的變形十分明顯；在寬度不太小的條材上如帶材橫向纖維的變形有時也是顯而易見的。為了獲得平直的成品條材必須使其縱向纖維或縱向截面由曲變直，橫向纖維或橫向截面也由曲變直。實現(xiàn)這一要求的工藝我們稱之為矯直。矯直技術多用于金屬條材加工的后部工序，在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質量水平。矯直技術同其他金屬加工技術一樣在20世紀取得了長足的進展，相應的矯直理論也取得了很大的進步。不過理論滯后于實踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負轉矩的破壞作用在20世紀下半葉才得以解決（改集體驅動為單輥驅動，改剛性連接為超越離合連接等），但其破壞作用的機理直到20世紀80年代末才被闡明。另外，就矯直理論的總體來看，仍然處于粗糙階段，首先就是其基本參數(shù)的確定還要靠許多經(jīng)驗算法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度等；其次是許多技術現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺等都缺乏理論闡論；再次是理論的概括性不夠，一套公式不僅不能包括各種斷面型材，甚至不能包括同類斷面而尺寸和材質不同的工件，如彎矩和矯直曲率等都缺少通用的表達式。20世紀70年代以來，矯直技術與矯直理論的發(fā)展明顯加快，如拉彎矯直技術很快走向成熟；開發(fā)成功平動（萬能）矯直技術、行星矯直技術，以及雙向旋轉矯直技術等；完善了等距雙曲線輥型設計法；創(chuàng)立了等曲率遞減反彎輥型設計法，矯直耗能計算法，主要工藝參數(shù)計算法；尤其在利用相對值概念對各種矯直過程進行定量分析工作中取得了系統(tǒng)化的成果，為矯直技術數(shù)字化處理打下了基礎。1矯直機的概述由于條材種類不同，彎曲形態(tài)不同，各自所要求的矯直方法也不同。工業(yè)上人們已經(jīng)研制成功的矯直方法主要由壓力矯直法、平行輥矯直法、斜輥矯直法、平動矯直法、拉伸矯直法、拉彎矯直法及其他一些特殊的矯直法。依據(jù)所要實現(xiàn)的功能以及指導教師的要求，本次設計主要是針對斷面如圖所示的工件的矯直，相對應的應采用平行輥矯直機，所以本次設計的主要方案為平行輥矯直機的設計。平行輥矯直機必須具備兩個基本特征：第一是具有相當數(shù)量交錯配置的矯直輥，以實現(xiàn)多次的反復矯直；第二是壓彎量可以調整，能實現(xiàn)矯直所需的壓彎方案。需要掌握理論力學及材料力學的知識點。設計出的成品將能夠完成對該種工件的矯直工作。平行輥矯直法是把間斷的壓力矯直法變成輥式連續(xù)矯直法，從入口到出口交錯布置若干個互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進行多次反復壓彎以達到矯直目的。不僅顯著提高工作效率，而且能獲得較高的矯直質量。這種矯直法在板材及型材矯直中得到廣泛應用，不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調節(jié)的條件下也能矯直其側彎曲；不僅能矯直板材的縱向波浪，在增加彎輥措施后，也能矯直橫向波浪，即矯直瓢曲。利用兩組平行輥將其輥系進行直角組合或稱平立輥組合，即將一組水平輥與一組垂直輥組合起來形成復合輥系可以對二維彎曲嚴重的線材及小型材進行有效的矯直。設計出的成品的可行性計算預計將有如下步驟：首先對需要矯直的工件的材質性能進行校合計算，計算出的結果將直接影響下一步的工作，若制造工件的材料適合矯直，即該種材料的韌性較好，則可進行接下來的工作，若不行，則令想它法；當計算出的結果證明其適合采用平行輥矯直機矯直后，接下來的工作就是對矯直機的各個性能參數(shù)進行計算，以便設計出符合矯直要求的設備，需要解決三個主要問題：機構參數(shù)計算、力能參數(shù)計算。當這些問題解決后，就可以進行平行輥矯直機的結構設計了。矯直機的結構設計將依據(jù)優(yōu)化配置的原則，隨時進行調整，隨時進行改動，在達到所要實現(xiàn)的功能要求的同時，達到成本的最低化。在具體的畢業(yè)設計論文中，首先在第一章中將對矯直機的設計進行理論上的闡述，主要是矯直機的發(fā)展情況以及在現(xiàn)實中的應用。其次是在第二章中對本次設計的成品，即火車制