火車制動(dòng)梁用異型材矯直機(jī)的設(shè)計(jì).doc

目錄引言.31矯直機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).114.1平行輥矯直機(jī)的工作原理.124.2結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)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(jì)算.175動(dòng)力系統(tǒng)的選擇.206傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì).217結(jié)論.23致謝.24參考文獻(xiàn).25附錄A.錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄B.錯(cuò)誤!未定義書簽。摘要矯直技術(shù)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(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。依據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能以及指導(dǎo)教師的要求，本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)火車制動(dòng)梁用異型材的矯直，相對(duì)應(yīng)的應(yīng)采用平行輥矯直機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)的主要方案為平行輥矯直機(jī)的設(shè)計(jì)。文中對(duì)國內(nèi)外矯直技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀、矯直機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算等進(jìn)行了詳細(xì)闡述，論證了矯直火車制動(dòng)梁用異型材所用矯直機(jī)的輥系、輥距以及輥數(shù)選取原則，并且給予了充分的計(jì)算數(shù)據(jù)用以支持所選方案的合理性。最終設(shè)計(jì)出的成品將能夠以滿足要求的精度和速度工作。矯直機(jī)的應(yīng)用在大大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也將提高產(chǎn)品的質(zhì)量，為大批量流水線式生產(chǎn)提供了一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：應(yīng)力；反彎；矯直機(jī)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(shù)產(chǎn)生的確切時(shí)間尚未找到準(zhǔn)確的文字記載。但從文物發(fā)掘中看到我國春秋戰(zhàn)國時(shí)期寶劍的平直度可以使人想象到當(dāng)時(shí)手工矯直和平整技術(shù)已經(jīng)達(dá)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(shù)來完成成品的制造。手工矯直與平整工藝所用的設(shè)備與工具是極簡(jiǎn)單的，如平錘、砧臺(tái)等。對(duì)大型工件手工矯直常借助高溫加熱進(jìn)行。古代人在矯直及整形的實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的反彈特性，確立了“矯枉必須過正”的哲理，用之于矯直技術(shù)頗有一語道破之功，用之于改造社會(huì)也有知道意義1。由于中國社會(huì)的特殊條件，好多技術(shù)停留在手工狀態(tài)，18世紀(jì)末到19世紀(jì)出，歐洲進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)革命，逐步實(shí)現(xiàn)了用蒸汽動(dòng)力代替人力，機(jī)械化生產(chǎn)代替了手工作坊。19世紀(jì)30年代冶鐵技術(shù)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(jì)50年代開辟了煉鋼技術(shù)發(fā)展到新紀(jì)元。隨著平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)明，鋼產(chǎn)量增長迅速。到19世紀(jì)末時(shí)，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(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了鍛造機(jī)械、軋鋼機(jī)械和矯直機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)，以電力驅(qū)動(dòng)代替蒸汽動(dòng)力為標(biāo)志，推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。英國在1905年制造的輥式板材矯直機(jī)大概是我國見到的最早的1臺(tái)矯直機(jī)。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。到1914年英國發(fā)明了212型五輥式矯直機(jī)(阿布拉姆遜式Abramsen)，解決了鋼管矯直問題，同時(shí)提高了棒材矯直速度。20世紀(jì)20年代日本已經(jīng)能夠制造多斜輥矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明了222型六輥式矯直機(jī)，顯著提高了管材矯直質(zhì)量。20世紀(jì)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(jī)（KTC型矯直機(jī)）2。20世紀(jì)3040年代國外技術(shù)發(fā)達(dá)國家的型材矯直機(jī)及板材矯直機(jī)也得到迅速發(fā)展，而且繼續(xù)進(jìn)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(jī)。與此同時(shí)還出現(xiàn)了拉伸矯直機(jī)，20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)的矯直機(jī)大量進(jìn)入到中國。同時(shí)，世界上隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)進(jìn)步速度加快，矯直機(jī)的品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)都得到不斷的發(fā)展與完善。20世紀(jì)70年代我國改革以后解除到大量的國外設(shè)計(jì)研制成果。小到1.6mm金屬絲矯直機(jī)和大到600mm管材矯直機(jī)。有速度達(dá)到300m/min的高速矯直機(jī)和精度達(dá)到0.038mm/m的高精度矯直機(jī)。同時(shí)也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備。如英國的布朗克斯（BRONX）矯直機(jī)；德國的凱瑟林（Kieserling）矯直機(jī)、德馬克（Demag）連續(xù)拉彎矯直機(jī)及高精度壓力矯直機(jī)；日本的薄板矯直機(jī)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(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。20世紀(jì)50年代起就有劉天明提出的雙曲線輥形設(shè)計(jì)的精確計(jì)算法及文獻(xiàn)提出的矯直曲率方程式。6080年代在輥形理論方面有許多學(xué)者進(jìn)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(huì)；產(chǎn)生了等曲率反彎輥形計(jì)算法。與此同時(shí)，以西安重型機(jī)械研究所為代表的科研單位和以太原重型機(jī)器廠為代表的設(shè)計(jì)制造部門完成了大量的矯直機(jī)設(shè)計(jì)研制工作。不僅為我國生產(chǎn)提供了設(shè)備保證，還培養(yǎng)了一大批設(shè)計(jì)研究人員。進(jìn)入90年代我國在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步，一些新研制的矯直機(jī)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(jī)，多斜輥薄壁管矯直機(jī)、3斜輥薄銅管矯直機(jī)、雙向反彎輥形2輥矯直機(jī)、故和轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī)，平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動(dòng)切料機(jī)等研制方面相繼取得成功。在矯直高強(qiáng)度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)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(jì)60年代以后拉伸與拉彎矯直設(shè)備得到很大發(fā)展，對(duì)帶材生產(chǎn)起到很重要作用。在實(shí)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(yùn)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(yuǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn)這一要求的工藝我們稱之為矯直。矯直技術(shù)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(zhì)量水平。矯直技術(shù)同其他金屬加工技術(shù)一樣在20世紀(jì)取得了長足的進(jìn)展，相應(yīng)的矯直理論也取得了很大的進(jìn)步。不過理論滯后于實(shí)踐的現(xiàn)象比較明顯。例如矯直輥負(fù)轉(zhuǎn)矩的破壞作用在20世紀(jì)下半葉才得以解決（改集體驅(qū)動(dòng)為單輥驅(qū)動(dòng)，改剛性連接為超越離合連接等），但其破壞作用的機(jī)理直到20世紀(jì)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(yàn)算法和經(jīng)驗(yàn)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(shù)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(zhì)不同的工件，如彎矩和矯直曲率等都缺少通用的表達(dá)式。20世紀(jì)70年代以來，矯直技術(shù)與矯直理論的發(fā)展明顯加快，如拉彎矯直技術(shù)很快走向成熟；開發(fā)成功平動(dòng)（萬能）矯直技術(shù)、行星矯直技術(shù)，以及雙向旋轉(zhuǎn)矯直技術(shù)等；完善了等距雙曲線輥型設(shè)計(jì)法；創(chuàng)立了等曲率遞減反彎輥型設(shè)計(jì)法，矯直耗能計(jì)算法，主要工藝參數(shù)計(jì)算法；尤其在利用相對(duì)值概念對(duì)各種矯直過程進(jìn)行定量分析工作中取得了系統(tǒng)化的成果，為矯直技術(shù)數(shù)字化處理打下了基礎(chǔ)。1矯直機(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn)的功能以及指導(dǎo)教師的要求，本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)斷面如圖所示的工件的矯直，相對(duì)應(yīng)的應(yīng)采用平行輥矯直機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)的主要方案為平行輥矯直機(jī)的設(shè)計(jì)。平行輥矯直機(jī)必須具備兩個(gè)基本特征：第一是具有相當(dāng)數(shù)量交錯(cuò)配置的矯直輥，以實(shí)現(xiàn)多次的反復(fù)矯直；第二是壓彎量可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)矯直所需的壓彎方案。需要掌握理論力學(xué)及材料力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。設(shè)計(jì)出的成品將能夠完成對(duì)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(cuò)布置若干個(gè)互相平行的矯直輥，按遞減壓彎規(guī)律進(jìn)行多次反復(fù)壓彎以達(dá)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(zhì)量。這種矯直法在板材及型材矯直中得到廣泛應(yīng)用，不僅能矯直型材的主彎曲，在增加軸向調(diào)節(jié)的條件下也能矯直其側(cè)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(jìn)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(fù)合輥系可以對(duì)二維彎曲嚴(yán)重的線材及小型材進(jìn)行有效的矯直。設(shè)計(jì)出的成品的可行性計(jì)算預(yù)計(jì)將有如下步驟：首先對(duì)需要矯直的工件的材質(zhì)性能進(jìn)行校合計(jì)算，計(jì)算出的結(jié)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(jìn)行接下來的工作，若不行，則令想它法；當(dāng)計(jì)算出的結(jié)果證明其適合采用平行輥矯直機(jī)矯直后，接下來的工作就是對(duì)矯直機(jī)的各個(gè)性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以便設(shè)計(jì)出符合矯直要求的設(shè)備，需要解決三個(gè)主要問題：機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算、力能參數(shù)計(jì)算。當(dāng)這些問題解決后，就可以進(jìn)行平行輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將依據(jù)優(yōu)化配置的原則，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，隨時(shí)進(jìn)行改動(dòng)，在達(dá)到所要實(shí)現(xiàn)的功能要求的同時(shí)，達(dá)到成本的最低化。在具體的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中，首先在第一章中將對(duì)矯直機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行理論上的闡述，主要是矯直機(jī)的發(fā)展情況以及在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。其次是在第二章中對(duì)本次設(shè)計(jì)的成品，即火車制