宽厚板矫直机矫直辊变形研究及矫直过程仿真--《燕山大学》2012年硕士论文
宽厚板矫直机矫直辊变形研究及矫直过程仿真
【摘要】：矫直就是使板材在矫直辊压下力的作用下进行弯曲，发生弹塑性变形，使板材趋于平直的过程。矫直机分为压力矫直机和辊式矫直机，目前使用较多的是后者。在辊式矫直的过程中，板材在矫直力的作用下发生变形，同时矫直力也使矫直辊发生变形，辊缝发生变化，导致矫直过程中矫直辊沿辊身方向的压弯量发生变化，进而影响到矫直质量。因此，对矫直辊在矫直过程中的变形进行研究，对准确得到矫后板材的不平度及设置合理的矫直工艺，具有重要的理论和实际意义。
本文在理论上系统研究了辊式矫直过程的原理与工艺，并对某厂宽厚板热矫直机做了结构分析，通过建立矫直过程的数学模型，确定了各个矫直辊的压下量、矫直力矩及矫直力；结合对分式弯辊分析给弯辊力的计算公式，并总结了在弯辊力作用下板材的曲率变化趋势。
在对宽厚板矫直机辊系结构分析的基础上，基于影响函数法建立了矫直辊的受力模型，给出了矫直辊沿辊身方向的变形及矫直辊的弹性压扁变形的计算公式，并通过编程计算，分析了矫直辊在不同板宽、不同矫直力的作用下的挠度变形趋势，为矫直过程的仿真提供了计算基础。并且利用有限元软件ANSYS对整个辊系的变形进行模拟，分析了应力较集中的部位。
最后，本文对矫直过程进行了仿真分析，结合矫直辊的变形，得出了在矫直过程中的辊缝形状，并分析了板材在矫直过程中的相对总变形曲率的变化趋势及矫后板材的残余曲率分布状况，为具有不同原始曲率的板材如何选取合适的入口相对总变形曲率提供了依据。为了得到更好的矫直效果，本文对已有的弯辊模型进行了改进，计算并验证了矫后板材残余曲率的分布。本章的最后计算分析了不同矫直辊设置对不平度的影响，为如何设置压弯量提供了理论依据。
【关键词】：
【学位授予单位】：燕山大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TG333.23【目录】：
摘要5-6Abstract6-11第1章 绪论11-17 1.1 课题的研究背景11-12 1.2 宽厚板矫直机的研究意义与研究现状12-16
1.2.1 研究意义12-13
1.2.2 矫直技术研究现状13-16 1.3 本文主要研究内容16-17第2章 辊式矫直基本原理与矫直机构17-29 2.1 钢板的形状缺陷及产生原因17-18
2.1.1 板材的形状缺陷17
2.1.2 板材缺陷产生原因17-18 2.2 辊式矫直机矫直原理18-25
2.2.1 板材弹塑性变形与弯曲曲率19-20
2.2.2 板材的矫直原理20-21
2.2.3 矫直方案21-24
2.2.4 矫直工艺24-25 2.3 矫直机构25-28
2.3.1 预应力机架26
2.3.2 矫直辊结构26-27
2.3.3 弯辊机构27-28 2.4 本章小结28-29第3章 辊式矫直过程数学解析模型29-42 3.1 建立模型所需的基本假设30 3.2 压弯模型的建立30-38
3.2.1 板材在弯曲过程中的应变与应力30-32
3.2.2 板材在弯曲过程中的挠度变化32-34
3.2.3 板材在矫直过程中压弯量与挠度的关系34-35
3.2.4 压弯量的确定35-36
3.2.5 矫直力的计算36-38 3.3 弯辊模型解析38-41
3.3.1 弯辊模型38-40
3.3.2 弯辊对板材曲率的影响40-41 3.4 本章小结41-42第4章 矫直过程中矫直辊的变形研究42-52 4.1 矫直辊弹性变形模型的建立42-45
4.1.1 影响函数法42
4.1.2 矫直辊力学模型42-43
4.1.3 矫直辊受力43
4.1.4 矫直辊挠度变形43-44
4.1.5 矫直辊和板材接触面的弹性压扁44-45
4.1.6 矫直辊与支撑辊之间的弹性压扁45 4.2 矫直辊挠度变形计算分析45-47
4.2.1 参数设置45-46
4.2.2 计算结果分析46-47 4.3 上辊系变形应力分析47-51
4.3.1 有限元模型48-49
4.3.2 上辊系位移变化49
4.3.3 上辊系应力分析49-51 4.4 本章小结51-52第5章 辊式矫直机矫直过程仿真计算52-69 5.1 参数的确定52-55
5.1.1 板材参数52-54
5.1.2 矫直机参数54-55 5.2 矫直计算流程55-56 5.3 计算结果分析56-62
5.3.1 压弯量与矫直力56
5.3.2 矫直辊的变形56-57
5.3.3 施加弯辊力后负载辊缝曲线57-59
5.3.4 矫直过程中曲率变化59-62 5.4 建立新的弯辊力模型62-64 5.5 矫直辊设置对矫后不平度的影响64-67
5.5.1 入口辊压弯量对不平度的影响65-66
5.5.2 出口辊压弯量对不平度的影响66-67 5.6 本章小结67-69结论69-70参考文献70-73攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74致谢74-75作者简介75
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库
陈健就,许超;[J];宝钢技术;1999年04期
刘怀正;;[J];锻压机械;1991年02期
胡高举;柴长健;王宇;鄂世伟;王勤;许永增;;[J];钢铁技术;2005年06期
鲁廷桂;;[J];装备制造技术;2008年05期
俞慧,裴瑞琳;[J];宽厚板;2005年03期
沈继刚;李宏图;;[J];宽厚板;2010年01期
袁国,黄庆学,董辉,孟晓伟;[J];太原重型机械学院学报;2002年S1期
王宇;胡高举;;[J];重型机械科技;2007年02期
傅文祖;;[J];重型机械;1979年06期
黄雨华,徐有忠,杨会林;[J];重型机械;1999年06期
中国重要会议论文全文数据库
胡坚;;[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集（4）[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库
王效岗;[D];兰州理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库
张渡仙;[D];燕山大学;2010年
刘涵;[D];重庆大学;2006年
何艳华;[D];武汉科技大学;2006年
刘念;[D];武汉科技大学;2008年
刘建永;[D];太原科技大学;2009年
崔丽;[D];东北大学　;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库
张文福,姚芳;[J];四川建筑科学研究;2005年01期
李玉杯,熊峰;[J];四川建筑科学研究;2005年02期
曾祥蓉,江世永,陈进,王薇,蔡永君;[J];四川建筑科学研究;2005年03期
周志军;郭光玲;;[J];四川建筑科学研究;2006年04期
张磊;薛勇;丁红岩;;[J];四川建筑科学研究;2006年04期
张强;郭光玲;;[J];四川建筑科学研究;2009年04期
刘喜平;;[J];四川建筑科学研究;2009年06期
熊进刚;金坤玮;李艳;;[J];四川建筑科学研究;2011年05期
施恂根;赵跃平;刘东辉;;[J];四川建筑科学研究;2011年06期
;[J];鞍钢技术;1973年01期
中国重要会议论文全文数据库
王志刚;杨玉军;田水仙;杨晓利;张鹏;任辉;;[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
王海滨;姜黎黎;张臣;杨刚;;[A];复合材料——基础、创新、高效：第十四届全国复合材料学术会议论文集（下）[C];2006年
于江;陶西贵;熊炎飞;;[A];第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2007年
刘攀;王仕全;;[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
李天;闫宇敬;;[A];钢结构工程研究（六）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2006年学术交流会论文集[C];2006年
俞家欢;孙明;;[A];钢结构工程研究（七）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2008年学术交流会论文集[C];2008年
闻洋;李春光;;[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届（ASSF-2010）学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
白金兰;全婉秋;钟凯;;[A];全国先进制造技术高层论坛暨第七届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2008年
胡永辉;程志毅;;[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集（湖北专集）[C];2005年
李明;;[A];2007年河北省轧钢技术与学术年会论文集（上册）[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库
高晓阳;[D];甘肃农业大学;2010年
阴树标;[D];昆明理工大学;2008年
周磊;[D];浙江大学;2010年
李智国;[D];江苏大学;2011年
马明利;[D];东北石油大学;2011年
叶果;[D];中国矿业大学;2011年
单修迎;[D];燕山大学;2011年
孙亚波;[D];燕山大学;2010年
董志奎;[D];燕山大学;2011年
马博;[D];燕山大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库
薛志鹏;[D];河南理工大学;2010年
蒋建军;[D];河南理工大学;2010年
梁峰;[D];河南理工大学;2010年
吴琳;[D];南昌航空大学;2010年
于群;[D];山东科技大学;2010年
赵永梅;[D];山东科技大学;2010年
刘欣丽;[D];山东科技大学;2010年
郑珊珊;[D];山东科技大学;2010年
詹峰;[D];山东科技大学;2010年
李庆亮;[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
戴德文,郭维筠,王振华;[J];宝钢技术;2000年02期
肖承香;[J];宝钢技术;2000年03期
王建强,袁建光;[J];宝钢技术;2003年05期
袁建光,杨敏,贺达伦;[J];宝钢技术;2004年02期
袁建光;杨敏;贺达伦;;[J];宝钢技术;2006年04期
戴德文;;[J];宝钢技术;2007年02期
陈健就,许超;[J];宝钢技术;1999年04期
黄建国;吕昌;;[J];包钢科技;2007年02期
井永水,窦忠强;[J];北京科技大学学报;2001年02期
井永水,窦忠强,李忠富;[J];北京科技大学学报;2002年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库
贲宏艳;[J];燕山大学学报;2000年02期
周炳沂;[J];钢铁钒钛;1992年01期
刘喜平;[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2000年03期
冯晓若;[J];山西机械;2002年02期
冀伟;[J];天津冶金;2002年06期
李元恺;[J];制造技术与机床;1956年06期
张祖光;[J];钢铁钒钛;1980年04期
侯佐亮,马振平,马香峰;[J];冶金设备;1989年05期
乔长锁;[J];燕山大学学报;2000年02期
李春凤;[J];应用科技;2003年07期
中国重要会议论文全文数据库
黄庆学;周存龙;王效岗;;[A];第八届（2011）中国钢铁年会论文集（大会报告与分会场特邀报告）[C];2011年
蒋红涛;;[A];第三届先进轧钢精整、包装及钢材加工配送技术学术研讨会论文集[C];2010年
韩志伟;冯科;;[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
任安超;吉玉;周桂峰;袁泽喜;韩斌;朱敏;周剑华;;[A];2010年全国轧钢生产技术会议文集[C];2010年
胡高举;王勤;王宇;鄂世伟;;[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集（4）[C];2003年
杨征;;[A];2009年全国高品质热轧板带材控轧控冷与在线、离线热处理生产技术交流研讨会文集[C];2009年
刘红娜;;[A];第二届薄钢板质量研讨会论文集[C];2002年
景奉儒;李宪奎;张兴中;孟江;郭维谨;;[A];板坯连铸技术研讨会论文汇编[C];2003年
张文玲;白莉;刘士平;陈宏军;;[A];2001中国钢铁年会论文集（上卷）[C];2001年
刘静安;蒋太富;;[A];“技术创新与核心能力建设”重庆汽车工程学会2006年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库
;[N];世界金属导报;2011年
王朝晖;[N];中国汽车报;2000年
安徽濉溪县中瑞商贸有限公司
赵艳军;[N];中国建材报;2006年
肖英龙;[N];世界金属导报;2002年
赵静;[N];铁岭日报;2011年
王谋远;[N];中国建材报;2007年
赵艳军;[N];中国建材报;2007年
;[N];中国冶金报;2003年
滦县职教中心
陈志红;[N];河北科技报;2007年
许卫兵?通讯员
国强;[N];河北日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库
薛军安;[D];东北大学;2009年
凌鹤;[D];武汉理工大学;2011年
杨春政;[D];上海大学;2011年
周磊;[D];浙江大学;2010年
戚向东;[D];燕山大学;2002年
王效岗;[D];兰州理工大学;2008年
王磊;[D];东北大学;2008年
周海斌;[D];东北大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库
陈璐;[D];燕山大学;2012年
闫晓亮;[D];燕山大学;2010年
伊洋洋;[D];燕山大学;2012年
杨伟国;[D];江西理工大学;2011年
蒋娟娟;[D];辽宁科技大学;2012年
杨琳琳;[D];太原科技大学;2011年
杨晓君;[D];太原科技大学;2011年
秦训松;[D];武汉科技大学;2012年
周慧锋;[D];燕山大学;2010年
张杨;[D];燕山大学;2010年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993
《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司
同方知网数字出版技术股份有限公司
地址：北京清华大学 84-48信箱 大众知识服务
出版物经营许可证 新出发京批字第直0595号
订购热线：400-819-82499
服务热线：010--
在线咨询：
传真：010-
京公网安备75号发布时间： 19:16:40
资源格式：DOC
内容详情：
etofacilitatemulti-directionalmeasurements.Generalmeasurevibrationinthreedirectionstobeselected(thelevelofX,theverticalY,axisA)toevaluate,especiallyforlowfrequencyvibration,butalsotoemphasizethedirection(high-frequencyvibrationonthedirectionisnotsensitive).(4)forlargemechanicalequipment,bythetransferfunctionshouldbemoretesting.3steelrollingmachinery,andothercommonfaultsandrotatingmachineryThediagnosisCommonrotatingmachineryfaults,accordingtothenatureoftherotorandvibrationtypecanbedividedinto:rotorunbalance,rotormisalignment,loosebaseorassembly,therotorandstatorfriction,inductionmotorvibration,bearingfailure,vibrationandothergearmechanism.Vibrationmonitoringtechniqueusingthesecommonmechanicalfailurecanbeamoreaccuratediagnosis.3.1RotorimbalanceRotatingMachineryimbalanceisthemostcommonformoffailure.Imbalancecausedbymanyreasons,suchastheeccentricitycausedbypoorinstallation,withtheloosening,axialbending,manufacturingerrors,andgeneratelong-termoperationunevenwear.Ourformulafromthecentrifu...
&&&&&&&&摘要矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。&&&&&&&&轧制出的钢材常出现弧形弯曲、纵向和横向弯曲、瓢曲等缺陷,为此轧后钢材必须经过矫正。&&&&&&&&本设计方案以太重集团生产的几种矫直机为参照，结合本案设计要求，设计了九辊矫直机。&&&&&&&&本方案以弹塑性弯曲变形理论为设计依据。&&&&&&&&主要包括以下内容：矫直机类型，矫直原理，矫直机结构的确定，矫直机基本力能参数计算、力能参数计算、电动机功率计算、工作辊和支撑辊的结构设计与校核、压下机构的设计计算及校核。&&&&&&&&关键词：矫直机；工作辊；支承辊；压下机构AbstractStraighteningmachineisaequipment,whichstraightenmetalbar,pipeworkpiece,wireandsoon.Afterrolling,therearearchbending,verticalandhorizontalbending,protuberanceinsteelstrip.Soitmustbestraightened.IconsultedstraighteningmachineofTaiZhongGroup,combiningwiththedesignrequirementsoftheprogram,thendesignedtheninerollerstraighteningmachine.Theprojectisbasedonthetheoryofelasto-plasticbending.Itincludesthefollowing:thetypeofstraighteningmachine,thetheoryofstraighteningmachineandthestructureofstraighteningmachine,thecalculationofstraighteningmachine’sbasicparameters,thestructuraldesignandthecheckingoftheworkrollandbackuproll,thestructuraldesignandcheckingofscrewdownKeywords:Straighteningmachine；workroll；backuproll；screwdown摘要.........................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................II......................................................................................................III&&&&&&&&一、前言.................................................................................................1&&&&&&&&1.1课题研究的意义及现状..........................................................................................11.2论文主要研究内容..................................................................................................3二、方案确定..........................................................................................42.1矫直机类型..............................................................................................................42.2矫直原理..................................................................................................................62.3矫直机结构..............................................................................................................8三、设计计算........................................................................................173.1矫直机基本参数的确定........................................................................................173.2辊式矫直机的力能参数确定................................................错误！未定义书签。&&&&&&&&展望.......................................................................................................35参考文献...............................................................................................36致谢.......................................................................................................37附件1....................................................................................................38附件2....................................................................................................46&&&&&&&&一、前言&&&&&&&&1.1课题研究的意义及现状在板带材的轧制生产中，由于轧件温度不均，变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响，致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。&&&&&&&&为此轧后钢材必须经过矫正，以达到国家规定的质量标准，满足用户的使用要求。&&&&&&&&为此我们参照以往的矫直机设计资料，结合当前最新的矫直机设计技术设计了该型矫直机。&&&&&&&&本设计方案以实用化、坚固耐用为根本设计思想，兼顾经济性。&&&&&&&&矫直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。&&&&&&&&矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。&&&&&&&&尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，矫直技术也要跟上时代。&&&&&&&&首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制，使矫直技术走上现代化的道路，不断丰富金属矫直学的内容。&&&&&&&&矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产成品的质量水平。&&&&&&&&矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步。&&&&&&&&不过理论滞后于实践的现象比较明显。&&&&&&&&例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决，但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。&&&&&&&&另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式。&&&&&&&&矫直技术历史悠久，但其产生时间并未有确切的时间记载。&&&&&&&&但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高的水平。&&&&&&&&在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵，都要求用矫直技术来完成成品的制造。&&&&&&&&手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等。&&&&&&&&对大型工件的手工矫直常借助高温加热进行。&&&&&&&&古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫往必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破天机之功。&&&&&&&&现代矫直机的快速发展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的。&&&&&&&&到19世纪30年代，冶铁技术发展起来，钢产量迅速成倍的增长。&&&&&&&&到19世纪末期时，钢产量增加了50多倍。&&&&&&&&钢材产量占钢产量的比重也明显增加。&&&&&&&&这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。&&&&&&&&进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。&&&&&&&&到1914年英国发明了212型五辊式矫直机，解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度。&&&&&&&&20世纪20年代，日本已能制造多辊矫直机。&&&&&&&&20世纪30年代中期，发明了222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量。&&&&&&&&20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿公司研制成功313七辊式矫直机。&&&&&&&&20世纪30到40年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速发展，而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业。&&&&&&&&新中国成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫直机。&&&&&&&&20世纪50年代，苏联的矫直机大量的进入到中国，同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。&&&&&&&&20世纪70年代，我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果，同时也引进许多先进的矫直设备。&&&&&&&&如英国的布朗克斯矫直机；德国的凯瑟琳、德马克连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等。&&&&&&&&与此同时，我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。&&&&&&&&从20世纪50年代起提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式到80年代提出的等曲率反弯辊形计算法。&&&&&&&&此外，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机械厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作。&&&&&&&&进入90年代之后，我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省级部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。&&&&&&&&如已经研制成功的双向反弯辊形2辊矫直机、复合转毂式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等。&&&&&&&&1.2论文主要研究内容本矫直机的主要技术参数为：矫直材料Q235，钢板厚度H=4—16mm，最大板宽B=2100mm；矫直温度400—600℃；矫直速度0.5—1.5m/s；矫直辊辊距280mm；辊径250mm；辊身长2350mm，5个上辊，4个下辊；支承辊辊径280mm、辊身长900mm、3个上辊、4个下辊；最大开度140mm；压下装置采用一台5.5kw、1455r/min的交流电机驱动；主电机一台、200kw、980r/min、交流。&&&&&&&&根据设计要求，在本方案中，设计计算了矫直机的基本力能参数，如辊距，辊径等；工作辊的结构与装配方案，并对其进行了校核；支承辊的机构与装配方案，并对其进行校核；压下系统的结构设计。&&&&&&&&二、方案确定2.1矫直机类型2.&&&&&&&&1.1压力矫直机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫直。&&&&&&&&这种矫直机用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径（大于φ200～φ300毫米）钢管或用作辊式矫直机的补充矫直。&&&&&&&&压力矫直机的主要缺点是生产率低且操作较繁重。&&&&&&&&压力矫直机有立式（图2-1a）和卧式（图2-1b）两种。&&&&&&&&2.1.2拉伸矫直机拉伸矫直机也称张力矫直机，主要用于矫直厚度小于0.6毫米的薄钢板和有色金属板材。&&&&&&&&通常，辊式板带材矫直机只能有效的矫直轧件的横向或纵向弯曲（即二元形状缺陷）。&&&&&&&&至于板带材的中间瓢曲和边缘浪形（三元形状缺陷）则是由于板材沿长度的方向各纤维变形量不等造成的。&&&&&&&&为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。&&&&&&&&在普通辊式矫直机上虽然能使这种缺陷有所改善，但矫直效果不理想。&&&&&&&&这时需要采用拉伸矫直方法。&&&&&&&&拉伸矫直的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫直。&&&&&&&&图2-1j是矫直单张板材的钳式拉伸矫直机。&&&&&&&&这种设备生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗太大。&&&&&&&&图2-1k是张力平整组。&&&&&&&&他能对成卷带材进行粗矫，也能改善轧件的机械性能。&&&&&&&&图2-1l是连续拉伸机组。&&&&&&&&它由两个张力辊组成。&&&&&&&&拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生。&&&&&&&&这种矫直机主要用于有色金属。&&&&&&&&图2-1m是带有张力的辊式矫直机组。&&&&&&&&这种结构用于连续矫直高强度薄带材。&&&&&&&&但因辊式矫直机的工作辊很难单独调整，同时，在张力作用下，工作辊容易窜动，因而影响了矫直质量。&&&&&&&&目前，这种结构的矫直机已被拉伸弯曲矫直机取代。&&&&&&&&2.1.3拉弯矫直机曲的基本原理是当带材在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，使带材产生弹塑性延伸，从而较平。&&&&&&&&这种矫直机组一般用在连续作业线上，可以矫直各种金属带材（包括高强度极薄钢板）。&&&&&&&&拉伸弯曲机组也可在酸洗机组上进行机械破鳞，以提高酸洗速度。&&&&&&&&图2-1矫直机的基本类型2.1.4管材、棒材矫直机管、棒材矫直的原理也是利用多次反复弯曲轧件，是轧件矫直。&&&&&&&&图2-1g是斜辊式矫直机。&&&&&&&&这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状。&&&&&&&&两排工作辊轴线相互交叉。&&&&&&&&管棒材在矫直时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状。&&&&&&&&图2-1h是“313”型辊式矫直机。&&&&&&&&这种矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫直管棒材时，效果很好。&&&&&&&&图2-1i是偏心轴式矫直机用来矫直薄壁管。&&&&&&&&2.1.5辊式矫直机在辊式矫直机上轧件多次反复弯曲而得到矫直。&&&&&&&&辊式矫直机生产率高而且容易实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛应用。&&&&&&&&辊式矫直机的类型很多，在图2-1中图c～h列出了几种主要的类型。&&&&&&&&图2-1c是上排每个工作辊可单独调整的辊式矫直机。&&&&&&&&这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫直机。&&&&&&&&图2-1d是整排上工作辊平行调整的矫直机。&&&&&&&&通常，出入口的两个上工作辊（也称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫直质量。&&&&&&&&这种矫直机广泛用来矫直4～12mm以上的中厚板。&&&&&&&&图2-1e是整排上工作辊可以倾斜调整的矫直机。&&&&&&&&这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫直时的变形特点。&&&&&&&&它广泛用于矫直4毫米以下的薄板。&&&&&&&&图2-1f是上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫直机。&&&&&&&&这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫直薄板。&&&&&&&&2.2矫直原理若轧件具有单值曲率01r的圆弧，则用三个辊子使其反弯至曲率为1?，且连续通过，即可完全矫直。&&&&&&&&但实际情况中，轧件的原始曲率沿长度方向往往是变化的，不仅是多值的，而且弯曲方向也不同，所以仅用三个辊子的矫直方法是不行的。&&&&&&&&为了保证矫直质量，必须增加矫直辊的数量。&&&&&&&&辊式矫直机一般至少要五个工作辊。&&&&&&&&本设计方案采用的是上下辊平行排列的矫直方案，即上排辊相对下排辊平行排列，集体升降，矫直时所有上排辊子的压下量相同，除首尾辊外，其余各辊子处轧件弯曲至相同的曲率1f?。&&&&&&&&当11fw???时，矫直原始曲率为010??r的轧件，若第2辊使01r?变为11r?，第3辊使01r?变为11r?，由于弹性变形不足和残余应力的影响，后面的辊子作用不大，轧件的残余曲率会接近于11r?—0。&&&&&&&&为了提高矫直精度，较彻底的消除残余曲率，必须11fw???。&&&&&&&&图2-2上下辊平行排列矫直原理图如上图所示，轧件的原始曲率为11r?—0。&&&&&&&&通过第2辊子后，11r?变为11r?，残余曲率为01r?—11r?，通过第3辊子后，01r?变为11r?和11r?变为21r?，残余曲率为11r?—21r?；通过第4辊子后，11r?变为21r?，残余曲率为21r?—31r?；依次类推，残余曲率范围逐渐缩小，经若干辊子后，残余曲率趋于定值。&&&&&&&&若矫直机的出口辊的压下可单独调整，则可完全消除该定值的残余曲率，即轧件得到完全矫直。&&&&&&&&实际上辊数是有限的，只能达到限定的矫直精度，若是轧件反复通过矫直机，则起到增加辊数的作用，即可提高矫直精度。&&&&&&&&2.3矫直机结构2.3.1工作辊的布置方案按工作辊的调整方法和排列方式不同，工作辊的结构有以下几种基本形式：1）每个上辊可单独调整高度的。&&&&&&&&如图2-3a，每个上辊都具有单独的轴承座和压下调整机构，保证任意调整高度。&&&&&&&&此外通常还可以移动机架的上部分相对下部分进行集体调整。&&&&&&&&能够得到较高的矫直精度。&&&&&&&&但结构复杂，所以在实际中一般辊数较少。&&&&&&&&2）上排辊子集体平行调整高度。&&&&&&&&如图2-3b，上排辊子固定在一个平行升降的横梁上，只能集体上下平行调整，所以辊子的压下量相同，结构比较简单。&&&&&&&&但这种调整方式只能用较小的（甚至是最小的）有效弯曲变形，才能得到较高的矫直精度，否则将出现较大的残余曲率。&&&&&&&&为解决上述缺点，通常出入口上辊为单独调整的。&&&&&&&&这种结构方案广泛应用于中厚板的矫直。&&&&&&&&3）上排辊子集体倾斜调整。&&&&&&&&如图2-3c，上排辊子安装在一个可倾斜调整的横梁上，由入口至出口轧件弯曲逐渐减小，可以实现大变形，小变形俩种矫直方案，能得到较高的矫直速度，调整也很方便，所以应用广泛。&&&&&&&&图2-3板材辊式矫直机上辊调整方案a-每个上辊单独调整；b-上辊集体平行调整；c-上辊集体倾斜调整图2-4混合排列的辊式矫直机a-入口平行、出口倾斜；b-中间平行、俩端倾斜4）平行和倾斜混合排列的矫直机。&&&&&&&&如图2-4，一种是入口段为平行排列，出口段为倾斜排列，增加了入口段轧件的大变形过程，可提高矫直质量。&&&&&&&&另一种是中间为平行排列，俩端为倾斜排列，它不仅能提高矫直质量，而且可改善咬入条件和作用于可逆矫直。&&&&&&&&2.3.2支撑辊的布置方案1）垂直布置。&&&&&&&&支承辊仅承受工作辊垂直方向的弯曲。&&&&&&&&这种布置形式仅用于辊径与辊身长度比值较大的矫直机。&&&&&&&&图2-5板材矫直机支承辊的布置形式a-垂直布置；b-交错布置；c-垂直和交错混合布置2)交错布置。&&&&&&&&支承辊承受工作辊垂直方向的弯曲，矫直过程中工作辊比较稳定。&&&&&&&&与垂直布置得想反，多用于工作辊辊径与辊身长度比值较小的矫直机。&&&&&&&&3）垂直和交错混合布置。&&&&&&&&下排支承辊采用垂直布置形式，可漏掉辊间的氧化铁皮和其他物质，从而减轻辊面磨损，可提高辊子寿命。&&&&&&&&这种布置形式多用于矫直带氧化铁皮的热轧钢板。&&&&&&&&图2-6双层矫直辊的矫直机示意图1-板材；2-工作辊；3-外层支承辊；4-中间支承辊4）双层支承辊。&&&&&&&&随着板材厚度的减小，矫直机工作辊辊径和辊距相应减小，则支承辊直径可能受到限制，为加强支撑作用和扭转能力，增设大直径的外层支承辊和改为内层支承辊（中间支承辊）传动。&&&&&&&&目前这种矫直机用于铝及铝合金薄带的拉弯矫直机组中。&&&&&&&&对于板材，尤其是薄板，不仅在纵向上具有弯曲变形，而且在横向上也具有弯曲变形，如瓢曲和浪形，严重影响板形质量，因此，根据不同的矫直工艺要求，支承辊又分一段、二段、三段的和多段的若干种。&&&&&&&&右图2-7所示为三段式支承辊矫直方案，其各段支承辊可单独调整压下，沿工作辊长度方向可使带材产生不同的变形，能够消除俩边或中间或一边的板形缺陷。&&&&&&&&上下各段可对称布置或交错布置。&&&&&&&&图2-7双边浪形（上），中间瓢曲（中），单边浪形（下）2.3.3工作机座的结构形式1．台架式这种矫直机机座由上台架、下台架和立柱三个主要部分组成。&&&&&&&&立柱同时也是压下螺丝。&&&&&&&&压下螺丝（或螺母）转动，可以调整上、下台架的相互位置，从而也调整了矫直辊的压下量。&&&&&&&&中厚板矫直机大多是台架式的，它的上台架可以整体平行压下和整体倾斜压下。&&&&&&&&整体平行压下，其压下机构是集体驱动的，如图2-8所示；整体倾斜压下是由两套驱动装置完成的，如图2-9所示。&&&&&&&&图2-8集体驱动压下装置a--两级蜗杆减速b--两级蜗杆减速c--圆柱齿轮-蜗杆减速图2-9整体倾斜调整台架式矫直机压下装置布置示意图a—圆柱齿轮-蜗杆减速b—两级蜗杆减速图2-×2300钢板矫直机总图1-压下传动装置；2、9-支承辊调节装置；3、7-上下支承辊；4、8-上下台架；6-上下工作辊；10-紧固螺母；11-立柱；12-压下螺母；13-内齿圈；14-平衡螺母；15-托盘；16-平衡弹簧；17-手轮；18-压下螺丝；19-出入口工作辊图2-10是一台11-260/300X2300矫直机的结构图，这种矫直机的结构特点如下：1）矫直机上排辊是整体平行调整的（出、入口工作辊可以单独调整），因此，上台架4只是由一台双输出轴电动机分别通过两级蜗轮减速机同时转动四个立柱上压下螺母。&&&&&&&&压下装置中的四个立柱同时是压下螺丝，它们由螺母10固定在下台架8上。&&&&&&&&在调整压下时，立柱不动，而是压下螺母12和平衡螺母14随上台架一起移动。&&&&&&&&压下螺母同时也是压下减速机的蜗轮。&&&&&&&&为了消除压下螺母和螺丝之间的间隙，装设了同步弹簧平衡装置。&&&&&&&&在托盘15上的平衡弹簧16通过拉杆平衡整个上台架及上面机件的重量（过平衡）。&&&&&&&&压下螺母12与平衡螺母14由内齿套13联接。&&&&&&&&托盘15通过平面轴承支托在平衡螺母上。&&&&&&&&这种装置可使平衡弹簧随着台架升降。&&&&&&&&在调整压下量时，弹簧16不产生附加变形。&&&&&&&&2．牌坊式牌坊式矫直机的机架牌坊可以是开式的也可以是闭式的。&&&&&&&&图2-11是横切机组中的一台11辊矫直机结构图。&&&&&&&&它采用了闭式牌坊。&&&&&&&&矫直机上排工作辊既能整体平行调整，又能整体倾斜调整。&&&&&&&&牌坊式工作机座的特点是强度和刚性较好，辊子的调整和拆卸方便。&&&&&&&&故新设计的薄带矫直机常采用这种形式。&&&&&&&&它的缺点是结构较复杂，外形尺寸也较大。&&&&&&&&图2-×1700钢板矫直机总图&&&&&&&&1、4-牌坊架；2-上横梁；3-电动机；5-凹弧面移动滑座；6-凸弧面摆动横梁；7、10-支承辊；8、9-工作辊；11-小齿轮；12-手轮；13-连杆；14-扇形齿轮；15-偏心轴；16-压下螺母；17-压下螺丝；18-滑块；19-弧形导板；20-平衡梁；21-滚动轴承；22-螺栓；23-螺母；24-楔块；25-支座；26-悬臂轴；27-轴承2.3.4主传动系统1.机列布置机列布置是指电动机、传动装置和工作机座的总体安排。&&&&&&&&他取决于车间内与之联系的设备布置情况、安置该矫直机的面积亦即传动装置的布置形式等。&&&&&&&&图2-12是几种典型的机列布置示意图。&&&&&&&&图2-12a是机列布置中最简单的一种，扭矩由电动机经联合减速机传到工作辊。&&&&&&&&由于减速机与齿轮座放在一个箱体内，机列布置较紧凑，占地面积小，重量轻，润滑集中。&&&&&&&&但是，联合减速机结构较复杂，比较不容易加工制造和维修。&&&&&&&&图2-12b是电动机经减速机传到齿轮座，齿轮座再通过几根输出轴传动工作辊的布置形式。&&&&&&&&这种布置方式中的减速机与齿轮座的结构均较简单，但机列长度较长。&&&&&&&&当电动机功率超过60～80千瓦时，通常采用双电机驱动（表2.2图c）。&&&&&&&&这样不仅可以使减速机负荷均匀，而且可缩短机列长度。&&&&&&&&一般情况，这种布置方式的机列总宽均不超过工作机座的宽度，故适于在连续机组中布置。&&&&&&&&图2-12d除具有图b、c的优点外，还有机列总长度较短的优点，只是这种布置形式需要使用较为复杂的伞齿轮减速机。&&&&&&&&图2-12几种典型的机列布置示意图图2-12e与图2-12d相似，但是采用了球面蜗轮减速机。&&&&&&&&一般只在齿轮座必需采用两根相距较远的输入轴时，才使用这种布置形式。&&&&&&&&图2-12e与图2-12d所示的机列其宽度很大，只是在机列长度受限制时，才采用。&&&&&&&&2．主传动系统主传动系统包括减速机、齿轮座和万向联轴节等。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）减速机。&&&&&&&&在矫直机主传动系统中，减速机除有减速作用外，还有均衡分配传动扭矩的作用，因此也称减速分配器。&&&&&&&&它有三种主要形式：圆柱齿轮型、圆柱-圆锥齿轮型和蜗轮型。&&&&&&&&在这种形式中，每种又可分为单支（指单根输出轴）、双支、三支和四支等几种结构（图2-1）。&&&&&&&&在辊数大于7的矫直机上，不易使用单支减速分配器。&&&&&&&&这是因为传递的总扭矩大，齿轮座的齿轮尺寸也大，使齿轮座输出轴的间距很难与矫直机辊间距相适应。&&&&&&&&因此，在辊式钢板矫直机上，大多使用多支的减速分配器，这样也可使齿轮座的载荷均匀。&&&&&&&&由于矫直机的第三辊（或第二辊）受的矫直扭矩最大，因此，对该辊要尽可能由减速机的一根输出轴经齿轮座直接传动，以减轻齿轮座的负荷。&&&&&&&&优势，为适应矫直机在连续机组中的安装，将矫直机设计成可以双向进料的结构。&&&&&&&&这时，矫直机另一端的第三辊（或第二辊）也由减速机的一根输出轴传动。&&&&&&&&在这种情况下，减速机中心距总和应等于齿轮座两边第三轴或第二轴之间的距离（图2-1）。&&&&&&&&这一值受齿轮座最大中心距的限制。&&&&&&&&齿轮座最大中心距是按照矫直辊最大中心距和万向接轴的长度以及接轴倾角不超过6°的条件确定的。&&&&&&&&在综合考虑上述因素后，选定减速机中心距，然后对减速机、齿轮座的齿轮和轴进行强度校验。&&&&&&&&如计算结果不能满足，则考虑增加减速机支数。&&&&&&&&在某些情况下，也可将直接传动第三辊改为传动邻近的辊，以改变齿轮座的负荷分配情况。&&&&&&&&圆柱齿轮减速机的制造和安装较为简单，因此在矫直机主传动系统中获得广泛应用。&&&&&&&&在制造能力许可下，也可使用联合减速机。&&&&&&&&将减速机和齿轮座连成一个整体，可减少传动件，且结构紧凑，能减小机列总长度。&&&&&&&&（2）齿轮座一般情况，为防止钢板在工作辊间打滑，辊式钢板矫直机所有的工作辊都是驱动的。&&&&&&&&齿轮座的作用是将减速机传来的扭矩分配给各个矫直辊。&&&&&&&&齿轮座输入轴数目与减速机的支数相同。&&&&&&&&每根输入轴带动一组齿轮。&&&&&&&&在输入轴数量较多时，各组齿轮之间互不联结，以避免功率传递路线闭合，恶化齿轮啮合条件。&&&&&&&&按照齿轮的啮合列数，可分为单列齿轮座和多列齿轮座。&&&&&&&&单列齿轮座的制造、安装简单，各齿轮轴和轴承可以通用且齿轮轴的刚性高。&&&&&&&&一般在工作辊距小于50毫米时，一采用这种形式。&&&&&&&&与单列齿轮座比较，多列齿轮座的总中心距小，因为每对齿轮的齿宽是根据传递的扭矩确定的，同时，齿轮避免了重复啮合，因而可适当减小中心距。&&&&&&&&多列齿轮座的齿轮轴刚性较低。&&&&&&&&为保证齿轮轴的刚度，通常只在辊距大于50毫米时才采用这种结构。&&&&&&&&由于在矫直机的功率中，轴承摩擦损耗占得比重较大，所以齿轮座、减速机和矫直机本体一般均采用滚动轴承。&&&&&&&&（3）万向联轴节由于齿轮座的总中心距大于矫直机的总中心距，因此齿轮座输出轴与矫直辊采用万向联轴节联接。&&&&&&&&矫直机上常用的万向联轴节除了一般的滑块式叉头扁头型外，在辊径小于120毫米时，也采用球型万向联轴节。&&&&&&&&球型万向联轴节有多种型式。&&&&&&&&图2-12是钢球上带有十字槽的结构。&&&&&&&&齿轮座传动端的叉头6通过方槽孔，套在齿轮座输出轴上，叉头6的另一端通过带槽的球2（见图2-12b）与叉头5相连接。&&&&&&&&同样工作辊端的叉头1也通过球2与叉头3相连。&&&&&&&&拆卸接轴时，需将花键轴上的柱销取下，脱开接轴将轴折转90°，即可将叉头从钢球上取下。&&&&&&&&在小辊距矫直机上也可采用简易型钢球万向接轴（图2-13）。&&&&&&&&这种联轴节中采用标准钢球（GB308—64），它只起定心作用，矫直扭矩是靠两插头的侧面直接接触来传递的。&&&&&&&&这种联轴节结构简单，易于制造。&&&&&&&&拆卸时，松开钢丝6，去掉夹木7，叉头3即可沿轴向取下。&&&&&&&&在有的矫直机上还采用滚动轴承铰链式万向联轴节，其允许倾斜角度可达18°，但结构尺寸较大。&&&&&&&&图2-12带槽球形万向联轴节a-联轴节结构；b-球结构1-工作辊端叉头；2-带槽钢球；3-接轴叉头；4-接轴；5-接轴叉头；6-齿轮座端叉头图2-13简易球形万向联轴节1-叉头Ⅰ；2-钢球；3-叉头Ⅱ；4-接轴；5-导向键；6-紧固钢丝；7-夹木三、设计计算3.1矫直机基本参数的确定3.&&&&&&&&1.1辊距t的确定辊距t的确定对保证矫直机的矫直质量有重要影响。&&&&&&&&在矫直轧件时，其基本条件是轧件应产生弹塑性弯曲变形，例如，对钢板矫直机，根据[1]前面几个辊子的反弯曲率必须满足下列条件：Ehsw???211??（3-1）显然，若板材的E已确定，则σs越大或h越小，反弯曲率半径ρ也应越小。&&&&&&&&与此对应，矫直辊径D与辊距t也应越小。&&&&&&&&确定辊距的原则是既要保证轧件矫直质量，又要满足辊子的强度条件。&&&&&&&&最小允许辊距受辊子强度条件限制；最大允许辊距取决于轧件矫正质量。&&&&&&&&根据【1】得最小允许辊距为：mmEhts41.3.043.05maxmin???????（3-2）图3-1最大允许辊距tmax的确定如图3-1所示根据[1]p369得最大允许辊距为：mmEhts42..135.035.05minmax???????（3-3）根据经验值辊距取t=155mm3.1.2辊径D的确定由下表可知道工作辊直径D=0.95t=147.25mm圆整取D=150mm表3—1辊径与辊距的比值矫直机类型/Dt??矫直机类型/Dt??薄板矫直机0.9—0.95厚板矫直机0.7—0.85中板矫直机0.85—0.90型钢矫直机0.75—0.903.1.3辊数n的确定增加辊数即是增加轧件的反弯次数，辊数增加有利于提高矫直质量，但也会增加轧件的加工硬化和矫直功率，为此，选择辊数的是在保证矫直质量的前提下，使辊数尽量少。&&&&&&&&辊式矫直机常用的辊数如下表：表3—2辊式矫直机常用辊数矫直机类型辊式钢板矫直机辊式型钢矫直机轧件种类钢板厚度mm中小型型钢大型型钢0.25-1.51.5-6＞6辊数n19--137-9因为用于矫直带头所以选择5辊3.1.4辊身L的确定辊身长度L取决于轧件最大宽度，根据[1]得：L=bmax+a（3-4）当bmax200mm时，a=100～300mm。&&&&&&&&所以L=0mm取L=矫正速度?的确定矫直机的矫正速度主要由生产效率确定，要与轧机生产能力和所在机组的速度相协调。&&&&&&&&查[1]表11-6，?=0.1~6.0m/s在此取?=0.5m/s。&&&&&&&&3.2矫直力与矫直力矩的计算1.矫直力的计算图3.1工作辊受力情况根据文献[1]可知，各辊子上的力可以根据轧件断面的力矩平衡条件求出，即：(2)2(2)2PMtPMMtPMMMtPMMMtpMt?????????????????????????（3.5）式中：t——矫直辊辊距。&&&&&&&&今假设第2、3、4辊下轧件弯曲力矩为塑性弯曲力矩sM；由文献[2，5-12]得辊式矫直塑性弯曲力矩为sM=s?42maxbh=.????N·mm，其中：s?（42CrMo)为矫直辊屈服极限，s?=550MPa。&&&&&&&&将上述三个假设代入式（3.3），可得出各辊下矫直力的计算式为：1P=sMt2=39.17kN2P=sMt6=117.10kN3P=sMt8=156.68kN4P=sMt6=117.10kN5P=sMt2=39.17kN故作用在上下辊子上的压力总和为：?p=?nip1=1P+2P+3P+4P+5P=469.02kN（3.6）2.矫直力矩的计算：矫直过程按照以下假设进行分析：1）认为各辊下的弯曲力矩iM均是塑形弯曲力矩sM；2）认为弹复变形不属于耗能变形；3）除原始曲率01r外，其余各辊下的残余曲率（也就是下一辊的原始曲率）都等于小变形矫直方案中的残余曲率最大值maxi1r??????；4）对具有原始曲率??0min10~r?的轧件，可假设其平均原始曲率为：????00min0minr2r???????式中??0minr的数值，对于钢板，??0minr=??10~30h，h为轧件厚度。&&&&&&&&按照上述假设，矫直辊上的矫直力矩为：??max0i112n-72rrwKDMMe??????????????(3.7)其中，按照下列回归经验公式可以近似计算maxi1r??????：????smaxi31=0.6e-0.44rh400=0.61.50.44=0.E????????????????Ehesi?44.06.0maxr1????????????13.-5.16.03-???????????0min10~30r=h，h=1.6~4.0mm故：??0minr=2.5~18.75mm。&&&&&&&&???00min.5r??，取大值：01136r?。&&&&&&&&将01r与max1ir??????代入式3.7中可得：??28.503k????????????????MkN·mm3.3矫直功率的计算查文献[1]，辊式矫直机电动机功率可按下式计算：212kdNMPfD??????????????????????（3.8）式中：kM——总矫正扭矩，kM=6475.28kN·mm；?p——作用在矫直辊上的压力总和，?p=469.02kN；f——矫直辊与轧件的滚动摩擦系数，对于钢板f=0.0002，如考虑可能出现较大的滑动摩擦，则对于钢板f=0.0008；?——辊系轴承的摩擦系数，轴承01.0??；D——辊子直径，D=150mm；d——辊子轴承处直径,d=65mm；v——矫正速度m/s，v=0.5m/s；?——传动效率，?=减数器?齿轮座??2联轴器2万向接轴?=0..098.0???=0.723。&&&&&&&&所以电机功率：N=21[()]2kdMPfd??????=30.0852&&&&&&&&1.113.(0.???????????????723.065.001.9475.63-??????????????）（=64.57Kw上述计算表明，第三根辊子上受力最大，所以应对其进行强度校核。&&&&&&&&图3-3塑性变形折算系数a的计算图所以，查阅【5】，选用2台YTSZ355M1-6型冶金用电机，其基本参数如下：额定功率为200千瓦转动惯量为8.05kg?m,额定转矩为1910n?m重量为1600kg额定转速为980r/min总长度为1650mm宽度730mm,高度1010mm输出轴轴径95mm3.2.4工作辊的结构设计和强度校核&&&&&&&&（1）工作辊的结构设计因上下工作辊结构相同，故取上工作辊为研究对象工作辊采用如图3-4所示结构方案，查阅【3】选用42CrMo为轧辊材料。&&&&&&&&其拉伸强度极限??b?=1080MPa，屈服极限强度??s?=930MPa,取安全因数n=5，则该材料的许用应力???=??sn?=186MPa.因轴端尺寸已定，所以依据【4】7-351，初选轴承型号为HR65KBE52X+L。&&&&&&&&图3-4工作辊结构简图上图中相关尺寸为：L=2334。&&&&&&&&5mmc=198mma=2096mmD=150mmd=65mmp=p3?30%=156.68?30%=47.00KN图3-6轴端装配的详细设计方案（2）工作辊的强度校核轴的计算简图如下：图3-7工作辊的载荷分析图上图中相关尺寸为：b=1380mmL=2096mmc=198mma=2334mmD=150mmd=65mm如图3-4所示，辊身中央断面2-2处的弯曲力矩为：mNbaPM????????k07.55)83.141.2(68.156)84(22（3-11）则弯曲应力：aMPDM.551.0332222????????（3-12）??s???2-2由弯矩图得截面1-1处的弯矩为：15.7kN·m弯曲应力为：aMPM95..15d1.????????s???1-1则扭转应力为：aMPdT33..??????（3-14）aMPDT9.915.02.028.?????依第四强度理论校核得：223?????a（3-15）1-1断面??????????????apMP79..12-2断面???????????????apMP89.均满足强度要求。&&&&&&&&（3）轴承校核前面已初选工作棍轴承型号为23030C/W33调心辊子轴承，基本参数如下：d=65mmD=120mmB=56mm基本额定动载荷为Cr=438KN图3-8轴承受力图每个轴承所受的径向力为：KNPFFrr5.232%321??????3P----第三辊子所受轧制力因无轴向载荷，故eFFFraa???00所以径向当量动载荷：KNFfFYFfPrparpr65.375.236.1)(1???????（3-16）其中pf----载荷系数pf=1.2~1.8,此处取1.6rF----轴承所受径向力KNaF----轴承所受轴向力KN所以轴承寿命：hhpcnLrh823)65.010)(???????3-17）C----基本额定动载荷KNn----辊子转速min/69..03030rrvn??????ε----对于滚子轴承310??所以轴承寿命符合要求4夹送辊的设计与计算4.1夹送辊的辊径计算夹送辊是为了改善矫直辊对板材的咬入条件而设置的。&&&&&&&&因此送料辊的压下是弹性压下，其压力随板材的宽、厚不同而可以变化。&&&&&&&&在工作过程中，辊子压紧带材，带材受拉力T的作用。&&&&&&&&带材对上下辊子的水平方向摩擦力可按下式计算：122TTTP?????采用钢送料辊在冷状态下取?=0.15，采用聚氨基甲酸或橡胶包层夹送辊时，取=0.2~0.25?。&&&&&&&&在此取=0.2?。&&&&&&&&12102TTT???kN==50kN2TP?1.夹送辊的辊径cD：mincsh==840400ED????mm按照设计要求，在此初定cD=500mm。&&&&&&&&2.求出辊子传递的功率P，转速n和转矩cM，并确定最小直径d。&&&&&&&&1）已给出夹送辊的张力为20kN，两个辊子上的摩擦力1T=2T=2T=10kN，每个辊子传递的功率P：P=1T??=10?0.5=5kW?——传动效率，?=减数器?齿轮座??2万向接轴=0..0??=0.723。&&&&&&&&所以电机功率：915./????PP电辊子的转速n：min/&&&&&&&&1..crDv???????????辊子的转矩cM：cM=c12DT?=???N·m2）初步确定辊子的最小直径：03dnPA?在此选辊子的材料为40rC，查文献[3]表15-3，选取0A=112，故：mmnPA64.71&&&&&&&&1.????在此初选d=75mm。&&&&&&&&4.2夹送辊的结构设计1.联轴器和轴承的选择最小直径d=75mm，辊子直径cD=250mm。&&&&&&&&联轴器的计算转矩：1cac=ATKM?。&&&&&&&&考虑到转矩变化很小，查文献[3]表14-1取AK=1.3。&&&&&&&&故caT=3250Nm。&&&&&&&&按照计算转矩caT应小于联轴器公称转矩的条件，查文献[1]第二卷6-2-18，选用SWC-180A-1655型标准伸缩焊接式万向联轴器。&&&&&&&&参数如下：公称转矩Tn=12.5kN·m疲劳转矩Tf=6.3kN·m2.滚动轴承的选择因轴承同时承受有径向力和轴向力的作用，且径向载荷较大，故选取32220双列圆锥滚子轴承。&&&&&&&&其内径d=100mm，外径D=180mm，宽B=46mm。&&&&&&&&3.轴承座的结构设计根据轴径大小与滚动轴承结构与尺寸，夹送辊轴承座的结构尺寸如图4.1所示：图4.1送辊轴承座结构4.根据轴的各部分尺寸和装配关系，作出夹送辊的结构草图，如图4.2：图4.2夹送辊结构草图详细尺寸见图纸。&&&&&&&&4.3夹送辊的强度校核由于夹送辊受到径向载荷，并且传递扭矩，应按照弯扭组合来校核其强度。&&&&&&&&作出其受力分析图、弯矩图和扭矩图如下：图4.3夹送辊受力、弯矩、扭矩图12rrc2max+=1275mqllM==22FFPTNP?求得：12rrFF?=25kN；由弯矩图得max=M17625Nm。&&&&&&&&在最大弯矩处进行弯曲校核（截面2-2）按照第三强度理论来进行强度校核，即：22322max.0321????cTMW=1.45MPa&???=156MPa符合强度要求危险截面处进行强度校核,按照第三强度理论来进行强度校核22322max.0321????cTMW=25.1MPa&???=156MPa符合强度要求对轴头进行扭转校核MPaT25.00d1.033???????80????所以轴头强度符合要求所以轴颈处材料选40Cr，最小轴径d=75mm是符合设计要求的。&&&&&&&&故，最终确定夹送辊的结构参数：辊径cD=500mm；最小直径d=75mm4.4夹送辊轴承的寿命校核图3-8轴承受力图每个轴承所受的径向力为：KNPFFrr5.72%??????P----辊子所受轧制力因无轴向载荷，故eFFFraa???00所以径向当量动载荷：KNFfFYFfPrparpr125.76.1)(1???????（3-16）其中pf----载荷系数pf=1.2~1.8,此处取1.6rF----轴承所受径向力KNaF----轴承所受轴向力KN所以轴承寿命：(&&&&&&&&1.10?????rhpcnL=h3-17）C----基本额定动载荷322KNn----辊子转速min/&&&&&&&&1.195.014.35.030303rrvn??????ε----对于滚子轴承310??所以轴承寿命符合要求3.2.5压下机构的设计计算参数要求：电动机压下速度v=0.5mm/s最大压下量为22mm牙型选择：考虑到螺杆要承载较大力，所以选择锯齿形螺纹，因为锯齿形螺纹适用于单向受力条件，且承载力较大。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）压下螺丝直径为：dRpd?14?（3-18）所以d?mm7.?????其中，P为单个承载螺杆所受轴向力，即P=??123414PPPP???=14（288+864+）=790.08KN螺杆采用铸钢ZG270-500，屈服极限???=270MPa根据相关设备经验值选取d=180mm查阅【4】5-26，螺距P=8mm中径d2=174mm小径d1=166.116mm与其配合的内螺纹参数如下：2D=174mm1D=168mm（2）螺纹牙的强度校核图3-14螺纹牙简图如上图所示：螺纹牙危险截面a—a的剪切强度为??.53.105.4636FMPaDbu????????????????（3-19）其中，???为零件材料铸钢ZG310-570的许用剪切应力186MPaF为单个螺栓柱所承受的压力螺纹牙危险截面a—a的弯曲强度为：D?????..105.4636bFlMPaDb?????????????????????（3-20）其中，??b?为螺栓材料铸钢ZG310-570的许用弯曲应力310—372MPa；b为螺纹牙根部的厚度；l为弯曲力臂DDlmm?????。&&&&&&&&满足强度要求。&&&&&&&&（3）压下电动机的选择粗略计算整个压下部分的总重：KN151.7GGGG???????????压下装置上机架支承辊工作辊总G（3-21）则单根螺柱的受重为P=总G41=84.3KN则压下螺柱的传动力矩：MNadPM????????842)839.07.5tan(21743.84)tan(221?（3-22）1P-----作用在一个压下螺丝上的力KN2d-----螺纹中径mm?-----螺纹上的摩擦角。&&&&&&&&?????7.51.0arctan1.0arctan22????一般取t-----螺距mma-----螺纹升角，根据[3]得?????839.arctanarctan2Dta?根据【1】得压下螺丝的电动机传动功率为：KWiMnN6.18.2495504????????（3-23）η-----传动系统总的工作效率n-----电动机额定转速i-----传动系统总传动比min/75.385.06060'''rtvnnnin?????相当于压下转速根据计算结果选用YTSZ—132S—4型号电机：额定功率5.5千瓦额定转矩35N·M额定转速1455r/min重量80Kg（3）压下机构减速器的选择压下机构总传动比??i查阅【6】16-79选用CW型圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器。&&&&&&&&型号标记：CW125-10VIF根据电动机的输出转速和总传动比查手册得：一级减速器选用CW型圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器输入转速1465r/min传动比10，中心距125mm。&&&&&&&&二级减速器因无标准减速器可选用，所以需另行设计。&&&&&&&&也选用CW型圆弧圆柱蜗杆蜗轮参数如下：表3—3二级蜗轮蜗杆减速器主要参数传动比30.5中心距a=225mm蜗杆头数Z=2蜗轮齿数Z2=61模数m=6.3模数m=6.3蜗杆分度圆直径d1=mq=63mm蜗轮分度圆直径d2=384.3mm蜗杆齿根圆直径df1=47.88mm蜗轮齿根圆直径df2=371.9mm蜗杆齿顶圆直径da1=75.6mm蜗轮喉圆直径da2=391.95mm齿顶高2fh=6.2mm蜗轮齿宽B=50≤0.75da1=56.7mm（4）万向联轴器的选用和校核分配箱与工作辊之间使用的联轴器选用WS型十字轴式万向联轴器。&&&&&&&&十字轴的材料一般为中碳合金钢，如42CrM0、40Cr；或低碳合金钢，如18CrM0Ti、20MnVB、20CrM0等，经渗碳淬火后，表面硬度达58～64HRC。&&&&&&&&十字轴轴径的主要失效形式是轴颈在轴肩处的弯曲强度不足，根据[4]得弯曲强度条件为：??ucuddRsdT??????)(1）Tc----万向联轴器的计算转矩（N·mm）R----十字轴中心到轴颈中部的距离（mm）s----轴颈中部到轴肩的距离（mm）d、d0----轴颈直径和内径（mm）??u?----十字轴材料的许用弯曲应力，一般取??u?=σs/（3～3.5）（MPa）σs----十字轴材料的屈服极限（MPa）当轴肩圆角半径过小（一般应使r/d&0.1，且r&3mm）,或载荷不稳定，应力变化较大时，还应按弯曲疲劳强度校核轴肩处的安全系数。&&&&&&&&在本案中不对其进行验算。&&&&&&&&展望在参照以往的设计资料的基础上，对该矫直机的压下系统进行了改进。&&&&&&&&为使压下蜗轮在转动时更加灵活，减少蜗轮的磨损，同时也考虑到蜗轮承受较大轴向力，故加装了一对圆锥滚子轴承。&&&&&&&&虽然在设计过程当中本人力求在每一个板块中做到严谨、先进、合理，使该矫直机的每一个结构、每一项功能都尽量贴近实际，满足现实要求，但受到学识、经验、设计能力、时间方面的制约而不能尽善尽美，因此该矫直机在未来的时间里可在以下方面进行升级改进：1.支撑方案改进。&&&&&&&&在本设计案中，每个工作辊只有一个支承辊支撑。&&&&&&&&这种方案虽结构简单，安装维护方便，但其只能对工作辊中部竖直方向起到支撑作用，而对工作辊靠近轴承端的部分以及水平方向的挠曲变形不能有效抑制，所以日后可对支撑方案进行改进。&&&&&&&&2.增加支承辊缓冲装置。&&&&&&&&在本案中，支承辊的轴承座与上机架是刚性连接的，工作辊轧制时产生的振动会传递至支撑辊和上机架，这种频繁的振动对由钢板焊接而成的上机架是极为不好的，可能会损坏机架结构，缩短矫直机的使用寿命。&&&&&&&&此外，这种振动可能会破坏支承辊和工作辊的工作面。&&&&&&&&所以，改进时应为每个支承辊加设缓冲装置。&&&&&&&&3.优化上机架结构。&&&&&&&&本案中，上机架结构复杂，加工制造很不方便，容易产生挠曲变形，影响矫直机的刚度和矫直精度。&&&&&&&&4.增加工作辊缓冲装置。&&&&&&&&本案中，工作辊与上机架靠螺栓连接，靠上机架上的16根弹簧消振。&&&&&&&&该缓冲方案虽结构简单，可以起到缓冲作用，但振动会经由工作辊传递至机架，频繁的振动可能会破坏机架结构，所以应对其改进。&&&&&&&&5.改进压下系统。&&&&&&&&本案中，采用的是蜗轮蜗杆式的机械压下机构，存在着体积大，结构复杂等诸多缺点，日后改进可采用液压压下系统，提高设备的电气化和自动化程度。&&&&&&&&参考文献【1】黄华清.轧钢机械.第一版.北京：冶金工业出版社，1979【2】黄庆学.轧钢机械设计.北京:冶金工业出版社，2007【3】成大先.机械设计手册.第三版第1卷.北京：化学工业出版社，2002【4】成大先.机械设计手册.第四版第2卷.北京：化学工业出版社，2002【5】成大先.机械设计手册.第四版第5卷.北京：化学工业出版社，2002【6】成大先.机械设计手册.第四版第4卷.北京：化学工业出版社，2002【7】濮良贵，纪名刚.机械设计.第八版.北京：高等教育出版社,2007【8】哈工大学理论力学教研室.理论力学.第六版.北京：高等教育出版社,2002【9】武汉钢铁设计研究院.板带车间机械设备设计.第一版（下册）.北京：冶金工业出版社，1984【10】成大先.机械设计手册(单行本).第一版，电机与电器.北京：化学工业出版社，2004【11】邹家祥.轧钢机械.第3版.北京：冶金工业出版社，2000致谢将近三个月的毕业设计已接近尾声，欣赏着这三月来自己所做的作品，回忆着这期间的点点滴滴，心中满是成就感和充实感。&&&&&&&&我要感谢自己当初幸运的选择了张老师的毕业设计课题。&&&&&&&&张老师在我毕业设计的过程中，不仅是我的指导老师，而且还像朋友般，无论谁有学业、工作抑或是生活上的问题，他都关切的关心问候，以自己的经验给予我们指导，帮助寻求解决的方法。&&&&&&&&设计组中数位同学的工作没有落实，他尽自己所能积极的予以推荐指导。&&&&&&&&为了督促我们认真严格的完成设计任务，他更是身体力行，不辞辛劳的经常到四层的设计室指导。&&&&&&&&有时对于一些设计细节我们随意带过，认为无所谓，张老师严肃地批评我们说：作为一个设计人员，对自己的所书所写要认真负责，否则就不要乱写。&&&&&&&&古语云：“德高为师，身正为范”，张老师将这句话诠释得淋漓尽致。&&&&&&&&此外，我还要感谢我的同组同学，当有问题向他们请教时，他们尽自己所能帮助我解决问题，在此万分感谢！附件1基于振动监测的设备故障诊断技术在大型轧钢机械上的应用摘要对基于振动的设备故障诊断技术做了较全面和深入的介绍,通过实例介绍了该诊断技术在轧钢机械领域的应用。&&&&&&&&指出该诊断技术可同时对一个测点进行复杂的时域、频域、相关域、统计域等分析,具有一定的趋势预测分析能力。&&&&&&&&关键词轧钢机械；振动监测；故障诊断1前言轧钢机械属于大型的旋转机械,是轧钢厂的关键设备。&&&&&&&&转轴组件是轧机的核心部分,它包括旋转轴、齿轮传动件、联轴器、滑动和滚动轴承等。&&&&&&&&人们通过长期观察和实践,发现旋转机械的绝大多数前期故障都会表现出异常的振动,因此掌握机械振动的一般规律就能从振动信号中识别出常见的设备故障。&&&&&&&&通过对振动信号波形进行简单的时域、频域以及小波分析可对振动进行一般的识别,振动的可识别性是对机械故障进行振动噪声测试分析的技术前提。&&&&&&&&因此,采用在设备诊断技术领域较成熟的振动分析技术作为技术的突破口对轧钢机进行日常振动状态监测,就能在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下,掌握轧机运行状态,判定产生故障的部位和原因,并预测未来的技术状态,从而可在早期有效地发现,以及在后期及时地抑制故障,保障生产的可持续发展。&&&&&&&&2信号识别与获取任何机器设备在运行中都会产生振动,机器的振动信号中包含了丰富的机器运行的状态信息。&&&&&&&&当设备发生异常或故障时,振动将会发生变化,一般表现为振幅加大。&&&&&&&&由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特征,这些特征表现为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状和能量分布状况等。&&&&&&&&振动信号的性质和特征不仅与故障有关,还与系统的固有特性有关,具体表现为同一故障发生的部位不同、故障激励传递通道(即传递函数)不同,其振动特征和响应亦会有较大的差别。&&&&&&&&总之,设备的振动是由故障激励和系统特性所共同决定的,但很多情况下,振动特征和故障类型之间并不是一一对应的关系,不能简单地对号入座,这就给振动的识别带来一定的困难。&&&&&&&&因此,振动的识别对于设备诊断技术的完善是至关重要的。&&&&&&&&轧钢机械工作时轧件是非连续地被轧制的,其转速并不恒定、功率更是从空载到满负荷间周期地波动。&&&&&&&&从原动机到轧辊间有庞大的传动和减速机构,可能出现的故障类型很多,因此检测设备、测点、点检方式和点检时间的选择对诊断的准确与否起关键作用。&&&&&&&&为保证所测数据具有可比性,在测定数据时应遵循以下几点原则:①每次测量要在同一测点进行,否则由于激振源到测点的传递函数不同,而使测量的结果相差很大。&&&&&&&&②保持每次测量时机器的工况相同。&&&&&&&&③保持测量的参数相同,一般来说,频率在10～100Hz的振动应以位移作为数采器的输出参数,频率在100～1000Hz的振动应以速度作为数采器的输出参数,频率在1000Hz以上的振动应以加速度作为数采器的输出参数。&&&&&&&&④使用的仪器相同和测量的方法(如传感器及其固定方式)相同。&&&&&&&&在测振过程中,测点的选择同样影响监测结果,其选择原则是:&&&&&&&&（1）测点应选择在振动信号传递的通道上而且路线最短的位置,尽量减少中间传递介质。&&&&&&&&(2)测点应选在信号反应比较敏感的部位,如轴承座、机座等。&&&&&&&&(3)测点应选择在便于多方位测量的位置。&&&&&&&&一般测振动要选定三个方向(水平X、垂直Y、轴向A)来评定,特别对低频振动,更要强调其方向性(高频振动对方向不敏感)。&&&&&&&&(4)对于大型机械设备,受传递函数的影响,应多点检测。&&&&&&&&3轧钢机械等旋转机械的常见故障及其诊断方法旋转机械的常见故障,按转子类型和振动性质的不同,可分为:转子不平衡、转子不对中、基座或装配松动、转子与定子摩擦、感应电机振动、滚动轴承故障、齿轮机构的振动等。&&&&&&&&利用振动监测技术对这些常见机械故障可进行较为准确的诊断。&&&&&&&&3.1转子不平衡不平衡是旋转机械中最常见的一种故障。&&&&&&&&引起不平衡的原因较多,如安装不良造成偏心、配合松动、轴弯曲变形、加工制造误差以及长期运行中产生不均匀磨损等。&&&&&&&&我们从离心力的计算公式易知,不平衡振动对转速的变化是最敏感的。&&&&&&&&转子不平衡的振动特征是:刚性转子在启动时振幅随转速的增大而增大,柔性转子在启动时振幅是先增大而后减小。&&&&&&&&在频率特征方面,不平衡振动的频率成分单一而明朗,主要表现为转子的基频；在相位方面,水平和垂直方向的振动相差90oe,且通常水平方向的振动比垂直方向的大、径向振动比轴向振动要大。&&&&&&&&3.2转子不对中转子不对中是指转子中心与轴承中心不对中,或多转子系统中各转子的轴线不对中,也是旋转机械的一类多发性的典型故障。&&&&&&&&不对中有三种类型,即平行不对中、角度不对中、综合不对中。&&&&&&&&其产生的原因有:转子及支座安装不良、轴承支座不均匀膨胀引起变形、地基变形以及热不对中等。&&&&&&&&转子不对中的振动特征是:当转子不对中时将产生一种附加弯矩,形成附加激励,故轴向振动往往是存在不对中的一种征兆。&&&&&&&&在振动频率特征方面,平行不对中主要激起2倍转频,角度不对中则表现为同频振动突出,它们的共同点是以旋转频率的2倍频或4倍频为主,尚伴有高次倍频。&&&&&&&&在相位特征方面,平行不对中时,转子两端径向振动相位相差180oe；角度不对中时,联轴器两端轴向振动相位相差180oe,而径向相位相同。&&&&&&&&3.3基座或装配松动松动常和不平衡相伴生,表现为非线形的振动特征。&&&&&&&&地脚松动引起的振动方向特征很明显,表现在垂直方向的振动很强烈。&&&&&&&&由零件配合松动引起的振动,其方向特征不明显。&&&&&&&&在振幅方面,松动引起的振动随负荷的增加而增大,但对转速表现出无规律的变化,忽大忽小,呈跳跃式变化。&&&&&&&&在振动频率特征方面,除基频成分外,基频的奇数倍频突出(常高于基频的幅值),伴有3倍、5倍、7倍及0.3～0.5倍的谐波成分,频谱结构成梳状。&&&&&&&&3.4转子与定子摩擦此类摩擦属干摩擦,大多表现为径向摩擦。&&&&&&&&摩擦振动属于非线性振动,频带范围很宽,除基频外,还有2倍、3倍以及1/3、1/2等谐波成分。&&&&&&&&在时域波形上,常表现为削波状态,“截头余弦”形状的波形是摩擦故障特有的重要标志。&&&&&&&&在某些特殊情况下,摩擦还可能激起系统的固有频率振动。&&&&&&&&3.5感应电机振动故障特征电动机是一种典型的旋转机械,在机械故障的表现方面具有旋转机械的共同特点,如存在转子不平衡、不对中、松动、摩擦等故障类型。&&&&&&&&感应电机的振动故障的一大特点是包括机械和电气两方面内容,发生的故障除机械因素外还与电气相关,如转子与定子间磁隙不均匀、电压不稳定、匝间短路等也会引起电机的异常振动。&&&&&&&&当电动机在运行中突然给它断电,其时如果振动立即下降为零,即说明电动机存在电气方面的故障,否则,属于机械故障。&&&&&&&&3.6滚动轴承故障滚动轴承是旋转机械转子系统的重要支撑部件,其基本结构包括外圈、内圈、滚动体、保持架等元件。&&&&&&&&对滚动轴承实施振动诊断的基本方法是频率分析,因为滚动轴承每一个元件都有其各自的故障特征频率。&&&&&&&&理论上,通过频率分析不但能判断轴承有无故障,而且可以具体判断轴承中损坏的元件。&&&&&&&&滚动轴承的故障特征频率(简化计算)为:内圈通过频率F=0.6ZoFr,外圈通过频率F=0.4ZoFr,保持架通过频率F=0.4Fr,其中Z为滚动体个数,Fr为轴承内圈回转频率。&&&&&&&&还需指出的是滚动轴承的振动与安装也有关,如安装滚动轴承的旋转轴系弯曲、轴承装歪、轴承紧固过松或过紧都会引起振动,其振动频率成分也含有滚动体通过频率和高次谐波。&&&&&&&&3.7齿轮机构的振动特征及诊断齿轮是旋转机械的重要部件,其运行状态的好坏直接影响到整个机组的正常工作。&&&&&&&&在齿轮箱中的各类零件中,失效比例分别为齿轮60%、轴承19%、轴10%、箱体7%、紧固件3%、油封1%,可见在所有零件中齿轮自身的失效比例最大。&&&&&&&&根据国外抽样统计的结果表明,齿轮的各种损伤的概率为:断齿41%、齿面疲劳31%、齿面磨损10%、齿面划痕10%、其它故障8%。&&&&&&&&在理想渐开线齿形及齿轮刚度无穷大的假设下,一对齿轮在啮合运动中是不会产生振动的,但由于制造、安装及齿轮刚度不可能为无穷大等方面的问题,一对新齿轮在啮合运动中也会产生振动。&&&&&&&&通过对齿轮运动方程的分析可知,正常齿轮传动中由于啮合刚度的周期性变化会引起参数振动；由于齿形误差的随机激励可能会引起齿轮弹性系统的共振；当齿轮出现故障时,振动往往会加剧,也会产生一些新的频率成分,这些都是齿轮的特征频率。&&&&&&&&齿轮特征频率主要有3种,即齿轮啮合频率、齿轮自振频率和齿轮边频带。&&&&&&&&定轴转动的啮合频率为F=ZoFr,行星轮系的啮合频率为F=Z(Fr±Fc),其中Z为齿轮齿数、Fr为齿轮旋转频率、Fc为转臂旋转频率。&&&&&&&&直齿圆柱齿轮自振频率为F=2/)/(21mkπ,其中k为齿轮副的弹簧常数、m为齿轮副的等效质量,其它类型齿轮的自振频率一般由试验测定(不随转速改变而恒有的频率分量通常就是系统的固有频率,齿轮固有频率一般为1～10kHz)。&&&&&&&&当齿轮存在故障时,由于载荷波动而产生幅值调制,由于转速波动而产生频率调制,因此在啮合频率或固有频率两旁产生等间隙(1X)的一簇边频。&&&&&&&&通过振动诊断判别齿轮状态,最有效可行的方法是分析齿轮振动功率谱的变化,其次是分析倒频谱(如果仪器的信噪比高,倒频谱分析效果也很好)。&&&&&&&&首先看啮合频率幅值的消长；二是要看啮合频率谐波的分布；三是看边频,随着齿轮故障的发展和振动能量的增加,边频越来越丰富,幅值也增加(边频分析通常要先将谱细化)。&&&&&&&&4诊断实例分析对轧机进行日常振动状态检测所需的工具主要有振动传感器、数据采集器、配套软件等,目前市面上已有此类成套的设备出售。&&&&&&&&我们选用的是北京圣迪公司的振通904型振动动平衡一体化仪器。&&&&&&&&它的主要功能是检测振动信号并进行采集记录和预处理,通过RS232C标准串行口与微机(P486以上)通讯后可以将记录在仪器中的各种数据送入微机中,借助仪器附带的波形分析软件可对采集到的数据进行时域、频域、统计域等方面的分析,做更精细的设备故障分析和诊断,建立设备状态数据库,预报设备状态发展趋势等。&&&&&&&&运用该仪器可以对轧机日常运行时的振动进行检测,掌握轧机的运行状态、发现和跟踪轧机的早期故障、提出维修计划、跟踪维修质量等。&&&&&&&&以广钢连轧厂12#轧机为例,利用基于振动的设备故障诊断技术对其进行一次全面的分析诊断。&&&&&&&&根据测点选择原则,我们选取了3个测点(图6中ZJ12-&&&&&&&&1、ZJ12-2、ZJ12-3)。&&&&&&&&日12#轧机被诊断为发生了齿轮断齿故障。&&&&&&&&当天的点检现象:轧机无异响、但振值和波形有故障迹象,尤其是ZJ12-1测点的信号特别明显。&&&&&&&&诊断过程用到了振值表(表1,其数值为最近6个月内的数值)、时域波形(图1)、自相关图形(图2)、幅值谱图(图3)、概率密度图(图4)、倒频谱图(图5)。&&&&&&&&通过对表&&&&&&&&1、图&&&&&&&&1、图2、图3、图4、图5和图6对12#轧机进行的全面分析诊断如下:&&&&&&&&（1）振值表:在6个月里振值表内各项指标没有明显增大现象,表明振动级数和能量在故障前后未有明显变化,小部分断齿对振值表内各项指标不敏感,这也解释了故障时设备无异响的原因。&&&&&&&&(2)时域波形:在时域波形中可明显看到振动含有剧烈周期冲击,冲击波形突然上升又突然衰减且极其陡峭,极有可能发生了突发性故障。&&&&&&&&经计算冲击周期为65.6ms,即频率为15.244Hz。&&&&&&&&当天电机转速为914r/m,转频为15.244Hz。&&&&&&&&可见,输入轴(电机轴)的转频与冲击频率惊人地吻合。&&&&&&&&由此可判断冲击故障就发生在输入轴上,加上考虑冲击特性可初步判定输入轴的齿轮可能发生了断齿。&&&&&&&&(3)自相关分析:在自相关图上可看到图形收敛性异常,在T1=63.7和T2=128.9处图形趋于发散,可断定在信号中存在T=65.2周期成分。&&&&&&&&此周期与时域中的冲击周期一致,故时域中判定的冲击在相关域中得到了证实。&&&&&&&&(4)概率密度:在统计域中发现振动信号峭度达4.013,远远超出正常范围(2～3)。&&&&&&&&峭度指标是一项反映波形尖峭程度和冲击大小的无量纲指标,峭度超标更证实了振动信号中存在异常的冲击能量。&&&&&&&&对正常的轧钢过程而言,载荷波动会引起峭度轻微超标,峭度达4.013最可能的就是发生了断齿。&&&&&&&&(5)幅值谱分析:将幅值谱细化后可看到在300Hz和440Hz频率两旁存在边频带,1X=16,边频带是齿轮和轴承类冲击故障信号经频率调制后的特有现象。&&&&&&&&经计算冲击频率与输入轴转频相等而与轴承的故障特征频率不等,到此可更肯定地判定时域中发现的周期冲击确实为齿轮故障所致。&&&&&&&&(6)倒频谱分析:在倒频谱图中可看到T=63.5ms处的信号分量很大,此周期与时域中的冲击周期也吻合得很好。&&&&&&&&倒谱是一个对测点、传输途径和信号调制不敏感的量,对判定轴承和齿轮故障很有效。&&&&&&&&至此,可更肯定冲击是由断齿所引起,而不是轴承故障、转子不平衡或不对中等所引起。&&&&&&&&(7)机械传动系统原理简图(见图6)。&&&&&&&&(8)诊断结论及反馈:通过以上的分析可判定12#轧机在当天有冲击性的突发故障,且冲击异常强烈和尖锐,可排除轴承故障所引起,最有可能的就是发生了齿轮断齿故障,计算也表明故障发生在输入轴齿轮的可能性最大。&&&&&&&&后经钳工拆开该轧机检查发现为输入轴锥齿轮发生了部分断齿,以上推断得到了印证。&&&&&&&&5结语基于振动监测的设备故障诊断技术是一门建立在多学科基础上的综合性新技术,是基于大量的数理统计基础上形成的数学模型的应用,其中涉及到了旋转机械振动的一般规律、检测设备的工作机理和技术应用、振动信号的分析方法、旋转机械的常见故障的信号特征和判定等。&&&&&&&&实际上,此技术不仅可应用在轧机上,还可应用于几乎一切旋转机械上。&&&&&&&&利用这种技术,可同时对一个测点进行复杂的时域、频域,相关域、统计域等分析,并具有一定的趋势预测分析能力。&&&&&&&&对设备故障早发现、早处理,可以避免个别设备故障的进一步恶化,减少设备误产时间,同时也降低了维修工人的劳动强度,体现出巨大的间接效益。&&&&&&&&附件2APPLICATIONOFVIBRATINGMONITORINGBASEDFAULTDIAGNOSISTECHNOLOGYONTHELARGE-SCALESTEELROLLINGMACHINEAbstractThevibratingmonitoringbasedfaultdiagnosistechnologywasintroducedgenerallyanddeeply.Theapplicationofthediagnosistechnologyonsteelrollingmachineswasalsointroducedbyexamples.Thetechnologycouldsimutaneouslyanalyzedamonitoringpointaboutitstimedomain,frequencydomain,correlationdomainandstatisticdomain.Andithastheanalysesabilityoftrendbasedforcasting.Keywordssteelrollingmachine；vibratingmonitoring；faultdiagnosing1PrefaceRollingmachineisalargerotatingmachinery,isthekeytorollingmillequipment.Shaftcomponentisthecorepartofthemill,whichincludestheaxisofrotation,gearparts,couplings,slidingandrollingbearingsandsoon.Peoplethroughobservationandpractice,foundthatthevastmajorityofrotatingmachineryfaultwillshowthepre-abnormalvibration,thereforethegenerallawofmechanicalvibrationcontrolcanbeidentifiedfromthevibrationsignalsofcommonequipmentfailure.Vibrationwaveformbyasimpletimedomain,frequencydomainandwaveletanalysiscanbeageneralrecognitiononthevibration,thevibrationcanbeidentifiedisamechanicalfaultofnoiseandvibrationtestandanalysisoftechnicalpremise.Therefore,theuseofdiagnostictechnologyinequipmentvibrationanalysisofmorematuretechnology,abreakthroughtechnologyasaroutineofrollingmillvibrationconditionmonitoring,equipmentoperationwillbeabletoremoveallequipmentorbasicallynotthecase,controlmillrunning,determinetheproductionthelocationandcauseoffailure,andpredictthefuturestateoftechnology,whichcanbeeffectiveintheearlydiscoveryandinhibitthebreakdowninthelatertimetoensuretheproductionofsustainabledevelopment.2SignalrecognitionandaccesstoEquipmentintheoperationofanymachinewillhaveavibration,themachinevibrationsignalcontainsawealthofmachineoperatingstatusinformation.Exceptionoccurswhenthedeviceorfailure,thevibrationwillchange,usuallyexpressedasamplitudeincreased.Bydifferenttypes,nature,causesandlocationofthefaultproducedbythevibrationexcitedwithdifferentcharacteristics,suchcharacteristicsasfrequencycomponents,amplitudeofthephasedifferencebetweenwaveformshapeandenergydistributionandsoon.Thenatureandcharacteristicsofvibrationsignalstroublenotonly,butalsotheinherentcharacteristicsofthesystemrelatedtothespecificperformanceofdifferentpartsofthesamefault,faultexcitationtransferchannel(ietransferfunction)isdifferent,thevibrationcharacteristicsandtheresponsewillalsohavegreaterdifference.Inshort,thedeviceisthevibrationcharacteristicsofthefaultsystemofincentivesandjointdecision,butinmanycases,vibrationcharacteristicsandfailureisnotaonetoonerelationshipbetweentypes,notsimplythecondemnation,whichbroughtrecognitiontothevibrationcertaindifficulties.Therefore,identificationofvibrationdiagnosistechnologyforimprovedequipmentisessential.Rollingmillmachineryatworkbenon-continuousrollingrolling,anditsspeedisnotconstant,thepowerisfromnoloadtofullloadtofluctuatebetweenperiods.Rollfromtheoriginalmotivationtodrivebetweenlargeandslowinstitutions,manytypesofproblemsthatmayoccur,sotestingequipment,measuringpoint,point-locationandtimeofInspectiononthediagnosticaccuracyofthechoiceofwhetherornotplayakeyrole.Toensurecomparabilityofthemeasureddata,inthedeterminationoftheprinciplesofdatashouldfollowthefollowingpoints:①eachmeasurementpointinthesamemeasure,ortheexcitationsourcetothetransferfunctionofthedifferentmeasuringpoints,leavingthedifferencebetweenthemeasurementresultsgreat.②eachmeasurementtokeepthemachinethesameconditions.③tomaintainthesameparametersmeasured,ingeneral,thefrequencyofvibrationinthe10~100Hzdataacquisitionshouldbebasedondisplacementastheoutputparameter,thefrequencyin100~1000Hzvibrationdataacquisitionshouldspeedastheoutputparameters,frequencyabove1000Hzvibrationaccelerationshouldbetakenasthenumberofoutputparameters.④usingthesameinstrumentsandmeasurementmethods(suchassensorandafixedway)thesame.Inthevibrationprocess,thechoiceofmeasurementpointsalsoaffectthemonitoringresults,thechoiceofprinciples:&&&&&&&&（1）Themeasuringpointshouldbeselectedinthevibrationsignaltransmissionchannelandthelocationoftheshortestroutetominimizetheintermediatetransfermedia.(2)Themeasuringpointshouldbeselectedinthemostsensitivepartsofthesignal,suchashousing,frameandsoon.(3)Themeasuringpointshouldbechoseninplacetofacilitatemulti-directionalmeasurements.Generalmeasurevibrationinthreedirectionstobeselected(thelevelofX,theverticalY,axisA)toevaluate,especiallyforlowfrequencyvibration,butalsotoemphasizethedirection(high-frequencyvibrationonthedirectionisnotsensitive).(4)forlargemechanicalequipment,bythetransferfunctionshouldbemoretesting.3steelrollingmachinery,andothercommonfaultsandrotatingmachineryThediagnosisCommonrotatingmachineryfaults,accordingtothenatureoftherotorandvibrationtypecanbedividedinto:rotorunbalance,rotormisalignment,loosebaseorassembly,therotorandstatorfriction,inductionmotorvibration,bearingfailure,vibrationandothergearmechanism.Vibrationmonitoringtechniqueusingthesecommonmechanicalfailurecanbeamoreaccuratediagnosis.3.1RotorimbalanceRotatingMachineryimbalanceisthemostcommonformoffailure.Imbalancecausedbymanyreasons,suchastheeccentricitycausedbypoorinstallation,withtheloosening,axialbending,manufacturingerrors,andgeneratelong-termoperationunevenwear.Ourformulafromthecentrifugalforceiseasytoknow,unbalancevibrationofenginespeedisthemostsensitive.Thevibrationcharacteristicsofrotorimbalanceis:rigidrotorspeedatstartup,theamplitudeincreases,theamplitudeofflexiblerotoratstartupistoincreaseandthendecrease.Inthefrequencycharacteristics,theunbalancevibrationofthefrequencycomponentsofasingle,clear,mainlythefundamentalfrequencyoftherotor；inphase,thehorizontalandverticalvibrationdifference90oe,andoftenhorizontalthanverticalvibrationofalarge,radialvibrationislargerthantheaxialvibration.3.2RotormisalignmentRotorisnotinthecenteroftherotorcenterandbearingmisalignment,orrotorsystemaxismisalignmentoftherotorisrotatingmachinerytypicalofaclassofmultiplefaults.Therearethreetypesofmisalignment,namely,parallelmisalignment,angularmisalignment,integratedmisalignment.Thecausesare:badrotorandbearinginstallation,bearingbearingdeformationcausedbyunevenexpansion,grounddeformationandheatdoesnotmoderate.Thevibrationcharacteristicsofrotormisalignmentisthis:Whennotintherotorwillproduceanadditionalmoment,theformationofadditionalincentives,sothereisnotaxialvibrationisoftenasymptomof.Characteristicsofthevibrationfrequency,theparalleldoesnotturnthemainfrequencystir2times,theangledoesnotshowthesamefrequencyofvibrationisprominent,andtheyhaveincommonistherotationfrequencyofthe2octaveor4octave-based,stillaccompaniedbyhigherfrequency.Inthephasecharacteristics,theparallelmisalignment,therotorradialvibrationatbothendsofphase180oe；anglemisalignment,thecouplingendsofaxialvibrationofphase180oe,andtheradialphaseofthesame.3.3BaseorassemblylooseStudentsoftenaccompaniedbylooseanduneven,showinganon-linearvibrationcharacteristics.FeetdirectionofvibrationcharacteristicscausedbylooseObviously,theperformanceofthevibrationintheverticaldirectionisverystrong.Bythevibrationcausedbyloosepartswithitsdirectionalfeatureisnotobvious.Inamplitude,thevibrationcausedbyloosewiththeincreaseoftheload,butspeedshownochangeinthelaw,suddenlybigsuddenlysmall,waschangingbyleapsandbounds.Characteristicsofthevibrationfrequency,inadditiontofundamentalfrequencycomponents,thefundamentalfrequencyoftheoddharmonicprominent(oftenhigherthanthefundamentalfrequencyamplitude),accompaniedby3times,5times,7timesand0.3~0.5timesHarmoniccomponents,intoacombspectrumstructure.3.4RotorandstatorfrictionSuchfrictionisfriction,mostoftheperformanceoftheradialfriction.Frictionandvibrationisvibration,frequencyrangeisverywide,inadditiontofundamentalfrequency,thereare2times,3timesand1/3,1/2andotherharmoniccomponents.Inthetimedomainwaveform,usuallymanifestedclipping,&truncatedcosine&waveformshapeisanimportantsymboloftheuniquefrictionfault.Insomespecialcases,thefrictionmayprovokethenaturalfrequencyofvibrationofthesystem.3.5VibrationcharacteristicsofinductionmotorMotorisatypicalrotatingmachinery,mechanicalfailureintheperformanceofacommonfeatureofrotatingmachinery,suchastheexistenceofrotorimbalance,misalignment,loosenessandfriction,thefaulttype.Faultinductionmotorischaracterizedbyalargeincludesbothmechanicalandelectricalcontent,exceptmechanicalfailuresandelectrical-relatedfactorsalso,suchasthemagneticgapbetweentherotorandthestatordifferential