某拉矯機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u913某拉矯機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例 1266321.1拉坯阻力的計(jì)算 135811.1.1鑄胚在結(jié)晶器內(nèi)的阻力F1 239071.1.2

鑄坯通過二冷區(qū)的阻力 2108701.1.3推動(dòng)鑄坯使之完成矯直功的力 4211151.1.4

拉矯機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力 4106241.1.5拉坯總阻力F0: 5172481.2裝引錠桿時(shí)拉輥受力分析 6134081.1.1裝引錠桿時(shí)拉矯機(jī)的阻力及功率 649141.1.1.1

引錠桿運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力 6225871.1.1.2引錠桿在第二次冷卻區(qū)域運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的的阻力 6163441.1.1.3引錠桿在水平段的摩擦阻力 649341.1.1.4拉矯機(jī)每個(gè)元件產(chǎn)生的摩擦阻力 6119951.3總效率的確定 7154681.4電動(dòng)機(jī)類型的選擇與驗(yàn)算

7197041.4.1電動(dòng)機(jī)的選擇需要根據(jù)要求來選定。 884601.4.2計(jì)算 8162191.4.3

選擇電動(dòng)機(jī) 9209261.5拉矯機(jī)傳動(dòng)比的分配. 10235071.6壓下氣缸內(nèi)徑的計(jì)算： 1077531.6.1性能要求 1019121.6.2計(jì)算 115511.7拉矯輥參考的選擇 12224201.8主要零件的設(shè)計(jì)校核 1336611.8.1拉矯輥的受力分析 13283731.8.2拉矯輥的強(qiáng)度校核 145291.8.1.1受力情況如圖所示 1452191.8.1.2幾個(gè)重點(diǎn)部位的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力如下： 15312681.9軸承的選擇以及壽命校核 171.1拉坯阻力的計(jì)算拉拔阻力是確定驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)，為五輥拉矯機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，是五輥拉矯機(jī)的前提和拉拔時(shí)間。拉伸強(qiáng)度通常包括模具的摩擦強(qiáng)度、冷卻器的摩擦強(qiáng)度以及一些輥的阻力。同樣的，如果運(yùn)動(dòng)裝置沒有處于正常的工作狀態(tài)下，也會(huì)使阻力增加。導(dǎo)軌，輥道等它們都能抵抗鑄件的真空運(yùn)動(dòng)。它們更難估計(jì)，所以要從安全方面來考慮這些數(shù)值.1.1.1鑄胚在結(jié)晶器內(nèi)的阻力F1結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯包括物件外殼與結(jié)晶器的粘結(jié)力和運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦阻力。設(shè)計(jì)時(shí)一般采用公式.由公式F式中r為鋼水密度，通常為0.07N/cmlm1B為結(jié)晶器的寬度，mmH為結(jié)晶器的厚度，mmμ摩擦系數(shù)，數(shù)值常用為0.3已知B=140mmH=140mmlm=800mm取lm1=代入數(shù)據(jù)得F1=7200~1.1.2

鑄坯通過二冷區(qū)的阻力下圖中，方坯在二冷區(qū)的阻力和摩擦力統(tǒng)稱為f'，由于自身重量所產(chǎn)生的下滑力為如圖所示：F式中F2Ff摩擦阻力，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境較為惡劣，所以經(jīng)常會(huì)有輥?zhàn)硬划a(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，因此將其一起看做滑動(dòng)摩擦，取摩擦系數(shù)0.3FS根據(jù)參考資料【2】可知總阻力公式為：F2==RA?γ(μsina-

l+cosa)(N)因此當(dāng)最大值a=90°時(shí)，二冷段約等于80°則F2最大為R?A?γ(

μ

-

1式中γ鑄坯密度γ=0.07N/cm鑄坯段密度cm鑄坯外弧半徑cmμ二冷區(qū)摩擦系數(shù)，μ=0.3.鑄坯在二冷區(qū)內(nèi)的阻力為：F2==A因?yàn)棣蹋?，所以得到F2是負(fù)數(shù)，因此鑄坯還能進(jìn)行反方向的運(yùn)動(dòng)代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 F21.1.3推動(dòng)鑄坯使之完成矯直功的力

M式中：σsh鑄坯邊長(zhǎng).矯直力矩等于O點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩，即F則F3=由【1】中表7-4

可查取材料

45

鋼在

1ooo°C

情況下σs=55N/鑄機(jī)外弧半徑R=5.25m,鑄坯邊長(zhǎng)h=150mm所以代入數(shù)據(jù)計(jì)算得F31.1.4

拉矯機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力計(jì)算摩擦阻力F4LF由上面求得的F1=8400NF2=-5788N代入公式計(jì)算得FL每個(gè)拉輥應(yīng)有的壓力為：P式中：μ????所以PA和C輥所承受的壓力為：Ph=150mm,T=45°C則σLDB=B輥的壓力為：P代入數(shù)據(jù)計(jì)算得PB2E輥在理論上不承受壓力由上列各種壓力產(chǎn)生的總摩擦力為：F式中：DPd軸頸直徑f0鑄胚與輥?zhàn)娱g滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取fμ????由原始數(shù)據(jù)知DP代入數(shù)據(jù)得：F1.1.5拉坯總阻力F0:將各阻力相加則求出即求出拉坯總阻力：F0=1.2裝引錠桿時(shí)拉輥受力分析1.1.1裝引錠桿時(shí)拉矯機(jī)的阻力及功率如果要進(jìn)行引錠桿的阻力和功率的計(jì)算，因?yàn)橐V桿一般是從下至上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以可根據(jù)引錠桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力和自重造成的下滑力來計(jì)算：1.1.1.1

引錠桿運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力因?yàn)橐V桿的端部與結(jié)晶器之間縫隙較大，所以產(chǎn)生的摩擦力可忽略不計(jì)。1.1.1.2引錠桿在第二次冷卻區(qū)域運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的的阻力引錠桿在二冷區(qū)內(nèi)的阻力為：F式中：Aγ引錠桿的斷面積(cmγγ引錠桿的比重，取γγμ1引錠桿在二冷區(qū)的摩擦系數(shù)，取μ綜上所述，鑄機(jī)外弧半徑R=5.25m,斷面尺寸為150cm×代入數(shù)據(jù)得Fγ1.1.1.3引錠桿在水平段的摩擦阻力FL取10.2m，μ2代入數(shù)據(jù)得：Fγ1.1.1.4拉矯機(jī)每個(gè)元件產(chǎn)生的摩擦阻力由【1】P164知：Fγ裝引錠桿時(shí)的總阻力值為：Fγ=Fγ代入數(shù)據(jù)得Fγ還有一種方法為：Fγ=式中FγR鑄機(jī)弧形半徑，cmA引錠桿截面積，cm2γ引錠桿材料密度，γ=0.00785kg/μ???第二次冷卻裝置摩擦系數(shù)，則μLEμ2???引錠桿與輥?zhàn)拥哪Σ料禂?shù)，取裝引錠桿時(shí)在二冷導(dǎo)坯段走過的角度代入數(shù)據(jù)也可求得1.3總效率的確定由【2】第七頁可知：齒輪傳動(dòng)：η1減速器：η2η3聯(lián)軸器的效率：η4則拉矯機(jī)的總效率為η=η11.4電動(dòng)機(jī)類型的選擇與驗(yàn)算

1.4.1電動(dòng)機(jī)的選擇需要根據(jù)要求來選定。如果要確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就不可以只考慮總傳動(dòng)比，還需要從技術(shù)難易以及經(jīng)濟(jì)成本等層面來考慮。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般高于500r/min，因?yàn)樵诠β史€(wěn)定后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越慢，體積越大，成本越高，效率就會(huì)變得更低。如果要選擇高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，就會(huì)增加一定的機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，這樣傳動(dòng)比會(huì)使機(jī)器的構(gòu)造變得更加復(fù)雜。對(duì)于冶金機(jī)械來說，正常的工作速度不需要很高，通常處于積極和消極的狀態(tài)。為了使積極消極狀態(tài)可以盡量中和，減少損耗，節(jié)省成本，提高效率，降低噪音，我們冶金工業(yè)一般選擇更加合適的低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)。1.4.2計(jì)算由【1】P123公式7·42拉熱坯時(shí)計(jì)算驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率式中：VPη拉矯機(jī)傳動(dòng)總效率已上求得F0，又已知拉矯機(jī)拉坯V所以代入數(shù)據(jù)得當(dāng)VP當(dāng)VP=4.5時(shí)根據(jù)參考文獻(xiàn)【l】中公式7?46可知裝引錠桿所需運(yùn)動(dòng)功率N 式中：VP代入數(shù)據(jù)得N2=0.比較N1和N2，知N1過載能力可以通過動(dòng)力矩來計(jì)算，并且同時(shí)鑄坯的斷面大小也會(huì)決定拉坯速度，通過結(jié)晶器來調(diào)節(jié)這些參數(shù)，因此會(huì)選用更加合適的電動(dòng)機(jī)。1.4.3

選擇電動(dòng)機(jī)(l)

根據(jù)機(jī)器負(fù)荷的性質(zhì)和生產(chǎn)過程對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)和逆速控制的要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型;通過其拉坯速度變化范圍，起停時(shí)頻率要求，電動(dòng)機(jī)所能承受的最高溫度極限，以及它的過載能力和負(fù)載轉(zhuǎn)矩來確定發(fā)電動(dòng)功率，同時(shí)還要確定好冷卻的方式，因?yàn)槲覀兯?jì)算的數(shù)值是理論值，在現(xiàn)實(shí)中一般選擇稍大于理論者的電動(dòng)機(jī)。負(fù)載率一般為08~09。同樣的，也不可以選擇超過理論數(shù)值很多的機(jī)器，這樣會(huì)降低電機(jī)的效率和功率，使損耗增加，成本變多.2.根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，如溫度、濕度、降雨、氣體、腐蝕、易燃?xì)怏w等，考慮必要的防護(hù)方法和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇;(3)要根據(jù)通過當(dāng)?shù)氐乃蟮碾妷簶?biāo)準(zhǔn)和功率來確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)以及其他參數(shù);(4)要想確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，不僅需要結(jié)合考慮機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，還需要根據(jù)機(jī)器的轉(zhuǎn)速以及控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)的性能要求來考慮。此外,引擎的選擇還應(yīng)符合節(jié)能要求,考慮團(tuán)隊(duì)的操作可靠性、可用性、靈活的零部件,安裝和維護(hù),以及存在的困難、產(chǎn)品價(jià)格、建筑成本、操作和維護(hù)成本和生產(chǎn)過程,發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化之間的關(guān)系的幾個(gè)因素根據(jù)之前計(jì)算和以上要求根據(jù)參考材料【5】以及上述中所規(guī)定的要求選擇如下型號(hào)：變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)

YZPSLE132S-4額定功率

N=5.5kw

額定轉(zhuǎn)速n=l450

r/min1.5拉矯機(jī)傳動(dòng)比的分配.根據(jù)：i式中：ianednwi所以i1.6壓下氣缸內(nèi)徑的計(jì)算：1.6.1性能要求1)因?yàn)樾枰M(jìn)行長(zhǎng)期的高強(qiáng)度工作和經(jīng)常性的短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，并且需要有足夠的強(qiáng)度來承受壓力，使其可以在受到壓力后不發(fā)生永久性的變形;2)需要一定的剛度來保證受到力時(shí)不至于產(chǎn)生彎曲3)在受到摩擦?xí)r，盡量產(chǎn)生較小的摩擦，能夠使機(jī)器的工作壽命足夠長(zhǎng)，同時(shí)，密封的性能可以由尺寸和形狀公差來保證.4)焊接滾筒的氣缸應(yīng)具有良好的焊接性，使管件或接頭在焊接后不會(huì)過度開裂或變形。簡(jiǎn)而言之，缸體是氣壓缸體的主要部分。它們形成一個(gè)密封的腔體，包括腔體的底部，出口端口和其他部分用來容納空氣。同時(shí)，它們也是活塞的軌道。在設(shè)計(jì)氣缸時(shí)，必須正確選擇每個(gè)氣缸，確保氣缸有足夠的輸出力、速度，能夠承受壓力、負(fù)載力和意外沖擊;氣缸內(nèi)表面的氣缸應(yīng)具有適當(dāng)?shù)墓畹燃?jí)、表面粗糙度、形狀和位置公差等級(jí)。確保氣缸的密封性、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和耐久性。1.6.2計(jì)算由下圖可知該輥處矯直力PC2M則根據(jù)【2】P88公式可知P則求得P為了能夠使棍子能傳動(dòng)拉坯總阻力F0N=F式中：N正壓力N；μ拉輥車熱坯間摩擦系數(shù)μ=0.3已知F0則N=F要想計(jì)算氣缸的內(nèi)景，可以通過比較PC2和N則由【2】P88公式可知PP式中Pg氣缸至轉(zhuǎn)軸距離cmh鑄坯厚度b輥中心至轉(zhuǎn)軸距離cm氣缸實(shí)際上應(yīng)偏一定角度，這里做簡(jiǎn)化計(jì)算。比較Pc2Pg=NPg=由【2】P88公式可知壓下氣缸直徑D的計(jì)算方法:D=4式中：D氣缸直徑，cm氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力，最大為6公斤/cm則D=4π確定氣缸直徑后，根據(jù)比例大小，選擇氣缸行程260毫米。氣缸的額定工作壓力為0.4?0.8MPa。壓力是由壓力站控制的，所以不會(huì)在這里做太多的描述，這次主要是通過具體計(jì)算氣缸內(nèi)徑來保證工作的可靠性和安全性。1.7拉矯輥參考的選擇拉矯輥輥身的直徑是拉矯機(jī)的一個(gè)比較重要的參數(shù)。D=320mm輥身長(zhǎng)度考慮輥?zhàn)拥膹?qiáng)度及剛度，為240mm輥頸在確定過程時(shí)，需對(duì)輥?zhàn)舆M(jìn)行強(qiáng)度校核，最后才能確定初選軸徑直徑d=105mm1.8主要零件的設(shè)計(jì)校核1.8.1拉矯輥的受力分析根據(jù)受力情況，可得P=0.6MPaD=0.32m由公式F氣F受力計(jì)算：由杠桿原理可得N=F式中：μ值可由【2】P85，可取μ=0.31.8.2拉矯輥的強(qiáng)度校核1.8.1.1受力情況如圖所示由【7】P118公式可得MWZ式中：q輥身單位長(zhǎng)度載荷q=PEb被矯鋼材寬度，cma’兩軸承中心線的距離由圖知最大彎矩出現(xiàn)在輥身中部。對(duì)于輥體來說，只需計(jì)算彎曲力即可，輥頸則需計(jì)算綜合效應(yīng)，傳動(dòng)端則需要計(jì)算扭矩。1.8.1.2幾個(gè)重點(diǎn)部位的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力如下：輥身中部的最大彎曲應(yīng)力：由【7】知：σ得2400MPa輥頸的最大彎曲應(yīng)力：由【7】P128公式可知：σMj式中：d輥頸直徑mmC??中心線至危險(xiǎn)截面的距離，mmC=則，軸徑最大彎曲應(yīng)力：σ軸徑的最大剪應(yīng)力：由【7】P178公式可知：Ij式中：ME確定力矩ME根據(jù)參考著、資料【4】中P65公式可以得知驅(qū)動(dòng)拉輥的力矩MKsinφ式中;φ由于考慮摩擦損失，合力偏移的角度μ軸承處摩擦系數(shù)，取0.004因?yàn)槔C輥前后厚度不會(huì)發(fā)生變化，所以認(rèn)定β=0.則驅(qū)動(dòng)輥力矩為MkMk得：M則I根據(jù)第四強(qiáng)度理論：σ可得：σj傳動(dòng)端的最大剪應(yīng)力由根據(jù)文獻(xiàn)【7】中P183可知：合金鍛造輥許用應(yīng)力為：【σ】=14.5MPa由以上計(jì)算可知：σσσI故輥?zhàn)有：送ㄟ^，則其尺寸已確定D×L=320×d=105mmd1=100mm1.9軸承的選擇以及壽命校核軸承的選擇：從圖中可以看出，拉矯輥主要受徑向載荷的影響，因此選擇軸