六辊管材矫直机设计摘要管棒材矫直机是用于消除圆截面轧材的弯曲变形、椭圆变形以及其他类型的复杂变形的机器，目前使用的矫直机主要有二辊、五辊、六辊、和七辊矫直机等。本设计的主要内容包括介绍了无缝钢管的发展状况、无缝钢管的生产流程、管棒材矫直机的概述、管棒材矫直机矫直理论技术的发展、矫直原理以及矫直工艺等理论，确定了矫直机的总体方案。在力能计算部分完成了管材弯矩、管材变形能、管材接触线长度、矫直力、矫直机驱动功率等计算，此外万向接轴及矫直辊传动轴等主要部件进行了强度校核，并对角度调整机构的传动装置进行了分析，对其进行了结构设计。关键词：矫直机、矫直辊、强度校核16The design of six roller pipe straightening machineAbstractThe function of tube-bars straightening machine is readucing bending deform ,ovaling deform and other complex deform of tube bars.At present ,there are 2、5、6 and 7-rolls straightening machineThe main contents of this manual introduced the development of seamless steel pipe,the production process of seamless steel pipe, straightening machine tube development, Straightening principle and Straightening process theories, to determine the overall program of straightening machine. In calculation of force and energy parameters,it has calculated the moment of pipe,the deformation energy of pipe,the length of contact line of pipe,straightening force and the drive power of straightening machine.In addition,check the instensity of universal coupling of straightening roll and so on,and The main components of Straightening roller and Shaft are checked.At the same time,it analysises and designs the driving device of angnlar adiustable mechanism.Key words: straightening machine; straightening roll；Strength Check目 录摘要I第一章 绪论11.1我国无缝钢管行业的发展状况11.2无缝管的生产工艺流程31.3矫直机概述61.4矫直理论技术的研究方向81.5弯曲矫直理论111.5.1矫直弯曲时的变形过程131.5.2矫直过程中的曲率变化14第二章 六辊矫直机的结构分析及矫直原理162.1矫直机的结构配置162.2六辊管材矫直机矫直原理162.2.1压扁矫直162.2.2弯曲矫直17第三章 力能参数计算183.1技术参数的确定183.2 管材弯矩的确定183.2.1确定弹性区半径183.2.2管材弯矩的确定193.3管材变形能的确定203.3.1管材的弹塑性弯曲变形能203.3.2管材弹塑性旋转弯曲变形能223.4管材接触线长度的确定233.5力能参数的计算233.5.1矫直力的计算233.5.2驱动功率的计算25第四章 矫直辊的设计284.1矫直辊的结构设计284.1.1辊数的确定284.1.2辊径的确定284.1.3辊长的确定284.1.4辊距的确定294.2矫直机中主要部件的强度校核294.2.1电动机的选择294.2.2矫直辊的强度校核30第五章 矫直机主要零部件的选择与校核335.1传动轴的校核335.1.1万向接轴的校核335.1.2万向接轴十字轴的校核335.1.3万向接轴叉头强度校核355.2轴承的选择与校核365.3键的校核375.3.1主传动部分电机轴上键的校核375.3.2矫直辊轴伸出键的校核38第六章 角度调整机构的设计及计算396.1电机容量的选择396.2蜗杆传动设计计算406.2.1耐磨性计算416.2.2自锁性的校核436.2.3螺杆强度计算436.2.4螺纹牙的强度计算44结束语46参考文献47第一章 概述随着国民经济的飞速发展，通信、电子、军工、航天等高科技领域对高精度管材的要求越来越严格，现行GB3639-1983冷拔或冷轧精密无缝钢管和GB8713-1988液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管远远不能满足客户的要求，更严格的指标只能体现在供货合同之中。面对高精度管材的需求日益增多，发展制造各种规格的高精度矫直机是非常必要的。但目前，我国高精度管材占需求总量的比例还较小，而且高精度管材矫直机的价格是同规格矫直机价格的2至2.5倍（仅指国内大于10 辊的矫直机） 。根据这一现状，笔者认为，如果矫直机的使用频率较高，可使用辊数较多的高精度管材矫直机；如使用频率不太高，则可采用二次矫直工艺（即采用普通矫直机进行两次矫直，同样可达到很高的精度），用低成本换取高效益。矫直机是焊管生产线中的重要辅助设备, 管材在焊接及飞剪后存在着比较明显的弯曲, 以至影响在精整工序中的流动, 管材经过矫直机, 钢管通过互相交差倾斜的辊子, 一面旋转一面前进, 承受均匀的径向力和连续的纵向弯曲, 使沿整根管子的长度和圆周方向发生连续的纵向和径向弹性变形和塑性变形, 从而达到矫直和减小椭圆的目的, 并对钢管表面起到光洁和强化作用.1.1我国无缝钢管行业的发展状况钢管是一种重要的经济钢材，世界各国都十分重视钢管生产的发展，近年来，我国对钢管需求的增长速度远远超过了粗钢的增长速度，但我国目前生产数量仍比较少，钢管产量仅占钢材产量的2.53，同时品种和质量也不能满足国民经济发展的需求。因此，通过技术改造和改善管理来发挥无缝钢管机组的作用有重要意义。我国无缝钢管行业近几年出现了有史以来最快的发展，产品结构调整成效显著，钢管自给率逐年提高。钢管产量达到2123万吨，占全球钢管产量的25以上。技术改造和投资创历史新高，技术装备大为改善，出现了两个百万吨级的无缝钢管生产企业，跨入全球大钢管集团的行列。如同中国钢铁工业的发展一样，尽管近几年钢管行业取得了令人瞩目的成就，从产量上已占全球1/4以上，但从技术装备、产品质量、产品档次、企业的经营规模和主要技术经济指标等与国际先进水平仍有一定的差距。通过分析无缝钢管行业相关产业的发展趋势和格局，以及我国无缝钢管行业所取得的成绩和存在的问题，使我们认识到：国内市场具有一定优势和发展空间，国际市场空间越来越大，主要靠竞争来提高市场占有率。为进一步提高竞争力，必须抓住目前的大好时机，尽快缩小产品在品种、质量和成本上与国际先进水平的差距，尽快使生产装备和工艺技术达到国际先进水平，使我国成为真正的世界钢管生产强国。无缝钢管是国民经济建设的重要原材料之一，是一种经济型钢材品种，被广泛应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工、航空航天等行业。世界各国，特别是工业发达国家都十分重视无缝钢管的生产和贸易。中国经济增长带动了无缝钢管行业的发展，从国际经验来看：快速增长并不是各个产业均衡增长的产物，而是由几个更快增长的主导产业带动。不同时期主导产业不同，主导产业的转换和推动经济的持续、快速增长。从国内经验来看：近几年来，一批新的主导产业浮出水面，带头的是住宅、汽车、电子通讯和城市基础设施建设，这些是具有一定的最终产品性质的先导行业。这些先导行业拉到了一批中间投资品性质的产业，主要是钢铁、有色金属、建材、机械、化工等材料和装备行业。以上两个方面又拉到了电力、煤炭、石油等能源行业和港口、铁路、公路等运输行业的增长。正是以上各行业的快速增长带动了整个无缝钢管市场的需求，促进了无缝钢管行业的快速发展。国内外无缝钢管市场，目前均处于消费增长期，国内无缝钢管消费量将保持较快的增长速度，为我国无缝钢管的发展提供了有利时机。随着能源、交通、石化用管需求量不减，高性能品种增长迅速。能源、交通、石油化工等设施的建设和维修所需无缝钢管仍在钢材市场需求中占有相当重要的地位。近几年对高性能、新品种的需求量增长较快，例如高性能油井管、大口径电站锅炉用管、耐腐蚀、耐低温的石化用管以及不锈钢管等。另外，输送石油、天然气、成品油、煤浆、矿浆等流体的管线管，尤其是高强度管线用管的需求量将大幅上升。由于国内的生活水平不断提高，人们对住房、汽车、家电的需求也不断增大，从而促进建筑业、设备制造等行业的高速发展。同时，对无缝钢管的需求增加、品种及质量要求的提高，无缝钢管品种向高技术含量方向不断有新的发展。1.2无缝管的生产工艺流程无缝钢管生产已有一百多年的历史，随着新技术的不断开发与应用，特别是近几十年液压和自控技术的应用，使各种轧管方法日趋完善，产品精度和品质越来越高。不管用哪种方法生产无缝管，大体上都包括以下基本工艺环节：管坯准备 加热 穿孔 钢管延伸 再加热 定减径 冷却 钢管精整无缝钢管工艺流程图如图所示：图1.1 无缝钢管工艺流程图1.管坯准备：无缝管生产用坯料多采用连铸管坯或轧制坯。管坯质量由管坯生产厂工艺来保证。来自管坯生产厂的长坯料，需在管子厂分截成成品管所对应的长度，管坯截断常采用剪断，折断，锯断和火焰切断四种方式，其中以锯切最好，已被广泛采用。2.加热：管坯加热的目的是降低金属的变形抗力和改善刚的塑性。管坯加热在环形加热炉内以一定的速度经过低温预热，高温加热和均匀加热三个阶段后达到金属接受变形时所需要的最佳温度。3.穿孔：穿孔的工艺任务是将实心管坯料穿轧成壁厚均匀，无缺陷的空心毛管，作为后工序继续加工的毛坯，是无缝管生产的关键工序。4.连轧机、脱管机：该部分的工艺目的是将毛管壁厚进一步轧薄到满足机组工艺所需要的壁厚。5.再加热炉：由于轧管延伸后的荒管已有较大的不均匀降温，需进行再加热炉进行第二次均匀加热，加热到定减径和再线处理所需要的温度。再加热一般采用步进炉，也有采用感应炉。6.定减径：定径或减径是热轧钢管成型的最后一道工序环节。它的目的是最终确定钢管的外径和壁厚。定径是在多机架定径机和减径机中通过变径变形进行的。为了克服荒管在减壁过程中的增壁效应，现代定减径机均带有张力。现代化机组都采用三辊式。7.冷床、管排锯：定径后的钢管在专门的冷床上冷却到常温。现代轧管机组上，定减后的钢管往往是成品管长度的27倍尺，所以在冷床后设有排锯将钢管切成所需要的单倍尺长度。8.精整：定径冷却后的钢管根据产品标准要求分