卷板機(jī)設(shè)計(jì),板機(jī),設(shè)計(jì) JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題目： 卷板機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工學(xué)院 姓 名： 王曉勇 學(xué) 號(hào)： 20092134 專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2009級(jí) 指導(dǎo)教師：楊紅飛 職 稱：講師 二013年05月 目錄 1 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 卷板機(jī)分類 2 1.3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2 2 一般小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析 4 2.1 雙輥卷板機(jī) 4 2.2 三輥卷板機(jī) 5 2.2.1 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)特點(diǎn) 5 2.2.2 不對(duì)稱三輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 5 2.3 方案的確定 6 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7 3.1 傳動(dòng)方案的分析及確定 7 3.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)確定 7 3.1.2 副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 7 4 動(dòng)力設(shè)計(jì) 8 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇及確定 9 4.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 9 4.2 電動(dòng)機(jī)的確定 9 4.2.1 受力分析 9 4.2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 10 5 減速設(shè)計(jì) 12 5.1 主減速器的分析計(jì)算和確定 12 5.2 傳動(dòng)比分配 13 5.3 主減速器各軸轉(zhuǎn)速及功率與各級(jí)齒輪計(jì)算 13 5.3.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 15 5.3.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 17 5.3.3 第三級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè) 19 5.4 末級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 20 5.4.1 材料選用 21 5.4.2 按齒面彎曲強(qiáng)度計(jì)算 21 6 上下輥的設(shè)計(jì)計(jì)算校核 22 6.1 上輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析 22 6.1.1 受力分析 22 6.1.2 剛度校核 23 6.1.3 上輥在卸料時(shí)的校核 23 6.2 下輥的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 24 6.2.1 剛度校核 25 6.3 上下輥?zhàn)訌?qiáng)度校核 25 7 螺旋副設(shè)計(jì) 26 7.1 材料選用及熱處理 26 7.2 螺紋直徑與螺距 26 7.3 自鎖 27 7.4 螺母螺牙強(qiáng)度 27 7.5 螺桿強(qiáng)度 28 結(jié) 論 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 1 緒論 1.1 概述 　　卷板機(jī)是將金屬板材彎卷成筒形、弧形或者其他形狀工件的一種通用設(shè)備。利用三點(diǎn)成圓的原理，通過(guò)工作輥相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材發(fā)生連續(xù)的塑性變形，從而得到預(yù)定形狀的工件。卷板機(jī)廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工、木工、金屬結(jié)構(gòu)等其它機(jī)械制造行業(yè)。 　　卷板機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)有相當(dāng)長(zhǎng)久遠(yuǎn)的歷史，介于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可靠的性能，低廉的造價(jià)，至今仍被廣泛應(yīng)用。 　　卷板機(jī)作在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有十分重要的地位。凡是將鋼材成型為圓柱型或弧形，幾乎都用卷板機(jī)來(lái)制作。不論在汽車輪船還是在軍工航天或是石油化工方面都有應(yīng)用。根據(jù)不同的要求，它可以輥制出符合要求的工件，是一種非常實(shí)用的機(jī)械加工工具。 　　在國(guó)外一般以工作輥的配置方式來(lái)劃分。國(guó)內(nèi)普遍以工作輥數(shù)量及調(diào)整形式等為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行混合分類，一般分為： 　　　1）、三輥卷板機(jī)：包括對(duì)非對(duì)稱式三輥卷板機(jī)、稱式三輥卷板機(jī)、水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)、傾斜下調(diào)式三輥卷板機(jī)、弧形下調(diào)式三輥卷板機(jī)和垂直下調(diào)式三輥卷板機(jī)等。 　　　2）、四輥卷板機(jī)：分為側(cè)輥傾斜調(diào)整式四輥卷板機(jī)和側(cè)輥圓弧調(diào)整式四輥卷板機(jī)。 　　　3）、特殊用途卷板機(jī)：有立式卷板機(jī)、船用卷板機(jī)、雙輥卷板機(jī)、錐體卷板機(jī)、多輥卷板機(jī)和多用途卷板機(jī)等。 　　在低速大扭矩的卷板機(jī)上，因傳動(dòng)系統(tǒng)體積龐大，電動(dòng)機(jī)功率大，起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)波動(dòng)也較大，所以越來(lái)越多地采用液壓傳動(dòng)。近年來(lái)，有以液壓馬達(dá)作為源控制工作輥移動(dòng)但主驅(qū)動(dòng)仍為機(jī)械傳動(dòng)的機(jī)液混合傳動(dòng)的卷板機(jī)，也有同時(shí)采用液壓馬達(dá)作為工作輥旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源的全液壓式卷板機(jī)。 　　卷板機(jī)的工作能力是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時(shí)最小卷筒直徑的能力。 　　國(guó)內(nèi)外采用冷卷方法較多。冷卷精度較高，操作工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，但對(duì)板材的質(zhì)量要求較高（如不允許有缺口、裂紋等缺陷），金相組織一致性要好。 　　當(dāng)卷制板厚較大或彎曲半徑較小并超過(guò)設(shè)備工作能力時(shí)，在設(shè)備允許的前提下可采用熱卷的方法。有些不允許冷卷的板材，熱卷剛性太差，則采用溫卷的方法。 　　卷板機(jī)是一種通用性及適應(yīng)性較高的彎曲整形機(jī)械。為提高卷板機(jī)的工作效率，提高制品的加工精度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件，通常采用板料送料工作臺(tái)、輔助操作機(jī)械、托架平臺(tái)以及支承滾道等輔助設(shè)備。國(guó)外有些廠家已有配上自動(dòng)焊接機(jī)、下料機(jī)械手等成線或單元供貨。 1.2 卷板機(jī)分類 是對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)彎曲的塑形機(jī)床。根據(jù)不同的分類方法如下： 卷板機(jī)按其抱輥數(shù)目分： 　　　1八輥式卷板機(jī)； 　　　2四輥式卷板機(jī)； 　　　3三輥式卷板機(jī)； 　　　4二輥式卷板機(jī)。 　　卷板機(jī)按其卷筒結(jié)構(gòu)分： 　　　1連桿式卷板機(jī)，其卷筒結(jié)構(gòu)基本原理與鏈板式張力卷取機(jī)相同； 　　　2斜契式卷板機(jī)，其卷筒結(jié)構(gòu)基本原理與棱錐式張力卷取機(jī)相同。 　　卷板機(jī)按其抱輥滑移動(dòng)移動(dòng)方式分： 　　　1滑道式卷板機(jī)，抱輥輥架可延滑道移動(dòng)； 2無(wú)滑道式卷板機(jī)，抱輥輥架的移動(dòng)，不是在滑道內(nèi)滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是直接由連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1.3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 卷板機(jī)屬于鍛壓機(jī)械八大類產(chǎn)品中的彎曲校正機(jī)類。它的發(fā)展經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓、再到數(shù)控的發(fā)展過(guò)程。 目前，世界先進(jìn)的卷板機(jī)生產(chǎn)廠家主要有瑞士HAEUSLER、德國(guó)SCHAFER、意大利PROMAUDAVI、MG、FACCIN、SERTOM、BODRINI、瑞典ROUNDO、日本KURIMOTO、英國(guó)HUGH SMITH。 瑞士HAEUSLER四輥卷板機(jī)最為著名，其最大規(guī)格已達(dá)到卷板力78000KN、板厚250mm、板寬4000mm，剩余直邊僅為板厚的1.28倍。 意大利PROMAUDAVI、MG公司弧線三輥、四輥卷板機(jī)較常見(jiàn)，其弧線三輥卷板機(jī)最大卷板厚度可達(dá)140mm。 國(guó)內(nèi)液壓和自動(dòng)化控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，我國(guó)也是世界上卷板機(jī)產(chǎn)量最多的國(guó)家，但總體競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。 現(xiàn)如今在航空航天、軍工武器、汽車、機(jī)車車輛、儀器儀表、造船、化工、壓力容器、冶金等行業(yè)，對(duì)卷板機(jī)的需求量都在不斷增大，卷板精度需求越來(lái)越高。隨著工業(yè)的開(kāi)展，人們對(duì)節(jié)能、節(jié)材、少無(wú)切削等加工需求的增多，使用該卷板機(jī)作為技能配備，可進(jìn)步功率10～40倍，節(jié)材60％以上。 小型卷板機(jī)在經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓、再到數(shù)控的開(kāi)展過(guò)程，在機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展歷史，因?yàn)椴季趾?jiǎn)略，功能牢靠，造價(jià)低價(jià)，至今它的應(yīng)用范圍十分廣泛。當(dāng)前，其液壓和自動(dòng)化操控技能已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。 20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)連續(xù)開(kāi)發(fā)研發(fā)的數(shù)控卷板機(jī)，通過(guò)多年來(lái)的不斷完善，卷板機(jī)已經(jīng)完成了從單機(jī)自動(dòng)化到柔性制作單元的進(jìn)程。研發(fā)及開(kāi)發(fā)高效能、高精度、安全、復(fù)合、環(huán)保、自動(dòng)化、柔性化、智能化的卷板設(shè)備已經(jīng)是不能阻擋的發(fā)展趨勢(shì)。 2 一般小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析 2.1 雙輥卷板機(jī) 雙輥卷板機(jī)的原理如圖2.1所示： 2 .1雙輥卷板機(jī)工作原理圖 　　上輥是鋼制的剛性輥，下輥是一個(gè)包有彈性的輥，可以作垂直調(diào)整。當(dāng)下輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，上輥及送進(jìn)板料在壓力作用下，壓人下輥的彈性層中，使下輥發(fā)生彈性變形。但因彈性體的體積不變，壓力便向四面?zhèn)鬟f，產(chǎn)生強(qiáng)度很高，但分布均勻的連續(xù)作用的反壓力，迫使板料與剛性輥連續(xù)貼緊，目的是使它隨著旋轉(zhuǎn)而滾成桶形。上輥壓人下輥的深度，既彈性層的變形量，是決定所形成彎曲半徑的主要工藝參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，壓下量越大，板料彎曲半徑越??；但當(dāng)壓人量達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，彎曲半徑趨于穩(wěn)定，與壓下量幾乎無(wú)關(guān)，這是雙輥卷板機(jī)工藝的一個(gè)重要特征。 產(chǎn)品用途：兩輥卷板機(jī)為兩輥對(duì)滾式彎板設(shè)備。主要用于在冷用進(jìn)程中彎卷板厚0.5-6mm，寬度300mm-2000mm，屈服極限在350Mpa以下金屬板園柱筒體。廣泛應(yīng)用于汽車，食品機(jī)械，電機(jī)，消防器械及其他等行業(yè)各種園柱筒體的制作。 特點(diǎn)：兩輥卷板機(jī)具有制品精度高，無(wú)乘余直邊，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。最高園精度誤差小于0.5mm；最高效率可達(dá)400只/小時(shí)。 工作原理：鋼板在上輥（兩輥）下輥（彈性輥）間通過(guò)上輥壓迫，下輥彈性層成凹形狀促使鋼板彎曲，使得曲率成形?！　「鶕?jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和控制手段，決定了機(jī)器的能力和效率 　　另一方面，二棍卷板機(jī)的缺點(diǎn)是1.由于相對(duì)于制件直徑的每一個(gè)變化都需要制作導(dǎo)向輥輪，故不適于多品種小批量生產(chǎn)； 2.不能做厚板的加工（最大加工板料6~9mm）。 2.2 三輥卷板機(jī) 　　三輥卷板機(jī)是目前最普遍的一種卷板機(jī)。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形，圓錐形或弧形工件。 2.2.1 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)特點(diǎn) 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)，由工作輥、機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)座等組成。 三輥對(duì)稱式卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)作特點(diǎn)：該機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式，上輥在兩下輥中央對(duì)稱位置作垂直升降運(yùn)動(dòng)，通過(guò)絲桿絲母蝸桿傳動(dòng)而獲得，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由電機(jī)帶動(dòng)。通過(guò)減速機(jī)的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機(jī)缺點(diǎn)是板材端部需借助其它設(shè)備進(jìn)行預(yù)彎。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量輕、易于制造、維修、投資小、兩側(cè)輥可以做的很近。形成較準(zhǔn)確，但剩余直邊大需要進(jìn)行預(yù)彎處理。 2.2.2 不對(duì)稱三輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 三輥非對(duì)稱式卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)作特點(diǎn)：上輥為主傳動(dòng)，下輥垂直升降運(yùn)動(dòng)，以便夾緊板材，并通過(guò)下輥齒輪與上輥齒輪嚙合，同時(shí)作為主傳動(dòng)；邊輥?zhàn)鲀A升降運(yùn)動(dòng)，具有預(yù)彎和卷圓雙重功能。結(jié)構(gòu)緊湊，操作維修方便。 如圖2.2.2所示： 圖2.2.2 三輥卷板機(jī)工作原理圖 2.3 方案的確定 　　　通過(guò)對(duì)小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，根據(jù)各種類型卷板機(jī)所具有不同類型的特點(diǎn)，對(duì)稱三輥卷板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕、易于制造等優(yōu)點(diǎn)。相比下最終決定采用三輥卷板機(jī)。最后形成設(shè)計(jì)方案，為對(duì)稱上調(diào)三輥卷板機(jī)。如圖2.3： 圖2.3 對(duì)稱上調(diào)三輥卷板機(jī) 它是以兩個(gè)下輥為主動(dòng)輪 ，由主動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器及開(kāi)式齒輪副驅(qū)動(dòng)。上輥工作時(shí)，由于鋼板間的摩擦力帶動(dòng)。同時(shí)作為從動(dòng)軸，起調(diào)整擠壓的作用。由單獨(dú)的傳動(dòng)系統(tǒng)控制，主要組成是：上輥升降電動(dòng)機(jī)、減速器、蝸輪副、螺母。工作時(shí)，由蝸輪副轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座作升降運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)下輥可以正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在上輥的壓力下下輥經(jīng)過(guò)反復(fù)的滾動(dòng)，使板料達(dá)到所需要的曲率，形成預(yù)計(jì)的形狀。 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)方案的分析及確定 卷板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩種方式：齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)。 　 皮帶傳動(dòng)方式具有傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音下的特點(diǎn)，同時(shí)以起過(guò)載保護(hù)的作用。 　　齒輪傳動(dòng)方式具有工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等特點(diǎn)。 　　根據(jù)所設(shè)計(jì)的三輥卷板機(jī)，具有兩個(gè)主動(dòng)輥，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)準(zhǔn)確，所以選用齒輪傳動(dòng)。 3.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)確定 選用了圓柱齒輪減速器，減速器通過(guò)聯(lián)軸器和齒輪副帶動(dòng)兩個(gè)下輥工作。 如下圖： 圖3.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng) 3.1.2 副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 為調(diào)整上下輥間距，通過(guò)上輥手輪來(lái)旋轉(zhuǎn)蝸輪副傳動(dòng)蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)。 4 動(dòng)力設(shè)計(jì) 已知參數(shù)： 上輥直徑：D1=130mm 下輥直徑：D2=110mm 卷板寬度：b=1500mm 卷板厚度：=3.5mm 卷板速度：V=6500mm/min 電機(jī)功率：N=3.5kw 加工板材選用：Q235-A 屈服強(qiáng)度：σs=235MPa 抗拉強(qiáng)度：σb=420MPa 輥材：45鋼 屈服強(qiáng)度：σs=355MPa 抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa 硬度：HBS≤229HB 滾筒與板料間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)：m=0.18 滾筒與板料間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：f =0.8（冷卷） 無(wú)油潤(rùn)滑軸承的滑動(dòng)摩擦系數(shù)：u=0.05 板料截面形狀系數(shù)：K1=1.5 （矩形） 板料相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)：K0=11.6 （A3鋼） 板料彈性模量： E=2.06×105MPa 由以上數(shù)據(jù)計(jì)算得： 卷板機(jī)規(guī)格：5×1500 下輥中心距：t=(1.1~1.3)D1=150mm (4-1) 上輥軸直徑： d1=(0.5~0.6)D2=70mm (4-2) 下輥軸直徑： d2=(0.5~0.6)D2=60mm (4-3) 最小卷圓直徑：Dmin=(1.25~2.5)D1=200mm (4-4) 下輥轉(zhuǎn)速： v=V/πDa=15.9r/min (4-5) 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇及確定 4.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 已知電動(dòng)機(jī)功率為3.5kw，按照規(guī)定及要求選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y112M－4，額定功率4.0kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩為2.2，最大轉(zhuǎn)矩為2.3，質(zhì)量為43kg 4.2 電動(dòng)機(jī)的確定 按照所選的電動(dòng)機(jī)Y112M－4，額定功率4.0kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩為2.2，最大轉(zhuǎn)矩為2.3，質(zhì)量為43kg。 4.2.1 受力分析 卷板機(jī)工作時(shí)，將鋼板卷制成鋼管。此時(shí)，材料所承受應(yīng)力已全部達(dá)到屈服極限，因此，卷管截面上彎曲應(yīng)力分布如圖4.2.1所示，則截面上的彎矩M為 (KN·M) 式中：分別為卷板機(jī)的最大寬度和厚度(m) 為材料的屈服極限(KN·m2) 圖 4.2.1 考慮材料變形時(shí)存在強(qiáng)化，引入強(qiáng)化系數(shù)K對(duì)上式進(jìn)行修正，則： 式中K—強(qiáng)化系數(shù)，取K=1.15， 卷制時(shí)，鋼板受力情況。根據(jù)受力平衡，得出下輥?zhàn)饔糜诰戆迳系闹С至 且由于板厚δ遠(yuǎn)小于卷管的最小直徑Dmin，中性層半徑R≈0.5 Dmin ，出于簡(jiǎn)化計(jì)算，上式變?yōu)椋? , 計(jì)算得： θ = 35.23° F2= 28696N 式中：θ－連心線oo1與oo2夾角 t－下輥中心距（m） Dmin－卷管最小直徑 d2－下輥直徑 最大壓力下： F1=2F2cosθ=2×28696×cos35.23°=13522.6N 單根絲杠所受拉力： F=1.1×0.5×F1=1.1×0.5×13522.6=7437.4N 4.2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 驅(qū)動(dòng)輥卷為板機(jī)的下輥，作用在下輥的驅(qū)動(dòng)力矩用于克服板料的變形扭矩Tn1和摩擦力矩Tn2。 板料在卷制過(guò)程中，在板料中的變形能為2Mθ，所用時(shí)長(zhǎng)為2θR/V，二者的比值為變形扭矩Tn1的功率，即： 計(jì)算變形扭矩為：Tn1=1324.3N·M 摩擦扭矩包含上輥，下輥與板料間的滾動(dòng)摩擦力矩和輥?zhàn)虞S頸與軸套之間的滑動(dòng)摩擦力矩，即： 計(jì)算得：Tn2=181.14N·M 則下輥驅(qū)動(dòng)力矩： Td=Tn1+Tn2=1324.3+181.14=1505.44N·M 得出驅(qū)動(dòng)功率： 根據(jù)計(jì)算選取電動(dòng)機(jī)Y112M－4，額定功率4.0kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定轉(zhuǎn)矩為2.2，最大轉(zhuǎn)矩為2.3 5 減速設(shè)計(jì) 減速器中的各個(gè)部分的傳動(dòng)效率為： 聯(lián)軸器效率：ηc =0.99 三級(jí)圓柱減速器效率：ηy=0.95 一對(duì)滾動(dòng)軸承效率：ηb=0.99 閉式圓柱齒輪效率：ηg=0.97 主動(dòng)輥的傳動(dòng)效率：ηz=0.96 計(jì)算總傳動(dòng)效率得： η總=0.99×0.95×0.97×0.99×0.96=0.88 5.1 主減速器的分析計(jì)算和確定 考慮到經(jīng)濟(jì)性及可靠性，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、普通的三級(jí)減速器，傳動(dòng)方案如圖5.1： 選用ZSY160---40---1 ZBJ19004--1988 圖5.1 減速器結(jié)構(gòu)圖 查表得減速器基本參數(shù)： （單位：mm） A=600 B=290 H=375 a=352 d1=24 l1=36 L1=166 b1=8 t1=27 d2=75 l2=105 L2=245 b2=20 t2=79.5 c=32 m1=510 m2=170 m3=245 n1=38 n2=120 e1=83 e2=107 e3=188 h=180 5.2 傳動(dòng)比分配 ni=1440r/min n0=15.9r/min i總=i1×i2=90.57 考慮潤(rùn)滑條件，為使兩級(jí)大齒輪直徑相近，?。? 取 ： i1=5.2 i2 =3.6 i3=3.44 5.3 主減速器各軸功率及轉(zhuǎn)速與各級(jí)齒輪計(jì)算 各軸轉(zhuǎn)速及功率與轉(zhuǎn)矩： n1=n0=1440r/min n2=n1/5.2=276.923r/min n3=n2/3.6=76.923r/min n4=n3/3.44=22.355r/min n5=n4/1.406=15.900r/min 0軸：(電動(dòng)機(jī)軸) P0=Pm=4kw 1軸：(減速器高速軸) P1=P0×ηc ×ηb=4×0.99×0.99=3.920kw 2軸：(減速器中間軸1) P2=P1×ηg×ηb=3.920×0.97×0.99=3.765kw 3軸：(減速器中間軸2) P3=P2×ηg×ηb=3.765×0.97×0.99=3.616kw 4軸：(減速器輸出軸) P4=P3×ηg×ηb=3.616×0.97×0.99=3.473kw 5軸：(主動(dòng)輥軸) P5=P4×ηg×ηb=3.473×0.97×0.99=3.335kw 將上述結(jié)果匯總于表5.3 表5.3 減速器參數(shù)表 軸名 功率(kw) 轉(zhuǎn)矩T(N·m ) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 傳動(dòng)比i 電動(dòng)機(jī)軸 4 26.528 1440 1 1軸 3.920 25.997 1440 5.2 2軸 3.765 126.736 276.923 3.6 3軸 3.616 448.927 76.923 3.44 4軸 3.473 1468.278 22.355 5軸 3.335 15.900 5.3.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.齒輪參數(shù)選擇： ?選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) ?小齒輪材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230~255HBS， 大齒輪材料為45號(hào)鋼，正火處理，齒面硬度為190~217HBS ?選7級(jí)精度(GB10095-88) ?齒數(shù)：Z1=24, Z2=uZ1=124.8，Z2取125齒數(shù)比：u= 5.2，u>5所以采用斜齒β=15° 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算和確定齒輪尺寸 其中參數(shù)： ?載荷系數(shù)則：K=1×1.05×1.13×1.2=1.424 ? ? 查得接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=ZN2=1 ，YN1=YN2=1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： ?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60an1t=60×1440×1×（5×300×16）＝20.74×108 N2=20.74×108/5.2=3.99×108 ?齒寬系數(shù)： ?轉(zhuǎn)矩T1=25997N·mm 計(jì)算得： mn＝d1tcosβ/Z1＝35.274×0.966/24＝1.42mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mn＝1.5mm 則： 取整后： 修改螺旋角： 計(jì)算 ，取 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算齒輪： 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)： 查取齒形系數(shù)： 查取應(yīng)力校正系數(shù)： 計(jì)算得： 符合 5.3.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.齒輪參數(shù)選擇： ?選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) ?小齒輪材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230~255HBS， 大齒輪材料為45號(hào)鋼，正火處理，齒面硬度為190~217HBS ?選7級(jí)精度(GB10095-88) ?齒數(shù)：Z1=24, Z2=uZ1=86.4，Z2取87齒數(shù)比：u= 3.6 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算和確定齒輪尺寸 其中參數(shù)： ?載荷系數(shù)則：K=1×1.05×1.13×1.2=1.424 ? ? 查得接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=ZN2=1 ，YN1=YN2=1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： ?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60an1t=60×1440×1×（5×300×16）＝20.74×108 N2=20.74×108/5.2=3.99×108 ?齒寬系數(shù)： ?轉(zhuǎn)矩 T2=126736N·mm 計(jì)算得： mn＝d2tZ1＝61.204/24＝2.55mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mn＝3mm 則 取整后： 計(jì)算 ，取 5.3.3 第三級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè) 1.齒輪參數(shù)選擇： ?選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) ?小齒輪材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230~255HBS， 大齒輪材料為45號(hào)鋼，正火處理，齒面硬度為190~217HBS ?選7級(jí)精度(GB10095-88) ?齒數(shù)：Z1=26, Z2=uZ1=89.44，Z2取90齒數(shù)比：u= 3.44 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算和確定齒輪尺寸 其中參數(shù)： ?載荷系數(shù)則：K=1×1.05×1.13×1.2=1.424 ? ? 查得接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=ZN2=1 ，YN1=YN2=1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： ?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60an1t=60×1440×1×（5×300×16）＝20.74×108 N2=20.74×108/5.2=3.99×108 ?齒寬系數(shù)： ?轉(zhuǎn)矩 T2=448927N·mm 計(jì)算得： mn＝d2tZ1＝93.62/26＝3.6mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mn＝4mm 則 計(jì)算 ，取 5.4 末級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 由以上得知末級(jí)齒輪傳動(dòng)比為：i2 =1.406，且v=15.9r/min 小齒輪轉(zhuǎn)速為：v1=15.9×1.406=22.355r/min 傳遞功率：P齒=3.44kw 5.4.1 材料選用 齒輪材料選用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能： 強(qiáng)度極限σb=647MPa 屈服極限σB=373MPa HBS=229～286MPa 查取資料得 σFlim=210MPa， 最小安全系數(shù)SF=1.8 5.4.2 按齒面彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由計(jì)算公式： 齒輪精度為7級(jí)，載荷系數(shù) 則：K=1.25×1.05×1.1×1.2=1.73 查表齒寬系數(shù)：， 小齒輪轉(zhuǎn)矩為： 小齒輪齒數(shù)?。簔1=24 則 z2=24×1.406=33.744取34 查表齒形系數(shù)： 計(jì)算得：m=3.51， 取整m=4 由以上計(jì)算得： 分度圓直徑： 6 上下輥的設(shè)計(jì)計(jì)算校核 由已知參數(shù)可知： 上輥直徑：Da=130mm 下輥直徑：Dc=110mm 輥材：45號(hào)鋼 屈服強(qiáng)度：σs=930MPa 抗拉強(qiáng)度：σb=1080MPa 下輥中心距：t=(1.1~1.3)D1=150mm (4-1) 上輥軸直徑： d1=(0.5~0.6)D2=70mm (4-2) 下輥軸直徑： d2=(0.5~0.6)D2=60mm (4-3) 最小卷圓直徑：Dmin=(1.25~2.5)D1=200mm (4-4) 下輥轉(zhuǎn)速： v=V/πDa=15.9r/min (4-5) 6.1 上輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析 6.1.1 受力分析 在卷板機(jī)將板料彎曲成弧形工件時(shí)，上輥向下壓板料使其發(fā)生塑性變形，所以輥壓力必須克服板料的屈服強(qiáng)度，且已知數(shù)據(jù)： F1=2F2cosθ=2×28696×cos35.23°=13522.6N 圖6.1.1上輥受力圖 6.1.2 剛度校核 均布荷載下的最大撓度在梁的跨中,其計(jì)算公式: 撓度： Ymax = 5ql^4/(384EI). 公式參數(shù)： q 為均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kn/m). E 為鋼的彈性模量,對(duì)于工程用結(jié)構(gòu)鋼,E = 2100000 N/mm^2. I 為鋼的截面慣矩,可在型鋼表中查得(mm^4). 計(jì)算得：，所以上輥剛度滿足要求。 6.1.3 上輥在卸料時(shí)的校核 根據(jù)上輥的受力情況，只需滿足彎曲強(qiáng)度即可 板重： 上輥重： 故：卸料時(shí)彎曲強(qiáng)度滿足。 6.2 下輥的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 下輥受力如圖6.2 圖6.2 6.2.1 剛度校核 撓度： Ymax = 5ql^4/(384EI). I為軸截面的慣性矩： q 為均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kn/m). E 為鋼的彈性模量,對(duì)于工程用結(jié)構(gòu)鋼,E = 2100000 N/mm^2. 故：安全 6.3 上下輥?zhàn)訌?qiáng)度校核 所以符合安全 7 螺旋副設(shè)計(jì) 上輥下壓系統(tǒng)是通過(guò)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使螺桿及上輥軸座升降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下將到一定程度時(shí)需要自鎖，所以選用梯形螺紋 7.1 材料選用及熱處理 螺桿選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，HBS210~220，σs=360MPa ，σb=600MPa 安全系數(shù)取S=1.5，許用應(yīng)力： 螺母選用鑄鐵，許用剪應(yīng)力 7.2 螺紋直徑與螺距 螺桿中徑： 螺母高度： 螺距： 牙頂高： 外螺紋大徑： 選螺紋T19 基本牙型高度： 牙頂間隙： 外螺紋牙高： 內(nèi)螺紋牙高： 外螺紋小徑： 內(nèi)螺紋小徑： 外螺紋大徑： 螺紋牙底寬度： 7.3 自鎖 所以自鎖 7.4 螺母螺牙強(qiáng)度 所以符合 7.5 螺桿強(qiáng)度 所以符合 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的是三輥卷板機(jī)，通過(guò)對(duì)三輥卷板機(jī)的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到了設(shè)計(jì)之樂(lè)趣，讓我明白一個(gè)簡(jiǎn)單錯(cuò)誤會(huì)帶來(lái)多么嚴(yán)重的困擾，沒(méi)一個(gè)零件都關(guān)系著整個(gè)設(shè)計(jì)的可靠性與安全性，只有合理的設(shè)計(jì)，才能制造出高效的，穩(wěn)定的機(jī)器。這次設(shè)計(jì)采用了對(duì)稱式三輥結(jié)構(gòu)，考慮到本次設(shè)計(jì)三輥卷板機(jī)的卷制工作所需載荷不大，所以輥軸的材料采用45，盡量做到符合要求，又可以節(jié)省成本。通過(guò)計(jì)算得出其傳動(dòng)比較大，采用三級(jí)減速器，在減速器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，每個(gè)齒輪，每根軸的設(shè)計(jì)都關(guān)系著整個(gè)傳動(dòng)的可靠性，所以必須要保證良好的精度。整個(gè)設(shè)計(jì)中充滿了艱難，也認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)決定了一切。 致 謝 感謝楊紅飛老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，再到設(shè)計(jì)階段，及最后的修改定稿，楊老師給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助，由于學(xué)生比較多，為了更好的指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，楊老師放棄了自己的休息時(shí)間來(lái)為我們講解，這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向楊老師表示我誠(chéng)摯的謝意。當(dāng)我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)之時(shí)，環(huán)繞在耳邊的是楊老師在電話里，在辦公室里的諄諄教誨與不厭其煩的知道。與此同時(shí)，感謝所有在在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給予我?guī)椭耐瑢W(xué)，以及大學(xué)四年中我的任課老師們，有你們的指導(dǎo)才讓我我更好的完成了設(shè)計(jì)。最后祝老師們?cè)谝院蟮纳钪?，幸福美滿。 參考文獻(xiàn) [1]劉鴻文，材料力學(xué)，高等教育出版社（第五版） [2]姜勇，機(jī)械制圖實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，人民郵電出版社 [3]吳克堅(jiān)，鄭文偉，機(jī)械原理，高等教育出版社 [4]陳于萍，周兆元，互換性與測(cè)量技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社 [5]于永泗，齊名，機(jī)械工程材料，大連理工大學(xué)出版社，1988 [6]金清肅，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，華中科技大學(xué)，1996 [7]鐘毅芳，吳昌林，唐增寶，機(jī)械設(shè)計(jì)（第二版），華中科技大學(xué)出版社，2001 30