16×3000mm對稱式三輥卷板機的設計含4張CAD圖

16×3000mm對稱式三輥卷板機的設計含4張CAD圖,16,3000,mm,對稱,式三輥卷,板機,設計,CAD 摘 要 卷板機是一種常用的成形設備，它通過上下工作輥對原料進行彎曲使之成為弧形，錐體，曲面體等形體。其中運用了三點成圓的原理，通過各種類型如機械驅(qū)動力等多種外力作用，使上工作輥做垂直方向的起落運動，兩下輥隨著減速器的最后一級的齒輪旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，使之進行旋轉(zhuǎn)運動，進而產(chǎn)生了工作時所需的扭矩。卷板機廣泛應用于鍋爐、化工、造船、水電、航空以及機械制造行業(yè)。根據(jù)設計任務書我主要設計的卷板機所卷制的板材尺寸要求是：厚度為16mm，寬度為3000mm。設計書首先從卷板機的定義，工作原理，分類以及國內(nèi)外的發(fā)展狀況等方面進行了詳盡說明。根據(jù)任務書的要求，分析比較傳動機構類型，擬定傳動系統(tǒng)設計方案。將兩個下工作輥的旋轉(zhuǎn)運動叫做主運動，將上工作輥的豎直升降的直線運動稱為副運動。分別討論確定主副運動的傳動系統(tǒng)方案。經(jīng)過對傳動系統(tǒng)中的電機，減速器傳動帶等各個部件的設計計算或者是選型計算，選擇合適型號的電動機，傳動帶等。然后對主副傳動系統(tǒng)里的各工作輥鍵等關鍵部件進行強度校核，最后設計計算了卸料機構和機架。最終設計出符合要求的三輥卷板機。 關鍵詞: 機械傳動；三輥卷板機；校核  ABSTRACT Plate rolling machine is a common forming equipment, it through the upper and lower work rolls to bend the raw material into arc, cone, curved body and other bodies Which USES the principle of three round, through a variety of types such as mechanical drive a variety of external force, make the work roll on a vertical take-off and landing exercise, the two bottom rollers as rotate and final stage of the gear reducer rotate, rotate movement, then produce the torque requirements for a work machine widely used in boiler chemical shipbuilding hydropower Aviation and machinery manufacturing industry according to the design task book I mainly designed the rolling machine rolled plate size requirements are: thickness of 16mm, width of 3000mm design book first from the definition of the rolling machine, working principle, classification and domestic and foreign development status and other aspects of a detailed explanation According to the requirements of the task book, analysis and comparison of the type of transmission mechanism, the design of the transmission system will be called the main movement of the rotation of the two lower work rollers, the vertical lifting of the straight movement of the upper work rollers called the secondary movement, respectively discussed to determine the main and secondary movement of the transmission system Belt through the transmission system of the motor, reducer parts such as design calculations or selection, choose a suitable type of motor, transmission belt, etc Then in the main drive system of the work roll key key parts such as intensity, the final design calculation discharge mechanism and rack The final design meets the requirements of the three roller plate bending rolls Keywords：mechanical drive ；Three roll bending machine ；check  目 錄 1 緒論 6 1.1概述 6 1.2工作原理 7 1.3卷板機在國內(nèi)的發(fā)展 9 2 機構方案的論證及確定 11 2.1方案的論證 11 2.1.1方案1三輥卷板機 11 2.1.2 方案2四輥卷板機 12 2.1.3方案三 雙輥卷板機 12 2.2 方案的確定 13 3 主運動系統(tǒng)的設計 14 3.1 主傳動系統(tǒng)的設計 14 3.1.1 方案的論證 14 3.1.2 方案的確定 15 3.2 主電動機的選擇 16 3.2.1 類型和結構形式的選擇 16 3.2.2 功率的計算 16 3.2.3 轉(zhuǎn)速的確定 19 3.3 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比和分配傳動比 20 3.4 帶傳動的設計 20 3.4.1 類型的選擇 20 3.4.2 設計計算 20 3.4.3帶輪的結構設計及幾何尺寸計算 22 3.5 減速器的選擇 23 3.5.1 類型的選擇 24 3.5.2 型號的選用計算 24 3.6 末級輸出齒輪傳動設計 25 3.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及熱處理方法 25 3.6.2 設計計算及校核 25 3.6.3 齒輪的結構設計及幾何尺寸計算 27 3.7 下輥的校核 28 3.7.1 強度校核 28 3.7.2 剛度校核 29 3.8 鍵的選擇 30 3.8.1 類型的選擇 30 3.8.2 尺寸的選擇 31 3.8.3 連接強度計算 31 3.9 下輥軸承的設計 31 3.9.1 類型的選擇 31 3.9.2 設計計算 32 4 輔運動系統(tǒng)的設計 33 4.1 輔傳動系統(tǒng)的設計 33 4.1.1 方案的論證 33 4.2 輔電動機的選擇 34 4.2.1 類型和結構形式的選擇 34 4.2.2 功率的計算 34 4.2.3 轉(zhuǎn)速的選擇 34 4.3 絲杠螺母傳動的設計 35 4.3.1 類型的選擇 35 4.3.2 材料及熱處理 35 4.3.3 設計計算 35 4.3.4 幾何尺寸計算 37 4.4 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比和分配傳動比 38 4.5 減速器的選擇 38 4.5.1 類型的選擇 38 4.5.2 型號的選用計算 39 4.6 蝸桿傳動的設計 40 4.6.1 類型的選擇 40 4.6.2 材料及熱處理 40 4.6.3 設計計算 40 4.6.4 主要參數(shù)與幾何尺寸計算 43 4.7 上輥的校核 44 4.7.1 強度校核計算 44 4.7.2 剛度校核 46 4.8 上輥軸承的設計 46 4.8.1 類型的選擇 46 4.8.2 設計計算 46 4.9 輔電動機與減速器聯(lián)軸器的選擇 47 4.9.1 類型的選擇 47 4.9.2 型號的選擇計算 47 4.10 減速器與蝸桿軸聯(lián)軸器的選擇 48 4.10.1 類型的選擇 48 4.10.2 型號的選擇計算 48 4.11 蝸桿軸及其軸承的設計計算 49 4.11.1 軸的結構設計 49 4.11.2 設計計算及校核 52 4.11.3 蝸桿軸軸承的類型選擇 53 4.11.4 型號的選擇計算 53 4.11.5 壽命校核 55 4.12 蝸輪軸及其軸承的設計 55 4.12.1 蝸輪軸的材料及熱處理 55 4.12.2 蝸輪軸的設計計算 56 4.12.3 軸承的類型 56 4.12.4 型號的選擇 56 4.12.5 壽命驗算 56 5 上、卸料機構的設計 57 5.1 機構設計 57 5.2 設計校核 57 5.2.1 支撐桿的設計 57 6 機架的設計 60 6.1 結構設計 60 6.2 材料和厚度 60 結論 61 參考文獻： 62 致 謝 63 1 緒論 1.1概述 卷板機是一種常用的成形設備，它通過上下工作輥對原料進行彎曲使之成為弧形，錐體，曲面體等形體。其中運用了三點成圓的原理，通過各種類型如機械驅(qū)動力等多種外力作用，上工作輥做起落運動，下工作輥以轉(zhuǎn)動的方式運動，通過這些輥筒的起落運動或是轉(zhuǎn)動運動，使加工的板料產(chǎn)生接連不斷的不可自行恢復的變形，即塑性變形，最終獲得滿足目的所需的形體要求的材料。 制造行業(yè)的發(fā)展很大程度上影響著經(jīng)濟的發(fā)展。在國民經(jīng)濟里各個部門中的技術發(fā)展很大程度依賴于各種生產(chǎn)裝備的質(zhì)量水平，高效便捷的裝備將會創(chuàng)造巨大的財富。許多國家都將機械制造行業(yè)的發(fā)展視為重中之重，而中國是機械制造的大國，更應重視在機械設備設計領域的創(chuàng)新以及資金的投入。 近幾十年來，伴隨著航天航空，航海，原子能，風能等重要領域相關技術的顯著提升，卷板機在這些領域已經(jīng)有了很多的應用需求，如何制造與這些領域相適配的卷板機呢？這就對卷板機的制造提出了許多新的要求。正因為如此我國卷板機制造技術也愈發(fā)成熟。目前，卷板機已經(jīng)廣泛的應用于航天，造船，水電，鍋爐，裝潢等行業(yè)之中。卷板機在工業(yè)基礎加工中作為一種通用成型設備，只要是成形為柱形，錐形，弧形等形體，必要采用它來加工完成，無疑在工業(yè)基礎加工中它是十分重要的。 卷板機有哪些類型呢？，其分類方法多種多樣，國內(nèi)外也有所差別。其中可以按滾筒方位，上輥受力類型，滾筒數(shù)目及布置方式，輥位調(diào)節(jié)方式等分類。具體如下表所示。 表1-1 卷板機種類 分類方法 卷板機類別 按輥筒方位 立式 臥式 按上輥受力 類型 閉式（上輥有中部托輥） 開式（上輥無中部托輥） 有反壓裝置 無反壓裝置 按輥筒數(shù)目及布置方式 四輥 三輥 對稱式 不對稱式 按輥位調(diào)節(jié) 方式 上調(diào)式 垂直上調(diào)式 橫豎上調(diào)式 下調(diào)式 不對稱下調(diào)式 對稱下調(diào)式 水平下調(diào)式 除上表類型外還有一些其他類型的卷板機，例如：雙輥卷板機，錐體卷板機，船用卷板機和多用途卷板機等等。 1.2工作原理 三輥卷板機的工作過程是指當被加工的板料被送入輥筒時，板料受摩擦力跟隨下輥的旋轉(zhuǎn)而移動，上輥下壓板料，使板料在接觸點發(fā)生彎曲，板料不斷跟隨下輥移動，使整個板料產(chǎn)生連續(xù)的彎曲，最終獲得加工所需形狀材料的過程。卷板機的工作能力是指按規(guī)定屈服極限彎卷最大板料厚度和寬度時最小卷筒直徑的能力。因為在一般情況下，卷板機的工作狀態(tài)是在冷態(tài)下進行的，因此他的工作能力也是指在冷態(tài)下的工作能力。但是熱卷時是冷卷工作能力的一倍。 圖1-1 卷板機工作原理圖 三輥卷板機根據(jù)工作原理可以分為兩種運動形式，即主運動和輔運動形式。主運動是指工作輥對板料做旋轉(zhuǎn)，彎折等形式的運動。三輥卷板機中，兩下輥做旋轉(zhuǎn)運動是完成主運動的輥，稱為主動輥筒，主動輥繞上圖中的兩下輥軸心和同時作一定方向的旋轉(zhuǎn)運動，稱作主運動。而輔運動是指在卷制過程中工作輥的升降運動，翻邊，裝料上料以及上翹等運動。在三輥卷板機中，上輥做的是豎直升降的運動，因此是被動輥。上輥通過機械或液壓等方式的作用下可以實現(xiàn)垂直方向的起落運動，也可沿著上輥橫向做上翹（在上卸料過程中做的運動）或者翻邊等運動，稱為輔運動。在卷板過程中，將金屬板材送到主動輥與被動輥之間，通過被動輥的下壓，金屬板料被下輥與上輥夾緊在中間位置，當施加的壓力超過金屬板料屈服極限，板料將被彎曲， 由平整變?yōu)榛⌒危l(fā)生塑形變形。伴隨著兩個被動輥的不斷旋轉(zhuǎn)，通過摩擦帶動辦金屬板料也不斷旋轉(zhuǎn)，因此不斷的發(fā)生塑性變形，最終使整塊板料發(fā)生塑性變形，形成一個圓。如圖1-2所示。 圖1-2 卷板過程 1.3卷板機在國內(nèi)的發(fā)展 卷板機在我國發(fā)展較晚，但是國家高度重視，發(fā)布了一系列政策，為卷板機行業(yè)發(fā)展奠定了基礎。自一九六零年以后，我國的卷板機研制才開始起步，因為較為簡單的構造，剛開始研制的便是對稱式三輥卷板機，這種類型卷板機不能夠進行板材的預彎。一九七零年至一九八零年，在許多企業(yè)的不懈努力下，研制的卷板機稍有起色，例如，四輥卷板機在我國被成功制造，這種機型完善了對稱式三輥卷板機不能對板材進行預彎的缺點，但是，它的體積較大，制造所需時間較長。在此之后，液壓四輥卷板機以及液壓對稱試的三輥卷板機又在這個廠家誕生，生產(chǎn)筒形的零件可以直接完成，縮短了生產(chǎn)周期，提高了工作效率。一九八零至一九九零年間，數(shù)控卷板機在國外問世，數(shù)字控制的卷板機可以智能調(diào)整工作輥位置，下輥下部有托輥并可調(diào)理。這種機型因緊湊的結構而且體積和質(zhì)量較小，因此獲得了廣泛的好評。之后在國家政策的大力扶持下不斷的對外國先進的卷制技術研究學習，并深化引進，國產(chǎn)的可調(diào)式三輥卷板機已經(jīng)逐漸淘汰了過去的對稱式三輥卷板機成為卷板制造業(yè)的主流設備。除此之外，隨著液壓卷板機的液壓產(chǎn)品制造技術和工藝水平不斷提高，生產(chǎn)出的新型產(chǎn)品性能已經(jīng)和世界頂級廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品性能相齊平。 經(jīng)過許多年的發(fā)展，在相關政策的扶持下，卷板行業(yè)的許多企業(yè)通過引進國外先進的技術和經(jīng)驗，不斷學習，不斷突破，已經(jīng)進行了多次的技術革新，截止到現(xiàn)在，我國現(xiàn)產(chǎn)的卷板裝備已經(jīng)達到了亞洲一流的地位，無論是從設計角度還是制造的水平都已經(jīng)領先亞洲，基本達到了世界級的卷板設備水平。 多年以來，伴隨石油化工、航空、造船、軍工等領域的快速發(fā)展，卷板機應用領域正不斷的增大。作為一種不可缺少的機械設備，在以后的基礎加工中卷板機必將獲得更加廣泛的應用。隨著經(jīng)濟和科學技術的迅速發(fā)展，新的問題，新的挑戰(zhàn)會不斷涌現(xiàn)，這些挑戰(zhàn)也必將對卷板機提出更高的要求，卷板機械也將在這些挑戰(zhàn)中獲得更好的發(fā)展。 在我國的各個行業(yè)領域里都可窺見卷板機產(chǎn)品的身影而且在其中扮演著非常重要的角色。因此，卷板機的發(fā)展具有十分重大的意義。  2 機構方案的論證及確定 怎么樣確定一個卷板機的機構類型呢？首先根據(jù)卷板機的工作能力即卷制厚度，確保能夠完成相應板材的卷制，然后還要保證加工精度，需要注意的是，一般情況下卷制是在冷態(tài)下進行的，因為冷態(tài)下加工成本低，操作較為簡便。因此他的工作能力是在冷態(tài)下定義的，熱卷的厚度是冷卷的一倍。除此之外，還要考慮他的維修是否方便，維修成本的多少。最后要思考一下他的生產(chǎn)率，如果生產(chǎn)率低下，那么其創(chuàng)造的經(jīng)濟效益也會大打折扣。綜合上文所提及的卷板機的分類，分析相應類型的優(yōu)劣擬定方案并進行論證。 2.1方案的論證 2.1.1方案1三輥卷板機 三輥卷板機是卷板機所有類型中最為常見的卷板機，它的結構沒有四輥卷板機復雜，制造等相關技術較為成熟，維修調(diào)試方便，成本較低，非常適用。 （1）非對稱式三輥卷板機 此種類型的三輥卷板機中，上工作輥在下工作輥的上方，但并不是兩下輥的正中位置上，而在其正中位置的兩旁。該機型上輥是主動輥，下輥是被動輥，邊輥能夠在傾斜的方向上移動。該種機型可以預彎，具有直接卷圓的功能，結構緊湊，便于維修售后。但由于板材卷制時需要掉頭來進行彎邊，卷彎的能力較小，輥筒部件承受的力大，一般情況下比較適合用于卷制短薄的輥筒部件。 （2）對稱式三輥卷板機 上輥位于兩下輥正中的對稱地方，結構簡便單一，制造以及售后維修容易而且成本較低，輥筒所受外力不大，因而成型相對精準，但是部分板材無法解除到上輥，無法被彎曲，因此在板材兩端的部分仍然是直邊，就是所謂的剩余直邊大，因此需要配備相應的預彎設備，如圖1-2。 圖2-1 不對稱式卷板機 2.1.2 方案2四輥卷板機 四輥卷板機，顧名思義它由4個托輥組成，分別為上輥，下輥，兩邊的托輥。其中上輥的位置固定，下輥通過做垂直方向的起落運動推動板材與上輥緊貼，兩側(cè)輥可以是直線亦或是弧線上下往復的移動，工作時兩側(cè)輥向上輥位置以不同的弧度移動，因此可以產(chǎn)生多種不同的曲率半徑。其主要優(yōu)點是易于板材的對中，能夠完成板料的預彎，所以不需要額外的預彎設備，而且剩余直邊小，因此生產(chǎn)效率高，還可以對板料完成粗略的校平操作。他的主要缺點是構造相對復雜，重量大，體積大，因為零件處于固定上輥和做垂直起降的下輥夾持下，零件往往有壓壞的不足，所以對于操作技術水平要求相對較高，常常用于大型的部件以及智能化程度和技術要求高的的場所。如圖2-2。 圖2-2 四輥卷板機 2.1.3方案三 雙輥卷板機 雙輥卷板機只有兩個輥筒即上輥和下輥。 上輥是一種在外力作用下不會變形的輥筒，即剛性輥筒。下輥的表面覆蓋了厚厚的一層彈性物質(zhì)，其在豎直方向上可做一定的變化。雙輥卷板機工作時，下輥開始轉(zhuǎn)動，板料從上輥處被送入工作位置，因受外部的作用，板料被擠壓到下輥的表面，因其具有彈性，所以其表面產(chǎn)生了彈性的變形。但是彈性只使其發(fā)生了變形，而體積并沒有變化，所受的擠壓力便向周圍傳遞，產(chǎn)生了均勻分布同時又有很高的強度的連續(xù)作用的反向作用力，這樣，就會讓板材緊緊粘貼在剛性輥筒上，隨著輥筒的不斷翻轉(zhuǎn)，板材也會滾成筒型。雙輥卷板機的一個重要工藝參數(shù)就是下輥表面被擠壓而產(chǎn)生的的變形量，它主要影響著彎折處的曲率半徑數(shù)值。通過大量實驗數(shù)據(jù)可以得出如下結論：在一定范圍內(nèi)，變形量與彎曲半徑成負相關關系，即變形量越大，被彎曲的半徑便越?。坏钱斪冃瘟吭龈咧烈粋€具體數(shù)值時，彎曲半徑不會再發(fā)生改變，無論變形量如何變化，在雙輥卷板機中，這是一個顯著的特點。 雙輥卷板機具有的優(yōu)點：1.工作時不用對板材預彎，因此工作效率較高； 2.在生產(chǎn)過程中有可能成型高精度的工件；3.板料假如有切口等形式的加工，，也不會導致折裂和沒有規(guī)則的彎曲等； 4.結構非常簡單，適用于卷紙各種板料。 雙輥卷板機的缺點：1.卷制不同彎曲度和長度的板料制品時，要求更換與預期板料彎曲度相匹配的剛性輥，所以不適和多品種制品的卷制以及小批量的生產(chǎn)。2.對于卷制板料的厚度上有所限制，當前通常只適用于厚度低于10mm的板料。 2.2 方案的確定 在技術上實用，在經(jīng)濟上適用，操作和維修方便，最重要的是運轉(zhuǎn)安全可靠，這樣才能算是一個合格的設計。因為雙輥卷板機通常適用的卷板板料厚度最高不過10mm，而本次設計卷板機要求板料厚度為16mm，所以雙輥卷板機不做考慮。盡管四輥卷板機工藝較為通用，適用范圍廣，不需額外設置預彎設備，能單獨預彎板材，但是他的質(zhì)量較大體積也大，因工件易受損操作上也非常不便，高昂的制造成本，對于我所設計的16×3000mm的卷板機大材小用，并不實用。在三輥卷板機的類型當中，不對稱式有相對復雜的結構，操作方面也不易掌握。結合了板材數(shù)據(jù)和經(jīng)濟適用，最終確定我的設計方案為：對稱式三輥卷板機。  3 主運動系統(tǒng)的設計 主運動即主動輥所作的運動，即兩個下主動輥筒圍繞著各自的軸心一同做相同方向的旋轉(zhuǎn)運動。而主運動系統(tǒng)主要包含了三個部分分別為提供動力的原動機，傳遞動力的傳動機構以及完成目標動作的工作機構。下面分別對其進行討論以及設計。 3.1 主傳動系統(tǒng)的設計 3.1.1 方案的論證 主傳動系統(tǒng)是指進行主運動的傳動系統(tǒng)。主運動又是下輥的旋轉(zhuǎn)運動，而驅(qū)動這種形式的運動可以有多種方式，最常見的便是機械，電和液壓也可以用來驅(qū)動。但是我選擇機械傳動來驅(qū)動主運動。因為液壓本身的傳動裝置就較為昂貴，除此之外還有漏油等不可避免的損失，電同液壓一樣。而機械驅(qū)動的裝置所需的制造水平以及成本相對較低，機械驅(qū)動也較為傳統(tǒng)，有多年的應用經(jīng)驗，工作穩(wěn)定，廣泛的應用于各式各樣的設備里。所以，我還是選擇了機械傳動的形式作為兩下輥旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動方式，機械傳動方式常用的又有三種類型，分別對他們分析論證。 （1）方案一 齒輪傳動 齒輪傳動是一種十分常見的機械傳動形式，其特點有： ①傳遞的功率幅度較大，可承載外力大，使用年限高。 ②組成結構較為緊密。所以以齒輪傳動作為傳動方式時，能讓整體部件的體積變小。 ③瞬時傳動比保持不變，運作較為平穩(wěn)。 ④傳動比的變動幅度較大。 ⑤維修保護處理較為方便 （2）方案二 鏈傳動 ①只用于平行軸間的同向傳動，不適用高速、急速反向和載荷變化較大的傳動中。 ②鏈傳動沒有打滑等問題，傳動比較準確，傳動效率高。 ③和齒輪傳動比，有較大中心距，能在低速重載，高溫及塵土等環(huán)境中工作。 （3）方案三 帶傳動 帶傳動是一種撓性傳動，其特點有： ①帶具有彈性，能緩和沖擊和振動，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪聲。 ②結構簡單，對制造安裝要求不高，工作時不需潤滑，成本低。 ③過載時，帶在輪上打滑，可防止其他零件損壞。 ④可用于中心距離較大的傳動，但帶的壽命不長。 3.1.2 方案的確定 已知兩個主動輥的平均工作轉(zhuǎn)速和主電動機的平均工作轉(zhuǎn)速之間的傳動比較大，應考慮采用由多種傳動形式組成的多級傳動。帶傳動承載能力小，在傳動相同轉(zhuǎn)矩時，結構尺寸大，但可以緩和沖擊振動，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪聲，因此應該設置在高速級；由上述特點可知鏈傳動不宜用在高速傳動中。而齒輪傳動傳動比精確，壽命長，工作可靠，傳動效率高，能夠減少傳動大功率時的耗損。由此，我在速度較低的一端采用齒輪傳動的傳動方式、在速度較高的一端采用帶傳動的傳動方式，在他們中間放置齒輪減速器。傳動系統(tǒng)簡圖如圖3-1。 1—原動機2—高速級帶傳動 3—齒輪減速器 4—末級輸出齒輪傳動 5—主動輥 圖3-1 主傳動系統(tǒng)簡圖 3.2 主電動機的選擇 電動機是一種在工業(yè)上批量生產(chǎn)的標準化部件。選擇電機時要考慮電機所驅(qū)動設備所處的工作環(huán)境、受到的工作載荷等因素，結合實際情況選擇電動機的類型、結構、功率和轉(zhuǎn)速，并在設計手冊中選出其具體型號和尺寸。 3.2.1 類型和結構形式的選擇 我國工業(yè)用電一般都是三相交流電，因此，盡管電機有交流直流之分，但是沒有明確要求的情況下，一般選擇使用三相交流電動機。本類電機按照結構和工作原理分類又分為三項同步電動機和異步電動機，而在卷板機中常用的電機為異步式的電動機。在防護形式上又有三種類別為開啟式，防護式和封閉式，普通類的常常為開啟式，煤礦用品一般為防護式，化學腐蝕和防爆的多為封閉式。最終考慮到電動機諸如工作環(huán)境等各種影響因素，查表16-1，確定了Y系列（IP23）防護式籠型三相異步電動機。 3.2.2 功率的計算 （1）已知設計參數(shù) 工作輥材料為40Cr，最大卷板厚度,最大卷板寬度，板材屈服極限，卷板速度，上輥升降速度。 （2）確定卷板機基本參數(shù) 下輥中心距： （3-1） 上輥直徑： （3-2） 下輥直徑： （3-3） 上輥軸直徑： （3-4） 下輥軸直徑： （3-5） 最小卷圓直徑： （3-6） 下輥轉(zhuǎn)速： （3）下輥受力分析 由于下輥是主動輥，而主動輥是由主電機驅(qū)動的，因此，要確定電機功率首先要對主動輥進行受力分析。而主動輥的受力分析先要確定主動輥上所受的最大力或者力矩，在卷板機工作時，加工材料被送入工作位置上輥壓彎下輥帶動移動，因此，它的彎曲是隨著板料的移動不斷進行的，那么下輥所受最大彎曲力矩應視作是完全塑性變形，就是指加工材料各部分受到了屈服極限的應力，只有這樣加工的材料才能夠全部彎曲。卷管截面上受力情況和彎曲應力分布如圖3-2。 圖3-2 卷管的受力情況和彎曲應力分布圖 則最大彎曲應力為： （3-7） 在輥圓過程中，由于是在冷態(tài)下進行加工的，板料的彎曲會有材料強化的情況出現(xiàn)，為此加入一個系數(shù)來修正此種情況帶來的誤差（可取,較大時取大值）對式（3-7）進行修正： （3-8） 對加工過程中的板料進行受力分析，得出下圖3-3，由下圖可以求出主動輥對板料施加的支持力： 式中：—連心線與的夾角 （3-9） 圖3-3 卷板的受力分析 然后，由于板厚遠小于卷板的最小直徑，中性層半徑可簡算為。為簡化計算的難度，上式可以變換為： 上輥對板材的下壓力： 作用在下輥上的驅(qū)動力矩包括克服卷板變形扭矩和摩擦扭矩。鋼板在卷制過程中,存貯于鋼板AB段(圖3-3)的變形能為,卷制時間為,有等式，簡化為： （3-10） 摩擦扭矩由輥軸上軸套和軸徑間的滑動摩擦力矩以及工作輥和板料間的滾摩擦力矩組成,計算如下： （3-11） 式中： 滾動摩擦系數(shù)，??； 滑動摩擦系數(shù)，取。 因此，下輥驅(qū)動力矩為： 主傳動系統(tǒng)的總傳動效率，其中、、、分別為帶傳動、減速器傳動、齒輪傳動和軸承的傳動效率。查表1-17得，，，， 則。 所以下輥驅(qū)動功率，即主電動機功率為： 3.2.3 轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)帶傳動傳動比范圍，三級圓柱齒輪減速器傳動比范圍，輸出齒輪傳動比范圍。則總傳動比范圍為。 則電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為： 對于三相交流異步電動機，在確定電機功率后可以有四種不同的同步轉(zhuǎn)速。這四種分別為、、、。當電機功率和工作機轉(zhuǎn)速一定時，如果電機選擇的同步轉(zhuǎn)速低，級數(shù)多就可以減小傳動系統(tǒng)的總傳動比，但是這樣的電機體積大，質(zhì)量大，成本高。其中電動機的極數(shù)也有二極、四極、六極、八極四種，綜合多種因素考量，選定同步轉(zhuǎn)速為，參照表16-4最后選擇主電動機型號為。其技術數(shù)據(jù)如下表3-1。 表3-1 型電動機技術數(shù)據(jù) 型號 額定功率 (kW) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 定子電流 (A) 效率 (%) 功率因數(shù) cosψ 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流額定電流 噪聲（聲功率級）(dB) 重量 （kg) Y160L-6 11 971 23.9 86.5 0.78 2.0 2.0 6.5 78 150 3.3 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比和分配傳動比 總傳動比 已知，末級輸出齒輪傳動比。取帶傳動的傳動比為，則減速器的傳動比。 3.4 帶傳動的設計 3.4.1 類型的選擇 帶傳動可分為嚙合和摩擦兩種形式的帶傳動。在后者中，根據(jù)帶的橫截面形狀又可分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動。其中V帶的槽面摩擦能夠產(chǎn)生較大摩擦力，結構緊湊，并且大多數(shù)V帶已標準化。因此選用V帶傳動。 3.4.2 設計計算 （1）確定計算功率 根據(jù)工況載荷變動小，每天工作小時數(shù)，由表8-7查得工作情況系數(shù)，，故 （3-12） （2）選擇V帶的帶型 根據(jù)、由圖8-11，選取B型。 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 ①初選小帶輪的基準直徑。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準直徑。 ②驗算帶速。根據(jù)式（8-13）驗算帶速 （3-13） ④計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)式（8-15a),計算大帶輪的基準直徑， （3-14） 根據(jù)表8-8，圓整為。 （4）確定V帶的中心距和基準長度 ①根據(jù)式（8-20）， 有 （3-15） 初定中心距： ②按式（8-22）計算所需的基準長度： （3-16） 由表8-2選擇帶的基準長度。 ③按式（8-23）計算實際中心距 （3-17） （5）驗算小帶輪上的包角 （3-18） （6）計算帶的根數(shù) ①計算單根V帶的額定功率 由、，查表8-4a根據(jù)線性插值法得，根據(jù)和查表8-4b得； 查表8-5得，表8-2得，于是： （3-19） ②計算V帶的根數(shù)。 （3-20） 取整為6根。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 由表8-3得B型帶的單位長度質(zhì)量：，所以： （3-21） （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為： （3-22） 3.4.3帶輪的結構設計及幾何尺寸計算 （1）小帶輪相關尺寸 小帶輪，由于，采用腹板式。 ①輪轂和輪輻的尺寸： 由查表7-22，其外徑，軸的直徑為主電動機的軸伸直徑， ，取， （3-23） 且，取 （3-24） （3-25） ②帶輪輪槽截面尺寸 參照表8-10得輪槽截面尺寸如表3-2。 表3-2 小帶輪輪槽截面尺寸 槽型 B 14.0 3.50 10.8 19 11.5 （2）大帶輪相關尺寸 由于大帶輪，采用輪輻式。 ①輪轂和輪輻的尺寸： 大帶輪，可查得外徑，軸的直徑為圓柱齒輪減速器輸入軸直徑， ，取 （3-26） ，取 （3-27） ， （3-28） （3-29） 式中：—傳遞的功率，； —帶輪的轉(zhuǎn)速，； —輪輻數(shù)。 （3-30） （3-31） （3-32） ②帶輪輪槽截面尺寸 由表8-10得輪槽截面尺寸如下表3-3。 表3-3 小帶輪輪槽截面尺寸 槽型 B 14.0 3.50 10.8 19 11.5 3.5 減速器的選擇 3.5.1 類型的選擇 常用的齒輪減速器為漸開線圓柱齒輪減速器，按齒輪布置可分展開式、分流式和同軸式，按齒面硬度分為硬齒面和中硬齒面。根據(jù)工作條件，選擇三級展開式中硬齒面圓柱齒輪減速器。 3.5.2 型號的選用計算 （1）機械強度的校核計算 減速器的實際輸入功率，查表14-2和表14-3，得工況系數(shù)計算輸入功率 。 （3-33） 根據(jù)、傳動比和與實際輸入轉(zhuǎn)速接近的公稱轉(zhuǎn)速，由表14-9初選型，其額定輸入功率，相對轉(zhuǎn)速誤差： （3-34） 需要進行額定功率的折算，由式（14-2）知， （3-35） 不滿足機械強度要求。 重新選擇為型，額定輸入功率； 所以型滿足機械強度要求。 （2）校核熱功率 功率利用率，查圖14-1，得額定功率利用系數(shù)；由圖14-2得負荷率系數(shù)；由圖14-3，自然通風下環(huán)境溫度系數(shù)； 由表14-12知，許用熱功率。則計算熱功率為： （3-36） 熱平衡校核通過。 結論：選用公稱傳動比為35.5減速器型號為。 型減速器的相關尺寸如下表3-4，表3-5。 表3-4 型減速器裝配形式和外觀尺寸(mm) 規(guī)格 355 1280 600 870 785 60 105 380 18 64 170 240 530 40 179 表3-5 型減速器裝配形式和外觀尺寸(mm) 規(guī)格 地腳螺栓孔 質(zhì)量（kg) 潤滑油量 355 63 1080 360 520 42.5 252.5 143 188 398 400 35 8 1400 115 3.6 末級輸出齒輪傳動設計 為減小尺寸及降低成本，不需要將末級輸出齒輪傳動封閉在嚴密的箱體內(nèi)，僅需裝有簡單的防護罩，屬于半開式傳動。這種形式的傳動自然會受到其他廢物的干擾，導致輪齒磨損，阻礙輪齒潤滑?？梢圆捎弥杏捕三X面齒輪。 3.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及熱處理方法 選用直齒圓柱齒輪傳動； 由表8-37，選擇齒輪材料為，調(diào)質(zhì)處理，硬度； 查表8-48，選用8級精度。 3.6.2 設計計算及校核 半開式齒輪傳動的主要失效形式是齒輪磨損后齒厚減薄，甚至于輪齒折斷。在設計時，一般使用輪齒彎曲疲勞強度來計算。 （1）按齒根彎曲強度設計計算 輪齒彎曲疲勞強度設計公式為： （3-37） 初選載荷系數(shù)：， 齒輪傳遞的功率： 其中，、、分別為V帶傳動、圓柱齒輪傳動、滾動軸承的傳動效率，查表1-17得，，。作用于齒輪的轉(zhuǎn)矩： 齒輪做懸臂布置，由表10-7選取齒寬系數(shù)， 適當減少齒數(shù)確保齒根有足夠彎曲疲勞強度，一般取，則選取。 查圖10-20c知齒輪的彎曲疲勞強度極限， 本齒輪傳動設計工作壽命15年，每年工作300天，兩班制。則工作壽命： （3-38） 齒輪的工作應力循環(huán)次數(shù) （3-39） 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)； 取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式（10-12）得： （3-40） 由表10-5查得齒形系數(shù)；應力校正系數(shù)得： （3-41） 數(shù)值代入，查表8-2選用第一系列標準值。 （2）計算齒寬與齒高之比 分度圓直徑： 圓周速度： （3-42） 齒寬： （3-43） 齒高： 結合以上數(shù)據(jù)得，齒寬與齒高之比： （3-44） （3）計算載荷系數(shù) 根據(jù)，8級精度，查圖10-8知動載系數(shù)，由于直齒輪，則，查表10-2得使用系數(shù)，查表10-4用插值法得8級精度、齒寬、齒輪懸臂布置時，，由，查圖10-13得;故載荷系數(shù)： （3-45） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的模數(shù)： （3-46） 查表8-2取第二系列標準值。 3.6.3 齒輪的結構設計及幾何尺寸計算 由于齒輪的齒頂圓直徑，采用腹板式結構。 圓柱減速器輸出軸的直徑，根據(jù)圖10-39腹板式結構的齒輪， 則，不符合腹板式結構的要求，因此重新選擇為實心結構。 分度圓直徑： 齒頂高： （3-47） 齒根高： （3-48） 齒全高： （3-49） 齒頂圓直徑： （3-50） 齒根圓直徑： （3-51） 中心距： （3-52） 齒寬： 齒厚： （3-53） 3.7 下輥的校核 3.7.1 強度校核 工作時，下輥既承受彎矩又承受扭矩，所以應按彎扭合成強度條件進行計算： （3-54） 下輥的長度： 均勻作用在下輥的集度： 畫出下輥的受力簡圖及彎矩圖、扭矩圖，如圖3-4。 圖3-4 下輥的受力簡圖及彎矩圖、扭矩圖 對彎矩和扭矩最大的危險截面進行校核： 最大彎矩： 扭矩： 因下輥為空心圓截面，抗彎截面系數(shù)： （3-55） 式中：為截面內(nèi)、外徑之比。 由于扭轉(zhuǎn)切應力是對稱循環(huán)變應力，因此引入折合系數(shù)， 查表15-1，知許用彎曲應力，，則滿足強度要求。 3.7.2 剛度校核 （1）彎曲剛度校核 下輥的受力變形如圖3-5，根據(jù)表4-2 圖3-5 下輥的受力變形 得： 最大撓度： （3-56） 式中： 由表15-5得允許撓度， 。 （2）扭轉(zhuǎn)剛度校核 下輥的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來衡量，計算公式為： （3-57） （3-58） 可取 ，則剛度滿足。 3.8 鍵的選擇 3.8.1 類型的選擇 鍵連接的主要類型有平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。因為平鍵連接裝拆方便、結構簡單、對中性較好等特點，故選用平鍵。按照工作情況，確定為圓頭（A型）普通平鍵。 3.8.2 尺寸的選擇 鍵的主要尺寸為其截面尺寸（以鍵寬鍵高表示）與長度。其中，其截面尺寸主要根據(jù)軸的直徑由標準選定，鍵長通常等于或略短輪轂長度。已知軸徑，根據(jù)表6-7，將鍵的公稱尺寸及鍵槽尺寸列于下表3-6。 表3-6 鍵的公稱尺寸及鍵槽尺寸 鍵的公稱尺寸（mm） 鍵槽尺寸（mm） 軸槽深 轂槽深 圓角半徑 公稱 尺寸 偏差 公稱 尺寸 偏差 32 18 0.6 140 11 +0.20 0 7.4 +0.20 0 0.4 0.6 3.8.3 連接強度計算 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要失效形式是工作面被壓潰。所以通常按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。強度校核公式為： （3-59） 式中：—傳遞的轉(zhuǎn)矩，，； —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，； —軸、鍵、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，見表6-5，。 則，。 即一個鍵就可滿足擠壓強度要求。 3.9 下輥軸承的設計 3.9.1 類型的選擇 軸承可分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承。而滑動軸承多用于特大沖擊振動、轉(zhuǎn)速高、徑向尺寸受限制或必須剖分安裝的場合。由于下輥工作情況為低速重載，則選用整體式徑向滑動軸承。 3.9.2 設計計算 （1）選擇軸承寬徑比 根據(jù)機床常用的寬徑比范圍，取寬徑比； 軸承寬度： （3-60） （2） 計算軸徑圓周速度： （3-61） （3） 計算軸承工作壓力： （3-62） （3-63） 查表12-2，在滿足、、條件下，選擇整體軸套材料為。  4 輔運動系統(tǒng)的設計 輔運動是指上輥在圖1-1中上下升降的運動，以下對構成系統(tǒng)的各部分進行論證設計。 4.1 輔傳動系統(tǒng)的設計 4.1.1 方案的論證 輔運動屬于直線運動。輔傳動系統(tǒng)即將電動機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為上輥的直線運動，對于此類型運動的驅(qū)動，機械傳動和液壓傳動都得到了廣泛應用。通過對卷板機生產(chǎn)廠家的調(diào)研，卷制本課題最大卷板厚度薄鋼板的輔傳動系統(tǒng)基本采用機械傳動，而液壓傳動僅廣泛應用于的情況，并且液壓裝置制造要求精度高、成本高。為此，我們選擇機械傳動。 直線運功的機械傳動機構，常用的有齒輪齒條傳動、蝸桿齒條傳動和絲杠螺母傳動。結合輔運動低速短行程及自鎖性的特點，我們低速極選用蝸桿傳動加絲杠螺母傳動，高速極選用減速器。傳動系統(tǒng)簡圖如圖4-1。 1—上輥 2—電機 3—聯(lián)軸器 4—齒輪減速器 5—絲杠螺母 6—蝸桿傳動 圖4-1 輔運動傳動系統(tǒng)簡圖 4.2 輔電動機的選擇 4.2.1 類型和結構形式的選擇 與主電動機的類型和結構形式相同，但其功率比主電動機降低一個等級，查表16-1，選擇為Y系列（IP44）封閉式籠型三相異步電動機。 4.2.2 功率的計算 上輥有效功率： 從電動機到上輥間的總效率為： 其中，、、、、分別為聯(lián)軸器、軸承、蝸桿傳動、絲杠螺母傳動和圓柱齒輪減速器的傳動效率，查表1-17有、、、、， 所以電動機所需工作功率為 。 4.2.3 轉(zhuǎn)速的選擇 在綜合考慮了電動機和傳動系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和價格等因素后，選擇同步轉(zhuǎn)速為。 最后選定主電動機型號為。其技術數(shù)據(jù)如下表4-1。 表4-1 型電動機技術數(shù)據(jù) 型號 額定功率 (kW) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電流 (A) 效率 (%) 功率因數(shù) cosψ 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流額定電流 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 重量 （kg) Y100L-6 1.5 940 3.97 77.5 0.74 2.0 2.0 6.0 0.069 33 4.3 絲杠螺母傳動的設計 4.3.1 類型的選擇 絲杠螺母傳動是以傳遞動力為主的，是螺旋傳動。螺旋傳動有滑動螺旋、滾動螺旋與精壓螺旋。其中滑動螺旋結構簡單，加工方便，傳動平穩(wěn)，能自鎖，廣泛用于金屬切削機床的進給和分度機構的傳導螺旋等。因此，我們選擇滑動螺旋。 滑動螺旋螺紋有梯形、鋸齒形和矩形。鋸齒形螺紋傳動效率高、牙根強度高，與上輥受力情況相符。因此確定為鋸齒形螺紋。 4.3.2 材料及熱處理 螺桿材料選用45鋼,調(diào)質(zhì)處理，查表3-2得屈服點，由表11-1-10得許用彎曲應力，許用剪應力。重載低速，螺母材料選用，查表11-1-10知，。 4.3.3 設計計算 （1）耐磨性計算 通常情況下，傳力螺旋的主要失效形式是螺旋表面的磨損、螺桿的拉斷或剪斷以及螺紋牙根部的剪斷及彎斷。通常以耐磨性計算和強度計算確定螺旋傳動的主要尺寸。 外螺紋中徑： （4-1） 式中：—軸向載荷； —螺紋副許用壓強，查表11-1-9； 值可根據(jù)螺母的形式選定，整體式螺母取。 得：； 查表5-7，已知，選定外螺紋大徑，即公稱直徑，螺距， 螺母高度： （4-2） 旋合圈數(shù)： （4-3） 基本牙型高度： （4-4） 則，工作壓強： （4-5） （2）自鎖性計算 導程 （4-6） 查表11-1-7，摩擦因數(shù)，牙型角； 當量摩擦角： （4-7） 螺紋升角： （4-8） ，故自鎖可靠。 （3）校核螺桿強度 外螺紋小徑： （4-9） 螺紋摩擦力矩： （4-10） 當量應力： （4-11） （4）螺母螺紋強度校核 因為螺桿材料強度遠高于螺母材料強度，因此只需校核螺母螺紋強度。 螺紋牙根部的寬度： （4-12） 牙頂間隙： （4-13） 內(nèi)螺紋大徑： 剪切強度： （4-14） 彎曲強度： （4-15） （5）螺桿剛度校核 軸向載荷使導程產(chǎn)生的變形： （4-16） 轉(zhuǎn)矩使導程產(chǎn)生的變形： （4-17） 式中：—彈性模量,查表1-14； —切變模量，。 得：， 導程的總變形量： （4-18） 查表11-1-6，知在螺桿每米長的允許螺距變形量之內(nèi)。 （6）穩(wěn)定性計算 由于螺桿主要承受拉伸載荷，故不必進行穩(wěn)定性計算。 4.3.4 幾何尺寸計算 參照表5-7，得出滑動螺旋的相關幾何尺寸。 外螺紋大徑： 螺距： 牙頂間隙： （4-19） 基本牙型高度：