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沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于小型對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)卷板機(jī)上、下輥及減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。
卷板機(jī)是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其他形狀工件的通用設(shè)備。根據(jù)三點(diǎn)成圓的原理，利用工作輥相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。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。卷板機(jī)作為一個(gè)特殊的機(jī)器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用卷板機(jī)輥制。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械制造行業(yè)。
設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了卷板機(jī)上、下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。板機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式, 在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力,兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為卷制板材提供扭矩。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)、等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力源則選擇了YZ系列YZ160L—6型電機(jī)，其工作特性優(yōu)于Y系列電機(jī)，適用于有輕微震動(dòng)，正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合。
總體設(shè)計(jì)后部分所涉及的減速器采用了三級(jí)展開式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)。齒輪材料為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火。校核齒輪、軸、鍵、軸承確保了設(shè)計(jì)的實(shí)際可行性。
關(guān)鍵詞: 卷板機(jī)；電動(dòng)機(jī)；減速器；鍵；齒輪
0
Abstract
This design is about the three-roller symmwtry rolling machine,mainly calcats the up and down roller and the decelerator.
Roll trigger a sheet metal bending roll into the cylindrical, arc or other shape the universal equipment. According to the principle of into round three, use of work roll change and the relative position of the rotary motion to produce continuous plastic deformation plank, scheduled for the shape of the workpiece. In order to improve the efficiency of the roll triggers, improve the machining precision of the products, reduce labor intensity, to improve the working conditions of the sheet metal, usually by lateral table, auxiliary operation machinery, bracket platform, as well as supporting groove and auxiliary equipment. Roll trigger as a special machine, it in the industry foundation processing occupies an important position. All steel cylinder, forming for almost all roll trigger roller system with. The products are widely used in the boiler, shipbuilding, petroleum, chemical industry, carpentry, metal structure and other mechanical manufacturing industry.
During the front process of the design,the rolling machine`s structucre design and the analysis of strength are described. The rolling machine` structure is three-roller symmetry. Pressure provides pressure under owing structure the above-average roller , the roller does revolution sport under two , sheet material provides moment of torsion to roll of system.It has a series of advantages such as simply structure,small volume,light weight,economical and so on.YZ type YZ-160L-6 motor is selected as the power source,which adapts situation such as slience quenching and light reverse velocity.
The last part of the paper is ahout decelerator which is choosing triple expanding columm gear constiuction .The material of gear is 40Cr which has been hardening surface.The gears, axes, keys, bearings are checked, so to confirm this design is practical
Keywords: Rolling machine；Motor；Decelerator；Key；Gear
目 錄
摘 要 I
Abstract II
前 言 1
第1章 緒論 2
1．1 概述 2
1．2 卷板機(jī)的分類 3
1．3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3
第2章 小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析 5
2.1 輥卷板機(jī) 5
2.2 三輥卷板機(jī) 6
2.2.1 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 6
2.2.2 不對(duì)稱三輥卷板機(jī)特點(diǎn) 6
2.3 方案的確定 7
第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8
3.1 傳動(dòng)方案的分析及確定 8
3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 9
3.2.1 副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 9
第4章 動(dòng)力設(shè)計(jì) 10
4.1 主電機(jī)的選擇和計(jì)算 10
4.1.1 上下輥的參數(shù)選擇計(jì)算 10
4.1.2 主電機(jī)的功率確定 11
4.2 上輥的設(shè)計(jì)計(jì)算校核 22
4.2.1上輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力圖 22
4.2.2 剛度校核 23
4.2.3 上輥強(qiáng)度校核 23
4.2.4 疲勞強(qiáng)度安全強(qiáng)度校核 24
4.2.5 上輥在卸料時(shí)的校核 25
4.3 下輥設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 26
4.3.1下輥結(jié)構(gòu)及受力圖 26
4.3.2下輥剛度校核： 27
4.3.3 下輥彎曲強(qiáng)度校核： 27
4.3.4 下輥疲勞強(qiáng)度校核 28
第5章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
5.1 傳動(dòng)方案的分析和確定 31
5.2 減速器傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 31
5.2.1 總的傳動(dòng)比 31
5.3傳動(dòng)裝置各軸的參數(shù)計(jì)算 32
5.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 32
5.3.2 各軸功率 32
5.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩 32
5.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 33
5.4.1第一級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 33
5.4.2 第二級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 37
5.4.3 第三級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 41
5.5 蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 44
5.5.1 材料選擇： 44
5.5.2 參數(shù)的設(shè)計(jì)： 44
5.6軸的設(shè)計(jì)校核計(jì)算： 46
5.6.1 四個(gè)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 46
5.6.2 軸的校核計(jì)算： 47
5.7 軸承校核 52
5.7.1軸承參數(shù) 52
5.7.2求軸承受到的徑向力 53
5.7.3驗(yàn)算軸承壽命 53
5.8 鍵的校核 53
結(jié) 論 54
參考文獻(xiàn) 55
致 謝 56
前 言
卷板機(jī)是一種將金屬板料彎卷成筒體、錐體、曲面體或其他形體的一 種專用鍛壓機(jī)械設(shè)備，廣泛用于鍋爐、造船、化工、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)械制造 行業(yè)。本課題的研究旨在改進(jìn)舊式卷板機(jī)的不足，提高生產(chǎn)率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足廠方對(duì)板料加工的生產(chǎn)需求。
卷板機(jī)的規(guī)格型號(hào)很多，按卷板機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和卷板機(jī)輥的數(shù)量劃分，有三輥卷板機(jī)和四輥卷板機(jī)之分，按輥的驅(qū)動(dòng)方式有機(jī)械式卷板機(jī)和液壓式卷板機(jī)之分，卷板機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，三輥當(dāng)中有一對(duì)側(cè)輥和一根上輥，其中上輥能夠上下移動(dòng)。四輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，有一對(duì)側(cè)輥和一根上輥和下輥，這種卷板機(jī)成本很高，但性能較好，卷制成品質(zhì)量較好。各種卷板機(jī)，工作原理都相同，通過調(diào)整上輥和側(cè)輥的相對(duì)位置，使板料在輥之間逐漸彎曲變形，用主軸的正反轉(zhuǎn)使板料在輥之間來回運(yùn)動(dòng)直至板料產(chǎn)生塑性變形。隨著輥的相對(duì)位置的不斷調(diào)整，主軸不斷的往復(fù)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，板料的塑性變形量逐漸加大，直至加工成符合要求的圓弧或圓通型成品。
本設(shè)計(jì)是關(guān)于對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)卷板機(jī)上、下輥及減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了卷板機(jī)上、下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。板機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式, 在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力,兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為卷制板材提供扭矩。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)、等優(yōu)點(diǎn)。
第1章 緒論
1．1 概述
卷板機(jī)是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其他形狀工件的通用設(shè)備。根據(jù)三點(diǎn)成圓的原理，利用工作輥相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械制造行業(yè)。
卷板機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)以有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低廉，至今在中、小型卷板機(jī)中仍廣泛應(yīng)用。
卷板機(jī)作為一個(gè)特殊的機(jī)器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用卷板機(jī)輥制。其在汽車，軍工等各個(gè)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鋼柱，是一種相當(dāng)實(shí)用的器械。
在國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國內(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)稱式三輥卷板機(jī)、非對(duì)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。
沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于小型對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)卷板機(jī)上、下輥及減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。
卷板機(jī)是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其他形狀工件的通用設(shè)備。根據(jù)三點(diǎn)成圓的原理，利用工作輥相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。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。卷板機(jī)作為一個(gè)特殊的機(jī)器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用卷板機(jī)輥制。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械制造行業(yè)。
設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了卷板機(jī)上、下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。板機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式, 在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力,兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為卷制板材提供扭矩。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)、等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力源則選擇了YZ系列YZ160L—6型電機(jī)，其工作特性優(yōu)于Y系列電機(jī)，適用于有輕微震動(dòng)，正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合。
總體設(shè)計(jì)后部分所涉及的減速器采用了三級(jí)展開式圓柱齒輪結(jié)構(gòu)。齒輪材料為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火。校核齒輪、軸、鍵、軸承確保了設(shè)計(jì)的實(shí)際可行性。
關(guān)鍵詞: 卷板機(jī)；電動(dòng)機(jī)；減速器；鍵；齒輪
55
Abstract
This design is about the three-roller symmwtry rolling machine,mainly calcats the up and down roller and the decelerator.
Roll trigger a sheet metal bending roll into the cylindrical, arc or other shape the universal equipment. According to the principle of into round three, use of work roll change and the relative position of the rotary motion to produce continuous plastic deformation plank, scheduled for the shape of the workpiece. In order to improve the efficiency of the roll triggers, improve the machining precision of the products, reduce labor intensity, to improve the working conditions of the sheet metal, usually by lateral table, auxiliary operation machinery, bracket platform, as well as supporting groove and auxiliary equipment. Roll trigger as a special machine, it in the industry foundation processing occupies an important position. All steel cylinder, forming for almost all roll trigger roller system with. The products are widely used in the boiler, shipbuilding, petroleum, chemical industry, carpentry, metal structure and other mechanical manufacturing industry.
During the front process of the design,the rolling machine`s structucre design and the analysis of strength are described. The rolling machine` structure is three-roller symmetry. Pressure provides pressure under owing structure the above-average roller , the roller does revolution sport under two , sheet material provides moment of torsion to roll of system.It has a series of advantages such as simply structure,small volume,light weight,economical and so on.YZ type YZ-160L-6 motor is selected as the power source,which adapts situation such as slience quenching and light reverse velocity.
The last part of the paper is ahout decelerator which is choosing triple expanding columm gear constiuction .The material of gear is 40Cr which has been hardening surface.The gears, axes, keys, bearings are checked, so to confirm this design is practical
Keywords: Rolling machine；Motor；Decelerator；Key；Gear
目 錄
摘 要 I
Abstract II
前 言 1
第1章 緒論 2
1．1 概述 2
1．2 卷板機(jī)的分類 3
1．3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3
第2章 小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析 5
2.1 輥卷板機(jī) 5
2.2 三輥卷板機(jī) 6
2.2.1 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 6
2.2.2 不對(duì)稱三輥卷板機(jī)特點(diǎn) 6
2.3 方案的確定 7
第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8
3.1 傳動(dòng)方案的分析及確定 8
3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 9
3.2.1 副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 9
第4章 動(dòng)力設(shè)計(jì) 10
4.1 主電機(jī)的選擇和計(jì)算 10
4.1.1 上下輥的參數(shù)選擇計(jì)算 10
4.1.2 主電機(jī)的功率確定 11
4.2 上輥的設(shè)計(jì)計(jì)算校核 22
4.2.1上輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力圖 22
4.2.2 剛度校核 23
4.2.3 上輥強(qiáng)度校核 23
4.2.4 疲勞強(qiáng)度安全強(qiáng)度校核 24
4.2.5 上輥在卸料時(shí)的校核 25
4.3 下輥設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 26
4.3.1下輥結(jié)構(gòu)及受力圖 26
4.3.2下輥剛度校核： 27
4.3.3 下輥彎曲強(qiáng)度校核： 27
4.3.4 下輥疲勞強(qiáng)度校核 28
第5章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
5.1 傳動(dòng)方案的分析和確定 31
5.2 減速器傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 31
5.2.1 總的傳動(dòng)比 31
5.3傳動(dòng)裝置各軸的參數(shù)計(jì)算 32
5.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 32
5.3.2 各軸功率 32
5.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩 32
5.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 33
5.4.1第一級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 33
5.4.2 第二級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 37
5.4.3 第三級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 41
5.5 蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 44
5.5.1 材料選擇： 44
5.5.2 參數(shù)的設(shè)計(jì)： 44
5.6軸的設(shè)計(jì)校核計(jì)算： 46
5.6.1 四個(gè)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 46
5.6.2 軸的校核計(jì)算： 47
5.7 軸承校核 52
5.7.1軸承參數(shù) 52
5.7.2求軸承受到的徑向力 53
5.7.3驗(yàn)算軸承壽命 53
5.8 鍵的校核 53
結(jié) 論 54
參考文獻(xiàn) 55
致 謝 56
前 言
卷板機(jī)是一種將金屬板料彎卷成筒體、錐體、曲面體或其他形體的一 種專用鍛壓機(jī)械設(shè)備，廣泛用于鍋爐、造船、化工、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)械制造 行業(yè)。本課題的研究旨在改進(jìn)舊式卷板機(jī)的不足，提高生產(chǎn)率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足廠方對(duì)板料加工的生產(chǎn)需求。
卷板機(jī)的規(guī)格型號(hào)很多，按卷板機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和卷板機(jī)輥的數(shù)量劃分，有三輥卷板機(jī)和四輥卷板機(jī)之分，按輥的驅(qū)動(dòng)方式有機(jī)械式卷板機(jī)和液壓式卷板機(jī)之分，卷板機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，三輥當(dāng)中有一對(duì)側(cè)輥和一根上輥，其中上輥能夠上下移動(dòng)。四輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，有一對(duì)側(cè)輥和一根上輥和下輥，這種卷板機(jī)成本很高，但性能較好，卷制成品質(zhì)量較好。各種卷板機(jī)，工作原理都相同，通過調(diào)整上輥和側(cè)輥的相對(duì)位置，使板料在輥之間逐漸彎曲變形，用主軸的正反轉(zhuǎn)使板料在輥之間來回運(yùn)動(dòng)直至板料產(chǎn)生塑性變形。隨著輥的相對(duì)位置的不斷調(diào)整，主軸不斷的往復(fù)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，板料的塑性變形量逐漸加大，直至加工成符合要求的圓弧或圓通型成品。
本設(shè)計(jì)是關(guān)于對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)卷板機(jī)上、下輥及減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了卷板機(jī)上、下輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。板機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式, 在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力,兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為卷制板材提供扭矩。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)、等優(yōu)點(diǎn)。
第1章 緒論
1．1 概述
卷板機(jī)是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其他形狀工件的通用設(shè)備。根據(jù)三點(diǎn)成圓的原理，利用工作輥相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械制造行業(yè)。
卷板機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)以有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低廉，至今在中、小型卷板機(jī)中仍廣泛應(yīng)用。
卷板機(jī)作為一個(gè)特殊的機(jī)器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用卷板機(jī)輥制。其在汽車，軍工等各個(gè)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鋼柱，是一種相當(dāng)實(shí)用的器械。
在國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國內(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)稱式三輥卷板機(jī)、非對(duì)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。
卷板機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)已有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低廉，至今在中、小型卷板機(jī)中仍廣泛應(yīng)用。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，所以越來越多地采用液壓傳動(dòng)。近年來，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)的分類
卷板機(jī)（Rolling Machine）是對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)彎曲的塑形機(jī)床。
卷板機(jī)由于使用的領(lǐng)域不同，種類也就不同。
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)來實(shí)現(xiàn)，而是直接由連桿來實(shí)現(xiàn)的。
1．3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
加入WTO后我國卷板機(jī)工業(yè)正在步入一個(gè)高速發(fā)展的快道，并成為國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)和提高人民生活質(zhì)量的作用也越來越大。預(yù)計(jì)“十五”期末中國的卷板機(jī)總需求量為600萬輛，相關(guān)裝備的需求預(yù)計(jì)超過1000億元。到2010年，中國的卷板機(jī)生產(chǎn)量和消費(fèi)量可能位居世界第二位，僅次于美國。而其在裝備工業(yè)上的投入力度將會(huì)大大加強(qiáng)，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈，產(chǎn)品的更換也要求卷板機(jī)裝備工業(yè)不斷在技術(shù)和工藝上取得更大的優(yōu)勢(shì)：1.從國家計(jì)委立項(xiàng)的情況看，卷板機(jī)工業(yè)1000萬以上投入的項(xiàng)目達(dá)近百項(xiàng)；2.卷板機(jī)工業(yè)已建項(xiàng)目的二期改造也將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的用戶群；3.由于卷板機(jī)的高利潤(rùn)，促使各地政府都紛紛投資（國家投資、外資和民間資本）卷板機(jī)制造。其次，跨國公司都開始將最新的車型投放到中國市場(chǎng)，并計(jì)劃在中國加大投資力度，擴(kuò)大產(chǎn)能，以爭(zhēng)取中國更大的市場(chǎng)份額。民營(yíng)企業(yè)的崛起以及機(jī)制的敏銳使其成為卷板機(jī)工業(yè)的新寵，民營(yíng)企業(yè)已開始成為卷板機(jī)裝備市場(chǎng)一個(gè)新的亮點(diǎn)。
卷板機(jī)制造業(yè)作為機(jī)床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場(chǎng)，其中進(jìn)口設(shè)備70%用于卷板機(jī)，同時(shí)也帶動(dòng)了焊接、涂裝、檢測(cè)、材料應(yīng)用等各個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。卷板機(jī)制造業(yè)的技術(shù)革命，將引起裝備市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)變化：數(shù)控技術(shù)推動(dòng)了卷板機(jī)制造企業(yè)的歷史性的革命，數(shù)控機(jī)床有著高精度、高效率、高可靠性的特點(diǎn)，引進(jìn)數(shù)控設(shè)備在增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了很好的作用，促進(jìn)了我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。因此，至2010年，卷板機(jī)工業(yè)對(duì)制造裝備的需求與現(xiàn)在比將增長(zhǎng)12%左右，據(jù)預(yù)測(cè)，卷板機(jī)制造業(yè)：對(duì)數(shù)控機(jī)床需求將增長(zhǎng)26%；對(duì)壓鑄設(shè)備的需求將增長(zhǎng)16%；對(duì)纖維復(fù)合材料壓制設(shè)備的需求增長(zhǎng)15%；對(duì)工作壓力較高的擠或沖壓設(shè)備需求增長(zhǎng)12%；對(duì)液壓成形設(shè)備需求增長(zhǎng)8%；對(duì)模具的需求增長(zhǎng)36%；對(duì)加工中心需求增長(zhǎng)6%；對(duì)硬車削和硬銑消機(jī)床的需求增長(zhǎng)18%；對(duì)切割機(jī)床的需求增長(zhǎng)30%；對(duì)精密加工設(shè)備的需求增長(zhǎng)34%；對(duì)特種及專用加工設(shè)備需求增長(zhǎng)23%；對(duì)機(jī)器人和制造自動(dòng)化裝置的需求增長(zhǎng)13%；對(duì)焊接系統(tǒng)設(shè)備增長(zhǎng)36%；對(duì)涂裝設(shè)備的需求增長(zhǎng)8%，對(duì)質(zhì)檢驗(yàn)與測(cè)試設(shè)備的需求增長(zhǎng)16%。
在今后的工業(yè)生產(chǎn)中，卷板機(jī)會(huì)一直得到很好的利用。它能節(jié)約大量的人力物力用以彎曲鋼板。可以說是不可缺少的高效機(jī)械。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展將對(duì)這個(gè)機(jī)械品種提出越來越高的要求，將促使這個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)的迅速發(fā)展。
第2章 小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析
2.1 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，板料彎曲半徑越小；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，與壓下量幾乎無關(guān)，這是雙輥卷板機(jī)工藝的一個(gè)重要特征。
雙輥卷板機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：1.不必端頭彎曲，加工速度快；2.在一次行程中有做高精度成型的可能；3.板坯即使是經(jīng)過沖孔、切口、起伏成型等加工，也不致產(chǎn)生折裂及不規(guī)則翹曲等；4.不產(chǎn)生皺折，不在制件表面造成劃痕；5.如果把棍輪的壓下量取大，即使倆棍輪的間距有所變動(dòng)而制件的直徑也不發(fā)生變化，因此設(shè)備精度不是很高也行，使用的是簡(jiǎn)單的裝置等等。
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，圓錐形或弧形工作。
2.2.1 對(duì)稱式三棍卷板機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(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。通常兩個(gè)下輥為主動(dòng)輥，相對(duì)于上輥?zhàn)鲗?duì)稱布置，上輥為從動(dòng)輥，可垂直調(diào)節(jié)，所以也稱對(duì)稱上調(diào)式三棍卷板機(jī)。機(jī)器一側(cè)安裝有傾倒軸承，稱為機(jī)器的傾倒側(cè)，另側(cè)安裝有傳動(dòng)系統(tǒng)，稱為機(jī)器的傳動(dòng)側(cè)。除去全機(jī)械傳動(dòng)的對(duì)稱式三棍卷板機(jī)，還有半液壓半機(jī)械傳動(dòng)的對(duì)稱式三棍卷板機(jī)。傳動(dòng)側(cè)的翹起機(jī)構(gòu)和傾倒側(cè)的軸承傾倒機(jī)構(gòu)均是為方便卸下卷制成形的筒件。通過傾倒機(jī)構(gòu)能把軸承體傾倒85°~90°，翹起機(jī)構(gòu)可把上工作輥翹起1°~3°。在中小型對(duì)稱式三棍卷板機(jī)中大多采用手動(dòng)傾倒機(jī)構(gòu)和手動(dòng)翹起機(jī)構(gòu)。在大型的對(duì)稱式三棍卷板機(jī)中，大多采用液壓驅(qū)動(dòng)的翹起機(jī)構(gòu)傾倒機(jī)構(gòu)。
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。一般對(duì)稱三輥卷板機(jī)減小剩余直邊比較麻煩。
2.2.2 不對(duì)稱三輥卷板機(jī)特點(diǎn)
剩余邊小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但坯料需要調(diào)頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，彎卷能力較小。所謂理論剩余直邊，就是指平板開始彎曲時(shí)最小力臂。其大小與設(shè)備及彎曲形式有關(guān)。如圖2.2所示：
圖2.2三輥卷板機(jī)工作原理圖
對(duì)稱式三輥卷板機(jī)剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒間滑落，實(shí)際剩余直邊常比理論值大。一般對(duì)稱彎曲時(shí)為板厚6～20倍。由于剩余直邊在校圓時(shí)難以完全消除，所以一般應(yīng)對(duì)板料進(jìn)行預(yù)彎，使剩余直邊接近理論值。
不對(duì)稱三輥卷板機(jī)，剩余直邊小于兩下輥中心的一半，如圖2.2所示，它主要卷制薄筒（一般在32×3000以下）。
2.3 方案的確定
通過上節(jié)一般小型卷板機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，根據(jù)各種類型卷板機(jī)的特點(diǎn)，再根據(jù)三輥卷板機(jī)的不同類型所具有的特點(diǎn)，最后形成本設(shè)計(jì)方案，12×2000對(duì)稱上調(diào)三輥卷板機(jī)。
雙輥卷板機(jī)不需要預(yù)彎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。雖然三輥卷板機(jī)不能預(yù)彎，但是可以通過手工或其它方法進(jìn)行預(yù)彎。
第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
對(duì)稱上調(diào)式三輥卷板機(jī)如圖3所示：
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。
3.1 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)以起過載保護(hù)的作用，這種傳動(dòng)方式主要應(yīng)用于具有一個(gè)主動(dòng)輥的卷板機(jī)。
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)。
所設(shè)計(jì)的是三輥卷板機(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)
3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的確定
圖3.2傳動(dòng)系統(tǒng)
所以選用了圓柱齒輪減速器，減速器通過聯(lián)軸器和齒輪副帶動(dòng)兩個(gè)下輥工作。
3.2.1 副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定
為調(diào)整上下輥間距，由上輥升降電動(dòng)機(jī)通過減速器，蝸輪副傳動(dòng)蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座升降運(yùn)動(dòng)，副傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3.2所示。
第4章 動(dòng)力設(shè)計(jì)
4.1 主電機(jī)的選擇和計(jì)算
4.1.1 上下輥的參數(shù)選擇計(jì)算
1. 已知設(shè)計(jì)參數(shù)：
加工板料：Q235-A 屈服強(qiáng)度：σs=235MPa 抗拉強(qiáng)度：σb=420MPa
輥材：50 Mn 屈服強(qiáng)度：σs=930MPa 抗拉強(qiáng)度：σb=1080MPa
硬度：HBS≤229HB
板厚：s=8-12 mm 板寬：b=2000mm
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）
無油潤(rùn)滑軸承的滑動(dòng)摩擦系數(shù)：=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=2.06×105 MPa
卷板速度：V≥6 m/min
2. 確定卷板機(jī)基本參數(shù)
下輥中心矩：t=(12~14)s =390mm
上輥直徑：
下輥直徑：
上輥軸直徑：
下輥軸直徑：
最小卷圓直徑：
筒體回彈前直徑：
其中。
4.1.2 主電機(jī)的功率確定
因在卷制板材時(shí)，板材不同成形量所需的電機(jī)功率也不相同，所以要確定主電機(jī)功率，板材成形需按四次成形計(jì)算：
1．成形40%時(shí)
1）板料變形為40%的基本參數(shù)
2）板料由平板開始彎曲時(shí)的初始彎矩M1
其中W為板材的抗彎截面模量：
3）板料變形40%時(shí)的最大彎矩M0.4
4）
上輥受力：
下輥受力：
5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩
6）板料送進(jìn)時(shí)的摩擦阻力矩
7）拉力在軸承中所引起的摩擦阻力矩
8）卷板機(jī)空載扭矩
空載扭矩與主動(dòng)輥、板材以及聯(lián)軸節(jié)的重量有關(guān)，一般忽略不計(jì)。
9）卷板機(jī)送進(jìn)板料時(shí)的力矩
10）卷板時(shí)板料不打滑的條件：
，所以滿足。
11）驅(qū)動(dòng)功率：
2．成形70%時(shí)
1）板料變形為70%的基本參數(shù)
2）板料變形70%時(shí)的最大彎矩M0.7
3）
上輥受力：
下輥受力：
4）消耗于摩擦的摩擦阻力矩
5）板料送進(jìn)時(shí)的摩擦阻力矩
6）拉力在軸承中所引起的摩擦阻力矩
7）卷板機(jī)送進(jìn)板料時(shí)的力矩
8）卷板時(shí)板料不打滑的條件：
，所以滿足。
9）驅(qū)動(dòng)功率：
3．成形90%時(shí)
1）板料變形為90%的基本參數(shù)
2）板料變形90%時(shí)的最大彎矩M0.9
3）
上輥受力：
下輥受力：
4）消耗于摩擦的摩擦阻力矩
5）板料送進(jìn)時(shí)的摩擦阻力矩
6）拉力在軸承中所引起的摩擦阻力矩
7）卷板機(jī)送進(jìn)板料時(shí)的力矩
8）卷板時(shí)板料不打滑的條件：
，所以滿足。
9）驅(qū)動(dòng)功率：
4．成形100%時(shí)
1）板料變形為100%的基本參數(shù)
2）板料變形100%時(shí)的最大彎矩M1.0
3）
上輥受力：
下輥受力：
4）消耗于摩擦的摩擦阻力矩
5）板料送進(jìn)時(shí)的摩擦阻力矩
6）拉力在軸承中所引起的摩擦阻力矩
7）卷板機(jī)送進(jìn)板料時(shí)的力矩
8）卷板時(shí)板料不打滑的條件：
，所以滿足。
9）驅(qū)動(dòng)功率：
綜合上述的計(jì)算結(jié)果總匯與表4
表4計(jì)算結(jié)果總匯
成形量
計(jì)算結(jié)果
40%
70%
90%
100%
簡(jiǎn)體直徑（mm）
1266.518
723.724
562.899
506.607
簡(jiǎn)體曲率半徑R’(mm)
639.259
367.862
287.45
259.304
初始變形彎矩M1(kgf·mm)
村料受到的最大變形彎矩M(kgf·mm)
1.692×107
1.815×107
1.905×107
1.965×107
1.995×107
上輥受力Pa(kgf)
2.325×105
2.376×105
2.503×105
2.972×105
下輥受力Pc(kgf)
1.197×105
1.289×105
1.419×105
1.281×105
村料變形彎矩Mn1(kgf·mm)
3.292×106
1.869×106
1.766×106
8.972×105
摩擦阻力扭矩Mn2
2.321×106
2.428×106
2.615×106
2.725×106
材料送進(jìn)時(shí)摩擦阻力扭矩Mn3
1.381×106
1.423×106
1.509×106
1.727×106
空載力矩
0
拉力引起摩擦扭矩Mn4
1.519×105
1.308×105
1.064×105
8.529×104
Mn1+Mn3
4.673×106
4.024×106
3.275×106
2.624×106
總力矩M0
5.171×106
5.568×106
4.964×106
5.534×106
驅(qū)動(dòng)力矩Mn
5.769×106
5.119×106
4.497×106
4.485×106
驅(qū)動(dòng)功率N (kw)
7.954
7.408
7.151
7.019
5．主電機(jī)的選擇：
由表4.1可知，成形量為40%時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)功率最大，考慮工作機(jī)的安全系數(shù)，電動(dòng)機(jī)的功率選11kw。
因YZ系列電機(jī)具有較大的過載能力和較高的機(jī)械強(qiáng)度，特別適用于短時(shí)或斷續(xù)周期運(yùn)行、頻繁起動(dòng)和制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速不高、有時(shí)過負(fù)荷及有顯著的振動(dòng)與沖出的設(shè)備。其工作特性明顯優(yōu)于Y系列電機(jī)，故選YZ160L—6型電機(jī)，其參數(shù)如下：
N=11kw； r=953r/min； Fa=40%； G=160kw。
升降電動(dòng)機(jī)選擇YD系列變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)，能夠簡(jiǎn)化變速系統(tǒng)和節(jié)能。故選擇YD90S—6/4，其參數(shù)如下：
N=0.65kw； r=1000r/min； G=15kg。
4.2 上輥的設(shè)計(jì)計(jì)算校核
4.2.1上輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力圖
由上部分計(jì)算可知輥筒在成形100%時(shí)受力最大：
故按Pamax計(jì)算，其受力圖4.1：
圖4.1上輥受力圖
4.2.2 剛度校核
撓度：
確定公式各參數(shù)：
（Ia為軸截面的慣性矩）
得：
因?yàn)?，所以上輥剛度滿足要求。
4.2.3 上輥強(qiáng)度校核
危險(xiǎn)截面為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因Ⅰ、 Ⅲ相同，且，所以只需校核Ⅰ、Ⅱ處：
Ⅰ：
Ⅱ：
故安全，強(qiáng)度合乎條件。
4.2.4 疲勞強(qiáng)度安全強(qiáng)度校核
50Cr：
在截面Ⅰ、Ⅱ處，所以只需校核Ⅱ、Ⅲ處：
Ⅱ處：r=0
則
因上輥轉(zhuǎn)矩T=0，故：
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應(yīng)力
Ⅲ處：
故：疲勞強(qiáng)度滿足條件。
4.2.5 上輥在卸料時(shí)的校核
根據(jù)上輥的受力情況，只需考慮彎曲強(qiáng)度即可，卸料時(shí)其受力如下圖4.2：
板重：
上輥重：
總重：
圖4.2 上輥卸料受力圖
由受力圖4.2可知：
故：卸料時(shí)彎曲強(qiáng)度滿足。
4.3 下輥設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
4.3.1下輥結(jié)構(gòu)及受力圖
下輥受力如圖4.3
圖4.3 下輥受力圖
受力：k 主電機(jī)
齒輪嚙合效率： 聯(lián)軸器效率： 軸承效率：
總傳動(dòng)效率：
轉(zhuǎn)矩：
4.3.2下輥剛度校核：
撓度：
I為軸截面的慣性矩：
故：安全。
4.3.3 下輥彎曲強(qiáng)度校核：
由受力圖知彎曲強(qiáng)度危險(xiǎn)截面在Ⅱ、Ⅲ處：
Ⅱ處：
安全系數(shù)：
Ⅲ處：
安全系數(shù) 故安全，故彎曲強(qiáng)度滿足。
4.3.4 下輥疲勞強(qiáng)度校核
初選Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ截面：
Ⅰ、Ⅲ同類；Ⅳ、Ⅴ同類；Ⅱ、Ⅳ處：；Ⅰ、Ⅳ處：
顯然 ， 故僅校核Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ即可。
疲勞強(qiáng)度校核公式
Ⅱ截面：
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應(yīng)力
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
所以：截面Ⅱ處滿足疲勞強(qiáng)度要求。
Ⅲ截面：
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應(yīng)力
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
故滿足疲勞強(qiáng)度要求。
Ⅳ截面：
，
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù) 彎曲平均應(yīng)力
應(yīng)力集中系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
故滿足疲勞強(qiáng)度要求。
剛度條件滿足。 滿足彎曲強(qiáng)度要求。
第5章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 傳動(dòng)方案的分析和確定
本設(shè)計(jì)的卷板機(jī)卷板時(shí)所需的大功率是由一個(gè)主電機(jī)通過減速器傳遞給個(gè)下輥來獲得的，為了避免兩下輥發(fā)生干涉，故減速器采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。又因減速器轉(zhuǎn)速較高，而減速器輸也軸轉(zhuǎn)速較低，故總傳動(dòng)比較大。考慮到經(jīng)濟(jì)性，故采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、展開式的減速器。傳動(dòng)方案如圖5.1：
圖5.1 減速器結(jié)構(gòu)圖
5.2 減速器傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的分配
5.2.1 總的傳動(dòng)比
n0=7.074r/min ni=953r/min
5.2.2 傳動(dòng)比的分配
考慮潤(rùn)滑條件，為使兩級(jí)大齒輪直徑相近，?。?
故：
5.3傳動(dòng)裝置各軸的參數(shù)計(jì)算
5.3.1 各軸轉(zhuǎn)速
5.3.2 各軸功率
各軸輸入效率：η1=0.97 聯(lián)軸器效率：η2=0.99 軸承：η3=0.98
Ⅰ軸： PⅠ=P0η01=11×0.99＝10.89lw
Ⅱ軸： PⅡ=PⅠη12=10.89×0.98×0.97＝10.352kw
Ⅲ軸： PⅢ=PⅡη23=10.352×0.98×0.97＝9.841kw
Ⅳ軸： PⅣ=PⅢη34=9.841×0.98×0.97＝9.355kw
5.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸：
Ⅰ軸：
Ⅱ軸：
Ⅲ軸：
Ⅳ軸：
將上述結(jié)果匯總于表5.1以備查用。
表5.1 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
效率η
電動(dòng)機(jī) 軸
11
110.231
953
1
0.99
Ⅰ軸
10.89
109.129
953
0.97
6.2
Ⅱ軸
10.352
6432.170
153.710
0.97
4.8
Ⅲ軸
9.841
2934.814
32.023
0.97
4.527
Ⅳ軸
9.355
12623.382
7.071
0.97
5.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
因合金結(jié)構(gòu)鋼比碳素調(diào)質(zhì)鋼具有較好塑性和韌性，即有較好的綜合機(jī)械性能，再綜合卷板機(jī)的工作特性：低速、大功率、交變負(fù)荷，所以選擇較為適合的合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。對(duì)于大型減速器，為了提高箱體的強(qiáng)度，選用箱體材料為鑄鐵或鑄鋼。
5.4.1第一級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1.齒輪參數(shù)選擇
1）選用圓柱直齒傳動(dòng)。
2）材料熱處理：因此級(jí)傳遞功率校大，磨損嚴(yán)重，考慮磨損對(duì)齒輪強(qiáng)度的削弱，齒輪材料為40Cr，表面需調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為48－55HRC。
3）選取精度等級(jí)：選7級(jí)精度(GB10095-88)。
4）選小齒輪數(shù)：Z1=24, Z2=uZ1=148.8，Z2取149
齒數(shù)比：u= 6.2 由于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
(1)確定公式內(nèi)各參數(shù)
a)試選載荷系數(shù)：Kt=1.3
b)小齒輪傳遞扭矩：T1=1.093×105 N·mm
c)齒寬系數(shù)：
材料的彈性影響系數(shù)： 取α=20°
其中
e)按齒面硬度中間值52HRC查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：
f)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60n1JLn=60×953×1×（2×8×300×15）＝4.117×109
N2=4.117/6.2=6.64×108
g)查得接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=1.0 ZN2=1.0
h)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
安全系數(shù)S＝1
所以：
（2）計(jì)算
a)試算小齒輪分度直徑d1t：
b)計(jì)算圓周速度V：
c)齒寬b：
d)齒寬與齒高之比b/h：
模數(shù)： m t＝d1t/Z1＝52.53/24＝2.195mm
齒高： h＝2.25mt＝2.25×2.195＝4.939mm
齒高之比 ： b/h＝47.407/4.939＝9.599
e)計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù)v=2.621m/s，7級(jí)精度
動(dòng)載荷系數(shù)：Kv=1.11 KHα=KFα=1.4 使用系數(shù)：KA=1 KHβ=1.41
KFβ=1.46
故載荷系數(shù)：
K=KHKVKHαKHβ=1×1.11×1.41×1.4=2.191
f)按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑：
g)計(jì)算模數(shù)m：
m=d1/Z1=52.23/24=2.666mm
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
a)查大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：
b)查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：
c)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
取安全系數(shù)S＝1.4
d)計(jì)算載荷系數(shù)K：
e)查取齒形系數(shù)：
f)查取應(yīng)力校正系數(shù)：
g)計(jì)算大小齒輪的并加以比較：
故小齒輪數(shù)值較大。
(2)模數(shù)設(shè)計(jì)算
因?yàn)辇X輪模數(shù)m的大小是由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力決定的，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，又因齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞的計(jì)算模數(shù)，故取彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)m＝1.68mm，圓整后m＝2mm。校正后的分度圓直徑d1=64mm。
齒數(shù)Z1、、Z2： Z1=d1/m=64/2=32 取Z1=32 Z2=i1×Z1=200
β確定：
4.幾何尺寸計(jì)算
a)兩齒輪的分度圓直徑：
b)中心距： a=(d1+d2)/2=241mm
c)齒寬： 故取：b1=65 ，b2=60。
5.驗(yàn)算
故：假設(shè)正確，設(shè)計(jì)合理。
5.4.2 第二級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)：
1．齒輪參數(shù)選擇
1）選用圓柱直齒傳動(dòng)
2）材料熱處理：因此級(jí)傳遞功率校大，磨損嚴(yán)重，考慮磨損對(duì)齒輪強(qiáng)度的削弱，齒輪材料為40Cr，表面需調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為48－55HRC。
3）選取精度等級(jí)：選7級(jí)精度(GB10095-88)。
4）選小齒輪數(shù)：Z1=24, Z2=iⅡ×Z1=4.8×24=115. Z2取116 齒數(shù)比：u= 4.8
2．按齒面接觸強(qiáng)度公式設(shè)計(jì)
(1)確定公式內(nèi)各參數(shù)
a)試選載荷系數(shù)：Kt=1.3
b)小齒輪傳遞扭矩：T1=6.432×105 N·mm
c)齒寬系數(shù)： 材料的彈性影響系數(shù)：
d) 按齒面硬度中間值52HRC,查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：
e)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60n1JLn=60×153.71×1×（2×8×300×15）＝6.64×108
N2=6.64×108/4.8=1.383×108
f)接觸疲勞壽命系數(shù): ZN1=1.0 ZN2=1.0
g)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：安全系數(shù)S＝1
所以：
(2)計(jì)算
a)試算小齒輪分度直徑d1t：
b)計(jì)算圓周速度：
c)齒寬b：
d)齒寬與齒高之比b/h：
模數(shù)：m t＝d1t/Z1＝71.44/24＝2.99mm
齒高：h＝2.25mt＝2.25×2.99＝6.723mm
齒高之比：b/h＝64.57/6.728＝9.597
e)計(jì)算載荷系數(shù)：
動(dòng)載荷系數(shù)：Kv=1.03 KHα=KFα=1.1
使用系數(shù)：KA=1 KHβ=1.323 KFβ=1.39
故載荷系數(shù)：
K=KHKVKHαKHβ=1×1.03×1.1×1.323=1.499
f)按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑：
g)計(jì)算模數(shù)m： m=d1/Z1=75.232/24=3.167mm
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)確定公式內(nèi)的各參數(shù)
a)查大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：
b)彎曲疲勞壽命系數(shù)：
c)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S＝1.4
d)計(jì)算載荷系數(shù)K：
e)查取齒形系數(shù)：
f)查取應(yīng)力校正系數(shù)：
g)計(jì)算大小齒輪的并加以比較：
因?yàn)椋?
所以小齒輪的數(shù)值較小。
(2)模數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)辇X輪模數(shù)m的大小是由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力決定的，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，又因齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞的計(jì)算模數(shù)，故取彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)m＝3.227mm，圓整后m＝4mm。校正后的分度圓直徑d1=71.744mm。
齒數(shù)Z1、、Z2：Z1=d1/m=71.744/4=21.7 取Z1=25 Z2=iⅡ×Z1=120
4. 幾何尺寸計(jì)算
a兩齒輪的分度圓直徑：
b)中心距： a=(d1+d2)/2=290mm
c)齒寬： 故取b1=90 ，b2=85。
5. 驗(yàn)算：
故：假設(shè)正確，設(shè)計(jì)合理。
5.4.3 第三級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)：
1．齒輪參數(shù)選擇
1）選用圓柱直齒傳動(dòng)
2）材料熱處理：因此級(jí)傳遞功率校大，磨損嚴(yán)重，考慮磨損對(duì)齒輪強(qiáng)度的削弱，齒輪材料為40Cr，表面需調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為48－55HRC。
3）選取精度等級(jí)：選7級(jí)精度(GB10095-88)。
4）選小齒輪數(shù)：Z1=28, Z2=iⅡ×Z1=4.527×28=126.76 Z2取127
齒數(shù)比：u= 4.527
2．按齒面接觸強(qiáng)度公式
(1) 確定公式內(nèi)各參數(shù)
a)試選載荷系數(shù)：Kt=1.3
b)小齒輪傳遞扭矩：T1=2.935×106 N·mm
c)得齒寬系數(shù)： 材料的彈性影響系數(shù)：
d) 按齒面硬度中間值52HRC查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：
f)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60n1JLn=60×32.023×1×（2×8×300×15）＝1.383×108
N2=1.383×108/4.527=3.06×107
g)接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=1.0 ZN2=1.02
h)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：安全系數(shù)S＝1
因?yàn)樗?
(2)計(jì)算
a) 試算小齒輪分度直徑d1t：
b)計(jì)算圓周速度：
c)齒寬b：
d)齒寬與齒高之比b/h：
模數(shù)： m t＝d1t/Z1＝118.09/28＝4.217mm
齒高： h＝2.25mt＝2.25×4.217＝9.488mm
齒高之比： b/h＝119/9.488＝11.2
e)計(jì)算載荷系數(shù)：
動(dòng)載荷系數(shù)：Kv=1.02 KHα=KFα=1.1 KA=1 KHβ=1.329 KFβ=1.39
故載荷系數(shù)： K=KHKVKHαKHβ=1×1.02×1. 1×1.329=1.491
f)按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑：
g)計(jì)算模數(shù)m： m=d1/Z1=123.6/28=4.41mm
3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1) 確定公式內(nèi)的各參數(shù)
a)由文獻(xiàn)查大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：
b)由文獻(xiàn)查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：
c)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 取安全系數(shù)S＝1.4
d)計(jì)算載荷系數(shù)K：
e)查取齒形系數(shù)：
f)查取應(yīng)力校正系數(shù)：
g)計(jì)算大小齒輪的并加以比較：
故小齒輪數(shù)值較大。
2）模數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)辇X輪模數(shù)m的大小是由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力決定的，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算所得的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，又因齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞的計(jì)算模數(shù)，故取彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)m＝4.976mm，圓整后m＝5mm。校正后的分度圓直徑d1=124mm。
齒數(shù)Z1、Z2：Z1=d1/m=124/5=25 取Z1=25 Z2=iⅢ×Z1=114
4. 幾何尺寸計(jì)算
a)分度圓直徑：d1=Z1×m=25×5=125mm d2=Z2×m=114×5=570mm
b)中心距： a=(d1+d2)/2=347.5mm
c)齒寬： 故取b1=115 b2=110
5. 驗(yàn)算
故：假設(shè)正確，設(shè)計(jì)合理。
5.5 蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
蝸桿傳遞名義功率8.35kw，轉(zhuǎn)速n1=100r/min，傳動(dòng)比i=40。蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)有模數(shù)、壓力角、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒蝸桿中圓直徑及蝸桿直徑系數(shù)。按照蝸桿的形狀，蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)等。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)具有的特點(diǎn)：同時(shí)齒合的齒的對(duì)數(shù)多，輪齒受力情況得到較大改善，其承受能力高于普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。由于傳動(dòng)三輥卷板機(jī)上輥的上下運(yùn)動(dòng)需要較大的強(qiáng)度，所以我選擇包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。
5.5.1 材料選擇：
蝸桿：40Cr，表面淬火，HRC50齒面粗糙度Ra0.8
蝸輪：ZCuSn10P1，傳動(dòng)選用8級(jí)精度，標(biāo)準(zhǔn)側(cè)隙，三棍卷板機(jī)間隙工作。
5.5.2 參數(shù)的設(shè)計(jì)：
1. 求傳動(dòng)的中心距書：
式中，K1、K2、K3、K分別為： 1、1.0、0.8、1
由文獻(xiàn)查得a=175mm，取成標(biāo)準(zhǔn)值a=180mm
2. 主要幾何尺寸計(jì)算
Z1=1，Z2=40
da2=312mm, diz=245mm, de2=315mm
b2=38mm, Ra2=40mm, db=125mm
其余項(xiàng)目由公式計(jì)算得：
蝸輪端面模數(shù)：
徑向間隙和根部圓角半徑： c=r=0.2m=1.504mm
齒頂高： ha=0.75m=5.64mm 齒根高：hf=ha+c=7.144mm
蝸輪分度圓直徑 ：d2=da2-2ha=300.72mm
蝸輪齒根圓直徑 ：df2=d2-2hf=286.432mm
蝸桿分度圓直徑 ：d1=2a-d2=48mm
蝸桿喉部齒根圓直徑 ：df1=da-2hf=48-2×7.144=33.712mm
蝸桿喉部齒頂圓直徑 ：da1=d1+2ha=59.28mm
蝸桿齒頂圓弧半徑 ：Ra1=a-0.5da1=150.36mm
蝸桿齒根圓弧半徑 ：Rf1=a-0.5df1=163.144mm
周節(jié)角 ：
蝸桿包容蝸輪齒數(shù) ：Z’=Z2/10=4
蝸桿工作包角之半 ：
蝸桿工作部分長(zhǎng)度 ：
蝸桿最大根徑：
蝸桿最大外徑 ：
蝸桿喉部螺旋導(dǎo)角 ：
分度圓壓力角 ：
5.6軸的設(shè)計(jì)校核計(jì)算：
5.6.1 四個(gè)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
各軸材料為40Cr， A0=104.5mm。
I軸：P=10.89kw nⅠ=953r/min
取dⅠ=30mm，故I軸可設(shè)計(jì)為齒輪軸。
軸I的結(jié)構(gòu)如圖5.2
圖5.2 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)圖
軸II： P=10.352kw n=153.71r/min A0=104.5mm
軸II結(jié)構(gòu)如圖5.3
圖5.3 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)圖
軸III：P=9.841kw n=32.023r/min A0=104.5mm
軸III的結(jié)構(gòu)圖5.4
圖5.4 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)圖
軸Ⅳ： P=9.355kw n=7.071r/min
由材料40Cr查表取得：A0=104.5
軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖5.5：
圖5.5 軸Ⅳ圖
因小軸直徑dⅠ－Ⅱ與聯(lián)軸器的孔徑相配合的，故需先選定聯(lián)軸器。計(jì)算聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩：Tca=KAT3=1.184×1.262×104=14942.08 N·m。
選用ZL10聯(lián)軸器（GB5015－85 ），其公稱轉(zhuǎn)矩為31500N·m。
5.6.2 軸的校核計(jì)算：
1. 軸的彎矩計(jì)算
由于Ⅳ軸的作為輸出軸其轉(zhuǎn)速最小，扭距最大故只對(duì)Ⅳ軸進(jìn)行校核計(jì)算。Ⅳ軸的支承跨距L=155+14+108+60=337mm。由軸結(jié)構(gòu)圖5.5和彎距的計(jì)算得出截面B是軸的危險(xiǎn)截面，根據(jù)受力圖繪出軸的彎矩、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖5.6。
B面受力分析：
a) 轉(zhuǎn)矩：T＝1.26×107 N·mm b) 直徑：已知d=570mm
c) 求圓周力：Ft=2T/d=44211N
d) 求徑向力Fr: Fr=Ft×tanα=44211×tan200=16091.316N
e) 求支反力：RV1 、 RV2 、 RH1 、 RH2
RV1＝11579.063N, RV2＝4512.253N
RH1＝31813.555N , RH2＝12397.455N
f)彎矩： MH=3.706×106 N.mm MV= 1.349×106 N·mm
g)總彎矩：
h)扭矩： αT=0.6×1.25×107=7.56×106N·mm（α＝0.6）
i) 計(jì)算當(dāng)量彎矩：
圖5.6軸Ⅳ彎扭距圖
將上述結(jié)果列表5.2：
表5.2 軸Ⅳ彎扭距計(jì)算結(jié)果
載荷
水平面H
垂直面
支反力R(N)
RH1=31813.553N RH2=12397.455N
RV1=11579.063N RV2=4512.253N
彎矩M(N·mm)
MH=1