棒料剥皮机上料架的设计.doc

沈阳理工大学学士学位论文 1 摘 要 在冶金行业中，刚生产出的圆钢表面存在裂纹、折叠、结巴，及氧化皮等缺陷， 严重影响了钢材的表面质量。这些裂纹、硬皮、氧化膜、折叠等，直接导致形状偏差 和尺寸偏差等缺陷，不利于优化成品的性价比，使之在市场化竞争中处于弱势状态。 国内几家大型的钢厂主要采用从外国进口的剥皮机解决这一问题。但是，进口的 机器价格昂贵，为解决这一难题，特设计此剥皮机来解决该设备长期依赖进口的问题。 传统工业生产中，大多采用化学方法如酸洗来解决这一问题，取得了初步的 成效。但大量的工业废水对环境造成了污染，且无法满足轧制圆钢的形状及尺寸要求。 因此，轧制圆钢剥皮机设备的研发、设计应运而生。 本论文介绍了剥皮机的发展，及其结构与原理。主要对剥皮机的上料系统进行设 计。 关键词关键词：剥皮机；圆钢外圆铣削加工设备；上料机构 沈阳理工大学学士学位论文 2 ABSTRACT In the metallurgy profession, a steel which just from the factory often have crack , fold, stammer, and oxidize skin on the surface. These blemish affected the surface quantity of the steel material seriously. Such as the defects of crack, incrustation, shape, deviation and so on. witch isnt good at the international market competition. The main adoption of local and several large steel factories is from abroad to import skinning machine to resolve this problem. But the machine price that import is expensive, in order to resolve this problem, especially design this skinning machine to resolve the long-term dependence of that equipments to import of problem. This paper introduces the development of the machine, and its structure and principle. The main part described the design about skinning machines moving mechanism . Key words: skinning machine; Round steel outer annulus milling processing equipment The feeding mechanism 沈阳理工大学学士学位论文 3 目录目录 摘 要.1 ABSTRACT .2 第一章 绪论.4 1.1 剥皮机设备简介 .4 1.2 上料架介绍 .5 1.3 剥皮机的结构与工作原理 .6 1.4 主要的技术性能 .7 1.5 机器用途和机器加工范围.9 1.6 生产情况.10 第二章 棒料剥皮机上料架的设计.11 2.1 剥皮机主要部件的介绍.11 2.2 轴及轴上的零件.13 沈阳理工大学学士学位论文 4 2.2.1 轴.13 2.2.2 轴上的零件.14 2.3 涡轮蜗杆工程图.15 2.3.1 蜗轮蜗杆的设计计算.16 2.4 升降与导向定位装置.19 2.5 托辊机构.21 2.5.1 计算进给系统与托辊相连齿轮齿数并校核.23 2.5.2 轴的校核.29 2.6 固定托辊槽钢.36 总总 结结.37 致致 谢谢.38 参考文献参考文献.39 附录附录 A:A:.40 附录附录 B B：.53 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 剥皮机设备简介 在我国钢铁行业中，刚出炉的轧制圆钢表面存在着裂纹、硬皮、折叠、结巴及形 状和尺寸偏差等缺陷。为了短期的盈利，国内钢铁企业便迫不及待的投放到市场中去。 较严重地影响了钢材的表面质量，还削弱了其产品在国际市场中的竞争力。 这种现象在我国的钢铁行业是比较普遍的，而在国外，同类钢材都经过了特殊的 再加工处理，其表面光洁度得到了相当大的改善。例如：日本的三菱重工公司，早在 上世纪 50 年代，就已生产了该类铣削设备用于轧制圆钢的表面处理。因而使得这些钢 材可以直接应用到各类生产中去，而不需要再重新进行加工处理。大大的提高了钢材 消费商的生产效率。 但目前的圆钢多为细长件，传统的加工方法，一般采用的主要是床身、加紧传动 装置、刀架装置、走刀装置及走刀机构构成的普通车床来加工圆钢表面。圆钢被加紧 在卡盘（三爪或四爪卡盘）与车尾架，在卡盘的带动下旋转运动，刀具装置与走刀丝 沈阳理工大学学士学位论文 5 杠相连，做直线运动。用普通车床对圆钢进行剥皮机车削的主要缺点是：车削速度慢、 效率低、圆钢长度短，且卡盘加紧处的圆钢表面不能车削（除非掉头再车削） ，特别是 在圆钢表面存在弯曲度的情况下，为了保证圆钢表面质量，切削量就要大于或等于弯 曲和表面缺陷深度之和，从而降低了圆钢铣削后的成材率。而这类钢材又往往是批量 生产，因此必须映入新的加工机械来解决这一难题。 实际上国内的钢铁企业、轴承企业、弹簧生产厂家等也急需这样的设备，目前他 们采用进口设备的办法，现在大约有二、三家钢铁企业拥有这样的设备。其中大连钢 厂早在上世纪 80 年代初，花了近 400 万马克进口了一台轧制圆钢铣削的设备，400 万 马克绝对是个天价。且该设备的调试需要由外国专家来指导，带来了技术上的诸多不 便。 因此，国内迫切需要设计此类轧制圆钢的铣削加工设备来解决这一难题，以解决 国内钢铁企业在此生产方面长期以来依赖进口的局面。清除器表面的缺陷，提高其精 度，最终达到提高我国同类产品的国际竞争力的目的。 1.2 上料架介绍 将待加工工件送装到机床上的加工位置和将已加工工件从加工位置取下的自动或 半自动机械装置，又称工件自动装卸装置。大部分机床上下料装置的下料机构比较简 单，或上料机构兼有下料功能，所以机床的上下料装置也常被简称为上料装置。机床 上下料装置是自动机床的一个组成部分。半自动机床加工设备的上下料装置，可使加 工循环连续自动进行，成为自动机床。机床上下料装置用于效率高、机动时间短、工 件装卸频繁的半自动机床，能显著地提高生产效率和减轻体力劳动。机床赏析聊装置 也是组成自动生产线的必不可少的辅助装置。 类型 按工件坯料形式，上料装置可分为用于卷料、棒料和件料等 3 种类型。 卷料上料装置 将成卷的线材装在自动送料机构上，加工时材料被拉出校直后送 向加工位置，一般用于自动车床、自动冲床和自动冷镦机等。 棒料上料装置 将一定长度的棒料装在送料管内，机床每加工完一个工件，便由 送料机构将棒料按所需长度向机床主轴孔自动送料一次，一般用于自动车床。剥皮机 沈阳理工大学学士学位论文 6 上料架就属于这种装置见图 1-1. 图 1.1 剥皮机上料架 1.3 剥皮机的结构与工作原理 本次设计的剥皮机组的机械结构由上料台架、进料装置、送料装置、切削头、剥 皮机构、直径测量机构、加紧架、出料装置、铁削输送机及润滑、液压、气动装置等 组成，见图 1-2. 沈阳理工大学学士学位论文 7 图 1-2 剥皮机总图 该机床的运动形式为铣削运动形式，即工件作平动，刀具作转动。剥皮机构的浮动 装置是实现切削的主体部件，也是保证棒料直径尺寸不变的关键部件。夹送装置将棒 料轴向送进，棒料通过高速旋转地、在圆周上等距分布的 4 把刀具的切削头，其表面 被刀片所切削（剥皮） 。由于细长杆件允许有一定得弯曲度，在送进过程中期中心是变 化的，因此固定刀具的刀架盘必须是中心可浮动的，使刀具始终与棒料保持同心，亦 即刀具在切削时事无心的，等厚度地将棒料剥去一层表皮，而不改变直径偏差。 轧制圆钢放在储料架上，通过拨料杆将轧制圆钢拨到上料台架上，在上料架上由 滚动的小轮带动钢料沿着轨道前进，经夹送装置送到刀架后被夹紧铣削，加工完的棒 料被导向小车夹持并拉到下料台架。当整根棒料都置于下料台架后，通过下料台架下 的液压缸将其推翻，从而实现下料。 在切削刀架后部，装有一个激光检测头，当轧制圆钢直径发生变化时，激光检测 头会发出脉冲信号，通知刀架进行合理的调整，从而控制轧制圆钢的直径在要求的范 围内。 1.4 主要的技术性能 （1）加工范围： 坯料直径：n5.5n80mm 成品直径：n5n78mm。 （2）设备总长 13m（包括上料台架、下料台架） 。 （3）工件平动速度 6m/min；6m 长工件每分钟一根；加工后工件表面粗糙度 1.6； （4）棒料长度： 26m（使用短棒线路 22.2m,使用测量仪 3.86m） 。 （5）主传动功率： 75KW，直流（采用可控硅控制的直流电机） 。 （6）主轴转速： 1802460r/min。 （7）切削速度： 最大 40m/min，无级调速。 沈阳理工大学学士学位论文 8 （8）切削量： 0.52mm（直径） 。 （9）切削刀具调节量： 每按一次按钮，进给量为 0.01mm。 （10）电器设备： A总电机容量：直流 135KW，交流 53KW。 B操作电压：380V，50HZ。 C控制电压：220V，50HZ。 D电磁阀控制电压：24V，直流。 E允许电压波动：10%。 F气动压缩空气：压力 0.40.45MP，耗气量 1500L/min。 H冷却液每年更换一次，用量大约 8000L。 I机器寿命：在正常的维护条件下，每天三班倒，使用寿命约为 30 年。 J铣削后的棒料公差：达到 ISO 国际标准 h9的技术要求。 直径公差： 510mm， 00.36mm ； 1018mm, 00.043mm ； 1830mm, 00.53mm ； 30 50mm， 00.062mm； 5080mm， 00.071mm ； 椭圆度：最大 0.030mm。 平直度：最大 1.5mm/m(取决于棒料平直度)。 表面光洁度：最大 10 m。 K设备总重量：22 吨。 （11）该设备为数控控制。 沈阳理工大学学士学位论文 9 1.5 机器用途和机器加工范围 用途：用于连续加工直径公差精度、表面光洁度高的合金光亮棒料。它能去除棒 料表面的氧化皮、脱碳层、过烧及裂纹等缺陷或提高其形状精度。 加工范围： （1）材料：轴承钢 GCr15、GCr15SiMn； 不锈钢 1Gr18Ni9Ti、2Cr13； 高速工具钢 W6Mo5CrV2、W18Cr4V； 碳素结构钢、合金结构刚、弹簧钢、合金工具钢等。 （2）铣削前棒料平直度：3mm/m。 （3）棒料加工状态：退火、热扎态。 沈阳理工大学学士学位论文 10 1.61.6 生产情况生产情况 棒料剥皮机主要生产以下几种情况的棒料： （1） 冷冲压专用轴承钢 可供轴承厂直接进行剪切、冷顶墩、冷冲压加工零件。成品规格 n28mm， 每年生产量约 600 吨。 （2） 外贸出口钢材 只对表面质量要求较高的模具进行削皮加工。钢种 D2、SKD11 等。 （3） 改变规格，挽救不合格品 对具有一定批量（高合金钢 200kg 以上 优质钢 300kg 以上）的因公差 尺寸或表面缺陷（裂纹、雀皮、折叠、过烧等）较严重而不合标准的棒 材，可重新改削成直径减小 1-3mm 规格的棒材，重新利用不合格品，减 沈阳理工大学学士学位论文 11 少损失。 （4） 特殊要求的棒材 如代替进口用于电机贯穿螺栓的 n385800-5900mm 1Cr18Mn12Ni 无磁 不锈钢棒，直径尺寸公差要求0.20mm。 第二章 棒料剥皮机上料架的设计 棒料剥皮机设备上料机构总长 8100mm，高 1200mm。由于结构空间大，本设备中应 用了较多的细长轴类构件和板类构件。而且好多件都是多次使用，减少了构件加工数 量，使设备结构不因为体积大而变得复杂，同时降低了设备的生产成本。 本上料机构的上料自动化程度较高，节省了大量的加工准备时间，提高了生产率。 2.1 剥皮机主要部件的介绍 上料机构主要由：轴 1、3、4、5、6、7、联轴节 2、托辊 8、轴套 9、轴承座 11、 沈阳理工大学学士学位论文 12 链轮 13、23、固定托辊槽钢 15、挡扳 16、轴 21、联轴套 27、联轴节 28、轴挡 29、限 位开关固定架 31、32、33、34、套 35、压辊 36、轴 37、联杆 38、联板 39、支板 40、 轴 41、联杆 42、托板 43、轴 44、套 46、47、连接板 49、轴 54、套 55、上料挡杆 56、57、轴座 58，挡料杆 59、固定架 63、汽缸 61、71、 、固定板 70、联轴器 75、塔 架 78、手轮 79、导向杆 81、等一系列主要的零部件组成。然后通过装配的操作使各个 构件组装在一起，最终实现总体的装配。 下面介绍几个主要的零部件： 图 2.1 支撑座 各件焊接关系和焊接方式如图 2.1 左，支撑板交叉焊接在基座正中央，轴座对称焊 接在支撑板上，而不是采用常用的铸造方法。这是考虑到支撑基座顶上的轴座做成铸 件后，给座上孔德加工带来了一定得难度，难以保证尺寸精度的要求。支撑座的主要 作用是起支撑作用，使整个机构处于稳定的状态。 各件尺寸： 基座 355mm355mm25mm 支撑板 600mm230mm16mm 轴座 258mm255mm25mm 如图 2.2 所示 1、2、3、4 是上料机构上四根主要的轴，其中 1、3、4 为细长光轴。 轴上分布有供固定轴上零件用的螺纹孔和供传感器、电路等线路通过的通孔。4 轴主要 起连接、固定上挡料板的作用，它没有相对运动。1 轴和 3 轴不仅有连接和固定的作用， 它们还传递绕轴向的上料运动。它们通过带座轴承架在固定架上，减少相对运动产生 的摩擦。所需的动力由气缸提供。2 轴相当于链轮和托辊之间的桥梁，被加工棒料的进 给运动经过链轮再通过它传到托辊，从而实现进给。 沈阳理工大学学士学位论文 13 图 2.2 2.2 轴及轴上的零件 2.2.1 轴 轴的常用材料三轧制和锻造的碳素结构钢，其中以 45 钢最为常用。受力较小和不 重要的轴可用 Q235、Q275 钢，合金钢主要用于要求轴的尺寸较小、重量较轻以及对轴 的韧性和耐磨性有较高要求的场合。由于合金钢的弹性模量与碳素钢相近，因此，选 用合金钢并不能增加轴的刚度。形状复杂的轴可采用球墨铸铁或高强度铸铁。轴材料 常用的热处理方法是调质和正火，又耐磨性要求时，可采用表面淬火、表面化学热处 理或强化处理等。该轴转速较高，无特殊要求，故选用 45 优质碳素结构钢调质处理。 上料机构上有四根主要的轴，其中有 3 根为细长光轴，规格为： 沈阳理工大学学士学位论文 14 1 轴 35mm 4448mm 2 轴 45mm 4448mm 3 轴 45mm 4380mm 轴上分布有供固定轴上零件用的螺纹孔和供传感器、电路等线路通过的通孔。轴 主要起连接、固定上挡料板的作用，它没有相对运动。 1 轴和 2 轴不仅有连接和固定的作用，它们还传递绕轴向的上料运动。它们通过带座轴 承架在固定架上，减少相对运动产生的摩擦。所需的动力由气缸提供。 2.2.2 轴上的零件 图 2.2 中 1、3、4 轴上主要零件（图 2.3）有固定架（1、5） 、挡料板（2、6） 、 上料挡杆（3、7） 、上料挡杆（4、8） 。具体尺寸见零件图。 通过两个图的对比我们可以看出，每种零件都有两种形式，即主要特征尺寸一致， 在需要连接动力源的零件上设计有连接部位。如挡料杆，它固定在 4 轴上，有 2 和 6 两种形式，其中 2 有一个件，6 有五个件。在上料时挡料杆挡住工件的冲击力，减少上 料挡杆上的冲击。当加工不同的工件时，即工件的直径发生变化，通过调整支撑杆 （图 2.3 上 2 件下面连接的是支撑杆）控制挡料杆 2 上挡料面的角度，挡料杆 2 通过 轴 4 带动 6 的变动，六个件一起工作，从而适应工件变化要求。 上料挡杆、上料挡杆也是通过一个件带动其它五个件，它的动力分别由一个 气缸提供，两个气缸通过协调运动控制上料过程。 沈阳理工大学学士学位论文 15 1、5 固定架； 2、6 上料挡杆； 3、7 上料挡杆 ； 4、8 挡料杆 ;9 托辊 10.11 气缸 12 支撑杆 图 2.3 轴上的零件 2.2.3 工作原理： 图中所示的就是棒料剥皮机的上料架部分。上料架部分由图中的两种不同结构的 机构组成，此处的动力是由气缸所提供。两个气缸也分别于两个上料档杆相连。两个 气缸不是同时运动的，开始时棒料是在 A 的位置上，目的是把棒料移动到 B 的位置上。 气缸 11 向下运动进而带动上料档杆 2 随之向下运动，同时气缸 10 开始向上运动，进 而带动上料档杆 6 随之向上运动。使棒料从 A 的位置滑落到 B 的位置上。当棒料到达 B 的位置后气缸 10 和气缸 11 分别向各自的反方向运动，回到棒料在 A 位置时的状态等 待下一次的上料。在 B 的位置上有托辊 9，棒料会在托辊 9 的作用下沿着轴向做进给运 动，直到棒料到达切削位置。 2.32.3 涡轮蜗杆工程图涡轮蜗杆工程图 蜗轮中央螺旋状的是与丝杠配合内丝杠纹，整个蜗轮通过单向推力球轴承支撑。 蜗杆一端连接手轮，另一端通过联轴器和轴与相对应的另一对同样的蜗轮蜗杆相连。 它们一起调节槽钢的升降以满足不同工件的直径变化产生的对刀偏差。图 2.4 是蜗轮蜗 杆的装配型式简图，具体工程图见零件图。 沈阳理工大学学士学位论文 16 图 2.4 涡轮蜗杆 工作原理： 图中所示蜗杆和外部手轮相连。也与内部的蜗轮咬合，通过手轮的旋转使其蜗杆 带动蜗轮转动，蜗轮内部轮毂内有螺纹，此处螺纹与丝杠上的螺纹相咬合，丝杠在轴 向上可以发生上下移动。这样我们的工作人员就可以通过摇动手轮带动蜗杆进而使蜗 轮发生旋转，之后蜗轮通过轮毂内与丝杠咬合螺纹来实现丝杠沿着轴向的上下运动， 我们用导向杆来保持丝杠上下运动的精度。此装置左右支架上各有一套。两套机构之 间的蜗杆通过联轴节来实现同时运动已达到调整工作台高度的目的。 2.3.1 蜗轮蜗杆的设计计算 试设计一个蜗轮蜗杆减速器中的圆柱蜗杆传动，其主要目的不是减速而是改变传 动方向。 已知：输入功率 P 为 0.4kW，蜗杆转速n1=50r/min，传动比 i=5，传动方向可以改 变，工作载荷稳定，无冲击，要求使用寿命为 12000 小时。 1.选择蜗杆传动类型 根据 GB/T100851988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI) 2.选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度很慢慢的特点，故蜗杆选用 45 钢；因希望效率 高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要进行淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮用铸锡磷 青铜 (ZCuSn10P1),金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用 沈阳理工大学学士学位论文 17 灰铸铁 HT100 制造。 3.按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲 劳强度。由机械设计公式（11-12） 传动中心距： (21） 3.1 确定载荷系数 K 因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数 1K ;由机械设计表 115 选取使用系 数 1AK ;由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 05. 1VK 。 则： 05.105.111VAKKKK . 3.2 确定作用在蜗轮上的转矩 2T . 按 9.061估取效率z ，则： （22） 3.3 确定弹性影响系数 因选用的事铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配。 故 2 1 160MPAZE 。 3.4 确定接触系数 假设蜗杆分度圆直径与传动中心距的比值是 0.24。 从图 1118 中可以查得 4 . 3Z 。 3.5 确定许用接触应力 H 。 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于 45HRC， 可从表 117 中查得蜗杆的基本许用应力 MPaH268 。 3.5.1 应力循环次数： （23） 沈阳理工大学学士学位论文 18 3.5.2 寿命系数： （24） 则： MPaMPaKHHNH29826811.1 （25） 3.6 计算中心距带入上式（21）得： mma67.106 298 4 . 3160 34380005 . 1 3 2 取中心距 a=160mm，因传动比等于 5，故从机械设计表 112 中选取模数为 m=4，蜗杆分度圆直径为 40mm。这是分度圆与中心距的比值是 0.25，从机械设计图 1118 中可以查出接触系数为 3.3，因为 3.3 小于 3.4，所以上述计算结果可用。 4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸。 4.1 蜗杆： 轴向齿距 mmpa56.12 直径系数 q=10 齿顶圆直径 mmda481 齿根圆直径 mmdf311 分度圆直径 mmd401 导程角 30 度 57 分 50 秒 蜗杆轴向齿厚 mmsa28 . 6 4.2 蜗轮： 齿数 312z 验算传动比： 2 . 6 5 31 i %3 6 62 . 6 ，是允许的。 蜗轮分度圆直径 12431422 mzd mm 蜗轮喉圆直径 mmhddaa1322222 蜗轮齿根圆直径 mmhddff1142222 蜗轮咽喉母圆半径 mmdarag94 2 1 22 沈阳理工大学学士学位论文 19 5.校核齿根弯曲疲劳强度 （2 6） 从机械设计表 118 中可以查出：由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 为：56MPa。 寿命系数：带入（24）得：。85 . 0 1032 . 4 10 9 6 6 FNK 许用应力：。 MPaH6 .4785 . 0 56 当量齿数 43.53 31cos 31 cos 3 3 3 2 2 z zv 根据变为系数和当量齿数从机械设计图 1119 中可知齿形系数为 2.2 Fa Y 螺旋角系数 73 . 0 140 31 1 140 1 Y （2 7） 由（27）得： 小于 47.6MPa。所以弯曲强度是满足的。MPaH87.45 沈阳理工大学学士学位论文 20 2.4 升降与导向定位装置 如前面所介绍，被加工工件直径发生变化时，必需控制托辊的高低以调节工件中 心与旋转刀具中心在一条直线上。通常的工件加工大都是批量生产，不用经常调节中 心， 所以本设备采用手动控制调节。通过手轮将位 移量传递到蜗杆，再到蜗轮，最后到丝杠，丝杠推动支座上的槽钢向上或向下运动， 由槽钢的升降来控制工件的升降。 沈阳理工大学学士学位论文 21 图 2.5a 升降调节装置 由于整个机构跨度较长，升降的过程中难以保证槽钢的平直度，所以本机构采用 了导向装置来提高调节的精度要求。整个导向装置的结构非常简单，就由一个导套和 导向杆组成。导套用螺栓固定在支撑座上，为了减少摩擦和提高精度，导套内圈嵌有 一个薄铜套，铜套内圈与导向杆是间隙配合关系。图中 81 为左即为导向杆，导向杆被 焊接在固定托辊槽钢上，而圆柱上被削掉的地方就是焊接面。 图 2.5 装置，在本上料机构的两个支撑座上各有一套，所有的零件都是成对使用， 提高了零件利用率，减少了零件的设计数量。 2.4.1 定位装置 此装置用来调整棒料的高度和位置确保棒料能够准确进入切削装置。 1.导杆 2 连杆 3 调整杠杆 4 连接轴 5 连杆 6 压板 图 2.5b 沈阳理工大学学士学位论文 22 工作原理： 导杆 1 与连杆 2 通过铰链相连当导杆上下移动时带动连杆运动使其发生转动，连 杆 2 又与调整杠杆通过铰链相连，当连杆运动的同时可以使调整杠杆围绕其重心位置 发生转动。调整杠杆又是与轴 4 相连接，可以使轴 4 在轴向方向移动连杆 5.6 又和轴 4 通过铰链连接，轴 4 通过其轴向运动带动连杆 5.6 发生转动使其压板 6 围绕铰链座旋 转运动，进而使压板能够上下移动，以保证棒料位置的精确。 2.5 托辊机构 托辊机构上的轴相当于链轮和托辊之间的桥梁，被加工棒料的进给运动经过链轮 再通过它传到托辊，从而实现进给。 托辊机构主要由轴、链轮、托辊、轴承座、轴承、键、挡圈、轴套等组成，由于 工作量比较大，不能用 AutoCAD 画出三维图。如图 2.6、图 2.7。 在这两个类型差不多的托辊机构中，托辊机构是从动件，托辊机构是主动件。 托辊转动所需要的动力通过联轴器传递过来，通过轴、键连接带动链轮转动，各链轮 经链条同步带动。 沈阳理工大学学士学位论文 23 图 2.6 托辊机构 图 2.7 托辊机构 托辊机构中，链轮是双排的，它的两边轮齿都可以连入链条，当一边磨损后， 可以换用另一面，增加了链轮的使用寿命。链轮用键进行定位固定，轴向用挡圈限制 自由度。托辊的定位和固定和链轮是一样的，应用的也是键和挡圈。整个机构都是通 过轴承座固定在固定托辊槽钢上，轴由一对角接触轴承支撑在轴承座上。托辊机构 中，基本零件和托辊机构是一样的，不同的是轴的左端连入了联轴器，右端的链轮 结构工艺性发生了变化，但主要技术参数是一样的。 由于棒料剥皮机加工的工件一般都较长，需要的托辊比较多，这种托辊机构在本 设备上一共应用了 20 套，上料机构、下料机构各 10 套。在上料机构中，作为主动件 的托辊机构用了 1 套，托辊机构用了 9 套。 沈阳理工大学学士学位论文 24 2.5.1 计算进给系统与托辊相连齿轮齿数并校核 齿轮： ，齿轮的转速传动比 2 . 3i ，单向转动，kWp3min/1501rn min/150 1 rn 工作平稳，每天工作 8 小时，每年工作 300 天，预期寿命 30 年。 解解 1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。 1.1 根据机器的工作的要求 我们选择圆柱齿轮传动。 1.2 上料机构的传动装置为一般工作机器，速度很低，故选用 6 等级精度 1.3 材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿 轮为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度为 40HBS。 1.4 初选小齿轮齿数 241Z 8 . 762 . 3242Z 取 772Z 2.按齿面接触疲劳强度设计 沈阳理工大学学士学位论文 25 2.1.1 初选载荷系数 3 . 1tK 2.1.2 计算小齿轮传递的转矩 mmNmmN kW T 382000 150 61055 . 9 6 （2 8） 2.1.3 由机械设计表（10-7）选取齿宽系数 4.0d 2.1.4 由机械设计表（10-6）查得材料弹性影响系数 2 1 8.189MPaZE 2.1.5 由图机械设计（10-21d） ，按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强 度极限 MPa6001 MPa5502 2.1.6 由公式（2-3）得：计算应力循环次数。 8 111048.630300811506060hjLnN 8 1 2102 2.3 N N 2.1.7 所以根据机械设计图（10-19）查得 05.11HNK 12.12HNK 2.1.8 计算接触疲劳强度许用应力 (29） S KN lim 取失效率为 1%，安全系数 S=1，由公式（2-9）得： MPaMPa S KHN H63060005.1 1lim1 1 MPaMPa S KHN H61655012.1 2lim2 2 2.2.参数计算 2.2.1 根据机械设计计算公式（10-19）进行试算，即 3 2 1 1 2 1 32.2 Hd t u ZuKT d E （2 10） 由公式（210）得： 沈阳理工大学学士学位论文 26 mmmmdt5 .124 6162 . 34 . 0 8 .1892 . 43820003 . 1 32 . 2 3 2 1 2.2.2 计算圆周速度 v sm ndt /97.0 100060 1505.12414.3 100060 11 （2 11） 2.2.3 计算齿宽 b mmdbtd8.495.1244.01 取 b=50mm 2.2.4 计算齿宽与齿高之比h b 模数 18.5 24 5.124 1 1 z d m t t 齿高 由机械原理表（10-2）得知 mchha)2( 65.1118 . 5 25 . 2 h 3.4 65.11 50 h b 2.2.5 计算载荷系数 根据 v=0.42m/s,6 级精度。 由机械设计图 10-8 查得动载荷系数 06.1VK 。 根据机械设计表 103 可知，直齿轮取 1FHKK 。 根据机械设计表 102 可知，使用系数 1AK 。 根据机械设计表 104 可知，查的 6 级精度，小齿轮悬臂布置时 143.1HK 。 根据机械设计图 1013 和 b/h=4.3， 143.1HK ，得 08.1FK 。 故载荷系数 15443.1FHVAKKKKK 沈阳理工大学学士学位论文 27 2.2.6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径。 （212）3 1 t K K d 由公式（212）得： 2.2.7 计算模数 m 3 按齿根弯曲疲劳强度设计 （213） 3.1 确定公式内的各计算数值 3.1.1 由机械设计图 1020c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为 MPaFE5001 查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限为 MPaFE3802 3.1.2 根据机械设计图 1018 取弯曲疲劳寿命系数为 9.01FNK 95.02FNK 3.1.3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数为 S=1.4，由机械设计公式（29）得 MPaMPa S KFNFN F258 4.1 38095.022 2 沈阳理工大学学士学位论文 28 3.1.4 计算载荷系数 K。 09.108.1101.11FFVAKKKKK 3.1.5 查齿形系数 由机械设计表 105 查得 226.2;65.221FaFaYY 3.1.6 查应力校正系数 由机械设计表 105 查得 764.1;58.111SaSaYY 3.1.7 计算大，小齿轮的 F SaFaYY 并加以比较。 01522.0 258 764.1226.2 01304.0 321 58.165.2 2 22 1 11 F SaFa F SaFa YY YY 大齿轮的数值大。 3.2 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强 度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力， 而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积） 有关，可取由弯曲强度算得的模数 3.78 并就近圆整为标准值 m=4mm，按接触强 度算得的分度圆直径为 119.667 圆整为 120mm，算出小齿轮齿数。 （Z2大齿轮齿数） 沈阳理工大学学士学位论文 29 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲 疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 4.几何尺寸的计算 4.1 计算分度圆直径 4.2 计算中心距 4.3 计算齿轮宽度 mmdbd481204 . 01 4.4 计算齿顶圆 4.5 计算基圆直径 mmdd mmdd b b 36020cos384cos 11320cos120cos 22 11 4.6 计算重合度 由机械原理公式计算重合度可知 5 强度校核 5.1 验算齿面接触疲劳强度 沈阳理工大学学士学位论文 30 所以设计合理 5.2 验算齿根弯曲疲劳强度 。 所以设计合理 2.5.22.5.2 轴的校核轴的校核 电动机的功率：P=15KW 1500 /minnr 经减速器后： 0.786pp 0.786nn 1 0.711p p 1 0.711n n 21 0.572pp 21 0.578nn 32 0.481pp 32 0.481nn 托辊轴的计算转速：功率 2.4kW n=150r/min 该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选用 45 优质碳素结构钢调质处理。 沈阳理工大学学士学位论文 31 其机械性能由表 8-1 查得：，, 637 B MPa353 S MPa ，。 1 268MPa 1 155MPa 1. 初步计算托辊轴： （2 3 0 p dA n 14） 根据轴上链条托辊滚动轴承等因素确定轴的长度，考虑轴端需要开键槽，将最小周径 增 5%考虑。 轴上最小直径 25dmm 轴上最大直径为 D=36mm 轴上的轴承定位是应用轴套轴承座和固定托辊槽钢 2. 链轮的设计 链轮有轮齿、轮缘轮辐和轮毂组成。链轮的设计主要是确定其结构和尺寸，选择 材料和处理方法。 链轮的基本参数是配有链条的节距 P，套筒的最大外径 d1 ,排距 P t和齿数 Z。链 轮的主要设计和计算公式见机械设计表 9-3。 1.选择链轮齿数和确定传动比 沈阳理工大学学士学位论文 32 据机床实际需要，由机械设计表 9-1 链轮规格和主要参数查得，选用链轮。 由于小齿轮齿数=19 传动比为 1 所以链轮齿数=19。 2.计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况，主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正 为当量的单排链的计算功率 =3.1kW； （2 P K KK P P ZA ca 15） 式中：工况系数，见机械设计表 96 ； A K 主动链轮齿数系数，见机械设计图 913； Z K 多排链系数； P K P传递功率，kW； =1 =1.3 =1 P=2.4kW A K Z K P K 3.确定链条型号和节距 p 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速，由机械设计图 911 ca P 确定，然后又表 91 确定链条节距 p； P=12.7 链号08A 4.计算链的速度，确定润滑方式； =0.6m/s （2 100060 znp v 16） 根据图 914 选择合适的润滑方式； 选择定期人工润滑。 查得 节距 P