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机械毕业设计全套
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JX02-035@五吨单头液压放料机设计,机械毕业设计全套
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Residual stress in grindingBogdan W. Kruszynski*, Ryszard WojcikTechnical University of odz, Skorupki 6/8, 90-924 odz, PolandAbstractResults of investigations on residual stress in surface grinding are presented in the paper. A coefficient B combining power density andwheel/workpiece contact time was developed. Experimental set-up and software to estimate the coefficient during grinding are described inthe paper. Experiments were carried out for surface plunge grinding for several workmaterials in a wide range of grinding conditions. Theinfluence of process parameters on the coefficient B as well as the relation between B and maximum residual stress were experimentallyevaluated. The usefulness of the coefficient to predict residual stress in surface grinding was proved. # 2001 Elsevier Science B.V. Allrights reserved.Keywords: Residual stress; Grinding; Wheel/workpiece1. IntroductionGrinding is one of the most popular methods of machininghard materials. Because it is usually one of the final opera-tions of the technological process, properties of surface layercreated in grinding influence directly the functional proper-ties of the workpiece such as fatigue strength, abrasive andcorrosion resistance, etc.Creating favourable surface integrity, especially in grind-ing with aluminium oxide grinding wheels is difficult due totwo opposite tendencies. On one hand, high process para-meters are preferred in order to increase productivity.Unfortunately, such parameters usually lead to the increaseof grinding power engaged in creation of the new surface ofthe workpiece. On the other hand, the increase of grindingpower makes grinding temperatures grow, which may causea serious damage to the surface layer created in grinding.Finding a compromise between high productivity andadvantageous surface layer properties is extremely difficultdue to the lack of relatively simple and universal routines,among others. Because of the importance of grinding opera-tion the investigations of this process are performed in manyresearch centres. Some general approaches are observed inthese investigations.The first one, strictly analytical 4,5, is based on themathematical description of physical processes involved insurface layer creation. In grinding thermal effects are usuallydescribed. On the basis of the calculations of temperaturedistribution in the workpiece, such changes in surface layerlike microhardness, residual stresses, microstructure, etc. areestimated 5. Such an approach is very promising but at thepresent stage it is limited to theoretical investigationsbecause of complex calculations and still limited knowledgeabout material behaviour in extreme grinding conditions.The experimental approach 1,7 aims at finding a corre-lation between grinding conditions and surface layer para-meters. This is a relatively simple method with somedisadvantages. Experimental works are usually time- andcapital-consuming which limits their application. Moreover,there is a limited possibility to extrapolate the experimentalresults on different grinding methods and grindingconditions.There is also a third approach to the problem of control ofsurface layer creation, which involves a search for suchgrinding coefficients, which are strongly correlated withsurface layer properties 2,4. There are many such coeffi-cients existing. The most popular are: equivalent chipthickness (heq) and power density (P0). The former is provedto be useful in grinding ceramics, the latter is often appliedwhen grinding with aluminium oxide grinding wheels isinvestigated 2.The main disadvantage of both coefficients is that tocalculate them it is necessary to estimate the effectivegrinding depth or effective wheel/workpiece contact length.Both values are very difficult to estimate on-line grindingaccurately.Thus, an easy-to-estimate grinding coefficient, whichwould be strongly correlated with surface integrity para-meters, is still lacking. The investigation on the correlationbetween the coefficient combining power density and theJournal of Materials Processing Technology 109 (2001) 254257*Corresponding author.0924-0136/01/$ see front matter # 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.PII: S 0924-0136(00)00807-4ntswheel/workpiece contact time and residual stress in surfacegrinding is described below.2. Grinding coefficient combining power density andcontact timeIt was proved 3 that residual stresses in surface layerafter grinding are closely correlated with maximum grindingtemperature. The analysis of equations used for temperaturecalculation in grinding 6 indicates that it is not only thepower density that influences the grinding temperature butthere is also a second important factor wheel/workma-terial contact time. In surface grinding the contact time ofthe particular workpiece point with heat source (grindingwheel) can be easily calculated astclevw(1)where leis an effective wheel/workpiece contact length andvwis the workspeed.The proposed grinding coefficient B is a product of powerdensity P0and contact time tc:B P0tcPbdlelevwPbdvw(2)where P is the total grinding power and bdthe grindingwidth.The first advantage of this coefficient is that all quantitiesin this equation (grinding power, grinding width and work-speed) are easy to measure on-line in a grinding process.3. Experimental set-upExperiments were carried out for the following grindingconditions.workmaterials: carbon steel 0.45% C, 28HRC (marked S),alloy steel 40H (0.38% C, 0.9% Cr, 0.28% Ni) 48HRC (H),bearing steel H15 (equivalent to 100Cr6) 62HRC (L);grinding wheels: 38A60J8V (J), 99A80M7V (M);wheelspeed: 26 m/s (constant);grinding depth: from 0.005 to 0.06 mm;workspeed: from 0.08 to 0.5 m/s;grinding fluid: emulsion or none.Grinding parameters in these investigations were limitedby the power of the main wheel drive, table speed regulationrange and by the appearance of unacceptable changes in thesurface layer, microcracks and burns.To estimate coefficient B it was necessary to measuregrinding power, workspeed and grinding width. Grindingpower was measured in two different ways: by the measure-ment of power consumed by wheel main drive (Pm) andsimultaneous measurement of tangential grinding force Ftand wheelspeed vs. The grinding power can then be calcu-lated as PcFtvs. The comparison of the results obtainedfrom both methods is shown in Fig. 1. A very good correla-tion can be seen from this figure, which proves that mea-surement of power consumption of wheel main drive isaccurate enough to estimate coefficient B in the case whenonly grinding wheel is driven by this drive. The wheelspeedwas measured by means of displacement transducer andgrinding width was taken as a width of the sample beingground.4. Experimental resultsOn the basis of measured values of P, vwand bdin surfacegrinding, the coefficient B was calculated in each grindingtest. Measurements carried out during grinding allowed, firstof all, to evaluate the influence of grinding conditions on thecoefficient B, cf. Figs. 27. The linear dependence betweeneffective grinding depth and B can be seen from Figs. 2, 4and 6. Slopes of these lines depend mainly on grindingwheel, workspeed (Figs. 2 and 6) and on grinding fluid(Fig. 4). The correctness of linear approximation was provedin a statistical way values of R2were higher than 0.9 in allcases.Fig. 1. Comparison of measured and calculated grinding power.Fig. 2. The influence of grinding depth and grinding wheel grade oncoefficient B for carbon steel (S).B.W. Kruszynski, R. Wojcik / Journal of Materials Processing Technology 109 (2001) 254257 255ntsThe influence of workspeed on coefficient B, Figs. 3, 5and 7, is not as uniform as those obtained for grinding depth.Much higher influence of vwon B is observed for a lowerrange of workspeeds. It indicates that there is a limitedpossibility to influence coefficient B by changes of theworkspeed. Very similar dependencies were obtained forthe third workmaterial investigated alloy steel (H).For all experiments, in which microcracks and/or burnswere not present, residual stress distribution was measuredby means of the well-known material removal method. Fromresidual stress vs. depth below surface diagrams obtained foreach grinding test, maximal residual stresses in the surfacelayer were determined. Usually, residual stresses reach theirmaximum (tensile values) close to the surface on depths of1020 mm.Relations between coefficient B and maximum residualstress for investigated workmaterials are shown in Figs. 810. In these diagrams the results are summarised for eachworkmaterial regardless of other grinding conditions (grind-ing wheel properties, grinding fluid, grinding parameters). Ineach case the linear dependence was assumed which wasproved in a statistical way (R2from 0.8529 to 0.9074).It results from these figures that the slopes of residualstress-coefficient B lines are characteristic for the givenworkmaterial and seem to be independent of other grindingconditions. The highest slope was obtained for bearing steel(L), Fig. 10, and the lowest one for alloy steel (H), Fig. 9.Fig. 3. The influence of workspeed and grinding wheel grade on coef-ficient B for carbon steel (S).Fig. 4. The influence of grinding depth and grinding fluid on coefficient Bfor carbon steel (S).Fig. 5. The influence of workspeed and grinding fluid on coefficient B forcarbon steel (S).Fig. 6. The influence of grinding depth and grinding wheel grade oncoefficient B for bearing steel (L).Fig. 7. The influence of workspeed and grinding wheel grade oncoefficient B for bearing steel (L).256 B.W. Kruszynski, R. Wojcik / Journal of Materials Processing Technology 109 (2001) 254257ntsSome additional observations recorded during investiga-tions indicate that there is a possibility to use the coefficientB to predict and/or control such changes in surface layer likemicrocracks, burns or microstructure changes. Additionalinvestigations are necessary to confirm the usefulness of thiscoefficient in other grinding methods.5. Conclusions1. The grinding coefficient B combining power density andwheel/workpiece contact time was developed to predictresidual stress in surface grinding.2. A linear correlation between coefficient B and maxi-mum residual stress was found experimentally. It wasconfirmed for several workmaterials.3. The relation between coefficient B and maximumresidual stress seems to be independent of grindingconditions.4. Coefficient B increases linearly with the increase ofgrinding depth and decreases with the increase ofworkspeed. This decrease shows less intensity in therange of higher workspeeds.5. The coefficient B is easy-to-estimate, even on-line, inindustrial practice.6. The coefficient B may be useful in predicting suchsurface layer properties in grinding like microcracks,burns or microstructure changes.References1 P.G. Althaus, Residual stress in internal grinding, Ind. Diamond Rev. 3(1985) 124127.2 E. Brinksmeier, H.K. Tonshoff, Basic parameters in grinding, Ann.CIRP 42 (1) (1993) 795799.3 E. Brinksmeier, S.T. Comet, W. Konig, P. Leskovar, J. Peters, H.K.Tonshoff, Residual stress-measurement and causes, Ann. CIRP 31 (2)(1982) 491510.4 B.W. Kruszynski, C.A. Luttervelt, An attempt to predict residualstresses in grinding of metals with the aid of the new grindingparameter, Ann. CIRP 40 (1) (1991) 335337.5 H.K. Tonshoff, J. Peters, I. Inasaki, T. Paul, Modelling and simulationof grinding process, Ann. CIRP 41 (2) (1992) 677688.6 E. Vansevenant, A subsurface integrity model in grinding, Ph.D.Thesis, KU Lueven, 1987.7 Y. Zheyun, H. Zhonghui, Surface integrity of grinding of bearing steelGCr15 with CBN wheels, Ann. CIRP 38 (1) (1989) 677688.Fig. 8. Maximum residual stress vs. coefficient B for carbon steel (S).Fig. 9. Maximum residual stress vs. coefficient B for alloy steel (H).Fig. 10. Maximum residual stress vs. coefficient B for bearing steel (L).B.W. Kruszynski, R. Wojcik / Journal of Materials Processing Technology 109 (2001) 254257 257nts 注： 1 目录 前言 3 绪论 6 摘要 8 一、放料机主机设计 10 1 放料机的总体设计 .10 放料机的设计步骤 .10 调查研究 .11 方案拟订 .12 工作图设计 .12 样机试制和鉴定 .12 1.2 放 料 机 机 组 概 论 1 2 1.2.1 放料机机组概述 12 1.2.2 机组技术参数 12 1.2.3 放料机机组设备组成 12 1.2.4 工艺流程 13 1.2.5 机组的生产操作过程 13 1.2.6 放料机设计基本参数 14 1.2.7 设备用途 14 1.2.8 放料机的传动系统与电气系统 15 1.3 放料机的总体结构 15 nts 注： 2 2 放料机主体参数的设计 16 2.1 空心主轴的设计计算 16 2.1.1 空心主轴的直径计算 16 2.1.2 空心主轴的校核计算 20 2.2 芯轴的设计计算 .24 2.3 轴承选用及寿命计算 .25 2.4 电机选用 26 3 放料主机其他配件的设计 27 3.1 链轮 27 3.2 滑动套 .28 3.3 涨板 29 4 放料主机的机架 32 二、 放料小车 34 1. 小车的行程计算 34 2. 小车上下支架管计算 34 3. 小车的内外转臂的计算 38 4. 油 缸支撑杆 40 三、 液压系统 .41 1. 液压系统的设计要求 42 2. 液压系统方案设计 42 3. 液压系统原理图设计 43 结束语 .44 致谢 45 参考文献 46 中文翻译 46 nts 注： 3 附：英文资料 49 前 言 光阴似箭，岁月如梭。四年的大学生活即将接近尾声，进行了为期近两个月的毕业设计。大家都知道毕业设计是对大学四年来我们所学到的基础知识和专业知识的一次系统性的总结与综合运用，同时也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要 环节。因此，认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。 通过这一环节的训练，提高了以下能力： 1、 综合运用所学知识和技能，独立分析和解决实际问题的能力； 2、 综合运用基本技能，包括绘图、计算机应用、翻译、查阅及阅读文献等的能力； 3、 调动实验研究的积极性，技术经济分析和组织协作工作的能力，学习撰写科技论文和技术报告，正 确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力； 4、 学会收集加工各种信息的能力，以及获取新知识的能力； 5、 培养创新意识和严肃认真的科学作风。、 6、 培养我们综合运用和巩固扩展所学知识，提高理论联系实际的能力； 7、 培养我们收集、阅读、分析和运用各种资料，手册等科技文献的能力； 8、 培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能nts 注： 4 力； 9、 使我们更加熟练的运用 AUTOCAD、 Word 等计算机办公软件，提高计算机辅助设计的能力； 10、训练和提高机械设计的基本理论和技能； 11, 培 养我们的团队合作意识。 本次毕业设计的课题是 5 吨放料机的设计。 5 吨放料机是用来配套成型主机使用的，具有结构轻巧，使用方便，自动化程度高，与各种形式的成型主机，成型剪，电脑控制柜一起组成一条完整的自动化生产线。为了更好的完成本次毕业设计，从三月底开始，就不间断的结合自己的毕业设计进行了毕业实习。根据所选的课题，有重点的选择了实习工厂 厦门正黎明冶金机械有限公司，在工厂里我们重点了解了 5 吨放料机的基本结构和基本工作原理，以及其重要部件 放料小车的工作原理。从而对放料机有了一个更直接、更感性的认识，对此次毕 业设计有很大的帮助。 此次设计的主要内容有：问题的提出、总体方案的构思、可行性设计、结构设计以及对未知问题的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制，最后包括毕业设计说明书的完成。 这次毕业设计是在焦锋老师的带领和指导下完成的。在做毕业设计的期间，自己遇到了诸多的问题，很多时候都是向老师请教，这样必然会给老师带来很多麻烦，势必会影响老师的工作，但是老师还是抽出时间来给我们辅导，一步步指导毕业设计有序如期的进行下去。在毕业设计的整个过程当中，老师都给我们作了明确的计划，有安排地去完成， 而不至于在设计过程中没有目标，如果那样会使设计很盲目。设计每进行一步，焦锋老师都要认真的检查，耐心细致的指出设计中出现的错误和不恰当的地方，并指导我们修改和完善。每次辅导对学生提出的问题都认真的解答。陈老师为我们的设计付出了巨大的心血，在此，我向焦锋老师表示由衷的谢意！ nts 注： 5 本次毕业设计的题目是 5 吨放料机的设计，设计放料机应该满足的基本要求有以下几点： （ 1）适用范围。放料机的适用范围是 指配合成型主机的类型，以及所放料的彩板的重量、类型、材料和尺寸范围等。 （ 2）辅机设备运转控制精度。 （ 3）生产率。放料机所配 合使用的成型主机的生产率通常指单位时间内成型主机所能成型的彩板数量。 （ 4）自动化程度。 （ 5）操作安全方便和工作可靠。 （ 6）效率，使用期限和成本等等。设计时还应该注意使放料机体积小，重量轻，占地面积小，外形美观以及注意防止环境污染，如减少噪音，防止漏油等等。 对于上述所提到的各项技术 经济指标，在设计放料机的时候应该综合考虑。因为我做的主要是 5 吨放料机机械部分的设计，所以还要兼顾其他方面，这是个挑战又是个机会，锻炼了自己在设计时要综合考虑问题，认真的分析机构工作原理的能力。具体将在下面的章节中进行详细的 叙述。 nts 注： 6 绪 论 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促 进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。成型主机是机械制造业中的冷弯成型设备。随着社会需求和科学技术的发展，对成型主机设计要求越来越高，相应地也对辅机设备 放料机提出了更高的要求。尤其是微电脑控制的出现，使主机向自动化控制、运行平稳、高精度的方向发展。因此，对辅机的精度和自动化控制等各方面的要求也就越来越高。 “工欲善其事，必先利其器”。为了得到更高的产品质量（包括产品的尺寸精度、板 面状况、板形、强度、耐疲劳强度等各项技术指标）以及数量上的要求，满足生产、生活和科学技术发展的需要，进而适应社会的发展和生产力水平的提高，加速社会主义现代化建设，我们必须不断的对国民经济发展的重要支柱进行改造和提高，才能够为其它的行业的发展提供更多的基础设施和良好的发展环境、条件。这就要求我们机械制造专业的工人及科研人员要对机械设备进行适应生产力发展的改造，创新以及发明。我们这些即将大学毕业的机械制造专业的学生，要进行对nts 注： 7 本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握，为此我们要进行毕业设计，要自己动手进行设计，为社 会主义现代化建设的发展贡献力量，也要从此迈出展现自己价值的第一步。 本次设计是本公司生产实际的需要，设计配合各种成型主机（角驰 760/950，、yx28-410-820 成型机， Q900A 型机， yx66-470 型机等）使用的 5 吨放料机，其型号为 5T x 1250mm,它与成型主机，成型剪，电脑控制柜一起组成一条独立完整的自动化生产线。本次设计力图使设备运转更加的平稳，节约劳动力，保证精度的要求，提高生产的效率。但由于本人的水平有限，结合生产实际应用设备的能力有限，故没有能够做到很详细的设计，而且还有许多地方有 待改进，望导师给以指导和批评。 nts 注： 8 摘要 本次放料机的设计是 5 吨 x 1250mm 放料机，是用来配套成型主机使用的，它与各种形式的成型主机，成型剪，电脑控制柜一起组成一条完整的自动化生产线。 放料机整机主要有三大部分，即放料机主机，放料小车，整机液压和电气系统。三者互相配合，缺一不可，共同组成统一的整体，完成整体特定的功能。 第一部分介绍放料机主机设计，从放料机主体结构设计，放料机主要参数的确定，到放料机传动系统，以及放料机其他主要配件的设计。 第二部分是放料小车的设 计，具体是确定小车的行程，小车的内外转臂，小车各支撑杆，使其完成一个钢卷放上小车并送上放料主机的功能。 第三部分是液压系统，包括放料机主机芯轴推动的油压系统以及放料小车撑杆的液压系统。 . 关键词：放料机、放料小车、成型主机 nts 注： 9 Abstract It was five ton X 1250mm discharge machine， be intended to mating moulding mainframe used， it alongside with multiform moulding mainframe， moulding cut， computercontrolled tank compose item rounded automatic production line that that of these degree discharge machine DESign. The discharge machine complete machine mostly has three in a great measure， namely discharge machine mainframe， discharge bogie， complete machine hydraulic pressure and electrical system. three soprano interwork， hard up one incoagulable， together compose unify whole， finish whole specific function with into. The DESign of the the first part introduce discharge machine mainframe DESign， from discharge machine major structure DESign， discharge machine major parameter forsooth book， till discharge machine transmission agent，as well as discharge machine rest mostly appurtenance. It was discharge bogie DESign， concretion yes ascertain bogie journey，bogie inside and outside tumbler， bogie each buttress， lead thereof finish one coil of strip radiating matter upper bogie combine deliver upper discharge mainframe function with to up that second part. It was hydraulics， include discharge machine mainframe pivot impel oil hydraulic system and discharge bogie stay bar hydraulics as well to that third part. Keyword： discharge machine, discharge bogie, moulding mainframe nts 注： 10 一 .放料机主机设计 1. 放料机的总体设计 放料机设计，是设计人员根据成型辅机使用功能的要求和 制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。随着生产的发展，使用部门对成型辅助设备的要求也在不断的提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使放料机的设计与制造获得了迅速的发展。尤其是微电脑控制的出现，成型辅机逐步向自动化、智能、高实用性的方向发展。因此，对放料机的精度、生产效率、可靠性等各方面的要求也越来越高。于是，又相继出现了一些设计放料机时必须考虑的问题，如放料机的自停性、精度、刚度、抗震性、低速运动平稳性、热变形、噪声和磨损等。 1.1 放料机的设 计步骤 放料机的设计是由低级向高级发展的，在设计的初级阶段，主要由电机带动，手动控制机器运转。出现微电脑控制以后，通过光电传感器的配合以及液压系统的使用，实现良好的自停效果及合理控制，很好地配合成型主机的工作。对放料机的运动精度、刚度、抗振性、低速运动平稳性、热变形、噪声和磨损及刀具的选择等综合性能的设计，这大部分需要通过放料机性能试验进行，有些可以通过理论性分析，做出可行性判断。 1.1.1 调查研究 调查研究的内容一般包括有：（ 1）学习有关的放料机设计的工作原理，了解使nts 注： 11 用功能，明确设计要求：（ 2） 调查了解本单位对新放料机的要求；（ 3）详细了解本公司的设备条件、技术能力和生产经验；（ 4）收集国内外同类型机床的技术文献和图纸资料，注意了解新技术在同类辅机设备上的应用情况；（ 5）对于新采用的工艺和结构，必须先经科学实验，通过实验取得足够的数据后，才能应用与设计。 1.1.2 方案拟订 在调查研究和科学实验的基础上，通常可以拟订出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析 、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、电器系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济效果分析等。 在生产中用机械加工 方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的拟定是否合理，对生产效率和产品质量有着极大的影响。 制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模的标志。生产类型不同，生产组织，生产管理，车间布置以及毛坯、设备、工具、加工方法和工人熟练程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生产下，每个工序任务比较稳定，因此，有条件采用高效率专用机床和工夹具，劳动效率可大大提高，产品成本也可降低。但产量小的情况下，如果仍使用高效率的专用机床和工夹具，由于加工对象 经常改变，势必造成机床调整的复杂化，降低机床利用率，提高加工成本。所以制定的工艺过程应与生产类型相适应，以取得合理的经济效果。 由本公司放料机生产使用要求，可知设备生产类型是中批生产，因此可以由此来进行方案的拟订。 1.1.3 工作图设计 nts 注： 12 首先，绘制放料机总图和各部件装配图，确定其结构：其次，绘制放料机的全部零件图：然后，整理放料机机有关部件与主要零件的设计计算说明书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件；最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。 1.1.4 样机试制和鉴定 对样机要进行 试制和鉴定，合格后再进行小批试制以考验工艺。在试制、试验和鉴定的过程中，根据暴露出来的问题，对图纸进行修改，直到产品达到使用要求为止。这时，设计工作就基本完成了。 1.2 放料机机组概论 1.2.1 概 述 本机组系根据客户需要专业设计的 C 型钢檩条机，设计合理、技术先进、使用安全可靠，生产率高、经济效益好。 机组主要工作过程是：将成卷的原料板通过放料机开卷后直接送入辊压设备中，经若干道辊压后成为 C 型板材，而后，按所需长度进行冲孔、切割。 本机组辊压出的型板广泛用作屋梁及墙梁，板形大方、强度高、安装方便、使用寿命长 。 nts 注： 13 1.2.2 机组技术参数 参 数 尺 寸 工作高度（即钢板运行时高度） 725mm 最大工作宽度 Max. 1200 mm 外形尺寸 ( 长宽高 ) 24000 2150 1750mm 工作速度 APPROX. 15m/min 机组总重量 APPROX. 11Ton 1.2.3 机组设备组成 本机组由下列各机台所组成：（参见 “ 机组工艺流程图 ” ） 液压放料机（ C/Z 型钢檩条机专用）；成型主机； 液压成型剪； 成品托架；电脑控制柜； 机组各组成部分可独立工作，互不受制约 。 nts 注： 14 1.2.4 工艺流程 流程框图如下： 1.2.5 机组的生产操作过程 （参见“机组工艺流程图”及“流框程图”） 1 用行车将成卷的原料板吊装到液压放料机上，通电启动液压放料机，按下按纽涨紧叶片夹紧钢卷。 2 手牵着料头至成型主机，根据进料宽度调好限宽后，开动主机，主机自动将原板辊压成 C 型檩条并引送到成品托架上进行冲孔剪切。 3 当成型板达到用户所需长度时，主机停止工作，成型剪进行剪切。 4 剪切后人工将成品搬卸到指定位置。 这样，机组一个工作周期结束。 1.2.6 放料机设 备设计的基本参数 参 数 尺 寸 钢卷重量 Max.5Ton 旋转体中心高 1050mm 放料钢卷内径 Max. 500mm, Min. 490mm 成 卷钢板 液压放料机 成品托架 行车（ 5Ton） 上料 限宽 电动放料 成型主机 人工卸料 成型并自动引送 成型剪 定长剪切 nts 注： 15 放料钢卷外径 Max. 1500mm 放料钢卷板宽 Max. 600mm 1.2.7 设备的用途及性能特点 本机用于送放成卷的彩色镀锌钢板 ,镀锌钢板 ,钢板等。 1.2.8 设备的传动系统与电气系统 本机采用液压传动系统涨紧、放松钢卷内径。钢卷内孔对准后，按下涨紧；待钢卷转动 2至 3圈后，托住钢卷进行第二次涨紧。在整个放料过程中，若发现 钢卷内孔涨紧装置有所松动，可再按下涨紧按钮进行涨紧补尝。 安装在液压缸上拉杆能左右运动，主要是带动四爪涨紧钢卷内径。钢卷内径涨紧后，压紧送料轮带动钢卷旋转放料，牵引料头进入主机第一道轧辊；至此，即可松开并关闭压紧送料装置。启动主机，钢板进入辊轮成型。然后钢板拖动钢卷转动，从而钢板从放料架上连续放出。 放料机的具体操作规程如下 ： 1.合上配电板中的 微型断路器 (QF1)以使放料机通电，控制面板上的 电源灯 (HL1)亮，此时可 2.按下按钮 油泵开 (SB2)，则 油泵灯 (HL2)亮， 油泵电机 (M)开始运转（注意要使油泵按规定方 向运行）。 3.通过分别点击按钮 涨紧 （ SB3）和按钮 松开 （ SB4）控制叶片活动，使钢卷内孔张紧或松开。 4.按下按钮 急停 (SB1)，则油泵电机停止运转。 nts 注： 16 1.3 放料机总体结构设计 放料机分为放料主机及放料小车两大部分，钢卷的转动由点及带动，结合放料机的功能要求，可大体确定放料机完整的机构示意 如下所示： 其中： 01 油缸 02 主轴 03 涨板 04 放料小车 05 机架 06 电机 nts 注： 17 2 放料机主体参数的设计 计算说明及过程 计算结果 2.1 空心主轴的设计计算 钢卷的预定宽度为 1200mm,为使放料机放上机架后能有足够的宽度，应适当增加主轴伸出部分的长度，取主轴伸出部分的长度为 La=1280mm,在放料机的机架中间放置电机及减速器，所以应留有足够的空间，一般圆柱减速电机其横向长度为 700mm,取 Lb=800mm,则空心主轴长度为L=L1+L2=2080mm。钢卷放上机架，在涨板撑紧后，钢卷对涨板的作用为均布载荷，为达到这一要求，可使空心主轴上两个支撑点（ P1、 P2） 的位置尽量合理化，可使 L1=L3,L2=2*L1。设 1、 2 点的受力为 P1、 P2，轴承 A、 B初的受力为 PA、 PB,则空心主轴的受力示意图如下： L=1200mm La=1280mm Lb=800mm L1=L3=320mm nts 注： 18 对 A、 B列弯矩方程： 对 A点取矩有： 0)2(32211 LPLPLLP B 对 B点取矩有： 0)()3(3123113 LLPLLPLP A 对 2点取矩有： 0)(2 13111 LLPLPLP BA 又有： P1= P2=P/2=5/2 x 9.8 x 410 =2.45 410 N 联立、可得： P1= P2=P/2=2.45 410 N PA= 41082.8 N PB= 41092.3 N P1=2.45 410 N P2=2.45 410 N W1=0.5rad/s nts 注： 19 钢卷的内径为 490mm 500mm,外径为 1000mm,重量为 5 吨，其转动惯量为： 2/)( 22 rRmJ Z 成型主机的成型速度为 V=15 m/min=0.25 m/s,则角速度： sra drVW /5.05.025.01 转速 n=30/ =10 r/min 工程实际中，在正常运转下，急停刹车要求主轴能在 2 S时间内停下来，则其角加速度应为： = 25.025.0 TW 2srad主轴，撑板部分的重量约为 1吨， 则主轴的扭矩为： ZJT 5.93725.02 )25.01(10)15( 223 N.m T=M= 5.9371095509550 PnP N.m P=0.98Kw 绘制主轴的弯矩图和扭矩图，如下所示： =0.252sradT=937.5 N.m P=0.98Kw Mmax=31360N.m =0.6 nts 注： 20 T=937.5N.m mNM M A X .31 36 0 6.0 由弯扭组合有： mNTMM d .31365)5.9376.0(31360)( 2222 )1(1.0 43 d MWM dd 可得：)1(1.0 4 dMd 取 5.01 dd mmMPda7.84550)5.01(1.0 31365 4 Md=31365 N.m =0.5 d=90 mm d1=45 mm nts 注： 21 轴上有键槽， d增大 5%，取 d=90 mm mmd 455.0 1 2.1.2 空心主轴的校核 考虑 弯扭矩的联合作用，轴的安全系数为： 22 nnnnnn maKn 1 maKn 1 式中： n -只考虑弯曲应力时的安全系数 n -只考虑扭转剪应力时的安全系数 11 , -分别为对称循环时弯曲与扭转的疲劳极限按下式计算： )/()5.043.0( 21 cmKgb )/()58.05.0( 211 cmKg KK , -分别为零件受弯曲与扭转时所引起的有效应力集中系数（查机械设计基础表 6-4， 6-5， 6-7， 6-8） 表面质量系数，查表 6-8， 6-9 2/7000 cmkgb 21 /3250 cmkg21 /1950 cmkgW=68.3 36.1362 cmWW n nts 注： 22 ,-分别为零件受弯曲与扭转时的绝对系数，查表 4-10 , -分别为材料在弯曲与剪切时平均应 力的折算系数，查表 6-1 ma , -分别为所考虑的剖面上的弯曲应力幅与平均应力 ma , -分别为所考虑的剖面上的扭转剪切应力和平均应力 n-为许用安全系数 截面 E， F受弯扭力矩较大，且有键槽造成的应力集中，故为危险截面。 由表 6-1查出： 2/7000 cmkgb 21 /3250 cmkg 21 /1 95 0 cmkg 校核 E断面： cmkgLPMBw .6.21 0 0 0/6 5 01092.3 44 抗弯曲模量： 34343 3.68)5.01(91.0)1(1.0 cmdW 抗扭转模量： 36.1 3 62 cmWWn 235m a x /108.33.68106.2 cmkgWMw 23m a x /1 4 06.1 3 6.5.9 3 7 cmkgcmmNWTn 转轴的扭转应力按脉动循环考虑 0m 73.0 72.0 =0.9 1.0 05.0 nts 注： 23 2m a x /702/ cmkgma 转轴的弯曲应力为非对称循环 0m23 /108.3 cmkgm a na 键槽 引起的应力集中： K =2.14 K =2.05 (附表 6-6) 73.072.0 (附表 6-10) 93.273.0 14.2 K 85.272.0 05.2 K =0.9 (附表 6-8) 1.005.0n-许用安全系数 材料性质均匀，载荷与应力计 算精确时， 5.13.1 n 材料不够均匀，计算不够精确时， 8.15.1 n 把数值代入式， 6.203809.0/93.2 32501 maKn 6.87005.0709.0 85.219501 maKn 把上面的两个数值代入 6.86.22222 nnnnn 强度满足要mNM n .5.937 36.1362 cmWW n 1.0 05.0 nts 注： 24 求 校核 F断面： cmkgmmLPMw .1083201045.22 441 mNM n .5.937 抗扭转模量： 34343 3.68)5.01(91.0)1(1.0 cmdW 抗扭转模量： 36.1 3 62 cmWW n 24m a x /3.11713.68108 cmkgWMw 23m a x /1 4 06.1 3 6.5.9 3 7 cmkgcmmNWTn 转轴的扭转应力按脉动循环考虑 2m a x /702/ cmkgma 转轴的弯曲应力为非对称循环 0m 23 /108.3 cmkgm a na 键槽引起的应力集中： K =2.14 K =2.05 (附表 6-6) 73.072.0 (附表 6-10) 93.273.0 14.2 K 85.272.0 05.2 K =0.9 (附表 6-8) 0m K =2.14 K=2.05 =0.9 1.0 05.0 nts 注： 25 1.005.0把数值代入式， 7.102 3.11719.0 93.232501 maKn 6.87005.0709.0 85.219501 maKn 把上面的两个数值代入 6.87.12222 nnnnn 强度满足要求 2.2 芯轴的设计计算 芯轴的材料为 45 号钢，ac MP2 8 02 1 6 5 吨重的钢卷内径一般为 490mm 500mm,假定放料机在撑紧状态时，撑杆为竖直状态，则其在竖直方向的行程为 10/2=5mm。考虑到尽量减少液压系统得工作压力，要求尽可能使用较低的油压，同时要使油缸内外径有一个较小的值，所以撑杆在放松状态与竖直方向的夹角应较小，取 15 。要使放料机能够撑紧钢卷，撑杆在竖直方向的行程最少应为 5mm,示意图如下所 示： L=150mm nts 注： 26 设撑杆杆长为 L,则： mmLL 515c o s mmL 125 ,取 L=150mm 空心主轴上两个支撑点 1， 2的受力为 421 1045.2 PP 则芯轴受推力 NtgPF 6 5 6 5151 预定液压系统额定工作压力为 12MPa,相对于油压，大气压力太小，可以忽略，所以有： 246 820108201086565 mmmPpFSa mmrrS 162 此条件很容易得到满足，选取 r=50mm 油 缸 的 最 小 行 程 为 ： mml 8.3815s in1 5 0 , 取mml 100 mml 100 d3=40mm nts 注： 27 可选油缸型号为 p x L=12MPa x 100mm 芯轴在工作过程中所受推力 T=2F=13130 N. 芯轴截面积： 251062161 3 1 30 mM P aTAC 芯轴半径： mmAd 92 所以芯轴的直径要求很容易满足，一般情况下都不会出现芯轴的失效及损坏问题，但为与空心主轴配合使用，可选取较大 的直径值，取 d3=40mm.同时为减轻芯轴的重量 ,减少油缸推力的负荷 ,芯轴采用无缝钢管结构 ,材料为 20#钢 . 2.3 空心主轴轴承选用 空心主轴受轴向力，所以选用单列圆锥滚子轴承，按额定东载荷选择轴承 。 轴承 A 所 受 径 向 载 荷 KNFAr 2.88，轴向载荷KNF Aa 6.6 ，转速 n=10r/min,寿命预定为 9000h(使用年限为二年，每天工作 12h)。轴承基本额定动载荷可由下式计算： ).( arTndmh CorCPfffffC 式中： C 基本额 定动载荷计算值 P 当量动载荷，ar YFXFP fh 寿命因数 nts 注： 28 fn 速度因数 fm 力矩载荷因数，力矩载荷较小时， fm=1.5,力矩载荷较大时，
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