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设计项目计算与说明结果1.2.1 卷板机的运动形式1.2.2弯曲成型的加工方式2.1.1方案1双辊卷板机2.1.2方案2 三辊卷板机2.1.3 方案3四辊卷板机3.1.1 齿轮传动3.1.2皮带传动3.2.1 主传动系统的确定3.2.2副传动系统的确定 5.1.1总传动比5.1.2减速器的选用5.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5.2.2按齿根弯曲强度设计5.2.3确定齿轮尺寸6.2.1 求传动的中心距6.2.2 主要几何尺寸计算7.1.1上辊结构设计及受力图7.1.2 刚度校核7.1.3 上辊强度校核 7.1.4 上辊疲劳强度校核7.2.1下辊结构及受力图7.2.2下辊刚度校核7.2.3 下辊弯曲强度校核：7.2.4 下辊疲劳强度校核8.1.1键的类型选择8.1.2键的尺寸8.1.3验算挤压强度8.2.1键的类型选择8.2.2键的尺寸8.2.3验算挤压强度第1章 绪论1.1 概述 近些年随着原子能、石油化工、海洋开发、宇航、军工等部门的迅速发展，卷板机作业的范围正在不断的扩大，要求也在不断提高。卷板机是一种将金属板材卷制成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工作辊相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形，以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、木工、金属结构及其它机械制造行业。 科学技术的发展和对国外卷板技术的不断学习和引进，使我国卷板设备的生产技术有了很大提高。近几年，我国生产的三辊可调式卷板机和四辊卷板机越来越多地代替了在卷板设备中一直占据主要地位的对称三辊卷板机。随着液压产品生产技术不断进步，国产液压元件的精度、性能己达到较高的水平。所以，液压传动也越来越多的应用于卷板设备中。目前，用于卷制中薄板的小功率卷板机多采用机械传动或机液混合驱动，用于卷制厚板的大功率卷板机多采用液压驱动或多电机同时驱动.但由于我国机械加工设备水平与加工技术水平与世界发达国家相比，仍有一定的差距，所生产的机械零部件和液压元件的加工精度达不到设计要求，因机械摩擦造成的机械损失和因泄漏造成的液压损失较高。所以卷制同等规格的钢板，所需卷板机功率要高于国外的卷板机，使得卷板设备体积庞大，形体笨重。另外，我国引进国外数控卷板技术，在数控卷板工艺和设备研究方面作了大量工作。但无论国内还是国外的卷板机，从数控技术的实现上看，还均不能达到令人满意的结果，还不能根据被卷制坯料的材质、规格尺寸、卷曲曲率等，正确计算和调整工艺参数，达到真正的全自动控制。国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高，操作工艺简便，成本低廉，但对板材的质量要求较高（如不允许有缺口、裂纹等缺陷，金相组织一致性要好）。当卷制板厚较大或弯曲半径较小并超过设备工作能力时，在设备允许的前提下可采用热卷的方法。热卷的板材一般是在800-850温度范围内进行保温均热，若将工作辊预热则效果更佳。热卷卷板机与普通冷卷卷板机有较大的差异，在工艺上也略有不同。热卷时不必考虑工作的回弹，但缺点是产生大量的氧化皮及明显的热膨胀等，直接影响工件表面质量及尺寸精度。关于卷板机的分类，国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为：1) 三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机。2) 四辊卷板机：分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。3) 特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用型卷板机等。1.2卷板机的工作原理 卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式的运动。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊对加工板材的旋转、弯折等运动，主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料、下料及上辊的升降、翘起以及倒头架的翻转等形式的运动。 该机构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合,为卷制板材提供扭矩。图1-1 三辊卷板机工作原理图 由图1-1可知：主运动指上辊绕01轴线，下辊分别绕02、03轴线作顺时针或逆时针旋转；辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊在与01轴线垂直的平面的上翘、翻边运动等。 在钢结构制作中弯制成型的加工主要是卷板（滚圆）、弯曲（煨弯）、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或冷加工来完成的。 滚圆是在外力的作用下，使钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形（中层纤维不变）。当圆筒半径较大时，可在常温状态下卷圆，如半径较小和钢板较厚时，应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有：机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机（又叫滚板机、轧圆机）上进行的。 在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图1-2所示。a） b） c） a）对称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机图1-2 卷板机原理图 使用三辊卷板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为(L为下辊中心距）。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯（图1-3所示）。a）用压力机模压预弯 b）用托板在卷板机内预弯图1-3 钢板预弯示意图1.3卷板机的操作规程1.卷板机必须有专人负责管理。2.操作人员必须熟悉卷板机的结构性能和使用方法，经负责管理人员同意后，方可进行操作。3.开机前要仔细检查安全装置是否完好。4.操作时，严禁手、脚放在滚轴和传动部件及工件上。5.工作中断后，应将离合器打至空档。6.多人协同作业必须要有专人指挥。7.严禁超负荷工作。8.上辊的升降翻转轴承的倾倒复位及上辊的平衡，须在主传动停机后进行。9.工作场地禁止乱堆工件及杂物，做到时刻保持机床及场地清洁。10.作业完毕，应切断电源，并锁好电源箱 卷板机保养规程。第2章 方案的论证及确定2.1方案的论证 一般情况下，一台卷板机所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷态下，按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时的最小卷桶直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。但近年来，冷卷的能力正日益提高。 结合上章卷板机的类型，拟订了以下几种方案，并进行了分析论证。 双辊卷板机的原理如图2-1所示：321 1.上辊2.工件3.下辊图2-1 双辊卷板机工作原理图 上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个具有弹性的弹性辊，可以作垂直调整。当下辊旋转时，上辊及送进板料在压力作用下，压入下辊的弹性层中，使下辊发生弹性变形。但因弹性体的体积不变，压力便向四面传递，产生强度很高，但分布均匀的连续作用的反压力，迫使板料与刚性辊连续贴紧，目的是使它随着旋转而滚成桶形。上辊压入下辊的深度，既弹性层的变形量，是决定所形成弯曲半径的主要工艺参数。根据实验研究，压下量越大，板料弯曲半径越小；但当压人量达到某一数值时，弯曲半径趋于稳定，与压下量几乎无关，这是双辊卷板机工艺的一个重要特征。 双辊卷板机具有的优点：1.板料不需要预弯成形，因此生产率高；2.可以弯曲多种材料，机器结构简单。缺点：1.对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上棍，因而不适用多品种，小批量生产。 2.可弯曲的板料厚度系列受到一定限制，目前一般只能用于10mm以下的板料。 三辊卷板机是目前最普遍的一种卷板机。利用三辊滚弯原理，使板材弯曲成圆形，圆锥形或弧形工作。1.对称三辊卷板机特点 结构简单、紧凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。2.不对称三辊卷板机特点剩余边小，结构简单，但坯料需要调头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能力较小。所谓理论剩余直边，就是指平板开始弯曲时最小力臂其大小与设备及弯曲形式有关。如图2-2所示： 图2-2 三辊卷板机工作原理图 对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半，但为避免板料从滚筒间滑落，实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚620倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除，所以一般应对板料进行预弯，使剩余直边接近理论值。 不对称三辊卷板机，剩余直边小于两下辊中心的一半，如图2-2所示，它主要卷制薄筒（一般在323000以下）。 其原理如图2-3图2-3 四辊卷板机 四辊卷板机有四个辊，上辊是主动辊，下辊可上下移动，用来夹紧钢板，两个侧辊可沿斜线升降，在四辊卷板机上可进行板料的预弯工作，它靠下辊的上升，将钢板端头压紧在上、下辊之间。再利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形，达到所需要。 它的特点是：板料对中方便，工艺通用性广，可以校正扭斜，错边缺陷，可以既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大，结构复杂。上下辊夹持力使工件受氧化皮压伤严重。两侧辊相距较远，对称卷圆曲率不太准确，操作技术不易掌握，容易造成超负荷等误操作。2.2 方案的确定 双辊卷板机不需要预弯、结构简单，但弯曲板厚受限制，只适合小批量生产。四辊卷板机结构复杂造价又高。虽然三辊卷板机不能预弯，但是可以通过手工或其它方法进行预弯。 通过对上述几个方案的分析，各类型卷板机的特点，再考虑到三辊卷板机的不同类型所具有的特点，形成最终的设计方案，W11-61600对称上调式三辊卷板机。第3章 传动设计 对称上调式三辊卷板机如图3-1所示： 图 3-1 对称上调式三辊卷板机 它是以两个下辊为主动轮 ，由副电机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。上辊工作时，由于钢板间的摩擦力带动。同时作为从动轴，起调整挤压的作用。由单独的传动系统控制，主要组成是：上辊升降电动机、减速器、蜗轮副、螺母。工作时，由蜗轮副转动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座作升降运动。两个下辊可以正反两个方向转动，在上辊的压力下下辊经过反复的滚动，使板料达到所需要的曲率，形成预计的形状。3.1传动方案的分析 卷板机传动系统分为两种方式：齿轮传动和皮带传动。 电动机传出的扭距通过一个有保护作用的联轴器，传人一个有分配传动比的减速器，然后通过连轴器传人开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图3-2所示。图3-2 齿轮式传动系统图这种传动方式的特点是：工作可靠，使用寿命长，传动准确，效率高，结构紧凑，功率和速度适用范围广等。由电动机的转距通过皮带传人减速器直接传入主动轴。如图3-3所示：图3-3 皮带式传动系统图 这种传动方式具有传动平稳，噪音小的特点，同时也起过载保护的作用，这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。3.2 传动系统的确定 鉴于上节的分析，考虑到所设计的是三辊卷板机，具有两个主动辊，而且要求结构紧凑，传动准确，所以选用齿轮传动。传动系统如图3-4所示：图 3-4 传动系统图 所以选用了圆柱齿轮减速器，减速比i=134.719，减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。 为调整上下辊间距，由上辊升降电动机通过蜗轮副传动及蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座升降运动，为使上辊、下辊轴线相互平行，有牙嵌离和器以备调整，副传动系统如图3-4所示。 需要卷制锥筒时，把离和器上的定位螺钉松开，然后使蜗轮空转达到只升降左机架中升降丝杆的目的。3.3 本章小结收集资料对各种运动方式进行分析，在结合三辊卷板机的运动特点和工作的可靠性，最后主传动采用齿轮传动，副传动采用蜗轮蜗杆传动。第4章 电动机的计算与选择4.1 上下辊的参数选择 1.已知设计参数 最大卷板厚度：S=6mm 最大卷板宽度：b=1600mm 满载卷板最小直径：350mm 上辊直径:160mm 下辊直径：150mm 两下滚中心距210mm 滚筒与板料间的滑动摩擦系数【1】： 滚筒与板料间的滚动摩擦系数：f =0.8无油润滑轴承的滑动摩擦系数： 板料截面形状系数： 板料相对强化系数： 板料弹性模量： E=2.06105MPa卷板速度：m/min2. 确定卷板机基本参数14 加工板料： 屈服强度：s=245MPa 抗拉强度：b=410MPa 辊材：Cr 屈服强度s=930MPa 抗拉强度：b=1080MPa筒体回弹前内径： 4.2 主电机的功率确定因在卷制板材时，板材不同成形量所需的电机功率也不相同，所以要确定主电机功率，板材成形需按四次成形计算：1成形40%时1）板料变形为40%的基本参数 mm mm 2）板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1kgfmmW为板材的抗弯截面模量3）板料变形40%时的最大弯矩M0.4 kgfmm4）从 上辊受力： 下辊受力：5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩 = kgfmm6）板料送进时的摩擦阻力矩 7）拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩 8）卷板机送进板料时的总力矩9）卷板机空载时的扭矩:：板料重量: ：联轴器的重量 : 选ZL10，=180.9kg：下辊重量: 10）卷板时板料不打滑的条件： kgfmm kgfmm因为，所以满足,故卷板时板料不打滑。11）驱动功率：2. 成形70%时1）板料成型70%的基本参数 mm mm 2）板料变形70%时的最大弯矩M0.7 kgfmm3）从 4）消耗于摩擦的扭矩 kgfmm5）板料送进时的摩擦阻力矩 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失 7）机器送进板料时的总力矩 kgfmm8）卷板机空载时的扭矩9）板料不打滑的条件 因，所以满足不打滑条件。10）驱动功率 3.成形90%时1）板料成型90%的基本参数 2）板料变形为90%时的最大弯矩M0.9 3）从 4）消耗于摩擦的扭矩 5）板料送进时的摩擦阻力矩 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失 7）机器送进板料时的总力矩 8）卷板机空载时的扭矩9）卷制时板料不打滑的条件：kgfmm因，所以满足。10）驱动功率 4成形100%时1）板料成型100%的基本参数 2）板料变形为100%时的最大弯矩 3）板料从 4）消耗于摩擦的扭矩 5）板料送进时的摩擦阻力矩 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失7） 机器送进板料时的总力矩 8）空载时的扭矩9）板料不打滑的条件：因为，所以满足。10）驱动功率 5主电机的选择：由上述知，成形量为40%时所需的驱动功率最大，考虑工作机的安全系数，电动机的功率选5.5kw。因YZ系列电机具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、正反转且转速不高、有时过负荷及有显著的振动与冲出的设备。其工作特性明显优于Y系列电机，故选YZ160M1-6型电机，其参数如下：；r/min；。升降电动机选择YD系列变极多速三相异步电动机，能够简化变速系统和节能。故选择YD90S6/4，其参数如下：N=0.65kw； r=1000r/min； G=25kg。第5章 主传动系统设计5.1 系统总传动比及减速器的选用 减速器是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。 ZSY型外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮减速器，可适用于冶金、矿山、起重运输、水泥、建筑、化工、纺织、轻工等行业。选用型标准减速器3，其公称传动比为 。由此可计算得出开式齿轮传动的传动比应为5.2 开式齿轮传动设计已知动力机为电动机，传动不逆转，载荷平稳，传递功率，传动比为，转速，预计工作30年单班制工作（一年按300天计），设计开式齿轮传动。 1.选用直齿圆柱齿轮。 2.卷板机为锻压机床，选用7级精度。 3.小齿轮材料为（调质后表面淬火），硬度为；大齿轮材料为（调质后表面淬火），硬度为。两者材料硬度之差为。 4.选取小齿轮齿数为;大齿轮齿数为,圆整取。 1.确定公式内的各计算数值1)由图10-20c10查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为 ，大齿轮的弯曲疲劳强度极限为 。2)由减速器传动比为，可得小齿轮转速为；;计算应力循环次数由图10-1810查得弯曲疲劳寿命系数：, .3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S1.4， 4)计算载荷系数 查得,。故。 5)由表10-5查取齿形系数：、。 6)查取应力校正系数：、。 7)计算大小齿轮的并加以比较： 由得小齿轮数值较大。2.设计计算 根据开式齿轮设计原则，将设计模数m放大10%15%，圆整后。 小齿轮分度圆直径;大齿轮分度圆直径;中心距;齿轮宽度,故选取,。第6章蜗轮、蜗杆传动设计蜗杆传递名义功率8.35kw，转速n=100r/min，传动比i=40。蜗杆传动的主要参数有模数、压力角、蜗杆头数、蜗轮齿蜗杆中圆直径及蜗杆直径系数。按照蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。环面蜗杆传动具有很多优点，其同时啮合的齿对数多，轮齿受力情况也得到较大改善，其承受能力高于普通圆柱蜗杆传动。由于传动三辊卷板机上辊的上下运动需要较大的强度，故选择包络环面蜗杆传动。6.1 材料选择： 蜗杆：40Cr，表面淬火，HRC50齿面粗糙度Ra0.8蜗轮：ZCuSn10P1，传动选用8级精度，标准侧隙。6.2 参数的设计： 式中，K1、K2、K3、K分别为： 1、1.0、0.8、1.由设计手册查得a=175mm，取成标准值可得a=180mm。,，,，其余项目由。蜗轮端面模数： mm径向间隙和根部圆角半径： mm齿顶高： mm 齿根高： mm蜗轮分度圆直径 ：mm蜗轮齿根圆直径 ：mm蜗杆分度圆直径 ：mm蜗杆喉部齿根圆直径 ：mm蜗杆喉部齿顶圆直径 ：mm蜗杆齿顶圆弧半径 ：mm蜗杆齿根圆弧半径 ：mm周节角 ： 蜗杆包容蜗轮齿数 ： 蜗杆工作包角之半 ：蜗杆工作部分长度 ：mm蜗杆最大根径： 蜗杆最大外径 ：蜗杆喉部螺旋导角 ：分度圆压力角 ： 蜗轮法面弦齿厚：蜗轮弦齿高 :蜗杆喉部法面弦齿厚 ： 蜗杆弦齿高 : 确定蜗杆螺旋修形量及修缘量：mm mmmm 第7章 棍子的校核7.1 上辊的校核 由上部分计算可知辊筒在成形100%时受力最大： 故按计算，其受力图7-1：Q M 图7-1上辊受力图挠度1： 确定公式各参数：（Ia为轴截面的惯性矩） mm mm 得 因为，所以上辊刚度满足要求。危险截面为、，因、相同，且，所以只需校核、处：处： 由于，故I截面安全。处： 由于，故II截面安全。综上，上辊强度符合安全条件。辊材：Mpa=108kgf/mm2 kgf/mm2kgf/mm2在截面、处有，所以只需校核、处即可。处：r=0，由机械设计手册查得得公式因上辊转矩T=0，可知确定公式中各参数：应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力处：确定公式中各参数应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数 综上所述，上辊疲劳强度满足安全条件。7.2 下辊的校核下辊受力如图7-2TQM图7-2 下辊受力图齿轮啮合效率、联轴器效率、轴承效率。所以，总传动效率为由主电机功率kw、得 挠度1： 确定公式中各参数：（Ic为轴截面的惯性矩） mm mm 得 因为，所以下辊刚度满足要求。由受力图知弯曲强度危险截面在、处。处： 由于，故II截面安全。处： 由于，故III截面安全。综上，下辊强度合乎安全条件。由受力图可知危险截面为、截面，故仅校核、即可。kgf/mm2由机械设计手册查得得公式截面： (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以,II截面处满足疲劳强度要求。截面： (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以,III截面处满足疲劳强度要求。截面： (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以, 截面处满足疲劳强度要求。第8章 键设计键联接有多中常用类型，而均有国家标准，设计时可按使用要求选用适当的类型和尺寸，必要时验算其强度。键联接按装配方式的不同可分为两大类：1）松联接-平键和半圆键；2）紧联接-楔键和切向键。1.键的选择：键以标准化，设计时可根据具体情况选择键的类型和尺寸。 （1）类型选择:键的类型应根据键连接的结构、使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转矩的大小，联接的对中性的要求，是否要求轴向固定，联接图轴上的零件是否需要沿轴滑动与滑动距离的长短，以及键在轴上的位置等。 （2）尺寸选择:键的主要尺寸为其横截面积与尺寸长度L。键的横截面积尺寸根据轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定，取键长略短于轮毂的长度，并应符合标准规定的长度。 键的初步尺寸选定后，需进行键的的校核。2.平键联接强度的校核：平键联接的失效形式有以下几种：对普通平键联接而言其失效形式为键、轴、轮毂三者中较弱的的工作表面被压溃；对导向平键和滑键联接而言，其失效形式为工作面过度磨损；键的剪断等。但实际上键的剪断极为罕见，因此，对于平键联接通常只需进行挤压强度或耐磨性的计算，只有在重要的场合才进行键的抗剪断强度验算。工作时对中要求较高，故选A型普通平键。8.1键设计 已知齿轮传递功率，转速，轻微冲击，轴颈，轴材料为45钢，设计键。由2表3-1查得键的截面尺寸为键宽，键高，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长键工作长度，挤压面高度转矩查2表3-2得许用挤压应力由式得挤压应力键的标记为键 GB/T1096-20038.2键设计已知齿轮传递功率，转速，轻微冲击，轴颈，轴材料为45钢，设计键。工作时对中要求较高，故选A型普通平键由2表3-1查得键的截面尺寸为键宽，键高，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长键工作长度，挤压面高度转矩 ： 查2表3-2得许用挤压应力由式得挤压应力键的标记为键 GB/T1096-20038.3本章小结键的类型应根据键连接的结构、使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转矩的大小，联接的对中性的要求，是否要求轴向固定，联接图轴上的零件是否需要沿轴滑动与滑动距离的长短，以及键在轴上的位置等。第9章机架的设计卷板机是弯曲金属板材的设备，传统卷板机机架为全铸件，随着焊接技术的发展，特别是近30年来焊接结构已经基本上取代了铆接结构，并部分代替铸造和锻造结构。国内在重型机械制造方面，愈来愈多地用全焊钢结构,具有重量轻，质量高，生产周期短等特点。9.1全焊钢结构的优点和铸造件相比具有以下优点：1）由于钢的弹性模量是铸铁的一倍，因此焊接结构比铸铁结构重量减轻25%左右，这对提高现代化机床快速行走不见的工作灵敏度有重大意义。2）全焊钢结构的塑性和韧性比较好，因此它的抗脆断能力比铸铁好。3）钢材材质均匀，各个方向的物理力学性能基本相同，在一定应力范围内处于弹性状态，因此，全焊接结构消除了铸件往往不可避免的铸造缺陷，使废品率大幅下降。4）在小批量生产时具有极大灵活性，缩短了生产周期。5）在加工工艺及选材上赋予了焊接结构设计人员的极大灵活性，相反，铸造及结构不论在造型及壁厚方便皆受到了极大的限制。6）全焊接结构便于维修，安装。9.2确定机架的材料和厚度过去，卷板机主要采用经验和类比设计。原西德阿亨工业大学试验表明，侧壁板厚以不下于15mm为宜。根据卷板机的轧制力及外载受力分析，卷板机机架侧壁板和主要受力方面板厚用厚为15mm的Q235B钢。加强筋选用厚为10mm的Q235B钢。9.3机架的焊接工艺1.母材材料为Q235B，其焊接性能良好。选用熔渣流动性好、脱渣容易、电弧稳定、洛熔深适中、飞溅少、焊波整齐、价格低廉的J422焊条。2.根据钢板的厚度，采用直径为4mm的规格，直流正接，手工操作，平焊位置焊接，电流保持在130A-150A之间。3.在焊接过程中，为防止扭曲变形，采取了一些刚性固定措施，合理安排了组装和焊接顺序，焊后进行了退火处理及整形。9.4本章小结确定机架材料为厚大于15mm的Q235B钢。分析机架的加工工艺，采用全焊接结构。第10章 毕业设计小结S=6mmb=1600mmm=0.18f=0.8m,=0.05K1=1.5K0=11.6E=2.06105Mpa=245MPa=410MPa=930MPa=1080MP=715.454mm=360.727mm=0.239M1=3.528kgf.mmW=9600kgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmm=82.335kg=180.9kg=441.08kgkgfmm满足条件kgfmm=3.450kw=408.831mm=207.416mm=0.368=0.392=3.92310kgf.mmkgfkgf=5.90010kgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmm满足条件kgfmm=3.348kw=317.980mmkgf.mmkgfkgfkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mm=1.528106kgf.mmkgf.mm满足条件kgf.mm=3.148kwmmmmkgf.mmkgf.mmkgf=5.846104kgfkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mm满足条件kgf.mm=2.770kwkwrminkwN=0.65kw r=1000r/min G=25kgmmmmmmmmmmmm满足要求符合安全条件满足安全条件满足要求满足要求。满足疲劳强度要求键键参考文献【1】范宏才主编.现代锻压机械.北京：机械工业出版社，1994【2】郑江主编.机械设计.北京：北京大学出版社，2006【3】成大先主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004【4】成都电焊机研究所等.焊接设备选用手册.北京：机械工业出版社，2006【5】雷玉成等.焊接成型技术.北京：化学工业出版社，2004【6】王政等.焊接工装夹具及变位机械图册.北京：机械工业出版社，2006【7】成大先主编.机械设计图册（上、下册）.北京：化学工业出版社，1997【8】陆玉，何在洲，佟延伟遍.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，2003【9】吴宗泽主编.机械设计实用手册-2版.北京：化学工业出版社，2003【10】濮良贵.纪名刚，机械设计（第七版），北京：高等教育出版社，2001【11】王政.焊接工装夹具及变位机械性能、设计、选用.北京：机械工业出版社，2003 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韧性：切削刀具的韧性是必须的，以致使得刀具不产生碎片和裂缝，特别是中断切削操作。 耐磨性：耐磨性意味着刀具达到可接受的寿命之前刀具必须替换。 切削刀具材料已经都是硬而强的特性。 这是一种广泛的刀具材料用于机床操作，这里的兴趣是一般刀具的分类和这些材料的使用。 1.21.2 工具钢和铸造合金刚工具钢和铸造合金刚普通碳素工具钢是最古老的刀具材料之一，这可以追溯到数百年以前，简单的说这是一个高碳钢（其中钢中的含碳量大约为 1.05%），高的含碳量允许钢能够被硬化，并为其提供更大的耐磨性能。 很多年以来，普通高碳钢都有很好的用处，然而，因为它是在相对较低的切削温度（300500 华氏度）下快速回火（软化）条件下得到的，除了用于锉刀、锯片、凿子等这些工具外，现在很少使用的这类切削刀具材料。普通高碳钢的使用仅限于低热量的应用。2 高速工具钢：这种刀具材料需要承受较高的切削速度和温度，引领高速工具钢的发展（HSS）。高速工具钢和普通工具钢的主要不同之处是增加了合金钢的硬度和强度，并且使它更耐高温（热硬性）。 一些最常见的合金元素是：锰、 铬、 钨，钒、 钼、 钴、 铌（钶），而这些元素中的每一个元素都将会使其增加某些特定的理性特性，它不仅可以普遍表示，它们还增加了深度硬化的能力、热硬性能、耐磨损性能和强度，对于高速工具钢而言，这些特定的性能使得高速工具钢比普通高碳钢允许相对较高的加工速度，并且提高了其性能。最常见的高速钢主要用来作为切削刀具，被划分为 M和 T 系列。M系列表示钼类型的工具钢，T 系列表示的是钨类型的工具钢，虽然这些高速钢中有大量的相似处，每一种有特定的用处，在特殊应用中提供重大利益。重要的一点需要我们记住的是，没有一种合金元素对于两种高速钢是供应充足的，因此这些元素的成本会急剧上升。 此外对于美国的制造商必须依靠外国为其供应这些非常重要的元素。一些高速钢材可以用于粉末冶金（PM）的形式。 传统冶金的方法和粉末冶金的方法主要区别在于制造方法的不同。 把大多数比较传统使用的高速钢材倒入到一个锭中，然后将其或者遇热处理或者遇冷处理，使它们达到我们所预期的形状。 粉末冶金方法正如它的名字所表明的那样，基本的相同元素被准备成为非常精细的粉末形式，而这些精细的粉末形式一般应用于传统的高速钢。 这些粉末形式元素被仔细地混合在一起，在极高的压力下被压在一起，然后在控制炉的还原气氛中烧结。切削刀具的粉末冶金生产方法在1.3.1硬质合金的加工中有解释。95807570906585 6055100 500300 700 7065605550454035302520硬度（H-Ra）温度(F)200 400600800100012001400热硬性和耐磨性金刚石氧化铝氮化硅陶瓷涂布硬质合金硬质合金高速钢 强度和韧性 （b）（a）陶瓷硬质合金合金高速钢碳钢硬度（H-Rc）温度(C) 图 1.1（a）各种材料的硬度关于温度的函数。（b）不同组织材料的属性范围。3高速钢表面处理：许多表面处理已经发展，试图延长刀具寿命，降低功耗，一些处理方法已经用了很多年被证明很有价值。 例如，黑色氧化物涂层通常出现在钻头和丝锥，它们的价值是防止在刀具上积聚。 黑色氧化物基本上是一个“脏”表面，阻碍了工作材料的累积。对于高速钢涂层最近发展是通过物理气相沉积方法（PVD）获得氮化钛，氮化钛沉积在刀具表面，这种刀具表面是一些在相对较低温度不同类型熔炉的一种，不明显影响热处理（硬化）的刀具被涂布。 这种涂层是众所周知的，明显延长切削刀具寿命或允许刀具用于更高的操作速度。刀具寿命能够被延长三倍，或操作速度能够提高50%。铸造合金：高速钢中的合金元素，主要是钴、铬、钨，改善切削性能足够，冶金学的研究者开发了铸造合金，一组无铁材料。一组刀具材料的典型组合材料是45%的钴，32%的铬，21%的钨和2%的碳。这种合金的目的是为了使切削刀具比高速钢获得较高的热硬性。当应用铸造合金刀具，其脆性应该牢记于心，在任何时候应该提供充足的支持。 铸造合金提供高耐磨性，因此用于切削鳞刺材料或硬包体的材料。 1.31.3 胶合的钨硬质合金胶合的钨硬质合金 钨硬质合金是 1893 年亨利莫桑在找寻人造金刚石制造方法的过程中被发现，他把钨接头硬质合金融化在电弧炉，碳化的糖减少了氧化和碳化的钨，莫桑记录，碳化钨是极其坚硬的，接近金刚石的硬度甚至超过了蓝宝石，它的密度是水的 16倍，这种材料被证明极其的脆，严重地限制了它的生产使用。1926 年带有 6%粘结剂的商业钨硬质合金首先在德国生产并销售。生产相同的硬质合金，美国在 1828年，加拿大在 1930年。此时，硬质碳化物的组成由带有钴粘结剂的基本钨硬质合金体系。 这些碳化物展现在加工性能优越的铸铁，有色金属和非金属材料 ，但当用于加工钢时会令人失望。大多数硬质合金的后续发展已经获得修订的原始专利。主要涉及部分或全部更换带有其它硬质合金的碳化钨，尤其是碳化钛/或碳化钽。这导致现代多碳切削允许高速加工的钢的发展。介绍一种新的现象，随着硬质合金的发展，又使更高的速度成为可能。之前的切削图 1.2 硬质合金混合设备 , 更好的被 称为球磨机用于确保碳在钨中最佳分散。( 美国硬质合金有限公司）4材料，产品的熔融冶金，很大程度上取决于热处理对它们性能的影响，反过来说这些性能可以被进一步的热处理破坏，在高速和高温条件下，这些产品的高温熔融冶金会失败。 一组不同条件下存在的硬质合金，与其它大多数刀具材料在室温条件下相比，硬质合金有较好的硬化能力，硬质合金在相对较高温度下有能力保持硬性。以便能够充分的支持较大的切削速度。 1.3.11.3.1 生产硬质生产硬质合金产品合金产品 “钨硬质合金”这个术语描述了硬质合金成分用于金属切削，模具的各种类型和磨损部件的广泛组。一般来说，这些材料都是由碳化物的钨、钛、钽或它们的一些组合、烧结或在母体粘结中胶合，通常用钴。 混合：先于钨和碳的渗碳操作是铣，是减少钨混合物到钨金属粉末后的第一次操作。这里，钨含量占94%，碳含量占6%，通常包括灯黑形式，混合在一个旋转的混合器或球磨中。 这样的操作必须在认真控制的条件下执行以确保钨在 硬 质合金中的最佳分散，硬质合金的混合设备 被 大家更了解的是球磨机。如图1.2所示。为了提供必要的强度，一种粘合剂，通常把 钴 以粉末的形式添加到钨中，这两种混合在球 磨 机几 天 的时 间 内 ，形 成 一种 精 密的 混 合物。小心控 制 的条 件 下 ，包 括 时间 ， 必须反复练习才能获得统一的形式，同质的产品，图1.3显示了混合钨硬质合金粉末。图 1.3 混合碳化钨粉末的生产是通过碳化钨（ WC ）和钴（ Co ）在球磨过程中的混合。（美国硬质合金有限公司）图 1.5 各种硬质合金压块 , 它们是由特殊的模具装载到弹丸压制机上生产的。( 美国硬质合金有限公司 )图 1.4 硬质合金压实设备 , 更好的被称为一个弹丸压制机，用于生产各种形状的硬质合金产品。 （美国硬质合金有限公司）5压实：最常见的等级粉末压实方法涉及了模具应用，制成最终想要产品的形状。 磨具的大小必须大于最终产品的尺寸，以便允许发生在最后烧结操作的空间收缩。 这些模具昂贵，制作中伴随了钨硬质合金衬层。 因此，足够数量的最终产品是必须的，价格昂贵的涉及到特殊的模具制造。硬质合金的压实设备通常所说的是用团块压制机，如图1.4所示，不同团块压制机压制硬质合金部分如图1.5所示。如果数量不大，一个较大的团块，或坯可能被压制。 这可能会削减钢坯成更小的单位和形状或预制到所需的形态，再者，我们必须允许提供必要的收缩。 通常压力用在冷压制操作，在 30000PSI附近。各种硬质合金预成型部分如图1.6 所示。第二种压实方法是石墨模具在烧结温度热压粉末。冷却后零件获得足够的硬度。因为石墨模具是消耗品，所以这一系统通常仅仅用来生产冷压或烧结太大零件时。第三种压实方法通常用于大批量均衡压力。粉末被放置在一个封闭的、灵活的容器中，然后被搁置在封闭的液体压力容器中。在液体中的压力达到粉末被适当压实的点。这一系统便于压实大批量，因为压力作用于粉末操作时同等地作用于所有的方向。烧结:烧结钨钴类硬质合金（WC-Co）伴随着液相钴粘结剂执行压实。压实在氢气或在2500 到 2900 华氏度内加热，取决于成分。时间和温度必须紧密结合调整，完成最优的性能和几何控制。 这种压实会缩小大约 16%的线性尺寸或 40%的体积。 确切的收缩量取决于几个因素，包括粉末的粒子尺寸和等级成分。尺寸和形状的控 制 量 是 非 常重 要 的 ， 是 最不可预测的冷却循环。对于那些硬 质 合 金 等 级与 高 钴 成 分 这是相当正确的。与 钨 相 比钴 有 相 对 较 小的 密 度 ， 它 比指示的额图 1.6 如果数量不多，预烧坯料的形状或预制成所需的形状。( 贸易公司 )图 1.7 硬质合金零件载入烧结炉 , 在那里它们被加热到 2500 到2900F 。( 美国硬质合金有限公司）6定的钴等级含量占据了较大部分的体积，因为在液相状态钴含量一般占有较高的质量比例，控制和预测精确度与方向收缩被要求极其关心，图 1.7 显示了硬质合金零件被加载到一个烧结炉。一个更详细的硬质合金制造过程原理图如图1.8所示。 1.3.21.3.2 硬质合金刀具的分类硬质合金刀具的分类硬质合金产品主要分为三个等级：耐磨等级:主要用于模具、机床和刀具指南，这些日常项目如同钓竿和渔具做为线性指南；任何一处好的耐磨性是必须的。压 实 等 级 ： 也 用于模具，尤其是冲压和成型，刀具如采矿砖头。切 削 刀 具 等 级 ：硬质合金的切削刀具等级根据他们的主要应用分为两组。如果硬质合金想要用于铸铁，用不可延展材料，它的分级是铸铁硬质合金。如果切削刀具被用来切削钢，用可延展材料。它的分级是钢级硬质合金。铸铁级硬质合金必须更耐磨料磨损，钢级硬质合金要求更高的耐成坑和耐热性。刀具的磨损特性不同材料是不同的，因此要求不同的刀具性能 。铸铁磨蚀的主要原因是刀刃磨损。 钢的长切屑，它通常在较高的切削速度下流过该刀具，造成刀具成坑和热变形。刀具磨损和热变形将在第2章讨论。图 1.8 钨硬质合金生产工艺原理图钨含量 94%碳含量 6%钽含量 94%碳含量 6%钛含量 80%碳含量 20% 制粉 制粉 制粉渗 碳 成 碳化钨形式渗 碳 成 碳化钛形式渗 碳 成 碳化钽形式 钴 混合 烧结 压实 砧直径 0.1250.001 英寸长度 0.500 英寸硬质合金样本 0.200in/0.250in钴 化 钨 直径 10mm横向断裂强度/0.750in 钴的百分含量 图1.9该方法用于测量横向断裂强度（TRS）以及横向断裂强度与钴（Co）含量的关系。7选择和使用正确的硬质合金等级是重要的。 使一种硬质合金等级不同于其它等级有很多原因，因此更适合一个特定的应用。 硬质合金的等级似乎可能相似，但是区别硬质合金对作业的正确与错误，意味着成功与失败的不同。图 1.8说明了硬质合金是如何制造的，用纯的碳化钨和钴粘结。纯钨硬质合金组成了基本的硬质刀具，尤其是当加工铸铁时，硬质刀具常这样使用。 这是因为纯钨硬质合金是极其硬的，提供了最好的耐磨性。大量的钨硬质合金存在于两个切削组中的所有等级，钴总是用作粘结剂。 最常见的材料除了基本的钨/钴材料是：碳化钽、碳化钛。虽然一些合金可能存在于铸铁等级的切削刀具，它们主要增加了钢等级。 纯钨硬质合金是最耐磨，伴随着铸铁的磨料工作将更高效。 加入合金材料如碳化钽和碳化钛获得了许多好处：加入碳化钛最大的好处是通过降低长切屑对工具表面的侵蚀从而减少了刀具的成坑。碳化钽最大的贡献是它能提高刀具的热硬性，反过来说，降低了热变形。数量不等的钴粘结剂在工具材料上很大程度的影响了铸铁和在三个方面影响了钢的等级。 钴比它周围的硬质合金钢更敏感。 钴也对磨损和芯片焊接更明显。 因此，更多钴的存在，更软的刀具使它对热变形、磨料磨损芯片焊接和浸出导致成坑更明显。另一方面，钴比硬质合金更强。 因此更多的钴提高了刀具的强度和耐震性。 硬质合金的强度在“”(TRS)方面表示。图 1.9 显示了如何横向断裂强度测量。第三种区别铸铁和钢级切削刀具的方法是硬质合金晶粒的大小。硬质合金晶粒的尺寸是被球铣过程控制的。有一些例外，比如微晶粒合金，但通常越小的硬质合金晶粒刀具越硬。相反地，硬质合金晶粒越大刀具越强。 1.10和 1.11展示了在1500倍放大率的硬质合金晶粒。在 C 分类方法（图1.12 ） C-1 到 C-4 级 为铸 铁 ， C-5 到 C-8 级 为钢。每组的 C-数越高，级数硬度越大，C-数字越低，级数强度越大。高硬度级别用于精加工，刚强度级别用于粗加工。图 1.10 硬质合金晶粒尺寸（ 0.8 微米钨 1500 倍）由90% 的钨和 10% 的钴组成。图 1.11 硬质合金晶粒尺寸（ 0.7微米钨 1500 倍）由 90% 的钨和10% 的钴组成。8很多制造商生产和分配图表展示的那些制造商对硬质合金等级的比较。这不是等价表，尽管它们可能暗示一个制造商的硬质合金可能等价于另一个制造商。 每一个制造商可能以为他的硬质合金是最好的，只有特殊硬质合金制造商能够在 C-图标精确定位。很多制造商，尤其是美国以外的，不用 C-分类系统为硬质合金分类，一个相互竞争的公司基于相似度的应用把这些碳化物放置在一个 C-图标，充其量只是一个“推测”。对硬质合金等级测试的显示明显不同，制造商用C-分类系统列在同一类别。 1.3.31.3.3 涂层硬质合金刀具涂层硬质合金刀具 而涂层硬