并条机斜齿罗拉冷轧装置及设备设计-总体及冷轧装置设计毕业设计论文(DOC)

中原工学院信息商务学院 并条机斜齿罗拉冷轧装置及设备设计-总体及冷轧装置设计中工信商2015-JX16- 本科毕业论文（设计） 并条机斜齿罗拉冷轧装置及设备设计-总体及冷轧装置设计系 （部）机械工程系专 业机械设计制造及其自动化学 号201106024239学生姓名刘元元指导教师陈剑飞提交日期2015年 5 月 10 日目 录前 言2摘 要4Abstract4引 言6总体方案的设计及特点，以及有关计算71.冷轧成形原理82.轧轮设计93.材料尺寸计算103.1 轧后齿顶宽度尺寸计算103.2罗拉坯料外径轧前尺寸计算114.工艺实验124.1主轴转速的确定124.2 轧轮最佳轴向走刀量的确定134.3 切削液13机构设计15主轴箱的设计15经济分析29总 结30致 谢31参考文献32前 言纺织行业是与大众生活息息相关的行业，人们的日常生活离不开纺织品。因此，纺织机械的制造就显得极其重要。我国纺织机械的设计和制造是从新中国诞生后才开始发张并壮大的。纺织机械包括棉、毛、丝、麻、长短化学纤维等各种纺织用纤维材料的纺织、针织、印染以及化纤成丝。织物后处理和其他辅助设备，纺织行业曾是我国第一创汇行业，但是近几年纺织行业日渐低迷，走向低谷。纺织机械的落后是影响纺织行业发展落后的一种重要因素，这给我们的科技工作提出了一个艰巨任务，促使我们努力设计出高效、先进的机械设备。随着近几年我国的快速发展，纺织行业得到了良好的发展环境。作为一名大学生，应当自觉担起时代赋予我们的任务，努力投身于科技的研究和开发。开发出符合时代潮流，有着广阔发展前景的机械产品，并服务与人民。我国的纺织行业的落后体现于多个方面。一是纺织机械的落后；二是没有开发出新的机械产品的科研技术。作为新一代的国家建设者，我们有义务为纺织行业的振兴尽自己的一份力量。我的毕业设计课题是并条机斜齿罗拉冷轧装置及设备设计总体及冷轧装置设计。设计的主要任务是设计一种加工罗拉斜齿沟槽的工艺和设备，达到提高生产效率的目的。我的设计思路是在已有设备的基础上进行一定范围的改动。可节约成本，又能快速投入生产，符合现阶段的需要。我此次设计的知道老师是陈剑飞教授。在这次的设计中，陈剑飞教授给予了我很大的帮助。由于设计的时间仓促和经验不足，设计中难免会出现一些问题，欢迎大家提出指正。以后加以改正，希望这次毕业课题设计能给真正的科技者有益的启迪。摘 要本设计通过冷轧加工方法来加工并条机牵引罗拉斜齿沟槽。并介绍了冷轧加工原理及其加工装置。该加工方法比原来的铣削加工沟槽方法生产效率提高了近12倍。并克服了原来加工方法的诸多缺点，且齿面粗糙度Ra控制在1.6m以内。本次设计的加工装置要求设计可靠，通用性好。设计主要内容包括总体方案的选择、冷轧装置设计、轧轮设计、材料尺寸的计算、轴的设计等。关键词：并条机； 罗拉； 冷轧 Abstract The design by cold processing method to process and machine traction rollers helical grooves. And introduced the principle of cold working and machining equipment. The processing method than the original method for milling grooves productivity increased by nearly 12 times. And to overcome the many shortcomings of the original processing method, and the tooth surface roughness Ra controlled within1.6m. The design of the processing apparatus according to the design of reliable, common good. The main contents include selecting the overall design scheme, calculated cold rolling plant design, rolling wheel design, materials, size, shaft design.Keywords: draw frames; roller; cold milling引 言沟槽罗拉应用于许多种类的纺织机器上，其中精纺机和粗纱机上的数量最多。纺织机上的沟槽罗拉是牵引装置上的主要零件。并条机牵引罗拉是直接关系该机牵引机构性能的重要条件。其基本要求如下：1. 沟槽表面有较小的粗糙度，以免工作中沾着纤维。通过热处理增加罗拉表面硬度，使其长期运转后，表面无损伤，经久耐用。2. 具有足够的抗扭、抗弯强度，保证牵引工作的正常进行。3. 符合设计图纸尺寸和行为公差等级精度要求，保证零件的互换性和通用性。4. 用20#钢渗碳淬火或45#钢高频淬火。其表面硬度达到HRA78-81.5，而中心层保持良好韧性，达到既耐磨又能校正弯曲。5. 罗拉表面保证可靠地把握持纤维半制品，为避免纤维握持部分上下层间相对滑移，必须防止半制品与罗拉之间产生滑动现象。6. 沟槽面、工作轴颈、导柱、螺纹和导孔应同轴。罗拉两端的加工工作量较大，应将罗拉中部夹住。沟槽罗拉的沟槽加工是最重要的也是最复杂的加工工序，工艺方法必须与生产类型相适应。生产量大时多用环形拉刀拉削加工。拉削沟槽生产效率很高，但是拉刀制造比较复杂，拉削生产的罗拉沟槽侧面可能呈现阶梯状，增加侧面的粗糙度。另外拉刀热处理后的变形，装刀位置的误差以及尺侧没有后角而引起摩擦挤压等。罗拉沟槽采用铣削加工时，由于每件罗拉分布有5560个螺旋沟槽，一个沟槽加工时间按2min计算，一件罗拉全部加工时间就要2h左右。并且铣削时冲击载荷产生振动，不但使加工表面粗糙度增大，而且造成铣刀磨损，甚至出现崩刃现象。为此，本次设计中采用冷轧成形罗拉沟槽的新方法，一次走刀就可以挤压罗拉全部沟槽，单件加工时间只需10min，比原来的铣削方法提高工效12倍。由于挤压成形无冲击载荷，罗拉齿表面粗糙度稳定控制在1.6m以内，而且工件金属表面纤维完整，材料力学性能有所提高。冷轧加工属于无屑加工，减少切削加工中不可避免的物料消耗同时有课提高效率。加工成形的罗拉表面粗糙度低不伤纤维，又可提高纤维利用率。所以值得研究推广应用。本次设计就是在已有的加工方法的基础上，探索出一种更高效，生产质量好的加工方法。冷轧加工无疑是首选。车床上就可以进行冷轧加工，所以在原有机床的基础上进行改装，就能很好的满足要求。总体方案的设计及特点，以及有关计算加工方法的选择沟槽罗拉的加工方法很多，如刨齿、铣齿、拉齿等。但都不可避免的存在很大的缺陷。刨齿效率太低，只适用于小批生产。铣齿效率也不高，拉齿效率高，但费用很大。而冷轧成形方法生产效率高、生产费用低且产品质量有保证，比较之下，设计采用冷轧加工方法。1.冷轧成形原理冷轧成形方法很多，根据投资少，见效快的原则，利用工厂常用的车床CA6140车床上拆除小刀架，在中拖板上安装一套冷轧装置。为提高装拆速度在车窗床头安装弹簧夹头，用尾顶尖顶住工件进行加工。工件转动为主动，与工件轴心线成6夹角的轧轮为被动。为实现6的夹角，特别设计一种装置，它处在轴承座与中拖板之间。轧轮随中拖板实现进给，完成罗拉沟槽的冷轧加工，轧轮对面安装支撑轮，用于平衡轧制时产生的径向力，以保证加工精度。CA6140车床的简介：CA6140是在原C620基础上加以改进而来，C代表车床，A代表改进型号 ，6代表卧式，1代表基本型，40代表最大旋转直径，是机械设备制造企业的是所需设备之一。CA6140普通卧式车床的组成及功能：（1）主轴箱。它固定在机床身的左端，装在主轴箱中的主轴（主轴为中空，不仅可以用于更长的棒料的加工及机床线路的铺设还可以增加主轴的刚性），通过夹盘等夹具装夹工件。主轴箱的功用是支撑并传动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转。（2）床鞍和刀架部件。它位于床身的中部，并可沿床身上的刀架轨道做纵向移动。刀架部件位于床鞍上，其功能是装夹车刀，并使车刀做纵向、横向或斜向运动。（3）尾座。它位于床身的尾座轨道上，并可沿导轨纵向调整位置。尾座的功能是用后顶尖支撑工件。在尾座上还可以安装钻头等加工刀具，以进行孔加工。（4）进给箱。它固定在床身的左前侧、主轴箱的底部。其功能是改变被加工螺纹的螺距或机动进给的进给量。（5）溜板箱。它固定在刀架部件的底部，可带动刀架一起做纵向、横向进给、快速移动或螺纹加工。在溜板箱上装有各种操作手柄及按钮，工作时工人可以方便地操作机床。（6）床身。床身固定在左床腿和右床腿上。床身是机床的基本支撑件。在床身上安装着机床的各个主要部件，工作时床身使它们保持准确的相对位置。CA6140车床2.轧轮设计 轧轮是冷轧装置的重要零件，冷轧成形属无切削加工，其齿形应与罗拉齿形呈现共轭形状，取轧轮齿形外圆齿距与罗拉外圆齿距相同（2.07mm），齿形角为60。轧轮外径应尽量取最大值，因为直径增大使得轧轮与工件接触面积增大，轧轮轮齿单位面积压力减小，散热面积加大，从而提高轧轮的使用寿命，但也不宜过大，否则将使整个轧轮装置尺寸增大。此次设计中轧轮齿数选定为100齿，计算得轧轮外径：2.07mm（周节）100(齿数)/3.14=65.92mm计算得轧轮外径约为工件直径（35）的1.6-1.8倍，满足设计推荐值要求。轧轮齿槽深度由罗拉齿深0.75mm，外圆磨削余量0.3mm及轧轮沟槽与罗拉齿间隙0.2mm组成，计算得：轧轮宽度尺寸增大则轧制工件工作时间减少，生产效率提高，但是同时也会使得轧制力和轧制热增大，影响工件的轧制的尺寸精度和表面粗糙度，综合考虑取轧轮齿形宽度为16mm，材料选取9SiCr，该材料具有热处理变形小，耐磨和磨削性能好等优点。 轧轮齿形采用材料淬火后成线切割的方法进行加工，切下来的沟槽再与轧轮齿形研磨，以实现齿形表面粗糙度的要求。3.材料尺寸计算3.1 轧后齿顶宽度尺寸计算工件齿深 0.75mm，轧后留有0.3mm的磨削余量，即得轧后齿深t为：t=0.75mm+0.3mm=1.05mm工件轧后齿宽尺寸轧轮齿顶圆周节是2.07mm，齿顶宽度为0.56mm，得齿顶圆周节齿槽宽度B为:B=2.07mm-0.56mm=1.51mm轧轮齿形为半角30的直线齿形，则轧后工件齿顶宽度为：B=B-Z*t*tan30=1.51mm-21.05mmtan30=0.30mm3.2罗拉坯料外径轧前尺寸计算由于所轧工件罗拉沟槽轴向尺寸较大，故金属轴向流动变形可以忽略不记，罗拉齿形为梯形直线齿廓。工件直径尺寸冷轧时，罗拉毛坯轧入沟槽体积应和轧出部分相等，它们的螺旋线长度近似相等，故上图中两个阴影部分的面积应该相等。即： 由于上式中、比小很多，、更小于值，故为方便计算、忽略不记。上式整理可得：式中：为齿形半角30 为轧前坯料半径 为罗拉加工后齿顶宽度 为轧后罗拉齿槽宽度 为轧后罗拉齿顶圆半径 为轧后罗拉齿根圆半径此次设计中以国产并条机A272F-1106罗拉为对象，其外径为35mm，轧前毛坯直径计算如下：已知：=0.3mm =0.56mm代入公式可得：，轧前罗拉毛坯直径为。4.工艺实验轧前罗拉沟槽齿形的关键问题是表面粗糙度必须控制在1.6m以内，故通过工艺实验得出合理的轧制参数是非常有必要的。 4.1主轴转速的确定 在改装后的CA6140车床上，轧轮的进给速度为0.4mm/r，采用不同的主轴转速分别对20#钢和45#钢罗拉进行反复轧制，用英国产“泰勒西尔弗”轮廓仪测量后齿形粗糙度，测量结果如下：材料转速/10016025032045056071090020#钢3.702.451.811.631.321.612.673.6045#钢3.802.481.711.431.671.972.863.70主轴转速过低，由于挤压温度低，材料塑形变形能力差，挤压力增大，优势甚至产生颤振，齿面表面粗糙度值增大；主轴转速过大，材料的挤压变形速度增大，大量产生的挤压热会使材料软化，聚集在轧轮刀刃周围，直接影响刀刃的锋利性，使齿面粗糙度增加。经反复实验得出轧制20#钢最佳主轴速度为450，轧制45#钢最佳主轴速度是320。主轴转速取450。 4.2 轧轮最佳轴向走刀量的确定 同样在改装的车床上，主轴转速为450，以不同的走刀量进行轧制，测量结果如下：材料走刀量0.600.200.300.410.510.610.710.8120#钢1.901.861.471.601.741.802.33.145#钢2.401.901.801.691.581.601.601.73 上表所示：走刀量过大，轧轮刀刃受力过大会产生局部变性影响加工粗糙度，如再增大走刀量，甚至会造成塑性变形而损坏轧轮刀刃；走刀量过小，由于大的轧制力使机床大拖板产生爬行现象，齿面粗糙度增大。20#钢最佳走刀量是，取45#钢最佳走刀量是。 4.3 切削液 采用豆油并加一些油性添加剂作为轧制罗拉的切削液，油对金属表面的粘附力强，是轧轮与工件表面的摩擦力下降，对降低罗拉齿面粗糙度是十分有利的，同时也能提高轧轮的寿命。力与功率的确定选车刀的主偏角查金属机械加工工艺人员手册第十章切削用量表10-2得： 则：取机构设计1、主轴箱的设计我设计的是四级齿级变速系统，以公比为转速级别，转速如下 根据功率 选择电机Y112m-4型号额定功率4kw 满载转速1140r/min根据终极速度可得出传动比 设计分三级传功去，取、则可分配传动比如下 则传动比为（带传动）确定各啮合齿数的齿数和模数：第一级齿轮传动1. 选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数1） 按传动方案选用直尺圆柱齿轮2） 考虑到承载能力不大，大小齿轮不需选用硬齿面，大小齿轮材料都选用40Cr，经调质，表面硬度241-286HBS。3） 因承载较小，轮齿变形不大，不需磨削，初选7级精度（GB10095-88）。4） 传动比，选小齿轮齿数、。2. 按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即：1） 确定上式中的各个计算数值（1） 试选载荷系数（2） 计算小齿轮传递的扭矩 （3） 由表10-7选取载荷系数（4） 由表10-6查的材料的弹性影响系数（5） 由图10-21d按齿面硬度中间值265HBS查的大小齿轮接触强度极限（6） 由式10-13计算应力循环次数 设齿轮工作寿命20年，每年工作300天，两班制（8小时） （7） 由图10-19查得接触疲劳寿命系数 (8)计算接触疲劳许用应用取失效系数1%，安全系数S=1，由式（10-12）得2） 计算 （1）计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 （2）计算圆周速度 （3）计算齿宽b （4）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 （5）计算载荷系数 根据，7级精度，由图10-8查动载系数，直齿轮假设 由表10-3查得 由表10-2查得使用系数 由表10-4查得 由表10-13查得 则载荷系数为： (6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10）得 （7）计算模数m3. 按齿根弯曲强度计算 由式10-5，得弯曲强度的计算方式为 1）确定公式内的各计算数值 （1）由图10-20c查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限是 （2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 (3)计算弯曲疲劳强度许用应力 取弯曲疲劳强度安全系数 由式10-12得 （4）计算载荷系数K (5)查取齿形系数 由表10-5得 （6查取应力校正系数 由表10-5得 （7）计算大小齿轮的并加以比较 小齿轮的值大 2）设计计算 对此结果，应按齿面接触疲劳强度计算，考虑到安全因素，故对所得模数适当放大，按标准系列取4. 几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿顶宽度 取5. 验证合适 计算结果 由于同级齿轮模数应相等，则齿数之和也应相等，故可得出另一对啮合齿轮的齿数，然后代入校核计算公式校核即可 传动比则小齿轮齿数 大齿轮齿数校核计算：（1） 由校核计算公式（10-8）去顶公式内各计算值 取确定K：7级精度，由图10-8查得冻灾系数由表10-2查得，使用系数又故由表10-3查得由表10-4查得又故由图10-13查得所以 则上面校核的是接触疲劳强度，可见接触应力在接触疲劳许用应力范围内，下面校核齿根弯曲疲劳强度（2） 由公式 来校核齿根疲劳强度 确定公式内各计算数值 由查表10-5得 所以：故齿根弯曲疲劳强度符合要求。所以设计结果 则第二级齿轮传动第一对啮合齿轮大小齿轮选用的材料是40Cr，并经调质和表面面积淬火，齿面硬度48-55HRC传动比，小齿轮齿数，大齿轮齿数，载荷系数小齿轮扭矩齿宽系数 按齿面硬度中间值查得（52HRC）大小齿轮的接触疲劳强度极限应力循环次数 查得 取失效概率1%，安全系数S=1小齿轮分度圆直径：由得假设得： 查得 载荷系数 故：以上是按接触疲劳强度设计所必须满足的最小模数，一下按齿根弯曲强度设计：大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查得 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则： 载荷系数：齿数系数 应力校正系数 所以： 则：考虑到安全因素取m=3 计算中心距齿宽圆整取B=35mm 由于此级传动比护卫相反数，故另一对啮合齿轮的齿数是相等的，只不过大齿轮在前，而小齿轮在后。对第二对啮合齿轮进行校核计算：接触疲劳强度的校核查得又 故取取,查得，又有，故查得故代入校核公式：按齿根弯曲疲劳强度的校核：代入校核公式：上式计算结果都满足要求，可以作为方案确定下来，即 （ ， ,）（，,）第三级齿轮传动第一对啮合齿轮大小齿轮选用的材料是40Cr，并经调质和表面面积淬火，齿面硬度48-55HRC传动比，试定，则载荷系数同上级试选小齿轮扭矩齿宽系数 材料弹性影响系数 按齿面硬度中间值查得（52HRC）大小齿轮的接触疲劳强度极限应力循环次数 查得 取失效概率1%，安全系数S=1小齿轮分度圆直径： 由得假设得： 查得 载荷系数 故：以上是按接触疲劳强度设计所必须满足的最小模数，一下按齿根弯曲强度设计：大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查得 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则： 载荷系数：齿数系数 应力校正系数 所以： 则：考虑到安全因素取m=3 计算中心距齿宽圆整取B=40mm 由于此级传动比护卫相反数，故另一对啮合齿轮的齿数是相等的，只不过大齿轮在前，而小齿轮在后。对另一对啮合齿轮进行校核计算：接触疲劳强度的校核查得又 故取取,查得，又有，故查得故代入校核公式：按齿根弯曲疲劳强度的校核：代入校核公式：上式计算结果都满足要求，可以作为方案确定下来，即 （ ，）（，）经济分析此设计是在原有CA6140车床上拆除小刀架安装一套冷轧装置进行冷轧加工罗拉斜齿沟槽，不用例外设计动力系统。与以往的传统方法相比，具有效率高，省时节约成本等特点，比如利用铣削的加工方法加工一件罗拉耗时约为2小时，而利用冷轧方法进行加工只需10分钟左右，效率明显提高，且加工时无冲击载荷，运行平稳，产品质量高。 该装置的改装十分简单，改装速度快，具有成本低，省时省力。有很大的市场发展前景，此种装置目前已在各个工厂投入使用，取得了明显的经济和社会效益。总 结此次毕业设计是对我们大学生活的一个总结，此次设计充分运用了我们四年所学的知识，调动了每个人的积极性，在体会未来工作的同时，使我们增长了知识，是对自己的挑战，更是对自己的肯定。通过此次设计，充分锻炼了我们的动手能力和创造性思维，也许一个个伟大的构想已经在我们的脑海中长大