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三辊卷板机设计,三辊卷,板机,设计
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三辊卷板机设计THE DESIGN OF THREE-ROLLER BENDING MACHINE 摘要本设计是关于对称式三辊卷板机的设计，主要对卷板机上、下辊及减速器进行设计和计算。 该设计前几章主要是介绍卷板机的分类、原理、以及发展趋势，然后通过对比各种卷板机的优缺点，最终确定设计方案，选定为对称式三辊卷板机。它结构简单、质量轻巧、易于制造、成本也较小。然后通过查阅大量的资料，再结合三辊卷板机的特点，确定了该设计的传动方案。然后确定电动机的功率，并对卷板机选择的参数进行校核。总体设计后部分所涉及的减速器采用了三级展开式圆柱齿轮结构。齿轮材料为40Cr，并经调质及表面淬火。校核齿轮、轴、键、轴承确保了设计的实际可行性。关键词卷板机；电动机；减速器；辊；轴Abstract This design is about the three-roller symmwtry rolling machine,mainly calcats the up and down roller and the decelerator.The first few chapters of this design mainly introduce the classification, principle and development trend of the coiling machine. Then, by comparing the advantages and disadvantages of various coiling machines, the final design scheme is determined and the symmetrical three-roll coiling machine is selected. The utility model has the advantages of simple structure, light weight, easy manufacture and low cost. Then through consulting a large number of data, combined with the characteristics of the three-roll rolling machine, the transmission scheme of the design is determined. Then the power of the motor is determined and the parameters selected by the winder are checked.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 roll axis63目 录摘要IAbstractII1绪 论11.1概述11.2卷板机的工作原理21.2.1卷板机的主运动和辅运动21.2.2弯曲成型的加工方式21.3卷板机的发展趋势32.1方案的论证52.1.1双辊卷板机52.1.2方案2 三辊卷板机62.1.3方案3四辊卷板机72.2方案的确定72.3本章小结83.1传动方案的分析93.1.1齿轮传动93.1.2皮带传动103.2 传动系统的确定103.2.1主传动系统的确定103.2.1副传动系统的确定113.3本章小结114.1主电机的选择和计算124.1.1上下辊的参数选择计算124.1.2主电机的功率确定124.2上辊的设计计算校核204.2.1上辊结构设计及受力图204.2.2刚度校核214.2.3上辊强度校核21W。mm3224.2.4疲劳强度安全强度校核224.2.5上辊在卸料时的校核234.3.1下辊结构及受力图234.3.2下辊刚度校核：244.3.3下辊弯曲强度的校核：244.3.4 下辊疲劳强度校核254.4本章小结275.1传动方案的分析和拟定285.2减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配285.2.1总的传动比285.2.2传动比的分配285.3传动装置各轴的参数计算285.3.1各轴转速285.3.2各轴功率295.3.3各轴转矩295.4齿轮传动设计295.4.1第一级传动设计295.4.2第二级传动设计：335.4.3第三级传动设计：355.5蜗轮、蜗杆的传动设计385.5.1材料选择：385.5.2参数的设计：385.6轴的设计校核计算：405.6.1四个轴的结构设计：405.6.2轴的校核计算：415.7轴承校核455.7.1参数：455.7.2求轴承受到的径向力455.7.3验算轴承寿命：455.8键的校核455.9减速器箱体的结构设计和齿轮、轴承的润滑：465.9.1箱体参数465.9.2减速器齿轮、轴承的润滑465.10本章小结46结论48致谢49参考文献501绪 论1.1概述机械制造业是我国所有行业中最基础也是最重要的一部分，其任务是为国民经济中的不同行业提供先进的机械和设备，以供各行业用来加工及生产，达成生产自动化。我国的经济和科技水平都可以从机械制造业上凸显出来。这也是全国人民都重视机械制造业发展的原因。在整个机械制造业中，会运用到各种各样的机械去帮助人们加工生产。其中，卷板机就是应用比较广泛的机器。它可以将板材加工成我们所需要的形状。比如我们常用的桶形、弧形等等。人们运用了大家众所周知的三点成圆原理，创造出了今天被广泛应用的卷板机。卷板机通过使上辊垂直升降运动改变板材进料时的角度和使下辊旋转而对板材不断地进行塑性变形，从而加工出我们所需要的产品。许多行业都需要对板材进行卷完处理，才方便它们的生产活动。由此可见，卷板机在各个行业中都能得到广泛应用，它机械制造行业中有着举足轻重的作用。卷板机在机械加工中起着十分重要的地位。它是一种特殊的机器，可以将板材加工成做需要的形状。它在各个方面都有应用，比如造船、汽车、木工和军工行业都应用广泛。卷板机可以根据不同的设计要求加工出各种形状的产品，这也是它被广泛应用的原因。卷板机属于锻压机械八大类产品中的弯曲校正机类5。卷板机一般分为三大类：三辊卷板机、四辊卷板机以及特殊用途卷板机。其中，三辊卷板机又分为对称式的和非对称式的，还有各种不同下调方式的卷板机。而四辊卷板机分为侧辊倾斜调整式和用圆弧来调整的。在特种用途卷板机中，两滚卷板机就算是应用比较广泛的了，当然，立式卷板机、锥体卷板机都算是特殊用途卷板机。自卷板机的出现开始，使用的就一直是机械传动的方式。大部分中小型卷板机不但结构比较简单，而且性能可靠。与大型卷板机相比，在成本方面也有优势，这也是中小型卷板机器能被普遍推广的原因。但是现在，许多大型的卷板机已经采用了更先进的液压传动，就是为了解决掉采用机械传动导致的传动装置体积大的缺点。采用液压传动还有效地降低了电动机的功率。鉴于液压传动带来的好处，这种传动方式在将来的卷板机制造业上会得到更多的推广应用。目前，世界上已经研究出一种由液压马达作为动力源来控制辊运动的卷板机。但是它的主传动仍然和以前的一样，依旧使用机械传动的传动方式。此外，还研究出了一种全液压的卷板机，这种卷板机就是全是由液压马达作为动力源来控制辊运动的。由此可见，卷板机行业一直没有停下脚步，一直在进步。卷板机的工作能力与板材的宽度、厚度、直径和屈服极限有关。卷板机有两种工作方式，一种是热卷，另一种是冷卷。有的板材又厚又大，弯曲半径还小，根本无法进行弯制。对于这种板材，我们只能在机器允许的加工范围内对它进行热卷处理。相比起来，冷卷的加工精度比热卷高，而且加工方式比较简单。冷卷虽然有它的优点，而且成本会比热卷低得多，但是它也有缺点，它要求加工的板材不能有缺陷，但即使这样，冷卷也是最广泛应用的方法。1.2卷板机的工作原理1.2.1卷板机的主运动和辅运动如下图所示，这是一个对称式三辊卷板机的工作原理图。该机构的上辊可以作垂直方向的升降运动，卷板机的上辊是整个卷板机的核心构件,上辊的受力变形会导致卷板压力分布,影响成型筒型的圆度和母线的直线度7。两个下辊对称分布在上辊的两边，两下辊通过作旋转运动来作卷板机的主运动。 图1.1 三辊卷板机工作原理图根据三辊卷板机的工作原理图，我们可以知道上辊通过绕轴O1旋转、两个下辊分别绕轴O2、O3旋转来组成该机构的主运动。然后由上辊在垂直方向的上升和下降来作该机构的辅运动。卷板机的主运动负责完成卷板机的加工任务。它控制卷板机的上棍和下滚的旋转和弯折运动。而辅运动是控制卷板机的进料和出料以及控制上辊的升降运动从而来改变加工板材的形状。1.2.2弯曲成型的加工方式弯制成型有四种方法。分别是卷板、弯曲、折边和模具压制。其中，机械卷板是在卷板机上才能完成的。顾名思义，卷板无非就是板材中的纤维变化。当板材受到外力时，中层的纤维保持不变，内部的纤维被缩短，外部纤维被拉长从而产生变形。为了使硬度较大的板材发生弯曲，我们就需要通过使上辊向下移动从而给板材产生一个由上至下的压力，用这个压力来完成卷制。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 卷板过程原理图对于三辊卷板机，其卷板方式也存在一定缺点，因为三辊卷板机不能直接完成卷板过程。在进行卷板过程前，必须要先对板材进行预弯处理。如下图，是两种常见的预弯方法。对于板材的预弯处理，预弯长度一般取决于卷板机两下辊的中心距，预弯长度取该中心距的一半再加上三十到五十毫米即可。（图1.3） a） b）a）用压力机模压预弯 b）用托板在滚圆机内预弯图1.3 钢板预弯示意图1.3卷板机的发展趋势近年来，各个行业都在飞速发展，机械制造业作为各行业的基础，更是重中之重。而在机械制造业中，卷板机行业也是至关重要的一部分，很多工程都需要将板材进行弯制，自然避免不了使用卷板机，所以卷板机行业也得到了巨大的发展。中国正在走向机械生产制造强国，目前，中国的卷板机的生产数量已经非常巨大，占了全世界卷板机生产量的很大一部分。早在六十年代初，我国就出现了第一台卷板机，该机器结构简单，使用了最原始的机械传动方式。那时候的第一台机器可是集结了当时所有劳动人民根据当时仅有的知识生产出来的，可谓来之不易。由于当时的知识有限，所以这第一台卷板机也存在许多缺陷。直到如今，随着科技的不断发展和知识的积累，人们总结了前人的经验，对卷板机进行不断的改进与创新，已经生产出了新型的卷板机。新型卷板机采用全液压驱动和控制, 具有较好的操作性能。调整方式采用水平下调式, 可方便地实现对称和非对称卷板的转换, 既具有非对称卷板机不用调头便可预弯端头的优点, 又有对称卷板机结构简单、紧凑的特点2。卷板机在今天已经得到了广泛应用。目前，我国的化工、锅炉等行业都在向着大型化的方向发展，这也开始影响卷板机的发展，为了迎合这种发展趋势，卷板机行业就必须发生改变。卷板机必须要能加工厚度更厚、强度更高的板材才能迎合市场需求。而对于油罐车、储油罐等行业的飞速发展，卷板机也需要做出相应的改变才能在市场里生存。对于这种类型的行业，卷板机需要加工超薄型、特长型、多曲率的板材。而且，数控卷板机将会是今后的卷板机发展的重要方向。由此可见，在今后的生产中，卷板机会得到更广泛的应用。它是工业生产中不可缺少的高效机器，能节省大量的人力和物力。在制造业中，最重要的就是需要提高效率、增加生产力。所以对卷板机功能的要求也会越来越多，卷板机行业还需不断发展、不断进步才行。2方案的论证及确定2.1方案的论证我们所设计的卷板机须要完成的就是，在保证已经是可以卷的最小直径的同时还是工件材料宽、厚达到最大值，当然这一切的前提是要在标准的屈服极限，工件常温情况时施行。所以在整个机械制造行业，我们往往以加工工件的厚度来判断这个卷板机的本领大小，需要注意的是，在同等条件下，对工件先进行加热，再加工起来要容易得多。要设计一个合理并使用的机械，方方面面都得思考到。以下列出本次课程设计所需要思考的内容：1.机械装置整体布局是否合理； 2.制造机械装置所需成本是否合理 3.机械装置是否具有实用性； 4.机械装置加工后的工件质量是否达标； 5.机械装置的生产效率是否达到需求。结合以上内容，下面解析一下不同设想的策划。2.1.1双辊卷板机 首先让我们看看的原理图，见下图：132 1.上辊2.工件3.下辊图2.1 双辊卷板机工作原理图望文生义，也可从图中直接读出，这是一个仅有2个工作辊的机械装置。由于工件的厚度不同，我们可利用可调整的下工作辊在垂直方向上的位移，改变两个工作辊之间的距离，需要说明的是上工作辊是一个刚性辊。在机械装置开始运行后，首先转动的是主动辊也即是下辊，接着工件被送入两工作辊之间，此时加工件和上辊受力，弹性辊会出现弹性变形，这是因为作用力与反作用力，工件也会对弹性辊作用压力。这些压力会作用于不同的方向，因为下辊本身的外形是不会因为受力的情况而出现变形的，这种压力的持续存在还能均匀分布，并且这个力是很大的，这就达到了装置的原始目的，将加工件牢牢的夹在两工作辊之间通过转动使工件得以卷制。那我们如何确定工件弯曲程度的呢，通常我们是以刚性辊压入弹性辊的变形量作为依据，他是一个关键参数，弯曲半径就是取决于它的大小。通关查看了关于卷板机的资料，结合很多科研人员们的努力，我们知道了这个规律:要想弯曲半径更小，就得增大上述的变形量，不过这也是有一个极限的，到一定程度后，变形量就不会再影响这个半径的大小，这一特性是这种装置的重要特征。下面对这种卷板机的好处进行总结：1.成本费用相对来说较低。2.机械装置布局简单，并能对较多材料进行加工。3.由于工件可以直接进行加工，所以时间被大大节约出来，有利于提升生产效率。当然事物都是两面性的，它的瑕疵在于：1.就现在来说，对于较厚工件的加工不够理想，在这方面存在一定的局限性。2.不适合多种类，大批量生产，因为不一样材质的工件需要调换成合适的刚性辊。2.1.2方案2 三辊卷板机三辊卷板机由上辊及上辊位置检测、下辊、托辊调整及检测、主传动、平衡、润滑、送料装置等组成。其中, 上辊装置用来提供卷制板材的加压力, 承受较大载荷3。这种结构的卷板机，可获得弧状，圆锥状和圆形的工件，适用范围较大，适应各种场合，功能强大。具有简易的机械布局特征，成本低，我国对制造这种机械方法已经很老练了，并且安装与维护操作简便，也是当今机械制造业中常用的一种类型。三辊式的卷板机还可具体分为对称式与不对称式，下面对其进行介绍。2.1.2.1对称式三辊卷板机的结构及特点又可以叫做上调式三辊卷板机，上面设置一个从动辊并且通过垂直调节它，来实现调整上下辊缝，其下面对称布局两个主动辊，由机座、框架，三个辊与传动结构组成整个机械装置。在卷板机中，存在一个叫残余直边的说法，通常情况下，我们为了防止工件从辊缝中跌落，会确保在现实生产中让它的值比两个主动辊之间的中心距小一半，需要注意的是，它的理论值往往小于现实生产时的值，通常情况下是工件厚度的6到20倍。想要这个值靠近理论值，我们这里使用的方法是对工件做一个提前弯曲工作，这个方法简单使用，在去除残余直边上起到很好的效果。它的优点有：1.制造费用低；2.整个装置布局较简单，重量低；3.安装与维护简便；4.生产效率高。但想要更好的加工效果，需要在机械投入使用前做好工件的提前弯曲。2.1.2.2不对称式三辊卷板机的结构及特点现有的三辊机械卷板机一般都为三辊对称式, 其结构简单, 剩余直边大, 一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。而该款非对称式三辊卷板机不仅结构简单, 且剩余直边小4。这种结构与对称式的类似浅显易懂，不同点在于，残余边值更低，通常它的值不到两辊中心距离的二分之一，从动辊的设置略微有点差别，弯曲半径较大，工作辊所收到的力也会较大，还有就是这个结构有个很突出的缺点 ，就是操纵工序多一步，在投入生产时，工件从一边进入后，另一边又须要做弯边工作，多一道工序，就多耗用时间，生产效率较低。往往使用它是在我们需要对较小的工件进行加工时，例如，薄筒。结构示意简图见图2.2：不对称弯曲时t2对称弯曲时t1 图2.2 三辊卷板机工作原理图2.1.3方案3四辊卷板机结构示意简图见图2.3： 图2.3 四辊卷板机 顾名思义，这是由四个工作辊组成的，这时，下辊是从动辊，其作用是牢固工件，是可以进行垂直方向的调节的，二个边上的工作辊也是可以根据实际需要进行调整位置的，上工作辊是主动辊。这个结构的卷板机，有个巧妙之处即是，通过调整下工作辊的位置可起到提前弯曲的作用，经由边上的辊，让工件得以弯曲，最终加工出符合我们要求的工件。相比于三辊卷板机, 四辊卷板机不需要借助其他设备和模具即可完成板材的前段和末端预弯, 并且剩余直边小, 卷制效率和质量高6。其具有以下特征：1.操作起来也具有一定的危险程度；2.加工的效果由于两边工作辊的间隔较大而不佳;3.辊的夹紧力可能会造成工件损伤；4.整个装置较为庞大；5.整个装置的布局有点繁复6.适用于多种材质的工件；7.当工件进行对中时，相比起来较简单；8.确定安装点后直接进行点焊固定即可。2.2方案的确定最后依据所查资料文献，结合实际生产需要，分析本章所述方案，并要符合以下要求：1.机械运转时是否能保证操作者的安全；2.操作流程是否浅显易懂；3.实际投入生产后，是否能有较好的生产效率；4.生产制造成本是否在合理范围以内。所有方案经过对以上要求一一对比，我们不难发现，四辊式的机械成本费用偏高，并且装置布局繁复，两辊式的相比起来成本低，装置布局简易，但对于较厚的工件进行加工时不能达到良好的效果，所以二者均不是本次课程设计的选择。而三辊式机械，首先说不对称类型的，它相对来说操纵起来不够简单，结构布局也较为复杂，所以也不可选，对称式的重量低，装置布局简易，制造费用少，整体积小，对于提前弯曲的工作可以设计一个装备。这样综合来看，三辊且为对称式的是我们这次课程设计较为合理的选择。2.3本章小结基于以上理论基础，四辊式的机械成本费用偏高，并且装置布局繁复，两辊式的相比起来成本低，装置布局简易，但对于较厚的工件进行加工时不能达到良好的效果，所以二者均不是本次课程设计的选择。而三辊式机械，首先说不对称类型的，它相对来说操纵起来不够简单，结构布局也较为复杂，所以也不可选，对称式的重量低，装置布局简易，制造费用少，整体积小，对于提前弯曲的工作可以设计一个装备。所以三辊且为对称式的卷板机是最佳方案。 3 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第二章已经提及到两个下工作辊是这种结构卷板机的主动辊，主动辊的动力，先由电动机传递给万向连接轴再通过减速机输送至与主动辊啮合的齿轮副，从而使主动辊开始工作。当机械开始运转时，工件进入，从动辊的转动是由工件与其之间的摩擦力引起的，这里我们设计有独立的传动机构，包括减速机，升降电动机等部件，可调节从动辊的位置，辊间的夹紧力的大小可经过调节上从动辊在垂直方向的位置来控制。两个主动辊持续转动，从动辊来控制着及压力，最终加工出我们需要的产品，使其达到要求。3.1传动方案的分析通过查阅相关机械设计手册得知，在这次设计卷板机的课题中，我们可以选皮带或齿轮传动来作为真个机械装置的传动机构。 3.1.1齿轮传动首先介绍齿轮传动，通常情况下，这种传动方式能适应的速度值多，构造紧密，空间占比较小，效率高，具有更精确传递力，并且使用年限也较长。下面具体介绍这种传动方式的原理：整个传动结构包括：电动机，联轴器，减速机，齿轮副。首先电动机可转矩要经过万向连接轴，这个连接轴起到一个安全传递的功用，接着减速机收到连接轴传来的动力，减速机是具有不同传动比的，以满足不同的实际生产需求，而后输送至齿轮副，最终启动主动辊。电机传递的扭矩通过一个起保护作用的联轴器，然后传递给一个具有分配传动比的减速器，然后通过联轴器传递给开放式齿轮副，从而进入并驱动两个轴的传动。传动系统简图见图3.2： 图3.2 齿轮式传动系统图3.1.2皮带传动这种传动方式，在传动过程中几乎没什么声音，也比较平缓，也是一种比较常见的传动方式，这种传动方式就是用一根皮带一头连着减速器另一头连着电动机，电动机驱动带动减速机，然后主轴再接收来自减速机的动力，整个传动机构就是这样。传动示意简图图3.3所示：图3.3 皮带式传动系统图3.2 传动系统的确定基于以上理论基础，并结合实际成产中常用的是齿轮传动，我们在本次课题设计中所需要的也是要有足够精确的传递，整体构架比较紧密，所以也选用这种传动方式，3.2.1主传动系统的确定主传动系统见图3.4：上辊传动压下系统下辊住传动系统 图 3.4 传动系统图 在这次课程设计中，进过反复斟酌，选择使用一个减速比i=134.719的齿轮减速器，齿轮副，联轴器收到减速机传来的动力后，从而驱动卷板机的主动辊。3.2.1副传动系统的确定控制从动辊上下移动的系统是由轴承座，螺杆，减速机等部件组成的，由独立的电动机提供动力，再经过每个部件的传递，从而实现了我们生产需求时所需要的合理辊缝距离。这里还有一个巧妙的设计，当我们仅控制左边框架的丝杆上下移动时，就能加工出我们需要的锥状产品，当然这一切要在我们将位于离合器上的螺钉放松，从而使涡轮空载的基础之上。3.3本章小结根据所查相关文献和资料，并结合本次设计实际的需要，基于以上理论基础，这次课设设计的三辊卷板机中经过反复斟酌后觉得选择的主传动形式为齿轮传动，副传动形式选择蜗轮蜗杆，这样比较合理。4动力设计4.1主电机的选择和计算4.1.1上下辊的参数选择计算 4.1.1.1已知设计参数 ： ： 抗拉强度： ： 屈服强度： ：硬：厚： ： 与板的滑擦： 滚板的滚擦：无油承的滑擦： 板面形状： 板对强化： ： MPa卷度：m/min4.1.1.2确定卷板机基本参数14： ： ： ： ： ： ： 4.1.2主电机的功率确定由于卷制板材的时候，板材有不同的成形量，那么电机功率也同样会发生改变，所以分为成形40%时、成形70%、成形90%和100%时。4.1.2.1成形40%时1）为40%的 mm mm 2）M1 kgfmmW为板材的。3）40%M0.4 kgfmm4）从 kgfmm ： kgf ： kgf5） = kgfmm6） kgfmm7） kgfmm8） kgfmm9）:： kg： 8 : 选，=： :kg kgfmm10）： kgfmm kgfmm因为，所以满足。11）驱动功率： kgfmmkw4.1.2.2成形70%时1）70%的 mm mm 2）板料变形70%M0.7 kgfmmkgfkgf3） kgfmm4） kgfmm5） kgfmm6） kgfmm7） kgfmm8） kgfmm9） kgfmm因，所以满足。10） kgfmmkw4.1.2.3成形90%时1） 90% mm mm 2）90% M0.9 kgfmmkgfkgf3）板料从 kgfmm4） kgfmm5） kgfmm6） kgfmm7） kgfmm8）kgfmm9）：kgfmmkgfmm因，所以满足。10）kgfmmkw4.1.2.4成形100%时1）100% mm mm 2）100%M1。0kgfmm3）板料从kgfmmkgfkgf4） kgfmm5） kgfmm6）kgfmm7）kgfmm8）kgfmm9）板料不打滑的条件kgfmmkgfmm因为，所以满足。10） kgfmm kw综合上述，结果如下表4.1表4-1 计算结果总汇 成形量计算结果40%70%90%100%简体直径（mm）1266.518723.724562.899506.607简体曲率半径R(mm)639.259367.862287.45259.304初始变形弯矩M1(kgfmm)1.692107村料受到的最大变形弯矩M(kgfmm)1.8151071.9051071.9651071.995107上辊受力Pa(kgf)2.3251052.3761052.5031052.972105下辊受力Pc(kgf)1.1971051.2891051.4191051.281105村料变形弯矩Mn1(kgfmm)3.2921061.8691061.7661068.972105 续表4-1 成形量计算结果40%70%90%100%摩擦阻力扭矩Mn22.3211062.4281062.6151062.725106材料送进时摩擦阻力扭矩MT1.3811061.4231061.5091061.727106空载力矩Mn49.88103拉力引起摩擦扭矩Mn31.5191051.3081051.0641058.529104Mn1+MT+ Mn44.6821064.0331063.2851062.634106总力矩Mp5.1711065.5681064.9641065.534106驱动力矩Mn5.7691065.1191064.4971064.485106驱动功率Nqc(kw)7.9547.4087.1517.0194.1.2.5主电机的选择：根据上表可以得出结论，当成形量为40%时，电动机此时所需的驱动功率最大。所以为了安全起见，将电动机的功率选11kw。根据资料显示， YZ系列电机具有过载能力大、机械强度高，可以短期的使用或者断续运行、多次频繁启动和停止、可以正转和反转、并且转速不高的优点。结合相关资料，我决定选用型号为YZ160L6的电机。其参数如下：kw； r/min； ； kw。根据资料，选用YD系列变极多速三相异步电动机作为升降电动机。它能够简化变速系统，而且还比较节能。结合相关资料，我决定选用型号为YD90S6/4的电机。其参数如下：kw； r/min； g。4.2上辊的设计计算校核4.2.1上辊结构设计及受力图根据上一章计算可以得知，在成形100%时，辊筒受到的力最大：kgf kgf故按计算， ：图4.1辊筒受力图4.2.2刚度校核 1： ：mm4 （Ia为）kgf kgf/m mm mm 得： 因为，。4.2.3上辊强度校核、，且、 相同，且，、处： kgfmmkgf/mm2W。mm3kgf/mm2 ： kgfmmkgf/mm2 据计算得，强度达到要求。4.2.4疲劳强度安全强度校核1： Mpa=108kgf/mm2 kgf/mm2kgf/mm2、 处 ，、 处： ：r=0 由1得T=0，故： 1 MPa ： kgf mmMPa根据计算结果，求得的疲劳强度达到了所需的要求。4.2.5上辊在卸料时的校核除了分析上辊受到的力，还要分析计算它的疲劳强度。4.2： ： kg ： kg ： kg 图4.2 上辊卸料受力图 4.2可知：MPa 根据计算结果，在卸料时，上辊的疲劳强度达到了所需的要求。4.3.1下辊结构及受力图4.3图4.3 下辊受力图：kgf kw： ： ： m/min r/min： Nmkgfmmkgfmmkgfmm4.3.2下辊刚度校核： 5： I： mm4kgf mm kgf/m mmmm mm 根据计算结果，可以得出下辊刚度满足要求。4.3.3下辊弯曲强度的校核：根据下辊的受力图，、 处5： ： kgfmm kgfmmkgfmm （）kgfmm kgfmm ： ： kgfmmkgfmm 根据计算结果，可知安全系数大于1，所以下辊弯曲强度满足要求。4.3.4 下辊疲劳强度校核 、 、 、 、 ：；处：；处： ， 处、处和处就行。 1 kgfmm ： kgfmm Nm 1 MPa 1 所以得出结论，截面 。： kgfmm kgfmm 1 MPa 1 根据计算所得，截面的弯曲强度满足所需要求。：kgfmm Nmmm3， 1 MPa 1 kgf kgfmmkgfmm kgfmm。 。kgfmm4.4本章小结由于卷板机特殊的成形方式，它不能一次完成成形过程，所以只能分步进行，分别是成形40%时、成形70%、成形90%和100%时。通过这一章的计算分析，可以知道当板材的成形量为百分之四十时，根据这个结论，再参照计算的结果，我们可以将电动机的功率设置为11千瓦。之后，分别对卷板机上下辊的刚度、弯曲强度、疲劳强度进行校核计算，得出的结果都能满足所需的要求。5减速器的设计计算5.1传动方案的分析和拟定根据上一章的计算分析，我们知道卷板机在工作时需要很大的功率，因为要想驱动卷板机的下辊，就必须用这个大功率驱动电动机，电动机再通过减速器去带动下辊运动。由于两下辊需要保持平行，而且输出轴的转速特别高，但是所需的减速器的转速就特别低。为了满足这种总传动比大的设计需求，再综合各方面，我决定采用对称展开式的减速器。该减速器的传动结构如图5.1：图5.1 减速器结构图5.2减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配5.2.1总的传动比r/min /min 5.2.2传动比的分配 ，取： 所以求得： =6.2 =4.8 5.3传动装置各轴的参数计算5.3.1各轴转速r/min r/minr/min r/min5.3.2各轴功率：1=0.97 ：2=0.99 ：3=0.98： .9910.89lkw： 0.9710.352kw： 0.980.979.841kw： .980.979.355kw5.3.3各轴转矩： Nm ： Nm ： Nm ： Nm ： Nm5.4齿轮传动设计我们选用箱体材料，首先要考虑的就是箱体的硬度，只有硬度高的箱体才能有效地保护好里面的结构，所以我们必须选择强度比较高的材料。在所有材料中，合金结构钢具有较好的综合机械性能，在各个方面都比较适合作为箱体的材料，而且与普通的碳素钢相比，合金结构的塑性和韧性都比前者的表现好，所以我们选用合金结构钢40Cr来铸造箱体。5.4.1第一级传动设计5.4.1.1齿轮参数选择 1）。2）。表5-1 减速器参数表轴名功率(kw)转矩T(Nm )转速n(r/min)传动比i效率电动机轴11110.23195310.99轴10.89109.1299530.976.2轴10.3526432.170153.7100.974.8轴9.8412934.81432.0230.974.527轴9.35512623.3827.0710.97选用40Cr作为齿轮的材料， ，齿面硬度为 。3） ：根据相关资料，选取7 ()。4）： =24, Z2=， ：.2 =155.4.1.2按齿面接触强度计算和确定齿轮尺寸15 mm (5.1) (1)确定公式内各参数a)：3 b)： Nmmc) 15： 15： e)52HRC 15：MPaf)： （2830015） =6.6g) 15： h)15：S1 MPa MPa ： MPa（2）计算a) d1t 根据表5.1计算得出： mmb) V： m/sc) b： mm d) b/h： 2.195mm： h4.939mm： 9.599e)：根据m/s，7 15： =1.4 ： .46： 1.111.411.4=2 f) ： mm 取：mmg)计算模数m： =2mm5.4.1.3按齿根弯曲强度设计15 (5.2) (1)确定公式内的各计算数值a) 15： MPab) 15： c)： S1.4MPa MPa d)K： e)15： f)15： g) 得： 。 (2)模数设计算mm m1.68mm， m2mm。 d1=64mm。： =32 =200： mm 5.4.1.4几何尺寸计算a)：mm mmb)： mmc)： mm ： ， 。5.4.1.5验算 N N/m 所以符合设计要求。 5.4.2第二级传动设计：5.4.2.1齿轮参数选择1）2）：选用40Cr。，为。 3）：根据相关资料，选取7)。4）：24, .824=115. ：u= 4.85.4.2.2按齿面接触强度设计由公式5.1 (1)确定公式内各参数a)：Kt=1.3 b)：T1=6.432 Nmmc)： ：d) 52HRC,可以得出大齿轮和小齿轮的 ：MPae)：=60153.71164108 .8=1108f) 15: 0 0g) 15： S1MPa MPa ： MPa (2)计算a) d1t ：71.44mmb)： m/sc) b： mm d) b/h：mtd1t/Z171.44/242.99mm ：6.723mm：9.597e)： 15：Kv=1.03 ：KA=1 .323 .39： 11.031.11.323=1 f) ：mm d1取76mmg)m： .232/24=3mm5.4.2.3按齿根弯曲强度设计根据公式5.2 (1)确定公式内的各参数a) 15：MPab)： c) 15： S1.4MPa MPad)计K：e)查 15： f)根据资料， ： g) ： 由此可见，。 (2)模数设计计算mmm的大小是由计算所得的，而计算所得的承载能力仅与，强度计算的模数m， m3.227mm， m4mm。=71.744mm。.744/4=21.7 Z2=1205.4.2.4几何尺寸计算a：mm mmb)： c)： mm ，b2=85。5.4.2.5验算： N N/m 根据验算结果，可知结果符合设计要求。5.4.3第三级传动设计：5.4.3.1齿轮参数选择1）2）：，磨损严重， 40Cr，48。 3）：选7-88)。 4）：Z1=28, =126.76 ：u= 45.4.3.2按齿面接触强度设计由公式5.1(1) 确定公式内各参数a)：Kt3 b)：T1=2mmc) 15： ：d) 52HRC 15：MPaf)： N1=60n1JLn=（2830015）1 N2=1=3 g) 15： h) 15：S1MPa MPa所以 MPa (2)计算a) d1t：=118.08mmb)： m/sc)b： mmd) b/h： /284.217mm ： 4.2179.488mm齿高之比： 48811.2e)： 15：.02 329 39： f)：mmg)m： /28=4.41mm5.4.3.3按齿根弯曲强度设计15(1) 确定公式内的各参数a) 15： b) 15： c) 15：1.4MPa MPa d) K： e) 15： f) 15： g) ： 。2）模数设计计算 mmm的大小是由计算所得的，而计算所得的承载能力仅与，强度计算的模数m， m4.976mm， m5mm。d1=124mm。Z1、Z2：Z1= Z2= 5.4.3.4几何尺寸计算a)：mm mmb)： c)： mm 5.4.3.5验算 N N/m 根据验算结果，可知结果符合设计要求。 5.5蜗轮、蜗杆的传动设计8.35kw， =100r/min， =40。环面蜗杆传动是蜗杆传动中的其中一种，与圆柱蜗杆和锥蜗杆传动相比，前者可以同时啮合的齿数更多，可以承受更大的强度。所以我选择包络环面蜗杆传动。5.5.1材料选择：40Cr，HRC50：ZCuSn10P1， 8，标准侧隙，。5.5.2参数的设计：5.5.2.1求传动的中心距书1：kw 式中，： 1、1.0、0.8、1 由1 mm， mm5.5.2.2主要几何尺寸计算1 mm， mm，mm，mm，mm，mm 1： mm： mm： mm ： mm ：mm ：mm ：mm ：mm ：mm ：mm ：mm： ： ： ：mm ： mm：mm ： ： ： mm ： =5.78mm ： =10.629mm : mm 1：mm mm mm 5.6轴的设计校核计算：5.6.1四个轴的结构设计：40Cr1，.5mm。： kw /min d104.5=23m mm，。5.1图5.1 轴结构图： 352kw 1r/min 5mmdA=42.516mm 5.2 图5.2 轴结构图：1kw min A=104.5mm dAmm 取d=80mm轴III 5.3图5.3 轴结构图： kw min 40Cr 15-3取得： mm 取d=120mmAB轴5.4：图5.4 轴图这里我们设计需要一个连轴节跟小轴的直径相互配合，因此首先我们应该选择一个合适的连轴节。：Tca= =148 Nm。ZL10（GB501585 ）， 31500Nm。 5.6.2轴的校核计算：5.6.2.1轴的弯矩计算在本次课题设计中的四个轴当中，进行对比得出只要对轴计算校核即可，这是因为它作为动力轴，要求达到的转速较小并且承受最大的转矩，只要确保轴是满足要求的，其他轴自然也是符合条件的。接下来开始对轴进行分析，首先从结构图中可以看出存在一个危险断面B，接着可以结合受力图，做出弯矩图，并且其支承跨距L=155+14+108+60=337mm。B： a)： Nmm b)： mmc):Nd) Fr: Fr=Ft=Ne)：RV1 、 、 、 RH2 063N 53N .555N 455Nf)： 06 N.mm 106 Nmmg)： Nmmh)： Nmm (0.6)i)： NmmFtMca(N.mm)T(N.mm)M(N.mm)MV(N.mm)RV1FtRV2RH1FtRH1RV1RH2RV2RH2MH(N.mm)Fr图5.6轴弯扭距图5.2： 表5-2 轴弯扭距计算结果载荷水平面H垂直面支反力R(N)RH1=31813.553N RH2=12397.455NRV1=11579.063N RV2=4512.253N弯矩M(Nmm)MH=1.094106 NmmMV= 3.006106 Nmm总弯矩(Nmm)M3.199106 Nmm扭矩T(Nmm)T7.56106 Nmm当量弯矩McaMca8.527106 Nmm5.6.2.2轴强度校核1 MPa Pa，因Pa，。5.6.2.3轴疲劳强度校核(1) 确定危险截面根据上面的计算分析，我们可知剖面和剖面的受力比较大，所以这两个剖面需要进行校核，而剖面、剖面和剖面A的受力都比较小，所以这三个剖面不需要进行校核。然后对剖面和剖面再进行比对分析，根据图纸，处的轴承直径比剖面，根据这一情况，我们可以知道剖面B，而且剖面处没有受到扭矩的作用，再由于两剖面是过盈配合，所以压力都集中在在这一块了，所以可以得出结论：剖面B处受到的应力比剖面处的小。由此分析可见，对于此情况，我们只需要校核剖面。 (2) 截面左侧a ： mm3b ： mm3c ： Nmm d ： Nmm e ：MPaf ：MPag 40，得：Mpa Mpa MPa：（ ）： ： 处理： ， 则： 故安全。 (3)截面IV右侧 a： mm3b： mm3c： Nmm d ： Nmm e ： MPaf ： MPag得：，于是：， h， 1 ：i轴IV： 则： 故安全。由于卷板机在工作时，这个时候不存在不对称的力，而且工作时也不会出现过大的瞬间超载，所以不需要对其做静强度的校核。 (4)轴承的选择整个机械装置中轴承是极其重要的部件，在对轴承进行设计选取时必须要考虑全面。主要内容可分为以下几点：1.良好的调心性能；2.较高的刚度；3.能承受较大载荷，确定受力方向，大小；4.安置轴承处的直径5.轴承的工作环境6.轴向固定方法a选取轴I、II、本次所设计需要的轴要满足较高的转速，并且在轴向所受到的力微不足道，着重考虑直径方向上的力。查阅相关文献后， 5-3。表5-3 轴承参数 （新）（mm） （mm） 荷（kN） 荷（kN）DDB 6 3055 36491 8.30 6 45 16 61 21.014.8 6 1252287 147.58b轴轴承的选择采取单列圆柱滚子轴承，此处只考虑径向力即可，由于运用的是直齿传动，轴向力微乎其微，可以忽略不计，结合d126mm，并满足机械运行条件，我们选择 ，：dT=13033，2， kN，N=2min。5.7轴承校核， IV计算校核，其他三个轴的受力，转矩都比他小，因此若果IV满足设计要求，则其他几根轴也是符合要求的。5.7.1参数： kN 5kN Nmin ：；：71r/min Nmm .355kw5.7.2求轴承受到的径向力 ，。： 。： 5.7.3验算轴承寿命：h根据计算结果，可知 。5.8键的校核，它是可能出现表面破碎的情况，我们为了避免，预防他会失效而导致机械事故，在设计时也是需要校核的。下面进行校核计算， =Pa，为 ： MPa IV轴： Nmm m mm mm ，满足设计要求。： mm mm那么： ： ，满足设计要求。
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