机械毕业设计68mm卷板机的设计

- 1 -第 1 页 共 26 页 说 明 书 的 内 容 一 . 设计题目 二 . 卷板机的用途 ,特点及主要参数 三 . 卷板机电机的选择 四 . 卷板机结构的确定 五 . 传动方案的分析 六 . 卷板机主要零件的估算和验算 七 . 润滑系统的设计 八 . 设计的体会及总结 九 . 其他 - 2 -第 2 页 共 26 页 一 . 设计题目 : 8mm 卷板机的设计 二 . 卷板机的用途 特点及主要参数 1. 卷板机的用途 利用卷板机可将板料卷成单曲率或双曲率的制件 .本台卷板机主要是用来卷制圆柱面 ,通风管 ,也可卷制圆锥面等 . 2. 卷板机的 工作原理 本台卷板机为对称式三辊筒卷板机 , 其辊筒断面图如下 : 1. 上辊筒 2 下辊筒 3 板料 上棍 1有两种运动 :一种是可上下垂直运动 ,使量于上下棍间的板料 3到不同的卷曲半径上棍 通过升降电机带动垂直运动 ;另一种运动就是可转动 ,是由板料送进时与上棍筒产生摩擦而转动 . 下棍 2 只有一种运动即转动 ,它是通过主电机齿轮而转动的 ,下辊筒为主动辊 . 工作时板料置于上下辊 间 ,压下上辊 使板料在支撑点间发生弯曲 ,当两下辊转动时由于摩擦力作用使板料移动 ,从而使整个板料发生均匀的弯曲 . 3 卷板机的特点 对称三辊筒卷板机结构简单紧凑 ,重量轻 ,易于制造 ,维修 ,投资少 ,两侧辊可以做得很近 .成形较准确 ,但剩余 直边大 .它一般需配预弯设备或不要求弯边的各种卷板工作 ,可用对称式 . 4 卷板工艺过程 1. 预弯 : 对于较薄板可直接在卷板机上用垫板弯曲如图示 : 3. 对中 将预弯的板料置于卷板机上滚弯时 ,为防止产生歪斜应将板料对中 ,使板料的纵向中心线与辊筒轴线严格保持平行 . 5 卷板 机的主要参数 卷板规格 (最厚 X 宽度 ) 8X2000 mm 卷制 3X2000mm 板时最小弯曲半径 90 mm 上辊直径 /侧轴直径 121/ 117.5 mm 两侧辊中心距 180 mm 卷板速度 4 m/分 主电机功率 2.2 千瓦 升降电机功率 1.5 千瓦 - 3 -第 3 页 共 26 页 三 . 卷板机电机功率的确定 (一 ) 工艺参数计算 已知条件 板厚 S=3mm, 板宽 L=2000 mm, 最小弯曲半径 Rmin=90 mm 板料的最大变形弯矩 M swsM Rkk m in01 2（ 1-1）查机械工程手册 取 5.11k； k0-材料的相对强化系数。 k0 =11.6 查机械工程手册 s =24 mmkgf 2 查机械加工手册 322 33.21336 820006 mmbhw 将这些数据代入式（ 1-1）中得 swsRkk )2(m in01 243 0 0 0)902 36.115.1( ).(12190 mmkgf 2. 板料由平板开始弯曲时的初始变形弯矩 1 swk 11 （ 1-2）查机械工程手册 swk 11 1 0 8 0 0243 0 0 05.1 mmkgf . 3. 卷板机空载扭矩： 4n2)( 3214 dM GGGn （ 1-3） G1 板料的重量； G2 万向接头的重量 ； G3 主动辊的重量； d 主动辊轴径的直径 滑动摩擦系数 08.005.0 - 4 -第 4 页 共 26 页 板料的比重 mmmm kgg 262 1085.785.7 339292018014.3320001 v mm3 63.263 3 9 2 9 2 085.7. 10 611 vG e kg )57.72625220153030(414.3 883020 22222 v =40027.15 mm3 314.015.4002785.7. 22 vG e kg 5040902000)(195280414.3 4550625.965.1 1 75.9662 22222223 v=10580.97 mm3 06.8397.1058085.7. 10 633 vG e kg 2)( 3214 dGGGn 26206.83314.063.2606.0 =204.61 mmkg. 4. 卷板力和功率的计算 （ 1） 几何参数 受力图为： - 5 -第 5 页 共 26 页 222s inm inDcstR （ 1-4） t- 两侧辊的中心距 取 t=180 mm Dc主动辊直径， 取 75.11Dc（ 2） 轴辊受力计算： 上辊受力 tgsMRp a 22m in（ 1-5） 49.356274805.0239012192021s i n22s in 2m i n sMRp a kg 下轴辊所受力 47.2224599.023901 2 1 9 2 0s i n2m i n sMRp c kg （ 3） 将板料从平板弯到 Rmin时消耗于板料变形的扭矩 Mn1（假设一次弯成） 411111DRRMM CM I Nn M =75043.33 kg. mm （ 4） 消耗于摩擦阻力的扭矩： Mn2 dpDpppM cDadcf cacan .2.22 （ 1-7） - 6 -第 6 页 共 26 页 取 8.0f 08.0 机械工程手册 6247.2224121 5.11726249.356208.047.2224249.35628.02M n =6409.144+19612.789 =26021.93 kg. mm （ 5） 板料送进的摩擦阻力的扭矩： MT Dadaf DpppM cacaT .2.2 （ 1-8） 式中取 8.0f 2.0 mmdaa 62代入式 （ 1-8） 得 Dadaf DpppM cacaT 22 = 121 5.11726249.35622.047.2224249.35628.0 = 55.21448144.6409 = 69.27857 mmkg. （ 6） 送进板料所需的拉力 T 21 DMMCTnT （ 1-9） = 25.1 1 769.2 7 8 5 733.7 5 0 4 3 51.1571 fkg. （ 7） 拉力在轴承中所引起的摩擦损失 Mn3 DdMMMccTnn 13取 2.0 5.117 622.069.2 7 8 5 733.7 5 0 4 3 34.10859 mmkgf . （ 8） 机器送进板料的总力矩： Mp- 7 -第 7 页 共 26 页 DPMCCp 1取 2.01 5.11747.2 2 2 42.0 045.52275 mmkgf . （ 9） 板料送进不打滑条件： MMMMnTnp 41 =75043.33+27857.69+204.62=10315.64 045.52275MPMMMMnTnp 41 板料送进要打滑，即将把板料从平板弯到最小弯曲半径 90mm 若一次弯成，则不满足不打滑条件，故应进行多次弯曲。现假设进行两次弯成，则由板料送进不打滑条件得； MMMMnTpn 41 =52275.045-27857.69-204.62 =24212.735 又 4.111m i n11DRRMM cn M DM MRR cnM 111m i n411 5.1171 2 1 9 2 01 0 8 0 0 0 735.2 4 2 1 24901411 1 1m i n1 DM MRR cnM10 353.7 mm mmR 1338.13253.7 1 10 31 即先将板料从平板弯到 R1的半径，然后再由 R1弯到 90min R的最小弯曲半径，这样分两次进行弯曲则可满足不打滑条件，也可将板料弯到最小弯曲半径 90mm. 由于 Mn1变了，所以推力，推力引起的摩擦损失 Mn3也随之变化。 即： 21 DMMcTnT = 25.11769.2 7 8 5 7735.2 4 2 1 2 - 8 -第 8 页 共 26 页 =886.31 kg DMMM cTnn dc 13 5.117 622.069.27857735.24212 09.5495 mmkgf . （ 10） 驱动扭矩： MnMMMMMnnnnn 4321 （ 1-13） 62.20409.549593.26021735.24212 Mn377.55934 mmkg. （ 11） 驱动功率 N .21021 DMcn vN v 卷板速度，一般 min43 mv （ 1-14） 取 smmv 0 6 6 7.0m in4 85.0 则 .21021 DMcn vN kw73.085.05.117 0 6 6 7.0377.5 5 9 3 42102 1 由于在传动过程中，蜗杆减速器和齿轮都存在功率损失，特别是蜗轮，蜗杆传动的损失较大，所以电机可选用 Y 型，电机额定功率为 2.2 千瓦，转 速 1430 转。 Y 型电机为本台卷板机的主电机，升降电机主要是带动上辊筒上下运动的，由于有时需用上辊压板料，使板料发生弯曲，和蜗轮蜗杆传动存在的损耗较大，故电机可选用 Y 型。额定功率 1.5 千瓦，转速 n=1410 转。 四 . 卷板机结构的确定 我设计的这台卷板机是选用三辊筒对称式的结构，我之所以选用这种结构简单，适合于安装系统用，它的特点及用途在前面已有介绍，因安装单位流动性强，机器结构太大，太复杂，不易于搬迁，故三辊筒对称式卷板机较适用于安装单位。 1. 卷板机的组成： 卷板机由 动力部分、传动部分、工作部分、机架部分组成。 （ 1） 动力部分主要有两台电机，一台为主动电机，额定功率为 2.2 千瓦，转速 1430 转，主要用来带动主动辊（下辊筒）转动的； - 9 -第 9 页 共 26 页 另一台电机为升降电机，额定功率为 1.5 千瓦，转速 1410 转，主要是用来带动上辊筒做垂直上下运动的。 （ 2） 传动部分包括齿轮和皮带轮，主要是起传递动力和降速的作用 （ 3） 工作部分： 主要由辊筒组成，包括一个上轴辊，两个下轴辊，主要是起工作时使板料在上下辊间发生弯曲变形的作用。 （ 4） 支承部分： 包括机架，左右支架，支板等。主要是起支承作用。 2. 卷板机的运动形式： 卷板机的运动主要是辊筒的转动和上下运动两种运动。两下辊筒为主动辊，由电机 齿轮 下辊转动。 上辊可转动和上下垂直运动，转动是由于板料送进时摩擦力作用为产生的。上下垂直运动是由电机 皮带轮 蜗杆蜗轮 升降丝杆带动的。 3. 卷板机的总布局： （见总装配图） 五 . 传动方案的确定。 已知： 板料送进的速度为 sm4 smv 4 即主动辊的线速度为 sm4 主电机的转速为 rpmn 1430 从以上两已知数据可知，传动机构需降速很多，若采用齿轮降速，则传动机构就较大，故选用一蜗轮蜗杆减速器来主要降速。传动线路如下 ： 一 两主动辊传动图： 1， 3-为带动两主动辊的齿轮 ； 2-导向齿轮； 4- 传动齿轮； 5- 齿轮轴； 6， 7 传动齿轮 ； 8 蜗轮轴； 9 减速器； 10 大皮带轮； 11 三角带； 12 小皮带轮； 13 主电机 传动路线如下： 13 123456789101112 二级减速一级减速 ， 由于下辊转速很低，故可选用传动比较大的减速器来降速。 下辊转速 14.32 wn- 10 -第 10 页 共 26 页 Rvwsmmv 667.0m in4 mmmR 10 32 5.1172 5.117 135.125.1170667.0 10 3 Rvw r p mswn 85.101808.014.32 135.114.32 rpmn 11 1. 减速器传动比 i 的确定和带轮 直径的确定： 主电机转速 ,1430 rpmn 电现预计用皮带轮和减速器二级降速使电机转速1430rpm 降到 11rpm ， 假设传动齿轮的模数均取 m=4.5, 传动齿轮均为直齿圆柱齿轮 取 ;2231 zz202 z30764 zzz则： zzzzDDn in 437612 减电取 47减i （查机械零件设计手册中册） )471430 in 通过减速器（电rpmn 30 77.31122304730301 4 3 0.364712 nzzi zznDDi减电 求可达到卷板机转速的要减 电 r p miin n 1122.30 77.312 DDi取 901 D则 mmDD 33977.39077.312 3392 D尺寸过大，三角带在传动过程中要碰到机架的连接板，如图示位置，改变小皮带轮中心距也不可避免，故只有改变减速器的传动比 - 11 -第 11 页 共 26 页 现取 60i （查机械零件设计手册 则： zz zznDDi in 36 4712 . 减电 96.222306011 30301 4 3 0 取 3i mmDiD 26789312 即两皮带轮直径为 ,267,8921 mmmm DD 通过画草图，采用这个尺寸就可避免三角带与机架连接板的碰撞。 2. 减速器型号的确定： 已知减速器的传动比 mmai 100,60 取中心距 查 机 械 零 件 设 计 手 册 中 册 得 蜗 轮 轴 许 用 计 算 转 距TTT kcmkgmnp 222 .1.7.6.69 则蜗轮轴的计算转矩 根据 mmai 100;60 可确定减速器的型号的： 60100wD WD -100-60-型减速器为普通圆柱蜗杆减速器；它适用于蜗杆啮合处滑动速度不大于;5.7 sm蜗杆转速不超过 ;1500 rpm 工作环境温度为 ; 4040 00 CC 可用于乙反两向运转的条件，本台卷板机适用于这些条件，故可选用普通圆柱蜗杆减速器。 （二） 上轴辊作上 下垂直运动主要是通过升降电机带动皮带轮再通过蜗轮蜗杆带动丝套使升降丝杆上下运动，从而带动上辊筒作上下运动。传动图如下，由于电机转速较高，故中间要进行降速，本方案采用皮带轮和蜗杆蜗轮两的降速。 1 升降电机 2 皮带轮 3 三角带 4 皮带轮 5 蜗杆 - 12 -第 12 页 共 26 页 6 蜗轮 7 丝套 8 升降丝杆 9 滑块 10 上辊筒 丝杆的升降速度为：smmv 9.182760247 681410 六卷扳机主要另见的估算和检算 （一） 。确定皮带轮的直径及中心距： 计算功率 ： NNdj k 主电机型号为 JO2 31 4 额定功率： kwN d 2.2 取 k = 1.2 查机械另件设计手册 P318表 10 4 64.22.22.1 NNdj kKW 确定皮带轮的胶带型号： 根据 Nj和 n1由图 10 1 选定 已知 64.2Njrpmn 14301 由 此 可 查 机 械 另 件 设 计 手 册 110317 表p 确定皮带轮的胶带型号为 A 型 小带轮的计算直径 D1查机械另件设计手册上册 P318317表 10 5 ， 10 6 可确定 90min d取 mmD 901 大带轮计算直径 D2 112 DD i =3 90（ 1 0.02） =264.6 查 p318表 10 6 取 mmD 2652 .带速： V=602 143014.3209.014.3222 1111 nDND=6.74 sm .初定中心句 A0A0 =（ 0.72）（ DD 21 ） - 13 -第 13 页 共 26 页 =（ 0.72） （ 90+265） =248.5710（ mm） 取 ： mmA 5000 .初定三角带长度 00=2 A0+214.3（ DD21） + ADD 02124 = 2 500+ 5004 9026526590214.32 = 1000+214.3（ 90+265） +15.3125 =15.72.662 查械另件设计手册 p316表 10 2 选用 计算长度 ： c=1633 ； 内周长 ： 1600i .实际中心距： A A = mmca 5302 157316335002 00 验算小带轮包角 = 60 02 10180 A DD = 1 2 02.1 6 0601 8 0 0000530 90265 单根三角带所能传递的功率： P0根据 mmD 9074.61 和查表图 10 2 P319得 kwP 8.00 11单根胶带传递功率的增量 ： p0p0=KB kN i111弯曲影响系数KB传动比系数Ki查械另件设计手册 p319表 10 7 及 表 10 8 - 14 -第 14 页 共 26 页 得 KB=7.4 14.1Kip0=KB kN i111=7.4 2 n 6014.111 = 136w = 0.136kw 12确定三角带根数 KKPP N j 00 查械另件设计手册 P490319图 10 3 和 表 10 9 得 93.0K96.0K 96.093.0)16.88.0( 64.200 KKPP N jZ = 3.45 取 根4 13.单根胶带初张力 F0F0 =0.5 VNK Qj 215.2 = 0.5 74.6 21 0 2.074.64 64.2193.0 5.2 = 4.72N 14.对轴的作用力 Q =22 10 SinF =2 4.72 4 Sim N9.362 5.155 2.升降电机皮带轮的确定 计算功率： 8.15.12.1 Nj确定三角带型号： 由 kwNj 8.1sr p dnW 58.14760 141014.326021 - 15 -第 15 页 共 26 页 查机械另件设计手册 110317 图P可选用 0 型三角带 小带轮计算直径： O 型胶带 63min d取 mmD 671 大带轮直径的确定： mmi dD 242)02.01(6769.3)1(12 查 610318 表P取 mmD 2502 带速 V V= VNDmax112 smV 3025m ax V =60214102676022672 10311 nND = 4.94 sm Vmax初定中心距： )(27.0(210 DDA = （ 0.72）（ 67+250） =221.9634 取 mmA 3000 三角带计算长度 00=2 ADDDA D02210 4122 = 2 30042506723006250 2 =1125.59mm 由表 10 2 P316查得 1145c1120i实际中 心距 A A= mmoCA 5.3092 1126114530020 小带轮包角 = 605.309 672501 8 0601 8 0 00120 A DD- 16 -第 16 页 共 26 页 = 1205.144 00 单根胶带所能传递的功率： kwP 40.00 查机械手册 P319图 10 2 11单根胶带传递功率的增量 p0p0= KWK iB 111=2.8 )14.1 11(602 n=50.75w=0.05kw 12三角带根数 kkPP N j )( 00= 1.39 取 =1 根 以上为三角皮带长度及带轮直径，中心距的计算 （二）。齿轮有关尺寸的计算及验算 已知条件： 齿数 =30 ， m=4.5 齿数材料选用 45 钢，热处理为调质 HB=217255 ， HRC=4050 pas M353=36mmkgf 21齿面接触强度的校核。 HPm AEActH KKKKnbdF 1110 311130222nmwp NddTFt 涡轮带轮电 1010 1033340.1511305.4 3064.085.02.22 b 齿宽 b=40mm=0.04m m=1(齿数比 ) 工况系数KA见表 12 20 p389取 1kA1.1kk=1.1 k=1.1 k=1 8.189E03.1384.0434 - 17 -第 17 页 共 26 页 由图 12 9 p3693021 00 得 = =0.84+0=0.84 由图 12 17 取 2.1A AEActH KKKKnbdF m 11= 03.12.18.18911.15.11111135.004.040.15 1010 33 =719672867.0 mN 2 =719.7Mpa应用应力 S A S in WNH LimAP 10 70 5 N查图 12 20 p39210 611 31.235001116060 tr nN取 28.1N1wSALin=1.0 查表 12 23 p392由 HB=255 查图 12 19 p391得 SALin=650MP ； MPFLim 240 许用应力 PS aH L im WNH L imHP M8321 128.1650 hpH接触强度合格 2.弯曲强度的校核 FFAF yyyKKKKF bm 式中 KKKKFA PyF 393221210.2 查图Py39324121 查图1yP3 9 32312084 时查图 - 18 -第 18 页 共 26 页 MPF 45.296111.25.44011.15.1140.151010 63 许用弯曲应力 yyysxNF L imFP SFm in寿命系数 15.1yN查图 12 26 尺寸系数 1yX查图 12 27 应力集中系数 89.0ysr查图 12 28 1min SF查图 12 23 89.01115.1240S fM inF L imFPyy xN =310MPa FPF安全、齿轮检验合格 13蜗杆螺牙沿分度圆柱上的轴向齿厚 mmCOSC O S rmmmSSSXnX2.42.42.4314.345.004571.5 0111法向齿厚14蜗杆齿厚测量高度 ： mmmha 315蜗杆分度圆直径： mmmd 8127322 16蜗杆齿轮直径 mmmddf 8.7334.2814.222 17涡轮齿顶圆半径 mmmdda 873281222 18涡轮最大外圆直径 - 19 -第 19 页 共 26 页 9038722 mdd aw19涡轮绝缘宽度 b=0.65 mmda 4.233665.01 20.涡轮齿顶圆圆弧半 径 mmmdRa 12330212112 21涡轮齿根圆圆弧半径： mmmdRaf 4.1732.036212.02112 上面为涡轮蜗杆基本参数的确定。 结构如图： bcdldmfd25.0)8.12.1()8.16.1(7.132 . 蜗杆的结构： 蜗杆选用铣制的蜗杆 材料 45# 调质 270AB 尺面粗糙度 3.6 3 蜗轮蜗杆强度的校核。 ApA qKZMT 223326105.0 查表 15 11 p466机械零件手册 paAp M90许用弯曲应力 paFP M40- 20 -第 20 页 共 26 页 已知丝杆的螺旋角 kgkgttRRpRggc10924.1 1 1 224.1 1 1 2247.2 2 2 426.56.5.121.由受力图知：则蜗轮轴传递的扭距 222 丝套DRT mNmmNmmkg.975.29.2 9 9 7 5.5.2 9 9 7255109取 K=1.3 qKzmTH 223326105.0 HpmmNN 26223.361027371.5109071.701710975.293.15.0故蜗杆的接触强度验算合格 验算蜗杆的弯曲强度： 查手册得 FpFF bmKdyT 2275.0 mp NM aFP 26104040 - 21 -第 21 页 共 26 页 齿形系数 57.2yFbdyTmFFK2275.0 mmmNNNFp 2626212333101010101010402.130132.034.238157.2975.293.175.0故蜗杆蜗轮的弯曲强度验算合格 4. 蜗轮蜗杆传动效率： )(95.095.0)( 0933842538425/././.21 ttttggegg 64.015588.0 099.0 （四） 上辊筒受力分析及强度和校核。 上辊筒由轴头和钢管焊接而成，轴头为 45 号钢 查机械加工手册可得 mmkgs 236钢管为 钢20# mmkgs 225受力图如下： - 22 -第 22 页 共 26 页 已知 kgqx 5.3562集度 mmkgxq 78.120005.35625.3562 由受力分析知： kgqxRRBA 25.178125.35622 在 AC 段内，取截面 -在截面 上的剪有应力 kgRQ A 25.1781 在 1 3 50*75.2 4 0 4 6 8025.1781xxmmkgAXx XM R在 CD 段内； 取截面 - RAxqxQ )135()(25.1781 135X 25.1781 2135X M（ x） = q（ x-135） RAXx 2135 RAXxq 2)135(2 = mmkgmmkgmKgR AX*75.2 4 2 9 6 8*5.1 1 3 1 7 1 8*5.2 4 0 21351135135xxx - 23 -第 23 页 共 26 页 在 BD 段；取截面 - kgxQ RB 25.1781)( M（ x） = RBX= 0 x=0 -240468.75 kg*mm x=135 剪力图和弯矩图如图所示 所以 mmkgM *75.1 1 3 1 7 1 8m ax 43 13214.3 DW Z34338.9273912110013212114.3mmW Z 22m a xm a x 252.1238.9 2 7 3 975.1 1 3 1 7 1 8 mmkgmmkgszWM 故上辊筒检验合格 （五） 下辊筒受力分析几检验 受力图 - 24 -第 24 页 共 26 页 已知 qqxc 112.1200047.2224 xpq c 由受力分析图可知 kgqRR XBA 235.1112247.22242 在 AB 段内 取（ -）