XXJD-U型冷弯成型机轧辊部分的设计

1、XXJD-U型冷弯成型机轧辊部分的设计摘要本次设计的冷弯成型机借助旋转轧辊相互接触摩擦的作用,将被轧制的金属体(轧件拽入轧辊的缝隙间,在轧辊压力作用下,使轧件主要在厚度方向上完成塑性成型。次设计的设计主要包括:电动机的选取,传动部分的设计,轧辊轴系部件的设计,机架的设计,设计过程按照国家标准和机械设计标准来设计的。轧辊的设计是本次设计的重点,设计中参照了机械设计手册进行了精确的设计,并进行了强度校核。在设计的各部件的基础上设计组装一台简单的冷弯成型机,主要针对用来加工U型薄壁件而设计的。可保证加工后的产品性能良好,表面光洁度高,板型好,能够达到所需的要求。关键词:冷弯成型机;轧辊;传动部件;强

2、度校核英文题目ABSTRACTThe design of the cold roll forming machine with rotating roller contact friction effect, will be metal rolling (workpiece gap pulled into a roll, the roll pressure, so that the workpiece is mainly in the thickness direction to complete the plastic forming.This design mainly includes:

3、 the selection of motor, the transmission part design, design of roll shaft parts, the design of the frame, the design process in accordance with national standards and mechanical design criteria for design.The roller design is the focus of this design, design according to the mechanical design manu

4、al for the precise design, and check the intensity.Design of a simple cold roll forming machine based on all parts of the design, mainly for the processing of U type thin-wall parts and design. To ensure that products after processing the good performance, high surface smoothness, flatness, and to m

5、eet the requirements.KEY WORDS:Cold roll forming machine;roller;transmission parts;strength check目录前言 (1第1章绪论 (21.1 明确设计任务 (21.2 本课题在国内外的研究现状 (21.2.1 国外冷弯成型技术 (21.2.2 国内冷弯成型技术 (41.3 课题研究的内容及拟采用的方法 (51.4 课题研究中的主要难点以及解决的方法 (5第2章总体方案设计 (62.1 驱动方案的设计 (62.1.1 机械传动系统拟定的一般原则 (62.1.2 拟定的驱动方案 (72.1.3 确定最终驱动方

6、案 (82.2确定各传动机构的传动效率 (9第3章电动机的选择 (103.1 选择电动机的类型及结构形式 (103.2 电动机功率的选择 (113.3 确定各轴的功率 (113.4 确定各轴转速 (123.5 确定传递的转矩 (12第4章轧辊的设计 (134.1 材料的选择 (134.2 轧辊弯曲角度的分配 (134.3 轧辊宽度和直径 (144.3.1 第一道次尺寸的确定 (154.3.2 第二道次尺寸的确定 (164.3.3 第三道次尺寸的确定 (184.3.5 第五道次尺寸的确定 (194.3.6 第六道次的确定 (214.4 轧机上配合部分尺寸的拟定 (23第5章传动方案中锥齿轮和链轮

7、的设计 (245.1 链及链轮的设计 (245.2 锥齿轮的设计 (25第6章轴的设计及校核 (306.1 拟定轴上零件的装配方案 (306.2确定各轴段尺寸和各轴的校核 (30第7章机架 (357.1 机架设计的一般要求 (357.2 机架材料的选择 (357.3 本设计机架的结构和主要尺寸 (36结论 (37谢辞 (38参考文献 (39外文资料翻译 (40前言冷弯成型是通过顺序配置的多道次成型轧辊,把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲,以制成特定断面型材的塑性加工工艺。目前我国对cold roll forming这一工艺有多种叫法,一种是从俄文翻译过来的,称为冷弯成型,冷弯型钢(冶金行

8、业多用此说法,一种是从英文等外文翻译过来的,有滚轧成型,辊轧成型,辊弯成型,滚压成型。冷弯成型是一种节材、节能、高效的金属板料成型新工艺、新技术。利用这一工艺,不但可以生产出高质量的型钢产品,而且能够缩短产品开发的周期、提高生产效率,从而提高企业的市场竞争力。常见的门坎加强板零件,形状简单的汽车冲压件都是运用冷弯技术加工出来的。近年来,冷弯型钢产品作为重要的结构件在建筑、汽车制造、船舶制造、电子工业及机械制造业等许多领域得到了广泛的应用。其产品从普通的导轨、门窗等结构件到一些为特殊用途而制造的专用型材,类型极其广泛。冷弯型钢单位重量的断面性能优于热轧型钢产品,并且具有很高的表面光洁度和尺寸精度

9、,因此冷弯型钢代替热轧型钢可以取得既节约钢材又节省能源的双重效果,所以人们对冷弯型钢的发展给予了高度重视。正是用户对冷弯型钢产品的品种、规格、质量等方面的不断渴求,促使冷弯成型工艺技术的迅猛发展。第1章 绪论1.1 明确设计任务设计一台冷弯成型机,使工料经过放料架、六辊调平机、控料测速装置送入冷弯成型机,工件经过数次轧辊形成截面为U 型槽的薄壁工件,工件最终通过定长剪断装置形成成品放入成品托料架上。本论文主要研究的是冷弯成型部分的设计。已知材料为较软的铝制件,长度尺寸L=40cm ,成品断面为对称U 型槽,制品弯曲角度约为00=90 ,型材板厚约为t=3mm ,弯曲内角圆角半径为R=3mm,立

10、边长度H=3cm 。其实体图如图1-1 图1-1成品零件图1.2 本课题在国内外的研究现状1.2.1 国外冷弯成型技术国外辊弯成型技术工艺己具有100多年历史了,大致分为三个阶段1。第一阶段(1838-1909是探索和试制阶段,这阶段辊弯成型理论和冷弯型钢的研究工作进展缓慢。随着工业运输业的迅速发展,辊弯成型工艺生产的冷弯型钢己经不能满足用户要求。第二阶段(1910-1959是创立和逐步推广辊式冷弯成型工艺的阶段。第三阶段(1960年到现在是辊弯成型生产迅速发展的阶段。国外冷弯型钢生产的发展动向,归纳起来,有以几方面:1 产量不断增加自本世纪六十年代以来,国外冷弯型钢的产量迅速增加,这是总趋势

11、,根据各国历年冷弯型钢的统计数字看,冷弯型钢的产量与钢材的产量相对稳定在一定的比例,一般为1.5:100至4:100。如前苏联1975年制订的发展规划中规定1990年冷弯型钢产量在钢材产量中所占比例将达到4%,随着冷弯型钢生产工艺的改进,产品规格和品种不断增加,产品质量不断提高,应用范围日益扩大,前苏联1979年正对原发展规划重新规定,规定1990年将达到5%,其它一些国家也计划使冷弯型钢产量增加,现在国外冷弯型钢产量约1000万吨每年,占世界钢材总量的3%。2 研究工作正在深入国外对辊式冷弯成型理论、成型工艺和成型设备的研究工作正在深入进行,对冷弯型钢实际应用的研究工作也取得了一系列进展。例

12、如前苏联和美国已经用电子计算机来研究冷弯成型中的力能参数,探讨耗能最低的变形方法。3 新工艺不断出现辊式冷弯成型工艺自1910年美国研究成功以来,经过几十年的改进和完善,成型工艺日趋成熟。随着冷弯型钢在实际应用上的技术经济效果日益为人们所认识,冷弯型钢被广泛应用于国民经济各个领域。用户对冷弯型钢的质量要求越来越严格,要求品种规格多样化,这样就促使辊弯成型工艺不断改进以适应于用户要求,国外在发展辊弯成型工艺与研制的相应设备中,采用了带插入式的立辊成型机,成型辊集中调节的成型机组简称CTA机组(Central Tool Adjustment,直缘成型机组。4 产品品种不断增加,产品结构不断更新。随

13、着冷弯型钢生产的发展和应用范围的扩大,冷弯型钢的品种不断增加,产品结构不断更新,产品标准逐步完善。随着新工艺的不断出现,坯料材质和规格范围日益扩大,现在国外生产的冷弯型钢品种规格已有一万多个,其中冷弯型钢的规格范围为:坯料展开宽度10mm-2500mm,厚度0.1mm32mm。从冷弯型钢的材质来看,本世纪七十年代以前主要是普碳钢,越占90%;七十年代以来,通过实际应用的技术经济比较,推广采用高强度低合金钢、合金钢和不锈钢,使普碳钢产品所占的比重逐年下降,合金钢、高强度低合金钢和不锈钢产品所占的比重逐年上升。1.2.2 国内冷弯成型技术在我国,从50年代末开始建设冷弯机组以来,经历了发展、调整的

14、曲折过程,70年代末仅有6家,80年代我国的冷弯型钢迅速发展,到1982年产量仅1.6万吨,到1989年,全国20多个生产厂家,产量发展到30余万吨,设计能力达到60余万吨,其中冶金系统14个重点厂,机组45套,冷弯型钢品种规格也在不断增多,现已经达800余种。在改革开放的有利形式下,国民经济建设对钢材品种和质量提出了新的要求,冷弯型钢的优点逐步为人们所认识和接受,冷弯型钢的生产取得了较大的发展。迄今己经有100余套冷弯机组,年生产能力达150万吨,共1000余个品种规格。例如:山包头设计研究院为消化吸收国外某些先进技术结合国内市场具体情况而开发研制的中219mm中口径焊管成型机组,即CR机组

15、(composite roll mill属于一种新型辊式成型机组,该机组特点是:(1粗成型段采用共享辊与更换辊组合方式,更换产品规格时,部分机架的轧辊不必更换,可节省部分轧辊的储备量。(2平辊用组合辊片,粗成型段为六机架,立辊群轧辊倾斜布置,车辊体积小,比传统辊式成型机轧辊重量减轻1/3以上,设备结构更紧凑。(3辊型曲线简单,制造与修复方便,轧辊重复利用率高。(4成型稳定,轧机对薄壁管和后壁管成型适用性强,产品规格范围广。该院设计的CR-219成型机组第一套设备已于1992年8月在天津津海联营钢管厂正式投产。然而,无论从产量、质量、品种、消耗和应用领域方面,还是装备水平、工艺水平方面,与国外发

16、达国家相比差距甚大,与年产近亿吨产钢国的地位极不相称。可以预计,冷弯型钢在我国必将有一个更大的发展。1.3 课题研究的内容及拟采用的方法轧机的传动轴和轧辊轴通过锥齿轮啮合装与轧辊支架内。动系统采用链轮传动,电机选用变频调速电机,便于调整轧制速度,电通过减速器减速驱动电机齿轮,电机齿轮带动大齿轮运转,连接链轮,进而通过轧辊支架内的传动机构带动轧辊运转。轧制力与轧制功率可以通过公式计算电机的选择根据轧辊轧辊转速和轧制速度进行选择。1.4 课题研究中的主要难点以及解决的方法本课题研究的是旋转传动式冷弯成型机,在研究中主要有以下几个难点:传动方案的确定,电动机的选择,轧辊的设计,机架的形状的确定。1、

17、电动机的选择:电动机的功率选择是否合适;通常,我们均采用三相据我所设计的机器的诸多要求,经过反复的思考与计算推演,我最终选用Y系列三相异步交流电动机。2、轧辊的设计:辊轮形状、尺寸、轧制角度的确定;通常,我们根据成型产品的形状尺寸、生产批量等根据经验及公式要求确定辊的尺寸,角度。在满足使用要求及生产效率的前提下,尽量使结构简单、经济合理、安全可靠、维修方便、提高三化程度(标准化、系列化、通用化。3、传动方案及的设计:传动方案的确定,零件的尺寸设计及校核;利用学过的知识综合考虑,通过对比的方法确定出最合理、简单、经济的方案,各传动零件的材料、尺寸的确定及强度校核。第2章总体方案设计2.1 驱动方

18、案的设计2.1.1 机械传动系统拟定的一般原则1.采用尽可能简短的运动链2采用简短的运动链,有利于降低机械的重量和制造成本,也有利于提高机械传动效率和减小积累误差。为了使运动链见你短,在机械的几个运动链之间没有严格的速比要求的情况下,可以考虑每一个运动一个原动机来驱动,并注意原动机类型和运动参数的选择,以简化传动链。2.优先选用基本结构由于基本结构简单,设计方便,技术成熟,故在满足功能要求的条件下,应优先选用基本机构。若基本机构不能满足或者不能很好的满足机械的运动或动力要求时,可以适当地对其进行变异或组合。3.应使机械油较高的机械效率;机械的效率取决于组成机械的各个机构的效率。一次,当机械中包

19、含有机械效率较低的机构时,就会使机械的总效率降低。但要注意,机械中各运动链所传递的功率往往相差很大,在设计时应着重考虑使传递效率最大的主运动链具有较高的机械效率,而对于传动效率很小的辅助运动链,其机械效率的高低则可以妨碍次要地位,而着眼于其它方面的要求(如简化机构,减小外廓尺寸等。4.合理分配传动比运动链的传动比应合理分配给各级传动机构,具体分配方法应注意两点:1每一级的传动应在常用的范围之内选取。如一级传动比过大,对机构的性能和尺寸都是不利的。例如当齿轮传动的传动比大于8至10时,一般应设计成两级传动。2当传动链为减速传动时,必须十分注意机械的安全运转问题,防止发生损坏机械或伤害人身的可能性

20、。例如起重机械的起吊部分,必须防止荷重的作用下自动倒转,为此在传动链中应设置具有自锁能力的机构或者装设制动器。又如,为防止机械因超载而损坏,可采用具有超载打滑现象的摩擦传动或装置安全联轴器等。2.1.2 拟定的驱动方案成型道次数的确定:形状因子1=F nt(其中F是左右立边长度之和,n为弯曲角度数,t为板厚。根据图2-1可知成型道次数确定为N=6。 图2-1对称断面的形状因子与成型道次拟定的驱动方案链驱动:若用一条链驱动所有上下轴,轴的调节量就很小,速度会受到限制,改变链的驱动会有比较大的上轴垂直调节能力。链驱动是成本较低的方案,通常不用于高质量轧机。齿轮驱动:可以用圆柱或圆锥齿轮组驱动轴,这

21、种齿轮布置的问题是上轴调节能力。少量移动上轴,就会使齿轮减少接触高度。这种啮合会引起传动不平稳,容易使齿发生损坏。混合驱动:混合驱动是为了减小成本,一些公司偶尔采用的链传动或齿轮传动的组合或者某些上轴不驱动的驱动方式。不驱动上轴:如果上轴都驱动,大的圆周速度差会产生问题。于是,一些制造的成型机的上轴不再设置驱动。然而,下轴驱动轧辊,板料间的摩擦力仅为双轴驱动摩擦力的一半。因此,在头几道次中经常会出现问题,主要是:a、板料不能拉入轧机;b、在产品成型时产生大的速度波动;c、不能推入产品进入矫直头、弯曲机组或其它设备。因此,除驱动第一第二和最后一两个上轴,经常不驱动上轴,这样便于按需要装置齿轮。通

22、常,中间道次上设置上轴驱动,这需要轧机设计者提出,偶尔由安装技术员更正。2.1.3 确定最终驱动方案通过对以上内容的了解和分析结合我在实习工厂所观察的冷弯成型机,和实际设计的了冷弯机的质量不高,经过和老师的多次探讨和修改最终我确定了冷弯成型机的整体传动方案:驱动下轴不驱动上轴的方案,利用锥齿轮进行传动。方案如下图2-2 1是电动机,2是链及链轮,3是输入轴,4是锥齿轮,5是传动轴图2-2传动方案2.2确定各传动机构的传动效率参阅参考文献并结合本人所设计的冷弯成型机的整体传动方案和各传动机构自身的特点确定各机构的传动效率3如下:锥齿轮的传动效率是:=0.96锥齿 链的传动效率是:90.0=链 滚

23、动轴承的传动效率是:99.0=滚第3章电动机的选择3.1 选择电动机的类型及结构形式电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。电动机是把电能转换成机械能的设备,它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成,分布于各个用户处,电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运

24、动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的做功部分作旋转运动,这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到千瓦级。电动机的使用和控制非常方便,具有自起动、加速、制动、反转等能力,能满足各种运行要求;电动机的工作效率较高,又没有烟尘、气味,不污染环境,噪声也较小。由于它的一系列优点,所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机。它使用方便、运行可靠、价格

25、低廉、结构牢固,但功率因子较低,调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机(见同步电机。同步电动机不但功率因子高,而且其转速与负载大小无关,只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器,结构复杂,价格昂贵,维护困难,不适于恶劣环境。20世纪70年代以后,随着电力电子技术的发展,交流电动机的调速技术渐趋成熟,设备价格日益降低,已开始得到应用 。电动机在规定工作制式(连续式、短时运行制、断续周期运行制下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率,使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配,避免出现飞车或停

26、转。电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 : 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。3.2 电动机功率的选择根据本人设计的冷弯成型机的使用要求,最大轧制力是15吨,轧制速度是0.2米每秒,可求出轧机主体部分的w p =15×0.2=3 kw因为依照整体传动方案可计算出:w p =870P 链锥齿滚 则0P =87w P /链锥齿滚 =783/0.960.990.90( =7.38 kw本机选用Y 系列小型三相

27、异步电动机Y160L-8,其主要技术参数为:功率7.5kw ,满载转速720r/min,最大转矩2.0m N ,最小转矩1.0,效率(%86。3.3 确定各轴的功率0P =P 链电机滚0P P =10P =P 锥齿滚21P =P 锥齿滚32P =P 锥齿滚43P =P 锥齿滚54P =P 锥齿滚65P =P 锥齿滚带入数值得:0P =7.28 kw 'P =7.20 kw 1P =6.85 kw 2P =6.50 kw 3P =6.18 kw 4P =5.88 kw 5P =5.58 kw kw 31.5P 6= (注:0p 为通过链与电机连接的轴,1p ,2p ,3p ,4p ,5p

28、 ,6p 为轧辊下轴3.4 确定各轴转速设与电机连接的链轮的传动比为0i =6,功率为0P 的轴上的链轮与第一道轧辊下轴的传动比为1i =3,第一道轧辊下轴与第二道轧辊下轴的传动比2i =1,第二道轧辊下轴与第三道轧辊下轴传动比是3i =1,第三与道轧辊下轴第四道轧辊下轴传动比为4i =1,第四道轧辊下轴与第五道轧辊下轴传动比为5i =1,第六道轧辊下轴与第五道下轴传动比为6i =1。所以:功率为0P 的轴的转速'0n =0n /0i =720/6=120r/min,第一道轧辊下轴的转速1n ='0n /1i =120/3=40,第二道上下轴的转速为21n =n =40r/mi

29、n,第三道上下轴的转速为3n =40r/min,第四道下轴的转速为4n =40r/min,第五道轧辊的下轴的转速为5n =40r/min,第六道轧辊的转速为6n =40r/min 。3.5 确定传递的转矩'000T =9550P /n =95507.28/120=579.3 m N =40/20.79550/P 9550T ''n 1719 m N 111T =9550P /n =9550 6.85/40=1635.43 m N 222T =9550P /n =9550 6.50/40=1551.19 m N 333T =9550P /n =9550 6.18/40=1

30、475.48 m N 444T =9550P /n =9550 5.88/40=1403.85 m N 555T =9550P /n =9550 5.58/40=1332.23 m N 666T =9550P /n =9550 5.31/40=1267.76 m N 第4章轧辊的设计4.1 材料的选择轧辊是高频焊管和冷弯型钢生产的主要工具,其质量直接影响到产品的质量、产量和成本。良好的轧辊材料体现在两个方面:1.根据带钢变形规律进行孔型设计,保证其合理性。2.轧辊材料必须具有高强度、高硬度、高耐磨性和韧性,保证其有较长的寿命。依据带钢变形规律,我们选用边缘弯曲成型法、双半径弯曲组合成型法、W反

31、弯弯曲成型法、排辊直缘成型方式。在孔型设计方面,使用计算机进行辅助设计和辊轧变形的模拟分析,优化轧辊设计。成型辊和定径辊一般采用GCrl5SiMn、Crl2MoV等冷作模具钢材料,挤压辊除了具有成型辊的硬度、韧性要求外,还因具有较好的红硬性和热疲劳性,所以采用5Cr4M02W2VSi、4Cr3M03W4vTiNb、SKD61(JISG4404等热作模具钢材料。所有材料经锻造、球化退火、粗车、半精车、淬火和低温回火、磨端面和内孔、孔型弧精加工、研磨抛光制成成品,硬度可达HRC6163。由于冷弯成型生产效率高,材料可能占65%-95%的制造成本。为了以合理的价格加工出合格的产品,选择合格的产品是非

32、常重要的,设计人员选择材料时必须考虑以下因素:机械、性能、外观、价格、可制造性、材料获得、设备及轧辊的生产能力、表面敏感性、耐热性、耐腐蚀性、耐磨性、产品的重量、市场接受能力、导电性等其它特性。本设计基于以上条件的要求,结合实际情况。确定本次设计的轧辊部分的材料选为经过调质处理的Crl2MoV。4.2 轧辊弯曲角度的分配=90,且断面为对称断面,由公已知成型道次数N=6,最终弯曲角度0式432i 0cos =1+(1-cos 2(i/N-3(i/N可求得每道次的弯曲角度。代入参数后得:i = 00000022.242.2607585.890 (注:i=1,2,3,4,5,6。则U 型断面的成型

33、工序图: 图4-1成型工序图4.3 轧辊宽度和直径采用定半径成型方法,每道次以最终半径进行弯曲。采用公式=2R +0.5/3i i t (进行计算弯角部分的尺寸5。已成型板料断面的分割及各部分的尺寸,如图4-2 图4-2成型板料尺寸=30-6=24mm =20-6=14=i 2R+0.5t/360(=2(6+0.5390/360=11.78mm4.3.1 第一道次尺寸的确定1.断面尺寸其(部分对称断面图,如图4-3 图4-3第一道次断面尺寸1i =2R+0.5t/360(=2.88/2=1/2(-11B =+/2+(R+t 1tan(/22B =(R +t1tan(/2+/2+1T =+/2+

34、R tan(1/22T =R tan(1/2+/2+代入数据得:1B =29.91mm 2B =19.91mm1T = 29.62mm 2T =19.62mm2.轧辊宽度和直径的确定7驱动直径的确定: 由V=D n (其中n=40r/min,V 是材料输送速度0.53m/s则D =254.78mm 。设上辊的宽度取120mm,下辊宽度取140mm,赋予的值为270mm ;如图4-4 图4-4第一道次轧辊宽度和直径=2T =19.62mm =254.78mm=60-=60-19.62=40.38mm =-2tan22=222.15mm =2B =19.91mm =254.78mm=(270-25

35、4.78/tan22=37.67mm =270mm=70-=70-37.67-19.91=12.42mm(其中、表示的是宽度部分尺寸,、表示是直径部分尺寸4.3.2 第二道次尺寸的确定1.断面尺寸其(部分对称断面图,如图4-522=2R+0.5t/360(=5.50/2=1/2(-21B =+/2+(R+t 2tan(/22B =(R+t2tan(/2+/2+1T =+/2+R tan(2/22T =R tan(2/2+/2+代入数据得:1B =30.60mm 2B =20.60mm1T = 29.44mm 2T =19.44mm 图4-5第二道次断面尺寸2.轧辊宽度和直径的确定由于V和n都没

36、有变,所以驱动直径D也不变,即D=254.78mm。设上辊的宽度取120mm,下辊宽度取160,赋予的值为300mm;如图4-6=T=19.44mm =254.78mm2 图4-6第二道次轧辊宽度和直径=60-=60-19.44=40.56mm =-2tan42=181.74mm=B=20.60mm =254.78mm2=(300-254.78/tan42=50.22mm =300mm=80-=100-50.22-20.60=9.18mm4.3.3 第三道次尺寸的确定1.断面尺寸其(部分对称断面图,如图4-733=2R+0.5t/360(=7.85mm/2=1/2(-31B =+/2+(R+t

37、 3tan(/2 2B =(R+t3tan(/2+/2+1T =+/2+R tan(3/22T =R tan(3/2+/2+代入数据得:1B =31.16mm 2B =21.16mm1T = 29.43mm 2T =19.43m 2.轧辊宽度和直径的确定 驱动直径D =254.78mm 。设上辊的宽度取100mm ,下辊的宽度取140mm ,赋予的值为320mm ;如图4-8 图4-7第三道次断面尺寸=2T =19.43mm =254.78mm=50-=50-19.43=30.57mm =-2tan60=148.88mm =2B =21.16mm =254.78mm=(320-254.78/t

38、an60=37.65mm =320mm=70-=90-37.65-21.16=11.19mm 图4-8第三道次轧辊宽度和直径4.3.5 第五道次尺寸的确定1.断面尺寸其(部分对称断面图,如图4-11 图4-11第五道次断面尺寸55=2R+0.5t/360(/2=1/2(-51B =+/2+(R+t 5tan(/2 2B =(R+t5tan(/2+/2+1T =+/2+R tan(5/22T =Rtan(5/2+/2+代入数据得:1B =32.66mm 2B =22.66mm1T =29.86mm 2T =19.86mm2.轧辊宽度和直径的确定 驱动直径D =254.78mm 。设上辊的宽度取5

39、0mm,下辊的宽度取80mm,赋予的值为380mm ;如图4-12=2T =19.86mm =254.78mm=25-=25-19.86=5.14mm =-2tan86=107.77mm =2B =22.66mm =254.78mm =(380-254.78/tan86=8.76mm =380mm =60-=40-8.76-22.66=8.58mm 图4-12第五道次断面尺寸4.3.6 第六道次的确定1.断面尺寸其(部分对称断面图,如图4-1366=2R+0.5t/360(/2=1/2(-61B =+/2+(R+t 2/(tan 5 2B =(R+t+/2+6tan(/21T =+/2+R t

40、an(6/2 2T =Rtan(6/2+/2+ 图4-13第六道次断面尺寸代入数据得:1B =33mm 2B =23mm1T =30mm 2T =20mm2.轧辊宽度和直径的确定 驱动直径D =254.78mm 。设上辊的宽度取40mm,下辊的宽度取72mm,赋予的值为320mm ;如图4-14=2T =20mm =254.78mm =23mm = =254.78mm =36-=36-23=13mm =320mm 图4-14第六道次轧辊宽度和直径4.4 轧机上配合部分尺寸的拟定轴直径d :考虑各轧辊的断面尺寸,初选轴直径为d=100mm 。道次间距L :道次间距是水平方向的轴心距离;综合考虑最

41、大最小的轧辊直径、制造的经济型等要求;选各道次间距为L=400mm 。下轴和轧机台面间距离h :本轧机采用下轴固定,不可调节的设计方案。下轴轴心与轧机台面间距离(或轴下方最高点限制了最大下辊直径8。初设计下轴和轧机台面间距离为h=200mm 。50010004000=高宽长装轧辊的轴段长度设为300mm 。第5章 传动方案中锥齿轮和链轮的设计5.1 链及链轮的设计1.选择链轮齿数9取小链轮齿数为1z =17,大链轮齿数为2z =1i z =176=102 2.确定计算功率确定A K =1.0,Z K =1.52,双排链,则根据公式可得计算功率为ca A 0P =K K P Z =1.0 1.5

42、27.28=11.07 Kw3.选择链条型号及节距根据计算功率ca P =11.07Kw 及0n =120r/min 。可选24A-1,链条节距为P=38.1mm ,滚子直径1d =22.23mm,内链节内宽1b =25.22mm,销轴直径2d =11.11,内链板高度2h =36.2mm 。4.计算链节数及中心距初选中心距0a =(3050p=(3050×38.1=11431905mm 。取0a =1500mm 相应的链长节数为:1221p000z +z z -z p2L =2a /p+(22a =21021738.12150038.1(171022(21500-÷+&#

43、247;+=142.40 取链长节数为142节。查表9-7得中心距计算系数1f =0.23556,则链传动的最大中心距为:1p 12a=f p2L -(z +z =0.23556×38.1×2×142-(17+1021480mm 5.计算链速v11n z p v=601000=1201738.16010001.30m/s6.计算压轴力有效圆周力为:e P F =1000v =7.51000 1.305769 N链水平布置时的压轴力系数为fp K =1.15,则压轴力为:p fp e F =K F =1.15×57696634 N 大小链轮的主要参数,如下

44、表:表5-1大小链轮的主要参数5.2 锥齿轮的设计本设计要求两种规格相配合的锥齿轮,一种(设为第1种用于功率输入轴与传动轴之间的配合传动,另一种规格(设为第2种用于轧辊下轴与传动轴之间的传动。这两种锥齿轮都设计为轴交角为90度的直齿锥齿轮。1.设计参数、精度等级、材料及齿数10直齿锥齿轮传动都是以大端参数为标准值的。在强度计算时常以齿宽中点处的当量齿数作为计算依据。第一种规格的齿轮已知设计参数:其齿数比1u =3(等于传动比0i ,输入功率P= 0p =7.28kw.小齿轮转速1n =120r/min ,第二种规格的齿轮已知设名称 小链轮 大链轮 链号 24-A 24-A 节距 38.1 38

45、.1 滚子直径 22.23 22.23 齿数 17 102 齿根圆直径 185.117 1214.981 节圆直径 207.347 1237.211 最大齿顶径 232.742 1262.606 最小齿顶径 219.632 1252.48 最大弦齿高 14.490 12.996 最小弦齿高 7.935 7.935 齿侧倒角 4.953 4.953 齿侧半径 38.1 38.1 齿全宽25.2225.22计参数:2u =1,小齿轮的转速2n =40r/min 。冷弯成型机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。齿轮材料:40Cr ,硬度为280HBS 。选小齿轮当量齿数1z =24 ,2=ar

46、ctgi ,12o =90-2.确定许用应力111许用接触应力 H l i m bH H LH=K S 查Hlimb1、limb2H ,并取二者之间的小值计算H 取安全系数H S =1计算应力循环次数 H N = 60nt (n 是与H 相对应的齿轮转速 查循环基数H0N计算HL K = 当H N >0N H 时,取HL K =1 计算H 2许用弯曲应力 F l i m bF F C FL F=K K S 查得Flimb1 ,Flimb2 取安全系数F S =1.251.5 取FC K计算FL K FV N = H N ,F0N =4×810计算FL K = 1但 2 计算F1

47、 , F23.计算工作转矩 4111P T =9.5510 n 4.根据接触强度,试求小齿轮分度圆直径m1d m1dd =K初步计算时,取d K =84;d m1b = 一般:d =0.30.6 查出K ; 求出试算值m1t d 。 5.精确计算小齿轮的直径 m1dd =K 取 H z =1.76,z =1,E z 圆周速度m1t 1m1d n v =601000 m/s依据精确等级和圆周速度m1v ,查v K计算d K =m1d 。 计算 d m 1b=d ,取整数后,作为齿轮的宽度,注意:12b =b6.根据弯曲疲劳强度,计算齿轮的模数m m m mm 由1v11z z =cos 2v22

48、z=cos z ,得F1Y 、F2Y 代入F1F1Y 、 F2F2Y 中的大值=b m m m 一般可取610。计算m m (不必取整数由(m=m R/R-0.5b m ,(一般取b/R=1/3 求出模数m 并根据下表取标准值。表5-2锥齿轮模数锥齿轮模数(摘自GB12368-901.001.1251.251.375 1.5 1.752.25 2.5 2.75 33.253.53.754.55 5.566.57 7.5 8 8.5 7.计算几何尺寸修正小齿轮的齿数:1m1z =d /m m ,(此处m1d 为根据接触强度计算的值并取大于该数的整数(不四舍五入作为小齿轮的齿数,计算2z ,21z

49、 =uz 取整数。则计算出的锥齿轮的相关参数12如下表:第一种规格:1z =21,2z =63, m m =4.5表5-3输入锥齿轮参数名称代号计算公式小齿轮数值大齿轮数值 分度锥角 1arctgi =,02901=-18.440 71.560 分度直径 d 11d mz =,22d mz =94.5 283.5 锥距R1R=2149.42149.42 齿顶高 a h *a a h h m =4.5 4.5 齿根高 f h *f (c a h h m =+9 9 齿顶圆直径 a d 2cos a i a i d d h =+103.04 286.35 齿根圆直径 f d2cos f i f i

50、 d d h =-77.42 277.80 齿顶角 a ai (/a arctg h R =1.720 1.720 齿根角 f fi (/f arctg h R =3.440 3.440 齿顶锥角 a a i i ai =+20.160 73.28 齿根锥角 f f i i fi =-150 68.120 分度圆齿厚c/2c m = 7.06 7.06 齿宽 b/3b R 38 38 当量齿数 v z v /cos z z = 22.14 199.17 当量齿数比 v u 2v u u =9 9 平均模数 m m m (10.5R m m =-3.6 3.6 平均分度圆直径 m d (10.5

51、mi R d d i =- 75.6 226.8 当量齿轮的分度圆直径mv dm /cos vi mi i d d =79.70717.02第二种规格:1z =25,2z =25, 5m m =表5-4传动锥齿轮参数名称代号计算公式小齿轮数值大齿轮数值 分度锥角 1arctgi =,02190=-450 450 分度直径 d 11d mz =,22d mz =125 125 锥距R1R 2=88.3988.39 齿顶高 a h *a a h h m =3 3 齿根高 f h *f (c a h h m =+5.5 5.5 齿顶圆直径 a d a 2cos i a i d d h =+132.0

52、7 132.07 齿根圆直径 f df 2cos i f i d d h =-110.86 110.86 齿顶角 a a (/i a arctg h R =3.24 3.24 齿根角 f f (/i f arctg h R =6.45 6.45 齿顶锥角 a a i i ai =+48.24 48.24 齿根锥角 f f i i fi =-38.55 38.55 分度圆齿厚c/2c m = 7.85 7.85 齿宽b/3b R 2525当量齿数 v z v /cos z z = 5.36 35.36当量齿数比 v u 2v u u = 1 1平均模数 m m m (10.5R m m =- 4

53、 4 平均分度圆直径 m d m (10.5i i R d d =-100 100 当量齿轮的分度圆直径m v dmvi /cos mi i d d =141.42141.428.结构设计画出大小锥齿轮零件图(见CAD 图。第6章 轴的设计及校核6.1 拟定轴上零件的装配方案选取轴的材料为45钢,调制处理13。根据设计的合理性及经济性可设计各道次的轴尺寸相同。本设计中轴的设计原则:由于各轴各部分都要装带轮、轴承、轧辊,轴装在矫直轴上,用机架支撑。根据设计的简便性,横跨机架部分的轴可根据对称性设计。轴的轴向定位可用定位套,套筒定位,轴的周向定位用键定位。初步估算轴的最小直径取0115A =,于是

54、得: min 0d A = 因为各道次的转速相同,而1p 最大。故只需验证第一道轧辊上轴的最小直径1m i n d 即可。1min 0d A = 。 所以可以以1min d 为各轴的最小直径。各道次上轴装有链轮,成对滚动轴承,侧板,定位套,轧辊部分。下轴装有锥齿轮,成对滚动轴承,侧板,定位套,轧辊部分。6.2确定各轴段尺寸和各轴的校核1.下轴左端装锥齿轮处的直径尺寸定位1d =90mm,第二段与轴承配合部分的直径取2d =95mm,第三段装轧辊部分的直径取3d =100mm.因轴承在工作时既受径向力的作用也存在轴向力。故选单列角接触球轴承,参照工作要求根据2d =95mm 由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组,标准精度级的角接触球轴承7319C型。其基本尺寸为d D B mm mm mm =9520045。5处包括起紧固作用的两块侧板和角接触球轴承,根据实际需要及设计经验可设侧板厚度侧=15mm,所以5L =B+2侧=45+215=75mm 。2处为定位套筒长度20mm,套筒厚度取套=2mm,所以2L =20mm 。设4L =10mm ,1L 应比齿轮的宽度稍大一些,则设1L =70mm 。3段主要装的是轧辊,根据以上所设计的轧辊宽度综合考虑,可取3L =300mm 。1处选键A2570,5处选键A2590。 图6-1轧辊下轴的结构综