卷板机设计(共61页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论11 概述机械制造业是我国制造业最重要的组成部分，是国家的国民经济命脉，也是增强国家竞争力的基础。机械制造业的规模和水平是反映国家综合经济实力和科学技术发展水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。 卷板机作为板材加工的特殊机器，它在机械工业基础加工中占有重要的地位。卷板机是安装单位设备预制经常试用的设备。卷板机是一种将金属板材弯成筒形 、弧形 、锥形或其他形状制件的通用设备，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，以获得预定形状的制件。卷板机由于使用的领域不同，种类也不同。国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊

2、数量及调整形式等为标准实行混合分类。一般分为：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、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等)、四辊卷板机、特殊用途卷板机（有立式卷板机、多辊卷板机、船用卷板机、椎体卷板机、双辊卷板机和多用途卷板机等）。按卷制温度不同可分为冷卷 、热卷及温卷。从传动上分机械式和液压式。从卷板机的发展上说，上辊万能式最落后，水平下调式略先进，弧线下调式最高级。三辊弧线下调式是型弯机的发展方向 。不同的用户应该根据自己的具体试用情况，选择合理性价比的机型来满足自己的生产需要。不需要预弯板端的工件可选择性价比较高的对称上调式三

3、辊卷板机；薄板小筒件可选择三辊全驱动的弧线下调式或水平下调式三辊卷板机；卷制中等厚度板材工件可选择性价比较高的上辊十字移动式三辊卷板机或水平下调式三辊卷板机；卷制厚壁大型筒件则水平下调式三辊卷板机是理想的结构形式。1.2 卷板机的原理1.2.1 卷板机的运动形式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。专心-专注-专业 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

4、,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：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2、O3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O1垂直平面的上翘、翻边运动等。1.2.2 弯曲成型的加工方式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

5、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 滚圆机原理图用三辊弯（卷）板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为0.5L（30-50）mm(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） 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 卷板机的发展趋势加入WTO后

6、我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五”期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到2010年，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。我国从上世纪70年代初期，开始了卷板机的专业化生产，但早期的机械传动式三辊卷板机结构简单，不能进行板材端部预弯。上世 纪 80年代 ，国产卷板机多数采用三辊对称结构，虽然结构简单，成本较低，但在卷制板材时 ，剩余直边较大(为两下辊中心距之半)，尤其是卷制大规格板材时，原材浪费严重、工效低。随着我国化工、锅炉、压力容器等行

7、业向大型化发展，卷板机正向加工对象为厚板、特厚板强度板、复合板等的大型、特大型水平三辊卷板机方向发展。同时，由于剩余直边短、节省材料、成形精确、效率高，大型四辊卷板机也将得到发展。 在今后的工业生产中，卷板机会一直得到很好的利用。它能节约大量的人力物力用以弯曲钢板。可以说是不可缺少的高效机械。时代在发展，科技在进步，国民经济的高速发展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速发展。2 方案的论证及确定2.1 方案的论证2.1.1 方案1 双辊卷板机双辊卷板机的原理如图2.1所示： 2.1 双辊卷板机工作原理图上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个包有弹性的辊，可以作垂直调整。当下辊旋

8、转时，上辊及送进板料在压力作用下，压人下辊的弹性层中，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。上辊压人下辊的深度，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.不必端头弯曲，加工速度快；2.在一次行程中有做高精度成型的可能；3.板坯即使是经过冲孔、切口、起伏成型等加工，也不致产生折裂及不规则翘曲等；4.不

9、产生皱折，不在制件表面造成划痕；5.如果把棍轮的压下量取大，即使俩棍轮的间距有所变动而制件的直径也不发生变化，因此设备精度不是很高也行，使用的是简单的装置等等。另一方面，二棍卷板机的缺点是:1.由于相对于制件直径的每一个变化都需要制作导向辊轮，故不适于多品种小批量生产； 2.不能做厚板的加工（最大加工板料6-9mm）。2.1.2 方案2 三辊卷板机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. 对称式三棍卷板机结构及特点对称式三棍卷板机，由工作辊、机架、传动系统和机座等组成。通常两个下辊为主动辊，相对于上辊作对称布置，上辊为从动辊，可垂直调节，所

10、以也称对称上调式三棍卷板机。机器一侧安装有倾倒轴承，称为机器的倾倒侧，另侧安装有传动系统，称为机器的传动侧。除去全机械传动的对称式三棍卷板机，还有半液压半机械传动的对称式三棍卷板机。传动侧的翘起机构和倾倒侧的轴承倾倒机构均是为方便卸下卷制成形的筒件。通过倾倒机构能把轴承体倾倒85-90，翘起机构可把上工作辊翘起1-3。在中小型对称式三棍卷板机中大多采用手动倾倒机构和手动翘起机构。在大型的对称式三棍卷板机中，大多采用液压驱动的翘起机构倾倒机构。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。形成较准确，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

11、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）。2.1.3 方案3四辊卷板机其原理如图2.3 图2.3 四辊卷板机 它有四

12、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方案的确定通过上节一般小型卷板机结构特点的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后形成本设计方案，502000对称上调三辊

13、卷板机。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。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。2.3本章小结 通过几种运动方案的分析，双辊卷板机虽然不需要预弯，但只适合小批量生产，而且弯曲板厚受限制。四辊卷板机通用性广，但其质量体积大而且操作技术不易掌握。对称三辊卷板结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。经过相比较下最终决定采用三辊卷板机。3 传动设计对称上调式三辊卷板机如图3所示：它是以两个下辊为主动轮 ，由主动机、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

14、：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 传动方案的分析及确定卷板机传动系统分为两种方式：齿轮传动和皮带传动。皮带传动方式具有传动平稳，噪音下的特点，同时以起过载保护的作用，这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。齿轮传动方式具有工作可靠，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特点。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。3.2 主传动系统的确定鉴于上

15、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3.2所示：图3.2传动系统所以选用了圆柱齿轮减速器，减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。3.3副传动系统的确定为调整上下辊间距，由上辊升降电动机通过减速器，蜗轮副传动蜗轮内螺母，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3.2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。3.4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

16、动，副传动采用蜗轮蜗杆传动。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 1. 已知设计参数：加工板料：Q235-A 屈服强度：s=235MPa 抗拉强度：b=420MPa辊材：55 Mn 屈服强度：s=930MPa 抗拉强度：b=1080MPa硬度：HBS229HB板厚：s=50mm 板宽：b=2000mm 滚筒与板料间的滑动摩擦系数：m=0.18 滚筒与板料间的滚动摩擦系数：f =0.8（冷卷）无油润滑轴承的滑动摩擦系数：=0.06板料截面形状系数：K1=1.5 （矩形）板料相对强化系数：K0=11.6 （A3钢） 板料弹性模量： E=2.06105MPa卷板速度

17、：V=3.5 m/min2. 确定卷板机基本参数下辊中心矩：t=(1214)s =750mm 上辊直径：下辊直径： 上辊轴直径： 下辊轴直径：最小卷圆直径：4.1.2 主电机的功率确定1）板料变形的基本参数 R=1300mm 2）板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1 (式4.1)其中W为板材的抗弯截面模量： (式4.2) 3）板料变形的最大弯矩M (式4.3)4） (式4.4) 上辊受力： (式4.5) 下辊受力： (式4.6)5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩 (式4.7) 6）板料送进时的摩擦阻力矩 (式4.8) 7）拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩 (式4.9) 8）卷板机空载扭矩空载扭矩与主动辊、

18、板材以及联轴节的重量有关，一般忽略不计。9）卷板机送进板料时的力矩 (式4.10)10）卷板时板料不打滑的条件： (式4.11)，所以满足。11）驱动功率：(式4.12) (式4.13)41.3主电机的选择： 由计算，考虑工作机的安全系数，电动机的功率选55kw。通过计算和查阅资料决定选择电动机型号如下（表4.1 、表4.2）：表4.1 主电动机的选择电动机型号功率kM55转速r/min740 表4.2 辅助电动机的选择电动机型号功率kM18.5转速r/min718结论：综合考虑到生产中应用的经济性，通过计算选定卷取机构选Y315S-8型电动机来提供给卷板机卷取动力，上辊压下机构选型电动机来提

19、供给卷板机上辊压下动力。4.2上辊的设计计算校核上辊卷板示意图如下图4.1所示。 图4.1上辊卷板示意图上辊承受工作应力均布载荷的集度 （式4.14） =600N/mm1）当板料置与辊子中间时其受力图、剪力图及弯矩图如图4.2。则 图4.2 受力图，剪力图，弯矩图2）当板料偏置一端时其受力，剪力及弯矩如图4.3所示在AC段内 在CD段内在DB段内当时，M最大为693.31KNm则 图4.3 受力图，剪力图，弯矩图上辊为55Mn2优质合金钢，其许用应力。因为中置卷板和偏置卷板最大工作应力均小于许用应力，所以卷制3+24钛钢复合板（Ti+16MnR）应该安全。又因为偏置卷板最大应力小于中置卷板最大

20、应力，所以最好偏置卷板。 卷简长度一定外径与板厚的关系卷筒长度一定，卷筒外径与板厚的关系由式4.15来表示。 （式4.15）式中：下棍直径d为425 mm；复合板筒外径为2600 mm；卷制筒体外径为660mm厚度为50mm。将数据代入公式计算得卷简直径一定卷筒长度与板厚的关系卷筒直径一定，卷筒长度与板厚的关系由式4.16来表示。 （式4.16）式中：t2为357 mm；工件长度为2000 mm；上辊长度L为2500 mm；卷筒长度为2000 mm。将所列数据代人公式4.16计算得ts=412 mm卷简长度一定材料的的直径与板厚的关系卷筒长度一定材料的直径和与板厚的关系由式4.17来表示。 （

21、式4.17）式中紫铜屈服极限为182Mpa；钛钢屈服极限为408.4MPa；为41.2mm，将所列数据代入公式4.17中计算得=27.5mm。即卷制的钛钢复合板时，可卷板厚为27.5mm。因为2727.5，所以该设备可以满足此规格的钛钢复合板的卷制。辊子材料选择卷板机辊子要求有高强度与良好的塑性和韧性，结合以往经验及生产实际，现选择55Mn2,因为这种材料经调质处理后钢的组织为回火索氏体，其中渗碳体呈粒状分布，具有较高韧性,能满足高强度及良好的塑性韧性要求.4.3 卷筒的壁厚卷筒的壁厚可以通过卷取前后钢板质量不变来进行计算，在卷取过程中卷筒的壁厚逐渐减小。4.3.1 钢板理论简体半径R和上辊压

22、下量h之间的关系钢板在加工过程中，曲率的控制是通过调整压下量来实现的。由研究可知，板材在对称式三辊卷板机上卷取完成时，上辊的压下量和圆筒半径的关系为：，其中a和b为系数。因为h和R之间的关系是隐函的，所以这样的关系式在实际生产中并不实用。图 4.4 理论半径R和上辊压下量h的关系下面建立了一个简单的模型。暂不考虑钢板回弹并假设钢板厚度很薄，可以近似忽略不计。进行具体分析：如图4.4所示，以两下辊的上切线为 X轴，上辊运动方向为Y轴，卷板圆筒中心A在该坐标系中的坐标为(O，R一h )， 左下辊中心的坐标为(一L2，一 2)上辊和下辊中心连线的距离为由两点间的距离表达式可得： （式4.18）整理可

23、得算式： （式4.19）4.3.2 一次进给对称卷板的验算在卷制过程中，通常尽量设定较少进给次数，如一次进给完成卷制加工，自然有高的生产率，但精度相对会下降。在给定工件参数的条件下，能否一次进给完成卷制加工，除看精度外，还需要检验钢板是否变形量过大，防止造成材料损伤，通常控制外部纤维伸长率不得太于5；需验证上辊施加弯曲力是否大于设备的最大承受力，设备的最大承受力一般取卷板机标称压力的0.8倍；此外还需要判断所需电机功率是否小于卷板机电机额定功率。最后检查钢板是否打滑，钢板滚卷弯曲时外部纤维受拉，内部纤维受压。变形的大小与卷曲曲率和钢板厚度成正比。一般情况下，外部纤维伸长变形率满足关系式： （式

24、4.20）式中：R。 多次卷制时前一次卷成的曲率半径。通过研究，发现卷取过程中钢板受到上辊的压力F 可表示为： （式4.21）式中：M卷板最大变形弯矩N，mm； （式4.22） 形状系数； 材料相对强化系数； 进行弯曲时板件的相对曲率半径；Rl= R T； （式4.23）板材的抗弯截面模量，； （式4.24） 卷板宽度，mm；需要电机功率P可用下式表示： （式4.25）如上图所示。式中： 下辊的线速度： 减速机的效率，一般可取0.8； 总驱动扭矩，Nmm； （式4.26） 消耗在板材变形上的扭矩，Nmm； 消耗在摩擦阻力上的扭矩，N-mm； 滑动摩擦阻力距，Nmm；板料是依靠滑动摩擦力推进的，

25、故送进板料的力矩为： （式4.27）其中： 下辊反力，N；下辊表面摩擦系数。板料不打滑的条件： （式4.28）其中： 上辊反力，N； 下辊反力，N； 上辊轴颈的直径，mm；一般取015；一般取0OO4；下辊表面摩擦系数其中可以通过受力平衡公式进行计算4.3.3 锥筒的卷制用计算公式求出每条素线的实长值和底圆每等分的弧长 直接作展开图形。圆锥素线实长(见图4.5)图4.5 圆锥素线实长 （式4.29） 式中：H 圆锥高度；L 圆锥顶点在底面的投影到底圆圆心的距离；R底圆放样半径：每条素线在底圆上对应圆心角；对应素线实长值。计算时可用任意角度，底圆弧长的计算应以两素线在底圆上对应的圆心角度来计算，

26、计算式为，r为展开半径。为作图方便一般按底圆等分作计算，即只要计算一个等分段的对应的弧长值就可以。展开计算时只要计算出底圆等分点对应各素线实长值和一个等分段对应展开弧长。4.3.4 三辊卷板机轴辊的调整计算卷制圆筒时轴辊调整计算三辊卷板机调整时两下辊是固定不动的；上辊可上下移动。上辊移动的中心线轨迹与两下辊水平对称中心线位于同一垂直面上。因此，卷板机在卷制圆筒时，从开始到成型，圆弧的圆心始终脱离不了上辊移动的中心线轨迹面。利用直角三角形的有关公式，就可计算出卷制圆筒体从开始到成型上辊下降数值(见图4.6)。上辊下降数值 （式4.30）图4.6 卷制圆筒示意图卷制锥筒时轴辊调整计算如图4.7所示

27、，锥筒尺寸有大口直径D、小口直径d、锥体高度h和锥筒侧面与垂直线的夹角和。利用工件大、小口直径数值直接带入公式计算是不合理的，并且误差太大，必须算出与轴辊相垂直的大、小口曲率半径作为计算数据，亦即锥体大、小口半径分别在下轴辊中心线上的垂直投影。卷制锥筒时，首先计算出锥体大、小口在处上辊下降的数值，将两数相减，得锥体两端口在处轴辊下降高度差。再将此处高度差顺轴辊向两端支撑轴承处按比例延伸，即得在处上辊下降高度差，再算出上辊在处下降高度差。图4.7 圆锥尺寸图 见图4.8，将、分别带入卷制圆筒公式中得卷制锥筒在处上辊调整数值。图4.8 卷制锥筒示意图 同理，可求出卷制锥筒在处上辊调整数值 式中：B

28、上辊两轴承间距。任意锥筒的卷制过程 表4.3 卷板机主要参数板宽B（mm）板厚T（mm）卷板速度屈服极限上辊直径（mm）上辊轴径（mm）下辊直径（mm）满载最小卷径（mm）2000503.52354502003601300形状系数相对强化系数主电机功率选取（KW）主要电机转速r/min辅助电机功率（KW）辅助电机转速下辊中心距mm上下辊开口度1.511.65574022718750200卷制锥筒时，把上辊调到卷制直径为d的圆筒所需高度，然后把离合器上的定位螺钉松开，使蜗轮空转达到只升降一边机架中升降丝杠的目的，最后把上 辊的一边上升 ，在卷制锥筒过程中，锥筒转动一周，上辊匀速升降(。一 )距离

29、，完成锥筒的卷制。上述方法将板料卷成锥筒后，再焊接成形。但还需按以上步骤进行矫正，才能达到理想的工件。这种方法调整方便准确，降低了劳动强度，提高了生产率。结论：根据以上公式可以建立三辊对称卷板机参数模型，进行计算，结果如表4.3。4.4本章小结通过计算，最后确定电动机的功率为55kw。对三辊卷板机选择的参数进行校核，结果辊的强度都合格。5 减速器的设计计算5.1减速器的选择5.1.1概述 减速器是卷板机中重要的部件，他的作用是把电动机的高转速，降低到各机构所需要的工作转速。卷板机中减速器主要用来调整上辊升降机构、下辊转动，减速器的种类有很多，由于齿轮减速器在使用过程中效率高，工作寿命长，维护使

30、用方便，因而在卷板机的应用也很广。在此对卷板机所需要的减速器进行计算然后根据计算选择经济合理的。5.1.2减速器总体设计原始数据如下:压下拉力：9045N卷板速度：3.5m/min由于要求设计的减速器的传动比较大，且齿轮主要受径向力的作用，于是可采用三级直齿圆柱齿轮减速器。根据第上一步设计出来的电动机确定主电动机的功率为 55KW，所选择的型号为。主要性能如下表5.1。表 5.1 主减速机参数型号额定功率/KW转速/（r/min）电流（380v）55718114效率因数堵转转矩轴径中心高0.81.6803155.1.3确定传动比初步确定传动比和分配传动比 （式5.1）分配传动装置传动比 其中，

31、分别为链传动和减速器传动比。初步取则。5.1.4计算传动装置的传动参数O轴：O轴即电动机轴 （式5.2） （式5.3） （式5.4）轴：轴即减速器高速轴 P=P02=630.9862kw n=750r/min 轴：轴即减速器低速轴轴：轴为卷筒轴运动和动力参数计算结果如下表5.2：表5.2 运动和动力参数计算结果轴号功率/KW转速/（r/min）转矩/Nm063750802.2162750789.47260.23267.8572147.40355.3695.6635526.575.2齿轮传动设计5.2.1齿轮的设计选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。带式卷筒运输机

32、是一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。查3中189页表10-1。小齿轮材料为45Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮的材料选用45钢（调质）硬度为240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齿轮齿数 =24，大齿轮齿数 ，取=72。按齿面接触强度设计由设计公式进行计算，即 （式5.5）1）确定公式内的各计算参数试选用载荷系数=1.5。计算小齿轮传递的转矩 （式5.6）由机械设计201页表10-7选取齿宽系数=1。由机械设计198页表10-6查得材料的弹性系数。由机械设计207页图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。由根据

33、应力循环次数 （式5.7） （式5.8）由3中203页图10-19查得接触疲劳寿命系数：，。计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S=1，得 （式5.9） （式5.10）2）计算试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 （式5.11）计算圆周速度v （式5.12）计算齿宽由3表107取=1.2 （式5.13）计算齿宽和齿高之比b/h模数： （式5.14）齿高： （式5.15） （式5.16）计算载荷系数：根据v=2.15m/s，7级精度，由机械设计192页图10-8查得动载系数Kv=1.10；直齿轮，假设。由3图103查得由机械设计190页表10-2查得两段的齿轮的使用系数，由机械设计194

34、页表10-47级精度、小齿轮相对支承对称布置时， （式5.17）将数据代入后得由b/h=12.79,=1.391，机械设计195页图10-13得=1.40，则载荷系数： （式5.18）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得 （式5.19）计算模数 （式5.20）按齿根弯曲强度设计设计计算公式 （式5.21）1）确定计算公式内的各计算参数由机械设计204页图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由机械设计202页图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由下式得 （式5.22） （式5.23）计算载荷系数K （式

35、5.24）查取齿形系数由3197页表10-5查得，；查取应力校正系数由3197页表10-5可查得，计算大、小齿轮的并加以比较 （式5.25） （式5.26）由上式可得大齿轮的数值较大。2）设计计算 （式5.27）此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数1.443并就近圆整为标准值m=1.5;按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数：，大齿轮齿数：取。这样的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，而且做到了

36、结构紧凑，避免浪费。5.2.2 几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距 （式5.28）计算齿轮宽度取。验算 （式5.29） ， （式5.30）由此可知设计合适。5.2.3齿轮的结构设计因齿顶圆直径，所以做成实心结构实际传动比所以实际转速 转速误差转速误小于要求的，所以符合要求。5.3蜗轮、蜗杆的传动设计蜗杆传递名义功率8.35kw，转速n1=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。环面蜗杆传动具有的特点：同时齿合的齿的对数多，轮齿受力情况得到较大改善，其

37、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，所以我选择包络环面蜗杆传动。5.3.1 材料选择：蜗杆：45，表面淬火，HRC50齿面粗糙度Ra0.8蜗轮：ZQAL9-4，传动选用8级精度，标准侧隙，三棍卷板机间隙工作。5.3.2 参数的设计：1. 求传动的中心距： （式5.31） 式中，K1、K2、K3、K分别为： 1、1.0、0.8、1 由文献查得a=175mm，取成标准值a=180mm2. 主要几何尺寸计算Z1=1，Z2=34da2=312mm, diz=245mm, de2=315mmb2=38mm, Ra2=40mm, db=125mm其余项目由公式计算

38、得：蜗轮端面模数： 径向间隙和根部圆角半径： c=r=0.2m=1.504mm齿顶高： ha=0.75m=5.64mm 齿根高：hf=ha+c=7.144mm蜗轮分度圆直径 ：d2=da2-2ha=340mm蜗轮齿根圆直径 ：df2=d2-2hf=290mm蜗杆分度圆直径 ：d1=2a-d2=100mm蜗杆喉部齿根圆直径 ：df1=da-2hf=48-2*7.144=31.416mm蜗杆喉部齿顶圆直径 ：da1=d1+2ha=58mm蜗杆齿顶圆弧半径 ：Ra1=a-0.5da1=150.36mm蜗杆齿根圆弧半径 ：Rf1=a-0.5df1=163.144mm周节角 ： 蜗杆包容蜗轮齿数 ：Z=

39、Z2/10=3.4蜗杆工作包角之半 ： （式5.32）蜗杆工作部分长度 ：蜗杆最大根径： （式5.33）蜗杆最大外径 ： （式5.34）蜗杆喉部螺旋导角 ： （式5.35）分度圆压力角 ： （式5.36） 5.4轴的设计校核计算：5.4.1低速轴设计已经求得 大齿轮分度圆直径所以大齿轮所受的径向力 初步确定轴的最小直径先按3152式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据3表153，取，于是得 （式5.37） 输出轴的最小直径显然是安链轮处轴的直径，如图5.1所示。为了使所选的轴直径与链轮的孔径相适应，故应先确定链轮。安装链轮轴的直径为链轮的内径取26mm，安装链轮轴的长度，

40、取。5.4.2轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足链轮的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为34mm。链轮与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在链轮上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比2-3段略短一些。现取图5.1 轴的各段长度 2）初步选择滚动轴承。因轴承主要受径向力的作用，故用单列深沟球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6207，其尺寸为 ，故 ；而 。3）右端滚动轴承采用轴肩膀进行轴向定位。由4第3卷查得6207型轴承的定位轴肩高度5mm，因

41、此，取 。取安装齿轮处的轴段45 的直径；齿轮的左端与左轴承这间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为58mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高 ，取 ，则轴环处的直径。轴环宽度 ，取 。4）轴承端盖的总宽度为16mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。取端盖的外端面与链轮右端面的距离，故取 。5）取齿轮距箱体内壁之距，考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取 ，已知滚动轴承宽度。 经过计算：至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴上零件的周向定位齿轮、链轮与轴的周向定位均采用键联接。 用A型平键，由手册查得A型

42、平键截面（GB109679），键长为52mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选取齿轮轮毂与轴的配合为；同样，链轮与轴的联接，选用C型平键为 （GB109679），链链轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。确定轴上圆角和倒角尺寸参考4152，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径均为1mm。校核键的强度据机械设计103页公式61及104页表62得联接齿轮键的强度校核 （式5.38）符合强度要求。联接链轮键的强度校核 （式5.39）符合强度要求。 5.4.3轴上的载荷在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值。对于6207型深沟球轴承，由手册中查

43、得 。因此，作简支梁的轴的支承跨距。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如图5.2所示。表5.3 轴的弯矩和扭矩值载荷水平面垂直面支反力弯矩M总弯矩扭矩图5.2轴的弯矩图和扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。5.4.4校核轴承的受命强度验算因减速器的使用期为8年，每年工作30天，两班制。所以轴承的理论受命为由前面计算可知， ，则 所以A为危险轴承。于是对A 进行受命强度验算，由3312页公式135得： （式5.40）所以轴承的受命满足要求。5.4.5按弯扭合成应力校核的轴的强度进行校核时，只需对轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据3365页公

44、式155及上表中的数值，并取，轴的计算应力 （式5.41）前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由3355页表151查得 。因此 ，故安全。5.5减速器型号的选择通过计算和查阅资料，卷板机上多采用封闭式结构的减速器，齿轮都装在封闭的外壳内，灰尘进不去，润滑良好。由于减速器润滑条件好，维修方便，使用耐久，所以在近代的卷板机上都有广泛应用。通过计算和资料确定主电机和辅助电机型号参数如下表5.4：表5.4 主电机和辅助电机型号参数项目型号公称传动比主减速机QJS630-125-IW125辅助减速机ZL425-10105.6减速器齿轮、轴承的润滑1.齿轮的润滑：因低速级的速度V12m/s，故采用浸油润滑

45、。高速级采用带油轮润滑。2.轴承的润滑：因轴承的速度V1.5-2m/s，故采用飞溅润滑.5.7本章小结根据卷板机所需传动比大，所以采用了三级减速器。根据所选电动机输出功率和转速和三辊卷板机的最后转速，确定各级的传动比，在计算确定减速器的各参数，最后对输出轴、键和轴承的校核都合格。6 机架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。国内外在重型机械制造方面，愈来愈多地用全焊钢结构代替全铸结构。例如：冲压机、锤压机、大中型机床等的机架或床身；大型齿轮、内燃机及汽车传动轴等传统铸造件已迅速

46、地改用全焊钢结构。其主要原因在于全焊钢结构重量轻，质量高，生产周期短等特点 。根据工程需要和已有条件，设计制造了一台W11-50X2000型卷板机。考虑铸造结构工期长、成本高，卷制锥筒时连接挡料装置不方便，而且要随工程场地变化反复拆卸、搬运、安装，又是单机生产，最后决定其机架采用全焊钢结构。卷板机示意图见图6.1所示。 图6.1 卷板机示意图6.1机架钢结构的设计以往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，侧壁板厚以不小于15 mm为宜翻，见图6.2。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面板采用厚为30mm的Q235B钢。加强筋选用厚为20mm的Q345D钢。由W11-50X2000型卷板机能卷制的最小圆直径确定了两下辊中心距为750 mm。参考同类机型卷板机几何尺寸、安装情况确定了该机架的外形尺寸，详见图6.3所示。板壳受力分析由W11-50200型卷板机工作原理可知，轧制力通过压下丝杠传递给蜗轮，蜗轮再顶紧止推轴承，止推轴承最后将力施加给钢板AA，卷板机工作时，左右半机架分别承受对称荷载。根据工作辊受力分析 ，施加给钢板AA的力为l/2P，P为总轧制力(当弯卷宽为2000 mm厚为50 mm的钢板时其数值为3.48410 N)。其机座受力如图6.4所示。 图 6.2 机架壁厚与变形关系