毕业论文-卷板机的设计与运动仿真

毕业设计卷板机的设计与运动仿真机械工程系学生姓名：学号：机械工程系机械电子工程系部：机械电子工程专业：指导教师：二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日

毕业设计任务书设计题目：卷板机的设计与运动仿真系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：学生：指导教师（含职称）：1．课题意义及目标卷板机是一种比较成熟、应用范围较广、对经济的发展起着比较重要作用的行业机械。卷板机的主要功能是将板材弯曲成筒形、锥形、或者是他们的一部分，以获得所需要的成型工件。本课题主要是设计卷板机的整体尺寸，选择合适的动力装置，对其中主要的零部件进行校核计算，绘制三维图形，并对装配好的卷板机进行运动仿真。2．主要任务（1）通过广泛调研、查阅文献、参观实习，了解并掌握卷板机的种类、用途以及工作原理，确定主体设计方案。（2）确定卷板机的尺寸，对卷板机进行设计计算。（3）对卷板机进行三维建模及运动学仿真。（4）按时完成毕业论文。要求论文论述清楚、文理通顺、图表规范、数据准确、内容完备。遵守纪律，以严谨的科学作风，按时完成各项任务。3．主要参考资料[1]邢伟荣．卷板机的现状与发展[J]．锻压装备与制造技术，2010-02．[2]王吉龙．美制大型三辊卷板机液压及电气控制系统的改造研究[D]．兰州理工大学2011．[3]郭屹．大型水平下调式三辊机卷板机的结构分析与优化[D]．太原科技大学．2014．4．进度安排设计各阶段名称起止日期1查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告2014.12.01至2014.12.312广泛阅读相关文献，确定设计方案2015.01.01至2015.03.103完成卷板机的整体设计，完成中期检查2015.03.11至2015.04.304完成卷板机的三维建模与运动仿真2015.05.01至2015.05.155撰写毕业论文，准备答辩2015.05.16至2015.06.10审核人：年月日PAGEIII卷板机的设计与运动仿真摘要：卷板机是一种比较成熟、应用范围较广、对经济的发展起着比较重要作用的行业机械。卷板机的主要功能是将板材弯曲成筒形、锥形、或者是他们的一部分，以获得所需要的成型工件。主要的种类有两辊卷板机、三辊卷板机和四辊卷板机。本设计为三辊式卷板机的设计与运动仿真，主要内容有：对卷板机的整体尺寸进行设计，根据板材的成型过程对电机进行选择，并对上、下辊受力分析、刚度校核、强度校核。完成设计计算部分后，制图并对其进行装配，最后利用Pro-e对所设计卷板机进行三维建模仿真。关键词：卷板机，三维建模，运动仿真DesignandSimulationofPlateBendingMachineAbstract：Platebendingmachineiscomparativelymatureandwidelyappliedandplaysanimportantroleindevelopingeconomytomachineindustry.Themainfunctionofplatebendingmachineisbendingtheplateintocylindric,taper,oronepartofthem.Whichcanacquirethecomponentweneed.Themaintypesofplatebendingmachinearetworoller’s,threeroller’sandfourroller’splatebendingmachine.Thisprojectisthedesignandsimulationofplatebendingmachine.Themaincontentoftheprojectisthatdesigntheoveralldimension,choosesuitableelectromotorby

theformingprocessoftheplateandanalysisthestressoftheupperandlowerroller,andcheckthemstrengthandrigidity.Aftercompletionofcalculate,thenextstepisthatcompletesdrawingandassembling.Finally,3-dimensionmodelingoftheplatebendingmachinearedonebyPro-e.Keywords:Bendingmachine,Dimensionalmodeling,Motionsimulation

目录1前言 11.1概述 11.2国内外研究进展 22方案的分析及确定 42.1方案的分析 42.1.1二辊卷板机 42.1.2三辊卷板机 52.1.3四辊卷板机 62.2方案的确定 63传动的确定及计算 73.1传动方案的确定 73.2传动系统的确定 83.3主传动系统设计 93.3.1主电机的选择和计算和已知的设计参数 93.3.2分配传动比 203.3.3设计辊子上的齿轮传动 203.4上辊的设计计算及其校核 233.4.1上辊结构及受力图 233.4.2上辊刚度校核 233.4.3上辊强度校核 243.5下辊的设计计算及其校核 253.5.1下辊结构及受力图 253.5.2下辊刚度校核 263.5.3下辊弯曲强度校核 264副传动系统主要部件设计 284.1选择电机 284.2二级减速器的选择 284.2.1蜗轮及与其连接在一起的丝杠螺母的速度 284.2.2传动比的分配和电机的功率 294.3设计丝杠和丝杠螺母螺旋副 304.4设计蜗轮和蜗杆机构 314.5轴承的选择和校核 325装配体的建模与运动仿真 345.1卷板机的建模 345.2卷板机的装配 355.3卷板机的运动仿真 366结论 37太原工业学院毕业设计PAGE391前言1.1概述\t"C:/Users/NINI/Desktop/%E4%B8%89%E8%BE%8A%E5%8D%B7%E6%9D%BF%E6%9C%BA%E7%9B%B8%E5%85%B3/report_737013907_2015-5-27-17-44-30/PaperPass-VIP%E4%B8%93%E4%B8%9A%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"机械行业是国民性的产业，掌握着国家的经济命脉，在我国有着举足轻重的地位。它是国家的国民经济命脉。机械制造业是整个机械行业的基础是整个工业的基础，它的任务是为我国其他的相关行业打下坚实的基础，为其他的制械造业提供先进的零件及必要的条件。机械行业的科技发展水平也是衡量一个国家的工业实力的标准，对他的研究发展也是为我国工业实力的提高提供必要的条件，所以我们有必要也必须对它进行一定的研究。三辊卷板机是对材料进行所需弧度弯曲加工，从而达到对板料的弯度要求。\t"C:/Users/NINI/Desktop/%E4%B8%89%E8%BE%8A%E5%8D%B7%E6%9D%BF%E6%9C%BA%E7%9B%B8%E5%85%B3/report_737013907_2015-5-27-17-44-30/PaperPass-VIP%E4%B8%93%E4%B8%9A%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"它对机械行业的影响可以说是巨大的，在日常生活中到处都能看见卷板机生产出来的弯曲钢材。只要卷板机的发展得到很大的提升，那整个机械行业甚至工业都会将得到巨大的发展，为我国的工业的前进打下了坚实的基础。\t"C:/Users/NINI/Desktop/%E4%B8%89%E8%BE%8A%E5%8D%B7%E6%9D%BF%E6%9C%BA%E7%9B%B8%E5%85%B3/report_737013907_2015-5-27-17-44-30/PaperPass-VIP%E4%B8%93%E4%B8%9A%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"卷板机的种类特别多，在国内的分类如下：（1）特殊用途卷板机；（2）二辊卷板机；（3）三辊卷板机；（4）四辊卷板机\t"C:/Users/NINI/Desktop/%E4%B8%89%E8%BE%8A%E5%8D%B7%E6%9D%BF%E6%9C%BA%E7%9B%B8%E5%85%B3/report_737013907_2015-5-27-17-44-30/PaperPass-VIP%E4%B8%93%E4%B8%9A%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"。我国卷板机使用的事机械传动并且这种方式在我国已有了几十年的历史，因为其工作方式比较简单造价也比较便宜，比较容易制造与生产。但在有的场合机械传动这种方式也不怎么适用，特别是在电机功率大导致电压浮动大时，所以这时一般就使用液压式的传动，这种方式也有其优点。所以近年来就有把机械传动与液压传动联合起来的方式，运用这种方法可以结合两种传动的特性优点让卷板机的性能得到很大的提升。卷板机的卷板方式\t"C:/Users/NINI/Desktop/%E4%B8%89%E8%BE%8A%E5%8D%B7%E6%9D%BF%E6%9C%BA%E7%9B%B8%E5%85%B3/report_737013907_2015-5-27-17-44-30/PaperPass-VIP%E4%B8%93%E4%B8%9A%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"国内外一般都是采用冷卷方法居多。这种方法的精度很高，方法还比较简单，比较经济，对成本的降低也会有很大的帮助。但是对材料的要求也相对放比较严格，材料的性能一定要达到规定的要求，不然无法达到预期的结果，有些不允许冷卷的板料，由于热的刚性太差，就只能采用温卷的方法。1.2国内外研究进展我国的经济在家加入世贸经济后，开始步入了高峰，世贸的加入对我国各个行业的影响都不可忽视，当然对于我国的工业也起着巨大的重用，让卷板的发展步入了一个新的时期。我国对于卷板机的需求也越来越多，对于卷板机周边的产品也起到了带头发展的重用，走上了以卷板机为核心，一起发展的道路。在2010年，我国卷板机的的使用量和产量都排在了全球前二的位置。而关于卷板机的发展我国也将会投入更多的财力物力，因为过于卷板机的市场将会越来越越紧张，人们对卷板的设备要求也越来越高了，所以我们必须在此方向投入更多的力量，才不会被淘汰，不但要在量上占据领先位置，而且在质上也要做到排头兵的位置。现在外国的许多公司都看准了中国卷板机市场，都准备着跃跃欲试，而在我国，国家也对此有着高度的重视，不但国资委为此特别提出政策，各个地方政府也响应着国家的号召，纷纷对此进行着投资，民间的投资者也纷纷对此进行准备着，这一切都是源于卷板机的巨大利益。主要是卷板机的发展能给整个工业各个方面的装备设施，带来巨大的前景，为其他的行业也带来新的发展机会，牵涉到我国整个工业经济的发展。所以我们必须要花费更多的力量与心思在这方面，为我国的工业带来新的力量，让他在整个工业经济里起到带头的作用，带来新的经济繁荣。机床模具最大的市场就是卷板机的制造业。其中百分之七十的都是用于卷板机相关行业的，这种带动其他行业发展的能力，是卷板机独有的，为其发展带来许多的好处，这也是其他行业各个方面看好他，重视他的原因。从目前的发展情况来看，由于卷板机的发展为其他行业带来的发展的是巨大的，特别是在工业的其他方面，这种趋势是显而易见的。对这些行业的发展，将为我国的经济起到一个的巨大的重用，反过来说这些行业的发展也会反过来刺激着整个工业的发展，对卷板的要求也将越来越高。卷板机制造业的市场无疑是很大的，就我知道，每年70%的进口设备都是用于卷板机，同时也是由于它的广泛应用，促进了焊接、检测以及材料应用等多个领域的快速发展。我们不得不相信在为来的工业发展中，卷板机将会得到更好的利用。它可以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。

2方案的分析及确定2.1方案的分析通过查阅各种资料对卷板机的种类和作用进行详细的了解之后，首先对卷板机的选型做优缺点分析，然后选择适合自己实际情况的方案进行虚拟设计。现在对卷板机的分型对比如下：2.1.1二辊卷板机图2.1二辊卷板机的工作简图如图2.1所示，二辊卷板机由上、下两条辊轮组成。其上辊可以上下移动，为加料、加工做准备。当下辊旋转时，上辊对板料施加压力压入下辊弹性层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。从而产生反作用力，使板料贴紧上辊并发生型变，达到弯曲板料的目的。二辊卷板机具有的优点：（1）不需要对板料进行预弯成型，加工的速度也比较快；（2）结构上比较简单，易于公司大批量的制造，非常便于操作；（3）在一次成形过程中可以实现较高的精度；（4）不容易产生折皱，不易在板料表面产生划痕。其缺点：（1）板料的不同对卷板机上辊要求多，只能小批量生产；（2）能加工的板料厚度不能过高，这就对加工板料产生了局限性。2.1.2三辊卷板机（1）对称三辊卷板机如图2.2所示，该图左为机械三辊对称卷板机工作简图。工作时，上辊由蜗轮蜗杆传动做上下运动进行添料，加工等工作；下辊由主电机经减速器获得扭矩，使得板料在机器内来回运动均匀加工。机械三辊对称卷板机具有的优点：①结构简单，易于制造、维修；②投资相对较小；③形成较为准确。其缺点：板料剩余直边难以消除需要借助其他设备进行预弯。图2.2三辊卷板机的工作简图（2）不对称三辊卷板机如图2.2所示，该图右为机械三辊非对称式卷板机。工作时，下辊上下运动方便板料的添加和加工。上辊为主传动，上辊和下辊用齿轮啮合，使得下辊也成为主传动形式，这也是与机械三辊对称式卷板机最大的区别。机械三辊非对称式卷板机具有的优点：①具有预弯和卷圆功能，剩余边小；②结构简单，维修方便。其缺点：①板料需要掉头弯边，不易于加工操作；②机械弯曲板料能力较弱；③卷制板料较薄。2.1.3四辊卷板机图2.3四辊卷板机的工作简图如图2.3所示，该图为四辊卷板机的工作简图。工作时下辊上下运动，协助机构夹紧板料，上辊是有主电机带动旋转是板料在设备内匀速运动，达到较好的变型效果，它的侧辊也可以上下运动，从而达到弯曲板料的效果。四辊卷板机的优点：（1）板料对中比较方便；（2）设备自身具有预弯功能；（3）功能强大。其缺点：（1）结构复杂，不易于修理；（2）难以操作；（3）费用相对比较贵。2.2方案的确定通过对比各类卷板机的加工性能、优缺点及结合自己了解到的市场需求方向，综合以上对卷板机的了解我决定选用结构简单，易于制造、维修、投资相对较小、形成较为准确的机械对称三辊卷板机成为我的设计方案。

3传动的确定及计算3.1传动方案的确定（1）齿轮传动齿轮传动是人们使用范围最广泛的一种。它的传动效率高达90%以上，是所有传动方式中最高的。而且齿轮的生产也便于模型化，符合要求的产品具有较高的经济价值，再加上齿轮使用时间长，在工作过程种不易损坏，所以在设计中采用此种传动方式作为减速装置。齿轮式传动工作原理图如图3.1所示。图3.1齿轮传动工作原理图（2）蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动如图3.2所示。蜗轮蜗杆传动能得到比较大的传动比，而且结构紧凑，在两交错轴之间传递动力和运动的方向，在空间上垂直。这种传动方式噪声很小，传动平稳。而且此传动避免了液压式传动漏油的缺陷和手调试调节的不便，所以设计中采用蜗轮蜗杆的传动方案。图3.2蜗轮蜗杆传动简图3.2传动系统的确定（1）主传动系统的确定主传动系统为电动机提供转矩，电动机伸出轴与减速器轴通过联轴器连接，经过三级减速器，由减速器的输出轴末端的齿轮与两下辊上的齿轮啮合，带动两个下辊转动来提供动力。主传动系统工作简图如图3.3所示。图3.3主传动工作简图（2）副传动系统的确定副传动系统的主要作用是使上辊做升降运动，电动机伸出轴通过联轴器传递到二级减速器上，经过减速器，伸出轴通过联轴器连接到蜗杆上，蜗轮蜗杆配合带动蜗轮转动，蜗轮转动通过键带动丝杠螺母转动，丝杠和丝杠螺母旋合，使丝杠做升降运动。副传动系统工作简图如图3.4所示。图3.4副传动工作简图

3.3主传动系统设计3.3.1主电机的选择和计算和已知的设计参数（1）加工板料：屈服强度：抗拉强度：辊材型号：50Mn屈服强度：抗拉强度：硬度：板厚：板宽：滚筒与板料间的滑动摩擦系数：滚筒与板料间的滚动摩擦系数：无油润滑轴承的滑动摩擦系数：板料截面形状系数：板料相对强化系数：板料弹性模量：卷板速度：（2）卷板机基本参数的确定下辊中心矩：上辊的直径：下辊的直径：上辊轴的直径：下辊轴的直径：最小卷圆直径：筒体回弹前的直径：其中为常数，（3）主电机功率的确定在卷制板料的过程中，板料在不同的成型阶段，板料的变形量不同，促使板料进一步的变形所需要的力的大小不同，即所需要电动机的功率也会不相同，按照板料的变形过程，分四次成形过程来计算确定主电机的功率：eq\o\ac(○,1)板料变形到40%时的基本参数为：板料从开始弯曲是的弯矩为：上式中的W是板料的抗弯截面模量：eq\o\ac(○,2)板料弯曲到其完全变形40%时的最大弯矩为：eq\o\ac(○,3)上辊的受力为：eq\o\ac(○,4)下辊的受力为：eq\o\ac(○,5)从卷板开始到卷制板料弯曲到其完全变形的40%所消耗的弯矩为：eq\o\ac(○,6)从卷制板料开始到其完全变形的40%，消耗在摩擦上的阻矩为：eq\o\ac(○,7)板料在松紧过程中的阻矩为：eq\o\ac(○,8)在轴承中拉力引起的摩擦阻矩为：eq\o\ac(○,9)卷板机在送进板料过程中的力矩为：eq\o\ac(○,10)卷板机在卷板时板料材不发生打滑的条件为：由以上的计算可知，，所以满足板料不打滑的条件，合乎要求。eq\o\ac(○,11)驱动力矩为：eq\o\ac(○,12)驱动功率N为：（4）板料成形70%时eq\o\ac(○,1)板料弯曲到其完全成形的70%时的基本参数为eq\o\ac(○,2)卷板机卷制板料到时的最大弯矩M0.7为：eq\o\ac(○,3)上辊受力为：eq\o\ac(○,4)下辊受力为：eq\o\ac(○,5)卷板机卷制板料到过程中，消耗的弯矩为：eq\o\ac(○,6)卷制板料过程中消耗在摩擦的阻矩为：eq\o\ac(○,7)板料在送进过程中的摩擦阻矩为：eq\o\ac(○,8)卷制板料使拉力在轴承中引起的摩擦阻矩为：eq\o\ac(○,9)卷板机在送进板料过程中的力矩为：eq\o\ac(○,10)卷板机在卷板过程中板料不发生打滑的条件为：通过以上的计算可以看出，，满足不打滑的条件，合乎要求。eq\o\ac(○,11)卷板机的驱动力矩为：eq\o\ac(○,12)驱动功率N为：（5）卷制板料到其完全变形的90%时：eq\o\ac(○,1)板料变形到90%的基本参数为：eq\o\ac(○,2)板料变形到90%时的最大弯矩为：eq\o\ac(○,3)上辊的受力为eq\o\ac(○,4)下辊的受力为：=eq\o\ac(○,5)消耗在变形上的扭力矩为：eq\o\ac(○,6)消耗在摩擦上的阻力矩为：eq\o\ac(○,7)板料在送进过程中的阻力矩为：eq\o\ac(○,8)拉力在轴承中所引起的阻力矩为：eq\o\ac(○,9)卷板机在运料过程中的力矩为：eq\o\ac(○,10)卷板机工作时板料不发生打滑的条件为：通过以上计算可知：，满足不打滑的条件，合乎要求。eq\o\ac(○,11)驱动力矩为：=eq\o\ac(○,12)驱动功率为：（6）板料完全成形时（成形100%）：eq\o\ac(○,1)卷板机卷制板料变形到100%时的基本参数为：eq\o\ac(○,2)卷板机卷制板料变形到100%时的最大弯矩M1.0为：eq\o\ac(○,3)上面辊子的受力为：eq\o\ac(○,4)下面辊子受力为：eq\o\ac(○,5)卷板机卷制板料变形到100%过程中消耗在变形上的最大弯矩为：eq\o\ac(○,6)卷板机卷制板料过程中消耗在摩擦的阻矩为：eq\o\ac(○,7)卷制板料时板料在送进过程中的摩擦阻矩为：eq\o\ac(○,8)卷制板料时拉力在轴承中引起的摩擦阻矩为：eq\o\ac(○,9)卷板机卷板时板料在送进过程时的力矩为：eq\o\ac(○,10)卷板机卷板时板料不发生打滑的条件为：由以上的计算可知，，满足板料不打滑的条件，合乎要求。eq\o\ac(○,11)驱动力矩为：eq\o\ac(○,12)驱动功率为：综上所述，现将计算结果汇总如表4.1所示。

表4.1卷板过程板料受力计算结果成形量计算结果40%70%90%100%简体的直径（mm）1266.518723.724562.897506.607简体的曲率半径(mm)639.259367.862287.449259.304板料初始变形弯矩1.692×107村料受到的最大变形弯矩M()1.815×1071.905×1071.995×107上辊的受力(N)2.325×1052.606×1052.848×105下辊的受力(N)1.197×1051.400×1051.610×105板料变形弯矩()3.292×1062.576×1068.971×105摩擦阻力转矩1.993×1062.650×1062.972×106材料送进过程中的摩擦阻力扭矩1.382×1061.558×106拉力引起摩擦扭矩1.519×1051.440×1058.431×1044.674×1064.134×1062.624×106总的力矩5.171×1066.060×1066.955×106驱动力矩6.543×1066.784×1065.584×106驱动功率N(kW)8.7549.2788.000（7）确定主电动机由以上所列表格可知，成形量为其完全变形的70%时，所需要的驱动功率最大，为9.278kW，同时考虑到电动机安全系数的影响，选择电动机的功率为11kW。根据所需电动机的容量和转速，同时考虑到卷板机的工作要求，并且需要一定的经济性，参考资料如何正确选用电动机[3]选择的电动机的型号为：Y180L-8。其基本参数为N=11kWr=730r/min3.3.2分配传动比选择通用减速器应根据使用条件、工作环境、类型规格等次序进行。由以上的计算可知，传动比较大，二级减速器不能满足要求，通过查机械设计手册[1]可得，选用的减速器为ZSY型，基本的参数为：A=896mm，B=280mm，H=214，，，，所选用的三级齿轮，分配给每一级相应的传动比，安照先小后大的原则，选定的传动比为：，，。为了制造的方便，三级传动齿轮选择同样的模数：m=4。三级减速器如图3.5所示。图3.5三级减速器3.3.3设计辊子上的齿轮传动传动比为：由于减速器伸出轴与辊子上的齿轮啮合运动时的转速较小，所选取齿轮的传动方式为开式齿轮传动。主要的参数为：传动比小齿轮的转速传递的功率（1）齿轮的材料小齿轮和大齿轮都采用钢材料，进行调质处理，硬度为。由机械设计手册[1]上表格可知，，查表选择齿轮的弯曲疲劳寿命系数为，选择其弯曲疲劳安全系数为。（2）齿轮的强度校核对于开始传动的齿轮，齿轮的主要失效形式是齿面磨损，发生齿面磨损后，使得齿面厚度减小，结果往往容易导致齿根发生折断现象，故需要按照齿根弯曲疲劳强度进行强度设计计算。查机械设计手册[1]得到齿根弯曲疲劳强度的设计公式为：确定齿轮的加工精度为级，选取载荷系数取为，齿宽系数取为作用在小齿轮上的转矩为：取小齿轮的齿数为：，则查机械设计手册[1]，取齿形系数为：，应力修正系数为：，现对模数进行圆整，取模数（3）齿轮几何尺寸的计算齿轮的分度圆直径：中心距为：齿轮齿宽的选择：根据小齿轮的齿宽要大于大齿轮的齿宽的原则，现在选择小齿轮的齿宽为，大齿轮的齿宽为。小齿轮三维图如图3.6所示。图3.6小齿轮大齿轮三维图如图3.7所示。图3.7大齿轮3.4上辊的设计计算及校核3.4.1上辊结构及受力图通过以上的计算可知看出，上辊的最大受力为：下辊的最大受力为：对上辊进行分析受力如图3.8所示。图3.8上辊受力分析图3.4.2上辊刚度校核上辊的挠度为：下面确定以上公式中的各参数：（为截面的轴惯性矩），，代入公式得：而通过以上的计算可这，所以上辊满足刚度要求，可以安全使用。3.4.3上辊强度校核危险截面为、、，、一样，且，所以只需校核、处：Ⅰ：上式中的W为抗弯截面系数：Ⅱ：强度在安全使用范围之内，可以放心使用。3.5下辊的设计计算及其校核3.5.1下辊结构及受力图下辊的受力分析如图3.9所示。

图3.9下辊受力分析图下辊的受力为：主电机齿轮啮合的效率为：联轴器的效率为：轴承的效率为：总的传动效率为：卷板的速度为：，下辊的转速为：下辊上的转矩为：3.5.2下辊刚度校核挠度的计算公式为：I为横截面的轴惯性矩：下辊的最大受力为：，弹性系数为：，挠度为：通过以上的计算可知，故辊子符合要求，可以安全使用。3.5.3下辊弯曲强度校核由上书的受力图可知弯曲强度最危险截面在Ⅱ和Ⅲ处，对于Ⅱ处：(式中的)，计算安全系数：，安全系数大于1，可以放心使用。Ⅲ处：计算安全系数，安全系数合乎要求，可以放心使用。

4副传动系统主要部件设计4.1选择电机（1）上辊升降系统的驱动功率为：上辊升降系统的效率为：上式中：——丝杠和丝杠螺母之间的效率，按照其自锁的效率选为0.45——蜗杆蜗轮之间的效率选为0.7——二级减速器的效率选为0.8（2）系统的驱动功率为：根据计算所得到的驱动功率、转速，并且考虑到功耗的影响，查如何正确使用电动机[3]选择的电动机的型号为：Y132M-8型号三相异步电动机。其基本参数为N=3kWr=710r/min4.2二级减速器的选择蜗轮及与其连接在一起的丝杠螺母的速度总的传动比为：4.2.2传动比的分配和电机的功率输入效率：联轴器的效率为：轴承的效率为：输入轴：==中间轴：==输出轴：==按照以上计算所得出的数据，二级减速器的使用条件，类型，规格，经济性等要求，查机械设计手册[1]，选用的二级减速器的类型为：ZLY160型减速器，基本的参数为：，，，如图4.1所示。图4.1二级减速器设计丝杠和丝杠螺母螺旋副上辊的升降系统为电动机、联轴器、二级减速器、蜗轮蜗杆、丝杠和丝杠螺杆螺旋副，动力由电动机提供，通过一步步的传递，最后到丝杠，并且要求丝杠有自锁功能，故丝杠螺母副选用梯形螺纹。螺杆需要承受较大的拉力，并且还要具有一定的抗压能力，故选用的材料为钢，需要进行调质处理以增加其性能，强度为，，而与螺杆相配合的螺母则采用球墨铸铁，其许用剪切应力为：（1）计算螺纹直径及其螺距单根丝杠所能够承受的最大压力为：在上式中，，取；根据以上计算结果，取螺母的高度为：螺距为：(式中n的值小于10~12)压顶的高度为：外螺纹大径为：选取的梯形螺纹的型号为：基本牙型的高度为：牙顶的间隙为：外螺纹的牙高为：内螺纹的牙高为：外螺纹的小径为：内螺纹的小径为：外螺纹的大径为：牙根部的宽度为：（2）丝杠与丝杠螺母副螺纹的自锁特性当量摩擦角为：通过以上的计算可知，，所以梯形螺纹具有自锁功能。4.4设计蜗轮和蜗杆机构（1）选用渐开线齿轮，蜗轮蜗杆机构的传动比为：根据机械设计[2]里244页表11-1选用推荐值蜗杆头数齿轮齿数（2）蜗轮蜗杆传动机构的主要参数传动比为：蜗杆转速：传递功率为：eq\o\ac(○,1)蜗杆类型的选择：选用渐开线蜗杆。eq\o\ac(○,2)蜗轮蜗杆材料的选择：蜗杆选用45钢制造，需要经过调质处理，并且要求齿面光洁并且具有较高的硬度，蜗轮的材料采用铸锡磷青铜（ZCuSn10P1），同时考虑到蜗轮尺寸较大、经济性的要求，青铜仅用于蜗轮齿圈的制造，而蜗轮芯部则用铸铁HT100制造。蜗杆如图4.2所示。图4.2蜗杆蜗轮如图4.3所示。图4.3蜗轮

（3）蜗轮输出转矩的计算粗略计算：作用在蜗轮上的力矩为：轴承的选择和校核蜗杆的转矩为：蜗轮的转矩为：下面计算蜗轮蜗杆所受的各力的大小：所需计算的力有：轴向力，圆周力，径向力根据以上计算的各力来计算蜗轮所承受的最大的力为：查机械设计手册[1]，选取的深沟球轴承为：6010，预期寿命为：基本的尺寸为：,,,基本额定动载荷为：，基本额定静载荷为：轴承的校核根据深沟球轴承的寿命计算公式：查机械设计手册[1]，温度系数取为1.0，轴承所承受的载荷为：，轴承的转速为，对于球轴承，将以上数据代入公式进行计算可得：由以上的计算可以看出，，满足轴承的使用要求，即蜗杆上所用的轴承6010合乎要求，可是安全使用。

5装配体的建模与运动仿真 这次毕业设计中，我所采用的建模和运动仿真三维软件是Pro-e，Pro-e软件是目前国际上专业设计人员使用最先进的,广泛的,具有多种功能的动态设计仿真软件。其技术创新符合现代前沿技术发展的潮流。该软件具有以下几个特点：创新、简单易学、操作方便和运行稳定。并且能够很好的与第三方软件进行集成应用。卷板机的建模根据cad装配图，利用Pro-e绘制三维模型。Pro-e的操作界面色彩丰富，命令直观、简单易懂、易于操作、上手速度快，能够让初学在很短的时间内熟悉其操作环境；其完全中文的操作环境，并且文件可以保存成含有汉字的文件名，为其应用者提供很大的方便。同时，用Pro-e所做的三维实体、装配和工程图具有关联性，如果其中一方的尺寸发生了变化，那么其他两个的相关尺寸也会发生相应的改变，这为图形的修改提供了很大的益处。左支架建模如图5.1所示。图5.1左支架的建模5.2卷板机的装配装配的主要思路有自下而上的设计和自上而下的设计，自下而上的设计是先将零件在三维建模中建成单个的零件，然后在装配体的环境下，导入零件图，根据装配的要求，按照一定的约束条件配合条件，组合成装配体。自上而下的设计，是在装配的环境下，根据所需要的组件的尺寸、类型定出所需要的三维实体，再通过对装配的编辑命令，建出所需要的零件。两中装配方法各有不同的特点，可以根据自己的使用习惯来选择，而在设计的产品设计中，设计者用的较多的是将两者结合起来使用，这样可以大大提高工作的效率。此次装配中除了自定义的刚性连接之外，还需要加入销钉连接、滑动杆连接为运动仿真做好准备。如图5.2所示。图5.2卷板机的装配卷板机的运动仿真在虚拟卷板机设计时，为了能够在虚拟的环境中模拟现实中的机构的运动，需要在建立模型后用一些虚拟