畢業(yè)論文-卷圓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（送全套CAD圖紙 資料打包）

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Roll round machine is made of various profiles will roll ring flange and a high quality, high benefit rolls round device ,mainly to transmission system, roll on the circle next roller, pressing device and roll machine design and calculation of the overall.Roll machine athreeroller symmetrical structure, in the upper roller press structure provides pressure, the two lower rollers make rotation, top provide torque. This machine with compact structure, easy operation, low noise, long service life, high quality and reasonable price multi-usage, etc, and is realized mechanization production factory, this equipment facilities listed can greatly reduce the labor intensity, improve production efficiency.Key words: Roll round machine ；Roll wheel ；Transmission system；Pressing device； Rolling 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1目 錄摘要-Abstract-第 1 章 緒論-11.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀-11.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀-11.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀-11.2 卷圓機(jī)的類型和特點(diǎn)-21.3 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容-2第 2 章 卷圓機(jī)工作方案的選擇-32.1 卷圓機(jī)成型方案的確定-32.2 圓環(huán)卷制成型方式的選擇-42.3 本章小結(jié)-5第 3 章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定-63.1 卷圓的工藝過程分析-63.2 卷圓過程中的力學(xué)分析-63.3 工作輥輪的設(shè)計(jì)-63.31 三輥輪受力情況分析-63.32 卷圓機(jī)的主參數(shù)的確定-73.4 本章小結(jié)-9第 4 章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-104.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)-104.2 電機(jī)的選擇-104.2.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式-104.2.2 電動(dòng)機(jī)的確定-11黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24.3 傳動(dòng)比的計(jì)算-114.3.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算-114.3.2 分配傳動(dòng)比-114.4 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算-124.4.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算-124.4.2 各軸功率計(jì)算-124.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算-124.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算-134.5.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算-134.5.2 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)-154.5.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算-164.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算-194.7 軸承設(shè)計(jì)-224.7.1 滾動(dòng)軸承的選擇-224.7.2 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算-234.8 鍵的設(shè)計(jì)-244.8.1 鍵連接的功能及結(jié)構(gòu)型式-244.8.2 鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算-244.9 本章小結(jié)-25第 5 章 壓下裝置的設(shè)計(jì)-265.1 卷圓成形直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系-265.2 壓下裝置的設(shè)計(jì)-275.3 上輥輪軸的設(shè)計(jì)-285.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定-285.3.2 軸的受力分析-285.3.3 校核軸的強(qiáng)度-305.4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)-305.5 本章小結(jié)-32第 6 章 其他各主要零部件的設(shè)計(jì)及選用-336.1 箱體的設(shè)計(jì)-336.2 “五大輪”的設(shè)計(jì)-336.3 各主要部件的選用-34黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)36.4 本章小結(jié)-34結(jié)論-35參考文獻(xiàn)-36致謝-37黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605第 1 章 緒 論11 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀50 年來，卷圓機(jī)隨著科技特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。美國、德國、日本三國的卷圓機(jī)技術(shù)非常先進(jìn)，經(jīng)驗(yàn)很多，并且分別有自己的特點(diǎn)。在美國，政府重視卷圓機(jī)工業(yè)的發(fā)展，因而不斷提出卷圓機(jī)的發(fā)展方向，提供充足的經(jīng)費(fèi)，特別講求“效率”、“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承行業(yè)的生產(chǎn)需求開發(fā)了大批自動(dòng)生產(chǎn)線，所以美國的高性能卷圓機(jī)技術(shù)在世界一直居領(lǐng)先地位。但因?yàn)槠鼗A(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，有一段時(shí)間卷圓機(jī)的產(chǎn)量增加緩慢，直到糾正偏向后，產(chǎn)量又逐漸上升。德國政府講求“實(shí)際”與“實(shí)效”，堅(jiān)持以人為本，不斷提高人員素質(zhì)，他們還特別重視理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)并重，在卷圓機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量上精益求精。德國的卷圓機(jī)質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圓機(jī)，在質(zhì)量、性能上居世界前列。日本政府對卷圓機(jī)工業(yè)的發(fā)展異常重視，并通過規(guī)劃、法規(guī)進(jìn)行引導(dǎo)。在重視人才及卷圓機(jī)部件配套方面學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及卷圓機(jī)技術(shù)方面學(xué)習(xí)美國，而且做得更好。日本在發(fā)展卷圓機(jī)的過程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展卷圓機(jī)系統(tǒng)。日本 FANUC黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2公司在產(chǎn)量上居世界第一，銷售額占世界市場的 50%，對加速日本和世界卷圓機(jī)的發(fā)展起了重要作用。1.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上卷圓機(jī)機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對各類卷圓機(jī)機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國外卷圓機(jī)機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控卷圓機(jī)機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn)，新產(chǎn)品的開發(fā)周期長，從而不能及時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。我國工廠由于缺乏卷圓機(jī)設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及卷圓機(jī)機(jī)床性能測試裝置等)，自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低，往往需要反復(fù)試制才能定型，從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。卷圓機(jī)用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計(jì)卷圓機(jī)和修改相應(yīng)的卷圓機(jī)圖紙及卷圓機(jī)技術(shù)文件。在國外，這項(xiàng)卷圓機(jī)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國卷圓機(jī)機(jī)床廠用手工操作就至少需 12 個(gè)月，且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。由于長期以來形成的卷圓機(jī)設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立，缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式，不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見，容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改，延長了開發(fā)的周期。為解決這些問題，必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù)，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 卷圓機(jī)的類型和特點(diǎn)卷圓機(jī)分為機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式卷圓機(jī)是將碳鋼、不銹鋼、有色金屬型材（角鋼、帶鋼、槽鋼、管子等）卷制成圓環(huán)的一種高質(zhì)量、高效益的卷圓裝置。其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有體積小、能耗低、效率高、無噪音、安裝使用方便、操作簡單、承載能力強(qiáng)、壽命長、卷圓速度快、產(chǎn)品質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓卷圓機(jī)是機(jī)械式卷圓機(jī)的升級產(chǎn)品，能加大卷圓的厚度和寬度，能夠完成機(jī)械式卷圓無法卷動(dòng)厚板的缺點(diǎn)，代替了原有鋼板下料、對接、校正、車床加工等復(fù)雜工藝并節(jié)省了氧氣、乙炔、勞動(dòng)力、原材料等，是制造圓盤的先進(jìn)母體。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)31.3 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文主要對機(jī)械式三輥對稱式卷圓機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括電機(jī)的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、壓下裝置設(shè)計(jì)及箱體的設(shè)計(jì)等。 第 2 章 卷圓機(jī)工作方案的選擇2.1 卷圓機(jī)成型方案的確定如圖 2.1 所示，制造該圓環(huán)零件的方法有以下兩種：沖壓法。即利用沖壓的方法，設(shè)計(jì)一套專門用來制造該零件的模具，這種方法最突出的優(yōu)點(diǎn)就是生產(chǎn)效率高，只要設(shè)計(jì)出一套模具和與之相配套的模架便可大量生產(chǎn)同一型號的圓環(huán)零件，但此法也有明顯的不足之處：a.由于需要得到的圓環(huán)的外徑為 430mm，內(nèi)徑為 370mm，設(shè)計(jì)出來的模具體形巨大，非常笨重，成本較高；b.沖壓對 加工壞料的材質(zhì)有限制，只適合加工塑性較好的低碳鋼；c.由于該圓環(huán)的內(nèi)徑較大，加工產(chǎn)生的廢料也較多。卷制法。即利用輥輪將 30 3mm 的扁鋼卷制成所需的圓環(huán)。鋼板在輥輪上彎曲變形，是一個(gè)橫向彎曲的過程，如圖 2.2 所示。鋼板在外負(fù)荷力矩 M 的作用下，產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，中性層以上的縱向纖維受到壓縮變形，中性層以下的縱向纖維受到拉伸變形。根據(jù)外負(fù)荷力矩的大小，當(dāng)鋼板表面層的最大應(yīng)力小于鋼板材質(zhì)的屈服極限時(shí)，各層的縱向纖維都處于彈性變形狀態(tài)，隨著外負(fù)荷彎曲力矩的增大，鋼板各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當(dāng)外負(fù)荷增加到一定數(shù)值，鋼板表層縱向纖維應(yīng)力超過了材料屈服極限時(shí)，纖維產(chǎn)生塑性變形，負(fù)荷越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴(kuò)展的深度也越大。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4當(dāng)鋼板整個(gè)斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過材料的屈服極限時(shí)，所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)，彎曲過程完成。當(dāng)鋼板完全卷制成所需的圓環(huán)時(shí)，再將首尾端焊合即可。利用這種方法加工法蘭環(huán)，只要輥輪提供的扭矩大，基本上不會受到加工壞料材質(zhì)的影響，且不會產(chǎn)生廢料，操作方便實(shí)用，不失為一種加工大中型圓環(huán)的好方法。綜合以上兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選用卷制法加工。因?yàn)楸怃撛诰碇七^程中，中性層以上部分受到壓縮變形，而中性層以下部分受到拉伸變形，唯獨(dú)中性層長度沒有變化，所以需要提供的扁鋼長度為 mm，即 1256mm。43072L圖 2.1 圓環(huán) 圖 2.2 鋼板彎曲變形示意圖2.2 圓環(huán)卷制成型方式的選擇目前市場上出現(xiàn)的卷圓機(jī)種類較多，大致分類如圖 2.3 所示。三輥式結(jié)構(gòu)卷制原理是利用三個(gè)輥輪對板料進(jìn)行連續(xù)的三點(diǎn)彎曲卷制成弧體，下輥為主動(dòng)輥，上輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡單，而四輥式卷圓機(jī)是以上輥為主動(dòng)輥，由主電動(dòng)機(jī)通過主減速器以及聯(lián)軸器，從而帶動(dòng)上輥的工作，下輥的作用是提供一定的向上力，與上輥一起夾緊,所卷鋼板使上輥與被卷鋼板間產(chǎn)生足夠的摩擦力，在上輥旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠帶動(dòng)鋼板運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)側(cè)輥用以形成卷筒所需的曲率，使板料達(dá)到所需的目的，其工作原理如圖 2.4 所示。采用四輥卷圓結(jié)構(gòu)可以免去端部預(yù)彎的工序，但是傳動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)器較笨重，因此我們采用三輥式卷圓結(jié)構(gòu)。圖 2.3 卷圓機(jī)分類 圖 2.4 四輥卷圓機(jī)工作原理圖而三輥式卷圓機(jī)又分為機(jī)械式三輥對稱式卷圓機(jī)、機(jī)械式三輥非對稱式卷圓機(jī)、液壓式三輥卷圓機(jī)，它們的主要特點(diǎn)分別為:機(jī)械式三輥對稱式卷圓機(jī)：(如圖 2.5 所示)，該結(jié)構(gòu)型式為三輥對稱式，上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運(yùn)動(dòng)，通過黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)5螺桿螺母傳動(dòng)而獲得，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過減速機(jī)的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機(jī)缺點(diǎn)是板材端部需借助其它設(shè)備進(jìn)行預(yù)彎。a.機(jī)械式三輥非對稱式卷圓機(jī)：(如圖 2.6 所示)，該機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥非對稱式，上輥為主傳動(dòng)，下輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，以便夾緊板材，并通過下輥齒輪與上輥齒輪嚙合，同時(shí)作為主傳動(dòng)，邊輥?zhàn)鲀A升降運(yùn)動(dòng)，具有預(yù)彎和卷圓雙重功能。b.液壓式三輥卷圓機(jī)：(如圖 2.7 所示)，該機(jī)上輥可以垂直升降，垂直升降的液壓傳動(dòng)是通過液壓缸內(nèi)的液壓油作用活塞桿而獲得，下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，通過減速機(jī)輸出齒輪嚙合，為卷圓提供扭矩，下輥下部有托輥并可調(diào)節(jié)。圖 2.5 機(jī)械式三輥對稱 圖 2.6 機(jī)械式三輥非對稱 圖 2.7 液壓式三輥卷圓式卷圓機(jī)工作原理圖 式卷圓機(jī)工作原理圖 機(jī)工作原理圖由于非對稱式和液壓式卷圓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，制造精度要求高，難度大，而臥式結(jié)構(gòu)相比于立式結(jié)構(gòu)，外形大方，結(jié)構(gòu)緊湊，且傳動(dòng)系統(tǒng)布置較簡單，因此設(shè)計(jì)的卷圓機(jī)采用機(jī)械式三輥對稱臥式結(jié)構(gòu)方案。2.3 本章小結(jié)已知加工圓環(huán)零件的尺寸，其成型方式有倆種，一種是沖壓法一種是卷制法。但由于沖壓法設(shè)計(jì)出來的模具體型巨大，非常笨重且成本較高等原因，因此選擇卷制法成型方式。卷圓機(jī)的類型有很多種，通過對加工零件的分析和對卷圓機(jī)類型的分析，確定本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式三輥對稱臥式結(jié)構(gòu)方案。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6第 3 章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定3.1 卷圓的工藝過程分析對稱式三輥卷圓機(jī)在卷制鋼板時(shí)，兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上輥?zhàn)龃怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，板材平放在兩下輥上，由于軋輥與板之間存在著摩擦力，所以當(dāng)下輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，板材也沿縱向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由上輥施加壓制力，當(dāng)板材所受應(yīng)力超過屈服極限，則產(chǎn)生塑性變形，板材被彎曲。3.2 卷圓過程中的力學(xué)分析板材在被卷制過程中首先要克服板材的撓曲變形受力，變形到一定的程度時(shí)板材要克服本身的彈性和塑性抗力，因此施加在板材上的力應(yīng)有 3 個(gè)部分：（1）克服板材的撓曲變形力；（2）克服板材的彈性變形力；（3）克服板材的塑性變形力。3.3 工作輥輪的設(shè)計(jì)3.3.1 三輥輪受力情況分析卷制時(shí)，鋼板受力情況如圖 3.1 所示，根據(jù)受力平衡，可以得到下輥?zhàn)饔糜阡摪迳系闹С至?F2：（3.1） 2sinMFR黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)7式中： 連心線 OO1與 OO2夾角， ； min2arcsda下輥中心距（m） ；dmin卷圓最小直徑（m） ；d2下輥直徑（m） ； 圖 3.1 被卷鋼板的受力分析考慮到板寬 b 遠(yuǎn)小于卷圓的最小直徑 dmin，中層半徑 R 0.5dmin，為簡化計(jì)算，式（3.1）可變?yōu)椋?minsMFKNd（3.2）根據(jù)受力平衡，上輥?zhàn)饔糜阡摪迳系牧磯合铝?F1為：2cos（3.3）根據(jù)文獻(xiàn) 可知，下輥輪受到的力為：122()MFRra（3.4）式中 ： M板材被彎曲到中性層半徑為 R 時(shí)所需的彎曲力矩（N m） ；r2下輥輪半徑，r 2=r3（mm） 。根據(jù)文獻(xiàn) 可知，鋼板的塑性極限彎矩為：121sMhb（3.5）式中：h卷板的厚度（m） ；黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8b卷板的寬度（m） ； s卷板材料的屈服極限（ Q235 為 235Mpa） 。 初選下輥輪的直徑為 170mm，中心距為 200mm，考慮到鋼板在卷制時(shí)會與下輥輪發(fā)生軸向滑動(dòng)，我們在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此下輥輪的實(shí)際 直徑為 166mm。 由式（3.4）和（3.5）得： 2 3262085(01)5104.2sRrFhb NKa所以，下輥輪作用在鋼板上的力為 4.52KN。根據(jù)式（3.3）得上輥輪對鋼板的壓力為： 12cosF因?yàn)?R=a=200mm,所以 = , 30124.5cos4.573.8FKNKN3.3.2 卷圓機(jī)的主參數(shù)的確定如圖 3.2 所示， 組成了一個(gè)直角三角形，其三邊邊長分別為 ，1OB 2()DRb， ，根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得：2a1()DHR2122()()DaRbH（3.6）式中： 、 上、下輥輪直徑， （mm） ；12b扁鋼寬度（一般取最大值） ， （mm） ；R加工工件曲率半徑， （mm） ；H上下輥中心高， （mm） 。因而，由式（3.6）完全可以確定該機(jī)的各參數(shù)，其值可靠，可以作為設(shè)計(jì)其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。 在本次設(shè)計(jì)中，由于 R=200mm，b=30mm， =166mm,a=200mm,均為已知，而只有2D和 H 的值未知，它們之間存在著一一映射的關(guān)系。設(shè)計(jì) =160mm，為了防止鋼板1D 1在它上面發(fā)生軸向滑動(dòng)，我們也在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此上輥輪的實(shí)際直徑為 156mm，將其值代式（3.6）得： 22216056(203)()(0)H21黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)9H=174.6 （mm） 所以在卷制過程中，只需將上下輥中心高調(diào)整為 174.6mm 即可。圖 3.2 主參數(shù)的結(jié)構(gòu)分析通過對卷圓過程中三輥輪受力情況的分析，確定卷圓機(jī)主要參數(shù)如表 3.1 所示。表 3.1 卷圓機(jī)主要參數(shù)加工工件曲率半徑 R/mm 卷板的寬度 b/mm 上輥輪直徑 /mm1D200 30 156下輥輪直徑 /mm2D上下輥輪中心高 H/mm 下輥輪中心距 a/mm166 174.6 2003.4 本章小結(jié)卷圓機(jī)在卷圓的過程中是通過上輥輪和倆個(gè)下輥輪對鋼板施加壓制力，從而使鋼板產(chǎn)生塑性變形進(jìn)行加工零件的。因此通過對卷圓機(jī)工作過程中三輥輪受力情況的分析，確定上下輥輪的直徑、下輥輪中心距及上下輥輪的中心高等參數(shù)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10第 4 章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)為了使傳動(dòng)功率損失最小，傳動(dòng)級數(shù)最少，機(jī)器結(jié)構(gòu)最緊湊，我們采用傳動(dòng)比非常大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)方案，且根據(jù)“傳動(dòng)比大的放在靠電機(jī)處”的原則，將其放在帶傳動(dòng)的下一級傳動(dòng)中。通過“過橋”齒輪與下輥輪齒輪的嚙合作用，帶動(dòng)兩個(gè)下輥輪旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閮蓚€(gè)下輥輪齒輪的參數(shù)完全一致，且“過橋”齒輪中心在兩個(gè)輥輪的對稱中心上，所以兩個(gè)下輥輪作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)方案示意圖如圖 4.1 所示。圖 4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖4.2 電動(dòng)機(jī)選擇4.2.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此無特殊需要時(shí)不宜采用。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)11生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，因此基本都選用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類。異步電動(dòng)機(jī)有籠型和繞線型兩種。我國新設(shè)計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適用于不易燃爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上。4.2.2 電動(dòng)機(jī)的確定卷圓機(jī)的下輥輪工作轉(zhuǎn)速：/601dnVWRms/ivnr（4.1）式中： V下輥輪工作速度， （m/min） ；d下輥輪直徑，(mm)。則 2103.84/min6nr總傳動(dòng)比 （4.2）12i式中：i總傳動(dòng)比；n1電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速(r/min)；n2下輥輪工作轉(zhuǎn)速(r/min)。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中帶輪的傳動(dòng)比 i 帶 =24，齒輪的傳動(dòng)比 i 齒 =36，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比 i 蝸 =1532。帶入式（4.2）得：21ni（24） （36） （1532）n 1（90768） 3.84（345.62949.12）r/min且已知電動(dòng)機(jī)功率 P=4kw，因此選擇電動(dòng)機(jī)型號 Y132M1-6，其額定功率 P=4KW，滿載轉(zhuǎn)速 n=960r/min.4.3 傳動(dòng)比的計(jì)算 4.3.1 總傳動(dòng)比計(jì)算由前面選取可知：工作機(jī)轉(zhuǎn)速：n 2=3.84r/min 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速：n 1=960r/min由式（4.2）可得 。296053.84ni4.3.2 分配傳動(dòng) i 帶 i 齒 i 蝸 ； 不能超過各自范圍；i 總 =i 帶 i 齒 i 蝸 。則取 i 帶 =2 ，i 齒 =5 ，i 蝸 =25 。4.4 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算4.4.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算軸： =960r/minn軸： 96048/min2ri軸： 1./i5ni軸： 93.84/inVri4.4.2 各軸功率計(jì)算各軸輸入效率：聯(lián)軸器效率： 1=0.99；帶輪效率： 2=0.96；齒輪效率： 3=0.97；軸承效率： 4=0.98；蝸輪蝸桿效率： 5=0.75。軸： pkw軸： 20.963.84kw軸： 572軸： 3.0.9.74Vp k4.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算軸： 9503.79pTNmn軸： 6.4軸： 950132.5pTn黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13軸： 9506814.32VVpTNmn將上述結(jié)果匯總于表 4.1 以備查用。表 4.1 減速器參數(shù)表軸名 功率(KW) 轉(zhuǎn)矩 T(N·m ) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 傳動(dòng)比 i 效率 軸 4 39.79 9602 0.96軸 3.84 76.4 48025 0.75軸 2.88 1432.5 19.2軸 2.74 6814.32 3.84 5 0.974.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.5.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇普通 V 帶由課文查得，工作情況系數(shù) KA=1.2 計(jì)算功率：1.04.8VAPKW小帶輪轉(zhuǎn)速： 96/minnr（2）選取 V 帶型號根據(jù) P V 和 n0 ，則工作點(diǎn)處在 A 型區(qū)，故 V 帶型號為 A 型帶。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 D1和 D2 選擇小帶輪基準(zhǔn)直徑 D 1 由文獻(xiàn) P145 表 8-4 可得，小帶輪直徑 D1=100mm2取 D2=200mm219600.29648n m雖然略有增大，但誤差小于 5%故允許。驗(yàn)算帶速黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1413.40965.24/601Dnv ms在 525m/s 范圍內(nèi)可用。（4）確定中心距 a 和帶的基準(zhǔn)直徑長度 L0 初選中心距 a0 取初中心距 0.7（D 1+D2） a0 2（D 1+D2）0.7（100+200） a0 2（100+200）210 a0 600取 a0=0.8（D 1+D2）=540mm。確定帶的基準(zhǔn)長度 L02' 112()2()4Dlaa23.0)540516m根據(jù)文獻(xiàn) P143 表 8-3，取 V 帶的基準(zhǔn)長度 L=1120mm（帶長修正系數(shù) Kl=0.99）2則實(shí)際中心距 0016554622dla m驗(yàn)算小帶輪包角由文獻(xiàn) P141 公式 8-22> （適用） 21180()57.30Da12（5）確定帶的根數(shù)由文獻(xiàn) P151 表 8-6 查得 P0=0.95kw；由 P152 表 8-7 插入法求得2；由 查 P152 表 8-8 得 ，則有：0.1()Pi170.98K0 43.67()(.51).vlpZk 取 Z=4 根。（6）計(jì)算作用在軸上載荷 FR由文獻(xiàn) P142 表 8-2，得 q=0.10kg/m，單根 V 帶的初拉力：220.5(1)vpqvzk黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1524.82.550(1)0.(5.)9=187.9N作用在軸上壓力： 0 72sin418.sin4.82QFZN（7）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶速 V 30m/s，材料用灰鑄鐵 HT200。， 采用腹板式；130Dm， 采用腹板式。2（8）帶輪輪槽尺寸由文獻(xiàn) P145 表 8-5，得 ， ，Bd=11mm， ， min9f15emmin6， ， 。min3hainhf()2(4)293BZf4.5.2 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）已知蝸桿輸入功率 P=3.84kw，轉(zhuǎn)速 n =480r/min 傳動(dòng)比 i=25，單向傳動(dòng)，載荷基本平穩(wěn)，沖擊較小，因蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿選用 45號鋼，因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)164555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1 金屬模制造。為節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。且已知蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩為1432.5 ，蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1，砂型制造,估計(jì) Vs=2.5m/s，根據(jù)Nm表 6-5 查得 180HMP（2）選擇蝸桿頭數(shù) Z1及蝸輪齒數(shù) Z2 根據(jù) i=25，查表 6-2 得蝸桿頭數(shù) =2，蝸輪齒數(shù)為121250Zi（3）確定蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T2T2為已知，即 T2=1.43×106 Nm（4）確定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1因載荷平穩(wěn)，取載荷系數(shù) K=1.1，得：22623125050().43()486.1Hdk mZ查表 6-1 得：模數(shù) m=8mm，蝸桿分度圓直徑 =80mm，直徑系數(shù) q=10。1d（5）計(jì)算主要尺寸蝸輪分度圓直徑 25084dZm蝸桿導(dǎo)程角 12arctnrta1.3q中心距 2()(05)4（6）驗(yàn)算相對滑動(dòng)速度 VS和傳動(dòng)效率，蝸桿分度圓速度 113.802.1/6061dnms齒面相對滑動(dòng)速度 2.5/cosS與估計(jì)值接近。蝸桿傳動(dòng)效率：按 =2.5m/s，硬度 ，蝸輪材料為鑄錫磷青銅，查表 6-SV4HRC6 得 ,0.5vf2.vp由式（6-9）得, （0.950.97） =0.760.78，與蝸輪蝸桿功率tan()vp0.75 吻合。（7）蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)17蝸輪齒面的接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式為： 2231500H HkTkdmqz（4.3）可得： 221250()HdkTz（4.4）式中： 分別為蝸輪齒面的接觸應(yīng)力和許用接觸應(yīng)力（MPa） ；,Hk載荷系數(shù)，通常設(shè)計(jì)可取 k=1.11.3。則有： ，即 。2350175.480HkTMPamqzH（8）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的近似校核公式為： 21.53FFaFkTYdm（4.5）式中： 螺旋角影響系數(shù)， ，已知 ，則Y 140Y.31.30.924蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù) 值取，2Fa 23cosvZ。350.19cos.vZ4.5.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇齒輪材料精度 8 級小齒輪 45 號鋼（調(diào)質(zhì)處理）硬度 240HBS1； 大齒輪 45 號鋼（正火處理）硬度200HBS2。HBS1- HBS2=40 HBS由文獻(xiàn) P82 表 5-4 取齒輪等級精度為 8 級，初選 （8 020 0） 。 15（2）取齒數(shù) Z，范圍 2040取齒數(shù) Z1=20，Z 2=i 齒 Z1=5×20=100（3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： 21312()EHdZkTi黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18（4.6）確定各參數(shù)K： K=1.11.8 取 K=1.1。T1： 。619.5084.32pNmn：文獻(xiàn) P46 表 5-8 取 =1。d2dZE： 文獻(xiàn) P95 表 5-7 取 ZE=189.8 。MPaZH： ，其中 cos(in)btttntan20rcrc.65osos1tar(s14.08bt得 2cos14.082.in65H： ，其中Z()312.83()cosZ得 1.82cos15.630 其中 ，取1sin.38tan0.812tan5.7dBZm 1則 41.6().73.Z： cos098： HlimHNkS其中 由圖 5-28， ， ； 由圖 5-26，計(jì)limli15MPalim2390HMPaHNK算循環(huán)次數(shù) N：1603.84(61)456njlh252907i取 ， 1HNK1HS則 ， 805MPa23190HMPa（4）設(shè)計(jì)計(jì)算 2312.614.32189.4.78()530d黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)19則 124.3dm（5）幾何尺寸計(jì)算中心距 ， 12()cosnaZ1cos24.3cos15.80ndZ取標(biāo)準(zhǔn)值 ，則 ，圓整得： 。.25nm.5(0)76.8csm 0am12()15(2)aroarcos.360n 11.36mZd22.512.98cos0n m齒寬 ，圓整 ， （510）16.db2b12b=40mm（6）齒根彎曲強(qiáng)度校核1FFaSFnkTYdbm（4.7） 確定各參數(shù)可查 P94 表 5-6 則， ,FaSY1122.8,.579FaSaY13304.1cos.6VZ2332.8.0.75075. .1.6Y圖 5-39 ， =0.84Y其中 圖 5-27， ， ；limFNkSlimFlim140FMPalim2310FMPa1FNK黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)20； 1.251.5，取 1.4。FSFS則 ，140285.7.MPa23102.4.MPa 校核1.614.8.57.83.930F1F221904. Pa2 驗(yàn)證圓周速度313.46.85./6001dnVms圓周速度小于 10m/s，故選浸油潤滑。 小齒的相關(guān)參數(shù)計(jì)算分度圓直徑 1.256.cos03nmZd基圓直徑 .cos.25bt齒頂高 251nham齒根高 ()(0.).16fC全齒高 .68f齒頂圓直徑 21.259.adh齒根圓直徑 .34ff m大齒的相關(guān)參數(shù)計(jì)算分度圓直徑 21.502.98cos6nmZd基圓直徑 3.cos.51bt 齒頂高 1nmha齒根高 (0.2).6()nCf全齒高 .5681f齒頂圓直徑 2139.35.4adh齒根圓直徑 .296ff m4.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)21（1）四根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四根軸均采用 45 鋼，調(diào)制處理。軸：P =4KW，n =960r/min， ，其中 c 取 103，3minpdc則 ，取 。3min41096d.20軸：P =3.84KW，n =480r/min， 其中 c 取 103，則 3minpd3min.8410d。 20.軸：P =2.88KW，n =19.2r/min， 其中 c 取 103，則in20.6。 3min.8192d54.7m軸：P =2.74KW，n =3.84r/min，c 取 103，則 ，取 3min2.74108d5.0md =60mm。（2）低速軸的計(jì)算估算軸的基本直徑輥輪處：60mm軸承處：60mm軸肩： 110mm齒輪處：55mm軸承處：60mm確定各軸段長度輥輪處：39mm軸承處：70mm軸肩： 25mm齒輪處：60mm軸承處：71mm（3）軸的受力分析求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 6662.749.5109.510.8103pT Nmn 求軸上作用力黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22齒輪上的切向力 652.8103tTFNd齒輪上的徑向力 4tantan29.810.r 齒輪上的軸向力 5t10t36.7a 確定軸上圓角和倒角尺寸參照 30220 型軸承的安裝尺寸，軸上過渡圓角半徑全部取 ，軸端倒角1rm為 ，其余取 。2452.54計(jì)算軸的支承反力水平面上的支反由 得， 12rvrF21()arrvdFab得 ,419.360rvFN4449.80.3610.r N垂直面上的支反力： 12Hrt()rtFab得： 417.30N2rH計(jì)算軸的彎矩，畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖水平彎矩圖： 2rMFa4.710862.10Nm垂直彎矩圖： 1936vb462.35rv 合成彎矩圖： 26262611(.0)(.810).10HvMNm26262 (.35).190HvMNm按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 B）的強(qiáng)度，根據(jù)：軸的計(jì)算應(yīng)力： （ ） 221()caT0.36623.5081)4Nm黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)23B 面的計(jì)算應(yīng)力： 634.107.8295caMMPaW由表 11-4 查得，對于 45 號鋼， ，其中 ,b15WPa且 ，因此軸的強(qiáng)度足夠安全。47.82caP1P圖 4.2 軸的載荷分析圖4.7 軸承設(shè)計(jì)4.7.1 滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承的類型按照軸承所能承受的外載荷不同，可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類。選用軸承時(shí)，首先是選擇軸承類型。選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有軸承的載荷，軸承的轉(zhuǎn)速，軸承的調(diào)心性能及軸承的安裝和拆卸。其中，軸承所受載荷的大小、方向和性能，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承類型時(shí)，由黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承受后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷 Fr的同時(shí)，還有不大的軸向載荷 Fa時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。根據(jù)以上因素,選擇圓錐滾子軸承。其徑向承載能力較大，可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。內(nèi)外圈可分離，游隙可調(diào)整，裝拆方便。一般成對使用。適用于轉(zhuǎn)速不太高、剛性較大的軸，且可大量生產(chǎn)，