JZ40系H型鋼矯直機(jī)

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1、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目： H梁翼板矯平機(jī)設(shè)計(jì) 姓 名： 高瑞浦 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 2007級4班 學(xué) 號： 20074430 指導(dǎo)教師： 呂寶君 2011年6月18日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)

2、計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄 摘要IAbstractII1 緒論11.1 本課題的來源、意義、目

3、的11.2 本課題需解決的主要問題11.3 本課題在國內(nèi)的研究狀況及發(fā)展趨勢22 矯直機(jī)總體方案設(shè)計(jì)32.1 矯直機(jī)結(jié)構(gòu)分析32.2 輸送傳動方案32.3 壓下裝置工作原理的描述42.4 壓下調(diào)整方案的確定43 矯直機(jī)下壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算73.1 矯直機(jī)矯直力與彎矩的計(jì)算73.2 絲杠螺母的設(shè)計(jì)分析83.2.1 絲杠螺母的耐磨性計(jì)算83.2.2 螺旋副自鎖條件的校核93.2.3 螺紋牙的強(qiáng)度校核93.3 壓下系統(tǒng)的電動機(jī)和減速機(jī)的選擇103.4 齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算113.5 壓輥的設(shè)計(jì)計(jì)算124 矯直機(jī)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1 矯直機(jī)頂輥的設(shè)計(jì)計(jì)算154.2 主電機(jī)和主減速器的選擇154.2

4、.1 主電機(jī)的選擇154.2.2 主減速器的選擇164.3 輸送系統(tǒng)軸的設(shè)計(jì)174.2.1 輸出軸上的功率及扭矩174.2.3 作用于軸上的力和彎矩184.2.4 確定軸的最小直徑194.2.5 軸各處尺寸的確定204.4 聯(lián)軸器和軸承的選擇205 結(jié)論22參考文獻(xiàn)23致 謝24H梁翼板矯平機(jī)設(shè)計(jì)摘要本文闡述了H梁翼板矯平機(jī)的設(shè)計(jì)過程。課題主要完成了H梁翼板矯直機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及下壓裝置的設(shè)計(jì)問題。參考查閱了國內(nèi)多種型號的H梁翼板矯平機(jī)，經(jīng)過多種方案的對比最后確定了經(jīng)濟(jì)合理的，且符合工業(yè)生產(chǎn)需求的整體方案。傳動系統(tǒng)采用動力電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動輸送軸上頂輥的轉(zhuǎn)動；下壓系統(tǒng)采用齒輪減

5、速和絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)帶動壓輥的升降運(yùn)動。傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和下壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對焊接H型鋼翼板縱向彎曲的半自動矯直工作。通過比較精確的設(shè)計(jì)計(jì)算及各種參考方案和參考資料最終設(shè)計(jì)出了滿足課題要求且有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的H梁翼板矯平機(jī)。關(guān)鍵詞：H型鋼；矯直機(jī)；輸送系統(tǒng)；下壓裝置IIThe Design of H Beam Wing Flatten MachineAbstractIn this paper, the design process of H beam flange straightening machine is clearly illustrated. This issue is mainl

6、y in term to the design of the overall structure of the H beam flange straightening machine, the transportation system, as well as the pressure device. After reference to various modes of domestic H beam flange straightening machines and thorough contrast, finally, the rational scheme which satisfys

7、 the needs of manufacture is made. In transmission agent, electro-motor which is used to drive the uplifting roller through clutch is adopted. Gear deceleration and leading screw system which drive the pressing roller up and down are made use in pressure system. Transmission system design and pressi

8、ng system design can achieve the semi-automatic straightening work of the welding and vertically bending H beam flange . Through more precise calculations and various references to programs and materials, the H beam flange straightening machine which meets the final requirements of the subject and h

9、as practical value is designed .Keywords: H beam; straightening machine; conveyor system; under the pressure device 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論本次設(shè)計(jì)的題目是H梁翼板矯平機(jī)，在設(shè)計(jì)中完成了輸送系統(tǒng)的主要零部件設(shè)計(jì)，壓下系統(tǒng)的主要零部件設(shè)計(jì)以及機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對主要零件進(jìn)行了校核。本機(jī)器的設(shè)計(jì)可以大幅降低工人的勞動強(qiáng)度及改善工人的工作環(huán)境，可以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1 本課題的來源、意義、目的隨著社會現(xiàn)代化的發(fā)展，焊接H型鋼被廣泛的應(yīng)用于多種行

10、業(yè)。實(shí)習(xí)期間參觀山東鴻達(dá)集團(tuán)的焊接H型鋼生產(chǎn)基地，工廠內(nèi)采用先拼接，而后采用埋弧自動焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊將之焊接為H型鋼，焊接后H型鋼的上下翼緣板出現(xiàn)較大的角變形，并且有旁彎現(xiàn)象。焊接H型梁完成焊接后要投入工程中使用，還要對翼緣板進(jìn)行重要的矯直工作，以使其達(dá)到工程使用標(biāo)準(zhǔn)1。焊接H型鋼梁主要在公路橋梁、煤礦井架、建筑、輪船制造等行業(yè)應(yīng)用最為常見?，F(xiàn)代工業(yè)中焊接H型鋼正在逐步取代軋制工字鋼的使用，所以在工廠內(nèi)批量機(jī)械化生產(chǎn)焊接H型鋼已成當(dāng)務(wù)之急2-3。若要焊接H型鋼梁滿足工程需求，必須進(jìn)行翼緣板的矯直工作，以使焊接H型鋼達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。H型鋼梁的翼緣板矯正主要有兩種方法；一是機(jī)械矯正法，另外一種

11、是使用千斤頂校正，同時錘擊變形來控制變形，使得工人工作量大，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，同時還導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)周期長，沒有達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效益，而且需要有經(jīng)驗(yàn)的老工人來完成工作4。因此設(shè)計(jì)研制一臺焊接H型鋼翼緣板矯直機(jī)具有重要的工程實(shí)際意義。1.2 本課題需解決的主要問題本課題主要是設(shè)計(jì)焊接H型鋼翼緣板矯平機(jī)，使焊接H型鋼翼緣板發(fā)生機(jī)械變形以達(dá)到矯直的目的。由于是完整機(jī)器的設(shè)計(jì)，需要滿足特定的工程要求，所以需要解決的主要問題有以下三點(diǎn)：（1）焊接H型鋼翼緣板矯平機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 包括整體外形尺寸，機(jī)架，底座，零件組合方案。（2）焊接H型鋼翼緣板矯平機(jī)的加壓裝置設(shè)計(jì)。 包括動力系統(tǒng)，傳動方式，傳

12、動機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)。（3）焊接H型鋼翼緣板矯平機(jī)的輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 包括動力的選擇，傳動形式，如何實(shí)現(xiàn)傳動。本課題設(shè)計(jì)的矯平機(jī)主要應(yīng)用機(jī)械滾壓加壓的方式使焊接H型鋼梁翼緣板產(chǎn)生塑性變形達(dá)到矯直的目的，加壓裝置的設(shè)計(jì)采用機(jī)械加壓裝置同時能自動完成翼緣板的矯平工作。1.3 本課題在國內(nèi)的研究狀況及發(fā)展趨勢機(jī)械制造業(yè)是國家重工業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)械制造同樣代表著一個國家的經(jīng)濟(jì)水平，代表著國家的生產(chǎn)力!而隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)展水平對一個國家越來越顯得重要，而很多工業(yè)的建設(shè)，工業(yè)的發(fā)展都離不開鋼構(gòu)件。焊接H型鋼梁是其中應(yīng)用最為廣泛的一種鋼構(gòu)件3。近年來，焊接H型鋼越來越廣泛的運(yùn)用于公路橋梁、煤礦井架、建筑、

13、輪船制造等行業(yè)。隨著焊接H型鋼逐漸替代軋制工字鋼的使用，在工廠內(nèi)機(jī)械化生產(chǎn)焊接H型鋼已成當(dāng)務(wù)之急6。H型鋼的制作看似簡單，但如果控制不嚴(yán)，不講究制作工序就容易產(chǎn)生較大的變形，增加產(chǎn)品的制造成本，更有可能使工件報(bào)廢1。隨著生產(chǎn)和生活的需求，工廠內(nèi)正在機(jī)械的批量生產(chǎn)焊接H型鋼，H型鋼幾乎都為焊接組成，焊接過程中翼緣板會產(chǎn)生變形，因此H型鋼投入工程使用前都要進(jìn)行矯直工作，目前我國的焊接H型鋼矯直工作主要用兩種方法，一種是機(jī)械矯直，另外一種是使用千斤頂校正，同時錘擊變形來控制變形，使得工人工作量大，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，同時還導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)周期長，沒有達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效益12。目前國內(nèi)有幾種焊接

14、H型鋼翼板矯平機(jī)，由黑龍江哈爾濱市太平區(qū) 宏圖街165號四海股份有限公司研制的臥式翼緣矯正機(jī)，此機(jī)器有效的提高了工作效率改善了工作條件。但其采用多輥的設(shè)計(jì)，雖然可以完成多種型鋼的矯直工作，但是其對焊接H型鋼的矯直工作效率低，精度不夠高。此種機(jī)器占用工地比較大，生產(chǎn)成本高，不宜用來專用矯直H型鋼翼緣。2007年由廣東省一家廠商生產(chǎn)的H型鋼翼緣矯直機(jī)，其矯正裝置由動力電機(jī)和兩個齒輪副及壓輥組成，輸送系統(tǒng)無需電動機(jī)的帶動而使其自發(fā)運(yùn)動，此機(jī)器雖然能節(jié)省部分電力，但是實(shí)際的工作效率低，所需的齒輪副也是比較大的，占用空間相對較大，給操作帶來了一定的困難7-8?？偟膩碚f目前H型鋼的加工正在朝機(jī)械化、自動化

15、、高效益化發(fā)展。所以迫切需要一種專用的翼緣矯直機(jī)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)加工目的。252 矯直機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1 矯直機(jī)結(jié)構(gòu)分析焊接H型鋼翼板矯平機(jī)設(shè)計(jì)方案可以采用如下幾種：方案一：采用2-1-2型五輥矯直機(jī)，這種矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，表面精度好，可以一機(jī)多用。缺點(diǎn)為上輥穩(wěn)定性低，傳動系統(tǒng)復(fù)雜，需成本較高，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高，方案二：采用兩輥式矯直機(jī)，此矯直機(jī)是使用數(shù)量最多的矯直機(jī)之一。這種矯直機(jī)為焊接H型鋼梁專用矯直機(jī)，具有制造成本低，維護(hù)方便簡單，穩(wěn)定性高，矯直表面質(zhì)量好，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。方案三：采用臥式翼緣矯正機(jī)，此矯正機(jī)優(yōu)點(diǎn)是一次性矯直焊接H型鋼梁，取消了翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的占用空間，提高了工作效率。缺點(diǎn)

16、是操作復(fù)雜，制造成本高，矯直機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)復(fù)雜。綜上分析，采用方案二。2.2 輸送傳動方案焊接H型鋼梁翼緣板矯直機(jī)的輸送系統(tǒng)傳動方式有齒輪和聯(lián)軸器傳動兩種傳動方式。 方案一：輸送系統(tǒng)齒輪傳動如圖2-1所示 圖2-1 H型鋼翼緣板矯直機(jī)齒輪傳動1-主傳動軸 2-從動齒輪 3-主動齒輪 4-減速機(jī) 5-電動機(jī)此圖為主動輸送為齒輪傳動的H型鋼翼緣板矯直機(jī)，它是由兩個齒輪及一個減速機(jī)而帶動輸送軸轉(zhuǎn)動。這種傳動比較緊湊，并且傳動比可以通過更換不同的齒輪可以調(diào)整，但是傳動軸和輸送軸不在同一直線上，安裝時會占用較大的空間，其強(qiáng)度也受限制。此外，有齒輪系統(tǒng)包含在軸上，潤滑及密封也不太方便。方案二：輸送系統(tǒng)聯(lián)軸

17、器傳動如圖2-2所示圖2-2 H型鋼翼緣板矯直聯(lián)軸器傳動結(jié)構(gòu)圖1-主傳動軸 2-聯(lián)軸器 3-減速機(jī) 4-電動機(jī)滑塊聯(lián)軸器的一端與減速機(jī)相聯(lián)，滑塊另外一端與輸送軸連接，電動機(jī)與減速機(jī)是配套的，和減速機(jī)進(jìn)端相連接。這種傳動方式使?jié)櫥⒕S修及換輥等工作得到改善。此圖為輸送系統(tǒng)聯(lián)軸器傳動矯直機(jī)。這種矯直機(jī)采用聯(lián)軸器傳動比較普遍，其優(yōu)越性更大。電動機(jī)和減速機(jī)體可單獨(dú)固定在地上，與矯直機(jī)工作體分離較遠(yuǎn)距離，使結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化。具有調(diào)節(jié)方便，拆裝維護(hù)方便，機(jī)器本體與傳動系統(tǒng)的震動相互不干擾等一系列優(yōu)點(diǎn)。 2.3 壓下裝置工作原理的描述為適應(yīng)不同規(guī)格鋼管能在矯直機(jī)中順利的實(shí)現(xiàn)矯直，上橫梁裝配必須實(shí)現(xiàn)以下功能：（1

18、）應(yīng)不同規(guī)格的待矯直H型鋼翼緣，上、下工作輥系中的壓輥與頂輥的輥距要求可調(diào)，并且必須能夠同時承受上工作輥系傳遞給機(jī)架的反力。（2）要使矯直機(jī)能穩(wěn)定流暢、矯直精確的工作，在工作過程中必須使壓輥與頂輥保持平穩(wěn)，不能上下竄動；保證矯直輥輥面與翼緣板能夠良好的接觸，矯直輥必須在寬度方向上能夠調(diào)整。（3）矯直機(jī)要達(dá)到高精度，穩(wěn)定的工作條件，上、下工作輥必須能保持規(guī)定的距離，在工作過程中不能隨意改變距離，要求傳動絲杠能自鎖。2.4 壓下調(diào)整方案的確定為了達(dá)到上述工作原理的要求，以下分別對上述三點(diǎn)要求進(jìn)行闡述：（1）矯直機(jī)要適應(yīng)不同規(guī)格焊接H型鋼的矯直工作，壓輥和頂輥的輥距要求可調(diào)。這一要求，我們采取三種方

19、案分別加以比較和分析。壓輥和頂輥的輥距調(diào)整有很多種方案可以實(shí)現(xiàn)：方案一：采用電動機(jī)通過減速電機(jī)而帶動齒輪齒條機(jī)構(gòu)：此機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可以通過機(jī)械制動實(shí)現(xiàn)壓輥準(zhǔn)確定位并自動鎖緊，工作較容易實(shí)現(xiàn)，但工作可靠性不高。此機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝相對笨拙、復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造成本較高，可靠性又相對一般。方案二：機(jī)架上安裝液壓裝置通過液壓缸推、拉來實(shí)現(xiàn)壓輥上下的移動。此機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，制造維護(hù)成本相對低廉，控制操作簡單方便。此機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：由于液體具有可壓縮性且液壓傳動的準(zhǔn)確性隨著油溫高低的變化會表現(xiàn)出較為明顯的變動，因此壓輥和頂輥調(diào)整好后很難保證相互的準(zhǔn)確位置不在變動，這樣矯直機(jī)的工作精度比較難以得到保證。方

20、案三：采用電動機(jī)通過減速電機(jī)來帶動螺旋副機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)壓輥的升降：如圖2-3所示。此機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，控制維護(hù)方便，調(diào)整精確度較高此機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：絲杠螺旋機(jī)構(gòu)傳動效率較低；綜上所述，方案三雖然有傳動效率低的不足，但此方案適用于調(diào)整，在調(diào)整結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)定矯直工作階段后，固定不動。所以采用方案三（2）要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確矯直、在工作過程中壓輥不能上、下竄動，也就是壓輥必須緊密的與升降體在一起，不能有任何動態(tài)或靜態(tài)問題，有兩種方案：方案一：采用焊接方法實(shí)現(xiàn)升降體與絲杠的鏈接：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作容易方便，成本低。缺點(diǎn)：在焊接過程中如果出現(xiàn)焊后不水平的現(xiàn)象，則機(jī)器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且焊接后拆裝和維護(hù)都變的

21、比較復(fù)雜，不利于機(jī)械化生產(chǎn)。方案二：采用螺桿與螺母相配合來實(shí)現(xiàn)升降體與絲杠的鏈接：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在鏈接后如果沒有人工放松螺母和螺桿，那么很不容易使傳動部件松動，有很好的經(jīng)濟(jì)效益。 缺點(diǎn)：拆裝不太方便。綜合兩種方案，考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性選用方案二。圖2-3 采用減速電機(jī)帶動螺旋副傳動簡圖1-電動機(jī) 2-擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型電機(jī)減速速器 3-升降體連接件 4-升降體 5-壓輥軸 6-大齒輪 7-軸承 8-絲母 9-絲杠 10-壓輥 11-軸承3 矯直機(jī)下壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算下壓裝置是H梁翼板矯平機(jī)的重要組成部分，此部分的設(shè)計(jì)精度對焊接H梁的生產(chǎn)質(zhì)量有重要的影響。它的傳動部分是由動力電機(jī)、減速器、

22、齒輪減速機(jī)構(gòu)、絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)組成；壓力裝置是由升降體、壓輥軸和壓輥組成。下壓裝置主要結(jié)構(gòu)見第二章圖2-3所示。3.1 矯直機(jī)矯直力與彎矩的計(jì)算當(dāng)壓輥壓下H型鋼翼緣板的傳動過程中，中間頂輥所受的矯直力最大，所以在以下的絲杠設(shè)計(jì)以及輥軸的驗(yàn)算校核過程之中都用此力來計(jì)算。H型鋼規(guī)格；mm。而從文獻(xiàn)11中可知翼緣板的變形屬于是彎曲變形，而且是屬于V形件彎曲變形。由文獻(xiàn)9中公式可知： （3-1） 以上公式中：b為翼緣板最大寬度，單位m； t為翼緣板得最大厚度，單位m； 為壓輥與翼緣板接觸長度，單位m； 為H型鋼屈服極限，單位MP；所以我們得矯直力：N=58.75 KN在其后的絲杠主軸的校核設(shè)計(jì)中也都是

23、選用此力。 由文獻(xiàn)11中公式可知： （3-2）以上公式中：為彎矩，單位； 為矯直力，單位； 為接觸長度，單位；所以得： 3.2 絲杠螺母的設(shè)計(jì)分析絲杠螺母在下壓裝置把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成上下直線運(yùn)動。由文獻(xiàn)6第1卷查得絲杠采用45鋼淬火，其抗拉強(qiáng)度MPa，屈服強(qiáng)度MPa，螺母材料考慮到速度低用鋁青銅ZcuAl10Fe3。3.2.1 絲杠螺母的耐磨性計(jì)算 由文獻(xiàn)10第二卷中表15.2-3可知： （3-3）以上公式中：為螺紋的中徑，單位為mm； 為絲杠螺母螺紋的牙形高度，單位為mm；為材料的許用壓強(qiáng)，單位為MPa；為作用于螺桿上的軸向載荷，單位為N； 為絲杠螺母的螺距，單位為mm； 此處可根據(jù)螺母的形式選定

24、，而對于整體式螺母，由于磨損后不能調(diào)整，所以取1.22.5，取。需要考慮到絲杠對強(qiáng)度要求較高且屬于單向受力，采用鋸齒形的螺紋。 30鋸齒形螺紋。由文獻(xiàn)6第二卷表15.2-10可以查得許用壓強(qiáng)MPa。取MPa所以得：mm查文獻(xiàn)10第2卷表5-1-13，可以得到螺紋的基本尺寸：mm；mm；mm；mm； mm；mm 螺母高度： （3-4） 以上公式中：H為螺母高度，單位； 為系數(shù)，整體式螺母； 為螺桿中徑，單位；所以得： mm 同時考慮到實(shí)際需要取mm旋合圈數(shù)： （3-5）以上公式中：Z為旋合圈數(shù)；H為螺母高度，單位mm；P為螺距，單位mm；所以得： ，所以3.2.2 螺旋副自鎖條件的校核螺紋升角：

25、 （3-6）以上公式中：為螺紋升角，單位度； P為螺距，單位mm； 為螺桿中徑，單位mm；所以得： 則： 證明此螺旋副自鎖可靠。3.2.3 螺紋牙的強(qiáng)度校核由文獻(xiàn)11中的表5-13可知螺母螺牙的許用應(yīng)力，青銅材料的需用應(yīng)力 MPa，MPa，而工作過程中載荷幾乎為靜載，而青銅材料的強(qiáng)度較高，所以許用應(yīng)力取較大值。螺紋牙處的危險(xiǎn)截面剪切強(qiáng)度為： （3-7） 螺紋牙處的危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度為： （3-8） 以上公式中：為螺紋牙根部的厚度，對于30鋸齒形螺紋，。單位為mm； 為螺紋大經(jīng)，單位； 為矯直力，單位； 為螺紋旋合圈數(shù)； 和為許用強(qiáng)度，單位MPa；所以得：MPaMPaMPaMPa多以螺紋的剪切強(qiáng)度

26、和彎曲強(qiáng)度都滿足要求。3.3 壓下系統(tǒng)的電動機(jī)和減速機(jī)的選擇由文獻(xiàn)10表15.2-3。設(shè)總的摩擦力矩為： （3-9）以上公式中：為螺紋的摩擦力矩，單位；為軸承的摩擦力矩，單位；絲杠所受到的橫向力為： （3-10）絲杠所受到的摩擦阻力為： （3-11） 以上公式中：為作用于螺紋上的正壓力，單位N；N為矯直力，單位N； 為鋸齒形螺紋工作面牙形斜角；為摩擦系數(shù)；為螺旋升角； 由文獻(xiàn)10第1卷中的表1.1-7摩擦系數(shù)，所以得： Nmm Nmm Nmm=790 Nm螺桿所受的扭矩： （3-12） 以上公式中：為軸承的傳動效率；為聯(lián)軸器的傳動效率；查文獻(xiàn)11可知： 所以 初選絲杠的下壓速度為mm/s， 初

27、定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速： （3-13）以上公式中：P為螺距，單位mm； 為轉(zhuǎn)速，單位；所以得： r/min因?yàn)?（3-14）所以 KW由文獻(xiàn)12表10-1標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)選擇：選電機(jī)Y90S-4；電機(jī)功率為1.1Kw；滿載轉(zhuǎn)速r/min由文獻(xiàn)10第三卷中表18.1-96選擇減速機(jī)型號：ZLD 1.1-4A-59 JB/T2982-1994；輸出轉(zhuǎn)速為23.3 。3.4 齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算下壓裝置中齒輪系統(tǒng)起到減速作用。由文獻(xiàn)13中表10-1可選擇齒輪材料為HT300，精度等級為7級精度，初步選擇小齒輪齒數(shù)為40，大齒輪齒數(shù)為120；根據(jù)應(yīng)用條件選擇為直齒圓柱齒輪傳動。（1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按下式進(jìn)行 （3

28、-15）以上公式中：為傳動比；為載荷系數(shù)；為彈性影響系數(shù)；為疲勞強(qiáng)度；為齒寬系數(shù)；由文獻(xiàn)13知：其中=1.3；=143.7 ；=4；=0.4；所以得： 97.67mm（2）計(jì)算圓周速度V： （3-16）以上公式中：為圓周速度，單位； 為轉(zhuǎn)速，單位；所以得： V=1.26m/s（3)計(jì)算齒寬與齒高比齒寬 模數(shù) 齒高 所以 （4）按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算可以得到同樣的數(shù)值，為了安全我們?nèi)≥^大的數(shù)值： =40；=120；=120mm；=360mm；=50；3.5 壓輥的設(shè)計(jì)計(jì)算 初步確定輥徑大?。?由文獻(xiàn)9中公式得： mm 時： （3-17） 以上公式中： 矯直輥?zhàn)畲笾睆?，單位為mm； H型鋼腹板最小高度

29、，單位為mm；若取其系數(shù)為0.9，則輥徑為：mm初步確定輥?zhàn)娱L度：由文獻(xiàn)9中公式得：mm時： （3-18） 取系數(shù)為0.7，則輥?zhàn)娱L度為：mm實(shí)際生產(chǎn)中為了有利于壓輥與H型鋼翼緣板的接觸，更好的達(dá)到矯直效果，壓輥有一錐度如圖3-1。為了便于壓輥輥面與H型鋼梁翼緣板更充分接觸，為了達(dá)到最好的矯直效果，翼緣板需要矯枉過正，因?yàn)橛袕澢貜棳F(xiàn)象的存在。壓輥輪廓應(yīng)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的錐度，因?yàn)橐砭壈宄C枉過正是有彎曲角的，所以壓輥有合適的錐度會更利于翼緣板矯直的進(jìn)行。圖3-1壓輥的傾斜度由文獻(xiàn)14中第公式可知： 則 （3-19）以上公式中：M為卸載彎矩，其值等于加載時的彎矩； E為彈性模量； I為彎曲毛坯截面慣性

30、矩，；由文獻(xiàn)12中公式可知： = （3-20）所依我們可以得到應(yīng)變中性層曲率變化量： mm （3-21）所以得彎曲角： （3-22）因此根據(jù)工廠內(nèi)的實(shí)際情況和和參考的資料，同時參照同類型的設(shè)備和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最后我們確定壓輥輥形的工藝參數(shù)為：mm；mm； 4 矯直機(jī)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算性能平穩(wěn)的輸送系統(tǒng)是保證矯直機(jī)能平穩(wěn)工作的重要條件。通過第二章對輸送系統(tǒng)傳動方案的分析，我們采用動力電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動主軸和頂輥轉(zhuǎn)動的傳動方案，此種傳動方案可以有效節(jié)省占用空間，提高了工地利用率。主要包括頂輥的設(shè)計(jì)計(jì)算，電機(jī)的選擇，減速機(jī)的選擇及軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。4.1 矯直機(jī)頂輥的設(shè)計(jì)計(jì)算初步確定頂輥輥徑大?。?由文獻(xiàn)9

31、中公式得： mm時： （5-1） 以上公式中：為矯直輥?zhàn)畲笾睆?，單位為mm； 為H型鋼翼板最小寬度，單位為mm；若取其系數(shù)為1.5，則輥徑為：初步確定頂輥輥?zhàn)娱L度：由文獻(xiàn)9中公式得：mm時： （5-2） 以上公式中： 為輥?zhàn)娱L度，單位mm； 為矯直輥直徑，單位為mm； 取系數(shù)為0.4，則輥?zhàn)娱L度為：4.2 主電機(jī)和主減速器的選擇參考同類機(jī)床的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)定H梁翼緣板的矯正速度為9。4.2.1 主電機(jī)的選擇由文獻(xiàn)14中可知： （5-3）以上公式中：為輸送力，單位N； 為矯直力，單位N；取最大系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所以得： 則可以得最大輸送功率： （5-4）以上公式中：為功率，單位； 為輸送力，單位； 輸

32、送速度，單位；所以得： 在以上的計(jì)算中忽略了軸及軸承的摩擦消耗功率，忽略了聯(lián)軸器的耗損功率，所以在選擇時應(yīng)選擇功率比計(jì)算數(shù)值偏大的電動機(jī)。由文獻(xiàn)12表10-1標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)選擇：選電機(jī)Y160M-4；轉(zhuǎn)速為1400 r/min，電機(jī)功率為11，滿載轉(zhuǎn)速。4.2.2 主減速器的選擇我們可知矯正速度： （5-5）以上公式中：為矯正速度，單位； 為頂輥半徑，單位； 為主軸轉(zhuǎn)速，單位；所以得： 傳動比： 輸送系統(tǒng)的減速器所需減速比較大，同時要水平臥式安裝，且與電動機(jī)拆裝要方便，減速器要適用于冶金行業(yè)。由文獻(xiàn)10中表18.1-114選擇減速器型號：TZSD 425-145.7-10.49。為直聯(lián)電機(jī)型同軸式

33、圓柱齒輪減速器。4.3 輸送系統(tǒng)軸的設(shè)計(jì)傳動軸是H型鋼梁翼緣矯直機(jī)輸送系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)部件之一，它主要是承擔(dān)矯直力和H梁頂輥的重量，受到一部分彎矩，扭轉(zhuǎn)力。輸送系統(tǒng)的主軸選用直軸形式傳遞，且要選用直軸中的階梯軸。輸送系統(tǒng)軸的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。5.1軸的結(jié)構(gòu)如圖所示1-軸肩；2-鍵槽；3-主軸；4.2.1 輸出軸上的功率及扭矩由文獻(xiàn)13可知： (5-6）以上公式中：為輸送電機(jī)功率，單位kW；為減速機(jī)傳動效率；為聯(lián)軸器傳動效率；所以得： 由文獻(xiàn)13可知： （5-7） 以上公式中：T為扭矩，單位Nmm； 為輸入功率，單位kW； 為主軸轉(zhuǎn)速，單位；所以得： 4.2.3 作用于軸上的力和彎矩作用在軸上的

34、力主要是矯直力和頂輥重力以及H型鋼的重力。在這些作用力中重力作用很小，影響可以忽略不計(jì)。在這里只矯直力進(jìn)行計(jì)算。矯直力幾乎是相對于矯直機(jī)頂輥?zhàn)笥覍ΨQ的力。取最大的矯直力進(jìn)行計(jì)算。矯直機(jī)主軸除了承受矯直力外還有一個由矯直力而來的摩擦力，也就是帶動H型鋼前進(jìn)的動力。此力的影響同矯直力比起來同樣可以忽略不計(jì)算。軸的彎矩扭矩圖見圖5.1所示。從軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖中可以看出頂輥截面是軸的危險(xiǎn)截面：在此處總彎矩為 （5-8）以上公式中：為彎矩，單位； 為總壓力，單位；所以得： 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，又因工件為脈動循環(huán)所以取則軸的計(jì)算應(yīng)力為 (5-9)以上公式中：為

35、工作強(qiáng)度，單位； 為軸彎矩，單位； 為扭矩，單位；抗彎截面系數(shù)；矩形截面為；所以得： 又因?yàn)?，則 ，安全。圖5.1軸的彎矩扭矩圖4.2.4 確定軸的最小直徑由文獻(xiàn)13 中表15-3初步估算軸的直徑。選取軸的材料45鋼調(diào)質(zhì)處理。 (5-10)以上公式中：為軸的最小直徑，單位；由文獻(xiàn)1表15-3取=100； 為功率，單位kW； 為轉(zhuǎn)速，單位；所以得： 在安全系數(shù)允許內(nèi)，可取最小直徑4.2.5 軸各處尺寸的確定前面我們確定了矯直機(jī)頂輥的直徑和長度,確定一直徑要大于軸的最小直徑處即可，我們?nèi)】蓾M足我們需要的強(qiáng)度要求，同時可以滿足軸肩定位的要求。1-2處需要安裝標(biāo)準(zhǔn)軸承支座，同時是軸承安裝處，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸

36、承支座的數(shù)據(jù)可取，也可以滿足一定的空閑空間需求。為了滿足頂輥的軸向定位需要，我們在2-3處設(shè)置一軸肩對頂輥進(jìn)行定位，軸肩的長度=12；由頂輥的長度我們可得到3-4處的長度，此處長度應(yīng)該略小于頂輥長度 ；頂輥的另外一端采用軸向套筒定位，4-5處需要設(shè)置套筒和軸承支座，同時連接下底座外的聯(lián)軸器，所以需要較長，結(jié)合下底座的尺寸?。桓鶕?jù)前面的計(jì)算及軸的設(shè)計(jì)條件可得；在軸的1-2和4-5處需要放置軸承，所以及。 軸的各處尺寸參數(shù)見圖5.2所示。圖5.2 輸送軸的各部分尺寸4.4 聯(lián)軸器和軸承的選擇聯(lián)軸器在機(jī)器中通常用作傳動部件，連接軸與軸來傳遞轉(zhuǎn)矩。輸送系統(tǒng)動力電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和功率相對平穩(wěn)，為了得到更好的

37、傳動效果，使機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，這里選擇可移式剛性聯(lián)軸器，可以補(bǔ)償兩軸的徑向相對位移。由文獻(xiàn)10表22.3-1選擇金屬滑塊聯(lián)軸器(JB/ZQ4384-1986), ，許用轉(zhuǎn)矩；進(jìn)行校核： （5-11）以上公式中：為理論轉(zhuǎn)矩，單位； 、為驅(qū)動功率（kW）和轉(zhuǎn)速（r/min）； 為工作系數(shù)；為動力機(jī)系數(shù)；為啟動系數(shù)；為溫度系數(shù)；由文獻(xiàn)10表22.1-1可知：；所以得：，合格。因輸送系統(tǒng)軸主要承受徑向力，工作于室溫條件下，所以選用深溝球軸承。由文獻(xiàn)2中表6-1，并參照工作要求選擇深溝球軸承6320。5 結(jié)論以上闡述了H梁翼板矯平機(jī)的設(shè)計(jì)過程。論文主要完成了H梁翼板矯直機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及下壓

38、裝置的設(shè)計(jì)問題。在設(shè)計(jì)方案選擇問題上，鑒于目前的焊接H梁矯平機(jī)在國內(nèi)發(fā)展的不足，而造成工人的勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低、加工精度難以保證的現(xiàn)狀，參考查閱了國內(nèi)多種型號的H梁翼板矯平機(jī)，大膽結(jié)合了現(xiàn)有H梁翼板矯平機(jī)的特點(diǎn)，經(jīng)過多種方案的對比最后確定了經(jīng)濟(jì)合理的，且符合工業(yè)生產(chǎn)需求的最終方案。在輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中對比了兩種傳動方案，根據(jù)齒輪的傳動特點(diǎn)和聯(lián)軸器的傳動特點(diǎn)，我們選擇了結(jié)構(gòu)更為緊湊的聯(lián)軸器傳動帶動輸送軸和頂輥的轉(zhuǎn)動。采用這種傳動可以節(jié)省占用空間。在下壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了解決傳動比大的問題，通過計(jì)算采用了擺線針輪減速器和齒輪減速共同減速的方法，達(dá)到了需要的轉(zhuǎn)速；通過絲杠螺母的設(shè)計(jì)使得轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€運(yùn)

39、動，實(shí)現(xiàn)了升降體的上下運(yùn)動。傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和下壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)焊接H型鋼翼板縱向彎曲的半自動矯直工作。大幅度降低了工人的勞動強(qiáng)度，改善了工人的工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率。通過比較精確的設(shè)計(jì)計(jì)算及各種參考方案和參考資料最終設(shè)計(jì)出了滿足課題要求且有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的H梁翼板矯平機(jī)。本設(shè)計(jì)也有不足之處，焊接H梁需要工人通過運(yùn)送機(jī)器送到輸送帶上，每次只能矯平一面翼板，另外一面需要翻轉(zhuǎn)且在次運(yùn)回才可以進(jìn)行矯直，浪費(fèi)了時間，增大了工人勞動強(qiáng)度。這些是本設(shè)計(jì)的不足之處，需要有待改進(jìn)。參考文獻(xiàn)1 熊華. H型鋼的焊接變形.現(xiàn)代焊接，2007（1）:44-452 李曉華.H型鋼梁矯直機(jī)設(shè)計(jì)制造.鞍鋼技術(shù)（工業(yè)技術(shù)

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