卷圓機結(jié)構(gòu)設(shè)計-型材卷制 結(jié)構(gòu)三輥對稱式

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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 目 錄 摘要-------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ Abstract--------------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ第1章 緒論---------------------------------------------------------------------------------------1 1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀--------------------------------------------------------------------------1 1.1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀---------------------------------------------------------------------1 1.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀--------------------------------------------------------------------1 1.2 卷圓機的類型和特點--------------------------------------------------------------------2 1.3本文設(shè)計內(nèi)容------------------------------------------------------------------------------2 第2章 卷圓機工作方案的選擇-----------------------------------------------------------3 2.1 卷圓機成型方案的確定-----------------------------------------------------------------3 2.2 圓環(huán)卷制成型方式的選擇--------------------------------------------------------------4 2.3 本章小結(jié)-----------------------------------------------------------------------------------5 第3章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定--------------------------------------------------------6 3.1 卷圓的工藝過程分析--------------------------------------------------------------------6 3.2 卷圓過程中的力學(xué)分析-----------------------------------------------------------------6 3.3 工作輥輪的設(shè)計--------------------------------------------------------------------------6 3.3．1 三輥輪受力情況分析-----------------------------------------------------------6 3.3．2 卷圓機的主參數(shù)的確定--------------------------------------------------------7 3.4 本章小結(jié)-----------------------------------------------------------------------------------9 第4章 傳動系統(tǒng)設(shè)計------------------------------------------------------------------------10 4.1 傳動方案的設(shè)計----------------------------------------------------------------------10 4.2 電機的選擇------------------------------------------------------------------------------10 4.2.1 選擇電機的結(jié)構(gòu)形式----------------------------------------------------------10 4.2.2 電動機的確定-------------------------------------------------------------------11 4.3 傳動比的計算---------------------------------------------------------------------------11 4.3.1 總傳動比的計算----------------------------------------------------------------11 4.3.2 分配傳動比----------------------------------------------------------------------11 4.4 運動和動力參數(shù)計算------------------------------------------------------------------12 4.4.1 各軸轉(zhuǎn)速計算-------------------------------------------------------------------12 4.4.2 各軸功率計算-------------------------------------------------------------------12 4.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩計算-------------------------------------------------------------------12 4.5 傳動零件的設(shè)計計算------------------------------------------------------------------13 4.5.1 帶傳動的設(shè)計計算-------------------------------------------------------------13 4.5.2 蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計----------------------------------------------------------15 4.5.3 齒輪的設(shè)計計算---------------------------------------------------------------16 4.6 軸的設(shè)計計算---------------------------------------------------------------------------19 4.7 軸承設(shè)計---------------------------------------------------------------------------------22 4.7.1 滾動軸承的選擇----------------------------------------------------------------22 4.7.2 滾動軸承的壽命計算----------------------------------------------------------23 4.8 鍵的設(shè)計---------------------------------------------------------------------------------24 4.8.1 鍵連接的功能及結(jié)構(gòu)型式---------------------------------------------------24 4.8.2 鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算---------------------------------------------24 4.9 本章小結(jié)---------------------------------------------------------------------------------25 第5章 壓下裝置的設(shè)計--------------------------------------------------------------------26 5.1 卷圓成形直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系---------------------------------------------------26 5.2 壓下裝置的設(shè)計------------------------------------------------------------------------27 5.3 上輥輪軸的設(shè)計------------------------------------------------------------------------28 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定------------------------------------------------------28 5.3.2 軸的受力分析-------------------------------------------------------------------28 5.3.3 校核軸的強度------------------------------------------------------------------30 5.4 螺旋傳動設(shè)計---------------------------------------------------------------------------30 5.5 本章小結(jié)---------------------------------------------------------------------------------32 第6章 其他各主要零部件的設(shè)計及選用-------------------------------------------33 6.1 箱體的設(shè)計------------------------------------------------------------------------------33 6.2 “五大輪”的設(shè)計-------------------------------------------------------------------------33 6.3 各主要部件的選用---------------------------------------------------------------------34 6.4 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 第1章 緒 論 1．1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 50年來，卷圓機隨著科技特別是微電子、計算機技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。美國、德國、日本三國的卷圓機技術(shù)非常先進(jìn)，經(jīng)驗很多，并且分別有自己的特點。 在美國，政府重視卷圓機工業(yè)的發(fā)展，因而不斷提出卷圓機的發(fā)展方向，提供充足的經(jīng)費，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)了大批自動生產(chǎn)線，所以美國的高性能卷圓機技術(shù)在世界一直居領(lǐng)先地位。但因為偏重基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，有一段時間卷圓機的產(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“實際”與“實效”，堅持以人為本，不斷提高人員素質(zhì)，他們還特別重視理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)并重，在卷圓機產(chǎn)品質(zhì)量上精益求精。德國的卷圓機質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圓機，在質(zhì)量、性能上居世界前列。 日本政府對卷圓機工業(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部件配套方面學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及卷圓機技術(shù)方面學(xué)習(xí)美國，而且做得更好。日本在發(fā)展卷圓機的過程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展卷圓機系統(tǒng)。日本FANUC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機床產(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)市場對各類卷圓機機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外卷圓機機床產(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，一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控卷圓機機床品種、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設(shè)計的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及卷圓機機床性能測試裝置等)，自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計，使設(shè)計一次成功的把握性降低，往往需要反復(fù)試制才能定型，從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。 卷圓機用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計卷圓機和修改相應(yīng)的卷圓機圖紙及卷圓機技術(shù)文件。在國外，這項卷圓機修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國卷圓機機床廠用手工操作就至少需1～2個月，且由于這些圖紙和文件涉及多個部門，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設(shè)計、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)的整個過程綜合應(yīng)用計算機技術(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)濟效益。 1.2卷圓機的類型和特點 卷圓機分為機械式和液壓式兩種，機械式卷圓機是將碳鋼、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、壽命長、卷圓速度快、產(chǎn)品質(zhì)量可靠等優(yōu)點。液壓卷圓機是機械式卷圓機的升級產(chǎn)品，能加大卷圓的厚度和寬度，能夠完成機械式卷圓無法卷動厚板的缺點，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、勞動力、原材料等，是制造圓盤的先進(jìn)母體。 1.3本文設(shè)計內(nèi)容 本文主要對機械式三輥對稱式卷圓機進(jìn)行設(shè)計。主要包括電機的選擇、傳動系統(tǒng)設(shè)計、壓下裝置設(shè)計及箱體的設(shè)計等。 第2章 卷圓機工作方案的選擇 2.1 卷圓機成型方案的確定 如圖2.1所示，制造該圓環(huán)零件的方法有以下兩種： ①沖壓法。即利用沖壓的方法，設(shè)計一套專門用來制造該零件的模具，這種方法最突出的優(yōu)點就是生產(chǎn)效率高，只要設(shè)計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。 ②卷制法。即利用輥輪將303mm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，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，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，纖維產(chǎn)生塑性變形，負(fù)荷越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴展的深度也越大。當(dāng)鋼板整個斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過材料的屈服極限時，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，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，我們選用卷制法加工。因為扁鋼在卷制過程中，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，唯獨中性層長度沒有變化，所以需要提供的扁鋼長度為 mm，即1256mm。 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輥輪對板料進(jìn)行連續(xù)的三點彎曲卷制成弧體，下輥為主動輥，上輥作垂直升降運動，結(jié)構(gòu)較簡單，而四輥式卷圓機是以上輥為主動輥，由主電動機通過主減速器以及聯(lián)軸器，從而帶動上輥的工作，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)時能夠帶動鋼板運動。兩個側(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，但是傳動系統(tǒng)較復(fù)雜，機器較笨重，因此我們采用三輥式卷圓結(jié)構(gòu)。 圖2.3 卷圓機分類 圖 2.4 四輥卷圓機工作原理圖 而三輥式卷圓機又分為機械式三輥對稱式卷圓機、機械式三輥非對稱式卷圓機、液壓式三輥卷圓機，它們的主要特點分別為:機械式三輥對稱式卷圓機：(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動，通過螺桿螺母傳動而獲得，兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動，通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機缺點是板材端部需借助其它設(shè)備進(jìn)行預(yù)彎。 a.機械式三輥非對稱式卷圓機：(如圖2.6所示)，該機結(jié)構(gòu)型式為三輥非對稱式，上輥為主傳動，下輥作垂直升降運動，以便夾緊板材，并通過下輥齒輪與上輥齒輪嚙合，同時作為主傳動，邊輥作傾升降運動，具有預(yù)彎和卷圓雙重功能。 b.液壓式三輥卷圓機：(如圖2.7所示)，該機上輥可以垂直升降，垂直升降的液壓傳動是通過液壓缸內(nèi)的液壓油作用活塞桿而獲得，下輥作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，通過減速機輸出齒輪嚙合，為卷圓提供扭矩，下輥下部有托輥并可調(diào)節(jié)。 圖2.5 機械式三輥對稱 圖2.6 機械式三輥非對稱 圖2.7 液壓式三輥卷圓式卷圓機工 作原理圖 式卷圓機工作原理圖 機工作原理圖 由于非對稱式和液壓式卷圓機的傳動系統(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，且傳動系統(tǒng)布置較簡單，因此設(shè)計的卷圓機采用機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。卷圓機的類型有很多種，通過對加工零件的分析和對卷圓機類型的分析，確定本設(shè)計采用機械式三輥對稱臥式結(jié)構(gòu)方案。 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 對稱式三輥卷圓機在卷制鋼板時，兩下輥做旋轉(zhuǎn)運動，上輥做垂直升降運動，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)動時，板材也沿縱向運動，同時由上輥施加壓制力，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 3.3.1三輥輪受力情況分析 卷制時，鋼板受力情況如圖3.1所示，根據(jù)受力平衡，可以得到下輥作用于鋼板上的支持力F2： （3.1） 式中： —連心線OO1與OO2夾角，； a—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R0.5dmin，為簡化計算，式（3.1）可變?yōu)椋? （3.2） 根據(jù)受力平衡，上輥作用于鋼板上的力即壓下力F1為： （3.3） 根據(jù)文獻(xiàn)可知，下輥輪受到的力為： （3.4） 式中 ： M—板材被彎曲到中性層半徑為R時所需的彎曲力矩（Nm）； r2—下輥輪半徑，r2=r3（mm）。 根據(jù)文獻(xiàn)可知，鋼板的塑性極限彎矩為： （3.5）式中：h—卷板的厚度（m）； b—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會與下輥輪發(fā)生軸向滑動，我們在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深2mm，因此下輥輪的實際 直徑為166mm。 由式（3.4）和（3.5）得： 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： 因為R=a=200mm,所以=, 3.3.2卷圓機的主參數(shù)的確定 如圖3.2所示，組成了一個直角三角形，其三邊邊長分別為，，，根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得： （3.6） 式中：、—上、下輥輪直徑，（mm）； b—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）完全可以確定該機的各參數(shù)，其值可靠，可以作為設(shè)計其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。 在本次設(shè)計中，由于R=200mm，b=30mm，=166mm,a=200mm,均為已知，而只有和H的值未知，它們之間存在著一一映射的關(guān)系。設(shè)計=160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)生軸向滑動，我們也在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深2mm，因此上輥輪的實際直徑為156mm，將其值代式（3.6）得： H=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，確定卷圓機主要參數(shù)如表3.1所示。 表3.1 卷圓機主要參數(shù) 加工工件曲率半徑R/mm 卷板的寬度b/mm 上輥輪直徑/mm 200 30 156 下輥輪直徑/mm 上下輥輪中心高H/mm 下輥輪中心距a/mm 166 174.6 200 3.4本章小結(jié) 卷圓機在卷圓的過程中是通過上輥輪和倆個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)。 第4章 傳動系統(tǒng)設(shè)計 4.1 傳動方案的設(shè)計 為了使傳動功率損失最小，傳動級數(shù)最少，機器結(jié)構(gòu)最緊湊，我們采用傳動比非常大的蝸輪蝸桿傳動方案，且根據(jù)“傳動比大的放在靠電機處”的原則，將其放在帶傳動的下一級傳動中。通過“過橋”齒輪與下輥輪齒輪的嚙合作用，帶動兩個下輥輪旋轉(zhuǎn)，因為兩個下輥輪齒輪的參數(shù)完全一致，且“過橋”齒輪中心在兩個輥輪的對稱中心上，所以兩個下輥輪作同步旋轉(zhuǎn)運動。傳動方案示意圖如圖4.1所示。 圖4.1 傳動系統(tǒng)示意圖 4.2電動機選擇 4.2.1選擇電機的結(jié)構(gòu)形式 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于直流電動機需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，維護(hù)比較不便，因此無特殊需要時不宜采用。 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機。交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類。異步電動機有籠型和繞線型兩種。我國新設(shè)計的Y系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、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械上。 4.2.2電動機的確定 卷圓機的下輥輪工作轉(zhuǎn)速： （4.1） 式中： V——下輥輪工作速度，（m/min）； d——下輥輪直徑，(mm)。 則 總傳動比 （4.2） 式中：i——總傳動比； n1——電機滿載轉(zhuǎn)速(r/min)； n2——下輥輪工作轉(zhuǎn)速(r/min)。 在整個傳動系統(tǒng)中帶輪的傳動比i帶=2～4，齒輪的傳動比i齒=3～6，蝸輪蝸桿的傳動比i蝸=15～32。帶入式（4.2）得： （2～4）（3～6）（15～32）n1 （90～768）3.84 （345.6～2949.12）r/min 且已知電動機功率P=4kw，因此選擇電動機型號Y132M1-6，其額定功率P=4KW，滿載轉(zhuǎn)速n=960r/min. 4.3傳動比的計算 4.3.1總傳動比計算 由前面選取可知： 工作機轉(zhuǎn)速：n2=3.84r/min 電機滿載轉(zhuǎn)速：n1=960r/min 由式（4.2）可得 。 4.3.2分配傳動 ① i帶＜i齒＜i蝸； ② 不能超過各自范圍； ③i總=i帶i齒i蝸。 則取i帶=2 ，i齒=5 ，i蝸=25 。 4.4運動和動力參數(shù)計算 4.4.1 各軸轉(zhuǎn)速計算 Ⅰ軸： =960r/min Ⅱ軸： Ⅲ軸： Ⅳ軸： 4.4.2 各軸功率計算 各軸輸入效率：聯(lián)軸器效率：η1=0.99；帶輪效率：η2=0.96；齒輪效率：η3=0.97；軸承效率：η4=0.98；蝸輪蝸桿效率：η5=0.75。 Ⅰ軸： Ⅱ軸： Ⅲ軸： Ⅳ軸： 4.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩計算 Ⅰ軸： Ⅱ軸： Ⅲ軸： Ⅳ軸： 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) 傳動比i 效率η Ⅰ軸 4 39.79 960 2 0.96 Ⅱ軸 3.84 76.4 480 25 0.75 Ⅲ軸 2.88 1432.5 19.2 5 0.97 Ⅳ軸 2.74 6814.32 3.84 4.5 傳動零件的設(shè)計計算 4.5.1帶傳動的設(shè)計計算 （1）選擇普通V帶 由課文查得，工作情況系數(shù)KA=1.2計算功率： 小帶輪轉(zhuǎn)速： （2）選取V帶型號 根據(jù) PV 和n0 ，則工作點處在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 ①選擇小帶輪基準(zhǔn)直徑 D1 由文獻(xiàn)P145表8-4可得，小帶輪直徑D1=100mm 取D2=200mm 雖然略有增大，但誤差小于5%故允許。 ②驗算帶速 在5～25m/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 ①初選中心距a0 取初中心距 0.7（D1+D2） a0 2（D1+D2） 0.7（100+200） a0 2（100+200） 210 a0 600 取a0=0.8（D1+D2）=540mm。 ②確定帶的基準(zhǔn)長度L0 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） ③則實際中心距 ④驗算小帶輪包角 由文獻(xiàn)P141公式8-2 > （適用） （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；由查P152表8-8得，則有： 取Z=4根。 （6）計算作用在軸上載荷FR 由文獻(xiàn)P142表8-2，得q=0.10kg/m，單根V帶的初拉力： =187.9N 作用在軸上壓力： （7）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶速V 30m/s，材料用灰鑄鐵HT200。 ， 采用腹板式； ， 采用腹板式。 （8）帶輪輪槽尺寸 由文獻(xiàn)P145表8-5，得，，Bd=11mm，， ，，。 4.5.2蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計 （1）已知蝸桿輸入功率P=3.84kw，轉(zhuǎn)速nⅢ=480r/min傳動比i=25，單向傳動，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45～55HRC。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Vs=2.5m/s，根據(jù)表6-5查得 （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 （3）確定蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2 T2為已知，即T2=1.43×106 （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： 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。 （5）計算主要尺寸 蝸輪分度圓直徑 蝸桿導(dǎo)程角 中心距 （6）驗算相對滑動速度VS和傳動效率， 蝸桿分度圓速度 齒面相對滑動速度 與估計值接近。 蝸桿傳動效率：按=2.5m/s，硬度，蝸輪材料為鑄錫磷青銅，查表6-6得, 由式（6-9）得,（0.95～0.97）=0.76～0.78，與蝸輪蝸桿功率0.75吻合。 （7）蝸桿傳動強度計算 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 蝸輪齒面的接觸疲勞強度驗算公式為： （4.3） 可得： （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）； k——載荷系數(shù)，通常設(shè)計可取k=1.1～1.3。 則有：，即。 （8）蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 蝸輪齒根彎曲疲勞強度的近似校核公式為： （4.5） 式中：——螺旋角影響系數(shù)，，已知，則 ——蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)值取，。 4.5.3齒輪的設(shè)計計算 （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（80＜β＜200）。 （2）取齒數(shù)Z，范圍20～40 取齒數(shù)Z1=20，Z2=i齒Z1=5×20=100 （3）按齒面接觸疲勞強度計算 公式： （4.6） ①確定各參數(shù) K： K=1.1～1.8 取K=1.1。 T1：。 ：文獻(xiàn)P46表5-8取=1。 ZE： 文獻(xiàn)P95表5-7取 ZE=189.8 。 ZH： ，其中 得 ： ，其中 得 其中 ，取 則 ： ： 其中由圖5-28， ，；由圖5-26，計算循環(huán)次數(shù)N： 取 ， 則 ， （4）設(shè)計計算 則 （5）幾何尺寸計算 中心距 ， 取標(biāo)準(zhǔn)值 ，則，圓整得：。 齒寬，圓整 ，（5～10）=40mm （6）齒根彎曲強度校核 （4.7） ① 確定各參數(shù) 可查P94表5-6則， 圖5-39 ， =0.84 其中圖5-27， ，； ；1.25～1.5，取1.4。 則， ② 校核 ＜ ＜ ③ 驗證圓周速度 圓周速度小于10m/s，故選浸油潤滑。 ④ 小齒的相關(guān)參數(shù)計算 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 ⑤大齒的相關(guān)參數(shù)計算 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 4.6軸的設(shè)計計算 （1）四根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 四根軸均采用45鋼，調(diào)制處理。 Ⅰ軸：PⅠ=4KW，nⅠ=960r/min，，其中c取103， 則，取。 Ⅱ軸：PⅡ=3.84KW，nⅡ=480r/min，其中c取103，則 。 Ⅲ軸：PⅢ=2.88KW，nⅢ=19.2r/min，其中c取103，則 。 Ⅳ軸：PⅣ=2.74KW，nⅣ=3.84r/min，c取103，則，取 dⅣ=60mm。 （2）低速軸的計算 ①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 ②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 ①求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 ② 求軸上作用力 齒輪上的切向力 齒輪上的徑向力 齒輪上的軸向力 ③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，軸端倒角為，其余取。 ④計算軸的支承反力 水平面上的支反由 得， 得, 垂直面上的支反力： 得： ⑤計算軸的彎矩，畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖 水平彎矩圖： 垂直彎矩圖： 合成彎矩圖： ⑥按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 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（即危險截面B）的強度，根據(jù)： 軸的計算應(yīng)力： （） B面的計算應(yīng)力： 由表11-4查得，對于45號鋼，，其中, 且＜，因此軸的強度足夠安全。 圖4.2 軸的載荷分析圖 4.7軸承設(shè)計 4.7.1 滾動軸承的選擇和計算 與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起動容易等優(yōu)點。滾動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，首先是選擇軸承類型。選擇軸承類型時應(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，由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，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，還有不大的軸向載荷Fa時，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，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)，價格最低。 因此輸出軸上選用30220型軸承。其中，，，。且，，。 求： 得：，。 求： 求： ＜ 軸系向左移動，左側(cè)軸承被壓緊，右側(cè)被放松。 ①＞，則 ②＞，則 因為＜，所以 因所以綜上所述，所選軸承符合要求。 4.7.2 滾動軸承裝置的設(shè)計 要想保證軸承順利工作，除了正確選擇軸承類型和尺寸外，還應(yīng)正確設(shè)計軸承裝置。軸承裝置的設(shè)計主要是正確解決軸承的安裝、配合、緊固、調(diào)節(jié)、潤滑、密封等問題。 設(shè)計采用軸承端蓋和套筒來固定滾動軸承。潤滑的潤滑方式與軸承的速度有關(guān)，這里采用甘油潤滑，不僅可以降低摩擦阻力，起著散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動、防止銹蝕等作用，而且減少潤滑加油次數(shù)，因為本產(chǎn)品密封性能較差，不能采用油潤滑。軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類。這里采用接觸式密封即氈圈油封。 4.8鍵的設(shè)計 4.8.1 鍵聯(lián)接的功能及結(jié)構(gòu)型式 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導(dǎo)向。鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 這里選用平鍵聯(lián)接，它的兩側(cè)是工作面，工作時靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。它具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性好等優(yōu)點。但這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 4.8.2 鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算 1．鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強度要求來取定。這里鍵的材料采用抗拉強度不小于600 MP a的鋼，即45號鋼。鍵的主要尺寸為其截面尺寸(一般以鍵寬b×鍵高h(yuǎn)表示)與長度L。鍵的截面尺寸b×h按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度。 故選用A型平鍵(GB1096)，與齒輪聯(lián)接處，鍵的尺寸，鍵聯(lián)接強度校核按文獻(xiàn)[1]中6-1公式計算，式中各參數(shù)為： =120M