风管道阀门体折弯机传动装置设计说明书.doc

哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 题 目 风管道阀门体折弯机传动装置设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 1110211109 学 生 潘炜 指 导 教 师 段铁群 答 辩 日 期 2014年12月 摘要风管道阀门体折弯机是风阀体加工自动生产线上的一台专业设备。风阀体板料大都是由薄壁板料加工而成，为了增加板料刚度需要进行折弯处理。本弯边机采用辊压成形对板料进行折弯处理。本设计的任务是完成一台板料弯边机的总体设计和部件设计，侧重点在动力箱的设计。在熟悉板料弯曲拉伸理论的基础上，设计出板料折弯机的工作原理，计算出相关参数，并确定部件及零件的型号、尺寸和动力参数。绘制弯边机联系尺寸图、动力箱的部装图及箱体零件图，并对主要零部件进行相关的校核计算。板带材产品薄而宽的断面决定了板带材产品在生产和应用上有其特有的优势条件。本设备具有结构相对紧凑、性能可靠、生产成本相对便宜、工作效率高等特点。关键词 风阀体;板料;折弯机;传动装置AbstractThe wind pipe valve body bending machine is specialized equipment,automatic production line wind valve developed by processing of a enterprise.Wind valve plate material is composed of material processing thin plate and plate material,in order to increase stiffness the need for bending processing.The bending machine by using the rolling forming of sheet metal bending processing.This design task is to complete a platen material bending machine design and the components design,design in the power box focus.Based on familiar sheet metal bending tensile theory,design principle of plate bending machine,calculate the relevant parameters,and determine the components and parts of the type,size and dynamic parameters.Drawing bending machine contact size map,the power box part assembly drawing and box part drawing,and the main parts are related to checking calculation.Plate and strip products thin and wide section determines the product has unique advantages in the production and application conditions.The device has a relatively compact structure and reliable performance,relative to the cost of production is relatively cheap,work efficiency.Keywords wild valve; sheet metal; bending machine; transmission device目 录摘要 IAbstract II第一章 绪论 11.1 课题背景 11.2 课题研究的意义 21.3 国内外研究现状 21.3.1 国内研究现状 21.3.2 国外研究现状 51.4 课题的技术要求与主要内容 6第二章 工艺流程及总体方案设计 72.1 毛坯料的计算 72.1.1 计算板材的尺寸 72.1.2 最小弯曲半径 82.2 咬入条件计算 82.3 方案的最终确认 122.4 总体方案设计 122.4.1 总体布局 132.4.2 结构及构件选择 142.4.3 工作原理 152.4.4 结构特点 152.5 本章小结 16第三章 传动装置设计 173.1 电机的选择 173.2 动力箱的传动方案 173.3 传动装置的运动及动力参数计算 183.3.1 传动比分配 183.3.2 各轴的转矩计算 193.3.3 轴径的初步确定 203.4 主要部件 223.4.1 箱体的选择 223.4.2 水平轧制装置设计 223.4.3 垂直装置设计 243.5 本章小结 25第四章 运动部件的设计计算与校核 264.1 带轮计算 264.2 蜗杆蜗轮设计 284.3 齿轮传动设计 324.3.1 第一对齿轮的传动设计 324.3.2 第二对齿轮的传动设计 364.4 轴的校核计算 404.5 本章小结 43结论 44致谢 45参考文献 46附录 1 47附录 2 54第一章 绪论1.1 课题背景在现代工业生产中，由于金属板材生产效率高，重量轻，且能制出复杂剖面形状等优点，金属板材成为应用最广泛的型材，同时折边机是最重要的金属板材成型加工设备之一，因此风阀阀体辊压折边机的设计也充分体现了此课题研究的重要性。目前，国内外金属板料成型装备正朝着高精度、数控等方向不断发展。因其本身的重要性，所以其技术水平很大程度决定了制件的质量和成本。金属板料成型设备在20世纪已经得到了全面的发展。形成了较完备的体系并达到了较高的技术水平。现今板料成型设备技术持续发展，并形成了许多新种类产品，如高精密压力机、弯边机、数控回转头压力机以及无模成型压力机等。中央空调的通风口大部分都是由薄壁板材加工而成。为了增加刚度需要弯边，采用冲压加工比较困难，因为板材较长，一般都长一米多，因此模具的加工困难。而用手工加工不但精度差而且效率低。没法满足高效的自动化的大批量的现代化生产要求。采用辊压成形能很好地解决以上问题。本成形弯边机是专为通风口滚边而设计的，所加工的材料厚度约为2.04.0mm。材料为延展性较强的钢板或类似的金属材料，轧辊转速可调，工作台可以上下升降、前后调节。工件最终的形状为“U”型。 辊压成品的制作步骤：按照所需规格将一定宽度的金属板片经输入装置水平匀速地送人成型辊压机，金属板片经过串联的12对主轧辊和11对辅助轧辊的辊压加工，逐渐变形成为所需的“U”形槽形状。最后经输出装置送走进入下一走加工装置。1.2 课题研究的意义风阀体是风阀的重要组成部分，而风阀在中央空调、通风系统中起着重要作用。随着人民生活水平的提高，生活质量的改善，空调的需求量日益增大，使得风阀的使用量越来越大。风阀大都是由冷轧板加工而成。为了增加刚度需要弯边，采用冲压加工比较困难，因为板材较长，一般都长一米多，因此模具的加工困难，而用手工加工不但精度差而且效率低，没办法满足高效、自动化、大批量的现代化生产要求1。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内研究现状板料折弯机可以对金属板料进行各种角度的弯曲加工，具有成本低、生产效率高、使用简单等优点，因此被广泛应用。在汽车、仪表、电器等行业有80%以上的结构件都是通过金属板材成型加工获得，金属板材加工机床中折弯机、剪切机、压力机的应用最为普遍，下面介绍一下国内板料加工机床的发展现状2。国内生产板料折弯机的企业主要有上海冲剪机床厂、江苏富力数控机床有限公司、湖北三环锻压机床公司、江苏金方圆数控机床公司泰安联达锻压设备制造公司、靖江三力锻压机床制造公司等，如图1-1所示 3。江苏富力数控机床有限公生产的EB3512型全电伺服数控折弯机是通过伺服电机带动滚珠丝杠驱动滑块完成折弯加工，光栅尺精确检测滑块的位置并反馈到数控系统，由数控系统实现对左右伺服电机进行同步控制，从而达到精确、节能、静音折弯加工。MB8-500*6400型双机联动型数控折弯机工作台长度达到6400mm，能够实现对长板料的折弯。湖北三环锻压机床公司生产的W67K1003200型数控折弯机，采用美国Autobend数控系统实现两轴数控，工作台装有机械式挠度补偿装置，采用LVD公司的机械伺服阀控制油缸的同步性，机械挡块控制油缸行程的结构4。上海冲剪机床厂研发的WS67K1603200型折弯机，采用Cybelec公司的Press Cad900数控系统，实现了7轴数控(X1、X2、YI、Y2、Z1、Z2、R) 5。北京锻压机床厂研发的W67K632500型折弯机，使用DelemDA24数控系统实现两轴数控，主机采用扭轴机械挡块式结构控制滑块行程6。 a） 江苏亚威机床公司 b） 湖北三环锻压机床公司 d） 无锡金立锻压机床公司 c） 江苏杨力集团 图1-1 国内先进板料折弯机辊弯成型过程是一涉及动力学、几何学和运动学等多学科问题的复杂成型过程7。它的变形包含纵向、横向的弯曲、伸缩等附加变形，而不仅只是单一某个方向上的变形。由于辊弯成型的复杂性，现在还没有推导出完善的成型理论，对辊弯成型中轧辊的设计还是以经验法为主，通过生产实践调整工艺工序，在不断的试错中设计出合适的轧辊，这样大大浪费了有限的资源，降低了工作效率。随着有限元技术的发展，可以对辊弯成型进行仿真，验证折弯机设计是否合理，并且获取合理的工艺工序，指导生产实践8。下面介绍一下国内应用有限元法对折弯机的研究。 国内，王春新9应用有限元方法模拟了内半径为零的辊弯成型，并对冷弯工艺中内弯曲半径为零的轧辊进行了优化。夏雁宾通过应用有限元理论分析了预冲孔板料的辊弯成型过程，通过仿真分析对轧辊进行了优化设计。重庆大学黄世琦教授10对2450大型轧机整机做了光弹分析，并且对其中板轧机做了有限元分析，分析结果显示压下螺母孔乘压面上和上梁与立柱间转角内侧的应力值最大。重庆大学余钦义教授11对冷轧机机架做了有限元计算。方法是截取横梁的一半，然后网格划分、施加约束和载荷，进行有限元分析，并把三维分析结果与二维分析结果对比，对比结果显示三维分析的精确度远高于二维分析。同时可以看出转角处应力集中较大，并不是横梁应力集中最大的位置。刘安中和李友荣12两人利用有限元分析软件ANSYS系统地对1000mm粗轧机机架进行三维建模和有限元分析，分析结果显示有限元计算的结果和实测值是高度符合的，并且准确的反映机架各零部件、尤其是应力集中地方的变形趋势和应力分布：出现应力集中的位置是压下螺母孔承压面圆角附近，所以它是机架强度最不充足的地方。梁兴复和曲庆章两人利用光弹性实验法和有限元法对四辊液压机机架的刚度和强度做了分析，结果显示：光弹性试验和有限元分析的结论极其相近，并且利用有限元法，求解应力集中区域的应力值更加精准。半闭口式轧机机架的有限元计算结果是：建立半闭口式机架接触应力问题的三维模型，并对模型处理，从而力学模型符更加符合实际情况。按照这个模型分析的好处是可以消除了由于简化和接触应力计算所造成的变形和应力误差，从而提高了计算精度，同时实例分析结果说明该计算方法的计算结果合理，相符实际。王俊领同志用SAP5程序对4200mm轧机机架做了有限元分析，用了7种方案对螺母孔处的圆角半径进行了计算，计算结果是：机架对称平面和压下螺母孔过渡圆角相交点是机架的危险点。1.3.2 国外研究现状国外生产板料折弯机的著名厂家有很多，如比利时LVD、瑞典萨耀(sajo)、日本天田株式会社(Amada)、日本小松产机株式会社(Komatsu)、日本村田机械株式会社(Murata)、瑞士海莫乐公司(Hammerle)、德国FASTI公司(FASTI)等公司，如图1-2所示。 b）德国 EHT a）瑞士Bystronic c）比利时LVD d）日本Komatsu 图1-2 国外先进板料折弯机比利时LVD公司13生产的PPI系列折弯机有同步误差检测系统，能予以保护和纠正在机床断电重新启动时，如果滑块没归零产生的运动误差。PPEB系列折弯机除了具有PPI系列的功能之外，还具有精度达到0.01mm的板料厚度自动检测装置，它对板料厚度实际尺寸与名义尺寸比较，对凸模进入凹模的深度进行修正，进而补偿板厚变化对折弯角度的影响。日本小松产机株式会社(Komatsu)生产的一种新型无痕下模折弯机。下模两端装有两块可以回转的模板，折弯机折弯时下模模板随着折弯角度的变化而回转，使模板与板料间没有相对运动。这样就不会在凹模开口处形成的擦痕。瑞士海莫乐公司(Hammerle) 70年代开发出结构独立的三点式折弯机。1996年，GNEFUSSI等人应用弹塑性理论对轧辊弯曲成型进行模拟，模型中板定义为壳单元，随后应用上述建模方法，建立了圆管辊弯成型模型。2001年，韩国的MKiuchi等人14应用有限元方法研究了成型长度与辊弯成型之间的关系，得出影响预变形板料成型长度的主要因素是加工硬化。1.4 课题的技术要求与主要内容技术要求：生产批量：3万件/年；截面形状：呈U字型（详见参考图样）；技术参数：加工材料Q235，纵向长度为1424mm，板厚2.04.0mm。主要内容：1、调研开题：调查研究、收集资料，完成开题报告1份。2、总体设计：确定设计方案，确定主要技术参数，进行初步技术，选择主要部件，绘制阀门体折弯机总装图1张。3、部件设计：以总体设计为依据，完成必要的计算与校核，绘制阀门体折弯机传动装置装配图1张。4、零件设计：绘制阀门体折弯机传动装置零件图3张。5、文档设计：撰写毕业设计计算说明书（10000字以上）1份。第二章 工艺流程及总体方案设计中央空调的通风口大部分都是由薄壁板材加工而成。为了增加刚度需要弯边，采用冲压加工比较困难，因为板材较长，一般都长一米多，因此模具的加工困难。而用手工加工不但精度差而且效率低。没法满足高效的自动化的大批量的现代化生产要求。采用辊制成型能形成各种形状的弯曲板材，具有重量轻，生产率高的特点，适用于大批量生产各种复杂剖面形状的制件。同时各种金属板材成型加工设备是汽车、电子信息、家用电器、和仪表等行业最重要的工艺装备之一。因此风阀阀体辊压折边机轧制装置的设计也充分体现了此课题研究的重要性。2.1 毛坯料的计算2.1.1 计算板材的尺寸风阀体板料纵向长度为1424mm，材料许用应力，弹性模量。轧制后截面几何形状及尺寸见图2-115。M图2-1 板材截面几何形状及尺寸板料拉伸后弯角处中性层长度可表示为 () (2-1)式中 ，。 由于，可得。 ，r。 ，mm。将数值代入式(2-1)， 因为四个弯角相同，所以板料中性层总宽度为 L=285.72mm。2.1.2 最小弯曲半径最大和最小半径是影响板材性能的两个重要参数，因此有必要对其进行计算。由关系式 （2-2） 式中 。由手册，查得C为0.5。因此，。本设计的。 2.2 咬入条件计算本设计要求两个轧弯90度。初定每个90度分6道，共12道。第一道轧角为0度，起导向及定位作用。最后一道为90度起定型及出料作用。板厚为2mm的金属板料每道最大弯角为25度，因此定为第一次弯90度的第一道0度，第二道20度，第三道40度，第四道60度，第五道80度，第六道90度。第二次弯90度的定为第七道20度，第八道40度，第九道60度，第十道80度，第十一道90度，第十二道也为90度。最后的一道是为了终定型及板料出料。考虑每道弯角为20度，板料进入轧辊因难，因此在每道轧辊之间加一道辅助轧辊，对板材进行一次预弯。金属板材厚2mm的每道辅助弯角最大为15度，因此定为每道10度，第一道不预弯，为0度。只起进一走定向作用。能使轧制精度提高。在12道主轧辊之间共加11道辅助轧辊。第一道0度，第二道30度，第三道50度，第四道70度，第五道90度，第六道94度（考虑到回弹的作用），第七道30度，第八道50度，第九道70度，第十道90度，第十一道94度（考虑到回弹）。1对每道轧制力进行计算 由手册得，可得。轧制的受力几何图见图2-2。 图2-2 轧制的受力几何图根据公式 （2-3） 代入（2-3），可得 mm即R要大于65mm，初定轧辊半径为70mm2第二道的受力分析 （本设计取轧制速度为15m/min）。如图2-2可得到弯曲梁高度为 （2-4）代入（2-4），可得 =18.772 mm因此，可得到弯曲力矩的计算式 (2-5) 弯曲中心层半径为 mm代入（2-5），可得 N.mm又由弯曲力的计算式为 (2-6) 代入 (2-6) ，可得 mm 代入(2-6) ，可得 N又由阻力矩的计算式 (2-7)其中 mm代入(2-7)，得到 N.mm摩擦力 N得到力矩 N.mm。则总力矩为 N.mm 根据上述的计算过程，可以得到各道次轧制力见表2-1 表2-1 各道次轧制力计算名称弯曲角度(mm)咬入高度(mm)轧辊半径R(mm)轧辊径向力(N)轧辊圆周力(N)弯矩(N.mm)第一道轧辊0070000第二道轧辊201.28270214031042565第三道轧辊401.128701828.7274.335330第四道轧辊600.838701341.5201.2324294.9第五道轧辊800.44670765.6114.8412303.2第六道轧辊900.05770469.2270.3835863.84第七道轧辊201.28270214031042565第八道扎辊401.128701828.7274.335330第九道轧辊600.838701341.5201.2324294.9第十道轧辊800.44670765.6114.8412303.2第十一道轧辊900.05770469.2270.3835863.84第十二道轧辊900.05770469.2270.3835863.842.3 方案的最终确认本设计采用12对主轧辊，11对辅助轧辊，第一对主轧辊为0度，（16）为轧第一个型，（712）为第二个型。六对主扎辊角度分别为0度、20度、40度、60度、80度、90度。各道弯角所受的弯矩见表2-2。根据计算，采用R=70mm的轧辊（以中心距为准，即中心距为140mm）。表2-2 第一个弯角所受的弯矩弯角弯矩0度020度M=42565N.mm40度M=35330N.mm60度M=24294.9N.mm80度M=12303.2N.mm90度M=5863.84N.mm十一个辅助轧辊分别为0度、30度、50度、70度、90度、94度。30度、50度、70度、90度、94度。第六道、十一道辅助轧辊为94度是为了考虑金属板材的回弹。2.4 总体方案设计机床设计和其他产品设计一样，都是根据市场的需求、现有制造条件和可能采用的新工艺以及有关科学技术知识进行的一种创造性劳动。随着科学技术的发展，机床设计工作已经由单纯类比发展到分析计算；由单纯静力分析发展到包括静态、动态以及热变形、热应力等的分析；由定性分析发展到定量分析，使机床产品在设计阶段就能预测其性能，提高了一次成功率。特别是在计算机辅助设计的发展和应用以及生产社会化的有利条件下的今天，不仅能提高机床设计的效率，缩短设计周期，而且许多零部件均可外购，缩短了产品的制造周期，可更好地满足市场的需求。 本板料弯边机的总体设计也是符合上述要求的其设计的流程见图2-3。图2-3 弯边机的设计流程图2.4.1 总体布局风阀体板料弯边机现在主要有两种形式，即立式与卧式。立式结构虽然占用空间小，但在实际流水线生产过程中存在连续性差，生产效率低，且结构复杂、工艺性差、成本高等缺点。卧室结构虽然占用空间较大，但在实际流水线作业中连续性好，生产效率高，而且结构简单、制造容易、安装方便且传动链易于控制等优点。综合对比以上两种结构形式，显然卧式结构最适合风阀体生产厂家的实际情况，所以本设计选用卧式结构。2.4.2 结构及构件选择本设备主要是由电机、带传动、蜗杆传动、齿轮传动、辊轮传动系统以及输入输出装置组成见图2-4。图2-4 弯边机总体图由于本设备的整个工作台可以上下、前后调整位置，电机与减速箱的距离是可变的，因此采用了带传动，并且可以通过调节电机座上的螺杆来改变皮带的松紧。另外带传动还具有缓冲、吸振、运行平稳等特点。采用蜗杆传动是因为它具有传动比大、结构紧凑、工作平稳的特点。由于要做成一个大的动力箱的话蜗杆轴很长强度不好，所以把动力箱分成6个，每个动力箱带动2对主轧辊，每个之间再用联轴器串联联接，这样能满足蜗杆的挠度要求。同时蜗轮扭矩较大，能够满足与蜗轮同轴的大齿轮同时带动两组齿轮工作的要求。采用齿轮传动，主要是其瞬间传动比恒定，从而使轧辊转速恒定。在电机的选择上，因为要求轧辊的转速可调，所以采用了变频调速器来实现电机的无级变速。2.4.3 工作原理如图2-4所示，成型辊压机工作原理为：电机通电后，通过带传动把动力传到6根串联的蜗杆上。6根蜗杆分置在6个减速箱内，箱体间通过联轴器连接。每根蜗杆带动一根蜗轮轴旋转。大齿轮与蜗轮同轴，每个大齿轮分别与其左右两侧的两个大齿轮相啮合，每个与大齿轮同轴的小齿轮又和它上方的小齿轮啮合，这样一个大齿轮就能带动四个小齿轮旋转。小齿轮的尺寸是一样的，每个小齿轮轴作为减速器的输出轴。减速器共有上下两排24个输出轴。这12对输出轴经过万向联轴器接到12对主轧辊轴上，经过调速电机，使轧辊获得所需的转速，来实现对工件的渐进加工，11对辅助轧辊对工件的加工起辅助作用。2.4.4 结构特点由于最终形成的“U”型槽变形较大，所以在辊压系统中共采用了12对主轧辊和11对辅助轧辊对金属板料进行渐变加工，这样可以提高加工精度。为了使各个轧辊与加工工件接触处的线速度方向相同，采用一个大齿轮带动其左右两侧的两个相同尺寸的大齿轮，每个与大齿轮同轴的小齿轮再带动其上方的一个小齿轮的方法，来得到我们所需的转向关系。而且各个小齿轮的尺寸完全一致，每根轧辊轴有相同的角速度。为了调整工作台的高度，以适应自动化生产线中下一道工序对工件高度的要求，在本设备中采用了蜗杆传动和螺旋传动相结合的方法。通过蜗杆传动以及蜗轮轴孔和螺杆的螺旋传动，把蜗杆的水平旋转转换成螺杆的垂直运动，以此改变工作台的高度。这相对于用垫铁来改变高度，既减轻了工人的劳动强度，又提高了精度。2.5 本章小结本章完成了风阀阀体辊压折边机的工艺性分析和风阀阀体辊压折边机的整体结构进行设计，通过对毛坯料进行咬入条件计算和轧制力计算，得到合理的轧制工艺工序。 第三章 传动装置设计3.1 电机的选择前六道的力矩为0、42565N.mm、35330N.mm、24294.9N.mm、12303.2N.mm、5863.84N.mm可见力矩是减小的。取最大力矩T=42565，可计算出电机的功率P及转速n为 (3-1) 其中，v=0.25m/s (3-2)代入（3-2），得 取 取最大的力矩来计算即M=42565 N.mm。共12道主轧辊，11道辅助轧辊。 N.mm KW考虑到经过多重传送，且打算采用蜗轮蜗杆传动，设备精度不高，而且为了设备以后升级，可轧更厚的板材和提高轧制速度，取功率为5.5KW的Y132W4型同步转速电机，转速为1500r/min。3.2 动力箱的传动方案本设计所采用5.5KW（Y132W4）型同步转速电机，由上可知转速为1500r/min。轧制速度初定为10m/min=0.167m/s。则有 动力箱的传动示意图见图3-1。先经过带轮减速后再传到动力箱，动力箱采用二级传动,第一级为蜗杆传动,第二级为齿轮传动。1电机 2.皮带3.联轴器 4.涡杆轴 5.蜗杆 6.大齿轮7.万向联轴器 8.小齿轮 9.联轴器 10.小齿轮图3-1 传动方案3.3 传动装置的运动及动力参数计算3.3.1 传动比分配考虑到蜗轮蜗杆的传动能力较大，为进一步简化结构，方便零件的生产和加工，增强机构的通用性，在第一级蜗轮蜗杆传动时，传动比稍大些，而第二级齿轮传动采用等转速传动。现分配如下。1）分配传动比，初定带传动；2）变速器第一级；3）变速器第二级；所以总传动比。3.3.2 各轴的转矩计算0轴，即为电机轴，其转矩计算如下。 kw， r/min N.m (3-3)轴，即为减速器高速轴(蜗杆轴), 查得带传动的效率为0.95,则可得 kw r/min N.m轴，即为减速器蜗轮轴,共有6根,功率按平分计算。查得蜗杆传动的效率为0.80,滚动轴承的效率为0.98,则可得 kw r/min N.m轴，即为下轧辊轴, 查得齿轮传动的效率为0.97,滚动轴承的效率0.98,则可得 kw r/min N.m轴，即为上轧辊轴，查得齿轮传动效率为0.97，滚动轴承的效率为0.98，则可得 kw r/min N.m 由上述计算，可得到各轴的传动参数见表3-1表3-1 各轴传动参数轴序号功率(kw)转速(r/min)转矩(Nm)传动比i效率055150035.0215.22590954.8916509506822.75285.45400750646422.75269.910950614522.75257.810953.3.3 轴径的初步确定1轴 蜗杆轴由关系式 (3-4)采用45钢，代入（3-4），得到 即最小直径应大于21mm。2轴 蜗轮轴由关系式 (3-4)其中，采用45钢，取。代入（3-4），得到 即最小直径应大于35mm。3轴 即为下轧辊轴由关系式 (3-4)其中，采用45钢，取，代入（3-4），得到 即最小直径应大于35mm。4轴 蜗轮轴由关系式 (3-4)其中，采用45钢，取。代入（3-4），得到 即最小直径应大于34mm。由上述计算，可得各轴的最小半径见表3-2。 表3-2 各轴的最小半径轴号最小半径(mm)213535343.4 主要部件3.4.1 箱体的选择焊接结构较之铸造结构具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简便等优点。如表3-2所示，对铸造与焊接的优缺点进行比较。 表3-2 铸造焊接比较项目铸铁机架焊接机架机架重量较重钢板焊接毛坯比铸造毛坯轻30%，比铸钢毛坯轻20%强度、刚度及抗震性铸造机架的强度与刚度较低，但内摩擦大，阻尼作 用大，故抗震性好强度高、刚度大，对同一结构的强度为铸铁2.5倍，钢的疲劳强度为铸铁的三倍材料价格铸铁材料来源方便、廉价价格高生产周期生产周期长，资金周转慢，成本高 生产周期短、能适应市场竞争的需要设计条件由于技术上的限制，铸件壁厚不能相差过大。而为了取出芯砂、设计时只能用开口式结构，影响厚度结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可以根据工况需要，不同部位选用不同性能材料用途大批量生产的中小型机架单件小批量生产大、中型机架，如大型水压机衡梁，底座机立柱，大的轧钢机机架等综上类比，最后选择焊接箱体，选择板材为25mm的Q235。3.4.2 水平轧制装置设计由于风阀体的U型槽较大，所以应用轧辊对冷轧板进行渐变加工，以保证加工精度。轧辊系统包含了12对水平轧辊和11对垂直轧辊。轧辊成形原理是由多对成形轧辊轴顺次对板料变形并向前送进的滚压成形。滚压成形是从板料的两边开始弯曲成形，再顺次成形到中间，最后成型为U型槽。1、轧辊支架；2、端闷盖；3、轧辊支撑体；4、调心轴承；5、端透盖 6、密封圈；7、下轧辊；8、平键；9、上轧辊；10、半圆压环；11、压紧丝杠；12、螺钉；13、法兰螺母；14、螺母图3-3 水平轧制装置简图由于轧制的风阀体板料厚度是从2mm-4mm，所以要求水平轧制装置的上、下轧辊之间的距离是可调的，而下排轧辊安装时要求保持水平且受到的力较大，因此下排轧辊轴是固定不动的。由于上、下两个轧辊都与支架槽型连接，当调整上轧辊轴承座时，需要旋转压紧丝杠，使压紧丝杠带动上轧辊轴承座向上移动，从而改变两个轧辊的相对高度以实现调整上下轧辊间的间隙。水平轧制装置的结构见图如图3-3所示。其余的12轧制装置结构大体相似，只是上下轧辊不同。3.4.3 垂直装置设计在12道水平轧辊之间共加11道垂直轧辊。第一道0度，第二道24度，第三道67度，第四道85度，第五道92度，第六道90度，第七道24度，第八道67度，第九道85度，第十道92度，第十一道90度。11道垂直轧辊的作用：a，对板料起定向作用；b，对板料起定型作用，且垂直轴都采用一样的轴。第一道垂直辊，板材平整无弯曲。由上述垂直辊作用可知，垂直辊的左右上下都可以取中心对称，且垂直辊轴中心上下处都需要安装轴承，为保证轴承在固定位置。则需要在垂直辊的中心位置设计为凸台形状，且上下面用螺钉固定垂直辊端盖。垂直辊外框尺寸设计只须依据板料弯曲形状来确定尺寸。取垂直辊外部台阶高b1=10mm，板料顶端与垂直辊接触处间距L=106mm，板料上下接触与垂直辊外框相距L1=9m。由于板材厚度为2mm，则取垂直辊间距b=2.1mm。由此尺寸设计，可画第一道垂直装置简图如图3-4所示。1、导辊座；2、导支板；3、扁螺母；4、导辊轴；5、导辊端盖；6、锥滚轴承；7、垂直辊；8、轴套；9、扁螺母图3-4 第一道垂直辊简图3.5 本章小结根据工序要求，制订传动方案、分配各轴的传动比进行动力分析。并对比不同形成的箱体，确定箱体方案，同时设计水平轧制装置和水平轧制装置，确定每道轧制工艺的轧辊、水平辊的结构。第四章 运动部件的设计计算与校核4.1 带轮计算由上一章可知，电动机为Y132W-4，功率P=5.5KW，转速n=1440r/min。则带轮的设计计算与校核具体如下。1定V带型号和带轮直径 工作情况系数Ka，可查得Ka=1.3 功率 Pc=Ka.P=1.35.5=7.15 KW选带型号，由功率Pc可知，取B型小带轮直径，可取D1=100mm大带轮直径，由D2=170 mm （设）大带轮转速，=838.5 r/min2计算带长 =135 mm =35 mm初定中心距a=600mm。则带长 (4-1) 代入 (4-1)，可得=1636.04 mm基准长度取 mm。3求中心距和包角 中心距 (4-2)代入(4-2)可得 =687 mm小轮包角 =173.52。4求带根数 带速 =7.536 m/s传动比 =1.26带根数 可查得P0=1.27KW，Ka=0.74，取KL=0.92，得到 (4-3)代入（4-3），可得=5根5计算轴上载荷 张紧力 (4-4)代入(4-4)，可得 =235.3N 轴上载荷 (4-5)代入(4-5)，可得 =2350N4.2 蜗杆蜗轮设计蜗杆采用45钢，表面硬度45HRC。蜗轮材料采用ZCuSn10P1，砂型铸造。具体计算如下。1初选当量摩擦系数，取大值，选值，在i=40线上中间区域选一点，有。2中心距计算 蜗轮转矩 =347637N.mm使用系数取转速系数， =1.08弹性系数，根据蜗轮副材料查得寿命系数， =1.131.6接触系数，可查得接触疲劳极限，可查得接触疲劳最小安全系数，自定，选中心距， (4-6) 代入(4-6),可得 ，取a=190mm。3传动基本尺寸 蜗杆头数查得蜗轮齿数=40 模数 取蜗杆分度圆直径取mm。蜗轮分度圆直径，=280 mm蜗杆导程角，查得蜗轮宽度， 取。蜗杆圆周速度，=4.995m/s相对滑动速度，=5.02m/s当量摩擦系数，可查得 ，4齿面接触疲劳强度验算 许用接触应力， =202.3 MPa最大接触应力， =171.6202.3MPa合格。5轮齿弯曲疲劳验算 齿根弯曲疲劳极限可查得弯曲疲劳最小安全系数，自取，许用弯曲疲劳应力， =82MPa轮齿最大弯曲应力， =27.682 MPa合格。6蜗杆轴挠度验算 轴惯性矩， =5.96106mm4允许蜗杆挠度,得蜗杆挠度， (4-7) 代入(4-7)，可得 =0.027mm合格7温度计算 传动啮合效率， =0.807搅油效率，自定，轴承效率，自定，总效率 =0.79散热面积估算,=1.467m2箱体工作温度 (4-8)代入(4-8)，可得 =52.670合格4.3 齿轮传动设计4.3.1 第一对齿轮的传动设计齿轮用45号钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算步骤如下。1齿面接触疲劳强度计算（1）初步计算转矩，=288808N.m齿宽系数，取接触疲劳极限，取初步计算的许用接触应力，可查得初步计算的小齿轮直径， (4-9)代入(4-9)，可得 取d1=180mm。初步齿宽，=57.6，取mm。（2）校核计算圆周速度，=0.214 m/s精度等级选8级齿数Z和模数m，取齿数使用系数，可查得动栽系数，可查得齿间载荷分配系数，先求 N 由此得，齿向载荷分布系数 (4-10)代入(4-10)，可得 =1.502载荷系数，弹性系数，可查得=节点区域系数，可查得=2.5接触最小安全系数，可查得=1.05总工作时间，应力循环次数，= 接触寿命系数，可查得接触应力，MPa MPa验算，计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（3）确定传动主要尺寸和实际分度圆直径模数取标准值m=6，齿数为Z=30。对分度圆进行圆整，即 mm mm中心距a a=mm齿宽b =mm mm2齿根弯曲疲劳强度验算 验算如下,重合度系数，=齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数，=取=1.21。载荷系数，齿型系数，可查得=2.34，=2.34应力修正系数，可查得=1.72，=1.72弯曲疲劳极限，可查得=600MPa，=450MPa弯曲最小安全系数，可查得=1.2应力循环次数，弯曲寿命系数，可查得=0.95，=0.97尺寸系数，=1.0许用弯曲应力 MPa MPa验算 (4-11)代入(4-11)，可得 MPa MPa ，传动无严重过载，故不作静强度校核。4.3.2 第二对齿轮的传动设计齿轮用45号钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算过程如下。1齿面接触疲劳强度计算（1）初步计算转矩 T3