【终稿全套】W11-6×1600卷板机设计【10张CAD图纸+文档】
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设计项目计算与说明结果1.2.1 卷板机的运动形式1.2.2弯曲成型的加工方式2.1.1方案1双辊卷板机2.1.2方案2 三辊卷板机2.1.3 方案3四辊卷板机3.1.1 齿轮传动3.1.2皮带传动3.2.1 主传动系统的确定3.2.2副传动系统的确定 5.1.1总传动比5.1.2减速器的选用5.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5.2.2按齿根弯曲强度设计5.2.3确定齿轮尺寸6.2.1 求传动的中心距6.2.2 主要几何尺寸计算7.1.1上辊结构设计及受力图7.1.2 刚度校核7.1.3 上辊强度校核 7.1.4 上辊疲劳强度校核7.2.1下辊结构及受力图7.2.2下辊刚度校核7.2.3 下辊弯曲强度校核:7.2.4 下辊疲劳强度校核8.1.1键的类型选择8.1.2键的尺寸8.1.3验算挤压强度8.2.1键的类型选择8.2.2键的尺寸8.2.3验算挤压强度第1章 绪论1.1 概述 近些年随着原子能、石油化工、海洋开发、宇航、军工等部门的迅速发展,卷板机作业的范围正在不断的扩大,要求也在不断提高。卷板机是一种将金属板材卷制成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理,利用工作辊相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形,以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、木工、金属结构及其它机械制造行业。 科学技术的发展和对国外卷板技术的不断学习和引进,使我国卷板设备的生产技术有了很大提高。近几年,我国生产的三辊可调式卷板机和四辊卷板机越来越多地代替了在卷板设备中一直占据主要地位的对称三辊卷板机。随着液压产品生产技术不断进步,国产液压元件的精度、性能己达到较高的水平。所以,液压传动也越来越多的应用于卷板设备中。目前,用于卷制中薄板的小功率卷板机多采用机械传动或机液混合驱动,用于卷制厚板的大功率卷板机多采用液压驱动或多电机同时驱动.但由于我国机械加工设备水平与加工技术水平与世界发达国家相比,仍有一定的差距,所生产的机械零部件和液压元件的加工精度达不到设计要求,因机械摩擦造成的机械损失和因泄漏造成的液压损失较高。所以卷制同等规格的钢板,所需卷板机功率要高于国外的卷板机,使得卷板设备体积庞大,形体笨重。另外,我国引进国外数控卷板技术,在数控卷板工艺和设备研究方面作了大量工作。但无论国内还是国外的卷板机,从数控技术的实现上看,还均不能达到令人满意的结果,还不能根据被卷制坯料的材质、规格尺寸、卷曲曲率等,正确计算和调整工艺参数,达到真正的全自动控制。国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高,操作工艺简便,成本低廉,但对板材的质量要求较高(如不允许有缺口、裂纹等缺陷,金相组织一致性要好)。当卷制板厚较大或弯曲半径较小并超过设备工作能力时,在设备允许的前提下可采用热卷的方法。热卷的板材一般是在800-850温度范围内进行保温均热,若将工作辊预热则效果更佳。热卷卷板机与普通冷卷卷板机有较大的差异,在工艺上也略有不同。热卷时不必考虑工作的回弹,但缺点是产生大量的氧化皮及明显的热膨胀等,直接影响工件表面质量及尺寸精度。关于卷板机的分类,国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类,一般分为:1) 三辊卷板机:包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机。2) 四辊卷板机:分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。3) 特殊用途卷板机:有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用型卷板机等。1.2卷板机的工作原理 卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式的运动。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊对加工板材的旋转、弯折等运动,主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料、下料及上辊的升降、翘起以及倒头架的翻转等形式的运动。 该机构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合,为卷制板材提供扭矩。图1-1 三辊卷板机工作原理图 由图1-1可知:主运动指上辊绕01轴线,下辊分别绕02、03轴线作顺时针或逆时针旋转;辅运动指上辊的上升或下降运动,以及上辊在与01轴线垂直的平面的上翘、翻边运动等。 在钢结构制作中弯制成型的加工主要是卷板(滚圆)、弯曲(煨弯)、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或冷加工来完成的。 滚圆是在外力的作用下,使钢板的外层纤维伸长,内层纤维缩短而产生弯曲变形(中层纤维不变)。当圆筒半径较大时,可在常温状态下卷圆,如半径较小和钢板较厚时,应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有:机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机(又叫滚板机、轧圆机)上进行的。 在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图1-2所示。a) b) c) a)对称式三辊卷板机 b)不对称式三辊卷板机 c)四辊卷板机图1-2 卷板机原理图 使用三辊卷板机弯板,其板的两端需要进行预弯,预弯长度为(L为下辊中心距)。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯(图1-3所示)。a)用压力机模压预弯 b)用托板在卷板机内预弯图1-3 钢板预弯示意图1.3卷板机的操作规程1.卷板机必须有专人负责管理。2.操作人员必须熟悉卷板机的结构性能和使用方法,经负责管理人员同意后,方可进行操作。3.开机前要仔细检查安全装置是否完好。4.操作时,严禁手、脚放在滚轴和传动部件及工件上。5.工作中断后,应将离合器打至空档。6.多人协同作业必须要有专人指挥。7.严禁超负荷工作。8.上辊的升降翻转轴承的倾倒复位及上辊的平衡,须在主传动停机后进行。9.工作场地禁止乱堆工件及杂物,做到时刻保持机床及场地清洁。10.作业完毕,应切断电源,并锁好电源箱 卷板机保养规程。第2章 方案的论证及确定2.1方案的论证 一般情况下,一台卷板机所能卷制的板厚,既工作能力,是指板材在冷态下,按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时的最小卷桶直径的能力,热卷可达冷卷能力的一倍。但近年来,冷卷的能力正日益提高。 结合上章卷板机的类型,拟订了以下几种方案,并进行了分析论证。 双辊卷板机的原理如图2-1所示:321 1.上辊2.工件3.下辊图2-1 双辊卷板机工作原理图 上辊是钢制的刚性辊,下辊是一个具有弹性的弹性辊,可以作垂直调整。当下辊旋转时,上辊及送进板料在压力作用下,压入下辊的弹性层中,使下辊发生弹性变形。但因弹性体的体积不变,压力便向四面传递,产生强度很高,但分布均匀的连续作用的反压力,迫使板料与刚性辊连续贴紧,目的是使它随着旋转而滚成桶形。上辊压入下辊的深度,既弹性层的变形量,是决定所形成弯曲半径的主要工艺参数。根据实验研究,压下量越大,板料弯曲半径越小;但当压人量达到某一数值时,弯曲半径趋于稳定,与压下量几乎无关,这是双辊卷板机工艺的一个重要特征。 双辊卷板机具有的优点:1.板料不需要预弯成形,因此生产率高;2.可以弯曲多种材料,机器结构简单。缺点:1.对于不同弯度的制品,需要跟换相适应的上棍,因而不适用多品种,小批量生产。 2.可弯曲的板料厚度系列受到一定限制,目前一般只能用于10mm以下的板料。 三辊卷板机是目前最普遍的一种卷板机。利用三辊滚弯原理,使板材弯曲成圆形,圆锥形或弧形工作。1.对称三辊卷板机特点 结构简单、紧凑,质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近,但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。2.不对称三辊卷板机特点剩余边小,结构简单,但坯料需要调头弯边,操作不方便,辊筒受力较大,弯卷能力较小。所谓理论剩余直边,就是指平板开始弯曲时最小力臂其大小与设备及弯曲形式有关。如图2-2所示: 图2-2 三辊卷板机工作原理图 对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半,但为避免板料从滚筒间滑落,实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚620倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除,所以一般应对板料进行预弯,使剩余直边接近理论值。 不对称三辊卷板机,剩余直边小于两下辊中心的一半,如图2-2所示,它主要卷制薄筒(一般在323000以下)。 其原理如图2-3图2-3 四辊卷板机 四辊卷板机有四个辊,上辊是主动辊,下辊可上下移动,用来夹紧钢板,两个侧辊可沿斜线升降,在四辊卷板机上可进行板料的预弯工作,它靠下辊的上升,将钢板端头压紧在上、下辊之间。再利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形,达到所需要。 它的特点是:板料对中方便,工艺通用性广,可以校正扭斜,错边缺陷,可以既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大,结构复杂。上下辊夹持力使工件受氧化皮压伤严重。两侧辊相距较远,对称卷圆曲率不太准确,操作技术不易掌握,容易造成超负荷等误操作。2.2 方案的确定 双辊卷板机不需要预弯、结构简单,但弯曲板厚受限制,只适合小批量生产。四辊卷板机结构复杂造价又高。虽然三辊卷板机不能预弯,但是可以通过手工或其它方法进行预弯。 通过对上述几个方案的分析,各类型卷板机的特点,再考虑到三辊卷板机的不同类型所具有的特点,形成最终的设计方案,W11-61600对称上调式三辊卷板机。第3章 传动设计 对称上调式三辊卷板机如图3-1所示: 图 3-1 对称上调式三辊卷板机 它是以两个下辊为主动轮 ,由副电机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。上辊工作时,由于钢板间的摩擦力带动。同时作为从动轴,起调整挤压的作用。由单独的传动系统控制,主要组成是:上辊升降电动机、减速器、蜗轮副、螺母。工作时,由蜗轮副转动蜗轮内螺母,使螺杆及上辊轴承座作升降运动。两个下辊可以正反两个方向转动,在上辊的压力下下辊经过反复的滚动,使板料达到所需要的曲率,形成预计的形状。3.1传动方案的分析 卷板机传动系统分为两种方式:齿轮传动和皮带传动。 电动机传出的扭距通过一个有保护作用的联轴器,传人一个有分配传动比的减速器,然后通过连轴器传人开式齿轮副,进入带动两轴的传动。如图3-2所示。图3-2 齿轮式传动系统图这种传动方式的特点是:工作可靠,使用寿命长,传动准确,效率高,结构紧凑,功率和速度适用范围广等。由电动机的转距通过皮带传人减速器直接传入主动轴。如图3-3所示:图3-3 皮带式传动系统图 这种传动方式具有传动平稳,噪音小的特点,同时也起过载保护的作用,这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。3.2 传动系统的确定 鉴于上节的分析,考虑到所设计的是三辊卷板机,具有两个主动辊,而且要求结构紧凑,传动准确,所以选用齿轮传动。传动系统如图3-4所示:图 3-4 传动系统图 所以选用了圆柱齿轮减速器,减速比i=134.719,减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。 为调整上下辊间距,由上辊升降电动机通过蜗轮副传动及蜗轮内螺母,使螺杆及上辊轴承座升降运动,为使上辊、下辊轴线相互平行,有牙嵌离和器以备调整,副传动系统如图3-4所示。 需要卷制锥筒时,把离和器上的定位螺钉松开,然后使蜗轮空转达到只升降左机架中升降丝杆的目的。3.3 本章小结收集资料对各种运动方式进行分析,在结合三辊卷板机的运动特点和工作的可靠性,最后主传动采用齿轮传动,副传动采用蜗轮蜗杆传动。第4章 电动机的计算与选择4.1 上下辊的参数选择 1.已知设计参数 最大卷板厚度:S=6mm 最大卷板宽度:b=1600mm 满载卷板最小直径:350mm 上辊直径:160mm 下辊直径:150mm 两下滚中心距210mm 滚筒与板料间的滑动摩擦系数【1】: 滚筒与板料间的滚动摩擦系数:f =0.8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: E=2.06105MPa卷板速度:m/min2. 确定卷板机基本参数14 加工板料: 屈服强度:s=245MPa 抗拉强度:b=410MPa 辊材:Cr 屈服强度s=930MPa 抗拉强度:b=1080MPa筒体回弹前内径: 4.2 主电机的功率确定因在卷制板材时,板材不同成形量所需的电机功率也不相同,所以要确定主电机功率,板材成形需按四次成形计算:1成形40%时1)板料变形为40%的基本参数 mm mm 2)板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1kgfmmW为板材的抗弯截面模量3)板料变形40%时的最大弯矩M0.4 kgfmm4)从 上辊受力: 下辊受力:5)消耗于摩擦的摩擦阻力矩 = kgfmm6)板料送进时的摩擦阻力矩 7)拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩 8)卷板机送进板料时的总力矩9)卷板机空载时的扭矩::板料重量: :联轴器的重量 : 选ZL10,=180.9kg:下辊重量: 10)卷板时板料不打滑的条件: kgfmm kgfmm因为,所以满足,故卷板时板料不打滑。11)驱动功率:2. 成形70%时1)板料成型70%的基本参数 mm mm 2)板料变形70%时的最大弯矩M0.7 kgfmm3)从 4)消耗于摩擦的扭矩 kgfmm5)板料送进时的摩擦阻力矩 6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失 7)机器送进板料时的总力矩 kgfmm8)卷板机空载时的扭矩9)板料不打滑的条件 因,所以满足不打滑条件。10)驱动功率 3.成形90%时1)板料成型90%的基本参数 2)板料变形为90%时的最大弯矩M0.9 3)从 4)消耗于摩擦的扭矩 5)板料送进时的摩擦阻力矩 6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失 7)机器送进板料时的总力矩 8)卷板机空载时的扭矩9)卷制时板料不打滑的条件:kgfmm因,所以满足。10)驱动功率 4成形100%时1)板料成型100%的基本参数 2)板料变形为100%时的最大弯矩 3)板料从 4)消耗于摩擦的扭矩 5)板料送进时的摩擦阻力矩 6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失7) 机器送进板料时的总力矩 8)空载时的扭矩9)板料不打滑的条件:因为,所以满足。10)驱动功率 5主电机的选择:由上述知,成形量为40%时所需的驱动功率最大,考虑工作机的安全系数,电动机的功率选5.5kw。因YZ系列电机具有较大的过载能力和较高的机械强度,特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、正反转且转速不高、有时过负荷及有显著的振动与冲出的设备。其工作特性明显优于Y系列电机,故选YZ160M1-6型电机,其参数如下:;r/min;。升降电动机选择YD系列变极多速三相异步电动机,能够简化变速系统和节能。故选择YD90S6/4,其参数如下:N=0.65kw; r=1000r/min; G=25kg。第5章 主传动系统设计5.1 系统总传动比及减速器的选用 减速器是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置,用来降低转速和增大转矩,以满足工作需要。 选用减速器时应根据工作机的选用条件,技术参数,动力机的性能,经济性等因素,比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸,传动效率,承载能力,质量,价格等,选择最适合的减速器。 ZSY型外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮减速器,可适用于冶金、矿山、起重运输、水泥、建筑、化工、纺织、轻工等行业。选用型标准减速器3,其公称传动比为 。由此可计算得出开式齿轮传动的传动比应为5.2 开式齿轮传动设计已知动力机为电动机,传动不逆转,载荷平稳,传递功率,传动比为,转速,预计工作30年单班制工作(一年按300天计),设计开式齿轮传动。 1.选用直齿圆柱齿轮。 2.卷板机为锻压机床,选用7级精度。 3.小齿轮材料为(调质后表面淬火),硬度为;大齿轮材料为(调质后表面淬火),硬度为。两者材料硬度之差为。 4.选取小齿轮齿数为;大齿轮齿数为,圆整取。 1.确定公式内的各计算数值1)由图10-20c10查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为 ,大齿轮的弯曲疲劳强度极限为 。2)由减速器传动比为,可得小齿轮转速为;;计算应力循环次数由图10-1810查得弯曲疲劳寿命系数:, .3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S1.4, 4)计算载荷系数 查得,。故。 5)由表10-5查取齿形系数:、。 6)查取应力校正系数:、。 7)计算大小齿轮的并加以比较: 由得小齿轮数值较大。2.设计计算 根据开式齿轮设计原则,将设计模数m放大10%15%,圆整后。 小齿轮分度圆直径;大齿轮分度圆直径;中心距;齿轮宽度,故选取,。第6章蜗轮、蜗杆传动设计蜗杆传递名义功率8.35kw,转速n=100r/min,传动比i=40。蜗杆传动的主要参数有模数、压力角、蜗杆头数、蜗轮齿蜗杆中圆直径及蜗杆直径系数。按照蜗杆的形状,蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。环面蜗杆传动具有很多优点,其同时啮合的齿对数多,轮齿受力情况也得到较大改善,其承受能力高于普通圆柱蜗杆传动。由于传动三辊卷板机上辊的上下运动需要较大的强度,故选择包络环面蜗杆传动。6.1 材料选择: 蜗杆:40Cr,表面淬火,HRC50齿面粗糙度Ra0.8蜗轮:ZCuSn10P1,传动选用8级精度,标准侧隙。6.2 参数的设计: 式中,K1、K2、K3、K分别为: 1、1.0、0.8、1.由设计手册查得a=175mm,取成标准值可得a=180mm。,,,,其余项目由。蜗轮端面模数: mm径向间隙和根部圆角半径: mm齿顶高: mm 齿根高: mm蜗轮分度圆直径 :mm蜗轮齿根圆直径 :mm蜗杆分度圆直径 :mm蜗杆喉部齿根圆直径 :mm蜗杆喉部齿顶圆直径 :mm蜗杆齿顶圆弧半径 :mm蜗杆齿根圆弧半径 :mm周节角 : 蜗杆包容蜗轮齿数 : 蜗杆工作包角之半 :蜗杆工作部分长度 :mm蜗杆最大根径: 蜗杆最大外径 :蜗杆喉部螺旋导角 :分度圆压力角 : 蜗轮法面弦齿厚:蜗轮弦齿高 :蜗杆喉部法面弦齿厚 : 蜗杆弦齿高 : 确定蜗杆螺旋修形量及修缘量:mm mmmm 第7章 棍子的校核7.1 上辊的校核 由上部分计算可知辊筒在成形100%时受力最大: 故按计算,其受力图7-1:Q M 图7-1上辊受力图挠度1: 确定公式各参数:(Ia为轴截面的惯性矩) mm mm 得 因为,所以上辊刚度满足要求。危险截面为、,因、相同,且,所以只需校核、处:处: 由于,故I截面安全。处: 由于,故II截面安全。综上,上辊强度符合安全条件。辊材:Mpa=108kgf/mm2 kgf/mm2kgf/mm2在截面、处有,所以只需校核、处即可。处:r=0,由机械设计手册查得得公式因上辊转矩T=0,可知确定公式中各参数:应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力处:确定公式中各参数应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数 综上所述,上辊疲劳强度满足安全条件。7.2 下辊的校核下辊受力如图7-2TQM图7-2 下辊受力图齿轮啮合效率、联轴器效率、轴承效率。所以,总传动效率为由主电机功率kw、得 挠度1: 确定公式中各参数:(Ic为轴截面的惯性矩) mm mm 得 因为,所以下辊刚度满足要求。由受力图知弯曲强度危险截面在、处。处: 由于,故II截面安全。处: 由于,故III截面安全。综上,下辊强度合乎安全条件。由受力图可知危险截面为、截面,故仅校核、即可。kgf/mm2由机械设计手册查得得公式截面: (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以,II截面处满足疲劳强度要求。截面: (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以,III截面处满足疲劳强度要求。截面: (1)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力(2)应力集中系数 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副所以, 截面处满足疲劳强度要求。第8章 键设计键联接有多中常用类型,而均有国家标准,设计时可按使用要求选用适当的类型和尺寸,必要时验算其强度。键联接按装配方式的不同可分为两大类:1)松联接-平键和半圆键;2)紧联接-楔键和切向键。1.键的选择:键以标准化,设计时可根据具体情况选择键的类型和尺寸。 (1)类型选择:键的类型应根据键连接的结构、使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转矩的大小,联接的对中性的要求,是否要求轴向固定,联接图轴上的零件是否需要沿轴滑动与滑动距离的长短,以及键在轴上的位置等。 (2)尺寸选择:键的主要尺寸为其横截面积与尺寸长度L。键的横截面积尺寸根据轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定,取键长略短于轮毂的长度,并应符合标准规定的长度。 键的初步尺寸选定后,需进行键的的校核。2.平键联接强度的校核:平键联接的失效形式有以下几种:对普通平键联接而言其失效形式为键、轴、轮毂三者中较弱的的工作表面被压溃;对导向平键和滑键联接而言,其失效形式为工作面过度磨损;键的剪断等。但实际上键的剪断极为罕见,因此,对于平键联接通常只需进行挤压强度或耐磨性的计算,只有在重要的场合才进行键的抗剪断强度验算。工作时对中要求较高,故选A型普通平键。8.1键设计 已知齿轮传递功率,转速,轻微冲击,轴颈,轴材料为45钢,设计键。由2表3-1查得键的截面尺寸为键宽,键高,由轮毂宽度并参考键的长度系列,取键长键工作长度,挤压面高度转矩查2表3-2得许用挤压应力由式得挤压应力键的标记为键 GB/T1096-20038.2键设计已知齿轮传递功率,转速,轻微冲击,轴颈,轴材料为45钢,设计键。工作时对中要求较高,故选A型普通平键由2表3-1查得键的截面尺寸为键宽,键高,由轮毂宽度并参考键的长度系列,取键长键工作长度,挤压面高度转矩 : 查2表3-2得许用挤压应力由式得挤压应力键的标记为键 GB/T1096-20038.3本章小结键的类型应根据键连接的结构、使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转矩的大小,联接的对中性的要求,是否要求轴向固定,联接图轴上的零件是否需要沿轴滑动与滑动距离的长短,以及键在轴上的位置等。第9章机架的设计卷板机是弯曲金属板材的设备,传统卷板机机架为全铸件,随着焊接技术的发展,特别是近30年来焊接结构已经基本上取代了铆接结构,并部分代替铸造和锻造结构。国内在重型机械制造方面,愈来愈多地用全焊钢结构,具有重量轻,质量高,生产周期短等特点。9.1全焊钢结构的优点和铸造件相比具有以下优点:1)由于钢的弹性模量是铸铁的一倍,因此焊接结构比铸铁结构重量减轻25%左右,这对提高现代化机床快速行走不见的工作灵敏度有重大意义。2)全焊钢结构的塑性和韧性比较好,因此它的抗脆断能力比铸铁好。3)钢材材质均匀,各个方向的物理力学性能基本相同,在一定应力范围内处于弹性状态,因此,全焊接结构消除了铸件往往不可避免的铸造缺陷,使废品率大幅下降。4)在小批量生产时具有极大灵活性,缩短了生产周期。5)在加工工艺及选材上赋予了焊接结构设计人员的极大灵活性,相反,铸造及结构不论在造型及壁厚方便皆受到了极大的限制。6)全焊接结构便于维修,安装。9.2确定机架的材料和厚度过去,卷板机主要采用经验和类比设计。原西德阿亨工业大学试验表明,侧壁板厚以不下于15mm为宜。根据卷板机的轧制力及外载受力分析,卷板机机架侧壁板和主要受力方面板厚用厚为15mm的Q235B钢。加强筋选用厚为10mm的Q235B钢。9.3机架的焊接工艺1.母材材料为Q235B,其焊接性能良好。选用熔渣流动性好、脱渣容易、电弧稳定、洛熔深适中、飞溅少、焊波整齐、价格低廉的J422焊条。2.根据钢板的厚度,采用直径为4mm的规格,直流正接,手工操作,平焊位置焊接,电流保持在130A-150A之间。3.在焊接过程中,为防止扭曲变形,采取了一些刚性固定措施,合理安排了组装和焊接顺序,焊后进行了退火处理及整形。9.4本章小结确定机架材料为厚大于15mm的Q235B钢。分析机架的加工工艺,采用全焊接结构。第10章 毕业设计小结S=6mmb=1600mmm=0.18f=0.8m,=0.05K1=1.5K0=11.6E=2.06105Mpa=245MPa=410MPa=930MPa=1080MP=715.454mm=360.727mm=0.239M1=3.528kgf.mmW=9600kgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmm=82.335kg=180.9kg=441.08kgkgfmm满足条件kgfmm=3.450kw=408.831mm=207.416mm=0.368=0.392=3.92310kgf.mmkgfkgf=5.90010kgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmmkgfmm满足条件kgfmm=3.348kw=317.980mmkgf.mmkgfkgfkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mm=1.528106kgf.mmkgf.mm满足条件kgf.mm=3.148kwmmmmkgf.mmkgf.mmkgf=5.846104kgfkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mmkgf.mm满足条件kgf.mm=2.770kwkwrminkwN=0.65kw r=1000r/min G=25kgmmmmmmmmmmmm满足要求符合安全条件满足安全条件满足要求满足要求。满足疲劳强度要求键键参考文献【1】范宏才主编.现代锻压机械.北京:机械工业出版社,1994【2】郑江主编.机械设计.北京:北京大学出版社,2006【3】成大先主编.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2004【4】成都电焊机研究所等.焊接设备选用手册.北京:机械工业出版社,2006【5】雷玉成等.焊接成型技术.北京:化学工业出版社,2004【6】王政等.焊接工装夹具及变位机械图册.北京:机械工业出版社,2006【7】成大先主编.机械设计图册(上、下册).北京:化学工业出版社,1997【8】陆玉,何在洲,佟延伟遍.机械设计课程设计.北京:机械工业出版社,2003【9】吴宗泽主编.机械设计实用手册-2版.北京:化学工业出版社,2003【10】濮良贵.纪名刚,机械设计(第七版),北京:高等教育出版社,2001【11】王政.焊接工装夹具及变位机械性能、设计、选用.北京:机械工业出版社,2003 【12】刘鸿文.材料力学、北京,高等教育出版社,2004【13】卢耀祖.内燃机构造与原理、北京,中国建筑工业出版社,1986【14】周龙宝.内燃机学、北京机械工业出版社【15】周宏甫.机械制造技术基础M.北京:高等教育出版社,200446开题报告课题名称W11-61600卷板机设计课题来源导师课题课题类别工程设计一.论文资料的准备 1)W11系列卷板机的分类和特点关于卷板机的分类,国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类,一般分为:(1) 三辊卷板机:包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机。(2) 四辊卷板机:分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。(3) 特殊用途卷板机:有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用型卷板机等。W11系列机械式三辊对称式卷板机性能特点:上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母涡轮蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合,为卷制板材提供扭矩。该机缺点是板材端部需借助其它设备进行预弯。W11系列机械三辊非对称式卷板机主要特点:上辊为主传动,下辊垂直升降运动,以便夹紧板材,并通过下辊齿轮与上辊齿轮啮合,同时作为主传动;边辊作倾升降运动,具有预弯和卷圆双重功能。结构紧凑,操作维修方便。2)国外卷板设备的技术现状目前,国外卷板设备生产水平较高的有瑞士、意大利、德国、日本等国家。这些国家对板厚小于38mm的板料的卷制,大多采用机械式或机液混合驱动式.对板厚大于40mm的板料的卷制,多采用全液压驱动式卷板机。由于三辊不对称可调式卷板机较四辊卷板机结构简单、体积小、价格低、耗电少,且具有四辊卷板机便于端部预弯、剩余直边小等特点,已在不少国家得到广泛开发和应用。特别是随着计算机技术的迅猛发展,卷板设备也越来越多的采用计算机实行自动控制,使加工精度、工作效率大大提高,同时减少了工人的劳动强度、改善了工作条件。国外著名厂家的产品如下:瑞士 Chr.Haeusler 公司,生产世界上最大的四辊卷板设备VRM-hy 4000 x150mm。冷卷钢板规格为:1504000mm(最大厚度最大宽度),热卷规 格为 2604000mm,主要用于核工业方面。 意大利 PROMAU 公司生产全液压式“DAVI”系列四辊卷板机,它具有自 动平衡系统(ABS)、行星摆式回转导轨(PSG)、自动润滑系统(ALS)、 节能系统(ESS)。国外生产卷板设备的著名厂家还有西德的瑟尔夫公司、福斯造船及机械公司;英国布郎克公司;日本富士车辆公司等。3) 国内卷板设备的技术现状 科学技术的发展和对国外卷板技术的不断学习和引进,使我国卷板设备的生产技术有了很大提高。近几年,我国生产的三辊可调式卷板机和四辊卷板机越来越多地代替了在卷板设备中一直占据主要地位的对称三辊卷板机。随着液压产品生产技术不断进步,国产液压元件的精度、性能已达到较高的水平。所以,液压传动也越来越多的应用于卷板设备中。目前,用于卷制中薄板的小功率卷板机多采用机械传动或机液混合驱动,用于卷制厚板的大功率卷板机多采用液压驱动或多电机同时驱动。但由于我国机械加工设备水平与加工技术水平与世界发达国家相比,仍有一定的差距,所生产的机械零部件和液压元件的加工精度达不到设计要求,因机械摩擦造成的机械损失和因泄漏造成的液压损失较高。所以卷制同等规格的钢板,所需卷板机功率要高于国外的卷板机,使得卷板设备体积庞大,形体笨重。 另外,我国引进国外数控卷板技术,在数控卷板工艺和设备研究方面作了大量工作。但无论国内还是国外的卷板机,从数控技术的实现上看,还均不能达到令人满意的结果,还不能根据被卷制坯料的材质、规格尺寸、卷曲曲率等,正确计算和调整工艺参数,达到真正的全自动控制,而是需要较多的人工干预。中国经济保持持续增长,我国卷板机行业以平均15%以上的速度快速增长,精密铸造卷板机市场异常活跃,进一步规范卷板机市场,尤其是与精密铸造工业密切相关的轿车增长较快,增大了对复杂、精密铸造卷板机的需求。卷板机制造业作为机床模具产业最大的买方市场,其中进口设备70%用于卷板机,同时也带动了焊接、涂装、检测、材料应用等各个行业的快速发展。卷板机制造业的技术革命,将引起装备市场的结构变化:数控技术推动了卷板机制造企业的历史性的革命,数控机床有着高精度、高效率、高可靠性的特点,引进数控设备在增强企业的应变能力、提高产品质量等方面起到了很好的作用,促进了我国机械工业的发展。因此,至2010年,卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长12%左右,据预测,卷板机制造业:对数控机床需求将增长26%;对压铸设备的需求将增长16%;对纤维复合材料压制设备的需求增长15%;对工作压力较高的挤或冲压设备需求增长12%;对液压成形设备需求增长8%;对模具的需求增长36%;对加工中心需求增长6%;对硬车削和硬铣消机床的需求增长18%;对切割机床的需求增长30%;对精密加工设备的需求增长34%;对特种及专用加工设备需求增长23%;对机器人和制造自动化装置的需求增长13%;对焊接系统设备增长36%;对涂装设备的需求增长8%,对质检验与测试设备的需求增长16%。二.本课题的目的(重点及拟解决的关键问题) 毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节,是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,提高分析与解决实际问题的能力;较复杂工程计算的工作能力;计算机绘图的工程图绘制能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤,掌握常用工程材料的性能和选配能力。尽快完成学生到工程技术人员的过渡。 1)本课题研究的重点随着高端主机产业规模的迅速发展,无论是进口零部件的价格、数量、水平还是交货期,卷板机产品的设计和制造要更加关注体现全生命周期的绿色理念,“要力促产业结构高端化,鼓励优势企业兼并重组,做大做强,都已感受到国际竞争伙伴越来越强烈的有意制约,要致力于传统产品向精品的升级,解决传统产品“做不好”“不做好”的痼疾,提升中国卷板机产品在国际国内市场上的形象。加快卷板机产品向数字化、智能化发展,实现传统卷板机产品功能的提升和可靠性的提高,卷板机工业要积极发展高效节能产品,也不仅在于将信息技术应用于卷板机企业的经营管理,使研发、生产和企业管理向信息化、自动化、网络化发展,大幅度改善企业的经营管理水平,卷板机工业中高耗能环节的热加工企业更要重视节能减排和环境友好。 2)本课题拟解决的问题 (1)卷板机是一个对板材弯曲加工的设备,对机床辊子所能承受的弯曲扭矩、齿轮箱的传动比以及高速机斜齿圆柱齿轮传动要求做出明确的计算,它将决定弯曲钢板的厚度; (2)卷板机要求辊子传动平稳运行,在很大程度上影响着工件质量的加工,所以要设计好内部传动结构; (3)上辊侧架及上辊侧架的转动、连接问题; (4)在三辊卷板机的设计及使用过程中,通常会遇到回弹量控制、纵向很长零件中部凸起、纵向呈锥度和边缘不平整等几个问题。所以要减小设备的震动; (5)加工效率是现代企业的追求之一,能够方便快捷的安装,拆卸工件,可以大大的提高效率,侧架和工件供给的速度也可以影响加工效率。三.主要内容、研究方法、研究思路 1)主要内容该卷板机结构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置通过锥齿轮传动作垂直升降运动,通过主减速机的末级齿轮带动两下辊齿轮啮合作旋转运动,为卷制板材提供扭矩。规格平整的塑性金属板通过卷板机的三根工作辊(二根下辊、一根上辊)之间,借助上辊的下压及下辊的旋转运动,使金属板经过多道次连续弯曲,产生永久性的塑性变形,卷制成所需要的园筒、锥筒或它们的一部分。该卷板机主要有一个上辊、两个下辊、机架及驱动电机传动机构等部分组成。本设计要求对该型卷板机做总体设计和上辊、下辊和机架等机构做结构设计。原始数据:(1)最大卷板厚度:6mm (2)最大卷板宽度:1600mm (3)卷板速度:7.52m/min (4)满载卷板最小直径:350mm (5)上辊直径:160mm;下辊直径:150mm;两下辊中心距:210mm (6)板材屈服极限:245MPa2)研究方法本次设计主要是根据机械设计的一般方法比较法,即国内外已有的同类型机种的参数尺寸,结合我们要设计机型的具体要求、参照来确定其参数。 3)研究思路 (1)电动机的选择及运动,动力参数的确定 (2) 传动设计 传动装置中各传动方式设计,包括布置方式,传动精度等级,传动参数强度等级设计,轴承形式的选择。 (3) 结构设计 各传动件结构几何尺寸,结构形式设计,强度校验。轴组件、轴承、联轴器、箱体及各附件的选择。 (4) 强度校验:轴组件、轴承、键、销强度校验。 (5) 工艺设计:主轴或螺杆工件工艺分析,加工方法,工艺规程制订 (6) 润滑与密封:确定各传动件润滑方式,传动装置密封形式,选密封件及润滑剂 四.总体安排和进度(包括阶段性工作内容及完成日期)3月25日-4月7日 确定方案、修改方案、最终通过方案。(二周)设计人应随时将方案交指导老师审批,方案通过则继续进行,通不过则修改方案,在两周内必须通过方案。4月8日-5月5日 撰写计算书。(四周)严格按规范要求撰写计算书,包括页面布置、字体、内容、插图等。插图使用AUTOCAD绘制,图文并茂,计算正确完整。5月6日-6月9日 绘制工程图。(五周)图量符合要求。6月10日-6月16日 整理毕业设计资料,准备答辩6月17日-6月22日 毕业答辩五.主要参考文献1王政.焊接工装夹具及变位机械性能、设计、选用.北京:机械工业出版社,20032王政等.焊接工装夹具及变位机械图册.北京:机械工业出版社,20063成都电焊机研究所等.焊接设备选用手册。北京:机械工业出版社,20064雷玉成等.焊接成型技术。北京:化学工业出版社,20045陈裕川.现代焊接生产实用手册。北京:机械工业出版社,20056成大先主编.机械设计手册.单行本.轴及其联接.北京:化学工业出版社,19977成大先主编.机械设计图册(上、下册).北京:化学工业出版社,199710陆玉,何在洲,佟延伟遍.机械设计课程设计。北京:机械工业出版社,200311吴宗泽主编.机械设计实用手册-2版.北京:化学工业出版社,200312濮良贵.纪名刚,机械设计(第七版),北京:高等教育出版社,200113刘鸿文.材料力学、北京,高等教育出版社,2004指导教师意见: 指导教师签名: 日期:教研室意见:教研室主任签名: 日期:系意见: 系领导签名: 日期:系盖章课题来源:导师课题、社会实践、自选、其他课题类别:工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。
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