矿用U型钢修复机整体设计

《矿用U型钢修复机整体设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿用U型钢修复机整体设计（78页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、本 科 毕 业 设 计论文 题目 矿用U型钢成型修复机整体设计院系部 万方科技学院 专业名称 机械设计制造及其自动化年级班级 07级机制2班 学生姓名 冯 柳 清 指导教师 明 平 美 2021 年 6 月 10 日摘 要本设计是关于矿用U型钢支架滚压成型修复机的设计，通过比照各种滚弯成型原理，最终确定利用侧辊摆动式四辊滚弯成型原理，主要对主副辊及减速器局部进行了较为详细的设计计算。首先对各种滚弯成型原理进行了分析比拟，选定类型，然后对各辊主要是主副辊进行分析设计。侧辊摆动式四辊滚弯成型原理是由主副辊对滚，为滚弯U型钢提供动力，能够连续滚弯，经济高效。设计中的减速器是三级展开式圆柱齿轮减速器。

2、齿轮材料为40Cr调质，校核齿轮、轴、键、轴承确保实际可行。关键词：U型钢 四辊 修复机 减速器 齿轮ABSTRACTThis design is about the machine that stents roll forming repair U shaped steel. After comparing various principles, I finally determination using the side roller swing four roll bending forming principle. In the design， I did a detailed cal

3、culation for the roller gears.First of all，I compared various principles of roll bending and selected the types, then I design the mainly analyzes main and vice roller. Side roller swing four rolls bending forming principle by lord to roll. Vice roller to roll bending U sections provide motivation f

4、or continuous rolling, curved, economic efficiency.The last part of the paper is about decelerator which is choosing triple expanding column gear construction. The material of gear is 40Crhardening.The gears，axes，bearings are checked， so to confirm this design this design is practical.Key words：U sh

5、aped steel Four rolls Repair machine Decelerator Gear目 录绪 论- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 卷板机的原理- 2 -.1 卷板机的运动形式- 2 -1.2.2 弯曲成形的加工方式- 3 -1.3 卷板机的开展趋势- 4 -第二章 方案的论证及确定- 6 -2.1 方案的论证- 6 -2.1.1 方案1 双辊卷板机- 6 -2.1.2 方案2 三辊卷板机- 7 -2.1.3 方案3 四棍卷板机- 8 -2.2 方案确实定- 9 -2.3 本章小结- 9 -第三章 侧辊摆动方案确实定- 10 -3.1 u型钢滚弯加工的步骤和过程- 1

6、0 -3.2 主传动方案的机构设计- 11 -3.2.1 主传动到达的技术指标- 11 -3.2.2 主传动设计方案- 11 -3.3 控制系统方案选择- 12 -3.4 液压系统的传动原理- 12 -3.5 本章小结- 12 -第四章 传动设计- 13 -4.1 传动方案分析- 13 -4.1.1 齿轮传动- 13 -4.1.2 皮带传动- 14 -4.2 传动系统确实定- 15 -4.3 本章小结- 15 -第五章 动力设计- 15 -5.1 主传动系统液压马达的选择- 15 -5.1.1 主副辊参数的选择计算- 15 -5.1.2 液压马达的功率确定- 16 -第六章 减速器设计- 23

7、 -6.1 传动方案拟定- 23 -6.2 减速器总传动比及其分配- 23 -6.2.1 总传动比- 23 -6.2.2 传动比的分配- 24 -6.3 各轴参数计算- 25 -6.3.1 各轴转速计算- 25 -6.3.2 各轴扭矩计算- 25 -6.3.3 各轴功率计算- 25 -6.4 齿轮传动设计- 26 -6.4.1 一级变速齿轮设计- 26 -6.4.2 二级变速齿轮设计- 31 -6.4.3 三级变速齿轮设计- 34 -6.4.4 齿轮设计结果汇总- 38 -6.5 轴的设计校核- 39 -6.5.1 轴的结构设计- 39 -6.6 轴承的选型- 41 -6.7 键的选型及校核-

8、 41 -6.8 减速器的结构设计和齿轮、轴承的润滑- 43 -6.8.1 箱体参数- 43 -6.8.2 齿轮、轴承的润滑- 44 -第七章 液压系统设计- 45 -7.1 液压系统工作要求- 45 -7.2 液压系统设计参数- 45 -7.3 液压执行元件载荷分析- 45 -7.3.1 各液压缸载荷计算- 45 -7.3.2 液压马达参数- 47 -7.4 液压系统主要参数计算- 47 -7.4.1 初选系统工作压力- 47 -7.4.2 计算液压缸的主要机构尺寸- 47 -7.4.3 计算液压马达排量- 48 -7.5 计算液压执行元件的实际最大工作压力- 49 -制定系统方案及拟定液压

9、系统图- 49 -制定系统方案- 49 -7.7.2 系统所需回路分析- 49 -7.7.3 拟定液压系统图- 52 -7.8 液压元件的选择- 52 -7.8.1 液压泵的选择- 52 -7.8.2 电动机功率确实定- 53 -7.8.3 液压马达的选择- 54 -7.8.4 液压阀的选择- 54 -7.8.5 液压管道内径计算- 55 -7.8.6 确定油箱有效容积- 56 -7.9 液压系统性能验算- 56 -7.9.1 液压系统压力损失：- 56 -7.9.2 液压系统发热温升计算- 58 -结 论- 59 -参考文献- 60 -致 谢- 61 -附录：- 62 -外文资料与中文翻译-

10、 62 -绪 论1.1 概述机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济命脉。作为整个工业的根底和重要组成局部的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供现金的机械装备和零件。他的规模和水平是反映国家的经济实力和科学技术水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。矿用u型钢成型修复机是将矿用钢材弯曲成u形的机械设备，根据三点成员的原理，利用工件相对位置变化和旋转运动使钢材产生连续的塑性变形，以获得预订形状的工件。矿用u型钢成型修复机作为一个特殊的机器，在矿山机械加工中占有重要的地位。但凡矿井都必不可使的要用到矿用u型钢，而矿用u型钢起支撑作用，又非常容易变形，所以矿用u型钢成型修复机

11、将成为矿山机械的一颗新星。矿用u型钢成型修复机成型原理同卷板机，以下分析原理类比卷板机做详细介绍。卷板机在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：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等。四棍卷板机：分为侧滚倾斜调整式四棍卷板机和侧滚圆弧调整式四棍卷板机。特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、椎体卷板机、多滚卷板机和多用途卷板机等。卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中小型卷板机中仍

12、然广泛应用，在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大，电动机功率大，启动时电网波动也较大，所以原来越多地采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同事采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。卷板机的工作能力是指板材在冷态下，按照规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度是最小卷筒直径的能力，国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高，操作工艺简便，本钱低廉，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。当卷制班后较大或弯曲半径较小并未超过设备工作能力时，在设备允许的前提下课采用热卷的方法，有些不允许冷卷的板材，

13、热卷刚性太差，那么采用温卷的方法。1.2 卷板机的原理1.2.1 卷板机的运动形式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。图1-1 三辊卷板机工作原理图由图1-1：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2，O3做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O1垂直平面的上翘、翻边运动等。该机构形式为三辊对称式，上辊在两下滚中央对称位置做垂直升降运动，通过丝杆丝母蜗杆传动而获得，两下滚做旋转运动，通过

14、减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。1.2.2 弯曲成形的加工方式在钢结构制作中弯制成犁的加工主要是卷板(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，口J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到达的。它们滚圆工作原

15、理如图1-2所示图1-2滚圆机原理图图1-3钢板预弯示意图1.3 卷板机的开展趋势参加WTO后我国卷板机工业正在步入一个高速开展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的奉献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到20lO年，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。而其在装备工业上的投入力度将会大大加强，市场的竞争也愈演愈烈，产品的更换也要求卷板机装备工业不断在技术和工艺上取得更大的优势：1从国家计委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的工程达近百项；2卷板机工业已建工程的二期改造也将

16、会产生一个很大的用户群；3由于卷板机的高利润，促使各地政府都纷纷投资(国家投资、外资和民间资本)卷板机制造。其次，跨国公司都开始将最新的车型投放到中国市场，并方案在中国加大投资力度，扩大产能，以争取中国更大的市场份额。民营企业的崛起以及机制的敏锐使其成为卷板机工业的新宠，民营企业已开始成为卷板机装备市场一个新的亮点。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开展。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

17、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开展。因此，至20lO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1 5；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；对硬车削和硬铣削机床的需求增长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；对特利一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

18、检验与测试设备的需求增长1 6。 在今后的工业生产中，卷板时机一直得到很好的利用。它能节约大量的人力物力用以弯曲钢板。可以说是不可缺少的高效机械。时代在开展，科技在进步，国民经济的高速开展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速开展。第二章 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。2.1.1 方案1 双辊卷板机双辊卷板机的原理如图2-1

19、所示：图2-1 双辊卷板机工作原理图上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个包有弹性的辊，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，压人下辊的弹性层中，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。上辊压人下辊的深度，既弹性层的变形晕，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；但当压人量到达某一数值时，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

20、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。2.1.2 方案2 三辊卷板机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。对称三辊卷板机特点 1.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。形成较准确，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比拟麻烦。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

21、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。但为防止板料从滚筒问滑落，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22所示，它主要卷制薄筒(一般在323000以下)。2.1.3 方案3 四棍卷板机其原理如图2-3图2-3 四棍卷板机它有四个辊，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

22、利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形，到达所需要。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 方案确实定通过上节方案的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后形成我的设计方案，四棍卷板机。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。三辊卷板机不能预弯导致u型钢末端长度大于80mm，不符合矿用u型钢标准。2.3 本章小结通过几种运动方案的分析，双

23、辊卷板机虽然不需要预弯，但只适合小批量生产，而且弯曲板厚受限制。对称三辊卷板虽然结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点，但不能到达加工要求。四棍卷板机可以满足加工要求。经过相比拟下最终决定采用四辊卷板机。第三章 侧辊摆动方案确实定采用侧辊摆动式滚弯原理加工u型钢拱形支架，在一次滚弯过程中完成u型钢滚弯的全过程。结合侧辊摆动式4辊滚弯原理应用的特点，在原理实现上。为便于实现传动和易于控制，机构设计采用主副辊与侧辊分开操作相对独立的系统，主传动系统主要实现主副辊的回转运动，控制系统主要完成与主副辊运动相匹配的侧辊位置的调节，因为根据以上研究，侧辊摆动幅度不大，便于实现摆动制。本章重点研究以下几个方

24、面的问题：确定u型钢滚弯加工的步骤和过程，根据成型过程确定各机构的运动形式。确定主传动系统设计方案确定控制系统方案。根据主传动和控制系统传动特点，确定液压传动方案。3.1 u型钢滚弯加工的步骤和过程要实现u型钢支架的连续弯曲成型，在一次滚压过程中三次使用三辊滚弯原理，其中采用两次不对称式三辊滚弯和一次对称式三辊滚弯，两次不对称式三辊滚弯消除两端直线段中间采用对称式三辊滚弯。其成型过程需分三步完成： 第一步，进料及弯曲第一段u型钢从左侧进入滚压成型机后，由主副辊带动入料进行滚压，此时为非对称的三辊滚弯，其目的是完成所需曲率半径以及前端直头的过渡(一般成型后u形钢支架梁两端直线长度80mm)。这时

25、参与工作的辊轮为主副辊及左侧辊，u型钢支架曲率半径的大小决定了左侧辊的位置。第二步，摆动成型过程(即第二段弯曲)当第一段弯曲成型后，支架头部接触右侧辊并使其转动后，摆动梁开始慢慢摆动，此时由非对称的三辊滚弯逐步向对称的三辊滚弯过渡完成第二段圆弧的弯曲过程，这段过程消耗功率小，参与工作的辊轮为主、副及左、右侧辊左、右侧辊的位置决定了u型钢支架曲率半径大小。第三步，出料及第三段弯曲当摆动粱摆动到右侧规定位置后，左侧辊退出工作，而右侧辊位置需要前进，补足由于u型钢弯曲后的进给量，保证第三段圆弧形成，此时为非对称三辊滚弯，其目的是完成所需曲率半径以及后端直头的过渡，这时参与工作的辊轮为主副辊及右侧辊，

26、需根据u型钢支架曲率半径大小调整右侧辊的位置。侧辊摆动式4辊滚弯原理把u型钢两端头直线段弯曲在一次连续辊弯过程中实现主副辊回转运动使滚弯的速度可调节，侧辊的运动轨迹和运动方式直接影响成型过程。因此，需要根据成型曲率大小确定侧辊的具体运动形式。3.2 主传动方案的机构设计主传动系统主要实现主副辊回转运动，主副辊回转运动可以实现滚弯速度的调节，即主副辊的转速可调节。同时在滚弯过程中主副辊扭矩使u型钢产生塑性变形。根据主传动所要到达的技术指标，确定主传动方案以及主要部件的设计。3.2.1 主传动到达的技术指标要使研制的u型钢支架滚压成型机，在性能参数、本钱价格、体积重量方面在国内处于领先地位，其主要

27、技术参数应确定为：(1)生产能力：60吨班左右： (2)进给速度：0-10mmin；(3)型钢规格：18U、25U、29U、36U：(4)最大弯曲性能： 最大截面模量: 132.1； 材料强度极限:850； 材料强度极:650； 最小曲率半径:1000mm。3.2.2 主传动设计方案实际生产需要满足弯曲速度10mmin，即线速度Vmax=10 mmin，根据主副辊轮的半径可以确定角速度，通过对滚压不同规格U型钢的受力分析I，主辊最大转矩为3270。经过计算，主传动系统所需最大功率为45KW因为滚弯过程中要求满足无级变速，故主传动系统采用机械液压传动电液控制，操纵控制方便，价格适中。在传动系统中

28、有三个设计方案可供选择：机械传动方案、低速马达液压传动方案、中速马达液压传动方案。由于要实现无级调速，并到达滚压速度10mrain，根据计算，采用1000r/nm电机，那么减速箱传动比要为：200。要实现45KW功率，传动比为200的减速箱体积很大，本钱高，且不易变速。机械传动不适合。由于低速马达价格高，供货也有问题，最后决定采用中速马达液压和机械传动相结合的传动方案，通过中速液压马达，再经过齿轮减速箱，传动比降低为40，选用液压马达的转速范围为3320rmin，其额定的有效转矩可到达4000Nm体积减小，既实现了无绒调速又降低了制造本钱。3.3 控制系统方案选择由主副辊运动组成的主传动系统通

29、过液压与机械结合实现在主传动系统采用液压传动的同时，控制系统用油缸作为执行机构，运用液压控制实现侧辊的进给和摆动。主、副辊的转速通过液压系统实现无级变速，同时，与主传动系统对应的控制系统速度也采用液压无级变速，以实现辊弯速度的匹配。调节侧辊位置的目的两个方面：一是调节与主辊的距离，二是实现绕主辊的转动。进给辊即侧辊进给采用左、右侧缸推进的方式侧辊的摆动采用油缸的进给实现。3.4 液压系统的传动原理 从u型钢滚弩工艺看，液压系统是实现滚弯过程重要的一环，应根据主机用途、操作过程、工作特点及性能指标，明确液压系统必须完成的动作、运动形式-执行元件的载荷特性、形成和速度的要求。根据上述要求制定液压系

30、统如图31：液压马达的正反转带动主副辊的正反转，调节液压马达的速度可以调节滚弯速度。油缸l和油缸2可以调节左右侧辊的进培速度和进给量，油缸3可以调节左右侧辊的摆动角度及速度。3.5 本章小结通过对侧辊摆动滚弯成型过程的研究，在机构上采用主副辊运动与侧辊运动分开的传动方案，利用液压马达、油缸作为执行元件，在机构设计上更加合理，易于实现大扭矩和无级调速的要求。第四章 传动设计4.1 传动方案分析卷板机传动系统的两种方案：1.齿轮传动；2.皮带传动。4.1.1 齿轮传动液压马达传出的扭矩通过一个有保护作用的联轴器，传入一个有分配传动比的减速器，然后通过锥齿轮改变转动方向，带动两辊转动。如图4-2所示

31、。图4-2 齿轮室传动系统这种传动但凡的特点是：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。4.1.2 皮带传动由电动机的转距通过皮带传人减速器直接传人主动轴。如图4-3所示：图4-3 皮带传动系统图这种传动方式具有传动平稳，噪音下的特点，同时以起过载保护的作用，这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。4.2 传动系统确实定鉴于上节的分析，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。4.3 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

32、传动。第五章 动力设计5.1 主传动系统液压马达的选择5.1.1 主副辊参数的选择计算1、设计参数加工材料：20MnK 屈服强度： 抗拉强度：辊材：板厚：S=17mm轴承处滑动摩擦系数：板料相对强化系数：板料弹性模量：E=200GPa滚弯速度：2、确定卷板机根本参数两测滚中心距：nt=1240sn=980mm主辊直径：副辊直径：测滚直径：主辊轴直径：副辊轴直径：测滚轴直径：5.1.2 液压马达的功率确定前面已经提到侧辊摆动式四辊滚弯分为三个阶段，这其中的受力分析可以分为两种情况：1、轴辊按对称的方式排列中间滚弯过程，侧辊呈对称排列，如图4-1.图4-1 两测辊对称时滚弯受力分析其中式中：K0是

33、相对强化模数，K0K1是形状系数，K13=138450mm3是屈服强度，=350MPa=350R0是U型钢半径，R0=2800mm11Pam是相对弯曲力矩，2、 侧辊以不对称的方式排列在滚弯两端时，侧辊呈不对称分布。作用在辊上的力分析，图4-2图4-2 测辊不对称时的受力分析图其中式中：K0是相对强化模数，K0K1是形状系数，K13=138450mm3是屈服强度，=350MPa=350R0是U型钢半径，R0=2800mm11Pam是相对弯曲力矩，是摆动梁的最大摆角，=100计算：将数据代入得：将数据代入得：由可知代入数据得：得： 将 代入：将数据代入得：此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN

34、字 需要整套设计请联系q：99872184。；故载荷系数6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由?机械设计?式10-10a得7计算模数m。3、齿根弯曲强度设计由?机械设计?式10-5得弯曲强度设计公式为1确定公式中各计算数值1由?机械设计?图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2由?机械设计?图10-10取弯曲疲劳寿命系数，；3计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳平安系数S=1.4，由?机械设计?式10-12得4计算载荷系数。5查取齿形系数。由?机械设计?表10-5查得6查取应力校正系数。由?机械设计?表10-5查得7计算大、小齿轮的并加以比拟。大齿轮的数值较大。

35、2设计计算比照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值m=8mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数这样设计的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，防止浪费。4、几何尺寸计算1计算分度圆直径2计算中心距3计算齿轮宽度取，6.4.2 二级变速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数1按选定的传动方案，选用直齿锥齿轮传动。：传动功率P

36、=16.68598768kw，转速n1=9.016265621r/min、n2=3.141216036r/min。2矿用U型钢成型修复机属于一般工作机，速度不高，应选用7级精度GB 10095-88。3材料选择：查?机械设计?表10-1选择小齿轮材料为30CrMnSi调质，硬度为320HBS，大齿轮材料为40Cr调质，硬度为280HBS，二者材料硬度差为50HBS。4选小齿轮齿数Z1=23，那么大齿轮齿数Z2=2.87031058x23=66。，2、确定许用应力1计算接触疲劳许用应力由?机械设计?图10-21d按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。取失效概率为1%

37、，平安系数S=1，由?机械设计?式10-12得2计算弯曲疲劳许用应力由?机械设计?图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；取弯曲疲劳平安系数S=1.4，由?机械设计?式10-12得3、工作转矩4、根据接触疲劳强度，计算小齿轮分度圆直径1确定公式内的各计算数值1初步计算时，取； ，一般2试选载荷系数，3小齿轮传递的转矩。2代入数据进行计算取5、按齿根弯曲强度，计算小齿轮模数m由 ， 查?机械设计?得计算大、小齿轮的并加以比拟。大齿轮的数值较大。计算不必取整数由 一般取b/R=1/3求出模数m=106、几何尺寸计算修正小齿轮的齿数：大齿轮齿数 ，取为6.4.3 三级变

38、速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数1按选定的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2矿用U型钢成型修复机属于一般工作机，速度不高，应选用7级精度GB 10095-88。3材料选择：查?机械设计?表10-1大、小齿轮材料均选为40Cr调质，硬度为280HBS。4选小齿轮齿数Z1=43，那么大齿轮齿数Z2=1.065789474x43=45.828。2、按齿面接触强度设计由下面设计计算公式进行试算，1确定公式内的各计算数值1试选载荷系数。2小齿轮传递的转矩。3由?机械设计?表10-7选取齿宽系数。4由?机械设计?表10-6查得材料的弹性影响系数5由?机械设计?图10-21d按齿面硬度查得大

39、、小齿轮的接触疲劳强度极限。6使用寿命按10000h计算，小齿轮应力循环次数N1=n1大齿轮应力循环次数N2=n27由?机械设计?图10-19取接触疲劳寿命系数8计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，平安系数S=1，由?机械设计?式10-12得2计算1试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2计算圆周速度v。3计算齿宽b。4计算齿宽与齿高的比值。模数 t5计算载荷系数根据v=m/s，7级精度，由?机械设计?图10-8查得动载系数；直齿轮，；由?机械设计?表10-2查得使用系数由?机械设计?表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由，查?机械设计?图10-13得；故载荷系数

40、6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由?机械设计?式10-10a得7计算模数m。3、按齿根弯曲强度设计由?机械设计?式10-5得弯曲强度设计公式为1确定公式中各计算数值1由?机械设计?图10-20c查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限； 2由?机械设计?图10-10取弯曲疲劳寿命系数，；3计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳平安系数S=1.4，由?机械设计?式10-12得4计算载荷系数。5查取齿形系数。由?机械设计?表10-5查得6查取应力校正系数。由?机械设计?表10-5查得7计算大、小齿轮的并加以比拟。大齿轮的数值较大。2设计计算比照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强

41、度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值m=8mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数由于三轴、四轴分别和副辊、主辊相连，而主副辊的中心距为624mm，所以这里取小齿轮齿数为大齿轮齿数这样设计的两齿轮中心距是620mm，和主副辊的中心距很接近，根本可以满足要求。4、几何尺寸计算1计算分度圆直径2计算中心距3计算齿轮宽度取，6.4.4 齿轮设计结果汇总齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿轮5齿轮6模数m8810101010齿数Z236925726064分度

42、圆直径mm184552250720600640齿宽mm1651552202102702606.5 轴的设计校核6.5.1 轴的结构设计各轴的材料为40Cr，A0=104.5mm。轴1：P1=17.55311138kw n1取d1=100mm，故轴1可设计为齿轮轴。轴1的结构如图6-2图6-2 轴1结构图轴2：P2取d2=130mm，故轴2可设计为齿轮轴。轴2的结构如图6-3图6-3 轴2轴3：P3=15.86169989kw n3取d3=200mm，轴3可设计为如以下图结构：图6-4 轴3轴4：P4=7.426212089kw n4取d4=200mm。6.6 轴承的选型一轴安装轴承处的轴径为1

43、00mm，查?机械根底设计实践?，选用深沟球轴承6220型，内径d=100mm，外径D=180mm，厚度B=34mm，根本额定载荷122KN。二轴安装轴承处轴径为140mm，查?机械根底设计实践?，选用30228型单列圆锥滚子轴承，内径d=140mm，外径D=250mm，厚度B=42mm，额定载荷6.7 键的选型及校核各键的选型及校核。一轴为齿轮轴，无需键连接。二轴也是齿轮轴，但有一齿轮配合，配合处轴径为d=150mm，传递的转矩 T =Nmm查?机械设计手册2021软件版?选取：传递的转矩 T =17673745.32 Nmm轴的直径 d =150 mm键的类型sType =A型键的截面尺寸

44、bh =40x22 mm键的长度L =180 mm键的有效长度L0 =140.000 mm接触高度k =8.800 mm键的个数N =双键最弱的材料Met =钢载荷类型PType =静载荷许用应力p =135 MPa计算应力p =127.516 MPa校核计算结果： 满足三轴有两处齿轮配合，在齿轮4处轴径为250mm传递的转矩 T =48233118.75 Nmm轴的直径 d =250 mm键的类型sType =A型键的截面尺寸bh =56x32 mm键的长度L =200 mm键的有效长度L0 =144.000 mm接触高度k =12.800 mm键的个数N =双键最弱的材料Met =钢载荷类

45、型PType =静载荷许用应力p =135 MPa计算应力p =129.563 MPa校核计算结果： 满足三轴齿轮5处轴径为210mm传递的转矩 T =22577347.32 Nmm轴的直径 d =210 mm键的类型sType =A型键的截面尺寸bh =50x28 mm键的长度L =280 mm键的有效长度L0 =230.000 mm接触高度k =11.200 mm最弱的材料Met =钢载荷类型PType =静载荷许用应力p =135 MPa计算应力p =83.471 MPa校核计算结果： 满足四轴齿轮6处选用和齿轮5处一样的键，经校核满足要求。6.8 减速器的结构设计和齿轮、轴承的润滑6.

46、8.1 箱体参数名称符号尺寸值mm箱座壁厚18箱盖壁厚18箱座凸缘厚度b30箱盖凸缘厚度30箱座底凸缘厚度45地脚螺钉直径25地脚螺钉数目n8轴承旁连接螺栓直径22箱盖与箱座连接螺栓直径18连接螺栓的间距l200轴承端盖螺钉直径12窥视孔盖螺钉直径8定位销直径d12至外箱壁距离35 至凸缘边缘距离30轴承旁凸台半径30凸台高度h30外箱壁至轴承底座端面距离70大齿轮顶圆与内箱壁距离25齿轮端面与内箱壁离20箱盖、箱座肋板厚15、12轴承端盖外径240、310轴承端盖凸缘厚度t12轴承旁连接螺栓距离s6.8.2 齿轮、轴承的润滑1、齿轮润滑：因为齿轮转速小于12m/s，故可以采用浸油润滑。2、轴

47、承润滑：轴承转速都小于27r/min，故可以采用脂润滑。第七章 液压系统设计7.1 液压系统工作要求由主副辊运动组成的主传动系统通过液压与机械结合实现，在主传动系统采用液压传动的同时，控制系统用油缸作为执行机构，运用液压缸控制实现侧辊的进给和摆动。主副辊的转速通过液压系统实现无级变速，同时，与主传动系统对应的控制系统也采用液压无级变速，以实现与滚弯速度的匹配。调节侧辊位置的目的有两个方面：一是调节与主辊的距离，二是实现绕主辊的转动。进给辊即侧辊进给采用左、右侧缸推进的方式，侧辊的摆动采用摆动油缸的进给实现。1 为控制方便及系统简化，主传动系统液压局部与控制系统的液压局部由各自泵驱动，而回油路会

48、合。2 左右侧辊进给缸进给平稳，侧辊与U型钢接触时不应有冲击；3 摆动梁缓慢摆动，要与主运动配合；4 为使辊轮能够反向送料，液压马达应能正反转；7.2 液压系统设计参数滚压两端时作用在侧辊上的力：=163692.6N；m；最大滚压速度：=0.1m/s；摆动梁摆动速度：0.005m/s；侧辊进给缸快速进给速度：0.08m/s；7.3 液压执行元件载荷分析7.3.1 各液压缸载荷计算1 已分析知滚弯两端时左右侧辊所受U型钢施加的力最大，由于作用侧辊结构上处于对称位置，受力相同，所以现只考虑左侧缸。根据机构工作情况左侧缸受力如图7-1所示：图7-1 左侧缸受力示意图作用在活塞上总载荷： F=其中 作

49、用在活塞杆上的外载荷； 活塞与缸壁及活塞杆与导向套之间的密封阻力； 的计算： =+其中 滚压两端时作用在侧辊上的力：=163692.6N； 导轨摩擦力，=；式中 G左侧辊及其辊轴重力，约为1500N； 摩擦系数，见【4】表2.2-1，取0.1； V型导轨夹角，取；带入数据得： 的计算【4】 =1式中 液压缸的机械效率，取0.95；故作用在活塞上的总载荷F=172531.2N。2 摆动油缸载荷计算摆动梁在左右极限位置时摆动油缸受力最大，摆动油缸受力分析与侧缸相似，作用在活塞上总载荷： F=其中 作用在活塞杆上的外载荷，=28424.9N； 活塞与缸壁及活塞杆与导向套之间的密封阻力，=1=1496

50、N；故作用在活塞上的总载荷F=29920.9N。7.3.2 液压马达参数m；最大驱动功率：P=27.9Kw；7.4 液压系统主要参数计算7.4.1 初选系统工作压力由滚压成型机受力分析，参考【4】表2-2初步确定系统工作压力为17MPa，其中由于摆动缸受力较小，可由限压阀控制使其工作压力定为4MPa。7.4.2 计算液压缸的主要机构尺寸1 侧缸尺寸计算左侧缸滚压两端时受力最大，其载荷为F=172531.2N，工作在活塞杆受压状态。活塞直径： D=其中 液压缸工作压力，=17MPa； 液压缸回油压力，因此时回油量极少，故0；带入数据得： D=114mm，查液压缸内径系列表【2】取D=125mm；

51、查【4】取d/D=0.7，那么活塞杆直径： d=87mm，查活塞杆标准系列表【2】取d=90mm；液压缸有效作用面积： =2 摆动缸尺寸计算由U型钢受力分析知，摆动梁在左右极限位置时受力最大，作用在活塞上总载荷F=29920.9N，工作在活塞杆受压状态。活塞直径： D=其中 摆动缸工作压力，=4MPa； 液压缸回油压力，因此时回油量极少，故0；带入数据得： D=100mm，是标准值；查【4】取d/D=0.55，那么活塞杆直径： d=55mm，是标准值；液压缸有效作用面积： =7.4.3 计算液压马达排量液压马达为双向旋转，其背压取为0.5MPa，那么液压马达排量： V=其中 液压马达工作压力差

52、，=16.5MPa； 液压马达机械效率，取0.95；带入数据得：7.5 计算液压执行元件的实际最大工作压力侧缸实际工作压力： =14.1MPa；同理 摆动缸实际工作压力：=3.8MPa； 液压马达实际工作压力：=16.6MPa；1 如前所述，液压马达选用双向定量液压马达，是辊轮能够正反转；2 两侧辊的进给油缸及摆动油缸均做往返运动，且活塞运动速度不大，故均采用单活塞双作用液压缸；3 摆动缸工作压力远小于系统工作压力，故需设减压阀等装置；4 主传动系统和控制系统均采用变量泵，以控制滚压速度；7.7.2 系统所需回路分析1 换向回路图7-2 换向回路滚压U型钢时要求辊轮能正反转，故液压马达也要具备

53、正反转功能，用电磁换向阀简易且方便；此外，两液压缸及摆动油缸的往复运动都需有电磁换向阀的换向回路。2 压力控制回路图7-3 压力控制回路本系统中选用变量泵，故需使用平安阀限压，以保证系统中液压元件正常工作。3 双向出口节流调速回路图7-4 节流调速回路选用双向出口节流调速回路，由单双向节流阀减压并节流，以满足执行原件工作压力要求，并调节活塞往返速度。4 保压和锁紧回路图7-5 保压和锁紧回路液压系统中液压缸需要在某一位置停留，那么需要由双液控单向阀组成的保压和锁紧回路，使液压缸保持某一位置；液压马达需要稳定工作压力以使滚弯速度稳定，节流阀那么能调节液压马达转速。由于单向阀的密封性能好，所以把单

54、向阀放在换向阀之后，液压缸之前，就可以提高锁紧的精度。又为了保证回油腔的油液能通过单向阀，须用液控单向阀。7.7.3 拟定液压系统图图7-6 液压系统图7.8 液压元件的选择7.8.1 液压泵的选择1 液压泵工作压力确实定 +其中 液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是滚弯两端时液压马达和侧辊液压缸入口压力； 泵到执行元件间总的管路损失，的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，由液压系统图知主传动系统液压回路和控制系统液压回路均串接有双液控单向阀、换向阀以及先导型电磁溢流阀，取=0.5MPa；故主传动系统液压回路中液压泵1的工作压力： 控制系统液压回路中液压泵2的工作压力：

55、2 液压泵流量确实定 K由工况分析，系统最大流量发生在滚弯两端时，主传动系统液压回路最大流量=1.69L/s，控制系统液压回路最大流量=0.76+0.039=0.799L/s，取泄漏系数K为1.1，带入数据得：主传动系统液压回路液压泵1流量： 选用80SCY14-1B型柱塞泵，额定排量80mL/r，最高压力31.5MPa，转速1500r/min；控制系统液压回路液压泵2流量： 选用40SCY14-B型柱塞泵，额定排量40 mL/r，最高压力31.5MPa，转速1500r/min；7.8.2 电动机功率确实定由工况分析知整个滚压过程中执行元件工作比拟平稳，压力和流量变化比拟平缓，那么电机功率：

56、P=其中 液压泵实际工作压力Pa； 通过液压泵最大流量/s； 液压泵总效率，参考【12】选取0.85；液压泵1电机功率：液压泵2电机功率：7.8.3 液压马达的选择m，工作压力17MPa左右，选BJM5-2000型径向柱塞液压马达。其额定压力20MPa，最高压力25MPa，总排量14050ml/r，连续转速1-250r/min，最大扭矩100000Nm。7.8.4 液压阀的选择根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，参考文献【2】在标准元件的产品样本中选取控制元件规格如下表：序号控制元件名称型号规格最大流量L/s实际流量L/s最高压力MPa1先导型电磁溢流阀mY2D1-H322溢流阀1Y2-H32323溢流阀2Y2-H20324三位四通电磁换向阀aDSG-03-3C25双液控单向阀eZ2SB系列6三位四通电磁换向阀b、cDSG-01-3C7三位四通电磁换向阀dS-DSG-01-2B2168双液控单向阀h、fZ2S系列9双液控单向阀gZ2S系列10双单向节流阀Z2FS11先导型电磁溢流阀i、j