678 礦用U型鋼成型修復(fù)機(jī)整體設(shè)計(jì)【全套10張CAD圖+開題報(bào)告+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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開題報(bào)告
題目名稱
礦用U型鋼修復(fù)機(jī)整體設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
馮柳
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
一、選題的目的和意義
U型鋼大家都很熟悉，就是一種橫截面像英文字母“U”的鋼鐵，有時(shí)橫截面呈日文字母“ひ”的形狀。U型鋼在我們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中都應(yīng)用廣泛，并且作用不可小覷。
礦用U型鋼對(duì)開采煤礦是必不可少的，主要用于礦井巷道、礦井巷道二次支護(hù)、以及穿山隧道的支撐支護(hù)等用途。少了U型鋼我們就無法進(jìn)行順利的采礦業(yè)務(wù)。
但是大家都知道礦井里面由于煤礦不斷的被開采，支撐礦井隧道的鋼材所收到的力也在不斷的發(fā)生這變化，而所有的鋼材都有自己的屈服極限，當(dāng)U型鋼收到的力超過了它所能承受的極限之后就很容易發(fā)生變形，支撐礦井隧道的U型鋼發(fā)生變形之后就很容易發(fā)生折斷進(jìn)而導(dǎo)致事故，這不僅會(huì)對(duì)煤礦公司造成不小的損失，更會(huì)威脅到礦井工人的生命安全。
目前各大煤礦對(duì)變形的U型鋼通采取更換的辦法來防止產(chǎn)生事故，但是通過采購新的U型鋼來替換變形的U型鋼所需要的費(fèi)用非常龐大，而變形的U型鋼的形變也不是很大，直接丟棄非常浪費(fèi)。礦用U型鋼的修復(fù)能夠讓煤礦公司節(jié)省很大一筆開始而且符合低碳的國(guó)家政策，但是該技術(shù)還很不完善，所以本次課程設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)礦用U型鋼修復(fù)就的設(shè)計(jì)進(jìn)行淺析。
這次設(shè)計(jì)我將完成一套礦用U鋼修復(fù)機(jī)整體設(shè)計(jì)，這對(duì)我來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，但也是一次重要的鍛煉機(jī)會(huì)。通過本次設(shè)計(jì)可將四年來學(xué)過的知識(shí)大致運(yùn)用起來，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的加深與掌握。
二、國(guó)內(nèi)外研究綜述
礦產(chǎn)資源可謂是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，隨著開采的不斷進(jìn)行，世界各種礦藏資源不斷減少，各國(guó)越來越重視礦藏的計(jì)劃性開采，越來越重視低碳，這就要求我們從各個(gè)方面來減少開采所需要的費(fèi)用，不僅為煤礦公司節(jié)約經(jīng)費(fèi)，更為國(guó)家節(jié)約能源。
以往的礦用U型鋼變形之后都直接更換新的，而購買新的U型鋼的費(fèi)用遠(yuǎn)比將舊的U型鋼進(jìn)行修復(fù)的費(fèi)用要高，因此今年來人們還是著眼U型鋼的修復(fù)，并且已經(jīng)開發(fā)出一些產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品的性能還不完善。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法
采用相似設(shè)計(jì)和類比設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行對(duì)比，選擇，論證和圖紙說明；對(duì)設(shè)計(jì)的設(shè)備做出運(yùn)動(dòng)計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算；
四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：（下列多為科研成果，無出版社）
[1] GW1型滾壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及礦用前景
[2]T型鋼構(gòu)件彎曲變形的機(jī)械矯正裝置
[3]U型鋼板樁的矯正方法
[4]U型鋼拱形梁剛性伸縮支架的整型修復(fù)工藝及設(shè)備
[5]U型鋼拱形支架滾壓成型機(jī)
[6]超高建筑巨型鋼構(gòu)件安裝測(cè)量預(yù)控與校正系統(tǒng)
[7]大型型鋼彎曲成形的加工方法
[8]導(dǎo)軌自動(dòng)校直傳輸線
[9]工字鋼校直機(jī)
[10]固定不等輥距型鋼矯直機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
[11]矯正H型鋼的液壓千斤頂矯正機(jī)
[12]矯正機(jī)
[13]礦用U型鋼支架滾壓成型修復(fù)機(jī)
[14]礦用型鋼整形機(jī)
[15]輕便型鋼拱架彎曲機(jī)
[16]熱軋型鋼萬能矯正機(jī)
[17]校直機(jī)
[18]型鋼校正裝置
[19]液壓滾動(dòng)校直機(jī)異型型鋼彎曲機(jī)
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）
第5~6周：熟悉設(shè)計(jì)題目，掌握所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的工作原理，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館尋找相關(guān)的資料，并認(rèn)真閱讀，逐步形成設(shè)計(jì)思路，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告；
第7~10周：著手開始設(shè)計(jì)，通過查閱相關(guān)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，設(shè)計(jì)各個(gè)零件的形狀、尺寸，統(tǒng)籌兼顧，并不斷完善各種尺寸；
第11~13周：在老師的指導(dǎo)下，修改設(shè)計(jì)的零件，使整個(gè)系統(tǒng)更加完善、合理。然后用Auto CAD軟件，繪制各零件圖和裝配圖圖；
第14~16周：整理設(shè)計(jì)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
六、指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
基于摩擦傳動(dòng)的高分辨率和大沖程的微量進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院劉海濤，盧澤生
摘要
在摩擦傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種通過壓電陶瓷結(jié)合螺桿軸和氣體靜壓引導(dǎo)的方式驅(qū)動(dòng)的長(zhǎng)沖程和高分辨率的微量進(jìn)給系統(tǒng)。設(shè)計(jì)用來使加載裝置可以靈活的起落。利用有限元方法對(duì)柔性連接裝置對(duì)它的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。對(duì)這種微量進(jìn)給系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞： 摩擦傳動(dòng) 壓電傳動(dòng)裝置 柔性鉸鏈 有限元
1.簡(jiǎn)介
光學(xué)在航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用的行業(yè)。然而,生產(chǎn)的大型光學(xué)鏡面面臨著巨大的困難,效率較低、成本較高、增加在工藝設(shè)備的要求等。為了獲得更高的精度，高微位移分辨率超-先進(jìn)精密機(jī)床有待進(jìn)一步深入,以補(bǔ)償加工誤差。因此,微量進(jìn)給機(jī)制的設(shè)計(jì)已成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。壓電陶瓷是一種近年來發(fā)展起來的新型的微量進(jìn)給機(jī)制。它所擁有的優(yōu)勢(shì),比如體積小、功率大、分辨率高和高頻率響應(yīng),恒溫,不反彈，無粘性。因此它廣泛使用在微量進(jìn)給機(jī)制。如今,摩擦傳動(dòng)機(jī)制逐步被獲得和使用。
2．微量進(jìn)給機(jī)制的結(jié)構(gòu)和工作原理
微量進(jìn)給機(jī)制是由三個(gè)部分組成:摩擦傳動(dòng)裝置、滾珠螺桿及靜態(tài)壓力空氣軸承引導(dǎo)的方式。采用壓電陶瓷微量進(jìn)給機(jī)制阻滯,這些摩擦傳動(dòng)扭曲向上套筒和驅(qū)動(dòng)器
滾珠絲杠,從而帶動(dòng)空氣軸承引導(dǎo)地實(shí)現(xiàn)了微量進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1， 軸承支架，2.活塞，3、活塞缸，4.精壓力空氣軸承導(dǎo)軌，5.滾珠絲杠，6. 壓電陶瓷底座，7.壓電陶瓷底座
圖一：進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
按照?qǐng)D2所示的進(jìn)給系統(tǒng)工作原理是,套筒連接著球摩擦傳動(dòng)螺桿、四個(gè)模塊是放置的兩側(cè)對(duì)稱的軸套。每一塊由相應(yīng)的壓電陶瓷用于驅(qū)動(dòng),這種機(jī)制由于是由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，適用于夾持產(chǎn)生夾力。進(jìn)給機(jī)制的運(yùn)作,壓電陶瓷適用于夾持在同一陣營(yíng)的摩擦傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)都工作在特定塊整齊,從而使摩擦傳動(dòng)套筒連續(xù)的傳動(dòng)。
圖1:(b)進(jìn)給系統(tǒng)圖片
圖2:進(jìn)料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理
3．結(jié)合設(shè)計(jì)的可調(diào)機(jī)制
擰緊調(diào)節(jié)機(jī)制是一個(gè)需要在摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它必須有足夠的 預(yù)緊力。典型的方法是鋼板彈簧預(yù)緊預(yù)緊機(jī)制，螺旋預(yù)緊 機(jī)制，氣壓預(yù)緊機(jī)制等。該擰緊機(jī)制本文設(shè)計(jì)的 靈活的平行四桿機(jī)構(gòu)。這是由壓電陶瓷droved供應(yīng)預(yù)緊力。該 預(yù)緊力可以改變控制的壓電陶瓷輸入電壓。 如圖3所示，利用有限元軟件分析的靜態(tài)特性。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的 壓電陶瓷是在最大500N的，靈活安排四桿機(jī)構(gòu)剛度，有限元分析 軟件，是K =24.15N/μm，以及最大應(yīng)力彈性鉸鏈?zhǔn)? 32.7Mpa。如果沒有靈活失真 四桿機(jī)構(gòu)（即當(dāng)摩擦傳動(dòng)板塊跟硬性），輸出力的壓電 陶瓷將完全轉(zhuǎn)化為預(yù)緊通過靈活的四桿機(jī)構(gòu)的力量。
4．驅(qū)動(dòng)特性分析的機(jī)制
學(xué)習(xí)和掌握輻射源驅(qū)動(dòng)特性的機(jī)制以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以改善整體性能，并提供了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
4.1驅(qū)動(dòng)力矩
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，有一個(gè)初步的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為零件的質(zhì)量存在問題的結(jié)果。為了研究驅(qū)動(dòng)力矩，選擇摩擦傳動(dòng)套筒為主體的影響。根據(jù)該理論認(rèn)為，動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)裝置的能量是一樣的火車前和轉(zhuǎn)換后，各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)化為摩擦套。正因?yàn)槿绱?，我們可以得到轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
圖三:計(jì)劃的靜態(tài)特性分析結(jié)合的機(jī)制
P:導(dǎo)程，m
R：套筒半徑，m
Ms：滾珠螺桿質(zhì)量，kg
Mt：套筒質(zhì)量，kg
通過以上分析,我們得到的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的摩擦的袖子?，F(xiàn)在我們選擇摩擦的袖子一樣對(duì)象來討論這個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩(動(dòng)力),是需要裝置時(shí)開始及其影響因素。下列方程裝置時(shí)開始工作：
J：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg。m2
R：摩擦套筒半徑，m
：套筒摩擦角加速度，rad/s2
M：驅(qū)動(dòng)力矩，n。m
F：驅(qū)動(dòng)力（摩擦片與套筒之間的摩擦力），n
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)適宜的驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)組應(yīng)該被應(yīng)用于摩擦套，以使該套可以有一定的角加速度。該驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)組所產(chǎn)生的壓電輸出力陶瓷。由式2我們可以得到的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的系統(tǒng)，半徑套的摩擦和驅(qū)動(dòng)器對(duì)壓電陶瓷（爆發(fā)摩擦塊之間的摩擦和摩擦套），是影響力機(jī)制啟動(dòng)的因素，所以我們應(yīng)該考慮各因素，以確保機(jī)制正常啟動(dòng)。
4.2驅(qū)動(dòng)剛性
剛性的驅(qū)動(dòng)是其中的重要驅(qū)動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特征之一?，F(xiàn)在我們將分析駕駛進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛度詳細(xì)的證明。不靈活的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的級(jí)聯(lián)連接剛度的飼料的每一個(gè)片段的機(jī)制,這種機(jī)制有計(jì)算公式如下:
K：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)總體硬度
Ky：壓電陶瓷剛度
Kf：接觸剛度之間的接觸摩擦表面的摩擦剛性塊體和壓電陶瓷套筒
Ks：導(dǎo)螺桿軸向剛度
Ks'：從軸向剛度改變導(dǎo)螺桿的扭轉(zhuǎn)剛度
Kn：螺母剛度
Kb：軸向載荷
Kh：軸承座機(jī)軸承架螺母的剛度
Kd：螺母連接塊軸向剛度
這是部分的分析和計(jì)算的剛性。
4.2.1壓電陶瓷剛度
本文用壓電陶瓷微定位是打印的WTYD0808055陶瓷生產(chǎn)的中國(guó)電子科技集團(tuán)公司先研究所。通過它的剛度測(cè)量實(shí)驗(yàn)15.15N /μm,如圖4
4.2.2接觸表面的接觸剛度、摩擦塊之間的套筒
兩個(gè)物體互相接觸將在以前的某些行動(dòng)切向相對(duì)滑移過渡切向外部力量，這被稱為預(yù)位移。力和位移之間的比例關(guān)系，實(shí)際上反映了一個(gè)剛性的特點(diǎn)。相應(yīng)的剛性現(xiàn)在是：
K：常數(shù)
N：正壓力
R：對(duì)摩擦半徑的理想化的球體表面
很明顯的,特殊摩擦方程出發(fā),得到了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、鉀是由實(shí)驗(yàn),r是常量,唯一的影響
動(dòng)人的剛性因素常壓N .很明顯,更大的N、較大的接觸剛度K。
圖4:剛度曲線的壓電陶瓷
4.2.3 軸向剛度的改變,從扭轉(zhuǎn)剛度的導(dǎo)螺桿
傳動(dòng)鏈方面的需要進(jìn)行改造時(shí)統(tǒng)一計(jì)算它的剛性。因此，扭轉(zhuǎn)剛性必須轉(zhuǎn)換成下面的公式軸向剛度：
是螺旋上升的鉛角，（°）;
D是絲桿直徑，mm;
F是絲桿軸向力,N;
M是絲桿輸入時(shí)刻，N·mm;
是在絲桿和螺母之間的摩擦角，（°）;
是對(duì)絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，Nmm/rad;
是絲杠扭轉(zhuǎn)，rad
P是絲桿長(zhǎng)度，mm;
G是絲桿剪切彈性模量，Mpa;
是截面慣性矩，mm
L是兩個(gè)推力軸承的距離，mm
螺母連接的剛性塊軸向可以得到的有限元分析。螺母支架的剛度和軸承塊是非常大的，可以予以辭退。其他部分可以得到剛性通過查找表和計(jì)算?？傊ㄟ^演繹著驅(qū)動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛性方程，我們已經(jīng)找到了影響因素每一次駕駛駕駛部分，它提供了有關(guān)駕駛特性研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步造成剛性。
5.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究
5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)
如圖5所示，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由送料機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器其電源供應(yīng)器及電感測(cè)微儀。
圖5:基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
本文采用一種基于平均控制曲線模型建立開環(huán)控制模型。首先,實(shí)驗(yàn)曲線測(cè)量壓電陶瓷控制電壓之間的關(guān)系和滑動(dòng)運(yùn)輸距離。利用Matlab軟件以適應(yīng)線,以三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合線,線擬合誤差,是一樣的顯示在圖6,由此我們得到相應(yīng)的關(guān)系表達(dá)式的控制電壓和距離和因此控制距離的進(jìn)給機(jī)制。
圖6:適合以三次代數(shù)多項(xiàng)式
控制電壓和距離的關(guān)系式公式7所示
x是輸出的距離,μm;
u控制電壓,V。
5.2實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)分辨率
如圖7,壓電陶瓷具有一定的伸長(zhǎng)。就在這個(gè)時(shí)候,距離工作表微0.15μm。 然后一步拉伸逐漸在此基礎(chǔ)上,保持1.5在每一時(shí)刻。采樣時(shí)間是控寄存器。這分辨率曲線可以獲得實(shí)踐的距離,通過測(cè)量微進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用的電感測(cè)微儀。
圖7:距離分辨率曲線的進(jìn)給機(jī)制
6．結(jié)論
微進(jìn)給機(jī)構(gòu)一步用長(zhǎng)征、高分辨率的設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上從以下結(jié)論分析得出:
1.結(jié)合機(jī)理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了壓電陶瓷靈活的鐵鉸鏈和分析了它靜態(tài)特性,采用有限元分析軟件;
2.分析了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算;分析了駕駛剛度特性的微進(jìn)給機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其影響因素;
3. 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以達(dá)到300mm，分辨率小于0.05μm少。
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題目 礦用U型鋼成型修復(fù)機(jī)整體設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于礦用U型鋼支架滾壓成型修復(fù)機(jī)的設(shè)計(jì)，通過對(duì)比各種滾彎成型原理，最終確定利用側(cè)輥擺動(dòng)式四輥滾彎成型原理，主要對(duì)主副輥及減速器部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
首先對(duì)各種滾彎成型原理進(jìn)行了分析比較，選定類型，然后對(duì)各輥（主要是主副輥）進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。側(cè)輥擺動(dòng)式四輥滾彎成型原理是由主副輥對(duì)滾，為滾彎U型鋼提供動(dòng)力，能夠連續(xù)滾彎，經(jīng)濟(jì)高效。
設(shè)計(jì)中的減速器是三級(jí)展開式圓柱齒輪減速器。齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），校核齒輪、軸、鍵、軸承確保實(shí)際可行。
關(guān)鍵詞：U型鋼 四輥 修復(fù)機(jī) 減速器 齒輪
ABSTRACT
This 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 calculation 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 for 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 40Cr（hardening）.The gears，axes，bearings are checked， so to confirm this design this design is practical.
Key words：U shaped steel Four rolls Repair machine Decelerator Gear
目 錄
緒 論 - 1 -
1.1 概述 - 1 -
1.2 卷板機(jī)的原理 - 2 -
1.2.1 卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式 - 2 -
1.2.2 彎曲成形的加工方式 - 3 -
1.3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) - 4 -
第二章 方案的論證及確定 - 6 -
2.1 方案的論證 - 6 -
2.1.1 方案1 雙輥卷板機(jī) - 6 -
2.1.2 方案2 三輥卷板機(jī) - 7 -
2.1.3 方案3 四棍卷板機(jī) - 8 -
2.2 方案的確定 - 9 -
2.3 本章小結(jié) - 9 -
第三章 側(cè)輥擺動(dòng)方案的確定 - 10 -
3.1 u型鋼滾彎加工的步驟和過程 - 10 -
3.2 主傳動(dòng)方案的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 11 -
3.2.1 主傳動(dòng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo) - 11 -
3.2.2 主傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 - 11 -
3.3 控制系統(tǒng)方案選擇 - 12 -
3.4 液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)原理 - 12 -
3.5 本章小結(jié) - 12 -
第四章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 13 -
4.1 傳動(dòng)方案分析 - 13 -
4.1.1 齒輪傳動(dòng) - 13 -
4.1.2 皮帶傳動(dòng) - 14 -
4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 - 15 -
4.3 本章小結(jié) - 15 -
第五章 動(dòng)力設(shè)計(jì) - 15 -
5.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)液壓馬達(dá)的選擇 - 15 -
5.1.1 主副輥參數(shù)的選擇計(jì)算 - 15 -
5.1.2 液壓馬達(dá)的功率確定 - 16 -
第六章 減速器設(shè)計(jì) - 23 -
6.1 傳動(dòng)方案擬定 - 23 -
6.2 減速器總傳動(dòng)比及其分配 - 23 -
6.2.1 總傳動(dòng)比 - 23 -
6.2.2 傳動(dòng)比的分配 - 24 -
6.3 各軸參數(shù)計(jì)算 - 25 -
6.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 - 25 -
6.3.2 各軸扭矩計(jì)算 - 25 -
6.3.3 各軸功率計(jì)算 - 25 -
6.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 26 -
6.4.1 一級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì) - 26 -
6.4.2 二級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì) - 31 -
6.4.3 三級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì) - 34 -
6.4.4 齒輪設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 - 38 -
6.5 軸的設(shè)計(jì)校核 - 39 -
6.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 39 -
6.6 軸承的選型 - 41 -
6.7 鍵的選型及校核 - 41 -
6.8 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪、軸承的潤(rùn)滑 - 43 -
6.8.1 箱體參數(shù) - 43 -
6.8.2 齒輪、軸承的潤(rùn)滑 - 44 -
第七章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 45 -
7.1 液壓系統(tǒng)工作要求 - 45 -
7.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) - 45 -
7.3 液壓執(zhí)行元件載荷分析 - 45 -
7.3.1 各液壓缸載荷計(jì)算 - 45 -
7.3.2 液壓馬達(dá)參數(shù) - 47 -
7.4 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 - 47 -
7.4.1 初選系統(tǒng)工作壓力 - 47 -
7.4.2 計(jì)算液壓缸的主要機(jī)構(gòu)尺寸 - 47 -
7.4.3 計(jì)算液壓馬達(dá)排量 - 48 -
7.5 計(jì)算液壓執(zhí)行元件的實(shí)際最大工作壓力 - 49 -
7.7制定系統(tǒng)方案及擬定液壓系統(tǒng)圖 - 49 -
7.7.1制定系統(tǒng)方案 - 49 -
7.7.2 系統(tǒng)所需回路分析 - 49 -
7.7.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 - 52 -
7.8 液壓元件的選擇 - 52 -
7.8.1 液壓泵的選擇 - 52 -
7.8.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定 - 53 -
7.8.3 液壓馬達(dá)的選擇 - 54 -
7.8.4 液壓閥的選擇 - 54 -
7.8.5 液壓管道內(nèi)徑計(jì)算 - 55 -
7.8.6 確定油箱有效容積 - 56 -
7.9 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 - 56 -
7.9.1 液壓系統(tǒng)壓力損失： - 56 -
7.9.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 - 58 -
結(jié) 論 - 59 -
參考文獻(xiàn) - 60 -
致 謝 - 61 -
附錄： - 62 -
外文資料與中文翻譯 - 62 -
緒 論
1.1 概述
機(jī)械加工行業(yè)在我國(guó)有著舉足輕重的地位，它是國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈。作為整個(gè)工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分的機(jī)械制造業(yè)，任務(wù)就是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)提供現(xiàn)金的機(jī)械裝備和零件。他的規(guī)模和水平是反映國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，因此非常值得重視和研究。
礦用u型鋼成型修復(fù)機(jī)是將礦用鋼材彎曲成u形的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)三點(diǎn)成員的原理，利用工件相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使鋼材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)訂形狀的工件。
礦用u型鋼成型修復(fù)機(jī)作為一個(gè)特殊的機(jī)器，在礦山機(jī)械加工中占有重要的地位。凡是礦井都必不可使的要用到礦用u型鋼，而礦用u型鋼起支撐作用，又非常容易變形，所以礦用u型鋼成型修復(fù)機(jī)將成為礦山機(jī)械的一顆新星。
礦用u型鋼成型修復(fù)機(jī)成型原理同卷板機(jī)，以下分析原理類比卷板機(jī)做詳細(xì)介紹。
卷板機(jī)在國(guó)外一般以工作輥的配置方式來劃分。國(guó)內(nèi)普遍以工作輥數(shù)量及調(diào)整形式等為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行混合分類，一般分為：
三輥卷板機(jī)：包括對(duì)稱式三輥卷板機(jī)、非對(duì)稱式三輥卷板機(jī)、水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)、傾斜下調(diào)式三輥卷板機(jī)、弧形下調(diào)式三輥卷板機(jī)和垂直下調(diào)式三輥卷板機(jī)等。
四棍卷板機(jī)：分為側(cè)滾傾斜調(diào)整式四棍卷板機(jī)和側(cè)滾圓弧調(diào)整式四棍卷板機(jī)。
特殊用途卷板機(jī)：有立式卷板機(jī)、船用卷板機(jī)、雙輥卷板機(jī)、椎體卷板機(jī)、多滾卷板機(jī)和多用途卷板機(jī)等。
卷板機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)已有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低廉，至今在中小型卷板機(jī)中仍然廣泛應(yīng)用，在低速大扭矩的卷板機(jī)上，因傳動(dòng)系統(tǒng)體積龐大，電動(dòng)機(jī)功率大，啟動(dòng)時(shí)電網(wǎng)波動(dòng)也較大，所以原來越多地采用液壓傳動(dòng)。近年來，有以液壓馬達(dá)作為源控制工作輥移動(dòng)但主驅(qū)動(dòng)仍為機(jī)械傳動(dòng)的機(jī)液混合傳動(dòng)的卷板機(jī)，也有同事采用液壓馬達(dá)作為工作輥旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源的全液壓式卷板機(jī)。
卷板機(jī)的工作能力是指板材在冷態(tài)下，按照規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度是最小卷筒直徑的能力，國(guó)內(nèi)外采用冷卷方法較多。冷卷精度較高，操作工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，但對(duì)板材的質(zhì)量要求較高（如不允許有缺口，裂紋等缺陷），金相組織一致性要好。當(dāng)卷制班后較大或彎曲半徑較小并未超過設(shè)備工作能力時(shí)，在設(shè)備允許的前提下課采用熱卷的方法，有些不允許冷卷的板材，熱卷剛性太差，則采用溫卷的方法。
1.2 卷板機(jī)的原理
1.2.1 卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式
卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式可以分為主運(yùn)動(dòng)和輔運(yùn)動(dòng)兩種形式的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是指構(gòu)成卷板機(jī)的上輥和下輥加工板材的旋轉(zhuǎn)，彎折等運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)完成卷板機(jī)的加工任務(wù)。輔運(yùn)動(dòng)是卷板機(jī)在卷板過程中的裝料，下料及上輥的升降，翹起以及倒頭架的翻轉(zhuǎn)等形式的運(yùn)動(dòng)。
圖1-1 三輥卷板機(jī)工作原理圖
由圖1-1：主運(yùn)動(dòng)指上輥繞O1，下輥分別繞O2，O3做順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。輔運(yùn)動(dòng)指上輥的上升或下降運(yùn)動(dòng)，以及上輥在O1垂直平面的上翹、翻邊運(yùn)動(dòng)等。
該機(jī)構(gòu)形式為三輥對(duì)稱式，上輥在兩下滾中央對(duì)稱位置做垂直升降運(yùn)動(dòng)，通過絲桿絲母蝸桿傳動(dòng)而獲得，兩下滾做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過減速機(jī)的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。
1.2.2 彎曲成形的加工方式
在鋼結(jié)構(gòu)制作中彎制成犁的加工主要是卷板(滾圓)、彎曲(煨彎)、折邊和模具壓制等幾種加工方法。彎制成型的加工工序是由熱加工或冷加工來完成的。
滾圓是在外力的作用下，使鋼板的外層纖維伸長(zhǎng)，內(nèi)層纖維縮短而產(chǎn)生彎曲變形(中層纖維不變)。當(dāng)圓筒半徑較大時(shí)，口J在常溫狀態(tài)下卷圓，如半徑較小和鋼板較厚時(shí)，應(yīng)將鋼板加熱后卷圓。在常溫狀態(tài)下進(jìn)行滾圓鋼板的方法有：機(jī)械滾圓、胎模壓制和手工制作三種加工方法。機(jī)械滾圓是在卷板機(jī)(又叫滾板機(jī)、軋圓機(jī))上進(jìn)行的。
在卷板機(jī)上進(jìn)行板材的彎曲是通過上滾軸向下移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來達(dá)到的。它們滾圓工作原理如圖1-2所示
圖1-2滾圓機(jī)原理圖
圖1-3鋼板預(yù)彎示意圖
1.3 卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
加入WTO后我國(guó)卷板機(jī)工業(yè)正在步入一個(gè)高速發(fā)展的快道，并成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)和提高人民生活質(zhì)量的作用也越來越大。預(yù)計(jì)“十五”期末中國(guó)的卷板機(jī)總需求量為600萬輛，相關(guān)裝備的需求預(yù)計(jì)超過1000億元。到20lO年，中國(guó)的卷板機(jī)生產(chǎn)量和消費(fèi)量可能位居世界第二位，僅次于美國(guó)。而其在裝備工業(yè)上的投入力度將會(huì)大大加強(qiáng)，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈，產(chǎn)品的更換也要求卷板機(jī)裝備工業(yè)不斷在技術(shù)和工藝上取得更大的優(yōu)勢(shì)：
1．從國(guó)家計(jì)委立項(xiàng)的情況看，卷板機(jī)工業(yè)1000萬以上投入的項(xiàng)目達(dá)近百項(xiàng)；
2．卷板機(jī)工業(yè)已建項(xiàng)目的二期改造也將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的用戶群；
3．由于卷板機(jī)的高利潤(rùn)，促使各地政府都紛紛投資(國(guó)家投資、外資和民間資本)卷板機(jī)制造。
其次，跨國(guó)公司都開始將最新的車型投放到中國(guó)市場(chǎng)，并計(jì)劃在中國(guó)加大投資力度，擴(kuò)大產(chǎn)能，以爭(zhēng)取中國(guó)更大的市場(chǎng)份額。民營(yíng)企業(yè)的崛起以及機(jī)制的敏銳使其成為卷板機(jī)工業(yè)的新寵，民營(yíng)企業(yè)已開始成為卷板機(jī)裝備市場(chǎng)一個(gè)新的亮點(diǎn)。
卷板機(jī)制造業(yè)作為機(jī)床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場(chǎng)，其中進(jìn)口設(shè)備70％用于卷板機(jī)．同時(shí)也帶動(dòng)了焊接、涂裝、檢測(cè)、材料應(yīng)用等各個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。卷板機(jī)制造業(yè)的技術(shù)革命，將引起裝備市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)變化：數(shù)控技術(shù)推動(dòng)了卷板機(jī)制造企業(yè)的歷史性的革命，數(shù)控機(jī)床有著高精度、高效率、高可靠性的特點(diǎn)，引進(jìn)數(shù)控設(shè)備在增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了很好的作用，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。因此，至20lO年，卷板機(jī)工業(yè)對(duì)制造裝備的需求與現(xiàn)在比將增長(zhǎng)12％左右，據(jù)預(yù)測(cè)，卷板機(jī)制造業(yè)：對(duì)數(shù)控機(jī)床需求將增長(zhǎng)26％；對(duì)壓鑄設(shè)備的需求將增長(zhǎng)16％；對(duì)纖維復(fù)合材料壓制設(shè)備的需求增長(zhǎng)1 5％；對(duì)工作壓力較高的擠或沖壓設(shè)備需求增長(zhǎng)12％；對(duì)液壓成形設(shè)備需求增長(zhǎng)8％；對(duì)模具的需求增長(zhǎng)36％；對(duì)加工中心需求增長(zhǎng)6％；對(duì)硬車削和硬銑削機(jī)床的需求增長(zhǎng)18％；對(duì)切割機(jī)床的需求增長(zhǎng)30％；對(duì)精密加工設(shè)備的需求增長(zhǎng)34％；對(duì)特利一及專用加工設(shè)備需求增長(zhǎng)23％；對(duì)機(jī)器人和制造自動(dòng)化裝置的需求增長(zhǎng)13％；對(duì)焊接系統(tǒng)設(shè)備增長(zhǎng)36％；對(duì)涂裝設(shè)備的需求增長(zhǎng)8％，對(duì)質(zhì)檢驗(yàn)與測(cè)試設(shè)備的需求增長(zhǎng)1 6％。
在今后的工業(yè)生產(chǎn)中，卷板機(jī)會(huì)一直得到很好的利用。它能節(jié)約大量的人力物力用以彎曲鋼板?？梢哉f是不可缺少的高效機(jī)械。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展將對(duì)這個(gè)機(jī)械品種提出越來越高的要求，將促使這個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)的迅速發(fā)展。
第二章 方案的論證及確定
2.1 方案的論證
一般情況下， 一臺(tái)卷板機(jī)所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時(shí)的最小卷桶直徑的能力，熱卷可達(dá)冷卷能力的一倍。但近年來，冷卷的能力正日益提高。
結(jié)合上章卷板機(jī)的類型，擬訂了以下幾種方案，并進(jìn)行了分析論證。
2.1.1 方案1 雙輥卷板機(jī)
雙輥卷板機(jī)的原理如圖2-1所示：
圖2-1 雙輥卷板機(jī)工作原理圖
上輥是鋼制的剛性輥，下輥是一個(gè)包有彈性的輥，可以作垂直調(diào)整。當(dāng)下輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，上輥及送進(jìn)板料在壓力作用下，壓人下輥的彈性層中，使下輥發(fā)生彈性變形。但因彈性體的體積不變，壓力便向四面?zhèn)鬟f，產(chǎn)生強(qiáng)度很高，但分布均勻的連續(xù)作用的反壓力，迫使板料與剛性輥連續(xù)貼緊，目的是使它隨著旋轉(zhuǎn)而滾成桶形。上輥壓人下輥的深度，既彈性層的變形暈，是決定所形成彎曲半徑的主要工藝參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，壓下量越大，板料彎曲半徑越??；但當(dāng)壓人量達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，彎曲半徑趨于穩(wěn)定，與壓下量幾乎無關(guān)，這是雙輥卷板機(jī)工藝的一個(gè)重要特征。
雙輥卷板機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：1．板料不需要預(yù)彎成形，因此生產(chǎn)率高；2．可以彎曲多種材料，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．。缺點(diǎn)：1．對(duì)于不同彎度的制品，需要跟換相適應(yīng)的上棍，因而不適用多品種，小批量生產(chǎn)。 2．可彎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 三輥卷板機(jī)
三輥卷板機(jī)是目前最普遍的一種卷板機(jī)。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形．圓錐形或弧形工作。
對(duì)稱三輥卷板機(jī)特點(diǎn)
1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量輕、易于制造、維修、投資小、兩側(cè)輥可以做的很近。形成較準(zhǔn)確，但剩余直邊大。一般對(duì)稱三輥卷板機(jī)減小剩余直邊比較麻煩。
2.不對(duì)稱三輥卷板機(jī)特點(diǎn)
剩余邊小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但坯料需要調(diào)頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，彎卷能力較小。所謂理論剩余直邊，就是指平板開始彎曲時(shí)最小力臂。其大小與設(shè)備及彎曲形式有關(guān)。如圖2-2所示
圖2-2 三輥卷板機(jī)工作原理圖
對(duì)稱式三輥卷板機(jī)剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒問滑落，實(shí)際剩余直邊常比理論值大。一般對(duì)稱彎曲時(shí)為板厚6～20倍。由于剩余直邊在校圓時(shí)難以完全消除，所以一般應(yīng)對(duì)板料進(jìn)行預(yù)彎，使剩余直邊接近理論值。
不對(duì)稱三輥卷板機(jī)，剩余直邊小于兩下輥中心的，一半，如圖2．2所示，它主要卷制薄筒(一般在32×3000以下)。
2.1.3 方案3 四棍卷板機(jī)
其原理如圖2-3
圖2-3 四棍卷板機(jī)
它有四個(gè)輥，上輥是主動(dòng)輥，下輥可上下移動(dòng)，用來夾緊鋼板，兩個(gè)側(cè)輥可沿斜線升降，在四輥卷板機(jī)上可進(jìn)行板料的預(yù)彎工作，它靠下輥的上升，將鋼板端頭壓緊在上、下輥之間。再利用側(cè)輥的移動(dòng)使鋼板端部發(fā)生彎曲變形，達(dá)到所需要。
它的特點(diǎn)是：板料對(duì)中方便，工藝通用性廣，可以校正扭斜，錯(cuò)邊缺陷，可以既位裝配點(diǎn)焊。但滾筒多。質(zhì)量體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。上下輥夾持力使工件受氧化皮壓傷嚴(yán)重。兩側(cè)輥相距較遠(yuǎn)，對(duì)稱卷圓曲率不太準(zhǔn)確，操作技術(shù)不易掌握，容易造成超負(fù)荷等誤操作。
2.2 方案的確定
通過上節(jié)方案的分析，根據(jù)各種類型卷板機(jī)的特點(diǎn)，再根據(jù)三輥卷板機(jī)的不同類型所具有的特點(diǎn)，最后形成我的設(shè)計(jì)方案，四棍卷板機(jī)。
雙輥卷板機(jī)不需要預(yù)彎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。三輥卷板機(jī)不能預(yù)彎導(dǎo)致u型鋼末端長(zhǎng)度大于80mm，不符合礦用u型鋼標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 本章小結(jié)
通過幾種運(yùn)動(dòng)方案的分析，雙輥卷板機(jī)雖然不需要預(yù)彎，但只適合小批量生產(chǎn)，而且彎曲板厚受限制。對(duì)稱三輥卷板雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，但不能達(dá)到加工要求。四棍卷板機(jī)可以滿足加工要求。經(jīng)過相比較下最終決定采用四輥卷板機(jī)。
第三章 側(cè)輥擺動(dòng)方案的確定
采用側(cè)輥擺動(dòng)式滾彎原理加工u型鋼拱形支架，在一次滾彎過程中完成u型鋼滾彎的全過程。結(jié)合側(cè)輥擺動(dòng)式4輥滾彎原理應(yīng)用的特點(diǎn)，在原理實(shí)現(xiàn)上。為便于實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和易于控制，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用主副輥與側(cè)輥分開操作相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)主副輥的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)主要完成與主副輥運(yùn)動(dòng)相匹配的側(cè)輥位置的調(diào)節(jié)，因?yàn)楦鶕?jù)以上研究，側(cè)輥擺動(dòng)幅度不大，便于實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)制。本章重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面的問題：確定u型鋼滾彎加工的步驟和過程，根據(jù)成型過程確定各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。確定主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案．確定控制系統(tǒng)方案。根據(jù)主傳動(dòng)和控制系統(tǒng)傳動(dòng)特點(diǎn)，確定液壓傳動(dòng)方案。
3.1 u型鋼滾彎加工的步驟和過程
要實(shí)現(xiàn)u型鋼支架的連續(xù)彎曲成型，在一次滾壓過程中三次使用三輥滾彎原理，其中采用兩次不對(duì)稱式三輥滾彎和一次對(duì)稱式三輥滾彎，兩次不對(duì)稱式三輥滾彎消除兩端直線段．中間采用對(duì)稱式三輥滾彎。其成型過程需分三步完成： 第一步，進(jìn)料及彎曲第一段u型鋼從左側(cè)進(jìn)入滾壓成型機(jī)后，由主副輥帶動(dòng)入料進(jìn)行滾壓，此時(shí)為非對(duì)稱的三輥滾彎，其目的是完成所需曲率半徑以及前端直頭的過渡(一般成型后u形鋼支架梁兩端直線長(zhǎng)度≤80mm)。這時(shí)參與工作的輥輪為主副輥及左側(cè)輥，u型鋼支架曲率半徑的大小決定了左側(cè)輥的位置。第二步，擺動(dòng)成型過程(即第二段彎曲)當(dāng)?shù)谝欢螐澢尚秃?，支架頭部接觸右側(cè)輥并使其轉(zhuǎn)動(dòng)后，擺動(dòng)梁開始慢慢擺動(dòng)，此時(shí)由非對(duì)稱的三輥滾彎逐步向?qū)ΨQ的三輥滾彎過渡．完成第二段圓弧的彎曲過程，這段過程消耗功率小，參與工作的輥輪為主、副及左、右側(cè)輥．左、右側(cè)輥的位置決定了u型鋼支架曲率半徑大小。第三步，出料及第三段彎曲當(dāng)擺動(dòng)粱擺動(dòng)到右側(cè)規(guī)定位置后，左側(cè)輥退出工作，而右側(cè)輥位置需要前進(jìn)，補(bǔ)足由于u型鋼彎曲后的進(jìn)給量，保證第三段圓弧形成，此時(shí)為非對(duì)稱三輥滾彎，其目的是完成所需曲率半徑以及后端直頭的過渡，這時(shí)參與工作的輥輪為主副輥及右側(cè)輥，需根據(jù)u型鋼支架曲率半徑大小調(diào)整右側(cè)輥的位置。
側(cè)輥擺動(dòng)式4輥滾彎原理．把u型鋼兩端頭直線段彎曲在一次連續(xù)輥彎過程中實(shí)現(xiàn)．主副輥回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使?jié)L彎的速度可調(diào)節(jié)，側(cè)輥的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)方式直接影響成型過程。因此，需要根據(jù)成型曲率大小確定側(cè)輥的具體運(yùn)動(dòng)形式。
3.2 主傳動(dòng)方案的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
主傳動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)主副輥回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主副輥回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)滾彎速度的調(diào)節(jié)，即主副輥的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。同時(shí)在滾彎過程中主副輥扭矩使u型鋼產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)主傳動(dòng)所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，確定主傳動(dòng)方案以及主要部件的設(shè)計(jì)。
3.2.1 主傳動(dòng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)
要使研制的u型鋼支架滾壓成型機(jī)，在性能參數(shù)、成本價(jià)格、體積重量方面在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，其主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)確定為：
(1)生產(chǎn)能力：60噸／班左右：
(2)進(jìn)給速度：0-10m／min；
(3)型鋼規(guī)格：18U、25U、29U、36U：
(4)最大彎曲性能：
最大截面模量: 132.1；
材料強(qiáng)度極限:850；
材料強(qiáng)度極:650；
最小曲率半徑:1000mm。
3.2.2 主傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案
實(shí)際生產(chǎn)需要滿足彎曲速度10m／min，即線速度Vmax=10 m／min，根據(jù)主副輥輪的半徑可以確定角速度，通過對(duì)滾壓不同規(guī)格U型鋼的受力分析I，主輥?zhàn)畲筠D(zhuǎn)矩為3270。
經(jīng)過計(jì)算，主傳動(dòng)系統(tǒng)所需最大功率為45KW．因?yàn)闈L彎過程中要求滿足無級(jí)變速，故主傳動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械液壓傳動(dòng)．電液控制，操縱控制方便，價(jià)格適中。
在傳動(dòng)系統(tǒng)中有三個(gè)設(shè)計(jì)方案可供選擇：機(jī)械傳動(dòng)方案、低速馬達(dá)液壓傳動(dòng)方案、中速馬達(dá)液壓傳動(dòng)方案。由于要實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并達(dá)到滾壓速度10m／rain，根據(jù)計(jì)算，采用1000r/nm電機(jī)，則減速箱傳動(dòng)比要為：200。要實(shí)現(xiàn)．45KW功率，傳動(dòng)比為200的減速箱體積很大，成本高，且不易變速。機(jī)械傳動(dòng)不適合。由于低速馬達(dá)價(jià)格高，供貨也有問題，最后決定采用中速馬達(dá)液壓和機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方案，通過中速液壓馬達(dá)，再經(jīng)過齒輪減速箱，傳動(dòng)比降低為40，選用液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍為3—320r／min，其額定的有效轉(zhuǎn)矩可達(dá)到．4000N．m．體積減小，既實(shí)現(xiàn)了無絨調(diào)速又降低了制造成本。
3.3 控制系統(tǒng)方案選擇
由主副輥運(yùn)動(dòng)組成的主傳動(dòng)系統(tǒng)通過液壓與機(jī)械結(jié)合實(shí)現(xiàn)．在主傳動(dòng)系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)的同時(shí)，控制系統(tǒng)用油缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)用液壓控制實(shí)現(xiàn)側(cè)輥的進(jìn)給和擺動(dòng)。
主、副輥的轉(zhuǎn)速通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，同時(shí)，與主傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)速度也采用液壓無級(jí)變速，以實(shí)現(xiàn)輥彎速度的匹配。調(diào)節(jié)側(cè)輥位置的目的兩個(gè)方面：一是調(diào)節(jié)與主輥的距離，二是實(shí)現(xiàn)繞主輥的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給輥即側(cè)輥進(jìn)給采用左、右側(cè)缸推進(jìn)的方式．側(cè)輥的擺動(dòng)采用油缸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)。
3.4 液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)原理
從u型鋼滾弩工藝看，液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)滾彎過程重要的一環(huán)，應(yīng)根據(jù)主機(jī)用途、操作過程、工作特點(diǎn)及性能指標(biāo)，明確液壓系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)形式-執(zhí)行元件的載荷特性、形成和速度的要求。根據(jù)上述要求制定液壓系統(tǒng)如圖3．1：
液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)主副輥的正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的速度可以調(diào)節(jié)滾彎速度。油缸l和油缸2可以調(diào)節(jié)左右側(cè)輥的進(jìn)培速度和進(jìn)給量，油缸3可以調(diào)節(jié)左右側(cè)輥的擺動(dòng)角度及速度。
3.5 本章小結(jié)
通過對(duì)側(cè)輥擺動(dòng)滾彎成型過程的研究，在機(jī)構(gòu)上采用主副輥運(yùn)動(dòng)與側(cè)輥運(yùn)動(dòng)分開的傳動(dòng)方案，利用液壓馬達(dá)、油缸作為執(zhí)行元件，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加合理，易于實(shí)現(xiàn)大扭矩和無級(jí)調(diào)速的要求。
第四章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.1 傳動(dòng)方案分析
卷板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的兩種方案：1.齒輪傳動(dòng)；2.皮帶傳動(dòng)。
4.1.1 齒輪傳動(dòng)
液壓馬達(dá)傳出的扭矩通過一個(gè)有保護(hù)作用的聯(lián)軸器，傳入一個(gè)有分配傳動(dòng)比的減速器，然后通過錐齒輪改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，帶動(dòng)兩輥轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4-2所示。
圖4-2 齒輪室傳動(dòng)系統(tǒng)
這種傳動(dòng)凡是的特點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等。
4.1.2 皮帶傳動(dòng)
由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距通過皮帶傳人減速器直接傳人主動(dòng)軸。如圖4-3所示：
圖4-3 皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)圖
這種傳動(dòng)方式具有傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音下的特點(diǎn)，同時(shí)以起過載保護(hù)的作用，這種傳動(dòng)方式主要應(yīng)用于具有一個(gè)主動(dòng)輥的卷板機(jī)。
4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定
鑒于上節(jié)的分析，考慮到所設(shè)計(jì)的是三輥卷板機(jī)，具有兩個(gè)主動(dòng)輥，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)準(zhǔn)確，所以選用齒輪傳動(dòng)。
4.3 本章小結(jié)
收集資料對(duì)各種運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行分析，在結(jié)合三輥卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和工作的可靠性，最后主傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)，副傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。
第五章 動(dòng)力設(shè)計(jì)
5.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)液壓馬達(dá)的選擇
5.1.1 主副輥參數(shù)的選擇計(jì)算
1、已知設(shè)計(jì)參數(shù)
加工材料：20MnK 屈服強(qiáng)度： 抗拉強(qiáng)度：
輥材：
板厚：S=17mm
輥與板料間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)：f=0.8
軸承處滑動(dòng)摩擦系數(shù)：
板料相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)：
板料彈性模量：E=200GPa
滾彎速度：
2、確定卷板機(jī)基本參數(shù)
兩測(cè)滾中心距：nt=（1240）sn=980mm
主輥直徑：
副輥直徑：
測(cè)滾直徑：
主輥軸直徑：
副輥軸直徑：
測(cè)滾軸直徑：
5.1.2 液壓馬達(dá)的功率確定
前面已經(jīng)提到側(cè)輥擺動(dòng)式四輥滾彎分為三個(gè)階段，這其中的受力分析可以分為兩種情況：
1、軸輥按對(duì)稱的方式排列
中間滾彎過程，側(cè)輥呈對(duì)稱排列，如圖4-1.
圖4-1 兩測(cè)輥對(duì)稱時(shí)滾彎受力分析
其中
式中：
K0是相對(duì)強(qiáng)化模數(shù)，K0=11.6
K1是形狀系數(shù)，K1=1.2
w是截面模數(shù)，w=138.45cm3=138450mm3
是屈服強(qiáng)度，=350MPa=350
R0是U型鋼半徑，R0=2800mm
E是彈性模量，E=200GPa=2.0x1011Pa
m是相對(duì)彎曲力矩，
2、 側(cè)輥以不對(duì)稱的方式排列
在滾彎兩端時(shí)，側(cè)輥呈不對(duì)稱分布。
作用在輥上的力分析，圖4-2
圖4-2 測(cè)輥不對(duì)稱時(shí)的受力分析圖
其中
式中：
K0是相對(duì)強(qiáng)化模數(shù)，K0=11.6
K1是形狀系數(shù)，K1=1.2
w是截面模數(shù)，w=138.45cm3=138450mm3
是屈服強(qiáng)度，=350MPa=350
R0是U型鋼半徑，R0=2800mm
E是彈性模量，E=200GPa=2.0x1011Pa
m是相對(duì)彎曲力矩，
是擺動(dòng)梁的最大擺角，=100
計(jì)算：
將數(shù)據(jù)代入
得：
將數(shù)據(jù)代入
得：
由可知
代入數(shù)據(jù)得：
a=88.0396261mm
將a=88.0396261mm代入
得：
將 代入
：
將數(shù)據(jù)代入
得：
將 代入
得：
N
將和
代入
得：
驅(qū)動(dòng)的扭矩和功率計(jì)算：
每一個(gè)扭矩的組成部分可以用下列方程式表示：
彎曲U型鋼時(shí)消耗在變形上的扭矩為：
消耗在克服摩擦上的扭矩為：
驅(qū)動(dòng)力的功率為：
計(jì)算：
將以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入
得：
將所得數(shù)據(jù)代入
得：
將 和
代入
得：
第六章 減速器設(shè)計(jì)
6.1 傳動(dòng)方案擬定
合理的傳動(dòng)方案應(yīng)首先滿足機(jī)器的功能要求，如所傳遞功率的大小，轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式。此外還應(yīng)滿足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、工藝性好、使用維護(hù)方便等要求。
圖5-1 減速器傳動(dòng)方案結(jié)構(gòu)圖
6.2 減速器總傳動(dòng)比及其分配
6.2.1 總傳動(dòng)比
一般傳動(dòng)比應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速確定，但是本設(shè)計(jì)的動(dòng)力源是液壓馬達(dá)BJM5-2000，沒有額定的轉(zhuǎn)速，不宜確定，故這里根據(jù)轉(zhuǎn)矩確定傳動(dòng)比。
主輥上對(duì)應(yīng)U型鋼中間層處的直徑D1中=D1+2H1=648mm
副輥上對(duì)應(yīng)U型鋼中間層處的直徑D2中=D2+2H1=608mm
其中：
D1是主輥直徑，D1=510mm；
D2是副輥直徑，D2=470mm；
H1是36U型鋼的高度，H1=138mm
根據(jù)之前計(jì)算三軸、四軸總的扭矩T=49708.47055N.m，可將其分配到三軸、四軸兩部分：
=24062.69912N.m
由于主輥的動(dòng)力來源于副輥軸即三軸，所以：
液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩是T0=6260N.m
所以減速器的傳動(dòng)比：
其中：
是聯(lián)軸器效率，
是軸的輸入效率，
是軸承的效率，=0.98
6.2.2 傳動(dòng)比的分配
合理分配各級(jí)傳動(dòng)比是傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。傳動(dòng)比分配時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：
（1）各級(jí)傳動(dòng)比都應(yīng)該在合理范圍內(nèi)，并使結(jié)構(gòu)緊湊。
（2）應(yīng)注意使各級(jí)傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免各零件發(fā)生干涉及安裝不便。
（3）對(duì)于二級(jí)齒輪減速器，通常使各級(jí)大齒輪直徑相近。
這里取一級(jí)傳動(dòng)比i1=3；
二級(jí)傳動(dòng)比
副輥到主輥的傳動(dòng)比i3==1.066
6.3 各軸參數(shù)計(jì)算
6.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
前面已經(jīng)提到液壓馬達(dá)沒有額定轉(zhuǎn)速，只是有個(gè)轉(zhuǎn)速范圍（1250r/min），所以這里從終端往前推導(dǎo)：
四軸轉(zhuǎn)速：
三軸轉(zhuǎn)速：
二軸轉(zhuǎn)速：
一軸轉(zhuǎn)速：
液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速：
6.3.2 各軸扭矩計(jì)算
液壓馬達(dá)軸扭矩：=6260N.m
一軸扭矩：= 6323.232323N.m
二軸扭矩：
三軸扭矩：
四軸扭矩：
6.3.3 各軸功率計(jì)算
液壓馬達(dá)功率：
一軸功率：
二軸功率：
三軸功率：
四軸功率：
現(xiàn)將上述結(jié)果匯總于表5-1：
軸名
功率P（kw）
轉(zhuǎn)矩T（N.m）
轉(zhuǎn)速n（r/min）
傳動(dòng)比i
效率
液壓馬達(dá)軸
17.73041554
6260
27.04879686
1
0.99
一軸
17.55311138
6197.4
27.04879686
0.9506
3
二軸
16.68598768
17673.74532
9.016265621
0.9506
2.87
三軸
15.86169989
48223.11875
3.141216036
0.9506
1.066
四軸
7.426212089
24062.69912
2.947313811
0.9506
表5-1 各軸運(yùn)動(dòng)和力參數(shù)
6.4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
6.4.1 一級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì)
1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)
（1）按選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（2）礦用U型鋼成型修復(fù)機(jī)屬于一般工作機(jī)，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。
（3）材料選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為30CrMnSi
（調(diào)質(zhì)），硬度為320HBS，大齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，二者材料硬度差為50HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)Z1=23，則大齒輪齒數(shù)Z2=3x23=69。
2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由下面設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)。
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7選取齒寬系數(shù)。
4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6）使用壽命按10000h計(jì)算，
小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=n1x60x10000=16229278.12
大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=n2x60x10000=5409759.373
7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2）計(jì)算圓周速度v。
3）計(jì)算齒寬b。
4）計(jì)算齒寬與齒高的比值。
模數(shù)
齒高 h=2.25mt=27.5451275mm
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.32942982m/s，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)；
直齒輪，；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查得使用系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，。
由，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得；故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-10a得
7）計(jì)算模數(shù)m。
3、齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-5得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式中各計(jì)算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-10取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
4）計(jì)算載荷系數(shù)。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得
7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值較大。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=8mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
4、幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取，
6.4.2 二級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì)
1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)
（1）按選定的傳動(dòng)方案，選用直齒錐齒輪傳動(dòng)。已知：傳動(dòng)功率P=16.68598768kw，轉(zhuǎn)速n1=9.016265621r/min、n2=3.141216036r/min。
（2）礦用U型鋼成型修復(fù)機(jī)屬于一般工作機(jī)，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。
（3）材料選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為30CrMnSi
（調(diào)質(zhì)），硬度為320HBS，大齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，二者材料硬度差為50HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)Z1=23，則大齒輪齒數(shù)Z2=2.87031058x23=66。，
2、確定許用應(yīng)力
（1）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d按齒面硬度查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
（2）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
3、工作轉(zhuǎn)矩
4、根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度，計(jì)算小齒輪分度圓直徑
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）初步計(jì)算時(shí)，?。?，一般
2）試選載荷系數(shù)，
3）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
（2）代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算
取
5、按齒根彎曲強(qiáng)度，計(jì)算小齒輪模數(shù)m
由 ， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得
計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值較大。
計(jì)算
（不必取整數(shù)）
由 （一般取b/R=1/3）
求出模數(shù)m=10
6、幾何尺寸計(jì)算
修正小齒輪的齒數(shù)：
大齒輪齒數(shù) ，取為
6.4.3 三級(jí)變速齒輪設(shè)計(jì)
1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)
（1）按選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（2）礦用U型鋼成型修復(fù)機(jī)屬于一般工作機(jī)，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。
（3）材料選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1大、小齒輪材料均選為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)Z1=43，則大齒輪齒數(shù)Z2=1.065789474x43=45.828。
2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由下面設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)。
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7選取齒寬系數(shù)。
4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6）使用壽命按10000h計(jì)算，
小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=n1x60x10000=188472.9621
大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=n2x60x10000=176838.8287
7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
（2）計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2）計(jì)算圓周速度v。
3）計(jì)算齒寬b。
4）計(jì)算齒寬與齒高的比值。
模數(shù)
齒高 h=2.25mt=21.3235772mm
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=m/s，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)；
直齒輪，；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查得使用系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，。
由，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得；故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-10a得
7）計(jì)算模數(shù)m。
3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-5得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式中各計(jì)算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-10取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
4）計(jì)算載荷系數(shù)。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得
7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值較大。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=8mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
由于三軸、四軸分別和副輥、主輥相連，而主副輥的中心距為624mm，所以這里取小齒輪齒數(shù)為
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)的兩齒輪中心距是620mm，和主副輥的中心距很接近，基本可以滿足要求。
4、幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取，
6.4.4 齒輪設(shè)計(jì)結(jié)果匯總
齒輪1
齒輪2
齒輪3
齒輪4
齒輪5
齒輪6
模數(shù)m
8
8
10
10
10
10
齒數(shù)Z
23
69
25
72
60
64
分度圓直徑（mm）
184
552
250
720
600
640
齒寬（mm）
165
155
220
210
270
260
6.5 軸的設(shè)計(jì)校核
6.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
各軸的材料為40Cr，A0=104.5mm。
軸1：P1=17.55311138kw n1=27.04849686r/min
取d1=100mm，故軸1可設(shè)計(jì)為齒輪軸。
軸1的結(jié)構(gòu)如圖6-2
圖6-2 軸1結(jié)構(gòu)圖
軸2：P2=16.68598768kw n2=9.016265621r/min
取d2=130mm，故軸2可設(shè)計(jì)為齒輪軸。
軸2的結(jié)構(gòu)如圖6-3
圖6-3 軸2
軸3：P3=15.86169989kw n3=3.141216036r/min
取d3=200mm，軸3可設(shè)計(jì)為如下圖結(jié)構(gòu)：
圖6-4 軸3
軸4：P4=7.426212089kw n4=2.947313811r/min
取d4=200mm。
6.6 軸承的選型
一軸安裝軸承處的軸徑為100mm，查《機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)踐》，選用深溝球軸承6220型，內(nèi)徑d=100mm，外徑D=180mm，厚度B=34mm，基本額定載荷122KN。
二軸安裝軸承處軸徑為140mm，查《機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)踐》，選用30228型單列圓錐滾子軸承，內(nèi)徑d=140mm，外徑D=250mm，厚度B=42mm，額定載荷
6.7 鍵的選型及校核
各鍵的選型及校核。
一軸為齒輪軸，無需鍵連接。
二軸也是齒輪軸，但有一齒輪配合，配合處軸徑為d=150mm， 傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =17673745.32N·mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)2008軟件版》選?。?
傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =17673745.32 N·mm
軸的直徑 d =150 mm
鍵的類型 sType =A型
鍵的截面尺寸 b×h =40x22 mm
鍵的長(zhǎng)度 L =180 mm
鍵的有效長(zhǎng)度 L0 =140.000 mm
接觸高度 k =8.800 mm
鍵的個(gè)數(shù) N = 雙鍵
最弱的材料 Met =鋼
載荷類型 PType =靜載荷
許用應(yīng)力 [σp] =135 MPa
計(jì)算應(yīng)力 σp =127.516 MPa
校核計(jì)算結(jié)果： σ≤[σ] 滿足
三軸有兩處齒輪配合，在齒輪4處軸徑為250mm
傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =48233118.75 N·mm
軸的直徑 d =250 mm
鍵的類型 sType =A型
鍵的截面尺寸 b×h =56x32 mm
鍵的長(zhǎng)度 L =200 mm
鍵的有效長(zhǎng)度 L0 =144.000 mm
接觸高度 k =12.800 mm
鍵的個(gè)數(shù) N = 雙鍵
最弱的材料 Met =鋼
載荷類型 PType =靜載荷
許用應(yīng)力 [σp] =135 MPa
計(jì)算應(yīng)力 σp =129.563 MPa
校核計(jì)算結(jié)果：σ≤[σ] 滿足
三軸齒輪5處軸徑為210mm
傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =22577347.32 N·mm
軸的直徑 d =210 mm
鍵的類型 sType =A型
鍵的截面尺寸 b×h =50x28 mm
鍵的長(zhǎng)度 L =280 mm
鍵的有效長(zhǎng)度 L0 =230.000 mm
接觸高度 k =11.200 mm
最弱的材料 Met =鋼
載荷類型 PType =靜載荷
許用應(yīng)力 [σp] =135 MPa
計(jì)算應(yīng)力 σp =83.471 MPa
校核計(jì)算結(jié)果： σ≤[σ] 滿足
四軸齒輪6處選用和齒輪5處一樣的鍵，經(jīng)校核滿足要求。
6.8 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪、軸承的潤(rùn)滑
6.8.1 箱體參數(shù)
名稱
符號(hào)
尺寸值（mm）
箱座壁厚
18
箱蓋壁厚
18
箱座凸緣厚度
b
30
箱蓋凸緣厚度
30
箱座底凸緣厚度
45
地腳螺釘直徑
25
地腳螺釘數(shù)目
n
8
軸承旁連接螺栓直徑
22
箱蓋與箱座連接螺栓直徑
18
連接螺栓的間距
l
200
軸承端蓋螺釘直徑
12
窺視孔蓋螺釘直徑
8
定位銷直徑
d
12
至外箱壁距離
35
至凸緣邊緣距離
30
軸承旁凸臺(tái)半徑
30
凸臺(tái)高度
h
30
外箱壁至軸承底座端面距離
70
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
25
齒輪端面與內(nèi)箱壁離
20
箱蓋、箱座肋板厚
15、12
軸承端蓋外徑
240、310
軸承端蓋凸緣厚度
t
12
軸承旁連接螺栓距離
s
6.8.2 齒輪、軸承的潤(rùn)滑
1、齒輪潤(rùn)滑：因?yàn)辇X輪轉(zhuǎn)速小于12m/s，故可以采用浸油潤(rùn)滑。
2、軸承潤(rùn)滑：軸承轉(zhuǎn)速都小于27r/min，故可以采用脂潤(rùn)滑。
第七章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.1 液壓系統(tǒng)工作要求
由主副輥運(yùn)動(dòng)組成的主傳動(dòng)系統(tǒng)通過液壓與機(jī)械結(jié)合實(shí)現(xiàn)，在主傳動(dòng)系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)的同時(shí)，控制系統(tǒng)用油缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)用液壓缸控制實(shí)現(xiàn)側(cè)輥的進(jìn)給和擺動(dòng)。
主副輥的轉(zhuǎn)速通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，同時(shí)，與主傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)也采用液壓無級(jí)變速，以實(shí)現(xiàn)與滾彎速度的匹配。調(diào)節(jié)側(cè)輥位置的目的有兩個(gè)方面：一是調(diào)節(jié)與主輥的距離，二是實(shí)現(xiàn)繞主輥的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給輥即側(cè)輥進(jìn)給采用左、右側(cè)缸推進(jìn)的方式，側(cè)輥的擺動(dòng)采用擺動(dòng)油缸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)。
（1） 為控制方便及系統(tǒng)簡(jiǎn)化，主傳動(dòng)系統(tǒng)液壓部分與控制系統(tǒng)的液壓部分由各自泵驅(qū)動(dòng)，而回油路會(huì)合。
（2） 左右側(cè)輥進(jìn)給缸進(jìn)給平穩(wěn)，側(cè)輥與U型鋼接觸時(shí)不應(yīng)有沖擊；
（3） 擺動(dòng)梁緩慢擺動(dòng)，要與主運(yùn)動(dòng)配合；
（4） 為使輥輪能夠反向送料，液壓馬達(dá)應(yīng)能正反轉(zhuǎn)；
7.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)
滾壓兩端時(shí)作用在側(cè)輥上的力：=163692.6N；
驅(qū)動(dòng)扭矩：T=49708.47N?m；
最大滾壓速度：ν=0.1m/s；
擺動(dòng)梁擺動(dòng)速度：0.005m/s；
側(cè)輥進(jìn)給缸快速進(jìn)給速度：0.08m/s；
7.3 液壓執(zhí)行元件載荷分析
7.3.1 各液壓缸載荷計(jì)算
（1） 已分析知滾彎兩端時(shí)左右側(cè)輥所受U型鋼施加的力最大，由于作用側(cè)輥結(jié)構(gòu)上處于對(duì)稱位置，受力相同，所以現(xiàn)只考慮左側(cè)缸。
根據(jù)機(jī)構(gòu)工作情況左側(cè)缸受力如圖7-1所示：
圖7-1 左側(cè)缸受力示意圖
作用在活塞上總載荷：
F=
其中 ——作用在活塞桿上的外載荷；
——活塞與缸壁及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力；
① 的計(jì)算：
=+
其中 ——滾壓兩端時(shí)作用在側(cè)輥上的力：=163692.6N；
——導(dǎo)軌摩擦力，=；
式中 G——左側(cè)輥及其輥軸重力，約為1500N；
μ——摩擦系數(shù)，見【4】表2.2-1，取0.1；
α——V型導(dǎo)軌夾角，?。?
帶入數(shù)據(jù)得：
=163904.6N
② 的計(jì)算【4】
=（1?η）
式中 η——液壓缸的機(jī)械效率，取0.95；
故作用在活塞上的總載荷F=172531.2N。
（2） 擺動(dòng)油缸載荷計(jì)算
擺動(dòng)梁在左右極限位置時(shí)擺動(dòng)油缸受力最大，擺動(dòng)油缸受力分析與側(cè)缸相似，作用在活塞上總載荷：
F=
其中 ——作用在活塞桿上的外載荷，===28424.9N；
——活塞與缸壁及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力，
=（1?η）=1496N；
故作用在活塞上的總載荷F=29920.9N。
7.3.2 液壓馬達(dá)參數(shù)
已計(jì)算得液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩：T=49708.47N?m；最大驅(qū)動(dòng)功率：P=27.9Kw；
7.4 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算
7.4.1 初選系統(tǒng)工作壓力
由滾壓成型機(jī)受力分析，參考【4】表2-2初步確定系統(tǒng)工作壓力為17MPa，其中由于擺動(dòng)缸受力較小，可由限壓閥控制使其工作壓力定為4MPa。
7.4.2 計(jì)算液壓缸的主要機(jī)構(gòu)尺寸
（1） 側(cè)缸尺寸計(jì)算
左側(cè)缸滾壓兩端時(shí)受力最大，其載荷為F=172531.2N，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆剑?
D=
其中 ——液壓缸工作壓力，=17MPa；
——液壓缸回油壓力，因此時(shí)回油量極少，故≈0；
帶入數(shù)據(jù)得：
D=114mm，查液壓缸內(nèi)徑系列表【2】取D=125mm；
查【4】取d/D=0.7，則活塞桿直徑：
d=87mm，查活塞桿標(biāo)準(zhǔn)系列表【2】取d=90mm；
液壓缸有效作用面積：
==0.0123
（2） 擺動(dòng)缸尺寸計(jì)算
由U型鋼受力分析知，擺動(dòng)梁在左右極限位置時(shí)受力最大，作用在活塞上總載荷F=29920.9N，工作在
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