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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
本說(shuō)明書(shū)是按照所設(shè)計(jì)的卷板機(jī)內(nèi)容撰寫(xiě)的，主要包括卷板機(jī)軸輥的受力分析、電動(dòng)機(jī)的選擇、主減速器的設(shè)計(jì)、側(cè)輥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、下輥液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及對(duì)下輥液壓同步控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。從而保證了下輥在上升的過(guò)程中始終能夠保持兩端同步。
四輥卷板機(jī)主要為鍋爐廠輥制鍋爐圓筒而設(shè)計(jì)，它可以用于各種型號(hào)鍋爐圓筒的生產(chǎn)和加工，也在造船、石油化工、航空、水電、裝潢、及電機(jī)制造等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用以把金屬板料卷制成圓筒、圓錐以及弧形板等各種零件。
該四輥卷板機(jī)利用其四個(gè)輥筒的空間布置，最大范圍地減少了剩余直邊的出現(xiàn)、降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：四輥卷板機(jī) 輥制 剩余直邊 弧形板
Abstract
This statement is in accordance with the design cylinder content written mainly include the pressure analysis of cylinder axle roller, electric motors choice, the reducer design, lateral roller drive train system design, the design of the roller hydraulic drive train system on the roller and hydraulic control systems simultaneously conducted research. Thereby ensuring an increase in the course of the roller always able to maintain both simultaneously.
The four cylinder roller machine mainly boiler plant roller system designed boilers cones, which can be used for various types of boilers cones production and processing are also shipbuilding, petrochemical, aviation, utilities, furniture, and electrical manufacturing industries widely applied to the metal plate material volumes produced cones, circular cone arc boards and various parts.
The four cylinder roller machine use its four roller cylinders space layout, the greatest scope to reduce the margin in the remaining departments, reducing production costs, improving production efficiency.
Key words: four-cylinder roller machine Roller machine
Left straight-side Arc board
56
目 錄
前 言 1
第1章 緒 論 2
1.1卷板的分類及特點(diǎn) 2
1.2卷板機(jī)的分類及特點(diǎn) 2
1.3 W12X2000型四輥卷板機(jī)的用途 5
1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6
第2章 卷板機(jī)軸輥受力分析 7
2.1作用在卷板機(jī)輥?zhàn)由系膹澢ぞ?7
2.2卷板機(jī)的空載扭矩 8
2.3四輥卷板機(jī)的卷板力 8
第3章 電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算 12
3.1功率計(jì)算 12
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇 12
第4章 主減速器的設(shè)計(jì) 14
4.1電動(dòng)機(jī)的確定 14
4.2 傳動(dòng)比的分配 15
4.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì) 15
4.4 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.4.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù) 17
4.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 17
4.4.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 21
4.4.4幾何尺寸計(jì)算 21
4.5中間級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
4.5.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù) 22
4.5.2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 22
4.5.3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 24
4.5.4幾何尺寸計(jì)算 26
4.6 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 26
4.6.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù) 26
4.6.2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 27
4.6.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 29
4.6.4幾何尺寸計(jì)算 30
4.7高速軸的設(shè)計(jì)以及軸的校核 32
第5章 側(cè)輥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 36
5.1側(cè)輥電動(dòng)機(jī)的確定 36
5.2側(cè)輥減速器的確定 36
5.3蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 36
第6章 下輥筒液壓缸的設(shè)計(jì) 41
6.1下輥液壓系統(tǒng)的工作原理 41
6.2下輥筒液壓缸設(shè)計(jì) 42
第7章 輥筒軸的強(qiáng)度校核 47
第8章 專題論文 50
8.1前言 50
8.2四輥卷板機(jī)工作原理 50
8.3液壓同步控制系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)原理 52
8.4.結(jié)論 53
致 謝 54
參考文獻(xiàn) 55
前 言
我所設(shè)計(jì)的這臺(tái)四輥卷板機(jī)由四個(gè)輥筒所組成，其中一個(gè)上輥、兩個(gè)側(cè)輥和一個(gè)下輥。最大可以將40mm厚、2m長(zhǎng)的鋼板卷曲成圓柱、圓錐或其一部分。
上輥為主傳動(dòng)，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主減速器和聯(lián)軸器與上輥筒相連接，為卷制鋼板提供扭矩；下輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，通過(guò)液壓缸內(nèi)的液壓油作用于活塞而獲得，以便夾緊板材，為液壓傳動(dòng)，在下輥的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)側(cè)輥，側(cè)輥可以沿著機(jī)架導(dǎo)軌做傾斜運(yùn)動(dòng)，由側(cè)輥電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)單級(jí)減速器把扭矩傳到絲桿絲母蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，這樣既達(dá)到了傳遞扭矩的作用，同時(shí)也改變了運(yùn)動(dòng)方向。
在本次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)了一套液壓同步控制系統(tǒng)，通過(guò)控制電磁換向閥的通斷，來(lái)控制下輥兩端液壓缸的同步上升，達(dá)到在下輥上升的過(guò)程中，下輥中心線能夠始終同上輥中心線保持水平，這樣就可以避免因鋼板位置偏離中間位置，而使下輥受力不均勻，使下輥在上升的過(guò)程中一端受力大，一端受力小，使卷出來(lái)的圓筒一端大而一端小的情況發(fā)生。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次大型綜合的設(shè) 計(jì)，通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)有了更加深刻的回顧，也培養(yǎng)了我使用工具書(shū)的能力，同時(shí)它也是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)。通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)習(xí)到了許多在課本上面所學(xué)習(xí)不到的致知識(shí)，也提高了我的動(dòng)手能力。相信他們都是我在未來(lái)工作中能夠用得上的。
第1章 緒 論
近些年隨著原子能、石油化工、海洋開(kāi)發(fā)、宇航、軍工等部門的迅速發(fā)展，卷板機(jī)作業(yè)的范圍正在不斷的擴(kuò)大，要求也在不斷提高，現(xiàn)在卷板機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鍋爐、造船、石油化工、航空、水電、裝潢、金屬結(jié)構(gòu)等行業(yè)中，用于將金屬板材卷制成圓柱、圓錐或者將任意形狀卷曲成圓柱形或其一部分。
1.1卷板的分類及特點(diǎn)
卷板按照工作狀況分為：冷卷和熱卷兩種。冷卷的精度高，操作方便，要求鋼板不能有缺口及裂縫等缺陷，有時(shí)還需在滾彎前進(jìn)行正火或退火處理。熱卷的最大缺陷是產(chǎn)生氧化皮及明顯熱膨脹。因此，只有當(dāng)彎制的板超過(guò)機(jī)器的冷卷能力或彎曲較大時(shí)，才能使用熱卷法，但冷卷的板料厚度范圍目前正在日益擴(kuò)大。生產(chǎn)也應(yīng)根據(jù)不同卷制方法的特點(diǎn)結(jié)合具體情況適當(dāng)選用。例如有些不允許冷卷的剛度太差，而且彎曲困難。如果采用溫卷的方法就比較合適。
1.2卷板機(jī)的分類及特點(diǎn)
卷板機(jī)按照輥筒數(shù)量布置形式分為：四輥式卷板機(jī)和三輥式卷板機(jī)，其中三輥又可以分為對(duì)稱式和不對(duì)稱式兩種。對(duì)稱式三輥卷板機(jī)：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，易于制造、維修，投資小，兩側(cè)輥可以作得很近，成形準(zhǔn)確。但是剩余直邊大，一般對(duì)稱三輥卷板機(jī)減小剩余直邊比較麻煩。（如圖1.1-2所示）
不對(duì)稱三輥卷板機(jī)是一根下輥軸和上輥軸中心水平距離到極小位置，另一根下輥軸放在側(cè)邊，所以滾出的零件僅起始端有直邊。這樣在滾零件時(shí)，正反兩次輥制就可以消除直邊問(wèn)題。（如圖1.1-1所示）其缺點(diǎn)為：在滾彎時(shí)大大增加了輥軸的彎曲力，使輥軸容易彎曲，影響零件的精度，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。
圖1.1-1非對(duì)稱式卷板機(jī) 圖1.1-2對(duì)稱式卷板機(jī)
卷板機(jī)按輥位調(diào)節(jié)方式可以分為：上調(diào)式和下調(diào)式兩種，其中上調(diào)式可以分為橫豎上調(diào)式（機(jī)械或液壓調(diào)節(jié)）；垂直上調(diào)式；下調(diào)式又可以分為不對(duì)稱下調(diào)式（機(jī)械或液壓調(diào)節(jié)）；對(duì)稱下調(diào)式（含垂直下調(diào)式）（液壓調(diào)節(jié)）水平下調(diào)式（液壓調(diào)節(jié)）。
垂直下調(diào)式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；剩余直邊小，有時(shí)設(shè)計(jì)成上輥可以沿軸向抽出的結(jié)構(gòu)。它的缺點(diǎn)是：彎板時(shí)，板料有傾斜動(dòng)作，對(duì)熱卷及重型工件不安全，長(zhǎng)坯料必須先經(jīng)初彎，否則會(huì)碰地面。
水平下調(diào)式：較四輥卷板機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便剩余直邊小，坯料始終保持在同一水平面，進(jìn)料安全方便。其缺點(diǎn)是：上輥軸承間距較大，坯料對(duì)中不如四輥卷板機(jī)方便。
橫豎上調(diào)式：如圖1.1-3，調(diào)節(jié)輥筒的數(shù)目最少，具有各種三輥的優(yōu)點(diǎn)，而且剩余直邊小。其缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易處理。
圖1.1-3橫豎上調(diào)式 圖1.1-4立式
卷板機(jī)按照輥筒方位，可以分為立式和臥式。按上輥受力類型，可以分為閉式（上輥中部有托輥）和開(kāi)式（上輥無(wú)中部托輥），其中開(kāi)式又可以分為有反壓力裝置的和無(wú)反壓力裝置的。
立式：如圖1.1-4，消除了氧化皮壓傷，矩形板料可保證垂直進(jìn)入輥間，防止扭斜，卷薄壁大直徑，長(zhǎng)條料等剛性較差的工件時(shí)，沒(méi)有因自重而下榻的現(xiàn)象，板樣測(cè)量較準(zhǔn)，占地面積小。其缺點(diǎn)是：短工件只能在輥筒下部卷制，輥筒受力不均勻，易呈錐形；工件下端面與支撐面摩擦影響上下曲率的均勻性，卸料及工件放平料不方便，非矩形坯料支持不穩(wěn)定。
閉式：如圖1.1-5 沒(méi)有活動(dòng)軸承機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，上輥加中間支承輥后可作得很細(xì)可彎到較大的曲率，上輥剛度好，工件母線直線度好，下輥間距小，可卷薄板且曲率較準(zhǔn)確，上輥行程大，有足夠的位置裝模具，可以作長(zhǎng)拆邊機(jī)用，但只能卷制圓心角小于180度的弧形板。
圖1.1-5 閉式卷板機(jī) 圖1.1-6 四輥卷板機(jī)
四輥卷板機(jī)有四個(gè)輥，（如圖1.1-6所示）上輥是主動(dòng)輥，下輥可以上下移動(dòng)，用以?shī)A緊鋼板，兩個(gè)側(cè)輥可以沿斜向升降，在四輥卷板機(jī)上可進(jìn)行鋼板的預(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，從而達(dá)到所要求的曲率。
它的優(yōu)點(diǎn)是：
1、 預(yù)彎及卷圓時(shí)，鋼板可不調(diào)頭。
2、 上下輥能夾緊鋼板，防止彎曲時(shí)滑脫。
3、 側(cè)輥能起定位作用，在進(jìn)料時(shí)可使鋼板找正。
4、便于彎曲錐形件，橢圓形件及仿形加工。
綜合以上各種卷板機(jī)的綜合特點(diǎn)，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我選擇了W12 40X2000型四輥卷板機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)
1.3 W12X2000型四輥卷板機(jī)的用途
W12X2000型四輥卷板機(jī)是專供金屬板的卷曲和彎曲圓筒之用，是鍋爐、造船、石油化工、水泥、電機(jī)及電器制造業(yè)中的主要設(shè)備之一。在常溫的情況下，它可以將長(zhǎng)達(dá)2m，厚度達(dá)40mm的鋼板彎曲成圓柱面、圓錐面或任意形狀的柱面或其一部分，在加熱的情況下，它可以將長(zhǎng)達(dá)2m,厚度達(dá)70mm的鋼板卷曲成圓柱形或其一部分，它可以對(duì)一些厚度大，用常規(guī)方法無(wú)法彎卷的鋼板進(jìn)行加工，在加工的過(guò)程中它還可以對(duì)金屬板端部進(jìn)行直接彎曲，免去了端部預(yù)彎的工序，這是四輥卷板機(jī)比一般三輥卷板機(jī)優(yōu)越之處。因此，W12X2000型四輥卷板機(jī)在鍋爐、造船、石油化工、水泥、電機(jī)及電器制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，這種設(shè)備的上市大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)的效益。
1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
W12 40X2000型四輥卷板機(jī)是以上輥為主動(dòng)輥，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主減速器及聯(lián)軸器，從而帶動(dòng)上輥工作，下輥的作用是提供一定的向上力，（設(shè)該力為夾緊力W），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(shí)能夠帶動(dòng)鋼板運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)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。
在我設(shè)計(jì)的這臺(tái)四輥卷板機(jī)中，我采用了由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主減速器以及聯(lián)軸器，從而帶動(dòng)上輥的旋轉(zhuǎn)。而下輥的運(yùn)動(dòng)我采用在下輥的兩端各放一個(gè)液壓缸，通過(guò)液壓缸內(nèi)的液壓油作用于活塞而使下輥能夠?qū)崿F(xiàn)上下的升降運(yùn)動(dòng)，以便夾緊鋼板，用液壓系統(tǒng)來(lái)控制下輥筒的升降以及兩個(gè)液壓缸在上升的過(guò)程中保持同步上升。在下輥的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)側(cè)輥，兩個(gè)側(cè)輥分別由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩個(gè)單級(jí)減速器以及聯(lián)軸器帶動(dòng)；兩個(gè)電動(dòng)機(jī)可以分別單獨(dú)控制也可以同時(shí)控制，兩個(gè)側(cè)輥可以沿著機(jī)架導(dǎo)軌做傾斜運(yùn)動(dòng)，通過(guò)絲桿絲母蝸輪蝸桿傳動(dòng)。
第2章 卷板機(jī)軸輥受力分析
2.1作用在卷板機(jī)輥?zhàn)由系膹澢ぞ?
板料的最大變形彎矩 M
板料具有原始曲率半徑R1時(shí)的初始變形彎矩
式中：截面的形狀系數(shù)，矩形斷面取
材料的相對(duì)強(qiáng)化模數(shù)，對(duì)于30，35鋼取
W為橫截面的斷面模數(shù)，矩形截面 ，(B為材料寬度，為板材的屈服極限，35鋼=250MPa)；則W=
R 為彎曲最小半徑，在最大彎矩產(chǎn)生于板材彎成上輥半徑時(shí)，得到彎曲的最小半徑。（，為上輥直徑，mm; B為板材厚度，mm）。
為板材屈服極限 =250MPa
為板料由平板（）開(kāi)始彎曲時(shí)的初始變形彎矩
2.2卷板機(jī)的空載扭矩
式中：、、分別為板料、萬(wàn)向接送和主動(dòng)輥的重量（kg）
d-------------主動(dòng)輥軸頸的直徑（mm）
------------滑動(dòng)摩擦系數(shù)。用青銅軸套時(shí)，取=0.05-0.08
所以對(duì)取
則：
2.3四輥卷板機(jī)的卷板力
側(cè)輥所受的力為
==
輥筒所受到的力為
==
則=
將板料從平板彎曲到時(shí)消耗于板料變形的扭矩
因?yàn)椋?
所以
消耗于摩擦阻力的扭矩
式中：f----------滾動(dòng)摩擦系數(shù)（mm）滾筒與板料間。冷卷f=0.8mm熱卷f=2 mm，工作輥與支承輥間f=0.3mm.
------0.05
、、分別為a、b、c、輥軸徑，其中=288mm, =240mm,=204mm。
所以將上面數(shù)值代入得：
板料松緊的摩擦阻力
=
送進(jìn)板料所需的拉力T
拉力在軸承中所引起的摩擦損失
機(jī)器送板料的總力矩
式中；-----------輥筒與未加工板料見(jiàn)滑動(dòng)摩擦系數(shù)=0.2
驅(qū)動(dòng)扭矩
作用在卷板機(jī)輥?zhàn)由系膲毫Γ◤澢Γ?
式中： --------鋼板材料的屈服極限
b---------鋼板的寬度(m)
h---------鋼板厚度(mm)
t----------兩側(cè)輥間的中心距（mm）
作用在卷板機(jī)輥?zhàn)由系膹澢ぞ?
式中：D------輥?zhàn)虞伾碇睆?
r-------能夠卷最小鋼管直徑
則：
第3章 電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算
3.1功率計(jì)算
確定式中各參數(shù)的值：
f--------輥?zhàn)优c鋼板的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，鋼板為0.0008
d---------輥筒的軸徑
v---------輥身線速度
---------傳動(dòng)效率，0.68---0.80
--------輥?zhàn)虞S承處摩擦系數(shù)，滑動(dòng)軸承為0.05—0.07
=
考慮到工作機(jī)器的安全系數(shù)，取功率為45KW的主電動(dòng)機(jī)。
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇
由于四輥卷板機(jī)在工作中沒(méi)有什么特殊的要求，因此在本次設(shè)計(jì)中我選用Y系列的電動(dòng)機(jī)。
Y系列的電動(dòng)機(jī)具有效率高，性能好，噪聲小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于灰塵多、土揚(yáng)水濺的場(chǎng)合、如農(nóng)用機(jī)械、礦山機(jī)械、攪拌機(jī)、碾米機(jī)等，為一般用途電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)前面計(jì)算的結(jié)果，主電動(dòng)機(jī)選擇Y280M-8型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率45KW，滿載轉(zhuǎn)速740r/min，額定轉(zhuǎn)矩1.8，最大轉(zhuǎn)矩2.0，質(zhì)量592kg.
第4章 主減速器的設(shè)計(jì)
4.1電動(dòng)機(jī)的確定
按照設(shè)計(jì)要求以及工作條件選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電壓380V。
電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇，根據(jù)前面計(jì)算的結(jié)果，主電動(dòng)機(jī)選擇Y280M-8型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率45KW，滿載轉(zhuǎn)速740r/min，額定轉(zhuǎn)矩1.8，最大轉(zhuǎn)矩2.0，質(zhì)量592kg.
減速器中各部分的傳動(dòng)效率如下：
----聯(lián)軸器效率，=0.99
----閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率，=0.97
----一對(duì)滾動(dòng)軸承效率，=0.99
----主輥的傳動(dòng)效率，=0.96
則各部分的傳動(dòng)效率：
=0.99
η12==
=
=
=
=
工作輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速
= 取=4r/min
4.2 傳動(dòng)比的分配
總傳動(dòng)比=
由傳動(dòng)方案可知：
；
所以本設(shè)計(jì)的三級(jí)減速器的總傳動(dòng)比為,
主減速器傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比的分配如下：
4.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)
1.傳動(dòng)系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下：
0 軸：（電動(dòng)機(jī)軸）
1軸：（減速器的高速軸）
2 軸（減速器的中間軸）
3 軸（減速器的另一根中間軸）
4 軸（減速器的低速軸）
將上述計(jì)算結(jié)果和傳動(dòng)比及傳動(dòng)效率匯總?cè)绫?-1
表4-1
軸 號(hào)
電 動(dòng) 機(jī)
三 級(jí) 圓 柱 齒 輪 減 速 器
0 軸
1 軸
2 軸
3 軸
4 軸
轉(zhuǎn)速n(r/min)
740
740
113.85
20.33
4.066
功率P（kw）
45
44.55
42.78
41.08
39.45
轉(zhuǎn)矩T（Nm）
580.74
574.93
3588.68
19298.77
92663.04
L兩軸聯(lián)接件、傳動(dòng)件
聯(lián)軸器
齒輪
齒輪
齒輪
傳動(dòng)比i
1
6.5
5.6
5
傳動(dòng)效率η
0.99
0.9603
0.9603
0.9603
4.4 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù)
（1）材料及熱處理。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40Cr并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC。表面淬火，輪齒變形不大，故精度等級(jí)、大小齒輪的齒數(shù)以及螺旋角分別為：精度等級(jí)為7級(jí)，小齒輪齒數(shù)、大齒輪的齒數(shù)。
（2）選取螺旋角，初選螺旋角
4.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
1.試選
2. 由文獻(xiàn)[1]，選取區(qū)域系數(shù)
3.由文獻(xiàn)[1]，查得
4.因大、小齒輪均為硬齒面，故宜選取小的齒寬系數(shù)，
5.由文獻(xiàn)[1]，查得。
6.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（失效概率1%，安全系數(shù)S=1）
=
7.小齒輪的轉(zhuǎn)矩
8.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由文獻(xiàn)[1]，查得
2）試算小齒輪的分度圓直徑
=70.53mm
3)計(jì)算圓周速度
4）計(jì)算齒寬b及模數(shù)
5）計(jì)算縱向重合度
6） 計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù) ，7級(jí)精度，查文獻(xiàn)[1]，取，由文獻(xiàn)[1]，查得，從文獻(xiàn)[1]中的硬齒面；齒輪欄中查得小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置，6級(jí)精度，時(shí)，
==1.22
考慮齒輪為7級(jí)精度，取，故載荷系數(shù)
另由文獻(xiàn)[1]，查得。
7） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
8） 計(jì)算模數(shù)
1）確定計(jì)算參數(shù)
1.計(jì)算載荷系數(shù)
2.由文獻(xiàn)[1]，查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
3.由文獻(xiàn)[1]，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，
4.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，
5.計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
4.4.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)與齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3，取分度圓直徑。
取，則。
4.4.4幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心距
將中心距圓整為278mm.
2) 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，，，等不必修正。
1） 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
2） 計(jì)算齒輪的寬度
取，
4.5中間級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.5.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù)
1）材料及熱處理。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40Cr并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC。
1） 表面淬火，輪齒變形不大，故精度等級(jí)、大小齒輪的齒數(shù)以及螺旋
角分別為：精度等級(jí)為7級(jí)，小齒輪齒數(shù)、大齒輪的齒數(shù)。
2） 選取螺旋角，初選螺旋角
4.5.2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
1.試選
2. 由文獻(xiàn)[1]，選取區(qū)域系數(shù)
3.由文獻(xiàn)[1]，查得
4.因大、小齒輪均為硬齒面，故宜選取小的齒寬系數(shù)，
5.由文獻(xiàn)[1]，查得。
6.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（失效概率1%，安全系數(shù)S=1）
=
7.小齒輪的轉(zhuǎn)矩
8.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由文獻(xiàn)[1]，查得
2）試算小齒輪的分度圓直徑
=135.34mm
3)計(jì)算圓周速度
3） 計(jì)算齒寬b及模數(shù)
4） 計(jì)算縱向重合度
5） 計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù) ，7級(jí)精度，查文獻(xiàn)[1]，取，由文獻(xiàn)[1]，查得，從文獻(xiàn)[1]中的硬齒面齒輪欄中查得小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置，6級(jí)精度，時(shí)；
==1.30
考慮齒輪為7級(jí)精度，取，故載荷系數(shù)
另由文獻(xiàn)[1]，查得。
6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
7） 計(jì)算模數(shù)
4.5.3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）確定計(jì)算參數(shù)
1.計(jì)算載荷系數(shù)
2.由文獻(xiàn)[1]，查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
3.由文獻(xiàn)[1]，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，
4.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，
5.計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
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)算的法面模數(shù)與齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3，取分度圓直徑。
取，則
4.5.4幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心距
將中心距圓整為468mm.
2) 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，，，等不必修正
3)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
4)計(jì)算齒輪的寬度
取，
4.6 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：
4.6.1選擇精度等級(jí)，材料和齒數(shù)
1）材料及熱處理。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40Cr并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC。
2)表面淬火，輪齒變形不大，故精度等級(jí)、大小齒輪的齒數(shù)以及螺旋角分別為：精度等級(jí)為7級(jí)，小齒輪齒數(shù)28、大齒輪的齒數(shù)。
3）選取螺旋角，初選螺旋角
4.6.2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1).確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1.試選
2. 由文獻(xiàn)[1]，選取區(qū)域系數(shù)
3.由文獻(xiàn)[1]，查得
4.因大、小齒輪均為硬齒面，故宜選取小的齒寬系數(shù)，
5.由文獻(xiàn)[1]，查得。
6.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（失效概率1%，安全系數(shù)S=1）
=
7.小齒輪的轉(zhuǎn)矩
8.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由文獻(xiàn)[1]，查得
2）試算小齒輪的分度圓直徑
3) 計(jì)算圓周速度
4）計(jì)算齒寬b及模數(shù)
5）計(jì)算縱向重合度
6）計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù) ，7級(jí)精度，查文獻(xiàn)[1]，取，由文獻(xiàn)[1]，查得，從文獻(xiàn)[1]中的硬齒面齒輪欄中查得小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置，6級(jí)精度，時(shí)，
==1.24
考慮齒輪為7級(jí)精度，取，故載荷系數(shù)
另由文獻(xiàn)[1]，查得。
7）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
8）計(jì)算模數(shù)
4.6.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）確定計(jì)算參數(shù)
1.計(jì)算載荷系數(shù)
2.由文獻(xiàn)[1]，查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
3.由文獻(xiàn)[1]，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，
4.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)
5.計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
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)算的法面模數(shù)與齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=8.5，取分度圓直徑。
取，則。
4.6.4幾何尺寸計(jì)算
1） 計(jì)算中心距
將中心距圓整為468mm.
2) 按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，，，等不必修正。
3）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
4）計(jì)算齒輪的寬度
取，
主減速器中所有齒輪的基本參數(shù)如下表4-2：
表4-2
軸 號(hào)
高速級(jí)齒輪
中間級(jí)齒輪
低速級(jí)齒輪
齒 數(shù)
24
156
25
140
28
140
法面模數(shù)
3
5.5
8.5
分度圓直徑
74
482
142
794
245
1226
齒根圓直徑
70.25
478
135
787
234
1215
齒頂圓直徑
77
485
147.5
800
253.5
1234.5
中 心 距
278
468
736
齒 寬
55
52
90
85
175
172
螺旋升角
14.10
14.04
齒輪精度等級(jí)
7 級(jí)
7級(jí)
7級(jí)
4.7高速軸的設(shè)計(jì)以及軸的校核
1.選擇軸的材料及熱處理
軸上小齒輪的直徑嬌?。ǎ?，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料選用45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）。
2.軸的受力分析
軸的受力簡(jiǎn)圖如下：
圖4.7-1 軸的受力簡(jiǎn)圖
圖4.7-2 軸在水平面內(nèi)的受力圖
圖4.7-3. 軸在垂直面內(nèi)的受力圖
圖4.7-4 軸在水平面內(nèi)的彎矩圖
圖4.7-5 軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖
圖4.7-6 軸的合成彎矩圖
圖4.7-7 軸的合成轉(zhuǎn)矩圖
圖中：
a)計(jì)算齒輪的嚙合力
b)求水平面內(nèi)的支承反力，做水平面內(nèi)的彎矩圖
軸在水平面內(nèi)的受禮簡(jiǎn)圖如圖4.7-2所示
軸在水平面內(nèi)的彎矩圖如圖4.7-4所示
C）求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖
軸在垂直面內(nèi)的受力簡(jiǎn)圖如圖4.7-3所示
=4152N
d)求支成承反力，作軸的合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖
3.軸的初步計(jì)算
=
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按經(jīng)驗(yàn)公式，減速器輸入軸的軸端直徑
參考聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)孔直徑，取減速器高速軸的軸端直徑。
第5章 側(cè)輥傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1側(cè)輥電動(dòng)機(jī)的確定
側(cè)輥電動(dòng)機(jī)選擇Y180L-8型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率11kw，滿載轉(zhuǎn)速730r/min,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩1.7，最大轉(zhuǎn)矩2.0。
5.2側(cè)輥減速器的確定
在側(cè)輥傳動(dòng)系統(tǒng)中，側(cè)輥電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)單級(jí)減速器把扭矩傳到絲桿絲母蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，這樣既達(dá)到了傳遞扭矩的作用，同時(shí)也改變了運(yùn)動(dòng)方向。
單級(jí)圓柱齒輪減速器：傳動(dòng)軸線平行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度易保證，而且應(yīng)用廣泛，直齒一般圓周速度v=25~50m/s，應(yīng)用于重負(fù)荷場(chǎng)合，但也用于重載低速的場(chǎng)合。
因此我選用了ZD10-8型單級(jí)減速器
由于側(cè)輥的上升速度為80mm/min，絲桿的螺距為16mm,故蝸輪的轉(zhuǎn)速，因此，，此時(shí)單級(jí)減速器分得的傳動(dòng)比為3.25，而蝸輪蝸桿分得的傳動(dòng)比為28。
5.3蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1.選擇蝸桿傳動(dòng)類型
根據(jù)GB/T 10085-1988 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）
2.選擇材料
考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度也很小，故蝸桿采用45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45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而鐵芯用灰鑄鐵HT100制造。
3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由文獻(xiàn)[2]查得，傳動(dòng)中心距
1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩
按，估算效率，則
2)確定載荷系數(shù)K
因工作載荷比較穩(wěn)定，故載荷分布不均勻系數(shù)，由文獻(xiàn)[2]，選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)1.05；則
3)確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=160
4)確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距a的比值/a=0.35,從文獻(xiàn)[2]中查得=2.9。
5)確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，從文獻(xiàn)[2]中得蝸輪的基本許用應(yīng)力
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
6）計(jì)算中心距
取中心距a=250mm，因i=28,從文獻(xiàn)[2]中取模數(shù)m=12.5mm,蝸桿分度圓，這時(shí)，由文獻(xiàn)[2]，查得接觸系數(shù)，因?yàn)?，因此以上?jì)算結(jié)果可用。
4.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
1)蝸桿
軸向齒距；直徑系數(shù)q=10;齒頂圓直徑；齒根圓直徑；分度圓導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚。
2） 蝸輪
蝸輪齒數(shù)； 變位系數(shù)；
驗(yàn)算傳動(dòng)比 ，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為=7.1%，是允許的。
蝸輪分度圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
5.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)，，從文獻(xiàn)[2]中查得齒形系數(shù)。
螺旋角系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力
從文獻(xiàn)中查得鑄錫磷青銅ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力。
壽命系數(shù)
彎曲強(qiáng)度是滿足的。
第6章 下輥筒液壓缸的設(shè)計(jì)
四輥卷板機(jī)下輥筒的升降我采用液壓傳動(dòng)的方式來(lái)控制，由于下輥筒在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中對(duì)速度的要求不高，液壓傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)。因此在下輥的傳動(dòng)方式中，我選擇了采用液壓傳動(dòng)。
6.1下輥液壓系統(tǒng)的工作原理
下輥筒兩端的壓缸在上升的過(guò)程中要求一定要同步，在下輥筒上升的過(guò)程中要求下輥筒與上輥筒的軸線保持平行，如果在下輥上升的過(guò)程中出現(xiàn)一端上升的速度快，而另一端上升的慢的情況。這樣卷制出來(lái)圓筒就會(huì)一頭大一頭小的喇叭筒形狀，造成加工缺陷。
我設(shè)計(jì)的這套液壓控制系統(tǒng)的工作原理圖（如圖1-2所示）當(dāng)1DT電磁鐵帶電時(shí)，使得3DT、4DT電磁鐵得電，油缸A口進(jìn)油，使得輥?zhàn)觾啥松?，B口回油。完成下輥筒的上升，若在上升的過(guò)程中油缸1的一段到達(dá)了指定刻度時(shí)，油缸2一段尚未到達(dá)，則電磁鐵3DT斷電，油缸1停止進(jìn)油，直至油缸2一端也到達(dá)指定刻度時(shí)，4DT電磁鐵斷電。由此來(lái)保證四輥卷板機(jī)在加工過(guò)程中，下輥與上輥之間間隙保持一致，實(shí)現(xiàn)下輥的軸線與上輥的軸線始終保持平行。
當(dāng)2DT電磁鐵帶電時(shí)，使3DT、4DT電磁鐵得電，B口進(jìn)油，使輥?zhàn)酉陆?，A口回油。
圖6.1-1 下輥筒液壓系統(tǒng)的工作原理圖
6.2下輥筒液壓缸設(shè)計(jì)
一、 估算需要克服的總負(fù)載力F
其中：K-----載荷系數(shù) K=1.2
----負(fù)載力
則：
液壓缸的機(jī)械效率：
確定液壓缸的有效工作壓力P，查表取卷板機(jī)的工作壓力P=16MPa
二、 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑、活塞直徑D和活塞桿直徑d
當(dāng)無(wú)桿腔受力時(shí)：
當(dāng)有桿腔受力時(shí)：
確定式中個(gè)參數(shù)數(shù)值
D------------液壓缸內(nèi)徑（mm）
d-------------活塞桿直徑（mm）d=(0.3-0.5)D=40mm
P-------------液壓缸有效工作壓力（MPa）
F-------------液壓缸最大牽引力（N）
則：
三、 液壓缸缸筒長(zhǎng)度L的確定
液壓缸的缸筒長(zhǎng)度=活塞行程+活塞寬度+活塞導(dǎo)向長(zhǎng)度+活塞密封長(zhǎng)度+其他長(zhǎng)度
確定式中各參數(shù)的數(shù)值：
活塞的行程L=200mm
活塞的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H：
其中：L--------活塞行程
D--------缸筒直徑
圓整后，取H=70mm
活塞寬度
取B=95mm
導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A
當(dāng)D>80mm時(shí)， A=（0.6---1.0）d=32mm
計(jì)算L=32+95+70+300=397mm
圖6.2-1 液壓缸內(nèi)個(gè)段長(zhǎng)度
四、液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核
1. 缸筒壁厚的校核
確定式中個(gè)參數(shù)的數(shù)值：
------缸筒內(nèi)的最大工作壓力
-------缸筒材料的許用應(yīng)力，=，為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=3.5---5,則
D----------缸筒內(nèi)徑
圓整后取
2.缸筒壁厚的校核
因?yàn)?2>6.38．故該液壓缸的壁厚合格。
3.缸底厚度的確定
其中：D---------缸筒內(nèi)徑
--------缸筒的工作壓力
-------缸筒材料的許用應(yīng)力
則：
取，缸底的厚度為16mm。
4.液壓缸缸蓋固定螺栓直徑的校核
確定式中個(gè)參數(shù)的數(shù)值：
-----------螺栓螺紋的底徑
K------------螺栓擰緊系數(shù)，一般K=1.2----2.5，取K=2
F-------------液壓缸的最大作用力
Z-------------螺栓個(gè)數(shù)
-----------螺栓材料的許用應(yīng)力，=，為螺栓材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.2---2.5，取n=2., 則。
則：
取=8mm
5.活塞桿直徑d的強(qiáng)度校核
---------活塞桿材料的許用應(yīng)力，=，為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取1.4，則=436MPa
F------------活塞桿所受的負(fù)載力，F(xiàn)=23300N
d------------活塞桿直徑
因?yàn)?8.25, 則活塞桿直徑合格。
第7章 輥筒軸的強(qiáng)度校核
為保證卷出的圓筒不變形，輥筒要有足夠的彎曲強(qiáng)度。
圖7-1
圖7-2
輥筒總受合力
支座反力
所受均布力
輥筒最大彎矩中心C處
彎曲模量
彎曲應(yīng)力
對(duì)于輥筒材料為45鋼
所以彎曲強(qiáng)度合適。
至此本設(shè)備的規(guī)格性能已全部確定，歸納如下：
本機(jī)器的技術(shù)參數(shù)如下:（mm）
1. 鋼板的最大厚度（mm）………………………………40
2. 鋼板的最大寬度（mm）………………………………2000
3. 鋼板的屈服極限（MPa） ……………………………250
4. 滿載最小彎曲直徑（mm）……………………………1400
5. 上輥直徑（mm） ………………………………………480
6. 下輥直徑（mm） ………………………………………400
7. 側(cè)輥直徑（mm） ………………………………………340
8. 彎板速度(m/min) ……………………………………6
9. 下輥的上升速度（mm/min） …………………………80
10. 下輥的最大行程（mm） ……………………………200
11. 工作狀態(tài) ……………………………………………冷卷
12. 主減速器的傳動(dòng)比 ……………………………………180
13. 輔助減速器的傳動(dòng)比 …………………………………5.6
14. 主電動(dòng)機(jī)功率(KW) …………………………………45
15. 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(r/min) …………………………………740
16. 液壓系統(tǒng)的工作壓力（MPa） ………………………16
第8章 專題論文
四輥卷板機(jī)液壓同步控制系統(tǒng)的研究
摘要：介紹了液壓同步控制系統(tǒng)的組成、四輥卷板機(jī)下輥液壓同步控制系統(tǒng)的工作原理。
8.1前言
液壓同步系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛，如卷板機(jī)、大型壓力機(jī)、大型液折邊機(jī)等。這類機(jī)械設(shè)備能否生產(chǎn)出合格產(chǎn)品或工件，液壓缸的同步精度起著關(guān)鍵的作用。液壓缸同步是指兩個(gè)或兩個(gè)以上液壓缸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不管各自的負(fù)載如何，都保持相同的運(yùn)動(dòng)速度或位移。液壓缸制造精度誤差、液壓控制系統(tǒng)的液壓損失、空氣的混入及外界負(fù)載偏置和結(jié)構(gòu)變形等，都是影響液壓缸同步精度的因素。由于不同機(jī)械設(shè)備對(duì)液壓缸同步精度的要求有所不同，其機(jī)械結(jié)果的簡(jiǎn)繁程度、成本高低也都有所不同。采用那種方案來(lái)保證同步精度，要根據(jù)具體機(jī)械設(shè)備工作狀況而定。下面針對(duì)四輥卷板機(jī)同步控制問(wèn)題進(jìn)行一些研究。
8.2四輥卷板機(jī)工作原理
四輥卷板機(jī)由四個(gè)輥?zhàn)咏M成，上輥為主傳動(dòng)且上輥位置固定，下輥兩端由液壓缸帶動(dòng)升降。下輥升起可使其與上輥夾緊板材頭部，按需要改變側(cè)輥與上輥的距離進(jìn)行彎曲板材兩端頭部。然后下輥下降，兩個(gè)側(cè)輥升起，板材彎卷成圓柱形。
四輥卷板機(jī)的下輥的作用是提供一定的向上力，（設(shè)該力為夾緊力W），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(shí)能夠帶動(dòng)鋼板運(yùn)動(dòng)。此外，在兩側(cè)輥?zhàn)饔镁戆鍟r(shí)，下輥還起支承點(diǎn)作用。
四輥卷板機(jī)下輥筒的升降我采用液壓傳動(dòng)的方式來(lái)控制，因?yàn)橄螺伒闹亓勘旧砭秃艽?，在卷板的過(guò)程中下輥還要有給上輥一個(gè)向上力，使上輥與被卷鋼板間產(chǎn)生足夠的摩擦力，使上輥與下輥在卷板的過(guò)程中能夠始終保持夾緊工件，在上輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，能帶動(dòng)鋼板運(yùn)動(dòng)。在下輥運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中要求下輥筒可以升高也可以下降到不超過(guò)200mm的任意高度上。由于下輥在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中對(duì)速度的要求不高，液壓傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)。因此在下輥的傳動(dòng)方式上面，我選擇了采用液壓傳動(dòng)。
在四輥卷板機(jī)卷板的過(guò)程中要求下輥兩端液壓缸不僅提供壓力，還應(yīng)該具有保壓的功能。在設(shè)計(jì)時(shí)下輥的作用力（夾緊力W）小于所卷鋼板受壓狀態(tài)時(shí)塑性變形所需要的力。圖1為上、下兩輥的正確工作狀態(tài)，這時(shí)上、下兩輥軸線平行，在這種狀態(tài)下，夾緊力W均勻地作用在鋼板整個(gè)寬度L上，這時(shí)夾緊力不會(huì)使鋼板產(chǎn)生局部塑性變形，所卷制出的工件是合格的。
圖8-1 上、下兩輥的正確工作狀態(tài)
而在實(shí)際的加工過(guò)程中，如果鋼板放置時(shí)偏離輥?zhàn)又虚g位置，則下輥兩端所受到的力就會(huì)不均勻，使得下輥軸線與上輥軸線處于不平行狀況時(shí)，夾緊力W不是均勻地作用在鋼板整個(gè)寬度線上，而是出現(xiàn)了集中載荷F。并且鋼板的一端與壓輥呈現(xiàn)點(diǎn)接觸狀態(tài)，造成所接觸部分發(fā)生塑性變形，在卷制圓筒時(shí)出現(xiàn)一端被壓迫，使圓筒一端直徑變大。造成上、下兩輥軸線不平行的根本原因是由于作用在下輥兩端的液壓缸在運(yùn)動(dòng)中的不同步。所以所就此問(wèn)題設(shè)計(jì)了這套四輥卷板機(jī)液壓缸同步控制系統(tǒng)。
圖8-2 上、下兩輥非正常工作狀態(tài)
8.3液壓同步控制系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)原理
在本設(shè)備中的液壓同步控制系統(tǒng)我采用了開(kāi)關(guān)量控制，即采用電磁換向閥直接進(jìn)行控制的方法。開(kāi)關(guān)量一般應(yīng)用在開(kāi)環(huán)控制回路中，電磁換向閥能夠起到控制油路通、斷的作用，通過(guò)控制電磁換向閥是否帶電即可控制油路的通、斷。
當(dāng)1DT電磁鐵帶電時(shí)，使得3DT、4DT電磁鐵得電，油缸A口進(jìn)油，使得輥?zhàn)觾啥松?，B口回油。若油缸1的一段到達(dá)了指定刻度時(shí)，油缸2一段尚未到達(dá)，則電磁鐵3DT斷電，油缸1停止進(jìn)油，直至油缸2一端也到達(dá)指定刻度時(shí)，4DT電磁鐵斷電。由此來(lái)保證四輥卷板機(jī)在加工過(guò)程中，下輥與上輥之間間隙保持一致，實(shí)現(xiàn)下輥的軸線與上輥的軸線始終保持平行。
2DT電磁鐵帶電時(shí)，3DT、4DT電磁鐵得電，B口進(jìn)油，使輥?zhàn)酉陆?，A口回油。
圖8-3 四輥卷板機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖
8.4.結(jié)論
這樣對(duì)設(shè)置在兩個(gè)支路中的電磁換向閥的控制，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)下輥兩側(cè)的液壓缸進(jìn)行同步控制，從而可以實(shí)現(xiàn)上輥和下輥的軸線在工作的過(guò)程中保持平行，避免了次品的產(chǎn)生， 大大提高了工作效率。
致 謝
經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我終于完成了此項(xiàng)任務(wù)。在此我首先感謝我的指導(dǎo)教師劉傳紹老師和在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我?guī)椭^(guò)的老師們。
在這次設(shè)計(jì)中廣泛參考了相關(guān)工藝的工程實(shí)例，認(rèn)真結(jié)合各種資料數(shù)據(jù)，在不熟悉的情況下克服困難，同時(shí)得到了指導(dǎo)教師的大力幫助。學(xué)到了很多內(nèi)容，收益頗多。設(shè)計(jì)過(guò)程中我總結(jié)和鞏固了四年來(lái)相關(guān)的知識(shí)體系，使之進(jìn)一步加深和系統(tǒng)化，并養(yǎng)成了刻苦鉆研及創(chuàng)造精神，這次設(shè)計(jì)使我全面、具體地把以前所學(xué)零散的知識(shí)綜合了起來(lái)，使自己對(duì)理論知識(shí)的了解更加深刻了。我認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)有先進(jìn)性，在提高設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)術(shù)發(fā)展，雖然自己的設(shè)計(jì)存在一些不足之處，但也建立了我畢業(yè)之時(shí)的理論經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。
這次設(shè)計(jì)不僅使我對(duì)所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)有所鞏固，而且使我對(duì)CAD操作熟練了許多。當(dāng)然，學(xué)以致用是我們最大的目的，對(duì)于書(shū)本上所學(xué)的知識(shí)，僅僅停留在表面上是不夠的，不僅要知其然還要知其所以然。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)一臺(tái)四輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟有了初步的了解，相信以后一定會(huì)對(duì)我的工作以及學(xué)習(xí)深造有深遠(yuǎn)的影響。
設(shè)計(jì)中存在的不足還請(qǐng)各位老師與同行予以指導(dǎo)幫助，在此表示感謝！
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