1982_小型板帶軋制機(jī)床設(shè)計(jì),小型,軋制,機(jī)床,設(shè)計(jì) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1第 1 章 緒 論1.1 研究的意義及目的本文是以小型板帶軋制機(jī)床為研究對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)外大型軋機(jī)的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)水平已達(dá)到國際水平，但是小型板帶軋機(jī)的發(fā)展仍然停滯不前，數(shù)目屈指可數(shù)。但是用大型軋機(jī)來加工像電阻絲帶之類的小型制件，成本太高，而且會(huì)帶來很多不便。因此設(shè)計(jì)小型板帶軋機(jī)具有很重要的意義。1.2 動(dòng)態(tài)軋制理論的建立及發(fā)展德國有關(guān)人士認(rèn)為，德國要與美國競爭，只能優(yōu)先發(fā)展理論。我國軋鋼技術(shù)要趕超國外先進(jìn)水平，必須在軋制理論上有所突破。北京鋼鐵研究總院張進(jìn)之教授經(jīng)過40 年多年的研究，創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軋制動(dòng)態(tài)理論體系，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用、驗(yàn)證和發(fā)展。包括動(dòng)態(tài)設(shè)定 AGC 和新型板形測(cè)控方法等技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容的寬厚板軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已在美國 4064mn 寬厚板軋機(jī)上成功應(yīng)用，并得到美方好評(píng)。這項(xiàng)高新技術(shù)裝備出口有十分重要的意義，證明了我國自主開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)的先進(jìn)性，已沒有必要從國外引進(jìn)同類技術(shù)。1.3 板帶生產(chǎn)技術(shù)和理論發(fā)展過程平輥軋制扁平材可追溯到 14 世紀(jì)。繼而在 1480 年，達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)了四輥軋機(jī)圖，1953 年法國人用它軋制金、銀板制幣。1891 年美國建成現(xiàn)代型 2800mm 四輥中厚板軋機(jī)，又于 1961 年建成 5250mm 寬厚板軋機(jī)?，F(xiàn)代型四輥板軋機(jī)主要是用于熱軋，這類軋機(jī)的局限性在于軋件溫降快，難于軋成更薄的板帶材。雖然 19 世紀(jì)末，歐洲實(shí)驗(yàn)了板帶熱連軋技術(shù)，受當(dāng)時(shí)技術(shù)限制，直到 1926 年在美國才實(shí)驗(yàn)成功熱連軋機(jī)。熱連軋機(jī)的發(fā)明使冷連軋成為可能，因?yàn)槔溥B軋與單機(jī)冷軋?jiān)诩夹g(shù)上相比無太大難度，能否實(shí)現(xiàn)冷連軋機(jī)生產(chǎn)方式，關(guān)鍵是需要熱連軋供應(yīng)原料。生產(chǎn)實(shí)踐促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，板帶軋機(jī)的生產(chǎn)應(yīng)用，使變形流動(dòng)的最小阻力定律、體積不變條件和軋制過程中秒流量相等條件等規(guī)律逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。1925年卡爾門提出軋制力微分方程，標(biāo)志著數(shù)學(xué)化的軋制理論開始建立，之后，以軋制壓力計(jì)算為中心的軋制理論得到了飛速發(fā)展。1950 年英國人發(fā)明了軋機(jī)彈跳方程，引入軋機(jī)剛度概念，使軋制理論和技術(shù) 在軋鋼史上產(chǎn)生了一次大的飛躍。1957 年 Phillips 用兩架張力微分方程代替秒流量相等條件，引進(jìn)厚度延時(shí)方程、黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2力矩計(jì)算公式及傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程等，實(shí)現(xiàn)了連軋過程的計(jì)算機(jī)模擬。板形理論研究遠(yuǎn)早于厚控理論，它以軋輥撓度計(jì)算為基礎(chǔ)。60 年代起斯通的彈性基礎(chǔ)梁理論、Sholet 為代表的影響函數(shù)法及有限元計(jì)算等現(xiàn)代板形理論，使板形理論研究出現(xiàn)了新高潮。軋制理論的發(fā)展緩慢甚至停滯，使板帶材技術(shù)創(chuàng)新的重心從理論研究轉(zhuǎn)移到裝備技術(shù)方而，提高裝備技術(shù)水平成為軋制技術(shù)創(chuàng)新的主流，出現(xiàn)各種新型技術(shù)裝備，如解決板形問題的彎輥裝置，HC，PC 軋機(jī)，CVC，VC ，DSR 軋輥等。20 世紀(jì)后期，以四輥連軋機(jī)為基礎(chǔ)，裝備向大型化、高速化、連續(xù)化、自動(dòng)化迅速發(fā)展。由于依靠裝備水平提高亦可提高板帶材質(zhì)量，不僅形成高剛度代表軋機(jī)水平的論斷，同時(shí)也導(dǎo)致裝備的復(fù)雜化。60 年代，熱連軋技術(shù)進(jìn)步是在軋制理論滯后的條件下實(shí)現(xiàn)的，主要靠裝備創(chuàng)新和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。我國的實(shí)際工業(yè)基礎(chǔ)水平，沿國外的方式發(fā)展無法實(shí)現(xiàn)大型連軋機(jī)國產(chǎn)化，所以也就無法實(shí)現(xiàn)鋼鐵強(qiáng)國的愿望。張進(jìn)之教授從 50 年代起在我國獨(dú)立開展的以動(dòng)態(tài)、多變量、非線性為出發(fā)點(diǎn)的軋制動(dòng)態(tài)理論研究，己在國內(nèi)外應(yīng)用并得到實(shí)踐驗(yàn)證和發(fā)展。應(yīng)當(dāng)應(yīng)用這些創(chuàng)新知識(shí)和技術(shù)改造己引進(jìn)的先進(jìn)冷、熱連軋機(jī)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì) 50 年代老連軋機(jī)進(jìn)行全而技術(shù)改造，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平;新建板帶軋機(jī)不要再引進(jìn)了，完全可以自主設(shè)計(jì)和制造。實(shí)現(xiàn)不了連軋機(jī)及控制系統(tǒng)國產(chǎn)化，就圓不了鋼鐵強(qiáng)國的夢(mèng)。在制定“十五” 科技攻關(guān)計(jì)劃和2015 年遠(yuǎn)景規(guī)劃時(shí)，應(yīng)把連軋機(jī)的國產(chǎn)化放在重要地位，優(yōu)先解決。1.4 小型軋制機(jī)床發(fā)展?fàn)顩r小型軋機(jī)也經(jīng)歷過從橫列式改造成連續(xù)式軋機(jī)的道路。目前采用直接吃 130-200mm 方坯一火成材的工藝，軋機(jī)的型式也多種多樣，基本上取消了舊式的開口機(jī)架或閉口機(jī)架，代之以新型的 FSC(節(jié)能緊湊式) 軋機(jī)，懸臂軋機(jī)，卡盤式軋機(jī)， “紅圈”軋機(jī)等?，F(xiàn)將印象最深的幾種新技術(shù)簡單介紹如下：1、Danieli 的 ESC 軋機(jī)(節(jié)能緊湊式軋機(jī))這種軋機(jī)是 1984 年開發(fā)的，目的是減少軋鋼廠投資，降低消耗成本?，F(xiàn)已有六家工廠應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是排列較緊湊的懸臂軋機(jī)，軋輥輥環(huán)裝在兩根懸臂軸上?？梢愿鶕?jù)不同生產(chǎn)品種選用不同材質(zhì)的輥環(huán)(碳化鎢、鑄鐵、特殊鋼等)，我們參觀的廠中有兩家有這種軋機(jī)，據(jù)介紹每個(gè)軋槽使用壽命，粗軋為 20000t/每次車削，精軋為 300t/每次車削。軋機(jī)備有專門的快速換輥裝置，軋輥輥環(huán)與進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)甚至冷卻水管都裝在一個(gè)裝置(稱為 Sandwich)中，固定在軋機(jī)的兩根懸臂軸頸上，軸頸為錐狀，端面有橫鍵。換輥時(shí)只用 6-9 分鐘即可把預(yù)先在裝輥間準(zhǔn)備好的另一套 Sandwich 裝黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3置換上。在裝輥間預(yù)裝的時(shí)間為 15-18 分鐘。這種軋機(jī)采用液休摩擦軸承作為靠近軋輥的支承，使軸頸增加強(qiáng)度及剛度，使軋機(jī)能承受較大軋制力。它的剛性雖不及雙支承的高剛度，短應(yīng)力線軋機(jī)，但與用滾動(dòng)軸承的傳統(tǒng)軋機(jī)相差不多，甚至高些。ESC軋機(jī)輥徑在功 430-501711T1 之間多用作粗軋機(jī)，功 220-430mm 之間的用作中軋或精軋并可做成平一立可換的型式，可在 2-3 分鐘內(nèi)從水平機(jī)架變成立式機(jī)架，以適應(yīng)多品種軋制的要求。這種軋機(jī)把電機(jī)及整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)和齒輪座都裝置在一起，因而重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備投資可減少 10%以上;操作方便 (處理事故，換輥、換品種都方便); 它可以實(shí)現(xiàn)緊湊排列，減少占地面積;還可以減少軋件溫降，從而使開軋溫度由 11500C降到 10800C。采用這種軋機(jī)備件少，比用其他形式軋機(jī)減少 50%備件”這種軋機(jī)用作立輥也沒有很高的機(jī)架，立輥軋機(jī)與平輥軋機(jī)重量相當(dāng)。因此用 ESC 軋機(jī)便于實(shí)現(xiàn)無扭軋制，平立相間布置軋機(jī)。2、Pomini 的緊湊軋機(jī)Ponmini 用雙支承的 “紅卷”軋機(jī)緊湊布置而成的粗軋機(jī)組正式投產(chǎn)的有兩臺(tái); 第一臺(tái)在 VICENZA，是四機(jī)架連軋，功 560 軋機(jī)，機(jī)架中心距 2000mm, 1985 年投產(chǎn)，是平一平一立一平布置，來坯為 140-150mm 方坯，出口斷面為 115-118 60-?70Tnn1。出口速 1.2m/s。在開軋溫度 10000C 時(shí)最大的軋制力為 185.61N，軋制力矩20.4851 T·m。軋機(jī)單架延伸率在 1.3 以下。軋機(jī)都是直流電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，前兩架主電機(jī)功率 380kW，后兩架為 450kW，轉(zhuǎn)速都是 700/1400r/min，整個(gè)機(jī)組占地面積8 8m，設(shè)備高 6m，在線設(shè)備重 183.4t(不包括主電機(jī) )，產(chǎn)量為 120t/h 第二臺(tái)在?Bozlano 是六機(jī)架連軋，頭兩架為誘 750 750mm，后四架為功 650 650，全都是直??流電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)( 前兩臺(tái)是 500kW, 500/1000r/min，后四架是 800kW，500/1200r/nlin)，軋機(jī)是平立交替布置。來料是 200mm, 160mm 或 127mm 方形合金鍛坯，軋制160mm 方坯時(shí)前兩架作送料輥，軋制 127mm 方坯時(shí)前四架作送料輥，只軋兩道。出口斷面為 105mm 方坯。這臺(tái)軋機(jī)比第一臺(tái)緊湊，機(jī)架中心距為 1500mm，相當(dāng)于軋輥直徑的 2 倍。軋機(jī)并沒有采用推力咬入，大壓下量軋制，而是一般常規(guī)的壓下量。軋機(jī)自 1986 年夏季投產(chǎn)以來，生產(chǎn)很正常，僅在試車時(shí)因過量冷卻水澆到軋件上引起扁菱形的軋件上翹發(fā)生堵鋼事故，經(jīng)火焰切割，將軋機(jī)拉出線外處理，前后用了一個(gè)半小時(shí)。自采用防水擋板，避免冷卻水直噴軋件后，沒有發(fā)生類似事故。機(jī)架備有自己單獨(dú)拉出用的小車，軋機(jī)工作時(shí)在導(dǎo)軌上用四個(gè)鎖緊器鎖住，鎖緊力為 79 t，由蝶簧鎖禁，依壓打開。軋輥上開有 2-4 個(gè)孔型，磨損或換規(guī)格時(shí)，打開鎖緊器，橫移機(jī)架，就可以對(duì)正。Pomini 六機(jī)架緊湊軋機(jī)總重 230 t(不包括電動(dòng)機(jī))地面積和第一臺(tái)四機(jī)架軋相似。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 43、Danieli 的“卡盤”軋機(jī)和 Pamini 的“紅圈”軋機(jī)這兩種都是無牌坊短應(yīng)力線軋機(jī)，在意大利各軋鋼廠普遍使用。它們有平輥、立輥、平一立可換和萬能等各種型式;一般后兩種都是設(shè)在精軋機(jī)組，而在前面則是平立輥交替置。軋機(jī)的調(diào)整毛作墓本卜都在予裝間完成，在線上幾乎不進(jìn)行調(diào)整。軋機(jī)的軸向調(diào)整都是采取軸承座不動(dòng)，軋輥本身移動(dòng)的方式。 “紅圈” 軋機(jī)是液壓平衡的，“一片盤”軋機(jī)有液壓平衡的，也有彈簧元衡的、壓下均是通過正反扣螺檢對(duì)稱調(diào)整.軋機(jī)規(guī)格從小到大都有，最小 270，最大 750。4、連續(xù)定尺剪切系統(tǒng)(CCL 系統(tǒng))在我國有兩家公司都在推廣它們新近研制的冷剪型材連續(xù)作業(yè)線。過去在冷床冷卻后的型鋼，經(jīng)矯直后都是成排地用冷剪切成定尺，由于是停剪，生產(chǎn)率低，加上后部工序沒有完全機(jī)械化和自動(dòng)化，型鋼的計(jì)數(shù)、堆垛、打捆包裝都是不適應(yīng)連軋機(jī)的高效率高產(chǎn)量的。這種連續(xù)定尺剪切系統(tǒng)由多線矯直機(jī)，冷切飛剪機(jī)和后面的型鋼自動(dòng)計(jì)數(shù)、堆垛、稱量，打捆包裝作業(yè)線連在一起，實(shí)現(xiàn)了小型軋機(jī)精整工序的全部機(jī)械化和自動(dòng)化。Daniela 的 CCL 系統(tǒng)可同時(shí)剪切 3~15 根軋件(排開寬度 1200mm)，剪切定尺長 6~24m，剪切速度 1.25 m/s，產(chǎn)量達(dá) 165 1/h，剪切長度公差士 15mm,整個(gè)作業(yè)線全長僅 33-40m。在這條作業(yè)線中，多線矯直機(jī)及曲柄式冷切飛剪是關(guān)鍵設(shè)備，兩者共重 50t,售價(jià) 80 萬美元。Pomini 的同樣性質(zhì)的作業(yè)線的剪切速度為 2-2.3m/s，但定尺長度公差是士 20mm，冷切飛剪的剪切力為 200-230t。這種作業(yè)線都是用 PLC控制的。5、冷床前的分段飛剪我國安陽鋼廠已經(jīng)引進(jìn)了 DanicIi 公司的小型高速高精度飛剪機(jī)，它基本上代表了該公司現(xiàn)有分段飛剪的水平。Pomini 公司的分段飛剪，工作原理及結(jié)構(gòu)型式與Danieli 的相似，但最高速度可達(dá) 30m/s。在參觀 Pomini 裝配車間時(shí)見到一種啟動(dòng)工作制的飛剪。它由一臺(tái)低慣量的直流電動(dòng)機(jī)(N=260kW，n= 600r/min)帶動(dòng)，在傳功系統(tǒng)中有一對(duì) m=10, Z/Z=19/29 的齒輪，并有一個(gè)可以離合的飛輪。剪機(jī)本身結(jié)構(gòu)很簡單，重量才 4820 kg。最短剪切周期為 0.9s，在速度 13 m/s 時(shí)，可剪切最短 12 m長的軋件。這種飛剪在剪大斷面時(shí)用飛輪，并且是以曲柄式飛剪形式工作，剪小斷面時(shí)，速度高，不用飛輪，而且把刀架曲柄鎖住，成回轉(zhuǎn)式飛剪工作。這種飛剪工作靈活，適應(yīng)品種范圍廣，是一種很好的新結(jié)構(gòu)。1.5 主要研究內(nèi)容本文主要研究的是小型板帶軋制機(jī)床，是用來制作轎車內(nèi)點(diǎn)煙用的電阻絲帶。需要完成以下工作：第一步粗軋，把原材料直徑 1.5mm 的線狀料軋制成厚度為黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 50.40mm，寬度為 1.61mm 的板帶；第二步精軋，將第一道工序的產(chǎn)品再次加工為厚度為 0.25mm，寬度為 1.61mm 的板帶，并要求有一定的表面質(zhì)量；第三步為，將第二步的產(chǎn)品彎成 V 形帶槽，使成品。文中主要論述了小型板帶軋制機(jī)床總體方案的確定過程，電機(jī)功率和軋輥的計(jì)算過程以及軸的校核過程。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6第 2 章 總體方案的確定本設(shè)計(jì)為小型板帶軋制機(jī)床的設(shè)計(jì)。機(jī)械一般是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)組成。2.1 原動(dòng)機(jī)的選擇第一個(gè)方案：選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，功率大，動(dòng)力強(qiáng)，體積小，不污染環(huán)境，不排除廢氣，噪音也小，但工作需要電能，便于用在固定場(chǎng)合。第二個(gè)方案：選擇內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，需要燃燒燃料，體積比較大，排除廢氣會(huì)污染環(huán)境，噪音也很大，便于用在交通工具上。比較兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇電動(dòng)機(jī)。2.2 傳動(dòng)類型的選擇選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的工作情況（功率，速度，使用條件） 、傳動(dòng)裝置的效率、傳動(dòng)比、質(zhì)量尺寸、制造與成本等因素綜合考慮，還要考慮與工作機(jī)，原動(dòng)機(jī)的匹配，與操縱和控制裝置的匹配量。第一方案：選擇帶傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)兩軸中心距較大的傳動(dòng)；帶富有彈性，能緩沖吸振，因而傳動(dòng)平穩(wěn)無噪聲；結(jié)構(gòu)簡單，制造，安裝，維護(hù)方便，成本低；摩擦型帶傳動(dòng)過載時(shí)，帶會(huì)在帶輪上打滑，可防止其他機(jī)件損壞，起過載保護(hù)作用。缺點(diǎn)：外輪廓尺寸大，不緊湊；傳動(dòng)效率低，平帶傳動(dòng)一般為 0.95，V 帶傳動(dòng)一般為 0.92；帶的壽命較短，一般僅 2000~3000H；摩擦型帶傳動(dòng)因帶與帶輪間存在相對(duì)滑動(dòng)，而不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。第二方案：選擇鏈傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率較高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸?。凰鑿埦o力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫，多塵，潮濕，有污染等惡劣環(huán)境中工作。缺點(diǎn)：瞬時(shí)的鏈速和傳動(dòng)比不恒定，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，有噪聲，不宜用于載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中。第三方案：選擇齒輪傳動(dòng)。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7優(yōu)點(diǎn)：效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長。齒輪傳動(dòng)的功率可達(dá)幾萬千瓦，速度高達(dá) 200m/s,應(yīng)用范圍廣泛。缺點(diǎn)：制造和安裝的精度要求較高，不適合大中心距傳動(dòng)。第四個(gè)方案：選擇蝸桿傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn):可以獲得較大的單級(jí)傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，傳動(dòng)比的一般范圍在 5-80，對(duì)非動(dòng)力傳動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá) 1000 或更大，由于傳動(dòng)不大，零件數(shù)目少，因而結(jié)構(gòu)僅湊，有由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪輪齒的嚙合是逐漸進(jìn)入或退出嚙合，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲小，另外不需其他輔助機(jī)構(gòu)既可獲得傳動(dòng)的自鎖性。缺點(diǎn)：效率低，不宜再大功率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下工作。為減輕齒面磨損及避免膠合，蝸輪一般需要同較貴重的減摩材料制造。由于小型機(jī)床需要的空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低。綜合比較各種傳動(dòng)類型的優(yōu)缺點(diǎn)，選取第三個(gè)方案—齒輪傳動(dòng)。由于工作部分速度小，不能承受電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，需要減速器裝置，且小型軋制機(jī)床要求空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，故采用帶電動(dòng)機(jī)的減速器。2.3 工作機(jī)構(gòu)的確定加工工序的確定：第一個(gè)方案：兩對(duì)軋輥—分兩步完成：第一步，將原材料為 Φ1.5mm 的線狀材料軋制成厚度為 0.25mm，寬度為 1.61mm 的板帶；第二步，將板帶完成 V 形帶槽，使成品。優(yōu)缺點(diǎn)：效率高，但容易使板料產(chǎn)生塑性變形，甚至出現(xiàn)裂紋，精度不高。第二個(gè)方案：三對(duì)軋輥—分三步完成：第一步粗軋，把原材料為 Φ1.5 mm 的線狀材料軋制成厚度為 0.40mm，寬度為 1.61mm 的板帶；第二步精軋，將第一道工序的產(chǎn)品再次加工為厚度為 0.25mm，寬度為 1.61mm 的板帶，并要求一定的表面質(zhì)量；第三步為，將第二步的產(chǎn)品彎成 V 形帶槽，使成品。缺點(diǎn)：成品達(dá)到的精度高，質(zhì)量好。本次設(shè)計(jì)要求成品精度高，比較兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)選取第二個(gè)方案。原動(dòng)力的傳遞路徑：第一個(gè)方案：由傳動(dòng)系統(tǒng)傳給中間一組軋輥，再由中間軋輥傳遞給兩邊的軋輥。優(yōu)缺點(diǎn)：路徑短，功率損耗少。第二個(gè)方案：由傳動(dòng)系統(tǒng)傳給第一組軋輥，再由第一組軋輥傳給第二組軋輥，再由第二組軋輥轉(zhuǎn)給第三組軋輥。優(yōu)缺點(diǎn)：路徑長，功率損耗多。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8比較兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)選取第一個(gè)方案。工作機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：原材料由進(jìn)料口進(jìn)入，通過導(dǎo)料裝置進(jìn)入第一組軋輥，被軋制后變成寬度為1.61mm，厚度為 0.40mm；進(jìn)入第二組軋輥后，被軋制成寬度為 1.61mm，厚度為0.25mm；進(jìn)入第三組軋輥后，變成 V 形板帶，即成品。最后由出料口出來。上軸如圖 2.1 所示：圖 2.1 上軋輥軸下軸如圖 2.2 所示：圖 2.2 下軋輥軸 2.4 本章小結(jié)主要對(duì)小型板帶軋制機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案以及原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)構(gòu)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。小型軋制機(jī)床要求空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低?？傮w方案確定了原動(dòng)力為帶電動(dòng)機(jī)的減速器；傳動(dòng)系統(tǒng)為齒輪傳動(dòng)；工作部分通過軋輥來執(zhí)行，由三組軋輥軸分別對(duì)制件進(jìn)行壓制，使制件完成粗軋、精軋、成品三部分的軋制。軋輥軸通過齒輪嚙黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9合將動(dòng)力傳遞給每一個(gè)軋輥軸。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10第 3 章 軋制機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 制件出口速度該機(jī)床的生產(chǎn)能力為每 10S 內(nèi)纏成一個(gè)，每個(gè)為 16.5 圈，最里圈半徑為 3mm，每圈之間的間距為 0.80mm。根據(jù)圖 3.1 計(jì)算每個(gè)螺旋線總長：L =∫033π[r0+1.05φ/2π]dφ= r0 33π+[1.05(33π)2]033π/4π?=1209 mm 圖 3.1 螺旋線 由于要求每 10 秒纏成一個(gè)，而每個(gè)長 1209mm,故每秒 120.9mm，即第三輥的軋件速度為 120.9mm/s3.2 軋輥直徑及齒輪齒數(shù)的確定由于是小板帶生產(chǎn)，而且材料為鐵鉻鋁合金，所以此設(shè)計(jì)為小型軋制機(jī)器的設(shè)計(jì)，先粗略估計(jì)其功率小于 1kW。由于一般的電機(jī)都是高速的（幾百轉(zhuǎn)每分） ，而生成成品要求是 120.9mm/s，所以軋輥轉(zhuǎn)速很低。為了機(jī)構(gòu)簡單，占用空間小，先擬訂選擇擺線針輪減速器，輸出轉(zhuǎn)速為 35r/min，功率待定。由于總體方案分為三道軋制：粗軋、精軋、成品，這三道工序連續(xù)進(jìn)行，由此知，第一組軋輥的坯料出口速度 Vh1 是第二組軋輥的入口速度 VH2，同理，第二組軋輥的出口速度 Vh2 為第三組軋輥的入口速度 V3。也即，V h2=V3=120.9mm/s。3.2.1 第三組軋輥直徑計(jì)算由于第三組軋輥的作用不是使板材變薄，而是使其彎曲，故板材厚度不變，由黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11vh=定值可知，整個(gè)過程中軋件的速度不變，而在中性點(diǎn)軋件的速度等于軋輥的速度，故第三組軋輥的速度為 120.9mm/s，根據(jù)公式（3.1）V3=2πRr (3.1)式中：V 3—軋輥的線速度；R —軋輥半徑；R —軋輥轉(zhuǎn)速。所以 R＝33mm，這里轉(zhuǎn)速為減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 35r/min。故可求得第三組軋輥直徑為 66mm。3.2.2 第二組軋輥直徑計(jì)算此輥?zhàn)又饕蝿?wù)是將第一次粗軋的 0.40mm 的板帶再次軋為厚度為 0.25mm 的板帶，考慮到在軋制時(shí)有前滑和后滑，故其出口處線速度比軋輥的線速度大，先取D2=58mm。軋輥?zhàn)冃螀^(qū)如圖 3.2：由圖 3.2 得cosф=(R-0.075)/R=(28-0.075)/28=0.9973 所以 cos(ф/2)=0.99935由公式(3.2)Sh2=[hcos(ф/2)+D(1-cos(ф/2))cos(ф/2)]/h-1 (3.2)圖 3.2 軋制變形區(qū)得黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12Sh2=[Dcos(ф/2)-h](1-cos(ф/2))/h=(58 0.99935-0.25) (1-0.99935)/0.25??=0.149由于 Vh2=120.9mm/s，S h2=(Vh2-V3)/V3所以第二組軋輥的線速度 V3 為：V3=120.9/1.149=105.222mm/s而 V2=πd2n2=π 58 35 60=106.29mm/s??其誤差為A=（106.29-105.22 ）/105.22 100℅=1%?合乎要求。3.2.3 第一組軋輥直徑計(jì)算由 Vh=C(C 為定值)得VH2=76.35mm/s此線速度為第二輥的入口速度，也是第一輥的出口速度?，F(xiàn)選擇第一組軋輥直徑為 50mm。由于毛坯是圓柱材料，所以其等效矩形高度為 1.20mm，所以，進(jìn)第一軋輥軋后 h 減少 0.80mm。根據(jù)與第二組軋輥相同的方法計(jì)算 cosф，得cosф/2=0.99599計(jì)算得，S h1=0.495，所以可得 V1=VH1/1.495=51.07mm/s。由于 πd1n1/60=V1，所以 n1=60V1/πd1=60 51.07/50π=19.507r/min，?所以 I=n2/n1=35/19.51=1.7942。3.2.4 齒輪齒數(shù)的確定根據(jù)以上的計(jì)算，且考慮齒輪的正確嚙合，分別選第 1、2、3 軸上的傳動(dòng)齒輪齒數(shù)為 36、20、18，惰輪齒數(shù)為 33。3.3 減速器功率的計(jì)算減速器的功率等于三組軋輥功率之和。即 P=P1+P2+P3。3.3.1 第一組軋輥軸功率的計(jì)算欲確定功率，必須首先確定軋輥的力矩。在軋制過程中，軋輥所需的力矩 Mm 由下面四部分組成：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13Mm=M/I+Mf+Mk+Md （3.3） 式中：M —軋制力矩，用于使軋件塑性變形所需的力矩；Mf—克服軋制時(shí)發(fā)生在軋輥軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等的附加摩擦力矩；Mk—空轉(zhuǎn)力矩，即克服空轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩；Md—?jiǎng)恿兀瑸榭朔堓伈粍蛩龠\(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力所必須的力矩；I—傳動(dòng)比。1、軋制力矩的計(jì)算確定軋制力矩有三種方法：（1）按金屬作用在軋輥上的總壓力 p 計(jì)算軋制力矩。（2）按金屬作用在軋輥上的切向摩擦力計(jì)算軋制力矩。（3）按軋制時(shí)的能量消耗確定軋制力矩。這里采用第一種方法。軋制壓力計(jì)算公式的一般形式為：P=∫0l(pxdx/cosφ)cosφ+∫rltx/cos sinφ-∫0lrtxdx/cosφ sinφ ??（3.4） 由于上式第二三項(xiàng)分別為后滑和前滑區(qū)摩擦力在垂直方向上的分力，他們與第一項(xiàng)相比很小，甚至可以忽略不計(jì)，則軋制力可以寫成：P=∫0lpxdx （3.5） 本計(jì)算采用卡爾蔓微分方程的 A.H.采里可夫解。即：P=e±∫δ/ydy(c+∫k/y(e±∫C/ydy)dy其中 δ=2lf/Δh，積分后得：在前滑區(qū)：p x=c0y-δ+k/δ （3.6） 在后滑區(qū)：p x=c1yδ-k/δ （3.7） 根據(jù)條件知：c 0=k(ξ-1/δ)(H/2)δc1=k(ξ+1/δ)(h/2)-δ綜上各式得：在后滑區(qū)：P x= k/δ［ （ ξ0δ-1） （H/h x） δ+1］在前滑區(qū)：P x= k/δ［（ξ 1δ+1） （h x/h） -δ-1］黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14最后，化簡得：在后滑區(qū) Px=＝ k/δ［（δ-1） （H/h x） δ+1］在前滑區(qū) Px=＝ k/δ［（δ+1） （h x/h） δ-1］現(xiàn)做一下積分變換，并進(jìn)行近似化簡，由圖 3-3 得：hx=h/2+Δh/2 x/l=0.2+0.4x/4.454=0.2+0.09?圖 3.3 變形區(qū)示意圖由于材料為鐵鉻鋁，取其屈服強(qiáng)度為 150MPa。則 K=1.15σф=1.15 150=172.5MPa?則 P =∫0l/2k/δ[(δ+1)(hx/h)δ-1]dx+∫l/2lk/δ[(δ-1)(H/hx)δ+1]dx=∫02.227172.5/3.34[(3.34+1)((0.2+0.09x)/0.4)3..34-1]dx+∫2.2274.454172.5/3.34[(3.34-1)(1.2/(0.2+0.09x))3.34+1]dx=224.2∫02.227(0.5+0.225x)3.34dx+∫2.2274.454224.24(0.2+0.09x)-3.34dx=224.2/0.225∫02.227[(0.5+0.225x)3..34d(0.5+0.225x)+224.24/0.09∫2.2274.454 (0.2+0.09x)-3.34d(0.2+0.09x)=224.2/(0.225 4.34)[(0.5+0.225x)3.34d(0.5+0.025x)?=573.865N/mm這是單位寬度內(nèi)的壓力，所以輥?zhàn)邮芰椋篜1=P B=573.865 1.61=923.979N=0.9239kN?軋制力矩 M 為：M =P1Фl=0.9239 0.015 2.18=0.0302N·m。式中：Ф為軋制力臂系數(shù)，取 Ф=0.015；l 為接觸弧長，經(jīng)計(jì)算得 l=2.18mm。2、附加摩擦力矩的計(jì)算（1）軋輥軸承中的附加摩擦力矩 Mf1黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15由 Mf1=p1d1f1 （3.8） 得 Mf1=0.9239 50 0.0002=0.009239N.m，?其中：d1 為第一組輥?zhàn)又睆?；f1 為軋輥軸承摩擦系數(shù)；冷軋取為 f1=0.0002。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的摩擦力矩 Mf2由 Mf2=(1/η1-1)(M+Mf1)/I （3.9） 得 Mf2=(1/0.9-1)0.0302+0.009239)/1.795=0.00016N·m，其中：η1 為效率，取 η1=0.9；I 為傳動(dòng)比。所以摩擦力矩 Mf=Mf1/I+Mf2=0.009239/1.795+0.00016=0.0051N·m。3、空轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算由公式 K=0.0004，M H=0.0004 19/3?得 MK=0.0004 19/3=0.0025N·m?4、第一組軋輥功率的計(jì)算根據(jù) M=MZ+Mm+Mk得 M=0.0302/1.795+0.0051+0.0025=0.0244N·m。由于軋輥連續(xù)平穩(wěn)工作，所以取近似值，M jum=M=0.0244N·m，其中 Mjum 為等效力矩。所以由公式N1=0.105Mjumn/η得第一組輥?zhàn)拥纳陷佀韫β蕿椋篘1=0.105 0.0244 35/0.9=99.82W?由此知，第一組軋輥所需總功率為：N=2 N1=199.630W3.3.2 第二組軋輥功率計(jì)算計(jì)算接觸計(jì)弧長 L：由前面的計(jì)算知，R=29mm。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16又已知，B C=Δh/2=(0.4-0.25)/2=0.075mm，參見圖 2.2，cosФ =OC/OA=(29-0.075)/29=0.9974，所以 Ф=4.122°。由此知，AC 弧長為L=4.122 πd2/360=4.122 π 60/360=2.08mm??hx=0.125+0.075X/2.08=0.125+0.036xδ=2fl/Δh=2 2.08 0.30/0.15=8.32其中，f 為摩擦系數(shù)取 0.30。1、軋制力矩的計(jì)算計(jì)算單位壓力：P2=∫01.04K/δ[（δ+1 ） （h x/h） δ-1]dx+∫1.042.08k/δ[(δ-1)(H/hx)δ+1]dx=∫01.04K/（δ+1 ） （h x/h） δdx+∫1.042.08k/(δ-1)(H/hx)δdx=∫01.04172.5 (8.32+1)(0.125+0.036x)8.32dx+∫1.042.08172.5(98.32-1) (0.4/(0.125? ?+0.036x))8.32/8.32dx=193.23[(0.125+0.036)9.332]01.04 +(0.074/(-7.32))[(0.125+0.036x)-7.32]1.042.08=474.4=0.4744KN/mm所以第二組輥的下輥受壓力為：P2=PB=0.4744 1.61=0.7638kN?計(jì)算一個(gè)軋輥所需軋制力矩為：M=P2Φl=0.7638 0.015 2.08=0.00238N·m2、附加摩擦力矩的計(jì)算Mf1=P2d2f1=0.7638 58 0.0002=0.0088N·m?Mf2=(1/η2-1)(M+Mf1)/I=(1/0.9-1)(0.00238+0.0088)/1=0.011N.mMm=Mm1/I+Mm2=0.0088+0.011=0.0198N·m3、空轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算Mk=0.0002 19/3=0.0012N·m?4、第二組軋輥功率的計(jì)算M=MZ/I+Mm+Mk黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17=0.00238+0.0134+0.0012=0.02338N·m所以，第二而組軋輥所需總功率為：N2=2 N2=2 69.42=138.84W?3.3.3 第三組軋輥功率的計(jì)算第三組輥?zhàn)拥墓ぷ魇前亚皟傻拦ば虼蟮漠a(chǎn)品折成 V 型帶，所以所需功率很小，這里粗略估計(jì)為 100W。3.3.4 減速器功率的計(jì)算N=N1++N2+N3 =190+138.8+100=428.8W由參考文獻(xiàn)[10] 得，與此功率對(duì)應(yīng)的擺線針輪減速器的最小功率為 735W，所以選擇0.735kW 的減速器，其型號(hào)為 8105 型 XWD 型減速器。其外形如圖 3.4 所示：圖 3.4 減速器各部分尺寸由文獻(xiàn)[1]查得減（變）速器。電機(jī)與電器，擺線針輪減速器 8105 系列 XWD 型減速器。3.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 齒輪材料的選擇因是一般用途的齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)功率不大，且對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸無嚴(yán)格要求，可選擇軟齒面齒輪傳動(dòng)。由文獻(xiàn)[5] 表 6.2，第三組軋輥軸上左右傳動(dòng)齒輪可選 40Cr ，齒面硬度 270~280HBS，第二組軋輥軸上左右傳動(dòng)齒輪可選 40Cr 鋼，齒面硬度270~280HBS，第一組軋輥軸上左右傳動(dòng)齒輪可選 45 鋼，齒面硬度為 190-200HBS。每組軋輥上上下傳動(dòng)齒輪選 45 鋼，齒面硬度為 190-200HBS。惰輪軸選 45 鋼，齒面硬度為 230-240HBS。3.4.2 齒輪基本尺寸的確定黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 181、上下傳動(dòng)齒輪尺寸的確定為了保證軋輥正常軋制，兩軋輥中心間的距離等于上下嚙合的兩齒輪的中心距。第一組軋輥軸上的齒輪：a=(d1+d2)/2=50+0.40=50.40mm其中：d 1,d2 分別為上下兩齒輪的分度圓直徑。分度圓直徑： d1=d2=50.40mm齒寬： b=Φdd1=0.4×50.40=20.16mm，圓整為 20mm。為了避免齒輪齒數(shù)和尺寸過大，選取 z=28，m=1.8 ，則齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(28+2×1.0)×1.8=54mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(28-2×1.0-2×0.25)×1.8=45.9mm圓整為 45mm。da≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，如圖 3.4 所示。第二組軋輥軸上的齒輪：a=(d1+d2)/2=58+0.25=58.25mm其中：d 1,d2 分別為上下兩齒輪的分度圓直徑。分度圓直徑： d1=d2=58.25mm齒寬： b=Φdd1=0.4×58.25=23.30mm，圓整為 23mm。為了避免齒輪齒數(shù)和尺寸過大，選取 z=33，m=1.765 ，則齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(33+2×1.0)×1.765=61.775mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(33-2×1.0-2×0.25)×1.765=53.833mm,圓整為 53mm。da≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。外形圖如圖 3.4 所示。第三組軋輥軸上的齒輪：a=(d1+d2)/2=59.84mm其中：d 1,d2 分別為上下兩齒輪的分度圓直徑。分度圓直徑： d1=d2=59.84mm齒寬： b=Φdd1=0.442×59.84=26.5mm，圓整為 26mm。為了避免齒輪齒數(shù)和尺寸過大，選取 z=35，m=1.681 ，則齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(35+2×1.0)×1.681=62.197mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(35-2×1.0-2×0.25)×1.681=54.633mm，圓整為 54mm。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19da≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，外形圖如圖 3.5 所示。Φ54.9280.圖 3.5 第一組軋輥軸上下傳動(dòng)齒輪2、左右傳動(dòng)齒輪左右傳動(dòng)齒輪齒數(shù)已由軋輥計(jì)算中給出。第一組軋輥軸上的齒輪：z=36，m=2，則分度圓直徑： d=zm=36×2=72mm 齒寬： b=Φdd1=0.4×72=28.8mm,圓整為 30mm齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(36+2×1.0)×2=76mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(36-2×1.0-2×0.25)×2=67mmda≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，外形圖如圖 3.4 所示。第二組軋輥軸上的齒輪：z=20，m=2，則分度圓直徑： d=zm=20×2=40mm小齒輪齒寬要比大齒輪齒寬大 5-10mm：b=33.8+5=38.8mm,圓整為 40mm。齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(20+2×1.0)×2=44mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(20-2×1.0-2×0.25)×2=35mmda≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，外形圖如圖 3.4 所示。第三組軋輥軸上的齒輪：z=18，m=2，則分度圓直徑： d=zm=18×2=36mm小齒輪齒寬要比大齒輪齒寬大 5-10mm：b=33.8+5=38.8mm,圓整為 40mm，齒頂圓直徑： da=d+2ha=(z+2ha*)m=(18+2×1.0)×2=40mm齒根圓直徑： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(18-2×1.0-2×0.25)×2=31mmda≤160mm,故齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，外形圖如圖 3.4 所示。3.5 各軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 第一組軋輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第一組軋輥對(duì)應(yīng)的軸：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20p=199.63W，n=19.507r/min軸的材料選用 40 鋼，根據(jù)實(shí)心軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式可得出軸的直徑計(jì)算公式：3/dApn?（3.10）式中 ：P-軸傳遞的功率（kW ） ；n-軸的轉(zhuǎn)速。A= 39501/[]??（3.11）查參考文獻(xiàn)[7]P 301 表 18-2 得出 40Cr 的 A 值為 112，則=24.316mm33129.610/9.57d???軸上開有鍵槽，會(huì)使軸的強(qiáng)度消弱，應(yīng)該增大軸徑，一般一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 3%左右，有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大 7%左右，且還要圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。即：do≥(1+7%)d=26mm取最小段軸徑為 28mm，則：軸段 1.與上下傳動(dòng)齒輪相配合 d=28mm，l=19mm2.與軸承相配合 d=30mm，l=9mm3.軸肩，對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位 d=33mm，l =10mm4.軋輥 d=50mm，l=20mm5.軸肩對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位 d=33mm，l =10mm6.與軸承相配合 d=30mm， l=9mm7.與左右傳動(dòng)齒輪相配合 d=28mm，l=28mm上軸的各部分尺寸：軸段 1.與上下傳動(dòng)齒輪相配合 d=28mm，l=19mm2.與軸承相配合 d=30mm，l=9mm3.軸肩，對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位 d=33mm，l =10mm4.軋輥 d=50mm，l=20mm5.軸肩對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位 d=33mm，l=10mm6.與軸承相配合 d=30mm，l=9mm滑動(dòng)軸承在一般情況下摩擦損失較大，使用潤滑，維護(hù)也比較復(fù)雜；滾動(dòng)軸承因其摩擦因數(shù)低，啟動(dòng)力矩小，軸向尺寸小，特別是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，使得設(shè)計(jì)，使用，潤黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21滑，維護(hù)都很方便，在一般機(jī)器中獲得了較廣泛的應(yīng)用。通常，在滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承都能滿足使用要求時(shí)，優(yōu)先選用滾動(dòng)軸承。球軸承制作方便，價(jià)格低，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，而且本次設(shè)計(jì)要求的軸承受較平穩(wěn)的載荷，軸向載荷較小，甚至沒有，故選深溝球軸承。為了保證軋輥的正確壓制，軸上軸承的外徑必須小于 50mm，查文獻(xiàn)[1]第四卷，軸承內(nèi)徑 30mm，外徑為 42mm，寬度為 7mm。如圖 3.6 所示：同一根軸上的兩軸承尺寸相同。齒輪通過鍵進(jìn)行軸向定位,通常選用平鍵。 Φ42307圖形 3.6 軸承根據(jù)軸的尺寸選擇鍵，上下傳動(dòng)齒輪需要的鍵 b×h×l=8×7×14m。如圖 3.7 所示。圖 3.7 鍵左右傳動(dòng)齒輪需要的鍵 b×h×l=8×7×22mm。如圖 3.8 所示。圖 3.8 鍵黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22軸的兩端用軸端擋圈進(jìn)行周向定位，軸端擋圈根據(jù)軸的直徑選擇，由文獻(xiàn)[8]表18-9 兩端都選外徑為 D=35mm 的軸端擋圈如圖 3.9 所示。Φ356.圖 3.9 軸端擋圈擋圈用內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定，按擋圈配合要求選用 M6×16 型號(hào)。螺釘外形如圖 3.10 所示： 210圖 3.10 內(nèi)六角圓柱頭螺釘3.5.2 第二組軋輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第二組軋輥對(duì)應(yīng)的軸，p=138.84W, n=35r/min 。軸的材料選用 40Cr 根據(jù)實(shí)心軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式可得出軸的直徑計(jì)算由公式（3.10） 3/dApn?式中： P-軸傳遞的功率（kW） ；n-軸的轉(zhuǎn)速。其中， A= 39501/[]??查參考文獻(xiàn)[7]P 301 表 18-2 得出 40Cr 的 A 值為 112，則=17.73mm3328.4/5d??軸上開有鍵槽，會(huì)使軸的強(qiáng)度削弱，應(yīng)該增大軸徑，一般一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 3%左右，有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大 7%左右，有三個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大 10%，且還要圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。即d (1+10%)d=20mm?黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23取最小軸段為 20mm,則下軸的其它各部分尺寸如下：軸段 1.d=34mm，l=22mm2.d=40mm，l=9mm3.d=43mm，l=10mm4.d=58mm，l=20mm5.d=43mm，l=10mm6.d=40mm，l=9mm7.d=22mm，l=40mm上軸各部分的尺寸：軸段 1.d=34mm，l=22mm2.d=40mm，l=9mm3.d=43mm，l=10mm4.d=58mm，l=20mm5.d=42mm，l=10mm6.d=40mm，l=9mm外形如圖 3.11 和 3.12 所示：上軸：圖 3.11 第二組軋輥軸上軸下軸：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24圖 3.12 第二組軋輥軸下軸軸承的外徑必須小于 58mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]第四卷選取型號(hào)為 1000807 的軸承，軸承外徑為 52mm，寬度為 7mm。圖形如圖 3.6 所示。齒輪最右端通過聯(lián)軸器與減速器連接：根據(jù)軸的直徑查取，查參考文獻(xiàn)[1]第四卷 P29-27 選取 YL4 型。聯(lián)軸器用 M8 的螺栓固定如圖 3.13 所示：圖 3.13 聯(lián)軸器3.5.3 第三組軋輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算第三組軋輥軸對(duì)應(yīng)的軸 p=100w，n=35r/min 。軸的材料一般選用 40Cr 根據(jù)實(shí)心軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式可得出軸的直徑計(jì)算公式3/dApn?式中： P-軸傳遞的功率（kW ） ；n-軸的轉(zhuǎn)速。A= 39501/[]??查參考文獻(xiàn)[7]P 301 表 18.2 得出 40Cr 的 A 值為 112，則黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25=17.88331260/5d???取軸上直徑最小段為 d=20mm；軸段 1.d=34mm，l=25mm2.d=40mm，l=9mm3.d=43mm，l=10mm4.d=43mm，l=10mm5.d=40mm，l=9mm6.d=20mm，l=37.8mm上軸各部分的尺寸：軸段 1.d=34mm，l=25 mm2.d=40mm，l=9mm3.d=43mm，l=10mm4.d=43mm，l=10mm5.d=40mm，l=9mm外形如圖 3.14 和 3.15 所示：圖 3.14 第三組軋輥軸上軸黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26圖 3.15 第二組軋輥軸下軸由于第 4 軸段是將制件軋制成 V 字形的軋輥，軋輥的形狀必然也為 V 字形，根據(jù) V 形制件的尺寸和三角形相似原則計(jì)算出軋輥的形狀和尺寸如圖 3.15：軸承的外徑必須小于 59.84mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]第四卷選取型號(hào)為 1000807 的軸承，軸承外徑為 52mm，寬度為 7mm。圖形如圖 3.6 所示。軸的兩端用軸端擋圈進(jìn)行周向定位，軸端擋圈根據(jù)軸的直徑選擇，由參考文獻(xiàn)表 18.9 左端選外徑為 D=45mm 的軸端擋圈，右端選用外徑 D=25mm。軸端擋圈用螺釘固定。圖形如圖 3.6 所示。 Φ653.18圖 3.16 軋輥外形尺寸齒輪通過鍵進(jìn)行周向定位，上下傳動(dòng)齒輪選用鍵的尺寸為 b×h×l=12×8×20mm,左右傳動(dòng)齒輪選用鍵的尺寸為 b×h×l=6×6×28mm。圖形如圖 3.8 所示。3.5.4 惰輪軸的設(shè)計(jì)為了方便，將惰輪與軸做成一體，通過定位板定位。3.5.5 軸的位置確定第二組軋輥的下軸的垂直位置根據(jù)減速器的輸出軸確定，第一組軋輥和第三組軋輥的軋輥下軸位置要保證左右傳動(dòng)齒輪和惰輪的正確嚙合，用作圖法確定，第一組軋黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27輥距第二組軋輥的水平距離為 90mm，垂直距離為 4mm。第三組軋輥距第二組的水平距離為 95mm，垂直距離為 1.92mm。每組軋輥軸之間的距離即為每組軋輥的中心之間的距離。且每組軋輥軸在同一垂置方向上。各軸的位置如圖 3.17 所示： 圖 3.17 軸的位置示意圖3.6 軋制機(jī)床其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.6.1 軸承座的設(shè)計(jì)軸承座用來固定軸承，確定軸承的位置，與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，尺寸如圖 3.18 所示：Φ52 0-.1678圖 3.19 軸承座3.6.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為了防止軋輥在工作中相互摩擦而造成誤差，不能完成軋制，設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu).調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用來調(diào)整每組軋輥軸上軸的垂直高度，以保證每組軋輥之間的距離保持不變,在黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的固定板表面與活動(dòng)桿鄰近的地方有分度盤,用來控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的精確移動(dòng)。形狀如圖 3.20 所示：圖 3.20 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3.6.3 軸定位板的設(shè)計(jì)用來固定每組軋輥的下軸和惰輪軸的位置，保證每組軋輥的正確壓制工作。如圖3.21 所示：3.6.4 箱體面板的設(shè)計(jì)箱體由六塊板組成，上下兩塊厚度為 5mm，豎直面板厚度為 8mm。圖 3.21 軸定位板3.6.5 導(dǎo)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)料板對(duì)制件進(jìn)行導(dǎo)向，防止制件發(fā)生偏移，而不能正確嚙合。如圖 3.22 和3.23 所示：黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29圖 3.22 導(dǎo)料柱 圖 3.23 導(dǎo)料柱工作機(jī)構(gòu)如圖 3.24 所示：圖 3.24 工作機(jī)構(gòu)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 303.7 本章小結(jié)本章主要對(duì)軋輥工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，對(duì)機(jī)床的各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。包括軋輥直徑、功率的計(jì)算，齒輪的尺寸計(jì)算，軸的尺寸計(jì)算，還有軸承座，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，定位板，導(dǎo)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和尺寸的確定。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31第 4 章 齒輪及軸的強(qiáng)度校核4.1 齒輪的強(qiáng)度校核 因?yàn)殚]式軟齒面，按齒根抗彎疲勞強(qiáng)度，由公式（4.1）??FFaKtYbm????（4.1） AV??由參考文獻(xiàn)[1]表 6.3 查得 =1K由參考文獻(xiàn)[1]表 6.7 查得 =1.0V由參考文獻(xiàn)[1]表 6.7 查得 =1.2?由參考文獻(xiàn)[1]表 6.7 查得 =1.4K?1.02.4168K???由公式（4.2） （4.2）tTFd第一組軋輥軸下軸左右傳動(dòng) N·mm53129.019.602714.87t ????第一組軋輥軸下軸上下傳動(dòng) N·mm531...4tTFd??第二組軋輥軸下軸左右傳動(dòng) N·mm5329.108.10894.23t ????第二組軋輥軸下軸左右傳動(dòng) N·mm532..46.tTFd??第三組軋輥軸下軸上下傳動(dòng) N·mm5339.1015.96t ????第三組軋輥軸下軸上下傳動(dòng) N·mm5332. 2tTFd??黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32查取齒形系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[7]表 9.11 可查得第一組軋輥?zhàn)笥覀鲃?dòng)齒輪： ；12.46aFY?1.5aS第一組軋輥上下傳動(dòng)齒輪： ；15a1a第二組軋輥?zhàn)笥覀鲃?dòng)齒輪： ；2.80aF2.aS第二組軋輥上下傳動(dòng)齒輪： ；24aY?2635a第三組軋輥?zhàn)笥覀鲃?dòng)齒輪： ；3.91aF3.aS第三組軋輥上下傳動(dòng)齒輪： ；35a3a根據(jù)校核公式計(jì)算得，左右傳動(dòng)軸： ； ；14.F??2178.0F?3146.F?上下傳動(dòng)軸： ； ；705?取 min1.25FS?由參考文獻(xiàn)[1]圖 6.21 查 ，由圖 6.22 查得12.0;.NY?31.NY?MPa； MPalim7F?lim20F?計(jì)算得 MPa； MPa1[]963[]48F?齒根彎曲校核合格。4.2 軸的強(qiáng)度校核1、第二組軋輥的下軸第二組軋輥的下軸最長且細(xì)，進(jìn)行校核。軸的受力分析見圖 4.1。軸的 p=138.84W，n=35r/min。由公式（4.2）得 12tTFd?N； N； N129.83tF?21894.7tF?'59.3t黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33N； N； N142.rF?2615.rF?'761.45rF?24.51RVRVHt1r.2.5t1r38.Fr2t圖 4.1 軸的受力圖根據(jù)軸上受力分析計(jì)算軸上的支反力，最大應(yīng)力出各數(shù)據(jù)見表 4.2。表 4.2 軸支承點(diǎn)反作用力載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 R（N） 1237.58HR?297.6?1732.09VR?1478?彎矩 M（N?m） 4M5M扭矩 T（N?m） 40總彎矩（N?m ） 238.79HV???計(jì)算彎矩 M（N?m） （ 式中 ）??25.eqaT0.6a由公式（4.3）[]EPepMW???（4.3）黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34查表 18.1 可知 45Cr 調(diào)質(zhì)時(shí) MPa736b??根據(jù) 值查表 18.3 查得的許用彎曲應(yīng)力[ ]=70MPab?式中： W—軸計(jì)算截面的抗彎截面模量 mm3W=0.1 3d35.72108.[]4EPepM??????故校核安全。2、第二組軋輥軸的上軸軸的受力分析見圖 4.2：軸的 p=199.63W，n=19.507r/min. 12tTFd?N； N129.83tF?'59.3tF?N； N4r '7614r24.5.2.521RHVRVHtFrFt1r圖 4.3 軸的受力圖根據(jù)軸上受力分析計(jì)算軸上的支反力，最大應(yīng)力出各數(shù)據(jù)見表 4.2。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35由公式（4.3）[]EPepMW???（4.3）表 4.4 軸支承點(diǎn)反作用力載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 R（N） 1926.HR?256?1