某太陽能熱水器內(nèi)筒起筋機的設(shè)計說明

1、 . . . 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計題題 目目太陽能熱水器筒起筋機的設(shè)計學(xué)學(xué) 院院機械工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 機械工程與自動化班班 級級 機自 0707 班學(xué)學(xué) 生生永超學(xué)學(xué) 號號指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 樊寧二一一 年 五 月 二十八 日 . . . I / 33摘 要筒是太陽能熱水器的核心部分，其特性影響著產(chǎn)品的整體壽命，太陽能筒起筋機是用來增強太陽能筒的剛性，在太陽能行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。通過文獻檢索、企業(yè)流水生產(chǎn)線的參觀，對太陽能筒起筋機的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理進行歸納分析，并對國外太陽能筒起筋機的研究現(xiàn)狀做了一番比較和總結(jié)，完成了起筋機的設(shè)計。傳動系統(tǒng)和輥壓系統(tǒng)是起筋機的核心部分，本文對這兩部分進

2、行了詳細的設(shè)計，其中將上下輥輪軸同時作為主動軸，通過一個齒輪傳動達到二者的同步運動，較之電機只帶動下輥輪軸旋轉(zhuǎn)，再通過摩擦力帶動上輥輪軸旋轉(zhuǎn)，這樣需求的動力大為減小，且減少了對被加工件的磨損。同時將下輥輪軸的直徑加粗，并將其設(shè)計成空心軸，在保證其剛度的前提下即減輕了其重量，又方便了輥輪的安裝固定。同時在下輥輪軸的懸臂端安裝一個由汽缸帶動的氣動門，拖住下輥輪軸，避免了由于下輥輪軸剛性不足導(dǎo)致的起筋高度不夠。本文對減速機、汽缸、萬向聯(lián)軸器和輥輪軸進行了詳細的計算和校核，保證了設(shè)計的合理性，也簡要介紹了對機架、軸承座等零部件的設(shè)計和選擇過程。通過計算分析和校核，本設(shè)計實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計要求，達到了降低

3、成本、壽命長、噪聲小的目的。機器外形尺寸的設(shè)計方便工作人員操作，提高了加工效率。關(guān)鍵詞：太陽能筒起筋機；輥輪軸；傳動系統(tǒng)；輥輪 . . . II / 33ABSTRACTABSTRACTSolar water heaters within the cylinder is the core part of their characteristics affect the overall life of the product, solar energy from the inner cylinder machine is used to enhance solar energy bars wit

4、hin the rigid tube, in the solar industry has been widely used. Through literature search, visit the companys assembly line, from the tendons of solar energy within the cylinder machine structure, function and working principle of inductive analysis, and the inner cylinder from the domestic and inte

5、rnational solar energy research status bar machine did some comparison and summary of completed the tendon from the machine design. Drive system and roll bars from the machine system is the core of the two parts of this paper carried out a detailed design, in which both the upper and lower axle roll

6、 axis as through a gear drive to achieve synchronization between the two movements, compared with the motor only driven roller shaft rotation, then driven by friction on the roller shaft rotation, so much less power demand, and reduce the wear and tear on the parts to be machined. While the diameter

7、 of the roller axle bold, and designed into the hollow shaft, to ensure that the premise of its stiffness to reduce its weight, but also facilitates the installation of the fixed roller. At the same time the next roll to install a cantilever axle driven by a pneumatic cylinder door is holding the ro

8、ller wheel to prevent the roller shaft due to insufficient rigidity resulting from the bars high enough. In this paper, reducer, cylinder, roller shaft universal coupling and a detailed calculation and verification to ensure that the design is reasonable, but also a brief introduction on the rack be

9、aring and other parts of the design and selection process. Through analysis and verification, the design to achieve the desired design requirements, to reduce cost, long life, low noise purposes. Overall dimensions of the design to facilitate staff to operate and improve the processing efficiency. K

10、eywordsKeywords：solar energy from the tendon within the cylinder machine；roller axle；transmission；roll . . . III / 33目 錄摘要.IABSTRACT.II1 前言 .11.1 選題背景與意義.11.1.1 選題背景.11.1.2 選題的目的與意義.11.2 太陽能筒起筋機簡介.11.3 本次設(shè)計產(chǎn)品特點介紹.21.3.1 太陽能筒起筋機傳動系統(tǒng)組成.21.3.2 太陽能筒起筋機滾壓系統(tǒng)組成.32 方案設(shè)計與論證.42.1 傳動方案初步設(shè)計.42.2 傳動方案的初步確定.53 傳動

11、系統(tǒng)設(shè)計計算.63.1 電機的選 . . . IV / 33擇. 63.2 傳動系統(tǒng)總傳動比與各級傳動比分配.63.3 滾子鏈傳動的整體設(shè)計. 73.3.1 滾子鏈傳動的設(shè)計計算.73.3.2 滾子鏈鏈輪的主要尺寸.93.4 齒輪傳動的設(shè)計計算. 123.4.1 選定吃齒輪類型、精度等級、材料與齒數(shù).123.4.2 按齒根彎曲強度設(shè)計.123.5 軸的設(shè)計計算. 163.5.1 軸的作用.163.5.2 箱體部下輥輪軸的設(shè)計計算.173.5.3 箱體與上輥輪軸相連的軸的設(shè)計計算.174 其他零部件的設(shè)計計算.19 4.1 氣缸的選擇.19 4.2 聯(lián)軸器的選擇 .194.3 氣動門的設(shè)計計算.

12、20 4.4 上下輥輪軸的設(shè)計計算.214.4.1 上輥輪軸的設(shè)計 . . . V / 33.214.4.2 下輥輪軸的設(shè)計 .214.5 花鍵軸萬向聯(lián)軸器的選擇.224.6 軸承的選擇與校核.234.6.1 軸承的選擇標準.234.6.2 軸承的選擇 .234.6.3 軸承的校核 .235 結(jié)論.25參考文獻.26致.27 . . . 1 / 331 1 前言1.11.1 選題背景與意義1.1.1 選題背景在太陽能熱水器行業(yè)，起筋機可以經(jīng)濟合理的增強筒的剛性，方便于后續(xù)加工。目前，國有多家機械廠可以生產(chǎn)起筋機，如寧津縣恒碩太陽能設(shè)備、海剪機床廠、立威盛達機床廠、華興設(shè)備等。國目前主流產(chǎn)品都具

13、有筋間距可調(diào)，每個壓筋輥輪都可以更換的特點，可以滿足一般廠家的生產(chǎn)需求。但目前國外先進技術(shù)可以完全符合美國 LOCKFORMER 質(zhì)量標準，確保結(jié)構(gòu)堅固耐用，成形快速精確，無需特別的維護而具有超長使用壽命。機器多采用重型底盤，電弧焊鋼架，電機速度穩(wěn)定，軸精度高，經(jīng)淬火與磨圓加工的輥輪軸，專有技術(shù)制造的輥輪，免維護傳動系統(tǒng)，機架表面經(jīng)噴塑處理。且進料輥輪在整個厚度圍可以自我補償，操作簡單，工作效率高。雖然目前國有多家機床廠可以生產(chǎn)起筋機，但與國外先進技術(shù)相比仍有很大的差距。首先，國產(chǎn)品多為手動進料，自動化程度較低；第二，輥輪的平行度不好，易產(chǎn)生螺旋筋；第三，國產(chǎn)品多體積龐大，造成了材料的浪費和運

14、輸安裝的不便。國產(chǎn)品多停留在上世紀八九十年代的水平，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度慢，且電機和輥輪的精度不高，不適合快速精確成形。雖然目前國對起筋機進行了多方面的改進，但主體結(jié)構(gòu)仍沒有太大的變化。因此，在加工精度、操作性和運動學(xué)設(shè)計等方面，均落后于國際先進水平。1.1.2 選題的目的與意義伴隨著世界能源的緊，太陽能行業(yè)越來越受到人們的關(guān)注。筒是太陽能熱水器的核心部分，其特性影響著產(chǎn)品的整體壽命。由于不銹鋼具有耐腐蝕的特性，大多數(shù)的制造商都選用不銹鋼材料作為太陽能熱水器的筒。而筒不銹鋼板只有 0.37mm 左右，在其卷成圓筒狀后，剛性十分差，非常容易變形，不易于后續(xù)加工。所以，要增加筒的剛性，可以在筒壁上做上

15、加強筋，雖然這樣可以非常好的加強筒的剛性，但這種方法操作復(fù)雜，對設(shè)備和技術(shù)要求高。而太能熱水器筒只是作為一個儲水裝置，安置加強筋更是縮小了筒的容量，所以這種方法不夠經(jīng)濟且過于復(fù)雜。而通過起筋機在筒壁上壓上加強筋，不僅很好的增強了筒的剛性，而且對筒的儲水量幾乎沒有影響。經(jīng)比較，最經(jīng)濟合理的辦法就是在筒壁上壓出一道道加強筋，由此，做出本設(shè)計筒起筋機。1.2 太陽能筒起筋機簡介 . . . 2 / 33太陽能筒起筋機如圖 1.1，主要用于太陽能熱水器不銹鋼筒加強起筋，增加筒剛性，方便后續(xù)加工。設(shè)備一般采用型鋼焊接主架，震動時效處理，可滿足市場現(xiàn)有各種規(guī)格熱水器桶皮的加強起筋。設(shè)備多采用人工上下工件，

16、控制起筋圓弧角度，操作靈活簡便，效率高。在工作過程中，根據(jù)產(chǎn)品長度設(shè)置滾筋輪，定位準確，無螺旋筋現(xiàn)象出現(xiàn)，產(chǎn)品一次成型，加工精度高。在國外，一些先進公司一般采用伺服電機靈活控制起筋機的輥輪速度，這樣起筋機的用途和使用圍就更加廣泛了。但這樣做卻大大提高了起筋機的生產(chǎn)成本，且設(shè)計和生產(chǎn)更為復(fù)雜繁瑣。而太陽能筒對于起筋的要求并不是太嚴格，只是為了提高筒的剛性，方便后續(xù)加工，所以國起筋機生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的起筋速度多為出廠速度，在低成本的前提下滿足太陽能筒的起筋要求。圖 1.1 太陽能筒起筋機1.3 本次設(shè)計產(chǎn)品特點介紹太陽能熱水器筒起筋機主要用于太陽能筒的加強起筋，本次設(shè)計遵循結(jié)構(gòu)合理、節(jié)省材料、操作簡單

17、的原則，在傳統(tǒng)起筋機的基礎(chǔ)上做了相應(yīng)的設(shè)計和改善，下面就我設(shè)計的太陽能筒起筋機特點與工作原理做一個簡單的介紹。1.3.1 太陽能筒起筋機傳動系統(tǒng)組成本次設(shè)計動力系統(tǒng)是由泰興減速機銷售中心提供的 XW-22-1/87 的 1.5kw 減速機， . . . 3 / 33通過聯(lián)軸器與聯(lián)軸器相連。通過鏈傳動與下輥輪軸相連，下輥輪軸又通過一個齒輪傳動帶動其上面的一根軸旋轉(zhuǎn)。這根軸通過通過一個花鍵軸萬向聯(lián)軸器與上輥輪軸相連，這樣便保證了兩跟輥輪軸同時作為主傳動軸旋轉(zhuǎn)。同時，下輥輪軸與其上面軸二者之間的傳動比與上下輥輪直徑成固定比例，以保證上下輥輪軸旋轉(zhuǎn)的同步，避免因摩擦而造成的動力損耗和對被加工件的磨損。

18、1.3.2 太陽能筒起筋機滾壓系統(tǒng)組成滾壓系統(tǒng)主要是由上下兩根輥輪軸組成，輥輪軸上裝有可以調(diào)隙的輥輪，可以滿足不同廠家對起筋距離的不同要求。 . . . 4 / 332 方案設(shè)計與論證太陽能筒起筋機工作時，將被加工件置于下輥輪軸上，由汽缸帶動上輥輪軸下壓，減速機通過一個鏈傳動帶動下輥輪軸旋轉(zhuǎn)，下輥輪軸又通過一個齒輪傳動帶動上輥輪軸旋轉(zhuǎn)，上下輥輪分別安裝在上下輥輪軸上，二者旋轉(zhuǎn)線速度一樣，完成起筋過程。主要性能參數(shù)：電機功率：1.5kw工作效率：4 個/分最大加工長度：2200mm加工直徑：300600mm輥輪線速度：0.150.20m/s電源：3 相 4 線壓縮空氣：0.20.4KPa2.12

19、.1 傳動方案初步設(shè)計傳動方案首先應(yīng)滿足機器自身的功能要求，如所傳遞的功率大小、轉(zhuǎn)速和運動形式。此外，還要滿足結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、使用維護方便、傳動效率較高、工藝性好等當(dāng)今時代對優(yōu)化設(shè)計的要求。常用傳動方案有 3 種：（1）帶傳動：結(jié)構(gòu)簡單,適用于兩軸中心距較大的傳動場合； 傳動平穩(wěn)無噪聲,能緩沖、吸振； 過載時帶將會在帶輪上打滑 ,可防止薄弱零部件損壞,起到安全保護作用； 不能保證精確的傳動比，帶輪材料一般是鑄鐵等。（2) 鏈傳動:和齒輪傳動比較 ,它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力； 能在低速、重載和高溫條件下與灰土飛揚的不良環(huán)境中工作；和帶傳動比較 ,它能保證準確的平均傳動比

20、 ,傳遞功率較大 ,且作用在軸和軸承上的力較??； 傳遞效率較高 ,一般可達 0.950.97；鏈條的鉸鏈磨損后 ,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象。（3）圓柱齒輪傳動： 能保證瞬時傳動比恒定 ,平穩(wěn)性較高 ,傳遞運動準確可靠；傳遞的功率和速度圍較大； 結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠 ,可實現(xiàn)較大的傳動比；傳動效率高,使用壽命長。根據(jù)太陽能筒起筋機的實際工作情況，起筋機需要比較精確的傳動比才能保證上下輥輪軸轉(zhuǎn)動同步，不至于形成滾動摩擦，造成過大的阻力和對工件的磨損。所以，帶傳動雖然有結(jié)構(gòu)簡單、過載保護等功能，仍因傳動比不精確而不能使用。另外起筋機要求的起筋速度約為 0.150.20m/s，需要較大的力來帶動輥輪軸的

21、旋轉(zhuǎn)，可以選擇鏈傳動和齒輪傳動。 . . . 5 / 332.22.2 傳動方案的初步確定根據(jù)起筋機的實際工作情況，以與從空間緊湊性方面考慮，初定兩種傳動方案，其傳動部件組成為：（1）電動機-聯(lián)軸器-減速器-鏈傳動-下輥輪軸-齒輪傳動-上輥輪軸（2）減速機-聯(lián)軸器-鏈傳動-下輥輪軸-齒輪傳動-上輥輪軸其傳動系統(tǒng)簡圖如圖 1.2。圖 1.2 傳動系統(tǒng)簡圖 . . . 6 / 333 傳動系統(tǒng)設(shè)計計算3.13.1 電機的選擇通常選用 Y 系列三相交流異步電動機。對于啟動頻繁、制動和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機） ，則應(yīng)選用起重或冶金用 YZ 型（籠型）或 YZR 型（繞線型）三相交流異步電動機。電動機結(jié)構(gòu)

22、形式有開啟式、防護式、和防爆式等。電機的安裝形式可根據(jù)防護要求選擇。本設(shè)計要求起筋速度不宜過大，起筋線速度約為 0.150.20m/s，通過實現(xiàn)參觀與查閱資料，初步確定下輥輪的直徑為=240mm，上輥輪的直徑為=170mm，輥1D2D輪線速度約為 v=0.16m/s，則下輥輪每旋轉(zhuǎn)一周用時4.71（s）vDt1則下輥輪的轉(zhuǎn)速為=12.74r/mintsnmin/601普通電機的轉(zhuǎn)速一般為 1500r/min，二者相差比較大，為方便起見可以選用自帶減速器的電動機，故選擇傳動方案：減速機-聯(lián)軸器-鏈傳動-下輥輪軸-齒輪傳動-上輥輪軸本次設(shè)計動力系統(tǒng)是由泰興減速機銷售中心提供的 XW-22-1/87

23、 的 1.5kw 減速機,其電機功率為，電機轉(zhuǎn)速，減速機傳動比。 參數(shù)kw5 . 10min/15000rn 870i如表 1.1 所示 表1.13.23.2 傳動系統(tǒng)總傳動比與各級傳動比分配已知電動機的轉(zhuǎn)速 n0=1500r/min，下輥輪軸轉(zhuǎn)速 n2=12.74r/min，則總傳動比型號功率(kw)傳動比轉(zhuǎn)速(r/min)效率(%)XW-22-1/871.587150090 . . . 7 / 33=117.4。min/74.12min/15000rri 傳動比分配與選擇原則為（1）各級機構(gòu)傳動比應(yīng)盡量在推薦的圍選取。（2）應(yīng)使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，重量較輕。（3）應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)

24、構(gòu)勻稱合理，避免干涉碰撞。分析本傳動系統(tǒng)，本傳動系統(tǒng)中由電動機自帶的減速器以與鏈傳動來分配傳動比，一般鏈傳動的傳動比 i6，鏈條在小鏈輪上的包角不應(yīng)小于 120。根據(jù)以上選擇原則，電動機自帶的減速器的傳動比，則鏈傳動的傳動比871i=1.35，合適。8774.1172i3.33.3 滾子鏈傳動的整體設(shè)計3.3.1 滾子鏈傳動的設(shè)計計算（1）已知 i=1.35，選擇鏈輪齒數(shù)，一般鏈輪齒數(shù)在 17-114 之間。由于21z、z鏈節(jié)數(shù)通常是偶數(shù)，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，常取鏈輪齒數(shù)為奇數(shù)，并盡可能與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)。優(yōu)先選用的鏈輪齒數(shù)系列為：17、19、21、23、25、38、57、76、95、和 114

25、。綜上所述選擇。251921zz，（2）計算當(dāng)量的單排排鏈的計算功率caP根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈的計算功率PKKKPPZAca式中：電機平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，工況系數(shù)0 . 1AK 主動鏈齒數(shù)系數(shù)35. 1ZK 多排鏈系數(shù)1PK傳遞的功率 P=1.5kw . . . 8 / 33（kw）025. 25 . 1135. 11PKKKPPZAca（3）確定鏈條型號和節(jié)距 P主動鏈輪轉(zhuǎn)速(r/min)24.1787min/15001rn根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速，可205. 2caPmin/24.171rn 選鏈條型號為 20A，鏈條節(jié)

26、距為 P=31.75mm。（4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距（3050）p=（3050）31.75mm=952.51587.5mm。取0a1000mm，相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為0a02122100)2(22apzzzzpaLp100075.31)21925(2251975.31100022 =85.02(mm)取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)。85PL查表得中心距計算系數(shù)，則鏈傳動的最大中心距為24467. 01f)(2211zzLpfap =0.2446731.75285-(19+25)=978.8mm(5)計算鏈速 v，確定潤滑方式 . . . 9 / 330.173m/s10006011pznvsm/1000607

27、5.311924.17由 v=0.173m/s 和鏈號 20A，可知應(yīng)采用定期人工潤滑。（6）計算壓軸力pF有效圓周力為：8670（N）173. 05 . 110001000vPFe鏈輪垂直布置時的壓軸力系數(shù)，則壓軸力為：05. 1fpK1.058670=9103(N)efppFKF3.3.2 滾子鏈鏈輪的主要尺寸 （1）小鏈輪的主要尺寸分度圓直徑 d=193（mm）)180(sin1zpd)19180(sinp齒頂圓直徑ad=203.1（mm）11min)6 . 11 (dzpdda19)196 . 11 (75.31193=193+1.2531.75-19=213.6（mm）1max25.

28、 1dpdda齒根圓直徑fd=19319=174（mm）1dddf . . . 10 / 33齒高ah（mm）375. 6)(5 . 01mindpha11max8 . 05 . 0625. 0zpdpha=11.68（mm）1975.318 . 0195 . 075.31625. 0確定的最大凸緣直徑gd76. 004. 1180cot21hzpdg =31.751.04300.76=158（mm）19180cot齒寬mm2422.2595. 095. 011bbf齒側(cè)倒角mm1 . 475.3113. 013. 0pba齒側(cè)半徑mm75.31 prx小鏈輪的設(shè)計如圖 3.1 所示 . .

29、. 11 / 33圖3.1（2）大鏈輪的設(shè)計尺寸分度圓直徑 d=253（mm）)180(sin2zpd)25180(sinp齒頂圓直徑ad12min)6 . 11 (dzpdda =263.7（mm）19)256 . 11 (75.312531max25. 1dpdda =253+1.2531.75-19=273.7（mm）齒根圓直徑fd=253-19=234（mm）1dddf齒高ah（mm）375. 6)(5 . 01mindpha21max8 . 05 . 0625. 0zpdpha=11.36（mm）2575.318 . 0195 . 075.31625. 0齒寬mm2422.2595.

30、 095. 011bbf齒側(cè)倒角mm1 . 475.3113. 013. 0pba . . . 12 / 33齒側(cè)半徑mm75.31 prx大鏈輪的設(shè)計如圖 3.1 所示圖3.13.43.4 齒輪傳動的設(shè)計計算3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料與齒數(shù)（1）選用直齒圓柱齒輪傳動。（2）起筋機為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度。（3）選擇小齒輪材料為 40Gr(調(diào)制)，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼,（調(diào)制）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。（4）下輥輪的直徑為=240mm，上輥輪的直徑為=170mm，為使上下輥輪旋1D2D轉(zhuǎn)保持同步，則齒輪傳動的傳

31、動比0.708，選擇大齒輪的齒數(shù)，則12DDi1001Z小齒輪的齒數(shù)70.8，選取小齒輪齒數(shù)70。2Z1iZ2Z3.4.2 按齒根彎曲強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算，即3211)(132. 2HEdtZuuKTd（1） 確定公式的各計算數(shù)值 . . . 13 / 33試選載荷系數(shù)3 . 1tK計算小齒輪傳遞的扭矩1151105 .95nPT7 . 074.125 . 1105 .95551087. 7mmN 選取吃寬系數(shù)1d查表得材料的彈性影響系數(shù)218 .189 MPZE按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸MPaH6001lim疲勞強度極限。MPaH5502lim假設(shè)機器的工

32、作壽命為 15 年，每年工作 300 天，兩班制，計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)722105 . 5)8215300(174.126060hjLnN77211086. 77 . 0105 . 57 . 0NN查表取接觸疲勞強度系數(shù)；。90. 01HNK95. 02HNK計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1，安全系數(shù) S=1，得MPaMPaSKHNH5406009 . 01lim11MPaMPaSKHNH5 .52255095. 02lim22（2）計算試計算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值。td1H . . . 14 / 333211)(132. 2HEdtZuuKTd=325)5 .5228 .189(

33、7 . 017 . 02 . 01087. 73 . 132. 2=180.17（mm）計算圓周速度 v。v=10006011ndt=0.172（m/s）1000602 .1817.180計算齒寬 b。b=0.2180.17=36（mm）tdd1計算齒寬與齒高之比。hb=2.57（mm）7017.18011zdmtth=2.25=2.252.57=5.78（mm）tm17.3178. 517.180hb彎曲強度的設(shè)計公式為3211)(2FSaFadzYYzKTm（1）確定公式各計算數(shù)值 . . . 15 / 33查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度MPaFE5001極限。MPa

34、FE3802取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。85. 01FNK88. 02FNK計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得(MPa)57.3034 . 150085. 0111SKFEFNF(MPa)86.2384 . 138088. 0221SKFEFNF計算載荷系數(shù) K。查表得使用系數(shù)，直齒輪1AK1FK根據(jù) v=0.172m/s，7 級精度，查的動載荷系數(shù)，小齒輪相對于支撐對02. 1vK稱布置時，。由，查表得。158. 1HK17.31hb158. 1HK16. 1FKK=11.0211.16=1.1832FFvAKKKK查取齒形系數(shù)。查表得；。65. 21FaY226. 22Fa

35、Y查取應(yīng)力校核系數(shù)。查表得；。58. 11SaY764. 12SaY計算大、小齒輪的并加以比較。FSaFaYY01379. 057.30358. 165. 2111FSaFaYY . . . 16 / 3301644. 086.238764. 1226. 2222FSaFaYY大齒輪的數(shù)值大。（2）計算3211)(2FSaFadzYYzKTm=（mm）85. 201644. 0702 . 07870001832. 1232可取由彎曲疲勞強度算的的模數(shù)就近圓整為標準值 m=3mm。幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑=703=210（mm）mzd11=1003=300（mm）mzd22（2） 計算中

36、心距（3）（mm）2552300210221dda（4） 計算齒輪寬度（mm）422102 . 01dbd3.53.5 軸的設(shè)計計算3.5.1 軸的作用（1）軸是組成機器的主要零件之一。所有可以做回轉(zhuǎn)運動的零件都必須安裝在軸上才得以傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳動 . . . 17 / 33軸三類。軸按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩類。直軸根據(jù)外形的不同可分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單加工容易，但軸上的零件不易裝配與定位，階梯軸則正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則常用于轉(zhuǎn)軸。（2）軸的設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝，定位與軸的制造工藝等方面的

37、要求合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的工作能力計算指的是軸的強度，剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算以防止斷裂或塑性變形，對高速運轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進行振動穩(wěn)定性計算，以防發(fā)生共振而破壞。3.5.2 箱體部下輥輪軸的設(shè)計計算（1）軸的材料選擇：由于這根軸主要是傳遞扭矩，且沒有較大沖擊，所以可以選擇 45 鋼作為軸的材料。軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。（2）求輸出軸上的功率、。1P1n電機的效率，則90. 00=1.50.9=1.35（kW）001PP 已知r/min 初步確定軸的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，24.171

38、n查表=112，于是得：0A=47.9（mm）3110minnPAd324.1735. 1112（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 4.1 所示圖1.2 傳動系統(tǒng)簡圖3.5.3 箱體與上輥輪軸相連的軸的設(shè)計計算 . . . 18 / 33（1）軸的材料選擇：由于這根軸主要是傳遞扭矩，且沒有較大沖擊，所以可以選擇 45 鋼作為軸的材料。軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。（2）求輸出軸上的功率、。2P2n電機的效率，齒輪傳動的效率，則90. 0097. 01=1.50.90.97=1.31（kW）0002PP （r/min）63.2424.1771071012nn初步確定軸的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼，

39、調(diào)制處理，查表=112，于0A是得：=42.12（mm）3220minnPAd363.2431. 1112（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 4.1 所示圖1.2 傳動系統(tǒng)簡圖 . . . 19 / 334 其他零部件的設(shè)計計算4.1 氣缸的選擇由于氣缸具有輸出力恒定的優(yōu)點，故選擇汽缸來帶動上輥輪軸上下移動，完成起筋過程。通過對工廠起筋機的實習(xí)觀察，估算輥輪的壓緊力約為 16000N。由于上輥輪軸比較長，要使 16000N 的恒定壓緊力平均分配在 2600mm 的輥輪軸上，可以選擇 4 個氣缸同時工作。已知 4 個氣缸的實際負載總和為 12000N，查表可知負載率。4 . 0每個氣缸的理論輸出力)(750

40、04 . 041200040NFF=154（mm）4 . 0750044PFD所以選擇缸徑 D=160mm 的氣缸。4.2 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，它主要用來聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩；有時也用來做為安全裝置。根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合適的聯(lián)軸器類型，具體選擇可考慮以下幾點：（1）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以與對緩沖減振功能的要求，如對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳遞，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。（2）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小，對于高速傳動軸

41、，應(yīng)選用精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不應(yīng)選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等；（3）兩軸相對位移的大小和方向，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保證兩軸嚴格的、精度 . . . 20 / 33對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。（4）聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需要潤滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。（5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足使用性能的前提下，應(yīng)使用裝卸方便，維護簡單，成本低的聯(lián)軸器。綜上所述，太陽能筒起筋機轉(zhuǎn)速低，對加工精度要求不高，在滿足使用性能的前提下，可以選擇一般的凸緣聯(lián)軸器。本設(shè)計使

42、用聯(lián)軸器型號為： 凸緣聯(lián)軸器 GB/T5843-20037GY84558455YY如圖 4.1：圖4.1 凸緣聯(lián)軸器簡圖其各項設(shè)計參數(shù)如表 4.1 所示表 4.1型號D（mm）（mm）1D（mm1d）（mm）2ds（mm）b(mm)GY716010055558404.3 氣動門的設(shè)計計算氣動門的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是此次課程設(shè)計的重點，其作用非常重要，當(dāng)氣動門打開的時候，人工進行上下料，當(dāng)氣動門關(guān)閉時，起支撐下輥輪軸的作用，防止下輥輪軸在起筋過程中被壓彎，影響起筋效果。氣動門與軸承配合的圈設(shè)置一個圓弧倒角，這樣在氣動門打開的時候不會受到下輥輪軸端軸承的影響而導(dǎo)致氣動門打不開。其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖如圖 4.2圖

43、4.2 氣動門結(jié)構(gòu)簡圖 . . . 21 / 334.4 上下輥輪軸的設(shè)計計算4.4.1 上輥輪軸的設(shè)計上輥輪軸是傳遞動力的終點，它既要能夠旋轉(zhuǎn)運動完成起筋過程，又要能夠上下運動，完成上下料過程。所以選擇一個花鍵軸聯(lián)軸器與其相連，這樣便保證了其在上下運動的同時保持其精度。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4.3圖4.3 上輥輪軸結(jié)構(gòu)簡圖4.4.2 下輥輪軸的設(shè)計下輥輪軸既要完成起筋功能，又要承受來自上輥輪軸的壓力，因此下輥輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要。首先下輥輪軸不能太細，否則輥輪難以固定，起筋過程中輥輪的晃動就容易產(chǎn)生螺旋筋，造成被加工件的報廢。另外，下滾輪軸太細的話承受不住上來自輥輪軸的壓力而被壓彎，導(dǎo)致起筋高度

44、不一，達不到增加太陽能筒剛性的要求。但下輥輪軸也不能太粗，否則增加了自身的重量，造成了材料的浪費，而且懸臂端過重也會影響起筋機自身的壽命。所以本次設(shè)計將下滾輪軸設(shè)計為空心軸，增加其直徑，這樣在保持其剛性的前提下減輕了其重量。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4.4圖4.4 下輥輪軸結(jié)構(gòu)簡圖 . . . 22 / 334.5 花鍵軸萬向聯(lián)軸器的選擇考慮到上輥輪軸需要滾壓并上下移動，所以要選擇花鍵軸萬向聯(lián)軸器，通過查閱相關(guān)資料并通過網(wǎng)絡(luò)搜索，選擇靖江市格瑞特傳動軸的花鍵軸萬向聯(lián)軸器，型號為03GA。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4.5D1d1D2d2圖4.5花鍵軸聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡圖其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 4.2 所示表 4.2型號(mm)1

45、D(mm)2D(mm)1d(mm)2d(mm)maxL(mm)minL03GA959550506505604.6 軸承的選擇與校核4.6.1 軸承的選擇標準選擇滾動軸承主要依據(jù)幾下幾個原則（1）軸承載荷軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動軸承類型的主要依據(jù)。（2）軸承的轉(zhuǎn)速一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時，才回有比較顯著的影響。（3）軸承的調(diào)心性能 . . . 23 / 33當(dāng)軸承的中心線與軸承座中心線補充和而有角度誤差是，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的外圈軸線發(fā)生偏斜。這時，應(yīng)采用具有一定調(diào)心性能的調(diào)心軸承或帶座外球面球軸承。（4）軸承的安裝和

46、拆卸便于拆卸，也是在選擇軸承類型時應(yīng)考慮的一個因素。在軸承座沒有刨分面而必須嚴軸向安裝和拆卸軸承部件時，應(yīng)優(yōu)先選用外圈可分離軸承。4.6.2 軸承的選擇根據(jù)工作條件，下輥輪軸幾乎不受軸向力，而受到較大的徑向力，故三個軸承的型號選擇為：與氣動門相接處的軸承選為深溝球軸承 6216，另外兩個軸承選為深溝球軸承 6316。 箱體部與上輥輪軸相連的短軸選用深溝球軸承 6210。4.6.3 軸承的校核 （1）按照設(shè)計手冊查得 6316 的軸承基本額定動載荷為，基本額NCr122000定靜載荷為。對于下輥輪軸安裝的三個軸承，主要是由中部的深溝球NCr865000軸承和與氣動門連接的深溝球軸承受徑向力，下輥

47、輪軸幾乎不受軸向力。汽缸帶動上輥輪軸下壓時，經(jīng)估算，中間軸承約承受一多半的力，假設(shè)，NFa0。NFr10000查表可知深溝球軸承最小 e 值為 0.22，且，故徑向動載荷系數(shù)為 X=1，eFFra軸向動載荷系數(shù)為 Y=0。（2）初步計算動量載荷 P。查表可知，取2 . 10 . 1pf2 . 1pf=12000（N）)100001 (2 . 1)(arpYFXFfP（3）演驗算軸承的壽命36)(6010PCnLh= （h）36)12000122000(74.12601061037. 1 . . . 24 / 33軸承壽命符合要求。5 結(jié) 論本次完成了太陽能筒起筋機的設(shè)計，通過查閱大量關(guān)于太陽能

48、筒起筋機的文獻資料了解了太陽能筒起筋機的應(yīng)用與國外發(fā)展現(xiàn)狀。太陽能筒起筋機的發(fā)展趨勢是自動化程度高、操作方便，起筋精度高、無螺旋筋、節(jié)能。而太陽能筒起筋機的傳動系統(tǒng)和起筋系統(tǒng)是整個筒起筋機的技術(shù)核心。通過對桑樂太陽能基地的實習(xí)參觀，掌握了大量的關(guān)于筒起筋機的資料，在本次設(shè)計中對傳統(tǒng)起筋機進行優(yōu)化改良。動力系統(tǒng)將傳統(tǒng)電動機改為減速機，省去了減速器的設(shè)計與制造，縮小了其占用空間，另外，將下輥輪軸設(shè)計為空心軸，增加其直徑，即方便與輥輪的安裝與固定，又減輕了其重量，符合了當(dāng)今時代對節(jié)能的要求。本次設(shè)計的太陽能筒起筋機實現(xiàn)以下性能： . . . 25 / 33（1）結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計中采用減速機，省去了帶傳

49、動和減速器的使用，從而使傳動系統(tǒng)更加結(jié)構(gòu)簡單。（2）無螺旋筋。設(shè)計中將下輥輪軸設(shè)計成空心軸并加粗，在增加其承載能力的同時，又減輕了其重量，更重要的是方便與輥輪的定位和保持其穩(wěn)定性，起筋過程中輥輪隊中性好，不易產(chǎn)生螺旋筋。（3）操作方便，易于上下料。將滾壓軸設(shè)計為懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過懸臂端上下料，然后在懸臂端安裝一個氣動門，保證下輥輪軸在起筋過程中不被壓彎，保證了起筋精度。本設(shè)計仍有許多可以改進的地方。（1）可以將減速機該為伺服電機，這樣可以根據(jù)用戶需要調(diào)整起筋速度，但伺服電機成本過高，有利亦有弊。（2）本設(shè)計起筋速度約為 0.150.20m/s，可以滿足一般廠家的生產(chǎn)需要。提高起筋速度可以提高效率，但對機器本身和被加工件的影響仍需要實驗驗證。參 考 文 獻1 柱國. 機械設(shè)計與原理M.