1、XXX大學本科生畢業設計說明書題 目：10 x2000對稱式三輥卷板機設計學生姓名： 10 x2000對稱式三輥卷板機設計摘要本次設計是三輥卷板機設計。此卷板機的結構較為簡單，卷板機是一種將板料通過塑性變形使其變為管料的機械。對稱三輥卷板結構簡單、緊湊、質量輕、易于制造等優點。因為對稱式三輥卷板機的諸多優點，和通過幾種運動方案的分析比較，再考慮到通用性，最終決定采用三輥對稱式卷板機。其設計加工尺寸為10 x2000對稱式三輥卷板機,其主要有輥子，機身，動力傳遞部件和電機組成，輥子主要設計其強度，半徑等尺寸足以保證設計尺寸。關鍵詞: 塑性變形，通用性，動力傳遞，輥子。AbstractThe de

2、sign is three-roll bending machine design. Bending machine of this relatively simple structure, is a coiling machine will be through the sheet metal to plastic deformation of the material into the machinery.Three-roller symmetrical bending machine sheet structure is simple, compact, light weight, ea

3、sy to manufacture and so on. Because of three-roll symmetric bending machines many advantages, and several sports programs through analysis and comparison, taking into account the general nature of, and ultimately decided to adopt a three-roll symmetric bending machine. Its design and processing siz

4、e of 10*2000 three-roller symmetrical bending machine. The main roller, aircraft, spare parts and electrical power service component. Roll of the main design of their strength, size sufficient to ensure the radius, and other factors Key words: Plastic deformation，General，Power transmission，roller.目錄

5、摘要.Abstract. HYPERLINK l _Toc202178059 緒 論.1.1.2卷扳機的運動形式.2彎曲成型的加工方式.3.5第二章 方案的論證及確定.8.8 方案1雙輥卷板機.8 方案2三輥卷板機.9方案3四輥卷板機 .10 .11.11第三章 傳動設計.12.12齒輪傳動.12皮帶傳動.13.14 主傳動系統確實定.14副傳動系統確實定.14.15第四章 下輥驅動系統的設計.17.17.19 受力分析19 電機的功率確定.20 電機的選擇.21.22 總傳動比22 減速器的選擇.22 4.3.3分配傳動比.224.5本章小結.24第五章 壓下系統設計.24.24驅動功率計算

6、.24選擇電機24.25.27.27.31蝸輪軸的設計計算.31蝸桿軸的設計計算31軸的結構設計.32.33軸的受力分析33軸的彎、扭矩綜合圖34按彎扭合成應力校核軸的強度.37.37選擇軸承.37軸承校核.38.39第六章 上下輥的設計及校核.39 6.1結構及力學分析.396.2對輥子進行剛度校核計算.41上輥的設計計算41下輥的設計計算.42.42 .43第七章 機架的設計.44.44.44.4545總結.46參考文獻.47致謝.49第一章 緒 論1、三輥卷板機三輥卷板機有機械式和液壓式：機械式三輥卷板機分為對稱適合非對稱式，上輥在兩個下輥中央對稱位置作垂直升降運動，通過絲杠絲母蝸桿傳動

7、而獲得，兩個下輥作旋轉運動，通過減速器的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機缺點是板材端部需借助其它設備進行預彎。機械三輥非對稱式卷板機：機械三輥非對稱式卷板機主要特點：該機結構型式為三輥非對稱式，上輥為主傳動，下輥作垂直升降運動，以便夾緊板材，并通過下滾齒輪與上輥齒輪嚙合，同時作為主傳動；邊輥作傾升降運動，具有預彎和卷圓雙重功能。機構緊湊，操作維修方便。液壓式三輥卷板機：液壓式三輥對稱卷板機主要特點：該機上輥可以垂直升降，垂直升降的液壓傳動，通過液壓缸內的液壓油作用活塞桿而獲得；下輥作旋轉驅動，通過減速器輸出齒輪嚙合，為卷板提供扭矩，下輥下部有托輥，并可調節。上輥呈鼓形狀，提高制

8、品的直線度，使用于超長規格各種截面形狀灌。該機為上調式對稱三輥卷板機，可將金屬板材卷成圓形、弧形和一定范圍內的錐形工件，本機兩個下輥為主動輥，上輥為從動輥。它廣泛使用于造船、鍋爐、航空、水電、化工、金屬結構及機械制造行業。 圖1.1 對稱式三輥卷板機2、四輥卷板機：分為側輥傾斜調整式四輥卷板機和側輥圓弧調整式四輥卷板機。3、特殊用途卷板機：有立式卷板機、船用卷板機、雙輥卷板機、錐體卷板機、多輥卷板機和多用途卷板機等。卷板機的工作能力是指板材在冷態下，按規定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時最小卷筒直徑的能力。國內外采用冷卷方法較多。冷卷精度較高，操作工藝簡便，本錢低廉，但對板材的質量要求較高如

9、不允許有缺口、裂紋等缺陷，金相組織一致性要好。當卷制板厚較大或彎曲半徑較小并超過設備工作能力時，在設備允許的前提下可采用熱卷的方法。有些不允許冷卷的板材，熱卷剛性太差，那么采用溫卷的方法。 卷板機的運動形式卷板機的運動形式可以分為主運動和輔運動兩種形式的運動。主運動是指構成卷板機的上輥和下輥對加工板材的旋轉、彎折等運動，主運動完成卷板機的加工任務。輔運動是卷板機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等形式的運動。該機構形式為三輥對稱式,上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動,通過絲桿絲母蝸桿傳動而獲得,兩下輥作旋轉運動,通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合,為卷制板材提供扭矩

10、。 圖1.2 三輥卷板機工作原理圖由圖1.2：主運動指下輥分別繞O2、O3作順時針或逆時針旋轉。輔運動指上輥的上升或下降運動，以及上輥在O1垂直平面的上翹、翻邊運動等。彎曲成型的加工方式在鋼結構制作中彎制成型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，內層纖維縮短而產生彎曲變形中層纖維不變。當圓筒半徑較大時，可在常溫狀態下卷圓，如半徑較小和鋼板較厚時，應將鋼板加熱后卷圓。在常溫狀態下進行滾圓鋼板的方法有：機械滾圓、胎模壓制和手工制作三種加工方法。機械滾圓是在卷板機又叫滾板機、軋圓機上進行

11、的。在卷板機上進行板材的彎曲是通過上輥軸向下移動時所產生的壓力來到達的。它們滾圓工作原理如圖1.3所示。a b ca對稱式三輥卷板機 b不對稱式三輥卷板機 c四輥卷板機圖1.3 滾圓機原理圖 卷圓的根本原理是懸空法。上輥是被動輥，可上下移動；下輥2是主動輥，是固定輥，當板料送入上下輥之間時，鋼板的下外表與兩個輥的最高點相接觸，當上輥下壓并超過材料的屈服極限時，板料便產生塑性變形。隨著三個輥軸的旋轉，便形成一條弧線，這條弧線的外層纖維被拉伸，內層被擠縮，中心層不變，這時鋼板被卷成圓。卷制錐形筒節時，應在筒節小頭一側在卷板機上安設止推擋滾，以擋住板料，不讓它在卷制時朝小頭的方向移動。三輥對稱式卷板

12、機的特點是上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動，兩下輥作旋轉運動。由于卷板機的三輥是對稱式的，在彎曲成型過程中，板材前后受力相對均勻，因此能夠較好的解決鋼板的彈復問題和精度問題。其缺點在于對稱式的機器不能彎卷板材的全部長度。板材兩端有略小于兩個下輥之間距離之半的長度仍然是直的，因此板材保持直挺的兩端在彎卷之前需要先在專門的預彎邊機上加以預彎。對稱式三棍卷板卷板是利用卷板機對板料進行連續三點彎曲的過程。如圖14所示，卷板工藝過程大致分為4步：A預彎：卷板時平板兩端各有一段長度由于接觸不到上輥而不發生彎曲，稱為剩余直邊，工藝上將平板開始彎曲的最小力臂叫做理論剩余直邊，其大小與設備結構及其彎曲形式

13、對稱彎曲，不對稱彎曲有關。B對中：對中的目的是使工件母線與輥筒軸平行，防止產生扭斜。C卷圓：卷圓是產品成形的主過程，分為一次進給與屢次進給。進給次數取決于工藝限制條件如冷卷時不得超過允許的最大變形率及設備限制條件如不打滑條件和功率條件。卷圓操作中應注意:1、冷卷時回彈較明顯，必須施加一定的過卷量。高強鋼回彈較大，為了減少回彈，在最終成形前需進行一次退火，以消除冷作硬化。2、熱卷時不必考慮回彈。對于閉合圓筒，一般只要控制板料尺寸，卷至剛好閉合即可。為防止工件卸下后產生變形，應將工件在終卷曲率下進行不斷滾彎，直至工件外表顏色發暗為止。a:加載 根據經驗或計算將工作輥調到所需的最大矯正曲率的位置。b

14、:滾圓 將輥筒在矯正曲率下滾卷12圈，使整卷曲率均勻一致。c:卸載 逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減少的矯正載荷下屢次滾卷。d:矯圓：矯圓包括加載、滾圓和卸載3個過程:矯圓的目的是盡可能使整圓曲率均勻一致，保證品質量。圖1.4 卷板工藝過程在卷板機卷取鋼板時，由于上輥的壓力，使支承在兩個下輥上的板材形成三點彎曲。因此板材的成型過程可以看成是三輥卷板機對板材做連續的三點彎曲的過程。加工時將被加工板材的一端送入三輥卷板機的上、下軋輥之間，然后對上輥施加一向下的位移，使位于下方的板材局部因受壓而產生一定的塑性彎曲變形。當下輥被驅動作回轉運動時，由于板材與軋輥之間存在摩擦力，所以當軋輥轉動時板材也就沿其縱

15、向運動。當板材依次通過上輥的下方即變形區時，應力超過屈服極限，那么將產生塑性變形，板材也就獲得了沿其全長的塑性彎曲變形。適當調整軋輥之間的相對位置，就可以把板材彎成半徑不小于上輥半徑的任意值。在卷取鋼板的過程中，也伴有變形量與應力成正比的彈性變形。研究說明，彈復與彎曲曲率、材料屈服極限有關，并且隨下輥之間的距離和上下輥徑比的降低而減小。卷板加工屬于壓力加工范疇，是在鍛造加工和軋制加工的根底上開展起來的一種新型加工方法。從加工形式上屬于彎曲加工。所謂壓力加工，從廣義上講:但凡利用永久變形(塑性變形)將固態坯料制成所需形狀和尺寸的固態制件的加工，均被稱為壓力加工，或壓力成形。狹義上的壓力成形，一方

16、面是指板料及條料的彎曲、翻邊、拉伸等。它們是既保持作為坯料的板料的形態，同時又改變其外觀的加工方法。另一方面，像鍛造、擠壓等，能使材料的大局部產生復雜的塑性變形，并且制件形狀和外觀都與原材不同。彎曲成形就是將金屬材料彎成一定角度、曲率和形狀。常用的彎曲加工大體上可分為壓彎、折彎和滾彎三種類型。 a 壓彎 b 折彎 c 滾彎 圖 1.5 三中彎曲方式1、壓彎壓彎是用壓力機或彎板機進行的板料彎曲。最簡單的形式，是用一個固定凹模和一個活動凸模的彎曲。(如圖1.5a所示)板材、型材、管材的彎曲多用這種成形方法。2、折彎(如圖1.5 b)折彎是用沿著固定模具周邊移動的壓彎工具，一邊將材料壓在固定模具圓角

17、局部，同時又使其貼合在一起的彎曲方法。管材、板材、線材的彎曲多用這種成形方法。3、滾彎(如圖1.5滾彎是用二至四個軸輥在送進板料的同時做連續彎曲加工的方法。與壓彎和折彎相比，滾彎的彎曲半徑較大，制件的曲率相等(同一截面的曲率)。所以被廣泛用于筒形、錐形、局部筒形或錐形等大口徑管件的加工制造之中。滾壓成形也被視為是滾彎的一種，是使帶料依次通過幾組成形軸輥，成形一定斷面形狀。一般用于結構用輕型型材。卷板機就是滾彎原理的具體應用。卷板機的開展趨勢參加WTO后我國卷板機工業正在步入一個高速開展的快道，并成為國民經濟的重要產業，對國民經濟的奉獻和提高人民生活質量的作用也越來越大。預計“十五期末中國的卷板

18、機總需求量為600萬輛，相關裝備的需求預計超過1000億元。到2021年，中國的卷板機生產量和消費量可能位居世界第二位，僅次于美國。而其在裝備工業上的投入力度將會大大加強，市場的競爭也愈演愈烈，產品的更換也要求卷板機裝備工業不斷在技術和工藝上取得更大的優勢：1.從國家發改委立項的情況看，卷板機工業1000萬以上投入的工程達近百項；2.卷板機工業已建工程的二期改造也將會產生一個很大的用戶群；3.由于卷板機的高利潤，促使各地政府都紛紛投資國家投資、外資和民間資本卷板機制造。其次，跨國公司都開始將最新的車型投放到中國市場，并方案在中國加大投資力度，擴大產能，以爭取中國更大的市場份額。民營企業的崛起以

19、及機制的敏銳使其成為卷板機工業的新寵，民營企業已開始成為卷板機裝備市場一個新的亮點。卷板機制造業作為機床模具產業最大的買方市場，其中進口設備70%用于卷板機，同時也帶動了焊接、涂裝、檢測、材料應用等各個行業的快速開展。卷板機制造業的技術革命，將引起裝備市場的結構變化：數控技術推動了卷板機制造企業的歷史性的革命，數控機床有著高精度、高效率、高可靠性的特點，引進數控設備在增強企業的應變能力、提高產品質量等方面起到了很好的作用，促進了我國機械工業的開展。因此，至2021年，卷板機工業對制造裝備的需求與現在比將增長12%左右，據預測，卷板機制造業：對數控機床需求將增長26%；對壓鑄設備的需求將增長16

20、%；對纖維復合材料壓制設備的需求增長15%；對工作壓力較高的擠或沖壓設備需求增長12%；對液壓成形設備需求增長8%；對模具的需求增長36%；對加工中心需求增長6%；對硬車削和硬銑消機床的需求增長18%；對切割機床的需求增長30%；對精密加工設備的需求增長34%；對特種及專用加工設備需求增長23%；對機器人和制造自動化裝置的需求增長13%；對焊接系統設備增長36%；對涂裝設備的需求增長8%，對質檢驗與測試設備的需求增長16%。在今后的工業生產中，卷板時機一直得到很好的利用。它能節約大量的人力物力用以彎曲鋼板。可以說是不可缺少的高效機械。時代在開展，科技在進步，國民經濟的高速開展將對這個機械品種提

21、出越來越高的要求，將促使這個設計行業的迅速開展。第二章 方案的論證及確定 方案的論證一臺卷板機在一般情況下所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷態下，按規定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時的最小卷筒直徑的能力，熱卷可達冷卷能力的一倍。按卷制溫度不同，可分為冷卷、溫卷、熱卷。一般情況下都是進行冷彎，冷卷精度高，操作工藝簡便，本錢低廉，但對鋼板的質量要求較高，金相組織一致性要好。 結合上章卷板機的類型，擬訂了以下幾種方案，并進行了分析論證。方案1雙輥卷板機雙輥卷板機具有的優點：1.板料不需要預彎成形，因此生產率高；2.可以彎曲多種材料，機器結構簡單。缺點：1.對于不同彎度的制品，需要跟換相適應

22、的上棍，因而不適用多品種，小批量生產。 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。方案2 三輥卷板機三輥卷板機是目前最普遍的一種卷板機。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形，圓錐形或弧形工作。1.對稱三輥卷板機特點結構比較簡單、易于制造、重量輕，投資小、維修方便，兩側輥可以做的很近。成型較準確，輥子的作用力比較小，但是不能彎卷板材的全部長度，板材的兩端有略小于兩個下輥之間距離之半的長度仍然是直的，剩余直邊大。一般對稱三輥卷板機減小剩余直邊比較麻煩。2.不對稱三輥卷板機特點不對稱三輥卷板機的上輥位于下輥之上而略偏移，因下大軸輥與下小軸輥的距離很小，所以可把鋼板的一端

23、進入上下軸輥進行彎曲，要彎曲另端只將鋼板掉頭，在上下軸輥輥軋即可，因此，可以省去預彎鋼板端頭工序。特點：結構簡單，但坯料需要調頭彎邊，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最小力臂。其大小與設備及彎曲形式有關。如圖2.1所示：不對稱彎曲時對稱彎曲時 中心線不對稱彎曲時對稱彎曲時 中心線圖2.1 三輥卷板機工作原理圖由于不對稱三輥卷板機上輥和2個下輥之間距離不一樣，上輥中心線小于兩下輥中心的一半，如圖2.1所示，而對稱式三輥卷板機剩余直邊為兩下輥中心距的一半。在卷制比較厚板材，和壓下里較大時，2個下輥承受的載荷不同，靠近上輥的下輥所承受的力要比另外一個下輥

24、大的多，這樣受力不均，長時間的使用對機器壽命要強相當高。它主要卷制薄筒。 方案3四輥卷板機其原理如圖2.2圖2.2四輥卷板機四輥卷板機有四個輥，跟三輥相比，輥子數目多一個，還有四輥卷板機的上輥為主動輥，而下輥可上下移動，用來夾緊鋼板，兩個側輥可沿斜線升降，在四輥卷板機上可進行板料的預彎工作，它靠下輥的上升，將鋼板端頭壓緊在上、下輥之間。再利用側輥的移動使鋼板端部發生彎曲變形，到達所需要。四輥卷板機與對稱三輥卷板機的不同處，是兩個側軸輥排列得很遠，在中間有一根下軸輥。當拿掉兩個側軸輥中的一個時，就與不對稱的三輥卷板機相同。因此四軸輥軋圓機彎曲鋼板端部不需掉頭。它的特點是：板料對中方便，工藝通用性

25、廣，可以校正扭斜，錯邊缺陷，可以既位裝配點焊。但滾筒多。質量體積大，結構復雜。上下輥夾持力使工件受氧化皮壓傷嚴重。兩側輥相距較遠，對稱卷圓曲率不太準確，操作技術不易掌握，容易造成超負荷等誤操作。 方案確實定通過對幾個方案的比較分析，為了選型適當，我們先來看工藝上對輥式卷板機的要求，在輥式卷板機上主要完成三個工序：板邊的預彎，卷圓和筒節矯圓。所選的卷板機應該保證：板邊預彎后，剩余的直邊寬度最小；卷圓時行程數最少；矯圓能到達必要時的精確度，為了在整個筒節長度上得到正確的幾何形狀，上輥的撓度要最小。要在生產過程中，生產批量的批量數目不同，材質也不同，要求卷板機必須具有通用性。根據各種類型卷板機的特點

26、，再根據三輥卷板機的不同類型所具有的特點，最后形成我的設計方案，102000對稱式三輥卷板機。本章小結通過對雙輥卷板機，對稱式三輥卷板機，非對稱式卷板機和四輥卷板機的比較分析，雙輥卷板機雖然不需要預彎，但只適合小批量生產，而且彎曲板厚受限制；四輥卷板機通用性廣，但其質量體積大而且操作技術不易掌握；對稱三輥卷板結構簡單、緊湊、質量輕、易于制造等優點。因為對稱式三輥卷板機的諸多優點，和通過幾種運動方案的分析經過比較最終決定采用三輥對稱式卷板機。第三章 傳動設計對稱式三輥卷板機如圖3.1所示：圖 3.1 對稱式三輥卷板機如下圖，上輥是從動輪，工作時它依靠個下輥的轉動通過夾在上下輥板材的摩擦帶動而轉動

27、，起調整擠壓作用。2個下輥為主動輪，由主電機、聯軸器、減速器及開式齒輪副驅動。傳動系統主要組成是：驅動2個下輥的主電動機，驅動上輥升降電動機，減速器、蝸輪副、螺母。工作時，兩個下輥可以正反兩個方向轉動，在上輥的壓力下下輥經過反復的滾動，使板料到達所需要的曲率，形成預計的形狀。上輥始終和2個下輥轉向相反，由蝸輪副轉動蝸輪內螺母，使螺桿及上輥軸承座作升降運動，完成上料、卷制、卸料等工作。傳動方案的分析一般機械傳動分為齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動和蝸桿傳動。卷板機主傳動系統分為齒輪傳動和帶傳動兩種方式。 齒輪傳動如圖3.2，電動機傳出的扭矩通過一個有保護作用的聯軸器，傳入一個有分配傳動比的減速器，然后通

28、過聯軸器傳入開式齒輪副，進入帶動兩軸的傳動。如圖3.2所示。 圖3.2 齒輪式傳動系統圖 圖3.3 皮帶式傳動系統圖齒輪傳動的特點是：1)效率高。 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率為最高，閉式傳動效率為96%99%，這對大功率傳動有很大的經濟意義。2)結構緊湊。 比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小。 3)傳動比穩定。 傳動比穩定往往是對傳動性能的根本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，正是由于其具有這一特點。 4)工作可靠、壽命長。 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一二十年，這也是其它機械傳動所不能比較的。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離

29、過大的場合。帶傳動由電動機的轉矩通過傳動帶傳入減速器直接傳入主動軸。如圖3.3所示。這種傳動的特點：(1)傳動帶有良好的緩沖消震能力，工作平穩，沒有噪音。(2)過載時，傳動帶在帶輪上打滑，可以防止損壞其它機件，起著保險裝置的作用。(3)適用于動力機和工作機別離較遠的遠距離傳動。(4)結構簡單，價格低廉，維護方便。 但是帶傳動在工作是傳動帶容易受到拉力作用會發生彈性變形，傳動帶在使用過程中有被拉長，工作過程還會出現打滑等缺點，并容易被酸、堿、油腐蝕，傳動帶和帶輪之間摩擦放電，有時會產生火花，在和汽油蒸汽或糧食粉塵接觸時，應特別留神引起火災。 傳動系統確實定比較齒輪傳動和帶傳動，考慮到所設計的是三

30、輥卷板機，具有兩個主動輥，而且要求結構緊湊，傳動準確，鑒于齒輪傳動效率較高等優點，選用齒輪傳動更適宜。 主傳動系統確實定傳動系統如圖3.4所示：主傳動系統由電動機驅動，由聯軸器連接減速器，減速器輸出連接開式齒輪傳動，開式齒輪傳動帶動下輥旋轉。所以選用了圓柱齒輪減速器，減速比i=，減速器通過聯軸器和齒輪副帶動兩個下輥工作。 圖a. 主傳動系統圖b. 副傳動系統圖 3.4 傳動系統圖3.2.2 考慮運用液壓系統做副傳動系統，調整上輥升降，但目前使用渦輪蝸桿傳動還是占大數，為調整上下輥間距，由上輥升降電動機通過減速器，蝸輪副傳動蝸輪內螺母，使螺桿及上輥軸承座升降運動，為使上輥、下輥軸線相互平行，有牙

31、嵌離合器以備調整，副傳動系統如圖3.4所示。需要卷制錐筒時，把離合器上的定位螺釘松開，然后使蝸輪空轉到達只升降左機架中升降絲桿的目的。 本章小結收集資料對各種運動方式進行分析，在結合三輥卷板機的運動特點和工作的可靠性，最后主傳動采用齒輪傳動，選副傳動采用蝸輪蝸桿傳動。確定傳動系統，進行設計計算。 第四章 下輥驅動系統的設計4.1根本參數的選擇計算1. 設計參數最大卷板厚度10mm，最大卷板寬度2000mm，板材屈服極限300MPa，卷板速度7m/min，升降速度Vs。2.確定卷板機根本參數1.規格：102000 厚度：=10mm 寬度：B=2000mm2.屈服極限：=3003下輥中心矩：=12

32、0400mm=300mm (4-1)4.上輥直徑：=230272mm=250 mm (4-25.下輥直徑：=200225mm=220mm (4-6.上輥軸直徑：=125150mm=140mm (4-4)7.下輥軸直徑： (4-5)8.最小卷圓直徑：=300mm (4-6)9.下輥轉速：=(4-7)10.卷板速度：=711.升降速度：W11 對稱式三輥卷板機一些技術參數規格型號最大卷板厚度最大卷板寬度板材屈服極限 卷板速度滿載最小卷板直徑上軸直徑下軸直徑兩下軸中心距主電機功率外形尺寸長寬高mmmmMPam/minmmmmmmmmKwmmW11-41500415002455300150140185

33、329007201000W11-61500615002455380160140220429007201000W11-620006200024538017016026036508201050W11-6320063200245380220180280485011001100W11-820008200024540018517026037008201050W11-8250082500245550240180280415011001100W11-1220001220002455502401802803650011001100W11-122500122500245600260220320114200920

34、1200W11-12300012300024570028024036011490013001300W11-162000162000245600260220320370092012004.2 主電機的功率確定卷板機主驅動系統功率的計算是設計主驅動系統和選擇電動機的必備參數，所以對卷板機的受力分析和驅動功率的計算對設計卷板機至關重要。4.卷板機工作時,需要將鋼板卷制成鋼管。此時,材料所承受應力已全部到達屈服極限。因此,卷管截面上彎曲應力分布如圖4.1(b)所示,那么截面上彎矩M為: (KN.M) (4-8)式中：B,卷板機卷制鋼板的最大寬度和厚度(m)s材料的屈服極限(kNm-2)圖4.1 卷管的

35、應力分布考慮材料變形時存在強化,引入強化系數K對式(1)進行修正,那么： 式中K強化系數,可取K=,卷制時,鋼板受力情況如圖4.2所示。根據受力平衡,可以得到下輥作用于卷板上的支持力F2： 圖4.2 卷管的受力分析考慮到板厚遠小于卷管的最小直徑Dmin,中性層半徑R05Dmin,為簡化計算,上式可變為： (4-9) (4-10) 式中： 連心線OO1與OO2a下輥中心距(m)Dmin卷管最小直徑(m)d2下輥直徑(m)最大的壓下力：=N (4-11) 單根絲杠所受拉力： (4-12)4.2卷板機的下輥為驅動輥，作用在下輥的驅動力矩用于克服卷板變形扭矩Tn1和摩擦力矩Tn2。鋼板在卷制過程中,存

36、貯于鋼板AB段(圖1a與圖2)的變形能為2M,所花費的時間為2R/V(V為卷板速度),兩者的比值等于變形扭距Tn1的功率,即: 變形扭矩 Tn1= (4-13) 而摩擦扭矩包括上、下輥與鋼板間的滾動摩擦力矩和輥子軸頸與軸套間的滑動摩擦力矩,可用下式計算 式中：f滾動摩擦系數,取f=00008 m;滑動摩擦系數,取=下輥驅動力矩Td等于變形扭矩Tn1和摩擦扭矩Tn2之和。 (4-14)從驅動電機到下輥傳動的效率，傳動過程：電機減速器末級齒輪傳動下輥。 (4-15) 驅動功率 KW (4-16) 4.2.3根據容量和轉速，查機械手冊得以下幾種電動機的型號：方案電動機型號額定功率 Ped/kW電動機

37、轉速r/min 效率 功率因數 噪聲 質量同步轉速滿載轉速1Y160M-41115001460%821232Y160L-6111000970%751473Y160M1-211300029308%0.8887117考慮工作機的平安系數，選取Y160L-6型電動機。4.3分配傳動比4.3 (4-17) 4.3.2通用減速器的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規格等步驟。規格選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。根據傳動比選用三級減速器，i減=40，查機械設計手冊表16-2-3，選用ZSY160型減速器，根本參數：A=600mm, B=290mm, H=375mm, mm mm mm

38、 mm mm4.末級齒輪傳動傳動比： (4-18) 4.4末級齒輪傳動設計因末級齒輪傳動的轉速很小，應選取半開式齒輪傳動。原始參數：傳動比 i小輪轉速 r/min (4-19)傳遞功率 kw (4-20)工作條件：開式傳動，輕微沖擊，硬啟動。材料大小齒輪材料均采用Q235A,，正火處理，硬度160180HBS,查資料得 MPa，平安系數 MPa (4-21) 2. 按齒面彎曲強度計算開式或半開式齒輪傳動，按理應保證齒面齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準那么進行計算，但目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準那么。彎曲強度的設計公式為 (4-22)設齒輪按8級精度加工，取載荷系數k=1.2，齒寬系數作

39、用在小齒輪上的轉矩 (4-23) 取小齒輪齒數 z1=18那么z2=i z1=2.418=， 取z2=43。查機械設計表10-5得：齒形系數YF1=1。由強度公式得模數 (4-24) 查手冊就近圓整為m=4 mm式中：k載荷系數 3幾何尺寸計算分度圓直徑 ( 4-25) (4-26)中心距 a=0.5m(z1+z24 (18+43)=122 mm (4-27)齒寬 b1=70mm，b2=50mm4驗算速度 (4-28)8級精度適宜。4.5本章小結對三輥進行受力分析，確定主傳動系統的功率，確定電機的功率為11kw，選擇主電機Y160L-6型。分配傳動比，對末級齒輪傳動進行設計計算。結果選用三級減

40、速器，末級齒輪的模數m=4mm，分度圓直徑 。第五章壓下系統設計5.1電機選擇5驅動功率計算壓下系統工作功率: w (5-1) 壓下系統效率: (5-2) 式中：螺旋副效率，按自鎖效率取0.45；蝸桿機構效率取0.7；減速器效率取0.8； 驅動功率： w45kw (5-3) 5選擇電機 根據容量和轉速，查機械手冊表17-1-35得以下幾種電動機的型號方案電動機型號額定功率 Ped/kW電動機轉速r/min效率功率因數噪聲質量同步轉速滿載轉速1Y802-21.130002830%0.8671172Y90L-41.515001400%67273Y90L-1000910%6525Y系列三相異步電動機

41、Y90L-6型電動機。5.2螺旋副設計上輥壓下系統是由上輥升降電動機通過減速器，蝸輪副傳動蝸輪內螺母，使螺桿及上輥軸承座升降運動。下降到一定程度需自鎖，應選取梯形螺紋。1材料，熱處理，許用應力螺桿用45鋼，調制處理，HBS210220，MPa取平安系數S=1.5,那么許用應力MPa螺母用鑄鐵，許用剪應力MPa2螺紋直徑、螺距 (5-4) (5-5)梯形螺紋 中徑 螺距 (5-6)牙頂高 (5-8) 外螺紋大徑公稱直徑選螺紋根本牙型高度 牙頂間隙外螺紋牙高內螺紋牙高外螺紋小徑內螺紋小徑外螺紋大徑牙根部寬度升角 (5-9) 當量摩擦角 (5-10) 式中： 為牙側角，梯形螺紋 自鎖 (5-11)

42、式中：螺紋大徑，=47mmb牙根部厚度，梯形螺紋=Z工作圈數 螺母相對高度 5.螺桿強度 (5-12)5.3傳動比計算1.螺母及蝸輪轉速 (5-13) 2總傳動比 (5-14)3減速器通用減速器的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規格等步驟。規格選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。查手冊選擇二級減速器，ZLY180型減速器，。根本參數：A=600mm，B=320mm，H=435mm， 。4蝸桿機構傳動比 (5-15)5.4蝸桿機構設計 蝸桿傳動的主要參數有模數、壓力角、蝸桿頭數、蝸輪齒蝸桿中圓直徑及蝸桿直徑系數。按照蝸桿的形狀，蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動、環面蝸桿傳動和錐蝸桿

43、傳動等。原始參數: 傳動比 i=蝸桿轉速 (5-16)傳遞功率 (5-17)在閉式傳動中，蝸桿副多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強度進行設計，而按齒根彎曲疲勞強度進行校核。1選擇蝸桿傳動類型據GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿ZI2選擇材料蝸桿用45鋼，調質處理。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，為了節省貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用鑄鐵HT100制造。3計算渦輪輸出轉矩 粗算傳動效率： (5-18)確定作用在蝸輪上的轉矩T2： (5-19) 4確定許用接觸應力根據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，

44、查機械設計手冊表14-4-13蝸輪的根本許用應力應力循環次數 (5-20) 壽命系數 (5-21)因工作載荷穩定，古曲載荷不均勻系數，由參考機械設計課本表11-5選取使用系數,由于轉速不高，沖擊不大，取動載系數,那么： (5-22) (5-23) 取m=8 ; q=10 (5-24) (5-25)(1)蝸桿軸向齒距，直徑系數；齒頂圓直徑；分度圓導程角。蝸桿頭數； (2)蝸輪蝸輪齒數z2=41；變位系數；驗算傳動比，這是傳動比誤差為：，是允許的。蝸輪分度圓直徑 (5-26)蝸輪齒頂高蝸輪齒根高一般頂隙系數 (5-27)蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑8. 校核齒根彎曲疲勞強度 (5-2

45、8)當量齒數 根據，查機械設計課本10-5可得：齒形系數應力校正系數螺旋角系數許用彎曲應力查機械設計課本表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的根本許用彎曲應力壽命系數 (5-29) MPa 故彎曲強度是滿足的。9.驗算效率 (5-30)；fv與相對滑動速度vs有關。 (5-31) 查機械設計課本表11-18中用插值法查得、代入式中得大于原估計值，因此不用重算。10.熱平衡核算正常工作溫度所需的散熱面積 (5-32)箱體實際面積遠大于正常散熱所需的面積。式中：箱體的外表散熱系數取15W/(M2.OC)t0油的工作溫度取60octa-周圍空氣的溫度常溫下取20oc5.5軸的設計計算 (5

46、-33) (5-34) (5-35) (5-36) (5-37)5蝸輪軸的設計計算 (5-38) (5-39) 蝸輪轉速因為絲杠做蝸輪軸，所以蝸輪軸必須大于絲杠直徑。綜合以上兩點，蝸輪軸徑選為 d=44mm。5.5蝸桿軸的材料選用45鋼，A0=120。P=756kw n=r/min (5-40) 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑。為了使所選軸徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯軸器型號。聯軸器的計算轉距 ，查機械設計課本表14-1，考慮到轉距變化很小，故取KA=1.3，那么：公稱轉矩 (5-41)按照計算轉距的條件，查機械設計手冊表6-2-8，選用GY6型凸緣聯軸器。半聯軸器的孔徑

47、為45mm故取d1=45mm主動端：Y型軸孔、A型鍵槽，d=45,L=112從動端：型軸孔、A型鍵槽，d=45,L=84。GY3聯軸器GB/T584320035.軸的結構設計： 1擬定軸上的裝配方案：圖5-1 軸的機構圖 2根據軸向定位的要求確定軸的各軸段直徑和長度；ab：該段安裝聯軸器，根據轉矩由整體安裝尺寸確定直徑為45mm，長度為bc：該段安裝軸承蓋，直徑取60mm，長度為40mm；cd：該段安裝軸承，取直徑65mm，長度25mm；de：該段取直徑70mm，長度120mmef：該段為蝸桿，取直徑為86mm，長度為136mmfh：該段安裝軸承，取直徑為65mm，長度為25mm5.6蝸桿軸的

48、校核軸的受力分析：圖5-2 軸的受力分析蝸桿所受轉矩： (5-42)軸所受的圓周力力： (5-43)軸所受的軸向力：N (5-44)軸所受的徑向力： (5-45)式中，為齒形角查表得：軸的彎矩、扭矩綜合圖：圖5-3 彎扭綜合圖計算各點水平面上受力，各點水平面上的彎矩：B點和D點得支撐反力、： (5-46) (5-47)B點和D點水平面上所受彎矩為、： NmmC點水平面上受彎矩為： (5-48)計算各點垂直面上的受力，各點垂直面上的彎矩：B點和D點上的支撐反力、： (5-49) (5-50)B點和D點垂直面上所受彎矩為、： NmmC點垂直面上受彎矩為、 ， (5-51) (5-52)計算各點的總

49、彎矩：B點和D點的總彎矩、：NmmC點的總彎矩 、： (5-53) (5-54)根據上述計算分析繪制數據表： 表51 彎扭數據表載荷水平面垂直面支持反力F彎矩M 總彎矩扭矩T 5.6.對于蝸桿的受力分析和彎扭綜合圖，判斷C面上所承受的彎矩和扭矩最大，即C面為危險截面，故只對C面的強度進行校核就可以了。由于該軸是雙向旋轉，所以其受到扭轉應力和切應力為對稱循環應力，所以，取。根據軸的計算應力： (5-55)式中，W軸的抗彎截面系數，；由于材料為45鋼調制處理，查表得許用應力：MPa所以有故平安。5.7軸承的選擇與校核軸承的選擇：根據蝸桿的轉矩： (5-56) 渦輪的轉矩： (5-57)齒形角，導程

50、角；計算渦輪蝸桿所受各力：圓周力、；軸向力、；徑向力、； (5-58) N (5-59) (5-60)式中，為齒形角查表得：那么軸承所受的載荷： (5-61)初選深溝球軸承6000型61909，預期壽命為=3000h，外形尺寸： ，。根本額定載荷： 軸承的校核根據壽命計算公式得： (5-62) 式中，溫度系數查機械設計課本表134得，額定承載載荷=3545.62N，軸承轉速,由于是球軸承那么；向式中代數得： 那么有 所以初選軸承適宜，即蝸桿兩端選用61909軸承。5.8本章小結計算壓下系統的所需功率，得出電動機的功率為kw,查機械設計手冊選用Y90L-6型電動機。計算總傳動比i=71.09,減

51、速器選用兩側輸出的二級ZYL180減速器。對蝸輪蝸桿副進行設計計算，采用漸開線蝸桿蝸輪傳動，設計計算螺旋副并驗證其自鎖性。對蝸桿軸蝸桿軸進行設計計算及校核的強度，選擇軸承并校核，都滿足要求。第六章 上下輥的設計及校核6.1結構及力學分析 過去的卷板機，三個受力輥通常是由鍛壓而成的實心鋼柱經車、銑等工藝精加工而成。其缺點是消耗鋼材，加工難度大，整機笨重，上輥升降困難。為降低本錢，改善性能，試圖用厚壁無縫鋼管取代實心鋼柱制作上下三個工作輥。空心工作輥的優點：1由于三根工作輥采用了空心圓管，從而降低了本錢。2由于工作輥重量減輕，使其功率消耗減少，節省了電能。3由于改變有關結構，尺寸減小，傳動緊湊合理

52、。比同類規格的卷板機，節省資金一倍多。且工作性能良好，平安可靠空心工作輥結構設計的關鍵在于處理好空心工作輥與實心軸頸處的連接，確保整機運行可靠平安。因輥子采用無縫鋼管，故采用基孔制H7/s6過盈配合。將軸徑進行加熱處理，然后錘擊打入。從結構特點上來看(圖61) ,三輥卷板機主要由1個上輥及2個下輥呈寶塔形狀組成。用該設備加工圓(弧)形工件時,由上輥垂直向下移動的同時進行轉動,對工件(即鋼板)產生向下的壓力。必須克服鋼板的屈服強度, 使其產生彎曲變形。2個下輥那么向同一方向進行轉動,從而移動鋼板,將其加工成一定曲率半徑的圓(弧)形工件。因此為了確定,我們完全可以將被加工鋼板看作為一簡支梁，從而有

53、對鋼板的最大彎矩為: (6-1)彎矩對鋼板產生的應力為: (6-2)鋼板的抗彎截面模量： (6-3)綜合上述可得： (6-3)其中, 為被加工鋼板屈服極限； 為卷板機兩下輥之間距離；為被加工鋼板最大厚度。圖61 機構分析由上述可以看出，當加工工件材質一定時, 的大小只取決于工件的厚度和寬度b, 從而可以確定其兩下輥之間的距離。取上輥為分析對象, 將P力看作是作用于上輥的一個均布載荷,故上輥就成了一個簡支梁,如圖62所示。圖62上輥力學模型由集度產生的彎矩函數為： (6-4)其中，。 (6-5)6.2 對輥子進行剛度校核計算上輥的設計計算跨度： mm (6-6)式中B為最大卷板寬度；集度 ： (

54、6-7) 式中為卷板機的最大下壓力,；慣性矩： (6-8) 其中為輥子內外徑之比，取0.7；為卷板機上輥直徑.輥子撓度： (6-9) 所以上輥剛度適宜。 下輥的設計計算：各參數mm； () (6-10)() (6-11) (6-12) 所以下輥剛度適宜。6.3 對輥子進行強度校核 (6-13) (6-14) (6-15) 故上輥平安同理對下輥進行強度校核計算平安。6.4 本章小結對三輥卷板機的上下輥結構進行設計計算，上下三個工作輥均采用空心無縫鋼管制作，上輥壁厚定，下輥的壁厚；并對上下輥的強度、剛度進行校核，結果工作輥的強度、剛度都滿足要求。根據卷板機的結構形式,可以把其各輥軸在工作過程中的受

55、力情況視為簡支梁來分析。一般來講,卷板機的上輥較粗,剛性較好,側輥或下輥略細,剛性不如上輥。如果卷板時上輥的下壓力太大,而側輥的剛性缺乏時,就會使輥軸在卷制筒體的過程中發生變形而出現撓曲,尤其對于輥軸較長的卷板機,當壓緊力和卷板力接近設備極限能力時其輥軸更容易出現此種變形,這使得卷板機上、下輥之間沿長度方向的間隙大小不一致,中間部位間隙大,兩端間隙小,從而造成輥軸兩端對板材的壓緊力大,中間壓緊力小的情況,亦即在卷制筒體時板材同一層面沿輥軸長度方向上的各點受力不均,應力應變不一致,使得卷出的筒體中間部位彎曲半徑變大而形成桶狀。對于具有相同材質性能的中薄板,當板厚與卷制的筒體直徑相同而板寬尺寸越大

56、或板厚與板寬尺寸相同而卷制的筒體直徑越小時,所需壓緊力和卷板力也就越大,輥軸變形產生的撓度也越大,因此,板材沿輥軸長度方向上的各點的受力大小差異也越大,桶狀變形也越明顯。假設卷筒時板料寬度尺寸超過5m 而卷制的筒體直徑又比較小(比方小于1000mm) 時,那么所卷出的筒體將會出現明顯的桶狀變形。由以上分析可知,為卷制出理想的筒體,始終保持上、下輥軸之間的間隙均勻一致,保證它們對板材的壓緊力和彎曲力相同是非常重要的。為到達這一目的,各輥軸要有足夠的剛性,即使在卷制最大規格的板料時各輥軸也不至于發生過大的變形。第七章 機架的設計卷板機是彎曲金屬板材的設備, 傳統卷板機機架為全鑄件。隨著焊接技術的開展, 特別是近年30來,焊接結構已經根本上取代了鉚接結構, 并局部代替鑄造和鍛造結構。國內外在重型機械制造方面, 愈來愈多地用全焊鋼結構代替全鑄結構。其主要原因在于全焊鋼結構重量輕, 質量高, 生產周期短等特點。全焊鋼結構的優點和鑄造件相比具有以下優點:1)由于鋼的彈性模量是鑄鐵的一倍, 因此焊接結構比鑄鐵結構重量減輕25%左右, 這對提高現代化機床快速行走部件的工作靈敏度有重大意義。2) 全焊鋼結構的塑性和韌性比較好, 因此它的抗脆斷能力比鑄鐵好。3) 鋼材材質均