678 矿用U型钢成型修复机整体设计【全套10张CAD图+开题报告+文献翻译+说明书】
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矿用
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摘 要
本设计是关于矿用U型钢支架滚压成型修复机的设计，通过对比各种滚弯成型原理，最终确定利用侧辊摆动式四辊滚弯成型原理，主要对主副辊及减速器部分进行了较为详细的设计计算。
首先对各种滚弯成型原理进行了分析比较，选定类型，然后对各辊（主要是主副辊）进行分析设计。侧辊摆动式四辊滚弯成型原理是由主副辊对滚，为滚弯U型钢提供动力，能够连续滚弯，经济高效。
设计中的减速器是三级展开式圆柱齿轮减速器。齿轮材料为40Cr（调质），校核齿轮、轴、键、轴承确保实际可行。
关键词：U型钢 四辊 修复机 减速器 齿轮
- 内容简介：
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开题报告 题目名称 矿用 学生姓名 冯柳 专业班级 学号 一、选题的目的和意义 是 一种横截面像英文字母 “ U” 的钢铁，有时横截 面呈日文字母 “ ” 的形状。 且作用不可小觑。 矿用 主要用于矿井巷道、矿井巷道二次支护、以及穿山隧道的支撑支护等用途。 少了 但是大家都知道矿井里面由于煤矿不断的被开采，支撑矿井隧道的钢材所收到的力也在不断的发生这变化，而所有的钢材都 有自己的屈服极限，当撑矿井隧道的 不仅会对煤矿公司造成不小的损失，更会威胁到矿井工人的生命安全。 目前各大煤矿对变形的 是通过采购新的 型钢所需要的费用非常庞大，而变形的 接丢弃非常浪费。矿用 是该技术还很不完善，所以本次课程设计将会对矿用 行浅析。 这次设计我将完成一套矿用 对我来说是一个不小的挑战，但也是一次重要的锻炼机会。通过本次设计可将四年来学过的知识大致运用起来，达到对所学知识的加深与掌握。 二、国内外研究综述 矿产资源可谓是一个国家的经济命脉，随着开采的不断进行，世界各种矿藏资源不断减少，各国越来越重视矿藏的计划性开采，越来越重视低碳，这就要求我们从各个方面来减少开采所需要的费用，不仅为煤矿公司节约经费，更为国家节约能源 。 以往的矿用 购买新的 U 型钢的费用远比将旧的 U 型钢进行修复的费用要高，因此今年来人们还是着眼 U 型钢的修复，并且已经开发出一些产品，但是这些产品的性能还不完善。 三、毕业设计（论文）所用的方法 采用相似设计和类比设计，对设计的方案进行对比，选择，论证和图纸说明；对设计的设备做出运动计算、动力计算； 四、 主要参考文献与资料获得情况： （ 下列多为科研成果，无出版社 ） 1 23正方法 456超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正系统 7大型型钢弯曲成形的加工方法 8导轨自动校直传输线 9工字钢校直机 10固定不等辊距型钢矫直机的优化设计 11矫正 12矫正机 13矿用 14矿用型钢整形机 15轻便型钢拱架弯曲机 16热轧型钢万能矫正机 17校直机 18型钢校正装置 19液压滚动校直机异型型钢弯曲机 五、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 第 56 周：熟悉设计题目，掌握所设计的系统的工作原理，通过网络、图书馆寻找相关的资料，并认真阅读，逐步形成设计思路，完成毕业设计开题报告； 第 710 周：着手开始设计，通过查阅相关资料和设计手册，设计各个零件的形状、尺寸，统筹兼顾，并不断完善各种尺寸； 第 1113 周：在老师的指导下，修改设计的零件，使整个系统更加完善、合理。然后用 件，绘制各零件图和装配图图； 第 1416 周：整理设计资料，完成毕业设计论文。 六、指导教师审批意见： 指 导教师： （签名） 年 月 日 基于摩擦传动的高分辨率和大冲程的微量进给机械系统 哈尔滨工业大学机电工程学院刘海涛，卢泽生 摘要 在摩擦传动原理的基础上 ,设计了一种通过压电陶瓷 结合螺杆轴和气体静压引导的方式驱动的长冲程和高分辨率的 微量进给 系统。设计用来使加载装置可以灵活的起落。利用有限元方法对柔性连接装置对它的静态特性进行分析。对这种微量进给系统的传输特性进行了详细的分析。 关键词 ： 摩擦传动 压电传动装置 柔性铰链 有限元 光学 在 航空、航天、国防等领域中已得到广泛应用的行业。 然而 ,生产的大型光学镜面面临着巨大的困 难 ,效率较低、成本较高、增加在工艺设备的要求等。为了获得更高的精度，高微位移 分辨率超 以补偿加工误差。因此 ,微量进给机制的设计已成为其关键技术之一。 压电陶瓷是一种 近年来发展起来的 新型的 微量进给机制。 它所拥有的优势 ,比如体积小、功率大、分辨率高和高频率响应 ,恒温 ,不反弹，无粘性。因此它广泛使用在微量进给机制。如今 ,摩擦传动机制逐步被 获得和使用。 2微量进给机制 的结构和工作原理 微量进给机 制是由三个部分组成 :摩擦传动装置、滚珠螺杆及 静态压力空气轴承 引导的方式。采用压电陶瓷 微量进给机 制阻滞 ,这些摩擦传动扭曲向上套筒和驱动器 滚珠丝杠 ,从而带动空气轴承引导地实现了微量进给运动。 结构如图 1所示。 1， 轴承支架， 3、活塞缸， 6. 压电陶瓷底 座 ， 图一：进给机构的结构 按照图 2所示的 进给系统工作原理是 ,套筒连接着球摩擦传动螺杆、四个模块是放置的两侧对称的轴套。每一块由相应的压电陶瓷用于驱动 ,这种机制由于是由压电陶瓷驱动，适用于夹持产生夹力。进给机制的运作 ,压电陶瓷适用于夹持在同一阵营的摩擦传动驱动都工作在特定块整齐 ,从而使摩擦传 动套筒连续的传动。 图 1:(b)进给系统图片 图 2:进料机构的运行原理 3结合设计的可调机制 拧紧调节机制是一个需要在摩擦传动机构，它必须有足够的 预紧力。 典型的方法是钢板弹簧预紧预紧机制，螺旋预紧 机制，气压预紧机制等。 该拧紧机制本文设计的 灵活的平行四杆机构。这是由压电陶瓷 应预紧力。 该 预紧力可以改变控制的压电陶瓷输入电压。 如图 3 所示，利用有限元软件分析的静态特性。当驱动力的 压电陶瓷是在最大 500N 的，灵活安排四杆机构刚度，有限元分析 软件，是 K =m，以及最大应力弹性铰链是 = 如果没有灵活失真 四杆机构（即当摩擦传动板块跟硬性），输出力的压电 陶瓷将完全转化为预紧通过灵活的四杆机构的力量。 4驱动特性分析的机制 学习和掌握辐射源驱动特性的机制以便采取适当的措施，以改善整体性能，并提供了设计控制系统设计的基础。 当系统启动时，有一个初步的转动惯量作为零件的质量存在问题的结果。为了研究驱动力矩，选择摩擦传动套筒为主体的影响。根据该理论认为，动力学传动装置的能量是一样的火车前和转换后，各部分的转动惯量，转化为摩擦套。正因为如 此，我们可以得到转换后的转动惯量。 图三 :计划的静态特性分析 结合的机制 2222 )2()2()2(21 += P:导程， m R：套筒半径， m 珠螺杆质量， t：套筒质量， 过以上分析 ,我们得到的 等效转动惯量的摩擦的袖子。现在我们选择摩擦的袖子一样对 象来讨论这个驱动力矩 (动力 ),是需要装置时开始及其影响因素。下列方程装置时开始工作： rF=M=J J：等效转动惯量， ：摩擦套筒半径， m ：套筒摩擦角加速度， ：驱动力矩， n。 m F：驱动力（摩擦片与套筒之间的摩擦力）， n 当系统启动时，一个适宜的驱动器偏转组应该被应用于摩擦套，以使该套可以有一定的角加速度。该驱动器偏转组所产生的压电输出力陶瓷。由式 2我们可以得到的等效转动惯量的系统，半径套的摩擦和驱动器对压电陶瓷（爆发摩擦块之间的摩擦和摩擦套），是影响力机制启动的因素，所以我们应该考虑各因素，以确保机制正常启动。 刚性的驱动是其中的重要驱动进给机构的特征之一。 现在我们将分析驾驶进给机构的刚度详细的证明。不灵活的进给机构的级联连接刚度的饲 料的每一个片段的机制 ,这种机制有计算公式如下 : += K：进刀机构总体硬度 电陶瓷刚度 接触刚度之间的接触摩擦表 面的摩擦刚性块体和压电陶瓷套筒 导螺杆轴向刚度 从轴向刚度改变导螺杆的扭 转刚度 母刚度 向载荷 承座机轴承架螺母的刚度 母连接块轴向刚度 这是部分的分析和计算的刚 性。 本文用压电陶瓷微定位是打 印的 过它的 刚度测量实验 m,如图 4 度、摩擦块之间的套筒 两个物体互相接触将在以前的某些行动切向相对滑移过渡切向外部力量，这被称为预位移。力和位移之间的比例关系，实际上反映了一个刚性的特点。相应的刚性现在是： 3131 = K：常数 N：正压力 R： 对摩擦半径的理想化的球体 表面 很明显的 ,特殊摩擦方程出 发 ,得到了齿轮传动系统、钾是由实验 ,唯一的影响 动人的刚性因素常压 N 更大的 N、较大的接触刚度 K。 图 4:刚 度曲线的压电陶瓷 向刚度的改变 ,从扭转刚度的导螺杆 传动链方面的需要进行改造时统一计算它的刚性。因此，扭转刚性必须转换成下面的公式轴向刚度： T = += )4 是 螺旋上升的铅角，（） ; N; N 是 在丝杆和螺母之间的摩擦角，（） ; 对丝杠扭转刚度， 是 丝杠扭转， 是丝杆长度， 截面惯性矩， 母连接的刚性块轴向可以得到的有限元分析。螺母支架的刚度和轴承块是非常大的，可以予以辞退。其他部分可以得到刚性通过查找表和计算。总之，通过演绎着驱 动进给机构的刚性方程，我们已经找到了影响因素每一次驾驶驾驶部分，它提供了有关驾驶特性研究的基础上进一步造成刚性。 如图 5所示，该实验系统是由送料机构，计算机，压电陶瓷驱动器其电源供应器及电感测微仪。 图 5:基础的实验系统 本文采用一种基于平均控制 曲线模型建立开环控制模型。首先 ,实验曲线测量压电陶瓷控制电压之间的关系和滑动运输距离。利用 以三次代数多项式拟合线 ,线拟合误差 ,是一样的显示在图 6,由此我们得到相应的关系表达式的控制电压和距离 和因此控制距离的进给机制。 图 6:适合以三次代数多项式 控制电压和距离的关系式公式 7所示 0 . 0 += m; V。 如图 7,压电陶瓷具有一定的伸长。 就在这个时候 ,距离工作表微 然后一步拉伸逐渐在此基础上 ,保持 采样时间是控寄存器。 这 分辨率曲线可以获得实践的距离 ,通过测量微进给机构使用的电感 测微仪。 图 7:距离分辨率曲线的 进给机制 6结论 微进给机构一步用长征、高分辨率的设 计 ,并在此基础上从以下 结论分析得出 : 设计了压电陶瓷灵活的铁铰链和分析了它 静态特性 ,采用有限元分析软件 ; 分析了驾驶刚度特性的微进给机构 ,发现其影响因素 ; 3. 微进给机构可以达到 300辨率小于 参考文献 R 2003, 5056: 424431 2 , , , et a 1998, 64(4):619623. . R, A, L et he 001,2100. D, , . 1996, 2865:1520. A 2003, 27:14221 , , . A 2001, 36: 425443. A. . 2001, 25: 7781 2005, 6048: 18 of a a 7, 1997, 09 i. 题目 矿用 U 型钢成型修复机整体设计 摘 要 本设计是关于矿用 U 型钢支架滚压成型修复机的设计，通过对比各种滚弯成型原理，最终确定利用侧辊摆动式四辊滚弯成型原理，主要对主副辊及减速器部分进行了较为详细的设计计算。 首先对各种滚弯成型原理进行了分析比较，选定类型，然后对各辊（主要是主副辊）进行分析设计。侧辊摆动式四辊滚弯成型原理是由主副辊对滚，为滚弯 U 型钢提供动力，能够连续滚弯，经济高效。 设计中的减速器是三级展开式圆柱齿轮减速器。齿轮材料为 40质），校核齿轮、轴、键、轴承确保实际可行。 关键词： U 型钢 四辊 修复机 减速器 齿轮 is I In I a of I of by to to of is is of 0 so to is U 目 录 绪 论 . - 1 - 述 . - 1 - 板机的原理 . - 2 - 板机的运动形式 . - 2 - 曲成形的加工方式 . - 3 - 板机的发展趋势 . - 4 - 第二章 方案的论证及确定 . - 6 - 案的论证 . - 6 - 案 1 双辊卷板机 . - 6 - 案 2 三辊卷板机 . - 7 - 案 3 四棍卷板机 . - 8 - 案的确定 . - 9 - 章小结 . - 9 - 第三章 侧辊摆动方案的确定 . - 10 - 3.1 u 型钢滚弯加工的步骤和过程 . - 10 - 传动方案的机构设计 . - 11 - 传动达到的技术指标 . - 11 - 传动设计方案 . - 11 - 制系统方案选择 . - 12 - 压系统的传动原理 . - 12 - 章小结 . - 12 - 第四章 传动设计 . - 14 - 动方案分析 . - 14 - 轮传动 . - 14 - 带传动 . - 15 - 动系统的确定 . - 15 - 章小结 . - 15 - 第五章 动力设计 . - 16 - 传动系统液压马达的选择 . - 16 - 副辊参数的选择计算 . - 16 - 压马达的功率确定 . - 16 - 第六章 减速器设计 . - 23 - 动方案拟定 . - 23 - 速器总传动比及其分配 . - 23 - 传动比 . - 23 - 动比的分配 . - 24 - 轴参数计算 . - 25 - 轴转速计算 . - 25 - 轴扭矩计算 . - 25 - 轴功率计算 . - 25 - 轮传动设计 . - 26 - 级变速齿轮设计 . - 26 - 级变速齿轮设计 . - 31 - 级变速齿轮设计 . - 34 - 轮设计结果汇总 . - 38 - 的设计校核 . - 39 - 的结构设计 . - 39 - 承的选型 . - 41 - 的选型及校核 . - 41 - 速器的结构设计和齿轮、轴承的润滑 . - 43 - 体参数 . - 43 - 轮、轴承的润滑 . - 44 - 第七章 液压系统设计 . - 45 - 液压系统工作要求 . - 45 - 液压系统设计参数 . - 45 - 液压执行元件载荷分析 . - 45 - 各液压缸载荷计算 . - 45 - 液压马达参数 . - 47 - 液压系统主要参数计算 . - 47 - 初选系统工作压力 . - 47 - 计算液压缸的主要机构尺寸 . - 47 - 计算液压马达排量 . - 48 - 计算液压执行元件的实际最大工作压力 . - 49 - 定系统方案及拟定液压系统图 . - 49 - 定系统方案 . - 49 - 统所需回路分析 . - 49 - 拟定液压系统图 . - 52 - 液压元件的选择 . - 52 - 液压泵的选择 . - 52 - 电动机功率的确定 . - 53 - 液压马达的选择 . - 54 - 液压阀的选择 . - 54 - 液压管道内径计算 . - 55 - 确定油箱有效容积 . - 56 - 液压系统性能验算 . - 56 - 液压系统压力损失： . - 56 - 液压系统发热温升计算 . - 58 - 结 论 . - 59 - 参考文献 . - 60 - 致 谢 . - 61 - 附录： . - 62 - 外文资料与中文翻译 . - 62 - - 1 - 绪 论 述 机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济 命脉。作为整个工业的基础和重要组成部分的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供现金的机械装备和零件。他的规模和水平是反映国家的经济实力和科学技术水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。 矿用 u 型钢成型修复机是将矿用钢材弯曲成 u 形的机械设备，根据三点成员的原理，利用工件相对位置变化和旋转运动使钢材产生连续的塑性变形，以获得预订形状的工件。 矿用 u 型钢成型修复机作为一个特殊的机器，在矿山机械加工中占有重要的地位。凡是矿井都必不可使的要用到矿用 u 型钢，而矿用 u 型钢起支撑作用，又非常容易变形，所以矿用 u 型钢成 型修复机将成为矿山机械的一颗新星。 矿用 u 型钢成型修复机成型原理同卷板机，以下分析原理类比卷板机做详细介绍。 卷板机在国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为： 三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机等。 四棍卷板机：分为侧滚倾斜调整式四棍卷板机和侧滚圆弧调整式四棍卷板机。 特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、椎体卷板机、多滚卷板机和多 用途卷板机等。 卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中小型卷板机中仍然广泛应用，在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大，电动机功率大，启动时电网波动也较大，所以原来越多地采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同事采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。 - 2 - 卷板机的工作能力是指板材在冷态下，按照规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度是最小卷筒直径的能力，国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高，操作工 艺简便，成本低廉，但对板材的质量要求较高（如不允许有缺口，裂纹等缺陷），金相组织一致性要好。当卷制班后较大或弯曲半径较小并未超过设备工作能力时，在设备允许的前提下课采用热卷的方法，有些不允许冷卷的板材，热卷刚性太差，则采用温卷的方法。 板机的原理 板机的运动形式 卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式的运动。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊加工板材的旋转，弯折等运动，主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料，下料及上辊的升降，翘起以及倒 头架的翻转等形式的 运动。 图 1辊卷板机工作原理图 由图 1运动指上辊绕 辊分别绕 顺时针或逆时针旋转。辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊在 直平面的上 - 3 - 翘、翻边运动等。 该机构形式为三辊对称式，上辊在两下滚中央对称位置做垂直升降运动，通过丝杆丝母蜗杆传动而获得，两下滚做旋转运动，通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。 曲成形的加工方式 在钢结构制作中弯制成犁的加工主要是卷板 (滚圆 )、弯曲 (煨弯 )、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或 冷加工来完成的。 滚圆是在外力的作用下，使钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形 (中层纤维不变 )。当圆筒半径较大时，口 J 在常温状态下卷圆，如半径较小和钢板较厚时，应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有：机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机 (又叫滚板机、轧圆机 )上进行的。 在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图 1示 图 1圆机原理图 - 4 - 图 1板预弯示意图 板机的发展趋势 加入 我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五”期末中国的卷板机总需求量为 600 万辆，相关装备的需求预计超过 1000 亿元。到 20，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。而其在装备工业上的投入力度将会大大加强，市场的竞争也愈演愈烈，产品的更换也要求卷板机装备工业不断在技术和工艺上取得更大的优势： 1从国家计委立项的情况看，卷板机工业 1000 万以上投入的项目达近百项； 2卷板机工业已建项目的二期改造 也将会产生一个很大的用户群； 3由于卷板机的高利润，促使各地政府都纷纷投资 (国家投资、外资和民间资本 )卷板机制造。 其次，跨国公司都开始将最新的车型投放到中国市场，并计划在中国加大投资力度，扩大产能，以争取中国更大的市场份额。民营企业的崛起以及机制的敏锐使其成为卷板机工业的新宠，民营企业已开始成为卷板机 - 5 - 装备市场一个新的亮点。 卷板机制造业作为机床模具产业最大的买方市场，其中进口设备 70用于卷板机同时也带动了焊接、涂装、检测、材料应用等各个行业的快速发展。卷板机制造业的技术革命，将引起装备市场的结构变化 ：数控技术推动了卷板机制造企业的历史性的革命，数控机床有着高精度、高效率、高可靠性的特点，引进数控设备在增强企业的应变能力、提高产品质量等方面起到了很好的作用，促进了我国机械工业的发展。因此，至 20，卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长 12左右，据预测，卷板机制造业：对数控机床需求将增长 26；对压铸设备的需求将增长 16；对纤维复合材料压制设备的需求增长 1 5；对工作压力较高的挤或冲压设备需求增长 12；对液压成形设备需求增长 8；对模具的需求增长36；对加工中心需求增长 6；对硬车削和硬 铣削机床的需求增长 18；对切割机床的需求增长 30；对精密加工设备的需求增长 34；对特利一及专用加工设备需求增长 23；对机器人和制造自动化装置的需求增长13；对焊接系统设备增长 36；对涂装设备的需求增长 8，对质检验与测试设备的需求增长 1 6。 在今后的工业生产中，卷板机会一直得到很好的利用。它能节约大量的人力物力用以弯曲钢板。可以说是不可缺少的高效机械。时代在发展，科技在进步，国民经济的高速发展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速发展。 - 6 - 第二章 方案的论证及确定 案的论证 一般情况下， 一台卷板机所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷态下，按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时的最小卷桶直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。但近年来，冷卷的能力正日益提高。 结合上章卷板机的类型，拟订了以下几种方案，并进行了分析论证。 案 1 双辊卷板机 双辊卷板机的原理如图 2示： 图 2辊卷板机工作原理图 上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个包有弹性的辊，可以作垂直调整。当下辊旋转时，上辊及送进板料在压力作用下，压人下辊的弹性层 中，使下辊发生弹性变形。但因弹性体的体积不变，压力便向四面传递，产生强度很高，但分布均匀的连续作用的反压力，迫使板料与刚性辊连续贴紧，目的是使它随着旋转而滚成桶形。上辊压人下辊的深度，既弹性层的变形晕，是决定所形成弯曲半径的主要工艺参数。根据实验研究，压下量越大，板料弯曲半径越小；但当压人量达到某一数值时，弯曲半径趋于稳定，与 - 7 - 压下量几乎无关，这是双辊卷板机工艺的一个重要特征。 双辊卷板机具有的优点： 1板料不需要预弯成形，因此生产率高； 2可以弯曲多种材料，机器结构简单。缺点： 1对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上棍，因而不适用多品种，小批量生产。 2可弯曲的板料厚度系列受到一定限制，目前一般只能用于 10下的板料。 案 2 三辊卷板机 三辊卷板机是目前最普遍的一种卷板机。利用三辊滚弯原理，使板材弯曲成圆形圆锥形或弧形工作。 对称三辊卷板机特点 凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近。形成较准确，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。 剩余边小，结构简单，但坯料需要调头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能 力较小。所谓理论剩余直边，就是指平板开始弯曲时最小力臂。其大小与设备及弯曲形式有关。如图 2示 图 2辊卷板机工作原理图 对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。但为避免板料从 - 8 - 滚筒问滑落，实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚 6 20倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除，所以一般应对板料进行预弯，使剩余直边接近理论值。 不对称三辊卷板机，剩余直边小于两下辊中心的，一半，如图 2 2所示，它主要卷制薄筒 (一般在 32 3000 以下 )。 案 3 四棍卷板机 其原理如图 2 2棍卷板机 它有四个辊，上辊是主动辊，下辊可上下移动，用来夹紧钢板，两个侧辊可沿斜线升降，在四辊卷板机上可进行板料的预弯工作，它靠下辊的上升，将钢板端头压紧在上、下辊之间。再利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形，达到所需要。 它的特点是：板料对中方便，工艺通用性广，可以校正扭斜，错边缺陷，可以既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大，结构复杂。上下辊夹持力使工件受氧化皮压伤严重。两侧辊相距较远，对称卷圆曲率不太准确，操作技术不易掌握，容易造成超负荷等误操作。 - 9 - 案的确定 通过上节方 案的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后形成我的设计方案，四棍卷板机。 双辊卷板机不需要预弯、结构简单，但弯曲板厚受限制，只适合小批量生产。三辊卷板机不能预弯导致 u 型钢末端长度大于 80符合矿用 u 型钢标准。 章小结 通过几种运动方案的分析，双辊卷板机虽然不需要预弯，但只适合小批量生产，而且弯曲板厚受限制。对称三辊卷板虽然结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点，但不能达到加工要求。四棍卷板机可以满足加工要求。经过相比较下最终决定采用四辊卷板机。 - 10 - 第三章 侧辊摆动方案的确定 采用侧辊摆动式滚弯原理加工 u 型钢拱形支架，在一次滚弯过程中完成 u 型钢滚弯的全过程。结合侧辊摆动式 4 辊滚弯原理应用的特点，在原理实现上。为便于实现传动和易于控制，机构设计采用主副辊与侧辊分开操作相对独立的系统，主传动系统主要实现主副辊的回转运动，控制系统主要完成与主副辊运动相匹配的侧辊位置的调节，因为根据以上研究，侧辊摆动幅度不大，便于实现摆动制。本章重点研究以下几个方面的问题：确定 u 型钢滚弯加工的步骤和过程，根据成型过程确定各机构的运动形式。确定主传动 系统设计方案确定控制系统方案。根据主传动和控制系统传动特点，确定液压传动方案。 3.1 u 型钢滚弯加工的步骤和过程 要实现 u 型钢支架的连续弯曲成型，在一次滚压过程中三次使用三辊滚弯原理，其中采用两次不对称式三辊滚弯和一次对称式三辊滚弯，两次不对称式三辊滚弯消除两端直线段中间采用对称式三辊滚弯。其成型过程需分三步完成： 第一步，进料及弯曲第一段 u 型钢从左侧进入滚压成型机后，由主副辊带动入料进行滚压，此时为非对称的三辊滚弯，其目的是完成所需曲率半径以及前端直头的过渡 (一般成型后 u 形钢支架梁两端直线长度 80这时参与工作的辊轮为主副辊及左侧辊， u 型钢支架曲率半径的大小决定了左侧辊的位置。第二步，摆动成型过程 (即第二段弯曲 )当第一段弯曲成型后，支架头部接触右侧辊并使其转动后，摆动梁开始慢慢摆动，此时由非对称的三辊滚弯逐步向对称的三辊滚弯过渡完成第二段圆弧的弯曲过程，这段过程消耗功率小，参与工作的辊轮为主、副及左、右侧辊左、右侧辊的位置决定了 u 型钢支架曲率半径大小。第三步，出料及第三段弯曲当摆动粱摆动到右侧规定位置后，左侧辊退出工作，而右侧辊位置需要前进，补足由于 u 型钢弯曲后的进给量，保证第三段圆弧形 成，此时为非对称三辊滚弯，其目的是完成所需曲率半径以及后端直头的过渡，这时参与工作的辊轮为主副辊及右侧辊，需根据 u 型钢支架曲率半径大小调整右侧辊的位置。 - 11 - 侧辊摆动式 4 辊滚弯原理把 u 型钢两端头直线段弯曲在一次连续辊弯过程中实现主副辊回转运动使滚弯的速度可调节，侧辊的运动轨迹和运动方式直接影响成型过程。因此，需要根据成型曲率大小确定侧辊的具体运动形式。 传动方案的机构设计 主传动系统主要实现主副辊回转运动，主副辊回转运动可以实现滚弯速度的调节，即主副辊的转速可调节。同时在滚弯过程中主副辊扭矩使 产生塑性变形。根据主传动所要达到的技术指标，确定主传动方案以及主要部件的设计。 传动达到的技术指标 要使研制的 u 型钢支架滚压成型机，在性能参数、成本价格、体积重量方面在国内处于领先地位，其主要技术参数应确定为： (1)生产能力： 60 吨班左右： (2)进给速度： 0 (3)型钢规格： 18U、 25U、 29U、 36U： (4)最大弯曲性能： 最大截面模量 : 材料强度极限 :850； 材料强度极 :650； 最小曲率半径 :1000 传动设计方案 实际生产需要满足弯曲速度 10m 线速度 0 m 据主副辊轮的半径可以确定角速度，通过对滚压不同规格 U 型钢的受力分析 I，主辊最大转矩为 3270。 经过计算，主传动系统所需最大功率为 45为滚弯过程中要求满足无级变速，故主传动系统采用机械液压传动电液控制，操纵控制方便，价格适中。 在传动系统中有三个设计方案可供选择：机械传动方案、低速马达液 - 12 - 压传动方案、中速马达液压传动方案。由于要实现无级调速，并达到滚压速度 10m 据计算，采用 1000r/机， 则减速箱传动比要为：200。要实现 45率，传动比为 200 的减速箱体积很大，成本高，且不易变速。机械传动不适合。由于低速马达价格高，供货也有问题，最后决定采用中速马达液压和机械传动相结合的传动方案，通过中速液压马达，再经过齿轮减速箱，传动比降低为 40，选用液压马达的转速范围为 3 320r 额定的有效转矩可达到 4000N m体积减小，既实现了无绒调速又降低了制造成本。 制系统方案选择 由主副辊运动组成的主传动系统通过液压与机械结合实现在主传动系统采用液压传动的同时，控制系统用油 缸作为执行机构，运用液压控制实现侧辊的进给和摆动。 主、副辊的转速通过液压系统实现无级变速，同时，与主传动系统对应的控制系统速度也采用液压无级变速，以实现辊弯速度的匹配。调节侧辊位置的目的两个方面：一是调节与主辊的距离，二是实现绕主辊的转动。进给辊即侧辊进给采用左、右侧缸推进的方式侧辊的摆动采用油缸的进给实现。 压系统的传动原理 从 u 型钢滚弩工艺看，液压系统是实现滚弯过程重要的一环，应根据主机用途、操作过程、工作特点及性能指标，明确液压系统必须完成的动作、运动形式 成和速 度的要求。根据上述要求制定液压系统如图 3 1： 液压马达的正反转带动主副辊的正反转，调节液压马达的速度可以调节滚弯速度。油缸 l 和油缸 2 可以调节左右侧辊的进培速度和进给量，油缸 3 可以调节左右侧辊的摆动角度及速度。 章小结 通过对侧辊摆动滚弯成型过程的研究，在机构上采用主副辊运动与侧辊运动分开的传动方案，利用液压马达、油缸作为执行元件，在机构设计 - 13 - 上更加合理，易于实现大扭矩和无级调速的要求。 - 14 - 第四章 传动设计 动方案分析 卷板机传动系统的两种方案： 轮传动 液压马达传出的扭矩通过一个有保护作用的联轴器，传入一个有分配传动比的减速器，然后通过锥齿轮改变转动方向，带动两辊转动。如图 4 - 15 - 图 4轮室传动系统 这种传动凡是的特点是：工作可靠，使用寿命长，传动准确，效率高，结构紧凑，功率和速度适用范围广等。 带传动 由电动机的转距通过皮带传人减速器直接传人主动轴。如图 4示： 图 4带传动系统图 这种传动方式具有传动平稳，噪音下的特点，同时以起过载保护的作用，这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。 动系统的确定 鉴于上节的分析，考虑到所设计的是三辊卷板机，具有两个主动辊，而且要求结构紧凑，传动准确，所以选用齿轮传动。 章小结 收集资料对各种运动方式进行分析，在结合三辊卷板机的运动特点和工作的可靠性，最后主传动采用齿轮传动，副传动采用蜗轮蜗杆传动。 - 16 - 第五章 动力设计 传动系统液压马达的选择 副辊参数的选择计算 1、已知设计参数 加工材料： 20服强度： 错误 !未找到引用源。 抗拉强度：错误 !未找到引用源。 辊材： 板厚： S=17与板料间的 滚动摩擦系数： f=承处滑动摩擦系数： 错误 !未找到引用源。 板料相对强化系数： 错误 !未找到引用源。 板料弹性模量： E=200弯速度： 错误 !未找到引用源。 2、确定卷板机基本参数 两测滚中心距： 12 错误 !未找到引用源。 40） 80辊直径： 错误 !未找到引用源。 副辊直径： 错误 !未找到引用 源。 测滚直径： 错误 !未找到引用源。 主辊轴直径： 错误 !未找到引用源。 副辊轴直径： 错误 !未找到引用源。 测滚轴直径： 错误 !未找到引用源。 压马达的功率确定 前面已经提到侧辊摆动式四辊滚弯分为三个阶段，这其中的受力分析可以分为两种情况： - 17 - 1、轴辊按对称的方式排列 中间滚弯过程， 侧 辊呈对称排列，如图 4图 4测辊对称时滚弯受力分析 其中 式中： 相对强化模数， - 18 - 形状系数， .2 w 是截面模数， w=38450误 !未找到引用源。 是屈服强度， 错误 !未找到引用源。=35050 错误 !未找到引用源。 U 型 钢半径， 800 是弹性模量， E=200m 是相对弯曲力矩， 错误 !未找到引用源。 2、 侧辊以不对称的方式排列 在滚弯两端时，侧辊呈不对称分布。 作用在辊上的力分析，图 4 4辊不对称时的受力分析图 - 19 - 其中 式中： 相对强化模数， 1 是形状系数， .2 w 是截面模数， w=38450误 !未找到引用源。 是屈服强度， 错误 !未找到引用源。=35050 错误 !未找到引用源。 U 型钢半径， 800 是弹性模量， E=200m 是相对弯曲力矩， 错误 !未找到引用源。 - 20 - 错误 !未找到引用源。 是摆动梁的最大摆角， 错误 !未找到引用源。=100 计算： 将数据代入 得： 将数据代入 得： 由 错误 !未找到引用源。 可知 错误 !未找到引用源。 代入数据得： a= a=入 得： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 将 错误 !未找到引用源。 代入 - 21 - 错误 !未找到引用源。 ： 将数据代入 得： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 将 错误 !未找到引用源。 代入 得： 错误 !未找到引用源。 N 将 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未 找到引用源。 代入 得： 驱动的扭矩和功率计算： 每一个扭矩的组成部分可以用下列方程式表示： 弯曲 U 型钢时消耗在变形上的扭矩为： 消耗在克服摩擦上的扭矩为： 驱动力的功率为： - 22 - 计算： 将以上计算所得数 据代入 得： 将所得数据代入 得： 将 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未找到引用源。 代入 得： - 23 - - 24 - 第六章 减速器设计 动方案拟定 合理的传动方案应首先满足机器的功能要求，如所传递功率的大小，转速和运动形式。此
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