680 四辊卷板机设计【优秀含7张CAD图+文献翻译+说明书】
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四辊卷
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摘 要
本说明书是按照所设计的卷板机内容撰写的，主要包括卷板机轴辊的受力分析、电动机的选择、主减速器的设计、侧辊传动系统的设计、下辊液压传动系统的设计以及对下辊液压同步控制系统进行了研究。从而保证了下辊在上升的过程中始终能够保持两端同步。
四辊卷板机主要为锅炉厂辊制锅炉圆筒而设计，它可以用于各种型号锅炉圆筒的生产和加工，也在造船、石油化工、航空、水电、装潢、及电机制造等工业领域得到了广泛的应用，用以把金属板料卷制成圆筒、圆锥以及弧形板等各种零件。
该四辊卷板机利用其四个辊筒的空间布置，最大范围地减少了剩余直边的出现、降低了生产成本、提高了生产效率。
关键词：四辊卷板机 辊制 剩余直边 弧形板
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I 摘 要 本说明书是按照所设计的卷板机内容撰写的，主要包括卷板机轴辊的受力分析、电动机的选择、主减速器的设计、侧辊传动系统的设计、下辊液压传动系统的设计以及对下辊液压同步控制系统进行了研究。从而保证了下辊在上升的过程中始终能够保持两端同步。 四辊卷板机主要为锅炉厂辊制锅炉圆筒而设计，它可以用于各种型号锅炉圆筒的生产和加工，也在造船、石油化工、 航空、水电、装潢、 及电机制造等工业领域得到了广泛的应用，用以把金属板料卷制成圆筒、圆锥以及弧形板等各种零件。 该四辊卷板机利用其四个辊筒的空间布置，最大范围地减少 了剩余直边的出现、降低了生产成本、提高了生产效率。 关键词 ： 四辊卷板机 辊制 剩余直边 弧形板 is in of of on an in of to be of to to in i 目 录 前 言 . 1 第 1章 绪 论 . 2 . 2 . 2 12. 5 动系统设计 . 6 第 2章 卷板机轴辊受力分析 . 7 . 7 . 8 . 8 第 3章 电动机的选择与计算 . 12 . 12 . 12 第 4章 主减速器的设计 . 14 . 14 动比的分配 . 15 . 15 速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 . 17 料和齿数 . 17 齿面接触强度设计 . 17 . 21 . 21 . 22 选择精度等级，材料和齿数 . 22 按齿面接触强度设计 . 22 . 24 . 26 速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算： . 26 料和齿数 . 26 按齿面接触强度设计 . 27 . 29 . 30 . 32 第 5章 侧辊传动系统的设计 . 36 . 36 . 36 . 36 第 6章 下辊筒液压缸的设计 . 41 . 41 . 42 第 7章 辊筒轴的强度校核 . 47 第 8章 专题论文 . 50 . 50 . 50 . 52 . 53 致 谢 . 54 考文献 . 55 1 前 言 我所设计的这台四辊卷板机由四个辊筒所组成，其中一个上辊、两个侧辊和一个下辊。最大可以将 40、 2m 长的钢板卷曲成圆柱、圆锥或其一部分。 上辊为主传动，由主电动机通过主减速器和联轴器与上辊筒相连接，为卷制钢板提供扭矩；下辊作垂直升降运动，通过液压缸内的液压油作用于活塞而获得，以便夹紧板材，为液压传动，在下辊的两侧设有两个侧辊，侧辊可以沿着机架导轨做倾斜运动，由侧辊电动机通过一个单级减速器把 扭矩传到丝杆丝母蜗轮蜗杆传动副，这样既达到了传递扭矩的作用，同时也改变了运动方向。 在本次设计中，我设计了一套液压同步控制系统，通过控制电磁换向阀的通断，来控制下辊两端液压缸的同步上升，达到在下辊上升的过程中，下辊中心线能够始终同上辊中心线保持水平，这样就可以避免因钢板位置偏离中间位置，而使下辊受力不均匀，使下辊在上升的过程中一端受力大，一端受力小，使卷出来的圆筒一端大而一端小的情况发生。 本次 毕业 设计是一次大型综合 的设 计，通过这次做毕业设计使我对大学四年所学的知识有了更加深刻的回顾，也培养了我使用工具书 的能力，同时它也是对我大学四年所学知识的一次检验。通过做毕业设计使我学习到了许多在课本上面所学习不到的致知识，也提高了我的动手能力。相信他们都是我在未来工作中能够用得上的。 2 第 1 章 绪 论 近些年随着原子能、石油化工、海洋开发、宇航、军工等部门的迅速发展，卷板机作业的范围正在不断的扩大，要求也在不断提高，现在卷板机已经广泛应用于锅炉、造船、石油化工、航空、水电、装潢、金属结构等行业中，用于将金属板材卷制成圆柱、圆锥或者将任意形状卷曲成圆柱形或其一部分。 板的分类及特点 卷板按照工作状 况分为：冷卷和热卷两种。冷卷的精度高，操作方便，要求钢板不能有缺口及裂缝等缺陷，有时还需在滚弯前进行正火或退火处理。热卷的最大缺陷是产生氧化皮及明显热膨胀。因此，只有当弯制的板超过机器的冷卷能力或弯曲较大时，才能使用热卷法，但冷卷的板料厚度范围目前正在日益扩大。生产也应根据不同卷制方法的特点结合具体情况适当选用。例如有些不允许冷卷的刚度太差，而且弯曲困难。如果采用温卷的方法就比较合适。 板机的分类及特点 卷板机按照辊筒数量布置形式分为：四辊式卷板机和三辊式卷板机，其中三辊又可以分为对称式和不对称式 两种。对称式三辊卷板机：结构紧凑，重量轻，易于制造、维修，投资小，两侧辊可以作得很近，成形准确。但是剩余直边大，一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。（如图 不对称三辊卷板机是一根下辊轴和上辊轴中心水平距离到极小位置，另一根下辊轴放在侧边，所以滚出的零件仅起始端有直边。这样在滚零件时，正反两次辊制就可以消除直边问题。（如图 示）其缺点为：在滚弯时大大3 增加了辊轴的弯曲力，使辊轴容易弯曲，影响零件的精度，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。 图 对称式卷板机 图 称式卷板机 卷板机按辊位调节方式可以分为：上调式和下调式两种，其中上调式可以分为横竖上调式（机械或液压调节）；垂直上调式；下调式又可以分为不对称下调式（机械或液压调节）；对称下调式（含垂直下调式）（液压调节）水平下调式（液压调节）。 垂直下调式：结构简单、紧凑；剩余直边小，有时设计成上辊可以沿轴向抽出的结构。它的缺点是：弯板时，板料有倾斜动作，对热卷及重型工件不安全，长坯料必须先经初弯，否则会碰地面。 水平下调式：较四辊卷板机的结构紧凑， 操作方便剩余直边小，坯料始终保持在同一水平面，进料安全方便。其缺点是：上辊轴承间距较大，坯料对中不如四辊卷板机方便。 横竖上调式：如图 节辊筒的数目最少，具有各种三辊的优点，而且剩余直边小。其缺点：设计时结构复杂不易处理。 4 图 竖上调式 图 式 卷板机按照辊筒方位，可以分为立式和卧式。按上辊受力类型，可以分为闭式（上辊中部有托辊）和开式（上辊无中部托辊），其中开式又可以分为有反压力装置的和无反 压力装置的。 立式：如图 除了氧化皮压伤，矩形板料可保证垂直进入辊间，防止扭斜，卷薄壁大直径，长条料等刚性较差的工件时，没有因自重而下榻的现象，板样测量较准，占地面积小。其缺点是：短工件只能在辊筒下部卷制，辊筒受力不均匀，易呈锥形；工件下端面与支撑面摩擦影响上下曲率的均匀性，卸料及工件放平料不方便，非矩形坯料支持不稳定。 闭式：如图 有活动轴承机构结构较简单，上辊加中间支承辊后可作得很细可弯到较大的曲率，上辊刚度好，工件母线直线度好，下辊间距小，可卷薄板且曲率较准确，上辊行程大，有足 够的位置装模具，可以作长拆边机用，但只能卷制圆心角小于 180度的弧形板 。 5 图 式卷板机 图 辊卷板机 四辊卷板机有四个辊，（如图 示）上辊是主动辊，下辊可以上下移动，用以夹紧钢板，两个侧辊可以沿斜向升降，在四辊卷板机上可进行钢板的预弯工作，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，从而达到所要求的曲率。 它的优点是： 1、 预弯及卷圆时，钢板可不调头。 2、 上下 辊能夹紧钢板，防止弯曲时滑脱。 3、 侧辊能起定位作用，在进料时可使钢板找正。 4、 便于弯曲锥形件，椭圆形件及仿形加工。 综合以上各种卷板机的综合特点，在本次毕业设计中我选择了 012四辊卷板机的用途 锅炉、造船、石油化工、水泥、电机及电器制造业中的主要设备之一。在常温的情况下，它可以将长达 2m，厚度达 40锥面或任意形状的柱面或其一部分，在加热的情况下，它可以将 长达 2m,厚度达 70可以对一些厚度大，用常规方法无法弯卷的钢板进行加工，在加工的过程中它还可以对金属板端部进行直接弯曲，免去了端部预弯的工序，这是四辊卷板机比一般三辊卷板机优越之处。因此， 船、石油化工、水泥、电机及电器制造业中得到了广泛应用。同时，这种设备的上市大大减轻了工人的劳动强度，提高了企业的效益。 6 动系统设计 0主电动机通过主减速器及联轴器，从而带动上辊工作，下辊 的作用是提供一定的向上力，（设该力为夹紧力 W），与上辊一起夹紧所卷钢板，使上辊与被卷钢板间产生足够的摩擦力，在上辊旋转时能够带动钢板运动。两个侧辊用以形成卷筒所需的曲率，使板料达到所需的目的。 在我设计的这台四辊卷板机中，我采用了由主电动机通过主减速器以及联轴器，从而带动上辊的旋转。而下辊的运动我采用在下辊的两端各放一个液压缸，通过液压缸内的液压油作用于活塞而使下辊能够实现上下的升降运动，以便夹紧钢板，用液压系统来控制下辊筒的升降以及两个液压缸在上升的过程中保持同步上升。在下辊的两侧设有两个侧辊，两个侧辊分 别由两个电动机通过两个单级减速器以及联轴器带动；两个电动机可以分别单独控制也可以同时控制，两个侧辊可以沿着机架导轨做倾斜运动，通过丝杆丝母蜗轮蜗杆传动。 7 第 2 章 卷板机轴辊受力分析 用在卷板机辊子上的弯曲扭矩 板料的最大变形弯矩 M 01 21 时的初始变形弯矩 101 2 式中：1形断面取 K 0于 30， 35 钢取 140 横截面的断面模数，矩形截面 6/2， (B 为材料宽度，s为板材的屈服极限， 35 钢s=250则 W= R 为弯曲最小半径，在最大弯矩产生于板材弯成上辊半径时，得到弯曲的最小半径。（221 ，1B 为板材厚度， S为板材屈服极限 S=250R 为板料由平板（ 1R ）开始弯曲时的初始变形弯矩 11 571 . 5 1 4 4 0 2 2 6 0 5 . 3 3 1 0 2 5 3 . 4 4 1 0M 571 1 . 5 5 . 3 3 1 0 2 5 2 . 0 1 0M 8 板机的空载扭矩 23214 n 式中： 1G 、 2G 、3向接送和主动辊的重量（ 青铜轴套时，取 =31 3 . 1 4 0 . 6 0 . 0 1 2 1 . 8 7 . 8 1 0 0 . 3 1 1 0G D t L r 22 633 0 . 2 43 . 1 4 1 . 8 7 . 8 1 0 0 . 6 3 1 044 r 所以对321 取 3101 则： 334 辊卷板机 的 卷板力 侧辊所受的力为 s 25s = 0 253 3 . 1 4 1 2 5 1 . 4 7 1 0 所 加 液 压 力 辊筒所受到的力为 22 9 = 0 则= 55( 5 . 2 3 1 . 4 7 ) 1 0 6 . 7 1 0 将板料从平板弯曲到 R 时消耗 于板料变形的扭矩1 411 11 因为 1R ， 所以 7 7 71 480( 2 . 0 1 0 3 . 4 4 1 0 ) 1 . 1 3 1 02 2 6 0 消耗于摩擦阻力的扭矩2 2)22(2 式中： 筒与板料间。冷卷 f=卷 f=2 作辊与支承辊间 f= ad、bd、a 、 b 、 c 、 辊 轴 径 ， 其 中8840mm,04 所以将上面数值代入得： 72 1 1 0板料松紧的摩擦阻力 22 10 4 0 04 8 022 4 04 8 02 5 56 = 0 送进板料所需的拉力 T 21 7 0 拉力在轴承中所引起的摩擦损失 1 7 0 机器送板料的总力矩 2)(1 式中； 1 = 5 0 驱动扭矩 4321 5377 0 作用在卷板机辊子上的压力（弯曲力） s 5 85 8 0 4022 5 022 22 式中： s11 m) 作用在卷板机辊子上的弯曲扭矩 422 式中： 则： 0 014 4022502480 2 12 第 3 章 电动机的选择与计算 率计算 122 板为 动轴承为 N = 考虑到工作机器的安全系数，取功率为 45 动机的选择 由于四辊卷板机在工作中没有什么特殊的要求，因此在本次设计中我选用 能好，噪声小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便的特点，主要应用于灰尘多、土扬水溅的场合、如农用机械、矿山机械、搅拌机、碾米机等，为一般用 途电动机。 13 根据前面计算的结果，主电动机选择 定功率 45载转速 740r/定转矩 大转矩 量 59214 第 4 章 主减速器的设计 动机的确定 按照设计要求以及工作条件选用 式封闭结构，电压 380V。 电动机型号的选择，根据前面计算的结果，主电动机选择 定功率 45载转速 740r/定转矩 大转矩 量 592减速器中 各部分的传动效率如下： cc=gg=bb=各部分的传动效率： c 01= 12 12= 32= 34= 4= 总= 工作辊的旋转转速 15 m 1000 r 取r/动比的分配 总传动比总i= 1854740 101i ； 145i 所以本设计的三级减速器的总传动比为 185i , 主减速器传动系统各级传动比的分配如下： 101i i i 534i 145i 动系统的运动和动力参数设 计 率和转矩计算如下： 0 轴：（电动机轴） 400 m50 5 09 5 5 00001轴：（减速器的高速轴） 400101 16 2 轴（减速器的中间轴） m 01212 0 3 轴（减速器的另一根中间轴） m 32323 0 2 9 89 6 0 8 8232323 4 轴（减速器的低速轴） m 6 0 6 6 39 6 0 2 9 8343434 将上述计算结果和传动比及传动效率汇总如表 47 表 4 号 电 动 机 三 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 0 轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 轴 转速n(r/740 740 率 P（ 45 矩 T（ 两轴 联接件、传动件 联轴器 齿轮 齿轮 齿轮 传动比 i 1 传动效率 速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 择精度等级，材料和齿数 （ 1）材料及热处理。由表 10齿轮的材料均为 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55面淬火，轮齿变形不大，故精度等级、大小齿轮的齿数以及螺旋角分别为：精度等级为 7级，小齿轮齿数 241 Z 、大齿轮的齿数 1562 Z 。 （ 2） 选取螺旋角，初选螺旋角 14 齿面接触强度设计 321 12 18 (1)确定公式内的各计算数值： .1由文献 1，选取区域系数 Z 1，查得 12 齿轮均为硬齿面，故宜选取小的齿宽系数， 7.0d1，查得 M P 1 0 02 。 效概率 1%，安全系数 S=1） M P i M P i H = M P 0459902 21 5749301 911 08217 4 06060 991212 由文献 1，查得 算小齿轮的分度圆直径 321 4 9 3 )计算圆周速度 t /1 19 4）计算齿宽 4co 5）计算纵向重合度 6） 计算载荷系数 K 根据 ， 7级精度，查文献 1，取 08.1文献 1， K ，从文献 1中的硬齿面；齿轮栏 中查得小齿轮相对支承非对称布置， 6级精度， bK 22 = 22 =虑齿轮为 7级精度，取 载荷系数 另由文献 1，查得 7） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 3311 8） 计算模数 20 n 4co 3 2121 c o 1）确定计算参数 1，查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 ,6 2 021 M 1，查得弯曲疲劳寿命系数 弯曲疲劳安全系数 ， M P M P 齿轮的 加以比较 0 1 0 9 6 1 F Y 0 1 0 0 9 2 F Y 21 齿根弯曲疲劳强度设计 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数，取标准模数 m=3，取分度圆直径 。 1 0 取 241 Z ，则 Z 。 何尺寸计算 1）计算中心距 n 814co 241 5 6co 1 将中心距圆整为 2782) 按圆整后的中心距修正螺旋角 24156a r c c o r c c o s 21 a n 因 值改变不多，K， 不必修正。 1） 计算大、小齿轮的分度圆直径 n s 324co n 214co s 31 5 6co 2） 计算齿轮的宽度 d 22 取 22 ， 51 间级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 择精度等级，材料和齿数 1）材料及热处理。由表 10齿轮的材料均为 40面硬度为 48 55 1） 表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级、大小齿轮的齿数以及螺旋 角分别为：精度等级为 7 级，小齿轮齿数 261 Z 、Z 。 2） 选取螺旋角，初选螺旋角 14 按齿面接触强度设计 321 12 1）确定公式内的各计算数值： .1由文献 1，选取区域系数 Z 1，查得 12 齿轮均为硬齿面，故宜选取小的齿宽系数， 6.0d1，查得 M P 1 0 02 。 23 效概率 1%， 安全系数 S=1） M P i M P i H = M P 0672 107810562 21 35886802 911 08217 4 06060 991212 由文献 1，查得 试算小齿轮的分度圆直径 321 8 8 6 8 )计算圆周速度 t /81.1 3） 计算齿宽 526 14co 24 4） 计算纵向重合度2 4 0 5） 计算载荷系数 K 根据 ， 7级精度，查文献 1，取 08.1文献 1，查得 K，从文献 1中的硬齿面齿轮栏中查得小齿轮相对支承非对称布置， 6级精度， bK 22 = 22 =虑齿轮为 7级精度，取 载荷系数 另由文献 1，查得 6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 3311 / 1 3 5 . 3 4 1 . 8 5 6 / 1 . 6 1 0 8 . 2 0d K K m m 7） 计算模数 n 4co 2co 3 2121 c o 25 1）确定计算参数 1，查得齿轮的弯曲疲劳强度极 限 ,6 2 021 M 1，查得弯曲疲劳寿命系数 弯曲疲劳安全系数 ， M P M P 齿轮的 加以比较 0 1 0 4 5 9 1 F Y 0 0 9 7 2 F Y 2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数标准模数 m=3，取分度圆直径 。 4co 2co 取 251 Z ，则 Z 26 何尺寸计算 1）计算中心距 n 1 将中心距圆整为 4682) 按圆整后的中心距修正螺旋角 r c c o r c c o s 21 a n 因 值改变不多，K， 不必修正 3)计算大、小齿轮的分度圆直径 11 2 5 5 . 5 108c o s c o s 1
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