摘 要
本设计是关于卷圆机的结构设计。卷圆机是将各种型材卷制成圆环的一种高质量、高效益的卷圆装置。主要对卷圆机的传动系统、上下辊轮、压下装置以及卷圆机的总体进行设计和计算。
卷圆机结构型式为三辊对称式，在该结构中上辊下压提供压力，两下辊做旋转运动，为卷制板材提供扭矩。该机具有结构紧凑、操作简便、寿命长、噪声小、一机多用、质优价廉等优点，是工厂实现机械化生产的配套设备，该设备的上市可以大大减轻工人的劳动强度，提高企业生产效益。
关键词：卷圆机；辊轮；传动系统；压下装置；卷制
ABSTRACT
This design is about flange machine. Roll round machine is made of various profiles will roll ring flange and a high quality, high benefit rolls round device ,mainly to transmission system, roll on the circle next roller, pressing device and roll machine design and calculation of the overall.
Roll machine athreeroller symmetrical structure, in the upper roller press structure provides pressure, the two lower rollers make rotation, top provide torque. This machine with compact structure, easy operation, low noise, long service life, high quality and reasonable price multi-usage, etc, and is realized mechanization production factory, this equipment facilities listed can greatly reduce the labor intensity, improve production efficiency.
Key words: Roll round machine ；Roll wheel ；Transmission system；Pressing device； Rolling
目 录
摘要-------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
Abstract--------------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ第1章 绪论---------------------------------------------------------------------------------------1
1.1 国内外发展现状--------------------------------------------------------------------------1
1.1.1国外发展现状---------------------------------------------------------------------1
1.1.2 国内发展现状--------------------------------------------------------------------1
1.2 卷圆机的类型和特点--------------------------------------------------------------------2
1.3本文设计内容------------------------------------------------------------------------------2
第2章 卷圆机工作方案的选择-----------------------------------------------------------3
2.1 卷圆机成型方案的确定-----------------------------------------------------------------3
2.2 圆环卷制成型方式的选择--------------------------------------------------------------4
2.3 本章小结-----------------------------------------------------------------------------------5
第3章 力学分析与主参数的确定--------------------------------------------------------6
3.1 卷圆的工艺过程分析--------------------------------------------------------------------6
3.2 卷圆过程中的力学分析-----------------------------------------------------------------6
3.3 工作辊轮的设计--------------------------------------------------------------------------6
3.3．1 三辊轮受力情况分析-----------------------------------------------------------6
3.3．2 卷圆机的主参数的确定--------------------------------------------------------7
3.4 本章小结-----------------------------------------------------------------------------------9
第4章 传动系统设计------------------------------------------------------------------------10
4.1 传动方案的设计----------------------------------------------------------------------10
4.2 电机的选择------------------------------------------------------------------------------10
4.2.1 选择电机的结构形式----------------------------------------------------------10
4.2.2 电动机的确定-------------------------------------------------------------------11
4.3 传动比的计算---------------------------------------------------------------------------11
4.3.1 总传动比的计算----------------------------------------------------------------11
4.3.2 分配传动比----------------------------------------------------------------------11
4.4 运动和动力参数计算------------------------------------------------------------------12
4.4.1 各轴转速计算-------------------------------------------------------------------12
4.4.2 各轴功率计算-------------------------------------------------------------------12
4.4.3 各轴转矩计算-------------------------------------------------------------------12
4.5 传动零件的设计计算------------------------------------------------------------------13
4.5.1 带传动的设计计算-------------------------------------------------------------13
4.5.2 蜗轮蜗杆的传动设计----------------------------------------------------------15
4.5.3 齿轮的设计计算---------------------------------------------------------------16
4.6 轴的设计计算---------------------------------------------------------------------------19
4.7 轴承设计---------------------------------------------------------------------------------22
4.7.1 滚动轴承的选择----------------------------------------------------------------22
4.7.2 滚动轴承的寿命计算----------------------------------------------------------23
4.8 键的设计---------------------------------------------------------------------------------24
4.8.1 键连接的功能及结构型式---------------------------------------------------24
4.8.2 键的选择和键联接的强度计算---------------------------------------------24
4.9 本章小结---------------------------------------------------------------------------------25
第5章 压下装置的设计--------------------------------------------------------------------26
5.1 卷圆成形直径与标尺刻度的关系---------------------------------------------------26
5.2 压下装置的设计------------------------------------------------------------------------27
5.3 上辊轮轴的设计------------------------------------------------------------------------28
5.3.1 轴的材料及结构的确定------------------------------------------------------28
5.3.2 轴的受力分析-------------------------------------------------------------------28
5.3.3 校核轴的强度------------------------------------------------------------------30
5.4 螺旋传动设计---------------------------------------------------------------------------30
5.5 本章小结---------------------------------------------------------------------------------32
第6章 其他各主要零部件的设计及选用-------------------------------------------33
6.1 箱体的设计------------------------------------------------------------------------------33
6.2 “五大轮”的设计-------------------------------------------------------------------------33
6.3 各主要部件的选用---------------------------------------------------------------------34
6.4 本章小结---------------------------------------------------------------------------------34
结论-------------------------------------------------------------------------------------------------35
参考文献------------------------------------------------------------------------------------------36
致谢-------------------------------------------------------------------------------------------------37
第1章 绪 论
1．1 国内外发展现状
1.1.1 国外发展现状
50年来，卷圆机随着科技特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美国、德国、日本三国的卷圆机技术非常先进，经验很多，并且分别有自己的特点。
在美国，政府重视卷圆机工业的发展，因而不断提出卷圆机的发展方向，提供充足的经费，特别讲求“效率”、“创新”，注重基础科研。由于美国首先结合汽车、轴承行业的生产需求开发了大批自动生产线，所以美国的高性能卷圆机技术在世界一直居领先地位。但因为偏重基础科研，忽视应用技术，有一段时间卷圆机的产量增加缓慢，直到纠正偏向后，产量又逐渐上升。
德国政府讲求“实际”与“实效”，坚持以人为本，不断提高人员素质，他们还特别重视理论与实际相结合，基础科研与应用技术并重，在卷圆机产品质量上精益求精。德国的卷圆机质量及性能良好、先进实用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圆机，在质量、性能上居世界前列。
日本政府对卷圆机工业的发展异常重视，并通过规划、法规进行引导。在重视人才及卷圆机部件配套方面学习德国，在质量管理及卷圆机技术方面学习美国，而且做得更好。日本在发展卷圆机的过程中，狠抓关键，突出发展卷圆机系统。日本FANUC公司在产量上居世界第一，销售额占世界市场的50%，对加速日本和世界卷圆机的发展起了重要作用。
1.1.2 国内发展现状
我国是世界上卷圆机机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各类卷圆机机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外卷圆机机床产品充斥市场。这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控卷圆机机床品种、性能和结构不够先进，新产品的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
我国工厂由于缺乏卷圆机设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及卷圆机机床性能测试装置等)，自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功的把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。
卷圆机用户根据使用需要，在订货时往往提出一些特殊要求，甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计卷圆机和修改相应的卷圆机图纸及卷圆机技术文件。在国外，这项卷圆机修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周，而在我国卷圆机机床厂用手工操作就至少需1～2个月，且由于这些图纸和文件涉及多个部门，常会出现漏改和失误的现象，影响了产品的质量和交货期。由于长期以来形成的卷圆机设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效的协同开发的模式，不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见，容易造成产品的反复修改，延长了开发的周期。
为解决这些问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。
1.2卷圆机的类型和特点
卷圆机分为机械式和液压式两种，机械式卷圆机是将碳钢、不锈钢、有色金属型材（角钢、带钢、槽钢、管子等）卷制成圆环的一种高质量、高效益的卷圆装置。其结构独特，具有体积小、能耗低、效率高、无噪音、安装使用方便、操作简单、承载能力强、寿命长、卷圆速度快、产品质量可靠等优点。液压卷圆机是机械式卷圆机的升级产品，能加大卷圆的厚度和宽度，能够完成机械式卷圆无法卷动厚板的缺点，代替了原有钢板下料、对接、校正、车床加工等复杂工艺并节省了氧气、乙炔、劳动力、原材料等，是制造圆盘的先进母体。
1.3本文设计内容
本文主要对机械式三辊对称式卷圆机进行设计。主要包括电机的选择、传动系统设计、压下装置设计及箱体的设计等。
第2章 卷圆机工作方案的选择
2.1 卷圆机成型方案的确定
如图2.1所示，制造该圆环零件的方法有以下两种：
①冲压法。即利用冲压的方法，设计一套专门用来制造该零件的模具，这种方法最突出的优点就是生产效率高，只要设计出一套模具和与之相配套的模架便可大量生产同一型号的圆环零件，但此法也有明显的不足之处：a.由于需要得到的圆环的外径为430mm，内径为370mm，设计出来的模具体形巨大，非常笨重，成本较高；b.冲压对 加工坏料的材质有限制，只适合加工塑性较好的低碳钢；c.由于该圆环的内径较大，加工产生的废料也较多。
②卷制法。即利用辊轮将303mm的扁钢卷制成所需的圆环。钢板在辊轮上弯曲变形，是一个横向弯曲的过程，如图2.2所示。钢板在外负荷力矩M的作用下，产生弯曲变形时，中性层以上的纵向纤维受到压缩变形，中性层以下的纵向纤维受到拉伸变形。根据外负荷力矩的大小，当钢板表面层的最大应力小于钢板材质的屈服极限时，各层的纵向纤维都处于弹性变形状态，随着外负荷弯曲力矩的增大，钢板各层纤维继续产生变形。当外负荷增加到一定数值，钢板表层纵向纤维应力超过了材料屈服极限时，纤维产生塑性变形，负荷越大，塑性变形区由表层向中性层扩展的深度也越大。当钢板整个断面的纵向纤维应力都超过材料的屈服极限时，所有纵向纤维都处于塑性变形状态，弯曲过程完成。当钢板完全卷制成所需的圆环时，再将首尾端焊合即可。利用这种方法加工法兰环，只要辊轮提供的扭矩大，基本上不会受到加工坏料材质的影响，且不会产生废料，操作方便实用，不失为一种加工大中型圆环的好方法。
综合以上两种方法的优缺点，我们选用卷制法加工。因为扁钢在卷制过程中，中性层以上部分受到压缩变形，而中性层以下部分受到拉伸变形，唯独中性层长度没有变化，所以需要提供的扁钢长度为 mm，即1256mm。
图2.1 圆环 图2.2 钢板弯曲变形示意图
2.2圆环卷制成型方式的选择
目前市场上出现的卷圆机种类较多，大致分类如图2.3所示。三辊式结构卷制原理是利用三个辊轮对板料进行连续的三点弯曲卷制成弧体，下辊为主动辊，上辊作垂直升降运动，结构较简单，而四辊式卷圆机是以上辊为主动辊，由主电动机通过主减速器以及联轴器，从而带动上辊的工作，下辊的作用是提供一定的向上力，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，其工作原理如图2.4所示。采用四辊卷圆结构可以免去端部预弯的工序，但是传动系统较复杂，机器较笨重，因此我们采用三辊式卷圆结构。
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