板料弯边机及导向装置的设计

哈尔滨理工大学学士学位论文- -板料弯边机及导向装置摘要板料弯边机是制作风阀体的装置，风阀体是中央空调的组成部分，而风阀是风阀体的重要组成部分。现在随着人民的生活水平的提高，生活质量的改善，空调的需求量日益增大，使得风阀的使用量越来越大。风阀大都是由薄壁板料加工而成，为了增加刚度需要弯边加工。本轧辊机是采用辊压成形对板料进行弯边处理。本设计是在熟悉板料弯曲理论的基础上，安排板料轧制工艺、轧制方案以及轧制总体设计。在进行传动方案设计后，对轧制部件进行设计，轧制部件包括轧辊装置和导向装置。板料通过多对成形轧辊轴，依次使板料从两边开始向中间弯曲成形。对主要制部件进行选择，以及必要校核使其满足设计要求。并借助 UG4.0 进行轧制部件的装配并完成轧制过程的运动仿真。板材产品薄而宽的断面决定了板材产品在生产和应用上有其特有的优势条件。本设备具有结构相对紧凑、性能可靠、生产成本相对便宜、工作效率高等特点，因此也非常适合用于造船、汽车等制造业。关键词轧辊装置；导向装置；运动仿真哈尔滨理工大学学士学位论文-Sheet curved side machine and guide designAbstractBody style is an integral part of the central air-conditioning, and air valve is an important component of the body. Now, with the improvement of peoples living standards, improve the quality of life, increasing the demand for air-conditioning, making the use of valve is growing. By the thin-walled valve are made of sheet metal processing, in order to increase stiffness while bending processing needs. The machine is used roller roll forming of sheet metal to bend side to deal with.The design is very familiar with the theory of plate bending on the basis of the arrangement of sheet rolling processes, rolling and rolling design program. During the drive program design, the design of the rolling parts, components, including rolling roller devices and device-oriented. Sheet through a multi-axis of the roll forming, sheet metal in order to enable both sides to the middle from bending. Rolling of the main components to choose from, as well as the need to check to meet the design requirements. And with UG to carry out rolling of the assembly components and complete the rolling process of the motion simulation.Product thin plate cross-section determines the width of sheet products in the production and application has its unique advantages. The device has a relatively compact structure, reliable performance, the cost of production is relatively cheap, high efficiency and, therefore, very suitable for use in shipbuilding, automobile manufacturing.Keywords roller installment; guide; movement simulation哈尔滨理工大学学士学位论文- -目录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 发展现状 .11.3 问题的提出 .21.4 设计内容 .3第 2 章 轧制工艺设计和轧制力计算 .42.1 板材尺寸的计算 .42.2 轧制工艺工序 .52.3 轧制力计算 .7第 3 章 总体方案设计 .103.1 轧机总体设计 .103.2 机床负荷率 .113.3 传动方案设计 .123.4 轧辊轴的转矩计算 .13第 4 章 导向部件的设计 .154.1 导向辊设计 .154.2 导向辊轴承选择及校核 .174.3 螺栓校核 .18第 5 章 UG 三维设计 .205.1 UG 简介.205.2 创建三维零件 .225.3 部件的装配 .235.4 运动仿真 24结论 .26致谢 .27参考文献 .28哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景金属材料的产量和技术含量是一个国家国民经济实力的重要标志，其中板材的应用最为广泛，在发达国家，板材占钢材的比例达 50%60%以上。板材产品薄而宽的断面决定了板材产品在生产和应用上有其特有的优越条件。从生产上讲，板带材生产方法简单，便于调正、便于改换规格、能轧制出各种复杂剖面形状、且生产率高、重量轻。从产品应用上讲，板带材的表面积大，是一些包覆件为满足需要各种复杂剖面形状的板材，则必须对板料进行成形加工使其满足使用要求 1。经过辊制的板材能形成各种形状的弯曲，具有重量轻，生产率高的特点。适用于大批量生产各种复杂剖面形状的制件。因此使用多对辊轮连续成形，可以轧制出许多薄壁、刚度大、质轻而且断面形状复杂的制件板材。1.2 发展现状板料折弯机使用简单的模具可对金属板料进行各种角度的直线弯曲，以获得形状复杂的金属板材制件。操作简单、模具通用性强、运行成本低，因此获得广泛的应用。板料折弯机按其传动形式可分为机械折弯机和液压折弯机两类 2。目前，机械折弯机已被液压折弯机取代，这一技术路线与剪板机相同。液压折弯机的优点在於有较大的工作行程，在行程的任一点都可以产生最大公称力；折弯行程、压力、速度可调，易於实现数控；可实现快速趋近、慢速折弯，符合工件折弯的工艺要求；采用多缸同步系统，极大地提高了折弯精度，并实现了折弯机的多台联动，拓宽了折弯机的工艺范围。数控液压板料折弯机是问世最早、应用最广泛、国内生产企业最多的金属板材加工机床，已由早期的 3 轴发展到现在的 8 轴控制，与上下料机器人和折弯机器人配套使用，可组成数控折弯单元。 “十五”期间，中国数控液压板料折弯机已进入国际先进水平的行列。目前，数控液压板料折弯机普遍采用 BOSCH 公司或 HOERBIGER 公司的数字式闭路液压系统和 DELEM 公司或 CYBELEC 公司的专用数控系统；采用动态压力补偿系统、侧梁变形补偿系统、温度补偿系统、板材厚度及反弹在线检测和修正系统，保证受力状态下工作台与滑块相对位置的精确性；成熟完善的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示，可实现多种折弯工哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -件的工艺存储与轮番生产；滑块最大空程速度和工作速度分别达到了 100毫米/秒和 10 毫米/秒，大大提高了折弯机的工作效率；多轴数控後定位机构保证了板料的精确送进，定位精度可控制在0.01 毫米左右。 近年来，数控板料折弯机出现了由液压驱动向机械传动回归的动向。这种回归不是机械传动简单地替代液压驱动，而是采用伺服电机带动滚珠丝杠直接驱动折弯滑块，形成新型数控板料折弯机。上海冲剪机床厂生产的 ME50/2550 型数控板料折弯机、江苏扬力集团有限公司生产的 EB3512型数控板料折弯机和湖北三环锻压机床有限公司生产的 PPH35/13 型数控板料折弯机，折弯滑块由二台伺服电机同步驱动，在滑块平衡快速运行的同时，滑块挠度得到有效补偿。伺服电机直接驱动的优点在於，能耗、噪声、污染以及制造维修成本大为降低，同时，机床的可靠性、工作速度和效率得以提高。该类数控板料折弯机滑块空程速度可达 100 毫米/秒、折弯速度 10-15 毫米/秒，回程速度 70 毫米/秒；滑块定位精度为 0.035 毫米、重复定位精度为 0.01 毫米。 至此，中国数控液压板料折弯机在技术层面上已具备了网络化的条件，并开始出现向网络化和单元化发展的趋势。1.3 问题的提出下面以板带材的轧制介绍轧制工艺。轧制过程是指轧件由摩擦力拉入旋转轧辊之间，受到压缩或展宽进行塑性变形的过程。根据轧件长度方向与轧辊轴向的关系，轧制方法大致可分为纵轧、斜轧和横轧等方法 3。1纵轧 就是轧件在相互平行且旋转方向相反的平直轧辊或带孔槽轧辊缝隙间进行的塑性变形的过程，轧件的前进方向与轧辊轴线垂直。2斜轧 就是轧件在同向旋转且轴心线想互成一定角度的轧辊缝隙间进行塑性变形的过程。轧件沿轧辊交角的中心线方向进入轧辊缝隙，在变形过程中，轧件除绕其轴线作旋转运动外，还作沿其轴线方向的前进运动。3横轧 就是轧件在同向旋转且轴心线相互平行的轧辊缝隙间进行塑性变形的过程。在横轧过程中，轧件轴线与轧辊轴线平行，轧件只有绕其自身轴线的旋转运动。4特殊轧制 所谓特殊轧制就是不能简单地用上述三种方法描述的轧制方式。比如周期式轧管机，它近似于纵轧，但与一般纵轧不同的是轧辊在作旋转运动的同时，还有在水平方向上的移动，因而轧件的轧入方向与轧辊旋转方向相反，且轧制是周期性的。此成形辊压机是专为通风口滚边而设计的。通过此设计可以大大改善 通风口滚边生产的效率，使其能满足高效的自动化的大批量的现代化生产哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -要求。1.4 设计内容本设计是专为风阀体板料滚边而设计的。通过此设计要求风阀体板料能够完成滚边要求。因此本设计的内容如下：1熟悉课题、进行调研和收集相关的资料。并在熟悉板料弯曲理论的基础上，安排板料轧制工艺、轧制方案以及轧机的总体设计。2工作设计 进行材料的选择，电机的相关参数计算，轧辊的尺寸计算，以及导向装置的选择，确定工作原理，确定相关部件之间的运动关系和配合，根据工作原理绘制扳料折弯机床总装图，导向装置装配图及主要零件工作图。 3了解三维设计设计软件并根据工作原理运动关系和主要零件工作图画出三维图，并进行爆炸和运动仿真。4根据工作原理和设计步骤编写设计计算说明书，与之相关外文翻译一篇 哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 轧制工艺设计和轧制力计算2.1 板材尺寸的计算板材经轧辊成型后截面形状如图 2-1 所示,其纵向长度总长为1424mm。板材弯曲内侧半径为 2.0mm，弯曲外侧半径为 4.0mm，板材厚度为 2.0mm。板材中性弯曲线弧长可表示为Ln=/180 （T+R i） （2-1）式中 Ln 板材中性弯曲线弧长， mm； 弯曲系数（由 Ri/T 的比值决定） ，由 Ri/T=1，可知 =0.41；T 板材厚度， mm；Ri 板材弯曲内径， mm。将数值代入式（2-1） ，得板材中性弯曲线弧长 Ln=4.43mm。由于板材四个弯角相同，则四个弯角中性弯曲线弧长也相同，则板材横向长度可表示为 L=26+227+202+4Ln=285.72 (mm)图 2-1 板材截面形状图在影响弯曲件质量的因素当中最重要的一个就是弯曲半径 Ri，因此弯曲半径 Ri 必须被限制在一定的范围内，弯曲半径就是弯曲件内侧的半径。由此可知，弯曲件内侧的半径必须被限制在弯曲半径的最小值与最大值之间，即最小弯曲半径与最大弯曲半径之间。最小弯曲半径可表示为Ri（min） =cT =1(mm) 哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -式中 c 材料系数；T 板材厚度， mm。最大弯曲半径可表示为Ri（max ） =TE/2s =851(mm) 式中 E 材料弹性模量，MPa；s 材料屈服强度，MPa。板材弯曲内侧半径为 2.0mm，既弯曲半径 Ri=2.0mm。显然弯曲半径Ri 在最小弯曲半径 Ri（min） 与最大弯曲半径 Ri（max） 之间。2.2 轧制工艺工序本设计要求两次轧弯 90 度，初定每个 90 度分 6 道，共 12 道。 第4一道轧角为 0 度，起导向及定位作用。最后一道为 90 度起定型及出料作用。板厚为 2mm 的金属板料每道最大弯角为 25 度，每道设为 20 度，因此定为第一次弯 90 度的第一道 0 度，第二道 20 度，第三道 40 度，第四道 60 度，第五道 80 度，第六道 90 度。第二次弯 90 度的定为第七道 20度，第八道 40 度，第九道 60 度，第十道 80 度，第十一道 90 度，第十二道也为 90 度。最后的一道是为了终定型及板料出料。考虑每道弯角为 20 度，板料进入轧辊因难，因此在每道轧辊之间加一道辅助轧辊，对板材进行一次预弯。金属板材厚 2mm 的每道辅助弯角最大为 25 度，因此定为每道 20 度，第一道不预弯，为 0 度。只起进一走定向作用。能使轧制精度提高。在 12 道主轧辊之间共加 11 道辅助轧辊。第一道 0 度，第二道 30 度，第三道 50 度，第四道 70 度，第五道 90 度，第六道 94 度（考虑到回弹的作用） ，第七道 30 度，第八道 50 度，第九道70 度，第十道 90 度，第十一道 94 度（考虑到回弹） 。轧制工步次序和拉伸角如表 2-1 所示。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -表 2-1 轧制工步次序和拉伸角工 步 名 称 板料弯度 （）1 第一道主轧辊 02 第一道辅助轧辊 03 第二道主轧辊 204 第二道辅助轧辊 305 第三道主轧辊 406 第三道辅助轧辊 507 第四道主轧辊 608 第四道辅助轧辊 709 第五道主轧辊 8010 第五道辅助轧辊 9011 第六道主轧辊 9012 第六道辅助轧辊 9413 第七道主轧辊 2014 第七道辅助轧辊 3015 第八道主轧辊 4016 第八道辅助轧辊 5017 第九道主轧辊 6018 第九道辅助轧辊 7019 第十道主轧辊 8020 第十道辅助轧辊 9021 第十一道主轧辊 9022 第十一道辅助轧辊 9423 第十二道主轧辊 90哈尔滨理工大学学士学位论文- 7 -2.3 轧制力计算对每道主轧辊进行轧制力计算为：第一道主轧辊拉伸角为 0，轧制力不用计算；第二道主轧辊拉伸角为 20，可查取摩擦系数 ，则 。0.158max其相应的几何关系如图 2-2 所示，根据几何关系可知tan a = h/R式中 a 板材弯曲角度，；h咬入高度， mm；R 轧辊半径，mm。由几何关系可知，咬入高度为(mm)28.10sin2/5.因此轧辊半径必须满足 mm，即 R 要大于 65mm，初964atghR定轧辊半径为 70mm。图 2-2 轧制几何关系图主轧辊的受力分析（本设计初定轧制速度为 15m/min）根据图 2-2 的几何关系得 m)(72.182.70222 hRb式中 b 板材表面距轧辊中心的距离，mm。由于板材进行弯曲成型，弯曲面内侧受到板材自身的挤压，弯曲面外侧受到板材自身的拉伸。因此板材会在弯曲中产生弯曲力矩 Mw，且弯曲力矩 Mw 可用如下公式表示Mw =sbT23- (2 sRr)2/E/12 （2-2）式中 b 板材表面距轧辊中心的距离，mm；T 板材厚度 ，mm；Rr 板材中性弯曲半径，mm；E 材料弹性模量，MPa；s 材料屈服强度，MPa。由板材尺寸知，R r=Ri+ T/2=2+2/2=3 (mm) Ri 为板材弯曲半径。哈尔滨理工大学学士学位论文- 8 -则，各数值代入公式（2-2） ，得弯曲力矩 M 力 =4411N.mm。板材进行弯曲成型时，弯曲面内侧受到板材自身的挤压，弯曲面外侧受到板材自身的拉伸。因此，板材在弯曲面会受到来自自身的弯曲力 F，弯曲力 F 可用公式表示为F =2 Mw（1+sin ）/L （2-3）式中 Mw板材弯曲力矩，N.mm； 板材弯曲反角度，；L 弯曲面中心距离，mm。由板材弯曲面形状知， Ri 为板材弯曲内半径，R 0 为板材弯曲外半径，T 为板材厚度。弯曲反角度 ， a 板材弯曲角度。000927a则，各数值代入公式（2-3） ，得弯曲力 F=2140N板材阻力矩 Mz， 其可表示为 Mz =FL式中F 板材弯曲力，N；L 板材弯曲力臂， mm。由板材弯曲面形状知，L =b/2=18.772/2=9.39 (mm)； b 为板材表面距轧辊中心的距离。则，阻力矩 Mz =21409.39=20095( N.mm) 板材摩擦力 F，表示为 F =F式中 F 板材弯曲力，N； 摩擦系数 ，摩擦系数根据材料得 取 0.15。 则，摩擦力 2140.5321()N板材摩擦力矩 M，表示为 M =FR式中 F 板材摩擦力，N；R 轧辊半径，mm。则摩擦力矩 (N.mm)321704R由板材阻力矩 Mz 和板材摩擦力矩 M 知，板材弯矩 M=Mz+ M则板材弯矩 (N.mm)09556各道次轧制力计算，如表 2-2 所示。哈尔滨理工大学学士学位论文- 9 -表 2-2 各道次轧制力计算名称 弯曲角度（ 0）咬入高度 h(mm)轧辊半径R(mm)轧辊径向力(N)rF轧辊圆周力 (N)t弯矩 M(N.mm)第一道轧辊 0 0 70 0 0 0第二道轧辊 20 1.282 70 2140 310 42565第三道轧辊 40 1.128 70 1828.7 274.3 35330第四道轧辊 60 0.838 70 1341.5 201.23 24294.9第五道轧辊 80 0.446 70 765.6 114.84 12303.2第六道轧辊90 0.057 70 469.22 70.383 5863.84第七道轧辊20 1.282 70 2140 310 42565第八 道轧辊40 1.128 70 1828.7 274.3 35330第九道轧辊60 0.838 70 1341.5 201.23 24294.9第十道轧辊80 0.446 70 765.6 114.84 12303.2第十一道轧辊90 0.057 70 469.22 70.383 5863.84第十二道轧辊90 0.057 70 469.22 70.383 5863.84哈尔滨理工大学学士学位论文- 10 -第 3 章 总体方案设计3.1 轧机总体设计风阀体板料折弯采用滚压成形，滚压成形是以长的金属带料为原材料,由若干对成形辊轮为成形工具,随着辊轮的旋转运动,将带料向前送进的同时顺次进行弯曲成形,以获得所需断面形状的一种加工方法。由于风阀体板料需要折弯“U”型槽，成型轧辊下轧辊轴要求保持水平。为轧辊安装方便、调整容易，因此轧机采用卧式结构。此设备结构如图 3-1 所示。本设备主要是由电机、带传动、蜗杆传动、齿轮传动、辊轮传动系统以及输入输出装置组成。设备的整个工作台可以上下、前后调整位置，电机与减速箱的距离是可变的，因此采用了带传动，并且可以通过调节电机座上的螺杆来改变皮带的松紧。另外带传动还具有缓冲、吸振、运行平稳等特点。采用蜗杆传动是因为它具有传动比大、结构紧凑、工作平稳的特点。但由于蜗杆轴向较长，所以把它分成 6 段，每段两端支撑并带动 2 对主轧辊， ，每段之间再用联轴器串联联接，这样能满足蜗杆的挠度要求。同时蜗轮扭矩较大，能够满足与蜗轮同轴的大齿轮同时带动两组齿轮工作的要求。采用齿轮传动，主要是其瞬间传动比恒定，从而使轧辊转速恒定。在电机的选择上，因为要求轧辊的转速可调，所以采用了变频调速器来实现电机的无级变速。成型辊压机工作原理为：电机通电后，通过带传动把动力传到 6 根串联的蜗杆上。6 根蜗杆分置在 1 个大减速箱内，相互间通过联轴器联接。每根蜗杆带动一根蜗轮轴旋转。大齿轮 1 与蜗轮同轴，每个大齿轮 1 分别与其左右两侧的两个大齿轮 2 相啮合，每个与大齿轮 2 同轴的小齿轮又和它上方的小齿轮啮合，这样一个大齿轮 1 就能带动四个小齿轮旋转。小齿轮的尺寸是一样的，每个小齿轮轴作为减速器的输出轴。减速器共有上下两排 24 个(即 12 对) 输出轴。这 12 对输出轴经过万向联轴器接到 12 对主轧辊轴上，经过调速电机，使轧辊获得所需的转速，来实现对工件的渐进加工，11 对辅助轧辊对工件的加工起辅助作用。哈尔滨理工大学学士学位论文- 11 -1.皮带 2.电机 3.主轧辊装置 4.辅助轧辊装置 5.蜗杆 6.蜗轮 7.大齿轮 18.大齿轮 2 9.小齿轮 10.弹性柱销联轴器 11.万向联轴器图 3-1 轧机3.2 机床负荷率此机床设计预期寿命为 10 年，年工作日为 250 天，每天两班制生产。预计年生产能力为 400000 件机床理想生产率，即完成年生产纲领 A 所需求的机床生产率。理想生产率 可以用公式表示QKQ/式中 K全年工时， h；由年工作日 250 天，每天两班制生产。则K=4000h。A年生产纲领，件。则 104/0/小 时件 /机床实际生产率，即所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。实际生产率 可以用公式表示 1Q哈尔滨理工大学学士学位论文- 12 -单TQ/601式中： ，min。间生 产 一 个 零 件 所 需 的 时单 T其中 ， 为加工时间， 为辅助时间。 辅工单 t工 辅t此机床设计板材进行连续型生产，板材纵向长度 ，由于mL142板轧辊直径 =140mm。D则板材移动速度 ( )0.6/314060/n轧 辊工 /s式中 轧辊直径，mm；轧辊转速，r/min。n则 ( )5.2./4.1/工板工 Lt s由于轧机设计板材进行连续型生产，板材进轧机时，需要人工处理。因此，辅助时间 ，则 。分 钟取辅 3.0tt18辅则 (min)4.856stT辅工单则 641./01单Q小 时件 /机床理想生产率与机床实际生产率的比值即为机床负荷率，机床负荷率 可以用公式表示f1/Qf则机床负荷率 683.0f根据组合机床的使用经验，合适的机床负荷率 =0.750.90，故此设计机床合适。3.3 传动方案设计本设计采用 7.5KW（Y132 4）转速为 1500r/min 的电机。轧制速度初定为 13m/min=0.217m/s。由 nw=v60103/（D ）= 0.2176010 3/3.14140=29.62(r/min)式中 D轧辊直径，mm；v轧制速度，m/s。则，总传动比 i=n0/nw=50.64电机通过电机轴带动小带轮，小带轮经过带轮传动将速度传到变速器，变速器采用二级传动,第一级为蜗杆蜗轮传动比稍大些,第二级为齿轮传动采用等转速传动。则轧机传动图，如图 3-2 所示。因此初定带传动，变速器第一级 ，变速器第二级 。所以总传动比1.25id 40i1 1i2。.5iz哈尔滨理工大学学士学位论文- 13 -1.电 机 2皮 带 3联 轴 器 4蜗 杆 5.蜗 轮 6小 齿 轮 7万 向 联 轴 器 8大 齿 轮 9成 型 轧 辊0轴 2345678911.电机 2.皮带 3.联轴器 4.蜗杆 5.蜗轮 6.小齿轮 7.万向联轴器 8. 大齿轮 9.成型轧辊图 3-2 轧机传动图3.4 轧辊轴的转矩计算轧辊轴的数值都可以用轧制力来计算，由图 3-2 轧机传动图，可以看出我们定义下轧辊轴为 3 轴，上轧辊轴为 4 轴。因此轧辊轴的转矩计算如下1轴，即为下轧辊轴下轧辊轴输入功率 (kw)75.06/98.70815.23 BEP式中 ，取 =0.97； E齿 轮 传 动 效 率 ，取 =0.98。 B滚 动 轴 承 效 率下轧辊轴转速 0/233inmin/r则下轧辊轴转矩 7.465.9TN2轴，即为上轧辊轴上轧辊轴输入功率 ( )73.06/98.05.34 BEPkw式中 ，取 =0.97； E齿 轮 传 动 效 率 ，取 =0.98。B滚 动 轴 承 效 率下轧辊轴转速 0/344inmin/r则下轧辊轴转矩 (N.mm)6.23465.9T各运动轴传动参数，如表 3-1 所示。哈尔滨理工大学学士学位论文- 14 -表 3-1 运动轴传动参数轴序号 功率P(kw)转速n mi)/(r转矩T )(N传动比 i 效率 0 75 1500 4775 1 7125 1200 5671 125 095 0815 30 260 40 0686 0775 30 2467 1 095 0737 30 2356 1 095哈尔滨理工大学学士学位论文- 15 -第 4 章 导向部件的设计4.1 导向辊设计在 12 道主轧辊之间共加 11 道辅助轧辊。第一道 0 度，第二道 30 度，第三道 50 度，第四道 70 度，第五道 90 度，第六道 94 度，第七道 30 度，第八道 50 度，第九道 70 度，第十道 90 度，第十一道 94 度。11 道辅助轧辊的作用：a，对板料起定向作用；b，对板料起定型作用，且导向轴都采用一样的轴。第一道导向辊，板材平整无弯曲。由上述导向辊作用可知，导向辊的左右上下都可以取中心对称，且导向辊轴中心上下处都需要安装轴承，为保证轴承在固定位置。则需要在导向辊的中心位置设计为凸台形状，且上下面用螺钉固定导向辊端盖。因此，导向辊轴上下处直径 R1=68mm，高度 a1=23mm。中间处直径 R2=61mm，高度 a2=19mm。两横向对称螺钉中心距 a3=88mm。导向辊的总高a=2a1+a2=65mm，外边总宽直径取 R=140mm。导向辊外框尺寸设计只须依据板料弯曲形状来确定尺寸。取导向辊外部台阶高 b1=10mm，板料顶端与导向辊接触处间距 L=106mm，板料上下接触与导向辊外框相距 L1=9m。由于板材厚度为 2mm，则取导向辊间距b=2.1mm。由此尺寸设计，可画第一道导向辊简图如图 4-1 所示。错误！链接无效。图 4-1 第一道导向辊简图哈尔滨理工大学学士学位论文- 16 -各道导向辊相关尺寸，如表 4-1 所示。表 4-1 第一十一道导向辊尺寸第四道导向辊 70 10 11 106.379 18.269第五道导向辊 90 10 11 110 20第六道导向辊 94 10 11 110.857 20.267第七道导向辊 30 10 5 88.441 40第八道导向辊 50 10 10 97.398 45第九道导向辊 70 10 11 140 50.994第十道导向辊 90 10 11 140 45第十一道导向辊94 10 11 140 45名称弯曲角度（ 0）导向辊外部台阶高b1(mm)板料上下接触与导向辊外框相距L1(mm)板料顶端与导向辊接触处间距L(mm)导向辊间距b(mm)第一道导向辊 0 10 9 97.398 45第二道导向辊 30 10 11 140 50.994第三道导向辊 50 10 11 104.155 16.027哈尔滨理工大学学士学位论文- 17 -4.2 导向辊轴承选择及校核由于板材进行弯曲成型，弯曲面内侧受到板材自身的挤压，弯曲面外侧受到板材自身的拉伸。因此板材会在弯曲中产生弯曲力矩 M，且弯曲力矩 M 可用如下公式表示M 力 =sbT23- (2 sRr)2/E/12 （4-1）式中 b 板材表面距轧辊中心的距离，mm；T 板材厚度 ，mm；Rr 板材中性弯曲半径，mm；E 材料弹性模量，MPa。板材进行弯曲成型时，弯曲面内侧受到板材自身的挤压，弯曲面外侧受到板材自身的拉伸。因此，板材在弯曲面会受到来自自身的弯曲力 F，弯曲力 F 可用公式表示为F=2 Mw（1+sin ）/L （4-2）式中 Mw板材弯曲力矩，N.mm； 板材弯曲反角度， 0；L 弯曲面中心距离，mm。由板材弯曲面形状知， Ri 为板材弯曲内半径，R 0 为板材弯曲外半径，T 为板材厚度板材中性弯曲线弧长可表示为 Ln ，其中 Ln 可以由公式Ln=/1800（T+R i） （4-3）式中 Ln板材中性弯曲线弧长， mm； 弯曲系数（由 Ri/T 的比值决定） ，由 Ri/T=1，知 =0.41；T 板材厚度， mm；Ri板材弯曲内径， mm。由此可知，各导向辊受力不一样，板料弯曲 90 度所受的径向力最大。画轴承的受力图如图的作用方向如图 4-2 所示。错误！链接无效。图 4-2 导向辊轴承受力图则由（4-3 ）得(mm)43.)241.0(8/9nLb则由（4-1 ）得N.mmM则由（4-2 ）得NF4.16故轴承径向反力为 ，无轴向力。NFr4.16导向辊轴承为圆锥滚子轴承，轴承型号为 32008，轴承安装为单列，哈尔滨理工大学学士学位论文- 18 -则计算系数 ， ， ，额定载荷 。38.0e9.0Y6.1kNCr8.51由 ， 。aF21rrFe式中 轴向力、 径向力1r2计算系数e则，取 ， ，径向当量动载荷X01Y )(1ardrFYXfP式中 轴向力，N；aF径向力，N；r冲击载荷系数，由于轧机中等载荷，则取 ；df 5.dfY1轴向动载荷系数；X1径向动载荷系数。则，当量动载荷 )(6.24.15.)(11 NFYfPardr 轴承寿命 Lh 可用公式表示Lh=166709(Cr/P)/n式中 Cr 轴承额定载荷，N；P当量动载荷，N；寿命指数，由轴承为滚子轴承，取 ； 3/10n轴承工作转速，r/min。则 Lh=16670(51800/624.6)10/3/30=1382208665 (h) 。故，此轴承合4格4.3 螺栓校核由于在轧制中板材不均匀，会有时大时小，会引起上联板受力，因而影响上联板上的螺栓。如果螺栓受力过大，而自身尺寸不足，会引起螺栓的松动，进而影响调心轴承的预紧和轧辊的预紧。因此上联板上的螺栓必须进行校核。由调心轴承所受力为径向力 ，水平力 。则NFr21.50NFt53.2螺栓组的轴向力 。Fr21.50每个螺栓的轴向力 )(4.386/./1r螺栓组的翻转力矩 .7)8( mMt由翻转力矩 M 产生的最大拉力 2(N).259.40.1542maxLF哈尔滨理工大学学士学位论文- 19 -式中 M螺栓组的翻转力矩L、L MAX每个螺栓到中心轴间距则最大螺栓的载荷 )(1.687.2594.38213 NF剩余预紧力 NF5.97.螺栓最大拉力 .1.6螺栓为受拉紧螺栓联接，则可得公式 23.4cd式中 紧联接螺栓的许用拉应力 ，N；dc螺栓直径，N；F螺栓最大拉力，N。则，可得 =7.4 (mm)10(mm)故螺栓合格)/(3.14Fc哈尔滨理工大学学士学位论文20第 5 章 UG 三维设计5.1 UG 简介UG 软件起源于美国麦道飞机公司，六十年代起成为商业化软件，被众多美国公司采用。自 1991 年 UG 问世以来，该软件不断发展和完善，目前已是世界上最为普及的 CAD/CAM/CAE 软件之一，基本上成为三维 CAD 的一个标准平台。UG 软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能 13。 UG 能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。UG 广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的 3D 产品开发软件。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC 加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。该软件版本主要经历了 2000、2000i、2001、 Wildfire 版本升级过程。从 2001 版本发展到 Wildfire 版本，UG 的界面风格和易用性发生了很大变化，特别是以直观的可交互的特征操控面板替代以往版本的菜单流风格，不仅便于用户快速掌握此软件的使用，也大大提高了设计人员的操作效率。最新 UG4.0 版本在功能加强和软件的易用性上作了进一步的改进 14。UG 软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。UG 能够让多个部门同时致力于单一下面就 UG 的特点及主要模块进行简单的介绍。主要特性如下：全相关性：UG 的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型：UG 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它哈尔滨理工大学学士学位论文21们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性） ，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 UG 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。装配管理：UG 的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、 “插入 ”、 “对齐” 等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 常用模块 ：UG 是工业设计模块的一个概念设计工具，能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和/或原型制造中。UG 通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染，大大的加快了动画的产生过程。 UG 能够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。 UG 能够很容易的创建产品模型的逼真图象，这些图象可以用来评估设计质量，生成图片。UG 构造和管理大型复杂的模型，这些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究，同时在整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计，有效的支持工程数据重用（EDU） 。UG 由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力，因而扩大了 UG 生成设计图纸，这些图纸遵守 ANAI、ISO、DIN 和 JIS 标准。UG 允许产品设计人员创建高级特征（例如高级的扫描和轮廓混合）利用简便的设计工具，在很短的时间内就可以实现。 哈尔滨理工大学学士学位论文22UG 以“自顶向下 ”的方式对产品的开发过程进行管理，同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务自动分配，来增强工程的生产效率。UG 满足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。把模型数字化，它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到 UG 中，因此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。UG 能够使设计人员和工程人员直接对 UG 的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发，或者开发整个的曲面模型。UG 参数化的定义焊接装配体中的对接要求，使用户很容易的确认焊接点，避免装配零件与焊接点之间发生干涉，在文件编制和制造中消除错误成本。功能仿真模块 UG 用户无须离开 UG 环境，就能够显示高级解算器计算的有限元结果，还鼓励在产品开发早期对设计进行验证。最新 UG4.0 版本在功能加强和软件的易用性上作了进一步的改进。UG 4.0 的功能与特点如下 ：131.完整的 3D 建模功能，使用户能提高产品质量和缩短新产品开发周期。2.通过自动生成相关的模具设计、装配指令、和机床代码，可有效提高生产效率，降低技术人员劳动强度，避免人为差错的出现。3.能够仿真和分析虚拟样机，从而改进产品性能和优化产品计。4.能够在所有适当的团队成员之间完美的共享数字化产品设计，避免重复劳动。与各种 CAD 工具（包括相关数据交换）和业界标准数据格式兼容，生成模型文件的通用性高，便于相关技术人员的技术交流和合作。5.2 创建三维零件通过 UG 创建三维图，步骤如下：1.文件单击菜单文件-新建命令，打开新建对话框。选择零件类型，在名称栏中输入新建文件名称“1b” 。并选取使用缺省模版，设计工作环境。2点击右边的工具栏中的“旋转” 按钮，再选择左下角的 “设置”，绘制草图。3绘制好草图后，点击右边的工具栏中的“确定”按钮。哈尔滨理工大学学士学位论文234 点击右下角的工具栏中的“确定” 按钮。保存文件。通过上述 4 个步骤创建第一道辊，如图 5-1 所示。图 5-1 第一道辊5.3 部件的装配轧制部件的装配步骤如下：1.文件设置 UG 工作目录为装 wangchuanqitu 文件夹下，然后文件- 新建命令，打开新建对话框，选择组件类型，输入新建文件名称“zuzhuang” ，然后确定，进入组件工作环境。2. 点击右边的工具栏中的“将组件添加到组件”按钮，添加零件第一道下轧辊。3.点击单击“将组件添加到组件” 继续依次添加第一道上轧辊。然后设定与第一道下轧辊的匹配和对齐的参照平面。4.重复步骤 3 将其余所有组件添加，设定约束项目，并检查核对，保存文件。通过上述 4 个步骤装配的第一道导向装置的装配图，如图 5-2 所示。哈尔滨理工大学学士学位论文24图 5-2 第一道导向装置的装配图5.4 运动仿真首先在 UG 里打开已经完成的导向辊装配图，然后选择【起始】/【运动仿真】选项，进入运动仿真环境。这时进入了运动仿真环境，这时系统弹出运动导航器，在运动导航器里的“z