10x2017对称式三辊卷板机设计说明书

1、XXX大学本科生毕业设计说明书题 目：10 x2000对称式三辊卷板机设计学生姓名： 10 x2000对称式三辊卷板机设计摘要本次设计是三辊卷板机设计。此卷板机的结构较为简单，卷板机是一种将板料通过塑性变形使其变为管料的机械。对称三辊卷板结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。因为对称式三辊卷板机的诸多优点，和通过几种运动方案的分析比较，再考虑到通用性，最终决定采用三辊对称式卷板机。其设计加工尺寸为10 x2000对称式三辊卷板机,其主要有辊子，机身，动力传递部件和电机组成，辊子主要设计其强度，半径等尺寸足以保证设计尺寸。关键词: 塑性变形，通用性，动力传递，辊子。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.目录

5、摘要.Abstract. HYPERLINK l _Toc202178059 绪 论.1.1.2卷扳机的运动形式.2弯曲成型的加工方式.3.5第二章 方案的论证及确定.8.8 方案1双辊卷板机.8 方案2三辊卷板机.9方案3四辊卷板机 .10 .11.11第三章 传动设计.12.12齿轮传动.12皮带传动.13.14 主传动系统确实定.14副传动系统确实定.14.15第四章 下辊驱动系统的设计.17.17.19 受力分析19 电机的功率确定.20 电机的选择.21.22 总传动比22 减速器的选择.22 4.3.3分配传动比.224.5本章小结.24第五章 压下系统设计.24.24驱动功率计算

6、.24选择电机24.25.27.27.31蜗轮轴的设计计算.31蜗杆轴的设计计算31轴的结构设计.32.33轴的受力分析33轴的弯、扭矩综合图34按弯扭合成应力校核轴的强度.37.37选择轴承.37轴承校核.38.39第六章 上下辊的设计及校核.39 6.1结构及力学分析.396.2对辊子进行刚度校核计算.41上辊的设计计算41下辊的设计计算.42.42 .43第七章 机架的设计.44.44.44.4545总结.46参考文献.47致谢.49第一章 绪 论1、三辊卷板机三辊卷板机有机械式和液压式：机械式三辊卷板机分为对称适合非对称式，上辊在两个下辊中央对称位置作垂直升降运动，通过丝杠丝母蜗杆传动

7、而获得，两个下辊作旋转运动，通过减速器的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。该机缺点是板材端部需借助其它设备进行预弯。机械三辊非对称式卷板机：机械三辊非对称式卷板机主要特点：该机结构型式为三辊非对称式，上辊为主传动，下辊作垂直升降运动，以便夹紧板材，并通过下滚齿轮与上辊齿轮啮合，同时作为主传动；边辊作倾升降运动，具有预弯和卷圆双重功能。机构紧凑，操作维修方便。液压式三辊卷板机：液压式三辊对称卷板机主要特点：该机上辊可以垂直升降，垂直升降的液压传动，通过液压缸内的液压油作用活塞杆而获得；下辊作旋转驱动，通过减速器输出齿轮啮合，为卷板提供扭矩，下辊下部有托辊，并可调节。上辊呈鼓形状，提高制

8、品的直线度，使用于超长规格各种截面形状灌。该机为上调式对称三辊卷板机，可将金属板材卷成圆形、弧形和一定范围内的锥形工件，本机两个下辊为主动辊，上辊为从动辊。它广泛使用于造船、锅炉、航空、水电、化工、金属结构及机械制造行业。 图1.1 对称式三辊卷板机2、四辊卷板机：分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。3、特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用途卷板机等。卷板机的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，本钱低廉，但对板材的质量要求较高如

9、不允许有缺口、裂纹等缺陷，金相组织一致性要好。当卷制板厚较大或弯曲半径较小并超过设备工作能力时，在设备允许的前提下可采用热卷的方法。有些不允许冷卷的板材，热卷刚性太差，那么采用温卷的方法。 卷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对加工板材的旋转、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。该机构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,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

10、。 图1.2 三辊卷板机工作原理图由图1.2：主运动指下辊分别绕O2、O3作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O1垂直平面的上翘、翻边运动等。弯曲成型的加工方式在钢结构制作中弯制成型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，可在常温状态下卷圆，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

11、的。在卷板机上进行板材的弯曲是通过上辊轴向下移动时所产生的压力来到达的。它们滚圆工作原理如图1.3所示。a b ca对称式三辊卷板机 b不对称式三辊卷板机 c四辊卷板机图1.3 滚圆机原理图 卷圆的根本原理是悬空法。上辊是被动辊，可上下移动；下辊2是主动辊，是固定辊，当板料送入上下辊之间时，钢板的下外表与两个辊的最高点相接触，当上辊下压并超过材料的屈服极限时，板料便产生塑性变形。随着三个辊轴的旋转，便形成一条弧线，这条弧线的外层纤维被拉伸，内层被挤缩，中心层不变，这时钢板被卷成圆。卷制锥形筒节时，应在筒节小头一侧在卷板机上安设止推挡滚，以挡住板料，不让它在卷制时朝小头的方向移动。三辊对称式卷板

12、机的特点是上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动，两下辊作旋转运动。由于卷板机的三辊是对称式的，在弯曲成型过程中，板材前后受力相对均匀，因此能够较好的解决钢板的弹复问题和精度问题。其缺点在于对称式的机器不能弯卷板材的全部长度。板材两端有略小于两个下辊之间距离之半的长度仍然是直的，因此板材保持直挺的两端在弯卷之前需要先在专门的预弯边机上加以预弯。对称式三棍卷板卷板是利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。如图14所示，卷板工艺过程大致分为4步：A预弯：卷板时平板两端各有一段长度由于接触不到上辊而不发生弯曲，称为剩余直边，工艺上将平板开始弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边，其大小与设备结构及其弯曲形式

13、对称弯曲，不对称弯曲有关。B对中：对中的目的是使工件母线与辊筒轴平行，防止产生扭斜。C卷圆：卷圆是产品成形的主过程，分为一次进给与屡次进给。进给次数取决于工艺限制条件如冷卷时不得超过允许的最大变形率及设备限制条件如不打滑条件和功率条件。卷圆操作中应注意:1、冷卷时回弹较明显，必须施加一定的过卷量。高强钢回弹较大，为了减少回弹，在最终成形前需进行一次退火，以消除冷作硬化。2、热卷时不必考虑回弹。对于闭合圆筒，一般只要控制板料尺寸，卷至刚好闭合即可。为防止工件卸下后产生变形，应将工件在终卷曲率下进行不断滚弯，直至工件外表颜色发暗为止。a:加载 根据经验或计算将工作辊调到所需的最大矫正曲率的位置。b

14、:滚圆 将辊筒在矫正曲率下滚卷12圈，使整卷曲率均匀一致。c:卸载 逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下屡次滚卷。d:矫圆：矫圆包括加载、滚圆和卸载3个过程:矫圆的目的是尽可能使整圆曲率均匀一致，保证品质量。图1.4 卷板工艺过程在卷板机卷取钢板时，由于上辊的压力，使支承在两个下辊上的板材形成三点弯曲。因此板材的成型过程可以看成是三辊卷板机对板材做连续的三点弯曲的过程。加工时将被加工板材的一端送入三辊卷板机的上、下轧辊之间，然后对上辊施加一向下的位移，使位于下方的板材局部因受压而产生一定的塑性弯曲变形。当下辊被驱动作回转运动时，由于板材与轧辊之间存在摩擦力，所以当轧辊转动时板材也就沿其纵

15、向运动。当板材依次通过上辊的下方即变形区时，应力超过屈服极限，那么将产生塑性变形，板材也就获得了沿其全长的塑性弯曲变形。适当调整轧辊之间的相对位置，就可以把板材弯成半径不小于上辊半径的任意值。在卷取钢板的过程中，也伴有变形量与应力成正比的弹性变形。研究说明，弹复与弯曲曲率、材料屈服极限有关，并且随下辊之间的距离和上下辊径比的降低而减小。卷板加工属于压力加工范畴，是在锻造加工和轧制加工的根底上开展起来的一种新型加工方法。从加工形式上属于弯曲加工。所谓压力加工，从广义上讲:但凡利用永久变形(塑性变形)将固态坯料制成所需形状和尺寸的固态制件的加工，均被称为压力加工，或压力成形。狭义上的压力成形，一方

16、面是指板料及条料的弯曲、翻边、拉伸等。它们是既保持作为坯料的板料的形态，同时又改变其外观的加工方法。另一方面，像锻造、挤压等，能使材料的大局部产生复杂的塑性变形，并且制件形状和外观都与原材不同。弯曲成形就是将金属材料弯成一定角度、曲率和形状。常用的弯曲加工大体上可分为压弯、折弯和滚弯三种类型。 a 压弯 b 折弯 c 滚弯 图 1.5 三中弯曲方式1、压弯压弯是用压力机或弯板机进行的板料弯曲。最简单的形式，是用一个固定凹模和一个活动凸模的弯曲。(如图1.5a所示)板材、型材、管材的弯曲多用这种成形方法。2、折弯(如图1.5 b)折弯是用沿着固定模具周边移动的压弯工具，一边将材料压在固定模具圆角

17、局部，同时又使其贴合在一起的弯曲方法。管材、板材、线材的弯曲多用这种成形方法。3、滚弯(如图1.5滚弯是用二至四个轴辊在送进板料的同时做连续弯曲加工的方法。与压弯和折弯相比，滚弯的弯曲半径较大，制件的曲率相等(同一截面的曲率)。所以被广泛用于筒形、锥形、局部筒形或锥形等大口径管件的加工制造之中。滚压成形也被视为是滚弯的一种，是使带料依次通过几组成形轴辊，成形一定断面形状。一般用于结构用轻型型材。卷板机就是滚弯原理的具体应用。卷板机的开展趋势参加WTO后我国卷板机工业正在步入一个高速开展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的奉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

18、机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到2021年，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.从国家发改委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的工程达近百项；2.卷板机工业已建工程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，并方案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

19、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开展。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开展。因此，至2021年，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

20、%；对纤维复合材料压制设备的需求增长15%；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%；对硬车削和硬铣消机床的需求增长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%；对特种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16%。在今后的工业生产中，卷板时机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。时代在开展，科技在进步，国民经济的高速开展将对这个机械品种提

21、出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速开展。第二章 方案的论证及确定 方案的论证一台卷板机在一般情况下所能卷制的板厚，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筒直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。按卷制温度不同，可分为冷卷、温卷、热卷。一般情况下都是进行冷弯，冷卷精度高，操作工艺简便，本钱低廉，但对钢板的质量要求较高，金相组织一致性要好。 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。方案1双辊卷板机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

22、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10mm以下的板料。方案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。1.对称三辊卷板机特点结构比较简单、易于制造、重量轻，投资小、维修方便，两侧辊可以做的很近。成型较准确，辊子的作用力比较小，但是不能弯卷板材的全部长度，板材的两端有略小于两个下辊之间距离之半的长度仍然是直的，剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。2.不对称三辊卷板机特点不对称三辊卷板机的上辊位于下辊之上而略偏移，因下大轴辊与下小轴辊的距离很小，所以可把钢板的一端

23、进入上下轴辊进行弯曲，要弯曲另端只将钢板掉头，在上下轴辊辊轧即可，因此，可以省去预弯钢板端头工序。特点：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2.1所示：不对称弯曲时对称弯曲时 中心线不对称弯曲时对称弯曲时 中心线图2.1 三辊卷板机工作原理图由于不对称三辊卷板机上辊和2个下辊之间距离不一样，上辊中心线小于两下辊中心的一半，如图2.1所示，而对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。在卷制比较厚板材，和压下里较大时，2个下辊承受的载荷不同，靠近上辊的下辊所承受的力要比另外一个下辊

24、大的多，这样受力不均，长时间的使用对机器寿命要强相当高。它主要卷制薄筒。 方案3四辊卷板机其原理如图2.2图2.2四辊卷板机四辊卷板机有四个辊，跟三辊相比，辊子数目多一个，还有四辊卷板机的上辊为主动辊，而下辊可上下移动，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，到达所需要。四辊卷板机与对称三辊卷板机的不同处，是两个侧轴辊排列得很远，在中间有一根下轴辊。当拿掉两个侧轴辊中的一个时，就与不对称的三辊卷板机相同。因此四轴辊轧圆机弯曲钢板端部不需掉头。它的特点是：板料对中方便，工艺通用性

25、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。 方案确实定通过对几个方案的比较分析，为了选型适当，我们先来看工艺上对辊式卷板机的要求，在辊式卷板机上主要完成三个工序：板边的预弯，卷圆和筒节矫圆。所选的卷板机应该保证：板边预弯后，剩余的直边宽度最小；卷圆时行程数最少；矫圆能到达必要时的精确度，为了在整个筒节长度上得到正确的几何形状，上辊的挠度要最小。要在生产过程中，生产批量的批量数目不同，材质也不同，要求卷板机必须具有通用性。根据各种类型卷板机的特点

26、，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，102000对称式三辊卷板机。本章小结通过对双辊卷板机，对称式三辊卷板机，非对称式卷板机和四辊卷板机的比较分析，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；四辊卷板机通用性广，但其质量体积大而且操作技术不易掌握；对称三辊卷板结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。因为对称式三辊卷板机的诸多优点，和通过几种运动方案的分析经过比较最终决定采用三辊对称式卷板机。第三章 传动设计对称式三辊卷板机如图3.1所示：图 3.1 对称式三辊卷板机如下图，上辊是从动轮，工作时它依靠个下辊的转动通过夹在上下辊板材的摩擦带动而转动

27、，起调整挤压作用。2个下辊为主动轮，由主电机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。传动系统主要组成是：驱动2个下辊的主电动机，驱动上辊升降电动机，减速器、蜗轮副、螺母。工作时，两个下辊可以正反两个方向转动，在上辊的压力下下辊经过反复的滚动，使板料到达所需要的曲率，形成预计的形状。上辊始终和2个下辊转向相反，由蜗轮副转动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座作升降运动，完成上料、卷制、卸料等工作。传动方案的分析一般机械传动分为齿轮传动、带传动、链传动和蜗杆传动。卷板机主传动系统分为齿轮传动和带传动两种方式。 齿轮传动如图3.2，电动机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

28、过联轴器传入开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图3.2所示。 图3.2 齿轮式传动系统图 图3.3 皮带式传动系统图齿轮传动的特点是：1)效率高。 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。2)结构紧凑。 比带、链传动所需的空间尺寸小。 3)传动比稳定。 传动比稳定往往是对传动性能的根本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。 4)工作可靠、寿命长。 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比较的。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离

29、过大的场合。带传动由电动机的转矩通过传动带传入减速器直接传入主动轴。如图3.3所示。这种传动的特点：(1)传动带有良好的缓冲消震能力，工作平稳，没有噪音。(2)过载时，传动带在带轮上打滑，可以防止损坏其它机件，起着保险装置的作用。(3)适用于动力机和工作机别离较远的远距离传动。(4)结构简单，价格低廉，维护方便。 但是带传动在工作是传动带容易受到拉力作用会发生弹性变形，传动带在使用过程中有被拉长，工作过程还会出现打滑等缺点，并容易被酸、碱、油腐蚀，传动带和带轮之间摩擦放电，有时会产生火花，在和汽油蒸汽或粮食粉尘接触时，应特别留神引起火灾。 传动系统确实定比较齿轮传动和带传动，考虑到所设计的是三

30、辊卷板机，具有两个主动辊，而且要求结构紧凑，传动准确，鉴于齿轮传动效率较高等优点，选用齿轮传动更适宜。 主传动系统确实定传动系统如图3.4所示：主传动系统由电动机驱动，由联轴器连接减速器，减速器输出连接开式齿轮传动，开式齿轮传动带动下辊旋转。所以选用了圆柱齿轮减速器，减速比i=，减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。 图a. 主传动系统图b. 副传动系统图 3.4 传动系统图3.2.2 考虑运用液压系统做副传动系统，调整上辊升降，但目前使用涡轮蜗杆传动还是占大数，为调整上下辊间距，由上辊升降电动机通过减速器，蜗轮副传动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座升降运动，为使上辊、下辊轴线相互平行，有牙

31、嵌离合器以备调整，副传动系统如图3.4所示。需要卷制锥筒时，把离合器上的定位螺钉松开，然后使蜗轮空转到达只升降左机架中升降丝杆的目的。 本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，选副传动采用蜗轮蜗杆传动。确定传动系统，进行设计计算。 第四章 下辊驱动系统的设计4.1根本参数的选择计算1. 设计参数最大卷板厚度10mm，最大卷板宽度2000mm，板材屈服极限300MPa，卷板速度7m/min，升降速度Vs。2.确定卷板机根本参数1.规格：102000 厚度：=10mm 宽度：B=2000mm2.屈服极限：=3003下辊中心矩：=12

32、0400mm=300mm (4-1)4.上辊直径：=230272mm=250 mm (4-25.下辊直径：=200225mm=220mm (4-6.上辊轴直径：=125150mm=140mm (4-4)7.下辊轴直径： (4-5)8.最小卷圆直径：=300mm (4-6)9.下辊转速：=(4-7)10.卷板速度：=711.升降速度：W11 对称式三辊卷板机一些技术参数规格型号最大卷板厚度最大卷板宽度板材屈服极限 卷板速度满载最小卷板直径上轴直径下轴直径两下轴中心距主电机功率外形尺寸长宽高mmmmMPam/minmmmmmmmmKwmmW11-41500415002455300150140185

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

34、1200W11-12300012300024570028024036011490013001300W11-162000162000245600260220320370092012004.2 主电机的功率确定卷板机主驱动系统功率的计算是设计主驱动系统和选择电动机的必备参数，所以对卷板机的受力分析和驱动功率的计算对设计卷板机至关重要。4.卷板机工作时,需要将钢板卷制成钢管。此时,材料所承受应力已全部到达屈服极限。因此,卷管截面上弯曲应力分布如图4.1(b)所示,那么截面上弯矩M为: (KN.M) (4-8)式中：B,卷板机卷制钢板的最大宽度和厚度(m)s材料的屈服极限(kNm-2)图4.1 卷管的

35、应力分布考虑材料变形时存在强化,引入强化系数K对式(1)进行修正,那么： 式中K强化系数,可取K=,卷制时,钢板受力情况如图4.2所示。根据受力平衡,可以得到下辊作用于卷板上的支持力F2： 图4.2 卷管的受力分析考虑到板厚远小于卷管的最小直径Dmin,中性层半径R05Dmin,为简化计算,上式可变为： (4-9) (4-10) 式中： 连心线OO1与OO2a下辊中心距(m)Dmin卷管最小直径(m)d2下辊直径(m)最大的压下力：=N (4-11) 单根丝杠所受拉力： (4-12)4.2卷板机的下辊为驱动辊，作用在下辊的驱动力矩用于克服卷板变形扭矩Tn1和摩擦力矩Tn2。钢板在卷制过程中,存

36、贮于钢板AB段(图1a与图2)的变形能为2M,所花费的时间为2R/V(V为卷板速度),两者的比值等于变形扭距Tn1的功率,即: 变形扭矩 Tn1= (4-13) 而摩擦扭矩包括上、下辊与钢板间的滚动摩擦力矩和辊子轴颈与轴套间的滑动摩擦力矩,可用下式计算 式中：f滚动摩擦系数,取f=00008 m;滑动摩擦系数,取=下辊驱动力矩Td等于变形扭矩Tn1和摩擦扭矩Tn2之和。 (4-14)从驱动电机到下辊传动的效率，传动过程：电机减速器末级齿轮传动下辊。 (4-15) 驱动功率 KW (4-16) 4.2.3根据容量和转速，查机械手册得以下几种电动机的型号：方案电动机型号额定功率 Ped/kW电动机

37、转速r/min 效率 功率因数 噪声 质量同步转速满载转速1Y160M-41115001460%821232Y160L-6111000970%751473Y160M1-211300029308%0.8887117考虑工作机的平安系数，选取Y160L-6型电动机。4.3分配传动比4.3 (4-17) 4.3.2通用减速器的选型包括提出原始条件、选择类型、确定规格等步骤。规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。根据传动比选用三级减速器，i减=40，查机械设计手册表16-2-3，选用ZSY160型减速器，根本参数：A=600mm, B=290mm, H=375mm, mm mm mm

38、 mm mm4.末级齿轮传动传动比： (4-18) 4.4末级齿轮传动设计因末级齿轮传动的转速很小，应选取半开式齿轮传动。原始参数：传动比 i小轮转速 r/min (4-19)传递功率 kw (4-20)工作条件：开式传动，轻微冲击，硬启动。材料大小齿轮材料均采用Q235A,，正火处理，硬度160180HBS,查资料得 MPa，平安系数 MPa (4-21) 2. 按齿面弯曲强度计算开式或半开式齿轮传动，按理应保证齿面齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准那么进行计算，但目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准那么。弯曲强度的设计公式为 (4-22)设齿轮按8级精度加工，取载荷系数k=1.2，齿宽系数作

39、用在小齿轮上的转矩 (4-23) 取小齿轮齿数 z1=18那么z2=i z1=2.418=， 取z2=43。查机械设计表10-5得：齿形系数YF1=1。由强度公式得模数 (4-24) 查手册就近圆整为m=4 mm式中：k载荷系数 3几何尺寸计算分度圆直径 ( 4-25) (4-26)中心距 a=0.5m(z1+z24 (18+43)=122 mm (4-27)齿宽 b1=70mm，b2=50mm4验算速度 (4-28)8级精度适宜。4.5本章小结对三辊进行受力分析，确定主传动系统的功率，确定电机的功率为11kw，选择主电机Y160L-6型。分配传动比，对末级齿轮传动进行设计计算。结果选用三级减

40、速器，末级齿轮的模数m=4mm，分度圆直径 。第五章压下系统设计5.1电机选择5驱动功率计算压下系统工作功率: w (5-1) 压下系统效率: (5-2) 式中：螺旋副效率，按自锁效率取0.45；蜗杆机构效率取0.7；减速器效率取0.8； 驱动功率： w45kw (5-3) 5选择电机 根据容量和转速，查机械手册表17-1-35得以下几种电动机的型号方案电动机型号额定功率 Ped/kW电动机转速r/min效率功率因数噪声质量同步转速满载转速1Y802-21.130002830%0.8671172Y90L-41.515001400%67273Y90L-1000910%6525Y系列三相异步电动机

41、Y90L-6型电动机。5.2螺旋副设计上辊压下系统是由上辊升降电动机通过减速器，蜗轮副传动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座升降运动。下降到一定程度需自锁，应选取梯形螺纹。1材料，热处理，许用应力螺杆用45钢，调制处理，HBS210220，MPa取平安系数S=1.5,那么许用应力MPa螺母用铸铁，许用剪应力MPa2螺纹直径、螺距 (5-4) (5-5)梯形螺纹 中径 螺距 (5-6)牙顶高 (5-8) 外螺纹大径公称直径选螺纹根本牙型高度 牙顶间隙外螺纹牙高内螺纹牙高外螺纹小径内螺纹小径外螺纹大径牙根部宽度升角 (5-9) 当量摩擦角 (5-10) 式中： 为牙侧角，梯形螺纹 自锁 (5-11)

42、式中：螺纹大径，=47mmb牙根部厚度，梯形螺纹=Z工作圈数 螺母相对高度 5.螺杆强度 (5-12)5.3传动比计算1.螺母及蜗轮转速 (5-13) 2总传动比 (5-14)3减速器通用减速器的选型包括提出原始条件、选择类型、确定规格等步骤。规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。查手册选择二级减速器，ZLY180型减速器，。根本参数：A=600mm，B=320mm，H=435mm， 。4蜗杆机构传动比 (5-15)5.4蜗杆机构设计 蜗杆传动的主要参数有模数、压力角、蜗杆头数、蜗轮齿蜗杆中圆直径及蜗杆直径系数。按照蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆

43、传动等。原始参数: 传动比 i=蜗杆转速 (5-16)传递功率 (5-17)在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。1选择蜗杆传动类型据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆ZI2选择材料蜗杆用45钢，调质处理。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，为了节省贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用铸铁HT100制造。3计算涡轮输出转矩 粗算传动效率： (5-18)确定作用在蜗轮上的转矩T2： (5-19) 4确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，

44、查机械设计手册表14-4-13蜗轮的根本许用应力应力循环次数 (5-20) 寿命系数 (5-21)因工作载荷稳定，古曲载荷不均匀系数，由参考机械设计课本表11-5选取使用系数,由于转速不高，冲击不大，取动载系数,那么： (5-22) (5-23) 取m=8 ; q=10 (5-24) (5-25)(1)蜗杆轴向齿距，直径系数；齿顶圆直径；分度圆导程角。蜗杆头数； (2)蜗轮蜗轮齿数z2=41；变位系数；验算传动比，这是传动比误差为：，是允许的。蜗轮分度圆直径 (5-26)蜗轮齿顶高蜗轮齿根高一般顶隙系数 (5-27)蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径8. 校核齿根弯曲疲劳强度 (5-2

45、8)当量齿数 根据，查机械设计课本10-5可得：齿形系数应力校正系数螺旋角系数许用弯曲应力查机械设计课本表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用弯曲应力寿命系数 (5-29) MPa 故弯曲强度是满足的。9.验算效率 (5-30)；fv与相对滑动速度vs有关。 (5-31) 查机械设计课本表11-18中用插值法查得、代入式中得大于原估计值，因此不用重算。10.热平衡核算正常工作温度所需的散热面积 (5-32)箱体实际面积远大于正常散热所需的面积。式中：箱体的外表散热系数取15W/(M2.OC)t0油的工作温度取60octa-周围空气的温度常温下取20oc5.5轴的设计计算 (5

46、-33) (5-34) (5-35) (5-36) (5-37)5蜗轮轴的设计计算 (5-38) (5-39) 蜗轮转速因为丝杠做蜗轮轴，所以蜗轮轴必须大于丝杠直径。综合以上两点，蜗轮轴径选为 d=44mm。5.5蜗杆轴的材料选用45钢，A0=120。P=756kw n=r/min (5-40) 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选轴径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转距 ，查机械设计课本表14-1，考虑到转距变化很小，故取KA=1.3，那么：公称转矩 (5-41)按照计算转距的条件，查机械设计手册表6-2-8，选用GY6型凸缘联轴器。半联轴器的孔径

47、为45mm故取d1=45mm主动端：Y型轴孔、A型键槽，d=45,L=112从动端：型轴孔、A型键槽，d=45,L=84。GY3联轴器GB/T584320035.轴的结构设计： 1拟定轴上的装配方案：图5-1 轴的机构图 2根据轴向定位的要求确定轴的各轴段直径和长度；ab：该段安装联轴器，根据转矩由整体安装尺寸确定直径为45mm，长度为bc：该段安装轴承盖，直径取60mm，长度为40mm；cd：该段安装轴承，取直径65mm，长度25mm；de：该段取直径70mm，长度120mmef：该段为蜗杆，取直径为86mm，长度为136mmfh：该段安装轴承，取直径为65mm，长度为25mm5.6蜗杆轴的

48、校核轴的受力分析：图5-2 轴的受力分析蜗杆所受转矩： (5-42)轴所受的圆周力力： (5-43)轴所受的轴向力：N (5-44)轴所受的径向力： (5-45)式中，为齿形角查表得：轴的弯矩、扭矩综合图：图5-3 弯扭综合图计算各点水平面上受力，各点水平面上的弯矩：B点和D点得支撑反力、： (5-46) (5-47)B点和D点水平面上所受弯矩为、： NmmC点水平面上受弯矩为： (5-48)计算各点垂直面上的受力，各点垂直面上的弯矩：B点和D点上的支撑反力、： (5-49) (5-50)B点和D点垂直面上所受弯矩为、： NmmC点垂直面上受弯矩为、 ， (5-51) (5-52)计算各点的总

49、弯矩：B点和D点的总弯矩、：NmmC点的总弯矩 、： (5-53) (5-54)根据上述计算分析绘制数据表： 表51 弯扭数据表载荷水平面垂直面支持反力F弯矩M 总弯矩扭矩T 5.6.对于蜗杆的受力分析和弯扭综合图，判断C面上所承受的弯矩和扭矩最大，即C面为危险截面，故只对C面的强度进行校核就可以了。由于该轴是双向旋转，所以其受到扭转应力和切应力为对称循环应力，所以，取。根据轴的计算应力： (5-55)式中，W轴的抗弯截面系数，；由于材料为45钢调制处理，查表得许用应力：MPa所以有故平安。5.7轴承的选择与校核轴承的选择：根据蜗杆的转矩： (5-56) 涡轮的转矩： (5-57)齿形角，导程

50、角；计算涡轮蜗杆所受各力：圆周力、；轴向力、；径向力、； (5-58) N (5-59) (5-60)式中，为齿形角查表得：那么轴承所受的载荷： (5-61)初选深沟球轴承6000型61909，预期寿命为=3000h，外形尺寸： ，。根本额定载荷： 轴承的校核根据寿命计算公式得： (5-62) 式中，温度系数查机械设计课本表134得，额定承载载荷=3545.62N，轴承转速,由于是球轴承那么；向式中代数得： 那么有 所以初选轴承适宜，即蜗杆两端选用61909轴承。5.8本章小结计算压下系统的所需功率，得出电动机的功率为kw,查机械设计手册选用Y90L-6型电动机。计算总传动比i=71.09,减

51、速器选用两侧输出的二级ZYL180减速器。对蜗轮蜗杆副进行设计计算，采用渐开线蜗杆蜗轮传动，设计计算螺旋副并验证其自锁性。对蜗杆轴蜗杆轴进行设计计算及校核的强度，选择轴承并校核，都满足要求。第六章 上下辊的设计及校核6.1结构及力学分析 过去的卷板机，三个受力辊通常是由锻压而成的实心钢柱经车、铣等工艺精加工而成。其缺点是消耗钢材，加工难度大，整机笨重，上辊升降困难。为降低本钱，改善性能，试图用厚壁无缝钢管取代实心钢柱制作上下三个工作辊。空心工作辊的优点：1由于三根工作辊采用了空心圆管，从而降低了本钱。2由于工作辊重量减轻，使其功率消耗减少，节省了电能。3由于改变有关结构，尺寸减小，传动紧凑合理

52、。比同类规格的卷板机，节省资金一倍多。且工作性能良好，平安可靠空心工作辊结构设计的关键在于处理好空心工作辊与实心轴颈处的连接，确保整机运行可靠平安。因辊子采用无缝钢管，故采用基孔制H7/s6过盈配合。将轴径进行加热处理，然后锤击打入。从结构特点上来看(图61) ,三辊卷板机主要由1个上辊及2个下辊呈宝塔形状组成。用该设备加工圆(弧)形工件时,由上辊垂直向下移动的同时进行转动,对工件(即钢板)产生向下的压力。必须克服钢板的屈服强度, 使其产生弯曲变形。2个下辊那么向同一方向进行转动,从而移动钢板,将其加工成一定曲率半径的圆(弧)形工件。因此为了确定,我们完全可以将被加工钢板看作为一简支梁，从而有

53、对钢板的最大弯矩为: (6-1)弯矩对钢板产生的应力为: (6-2)钢板的抗弯截面模量： (6-3)综合上述可得： (6-3)其中, 为被加工钢板屈服极限； 为卷板机两下辊之间距离；为被加工钢板最大厚度。图61 机构分析由上述可以看出，当加工工件材质一定时, 的大小只取决于工件的厚度和宽度b, 从而可以确定其两下辊之间的距离。取上辊为分析对象, 将P力看作是作用于上辊的一个均布载荷,故上辊就成了一个简支梁,如图62所示。图62上辊力学模型由集度产生的弯矩函数为： (6-4)其中，。 (6-5)6.2 对辊子进行刚度校核计算上辊的设计计算跨度： mm (6-6)式中B为最大卷板宽度；集度 ： (

54、6-7) 式中为卷板机的最大下压力,；惯性矩： (6-8) 其中为辊子内外径之比，取0.7；为卷板机上辊直径.辊子挠度： (6-9) 所以上辊刚度适宜。 下辊的设计计算：各参数mm； () (6-10)() (6-11) (6-12) 所以下辊刚度适宜。6.3 对辊子进行强度校核 (6-13) (6-14) (6-15) 故上辊平安同理对下辊进行强度校核计算平安。6.4 本章小结对三辊卷板机的上下辊结构进行设计计算，上下三个工作辊均采用空心无缝钢管制作，上辊壁厚定，下辊的壁厚；并对上下辊的强度、刚度进行校核，结果工作辊的强度、刚度都满足要求。根据卷板机的结构形式,可以把其各辊轴在工作过程中的受

55、力情况视为简支梁来分析。一般来讲,卷板机的上辊较粗,刚性较好,侧辊或下辊略细,刚性不如上辊。如果卷板时上辊的下压力太大,而侧辊的刚性缺乏时,就会使辊轴在卷制筒体的过程中发生变形而出现挠曲,尤其对于辊轴较长的卷板机,当压紧力和卷板力接近设备极限能力时其辊轴更容易出现此种变形,这使得卷板机上、下辊之间沿长度方向的间隙大小不一致,中间部位间隙大,两端间隙小,从而造成辊轴两端对板材的压紧力大,中间压紧力小的情况,亦即在卷制筒体时板材同一层面沿辊轴长度方向上的各点受力不均,应力应变不一致,使得卷出的筒体中间部位弯曲半径变大而形成桶状。对于具有相同材质性能的中薄板,当板厚与卷制的筒体直径相同而板宽尺寸越大

56、或板厚与板宽尺寸相同而卷制的筒体直径越小时,所需压紧力和卷板力也就越大,辊轴变形产生的挠度也越大,因此,板材沿辊轴长度方向上的各点的受力大小差异也越大,桶状变形也越明显。假设卷筒时板料宽度尺寸超过5m 而卷制的筒体直径又比较小(比方小于1000mm) 时,那么所卷出的筒体将会出现明显的桶状变形。由以上分析可知,为卷制出理想的筒体,始终保持上、下辊轴之间的间隙均匀一致,保证它们对板材的压紧力和弯曲力相同是非常重要的。为到达这一目的,各辊轴要有足够的刚性,即使在卷制最大规格的板料时各辊轴也不至于发生过大的变形。第七章 机架的设计卷板机是弯曲金属板材的设备, 传统卷板机机架为全铸件。随着焊接技术的开展, 特别是近年30来,焊接结构已经根本上取代了铆接结构, 并局部代替铸造和锻造结构。国内外在重型机械制造方面, 愈来愈多地用全焊钢结构代替全铸结构。其主要原因在于全焊钢结构重量轻, 质量高, 生产周期短等特点。全焊钢结构的优点和铸造件相比具有以下优点:1)由于钢的弹性模量是铸铁的一倍, 因此焊接结构比铸铁结构重量减轻25%左右, 这对提高现代化机床快速行走部件的工作灵敏度有重大意义。2) 全焊钢结构的塑性和韧性比较好, 因此它的抗脆断能力比铸铁好。3) 钢材材质均