小型对称式三辊卷板机设计.docx

本科毕业设计（论文）论文题目：小型对称式三辊卷板机设计专 业：机械设计制造及其自动化班 级：2015级6班学生姓名：王起鹏学 号：03991506041指导教师：王正波答辩日期：2019年5月16日黑龙江工业学院机械工程系 黑龙江工业学院本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：2019年 月 日黑龙江工业学院本科毕业设计（论文）摘 要本论文详细设计了卷板机的各个部分，其类型是三辊对称式的。文中主要是针对其电动机、各个工作辊、减速器等几个主要部分进行设计以及计算。该设计的前半部分对卷板机上、下辊进行了设计。确定了其机械构造，并将其受力进行分析。卷板机主、副传动系统的设计以及主电机功率确定。卷板机为三辊，并在设计上是对称分布的。在这种构造里上辊向下压，对板材施加了压力。并且两个下辊带动板材，输出加工板材所需的扭矩。其三辊式的设计优点较多，例如结构比较简单、造价经济、质量较轻和体积较小等等。选用YZ系列YZ160L-6电动机作为动力源。其性能表现较Y系列电机更好。对于低速、正反转和轻微震动的场合均适用。传动系统选择了结构紧凑，传动准确的齿轮传动。其中负责下辊的主传动系统是由齿轮传动，负责上辊的辅助传动系统是由蜗杆传动。本设计的后半部分为减速器的整体设计。减速器选择了圆柱齿轮结构并且为三级展开式。其齿轮采用40Cr材料打造。并且设计中还对减速器的齿轮、轴、键和轴承进行了校核，以确保本设计实际可行。关键词：三辊对称式；电动机；减速器；齿轮- -AbstractThis design detailed design each part of the three roller plate bending rolls, its type is small symmetric. It is mainly aimed at the design and calculation of motor, upper and lower roller, transmission system and reducer.The first part of the design is about the upper and lower rollers. Determine its mechanical structure and its stress analysis. Determination of plate bending rolls, vice transmission scheme and main motor power. The plate rolling machine has three rollers and is symmetrical in structure. In this structure, the upper roller presses down, providing pressure for the plate. And two roller rotation driven plate, the output torque requirements for a rolling plate. The advantages of the third roller is more, such as the structure is simple, economic cost, the quality is lighter and smaller, and so on. Choose the YZ series YZ160L - 6 motor as a power source. Its performance is better than Y series motor. For low speed and positive &negative and fit for the situation of vibrations. Transmission system chose the structure is compact, accurate gear transmission. The main transmission system of lower roller is driven by gear, and the auxiliary transmission system of upper roller is driven by worm. This design is divided into the second half of the integral design of the reducer. Reducer adopts cylindrical gear structure for three - stage expansion. Its gears are made of 40Cr steel and hardened. Finally, the gear, shaft, key and bearing of reducer are checked in the design to ensure that the design is practical and feasible.Keywords：three-roller symmetrical type; Motor; Gear reducer; Gear- -黑龙江工业学院本科毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII目 录I第1章 绪论11.1 卷板机概述11.2 卷板机的原理31.2.1 卷板机的运动形式31.2.2 弯曲成型的加工方式41.3 卷板机行业发展趋势51.4 本文主要设计内容7第2章 卷板机的设计方案论证以及确定82.1 卷板机设计方案论证82.1.1 方案1双辊卷板机82.1.2 方案2三辊卷板机92.1.3 方案3四辊卷板机102.2 方案的确定112.3 本章小结12第3章 传动设计133.1 传动方案的分析133.1.1 齿轮传动133.1.2 皮带传动143.2 传动系统的确定143.2.1 主传动系统的确定143.2.1 副传动系统的确定153.3 本章小结15第4章 三辊卷板机动力设计164.1 主电机的选择和计算164.1.1 上下辊的参数选择计算164.1.2 主电机的功率确定164.2 上辊的设计计算及校核264.2.1 上辊结构设计及受力图264.2.2 刚度校核274.2.3 上辊强度校核274.2.4 疲劳强度安全强度校核284.2.5 上辊在卸料时的校核294.3 下辊设计计算及校核294.3.1 下辊结构及其受力情况图294.3.2 下辊刚度校核304.3.3 下辊弯曲强度校核314.3.4 下辊疲劳强度校核314.4 本章小结34第5章 减速器的设计计算355.1 传动方案的分析和拟定355.2 减速器总传动比和各级传动比的分配355.2.1 总传动比355.2.2 传动比的分配355.3 传动装置各轴的参数计算365.3.1 各轴转速365.3.2 各轴功率365.3.3 各轴转矩365.4 齿轮传动设计375.4.1 第一级传动设计375.4.2 第二级传动设计415.4.3 第三级传动设计445.5 蜗轮、蜗杆的传动设计475.5.1 材料选择475.5.2 参数的设计475.6 轴的设计校核计算495.6.1 四个轴的构造设计495.6.2 轴的校核计算505.7 轴承校核555.7.1 参数555.7.2 求轴承受到的径向力555.7.3 验算轴承寿命555.8 键的校核555.9 减速器箱体的结构设计和齿轮、轴承的润滑565.9.1 箱体参数565.9.2 减速器齿轮、轴承的润滑585.10 本章小结58结 论59参考文献60致 谢61- 64 -第1章 绪论1.1 卷板机概述机械加工行业在近年来我国的经济发展过程中产生了十分重要的影响，在推动我国的发展上起到了着极其重要的作用，它是国家发展的经济支柱和工业基础。因此它在我国国民经济的发展和机械工业的发展上具有的作用和地位不容忽视。机械加工行业能带动一个国家的技术发展和进步。机械制造行业是所有加工行业的基底和主要组成部分，服务于国民经济，为绝大多数的行业制造了先进的机械生产设备和零部件。一个国家机械工业的规模大小和水平的高低可以显示这个国家的经济实力和科技水平。因而，优先发展机械制造行业普遍被世界各国视为发展和振兴其国家经济策略的重中之重。而机械制造的产能和机械加工水平的决定因素是机械制造的设备是否先进和其先进水平。因而，机械制造业的进步就必定要和提高机械制造设备的技术息息相关。致力于研究机械加工设备的技术，不仅可以显著提高我国经济的水平和实力还能加速科学技术的发展。中国也是一个制造大国，所以更应该在机械制造业上投入更多资金来发展和钻研。卷板机作为一种较为通用的加工设备，它可以把金属板材弯曲机加工成锥形、曲线形、圆筒或其它形状。依据几何学的原理三个点可决定一个圆，所以卷板机在进行加工时它的几个辊的相对位置可以是不固定的而是可以改变的。然后工作辊转动带动板材的使之产生塑性形变，从而就可以得到需要的工件。卷板机作为一种通用设备可广泛应用于机械制造行业。在造船、石油、锅炉、木工和金属结构等领域也广泛应用。卷板机是一种功能实用的机器，在工业中有非常重要且不可替代的作用。它被用作基础加工，几乎所有圆柱形的钢产品，都是用卷板机制造的。这就使它在汽车和军事工业等很多方面都有相当广泛的应用。它可以根据需求的不同，制造出各种满足需求大小的钢柱。这是一种非常实用的机器。国外的卷板机通常是以辊的设计形式来进行卷板机的类型区分。在我国实行混合归类，而归类准则一般与卷板机辊轴的数量还有其调整方式有关，通常可以分为：（1）三辊卷板机：根据传动方式的不同来分类可以分成机械式和液压式。其中机械式又可以按辊轴类型分类成对称式、不对称式、水平下调式、倾斜斜下调式、弧形下调式和立式。（2）四辊卷板机：根据侧辊的调节方式来分类可以分为倾斜调整式和圆弧调整式。（3）专用卷板机：分为双辊、多辊、船泊式、立体式、椎体式和多功能卷板机等。几十年来，卷板机的传动方式主要使用机械的方式设计。由于机械传动构造简单、有可靠的性能并且成本很低，目前的小型和中型卷板机大多数仍然广泛的采用机械传动。但是低速和大扭矩卷板机则基本不会使用机械传动而是大多偏向使用液压传动，因为其传动系统的尺寸过大，需要大功率的电机，就会导致卷板机起动期间电网产生较大的波动的缺点。近年来，还出现了一些机械和液压混合式卷板机，它的工作辊的移动以液压马达为动力源控制，但仍然是用机械传动作为主传动。但有些全液压卷板机则全部以液压马达驱动。卷板机卷制板材时可以冷卷也可以热卷。卷板机冷卷也就是让板材不经过加热处于冷态下卷制板材。此时只要屈服极限不超过规定上的要求，该卷板机就可以卷制生产出其理论上可以加工的最大板厚、板宽和最小直径的圆筒。因为冷卷的卷制过程中没有对板材进行过加热处理，所以不会有热卷那样的弊端，比如出现麻点和表面氧化。因此采用冷卷的方式所卷制的产品的品质非常好，目前在国内普遍使用冷卷的卷制方式。然而热卷法也可以在特殊情况下使用。比如所需要的产品弯曲半径很小又或者是板的厚度过大超过了卷板机的能力而不能卷制成功，这时就可以使用加热卷制的方法来得到合格的产品。卷板机在冷态下卷板时按照屈服极限所能加工的板材的最大厚度与最大宽度就是该卷板机的工作能力。国内外的冷卷工艺多种多样。冷卷的优点很多，如产品的精度高，操作过程简单，成本低等。但是，它要求金属板的品质比较高，不能加工有裂纹和缺口等缺陷的板材，而且对金属材料的金相组织的一致性有较高要求。当需加工的弯曲半径很小或者金属板的厚度过大超过了机器的能力时，就可在机器性能允许的条件下热卷。然而有一些板材要求不能冷辊，热辊的刚度又太差，遇到这种情况时就可以采用温卷。1.2 卷板机的原理1.2.1 卷板机的运动形式其实卷板机有着非常简单的工作原理。卷板机将进入其中的金属板材料的外侧金属纤维拉长，而金属板的内侧的纤维将被压缩，这样就会引起金属板产生形变而弯曲成我们所需的形状。卷板机卷制板材的能力是存在极限的。所以在冷态下加工时，就必须严格依照规定屈服极限进行加工。同时也要注意卷板机所能加工出的圆筒直径的最小值和所能加工的最大板厚和板宽。卷板机工作辊的运动方式可以分成两个类型的运动：下辊转动带动板料的主运动和上辊做垂直调整的辅助运动。所谓主运动就是指当卷板机在工作时，它的上、下辊施加在金属板上的旋转和弯曲的运动，它是实现加工过程的最基本的运动。辅助运动是在轧制过程中上辊的上料、下料、升降、翻转架的翘曲、翻转等运动。对称式三辊卷板机在卷制钢板时的原理如下图所示。其上方仅有一个辊，通常称为上辊。上辊的位置在两个下辊的对称中心的正上方，并且上辊只能在垂直方向上做运动。上辊的传动方式采用蜗轮蜗杆传动。两个下辊仅做旋转运动，它们卷制板材的扭矩是通过减速器的输出经齿轮传动而获得的。图1.1 三辊卷板主运动示意图如图1.1所示：卷板机的三个辊分别围绕O1、O2、O3进行转动的运动称为主运动。辅助运动就是卷板机的上辊在垂直方向上所做的升降运动，包括上辊可以进行的上翘和翻边等运动方式。1.2.2 弯曲成型的加工方式卷板机所加工的板的材料绝大多数是钢的，机械加工中对钢板结构进行卷曲成形的加工方法很多，但最常用的是卷制和弯曲的方法。加工过程中板材可以是加热的或冷却的，两种方式均可以完成加工过程。对钢板进行卷曲加工的主要方法有卷制（也就是滚圆）、弯曲（也称为煨弯）、折边，也有用模具进行压制的方法等。弯曲过程中采用热卷或者冷卷的工序。卷板机卷制过程是板材处于外力作用下，板材外侧的金属纤维延长，内侧的金属纤维被压缩，从而金属产生形变弯曲。在所需要卷制的圆柱形筒体的半径比较大时就可以在室温的条件下无需对板材进行加热直接进行滚圆。如果所需要卷制的圆筒半径比较小或者板材厚度较厚的情况下则应该对板材加热后再进行滚圆。通常在室温下卷制板材时可以采用三种不同的加工方法：分别是机械卷制法、胎模压制法和手工卷制法。其中的机械卷制法就是在卷板机（也称为轧圆机或滚板机）上加工的。卷板机加工时钢板的弯曲变形是由上辊轴向下移动来形成的下压力来实现的。下图（图1.2）为卷板机进行卷制时的原理图。三辊对称式 三辊非对称式 四辊卷板机图1.2 卷板机原理图三辊卷板机在加工板料时，需要将板料的两头经过预弯加工。预弯的长度可以用如下方式计算：0.5L+3050mm（L为两个下辊之间距离的一半）。预弯操作可以通过压力机直接进行模压或者也可以采用托板直接在卷板机中进行预弯，如图1.3在压力机内进行模压法预弯 在卷板机内加入托板进行预弯图1.3 板材预弯方法原理图1.3 卷板机行业发展趋势中国的卷板机起源于上世纪60年代。当时的三辊卷板机采用的传动的传动方式是机械传动。这种卷板机在传动构造上有十分简单的优点，但同时存在一些短板：它不能卷制板材的两端。直到1970年以后。有一些研究开发机构研究制造了一种卷板机，其仍然采用机械传动。其改进了之前卷板机的不足，可以直接弯曲板端，也提高了卷板机的工作能力。但由于此种卷板机的构造太过庞大，且不容易制造，因此没能被广泛使用。20世纪80年代，又有一些生产厂家改进了卷板机，在部分传动系统上采用了液压技术，并且调整了卷板机的工作辊的曲率，很好地提高了机器的工作能力。等到80年代以后，国内有一些先进的设备如PC、NC等控制技术得到发展并且开始在卷板机上应用。从而卷板机得益于这些先进的控制技术的应用而具有了一些先进的功能，比如自动调平和水平升降等。通过各个生产厂商对卷板机的不断改进，卷板机极大的减轻了重量，并且极大提升了卷板机的性能，这些改进在市场上很快得到了大幅度的推广和应用。在我国进入世贸组织（WTO）后，卷板机产业进入了快速发展的轨道，它已经成为了支撑国民经济的主要的产业之一。卷板机行业不仅对国民经济的发展有极大的促进，还提高了人民的生活质量，而且该产业还将会发挥越来越大的作用。到“十五”期间末时，我国对卷板机的市场的需求总量大约已超过600万台，而对有关的设备需求经估算已超过了1000亿元人民币。仅至2010年为止，中国的卷板机的生产和消费总量已经仅不及美国而位于世界第二。中国在卷板机装备产业投资将会增强，市场上的竞争将日益激烈。产品的更新换代也促使着卷板机设备行业必须不停获得更大的技术上和工艺的优势：（1） 根据我国国家计委有关卷板机的产业立项的状况，有将近100个项目投资了1000多万以上。（2） 卷板机行业现有的项目需要进行二次改造也要产生较多的用户需求。（3） 因为卷板机行业有较高的利润，世界上各个国家的政府纷纷投资卷板机行业，包括国家投资、外商投资和私人投资。而且，国外产商都已开始把新的设备和模式投入中国市场，计划增大在中国的投资力度，拓展其卷板机行业产能，以便在中国市场赢得更多份额。民营企业凭借着其具有敏锐性的机制一跃而为卷板机行业的新宠。此时的民营企业已经越来越受关注而成为了卷板机设备市场的焦点。伴随我国的经济水平和科学技术程度的持续发展，我国越来越多地对卷板机行业提供支持。有许多的厂商和研发机构对卷板机不停地进行改良，还有的厂商从其他国家引进了先进的技术，到现在为止我国在卷板机行业的开发制造技术上已经在全亚洲的范围内领先。作为数控机床行业的最大买家，数控机床行业70设备的进口为卷板机服务。卷板机制造业也推动了各行各业的加速发展如涂装业、焊接业、检测业和材料应用业等。卷板机行业技术的更新换代会导致设备市场的构造发生变动：数控机床技术推动了卷板机产业的急速发展。数控机床具备优良的特点如精度和效率非常高、可靠性强等等。数控机床设备的引进促进了中国机械制造业的进步，因为它提高了企业的适应性，提升了产品的品质，发挥了巨大的作用。因而， 到二零一零年，卷板机行业对机械制造设备的需求同比增加了约12个百分点。跟据最新估算数据，卷板机产业对于数控设备的需要大约会增加26个百分点，对于复合纤维材料的压制设备的需要大约会增加15个百分点，而对于压铸设备的需要大约会增加16个百分点。对于工作压力较大的挤压或冲压设备的需要大约会增加了12个百分点，对液压成形设备的需要大约会增加了8个百分点；对模具的需要大约会增加了36个百分点；对加工中心的需要大约会增加了6个百分点；硬转和硬铣床需要大约会增长18个百分点；切削机床需要大约会增长30个百分点；对于精密加工设备需要大约会增长34个百分点；对于特种加工和专用加工的机械设施的需要大约会增长23个百分点；对于自动化生产设备和机器人等装备的需要大约会增长13个百分点，对于焊接系统设备的需要大约会增长36个百分点，对于涂料设备的需要大约会增长8个百分点，对于质量检验检测设备的需要大约会增长16个百分点。在未来机械工业的生产上，卷板机将被充分的运用。卷板机可以高效的弯曲加工钢板，能为我们节省很多的人力物力和资源用来加工圆筒。多年来，伴随中国的石油业、化工业、海洋业等行业的快速发展，卷板机的应用领域已极大的扩展。目前，卷板机已是机械制造工业不能或缺的极有效率的机械。随着时间的推移社会的进步，科学技术和国民经济的车轮在不断的滚动，在这样高速发展的时代对卷板机这种机械设备就提出了越来越高的要求，并将促进卷板机产业的快速进步。1.4 本文主要设计内容本论文详细设计了卷板机的各个部分，其类型是三辊对称式的。文中主要是针对其电动机、各个工作辊、减速器等几个主要部分进行设计以及计算。该设计的前半部分对卷板机的上、下辊进行了设计。确定了其机械结构，并做其受力分析。卷板机主、副传动方案的确定以及主电机功率确定。卷板机为三辊，并在结构上是对称的。其中在这种结构里上辊向下压，为板材提供了压力。并且两个下辊转动带动板材，输出卷制板材所需的扭矩。其三辊式的设计优点较多，例如结构比较简单、造价经济、质量较轻和体积较小等等。选用YZ系列YZ160L-6电动机作为动力源。其性能表现较Y系列电机更好。对于低速、正反转和轻微震动的场合均适用。传动系统选择了结构紧凑，传动准确的齿轮传动。其中下辊的主传动系统是由齿轮传动，上辊的辅助传动系统是由蜗杆传动。本设计的后半部分为减速器的整体设计。减速器选择了圆柱齿轮结构并且为三级展开式的。其齿轮采用40Cr材料打造。并且设计中还对减速器的齿轮、轴、键和轴承进行了校核，以确保本设计实际可行。第2章 卷板机的设计方案论证以及确定2.1 卷板机设计方案论证通常，卷板机可以卷制的金属板材的厚度就是它的工作能力。即参照已有的标准上的屈服极限的大小，卷板机所能加工未经加热的金属板材的最大厚度和最大宽度，和其所能得到的最小的圆筒直径的大小就是该卷板机的工作能力。在相同条件下冷卷能力约为热卷能力的一半。但最近几年来冷卷在工艺在不停进步，其能力也不断提高。以下例举了我根据上个章节所述的各类情况制订的几种方案，并对这些不同的方案进行论证分析。2.1.1 方案1双辊卷板机双辊卷板机只有两只工作辊，其分别是上辊和下辊。上辊是刚性的由钢材料制造，下辊具有弹性，并且它的下辊也可进行垂直调节。卷板机在进行加工时，在下辊旋转下送进的待加工的板材被上辊向下施加压力作用下压进了下辊表面的弹性层里，导致下辊产生弹性形变。但因为弹性辊受压后的体积并不发生改变，压力就会被均匀传递，从而弹性辊上就形成了高强度且均匀分布的持续反作用力，迫使金属板材和上辊保持紧密，从而跟随旋转运动被压成筒形。其原理图如下（图2.1）：图2.1 双辊卷板机加工原理图弹性体的形变量是决定双辊卷板机卷制板材时弯曲半径的主要的参数。弹性体的形变量也就是上辊压入下辊的深度。研究表明，当加工时下压的量越大时板料的弯曲半径就会越小，但下压量一旦超过一定值时，板料的弯曲半径就会越来越趋向于一个极限值。这时板料的弯曲半径就几乎与下压量无关。双辊卷板机的这个特性是其进行卷制加工时的主要工艺特征。双辊卷板机在生产加工中中有以下优势：（1） 板材不用进行预弯成型，所以生产效率很高。（2） 可卷制加工多种常见材料板材，机械构造简单。但也具有一些缺点：（1）不适合品种多、批量小的生产情况，因为其在加工不同的弯曲半径的制品时，需要更换对应的上辊。（2）其可以卷制的板材最大厚度受到一定程度上的限制，基本只能用来加工不超过10mm的材料。2.1.2 方案2三辊卷板机具有三只辊的卷板机是现有卷板机最常见的设计形式。其根据三辊滚圆的原理，把金属板料弯曲成筒形、锥形或者是圆弧形。（1）对称式三辊卷板机特点其上面的辊轴位于下面两个辊轴的对称中心线上。三辊卷板机采用对称式设计有很多优点，其主要在于构造简单紧凑、质量轻，制造和维护比较方便，而且经济。两侧辊可以做得很近。成形精度很高，辊轴受到的力较小，但缺点是不能完全弯曲整个板材的长度，板料的两头留有略小于两个下辊的距离的一半长度的直边，即其剩余的直边比较大。通常对称式三辊卷板机比较不容易减少两端剩余的直边，需要进行预弯，如图2.2图2.2卷板机卷制板材的加工过程示意图（2）非对称式三辊卷板机的特性与对称式的结构相比，非对称式结构的上辊在下辊对称中心上方稍微偏移的位置，其加工后剩余的直边较小，构造简单，但缺点是加工板材时需要调头来弯另一边，操作上比较不方便，辊轴受到的力比较大，滚圆能力比较小，通常卷制一些较薄和较短的轻型圆筒，如图2.3图2.3不对称式卷板机示意图图2.4对称式与非对称式结构对比图非对称式结构的三辊卷板机理论上未能加工的板端长度少于其两只下辊距离的二分之一，也就是所谓的理论剩余直边长度，其为卷制板材的最小力臂。它的长度由设备和其弯曲的方式决定。图2.4为对称式结构卷板机与非对称式结构卷板机剩余直边长度对比示意图。不对称式三辊卷板机常用来加工较薄的圆筒，加工的板料大小通常不超过32×3000mm。2.1.3 方案3四辊卷板机四辊式就是安装有四只辊轴。它的主动轴是上辊轴，而下辊有升降的功能，作用是夹紧板料。它的侧边的两个辊比较特殊，能沿着倾斜的方向上升下降，因此被加工板材可直接在卷板机上进行预弯。卷制加工时下辊向上升起，将板材的端部夹于上、下辊中间，然后侧辊运动将板材滚弯形变，这样就完成了板材的预弯。四辊卷板机的工作原理如图2.5所示：图2.5四辊卷板机工作原理图其特点是：板料容易对中找正，工艺的通用性强，加工的同时还可以纠正板材的扭斜和错边，可以直接既位进行装配和电焊。但是其缺点是因为具有更多的滚筒，所以其质量和占用空间相对较大，机械构造比较复杂。但是也存在缺点：板材在其上、下辊的夹紧力作用下会被氧化和压伤。并且两个侧边的辊轴之间的距离比较长，对称滚圆时不容易控制曲率精度，而且操作技术也难以掌握，容易误操作引起过载等。所以四辊卷板机通常用于大型工件加工以及自动化程度和技术水平比较高的场合。2.2 方案的确定要实现合理、实用的设计方案，必须注意该方案的技术实用性，维护操作方便，安全可靠。通过对上述几种设计方案的对比，可以得到结论：双辊卷板机虽然操作容易上手，但不适用于我们设计需求的12mm板材厚度的加工。虽然四辊的结构设计可以很好地完成卷制工作，但其体积太大，操作比较复杂，价格高昂。对于加工12×2000mm的板材来说这种设计不划算，故不选择四辊卷板机。与对称三辊卷取机相比，非对称三辊卷板机的结构比较复杂，且相对来说操作不便。由此，结合上述条件和实际设计的需求，最终确定下来的卷板机设计方案为：三辊对称式。2.3 本章小结本章经过对卷板机辊轴数量以及几种设计方案的分析和比较，双辊卷板机加工板材时虽然不用提前进行预弯操作，但它所能卷制板材的最大厚度有限，而且只能用于小批量生产。四辊卷板机可以适应各种条件可以在很广的范围上使用，但其结构太过复杂，体积过大，操作难以掌握，不适合在本设计中采用。对称式三辊卷板机的构造简单，体积和质量较为合适，制造简单。因此，经过对以上几种卷板机的对比，三辊轧辊机是较为满意的设计方案。第3章 传动设计三辊对称式结构的卷板机的主动辊是两只下辊轴，它是通过一个主电机带动，输出的转矩经由联轴器和减速器，最后再由开式齿轮副的传动从而获得动力。然而上辊没有旋转动力，跟随板材的摩擦而转动。而且上辊从动，可以调节卷制过程中的挤压。其三只辊轴如图3.1所示：图3.1三辊对称式辊轴原理图上辊的上升和下降运动由独立的传动机构来实现，其中的主要部件有：专门负责上辊轴上下调节移动的电机和减速器、以及蜗轮副和螺母。上辊运动时电机的转矩通过了蜗轮副驱动蜗轮里的螺母，从而让螺杆控制上辊的轴承座上下移动。两只下辊都有正转和反转两种旋转方式，板材随下辊处于上辊向下挤压下来回卷制，从而弯曲板材以得到理想的弯度，得到成品。3.1 传动方案的分析卷板机的设计中可采用齿轮或者是皮带这两个不同的方式来传输动力。3.1.1 齿轮传动主电机产生的动力经由作保护功能的联轴器，引入可以用来改变传动比例作用的减速器，再经联轴器驱动开式齿轮副，最终使两只下辊轴获得动力。如图3.2所示。图3.2齿轮式传动系统图采用齿轮结构进行传动的方式有很多优点，如运行可靠、工作寿命长、传动精准度高、加工效率高、构造精巧、其输出的功率和转速普适性强。3.1.2 皮带传动电机输出的动力经由皮带传动连接到减速器然后传递到主轴。如图3.3所示：图3.3皮带传动系统图采用这种方法进行传动的优点如传动过程平稳、噪音较低，还有过载保护的功能。皮带传动的方式大多用于有主动辊的卷板机上。3.2 传动系统的确定根据以上分析，因为本卷板机的设计方案为三辊式，其有两只主动辊，并且本设计中需求紧凑的构造和精准的传动，故采用齿轮的方案较好。3.2.1 确定主传动系统方案卷板机上、下辊的传动系统如下图3.4所示：上辊传动系统下辊传动系统图3.4传动系统图经过多方面的考虑和研究，最终减速器的类型采用圆柱齿轮式的方案，其减速比为i=134.719。两只下辊轴是经减速器和联轴器以及齿轮副来驱动的。3.2.1 确定副传动系统方案使得上辊与下辊之间的距离可以调节，负责上辊上升下降的电机输出的转矩经由减速器和蜗轮副带动蜗轮里的螺母，从而让螺杆驱动上辊的轴承座以使其上下移动，并且安装了牙嵌离合器用以调节上辊和下辊的轴线彼此平行。其整个辅助传动系统的示意图如图3.4。当需要加工出锥形的圆筒时，只需要调节离合器定位螺钉，蜗轮就会空转，这样就仅有左边的机架里的丝杠可以升降，如此就可以进行辊制锥形圆筒。3.3 本章小结本章首先对齿轮传动和皮带传动两种传动方案进行了比对分析，设计中选用了更加符合设计要求的齿轮方式传动。然后结合收集到的资料分析了卷板机工作时上、下辊的两种不同的运动方式。并且在考虑到三辊卷板机工作时的运动方式和在其工作时保证可靠性的基础上，最终确定了三辊卷板机的传动系统设计方案。其主传动的设计方案选择了齿轮的方式，辅助传动的设计方案则选择了蜗轮蜗杆的方式。第4章 三辊卷板机动力设计4.1 主电机的选择和计算4.1.1 上下辊的参数选择计算 （1）已知设计参数板材：Q235-A2；屈服强度：s=235MPa；抗拉强度：b=420MPa；辊材：50Mn；屈服强度：s=930MPa；抗拉强度：b=1080MPa；硬度：HBS229HB；板厚：s=612mm；板宽：b=2000mm； 辊轴和板料之间的滑动摩擦系数：m=0.18；滚动摩擦系数：f =0.8；轴承无润滑时的滑动摩擦系数：m'=0.05；被加工板料横截面形状系数：K1=1.5；板料相对强化系数：K0=11.6；板料弹性模量： E=2.06×106MPa；卷板速度：V6mmin。（2）确定卷板机基本参数下辊中心矩：t=(1240)s =390mm上辊直径：Da=11.311.1t =300mm下辊直径：Dc=0.80.9Da=240mm上辊轴直径：da=0.50.6Da=180mm下辊轴直径：dc=0.50.6Dc=130mm最小卷圆直径：Dn=1.252.5Da=600mm筒体回弹前内径： Dn'=D1+2K1+SK22DsDES=506.607mm 4.1.2 主电机的功率确定为了确定主电机的功率，应根据四次成形来计算，因为不同成形量的板材在加工时所需的电机功率不是相同的。（1）成形40%时：（a）板料变形为40%的基本参数D0.4'=Dn'=506.6070.4=1266.518mmR'0.4=Dn0.4+S2=1266.518+122=639.259mmsin0.4=t2R'0.4+s2+Dc2=3902639.259+6+120=0.235tg0.4=0.242（b）板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1M1=K1Ws=1.5×4.8×104×235=1.692×107 kgf·mmW为板材的抗弯截面模量。W=BS26=2000×1226=4.8×104（c）板料变形40%时的最大弯矩M0.4M0.4=K1+K0S2R'0.4W×s (4-1)=1.5+11.6×122×639.259×4.8×104×235=1.815×107kgf·mm（d）板材从R'卷制到R'0.4时的变形弯矩Mn1Mn1=M1+M0.41R'0.4-1R'0Dc4 (4-2)=1.692+1.815×107×1639.259-1×2404=3.292×106kgf·mm上辊受力：P&a0.4&=2M0.4R0.4'+S2tg0.4=2×1.815×107639.259+6×0.242=2.325×105kgf下辊受力：Pc0.4=M0.4R0.4'+S2Sin0.4=1.815×107639.259+6×0.235=1.197×105kgf（e）消耗于摩擦的摩擦阻力矩Mn2Mn2=fPa0.4+2Pc0.4+m'Pada2DcDa+m'Pcdc (4-3)=0.8×2.325+1.192×2×105+0.06×2.325×105×1802×240300+0.06×1.197×105×130=2.315×106kgf·mm（f）板料送进时的摩擦阻力矩MTMT=fPa+2Pc+m'PaDcDada2 (4-4)=0.8×3.292+2.325×2×105+0.06×3.292×105×1802×240300=1.381×106 kgf·mm（g）拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩Mn3Mn3=Mn1+MT×m'dcDc (4-5)=32.92+13.81×105×0.06×130240=1.519×105 kgf·mm（h）卷板机送进板料时的总力矩Mp：Mp=mPcDc=0.18×1.197×105×240=5.171×106 kgf·mm（i）卷板机空载时的扭矩Mn4:G1：板料重量G1:G1=Dn2+S22-Dn2-S22×b×7.8×10-6=6002+1222-6002-1222×2000×7.8×10-6=588.106kgG2：联轴器的重量13：选ZL10，G2=180.9kgG3：下辊重量:G3=2=2×7.8×10-6××24022×2500=1764.318kgMn4=m'G1+G2+G3×dc2=0.06×588.106+180.9+1764.318×1302=9.88×103kgf·mm（j）卷制加工时使板材不发生打滑的条件：Mn1+MT+Mn4<MpMn1+MT+Mn4=3.292×106+1.381×106+9.88×103=4.682×106 kgf·mmMp=5.171×106 kgf·mm因为Mn1+MT+Mn4<Mp，所以满足。（k）驱动功率：Mn=Mn1+Mn2+Mn3+Mn4=5.769×106 kgf·mmNq=Mn+P（f+d2）