三辊卷板机设计方案毕业设计.docx

三辊卷板机设计方案毕业设计第1章绪论1.1概述机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济命脉。作为整个工业的基础和重要组成部分的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供先进的机械装备和零件。它的规模和水平是反映国家的经济实力和科学技术水平的重要标志，因而非常值得重视和研究。卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工件相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形，以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、木工、金属构造及其它机械制造行业。卷板机作为一个特殊的机器，它在工业基础加工中占有重要的地位。但凡钢材成型为圆柱型，几乎都用卷板机辊制。其在汽车，军工等各个方面都有应用。根据不同的要求，它能够辊制出符合要求的钢柱，是一种相当实用的器械。在国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为：1、三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机等。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、特殊用处卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用处卷板机等。卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于构造简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中仍广泛应用。在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大，电动机功率大，起动时电网波动也较大，所以越来越多地采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同时采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。卷板机的工作能力是指板材在冷态下，按规定的屈从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，成本低廉，但对板材的质量要求较高如不允许有缺口、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，则采用温卷的方法。1.2卷板机的原理1.2.1卷板机的运动形式卷板机的运动形式能够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经过中的装料、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。图1.1三辊卷板机工作原理图由图1.1：主运动指上辊绕O1，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。1.2.2弯曲成型的加工方式在钢构造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、轧圆机上进行的。在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚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1.2所示。abca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1.2滚圆机原理图用三辊弯卷板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为0.5L3050mm(L为下辊中心距。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯图1.3aba用压力机模压预弯b用托板在滚圆机内预弯图1.3钢板预弯示意图1.3卷板机的发展趋势参加WTO后我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，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。估计“十五期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求估计超过1000亿元。到2020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获得更大的优势：1.从国家计委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的项目达近百项；2.卷板机工业已建项目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，跨国公司都开场将最新的车型投放到中国市场，并计划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。民营企业的崛起以及机制的敏锐使其成为卷板机工业的新宠，民营企业已开场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发展。卷板机制造业的技术革命，将引起装备市场的构造变化：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，引进数控设备在加强企业的应变能力、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发展。因而，至2020年，卷板机工业对制造装备的需求与如今比将增长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%；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%；对精细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。能够讲是不可缺少的高效机械。时代在发展，科技在进步，国民经济的高速发展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速发展。第2章方案的论证及确定2.1方案的论证一般情况下，一台卷板机所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷态下，按规定的屈从极限卷制最大板材厚度与宽度时的最小卷桶直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。但近年来，冷卷的能力正日益提高。结合上章卷板机的类型，拟订了下面几种方案，并进行了分析论证。2.1.1方案1双辊卷板机双辊卷板机的原理如图2.1所示：1231.上辊2.工件3.下辊图2.1双辊卷板机工作原理图上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个包有弹性的辊，能够作垂直调整。当下辊旋转时，上辊及送进板料在压力作用下，压人下辊的弹性层中，使下辊发生弹性变形。但因弹性体的体积不变，压力便向四面传递，产生强度很高，但分布均匀的连续作用的反压力，迫使板料与刚性辊连续贴紧，目的是使它随着旋转而滚成桶形。上辊压人下辊的深度，既弹性层的变形量，是决定所构成弯曲半径的主要工艺参数。根据实验研究，压下量越大，板料弯曲半径越小；但当压人量到达某一数值时，弯曲半径趋于稳定，与压下量几乎无关，这是双辊卷板机工艺的一个重要特征。双辊卷板机具有的优点：1.板料不需要预弯成形，因而生产率高；2.能够弯曲多种材料，机器构造简单。缺点：1.对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上棍，因此不适用多品种，小批量生产。2.可弯曲的板料厚度系列遭到一定限制，目前一般只能用于10mm下面的板料。2.1.2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构造简单、紧凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊能够做的很近。构成较准确，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比拟费事。2.不对称三辊卷板机特点剩余边小，构造简单，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，就是指平板开场弯曲时最小力臂。其大小与设备及弯曲形式有关。如图2.2所示：图2.2三辊卷板机工作原理图对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。但为避免板料从滚筒间滑落，实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚620倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除，所以一般应对板料进行预弯，使剩余直边接近理论值。不对称三辊卷板机，剩余直边小于两下辊中心的一半，如图2.2所示，它主要卷制薄筒一般在32×3000下面。2.1.3方案3四辊卷板机其原理如图2.3图2.3四辊卷板机对称弯曲时不对称弯曲时t1t2它有四个辊，上辊是主动辊，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。它的特点是：板料对中方便，工艺通用性广，能够校正扭斜，错边缺陷，能够既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大，构造复杂。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，操作技术不易把握，容易造成超负荷等误操作。2.2方案确实定通过上节方案的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后构成我的设计方案，12×2000对称上调三辊卷板机。双辊卷板机不需要预弯、构造简单，但弯曲板厚受限制，只合适小批量生产。四辊卷板机构造复杂造价又高。固然三辊卷板机不能预弯，但是能够通过手工或其它方法进行预弯。2.3本章小结通过几种运动方案的分析，双辊卷板机固然不需要预弯，但只合适小批量生产，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把握。对称三辊卷板构造简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。经过相比拟下最终决定采用三辊卷板机。第3章传动设计对称上调式三辊卷板机如图3.1所示：图3.1对称上调式三辊卷板机它是以两个下辊为主动轮，由主动机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。上辊工作时，由于钢板间的摩擦力带动。同时作为从动轴，起调整挤压的作用。由单独的传动系统控制，主要组成是：上辊升降电动机、减速器、蜗轮副、螺母。工作时，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。两个下辊能够正反两个方向转动，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，构成估计的形状。3.1传动方案的分析卷板机传动系统分为两种方式：3.1.1齿轮传动电动机传出的扭距通过一个有保护作用的联轴器，传人一个有分配传动比的减速器，然后功过连轴器传人开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图3.2所示。图3.2齿轮式传动系统图这种传动方式的特点是：工作可靠，使用寿命长，传动准确，效率高，构造紧凑，功率和速度适用范围广等。3.1.2皮带传动由电动机的转距通过皮带传人减速器直接传人主动轴。如图3.3所示：图3.3皮带式传动系统图这种传动方式具有传动平稳，噪音下的特点，同时以起过载保护的作用，这种传动方式主要应用于具有一个主动辊的卷板机。3.2传动系统确实定鉴于上节的分析，考虑到所设计的是三辊卷板机，具有两个主动辊，而且要求构造紧凑，传动准确，所以选用齿轮传动。3.2.1主传动系统确实定传动系统如图3.4所示：图3.4传动系统图所以选用了圆柱齿轮减速器，减速比i=134.719，减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。3.2.1副传动系统确实定为调整上下辊间距，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、下辊轴线互相平行，有牙嵌离和器以备调整，副传动系统如图3.4所示。需要卷制锥筒时，把离和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。3.3本章小结采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，副传动采用蜗轮蜗杆传动。上辊传动压下系统下辊住传动系统第4章动力设计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.已知设计参数加工板料：Q235-A1屈从强度：s=235MPa抗拉强度：b=420MPa辊材：50Mn屈从强度：s=930MPa抗拉强度：b=1080MPa硬度：HBS229HB板厚：612s=mm板宽：b=2000mm滚筒与板料间的滑动摩擦系数：18.0=m滚筒与板料间的滚动摩擦系数：f=0.8无油润滑轴承的滑动摩擦系数：05.0'=m板料截面形状系数：5.11=K板料相对强化系数：6.110=K板料弹性模量：E=2.06×106MPa卷板速度：6Vm/min2.确定卷板机基本参数14下辊中心矩：()st4012=390mm上辊直径：111.31.1aDt?=?=300mm下辊直径：()acDD9.08.0=240mm上辊轴直径：()aaDd6.05.0=180mm下辊轴直径：()ccDd6.05.0=130mm最小卷圆直径：()anDD5.225.1=600mm筒体回弹前内径：1212/2nsDDDKSKDES'=+=506.607mm4.1.2主电机的功率确定因在卷制板材时，板材不同成形量所需的电机功率也不一样，所以要确定主电机功率，板材成形需按四次成形计算：1成形40%时1板料变形为40%的基本参数518.12664.0607.5064.0='='nDDmm