三辊卷板机设计方案.docx

《三辊卷板机设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三辊卷板机设计方案.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、三辊卷板机设计方案三辊卷板机设计方案摘要卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其他形状工件的通用设备。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、木工、金属构造及其它机械制造行业。本文设计的是三辊卷板机。通过对几种运动方案的分析比拟，最终决定采用设计加工尺寸为122000的对称式三辊卷板机。该设备主要由辊子、机身、动力传递部件和电机等组成。通过已知设计参数确定了辊子的直径和长度，然后确定上辊和下辊的传动方案。为了保证下面两辊的同步运动，采用减速器输出轴安装齿轮与下辊的齿轮成角度啮合，上辊采用蜗轮蜗杆保证两端的上下运动。然后对辊子、齿轮、轴、键等关键零件进行了强度校核，最后进行了机架的设计。通过本次

2、设计，对三棍卷板机的组成原理及构造有了深入的认识，设计结果与实际相符，知足使用要求。关键词：卷板机；减速器；压下系统；蜗轮蜗杆目录1绪论(1)1.1概述(1)1.2卷板机的原理(3)1.2.1卷板机的运动形式(3)1.2.2弯曲成型的加工方式(4)1.3卷板机的发展趋势(7)2总体设计方案确实定(9)2.1方案的论证(9)2.1.1方案1双辊卷板机(9)2.1.2方案2三辊卷板机(10)2.1.3方案3四辊卷板机(11)2.2方案确实定(12)2.3本章小结(12)3传动系统设计(13)3.1传动方案的分析及确定(13)3.1.1齿轮传动(13)3.1.2带传动(14)3.2传动系统确实定(1

3、5)3.2.1主传动系统确实定(15)3.2.2副传动系统确实定(15)3.3本章小结(16)4下辊驱动系统的设计(17)4.1上下辊的参数选择计算(17)4.2主电机的功率确定(18)4.2.1受力分析(18)4.2.2主电机功率确实定(20)4.3本章小结(21)5减速器的设计计算(22)5.1传动方案的分析和确定(22)5.2减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配(22)5.2.1总的传动比(22)5.2.2传动比的分配(22)5.3传动装置各轴的参数计算(23)5.3.1各轴转速(23)5.3.2各轴功率(23)5.3.3各轴转矩(24)5.4齿轮传动设计与校核(24)5.4.1高

4、速级齿轮设计(24)5.4.2中速级齿轮设计(28)5.4.3低速级齿轮设计(32)5.5轴的设计与校核(36)5.5.1轴3的设计(36)5.5.2轴4的设计(37)5.5.3轴2的设计(38)5.5.4轴1的设计(39)5.5.5轴的校核(40)5.6轴承的选择与校核(46)5.6.1轴承的选择(46)5.6.2轴承的校核(46)5.7各轴上键的选择与校核(48)5.7.1键的选择(48)5.7.2键的校核(48)5.8本章小结(49)6压下系统的设计(50)6.1电机选择(50)6.1.1驱动功率计算(50)6.1.2电动机选型(50)6.2螺旋副设计与校核(51)6.3蜗轮蜗杆设计与校

5、核(52)6.3.1参数计算(52)6.3.2蜗杆机构设计及校核(53)6.4上、下辊的设计与校核(56)6.4.1上、下辊的构造设计(56)6.4.2上下辊构造优化设计(56)6.4.3上、下辊校核(58)6.5本章小结(60)7机架的设计(61)7.1全焊钢构造的优点(61)7.2机架参数确实定(61)7.3机架的焊接工艺(61)7.4本章小结(62)8结论(63)参考文献(64)英文原文(65)中文译文(72)1绪论1.1概述卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其他形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工作辊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。

6、该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、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。从驱动方式分三辊卷板机有机械式和液压式两种。机械式三辊卷板机分为对称式和非对称式

7、。机械三辊对称式卷板机：其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。图1-1机械对称式三辊卷板机机械三辊非对称式卷板机：该机构造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：该机上辊能够垂直升降，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

8、供扭矩，下辊下部有托辊，并可调节。上辊呈鼓形状，提高制品的直线度，使用于超长规格各种截面形状灌。图1-2液压式三辊卷板机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、金属构造及机械制造行业。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

9、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。卷板机是一种通

10、用性及适应性较高的弯曲整形机械。为提高卷板机的工作效率，提高制品的加工精度，减轻劳动强度，改善工作条件，通常采用板料送料工作台、辅助操作机械、托架平台以及支承滚道等辅助设备。国外有些厂家已有配上自动焊接机、下料机械手等成线或单元供货。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，

11、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1-3三辊卷板机工作原理图由图1-3：主运动指下辊分别绕2O、3O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1O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

12、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1-4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1-4滚圆机原理图卷圆的基本原理是悬空法。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从极限时，板料便产生塑性变形。随着三个辊轴的旋转，便构成一条弧线，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

13、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，在弯曲成型经过中，板材前后受力相对均匀，因而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，因而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经过。如图14所示，卷板工艺经过大致分为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

14、板开场弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边，其大小与设备构造及其弯曲形式对称弯曲，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经过，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，卷至恰好闭合即可。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

15、。a：加载根据经历或计算将工作辊调到所需的最大矫正曲率的位置。b：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：卸载逐步卸除载荷，使工件在逐步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个经过：矫圆的目的是尽可能使整圆曲率均匀一致，保证品质量。图1-5卷板工艺经过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构成三点弯曲。因而板材的成型经过能够看成是三辊卷板机对板材做连续的三点弯曲的经过。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，使位于下方的板材部分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

16、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，应力超过屈从极限，则将产生塑性变形，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，就能够把板材弯成半径不小于上辊半径的任意值。在卷取钢板的经过中，也伴有变形量与应力成正比的弹性变形。研究表明，弹复与弯曲曲率、材料屈从极限有关，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基础上发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

17、工，均被称为压力加工，或压力成形。狭义上的压力成形，一方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，能使材料的大部分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1-6对中弯曲方式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1-6a所示)板材、型材、管材的弯曲多用这种成形方法。2、折弯(如图1-6b)折弯是用沿着固定模具周边移动的

18、压弯工具，一边将材料压在固定模具圆角部分，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1-6c)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、部分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。一般用于构造用轻型型材。卷板机就是滚弯原理的详细应用。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

19、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

20、，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