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學校代碼：10410 學 號：20050428 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 法蘭成型機的總體設計 學 院： 工 學 院 姓 名： 李 達 林 學 號： 20050428 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制 052 班 指導教師： 吳彥紅老師 二 OO 九年 五月 法蘭成型機的總體設計 摘 要 本 設 計 是 關 于 法 蘭 成 型 機 （ 又 名 對 稱 式 三 輥 卷 圓 機 ） 的 總 體 設 計 ， 主 要 對 卷 圓 機 上 下 輥 輪 、 壓 下 裝 置 以 及 卷 圓 機 的 總 體 進 行 設 計 和 計 算 。 卷 圓 機 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 對 稱 式 ， 在 該 結(jié) 構(gòu) 中 上 輥 下 壓 提 供 壓 力 ， 兩 下 輥 做 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 為 卷 制 板 材 提 供 扭 矩 。 該 機 是 將 各 種 型 材 卷 制 成 法 蘭 和 圓 環(huán) 的 一 種 高 質(zhì) 量 、 高 效 益 的 卷 圓 裝 置 ， 具 有 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 操 作 簡 便 、 壽 命 長 、 噪 聲 小 、 一 機 多 用 、 質(zhì) 優(yōu) 價 廉 等 優(yōu) 點 ， 是 工 廠 實 現(xiàn) 機 械 化 生 產(chǎn) 的 配 套 設 備 ， 該 設 備 的 上 市 可 以 大 大 減 輕 工 人 的 勞 動 強 度 ， 提 高 企 業(yè) 生 產(chǎn) 效 益 。 關鍵詞：法蘭成型機；卷圓機；卷制；塑性變形 Abstract: This design is about flange machine (three rollers symmetrical type roll round the overall design of machine), mainly to roll on the circle next roller, pressing device and roll machine design and calculation of the overall. Roll machine athreeroller symmetrical structure, in the upper roller press structure provides pressure, the two lower rollers make rotation, top provide torque. This machine is made of various profiles will roll ring flange and a high quality, high benefit rolls round device, with compact structure, easy operation, low noise, long service life, high quality and reasonable price multi-usage, etc, and is realized mechanization production factory, this equipment facilities listed can greatly reduce the labor intensity, improve production efficiency. Key words: Flange machine Roll round machine rolling Plastic deformation 法蘭成型機的總體設計 目 錄 第一章 緒 論 ...................................................................................................................................................- 1 - 1．1 設計任務 .............................................................................................................................................- 1 - 1．2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 1 - 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 1 - 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 2 - 1．3 本課程來源 .........................................................................................................................................- 2 - 第二章 法蘭成型機工作方案的選擇 .............................................................................................................- 3 - 2．1 法蘭成型方案的確定 .........................................................................................................................- 3 - 2．2 法蘭卷制成型方式的選擇 ..................................................................................................................- 3 - 第三章 傳動方案及總體結(jié)構(gòu)的設計 .............................................................................................................- 5 - 3．1 傳動方案的設計 .................................................................................................................................- 5 - 3．2 法蘭成型機總體結(jié)構(gòu)的設計 .............................................................................................................- 5 - 第四章 力學分析與主參數(shù)的確定 .................................................................................................................- 6 - 4．1 卷圓的工藝過程分析 .........................................................................................................................- 6 - 4．2 卷圓過程中的力學分析 .....................................................................................................................- 6 - 4．3 工作輥輪的設計 .................................................................................................................................- 6 - 4.3.1 三輥輪受力情況分析 ......................................................................................................................- 6 - 4.3.2 法蘭成型機的主參數(shù)的確定 .........................................................................................................- 7 - 第五章 壓下裝置的設計 .................................................................................................................................- 8 - 5．1 卷圓成型直徑與標尺刻度的關系 .....................................................................................................- 8 - 5．2 壓下裝置的設計 .................................................................................................................................- 9 - 5．3 上輥輪軸的設計 ...............................................................................................................................- 10 - 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 ...............................................................................................................- 10 - 5.3.2 軸的受力分析 ...............................................................................................................................- 11 - 5.3.3 校核軸的強度 ...............................................................................................................................- 12 - 5．4 螺旋傳動設計 ...................................................................................................................................- 12 - 第六章 其它各主要零部件的設計及選用 ...................................................................................................- 14 - 6．1 箱體的設計 .......................................................................................................................................- 14 - 6．2 “五大輪”的設計 ............................................................................................................................- 15 - 6．3 各主要部件的選用 ...........................................................................................................................- 15 - 第七章 法蘭成型機的主要技術(shù)參數(shù) ...........................................................................................................- 16 - 第八章 設備的使用及其保養(yǎng) .......................................................................................................................- 17 - 8．1 設備使用注意事項 ...........................................................................................................................- 17 - 8．2 設備的潤滑和保養(yǎng) ...........................................................................................................................- 17 - 總結(jié) .................................................................................................................................................................- 17 - 參考文獻 .........................................................................................................................................................- 18 - 致謝 .................................................................................................................................................................- 19 - 法蘭成型機的總體設計 - 1 - 第 一 章 緒 論 1． 1 設 計 任 務 卷 圓 是 利 用 機 械 的 方 法 使 材 料 內(nèi) 部 所 承 受 的 應 力 全 部 達 到 屈 服 極 限 ， 并 將 其 卷 制 成 所 需 半 徑 的 管 筒 件 的 一 種 冷 加 工 方 法 。 在 傳 統(tǒng) 的 機 械 加 工 中 ， 工 廠 為 了 得 到 圓 環(huán) 狀 、 管 筒 狀 零 件 ， 往 往 是 由 經(jīng) 驗 豐 富 的 鈑 金 工 用 輥 壓 、 折 彎 的 方 法 使 材 料 內(nèi) 部 發(fā) 生 塑 性 變 形 ， 從 而 得 到 所 需 的 工 件 ， 這 種 方 法 對 生 產(chǎn) 人 員 的 要 求 很 高 ， 且 生 產(chǎn) 周 期 長 、 噪 聲 大 、 勞 動 強 度 大 ， 不 適 合 用 于 大 規(guī) 模 及 自 動 化 生 產(chǎn) 。 由 于 法 蘭 是 一 種 基 礎 類 零 件 ， 在 各 工 程 中 應 用 非 常 普 遍 ， 因 此 ， 為 了 滿 足 工 廠 對 生 產(chǎn) 所 提 出 的 高 效 、 低 耗 、 無 污 染 的 要 求 ， 必 須 對 法 蘭 成 型 機 進 行 科 學 合 理 的 設 計 ， 使 該 設 備 的 生 產(chǎn) 能 力 最 為 優(yōu) 化 ， 從 而 達 到 高 效 、 安 全 ， 并 具 有 一 定 的 社 會 效 益 和 良 好 的 經(jīng) 濟 效 益 。 根 據(jù) 參 觀 工 廠 已 有 的 卷 圓 設 備 以 及 參 考 有 關 書 籍 ， 我 們 設 定 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ： 輥 輪 工 作 速 度 為 2m/min。 設 計 本 臺 機 器 的 目 的 是 將 尺 寸 為 30 3 1256mm， 材 料 為 Q235 的 扁 鋼 卷 制 成 內(nèi) 圓 直 徑 為 370mm， 外 圓 直 徑 為? 430mm 的 法 蘭 盤 。 參 與 此 次 設 計 的 共 兩 個 人 ， 本 人 負 責 的 是 法 蘭 成 型 機 的 總 體 設 計 。 1． 2 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 1.2.1 國 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 50 年 來 ， 卷 圓 機 隨 著 科 技 特 別 是 微 電 子 、 計 算 機 技 術(shù) 的 進 步 而 不 斷 發(fā) 展 。 美 國 、 德 國 、 日 本 三 國 的 卷 圓 機 技 術(shù) 非 常 先 進 ， 經(jīng) 驗 很 多 ， 并 且 分 別 有 自 己 的 特 點 。 在 美 國 ， 政 府 重 視 卷 圓 機 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 因 而 不 斷 提 出 卷 圓 機 的 發(fā) 展 方 向 ， 提 供 充 足 的 經(jīng) 費 ， 特 別 講 求 “效 率 ”、 “創(chuàng) 新 ”， 注 重 基 礎 科 研 。 由 于 美 國 首 先 結(jié) 合 汽 車 、 軸 承 行 業(yè) 的 生 產(chǎn) 需 求 開 發(fā) 了 大 批 自 動 生 產(chǎn) 線 ， 所 以 美 國 的 高 性 能 卷 圓 機 技 術(shù) 在 世 界 一 直 居 領 先 地 位 。 但 因 為 偏 重 基 礎 科 研 ， 忽 視 應 用 技 術(shù) ， 有 一 段 時 間 卷 圓 機 的 產(chǎn) 量 增 加 緩 慢 ， 直 到 糾 正 偏 向 后 ， 產(chǎn) 量 又 逐 漸 上 升 。 德 國 政 府 講 求 “實 際 ”與 “實 效 ”， 堅 持 以 人 為 本 ， 不 斷 提 高 人 員 素 質(zhì) ， 他 們 還 特 別 重 視 理 論 與 實 際 相 結(jié) 合 ， 基 礎 科 研 與 應 用 技 術(shù) 并 重 ， 在 卷 圓 機 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 上 精 益 求 精 。 德 國 的 卷 圓 機 質(zhì) 量 及 性 能 良 好 、 先 進 實 用 ， 出 口 遍 及 全 世 界 ， 尤 其 是 大 型 、 重 型 、 精 密 卷 圓 機 ， 在 質(zhì) 量 、 性 能 上 居 世 界 前 列 。 日 本 政 府 對 卷 圓 機 工 業(yè) 的 發(fā) 展 異 常 重 視 ， 并 通 過 規(guī) 劃 、 法 規(guī) 進 行 引 導 。 在 重 視 人 才 及 卷 圓 機 部 件 配 套 方 面 學 習 德 國 ， 在 質(zhì) 量 管 理 及 卷 圓 機 技 術(shù) 方 面 學 習 美 國 ， 而 且 做 得 更 好 。 日 本 在 發(fā) 展 卷 圓 機 的 過 程 中 ， 狠 抓 關 鍵 ， 突 出 發(fā) 展 卷 圓 機 系 統(tǒng) 。 日 本 FANUC 公 司 在 產(chǎn) 量 上 居 世 界 第 一 ， 銷 售 額 占 世 界 市 場 的 50%， 對 加 速 日 本 和 世 界 卷 圓 機 的 發(fā) 展 起 了 重 要 作 用 。 法蘭成型機的總體設計 - 2 - 1.2.2 國 內(nèi) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 我 國 是 世 界 上 卷 圓 機 機 床 產(chǎn) 量 最 多 的 國 家 ， 但 在 國 際 市 場 競 爭 中 仍 處 于 較 低 水 平 ； 即 使 國 內(nèi) 市 場 也 面 臨 著 嚴 峻 的 形 勢 ， 一 方 面 國 內(nèi) 市 場 對 各 類 卷 圓 機 機 床 產(chǎn) 品 特 別 是 數(shù) 控 機 床 有 大 量 的 需 求 ， 而 另 一 方 面 卻 有 不 少 國 產(chǎn) 機 床 滯 銷 積 壓 ， 國 外 卷 圓 機 機 床 產(chǎn) 品 充 斥 市 場 。 這 種 現(xiàn) 象 的 出 現(xiàn) ， 除 了 有 經(jīng) 營 上 、 產(chǎn) 品 制 造 質(zhì) 量 上 和 促 銷 手 段 上 等 原 因 外 ， 一 個 主 要 的 原 因 是 我 國 生 產(chǎn) 的 數(shù) 控 卷 圓 機 機 床 品 種 、 性 能 和 結(jié) 構(gòu) 不 夠 先 進 ， 新 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 周 期 長 ， 從 而 不 能 及 時 針 對 用 戶 的 需 求 提 供 滿 意 的 產(chǎn) 品 。 我 國 工 廠 由 于 缺 乏 卷 圓 機 設 計 的 科 學 分 析 工 具 (如 分 析 和 評 價 軟 件 、 整 機 結(jié) 構(gòu) 有 限 元 分 析 方 法 以 及 卷 圓 機 機 床 性 能 測 試 裝 置 等 )， 自 行 開 發(fā) 的 新 產(chǎn) 品 大 多 基 于 直 觀 經(jīng) 驗 和 類 比 設 計 ， 使 設 計 一 次 成 功 的 把 握 性 降 低 ， 往 往 需 要 反 復 試 制 才 能 定 型 ， 從 而 可 能 錯 過 新 產(chǎn) 品 推 向 市 場 的 良 機 。 卷 圓 機 用 戶 根 據(jù) 使 用 需 要 ， 在 訂 貨 時 往 往 提 出 一 些 特 殊 要 求 ， 甚 至 在 產(chǎn) 品 即 將 投 產(chǎn) 時 有 的 用 戶 臨 時 提 出 一 些 要 求 ， 這 就 需 要 迅 速 變 型 設 計 卷 圓 機 和 修 改 相 應 的 卷 圓 機 圖 紙 及 卷 圓 機 技 術(shù) 文 件 。 在 國 外 ， 這 項 卷 圓 機 修 改 工 作 在 計 算 機 的 輔 助 下 一 般 僅 需 數(shù) 天 至 一 周 ， 而 在 我 國 卷 圓 機 機 床 廠 用 手 工 操 作 就 至 少 需 1～ 2 個 月 ， 且 由 于 這 些 圖 紙 和 文 件 涉 及 多 個 部 門 ， 常 會 出 現(xiàn) 漏 改 和 失 誤 的 現(xiàn) 象 ， 影 響 了 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 和 交 貨 期 。 由 于 長 期 以 來 形 成 的 卷 圓 機 設 計 、 工 藝 和 制 造 部 門 分 立 ， 缺 乏 有 效 的 協(xié) 同 開 發(fā) 的 模 式 ， 不 能 從 制 訂 方 案 開 始 就 融 入 各 方 面 的 正 確 意 見 ， 容 易 造 成 產(chǎn) 品 的 反 復 修 改 ， 延 長 了 開 發(fā) 的 周 期 。 為 解 決 這 些 問 題 ， 必 須 對 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的 整 個 過 程 綜 合 應 用 計 算 機 技 術(shù) ， 發(fā) 展 優(yōu) 化 和 仿 真 技 術(shù) ， 提 高 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 性 能 ， 使 用 相 應 的 產(chǎn) 品 虛 擬 開 發(fā) 軟 件 ， 這 樣 才 能 有 效 地 解 決 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的 落 后 局 面 ， 使 企 業(yè) 取 得 良 好 的 經(jīng) 濟 效 益 。 1． 3 本 課 程 來 源 本 課 題 來 源 是 通 過 指 導 老 師 與 同 盛 機 械 廠 的 協(xié) 商 ， 安 排 我 們 在 工 廠 住 宿 ， 并 在 一 臺 已 經(jīng) 用 于 生 產(chǎn) 的 卷 圓 機 的 基 礎 上 ， 對 其 進 行 更 加 合 理 的 有 利 于 節(jié) 約 能 源 和 資 源 的 結(jié) 構(gòu) 調(diào) 整 。 目 的 是 使 我 們 真 正 地 了 解 一 臺 機 器 從 課 題 的 選 擇 到 方 案 的 確 定 ， 還 有 設 計 參 數(shù) 的 選 擇 和 計 算 的 整 個 過 程 ， 意 義 是 對 整 個 大 學 四 年 學 習 的 一 次 檢 測 ， 是 我 們 踏 出 校 園 走 上 工 作 崗 位 的 一 次 練 兵 。 法蘭成型機的總體設計 - 3 - 第 二 章 法 蘭 成 型 機 工 作 方 案 的 選 擇 2． 1 法 蘭 成 型 方 案 的 確 定 如 圖 2-1 所 示 ， 制 造 該 法 蘭 零 件 的 方 法 有 以 下 兩 種 ： ① .沖 壓 法 。 即 利 用 沖 壓 的 方 法 ， 設 計 一 套 專 門 用 來 制 造 該 零 件 的 模 具 ， 這 種 方 法 最 突 出 的 優(yōu) 點 就 是 生 產(chǎn) 效 率 高 ， 只 要 設 計 出 一 套 模 具 和 與 之 相 配 套 的 模 架 便 可 大 量 生 產(chǎn) 同 一 型 號 的 法 蘭 零 件 ， 但 此 法 也 有 明 顯 的 不 足 之 處 ： a.由 于 需 要 得 到 的 法 蘭 環(huán) 的 外 徑 為 430mm， 內(nèi) 徑 為 370mm， 設 計 出 來 的 模 具 體 形 巨 大 ， 非 常 笨 重 ， 成 本 較 圖 2-1 法 蘭 環(huán) 高 ； b.沖 壓 對 加 工 壞 料 的 材 質(zhì) 有 限 制 ， 只 適 合 加 工 塑 性 較 好 的 低 碳 鋼 ； c.由 于 該 法 蘭 環(huán) 的 內(nèi) 徑 較 大 ， 加 工 產(chǎn) 生 的 廢 料 也 較 多 。 ② ． 卷 制 法 。 即 利 用 輥 輪 將 30 3mm 的 扁 鋼 卷 制 成 所 需 的 法 蘭 環(huán) 。 鋼 板 在 輥 輪? 上 彎 曲 變 形 ， 是 一 個 橫 向 彎 曲 的 過 程 ， 如 圖 2-2 所 示 。 鋼 板 在 外 負 荷 力 矩 M 的 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 時 ， 中 性 層 以 上 的 縱 向 纖 維 受 到 壓 縮 變 形 ， 中 性 層 以 下 的 縱 向 纖 維 受 到 拉 伸 變 形 。 根 據(jù) 外 負 荷 力 矩 的 大 小 ， 當 鋼 板 表 面 層 的 最 大 應 力 小 于 鋼 板 材 質(zhì) 的 屈 服 極 限 時 ， 各 層 的 縱 向 纖 維 都 處 于 彈 性 變 形 狀 態(tài) ， 隨 著 外 負 荷 彎 曲 力 矩 的 增 大 ， 鋼 板 各 層 纖 維 繼 續(xù) 產(chǎn) 生 變 形 。 當 外 負 荷 增 加 到 一 定 數(shù) 值 ， 鋼 板 表 層 縱 向 纖 維 應 力 圖 2-2 鋼 板 彎 曲 變 形 示 意 圖 超 過 了 材 料 屈 服 極 限 時 ， 纖 維 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 ， 負 荷 越 大 ， 塑 性 變 形 區(qū) 由 表 層 向 中 性 層 擴 展 的 深 度 也 越 大 。 當 鋼 板 整 個 斷 面 的 縱 向 纖 維 應 力 都 超 過 材 料 的 屈 服 極 限 時 ， 所 有 縱 向 纖 維 都 處 于 塑 性 變 形 狀 態(tài) ， 彎 曲 過 程 完 成 。 當 鋼 板 完 全 卷 制 成 所 需 的 圓 環(huán) 時 ， 再 將 首 尾 端 焊 合 即 可 。 利 用 這 種 方 法 加 工 法 蘭 環(huán) ， 只 要 輥 輪 提 供 的 扭 矩 大 ， 基 本 上 不 會 受 到 加 工 壞 料 材 質(zhì) 的 影 響 ， 且 不 會 產(chǎn) 生 廢 料 ， 操 作 方 便 實 用 ， 不 失 為 一 種 加 工 大 中 型 法 蘭 的 好 方 法 。 綜 合 以 上 兩 種 方 法 的 優(yōu) 缺 點 ， 我 們 選 用 卷 制 法 加 工 。 因 為 扁 鋼 在 卷 制 過 程 中 ， 中 性 層 以 上 部 分 受 到 壓 縮 變 形 ， 而 中 性 層 以 下 部 分 受 到 拉 伸 變 形 ， 唯 獨 中 性 層 長 度 沒 有 變 化 ， 所 以 需 要 提 供 的 扁 鋼 長 度 為 L= mm，即43072??? 1256mm。 2． 2 法 蘭 卷 制 成 型 方 式 的 選 擇 目 前 市 場 上 出 現(xiàn) 的 卷 圓 機 種 類 較 多 ， 大 致 分 類 如 圖 2-3 所 示 。 三 輥 式 結(jié) 構(gòu) 卷 制 原 理 是 利 用 三 個 輥 輪 對 板 料 進 行 連 續(xù) 的 三 點 彎 曲 卷 制 成 弧 體 ， 下 輥 為 法蘭成型機的總體設計 - 4 - 主 動 輥 ， 上 輥 作 垂 直 升 降 運 動 ， 結(jié) 構(gòu) 較 簡 單 ， 而 四 輥 式 卷 圓 機 是 以 上 輥 為 主 動 輥 ， 由 主 電 動 機 通 過 主 減 速 器 以 及 聯(lián) 軸 器 ， 從 而 帶 動 上 輥 的 工 作 ， 下 輥 的 作 用 是 提 供 一 定 的 向 上 力 ， 與 上 輥 一 起 夾 緊 ， 2-3 卷 圓 機 分 類 所 卷 鋼 板 使 上 輥 與 被 卷 鋼 板 間 產(chǎn) 生 足 夠 的 摩 擦 力 ， 在 上 輥 旋 轉(zhuǎn) 時 能 夠 帶 動 鋼 板 運 動 。 兩 個 側(cè) 輥 用 以 形 成 卷 筒 所 需 的 曲 率 ， 使 板 料 達 到 所 需 的 目 的 ， 其 工 作 原 理 如 圖 2-4 所 示 。 采 用 四 輥 卷 圓 結(jié) 構(gòu) 可 以 免 去 端 部 預 彎 的 工 序 ， 但 是 傳 動 系 統(tǒng) 較 復 雜 ， 機 器 較 笨 重 ， 因 此 我 們 采 用 三 輥 式 卷 圓 結(jié) 構(gòu) 。 而 三 輥 式 卷 圓 機 又 分 為 機 械 式 三 輥 對 稱 式 卷 圓 機 、 機 械 式 三 輥 非 對 稱 式 卷 圓 機 、 液 壓 式 三 輥 卷 圓 機 ， 它 們 的 主 要 特 點 分 別 為 ： 圖 2-4 四 輥 卷 圓 機 工 作 原 理 圖 a. 機 械 式 三 輥 對 稱 式 卷 圓 機 ： 如 圖 2-5 所 示 ， 該 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 對 稱 式 ， 上 輥 在 兩 下 輥 中 央 對 稱 位 置 作 垂 直 升 降 運 動 ， 通 過 螺 桿 螺 母 傳 動 而 獲 得 ， 兩 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 通 過 減 速 機 的 輸 出 齒 輪 與 下 輥 齒 輪 嚙 合 ， 為 卷 制 板 材 提 供 扭 矩 。 該 機 缺 點 是 板 材 端 部 需 借 助 其 它 設 備 進 行 預 彎 。 b. 機 械 式 三 輥 非 對 稱 式 卷 圓 機 ： 如 圖 2-6 所 示 ， 該 機 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 非 對 稱 式 ， 上 輥 為 主 傳 動 ， 下 輥 作 垂 直 升 降 運 動 ， 以 便 夾 緊 板 材 ， 并 通 過 下 輥 齒 輪 與 上 輥 齒 輪 嚙 合 ， 同 時 作 為 主 傳 動 ， 邊 輥 作 傾 升 降 運 動 ， 具 有 預 彎 和 卷 圓 雙 重 功 能 。 c. 液 壓 式 三 輥 卷 圓 機 ： 如 圖 2-7 所 示 ， 該 機 上 輥 可 以 垂 直 升 降 ， 垂 直 升 降 的 液 壓 傳 動 是 通 過 液 壓 缸 內(nèi) 的 液 壓 油 作 用 活 塞 桿 而 獲 得 ， 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動 ， 通 過 減 速 機 輸 出 齒 輪 嚙 合 ， 為 卷 圓 提 供 扭 矩 ， 下 輥 下 部 有 托 輥 并 可 調(diào) 節(jié) 。 圖 2-5 機械式三輥對稱 圖 2-6 機械式三輥非對稱 圖 2-7 液壓式三輥卷圓 式卷圓機工作原理圖 式卷圓機工作原理圖 機工作原理圖 由 于 非 對 稱 式 和 液 壓 式 卷 圓 機 的 傳 動 系 統(tǒng) 較 復 雜 ， 制 造 精 度 要 求 高 ， 難 度 大 ， 而 臥 式 結(jié) 構(gòu) 相 比 于 立 式 結(jié) 構(gòu) ， 外 形 大 方 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 且 傳 動 系 統(tǒng) 布 置 較 簡 單 ， 因 此 我 們 設 計 的 法 蘭 成 型 機 采 用 機 械 式 三 輥 對 稱 式 臥 式 結(jié) 構(gòu) 方 案 。 法蘭成型機的總體設計 - 5 - 第 三 章 傳 動 方 案 及 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設 計 3． 1 傳 動 方 案 的 設 計 為 了 使 傳 動 功 率 損 失 最 小 ， 傳 動 級 數(shù) 最 少 ， 機 器 結(jié) 構(gòu) 最 緊 湊 ， 我 們 采 用 傳 動 比 非 常 大 的 蝸 輪 蝸 桿 傳 動 方 案 ， 且 根 據(jù) “傳 動 比 大 的 放 在 靠 電 機 處 ”的 原 則 ， 將 其 放 在 帶 傳 動 的 下 一 級 傳 動 中 。 通 過 “過 橋 ”齒 輪 與 下 輥 輪 齒 輪 的 嚙 合 作 用 ， 帶 動 兩 個 下 輥 輪 旋 轉(zhuǎn) ， 因 為 兩 個 下 輥 輪 齒 輪 的 參 數(shù) 完 全 一 致 ， 且 “過 橋 ”齒 輪 中 心 在 兩 個 輥 輪 的 對 稱 中 心 上 ， 所 以 兩 個 下 輥 輪 作 同 步 旋 轉(zhuǎn) 運 動 。 傳 動 方 案 示 意 圖 如 圖 3-1 所 示 。 圖 3-1 傳 動 系 統(tǒng) 示 意 圖 3． 2 法 蘭 成 型 機 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設 計 由 于 我 們 采 用 的 是 機 械 式 三 輥 對 稱 式 結(jié) 構(gòu) ， 兩 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 的 主 運 動 ， 而 上 輥 作 垂 直 升 降 運 動 ， 因 此 我 們 采 用 “手 柄 -傳 動 螺 桿 -傳 動 螺 母 -滑 塊 ”的 傳 動 方 式 ， 將 手 柄 的 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 換 成 上 輥 的 垂 直 升 降 運 動 ， 從 而 達 到 壓 緊 板 材 的 目 的 。 其 總 體 結(jié) 構(gòu) 布 置 示 意 圖 如 圖 3-2 所 示 。 法蘭成型機的總體設計 - 6 - 1. 減 速 箱 2.倒 順 開 關 3.電 動 機 4.壓 下 裝 置 5.限 位 輪 6.驅(qū) 動 輥 7.調(diào) 整 輥 圖 3-2 法 蘭 成 型 機 示 意 圖 第 四 章 力 學 分 析 與 主 參 數(shù) 的 確 定 4． 1 卷 圓 的 工 藝 過 程 分 析 對 稱 式 三 輥 卷 圓 機 在 卷 制 鋼 板 時 ， 兩 下 輥 做 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 上 輥 做 垂 直 升 降 運 動 ， 板 材 平 放 在 兩 下 輥 上 ， 由 于 軋 輥 與 板 之 間 存 在 著 摩 擦 力 ， 所 以 當 下 輥 轉(zhuǎn) 動 時 ， 板 材 也 沿 縱 向 運 動 ， 同 時 由 上 輥 施 加 壓 制 力 ， 當 板 材 所 受 應 力 超 過 屈 服 極 限 ， 則 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 ， 板 材 被 彎 曲 。 4． 2 卷 圓 過 程 中 的 力 學 分 析 板 材 在 被 卷 制 過 程 中 首 先 要 克 服 板 材 的 撓 曲 變 形 受 力 ， 變 形 到 一 定 的 程 度 時 板 材 要 克 服 本 身 的 彈 性 和 塑 性 抗 力 ， 因 此 施 加 在 板 材 上 的 力 應 有 3 個 部 分 ： （ 1） 克 服 板 材 的 撓 曲 變 形 力 ； （ 2） 克 服 板 材 的 彈 性 變 形 力 ； （ 3） 克 服 板 材 的 塑 性 變 形 力 。 4． 3 工 作 輥 輪 的 設 計 4.3.1 三 輥 輪 受 力 情 況 分 析 卷 制 時 ， 鋼 板 受 力 情 況 如 圖 4-1 所 示 ， 根 據(jù) 受 力 平 衡 ， 可 以 得 到 下 輥 作 用 于 鋼 板 上 的 支 持 力 F2： F2 sin MR?? 法蘭成型機的總體設計 - 7 - 式 中 —連心線 OO1 與 OO2 夾角， = ；??min2arcsd+ a—下輥中心距（ m） ； dmin—卷 圓 最 小 直 徑 （ m） ； d2—下輥直徑（m） ； 考慮到板寬 b 遠小于卷圓的最小直徑 dmin， 中 性 層 半 徑 R 0.5dmin， 為 簡 化 計 算 ， 上 式 可 變 為 ：? F2 （KN）isM?? 根 據(jù) 受 力 平 衡 ， 上 輥 作 用 于 鋼 板 上 的 力 即 圖 4-1 被 卷 鋼 板 的 受 力 分 析 壓 下 力 F1 為 ： F1=2F2cos （KN ） （1） 根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學的胡衛(wèi)龍老師和王仲仁老師 1992 年在《鍛壓機械》的第 27 卷 第 4 期上發(fā)表的論文——《各種卷板成形工藝的輥筒受力分析》可知，下輥輪受到的力 為： F2= 2()MRra? （2） 式中 M—板材被彎曲到中性層半徑為 R 時所需的彎曲力矩（N m） ；? r2—下輥輪半徑，r 2=r3（mm） ； 根據(jù)安徽理工大學的孟凡凈老師和周哲波老師 2006 年 5 月在《煤礦機械》上發(fā)表的 論文——《大型卷板機的力學模型》[文章編號為：1003-0794-（2006）05-0769-03]可知， 鋼板的塑性極限彎矩為： 21sMhb?? （3） 式中 h—卷板的厚度（m） ； b—卷板的寬度（m） ； s—卷板材料的屈服極限（Q235 為 235Mpa） ； ? 初選下輥輪的直徑為 170mm，中心距為 200mm，考慮到鋼板在卷制時會與下輥輪發(fā) 生軸向滑動，我們在鋼板與輥輪接觸處設置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此下輥輪的實際 直徑為 166mm。 由式（2）和（3）得： F2= = N 4.52 KN2sRrhba??326085(01)5102????? 法蘭成型機的總體設計 - 8 - 所以，下輥輪作用在鋼板上的力為 4.52KN。根據(jù)（1）式得上輥輪對鋼板的壓力為： F1=2F2cos? 因為 R=a=200mm,所以 = , 30? F1=2 4.52 KN=4.52 1.732KN 7.83KN?s?? 4.3.2 法蘭成型機的主參數(shù)的確定 如圖 4-2 所示， 組成了一個直角三角形，1OB? 其三邊邊長分別為 ， ， ，2()DRb?a1()2HR?? 根據(jù)它們之間的三角關系可得： 212()()ab?? （4） 其中， 、 分別為上、下輥輪直徑，mm；b 為扁鋼寬度（一般取最大值） ，1D2 mm；R 為加工工件曲率半徑，mm；H 為上下輥中心高， mm。因而，由式（4）完全可 以確定該機的各參數(shù)，其值可靠，可以作為設計其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。 在本次設計中，由于 R=200mm，b=30mm， =166mm,a=200mm,均為已知，而只有2D 和 H 的值 圖 4-2 主參數(shù)的結(jié)構(gòu)分析1 未知，它們之間存在著一一映射的關系。設計 =160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)1 生軸向滑動，我們也在鋼板與輥輪接觸處設置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此上輥輪的實際 直徑為 156mm，將其值代入（4）式得： 222160156(203)()(0)H???? = + 2 得 H=174.6 （mm） 所以在卷制過程中，只需將上下輥中心高調(diào)整為 174.6mm 即可。 第 五 章 壓 下 裝 置 的 設 計 5． 1 卷 圓 成 型 直 徑 與 標 尺 刻 度 的 關 系 由上一章的公式（4）可得上下輥中心高 H 與各主參數(shù)的關系為： H= 212()()DaRbR?? 法蘭成型機的總體設計 - 9 - （1） 在公式中， 、 、a 均為固定值，而 R 與 b 是用戶給定的值。1D2 如圖 5-1 所示，x 為上輥中心到標尺指針的垂直高度，為定值；y 為下輥中心到標尺 “0” 刻度的垂直高度，為定值；L 為標尺指針在標尺上所指定的刻度值，隨用戶給定的參數(shù)確 定。它們之間的關系為： H+x=L+y H=L+y-x ? （2） 將（2）式代入（1）式得： L= 212()()DaRbRxy???? （3） 將已知的值代入（3）式得： L= 2(83)10(78)1203RbR???? （mm） 簡化后，得： L= 2(83)10b??(25)R?? （mm） 根據(jù)實際情況知，在卷圓機上卷制的寬度（角鋼 為厚度）一般為 15 b 60（mm） ，卷制半徑一般為? 100 R 500（mm） ，因此，以此范圍為計算作圖范圍，? 繪制標尺刻度值 L 與卷制半徑 R、卷制寬度（或厚度） b 之間的關系表。這樣就給使用廠家的實際生產(chǎn)帶來很大的方便。 圖 5-1 上下輥中心高與標尺刻度的關系 表 1 L= 單位：mm2(83)10b??(25)R? 100 150 200 250 300 350 400 450 500 15 ??60.23 61.70 62.86 63.80 64.58 20 61.02 63.54 65.40 66.82 67.96 68.88 69.65 25 62.83 66.31 68.75 70.56 71.95 73.06 73.97 74.72 30 63.07 68.25 71.60 73.95 75.71 77.07 78.16 79.05 79.79 35 68.71 73.64 76.87 79.15 80.86 82.19 83.26 84.13 84.86 40 74.30 79.03 82.13 84.35 86.01 87.31 88.35 89.21 89.92 45 79.90 84.39 87.38 89.53 91.15 92.42 93.44 94.28 94.99 RL b 法蘭成型機的總體設計 - 10 - 50 85.45 89.74 92.63 94.71 96.29 97.53 98.54 99.36 ? 55 90.97 95.08 97.87 99.89 ?? 60 96.47 ? 由 于 此 次 設 計 的 上 輥 輪 行 程 為 40mm， 且 標 尺 指 針 在 標 尺 上 的 指 示 范 圍 為 （ 60， 100） mm， 因 此 計 算 出 來 的 L 值 若 不 在 此 范 圍 內(nèi) ， 則 在 本 臺 機 器 上 無 法 將 其 加 工 成 所 需 工 件 。 5． 2 壓 下 裝 置 的 設 計 鋼板在卷制過程中，曲率的控制是通過調(diào)整上輥的壓下量來實現(xiàn)的，壓下量可通過 標尺任意調(diào)整，實現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的曲率半徑的卷曲。上輥的壓下采用“螺母固定，螺 桿轉(zhuǎn)動并移動”的螺旋傳動方式，并通過滑塊使上輥軸與螺桿保持相對靜止，從而達到 上輥軸與螺桿同步升降的目的。其設計效果圖如圖 5-2 所示。 圖 5-2 壓下裝置設計效果圖 5． 3 上輥輪軸的設計 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 上輥輪軸是該機器的重要零件，承受著兩下輥輪的合力，設計時應滿足合理的結(jié)構(gòu)， 足夠的強度，以及良好的工藝性等。 1．選擇軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，碳鋼具有足夠高的強度，對應力集中敏感性較低， 便于進行各種熱處理及機械加工，價格低、供應充足，應用最廣。合金鋼機械性能更高， 常用于制造高速、重載的軸，或受力大而要求尺寸小、重量輕的軸。通過進行各種熱處 理、化學處理及表面強化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強度及耐磨性。特 法蘭成型機的總體設計 - 11 - 別是合金鋼，只有進行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機械性能。由于本臺機器要求此 軸具有較高的強度且軸徑不能過大，因此我們選用合金鋼，其牌號為 38CrMoAlA，鍛造 成形及調(diào)質(zhì)處理，毛壞直徑 60mm，硬度 293~321HBS，抗拉強度極限 =930MPa，屈? b? 服極限 =785MPa，彎曲疲勞極限 =440MPa，剪切疲勞極限 =280MPa 許用彎曲應s?1?? 1?? 力 =75MPa。??1b? 2．擬出軸的結(jié)構(gòu) 根據(jù)軸的工作情況和軸的材料，我初選軸徑為 35mm，因為軸主要承受的是徑向載荷， 所以安裝在上輥輪與軸之間的軸承的類型選用圓柱滾子軸承，由《機械設計手冊》高教 版中知圓柱滾子軸承（摘自 GB283-87）查得 d=40mm,D=80mm,B=23mm,型號為 32508。 由于上輥輪的寬度為 42mm，所以應在上輥輪中再安裝一個型號為 32208 的圓柱滾子軸承， d=40mm,D=80mm,B=18mm，然后用密封圈密封。 如圖 5-2 所示，由于軸在滑塊內(nèi)的長度為 18mm，滑塊到軸承的間距為 34mm，銅套 的寬度為 20mm，上輥輪寬度為 42mm，因此軸的工作長度為： L=20+42+18+34=114 （mm） 3．軸上零件的定位和固定 為了防止軸和零件在工作時發(fā)生軸向移動，保證其準確的工作位置，安裝在軸上的 所有零件必須有準確的定位和牢靠的固定。為了限制軸的軸向移動，軸與滑塊采用螺紋 聯(lián)接，從而保證軸與滑塊的相對靜止，軸肩對軸承軸向定位，壓板和銅套對上輥輪進行 軸向定位，再利用雙頭螺栓和螺母對壓板進行鎖緊。 5.3.2 軸的受力分析 1．繪制軸的受力簡圖 如圖 5-3 所示為上輥輪軸的受力簡圖，將上輥輪、滑塊對其作用的力集中作用在軸 上 圖 5-3 上輥輪軸的受力簡圖 由于軸只受到上輥輪和滑塊對它的作用力，因此這兩個力等值反向，均為 7.83KN。 所以，作用在軸上 BC 段范圍內(nèi)的力的集度為： P= 7.8316.402? （KN/m） 法蘭成型機的總體設計 - 12 - 作用在 DE 段范圍內(nèi)的力的集度為： q= 7.834501? （KN/m） 1．繪制上輥輪軸的剪力圖、彎矩圖 在軸的 AB，BC，CD，DE 四段內(nèi)，剪力和彎矩都不能用同一方程式來表示，所以應分 四段考慮，對每一段都列出剪力方程和彎矩方程，方程中，x 以 m 為單位， 以 KN()sFx 為單位， 以 為單位。()MxKNm? 在 AB 段內(nèi)， =0 （0 <0.02m）sF x? =0 （0 <0.02m）()x 在 BC 段內(nèi)， = =186.43 （0.02m <0.