下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 學(xué)校代碼： 10410 學(xué) 號(hào)： 20050428 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 學(xué) 院 ： 工 學(xué) 院 姓 名 ： 李 達(dá) 林 學(xué) 號(hào) ： 20050428 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) ： 機(jī)制 052 班 指導(dǎo)教師 ： 吳彥紅老師 二 OO 九年 五月法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)是關(guān)于法蘭成型機(jī)（又名對(duì)稱式三輥卷圓機(jī)）的總體設(shè)計(jì)，主要對(duì)卷圓機(jī)上下輥輪、壓下裝置以及卷圓機(jī)的總體進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。 卷圓機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式，在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力，兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為卷制板材提供扭矩。該機(jī)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(jiǎn)便、壽命長(zhǎng)、噪聲小、一機(jī)多用、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，是工廠實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)的配套設(shè)備，該設(shè)備的上市可以大大減輕工人的勞動(dòng) 強(qiáng)度，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。 關(guān)鍵詞： 法蘭成型機(jī)；卷圓機(jī)；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(jī)的總體設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒 論 .- 1 - 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) .- 1 - 1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .- 3 - 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 .- 3 - 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .- 3 - 1 3 本課程來(lái)源 .- 4 - 第二章 法蘭成型機(jī)工作方案的選擇 .- 4 - 2 1 法蘭成型方案 的確定 .- 4 - 2 2 法蘭卷制成型方式的選擇 .- 5 - 第三章 傳動(dòng)方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .- 6 - 3 1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) .- 6 - 3 2 法蘭成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .- 7 - 第四章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定 .- 8 - 4 1 卷圓的工藝過(guò)程分析 .- 8 - 4 2 卷圓過(guò)程中的力學(xué)分析 .- 8 - 4 3 工作輥輪的設(shè)計(jì) .- 8 - 4.3.1 三輥輪受力情況分析 .- 8 - 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 .- 9 - 第五章 壓下裝置的設(shè)計(jì) . - 10 - 5 1 卷圓成型直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 . - 10 - 5 2 壓下裝置的設(shè)計(jì) . - 11 - 5 3 上輥輪軸的設(shè)計(jì) . - 11 - 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 . - 11 - 5.3.2 軸的受力分析 . - 12 - 5.3.3 校核軸的強(qiáng)度 . - 14 - 5 4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) . - 14 - 第六章 其它各主要零部件的設(shè)計(jì)及選用 . - 16 - 6 1 箱體的設(shè)計(jì) . - 16 - 6 2 “ 五大輪 ” 的設(shè)計(jì) . - 16 - 6 3 各主要部件的選用 . - 17 - 第七章 法蘭成型機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) . - 17 - 第八章 設(shè)備的使用及其保養(yǎng) . - 18 - 8 1 設(shè)備使用注意事項(xiàng) . - 18 - 8 2 設(shè)備的潤(rùn)滑和保養(yǎng) . - 18 - 總結(jié) . - 19 - 參考文獻(xiàn) . - 19 - 致謝 . - 20 - 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 1 - 第一章 緒 論 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 2 - 卷圓是利用機(jī)械 的方法使材料 內(nèi)部所承受 的應(yīng)力全部達(dá)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(jī)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(yàn)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(duì)生產(chǎn)人員的要求很高，且生產(chǎn)周期長(zhǎng)、噪聲大、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適合用于大規(guī)模及自動(dòng)化生產(chǎn)。由于法蘭是一種基礎(chǔ)類零件，在各工程中應(yīng)用非常普遍，因此，為了滿足工廠對(duì)生產(chǎn)所提出的高效、低耗、無(wú)污染的要求，必須對(duì)法蘭成型機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使該設(shè)備的生產(chǎn)能力最法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 3 - 為優(yōu)化，從而達(dá)到高效、安全，并具有一定的社會(huì)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)參觀工廠已有的卷圓設(shè)備以及參考有關(guān)書(shū)籍，我們?cè)O(shè)定主要技術(shù)參數(shù)如下 ： 輥 輪 工 作 速 度 為 2m/min 。 設(shè) 計(jì) 本 臺(tái) 機(jī) 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(shè)計(jì)的共兩個(gè)人，本人負(fù)責(zé)的是法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì)。 1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 50 年來(lái)，卷圓機(jī)隨著科技特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。美國(guó)、德國(guó)、日本三國(guó)的卷圓機(jī)技術(shù)非常先進(jìn)，經(jīng)驗(yàn)很多，并且分別有自己的特點(diǎn)。 在美國(guó)，政府重視卷圓機(jī)工業(yè)的發(fā)展，因而不斷提出卷圓機(jī)的發(fā)展方向，提供充足的經(jīng)費(fèi)，特別講求“效率”、“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。 由于美國(guó)首先結(jié)合汽車、軸承行業(yè)的生產(chǎn)需求開(kāi)發(fā)了大批自動(dòng)生產(chǎn)線，所以美國(guó)的高性能卷圓機(jī)技術(shù)在世界一直居領(lǐng)先地位。但因?yàn)槠鼗A(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，有一段時(shí)間卷圓機(jī)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(guó)政府講求“實(shí)際”與“實(shí)效”，堅(jiān)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(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)并重，在卷圓機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量上精益求精。德國(guó)的卷圓機(jī)質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圓機(jī)，在質(zhì)量、性能上居世界前列。 日本政府對(duì)卷圓機(jī)工業(yè)的發(fā)展異常重視，并通過(guò) 規(guī)劃、法規(guī)進(jìn)行引導(dǎo)。在重視人才及卷圓機(jī)部件配套方面學(xué)習(xí)德國(guó)，在質(zhì)量管理及卷圓機(jī)技術(shù)方面學(xué)習(xí)美國(guó)，而且做得更好。日本在發(fā)展卷圓機(jī)的過(guò)程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展卷圓機(jī)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(chǎng)的50%，對(duì)加速日本和世界卷圓機(jī)的發(fā)展起了重要作用。 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)是世界上 卷圓機(jī)機(jī) 床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平；即使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類卷圓機(jī)機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國(guó)外卷圓機(jī) 機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個(gè)主要的原因是我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控卷圓機(jī) 機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。 我國(guó)工廠由于缺乏卷圓機(jī)設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具 (如分析和評(píng)價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及卷圓機(jī)機(jī)床性能測(cè)試裝置等 )，自行開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低，往往需要反復(fù)法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 4 - 試制才能定型，從而可能錯(cuò)過(guò)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的良機(jī)。 卷圓機(jī) 用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要 求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計(jì)卷圓機(jī)和修改相應(yīng)的卷圓機(jī)圖紙及卷圓機(jī)技術(shù)文件。在國(guó)外，這項(xiàng)卷圓機(jī)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國(guó)卷圓機(jī)機(jī)床廠用手工操作就至少需 1 2 個(gè)月，且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門，常會(huì)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(zhǎng)期以來(lái)形成的卷圓機(jī)設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立，缺乏有效的協(xié)同開(kāi)發(fā)的模式，不能從制訂方案開(kāi)始就融入各方面的正確意見(jiàn)，容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改，延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)的周期。 為解決這些問(wèn)題，必須對(duì)產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)的整個(gè)過(guò)程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(yīng)的產(chǎn)品虛擬開(kāi)發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1 3 本課程來(lái)源 本課題來(lái)源是通過(guò)指導(dǎo)老師與同盛機(jī)械廠的協(xié)商，安排我們?cè)诠S住宿，并在一臺(tái)已經(jīng)用于生產(chǎn)的卷圓機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)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(tái)機(jī)器從課題的選擇到方案的確定，還有設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和計(jì)算的整個(gè)過(guò)程，意義是對(duì)整個(gè)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一次檢測(cè)，是我們踏出校園走上工作崗位的一次練兵。 第 二章 法蘭成型機(jī)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： .沖壓法。即利用沖壓的方法，設(shè)計(jì)一套專門用來(lái)制造該零件的模具，這種方法最突出的優(yōu)點(diǎn)就是生產(chǎn)效率高，只要設(shè)計(jì)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(hào)的法蘭零件，但此法也有明顯的不足之法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 5 - 處： a.由于需要得到的法蘭環(huán)的外徑為 430mm，內(nèi)徑為 370mm，設(shè)計(jì)出來(lái)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(duì)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。 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(gè)橫向彎曲的過(guò)程，如圖 2-2 所示。鋼板在外負(fù)荷力矩 M的作用下，產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，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(fù)荷力矩的大小，當(dāng)鋼板表面層的最大應(yīng)力小于鋼板材質(zhì)的屈服極限時(shí)，各層的縱向纖維都處于彈性變形狀態(tài)，隨著外負(fù)荷彎 曲力矩的增大，鋼板各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當(dāng)外負(fù)荷增加到一定數(shù)值，鋼板表層縱向纖維應(yīng)力 圖 2-2 鋼板彎曲變形示意圖 超過(guò)了材料屈服極限時(shí)，纖維產(chǎn)生塑性變形，負(fù)荷越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴(kuò)展的深度也越大。當(dāng)鋼板整個(gè)斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)，彎曲過(guò)程完成。當(dāng)鋼板完全卷制成所需的圓環(huán)時(shí)，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(huì)受到加工壞料材質(zhì)的影響，且不會(huì)產(chǎn)生廢料，操作方便實(shí)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(diǎn)，我們選用卷制法加工。因?yàn)楸怃撛诰碇七^(guò)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(dú)中性層長(zhǎng)度沒(méi)有變化，所以需要提供的扁鋼長(zhǎng)度為 L= 4 3 0 3 7 02 mm，即1256mm。 2 2 法蘭卷制成型方式的選擇 目 前市 場(chǎng) 上 出 現(xiàn) 的卷 圓 機(jī) 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(gè)輥輪對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)的三點(diǎn)彎曲卷制成弧體，下輥為 主動(dòng)輥，上輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，而四輥式卷圓機(jī)是以上輥為主動(dòng)輥，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主 減速器以及聯(lián)軸 器，從而帶動(dòng)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(jī)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(shí)能夠帶動(dòng)鋼板運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)側(cè)輥用以形成卷筒所需的曲率，使板料達(dá)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(yù)彎法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 6 - 的工序，但是傳動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)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(jī)又分為機(jī)械式三輥對(duì)稱式卷圓機(jī)、機(jī)械式三輥非對(duì)稱式卷圓機(jī)、液 壓式三輥卷圓機(jī)，它們的主要特 點(diǎn)分別為： 圖 2-4 四輥卷圓機(jī)工作 原理 圖 a. 機(jī)械式三輥對(duì)稱式卷圓機(jī)：如圖 2-5 所示，該結(jié)構(gòu)型式為三輥對(duì)稱式，上輥在兩下輥中央對(duì)稱位置作垂直升降運(yùn)動(dòng)，通過(guò)螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)而獲得，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機(jī)缺點(diǎn)是板材端部需借助其它設(shè)備進(jìn)行預(yù)彎。 b. 機(jī)械式三輥非對(duì)稱式卷圓機(jī)：如圖 2-6 所示，該機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥非對(duì)稱式，上輥為主傳動(dòng)，下輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，以便夾緊板材，并通過(guò)下輥齒輪與上輥齒輪嚙合，同時(shí)作為主傳動(dòng)，邊輥?zhàn)鲀A升降運(yùn)動(dòng)，具有預(yù)彎和卷圓雙重功能。 c. 液壓式 三輥卷圓機(jī)：如圖 2-7 所示，該機(jī)上輥可以垂直升降，垂直升降的液壓傳動(dòng)是通過(guò)液壓缸內(nèi)的液壓油作用活塞桿而獲得，下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)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(jī)械式三輥對(duì)稱 圖 2-6 機(jī)械式三輥非對(duì)稱 圖 2-7 液壓式三輥卷圓 式卷圓機(jī)工作原理圖 式卷圓機(jī)工作原理圖 機(jī)工作原理圖 由于非對(duì)稱式和液壓式卷圓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)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(dòng)系統(tǒng)布置較簡(jiǎn)單，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的法蘭成型機(jī)采用機(jī)械式三輥對(duì)稱式臥式結(jié)構(gòu)方案。 第三章 傳動(dòng)方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3 1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 為了使傳動(dòng)功率損失最小，傳動(dòng)級(jí)數(shù)最少，機(jī)器結(jié)構(gòu)最緊湊，我們采用傳動(dòng)比非常大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)方案，且根據(jù)“傳動(dòng)比大的放在靠電機(jī)處”的原則，將其放在帶傳動(dòng)的下一級(jí)傳動(dòng)中。通過(guò)“過(guò)橋”齒輪與下輥輪齒輪的嚙合作用，帶動(dòng)兩個(gè)下輥輪旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閮蓚€(gè)下輥輪齒輪的參數(shù)完全一致，且“過(guò)橋”齒輪中心在兩個(gè)輥輪的對(duì)稱中心上，所以兩個(gè)下輥輪作同步旋轉(zhuǎn) 運(yùn)法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 7 - 動(dòng)。傳動(dòng)方案示意圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 3 2 法蘭成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于我們采用的是機(jī)械式三輥對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)的主運(yùn)動(dòng)，而上輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，因此我們采用“手柄 -傳動(dòng)螺桿 -傳動(dòng)螺母 -滑塊”的傳動(dòng)方式，將手柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成上輥的垂直升降運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)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。 1. 減速箱 2.倒順開(kāi)關(guān) 3.電動(dòng)機(jī) 4.壓下裝置 5.限位輪 6.驅(qū)動(dòng)輥 7.調(diào)整輥 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 8 - 圖 3-2 法蘭成型機(jī)示意圖 第四章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定 4 1 卷圓的工 藝過(guò)程分析 對(duì)稱式三輥卷圓機(jī)在卷制鋼板時(shí)，兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上輥?zhàn)龃怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，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(dāng)下輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，板材也沿縱向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由上輥施加壓制力，當(dāng)板材所受應(yīng)力超過(guò)屈服極限，則產(chǎn)生塑性變形，板材被彎曲。 4 2 卷圓過(guò)程中的力學(xué)分析 板材在被卷制過(guò)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(shí)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(yīng)有 3 個(gè)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(shè)計(jì) 4.3.1 三輥輪受力情況分析 卷制時(shí)，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?zhàn)饔糜阡摪迳系闹С至?F2： F2sinMR 式中 連心線 OO1 與 OO2夾角， =m in 2aarcsin d + d ； a 下輥中心距（ m）； dm in 卷圓最小直徑（ m）； d2 下輥直徑（ m）； 考慮到板寬 b 遠(yuǎn)小于卷圓的最小直徑 dm in，中性 層半徑 R 0.5dm in，為簡(jiǎn)化計(jì)算，上式可變?yōu)椋?F2 min2 sinMd （ KN） 根據(jù)受力平衡，上輥?zhàn)饔糜阡摪迳系牧?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(xué)的胡衛(wèi)龍老師和王仲仁老師 1992 年在鍛壓機(jī)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=22 ()M RraR （ 2） 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 9 - 式中 M 板材被彎曲到中性層半徑為 R 時(shí)所需的彎曲力矩（ N m）； r2 下輥輪半徑， r2=r3（ mm）； 根據(jù)安徽理工大學(xué)的孟凡凈 老師和周哲波老師 2006 年 5 月在煤礦機(jī)械上發(fā)表的論文 大型卷板機(jī)的力學(xué)模型 文章編號(hào)為： 1003-0794-（ 2006） 05-0769-03可知，鋼板的塑性極限彎矩為： 212 sM hb（ 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(shí)會(huì)與下輥輪發(fā)生軸向滑動(dòng)，我們?cè)阡摪迮c輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此下輥輪的實(shí)際 直徑為 166mm。 由式（ 2）和（ 3）得： F2= 2 2sRrhbaR = 3 2 62 0 0 8 5 3 ( 3 0 1 0 ) 2 3 5 1 02 0 0 2 0 0 N 4.52 KN 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(duì)鋼板的壓力為： F1=2F2cos 因?yàn)?R=a=200mm,所以 =30 , F1=2 4.52cos30 KN=4.52 1.732KN 7.83KN 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 如圖 4-2 所示， 1OOB 組成了一個(gè)直角三角形，其三邊邊長(zhǎng)分別為 2()2DRb，2a， 1()2DHR，根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得： 212 2 2( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b H R （ 4） 其中， 1D 、 2D 分別為上、下輥輪直徑， mm； b為扁鋼寬度（一般取最大值）， 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(jī)的各參數(shù)，其值 可靠，可以作為設(shè)計(jì)其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。 在本次設(shè)計(jì)中，由于 R=200mm， b=30mm， 2D =166mm,a=200mm,均為已知，而只有 1D和 H 的值 圖 4-2 主參數(shù)的結(jié)構(gòu)分析 未知，它們之間存在著一一映射的關(guān)系。設(shè)計(jì) 1D =160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)生軸向滑動(dòng)，我們也在鋼板與輥輪接觸處設(shè) 置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此上輥輪的實(shí)際直徑為 156mm，將其值代入（ 4）式得： 2 2 21 6 6 2 0 0 1 5 6( 2 0 0 3 0 ) ( ) ( 2 0 0 )2 2 2H 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 10 - 2313 = 2100 + 2( 122)H 得 H=174.6 （ mm） 所以在卷制過(guò)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(shè)計(jì) 5 1 卷圓成型直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)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(guān)系為： H= 2122( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b R （ 1） 在公式中， 1D 、 2D 、 a 均為固定值，而 R 與 b 是用戶給定的值。 如圖 5-1 所示， x為上輥中心到標(biāo)尺指針的垂直高度，為定值； y為下輥中心到標(biāo)尺“ 0” 刻度的垂直高度，為定值； L 為標(biāo)尺指針在標(biāo)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(guān)系為： H+x=L+y H=L+y-x （ 2） 將（ 2）式代入（ 1）式得： L= 2122( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b R x y （ 3） 將已知的值代入（ 3）式得： L= 22( 8 3 ) 1 0 0 ( 7 8 ) 1 2 0 2 2 3R b R （ mm） 簡(jiǎn)化后，得： L= 22( 8 3 ) 1 0 0Rb ( 25)R （ mm） 根據(jù)實(shí)際情況知，在卷圓機(jī)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(jì)算作圖范圍，繪制標(biāo)尺刻度值 L 與卷制半徑 R、卷制寬度（或厚度） b 之間的關(guān)系表。這樣就給使用廠家的實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)很大的方便。 圖 5-1 上下輥中心高與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 表 1 L= 22( 8 3 ) 1 0 0Rb ( 25)R 單位： mm 100 150 200 250 300 350 400 450 500 15 60.23 61.70 62.86 63.80 64.58 R L b 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 11 - 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 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(shè)計(jì)的上輥輪行程為 40mm，且標(biāo)尺指針在標(biāo)尺上的指示范圍為（ 60， 100） mm，因此計(jì)算出來(lái)的 L 值若不在此范圍內(nèi)，則在本臺(tái)機(jī)器上無(wú)法將其加工成所需工件。 5 2 壓下裝置的設(shè)計(jì) 鋼板在卷制過(guò)程中，曲率的控制是通過(guò)調(diào)整上輥的壓下量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，壓下量可通過(guò)標(biāo)尺任意調(diào)整，實(shí)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(dòng)并移動(dòng)”的螺旋傳動(dòng)方式，并通過(guò)滑塊使 上輥軸與螺桿保持相對(duì)靜止，從而達(dá)到上輥軸與螺桿同步升降的目的。其設(shè)計(jì)效果圖如圖 5-2 所示。 圖 5-2 壓下裝置設(shè)計(jì)效果圖 5 3 上輥輪軸的設(shè)計(jì) 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 上輥輪軸是該機(jī)器的重要零件，承受著兩下輥輪的合力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足合理的結(jié)構(gòu)，法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 12 - 足夠的強(qiáng)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(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，便于進(jìn)行各種熱處理及機(jī)械加工，價(jià)格低、供應(yīng)充足，應(yīng)用最廣。合金鋼機(jī)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(guò)進(jìn)行各種熱處理、化學(xué)處理及表面強(qiáng)化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強(qiáng)度及耐磨性。特別是合金鋼，只有進(jìn)行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機(jī)械性能。由于本臺(tái)機(jī)器要求此軸具有較高的強(qiáng)度且軸徑不能過(guò)大，因此我們選用合金鋼，其牌號(hào)為 38CrMoAlA，鍛造成形及調(diào)質(zhì)處理，毛壞直徑 60mm，硬度 293321HBS，抗拉強(qiáng)度極限 b =930MPa，屈服極限s =785MPa，彎曲疲勞極限 1 =440MPa，剪切疲勞極限 1 =280MPa 許用彎曲應(yīng)力 1 b =75MPa。 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?yàn)檩S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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(hào)為 32508。由于上輥輪的寬度為 42mm，所以應(yīng)在上輥輪中再安裝一個(gè)型號(hào)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)發(fā)生軸 向移動(dòng)，保證其準(zhǔn)確的工作位置，安裝在軸上的所有零件必須有準(zhǔn)確的定位和牢靠的固定。為了限制軸的軸向移動(dòng)，軸與滑塊采用螺紋聯(lián)接，從而保證軸與滑塊的相對(duì)靜止，軸肩對(duì)軸承軸向定位，壓板和銅套對(duì)上輥輪進(jìn)行軸向定位，再利用雙頭螺栓和螺母對(duì)壓板進(jìn)行鎖緊。 5.3.2 軸的受力分析 1繪制軸的受力簡(jiǎn)圖 如圖 5-3所示為上輥輪軸的受力簡(jiǎn)圖，將上輥輪、滑塊對(duì)其作用的力集中作用在軸上 圖 5-3 上輥輪軸的受力簡(jiǎn)圖 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 13 - 由于軸只受到上輥輪和滑塊對(duì)它的作用力，因此這兩個(gè)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 .8 3 1 8 6 .4 30 .0 4 2 （ KN/m） 作用在 DE 段范圍內(nèi)的力的集度為： q= 7.83 4350.018 （ 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(lái)表示，所以應(yīng)分四段考慮，對(duì)每一段都列出剪力方程和彎矩方程，方程中， x 以 m 為單位， ()sFx以 KN 為單位， ()Mx以 KN m 為單位。 在 AB 段內(nèi)， ()sFx=0 （ 0 x 0.02m） ()Mx=0 （ 0 x 0.02m） 在 BC 段內(nèi)， ()sFx= ( 0.02)px =186.43 ( 0.02)x （ 0.02m x 0.062m） ()Mx= ( 0 . 0 2 ) ( 0 . 1 1 4 )p x x =1 8 6 . 4 3 ( 0 . 0 2 ) ( 0 . 1 1 4 )xx （ 0.02m x 0.062m） 在 CD 段內(nèi)， ()sFx=7.83 （ 0.062m x 0.096m） ()Mx=7.83 (0.114 )x （ 0.062m x 0.096m） 在 DE 段內(nèi)， ()sFx=7.83-( 0.096)xq =7.83- ( 0 .0 9 6 ) 4 3 5x （ 0.096m x 0.114m） ()Mx=7.83-q ( 0.096)x (0.114 )x =7.83-435 ( 0.096)x (0.114 )x （ 0.096m x 0.114m） 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 14 - 圖 5-4 上輥輪軸的剪力圖與彎矩圖 5.3.3 校核軸的強(qiáng)度 由彎矩圖知， C 處為可能的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出 C處的剪力和彎矩。 Fc=7.83KN Mc=7.83 ( 0 . 1 1 4 0 . 0 6 2 ) K N m 0.41KN m 因?yàn)椴牧蠟?38CrMoAlA 的許用彎曲應(yīng)力 1 b =75MPa， C 截面當(dāng)量彎矩應(yīng)力為： c = McW=332Mcd=33 2 0 .4 13 .1 4 (0 .0 4 ) =65.29 Mpa 1 b （ W 為軸的抗彎截面模量） 所以， C 截面安全。 5 4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 為了達(dá)到將螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的升降運(yùn)動(dòng)，我們采用了“螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并作直線運(yùn)動(dòng)”的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)方式。對(duì)于這種以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的傳導(dǎo)螺旋，其失效形式主要是由于磨損而產(chǎn)生的過(guò)大間隙或變形造成運(yùn)動(dòng)精度下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以螺紋耐磨性計(jì)算和螺桿的剛度計(jì)算來(lái)確定螺旋傳動(dòng)的主要尺寸參數(shù)。由于在本次設(shè)計(jì)中，螺桿受到較大的受壓的軸向載荷，因此，需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度核算和壓桿穩(wěn)定性核算，檢驗(yàn)螺旋是否滿足自鎖條件。 1選擇材料和許用應(yīng)力 螺桿材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， 23 6 0 /s N m m ,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷（成大先主編）第 12 篇表 12-1-10 查得： 3 5s =12072 2/N mm ，手動(dòng)可取 100 2/N mm 。 螺母材料為 10 3ZCuAl Fe 。由表 12-1-10 可得： 24 0 6 0 /b N m m ，取 50 2/N mm ； = 23 0 4 0 /N m m ，取 35 2/N mm 。 此螺旋傳動(dòng)系手動(dòng)低速，由表 12-1-9 查得： 21 8 2 5 /p N m m ，取 20 2/N mm 。 2 按耐磨性計(jì)算螺紋中徑 螺紋的中徑為： 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 15 - 2 0 .8 Fd p其中， F 軸向載荷， N； p 許用 比壓， 2/N mm （其值可查表 12-1-9）； 螺母（或螺桿）的轉(zhuǎn)角， rad； 因?yàn)?值可根據(jù)螺母的形式選定，取 =1.7，所以螺紋的中徑為： 32 7 . 8 3 1 00 . 8 1 . 7 2 0d =0.8 21.46=12.14 (mm)。 由 GB5796.1 86（見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)高教版）可選 d=34， P=6， 2d =31， 4D =35，3d =27， 1D =28 的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為 Tr34 6-7H/7e。 螺母高度 H= 2d =1.7 31=52.7（ mm），取 H=55mm。 則螺紋圈數(shù) n= 556HP =9.17 圈。 3 自鎖性驗(yàn)算 由于系單頭螺紋，導(dǎo)程 S=P=6mm，故螺紋升角為： 26 3 . 5 331sa r c t g a r c t gd 由表 12-1-7 知，鋼對(duì)青銅 0 .0 8 0 .1 0f ，取 0.09，可得： 0 . 0 9 5 . 3 2c o s 1 5c o s2fa r c t g a r c t g ，故自鎖可靠。 4 螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 由表 12-1-3，螺紋摩擦力矩為： 121 3 1( ) 7 8 3 0 ( 3 . 5 3 5 . 3 2 )22tM d F t g t g 18896.76N mm ，代入表 12-1-4 之式（ 4）得： 2223334( ) 3 ( )0 . 2cca FMdd = 22234 7 8 3 0 1 8 8 9 6 . 7 6(