三辊式卷板机结构设计

哈尔滨理工大学学士学位论文 I 辊式卷板机结构设计 摘 要 本设计是关于对称式三辊卷板机的设计，主要对卷板机上、下辊及减速器进行设计和计算。 位置的分析和经验模型 本文研究的水平对称式卷板机特点如下：采用水平下调式，即 下 辊可作水平移动，可实现不用调头便可预弯端头，使进料、对中、预弯、卷圆、矫圆整个卷板过程连续完成，利于提高生产效率，降低工人劳动强度；设置板料对中装置和支承辊装置，利于提高卷板精度和卷板质量；采用全液压驱动，使设备结构简化，便于卷板过程中的速 度和压力控制，起停、换向灵活，运行平稳，操作方便；结构简单， 便于操作和维护维 修，符合现场技术工人的操作和维修水平，高效实用。 设计前部分详细阐述了卷板机上、下辊结构设计和受力分析。板机结构型式为三辊对称式 , 在该结构中上辊下压提供压力 ,两下辊做旋转运动 ,为卷制板材提供扭矩。它具有结构简单、体积小、重量轻、经济、等优点。动力源则选择了 YZ 系列 YZ160L 6 型电机，其工作特性优于 Y 系列电机，适用于有轻微震动，正反转且转速不高的场合。 总体设计后部分所涉及的减速器采用了三级展开式圆柱齿轮结构。齿轮材料为 40Cr，并经调质及表面淬火。校核齿轮、轴、键、轴承确保了设计的实际 可行性。 关键词 卷板机结构设计；电动机；减速器；齿轮 哈尔滨理工大学学士学位论文 II Design of the symmwtry rolling machine Abstract This design is about the three-roller symmwtry rolling machine,mainly calcats the up and down roller and the decelerator. The charact type of level eristic of level adjust below three rollers Rolling Machine in thisinvestigation is as follows.Using the adjust,the end can be bendedwithout turn around and the whole process of plate coiling including entering、 center adjusting、 pre-bending、 coiling、 cylinder proofread can be completedcontinuously；due to whole hydraulic pressure driving protocol,the structure wassimplified,and speed and pressure was easily controlled in the process of platecoiling；The setup of the center adjusting and the equip of supporting,the preciseand quality of plate coiling was improved；owing to the simplified structure,theoperation and maintenance is easy to carried out. During the front process of the design,the rolling machines structucre design and the analysis of strength are described. The rolling machine structure is three-roller symmetry. Pressure provides pressure under owing structure the above-average roller , the roller does revolution sport under two , sheet material provides moment of torsion to roll of system.It has a series of advantages such as simply structure,small volume,light weight,economical and so on.YZ type YZ-160L-6 motor is selected as the power source,which adapts situation such as slience quenching and light reverse velocity. The last part of the paper is ahout decelerator which is choosing triple expanding columm gear constiuction .The material of gear is 40Cr which has been hardening surface.The gears, axes, keys, bearings are checked, so to confirm this design is practical Keywords Rolling machine； Motor； Decelerator； Gear 哈尔滨理工大学学士学位论文 III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 卷板机的原理 . 2 1.2.1 卷板机的运动形式 . 2 1.2.2 弯曲成型的加工方式 . 2 1.3 卷板机的发展趋势 . 3 1.4 本章小结 . 4 第 2 章 方案的论证及确定 . 5 2.1 方案的确定 . 5 2.1.1 方案 1 双辊卷板机 . 5 2.1.2 方案 2 三辊卷板机 . 6 2.1.3 方案 3 四辊卷板机 . 6 2.2 方案的确定 . 7 2.3 本章小结 . 7 第 3 章 传动设计 . 8 3.1 传动方案的分析 . 8 3.1.1 齿轮传动 . 8 3.1.2 皮带传动 . 9 3.2 传动系统的确定 . 9 3.2.1 主传动系统的确定 . 9 3.2.2 副传动系统的确定 . 9 3.3 本章小结 . 10 第 4 章 动力设计 . 11 4.1 主电机的选择和计算 . 11 4.1.1 上下辊的参数选择计算 . 11 4.1.2 主电机的功率确定 . 11 4.2 上辊的设计计算及校核 . 20 4.2.1 上辊结构设计及受力图 . 20 4.2.2 刚度校核 . 20 4.2.3 上辊强度校核 . 21 4.2.4 疲劳强度安全强度校核 . 21 4.2.5 上辊在卸料时的校核 . 22 4.3 下辊设计计算及校核 . 23 哈尔滨理工大学学士学位论文 IV 4.3.1 下辊结构及示意图 . 23 4.3.2 下辊刚度校核 . 24 4.3.3 下辊弯曲强度校核 . 24 4.3.4 下辊疲劳强度校核 . 25 4.4 本章小结 . 27 第 5 章 减速装置的设计计算 . 28 5.1 传动方案的分析和拟定 . 28 5.2 减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配 . 28 5.2.1 总的传动比 . 28 5.2.2 传动比的分配 . 28 5.3 传动装置各轴的参数计算 . 28 5.3.1 各轴转速 . 28 5.3.2 各轴功率 . 29 5.3.3 各轴转矩 . 29 5.4 齿轮传动设计 . 29 5.4.1 第一级传动设计 . 29 5.4.2 第二级传动设计 . 33 5.4.3 第三级传动设计 . 35 5.5 涡轮 、蜗杆传动设计 . 38 5.5.1 材料选择： . 38 5.5.2 参数的设计： . 38 5.6 轴的设计校核及计算： . 40 5.6.1 四个轴的结构设计 . 40 5.6.2 轴的校核计算 . 41 5.7 轴承校核 . 45 5.7.1 参数 . 45 5.7.2 求轴承收到的径向力 . 45 5.7.3 验算轴承寿命 . 45 5.8 键的校核 . 46 5.9 减速箱体的结构设计和齿轮 、轴承的润滑 . 46 5.9.1 箱体参数 . 46 5.9.2 减速器齿轮 、轴承的润滑 . 46 5.10 本章小结 . 46 结论 . 48 参考文献 . 49 致谢 . 50 附录 . 错误 !未定义书签。 哈尔滨理工大学学士学位论文 1 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，因此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、金属结构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。凡是钢材成型为圆柱型，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，它可以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.特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用途卷板机等。 卷板机采用 机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，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，按规定的屈服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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 2 1.2 卷板机的原理 1.2.1 卷板机的运动形式 卷板机的运动形式可以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过程中的装料、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 在钢结构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哈尔滨理工大学学士学位论文 3 达到的。它们滚圆工作原理如图 1-2 所示。 a)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0.5L (3050)mm(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 1-3) a)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 加入 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，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计 “十二五 ”期末中国的卷板机总需求量为 600 万辆，相关装备的需求预计超过 1000 亿元。到 2013 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取得更大的优势： 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，跨国公司都开始将哈尔滨理工大学学士学位论文 4 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，民营企业已开始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，将引起装备市场的结构变化：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，引进数控设备在增强企业的应变能力、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。因此，至 2010年，卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长 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%；对精密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，卷板机会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。可以说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。 1.4 本章小结 本章主要阐述了关于卷板机发展的国际形式，也充分分析了未来十年内国内的卷板机市场前景以及卷板机对于国内市场的经济推动作用。 对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。哈尔滨理工大学学士学位论文 5 第 2章 方案的论证及确定 2.1 方案的确定 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，按规定的屈服极限卷制最 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，拟订了以下几种方案，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： 1.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，可以作垂直调整。当下辊旋转时，上辊及送进板料在压力作用下，压 入 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 入 下辊的深度，既弹性层的变形量，是决定所形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；但当压人量达到某一数值时，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，因此生产率高； 2.可以弯曲多种材料，机器结构简单。缺点： 1.对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上棍，因而不适用多品种，小批量生产。 2.可弯曲的板料厚1 3 2 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 度系列受到一定限制，目前一般只能用于 10mm 以下的板料。 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，圆锥形或弧形工件。 不对称三辊卷板机特点 : 剩余边小，结构简单，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，就是指平板开始弯曲时最小力臂。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 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 6 20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 323000 以下 )。 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 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 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，达到所需要。 它的特点是：板料对中方便，工艺通用性广，可以校正扭斜， 错边缺陷，可以既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大，结构复杂。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，操作技术不易掌握，容易造成超负荷等误操作。 2.2 方案的确定 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，最后形成 本论文的 设计方案， 122000 对称上调三辊卷板机。 双辊卷板机不需要预弯、结构简单，但弯曲板厚受限制，只适合小批量生产。四辊卷板机结构复杂造价又高。虽然三辊卷板机不能预弯，但是可以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，双辊卷板机虽然不需要预弯，但只适合小批量生产，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掌握。对称三辊卷板结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。经过相比较下最终决定采用三辊卷板机。 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 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。两个下辊可以正反两个方向转动，在上辊的压力下下辊经过反复的滚动，使板料达到所需要的曲率，形成预计的形状。 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 入 一个有分配传动比的减速器，然后 通 过连轴器传 入 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，结构紧凑，功率和速度适用范围 广等。 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 3.1.2 皮带传动 由电动机的转距通过皮带传 入 减速器直接传 入 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 小 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 传动系统的确定 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，而且要求结构紧凑，传动准确，所以选用齿轮传动。 3.2.1 主传动系统的确定 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。 3.2.2 副传动系统的确定 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、下辊轴线相互平行，有牙嵌离和器以备调整，副传动系统如图 3-4 所示。 上辊传动压下系统 下辊住传动系统 哈尔滨理工大学学士学位论文 10 需要卷制锥筒时，把离和器上的定位螺钉松开，然后使蜗轮空转达到只升降左机架中升降丝杆的目的。 3.3 本章小结 收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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 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 屈服强度： s=235MPa 抗 拉 强 度 ：b=420MPa 辊材： 50 Mn 屈服强度： s=930MPa 抗拉强度：b=1080MPa 硬度： HBS 229 HB 板厚： 6 12s mm 板宽： b=2000mm 滚筒与板料间的滑动摩擦系数： 18.0m 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： 05.0m 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=2.06106MPa 卷板速度： 6V m/min 2. 确定卷板机基本参数 下辊中心矩： st 4012 =390mm 上辊直径： 111 .3 1 .1aDt =300mm 下辊直 径： ac DD 9.08.0=240mm 上辊轴直径： aa Dd 6.05.0=180mm 下辊轴直径： cc Dd 6.05.0=130mm 最小卷圆直径： an DD 5.225.1=600mm 筒体回弹前内径：121 2 / 2nsDDDK S K DES （ ）=506.607mm 4.1.2 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相同，所以要确定主电机功率，板材成形需按四次成形计算： 哈尔滨理工大学学士学位论文 12 1.成形 40%时 (1)板料变形为 40%的基本参数 518.12664.0 607.5064.0 nDDmm 0 . 40 . 4 1 2 6 6 . 5 1 8 1 2 6 3 9 . 2 5 922nDSR mm 0 . 40 . 439022s i n 0 . 2 3 56 3 9 . 2 5 9 6 1 2 0 22 cts DR 0 .4 0 .2 4 2tg (2)板料由平板开始弯曲时的初始弯矩 M1 4711 1 . 5 4 . 8 1 0 2 3 5 1 . 6 9 2 1 0sM K W kgfmm W 为板材的抗弯截面模量。 22 42 0 0 0 1 2 4 . 8 1 066BSW (3)板料变形 40%时的最大弯矩 M0.4 00 . 4 10 . 4()2KSM K WR s 41 1 . 6 1 2( 1 . 5 ) 4 . 8 1 0 2 3 52 6 3 9 . 2 5 9 71.815 10 kgfmm (4)板 料 从0 . 4 1 nR R M 卷 制 到 时 的 变 形 弯 矩1 1 0 . 4 0 . 4 011( ) ( ) 4 cnDM M M RR 761 1 2 4 0(1 . 6 9 2 1 . 8 1 5 ) 1 0 3 . 2 9 2 1 06 3 9 . 2 5 9 4 kgfmm 上辊受力： 750 . 40 . 40 . 4 0 . 42 2 1 . 8 1 5 1 0 2 . 3 2 5 1 06 3 9 . 2 5 9 6 0 . 2 4 22aMPSR t g kgf 下辊受力： 750 . 40 . 40 . 4 0 . 41 . 8 1 5 1 0 1 . 1 9 7 1 06 3 9 . 2 5 9 6 0 . 2 3 52cMPSR S i n kgf (5)消耗于摩擦的摩擦阻力矩2nM 2 0 . 4 0 . 42 2 acn a c a c cadDM f P P m P m P dD 哈尔滨理工大学学士学位论文 13 5 5 51 8 0 2 4 00 . 8 2 . 3 2 5 1 . 1 9 2 2 1 0 0 . 0 6 2 . 3 2 5 1 0 0 . 0 6 1 . 1 9 7 1 0 1 3 02 3 0 0 = 62.315 10 kgfmm (6)板料送进时的摩擦阻力矩 TM 2 2caT a c aaDdM f P P m P D 55 1 8 0 2 4 00 . 8 3 . 2 9 2 2 . 3 2 5 2 1 0 0 . 0 6 3 . 2 9 2 1 0 2 3 0 0 61.381 10 kgfmm (7)拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩3nM 1 5531303 2 . 9 2 1 3 . 8 1 1 0 0 . 0 6 1 . 5 1 9 1 0240n T cn cM M m dMD kgfmm (8)卷板机送进板料时的总力矩pM560 . 1 8 1 . 1 9 7 1 0 2 4 0 5 . 1 7 1 1 0p c cM m P D kgfmm (9)卷板机空载时的扭矩4nM: 1G ：板料重量 G1: 2261 7 . 8 1 02 2 2 2nnDDSSGb 2266 0 0 1 2 6 0 0 1 2 2 0 0 0 7 . 8 1 0 5 8 8 . 1 0 62 2 2 2 kg 2G ：联轴器的重量8 : 选 ZL10，2G =180.9kg3G：下辊重量 : 263 2402 2 7 . 8 1 0 2 5 0 0 1 7 6 4 . 3 1 82G kg 4 1 2 3 2 cn dM m G G G 31300 . 0 6 5 8 8 . 1 0 6 1 8 0 . 9 1 7 6 4 . 3 1 8 9 . 8 8 1 02 kgfmm (10)卷板时板料不打滑的条件： 14n T n pM M M M 哈尔滨理工大学学士学位论文 14 6 6 314 3 . 2 9 2 1 0 1 . 3 8 1 1 0 9 . 8 8 1 0n T nM M M 64.682 10 kgfmm 65 .1 7 1 1 0pM kgfmm 因为14n T n pM M M M ，所以满足。 (11)驱动功率： 61 2 3 4 5 . 7 6 9 1 0n n n n nM M M M M kgfmm 22qn cdVN M P f D （ ） 65 2 0 . 1 5 . 7 6 9 1 0 3 . 5 2 2 1 0 0 . 8 0 . 0 6 7 5 7 . 9 5 42 4 0 0 . 8 （ ）kw 2.成形 70%时 (1)板料成型 70%的基本参数 0 . 7 5 0 6 . 6 0 7 7 2 3 . 7 2 40 . 7 0 . 7nDD mm 0 . 70 . 7 3 6 7 . 8 6 22nDSR mm 0 . 70 . 7390220 . 3 9 53 6 7 . 8 6 2 6 1 2 0 22 ctS i n DSR 0 .7 0 .4 2 9Tg (2)板料变形 70%时的最大弯矩 M0.7 40 0 . 70 . 71 1 . 6 1 21 . 5 4 . 8 1 0 2 3 5( 2 ) 2 3 6 7 . 8 6 2sKSM K WR 71.905 10 kgfmm 750 . 70 . 70 . 7 0 . 72 2 1 . 9 0 5 1 0 2 . 3 7 6 1 012( 3 6 7 . 8 6 2 ) 0 . 4 2 922aMPSR T g kgf 70 . 70 . 70 . 7 0 . 71 . 9 0 5 1 0 1 . 2 8 9 1 012( 3 6 7 . 8 6 2 ) 0 . 3 9 522cMPSR S i n kgf (3)板料从0 . 4 0 . 7 1 nR R M变 化 到 时 的 板 料 变 形 弯 矩 4114.07.07.04.01 cnnDRRMMM 761 1 2 4 01 . 8 5 1 1 . 9 0 5 1 0 2 . 6 0 1 1 03 6 7 . 8 6 2 6 3 9 . 2 5 9 4 kgfmm 哈尔滨理工大学学士学位论文 15 (4)消耗于摩擦的扭矩2nM 2 2 2 acn a c a c cadDM f P P M P M P dD 5 5 51 8 0 2 4 00 . 8 2 . 3 7 6 2 1 . 2 8 9 1 0 0 . 0 6 2 . 3 7 6 1 0 0 . 0 6 1 . 2 8 9 1 3 0 1 02 3 0 0 62.428 10 kgfmm (5)板料送进时的摩擦阻力矩 TM 2 2 ccT a c aadDM f P P M P D 5 5 61 8 0 2 4 00 . 8 ( 2 . 7 3 6 2 1 . 2 8 9 ) 1 0 0 . 0 6 2 . 7 3 6 1 0 1 . 4 2 3 1 02 3 0 0 kgfmm (6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失3nM 6631 1302 . 6 0 1 1 0 1 . 4 2 3 1 0 0 . 0 6 240cn n TcdM M M m D 51.308 10 kgfmm (7)机器送进板料时的总力矩pM560 . 1 8 1 . 2 8 9 1 0 2 4 0 5 . 5 6 8 1 0p c cM M P D kgfmm (8)卷板机空载时的扭矩 34 9 .8 8 1 0nM kgfmm (9)板料不打滑的条件 6 3 614 2 . 6 0 1 1 0 9 . 8 8 1 0 1 . 4 2 3 1 0n n TM M M 64.033 10 kgfmm 因14n n T PM M M M ，所以满足。 (10)驱动功率 1 2 3 4n n n n nM M M M M 66( 2 . 6 0 1 2 . 4 2 8 0 . 1 3 0 8 0 . 0 0 9 8 8 ) 1 0 5 . 1 6 9 1 0 kgfmm 22qn cdVN M P f D （ ） 65 2 0 . 1 5 . 1 6 9 1 0 3 . 6 6 5 1 0 0 . 8 0 . 0 6 7 5 7 . 4 0 82 4 0 0 . 8 （ ）kw 3.成形 90%时 (1) 板料成型 90%的基本参数 0 . 9 5 0 6 . 6 0 7 5 6 2 . 8 9 90 . 9 0 . 9nDD mm 0 . 9 5 6 2 . 8 9 9 1 2 2 8 7 . 4 52R mm 哈尔滨理工大学学士学位论文 16 0 . 90 . 92 0 . 4 7 2 22 ctS i n DSR 0 .9 0 .5 3 5Tg (2)板料变形为 90%时的最大弯矩 M0.9 400 . 9 10 . 91 1 . 6 1 21 . 5 4 . 8 1 0 2 3 52 2 2 8 7 . 4 5sKSM K WR 71.965 10 kgfmm 750 . 90 . 90 . 9 0 . 92 2 1 . 9 6 5 1 0 2 . 5 0 3 1 012( 2 8 7 . 4 5 ) 0 . 5 3 522aMPSR T g kgf 750 . 90 . 90 . 9 0 . 91 . 9 6 5 1 0 1 . 4 1 9 1 012( 2 8 7 . 4 5 ) 0 . 4 7 222cMPSR S i n kgf (3)板料从0 . 7 0 . 9 1 nR R M变 化 到 时 的 板 料 变 形 弯 矩 1 0 . 7 0 . 90 . 9 0 . 7114 cnDM M MRR 7 1 1 2 4 0(1 . 9 0 5 1 . 9 6 5 ) 1 0 2 8 7 . 4 5 3 6 7 . 8 6 2 4 61.766 10 kgfmm (4)消耗于摩擦的扭矩2nM 2 2 2 acn a c a c cadDM f P P m P m P dD 5 5 51 8 0 2 4 00 . 8 2 . 5 0 3 1 . 4 1 9 2 1 0 0 . 0 6 2 . 5 0 3 1 0 0 . 0 6 1 . 4 1 9 1 0 1 3 02 3 0 0 62.615 10 kgfmm (5)板料送进时的摩擦阻力矩 TM 2 2caT a c aaDdM f P P m P D 45 1 8 0 2 4 00 . 8 2 . 5 0 3 1 . 4 1 9 2 1 0 0 . 0 6 2 . 5 0 3 1 0 2 3 0 0 61.509 10 kgfmm (6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失 3nM 哈尔滨理工大学学士学位论文 17 1 631301 . 7 6 6 1 . 5 0 9 1 0 0 . 0 6240n T cn cM M M dMD 51.064 10 kgfmm (7)机器送进板料时的总力矩pM50 . 1 8 1 . 1 4 9 1 0 2 4 0p c cM M P D 64.964 10 kgfmm (8)卷板机空载时的扭矩4nM34 9 .8 8 1 0nM kgfmm (9)卷制时板料不打滑的条件：14n T n pM M M M 6 6 3 614 1 . 7 6 6 1 0 1 . 5 0 9 1 0 9 . 8 8 1 0 3 . 2 8 5 1 0n T nM M M kgfmm 64 .9 6 4 1 0pM kgfmm 因14n n T PM M M M ，所以满足。 (10)驱动功率 1 2 3 4n n n n nM M M M M 5( 1 7 . 6 6 2 6 . 1 5 1 . 0 6 4 0 . 0 9 8 8 ) 1 0 64.497 10kgfmm 22qn cdVN M P f D （ ） 65 2 0 . 1 4 . 4 9 7 1 0 4 . 4 6 8 1 0 0 . 8 0 . 0 6 7 5 7 . 1 5 12 4 0 0 . 8 （ ）kw 4.成形 100%时 (1)板料成型 100%的基本参数 1 .0 5 0 6 .6 0 7D mm 1 .0 2 5 9 .3 0 4R mm 1 . 01 . 02 0 . 5 0 6 22 ctS i n DSR 1 .0 0 .5 8 7Tg (2)板料变形为 100%时的最大弯矩 M1。 0 sWRSKKM 2 0.100.1 41 1 . 6 1 2(1 . 5 ) 4 . 8 1 0 2 3 52 2 5 9 . 3 0 4 71.995 10kgfmm (3)板料从0 . 9 1 . 0 1 nR R M变 化 到 时 的 板 料 变 形 弯 矩 4119.00.10.19.01 cnnDRRMMM 7 1 1 2 4 0(1 . 9 6 5 1 . 9 9 5 ) 1 0 2 5 9 . 3 0 4 2 8 7 . 4 5 4 58.972 10kgfmm 哈尔滨理工大学学士学位论文 18 751 . 01 . 01 . 0 1 . 02 2 1 . 9 9 5 1 0 2 . 9 7 2 1 012( 2 5 9 . 3 0 4 ) 0 . 5 0 622aMPSR T g kgf 741 . 01 . 01 . 0 1 . 01 . 9 9 5 1 0 1 . 2 8 1 1 012( 2 5 9 . 3 0 4 ) 0 . 5 8 722cMPSR S i n kgf (4)消耗于摩擦的扭矩2nM 2 2 2 acn a c a cadDM f P P m P m P dD 5 5 51 8 0 2 4 00 . 8 2 . 9 7 2 1 . 2 8 1 2 1 0 0 . 0 6 2 . 9 7 2 1 0 0 . 0 6 1 . 2 8 1 1 0 1 3 02 3 0 0 62.725 10 kgfmm (5)板料送进时的摩擦阻力矩 TM 2 2caT a c aaDdM f P P m P D 55 1 8 0 2 4 00 . 8 2 . 9 7 2 1 . 2 8 1 2 1 0 0 . 0 6 2 . 9 7 2 1 0 2 3 0 0 61.727 10 kgfmm (6)拉力在轴承中所引起的摩擦损失3nM 1 5431308 . 9 7 2 1 7 . 2 7 1 0 0 . 0 6 8 . 5 2 9 1 0240n T cn cM M m dMD kgfmm (7)机器送进板料时的总力矩pM560 . 1 8 1 . 2 8 1 1 0 2 4 0 5 . 5 3 4 1 0p c cM M P D kgfmm (8)空载时的扭矩 34 9 .8 8 1 0nM kgfmm (9)板料不打滑的条件 14n T n pM M M M 5 3 6 614 8 . 9 7 2 1 0 9 . 8 8 1 0 1 . 7 2 7 1 0 2 . 6 3 4 1 0n n TM M M kgfmm 65 .5 3 4 1 0pM kgfmm 因为14n n T PM M M M ，所以满足。 (10)驱动功率 1 2 3 4n n n n nM M M M M 56( 8 . 9 7 2 2 7 . 2 5 8 . 5 2 9 0 . 0 9 8 8 ) 1 0 4 . 4 8 5 1 0 kgfmm 22qn cdVN M P f D （ ）哈尔滨理工大学学士学位论文 19 65 2 0 . 1 4 . 4 8 5 1 0 4 . 2 5 3 1 0 0 . 8 0 . 0 6 7 5 7 . 0 1 92 4 0 0 . 8 （ ）kw 综合上述的计算结果总汇 于 表 4-1 表 4-1 5主电机的选择 ： 由表 4-1 可知，成形量为 40%时所需的驱动功率最大，考虑工作机的安全系数，电动机的功率选 11kw。 因 YZ 系列电机具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、正反转且转速不高、有时过负荷及有显著的振动与冲出的设备。其工作特性明显优于 Y 系列电机，故选YZ160L6 型电机，其参数如下： 成形量 计算结果 40% 70% 90% 100% 简体直径（ mm） 1266.518 723.724 562.899 506.607 简体曲率半径R(mm) 639.259 367.862 287.45 259.304 初始变形弯矩M1(kgfmm) 1.692 107 村 料受到的最大变形弯矩M(kgfmm) 1.815 107 1.905 107 1.965 107 1.995 107 上辊受力 Pa(kgf) 2.325 105 2.376 105 2.503 105 2.972 105 下辊受力 Pc(kgf) 1.197 105 1.289 105 1.419 105 1.281 105 村料变形弯矩Mn1(kgfmm) 3.292 106 1.869 106 1.766 106 8.972 105 摩擦阻力扭矩 Mn2 2.321 106 2.428 106 2.615 106 2.725 106 材料送进时摩擦阻力扭矩 MT 1.381 106 1.423 106 1.509 106 1.727 106 空载力矩 Mn4 9.88 103 拉力引起摩擦扭矩 Mn3 1.519 105 1.308 105 1.064 105 8.529 104 Mn1+MT+ Mn4 4.682 106 4.033 106 3.285 106 2.634 106 总力矩 Mp 5.171 106 5.568 106 4.964 106 5.534 106 驱动力 矩 Mn 5.769 106 5.119 106 4.497 106 4.485 106 驱动功率 Nqc(kw) 7.954 7.408 7.151 7.019 哈尔滨理工大学学士学位论文 20 11N kw； 953r r/min； %40aF ； 160G kw。 升降电动机选择 YD 系列变极多速三相异步电动机，能够简化变速系统和节能。故选择 YD90S6/4，其参数如下： N=0.65kw； r=1000r/min； G=15kg。 4.2 上辊的设计计算及校核 4.2.1 上辊结构设计及受力图 由上部分计算可知辊筒在成形 100%时受力最大： 52 .9 7 2 1 0cP kgf 51 .2 8 1 1 0aP kgf 故按maxaP计算，其受力图 4-1： 图 4-1 辊筒受力图 4.2.2 刚度校核 挠度： 323 483 8 4 LbLbEIPLf 确定公式各参数： 4 4 8300 3 . 9 7 6 1 06464a DI mm4 （ Ia 为轴截面的惯性矩） 哈尔滨理工大学学士学位论文 21 52 .9 7 2 1 0aP kgf 62.06 10E kgf/m 2000b mm 2470L mm 得： 233 84384aP L b bfE I L L 53 23682 . 9 7 2 1 0 2 4 7 0 2 0 0 0 2 0 0 0 8 4 ( ) ( ) 0 . 0 8 13 8 4 2 . 0 6 1 0 3 . 9 7 6 1 0 2 4 7 0 2 4 7 0 31000a Lf 因为 aa ff ，所以上辊刚度满足要求。 4.2.3 上辊强度校核 危险截面为 、 、 ，因 、 相同，且 ，所以只需校核 、 处： ： 72 3 5 3 . 4 9 2 1 02aI PM kgfmm 7m a x 33 . 4 9 2 1 0 1 3 . 1 7 232IM DW kgf/mm2 W 为抗弯截面系数。 33 6300 2 . 6 5 1 1 03 2 3 2DW mm3 0 49 kgf/mm2 m a x3 . 7 2 1sIn ： 2 62 3 5 1 . 0 7 8 1 02 2 2 2aaPPLLML kgfmm m a x 0 . 4 1 4MW kgf/mm2 m a x49 1 1 8 . 3 5 7 10 . 4 1 4sn 故安全，强度合乎条件。 4.2.4 疲劳强度安全强度校核 50Cr ： 1080b Mpa=108kgf/mm2 93s kgf/mm2 1 0 . 2 ( ) 1 0 0 5 0 . 2ab kgf/mm2 在截面 、 处 M M ，所以只需校核 、 处： 哈尔滨理工大学学士学位论文 22 处： r=0 300 1300Dd 0dr由 1得 22SSSSSS因上辊转矩 T=0，故： 1mS K 应力集中系数 1.66K S 1.21.5 表面质量系数 1.8 尺寸影响系数 0.60 弯曲平均应力 0m 66m a x 5 . 5 4 2 1 02 0 . 9 0 52 . 6 5 1 1 0M W MPa 1 502 1 5 . 5 91 . 6 6 2 0 . 9 5 01 . 8 0 . 6 0mSSK 处： 1.66K1.8 0.6 72 3 5 3 . 0 9 4 1 02aPM kgf mm 76m a x 3 . 4 9 2 1 0 1 3 1 . 7 22 . 6 5 1 1 0M W MPa 1 502 2 . 4 7 91 . 6 6 1 3 1 . 7 21 . 8 0 . 6 0mSSK 故：疲劳强度满足条件。 4.2.5 上辊在卸料时的校核 根据上辊的受力情况，只需考虑弯曲强度即可，卸料时其受力如下图4-2 所示 ： 板重 ： 22 61 7 . 8 1 0 5 8 8 . 1 0 62 2 2 2nnDDSSGb kg 上辊重： 922 3007 . 8 1 0 ( ) 2 0 4 02Gv 1124.53 kg 总重： 12 1 7 1 2 . 6 3 6GGkg 哈尔滨理工大学学士学位论文 23 图 4-2 上辊卸料受力图 由受力图 4-2 可知： 5m a xm a x34 . 0 2 7 1 0 0 . 7 0 3180 32MW MPa m a x18 2 5 . 6 0 40 . 7 0 3sn 故：卸料时弯曲强度满足。 4.3 下辊设计计算及校核 4.3.1 下辊结构及示意图 下辊受力如图 4-3 所示： 图 4-3 下辊受力图 受力： 5412 1 . 2 8 1 1 0 6 . 4 0 5 1 022cRR PFF kgf 主电机11P kw 齿轮啮合效率： 97.01 联轴器效率： 98.02 轴承效率：98.03 哈尔滨理工大学学士学位论文 24 总 传 动 效 率 ： 85.0223331 6V m/min 6000 7 . 9 5 8240n r/min 转矩： 41 1 0 . 8 59 5 5 0 9 5 5 0 1 . 1 2 2 1 07 . 9 5 8PT n Nm 61.122 10kgfmm 471 2 1 5 6 . 4 0 5 1 0 2 1 5 1 . 3 7 7 1 0IRMF kgfmm 271 2 4 7 0 2 4 7 0 2 1 5 5 . 2 1 2 1 02 2 4 7 0 2RR FMF kgfmm 4.3.2 下辊刚度校核 挠度： 233 84384cP L b bfE I L L I 为轴截面的惯性矩： 4 4 8240 1 . 6 2 9 1 06464DI mm4 51 .2 8 1 1 0cP kgf 2000b mm 42.06 10E kgf/m 2470L mm 2338 4 0 . 8 8 5384c P L b bf E I L L mm 0 . 0 0 0 5 1 . 2 3 5cfLmm ccff 故：安全。 4.3.3 下辊弯曲强度校核 由受力图知弯曲强度危险截面在 、 处： 处： M75.219 10kgfmm 62 1 .1 2 2 1 0T kgfmm 2 2 7( ) 5 . 2 2 0 1 0caM M a T kgfmm（ 1 ） 7m a xm a x 3 35 . 2 2 0 1 0 3 2 3 8 . 4 624032acMd kgfmm0 49 kgfmm 哈尔滨理工大学学士学位论文 25 安全系数： m a x49 1 . 2 7 4 13 8 . 4 6sn 处： 71 . 3 7 7 1 0M 71 .1 2 2 1 0T 2 2 71 . 7 7 6 1 0caM M T kgfmm 7m a x 31 . 7 7 6 1 0 3 21 3 . 0 8240caMW kgfmm 安全系数 49 3 . 7 4 6 11 3 . 0 8n 故安全，故弯曲强度满足 。 4.3.4 下辊疲劳强度校核 初选 、 、 、 、 截面： 、 同类； 、 同类； 、 处： 0T ； 、 处： 0t 显然 SS ， SS 故仅校核 、 、 即可。 疲劳强度校核公式 1 22SSSSSS 1 50.2 kgfmm 截面： 0dr1dD75 . 2 1 9 1 0M kgfmm 61 .1 2 2 1 0T Nm 应力集中系数 1.66K S 1.21.5 表面质量系数 1.8 尺寸影响系数 0.88 弯曲平均应力 0m m a x 3 8 . 4 6M W MPa 1 5 0 . 2 1 . 2 4 51 . 6 6 3 8 . 4 6 01 . 8 0 . 8 8mS K 应力集中系数 1 1.73K 表面质量系数 0.58 尺寸影响系数0.55 弯曲平均应力和应力副 0 . 4 1 32m TTW 1000 . 4 8 1 1 5 0 . 2 2 5 . 11 . 7 3 0 . 4 1 3 0 . 4 1 3 0 . 4 8 10 . 5 8 0 . 8 8mS K 哈尔滨理工大学学士学位论文 26 2 2 2 21 . 2 4 5 2 5 . 1 1 . 2 4 51 . 2 4 5 2 5 . 1SSSSSS 所以：截面 处满足疲 劳强度要求。 截面： 0dr1dD71 .7 7 6 1 0M kgfmm 61 .1 2 2 1 0T kgfmm 应力集中系数 1.66K S 1.21.5 表面质量系数 1.8 尺 寸 影 响 系 数 0.88 弯 曲 平 均 应 力 0m m a x 1 3 . 0 8M W MPa 1 5 0 . 2 3 . 6 6 21 . 6 6 1 3 . 0 8 01 . 8 0 . 8 8mS K 应力集中系数 1 1.73K 表面质量系数 0.58 尺寸影响系数0.55 弯曲平均应力和应力副 0 . 4 1 32m TTW 1000 . 4 8 1 1 5 0 . 2 2 5 . 11 . 7 3 0 . 4 1 3 0 . 4 1 3 0 . 4 8 10 . 5 8 0 . 8 8mS K 2 2 2 23 . 6 6 2 2 5 . 1 3 . 6 2 43 . 6 6 2 2 5 . 1SSSSSS 故满足疲劳强度要求。 截面： 64 .3 2 3 1 0M kgfmm 61 .1 2 2 1 0T Nm 3 3 51 3 0 2 . 1 5 7 1 03 2 3 2cWd mm 3 0 .0 2 3 1130rd ， 240 1 .8 4 6130Dd 应力集中系数 1 2.12K S 1.21.5 表面质量系数 0.58 尺寸影响系数 0.88 弯曲平均应力 0m 65m a x 4 . 3 2 3 1 0 2 0 0 . 4 1 72 . 1 5 7 1 0M W MPa 哈尔滨理工大学学士学位论文 27 1 502 1 . 8 7 12 . 1 2 2 0 0 . 4 1 7 01 . 8 0 . 8 8mS K 应力集中系数 1 1.73K 表面质量系数 0.58 尺寸影响系数0.55 弯曲平均应力和应力副 2 . 6 0 12m TTW 1000 . 4 8 1 1 5 0 . 2 5 . 5 6 91 . 7 3 2 . 6 0 1 0 . 4 1 3 0 . 4 8 10 . 5 8 0 . 8 8mS K 2 2 2 21 . 8 7 1 5 . 5 6 9 1 . 6 8 81 . 8 7 1 5 . 5 6 9SSSSS S 故 :安全下辊满足疲劳强度要求。 412 6 . 4 0 5 1 0RRFF kgf 61 .1 2 2 1 0T kgfmm 71 .3 7 7 1 0IM kgfmm 75 .2 1 9 1 0M kgfmm 刚度条件满足。 1.274n 满足弯曲强度要求。 1 50.2 kgfmm 4.4 本章小结 由于卷板机不是一次成型的，而且每次成型所需的功率都不一样，所以我把它分为四次成型，结果 40%时所需功率最大，最后确定电动机的功率为 11kw。对三辊卷板机选择的参数进行校核，结果上下辊的强度都合格。