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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 做 旋 轉(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 - 11 設(shè)計(jì)任務(wù) .............................................................................................................................................- 1 - 12 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 1 - 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 1 - 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................................................................- 2 - 13 本課程來(lái)源 .........................................................................................................................................- 2 - 第二章 法蘭成型機(jī)工作方案的選擇 .............................................................................................................- 3 - 21 法蘭成型方案的確定 .........................................................................................................................- 3 - 22 法蘭卷制成型方式的選擇 ..................................................................................................................- 3 - 第三章 傳動(dòng)方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .............................................................................................................- 5 - 31 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................- 5 - 32 法蘭成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .............................................................................................................- 5 - 第四章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定 .................................................................................................................- 6 - 41 卷圓的工藝過(guò)程分析 .........................................................................................................................- 6 - 42 卷圓過(guò)程中的力學(xué)分析 .....................................................................................................................- 6 - 43 工作輥輪的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................- 6 - 4.3.1 三輥輪受力情況分析 ......................................................................................................................- 6 - 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 .........................................................................................................- 7 - 第五章 壓下裝置的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................- 8 - 51 卷圓成型直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 .....................................................................................................- 8 - 52 壓下裝置的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................- 9 - 53 上輥輪軸的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................- 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(qiáng)度 ...............................................................................................................................- 12 - 54 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................- 12 - 第六章 其它各主要零部件的設(shè)計(jì)及選用 ...................................................................................................- 14 - 61 箱體的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................................- 14 - 62 “五大輪”的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................- 15 - 63 各主要部件的選用 ...........................................................................................................................- 15 - 第七章 法蘭成型機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) ...........................................................................................................- 16 - 第八章 設(shè)備的使用及其保養(yǎng) .......................................................................................................................- 17 - 81 設(shè)備使用注意事項(xiàng) ...........................................................................................................................- 17 - 82 設(shè)備的潤(rùn)滑和保養(yǎng) ...........................................................................................................................- 17 - 總結(jié) .................................................................................................................................................................- 17 - 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................................................- 18 - 致謝 .................................................................................................................................................................- 19 - 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) 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 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 籍 ， 我 們 設(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 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 為 偏 重 基 礎(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 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 2 - 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 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 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) 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 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(jiàn) ， 容 易 造 成 產(chǎn) 品 的 反 復(fù) 修 改 ， 延 長(zhǎng) 了 開 發(fā) 的 周 期 。 為 解 決 這 些 問(wèn) 題 ， 必 須 對(duì) 產(chǎn) 品 開 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 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(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 在 工 廠 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 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 3 - 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 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 為 扁 鋼 在 卷 制 過(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= mm，即43072 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 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 4 - 主 動(dòng) 輥 ， 上 輥 作 垂 直 升 降 運(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 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 傳 動(dòng) 而 獲 得 ， 兩 下 輥 作 旋 轉(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 作 垂 直 升 降 運(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 作 傾 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 作 旋 轉(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 設(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 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 5 - 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 為 兩 個(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) 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 作 旋 轉(zhuǎn) 的 主 運(yùn) 動(dòng) ， 而 上 輥 作 垂 直 升 降 運(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 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 6 - 1. 減 速 箱 2.倒 順 開 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 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 做 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 上 輥 做 垂 直 升 降 運(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 作 用 于 鋼 板 上 的 支 持 力 F2： F2 sin MR 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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(yuǎn)小于卷圓的最小直徑 dmin， 中 性 層 半 徑 R 0.5dmin， 為 簡(jiǎn) 化 計(jì) 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(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= 2()MRra （2） 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，r 2=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： 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(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= = N 4.52 KN2sRrhba326085(01)5102 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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(duì)鋼板的壓力為： F1=2F2cos 因?yàn)?R=a=200mm,所以 = , 30 F1=2 4.52 KN=4.52 1.732KN 7.83KNs 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 如圖 4-2 所示， 組成了一個(gè)直角三角形，1OB 其三邊邊長(zhǎng)分別為 ， ， ，2()DRba1()2HR 根據(jù)它們之間的三角關(guān)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(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， =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(guān)系。設(shè)計(jì) =160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)1 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： 222160156(203)()(0)H = + 2 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= 212()()DaRbR 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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(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= 212()()DaRbRxy （3） 將已知的值代入（3）式得： L= 2(83)10(78)1203RbR （mm） 簡(jiǎn)化后，得： L= 2(83)10b(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= 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(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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(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)， 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 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 11 - 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 =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(yīng)s1 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?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 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= 7.8316.402 （KN/m） 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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(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， 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 <0.062m）s0.2)p(0.2)xx =()Mx(14) = （0.02m <0.062m）186.3.xxx 在 CD 段內(nèi)， =7.83 ()sFx （0.062m <0.096m） =7.83