卷板機機械設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、畢業(yè)論文摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會生產(chǎn)的進步，工業(yè)上對機械產(chǎn)品部件的要求的提高，和機械產(chǎn)品成本的降低，手工操作已無法滿足工業(yè)上的需求。在這種情況下，卷板機作為替代人工操作的機械而產(chǎn)生。根據(jù)卷板機應(yīng)用領(lǐng)域的不同，它的加工精度、生產(chǎn)效率、彎曲工藝、交互界面也有所不同。由于技術(shù)的限制，國產(chǎn)的卷板機在技術(shù)水平和世界發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的差距。在卷板機在工業(yè)中角色愈發(fā)重要的情況下，對其的技術(shù)的提高，有著相當(dāng)高的要求。根據(jù)三點成圓的原理，利用工作輥相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運動使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。兩下輥為主動輥，上輥為壓下輥，上、下工作輥由同一臺電動機驅(qū)動：下輥由電動機通過減速器

2、驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，送進板料；上輥由電機-減速器-蝸輪蝸桿-絲杠螺母傳動機構(gòu)，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，帶動上輥實現(xiàn)上下升降運動。在本文中，針對卷板原理和工藝進行分析，通過對其工藝參數(shù)的確定，對其電機和減速器進行選擇設(shè)計，完成一個卷板機的設(shè)計。關(guān)鍵詞：卷板機；彎曲力矩；電機；減速器42abstractalong with the science and technologys development and social products progress, with the industry engineering products parts requests enhancement, and

3、 cost reduction, the manual operation has been unable to satisfy industry demand. in this case, the lapping machine has arisen as the substitution manual controls machinery. according to the lapping machine application domains difference, its working accuracy, the production efficiency, the curving

4、craft, the interactive contact surface also different. but its cardinal principle is the same. because of the technical limit, the internal produced lapping machine compares in the technical level has certain disparity with the world developed country. because of the lapping machine is more importan

5、t in the industry, it has the quite high request at the technologys enhancement.based on three points makes a circle, the work piece using the working rolls relative position change and the rotary motion to make the plate continual plastic deformation, obtains the predetermined shape.two lower roll

6、as action rollers, the upper roll as press lower roll. the top and bottom working roll actuated by the same motor: the lower roll revolving actuated by the electric motor through the reduction gear, feeds in the panel; the upper roll by the electric motor - reduction gear - worm gear - feed screw nu

7、t transmission system, transforms electric motors rotary motion into the rectilinear motion, drives the upper roll to realize the vibrato fluctuation movement.in this paper, carries on the analysis in view of the volume board principle and the craft, through to its technological parameters determina

8、tion, carries on the choice design to its electrical machinery and the reduction gear completes a lapping machines design. key words: lapping machine; bending moment; electric motor; reduction gear目錄1 緒論11.1卷板機的分類及原理11.2 國內(nèi)外卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀11.2.1 國外卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀11.2.2 國內(nèi)卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀21.3 課題的研究意義31.4 主要研究方法及內(nèi)容32 卷板

9、理論和卷板工藝分析42.1 概述42.2 卷板工藝的理論分析52.2.1 金屬板料的彎曲過程52.2.2 塑性彎曲時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)72.3 彎曲力矩和彎曲半徑112.4 卷板工藝和卷板質(zhì)量分析152.4.1錐體卷制152.4.2 卷板質(zhì)量153 卷板機參數(shù)確定183.1 卷板機的結(jié)構(gòu)及原理183.1.1卷板機的結(jié)構(gòu)183.1.2工作情況183.1.3工作原理193.2 工藝參數(shù)的計算193.2.1幾何參數(shù)計算203.2.2力學(xué)參數(shù)計算223.2.3驅(qū)動扭矩計算233.2.4工作輥強度校核243.2.5卷板機卷制錐筒體上輥移動調(diào)整數(shù)值計算244 卷板機電機選擇及減速器設(shè)計264.1卷板機電機驅(qū)動

10、功率的計算264.2選取電動機264.3減速器設(shè)計及校合264.3.1根據(jù)選取電機轉(zhuǎn)速確定傳動比264.3.2高速級軸齒輪設(shè)計校合274.3.3低速級軸齒輪設(shè)計315 設(shè)備的環(huán)保和經(jīng)濟技術(shù)評價365.1設(shè)備的環(huán)保措施365.2設(shè)備的經(jīng)濟評價365.2.1投資回收期365.2.2盈虧平衡分析375.2.3設(shè)備合理的更新期37結(jié)論與展望39致 謝40參考文獻411 緒論1.1卷板機的分類及原理卷板機是一種將金屬板材彎卷成筒體、錐體、曲面體或其他形體的通用成型設(shè)備。根據(jù)三點成圓的原理，利用工作輥相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運動使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。該設(shè)備廣泛用于鍋爐、造船、石油、化工

11、、金屬結(jié)構(gòu)及機械制造行業(yè)。關(guān)于卷板機的分類，國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國內(nèi)普遍以工作輥數(shù)量及調(diào)整型式等來分類，一般分為：三輥卷板機（包括對稱式三輥卷板機、非對稱式三輥卷板機、水平下調(diào)式三輥卷板機、傾斜下調(diào)式三輥卷板機等）、四輥卷板機、特殊用途卷板機（有船用卷板機、錐體卷板機、雙輥卷板機等）。三輥卷板機結(jié)構(gòu)相對簡單，三輥當(dāng)中有一對側(cè)輥和一根上輥，其中上輥能夠上下移動。四輥卷板的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，有一對側(cè)輥和一根上輥和下輥，這種卷板機成本較高，但性能較好，卷制成品質(zhì)量較好。各種卷板機，工作原理都相同，通過調(diào)整上輥與側(cè)輥的相對位置，使板料在輥間逐漸彎曲變形，用主軸的正反轉(zhuǎn)使板料在輥間來回運動，直

12、至板料產(chǎn)生塑性變形。隨著輥的相對位置的不斷調(diào)整，主軸不斷的往復(fù)正反轉(zhuǎn)運動，板料的塑性變形量逐漸加大，直至加工成符合要求的圓弧或圓筒形成品。卷板機采用機械傳動已有幾十年的歷史，由于結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，造價低廉，至今在中小型卷板機中仍被廣泛應(yīng)用。但在低速大扭矩的卷板機上，如采用機械傳動，會使傳動系統(tǒng)體積龐大，電動機功率大，啟動時電網(wǎng)波動也較大，所以目前液壓傳動越來越多地在卷板設(shè)備中得到采用。近年來，有工作輥的移動采用液壓驅(qū)動但主驅(qū)動仍為機械傳動的機液混合傳動卷板機，也有全部動作均采用液壓驅(qū)動的全液壓式卷板機。采用液壓驅(qū)動能降低機器的能耗，便于工作壓力、卷板速度的調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的工況，便于實現(xiàn)自動控

13、制。1.2 國內(nèi)外卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1 國外卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀目前，國外卷板設(shè)備生產(chǎn)水平較高的有瑞士、意大利、德國、日本等國家。這些國家對板厚小于 38mm的板料的卷制，大多采用機械式或機液混合驅(qū)動式。對板厚大于 40mm的板料的卷制，多采用全液壓驅(qū)動式卷板機。由于三輥不對稱可調(diào)式卷板機較四輥卷板機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、耗電少，且具有四輥卷板機便于端部預(yù)彎、剩余直邊小等特點，已在不少國家得到廣泛開發(fā)和應(yīng)用。特別是隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，卷板設(shè)備也越來越多的采用計算機實行自動控制，使加工精度、工作效率大大提高，同時減少了工人的勞動強度、改善了工作條件。國外著名廠家的產(chǎn)品如下：瑞士

14、chr.haeusler 公司，生產(chǎn)世界上最大的四輥卷板設(shè)備vrm-hy 4000150mm。冷卷鋼板規(guī)格為：1504000mm（最大厚度最大寬度），熱卷規(guī)格為 2604000mm，主要用于核工業(yè)方面。意大利 promau公司生產(chǎn)全液壓式“davi”系列四輥卷板機，它具有自動平衡系統(tǒng)（abs）、行星擺式回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌（psg）、自動潤滑系統(tǒng)（als）、節(jié)能系統(tǒng)（ess）。國外生產(chǎn)卷板設(shè)備的著名廠家還有西德的瑟爾夫公司、福斯造船及機械公司；英國布郎克公司；日本富士車輛公司等.1.2.2 國內(nèi)卷板設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對國外卷板技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)和引進，使我國卷板設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)有了很大提高。近幾年，

15、我國生產(chǎn)的三輥可調(diào)式卷板機和四輥卷板機越來越多地代替了在卷板設(shè)備中一直占據(jù)主要地位的對稱三輥卷板機。隨著液壓產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)不斷進步，國產(chǎn)液壓元件的精度、性能已達(dá)到較高的水平。所以，液壓傳動也越來越多的應(yīng)用于卷板設(shè)備中。目前，用于卷制中薄板的小功率卷板機多采用機械傳動或機液混合驅(qū)動，用于卷制厚板的大功率卷板機多采用液壓驅(qū)動或多電機同時驅(qū)動。但由于我國機械加工設(shè)備水平與加工技術(shù)水平與世界發(fā)達(dá)國家相比，仍有一定的差距，所生產(chǎn)的機械零部件和液壓元件的加工精度達(dá)不到設(shè)計要求，因機械摩擦造成的機械損失和因泄漏造成的液壓損失較高。所以卷制同等規(guī)格的鋼板，所需卷板機功率要高于國外的卷板機，使得卷板設(shè)備體積龐大，

16、形體笨重。另外，我國引進國外數(shù)控卷板技術(shù)，在數(shù)控卷板工藝和設(shè)備研究方面作了大量工作。但無論國內(nèi)還是國外的卷板機，從數(shù)控技術(shù)的實現(xiàn)上看，還均不能達(dá)到令人滿意的結(jié)果，還不能根據(jù)被卷制坯料的材質(zhì)、規(guī)格尺寸、卷曲曲率等，正確計算和調(diào)整工藝參數(shù)，達(dá)到真正的全自動控制，而是需要較多的人工干預(yù)。國內(nèi)生產(chǎn)卷板設(shè)備的廠家有一重、二重、沈陽重型機械廠、太原重型機械廠、江蘇南通重型機械廠、長治鍛壓機械廠等。1.3 課題的研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會生產(chǎn)的進步，一方面要求加工的機械產(chǎn)品零部件的形狀越來越復(fù)雜，對零部件加工質(zhì)量的要求越來越高，單靠手工操作加工機械零部件，加工精度己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需要;生產(chǎn)效率的低

17、下也制約了生產(chǎn)的進一步發(fā)展。低劣的產(chǎn)品質(zhì)量和較低的勞動生產(chǎn)效率己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會大生產(chǎn)的需要。另一方面，為了降低產(chǎn)品成本，增加產(chǎn)品的可靠性，也要求產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)盡量簡化。如何有效地運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)武裝自己，提高產(chǎn)品的競爭力，是每一個企業(yè)面臨的緊迫問題。近年，國內(nèi)冶金行業(yè)保持良好的發(fā)展態(tài)勢，各鋼鐵企業(yè)在擴大生產(chǎn)規(guī)模的同時，也都注重企業(yè)裝備的改良和升級。在此情況下，冷帶卷取機作為一重要的軋鋼輔助設(shè)備將勢必成為各鋼鐵公司所要投入使用和改造的生產(chǎn)對象。由于大型冶金設(shè)備的市場價值很高，因此可斷定該設(shè)備不乏市場前景，所以從經(jīng)濟和社會效益的角度出發(fā)，我們不能完全依賴國外，應(yīng)逐步使之國產(chǎn)化。1.4 主要

18、研究方法及內(nèi)容本論文采用工程材料、工程力學(xué)、機械原理、公差、機械制造、機械設(shè)計等課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容與方法并且采用一些經(jīng)驗公式解決以下內(nèi)容：（1）卷板機的卷板原理，卷板工藝?yán)碚摲治觯?）卷板工藝參數(shù)分析。（3）卷板機的方案設(shè)計（4）對 602000mm規(guī)格卷板機進行卷板能力和工藝參數(shù)的計算，確定該規(guī)格卷板機的設(shè)備技術(shù)參數(shù)和工藝參數(shù)。2 卷板理論和卷板工藝分析2.1 概述 卷板加工屬于壓力加工范疇，是在鍛造加工和軋制加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型加工方法。從加工形式上屬于彎曲加工。所謂壓力加工，從廣義上講：凡是利用永久變形（塑性變形）將固態(tài)坯料制成所需形狀和尺寸的固態(tài)制件的加工，均被稱為壓力加工，或壓

19、力成形。狹義上的壓力成形，一方面是指板料及條料的彎曲、翻邊、拉伸等。它們是既保持作為坯料的板料的形態(tài)，同時又改變其外觀的加工方法。另一方面，像鍛造、擠壓等，能使材料的大部分產(chǎn)生復(fù)雜的塑性變形，并且制件形狀和外觀都與原材不同。彎曲成形就是將金屬材料彎成一定角度、曲率和形狀。常用的彎曲加工大體上可分為壓彎、折彎和滾彎三種類型。1、壓彎圖 2.1 壓彎壓彎是用壓力機或彎板機進行的板料彎曲。最簡單的形式，是用一個固定凹模和一個活動凸模的彎曲。（如圖 2.1 所示）板材、型材、管材的彎曲多用這種成形方法。圖 2.2 折彎2、折彎（如圖 2.2）是用沿著固定模具周邊移動的壓彎工具，一邊將材料壓在固定模具圓

20、角部分，同時又使其貼合在一起的彎曲方法。管材、板材、線材的彎曲多用這種成形方法。圖 2.3 滾彎3、滾彎（如圖 2.3）滾彎是用二至四個軸輥在送進板料的同時做連續(xù)彎曲加工的方法。與壓彎和折彎相比，滾彎的彎曲半徑較大，制件的曲率相等（同一截面的曲率）。所以被廣泛用于筒形、錐形、部分筒形或錐形等大口徑管件的加工制造之中。滾壓成形也被視為是滾彎的一種，是使帶料依次通過幾組成形軸輥，成形一定斷面形狀。一般用于結(jié)構(gòu)用輕型型材。卷板機就是滾彎原理的具體應(yīng)用。2.2 卷板工藝的理論分析2.2.1 金屬板料的彎曲過程塑性彎曲是冷壓成型工藝中最為普遍的成型方法之一，彎曲工藝不僅用來成形圓筒件、“u”形件、“ v

21、” 形件等，而且還可以通過彎曲的方法來增加轉(zhuǎn)動慣量以提高零件的剛度。彎曲成型的效果，表現(xiàn)為彎曲變形區(qū)曲率半徑和角度的變化。（如圖 2.4）彎曲變形時，坯料上曲率發(fā)生變化的部位是變形區(qū)，彎曲變形的主要參數(shù)與變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變的性質(zhì)及數(shù)值有關(guān)。圖2.4 板料彎曲變形區(qū)及彎曲時的切向應(yīng)力分布（a） 彈性變形（b）彈塑性變形 （c）塑性變形（d）無硬化塑性變形塑性變形必須首先經(jīng)過彈性變形階段。彈性彎曲時，板材的外區(qū)纖維受拉，內(nèi)區(qū)纖維受壓。拉、壓兩區(qū)以中性層為界，中性層恰好通過剖面的中心，其應(yīng)力應(yīng)變?yōu)?0。假定中性層曲率半徑為，彎曲角度為，則距中性層距離為y處的纖維，其切向應(yīng)變?yōu)椋?（2.1a）切向應(yīng)力

22、： （2.1b）所以材料的變形程度與應(yīng)力大小,完全取決于纖維至中性層的距離與中性層曲率半徑的比值( y/ ),而與彎曲角度的大小無關(guān).在彎曲變形區(qū)的內(nèi)、外邊緣，應(yīng)力應(yīng)變最大。對于厚度為t的板料，當(dāng)其內(nèi)表面的彎曲半徑為r時，板料邊緣的應(yīng)力（）max與應(yīng)變（）max為： （2.2）實驗研究表明，利用以上公式計算內(nèi)層金屬的應(yīng)力與應(yīng)變， 比用該公式計算外層金屬的應(yīng)力、應(yīng)變要精確的。這是因為彎曲時彎曲件的中性層發(fā)生了位移，使外層金屬的變形明顯增大。假定材料的屈服應(yīng)力為s，則彈性條件是： （2.3）稱為板料的相對彎曲半徑，是表示板料彎曲變形程度的重要指數(shù)：愈小，變形程度愈大。當(dāng)減小至一定數(shù)值： 時，板料的

23、內(nèi)、外緣首先屈服，開始塑性變形。如果繼續(xù)減小，在板料的變形區(qū)中，塑性變形部分愈益擴大。最終材料出現(xiàn)彎裂。一般當(dāng)35時，彈性區(qū)很小，可近似認(rèn)為：板料的彎曲變形區(qū)已全部進入塑性變形；當(dāng)200時，彈性變形不能忽視，應(yīng)按彈塑性彎曲計算。2.2.2 塑性彎曲時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)隨著相對彎曲半徑逐漸減小，彎曲的變形性質(zhì)由彈性變?yōu)樗苄?，同時，變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)也逐漸產(chǎn)生了變化立體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)逐漸顯著起來。塑性彎曲時，隨著變形程度的增加，除了切向應(yīng)力與應(yīng)變之外，寬向和厚向的應(yīng)力應(yīng)變（、；r、r ）也有了顯著發(fā)展。但因為板料的相對寬度 b/t （b板料寬度；t板料厚度）不同，立體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的性質(zhì)也不同，分析如

24、下：一、應(yīng)變狀態(tài)彎曲時，主要是依靠中性層內(nèi)外纖維的縮短與伸長，所以切向主應(yīng)變 即為絕對值最大的主應(yīng)變max 。根據(jù)塑性變形體積不變條件可知，沿板料的寬度和厚度方向，必然產(chǎn)生與符號相反的應(yīng)變。在板料的外區(qū)，切向主應(yīng)力為拉應(yīng)變，所以厚度、寬度方向的應(yīng)變、r均為壓應(yīng)變。而在材料的內(nèi)區(qū)，為壓應(yīng)變，與r為拉應(yīng)變。對于 b/t8 的窄板，由于寬向、厚向材料可自由變形，其應(yīng)變狀態(tài)如上所述。對于b/t 8 的寬板，由于寬度方向受到材料之間的制約作用，不能自由變形，可近似認(rèn)為 =0。所以，彎曲時，窄板的應(yīng)變狀態(tài)是立體的，而寬板的應(yīng)變狀態(tài)是平面的。二、應(yīng)力狀態(tài)切向應(yīng)力：外區(qū)受拉，內(nèi)區(qū)受壓徑向應(yīng)力：在板料表面 r

25、=0，由表及里遞增，至中性層達(dá)到最大值。寬向應(yīng)力：對于窄板（b/t8），寬度方向可自由變形，故 =0對于寬板（b/t 8 ），因為寬度方向受到材料的制約作用， 0 。具體言之，外區(qū)由于寬度方向的收縮受到限制，所以為拉應(yīng)力，內(nèi)區(qū)由于寬度方向的伸長受到限制，所以，為壓應(yīng)力。從應(yīng)力狀態(tài)看，寬板彎曲時的應(yīng)力狀態(tài)是立體的，而窄板是平面的。三、寬板塑性彎曲時三個主應(yīng)力的分布性質(zhì)一般冷壓彎曲所用的板料大多屬于寬板。為了深入理解寬板彎曲時的各種現(xiàn)象，還必須進一步分析彎曲變形區(qū)三個主應(yīng)力的分布性質(zhì)。為此，我們只需在一種理想的情況下求出三個未知主應(yīng)力 、 、r 的解就行了。因此我們假定變形區(qū)已全部進入塑性，而且不

26、考慮板料的應(yīng)變強化效應(yīng)（即認(rèn)為材料的屈服應(yīng)力與變形程度無關(guān)）。根據(jù)前面的分析，可看出：、 、r 三個未知主應(yīng)力，就其代數(shù)值的大小而言，在拉區(qū)，r ，在壓區(qū)r。為了求解上述三個未知主應(yīng)力，必建立三個獨立的方程式，然后聯(lián)立求解。圖2.5 板料彎曲時的應(yīng)力分析 根據(jù)寬板塑性彎曲時應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的特點，（如圖 2.5所示）我們可以從以下三個條件：塑性條件、平面應(yīng)變條件和微分平衡條件出發(fā)，建立三個獨立的方程式。聯(lián)立得到：對于外區(qū)： （2.4）對于內(nèi)區(qū) （2.5）（其中，=1.155）聯(lián)立求解，得到主應(yīng)力、 、r在板料彎曲時剖面上的變化規(guī)律：對于外區(qū)： （2.6）對于內(nèi)區(qū)： （2.7）式中參數(shù)如圖 2.5。

27、根據(jù)中性層上內(nèi)外區(qū)徑向應(yīng)力相平衡的條件：r=時，內(nèi)外區(qū)的r值相等，即：，得到： （2.8）此值小于 r+t/2，所以中性層的位置并不通過中性層的重心，產(chǎn)生了內(nèi)移。如圖 2.6 為板料剖面上三個主應(yīng)力的分布規(guī)律。對小變形冷彎曲，可近似認(rèn)為彎曲變形處于切向應(yīng)力的作用的線性應(yīng)力狀態(tài)，中性層的內(nèi)移和材料變薄忽略，則應(yīng)變可寫成：，在有加工硬化的情況下，正應(yīng)力分布如圖 2.4（c）所示，這時， （2.9）為硬化系數(shù) 圖 2.6 板料剖面上三個主應(yīng)力的分布規(guī)律四、各向異性板料的彎曲各向異性寬板塑性彎曲時，求解三個主應(yīng)力所用的條件中，除微分平衡條件外，其它兩個條件須做相應(yīng)的修正。根據(jù)各向異性板料的屈服條件和應(yīng)

28、力應(yīng)變關(guān)系，對三個主應(yīng)力的求解方程式進行修正，得到各向異性板料的彎曲時三個主應(yīng)力、 、r的分布規(guī)律。五、塑性彎曲中現(xiàn)象的復(fù)雜性1、中性層內(nèi)移塑性彎曲時，由于徑向壓應(yīng)力r的作用，使板料外區(qū)拉應(yīng)力的的數(shù)值小于內(nèi)區(qū)的壓應(yīng)力，使拉區(qū)擴大，壓區(qū)減小，中性層內(nèi)移，只有這樣，才能滿足彎曲時的靜力平衡條件。相對彎曲半徑r/t越小，r的作用越顯著，中性層內(nèi)移量越大；當(dāng)r/t5后，中性層與板料剖面的重心漸相重合。2、變形區(qū)板料厚度減薄、長度增加板料彎曲時，拉區(qū)使板料減薄，壓區(qū)使板料加厚。又因中性層的內(nèi)移，拉區(qū)擴大，壓區(qū)減小，板料的減薄必將大于板料的加厚，整個板料乃出現(xiàn)減薄現(xiàn)象。另外，寬板彎曲時，寬度方向幾乎沒有變

29、形。根據(jù)塑性變形體積不變的原理，變形區(qū)板料變薄的同時，必然伴隨著長度的增加。相對彎曲半徑 r/t 越小，板料變形區(qū)的變薄、增長現(xiàn)象越嚴(yán)重；當(dāng) r/t5后，該現(xiàn)象漸消失。3、垂直于折彎線產(chǎn)生拉裂彎曲時，外區(qū)受拉，一般拉裂是因為切向應(yīng)力的作用沿著折彎線方向發(fā)生。但寬板彎曲時，由于外區(qū)的板寬方向的拉應(yīng)力b的存在，也可能使板料垂直于折彎線產(chǎn)生拉裂。不過一般產(chǎn)生在具有明顯各向異性的板料上。2.3 彎曲力矩和彎曲半徑由以上對板料彎曲過程中存在的應(yīng)力大小、種類的分析，以及考慮相對彎曲半徑 r/t 的影響，彎曲問題可用下列兩種途徑來分析：（1）彎曲時，在中心區(qū)域，即中性層兩側(cè)彎曲件處于彈塑性變形狀態(tài)。（2）在

30、外側(cè)，即彎曲件內(nèi)外表面材料，則處于純塑性狀態(tài)。一、彈塑性狀態(tài)的彎曲力矩工程上，彈塑性狀態(tài)的彎曲力矩可以表示成彈性區(qū)和塑性區(qū)對同一軸線的彎曲力矩之和。即： （2.10） 方程中的第一項是彈性變形區(qū)對彎曲軸的阻力矩，第二項是塑性變形區(qū)對彎曲軸的靜力矩。如果橫截面為矩形的板料，則矩形的板料，則 （t板厚） （2.10a）由虎克定律， 則，表達(dá)式（2.10）可整理成： (2.10b) 彎曲力矩也用相對彎曲半徑 r/t 表示 (2.11)對小變形冷彎曲：(卷板工藝屬此類彎曲變形)(2.12) 又可整理為： (2.12)式中 s彎曲坯料的靜矩 對矩形截面s=w斷面模數(shù) 對矩形截面w=反映斷面形狀的系數(shù)反映

31、材料性能的系數(shù)二、純塑性狀態(tài)的彎曲力矩m=k (2.13)式中 k材料的硬化指數(shù)材料的實際應(yīng)變該表達(dá)式也可寫為：m= (2.13a) 式中 材料硬化的修正系數(shù)b材料的拉伸強度三、彎曲力把金屬板材彎成不同形狀的筒形物，通常用滾彎工藝，（如圖 2.7）在這種情況下，彎曲處于彈塑性變形狀態(tài)。彎曲輥輪（上輥）的彎曲力： (2.14)式中dn 、d、工件內(nèi)徑、中徑、外徑b彎曲寬板厚度彎曲角 t板料厚度d兩下輥直徑l兩下輥中心距圖 2.7 滾彎時彎曲力計算四、彎曲半徑在影響彎曲件質(zhì)量的因素中最重要的一個就是彎曲內(nèi)徑，它必須限制在一定的范圍內(nèi)。1、最小彎曲半徑最小彎曲半徑通常由彎曲件外表面可接受的破裂程度決

32、定，外層纖維出現(xiàn)破裂時的應(yīng)變定義為p,，引起該應(yīng)變的彎曲半徑定義為最小彎曲半徑。那么, 由式(2.3)得: (2.15)可見，與板厚有關(guān)，通常用公式 =ct表示.系數(shù)c與材料有關(guān)，由實驗確定2、最大彎曲半徑由(2.2)式，當(dāng)彎曲半徑較大時（ t），分母中的 t/2可忽略不計則：或為使彎曲工件的外層金屬達(dá)到永久的塑性變形，則： (2.16) 由（2.8式），中性層極限彎曲半徑五、回彈塑性彎曲和任何一種塑性變形過程一樣，都伴隨有彈性變形。外加彎矩卸去，板料產(chǎn)生彈性恢復(fù)。彎曲回彈的表現(xiàn)形式，一是曲率減小，二是彎曲角減小。影響回彈的因素(1)材料和機械性能 s卸載后回彈量愈大e卸載后回彈量愈小 (2)

33、相對彎曲半徑 r/tr/t 愈大，曲率減小量k 愈小，彎曲角減小量愈大。(3)彎曲角度曲率的回彈量與彎曲角度的大小無關(guān)，角度的回彈量隨彎曲角度的增加而增加。(4)彎曲條件彎曲條件對彎曲回彈量大小有著顯著的影響例如：有底凹模的限制，彎曲卸載后的回彈量少于無底凹模的自由彎曲；彎曲條件愈復(fù)雜，一次彎曲成型的回彈量愈小。2、減少回彈的措施(1)補償法：根據(jù)彎曲件的回彈趨勢與回彈量大?。豢刂颇＞吖ぷ鞑糠值膸缀涡螤钆c尺寸，使彎曲后，工件的回彈量得到補償。(2)拉彎法：板料彎曲的同時施加拉力，可以使剖面上壓區(qū)轉(zhuǎn)為拉區(qū)，應(yīng)力應(yīng)變分布趨于一致，從而減少回彈量。(3)加壓校正法：在有底凹模中限制彎曲時，當(dāng)板料與模

34、具貼和以后，以附加壓力校正彎曲變形區(qū)。(4)過彎曲工件：把彎曲角加大 2%5%以滿足回彈的需要2.4 卷板工藝和卷板質(zhì)量分析卷板是根據(jù)三點成圓原理，利用卷板機對板料進行連續(xù)三點彎曲的過程。按卷制曲面形狀可分為：單曲率卷制和雙曲率卷制兩大類。單曲率卷制包括卷制圓柱面、圓錐面、任意曲面等；雙曲率卷制包括卷制球面、雙曲面等。按卷制溫度不同，可分為冷卷、溫卷、熱卷。冷卷精度高，操作工藝簡便，成本低廉，但對鋼板的質(zhì)量要求較高，金相組織一致性要好；當(dāng)卷制板厚較大或彎曲半徑較小并超過設(shè)備工作能力時，在設(shè)備允許情況下，可采用熱卷（800850）；對不允許冷卷的薄板，熱卷剛度差，則采用溫卷（保證在一定金相組織的

35、溫度下）。2.4.1錐體卷制使上輥軸線與下輥軸線斜交（角度一般不超過 30），并使輥壓線始終與扇形坯料的母線重合，卷成錐體。輥筒的傾斜度可用以下公式計算： (2.17)式中：傾斜輥軸線與水平方向的夾角、錐體大端和小端的外半徑下輥半徑 mmt下輥中心距 mml 錐體母線長度 mm對工作輥不能做傾斜調(diào)節(jié)的卷板機，可將工作輥位置按大端曲率半徑的需要調(diào)節(jié)好，并在上工作輥上卷制小端的部位加一個適當(dāng)厚度的套筒（相當(dāng)于增加了小端處的彎曲曲率），也能卷出近似錐體。2.4.2 卷板質(zhì)量一、外形缺陷在板料卷曲過程中，常出現(xiàn)的外形缺陷見表 2.1二、表面壓傷由于氧化皮及其它雜質(zhì)附著在板料或輥筒上，會造成板料板面壓傷

36、。特別是熱卷或熱矯時，氧化皮的危害尤為嚴(yán)重。為了減少氧化皮的危害，常采用以下措施：1）坯料表面氧化皮盡量清除干凈、涂上油漆后，再進行冷卷；2）坯料加熱時應(yīng)盡量減少氧化皮（如縮短高溫停留時間，采用中性火焰、采用防氧化涂料等）3）選用氧化皮壓傷最小的卷板機；4）選用氧化皮壓傷最小的操作方法。例如：四輥卷板機的下輥頂壓力盡量小，不斷吹掃內(nèi)外側(cè)剝落的氧化皮、矯圓時盡量減少反轉(zhuǎn)次數(shù)等。三、卷裂冷作硬化、粗晶組織、應(yīng)力集中、以及各種脆性條件的形成，都能使材料塑性變壞，導(dǎo)致卷裂。防止卷裂的主要措施：1）限制變形率2）消除可能導(dǎo)致坯料表面應(yīng)力集中的因素：備料時注意軋制方向，盡量使板料纖維方向與彎曲線垂直；厚度

37、 t50mm的板料，其機械加工端面最好有適當(dāng)?shù)膱A角；修磨對接焊縫，對非鐵金屬板料，打磨方向應(yīng)與彎曲輥軸線方向垂直。3）掌握新材料的寬板冷彎性能。4）鋼板最好經(jīng)過正火處理。對調(diào)質(zhì)鋼及經(jīng)過氣割等熱循環(huán)的空氣淬火鋼，應(yīng)消除淬硬層。表 2.1 常見外形缺陷及其產(chǎn)生原因5）卷制時，室溫應(yīng)高于板料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，否則應(yīng)進行預(yù)熱。對于厚板，尤其注意。對缺口敏感的鋼種，最好預(yù)熱到 150200的溫度卷制。3 卷板機參數(shù)確定3.1 卷板機的結(jié)構(gòu)及原理3.1.1卷板機的結(jié)構(gòu)圖 3.1卷板機的外形圖如圖 3.1所示為卷板機的外形圖。該機為機械驅(qū)動式，兩下輥為主動輥，上輥為壓下輥，上、下工作輥由同一臺電動機驅(qū)動：下輥

38、由電動機通過減速器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，送進板料；上輥由電機-減速器-蝸輪蝸桿-絲杠螺母傳動機構(gòu)，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，帶動上輥實現(xiàn)上下升降運動。163.1.2工作情況該機操作均由人工完成。通過操作升降手柄控制離合器向不同側(cè)傳動齒輪閉合，使輸出軸作正向或反向運動，再通過蝸桿-蝸輪-升降絲杠帶動上輥降，壓彎板料；操作送給手柄控制離合器向不同側(cè)傳動齒輪閉合，可使下輥的輸入軸得到正向或反向轉(zhuǎn)動，再通過傳動機構(gòu)帶動下輥旋轉(zhuǎn)，從而使板料送進和退出；卸料時，轉(zhuǎn)動手輪，通過絲桿壓下上輥的右端，使上輥左端翹起，（翹起角度小于 30）抽出活動機架上用于鎖緊上輥左端軸承的銷軸，扳動翻倒機構(gòu)控制手柄，使活動機架傾倒，

39、卸下工件。3.1.3工作原理水平下調(diào)式卷板機下輥可水平移動，因此可非常靈活的變成對稱式和非對稱式三輥卷板機，既具有對稱三輥卷板機結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作輥受力性能好的特點，又具有非對稱式三輥卷板機不用調(diào)頭即可預(yù)彎端頭的優(yōu)點。卷板機采用下輥驅(qū)動。卷板時，將板料放在上、下工作輥之間。上輥垂直升降，兩下輥做旋轉(zhuǎn)運動且相對于上輥軸心面水平移動。上輥下降時，板材在上下工作輥之間發(fā)生塑性變形而彎曲。下輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)通過板與輥之間的摩擦力帶動鋼板進、退，完成卷制。工作過程見圖 3.2圖3.2 水平下調(diào)式三輥卷板機的工作過程3.2 工藝參數(shù)的計算根據(jù)要求，本卷板機的卷板規(guī)格確定為：卷板厚度 t寬度 b：602000m

40、m最大規(guī)格時最大卷曲直徑d：800mm圖3.3 三輥卷板機參數(shù)圖參考同類型（水平下調(diào)式三輥卷板機）、同規(guī)格卷板機的技術(shù)參數(shù)，設(shè)定本卷板機的技術(shù)與設(shè)備參數(shù)如下：上輥直徑：650mm下輥、支承輥直徑、：520mm下輥水平中心距 l：800mm上下輥最大垂直中心距 h：705mm卷板速度 v：4.56m/min輥與板、輥與輥的摩擦系數(shù)f、f1：0.8、0.3滑動軸承摩擦系數(shù) ：0.05材料屈服極限：245mpa材料彈性模量e：2105 mpa材料相對強化系數(shù)：11.6端面形狀系數(shù) k：1.5機械效率： 0.85針對常用材料 q235，以一次進給為例，進行工藝參數(shù)的計算，如下：3.2.1幾何參數(shù)計算1

41、、上輥左位置角：a=arcsinb剩余直邊 取b=2.0t=120mmr彈前平均卷曲半徑 (3.1)則： 2、上輥相對位置角b（與夾角） (3.2)3、上輥右位置角b+c (與夾角)c=b-a=28.4-18.2=10.3則:b+c=28.4+10.3=38.74、彈前筒體中心位 yy=h-h其中：h=cos b=(385+30+260)cos28.4=594mm則：y=h-h=705-594=111mm5、上輥垂直下移位：約定為上輥從最高位垂直下移壓緊工件的位移，即: (3.3) =705-325-260-60 =60mm6、上輥滾圓位： =(r-t/2-/2)cos(b-a)+y =(38

42、5-60/2-650/2)cos(28.4-18.2)+111 =140.5mm7、上輥壓頭位 =+ =+=140.5+20.2 =160.5mm8、上輥對稱彎曲時下移位= r-t/2-/2+111=385-30-325+111=146mm9、上輥脫離工件位 =-=140.5-30=110.5mm 式中取 30mm。10、下輥后移位: x1=(r-t/2-/2)sinc=(385-30-325)sin10.30 =5.4mm3.2.2力學(xué)參數(shù)計算(一)卷制能力計算1、板料的最大變形彎m= （3.4）=7.072、板料由平板（=）開始彎曲時的初始變形彎矩 （3.5）（二）各輥受力計算1、下輥受力

43、 、 （3.6） （3.7)2、上輥受力 （3.8）=7.3(n)圖3.4 工作輥受力計算示意圖3.2.3驅(qū)動扭矩計算1、將板料從平板彎曲到r時消耗于板料變形的扭矩 (3.9)=3.88()2、消耗于摩擦阻力的扭矩 (3.10)3、拉力在軸承中所引起的摩擦損失(3.11)4、卷板機空載轉(zhuǎn)矩 (3.12)5、驅(qū)動扭矩(3.13)3.2.4工作輥強度校核工作輥材料選用 45，經(jīng)過鍛造、調(diào)質(zhì)處理=245mpa ，=450 mpa上輥為被動輥，只受彎矩作用，所以按彎距條件進行強度校核。所以按彎距條件，上輥直徑應(yīng)滿足： （3.14） 式中上輥跨距=2945 所以 設(shè)計中所選上輥直徑為 380mm，滿足要

44、求。3.2.5卷板機卷制錐筒體上輥移動調(diào)整數(shù)值計算 圖3.5 錐筒卷制示意圖三輥卷板機的軸輥調(diào)整特點是:上輥為活動輥,可上下移動。上輥移動的中心線軌跡與兩下輥水平對稱中心線位于同一垂直面上。因此,卷板機在卷制圓筒體時,從開始到成型,圓弧的圓心始終脫離不了上輥移動的中心線軌跡面。所以根據(jù)這個運動規(guī)律,利用直角三角形的有關(guān)公式,就可計算出卷制圓筒體從開始到成型上輥下降數(shù)值。見圖3.5,計算基準(zhǔn):上、下輥垂直中心距為r1+r2+。則:上輥下降數(shù)值h:式中r圓筒體外圓半徑;板材厚度;l兩下輥中心距的一半;r1上輥半徑;r2兩下輥半徑。則 h= =78.4mm4 卷板機電機選擇及減速器設(shè)計4.1卷板機電

45、機驅(qū)動功率的計算電機功率可按下列公式計算: (4.1) 式中彎曲扭矩； p作用在輥子上的壓力總和； 輥子與鋼板的滾動摩擦系數(shù),鋼板為0.0008m則根據(jù)已知條件得： (4.2) (4.3) 式中r所能夠卷最小卷管直徑，為800mm則=182.8（） (4.4) 4.2選取電動機根據(jù)計算所得功率及工作狀態(tài)，選取電機型號為起重及冶金用三相異步電動機yzr355m，其額定功率為80kw；額定轉(zhuǎn)速為600r/min。4.3減速器設(shè)計及校合4.3.1根據(jù)選取電機轉(zhuǎn)速確定傳動比根據(jù)選取電機轉(zhuǎn)速n=600r/min =2.892r/min總減速器的傳動比為：傳動比分配：=3.27 =3.99 =3.99 =

46、3.994.3.2高速級軸齒輪設(shè)計校合1. 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1） 選用斜齒輪傳動。2） 選用7級精度（gb10095-88）3） 材料選擇。選擇小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。4） 選小齒輪齒數(shù)=24， 大齒輪齒數(shù)=u=3.2724=78.48取=79 初選螺旋角=142. 按齒面接觸設(shè)計由設(shè)計計算公式進行計算，即 （4.5）1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1） 試選=1.6。（2） 選取區(qū)域系數(shù)=2.433。（3） 查得=0.78， =0.87， 則=+=0.78+0.87=1.65。

47、（4） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =95.5=95.580/587=1.302（5） 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =605871（2830015）=2.536 /u=2.536/3.27=7.755（6） 查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8（7） 查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.90；=0.95（8） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600mpa；大齒輪的接觸疲勞強度極限=550mpa；（9） 計算計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)s=1，得 （4.6）=（+）/2=（540+522.5）mpa=531.25mpa（10） =0.5（1+u）取值為0.5，所以=0.5（1+3.27）0.5=

48、12） 計算（1） 試算小齒輪分度圓直徑 （4.7） 取=150mm（2） 計算圓周速度（3） 計算齒寬b及模數(shù) b=1150=150mm h=2.25=2.256.06 mm=13.64mm b/h=150/13.64=10.997（4） 計算縱向重合度 =0.318tan=0.318124tan14=1.903（5） 計算載荷系數(shù)k已知使用系數(shù)=1.5。根據(jù)v=4.6m/s,7級精度，查得動載系數(shù) =1.15；查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時， =1.12+0.18（1+0.6）+0.23b =1.12+0.18（1+0.61）1+0.23150 =1.44查得=1.35；查得=1

49、.2 故載荷系數(shù) k=1.51.151.21.44=2.98（6） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得 =150=184.55mm 取d=185（7） 計算模數(shù) 3. 按齒根彎曲強度設(shè)計 (4.8)1）確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù) k=1.51.151.21.35=2.79（2）根據(jù)縱向重合度=1.903，查得螺旋角影響系數(shù)。（3）計算當(dāng)量齒數(shù) (4.9) （4）查得齒行系數(shù)查得=2.592；=2.213（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得=1.596；=1.776（6）按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500mpa；大齒輪的接觸疲勞強度極限=380mpa；（7）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0

50、.85，=0.88（8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4, 由式得 (4.10) (9) 計算大、小齒輪并加以比較 (4.11) 大齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計計算 =4.81mm對比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強計算的法面模數(shù)，取=5mm，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑=185來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 (4.12) 取=36，則=u=3.2736=1174. 幾何尺寸計算1）計算中心距s (4.13) 圓整為394mm2）按圓整后的中心距修正螺旋角 (4.14)因值改變不多，故參數(shù)不必修正3）計算大、小齒輪的分度圓直徑 4)計算齒輪寬度 b=1185mm=185mm取=185mm =190mm4.3.3低速級軸齒輪設(shè)計低速軸的傳遞的功率為=80=70.85kw1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1） 選用斜齒輪傳動。2） 選用7級精度（gb10095-88）3） 材料選擇。選擇小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。4） 選小齒輪齒數(shù)=21，