畢業(yè)設(shè)計書40滾圓機(jī)

1、 . PAGE24 / NUMPAGES24緒論1.1概述機(jī)械加工行業(yè)在我國有著舉足輕重的地位，它是國家的國民經(jīng)濟(jì)命脈。作為整個工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分的機(jī)械制造業(yè)，任務(wù)就是為國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè)提供先進(jìn)的機(jī)械裝備和零件。它的規(guī)模和水平是反映國家的經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，因此非常值得重視和研究。滾圓機(jī)是一種廣泛應(yīng)用的冷加工成形設(shè)備。根據(jù)三點成圓的原理，利用工件相對位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使工件產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、木工、金屬結(jié)構(gòu)與其它機(jī)械制造行業(yè)。在國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國普遍以工作輥數(shù)量與調(diào)整形式等為標(biāo)準(zhǔn)實行混合分類，一般分為

2、：在國外一般以工作輥的配置方式來劃分。國普遍以工作輥數(shù)量與調(diào)整形式等為標(biāo)準(zhǔn)實行混合分類，一般分為：1、三軸滾圓機(jī)：包括對稱式三軸滾圓機(jī)、非對稱式三軸滾圓機(jī)、水平下調(diào)式三軸滾圓機(jī)、傾斜下調(diào)式三軸滾圓機(jī)、弧形下調(diào)式三軸滾圓機(jī)和垂直下調(diào)式三軸滾圓機(jī)等。2、四軸滾圓機(jī)：分為側(cè)輥傾斜調(diào)整式四軸滾圓機(jī)和側(cè)輥圓弧調(diào)整式四軸滾圓機(jī)。3、七軸滾圓機(jī)：有側(cè)輥傾斜調(diào)整式七軸滾圓機(jī)。滾圓機(jī)采用機(jī)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，至今仍廣泛應(yīng)用。在低速大扭矩的滾圓機(jī)上，因傳動系統(tǒng)體積龐大，電動機(jī)功率大，起動時電網(wǎng)波動也較大，所以越來越多地采用液壓傳動。近年來，有以液壓馬達(dá)作為電源控制工作輥移動但

3、主驅(qū)動仍為機(jī)械傳動的機(jī)液混合傳動的滾圓機(jī)，也有同時采用液壓馬達(dá)作為工作輥旋轉(zhuǎn)動力源的全液壓式滾圓機(jī)。滾圓機(jī)的工作能力是指工件在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大工件厚度與寬度時最小卷筒直徑的能力。國外采用冷卷方法較多。冷卷精度較高，操作工藝簡便，成本低廉，但對工件的質(zhì)量要求較高（如不允許有缺口、裂紋等缺陷），金相組織一致性要好。1.2滾圓機(jī)的原理1.2.1 滾圓機(jī)的運(yùn)動形式滾圓機(jī)的運(yùn)動形式可以分為主運(yùn)動和輔運(yùn)動兩種形式的運(yùn)動。主運(yùn)動是指構(gòu)成滾圓機(jī)的上輥和下輥同步旋轉(zhuǎn)從而帶動工件前進(jìn)。輔運(yùn)動是滾圓機(jī)在滾圓過程中后輥的升降便產(chǎn)生不同曲率的圓弧。該機(jī)構(gòu)形式為非對稱式三軸滾圓機(jī),其布局結(jié)構(gòu)如圖1.1圖1

4、.1非對稱三軸滾圓機(jī)1.2.2彎曲成型的加工方式在鋼結(jié)構(gòu)制作中彎制成型的加工主要是卷板（滾圓）、彎曲（煨彎）、折邊和模具壓制等幾種加工方法。彎制成型的加工工序是由熱加工或冷加工來完成的。滾圓是在外力的作用下，使鋼板的外層纖維伸長，層纖維縮短而產(chǎn)生彎曲變形（中層纖維不變）。當(dāng)圓筒半徑較大時，可在常溫狀態(tài)下卷圓，如半徑較小和鋼板較厚時，應(yīng)將鋼板加熱后卷圓。在常溫狀態(tài)下進(jìn)行滾圓鋼板的方法有：機(jī)械滾圓、胎模壓制和手工制作三種加工方法。機(jī)械滾圓是在滾圓機(jī)（又叫軋圓機(jī)）上進(jìn)行的。1.3滾圓的發(fā)展趨勢加入WTO后我國滾圓機(jī)工業(yè)正在步入一個高速發(fā)展的快道，并成為國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)和提高人民生

5、活質(zhì)量的作用也越來越大。預(yù)計“十五”期末中國的滾圓機(jī)總需求量為600萬臺，相關(guān)裝備的需求預(yù)計超過1000億元。到2010年，中國的滾圓機(jī)生產(chǎn)量和消費(fèi)量可能位居世界第二位，僅次于美國。而其在裝備工業(yè)上的投入力度將會大大加強(qiáng)，市場的競爭也愈演愈烈，產(chǎn)品的更換也要求滾圓機(jī)裝備工業(yè)不斷在技術(shù)和工藝上取得更大的優(yōu)勢：1.從國家計委立項的情況看，滾圓機(jī)工業(yè)1000萬以上投入的項目達(dá)近百項；2.滾圓機(jī)工業(yè)已建項目的二期改造也將會產(chǎn)生一個很大的用戶群；3.由于滾圓機(jī)的高利潤，促使各地政府都紛紛投資（國家投資、外資和民間資本）滾圓機(jī)制造。其次，跨國公司都開始將最新的車型投放到中國市場，并計劃在中國加大投資力度，

6、擴(kuò)大產(chǎn)能，以爭取中國更大的市場份額。民營企業(yè)的崛起以與機(jī)制的敏銳使其成為滾圓機(jī)工業(yè)的新寵，民營企業(yè)已開始成為滾圓機(jī)裝備市場一個新的亮點。滾圓機(jī)制造業(yè)作為機(jī)床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場，其中進(jìn)口設(shè)備70%用于滾圓機(jī)，同時也帶動了焊接、涂裝、檢測、材料應(yīng)用等各個行業(yè)的快速發(fā)展。滾圓機(jī)制造業(yè)的技術(shù)革命，將引起裝備市場的結(jié)構(gòu)變化：數(shù)控技術(shù)推動了滾圓機(jī)制造企業(yè)的歷史性的革命，數(shù)控機(jī)床有著高精度、高效率、高可靠性的特點，引進(jìn)數(shù)控設(shè)備在增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了很好的作用，促進(jìn)了我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。因此，至2010年，滾圓機(jī)工業(yè)對制造裝備的需求與現(xiàn)在比將增長12%左右，據(jù)預(yù)測，滾圓機(jī)制造業(yè)：對

7、數(shù)控機(jī)床需求將增長26%；對壓鑄設(shè)備的需求將增長16%；對纖維復(fù)合材料壓制設(shè)備的需求增長15%；對工作壓力較高的擠或沖壓設(shè)備需求增長12%；對液壓成形設(shè)備需求增長8%；對模具的需求增長36%；對加工中心需求增長6%；對硬車削和硬銑消機(jī)床的需求增長18%；對切割機(jī)床的需求增長30%；對精密加工設(shè)備的需求增長34%；對特種與專用加工設(shè)備需求增長23%；對機(jī)器人和制造自動化裝置的需求增長13%；對焊接系統(tǒng)設(shè)備增長36%；對涂裝設(shè)備的需求增長8%，對質(zhì)檢驗與測試設(shè)備的需求增長16%。在今后的工業(yè)生產(chǎn)中，滾圓機(jī)會一直得到很好的利用。它能節(jié)約大量的人力物力用以彎曲鋼板?？梢哉f是不可缺少的高效機(jī)械。時代在發(fā)

8、展，科技在進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展將對這個機(jī)械品種提出越來越高的要求，將促使這個設(shè)計行業(yè)的迅速發(fā)展。 方案的選擇與確定2.1設(shè)計原則 根據(jù)產(chǎn)品的特點，我們確定了幾條設(shè)計原則，1、機(jī)器必須有較高的加工精度。2， 轉(zhuǎn)子線圈端部滾弧成形后， 剩余直線邊越短越好，不用壓頭機(jī)。3、機(jī)器必須有較寬的加工工件厚度圍，要求機(jī)器能適用厚度s=315ram左右。4、操作調(diào)整方便，能快速調(diào)整厚度s和滾弧半徑R。5 給操作者提供合理的站位條件。2.2滾圓機(jī)的選擇與確定滾圓機(jī)按軸可分：三軸滾圓機(jī)、四軸滾圓機(jī)、七軸滾圓機(jī)。根據(jù)本次產(chǎn)品的要求，我選擇三軸滾圓機(jī)。三軸滾圓機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的冷加工成形設(shè)備。主要有二種滾圓形式，

9、一種是三軸對稱分布形式，見圖4。這種形式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，三軸受力接近，易于設(shè)計制造，但是加工后，工件兩端剩余直線邊很長，其理論剩余直線邊長為t2， 實際常比理論值大， 為(620)S。為此工件上滾圓機(jī)前， 必須先在壓頭機(jī)上壓二端， 即增加一臺壓頭機(jī)與壓頭工序，且壓頭機(jī)上壓出的是非圓弧曲線。如轉(zhuǎn)子線澍端部厚s=12ram貝9最大剩余直線邊長為240ram，線圈端部是一段圓弧， 卒身并不長， 滾圓加工后，兩端還存在不短的直線邊， 即使經(jīng)壓頭，也不能達(dá)到形狀準(zhǔn)確。國生產(chǎn)滾圓機(jī)廠家很多，產(chǎn)品規(guī)格不少。但是形式單一，大多數(shù)是三軸對稱式。另一種是三軸不對稱分布形式，見圖5。這種形式結(jié)構(gòu)比對稱式稍復(fù)雜， 輥軸

10、受力較大但是采用這種形式加工的工件剩余直線邊短，理論剩余直線邊長為(152)s，實際是對稱式的(161l0)，與理論值相差不太，按照這一數(shù)據(jù)，如滾軋12m-m厚轉(zhuǎn)子線圈端部，剩余直線邊長約2扭m，在加工中輔之操作者加以修正，基本上能達(dá)到線圈質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。雖然三軸不對稱式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輥軸受力又大，但是可以不壓頭，不設(shè)置壓頭機(jī)，基本上能使工件全長圍上彎曲成形。因此決定用三軸不對稱形式。傳動設(shè)計3.1主運(yùn)動方案的設(shè)計圖1.2主傳動鏈?zhǔn)疽鈭D3.1.1上下主軸輥的傳動上下主軸輥的傳動式由電機(jī)帶動減速機(jī)構(gòu)與過橋齒輪實現(xiàn)的，主傳動鏈如圖1-2所示。上下主軸輥傳動如圖1-3所示，上下軸輥的傳動式用一對三聯(lián)塊和一對二

11、聯(lián)塊固定兩個過橋齒輪使其與上下主軸輥齒輪嚙合實現(xiàn)的。該方案機(jī)構(gòu)緊湊即實現(xiàn)了上下軸輥的同速反向運(yùn)動又可使上下主軸輥在調(diào)整間隙時主軸輥傳動齒輪不發(fā)生脫離，保證了正常傳動。 圖1-3 上下主軸輥傳動示意圖 3.1.2上下主軸輥間距的調(diào)整上下主軸輥間距的調(diào)整是通過蝸桿帶動上軸滑塊上的蝸輪轉(zhuǎn)動,蝸輪徑是絲母,當(dāng)絲母轉(zhuǎn)動時帶動絲杠轉(zhuǎn)動,使絲杠上的滑塊做上下移動,在滑塊上的軸承帶著軸同時上下移動從而實現(xiàn)了間隙的調(diào)整。3.2進(jìn)給方案的設(shè)計3.2.1.后軸輥的運(yùn)動 后軸輥的上升才能使銅排受阻彎曲，所以后軸輥的上升、下降（在一定的角度下）便產(chǎn)生了不同曲率的圓弧。后軸輥的調(diào)節(jié)用一單獨(dú)電機(jī)帶動減速機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。蝸輪、蝸

12、桿減速機(jī)構(gòu)通過空套齒輪帶動與箱體相關(guān)的螺母沿固定的絲杠旋轉(zhuǎn)，從而 使箱體沿直線方向運(yùn)動，由箱體帶動后軸輥實現(xiàn)進(jìn)給。 后軸輥的調(diào)整（根據(jù)所需要的不同曲率半徑R大小進(jìn)行調(diào)整）可采用電動機(jī)粗調(diào)和人工細(xì)調(diào)兩種方式來實現(xiàn)。非對稱三軸滾圓機(jī)設(shè)計分析4.1.主要參數(shù)已知設(shè)備參數(shù)要求為 （1）輸出速度n=15.6rpm。（2）側(cè)滾自動進(jìn)給速度V=0.093ms。（3）側(cè)滾進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)功率N=390W，轉(zhuǎn)速n=1400rpm。根據(jù)使用要求并參照同類型機(jī)床（滾圓機(jī)、滾板機(jī)）估算出的上下主軸輥與后軸輥直徑如圖2-1所示。圖2-2各軸輥幾何位置示意圖上主軸輥 D=120mm 下主軸輥 D=120mm 后軸輥 D=10

13、0mm 后軸輥的調(diào)節(jié)方向與豎直方向的夾角參照其它同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，推薦值為2040度，本機(jī)床為35。上下主軸輥中心線與豎直方向的夾角為，按=（0.4-0.8），取=182.非對稱式三軸輥滾圓機(jī)床的外型尺寸為長：L=620mm 寬：B=625mm 高：H=1265mm 4.2主軸運(yùn)動參數(shù)的計算4.2.1受力情況分析當(dāng)所滾銅排尺寸最大且滾圓半徑最小時軸輥所受阻力位極限狀況，結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-2所示：通過對極限參數(shù)的計算而得到的輸入功率即為本機(jī)工件的最大功率。極限狀況下的通篇尺寸為：銅排的最大寬度： b=100mm 銅排的最大厚度： =940rm。4.2.4傳動比的分配式中 -總的傳動比；-軸輥的輸出轉(zhuǎn)速

14、；-電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速；為了避免帶輪尺寸過大，取=3.7，則=60.2563.7=16.285,在閉式圓柱直齒傳動減速機(jī)構(gòu)中，（1.21.3）2=，所以=3.6，=4.5。4.3傳動裝置各軸的參數(shù)計算4.3.1各軸的轉(zhuǎn)速=940rmin4.3.2計算各軸的功率4.3.3計算各軸的轉(zhuǎn)矩4.4各齒輪的計算4.4.1同步齒形帶的計算小帶輪齒數(shù)Z1=20,大帶輪齒數(shù)Z2=74，傳動比i=3.7確定計算功率 式中 -工作情況系數(shù)，；齒形帶模數(shù) 取確定小帶輪的節(jié)圓直徑 確定齒形帶速v 確定大帶輪的節(jié)圓直徑計算中心距A0=(0.72)(D1+D2)=164.5470mm初取A0=450mm所以實際中心距中心距的

15、變化圍為164.5470mm計算齒輪帶帶長和齒數(shù)驗算小帶輪上的包角檢驗 合格單位帶寬的離心力所產(chǎn)生的力 式中q每米齒形長度上的重力，查文獻(xiàn)1，取11.確定齒形帶寬b式中P-齒形帶許用拉力P=9.8N;=齒形帶傳動對軸的作用力 f=(1.11.2)P式中P-傳遞的圓周力，N;同步齒形帶齒輪的齒形角 帶輪頂圓直徑齒高式中 =609401（2830015）4.06109N2=4.061093.2=1.269109g)查得接觸疲勞壽命系數(shù)。=609401（2830015）4.06109N2=4.061093.6=1.128109g)查得接觸疲勞壽命系數(shù)。=6015.71（2830015）6.78107

16、N2=6.781071=6.78107g)查得接觸疲勞壽命系數(shù)。故軸可設(shè)計為齒輪軸。軸的結(jié)構(gòu)如圖1.1軸：P3=1.34kw n3=56.4rm 結(jié)構(gòu)如下軸：P4=1.25kw n4=15.7rm 結(jié)構(gòu)如下軸：P7=1.18kw,n7=15.6rm 結(jié)構(gòu)如下5.6.2 軸的校核計算：1. 軸的彎矩計算由于軸的作為輸出軸其轉(zhuǎn)速最小，扭距最大故只對軸進(jìn)行校核計算。根據(jù)受力圖繪出軸的彎矩、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖5.6。0圖3-1 上軸輥受力圖垂直方向的支反力與彎矩圖3-2 上軸輥垂直方向受力圖作用在齒輪上的力水平方向的支反力與彎矩 圖3-3 上軸輥水平方向受力圖當(dāng)量彎矩 式中 是調(diào)整系數(shù)；圖3-4 上軸

17、輥彎距圖所以B剖面為危險截面，只需要校核該點的強(qiáng)度。B點的直徑d=90mm 所以截面B安全其它軸的強(qiáng)度校核同此，且均安全。 3.2.2 軸的剛度校核（僅校核上軸的剛度） 軸的材料彈性模量E=210GPa圖3-5 上軸輥受力圖由文獻(xiàn)2表8-1公式得圖3-6 上軸輥各詳細(xì)情況受力圖Fv單獨(dú)作用時,當(dāng)Rva單獨(dú)作用時，由于AB段與BC段直徑不同不能直接應(yīng)用文獻(xiàn)2表8-1的公式，先設(shè)軸上的B點截面不轉(zhuǎn)動，AB段視為懸臂梁，查表得假設(shè)再將B銷右處截開，截面上作用有剪力，彎矩，其中剪力由B端支座反力平衡，不引起軸彎曲。而相當(dāng)于一個集中力偶。此時截面A產(chǎn)生與一樣的轉(zhuǎn)角,并產(chǎn)生撓度在此基礎(chǔ)上再考慮AB段的轉(zhuǎn)角,截面A總轉(zhuǎn)角與撓度位所以與共同作用時， 將水平方向與垂直方向的轉(zhuǎn)角與撓度用勾股定理來合成0.006