卷板机机械设计毕业设计论文

1、毕业论文摘要随着科学技术的发展和社会生产的进步，工业上对机械产品部件的要求的提高，和机械产品成本的降低，手工操作已无法满足工业上的需求。在这种情况下，卷板机作为替代人工操作的机械而产生。根据卷板机应用领域的不同，它的加工精度、生产效率、弯曲工艺、交互界面也有所不同。由于技术的限制，国产的卷板机在技术水平和世界发达国家相比，还存在一定的差距。在卷板机在工业中角色愈发重要的情况下，对其的技术的提高，有着相当高的要求。根据三点成圆的原理，利用工作辊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。两下辊为主动辊，上辊为压下辊，上、下工作辊由同一台电动机驱动：下辊由电动机通过减速器

2、驱动旋转，送进板料；上辊由电机-减速器-蜗轮蜗杆-丝杠螺母传动机构，将电机的旋转运动转变为直线运动，带动上辊实现上下升降运动。在本文中，针对卷板原理和工艺进行分析，通过对其工艺参数的确定，对其电机和减速器进行选择设计，完成一个卷板机的设计。关键词：卷板机；弯曲力矩；电机；减速器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目录1 绪论11.1卷板机的分类及原理11.2 国内外卷板设备的技术现状11.2.1 国外卷板设备的技术现状11.2.2 国内卷板设备的技术现状21.3 课题的研究意义31.4 主要研究方法及内容32 卷板

9、理论和卷板工艺分析42.1 概述42.2 卷板工艺的理论分析52.2.1 金属板料的弯曲过程52.2.2 塑性弯曲时的应力应变状态72.3 弯曲力矩和弯曲半径112.4 卷板工艺和卷板质量分析152.4.1锥体卷制152.4.2 卷板质量153 卷板机参数确定183.1 卷板机的结构及原理183.1.1卷板机的结构183.1.2工作情况183.1.3工作原理193.2 工艺参数的计算193.2.1几何参数计算203.2.2力学参数计算223.2.3驱动扭矩计算233.2.4工作辊强度校核243.2.5卷板机卷制锥筒体上辊移动调整数值计算244 卷板机电机选择及减速器设计264.1卷板机电机驱动

10、功率的计算264.2选取电动机264.3减速器设计及校合264.3.1根据选取电机转速确定传动比264.3.2高速级轴齿轮设计校合274.3.3低速级轴齿轮设计315 设备的环保和经济技术评价365.1设备的环保措施365.2设备的经济评价365.2.1投资回收期365.2.2盈亏平衡分析375.2.3设备合理的更新期37结论与展望39致 谢40参考文献411 绪论1.1卷板机的分类及原理卷板机是一种将金属板材弯卷成筒体、锥体、曲面体或其他形体的通用成型设备。根据三点成圆的原理，利用工作辊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。该设备广泛用于锅炉、造船、石油、化工

11、、金属结构及机械制造行业。关于卷板机的分类，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型式等来分类，一般分为：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等）、四辊卷板机、特殊用途卷板机（有船用卷板机、锥体卷板机、双辊卷板机等）。三辊卷板机结构相对简单，三辊当中有一对侧辊和一根上辊，其中上辊能够上下移动。四辊卷板的结构相对复杂，有一对侧辊和一根上辊和下辊，这种卷板机成本较高，但性能较好，卷制成品质量较好。各种卷板机，工作原理都相同，通过调整上辊与侧辊的相对位置，使板料在辊间逐渐弯曲变形，用主轴的正反转使板料在辊间来回运动，直

12、至板料产生塑性变形。随着辊的相对位置的不断调整，主轴不断的往复正反转运动，板料的塑性变形量逐渐加大，直至加工成符合要求的圆弧或圆筒形成品。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被广泛应用。但在低速大扭矩的卷板机上，如采用机械传动，会使传动系统体积庞大，电动机功率大，启动时电网波动也较大，所以目前液压传动越来越多地在卷板设备中得到采用。近年来，有工作辊的移动采用液压驱动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动卷板机，也有全部动作均采用液压驱动的全液压式卷板机。采用液压驱动能降低机器的能耗，便于工作压力、卷板速度的调节以适应不同的工况，便于实现自动控

13、制。1.2 国内外卷板设备的技术现状1.2.1 国外卷板设备的技术现状目前，国外卷板设备生产水平较高的有瑞士、意大利、德国、日本等国家。这些国家对板厚小于 38mm的板料的卷制，大多采用机械式或机液混合驱动式。对板厚大于 40mm的板料的卷制，多采用全液压驱动式卷板机。由于三辊不对称可调式卷板机较四辊卷板机结构简单、体积小、价格低、耗电少，且具有四辊卷板机便于端部预弯、剩余直边小等特点，已在不少国家得到广泛开发和应用。特别是随着计算机技术的迅猛发展，卷板设备也越来越多的采用计算机实行自动控制，使加工精度、工作效率大大提高，同时减少了工人的劳动强度、改善了工作条件。国外著名厂家的产品如下：瑞士

14、chr.haeusler 公司，生产世界上最大的四辊卷板设备vrm-hy 4000150mm。冷卷钢板规格为：1504000mm（最大厚度最大宽度），热卷规格为 2604000mm，主要用于核工业方面。意大利 promau公司生产全液压式“davi”系列四辊卷板机，它具有自动平衡系统（abs）、行星摆式回转导轨（psg）、自动润滑系统（als）、节能系统（ess）。国外生产卷板设备的著名厂家还有西德的瑟尔夫公司、福斯造船及机械公司；英国布郎克公司；日本富士车辆公司等.1.2.2 国内卷板设备的技术现状科学技术的发展和对国外卷板技术的不断学习和引进，使我国卷板设备的生产技术有了很大提高。近几年，

15、我国生产的三辊可调式卷板机和四辊卷板机越来越多地代替了在卷板设备中一直占据主要地位的对称三辊卷板机。随着液压产品生产技术不断进步，国产液压元件的精度、性能已达到较高的水平。所以，液压传动也越来越多的应用于卷板设备中。目前，用于卷制中薄板的小功率卷板机多采用机械传动或机液混合驱动，用于卷制厚板的大功率卷板机多采用液压驱动或多电机同时驱动。但由于我国机械加工设备水平与加工技术水平与世界发达国家相比，仍有一定的差距，所生产的机械零部件和液压元件的加工精度达不到设计要求，因机械摩擦造成的机械损失和因泄漏造成的液压损失较高。所以卷制同等规格的钢板，所需卷板机功率要高于国外的卷板机，使得卷板设备体积庞大，

16、形体笨重。另外，我国引进国外数控卷板技术，在数控卷板工艺和设备研究方面作了大量工作。但无论国内还是国外的卷板机，从数控技术的实现上看，还均不能达到令人满意的结果，还不能根据被卷制坯料的材质、规格尺寸、卷曲曲率等，正确计算和调整工艺参数，达到真正的全自动控制，而是需要较多的人工干预。国内生产卷板设备的厂家有一重、二重、沈阳重型机械厂、太原重型机械厂、江苏南通重型机械厂、长治锻压机械厂等。1.3 课题的研究意义随着科学技术的发展和社会生产的进步，一方面要求加工的机械产品零部件的形状越来越复杂，对零部件加工质量的要求越来越高，单靠手工操作加工机械零部件，加工精度己经远远不能满足实际需要;生产效率的低

17、下也制约了生产的进一步发展。低劣的产品质量和较低的劳动生产效率己经远远不能适应现代社会大生产的需要。另一方面，为了降低产品成本，增加产品的可靠性，也要求产品的机械结构尽量简化。如何有效地运用现代科学技术武装自己，提高产品的竞争力，是每一个企业面临的紧迫问题。近年，国内冶金行业保持良好的发展态势，各钢铁企业在扩大生产规模的同时，也都注重企业装备的改良和升级。在此情况下，冷带卷取机作为一重要的轧钢辅助设备将势必成为各钢铁公司所要投入使用和改造的生产对象。由于大型冶金设备的市场价值很高，因此可断定该设备不乏市场前景，所以从经济和社会效益的角度出发，我们不能完全依赖国外，应逐步使之国产化。1.4 主要

18、研究方法及内容本论文采用工程材料、工程力学、机械原理、公差、机械制造、机械设计等课程学习的内容与方法并且采用一些经验公式解决以下内容：（1）卷板机的卷板原理，卷板工艺理论分析（2）卷板工艺参数分析。（3）卷板机的方案设计（4）对 602000mm规格卷板机进行卷板能力和工艺参数的计算，确定该规格卷板机的设备技术参数和工艺参数。2 卷板理论和卷板工艺分析2.1 概述 卷板加工属于压力加工范畴，是在锻造加工和轧制加工的基础上发展起来的一种新型加工方法。从加工形式上属于弯曲加工。所谓压力加工，从广义上讲：凡是利用永久变形（塑性变形）将固态坯料制成所需形状和尺寸的固态制件的加工，均被称为压力加工，或压

19、力成形。狭义上的压力成形，一方面是指板料及条料的弯曲、翻边、拉伸等。它们是既保持作为坯料的板料的形态，同时又改变其外观的加工方法。另一方面，像锻造、挤压等，能使材料的大部分产生复杂的塑性变形，并且制件形状和外观都与原材不同。弯曲成形就是将金属材料弯成一定角度、曲率和形状。常用的弯曲加工大体上可分为压弯、折弯和滚弯三种类型。1、压弯图 2.1 压弯压弯是用压力机或弯板机进行的板料弯曲。最简单的形式，是用一个固定凹模和一个活动凸模的弯曲。（如图 2.1 所示）板材、型材、管材的弯曲多用这种成形方法。图 2.2 折弯2、折弯（如图 2.2）是用沿着固定模具周边移动的压弯工具，一边将材料压在固定模具圆

20、角部分，同时又使其贴合在一起的弯曲方法。管材、板材、线材的弯曲多用这种成形方法。图 2.3 滚弯3、滚弯（如图 2.3）滚弯是用二至四个轴辊在送进板料的同时做连续弯曲加工的方法。与压弯和折弯相比，滚弯的弯曲半径较大，制件的曲率相等（同一截面的曲率）。所以被广泛用于筒形、锥形、部分筒形或锥形等大口径管件的加工制造之中。滚压成形也被视为是滚弯的一种，是使带料依次通过几组成形轴辊，成形一定断面形状。一般用于结构用轻型型材。卷板机就是滚弯原理的具体应用。2.2 卷板工艺的理论分析2.2.1 金属板料的弯曲过程塑性弯曲是冷压成型工艺中最为普遍的成型方法之一，弯曲工艺不仅用来成形圆筒件、“u”形件、“ v

21、” 形件等，而且还可以通过弯曲的方法来增加转动惯量以提高零件的刚度。弯曲成型的效果，表现为弯曲变形区曲率半径和角度的变化。（如图 2.4）弯曲变形时，坯料上曲率发生变化的部位是变形区，弯曲变形的主要参数与变形区的应力、应变的性质及数值有关。图2.4 板料弯曲变形区及弯曲时的切向应力分布（a） 弹性变形（b）弹塑性变形 （c）塑性变形（d）无硬化塑性变形塑性变形必须首先经过弹性变形阶段。弹性弯曲时，板材的外区纤维受拉，内区纤维受压。拉、压两区以中性层为界，中性层恰好通过剖面的中心，其应力应变为 0。假定中性层曲率半径为，弯曲角度为，则距中性层距离为y处的纤维，其切向应变为： （2.1a）切向应力

22、： （2.1b）所以材料的变形程度与应力大小,完全取决于纤维至中性层的距离与中性层曲率半径的比值( y/ ),而与弯曲角度的大小无关.在弯曲变形区的内、外边缘，应力应变最大。对于厚度为t的板料，当其内表面的弯曲半径为r时，板料边缘的应力（）max与应变（）max为： （2.2）实验研究表明，利用以上公式计算内层金属的应力与应变， 比用该公式计算外层金属的应力、应变要精确的。这是因为弯曲时弯曲件的中性层发生了位移，使外层金属的变形明显增大。假定材料的屈服应力为s，则弹性条件是： （2.3）称为板料的相对弯曲半径，是表示板料弯曲变形程度的重要指数：愈小，变形程度愈大。当减小至一定数值： 时，板料的

23、内、外缘首先屈服，开始塑性变形。如果继续减小，在板料的变形区中，塑性变形部分愈益扩大。最终材料出现弯裂。一般当35时，弹性区很小，可近似认为：板料的弯曲变形区已全部进入塑性变形；当200时，弹性变形不能忽视，应按弹塑性弯曲计算。2.2.2 塑性弯曲时的应力应变状态随着相对弯曲半径逐渐减小，弯曲的变形性质由弹性变为塑性，同时，变形区的应力应变状态也逐渐产生了变化立体的应力应变状态逐渐显著起来。塑性弯曲时，随着变形程度的增加，除了切向应力与应变之外，宽向和厚向的应力应变（、；r、r ）也有了显著发展。但因为板料的相对宽度 b/t （b板料宽度；t板料厚度）不同，立体应力应变状态的性质也不同，分析如

24、下：一、应变状态弯曲时，主要是依靠中性层内外纤维的缩短与伸长，所以切向主应变 即为绝对值最大的主应变max 。根据塑性变形体积不变条件可知，沿板料的宽度和厚度方向，必然产生与符号相反的应变。在板料的外区，切向主应力为拉应变，所以厚度、宽度方向的应变、r均为压应变。而在材料的内区，为压应变，与r为拉应变。对于 b/t8 的窄板，由于宽向、厚向材料可自由变形，其应变状态如上所述。对于b/t 8 的宽板，由于宽度方向受到材料之间的制约作用，不能自由变形，可近似认为 =0。所以，弯曲时，窄板的应变状态是立体的，而宽板的应变状态是平面的。二、应力状态切向应力：外区受拉，内区受压径向应力：在板料表面 r

25、=0，由表及里递增，至中性层达到最大值。宽向应力：对于窄板（b/t8），宽度方向可自由变形，故 =0对于宽板（b/t 8 ），因为宽度方向受到材料的制约作用， 0 。具体言之，外区由于宽度方向的收缩受到限制，所以为拉应力，内区由于宽度方向的伸长受到限制，所以，为压应力。从应力状态看，宽板弯曲时的应力状态是立体的，而窄板是平面的。三、宽板塑性弯曲时三个主应力的分布性质一般冷压弯曲所用的板料大多属于宽板。为了深入理解宽板弯曲时的各种现象，还必须进一步分析弯曲变形区三个主应力的分布性质。为此，我们只需在一种理想的情况下求出三个未知主应力 、 、r 的解就行了。因此我们假定变形区已全部进入塑性，而且不

26、考虑板料的应变强化效应（即认为材料的屈服应力与变形程度无关）。根据前面的分析，可看出：、 、r 三个未知主应力，就其代数值的大小而言，在拉区，r ，在压区r。为了求解上述三个未知主应力，必建立三个独立的方程式，然后联立求解。图2.5 板料弯曲时的应力分析 根据宽板塑性弯曲时应力应变状态的特点，（如图 2.5所示）我们可以从以下三个条件：塑性条件、平面应变条件和微分平衡条件出发，建立三个独立的方程式。联立得到：对于外区： （2.4）对于内区 （2.5）（其中，=1.155）联立求解，得到主应力、 、r在板料弯曲时剖面上的变化规律：对于外区： （2.6）对于内区： （2.7）式中参数如图 2.5。

27、根据中性层上内外区径向应力相平衡的条件：r=时，内外区的r值相等，即：，得到： （2.8）此值小于 r+t/2，所以中性层的位置并不通过中性层的重心，产生了内移。如图 2.6 为板料剖面上三个主应力的分布规律。对小变形冷弯曲，可近似认为弯曲变形处于切向应力的作用的线性应力状态，中性层的内移和材料变薄忽略，则应变可写成：，在有加工硬化的情况下，正应力分布如图 2.4（c）所示，这时， （2.9）为硬化系数 图 2.6 板料剖面上三个主应力的分布规律四、各向异性板料的弯曲各向异性宽板塑性弯曲时，求解三个主应力所用的条件中，除微分平衡条件外，其它两个条件须做相应的修正。根据各向异性板料的屈服条件和应

28、力应变关系，对三个主应力的求解方程式进行修正，得到各向异性板料的弯曲时三个主应力、 、r的分布规律。五、塑性弯曲中现象的复杂性1、中性层内移塑性弯曲时，由于径向压应力r的作用，使板料外区拉应力的的数值小于内区的压应力，使拉区扩大，压区减小，中性层内移，只有这样，才能满足弯曲时的静力平衡条件。相对弯曲半径r/t越小，r的作用越显著，中性层内移量越大；当r/t5后，中性层与板料剖面的重心渐相重合。2、变形区板料厚度减薄、长度增加板料弯曲时，拉区使板料减薄，压区使板料加厚。又因中性层的内移，拉区扩大，压区减小，板料的减薄必将大于板料的加厚，整个板料乃出现减薄现象。另外，宽板弯曲时，宽度方向几乎没有变

29、形。根据塑性变形体积不变的原理，变形区板料变薄的同时，必然伴随着长度的增加。相对弯曲半径 r/t 越小，板料变形区的变薄、增长现象越严重；当 r/t5后，该现象渐消失。3、垂直于折弯线产生拉裂弯曲时，外区受拉，一般拉裂是因为切向应力的作用沿着折弯线方向发生。但宽板弯曲时，由于外区的板宽方向的拉应力b的存在，也可能使板料垂直于折弯线产生拉裂。不过一般产生在具有明显各向异性的板料上。2.3 弯曲力矩和弯曲半径由以上对板料弯曲过程中存在的应力大小、种类的分析，以及考虑相对弯曲半径 r/t 的影响，弯曲问题可用下列两种途径来分析：（1）弯曲时，在中心区域，即中性层两侧弯曲件处于弹塑性变形状态。（2）在

30、外侧，即弯曲件内外表面材料，则处于纯塑性状态。一、弹塑性状态的弯曲力矩工程上，弹塑性状态的弯曲力矩可以表示成弹性区和塑性区对同一轴线的弯曲力矩之和。即： （2.10） 方程中的第一项是弹性变形区对弯曲轴的阻力矩，第二项是塑性变形区对弯曲轴的静力矩。如果横截面为矩形的板料，则矩形的板料，则 （t板厚） （2.10a）由虎克定律， 则，表达式（2.10）可整理成： (2.10b) 弯曲力矩也用相对弯曲半径 r/t 表示 (2.11)对小变形冷弯曲：(卷板工艺属此类弯曲变形)(2.12) 又可整理为： (2.12)式中 s弯曲坯料的静矩 对矩形截面s=w断面模数 对矩形截面w=反映断面形状的系数反映

31、材料性能的系数二、纯塑性状态的弯曲力矩m=k (2.13)式中 k材料的硬化指数材料的实际应变该表达式也可写为：m= (2.13a) 式中 材料硬化的修正系数b材料的拉伸强度三、弯曲力把金属板材弯成不同形状的筒形物，通常用滚弯工艺，（如图 2.7）在这种情况下，弯曲处于弹塑性变形状态。弯曲辊轮（上辊）的弯曲力： (2.14)式中dn 、d、工件内径、中径、外径b弯曲宽板厚度弯曲角 t板料厚度d两下辊直径l两下辊中心距图 2.7 滚弯时弯曲力计算四、弯曲半径在影响弯曲件质量的因素中最重要的一个就是弯曲内径，它必须限制在一定的范围内。1、最小弯曲半径最小弯曲半径通常由弯曲件外表面可接受的破裂程度决

32、定，外层纤维出现破裂时的应变定义为p,，引起该应变的弯曲半径定义为最小弯曲半径。那么, 由式(2.3)得: (2.15)可见，与板厚有关，通常用公式 =ct表示.系数c与材料有关，由实验确定2、最大弯曲半径由(2.2)式，当弯曲半径较大时（ t），分母中的 t/2可忽略不计则：或为使弯曲工件的外层金属达到永久的塑性变形，则： (2.16) 由（2.8式），中性层极限弯曲半径五、回弹塑性弯曲和任何一种塑性变形过程一样，都伴随有弹性变形。外加弯矩卸去，板料产生弹性恢复。弯曲回弹的表现形式，一是曲率减小，二是弯曲角减小。影响回弹的因素(1)材料和机械性能 s卸载后回弹量愈大e卸载后回弹量愈小 (2)

33、相对弯曲半径 r/tr/t 愈大，曲率减小量k 愈小，弯曲角减小量愈大。(3)弯曲角度曲率的回弹量与弯曲角度的大小无关，角度的回弹量随弯曲角度的增加而增加。(4)弯曲条件弯曲条件对弯曲回弹量大小有着显著的影响例如：有底凹模的限制，弯曲卸载后的回弹量少于无底凹模的自由弯曲；弯曲条件愈复杂，一次弯曲成型的回弹量愈小。2、减少回弹的措施(1)补偿法：根据弯曲件的回弹趋势与回弹量大小；控制模具工作部分的几何形状与尺寸，使弯曲后，工件的回弹量得到补偿。(2)拉弯法：板料弯曲的同时施加拉力，可以使剖面上压区转为拉区，应力应变分布趋于一致，从而减少回弹量。(3)加压校正法：在有底凹模中限制弯曲时，当板料与模

34、具贴和以后，以附加压力校正弯曲变形区。(4)过弯曲工件：把弯曲角加大 2%5%以满足回弹的需要2.4 卷板工艺和卷板质量分析卷板是根据三点成圆原理，利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。按卷制曲面形状可分为：单曲率卷制和双曲率卷制两大类。单曲率卷制包括卷制圆柱面、圆锥面、任意曲面等；双曲率卷制包括卷制球面、双曲面等。按卷制温度不同，可分为冷卷、温卷、热卷。冷卷精度高，操作工艺简便，成本低廉，但对钢板的质量要求较高，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，在设备允许情况下，可采用热卷（800850）；对不允许冷卷的薄板，热卷刚度差，则采用温卷（保证在一定金相组织的

35、温度下）。2.4.1锥体卷制使上辊轴线与下辊轴线斜交（角度一般不超过 30），并使辊压线始终与扇形坯料的母线重合，卷成锥体。辊筒的倾斜度可用以下公式计算： (2.17)式中：倾斜辊轴线与水平方向的夹角、锥体大端和小端的外半径下辊半径 mmt下辊中心距 mml 锥体母线长度 mm对工作辊不能做倾斜调节的卷板机，可将工作辊位置按大端曲率半径的需要调节好，并在上工作辊上卷制小端的部位加一个适当厚度的套筒（相当于增加了小端处的弯曲曲率），也能卷出近似锥体。2.4.2 卷板质量一、外形缺陷在板料卷曲过程中，常出现的外形缺陷见表 2.1二、表面压伤由于氧化皮及其它杂质附着在板料或辊筒上，会造成板料板面压伤

36、。特别是热卷或热矫时，氧化皮的危害尤为严重。为了减少氧化皮的危害，常采用以下措施：1）坯料表面氧化皮尽量清除干净、涂上油漆后，再进行冷卷；2）坯料加热时应尽量减少氧化皮（如缩短高温停留时间，采用中性火焰、采用防氧化涂料等）3）选用氧化皮压伤最小的卷板机；4）选用氧化皮压伤最小的操作方法。例如：四辊卷板机的下辊顶压力尽量小，不断吹扫内外侧剥落的氧化皮、矫圆时尽量减少反转次数等。三、卷裂冷作硬化、粗晶组织、应力集中、以及各种脆性条件的形成，都能使材料塑性变坏，导致卷裂。防止卷裂的主要措施：1）限制变形率2）消除可能导致坯料表面应力集中的因素：备料时注意轧制方向，尽量使板料纤维方向与弯曲线垂直；厚度

37、 t50mm的板料，其机械加工端面最好有适当的圆角；修磨对接焊缝，对非铁金属板料，打磨方向应与弯曲辊轴线方向垂直。3）掌握新材料的宽板冷弯性能。4）钢板最好经过正火处理。对调质钢及经过气割等热循环的空气淬火钢，应消除淬硬层。表 2.1 常见外形缺陷及其产生原因5）卷制时，室温应高于板料的脆性转变温度，否则应进行预热。对于厚板，尤其注意。对缺口敏感的钢种，最好预热到 150200的温度卷制。3 卷板机参数确定3.1 卷板机的结构及原理3.1.1卷板机的结构图 3.1卷板机的外形图如图 3.1所示为卷板机的外形图。该机为机械驱动式，两下辊为主动辊，上辊为压下辊，上、下工作辊由同一台电动机驱动：下辊

38、由电动机通过减速器驱动旋转，送进板料；上辊由电机-减速器-蜗轮蜗杆-丝杠螺母传动机构，将电机的旋转运动转变为直线运动，带动上辊实现上下升降运动。163.1.2工作情况该机操作均由人工完成。通过操作升降手柄控制离合器向不同侧传动齿轮闭合，使输出轴作正向或反向运动，再通过蜗杆-蜗轮-升降丝杠带动上辊降，压弯板料；操作送给手柄控制离合器向不同侧传动齿轮闭合，可使下辊的输入轴得到正向或反向转动，再通过传动机构带动下辊旋转，从而使板料送进和退出；卸料时，转动手轮，通过丝杆压下上辊的右端，使上辊左端翘起，（翘起角度小于 30）抽出活动机架上用于锁紧上辊左端轴承的销轴，扳动翻倒机构控制手柄，使活动机架倾倒，

39、卸下工件。3.1.3工作原理水平下调式卷板机下辊可水平移动，因此可非常灵活的变成对称式和非对称式三辊卷板机，既具有对称三辊卷板机结构简单、紧凑，工作辊受力性能好的特点，又具有非对称式三辊卷板机不用调头即可预弯端头的优点。卷板机采用下辊驱动。卷板时，将板料放在上、下工作辊之间。上辊垂直升降，两下辊做旋转运动且相对于上辊轴心面水平移动。上辊下降时，板材在上下工作辊之间发生塑性变形而弯曲。下辊连续旋转通过板与辊之间的摩擦力带动钢板进、退，完成卷制。工作过程见图 3.2图3.2 水平下调式三辊卷板机的工作过程3.2 工艺参数的计算根据要求，本卷板机的卷板规格确定为：卷板厚度 t宽度 b：602000m

40、m最大规格时最大卷曲直径d：800mm图3.3 三辊卷板机参数图参考同类型（水平下调式三辊卷板机）、同规格卷板机的技术参数，设定本卷板机的技术与设备参数如下：上辊直径：650mm下辊、支承辊直径、：520mm下辊水平中心距 l：800mm上下辊最大垂直中心距 h：705mm卷板速度 v：4.56m/min辊与板、辊与辊的摩擦系数f、f1：0.8、0.3滑动轴承摩擦系数 ：0.05材料屈服极限：245mpa材料弹性模量e：2105 mpa材料相对强化系数：11.6端面形状系数 k：1.5机械效率： 0.85针对常用材料 q235，以一次进给为例，进行工艺参数的计算，如下：3.2.1几何参数计算1

41、、上辊左位置角：a=arcsinb剩余直边 取b=2.0t=120mmr弹前平均卷曲半径 (3.1)则： 2、上辊相对位置角b（与夹角） (3.2)3、上辊右位置角b+c (与夹角)c=b-a=28.4-18.2=10.3则:b+c=28.4+10.3=38.74、弹前筒体中心位 yy=h-h其中：h=cos b=(385+30+260)cos28.4=594mm则：y=h-h=705-594=111mm5、上辊垂直下移位：约定为上辊从最高位垂直下移压紧工件的位移，即: (3.3) =705-325-260-60 =60mm6、上辊滚圆位： =(r-t/2-/2)cos(b-a)+y =(38

42、5-60/2-650/2)cos(28.4-18.2)+111 =140.5mm7、上辊压头位 =+ =+=140.5+20.2 =160.5mm8、上辊对称弯曲时下移位= r-t/2-/2+111=385-30-325+111=146mm9、上辊脱离工件位 =-=140.5-30=110.5mm 式中取 30mm。10、下辊后移位: x1=(r-t/2-/2)sinc=(385-30-325)sin10.30 =5.4mm3.2.2力学参数计算(一)卷制能力计算1、板料的最大变形弯m= （3.4）=7.072、板料由平板（=）开始弯曲时的初始变形弯矩 （3.5）（二）各辊受力计算1、下辊受力

43、 、 （3.6） （3.7)2、上辊受力 （3.8）=7.3(n)图3.4 工作辊受力计算示意图3.2.3驱动扭矩计算1、将板料从平板弯曲到r时消耗于板料变形的扭矩 (3.9)=3.88()2、消耗于摩擦阻力的扭矩 (3.10)3、拉力在轴承中所引起的摩擦损失(3.11)4、卷板机空载转矩 (3.12)5、驱动扭矩(3.13)3.2.4工作辊强度校核工作辊材料选用 45，经过锻造、调质处理=245mpa ，=450 mpa上辊为被动辊，只受弯矩作用，所以按弯距条件进行强度校核。所以按弯距条件，上辊直径应满足： （3.14） 式中上辊跨距=2945 所以 设计中所选上辊直径为 380mm，满足要

44、求。3.2.5卷板机卷制锥筒体上辊移动调整数值计算 图3.5 锥筒卷制示意图三辊卷板机的轴辊调整特点是:上辊为活动辊,可上下移动。上辊移动的中心线轨迹与两下辊水平对称中心线位于同一垂直面上。因此,卷板机在卷制圆筒体时,从开始到成型,圆弧的圆心始终脱离不了上辊移动的中心线轨迹面。所以根据这个运动规律,利用直角三角形的有关公式,就可计算出卷制圆筒体从开始到成型上辊下降数值。见图3.5,计算基准:上、下辊垂直中心距为r1+r2+。则:上辊下降数值h:式中r圆筒体外圆半径;板材厚度;l两下辊中心距的一半;r1上辊半径;r2两下辊半径。则 h= =78.4mm4 卷板机电机选择及减速器设计4.1卷板机电

45、机驱动功率的计算电机功率可按下列公式计算: (4.1) 式中弯曲扭矩； p作用在辊子上的压力总和； 辊子与钢板的滚动摩擦系数,钢板为0.0008m则根据已知条件得： (4.2) (4.3) 式中r所能够卷最小卷管直径，为800mm则=182.8（） (4.4) 4.2选取电动机根据计算所得功率及工作状态，选取电机型号为起重及冶金用三相异步电动机yzr355m，其额定功率为80kw；额定转速为600r/min。4.3减速器设计及校合4.3.1根据选取电机转速确定传动比根据选取电机转速n=600r/min =2.892r/min总减速器的传动比为：传动比分配：=3.27 =3.99 =3.99 =

46、3.994.3.2高速级轴齿轮设计校合1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1） 选用斜齿轮传动。2） 选用7级精度（gb10095-88）3） 材料选择。选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。4） 选小齿轮齿数=24， 大齿轮齿数=u=3.2724=78.48取=79 初选螺旋角=142. 按齿面接触设计由设计计算公式进行计算，即 （4.5）1） 确定公式内的各计算数值（1） 试选=1.6。（2） 选取区域系数=2.433。（3） 查得=0.78， =0.87， 则=+=0.78+0.87=1.65。

47、（4） 计算小齿轮传递的转矩 =95.5=95.580/587=1.302（5） 计算应力循环次数 =605871（2830015）=2.536 /u=2.536/3.27=7.755（6） 查得材料的弹性影响系数=189.8（7） 查得接触疲劳寿命系数 =0.90；=0.95（8） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限=550mpa；（9） 计算计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数s=1，得 （4.6）=（+）/2=（540+522.5）mpa=531.25mpa（10） =0.5（1+u）取值为0.5，所以=0.5（1+3.27）0.5=

48、12） 计算（1） 试算小齿轮分度圆直径 （4.7） 取=150mm（2） 计算圆周速度（3） 计算齿宽b及模数 b=1150=150mm h=2.25=2.256.06 mm=13.64mm b/h=150/13.64=10.997（4） 计算纵向重合度 =0.318tan=0.318124tan14=1.903（5） 计算载荷系数k已知使用系数=1.5。根据v=4.6m/s,7级精度，查得动载系数 =1.15；查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， =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 故载荷系数 k=1.51.151.21.44=2.98（6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 =150=184.55mm 取d=185（7） 计算模数 3. 按齿根弯曲强度设计 (4.8)1）确定计算参数（1）计算载荷系数 k=1.51.151.21.35=2.79（2）根据纵向重合度=1.903，查得螺旋角影响系数。（3）计算当量齿数 (4.9) （4）查得齿行系数查得=2.592；=2.213（5）查取应力校正系数查得=1.596；=1.776（6）按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限=380mpa；（7）查得弯曲疲劳寿命系数=0

50、.85，=0.88（8）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4, 由式得 (4.10) (9) 计算大、小齿轮并加以比较 (4.11) 大齿轮的数值大。2）设计计算 =4.81mm对比结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强计算的法面模数，取=5mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径=185来计算应有的齿数。于是由 (4.12) 取=36，则=u=3.2736=1174. 几何尺寸计算1）计算中心距s (4.13) 圆整为394mm2）按圆整后的中心距修正螺旋角 (4.14)因值改变不多，故参数不必修正3）计算大、小齿轮的分度圆直径 4)计算齿轮宽度 b=1185mm=185mm取=185mm =190mm4.3.3低速级轴齿轮设计低速轴的传递的功率为=80=70.85kw1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1） 选用斜齿轮传动。2） 选用7级精度（gb10095-88）3） 材料选择。选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。4） 选小齿轮齿数=21，