法兰成型机的整体设计

摘

要本设计是于兰成型机（又称式三辊卷机体设计，要对卷圆机上下辊轮、下装和卷体进行设计和计。卷圆机结型为三辊对称式该结构中上下压力，两下做旋转运动，为卷制材提扭矩将各类型材卷制法兰和圆环的一种高量、效益置，具有结构紧、操作简便、寿命长噪声、一质优价廉等优势是工厂实现机械化生的配设备的上市能够大大轻工人的劳动强度，高企生产关键词：法兰成型机；卷圆机；卷制；塑性变形Abstract:Thisdesignisaboutflangemachine(threerollerssymmetricaltyperollroundtheoveralldesignofmachine),mainlytorollonthecirclenextroller,pressingdeviceandrollmachinedesignandcalculationoftheoverall.Rollmachineathreerollersymmetricalstructure,intheupperrollerpressstructureprovidespressure,thetwolowerrollersmakerotation,topprovidetorque.Thismachineismadeofvariousprofileswillrollringflangeandahighquality,highbenefitrollsrounddevice,withcompactstructure,easyoperation,lownoise,long

servicelife,highqualityandreasonablepricemulti-usage,etc,andisrealizedmechanizationproductionfactory,thisequipmentfacilitieslistedcangreatlyreducethelaborintensity,improveproductionefficiency.KEYWORDS:FLANGEMACHINEROLLROUNDMACHINEROLLINGPLASTICDEFORMATION

目

录DESIGNISABOUTFLANGEMACHINE(THREEROLLERSSYMMETRICALTYPEROLLROUNDTHEDESIGNOFTOROLLONTHECIRCLENEXTPRESSINGDEVICEANDROLLMACHINEDESIGNANDOFTHEOVERALL......................................................................-1-MACHINESTRUCTURE,INTHEUPPERROLLERSTRUCTUREPROVIDESPRESSURE,THETWOLOWERROLLERSMAKETOPPROVIDETORQUE.THISMADEVARIOUSPROFILESROLLRINGFLANGEANDAQUALITY,BENEFITROLLSROUNDCOMPACTSTRUCTURE,EASYOPERATION,NOISE,LONGQUALITYPRICEMULTI-USAGE,ETC,ANDISREALIZEDFACTORY,FACILITIESCANGREATLYINTENSITY,EFFICIENCY..............................................................................................................................................-11．1设计任务........................................................................................................................................1．2国内外进展现状........................................................................................................................-1.2.11.2.2

-4-41．3本课程来源...................................................................................................................................-第二章兰成型机工作方案的选择......................................................................................-6-2．1法兰成型方案的确信.............................................................................................................

2．2法兰卷制成型方式的选择...................................................................................................第三章动方案及整体结构的设计......................................................................................--31传动方案的设计.......................................................................................................--32法兰成型机整体结构的设计...............................................................................-9-第章力学析与参数确信...............................................................................1041卷圆的工艺进程分析...........................................................................................-42卷圆进程中的力学分析......................................................................................-10-43工作辊轮的设计.....................................................................................................-10-

三辊轮受力情形分析--F=

30

=

4.3.2

法兰成型机的主参数的确11第章压下置的计-1251卷圆成型直径与标尺刻度的关系...................................................................-12-52压下装置的设计.....................................................................................................-13-53上辊轮的设计...........................................................................................................-

轴的材料及结构的确--轴的受力分.........................................................................................................-15校核轴的强.........................................................................................................-1754螺旋传设计...............................................................................................................-17第章其它要紧部件设计选.................................................................--6箱体的设计.....................................................................................................................-19-6“五大轮”的设计.........................................................................................................-6各要紧部件的选用.........................................................................................................-第章法兰型机要紧技术数...........................................................................-21第章设备利用及其保养.........................................................................................--8设备利用注意事项.........................................................................................................-8设备的润滑和保养.........................................................................................................-总............................................................................................................................................23参文献..................................................................................................................................23致............................................................................................................................................24第一章绪论．设计卷圆是利用机械的方式使材料的应力全数达到屈，将成式。传，工、件，往由体

、塑，从，，生期、噪、劳，不产。由于，，因，为了知、、无染，必兰成，该优，而达、平，并具济。依参们数如下：辊轮工作速度为。本台机械的目的是将尺寸为301256mm材料为Q235为，外圆直径为的盘计负。．国内

国外进展现状50，着的步。美国、德、日，体会。国，府圆，的，提，专门求“”、“创”，注重研。于第、大此地。但，轻应，有时产。政求“”与“”，坚持以，不高养，们门，础技，卷品。国能、先，出，尤其、重、周卷圆。政，通、进。重及，质理，且。本的，狠，突出。本量，销的50%，对加日圆。

国内进展现状

是机在争；势，方国另一方面却有很多国产机销积存，国机机床产品充满市场。这种，、产促上外，个的卷圆机机、性，，户。工乏计具(评判、有测等)设功，往需要，而品。机依要求，就速国，需12个由这，会现，碍了期。于计、艺制，乏效，就，，的。为解决这问题，必对产个合应用，进，提高，利相应，。．本课题同在宿，在台已的，其行加倍合理的节是们真地机械的有数和，义学年检，咱们。

第章法兰型工作的选择．法兰如图所该件以两种：①.冲压法。即来制种产效要一可大此的：a.由为430mm内径为370mm设计出的模超级，本较

图2-1法兰环高；b.对，合碳钢；c.该内。将303mm成兰环。如图2-2。矩M的作，层向受中以纵到变荷的，面最板的极，向状态，外弯，板各层。外然，表维力

图2-2

板曲形示意，，负越，塑变形钢向纤维应力都超过材料的屈服时，所有纵都处于塑性变形状

，。，端。，，大，，方。，。钢，，份，，长为L=

4303702

mm，即1256mm。22择市的机类较图2-3结行主，，，上轴，，，上，

2-3

类能所作图2-4够，。三称液：

图2-4

机图a.图2-5辊螺齿端。b.图2-6为夹，

作倾动。c.图2-7，起液压传通液液活塞取下旋转驱通减齿为卷供。图2-5机械式三辊对称

图2-6机械式三辊非对称

图2-7液压式三辊卷圆式卷圆机工作原理图

式卷圆机工作原理图

机工作原理图非造要，，卧结，，，此们兰纳三。第章传动方及结构的设计．传动使功小，传动，机结凑，，依照的”的那，。通过”齿下，，因，且“”齿轮个辊，此个下。用

图。图3-1

传系统示用．法兰咱们纳是旋主运动，而上辊作垂直起落运动们采纳“手柄-传动螺杆-传动螺母-滑块”柄动辊垂，而到。整如图3-2。

122212222减速箱倒顺开关3.电动机压下装置限位轮6.驱动辊7.调整辊图3-2

法成型机示意四力学分与数的确信．卷圆式卷制，，辊做，材平放，摩，因，板也，同时压，当受，，板被。．卷圆在到此材应有1）克挠2）克材3形。．工作情形分析，钢受图，依受，能取力：2F

2

R式中连心线与OO夹角，=—下辊中心距（md—小（d—下辊直径（m

ad

；考虑到板宽b远小于卷圆最小直径中性层半径：F

2Md

（）上辊用即

图被卷钢板

1122223s22s12112121122223s22s12112121析力：F=2Fcos（1）

（KN）依照哈尔滨工业大学的胡卫龙教师和王仲仁教师年在《锻压机械》的第27卷第4期上发表的论文——《各类卷板成形工艺的辊筒受力分析》可知，下辊轮受到的力为：F=

2MaR

)2（2）式中M—板材被弯曲到中性层半径为时需的弯曲力矩（Nmr—辊轮半径，r（mm依照安徽理工大学的孟凡净教师和周哲波教2006年5月机械》上发表的论文—大型卷板机的力学模型编号为（2006可，钢板的塑性极限弯矩为：M

12

hb

2

s（3）式中h—卷板的厚度（mb—卷板的宽度（m—卷板材料的屈服极限（235Mpa初选下辊轮的直径为170mm，中心距200mm，考虑到钢板在卷制时会与下辊轮发生轴向滑动们在钢板与辊轮接触处设置一环形槽深2mm，因此下辊轮的实际由式（2）和（3）得：

直径为166mm。F=

Rr20085hb=aR200200

3(301023510NKN因此，下辊轮作用在钢板上的力为。依照（）式得上辊轮对钢板的压力为：F=2Fcos因为R=a=200mm,因此=,F=

=4.3.2法兰成型机的主参数的确信如图所示，OOB组成了一个直角三角形，Da其三边边长别离，，R)依222照它们之间的三角关系可得：DDb(R222

（4）其中，DD别离为上、下辊轮直径mm12

2112112121121121为扁钢宽度（一样取最大值mm；为加工工件曲率半径，mm；H为上下辊中心高，mm。因此，由式）完全能够确信该机的各参数，其值靠得住，能够作为设计其系列产品的理论依据。在本次设计中，由b=30mmD=166mm,a=200mm,为已知，而只D和H的值

图4-2主参数的结构分析未知，它们之间存在着一一映射的关系。设计D=160mm，为了避免钢板在它上面发生轴向滑动，咱们也在钢板与辊轮接触处设置一环形槽，槽深2mm，因此上辊轮的实际直径为156mm，将其值代入（4）式得：166200156(200))H200)222

2

2

=

2

H122)

得（mm因此在卷制进程中，只需将上下辊中心高调整为即可。五压下装的计．卷圆的关系由上一章的公式（4可得上下辊中心高H与各主参数的关系为：

H=H=

(R

a))2)2（1）在公式中D、D、a为固定值，而与b是用户给定的值。如图5-1所示，x为上辊中心到标尺指针的垂直高度，为定值；为下辊中心到标尺“0”刻度的垂直高度为定值L为标尺指针在标尺上所指定的刻度值随用户给定的参数确信。它们之间的关系为：H+x=L+y（2）将（2）式入（1）式得：

（3）将已知的值代入（3式得：

(R

D))2)2

(R83)

2

100

2

223（mm）简化后，得：

(2

25)

（mm）依如实际情形知，在卷圆机上卷制的宽度（角钢为厚度一般为15mm半径一样为mm此，以此范围为计算作图范围，绘制标尺刻度值L卷制半径R、卷制宽度（或厚度）b之间的关系表。如此就给利用厂家的实际生产带来专门大的方便。图5-1上下辊中心高与标尺刻度的关系表

(R2100

单位：mmL

R

100150200250300350400450b152025

3035404550

5560

由于设轮为40mm针的60100）mm，的L围上将其。．压下钢板在卷制进程中，曲率的操纵是通过调整上辊的压下量来实现的，压下量可通过标尺任意调整，实现了必然范围内的曲率半径的卷曲。上辊的压下采纳“螺母固定，螺杆转动并移动”的螺旋传动方式，并通过滑块使上辊轴与螺杆维持相对静止，从而达到上辊轴与螺杆同步起落的目的。其设计成

效图如图所示。图压下装置设计成效图．轴的材料及结构的确信上辊轮轴是该机械的重要零件，经受着两下辊轮的合力，设计时应知足合理的结构，足够的强度，和良好的工艺性等。

1．选择轴材料轴的材料主若是碳钢和合金钢，碳钢具有足够高的强度，对应力集中灵敏性较低，便于进行各类热处置及机械加工，价钱低、供给充沛，应用最广。合金钢机械性能更高，经常使用于制造高速、重载的轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。通过进行各类热处置、化学处置及表面强化处置，能够提高用碳钢或合金钢制造的轴的强度及耐磨性。专门是合金钢，只有进行热处置后才能充分显示其优越的机械性能。由于本台机械要求此轴具有较高的强度且轴径不能过大，因此咱们选用合金钢，其牌号为38CrMoAlA锻造成径度限=930MPa，服极=785MPa，弯曲疲劳极

=440MPa，剪切疲劳极限

=280MPa许用弯曲应

。2．拟出轴结构依照轴的工作情形和轴的材料我初选轴径为35mm因为轴要紧经受的是径向载荷，因此安装在上辊轮与轴之间的轴承的类型选用圆柱滚子轴承，由《机械设计手册》高教版中知圆柱滚子轴承（摘自

GB283-87）查得d=40mm,D=80mm,B=23mm,型号为32508。由于上辊轮的宽度因此应安一32208的滚轴承，，然后用密封圈密封。如图所示，由于轴在滑块内的长度为滑块到轴承的间距为铜套的宽度为20mm上辊轮宽度为因此轴的工作长度为：（mm3．轴上零的定位和固定为了避免轴和零件在工作时发生轴向移动，保证其准确的工作位置，安装在轴上的所有零件必需有准确的定位和牢靠的固定。为了限制轴的轴向移动，轴与滑块采纳螺纹联接，从而保证轴与滑块的相对静止，轴肩对轴承轴向定位，压板和铜套对上辊轮进行轴向定位，再利用双头螺栓和螺母对压板进行锁紧。轴的受力分析1．绘制轴的受力简图如图5-3所示为上辊轮轴的受力简图，将上辊轮、滑块对其作用的力集中作用在轴上

图5-3上辊轮轴的受力简图由于轴只受到上辊轮和滑块对它的作使劲，因此这两个力等值反向，均为。因此，作用在轴上段范围内的力的集度为：P=（KN/m）作用在DE段范围内的力的集度为：

q=（KN/m）1．绘制上辊轮轴的剪力图、弯矩图

435在轴的AB，BC，DE四段剪力和弯矩都不能用同一方程式来表示，因此应分四段考虑，对每一段都列出剪力方程和弯矩方程，方程中以m为单位，F(x)以为单位xKN单位。在AB内F(x)=0M(x（0x）在段内Fx)p0.02)(M(x=(x0.02)(0.114)（0.02mx在段内，F()

（0<）=0x<）)x<）M(x（0.062mx<0.096m）

)

bb在DE段内Fx)(x0.096)q=(435M(x=[0.096)])

=[

0.096)

]

)（0.096m

0.114m）图上辊轮轴的剪力图与弯矩图校核轴的强度由弯矩图知，C处为可能的危险截面，计算出处的剪力和弯矩。Fc=(0.1140.062)KN为材料为38CrMoAlA许用弯曲应b

，截面当量弯矩应力为：

0.413.14(0.04)

Mpa<

（W为轴的抗弯截面模量）因此，C截面平安。．为了达到将螺杆的转动转化为滑块的起落运动，咱们采纳了“螺母固定，螺杆转动并作直线运动”的滑动螺旋传动方式。关于这种以传递运动为主的传导螺旋，其失效形式主若是由于磨损而产生的过大间隙或变形造成运动精度下降，设计时应以螺纹耐磨性计算和螺杆的刚度计算来确信螺旋传动的要紧尺寸参数。由于在本次设计中，螺杆受到较大的受压的轴向载荷，因此，需对其进行强度核算和压杆稳固性核算，查验螺旋是不是知足自锁条件。1．选择材和许用应力

2412224122螺杆材料选钢，调质处置

360N/mm

,《机械设计手册》第三卷（成大先主编）第篇表查得：

3

=120~72/mm

2

，手动可取/mm

2

。螺母材料。由表12-1-10可：b

40~60N/，取

50N/mm

30~40/，取35/mm

。此螺旋传动系手动低速，由表12-1-9得：N/mm2，取/mm2．按耐磨计算螺纹中径螺纹的中径为：

2

。d0.8

F其中，F—轴向载荷，；N/（其值可查表12-1-9—螺母（或螺杆）的转角，rad；因值可依照螺母的形式选定，，因此螺纹的中径为：0.8

3

=(mm。由—（见《机械设计手册高教版可选d=34，D=35，d=27，D的梯形螺纹，中等精度，螺旋副标记为。螺母高度

（mmH=55mm。那么螺纹圈数3．自锁性算

H55==圈。由于系单头螺纹，导程S=P=6mm，故螺纹升角为：

s6由表12-1-7知，钢对青铜0.08~0.10取，可得：

t2cacca3341b43t2cacca3341b43

2

arctg故自锁靠得住。4．螺杆强度验算由表12-1-3，螺纹摩擦力矩为：1MdFtg(入表12-1-42之式（4）得：(

4F)2)2=()3(0.2d320.2

)

2

N

2<

5．螺母螺强度验算因螺母材料强度低于螺杆故只算螺母螺纹强度即可。由表12-1-4得，牙根宽度b==，大体牙型高H=3mm。代入表中的（7式及（）式有：FN/2<bn3FH37830N/b2n3.149.176．螺杆的固性验算

2

<由于螺杆的最大工作长度为上辊轮下压得最低时滑块与压下螺母间的长度，其值为：l=.5=。ul71.5由表12-1-4知，21.19i为螺杆危险截面的惯性半径，i274i=

d4

,mm中，按一端固定一端自由从表可。由表可知，当

uli

时，可不进行稳固性计算。故稳固性条件知足。第章其它各紧件的设计及选用6．箱体是用来支承和容纳机械中所有的零部件，保证它们彼其间的正确位置，并经受作使劲，在专门大程度上阻碍着机械的工作精度和抗振性能。因此，合理选择机架的材料和正确设计其结构型式，对减轻机械重量，节约金

属材料，提高机械的性能和寿命等相当重要。在本机械中，箱体要紧经受着上辊轮、下辊轮、皮带轮及蜗轮对它的力其中属上辊轮对它的力最大强度作为评定箱体工作能力的大体准那么于铸铁的铸造性能与切削性能好，吸振能力强，价钱低廉，铸铁件易于大量生产箱体经受着较大的弯曲应力咱们选用作为箱体的材料依照箱体内各部件的布置方案设计的箱体结构如图6-1所示为了便于铸造箱体上与各轴接触的凸台采纳铸铁焊的形式将其焊接在箱体上底座角钢及支承钢板与箱体的连接也采纳焊接的形式。6．“五大轮”包括调整辊轮（上辊轮个驱动辊轮（下辊轮）及两个限位轮。在第四章中，咱们已经确信调整辊轮和驱动辊轮的直径别离为156mm和166mm，由于这

图6-1箱体结构图三个辊轮为要紧的工作部件，受重载作用，对强度和硬度有很高的要求，咱们选用55号优质碳素结构钢作为这三个辊轮的材料，其屈服强度

s

为，热轧硬度可达为了增大辊轮与被卷钢板间的摩擦，可对下辊轮表面进行滚花加工。考虑到卷圆钢板的厚度（或宽度）不一，咱们将下辊轮做成份割式，由内外辊轮组成，对加工不同规格的扁钢（角钢）时，按其壁厚，调剂内辊轮和外辊轮之间的间隙（如图所示调剂时先松开螺钉2，用内六角方扳手调整螺钉3，使角钢在槽中能灵活移动，最后锁紧螺2，即可进行不同规格的卷圆工作。

图6-2不同规格扁钢（角钢）间隙调整示用意松开螺栓2，旋紧螺钉间隙加大松开螺钉3，旋紧螺钉间隙减小限位轮在本机械中为非受力件，对各力学性能要求不高，只起到对卷圆钢板进行初定位的作用，材料选用HT100，设计其直径为180mm，通过凸台及螺栓对其进行轴向定位。依照限位轮轴直径及受力情形，选用轴承型号,内径35mm，外径55mm，厚10mm。6．1.液压计的选用由于箱体内布置有蜗轮蜗杆传动和齿轮传动，为了延长各零件寿命及减少噪音，必需对它们进行充分的润滑。机械油注入箱体内，齿轮及蜗轮部份浸入油内，靠传动的啮合旋转充分润滑所有的传动件和轴承。但箱体内油液高度要适当：假设油液高度太高，油液对传动件有粘滞作用，无益于传动；假设油液高度太低，不能对各传动件充分润滑。在箱体底部安装液压计可实时观看油液高度，并通过其指示作用，及时地添加机械油。液压计型号选YWZ-80T（－安装尺寸为80mm42mm。2.脚轮的选用为了便于机械的移动，咱们在其底部安装个脚轮，它们只受到机械重力的作用，单个脚轮受力约10000N因此采纳橡胶包铁的形式，其型号选WP13B-150（14688－93第七章兰成机紧技术参数

由于在实际生产进程中，需要加工的钢板尺寸不一，所能加工成的法兰最小直径也不一样，