车轮轮辋卷圆机的结构设计说明书

车轮轮辋卷圆机的结构设计.绪论Pro/E三维软件简介Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。目前Pro/E最高版本为2008年1月发布的Pro/ENGINEERWildfire4.0(野火4.0)。1．参数化设计和特征功能Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。2．单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。一、Pro／EngineerPro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：1．特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；2．参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；3．通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。4．支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro／PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。5．贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro／ENGINEER的基本功能。二、Pro／ASSEMBLYPro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：1．在组合件内自动零件替换(交替式)2．规则排列的组合(支持组合件子集)3．组装模式下的零件生成(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)4．Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。5．组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值．如：给两中零件之间加一个焊接特征等）。三、Pro／CABLINGPro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化设计。Pro/CABLING功能包括：1．新特征包括：电缆、导线和电线束；2．用于零件与组件的接插件设计；3．在Pro/ENGINEER零件和部件上的电缆、导线及电线束铺设；4．生成电缆/导线束直线长度及BOM信息；5．从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图；6．对参数位置的电缆分离和连接；7．空间分布要求的计算，包括干涉检查；8．电缆质量特性，包括体积、质量惯性、长度；9．用于插头和导线的规定符号。设计任务小型卷圆机是将碳钢、不锈钢、有色金属型材（角钢、带钢、槽钢、管子等）卷制成直径φ320-φ6000mm的圆环和法兰的一种高质量、高效益的卷圆装置。其结构独特.具有体积小.能耗低.效率高,无噪音安装使用方便.操作简单.承载能量强.寿命长.卷圆速度快.产品质量可靠等优点。液压卷圆机是机械式卷圆机的升级产品能加大了卷圆的厚度和宽度，能够完成机械式卷圆无法卷动厚板的缺点，代替了原有钢板下料.对接.校正.车床加工等复杂工艺并节省了氧气.乙炔.劳动力.原材料等，是制造法兰的先进母体。1.安装在坚硬的基础面上，设备保持平稳。2.严格遵守规章制度和安全操作规程3.操作人员应了解并掌握设备的结构及工作原理和保养检查点。4.掌握开机、停机的方法和顺序（按电磁调速电机的使用说明书操作）。5.开机前减速器应加润滑油.6.设备正在运行时如须打反转，则应先将调速开关复位，停机后停1分钟再开机。7.被动轮进给时，应先将紧固螺栓松开，进给达到刻度后，再将圆螺母拧紧固定；被动轮两边的螺栓（4-M30）拧紧、固定。每次被动轮进给时需将工件完全退出后再进给。8.使用过程中应及时清理压轮槽内及工作台表面的杂滓。9.本机电源为三项四线.卷圆是利用机械的方法使材料内部所承受的应力全部达到屈服极限，并将其卷制成所需半径的管筒件的一种冷加工方法。在传统的机械加工中，工厂为了得到圆环状、管筒状零件，往往是由经验丰富的钣金工用辊压、折弯的方法使材料内部发生塑性变形，从而得到所需的工件，这种方法对生产人员的要求很高，且生产周期长、噪声大、劳动强度大，不适合用于大规模及自动化生产。由于轮辋是一种基础类零件，在各工程中应用非常普遍，因此，为了满足工厂对生产所提出的高效、低耗、无污染的要求，必须对车轮轮辋卷圆机的结构设计进行科学合理的设计，使该设备的生产能力最为优化，从而达到高效、安全，并具有一定的社会效益和良好的经济效益。根据参观工厂已有的卷圆设备以及参考有关书籍，我们设定主要技术参数如下：板材尺寸1250*195*10mm，电动机功率4KW。国内外发展现状国外发展现状德国政府讲求“实际”与“实效”，坚持以人为本，不断提高人员素质，他们还特别重视理论与实际相结合，基础科研与应用技术并重，在卷圆机产品质量上精益求精。德国的卷圆机质量及性能良好、先进实用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圆机，在质量、性能上居世界前列。日本政府对卷圆机工业的发展异常重视，并通过规划、法规进行引导。在重视人才及卷圆机部件配套方面学习德国，在质量管理及卷圆机技术方面学习美国，而且做得更好。日本在发展卷圆机的过程中，狠抓关键，突出发展卷圆机系统。日本FANUC公司在产量上居世界第一，销售额占世界市场的50%，对加速日本和世界卷圆机的发展起了重要作用。在美国，政府重视卷圆机工业的发展，因而不断提出卷圆机的发展方向，提供充足的经费，特别讲求“效率”、“创新”，注重基础科研。由于美国首先结合汽车、轴承行业的生产需求开发了大批自动生产线，所以美国的高性能卷圆机技术在世界一直居领先地位。但因为偏重基础科研，忽视应用技术，有一段时间卷圆机的产量增加缓慢，直到纠正偏向后，产量又逐渐上升。国内发展现状我国是世界上卷圆机机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各类卷圆机机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外卷圆机机床产品充斥市场。这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控卷圆机机床品种、性能和结构不够先进，新产品的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。我国工厂由于缺乏卷圆机设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及卷圆机机床性能测试装置等)，自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功的把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。卷圆机用户根据使用需要，在订货时往往提出一些特殊要求，甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计卷圆机和修改相应的卷圆机图纸及卷圆机技术文件。在国外，这项卷圆机修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周，而在我国卷圆机机床厂用手工操作就至少需1～2个月，且由于这些图纸和文件涉及多个部门，常会出现漏改和失误的现象，影响了产品的质量和交货期。由于长期以来形成的卷圆机设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效的协同开发的模式，不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见，容易造成产品的反复修改，延长了开发的周期。

为解决这些问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。车轮轮辋卷圆机的结构设计工作方案的选择轮辋成型方案的确定如图2-1所示，制造该轮辋零件的方法有以下两种：①.冲压法。即利用冲压的方法，设计一套专门用来制造该零件的模具，这种方法最突出的优点就是生产效率高，只要设计出一套模具和与之相配套的模架便可大量生产同一型号的轮辋零件，但此法也有明显的不足之处：a.由于需要得到的轮辋环的外径为430mm，内径为370mm，设计出来的模具体形巨大，非常笨重，图2-1轮辋环本较高；b.冲压对加工坏料的材质有限制，只适合加工塑性较好的低碳钢；c.由于该轮辋环的内径较大，加工产生的废料也较多。②．卷制法。即利用辊轮将303mm的扁钢卷制成所需的轮辋环。钢板在辊轮上弯曲变形，是一个横向弯曲的过程，如图2-2所示。钢板在外负荷力矩M的作用下，产生弯曲变形时，中性层以上的纵向纤维受到压缩变形，中性层以下的纵向纤维受到拉伸变形。根据外负荷力矩的大小，当钢板表面层的最大应力小于钢板材质的屈服极限时，各层的纵向纤维都处于弹性变形状态，随着外负荷弯曲力矩的增大，钢板各层纤维继续产生变形。当外负荷增加到一定数值，钢板表层纵向纤维应力图2-2钢板弯曲变形示意图超过了材料屈服极限时，纤维产生塑性变形，负荷越大，塑性变形区由表层向中性层扩展的深度也越大。当钢板整个断面的纵向纤维应力都超过材料的屈服极限时，所有纵向纤维都处于塑性变形状态，弯曲过程完成。当钢板完全卷制成所需的圆环时，再将首尾端焊合即可。利用这种方法加工轮辋环，只要辊轮提供的扭矩大，基本上不会受到加工坏料材质的影响，且不会产生废料，操作方便实用，不失为一种加工大中型轮辋的好方法。综合以上两种方法的优缺点，我们选用卷制法加工。因为扁钢在卷制过程中，中性层以上部分受到压缩变形，而中性层以下部分受到拉伸变形，唯独中性层长度没有变化，所以需要提供的扁钢长度为L=mm，即1256mm。轮辋卷制成型方式的选择目前市场上出现的卷圆机种类较多，大致分类如图2-3所示。三辊式结构卷制原理是利用三个辊轮对板料进行连续的三点弯曲卷制成弧体，下辊为主动辊，上辊作垂直升降运动，结构较简单，而四辊式卷圆机是以上辊为主动辊，由主电动机通过主减速器以及联轴器，从而带动上辊的工作，下辊的作用是提供一定的向上力，与上辊一起夹紧，2-3卷圆机分类所卷钢板使上辊与被卷钢板间产生足够的摩擦力，在上辊旋转时能够带动钢板运动。两个侧辊用以形成卷筒所需的曲率，使板料达到所需的目的，其工作原理如图2-4所示。采用四辊卷圆结构可以免去端部预弯的工序，但是传动系统较复杂，机器较笨重，因此我们采用三辊式卷圆结构。而三辊式卷圆机又分为机械式三辊对称式卷圆机、机械式三辊非对称式卷圆机、液压式三辊卷圆机，它们的主要特点分别为：图2-4四辊卷圆机工作原理图机械式三辊对称式卷圆机：如图2-5所示，该结构型式为三辊对称式，上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动，通过螺杆螺母传动而获得，两下辊作旋转运动，通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。该机缺点是板材端部需借助其它设备进行预弯。机械式三辊非对称式卷圆机：如图2-6所示，该机结构型式为三辊非对称式，上辊为主传动，下辊作垂直升降运动，以便夹紧板材，并通过下辊齿轮与上辊齿轮啮合，同时作为主传动，边辊作倾升降运动，具有预弯和卷圆双重功能。液压式三辊卷圆机：如图2-7所示，该机上辊可以垂直升降，垂直升降的液压传动是通过液压缸内的液压油作用活塞杆而获得，下辊作旋转驱动，通过减速机输出齿轮啮合，为卷圆提供扭矩，下辊下部有托辊并可调节。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由于非对称式和液压式卷圆机的传动系统较复杂，制造精度要求高，难度大，而卧式结构相比于立式结构，外形大方，结构紧凑，且传动系统布置较简单，因此我们设计的车轮轮辋卷圆机的结构设计采用机械式三辊对称式卧式结构方案。

传动方案及总体结构的设计传动方案的设计为了使传动功率损失最小，传动级数最少，机器结构最紧凑，我们采用传动比非常大的蜗轮蜗杆传动方案，且根据“传动比大的放在靠电机处”的原则，将其放在带传动的下一级传动中。通过“过桥”齿轮与下辊轮齿轮的啮合作用，带动两个下辊轮旋转，因为两个下辊轮齿轮的参数完全一致，且“过桥”齿轮中心在两个辊轮的对称中心上，所以两个下辊轮作同步旋转运动。传动方案示意图如图3-1所示。图3-1传动系统示意图车轮轮辋卷圆机的结构设计总体结构的设计由于我们采用的是机械式三辊对称式结构，两下辊作旋转的主运动，而上辊作垂直升降运动，因此我们采用“手柄-传动螺杆-传动螺母-滑块”的传动方式，将手柄的旋转运动转换成上辊的垂直升降运动，从而达到压紧板材的目的。其总体结构布置示意图如图3-2所示。减速箱2.倒顺开关3.电动机4.压下装置5.限位轮6.驱动辊7.调整辊图3-2车轮轮辋卷圆机的结构设计示意图

力学分析与主参数的确定卷圆的工艺过程分析对称式三辊卷圆机在卷制钢板时，两下辊做旋转运动，上辊做垂直升降运动，板材平放在两下辊上，由于轧辊与板之间存在着摩擦力，所以当下辊转动时，板材也沿纵向运动，同时由上辊施加压制力，当板材所受应力超过屈服极限，则产生塑性变形，板材被弯曲。卷圆过程中的力学分析板材在被卷制过程中首先要克服板材的挠曲变形受力，变形到一定的程度时板材要克服本身的弹性和塑性抗力，因此施加在板材上的力应有3个部分：（1）克服板材的挠曲变形力；（2）克服板材的弹性变形力；（3）克服板材的塑性变形力。工作辊轮的设计三辊轮受力情况分析卷制时，钢板受力情况如图4-1所示，根据受力平衡，可以得到下辊作用于钢板上的支持力F2：F2式中—连心线OO1与OO2夹角，=；a—下辊中心距（m）；dmin—卷圆最小直径（m）；d2—下辊直径（m）；考虑到板宽b远小于卷圆的最小直径dmin，中性层半径R0.5dmin，为简化计算，上式可变为：图4-1被卷钢板的受力分析F2（KN）根据受力平衡，上辊作用于钢板上的力即压下力F1为：F1=2F2cos（KN）（1）根据哈尔滨工业大学的胡卫龙老师和王仲仁老师1992年在《锻压机械》的第27卷第4期上发表的论文——《各种卷板成形工艺的辊筒受力分析》可知，下辊轮受到的力为：F2=（2）式中M—板材被弯曲到中性层半径为R时所需的弯曲力矩（Nm）；r2—下辊轮半径，r2=r3（mm）；根据安徽理工大学的孟凡净老师和周哲波老师2006年5月在《煤矿机械》上发表的论文——《大型卷板机的力学模型》[文章编号为：1003-0794-（2006）05-0769-03]可知，钢板的塑性极限弯矩为：（3）式中h—卷板的厚度（m）；b—卷板的宽度（m）；s—卷板材料的屈服极限（Q235为235Mpa）；初选下辊轮的直径为170mm，中心距为200mm，考虑到钢板在卷制时会与下辊轮发生轴向滑动，我们在钢板与辊轮接触处设置一环形槽，槽深2mm，因此下辊轮的实际直径为166mm。由式（2）和（3）得：F2==N4.52KN所以，下辊轮作用在钢板上的力为4.52KN。根据（1）式得上辊轮对钢板的压力为：F1=2F2cos因为R=a=200mm,所以=,F1=24.52KN=4.521.732KN7.83KN车轮轮辋卷圆机的结构设计的主参数的确定如图4-2所示，组成了一个直角三角形，其三边边长分别为，，，根据它们之间的三角关系可得：（4）其中，、分别为上、下辊轮直径，mm；b为扁钢宽度（一般取最大值），mm；R为加工工件曲率半径，mm；H为上下辊中心高，mm。因而，由式（4）完全可以确定该机的各参数，其值可靠，可以作为设计其系列产品的理论依据。在本次设计中，由于R=200mm，b=30mm，=166mm,a=200mm,均为已知，而只有和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=160mm，为了防止钢板在它上面发生轴向滑动，我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：=+得H=174.6（mm）所以在卷制过程中，只需将上下辊中心高调整为174.6mm即可。

压下装置的设计卷圆成型直径与标尺刻度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=（1）在公式中，、、a均为固定值，而R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；y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定。它们之间的关系为：H+x=L+yH=L+y-x（2）将（2）式代入（1）式得：L=（3）将已知的值代入（3）式得：L=（mm）简化后，得：L=（mm）根据实际情况知，在卷圆机上卷制的宽度（角钢为厚度）一般为15b60（mm），卷制半径一般为100R500（mm），因此，以此范围为计算作图范围，绘制标尺刻度值L与卷制半径R、卷制宽度（或厚度）b之间的关系表。这样就给使用厂家的实际生产带来很大的方便。图5-1上下辊中心高与标尺刻度的关系表1L=单位：mmRRLb1001502002503003504004505001560.2361.7062.8663.8064.582061.0263.5465.4066.8267.9668.8869.652562.8366.3168.7570.5671.9573.0673.9774.723063.0768.2571.6073.9575.7177.0778.1679.0579.793568.7173.6476.8779.1580.8682.1983.2684.1384.864074.3079.0382.1384.3586.0187.3188.3589.2189.924579.9084.3987.3889.5391.1592.4293.4494.2894.995085.4589.7492.6394.7196.2997.5398.5499.365590.9795.0897.8799.896096.47由于此次设计的上辊轮行程为40mm，且标尺指针在标尺上的指示范围为（60，100）mm，因此计算出来的L值若不在此范围内，则在本台机器上无法将其加工成所需工件。压下装置的设计钢板在卷制过程中，曲率的控制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，实现了一定范围内的曲率半径的卷曲。上辊的压下采用“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保持相对静止，从而达到上辊轴与螺杆同步升降的目的。其设计效果图如图5-2所示。图5-2压下装置设计效果图上辊轮轴的设计轴的材料及结构的确定上辊轮轴是该机器的重要零件，承受着两下辊轮的合力，设计时应满足合理的结构，足够的强度，以及良好的工艺性等。1．选择轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢，碳钢具有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供应充足，应用最广。合金钢机械性能更高，常用于制造高速、重载的轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。通过进行各种热处理、化学处理及表面强化处理，可以提高用碳钢或合金钢制造的轴的强度及耐磨性。特别是合金钢，只有进行热处理后才能充分显示其优越的机械性能。由于本台机器要求此轴具有较高的强度且轴径不能过大，因此我们选用合金钢，其牌号为38CrMoAlA，锻造成形及调质处理，毛坏直径60mm，硬度293~321HBS，抗拉强度极限=930MPa，屈服极限=785MPa，弯曲疲劳极限=440MPa，剪切疲劳极限=280MPa许用弯曲应力=75MPa。2．拟出轴的结构根据轴的工作情况和轴的材料，我初选轴径为35mm，因为轴主要承受的是径向载荷，所以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。由于上辊轮的宽度为42mm，所以应在上辊轮中再安装一个型号为32208的圆柱滚子轴承，d=40mm,D=80mm,B=18mm，然后用密封圈密封。如图5-2所示，由于轴在滑块内的长度为18mm，滑块到轴承的间距为34mm，铜套的宽度为20mm，上辊轮宽度为42mm，因此轴的工作长度为：L=20+42+18+34=114（mm）3．轴上零件的定位和固定为了防止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须有准确的定位和牢靠的固定。为了限制轴的轴向移动，轴与滑块采用螺纹联接，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用力，因此这两个力等值反向，均为7.83KN。所以，作用在轴上BC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）绘制上辊轮轴的剪力图、弯矩图在轴的AB，BC，CD，DE四段内，剪力和弯矩都不能用同一方程式来表示，所以应分四段考虑，对每一段都列出剪力方程和弯矩方程，方程中，x以m为单位，以KN为单位，以为单位。在AB段内，=0（0<0.02m）=0（0<0.02m）在BC段内，==186.43（0.02m<0.062m）==（0.02m<0.062m）在CD段内，=7.83（0.062m<0.096m）=7.83（0.062m<0.096m）在DE段内，=7.83-=7.83-（0.096m0.114m）=[7.83-q]=[7.83-435]（0.096m0.114m）图5-4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C处的剪力和弯矩。Fc=7.83KNMc=7.830.41因为材料为38CrMoAlA的许用弯曲应力=75MPa，C截面当量弯矩应力为：====65.29Mpa<（W为轴的抗弯截面模量）所以，C截面安全。螺旋传动设计为了达到将螺杆的转动转化为滑块的升降运动，我们采用了“螺母固定，螺杆转动并作直线运动”的滑动螺旋传动方式。对于这种以传递运动为主的传导螺旋，其失效形式主要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定螺旋传动的主要尺寸参数。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定性核算，检验螺旋是否满足自锁条件。1．选择材料和许用应力螺杆材料选45钢，调质处理，,由《机械设计手册》第三卷（成大先主编）第12篇表12-1-10查得：=120~72，手动可取100。螺母材料为。由表12-1-10可得：，取50；=，取35。此螺旋传动系手动低速，由表12-1-9查得：，取20。按耐磨性计算螺纹中径螺纹的中径为：其中，F—轴向载荷，N；—许用比压，（其值可查表12-1-9）；—螺母（或螺杆）的转角，rad；因为值可根据螺母的形式选定，取=1.7，所以螺纹的中径为：=0.821.46=12.14(mm)。由GB5796.1—86（见《机械设计手册》高教版）可选d=34，P=6，=31，=35，=27，=28的梯形螺纹，中等精度，螺旋副标记为Tr346-7H/7e。螺母高度H==1.731=52.7（mm），取H=55mm。则螺纹圈数n===9.17圈。自锁性验算由于系单头螺纹，导程S=P=6mm，故螺纹升角为：由表12-1-7知，钢对青铜，取0.09，可得：，故自锁可靠。螺杆强度验算由表12-1-3，螺纹摩擦力矩为：18896.76，代入表12-1-4之式（4）得：==16.01<螺母螺纹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=0.65P=0.656=3.9mm，基本牙型高H1=0.5P=0.56=3mm。代入表12-1-4中的（7）式及（8）式有：1.99<4.60<6．螺杆的稳定性验算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=180-51-35-22.5=71.5mm。由表12-1-4知，（i为螺杆危险截面的惯性半径，i=,mm），式中，按一端固定一端自由从表12-1-5可得=2。由表12-1-4可知，当<40时，可不进行稳定性计算。故稳定性条件满足。

其它各主要零部件的设计及选用箱体的设计箱体是用来支承和容纳机器中所有的零部件，保证它们相互间的正确位置，并承受作用力，在很大程度上影响着机器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，对减轻机器重量，节约金属材料，提高机器的性能和寿命等至关重要。在本机器中，箱体主要承受着上辊轮、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基本准则。由于铸铁的铸造性能与切削性能好，吸振能力强，价格低廉，铸铁件易于大量生产，且箱体承受着较大的弯曲应力，因此我们选用HT200作为箱体的材料，根据箱体内各部件的布置方案，设计的箱体结构如图6-1所示，为图6-1箱体结构图了便于铸造，箱体上与各轴接触的凸台采用铸铁焊的形式，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用焊接的形式。“五大轮”的设计“五大轮”包括调整辊轮（上辊轮），两个驱动辊轮（下辊轮）及两个限位轮。在第四章中，我们已经确定调整辊轮和驱动辊轮的直径分别为156mm和166mm，由于这三个辊轮为主要的工作部件，受重载作用，对强度和硬度有很高的要求，我们选用55号优质碳素结构钢作为这三个辊轮的材料，其屈服强度为380Mpa，热轧硬度可达255HBS。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，我们将下辊轮做成分割式，由内外辊轮组成，对加工不同规格的扁钢（角钢）时，按其壁厚，调节内辊轮和外辊轮之间的间隙（如图6-2所示），调节时先松开螺钉2，用内六角方扳手调整螺钉3，使角钢在槽中能灵活移动，最后锁紧螺钉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）间隙调整示意图松开螺栓2，旋紧螺钉3，间隙加大松开螺钉3，旋紧螺钉2，间隙减小限位轮在本机器中为非受力件，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。根据限位轮轴直径及受力情况，选用轴承型号为61907,内径35mm，外径55mm，厚10mm。各主要部件的选用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，必须对它们进行充分的润滑。机械油注入箱体内，齿轮及蜗轮部分浸入油内，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：若油液高度过高，油液对传动件有粘滞作用，不利于传动；若油液高度过低，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察油液高度，并通过其指示作用，及时地添加机械油。液压计型号选YWZ-80T（GB1161－90），其安装尺寸为110mm80mm42mm。2.脚轮的选用为了便于机器的移动，我们在其底部安装4个脚轮，它们只受到机器重力的作用，单个脚轮受力约10000N，因此采用橡胶包铁的形式，其型号选WP13B-15040（GB/T14688－93）。

设备的使用及其保养设备使用注意事项1.板材长度等于“轮辋的中径圆周率”。2.板材头应“预弯边”，半径应与轮辋半径相同。3.接通电源后，进行下辊正反两个方向和上辊升降运动，检查各运动有无不正常的卡死现象。4.设备在运行过程中，若发现有不规则的噪音、冲击等不正常现象，应立即“停机”检查。5.加压给进应循序渐进，不可过急。6.给进一次应卷到头，中间不要给进。7.快结束时，应使用轮辋外径圆弧量板随时检测“卷圆度”。设备的润滑和保养1.设备在使用前，先检查箱体侧面的油标所显示的油位。如油位低于油线时，必须从箱体盖上的注油孔内注油，直到达到油线。2.从上辊轮轴前端的油杯注油，以润滑上辊轮的滑动轴承。3.润滑压下装置的滑块，调节螺杆和螺母。4.夏季时，箱体内可注入30号、40号机械油。冬季时，可注入20号机械油。正常使用半年后，箱体可清洗换油一次，正确的维护和保养是保证设备正常运转和延长使用寿命的重要因数。

总结经过两个多月的准备及实际工作，在X老师的指导和同学们的帮助下，此次毕业设计顺利完成。由于自身知识有限，时间及资料的不足，又缺乏工作经验，在设计过程中难免有设计上的缺陷，如各零件的加工工艺的复杂程度，制造成本，及其寿命等。通过此次毕业设计，使我对大学四年各专业知识的综合运用，有了一定程度上的把握。在这两个多月的时间里，我在绘制整台机器各零部件的Pro/E三维图上花费的时间最长，在确定机器各零部件的布置方案后，还要通过理论计算来验证，不合格则重新修改，过程很繁琐，但我觉得这都是我必须去做的。通过此次毕业设计，使我又一次温习了三维建模、二维制图等各软件的操作，运用并熟悉相关设计资料（包括手册，标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高。总之，此次毕业设计是我迈出校园，走向工作岗位的综合演练，它为我今后的工作打下了坚实而牢固的基础。由于这是我第一次根据实际需要而做的设计，设计过程中难免有许多疏漏或错误，恳求各位导师、教授、专家多多指正，殷切希望广大老师批评指点。本设计中对于机构中的其他组件设计计算相对较少，只是简略的选择进行计算。由于我的经验和资质较浅，专业知识相对贫匮，无法对其做更全面的研究。比如对于一些组件的设计计算不够详细，对于一些参数的选择缺乏严格的理论基础。再者，由于本设计机构属于新技术，国内外生产的厂商比较少，能够借鉴的资料也相对缺乏，很多参数只能参考其他工业用机或根据经验选择。设计中免有不妥之处，还望指正。若进入下一步深入研究，可对关键强度部位进行有限元分析和一些部件的优化改进设计，从而获得更加结合生产实际的产品与应用。机构的高精度、高质量的需求量不断增加。我国“九五”、“十五”、“十一五”规划都是一个高速发展的态势，从总的趋势看，机械装置也将向高转速、大型化、机电一体化、节能化发展。我国已加入世界贸易组织。因此，必须独立地开发出自有知识产权的产品。同时要以创新观念为先导，开发出实用、可靠、安全、经济适应市场的好产品。当然这并非那么容易，还要靠科技，一方面，要利用高新科技求改造、完善、拓宽、提高我国的传统产业，使产品上水平，才能进入国际市场，另一方面，科技要面对国情，开发出适应生产需要的机械设备。只要我们把开发搞好、设计水平、制造水平提高了，不仅可以保住我们自己的市场，走出国门，占领国际市场仍有可能性。根据国情扬弃国外技术，解决自己的问题。近年来，我国机械业通过公关，在认真研究国外技术，结合国情实际情况下，研究出不少好产品，很多问题都是自主开发采用国外关键元器件的办法实现的，但知识产权是自主的。按市场规律强强联合，提高制造水平。目前，企业改革改制正在深入开展，要提高我国机械整体制造水平以适应国内外的需要，走强强联合促进集团化发展，不失为有效办法。当然，要按市场规律办事，其中发挥行业协会主管部门的作用是不可忽视的，这样可以加快国内外、行业内外的资源整合，扬长避短、优势互补，名专业生产厂家在已有基础上集中力量，有重点地引进、消化、吸收先进的东西，创新出自己的特色产品，并注意发展自主的现代化专业制造技术，以近快提高我国机械设备制造水平，促进我国机械设备由大国变强国，实际与国际市场的融合。

参考文献[1]汝元功，唐照民主编.机械设计手册.北京:高等教育出版社,1994[2]成大先主编.机械设计手册（第三版第3卷）.北京:化学工业出版社,1979[3]于就泗，齐发主编.机械工程材料.大连:大连理工大学出版社,2003[4]谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定主编.图学基础教程.北京:高等教育出版社,1999[5]《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册.北京:石油化学工业出版社,1978[6]杨明忠，朱家诚主编.机械设计.武汉:武汉理工大学出版社,2001[7]曾志新，吕明主编.机械制造技术基础.武汉:武汉理工大学出