【正文】 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 引 言 概述 機械加工行業(yè)在我國有著舉足輕重的地位，它是國家的國民經(jīng)濟命脈。作為整個工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分的機械制造業(yè)，任務(wù)就是為國民經(jīng)濟的各個行業(yè)提供先進的機械裝備和零件。它的規(guī)模和水平是反映國家的經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，因此非常值得重視和研究。 錘片粉碎機是一種將金屬板材卷彎成筒形、弧形或其它形狀工件的通用設(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。該產(chǎn)品廣泛用于鍋爐、造船、石油、木工、金屬結(jié)構(gòu)及其它機械制造行業(yè)。 錘片粉碎機作為一個特殊的機器，它在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。凡是鋼材成型為圓柱型，幾乎都用錘片粉碎機輥制。其在汽車，軍工等各個方面都有應(yīng)用。根據(jù)不同的要求，它可以輥制出符合要求的鋼柱，是一種相當(dāng)實用的器械。 在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)整形式等為標(biāo)準實行混合分類，一般分為： 錘片粉碎機：包括對稱式錘片粉碎機、非對稱式錘片粉碎機、水平下調(diào)式錘片粉碎機、傾斜下調(diào)式錘片粉碎機、弧形下調(diào)式錘片粉碎機和垂直下調(diào)式錘片粉碎機等。 錘片粉碎機：分為側(cè)輥傾斜調(diào)整式錘片粉碎機和側(cè)輥 圓弧調(diào)整式錘片粉碎機。 特殊用途錘片粉碎機：有立式錘片粉碎機、船用錘片粉碎機、雙輥錘片粉碎機、錐體錘片粉碎機、多輥錘片粉碎機和多用途錘片粉碎機等。 錘片粉碎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、小型錘片粉碎機中仍廣泛應(yīng)用。在低速大扭矩的錘片粉碎機上，因傳動系統(tǒng)體積龐大，電動機功率大，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，有以液壓馬達作為源控制工作輥移動但主驅(qū)動仍為機械傳動的機液混合傳動的錘片粉碎機，也有同時采用液壓馬達作為工作輥旋轉(zhuǎn)動力源的全液壓 式錘片粉碎機。 錘片粉碎機的工作能力是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時最小卷筒直徑的能力。國內(nèi)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，但對板材的質(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。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)備允許的前提下可采用熱卷的方法。有些不允許冷卷的板材，熱卷沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 剛性太差，則采用溫卷的方法。 錘片粉碎機的原理 錘片粉碎機的運動形式 錘片粉碎機的運動形式可以分為主運動和輔運動兩種形式的運動。主運 動是指構(gòu)成錘片粉碎機的上輥和下輥對加工板材的旋轉(zhuǎn)、彎折等運動，主運動完成錘片粉碎機的加工任務(wù)。輔運動是錘片粉碎機在卷板過程中的裝料、下料及上輥的升降、翹起以及倒頭架的翻轉(zhuǎn)等形式的運動。 該機構(gòu)形式為三輥對稱式 ,上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動 ,通過絲桿絲母蝸桿傳動而獲得 ,兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動 ,通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合 ,為卷制板材提供扭矩。 圖 11 錘片粉碎機工作原理圖 由圖 11：主運動指上輥繞 O1，下輥分別繞 O O3 作順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。輔運動指上輥的上升或下降運動，以及上輥在 O1 垂直平面的上翹、翻邊運動等。 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，內(nèi)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)下進行滾圓鋼板的方法有：機械滾圓、胎模壓制和手工制作三種加工方法。機械滾圓是在錘片粉碎機（又叫滾板機、軋圓機）上進行的。 在錘片 粉碎機上進行板材的彎曲是通過上滾軸向下移動時所產(chǎn)生的壓力來達到的。它們滾圓工作原理如圖 12 所示。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 a） b） c） 圖 12 滾圓機原理圖 a） 對稱式錘片粉碎機 b） 不對稱式錘片粉碎機 c） 錘片粉碎機 用三輥彎（卷）板機彎板，其板的兩端需要進行預(yù)彎，預(yù)彎長度為 ＋（ 30~50） mm(L 為下輥中心距）。預(yù)彎可采用壓力機模壓預(yù)彎或用托板在滾圓 圖 13 鋼板預(yù)彎示意圖 a）用壓力機模壓 預(yù)彎 b）用托板在滾圓機內(nèi)預(yù)彎 錘片粉碎機的發(fā)展趨勢 加入 WTO 后我國錘片粉碎機工業(yè)正在步入一個高速發(fā)展的快道，并成為國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟的貢獻和提高人民生活質(zhì)量的作用也越來越大。預(yù)計“十五”期末中國的錘片粉碎機總需求量為 600 萬輛，相關(guān)裝備的需求預(yù)計超過 1000 億元。到 2021 年，中國的錘片粉碎機生產(chǎn)量和消費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，市場的競爭也愈演愈烈，產(chǎn)品的更換也要求錘片粉碎機裝備工業(yè)不斷在技術(shù)和工藝上取得更大的優(yōu)勢： ，錘片粉碎機工業(yè) 1000 萬以上投入的項目達近百項； 群； ，促使各地政府都紛紛投資（國家投資、外資和民間資本）錘片粉碎機制造。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，擴大產(chǎn)能，以爭取中國更大的市場份額。民營企業(yè)的崛起以及機制的敏銳使其成為錘片粉碎機工業(yè)的新寵，民營企業(yè)已開始成沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 為錘片粉碎機裝備市場一個新的亮點。 錘片粉碎機制造業(yè)作為機床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場，其中進口設(shè)備 70%用于錘片粉碎機，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。錘片粉碎機制造業(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)推動了錘片粉碎機制造企業(yè)的歷史性的革命，數(shù)控機床有著高精度、高效率、高可靠性的特點，引進數(shù)控設(shè)備在增強企業(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，促進了我國機械工業(yè)的發(fā)展。因此，至 2021 年，錘片粉碎機工業(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，錘片粉碎機制造業(yè)：對數(shù)控機床需求將增長 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床的需求增長 18%；對切割機床的需求增長 30%；對精密加工設(shè)備的需求增長 34%；對特種及專用加工設(shè)備需求增長 23%；對機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，錘片粉碎機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械。 時代在發(fā)展，科技在進步，國民經(jīng)濟的高速發(fā)展將對這個機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。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 方案的論證及確定 方案的論證 一般情況下，一臺錘片粉碎機所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷態(tài)下，按規(guī)定的屈服極限卷制最大板材厚度與寬度時的最小卷桶直徑的能力，熱卷可達冷卷能力的一倍。但近年來，冷卷的能力正日益提高。 結(jié)合上章錘片粉碎機的類型，擬訂了以下幾種方案，并進行了分析論證。 方案 1 雙輥錘片粉碎機 雙輥錘片粉碎機的原理如圖 21 所示： 圖 21 雙輥錘片粉碎機工作原理圖 上輥是鋼制的剛性輥，下輥是一個包有彈性的輥，可以作垂直調(diào)整。當(dāng)下輥旋轉(zhuǎn)時，上輥及送進板料在壓力作用下，壓人下輥的彈性層中，使下輥發(fā)生彈性變形。但因彈性體的體積不變，壓力便向四面?zhèn)鬟f，產(chǎn)生強度很高，但分布均勻的連續(xù)作用的反壓力，迫使板料與剛性輥連續(xù)貼緊，目的是使它隨著旋轉(zhuǎn)而滾成桶形。上輥壓人下輥的深度，既彈性層的變形量，是決定所形成彎曲半徑的主要工藝參數(shù)。根據(jù)實驗研究，壓下量越大，板料彎曲半徑越??；但當(dāng)壓人量達到某一數(shù)值時， 彎曲半徑趨于穩(wěn)定，與壓下量幾乎無關(guān)，這是雙輥錘片粉碎機工藝的一個重要特征。 雙輥錘片粉碎機具有的優(yōu)點： ，因此生產(chǎn)率高； 以彎曲多種材料，機器結(jié)構(gòu)簡單。缺點： ，需要跟換相適應(yīng)的上棍，因而不適用多品種，小批量生產(chǎn)。 定限制，目前一般只能用于 10mm以下的板料。 方案 2 錘片粉碎機 1 2 3 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 錘片粉碎機是目前最普遍的一種錘片粉碎機。利用三輥滾彎原理，使板材彎曲成圓形，圓錐形或弧形工作。 結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊，質(zhì)量輕、易于制造、維修、投資小、兩側(cè)輥可以做的很近。形成較準確，但剩余直邊大。一般對稱錘片粉碎機減小剩余直邊比較麻煩。 剩余邊小，結(jié)構(gòu)簡單，但坯料需要調(diào)頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，彎卷能力較小。所謂理論剩余直邊，就是指平板開始彎曲時最小力臂。其大小與設(shè)備及彎曲形式有關(guān)。如圖 22 所示： 圖 22 錘片粉碎機工作原理圖 對稱式錘片粉碎機剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒間滑落，實際剩余直邊常比理論值大。一般對稱彎曲時為板厚 6～ 20 倍。由于剩 余直邊在校圓時難以完全消除，所以一般應(yīng)對板料進行預(yù)彎，使剩余直邊接近理論值。 不對稱錘片粉碎機，剩余直邊小于兩下輥中心的一半，如圖 22 所示，它主要卷制薄筒（一般在 323000 以下）。 方案 3 錘片粉碎機 其原理如圖 23 圖 23 錘片粉碎機 它有四個輥，上輥是主動輥，下輥可上下移動，用來夾緊鋼板，兩個側(cè)輥可對稱彎曲時 不對稱彎曲時 t1 t2 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 沿斜線升降，在錘片粉碎機上可進行板料的預(yù)彎工作，它靠下輥的上升，將鋼板端頭壓緊在上、下輥之間。再利用側(cè)輥的移動使鋼板端部發(fā)生彎曲 變形，達到所需要。 它的特點是：板料對中方便，工藝通用性廣，可以校正扭斜，錯邊缺陷，可以既位裝配點焊。但滾筒多。質(zhì)量體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。上下輥夾持力使工件受氧化皮壓傷嚴重。兩側(cè)輥相距較遠，對稱卷圓曲率不太準確，操作技術(shù)不易掌握，容易造成超負荷等誤操作。 方案的確定 通過上節(jié)方案的分析，根據(jù)各種類型錘片粉碎機的特點，再根據(jù)錘片粉碎機的不同類型所具有的特點，最后形成我的設(shè)計方案， 122021 對稱上調(diào)錘片粉碎機。 雙輥錘片粉碎機不需要預(yù)彎、結(jié)構(gòu)簡單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。錘片粉碎機結(jié)構(gòu)復(fù)雜造 價又高。雖然錘片粉碎機不能預(yù)彎，但是可以通過手工或其它方法進行預(yù)彎。 通過幾種運動方案的分析，雙輥錘片粉碎機雖然不需要預(yù)彎，但只適合小批量生產(chǎn)，而且彎曲板厚受限制。錘片粉碎機通用性廣，但其質(zhì)量體積大而且操作技術(shù)不易掌握。對稱三輥卷板結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕、易于制造等優(yōu)點。經(jīng)過相比較下最終決定采用錘片粉碎機。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 3 章 傳動和動力設(shè)計 對稱上調(diào)式錘片粉碎機如圖 31 所示： 圖 31 對稱上調(diào)式錘片粉碎機 它是以兩個下輥為主動輪 ，由主動機、聯(lián)軸 器、減速器及開式齒輪副驅(qū)動。上輥工作時，由于鋼板間的摩擦力帶動。同時作為從動軸，起調(diào)整擠壓的作用。由單獨的傳動系統(tǒng)控制，主要組成是：上輥升降電動機、減速器、蝸輪副、螺母。工作時，由蝸輪副轉(zhuǎn)動蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座作升降運動。兩個下輥可以正反兩個方向轉(zhuǎn)動，在上輥的壓力下下輥經(jīng)過反復(fù)的滾動，使板料達到所需要的曲率，形成預(yù)計的形狀。 傳動方案的分析 錘片粉碎機傳動系統(tǒng)分為兩種方式： 齒輪傳動 電動機傳出的扭距通過一個有保護作用的聯(lián)軸器，傳人一個有分配傳動比的減速器，然后功過連軸器 傳人開式齒輪副，進入帶動兩軸的傳動。如圖 32 所示。 圖 32 齒輪式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式的特點是：工作可靠，使用壽命長，傳動準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等。 皮帶傳動 由電動機的轉(zhuǎn)距通過皮帶傳人減速器直接傳人主動軸。如圖 33 所示： 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 33 皮帶式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式具有傳動平穩(wěn)，噪音下的特點，同時以起過載保護的作用，這種傳動方式主要應(yīng)用于具有一個主動輥的錘片粉碎機。 傳動系統(tǒng)的確定 鑒于上節(jié)的分析 ，考慮到所設(shè)計的是錘片粉碎機，具有兩個主動輥，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動準確，所以選用齒輪傳動。 主傳動系統(tǒng)的確定 傳動系統(tǒng)如圖 34 所示： 圖 34 傳動系統(tǒng)圖 所以選用了圓柱齒輪減速器，減速比 i=，減速器通過聯(lián)軸器和齒輪副帶動兩個下輥工作。 副傳動系統(tǒng)的確定 為調(diào)整上下輥間距，由上輥升降電動機通過減速器，蝸輪副傳動蝸輪內(nèi)螺母，使螺桿及上輥軸承座升降運動，為使上輥、下輥軸線相互平行，有牙嵌離和器以備調(diào)整，