【正文】 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）對(duì)稱式三輥卷板機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1 緒論 概述機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，在國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力中具有非常重要的作用和地位。國民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步直接受制于機(jī)械制造業(yè)提供的裝備水平。機(jī)械制造業(yè)的規(guī)模水平是反映國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)，世界各國都把發(fā)展機(jī)械制造業(yè)作為振興和發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。機(jī)械制造生產(chǎn)能力和制造水平，主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。因此，決定了機(jī)械裝備設(shè)計(jì)在整個(gè)機(jī)械制造業(yè)中舉足輕重的地位。我國是制造大國，更應(yīng)該注重機(jī)械裝備設(shè)計(jì)的資金投入和創(chuàng)新。卷板機(jī)是一種將金屬板材彎卷成筒體、錐體、曲面體或其他形體的通用成型設(shè)備，在工業(yè)基礎(chǔ)加工中占有重要的地位。該設(shè)備廣泛用于石油、金屬結(jié)構(gòu)、木工、造船、鍋爐及其它機(jī)械制造行業(yè)。卷板機(jī)的分類，國外通常以工作輥的配置方式來劃分，國內(nèi)一般以工作輥數(shù)量及調(diào)節(jié)方式等做為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混合分類。如表11。表11 卷板機(jī)種類分類方法卷板機(jī)類別按輥筒方位立式臥式按上輥受力類型閉式（上輥有中部托輥）開式（上輥無中部托輥）有反壓裝置無反壓裝置按輥筒數(shù)目及布置方式四輥三輥對(duì)稱式不對(duì)稱式按輥位調(diào)節(jié)方式上調(diào)式垂直上調(diào)式橫豎上調(diào)式下調(diào)式不對(duì)稱下調(diào)式對(duì)稱下調(diào)式水平下調(diào)式 工作原理卷板是指板材在外力的作用下，使板材的外層纖維拉長，內(nèi)層纖維縮短而產(chǎn)生彎曲變形。卷板機(jī)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(shí)最小卷筒直徑的能力。 圖11 卷板機(jī)工作原理圖 選擇對(duì)稱上調(diào)式三輥卷板機(jī)說明卷板的工作原理，如圖11。三輥卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式分為主運(yùn)動(dòng)和輔運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)下輥是主動(dòng)輥，是固定不動(dòng)的，、同時(shí)作順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，屬于主運(yùn)動(dòng)。上輥是被動(dòng)輥，在傳動(dòng)系統(tǒng)的帶動(dòng)下可上下升降，也可以在圖11中垂直平面作上翹和翻邊等運(yùn)動(dòng)，屬于輔運(yùn)動(dòng)。卷制時(shí)，板料被送入上下輥之間，板材的下表面與兩個(gè)下輥的最高點(diǎn)相接觸，當(dāng)上輥下壓并超過材料的屈服極限時(shí)，板材便產(chǎn)生塑性變形，形成一段弧線。在兩個(gè)下輥的旋轉(zhuǎn)下，由于摩擦力板材也隨之旋轉(zhuǎn)，使板材形成沿其全長的塑性變形，根據(jù)三點(diǎn)成圓原理，最后板材被卷制成圓，如圖12所示。 圖12 卷板過程 卷板機(jī)在我國的發(fā)展我國的卷板機(jī)制造始于六十年代末，最早為機(jī)械傳動(dòng)的對(duì)稱式三輥卷板機(jī)，這種機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單，但不能預(yù)彎板材端部。七十年代末，長冶鍛壓機(jī)床廠研制成功了機(jī)械傳動(dòng)四輥卷板機(jī)，此種卷板機(jī)雖然能直接預(yù)彎，也改善了性能，但其結(jié)構(gòu)龐大，制造周期長，沒有得到普遍推廣。八十年代中，該廠又推出全液壓四輥卷板機(jī)和液壓水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)，這兩種機(jī)型即可一次上料完成簡體成形，又可對(duì)簡體進(jìn)行焊接后的校圓，工作效率得到了顯著的提高。八十年代末，由PC、NC控制的三、四輥卷板機(jī)進(jìn)入國內(nèi)市場。該機(jī)具有工作輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)平、下輥傾斜可水平水平升降等功能。后來出現(xiàn)NC弧形下調(diào)式三輥卷板機(jī)，除具備四輥卷板機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還可以進(jìn)行板材端部預(yù)彎。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊合理，重量輕，受到市場的廣泛歡迎。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，在國家的大力扶持下，企業(yè)通過多次技術(shù)改造，引進(jìn)了美英等國家先進(jìn)卷板技術(shù)。目前研制的新型板材卷制設(shè)備的設(shè)計(jì)水平與制造水平均已達(dá)到亞洲先進(jìn)，并可與世界先進(jìn)的卷板機(jī)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品相媲美。卷板機(jī)制造業(yè)作為機(jī)床模具產(chǎn)業(yè)最大的買方市場，也帶動(dòng)了焊接、檢測、材料應(yīng)用等各個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。卷板機(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，最終將促進(jìn)我國機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展。近些年，隨著原子能、石油化工、宇航、海洋開發(fā)、軍工等部門的迅速發(fā)展，卷板機(jī)作業(yè)的范圍正在不斷的擴(kuò)大，要求也在不斷的提高。作為一種不可或缺的高效機(jī)械，卷板機(jī)在今后的工業(yè)生產(chǎn)中一定會(huì)得到更好的利用。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展將對(duì)這個(gè)機(jī)械品種提出越來越高的要求，將促使這個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)的迅速發(fā)展。2 機(jī)構(gòu)方案的論證及確定在選擇卷板機(jī)構(gòu)類型時(shí)，首先要確保需要卷制的板材在其工藝范圍以內(nèi)，還要保證卷制的加工精度，同時(shí)要考慮到其生產(chǎn)率﹑制造維修難易程度﹑經(jīng)濟(jì)性等。我們結(jié)合上章所述卷板機(jī)的類型，選擇較為常用的幾種機(jī)構(gòu)，擬訂方案，并進(jìn)行分析論證。 方案的論證 方案1三輥卷板機(jī) 三輥卷板機(jī)是目前最普遍使用的一種卷板機(jī)，制造技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，經(jīng)濟(jì)適用。（1）對(duì)稱式三輥卷板機(jī) 上輥在兩下輥中央對(duì)稱位置，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于制造維修，重量輕，投資小，成型較準(zhǔn)確，輥筒受力較小，但是不能彎卷板材的全部長度，板材的兩端有略小于兩下輥距離一半的長度是直的，即剩余直邊大，需要配預(yù)彎設(shè)備，如圖12。（2）不對(duì)稱式三輥卷板機(jī) 上輥位于下輥之上而略偏移，結(jié)構(gòu)較簡單，剩余直邊少，但板料需要掉頭彎邊，操作不方便，輥筒受力較大，卷彎能力小，常用來卷制薄而短的輕型筒節(jié)，工作能力一般在323000mm以下，如圖21。圖21 不對(duì)稱式卷板機(jī) 方案2四輥卷板機(jī) 四輥卷板機(jī)有四個(gè)輥，上輥是主動(dòng)輥，下輥可以上下移動(dòng)，兩個(gè)側(cè)輥可以沿斜向升降。特點(diǎn)是板材對(duì)中方便，工藝通用性廣，可直接完成板材的預(yù)彎，卷圓時(shí)無需掉頭，可以矯正扭斜錯(cuò)邊等缺陷，可即位裝配電焊。但質(zhì)量體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。上下輥夾持力使工件受氧化壓傷嚴(yán)重，操作技術(shù)不易掌握。常用于重型工件卷制及自動(dòng)化水平和技術(shù)水平較高的場合，如圖22。圖22 四輥卷板機(jī) 方案的確定一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該是技術(shù)上實(shí)用，操作和維修方便，經(jīng)濟(jì)上合理和運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。通過上述幾個(gè)機(jī)構(gòu)類型的比較，我們可以得出，雖然四輥卷板機(jī)對(duì)中方便，可直接完成板材的預(yù)彎，工藝通用性廣，但其質(zhì)量體積大，操作復(fù)雜，價(jià)格高昂，用于卷制本課題的102000mm薄鋼板實(shí)屬浪費(fèi)。而不對(duì)稱式相比對(duì)稱式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作不方便。結(jié)合了實(shí)際需要和現(xiàn)實(shí)局限，最后確定了我的設(shè)計(jì)方案：對(duì)稱式三輥卷板機(jī)。3 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)是指兩個(gè)下輥繞圖11中、同時(shí)作順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)需要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)構(gòu)三大部分組成的系統(tǒng)來完成，以下對(duì)各部分進(jìn)行論證設(shè)計(jì)。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案的論證 實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為主傳動(dòng)系統(tǒng)。主運(yùn)動(dòng)屬于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，可以是機(jī)械的，也可以是液壓或電氣的。液壓和電氣傳動(dòng)裝置的成本較高，而機(jī)械驅(qū)動(dòng)形式工作可靠，要求一般的制造水平，在各類機(jī)器中得到廣泛的應(yīng)用，因此，主傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置我們選擇為機(jī)械傳動(dòng)，現(xiàn)列出三種常用的機(jī)械傳動(dòng)方式分布論證。（1）方案一 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，其特點(diǎn)有：①帶具有彈性，能緩和沖擊、吸收振動(dòng)，因而工作平穩(wěn)，噪聲小。②結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)制造、安裝要求不高，工作時(shí)不需要潤滑，成本低。③適用于中心距較大的場合，但帶壽命短，不宜用于高溫、易燃場合。④摩擦帶傳動(dòng)傳動(dòng)過載時(shí)，帶相對(duì)小帶輪打滑，可保護(hù)其他零件免受損壞，但工作時(shí)存在彈性滑動(dòng)，不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。（2）方案二 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)是一種十分重要的機(jī)械傳動(dòng)形式，其特點(diǎn)有：①傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高。②工作可靠，壽命長。③結(jié)構(gòu)緊湊。在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。（3）方案三 鏈傳動(dòng)①與摩擦帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，但不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比。②與齒輪傳動(dòng)相比，制造與安裝精度要求較低，成本低。③只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的同向傳動(dòng)，不宜用于載荷變化很大、高速和急速反向的傳動(dòng)中。 方案的確定已知兩個(gè)下輥的工作轉(zhuǎn)速與主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比較大，應(yīng)采用由多種傳動(dòng)形式組成的多級(jí)傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的承載能力小，在傳動(dòng)相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動(dòng)形式大，但可以吸收振動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，因此宜布置在高速級(jí)；而鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不均勻，有沖擊和動(dòng)載荷，噪聲較大，不適用于高速級(jí)；齒輪傳動(dòng)效率高，對(duì)大功率傳動(dòng)能減少能耗。通過以上分析，我們選擇由帶傳動(dòng)作為高速級(jí)、齒輪傳動(dòng)作為低速級(jí)的三級(jí)傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖如圖31。1—主電動(dòng)機(jī) 2—帶傳動(dòng) 3—齒輪減速器 4—末級(jí)輸出齒輪傳動(dòng) 5—下輥圖31 主傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖 主電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)是批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)工作機(jī)的工作環(huán)境、工作特性和工作載荷等條件，選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、功率和轉(zhuǎn)速，并在設(shè)計(jì)手冊中選出其具體型號(hào)和尺寸。 類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因此無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛。根據(jù)不同防護(hù)要求，電動(dòng)機(jī)有防護(hù)式、開啟式、封閉自扇冷式和防爆式等幾種結(jié)構(gòu)形式。最后根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作特性、工作環(huán)境和工作載荷等條件，查表161，確定了Y系列（IP23）防護(hù)式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 功率的計(jì)算（1）已知設(shè)計(jì)參數(shù) 工作輥材料為，最大卷板厚度,最大卷板寬度，板材屈服極限，卷板速度，上輥升降速度。（2）確定卷板機(jī)基本參數(shù)下輥中心距： （31）上輥直徑： （32）下輥直徑： （33）上輥軸直徑： （34）下輥軸直徑： （35）最小卷圓直徑： （36）下輥轉(zhuǎn)速：（3）下輥受力分析主電動(dòng)機(jī)為兩個(gè)下輥提供驅(qū)動(dòng)力矩，我們需要通過對(duì)下輥來求得電動(dòng)機(jī)的功率。在加工時(shí), 卷制板材并不是一次成型的，而是需要經(jīng)過多次滾彎的。因此在確定最大彎曲力矩時(shí)，應(yīng)按照純塑性變形來考慮，即板材所受的應(yīng)力已全部達(dá)到屈服極限，獲得了沿全長的塑性變形。卷管截面上受力情況和彎曲應(yīng)力分布如圖32。圖32 卷管的受力情況和彎曲應(yīng)力分布圖則最大彎曲應(yīng)力為：