160 法兰成型机的总体设计

160 法兰成型机的总体设计,法兰,成型,总体,整体,设计 江西农业大学毕业设计(论文)任务书设计（论文）课 题 名 称法兰成型机的总体设计学生姓名 李达林 院（系） 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 吴彦红 职 称 教授 学 历毕业设计（论文）要求：1、能独立拟定设计方案，提出方案的构思以及技术、经济条件等方面的可行性论证报告。2、能熟练应用已学过的理论知识，采用工程分析计算方法或数值计算方法，正确完成设计中的计算工作。3、能熟练掌握机械制图的方法和技巧，并运用计算机绘图、计算机辅助设计等，按国家标准正确地完成绘图工作。4、能按设计任务书的要求，编写出设计说明书。毕业设计（论文）内容与技术参数：内 容：1参观工厂，了解相关机器的工作原理，测绘机器的基本尺寸。2设计并绘制机器各零部件的 Pro/E 三维图，再组装成机器。3确定法兰成型方案，编写设计说明书。4通过理论计算及校核，修改各零部件尺寸。5参考已经绘制的三维图，绘制各非标零件的零件图，绘制装配图。技术参数：1电机型号为 Y132M1-6，功率为 4KW。2板材进给速度为 2m/min。3压下装置调节范围为 40mm。4设备外形尺寸为 850mm650mm800mm。毕业设计（论文）工作计划：1、调查实习、查阅文献、收集资料：2008.122009.12、方案选择设计：2009.23、总体设计：2009.24、详细计算、结构设计：2009.35、工程图的绘制：2009.46、编写设计说明书：2009.47、修改设计、准备答辩：2009.5接受任务日期 2008 年 12 月 1 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日学 生 签 名 年 月 日指导教师签名 年 月 日院长（主任）签名 年 月 日学校代码：10410学 号：20050428本 科 毕 业 设 计题目： 法兰成型机的总体设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 李 达 林 学 号： 20050428 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制 052 班 指导教师： 吴彦红老师 二 OO 九年 五月法兰成型机的总体设计摘 要本 设 计 是 关 于 法 兰 成 型 机 （ 又 名 对 称 式 三 辊 卷 圆 机 ） 的 总 体 设 计 ， 主 要 对卷 圆 机 上 下 辊 轮 、 压 下 装 置 以 及 卷 圆 机 的 总 体 进 行 设 计 和 计 算 。卷 圆 机 结 构 型 式 为 三 辊 对 称 式 ， 在 该 结 构 中 上 辊 下 压 提 供 压 力 ， 两 下 辊 做旋 转 运 动 ， 为 卷 制 板 材 提 供 扭 矩 。 该 机 是 将 各 种 型 材 卷 制 成 法 兰 和 圆 环 的 一 种高 质 量 、 高 效 益 的 卷 圆 装 置 ， 具 有 结 构 紧 凑 、 操 作 简 便 、 寿 命 长 、 噪 声 小 、 一机 多 用 、 质 优 价 廉 等 优 点 ， 是 工 厂 实 现 机 械 化 生 产 的 配 套 设 备 ， 该 设 备 的 上 市可 以 大 大 减 轻 工 人 的 劳 动 强 度 ， 提 高 企 业 生 产 效 益 。关键词：法兰成型机；卷圆机；卷制；塑性变形Abstract: This design is about flange machine (three rollers symmetrical type roll round the overall design of machine), mainly to roll on the circle next roller, pressing device and roll machine design and calculation of the overall.Roll machine athreeroller symmetrical structure, in the upper roller press structure provides pressure, the two lower rollers make rotation, top provide torque. This machine is made of various profiles will roll ring flange and a high quality, high benefit rolls round device, with compact structure, easy operation, low noise, long service life, high quality and reasonable price multi-usage, etc, and is realized mechanization production factory, this equipment facilities listed can greatly reduce the labor intensity, improve production efficiency.Key words: Flange machine Roll round machine rolling Plastic deformation法兰成型机的总体设计目 录第一章 绪 论 .- 1 -11 设计任务 .- 1 -12 国内外发展现状 .- 1 -1.2.1 国外发展现状 .- 1 -1.2.2 国内发展现状 .- 2 -13 本课程来源 .- 2 -第二章 法兰成型机工作方案的选择 .- 3 -21 法兰成型方案的确定 .- 3 -22 法兰卷制成型方式的选择 .- 3 -第三章 传动方案及总体结构的设计 .- 5 -31 传动方案的设计 .- 5 -32 法兰成型机总体结构的设计 .- 5 -第四章 力学分析与主参数的确定 .- 6 -41 卷圆的工艺过程分析 .- 6 -42 卷圆过程中的力学分析 .- 6 -43 工作辊轮的设计 .- 6 -4.3.1 三辊轮受力情况分析 .- 6 -4.3.2 法兰成型机的主参数的确定 .- 7 -第五章 压下装置的设计 .- 8 -51 卷圆成型直径与标尺刻度的关系 .- 8 -52 压下装置的设计 .- 9 -53 上辊轮轴的设计 .- 10 -5.3.1 轴的材料及结构的确定 .- 10 -5.3.2 轴的受力分析 .- 11 -5.3.3 校核轴的强度 .- 12 -54 螺旋传动设计 .- 12 -第六章 其它各主要零部件的设计及选用 .- 14 -61 箱体的设计 .- 14 -62 “五大轮”的设计 .- 15 -63 各主要部件的选用 .- 15 -第七章 法兰成型机的主要技术参数 .- 16 -第八章 设备的使用及其保养 .- 17 -81 设备使用注意事项 .- 17 -82 设备的润滑和保养 .- 17 -总结 .- 17 -参考文献 .- 18 -致谢 .- 19 -法兰成型机的总体设计- 1 -第 一 章 绪 论1 1 设 计 任 务卷 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 于法 兰 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 法 兰 成 型 机 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 ： 辊 轮 工 作 速 度 为 2m/min。 设 计 本 台 机 器 的 目 的 是 将 尺 寸 为30 3 1256mm， 材 料 为 Q235 的 扁 钢 卷 制 成 内 圆 直 径 为 370mm， 外 圆 直 径 为430mm 的 法 兰 盘 。 参 与 此 次 设 计 的 共 两 个 人 ， 本 人 负 责 的 是 法 兰 成 型 机 的 总 体 设计 。1 2 国 内 外 发 展 现 状1.2.1 国 外 发 展 现 状50 年 来 ， 卷 圆 机 随 着 科 技 特 别 是 微 电 子 、 计 算 机 技 术 的 进 步 而 不 断 发 展 。 美国 、 德 国 、 日 本 三 国 的 卷 圆 机 技 术 非 常 先 进 ， 经 验 很 多 ， 并 且 分 别 有 自 己 的 特 点 。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 。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 。法兰成型机的总体设计- 2 -1.2.2 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 。1 3 本 课 程 来 源本 课 题 来 源 是 通 过 指 导 老 师 与 同 盛 机 械 厂 的 协 商 ， 安 排 我 们 在 工 厂 住 宿 ，并 在 一 台 已 经 用 于 生 产 的 卷 圆 机 的 基 础 上 ， 对 其 进 行 更 加 合 理 的 有 利 于 节 约能 源 和 资 源 的 结 构 调 整 。 目 的 是 使 我 们 真 正 地 了 解 一 台 机 器 从 课 题 的 选 择 到方 案 的 确 定 ， 还 有 设 计 参 数 的 选 择 和 计 算 的 整 个 过 程 ， 意 义 是 对 整 个 大 学 四年 学 习 的 一 次 检 测 ， 是 我 们 踏 出 校 园 走 上 工 作 岗 位 的 一 次 练 兵 。法兰成型机的总体设计- 3 -第 二 章 法 兰 成 型 机 工 作 方 案 的 选 择2 1 法 兰 成 型 方 案 的 确 定如 图 2-1 所 示 ， 制 造 该 法 兰 零 件 的 方 法 有 以 下 两 种 ： .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 法 兰 零 件 ， 但 此 法 也 有 明 显 的 不 足 之 处 ：a.由 于 需 要 得 到 的 法 兰 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 ， 成 本 较 图 2-1 法 兰 环高 ； 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 法 兰 环 的 内 径 较 大 ， 加 工 产 生 的 废 料 也 较 多 。 卷 制 法 。 即 利 用 辊 轮 将 30 3mm 的 扁 钢 卷 制 成 所 需 的 法 兰 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 法 兰 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 法 兰 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430721256mm。2 2 法 兰 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 为法兰成型机的总体设计- 4 -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a. 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 。b. 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 。c. 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 法 兰 成 型 机 采 用 机 械 式 三 辊 对 称 式 卧 式 结 构 方 案 。法兰成型机的总体设计- 5 -第 三 章 传 动 方 案 及 总 体 结 构 的 设 计3 1 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3 2 法 兰 成 型 机 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 。法兰成型机的总体设计- 6 -1. 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 法 兰 成 型 机 示 意 图第 四 章 力 学 分 析 与 主 参 数 的 确 定4 1 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 。4 2 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 。4 3 工 作 辊 轮 的 设 计4.3.1 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 sinMR法兰成型机的总体设计- 7 -式 中 连心线 OO1 与 OO2 夹角， = ；min2arcsd+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 R 0.5dmin， 为 简 化 计 算 ， 上 式 可 变 为 ：F2 （KN）isM根 据 受 力 平 衡 ， 上 辊 作 用 于 钢 板 上 的 力 即 图 4-1 被 卷 钢 板 的 受 力 分 析压 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()MRra（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（N m） ；r2下辊轮半径，r 2=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：21sMhb（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= = N 4.52 KN2sRrhba326085(01)5102法兰成型机的总体设计- 8 -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 = , 30F1=2 4.52 KN=4.52 1.732KN 7.83KNs4.3.2 法兰成型机的主参数的确定如图 4-2 所示， 组成了一个直角三角形，1OB其三边边长分别为 ， ， ，2()DRba1()2HR根据它们之间的三角关系可得：212()()ab（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） ，1D2mm；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2D和 H 的值 图 4-2 主参数的结构分析1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1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： 222160156(203)()(0)H= + 2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。第 五 章 压 下 装 置 的 设 计5 1 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= 212()()DaRbR法兰成型机的总体设计- 9 -（1）在公式中， 、 、a 均为固定值，而 R 与 b 是用户给定的值。1D2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+y H=L+y-x （2） 将（2）式代入（1）式得：L= 212()()DaRbRxy（3）将已知的值代入（3）式得：L= 2(83)10(78)1203RbR（mm）简化后，得：L= 2(83)10b(25)R（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 15 b 60（mm） ，卷制半径一般为100 R 500（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 1 L= 单位：mm2(83)10b(25)R100 150 200 250 300 350 400 450 50015 60.23 61.70 62.86 63.80 64.5820 61.02 63.54 65.40 66.82 67.96 68.88 69.6525 62.83 66.31 68.75 70.56 71.95 73.06 73.97 74.7230 63.07 68.25 71.60 73.95 75.71 77.07 78.16 79.05 79.7935 68.71 73.64 76.87 79.15 80.86 82.19 83.26 84.13 84.8640 74.30 79.03 82.13 84.35 86.01 87.31 88.35 89.21 89.9245 79.90 84.39 87.38 89.53 91.15 92.42 93.44 94.28 94.99RLb法兰成型机的总体设计- 10 -50 85.45 89.74 92.63 94.71 96.29 97.53 98.54 99.36 55 90.97 95.08 97.87 99.89 60 96.47 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 。5 2 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5 3 上辊轮轴的设计5.3.1 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。特法兰成型机的总体设计- 11 -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 293321HBS，抗拉强度极限 =930MPa，屈 b服极限 =785MPa，弯曲疲劳极限 =440MPa，剪切疲劳极限 =280MPa 许用弯曲应s1 1力 =75MPa。1b2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。5.3.2 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= 7.8316.402（KN/m）法兰成型机的总体设计- 12 -作用在 DE 段范围内的力的集度为：q= 7.834501（KN/m）1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()sFx为单位， 以 为单位。()MxKNm在 AB 段内， =0 （0 0.02m）sF x=0 （0 0.02m）()x在 BC 段内， = =186.43 法兰成型机的总体设计,指导老师: 吴彦红老师姓 名: 李达林学 号: 20050428班 级: 机制052班专 业: 机械设计制造及其自动化,设计任务,法兰是使两个管件相互连接并达到密封作用的零件，在工业管道中，法兰连接的应用十分广泛。通过吴老师的联系,我们参观了一家南昌的机械厂，根据工厂工人师傅们的要求，我们设计的机器要将尺寸为3031256mm，材料为Q235的扁钢卷制成内径为370mm，外径为430mm的法兰环。然后再改变机器的部分结构，可以生产各种规格的法兰环。,法兰成型方案的确定,如图所示，我们设计的法兰成型机采用机械式三辊对称式结构方案。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，通过蜗轮轴上的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。,压下装置的设计,板材在卷制过程中，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。,法兰成型直径与压下量的关系,为了直观地反映法兰成型直径与压下量的关系，我们在前支承板上安装有100mm长的刻度尺，并在上辊轴上安装一指针，指针在刻度尺上的指示范围为（60,100）mm。,上辊轮轴的设计,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293321HBS，抗拉强度极限b=930MPa，屈服极限s=785MPa，弯曲疲劳极限 -1=440MPa，剪切疲劳极限-1=280MPa，许用弯曲应力-1b=75MPa。 因为轴在工作中主要承受的是径向重载，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，型号为32508。,上辊轴的受力图、剪力图、弯矩图,校核上辊轴的强度,螺旋传动设计,对于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。 螺旋传动设计步骤： 1.选择材料和许用应力 2.按耐磨性计算螺纹中径 3.自锁性验算 4.螺杆强度验算 5.螺母螺纹强度验算 6.螺杆的稳定性验算,“五大轮”的设计,“五大轮”包括一个调整辊轮（上辊轮），两个驱动辊轮（下辊轮）及两个限位轮 。由于上辊轮和下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。 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。,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。,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,箱体的设计,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，为了便于铸造，箱体上与各轴接触的凸台采用铸铁焊的形式，底座角钢及支承钢板与箱体的连接也采用焊接的形式。,设备的主要技术参数,设备使用注意事项,1.板材长度等于“法兰的中径圆周率”。2.板材头应“预弯边”，半径应与法兰半径相同。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，应使用法兰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，在吴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，但通过此次毕业设计，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。 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。,图纸统计量,1 张 A01 张 A11 张 A314张 A4 共计2.5张 A0,致谢,本次毕业设计已告完成，在此向指导老师吴彦红老师致以由衷的敬意，感谢她长期以来对我们孜孜不倦的教导，同时我也要特别感谢严霖元老师，谢谢他对我们的指导。 此外，我也要感谢江西同盛机械厂和那里的工人师傅们，感谢他们的帮助和支持。同时也要感谢本组成员艾兴同学，是我们的团结协作才顺利完成了本次毕业设计。 最后还要感谢各位评委老师，您们辛苦了！ 欢迎提出宝贵的意见和建议！谢谢！,