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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱
法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
李達(dá)林
院（系）
工學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
吳彥紅
職 稱
教授
學(xué) 歷
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：
1、 能獨(dú)立擬定設(shè)計(jì)方案，提出方案的構(gòu)思以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件等方面的可行性論證報(bào)告。
2、 能熟練應(yīng)用已學(xué)過的理論知識(shí)，采用工程分析計(jì)算方法或數(shù)值計(jì)算方法，正確完成設(shè)計(jì)中的計(jì)算工作。
3、 能熟練掌握機(jī)械制圖的方法和技巧，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正確地完成繪圖工作。
4、 能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，編寫出設(shè)計(jì)說明書。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：
內(nèi) 容：1．參觀工廠，了解相關(guān)機(jī)器的工作原理，測(cè)繪機(jī)器的基本尺寸。
2．設(shè)計(jì)并繪制機(jī)器各零部件的Pro/E三維圖，再組裝成機(jī)器。
3．確定法蘭成型方案，編寫設(shè)計(jì)說明書。
4．通過理論計(jì)算及校核，修改各零部件尺寸。
5．參考已經(jīng)繪制的三維圖，繪制各非標(biāo)零件的零件圖，繪制裝配圖。
技術(shù)參數(shù)：1．電機(jī)型號(hào)為Y132M1-6，功率為4KW。
2．板材進(jìn)給速度為2m/min。
3．壓下裝置調(diào)節(jié)范圍為40mm。
4．設(shè)備外形尺寸為850mm′650mm′800mm。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃：
1、 調(diào)查實(shí)習(xí)、查閱文獻(xiàn)、收集資料：2008.12～2009.1
2、 方案選擇設(shè)計(jì)：2009.2
3、 總體設(shè)計(jì)：2009.2
4、 詳細(xì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：2009.3
5、 工程圖的繪制：2009.4
6、 編寫設(shè)計(jì)說明書：2009.4
7、 修改設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備答辯：2009.5
接受任務(wù)日期 2008 年 12 月 1 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日
學(xué) 生 簽 名 年 月 日
指導(dǎo)教師簽名 年 月 日
院長(zhǎng)（主任）簽名 年 月 日
學(xué)校代碼：10410 學(xué) 號(hào)：20050428 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 李 達(dá) 林 學(xué) 號(hào)： 20050428 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)制 052 班 指導(dǎo)教師： 吳彥紅老師 二 OO 九年 五月 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 摘 要 本 設(shè) 計(jì) 是 關(guān) 于 法 蘭 成 型 機(jī) （ 又 名 對(duì) 稱 式 三 輥 卷 圓 機(jī) ） 的 總 體 設(shè) 計(jì) ， 主 要 對(duì) 卷 圓 機(jī) 上 下 輥 輪 、 壓 下 裝 置 以 及 卷 圓 機(jī) 的 總 體 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 和 計(jì) 算 。 卷 圓 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 對(duì) 稱 式 ， 在 該 結(jié) 構(gòu) 中 上 輥 下 壓 提 供 壓 力 ， 兩 下 輥 做 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 為 卷 制 板 材 提 供 扭 矩 。 該 機(jī) 是 將 各 種 型 材 卷 制 成 法 蘭 和 圓 環(huán) 的 一 種 高 質(zhì) 量 、 高 效 益 的 卷 圓 裝 置 ， 具 有 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 操 作 簡(jiǎn) 便 、 壽 命 長(zhǎng) 、 噪 聲 小 、 一 機(jī) 多 用 、 質(zhì) 優(yōu) 價(jià) 廉 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 是 工 廠 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 化 生 產(chǎn) 的 配 套 設(shè) 備 ， 該 設(shè) 備 的 上 市 可 以 大 大 減 輕 工 人 的 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ， 提 高 企 業(yè) 生 產(chǎn) 效 益 。 關(guān)鍵詞：法蘭成型機(jī)；卷圓機(jī)；卷制；塑性變形 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 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒 論 .- 1 - 11 設(shè)計(jì)任務(wù) .- 1 - 12 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .- 1 - 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 .- 1 - 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .- 2 - 13 本課程來源 .- 2 - 第二章 法蘭成型機(jī)工作方案的選擇 .- 3 - 21 法蘭成型方案的確定 .- 3 - 22 法蘭卷制成型方式的選擇 .- 3 - 第三章 傳動(dòng)方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .- 5 - 31 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) .- 5 - 32 法蘭成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .- 5 - 第四章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定 .- 6 - 41 卷圓的工藝過程分析 .- 6 - 42 卷圓過程中的力學(xué)分析 .- 6 - 43 工作輥輪的設(shè)計(jì) .- 6 - 4.3.1 三輥輪受力情況分析 .- 6 - 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 .- 7 - 第五章 壓下裝置的設(shè)計(jì) .- 8 - 51 卷圓成型直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 .- 8 - 52 壓下裝置的設(shè)計(jì) .- 9 - 53 上輥輪軸的設(shè)計(jì) .- 10 - 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 .- 10 - 5.3.2 軸的受力分析 .- 11 - 5.3.3 校核軸的強(qiáng)度 .- 12 - 54 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) .- 12 - 第六章 其它各主要零部件的設(shè)計(jì)及選用 .- 14 - 61 箱體的設(shè)計(jì) .- 14 - 62 “五大輪”的設(shè)計(jì) .- 15 - 63 各主要部件的選用 .- 15 - 第七章 法蘭成型機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) .- 16 - 第八章 設(shè)備的使用及其保養(yǎng) .- 17 - 81 設(shè)備使用注意事項(xiàng) .- 17 - 82 設(shè)備的潤(rùn)滑和保養(yǎng) .- 17 - 總結(jié) .- 17 - 參考文獻(xiàn) .- 18 - 致謝 .- 19 - 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 1 - 第 一 章 緒 論 1 1 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 卷 圓 是 利 用 機(jī) 械 的 方 法 使 材 料 內(nèi) 部 所 承 受 的 應(yīng) 力 全 部 達(dá) 到 屈 服 極 限 ， 并 將 其 卷 制 成 所 需 半 徑 的 管 筒 件 的 一 種 冷 加 工 方 法 。 在 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 械 加 工 中 ， 工 廠 為 了 得 到 圓 環(huán) 狀 、 管 筒 狀 零 件 ， 往 往 是 由 經(jīng) 驗(yàn) 豐 富 的 鈑 金 工 用 輥 壓 、 折 彎 的 方 法 使 材 料 內(nèi) 部 發(fā) 生 塑 性 變 形 ， 從 而 得 到 所 需 的 工 件 ， 這 種 方 法 對(duì) 生 產(chǎn) 人 員 的 要 求 很 高 ， 且 生 產(chǎn) 周 期 長(zhǎng) 、 噪 聲 大 、 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 大 ， 不 適 合 用 于 大 規(guī) 模 及 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 。 由 于 法 蘭 是 一 種 基 礎(chǔ) 類 零 件 ， 在 各 工 程 中 應(yīng) 用 非 常 普 遍 ， 因 此 ， 為 了 滿 足 工 廠 對(duì) 生 產(chǎn) 所 提 出 的 高 效 、 低 耗 、 無 污 染 的 要 求 ， 必 須 對(duì) 法 蘭 成 型 機(jī) 進(jìn) 行 科 學(xué) 合 理 的 設(shè) 計(jì) ， 使 該 設(shè) 備 的 生 產(chǎn) 能 力 最 為 優(yōu) 化 ， 從 而 達(dá) 到 高 效 、 安 全 ， 并 具 有 一 定 的 社 會(huì) 效 益 和 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 根 據(jù) 參 觀 工 廠 已 有 的 卷 圓 設(shè) 備 以 及 參 考 有 關(guān) 書 籍 ， 我 們 設(shè) 定 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ： 輥 輪 工 作 速 度 為 2m/min。 設(shè) 計(jì) 本 臺(tái) 機(jī) 器 的 目 的 是 將 尺 寸 為 30 3 1256mm， 材 料 為 Q235 的 扁 鋼 卷 制 成 內(nèi) 圓 直 徑 為 370mm， 外 圓 直 徑 為 430mm 的 法 蘭 盤 。 參 與 此 次 設(shè) 計(jì) 的 共 兩 個(gè) 人 ， 本 人 負(fù) 責(zé) 的 是 法 蘭 成 型 機(jī) 的 總 體 設(shè) 計(jì) 。 1 2 國(guó) 內(nèi) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 1.2.1 國(guó) 外 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 50 年 來 ， 卷 圓 機(jī) 隨 著 科 技 特 別 是 微 電 子 、 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 而 不 斷 發(fā) 展 。 美 國(guó) 、 德 國(guó) 、 日 本 三 國(guó) 的 卷 圓 機(jī) 技 術(shù) 非 常 先 進(jìn) ， 經(jīng) 驗(yàn) 很 多 ， 并 且 分 別 有 自 己 的 特 點(diǎn) 。 在 美 國(guó) ， 政 府 重 視 卷 圓 機(jī) 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 因 而 不 斷 提 出 卷 圓 機(jī) 的 發(fā) 展 方 向 ， 提 供 充 足 的 經(jīng) 費(fèi) ， 特 別 講 求 “效 率 ”、 “創(chuàng) 新 ”， 注 重 基 礎(chǔ) 科 研 。 由 于 美 國(guó) 首 先 結(jié) 合 汽 車 、 軸 承 行 業(yè) 的 生 產(chǎn) 需 求 開 發(fā) 了 大 批 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 ， 所 以 美 國(guó) 的 高 性 能 卷 圓 機(jī) 技 術(shù) 在 世 界 一 直 居 領(lǐng) 先 地 位 。 但 因 為 偏 重 基 礎(chǔ) 科 研 ， 忽 視 應(yīng) 用 技 術(shù) ， 有 一 段 時(shí) 間 卷 圓 機(jī) 的 產(chǎn) 量 增 加 緩 慢 ， 直 到 糾 正 偏 向 后 ， 產(chǎn) 量 又 逐 漸 上 升 。 德 國(guó) 政 府 講 求 “實(shí) 際 ”與 “實(shí) 效 ”， 堅(jiān) 持 以 人 為 本 ， 不 斷 提 高 人 員 素 質(zhì) ， 他 們 還 特 別 重 視 理 論 與 實(shí) 際 相 結(jié) 合 ， 基 礎(chǔ) 科 研 與 應(yīng) 用 技 術(shù) 并 重 ， 在 卷 圓 機(jī) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 上 精 益 求 精 。 德 國(guó) 的 卷 圓 機(jī) 質(zhì) 量 及 性 能 良 好 、 先 進(jìn) 實(shí) 用 ， 出 口 遍 及 全 世 界 ， 尤 其 是 大 型 、 重 型 、 精 密 卷 圓 機(jī) ， 在 質(zhì) 量 、 性 能 上 居 世 界 前 列 。 日 本 政 府 對(duì) 卷 圓 機(jī) 工 業(yè) 的 發(fā) 展 異 常 重 視 ， 并 通 過 規(guī) 劃 、 法 規(guī) 進(jìn) 行 引 導(dǎo) 。 在 重 視 人 才 及 卷 圓 機(jī) 部 件 配 套 方 面 學(xué) 習(xí) 德 國(guó) ， 在 質(zhì) 量 管 理 及 卷 圓 機(jī) 技 術(shù) 方 面 學(xué) 習(xí) 美 國(guó) ， 而 且 做 得 更 好 。 日 本 在 發(fā) 展 卷 圓 機(jī) 的 過 程 中 ， 狠 抓 關(guān) 鍵 ， 突 出 發(fā) 展 卷 圓 機(jī) 系 統(tǒng) 。 日 本 FANUC 公 司 在 產(chǎn) 量 上 居 世 界 第 一 ， 銷 售 額 占 世 界 市 場(chǎng) 的 50%， 對(duì) 加 速 日 本 和 世 界 卷 圓 機(jī) 的 發(fā) 展 起 了 重 要 作 用 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 2 - 1.2.2 國(guó) 內(nèi) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 我 國(guó) 是 世 界 上 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 產(chǎn) 量 最 多 的 國(guó) 家 ， 但 在 國(guó) 際 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 中 仍 處 于 較 低 水 平 ； 即 使 國(guó) 內(nèi) 市 場(chǎng) 也 面 臨 著 嚴(yán) 峻 的 形 勢(shì) ， 一 方 面 國(guó) 內(nèi) 市 場(chǎng) 對(duì) 各 類 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 產(chǎn) 品 特 別 是 數(shù) 控 機(jī) 床 有 大 量 的 需 求 ， 而 另 一 方 面 卻 有 不 少 國(guó) 產(chǎn) 機(jī) 床 滯 銷 積 壓 ， 國(guó) 外 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 產(chǎn) 品 充 斥 市 場(chǎng) 。 這 種 現(xiàn) 象 的 出 現(xiàn) ， 除 了 有 經(jīng) 營(yíng) 上 、 產(chǎn) 品 制 造 質(zhì) 量 上 和 促 銷 手 段 上 等 原 因 外 ， 一 個(gè) 主 要 的 原 因 是 我 國(guó) 生 產(chǎn) 的 數(shù) 控 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 品 種 、 性 能 和 結(jié) 構(gòu) 不 夠 先 進(jìn) ， 新 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 周 期 長(zhǎng) ， 從 而 不 能 及 時(shí) 針 對(duì) 用 戶 的 需 求 提 供 滿 意 的 產(chǎn) 品 。 我 國(guó) 工 廠 由 于 缺 乏 卷 圓 機(jī) 設(shè) 計(jì) 的 科 學(xué) 分 析 工 具 (如 分 析 和 評(píng) 價(jià) 軟 件 、 整 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 有 限 元 分 析 方 法 以 及 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 性 能 測(cè) 試 裝 置 等 )， 自 行 開 發(fā) 的 新 產(chǎn) 品 大 多 基 于 直 觀 經(jīng) 驗(yàn) 和 類 比 設(shè) 計(jì) ， 使 設(shè) 計(jì) 一 次 成 功 的 把 握 性 降 低 ， 往 往 需 要 反 復(fù) 試 制 才 能 定 型 ， 從 而 可 能 錯(cuò) 過 新 產(chǎn) 品 推 向 市 場(chǎng) 的 良 機(jī) 。 卷 圓 機(jī) 用 戶 根 據(jù) 使 用 需 要 ， 在 訂 貨 時(shí) 往 往 提 出 一 些 特 殊 要 求 ， 甚 至 在 產(chǎn) 品 即 將 投 產(chǎn) 時(shí) 有 的 用 戶 臨 時(shí) 提 出 一 些 要 求 ， 這 就 需 要 迅 速 變 型 設(shè) 計(jì) 卷 圓 機(jī) 和 修 改 相 應(yīng) 的 卷 圓 機(jī) 圖 紙 及 卷 圓 機(jī) 技 術(shù) 文 件 。 在 國(guó) 外 ， 這 項(xiàng) 卷 圓 機(jī) 修 改 工 作 在 計(jì) 算 機(jī) 的 輔 助 下 一 般 僅 需 數(shù) 天 至 一 周 ， 而 在 我 國(guó) 卷 圓 機(jī) 機(jī) 床 廠 用 手 工 操 作 就 至 少 需 1 2 個(gè) 月 ， 且 由 于 這 些 圖 紙 和 文 件 涉 及 多 個(gè) 部 門 ， 常 會(huì) 出 現(xiàn) 漏 改 和 失 誤 的 現(xiàn) 象 ， 影 響 了 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 和 交 貨 期 。 由 于 長(zhǎng) 期 以 來 形 成 的 卷 圓 機(jī) 設(shè) 計(jì) 、 工 藝 和 制 造 部 門 分 立 ， 缺 乏 有 效 的 協(xié) 同 開 發(fā) 的 模 式 ， 不 能 從 制 訂 方 案 開 始 就 融 入 各 方 面 的 正 確 意 見 ， 容 易 造 成 產(chǎn) 品 的 反 復(fù) 修 改 ， 延 長(zhǎng) 了 開 發(fā) 的 周 期 。 為 解 決 這 些 問 題 ， 必 須 對(duì) 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的 整 個(gè) 過 程 綜 合 應(yīng) 用 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) ， 發(fā) 展 優(yōu) 化 和 仿 真 技 術(shù) ， 提 高 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 性 能 ， 使 用 相 應(yīng) 的 產(chǎn) 品 虛 擬 開 發(fā) 軟 件 ， 這 樣 才 能 有 效 地 解 決 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的 落 后 局 面 ， 使 企 業(yè) 取 得 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 1 3 本 課 程 來 源 本 課 題 來 源 是 通 過 指 導(dǎo) 老 師 與 同 盛 機(jī) 械 廠 的 協(xié) 商 ， 安 排 我 們 在 工 廠 住 宿 ， 并 在 一 臺(tái) 已 經(jīng) 用 于 生 產(chǎn) 的 卷 圓 機(jī) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 對(duì) 其 進(jìn) 行 更 加 合 理 的 有 利 于 節(jié) 約 能 源 和 資 源 的 結(jié) 構(gòu) 調(diào) 整 。 目 的 是 使 我 們 真 正 地 了 解 一 臺(tái) 機(jī) 器 從 課 題 的 選 擇 到 方 案 的 確 定 ， 還 有 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 的 選 擇 和 計(jì) 算 的 整 個(gè) 過 程 ， 意 義 是 對(duì) 整 個(gè) 大 學(xué) 四 年 學(xué) 習(xí) 的 一 次 檢 測(cè) ， 是 我 們 踏 出 校 園 走 上 工 作 崗 位 的 一 次 練 兵 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 3 - 第 二 章 法 蘭 成 型 機(jī) 工 作 方 案 的 選 擇 2 1 法 蘭 成 型 方 案 的 確 定 如 圖 2-1 所 示 ， 制 造 該 法 蘭 零 件 的 方 法 有 以 下 兩 種 ： .沖 壓 法 。 即 利 用 沖 壓 的 方 法 ， 設(shè) 計(jì) 一 套 專 門 用 來 制 造 該 零 件 的 模 具 ， 這 種 方 法 最 突 出 的 優(yōu) 點(diǎn) 就 是 生 產(chǎn) 效 率 高 ， 只 要 設(shè) 計(jì) 出 一 套 模 具 和 與 之 相 配 套 的 模 架 便 可 大 量 生 產(chǎn) 同 一 型 號(hào) 的 法 蘭 零 件 ， 但 此 法 也 有 明 顯 的 不 足 之 處 ： a.由 于 需 要 得 到 的 法 蘭 環(huán) 的 外 徑 為 430mm， 內(nèi) 徑 為 370mm， 設(shè) 計(jì) 出 來 的 模 具 體 形 巨 大 ， 非 常 笨 重 ， 成 本 較 圖 2-1 法 蘭 環(huán) 高 ； b.沖 壓 對(duì) 加 工 壞 料 的 材 質(zhì) 有 限 制 ， 只 適 合 加 工 塑 性 較 好 的 低 碳 鋼 ； c.由 于 該 法 蘭 環(huán) 的 內(nèi) 徑 較 大 ， 加 工 產(chǎn) 生 的 廢 料 也 較 多 。 卷 制 法 。 即 利 用 輥 輪 將 30 3mm 的 扁 鋼 卷 制 成 所 需 的 法 蘭 環(huán) 。 鋼 板 在 輥 輪 上 彎 曲 變 形 ， 是 一 個(gè) 橫 向 彎 曲 的 過 程 ， 如 圖 2-2 所 示 。 鋼 板 在 外 負(fù) 荷 力 矩 M 的 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 時(shí) ， 中 性 層 以 上 的 縱 向 纖 維 受 到 壓 縮 變 形 ， 中 性 層 以 下 的 縱 向 纖 維 受 到 拉 伸 變 形 。 根 據(jù) 外 負(fù) 荷 力 矩 的 大 小 ， 當(dāng) 鋼 板 表 面 層 的 最 大 應(yīng) 力 小 于 鋼 板 材 質(zhì) 的 屈 服 極 限 時(shí) ， 各 層 的 縱 向 纖 維 都 處 于 彈 性 變 形 狀 態(tài) ， 隨 著 外 負(fù) 荷 彎 曲 力 矩 的 增 大 ， 鋼 板 各 層 纖 維 繼 續(xù) 產(chǎn) 生 變 形 。 當(dāng) 外 負(fù) 荷 增 加 到 一 定 數(shù) 值 ， 鋼 板 表 層 縱 向 纖 維 應(yīng) 力 圖 2-2 鋼 板 彎 曲 變 形 示 意 圖 超 過 了 材 料 屈 服 極 限 時(shí) ， 纖 維 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 ， 負(fù) 荷 越 大 ， 塑 性 變 形 區(qū) 由 表 層 向 中 性 層 擴(kuò) 展 的 深 度 也 越 大 。 當(dāng) 鋼 板 整 個(gè) 斷 面 的 縱 向 纖 維 應(yīng) 力 都 超 過 材 料 的 屈 服 極 限 時(shí) ， 所 有 縱 向 纖 維 都 處 于 塑 性 變 形 狀 態(tài) ， 彎 曲 過 程 完 成 。 當(dāng) 鋼 板 完 全 卷 制 成 所 需 的 圓 環(huán) 時(shí) ， 再 將 首 尾 端 焊 合 即 可 。 利 用 這 種 方 法 加 工 法 蘭 環(huán) ， 只 要 輥 輪 提 供 的 扭 矩 大 ， 基 本 上 不 會(huì) 受 到 加 工 壞 料 材 質(zhì) 的 影 響 ， 且 不 會(huì) 產(chǎn) 生 廢 料 ， 操 作 方 便 實(shí) 用 ， 不 失 為 一 種 加 工 大 中 型 法 蘭 的 好 方 法 。 綜 合 以 上 兩 種 方 法 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 我 們 選 用 卷 制 法 加 工 。 因 為 扁 鋼 在 卷 制 過 程 中 ， 中 性 層 以 上 部 分 受 到 壓 縮 變 形 ， 而 中 性 層 以 下 部 分 受 到 拉 伸 變 形 ， 唯 獨(dú) 中 性 層 長(zhǎng) 度 沒 有 變 化 ， 所 以 需 要 提 供 的 扁 鋼 長(zhǎng) 度 為 L= mm，即43072 1256mm。 2 2 法 蘭 卷 制 成 型 方 式 的 選 擇 目 前 市 場(chǎng) 上 出 現(xiàn) 的 卷 圓 機(jī) 種 類 較 多 ， 大 致 分 類 如 圖 2-3 所 示 。 三 輥 式 結(jié) 構(gòu) 卷 制 原 理 是 利 用 三 個(gè) 輥 輪 對(duì) 板 料 進(jìn) 行 連 續(xù) 的 三 點(diǎn) 彎 曲 卷 制 成 弧 體 ， 下 輥 為 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 4 - 主 動(dòng) 輥 ， 上 輥 作 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 結(jié) 構(gòu) 較 簡(jiǎn) 單 ， 而 四 輥 式 卷 圓 機(jī) 是 以 上 輥 為 主 動(dòng) 輥 ， 由 主 電 動(dòng) 機(jī) 通 過 主 減 速 器 以 及 聯(lián) 軸 器 ， 從 而 帶 動(dòng) 上 輥 的 工 作 ， 下 輥 的 作 用 是 提 供 一 定 的 向 上 力 ， 與 上 輥 一 起 夾 緊 ， 2-3 卷 圓 機(jī) 分 類 所 卷 鋼 板 使 上 輥 與 被 卷 鋼 板 間 產(chǎn) 生 足 夠 的 摩 擦 力 ， 在 上 輥 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 能 夠 帶 動(dòng) 鋼 板 運(yùn) 動(dòng) 。 兩 個(gè) 側(cè) 輥 用 以 形 成 卷 筒 所 需 的 曲 率 ， 使 板 料 達(dá) 到 所 需 的 目 的 ， 其 工 作 原 理 如 圖 2-4 所 示 。 采 用 四 輥 卷 圓 結(jié) 構(gòu) 可 以 免 去 端 部 預(yù) 彎 的 工 序 ， 但 是 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 較 復(fù) 雜 ， 機(jī) 器 較 笨 重 ， 因 此 我 們 采 用 三 輥 式 卷 圓 結(jié) 構(gòu) 。 而 三 輥 式 卷 圓 機(jī) 又 分 為 機(jī) 械 式 三 輥 對(duì) 稱 式 卷 圓 機(jī) 、 機(jī) 械 式 三 輥 非 對(duì) 稱 式 卷 圓 機(jī) 、 液 壓 式 三 輥 卷 圓 機(jī) ， 它 們 的 主 要 特 點(diǎn) 分 別 為 ： 圖 2-4 四 輥 卷 圓 機(jī) 工 作 原 理 圖 a. 機(jī) 械 式 三 輥 對(duì) 稱 式 卷 圓 機(jī) ： 如 圖 2-5 所 示 ， 該 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 對(duì) 稱 式 ， 上 輥 在 兩 下 輥 中 央 對(duì) 稱 位 置 作 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 通 過 螺 桿 螺 母 傳 動(dòng) 而 獲 得 ， 兩 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 通 過 減 速 機(jī) 的 輸 出 齒 輪 與 下 輥 齒 輪 嚙 合 ， 為 卷 制 板 材 提 供 扭 矩 。 該 機(jī) 缺 點(diǎn) 是 板 材 端 部 需 借 助 其 它 設(shè) 備 進(jìn) 行 預(yù) 彎 。 b. 機(jī) 械 式 三 輥 非 對(duì) 稱 式 卷 圓 機(jī) ： 如 圖 2-6 所 示 ， 該 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 型 式 為 三 輥 非 對(duì) 稱 式 ， 上 輥 為 主 傳 動(dòng) ， 下 輥 作 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 以 便 夾 緊 板 材 ， 并 通 過 下 輥 齒 輪 與 上 輥 齒 輪 嚙 合 ， 同 時(shí) 作 為 主 傳 動(dòng) ， 邊 輥 作 傾 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 具 有 預(yù) 彎 和 卷 圓 雙 重 功 能 。 c. 液 壓 式 三 輥 卷 圓 機(jī) ： 如 圖 2-7 所 示 ， 該 機(jī) 上 輥 可 以 垂 直 升 降 ， 垂 直 升 降 的 液 壓 傳 動(dòng) 是 通 過 液 壓 缸 內(nèi) 的 液 壓 油 作 用 活 塞 桿 而 獲 得 ， 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng) ， 通 過 減 速 機(jī) 輸 出 齒 輪 嚙 合 ， 為 卷 圓 提 供 扭 矩 ， 下 輥 下 部 有 托 輥 并 可 調(diào) 節(jié) 。 圖 2-5 機(jī)械式三輥對(duì)稱 圖 2-6 機(jī)械式三輥非對(duì)稱 圖 2-7 液壓式三輥卷圓 式卷圓機(jī)工作原理圖 式卷圓機(jī)工作原理圖 機(jī)工作原理圖 由 于 非 對(duì) 稱 式 和 液 壓 式 卷 圓 機(jī) 的 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 較 復(fù) 雜 ， 制 造 精 度 要 求 高 ， 難 度 大 ， 而 臥 式 結(jié) 構(gòu) 相 比 于 立 式 結(jié) 構(gòu) ， 外 形 大 方 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 且 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 布 置 較 簡(jiǎn) 單 ， 因 此 我 們 設(shè) 計(jì) 的 法 蘭 成 型 機(jī) 采 用 機(jī) 械 式 三 輥 對(duì) 稱 式 臥 式 結(jié) 構(gòu) 方 案 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 5 - 第 三 章 傳 動(dòng) 方 案 及 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 3 1 傳 動(dòng) 方 案 的 設(shè) 計(jì) 為 了 使 傳 動(dòng) 功 率 損 失 最 小 ， 傳 動(dòng) 級(jí) 數(shù) 最 少 ， 機(jī) 器 結(jié) 構(gòu) 最 緊 湊 ， 我 們 采 用 傳 動(dòng) 比 非 常 大 的 蝸 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 方 案 ， 且 根 據(jù) “傳 動(dòng) 比 大 的 放 在 靠 電 機(jī) 處 ”的 原 則 ， 將 其 放 在 帶 傳 動(dòng) 的 下 一 級(jí) 傳 動(dòng) 中 。 通 過 “過 橋 ”齒 輪 與 下 輥 輪 齒 輪 的 嚙 合 作 用 ， 帶 動(dòng) 兩 個(gè) 下 輥 輪 旋 轉(zhuǎn) ， 因 為 兩 個(gè) 下 輥 輪 齒 輪 的 參 數(shù) 完 全 一 致 ， 且 “過 橋 ”齒 輪 中 心 在 兩 個(gè) 輥 輪 的 對(duì) 稱 中 心 上 ， 所 以 兩 個(gè) 下 輥 輪 作 同 步 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 。 傳 動(dòng) 方 案 示 意 圖 如 圖 3-1 所 示 。 圖 3-1 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 示 意 圖 3 2 法 蘭 成 型 機(jī) 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 由 于 我 們 采 用 的 是 機(jī) 械 式 三 輥 對(duì) 稱 式 結(jié) 構(gòu) ， 兩 下 輥 作 旋 轉(zhuǎn) 的 主 運(yùn) 動(dòng) ， 而 上 輥 作 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 因 此 我 們 采 用 “手 柄 -傳 動(dòng) 螺 桿 -傳 動(dòng) 螺 母 -滑 塊 ”的 傳 動(dòng) 方 式 ， 將 手 柄 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 成 上 輥 的 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 從 而 達(dá) 到 壓 緊 板 材 的 目 的 。 其 總 體 結(jié) 構(gòu) 布 置 示 意 圖 如 圖 3-2 所 示 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 6 - 1. 減 速 箱 2.倒 順 開 關(guān) 3.電 動(dòng) 機(jī) 4.壓 下 裝 置 5.限 位 輪 6.驅(qū) 動(dòng) 輥 7.調(diào) 整 輥 圖 3-2 法 蘭 成 型 機(jī) 示 意 圖 第 四 章 力 學(xué) 分 析 與 主 參 數(shù) 的 確 定 4 1 卷 圓 的 工 藝 過 程 分 析 對(duì) 稱 式 三 輥 卷 圓 機(jī) 在 卷 制 鋼 板 時(shí) ， 兩 下 輥 做 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 上 輥 做 垂 直 升 降 運(yùn) 動(dòng) ， 板 材 平 放 在 兩 下 輥 上 ， 由 于 軋 輥 與 板 之 間 存 在 著 摩 擦 力 ， 所 以 當(dāng) 下 輥 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 板 材 也 沿 縱 向 運(yùn) 動(dòng) ， 同 時(shí) 由 上 輥 施 加 壓 制 力 ， 當(dāng) 板 材 所 受 應(yīng) 力 超 過 屈 服 極 限 ， 則 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 ， 板 材 被 彎 曲 。 4 2 卷 圓 過 程 中 的 力 學(xué) 分 析 板 材 在 被 卷 制 過 程 中 首 先 要 克 服 板 材 的 撓 曲 變 形 受 力 ， 變 形 到 一 定 的 程 度 時(shí) 板 材 要 克 服 本 身 的 彈 性 和 塑 性 抗 力 ， 因 此 施 加 在 板 材 上 的 力 應(yīng) 有 3 個(gè) 部 分 ： （ 1） 克 服 板 材 的 撓 曲 變 形 力 ； （ 2） 克 服 板 材 的 彈 性 變 形 力 ； （ 3） 克 服 板 材 的 塑 性 變 形 力 。 4 3 工 作 輥 輪 的 設(shè) 計(jì) 4.3.1 三 輥 輪 受 力 情 況 分 析 卷 制 時(shí) ， 鋼 板 受 力 情 況 如 圖 4-1 所 示 ， 根 據(jù) 受 力 平 衡 ， 可 以 得 到 下 輥 作 用 于 鋼 板 上 的 支 持 力 F2： F2 sin MR 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 7 - 式 中 連心線 OO1 與 OO2 夾角， = ；min2arcsd+ a下輥中心距（ m） ； dmin卷 圓 最 小 直 徑 （ m） ； d2下輥直徑（m） ； 考慮到板寬 b 遠(yuǎn)小于卷圓的最小直徑 dmin， 中 性 層 半 徑 R 0.5dmin， 為 簡(jiǎn) 化 計(jì) 算 ， 上 式 可 變 為 ： F2 （KN）isM 根 據(jù) 受 力 平 衡 ， 上 輥 作 用 于 鋼 板 上 的 力 即 圖 4-1 被 卷 鋼 板 的 受 力 分 析 壓 下 力 F1 為 ： F1=2F2cos （KN ） （1） 根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的胡衛(wèi)龍老師和王仲仁老師 1992 年在鍛壓機(jī)械的第 27 卷 第 4 期上發(fā)表的論文各種卷板成形工藝的輥筒受力分析可知，下輥輪受到的力 為： F2= 2()MRra （2） 式中 M板材被彎曲到中性層半徑為 R 時(shí)所需的彎曲力矩（N m） ； r2下輥輪半徑，r 2=r3（mm） ； 根據(jù)安徽理工大學(xué)的孟凡凈老師和周哲波老師 2006 年 5 月在煤礦機(jī)械上發(fā)表的 論文大型卷板機(jī)的力學(xué)模型文章編號(hào)為：1003-0794-（2006）05-0769-03可知， 鋼板的塑性極限彎矩為： 21sMhb （3） 式中 h卷板的厚度（m） ； b卷板的寬度（m） ； s卷板材料的屈服極限（Q235 為 235Mpa） ； 初選下輥輪的直徑為 170mm，中心距為 200mm，考慮到鋼板在卷制時(shí)會(huì)與下輥輪發(fā) 生軸向滑動(dòng)，我們?cè)阡摪迮c輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此下輥輪的實(shí)際 直徑為 166mm。 由式（2）和（3）得： F2= = N 4.52 KN2sRrhba326085(01)5102 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 8 - 所以，下輥輪作用在鋼板上的力為 4.52KN。根據(jù)（1）式得上輥輪對(duì)鋼板的壓力為： F1=2F2cos 因?yàn)?R=a=200mm,所以 = , 30 F1=2 4.52 KN=4.52 1.732KN 7.83KNs 4.3.2 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 如圖 4-2 所示， 組成了一個(gè)直角三角形，1OB 其三邊邊長(zhǎng)分別為 ， ， ，2()DRba1()2HR 根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得： 212()()ab （4） 其中， 、 分別為上、下輥輪直徑，mm；b 為扁鋼寬度（一般取最大值） ，1D2 mm；R 為加工工件曲率半徑，mm；H 為上下輥中心高， mm。因而，由式（4）完全可 以確定該機(jī)的各參數(shù)，其值可靠，可以作為設(shè)計(jì)其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。 在本次設(shè)計(jì)中，由于 R=200mm，b=30mm， =166mm,a=200mm,均為已知，而只有2D 和 H 的值 圖 4-2 主參數(shù)的結(jié)構(gòu)分析1 未知，它們之間存在著一一映射的關(guān)系。設(shè)計(jì) =160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)1 生軸向滑動(dòng)，我們也在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2mm，因此上輥輪的實(shí)際 直徑為 156mm，將其值代入（4）式得： 222160156(203)()(0)H = + 2 得 H=174.6 （mm） 所以在卷制過程中，只需將上下輥中心高調(diào)整為 174.6mm 即可。 第 五 章 壓 下 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 5 1 卷 圓 成 型 直 徑 與 標(biāo) 尺 刻 度 的 關(guān) 系 由上一章的公式（4）可得上下輥中心高 H 與各主參數(shù)的關(guān)系為： H= 212()()DaRbR 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 9 - （1） 在公式中， 、 、a 均為固定值，而 R 與 b 是用戶給定的值。1D2 如圖 5-1 所示，x 為上輥中心到標(biāo)尺指針的垂直高度，為定值；y 為下輥中心到標(biāo)尺 “0” 刻度的垂直高度，為定值；L 為標(biāo)尺指針在標(biāo)尺上所指定的刻度值，隨用戶給定的參數(shù)確 定。它們之間的關(guān)系為： H+x=L+y H=L+y-x （2） 將（2）式代入（1）式得： L= 212()()DaRbRxy （3） 將已知的值代入（3）式得： L= 2(83)10(78)1203RbR （mm） 簡(jiǎn)化后，得： L= 2(83)10b(25)R （mm） 根據(jù)實(shí)際情況知，在卷圓機(jī)上卷制的寬度（角鋼 為厚度）一般為 15 b 60（mm） ，卷制半徑一般為 100 R 500（mm） ，因此，以此范圍為計(jì)算作圖范圍， 繪制標(biāo)尺刻度值 L 與卷制半徑 R、卷制寬度（或厚度） b 之間的關(guān)系表。這樣就給使用廠家的實(shí)際生產(chǎn)帶來很大的方便。 圖 5-1 上下輥中心高與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 表 1 L= 單位：mm2(83)10b(25)R 100 150 200 250 300 350 400 450 500 15 60.23 61.70 62.86 63.80 64.58 20 61.02 63.54 65.40 66.82 67.96 68.88 69.65 25 62.83 66.31 68.75 70.56 71.95 73.06 73.97 74.72 30 63.07 68.25 71.60 73.95 75.71 77.07 78.16 79.05 79.79 35 68.71 73.64 76.87 79.15 80.86 82.19 83.26 84.13 84.86 40 74.30 79.03 82.13 84.35 86.01 87.31 88.35 89.21 89.92 45 79.90 84.39 87.38 89.53 91.15 92.42 93.44 94.28 94.99 RL b 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 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 設(shè) 計(jì) 的 上 輥 輪 行 程 為 40mm， 且 標(biāo) 尺 指 針 在 標(biāo) 尺 上 的 指 示 范 圍 為 （ 60， 100） mm， 因 此 計(jì) 算 出 來 的 L 值 若 不 在 此 范 圍 內(nèi) ， 則 在 本 臺(tái) 機(jī) 器 上 無 法 將 其 加 工 成 所 需 工 件 。 5 2 壓 下 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 鋼板在卷制過程中，曲率的控制是通過調(diào)整上輥的壓下量來實(shí)現(xiàn)的，壓下量可通過 標(biāo)尺任意調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的曲率半徑的卷曲。上輥的壓下采用“螺母固定，螺 桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)”的螺旋傳動(dòng)方式，并通過滑塊使上輥軸與螺桿保持相對(duì)靜止，從而達(dá)到 上輥軸與螺桿同步升降的目的。其設(shè)計(jì)效果圖如圖 5-2 所示。 圖 5-2 壓下裝置設(shè)計(jì)效果圖 5 3 上輥輪軸的設(shè)計(jì) 5.3.1 軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定 上輥輪軸是該機(jī)器的重要零件，承受著兩下輥輪的合力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足合理的結(jié)構(gòu)， 足夠的強(qiáng)度，以及良好的工藝性等。 1選擇軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，碳鋼具有足夠高的強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低， 便于進(jìn)行各種熱處理及機(jī)械加工，價(jià)格低、供應(yīng)充足，應(yīng)用最廣。合金鋼機(jī)械性能更高， 常用于制造高速、重載的軸，或受力大而要求尺寸小、重量輕的軸。通過進(jìn)行各種熱處 理、化學(xué)處理及表面強(qiáng)化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強(qiáng)度及耐磨性。特 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 11 - 別是合金鋼，只有進(jìn)行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機(jī)械性能。由于本臺(tái)機(jī)器要求此 軸具有較高的強(qiáng)度且軸徑不能過大，因此我們選用合金鋼，其牌號(hào)為 38CrMoAlA，鍛造 成形及調(diào)質(zhì)處理，毛壞直徑 60mm，硬度 293321HBS，抗拉強(qiáng)度極限 =930MPa，屈 b 服極限 =785MPa，彎曲疲勞極限 =440MPa，剪切疲勞極限 =280MPa 許用彎曲應(yīng)s1 1 力 =75MPa。1b 2擬出軸的結(jié)構(gòu) 根據(jù)軸的工作情況和軸的材料，我初選軸徑為 35mm，因?yàn)檩S主要承受的是徑向載荷， 所以安裝在上輥輪與軸之間的軸承的類型選用圓柱滾子軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)高教 版中知圓柱滾子軸承（摘自 GB283-87）查得 d=40mm,D=80mm,B=23mm,型號(hào)為 32508。 由于上輥輪的寬度為 42mm，所以應(yīng)在上輥輪中再安裝一個(gè)型號(hào)為 32208 的圓柱滾子軸承， d=40mm,D=80mm,B=18mm，然后用密封圈密封。 如圖 5-2 所示，由于軸在滑塊內(nèi)的長(zhǎng)度為 18mm，滑塊到軸承的間距為 34mm，銅套 的寬度為 20mm，上輥輪寬度為 42mm，因此軸的工作長(zhǎng)度為： L=20+42+18+34=114 （mm） 3軸上零件的定位和固定 為了防止軸和零件在工作時(shí)發(fā)生軸向移動(dòng)，保證其準(zhǔn)確的工作位置，安裝在軸上的 所有零件必須有準(zhǔn)確的定位和牢靠的固定。為了限制軸的軸向移動(dòng)，軸與滑塊采用螺紋 聯(lián)接，從而保證軸與滑塊的相對(duì)靜止，軸肩對(duì)軸承軸向定位，壓板和銅套對(duì)上輥輪進(jìn)行 軸向定位，再利用雙頭螺栓和螺母對(duì)壓板進(jìn)行鎖緊。 5.3.2 軸的受力分析 1繪制軸的受力簡(jiǎn)圖 如圖 5-3 所示為上輥輪軸的受力簡(jiǎn)圖，將上輥輪、滑塊對(duì)其作用的力集中作用在軸 上 圖 5-3 上輥輪軸的受力簡(jiǎn)圖 由于軸只受到上輥輪和滑塊對(duì)它的作用力，因此這兩個(gè)力等值反向，均為 7.83KN。 所以，作用在軸上 BC 段范圍內(nèi)的力的集度為： P= 7.8316.402 （KN/m） 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 12 - 作用在 DE 段范圍內(nèi)的力的集度為： q= 7.834501 （KN/m） 1繪制上輥輪軸的剪力圖、彎矩圖 在軸的 AB，BC，CD，DE 四段內(nèi)，剪力和彎矩都不能用同一方程式來表示，所以應(yīng)分 四段考慮，對(duì)每一段都列出剪力方程和彎矩方程，方程中，x 以 m 為單位， 以 KN()sFx 為單位， 以 為單位。()MxKNm 在 AB 段內(nèi)， =0 （0 0.02m）sF x =0 （0 0.02m）()x 在 BC 段內(nèi)， = =186.43 （0.02m 0.062m）s0.2)p(0.2)xx =()Mx(14) = （0.02m 0.062m）186.3.xxx 在 CD 段內(nèi)， =7.83 ()sFx （0.062m 0.096m） =7.83 ()M(0.14)x （0.062m 0.096m）x 在 DE 段內(nèi)， =7.83- =7.83- ()sF(.96)q(0.96)435 （0.096m 0.114m） =7.83-q ()x(0.)x(.1)x =7.83-435 964 （0.096m 0.114m）x 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 13 - 圖 5-4 上輥輪軸的剪力圖與彎矩圖 5.3.3 校核軸的強(qiáng)度 由彎矩圖知，C 處為可能的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出 C 處的剪力和彎矩。 Fc=7.83KN Mc=7.83 0.41(0.14.62)KNm 因?yàn)椴牧蠟?38CrMoAlA 的許用彎曲應(yīng)力 =75MPa，C 截面當(dāng)量彎矩應(yīng)力為：1b = = = =65.29 Mpa （W 為軸的抗彎截面模量）cMW32d30.1.4()1b 所以，C 截面安全。 5 4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 為了達(dá)到將螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的升降運(yùn)動(dòng)，我們采用了“螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng) 并作直線運(yùn)動(dòng)”的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)方式。對(duì)于這種以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的傳導(dǎo)螺旋，其失效形 式主要是由于磨損而產(chǎn)生的過大間隙或變形造成運(yùn)動(dòng)精度下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以螺紋耐磨性 計(jì)算和螺桿的剛度計(jì)算來確定螺旋傳動(dòng)的主要尺寸參數(shù)。由于在本次設(shè)計(jì)中，螺桿受到 較大的受壓的軸向載荷，因此，需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度核算和壓桿穩(wěn)定性核算，檢驗(yàn)螺旋是否 滿足自鎖條件。 1選擇材料和許用應(yīng)力 螺桿材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， ,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷（成大先2360/sNm 主編）第 12 篇表 12-1-10 查得： =12072 ，手動(dòng)可取 100 。35s2/Nm2/ 螺母材料為 。由表 12-1-10 可得：103ZCuAlFe ，取 50 ； = ，取 35 。246/b 2/2304/Nm2/ 此螺旋傳動(dòng)系手動(dòng)低速，由表 12-1-9 查得： ，取 20 。2185/pNm2/ 2按耐磨性計(jì)算螺紋中徑 螺紋的中徑為： 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 14 - 20.8Fdp 其中，F(xiàn)軸向載荷， N； 許用比壓， （其值可查表 12-1-9） ；p2/m 螺母（或螺桿）的轉(zhuǎn)角，rad； 因?yàn)?值可根據(jù)螺母的形式選定，取 =1.7，所以螺紋的中徑為： =0.8 21.46=12.14 (mm)。 327.8102d 由 GB5796.186（見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)高教版）可選 d=34， P=6， =31， =35， =27， =28 的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為24D3d1D Tr34 6-7H/7e。 螺母高度 H= =1.7 31=52.7（mm ） ，取 H=55mm。2 則螺紋圈數(shù) n= =9.17 圈。56HP 3自鎖性驗(yàn)算 由于系單頭螺紋，導(dǎo)程 S=P=6mm，故螺紋升角為： 263.51sarctgrctd 由表 12-1-7 知，鋼對(duì)青銅 ，取 0.09，可得：0.8.f 09 .2cos5cos2rtartg ，故自鎖可靠。 4螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 由表 12-1-3，螺紋摩擦力矩為： 18896.76 ，代入表 12-1-4 之1231()780(3.52)2tMdFtgtgNm 式（4）得： = =16.01 22334()()0.ccad2234780196.7()()ca2/ 5螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算 因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿故只算螺母螺紋強(qiáng)度即可。 由表 12-1-4 得，牙根寬度 b=0.65P=0.65 6=3.9mm，基本牙型高 H1=0.5P=0.5 6=3mm。代入表 12-1-4 中的（7）式及（ 8）式有： 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 15 - 1.99 478305.91FDbn2/Nm 4.60 123H2.7b 6螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于螺桿的最大工作長(zhǎng)度為上輥輪下壓得最低時(shí)滑塊與壓下螺母間的長(zhǎng)度，其值為： l=180-51-35-22.5=71.5mm。 由表 12-1-4 知， （i 為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，i= ,mm） ，271.5.94uli 34d 式中，按一端固定一端自由從表 12-1-5 可得 =2。由表 12-1-4 可知，當(dāng) 40 時(shí)，可不uli 進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。故穩(wěn)定性條件滿足。 第 六 章 其 它 各 主 要 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) 及 選 用 61 箱體的設(shè)計(jì) 箱體是用來支承和容納機(jī)器中所有的零部件，保證它們相互間的正確位置，并承受 作用力，在很大程度上影響著機(jī)器的工作精度和抗振性能。因此，合理選擇機(jī)架的材料 和正確設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)型式，對(duì)減輕機(jī)器重量，節(jié)約金屬材料，提高機(jī)器的性能和壽命等至 關(guān)重要。 在本機(jī)器中，箱體主要承受著上輥輪、下輥輪、皮 帶輪及蝸輪對(duì)它的力，其中屬上輥輪對(duì)它的力最大，強(qiáng) 度作為評(píng)定箱體工作能力的基本準(zhǔn)則。由于鑄鐵的鑄造 性能與切削性能好，吸振能力強(qiáng)，價(jià)格低廉，鑄鐵件易 于大量生產(chǎn)，且箱體承受著較大的彎曲應(yīng)力，因此我們 選用 HT200 作為箱體的材料，根據(jù)箱體內(nèi)各部件的布置 方案，設(shè)計(jì)的箱體結(jié)構(gòu)如圖 6-1 所示，為了便于鑄造， 箱體上與各軸接觸的凸臺(tái)采用鑄鐵焊的形式，將其焊接 在箱體上，底座角鋼及支承鋼板與箱體的連接也采用焊 接的形式。 62 “五大輪”的設(shè)計(jì) “五大輪”包括調(diào)整輥輪（上輥輪） ，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥輪（下輥輪）及兩個(gè)限位輪。在第 四章中，我們已經(jīng)確定調(diào)整輥輪和驅(qū)動(dòng)輥輪的直徑分別為 156mm 和 166mm，由于這 圖 6-1 箱體結(jié)構(gòu)圖 三個(gè)輥輪為主要的工作部件，受重載作用，對(duì)強(qiáng)度和硬度有很高的要求，我們選用 55 號(hào) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼作為這三個(gè)輥輪的材料，其屈服強(qiáng)度 為 380Mpa，熱軋硬度可達(dá)s 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 16 - 255HBS。為了增大輥輪與被卷鋼板間的摩擦，可對(duì)下輥輪表面進(jìn)行滾花加工。 考慮到卷圓鋼板的厚度（或?qū)挾龋┎灰?，我們將下輥輪做成分割式，由?nèi)外輥輪組 成，對(duì)加工不同規(guī)格的扁鋼（角鋼）時(shí)，按其壁厚，調(diào)節(jié)內(nèi)輥輪和外輥輪之間的間隙 （如圖 6-2 所示） ，調(diào)節(jié)時(shí)先松開螺釘 2，用內(nèi)六角方扳手調(diào)整螺釘 3，使角鋼在槽中能 靈活移動(dòng)，最后鎖緊螺釘 2，即可進(jìn)行不同規(guī)格的卷圓工作。 圖 6-2 不同規(guī)格扁鋼（角鋼）間隙調(diào)整示意圖 松開螺栓 2，旋緊螺釘 3，間隙加大 松開螺釘 3，旋緊螺釘 2，間隙減小 限位輪在本機(jī)器中為非受力件，對(duì)各力學(xué)性能要求不高，只起到對(duì)卷圓鋼板進(jìn)行初 定位的作用，材料選用 HT100，設(shè)計(jì)其直徑為 180mm，通過凸臺(tái)及螺栓對(duì)其進(jìn)行軸向定位。 根據(jù)限位輪軸直徑及受力情況，選用軸承型號(hào)為 61907,內(nèi)徑 35mm，外徑 55mm，厚 10mm。 63 各主要部件的選用 1.液壓計(jì)的選用 由于箱體內(nèi)布置有蝸輪蝸桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，為了延長(zhǎng)各零件壽命及減少噪音，必 須對(duì)它們進(jìn)行充分的潤(rùn)滑。機(jī)械油注入箱體內(nèi)，齒輪及蝸輪部分浸入油內(nèi)，靠傳動(dòng)的嚙 合旋轉(zhuǎn)充分潤(rùn)滑所有的傳動(dòng)件和軸承。但箱體內(nèi)油液高度要適當(dāng)：若油液高度過高，油 液對(duì)傳動(dòng)件有粘滯作用，不利于傳動(dòng)；若油液高度過低，不能對(duì)各傳動(dòng)件充分潤(rùn)滑。在 箱體底部安裝液壓計(jì)可實(shí)時(shí)觀察油液高度，并通過其指示作用，及時(shí)地添加機(jī)械油。液 壓計(jì)型號(hào)選 YWZ-80T（GB116190） ，其安裝尺寸為 110mm 80mm 42mm。 2.腳輪的選用 為了便于機(jī)器的移動(dòng)，我們?cè)谄涞撞堪惭b 4 個(gè)腳輪，它們只受到機(jī)器重力的作用， 單個(gè)腳輪受力約 10000N，因此采用橡膠包鐵的形式，其型號(hào)選 WP13B-150 40（GB/T 1468893） 。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 17 - 第 七 章 法 蘭 成 型 機(jī) 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要加工的鋼板尺寸不一，所能加工成的法蘭最小直徑也 不一樣，本機(jī)器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 單位： mm 寬度（或厚度）b 最小加工直徑 寬度（或厚度）b 最大加工直徑 15 60050 900 20 400 55 500 25 300 60 200 30 200 工作速度 2m/min 電機(jī)型號(hào) Y132M1-6 功率：4KW 設(shè)備外形尺寸 850 650 800 設(shè)備總重 380Kg 說明：b 為被卷鋼材在上輥輪徑向方向的尺寸。 第 八 章 設(shè) 備 的 使 用 及 其 保 養(yǎng) 81 設(shè)備使用注意事項(xiàng) 1.板材長(zhǎng)度等于“法蘭的中徑 圓周率” 。 2.板材頭應(yīng)“預(yù)彎邊” ，半徑應(yīng)與法蘭半徑相同。 3.接通電源后，進(jìn)行下輥正反兩個(gè)方向和上輥升降運(yùn)動(dòng)，檢查各運(yùn)動(dòng)有無不正常的卡死 現(xiàn)象。 4.設(shè)備在運(yùn)行過程中，若發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則的噪音、沖擊等不正?，F(xiàn)象，應(yīng)立即“停機(jī)”檢 查。 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 18 - 5.加壓給進(jìn)應(yīng)循序漸進(jìn)，不可過急。 6.給進(jìn)一次應(yīng)卷到頭，中間不要給進(jìn)。 7.快結(jié)束時(shí)，應(yīng)使用法蘭外徑圓弧量板隨時(shí)檢測(cè)“卷圓度” 。 82 設(shè)備的潤(rùn)滑和保養(yǎng) 1.設(shè)備在使用前，先檢查箱體側(cè)面的油標(biāo)所顯示的油位。如油位低于油線時(shí)，必須從箱 體蓋上的注油孔內(nèi)注油，直到達(dá)到油線。 2.從上輥輪軸前端的油杯注油，以潤(rùn)滑上輥輪的滑動(dòng)軸承。 3.潤(rùn)滑壓下裝置的滑塊，調(diào)節(jié)螺桿和螺母。 4.夏季時(shí)，箱體內(nèi)可注入 30 號(hào)、40 號(hào)機(jī)械油。冬季時(shí)，可注入 20 號(hào)機(jī)械油。正常使用 半年后，箱體可清洗換油一次，正確的維護(hù)和保養(yǎng)是保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和延長(zhǎng)使用壽 命的重要因數(shù)。 總 結(jié) 經(jīng)過兩個(gè)多月的準(zhǔn)備及實(shí)際工作，在吳老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下，此次畢業(yè)設(shè) 計(jì)順利完成。由于自身知識(shí)有限，時(shí)間及資料的不足，又缺乏工作經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過程中 難免有設(shè)計(jì)上的缺陷，如各零件的加工工藝的復(fù)雜程度，制造成本，及其壽命等。 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)大學(xué)四年各專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，有了一定程度上的把 握。在這兩個(gè)多月的時(shí)間里，我在繪制整臺(tái)機(jī)器各零部件的 Pro/E 三維圖上花費(fèi)的時(shí)間 最長(zhǎng)，在確定機(jī)器各零部件的布置方案后，還要通過理論計(jì)算來驗(yàn)證，不合格則重新修 改，過程很繁瑣，但我覺得這都是我必須去做的。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我又一次溫習(xí) 了三維建模、二維制圖等各軟件的操作，運(yùn)用并熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)資料（包括手冊(cè)，標(biāo)準(zhǔn)和 規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面有了一定程度的提高。 總之，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我邁出校園，走向工作崗位的綜合演練，它為我今后的工作打下 了堅(jiān)實(shí)而牢固的基礎(chǔ)。 由于這是我第一次根據(jù)實(shí)際需要而做的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中難免有許多疏漏或錯(cuò)誤，懇求 各位導(dǎo)師、教授、專家多多指正，殷切希望廣大老師批評(píng)指點(diǎn)。 參 考 文 獻(xiàn) 1 汝元功，唐照民主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:高等教育出版社 ,1994 2 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版第 3 卷）.北京:化學(xué)工業(yè)出版社 ,1979 3 于就泗，齊發(fā)主編.機(jī)械工程材料.大連:大連理工大學(xué)出版社 ,2003 4 譚建榮，張樹有，陸國(guó)棟，施岳定主編.圖學(xué)基礎(chǔ)教程 .北京:高等教育出版社,1999 5 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組 編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京 :石油化學(xué)工業(yè)出版社,1978 6 楊明忠，朱家誠(chéng)主編.機(jī)械設(shè)計(jì).武漢:武漢理工大學(xué)出版社 ,2001 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 19 - 7 曾志新，呂 明主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 武漢:武漢理工大學(xué)出版社 ,2001 8 翁其金主編.沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,1999 9 鄭文緯，吳克堅(jiān)主編.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社 ,1997 10 鄧星鐘 主編.機(jī)電傳動(dòng)控制 .武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001 11 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編.理論力學(xué).北京:高等教育出版社,2002 12 劉鴻文主編.材料力學(xué).北京:高等教育出版社,2004 13 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 軟件版 V3.0 14 維普資訊 http:/ 15 搜軸承 http:/ 16 孟凡凈，周哲波“大型卷板機(jī)的力學(xué)模型”，安徽理工大學(xué),2006 17 胡衛(wèi)龍，王仲仁“各種卷板成形工藝的輥筒受力分析”，哈爾濱工業(yè)大學(xué) 18 魏忠才“三輥卷板機(jī)設(shè)計(jì)力學(xué)分析及主參數(shù)確定”，江蘇徐州，中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2006 19 蘇傳德“卷板機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算”，萊蕪鋼鐵總廠建筑安裝工程公司,1999 20 張瑞平“三輥卷板機(jī)力學(xué)模型的建立及應(yīng)用”，太原理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院,2008 21 王青“80 2800mm 卷板機(jī)設(shè)計(jì)”，包鋼機(jī)械總廠機(jī)械動(dòng)力科,1997 22 李國(guó)義“對(duì)稱式三輥卷板機(jī)卷制終了上下輥中心距“h”參數(shù)的實(shí)用圖算法”，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 化機(jī)教研室 23 李強(qiáng)，高耀東，尚珂“對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的受力及驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算分析”，鍛壓技術(shù),2007 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已告完成，在此向指導(dǎo)老師吳彥紅老師致以由衷的敬意，感謝她 長(zhǎng)期以來對(duì)我們孜孜不倦的教導(dǎo)，感謝她為了使我們對(duì)機(jī)器有一定的認(rèn)識(shí)，親自聯(lián)系同 盛機(jī)械廠，并安排我們住宿，其負(fù)責(zé)任的態(tài)度溢于