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1、前言三辊卷板机的设计1 前言1.1 选题背景机械制造业在近代中国的发展过程中起到非常重要的作用，在国民经济中占有很大的比例，因此在国民经济中具有很重要的作用和地位。一个国家的技术的发展与进步离不开机械制造业。当一个国家的机械制作非常发达是，它的国民经济实力和科学技术水平也会是非常的厉害，因此世界各国都把发展机械制造业作为振兴和发展本国经济的战略重点之一。机械制造装备的先进程度决定了机械制造生产能力和制造水平。因此，机械制造业的发展是离不来机械制造装备技术的。努力地研究机械装备技术可以让我们国家的经济实力和科学技术都能得到发展。我国也是制造业非常发达的大国，因此更应该花费资金投入机械制造业去，去
2、研究和发展。卷板机是一个将金属板材弯卷成锥体、曲面体体、筒体或其他形体的通用成型设备。根据以往的概论三点可以成圆的原理，卷板机在工作时的工作辊他们的位置不是固定的，而是变化和旋转运动从而使板材产生连续不断的塑性变形，可以以获得预制的工件。该通用设备可应用于造船、锅炉、石油、化工及机械制造行业等。与外国的工作辊（一般以工作辊的配置方式划分）划分方式不同，国内基本都以工作辊调整形式及数量作为标准，实行分类，一般分为：1、特殊用途卷板机：有双辊卷板机、船泊式卷板机、立体式卷板机、多功能卷板机和锥体式卷板机等。2、三辊卷板机：分为机械式三辊卷板机（机械式三辊卷板机包括机械式对称式三辊卷板机和机械式非对
3、称式三辊卷板机）和液压式三辊卷板机。3、四辊卷板机：分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。机械传动式卷板机已经有很长的发展时间，但是由于它的机械运动简单，工作性能很好，制造价格很低，因此在很多中、小型的卷板机仍然使用中。但是由于现在的卷板机都是低速大扭矩的卷板机，所以传动系统体积过于庞大，卷板机在工作时产生的功率较大，并且在启动的时候电能的上下起伏太大，因此现在大型的卷板机都是在用液压传动。卷板机可分为冷卷和热卷。冷卷指板材在冷态下，按照规定上要求的的屈服极限方式，才能卷制出最大板材厚度和宽度时最小卷筒直径。由于板材在生产加工中的候没有加热的过程，所有也就不会有麻点和氧化铁皮
4、等缺点。因此生产出来的物件质量是非常的高的，目前国内一般情况下采用冷卷较多。不过在特殊的情况下也可以使用加热卷制的方法，当遇到弯曲半径较小或板材厚较大并超过卷板机的工作能力时，可采用热卷。1.2 卷板机的原理1.2.1 卷板机的运动形式卷板的工作原理其实很简单，当板材进入卷板机时，卷板机会拉长板材的外层纤维并且缩短内层纤维，从而使板材产生弯曲变形。卷板机的工作性质也非常的简单，首先使板材在未加热的状态下，然后必须按照规定的屈服极限，最后就是来卷制出最大板材厚度与宽度时最小卷筒直径。 卷板机的运动形式大体上可以分为两种运动，分别是主运动和辅运动。主运动就是指的主动运动，它是对加工板材的旋转和弯曲
5、等一系列运动的总称。因此它主要就是对板材的加工，从而是板材能够完成初始的加工过程。辅运动就是被动运动，它是对卷板机在卷板过程中辊的升降和板材的翻转等形式运动的总称。因此它主要是对卷板机的辅助运动，可以使它更好的卷制出合格的物件。下图的为三辊对称式卷板机的工作原理,它的上面只有一根辊，称之为上辊，它位于两下辊中央对称位置并且只在位置上作垂直升降运动。下面两个平行的辊为下辊通过丝杆丝母蜗杆传动而获得动能作旋转运动,并且通过两个齿轮的齿和,来为卷板机的卷制提供了扭矩。图1 三辊卷板机工作原理图由图1：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2、O3作顺时针或逆时针旋转。辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊
6、在O1垂直平面的上翘、翻边运动等。1.2.2弯曲成型的加工方式卷板机弯曲的板材基本上都是钢制板材，因此对于钢制的板材结构弯曲成型的加工方法有很多种，但是最主要的还是卷板、弯曲的方式。弯曲成型加工时的外部条件可以是加热或者冷却，均可以完成弯曲成型。卷板是钢板在卷板机中的动能的作用下，从而让钢板中的的外部的纤维变的比以前更长了，而内部的纤维却变的比以前短了，产生的卷板成型。假如要卷制的圆筒的半径比正常的要大时，可以直接在正常的温度中进行卷制成圆，假如要卷制的圆筒的半径比正常的要小并且钢板的厚度较大的时候，就必须要先把钢板进行加热使得钢板更能被卷制成圆。在正常的温度下卷制成圆的钢板的方法有：机械卷圆
7、和手工卷制两个加工方法。机械卷圆是必须要在卷板机上面才能完成的。板材弯曲受到的压力是通过卷板机上面的上辊轴向下移动的过程中形成的压力，从而使得硬度较大的板材弯曲。工作原理如下图2所示。a） b） c）a）对称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机图2 滚圆机原理图根据研究可得用三辊卷板机弯板时，无法对笔直的板材进行直接弯曲，必须要进行预备弯曲才行，预弯长度为0.5L（3050）mm(L为下辊中心距）。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯（图3）a） b）a）用压力机模压预弯 b）用托板在滚圆机内预弯图3 钢板预弯示意图1.3卷板机的发展趋势自从2001年我国加入了世界贸
8、易组织后，我国的机械制造业在飞速的发展中，所以卷板机作为机械制造业中非常重要的组成部分也在飞速的发展，机械制作业的发展也促使了我国经济实力的不断增强。我国的卷板机最早发源于六十年代，最早使用机械传动的是三辊卷板机，这种卷板机的结构非常简单，但是也有一些缺点就是不能将板材端部弯曲，发展到了七十年代后，一些研制机构，研制出来了一种机械传动的卷板机，这种卷板机改进了缺点了，可以直接对板材的端部进行弯曲，同时也改进了卷板机的性能，但是他的结构太过于庞大，制造起来也很麻烦，所以没有得到推广。八十年代中期，这个厂家又对该卷板机进行了改进，将液压技术应用了进来，还对筒形进行了较圆，这样就很大程度上提高了该机
9、器的效率。发展到了八十代后，又将一些先进的控制技术应用与卷板机，例如PC、NC等，这些技术使卷板机具有了自动调平、水平升降等功能。经过不断对卷板机进行改进，使卷板机的重量大大降低，性能大幅度的提高，因此在市场中得到了广泛应用。随着国家的经济、技术等各方面水平的不断提升，国家对卷板机的支持力度也越来越大，很多企业都对卷板机不断的改进，有些还引进了一些国外的高新技术，目前，我国的卷板机研制技术已经达到了亚洲的先进水平。由于卷板机的飞速发展，带动了卷板机的下游企业的发展，例如一些焊接、检测、材料等行业，卷板机的研究和创新带动了我过的机械加工工业的发展。第67页（共54页）方案的论证及确定这些年，随着
10、国家的石油、化工、海洋开发等部门的飞速发展，卷板机的使用范围也大大的扩广，如今卷板机已经成为机械行业不可缺少的高效机器，时代在不断发展，科技在不断进步，所以对卷板机的功能要求也越来越多。2方案的论证及确定2.1 方案的论证一般的情况下，卷板机的工作能力就是指它所能够卷制的板材的厚度，也就是按照规定的屈服极限用冷却状态下的板材，卷制出板材的最大厚度与宽度时候的卷筒的最小直径的能力。正常情况下冷态卷制的能力是热态卷制能力的一半左右。但是最近却是冷卷的能力在不断的发展中。综上所诉，根据卷板的各种类型我拟订了以下几种不同的方案，并且分别进行了分析和论证。2.1.1方案1双辊卷板机双辊卷板机的原理如图4
11、所示：1321.上辊2.工件3.下辊图4 双辊卷板机工作原理图双辊卷板机只有两个辊，上辊是个用钢制作的辊，下辊是一个含有弹性的辊，并且也能用来垂直运动。当卷板机开始工作的时候，首先下辊开始作旋转运动，促使板料和上辊在运动的压力作用下，将板材压进下辊的弹性层中，从而使下辊发生弹性变形。但是在发生变化时的下辊体积没有发生过变化，所以压力便向四面传递，使得产生了强度很大且不停作用的反压力，迫使板料与刚性辊连续贴紧，最终使的板材能够被卷制出圆桶。上辊压人下辊的深度，既弹性层的变形量，是决定所形成弯曲半径的主要工艺参数。经过多次不一样的实验得到结论：压下量越大，板料弯曲半径越小；但当压人量达到某一数值时
12、，弯曲半径趋于稳定，与压下量几乎无关。这是双辊卷板机工艺的一个重要特点。双辊卷板机具有其他卷板机没有的优点：1.加工的板材不需要进行预弯可直接加工，因此生产的速度很快；2.卷板机的结构简单，价格低廉3对于各种不同类型的材料都能进行加工。双辊卷板机的缺点：1.每个弯度的成品都有个对应的上辊进行加工，因而不适用小批量生产中需求不同的弯度的成品； 2一般只能用于10mm以下的板料厚度进行加工，对于过厚的板材加工效果很差。2.1.2方案2 三辊卷板机（1）对称式三辊卷板机上辊在两下辊中央对称位置，结构简单紧凑，易于制造维修，重量轻，投资小，成型较准确，辊筒受力较小，但是不能弯卷板材的全部长度，板材的两
13、端有略小于两下辊距离一半的长度是直的，即剩余直边大，需要配预弯设备，如图5图5 卷板过程（2）不对称式三辊卷板机上辊位于下辊之上而略偏移，结构较简单，剩余直边少，但板料需要掉头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，卷弯能力小，常用来卷制薄而短的轻型筒节，工作能力一般在323000mm以下，如图6图6 不对称式卷板机2.1.3 方案3四辊卷板机图7 四辊卷板机四辊卷板机有四个辊，上辊是主动辊，下辊可以上下移动，两个侧辊可以沿斜向升降。特点是板材对中方便，工艺通用性广，可直接完成板材的预弯，卷圆时无需掉头，可以矫正扭斜错边等缺陷，可即位装配电焊。但质量体积大，结构复杂。上下辊夹持力使工件受氧化压伤严重，
14、操作技术不易掌握。常用于重型工件卷制及自动化水平和技术水平较高的场合，如图7。2.2 方案的确定要想得到一个合理并且实用的设计方案，那么就要注重这个方案的技术上要实用，而且维修和操作要方便，并且工作时要安全可靠。经过上面的几个论证比较，我们可以得出，虽然双辊卷板机的操作简单但是对于我们设计的板厚为12mm的板材加工就不适合了。而四辊卷板机虽然能够很完美的完成此次设计，但是它的体积太过庞大，而且操作复杂，价格太高，用来卷制本设计的122000mm薄钢板实在是太浪费，不选用。不对称式三辊卷板机相比于对称式三辊卷板机结构更复杂，操作更加不方便。因此我结合上面的种种条件和实际需要，最终我确定了设计方案
15、为：对称式三辊卷板机。2.3本章小结经过对几种运动方案的分析和论证比较，双辊卷板机虽然不需要预弯，但是它的生产加工中板材的厚度是有一定的限制的，并且只能在小批量的生产中使用。四辊卷板机的应用范围比较广，但是它的结构复杂，并且体积过于庞大，操作难道较高，在设计过程中不宜使用。对称三辊卷板结构比较简单、体积和质量都很适中，制作也很简单。所以通过这三种卷板机的相互比较最终决定采用三辊卷板机。3 传动设计对称上调式三辊卷板机如图8所示：图8 对称上调式三辊卷板机它是以两个下辊为主动轮 ，由主动机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。上辊工作时，由于钢板间的摩擦力带动。同时作为从动轴，起调整挤压的作用。由单独的传动系统控制，主要组成是：上辊升降电动机、减速器、蜗轮副、螺母。工作时，由蜗轮副转动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座作升降运动。两个下辊可以正反两个方向转动，在上辊的压力下下辊经过反复的滚动，使板料达到所需要的曲率，形成预计的形状。3.1传动方案的分析卷板机传动系统分为两种方式：3.1.1 齿轮传动电动机传出的扭距通过一个有保护作用的联轴器，传人一个有分配传动比的减速器，然后功过连轴器传人开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图9所示。 传动设计图9 齿轮式传动系统图
