立式卷板机结构设计(1).zip

I摘 要此项设计为立式三辊卷板机。其核心内容包括：对于机器框架类型的挑选，需考虑所需的辊子扭矩;选取合适的电机;对下辊施加压力以确保安全性的评估;针对上辊设计的液压驱动系统;并探讨如何通过液压装置实现卷板机的倾覆机制，以此来保障上辊能为板材产生足够的弯曲应力。此外，我们还学习和运用了目前工业领域广泛使用的 SolidWorks 和 AutoCAD 等流行设计工具，以便把我们的设想转化为 3D 模型，方便直接观察这个设计方案。立式三辊卷板机制用于制造和加工天然气管道等产品，同时也能满足各种不同场景的需求，如航海、航空及化学工业等行业都有它的身影。该设备具备显著优势，包括构造简易、占地面积少、重量轻且使用便捷，并且非常稳固。其核心功能是能让金属薄片承受超过其抗压阈值的力量从而导致变形为圆柱形或圆锥形的部件。关键词：卷板机，上辊，液压缸，机架，电动机 IIABSTRACTThe design aligns symmetrically with the three-roll bending machine,focusing primarily on various rack design choices,determining the necessary roll torque,selecting an appropriate motor,verifying the roll forces,and designing hydraulic systems and devices.Lowering the downward motion of the bending roller is crucial to ensure sufficient pressure is applied on the roller,which is necessary for generating the force required to bend the sheet material.This process is commonly carried out using popular design software such as SolidWorks and PCCAD in the current machinery industry.Utilizing these applications allows us to transform our designs into three-dimensional graphics,providing us with a more intuitive understanding of the design.The three roller coiling machine of symmetric construction is commonly employed in rolling natural gas pipelines,but can also be utilized for other purposes such as shipbuilding,aviation and chemical energy.Its advantages are clear:a straightforward design,minimal size,light weight,simple operation,stability that is very good.Furthermore,it has the capability to form metal sheets with bending force exceeding the yield limit into cylindrical shapes or conical parts.The hydraulic cylinder in the bending machine is powered by an electric motor and is mounted on the chassis.III目录前言.1第 1 章 绪论.21.1 卷板机的分类和特点.21.1.1 按照不同原则卷板机分类不同.21.1.2 卷板机各个机构的主要运动.31.1.3 卷板机将板材弯曲成型的过程.41.2 国内外卷板机的现状和未来发展.51.2.1 国内现状.51.2.2 国外状况和卷板机未来发展.6第 2 章卷板机类型设计方案选择.82.1 卷板机各种方案的判断与分析.82.1.1 双辊卷板机.82.1.2 三辊卷板机.92.1.3 四辊卷板机.112.2 卷板机设计方案的确定.122.3 本章小结.13第 3 章卷板机组成机构的选择判断.143.1 根据上、下辊被驱动得出主动力电动机参数.143.1.1 上、下辊的参数计算.143.1.2 通过对辊才的受力验证选用合适电动机.153.2 对上辊的结构尺寸验算判断其是否合理.233.2.1 对上辊进行受力分析.233.2.2 验算上辊的刚度是否满足要求.233.2.3 上辊强度校核.243.2.4 疲劳强度安全强度校核.243.2.5 当板材被卷制完成后对此时的上辊进行校核验算.253.4 本章小结.26第 4 章上辊筒液压缸的设计.27IV4.1 液压缸在本设计中的应用.274.2 上辊筒液压缸设计.27第 5 章 卷板机在设计软件上的创建.315.1 对 Solidworks 软件功能的简介.315.2 上辊吊的创建.315.2.1 上辊吊的工作分析.315.2.2 上辊吊的创建过程.315.3 上辊和轴套的配合.365.3.1 上辊的创建.365.3.2 轴承套的创建.365.3.3 辊才和轴套的配合.375.4 工程图的创建.39结论.41致 谢.42参考文献.431前言中国机械制造产业对于国内经济发展和国民生活至关重要，其影响无法被取代或更改。作为全国工业基础及核心构成元素，该领域主要负责生产并供应各行各业所需的高效且先进的机器设备与优质产物。其体量和水准不仅是衡量国力的重要指标，也是科技进步的关键体现，所以我们要同时注重理论探索和实际应用的研究。作为一种锻压工具，卷板机能把大尺寸的金属片料加工为管状、曲面或者其他形式的组件。其运作机制基于三个点构成圆形的理论，通过调整工作辊的位置并实现旋转动作，使得大型金属片料持续地经历塑性变换，最终形成所需形态的零件。如今，卷板机的应用已遍布化学工业、船舶制造业、石油及天然气产业、木制品领域、金属构件改装及其他机械生产部门。随着我们在日常生活里频繁地看到卷板机的出现，其使用的领域也在不断扩大。如何使卷板机更便捷、简易且高效变得尤为关键。然而，许多机器制造厂中，我们会常常看见小型的手动卷板机或大型的压力液压卷板机被操作者们运用。尽管手动卷板机仍然普遍存在于市场，但它的质量却并不理想;而对于压力液压卷板机而言，虽然它常出现在大型工厂内，但却因其庞大的体积限制了其实用性和覆盖面。2第 1 章 绪论1.1 卷板机的分类和特点1.1.1 按照不同原则卷板机分类不同卷板机的分类方式：在国外，一般是根据工作辊的配置方法来进行区别。然而，在国内，通常会以工作辊数量和调整模式等因素为基础进行混合分类，国内的卷板机可以被划分为:1、根据卷板机的运作模式，我们可以将其划分为两类：一为冷卷，二为热卷。相较于冷卷，热卷的准确度较高且操作简单，但其对输入材料的要求较为严格，即必须无破损、无裂痕等缺陷。此外，部分需要加工成型的热轧板可能需经由热处理工艺来确保品质。然而，热卷的主要风险在于与空气中的氧气发生反应导致表层氧化或因加热而产生热应力，进而影响到卷制过程中的精确度等方面的问题。2、卷板机根据辊的相对位置可分为不同类型，有非对称式三辊卷板机、立式三辊卷板机。此外，卷板机还可根据下辊和侧辊的不同运动方式进行分类，如下调、弧形下调、垂直下调等。3、根据卷辊数量的不同，卷板机可分为三辊和四辊类型，因为四辊卷板机具有侧辊可通过倾斜或圆弧调整的特点，可以实现不同的工作方式。4、具备特殊功能的卷板机包括：用于制作特定锥形的卷板机和只有两个辊子的双辊卷板机。中国的卷板机制造业历经了由机械向液压再至数控技术的演进过程。虽然数十年来，许多小型及中型的卷板机仍依赖于简单的机械驱动方式，但其结构简便、性能可靠且价格经济等优点使得它一直被广泛应用。然而，该技术存在着运行速率较低的问题，因此能产生较大的扭力。此外，由于传动装置占据的空间较大，对电机的电力需求较高，导致电机启动时的电网震荡明显，故此越来越多地选择更安全稳定的液压驱动方式。近年来，卷板机已逐渐转变为利用液压马达调整工作辊的位置，尽管如此，大多数的主导力量还是依靠机械与液压相结合的方式，同时也有一些是完全依赖液压马达实现工3作辊转动和位移变化的全液压式卷板机。卷板机的性能水平通常基于其在冷状态下的表现，即以所需屈服极限作为参考，结合预期的卷制板材尺寸与厚度来确定该机器能产生的最小卷筒直径。全球范围内，冷轧技术得到了广泛应用。由于其高度准确且易于操作，它具有较低的成本，但对于板材品质的要求更高(例如无破损、裂缝等问题存在)，并且需要保持一致的高金相结构。若需加工的板材厚度较大或者弯曲半径过小而超出了设备的能力范围，我们则可以通过分析设备是否能够满足条件来决定是否选择热轧的方法。此外，针对某些无法通过冷轧处理的材料，倘若采取热轧可能导致刚性的下降，此时还可通过稍加加热后再行卷制的手段，此种做法被称为温轧。1.1.2 卷板机各个机构的主要运动主要活动发生在卷板机的工作辊子与辅助辊之间，它们分别是主运动(即板材被卷起的过程)和辅助运动(如板材入内、出料及上辊的垂直升降和平行弯曲移动)。当板材进入卷板机时，其上的上辊和下的下辊都会经历旋转和力量输入的上下或倾斜运动，这都属于卷板机的核心功能。此外，辅助运动还涉及到板材卷完后上辊的垂直提升和降低，以及上辊在 O1 平面内的倾斜和翻转，以及位于下辊底部支持辊子的旋转。图 1-1 所示的三辊分配机制是一种三辊式的竖立滚轧设备，其中，上辊位于二个下辊的中轴线的垂直等分线上且可实现垂直方向的提升移动，其驱动方式依赖于液压缸。另一方面，二个下辊则以转动为主，这使得被滚轧的钢板因磨擦作用持续前移，同时也是产生主导力的关键部件，可通过减速器的输出齿轮与下辊齿轮配合来获取此力量。在此过程中，钢板会承受来自上辊、下辊三个方向的推力，基于三点构成球体的原则，当钢板继续输入时，它会被这些推力逐渐扭曲。然而，这种机器的一个缺陷在于，钢板的两侧在进入滚轧机之前不能施加任何压力，导致了边缘部分未发生变形。4图 1-1 立式三辊卷板机的原理图1.1.3 卷板机将板材弯曲成型的过程主要的工作流程是将钢结构转变为卷板状态，然后再把原本平整的板材转化为弯曲的圆柱形。这个过程不仅可以在冷却和热处理下完成，还能根据不同类型的卷板机通过各种运动方式来完成卷筒操作。无论何种卷板机，板材都会在外力的作用下发生弯曲变形，只是具体变形方式不同，而且不同类型的卷板机也会产生不同效果，有些卷板机的不足之处在另一种卷板机上则可以被弥补。我打算设计的卷板机是三辊对称式的，具有不同的工作辊和辅助辊，其运动形式可分为主要运动和辅助运动两种形式。主要运动指的是上下辊旋转以使板材发生弯曲的运动，辅助运动主要指加工成型后的卸载运动等其他运动。三辊对称式中，上辊的结构位于两个下辊的中间对称位置，上辊既可上下垂直运动，也可向下压以满足板材的变形需求。下辊的旋转运动则是使板材进入卷板机并与上辊联合实现弯曲变形。然而，三辊卷板机仍有无法解决的问题，即板材两端为直角边而辊筒为圆形，导致无法保证最后端部卷板成圆柱形状，因此需对端部进行预弯处理，如图1-3（a）（b）所示。相比之下，不对称三辊卷板机和四辊卷板机改善了这一缺陷，它们可以在板材进入卷板机弯制时对端部进行调整。总的来说，卷板机将板材弯曲成就靠得就是上辊的下压力使板材向下变形，同时下辊的向上的力，最终使板材三点受力在根据三点成圆的原理就可以吧