車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書

車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計.緒論Pro/E三維軟件簡介Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決牲的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。目前Pro/E最高版本為2008年1月發(fā)布的Pro/ENGINEERWildfire4.0(野火4.0)。1．參數(shù)化設(shè)計和特征功能Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。2．單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。一、Pro／EngineerPro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS標準)，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：1．特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；2．參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；3．通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。4．支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro／PROGRAM的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等)。5．貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展Pro／ENGINEER的基本功能。二、Pro／ASSEMBLYPro/ASSEMBLY是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一個擴展選項模塊，只能在Pro/Engineer環(huán)境下運行，它具有如下功能：1．在組合件內(nèi)自動零件替換(交替式)2．規(guī)則排列的組合(支持組合件子集)3．組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件)4．Pro/ASSEMBLY里有一個Pro/Program模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可。5．組件特征(繪零件與，廣組件組成的組件附加特征值．如：給兩中零件之間加一個焊接特征等）。三、Pro／CABLINGPro/CABLING提供了一個全面的電纜布線功能，它為在Pro/ENGINEER的部件內(nèi)真正設(shè)計三維電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。三維電纜的鋪設(shè)可以在設(shè)計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設(shè)計者在機械與電纜空間進行優(yōu)化設(shè)計。Pro/CABLING功能包括：1．新特征包括：電纜、導(dǎo)線和電線束；2．用于零件與組件的接插件設(shè)計；3．在Pro/ENGINEER零件和部件上的電纜、導(dǎo)線及電線束鋪設(shè)；4．生成電纜/導(dǎo)線束直線長度及BOM信息；5．從所鋪設(shè)的部件中生成三維電纜束布線圖；6．對參數(shù)位置的電纜分離和連接；7．空間分布要求的計算，包括干涉檢查；8．電纜質(zhì)量特性，包括體積、質(zhì)量慣性、長度；9．用于插頭和導(dǎo)線的規(guī)定符號。設(shè)計任務(wù)小型卷圓機是將碳鋼、不銹鋼、有色金屬型材（角鋼、帶鋼、槽鋼、管子等）卷制成直徑φ320-φ6000mm的圓環(huán)和法蘭的一種高質(zhì)量、高效益的卷圓裝置。其結(jié)構(gòu)獨特.具有體積小.能耗低.效率高,無噪音安裝使用方便.操作簡單.承載能量強.壽命長.卷圓速度快.產(chǎn)品質(zhì)量可靠等優(yōu)點。液壓卷圓機是機械式卷圓機的升級產(chǎn)品能加大了卷圓的厚度和寬度，能夠完成機械式卷圓無法卷動厚板的缺點，代替了原有鋼板下料.對接.校正.車床加工等復(fù)雜工藝并節(jié)省了氧氣.乙炔.勞動力.原材料等，是制造法蘭的先進母體。1.安裝在堅硬的基礎(chǔ)面上，設(shè)備保持平穩(wěn)。2.嚴格遵守規(guī)章制度和安全操作規(guī)程3.操作人員應(yīng)了解并掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理和保養(yǎng)檢查點。4.掌握開機、停機的方法和順序（按電磁調(diào)速電機的使用說明書操作）。5.開機前減速器應(yīng)加潤滑油.6.設(shè)備正在運行時如須打反轉(zhuǎn)，則應(yīng)先將調(diào)速開關(guān)復(fù)位，停機后停1分鐘再開機。7.被動輪進給時，應(yīng)先將緊固螺栓松開，進給達到刻度后，再將圓螺母擰緊固定；被動輪兩邊的螺栓（4-M30）擰緊、固定。每次被動輪進給時需將工件完全退出后再進給。8.使用過程中應(yīng)及時清理壓輪槽內(nèi)及工作臺表面的雜滓。9.本機電源為三項四線.卷圓是利用機械的方法使材料內(nèi)部所承受的應(yīng)力全部達到屈服極限，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，這種方法對生產(chǎn)人員的要求很高，且生產(chǎn)周期長、噪聲大、勞動強度大，不適合用于大規(guī)模及自動化生產(chǎn)。由于輪輞是一種基礎(chǔ)類零件，在各工程中應(yīng)用非常普遍，因此，為了滿足工廠對生產(chǎn)所提出的高效、低耗、無污染的要求，必須對車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行科學(xué)合理的設(shè)計，使該設(shè)備的生產(chǎn)能力最為優(yōu)化，從而達到高效、安全，并具有一定的社會效益和良好的經(jīng)濟效益。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：板材尺寸1250*195*10mm，電動機功率4KW。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀德國政府講求“實際”與“實效”，堅持以人為本，不斷提高人員素質(zhì)，他們還特別重視理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)并重，在卷圓機產(chǎn)品質(zhì)量上精益求精。德國的卷圓機質(zhì)量及性能良好、先進實用，出口遍及全世界，尤其是大型、重型、精密卷圓機，在質(zhì)量、性能上居世界前列。日本政府對卷圓機工業(yè)的發(fā)展異常重視，并通過規(guī)劃、法規(guī)進行引導(dǎo)。在重視人才及卷圓機部件配套方面學(xué)習德國，在質(zhì)量管理及卷圓機技術(shù)方面學(xué)習美國，而且做得更好。日本在發(fā)展卷圓機的過程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展卷圓機系統(tǒng)。日本FANUC公司在產(chǎn)量上居世界第一，銷售額占世界市場的50%，對加速日本和世界卷圓機的發(fā)展起了重要作用。在美國，政府重視卷圓機工業(yè)的發(fā)展，因而不斷提出卷圓機的發(fā)展方向，提供充足的經(jīng)費，特別講求“效率”、“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承行業(yè)的生產(chǎn)需求開發(fā)了大批自動生產(chǎn)線，所以美國的高性能卷圓機技術(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)，有一段時間卷圓機的產(chǎn)量增加緩慢，直到糾正偏向后，產(chǎn)量又逐漸上升。國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上卷圓機機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對各類卷圓機機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外卷圓機機床產(chǎn)品充斥市場。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控卷圓機機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進，新產(chǎn)品的開發(fā)周期長，從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。我國工廠由于缺乏卷圓機設(shè)計的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及卷圓機機床性能測試裝置等)，自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計，使設(shè)計一次成功的把握性降低，往往需要反復(fù)試制才能定型，從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。卷圓機用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計卷圓機和修改相應(yīng)的卷圓機圖紙及卷圓機技術(shù)文件。在國外，這項卷圓機修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國卷圓機機床廠用手工操作就至少需1～2個月，且由于這些圖紙和文件涉及多個部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。由于長期以來形成的卷圓機設(shè)計、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，延長了開發(fā)的周期。

為解決這些問題，必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應(yīng)用計算機技術(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)濟效益。車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作方案的選擇輪輞成型方案的確定如圖2-1所示，制造該輪輞零件的方法有以下兩種：①.沖壓法。即利用沖壓的方法，設(shè)計一套專門用來制造該零件的模具，這種方法最突出的優(yōu)點就是生產(chǎn)效率高，只要設(shè)計出一套模具和與之相配套的模架便可大量生產(chǎn)同一型號的輪輞零件，但此法也有明顯的不足之處：a.由于需要得到的輪輞環(huán)的外徑為430mm，內(nèi)徑為370mm，設(shè)計出來的模具體形巨大，非常笨重，圖2-1輪輞環(huán)本較高；b.沖壓對加工壞料的材質(zhì)有限制，只適合加工塑性較好的低碳鋼；c.由于該輪輞環(huán)的內(nèi)徑較大，加工產(chǎn)生的廢料也較多。②．卷制法。即利用輥輪將303mm的扁鋼卷制成所需的輪輞環(huán)。鋼板在輥輪上彎曲變形，是一個橫向彎曲的過程，如圖2-2所示。鋼板在外負荷力矩M的作用下，產(chǎn)生彎曲變形時，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)外負荷力矩的大小，當鋼板表面層的最大應(yīng)力小于鋼板材質(zhì)的屈服極限時，各層的縱向纖維都處于彈性變形狀態(tài)，隨著外負荷彎曲力矩的增大，鋼板各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當外負荷增加到一定數(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，纖維產(chǎn)生塑性變形，負荷越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴展的深度也越大。當鋼板整個斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過材料的屈服極限時，所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)，彎曲過程完成。當鋼板完全卷制成所需的圓環(huán)時，再將首尾端焊合即可。利用這種方法加工輪輞環(huán)，只要輥輪提供的扭矩大，基本上不會受到加工壞料材質(zhì)的影響，且不會產(chǎn)生廢料，操作方便實用，不失為一種加工大中型輪輞的好方法。綜合以上兩種方法的優(yōu)缺點，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，唯獨中性層長度沒有變化，所以需要提供的扁鋼長度為L=mm，即1256mm。輪輞卷制成型方式的選擇目前市場上出現(xiàn)的卷圓機種類較多，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輥輪對板料進行連續(xù)的三點彎曲卷制成弧體，下輥為主動輥，上輥作垂直升降運動，結(jié)構(gòu)較簡單，而四輥式卷圓機是以上輥為主動輥，由主電動機通過主減速器以及聯(lián)軸器，從而帶動上輥的工作，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)時能夠帶動鋼板運動。兩個側(cè)輥用以形成卷筒所需的曲率，使板料達到所需的目的，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，但是傳動系統(tǒng)較復(fù)雜，機器較笨重，因此我們采用三輥式卷圓結(jié)構(gòu)。而三輥式卷圓機又分為機械式三輥對稱式卷圓機、機械式三輥非對稱式卷圓機、液壓式三輥卷圓機，它們的主要特點分別為：圖2-4四輥卷圓機工作原理圖機械式三輥對稱式卷圓機：如圖2-5所示，該結(jié)構(gòu)型式為三輥對稱式，上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動，通過螺桿螺母傳動而獲得，兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動，通過減速機的輸出齒輪與下輥齒輪嚙合，為卷制板材提供扭矩。該機缺點是板材端部需借助其它設(shè)備進行預(yù)彎。機械式三輥非對稱式卷圓機：如圖2-6所示，該機結(jié)構(gòu)型式為三輥非對稱式，上輥為主傳動，下輥作垂直升降運動，以便夾緊板材，并通過下輥齒輪與上輥齒輪嚙合，同時作為主傳動，邊輥作傾升降運動，具有預(yù)彎和卷圓雙重功能。液壓式三輥卷圓機：如圖2-7所示，該機上輥可以垂直升降，垂直升降的液壓傳動是通過液壓缸內(nèi)的液壓油作用活塞桿而獲得，下輥作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，通過減速機輸出齒輪嚙合，為卷圓提供扭矩，下輥下部有托輥并可調(diào)節(jié)。圖2-5機械式三輥對稱圖2-6機械式三輥非對稱圖2-7液壓式三輥卷圓式卷圓機工作原理圖式卷圓機工作原理圖機工作原理圖由于非對稱式和液壓式卷圓機的傳動系統(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，且傳動系統(tǒng)布置較簡單，因此我們設(shè)計的車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用機械式三輥對稱式臥式結(jié)構(gòu)方案。

傳動方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計傳動方案的設(shè)計為了使傳動功率損失最小，傳動級數(shù)最少，機器結(jié)構(gòu)最緊湊，我們采用傳動比非常大的蝸輪蝸桿傳動方案，且根據(jù)“傳動比大的放在靠電機處”的原則，將其放在帶傳動的下一級傳動中。通過“過橋”齒輪與下輥輪齒輪的嚙合作用，帶動兩個下輥輪旋轉(zhuǎn)，因為兩個下輥輪齒輪的參數(shù)完全一致，且“過橋”齒輪中心在兩個輥輪的對稱中心上，所以兩個下輥輪作同步旋轉(zhuǎn)運動。傳動方案示意圖如圖3-1所示。圖3-1傳動系統(tǒng)示意圖車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計由于我們采用的是機械式三輥對稱式結(jié)構(gòu)，兩下輥作旋轉(zhuǎn)的主運動，而上輥作垂直升降運動，因此我們采用“手柄-傳動螺桿-傳動螺母-滑塊”的傳動方式，將手柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成上輥的垂直升降運動，從而達到壓緊板材的目的。其總體結(jié)構(gòu)布置示意圖如圖3-2所示。減速箱2.倒順開關(guān)3.電動機4.壓下裝置5.限位輪6.驅(qū)動輥7.調(diào)整輥圖3-2車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

力學(xué)分析與主參數(shù)的確定卷圓的工藝過程分析對稱式三輥卷圓機在卷制鋼板時，兩下輥做旋轉(zhuǎn)運動，上輥做垂直升降運動，板材平放在兩下輥上，由于軋輥與板之間存在著摩擦力，所以當下輥轉(zhuǎn)動時，板材也沿縱向運動，同時由上輥施加壓制力，當板材所受應(yīng)力超過屈服極限，則產(chǎn)生塑性變形，板材被彎曲。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。工作輥輪的設(shè)計三輥輪受力情況分析卷制時，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式中—連心線OO1與OO2夾角，=；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遠小于卷圓的最小直徑dmin，中性層半徑R0.5dmin，為簡化計算，上式可變?yōu)椋簣D4-1被卷鋼板的受力分析F2（KN）根據(jù)受力平衡，上輥作用于鋼板上的力即壓下力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）式中M—板材被彎曲到中性層半徑為R時所需的彎曲力矩（Nm）；r2—下輥輪半徑，r2=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《煤礦機械》上發(fā)表的論文——《大型卷板機的力學(xué)模型》[文章編號為：1003-0794-（2006）05-0769-03]可知，鋼板的塑性極限彎矩為：（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會與下輥輪發(fā)生軸向滑動，我們在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深2mm，因此下輥輪的實際直徑為166mm。由式（2）和（3）得：F2==N4.52KN所以，下輥輪作用在鋼板上的力為4.52KN。根據(jù)（1）式得上輥輪對鋼板的壓力為：F1=2F2cos因為R=a=200mm,所以=,F1=24.52KN=4.521.732KN7.83KN車輪輪輞卷圓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主參數(shù)的確定如圖4-2所示，組成了一個直角三角形，其三邊邊長分別為，，，根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得：（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），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）完全可以確定該機的各參數(shù)，其值可靠，可以作為設(shè)計其系列產(chǎn)品的理論依據(jù)。在本次設(shè)計中，由于R=200mm，b=30mm，=166mm,a=200mm,均為已知，而只有和H的值圖4-2主參數(shù)的結(jié)構(gòu)分析未知，它們之間存在著一一映射的關(guān)系。設(shè)計=160mm，為了防止鋼板在它上面發(fā)生軸向滑動，我們也在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深2mm，因此上輥輪的實際直徑為156mm，將其值代入（4）式得：=+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。

壓下裝置的設(shè)計卷圓成型直徑與標尺刻度的關(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=（1）在公式中，、、a均為固定值，而R與b是用戶給定的值。如圖5-1所示，x為上輥中心到標尺指針的垂直高度，為定值；y為下輥中心到標尺“0”刻度的垂直高度，為定值；L為標尺指針在標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+yH=L+y-x（2）將（2）式代入（1）式得：L=（3）將已知的值代入（3）式得：L=（mm）簡化后，得：L=（mm）根據(jù)實際情況知，在卷圓機上卷制的寬度（角鋼為厚度）一般為15b60（mm），卷制半徑一般為100R500（mm），因此，以此范圍為計算作圖范圍，繪制標尺刻度值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際生產(chǎn)帶來很大的方便。圖5-1上下輥中心高與標尺刻度的關(guān)系表1L=單位：mmRRLb1001502002503003504004505001560.2361.7062.8663.8064.582061.0263.5465.4066.8267.9668.8869.652562.8366.3168.7570.5671.9573.0673.9774.723063.0768.2571.6073.9575.7177.0778.1679.0579.793568.7173.6476.8779.1580.8682.1983.2684.1384.864074.3079.0382.1384.3586.0187.3188.3589.2189.924579.9084.3987.3889.5391.1592.4293.4494.2894.995085.4589.7492.6394.7196.2997.5398.5499.365590.9795.0897.8799.896096.47由于此次設(shè)計的上輥輪行程為40mm，且標尺指針在標尺上的指示范圍為（60，100）mm，因此計算出來的L值若不在此范圍內(nèi)，則在本臺機器上無法將其加工成所需工件。壓下裝置的設(shè)計鋼板在卷制過程中，曲率的控制是通過調(diào)整上輥的壓下量來實現(xiàn)的，壓下量可通過標尺任意調(diào)整，實現(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)動并移動”的螺旋傳動方式，并通過滑塊使上輥軸與螺桿保持相對靜止，從而達到上輥軸與螺桿同步升降的目的。其設(shè)計效果圖如圖5-2所示。圖5-2壓下裝置設(shè)計效果圖上輥輪軸的設(shè)計軸的材料及結(jié)構(gòu)的確定上輥輪軸是該機器的重要零件，承受著兩下輥輪的合力，設(shè)計時應(yīng)滿足合理的結(jié)構(gòu)，足夠的強度，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度，對應(yīng)力集中敏感性較低，便于進行各種熱處理及機械加工，價格低、供應(yīng)充足，應(yīng)用最廣。合金鋼機械性能更高，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。通過進行各種熱處理、化學(xué)處理及表面強化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強度及耐磨性。特別是合金鋼，只有進行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機械性能。由于本臺機器要求此軸具有較高的強度且軸徑不能過大，因此我們選用合金鋼，其牌號為38CrMoAlA，鍛造成形及調(diào)質(zhì)處理，毛壞直徑60mm，硬度293~321HBS，抗拉強度極限=930MPa，屈服極限=785MPa，彎曲疲勞極限=440MPa，剪切疲勞極限=280MPa許用彎曲應(yīng)力=75MPa。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，因為軸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《機械設(shè)計手冊》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型號為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發(fā)生軸向移動，保證其準確的工作位置，安裝在軸上的所有零件必須有準確的定位和牢靠的固定。為了限制軸的軸向移動，軸與滑塊采用螺紋聯(lián)接，從而保證軸與滑塊的相對靜止，軸肩對軸承軸向定位，壓板和銅套對上輥輪進行軸向定位，再利用雙頭螺栓和螺母對壓板進行鎖緊。軸的受力分析1．繪制軸的受力簡圖如圖5-3所示為上輥輪軸的受力簡圖，將上輥輪、滑塊對其作用的力集中作用在軸上圖5-3上輥輪軸的受力簡圖由于軸只受到上輥輪和滑塊對它的作用力，因此這兩個力等值反向，均為7.83KN。所以，作用在軸上BC段范圍內(nèi)的力的集度為：P=（KN/m）作用在DE段范圍內(nèi)的力的集度為：q=（KN/m）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為單位，以為單位。在AB段內(nèi)，=0（0<0.02m）=0（0<0.02m）在BC段內(nèi)，==186.43（0.02m<0.062m）==（0.02m<0.062m）在CD段內(nèi)，=7.83（0.062m<0.096m）=7.83（0.062m<0.096m）在DE段內(nèi)，=7.83-=7.83-（0.096m0.114m）=[7.83-q]=[7.83-435]（0.096m0.114m）圖5-4上輥輪軸的剪力圖與彎矩圖校核軸的強度由彎矩圖知，C處為可能的危險截面，計算出C處的剪力和彎矩。Fc=7.83KNMc=7.830.41因為材料為38CrMoAlA的許用彎曲應(yīng)力=75MPa，C截面當量彎矩應(yīng)力為：====65.29Mpa<（W為軸的抗彎截面模量）所以，C截面安全。螺旋傳動設(shè)計為了達到將螺桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的升降運動，我們采用了“螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并作直線運動”的滑動螺旋傳動方式。對于這種以傳遞運動為主的傳導(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動精度下降，設(shè)計時應(yīng)以螺紋耐磨性計算和螺桿的剛度計算來確定螺旋傳動的主要尺寸參數(shù)。由于在本次設(shè)計中，螺桿受到較大的受壓的軸向載荷，因此，需對其進行強度核算和壓桿穩(wěn)定性核算，檢驗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《機械設(shè)計手冊》第三卷（成大先主編）第12篇表12-1-10查得：=120~72，手動可取100。螺母材料為。由表12-1-10可得：，取50；=，取35。此螺旋傳動系手動低速，由表12-1-9查得：，取20。按耐磨性計算螺紋中徑螺紋的中徑為：其中，F(xiàn)—軸向載荷，N；—許用比壓，（其值可查表12-1-9）；—螺母（或螺桿）的轉(zhuǎn)角，rad；因為值可根據(jù)螺母的形式選定，取=1.7，所以螺紋的中徑為：=0.821.46=12.14(mm)。由GB5796.1—86（見《機械設(shè)計手冊》高教版）可選d=34，P=6，=31，=35，=27，=28的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標記為Tr346-7H/7e。螺母高度H==1.731=52.7（mm），取H=55mm。則螺紋圈數(shù)n===9.17圈。自鎖性驗算由于系單頭螺紋，導(dǎo)程S=P=6mm，故螺紋升角為：由表12-1-7知，鋼對青銅，取0.09，可得：，故自鎖可靠。螺桿強度驗算由表12-1-3，螺紋摩擦力矩為：18896.76，代入表12-1-4之式（4）得：==16.01<螺母螺紋強度驗算因螺母材料強度低于螺桿故只算螺母螺紋強度即可。由表12-1-4得，牙根寬度b=0.65P=0.656=3.9mm，基本牙型高H1=0.5P=0.56=3mm。代入表12-1-4中的（7）式及（8）式有：1.99<4.60<6．螺桿的穩(wěn)定性驗算由于螺桿的最大工作長度為上輥輪下壓得最低時滑塊與壓下螺母間的長度，其值為：l=180-51-35-22.5=71.5mm。由表12-1-4知，（i為螺桿危險截面的慣性半徑，i=,mm），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<40時，可不進行穩(wěn)定性計算。故穩(wěn)定性條件滿足。

其它各主要零部件的設(shè)計及選用箱體的設(shè)計箱體是用來支承和容納機器中所有的零部件，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器的工作精度和抗振性能。因此，合理選擇機架的材料和正確設(shè)計其結(jié)構(gòu)型式，對減輕機器重量，節(jié)約金屬材料，提高機器的性能和壽命等至關(guān)重要。在本機器中，箱體主要承受著上輥輪、下輥輪、皮帶輪及蝸輪對它的力，其中屬上輥輪對它的力最大，強度作為評定箱體工作能力的基本準則。由于鑄鐵的鑄造性能與切削性能好，吸振能力強，價格低廉，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)計的箱體結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，為圖6-1箱體結(jié)構(gòu)圖了便于鑄造，箱體上與各軸接觸的凸臺采用鑄鐵焊的形式，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?！拔宕筝啞钡脑O(shè)計“五大輪”包括調(diào)整輥輪（上輥輪），兩個驅(qū)動輥輪（下輥輪）及兩個限位輪。在第四章中，我們已經(jīng)確定調(diào)整輥輪和驅(qū)動輥輪的直徑分別為156mm和166mm，由于這三個輥輪為主要的工作部件，受重載作用，對強度和硬度有很高的要求，我們選用55號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼作為這三個輥輪的材料，其屈服強度為380Mpa，熱軋硬度可達255HBS。為了增大輥輪與被卷鋼板間的摩擦，可對下輥輪表面進行滾花加工?？紤]到卷圓鋼板的厚度（或?qū)挾龋┎灰唬覀儗⑾螺佪喿龀煞指钍?，由?nèi)外輥輪組成，對加工不同規(guī)格的扁鋼（角鋼）時，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，最后鎖緊螺釘2，即可進行不同規(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器中為非受力件，對各力學(xué)性能要求不高，只起到對卷圓鋼板進行初定位的作用，材料選用HT100，設(shè)計其直徑為180mm，通過凸臺及螺栓對其進行軸向定位。根據(jù)限位輪軸直徑及受力情況，選用軸承型號為61907,內(nèi)徑35mm，外徑55mm，厚10mm。各主要部件的選用1.液壓計的選用由于箱體內(nèi)布置有蝸輪蝸桿傳動和齒輪傳動，為了延長各零件壽命及減少噪音，必須對它們進行充分的潤滑。機械油注入箱體內(nèi)，齒輪及蝸輪部分浸入油內(nèi)，靠傳動的嚙合旋轉(zhuǎn)充分潤滑所有的傳動件和軸承。但箱體內(nèi)油液高度要適當：若油液高度過高，油液對傳動件有粘滯作用，不利于傳動；若油液高度過低，不能對各傳動件充分潤滑。在箱體底部安裝液壓計可實時觀察油液高度，并通過其指示作用，及時地添加機械油。液壓計型號選YWZ-80T（GB1161－90），其安裝尺寸為110mm80mm42mm。2.腳輪的選用為了便于機器的移動，我們在其底部安裝4個腳輪，它們只受到機器重力的作用，單個腳輪受力約10000N，因此采用橡膠包鐵的形式，其型號選WP13B-15040（GB/T14688－93）。

設(shè)備的使用及其保養(yǎng)設(shè)備使用注意事項1.板材長度等于“輪輞的中徑圓周率”。2.板材頭應(yīng)“預(yù)彎邊”，半徑應(yīng)與輪輞半徑相同。3.接通電源后，進行下輥正反兩個方向和上輥升降運動，檢查各運動有無不正常的卡死現(xiàn)象。4.設(shè)備在運行過程中，若發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則的噪音、沖擊等不正常現(xiàn)象，應(yīng)立即“停機”檢查。5.加壓給進應(yīng)循序漸進，不可過急。6.給進一次應(yīng)卷到頭，中間不要給進。7.快結(jié)束時，應(yīng)使用輪輞外徑圓弧量板隨時檢測“卷圓度”。設(shè)備的潤滑和保養(yǎng)1.設(shè)備在使用前，先檢查箱體側(cè)面的油標所顯示的油位。如油位低于油線時，必須從箱體蓋上的注油孔內(nèi)注油，直到達到油線。2.從上輥輪軸前端的油杯注油，以潤滑上輥輪的滑動軸承。3.潤滑壓下裝置的滑塊，調(diào)節(jié)螺桿和螺母。4.夏季時，箱體內(nèi)可注入30號、40號機械油。冬季時，可注入20號機械油。正常使用半年后，箱體可清洗換油一次，正確的維護和保養(yǎng)是保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)和延長使用壽命的重要因數(shù)。

總結(jié)經(jīng)過兩個多月的準備及實際工作，在X老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下，此次畢業(yè)設(shè)計順利完成。由于自身知識有限，時間及資料的不足，又缺乏工作經(jīng)驗，在設(shè)計過程中難免有設(shè)計上的缺陷，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，使我對大學(xué)四年各專業(yè)知識的綜合運用，有了一定程度上的把握。在這兩個多月的時間里，我在繪制整臺機器各零部件的Pro/E三維圖上花費的時間最長，在確定機器各零部件的布置方案后，還要通過理論計算來驗證，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，使我又一次溫習了三維建模、二維制圖等各軟件的操作，運用并熟悉相關(guān)設(shè)計資料（包括手冊，標準和規(guī)范等）以及進行經(jīng)驗估算等方面有了一定程度的提高?？傊舜萎厴I(yè)設(shè)計是我邁出校園，走向工作崗位的綜合演練，它為我今后的工作打下了堅實而牢固的基礎(chǔ)。由于這是我第一次根據(jù)實際需要而做的設(shè)計，設(shè)計過程中難免有許多疏漏或錯誤，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指點。本設(shè)計中對于機構(gòu)中的其他組件設(shè)計計算相對較少，只是簡略的選擇進行計算。由于我的經(jīng)驗和資質(zhì)較淺，專業(yè)知識相對貧匱，無法對其做更全面的研究。比如對于一些組件的設(shè)計計算不夠詳細，對于一些參數(shù)的選擇缺乏嚴格的理論基礎(chǔ)。再者，由于本設(shè)計機構(gòu)屬于新技術(shù)，國內(nèi)外生產(chǎn)的廠商比較少，能夠借鑒的資料也相對缺乏，很多參數(shù)只能參考其他工業(yè)用機或根據(jù)經(jīng)驗選擇。設(shè)計中免有不妥之處，還望指正。若進入下一步深入研究，可對關(guān)鍵強度部位進行有限元分析和一些部件的優(yōu)化改進設(shè)計，從而獲得更加結(jié)合生產(chǎn)實際的產(chǎn)品與應(yīng)用。機構(gòu)的高精度、高質(zhì)量的需求量不斷增加。我國“九五”、“十五”、“十一五”規(guī)劃都是一個高速發(fā)展的態(tài)勢，從總的趨勢看，機械裝置也將向高轉(zhuǎn)速、大型化、機電一體化、節(jié)能化發(fā)展。我國已加入世界貿(mào)易組織。因此，必須獨立地開發(fā)出自有知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。同時要以創(chuàng)新觀念為先導(dǎo)，開發(fā)出實用、可靠、安全、經(jīng)濟適應(yīng)市場的好產(chǎn)品。當然這并非那么容易，還要靠科技，一方面，要利用高新科技求改造、完善、拓寬、提高我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使產(chǎn)品上水平，才能進入國際市場，另一方面，科技要面對國情，開發(fā)出適應(yīng)生產(chǎn)需要的機械設(shè)備。只要我們把開發(fā)搞好、設(shè)計水平、制造水平提高了，不僅可以保住我們自己的市場，走出國門，占領(lǐng)國際市場仍有可能性。根據(jù)國情揚棄國外技術(shù)，解決自己的問題。近年來，我國機械業(yè)通過公關(guān)，在認真研究國外技術(shù)，結(jié)合國情實際情況下，研究出不少好產(chǎn)品，很多問題都是自主開發(fā)采用國外關(guān)鍵元器件的辦法實現(xiàn)的，但知識產(chǎn)權(quán)是自主的。按市場規(guī)律強強聯(lián)合，提高制造水平。目前，企業(yè)改革改制正在深入開展，要提高我國機械整體制造水平以適應(yīng)國內(nèi)外的需要，走強強聯(lián)合促進集團化發(fā)展，不失為有效辦法。當然，要按市場規(guī)律辦事，其中發(fā)揮行業(yè)協(xié)會主管部門的作用是不可忽視的，這樣可以加快國內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外的資源整合，揚長避短、優(yōu)勢互補，名專業(yè)生產(chǎn)廠家在已有基礎(chǔ)上集中力量，有重點地引進、消化、吸收先進的東西，創(chuàng)新出自己的特色產(chǎn)品，并注意發(fā)展自主的現(xiàn)代化專業(yè)制造技術(shù)，以近快提高我國機械設(shè)備制造水平，促進我國機械設(shè)備由大國變強國，實際與國際市場的融合。

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