法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文答辯資料】

需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 學(xué)校代碼： 10410 學(xué) 號： 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 ： 20050428 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級 ： 機(jī)制 052 班 指導(dǎo)教師 ： 吳彥紅老師 二 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)（又名對稱式三輥卷圓機(jī)）的總體設(shè)計(jì)，主要對卷圓機(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)型式為三輥對稱式，在該結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力，兩下輥?zhàn)鲂D(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、操作簡便、壽命長、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 is of to on of in is of a is 目 錄 第一章 緒 論 . - 1 - 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) . - 1 - 1 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 . - 3 - 外發(fā)展現(xiàn)狀 . - 3 - 內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 . - 3 - 1 3 本課程來源 . - 4 - 第二章 法蘭成型機(jī)工作方案的選擇 . - 4 - 2 1 法蘭成型方案 的確定 . - 4 - 2 2 法蘭卷制成型方式的選擇 . - 5 - 第三章 傳動(dòng)方案及總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . - 6 - 3 1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) . - 6 - 3 2 法蘭成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . - 7 - 第四章 力學(xué)分析與主參數(shù)的確定 . - 8 - 4 1 卷圓的工藝過程分析 . - 8 - 4 2 卷圓過程中的力學(xué)分析 . - 8 - 4 3 工作輥輪的設(shè)計(jì) . - 8 - 輥輪受力情況分析 . - 8 - 蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 . - 9 - 第五章 壓下裝置的設(shè)計(jì) . - 10 - 5 1 卷圓成型直徑與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 . - 10 - 5 2 壓下裝置的設(shè)計(jì) . - 11 - 5 3 上輥輪軸的設(shè)計(jì) . - 11 - 的材料及結(jié)構(gòu)的確定 . - 11 - 的受力分析 . - 12 - 核軸的強(qiáng)度 . - 14 - 5 4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) . - 14 - 第六章 其它各主要零部件的設(shè)計(jì)及選用 . - 16 - 6 1 箱體的設(shè)計(jì) . - 16 - 6 2 “ 五大輪 ” 的設(shè)計(jì) . - 16 - 6 3 各主要部件的選用 . - 17 - 第七章 法蘭成型機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) . - 17 - 第八章 設(shè)備的使用及其保養(yǎng) . - 18 - 8 1 設(shè)備使用注意事項(xiàng) . - 18 - 8 2 設(shè)備的潤滑和保養(yǎng) . - 18 - 總結(jié) . - 19 - 參考文獻(xiàn) . - 19 - 致謝 . - 20 - 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) 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 2 - 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 對生產(chǎn)人員的要求很高，且生產(chǎn)周期長、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，為了滿足工廠對生產(chǎn)所提出的高效、低耗、無污染的要求，必須對法蘭成型機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使該設(shè)備的生產(chǎn)能力最法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 3 - 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/ 設(shè) 計(jì) 本 臺 機(jī) 器 的 目 的 是 將 尺 寸 為30 3 1256料為 扁鋼卷制成內(nèi)圓直徑為 370圓直徑為430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 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 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、德國、日本三國的卷圓機(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，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，所以美國的高性能卷圓機(jī)技術(shù)在世界一直居領(lǐng)先地位。但因?yàn)槠鼗A(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，在質(zhì)量管理及卷圓機(jī)技術(shù)方面學(xué)習(xí)美國，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 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(jī)的發(fā)展起了重要作用。 內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國是世界上 卷圓機(jī)機(jī) 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(yán)峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對各類卷圓機(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產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國外卷圓機(jī) 機(jī)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(gè)主要的原因是我國生產(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，從而不能及時(shí)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(jī)設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具 (如分析和評價(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)法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 4 - 試制才能定型，從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(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(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，并在一臺已經(jīng)用于生產(chǎn)的卷圓機(jī)的基礎(chǔ)上，對其進(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，意義是對整個(gè)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一次檢測，是我們踏出校園走上工作崗位的一次練兵。 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示，制造該法蘭零件的方法有以下兩種： 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)同一型號的法蘭零件，但此法也有明顯的不足之法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 5 - 處： 30徑為 370計(jì)出來的模具體形巨大，非常笨重，成本較 圖 2蘭環(huán) 高； 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； 工產(chǎn)生的廢料也較多。 卷制法。即利用輥輪將 30 3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示。鋼板在外負(fù)荷力矩 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?yàn)楸怃撛诰碇七^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)中性層長度沒有變化，所以需要提供的扁鋼長度為 L= 4 3 0 3 7 02 1256 2 2 法蘭卷制成型方式的選擇 目前市場上出現(xiàn)的卷圓機(jī)種類較多，大致分類如圖 2示。三輥式結(jié)構(gòu)卷制原理是利用三個(gè)輥輪對板料進(jìn)行連續(xù)的三點(diǎn)彎曲卷制成弧體，下輥為 主動(dòng)輥，上輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡單，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用四輥卷圓結(jié)構(gòu)可以免去端部預(yù)彎法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 6 - 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)械式三輥對稱式卷圓機(jī)、機(jī)械式三輥非對稱式卷圓機(jī)、液 壓式三輥卷圓機(jī)，它們的主要特 點(diǎn)分別為： 圖 2輥卷圓機(jī)工作原理圖 a. 機(jī)械式三輥對稱式卷圓機(jī)：如圖 2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(yùn)動(dòng)，通過螺桿螺母傳動(dòng)而獲得，兩下輥?zhàn)餍D(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)械式三輥非對稱式卷圓機(jī)：如圖 2示，該機(jī)結(jié)構(gòu)型式為三輥非對稱式，上輥為主傳動(dòng)，下輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(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?zhàn)鲀A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?zhàn)餍D(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械式三輥對稱 圖 2械式三輥非對稱 圖 2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)械式三輥對稱式臥式結(jié)構(gòu)方案。 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?yàn)閮蓚€(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)輥輪的對稱中心上，所以兩個(gè)下輥輪作同步旋轉(zhuǎn) 運(yùn)法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 7 - 動(dòng)。傳動(dòng)方案示意圖如圖 3示。 圖 3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)械式三輥對稱式結(jié)構(gòu)，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)的主運(yùn)動(dòng)，而上輥?zhàn)鞔怪鄙颠\(yùn)動(dòng)，因此我們采用“手柄 傳動(dòng)螺母 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示。 1. 減速箱 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 8 - 圖 3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 對稱式三輥卷圓機(jī)在卷制鋼板時(shí)，兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上輥?zhàn)龃怪鄙颠\(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) 輥輪受力情況分析 卷制時(shí)，鋼板受力情況如圖 4示，根據(jù)受力平衡，可以得到下輥?zhàn)饔糜阡摪迳系闹С至?式中 連心線 角， =m d + d ； a 下輥中心距（ m）； 卷圓最小直徑（ m）； 下輥直徑（ m）； 考慮到板寬 b 遠(yuǎn)小于卷圓的最小直徑 性 層半徑 R 簡化計(jì)算，上式可變?yōu)椋?F2 （ 根據(jù)受力平衡，上輥?zhàn)饔糜阡摪迳系牧?圖 4卷鋼板的受力分析 壓下力 ： （ （ 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： 2 ()M （ 2） 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 9 - 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）； 下輥輪半徑， r2= 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 文章編號為： 10032006） 05知，鋼板的塑性極限彎矩為： 212 sM （ 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（ 235 初選下輥輪的直徑為 170心距為 200慮到鋼板在卷制時(shí)會(huì)與下輥輪發(fā)生軸向滑動(dòng)，我們在鋼板與輥輪接觸處設(shè)置一環(huán)形槽，槽深 2此下輥輪的實(shí)際 直徑為 166 由式（ 2）和（ 3）得： 2 2 = 3 2 62 0 0 8 5 3 ( 3 0 1 0 ) 2 3 5 1 02 0 0 2 0 0 N N 所以，下輥輪作用在鋼板上的力為 據(jù)（ 1）式得上輥輪對鋼板的壓力為： 因?yàn)?R=a=200以 =30 , 法蘭成型機(jī)的主參數(shù)的確定 如圖 4示， 1組成了一個(gè)直角三角形，其三邊邊長分別為 2()2，2a， 1()2，根據(jù)它們之間的三角關(guān)系可得： 212 2 2( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b H R （ 4） 其中， 1D 、 2D 分別為上、下輥輪直徑， 般取最大值）， R 為加工工件曲率半徑， H 為上下輥中心高， 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=200b=302D =166mm,a=200為已知，而只有 1 的值 圖 4參數(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(jì) 1D =160了防止鋼板在它上面發(fā)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 2此上輥輪的實(shí)際直徑為 156其值代入（ 4）式得： 2 2 21 6 6 2 0 0 1 5 6( 2 0 0 3 0 ) ( ) ( 2 0 0 )2 2 2H 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 10 - 2313 = 2100 + 2( 122)H 得 H= （ 所以在卷制過程中，只需將上下輥中心高調(diào)整 為 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= 2122( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b R （ 1） 在公式中， 1D 、 2D 、 a 均為固定值，而 R 與 b 是用戶給定的值。 如圖 5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+ （ 2） 將（ 2）式代入（ 1）式得： L= 2122( ) ( ) ( )2 2 2D a DR b R x y （ 3） 將已知的值代入（ 3）式得： L= 22( 8 3 ) 1 0 0 ( 7 8 ) 1 2 0 2 2 3R b R （ 簡化后，得： L= 22( 8 3 ) 1 0 0 ( 25)R （ 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（ 卷制半徑一般為 100 R 500（ 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下輥中心高與標(biāo)尺刻度的關(guān)系 表 1 L= 22( 8 3 ) 1 0 0 ( 25)R 單位： 00 150 200 250 300 350 400 450 500 15 L b 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 11 - 20 5 0 5 0 5 0 55 60 由于此次設(shè)計(jì)的上輥輪行程為 40標(biāo)尺指針在標(biāo)尺上的指示范圍為（ 60， 100） 此計(jì)算出來的 L 值若不在此范圍內(nèi)，則在本臺機(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示。 圖 5下裝置設(shè)計(jì)效果圖 5 3 上輥輪軸的設(shè)計(jì) 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)，法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 12 - 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，其牌號為 38造成形及調(diào)質(zhì)處理，毛壞直徑 60度 293321拉強(qiáng)度極限 b =930服極限s =785曲疲勞極限 1 =440切疲勞極限 1 =280用彎曲應(yīng)力 1 b =75 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 35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(jī)械設(shè)計(jì)手冊高教版中知圓柱滾子軸承（摘自 得 d=40=80=23號為 32508。由于上輥輪的寬度為 42以應(yīng)在上輥輪中再安裝一個(gè)型號為 32208 的圓柱滾子軸承，d=40=80=18后用密封圈密封。 如圖 5示，由于軸在滑塊內(nèi)的長度為 18塊到軸承的間距為 34套的寬度為 20輥輪寬度為 42此軸的工作長度為： L=20+42+18+34=114 （ 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靜止，軸肩對軸承軸向定位，壓板和銅套對上輥輪進(jìn)行軸向定位，再利用雙頭螺栓和螺母對壓板進(jìn)行鎖緊。 的受力分析 1繪制軸的受力簡圖 如圖 5上輥輪、滑塊對其作用的力集中作用在軸上 圖 5輥輪軸的受力簡圖 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 13 - 由于軸只受到上輥輪和滑塊對它的作用力，因此這兩個(gè)力等值反向，均為 以，作用在 軸上 范圍內(nèi)的力的集度為： P= 7 1 8 6 0 2 （ KN/m） 作用在 范圍內(nèi)的力的集度為： q= （ KN/m） 1 繪制上輥輪軸的剪力圖、彎矩圖 在軸的 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 ()N 為單位， ()N m 為單位。 在 內(nèi)， () （ 0 x () （ 0 x 在 內(nèi)， ()( =( x （ x ()( 0 . 0 2 ) ( 0 . 1 1 4 )p x x =1 8 6 . 4 3 ( 0 . 0 2 ) ( 0 . 1 1 4 ) （ x 在 內(nèi)， () （ x ()x （ x 在 內(nèi)， () = 0 6 ) 4 3 5x （ x () x (x = x (x （ x 法蘭成型機(jī)的總體設(shè)計(jì) - 14 - 圖 5輥輪軸的剪力圖與彎矩圖 核軸的強(qiáng)度 由彎矩圖知， 算出 c= 0 . 1 1 4 0 . 0 6 2 ) K N m m 因?yàn)椴牧蠟?38許用彎曲應(yīng)力 1 b=75C 截面當(dāng)量彎矩應(yīng)力為： c =3233 2 0 3 (0 ) = 1 b （ W 為軸的抗彎截面模量） 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， 23 6 0 /s N m m ,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三卷（成大先主編）第 12 篇表 12得： 3 5s =12072 2/N 手動(dòng)可取 100 2/N 螺母材料為 10 3e 。由表 12得： 24 0 6 0 /b N m m ，取 50 2/N = 23 0 4 0 /N m m ，取 35 2/N 此螺旋傳動(dòng)系手動(dòng)低速，由表 12得： 21 8 2 5 /p N m m ，取 20 2/N 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) - 15 - 2 0 d p其中， F 軸向載荷， N； p 許用 比壓， 2/N 其值可查表 12 螺母（或螺桿）的轉(zhuǎn)角， 因?yàn)?值可根據(jù)螺母的形式選定，取 =