三辊卷板机设计-大学毕业设计.doc

中国矿业大学徐海学院
本科生毕业论文

姓 名： 学 号：
学 院：
专 业： 机械工程及其自动化 　
论文题目： 三辊卷板机设计
专 题：
指导教师： 职 称： 讲师

2012年 6月 徐州

中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书

专业年级 学号 学生姓名

任务下达日期： 2011 年 12 月 14 日

毕业论文日期： 2011年12 月20日至 2012 年 6月 5日

毕业论文题目：三辊卷板机设计

毕业论文专题题目：

毕业论文主要内容和要求：
1) 该设备主要由辊子、机身、动力传递部件和电机等组成。首先分析了对称式三辊卷板机的受力情况，在对卷板过程变形能力参数分析的基础上，将其受力与设备的驱动功率直接建立联系，建立数学模型，通过功能转换计算，得出了卷板机主驱动功率并确定了辊子的结构和尺寸，然后确定了主、副传动系统的传动方案，并对其中主减速器、蜗轮蜗杆、丝杠螺母副等关键部件进行了设计和校核。
2) 总图质量不低于三张，说明书不低于两万字，外文翻译不低于3000字。

指导教师签字：
郑 重 声 明
本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名： 日期：
中国矿业大学徐海学院毕业论文指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 指导教师签字：
年 月 日
中国矿业大学徐海学院毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字：
年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业论文答辩及综合成绩
答 辩 情 况
提 出 问 题
回 答 问 题
正 确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：
年 月 日
学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：
年 月 日
摘 要

卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其他形状工件的通用设备。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、木工、金属结构及其它机械制造行业。
本文设计的是三辊卷板机。通过对几种运动方案的分析比较，最终决定采用设计加工尺寸为的对称式三辊卷板机。该设备主要由辊子、机身、动力传递部件和电机等组成。通过已知设计参数确定了辊子的直径和长度，然后确定上辊和下辊的传动方案。为了保证下面两辊的同步运动，采用减速器输出轴安装齿轮与下辊的齿轮成角度啮合，上辊采用蜗轮蜗杆保证两端的上下运动。然后对辊子、齿轮、轴、键等关键零件进行了强度校核，最后进行了机架的设计。
通过本次设计，对三棍卷板机的组成原理及结构有了深刻的认识，设计结果与实际相符，满足使用要求。

关键词：卷板机； 减速器；压下系统；蜗轮蜗杆

Abstract

Bending machine is a general equipment of the sheet metal volume bent cylindrical, curved or other shape of the workpiece. The product is widely used in the boiler, shipbuilding, petroleum, chemical, woodworking, metal structures and other machinery manufacturing industry.
This text designs is three-roll bending machine. Through the analysis of several sports programs, and ultimately decided to adopt the design and processing dimensions of 12 × 2000 symmetric three roller coiling machine. The equipment mainly consists of roller, body, power transmission components and motor. Through the known design parameters I determined the diameter and the length of the roller, and then determined the upper roller and lower roller’s driving program.. In order to ensure the synchronous movement of the lower two roller and the up and down movement of the both ends of the upper roller, I adopted to the gear reducer output shaft mounting gear and lower rollers angled mesh design and the worm and worm gear. Then I have the strength check to the rollers, gears, shaft, key and some of critical parts and finally the rack design.
Through the design principle and structure of the composition of the three-rod coiling machine with a deep understanding of the design results and the actual meet the requirements.

Keywords： rolling machine; reducer; pressure system; worm.

目 录
1 绪论 1
1.1 概述 1
1.2卷板机的原理 3
1.2.1 卷板机的运动形式 3
1.2.2弯曲成型的加工方式 4
1.3 卷板机的发展趋势 7
2 总体设计方案的确定 9
2.1 方案的论证 9
2.1.1方案1 双辊卷板机 9
2.1.2方案2 三辊卷板机 10
2.1.3 方案3 四辊卷板机 11
2.2 方案的确定 12
2.3本章小结 12
3 传动系统设计 13
3.1 传动方案的分析及确定 13
3.1.1 齿轮传动 13
3.1.2带传动 14
3.2 传动系统的确定 15
3.2.1 主传动系统的确定 15
3.2.2副传动系统的确定 15
3.3 本章小结 16
4 下辊驱动系统的设计 17
4.1上下辊的参数选择计算 17
4.2 主电机的功率确定 18
4.2.1受力分析 18
4.2.2主电机功率的确定 20
4.3本章小结 21
5 减速器的设计计算 22
5.1 传动方案的分析和确定 22
5.2 减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配 22
5.2.1 总的传动比 22
5.2.2 传动比的分配 22
5.3传动装置各轴的参数计算 23
5.3.1 各轴转速 23
5.3.2 各轴功率 23
5.3.3 各轴转矩 24
5.4齿轮传动设计与校核 24
5.4.1高速级齿轮设计 24
5.4.2中速级齿轮设计 28
5.4.3低速级齿轮设计 32
5.5轴的设计与校核 36
5.5.1轴3的设计 36
5.5.2轴4的设计 37
5.5.3轴2的设计 38
5.5.4轴1的设计 39
5.5.5 轴的校核 40
5.6轴承的选择与校核 46
5.6.1轴承的选择 46
5.6.2轴承的校核 46
5.7各轴上键的选择与校核 48
5.7.1键的选择 48
5.7.2键的校核 48
5.8本章小结 49
6 压下系统的设计 50
6.1电机选择 50
6.1.1驱动功率计算 50
6.1.2电动机选型 50
6.2螺旋副设计与校核 51
6.3蜗轮蜗杆设计与校核 52
6.3.1参数计算 52
6.3.2蜗杆机构设计及校核 53
6.4上、下辊的设计与校核 56
6.4.1上、下辊的结构设计 56
6.4.2上下辊结构优化设计 56
6.4.3上、下辊校核 58
6.5本章小结 60
7机架的设计 61
7.1全焊钢结构的优点 61
7.2机架参数的确定 61
7.3机架的焊接工艺 61
7.4本章小结 62
8结论 63
参考文献 64
英文原文 65
中文译文 72
致 谢 75

1 绪论
1.1 概述
卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其他形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工作辊相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形，以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、化工、木工、金属结构及其它机械制造行业。
卷板机作为一个特殊的机器，它在工业基础加工中占有重要的地位。凡是钢材成型为圆柱型，几乎都用卷板机辊制。其在汽车、军工等各个方面都有应用。根据不同的要求，它可以辊制出符合要求的钢柱，是一种相当实用的器械。
在国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为：
1）、三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机等。
从驱动方式分三辊卷板机有机械式和液压式两种。
机械式三辊卷板机分为对称式和非对称式。
机械三辊对称式卷板机：其上辊在两个下辊中央对称位置作垂直升降运动，通过丝杠丝母蜗杆传动而获得，两个下辊作旋转运动，通过减速器的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。该机缺点是板材端部需借助其它设备进行预弯。

图1-1 机械对称式三辊卷板机
机械三辊非对称式卷板机：该机结构型式为三辊非对称式，上辊为主传动，下辊作垂直升降运动，以便夹紧板材，并通过下滚齿轮与上辊齿轮啮合，同时作为主传动；边辊作倾升降运动，具有预弯和卷圆双重功能。机构紧凑，操作维修方便。
液压式三辊卷板机：该机上辊可以垂直升降，垂直升降的液压传动，通过液压缸内的液压油作用活塞杆而获得；下辊作旋转驱动，通过减速器输出齿轮啮合，为卷板提供扭矩，下辊下部有托辊，并可调节。上辊呈鼓形状，提高制品的直线度，使用于超长规格各种截面形状灌。

图1-2 液压式三辊卷板机
该机为上调式对称三辊卷板机，可将金属板材卷成圆形、弧形和一定范围内的锥形工件，本机两个下辊为主动辊，上辊为从动辊。它广泛使用于造船、锅炉、航空、水电、化工、金属结构及机械制造行业。
2）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。
3）特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用途卷板机等。
卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中仍广泛应用。在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大、电动机功率大，起动时电网波动也较大，所以越来越多地采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同时采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。
卷板机的工作能力是指板材在冷态下，按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时最小卷筒直径的能力。国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高，操作工艺简便，成本低廉，但对板材的质量要求较高（如不允许有缺口、裂纹等缺陷），金相组织一致性要好。当卷制板厚较大或弯曲半径较小并超过设备工作能力时，在设备允许的前提下可采用热卷的方法。有些不允许冷卷的板材，热卷刚性太差，则采用温卷的方法。
卷板机是一种通用性及适应性较高的弯曲整形机械。为提高卷板机的工作效率，提高制品的加工精度，减轻劳动强度，改善工作条件，通常采用板料送料工作台、辅助操作机械、托架平台以及支承滚道等辅助设备。国外有些厂家已有配上自动焊接机、下料机械手等成线或单元供货。
1.2卷板机的原理
1.2.1 卷板机的运动形式
卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式的运动。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊对加工板材的旋转、弯折等运动，主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料、下料及上辊的升降、翘起以及倒头架的翻转等形式的运动。
该机构形式为三辊对称式，上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动，通过丝杆丝母蜗杆传动而获得，两下辊作旋转运动，通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合，为卷制板材提供扭矩。

图1-3 三辊卷板机工作原理图
由图1-3：主运动指下辊分别绕、作顺时针或逆时针旋转。辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊在垂直平面的上翘、翻边运动等。
1.2.2弯曲成型的加工方式
在钢结构制作中弯制成型的加工主要是卷板（滚圆）、弯曲（煨弯）、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或冷加工来完成的。
滚圆是在外力的作用下，使钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形（中层纤维不变）。当圆筒半径较大时，可在常温状态下卷圆，如半径较小和钢板较厚时，应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有：机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机（又叫滚板机、轧圆机）上进行的。
在卷板机上进行板材的弯曲是通过上辊轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图1-4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1-4 滚圆机原理图
卷圆的基本原理是悬空法。上辊是被动辊，可上下移动；下辊2是主动辊，是固定辊，当板料送入上下辊之间时，钢板的下表面与两个辊的最高点相接触，当上辊下压并超过材料的屈服极限时，板料便产生塑性变形。随着三个辊轴的旋转，便形成一条弧线，这条弧线的外层纤维被拉伸，内层被挤缩，中心层不变，这时钢板被卷成圆。卷制锥形筒节时，应在筒节小头一侧在卷板机上安设止推挡滚，以挡住板料，不让它在卷制时朝小头的方向移动。
三辊对称式卷板机的特点是上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动，两下辊作旋转运动。由于卷板机的三辊是对称式的，在弯曲成型过程中，板材前后受力相对均匀，因此能够较好的解决钢板的弹复问题和精度问题。其缺点在于对称式的机器不能弯卷板材的全部长度。板材两端有略小于两个下辊之间距离之半的长度仍然是直的，因此板材保持直挺的两端在弯卷之前需要先在专门的预弯边机上加以预弯。
对称式三棍卷板卷板是利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。如图1—4所示，卷板工艺过程大致分为4步：
A 预弯：卷板时平板两端各有一段长度由于接触不到上辊而不发生弯曲，称为剩余直边，工艺上将平板开始弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边，其大小与设备结构及其弯曲形式（对称弯曲，不对称弯曲）有关。
B 对中：对中的目的是使工件母线与辊筒轴平行，防止产生扭斜。
C卷圆：卷圆是产品成形的主过程，分为一次进给与多次进给。进给次数取决于工艺限制条件（如冷卷时不得超过允许的最大变形率）及设备限制条件（如不打滑条件和功率条件）。
卷圆操作中应注意：
1、冷卷时回弹较明显，必须施加一定的过卷量。高强钢回弹较大，为了减少回弹，在最终成形前需进行一次退火，以消除冷作硬化。
2、热卷时不必考虑回弹。对于闭合圆筒，一般只要控制板料尺寸，卷至刚好闭合即可。为防止工件卸下后产生变形，应将工件在终卷曲率下进行不断滚弯，直至工件表面颜色发暗为止。
a：加载 根据经验或计算将工作辊调到所需的最大矫正曲率的位置。
b：滚圆 将辊筒在矫正曲率下滚卷1—2圈，使整卷曲率均匀一致。
c：卸载 逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。
d：矫圆：矫圆包括加载、滚圆和卸载3个过程：
矫圆的目的是尽可能使整圆曲率均匀一致，保证品质量。

图1-5 卷板工艺过程
在卷板机卷取钢板时，由于上辊的压力，使支承在两个下辊上的板材形成三点弯曲。因此板材的成型过程可以看成是三辊卷板机对板材做连续的三点弯曲的过程。加工时将被加工板材的一端送入三辊卷板机的上、下轧辊之间，然后对上辊施加一向下的位移，使位于下方的板材部分因受压而产生一定的塑性弯曲变形。当下辊被驱动作回转运动时，由于板材与轧辊之间存在摩擦力，所以当轧辊转动时板材也就沿其纵向运动。当板材依次通过上辊的下方即变形区时，应力超过屈服极限，则将产生塑性变形，板材也就获得了沿其全长的塑性弯曲变形。适当调整轧辊之间的相对位置，就可以把板材弯成半径不小于上辊半径的任意值。
在卷取钢板的过程中，也伴有变形量与应力成正比的弹性变形。研究表明，弹复与弯曲曲率、材料屈服极限有关，并且随下辊之间的距离和上下辊径比的降低而减小。
卷板加工属于压力加工范畴，是在锻造加工和轧制加工的基础上发展起来的一种新型加工方法。从加工形式上属于弯曲加工。
所谓压力加工，从广义上讲：凡是利用永久变形(塑性变形)将固态坯料制成所需形状和尺寸的固态制件的加工，均被称为压力加工，或压力成形。狭义上的压力成形，一方面是指板料及条料的弯曲、翻边、拉伸等。它们是既保持作为坯料的板料的形态，同时又改变其外观的加工方法。另一方面，像锻造、挤压等，能使材料的大部分产生复杂的塑性变形，并且制件形状和外观都与原材不同。
弯曲成形就是将金属材料弯成一定角度、曲率和形状。常用的弯曲加工大体上可分为压弯、折弯和滚弯三种类型。

a 压弯 b 折弯 c 滚弯
图 1-6 对中弯曲方式
1、压弯
压弯是用压力机或弯板机进行的板料弯曲。最简单的形式，是用一个固定凹模和一个活动凸模的弯曲。(如图1-6 a所示)板材、型材、管材的弯曲多用这种成形方法。
2、折弯(如图1-6 b)
折弯是用沿着固定模具周边移动的压弯工具，一边将材料压在固定模具圆角部分，同时又使其贴合在一起的弯曲方法。管材、板材、线材的弯曲多用这种成形方法。
3、滚弯(如图1-6 c)
滚弯是用二至四个轴辊在送进板料的同时做连续弯曲加工的方法。与压弯和折弯相比，滚弯的弯曲半径较大，制件的曲率相等(同一截面的曲率)。所以被广泛用于筒形、锥形、部分筒形或锥形等大口径管件的加工制造之中。滚压成形也被视为是滚弯的一种，是使带料依次通过几组成形轴辊，成形一定断面形状。一般用于结构用轻型型材。卷板机就是滚弯原理的具体应用。
1.3 卷板机的发展趋势
加入后我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五”期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到2012年，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。而其在装备工业上的投入力度将会大大加强，市场的竞争也愈演愈烈，产品的更换也要求卷板机装备工业不断在技术和工艺上取得更大的优势：1.从国家计委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的项目达近百项；2.卷板机工业已建项目的二期改造也将会产生一个很大的用户群；3.由于卷板机的高利润，促使各地政府都纷纷投资（国家投资、外资和民间资本）卷板机制造。其次，跨国公司都开始将最新的车型投放到中国市场，并计划在中国加大投资力度，扩大产能，以争取中国更大的市场份额。民营企业的崛起以及机制的敏锐使其成为卷板机工业的新宠，民营企业已开始成为卷板机装备市场一个新的亮点。
卷板机制造业作为机床模具产业最大的买方市场，其中进口设备用于卷板机，同时也带动了焊接、涂装、检测、材料应用等各个行业的快速发展。卷板机制造业的技术革命，将引起装备市场的结构变化：数控技术推动了卷板机制造企业的历史性的革命，数控机床有着高精度、高效率、高可靠性的特点，引进数控设备在增强企业的应变能力、提高产品质量等方面起到了很好的作用，促进了我国机械工业的发展。因此，至年，卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长左右，据预测，卷板机制造业：对数控机床需求将增长；对压铸设备的需求将增长；对纤维复合材料压制设备的需求增长；对工作压力较高的挤或冲压设备需求增长；对液压成形设备需求增长；对模具的需求增长；对加工中心需求增长；对硬车削和硬铣消机床的需求增长；对切割机床的需求增长；对精密加工设备的需求增长；对特种及专用加工设备需求增长；对机器人和制造自动化装置的需求增长；对焊接系统设备增长；对涂装设备的需求增长，对质检验与测试设备的需求增。
在今后的工业生产中，卷板机会一直得到很好的利用。它能节约大量的人力物力用以弯曲钢板。可以说是不可缺少的高效机械。时代在发展，科技在进步，国民经济的高速发展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速发展。
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2 总体设计方案的确定
2.1 方案的论证
一台卷板机在一般情况下所能卷制的板厚，既工作能力，是指板材在冷态下，按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时的最小卷筒直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。
按卷制温度不同，可分为冷卷、温卷、热卷。一般情况下都是进行冷弯，冷卷精度高，操作工艺简便，成本低廉，但对钢板的质量要求较高，金相组织一致性要好。
结合上章卷板机的类型，拟订了以下几种方案，并进行了分析论证。
2.1.1方案1 双辊卷板机
上辊是钢制的刚性辊，下辊是一个包有弹性的辊，可以作垂直调整。当下辊旋转时，上辊及送进板料在压力作用下，压人下辊的弹性层中，使下辊发生弹性变形。但因弹性体的体积不变，压力便向四面传递，产生强度很高，但分布均匀的连续作用的反压力，迫使板料与刚性辊连续贴紧，目的是使它随着旋转而滚成桶形。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。根据实验研究，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，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征。
双辊卷板机具有的优点：1. 板料不需要预弯成形，因此生产率高；2.在一次行程中有做高精度成型的可能；3.板坯即使是经过冲孔、切口、起伏成型等加工，也不致产生折裂及不规则翘曲等；4.不产生皱折，不在制件表面造成划痕；5. 可以弯曲多种材料，机器结构简单。
双辊卷板机的缺点：1.对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上辊，因而不适用多品种，小批量生产。 2.可弯曲的板料厚度系列受到一定限制，目前一般只能用于以下的板料。

图2-1 双辊卷板机工作原理图

2.1.2方案2 三辊卷板机
三辊卷板机是目前最普遍的一种卷板机。利用三辊滚弯原理，使板材弯曲成圆形，圆锥形或弧形工作。
1.对称式三辊卷板机
对称式三棍卷板机，由工作辊、机架、传动系统和机座等组成。通常两个下辊为主动辊，相对于上辊作对称布置，上辊为从动辊，可垂直调节，所以也称对称上调式三棍卷板机。机器一侧安装有倾倒轴承，称为机器的倾倒侧，另侧安装有传动系统，称为机器的传动侧。除去全机械传动的对称式三棍卷板机，还有半液压半机械传动的对称式三棍卷板机。传动侧的翘起机构和倾倒侧的轴承倾倒机构均是为方便卸下卷制成形的筒件。通过倾倒机构能把轴承体倾倒，翘起机构可把上工作辊翘起。在中小型对称式三棍卷板机中大多采用手动倾倒机构和手动翘起机构。在大型的对称式三棍卷板机中，大多采用液压驱动的翘起机构倾倒机构。
特点：结构简单、易于制造、重量轻，投资小、维修方便，两侧辊可以做的很近。成型较准确，辊子的作用力比较小，但是不能弯卷板材的全部长度，板材的两端有略小于两个下辊之间距离之半的长度仍然是直的，剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。
2.不对称式三辊卷板机
不对称三辊卷板机的上辊位于下辊之上而略偏移，因下大轴辊与下小轴辊的距离很小，所以可把钢板的一端进入上下轴辊进行弯曲，要弯曲另端只将钢板掉头，在上下轴辊辊轧即可，因此，可以省去预弯钢板端头工序。
特点：结构简单，但坯料需要调头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能力较小。所谓理论剩余直边，就是指平板开始弯曲时最小力臂。其大小与设备及弯曲形式有关。如图2-1所示：

对称弯曲式 不对称弯曲式
图2-1 三辊卷板机工作原理图
由于不对称三辊卷板机上辊和两个下辊之间距离不一样，上辊中心线小于两下辊中心的一半，如图2-1所示，而对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。在卷制比较厚板材，和压下里较大时，两个下辊承受的载荷不同，靠近上辊的下辊所承受的力要比另外一个下辊大的多，这样受力不均，长时间的使用对机器寿命要强相当高。它主要卷制薄筒。
2.1.3 方案3 四辊卷板机
其原理如图2-2

图2-2四辊卷板机
四辊卷板机有四个辊，跟三辊相比，辊子数目多一个，还有四辊卷板机的上辊为主动辊，而下辊可上下移动，用来夹紧钢板，两个侧辊可沿斜线升降，在四辊卷板机上可进行板料的预弯工作，它靠下辊的上升，将钢板端头压紧在上、下辊之间。再利用侧辊的移动使钢板端部发生弯曲变形，达到所需要。
四辊卷板机与对称三辊卷板机的不同之处，是两个侧轴辊排列得很远，在中间有一根下轴辊。当拿掉两个侧轴辊中的一个时，就与不对称的三辊卷板机相同。因此，四轴辊轧圆机弯曲钢板端部不需掉头。
特点：板料对中方便，工艺通用性广，可以校正扭斜，错边缺陷，可以既位装配点焊。但滚筒多。质量体积大，结构复杂。上下辊夹持力使工件受氧化皮压伤严重。两侧辊相距较远，对称卷圆曲率不太准确，操作技术不易掌握，容易造成超负荷等误操作。
2.2 方案的确定
为了选型适当，我们先来看工艺上对辊式卷板机的要求，在辊式卷板机上主要完成三个工序：板边的预弯，卷圆和筒节矫圆。因此所选的卷板机应该保证：板边预弯后，剩余的直边宽度最小；卷圆时行程数最少；矫圆能达到必要时的精确度，为了在整个筒节长度上得到正确的几何形状，上辊的挠度要最小。
此外，在生产过程中，生产批量的批量数目不同，材质也不同，要求卷板机必须具有通用性。
再根据卷板机的分类，以及上节三辊卷板机不同类型所具有的特点，最后形成我的设计方案：机械对称式三辊卷板机。
2.3本章小结
通过对双辊卷板机、对称式三辊卷板机，非对称式卷板机和四辊卷板机的比较分析，双辊卷板机虽然不需要预弯，但只适合小批量生产，而且弯曲板厚受限制；四辊卷板机通用性广，但其质量体积大、成本高，而且操作技术不易掌握；对称三辊卷板机具有结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。考虑到对称式三辊卷板机的诸多优点，通过对几种运动方案的分析、比较，最终决定采用三辊对称式卷板机。

3 传动系统设计
对称式三辊卷板机如图3-1所示：

图 3.1 对称式三辊卷板机
如图所示，上辊是从动轮，工作时它依靠两个下辊的转动、通过夹在上下辊间板材的摩擦带动而转动，起调整挤压作用。两个下辊为主动轮，由主电机、联轴器、减速器及开式齿轮副驱动。传动系统主要组成是：驱动两个下辊的主电动机，驱动上辊升降电动机，减速器、蜗轮副、螺杆螺母副。工作时，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。上辊始终和两个下辊转向相反，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，完成上料、卷制、卸料等工作。
3.1 传动方案的分析及确定
一般机械传动分为齿轮传动、带传动、链传动和蜗杆传动。一般卷板机主传动系统有齿轮传动和带传动两种方式。
3.1.1 齿轮传动
如图3-2，电动机传出的扭矩通过一个有保护作用的联轴器，传入一个有分配传动比的减速器，然后通过联轴器传入开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图3-2所示。

图3-2 齿轮式传动系统图 图3-3 皮带式传动系统图
齿轮传动的特点是：
1)效率高。 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为，这对大功率传动有很大的经济意义。
2)结构紧凑。 比带、链传动所需的空间尺寸小。
3)传动比稳定。 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。
4)工作可靠、寿命长。 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。
但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。
3.1.2带传动
由电动机的转矩通过传动带传入减速器直接传入主动轴。如图3-3所示。
这种传动的特点：
(1)传动带有良好的缓冲消震能力，工作平稳，没有噪音。
(2)过载时，传动带在带轮上打滑，可以避免损坏其它机件，起着保险装置的作用。
(3)适用于动力机和工作机分离较远的远距离传动。
(4)结构简单，价格低廉，维护方便。
但是带传动在工作是传动带容易受到拉力作用会发生弹性变形，传动带在使用过程中有被拉长，工作过程还会出现打滑等缺点，并容易被酸、碱、油腐蚀，传动带和带轮之间摩擦放电，有时会产生火花，在和汽油蒸汽或粮食粉尘接触时，应特别当心引起火灾。
3.2 传动系统的确定
比较齿轮传动和带传动，考虑到所设计的是三辊卷板机，具有两个主动辊，而且要求结构紧凑，传动准确，鉴于齿轮传动效率较高等优点，选用齿轮传动更合适。
3.2.1 主传动系统的确定
传动系统如图3-4所示：
主传动系统由电动机驱动，由联轴器连接减速器，减速器输出连接开式齿轮传动，开式齿轮传动带动下辊旋转。
所以选用了圆柱齿轮减速器，减速器通过联轴器和齿轮副带动两个下辊工作。
图3-4 主传动系统图

3.2.2副传动系统的确定
考虑运用液压系统做副传动系统，调整上辊升降，但目前使用蜗轮蜗杆传动还是占大数，为调整上下辊间距，由上辊升降电动机通过减速器，蜗轮副传动蜗轮内螺母，使螺杆及上辊轴承座升降运动，为使上辊、下辊轴线相互平行，有牙嵌离合器以备调整，副传动系统如图3-4所示。需要卷制锥筒时，把离合器上的定位螺钉松开，然后使蜗轮空转达到只升降左机架中升降丝杆的目的。

图3-5 副传动系统图
3.3 本章小结
收集资料对各种运动方式进行分析，并结合三辊卷板机的运动特点以及对工作方式的可靠性分析，最后确定传动方案如下：主传动采用齿轮传动，副传动采用蜗轮蜗杆传动。如下图所示：

图3-6 传动系统图

4 下辊驱动系统的设计
4.1上下辊的参数选择计算
1. 已知设计参数：
加工板料：屈服强度： 抗拉强度：
辊材： 屈服强度： 抗拉强度：
硬度：
板厚： 板宽：
滚筒与板料间的滑动摩擦系数：
滚筒与板料间的滚动摩擦系数：（冷卷）
无油润滑轴承的滑动摩擦系数：
板料截面形状系数：（矩形）
板料相对强化系数
板料弹性模量：
卷板速度：
升降速度：
2. 确定卷板机基本参数
下辊中心矩：
上辊直径：
下辊直径：
上辊轴直径：
下辊轴直径：
最小卷圆直径：
卷板速度：
下辊转速：
4.2 主电机的功率确定
卷板机主驱动系统功率的计算是设计主驱动系统和选择电动机的必备参数，所以对卷板机的受力分析和驱动功率的计算对设计卷板机至关重要。
4.2.1受力分析
卷板机工作时，需要将钢板卷制成钢管。此时，材料所承受应力已全部达到屈服极限。因此，卷管截面上弯曲应力分布如图4-1(b)所示，则截面上弯矩为：

式中：—卷板机卷制钢板的最大宽度和厚度
—材料的屈服极限

图4-1 卷板的应力分布
考虑材料变形时存在强化，引入强化系数对式(1)进行修正，则：

式中—强化系数，可取
卷制时，钢板受力情况如图4-2所示。根据受力平衡，可以得到下辊作用于卷板上的支持力：

图4-2 卷板的受力分析
由几何关系，得：
考虑到板厚远小于卷管的最小直径，所以，中性层半径；为简化计算，上式可变为：

式中： 连心线间夹角
下辊中心距(m)
卷管最小直径
下辊直径
中性层半径
最大的压下力：

单根丝杠所受拉力：

4.2.2主电机功率的确定
卷板机的下辊为驱动辊，作用在