毕业论文设计--小型金属板材卷板机的设计.doc

济南大学毕业设计

毕业设计

题 目 小型金属板材卷板机的设计

学 院 机械工程学院
专 业 机械工程及自动化
班 级 机自0704班
学 生 杨振山
学 号 20070403242
指导教师 张 冰

二〇一 一年 五 月 二十六 日
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摘 要
四辊卷板机的主动辊为上辊的卷板机，其中主电动机通过主齿轮和联轴器，使上辊工作，下辊的作用是提供一些向上的力，与上辊一起夹紧所卷钢板，使被卷钢板和上辊之间产生足够的摩擦，侧辊可以使所卷钢板产生所要求的曲率，使的所卷钢板打达到卷板要求。
我设计这台四辊卷板机，我所使用的主电动机通过主减速器和联轴器，以使得上滚的旋转。而下辊通过液压油作用于活塞上的力，实现向上和向下的升降运动，可以实现使辊子夹紧所卷钢板，液压系统可控制下辊的上下运动，同时还控制两个液压缸同时上升，卷板机的侧辊可沿机架导轨倾斜运动，其传动是通过蜗轮丝杆螺母。我此次设计的目的是提高学生把所学书本知识运用到实际生产实际中，并能结合理论与实践，对卷板机卷板的基本理论和工艺分析表明，金属板弯板工艺是塑性弯曲变形，在弯曲时有两种应变形式：平面应变和三维应变，弯曲的精确度，最小弯曲半径，弯曲力，弯曲力矩是主要的工艺指标。卷板机的原理是三点成园原理，工作过程中对板材进行连续的三点弯曲。虽然四辊卷板机有复杂，重等缺点，但也有方便对中，剩下的直边下，以及较圆精度高的优点，从而在轧制厚壁管段中广泛应用。
经过充分论证，根据该模型确定了W12NC100 × 3000 W12NC四辊卷板机的整体设计：四辊结构，采用机械传动为主运动，传动链包括三个活动的主动小齿轮和被动元件，减少了卷板机的外形尺寸;补充马达液压传动，伺服阀控制为液压系统的核心，使卷绕机下辊和侧辊有较高的精度，同时焊接左，右框架，降低了设备总重量;同时有电脑操作和按键操作两种功能的电子控制系统。同时进行工艺参数计算，以确保准确性和安全性，以及进行工作辊强度的检测和刚度计算。检查它的强度和刚度。结果表明，强度和刚度均在一个安全范围内。机架制造，工作辊和传动齿轮的制造，加工油缸，设备总装是W12NC100 × 3000卷板机的几个较难的制造工艺。为防止焊接变形和大型镗铣加工生产中的应用是成功的架的关键;轴承总成，汽缸总成，工作辊和齿轮装配尺寸是关键设备的组装;确保工作辊,传动齿轮和气缸体材料性能和化学成分符合标准
 关键词：弯曲;开发;设计验证;有限元;制造工艺

ABSTRACT
Many research analysis has been done in the general conditions of development and
research on domestic The cold rolling capacity of the machine that is studied and made by myself .
In order to design the plate and,some essentialresearch work has been put up in the basic theory of the plate rolling technics.The bendingprocess of mental plate is the plastic bending deformation.According to the principle of threepoints making a circle，the plate bending is the process of three points sequence bending ofplate stuff.In generally,the making of cylindrical shell section is made up of the workingprocedures of centering，pre-bending，coiling block and setting round.When the capacityplate bending is deficiency,the hot rolling Can be considered.The hot rolling has manylimitations.Some common fallacies and their causation have been discussed and analyzed andthe corresponding measures have been put in the paper.
The specialty of different kinds of plate bending machine has been discussed in the paper.Plate bending machines is fell into two rolls，three rolls and four rolls according to the numberof rolls and its distribution.Although the four rolls machine has the defects of complex and heavy,it has many virtues，such as easy centering，pre-bending in small margin，and high precision in the setting round.It is used broadly in the bending of thick plate.In order to givefull play to the virtues of the machine，right manipulate approach is given in the paper.
The design proposal of the W1 2NC一260×3500 oversized four-roll bending machine isconformed，according to the foundation of sufficiency reasoning and combining the
characteristics in corporation.The initiative roll is the top roll.Main drive chain is mechanicaltransmission.The rise and drop of low and side rolls are assistive fluid drive movement.
In order to ensure the accuracy of rolling functional and the safety of the structure and
design，the parameters calculation had been done in the bending process，the working roll
strength and stiffness of checking，hydraulic system design.A finite element analysis to the
rolling machine frame has been done with the software of WORKBENCH，which is designedby the structural design experience and the analogy.The strength and stiffness have beenchecked in the paper.
Keywords：plate bending machine; development; design verification; finite element; manufacturing process

目 录
摘要………………………………………………………………..…….….……...…….. .2
ABSTRACT…………………………………………...……………………..…….……….3
1 前言……….…………………..……………………………………….….……..………..6
1.1卷板机的分类和特点..........................………….………….………..6
1.2卷板机的分类和弯曲特性.................……….......…………….………….………..6
2 卷板工艺过程….................…..….………………………….…..….…………………….9
2.1板料弯曲基础理论…………………………………………….…………………..9
2.1.1弯曲变形…………………………….…………………….………………...9
2.1.2板料弯曲的工艺性…………………………….….………………………...9
2.2 卷板工艺的过程分析………………………….………………...………..……..10
2.2.1概述…………………………….…………………………………………..10
2.2.2冷卷及热卷………………………………….………………….………...11
3 卷板机总体设计方案的确定……………………………………….….……….…..…..12
3.1四辊卷板机的工作原理..........................................………….………….………..12
3.2四辊卷板机的优缺点..............................................………….………….………..12
3.3小型卷板机总体设计方案的确定..........................………….………….………..13
3.3.1小型卷板机机型式及主要技术参数的确定……….…………………...13
3.3.2卷板机总体结构设计方案……………………...….……………………...13
4卷板机的设计计算……….………………………………………….……………...…..16
4.1设计计算条件…………………………………………………….……………..16
4.2工艺计算..........................………….………………………………….…………..16
4.2.1卷板时的工艺计算…………………………….………………………...17
4.2.2 预弯时的工艺计算…………………………….………………………….19
4.2.3 主电机功率及下、侧辊升降油缸输出压力确定…………...…………...23
4.3工作辊的刚度、强度校核…………………….………………...…………….…..24
4.3.1概述…………………………….………………………………………..…...24
4.3.2上辊校核…………………………….…………………………………......24
4.3.3侧辊校核…………………………….………………………………….…...27
4.3.4下辊校核…………………………….…………………………….………...28
5卷板机的制造……….…………………..…………………………….….……………..30
5.1机架的制造……………………………………………………………………..30
5.1.1概述…………………………….…………………………………..………...30

5.1.2机架焊接变形和应力的控制……………………………………………...30
5.2油缸的加工制造..........................………….………….…………………….…..32
5.2.1油缸制造总体方案的确定…………………………….………………... 32
5.2.2油缸零件外协过程的质量控制……………………….……………….. 32
6下辊筒液压缸的设计……….………………………………………….….…..………..36
6.1下辊液压系统的工作原理……………………………………………………..36
6.2四辊卷板机的工作原理…………...........................………….………….…….36
6.3卷板机的液压同步控制系统的研究及设计原理....………….………….……..37
6.4结论..........................………….…………………………………………….………..38
结论......................…….………….……………………..….……...…..……...…………...39
参考文献......................…………….………………..…..…………………….…………40
致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….41

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1 前 言
近年来由于原子能源，石化，海洋开发，航空航天，军工等行业发展迅速，机械作业的范围不断扩大，需求也不断上升，现在卷取机已广泛应用于锅炉，造船，石油化工用，航空，水电，装潢，金属结构等行业，它可以将金属板材弯曲成圆柱形，圆锥形或卷曲成圆筒形或任何其中以部分
1.1 卷板机的分类和特点
在不同的工作条件下，卷板机可分为冷卷和热卷两种。其中冷卷得精度较高，操作方便，需要钢材不能有缺口和裂缝等缺陷，有时需要正火或退火处理。但是热卷得最大缺点是氧化皮的生产和显着的热膨胀。因此，只有当所卷板材弯曲较大或所卷板材超过了卷板机的弯曲能力时才使用热卷，但冷卷薄的板厚度范围正在扩大。应根据生产需要，在适当的情况下选择不同的方法。例如，一些不允许冷卷得钢板有较低的刚度刚度和弯曲困难。则采用热卷得方法更为合适
1.2 卷板机的分类和弯曲特性
根据弯曲辊数量的布局分为：四辊卷板机和三辊卷板机，其中三辊卷板句又可分为三辊对称和非对称两种。对称三辊卷板机：结构紧凑，重量轻，易于制造，维修，投资少，两个侧辊都可以很接近，成型比较准确。但其余大的直边，一般对称三辊卷板机有较多的剩余直边（如图1.1-1所示）
非对称三辊卷板机上一个下辊轴辊轴中心的水平距离到最小位置，而下辊的轴放在侧边，所以得到的零件只有始端部分有直边。所以，只要在卷制时进行正反两次卷制就可以解决卷板直边问题。 （如图1.1-2所示）其缺点：在辊弯辊轴容易弯曲，零件的精度低，板材需要掉头，易形成弯边，操作不方便，滚力较大，弯曲能力比较小。

图1.1-1非对称式卷板机 图1.1-2对称式卷板机
按辊位调节方式卷板机可分为：上调式和下调式，上调式又可分为水平式和垂直上调式；下调式分类：不对称下调式和对称下调式以及水平下调式。

垂直下调式：简单，紧凑，剩余直边小，有时上辊可以沿轴向抽出。缺点：弯曲时板料有倾斜动作，热轧和工件为重型工件时板料倾斜卷制不安全，这时必须先初弯板料，否则会碰地面。
水平下调式：与四辊卷板机相比，操作方便，剩余的直边小,板材维持在同一水平面上，进料安全和方便。缺点是：滚子轴承间距大于，这样对于板材的对中没有四辊卷板机方便。
横竖上调式：图1.1-3，调整辊的数目少，剩余直边小。缺点：难以处理复杂的结构。

图1.1-3横竖上调式 图1.1-4立式
根据辊筒方位，可分为垂直和水平式的辊型，按上辊受力类型,可分为封闭式和开式，开式又可分为：有反压力装置的卷板机和无反压力的卷板机
立式：图1.1-4，可有效消除氧化皮，可保证矩形的板材垂直进入到辊子中间，有效预防扭斜，加工大口径薄壁，长工件材料时对体积那么严格的要求，也没有因过重而下榻的现象，测量标准，占地面积小。缺点是：短的工件只能在辊筒的下部卷制，因此辊受力不均匀，容易使工件成为圆锥形;支撑面与板材的下表面之间的摩擦对上下卷曲面得曲率均匀性有影响，不是矩形的板材卷制不方便。
闭式：在轴承体结构图1.1-5所示不参加卷制的轴承结构比较简单，而且在上辊加中间支撑辊后可得到较大的曲率，对辊的刚度，工件的母线直线度是好的，，有足够的地方可用于放置机器的长边拆除模具，但只有中央的滚动角小于180度的圆弧板才可以使用。

图1.1-5 闭式卷板机 图1.1-6 四辊卷板机
四辊卷板机有四个辊子（如图1.1-6所示）上辊主动辊，可上下移动，使辊子夹紧板材，侧辊可以斜向升降，在四辊弯板进行预弯的工作，这使得板材头端压紧在上辊和下辊之间，然后侧辊的移动可以使板材的端部发生弯曲变形,便加工出所需曲率的板材。
其优点是：
（1）预弯和滚动时，板材不需要不调头。
（2）上辊下夹板，以防止在弯曲时打滑。
（3）侧辊可以发挥定位功能，使板材在进料时自动找正。
综合以上各种卷板机的各自特点，我选择W12NC100 ×3000型四辊卷板机作为本次的设计题目。

2 卷板的工艺过程
2.1 板料弯曲的基本理论
卷板机的工作原理是三点成园，利用辊子对板料进行塑性加工，在辊子中间形成压力使得板料产生塑性变形，塑性变形为所需的外形。
轧制，拉丝，挤压，锻造，冲压是主要的用于塑性加工的手段。冲压分为拉伸，弯曲和剪切。因此对板料的弯卷是弯曲工艺。
2.1.1 弯曲变形
卷板机进行压弯时，工具的运动是直线的，这一过程为压弯过程,但是在一些专用机械上进行弯曲时，进行加工的工具的旋转的。这时的加工为滚弯，卷板机的卷板
程就是对工件进行滚弯。卷板机所卷得板料大多是宽的，所以我们只研究宽的板材
弯曲变形状况。
由于变形的不同程度，弯曲可分为：弹性变形，弹塑性-变形，纯塑性变形。
其中在弹性变形时弯曲较小，只有弹性变形没有屈服变形，当板料进入弹塑性变形时，那么表面的板料先进入屈服弯曲状态，弹塑性变形进行到一定程度时板料只有塑性弯曲。则板材的弯曲变形时同时发生平面应变和立体应变。平面应变时没有横向应变。
图2 板材变形的各个不同阶段的不同变形图解

a:弹性变形 b:弹塑性变形 c:塑性变形
2.1.2 板料弯曲的工艺性
卷制的工件对冲压的适应性就是卷制工件的工艺性，
卷制工件的工艺性主要包括三个方面：
一、弯曲的精度，板材成形后的圆度，圆柱度，错口量必须满足要求。
二、最小弯曲半径，最小弯曲半径是r／t，当弯曲半径太小，超过允许的范围是会导致板材裂纹的产生，甚至会把板材折断，所以最小弯曲半径有一个限度，即最小弯曲半径，，板材的力学性能，板材的表面质量和断面质量，以及板材的宽度厚度都会影响最小弯曲半径。
三、弯曲力和弯曲力矩
卷板机对板材进行弯曲时必然会发生塑性变形。
(1)滚弯时
对板料进行加工时板料处于弹塑性变形状态：
上辊的弯曲力：
（2.1）
式中 -工件的内径 -工件的中径 -工件的外径 -弯曲角度为：
(2)纯塑性状态
（2.2）
式中 k-板料硬化指数 -板料实际应变 -板料硬化修正系数
2.2 卷板工艺过程分析
2.2.1 概述
板材的筒体成形是机械设备制造的主要工艺手段。其中包括两种成形方法；用压模弯制滚筒和用卷板机对板材进行加工。
卷板机加工较前者有很多优点可从表2.1中看出。
表2.1制造一个厚壁筒体工时的比较

利用卷板机加工板材时四个工序它们分别是：预弯、矫圆、对中、卷圆.
1)预弯
(1)剩余直边的形成
卷板机对板材进行加工时只有板材与上辊轴接触的部分才能得到弯曲，在板材的两端都有不能被弯曲的部分，这部分就是剩余直边。
(2)预弯
剩余直边B的大小由下面公式得出：
（2.3）
侧辊直径不能改变，R为卷板机工作结束后的要求，也不能改变。所以要想减小剩余直边B就必须减小侧辊的中心线间距 ，但是对于给定的板材，剩余直边越小，辊子受的力就会越大，那么对于卷板机，辊子的相对位置不能是无限靠经的，它必须满足：
（2.4）
式中：M一板材弯曲时需要的变形弯矩
Fc-侧辊的最大作用力
根据这一限制条件，可以得出卷板机的辊位偏移量。
所以剩余直边是不可能完全消除的，在加工时必须进行预弯。在生产实践中可用压力机，端头滚弯机，可调式卷板机，在卷板机上采用垫板预弯，等四种预弯方法。
2)矫圆
滚筒的矫圆工序有三个连续的步骤：加载，滚圆，3减载
3)对中
当卷板机对板材进行加工时要对工件进行对中处理，使辊筒的轴线也板材的母线平行，否则会出现错口，在对板材进行预弯前后都必须对板材进行对中。
4)卷圆
卷圆可分为一次进给和多次进给两种。卷制厚板时需采用多次进给方式进行加工。
2.2.2 冷卷及热卷
由于冷卷具有：形状准确，价廉，易于操作，无氧化皮等优点，而且弯曲伸长量比较少。所以，若是板材的厚度或者是所卷板材的变形量在设备允许的范围内时，一般采用冷卷。当卷制的钢板超过卷板机的冷卷能力时，必须采用热卷，但是热、温卷也有很多缺点，对于热卷时出现氧化皮的问题，可以采用立式卷板机减少这种危害。但是立式卷板机的筒节圆度不如卧式卷板机，而且也不方便筒节成型后的取出后放倒。

3 卷板机的总体设计方案
卷板机总体方案的确定对于本次卷板机的设计是非常重要的，所以必须解决改卷板机的总体设计方案。
3.1 四辊卷板机的工作原理
下面介绍四辊卷板机的工作原理，如图 3.4四辊卷板机的示意图所示

图3.4 四辊卷板机工作示意图

图3.4为四辊卷板机的工作原理图。上辊l是主动辊。下辊3可沿着垂直方向运动。侧辊2、4为辅助辊，侧辊间的位置可以沿着倾斜方向上下调节。当卷板机工作时，把所卷板材的前面部分放在上辊和下辊之间，同时进行对中操作，将下辊升起，用以压紧板材，如图3.4(a)所示。将侧辊4升起，弯曲板材的端部，如图3.4(b)所示。当卷板机开启后，辊l、3、4便构成一非对称式三辊卷板机，所以板材的后端有剩余直边，此时将侧辊2升起，如图3.4(c)所示，则辊l、2、4就构成一对称式三辊卷板机，所以板材不需要从卷板机上取下酒可以自动消除剩余直边。
3.2 四辊卷板机的优缺点
对于四辊卷板机的结构和功能特点它具有以下优点：
(1)对中十分方便
在四辊卷板机中的侧辊可以用来进行对中操作，不需要专门的对中设备。
(2)预弯功能且剩余直边小
四辊卷板机可看作是由两个非对称三辊卷板机组成的，所以它有预弯功能，而且只需要一次装板就可以对板材进行所有的卷制工作。由于在预弯时两侧辊之间中心距L越小，则剩余直边B就越小。在预弯时，四辊卷板机的两侧辊的中心距很小，这使的预弯后的板材剩余直边B很小。
(3)矫圆精度高
只有消除简节圆周上的最大曲率，同时保证弯曲半径精确性，才能是矫圆精
度较高。同时，同一台机器要对不同直径的筒节进行矫圆矫圆，所以侧辊的中心距可以变化的机器的使用范围广。当然四辊卷板机比三辊卷板机更能满足此要求。当时四辊卷板机的重量大，结构复杂，这是四辊卷板机的缺点。
3.3 卷板机的总体设计方案
卷板机必须具有预弯功能，要求卷板机具备预弯功能。当卷板机有较高精度时，其组队时的错边量不能超标，而且对操作时的自动化程度要求较高。此外，卷板机还应该具有热卷和卷制锥体的功能。
3.3.1 卷板机机型和主要技术参数
在我设计的这个四辊卷板机中，机械传动为主运动，液压传动为辅助运动，其型号为W12NC-100×3000。
它的主要参数有：
(1)对于 =245MPa的板料：
1) 板材的最大宽度为：3000mm
2) 当板材板宽最大时，板材的最大厚度为：100mm
3) 当板材板宽板厚最大时，卷筒的最小直径为：3000mm
4) 当板材板宽最大时，预弯厚度最大为：80mm
5) 卷筒的最小直径为：①1700mm
7）侧辊和下辊的位移同步精度为：±0.2mm
8) 当卷板机卷制的筒体为锥形简体，锥体的最小锥度为：300，锥体母线的最大长度为：2400～2600111nl
9) 当卷板机进行热卷筒体时，钢板的最高加热温度为：900℃
10) 要保证运行的平稳性，必须确定液压系统的工作压力为：25MPa
11）保证辊子的硬度HBS<229
3.3.2 卷板机的总体结构设计
为了达到上述的设计要求，我所设计的四辊卷板机的主要部件包括：工作辊、底座、左右机架、平衡装置、翻倒机构、传动部分、液压和电气系统
现对各部分做简要介绍：
(1)卷板机的工作辊
四辊卷板机的辊子由四条组成：上辊、下辊以及两条侧辊。当满足卷板强度时，为降低最小卷筒直径和制造成本，可以将各辊直径尽量设计得小一些，以降低卷筒的最小直径和制造的成本，根据需要最终确定上辊、下辊和侧辊的直径分别为：1400mm，l320mm，1040mm，其中上辊是驱动辊，其必须装在两轴承体内，而且必须分别镶在左侧翻倒轴承体内右侧机架和右侧机架，它的位置固定，必须通过主传动系统提供的动力使其可以进行旋转运动。为保证操作的方便，定位的准确，在卷板机的传动系统中还设有制动的装置。两侧辊和下辊通过轴承体分别装在左、右机架导槽中，在油缸的驱动下作升降移动，卷板机用计算机进行控制，自动调节水平，同步精度能够达到±0.2mm。为使卷板时的摩擦力矩减少，各工作辊轴承都必须采用滚动轴承。采用调心磙子轴承作为滚动轴承用来适应卷板机的不同工况，而且可以使机器可以卷制锥型板材的功用。
(2)底座
四辊卷板机的底座包括：电机底座、机架底座、以及减速机底座，它们也是焊接结构，由板材与型钢构成。
(3)左、右机架
卷板机的机架通常采用全铸件。由于焊接技术的不断发展，在重型机械的制造方面，在我国和国外越来越多的将全铸结构改为全焊接结构，例如锤轧机、冲压机、大重型机床的机架和床身等铸造件已改为全焊钢的结构，它的主要原因是于后者重量轻，质量较高，生产周期较短。它的机架先采用类比的方法设计结构，然后根据有限元分析刚度和强度进行校核。
4)平衡机构
为防翻倒机架翻倒后的上辊是悬臂状态、影响卷制成形筒节来设置。通常平衡的装置有两种型式：下压式和下拉式。从结构的成本方面考虑，我此次设计采用下压式。
(5)翻倒装置
翻倒机构的作用是方便卸下卷制成形筒件。翻倒机构也有两种驱动方式：液压式和机械式。为了操作的自动化，我此次设计的驱动方式是液压驱动，该四辊卷板机设置一个翻倒油缸，由主液压系统来同步供油。
(6)传动结构
该四辊卷板机传动方案有两种方法：
方法1：液压传动，即为液压马达到传动构件到卷板机的上辊
方法2：主电机到减速器到万向联轴器再到上辊
方法l是在同等功率的传动条件下，体积较小、惯性小、重量轻；传递的转矩较大；调速比较方便，并可以实现无级调速。
方法2传动比较准确，维修容易，传动的机构复杂、体积较大。.
由于目前国内的大扭矩液压马达的质量还有一定问题，所以本四辊卷板机用方法2，即机械传动方式，它的传动链为：3个主电机一3个行星减速机一3个小型齿轮一1个大型齿轮一联轴器一上辊。它的总传动比是990。
(8)液压和电气控制系统
该四辊卷板机采用液压系统做为辅助传动。用来驱动下辊、侧辊升降和翻倒轴承体翻倒和立起。液压系统主要的功能为控制下、侧辊位置，卷板期间的油缸处于保压和自动纠偏的状态，而且设有安全阀用以避免卷板机卷板压力的超载。电控系统用工业计算机为操作界面，用西门子S7—300系列PLC为该卷板机的控制核心，包括按钮操作和微机操作两种方式。

4 四辊卷板机的设计
4.1 计算条件
W12NC-100×3000四辊卷板机的设计，它包括几个关键环节的计算，它们分别是卷板机的工艺参数计算，工作辊的强度和刚度校核，高机架的强度和刚度的校核。确定的设计技术参数如下：
卷板的最大厚度为： t=100mm
卷板的最大预弯厚度为： t0=80mm
卷板的宽度为： B= 3000mm
卷板最宽是的最小卷筒直径为： D=3000mm
板材的屈服极限为：≥245 MPa
板材的相对强化系数为： =11.6
截面的形状系数为： =1.5
材料的弹性模量为： E=2.10× MPa
辊筒和板材间的滚动摩擦系数为：f=0.8
滚动轴承的摩擦系数为：U=0.006
辊筒与极材间滑动摩擦系数为：=0.22
卷板速度为： V=0.05 m／s
上辊的直径为：=1400 mm
下辊的直径为：=1320 mm
侧辊的直径为：=1040 mm
下辊的升降的速度分别为： 780280 mm／min
侧辊的升降的速度分别为： 780／620 mm／min
上辊的轴径为：=800 mm
下辊的轴径为：=800 mm
侧辊的轴径为：=560 mm
4.2 四辊卷板机的工艺计算
4.2.1 卷板机卷板时的工艺计算
(1)板料的最大的变形弯矩M计算
板料的抗弯截面的模量为：w= =3000×100×100/6=5×106 （4.1）
回弹前的中心层的弯曲半径为：
mm（4.2）
板料最大的变形弯矩为：
（4.3）
(2) 板材从平衡弯曲时（R=无穷大）初始的变形弯矩的计算：
（4.4）
(3)卷板机各工作辊的受力计算(文献(14)表4.6-12中的第3种的工作状态)

（4.5）

各辊的受力分别为：
（4.6）
（4.7）
为液压力=
4)驱动功率的计算(由文献14表4.6-12中第3个工作状态，各个符号意义和它是相同的)
当板料由平板状况(无穷大)弯曲到时消耗的弯矩为：

消耗于摩擦阻力的外力扭矩为：

送进板料的摩擦的阻力矩为：

送进板材的所需拉力为：
= （4.8）
拉力在轴承中摩擦的损失力矩为：

卷板机的空载扭矩为：
（4.9）
其中：-板料的重量(N)
一联轴器的重量(N)
-上辊的重量(N)

板材送进的总力矩为：

板材在前进时不会打滑。
驱动的扭矩为：

驱动的功率为P：

4.2.2 板料预弯时的工艺计算(文献14表4.6-12中的第4个工作状态，符号意义和它是相同的)
(1)材料最大变形弯矩M的计算
板材的抗弯截面模量为：w

板料最大变形弯矩为M：
(2)板料平板开始弯曲时(=无穷大)初始变形弯矩的计算
（4.10）
(3)各工作辊的受力计算
（4.11）
B=2t=2×80=160mm([由于预弯时的四辊卷板机力学模型和非对称式三辊卷板机模型相同，所以B的数值由文献14表4.6-12中的第个种工作状态来确定)

各辊筒的受力分别为：

(4)驱动功率P的计算：
板料从平面状态弯曲到时(=∞)消耗在用于板料变形的扭矩为：

由于摩擦阻力消耗的扭矩为：
送进板料的摩擦阻力矩为：

板料送进时所需要的拉力为：

在轴承中的拉力的摩擦损失为：

卷板机的空载扭矩为：

<

驱动的扭矩为：

驱动的功率为:P

4.2.3 卷板机的主电机功率和下、侧辊升降油缸的输出压力
(1)计算结果汇总
卷制时为：100×3000mm 预弯时为：80×3000mm
上辊的受力计算：

下辊的受力计算：

侧辊的受力计算：

总的驱动功率P=75.28KW P=54.76KW
(2)确定主电动机：
由汇总表可以看出，卷制100×3000mm筒节时，比预弯80×3000mm时端头所需功率较大，所以按卷板时所需功率为75.28KW来确定主电机的功率。
并且考虑到机器的安全系数，所以取主电动机总功率为80KW。满足卷板机的卷板需要。
(3)卷板机的下、侧辊升降油缸输出压力确定：
由汇总表看出，预弯80X 3000mm时各工作辊的受力最大。
由于预弯板时，下、侧辊的受力状况比理论计算复杂，所以以下、侧辊受力
Fb=70000KN、Fc=40000KN作为选择卷板机其它部件以及强度校核的重要依据。由于最小卷筒的直径，由上辊受力的理论计算值F=73860KN为核定其它零件强度以及刚度的依据。所以单个的下辊升降油缸的输出的压力是35000KN，单个的侧辊升降油缸输出压力为20000KN。它们都是液压系统的计算依据
4.3 四辊卷板机工作辊刚度和强度的校核
4.3.1 概述
在卷板机中的工作辊是十分重要的受到力的部件，我的此次设计对卷板机的上辊、下辊、侧辊强度和刚度来进行校核。
工作辊的材质选用为60CrMnMo，工作辊的钢为热轧钢，它经过锻造和调质处理后，其中的=920MPa，=480MPa HB=240-300。
由于工作辊的材料是塑性的，所以得到的许用应力如下：

4.3.2 卷板机上辊的校核
(1)上辊扭转的强度校核
由图4.1可以看出，扭转的危险截面是III -III(在工件右侧扭矩最大而且各处相同)。
已知的参数：
p=80kw

根据截面法可得III-III截面上扭矩为：
III-III处抗扭矩截面系数为：
（4.12）
III—III处应力为：
（4.13）
结论：上辊在扭转时满足强度要求。

(2)上辊工作(弯曲)时的强度的校核

图4.1 上辊受力图
上辊受力图为图4.1，满载时的上辊受力Fa=73860KN，均匀分布在辊子工作部分(宽度为3000mm)。
轴承支座的反力计算:

截面I-I处弯矩为：

截面II—II处弯矩为：

文献13中公式
计算出上辊所受最大的弯矩产生在X=3002处

上述各处抗弯截面的系数分别为：

故三处应力分别为：

所以，上辊在工件宽度中心处有最大应力
结论：上辊几何尺寸是满足卷板机卷板和预弯强度的要求的。
(3)上辊刚度校核
四辊卷板机卷板对辊子扭转的刚度要求不很高，所以只要核算各辊的弯曲强度
轴的许用挠度一般取为0.0002L(L是跨度)，则上辊许用挠度值是

满