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1、 XX大学 毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目：三辊卷板机关键零部件有限元分析 学 院 名 称： 专 业： 班 级： 姓
2、 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日 摘 要 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似 解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大 多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，
3、因而成为行之有效的工程分析手段。 本设计是基于ANSYS软件来对三辊卷板机关键零部件进行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。 关键词：卷板机；三维建模；ANSYS；动静态分析 Abstract Finite element analysis is to use simpler problem instead of solving c
4、omplex problems after. It will solve the field as much as by finite element of small interconnect subfields, each unit is assumed to be a proper ( simple ) approximate solution is derived, then solve the domain satisfying conditions ( such as structural equilibrium conditions ), resulting in the sol
5、ution of problems. This solution is not accurate solution, but the approximate solution, because the actual problem is simpler problem place. Because most practical problems difficult to obtain accurate solution, and the finite element computation of not only high precision, but also can adapt to a
6、variety of complex shapes, thus become effective engineering analysis method. The design is based on the ANSYS software on the three roller bending machine key components analysis. Compared with the traditional calculations are compared, with the help of computer finite element analysis method can
7、be more efficient and precise results. Set the correct model, dividing the appropriate grid, and set a reasonable solution process, can accurately obtain analysis model of various parts of the stress, deformation and other results. The design and optimization of parts have great reference value. Ke
8、y Words: bending machine;3D modeling; ANSYS; static analysis 目 录 摘 要 II Abstract III 目 录 IV 第1章 绪论 6 1.1概述 6 1.2卷板机的原理 7 1.2.1 卷板机的运动形式 7 1.2.2弯曲成型的加工方式 7 1.3卷板机的发展趋势 8 第二章 有限元法与ANSYS 9 2.1 有限元简介 9 2.2 有限元特点 10 2.3 有限元步骤 10 2.4 有限元分析方法概述 11 2.5 ANSYS的主要功能 11 2.
9、6 ANSYS提供的分析类型 12 第3章 课题任务和分析方法 13 3.1课题任务 13 3.2分析方法 14 3.3 本课题的研究方法 14 第4章 方案的论证及确定 15 5.1 方案的论证 15 5.1.1方案1双辊卷板机 15 5.1.2方案2 三辊卷板机 16 5.1.3 方案3四辊卷板机 16 5.2 方案的确定 17 5.3本章小结 17 第5章 关键零件的设计与计算 18 5.1主部件的选择和计算 18 5.1.1 上下辊的参数选择计算 18 5.1.2 主电机的功率确定 18 5.2 上辊的设计计算校核 27 5.2.1上辊结构设计及受
10、力图 27 5.2.2 刚度校核 27 5.2.3 上辊强度校核 28 第6 章 有限元分析过程 29 6.1 ANSYS中静力学分析过程 29 6.2 ANSYS中卷板机上辊分析过程 29 6.3 ANSYS中卷板机下辊分析结果 40 6.4 ANSYS中卷板机三辊支架分析过程 42 总 结 51 参考文献 52 致谢 53 第1章 绪论 1.1概述 机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济命脉。作为整个工业的基础和重要组成部分的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供先进的机械装备和零件。它的规模和水平是反映国家的经济
11、实力和科学技术水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。 卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工件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、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
12、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。 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
13、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。 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
14、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1.1 三辊卷板机工作原理图 由图1.1：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2、O3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O1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（
15、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滚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1.2所示。 a） b） c） a）对
16、称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机 图1.2 滚圆机原理图 用三辊弯（卷）板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为0.5L＋（30~50）mm(L为下辊中心距）。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯（图1.3） a） b） a）用压力机模压预弯 b）用托板在滚圆机内预弯 图1.3 钢板预弯示意图 1.3卷板机的发展趋势 加入WTO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
17、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2010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
18、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70%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2010年，卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长12%左右，据预测，卷板机制
19、造业：对数控机床需求将增长26%；对压铸设备的需求将增长16%；对纤维复合材料压制设备的需求增长15%；对工作压力较高的挤或冲压设备需求增长12%；对液压成形设备需求增长8%；对模具的需求增长36%；对加工中心需求增长6%；对硬车削和硬铣消机床的需求增长18%；对切割机床的需求增长30%；对精密加工设备的需求增长34%；对特种及专用加工设备需求增长23%；对机器人和制造自动化装置的需求增长13%；对焊接系统设备增长36%；对涂装设备的需求增长8%，对质检验与测试设备的需求增长16%。 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
20、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。 第二章 有限元法与ANSYS 2.1 有限元简介 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似 解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大 多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够
21、表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 2.2 有限元特点 有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出
22、结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough） 教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有 限元法优于其他近似方法的原因之一。 2.3 有限元步骤 对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为：
23、 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离 散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有 限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。 第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元
24、坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。 为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。 对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。 第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。 第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方
25、程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。 简言之，有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。 2.4 有限元分析方法概述 有限元法是一种离散化的数值解法,是用于求解各类实际工程问题的方法。应力分析中稳态的、瞬态的、线性的、非线性的问题及热力学、流体力学、电磁学以及高速冲击动力学问题都可以通过有限元法得到解决。 有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用
26、于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 20 世纪 60 年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz 法＋分片函数”，即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的 RayleighRitz 法，有限元法将函数定义在
27、简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一 2.5 ANSYS的主要功能 ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，目前，有限元法从它最初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析，也可以用于动态分析，还可以用于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块 前处理模块提供了一个强大的实体
28、建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。 分析计算模块 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。 后处理模块 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了200种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
29、 2.6 ANSYS提供的分析类型 ANSYS软件提供的分析类型如下： 结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 结构非线性分析 结构非线性导致结
30、构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。 动力学分析 结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应（如位移、应力、加速度等得时间历程），以确定结构的承载能力的动力特性等。ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 热分析 程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之
31、间的热－结构耦合分析能力。 电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。 流体动力学分析 ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 声场分析 ANSYS把声学归为流体，程序的声学功能用来研究在含有
32、流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。 第3章 课题任务和分析方法 3.1课题任务 利用有限元软件ANSYS10.0的结构分析模块对三辊卷板机关键零部件进行有限元分析。通过建立三辊卷板机关键零部件的几何模型、有限元模型，对分析模型进行平面静力分析和三辊卷板机关键零部件分析，学会对有限元分析结果进行分析和优化。 3.2分析方法 选择网格类型、划分网格 定义边界条件、加载 创建模型 定义材料属性、单元类型 做结构静态分析 获取应力分布 拾取应变值 仿真分析
33、 结束仿真 结束 改变实体参数 依照图示的此种方法对三辊卷板机关键零部件的进行仿真分析。在分析三辊卷板机关键零部件的应力是需要注意的是右图在划分网格类型和定义边界条件中间所应夹一接触对的建立的方框，对于应力仿真分析大致与右图的分析方法一致。 3.3 本课题的研究方法 由于ANSYS自身的建模比较繁琐，采用借助第三方3D设计软件建立模型，然后导入到ANSYS分析，也是目前比较公认的快捷方法。本课题借助UG设计3D模型。 第4章 方案的论证及确定 5.1 方案的论证 一般情况下，一台卷
34、板机所能卷制的板厚，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桶直径的能力，热卷可达冷卷能力的一倍。但近年来，冷卷的能力正日益提高。 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。 5.1.1方案1双辊卷板机 双辊卷板机的原理如图2.1所示： 1 3 2 1.上辊2.工件3.下辊 图5.1 双辊卷板机工作原理图 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
35、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.可以弯曲多种材料，机器结构简单。缺点：1.对于不同弯度的制品，需要跟换相适应的上棍，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
36、目前一般只能用于10mm以下的板料。 5.1.2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.对称三辊卷板机特点 结构简单、紧凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近。形成较准确，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。 2.不对称三辊卷板机特点 剩余边小，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2.2所示： 不对称弯曲时 t2 对称弯曲时 t1 图2
37、2 三辊卷板机工作原理图 对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。但为避免板料从滚筒间滑落，实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚6～20倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除，所以一般应对板料进行预弯，使剩余直边接近理论值。 不对称三辊卷板机，剩余直边小于两下辊中心的一半，如图2.2所示，它主要卷制薄筒（一般在32×3000以下）。 5.1.3 方案3四辊卷板机 其原理如图2.3 图2.3 四辊卷板机 它有四个辊，上辊是主动辊，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
38、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。 它的特点是：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。 5.2 方案的确定 通过上节方案的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后形成我的设计方案，12×2000对称上调三辊卷板机。 双辊卷板机不需要预弯、结构简单，但弯曲板厚受限制，只适合小批量生产。四辊卷板机结构复杂造价又高。虽然三辊
39、卷板机不能预弯，但是可以通过手工或其它方法进行预弯。 5.3本章小结 通过几种运动方案的分析，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，但其质量体积大而且操作技术不易掌握。对称三辊卷板结构简单、紧凑、质量轻、易于制造等优点。经过相比较下最终决定采用三辊卷板机。 第5章 关键零件的设计与计算 5.1主部件的选择和计算 5.1.1 上下辊的参数选择计算 1. 已知设计参数 加工板料：Q235-A[1] 屈服强度：σs=235MPa 抗拉强度：σb=420MPa 辊材：Mn 屈服强度：σs=930MPa
40、 抗拉强度：σb=1080MPa 硬度：HBSHB 板厚：mm 板宽：b=2000mm 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：f =0.8 无油润滑轴承的滑动摩擦系数： 板料截面形状系数： 板料相对强化系数： 板料弹性模量： E=2.06×106 MPa 卷板速度：m/min 2. 确定卷板机基本参数[14] 下辊中心矩：=390mm 上辊直径：=300mm 下辊直径：=240mm 上辊轴直径：=180mm 下辊轴直径：=130mm 最小卷圆直径：=600mm 筒体回弹前内径： =50
41、6.607mm 5.1.2 主电机的功率确定 因在卷制板材时，板材不同成形量所需的电机功率也不相同，所以要确定主电机功率，板材成形需按四次成形计算： 1．成形40%时 1）板料变形为40%的基本参数 mm mm 2）板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1 kgf·mm W为板材的抗弯截面模量。 3）板料变形40%时的最大弯矩M0.4 kgf·mm 4）从 kgf·mm 上辊受力： kgf 下辊受力： kgf 5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩 = kgf·mm 6）
42、板料送进时的摩擦阻力矩 kgf·mm 7）拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩 kgf·mm 8）卷板机送进板料时的总力矩 kgf·mm 9）卷板机空载时的扭矩: ：板料重量G 1: kg ：联轴器的重量[8] : 选ZL10，=180.9kg ：下辊重量: kg kgf·mm 10）卷板时板料不打滑的条件： kgf·mm kgf·mm 因为，所以满足。 11）驱动功率： kgf·mm kw 2. 成形70%时 1）板料成型70%的基本参数 mm mm
43、 2）板料变形70%时的最大弯矩M0.7 kgf·mm kgf kgf 3）板料从 kgf·mm 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送进时的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失 kgf·mm 7）机器送进板料时的总力矩 kgf·mm 8）卷板机空载时的扭矩 kgf·mm 9）板料不打滑的条件 kgf·mm 因，所以满足。 10）驱动功率 kgf·mm kw 3.成形90%时 1） 板料成型90%的基本参数
44、 mm mm 2）板料变形为90%时的最大弯矩M0.9 kgf·mm kgf kgf 3）板料从 kgf·mm 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送进时的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失 kgf·mm 7）机器送进板料时的总力矩 kgf·mm 8）卷板机空载时的扭矩 kgf·mm 9）卷制时板料不打滑的条件： kgf·mm kgf·mm 因，所以满足。 10）驱动功率 kgf·mm k
45、w 4．成形100%时 1）板料成型100%的基本参数 mm mm 2）板料变形为100%时的最大弯矩M1。0 kgf·mm 3）板料从 kgf·mm kgf kgf 4）消耗于摩擦的扭矩 kgf·mm 5）板料送进时的摩擦阻力矩 kgf·mm 6）拉力在轴承中所引起的摩擦损失 kgf·mm 7）机器送进板料时的总力矩 kgf·mm 8）空载时的扭矩kgf·mm 9）板料不打滑的条件 kgf·mm kgf·mm 因为，所以满足。 10）驱动功率
46、 kgf·mm kw 综合上述的计算结果总汇与表5.1 表5.1 计算结果总汇 成形量 计算结果 40% 70% 90% 100% 简体直径（mm） 1266.518 723.724 562.899 506.607 简体曲率半径R’(mm) 639.259 367.862 287.45 259.304 初始变形弯矩M1(kgf·mm) 1.692×107 村料受到的最大变形弯矩M(kgf·mm) 1.815×107 1.905×107 1.965×107 1.995×107 上辊受力Pa(
47、kgf) 2.325×105 2.376×105 2.503×105 2.972×105 下辊受力Pc(kgf) 1.197×105 1.289×105 1.419×105 1.281×105 村料变形弯矩Mn1(kgf·mm) 3.292×106 1.869×106 1.766×106 8.972×105 摩擦阻力扭矩Mn2 2.321×106 2.428×106 2.615×106 2.725×106 材料送进时摩擦阻力扭矩MT 1.381×106 1.423×106 1.509×106 1.727×106 空载力矩Mn4 9.88×10
48、3 拉力引起摩擦扭矩Mn3 1.519×105 1.308×105 1.064×105 8.529×104 Mn1+MT+ Mn4 5.682×106 5.033×106 3.285×106 2.634×106 总力矩Mp 5.171×106 5.568×106 5.964×106 5.534×106 驱动力矩Mn 5.769×106 5.119×106 5.497×106 5.485×106 驱动功率Nqc(kw) 7.954 7.408 7.151 7.019 5．主电机的选择： 由表5.1可知，成形量为40%时所需的驱动功率最大，考虑
49、工作机的安全系数，电动机的功率选11kw。 因YZ系列电机具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、正反转且转速不高、有时过负荷及有显著的振动与冲出的设备。其工作特性明显优于Y系列电机，故选YZ160L—6型电机，其参数如下： kw； r/min； ； kw。 升降电动机选择YD系列变极多速三相异步电动机，能够简化变速系统和节能。故选择YD90S—6/4，其参数如下： N=0.65kw； r=1000r/min； G=15kg。 5.2 上辊的设计计算校核 5.2.1上辊结构设计及受力图 由上部分计算可知辊筒在成形100
50、时受力最大： kgf kgf 故按计算，其受力图5.1： 图5.1辊筒受力图 5.2.2 刚度校核 挠度[1]： 确定公式各参数： mm4 （Ia为轴截面的惯性矩） kgf kgf/m mm mm 得： 因为，所以上辊刚度满足要求。 5.2.3 上辊强度校核 危险截面为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因Ⅰ、 Ⅲ相同，且>，所以只需校核Ⅰ、Ⅱ处： Ⅰ： kgf·mm kgf/mm2 W为抗弯截面系数。mm3 kgf/mm2 Ⅱ： kgf·mm kg
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