三辊卷板机设计方案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122000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)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2O 、3O 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1O 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。