自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)-卷材支撐開卷機(jī)設(shè)計(jì)【液壓剪板機(jī)】

自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)-卷材支撐開卷機(jī)設(shè)計(jì)【液壓剪板機(jī)】,液壓剪板機(jī),自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線設(shè)計(jì)-卷材支撐開卷機(jī)設(shè)計(jì)【液壓剪板機(jī)】,自動(dòng)控制,液壓,板料,剪切,生產(chǎn)線,設(shè)計(jì),卷材,支撐,支持,開卷,板機(jī) 說明書 摘要 液壓剪板機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線中第一道工序就是開卷。這就用到了開卷機(jī)，開卷機(jī)是用來支撐鋼卷、回轉(zhuǎn)鋼卷的。隨著對(duì)開卷機(jī)速度和板面質(zhì)量的要求，開卷機(jī)的型式已由箱式開卷機(jī)，無脹縮卷筒開卷機(jī)等類型，逐步發(fā)展過渡到脹縮卷筒式開卷機(jī)。目前市場(chǎng)上開卷機(jī)的型式有很多種，如單卷筒懸臂式.雙卷筒回轉(zhuǎn)式.雙柱頭開卷機(jī)。它們共同特點(diǎn)都是漲縮卷筒式開卷機(jī)。采用脹縮卷筒式開卷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：其設(shè)備配置較為簡(jiǎn)單，主要由傳動(dòng)系統(tǒng)及脹縮卷筒、壓緊輥和支撐等裝置組成。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，原開卷機(jī)的張力較小，現(xiàn)增加了帶鋼的張力，進(jìn)行了主要零件的強(qiáng)度計(jì)算。該開卷機(jī)保證開卷時(shí)恒定張力，保證開卷線速度恒定，從而提高了帶鋼的表面質(zhì)量。而且具有對(duì)中調(diào)節(jié)功能，即在上卷和工作過程中，始終保證帶材中心線與下道機(jī)組中心線重合，減少帶鋼的翹曲現(xiàn)象，從而保證剪板的正常進(jìn)行，提高了帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：開卷機(jī)，表面質(zhì)量，恒定張力 Abstract The first step of hydraulic plate shears automatic production line is open- book. This will use the uncoiler, uncoiler is used to support steel coil, rotary steel coil. As the uncoiler speed and surface quality request, uncoiler type already developed from box uncoiler, without swell-shrink reel of decoiler type etc, and gradually developed transition to swell-shrink prefabricated uncoiler. Now on the market of decoiler type has a lot of kinds, such as single reel cantilever. Double drum rotary. Double the stigma of decoiler. Their common characteristic is all decoiler prefabricated rose shrinkage. The advantage of adopting swell-shrink prefabricated uncoiler in equipment configuration is simple, and mainly by the transmission system and swell-shrink drum, pressure roller and supports device component. According to the field investigation, the tension of original fetching machines is relatively small, increase the tension with steel now，the intensity of carrying on the major part is calculated.The uncoiler guarantee open-book invariableness tensile, guarantee the open-book rotational speed, thereby improving the strip surface quality. And it has regulating function , be in namely roll-up and working process, always guarantee strip with road centerline centerline coincidence, reduce strip unit to ensure the warp phenomenon, the normal shear, improved the surface quality with steel. Keyword：uncoiler，surface quality，invariable tension 目錄 引言 1 1 開卷機(jī)的概念和發(fā)展趨勢(shì) 2 1.1選題的背景和目的 2 1.2開卷機(jī)的概述 2 1.3開卷機(jī)的結(jié)構(gòu) 3 1.3.1 單筒可脹縮開卷機(jī) 3 1.3.2雙錐頭無脹縮開卷機(jī) 4 1.3.3雙圓柱頭可脹縮開卷機(jī) 5 1.4開卷機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 6 2 開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.1 開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu) 8 2.2開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3 開卷機(jī)電機(jī)功率與減速箱速比的合理選擇 11 3.1開卷機(jī)電機(jī)功率與減速箱速比合理選擇重要性 11 3.2開卷機(jī)張力和速度的確定 11 3.3開卷電機(jī)的選擇及功率計(jì)算 11 3.3.1電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的選用及工作原理 11 3.3.2按卷筒上的靜張力計(jì)算的電機(jī)功率 12 3.3.3減速箱速比的設(shè)計(jì) 12 4 減速箱各齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4.1齒輪模數(shù)的估算和驗(yàn)算 14 4.1.1齒輪模數(shù)的估算（以高速級(jí)小齒輪為例） 14 4.1.2齒輪模數(shù)的驗(yàn)算（以高速級(jí)小齒輪為例） 14 4.2齒輪強(qiáng)度校核 15 4.2.1選定的齒輪材料及精度等級(jí)及齒數(shù)（以低速級(jí)嚙合齒輪為例） 15 4.2.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 15 4.3齒輪齒數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 5 減速箱實(shí)際傳動(dòng)比及主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 5.1所設(shè)計(jì)的減速器實(shí)際傳動(dòng)比及各軸動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 19 5.2 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 5.2.1選擇軸的材料 19 5.2.2 初步估算軸的最小直徑 19 5.2.3 軸上受力分析 20 5.2.4 軸的強(qiáng)度校核 21 6 軸承壽命計(jì)算 23 7 開卷機(jī)對(duì)中調(diào)節(jié)功能 24 8 開卷機(jī)壓輥壓緊力計(jì)算 25 9 開卷機(jī)各液壓缸壓力流量的確定 27 9.1 開卷機(jī)卷筒脹縮缸推力及壓力流量的確定 27 9.1.1卷筒脹縮功能的介紹 27 9.1.2脹縮缸推力的計(jì)算 27 9.2 開卷機(jī)上其他液壓缸流量的確定 28 9.2.1壓輥裝置中液壓缸流量的計(jì)算 28 9.2.2橫移液壓缸流量的計(jì)算 29 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 引言 目前脹縮卷筒開卷機(jī)大致有以下型式：?jiǎn)尉硗矐冶凼?雙卷筒回轉(zhuǎn)式.雙柱頭開卷機(jī)。單卷筒懸臂式適用于帶材寬度在350mm以上，帶厚較大的帶卷，大多帶有離合驅(qū)動(dòng)裝置，可以被動(dòng)或主動(dòng)開卷，具有正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能,大多配有拆頭直頭機(jī)，方便開卷; 對(duì)于帶材寬度在350mm以上，帶厚較大的帶卷我們推薦使用單卷筒懸臂式開卷機(jī)。雙卷筒回轉(zhuǎn)式適用于帶厚小于3mm的帶材,這種雙工位開卷機(jī)就是一個(gè)卷筒在工作時(shí)，另一個(gè)可以用懸臂吊或其他方法上卷。前一卷帶材用完后，已上好卷的另一個(gè)卷筒可以立即回轉(zhuǎn)至帶材準(zhǔn)備作業(yè)線進(jìn)行開卷，當(dāng)前一卷帶材用完后。這樣可以減少上卷工作時(shí)間，以減少后續(xù)活套的帶材儲(chǔ)存量。雙柱頭開卷機(jī)適用于帶材寬度較大，卷重較重的帶卷都帶有離合驅(qū)動(dòng)裝置，可以被動(dòng)或主動(dòng)開卷具有強(qiáng)度剛性好，上卷操作方便，工作平穩(wěn)可靠，對(duì)中性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于帶材寬度較大，卷重較重的帶卷我們推薦使用雙錐或雙柱頭開卷機(jī)。為了避免外徑較大（￠1600以上）的帶卷在高速工作時(shí)傾倒，大帶卷的單卷筒懸臂式.雙卷筒回轉(zhuǎn)式開卷機(jī)都設(shè)有側(cè)倒端裝置。 開卷機(jī)是自動(dòng)控制液壓板料剪切生產(chǎn)線中不可少的設(shè)備，是卷材加工準(zhǔn)備工序的主要設(shè)備，其主要作用是為帶材運(yùn)行時(shí)提供張力，支撐帶材，并把帶材送入下道工序校平機(jī)。因此保證開卷機(jī)順利工作對(duì)提高剪板生產(chǎn)率有很重要意義。例如該設(shè)計(jì)，首先根據(jù)所要卷材的厚度，寬度，選擇開卷機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)述。由于鋼卷開卷張力大，采用滑塊脹縮式卷筒脹縮結(jié)構(gòu)，用液壓缸活塞移動(dòng) 通過芯軸帶動(dòng)固定螺母、端蓋向右移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊也向右移動(dòng)，扇形板在滑塊0的斜面上作徑向運(yùn)動(dòng)使卷筒縮徑；反之，脹縮缸右端進(jìn)油時(shí)使活塞向左移動(dòng)，卷筒脹徑。采用壓輥壓緊帶鋼，方便收卷，卸卷。這次設(shè)計(jì)，計(jì)算脹縮缸推力，保證推力足以使扇形板脹徑。還有主軸的直徑設(shè)計(jì)及校核。采用合理的直徑使結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)合理、強(qiáng)度足夠。 1 開卷機(jī)的概念和發(fā)展趨勢(shì) 1.1選題的背景和目的 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生活節(jié)奏的加快，產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是機(jī)械產(chǎn)品為了能夠有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須減少產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，減輕工作的勞動(dòng)強(qiáng)度這就要求機(jī)械產(chǎn)品更加效率自動(dòng)化和智能化。在今天生活節(jié)奏很快的世界里，剪板機(jī)主要是為其他的加工提供或其他用途提供板料，因此，要求剪板機(jī)能提供合格板料的基礎(chǔ)上，還要有高的工作效率，很高的自動(dòng)化程度。因此自動(dòng)控制液壓剪板機(jī)生產(chǎn)線就應(yīng)運(yùn)而生了。而支撐開卷機(jī)是板料剪切生產(chǎn)線機(jī)組的一部分，是卷材加工準(zhǔn)備工序的主要設(shè)備，其主要作用是為帶材運(yùn)行時(shí)提供張力，支撐帶材，并把帶材送入下道工序矯平機(jī)組中。 開卷機(jī)的設(shè)計(jì)，除了按一般機(jī)械設(shè)計(jì)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，還有幾個(gè)與工藝和操作有關(guān)特殊問題：如機(jī)構(gòu)選擇、主要參數(shù)確定、開卷機(jī)張力的形成與確定脹縮液壓缸推力的大小計(jì)算、調(diào)速以保證開卷使線速度恒定、變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各個(gè)嚙合齒輪的傳動(dòng)比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、壓輥壓緊力計(jì)算、主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核、軸承的壽命計(jì)算等。 1.2開卷機(jī)的概述 開卷設(shè)備大體可分為：懸臂式開卷機(jī)、雙圓柱頭式開卷機(jī)和雙錐頭式開卷機(jī)。懸臂式開卷機(jī)具有剛性大，開卷張力大等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于較薄帶材的開卷。 懸臂式開卷機(jī)和雙圓柱頭式開卷機(jī)及雙錐頭式開卷機(jī)已成功地應(yīng)用于帶材精整機(jī)及液壓剪板機(jī)生產(chǎn)線機(jī)組。最近幾年，西德和美國一些機(jī)械制造公司和生產(chǎn)廠家，大力推廣雙圓柱頭式開卷機(jī)。國外生產(chǎn)實(shí)踐證明，雙圓柱頭式開卷機(jī)上料操作方便、工作平穩(wěn)可靠，其結(jié)構(gòu)也比懸臂式開卷機(jī)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是。由于采用兩套傳動(dòng)裝置，雙圓柱頭式開卷機(jī)設(shè)備重量比懸臂式開卷機(jī)要大。 由于雙錐頭式開卷機(jī)，錐頭部分和帶內(nèi)巻圈接觸面積太小，帶張力操作時(shí)，容易損壞帶材頭部，所以目前已不大采用。 圖1-1為某機(jī)組懸臂式開卷機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。 圖1-1 懸臂式開卷機(jī) 1、卷筒2、傳動(dòng)裝置3、減速機(jī)4、電機(jī)5、脹縮油缸6、對(duì)中油缸 1.3開卷機(jī)的結(jié)構(gòu) 1.3.1 單筒可脹縮開卷機(jī) 這種結(jié)構(gòu)開卷機(jī)，其結(jié)構(gòu)上與張力卷取機(jī)基本相同，但在開卷機(jī)筒上無鉗口裝置。按筒結(jié)構(gòu)形式不同，可分為單筒棱錐式開卷機(jī)和單筒鏈板式開卷機(jī)。 圖1-2為單筒鏈板開卷機(jī)機(jī)構(gòu)。它在帶鋼精整機(jī)組的頭部，用來開卷厚度為0.6mm，寬度為500mm的帶卷。卷重為16t，開卷速度為3m/s。 筒的縮徑機(jī)構(gòu)，依靠?jī)H作徑向運(yùn)動(dòng)的四塊弓形塊3來實(shí)現(xiàn)。弓形塊3與內(nèi)筒1用鏈板2鉸接，內(nèi)筒1與芯軸4采用其尾部的墊板5連接在一起。芯軸4則與筒尾端部地軸向脹縮液壓缸活塞桿相連。若軸向液壓缸進(jìn)行壓力壓油時(shí)，活塞桿與芯軸4一起做軸向移動(dòng)使筒縮徑。借助于彈簧的作用，使活塞桿與芯軸4復(fù)位，筒脹徑。 圖1-2單筒鏈板式開卷機(jī)機(jī)構(gòu) 1 內(nèi)筒 2 鏈板 3 弓形塊 4 芯軸 5 墊板 這種開卷機(jī)適用于開卷張力不大于1000公斤的卷重在15t以下的橫切機(jī)組、清洗機(jī)組、退火機(jī)組等精整機(jī)組。對(duì)于處理卷重較大和開卷張力較大的帶卷時(shí)，可采用單筒棱錐式開卷機(jī)。 圖1-3為單筒棱錐式開卷機(jī)。它用于雙機(jī)架平整機(jī)組，帶材厚度為0.15-0.8mm，寬度為550-1270mm。開卷速度為33m/s或23m/s。開卷張力為2270公斤，卷重為20000-45000公斤。 這種開卷機(jī)筒由活動(dòng)支撐軸頸1、拉桿2、空心軸3、扇銷4、弓形塊5、棱錐軸6以及滑鍵7等組成。 圖1-3單筒棱錐式開卷機(jī)的筒結(jié)構(gòu) 1 活動(dòng)支撐軸頸 2 拉桿 3空心軸 4 扇銷 5 弓形塊 6 棱錐軸 7 滑鍵 這種單筒棱錐式開卷機(jī)與鏈板式開卷機(jī)比較，具有剛性好、開卷張力大、設(shè)備重量較輕等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛采用。 1.3.2雙錐頭無脹縮開卷機(jī) 圖1-4為雙錐頭無脹縮開卷機(jī)。它用來開卷厚度為1.5-5mm，寬度為1500mm的帶材,開卷速度為1m/s。這種開卷機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是圓錐頭與帶卷內(nèi)孔容易產(chǎn)生打滑。為了克服這一缺點(diǎn)，可采用錐頭可脹縮開卷機(jī)。 圖1-4 雙錐頭無脹縮開卷機(jī) 1.3.3雙圓柱頭可脹縮開卷機(jī) 雙圓柱頭可脹縮開卷機(jī)按其脹縮方式的不同，還可分為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭式開卷機(jī)和軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)兩種。 雙圓柱頭式開卷機(jī)用于酸洗機(jī)組、剪切機(jī)組及冷軋機(jī)組。一般來說，這種開卷機(jī)用來開卷張力不大的帶厚為2-8mm的熱軋帶鋼。對(duì)于薄帶鋼和大張力開卷時(shí)，則采用懸臂式開卷機(jī)。 圖1-5為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)。開卷機(jī)左右錐頭分別由液壓缸2操作，可沿其水平方向移動(dòng)。借此夾持帶卷內(nèi)徑，并對(duì)中機(jī)組中心線。圓柱脹縮由兩個(gè)徑向液壓缸來實(shí)現(xiàn)。為了使兩個(gè)徑向液壓缸4作同步徑向運(yùn)動(dòng)，利用齒輪3實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。這種結(jié)構(gòu)上克服了上述錐頭無脹縮開卷機(jī)的打滑現(xiàn)象，使用情況表明，效果良好。 圖1-5 徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī) 軸向液壓缸雙圓柱頭開卷機(jī)，用于無機(jī)架冷連軋機(jī)組。帶材厚度為1.5-6mm，帶材寬度為550-1530mm。屈服極限為37公斤/毫米2。最大卷重為45000公斤。開卷速度為10.5m/s。開卷張力為920-9200公斤。 筒結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，筒直徑為610mm，脹徑時(shí)為630mm，縮徑時(shí)為560mm，筒長(zhǎng)度為855mm，由于筒較短，把與軸向脹縮液壓缸活塞直接相連的拉桿頭部做成錐形，在錐形部位加工出燕尾槽滑動(dòng)面，使它與弓形3相配合，構(gòu)成斜楔滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。推動(dòng)弓形塊脹開，筒脹徑。軸向脹縮液壓缸反向動(dòng)作時(shí)，借助拉桿端部上的燕尾槽使筒縮徑。軸向脹縮活塞直徑為440mm，形成221mm。 圖1-6 軸向液壓缸脹縮的雙圓柱頭開卷機(jī)的筒結(jié)構(gòu) 1 空心軸 2 拉桿 3 弓形塊 軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)與徑向液壓缸雙圓柱頭開卷機(jī)相比，僅僅是圓柱頭脹縮液壓缸布置方式不同。制造和使用等方面來看，軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭開卷機(jī)較好。 圖1-7 脹縮液壓缸和回轉(zhuǎn)接頭 1 拉桿 2 活塞 3 回轉(zhuǎn)接頭 1.4開卷機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生活節(jié)奏的加快，產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是機(jī)械產(chǎn)品為了能夠有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須減少產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，減輕工作的勞動(dòng)強(qiáng)度這就要求機(jī)械產(chǎn)品更加效率自動(dòng)化和智能化。在今天生活節(jié)奏很快的世界里，剪板機(jī)主要是為其他的加工提供或其他用途提供板料，因此，要求剪板機(jī)能提供合格板料的基礎(chǔ)上，還要有高的工作效率，很高的自動(dòng)化程度。因此自動(dòng)控制液壓剪板機(jī)生產(chǎn)線就應(yīng)運(yùn)而生了。而支撐開卷機(jī)是板料剪切生產(chǎn)線機(jī)組的一部分，是卷材加工準(zhǔn)備工序的主要設(shè)備，其主要作用是為帶材運(yùn)行時(shí)提供張力，支撐帶材，并把帶材送入下道工序矯平機(jī)組中。開卷機(jī)的控制更加要自動(dòng)化、智能化、使用方便、操作簡(jiǎn)單。根據(jù)開卷速度和板面質(zhì)量的要求，開卷機(jī)的型式已由箱式開卷機(jī)，無脹縮卷筒開卷機(jī)等類型，逐步發(fā)展過渡到脹縮卷筒式開卷機(jī)。 薄板、帶鋼的生產(chǎn)技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志。薄鋼板除了供汽車、農(nóng)機(jī)、化工、食品罐頭、建筑、電器等工業(yè)使用外，還與日常生活有直接關(guān)系，如家用電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)等需要薄鋼板。因而在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，薄鋼板占鋼材的比例逐年增加。 開卷機(jī)的發(fā)展主要有以下幾面： （1）為了提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，相應(yīng)的增加鋼卷的重量。因?yàn)閹т撌且凿摼矸绞缴a(chǎn)的，每一個(gè)鋼卷在送入矯平機(jī)前，都必須經(jīng)過吊料、上料、拆捆、開卷、然后送入展平、矯平機(jī)組中。在每一卷終了時(shí)又需要有減速、停機(jī)、卷取及卸卷的過程，占了較多的生產(chǎn)時(shí)間。鋼卷質(zhì)量增大后，可相應(yīng)地增加作業(yè)的時(shí)間，而且由于每卷帶鋼長(zhǎng)度的增加，帶鋼在穩(wěn)定速度下開卷的時(shí)間也相應(yīng)的增加，帶鋼的質(zhì)量才能得以改善。然而帶鋼質(zhì)量也不可無限制地增加，它受到開卷機(jī)等機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的限制，也受到電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍的限制，而且卷重太大還會(huì)給車間內(nèi)鋼卷的運(yùn)輸和存放帶來困難。目前，鋼卷的質(zhì)量已達(dá)40t，個(gè)別的達(dá)到60t，以帶鋼單位寬度計(jì)算的卷重達(dá)到30-36kg/mm。 （2）提高開卷機(jī)開卷的速度。20世紀(jì)50年代開卷機(jī)大都在20m/s左右，60年代以來已逐步提高到30m/s。但是開卷速度的進(jìn)一步提高會(huì)受到工藝潤(rùn)滑材料與方式的限制。 （3）提高自動(dòng)化程度。在生產(chǎn)操作自動(dòng)化方面，普遍采用各種形式的極限開關(guān)、光電管等，對(duì)每個(gè)動(dòng)作實(shí)行自動(dòng)程序控制，實(shí)現(xiàn)了鋼卷對(duì)中、帶鋼邊緣糾偏、開卷速度的自動(dòng)調(diào)整、剪切鋼板的自動(dòng)分選等自動(dòng)化操作與控制。 2 開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu) 脹縮式筒基本上有以下四種結(jié)構(gòu)形式的：弓形板式、平行四連桿式、四棱錐式、四斜契式。其中平行四連桿式和四棱錐式兩種結(jié)構(gòu)比較常見，下面對(duì)這兩種種筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。 平行四連桿式筒用四塊結(jié)構(gòu)尺寸基本相同的弧形板組成，每塊弧形板和軸上的支撐套筒用四條相聯(lián)形成平行四連桿機(jī)構(gòu)，依靠短連桿傾角變化產(chǎn)生筒徑的脹縮（圖2-1） 圖2-1 平行四連桿式筒 在網(wǎng)上圖書館館藏一個(gè)文獻(xiàn)上也找到了平行四連桿式筒，其結(jié)構(gòu)如圖2-2，此時(shí)筒處于脹徑的最大極限位置。 圖2-2 處于脹徑最大極限位置的平行四連桿式筒 四棱錐式筒的筒體由四塊扇形板組成，扇形板的內(nèi)側(cè)有階梯形斜面與中心四棱錐的階梯斜面相配合，利用四棱錐的少量軸向滑動(dòng)形成外徑的脹縮（圖2-3） 圖2-3 四棱錐式筒 在圖書館藏中文科技期刊數(shù)據(jù)庫，維普資訊中找到一篇文獻(xiàn)，2007年第2期， 《開卷機(jī)漲縮缸推力的確定》。我設(shè)計(jì)的卷筒就是與這個(gè)類似，下面來介紹文獻(xiàn)中這個(gè)筒結(jié)構(gòu)。 卷筒軸為開卷機(jī)的主要部件，它主要由扇形板、卷筒軸、滑塊、拉桿、漲縮缸、旋轉(zhuǎn)接頭等裝配組成，如圖2-4 圖2-4開卷機(jī)卷筒軸 卷筒軸上裝有滑塊，通過固定螺母、卡套與拉桿相連接，拉桿與漲縮缸的活塞連接，滑塊可在卷筒軸上的T形槽內(nèi)滑動(dòng)?；瑝K的斜面與水平面成16。角。扇形板通過滑塊與卷筒軸相連接，由于卷筒軸端蓋的限制，使得扇形板只能作徑向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)漲縮缸左端進(jìn)油時(shí)使活塞向右移動(dòng)，活塞通過拉桿帶動(dòng)固定螺母和卡套向右移動(dòng)，帶動(dòng)滑塊也向右移動(dòng)，扇形板在滑塊的斜面上作徑向運(yùn)動(dòng)使卷筒縮徑；反之，漲縮缸右端進(jìn)油時(shí)使活塞向左移動(dòng)，卷筒脹徑。 2.2開卷機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 我設(shè)計(jì)的卷筒脹縮的原理與上面的比較相似，卷筒軸上也裝有滑塊式的導(dǎo)軌，通過固定螺母、端蓋與芯軸相連接，滑塊可在卷筒軸上的T形導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng)。扇形板通過滑塊與卷筒軸相連接，由于卷筒軸上的鋼卷擋圈的限制，扇形板只能作徑向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)漲縮缸左端進(jìn)油時(shí)活塞向右運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)芯軸向右移動(dòng)從而帶動(dòng)固定螺母和端蓋向右移動(dòng)，卷筒軸上的滑塊向右移動(dòng)，扇形板在滑塊的斜面上作徑向運(yùn)動(dòng)使卷筒縮徑，最小值可達(dá)到Ф530mm；反之，漲縮缸右端進(jìn)油時(shí)使活塞向左移動(dòng)，卷筒脹徑，最大值可達(dá)到Ф650。結(jié)構(gòu)如圖2-5： 圖2-5 開卷機(jī)卷筒裝配圖 3 開卷機(jī)電機(jī)功率與減速箱速比的合理選擇 3.1開卷機(jī)電機(jī)功率與減速箱速比合理選擇重要性 現(xiàn)代帶材開卷機(jī)的卷重、卷徑和開卷速度都比較大，在同一臺(tái)開卷機(jī)上希望生產(chǎn)的帶材的厚度范圍也比較大，因而卷取、開卷張力的變化范圍比較寬。因此，合理地選擇電機(jī)功率和減速比就顯得非常重要。在計(jì)算開卷電機(jī)功率之前首先要確定張力的大小和開卷速度。 3.2開卷機(jī)張力和速度的確定 精整機(jī)組開卷張力的選用，與機(jī)組尾部去張力一樣，應(yīng)該十分慎重。不合適的開卷張力，會(huì)影響到精整機(jī)組正常生產(chǎn)。采用大張力，使傳動(dòng)設(shè)備加大，增加投資。過大的張力還可能拉斷帶材。小張力可能使帶材跑偏。 卷取張力是軋機(jī)出口側(cè)帶材斷面積與帶材張應(yīng)力的乘積： T=S*F 式中 S——帶材張應(yīng)力，N/㎜2 F——帶材的橫斷面面積，㎜2 對(duì)于鋁帶冷軋機(jī)，開卷張應(yīng)力一般取軋制帶材屈服極限的10﹪—25％，而卷取張應(yīng)力取開卷張應(yīng)力的60％-75％；對(duì)于鋁箔軋機(jī)，S一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) S=20-50N/㎜2而設(shè)計(jì)的開卷機(jī)工作對(duì)象是鋼材，所以S取S=80N/㎜2 設(shè)計(jì)時(shí)開卷機(jī)按最大來料厚度和寬度計(jì)算斷面積，乘以張應(yīng)力就可以求得開卷機(jī)張力值。 根據(jù)選型的尺寸帶材厚度最大為4㎜，帶材最大寬度為2000㎜，代入上面的公式T=S*F得到開卷張力T=80*2000*4N=640kN 開卷速度最大速度初定為2m/s即主軸的轉(zhuǎn)速為120r/min。 3.3開卷電機(jī)的選擇及功率計(jì)算 3.3.1電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的選用及工作原理 在開卷過程中卷材的半徑逐漸變小，而開卷的線速度V=2πr n，式中r為帶材半徑，n為開卷機(jī)主軸轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)為了保證開卷線速度的基本恒定。在選用電動(dòng)機(jī)的時(shí)要選擇電磁調(diào)速電機(jī)。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置。這里主要介紹電磁滑差離合器，它包括電樞、磁極和勵(lì)磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動(dòng)部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動(dòng)部分。主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵(lì)磁線圈通過電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動(dòng)部分的磁極便跟著主動(dòng)部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場(chǎng)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。 綜合考慮：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)（JB/T 7123——1993）其調(diào)速范圍1250-125r/min 電源：三相交流50HZ 380V。 3.3.2按卷筒上的靜張力計(jì)算的電機(jī)功率 對(duì)于開卷機(jī)，由于帶材的直徑在不斷的減小，在保證帶材開卷速度不變的條件下，卷筒的轉(zhuǎn)速隨著卷徑的減小而增大。因此，電氣控制采用最大力矩法進(jìn)行控制。根據(jù)電機(jī)在基速以上隨著速度的增加力矩下降的特性，讓電機(jī)始終在最大力矩狀態(tài)下工作。最大力矩法的開卷功率計(jì)算公式如下： 式中 T——最大張力，N； V——開卷速度，m/min； Dmax——最大卷徑，m； D0——最小卷徑（卷筒直徑），m； ne——電機(jī)基速，r/min； nmax——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min； η——效率，取0.95。 根據(jù)所設(shè)計(jì)的開卷機(jī)： Dmax=1.6m； D0=0.51m； nmax =1250r/min； ne=125r/min； T取640kN。 開卷最大速度初定為2m/s即120m/min 代入上面的公式得到： 電機(jī)功率N=3.739kN=3.74kW。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（常用電機(jī)、電器及電動(dòng)（液）推桿）表16-1-68 選用YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YCT180-4A，其技術(shù)參數(shù) ：拖動(dòng)電機(jī)功率4kW 、額定轉(zhuǎn)矩25.2N.M 、調(diào)速范圍1250-125r/min 、轉(zhuǎn)速變化率2.5﹪ 、電源三相交流50Hz 380V 重量 157kg。 3.3.3減速箱速比的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)所采用的是雙級(jí)圓柱齒輪減速，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意下面幾個(gè)問題： （1）由于二級(jí)圓柱齒輪減速器其傳動(dòng)比范圍i=i1i2=8-40。各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選取。圓柱齒輪傳動(dòng)比常用值為3-5，最大值為8。 （2）各傳動(dòng)件彼此不發(fā)生干涉碰撞。例如，在雙級(jí)圓柱齒輪減速器中，若高速級(jí)傳動(dòng)比過大，可能會(huì)使高速級(jí)的大齒輪頂圓與低速級(jí)大齒輪的軸相撞。在分配各軸的傳動(dòng)比時(shí)要按機(jī)械設(shè)計(jì)具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 開卷機(jī)主軸其轉(zhuǎn)速大致為30r/min左右，電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍最大值為1250r/min，可計(jì)算其變速比i=1250/30=41.6與40比較接近，就初定傳動(dòng)比i減速器=40。 當(dāng)設(shè)計(jì)多級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)裝置時(shí)，分配傳動(dòng)比是一個(gè)很重要的步驟；往往由于傳動(dòng)比分配不當(dāng)，造成尺寸不緊湊、結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)、成本高、維護(hù)不變等諸多問題。欲做到較合理地分配傳動(dòng)比，就要按照要求去設(shè)計(jì)。 下面給出一部分分配傳動(dòng)比的參考數(shù)據(jù)： 對(duì)二級(jí)圓柱齒輪減速器，可取i1=（1.3-1.4）i2，i減速器= i1i2，式中i1 、i2分別為高速級(jí)和低速級(jí)的傳動(dòng)比，i減速器為兩級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比。 但是考慮到開卷機(jī)主軸直徑較大，低速級(jí)的齒輪較大，防止各傳動(dòng)件彼此不發(fā)生干涉碰撞。所以高速級(jí)的傳動(dòng)比要小于低速級(jí)的傳動(dòng)比，即i1＜i2 反過來，i2=（1.3-1.4）i1 。 由下面兩個(gè)式子 i2=（1.3-1.4）i1； i減速器=i1i2=40 。 從而可以得到：i1=5.48 i2=7.3 4 減速箱各齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1齒輪模數(shù)的估算和驗(yàn)算 4.1.1齒輪模數(shù)的估算（以高速級(jí)小齒輪為例） 在減速器高速級(jí)中，嚙合的兩對(duì)齒輪一般取同一模數(shù)。選擇負(fù)載最重的小齒輪按下述公式進(jìn)行模數(shù)的估算：(參考機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書24頁) mj表達(dá)式中 mj —按接觸疲勞強(qiáng)度估算的模數(shù)（mm）； pd—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率（KW）； nj—齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； u—大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，“+”號(hào)用于外嚙合，“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合； Z1—被計(jì)算齒輪的齒數(shù)； ￠m—齒寬系數(shù),￠m=B/m； 【δj】—許用接觸應(yīng)力（MPa）， 其中：Pd=3.74KW； nj=1250r/min； u=Z2/Z1=5.48； Z1=35； 45鋼整淬接觸應(yīng)力【δj】為1100MPa； 代入數(shù)據(jù)得到： mj=2 4.1.2齒輪模數(shù)的驗(yàn)算（以高速級(jí)小齒輪為例） 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算，應(yīng)在結(jié)構(gòu)確定之后才能進(jìn)行。 一般對(duì)高速傳動(dòng)齒輪以驗(yàn)算接觸疲勞強(qiáng)度為主，對(duì)低速傳動(dòng)齒輪，以驗(yàn)算 彎曲疲勞強(qiáng)度為主。 以高速級(jí)小齒輪為例，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)mj： 式中：P—被驗(yàn)算齒數(shù)所傳遞的功率，（KW），P=Pd*η； K1—工作狀態(tài)系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響，沖擊性機(jī)床，K1=1.6-1.8，中 等沖擊K1=1.2-1.6，輕微沖擊，K1=1-1.2； K2—?jiǎng)虞d荷系數(shù)； K3—齒向載荷分布系數(shù)； K5—壽命系數(shù)； 查表得到：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.05 代入數(shù)據(jù)得到mj=1.98 所以模數(shù)估算準(zhǔn)確。 同理：低速級(jí)嚙合的兩對(duì)齒輪的模數(shù)定為3。 4.2齒輪強(qiáng)度校核 4.2.1選定的齒輪材料及精度等級(jí)及齒數(shù)（以低速級(jí)嚙合齒輪為例） 1）機(jī)器為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。 2）材料選擇。由表課本表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 3）選小齒輪齒數(shù) z1=39，大齒輪齒數(shù)z2=39*7.3=284.7,取整得284。 4.2.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即 d1≥2.32(KT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3 (1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù)Kt=1.3。 2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 T1=95.5×105×PI/nI =95.5×105×3.7/230.3=153430.3N·mm 3)由課本表10-7選取齒寬系數(shù)φd=1。 4)由課本表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2。 5)由課本圖 10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim 1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim 2=550MPa。 6）由課本式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60nIjLh=60×230.3×1×(8×300×8) =2.7×108 N2=N1/i齒=2.7×108/7.28=0.37×108 7）由圖課本10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.93；KHN2=0.98 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1.0 [σH]1= KHN1σHlim1/S=0.93×600/1.0Mpa =558Mpa [σH]2= KHN2σHlim2/S=0.98×550/1.0Mpa =539Mpa (2)計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑d1低，代入[σH]較小的值 d1低≥2.32(KtT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3 =2.32×[1.3×153430.3×（7.28+1）×189.82/(7.28×5392)] 1/3 =110mm 2)計(jì)算圓周速度v。 v=πd1低 nI/（60×1000）=3.14×110×230.3/（60×1000）=1.32m/s 因?yàn)椋郑迹秏/s，故取８級(jí)精度合適。 3）計(jì)算齒寬b。 b=φdd1t=1×110mm=110mm 4） 計(jì)算齒寬與齒高之比b/h。 模數(shù)：m t =d1t/Z1=110/39=2.8mm 齒高：h=2.25m t =2.25×2.8 =6.3mm b/h=110/6.3=17.46 5） 計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)v=1.32m/s，8級(jí)精度，由課本圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.06； 直齒輪，KHa=KFa=1.316 由課本表10-2查得KA=1 由課本表10-4用插值法查得8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，KHβ=1.316 由b/h=17.46，KHβ=1.316查課本表10-13得KFβ=1.28：故載荷系數(shù) K=KA×KV×KHa×KFβ=1×1.06×1×1.316=1.408 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由課本式（10-10a） d1= d1t(K/Kt)1/3=110 ×(1.408/1.3) 1/3=112mm 7)計(jì)算模數(shù)m：m=d1/z1=112/39=2.8mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由課本式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 m≥[2KT1YFaYSa/(φdz12σF)] 1/3 （1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由課本圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=380MPa 2）由課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.92 KFN2=0.98 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由課本式（10-12）得 [σF]1= KFN1σFE1/S=0.92×500/1.4=328.57MPa [σF]2= KFN2σFE2/S=0.98×380/1.4=266MPa 4)計(jì)算載荷系數(shù)K K=KA×KV×KFa×KFβ=1×1.06×1×1.28=1.3658 5)取齒形系數(shù)。 由課本表10-5查得 YFa1=2.65 YFa2=2.14 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由課本表10-5查得 YSa1=1.58 YSa2=1.83 7） 計(jì)算大、小齒輪的YFa YSa/[σF] YFa1 YSa1/[σF]1=2.65×1.58/328.57=0.01274 YFa2 YSa2/[σF]2=2.226×1.83/266=0.01472 大齒輪的數(shù)值大。 8)設(shè)計(jì)計(jì)算 m≥[2×1.3568×153430.3×0.01472 /(1×392)] 1/3=2.6mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m的大小重要取決于彎曲強(qiáng)度的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.6并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm，按接觸強(qiáng)度的的分度圓直徑d1=112mm，算出小齒輪的齒數(shù)z1=d1/m=112/3=37.3mm取39 大齒輪的齒數(shù)z2=7.28×39=283.9 取z2=284 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 d1= z1m=39×3=117mm d2= z2m=284×3=852mm （2）計(jì)算中心距 a=（d1+ d2）/2=（117+852）/2=484.5mm （3）計(jì)算齒輪寬度 b=φd d1=1×117=117mm取小齒輪寬度B1=120mm ，大齒輪寬度B2=140mm。 4.3齒輪齒數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高速級(jí)小齒輪的齒數(shù)定為35，由i1=Z2高/Z1高得到與之嚙合的大齒輪次數(shù)為：Z2高= Z1高 i1=35*5.48=190 低速級(jí)小齒輪的齒數(shù)定為 39 由i2=Z2低/Z1低得到與之嚙合的大齒輪，即開卷機(jī)主軸上的大齒輪的齒數(shù)：Z2低=Z1低i2=39*7.28=283.9,取整得284 ha*=1； C*=0.25； 高速級(jí)：小齒輪分度圓直徑為d1高=mz1高=2*35=70mm； 齒頂圓直徑為da1高=d1高+2ha*m=74mm； 大齒輪分度圓直徑為d2高=mZ2高=2*190=380mm； 齒頂圓直徑為da2高=d2高+2ha*m=384mm； 兩齒輪的齒頂高h(yuǎn)a= ha*m=2mm； 齒根高h(yuǎn)f=（ha*+C*）m=（1+0.25）*2=2.5mm； 兩齒輪的中心距為a=（d1高+d2高）/2=225mm。 低速級(jí)： 小齒輪分度圓直徑為d1低=mz1低=3*39mm=117mm； 齒頂圓直徑為da1低= d2低+2ha*m=123mm； 大齒輪分度圓直徑為d2低=mZ2低=3*284=852mm； 齒頂圓直徑為da1低= d2低+2ha*m=858mm； 兩齒輪的齒頂高h(yuǎn)a= ha*m=3mm； 齒根高h(yuǎn)f=（ha*+C*）m=（1+0.25）*3=3.75mm； 兩齒輪的中心距為a=（d1低+d2低）/2=484.5mm。 由上面的計(jì)算，高速級(jí)和低速級(jí)的小齒輪都選用齒輪軸，高速級(jí)的大齒輪da2高 =384mm＜500mm故選用腹板式結(jié)構(gòu)的齒輪，低速級(jí)的大齒輪也選用腹板式結(jié)構(gòu)齒 輪。 (1)低速級(jí)大齒輪輪輻式結(jié)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，232頁） D4為安裝大齒輪的主軸直徑為220mm；B=140mm；D3=1.6D4 =1.6*220=352mm； D0=da-(10-14)m=862-36=826mm；D1=(D0+D3)/2=589mm； D2=(0.25-0.35)(D0-D3)=142.2mm；n1=0.5m=1.5mm；C=(0.2-0.3)B=34.7mm，取 C=35mm。 (2)高速級(jí)大齒輪腹板式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，231頁） D4為安裝該大齒輪軸的直徑為80mm；D3=1.6D4=1.6*80=128mm；D。=da-（10-14）m=384-12*2=360mm；D1=（D0+D3）/2=（128+360）/2=244mm；D2=（0.25-0.35）（D。- D3）=56-81.2，取70mm；n1=0.5m=0.5*2=1mm；r=5mm；B=80mm；C=（0.2-0.3）B=（0.2-0.3）*80=16-24mm，取C=20mm。 圖4-1主軸上的齒輪零件圖 5 減速箱實(shí)際傳動(dòng)比及主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1所設(shè)計(jì)的減速器實(shí)際傳動(dòng)比及各軸動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 高速級(jí)傳動(dòng)比i1=Z2高/Z1高=190/35=5.428，低速級(jí)傳動(dòng)比為i2=Z2低/Z1低=284/39=7.282，總傳動(dòng)比為i= i1 i2=5.428*7.282=39.526。 從電動(dòng)機(jī)開始計(jì)算各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)： I軸（電動(dòng)機(jī)軸） P0=Pd=3.74(KW) n0=nm=1250(r/min) T0=9.55*106 P0/ n0=9.55*106*3.74/1250=28573.6(N*mm) II軸（減速器高速軸） P1=P0*η軸承=3.74*0.99=3.70（KW） n1=n0/i1=1250/5.428=230.3(r/min) T1=9.55*106 P1/ n1=9.55*106*3.7/230.3=153430.3(N*mm) III軸（減速器低速軸即開卷機(jī)主軸） P1=P1*η軸承η齒輪2=3.7*0.99*0.972=3.45（KW） n2=n1/i2=230.3/7.282=31.6(r/min) T2=9.55*106 P2/ n2=9.55*106*3.45/31.6=1042642.4(N*mm) 5.2 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.2.1選擇軸的材料 選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可知材料的機(jī)械性能為：硬度230HBS，強(qiáng)度極限ɑB=650MPa，屈服極限ɑs=360MPa，彎曲疲勞極限ɑ-1=270MPa，剪切疲勞極限T-1=155MPa,E=2.15*105 MPa。 5.2.2 初步估算軸的最小直徑 當(dāng)軸的支撐位置和軸所受載荷大小、方向作用點(diǎn)及載荷種類均以確定，支點(diǎn)反力及彎矩可以求得時(shí)，可按彎矩合成的理論進(jìn)行近似計(jì)算。 主軸大致結(jié)構(gòu)如圖5-1所示 圖5-1主軸零件圖 圖中兩軸承中心之間距離為1594mm，左軸承到齒輪中心距離為1387.6mm，右軸承到卷筒中心距離為1385mm。 首先根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式初步估算直徑： 軸計(jì)算截面上的工作應(yīng)力 軸的直徑 式中 M—軸計(jì)算截面上的合成彎矩，Nm； T—軸計(jì)算截面上的扭矩，Nm； P—傳遞功率，KW； n—轉(zhuǎn)速，r/min； a—根據(jù)扭應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)，扭應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)，a=1； r—空心軸內(nèi)徑d0與外徑d之比，r=d0/d=0.7； 代入上式得d≥91mm 考慮到主軸左端有螺紋，故將其軸徑增加3﹪-7﹪。因此取軸徑為100mm。根據(jù)主軸上軸承與軸承座地旋轉(zhuǎn)中心可能偏轉(zhuǎn)，選取調(diào)心滾子軸承。裝軸承處的直徑為d1=180mm，d2=240mm。裝齒輪處軸徑d3=220mm。初選軸承7236 AC/DB和7244 AC/DB其寬度分別為74mm和92mm。 5.2.3 軸上受力分析 開卷機(jī)主要用于支撐鋼帶卷，把鋼帶送入矯平機(jī)。本開卷機(jī)采用脹縮式卷筒，可以適應(yīng)多種內(nèi)徑變化。其技術(shù)參數(shù)為： 電機(jī)功率KW 4 轉(zhuǎn)速r/min 31.5 料寬mm 2000 卷重Kg 12000 軸上受力如圖所示。計(jì)算時(shí)，通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，軸上零件傳來的力，通常作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪廓寬度的中心。軸上扭矩則從輪轂寬度的中心算起。軸上支撐反力的作用點(diǎn)，根據(jù)軸承的類型和組合確定。 如果作用在軸上的各載荷不在同一平面內(nèi)，可分解到2個(gè)相互垂直的平面上，然后分別求出這2個(gè)平面內(nèi)的彎矩，再按矢量法求得合成彎矩。 軸承受的彎矩 M=6000*9.8*1.385=81438N.m 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=950000P/n=3.45*9550000/31.6=1042642.4(N*mm)=1042.6N.m 齒輪的圓周力 Ft=2T/de=2*1042.6/0.856=2436N 齒輪的徑向力 Fr=Ft tana=2436*0.364=886.7N （1）在水平平面內(nèi)的支反力（見圖5-2（b）） 由∑MA=0得RBZ*1594-Fr*1387.6=0 因此RBZ=886.7*1387.6/1594=771.9N；RAZ= Fr- RBZ=886.7-771.9=114.8N 齒輪的作用力在水平平面的彎矩(見圖5-2（c）) MDZ=RAZ*206.4=114.8*0.2064=23.7N.m （2）在垂直平面內(nèi)的支反力（見圖5-2（d）） RAy=（1594-1387.6）Ft/1594=181.3N RBy=Ft*1387.6/1594=1218.7N 齒輪的作用力在垂直平面的彎矩（見圖5-2（e）） MDy= RAy*1387.6=181.3*1.3876=251.6N.m （3）由于負(fù)載F0的作用，在支點(diǎn)A和B處地支反力（見圖5.2（f）） 由∑MB=0得 RA0*1594-F0*1385=0 RA0=6000*9.8*1385/1594=51090.3N；RB0= RA0+ F0=51090.3+6000*9.8=109890.3N 由于負(fù)載F0的作用而產(chǎn)生的彎矩（見圖5-2（g）） MB0=F0*1385=6000*9.8*1.385=81438N.m 圖5-2軸所受的載荷 5.2.4 軸的強(qiáng)度校核 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，截面B處彎矩較大，且有軸承配合引起的應(yīng)力集中， 因此，B處是危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 由于該減速機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱循環(huán)的彎應(yīng)力，而轉(zhuǎn)矩引起的為脈動(dòng)循環(huán)的剪應(yīng)力。 抗彎斷面系數(shù) =π*0.243*（1-0.34）=1.3*10-3 彎曲應(yīng)力幅 =MB/W=81438/0.0013=62.6MPa 由于是對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力m=0。 根據(jù)安全系數(shù)計(jì)算公式 =1.51 式中 σ-1—45鋼彎曲對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限，σ-1=270MPa； Kσ—正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，查表得Kσ=2； β—表面質(zhì)量系數(shù)，查表取β=1； ε—尺寸系數(shù)，查表取ε=0.7。 抗扭斷面系數(shù) =2.6*10-3 剪應(yīng)力幅 Тm=Тa=T1/2Wp=1042.6*0.5/2.6=20MPa 因此，=2.55 式中 —45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，=155MPa； KT—剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，查表得到KT=1.82； —表面質(zhì)量系數(shù)，查表取=0.92； —平均應(yīng)力折算系數(shù)，查表取=0.21； 因此，B截面的安全系數(shù) =1.3 查表可知：[S]=1.3-1.5 故S﹥[S],該軸B截面是安全的。 6 軸承壽命計(jì)算 主軸上的軸承受到的力最大，以主軸軸承壽命計(jì)算為例來進(jìn)行軸承壽命計(jì)算。主軸上軸承選用的是調(diào)心滾子軸承。從左到右軸承1的型號(hào)為23036，其基本額定動(dòng)載荷Cr=540KN,基本額定靜載荷C0r=1230kN,基本尺寸d*D*B=180*280*74,軸向力判定系數(shù)e=0.26。軸承2的型號(hào)為23048，基本額定動(dòng)載荷Cr=792kN，基本額定靜載荷C0r=2060kN，基本尺寸d*D*B=240*360*92，軸向力判定系數(shù)e=0.25。 由于調(diào)心滾子軸承只承受純徑向載荷Fr，所以P=fpFr 式中： fp—載荷系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)課本表13-6，取fp=1.6 軸承1：由圖5.2圖軸所受的載荷可知 Fr1==50975.8N P= fpFr=1.6*50975=81561.28N。 以小時(shí)數(shù)表示的軸承基本額定壽命Lh為 式中 n—軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）； ε—為指數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3； C—軸承基本額定動(dòng)載荷； P—軸承所受的徑向力； 代入數(shù)據(jù)得到Lh1=287427h 軸承2：由圖5.2圖軸所受的載荷可知 Fr2===111111.7N P= fpFr=1.6*111111.7=177778.7N。 以小時(shí)數(shù)表示的軸承基本額定壽命Lh為 式中 n—軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）； ε—為指數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3； C—軸承基本額定動(dòng)載荷，大小為792kN； P—軸承所受的徑向力； 代入數(shù)據(jù)得到Lh2=76732.5h 若按大修期為八年，在大修時(shí)更換軸承，則軸承的預(yù)期使用壽命為L(zhǎng)h’=8*360*24=69120h,小于軸承計(jì)算的額定壽命Lh2=76732.5h,所選的軸承合適。 7 開卷機(jī)對(duì)中調(diào)節(jié)功能 對(duì)于一般的帶材開卷機(jī)組，都要求開卷機(jī)具有對(duì)中調(diào)整功能，即在上卷時(shí)和工作過程中，始終保證帶材中心線與機(jī)組中心線重合，以保證機(jī)組能正常工作。目前采用的糾偏系統(tǒng)主要有光電液糾偏系統(tǒng)和氣電液糾偏系統(tǒng)。但是光電液系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟。在光電液糾偏系統(tǒng)中，光電頭固定在帶材的邊緣，使帶材位于光源的中心線位置，當(dāng)帶材跑偏時(shí)，將引起電信號(hào)的變化，系統(tǒng)將此變化反饋給液壓對(duì)中油缸，推動(dòng)開卷機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中。 8 開卷機(jī)壓輥壓緊力計(jì)算 一般在開卷機(jī)上均設(shè)有壓輥，用來壓緊帶材，增加制動(dòng)力矩，有利于正常開卷。有時(shí)還可以把壓輥?zhàn)龀蓚鲃?dòng)，這樣對(duì)開卷引料也有一定好處。如圖所示壓緊力P可按下式?jīng)Q定： PRsinα=M彈塑； P=M彈塑/Rsinα 式中：R——帶卷半徑（m） α——開卷角（。） M彈塑——帶材在壓輥壓緊力作用下，帶材所產(chǎn)生彈塑彎曲力矩值（N、m）； M彈塑可由下式?jīng)Q定： M彈塑=bh2/6+δs b (h2-h12)/4=(3h2-h12)bδs/12 式中：h1——帶材橫截面上彈性區(qū)部分高度，即 h1=δs*2R/E(m)； h—帶材厚度（m）； δs—帶材屈服極限（MPa）； E—帶材彈性模量（MPa） 其中： δs帶材材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶（摘自GB