卷取機(jī)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、冷軋窄帶鋼卷取機(jī)摘 要冷軋卷取機(jī)是軋鋼車間中的重要輔助設(shè)備，廣泛用于冷軋帶鋼的酸洗、退火、鍍鋅等生產(chǎn)線上,卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，它和生產(chǎn)線出口上的其它設(shè)備一起協(xié)同工作，將處理后的成品帶鋼卷成鋼卷。近年來，隨著用戶對鋼材的表面量要求越來越高和越來越激烈的市場競爭，卷取機(jī)技術(shù)逐漸被國外研究人員所重視。本文首先對卷取機(jī)的類型、工藝特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r等進(jìn)行了概括性介紹，并對卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了概述；其次，對卷取機(jī)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、選擇和校核，主要包括：電機(jī)的容量選擇、減速器的選擇；對傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括：卷筒軸的設(shè)計(jì)與校核，軸承的選擇和壽命的計(jì)算；制定卷取機(jī)的總體施

2、工方案，敘述了主要部件的安裝、調(diào)試的方法和步驟，計(jì)算了卷取機(jī)的安裝工程預(yù)算。 關(guān)鍵詞 卷取機(jī)；設(shè)計(jì)；校核；施工方案；安裝；預(yù)算 Cold Rolling Tension coilerAbstractCold Rolling Tension coiler is the important assistant equipment in cold rolling workshop.The working state of the coiler directly influences the product quality of strip steel. It is widely used in pi

3、ckling,annealing and galvanization process line.With the cooperation of other equipment in the delivery of line,it will rewind product strip into coil. In recent years,with increasing surface quality by users require on strip and increasingly fierce market competition,coiling technology was gradual

4、attention by the domestic and international researcher. This paper first describe the type of cold-rolled coiler，technological features,development,summary the coiler structure and working principles;Secondly,A major part of the reel of the design,choice and check,mainly including:choice,the choice

5、of gear reducer motor capacity;On the transmission system design,mainly including:the design of the drum shaft and check,the choice of bearing and life ;Arrangements for the overall construction of coiler,describes the main component of the methods and steps of the installation ,commissioning,instal

6、lation,commissing,installation engineering budget of coiler was calculated. Keywords Coiler;design;check; The overall construction; The installation; budget目 錄1.緒論11.1選題的背景和目的11.1.1卷取機(jī)簡介11.1.2卷取機(jī)作用11.1.3卷取機(jī)背景21.1.4研究卷取機(jī)目的21.2冷軋窄帶鋼卷取機(jī)國外發(fā)展?fàn)顩r31.2.1卷取機(jī)研究的發(fā)展31.2.2冷軋卷取機(jī)研究的現(xiàn)狀51.3課題的研究方法和容61.3.1課題研究的容62.冷軋窄

7、帶鋼卷取機(jī)方案的選擇與評述82.1卷取機(jī)傳動的方案及方案分析82.2主要零部件的選擇93.電動機(jī)的選擇113.1帶鋼力的計(jì)算及最大力的確定113.2卷取機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇123.2.1卷筒直徑的確定123.2.2卷筒筒身長度的確定123.3初選電動機(jī)容量133.4電動機(jī)軸上的力矩計(jì)算153.5電動機(jī)的校核164.卷取減速機(jī)的選擇184.1選取減速器185.主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算195.1卷筒軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算195.1.1軸的材料195.1.2卷筒軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算195.1.3卷筒軸的設(shè)計(jì)205.1.4軸的計(jì)算225.2 卷筒軸軸承的計(jì)算325.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)336.卷取機(jī)安裝施工方案356.1施

8、工流程圖356.2安裝方案的確定366.3操作要點(diǎn)366.3.1基礎(chǔ)驗(yàn)收檢測基準(zhǔn)測設(shè)366.3.2墊板安裝376.3.3卷取機(jī)滑道安裝、找正376.3.4卷取機(jī)安裝、找正386.3.5傳動底座找正386.3.6卷筒主體找正397.安裝施工概預(yù)算分析407.1 機(jī)械設(shè)備安裝消耗量定額包括的主要容407.2 安裝消耗量定額應(yīng)用的條件407.3 有關(guān)費(fèi)用的規(guī)定407.4冷軋窄帶鋼卷取機(jī)安裝預(yù)算417.4.1 安裝工程的分部分項(xiàng)工程量清單綜合單價的計(jì)算417.4.2 安裝工程造價計(jì)算448.安裝調(diào)試與驗(yàn)收468.1底座468.2機(jī)架478.3傳動裝置498.5試車509.結(jié)論5210.致53參考文獻(xiàn)5

9、41. 緒論1.1選題的背景和目的1.1.1卷取機(jī)簡介在熱連軋機(jī)生產(chǎn)帶鋼時，要求把熱態(tài)（550750）帶鋼卷纏成卷。目前大多數(shù)采用卷板機(jī)作為熱帶鋼卷取設(shè)備，卷板機(jī)一般安設(shè)在車間地坪以下，故亦可稱為地下卷取機(jī)。為了使卷板機(jī)取得良好的卷取效果，一般在卷取過程中采用一定的卷取力1。卷取機(jī)是冷、熱軋胸口帶鋼生產(chǎn)中的重要輔助設(shè)備之一，用于收集超長軋件，將其卷取成卷以便于貯藏和運(yùn)輸1。卷取機(jī)是軋鋼車間的重要輔助設(shè)備，它廣泛用于連續(xù)式或可逆式軋制、精整機(jī)組，按其用途可分為：熱帶材卷取機(jī)、冷帶材卷取機(jī)、小型線材卷取機(jī)等3。卷取機(jī)是車間的重要輔助設(shè)備2。在熱軋生產(chǎn)中，為了滿足軋機(jī)連續(xù)生產(chǎn)的需要，一般在精軋機(jī)的出

10、口處設(shè)置23臺卷取機(jī)交替使用，所以，卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著軋機(jī)，特別是連軋機(jī)組生產(chǎn)能力的發(fā)揮。在冷軋生產(chǎn)中，在酸洗機(jī)組中，在酸連軋機(jī)組的出口布置卡羅塞爾卷取機(jī)，來保證帶鋼的酸洗時間和效果，在連續(xù)退火和連續(xù)鍍鋅機(jī)組中，在處理線的出口端布置兩臺卷取機(jī)交叉的使用，滿足工藝段爐子的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，對強(qiáng)力、穩(wěn)定和高效卷取機(jī)的研究一直很受重視2。1.1.2卷取機(jī)作用卷取是軋鋼生產(chǎn)工藝中的最后一道工序，也是一個相當(dāng)復(fù)雜的變形過程。具有工作負(fù)荷大、環(huán)境惡劣、故障率高等特點(diǎn)，既影響著連軋的產(chǎn)量、質(zhì)量，又是后續(xù)酸洗、鍍鋅的保障。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶鋼生產(chǎn)目前大部分均采用連續(xù)化成卷生產(chǎn)。在帶鋼生產(chǎn)過程中需要用

11、帶鋼卷取設(shè)備完成帶鋼成卷、開卷機(jī)卷頭平整等工序，以便實(shí)現(xiàn)帶鋼生產(chǎn)的連續(xù)化、機(jī)械化及自動化。軋鋼生產(chǎn)的實(shí)踐證明，卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著軋機(jī)，特別是對生產(chǎn)能力的發(fā)揮起著重要的作用3。因此，對于帶鋼卷取設(shè)備的研究一直受到高度的重視。卷取機(jī)是一個集機(jī)械、電氣、液壓、控制、傳動為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，并且在非常惡劣的環(huán)境下工作，因此帶材在卷取時容易出現(xiàn)卷形不良，如：松卷、塔形、劃傷、起筋、粘結(jié)等質(zhì)量問題。而在我國絕大部分鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的連軋帶鋼生產(chǎn)線中的卷取設(shè)備則較為舊，屬于上世紀(jì)六十年代國際水平，卷取系統(tǒng)存在著很多缺陷，在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題也很多，帶鋼卷形不良始終困擾著絕大多數(shù)鋼鐵企業(yè)4。因此，對于研究

12、卷取過程有著十分重要的意義。1.1.3卷取機(jī)背景近年來，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛，已成為全球鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)量最大的國家5。但是，就目前我國鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，尤其是國自主軋制生產(chǎn)技術(shù)的自主研發(fā)與國際先進(jìn)水平相比還有很大的差距。一些高精尖軋制機(jī)械設(shè)備和相關(guān)工藝技術(shù)還要依賴引進(jìn)，部分鋼材品種還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國的需要，尤其是產(chǎn)品的尺寸精度、形狀精度、組織性能等技術(shù)指標(biāo)均與國際先進(jìn)水平相比存在著相當(dāng)大的差距。隨著建筑、汽車、機(jī)械、家電、造船、集裝箱、石化、軍工、航天等制造業(yè)的高度發(fā)展，不斷的促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)特別是板帶材生產(chǎn)的快速發(fā)展。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，板帶在鋼材生產(chǎn)和消費(fèi)中所占的比重，將隨著國家工業(yè)化的進(jìn)程

13、而增加。當(dāng)我國從建筑業(yè)為主要支柱產(chǎn)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向加工制造業(yè)為主要支柱產(chǎn)業(yè)時，鋼材的板帶比將超過555。目前，發(fā)達(dá)國家鋼材產(chǎn)品的板帶比均保持在65以上，美國已經(jīng)達(dá)到了70以上，預(yù)計(jì)在未來的發(fā)展中，我國鋼材生產(chǎn)的板帶比還將逐步上升5。因此，從長遠(yuǎn)來看，鋼材生產(chǎn)中增加板帶材產(chǎn)品的比例仍還是我國鋼材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向。1.1.4研究卷取機(jī)目的現(xiàn)如今，國冶金行業(yè)保持良好的發(fā)展事態(tài)，各鋼鐵公司在不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的同時，也注重企業(yè)裝備的改良和升級。在此情況下，冷帶鋼卷取機(jī)作為一種重要的軋鋼輔助設(shè)備將勢必成為各鋼鐵公司所要使用和改造的主要生產(chǎn)對象。由于大型冶金設(shè)備的市場價值很高，可以斷定該設(shè)備市場前景廣闊，所

14、以從經(jīng)濟(jì)和社會效益的角度出發(fā)，我們不能完全依賴于國外，而應(yīng)逐步使之國產(chǎn)化。在我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展初期，我國的設(shè)計(jì)人員只做過一些限于卷筒壓力和強(qiáng)度的測定和研究。八十年代，國對卷取的研究大都是針對卷筒壓力的計(jì)算，借鑒和發(fā)展了國外的一些研究成果4。探討并確定了鋼卷徑向壓縮系數(shù)和一種理論計(jì)算方法，對卷取機(jī)卷筒單位壓力有了進(jìn)一步的認(rèn)識6。 圖1.1 鞏義鋁板卷取機(jī)1.2冷軋窄帶鋼卷取機(jī)國外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1卷取機(jī)研究的發(fā)展隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，軋制工藝在不斷進(jìn)步，卷取機(jī)要適應(yīng)現(xiàn)代連續(xù)軋制的高效率高質(zhì)量生產(chǎn)，其生產(chǎn)呈現(xiàn)以下幾個明顯趨勢7:（1） 更高的卷速。卷取速度從1m.s-1發(fā)展到40m.s-1，目前世界上

15、卷取機(jī)最快的卷取速度60m.s-1。更快的卷取速度既能有效地防止帶鋼的跑偏現(xiàn)象，又能極提高帶卷的成形效率。卷取機(jī)的卷取速度還朝著更快的方向發(fā)展。（2） 更自動化的控制。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，控制理論也在逐步完善，以及這些理論和技術(shù)在卷取機(jī)上的廣泛應(yīng)用，使卷取運(yùn)行機(jī)的準(zhǔn)確性、靈敏度得以極提高。（3） 更良好的卷取穩(wěn)定性。伴隨著沖擊振動理論和實(shí)踐的發(fā)展，人們對工作環(huán)境要求不斷提高，卷取機(jī)的使用壽命要求也越來越長。減少噪聲，提高抗沖擊性能，是卷取機(jī)發(fā)展極為重要的一個任務(wù)。（4） 更高的產(chǎn)品質(zhì)量和精度要求。伴隨著高精度軋制要求的廣泛提出，在帶鋼連軋生產(chǎn)中，卷取機(jī)為機(jī)組提供恒定的前力和平穩(wěn)的卷取速度，以

16、及保證帶卷良好卷形的生產(chǎn)技術(shù)要求，不斷地被強(qiáng)調(diào)8。上世紀(jì)六七十年代，主要是針對卷取機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，相關(guān)研究比較多的是前聯(lián)和日本的學(xué)者，也有其它的一些國家如德國、英國等8。前聯(lián)和日本的很多學(xué)者研究過與卷筒相關(guān)的問題，于是便提出了各種設(shè)計(jì)卷筒要考慮的鋼卷徑向壓力的計(jì)算公式，有些公式作的假設(shè)忽略掉了一些重要的因素，部分學(xué)者將這些因素考慮進(jìn)去，如鈴木弘、荒木甚一郎等就在文章中提到了帶材層間摩擦力的因素9。Wadsley和Edwards簡單建立了計(jì)算鋼卷部應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型10。在國，重型機(jī)械廠機(jī)械科學(xué)研究所和重型機(jī)械研究所做過一些只限于卷筒壓力和強(qiáng)度的測定和研究，昭針對有色金屬加工，提出了卷取

17、機(jī)卷筒徑向力計(jì)算的昭公式11。由于當(dāng)時計(jì)算水平有限，都沒有在卷取過程中帶鋼的力學(xué)行為進(jìn)行深入詳細(xì)的分析。八十年代，國對卷取的研究都針對于卷筒壓力的計(jì)算，借鑒了和發(fā)展了國外的一些研究成果12。把卷筒單位壓力的計(jì)算當(dāng)作彈性理論平面問題進(jìn)行解決，得出考慮鋼卷各向異性的卷筒單位壓力計(jì)算公式，在聯(lián)人的研究基礎(chǔ)之上探討了確定鋼卷徑向壓縮系數(shù)的一種理論計(jì)算方法，對卷取機(jī)卷筒的單位壓力有了更大一步的認(rèn)識，此間由冶金周國盈編著的帶鋼卷取設(shè)備對卷取設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)性的介紹，書中給出了帶鋼卷取設(shè)備結(jié)構(gòu)一個比較全面的認(rèn)識，較為詳細(xì)的闡述了力卷取機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算等問題12。九十年代至今，國外都側(cè)重于卷取力的控制及模型的研究1

18、2。對于力控制，分別提出：卷取恒力控制新方法、建立和探討卷取數(shù)學(xué)模型、卷取力的變參數(shù)控制、設(shè)定卷取過程中力曲線等方法12。國外如國學(xué)者也對卷取過程中的力控制進(jìn)行了研究，提出卷取時的最佳力曲線，認(rèn)為交錯纏繞、鋼卷滑移、刮傷等大多數(shù)操作問題發(fā)生在鋼卷卷取期間；而且不合適的卷取力工藝設(shè)定和不充分的卷筒設(shè)計(jì)導(dǎo)致快速卷取的不穩(wěn)定性，致使出現(xiàn)卷形不良等現(xiàn)象12。這些文獻(xiàn)對于帶鋼卷取過程中帶鋼應(yīng)力的分布及其對卷取力的影響和要求未作研究。近年來，由于對鋼卷板形提出了越來越嚴(yán)格的要求，而作為保證板形的一個重要環(huán)節(jié)，卷取工藝也引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注，國外也出現(xiàn)了一些關(guān)于卷取過程鋼卷部應(yīng)力和卷筒單位壓力的文獻(xiàn)。其

19、中國連家創(chuàng)教授等人對卷取過程中鋼卷部的三維應(yīng)力分布和卷筒單位壓力進(jìn)行了深入研究4。1.2.2冷軋卷取機(jī)研究的現(xiàn)狀在冷軋帶鋼生產(chǎn)時，常采用冷軋卷取機(jī)來把帶鋼卷成鋼卷。根據(jù)軋制工藝和帶鋼卷取精度的要求，一般采用卷筒式力卷取機(jī)來作為冷軋帶鋼卷取設(shè)備，并在卷取工作中采用較大的力來得到滿意的卷取質(zhì)量。冷帶鋼卷取機(jī)按其用途分為大力卷取機(jī)和精整卷取機(jī)兩類。按卷筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為實(shí)心卷取機(jī)、四棱錐卷取機(jī)、八棱錐卷取機(jī)及四斜楔形和弓形塊卷取機(jī)等6。前三種強(qiáng)度好，徑向剛度大，常用于軋制線做大力卷取;后兩種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，常用于低力的各種精整線6。在國，由中國重型機(jī)械研究院研制生產(chǎn)的卷取機(jī)采用連桿-柱塞式卷筒，

20、又稱八棱錐式棱錐軸卷筒，由連桿式卷筒和柱塞式卷筒復(fù)合而成，其卷筒的縮徑動作主要由連桿完成，而徑向力主要是柱塞式斜楔承受，既采用了連桿縮徑動作靈活的有點(diǎn)，又利用了斜楔體承重穩(wěn)定可靠，以及彈簧消除連桿孔間隙、減緩沖擊的優(yōu)點(diǎn)，克服了連桿式卷筒容易磨損出現(xiàn)間隙和柱塞式卷筒彈簧易疲勞的缺點(diǎn)13。卷筒的工作可靠，工作時沖擊力小，在卸卷時不易塌卷，工作效率高，是目前國小力卷取機(jī)工作性能比較理想的卷筒結(jié)構(gòu)13。在國外，具備進(jìn)行機(jī)電液和自動化整體設(shè)計(jì)制造能力的公司有很多，水平比較高的公司有德國SMS-DEMAG公司、日本三菱重工業(yè)公司(MHI)等4。由日本新日鐵公司和日立公司聯(lián)合研制生產(chǎn)的油壓式地下卷取機(jī)是世界

21、上第一臺卷取性能良好和可靠性較高的油壓式地下卷取機(jī)，它能夠自壓緩震，并采用緩震框架降低其沖擊作用，實(shí)現(xiàn)頭幾圈便能立即卷緊了，進(jìn)而用助卷輥的彈跳機(jī)構(gòu)消除頭幾圈帶鋼表面的壓痕。其中助卷輥采用了油壓式，同時還安裝了振動式框架，小框架與助卷輥框架之間設(shè)置了強(qiáng)力緩沖器，為確保助卷輥的有效壓緊時間，在檢測出帶鋼頭部的厚度之后，又采用了在帶鋼通過之前能實(shí)現(xiàn)助卷輥彈跳的裝置；此外在降低沖擊力之前，還要防止助卷輥的晃動，因此在各個主要的支高點(diǎn)部位都采用了錐形套和滾動軸承，在晃動制動機(jī)構(gòu)上安裝空壓缸，形成了在助卷輥框架任意位置都能夠吸收晃動4。目前，世界上應(yīng)用于冷連軋機(jī)組最先進(jìn)的卷取機(jī)是卡羅塞爾雙卷筒式卷取機(jī)，國

22、卷取設(shè)備的引進(jìn)也是以卡羅塞爾卷取機(jī)為主14。目前我國正使用卡羅塞爾卷取機(jī)的機(jī)組有寶鋼1420、1550酸洗冷軋機(jī)組、鞍鋼1780酸洗冷連軋機(jī)組以及馬鋼1700酸洗冷連軋機(jī)組等8。 圖1.2 進(jìn)口卷取機(jī)1.3課題的研究方法和容1.3.1課題研究的容 本論文分析了國外鋼鐵業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，說明了卷取機(jī)在軋制業(yè)中的重要地位和作用。并對卷取機(jī)設(shè)備所涉及到的重要力能參數(shù)進(jìn)行了分析，同時也采用了一些經(jīng)驗(yàn)公式，并對卷取機(jī)的主要組成部分電機(jī)與卷筒芯軸進(jìn)行了詳細(xì)的分析與計(jì)算。此外，還涉及了卷取機(jī)的安裝、安裝施工概預(yù)算分析及安裝調(diào)試與驗(yàn)收。主要容包括以下幾點(diǎn): 卷取機(jī)的概述主要介紹了卷取機(jī)的分類,了解卷取機(jī)所經(jīng)歷的改進(jìn)

23、歷程,以及卷取機(jī)的發(fā)展和在鋼鐵行業(yè)中的地位。 卷取機(jī)的主要力能參數(shù)選擇為了使帶鋼卷緊，在卷取的過程要是卷取的帶鋼上有一定的力，及稱為力卷取。所以應(yīng)合理的選取卷筒電動機(jī)，論文分析了力矩的計(jì)算等。 卷取機(jī)關(guān)鍵部位的強(qiáng)度分析運(yùn)用材料力學(xué)計(jì)算出軸的應(yīng)力、變形和軸承壽命等，并進(jìn)行了軸的強(qiáng)度校核、軸的剛度校核等。 卷取機(jī)的安裝設(shè)計(jì)方案 安裝施工概預(yù)算分析 安裝調(diào)試與驗(yàn)收2.冷軋窄帶鋼卷取機(jī)方案的選擇與評述2.1卷取機(jī)傳動的方案及方案分析冷軋窄帶鋼卷取機(jī)的驅(qū)動裝置一般是由電動機(jī)、傳動部分等幾部分組成。傳動部分可以采用標(biāo)準(zhǔn)減速器傳動或采用皮帶傳動。小型冷軋窄帶鋼卷取機(jī)一般是指輥身長在400mm以下的冷帶鋼軋機(jī)

24、。設(shè)計(jì)卷取的方案有兩種：一種是電機(jī)通過減速機(jī)傳動卷筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)行卷取。另一種是電機(jī)通過皮帶傳動再通過減速機(jī)傳動卷筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)行卷取。見圖如下圖2.1 直流電機(jī)傳動圖2.2 直流電機(jī)一級皮帶傳動第一種方案由于沒有采用一級皮帶傳動、精度高，只要與主軋機(jī)調(diào)速圍配合好可以保證恒力軋制。第二種方案由于采用直流電機(jī)一級皮帶傳動，力不恒定，但是如果出現(xiàn)過載現(xiàn)象可以利用皮帶的打滑，很好的保護(hù)好傳動裝置和電機(jī)。皮帶傳動裝置便于制造，并且成本低，但如果機(jī)構(gòu)傳動比較大時，則容易造成外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊等不利因素。 所以本論文中選擇第一種方案。 方案的結(jié)構(gòu)選擇，卷筒采用弓形塊，它的脹縮用凸輪機(jī)構(gòu)，由于軋機(jī)的速度不高，凸輪

25、機(jī)構(gòu)加工方案簡單，所以容易加工制造。鉗口采用凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時，夾緊后自鎖忽略以便于卷取后松開。2.2主要零部件的選擇電動機(jī)：電機(jī)的選擇有直流電動機(jī)與交流電機(jī)。直流電動機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械，其優(yōu)點(diǎn)為：1 調(diào)速性能較好、調(diào)速圍廣、易于平滑調(diào)節(jié)；2 起動及制動的轉(zhuǎn)矩比較大，易于快速起動和停車；3 直流電機(jī)易于控制。交流電動機(jī)是將交流電的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種機(jī)械，其優(yōu)點(diǎn)為：1 與直流電機(jī)相比，由于沒有了換向器，所以結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，較牢固；2 易于做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容積的電動機(jī)；3 功率覆蓋圍大。直流電動機(jī)與交流電動機(jī)相比較，由于直流電機(jī)調(diào)速方便、換向簡單，且技術(shù)比較成

26、熟。而交流電機(jī)功率較大，但其調(diào)速相比較麻煩，所以本文中選用直流電動機(jī)。 齒輪：斜齒圓柱型齒輪與直齒輪相比，其優(yōu)點(diǎn)主要有嚙合性能好，工作平穩(wěn)、噪聲小且沖擊?。恢睾隙却螅咚?、重載。4 降低了每對輪齒所承受的載荷，相對提高了載荷能力并延長了使用壽命。又因?yàn)樾饼X標(biāo)準(zhǔn)齒輪所不產(chǎn)生根切最少齒數(shù)和直齒輪相比要少，因此，采用斜齒輪傳動能得到更為緊湊的傳動機(jī)構(gòu)。聯(lián)軸器：在卷取機(jī)工作中，卷筒軸可能會出現(xiàn)各種偏移，所以應(yīng)選擇彈性或剛性可移動聯(lián)軸器。又因?yàn)樵诰硗补ぷ髦校惺艿氖亲冚d荷，故選用彈性聯(lián)軸器。3.電動機(jī)的選擇3.1帶鋼力的計(jì)算及最大力的確定卷取機(jī)在卷繞帶鋼時，必須要有一定的卷取力6。卷取機(jī)卷取力的大小取決

27、于其工作狀態(tài)及產(chǎn)品規(guī)格，不合適力數(shù)值將會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。過大的卷取力會影響產(chǎn)品部金相組織，以及使設(shè)備電機(jī)容量增大15；反之，過小的卷取力數(shù)值亦會影響產(chǎn)品質(zhì)量以及出現(xiàn)帶鋼跑偏15。由此可見，卷取力數(shù)值過大或者過小，均會直接影響到卷取機(jī)正常工作。因此，在選擇數(shù)值時應(yīng)慎重。設(shè)計(jì)時，一般可以依照經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步的計(jì)算，然后可再按生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)加以最后確定。各種生產(chǎn)線上的卷取應(yīng)力值是不同；軋制卷取時，需要考慮加工硬化因素；精整卷取薄帶時，應(yīng)力應(yīng)取大值6。 （3.1）式中： ：單位力，; ：帶鋼屈服極限，。 表3.1 冷軋帶鋼的單位力值帶鋼厚度h， 0.31 12 24單位力， 0.50.8 0.

28、20.5 0.10.2所以 （3.2） 式中： ：卷取力，； ：帶鋼寬度，; ：帶鋼厚度，。 為使冷帶鋼恒力,軋制帶鋼的表面最大力選取。3.2卷取機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇3.2.1卷筒直徑的確定由于卷取機(jī)所應(yīng)用的工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以其類型也比較多。卷筒直徑的選擇一般應(yīng)考慮到帶鋼在卷筒上彈塑性彎曲程度、卷筒強(qiáng)度及帶卷塌卷等問題16。由于本課題研究的是冷軋窄帶鋼卷取機(jī)，考慮到冷軋帶材卷取機(jī)的工藝特點(diǎn)，其卷筒直徑通常以卷取過程中層帶材不產(chǎn)生塑性變形為設(shè)計(jì)原則來選擇17。設(shè)計(jì)時可以考慮以下的經(jīng)驗(yàn)方法： 冷帶鋼卷取時 (3.3) 若卷取機(jī)所卷取的帶材的厚度圍很大，那么方案就要發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)上就要采用卷筒可

29、變換形式或者能夠加套筒的結(jié)構(gòu)方案，這樣就可以根據(jù)不同帶材厚度來選擇不同直徑的卷筒，可以防止較厚鋼帶在直徑比較小的卷筒上出現(xiàn)塑性變形或者比較薄的鋼帶卸卷后應(yīng)為孔比較大從而出現(xiàn)鋼卷塌卷的現(xiàn)象17。卷筒上卷取鋼卷的工作部分的長度尺寸應(yīng)選擇等于或稍微大于所軋制鋼帶寬度尺寸，卷筒直徑的脹縮量應(yīng)選擇在大概1549，因此，取卷筒直徑 3.2.2卷筒筒身長度的確定卷筒筒身工作部分長度應(yīng)等于或者稍大于軋輥輥身長度，卷筒直徑脹縮量約為1540。由寬度可得，所以取卷筒筒身長度 3.3初選電動機(jī)容量 1、選擇電動機(jī)的類型卷取機(jī)電動機(jī)首先要滿足調(diào)速要求，由于卷取機(jī)的調(diào)速圍需要在1:3以上并且要求調(diào)速連續(xù)穩(wěn)定平滑，所以首

30、選用直流電動機(jī)或變頻調(diào)速電動機(jī)8。直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:調(diào)速圍較廣且更易于平滑調(diào)節(jié);過載起動制動力矩大；調(diào)速時的能量消耗小控制可靠性高等方面15。因此選用直流電機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓，Z型。2、選擇電動機(jī)的容量電動機(jī)所需的工作功率為 （3.4）式中 ：指卷取機(jī)的卷取機(jī)構(gòu)力卷取所需功率； ：不確定系數(shù)，取1.1。 (3.5)式中 ：塑性彎曲及摩擦影響系數(shù)，取； ：卷取力，； ：卷取速度,； ：由電動機(jī)至卷取機(jī)卷取機(jī)構(gòu)的總效率。由電動機(jī)至卷取機(jī)卷取機(jī)構(gòu)的總效率為 （3.6）式中：分別是聯(lián)軸器、軸承、齒輪傳動、卷筒傳動的效率。取得 所以 根據(jù)電動機(jī)容量，由有關(guān)手冊可查出初選電機(jī)型號：Z4-225

31、-11， 額定功率，轉(zhuǎn)速,效率，重量18。表3.3 電動機(jī)參數(shù)型號額定功率額定轉(zhuǎn)速弱磁轉(zhuǎn)速效率重量Z4-225-11 33 450 1000 76.5 6803、確定帶卷的最大卷徑 （3.7）式中 :帶卷外徑，; :卷筒直徑，； ：帶卷寬度，； ：卷材密度，。設(shè)定質(zhì)量噸，由式（3.7）可得 卷取力控制的實(shí)質(zhì)在于如果卷取線速度保持固定不變且采用電流控整器使電樞電流保持不變，就可以保證力的穩(wěn)定8。為了保持力不變需保持卷取機(jī)卷取帶鋼線速度不變。事實(shí)上，隨著卷徑的變化卷取帶鋼的速度也是不斷變化的這就需要電動機(jī)有一定的調(diào)速能力調(diào)速圍應(yīng)保證滿足下式： (3.8)式中 、：卷筒的最大轉(zhuǎn)速和基速； 、 ：帶卷

32、的外徑和徑。所以電動機(jī)調(diào)速滿足要求。3.4電動機(jī)軸上的力矩計(jì)算1、電動機(jī)至卷筒的轉(zhuǎn)速比卷筒的轉(zhuǎn)速n筒為 (3.9) 式中 ：卷筒的轉(zhuǎn)速，； : 卷取速度，； ：卷筒直徑，。速比為 (3.10)所以速比，本論文中取4.3。 2、電機(jī)軸上的最大力矩計(jì)算 （3.11）式中 :電機(jī)軸上的最大力矩，； :力對電機(jī)軸的阻力矩，； :加速卷取時形成的電機(jī)軸阻力矩，； :卷筒軸承摩擦形成的電機(jī)阻力矩，。 （3.12）式中 :帶卷外徑，; :由電動機(jī)至卷取機(jī)卷取機(jī)構(gòu)的總效率 ：卷取力； :電機(jī)至卷筒的減速比。 (3.13)由于和所產(chǎn)生的力矩比較小因此可以在確定時選取一個比較大值來彌補(bǔ)產(chǎn)生的力矩所以有 綜合考慮各

33、種因素因此取。3.5電動機(jī)的校核 在初選完電機(jī)并確定了傳動比之后應(yīng)對電機(jī)過載能力進(jìn)行校核即應(yīng)滿足下列條件 (3.14)式中 :電動機(jī)的過載系數(shù)，?。?電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，直流電機(jī)取. (3.15) 將式（3.15）代入式（3.14）中得 根據(jù)上述校核結(jié)果可以確定該電機(jī)校核通過。4卷取減速機(jī)的選擇4.1選取減速器選用減速器的公稱輸入功率，應(yīng)滿足： (4.4) 式中 :計(jì)算功率，; 載荷功率，; :減速器公稱輸入功率； 工況系數(shù)（即使用系數(shù)）,本文取1； 啟動系數(shù)，本文取1； 可靠度系數(shù)，本文取1。所以 故根據(jù)傳動比及其功率選取減速器為一級減速機(jī)，減速機(jī)輸入功率為。表4.1 減速機(jī)參數(shù)減速機(jī)型號轉(zhuǎn)速

34、輸入功率傳動比75031.54.35主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算5.1卷筒軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1.1軸的材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼18鋼軸的毛坯多數(shù)用于軋制圓鋼和鍛件其中有的直接采用圓鋼由于碳鋼比合金鋼相對廉價對應(yīng)力集中的敏感度較低同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度19，故軸的材料選用40CrNi。調(diào)質(zhì)后有良好的綜合力學(xué)性能低溫沖擊韌性良好用于制造要求強(qiáng)度高韌性高的零件。5.1.2卷筒軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 圖5.1 卷取機(jī)簡圖卷筒軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算要推算各軸的轉(zhuǎn)矩如上圖5.1，現(xiàn)將傳動裝置各部分軸由高速到低速依次定為1軸、2軸、3軸（此軸為卷取軸）以及 為相鄰兩軸間的傳動比 為相鄰兩軸間

35、的傳動效率 為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩，由電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩及相鄰兩軸間的傳動效率得 （5.1） 5.1.3卷筒軸的設(shè)計(jì)各軸段所需的直徑與軸上的載荷有關(guān)在初步確定軸的直徑時一般情況下是不知道支反力的作用點(diǎn)并且不能決定彎矩的大小及其分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑18。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此可根據(jù)軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑d，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，逐步的一一確定各軸段的直徑 19。 圖5.2 卷筒軸簡圖（1） 軸外伸段直徑初步估計(jì)減速器和軸均通過聯(lián)軸器與電機(jī)軸聯(lián)接則外伸段軸徑與電

36、機(jī)軸徑相差不可以特別大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器所以初選外伸段軸直徑。電機(jī)型號為,。初部估計(jì)。（2） 選擇聯(lián)軸器及確定減速器外伸段直徑根據(jù)傳動裝置的工作條件擬選用梅花形彈性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩 (5.2)式中 :工況系數(shù),取 動力機(jī)系數(shù),取 啟動系數(shù),取 :溫度系數(shù)，由參考文獻(xiàn)18查聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)數(shù)，軸孔直徑，。參考圖5.2，若取軸外伸段軸直徑，可選聯(lián)軸器軸孔，所以聯(lián)軸器能滿足要求，聯(lián)軸器。（3） 根據(jù)軸向定位要求確定軸各段的直徑與長度19根究圖5.2，為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位段右端需要制造出一個軸肩，故取,左端用軸端擋圈定位段，長度應(yīng)該小于，故取。初選圓錐滾子軸承，

37、因?yàn)?，查文獻(xiàn)21表21-1可選標(biāo)準(zhǔn)精度的圓錐滾子軸承30216，其尺寸為，故,。因軸段上有氈圈，查文獻(xiàn)21表23-10，取氈圈，所以取。取，。又因?yàn)橛叶司硗捕危?，所以軸段的直徑需大于,取，查文獻(xiàn)18表7-2-79可選用圓錐滾子軸承32924，取。5.1.4軸的計(jì)算1、卷筒軸的受力分析 為了方便及結(jié)算現(xiàn)將卷筒軸的受力分析圖及其彎矩扭矩圖給出，如下圖圖5.3 卷筒軸的載荷分析圖 H面的受力分析如上圖5.3所示 （5.3） （5.4）V面的受力分析如圖5.3所示 （5.5） （5.6） H面的彎矩如圖5.3所示 （5.7） V面的彎矩如圖5.3 （5.8） H面與V面的合彎矩如圖5.3 （5.9）

38、 卷筒軸扭矩計(jì)算 現(xiàn)將卷筒軸受力分析計(jì)算列表如表5.1表5.1 卷筒軸受力分析數(shù)據(jù)載 荷水 平 面 H垂 直 面 V支 反 力 N 彎 矩 總 彎 矩扭 矩 2、卷筒軸強(qiáng)度校核計(jì)算(1) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 （5.10）式中 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； :軸所受的扭矩，； :軸的抗扭截面系數(shù)，； :計(jì)算截面處軸的直徑，； :許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，由文獻(xiàn)19知。根據(jù)上圖5.3由于扭矩是定值在截面中截面的軸徑最細(xì)，故扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核只計(jì)算截面，再由式（5.10）得 根據(jù)計(jì)算結(jié)果扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度滿足要求。(2) 按彎扭合成校核計(jì)算a 、判斷危險截面截面所受到的彎矩比較小，因此主要考慮扭矩對它的影響，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地所確定的，所以截面無需進(jìn)行校核。從應(yīng)力集中對軸疲勞強(qiáng)度的影響進(jìn)行考慮，截面處過盈配合、軸肩、鍵槽所引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載情況來考慮，截面處的應(yīng)力