卷取機本科畢業(yè)設計論文

第頁冷軋窄帶鋼卷取機摘要冷軋卷取機是軋鋼車間中的重要輔助設備，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，卷取機技術逐漸被國內(nèi)外研究人員所重視。本文首先對卷取機的類型、工藝特點和發(fā)展狀況等進行了概括性介紹，并對卷取機的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了概述；其次，對卷取機的主要部件進行了設計、選擇和校核，主要包括：電機的容量選擇、減速器的選擇；對傳動系統(tǒng)進行了設計，主要包括：卷筒軸的設計與校核，軸承的選擇和壽命的計算；制定卷取機的總體施工方案，敘述了主要部件的安裝、調(diào)試的方法和步驟，計算了卷取機的安裝工程預算。關鍵詞卷取機；設計；校核；施工方案；安裝；預算ColdRollingTensioncoilerAbstractColdRollingTensioncoileristheimportantassistantequipmentincoldrollingworkshop.Theworkingstateofthecoilerdirectlyinfluencestheproductqualityofstripsteel.Itiswidelyusedinpickling,annealingandgalvanizationprocessline.Withthecooperationofotherequipmentinthedeliveryofline,itwillrewindproductstripintocoil.Inrecentyears,withincreasingsurfacequalitybyusersrequireonstripandincreasinglyfiercemarketcompetition,coilingtechnologywasgradualattentionbythedomesticandinternationalresearcher.Thispaperfirstdescribethetypeofcold-rolledcoiler，technologicalfeatures,development,summarythecoilerstructureandworkingprinciples;Secondly,Amajorpartofthereelofthedesign,choiceandcheck,mainlyincluding:choice,thechoiceofgearreducermotorcapacity;Onthetransmissionsystemdesign,mainlyincluding:thedesignofthedrumshaftandcheck,thechoiceofbearingandlife;Arrangementsfortheoverallconstructionofcoiler,describesthemaincomponentofthemethodsandstepsoftheinstallation,commissioning,installation,commissing,installationengineeringbudgetofcoilerwascalculated.KeywordsCoiler;design;check;Theoverallconstruction;Theinstallation;budget卷取機是一個集機械、電氣、液壓、控制、傳動為一體的復雜系統(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)線中的卷取設備則較為陳舊，屬于上世紀六十年代國際水平，卷取系統(tǒng)存在著很多缺陷，在實際生產(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，對于研究卷取過程有著十分重要的意義。1.1.3卷取機背景近年來，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，尤其是國內(nèi)自主軋制生產(chǎn)技術的自主研發(fā)與國際先進水平相比還有很大的差距。一些高精尖軋制機械設備和相關工藝技術還要依賴引進，部分鋼材品種還遠遠不能滿足國內(nèi)的需要，尤其是產(chǎn)品的尺寸精度、形狀精度、組織性能等技術指標均與國際先進水平相比存在著相當大的差距。隨著建筑、汽車、機械、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)達國家的經(jīng)驗，板帶在鋼材生產(chǎn)和消費中所占的比重，將隨著國家工業(yè)化的進程而增加。當我國從建筑業(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55％[5]。目前，發(fā)達國家鋼材產(chǎn)品的板帶比均保持在65％以上，美國已經(jīng)達到了70％以上，預計在未來的發(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研究卷取機目的現(xiàn)如今，國內(nèi)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，冷帶鋼卷取機作為一種重要的軋鋼輔助設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。由于大型冶金設備的市場價值很高，可以斷定該設備市場前景廣闊，所以從經(jīng)濟和社會效益的角度出發(fā)，我們不能完全依賴于國外，而應逐步使之國產(chǎn)化。在我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展初期，我國的設計人員只做過一些限于卷筒壓力和強度的測定和研究。八十年代，國內(nèi)對卷取的研究大都是針對卷筒壓力的計算，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)和一種理論計算方法，對卷取機卷筒單位壓力有了進一步的認識[6]。圖1.1鞏義鋁板卷取機1.2冷軋窄帶鋼卷取機國內(nèi)外發(fā)展狀況1.2.1卷取機研究的發(fā)展隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展，軋制工藝在不斷進步，卷取機要適應現(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]:更高的卷速。卷取速度從1m.s-1發(fā)展到40m.s-1，目前世界上卷取機最快的卷取速度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，又能極大地提高帶卷的成形效率。卷取機的卷取速度還朝著更快的方向發(fā)展。更自動化的控制。計算機技術的不斷發(fā)展，控制理論也在逐步完善，以及這些理論和技術在卷取機上的廣泛應用，使卷取運行機的準確性、靈敏度得以極大地提高。更良好的卷取穩(wěn)定性。伴隨著沖擊振動理論和實踐的發(fā)展，人們對工作環(huán)境要求不斷提高，卷取機的使用壽命要求也越來越長。減少噪聲，提高抗沖擊性能，是卷取機發(fā)展極為重要的一個任務。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，卷取機為機組提供恒定的前張力和平穩(wěn)的卷取速度，以及保證帶卷良好卷形的生產(chǎn)技術要求，不斷地被強調(diào)[8]。上世紀六七十年代，主要是針對卷取機的設計進行了大量的研究，相關研究比較多的是前蘇聯(lián)和日本的學者，也有其它的一些國家如德國、英國等[8]。前蘇聯(lián)和日本的很多學者研究過與卷筒相關的問題，于是便提出了各種設計卷筒要考慮的鋼卷徑向壓力的計算公式，有些公式作的假設忽略掉了一些重要的因素，部分學者將這些因素考慮進去，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簡單建立了計算鋼卷內(nèi)部應力分布數(shù)學模型[10]。在國內(nèi)，上海重型機械廠機械科學研究所和西安重型機械研究所做過一些只限于卷筒壓力和強度的測定和研究，蔣昭針對有色金屬加工，提出了卷取機卷筒徑向力計算的蔣昭公式[11]。由于當時計算水平有限，都沒有在卷取過程中帶鋼的力學行為進行深入詳細的分析。八十年代，國內(nèi)對卷取的研究都針對于卷筒壓力的計算，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算當作彈性理論平面問題進行解決，得出考慮鋼卷各向異性的卷筒單位壓力計算公式，在蘇聯(lián)人的研究基礎之上探討了確定鋼卷徑向壓縮系數(shù)的一種理論計算方法，對卷取機卷筒的單位壓力有了更大一步的認識，此間由上海冶金設計院周國盈編著的《帶鋼卷取設備》對卷取設備進行了系統(tǒng)性的介紹，書中給出了帶鋼卷取設備結(jié)構(gòu)一個比較全面的認識，較為詳細的闡述了張力卷取機的設計計算等問題[12]。九十年代至今，國內(nèi)外都側(cè)重于卷取張力的控制及模型的研究[12]。對于張力控制，分別提出：卷取恒張力控制新方法、建立和探討卷取數(shù)學模型、卷取張力的變參數(shù)控制、設定卷取過程中張力曲線等方法[12]。國外如韓國學者也對卷取過程中的張力控制進行了研究，提出卷取時的最佳張力曲線，認為交錯纏繞、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；而且不合適的卷取張力工藝設定和不充分的卷筒設計導致快速卷取的不穩(wěn)定性，致使出現(xiàn)卷形不良等現(xiàn)象[12]。這些文獻對于帶鋼卷取過程中帶鋼應力的分布及其對卷取張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者的關注，國內(nèi)外也出現(xiàn)了一些關于卷取過程鋼卷內(nèi)部應力和卷筒單位壓力的文獻。其中國內(nèi)連家創(chuàng)教授等人對卷取過程中鋼卷內(nèi)部的三維應力分布和卷筒單位壓力進行了深入研究[4]。1.2.2冷軋卷取機研究的現(xiàn)狀在冷軋帶鋼生產(chǎn)時，常采用冷軋卷取機來把帶鋼卷成鋼卷。根據(jù)軋制工藝和帶鋼卷取精度的要求，一般采用卷筒式張力卷取機來作為冷軋帶鋼卷取設備，并在卷取工作中采用較大的張力來得到滿意的卷取質(zhì)量。冷帶鋼卷取機按其用途分為大張力卷取機和精整卷取機兩類。按卷筒結(jié)構(gòu)特點，可分為實心卷取機、四棱錐卷取機、八棱錐卷取機及四斜楔形和弓形塊卷取機等[6]。前三種強度好，徑向剛度大，常用于軋制線做大張力卷取;后兩種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，常用于低張力的各種精整線[6]。在國內(nèi)，由中國重型機械研究院研制生產(chǎn)的卷取機采用連桿-柱塞式卷筒，又稱八棱錐式棱錐軸卷筒，由連桿式卷筒和柱塞式卷筒復合而成，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，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，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[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，是目前國內(nèi)小張力卷取機工作性能比較理想的卷筒結(jié)構(gòu)[13]。在國外，具備進行機電液和自動化整體設計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是世界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，它能夠自壓緩震，并采用緩震框架降低其沖擊作用，實現(xiàn)頭幾圈便能立即卷緊了，進而用助卷輥的彈跳機構(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置了強力緩沖器，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部位都采用了錐形套和滾動軸承，在晃動制動機構(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，世界上應用于冷連軋機組最先進的卷取機是卡羅塞爾雙卷筒式卷取機，國內(nèi)卷取設備的引進也是以卡羅塞爾卷取機為主[14]。目前我國正使用卡羅塞爾卷取機的機組有寶鋼1420、1550酸洗冷軋機組、鞍鋼1780酸洗冷連軋機組以及馬鋼1700酸洗冷連軋機組等[8]。圖1.2上海進口卷取機1.3課題的研究方法和內(nèi)容1.3.1課題研究的內(nèi)容本論文分析了國內(nèi)外鋼鐵業(yè)發(fā)展狀況，說明了卷取機在軋制業(yè)中的重要地位和作用。并對卷取機設備所涉及到的重要力能參數(shù)進行了分析，同時也采用了一些經(jīng)驗公式，并對卷取機的主要組成部分電機與卷筒芯軸進行了詳細的分析與計算。此外，還涉及了卷取機的安裝、安裝施工概預算分析及安裝調(diào)試與驗收。主要內(nèi)容包括以下幾點:卷取機的概述主要介紹了卷取機的分類,了解卷取機所經(jīng)歷的改進歷程,以及卷取機的發(fā)展和在鋼鐵行業(yè)中的地位。卷取機的主要力能參數(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張力，及稱為張力卷取。所以應合理的選取卷筒電動機，論文分析了力矩的計算等。卷取機關鍵部位的強度分析運用材料力學計算出軸的應力、變形和軸承壽命等，并進行了軸的強度校核、軸的剛度校核等。卷取機的安裝設計方案安裝施工概預算分析安裝調(diào)試與驗收2.冷軋窄帶鋼卷取機方案的選擇與評述2.1卷取機傳動的方案及方案分析冷軋窄帶鋼卷取機的驅(qū)動裝置一般是由電動機、傳動部分等幾部分組成。傳動部分可以采用標準減速器傳動或采用皮帶傳動。小型冷軋窄帶鋼卷取機一般是指輥身長在400mm以下的冷帶鋼軋機。設計卷取的方案有兩種：一種是電機通過減速機傳動卷筒旋轉(zhuǎn)進行卷取。另一種是電機通過皮帶傳動再通過減速機傳動卷筒旋轉(zhuǎn)進行卷取。見圖如下圖2.1直流電機傳動圖2.2直流電機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，只要與主軋機調(diào)速范圍配合好可以保證恒張力軋制。第二種方案由于采用直流電機一級皮帶傳動，張力不恒定，但是如果出現(xiàn)過載現(xiàn)象可以利用皮帶的打滑，很好的保護好傳動裝置和電機。皮帶傳動裝置便于制造，并且成本低，但如果機構(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，它的脹縮用凸輪機構(gòu)，由于軋機的速度不高，凸輪機構(gòu)加工方案簡單，所以容易加工制造。鉗口采用凸輪機構(gòu)設計時，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：電機的選擇有直流電動機與交流電機。直流電動機是實現(xiàn)機械能與交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械，其優(yōu)點為：調(diào)速性能較好、調(diào)速范圍廣、易于平滑調(diào)節(jié)；起動及制動的轉(zhuǎn)矩比較大，易于快速起動和停車；直流電機易于控制。交流電動機是將交流電的電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種機械，其優(yōu)點為：與直流電機相比，由于沒有了換向器，所以結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，較牢固；易于做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容積的電動機；功率覆蓋范圍大。直流電動機與交流電動機相比較，由于直流電機調(diào)速方便、換向簡單，且技術比較成熟。而交流電機功率較大，但其調(diào)速相比較麻煩，所以本文中選用直流電動機。齒輪：斜齒圓柱型齒輪與直齒輪相比，其優(yōu)點主要有⑴嚙合性能好，工作平穩(wěn)、噪聲小且沖擊??；⑵重合度大，高速、重載。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。又因為斜齒標準齒輪所不產(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構(gòu)。聯(lián)軸器：在卷取機工作中，卷筒軸可能會出現(xiàn)各種偏移，所以應選擇彈性或剛性可移動聯(lián)軸器。又因為在卷筒工作中，承受的是變載荷，故選用彈性聯(lián)軸器。3.電動機的選擇3.1帶鋼張力的計算及最大張力的確定卷取機在卷繞帶鋼時，必須要有一定的卷取張力[6]。卷取機卷取張力的大小取決于其工作狀態(tài)及產(chǎn)品規(guī)格，不合適張力數(shù)值將會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。過大的卷取張力會影響產(chǎn)品內(nèi)部金相組織，以及使設備電機容量增大[15]；反之，過小的卷取張力數(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，卷取張力數(shù)值過大或者過小，均會直接影響到卷取機正常工作。因此，在選擇張數(shù)值時應慎重。設計時，一般可以依照經(jīng)驗公式進行初步的計算，然后可再按生產(chǎn)實踐的實際經(jīng)驗加以最后確定。各種生產(chǎn)線上的卷取張應力值是不同；軋制卷取時，需要考慮加工硬化因素；精整卷取薄帶時，張應力應取大值[6]。（3.1）式中：：單位張力， ;：帶鋼屈服極限，。表3.1冷軋帶鋼的單位張力值帶鋼厚度h，0.3~11~22~4單位張力，0.5~0.80.2~0.50.1~0.2所以（3.2）式中：：卷取張力，；：帶鋼寬度，;：帶鋼厚度，。為使冷帶鋼恒張力,軋制帶鋼的表面最大張力選取。3.2卷取機主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇3.2.1卷筒直徑的確定由于卷取機所應用的工作環(huán)境比較復雜，所以其類型也比較多。卷筒直徑的選擇一般應考慮到帶鋼在卷筒上彈塑性彎曲程度、卷筒強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，考慮到冷軋帶材卷取機的工藝特點，其卷筒直徑通常以卷取過程中內(nèi)層帶材不產(chǎn)生塑性變形為設計原則來選擇[17]。設計時可以考慮以下的經(jīng)驗方法：冷帶鋼卷取時(3.3)若卷取機所卷取的帶材的厚度范圍很大，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為內(nèi)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選擇在大概15~49，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等于或者稍大于軋輥輥身長度，卷筒直徑脹縮量約為15~40。由寬度可得，所以取卷筒筒身長度3.3初選電動機容量1、選擇電動機的類型卷取機電動機首先要滿足調(diào)速要求，由于卷取機的調(diào)速范圍需要在1:3以上并且要求調(diào)速連續(xù)穩(wěn)定平滑，所以首選用直流電動機或變頻調(diào)速電動機[8]。直流電動機的主要優(yōu)點表現(xiàn)在:調(diào)速范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，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓，Z型。2、選擇電動機的容量電動機所需的工作功率為（3.4）式中：指卷取機的卷取機構(gòu)張力卷取所需功率；：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)，??；：卷取張力，；：卷取速度,；：由電動機至卷取機卷取機構(gòu)的總效率。由電動機至卷取機卷取機構(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)電動機容量，由有關手冊可查出初選電機型號：Z4-225-11，額定功率，轉(zhuǎn)速,效率，重量[18]。表3.3電動機參數(shù)型號額定功率額定轉(zhuǎn)速弱磁轉(zhuǎn)速效率重量Z4-225-1133450100076.56803、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，。設定質(zhì)量噸，由式（3.7）可得卷取張力控制的實質(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，就可以保證張力的穩(wěn)定[8]。為了保持張力不變需保持卷取機卷取帶鋼線速度不變。事實上，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有一定的調(diào)速能力調(diào)速范圍應保證滿足下式：(3.8)式中、：卷筒的最大轉(zhuǎn)速和基速；、：帶卷的外徑和內(nèi)徑。所以電動機調(diào)速滿足要求。3.4電動機軸上的力矩計算1、電動機至卷筒的轉(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、電機軸上的最大力矩計算（3.11）式中:電機軸上的最大力矩，；:張力對電機軸的阻力矩，；:加速卷取時形成的電機軸阻力矩，；:卷筒軸承摩擦形成的電機阻力矩，。 （3.12）式中:帶卷外徑，;:由電動機至卷取機卷取機構(gòu)的總效率：卷取張力；:電機至卷筒的減速比。(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產(chǎn)生的力矩所以有綜合考慮各種因素因此取。3.5電動機的校核在初選完電機并確定了傳動比之后應對電機過載能力進行校核即應滿足下列條件(3.14)式中:電動機的過載系數(shù)，??；電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，直流電機取.(3.15)將式（3.15）代入式（3.14）中得根據(jù)上述校核結(jié)果可以確定該電機校核通過。4卷取減速機的選擇4.1選取減速器選用減速器的公稱輸入功率，應滿足：(4.4)式中:計算功率，;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，減速機輸入功率為。表4.1減速機參數(shù)減速機型號轉(zhuǎn)速輸入功率傳動比75031.54.35主要零部件的強度計算5.1卷筒軸的設計與計算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力集中的敏感度較低同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度[19]，故軸的材料選用40CrNi。調(diào)質(zhì)后有良好的綜合力學性能低溫沖擊韌性良好用于制造要求強度高韌性高的零件。5.1.2卷筒軸轉(zhuǎn)矩的計算圖5.1卷取機簡圖卷筒軸的轉(zhuǎn)矩計算要推算各軸的轉(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的傳動效率為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩，由電機軸的轉(zhuǎn)矩及相鄰兩軸間的傳動效率得（5.1）5.1.3卷筒軸的設計各軸段所需的直徑與軸上的載荷有關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力來確定軸的直徑[18]。但在進行軸的結(jié)構(gòu)設計前，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卷筒軸簡圖軸外伸段直徑初步估計減速器和軸均通過聯(lián)軸器與電機軸聯(lián)接則外伸段軸徑與電機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。電機型號為,。初部估計。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)矩計算轉(zhuǎn)矩(5.2)式中:工況系數(shù),取動力機系數(shù),取啟動系數(shù),取:溫度系數(shù)，由參考文獻[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。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Ⅰ段右端需要制造出一個軸肩，故取,左端用軸端擋圈定位Ⅰ段，長度應該小于，故取。初選圓錐滾子軸承，因為，查文獻[21]表21-1可選標準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[21]表23-10，取氈圈，所以取。取，，。又因為右端卷筒段，且，所以Ⅲ軸段的直徑需大于,取，查文獻[18]表7-2-79可選用圓錐滾子軸承32924，取。5.1.4軸的計算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）卷筒軸扭矩計算現(xiàn)將卷筒軸受力分析計算列表如表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、卷筒軸強度校核計算(1)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算（5.10）式中扭轉(zhuǎn)切應力，；:軸所受的扭矩，；:軸的抗扭截面系數(shù)，；:計算截面處軸的直徑，；:許用扭轉(zhuǎn)切應力，由文獻[19]知。根據(jù)上圖5.3由于扭矩是定值在截面中截面Ⅰ的軸徑最細，故扭轉(zhuǎn)強度校核只計算截面Ⅰ，再由式（5.10）得根據(jù)計算結(jié)果扭轉(zhuǎn)強度滿足要求。(2)按彎扭合成校核計算a、判斷危險截面截面Ⅱ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)強度較為寬裕地所確定的，所以截面Ⅱ無需進行校核。從應力集中對軸疲勞強度的影響進行考慮，截面Ⅳ處過盈配合、軸肩、鍵槽所引起的應力集中最嚴重；從受載情況來考慮，截面Ⅲ處的應力最大，故該軸所需要進行校核截面為Ⅲ右側(cè)和Ⅳ的右側(cè)。b、截面Ⅲ右側(cè)抗彎截面系數(shù)（5.11）抗扭截面系數(shù)（5.12）截面Ⅲ右側(cè)的彎矩為截面Ⅲ上的扭矩為截面上的彎曲應力（5.13）=截面上的扭轉(zhuǎn)切應力（5.14）軸的材料為40CrNi，調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[18]表15-1查得：，，，。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)和按參考文獻[18]附表3-2查取，又由參考文獻[18]附圖3-1可查得軸的材料的敏性系數(shù)為，故有效應力集中系數(shù)為（5.15）由參考文獻[18]附圖3-2查得尺寸系數(shù)由參考文獻[18]附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按磨削加工由參考文獻[18]附圖3-4得表面系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理，即，則綜合系數(shù)值為（5.16）（5.17）又由參考文獻[18,20]得碳鋼的特性系數(shù)，取，取于是，計算安全系數(shù)值，得（5.18）（5.19）（5.20）故經(jīng)校核截面Ⅲ安全。C、截面Ⅳ右側(cè)抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面Ⅲ右側(cè)的彎矩為截面Ⅲ上的扭矩為截面上的彎曲應力截面上的扭轉(zhuǎn)切應力軸的材料為40CrNi，調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[18]表15-1查得,，，。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按參考文獻[18]附表3-2查取，又由參考文獻[18]附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為，故有效應力集中系數(shù)為由參考文獻[18]附圖3-2查得尺寸系數(shù)由參考文獻[18]附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按磨削加工可由參考文獻[18]附圖3-4得表面系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理即，則綜合系數(shù)值為又由參考文獻[18,20]得碳鋼的特性系數(shù)，取，取于是計算安全系數(shù)值，得經(jīng)校核截面Ⅳ安全。5.2卷筒軸軸承的計算1、軸承類型及參數(shù)由于圓錐滾子軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷且便于拆卸，所以選用圓錐滾子軸承GBT297—1994由參考文獻[21]表21-3查得該軸承的，對于滾子軸承。2、求軸承受到的徑向載荷由5.1.4軸的計算可知，根據(jù)參考文獻[18]表13-5可知軸承的當量動載荷為（5.21）3、軸承的平均轉(zhuǎn)數(shù)（5.22）4、計算軸承壽命其中溫度系數(shù)，則（5.23）其中所以軸承滿足要求5.3凸輪機構(gòu)的設計1、凸輪機構(gòu)的應用在各種機械中，特別是自動機和自動控制裝置中廣泛采用各種形式的凸輪機構(gòu)[22]。凸輪機構(gòu)的最大優(yōu)點就是只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律而且響應快速，機構(gòu)簡單緊湊[22]。故此凸輪的規(guī)律運動可以達到卷筒夾緊和松開的要求。2、凸輪的運動規(guī)律的設計[22]圖5.4凸輪運動簡圖圖5.4凸輪運動簡圖中，以凸輪的回轉(zhuǎn)中心為圓心以圓為凸輪的基圓。圖示中凸輪輪廓由，兩段組成，當凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，推桿逐漸上移此時開始逐漸夾緊帶鋼卷；當凸輪轉(zhuǎn)到B位置時繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)，推桿由最大的位移處開始逐漸減小，此時開始松開帶鋼卷，方便卸卷。圖5.4中基圓半徑,外圓半徑,推桿的位移為,由此可見該凸輪機構(gòu)可滿足卷取機在開始工作時的夾緊卷和卷取后的松卷要求。故采用上述凸輪機構(gòu)可滿足設計要求。6卷取機安裝施工方案6.1施工流程圖二次灌漿二次灌漿墊板安裝基礎驗收/測量基準測設卷取機牌坊安裝卷筒軸承座安裝