拉丝机卷筒机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 摘 要 00拉丝 机共有 9套卷筒机构，进丝方向第一套承受转矩最大，为了减少设计计算量，只取第一套卷筒机构进行设计计算。每一 卷筒机构均有一独立的电机作为儿立动力源。本文对该卷筒机构的传动方案设计，动力电机的选择， 卷筒机构中的蜗杆传动及几何参数 的计算， 主轴 的几何参数计算，轴承承载能力和寿命的 校核计算 ，以及冷却系统的选取和布置均作了详细的说明介绍 。 关键词 ： 00 拉丝 机 ， 卷筒机构 ，拉丝强度，拉丝速度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 00 of a of to be in to of a to a an to up as to a in a as as 00 a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 前 言 00 拉丝机是目前国内较先进的拉丝设备，钢丝经多次拉拔成型。该拉丝机采用 动化控制，生产效率高，断丝率低，工人劳动强度小等优点。 卷筒机构是该拉丝机的重要组成部份， 其 主要完成在焊丝裹入药芯初步、成型后进行扎紧至焊丝要求直径的工作。 其旋转精度和热变形量都直接影响拉丝质量， 旋转精度和热变形量又受到其内部各传动部件的影响。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 中文摘要 . 英 文摘要 . 前言 . 录 . 1 章 绪论 . 1 芯焊丝的发展简介 . 1 丝机简介 . 2 第 2 章 总体结构设计 . 3 出问题 . 3 动路线设计 . 3 构布局设计 . 3 第 3 章 设计计算 . 4 算功率，分配传动比 . 4 杆蜗轮传动副几何参数计算及其校核 . 5 载能力计算 . 5 轮蜗杆几何参数计算 . 6 轮蜗杆 副的校核 . 12 杆 轴的校 核 计算 . 15 料选择、结构草绘 . 15 杆的受力分析及强度校核 . 16 轴的校 核 计算 . 21 料选择、结构草绘 . 21 轴受力分析及强度校核 . 21 承的校 核 . 23 杆不受推力端轴承 . 24 杆受推力端轴承 . 26 轴下端轴承 . 26 轴上端轴承 . 28 第 4 章 参考文献 . 30 第 5 章 致谢 . 31 第 6 章 附录 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 绪 论 药芯焊丝又称管状焊丝或粉芯焊丝，是继焊条和埋弧焊材之后的第四代焊接材料，它克服了手工焊条不能连续焊接的缺点，焊接效率可达手工焊条的 3时又克服了实心焊丝飞溅大，工艺性能差的缺点，并且可以通过调整药芯成分来焊接各种类型的钢材，因此在世界各发达国家中得到广 泛应用。 药芯焊丝的制造主要有三种工艺，盘圆法、冷轧钢带法和钢管法。 钢管法是传统的生产工艺，它生产工艺简单，但成本较高，国际上只有极少数厂家采用这种方法生产；盘圆法从根本上解决了药芯焊丝原材料初加工成本过高的问题，生产成本低，但技术难度较大 ； 钢带法成本比钢管法略低，技术难度也不大，是国际上普遍采用的生产方法 。 芯焊丝的发展简介 我国对药芯焊丝的研究开始的很早，几 乎 是和国外同步。 1958年北京第一次技术革新展览会上展示了机械工业部机械研究所的管状焊条。几乎同时天津大学张文钺先生等人也仿照前苏联的技术资 料进行了管状焊条的研究，该研究详细介绍了用模 状焊条芯”的工艺和装置。 国内较系统进行药芯焊丝的研究始于 68 年前后，当时机械部机械研究所（后来的郑州机械研究所）正式立项研究，并于 1969 年发表了国内第一篇关于药芯焊丝的论文，所研制的试验产品 1975 年前后在工程中得到试用。 1985 年底北京焊条厂在郑州机械所帮助下正式和英国 司签约，从该公司的厂引进一条全连轧式的药芯焊丝生产线，以及相应的药芯配方。该生产线于1987 年到货。该生产第一批产品 5t，于 1988年 6月正式发往太原重型机器厂试用。志着我国不能批量生产药芯焊丝历史的结束。 进入 90 年代以来，国内造船工业、冶金建设开始批量使用药芯焊丝。在市场需求的刺激下，国内焊接界迅速掀起一波又一波的药芯焊丝研制热和引进药芯焊丝生产线的浪潮。这个时期是中国药芯焊丝产业最关键的时期，奠定了中国药芯焊丝产业的技术和物质基础，并且产生了以天津三英焊业公司等为代表的国产药芯焊丝企业群体。 从 1997 年开始我国药芯焊丝产业进入稳定发展阶段。这个阶段的标志之一是 97 年中国机械工程学会确定药芯焊丝为第八次全国会议的热门议 题，引起焊接界更广泛的重视，仅 1997 年一年在会议和杂志上发表的有关药芯焊丝的论文就有 20 余篇，推动了药芯焊丝市场和产业走上健康发展的轨道。另一个标志是国产药芯焊丝不仅从质量上取得重大突破，从数量上也大幅度增加。 近年来中国药芯焊丝的市场消费量每年都以超过 30%以上的速度递增。 2001年总买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 消费量达到 16000t， 2002 年将达到 2 万吨左右。 近年国产药芯焊丝产量逐年快速递增， 2001 年总量超过 9 000 t ， 2002 年达到12000t，年增长率超过 30%，市场占有率从 95 年的不足 10% 上升到 2001 年的 60%。 日本药芯焊丝在中国市场的霸主地位从 98 年以后大幅度下滑， 1998 年日本药芯焊丝在中国的销售量近 3 000 t， 1999 年下滑一半以上。其中原因固然有 1998 年韩国产品借韩元贬值的机会，挤占了日本的市场份额，更是国产药芯焊丝产业崛起的结果。 丝机简介 近年三英公司和天津大学共同研制成 条生产线包括一台高速轧机，两台高速拉丝机 ，四台高速层绕机，设计产能为 4104t/年，生产线采用了变频调速系统， 制。钢带进口速度 100mm/丝机出口直径 ；最大出线速度 850mm/ 00 型拉丝机采用变频调速系统， 制，并采用多重冷却进行恒温控制，拉丝质量较稳定，断丝率低，生产效率高，是目前国际同行业中较先进的拉丝设备。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 章 总体结构设计 出问题 00 拉丝机共有 9 个卷筒，钢丝要经过 9 次拉拔，每一次的拉拔力矩和拉拔速度均有差异。进丝后的第 一个卷筒的拉拔速度最慢，而拉拔力矩最大，为减少设计工作量，只取第一个卷筒进行强度设计，其余卷筒只是相应的蜗轮蜗杆传动副传动比发生变化，其余尺寸均可保持不变。 设计 00 拉丝机卷筒机构，进丝速度 v=s，最大拉丝转矩 T= 1 ，拉丝机卷筒直径定为 D=900 由 601000 拉丝转速 m i rD 动路线设计 传动共用两级传动，先采用一级带传动，把电机的转矩传给工作机 ，再经过一级蜗杆蜗轮传动，实现大传动比的减速。蜗轮带动主轴转动，再将转矩传给卷筒实现卷丝，如图 1 图 2动路线示意图 构布局设计 为了让蜗杆有足够的润滑，蜗杆轴水平安装在下箱体，润滑油淹至蜗杆下部 1/3 处，蜗轮水平布置，轴心线垂直，安装在主轴上。主轴上端安装卷筒，为了卷筒与主轴联接可靠，定心准确，可在主轴上端安装卷筒部位，加工一锥度。 因拉丝过程中，钢丝与卷筒摩擦，会产生大量的热量，为保证成丝率，减少热变形，可在卷筒内部增加一喷水冷却系统，在下部加一风冷系统。为防止水冷系统的冷却水进入 主轴及蜗轮蜗杆传动副，就在卷筒与主轴间加一挡水圈，并采取相应的密封措施。 上、下箱体和卷筒均可采用砂型铸造。卷筒因外表面与钢摩擦，磨损量较大，因此可在相应部位车削一定厚度，然后堆焊一层耐磨硬质合金。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 章 设计计算 算功率 ,分配传动比 5 0 1012719 5 5 0 3 表 3械效率 种 类 效 率 带 传 动 平带无压紧轮的开式传动 带有压紧轮的开式传动 带交叉传动 带传动 杆 传 动 自锁蜗杆 头蜗杆 头蜗杆 头和四头蜗杆 弧面蜗杆传动 动轴承 球轴承（稀油润滑） 0 98（一对） 滚子轴承（稀油润滑） 0 98（一对） 查表 3 带 传动效率 深沟球轴承效率 二次包络蜗杆传动效率 圆锥滚子轴承效率 调心球轴承效率 总效率 54321 09 电机先取 列变频调速三相异步电动机基本技术条件符合 1 和 际和国家标准。本电机频率在 5 50 60围内作恒转矩调速运行，大于 50 60 100围内作恒功率调速运行。电机从低频到高频不仅运转平稳而且无转矩脉动现象。并且有较低的运行噪声和较高的起动转矩及较小的起动电流。能与国内外各种变频装置相配套。从而构成交流变频无级调速系统，该系统与其它调速方式相比，具有节能效果明显、调速性能好、调速比宽、快速响应、性能优良、运转平稳、外观美观等优点 。 查表 3电机 506312750 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3P 系列 8 极电机 50750r/号 标称功率定电流 额定转矩 额定转矩最大转矩转差率 % 9 1 26 5 35 0 2 47 0 63 7 75 5 92 5 110 5 145 0 182 10 220 32 265 60 320 动比分配 V 带传动副 21i 蜗杆蜗轮传动副 i 带传动的几何参数，本机构不做过多考虑 杆蜗轮传动副几何参数计算及其校核 载能力计算 蜗杆转矩 0 0 0 4211 蜗杆传递的功率 5432121 9550 i 710002 m 75275011d 757 1 0 001 蜗杆的计算功率 pc 1 0 711111 0 7 初取中心距 由图 14a=450文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮蜗杆几何参数计算 料选择 考虑到蜗杆传动难以保证高的接触精度，滑动速度较大，以及蜗杆变形等因素，故蜗杆、蜗轮不能同时用硬材料制造，其中之一（通常为蜗杆）应该用减摩性良好的软材料来制造。 蜗轮材料主要有以下几种：（ 1）铸锡青铜，用于 612和持续运转的工况；（ 2）铸铝 青铜，用于 0的工况，抗胶合能力差，蜗杆硬度应不低于 45 3）铸铝黄铜，点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于低滑动速度场合；（ 4）灰铸铁和球墨铸铁，适用于 的工况。 蜗杆材料主要有碳钢和合金钢，蜗轮直径很大时，也可采用青铜蜗杆，蜗轮则用铸铁。 表 3杆材料及工艺要求 材 料 热处理 硬度 表面粗糙度 m 40,45,452面 淬火 45 2002碳淬火 58 320氮 65 45,4002质 3 轮 材料及 设计数据 蜗杆材料 力学性能 设计数据 B sB s% 310Z Pa Pa 220 130 80 3(12) 47 265 115 12 （ 10锡青铜 30 170 90 4 47 425 190 26 240 120 70 12 52 350 165 12 （ 10锡青铜 70 140 80 7 52 430 190 26 490 180 100 13 64 250 400 10 (9铝 青铜 40 200 110 15 64 265 500 10 注： 1、材料栏中，“ 离心铸造，“ S”系砂型铸造。用金属模铸造的数据一般要比离心铸造的小一些。 2、本表适用于与淬硬，磨削蜗杆配对的蜗轮传动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3杆传动功率、传动比、中心距 蜗杆材料： 40氮 4555面淬火 轮材料：铸锡青铜 模铸造 本参数选择 普通圆柱蜗杆，虽然制造方便，但是其承载能力和传动效率相对较低；直廓环面蜗杆其承载能力是普通圆柱蜗杆的 4 倍，效率可达 是其工艺复杂，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 蜗杆齿修形技术难于掌握；用平面盘状铣刀 或平面砂轮在专用机床上按包络原理加工蜗杆的螺旋面，并以此螺旋面为母面，按包络原理加工出蜗轮齿面，以此组成平面二次包络蜗杆传动，蜗杆表面淬火并磨削可得到较高精度，其传动效率可达 载能力与直廓环面蜗杆承载能力相当，故此选用平面二次包络蜗杆传动。 蜗杆头数 21Z ，蜗轮齿数 查 表 3杆分度圆直径 d 取 150 3标准蜗杆分度圆直径 动 比 i 10 1005 蜗杆分度圆直径 )a (a (a ()a 注：表中 a 较大时括号内取较小值，当 何尺寸计算 蜗轮分度圆直径 5 01 5 09 0 02 12 蜗轮端面模数 t 径向间隙 齿顶高 齿根高 蜗杆喉部根圆直径 校验： 结论：合格 蜗杆齿顶圆直径 0211 蜗杆齿顶圆弧半径 1 蜗杆齿根圆弧半径 1 蜗轮齿顶圆直径 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 蜗轮齿根圆直径 蜗杆喉部螺旋导程角 ct ct id d齿距角 5245633603602 Z 蜗杆成形圆直径 2)2522s dd b 括号内取 23 查表 3标准系列值 320环面蜗杆传动基本参数 (中心距 a 第一系列 第二系列 成形圆 直径蜗轮齿顶圆弧半径2蜗轮齿顶圆弧半径2 B 组 200 348 42 45 350 335 55 50 342 125 140 (225) 392 47 50 305 278 60 55 385 140 160 250 435 55 55 440 420 68 60 430 160 180 (280) 490 60 60 495 475 75 70 478 180 200 320 560 65 70 565 540 85 80 550 200 225 (360) 630 75 75 635 505 95 90 615 225 250 400 700 85 85 705 670 110 100 685 250 280 (450) 790 95 95 798 760 120 110 775 280 320 500 880 105 105 890 840 140 125 855 320 360 (560) 980 120 120 990 940 150 140 955 360 400 630 1100 135 135 1110 1060 170 160 1080 400 450 (710) 1240 150 150 1255 1200 190 175 1230 450 500 800 1400 170 170 1420 1360 210 190 1390 500 560 注 ： 1、一般条件传动的的基本参数优先按第一系列选取。 2、属于下列情况之一按第二系列选取，低速重载 为蜗杆的跨度 )。 3、直线型环面蜗杆传动的 组，平面包络弧面蜗杆传动的基本参数选用第一系列时，选取 B 组，选用第二系列时，选取 A 组。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 分度圆齿形角 456226750320ar cs cs dd b 查表 3蜗杆包围蜗轮齿数 6Z 表 3蜗杆包围蜗轮齿数 Z 蜗杆工作半角 工作起始角 7373107194154562260 w轮齿宽 取 b=120杆工作长度 i i 蜗杆螺纹两侧肩带宽 取 10杆最大齿顶圆直径 221m a 2 蜗杆最大齿根圆直径 22 1m a 2 蜗轮齿顶圆弧半径 m a 母平面倾斜角 o o sc o o sa r c t a o o o o sa r c t a n式中： 蜗轮齿数 3065403 包围蜗 杆齿数 11Z 21Z 4 5 6 7 8 3 3.5 i 10 3010 30 4 6 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 蜗轮齿距 蜗轮节圆齿厚 2 蜗杆副圆周侧隙 53.0j 蜗杆节圆齿厚 蜗杆分度圆法向齿厚 蜗轮分度圆法向齿厚 蜗杆弦齿高 211 a r c s o cs 蜗轮弦齿高 222 a r c s o cs 查表 3杆啮入口修缘值 查表 3杆啮入口修缘长度 查表 3杆啮出口修缘值 蜗杆圆周速度 a m a 表 3平面 包络环面 蜗杆的 修缘值 传动比 i 中 心 距 a 504025606000400杆啮入口修缘值 551 :蜗杆啮出口的修缘值rc 32买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3平面 包络环面 蜗杆的修缘 长度 蜗杆包围蜗轮齿数 Z 3、 5 6 7 8 啮入口修缘长度 r 2P 2P 32P 32P 啮出口修缘长度c3P 2P 2P 32P 43P p 注 :表中 对滑动速度 s o o 查表 3量摩擦系数 025.0v021 v表 3钢 蜗杆和青铜蜗轮间的当量摩擦系数v及当量摩擦角v v v v v 2 75 55 45 056045 015034 024043 043013 013032 052022 032002 4 7 10 15 35 26 20 022041 002031 041021 031001 021550 011050 注 :削和抛光、 5的蜗杆，当有良好润滑时，应取上述范围内小值。 中系数应乘以 杆蜗轮副的校核 面接触疲劳强度验算 许用接触应力 m 转速系数 6 25000Z 接触疲劳强度极限接触疲劳强度最小安全系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 最大接触应力 3 2 弹性系数 根据蜗杆蜗轮副材料 查47查表 3用系数 K 查图 3触系数 合格 图 3触系数用于 也适用 ）； 用于 蜗杆。 表 3用系数 动力机工作特性 工作机工作特性 均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击 均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击 注：对于增速传动，建议取表值的 ；当外部机械与齿轮装置之间挠性联接， 可适当减小。 齿弯曲疲劳强度验算 齿根 弯曲疲劳极限 弯曲疲劳强度最小安全系数 自取 许用弯曲疲劳应力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮齿最大弯曲应力 2222 K 杆轴挠度验算 当蜗杆轴的啮合部位受力后，将使轴产生挠曲。挠曲量过大势必影响啮合状况，从而造成局部偏载甚至导致干涉。因此必须对其挠度进行校核。 材料弹性模量10210 轴惯性矩 46441 允许蜗杆 挠度 4 7 蜗杆轴 挠度 a nt a n 2232 a a 合格 度计算 蜗杆传动效率一般比齿轮传动和其它几种机械传动都要低，工作时会产生较多的热量。闭式箱体若散热条件不足，则易于造成润滑油温度过高而导致使用寿命降低，甚至有使蜗杆副发生胶合的危险。此处卷筒机构，为保证成丝率（单位生产量内的断丝次数），即要求各部热变形小。因此，必须对蜗杆传动进行温度计算。 传动啮合效率 v 搅油 效率 轴承效率 总效率 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 散热面积估算 箱体工作温度 01111 0 0 0 取 w 215200 为了控制蜗轮蜗杆副在许用工作温度范围内工作，应采用浸油润滑，并在润滑油内布置蛇开脱冷却水管，进行恒温控制。 杆轴的校核计算 轴的强度计算主要有三种方法：许用切应力计算；许用弯曲应力计算；安全系数校核计算。 许用切应力计算只需要知道转矩的大小，方法简便，便计算精度低。它主要用于下列情况：（ 1）传递以转矩为主的传动轴；（ 2）初步估算轴径以便进行结构设计；（ 3）不重要的轴。 许用弯曲应力计算必须知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨度、各段轴 径等参数。为此，常先按转矩估计轴径并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯矩合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。它主要用于计算一般重要和、弯扭复合的轴，计算精度中等。 安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、轴毂配合、表面粗糙度等细节。它主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且需要有足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。 一般转轴按许用弯曲应力计算已足够可靠。强度计算不能满足要求时，应修改 结构设计，两者相互配合、交叉进行。 料选择、结构草绘 料选用 为满足蜗杆轮齿要求，选用 40结构草绘 估算轴最小直径 查表 3 C=106 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3轴强度计算公式中的系数 C 轴的材料 0 275,35 45 408 12 15 20 25 30 35 40 45 52 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 3 考虑到同系列多件制造，且该轴跨度较大考虑刚强问题，取 00 画出蜗杆轴的结构布局草图 图 3-3 a、 V 带轮宽 238应短 5便安装挡板固定； b、 带轮右倾到箱体左倾距为 90出层端盖厚 28 3安装余量 ， 120 长 65 c、 130 为两个轴承