小型冷带钢卷取机设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计（论文）通过答辩 小型冷带钢卷取机设计 摘要 冷轧带钢的卷取绝大多数采用卷筒式卷取机，其设备配置较为简单，主要由卷筒及 其传动系统，压紧辊，活动支撑和推卷、卸卷等装置组成。 小型冷带钢卷取机不仅用来缠卷，有时还用来开卷。在轧制过程中依靠这类卷取设 备可以建立前后张力，这样可以降低轧制压力，改善轧辊的轧制稳定性。 根据现场调研， 原卷取机的张力较小， 现增加了带钢的张力， 同时重选了电机容量。 进行了主要零件的强度计算，并进行了轧机经济效益评价。该卷取机采用直流可调速电 机，保证卷取的恒定张力，提高了带钢的表面质量。 该轧机可供小型冷轧厂使用，具有良好的经济效益。 关键词：卷取机，表面质量，恒定张力 本科毕业设计（论文）通过答辩 the design of cold-strip reel abstract one of the cold-rolled belted steel fetches the overwhelming majority and adopts reel type a fetching machine, its device layout is comparatively simple, by the reel and transmission mainly , compress tightly the roller , support and pushes one , unload the devices , such as one ,etc. to make up in activity. small-scale cold a fetching machine of belted steel is not only used for twining one but also used for opening a book sometimes. tension before and after depending on this each and fetching equipment and can be set up in the rolling course, so can reduce the rolling pressure , improve the rolling stability of the roll . according to surveying and studying live, the tension of original fetching machines is relatively small, increase the tension with steel now, selected the capacity of the electrical machinery again at the same time . the intensity of carrying on the major part is calculated, and carry on the economic benefits of the rolling mill and appraise . this fetching machine adopts the adjustable speed electrical machinery of direct current, guarantee a invariable tension fetched, have improved the surface quality with steel. this rolling mill is for small-scale cold-rolled factory to use , have good economic benefits. keyword: cold-strip reel, surface quality, invariable tension 本科毕业设计（论文）通过答辩 目录 1 绪绪论论 1 1.1 选题的背景和目的1 1.2 带钢卷取机国内外发展现状3 1.3 冷带钢卷取机研究内容和方法4 2 冷带钢卷取机方案的选择与评述冷带钢卷取机方案的选择与评述7 3 电机的选择电机的选择 9 3.1 带钢张力的计算及最大张力的确定9 3.2 卷取机主要结构尺寸的选择9 3.3 初选电动机容量 10 3.4 电动机轴上的力矩的计算12 3.5 电动机的校核14 4 卷取减速机的选择与计算卷取减速机的选择与计算 16 4.1 减速机的速比的分配 16 4.2 减速机齿轮的计算16 5 主要零件的强度计算主要零件的强度计算 23 5.1 卷筒轴的设计与计算 23 5.2 卷筒轴轴承的计算34 5.3 凸轮机构的设计 36 6 润滑方法及润滑油的选择润滑方法及润滑油的选择 37 6.1 润滑油的选择37 6.2 润滑方法37 7 设备可靠性与经济评价设备可靠性与经济评价38 7.1 机械设备的有效度38 7.2 投资回收期 38 本科毕业设计（论文）通过答辩 结结论论40 致致谢谢41 参参 考考 文文 献献42 附附录录43 本科毕业设计（论文）通过答辩 小型冷带钢卷取机设计 1 绪论 1.1 选题的背景和目的 地上式卷取机是为与卷取宽带钢地下式卷取机相区别而提出的，它的类型很多。 又 由于它主要用于卷取窄带钢，所以称为窄带钢卷取机，按着其结构特点可分为无筒式卷 取机和卷筒式卷取机。 无筒式辊式卷取机不是往卷筒上卷取带钢， 而是将带钢送到弯曲辊间弯曲后卷绕成 钢带也称为打卷机。由于结构简单、卸卷方便，用于带钢表面要求不高的冷卷 25 毫米 厚的带钢或热带钢卷取。 冷带钢卷取机是冷钢生产的重要设备用于酸洗机组的卷取、 纵切机组成品窄带条的 卷取和冷轧机的卷取等。将轧制的很长的冷带钢卷成钢卷以便恒张力轧制，有利于生产 运输和贮存如图 1.1 所示各类冷轧机上卷取机布置图。 本科毕业设计（论文）通过答辩 a 可逆式b 不可逆式c 连续式 1 开卷机2 卷取机3 导向辊4 压板5 轧机 图 1.1 各类冷轧机上卷取机布置 1.1.1 张力问题 张力在冷轧机轧制过程中起重要作用。张力轧制可以降低轧制负荷，使板型平直， 提高带钢表面质量。同时张力卷取使钢卷卷紧，整齐。为此，轧制冷带刚时，在保证不 损伤带钢的前提下， 均采用大张力轧制。 在可逆轧制24毫米的带钢张应力0=（0.10.2） s，对轧制 0.31 毫米带钢0=（0.50.8）s。在连轧时张应力常取0=（0.30.5）s， 本科毕业设计（论文）通过答辩 张力由前后卷取来实现。 1.1.2 调速问题 在带钢卷取过程中，钢卷直径是变化的。为保证钢卷外层线速度与轧机速度相适应 并保证张力恒定，就要求卷取机速度是可调的，其速度调整范围应满足轧机速度变化和 卷径变化两种情况。在张力恒定范围内，根据张力计发出的信号，调整电机转速。 1.1.3 卷取机的边缘控制 在轧机组中，带钢由于各种原因，在行进中会产生左右偏斜即跑偏，为使最后卷取 的钢卷边缘整齐。在卷取机上常设置边缘控制即跑偏控制机构。通常采用移动液压缸， 使换取机在滑道上根据带钢的偏斜程度左、右移动以使钢卷整齐。选题的背景就是对卷 取机重要性和它的特点的基础而选择冷带钢卷取机的设计。 其目的就是对小四辊前后卷 取机进行改进设计。因为小四辊的卷取机原设计卷径很小，随着使用过程中小径影响生 产的发展，只有采用大直径带钢生产生产率才能提高，为此必须扩大卷取电机的调速范 围，以保证卷取机生产要求。卷取设有推卷装置夹紧机构有时夹不紧而使带钢卷不紧。 为此，这次设计对小型带钢卷取机进行研究，根据存在的问题制出合理的改进方案， 使 卷取机夹紧装置和胀缩机构满足工艺要求。选择合适电机满足调速范围，通过计算保证 在最大张力下各零件的强度为提高带钢质量保证实现恒张力轧制。 1.2 带钢卷取机国内外发展现状 热带钢卷取机是地下卷取机，最早是人辊式卷取机即由 8 个成型辊和导板组成。 由 于成型辊和导板太多，相互间缝隙多容易发生卡钢事故。另外，成型辊和卷筒间缝隙不 均匀，压力不等。卷取成塔形多严重时卡钢不能工作。为减少事故改成四辊式每个成型 辊单独驱动，结构简单多了工作可靠，但随着钢卷直径加大压紧不好，不能卷大直径的 钢卷。以后又采用二辊式卷取机结构更简单成型辊小，但导板长度增加，卷取困难， 只 用于厚度大的带钢。 现在采用三辊式卷取机，采用计算机进行控制。卷筒与最后一架精轧机直接建立张 力卷取最好自动控制卷取是近代最好的卷取机，为防止悬臂卷筒弯曲采用活动支承。 冷带钢卷取机是地上卷取机，早期冷带钢卷取机选用圆柱形实心卷筒，有夹紧机构 本科毕业设计（论文）通过答辩 的钳口无胀缩机构，采用重卷机以便卸卷。也可用在小型冷轧机上，不重卷只要卷筒反 转便可由人工取下带卷，以后发展成弓形块卷取机。该卷取机刚性差，弓形块结构不对 称，不利于高速，大负荷运转。为了满足高速大负荷要求又出现了扁形块式卷取机。 由 于扁形块结构对称、强度高，可在冷轧机上使用多年。近年来，冷轧机向告诉、大重卷、 自动化方向发展。 为保证卷取质量， 减少卷取机的转动惯量， 采用八棱锥扇形块卷取机。 最近卷取机又采用牙条扇形块式无缝隙卷筒，用于窄带冷轧机上。 卷取机的胀缩机构开始时采用凸轮机构，以后又发展成四棱锥、八棱锥用液压缸移 动锥轴使弓形块、扇形块位置变化达到胀缩的目的。最近新的卷取机反回来又采用凸轮 机构代替四棱锥， 为保证板边整齐采用液压缸推动卷取机在滑座上移动进行自动控制板 边缘保证边缘齐整。 1.3 冷带钢卷取机研究内容和方法 1.3.1 冷轧机组平面布置和卷取机的作用 200 冷轧机组平面布置如图 1.2 所示 1 卷取机（前、后各一台）2 张力辊（前、后各一组） 3 200 冷轧机4 机前压板5 转盘 图 1.2 200 冷轧机平面布置图 200 冷轧机是四辊可逆式轧机，工艺过程是将钢卷平放到转盘 5 上，用钳子夹头钢 头经机前压板送入轧机由机后卷取机卷几圈后把压板压紧进第一道轧制。 轧完后其带钢 尾部由机前卷取机卷好几圈进行逆轧制。这时压板抬起由前后卷取机产生前后张力， 一 般轧五道次后卸卷退火再重复上述流程进行轧制以便轧薄。 本科毕业设计（论文）通过答辩 卷取机的作用卷取带钢并产生前、后张力。 1.3.2 冷带钢卷取机的类型和特点 1、实心卷筒卷取机 实心卷筒卷取机，卷筒呈实心圆柱形，这种卷取机的优点是结构简单，卷筒具有很 大的强度和刚度，用于卷取薄带钢或张力很大钢卷很重的可逆式冷轧带钢轧机上，缺点 是卷筒直径不能胀缩，为了卸卷则要增设一台可胀缩卷筒的重卷机，当轧制终了时， 带 钢从实心卷筒往重卷机上重卷并卸卷。现安装在 1400 偏入辊冷轧机上。 2、弓形块卷筒卷取机 弓形块式卷取机卷筒直径能胀缩，钳口能夹紧和松开，夹紧带钢头部和卸卷均较方 便。但由于弓形块刚性较弱，故这种卷取机多用在横切、酸洗、热处理及涂层机组。 弓 形块卷筒按其胀缩机构的类型可分为凸轮式、斜楔式和径向活塞式等。弓形块式卷筒的 主要缺点是卷筒的结构不对称、质量分布不均衡，因此不能在高速，大负荷下运转。 为 此，这种卷筒多用在冷轧机车间的精整机组中。 3、扇形块式卷取机 扇形块式卷取机的卷筒由四个扇形块组成。 卷筒的胀缩靠扁形块下面四棱锥轴的轴 向运动来实现。因此，四棱锥扇形块式卷筒是这样卷取机的基本形式。由于四棱锥扇形 块式卷取机卷筒结构对称、强度高。因此，广泛用于冷连轧机组、平整机组和单机座可 逆或不可逆冷轧机组中。这种卷取机结构简单强度好，但由于卷筒胀开时扇形块之间有 很大缝隙，这在卷取薄带时会产生压痕影响带钢表面质量。 近年来，冷轧机向高速、大重卷、自动化方向发展。为保证钢卷质量。在卷取机结 构上也做了较大的改进。采用小转动惯量以便使制动和调速，卷筒采用四棱锥加镶条的 结构即八棱锥式卷取机。卷筒胀开时是个完整的圆柱体。当四个棱锥移动时，镶条沿心 轴的斜面径向移动卷筒胀开，镶条正好填满扁型块式之间的缝隙卷筒是完整的圆柱形。 由于四棱锥和四棱锥镶条扇形块式卷筒质量分布均匀，结构强度高、使用可靠，要求加 工精度高。现在在连轧机力 1/2，因而有可能在满足工艺要求的前提下，适当减少结构 的强度，简化机械加工。特别在窄带钢冷轧机上更为合适。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1.3.3 带钢卷取机研究内容和方法 为搞好带钢卷取机的设计，按下列步骤和方法进行 1、下厂收集资料了解同类卷取机的工作特点和生产中存在的问题， 查阅有关资料。 2、 制定设计方案，对存在问题进行设计改进，同时对方案的特点进行分析即方案 评述。 3、 选择传动系统进行电机容量的选择。 4、 对设计方案、主要零件进行设计计算，保证它们的强度和刚度要求。 5、 绘制总图、部分部件图和零件图。 6、说明设计方法和要求、提出对控制系统的设计要求。 7、 进行设计的经济分析与评价。 本科毕业设计（论文）通过答辩 2 冷带钢卷取机方案的选择与评述 小型冷带钢卷取机一般指辊身长在 400mm 以下的冷带钢轧机。我设计的题目冷轧 机辊身长有 200mm。卷取的方案有两种：一种是电机通过一级皮带传动再通过减速机 传动卷筒旋转进行卷取。另一种是电机通过减速机传动卷筒旋转进行卷取。见图 2.1 所 示 a 直流电机一级皮带传动b 直流电机传动 图 2.1 冷带钢卷取机方案图 第一种方案由于采用直流电机一级皮带传动，张力不恒定，但是如果过载可以利用 皮带的打滑保护传动装置和电机。主要应用不可逆冷轧机上。 本科毕业设计（论文）通过答辩 第二种方案由于没有采用一级皮带传动、精度高，只要与主轧机调速范围配合好可 以保证恒张力轧制。该设计采用第二种方案，因为冷轧机是 200 四辊可逆式冷轧机， 所 以选择该方案。 方案的结构选择，卷筒采用弓形块它的胀缩用凸轮机构，由于轧机的速度不高， 凸 轮机构加工方案简单，容易加工制造。钳口采用凸轮机构设计时夹紧后自锁忽略以便卷 取后松开。 经过现场实习调研，原卷取机的张力较小，所以这次设计中增加了带钢的张力， 同 时电机容量也有所增加，原轴承经过计算符合设计要求，故轴承还选原轴承。原卷取张 力小使得带钢表面质量较差，现增大张力后，提高了带钢的表面质量，并减减小了轧制 力。 设计改进有两个方便。第一，保证了恒张力轧制，张力的增加有效的提高了带钢表 面质量。第二，减小了轧制力。 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 电机的选择 3.1 带钢张力的计算及最大张力的确定 冷带钢卷取（尤其在轧制作业线上）突出的特点是采用较大张力。此外，由于张力 直接影响产品质量及尺寸精度，因此对张力的控制也有很严格的要求。现代大张力冷带 钢卷取机都采用双电枢或多电枢直流电机驱动，并尽量减小传动系统的传动惯量，提高 调速性能，以实现对张力的严格控制。各种生产线的卷取张应力不同。轧制卷取时， 应 考虑加工硬化因素；精整卷取薄带时，张应力应取大值。 s 2 . 0 0 （3.1） 式中：, 0 单位张力mpa； 带钢屈服极限， s mpa。 2152 . 0 0 43mpa hbt 0 1.2-1（3.2） 式中：t 卷取张力，n； 带钢宽度，bmm； 带钢厚度，hmm。 5 . 116043t 10320n 为了使冷带钢恒张力轧制提高带钢的表面质量最大张力取14tkn 3.2 卷取机主要结构尺寸的选择 3.2.1 卷筒直径的确定 对于冷轧带材卷取机， 卷筒直径的选择一般以卷取过程中内层带材不产生塑性变形 为设计原则。对热轧带材卷取机，则要求带材的头几圈产生一定程度的塑性变形，以便 本科毕业设计（论文）通过答辩 得到整齐密实的带卷。但是由于受卷筒强度和作业线工序互相衔接的限制，卷筒直径不 宜取得过小或过大。设计时可以考虑以下经验方法： 冷带钢卷取时 max 200150hd2.12（3.3） 5 . 1200150 300225mm 在卷取带材的厚度范围很大，则应采取可更换卷筒或可加套筒方案，根据带材的厚 度和工艺要求变换卷筒直径， 防止厚带材在小直径卷筒上出现塑性变形或薄带材带卷因 内孔过大而出现塌卷现象。因此，取卷筒直径 265dmm 3.2.2 卷筒筒身长度的确定 卷筒筒身工作部分长度应等于或稍大于轧辊辊身长度， 卷筒直径的胀缩量约为 15 40 mm。 根据已知轧件最大宽度160bmm , 取卷筒筒身长度 200lmm 3.3 初选电动机容量 1、选择电动机的类型 按工作要求电机需要调速，因此选用直流电机，封闭式结构，电压 220/380 v，z 型。 2、选择电动机的容量 电动机所需工作功率为 a w d p p kw3.2-1（3.4） 式中： w p 工作机所需要工作功率，指卷取机的卷取机构张力卷取所需功率，kw； a 由电动机至卷取机卷取机构的总效率。 本科毕业设计（论文）通过答辩 a w vt kp 1000 2 kw3.2-2（3.5） 式中：；数，取塑性弯曲及摩擦影响系2 . 11 . 1 2 k 卷取张力，tn； 卷取速度，vm/s； a 由电动机至卷取机卷取机构的总效率。 由电动机至卷取机构的传动总效率为 43 3 2 2 1 a 3.2-5（3.6） 效率。齿轮传动、卷筒的传动分别为联轴器、轴承、式中： 4321 取级，不包括轴承效率）（齿轮精度为（滚子轴承），897 . 0 ,98 . 0 99 . 0 321 ， 96 . 0 4 ，则由式（3.6）得 96 . 0 97 . 0 98 . 0 99 . 0 32 a 86 . 0 将式（3.5） 、 （3.6）代入式（3.4）中得 a d vt kp 1000 2 86 . 0 1000 8 . 114000 2 . 1 16.35kw 根据电动机容量，由有关手册查出初选电机 z282，额定功率40 d pkw， 转速 7501500 r/min。 3、确定带卷的最大卷径 mbddw 2 2 4 （3.7） 式中：带卷外径， w dmm； 卷筒直径，dmm； 本科毕业设计（论文）通过答辩 带卷宽度，bmm； 卷材密度，mm； 带卷质量，mmm。 由式（3.7）得 2 4 d b m dw w d 2 265 8 . 7160 1054 420mm 卷取张力控制的实质在于，若卷取线速度不变，采用电流调整器使电枢电流保持恒 定，就可以保证张力恒定。为了保持张力不变，必须保持卷取机卷取带钢线速度不变。 事实上随着卷径变化，卷取带钢线速度是变化的。这就需要电动机有调速能力，调速范 围应保证满足下式 d d n n w r max 1.2-9（3.8） 式中：；卷筒的最大转速和基速、 r nnmax 带卷的外径和内径。、ddw 265 420 750 1500 420 w dmm（满足要求） 3.4 电动机轴上的力矩的计算 1、电动机至卷筒的转速比 卷筒的转速 筒 n （对应于最大卷径，最大机组速度时）为 d v n 60000 筒 1.2-5（3.9） 式中：卷筒转速， 筒 nr/min； 本科毕业设计（论文）通过答辩 卷取速度，vm/s； 卷筒直径，dmm。 265 8 . 160000 筒 n 79.129r/min 速比i为 筒 n n i r （3.10） 79.129 750 78 . 5 2、电机轴上的最大力矩计算 fjbtz mmmmm2.12-15a（3.11） 式中： z m 电机轴上的最大力矩，nm nm； t m 张力对电机轴的阻力矩，nm； b m 带材弯曲对电机轴的阻力矩，nm； j m 加速卷取时形成的电机轴阻力矩，nm； f m 卷筒轴承摩擦形成的电机轴阻力矩，nm。 3 0 10 2 hb i d m w t 2.12-16（3.12） 式中：带卷外径， w dmm； 带卷宽度，bmm； 带卷厚度，hmm； 单位张力， 0 mpa； 电机至卷筒的减速比。i 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 2 10 4 sb i hb m2.12-17（3.13） 式中：带卷宽度，bmm； 带卷厚度，hmm； 屈服极限， s mpa； 电机至卷筒的减速比。i 由式（3.12）得 3 10435 . 1160 78 . 5 2 420 t m 62.508nm 由式（3.13）得 3 2 10215 78 . 5 4 5 . 1160 b m 35 . 3 nm 由于 fj mm 和所产生的阻力矩比较小，可以在确定 z m 时选取一个比较的大的值来 弥补 fj mm 和产生的阻力矩。因此，将式（3.12） 、 （3.13）代入式（3.11）可以得 35 . 3 62.508 z m 97.511 z mnm 综合考虑各种因素，取 520 z mnm 3.5 电动机的校核 在初选完电机并确定了传动比之后，应该对电机过载能力进行校核，即应满足下列 条件 er z m m 2.12-15（3.14） 本科毕业设计（论文）通过答辩 式中：所选电机的过载系数； 电机额定力矩， er mnm； r d er n p m95503.2-17（3.15） 750 40 9550 33.509nm 将式（3.15）代入式（3.14）中得 33.509 86 . 0 3 . 1 520 nm 33.50912.465nm 根据上述校核结果，该电机校核通过。 本科毕业设计（论文）通过答辩 4 卷取减速机的选择与计算 4.1 减速机的速比的分配 1、电动机至卷筒的速比 卷筒的转速 筒 n （对应于最大卷径，最大机组速度时）为 d v n 60000 筒 式中：卷筒转速， 筒 nr/min； 卷取速度，vm/s； 卷筒直径，dmm。 265 8 . 160000 筒 n 79.129r/min 速比i为 筒 n n i r 79.129 750 78 . 5 2、确定减速机的速比 根据所选减速机为 jzq250 一级减速机，在从电机传动卷筒做卷取运动过程中，其 余传动部件（除减速机）的速比都为 1，故减速机的传动比为 78 . 5 1 ii 4.2 减速机齿轮的计算 1、确定该对齿轮的中心距 根据所选减速机 jzq250 得知，其中心距为 250amm 本科毕业设计（论文）通过答辩 2、选定模数 n m 、齿数和、 21 zz螺旋角 21 cos2 zz m a n 3.4（4.1） 式中：高速级齿轮中心距，amm； 模数 n m，mm； 齿数、 21 zz； 螺旋角。 一般 1 z =1730，158 。初选 1 z =25，10，则 12 ziz（4.2） 2578 . 5 145 由式（4.1）得 21 cos2 zz a mn 14525 10cos2502 9 . 2mm 由标准取 3 n mmm 由式（4.1）得 n m a zz cos2 21 3 10cos2502 13.164 取 164 21 zz 本科毕业设计（论文）通过答辩 1212 zizzzi， 1121 zizzz izzz1 121 i zz z 1 21 1 78 . 5 1 164 19.24 取 24 1 z 164 21 zz 12 164zz 24164 140 齿数比 24140 12 zz 83 . 5 与78 . 5 i的要求比较，误差为 0.9%，可用。于是由式（4.1）可得 a zzmn 2 cos 211 2502 140243 cos 1 471510 满足要求。 3、计算齿轮分度圆直径 小齿轮 cos 1 1 zm d n （4.3） 本科毕业设计（论文）通过答辩 471510cos 243 171.73mm 大齿轮 cos 2 2 zm d n 471510cos 1403 829.426mm 4、齿轮宽度 按强度计算要求，取齿宽系数为2 . 1 d ，则齿轮工作宽度 1 db d （4.4） 171.732 . 1 81.87mm 圆整为大齿轮宽度 90 2 bmm 取小齿轮宽度 95 1 bmm 5、齿根弯曲疲劳强度计算 f n safat f mb yyyfk 4.10-16（4.5） 式中：斜齿轮的齿形系数； fa y ；斜齿轮的应力校正系数 sa y 螺旋角影响系数。 y r d n p t 5 1 10 5 . 95（4.6） 式中：齿轮轴的扭矩， 1 tnmm； 由式（4.6）得 本科毕业设计（论文）通过答辩 750 40 10 5 . 95 5 1 t 5 10093 . 5 nmm 1 1 2 d t ft（4.7） 将式（4.6）代入式（4.7）得 171.73 10093 . 5 2 5 t f 4 10392 . 1 n 由参考文献4表 10-5 可以查出 65 . 2 fa y（4.8） 由参考文献4表 10-5 可以查出 58 . 1 sa y（4.9） 由参考文献4图 10-28 可以查出 93 . 0 y（4.10） 21 （4.11） 由参考文献4图 10-26 可以查出 92 . 0 76 . 0 21 、 由此可以得 92 . 0 76 . 0 68 . 1 齿轮传动许用应力 s k fefn f 4.10-12（4.12） 式中：疲劳强度安全系数s； 的系数考虑应力循环次数影响 fn k（可由参考文献4图 10-18 查得） ； 本科毕业设计（论文）通过答辩 齿轮疲劳极限 fe （可由参考文献4图 10-20 查得） 。 由式（4.12）得 4 . 1 50085 . 0 f 57.303mpa 载荷系数的计算 ffva kkkkk4.10-2（4.13） 由参考文献4表 10-2 可以查出 25 . 1 a k 由参考文献4图 10-8 可以查出 1 . 1 v k 由参考文献4表 10-3 可以查出 2 . 1 f k 由参考文献4图 10-13 可以查出 34 . 1 f k 因此，得 34 . 1 2 . 11 . 125. 1k 211 . 2 将式（4.7） 、 （4.8） 、 （4.9） 、 （4.10） 、 （4.11） 、 （4.12） 、 （4.13）代入式（4.5）得 68 . 1 395 93 . 0 58 . 1 65 . 2 10392 . 1 211 . 2 4 f 30.250mpa57.303 f mpa 齿根弯曲强度满足要求。 6、接触疲劳强度校核 heh t h zz u u db fk 1 1 4.10-20（4.14） 式中：齿数比；u 本科毕业设计（论文）通过答辩 弹性影响系数， e zmpa1/2； 区域系数。 h z 载荷系数的计算 hhva kkkkk（4.15） 由参考文献4表 10-3 可以查出 2 . 1 h k（4.16） 由参考文献4表 10-4 可以查出 4011 . 1 h k（4.17） 因此，得 4011 . 1 2 . 11 . 125 . 1 k 312 . 2 由参考文献4图 10-30 可以查出 5 . 1 h z（4.18） 由参考文献4表 10-6 可以查出 8 . 189 e z（4.19） 齿数比 1 2 z z u （4.20） 24 140 83 . 5 由参考文献4图 10-21 可以查出 5 . 522 h mpa（4.21） 将式（4.7） 、 （4.11） 、 （4.15） 、 （4.18） 、 （4.19） 、 （4.20） 、 （4.21）代入式（4.14）得 8 . 1895 . 1 83 . 5 183 . 5 68 . 1 171.7395 10392 . 1 312 . 2 4 h 505mpa 5 . 522 h mpa（接触疲劳强度满足要求） 本科毕业设计（论文）通过答辩 5 主要零件的强度计算 5.1 卷筒轴的设计与计算 5.1.1 轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的直接采用 圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学 热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故卷筒轴选碳钢制造，选 45 钢调质处理。 5.1.2 卷筒轴转矩的计算 图 5.1 小型冷带钢卷取机简图 卷筒轴的转矩计算，要推算各轴的转矩。如图 5.4 现将传动装置各轴由高速至低速 依次定为 1 轴、2 轴、3 轴（此轴为卷取轴） ，以及 210 iii，为相邻两轴间的传动比； 231201 ，为相邻两轴间的传动效率； 321 ttttd，为各轴的输入转矩，nm； r d d n p t9550 750 40 9550 33.509nm 相邻两轴间的传动效率 101 本科毕业设计（论文）通过答辩 99 . 0 3212 97 . 0 98 . 0 9506 . 0 2 2123 2 98 . 0 99 . 0 9508 . 0 由电机轴的转矩 d t及相邻两轴间的传动效率，得 0101 itt d 3.2-18（5.1） 99 . 0 133.509 24.504nm 12112 itt 9506 . 0 83 . 5 24.504 50.2794nm 23223 itt 9508 . 0 150.2794 00.2657nm 5.1.3 卷筒轴的计算 1、卷筒轴的受力分析 为了方便计算现将卷筒轴的受力分析图及其弯矩、扭矩图给出，如图 5.2 本科毕业设计（论文）通过答辩 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 5.2 卷筒轴的载荷分析图 h 面的受力分析，如图 5.2 ab ac nh l lt f 2 （5.2） 401 58414000 20389n tff nhnh 21 1400020389 6389n v 面的受力分析，如图 5.2 ab ac nv l lg f 2 401 5841020 1485n gff nvnv 21 10201485 465n 本科毕业设计（论文）通过答辩 h 面的弯矩，如图 5.2 abnhh lfm 1 4016389 2561989nmm v 面的弯矩，如图 5.2 abnvv lfm 1 401465 186465nmm h 面与 v 面的合弯矩，如图 5.2 22 vh mmm（5.3） 22 1864652561989 2568766nmm 卷筒轴扭矩 t m 的计算 3 tmt 2657000nmm 现将卷筒轴受力分析计算列表，如表 5.1 表表 5.1 卷筒轴受力分析数据卷筒轴受力分析数据 载荷水 平 面 h垂 直 面 v 支 反 力f 6389 1 nh fn 20389 2 nh fn 465 1 nv fn 1485 2 nv fn 弯 矩m 2561989 h mnmm186465 v mnmm 总 弯 矩2568766mnmm 扭 矩 t m2657000 t mnmm 本科毕业设计（论文）通过答辩 2、卷筒轴强度校核计算 (1) 按扭转强度条件计算 t t t t t d m w m 3 2 . 0 4.15-1（5.4） 式中： t 扭转切应力，mpa； t m 轴所受的扭矩，nmm； t w 轴的抗扭截面系数，mm3； d计算截面处轴的直径，mm； t 许用扭转切应力，mpa（可由文献。 。 。查得） 。 根据图 5.2 由于扭矩是定值，在截面中截面的轴径最细，故扭转强度校核只计算 截面，由式（5.4）得 3 702 . 0 2657000 t 73.38mpa45 t mpa 根据计算结果扭转强度满足要求。 (2) 按弯扭合成校核计算 a 判断危险截面 截面受到的弯矩比较小、主要考虑扭矩对其的影响，但由于轴的最小直径是按扭 转强度较为宽裕地确定的，所以截面无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响考虑，截面处过盈配合、轴肩、键槽引起的应 力集中最严重；从受载情况来考虑，截面上的应力最大，故该轴需要校核截面右侧 和截面的右侧。 b 截面右侧 抗弯截面系数 3 1 . 0 dw （5.5） 3 1201 . 0 172800mm3 本科毕业设计（论文）通过答辩 抗扭截面系数 3 2 . 0 dwt（5.6） 3 1202 . 0 345600mm3 截面右侧的弯矩m 为 2568766mnmm 截面上的扭矩 t m 为 2657000 t mnmm 截面上的弯曲应力 w m a 5.5-5（5.7） 172800 2568766 87.14mpa 截面上的扭转切应力 t t t w m 5.3-12（5.8） 345600 2657000 69 . 7 mpa 轴的材料为 45 钢，调质处理。由参考文献4表 15-1 查得640 b mpa， 275 1 mpa，155 1 mpa。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按参考文献4附表 3-2 查取 0 . 2 ，31 . 1 又由参考文献4附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为 82 . 0 q，85 . 0 q 本科毕业设计（论文）通过答辩 故有效应力集中系数为 11 qk（5.9） 10 . 282 . 0 1 82 . 1 11 qk 131 . 1 85 . 0 1 26 . 1 由参考文献4附图 3-2 查得尺寸系数 67 . 0 由参考文献4附图 3-3 查得扭转尺寸系数 82 . 0 轴按磨削加工，由参考文献附图 3-4 得表面系数为 92 . 0 轴未经表面强化处理，即1 q ，则综合系数值为 1 1 k k（5.10） 1 92. 0 1 67. 0 82 . 1 80 . 2 1 1 k k（5.11） 1 92 . 0 1 82. 0 26 . 1 62 . 1 又由参考文献4.3得碳钢的特性系数 2 . 01 . 0 ，取1 . 0 1 . 005 . 0 ，取05 . 0 本科毕业设计（论文）通过答辩 于是，计算安全系数 ca s值，得 ma k s 1 4.15-7（5.12） 01 . 087.1480 . 2 275 60 . 6 ma k s 1 4.15-8（5.13） 2 69 . 7 05. 0 2 69 . 7 62 . 1 155 14.24 22 ss ss sca 4.15-6（5.14） 22 14.2460 . 6 14.2460 . 6 37 . 6 5 . 1 s 经校核截面安全。 c 截面右侧 抗弯截面系数 3 1 . 0 dw 3 901 . 0 72900mm3 抗扭截面系数 3 2 . 0 dwt 3 902 . 0 145800mm3 截面右侧的弯矩m 为 1235254mnmm 本科毕业设计（论文）通过答辩 截面上的扭矩 t m 为 2657000 t mnmm 截面上的弯曲应力 w m a 72900 1235254 94.16mpa 截面上的扭转切应力 t t t w m 145800 2657000 22.18mpa 轴的材料为 45 钢，调质处理。由参考文献4表 15-1 查得640 b mpa， 275 1 mpa，155 1 mpa。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按参考文献4附表 3-2 查取 09 . 2 ，79 . 1 又由参考文献附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为 82 . 0 q，85 . 0 q 故有效应力集中系数为 11 qk 109 . 2 82 . 0 1 8938 . 1 11 qk 179 . 1 85 . 0 1 6715 . 1 本科毕业设计（论文）通过答辩 由参考文献4附图 3-2 查得尺寸系数 60 . 0 由参考文献4附图 3-3 查得扭转尺寸系数 78 . 0 轴按磨削加工，由参考文献4附图 3-4 得表面系数为 92 . 0 轴未经表面强化处理，即1 q ，则综合系数值为 1 1 k k 1 92 . 0 1 60 . 0 8938 . 1 24 . 3 1 1 k k 1 92 . 0 1 78 . 0 6715 . 1 23 . 2 又由参考文献4.3得碳钢的特性系数 2 . 01 . 0 ，取1 . 0 1 . 005 . 0 ，取05 . 0 于是，计算安全系数 ca s值，得 ma k s 1 01 . 094.1625 . 3 275 00 . 5 本科毕业设计（论文）通过答辩 ma k s 1 2 69 . 7 05 . 0 2 69 . 7 62 . 2 155 10.15 22 ss ss sca 22 10.1500 . 5 10.1500 . 5 75 . 4 5 . 1 s 经校核截面安全。 5.2 卷筒轴轴承的计算 1、轴承类型及参数 选圆锥滚子轴承 gbt2971994，由参考文献6表 4.6-3 查得该轴承的 8 . 150c kn，对于滚子轴承310。 2、求轴承受到的径向载荷 由 5.1.3 轴的计算可知 6389 1 nh fn，465 1 nv fn 2 1 2 1nvnhr fff 22 4656389 90.6405n 根据参考文献4表 13-5 可知 eff ra 0 1 x 本科毕业设计（论文）通过答辩 轴承的当量动载荷为 rr fyfxp4.13-8（5.15） 090.64051 90.6405n 3、轴承的平均转数 inn r min 83 . 5 750 64.128r/min inn/ max 83 . 5 1500 29.257r/min 2 maxmin nn nm 2 29.25764.128 193r/min 4、计算轴承寿命 其中温度系数1 t f，则 p cf n l t m h 60 106 4.13-5（5.16） 310 6 9 . 6405 150800 19360 10 6 1023 . 3 h h l 其中120008000 h lh 轴承满足要求。 本科毕业设计（论文）通过答辩 5.3 凸轮机构的设计 1、凸轮机构的应用 凸轮机构的最大优点就是：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使滑轴得到 各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。凸轮的规律运动可以达到卷筒夹紧和松开的 要求。 2、凸轮的运动规律的设计7 图 5.3 凸轮运动简图 图 5.3 凸轮运动简图中，以凸轮的回转中心 1 o 为圆心，做的圆 1 o 为凸轮的基圆。 图示凸轮轮廓由 ab ，ba 两段组成，当凸轮逆时针旋转时，滑轴的逐渐上移此时开始 逐渐夹紧带钢卷；当凸轮转到 b 位置时继续逆时针旋转，滑轴由最大的位移处开始逐渐 减小， 此时开始松开带钢卷， 方便卸卷。 图 5.3 中基圆直径40 1 dmm,外圆半径50 2 d mm,滑轴的位移为10hmm,有此可见该凸轮可以满足卷取机在开始工作时的夹紧卷 和卷取后的松卷要求。故采用上述凸轮机构满足设计要求。 本科毕业设计（论文）通过答辩 6 润滑方法及润滑油的选择 6.1 润滑油的选择 在摩擦表面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且 在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有 缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂 质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封的作用。 润滑剂可分为气体、液体、半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最广 泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑主要是指各种 润滑脂。它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少 摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂，