精轧线卷取机卷筒设计说明书

武汉科技大学本科毕业设计本科毕业设计题目：精轧线卷取机卷筒设计学 院:机械自动化学院 专 业:机械类 学 号: 学生姓名:指导教师:日 期:二一七年六月摘 要卷取机是轧钢生产过程中的常用设备。随着社会进步、经济发展，工业生产中对轧钢生产的质量要求越来越高，现如今的精轧线就是为了满足社会需要而产生的。我们知道，提高钢带质量不仅要求钢铁冶炼水平要提高，而且要求轧钢机械更加优化合理。这次设计是精轧线卷取机卷筒设计。首先，选择卷筒类型的设计方案。说明书中对不同类型的卷筒做了比较，根据我们涉及要满足的要求，最后确定选用的结构是四棱锥式卷筒。用液压缸带动斜楔轴轴向动作，实现卷筒的胀缩动作。为了使加工方便，同时保证主轴足够大的强度，本设计对椎体做了改进。直接将四棱锥体加工在主轴上，和主轴成为一体。并且为了润滑方便，在四棱锥轴的每个表面都开有润滑油槽。本设计的优点在于，保证了足够大的轴径，提高了轴的强度。设计主要对四棱锥受力进行了分析，对轴和轴承等支撑零件进行了校核。在扇形板和棱锥轴表面采用优质润滑。 关键词： 精轧线卷取机；四棱锥胀缩；液压钳口IAbstractThe coiler is a common equipment used in the rolling process. With the social progress, economic development, industrial production of steel production quality requirements are getting higher and higher, now the finishing line is to meet the needs of society arising. We know that improving the quality of steel not only requires the level of iron and steel smelting to be improved, but also requires rolling steel machinery more optimized and reasonable. This design is the finishing line coiler reel design.First, select the design of the reel type. The manual compares the different types of reels, and according to the requirements we have to meet, the final selection of the selected structure is a quadrangular pyramid. With the hydraulic cylinder to drive the wedge axis axial action, to achieve reel expansion and contraction action. In order to facilitate processing, while ensuring that the spindle is large enough strength, the design of the vertebral body to do improvements. Directly to the quadrangular pyramid processing in the spindle, and the spindle into one. And for lubricating convenience, there is a lubricating oil groove on each surface of the quadrangular pyramid shaft.The advantage of this design is that it ensures a sufficiently large shaft diameter and improves the strength of the shaft. The design of the four pyramid force was analyzed, the shaft and bearing support parts were checked. In the fan-shaped plate and pyramid shaft surface with grease lubrication.Keyword: Finishing line coiler; dilations quadrangular pyramid; hydraulic jawsII目 录1 绪论11.1 选题的背景和目的11.2 带钢卷取机国内外发展21.3 卷取机的内容和方法2 1.3.1 冷轧机组平面布置图2 1.3.2 卷取机的类型和特点32 方案的选择与分析92.1 选型原则10 2.1.1 卷筒的样式10 2.1.2 钳口型式112.2 机构组成及工作原理11 2.1.1 四棱锥卷筒介绍11 2.1.2 液压式钳口介绍113 卷筒的设计计算133.1 卷筒直径与卷筒长度133.2 计算卷筒的当量半径133.2 卷筒径向压力的计算143.3 卷筒的强度条件153.4 卷取张力的计算163.5 卷筒胀缩机构受力分析16 3.5.1 受力分析卷取工作时的收缩16 3.5.2 受力分析卸卷时的卷筒缩径183.6 轴向胀缩液压缸行程计算193.7 胀缩缸直径的计算203.8 心轴的校核21 3.8.1 作出心轴的计算简图213.9 轴的计算简图26 3.9.1 作出轴的计算简图264 轴承计算304.1 轴承的寿命计算30结论32参考文献33致 谢34III1 绪论1.1 选题的背景和目的 冷轧机组卷取机是一种大型轧钢生产设备，主要用于冷轧带钢的生产，在轧钢生产中有重大作用。其主要作用是将轧制的很长的冷带钢卷成卷，经过卷取机卷成后的带钢卷，体积规整，占用空间小，维护简单，在生产过程中有着其他卷取机所不具有的的优点。现阶段冷轧带钢生产技术含量越来越高，卷取机向高速度、大卷重方向发展，因此对卷取机的要求也越来越高，而卷筒作为卷取机中重要的组成部分，他的重要性更为明显。现阶段的轧钢机械中，卷筒式卷取机凭借着上述所说的优势非常广泛地应用在各项大型生产设备之中。无卷筒式卷取机，只适用于行程不长的轧制过程，这样子的局限性出自无卷筒卷取机的本身，在他设计之初就只是用来轧制较短的钢板。卷取机卷筒为什么要做成是悬臂式的原因一直是我们在学习卷取机的过程中容易忽略的问题。经过我的考察发现，这样子是为了能够从卷筒上卸下钢卷，。但是由于卷筒工作过程中经受着很大的工作受力，又因为运动过程中不可避免的有磨损，磨损又可能带来某些不可知的损耗，在这样的情况下我们必须保证卷轴的强度，和刚度。机智的工人们和工程师们在无数次实践中发现除增大卷筒轴尺寸外，还可以在在卷筒可以活动的那一段设置活动支撑。冷带钢卷取机根据数值的区别，一般分为两种：一种是用于粗整的大张力卷取机，一种是用于精整的精整卷取机。大张力卷取机一般用在可连轧机、平整机等许多种类的轧机。精整卷取机则主要用于一些列金属表面处理技术较为复杂的生产机组。四棱锥卷筒卷取机，八棱锥卷筒卷取机，实心卷筒卷取机及弓形块和四斜楔卷取机是根据卷取机的结构特点而区分出来的。实心卷筒卷取机经过特殊的工艺之后获得了其他的生产设备所不具备的高强度，所以经常被用来做几乎和大张力卷取机一样的工作。弓形块的在牺牲了高强度之后具备了较为简单的生产结构，一般用来做和精整卷取机一样的工作。 而另一种不能被忽视的可逆式冷轧机，由于可逆式所带来的不可避免的承受压力大，最大甚至可以达到五百千牛。 这也是为什么要设计卷取机的原因。卷筒对于卷取机来说非常重要，所以我们在对卷筒设计时，我们要确定好卷取机的各个结构参数，并且在设计过程中，最好是凭借参考资料上的公式来确定数据，来保证设计的准确性，为以后工作打下良好的基础。1.2带钢卷取机国内外发展 冷带钢卷取机有着热带刚卷取机所不具备的功能，它是一种比较方便建造的卷取机，只需要工厂提供合适的空间就能够建造并满足其要求。随着现代化工业的发展，越来越多的新型设备需要更多种类的钢材，这些都在呼吁卷取机进行改革。一个明显的例子就是在原有的卷取机基础上，我们采用八棱锥扇形块卷筒。这样做的主要目的是让钢卷可以保持圆形。 在这里，对于钢版头我们要采取夹紧的机构。对于卷筒采用胀缩的形势，才能最大限度地保证卷取工艺符合我们的设计要求。卷曲质量也会得到充分的保障。也使得卷取机卸载和夹紧变得更加顺畅自如，不会受到其他无关紧要的因素的干扰。多年以来，液压伺服系统得到了充分的利用。是为了使卷取机的位置能够自己进行一定的调整。使板的边缘平整度得到充分的保障。 多年以来，卷取机进行了一代又一代的改进，使得胀缩机构越来越多，现如今，两段以上居多，张缩量已经达到了一定程度。就在刚才，新一代的卷筒已经被世人所熟知，这种类型的卷取机的牛逼之处在于，它的直径会自行进行调整。伴随着压力的变化，它的直径会自行进行适当的调整，使得整个机械系统运行得当。有效避免了由于带钢重量而对卷筒产生的损伤。也不会对带钢的卷取产生什么负面影响，其生产效率和产品质量也得到了保障。1.3卷取机的内容和方法1.3.1冷轧机组平面布置图具体布置如图1.1所示图1.1 1700冷轧机组平面布置示意图这种冷轧机是单向运行的，整个装置设有两个滚轮，可以进行连轧。其工作过程可分为一下几个步骤，首先钢卷被起重机构吊运过来，将打捆好的钢卷拆开，然后再用伸直机械械把钢卷的头部弄平整。整个过程有以下几部分组成，首先是拆卷机送带，拆卷机带动钢带转动，使得需要卷取的钢带通过机前压板。然后钢带进入四辊轧机，经过轧机加工后钢带被送入卷取机。到达卷取机的带钢头部伸入卷取机的钳口，钳口夹紧钢带头。卷取几圈以后，在柱塞液压缸的作用下卷筒胀径、压板压紧。而后开始轧制工作，整条钢带轧制一次后，由卸卷小车卸卷后送回拆卷机部份。返回卸卷机的钢带卷再重复前面的加工轧制过程。这种轧制方式一共要重复一次，轧制四道次。但是由于都是正向轧制道次，钢带压下量相对较大，在实际生产中可以起到起到五道次的作用。因此，此种轧制方式的优点就是：带材生产率高、成材率好。1.3.2卷取机的类型和特点 通常情况下这种钢卷取机主要分几种形式。如表所示，这是卷取机的一些特殊性能。卷筒式卷取机的组成是一个值得研究的部分。但是此类卷取机的组成也并不复杂，总的来说，此类卷筒一般由卷筒、传动机构，压紧辊装置，活动支承部分和推卷机等部件组成。这里面的每个名字都有着其特殊的含义，每一个部件都可以展开来讲。压紧辊是在卷取机在完成其特定的工作之后才起作用的，它是用来将带钢尾部压住。这样做的目的也是为了固定住钢卷的尾部，达到防止松卷的目的。成卷冷轧带材，一个在工人心目中有特殊意义的词语，可以说70后的工人们在工厂里应该都见过卷取机轧制，每种卷取机都对应着特殊的钢材。卷曲速度决定着卷取机的受力。同样影响受力还有带卷重量和卷取张力，所以在这种情况下可采用光电或气动式发射和接受装置实现随机控制。(1) 实心卷筒卷取机实心卷筒有着自己独特的优势，强度是所有类型中最大的，同样刚度也是最大的。在卷取的过程中，不会产生明显的弯曲。也不会产生明显的变形，能够使得张力在卷筒上处处分布均匀。在多辊轧机上的得到了非常充分的使用。但是实心卷筒一些缺陷仍不可忽略，它不能够变大或变小，也就是说卷取完成后，卷筒不能够伸缩，变小，卸卷能力偏差。在刚开始，实心卷筒得到了非常广泛的应用。由于其结构比较简单，并且承载能力相当好，所以当时，大部分的卷取机都采用它作为卷筒。直到现在，这种实心卷筒在有些地方还在使用，但已经和时代远远不合拍，必须设置很多辅助性的装置，来保证其卷取，和卸载，对于卷取和卸载能力特别差的实心卷筒来说，这些东西不能够省略，显得设备冗长，复杂，占地空间大，生产效率低下。时代永远在进步，任何一个东西不一步步改善就注定被时代所抛弃。现如今，卷筒都已经朝着大张力的方向发展，卷取机张力不断地在增大，使得卷取的钢卷平整度，以及卷取效率都有了突飞猛进的发展。时代要求这些东西必须一步步前进，显然现如今的要求下，这种实心卷筒再也不能再现在的时代里产生太大的影响，只能随时代渐远，成为历史。科技技术发展这么长时间，一般采用卷取机尤其是其卷筒可以控制直径的情况下是在轧制线下，由于利用流量的不同形成的大架前后的拉力来完成轧制的方式。而这种可以变径的卷筒原理也在使用说明书中有详细介绍，在卷筒内部有相应型号的液压缸，调整液压缸的收缩就可以完成调节卷筒参数的目的，其中卷筒的参数包括卷筒径向方向上的收缩压力值以及径向上的尺寸数值。在这一大类的卷取机中有一类结构更为简单的，其结构简单在卷筒是实心的，实心带来更好的强度和刚度，但是同样也固定死了卷筒本身乐意调节的径向单位。这种卷曲系统在实际环境上的环境表现非常稳定而且故障率较低。这类的卷曲系统广泛适用于一类特殊的钢带，比如较薄，每个单位上的张力较大，并且由于刚筒本身的实心特性，刚度强，导致上面可以承受更重的钢带。但是本身特性决定的缺点也很明显，那就是特外需要变径重卷机。重卷机器的目的就是将已经卷好的钢带反过来重新通过这个机器卷成另外直径的钢带卷。并且由于此类的卷筒的的卷曲钢带类型，会让成品钢带较轻，所以在一些情况下都可以由人工手动取下。由于轧制过程属于压力很大的生产，所以实心的卷筒都需要经过锻造以及热处理，尤其是对热处理的要求更是需要卷筒各段处理均匀。(2) 凸轮式卷筒卷取机 这一类的卷曲系统属于快要淘汰的类型了，但是属于在可变径卷筒中结构较为的简单的一类，结构简单则体现出在生产过程中的廉价以及小批量生产中的维护方便。但是作为旋转机械，就必须保证旋转机械不能有太严重的质量偏移，凸轮本身的结构就不在这一范围内，所以在制造过程中很难控制好本身的径向质量定位，这一弊端就会导致后期使用上会出现各种振动，加大表面磨损程度，磨损面又承受较大的压力，对使用寿命的影响将会更大。(3)弓型块卷筒卷取机 这一类卷曲系统构 造很复杂，经常带着一个钳口，比较难生产。但在工业生产中却非常好用，绝对可靠。它的卷筒轴十分结实，平衡非常好，经常在酸洗机组、轧机和精整机组中使用。这种卷取机要求卷筒直径能够胀缩，不仅如此，为了固定住钢带头部，使得卷带钢时可以精密不出现偏移、滑动，这种卷取机的卷筒表面粗糙度一定要低。一般要求是，加工好的卷筒面要进行精细打磨。为了夹紧带钢头部，还必须设置钳口，为保证夹子的牢靠度，现如今常用液压钳口。钳口工作要求钳口能稳定开合。设置钳口不仅有夹紧带钢头的作用，而且在卸卷时，方便使钢卷张开，给卸卷工作带来很大便利。但是这一种卷取机有一个很大的缺点，导致此种卷曲机卷筒不能胜任大卷重条件下的工作。究其原因，一是弓形块设计时不能保证足够的厚度，使得弓形块在刚度方面的性能很差。因此，这种卷取机一般都用在强度、刚度要求不是很大的场合。大多时候用在剪切流水线和酸洗加工车间。在热处理和涂层机组车间也常有使用。在早期钢带产量不高，加工要求还没向大卷重、髙卷速方向发展时，相对落后的早期主轧机上边也经常采用这一类型的卷筒。这一类卷取机卷筒常用分类有三种，分类依据主要是弓形块卷筒的胀缩机构。其胀缩机构可以分为三种类型。所对应的卷取机分类有以下三种：凸轮式弓形块卷筒卷取机，斜楔式弓形块卷取机以及径向活塞式卷取机。下面就这几种形式的卷取机进行简单介绍。此种凸轮式在结构上很复杂，凸轮加工过程繁琐，需要加工的配合面多，不仅粗糙度要求高，而且结构复杂。正常的日常维护保养比较困难。结构复杂导致一旦出现零件损坏需要更换，或者机器故障需要维修的情况，在拆装时会尤为麻烦，不便于拆装维修，一旦出现小问题就会浪费大量时间，不利于提高生产力。除此之外，这种卷筒在工作时，必须保证卷曲张力在一定范围内。因为如果卷曲张力超过允许值，工作中的卷筒的径向压力过大，严重时会造成卷筒卡死。轻者会导致卷筒一是无法收缩，钢卷无法卸下；重者会直接损坏这个卷筒。正因为这些比较大的缺陷，近些年这种结构已经慢慢被新设计的结构取代。下图展示的是弓形块式卷筒的结构。从图中可以看到这种类型的卷取机由主芯轴和两个弓形块等部构成。此卷筒工作形式依然是胀缩，在卷筒的主轴长度方向上，布置有5个到7个用于撑开弓形块的活塞缸，这些活塞缸径向布置，同时也兼有夹紧钳口的作用。弓形块的收缩和钳口的放松则由装在他们上面的蝶形弹簧来完成。轴向布置的活塞缸接通的增压缸为固定容积式。增压缸的柱塞由胀缩缸的活塞带动。胀缩缸的活塞可以带动增压缸柱塞移动。当压力油通过回转接头流进胀缩缸，增压缸内油压会慢慢升高，这时径向活塞便会在压力作用下伸出，撑开弓形块的同时压紧钳口。此种卷取机所用增压缸内最大是25兆帕。卷完钢带卸卷时，增压缸压力油经回转接头回流，缸内压力降低，胀缩缸反向动作。卸卷时，蝶形弹簧开始发挥作用，弹簧弹力使弓形块收缩回来，并使钳口松开。为保证增压缸的工作稳定性，一般在卷筒端部设平衡缸。平衡缸可以自动调节增压缸的油压当油压变大时，活塞外移，起到降低增压缸油压的作用。当增压缸出现泄漏等情况时，由于缸内压力油减少，在弹簧作用下平衡缸活塞反向移动。通过这种反馈调节方式保持增压缸内油压水平。图1.2 径向活塞弓形块卷筒结构图这种形式的卷筒有以下几个主要缺点：整个的卷筒结构不对称，整体结构重量分布不平衡。因此这种卷筒无法再大载荷和高速卷曲作业中使用。由于其自身的局限性，这种卷筒多用在冷轧车间的精整机组中。一般情况下，生产中一般采用扇形块式卷取机在高速大负荷条件下使用。(4) 四棱锥式卷筒卷取机目前使用较多的卷筒结构中，四棱锥式卷筒结构在许多方面都要由于其他形式的卷筒。首先这种卷筒结构简单，四棱锥加工容易，而且强度有保证。在卷取工作时可靠度较高，有较大的强度和刚度。这种结构不仅可在高速条件下工作，而且还可以同时以大张力卷取钢卷。在结构上，胀缩机构仍然采用液压缸，与前两种液压缸不同之处在于，这种结构的液压缸和卷筒是分开的。因此胀缩液压缸不会和卷筒一起转动。这种液压缸的安装方式，使得密封变得容易，极大地改善液压缸工作条件。早期的卷筒以实心结构，钢卷卷上之后卸载很难。为了克服这一生产中的实际问题，提高生产效率，设计工作者们才设计了四棱锥卷筒。这种卷筒的胀缩径由液压缸来完成。胀缩缸直接推动扇形块，使其相对于棱锥轴产生径向移动。棱锥轴和圆轴一起加工，成为一体，轴上再无其他零件。轴径大，强度高，可承受较大张力（根据已有资料和经验张力可达400KN600KN）。由于这些优点，这种类型的卷筒多被用在大张力和冷轧连轧机组中。根据棱锥形式的不同，四棱锥卷筒可分为两种形式。棱锥轴有两种形式，正锥式和倒锥式。下图展示的是1180二十辊轧机的正锥式四棱锥卷取机卷筒。从图中可以看出，卷筒结构简单，主要有棱锥轴、扇形块、钳口及胀缩缸等极大部分组成。这种卷筒为开式卷筒，由于卷筒由四个相互分离的部分组成，在卷筒胀开的时候，四个扇形块之间会出现间隙。间隙过大会在钢带上留下压痕，影响钢带质量。所以，设计这种卷筒时，预先考虑的胀缩量不能太大，以保证卷筒胀开时间隙不会太大，这样在卷取时就不会再内层带卷上产生压痕。这种卷筒是向外悬臂结构，为保证卷取稳定性，提高卷筒的卷取能力。多数情况下在末端布置有活动支撑。卷取时由扇形块上的钳口夹紧刚带头部。钳口的夹紧力由6个f45mm 的柱塞缸提供。本设计选用的卷筒棱锥角为7。在正常润滑条件下，本设计选用的棱锥锥角大于摩擦角。从性能上分析，本次设计的卷筒属于自动缩径卷筒。此形式卷筒工作时，棱锥轴向分力会在尾钩处会产生很高的应力。尾钩在工作时长期承受弯曲应力和切应力，很易于发生疲劳损坏。因此，扇形快的尾钩是这种卷筒的一个不足之处。另外，正锥结构中，连接主轴和胀缩缸的螺栓长时间处于恶劣的受力状态，也会使螺栓产生疲劳损坏。为此，设计者们提出了倒锥式结构。这种新设计的倒锥式卷筒不仅可以显著改善薄弱环节零件的受力情况，而且使得扇形块结构得以简化。图1.3 四棱锥卷筒结构2 方案的选择与分析 技术发展特别是制造业的发展，再加上结构设计上的进步，大部分先进国家都开始放弃实心卷筒系统的方式了，虽然此类方法具有各种优点，结构简单方便维护性能好，但是同样的缺点也更佳明显，包括需要增加工序，增加工序就代表增加更多的成本，而是采用四棱锥形状的卷筒系统。这种系统的优点更适合于现代社会的加工，并且在实心钢卷筒优点上，增加了卸料的方便。冷轧模式下的机组卷曲系统大多数情况下都会采用这种卷曲模式，一来这种卷曲系统的承受力大，而来也继承了实心卷筒系统的结构简单。并且巧妙的运用了自身结构中的楔块相互错位来达到改变卷筒径向值的目的，主要还是在前期制造和后期维护上具有很好的容错性。这种系统的简图可以见如下： 图2.1 卷取机传动简图其结构使用原理可以分为两个部分，一个是卷筒的旋转是通过自身中心的棱锥带动，另一个就是液压缸的前后推动来挤压卷筒改变自身直径。 信息化时代的机械加工都在朝着自动话的方向发展，并且兼顾效率和大型化。在设计过程中，又要保证的量的要求，刚度的要求，又要降低旋转机械本身的转动惯量，增加制动变速等性能。并且在兼顾这些的情况下，还不能让加工变的更困难。所以大方向上的结构设计就显得尤为重要。因此，四棱锥的方式就应运而生，这种结构由于是直接在轴上加工，所以就省掉了楔块安装是的槽加工以及键加工，这样让结构更整，即使出现问题，也可以直接按照标准统一更换主轴。再加上本身轴上部分四个四棱锥并排的设计就大大降低了在重载压力下的磨损。导致后续出现在主轴上的问题其实并不多。按照过去的方式，冷轧制工序完成后就应该进行接下来的卷料，但是在出料速度越来越快的情况下，也不得不选择辅助的卷料装置来进行。2.1选型原则2.1.1卷筒的样式卷曲系统的卷筒样式按照类型可以分为以下的两中，一种是可变径的卷筒，一种则是固定直径的卷筒。对应的就是涨缩和非涨缩也叫实心。实心的卷筒上述优缺点已经表述的很明显，主要还是操作上的不方便，包括上料和下料。由于实心卷筒的缺陷，到现在为之，实际生产中用的最多的还是涨缩形式的卷筒。胀缩形式的卷筒主要分为两种：分别是四棱锥式、楔块形式。本次设计的设计内容就是的四棱锥式卷筒结构的设计说明。与其他类型卷筒相比，四棱锥式卷筒有以下优势：a，四棱锥卷筒的结构性质为开式；b，结构简单，主要由四块扇形板、棱锥轴、钳口以及胀缩缸组成。C，刚度及强度水平均高于斜楔式卷筒；d，可以在在高速、大张力工况下保证产品的轧制以及卷取质量。因此四棱锥式卷筒已成为设计的首选。这种形式唯一的不足之处在于零件形状过于复杂，加工制造比较困难。四棱锥形式的卷筒有可以区分为正倒两种，正四棱锥又因为它在结构设计过程中不可避免的连接件固定位置设计缺陷，很容易导致螺栓一类的连接件受力不正，在长期处于不正常受力情况下，加速件本身的疲劳失效情况。倒四棱锥形式则更好的解决了这一类的问题。此类卷筒结构如下图所示：图2.2 正四棱锥卷筒结构图另一种常用的胀缩式卷筒是封闭楔卷筒。这种卷筒主要组成部分是两对斜楔。卷筒的主轴和扇形块结构较为简单，没有过多复杂结构，便于加工制造。这种卷筒在工作时，斜楔仅仅起到支撑扇形块两翼的作用，因此此种结构的卷筒强度和刚度相对就被削弱了。所以，此种卷筒多用于张力不大的平整机组以及精整机组，以发挥其优势。2.1.2 钳口型式目前使用的钳口形式主要有两种。按照钳口夹紧力来分，一类是液压力夹紧，另一种是弹簧力夹紧。这两类钳口分别称作液压式钳口和机械钳口。两种钳口相比较而言，机械钳口夹紧带钢时主要依靠弹簧力，因此这种钳口夹紧力的大小受带材厚度影响比较大。相对于液压式钳口来说，这种机械式钳口结构较为简单，由于没有液压缸等部件，在工作时不存在漏油情况。由于本次设计的精轧线卷取机卷筒所要卷取的带材厚度比较薄，卷取张力较大，故应采用液压式钳口。本设计选用的钳口液压缸数据如下：公称压力：16MPa行程：8mm活塞杆直径：40mm液压缸外径：95mm液压缸内径：75mm壁厚：10mm2.2机构组成及工作原理2.1.1四棱锥卷筒介绍由于本设计扇形板直接与卷取的带材内部接触，因此卷筒的扇形板要求选材和加工都要比较精细。为达到要求，本次设计选为Cr-Mo钢。为了保证卷取机工作的稳定性，扇形板要与棱锥配合稳当。2.1.2液压式钳口介绍 （1）液压钳口的常用结构和夹紧方式。本次设计的卷筒采用液压钳口。液压钳口的组成由两部分，分别是固定板、活动板。其中，活动部分由6到8组小型油缸组成。这两部分分别安装在扇形板和芯轴上。液压缸的压力油通过回转接头输入，流经芯轴上的油路送达带动钳口工作的液压缸。当需要进行卷取时。压力油的作用下，使得带动钳口的液压缸动作。钳口夹住带钢的头部，在卷取机的带动下，钢带会被收紧形成张力，卷取工作便可以顺利进行了。为了保证卷取工作的连续性和稳定性，在卷取的全过程中，都要保证钳口稳定地夹住钢带头部，防止中途出现松动，破坏带钢。要达到这种要求，带动钳口的液压缸必须在卷取时长时间稳压，这对液压缸的密封性和稳定性要求较高。除此之外，在有的卷筒末端设置有平衡油缸以保证稳压。本次设计选择液压式结构钳口。如下图所示，为提高夹紧的牢靠程度，我们在设计时，决定在夹紧表面加工出锯齿，这样可以增加夹紧的摩擦力，使钢带加持更加牢靠。在夹紧块和牙板上加工出锯齿，夹紧快与液压柱塞杆相连。整体钳口被镶嵌在一块扇形板内，在卷筒胀缩时随扇形板一同升降。1牙板；2压板；3活塞；4衬套；5夹紧块图2.3 钳口示意图（2）钳口工作的稳定性如前文所说，为保证轧制过程的顺利进行，卷取工作时必须保证带钢的头部或者尾部钳实，这样才能使卷筒带动钢带绕卷，从而形成稳定张力。钳口的不利工作情况有两种。一是钳口无法钳紧带钢的头或者尾部，钢带就无法绕卷，也就无法形成有效的卷取张力，导致生产无法进行；二是钳口夹紧不牢靠，在卷取过程中出现问题。卷取过程中如果钳口内的带钢出现松动，也就不能保证稳定的表面张力。带钢之间甚至出现打滑，影响钢卷质量，严重时甚至会直接使带材报废。由此可见，在卷取系统之中，钳口的作用至关重要。钳口工作情况对带钢质量有很大影响。3 卷筒的设计计算3.1卷筒直径与卷筒长度卷筒直径的确定要遵循两个原则。第一，塑性变形不能太大。即要保证卷取过程中钢带的变形在一定范围内。第二，能够满足生产要求强度和刚度。即要确保各个零件有足够的力学要求。因此，卷筒直径与带钢尺寸及机械性能、卷取时的张应力水平、钢卷重量等因素有关。除此之外，我们在选择卷筒直径时还要考虑卷取钢带的厚度、宽度等因素，根据相关数据参照已有的卷取设备进行设计，并对不足之处提出改良方法。本设计参照1700冷轧卷取机，选取卷筒直径为700毫米，卷筒长度为2130毫米，棱锥角取7进行设计。3.2计算卷筒的当量半径 参照冷轧带钢卷取机卷筒的设计计算过程，综合考虑相关因素，涉及过程如下：卷筒当量半径公式： （3.1）式中：-卷筒半径mm - 为棱锥轴横断面大边长 L-为段棱锥轴长 -棱锥角 3.2卷筒径向压力的计算 这种压力大小受许许多多因素的影响，比如说卷筒直径、钢带厚度、钢带宽度等等都会对径向压力产生影响。因此，这个力的理论计算方法和分析相当困难，尽管国内外学者专家研究多年，得出来的也都是近似的经验公式。不同研究方法推导出的计算公式各不相同。大多数研究者通常把卷筒理想化为薄壁圆筒。不考虑筒的缩径，也不考虑钢卷每层之间摩擦力。之分析圆筒受力后的变形与应力。在这些经验公式中，有一种比较便于计算的英格利斯公式，本设计即采用这种算法。英格利斯公式： （3.2） （3.3） （3.4）-作用在带材上的张应力R-带卷外半径-卷筒外半径-卷筒当量半径-带材的弹性模数-卷筒的弹性模数-带材波松系数-卷筒波松系数若， 式中： f=0.15 时，C=0.81 3.3卷筒的强度条件选择45#钢 （3.5） （3.6） 3.4卷取张力的计算 （3.7）3.5卷筒胀缩机构受力分析 图3.1 卷筒收缩时受力分析3.5.1受力分析卷取工作时的收缩 （3.8） （3.9）若 图3.2 卷筒收缩时受力参考图带宽为b （3.10） （3.11） （3.12） 式中：-卷筒收缩时受力（卷筒工作时卷筒缩径）3.5.2受力分析卸卷时的卷筒缩径 图3.3受力分析简图取扇形块为自由体 （3.13） （3.14） 1,469 （3.15） 式中： -胀缩液压缸反向推力（卸卷缩径）3.6轴向胀缩液压缸行程计算 图3.4液压缸行程计算简图卷筒胀缩时直径 （3.16） 卷筒缩径时直径 （3.17） （3.18）X-径向位移 卷筒胀缩量 （3.19）3.7胀缩缸直径的计算 1，470 （3.20）Q-胀缩缸张紧力 -液压缸供油压力-胀缩缸效率 液压缸的反向推力 （3.21）-活塞杆直径 （3.22）-最大允许摩擦系数3.8 心轴的校核3.8.1 作出心轴的计算简图根据芯轴的受力。首先对轴进行分析，然后根据力的作用情况作出简图。再在计算简图中，分析每一个零件上的载荷情况。算出来芯轴上受力零件的受力情况。按照矢量加减算法，对力进行分解。在X方向分解水平分力；在Y方向上分界垂直分力。见图4-1所示。分开求支撑处的反力。将支承处的水平力设为，垂直反力设为。（1）力能参数的计算轴传递的功率：每级的齿轮传动效率 (3.23)轴的转数：轴的转矩：求作用在齿轮上的力 (3.24) N (3.25) N (3.26) N垂直面支反力：水平面支反力：弯矩计算绘制齿轮轴的受力简图，如图所示合成总弯矩M： (3.27)图3.1 轴的载荷分布图（M，T的单位为Nm）按弯扭合成应力校核轴的强度 我们只校核最脆弱地方的强度。根据下式计算轴的应力 (3.28) (3.29)-轴所受的扭矩，单位为；d-轴的直径，单位为；-空心轴内径与外径的比值； (3.30)弯曲应力 (3.31)-轴的弯曲应力，单位为；-轴所受的弯矩，单位为；扭转切应力 (3.32)-轴的扭转切应力，单位为；-轴所受的扭矩，单位为；计算应力该轴的材料为45钢调质处理，查机械设计表15-1得，因此，故安全。式中 -轴的计算应力，单位为； -芯轴在对称循环变应力作用下许用弯曲应力；3.9 轴的计算简图3.9.1 作出轴的计算简图计算时作图，得到轴的载荷，按力的矢量原则，分解得到两个方向上的力。在X方向上分解为水平分力Fx，在Y方向上分解为垂直分力Fy。结果见图4-1。计算出每个支承处的水平力和垂直反力（1）力能参数的计算轴传递的功率：轴的转数：轴的转矩：求作用在齿轮上的力 N N N垂直面支反力：水平面支反力：具体，如图所示弯矩计算： 合成总弯矩M： 图3.2 载荷分布图按弯扭合成应力校核轴的强度 在校核受力轴时，只要最脆弱的地方的可以承受即可，所一直用对轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的强度进行校核。根据下式计算轴的应力 该轴的