冷带钢卷取机设计平衡机构的设计

关键词：Asanindustrialassistantequipment,coldcoilerisanecessaryequipmentinsteelrolling.Itcoilsstripintocoiledsteel.Industriesuseitforsteelcoiling,acid-washing,cuttingandsoThepaperstarswiththeimportanceanddevelopmentofcoldcoilerinindustryandproposesthenecessityofmoreresearchesonit.Thenthetheoryonmechanicalsystemdesignfollowsit.Thetheoriestellstheimportantpartsofcoldcoilerandhoweachpartworks.Afterthat,takingtheforegoingmechanicalsystemforreference,thepaperputthegeneralplanningforthedesignofcoldcoiler.Asthecorepartofcoldcoiler,thestructureofrollerisexpoundedatlengththoughan2Daxonometricaldrawingwhichcomesfroman3DmodeldrawnbyUnigraphicsNX9.0.Andthedesignandworkingmethodoftherollerfollowsthedrawingindetail.Forthesakeofexpandingthescopeofapplicationofit,themachinecanworkwellwithdifferentcoilvelocity,tensionandthickofthestripautomatically.Giventherequirementofindustrialproduction,thepaperanalysesthemethodofadjustingspeedsynthetically.Basedonit,reliablemotorischosenbalancingmechanismandretarderisdesignedaccordingtothekeycoldcoiler;balancingmechanism;theoryonmechanicalsystem;2Daxonometricaldrawing;I摘 绪 选题意 卷取机的概 卷取机的分 卷取机的国内外发展状 设计内 设计参 设计目 设计要 设计进度计 设计方法与实施方 卷取机结构介 传动机 液压控制机 卷曲机 传动方案的确 电动机择 制动器择 联轴器择 冷带卷取机设计—平衡机构设 卷筒主要参数的确 卷筒直径的确 卷筒径向压力的确 胀缩缸平衡力的计 卷取机卷筒结 卷筒结构 卷取原理说 减速器的设 设计参 卷筒无频调速异步电机的的功率计算 卷取机高速级齿轮传动设 传动方 传动精 材料选 齿 螺旋 确定公式内的各计算数 分度圆直径与模数的计 按齿根弯曲强度设 确定计算参 设计计 几何尺寸的计 卷取机低速级齿轮传动设 传动方 传动精 材料选 齿 螺旋 确定公式内的各计算数 分度圆直径与模数计 按齿根弯曲强度设 按齿根弯曲强度设 设计计 几何尺寸的计 传动轴的设计与校 做出轴的计算简 做出弯矩 做出扭矩 校核轴的强 轴承寿命计 拉杆行程的确定及稳定性校 拉杆的行程确 拉杆稳定性校 结 致 参考文 附录 001-1已由早起出现的八辊式和十二辊式演变为当今使用较多的二辊式、三辊式（1-1-2三辊式卷取机工作简图800~95050~30020400~5001-11-1移动至轧机尾部，等待进入卷曲机缠绕卷沿轴向对称环形均匀分布在径向压覆带材并寄予一定的控制张力辊、助卷辊，使二者之间留有足够的空带材在滚轮的作用下，移动同上分布并压导向尺为带动带材沿指定封严格控制缝隙量避免带材跑偏或已在卷筒上缠绕数圈，带材已在卷取机及轧机之间建立保持上述状态继续给带材施严格控制缝隙量避免带材跑偏或在卷筒上自由严格控制缝隙量避免带材跑偏或逐渐移动至卷严格控制缝隙量避免带材跑偏或1-液压缸；2-卷筒；3-推板；4-钢卷；51-31-41-41234胀缩机构为四对斜楔。工作时内斜楔由胀缩缸推动的心轴控制，外斜楔支撑扇形版的两翼做径向运动。工作时，外斜楔与扇3但不足：因为斜楔只支持扇形块的两翼，故工作的承载能力相对下降。5近几年，随着经济实力的增加、技术的提升，我国的炼钢、轧制等重工业领域都取90年代至今，我国也只侧重于对卷曲张力的控制以及相关模型的研究。24了应对紧急情况或按时停机检修时，卷取机的制动装置仍然不可或缺。制动器同电动机一样，除非特殊需求，现在市场上的各种类型的制动器都有相关设计规定，大多数都是标注华设计，以满足生产要求。在达到制动要求的前提下，经济性地择取本次课题设计的卷取制动器是择取的标准。速都基本介于几百至上千转每秒。而本次的课题设计，从实际的卷曲参数来看带材的速度也最高也只有几米每秒。电动机的输出速度必须通过合适的减速机构进行降速后才可使用。由于本次课题设计的卷取机，对速度控制严格要求，故此，减速器的精确计算及校核是本次课题设计的重点。1-5478mm；5×300×3×8；14.0Mpa（2-12-2卷取机纠偏控制原理图2-3等效发热校决2-32-1YP在实际工作中，一旦电机设计好，改变其电极数是一个复杂的过程。由公式n60f/p可知：极速ｐ为定值，转速正ｎ比于频率ｆ。故无极的频率ｆ对应着无极的YP1235~100Hz45Y678表2-2图2-4表2-3图2-5D

(3-DE带材屈服极限h带材的平均厚度D=（160~200）hmax。卷筒常用的尺寸有：Φ610，Φ510，Φ450，Φ305。对于卷曲工艺后开卷工艺，在矫正设备的帮助下，对于σs较低且厚度较大的带材，允15~40mm之间变化。此处，确定本次设计的卷筒直径为1.2.1.2.3.4.（1）C.E.英格里斯(Inglis) ΔPi 3-1卷筒、带卷受力分离体图（a-带卷；b-卷筒3-1i+1层带材时的卷筒，带卷的受力情况。由变形协调方程及拉密21 r2r2r221

(3-1r2r22 1r2

pi

σ0h

(3-hriD2Inglis（2）δ┱δ┱P/δ0-P/δ0-0 Rc/r2

- Rc/r23-23-2可知：当“带材半径/卷筒半径=Rc/r2>3”时，带材的切向张应力将低于其PQα胀缩液压缸PQα胀缩液压缸QQ'P扇形块3-3卷曲过程中，卷筒自动缩径的原理如图所示。当径向压力达到临界压力p0时，400径向单位压力300径向单位压力200100405505605705卷曲半径3-4p0p ln

(3-1 2f1=0.10，f1=0.12，f1=0.15，K2.42.0C1.6C1.2

单位张力3-5卷筒刚性系数（KC0.15

R2

(3- 1.5c r2其中：C3-1-2-(5)因

(3-故

K1.00.15

7502 1.5254

p

ln

0.480.2240ln7501 2

12

K1.750.5

R2

(3- 1.5c r2K1.750.5

7502 1.5254

0pKσln0

(3-0pKσlnRc1.0462400.2ln7500 3-5：3-53232aPP2Br2p0

(3-P2Br2p0

DBp

32508220.1913232其中：B32cd所示：为扇形板和卷筒轴的分立体图。cN

(3-2N[1f22

P

cos20020.15sin200

dPQ

(3-21f22ftan224P(tanαf 417765.69(tan200Q 221f22f 10.15220.15tan22对于自动缩径的卷筒，卷曲过程中，因为tanβf2Q

2DBp(tanαf2)

(3-卷筒结构图冷带卷取机平衡机构的设计，如图3-73-3-7卷筒轴测爆炸图3-8卷取机卷筒部分二维轴测爆炸图478mm；5×300×3×8

(3-

D

(3-DT卷取张力v卷曲速度η

K

(3-

(3-N

N

(Tv)max1.1(11.7651000)max

(3-

2

1000Dmaxvmax

fnf

603.4563.66 (3-其中：Rc

18002.43

1200

(3-

i

740

(3-展开式展开式9876543 10121416182022242628303234363840i1---高速级传动 i---总传动3-911.624i2i/i111.624/3.7 输入到各传动轴的转矩各转动轴的转速大小n1ner/i0740/1740r/minn2n1/i1740/3.7200r/minn3n2/i2200/3.1463.69r/minn4n363.69r/min

(3-P272.7650.980.9769.17KwTd9550Pd/ner955075/740967.91KNTdi3T49550Pw/nn955065.75/63.699858.73KNm

(3-(3-40Cr（调制45（调制

z1

z2iz13.730

i'z2/z1111/30i'i3.73.7

332KtT1u1ZHZE2 dσH

(3-图表式10-——齿宽系数—10-—10-——10-————10-—KHN1KHN10-—————10-1重合度系数10-—————10-—10-———10-———10-———10-———10-—10-—齿形系数—10-——应力矫正系数—10-——10-———弯曲疲劳极限寿命系数10-—————10-—N60njLh6074013830051.6

(3- NN/i1.6109/3.7

(3-1%，

KFN1σFE11.08600648MpaKFN2σFE21.18550

(3-(3-H

(3-H H

(3-3 t123 t12K u1Z H σ21.3

3.712.47189.8

3.7

v 60

60

(3-bbdd1t0.8228.96

(3-md1tcosβ228.96cos11

(3-z1 z1h2.25mnt2.257.49b/h228.96/16.8525

(3-(3-

(3-v=8.87m/s，7KKAKVKHαKHβ11.181.21.3163K/d3K/

228.9631.86/1.3

(3-计算模数mnnmd1cosβ257.997cos11n

(3-z z3 13 1 22Yαd1Fm

(3-nKKAKVKFαKFβ11.181.21.25

(3-由图查得螺旋角影响系数YBzV1

(3-

(3-YFα12.525;YFα2;12

KFN10.85；KFN1

S

0.85

(3-

S

0.88

(3-

(3- YFα2YSα22.111.80

(3-

2KTYcos2KTYcos231zYd1FαF3 21.779.671060.9230.8302

(3-对比两种计算校核的法面模数取其较大者，为配合标准化的需要，取mn7mm。

1zd1cosβ228.96cos111

(3- 取Z132，则Z2Z1i1323.7118.4取Z2az1z22

2cos11

(3-535mmβarccosz1z2

arccos(32118)711.0952535

(3-d1

z1mn

(3-

d2

1187841.45mm

(3-bdd10.8228.193主动轮齿数Z1=30；Z2113主动轮B1180mmB2

(3-40Cr（调制z3z4i2z33.143094.2实际齿数比i2z2z19530i2'i23.163.14 3 t23 t2 2K i1 σ图表式10-——齿宽系数10-—10-——10-————10-KHN1KHN10-—————10-1重合度系数10-—————10-—10-———10-———10-———10-———10-—10-—齿形系数—10-——应力矫正系数—10-——10-———10-—————10-—大齿轮接触疲劳强度1 1N60njLh6074013830051.6109NN/i1.6109/3.74.31081 11%，

KFN1σFE11.08600648MpaKFN2σFE21.18550H

H H 3 t3 t1 H2K i1Z σd3t

21.39.39

3.1612.47189.8

3.16

v 60

60

bdd1t0.8230.7md3tcosβ230.7cos11z z

h2.25mnt2.257.58b/h184.56/17.1v=2.415m/s，7查得：Kv=1.1；KHβ=1.320；KFβ=1.25；KHαKFαKKAKVKHαKHβ11.181.21.3163K/3K/

d3

230.731.86/1.3nmd3cosβ2259.96cos12n 2KT2KTYcos232z2YFαd3F

mnKKAKVKFαKFβ11.181.21.25由图查得螺旋角影响系数Yβ

YFα32.525;YFα4YSα31.630;YSα12主动轮σFE1500Mpa；从动轮σFE2380MpaKFN10.85；KFN10.88σKFN3σFE30.85500F

先计算齿根弯曲疲劳应力，取S

S

0.88

YFα3YSα32.5251.630

YFα4YSα42.1781.80mn

2KTYcos231zYd12KTYcos231zYd1FαF30.8302

对比两种计算校核的法面模数取其较大者，为配合标准化的需要，取mn10mm。1zd1cosβ319.96cos111

Z132Z2Z1i1323.7118.4取Z2az1z22

2cos11641mmβarccosz1z2

arccos(3195)1010.6292641因为β值改变值在允许范围内，故不需要修改εa、Kβ、zH。d3

3110316.926mm

d4

9510971.22mmbdd10.8316.926主动轮齿数Z330；Z495主动轮B3210mmB43-10a)3-11 1F 1F2T12939.06103 1(3-FFttgαn 8228.35tgFrt n 3050.93N (3-FaFFtgβ8228.35tg(110) (3- HH支撑反力 Fr L (3-H支撑L反力FNH2 2 FrL2 NH 230(3-V 0:F

Fad1

L)

NV F0:FNV1FNV2FrFNV1FL FrL22(3-FNV2FLFa L2(3-

3050.932301599.433050.93 1871.934N2305203050.932301599.43

1178.998N230520b)、c)、d)M2HMMM2HMM（d)

M

(3-bMHFNH1L22115.310.23486000.52NcMv1FNV1L21897.9340.23436000.52NcMv2FNV2L31178.9980.52613000.08NdCM2HMM2HM2V486000.522CM2HMM2HM2V

653000.64N486000.522486000.522e

T1939.06KN38SiMnMo，查的σb735Mpa,σs590Mpa

65Mpa

1

0

(3-

M WM W42W 故

W

(3-W 1

1.17106

(3-1TW0.2d30.2228.2532.41061T取Mmax{M1,M2}M

(3-(3-MTW

MM2 22W42W

782.02(0.59

(3-1.8~413FAG24122ES.TVPB的使用寿命进行校核如下：

2 22 2115.32 22NH Nv935.622Fa1Fa2Fa1599.43N(3-

(3-(3-Fa11599.430.564e

(3-

Fa2

1.063e

(3-

取

fp(XFrYFa)1.2(2.882837.940.671599.43)11093.86N(3-fp(XFr2YFa1)1.2(2.881505.1320.671599.43)6487.68N(3-3

(3-

Lh

C )P

60

(520000)

8.3106

(3-故

Le53003836000h3.6104Lh

(3-508mm、SDmaxDmin508478

(3- 23-12卷筒胀开直径（左、缩合直径（右3-13稳定安全因素42CrMo（超高强度钢FπD2p

103)214106

(3- 则FcrnstF10686875

(3-拉杆柔度λddFcr

(3-44 64F

d

0.093m

(3-64646868750(14dλuL14530

(3-

E1Ep

4π210900

(3-14-1~王海文.轧钢机械设计.机械工业出版社濮良贵,纪名刚.机械设计.高等教育出版社皱家祥，施东成.轧钢机械理论与结构设计.冶金工业出版社郑文纬,吴克坚.机械原理.高等教育出版社于骏一,邹青.机械制造技术基础.机械工业出版社贾亚洲.金属切削机床概论.机械工业出版社ToddE.Anderson.VerticalSheetMetalDecoilingSystem.USA.US2011/0233318A1.2011.王海文.轧钢机械设计.机械工业出版社王延溥，齐克敏.金属塑性加工学——轧制理论与工艺.冶金工业出版社.2014[12]连家创，戚向东.板带轧制理论与板形控制理论.机械工业出版商社.2013[13]孟宪源，姜琪.机构构型与应用.机械工业出版社.2004周建男.轧钢机.冶金工业出版社Dixit,Robi,Sarma.Asystematicprocedureforthedesignofacoldrollingmill.JournalofMaterialsProcessingTechnology.2002.121.