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第49 頁
1700冷軋機組卷取機設計
摘要
卷取機是軋鋼成卷生產(chǎn)不可少的設備。保證卷取機順利工作對提高軋機生產(chǎn)率有很重要意義。冷軋機組中，卷取機用于卷取帶鋼成鋼卷。采用恒張力軋制，可以提高帶鋼質(zhì)量。
這次設計是1700冷軋機組卷取機設計，其用于二機架冷軋機組中。首先，選擇卷取機的設計方案，并對設計方案進行評述。由于冷帶鋼卷取張力大，采用四棱錐卷筒結構。用液壓缸移動斜楔進行脹縮。將四棱錐體單獨加工裝在卷筒軸上，這樣改進，加工方便。當錐體磨損后可以單獨更換。這樣，可以降低設備維修費用。另外，四個扇形塊邊采用搭接技術，防止卷筒脹開后出現(xiàn)空隙，減少鋼卷局部壓扁，提高鋼卷質(zhì)量。去掉鉗口，采用助卷器卡緊帶鋼頭部，方便卸卷。
這次設計，進行主電機容量的計算和選擇。對斜楔進行受力分析。計算帶鋼卷取過程中對卷筒的壓力并計算卷取軸彎曲強度，對傳動齒輪進行設計計算。對支承軸承進行選擇和校核。采用合理的潤滑方案、潤滑方法和控制技術，使卷取機技術先進，經(jīng)濟合理。強度足夠，有廣泛的使用價值，可用于酸洗、熱處理、鍍鋅和鍍鋅機組中。
關鍵詞： 卷取機，斜楔脹縮，助卷
1700 cold rolling unit coiler design
Abstract
The coiler is rolls steel the volume production not to be possible the few equipment. Guaranteed the coiler smooth work to enhances the rolling mill productivity to have the very vital significance. In the cold rolling unit, the coiler uses in the volume taking hoop Cheng Gangjuan. Uses the permanent tensity rolling, may improve the hoop quality.
The lap machine design of 1700 cold calendar units to used for two expansions of cold calendar units. First of all, choice the design project of lap machine, and carry on a comment towards it. In that the cold strips of lap tensile force is big, adopt four rib awls roll structures. Using the hydraulic cylinder to move the oblique wedge to expansion and contracting. It is convenience that processing four rib awls alone and setting on the roll. When the awls wear away, we can replace it alone. So it will reduce the maintenance costs of equipments. In addition, four fan-shaped piece side adoptions taking the lap laying lap work technique for avoiding appearing interstice after rolling expansion, reducing the steel roll parts to staving and enhancing quality of strips. To throw away the pliers , taking auxiliary roll machine to take the strips tightly for unloads strips conveniently.
The design of task is that calculation and choice of the main electrical engineering capacity. To analyze force of the oblique wedge. The calculation that the roll stress of taking strips and flection intensity of the roll shaft, and transmission gears. Choice and checking bearings. Taking reasonable project and method of lubricating ,and control technique, in order to the lap machine has advanced technique, reasonable economy ,the intensity is enough and extensive using value. It can be used for sour wash, hot processing, galvanization and galvanization units.
Keyword: lap machine, the oblique wedge expansion and contracting, auxiliary roll
目錄
1 緒論 1
1.1選題的背景和目的 1
1.2帶鋼卷取機國內(nèi)外發(fā)展 1
1.3冷帶鋼卷取機研究內(nèi)容和方法 2
1.3.1冷軋機組平面布置圖，卷取機的作用 2
1.3.2冷帶鋼卷取機的類型和特點 3
1.3.3帶鋼卷取機研究內(nèi)容和方法 3
2 方案的選擇與分析 5
3 卷筒的設計計算 6
3.1卷筒當量半徑的確定 6
3.2卷筒徑向壓力的計算 6
3.3卷筒的強度條件 8
3.4卷取張力的計算 8
3.5卷筒脹縮機構受力分析 8
3.5.1卷取工作時收縮時的受力分析 9
3.5.2卸卷時卷筒縮徑的受力分析 11
3.6軸向脹縮液壓缸行程計算 11
3.7脹縮缸直徑的計算 13
4 卷筒傳動設計 14
4.1電機的額定轉(zhuǎn)速與傳動比 14
4.2激磁調(diào)整范圍與最大卷徑比 14
4.3卷筒電機功率計算 15
5 減速器的設計計算 17
5.1傳動裝置的運動和動力參數(shù) 17
5.2齒輪的設計計算 17
5.2.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 17
5.2.2按齒面接觸強度設計 17
5.3心軸的校核 23
5.3.1作出心軸的計算簡圖 23
5.4軸的計算簡圖 28
5.4.1作出軸的計算簡圖 28
6 軸承計算 32
6.1軸承的壽命計算 32
7 潤滑方法的選擇 34
7.1減速機潤滑方法及潤滑油的選擇 34
7.2卷取機的潤滑 34
8 試車方法和對控制的要求 35
8.1試車要求 35
8.2對控制系統(tǒng)的要求 35
9 設備可靠性與經(jīng)濟評價 36
9.1機械設備的有效度 36
9.2投資回收期 36
結論 38
致謝 39
參考文獻 40
附錄 41
外文翻譯 41
原文
1700冷軋機組卷取機設計
1 緒論
1.1選題的背景和目的
卷取機的設計，除了按一般機械設計程序進行機構和強度設計外，尚有幾個與工藝和操作有關特殊問題。如機構選擇、主要參數(shù)確定、卷筒壓力計算和張力、調(diào)速、卷取質(zhì)量等。
卷取機的結構形式的選擇，熱帶鋼卷取機裝在熱帶鋼軋機的后面地下式卷取機，一般三輥式成形輥布置多支點棱錐型卷筒。冷軋帶鋼卷取機安裝冷軋機組、平整機組外，廣泛用于各類縱切和橫切精整機組、重卷機組和酸洗機組的不同部位以滿足不同的工藝要求。
在可逆式冷軋機上軋制時，帶鋼張力由卷取機產(chǎn)生，因而這種卷取機要承受很大的張力，寬帶鋼的張力可達400~500千牛，特別多輥軋機軋制合金薄帶材時，帶鋼對卷取機的徑向壓力極大，長期以來多采用帶鉗口的實心卷筒。再設置重卷機組倒卷，多采用八棱錐無縫隙卷筒，以防止卷筒損壞坯帶材表面。冷帶鋼卷取機是冷軋生產(chǎn)的重要設備。通過卷取機將帶鋼卷成鋼卷，以便貯存和運輸。
卷取機的設計，為解決針對工藝和操作有關特殊問題背景下進行的。其目的是確定合理的主要參數(shù)。通過綜合分析選擇正確的機構，按工藝要求確定張力的大小，計算調(diào)速范圍，保證恒張力卷取。按實測張力訊號調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，解決卷取帶卷平整，防止產(chǎn)生左右偏斜的跑偏問題。提高卷取質(zhì)量。這次設計，根據(jù)卷取機生產(chǎn)中存在的問題，制定合理的改造方案，選擇合適電機以滿足調(diào)速范圍的要求。通過設計過程，掌握單體機械設備設計方法，提高繪圖技術和設計能力，為以后工作打下良好的基礎。
1.2帶鋼卷取機國內(nèi)外發(fā)展
熱帶鋼卷取機最早是八輥成型導板引入，生產(chǎn)中事故較多，改成四個成型輥和導板。由于壓力不均，鋼卷質(zhì)量不好，易形成塔形?，F(xiàn)在，多數(shù)采用三輥式卷取機，用計算機進行控制。卷取機的引料輥由框架結構改進擺動機構以便快速提升上輥，滿足卷取張力的要求。
冷帶鋼卷取機是地上卷取機，卷筒機構由形塊改成扇形塊，由于扇形塊機構對稱、強度高，在冷軋機上廣泛應用。近年來，冷軋機發(fā)展采用高速、大卷重、自動化。要求卷取機進行改革。采用八棱錐扇形塊卷筒，對薄帶鋼采用牙條扇形塊無縫隙卷筒，以防止鋼卷不圓。
為滿足卷取工藝要求，保證卷取質(zhì)量，卷取機能夠夾緊板頭和卸卷，一定采用鋼板頭夾緊機構，卷筒脹縮機構。近年來采用液壓伺服系統(tǒng)自動調(diào)整卷取機的位置，保證板邊整齊。
近年來，由于卷筒機構的改進，卷筒一般有兩段脹縮和三段脹縮機構，脹縮量較大。最近，使用四棱錐可控制剛度的卷筒。這種卷取機在卷取過程中，隨著徑向壓力的增加有微量的自動縮徑。從而，在不影響帶鋼張力的前提下，大大減少了帶鋼對卷筒的徑向壓力。以保證卷筒的剛度。卷取機卸卷側都設有活動支撐，以提高它的剛度同時，保證卸卷要求。
1.3冷帶鋼卷取機研究內(nèi)容和方法
1.3.1冷軋機組平面布置圖，卷取機的作用
1700冷軋機組平面布置如圖1.1所示
1 預拆卷機 2 伸直機 3 拆卷機 4 導向輥（二個） 5 機前壓板
6 1700四輥軋機（二架） 7 張力輥 8 卷取機
圖1.1 1700冷軋機組平面布置示意圖
1700冷軋機是不可逆軋機，采用二輥機架連軋，也稱二重式冷軋機。軋制工藝過程是，將吊車吊運的鋼卷用拆卷機拆開，由伸直機將帶鋼頭部平直。拆卷機轉(zhuǎn)動使帶鋼經(jīng)過機前壓板進入四輥軋機運行到卷取機，帶鋼頭部被卷取機鉗口夾緊。卷筒直徑脹大，卷取幾卷后，壓板壓緊，進行軋制。軋制一道次后，卸卷返回卸卷機再重復前面的工藝軋制，重復一次軋制四道次。由于都是正向軋制道次壓下量大，起到五道次的作用。機前壓板產(chǎn)生后張力，而二機架中間用張力輥產(chǎn)生張力，并用液壓缸調(diào)節(jié)它的大小。這樣軋制工藝生產(chǎn)率高、成材率好，相當二機架連軋。
卷取機的作用保證卷取帶鋼，并產(chǎn)生恒張力軋制。
1.3.2冷帶鋼卷取機的類型和特點
由于成卷冷軋帶材生產(chǎn)方式的發(fā)展，卷取機成為軋制和各精整線中不可缺少的重要設備，根據(jù)不同的用途采用不同的結構形式。在不同的卷取速度、帶卷重量和卷取張力的條件下，卷筒承受較大的張力，這就決定了卷筒結構的多樣性和復雜性。從卷筒的發(fā)展過程來看，先后有無心卷筒和凸輪式、斜楔式、棱錐式和徑向柱塞式等脹縮卷筒。卷取機采用固定式卷取外，也出現(xiàn)浮動式卷取機，卷取機橫向移動，補償帶材跑偏。可采用光電或氣動式發(fā)射和接受裝置實現(xiàn)隨機控制。
1 實心卷筒卷取機
實心卷筒強度和剛度最大，卷取時產(chǎn)生的彎曲和塌陷變形少，保證均勻的張力。多半用于冷軋帶材的多輥軋機上。但實心卷筒不能脹縮，故不能卸卷，卷取后需要重卷。
2 凸輪式卷筒卷取機
這種卷取機用凸輪實現(xiàn)脹縮卷筒，強度和剛度低，對稱性差，動平衡不好，加工較困難，凸輪磨損嚴重，容易卡住而不能脹縮，大型卷取機很少用這種卷筒，多用于小型冷軋機組。
3 弓形塊卷筒卷取機
弓形塊卷筒卷取機，帶有獨立的鉗口，斜楔式脹縮卷筒，這種卷筒雖然機構比較復雜，加工較困難。但實踐證明使用性能良好，工作可靠，卷筒軸強度、剛度較高，平衡性較好，廣泛用于軋機、酸洗機組和精整機組中。
4 棱錐式卷筒卷取機
棱錐式卷筒結構簡單，斜楔機構工作可靠，強度和剛度較大，可在高速下以大張力卷取帶卷。脹縮液壓缸與卷筒旋轉(zhuǎn)部分分開，改善液壓缸的工作條件，容易密封。轉(zhuǎn)動部分飛輪較小，利于快速啟制動。特別四棱錐得到廣泛應用。
1.3.3帶鋼卷取機研究內(nèi)容和方法
為搞好卷取機的設計，應研究下列內(nèi)容，按下列方法進行：
1 下廠收集資料，實習有關設備，了解生產(chǎn)中存在的問題，查閱與設計有關的資料。
2 制定設計方案，對生產(chǎn)中存在的問題進行改進，制定合理的設計方案，并對方案進行評述。
3 對電機容量進行選擇，制定傳動方案。
4 對主要零部件進行設計計算，保證強度和剛度要求。
5 繪制總圖、部分部件圖和零件圖。
6 說明試車要求、潤滑方法和油脂，為達到設計功能采用合理控制方案。
7 經(jīng)濟分析與評價。
2 方案的選擇與分析
冷軋機組采用的卷取機一般用四棱錐式卷取機，有卷筒軸和四個扇形塊組成。卷筒的脹縮靠扇形塊與其下面的棱錐軸上的斜楔軸向相對運動來實現(xiàn)。由于結構對稱，強度和剛度好，適用大張力卷取。因此選擇扇形塊式斜楔四棱錐卷取機。卷取機傳動簡圖見圖2.1。
1 卷筒 2 推動桿 3 空心傳動軸 4 減速機 5 制動器聯(lián)軸器 6 電機
7 雙向脹縮液壓缸 8 隨動液壓缸 9 活動支承
圖2.1 卷取機傳動簡圖
卷筒有電機經(jīng)減速機帶動空心棱錐軸來傳遞，卷筒的脹縮靠液壓缸帶動推動桿實現(xiàn)脹縮。
現(xiàn)代冷軋機向高速、大卷重、自動化方向發(fā)展。為保證鋼卷質(zhì)量，對卷取機做了改進，為了減少卷取機的傳動慣量以改善卷取機啟動、制動、調(diào)速性能。對傳動齒輪設計時減少慣量。其次為解決卷取軸的加工困難，改進卷取軸圓形用鍵裝上較短的帶斜楔的四棱錐軸這樣改進不僅加工長卷取軸方便，而且更換提高維修度，由于冷軋機帶鋼出口速度很高已達40米/秒。為提高軋機的生產(chǎn)率，縮短輔助操作時間，方案中卷筒均不采用鉗口。而用助卷機幫助帶鋼繞在卷筒上，這樣卸卷方便快速。
3 卷筒的設計計算
3.1卷筒當量半徑的確定
對于冷軋帶材卷取機，卷筒直徑的選擇一般以卷取過程中內(nèi)層帶材不產(chǎn)生塑性變形為設計原則。對熱軋帶材卷取機，則要求帶材的頭幾圈產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以便得到整齊密實的帶卷。
四棱錐扁形塊式卷筒，可從彈性變形等條件到出卷筒當量半徑公式
[1，467] （3.1）
式中：----卷筒半徑mm
---- [1.467]
為棱錐軸橫斷面大邊長
L----為段棱錐軸長
----棱錐角
3.2卷筒徑向壓力的計算
徑向壓力計算不僅是卷筒零件強度和脹縮缸推力計算的先決條件，而且與卷取質(zhì)量直接相關。一般認為卷筒徑向壓力與卷取張力和帶卷直徑、帶卷和卷筒的徑向剛度（包括帶卷的層間變形效應和卷筒的脹縮性能）、帶卷層間介質(zhì)及表面狀態(tài)、層間滑動與摩擦及帶寬等因素有關。由于這些問題在理論分析和實驗研究方面都具有較大的難度，多年來國內(nèi)雖有許多學者做了大量研究工作，至今仍不能精確計算卷筒徑向壓力。
卷筒壓力的計算公式較多，一般都把卷筒化為薄壁圓筒，考慮圓筒受力后的彈性壓縮變形與應力的，但沒有考慮卷筒的自動縮徑和卷層之間的摩擦的影響。其中英格利斯公式較易于計算，其計算結果與不自動縮徑情況較為接近。
英格利斯公式推導的出發(fā)點是，認為在張力卷取時，帶材是連續(xù)依次地繞在卷筒上并把帶卷和卷筒看成厚圓筒的整體。
[1，466] （3.2）
[1，466] （3.3）
[2,420] （3.4）
----作用在帶材上的張應力
R----帶卷外半徑
----卷筒外半徑
----卷筒當量半徑
----帶材的彈性模數(shù)
----卷筒的彈性模數(shù)
----帶材波松系數(shù)
----卷筒波松系數(shù)
若，
式中：
f=0.15 時，C=0.81
3.3卷筒的強度條件
選擇45#鋼
（3.5）
（3.6）
3.4卷取張力的計算
（3.7）
3.5卷筒脹縮機構受力分析
圖3.1 卷筒收縮時受力分析
3.5.1卷取工作時收縮時的受力分析
（3.8）
（3.9）
若
圖3.2 卷筒收縮時受力
參考圖帶寬為b
（3.10）
（3.11）
（3.12）
式中：
----卷筒收縮時受力（卷筒工作時卷筒縮徑）
3.5.2卸卷時卷筒縮徑的受力分析
圖3.3 卸卷時卷筒縮徑的受力分析簡圖
取扇形塊為自由體
（3.13）
（3.14）
[1,469] （3.15）
式中：
----脹縮液壓缸反向推力（卸卷縮徑）
3.6軸向脹縮液壓缸行程計算
圖3.4 軸向脹縮液壓缸行程計算簡圖
卷筒脹縮時直徑
（3.16）
卷筒縮徑時直徑
（3.17）
（3.18）
X----徑向位移
卷筒脹縮量 （3.19）
3.7脹縮缸直徑的計算
[1，470] （3.20）
Q----脹縮缸張緊力
----液壓缸供油壓力
----脹縮缸效率
液壓缸的反向推力
（3.20）
----活塞桿直徑
（3.21）
----最大允許摩擦系數(shù)
4 卷筒傳動設計
4.1電機的額定轉(zhuǎn)速與傳動比
卷筒電機的額定轉(zhuǎn)速必須與卷取計算轉(zhuǎn)速相適應
[2，423] （4.1）
式中----最大卷取線速度，；
----最大帶卷半徑，。
需要減速機時，其速比為
[2，423] （4.2）
通過電機的調(diào)速，速比定為3.5。
4.2激磁調(diào)整范圍與最大卷徑比
為實現(xiàn)在卷取過程中張力不發(fā)生波動，卷筒的電機的弱磁調(diào)速范圍應滿足下列要求
由于
故 [2，423] （4.3）
式中 ----卷筒電機弱磁調(diào)整的最高轉(zhuǎn)速。
----卷筒直徑，。
4.3卷筒電機功率計算
卷取帶材所需的轉(zhuǎn)動功率應由帶材的張力、塑性彎曲變形、卷取的速度和加速度及摩擦阻力等因素確定。由于塑性彎曲和摩擦的影響遠小于張力，故初選電機時，額定功率可按下式近似計算
[2，424] （4.4）
式中 ----塑性彎曲及摩擦影響系數(shù)，?。?
----卷取張力，；
----卷取速度，；
----傳動效率，取。
式中 稱為計算功率，表示在各種工藝制度下，速度和張力乘積的最大值。
用兩臺電機驅(qū)動卷筒工作，選ZD120/45TH直流電動機。
初選電機并確定傳動比之后，應對電機過載能力進行校核，應滿足下列條件
[2，424] （4.5）
式中 ----所選電機的過載系數(shù)；
----電機額定力矩 ， [2，424] （4.6）
----電機軸上的最大力矩，可按下式計算：
[2，424] (4.7)
式中 ----張力對電機軸的阻力矩
[2，424] (4.8)
其中 ----帶卷外徑，；
----帶材厚度，；
----電機至卷筒的減速比；
----帶材彎曲對電機軸的阻力矩，忽略彈復作用時
[2，424] (4.9)
----卷筒軸承摩擦形成的電機軸阻力矩
[2，425] (4.10)
----表示卷筒支承的編號；
----第軸承處的軸承摩擦系數(shù)；
----第軸承處的軸承當量摩擦直徑，單位為；
----第軸承處的軸承支反力，單位為；
5 減速器的設計計算
5.1傳動裝置的運動和動力參數(shù)
傳動裝置采用一級減速器，一對斜齒輪傳動。運動參數(shù)為：電機功率，轉(zhuǎn)數(shù)，齒輪比。
5.2齒輪的設計計算
5.2.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）按所設計的傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。
（2）選用7級精度（GB10095-88）。
（3）材料選擇:選擇小齒輪材料為40（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。。
（4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。
（5）選取螺旋角。初選螺旋角β=14°。
5.2.2按齒面接觸強度設計
即：
(5.1)
（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
試選Kt = 1.6。
由圖選取區(qū)域系數(shù)。
由圖查得，，則。
由表選取齒寬系數(shù)。
由表查得材料的彈性影響系數(shù)。
計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
= 9.55×
=23887500
計算應力循環(huán)次數(shù)
(5.2)
查取彎曲疲勞壽命系數(shù)
由圖查得，；
計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1得：
(5.3)
許用接觸應力
(5.4)
（2） 計算
計算小齒輪分度圓直徑d1t，由計算公式得：
計算圓周速度
(5.5)
計算齒寬b及模數(shù)
(5.6)
(5.7)
(5.8)
計算縱向重合度
(5.9)
計算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)=1。
根據(jù)v = 5.895m/s，7級精度，查得動載系數(shù)；由表查得的計算公式:
故
查得，。故載荷系數(shù)：
(5.10)
按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，
即：
(5.11)
計算模數(shù)
(5.12)
（3） 按齒根彎曲強度設計
即：
(5.13)
A 確定計算參數(shù)
計算載荷系數(shù)
根據(jù)縱向重合度，由圖查得螺旋角影響系數(shù)。
計算當量齒數(shù)
(5.14)
查取齒形系數(shù)
由表查得，；。
查取應力校正系數(shù)
由表查得，；。
查取彎曲疲勞強度極限
由圖查得，小齒輪MPa；大齒輪MPa。
由圖10-18查得:彎曲疲勞極限壽命系數(shù):
計算彎曲疲勞許用應力,取安全系數(shù),由式(10-12)得:
計算大、小齒輪的并加以比較
(5.15)
大齒輪的數(shù)值大。
B 設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲強度計算的法面模數(shù)，取，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數(shù)。于是由：
(5.16)
取,則。
（4）幾何尺寸的計算
計算中心距
(5.17)
將中心距圓整為946mm。
按圓整后的中心距修正螺旋角
(5.18)
58'49''
因β值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
計算大、小齒輪分度圓直徑
(5.17)
計算齒輪寬度
(5.20)
圓整后取，。
5.3心軸的校核
5.3.1作出心軸的計算簡圖
作計算簡圖時，求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力，如圖。求各個支承處的水平力和垂直反力
（1）力能參數(shù)的計算
軸傳遞的功率：
每級齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)）
(5.21)
軸的轉(zhuǎn)數(shù)：
軸的轉(zhuǎn)矩：
求作用在齒輪上的力
(5.22)
N
(5.23)
N
(5.24)
N
垂直面支反力：
水平面支反力：
彎矩計算
繪制齒輪軸的受力簡圖，如圖所示
合成總彎矩M：
(5.25)
圖4.1 軸的載荷分布圖（M，T的單位為N·m）
按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面B）的強度。根據(jù)下式計算軸的應力
(5.26)
(5.27)
----軸所受的扭矩，單位為；
d----軸的直徑，單位為；
----空心軸內(nèi)徑與外徑的比值；
(5.28)
彎曲應力
(5.29)
----軸的彎曲應力，單位為；
----軸所受的彎矩，單位為；
扭轉(zhuǎn)切應力
(5.30)
----軸的扭轉(zhuǎn)切應力，單位為；
----軸所受的扭矩，單位為；
計算應力，若扭轉(zhuǎn)切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，
該軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，查《機械設計》表15-1得，因此，故安全。
式中 ----軸的計算應力，單位為；
----對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力；
5.4軸的計算簡圖
5.4.1作出軸的計算簡圖
作計算簡圖時，求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力，如圖。求各個支承處的水平力和垂直反力
（1）力能參數(shù)的計算
軸傳遞的功率：
每級齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)）
軸的轉(zhuǎn)數(shù)：
軸的轉(zhuǎn)矩：
求作用在齒輪上的力
N
N
N
垂直面支反力：
水平面支反力：
繪制齒輪軸的受力簡圖，如圖所示
彎矩計算：
合成總彎矩M：
圖4.2 軸的載荷分布圖（M，T的單位為N·m）
按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面B）的強度。根據(jù)下式計算軸的應力
該軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，查《機械設計》表15-1得，因此，故安全。
6 軸承計算
6.1軸承的壽命計算
軸承參數(shù)：
水平力：
垂直力：
卷筒軸轉(zhuǎn)數(shù)：
軸承受到的徑向載荷
(6.1)
軸承的計算軸向力
對于35000型軸承，按《機械設計》表，軸承派生力，其中，
為《機械設計手冊表》表查得，，，
(6.2)
軸承當量動載荷
因為
(6.3)
由《機械設計》書表進行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為
因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表，，取。則
(6.4)
軸承壽命
(6.5)
所選軸承用4500小時后換軸承。
7 潤滑方法的選擇
7.1減速機潤滑方法及潤滑油的選擇
由于兩齒輪半徑差過大，因此采用噴油潤滑,如按高速級選用齒輪潤滑油,齒輪圓周速度m/s,按手冊推薦選用時,運動粘度為5ncst的潤滑油;如按低速級選用齒輪潤滑油,齒輪圓周速度,按手冊推薦選用50ncst的潤滑油,但考慮到減速機負載很大,而且為起動工作制.故選用高粘度潤滑油,選用24號汽缸油。
軸承的潤滑采用飛濺潤滑,即把傳動零件飛濺到箱蓋上的油匯集到箱體剖分面上的油溝中,然后流進軸承中進行潤滑。
7.2卷取機的潤滑
預處理：裝配前，所有摩擦表面應涂以PL潤滑脂；裝配時，所有摩擦表面應用軟布擦拭干凈光亮；在摩擦表面以潤滑脂時，應有質(zhì)檢技術人員在場。
CMI負責委托代理的“OPTIMOL”潤滑劑。
潤滑周期：使用OPTIMOL潤滑OLISTAL2型啟動，每天試驗期加20臺泵的沖擊力，啟動到峰值?；顒又С忻刻鞚櫥淮?；卷筒根部每3天潤滑一次；卷筒內(nèi)部耐磨板和卷筒與液壓缸接手處每30天潤滑一次；；頸部一定要保持潤滑。
8 試車方法和對控制的要求
8.1試車要求
(1)試車前應詳細檢查，不得有卷取二次脹徑不到位、旋轉(zhuǎn)接頭漏油、自動卸卷現(xiàn)象。
(2)試車前按圖紙進行潤滑，不得有漏油現(xiàn)象
(3)試車時應從低速開始試車，試車速度分別以8.5m/s、18.5 m/s、28.5 m/s、38.5 m/s、48.5 m/s五種速度(指卷筒速度)進行試車，然后加載試車。試車時，要對卷取機在起動、加速、制動和行車各階段中的速度進行測定，不得有異?，F(xiàn)象，試車正常后可交付使用。
(4)試車次數(shù)不得少于10次。
(5)試車前要把安裝、檢查工具和影響試車的構件拿開，試車后要清掃現(xiàn)場。
8.2對控制系統(tǒng)的要求
(1)主傳動系統(tǒng)安裝保護措施由電流控制。
(2)系統(tǒng)制動由電機反接制動和制動器制動共同作用。
9 設備可靠性與經(jīng)濟評價
9.1機械設備的有效度
對于可維修設備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復到正常工作狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障即可靠度；從發(fā)生故障后進行維修恢復到正常工作階段即維修度；二者結合起來，就是機械設備的有效度(有效利用率)。
[8，9] (7.1)
MTBF————平均故障間隔期 (h)
MTTR————平均維修時間
設備工作時間10000h,可能發(fā)生4次故障，每次處理故障時間平均8h，檢修時間200h。
9.2投資回收期
表7.1有關資料表（萬元）
時間（年 ）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
投資
200
年凈收益
100
100
100
100
100
100
100
100
100
累計凈
收益
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
投資回收期：
=年
————行業(yè)投資回收期，重型機械
，滿足要求。
結論
在畢業(yè)設計即將結束的時候，我深深的感到自己所學知識的不足。通過這次的畢業(yè)設計設計，我對大學二年所學知識有了一個全面的檢查。我這次設計的題目是1700冷軋機組卷取機設計，通過對于卷取機的設計、計算、受力分析等工作，使我對自己所學知識有了更深的了解和掌握。
設計中難免遇到很多自己不明白的問題，通過老師的指導和個人的一些努力弄懂了一些問題，對于高深的問題還有代于工作中進一步去解決。
本次畢業(yè)設計中，由于沒有實際經(jīng)驗，在設計、計算、繪圖等方面有很多不足之處，希望各位老師多加指導，我一定認真改正，使自己取得更大的進步。
通過設計及應用，四棱錐式卷取機比實心式卷筒卷取機要好，其優(yōu)點如下：
1 四棱錐式卷取機比實心式卷筒卷取機的受力要好，棱錐軸直徑大，強度高，可承受較大的張力；
2 采用雙電機方便啟制動，減少啟動時間，以便滿足剪切要求；
3 選用制動器以便快速停機，以便下卷??；
4 減速機的目的減速，以便電機容量減少，同時大齒輪相當于飛輪作用，以便減少卷筒力矩；
5 采用斜齒齒輪使轉(zhuǎn)鼓同步轉(zhuǎn)動。
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[12]Wang Ying rui,Yuan Jian guang,Lin Hong min. Shape control simulation on 4-high CVC mill[J]J.Iron & Steel Res.,Int., April 19,2004
附錄
中文翻譯
四輥軋機上的板形控制模擬
形狀和輪廓是板材的重要指標,對于板帶軋機斑形控制是主要的技術.對于板形控制的研究對于板形控制和軋制技術的發(fā)展有主要意義.在CVC軋機上,冷軋的板形控制可以被模仿在Ref[1]中.因為關于缺陷區(qū)域的形成金屬側邊的影響沒有被考慮.在CVC冷軋機上三維塑性板形控制沒有被準確分析.4輥熱連軋的板形控制正在研究中.Ref[2]和Ref[3]關于缺陷區(qū)域的形成,金屬側邊流的影響也沒有被考慮.沿著厚度方向,缺陷和壓力的分布被認為是均勻的,它們不能被用于熱軋薄板或厚板軋制.FEM適于模仿熱板連軋的過程Ref[4].因為軋輥被認為是堅硬的,在板帶三維塑性缺陷和軋輥的彈性缺陷區(qū)之間的聯(lián)系能夠被準確的認識.在某種意義上講,軋制過程的模擬是可以被執(zhí)行的.在這種研究中,有限元法被用于準確的分析板材的三維缺陷區(qū),影響系數(shù)法被用于分析軋輥的彈性缺陷的熱缺陷.此外,在四輥CVC軋機中,這兩種方法的結合構建了板形控制的數(shù)學模型.在四輥CVC板帶軋機上,板形控制可以被模擬. Ref[5].由于沒有考慮沿厚度方向,缺陷和壓力的變化.
1. 理論模型
1.1三維板材塑性缺陷----有限元法
有限元法的基本假設:(1)軋制過程關于XOY平面是穩(wěn)定的且對稱的,因此,因下面的分析和假設只考慮對稱的XOY平面的上半部分.(2)板材在輥縫中是硬塑性的和有彈性的.
在圖1.1中所展示的軋制缺陷區(qū),根據(jù)在圖1.2中的方法,被分成了曲面線型元素沿著板展方向.在圖1.1中是工作輥的半徑,L是缺陷區(qū)的長度; 是板材入口厚度和出口厚度;是板材入口寬度;是寬展量.在其他位置的縱坐標.在進口(X=0)板材元素被表示Y(i=0,1,2,…n).在其他位置.縱坐標在其他位置是不知道的.為了數(shù)字分析和假設的方便,在坐標系x,y,z被貼在坐標系為的平面中,入圖3所示,在缺陷區(qū)中,側面的換置功能和金屬高度換置功能被假定是:
(1) 從Ref[10].和Ref[11].有:
,是在缺陷區(qū)(X=1)的出口處的側面和高度置換功能.
在坐標系中,長條元素寬度是:
和沿著側面方向被示為第三少量的功能,假定沿著高度方向是二次曲線,如圖1.3所示.而且被在第0行,第1行和第2行未向替代方法解決.出口分別是側面和高度的換置和節(jié)派的衍生物.
和使和第一衍生物和第二衍生物滿足,且是連續(xù)的.根據(jù)和(i=0,1,2…n; j=0,1,2…n).取決于重現(xiàn)方法.因此有個未知參數(shù), 和（i=0,1,2..n;j=0,1,2）在Ref[10].- Ref[13].中，根據(jù)連續(xù)、體積和理論的原理。前張力和后張力能被得到：分別是交叉橫截面入口橫截面；分別是面積和平面的長度坐標系；分別是平均前后張力，E是板材的柔性度；V是板材系數(shù)是長度壓力系數(shù)。且能根據(jù)多項式作用被表達出來，當入口板材很好，。
以塑性方程中，屈服條件和連續(xù)體積原理，在缺陷區(qū)域中的三維壓力可被解決。從不同的平衡方程中，在缺陷區(qū)的進口和出口處的壓力邊界條件和在邊界面的壓力邊界條件是：在和方向中，是普通的應力和剪應力，是交界面處的普通應力；是在三個方向交界面的普通應力的余弦。在缺陷區(qū)中，用有限元法單位軋制力能夠被計算。
1.2軋輥的彈性缺陷區(qū)-影響系數(shù)法。
在軋輥的長度范圍中，輥身用和的中央縱線的單位寬度區(qū)域分為節(jié)。下載的圖表和劃分軋輥的部分在圖4和圖5中所被顯方出來。是上工作輥調(diào)節(jié)距離。時是凹形輥縫，是凸形輥縫，是單位寬度軋制力。是工作輥和支承輥之間的接觸壓力。是工作輥和支承輥的彎曲應力；分別是左右兩側的支反力。整個坐標系的原點正好在左邊壓力點之下，即軸線超過了左邊支持點。
工作輥和支承輥軸線錯位表示為：在工作輥與支承輥間的彈性平坦度。被用一半空間輥體模型，如下：
在工作輥和支承輥之間的變形能力方程是：
工作輥計算模型是：
板材橫向分布是：
是下段輥，是工作輥和支承輥的偏移影響系數(shù)，并且表示了在點的偏移，其由作用在點的單位力引起的。是工作輥和支承輥的彎曲應力系數(shù)，表示了被單位彎輥力引起的在點的偏移。是工作輥左右末端的軸線錯位。是左端壓力支承點和工作輥左端間的距離。是工作輥和支承輥間的軸線偏移，分別是工作輥和支承輥間的平坦系數(shù)和平坦度。是工作輥和支承輥頭；是最初的輥頭和熱輥頭和更低的工作輥，是上下輥的硬度替換之和，并且取決于機架和其他載荷零件；是軋輥原始輥縫。
把方程（12）和方程（14）代入方程（16），就構成了個方程組。與此同時，加入里的平衡方程和工作輥的工作時間，因此方程的總數(shù)是個。在方程組中，方程（15）和方程（16）代入方程（19），然后軋制板材的厚度能夠被解出。
1.3關于四輥CVC軋機板形的模型分析和計算，對于四輥軋機形狀流的分析和計算被表示在圖6中。三維的塑性缺陷區(qū)分析被用于確定橫軸的單位寬度的壓力的分布。前張力是后張力是等。軋輥彈性缺陷區(qū)的分析用于確定在工作輥和支承輥之間的接觸應力和有載輥縫的形狀（即出口板材厚度的橫軸分布情況）。在某種特定的情況下，出口形狀（的橫軸分布）是能夠獲得的。
基于對于4輥CVC軋機的實踐，已經(jīng)研究了板形控制。板材進口寬度是1235。進口寬度是39.214，出口厚度是24.477。板材進口屈服強度是100。進口板材屈服是700。前張力是186.50，后張力是0。工作輥的彎曲力1077。工作輥有一個直徑850，寬為2250的工作輥，支承輥的直徑為1500，長度是2050，在工作輥兩端彎曲力間的間隙是3150。最大和最小工作輥直徑是1300。最大和最小工作輥直徑是15998。工作輥之間空間CVC工作輥的最初移動距離是-10，CVC工作輥的移動距是-95。
2.1通過工作輥的移動的板形控制的模擬
圖7中顯示了出口板材頭部的橫向分布和在條件為為1077下的單位寬度軋制，是-75，-25，25，75，隨著寬度的增加，極劇減少。的橫向變化更加迅速。
圖8中.顯示了在條件為為1077下的分布，是-75，-25，25，75，隨著增加的橫向差在=-75從33增加到=75時的75。對原板材這一點很明顯，頭部的變化越大，對的影響越大。
2.2工作輥彎輥特點的模擬
圖9中顯示了，和間的聯(lián)系。隨著的增加，的變化很小，的橫向變化增加，但的影響比更弱。
圖10中顯示在為-95，是0，300，600和900的條件。的橫向分布。的橫向增加，尤其在邊部。
2.3關于形狀和板材頭部的寬度的影響
為了研究熱軋板材的形狀和頭部的寬度影響，并消除了其他影響因素，在模擬中，是10（即），是0，在相同比例下是變化的。
圖11顯示了對于不同的；和的分布。隨著的增加，先是增加，然后減少。在=1635時，（=274.355）。同時軋輥間隙分布變得更加均勻。此外隨著增加，的橫向差先是減少然后增加，向摩擦力隨著的增加，作用寬度增加，使橫向變化增加。
圖12中顯示了在不同下的分布情況，的橫向差先是減少然后的變化很小，甚至寬度和厚度不斷成比例增加，板材的壓力和缺陷沿著高度方向的變化并不明顯。
3結論
（1）.隨著增加，極劇減少，的橫向差增加。隨著增加，輕微減少，的橫向差別增加，尤其左邊緣，隨著增加，先是增加然后減少，同時輥更加平坦。橫向差則先減少然后增加。
（2）.關于板形和頭部，的影響是很大的，它適于板形和板材頭部的預設定，關于板形和板材頭部影響的很小，他適于板材形狀和頭部的在線調(diào)整。