张力辊3号辊的设计说明书资料

1、张力辊设计说明书（3号辊设计）目录一、张力辊的设计计算- 1 -1.1、设计参数- 1 -1.2、张力辊设计要求：- 1 -1.3、张力辊几何参数设计计算- 1 -1.4、张力辊的结构设计- 4 -二、联轴器的选择- 6 -2.1、联轴器的分类- 6 -2.2、联轴器的选择- 6 -2.3、与联轴器相连的辊子轴径的过盈量的确定- 7 -三、轴承的选择- 9 -3.1、张力辊受力分析- 9 -3.2、张力辊轴承的确定- 11 -参考文献- 14 -一、张力辊的设计计算1.1、设计参数带钢厚度：入口 0.452.3mm 出口 0.452.3mm ； 带钢宽度：入口 9001860mm 出口 900

2、1860mm ；单位钢卷重量（kg/mm）：入口 最大 24 kg/mm，平均 18 kg/mm； 出口 最大 24 kg/mm，平均 18 kg/mm；原料强度：屈服极限 最大 1200Mpa ， 最小 345Mpa； 弹性模量 206Gpa；带钢单位张力（）：带钢入口单位张力为83；出口单位张力为24.06；带钢运行速度：601m/min；1.2、张力辊设计要求： 张力辊零件结构设计； 轴承选型； 联轴器选型(减速机输出轴与张力辊辊颈轴之间)。1.3、张力辊几何参数设计计算 1.3.1、张力辊直径的选择张力辊直径的选择应以带钢的最外(或最里)表面没有达到屈服极限为条件, 这样带钢只产生弹性

3、变形,可以防止带钢产生塑性变形(弯曲或伸长)。显然张力辊辊径越小, 产生变形就越大, 要保证其变形在弹性范围之内, 张力辊的辊径不能太小, 必须有一定的限制。计算原则:带钢缠绕在张力辊上不产生塑性弯曲变形，即按厚带材绕过张力辊的弯矩小于或等于带材的弹性极限弯矩计算辊径。 计算公式如下： D = 其中： D ： 张力辊的辊径 ，单位 mm； h ： 钢板的厚度 ，单位 mm； E : 带钢的弹性模量 ，单位 MPa； ：带钢的屈服强度 ，单位 MPa。已知带钢的最大厚度为2.3mm，带钢的弹性模量为206GPa，带钢的屈服强度取为364MPa，代入上式得张力辊辊径为： D=1302mm由上述计算

4、可以发现，带钢规格相同，屈服强度越高需要的辊径越小。这正是带退火炉的热镀锌线入口张力辊径小，出口张力辊径大的原因。带钢经过张力辊不产生塑性变形的要求是相对的，为了不使辊径过大，实际生产中允许部分厚规格产品产生塑性变形。根据实际生产经验，最终确定张力辊辊径D=1300mm。张力辊辊身的长度依据带钢的宽度选取，通常是带钢的带宽加200300mm，带钢的宽度为9001860mm，则取张力辊辊身L=2100mm。1.3.2、张力放大系数的确定张力辊的工作原理是带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处(即包角处)产生摩擦力，以此使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制。张力放大系

5、数就反映了张力变化规律。在辊面材质和被处理材质一定的前提下，即摩擦系数一定的前提下，包角的大小决定了张力辊的张力放大系数的大小。所以，在设计辊子的布置型式时，要考虑辊子的数量及总包角。张力辊在工作时，张力辊为主动，即驱动的张力辊带动带钢运动，入口张力大于出口张力。张力放大系数计算公式： 其中： ：张力辊的入口张力，单位 kn； ：张力辊的出口张力，单位 kn； ：包角处带钢与张力辊之间的摩擦系数；：带钢在张力辊上的包角。：张力辊传动带钢，保证带钢不打滑可能产生的张力放大倍数。这是可能产生的放大倍数，张力辊实际放大能力取决于传动功率，但是传动能力超过此范围也没有意义。选取0.61860的带钢计算

6、，可求得入口和出口张力分别为： 已知张力辊出口张力为93kn，入口张力为27kn，采用钢辊接触，摩擦系数取0.074,。代入公式得： =3.44由此可知，所需的张力辊总包角：16.69 弧度将弧度转化为角度后，可知所需的张力辊总包角=。张力辊的型式一般有二辊式、三辊式、四辊式等。结合本机组所需的张力辊总包角，以及本机组设计中带材入口与出口的位置，确定张力辊的型式为四辊式。辊子布置如图1.1所示： 图1.1 辊子布置图图中，。1.4、张力辊的结构设计张力辊辊身为2100mm，直径为1300mm，考虑到张力辊直径较大，为减轻重量同时节省材料，采用如图1.2所示的空心辊结构。 图1.2 张力辊结构图

7、（1）A必须为锻件。常用钢管的加工方法有锻造、焊接和扩径钢等。其中：锻造：锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。锻件的整体锻造成型质量好、机械性能最佳，但成本较高，一般适用于特殊辊坯制造，如需要表面硬化淬火处理，或采用卷板很难成型的情况下。焊接：焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成。是最经济、应用最广泛的成型方法。但对于小直径（<500mm）、板厚（>50m）的

8、套筒有一定局限性，缺点是：由于存在一条贯穿筒身的纵向焊缝，该焊缝与钢管的其他部分淬火后硬度不同，在轧制钢板时会产生磨损，影响质量，因此对于焊接质量要求较高。扩径钢：目前国内技术要求还达不到。张力辊需要直径为1300mm的钢管强度要求较高，为满足张力辊的尺寸及强度要求，选用锻造的方式加工钢管。（2）对B、C进行正火处理，以细化金属组织晶粒，消除在锻、轧后的组织缺陷，改善钢的机械性能（强度、韧性和塑性）。（3）采用低氢焊条，在预热温度大于时，焊接B与E，C与D。较其它类型的酸性焊条，低氢焊条有很多优点，如有良好的机械性能(特别是焊缝金属的塑性、韧性及抗时效性能)和抗裂性能。焊接后，对B和E、C和D

9、进行退火处理，以消除内应力，并进行磁粉探伤。（4）对辊面进行表面喷丸处理，然后进行毛化镀铬，硬度层t为0.10.03mm，表面粗糙度为4.04.5。表面喷丸处理：喷丸处理也称喷丸强化，是减少零件疲劳强度，提高寿命的有效方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到弹簧表面，使弹簧表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，由于弹簧表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分抗应力，从而提高弹簧的疲劳强度。毛化镀铬：在各类机组中，诸如张力辊、活套辊、转向辊、纠偏辊等，原本普遍采用包胶辊、无纺布辊或普通光面镀铬辊。包胶辊、无纺布辊虽然摩擦系数大，辊面有一定弹性，但表面耐磨性

10、差，使用寿命短，已不能满足现在高速连续生产线的需要，在大多数场合，正逐渐被毛化镀铬辊所取代。普通光辊镀铬虽然耐磨性没有问题，但摩擦系数小，易造成带钢表面擦伤、划伤，也不能满足生产需要。毛化镀铬辊首先对钢基表面进行研磨、抛光，基本达到或接近镜面水平，然后按照使用要求不同进行毛化处理，而后电镀硬铬，最终获得是在光滑表面下，存在一定数量、深度，是人为处理有一定范围要求的微坑，最终形成特殊的表面毛化镀铬状态。 表面经过毛化处理后，不但大大增加了辊面的摩擦系数，辊面与带钢贴合更紧密（毛化尖点增加接触压强），更重要的是带钢在运行过程中，由于微坑存储气体的作用，使得带钢与辊面之间形成一层保护气膜（其原理类似

11、于油膜轴承），避免了辊面对钢带的擦伤、划伤，因此，带钢表面质量要求较高，越应采用毛化镀铬辊。二、联轴器的选择2.1、联轴器的分类连轴器是连接两轴或连接轴与回转件的一个部件，在传递运动和动力过程中和轴一同回转不脱开。联轴器除具有连接功能外，也可使之具有安全防护等功能。按照联轴器的性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器对所联两轴间的相对位移缺乏补偿能力，但有结构简单，制造容易，不需维护，成本低等特点而仍有其应用范围；挠性联轴器中又分为无弹性元件的挠性联轴器和带弹性元件的挠性联轴器，。前一类只具有补偿两轴间相对位移的能力，后一类因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能

12、力。2.2、联轴器的选择联轴器的选择主要考虑所需传递轴转速的高低、载荷的大小、被联接两部件的安装精度等、回转的平稳性、价格等，参考各类联轴器的特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点1.所联接两个轴的轴径；2.传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；3.联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小，对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器；4.两轴相对位移的大小和方向，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器；5.联轴器的可靠性和工作环境，通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完

13、善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。6. 轴器的制造、安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等)，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的中、小功率传动。转矩的计算：由得到的转矩如表2.1所示： 表2.1 各段转矩转矩/N.m转矩/N.m3号电机1856.773号张力辊17684.39考虑到本设计中各传动轴对中性能比较差，传动转

14、矩较大，而且可能存在冲击载荷，联轴器选用弹性柱销式联轴器。所选的3号张力辊的联轴器型号如下： LZ112.3、与联轴器相连的辊子轴径的过盈量的确定2.3.1键的选择 键的剖面尺寸b*h按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般按轮毂宽度定，要求键长比轮毂略短5-10mm，且符合长度系列值。 由此选定C型键b*h=45*25,L=320。对于导向平键、滑键组成的动连接，计算依据是磨损，应限制压强，即： 由于具有冲击，则p=30MPa，计算得。2.3.2最小过盈量的计算 键能传递的扭矩达不到辊子需要的扭矩，通过过盈配合来传递更大的扭矩。 计算得由以下公式：其中=0.12，E=21000，d=180，

15、D=260。计算得，故取。2.3.3最大过盈量的计算最大过盈量的满足要求：（1） 最大过盈面应力，安全系数满足；（2） 由最大过盈量确定的过盈温度要满足小于200度。所以，根据以下公式：（其中，安全系数取1.66，）得: 故，取mm。代入公式：得出t=147度，满足要求。2.3.4公差带代号的确定由公式：得：故选择等级6。又，故选择公差带s。综上，过盈配合的公差带代号确定为s6。三、轴承的选择3.1、张力辊受力分析由于带材在每根张力辊上的包角相等，都为，所以每根张力辊的张力放大系数： 1.36根据欧拉公式：同理求得，带钢各段的受力如表3.1所示： 表3.1 张力辊各段受力受力大小/kn9368

16、5036.727对于3号张力辊，可看成带钢张力、，张力辊所受重力G产生的合力为，对张力辊产生的扭矩为，可以得出合力与张力辊轴承座产生的支持力相平衡，扭矩与电动机扭矩相平衡，根据图3.1求合力。 图3.1 3号张力辊的受力分析计算张力的重力时将张力辊辊视为一个环形筒，如图3.2所示： 图3.2 张力辊简图张力辊体积钢的密度：则张力辊的重力为： 得： 三个力、和G在X、Y轴产生的合力和计算如下：根据合力得： 3.2、张力辊轴承的确定3.2.1选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几种主要因素： 允许空间。 载荷大小和方向。例如既有径向又有轴向的联合载荷一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承，如

17、径向载荷大，轴向载荷小，可选用深沟球轴承和内外都有挡边的圆柱滚子轴承，如同时还存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的情况，可选用调心球轴承、调心滚子轴承；如轴向载荷大，径向载荷小，可选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承，若同时要求调心性能，可选推力调心滚子轴承。 轴承工作速度。 旋转精度。一般机械均可用0级公差轴承。 轴承的刚性。一般滚子轴承的刚性大于球轴承，提高轴承的刚性，可通过“预紧”，但必须适当。 轴向游动。轴承配置通常是一端固定，一端游动，以适应轴的热胀冷缩，保证轴承游动方式，一是可选用内圈或外圈无挡边的轴承，另一种是在内圈与轴或者外圈与轴承孔之间采用间隙配合。 摩擦力矩。需要低摩擦力

18、矩的机械（如仪器），应尽量采用球轴承，还应避免采用接触式密封轴承。 安装于拆装。装卸频繁时，可选用分离型轴承，或选用内圈为圆锥空的、带紧定套或退卸套的调心滚子轴承、调心球轴承。3.2.2选择轴承的方法：选择轴承一般根据机械的类型、工作条件、可靠度要求及轴承的工作转速n，预定一个适当的使用寿命（用工作小时表示），再进行额定动载荷和额定静载荷的计算。（1） 基本额定动载荷计算对于转速较高的轴承（n<10r/min），可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当可靠度为90%、轴承材料为常见材料并在常规条件运转时，取500h作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击

19、等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算：式中 C:基本额定动载荷计算值，N； P：当量动载荷，N； ：寿命因素； ：速度因素； ：力矩载荷因素，力矩较小时=1.5，力矩载荷较大时=2； ：冲击载荷因素； ：温度因素； ：轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N； ：轴承尺寸及性能表中所列轴径向基本额定动载荷，N。轴承的基本额定动载荷是在假定的运转条件下确定的。其中载荷条件是：向心轴承仅受纯径向载荷；推力轴承仅受纯轴向载荷。实际上，轴承在大多数应用场合，常常同时承受径向载荷和轴向载荷。因此，在进行轴承计算时，必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷相一致的当量动载荷。当量动载荷的一般计算公式为：P=式中 P：当量动载荷，N； ：径向载荷，N； ：轴向载荷，N；