钢带开卷机设计

1、 PAGE 本科生毕业设计题 目 钢带开卷机 系 别 机械系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 PAGE PAGE I钢带开卷机设计 摘 要开卷机是板带生产的主要设备，将卷钢放开进行剪切、校平等，便于生产、运输和储存。本设计为四棱锥胀缩式开卷机，该机由电动机经减速器带动空心轴及套与其中的四棱锥，四棱锥由油缸驱动，前后移动，从而胀缩套与其上的扇形板，使卷取的带钢胀紧或松开。正常润滑条件下利用胀缩缸的工作压力来实现卷筒的自动缩径。卷筒的薄弱环节是扇形块的尾钩，尾钩在棱锥轴轴向分力的作用下会产生很高的弯曲和剪切应力，易于疲劳所怀。并且，正锥结构使主轴和胀缩缸的连接螺栓处于不利的受力状态。本次

2、设计的四棱锥开卷机采用倒锥式，显著改善了上述零件的受力状况，扇形块结构也得到简化。本设计中对油箱、液压缸等进行了详细计算，并且对其中的油箱和液压缸进行了设计。关键词：开卷机 四棱锥 液压系统 倒锥式 PAGE PAGE IVStrip uncoiler AbstractUncoiler strip production is the main equipment, the coil open to shear, equality in the school, is advantageous for the production, transportation and storage.After

3、 the design used in single stand cold rolling mill, for rectangular pyramid swell-shrink uncoiler, the machine by motor through a gearbox drives hollow shaft and sleeve with four of the pyramid, rectangular pyramid driven by hydraulic cylinder, before and after the move, and swell-shrink set with fa

4、n-shaped plate, make coiling strip wrapped tight or loose. Under the condition of normal lubrication swell-shrink cylinder pressure is used to implement automatic reducing roll.Drum of the weak link is fan-shaped dollop of tail hook, tail hook in pyramidal shaft under the action of axial force compo

5、nent can produce high bending and shear stress, fatigue was easily. And, positive cone structure makes the connection of main shaft and swell-shrink cylinder bolt in the adverse stress state. The design of rectangular pyramid using inverted cone decoiler, significantly improve the stress state of th

6、e above parts, fan block structure has been simplified.In this design to the fuel tank, hydraulic cylinder, such as a detailed calculation, and has carried on the design to the fuel tank and hydraulic cylinder.Key words: coiler the four pyramid Hydraulic System inverted cone.目 录 TOC o 1-3 h z u HYPE

7、RLINK l _Toc23957 1 绪论 PAGEREF _Toc23957 1 HYPERLINK l _Toc31495 1.1开卷机简介 PAGEREF _Toc31495 1 HYPERLINK l _Toc22002 1.2开卷机工作原理 PAGEREF _Toc22002 1 HYPERLINK l _Toc18522 1.3开卷机分类 PAGEREF _Toc18522 2 HYPERLINK l _Toc20696 1.3.1单卷筒可胀缩开卷机 PAGEREF _Toc20696 3 HYPERLINK l _Toc7341 1.3.2双锥头无胀缩开卷机 PAGEREF _

8、Toc7341 4 HYPERLINK l _Toc15350 1.3.3双圆柱头可胀缩开卷机 PAGEREF _Toc15350 4 HYPERLINK l _Toc32174 2 总体设计方案的确定 PAGEREF _Toc32174 6 HYPERLINK l _Toc8697 2.1工艺参数 PAGEREF _Toc8697 6 HYPERLINK l _Toc24624 2.2工况分析 PAGEREF _Toc24624 6 HYPERLINK l _Toc11767 2.3 开卷机运动速度的确定 PAGEREF _Toc11767 7 HYPERLINK l _Toc20045 2

9、.4开卷机各个部分的方案选择 PAGEREF _Toc20045 7 HYPERLINK l _Toc10104 2.4.1开卷机卷筒旋转机构传动方式的选择 PAGEREF _Toc10104 7 HYPERLINK l _Toc10211 2.4.2开卷机胀缩机构传动方式的选择 PAGEREF _Toc10211 7 HYPERLINK l _Toc5006 2.4.3开卷机机架 PAGEREF _Toc5006 8 HYPERLINK l _Toc6075 2.4.4开卷机安全方案的确定 PAGEREF _Toc6075 8 HYPERLINK l _Toc19413 3 开卷机设计计算

10、PAGEREF _Toc19413 8 HYPERLINK l _Toc27415 3.1开卷机卷筒设计 PAGEREF _Toc27415 8 HYPERLINK l _Toc8790 3.2开卷机的张力确定 PAGEREF _Toc8790 9 HYPERLINK l _Toc9848 3.3开卷机的对中调节 PAGEREF _Toc9848 10 HYPERLINK l _Toc8610 3.4 压锟压紧力的计算 PAGEREF _Toc8610 10 HYPERLINK l _Toc18913 3.5 卷筒上径向压力的计算 PAGEREF _Toc18913 11 HYPERLINK

11、l _Toc12959 3.6开卷机的传动功率计算 PAGEREF _Toc12959 12 HYPERLINK l _Toc2016 3.7开卷机技术参数 PAGEREF _Toc2016 12 HYPERLINK l _Toc32220 4 开卷机主轴设计与计算 PAGEREF _Toc32220 12 HYPERLINK l _Toc3614 4.1主轴部件的设计要求 PAGEREF _Toc3614 13 HYPERLINK l _Toc19559 4.2主轴的设计要求 PAGEREF _Toc19559 14 HYPERLINK l _Toc13136 4.2.1主轴主要的尺寸参数

12、PAGEREF _Toc13136 14 HYPERLINK l _Toc3195 4.2.2主轴的材料和热处理 PAGEREF _Toc3195 14 HYPERLINK l _Toc15797 4.2.3主轴主要精度指标 PAGEREF _Toc15797 15 HYPERLINK l _Toc134 4.3主轴滚动轴承 PAGEREF _Toc134 15 HYPERLINK l _Toc20106 4.4估算轴的直径 PAGEREF _Toc20106 15 HYPERLINK l _Toc4936 4.5轴受力分析 PAGEREF _Toc4936 16 HYPERLINK l _T

13、oc8732 4.6轴的强度校核 PAGEREF _Toc8732 17 HYPERLINK l _Toc25128 5开卷机液压系统设计 PAGEREF _Toc25128 18 HYPERLINK l _Toc4443 5.1胀紧油缸承载力的计算 PAGEREF _Toc4443 18 HYPERLINK l _Toc22255 5.2确定油缸额定压力 PAGEREF _Toc22255 18 HYPERLINK l _Toc26910 5.3油缸各组成部分的设计 PAGEREF _Toc26910 19 HYPERLINK l _Toc13440 5.4确定液压执行元件的主要参数 PAG

14、EREF _Toc13440 22 HYPERLINK l _Toc22101 5.5 钢带开卷机液压元器件的选择 PAGEREF _Toc22101 22 HYPERLINK l _Toc17115 5.5.1油泵的的选择 PAGEREF _Toc17115 22 HYPERLINK l _Toc8379 5.5.2油泵的的驱动功率计算与电动机的选择 PAGEREF _Toc8379 23 HYPERLINK l _Toc22452 5.5.3油箱的选择 PAGEREF _Toc22452 23 HYPERLINK l _Toc20523 6 总结 PAGEREF _Toc20523 25

15、HYPERLINK l _Toc8464 致 谢 PAGEREF _Toc8464 26 HYPERLINK l _Toc2099 参考文献 PAGEREF _Toc2099 27 PAGE PAGE 281 绪论1.1开卷机简介随着工业的不断发展,国际和国内对钢铁产品的需求也日益增大，板带材作为钢铁初产品中的一个极重要的品种，也是国民经济增长必不可少的重要工业制口，在我们日常生活中也起着非常重要的作用。近几年来，我国一直在调整钢材结构，冷轧带钢的产量有一定程度的提高，在钢材总产量中所占比例也逐年增大。由于冷轧带钢的需求量大，我国各大钢铁公司均从国外引进或国内自主集成了冷连轧生产线，以满足用户

16、对冷轧带钢的需求、加大在市场中的竞争力。开卷机作为冷轧生产线上的关键设备，其需求量也随之增加。开卷机是轧钢成卷生产不可少的设备，广泛应用于酸洗机组、主机机组和各种精整机组中的开卷。开卷机的技术水平关系到机组的生产能力和带材的质量。为适应高速化的要求，开卷机对加减速的反应要灵敏，要求转动惯量小，动平衡性能要好。开卷机的结构形式的选择，热带钢卷取机装在热带钢轧机的后面地下式开卷机，一般三辊式成形辊布置多支点棱锥型筒。冷轧带钢卷取机安装冷轧机组、平整机组外，广泛用于各类纵切和横切精整机组、重卷机组和酸洗机组的不同部位以满足不同的工艺要求。在可逆式冷轧机上轧制时，带钢张力由开卷机产生，因而这种开卷机要

17、承受很大的张力，宽带钢的张力可达400500千牛，特别多辊轧机轧制合金薄带材时，带钢对卷取机的径向压力极大，长期以来多采用带钳口的实心筒。再设置重卷机组倒卷，多采用八棱锥无缝隙筒，以防止筒损坏坯带材表面。冷带钢开卷机是冷轧生产的重要设备。开卷机是钢板(带)冷轧机组或冷加工生产线上的辅助设备之一，它的作用是打开钢带卷并引出轧件端头使其进入连续作业机组。开卷机按支承钢带卷的方式分为悬臂型、双锥头型和双圆柱头型三种。双锥头型开卷机依靠两锥头压紧带卷，其锥头为不可胀缩式；悬臂型开卷机的卷筒以及双圆柱头型开卷机的圆柱头可以胀缩，在胀开状态时固定钢卷。悬臂型开卷机由底座、框架、减速器、胀缩卷筒、框架移动油

18、缸、旋转胀缩油缸和外支承等组成(见图)。双锥头型以及双圆柱头型开卷机，除其左右各有一台相同的传动装置带动卷筒，不设外支承外，其他均同悬臂型开卷机。悬臂型开卷机有很大的刚度、大张力等,适用于薄带钢开卷机。悬臂开卷机和两个圆柱头型开卷机,已成功应用于带完成单元和串联冷轧机。近年来, 美国和西德一些机械的生产工厂和制造公司,积极促进双汽缸开卷机。国外实践证明,双圆柱型开卷机工作稳定可靠, 操作很方便,其结构更简单的悬臂型整平机。其缺点是,由于使用两套传动装置,双圆耻辱开卷机设备重量比大悬臂开卷机。由于双锥头开卷机、锥与渐开线部分环接触面积太小,皮带的张力在操作,容易破坏带的头,现在不使用了。1.2开

19、卷机工作原理开卷机布置在连轧机组入口部分的前端，分别与钢卷小车相对应。连轧机组的开卷机的作用之一是在保持带钢后张力下进行上开卷，另外一个显著作用是其中心控制(CPC)下能实现带钢的自动对中。首钢连续退火机组配置有2台开卷机，由于两台开卷机交替进行开卷，为机组后续设备的连续生产创造了先决条件。入口段的带钢张力就是由开卷机与机组的张力辊组共同建立的。开卷机机体为焊接箱形结构，变频调速电机通过齿轮箱减速后驱动卷筒轴为开卷机提供主动力。开卷机的卷筒是一根空心轴，通过两个轴承支撑齿轮箱体上，轴承之间安装有传动直齿轮。该齿轮箱是采用强制润滑的方式进行润滑的，并为闭环的油润滑系统配有两台恒速电机。芯轴为一悬

20、臂结构，在开卷时其前端由外支撑轴承进行支撑，以保持开卷机的刚度和稳定性。开卷机芯轴通过四个端面上带斜度燕尾槽连接四块扇形板，每块扇形板在尾端通过一个径向滑道防止其轴向窜动，但可以实现沿径向涨缩。在卷筒轴尾端连接有旋转油缸，油缸油缸杆通过卷筒轴中心的拉杆驱动前端四棱轴轴向滑动，从而带动扇形板径向涨缩。卷筒可以通过附加的四块扇形板来增加公称直径。开卷机机架可以在机座的导轨上移动，由油缸进行驱动，可实现中心位置控制。为加强卷筒的稳定性，在卷筒头部设计有支撑臂装置，当卷筒上有钢卷时，支撑臂通过油缸驱动，托住卷筒头部，平时支撑臂缩回，不会影响钢卷上卷。1.3开卷机分类开卷设备可分为以下几种:悬臂开卷机,

21、双油缸型开卷机以及双锥型开卷机。悬臂型开卷机刚度大,高压的优点,因此它适用于薄带钢开卷。悬臂型开卷机、双气缸型开卷机以及双锥型开卷机现在已成功地应用在带完成单元和串联冷轧机。近年来, 美国和西德一些机械的生产工厂和制造公司,积极促进双汽缸开卷机。国外实践证明,双圆柱型开卷机工作稳定可靠, 操作很方便,其结构更简单的悬臂型整平机。其缺点：因为使用两套的传动装置,两汽缸开卷机的重量要比悬臂型开卷机大。图1.1 一机组的悬臂型开卷机外形结构。 图1.1悬臂型开卷机1卷筒2传动装置3减速机4电机5胀缩油缸6对中油缸1.3.1单卷筒可胀缩开卷机 这种结构开卷机，其结构上与张力开卷机基本相同，但在开卷机卷

22、筒上无钳口装置。案卷筒结构形式不同，可分为单卷筒棱锥式开卷机和单卷筒链板式开卷机。 图1.2为单卷筒链板开卷机机构。它在带钢精整机组的头部，用来开卷厚度为0.6毫米，宽度为500毫米的带卷。卷重为15吨，开卷速度为3米/秒。 卷筒的缩径机构，依靠仅作径向运动的四块弓形块3来实现。弓形块3与内卷筒1用链板2铰接，内卷筒1与心轴4采用其尾部的垫板5连接在一起。心轴4则与卷筒端部的轴向胀缩油缸油缸杆相连。若轴向油缸进行压力压油时，油缸杆与心轴4一起做轴向移动使卷筒缩径。借助于弹簧的作用，使油缸杆与心轴4复位，卷筒胀径。 图1.2 单卷筒链板式开卷机结构1内卷筒2链板3弓形块4心轴5垫板 这种开卷机进

23、适用于开卷张力不大于1000公斤的卷重在15吨以下的横切机组、清洗机组、退火机组等精整机组。对于处理卷重较大和开卷张力较大的带卷时，可采用单卷筒棱锥式开卷机。图1.3为单卷筒棱锥式开卷机。它用于双机架平整机组，带材厚度为0.15-0.8毫米，宽度为550-1270毫米。开卷速度为33米/秒或23米/秒。开卷张力为2270公斤，卷重为20000-45000公斤。这种开卷机卷筒由活动支撑轴颈1、拉杆2、空心轴3、扁销4.弓形块5、棱锥轴6以及滑键7等组成。 图1.3单卷棱锥式开卷机的卷筒结构 1活动支撑轴颈2拉杆3空心轴4扁销5弓形块6棱锥轴7滑键这种单卷筒棱锥式开卷机与链板式开卷机比较，具有刚性

24、好、开卷张力大、设备重量较轻等优点，目前已被广泛采用。1.3.2双锥头无胀缩开卷机 图1.4为双锥头无胀缩开卷机。它用来开卷厚度为1.5-5毫米，宽度为1500毫米的带材，开卷速度为1米/秒。这种开卷机结构简单，其缺点是圆锥头与带卷内孔容易产生打滑。为了克服这一缺点，可采用锥头可胀缩开卷机。 图1.4双锥头无胀缩开卷机1.3.3双圆柱头可胀缩开卷机 双圆柱头可胀缩开卷机按其胀缩方式的不同，还可分为径向油缸胀缩双圆柱头式开卷机和轴向油缸胀缩双圆柱头开卷机两种。 双圆柱头式开卷机用于酸洗机组、剪切机组及冷连轧机组。一般来说，这种开卷机用来开卷张力不大的带厚为2-8毫米的热轧带钢。对于薄带钢和大张力

25、开卷时，则采用悬臂式开卷机。 图1.5为径向油缸胀缩双圆柱头开卷机。开卷机左右锥头分别由油缸2操作，可沿其水平方向移动。借此夹持带卷内径，并对中机组中心线。圆柱胀缩由二个 图1.5径向油缸胀缩双圆柱头开卷机径向油缸来实现。为了使两个径向油缸4作同步径向运动，利用齿轮3实现机械同步。这种结构上克服了上述锥头无胀缩开卷机的打滑现象，使用情况表明，效果良好。轴向油缸双圆柱头开卷机，用于五机架冷连轧机组。带材厚度为1.5-6毫米，带材宽度为550-1530毫米。屈服极限为37公斤/。最大卷重为45000公斤。开卷速度为10.5米/秒。开卷张力为920-9200公斤。卷筒结构如图1.6所示，卷筒直径为6

26、10毫米，胀径时为630毫米，缩径时为560毫米。卷筒长度为855毫米，由于卷筒较短，把与轴向胀缩油缸活塞直接相连的拉杆头部做成锥形，在锥形部位加工出燕尾槽滑动面，使它与弓形3相配合，构成斜契滑动机构。推动弓形块胀开，卷筒胀径。轴向胀缩油缸反向动作时，借助拉杆端部上的燕尾槽是卷筒缩径。轴向胀缩 活塞直径为440毫米，行程为221毫米。 1.6轴向油缸胀缩的双圆柱头开卷机的卷筒结构 1空心轴2拉杆3弓形块 轴向油缸胀缩双圆柱头开卷机与径向油缸找那个所双圆柱头开卷机相比，仅仅是圆柱头胀缩油缸布置方式不同。制造和使用等方面来看，轴向油缸胀缩双圆柱头开卷机较好。 图1.7胀缩油缸和回转接头 1拉杆2活

27、塞3回转接头2 总体设计方案的确定2.1工艺参数开卷机的技术参数:加工板厚2-8mm，板宽1500mm，承重15t，最高线速度1.25m/s，工作环境温度0-45，两班制工作。2.2工况分析该开卷机主要有两部分组成(图2.1)：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用和行走，液压系统主要提供动力，他们共同作用实现开卷机的功能。为使开卷机能够准确、快速、安全运行，必须满足以下设计要求:(1)具备二维运动功能，即开卷机沿卷筒径向的胀缩运动、开卷机沿卷筒中心旋转运动; (2)保证一定的张力，不致钢卷松散; (3)具备安全保护措施;(4)在满足强度、刚度和可靠性的前提下，尽量减小开卷机各部分的

28、重量。 图2.1 开卷机2.3 开卷机运动速度的确定 (1) 胀缩运动的确定：由于本设计中机构有液压辅助装置，胀缩运动由液压驱动。则胀缩运动速度由油缸确定。油缸运动速度不能过高或过低。速度过高，常常会引起密封件的过热和磨损，同时也会加剧柱塞与输出缸缸筒的磨损。速度过低时，则容易产生爬行等不稳定现象。一般油缸在低压条件下以10mm/s的速度运动时，就要注意爬行问题。采用橡胶件密封时，液压自由式的最快速度不宜超过400mm/s500mm/s。综合考虑各因素确定油缸升降速度为=1.5m/min，即0.025m/s。则货叉(载货台)升降速度为2=3m/min，即0.05m/s。(2)旋转速度的确定：最

29、高线速度1.25m/s2.4开卷机各个部分的方案选择2.4.1开卷机卷筒旋转机构传动方式的选择开卷机卷筒的旋转机构是使卷筒旋转运动的机构，主要由电动机、制动器、减速器、卷筒组成。电动机通过减速器带动柔性件使卷筒旋转。联轴器选用梅花型弹性连轴器，此连轴器是由梅花型弹性元件和带突爪的相同形状的两个半连轴器组成，将梅花型弹性元件放置于两个半连轴器的突爪之间以实现联结。联轴器工作时，梅花瓣受压。单向运转时只有半数花瓣参与工作，半数不承载；反向运转时，亦是如此。此联轴器具有结构简单，零件数少，径向的尺寸小，不需润滑；弹性块受压，承载能力较高等特点。减速器选用JZQ型减速器，它是特为起重机设计制造的低硬度

30、齿面的减速器，制造工艺较容易，有很多中小型厂均有现成产品供货。卷筒为与减速器配合的自制卷筒，通过齿轮与减速器的低速轴齿轮轴相连。此卷筒的特点是卷筒轴不受转矩，只承受弯矩，为封闭式传动，不易受外界环境干扰。2.4.2开卷机胀缩机构传动方式的选择开卷机的胀缩机构是开卷机卷筒胀缩运行的驱动装置。开卷机卷筒由活动支撑轴颈、拉杆、空心轴、扁销、弓形块、棱锥轴以及滑键等组成。卷筒的缩径机构，依靠仅作径向运动的四块弓形块来实现。弓形块与内卷筒用链板铰接，内卷筒与心轴采用其尾部的垫板连接在一起。心轴则与卷筒端部的轴向胀缩油缸油缸杆相连。若轴向油缸进行压力压油时，油缸杆与心轴一起做轴向移动使卷筒缩径。借助于弹簧

31、的作用，使油缸杆与心轴复位，卷筒胀径。2.4.3开卷机机架机架是由钢板焊接的箱式矩形断面，具有较大的抗扭、抗弯刚度, 重量轻，耐磨性好等特点。2.4.4开卷机安全方案的确定为了保护人身、设备的安全，开卷机必须具有完善的安全保护措施：（1）开卷机在胀缩、旋转终端处都设有机械和电气限位装置。（2）卷筒上设有钢卷超重、超宽检测装置。在钢卷进入卷筒时，当检测到钢卷超过设定重量或宽度时，开卷机便停止运行并报警。（3）断电保护如开卷机工作过程中忽然断电，则通过制动使卷筒停在当前位置，不会使钢卷松散、倒溜。3 开卷机设计计算3.1开卷机卷筒设计胀缩式卷筒基本上有以下四种结构形式：弓形板式、平行四连杆式、四棱

32、锥式、四斜契式。两种常见的是四棱锥和四连杆平行式结构。四连杆平行式卷弧板4块结构大小实质上相同的成分,形成一个四连杆平行机构四短连杆连接每个弧形板和支撑套轴,依靠短杆角改变直径扩张和收缩（图3-1） 图3-1四连杆平行式卷筒 四棱锥型卷筒由四个扇形板、内侧行业板块走斜了边坡表面和中心的棱锥,形成外直径通过使用少量的轴向滑动来实现扩张和收缩（图3-2）。 图3-2四棱锥型卷筒本文卷筒设计采用四棱锥式结构。3.2开卷机的张力确定机组开卷张力的选择，与机组尾部卷去张力一样，应该十分慎重。不合适的开卷张力，会影响到机组正常生产。一般开卷张力为 T=bh式中 b-带钢宽度，毫米； h-带钢厚度，毫米；

33、-单位张力，公斤/。在机组头部一般可取=0.3-0.66公斤/。再设计计算时，上述单位张力还可按下列经验公式计算=k式中 -带钢屈服限，公斤/； K张力系数表2.1张力系数机 组 名 称K 值连 续 酸 洗 机 组0.004-0.005点 解 清 洗 机 组电 镀 锡 机 组热 镀 锡 机 组电 绝 缘 涂 层 机 组连 续 退 火 机 组横 切 机 组张 力 矫 直 机 组 0.03-0.05纵 切 机 组 0.8（0.33-14h+0.02），h为带厚 机组张力的选用应十分慎重。采用大张力，使传动设备加大，增加投资。过大的张力还可能拉断带材。小张力可能使带材跑偏。实际上常按生产经验选用。一

34、般可按表2.2选取单位张力 表2.2:单位张力值机组区域单位张力值（MPa）机组区域单位张力值卷机段：作业段：酸洗机组10-40热处理2-8镀锌机组8-70酸洗7-10镀锡机组10-40活套段：电解清洗机组30塔式5-15退火机组20-30车式10-20开卷段3-9开卷机张力的形成主要有三种方式：机械抱闸式、磁粉制动器式、直流拖动式。 机械抱闸式的特点是结构简单，投资少，但张力不易控制。辊力的形成通过磁粉式制动器系统,可以了通过调节励磁电流调节张力,并容易实现自动控制,最大拉力,但可以解决由磁粉式制动器的最大转矩限制,所以它适用在小张力装置。大中型的带材单元所需了开卷张力通常是用直流传动形式。

35、3.3开卷机的对中调节一般带完成单位,需要开卷机的调整功能,即在上层和工作过程中,保证带钢中心线和中心线单元,确保单位工作。纠错系统主要用于光电液体控制系统和电液控制系统。但是光电液体系统更为成熟的应用程序。在光电液校正系统中,光电头固定在边缘地带,带钢中心线位置位于光源,带偏差时,将导致信号系统的变化,这一变化的液压缸,推动开卷机,实现自动。3.4 压锟压紧力的计算一开卷机上般均设置有压锟，用来压紧成卷带材，通过增加制动的力矩，对正常开卷有利。有的时候还可以把压锟做成驱动，这种结构对开卷引料是有很大好处的。如图3-3所示，压锟压紧力P就可按下面的式子决定： PR= ； P=(N)式中： R带

36、卷半径（m）； -开卷角（。）； -成卷带材在压锟压紧力的作用下，成卷带材产生的弹塑弯曲转矩值（Nm）； 可由下面的式子决定： =式中： -带材的横截面上的弹性区域部分的高度，即 =； h带材厚度（m）；-带材的屈服限（MPa） E带材的弹性模量（MPa）。设：R=700mm，=8，h=8，b=1500，=40公斤/。则：=11082600公斤毫米,P=113760公斤 图3-3压紧力的受力分析 图3-4带卷力的分析3.5 卷筒上径向压力的计算为了不使钢卷直径下滑,必须膨胀,产生足够的麿擦力。麿擦力矩值,并造成的张力力矩相平衡(图3 - 4)所示。它可以写平衡方程,从而决定辊径向夹紧力 式中：

37、-带卷的卷径比值，即带卷的外径和内径的比值； -带卷的内径和卷筒的麿擦系数，取=0.2,并按这径向的压紧力（N），来设计、计算该卷筒的胀缩机构。在实际计算时要考虑受力的不均匀，所以开卷张力就取1.3-1.5t计算。本文开卷张力取1.5t。3.6开卷机的传动功率计算 卷筒传动力矩M可按下列式子确定 M= TR- = TR- 式中 T开卷的张力，公斤； R卷带半径，毫米； -卷筒轴承处麿擦系数，对于圆柱滚动轴承=0.008； d轴承处枢轴直径，对于滚动轴承取平均直径，毫米； Q由卷筒自重及张力在轴承处所引起的反力，Q=15075公斤。则M=15000X0.7-150750X0.008X0.16/2

38、=10404Nm求出卷筒力矩后，即按下式计算传动功率 N=式中 R卷带半径，毫米； -卷筒传动力矩，公斤毫米；V开卷速度米/秒；-传动效率，一般取=0.9。N=20kw.3.7开卷机技术参数 开卷机是带材的精整机组和用于成卷扎制的重要的设备。开卷机最主要用于支承带卷，并且和直头机二者一起把钢卷送进矫平机。这里设计的开卷机采用的是胀缩式卷筒，这个卷筒可以适应各种内径的变化。它的技术参数为加工板厚2-8mm，板宽1500mm，承重15t，最高线速度1.25m/s，工作环境温度0-45，两班制工作。电机功率20KW,主轴转速17-46r/min。4 开卷机主轴设计与计算主轴部件是机床的重要部件之一，

39、它是机床的执行件。它的功用是支承并带动钢卷旋转。主轴部件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。要求回转精度良好、抗振性、结构刚度和保持精度。为了实现钢卷在主轴上的自动装卸和胀紧，还必须有钢卷的自动胀紧装置和主轴准停装置等机构。主轴部件工作的性能直接影响加工质量和整机性能以及生产线生产率，是决定生产线技术和经济指标以及性能的主要因素。所以，对主轴部件有很高的标准要求。4.1主轴部件的设计要求主轴部件应有高的动、静刚度和抵抗热变形的能力。它的性能，对整机性能有很大的影响。主轴直接承受拉力和钢卷重力，所以对主轴部件的主要性能提出如下要求。主轴部件主要包括主轴、主轴支承（轴承）、安装在主

40、轴上的传动件、密封件、自动胀紧机构等组成。主轴部件应达到以下几点设计基本要求。（1）回转精度 指机床在空载低速旋转时（机动或手动），主轴前端的径向和轴向跳动值满足要求（其值可参见有关机床精度标准）。当主轴旋转运动,旋转中心线速度零点被称为轴。扶轮中心的空间位置,在理想的情况下应该是固定的。事实上,由于各种因素的影响在纺锤体组装、空间回转中心线的位置和改变,每一刻的平均位置转动瞬心线称为理想的中心线。瞬时转向中心行从理想的位置相对于旋转中心线的空间,是旋转主轴回转误差,误差和主轴的旋转精度的范围。纯径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在时，构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。

41、主轴回转精度的测量，一般分为三种：静态测量、动态测量。目前我国在生产中沿用传统的静态测量法，使千分表触头触及检测圆柱表面，以低速转动主轴进行测量。千分表最大读数和最小读数的差值即为主轴的径向回转误差。动态测量是用一标准球装在主轴中心线上，与主轴同时旋转；在工作台上安装两个互成90角的非接触传感器，通过仪器记录回转情况。出厂时，普通级加工中心的回转精度用静态测量法测量，当L=300mm时允许误差应小于0.2mm。主轴回转误差的主要原因是由于结构和加工精密主轴、主轴轴承、刚度、主轴和旋转部件不平衡,激振力引起的旋转的旋转误差,会导致主轴误差。（2）刚度 主轴部件的刚度就是指主轴部件在外力（例如拉力

42、）的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。平常一个单元的前端轴位移,强加的方向位移力大小来表示。在主轴的前端部分的力量,如果最终的位移y，则主轴部件的刚度值为 （N/m）主轴部件的刚度值越大，主轴所受力后的变形就相对越小。主轴部件的刚度值不足，在外力的附加作用下，主轴将产生较大的弹性变形，不仅影响收放钢卷质量，还容易引起振动，恶化传动件和轴承的工作条件，使其加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度与主轴尺寸、支承跨距、所选用的轴承类型及配置形式、轴承间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。设计时应在其他条件允许的条件下，尽量提高刚度值。（3）抗振性 指主轴部件在外力作用过程中抵抗强迫振动和自激振动保持

43、平稳运转的能力。抗振性直接影响生产率的提高。提高主轴抗振性必须提高主轴部件的静刚度，采用较大阻尼比的前轴承，以及在必要时安装阻尼（消振）器。另外，使主轴的固有频率远远大于激振力的频率。（4）耐磨性 指长期保持其原始精度的能力。主要影响因素是材料热处理、轴承类型和润滑方式。主轴部件必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。为了提高耐磨性，主轴的相应部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高其硬度增加其耐磨性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐磨性。4.2主轴的设计要求主轴是主轴部件的重要组成部分。它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及其热处理，对主轴部件的工作性能有很大的影响。同时，主轴结构要保证各零件

44、定位可靠、工艺性好等要求。4.2.1主轴主要的尺寸参数主轴主要的尺寸参数包括内孔直径、支承跨距、主轴直径和悬伸长度。主要尺寸参数评估和考虑主轴是基于技术的应用范围,主轴的刚度和轴结构的过程。(1)主轴直径轴直径较大,刚度越高,但其他地方的轴承和轴尺寸增加。轴承直径越大,同一年级精密轴承公差更大,更难保证主轴旋转精度。同时极限转速下降。主轴前支承轴颈的直径可根据主电动机功率初步选择。主轴后端支承轴颈的直径可以是0.70.8倍的前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴部件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性也越好。（2）主轴内孔直径 主轴的内孔直径用于通过胀紧装置拉杆等。主轴的孔径与

45、主轴直径之比，小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴地刚度相当；等于0.5时空心主轴地刚度为实心主轴刚度的90%；大于0.7时空心主轴地刚度就急剧下降，一般可取其比值为0.5左右。（3）前悬伸a 一个主轴轴承主轴前端的距离称为前悬。的形状和大小的前悬和主轴的前端结构长度,类型的润滑,组合轴承的轴承和密封有关。前悬架刚度主轴的长度。主轴前悬长度短,硬度较高。因此,在设计结构时,应尽可能短的前悬。（4）主轴的支撑跨距l 支持点主轴支承点之间的距离称为支持跨L,主轴轴本身刚度和轴承刚度有很大的影响。跨度L对复合刚度K的影响并不是一个单向的。如果l是大,大变形轴;如l小变形、轴承位移的轴的鼻子很大。

46、因此，l有一个最佳值，l太大或太小，都会降低综合刚度。4.2.2主轴的材料和热处理考虑和评估主轴是基于过程的主要参数主轴的刚度的范围,和主轴结构的过程。主要材料的选择主要是基于刚度、负载、耐磨性、热处理变形因素决定大小。材料的硬度和弹性模量E的主轴,钢E更大(E = 2.1107 N / cm2),所以主轴材料首先考虑钢铁材料。值得注意的是独立的类型和钢的热处理数值和钢的弹性模量E,即是否普通钢或合金钢,其弹性模量基本上是相同的。在钢铁材料的选择因此首先选择便宜的价格中碳钢(如45钢),只有在特殊的重负载和有很大的影响,或精密机床主轴以减少热处理后变形,或轴轴向移动的需要确保其耐磨性,之前考虑

47、的选择合金钢。这里的主轴与45钢。由于这里主轴轴承选用滚动式轴承，轴颈可以不淬硬，但为了使接触刚度提高，防止敲碰时损伤轴颈处的配合的表面，很多45#钢的主轴轴颈仍进行高频淬火（4854HRC）。4.2.3主轴主要精度指标主轴的精度直接到主轴部件的旋转精度。主轴、轴承、齿轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度。零件接触表面形状愈准确，表面粗糙度愈小，则受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求，它主要包括主轴各配合表面的尺寸公差、形状公差、表面粗糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。（1）前支承轴承轴颈的同轴度约为5m

48、左右。（2）轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”配磨，且需保证配合过盈15m。4.3主轴滚动轴承主轴轴承是主轴部件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴部件的工作性能。常用的轴承有滑动轴承滚以及动轴承。这里选择滚动轴承。滚动轴承麿擦阻力小，可以预紧，简单维护、润滑,工作稳定在一定范围的速度和负载范围。滚动轴承由专业化工厂,购物方便维修。但与滑动轴承相比,滚动轴承的噪音,数量有限的滚动体,刚度变化、抗振性略差和速度限制。加工中心主轴在可能的条件下,利用滚动轴承,尤其是大多数的垂直轴和主轴主轴轴向运动可以在套筒。当用于滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。滚动

49、轴承根据滚动体的结构分为球轴承、滚子轴承、圆锥滚子轴承三大类。这里选择调心滚子轴承。主轴轴承，主要应根据精度、刚度和转速来选择。这里初选调心滚子轴承来支承主轴。这样既能承受径向力又能承受轴向力。分别用轴承端盖定位。4.4估算轴的直径 当轴的支撑位置和轴所受载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定，支点反力及弯矩可以求得时，可按弯矩合成的理论进行近似计算。 图4-1 主轴简图 1胀紧装置2安装齿轮3主轴4轴承 首先，根据轴的直径计算公式初步估算直径：轴计算截面上的工作应力 （4-）轴的直径（4-）式中轴计算截面上的合成玩弯矩，；轴计算截面上的扭矩，传递功率，；转速，；根据扭应力变化性质而定的校正

50、系数；空心轴内径与外径之比，0.7；许用疲劳应力，。选择轴的材料为45钢，经调质处理，可知材料的机械性能为360；650；270；155；E2.15本文参考同类产品初选主轴直径为255mm考虑到安装张紧装置需加键槽，故将其相应部位轴径增加37。因此取轴径为275，根据轴的受力，选取滚子轴承。装轴承处的直径360，260。初选24072CA/W33和24052CA/W33，其宽度值分别是180和140。4.5轴受力分析轴上的受力分析如图4-2（a）所示。计算的时候，把轴通常当作置于支座铰链上的梁，这样轴上零件传来的力，一般作为一个集中力,关键是部分轮廓宽度的中点。从中心轴扭矩宽度是中点。支持点的

51、轴力,根据轴承类型和组合确定。如果作用在轴上的各载荷不再同一平面内，可分解到2个相互垂直的平面上，然后分别求出这2个平面内的弯矩，再按矢量法求的合成弯矩。轴承受的弯矩M150009.81=147000Nm轴传递的转矩9550Pn2095501711235N圆周力2T2112350.909=24719N径向力tan247190.364=8998N（）在水平平面内的支反力（图4-2（b）由0得11007900因此6462N；=-899864622536N齿轮的作用力在水平平面的弯矩（图4-2（）0.79025360. 7902003N（）在垂直平面内的支反力（图4-2（）（1100-790）110

52、06966N790110017753N齿轮的作用力在水平平面的弯矩（图4-2（）79069660.795503N（）由于负载的作用，在支点和处的支反力（图4-2（）由0得110010000133636N；133636147000280636N由于负载的作用而产生的弯矩图如图4-2（）所示：1.0147000N图4-2轴所受载荷4.6轴的强度校核根据轴的结构尺寸及弯矩图，截面处的弯矩较大，且有轴承配合引起的应力集中，因此，处是危险截面。现对其进行强度校核。由于该减速机轴的传动，弯矩引起对称循环的弯应力，而转矩引起的为脉动循环的剪应力。抗弯断面系数 2.15弯曲应力幅68.4MPMPa即轴的强度完

53、全符合要求。5开卷机液压系统设计5.1胀紧油缸承载力的计算由于在开卷机上当卷材装加上去之后直径较大，但随着开卷设备的工作，卷材直径会慢慢变小，其重量也会随之变轻，为了使卷材开卷后保持水平伸展，并且使卷材在开卷机上有足够的支撑力，需选用一个液压系统，将供压、保压和释压在这个系统上同时完成。前述已知卷筒径向压紧力N。 棱锥锥角为20,则轴向力=N tan10=35604(N)除了轴向力外，作用于活塞上的载荷F还包括油缸密封处的麿擦阻力，由于各种油缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 式中油缸的机械效率，一般取0.900.95，这里取0.95，5.2确定油缸额定压力油缸有效运

54、动面积A和能承载的最大的负荷力F的关系为 F=AP式中F油缸承载的最大的负荷； A油缸面积； P油缸运动压力； 若系统的额定压力已确定，则取系统压力为设计压力，油缸的工作压力按照最大的负荷参照表5.1选取，选择适当的工作压力是一个很重要的问题，应从结构尺寸、经济性等方面进行全面考虑。过低压力,大流量所需的系统工作的稳定性和可靠性,密封,减少噪音,但可以使油缸佳能、质量提高;而另一方面,过高的压力,将复杂的密封,并要求高强度、刚度的油缸,同时导致扭转影响大容积低效率的缺点,如高精度制造的油缸,优点是可以减少油缸的大小。液压件的额定压力是指在指定的工作条件下液压件能够长期正常工作的压力，又称公称压

55、力。油缸设计压力的数值应等于额顶压力的值。表4.1 不同的负荷条件下的工作压力负荷F/KN40油缸的工作压力p/MPa16Mpa时的=1.25; 材料许用应力,MPa为材料的抗拉强度，为放大倍数,n=3.55,这里取=5。选用45号钢，并且调质241，查阅工程力学刘静香著可知号钢的抗拉强度=530，现取=560MPa，故：= =560=112MPa由于油缸的工作压力P=8MPa11.3 mm，油缸杆强度符合要求.故选择油缸杆直径满足强度要求。5.4确定液压执行元件的主要参数油缸计算：Fmax=PmA式中 Fmax执行元件最大输出推力； P柱塞缸工作压力； m执行元件机械的效率，通常取m=0.9

56、； A油缸柱塞面积。经计算得：P = Fmax/（mA）=34378/（0.9x0.04x）7.6Mpa取出口背压为0.2 Mpa，则Pmax =P=7.6+0.2=7.8Mpaqin=VmaxA/v式中 Vmax执行元件最高工作运动速度，这里取1.5m/min； v液压执行元件容积效率；装弹性体密封圈时，取V1； A油缸活塞面积。经计算得：qin=VmaxA/v= 1.5x0.04 x/v7.5L/min5.5 钢带开卷机液压元器件的选择按照流量和压力这两个主要参数选择所需的液压元器件。5.5.1油泵的的选择由设计要求可得系统最高工作压力P=7.6Mpa，取出口背压为0.2Mpa，则Pmax

57、 =7.8 Mpa考虑液压执行元件进口和出口回路上的各种沿程和局部压力损失Pi，油泵的的出口压力PP按下式计算，即PP Pmax+Pi式中 Pi简单系统取0.20.5Mpa；复杂系统取0.51.5Mpa。取Pi=0.2MpaPP Pmax+Pi=7.8 +0.2 =8.0Mpa由系统的最大流量qmax，可确定油泵的的输出流量qPqPKqmax式中 K考虑系统泄漏的修正系数，一般取K=1.11.3，流量大时取小值，流量小时取大值。取K=1.1qPKqmax=1.1x7.5=8.25L/min计算得油泵的的压力PP=8.0Mpa，流量qP=8.25L/min。油泵的是液压传动系统的动力源，合理选择

58、使用油泵的，可以优化系统参数，达到较佳的工作效益。油泵的包括齿轮泵、叶片泵、螺杆泵和柱塞泵，各种泵间的特性有很大差异。选择油泵的的主要依据是其最大工作压力和最大流量，同时还要考虑定量工变量、原动机类型、转速、容积效率、自吸特性、噪声等因素。其中变量柱塞泵具有输出压力高、对各种介质的适应范围广、减少功率耗损，节省能量的优点。按照计算所得的压力和流量及设计要求，这里选用齿轮泵。5.5.2油泵的的驱动功率计算与电动机的选择工作过程中，油泵的的压力和流量比较恒定，油泵的驱动的功率Np可由下式确定：Np=PP qP/p式中 PP油泵的的最大压力（Pa）； qP油泵的的最大的流量（m3/s Pa）； P油

59、泵的的总的效率；取P=0.9。经计算得： Np=PP qP/p=1.22Kw按照计算所得的功率和油泵的的转速及其使用环境，选择1.5Kw电动机。5.5.3油箱的选择1、油箱的作用储存供系统工作循环所需要的油量；散发系统工作过程中产生的一部分热量；促进油液中的空气分离用消除泡沫；沉淀杂质；分离水分；为系统提供安装元件的位置。2、油箱的种类两用油箱：指机床有其他用油目的与液压油的公用的油箱；整体形油箱：指在主机设备的结构内部形成的自然油箱；独立油箱：也叫分离油箱，指与主机设备分开的油箱。这类油箱由于独立于主机，可减少油的温升及电动机、油泵的的振动对主机工作精度的影响。独立油箱的形状，有矩形的、圆柱

60、形的或油罐形的。矩形油箱是使用最为普通的一种油箱，它既便于，又能充分利用空间，容量小于2000L的普通油箱一般都采用这种形式。按照设备的布置要求，油箱采用旁置式独立油箱，有效地改善了油泵的的吸油条件。3、油箱的容量油箱的最高液面以上要留出油箱容量的10%15%。油箱的有效容积取泵流量的58倍。选用油箱有效容量60L。4、油箱的材料通常油箱内壁涂耐油防锈油漆来延长油箱寿命和减少油液污染，但往往由于油箱的前处理和油漆喷涂工艺控制得不好，导致油漆脱落等问题，造成新的油液污染；为有效控制系统污染，油箱选用不锈钢材料制作。5、油箱的结构设计油箱能容纳当液压系统停止工作时所有工作介质的流回，工作时又能保持