卷取机本科毕业设计论文

第页冷轧窄带钢卷取机摘要冷轧卷取机是轧钢车间中的重要辅助设备，广泛用于冷轧带钢的酸洗、退火、镀锌等生产线上,卷取机的工作状态直接影响着带钢产品的质量，它和生产线出口上的其它设备一起协同工作，将处理后的成品带钢卷成钢卷。近年来，随着用户对钢材的表面量要求越来越高和越来越激烈的市场竞争，卷取机技术逐渐被国内外研究人员所重视。本文首先对卷取机的类型、工艺特点和发展状况等进行了概括性介绍，并对卷取机的结构和工作原理进行了概述；其次，对卷取机的主要部件进行了设计、选择和校核，主要包括：电机的容量选择、减速器的选择；对传动系统进行了设计，主要包括：卷筒轴的设计与校核，轴承的选择和寿命的计算；制定卷取机的总体施工方案，叙述了主要部件的安装、调试的方法和步骤，计算了卷取机的安装工程预算。关键词卷取机；设计；校核；施工方案；安装；预算ColdRollingTensioncoilerAbstractColdRollingTensioncoileristheimportantassistantequipmentincoldrollingworkshop.Theworkingstateofthecoilerdirectlyinfluencestheproductqualityofstripsteel.Itiswidelyusedinpickling,annealingandgalvanizationprocessline.Withthecooperationofotherequipmentinthedeliveryofline,itwillrewindproductstripintocoil.Inrecentyears,withincreasingsurfacequalitybyusersrequireonstripandincreasinglyfiercemarketcompetition,coilingtechnologywasgradualattentionbythedomesticandinternationalresearcher.Thispaperfirstdescribethetypeofcold-rolledcoiler，technologicalfeatures,development,summarythecoilerstructureandworkingprinciples;Secondly,Amajorpartofthereelofthedesign,choiceandcheck,mainlyincluding:choice,thechoiceofgearreducermotorcapacity;Onthetransmissionsystemdesign,mainlyincluding:thedesignofthedrumshaftandcheck,thechoiceofbearingandlife;Arrangementsfortheoverallconstructionofcoiler,describesthemaincomponentofthemethodsandstepsoftheinstallation,commissioning,installation,commissing,installationengineeringbudgetofcoilerwascalculated.KeywordsCoiler;design;check;Theoverallconstruction;Theinstallation;budget卷取机是一个集机械、电气、液压、控制、传动为一体的复杂系统，并且在非常恶劣的环境下工作，因此带材在卷取时容易出现卷形不良，如：松卷、塔形、划伤、起筋、粘结等质量问题。而在我国绝大部分钢铁企业现有的连轧带钢生产线中的卷取设备则较为陈旧，属于上世纪六十年代国际水平，卷取系统存在着很多缺陷，在实际生产中存在的问题也很多，带钢卷形不良始终困扰着绝大多数钢铁企业[4]。因此，对于研究卷取过程有着十分重要的意义。1.1.3卷取机背景近年来，我国钢铁产业发展十分迅猛，已成为全球钢铁产品产量最大的国家[5]。但是，就目前我国钢铁产品的生产技术，尤其是国内自主轧制生产技术的自主研发与国际先进水平相比还有很大的差距。一些高精尖轧制机械设备和相关工艺技术还要依赖引进，部分钢材品种还远远不能满足国内的需要，尤其是产品的尺寸精度、形状精度、组织性能等技术指标均与国际先进水平相比存在着相当大的差距。随着建筑、汽车、机械、家电、造船、集装箱、石化、军工、航天等制造业的高度发展，不断的促进了钢铁工业特别是板带材生产的快速发展。根据发达国家的经验，板带在钢材生产和消费中所占的比重，将随着国家工业化的进程而增加。当我国从建筑业为主要支柱产业逐渐转向加工制造业为主要支柱产业时，钢材的板带比将超过55％[5]。目前，发达国家钢材产品的板带比均保持在65％以上，美国已经达到了70％以上，预计在未来的发展中，我国钢材生产的板带比还将逐步上升[5]。因此，从长远来看，钢材生产中增加板带材产品的比例仍还是我国钢材生产结构调整的重要方向。1.1.4研究卷取机目的现如今，国内冶金行业保持良好的发展事态，各钢铁公司在不断扩大生产规模的同时，也注重企业装备的改良和升级。在此情况下，冷带钢卷取机作为一种重要的轧钢辅助设备将势必成为各钢铁公司所要使用和改造的主要生产对象。由于大型冶金设备的市场价值很高，可以断定该设备市场前景广阔，所以从经济和社会效益的角度出发，我们不能完全依赖于国外，而应逐步使之国产化。在我国钢铁工业发展初期，我国的设计人员只做过一些限于卷筒压力和强度的测定和研究。八十年代，国内对卷取的研究大都是针对卷筒压力的计算，借鉴和发展了国外的一些研究成果[4]。探讨并确定了钢卷径向压缩系数和一种理论计算方法，对卷取机卷筒单位压力有了进一步的认识[6]。图1.1巩义铝板卷取机1.2冷轧窄带钢卷取机国内外发展状况1.2.1卷取机研究的发展随着现代科学的发展，轧制工艺在不断进步，卷取机要适应现代连续轧制的高效率高质量生产，其生产呈现以下几个明显趋势[7]:更高的卷速。卷取速度从1m.s-1发展到40m.s-1，目前世界上卷取机最快的卷取速度60m.s-1。更快的卷取速度既能有效地防止带钢的跑偏现象，又能极大地提高带卷的成形效率。卷取机的卷取速度还朝着更快的方向发展。更自动化的控制。计算机技术的不断发展，控制理论也在逐步完善，以及这些理论和技术在卷取机上的广泛应用，使卷取运行机的准确性、灵敏度得以极大地提高。更良好的卷取稳定性。伴随着冲击振动理论和实践的发展，人们对工作环境要求不断提高，卷取机的使用寿命要求也越来越长。减少噪声，提高抗冲击性能，是卷取机发展极为重要的一个任务。更高的产品质量和精度要求。伴随着高精度轧制要求的广泛提出，在带钢连轧生产中，卷取机为机组提供恒定的前张力和平稳的卷取速度，以及保证带卷良好卷形的生产技术要求，不断地被强调[8]。上世纪六七十年代，主要是针对卷取机的设计进行了大量的研究，相关研究比较多的是前苏联和日本的学者，也有其它的一些国家如德国、英国等[8]。前苏联和日本的很多学者研究过与卷筒相关的问题，于是便提出了各种设计卷筒要考虑的钢卷径向压力的计算公式，有些公式作的假设忽略掉了一些重要的因素，部分学者将这些因素考虑进去，如铃木弘、荒木甚一郎等就在文章中提到了带材层间摩擦力的因素[9]。Wadsley和Edwards简单建立了计算钢卷内部应力分布数学模型[10]。在国内，上海重型机械厂机械科学研究所和西安重型机械研究所做过一些只限于卷筒压力和强度的测定和研究，蒋昭针对有色金属加工，提出了卷取机卷筒径向力计算的蒋昭公式[11]。由于当时计算水平有限，都没有在卷取过程中带钢的力学行为进行深入详细的分析。八十年代，国内对卷取的研究都针对于卷筒压力的计算，借鉴了和发展了国外的一些研究成果[12]。把卷筒单位压力的计算当作弹性理论平面问题进行解决，得出考虑钢卷各向异性的卷筒单位压力计算公式，在苏联人的研究基础之上探讨了确定钢卷径向压缩系数的一种理论计算方法，对卷取机卷筒的单位压力有了更大一步的认识，此间由上海冶金设计院周国盈编著的《带钢卷取设备》对卷取设备进行了系统性的介绍，书中给出了带钢卷取设备结构一个比较全面的认识，较为详细的阐述了张力卷取机的设计计算等问题[12]。九十年代至今，国内外都侧重于卷取张力的控制及模型的研究[12]。对于张力控制，分别提出：卷取恒张力控制新方法、建立和探讨卷取数学模型、卷取张力的变参数控制、设定卷取过程中张力曲线等方法[12]。国外如韩国学者也对卷取过程中的张力控制进行了研究，提出卷取时的最佳张力曲线，认为交错缠绕、钢卷滑移、刮伤等大多数操作问题发生在钢卷卷取期间；而且不合适的卷取张力工艺设定和不充分的卷筒设计导致快速卷取的不稳定性，致使出现卷形不良等现象[12]。这些文献对于带钢卷取过程中带钢应力的分布及其对卷取张力的影响和要求未作研究。近年来，由于对钢卷板形提出了越来越严格的要求，而作为保证板形的一个重要环节，卷取工艺也引起了越来越多学者的关注，国内外也出现了一些关于卷取过程钢卷内部应力和卷筒单位压力的文献。其中国内连家创教授等人对卷取过程中钢卷内部的三维应力分布和卷筒单位压力进行了深入研究[4]。1.2.2冷轧卷取机研究的现状在冷轧带钢生产时，常采用冷轧卷取机来把带钢卷成钢卷。根据轧制工艺和带钢卷取精度的要求，一般采用卷筒式张力卷取机来作为冷轧带钢卷取设备，并在卷取工作中采用较大的张力来得到满意的卷取质量。冷带钢卷取机按其用途分为大张力卷取机和精整卷取机两类。按卷筒结构特点，可分为实心卷取机、四棱锥卷取机、八棱锥卷取机及四斜楔形和弓形块卷取机等[6]。前三种强度好，径向刚度大，常用于轧制线做大张力卷取;后两种结构简单，易于制造，常用于低张力的各种精整线[6]。在国内，由中国重型机械研究院研制生产的卷取机采用连杆-柱塞式卷筒，又称八棱锥式棱锥轴卷筒，由连杆式卷筒和柱塞式卷筒复合而成，其卷筒的缩径动作主要由连杆完成，而径向力主要是柱塞式斜楔承受，既采用了连杆缩径动作灵活的有点，又利用了斜楔体承重稳定可靠，以及弹簧消除连杆孔间隙、减缓冲击的优点，克服了连杆式卷筒容易磨损出现间隙和柱塞式卷筒弹簧易疲劳的缺点[13]。卷筒的工作可靠，工作时冲击力小，在卸卷时不易塌卷，工作效率高，是目前国内小张力卷取机工作性能比较理想的卷筒结构[13]。在国外，具备进行机电液和自动化整体设计制造能力的公司有很多，水平比较高的公司有德国SMS-DEMAG公司、日本三菱重工业公司(MHI)等[4]。由日本新日铁公司和日立公司联合研制生产的油压式地下卷取机是世界上第一台卷取性能良好和可靠性较高的油压式地下卷取机，它能够自压缓震，并采用缓震框架降低其冲击作用，实现头几圈便能立即卷紧了，进而用助卷辊的弹跳机构消除头几圈带钢表面的压痕。其中助卷辊采用了油压式，同时还安装了振动式框架，小框架与助卷辊框架之间设置了强力缓冲器，为确保助卷辊的有效压紧时间，在检测出带钢头部的厚度之后，又采用了在带钢通过之前能实现助卷辊弹跳的装置；此外在降低冲击力之前，还要防止助卷辊的晃动，因此在各个主要的支高点部位都采用了锥形套和滚动轴承，在晃动制动机构上安装空压缸，形成了在助卷辊框架任意位置都能够吸收晃动[4]。目前，世界上应用于冷连轧机组最先进的卷取机是卡罗塞尔双卷筒式卷取机，国内卷取设备的引进也是以卡罗塞尔卷取机为主[14]。目前我国正使用卡罗塞尔卷取机的机组有宝钢1420、1550酸洗冷轧机组、鞍钢1780酸洗冷连轧机组以及马钢1700酸洗冷连轧机组等[8]。图1.2上海进口卷取机1.3课题的研究方法和内容1.3.1课题研究的内容本论文分析了国内外钢铁业发展状况，说明了卷取机在轧制业中的重要地位和作用。并对卷取机设备所涉及到的重要力能参数进行了分析，同时也采用了一些经验公式，并对卷取机的主要组成部分电机与卷筒芯轴进行了详细的分析与计算。此外，还涉及了卷取机的安装、安装施工概预算分析及安装调试与验收。主要内容包括以下几点:卷取机的概述主要介绍了卷取机的分类,了解卷取机所经历的改进历程,以及卷取机的发展和在钢铁行业中的地位。卷取机的主要力能参数选择为了使带钢卷紧，在卷取的过程要是卷取的带钢上有一定的张力，及称为张力卷取。所以应合理的选取卷筒电动机，论文分析了力矩的计算等。卷取机关键部位的强度分析运用材料力学计算出轴的应力、变形和轴承寿命等，并进行了轴的强度校核、轴的刚度校核等。卷取机的安装设计方案安装施工概预算分析安装调试与验收2.冷轧窄带钢卷取机方案的选择与评述2.1卷取机传动的方案及方案分析冷轧窄带钢卷取机的驱动装置一般是由电动机、传动部分等几部分组成。传动部分可以采用标准减速器传动或采用皮带传动。小型冷轧窄带钢卷取机一般是指辊身长在400mm以下的冷带钢轧机。设计卷取的方案有两种：一种是电机通过减速机传动卷筒旋转进行卷取。另一种是电机通过皮带传动再通过减速机传动卷筒旋转进行卷取。见图如下图2.1直流电机传动图2.2直流电机一级皮带传动第一种方案由于没有采用一级皮带传动、精度高，只要与主轧机调速范围配合好可以保证恒张力轧制。第二种方案由于采用直流电机一级皮带传动，张力不恒定，但是如果出现过载现象可以利用皮带的打滑，很好的保护好传动装置和电机。皮带传动装置便于制造，并且成本低，但如果机构传动比较大时，则容易造成外形尺寸较大，结构不紧凑等不利因素。所以本论文中选择第一种方案。方案的结构选择，卷筒采用弓形块，它的胀缩用凸轮机构，由于轧机的速度不高，凸轮机构加工方案简单，所以容易加工制造。钳口采用凸轮机构设计时，夹紧后自锁忽略以便于卷取后松开。2.2主要零部件的选择电动机：电机的选择有直流电动机与交流电机。直流电动机是实现机械能与交流电能相互转换的机械，其优点为：调速性能较好、调速范围广、易于平滑调节；起动及制动的转矩比较大，易于快速起动和停车；直流电机易于控制。交流电动机是将交流电的电能转换为机械能的一种机械，其优点为：与直流电机相比，由于没有了换向器，所以结构简单，制造方便，较牢固；易于做成高转速、高电压、大电流、大容积的电动机；功率覆盖范围大。直流电动机与交流电动机相比较，由于直流电机调速方便、换向简单，且技术比较成熟。而交流电机功率较大，但其调速相比较麻烦，所以本文中选用直流电动机。齿轮：斜齿圆柱型齿轮与直齿轮相比，其优点主要有⑴啮合性能好，工作平稳、噪声小且冲击小；⑵重合度大，高速、重载。降低了每对轮齿所承受的载荷，相对提高了载荷能力并延长了使用寿命。又因为斜齿标准齿轮所不产生根切最少齿数和直齿轮相比要少，因此，采用斜齿轮传动能得到更为紧凑的传动机构。联轴器：在卷取机工作中，卷筒轴可能会出现各种偏移，所以应选择弹性或刚性可移动联轴器。又因为在卷筒工作中，承受的是变载荷，故选用弹性联轴器。3.电动机的选择3.1带钢张力的计算及最大张力的确定卷取机在卷绕带钢时，必须要有一定的卷取张力[6]。卷取机卷取张力的大小取决于其工作状态及产品规格，不合适张力数值将会直接影响产品的质量。过大的卷取张力会影响产品内部金相组织，以及使设备电机容量增大[15]；反之，过小的卷取张力数值亦会影响产品质量以及出现带钢跑偏[15]。由此可见，卷取张力数值过大或者过小，均会直接影响到卷取机正常工作。因此，在选择张数值时应慎重。设计时，一般可以依照经验公式进行初步的计算，然后可再按生产实践的实际经验加以最后确定。各种生产线上的卷取张应力值是不同；轧制卷取时，需要考虑加工硬化因素；精整卷取薄带时，张应力应取大值[6]。（3.1）式中：：单位张力， ;：带钢屈服极限，。表3.1冷轧带钢的单位张力值带钢厚度h，0.3~11~22~4单位张力，0.5~0.80.2~0.50.1~0.2所以（3.2）式中：：卷取张力，；：带钢宽度，;：带钢厚度，。为使冷带钢恒张力,轧制带钢的表面最大张力选取。3.2卷取机主要结构尺寸的选择3.2.1卷筒直径的确定由于卷取机所应用的工作环境比较复杂，所以其类型也比较多。卷筒直径的选择一般应考虑到带钢在卷筒上弹塑性弯曲程度、卷筒强度及带卷塌卷等问题[16]。由于本课题研究的是冷轧窄带钢卷取机，考虑到冷轧带材卷取机的工艺特点，其卷筒直径通常以卷取过程中内层带材不产生塑性变形为设计原则来选择[17]。设计时可以考虑以下的经验方法：冷带钢卷取时(3.3)若卷取机所卷取的带材的厚度范围很大，那么方案就要发生变化，结构上就要采用卷筒可变换形式或者能够加套筒的结构方案，这样就可以根据不同带材厚度来选择不同直径的卷筒，可以防止较厚钢带在直径比较小的卷筒上出现塑性变形或者比较薄的钢带卸卷后应为内孔比较大从而出现钢卷塌卷的现象[17]。卷筒上卷取钢卷的工作部分的长度尺寸应选择等于或稍微大于所轧制钢带宽度尺寸，卷筒直径的胀缩量应选择在大概15~49，因此，取卷筒直径3.2.2卷筒筒身长度的确定卷筒筒身工作部分长度应等于或者稍大于轧辊辊身长度，卷筒直径胀缩量约为15~40。由宽度可得，所以取卷筒筒身长度3.3初选电动机容量1、选择电动机的类型卷取机电动机首先要满足调速要求，由于卷取机的调速范围需要在1:3以上并且要求调速连续稳定平滑，所以首选用直流电动机或变频调速电动机[8]。直流电动机的主要优点表现在:调速范围较广且更易于平滑调节;过载起动制动力矩大；调速时的能量消耗小控制可靠性高等方面[15]。因此选用直流电机，封闭式结构，电压，Z型。2、选择电动机的容量电动机所需的工作功率为（3.4）式中：指卷取机的卷取机构张力卷取所需功率；：不确定系数，取1.1。(3.5)式中：塑性弯曲及摩擦影响系数，取；：卷取张力，；：卷取速度,；：由电动机至卷取机卷取机构的总效率。由电动机至卷取机卷取机构的总效率为（3.6）式中：分别是联轴器、轴承、齿轮传动、卷筒传动的效率。取得所以根据电动机容量，由有关手册可查出初选电机型号：Z4-225-11，额定功率，转速,效率，重量[18]。表3.3电动机参数型号额定功率额定转速弱磁转速效率重量Z4-225-1133450100076.56803、确定带卷的最大卷径（3.7）式中:带卷外径，;:卷筒直径，；：带卷宽度，；：卷材密度，。设定质量吨，由式（3.7）可得卷取张力控制的实质在于如果卷取线速度保持固定不变且采用电流控整器使电枢电流保持不变，就可以保证张力的稳定[8]。为了保持张力不变需保持卷取机卷取带钢线速度不变。事实上，随着卷径的变化卷取带钢的速度也是不断变化的这就需要电动机有一定的调速能力调速范围应保证满足下式：(3.8)式中、：卷筒的最大转速和基速；、：带卷的外径和内径。所以电动机调速满足要求。3.4电动机轴上的力矩计算1、电动机至卷筒的转速比卷筒的转速n筒为(3.9)式中：卷筒的转速，；:卷取速度，；：卷筒直径，。速比为(3.10)所以速比，本论文中取4.3。2、电机轴上的最大力矩计算（3.11）式中:电机轴上的最大力矩，；:张力对电机轴的阻力矩，；:加速卷取时形成的电机轴阻力矩，；:卷筒轴承摩擦形成的电机阻力矩，。 （3.12）式中:带卷外径，;:由电动机至卷取机卷取机构的总效率：卷取张力；:电机至卷筒的减速比。(3.13)由于和所产生的力矩比较小因此可以在确定时选取一个比较大值来弥补产生的力矩所以有综合考虑各种因素因此取。3.5电动机的校核在初选完电机并确定了传动比之后应对电机过载能力进行校核即应满足下列条件(3.14)式中:电动机的过载系数，取；电网电压波动系数，直流电机取.(3.15)将式（3.15）代入式（3.14）中得根据上述校核结果可以确定该电机校核通过。4卷取减速机的选择4.1选取减速器选用减速器的公称输入功率，应满足：(4.4)式中:计算功率，;载荷功率，;:减速器公称输入功率；工况系数（即使用系数）,本文取1；启动系数，本文取1；可靠度系数，本文取1。所以故根据传动比及其功率选取减速器为一级减速机，减速机输入功率为。表4.1减速机参数减速机型号转速输入功率传动比75031.54.35主要零部件的强度计算5.1卷筒轴的设计与计算5.1.1轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢[18]钢轴的毛坯多数用于轧制圆钢和锻件其中有的直接采用圆钢由于碳钢比合金钢相对廉价对应力集中的敏感度较低同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度[19]，故轴的材料选用40CrNi。调质后有良好的综合力学性能低温冲击韧性良好用于制造要求强度高韧性高的零件。5.1.2卷筒轴转矩的计算图5.1卷取机简图卷筒轴的转矩计算要推算各轴的转矩如上图5.1，现将传动装置各部分轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴（此轴为卷取轴）以及为相邻两轴间的传动比为相邻两轴间的传动效率为各轴的输入转矩，由电机轴的转矩及相邻两轴间的传动效率得（5.1）5.1.3卷筒轴的设计各轴段所需的直径与轴上的载荷有关在初步确定轴的直径时一般情况下是不知道支反力的作用点并且不能决定弯矩的大小及其分布情况，因而还不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径[18]。但在进行轴的结构设计前，通常已能求得轴所受的扭矩。因此可根据轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径。将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径d，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，逐步的一一确定各轴段的直径[19]。图5.2卷筒轴简图轴外伸段直径初步估计减速器和轴均通过联轴器与电机轴联接则外伸段轴径与电机轴径相差不可以特别大，否则难以选择合适的联轴器所以初选外伸段轴直径。电机型号为,。初部估计。选择联轴器及确定减速器外伸段直径根据传动装置的工作条件拟选用梅花形弹性联轴器。联轴器传递的名义转矩计算转矩(5.2)式中:工况系数,取动力机系数,取启动系数,取:温度系数，由参考文献[18]查联轴器，公称转矩，许用转数，轴孔直径，。参考图5.2，若取轴外伸段轴直径，可选联轴器轴孔，所以联轴器能满足要求，联轴器。根据轴向定位要求确定轴各段的直径与长度[19]根究图5.2，为了满足联轴器的轴向定位Ⅰ段右端需要制造出一个轴肩，故取,左端用轴端挡圈定位Ⅰ段，长度应该小于，故取。初选圆锥滚子轴承，因为，查文献[21]表21-1可选标准精度的圆锥滚子轴承30216，其尺寸为，故,。因轴段上有毡圈，查文献[21]表23-10，取毡圈，所以取。取，，。又因为右端卷筒段，且，所以Ⅲ轴段的直径需大于,取，查文献[18]表7-2-79可选用圆锥滚子轴承32924，取。5.1.4轴的计算1、卷筒轴的受力分析为了方便及结算现将卷筒轴的受力分析图及其弯矩扭矩图给出，如下图图5.3卷筒轴的载荷分析图H面的受力分析如上图5.3所示（5.3）（5.4）V面的受力分析如图5.3所示（5.5）（5.6）H面的弯矩如图5.3所示（5.7）V面的弯矩如图5.3（5.8）H面与V面的合弯矩如图5.3（5.9）卷筒轴扭矩计算现将卷筒轴受力分析计算列表如表5.1表5.1卷筒轴受力分析数据载荷水平面H垂直面V支反力N弯矩总弯矩扭矩2、卷筒轴强度校核计算(1)按扭转强度条件计算（5.10）式中扭转切应力，；:轴所受的扭矩，；:轴的抗扭截面系数，；:计算截面处轴的直径，；:许用扭转切应力，由文献[19]知。根据上图5.3由于扭矩是定值在截面中截面Ⅰ的轴径最细，故扭转强度校核只计算截面Ⅰ，再由式（5.10）得根据计算结果扭转强度满足要求。(2)按弯扭合成校核计算a、判断危险截面截面Ⅱ所受到的弯矩比较小，因此主要考虑扭矩对它的影响，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地所确定的，所以截面Ⅱ无需进行校核。从应力集中对轴疲劳强度的影响进行考虑，截面Ⅳ处过盈配合、轴肩、键槽所引起的应力集中最严重；从受载情况来考虑，截面Ⅲ处的应力最大，故该轴所需要进行校核截面为Ⅲ右侧和Ⅳ的右侧。b、截面Ⅲ右侧抗弯截面系数（5.11）抗扭截面系数（5.12）截面Ⅲ右侧的弯矩为截面Ⅲ上的扭矩为截面上的弯曲应力（5.13）=截面上的扭转切应力（5.14）轴的材料为40CrNi，调质处理。由参考文献[18]表15-1查得：，，，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数和按参考文献[18]附表3-2查取，又由参考文献[18]附图3-1可查得轴的材料的敏性系数为，故有效应力集中系数为（5.15）由参考文献[18]附图3-2查得尺寸系数由参考文献[18]附图3-3查得扭转尺寸系数轴按磨削加工由参考文献[18]附图3-4得表面系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数值为（5.16）（5.17）又由参考文献[18,20]得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，得（5.18）（5.19）（5.20）故经校核截面Ⅲ安全。C、截面Ⅳ右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面Ⅲ右侧的弯矩为截面Ⅲ上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40CrNi，调质处理。由参考文献[18]表15-1查得,，，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按参考文献[18]附表3-2查取，又由参考文献[18]附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，故有效应力集中系数为由参考文献[18]附图3-2查得尺寸系数由参考文献[18]附图3-3查得扭转尺寸系数轴按磨削加工可由参考文献[18]附图3-4得表面系数为轴未经表面强化处理即，则综合系数值为又由参考文献[18,20]得碳钢的特性系数，取，取于是计算安全系数值，得经校核截面Ⅳ安全。5.2卷筒轴轴承的计算1、轴承类型及参数由于圆锥滚子轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷且便于拆卸，所以选用圆锥滚子轴承GBT297—1994由参考文献[21]表21-3查得该轴承的，对于滚子轴承。2、求轴承受到的径向载荷由5.1.4轴的计算可知，根据参考文献[18]表13-5可知轴承的当量动载荷为（5.21）3、轴承的平均转数（5.22）4、计算轴承寿命其中温度系数，则（5.23）其中所以轴承满足要求5.3凸轮机构的设计1、凸轮机构的应用在各种机械中，特别是自动机和自动控制装置中广泛采用各种形式的凸轮机构[22]。凸轮机构的最大优点就是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到各种预期的运动规律而且响应快速，机构简单紧凑[22]。故此凸轮的规律运动可以达到卷筒夹紧和松开的要求。2、凸轮的运动规律的设计[22]图5.4凸轮运动简图图5.4凸轮运动简图中，以凸轮的回转中心为圆心以圆为凸轮的基圆。图示中凸轮轮廓由，两段组成，当凸轮逆时针旋转时，推杆逐渐上移此时开始逐渐夹紧带钢卷；当凸轮转到B位置时继续逆时针旋转，推杆由最大的位移处开始逐渐减小，此时开始松开带钢卷，方便卸卷。图5.4中基圆半径,外圆半径,推杆的位移为,由此可见该凸轮机构可满足卷取机在开始工作时的夹紧卷和卷取后的松卷要求。故采用上述凸轮机构可满足设计要求。6卷取机安装施工方案6.1施工流程图二次灌浆二次灌浆垫板安装基础验收/测量基准测设卷取机牌坊安装卷筒轴承座安装