【冷轧多辊轧制汽车钢板生产车间设计15000字（论文）】

冷轧多辊轧制汽车钢板生产车间设计摘要钢铁在各个社会生产生活领域都具有广泛的应用，是不可或缺的战略性基础工业品，因而其具有极高的地位。在国民经济中钢铁工业如同一切工业的基础，直接决定着整个国家的工业化水平，长期以来，钢铁工业的发展在我国都受到了来自国家的重视，钢铁工业得到了迅速的发展，进而形成了完整而又成熟的工业体系。汽车钢板在我们的生活中随处可见，从开卷机到辊涂机之间的张紧、平整的过程就要使汽车钢板材处于一个绷紧的状态，因而对其中张力的控制是十分重要的，对钢带的张力在汽车钢板的辊涂过程中的影响，主要体现在两个方面：其一是辊涂品的质量，其二是辊涂工作的效率。对辊涂品的质量影响，是由于钢带平整度、钢带伸长变形等因素，需要使钢带具有适当的张力以满足印刷适性要求，特别是在多色套印情况下，具有稳定的钢带张力，才能保证套印准确度。本题所说的汽车钢板生产线即辊涂式汽车钢板生产线，其工艺流程为开卷、张紧、辊涂等，其中第二步流程张紧的具有十分重要的地位。张紧机是相当有效的张力拉力系统，张力是由生产线的速度差产生的，具有保证钢板平稳运行，不托底避免钢板划伤的重要作用。在查阅了大量资料并对张紧机相关设备进行了整体的了解之后，本题中围绕着机械原理、机械设计、理论力学以及材料力学等知识，结合实际，从经济、实用、可靠的角度出发，对张紧机中主要的组成部件进行细致的分析、设计以及校核。关键词：张紧机；钢带；汽车钢板；辊式汽车钢板线目录TOC\o"1-2"\h\u第一章前言 1第一节国内外张紧机发展情况 1第二节本设计的背景 1第二章辊子的设计和研究 3第一节设计参数 3第二节张力辊和转向辊的力学计算 3第三节电动机的选择 11第四节传动系统设计第四节减速器的选择 12第五节联轴器的选择 13第六节轴承的选择 14第三章整体机架的设计 16第一节主体辊子机架的设计 16第二节电机及减速器机座的设计 17第三节轴承座的选用 17第四节摆臂的设计及油缸的选用 18第五节其他辅助零部件的设计 18第四章主要零部件强度的校核 20第一节张力辊强度的校核 20第二节转向辊的校核 33第三节张力辊上轴承的寿命校核 37第四节张力辊上轴承的寿命校核 39第五节键的选择与校核 40第五章润滑 43第六章表面加工要求的补充 44第一章前言第一节国内外张紧机发展情况国内外设计的张紧机组有着各自的特点，比如说德国的西马克（SMSDEMAG）公司设计的SMS四辊张紧机组在机组工艺的配置方面很有特色，因而应用的十分广泛，包括中国宝钢等许多钢铁企业在使用中都有着很好的评价。有意大利达涅利（DANIELI）公司设计的张紧机组，则是在确保冷轧钢带轧材的伸长率和平直度的质量控制指标方面很有特色。国内的北京神钢联公司（SUN-GLARE）设计的张紧机则是中国自主知识产权的新型设备产品，该公司的设计、制造的二辊可逆平整机组，适用于冷轧钢不锈钢及高强度合金钢带卷的干式平整。德国的曼罗兰、高宝、海德堡，都有各自的张力控制系统。可以从曼罗兰的汽车钢板辊涂机的张力控制开始说起，曼罗兰采用的制动方法十分特别，为圆周制动，方式为带式。为了将带钢成功地输送到需要的位置，带式圆周起到了至关重要的作用。而需要产生这样的制动力，就需要存在着差速来进行调节，使钢带处于绷紧状态来产生应有的张力，这一点曼罗兰可以说是做的非常好。不同于其他公司设计的张紧机，将辊涂装置和张力提供装置放在一起的设计，海德堡和高宝公司将张紧机单独的放在辊涂机之前。并且还在张紧装置上面增加了不同的检测辊来控制张力的大小，通过反馈来调节张力。钢带的张力对于辊涂来说十分的重要，可以说没有了张力，辊涂出来的汽车钢板就是一堆废铜烂铁，钢带上面会产生极大的偏差，更严重的是可能因为张力没有控制好，使钢带失去了平稳性，会干扰辊涂机的工作甚至会损坏掉辊涂机。当张力偏离了预定的大小的时候，这时候主动调节张力对于实际生产来说就十分重要了。第二节本设计的背景钢带张力控制，在汽车钢板辊涂机中是一个很重要的环节，钢带张力对印刷过程的影响主要表现在两方面，其一是印刷品的质量。其二是印刷工作的效率。对印刷品的质量影响，是由于钢带平整度、钢带伸长变形等因素，需要使钢带具有适当的张力以满足印刷适性要求，特别是在多色套印情况下，具有稳定的钢带张力，才能保证套印准确度。这种情况下的钢带张力控制是保证汽车钢板印刷质量为目的，通常是对印刷单元单独增加控制。对印刷工作效率的影响，主要是针对保证钢带在整个印刷过程中运行的稳定性而言，对整个印刷设备的各个环节之间的钢带张力匹配控制，确保钢带运行整个过程张力变化不使钢带变形。钢带张力的稳定是良好汽车钢板的基础，也是整个机器运行稳定的基础。辊涂的时候有可能因为张力过大会使图形产生一定的形变，钢带有可能会在纵向上弯曲，甚至会发生横向的简断；同时也有可能因为张力过小而产生辊涂模糊，位置不准，横向弯曲的现象。当张力不稳定的时候，有可能会产生套印发生偏差，重叠印刷，纵向弯曲等辊涂事故，影响正常的工厂生产，故而，在辊涂机正常的辊涂过程中，钢带的张力一定要大小合适，保持稳定。带钢在高速运行的时候会产生一定的对中偏离，并且在不同的工艺段，带钢需要不同的张力，为了保证这样的张力可控性，在现代化的热辊涂机组中引入张紧机便是一个重要的选择。对于本题中的汽车钢板生产线对应的是辊涂式汽车钢板生产线，其工艺流程为开卷--张紧--辊涂等，所以，作为第二步重要流程张紧的重要地位不可忽视。张紧机是有效的涨力拉力系统，涨力的来源于生产线的速度差产生的，具有保证钢板平稳运行，不托底避免钢板划伤的重要作用。

第二章辊子的设计和研究第一节设计参数辊子的设计参数取决于带钢的实际参数：带钢的厚度：h=1.5mm带钢的宽度：b=1450mm带钢的材质：Q235带钢的速度：v=150m/min钢带屈服极限：弹性模量：E=210Gpa入口带钢张力系数第二节张力辊和转向辊的力学计算一、辊子布置方案的设计张力辊草图的分布情况主要取决于下面几个方面：1.每个辊子出口和入口的张力总放大系数；2.确定钢带需要的进出口位置情况；3.钢带在传递过程中应避免发生任何触碰；4.确定应使用的辊子数的多少，从减少辊子体积，以便节约成本的角度出发；5确定应使用的电机数的多少，从电机的布置以及电机的排线方面出发；6.需要考虑每个结构的整体布置。本设计考虑到钢带所受张力以及钢带的位置极限问题，此设计出口与入口的之间总的放大系数大概在5.5~6之间，张紧机工作位置在距离水平位置4m处，钢带从张紧机下面部分平行穿进去，从张紧机下面部分水平偏下15度穿出来，从而传递钢带到下一级张紧机中，在此强调，为了保持钢带不会由于干涉的原因而产生一定的触碰，设计相邻并且处于上下级之间的辊子中心轴的水平距离相差50mm，在此同时，又因为钢带的放大系数较大，而设计将采用的辊子数较少，电机数也较少，所以需要从增大包角的立场出发，使整个装置采用增加两个S辊的设计方式，这样既可以达到大大增加了包角的面积目的，也可以大大增加出入口的总放大系数，设计草图如图2-1所示：图2-1辊子布置草图二、辊径的设计张力辊辊径的设计，应该考虑以下问题，最重要的是到不能让带钢出现永久性弹性形变，与此同时能够承受一定强度的弯曲，使得钢带实现可以进行一定程度上的平整与矫正的功能，因而需要考虑钢带最外层部分屈服极限还有钢带的厚度，参考以下的公式可以确定张力辊的最小半径：（2-1）已知： h=1.5mm；E=210Gpa；带入上式计算可得：

R向上取整可以确定张力辊辊径为：D=1350mm为了提高辊子表面的张力以及抗磨性能，需要在辊子的表面部分涂上一层涂层，同时为了加强张力辊的强度，增加其使用寿命，我们将涂抹在在张力辊和转向辊表面的涂层材料选定为黄色聚氨酯橡胶。三、入口部分张力的计算入口张力与很多因素有关：带钢的厚度h、宽度b、张力系数k以及屈服极限σs其公式为：（2-2）带入上式计算可得：T即T四、计算出口的张力（一）草图中的各种参数张力辊做为主动辊或者输入辊的时候，具有驱动力矩的张力辊使得带钢被带动，这时张力辊主动做功，使得进口带钢的张力大于出口带钢的张力，即。由欧拉公式可以得出计算公式：（2-3）其中：——包角处钢带与辊面的摩擦系数，对于本设计中采用的橡胶辊，本设计取：——包角，因为带钢为刚性物体，带钢在弯曲的时候并非像皮带等可以完全贴合在棍子的表面，它会在辊子的表面形成一种近似于圆形的多边形，而因为其无限接近于圆形，我们可以继续把他从圆形的角度考虑，但是不能直接带入能形成圆形包角的带状体的数据，故而实际的包角会小于理论的包角。可以通过实验来确定实际的包角，从实验的数据可以推测，钢带的厚度越大，实际包角相对于理论包角越小，大概范围在，本设计中钢带的厚度h=1.5mm，为薄钢带，所以取实际包角为。理论包角计算：由计算可知辊子直径为D=1350mm，取两辊子间竖直距离为H=50mm，水平中心距为L=D+200mm=1550mm代入公式计算可得：

α=3π根据图2-1的设计设计张力辊，其中四个辊子的理论包角均α=239°=α'=215.1——张力扩大系数，经过计算可知实际张力扩大系数为：

eμ2.计算辊子处于“电动状态”时其出口张力当辊子处于“电动状态”时，辊子提供的张力为主动张力，此时为张力辊，其钢带受到的拉力可以用欧拉公式确定，不过考虑到带钢在塑性弯曲时所产生的张力，因而在本设计中需要引入弹性塑性力，公式如下：（2-4）弹性塑性力矩计算公式为：弹性塑形力计算公式为：（2-5）设为弹性分界区域的带钢厚度：（2-6）设为带钢在辊子上弯曲的曲率半径，一般为，可取，由于本设计中钢带较薄，可取：将上述公式整理，并代入已知数据可得：ℎ代入已知数据，可得弹性塑性力为：T因为考虑到带钢经过张力辊时并不是简单的可以采用欧拉公式，而其中混入了钢带本身的弹性塑性力，在两处钢带变形前后以1#张力辊为例加入了和，如图2-2所示：图2-22#张力辊张力图可以得出：综上：另一方面，在张力辊带动钢带运行的时候，会产生离心运动，使钢带具有一定大小的离心力，又因为本身钢带离心运动涉及到钢带包角不平的问题，故而参考皮带传动离心力的公式，能够推算出钢带的离心力为：（2-7）式中：V——钢带运行速度H——钢带厚度b——钢带宽度q——钢带每米重量，其值为：（2-8）——比重，对于钢带来说经过计算可得：T考虑到钢带离心力的存在，上述公式可补充为：（2-9）张力辊的驱动力矩：（2-10）根据此公式可以算出2#辊出口张力：h=1.5mm以此类推：1#辊出口张力：T4#辊出口张力T2#张力辊转矩：M以此类推：1#张力辊转矩：M4#张力辊转矩：M（三）辊子处于“发电状态”时的出口张力在辊子处于“发电状态”时，辊子被动接受张力，起到对钢带的转向作用，为转向辊，其钢带的拉力可以用欧拉公式确定，但是考虑到带钢的弹性塑性拉力和离心拉力，可以得出公式：（2-11）转向辊驱动转矩为：（2-12）经过计算可得3#转向辊出口张力：T3#转向辊的转矩：M=三、辊子的尺寸设计计算1.辊子直径和宽度的确定张紧辊的直径在上文已有明确的计算方法，但在投入实际生产时，辊子的直径并非越大越好，辊径的大小对设备本身的制造和维修成本会造成很大的影响，因为所要求的输出转矩将会随着辊子直径的增大而增大，同时其附属各项机构所需要的成本也会随之变多。由此本设计拟选用强度允许内的最小辊径即：D=1350mm根据带宽来确定辊身的长度，根据带钢宽度b=1450mm，本设计中计划再加上200mm，也就是将取辊身的长度为：L=1650mm2.张力辊结构的设计考虑到本设计中张力辊的直径比较大，为了减少辊子将承受的重力力矩，减轻辊子自身重量、节省材料、节约成本，可选用空心辊的结构，由于空心结构的内部强度比较低，为了增强其强度，可采用内部焊接支撑板的方式，同时因为辊子可能存在磨损等问题，计划在外部设计出一个可更换的外筒，其设计图，如下图所示。图2-3张力辊设计图张紧辊机构分为：一个内筒：内筒为阶梯式中间为高阶梯，两侧降低，便于支撑板的固定与焊接：一个外筒：外筒为聚氨酯涂层，内径与内筒外径相吻合，需要一定的互换性配合，外筒外径为张紧辊直径D；一个较长的轴头：如图中左侧轴头，因为张力辊需要与联轴器相连，故需要长度较长；一个较短的轴头：如图中右侧轴头，这里的轴头只需要和轴承相连即可，所以长度可稍短；两个支撑板，为了减轻重量在上面均匀的开了四个直径为100mm的洞；两个挡板：因为此处的辊筒内壁上没有阶梯，所以挡板的边缘处设置了焊接槽，能更加稳固地焊接住，挡板上开两个对称小孔，防止焊接时内部空气高温热膨胀损坏构件。3.转向辊的设计转向辊与张力辊相类似，也采用空心带支撑板的方式，而辊径为了加工安装维护方便，设计成与张力辊尺寸相同，如图所示，下面将只介绍转向辊与张力辊不同之处。图2-4转向辊设计图转向辊的不同之处：两个较短角细的轴头：因为转向辊两侧都不与其他部件相连接，所以长度设计只需与轴承相吻合即可。又因为没有了电机给予的扭矩，转向辊所承受的扭矩较小，所以为了节省材料，减轻重量，轴头便比张力辊的设计的要细一些。张力辊和转向辊装配方法：由于张力辊和转向辊是由很多零件焊接而成的，其装配的方法与步骤如下所示：首先，必须固定辊芯的内筒，将两个内部的支撑板分别从两侧放到辊子内部，然后采用线焊的方法将支撑板外缘与辊芯内筒焊接好。而后，将外部挡板的内缘与轴头相应阶梯部分焊接好，并且要保证一定的垂直度和平整度。再然后，将带有挡板的轴头从对应位置插入支撑板内缘，即可将挡板的外缘与辊筒的内芯焊接好。最后，将外辊筒安装到辊芯上，注意平行度同时要表面防止划伤。（三）压辊的尺寸结构设计为了使带钢张力较小的带钢具有一定的初始张力，同时为了防止带钢在辊子表面上发生打滑，影响张紧机正常的工作，需要在张力较小的张力辊上加装压辊。由图2-1中可见，为了使行带不会被其他辊子干涉，1#辊和4#辊的中心线在一个水平面，2#辊和3#辊的中心线在一个水平面，两个水平面之间取整差距为50mm，取整为直径200mm，综合考虑后面的摆臂的安装，与4#辊中心水平面有小于275mm且接近的距离。压辊的长度比钢带的宽度稍小一些。同时为了减少辊子所受重力力矩，节约材料和成本选用了空心辊的结构，加入了可更换的外筒，两边的轴头上开了方便焊接的槽，内筒内壁采用阶梯式，如图2-5所示。图2-5压辊设计图第三节传动系统的设计此系统中，负责驱动的张力辊是1#，2#和4#，电动机的轴与减速器高速轴通过联轴器相连接，减速器的低速轴和张力辊通过联轴器相连接。这样降低了电动机传递出来的高速转速，同时可以提高扭矩，将动力提供给张力辊。传动系统设计，如图所示：图2-6传动系统设计第四节电动机的选择通过查找资料可以知道，直流电动机结构复杂且成本、维护价格高，如果采用此设计会增加设计难度以及制造成本，因而不宜采用；相对而言交流电动机不存在这种缺陷，并且三相交流电动机，在机械行业各种工厂中被广泛应用，具有很多可以参考的实例，可以降低设计难度，在投入生产时，成本较低，使用时也可以较为方便，综上考虑在本设计中，采用三相交流电动机。交流电动机可分为异步电动机和同步电动机，查找资料可知，我国新设计的YTSP变频调速三相异步电动机，具有很多优势，如机械震动小，工作噪音低，调节速度的能力强，外观好看等，尤其是其具有高频过载特性和低频稳定特性对张紧机的稳定运转有着很重要的意义。一、张力辊的转速计算张力辊转速的计算公式：（2-13）根据上文设计得出的数据：钢带传动速度V=150m/min张力辊直径D=1350mm代入计算得：

n二、张力辊的功率计算根据上面的计算可知道1#张力辊的转矩为

M则电机功率为：（2-14）设是传动效率，在本设计中可以取η=0.85，代入数据可得：N通过查电机设计手册，综合考虑电机需要的功率，电机的工作环境以及张力辊的情况，选用YTSP280M-6型电动机，其主要参数如下：表3-1YTSP180L-4型电动机参数功率kW额定电压V额定电流A转速r/min553801041479以此类推：2#张力辊选用YTSP280S-6型电动机3#张力辊选用YTSP280S-6型电动机第五节减速器的选择根据上节所选定的电动机的型号，以及钢带的传动速度，可以得出传动比的计算：（2-15）其中：为电动机的额定转速，为张力辊的转速，经过计算得：

i=由于传动比相对来说较小，所以采用I级减速器，并采用第I种装配形式，查手册，选用XW8000系列摆线针轮减速器，其具有以下特点：1.传动比相对较大。对于本设计采用的减速器，其具有高达87的最高减速比。

2.减速器运转比较平稳。减速器为多齿相互啮合传动，降低了噪音的同时使传动更加平稳。

3.承受过载的性能较好。能够承受较大的冲击且惯性力矩较小，可以在反复调整转向、启动的情况下使用。

4.传动的效率比较高。采用的是滚动齿啮合，传动效率达到了90到95个百分点。

5.体积较小，重量较轻，节省安装空间。

6.减速器的使用年限较长，因为其抗摩擦性较强，机械强度较大，故而使用寿命较长。7.维修方便，其采用开环装配，便于拆卸与安装，更换零件也比较方便。考虑到轴径和公称输入功率，选用XW-8225-21减速器，其主要参数如下表所示：表3-2XW-8225-21减速器参数高速轴轴径mm低速轴轴径mm5512第六节联轴器的选择一、联轴器的分类联轴器在选择之前要知道可供选择的两个选项，分别是：只能对两轴之间的相对位移差进行弥补的刚性联轴器，但是其具有低造价，维护、安装容易，制造、结构简单的优点。对两轴之间的相对位移差可以进行弥补的弹性联轴器，其具有减少振动，进行缓冲的优点。二、联轴器的选用选用联轴器是需要考虑到以下几点：工作的环境的振动大小；2.轴自身的转速；3.被连接的两轴的轴径以及安装精度；4.两轴相对位移的大小和方向；5.被连接件转动速度的大小和产生的离心运动力的大小；6.联轴器的可靠性和成本；7.需要传递的转矩的大小。综合考虑到以上几个因素：1.在电动机和减速器高速轴中联轴器采用ZLL4弹性柱销齿式联轴器，其具有传递的转矩相对其他弹性联轴器大，并且结构比较简易，拆装容易使维修比较方便，使用的寿命相对来说比较长的特点，而且其可更换尼龙柱销在简单地拆下表面挡板之后便可轻松地更换，而且因为尼龙柱销是可以自我润滑的材料,不但节约了润滑油,而且使工作环境比较干净整洁。但是其减震比较差，噪声较大，适用于中等或较大功率传动，故而只能在相对转速较高的轴之间用以联接。综上可以在电动机轴和减速器高速轴中的联轴器选用型联轴器，并在电机端加装制动器。2在减速器低速轴和张力辊中联轴器采用GIICL9鼓式齿型联轴器，其具有承载能力强，角位移补偿量大，噪声低，维修周期长，传动效率高的特点。其刚性大，有挠性，无弹性，所以用在低速轴之间的联接。综上可以在减速器低速轴和张力辊轴中的联轴器选用型联轴器。第七节轴承的选择张力辊和转向辊轴承的选择轴头计算；

d估算辊子的体积：V=查找机械设计手册，Q235钢的密度：计算张力辊的重力为：（3-4）代入数据，求得：G=轴承主要承受的是径向力，为了方便计算，在此处按两边轴承受力情况相同来进行估算：N是钢带上输入张力与输出张力的差，在这里仅计算张力差最大的辊子间张力差，以便所有张力辊的轴承一致，代入数据得：∆代入数据，计算得：N由于张力辊本身受到的载荷相对较大，同时受到安装尺寸等因素的限制，在此处可选用23136C/WW型调心滚子轴承；相对而言转向辊所受载荷比张力辊小一些，转向辊轴径也相应的较小，拟选用23136C/WW型调心滚子轴承，他们的主要参数如下：表3-323228C/WW轴承和23224C/WW轴承的参数d轴径mmD轴承外径mmC轴承宽度基本额定静载荷kN基本额定动载荷kN23136C/WW18030096900172023136C/WW180300969001720二、压辊轴承的选用为方便设计，可选择将压辊固定在摆臂上，摆臂设计为焊接件，在摆臂上无法直接固定轴承。启动电源时，传导气缸开始工作，产生压力后作用在4#张力辊上，给系统提供初始的张力。考虑到压辊自身所受载荷比较小，因此可选择在压辊两侧安装带座外球面球轴承中的UCFC211型带凸台圆形座轴承。其主要参数如下：表3-4UCFC211座轴承参数轴承内径dmm轴承座球面直径Damm轴承座外径D2mm轴承座宽度Amm5510018543三、摆臂的轴承选用根据工作原理，选择将摆臂的主轴固定在机架上，通过联接油缸，运动给系统的一端一定的力，而后传导力到压辊上，由此分析，在摆臂与主轴固定处应该设计轴承。由于所受载荷较小，可选择在此处安装轴承座轴承，方便将其直接固定在支架上，可以选择使用UCP214带立式座外球面球轴承，查表可知，其主要参数如下：表3-5UCP214座轴承参数轴承内径dmm轴承座球面直径Damm轴承座长度mm轴承座宽度Amm7012527474

第三章整体机架的设计第一节主体辊子机架的设计机架整体可以采用钢板焊接结构，这样可以减轻机架本身重量，降低成本，并且便于安装辊子轴承等部件。根据辊子布置草图设计出如图所示的机架，所有零部件均由不同尺寸钢板焊接而成。机架的焊接步骤：1.将两侧安装轴承架的机架焊接完成，其焊接的先后顺序为先把立板和底板焊接完成；2.焊接上板和左右两个挡板；3.最后将立板左右两侧的支撑翼板焊接完成，在焊接后需要将上下板进行表面粗糙度的再加工。两侧的机架焊接好后，将中间的工字钢焊接到两个机架的中央，这里需要保证的精度有：两侧机架之间的距离要确定，还有两侧机架需要在一个水平面上，这样不仅对机械传动的精度有了初步的保证，又对之后的安装装配有了一定的保障；在机架上板上我们需要安装轴承座，但是因为手动安装的轴承座仅仅依靠几个螺栓连接，在高速高载荷的情况下轴承座可能会发生微量的偏移以及误差，所以又要在张力辊的轴承座两侧加装调整块，用以主动调整张力辊轴承座的微量偏移，需要在转向辊的两侧加装限位块，这样做能够限制钢带给转向辊带来一个力矩后会是转向辊两侧的轴承座发生偏移，引起误差或者磨损；在机架最右面的前方需要安装摆臂，摆臂使用的是一图3-1机架体的立式座轴承，这里就需要在机架上加上能安装这个座轴承的位置，在其后面的中间位置还需要加装一个能安装油缸的轴承座，这里就需要进行单独的设计，在后面有详细的说明，这里需要指出的是在这个位置有装一个垫板用来安装这样的轴承座。以上的分析基本上囊括了机架的整体设计思路，详细的设计请参见具体的机架设计装配图。第二节电机及减速器机座的设计电机和减速器的机座的设计原则为：保证电机与减速器高速轴、减速器低速轴与张力辊的主轴同心，相对于1#辊和4#辊，2#辊的机座高度便要降低50mm，从而形成了两种机座的样式。采用与主体机架相同的方法，机座也使用钢板焊接而成，中间有一部分空心可以充分降低整体的重量，节约减速器的制作成本，同时还有减震、缓冲的作用。机架的设计要依据前文选用的电动机和减速的数据，其中要考虑到电动机安装方式，还必须要对电动机的加固与安装做充足的准备，这些对于电动机能够平稳运行十分重要；减速器安装位置方面要注意减速器的高速轴与电动机轴的水平中心轴是否同心，其次要注意减速器的固定问题，由于本设计中减速器的传动比相对于之前的设计较大，所以加固和减震是十分重要的内容，考虑到以上两个需要加固和稳定的方面，这里需要在机座上加装两对垫板，如下图所示，以便起到加强机座的局部强度、减少机座上板发生撕裂的概率的作用。机座设计如图3-2所示：图3-2机座第三节轴承座的选用本设计有个特殊之处，就是机架是焊接而成并不是铸造而成的，导致并没有固定的轴承座安放轴承，故此需要在机架上安装不同尺寸的轴承座。轴承座的选择取决于轴承的选择，之前选用的23136C/WW型调心滚子轴承和23136C/WW调心滚子轴承可以采用相同的轴承座。根据轴承的选择，在张力辊和转向辊上都可以选用轴承座SNK228。第四节摆臂的设计及油缸的选用在本设计中压辊是通过油缸装置给摆臂一个力传导到压辊上的，故摆臂的一端链接油缸，另一端连接压辊，两臂成90度。油缸考虑到需要小于10MPa的载荷，选用型号为HSGK01-90/50X100E-2521的油缸。制作一个将摆臂和油缸连接起来的销轴。根据油缸和压辊的尺寸设计出如图所示的摆臂：图3-3摆臂图3-4销轴第五节其他辅助零部件的设计本设计在减速器低速轴与张力辊之间的联轴器所受载荷较大，且由于其里钢带较近，故此拟在联轴器外围加装一个防护罩，既起到的保护这里的联轴器不受钢带上飞屑的影响，如图所示，此防护罩由一张弯成半圆的板和两张方板焊接而成，需要注意的是在焊接之前，需要先把三块钢板弯成如图所示的形状，具体的尺寸需要参考装配图中的数据，在这里就不一一说明了，焊接的是偶需要在内部焊接，尽量保持外部的美观，需要保证的尺寸要求只有两个立板的底面处于一个水平的位置，这样能够便于将其与下面的罩支架相连接；罩支架的设计则是由两个角铁，取其一端从45度角来切割，然后将两个角铁从切割处焊接而成，这里需要保证的尺寸为两个角铁之间的垂直度，保证了此处的垂直度能够有效地将防护罩以需要的角度固定在机组中。如下图所示。图3-5防护罩图3-6罩支架在本设计中张紧机安装的位置在离地面高4m的铁架子上，因为本张紧机的机架为钢板焊接而成，而钢板的厚度较低，虽然有多个螺栓共同分担与铁架子之间的拉力，但是钢板螺栓处容易发生撕裂，所以需要在机架的底部加装垫板，垫板的厚度为35mm，足可以承受一般情况下的载荷。在摆臂的另一侧连接的油缸的需要以油缸支座固定在机架之上，油缸支座的设计如下图所示。图3-7垫板图3-8油缸支座在本设计中张力辊与转向辊的轴承需要安装在轴承座里，轴承座需要安装在机架上，但是单凭螺丝和手动的安装会产生很大的偏差，这里就需要安装调整块来调整张力辊两端的轴承座，安装限位块来调整转向辊两端的轴承座。图3-9调整块图3-10限位块

第四章主要零部件强度的校核第一节张力辊强度的校核一、2#张力辊的强度校核2#张力辊的受力分析分析如图所示：图4-12#张力辊受到的钢带拉力图已知钢带产生的拉力：T1=30667.5通过力的合成，可知：T水平方向的力为：TH竖直方向的力为：T2#张力辊同时承受着竖直向下的重力，通过上文计算，可知：G结合上文计算，分别作出水平方向和竖直方向2#张力辊的受力分析图：在竖直方向上：图4-22#张力辊的竖直方向受力分析图查找材料力学相关书籍，计算出左右两轴承的竖直支持力：FF竖直方向剪力图：图4-32#张力辊竖直方向剪力图竖直方向弯矩图：图4-42#张力辊竖直方向弯矩图在水平方向上：图4-52#张力辊的水平方向受力分析图查找材料力学相关书籍，计算出左右两轴承的水平支持力：FF水平方向剪力图：图4-62#张力辊水平方向剪力图水平方向弯矩图：图4-72#张力辊水平方向弯矩图合成弯矩：图4-82#张力辊合成弯矩图2#张力辊所连接电动机提供的扭矩为：T2扭矩图，如图所示：图4-92#张力辊扭矩图弯扭组合图，如图所示：图4-102#张力辊弯扭组合图根据弯扭组合图不难发现，此处出现了3类危险截面，根据第三强度理论公式计算，校核该轴的强度：1.辊子的正中央截面，此处承受整体中最大的弯扭载荷：查机械设计相关书籍，计算截面抗弯截面系数的公式为：代入数据，求得：W=根据上文中所绘弯扭组合图，可知截面当量弯矩为：M查机械设计手册可知，Q235-A的许用弯曲应力代入公式得：σ由此可见，此处强度符合。2.与辊筒挡板交界处，此处经常产生应力集中，此处截面的抗弯截面系数应为：代入数据，求得：W=根据上文中所绘弯扭组合图，可知截面当量弯矩为：M查机械设计手册可知，35钢的许用弯曲应力代入公式得：σ由此可见，此处强度符合。3.轴承处，此处轴径最细：查机械设计相关书籍，计算截面抗弯截面系数的公式为：代入数据，求得：W=根据上文中所绘弯扭组合图，可知截面当量弯矩为：M查机械设计手册可知，35钢的许用弯曲应力代入公式得：σ由此可见，此处强度符合。综上所述，2#张力辊轴径符合强度要求。

二、1#张力辊的校核1#张力辊的受力分析分析如图所示：图5-111#张力辊受钢带拉力图张力辊的受力分析分析如图所示：，算出合力：在水平方向力的大小为：在竖直方向力的大小为：1#张力辊还承受着竖直方向的重力，大小为：综上分别作出水平方向和竖直方向2#张力辊的受力情况：首先讨论竖直方向：图5-121#张力辊的竖直方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的竖直支持力：竖直方向所受剪力图：图5-131#张力辊的竖直方向剪力图竖直方向所受弯矩图：图5-141#张力辊的竖直方向弯矩图然后继续讨论水平方向：图5-151#张力辊的水平方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的水平支持力：水平方向所受剪力图：图5-161#张力辊的水平方向剪力图水平方向所受弯矩图：图5-171#张力辊的水平方向弯矩图合成弯矩：图5-181#张力辊的合成弯矩图1#张力辊电动机提供的扭矩：扭矩图：图5-191#张力辊的扭矩图弯扭组合图：图5-201#张力辊的弯扭组合图由弯扭组合图可以看出，这里有3类危险截面：均可以根据第三强度理论公式校核轴的强度：1.第一类为辊子的正中央截面，承受着最大的弯扭载荷：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知Q235-A的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。2.第二类为与辊筒挡板交界处，这里容易产生应力集中：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知35钢的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。3.第三类为轴承处，校核原因是因为轴径最细：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知35钢的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。综上所述，1#张力辊轴径符合强度要求。

三、4#张力辊的校核4#张力辊受钢带拉力的分析首先讨论油缸给压辊的力。油缸的型号为：工作压力为10MPa,由型号可知油缸内径为90mm可以算出油缸的工作力为：当压辊工作时油缸到摆臂辊之间的力臂长度为413mm摆臂到压辊的力臂长度为360mm故压辊给4#张力辊的力为：4#张力辊的受钢带拉力的分析如下图：图5-214#张力辊受钢带拉力图已知钢带拉力：，算出合力：在水平方向力的大小为：在竖直方向力的大小为：4#张力辊还承受着竖直方向的重力，大小为：同时还有压辊给的一个压力，大小为这个力与水平方向成40°角，在水平方向力的大小为：在竖直方向力的大小为：综上分别作出水平方向和竖直方向4#张力辊的受力情况：首先讨论竖直方向：图5-224#张力辊的竖直方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的竖直支持力：竖直方向所受剪力图：图5-234#张力辊的竖直方向剪力图竖直方向所受弯矩图：图5-244#张力辊的竖直方向弯矩图然后继续讨论水平方向：图5-252#张力辊的水平方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的水平支持力：水平方向所受剪力图：图5-264#张力辊的水平方向剪力图水平方向所受弯矩图：图5-274#张力辊的水平方向弯矩图合成弯矩：图5-284#张力辊的合成弯矩图4#张力辊电动机提供的扭矩：扭矩图：图5-294#张力辊的扭矩图弯扭组合图：图5-304#张力辊的弯扭组合图由上述条件可以看出，这里有3类危险截面：均可以根据第三强度理论公式校核轴的强度：1.第一类为辊子的正中央截面，承受着最大的弯扭载荷：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知Q235-A的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。2.第二类为与辊筒挡板交界处，这里容易产生应力集中：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知35钢的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。3.第三类为轴承处，校核原因是因为轴径最细：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知35钢的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。综上所述，4#张力辊轴径符合强度要求。

第二节转向辊的校核一、3#转向辊的校核#转向辊受钢带拉力的分析如下图：图5-313#张力辊受钢带拉力图已知钢带拉力：，算出合力在水平方向力的大小为：在竖直方向力的大小为：3#转向辊还承受着竖直方向的重力，大小为：综上分别作出水平方向和竖直方向3#转向辊的受力情况：首先讨论竖直方向：图5-323#张力辊的竖直方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的竖直支持力：竖直方向所受剪力图：图5-333#张力辊的竖直方向剪力图竖直方向所受弯矩图：图5-343#张力辊的竖直方向弯矩图然后继续讨论水平方向：图5-353#张力辊的水平方向受力分析图运用材料力学的知识可以算出左右轴承的水平支持力：水平方向所受剪力图：图5-363#张力辊的水平方向剪力图水平方向所受弯矩图：图5-373#张力辊的水平方向弯矩图合成弯矩：图5-383#张力辊的合成弯矩图因为3#转向辊没有电动机，所以不考虑电动机给予辊子的扭矩。由合成弯矩图可以看出，这里有2类危险截面：均可以根据第三强度理论公式校核轴的强度：1.第一类为辊子的正中央截面，承受着最大的弯扭载荷：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知Q235-A的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。2.第二类为与辊筒挡板交界处，这里容易产生应力集中：这个截面的抗弯截面系数：求得：根据弯扭组合图可知截面当量弯矩：查手册可知35钢的许用弯曲应力带入公式得：此处轴强度符合。综上所述，3#转向辊轴径符合强度要求。第三节张力辊上轴承的寿命校核三个张力辊上轴承所承受的力在张力辊的校核中已求出来：1#张力辊上轴承处的力：2#张力辊上轴承处的力：4#张力辊上轴承处的力：因为张力辊上轴承均一致，这里只需要校核4#张力辊上轴承的寿命即可。轴承受到的径向合力：这里选取较大的：根据下式来计算轴承的额定寿命：（6-1）其中为轴的转速：为基本额定静载荷：为寿命系数：对于球轴承来说：对于辊子轴承来说：为温度系数，对于小于120的温度来说：带入求得：轴承寿命符合要求。

第四节张力辊上轴承的寿命校核3#转向辊上轴承处的力：轴承受到的径向合力：这里选取较大的：根据下式来计算轴承的额定寿命：其中为轴的转速：为基本额定静载荷：为寿命系数：对于球轴承来说：对于辊子轴承来说：为温度系数，对于小于120的温度来说：带入求得：轴承寿命符合要求。第五节键的选择一、电机轴的键此段轴径65mm，长度140mm查手册采用C型键，公称尺寸b×h为18×11，长度l=125mm。拟选用键：二、减速器高速轴的键此段轴径55mm，长度82mm查手册采用C型键，公称尺寸b×h为16×10，长度l=70mm。拟选用键：三、减速器低速轴与张力辊的键这两段轴径均为120mm，长度165mm查手册采用C型键，公称尺寸b×h为32×18，长度l=140mm。拟选用键：

第六节键的校核首先计算两端的转矩：电机和减速器高速轴的转矩为：减速器低速轴与张力辊的转矩为：键的校核可用下式：（7-1）电机轴的键的校核，，查手册选择钢材料轻微冲击许用挤压应力：键的工作长度：键与轮毂的工作高度：带入校核公式求得：二、减速器高速轴的键的校核，，查手册选择钢材料轻微冲击许用挤压应力：键的工作长度：键与轮毂的工作高度：带入校核公式求得：三、减速器低速轴与张力辊的键的校核，，查手册选择钢材料轻微冲击许用挤压应力：键的工作长度：键与轮毂的工作高度：带入校核公式求得：所有键均符合标准。

第五章润滑在本设计中，由于物体之间会产生一定的摩擦，会造成一定的能量的损失，从而降低整体机械的效率，同时会使机械部件之间产生磨损，进而影响加工生产的精度。润滑剂的使用可以充分减少这种情况的产生，因此要分析张紧机每一个部件上存在着怎么样的摩擦，以便研究其需要什么样的润滑。润滑方式有两种，其中一种是干油润滑，另一种是稀油润滑，两种润滑方式各自有不同的特点：干油润滑的粘着性非常好，不容易飞溅，可有效地减少润滑油的流失，但是其不适合高速旋转的情况的润滑，只能用在短时间工作的重载荷低速轴承上，由于其的粘着性突出，可以长时间保持润滑且不用不补充润滑油，能够在工件的表面形成一层致密的油膜，用来保护机械表面不受杂质和水的腐蚀。稀油润滑适用于高速旋转的平面、轴承之间，由于稀油的存在，能够带走一部分热量，减少热量的累积，利于散热，也能够对摩擦平面的整洁进行保证，一定程度上的进行摩擦平面的自我清洗。合适的润滑的方式可以达到显著的减少整体能量的损失，降低磨