【正文】 在第二章，本文著重介紹了卡羅塞爾卷取機(jī)的工作原理及主要構(gòu)件的組成，并分別簡(jiǎn)單的介紹了下各個(gè)構(gòu)件。其中徑向壓力視為均布力。, 有限元法的優(yōu)點(diǎn)是解題能力強(qiáng)，可以比較精確地模擬各種復(fù)雜的曲線或曲面邊界，網(wǎng)格的劃分比較隨意，可以統(tǒng)一處理多種邊界條件，離散方程的形式規(guī)范，便于編制通用的計(jì)算機(jī)程序，在固體力學(xué)方程的數(shù)值計(jì)算方面取得巨大的成功。若考慮油缸的效率，則有：(最大油缸推力) () 式中：；為楔形塊斜面與卷筒斜面的摩擦系數(shù)，(該數(shù)值跟潤(rùn)滑條件相關(guān))；為楔形塊與心軸平面的摩擦系數(shù)；為卷筒的外徑；為帶鋼的張力；為卷筒的當(dāng)量半徑，為油缸的傳遞效率，由于油缸的輸出力應(yīng)該大于卷取過程中脹徑、縮徑以及卸卷過程中所需要的力，~； 鋼卷卸卷時(shí)卷筒縮徑卷取機(jī)卷取工作完成后，為了卸卷，卷筒需要縮徑，此時(shí)脹縮液壓缸需要提供反向力，使斜楔作與脹徑時(shí)相反方向運(yùn)動(dòng)，稱作為拔出力，受力分析如下圖所示： 卷筒扇形板受力分析示意圖：由靜力學(xué)平衡方程(向上、向右為正)有： （）由此可得： ()式中，為卷筒外壁對(duì)帶鋼內(nèi)層的摩擦系數(shù)；為楔形塊的傾角；為接觸面的正壓力；為作用在扇形板上的徑向壓力沿豎直方向的分力?；蛘邆渥ⅲ簽檐堉茣r(shí)帶材的屈服極限 《軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)》中，張力的計(jì)算可以通過下式來求?。? ()式中：——單位張力系數(shù)，可以按照下式求?。簩?duì)于帶鋼：，軋制時(shí)，縱剪時(shí)，重卷時(shí)，電解清洗時(shí)。對(duì)于矩形花鍵， 此處D和d分別為矩形花鍵軸外徑和內(nèi)徑，C為倒角；對(duì)于漸開 線花鍵，h=m，m為模數(shù)；——花鍵平均半徑（mm），對(duì)于矩形花鍵， ； 對(duì)于漸開線花鍵，D為漸開線花鍵分度圓直徑（mm）；L——齒的工作長(zhǎng)度（mm）； ——許用擠壓應(yīng)力(MPa)； ——許用壓強(qiáng)(MPa)。因此，對(duì)在變應(yīng)力下工作的軸應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算。由上式可得軸的設(shè)計(jì)公式：實(shí)心圓軸： （） 空心圓軸： （）表38軸常用的幾種材料的值軸的材料Q235，204540Cr,35SiMn38SiMnMo,2Cr131Cr18Ni9Ti12~2030~4040~5215~25 注：表中所列的值，當(dāng)彎矩相對(duì)于扭矩較小或只受扭矩時(shí)，取較大值，反之，取較小值。常用的有三種估算方法。因此，軸的材料應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度和韌性，對(duì)應(yīng)力集中敏感小和具有良好的工藝性，有的軸還有耐磨性要求。數(shù)值應(yīng)從軸承廠獲得。② 計(jì)算軸承當(dāng)量靜載荷 （） 計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足當(dāng)量靜載荷小于額定靜載荷，同時(shí)要求軸承的工作轉(zhuǎn)速小于相應(yīng)潤(rùn)滑條件下軸承的極限轉(zhuǎn)速。在一般情況下工作的軸承，只要類型選擇合適，安裝、維護(hù)的好，絕大多數(shù)均因疲勞點(diǎn)蝕而報(bào)廢。故輪齒失效通常為強(qiáng)度計(jì)算，既復(fù)雜也不精確。標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表見表34。8）確定大齒輪齒數(shù)根據(jù)計(jì)算公式確定大齒輪齒數(shù)，計(jì)算公式如下為； 對(duì)計(jì)算后的齒數(shù)圓整，建議相嚙合的大小齒輪齒數(shù)滿足互為質(zhì)數(shù)。確定安全系數(shù)SH和SF，見表31。對(duì)齒輪的尺寸沒有特別要求，可以采用普通碳鋼或者鑄鐵，熱處理方式采用正火或者調(diào)質(zhì)等熱處理方式。外齒輪修形成鼓形可使鼓形齒聯(lián)軸器綜合位移補(bǔ)償能力進(jìn)一步增強(qiáng)。通過減速器減速的卷取機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足卷取機(jī)所要求的速度變化范圍。以減小電機(jī)的調(diào)速范圍，使電機(jī)的選擇更具有經(jīng)濟(jì)性。：根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)：張力為80000N，最高卷取速度為20m/s。 44 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 3 基本參數(shù)的確定3 基本參數(shù)的確定 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙卷筒卷取機(jī)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，主要包括以下幾個(gè)部分：主電機(jī)選型校核，聯(lián)軸器選型，減速器及齒輪座中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，雙列圓錐滾子軸承選型，輸入輸出軸設(shè)計(jì)校核，普通平鍵，花鍵聯(lián)接的校核等。當(dāng)1號(hào)卷筒進(jìn)入工作位置時(shí)，脹縮液壓缸啟動(dòng)給油，使拉桿向右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)棱錐軸向右移動(dòng)。 卷筒卡羅塞爾卷取機(jī)有兩個(gè)可脹縮卷筒，其結(jié)構(gòu)尺寸相同，兩卷筒的安裝位置與大轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)中心對(duì)稱。 6 重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析2 卡羅塞爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析 卡羅塞爾卷取機(jī)的工作原理卡羅塞爾卷取機(jī)布置在帶鋼導(dǎo)板臺(tái)的后面，交替地用兩套張力卷筒卷取帶鋼。通過這次研究盡可能的使該領(lǐng)域的理論和成果完善、系統(tǒng)化。其缺點(diǎn)包括：制造相對(duì)困難；裝配精度要求較高；傳動(dòng)件的互換性稍差，備件種類偏多。 卡羅塞爾卷取機(jī)可廣泛應(yīng)用于各類帶鋼生產(chǎn)線，如全連續(xù)的冷軋生產(chǎn)線，該設(shè)備以高效、連續(xù)的方式卷取帶鋼。卸卷時(shí)，脹縮缸反向移動(dòng)，增壓缸內(nèi)油壓降低，借碟形彈簧的作用，使鉗口松開，弓形塊收縮。 ⑤ 弓形塊卷取機(jī)適用于寬帶鋼精整線的卷取。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，彈簧易損壞。為防止卷筒塑性變形，卷筒材料一般都采用合金鍛鋼并經(jīng)均勻熱處理。為此常采用自動(dòng)糾偏控制裝置。由于張力直接影響產(chǎn)品質(zhì)量尺寸精度，因此對(duì)張力的控制有嚴(yán)格的要求。大張力卷取機(jī)主要用于可逆軋機(jī)，連軋機(jī)，單機(jī)架軋機(jī)及平整機(jī)。卷取機(jī)是軋鋼車間的重要輔助設(shè)備，在帶材和線材生產(chǎn)中均被廣泛應(yīng)用。目前，冷扎帶鋼的卷取多采用卷筒式卷取機(jī)，其設(shè)備配置較為簡(jiǎn)單，主要由卷筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)、壓力輥、活力支撐和推卷、卸卷等裝置組成。此外，大張力卷取機(jī)的卷筒從性能上還有固定剛度卷筒和可控剛度卷筒之分。 ③ 鋼卷的穩(wěn)定性 冷軋的薄帶鋼采用大直徑卷筒卷取時(shí)，卸卷后帶卷的穩(wěn)定性極差，甚至出現(xiàn)塌卷現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是卸卷需采用倒卷方法，影響了軋機(jī)的生產(chǎn)能力。首先，為減小卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)性能，趨向于采用電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)卷筒的方式。卷取薄帶不會(huì)產(chǎn)生壓痕。增壓缸為定容積式，其柱塞有脹縮缸活塞桿推動(dòng)。弓形塊卷筒的主要缺點(diǎn)是卷筒結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，高速卷取時(shí)動(dòng)平衡性能差?？_塞爾卷取機(jī)主要由：傳動(dòng)系統(tǒng)、卷筒組件、活動(dòng)支承、大轉(zhuǎn)盤組件(旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置)、輔助卷取系統(tǒng)等部分組成。國(guó)內(nèi)許多研究人員針對(duì)CARROUSEL卷取機(jī)做出了一定的研究工作，包括設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的研究，以及運(yùn)用仿真分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，但總體上對(duì)于卷取機(jī)有許多關(guān)鍵技術(shù)還沒有完全掌握，該領(lǐng)域的理論和成果還不是很完善。 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和可行性論證芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)綜合技術(shù)開發(fā)，對(duì)攻克關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)，具有非凡的戰(zhàn)略意義：① 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)基于其特有的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為國(guó)際同類設(shè)備中具有領(lǐng)先水平的設(shè)備；② 芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)綜合技術(shù)開發(fā)采用了先進(jìn)的分析計(jì)算方法，結(jié)合了強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；③ 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果，可有效的指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。如圖22(b)所示，1號(hào)位置的卷筒1在卷取狀態(tài)下轉(zhuǎn)到2號(hào)位置，卷筒1加速到卷取速度繼續(xù)進(jìn)行卷取，如圖22(c)所示，同時(shí)2號(hào)位置上的卷筒2轉(zhuǎn)到1號(hào)工作位置，并作好下一卷的穿帶卷取準(zhǔn)備；當(dāng)2號(hào)位置卷筒1上帶卷達(dá)到額定卷重后，通過傳感器，張力輥壓下，啟動(dòng)滾筒式飛剪機(jī)剪斷鋼板，帶卷在三個(gè)壓輥?zhàn)饔孟聦⑺ξ矌т摼砗?，然后卷?縮勁，卸卷，卸卷小車運(yùn)走鋼卷，與此同時(shí)1號(hào)位置上的卷筒2啟動(dòng)并逐漸達(dá)到喂料速度，開始穿帶卷取，如圖22(d)、(e)所示；至此，卷取機(jī)完成一個(gè)回轉(zhuǎn)工作周期；當(dāng)達(dá)到圖22(a)的狀態(tài)時(shí)大轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)前述步驟。卷筒脹徑和縮徑由卷筒裝置端的旋轉(zhuǎn)液壓缸推動(dòng)拉桿來完成。當(dāng)兩個(gè)卷筒更換位置時(shí)，需要大轉(zhuǎn)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180176。⑴ 卷筒靜力矩計(jì)算卷筒的靜力矩為： （）式中：——卷取張力（）； ——帶卷半徑（）； ——使帶鋼塑性彎曲的變形力矩（），； ——摩擦力矩（），； ——帶材屈服極限； ——帶材寬度（）； ——帶材厚度（）； ——軸承受力（）； ——軸承平均直徑（）； ——軸承的摩擦系數(shù)；⑵ 卷取靜態(tài)功率計(jì)算卷取靜態(tài)功率為： （）： （）在功率計(jì)算中，通常情況為總功率的5%~10%，故把這兩項(xiàng)折合成彈塑性變形系數(shù)K，~： （） ——電機(jī)的計(jì)算功率，（）； ——最高卷取速度（） ——總效率，包括傳動(dòng)效率，摩擦損失，~；假設(shè)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為、最高轉(zhuǎn)速為，則交流變頻電機(jī)在恒功率時(shí)的調(diào)速范圍為：，成品鋼卷的最大外徑（D）與帶卷的內(nèi)徑（d）比值，當(dāng)時(shí)，電機(jī)的實(shí)際功率為：，但是在現(xiàn)在的帶材生產(chǎn)線中，為了提高機(jī)組的生產(chǎn)效率，成品帶卷的最大外徑與內(nèi)徑之比往往要大于，此時(shí)令。 （）式中：——為折算到卷筒軸上卷取機(jī)整個(gè)系統(tǒng)，它包括電動(dòng)機(jī)的，傳動(dòng)系統(tǒng)的以及帶卷的之和，即： （）、為常數(shù)，為變數(shù)，隨著卷徑變化而變化，即： （） （）令：為一常數(shù)，上式變?yōu)椋? （）令：；；，則有： （）由此可以看出，張力值的變化規(guī)律是指按照指數(shù)曲線變化，當(dāng)帶鋼的卷徑增加時(shí)，張力值減小，還可以進(jìn)一步求出在整個(gè)卷取的過程中，卷徑變化時(shí)，帶鋼的張力的變化量。應(yīng)考慮利用電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速區(qū)來帶動(dòng)恒功率負(fù)載，達(dá)到調(diào)速效果。① 鼓形齒聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器由兩個(gè)具有外齒的半聯(lián)軸器和兩個(gè)帶內(nèi)齒及凸緣的外殼組成，兩外殼用螺栓相連，殼內(nèi)儲(chǔ)有潤(rùn)滑油，以便聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)將油甩向四周以潤(rùn)滑嚙合齒輪，從而減小嚙合齒輪間的摩擦和相對(duì)位移阻力以及降低作用在軸和軸承上的附加載荷。設(shè)卷筒軸直徑為，考慮到雙卷筒卷取機(jī)尺寸要求，卷筒軸齒輪直徑推薦為。在一個(gè)減速器中，盡可能使大齒輪（小齒輪），采用同一種材料。表32 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)裝置狀況兩支撐相對(duì)小齒輪做對(duì)稱布置兩支撐相對(duì)小齒輪做不對(duì)稱布置小齒輪做懸臂布置~（~）~（~）~5）確定載荷系數(shù)K根據(jù)減速器的工作情況，確定載荷系數(shù)K。10）確定齒輪模數(shù)設(shè)計(jì)以滿足齒根彎曲強(qiáng)度為基礎(chǔ)，確定齒輪的最小模數(shù)，計(jì)算公式如下： （）計(jì)算中、按較大的選取式中：——齒寬系數(shù)；——載荷系數(shù)；——許用彎曲應(yīng)力；——齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)由表查得；——齒根應(yīng)力修正系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量