【正文】 齒數(shù)由表查得；——螺旋角系數(shù)，螺旋角系數(shù)取決于縱向重合度和螺旋角β，可以由下式求出： （）如果??；如1,取=1,如,取=。 ——彈性系數(shù)， 其中,，為齒輪材料的彈性模量和泊松比； ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； ()式中：——基圓螺旋角：；——端面壓力角:；——螺旋角系數(shù)；；——重合度系數(shù)。 （）如，取=。所以應(yīng)取卷取時(shí)軸的平均轉(zhuǎn)速來進(jìn)行當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算?？紤]要求的可靠性，具體的工作條件，引入修正系數(shù)對基本額定壽命進(jìn)行修正。如能形成彈性流體動(dòng)力潤滑時(shí)，軸承壽命明顯提高，則，如工作溫度高或轉(zhuǎn)速特別低，ｎ為軸承的轉(zhuǎn)速（）；為球或滾子組的節(jié)圓直徑（）]或工作溫度下潤滑劑運(yùn)動(dòng)粘度對于球軸承小于，對于滾子軸承小于時(shí)，則。 對于受載大并要求尺寸緊湊，重量輕或耐磨性要求高的重要軸，或處于非常溫度或者腐蝕條件下的工作軸，可以采用合金鋼。（3）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 這種方法是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑，計(jì)算中只考慮軸所承受的扭矩，而用降低許用應(yīng)力的方法來考慮彎矩的影響。(1) 按彎扭合成強(qiáng)度校核對于一般鋼制的軸，可以采用第三強(qiáng)度理論，求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力，其強(qiáng)度條件為： （）為對稱循環(huán)變應(yīng)力，而的循環(huán)特性往往與其不同，為考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，得彎扭強(qiáng)度計(jì)算的校核計(jì)算式： （）對不變的扭矩：；對扭矩脈動(dòng)變化時(shí)：；對于頻繁正反轉(zhuǎn)的軸，可以看成對稱循環(huán)變應(yīng)力：1。假設(shè)工作壓力沿鍵的長度和高度均勻分布，則它們的強(qiáng)度條件為：靜聯(lián)接時(shí)： （） 動(dòng)聯(lián)接時(shí)： （）式中： ——鍵聯(lián)接工作表面的擠壓應(yīng)力（MPa）； P——鍵聯(lián)接工作表面的壓強(qiáng)（MPa）； T——轉(zhuǎn)矩（）； d——軸的直徑（mm）； ——鍵的工作長度（mm）；A型鍵=Lb, B型鍵=L,(L為鍵公稱長度)，C型鍵=； k——鍵與輪轂接觸高度（mm）； ——許用擠壓應(yīng)力（MPa）； ——許用壓強(qiáng)（MPa）。為符合自動(dòng)縮徑的要求，楔形塊的角度取值為大于7度，書本推薦為7~8度。目前，我們所設(shè)計(jì)的卷筒，大部分是縮徑卷筒，在卷取工作過程中，卷筒壓力值達(dá)到一定的值以后，卷筒開始收縮，此時(shí)壓力就會(huì)下降，隨著卷取工作的繼續(xù)進(jìn)行，徑向壓力又會(huì)繼續(xù)增大，卷筒再次收縮，一般情況下，在整個(gè)卷取過程中，卷筒要完成3~4次收縮，這種卷筒受力比較有利。最初用于固體力學(xué)問題的數(shù)值計(jì)算，上世紀(jì)70年代在英國科學(xué)家Zienkiewicz 等人的努力下，將它推廣到各類場問題的數(shù)值求解，如溫度場，電磁場，也包括流場。既容易使用又方便記憶。 用Inventor軟件進(jìn)行三維模型的建立，： 卷筒軸的三維模型模型建立完成后，將其另存為STP格式，以便于能夠直接導(dǎo)入Patran軟件中。重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 5 結(jié)論5 結(jié)論卡羅塞爾卷取機(jī)作為現(xiàn)今世界上最為先進(jìn)的冷軋帶鋼卷取機(jī)，其高效的卷取效率使其成為許多軋鋼生產(chǎn)線上最優(yōu)先考慮的卷取設(shè)備。在第四章，本文選取卷筒軸作為研究對象，利用三維建模軟件INVENTOR對其進(jìn)行了三維建模，然后利用有限元分析軟件PATRAN對卷筒軸進(jìn)行了初步的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的分析，解決了一般解析方法無法對復(fù)雜截面，復(fù)雜載荷進(jìn)行應(yīng)力分析的問題。由應(yīng)力云圖可知，在卷筒軸和楔形塊相接觸的地方應(yīng)力最大。卷筒軸又是其中最主要的部件，是支撐楔形塊和扇形板以及傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)的重要部件，在實(shí)際生產(chǎn)中，卷筒軸的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)和受力對它的剛度和強(qiáng)度以及壽命有很大影響。是工業(yè)領(lǐng)域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統(tǒng)，其開放式、多功能的體系結(jié)構(gòu)可將工程設(shè)計(jì)、工程分析、結(jié)果、評估、用戶化身和交互圖形界面集于一身，構(gòu)成一個(gè)完整CAE集成環(huán)境。若考慮油缸的效率，則有：(最大油缸拉力) ()，卷取過程中自動(dòng)縮徑和卸卷過程中卷筒縮徑油缸所需要提供的力大小相等，方向相反，在該種情況下建議選用雙作用油缸。對于斜楔角小于滑動(dòng)摩擦面的摩擦角，此為自鎖情況，稱為固定卷筒，這樣的情況下，卷取機(jī)工作時(shí)，不論卷筒上承受多大的徑向壓力，都不會(huì)使卷筒弓形塊與棱錐軸相配合的斜楔面上產(chǎn)生相對滑動(dòng)。常用的卷筒直徑尺寸系列有：毫米。① 平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核平鍵聯(lián)接的可能失效形式有：較弱零件的工作面被壓潰，磨損，鍵的剪斷等。根據(jù)受載的情況，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。（2）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 對一般減速器，可采用經(jīng)驗(yàn)公式來估算軸的直徑。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理。修正軸承使用條件，特別是潤滑條件對軸承壽命的影響，也包括外來有害物質(zhì)存在與否以及引起材料性能改變的條件。 在計(jì)算軸承的時(shí)候，應(yīng)考慮機(jī)器工作的時(shí)候的沖擊與振動(dòng)使實(shí)際載荷比公稱載荷要增大的影響，引入溫度系數(shù)和載荷系數(shù)壽命公式為 (單位 轉(zhuǎn)) （） （單位小時(shí)） （）其中，數(shù) 見表35，載荷系數(shù)見表36。① 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷當(dāng)軸承工作過程中，負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有變化時(shí)，應(yīng)按照平均當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷和平均轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算選型校核。取β=30176。此處選擇m=16。9）確定齒形系數(shù)，齒根應(yīng)力修正系數(shù)根據(jù)確定的嚙合齒輪齒數(shù)，計(jì)算出當(dāng)量齒數(shù)。齒寬越大，載荷沿齒寬分布不均勻越嚴(yán)重，故應(yīng)合理選擇齒寬系數(shù)。保證齒面硬度大致相同。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)數(shù)修正： （） 轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)（轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)圖《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)第三卷》P175）圖中Kn見下式 （） —轉(zhuǎn)數(shù)系數(shù)； —工作轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。調(diào)整電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁應(yīng)該同時(shí)滿足條件： （）式中：——電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速；聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中一種常用軸系部件，它的基本功用是聯(lián)接兩軸（有時(shí)也聯(lián)接軸和其他回轉(zhuǎn)零件），并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，有時(shí)聯(lián)軸器也作安全保險(xiǎn)裝置。：當(dāng)機(jī)組最高線速度為1300m/min，最低線速度為400m/min，鋼卷最大半徑為1000mm，卷筒半徑為305mm；單檔減速比減速器所需調(diào)速范圍為：；，時(shí)，：。② 卷取機(jī)動(dòng)態(tài)功率計(jì)算（作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)）在設(shè)計(jì)中，要考慮帶材卷取時(shí)候動(dòng)態(tài)力矩對卷取功率的影響，為了方便起見，~，可以滿足一般工程設(shè)計(jì)的要求，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在高速薄帶材的軋制和卷取中，越來越多地采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，這就需要為計(jì)算機(jī)提供十分精確的卷取力矩、卷取動(dòng)態(tài)力矩以及由動(dòng)態(tài)力矩所引起的張力損失的數(shù)學(xué)模型。一般卷取機(jī)都同時(shí)采用恒力矩和恒功率兩種調(diào)速方法，分別適應(yīng)上述兩種情況，以充分利用電機(jī)的容量。 大轉(zhuǎn)盤 大轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如圖25）是由外齒圈、小齒輪、電機(jī)及減速裝置組成，電機(jī)通過減速裝置驅(qū)動(dòng)小齒輪，通過大小齒輪嚙合，從而驅(qū)動(dòng)大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。此種結(jié)構(gòu)的卷筒棱錐軸截面大，結(jié)構(gòu)對稱，平衡性好，抗彎剛性大。兩個(gè)卷筒分別有各自的減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，電機(jī)到卷筒的傳動(dòng)路徑為：電機(jī)—聯(lián)軸器—減速箱—齒輪箱—卷筒。CARROUSEL卷取機(jī)，是一種雙卷筒卷取機(jī)，相比于其他卷取機(jī)，具有以下顯著的特點(diǎn)：卷取效率高，連續(xù)性好；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，可大大節(jié)省安裝空間，并且由于縮短了卷取機(jī)與軋機(jī)的距離，能夠快速建立張力，延長穩(wěn)定軋制時(shí)間，提高成材率；由一臺(tái)CARROUSEL式卷取機(jī)取代兩臺(tái)卷取機(jī)，減少出口設(shè)備數(shù)量，故障點(diǎn)大大減少；更適宜卷取薄卷；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造難度相對較大。 本課題主要研究的是芯軸式雙卷筒卷取機(jī)。它同時(shí)也適用于生產(chǎn)線入口段的開卷操作。當(dāng)增壓缸因泄漏等原因油量減少時(shí)，平衡缸活塞在彈簧作用下反向移動(dòng)。在主軸內(nèi)沿卷筒長度方向布置有5~7組缸體互相套疊的徑向活塞缸，用于撐開弓形塊和夾緊鉗口。內(nèi)層斜楔由脹縮缸通過芯軸帶動(dòng)做軸向運(yùn)動(dòng)，外斜楔支撐扇形塊的兩翼，帶動(dòng)扇形塊徑向脹縮。由于沒有中間零件，棱錐軸直徑大，強(qiáng)度高，可承受較大的力(可達(dá)400一600kN)，常用于多輥可逆式冷軋機(jī)的大張力卷取和冷連軋機(jī)組的卷取。圖11 自動(dòng)糾偏裝置 冷帶卷取機(jī)的結(jié)構(gòu) 常見的冷帶鋼卷取機(jī)有實(shí)心卷筒式、四棱錐式、八棱錐式、四斜楔式、弓形塊式等結(jié)構(gòu)。軋制卷取時(shí)，表11中應(yīng)考慮加工硬化因素，精整卷取薄帶時(shí)，張應(yīng)力應(yīng)取大值。前三種強(qiáng)度好，徑向剛度大，常用于軋制線做大張力的卷取。卷取機(jī)有很多種類，按其卷取對象可分為：冷帶材卷取機(jī)、熱帶材卷取機(jī)、小型線材卷取機(jī)等；按其用途可分為大張力卷取機(jī)和精整卷取機(jī)。因此，對強(qiáng)力、高速卷取設(shè)備的研究一直受到重視。按卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為實(shí)心卷筒卷取機(jī)，四棱錐卷筒卷取機(jī)(本項(xiàng)目所用的)，八棱錐卷筒卷取機(jī)及四斜楔和弓形塊卷取機(jī)等。各種生產(chǎn)線的卷取張力見表11。卷取機(jī)機(jī)架1是活動(dòng)的，光電元件4檢測帶鋼邊緣，帶鋼跑偏將使光電元件產(chǎn)生輸出信號(hào)，放大后，經(jīng)電液伺服控制器5控制油缸6隨時(shí)調(diào)整卷筒位置使帶卷邊緣保持整齊。四棱錐卷筒脹徑時(shí)，由脹縮缸直接推動(dòng)棱錐軸，使扇形塊產(chǎn)生徑向位移。卷筒的脹縮機(jī)構(gòu)是四對斜楔。弓形塊卷筒由主軸和弓形塊等部分組成。油壓增大時(shí)，平衡缸活塞外移。當(dāng)其被用于改造項(xiàng)目時(shí)，可將改造量降至最低。其缺點(diǎn)包括：小齒輪強(qiáng)度不好；設(shè)備重量偏大；小規(guī)格鋼卷使用不理想；行星內(nèi)齒副傳動(dòng)平穩(wěn)性差。卷取機(jī)作為連續(xù)冷軋生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，其生產(chǎn)效率及成本、能耗的高低，無疑在整條生產(chǎn)線中占有舉足輕重的地位。1a、1b卷筒 2a、2b頭套 3a、3b套筒 4a、4b漲縮缸 5齒輪箱 23芯軸 6 轉(zhuǎn)盤減速箱 7聯(lián)軸器 17減速箱 13a、13b電機(jī) 22a、22b聯(lián)軸器圖21 芯軸式雙卷筒卷取機(jī) 主傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理傳動(dòng)系統(tǒng)是卡羅塞爾卷取機(jī)的核心部分，芯軸式傳動(dòng)系統(tǒng)卷取機(jī)的傳動(dòng)示意圖如圖21所示，傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪減速箱、外空心長軸、內(nèi)空心長軸、芯軸、齒輪機(jī)構(gòu)組成。心部裝有推桿及楔塊，外部裝有四塊扇形板。當(dāng)帶卷達(dá)到目標(biāo)重量時(shí)，液壓缸反向給油，拉桿回歸到原始位置，卷筒處于縮徑狀態(tài)。卷取機(jī)速度控制要同時(shí)考慮一下兩個(gè)因素：為適應(yīng)機(jī)組速度變化而調(diào)整卷取速度時(shí)，不應(yīng)影響電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩；為適應(yīng)卷徑變化而調(diào)整卷筒轉(zhuǎn)速時(shí)，不應(yīng)引起張力波動(dòng)。由此可知以該方法選取電機(jī)和實(shí)際選取的電機(jī)有較好的一致性。可求得電機(jī)調(diào)速范圍如下式： （）式中：——卷徑變化需要的調(diào)速范圍； ——機(jī)組線速度變化需要的調(diào)速范圍； ——機(jī)組卷取最高線速度； ——機(jī)組卷取最低線速度； ——雙檔減速比中較高檔減速比； ——雙檔減速比