【正文】 中較低檔減速比； R——鋼卷最大半徑； r——卷筒半徑。目前，大多采用調(diào)整電動機(jī)電壓的方式來調(diào)整機(jī)組運(yùn)行速度，用調(diào)整電動機(jī)勵磁的方式來調(diào)整卷筒的轉(zhuǎn)速，減速器的速比為：；其中為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；為卷取速度最大、卷徑最大時(shí)卷筒的轉(zhuǎn)速；，轉(zhuǎn)/分；為帶卷最大外徑，米/秒；為帶卷最大外徑，米；如果卷取的調(diào)速范圍較大，即卷筒最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比大于10時(shí)，則應(yīng)考慮在傳動裝置中設(shè)置換檔變速，以增加調(diào)速范圍，提高電動機(jī)的使用效率，傳動速比確定以后，應(yīng)該根據(jù)校驗(yàn)電動機(jī)的最大傳動扭矩，即：，其中，為電動機(jī)額定功率，KW；為帶卷最大外半徑，米；為帶材最大張力，公斤；為傳動速比；為傳動效率。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： （）式中： Tc——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，； T——理論轉(zhuǎn)矩，； Pw——驅(qū)動功率，kW； n——工作轉(zhuǎn)速，r/min； K——工況系數(shù)； Tn——公稱轉(zhuǎn)矩。小齒輪，大齒輪的熱處理方式可以采用表面淬火；或者氮化滲碳淬火。表31 安全系數(shù)安全系數(shù)軟齒面硬齒面重要的傳動、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪SHSF~~~~~4）齒寬系數(shù)和齒寬系數(shù)表示齒輪傳動的寬度尺寸和徑向尺寸的比例，,齒寬系數(shù)增大，齒輪的徑向尺寸減小，但齒寬相對增大。如果大于5%，重新選擇設(shè)計(jì)。并且優(yōu)先考慮卷取的結(jié)構(gòu)尺寸來選擇模數(shù)。為考慮其接觸線傾斜對輪齒彎曲強(qiáng)度的影響，引入螺旋角系數(shù)，這樣，斜齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為： （） 公式參數(shù)說明： ——輪齒的工作寬度； ——許用彎曲應(yīng)力； ——載荷系數(shù)；——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(螺旋 角為修正后螺旋角)，計(jì)算時(shí)如果修正后螺旋角β30176。所以一般按當(dāng)量動載荷對軸承進(jìn)行選擇、校核。 壽命公式： (單位：轉(zhuǎn)) （） （單位：小時(shí)） （） 式中：n——軸承的工作轉(zhuǎn)速（r/min）； C——基本額定動載荷（N）。 運(yùn)轉(zhuǎn)條件壽命修正系數(shù)。其中以45鋼最為常用。如卷筒軸尺寸由經(jīng)驗(yàn)來獲得。③ 軸的強(qiáng)度計(jì)算對于傳動動力的軸，滿足強(qiáng)度條件是最基本的要求。重要的軸，破壞后會引起重大事故時(shí)，可以適當(dāng)增大值。 卷筒主要參數(shù)的選擇和計(jì)算 卷筒直徑的選擇卷筒直徑一般應(yīng)以卷取過程中不致產(chǎn)生塑性彎曲為原則，卷筒直徑與帶材的機(jī)械性能和厚度的關(guān)系，可以用下式表示： ()式中：——卷筒的直徑，mm； ——帶材的屈服極限，MPa；——帶材的彈性模量，MPa；——帶材的最大厚度，mm；經(jīng)驗(yàn)取值法：對于帶鋼；對于有色金屬帶材：。按照斜楔角大小不同，卷筒可以分為固定卷筒和縮徑卷筒兩大類。 楔形塊受力分析示意圖分析前提：，則有： ()聯(lián)立A、B式有：()由于值比較小，所以C式可以變?yōu)椋焊砣∵^程自動縮徑工況相同，由此可得：(極限值)。 有限元軟件MSC PATRAN的簡介，最早由美國宇航局(NASA)倡導(dǎo)開發(fā)的, 卷筒軸的有限元分析 建立模型 卷筒是帶鋼卷取的直接部件，負(fù)荷大，溫度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 應(yīng)力云圖 局部應(yīng)力云圖由圖可見，應(yīng)力集中發(fā)生在界面有突變的地方，該處產(chǎn)生一個應(yīng)力的陡增。對卡羅塞爾卷取機(jī)的主電機(jī)、傳動軸、齒輪、軸承、聯(lián)軸器、鍵等進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、選型以及校核，通過對卷筒扇形板和楔形塊的工作原理進(jìn)行剖析以及受力分析，對卷筒裝置個組件進(jìn)行了選型。本文在對冷軋帶鋼卷取機(jī)的工作原理、機(jī)構(gòu)形式和功能特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，有限元法等多個學(xué)科的理論知識，針對卡羅塞爾卷取機(jī)，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)分析和參數(shù)分析計(jì)算以及對部分具體零部件進(jìn)行了有限元仿真。 有限元步驟導(dǎo)入模型后，開始對卷筒軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，： 整體網(wǎng)格劃分效果圖其中，某些細(xì)節(jié)需要注意，特殊結(jié)構(gòu)需要布種子，畫硬線硬點(diǎn)手動劃分網(wǎng)格，如下圖所示： 網(wǎng)格中的細(xì)節(jié) 網(wǎng)格劃分完畢后，需要對材料屬性進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)定如下：彈性模量E設(shè)為210000Mpa。, 有限元法離散方程的獲得方法主要有直接剛度法、虛功原理推導(dǎo)、泛函變分原理推導(dǎo)或加權(quán)余量法推導(dǎo)。 卷取機(jī)工作時(shí)卷筒的收縮 ：由靜力學(xué)平衡方程(向上、向右為正)有：由此可得： ()其中：為卷筒外壁對帶鋼內(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。 卷取張力的取法帶鋼張力在冷連軋過程中起著重要作用，張力軋制可降低軋制壓力、提高表面質(zhì)量，帶鋼版型平直、沒有劃傷，鋼卷密實(shí)、整齊。② 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核花鍵的主要失效形式是齒面的壓潰（靜聯(lián)接）或磨損（動聯(lián)接），通常只進(jìn)行聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度或耐磨性計(jì)算。表39軸的許用應(yīng)力軸的材料抗拉強(qiáng)度靜應(yīng)力脈動循環(huán)應(yīng)力對稱循環(huán)應(yīng)力碳鋼400130704050017075456002009555700230110658002701307590030014083合金鋼8002701307590030014083100033015090鑄鋼40010050305001207040(2) 按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算按照彎扭合成強(qiáng)度條件的計(jì)算方法，對于一般用途的軸，已足夠精確。由材料力學(xué)可知，軸受扭矩作用時(shí)，其強(qiáng)度條件為 （） 式中：——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力； T——軸所受的扭矩，； ——抗扭截面模數(shù)，對實(shí)心圓軸，對空心圓軸 ，其中，按類比法可知 此時(shí)。 在其他條件相同時(shí)，用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。 所以當(dāng)量動載荷和轉(zhuǎn)速已知，預(yù)期壽命也已經(jīng)確定，則軸承所應(yīng)具有的基本額定動載荷根據(jù)下式確定： （） 輸入輸出軸設(shè)計(jì)校核 軸的設(shè)計(jì)，必須通過強(qiáng)度計(jì)算保證其由足夠的強(qiáng)度，以防止斷裂和過大的塑性變形；對有剛度要求的軸還要進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作的時(shí)候產(chǎn)生不允許的彈性變形。 修正壽命公式： （單位：小時(shí)） （） 可靠性壽命修正系數(shù)，見表37表36 載荷系數(shù)載荷性質(zhì)機(jī)器舉例無沖擊或輕微沖擊電動機(jī)，汽輪機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，空調(diào)機(jī)~中等沖擊振動車輛，機(jī)床，傳動裝置，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)，減速器~強(qiáng)大沖擊振動破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，石油鉆機(jī)，振動篩~表37可靠性壽命修正系數(shù)可靠度（%）909596979899 特殊軸承性能壽命修正系數(shù)。雙列圓錐滾子軸承當(dāng)量動載荷計(jì)算，按下式計(jì)算：對軸進(jìn)行受力分析。——彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合度系數(shù)； （）其中 ——基圓螺旋角，； ——端面壓力角，； ——端面重合度。對于縱向（軸向）重合度1的斜齒輪傳動： （）對于的斜齒輪傳動： （）其中為端面重合度： （）為縱向重合度 （） （） （）13)齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算校核 斜齒圓柱齒輪傳動齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的理論依據(jù)為材料力學(xué)中的懸臂梁理論。初選時(shí)取螺旋角系數(shù)最大，即取=1。表33 載荷系數(shù)原動機(jī)工作機(jī)械載荷特性均勻中等沖擊大的沖擊電動機(jī)1～～～多缸內(nèi)然機(jī)～～～單缸內(nèi)然機(jī)～～～6）初選齒輪齒數(shù)對于主電機(jī)，通常取齒數(shù)30；齒輪座的齒數(shù)，一般取Z=23~35。確定齒輪材料，材料的熱處理方式，以及材料的硬度。設(shè)兩卷筒中心距為,則所以： （）又因?yàn)椋? （）所以： （）一般取： （）② 齒輪設(shè)計(jì)校核1）齒輪傳遞的功率P主動齒輪的速度從動齒輪的速度為 （）傳遞的轉(zhuǎn)矩TP、T、n三者之間存在的關(guān)系式為： （）式中 P——傳遞功率 ；T——傳遞扭矩； n——齒輪速度。齒式聯(lián)軸器工作時(shí)依靠內(nèi)外齒輪嚙合來傳遞轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)恒功率調(diào)節(jié)范圍要求： （）式中：——電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分； ——電動機(jī)而定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分； ——帶卷最大外徑，厘米； ——卷筒直徑，厘米。從可以看出，在卷取的過程中，其值引起的張力變化為一常數(shù)，則在該因素影響下張力的變動量為0。 卷取時(shí)，卷取速度保持恒定，卷筒的轉(zhuǎn)速隨著卷徑的變化而變化，由于，所以卷筒的轉(zhuǎn)速變化范圍超出交流變頻電機(jī)的調(diào)速范圍，選擇電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)該考慮增加電機(jī)的計(jì)算功率，以保證電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，有足夠的力矩滿足帶材卷取時(shí)候所需要的張力，計(jì)算功率時(shí)應(yīng)考慮增大電機(jī)的計(jì)算功率。此時(shí)卷筒仍處于卷取狀態(tài)，因此卷筒的傳動采用類周轉(zhuǎn)輪系傳動機(jī)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)的卷筒相對簡單，加工制造容易，但卷取薄帶時(shí)需要加增徑板。卷筒在卸卷位置由外支撐提供輔助支撐，卷筒直徑的改變由外加扇形板實(shí)現(xiàn)，這種改變將不影響成品的質(zhì)量。芯軸外套式雙卷筒卷取機(jī)，具有良好的市場前景。我國當(dāng)前對該卷取機(jī)技術(shù)的研發(fā)正處在一個起步階段，相關(guān)可參考資料有限，進(jìn)展不大。該卷取機(jī)有兩種典型形式，其主要區(qū)別是傳動系統(tǒng)，按傳動系統(tǒng)的差異分為芯軸式和行星式兩種，如圖1圖13所示。 卡羅塞爾卷取機(jī)介紹 卡羅塞爾(Carrousel)卷取機(jī)，又稱雙卷筒旋轉(zhuǎn)式卷取機(jī)，該設(shè)備