【正文】 8002701307590030014083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(duì)于一般用途的軸，已足夠精確。 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。 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)。 有限元步驟導(dǎo)入模型后，開始對(duì)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(dòng)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(duì)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。對(duì)卡羅塞爾卷取機(jī)的主電機(jī)、傳動(dòng)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(duì)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(duì)卷筒裝置個(gè)組件進(jìn)行了選型。 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。 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(dòng)縮徑工況相同，由此可得：(極限值)。 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(duì)于帶鋼；對(duì)于有色金屬帶材：。③ 軸的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于傳動(dòng)動(dòng)力的軸，滿足強(qiáng)度條件是最基本的要求。其中以45鋼最為常用。 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(dòng)載荷（N）。為考慮其接觸線傾斜對(duì)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。如果大于5%，重新選擇設(shè)計(jì)。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。目前，大多采用調(diào)整電動(dòng)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(dòng)機(jī)勵(lì)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(dòng)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(dòng)裝置中設(shè)置換檔變速，以增加調(diào)速范圍，提高電動(dòng)機(jī)的使用效率，傳動(dòng)速比確定以后，應(yīng)該根據(jù)校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的最大傳動(dòng)扭矩，即：，其中，為電動(dòng)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(dòng)速比；為傳動(dòng)效率。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。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)。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(zhǎng)軸、內(nèi)空心長(zhǎng)軸、芯軸、齒輪機(jī)構(gòu)組成。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。油壓增大時(shí)，平衡缸活塞外移。卷筒的脹縮機(jī)構(gòu)是四對(duì)斜楔。卷取機(jī)機(jī)架1是活動(dòng)的，光電元件4檢測(cè)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。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。卷取機(jī)有很多種類，按其卷取對(duì)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)。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。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。在主軸內(nèi)沿卷筒長(zhǎng)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。它同時(shí)也適用于生產(chǎn)線入口段的開卷操作。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(zhǎng)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(duì)較大。此種結(jié)構(gòu)的卷筒棱錐軸截面大，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，平衡性好，抗彎剛性大。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。：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)，：。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。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)。此處選擇m=16。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。修正軸承使用條件，特別是潤(rùn)滑條件對(duì)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。（2）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 對(duì)一般減速器，可采用經(jīng)驗(yàn)公式來估算軸的直徑。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。對(duì)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(duì)滑動(dòng)。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(píng)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。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。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。既容易使用又方便記憶。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。假設(shè)工作壓力沿鍵的長(zhǎng)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(zhǎng)度（mm）；A型鍵=Lb, B型鍵=L,(L為鍵公稱長(zhǎng)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）。（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。如能形成彈性流體動(dòng)力潤(rùn)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(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)粘度對(duì)于球軸承小于，對(duì)于滾子軸承小于時(shí)，則。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。 ——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)。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。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。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。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，~：