【文章內(nèi)容簡介】 為、內(nèi)半徑為的受外壓、內(nèi)壓為的彈性支承筒，由此可得帶卷內(nèi)徑內(nèi)表面的徑向彈性位移為 （218）由接觸條件可知，帶卷內(nèi)表面的位移等于卷取軸外表面的位移，即，由式（214）和（218）得解得 令，則上式簡化為 （219）將（216）式代入（219）得卷取軸徑向單位壓力的計(jì)算公式當(dāng)時(shí)，可得 根據(jù)微積分方法進(jìn)行徑向壓力計(jì)算對帶卷微元體進(jìn)行受力分析，得出微分方程。用數(shù)學(xué)方法把帶卷徑向彈性模量當(dāng)做變量來處理。根據(jù)帶卷受力情況得出邊界條件，列平衡方程式，從而得出卷取機(jī)卷取軸徑向壓力的計(jì)算公式。（1）帶卷內(nèi)部的形變連續(xù)性方程與徑向壓力平衡微分方程如下[18]： （220）式中 —帶卷的矢徑和泊松比；—第i層帶卷的實(shí)際張力和徑向壓力；—帶材彈性模量與帶卷徑向壓縮系數(shù)的比值，；稱為帶卷徑向壓縮系數(shù)，它與帶材厚度、表面粗糙度等因素有關(guān)。（2）等厚度圓環(huán)的內(nèi)半斤為，外半徑為，承受均勻的內(nèi)壓力和外壓力，由軸對稱的平面問題可知，厚壁筒切向應(yīng)力為[34] （221）因?yàn)閹Ь碇皇軆?nèi)壓，由（221）式可得切向應(yīng)力 （222）式中 —帶卷外半徑和卷取軸的外半徑；—卷取軸受到的徑向壓力。將（222）式代入（220）中得 （223）式（223）是二階非齊次線性方程，令則有解得 故 （224）由參考文獻(xiàn)[17]知平衡方程： （225）將（224）式代入（225）式得邊界條件：（1）最外層帶卷的卷取單位張力為，則有 （226）—卷取單位張力，為卷取張力，為帶寬，為帶厚。邊界條件：（2）帶卷外表面的徑向壓力為零，則有 （227）聯(lián)立（226）式和（227）式，可解得 由（224）式知，當(dāng)時(shí)，作用在卷取軸上的單位壓力為 （228）將上述和值代入（228）式得 解得徑向壓力為：其中 蝶形彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算蝶形彈簧是用帶板、帶材或者帶材鍛造坯料加工成呈碟狀的彈簧，簡稱為碟簧。具有三大特點(diǎn)[36]：（1）剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以小變形承受大載荷。（2）具有變剛度的性質(zhì)，可通過適當(dāng)選擇蝶形彈簧的壓平時(shí)變形量和厚度之比，得到不同的特性曲線。其特性曲線可以呈直線形、漸增形、漸減形或是他們的組合。（3）用同樣的蝶形彈簧采用的組合方式不同，得到的彈簧特性在很大范圍內(nèi)也不同?？刹捎脤?、疊合和復(fù)合的組合方式。為獲得特殊特性的曲線，還可以由不同厚度碟簧組成組合碟簧，或是由尺寸相同但各組片數(shù)逐漸遞增的碟簧組成。蝶形彈簧常用于壓力機(jī)、大炮和飛機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品中，作為減振和強(qiáng)力緩沖的彈簧。但是，蝶形彈簧的高度和板厚在制造中如出現(xiàn)即使不大的誤差，其特性也會(huì)有較大的偏差。因此這種彈簧需要由高的制造精度來保證載荷偏差在允許范圍內(nèi)。和其他彈簧相比，這是它的缺點(diǎn)。蝶形彈簧是承受軸向負(fù)荷的碟狀彈簧，分為無支撐面和有支承面兩種型式，可以單個(gè)使用，也可對合組合或疊合組合、復(fù)合組合成碟簧組使用。承受靜負(fù)荷或變負(fù)荷。（a)無支承面 （b）有支承面 單個(gè)彈簧及計(jì)算應(yīng)力的截面位置 對合蝶形彈簧單片蝶形彈簧的計(jì)算公式： （229）當(dāng)，即蝶形彈簧壓平時(shí)，上式簡化為 式中 —單個(gè)彈簧的載荷，N。 —彈簧厚度，mm； —蝶形彈簧外徑，mm； —單片蝶形彈簧的變形量，mm； —蝶形彈簧壓平時(shí)變形量的計(jì)算值，mm； —彈性模量，MPa；—泊松比。其中 ， 取值表對于有支承面彈簧，計(jì)算系數(shù)其中，對于無支承面彈簧。蝶形彈簧在卷取軸的作用主要是在卸卷時(shí)，當(dāng)液壓缸撤去壓力時(shí)，卷取軸的扇形板能在蝶形彈簧的恢復(fù)力作用下能夠縮回，以便卸卷。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求扇形板處所選用的蝶形彈簧Ⅰ型號各參數(shù)為：，，；鉗口處所選用的蝶形彈簧Ⅱ型號各參數(shù)為：，。使用單片蝶形彈簧時(shí)，由于變形量和載荷值往往不能滿足要求，故常用若干蝶形彈簧以不同型式組合，以滿足不同的使用要求。根據(jù)蝶形彈簧在卷取軸中的作用，在本次設(shè)計(jì)的卷取軸中，使用的組合形式是對合組合。計(jì)算公式為： （230）其中，、為組合碟簧的載荷、變形量和自由高度根據(jù)上述參數(shù)由公式（229）可得。 蝶形彈簧的各參數(shù)值系列/mm/mm/mm/mm/mm/mm/NⅠ562784300Ⅱ451182951Ⅰ系列—扇形板處所選用的蝶形彈簧各參數(shù)；Ⅱ系列—鉗口處所選用的蝶形彈簧各參數(shù)。 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行的是卷取軸主要參數(shù)的理論研究。（1）介紹了卷取軸直徑、筒身長度、滑柱斜面角的選擇的依據(jù)，并確定各參數(shù)值。（2）對卷取軸徑向壓力進(jìn)行了一系列的研究。分別通過迭代法、根據(jù)支承筒的思想和微積分方法來對徑向壓力進(jìn)行了研究，為以后設(shè)計(jì)卷取軸提供理論依據(jù)。（3）對卷取軸結(jié)構(gòu)內(nèi)部的蝶形彈簧進(jìn)行了研究。確定蝶形彈簧的尺寸和數(shù)量，根據(jù)其設(shè)計(jì)計(jì)算公式，計(jì)算出其恢復(fù)力大小，為下文仿真分析中的受力做理論準(zhǔn)備。第3章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模第3章 卷取軸結(jié)構(gòu)分析及三維建模 卷取機(jī)卷取工藝帶材頭部離開精軋機(jī)時(shí)，卷取機(jī)已處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。此時(shí)，上張力輥下壓，助卷輥圍抱卷取軸。張力輥和助卷輥在各自的輥縫調(diào)整機(jī)構(gòu)控制下，在上、下張力輥之間、助卷輥與卷取軸之間都保持有與帶材厚度相適應(yīng)的輥縫。帶材進(jìn)入卷取機(jī)時(shí)，張力輥前導(dǎo)尺正確導(dǎo)向，借助導(dǎo)板裝置，在張力輥和卷取軸之間形成封閉路徑，使帶材能順利地卷上卷取軸。 。在準(zhǔn)備狀態(tài)下，帶材的速度不宜過高，否則既不利于帶材咬入張力輥，也不利于卷上卷取軸。輥道的速度高于軋件速度(即末架軋機(jī)速度)，可防止帶材堆積。張力輥速度高于軋件速度，便于軋件咬入。卷取軸助卷輥的速度高于張力輥的速度，有利于帶材卷上卷取軸。正常卷取時(shí)，由卷取軸與軋件之間的速度差保持張力。卷取機(jī)應(yīng)具有足夠的加速能力，盡快達(dá)到最高速度，以發(fā)揮最大生產(chǎn)能力。收卷時(shí)張力輥速度低于卷取軸速度以維持收卷張力，降低輥道速度可增加帶材前進(jìn)阻力，防止帶尾跳動(dòng)。收卷時(shí)應(yīng)采用較低的卷取速度，以避免帶尾脫離軋機(jī)后劇烈甩動(dòng)，造成事故。 1700熱帶材卷取速度制度圖Ⅰ—準(zhǔn)備狀態(tài)；Ⅱ—正常卷取狀態(tài)；Ⅲ—收卷狀態(tài)；—第一加速度；—第二加速度；—精軋機(jī)；—輸出輥道；—張力輥；—卷取軸；—助卷輥；—帶頭出；—帶頭卷上；—帶尾接近；—帶尾出；—帶尾接近 ；—帶尾出總結(jié)卷取生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，可將卷取工藝對卷取設(shè)備性能的要求概括為以下幾個(gè)方面：具有較高的咬入和卷取速度；能處理大噸位的帶卷，以提高帶材生產(chǎn)率；能卷取較大厚度范圍的帶材，特別是厚帶及合金帶材，以擴(kuò)大品種；具有較強(qiáng)的速度控制能力，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的張力和穩(wěn)定的卷取過程；能產(chǎn)生較大的張力并能在較低的溫度下卷取，以改善帶材的質(zhì)量和機(jī)械性能(這要求卷取機(jī)本身具有較好的強(qiáng)度和剛度)；所卷帶卷邊緣整齊，便于貯存運(yùn)輸；高速卷取時(shí)，卷取軸有良好的動(dòng)平衡性能；卷取軸可脹縮，便于卸卷操作。除此之外，卷取機(jī)還應(yīng)具有能適應(yīng)高溫環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，維修方便等特點(diǎn)。 卷取軸的結(jié)構(gòu)形式卷取機(jī)本體包括卷取軸、實(shí)心芯軸、脹縮油缸及回轉(zhuǎn)接頭、減速箱、活動(dòng)支承及卸卷裝置等幾部分組成，而卷取軸是卷取機(jī)的核心部分, 它直接影響卷取機(jī)的工作狀況及帶材的卷取質(zhì)量。為此，要求卷取軸內(nèi)部有冷卻與潤滑系統(tǒng)。而要在較大的帶材壓力作用下能夠縮徑卸卷，就需要有足夠的強(qiáng)度與剛度。所有這些都決定了卷取軸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。此外，在大張力情況下，為改善卷取軸受力狀態(tài)，懸臂端都應(yīng)設(shè)有活動(dòng)支承。卷取軸一般有以下幾種結(jié)構(gòu)形式: 實(shí)心卷取軸式、鏈板式、弓形塊徑向液壓鉗口閉式、扇形塊四棱錐式和擴(kuò)張錐式、扇形塊八棱錐等等。現(xiàn)階段在冷軋機(jī)組主要應(yīng)用有兩種, 擴(kuò)張錐式和四棱錐式[37]。(1) 實(shí)心卷取軸式: 結(jié)構(gòu)簡單, 強(qiáng)度剛度高, 無鉗口。缺點(diǎn): 不便于卸卷, 軋制張力過大易產(chǎn)生塑性變形。近年被可控漲縮卷取軸取代, 現(xiàn)常采用轉(zhuǎn)盤式雙卷取軸結(jié)構(gòu)。(2) 鏈板式: 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 剛性差、制造困難, 一般用于張力不大于20kN ～50 kN的卷取機(jī)。(3) 弓形塊徑向液壓鉗口閉式: 弓形塊卷取機(jī)多用于寬帶材精整線的卷取。卷取軸的脹縮方式有凸輪式、軸向缸斜楔脹縮式和徑向缸式三種。凸輪和軸向缸斜楔脹縮式目前基本上已不再采用，而徑向缸式由于結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠，在國內(nèi)外新設(shè)計(jì)的精整卷取機(jī)上普遍采用，使用情況良好。，由主軸和弓形塊等部分組成。、216。610兩種直徑的，并能實(shí)現(xiàn)快速更換，卷取軸結(jié)構(gòu)緊湊, 實(shí)際使用情況好。弓形塊卷取軸的主要缺點(diǎn)是卷取軸結(jié)構(gòu)不對稱，高速卷取時(shí)動(dòng)平衡性能較差，卷取軸圓柱度差帶來張力波動(dòng)。要求徑向柱塞密封設(shè)計(jì)和加工精度較高, 易漏油, 影響帶材表面質(zhì)量。 徑向活塞弓形塊卷取軸結(jié)構(gòu)圖1—平衡缸；2—卷取軸；3—壓蓋；4—牙嵌式接手；5—增壓缸；6—漲縮缸；7—回轉(zhuǎn)接頭(4) 扇形塊八棱錐閉式: 近年來冷軋機(jī)向高速、重卷、自動(dòng)化方向發(fā)展，在卷取機(jī)結(jié)構(gòu)上也做了較大的改進(jìn)。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)卷取軸的方式。其次，為解決脹開時(shí)扇形塊間的縫隙對薄帶材表面質(zhì)量的影響，卷取軸采用四棱錐加鑲條的結(jié)構(gòu)(即八棱錐)，卷取軸脹開后能成為一個(gè)完整的圓柱體。 卷取軸封閉, 電機(jī)通過裝有快速拆裝齒輪套的齒形聯(lián)軸節(jié)直接拖動(dòng)。卷取軸的漲縮不是采用旋轉(zhuǎn)液壓缸和輸油接頭, 而是通過液壓缸驅(qū)動(dòng)杠桿、帶動(dòng)凸輪撥叉、驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)以及收縮用的三組彈簧完成。 八棱錐卷取軸結(jié)構(gòu)1—蝶形彈簧；2—扇形板；3—棱錐軸；4—拉桿；5—滾動(dòng)軸承；6—花鍵軸；7—花鍵；8—漲縮油缸；9—漲縮連桿；10—調(diào)節(jié)螺栓；11—環(huán)形彈簧；12—漲縮滑套及斜塊；13—杠桿撥叉；14—齒形聯(lián)軸器；15—傳動(dòng)軸；16—卸卷器導(dǎo)桿；17—卸卷器油缸；18—卸卷器推板；19—鑲條；20—頭套(5) 四棱錐式:為克服實(shí)心卷取軸卸卷困難的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四棱錐卷取軸。四棱錐卷取軸脹徑時(shí)，由脹縮缸直接推動(dòng)棱錐軸，使扇形塊產(chǎn)生徑向位移。由于沒有中間力的傳動(dòng)零件，棱錐軸直徑變大，強(qiáng)度變高，可承受的張力可達(dá)600kN，常用于冷連軋機(jī)組的卷取機(jī)和多輥可逆式冷軋機(jī)的大張力卷取。卷取軸的棱錐軸有正錐式和倒錐式。，主要由棱錐軸、扇形塊、鉗口及脹縮缸等組成，結(jié)構(gòu)比較簡單。其主要零件為棱錐軸和扇形板, 工作時(shí)通過漲縮油缸的拉動(dòng)使棱錐軸前后運(yùn)動(dòng),利用棱錐軸和扇形板的斜面互相配合以達(dá)到漲和縮的目的。這種結(jié)構(gòu)形式具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):剛性比較大,結(jié)構(gòu)簡單, 潤滑方便, 配合面防塵效果好。缺點(diǎn)是制造成本高, 加工難度大。 四棱錐卷取軸結(jié)構(gòu)1—回轉(zhuǎn)接頭；2—漲縮液壓缸；3—傳動(dòng)空心軸；4—四棱錐軸；5—鉗口活塞；6—彈簧；a、b、c、d—油路 (6)四斜楔卷取機(jī)：，它由主軸、芯軸、斜楔、扇形塊、脹縮缸等組成。當(dāng)芯軸通過漲縮缸推動(dòng)做軸向移動(dòng)，使扇形塊和外斜楔做徑向外伸，斜楔頂面與扇形塊外表面構(gòu)成一整圓。卷取薄帶不會(huì)產(chǎn)生壓痕。這種卷簡的最大特點(diǎn)是主軸、扇形塊加工方便。由于斜楔只支持扇形塊的兩翼，卷取軸強(qiáng)度、剛度都有削弱，適用于張力不大的平整機(jī)組和精整作業(yè)線。 四斜楔卷取軸結(jié)構(gòu)1—內(nèi)層斜楔；2—外層斜楔；3—芯軸；4—主軸；5—扇形塊 卷取軸的選擇及工作原理卷取機(jī)主要由卷取軸、漲縮油缸、回轉(zhuǎn)接頭及傳動(dòng)系統(tǒng)組成。傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器和減速機(jī)等構(gòu)成。卷取軸的漲縮一般是通過液壓控制卷取軸尾部的漲縮油缸來實(shí)現(xiàn), 而卷取軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由電機(jī)通過聯(lián)軸器、減速機(jī)帶動(dòng)卷取軸轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。卷取軸旋轉(zhuǎn)將酸洗后的帶材卷成卷料, 利用卷取軸的漲縮把卷料卸下, 從而實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)的卷取和卸卷工作。本文選用的是扇形塊式的卷取軸，在鋁帶冷軋機(jī)組卷取機(jī)中,這種卷取軸具有滿足現(xiàn)代鋁帶冷軋機(jī)組生產(chǎn)工藝要求應(yīng)具備的優(yōu)點(diǎn)：（1）卷取軸強(qiáng)度能夠滿足卷取鋁帶材，可承受較大的張力。（2）閉式四斜楔卷取軸橫截面的幾何對稱性好, 故動(dòng)平衡性能高, 適于高速卷取。由于卷取軸旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好, 使張力波動(dòng)小。在高速鋁帶冷軋機(jī)組卷取機(jī)的設(shè)計(jì)中, 若采用無鉗口的卷取軸, 進(jìn)一步改善截面的對稱性, 更加提高了卷取軸的動(dòng)平衡性；（3）卷取軸脹開時(shí), 三個(gè)扇形板和三個(gè)徑向楔形塊構(gòu)成了封閉的圓柱筒。它們之間沒有明顯的溝槽和縫隙。這樣, 帶卷內(nèi)層不會(huì)出現(xiàn)局部塌卷和表面壓痕,有利于提高帶卷質(zhì)量。特別適宜于冷軋鋁帶的卷??；（4）卷取軸直徑脹縮范圍大, 便于上卸套筒和卸卷；（5）四斜楔卷取軸比其它型式的卷取軸易于加工, 較易獲得高精度的卷取軸, 從而保證卷取軸精確、靈活、可靠地工作[38]。卷取軸是卷取機(jī)的核心部分,是用來進(jìn)行卷取帶材的。卷取軸上設(shè)有鉗口,能可靠地夾持住帶材的頭部,以便形成張力。卷取軸采用液壓缸來控制實(shí)現(xiàn)漲縮徑,工作平穩(wěn)、可靠。卷取軸由輔助軸體、主軸、芯軸、滑柱、扇形板、楔形塊、蝶形彈簧、固定鉗口、活動(dòng)鉗口等組成( )。卷取軸的漲縮是通過液壓缸推動(dòng)主軸中間的芯軸