【文章內(nèi)容簡介】 平臺有 3m多的落差，而旋轉(zhuǎn)平臺的傳動為多級裝配。因此存在著安裝誤差和裝配誤差。誤差的積累，使旋轉(zhuǎn)平臺上的兩芯棒連線不可能總是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)平臺的中心。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 圖 水平 180176。雙芯棒集卷 器 而過去單芯棒集卷 器 曲基礎(chǔ)很深，即使是高架廠房，其基礎(chǔ)也很深 (約 7． Om)。雙臂芯棒集卷 器 的最深基礎(chǔ)約 ，這對沿海和地表水很淺的地區(qū)的基礎(chǔ)施工尤為重要，同時安裝維護也很方便。 目前，新建高線廠多用垂直式雙芯棒集卷器，因為這種集卷器是有雙芯棒交替工作，因此，集卷站可以一邊集卷一邊卸卷，工作過程有很大的重疊量，生產(chǎn)節(jié)奏加快了，因此，更能適應(yīng)高速線材軋機的發(fā)展，且 該設(shè)備的動力全為液壓系統(tǒng)。用比例閥控制。因此，設(shè)備能夠運行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，無沖擊。 工作穩(wěn)定，故選用這種方案。 集卷筒的作用是使線圈形成以芯棒為中心的盤卷。筒內(nèi)的鼻錐可有效地增加芯棒的長度，并保證形成良好的盤卷，鼻 錐由集卷筒下部的鼻錐提升機構(gòu)和芯棒交替支撐，確保鼻錐始終處于集卷筒內(nèi)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 圖 垂直雙芯棒集卷 器 雙臂芯棒位于集卷筒下部，由兩根相互垂直的芯棒和底部的回轉(zhuǎn)液壓缸傳動裝置組成?；剞D(zhuǎn)中心線為兩根芯棒的角平分線，即與水平成 45176。角，回轉(zhuǎn)角度為 180176。雙臂芯棒有兩個工作位置， 當(dāng) —根芯棒豎直位于集卷筒 下接受下落的盤卷時，另一根芯棒恰好位于水平位置。由運卷小車將盤卷卸下，一個周期結(jié)束后，兩根芯棒旋轉(zhuǎn) 180176。交換工作位置。 承卷平臺由鏈傳動升降，線圈順集卷筒落下時，先落在承卷平臺上。承卷平臺隨線圈的落下而徐徐下降 ， 以免線圈落差太大時，發(fā)生錯亂。承器平臺上的盤卷完全落在芯棒上時 ， 承卷平臺由液壓缸驅(qū)動向兩側(cè)張開，以便芯棒回轉(zhuǎn)。 運卷小車用來將位于水平位置芯棒上的盤卷托起，準(zhǔn)確運送到 P—F輸送線的 C型鉤內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 上。運卷小車由行走小車，盤卷筐升降機構(gòu)，擋板和壓板組成。小車行走由液壓缸驅(qū)動齒輪齒條帶動小車行走。盤卷筐由升降機構(gòu)抬起或降下，使盤卷能更好地脫離芯棒和掛上 C型鉤，擋板和壓板保證盤卷從脫離芯棒到掛上 C型鉤的過程中不致于散卷。 主要零部件的初步設(shè)計 由于確定了采用垂直雙芯棒集卷 器 傳動，且該傳動低 速 高扭矩，故需要一個擺動油箱 ，一根傳動軸，一對垂直的芯棒和托架等。 具體方案如下： 由擺動油缸采用聯(lián)軸器帶傳動軸，通過主軸將運動和力矩傳遞給芯棒，從而達到芯棒旋轉(zhuǎn)運輸線圈的目的。 力能參數(shù) 的 計算 計算轉(zhuǎn)動慣量 圖 集卷 器 動作示意圖 因為必須在 8s 的時間旋轉(zhuǎn) 180176。，因為加速時間極短， 設(shè) 為 ，可當(dāng)做勻速運動圖 受力分析圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 8s。 有 solid edge 軟件測量出其重量和質(zhì)心，從而得到分別為 圖 不帶線卷的芯棒 3D 圖 圖 不帶線卷的芯棒的物理參數(shù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 圖 帶有線卷的芯棒 圖 1帶線卷 的芯棒的物理參數(shù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 11 1 122 2 2Lm 1 6 8 2 K g , L 2 6 7 9 m m , r 1 .8 9 m2Lm 3 8 2 2 K g , L 2 3 5 2 m m , r 1 .6 6 m2? ? ? ?? ? ? ? 12L,L 分別為兩個芯棒質(zhì)心到主軸上端的距離 ， 1r ， 2r 分別為兩芯棒到旋轉(zhuǎn)軸的距離 。 所以求得轉(zhuǎn)動慣量 J J2 21 11J mr? =6035 ㎏ ㎡ 22 2 2J mr? =10571 ㎏ ㎡ 角加速度 ε為 0t??? ?? ω為勻速運動的角速度 ω0為初始角速度 ε≈2rad/s2 主軸受到的扭轉(zhuǎn)力為 1 1 12 2 2F m r 6 3 5 8 NF m r 1 2 6 8 9 N? ? ?? ? ? 計算扭轉(zhuǎn)力矩 主軸所承受的扭矩 Md d 1 2M J (J J? ? ? ?+ ） =（ 6035+10571） 2 =33214(Nm) tW 為軸的抗扭截面系數(shù)， 3m 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 3t333DW1616 10 (m )???????? 計算扭轉(zhuǎn)功率 芯棒加速的時候，轉(zhuǎn)動所需要的功率，分兩部分不帶線卷的芯棒 1P ,帶線圈的芯棒功率為 2P ，所需總功率為 P dPM332148????? ≈13000(W) 主電機的初選 根據(jù)芯棒工作的需要選取適當(dāng)?shù)碾姍C，因為芯棒旋轉(zhuǎn)所需要的功率為 15KW， 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 主要零部件的設(shè)計與校核 芯棒的 設(shè)計 計算 芯棒的結(jié)構(gòu)簡圖所示，根據(jù)工作性質(zhì)，選用 50 號鋼，其受力簡 圖可表示為，根據(jù)靜力平衡方程求出芯棒低端支反力 圖 1芯棒的結(jié)構(gòu)簡圖、受力簡圖、彎矩圖 G1為線卷重量， G2為芯棒重量。 卷筒長度為 L=3351mm，線卷長度為 l=2021mm。 G1=2140Kg，由 G1產(chǎn)生的力矩 MG1= G1L 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 MG1=2140000 ㎏ ㎜ G2=1890Kg，由 G1產(chǎn)生的力矩 MG2= G2l MG2=3166695 ㎏ ㎜ 芯棒的彎矩圖（圖 c）從圖中看出 Mmax= MG1+MG2=5306695 ㎏ ㎜ 從圖中知， 11 面是危險截面。 σ1=M1/W, W= ? ?3 4d 132? ?? ≈（ 1γ4）， γ=d0/d 式中 W為抗彎截面系數(shù) γ=200/225= W≈()=3105 σ1= ㎏ m/3105=170MPa 由《機械設(shè)計手冊》（以下簡稱機） 1， 315 查的 [σ]=375MPa， σ1=170MPa[σ]=375MPa 所以芯棒滿足強度要求 ,并有很大的安全儲備。 主軸的 設(shè)計 計算 軸是機器中的主要支撐零件之一。一切回轉(zhuǎn)運動零件（如：齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪、聯(lián)軸器等），都必須安裝在軸上才能傳遞運動和動力。 按照軸的承載情況，直軸可分為轉(zhuǎn)軸，心軸，傳動軸三類。 選擇軸的材料，應(yīng)考慮下列因素：（ 1）軸的強度，剛度及耐磨性要求；（ 2）熱處理方法；（ 3）材料來源；（ 4）材料加工工藝性；（ 5）材料價格等，一般常用的有以下幾種： 優(yōu)質(zhì)中碳鋼，如 35， 45， 50 鋼，其中 45 鋼用得最多。對于受力不大或不重要的軸，可用 Q235， Q275 等普通碳素鋼。碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中敏感性小，可進內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 行熱處理改變其綜合性能，且加工工藝性好，故應(yīng)用最廣。 合金鋼的力學(xué)性能和淬火性能比 碳素鋼要好，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐磨性要求較高的場合； 20 2Cr MoV ， 38CrMoAl 等合金鋼，有良好的高溫力學(xué)性能，常用于高溫，高速及重災(zāi)的場合； 40Cr 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，綜合力學(xué)性能很好，是軸最常用的合金鋼。合金鋼在常溫下的彈性模量和碳素鋼差不多，故當(dāng)其他條件相同時，用合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度。 球墨鑄鐵及高強度鑄鐵具有優(yōu)良的工藝性，不需要鍛壓設(shè) 備，抗振性好，對應(yīng)力集中敏感性低，適宜于制造復(fù)雜形狀的軸，但難于控制鑄件質(zhì)量。 對于機器的一般轉(zhuǎn)軸，主要應(yīng)滿足強度和結(jié)構(gòu)的要求；對于剛度要求高的軸（如機床主軸），主要應(yīng)滿足剛度要求；對于一些高速機械的軸（如機床主軸），主要應(yīng)滿足剛度的要求；對于一些高速機械的軸（如高速磨床主軸、氣輪機主軸等），要考慮滿足穩(wěn)定性的要求。 在轉(zhuǎn)軸設(shè)計中，其特點是不能通過精確計算確定軸截面尺寸。因為轉(zhuǎn)軸工作時，受彎距和轉(zhuǎn)距聯(lián)合作用，而彎距又與軸上的載荷大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎距。因此，轉(zhuǎn)軸設(shè)計時，開始只能按扭轉(zhuǎn)強度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑，然后進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后進行軸的強度驗算。 主 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 Td33TW33214N m 10 m??????? 軸的材料選用 45 鋼，其許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 [τr]=140MPa τT[τr],故其扭轉(zhuǎn)強度足夠滿足條件。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 （ 1）選擇主軸材料 選擇 45 鋼， 調(diào)質(zhì)處理，由表 611 查得： b s 1 15 9 0 M P a , 2 9 5 M P a , 2 5 5 M P a , 1 4 0 M P a??? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）初步確定軸端直徑 查表 6119，取 A=110,因為轉(zhuǎn)速低，但是雙向旋轉(zhuǎn)，故取偏大值。 考慮到軸端有鍵槽，且需要乘以一定的安全系數(shù)，取 d=180mm （ 3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 取軸頸處為取軸頸處為 180mm，與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器 GY12 孔徑相同。 各軸段配合及表面粗糙度選擇如下 :軸頸處為 99Hf， Ra=。 圖 1 軸的草圖 （ 4）計算支承反力、彎矩及扭矩 軸 的受力簡圖、水平面及垂直面受力簡圖 （見下圖） 因為軸的上端由托架支撐，故無支承反力，也無彎矩 33P 1 5d = A 1 1 0 1 7 5 m m60n 16??內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 圖 1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖和扭矩圖 芯棒加速時的轉(zhuǎn)矩為 33219Nm，因為軸上處處都受力情況相同，僅受芯棒旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的扭矩影響，其扭矩如圖 13 示。 (5)軸的疲勞強度校核 確定危險截面 根據(jù)載荷分布及應(yīng)力集中部位，取軸上四個截面（ Ⅰ Ⅳ ）進行分析。 截面 Ⅰ 、 Ⅱ 分別與截面 Ⅳ 、 Ⅲ 相比，二者都有相同的扭矩、截面尺寸和應(yīng)力集中狀態(tài)，但是 Ⅰ 、 Ⅳ 截面尺寸較小，故考慮 Ⅰ 、 Ⅳ 為危險截面。 校核危險截面安全系數(shù) 截面 Ⅰ MⅠ =MⅣ =33219MPa 33PZ 52 2c m , Z 10 94 c m??（查表 6129 得） 彎曲疲勞極限 σ1=235MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 τ1=135MPa、抗拉極限 σb=650MPa（查表611 得） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 D d 200 180 4r5r5 d 180?????? , ???? (查表 6132 得 ) 鍵槽 , ???? 鍵槽處應(yīng)力集中系數(shù) , ?????(查表 6132 得 ) 粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù) ?? （查表 6137 得） 絕對尺寸影響系數(shù) , ?????(查表 6135 得 ) 對稱循環(huán)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅 τa和平均應(yīng)力 τm（查表 6126 得） apmT 33 21 9 30Z 10 940? ? ? ??? 危險截面安全系數(shù) S 1amSSK1351. 630 0. 21 00. 93 0. 62. 7?????????? ? ? ??????? ??? ? ????? ?? SSp =(Sp為許用安全系數(shù) ) 故軸的強度足夠 截面 AA 處的鍵槽和截面 CC 處的鍵槽尺寸一致，以便統(tǒng)一加工刀具。 擺動 油缸的選擇 芯棒旋轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩較大， 故 使用液壓傳動，又因為芯棒所做的運動為 180176。旋轉(zhuǎn)