机械毕业设计（论文）集卷装置传动部分设计【全套图纸】.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：集卷装置传动部分设计学生姓名：学 号：200540401414专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机2005-4班指导教师：摘 要近20年来，我国高速线材轧机发展较快，集卷装置是高线厂的关键部位，线材生产中的集卷站是生产链中一个重要的环节，集卷站是高速线材轧机机组的重要组成部分，其功能是将散布在移动的运输链上的线材集成盘卷，以便于运输。当一卷己收集好的线卷被卸下时，提供一个缓冲空间。集卷装置有许多类型，本文主要针对垂直式双芯棒集卷装置传动部分进行设计，它采用单机驱动，通过摆动油缸，带动传动主轴，然后带动芯棒旋转，起到集卷和输送线圈的目的。本文做了以下

2、工作：1.选择和确定了传动方案。2.选择并校核摆动油缸。3.设计了主轴和芯棒，并校核了它们的强度。4.选择与之配套的润滑系统和维修制度。关键字：双芯棒集卷站；传动轴；摆动油缸；扭转力和扭转力矩全套图纸，加153893706 AbstractHigh speed wire rod mills in China have developed rapidly in recent 20 years. The Reforming System of High-speed Wire Plant is the key equipment. Collecting station plays very majo

3、r role in the chain of the wire rod production, and the collection reel is an important component of the high speed rod mill unit. It is uses to collects steel wire dispersedly and arranged it in order to transport conveniently. When the coil collected well is unloaded, provides a buffer space. Coll

4、ecting station has many kinds. This article mainly aims at the perpendicular double-coil collecting station to carry on the design. It uses the single plane to actuate, through the swinging cylinder, drives the transmission main shaft, then leads core rod revolving for the collection coil and the tr

5、ansportation coil. This article has done the following work: 1. Chose and determine the transmission plan. 2. Chose and examine the swinging cylinder. 3. Design the main shaft and the core rod, and examine their intensity. 4. Chooses the necessary lubrication system and service system.Keywords: Doub

6、le-coil collecting station; Transmission shaft; Swinging cylinder;Torsion force and torque 目 录摘 要IAbstractII第一章 概 述11.1 线材生产的概况11.2 高线厂主要机械设备31.3 线材集卷装置的发展前景51.4 设计的目的和简要内容6第二章 主要零部件设计82.1 集卷装置的工作原理和结构设计82.1.1 集卷装置工作原理82.1.2 集卷装置的主要技术参数82.1.3 集卷装置动作顺序92.1.4 设计方案的选择和确定122.1.5 主要零部件的初步设计142.2 力能参数的计算1

7、52.2.1 计算转动惯量152.2.2 计算扭转力矩182.2.3 计算扭转功率192.2.4 主电机的初选192.3 主要零部件的设计与校核202.3.1 芯棒的设计计算202.3.2 主轴的设计计算212.3.3 摆动油缸的选择252.3.4 键的强度校核262.3.5 联轴器的选用与校核27第三章 集卷装置的技术问题与改进293.1 高线设备的润滑与维护303.2 设备的维护和管理33结束语42参考文献43致谢44第一章 概 述1.1 线材生产的概况线材按其断面形状属型钢，实际上已成独立钢类。直径5-4mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢，通称线材。线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称

8、为盘条或盘圆。线材主要用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工（如拔丝，制订等）原料。按钢材分配目录，线材包括普通低碳钢热轧盘条、电焊盘条、爆破线用盘条、调质螺纹盘条、优质盘条。用途较广泛的线材主要是普通低碳钢热轧盘条，也称普通线材，它是由Q195、Q215、Q235普通碳素钢热轧而成，公称直径为5.5-14.0mm，一般轧成每盘重量在100-200kg，现在多采用无扭高速线材轧机上轧制并在轧制后采取控制冷却，直径为5.5-22.0mm最大盘重可达2500kg。普通线材主要用于建筑、拉丝、包装、焊条及制造螺栓、螺帽、铆钉等。优质线材，只供应优质碳素结构钢热轧盘条。如08F、10、35Mn、50

9、Mn、65、75Mn等。用作钢丝等金属制品的原料及其它结构件，其它优质钢轧制的线材。习惯上8mm以上列入优质型材，8mm以下列入金属制品。线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。按照钢材分配目录和用途不同，线材包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。我国是世界上最大的线材生产国，年产量占世界生产总量三分之一以上，线材也是我国第二大钢材生产品种，在国内钢铁产量比重一直较高，2007年国内线材产量占我国钢材总产量比例的14.2%。近几年国内线材产量基本与国内粗钢产量增长速度差不多，保持在20%左右，2007年增速有所减缓，降

10、低至13.8%，总量则相对2003年增长了近一倍。从线材进出口情况看，长期以来线材一直是我国主要钢材出口品种，也是我国一直保持净出口状态的钢材品种，特别是近几年出口增长特别迅速。2007年我国出口线材623.8万吨，较上年增加68.4万吨，同比增长12.3%；进口61.4万吨，较上年减少9.1万吨。从国内线材消费情况看，线材在建筑领域中的应用较多，2000年以来，受国内投资需求旺盛形势的拉动，国内线材消费也随之保持较快增长。线材的用途很广，在国民经济的各个部门中线材占有重要的地位。有的线材轧制以后可以直接使用，主要用做钢筋混凝土的配筋和焊接结构；有的则作为再加工原料，经过再加工后使用。例如，经

11、过拉拔成为各种钢丝，再经捻制而成为钢绳，或编制成钢丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻压成螺栓；以及经过各种切削加工及热处理制成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理成弹簧线材的应用范围不仅相当广泛，而且用量也很大。根据有关资料统计，各国线材产量占全部热轧材总量的5.315.3%。轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。线材虽然是型钢中尺寸最小的圆钢，但是由于线材的尺寸精度和机械性能要求高，轧件速度又非常快，它的生产工艺和设备相对于普通圆钢要复杂的多。从生产工艺来讲，合乎尺寸精度要求的线材，不是轻易就能轧出来的。其原因是线材比圆钢细而长，表面积大，温降非常快，在轧制到最后几

12、道的时候，能保持轧件在热加工温度范围的时间非常短，这就容易造成由于温度急剧下降而超出了允许的轧制温度下限，使整根线材成为废品。此外，虽然钢坯在加热时各部分温度基本是均匀一致的，但由于各部分从出炉到轧制所经历的时间不同，在轧制过程中温度的大小也就不同，从而造成各部分的温度差异。据测定在普通横列式轧机上，最后一根线材的头尾温差可达200以上，线材各部分温度的差异，导致了线材各部分在轧制时的变形情况不同和冷却到常温时的收缩量不同，而形成的各部分断面不同，这不但会造成线材沿长度方向上的端面尺寸的不均匀性，而且往往导致线材前半部分尺寸合乎精度要求而后半部分超出允许公差范围，或中部合乎尺寸要求而头尾超出允

13、许的尺寸公差。所有这些都给调整和操作造成困难，并对调整和操作提出了较高的要求。这种工艺特点在其他热轧型钢生产中不这样明显。另外，要保证线材达到所要求的金相组织和性能以及沿金相组织性能均匀一致也是不容易的。线材轧制工程中各部分的温度差异，以及卷曲成盘卷后冷却过程中各部分的差异，都会使线材沿全尺的金相组织和性能不均匀，这就造成了线材生产工艺的复杂性。1.2 高线厂主要机械设备（注：以包钢集团友谊线材厂为例）1）上料系统：采用步进式上料台架上料；2）加热炉：炉型为步进梁式。装、出料方式为侧近侧出。炉头后部设有废坯剔除装置。出炉后设有拉料辊，高压水除磷装置。事故卡断剪当粗轧机出故障时可以紧急切断。3）

14、粗中轧轧设备粗轧机：共6架，平-立式交替式布置。各架轧机均为二辊闭口式，立辊轧机下传动。横移机座换辊换孔。13轧机，辊径：610/520mm，辊身长800mm，各自1台440kW直流电机单独传动。46轧机，辊径：500/420mm，辊身长700mm，各由1台440kW直流电机单独传动。中轧机：共8架，呈平立式交替式布置。各架轧机均为二辊闭口式，立辊轧机下传动。横移机座换辊换孔。辊径：420/360mm，辊身长650mm。8、10轧机各自1台440kW直流电机单独传动。其他轧机由 500kW直流电机单独传动。4）预精轧机：共4架，轧机为悬臂辊式轧机，立交替布置，立辊轧机下传动。换孔、换辊采用液压

15、专用工具。辊环直径285/225mm，辊环宽度95mm。各架轧机各由一台500kW直流电机单独传动。5）精轧机：共10架，机型为45V型超重载无扭轧机。换辊采用液压专用工具。机架间设有水冷装置。前5架轧机辊环直径228.38/205mm，辊环宽度71.7mm。后5架轧机辊环直径170.66/153mm，辊环宽度57.3mm。第十台轧机由一台6300kW交流电机集体传动，交流电机采用交直交系统变频调速。6）吐丝机：采用低交叉倾斜式吐丝机，保证运行速度120m/s,倾斜角度15。吐丝机前夹送辊的控制 包括夹送辊动作时序的控制和夹送辊的张力、速度控制。 在本套控制系统中，“轧件头尾跟踪” 是该系统的

16、基础，它为轧线其他控制功能的实现提供准确的动作时间并为轧制节奏的提高提供了有力的保障。“活套自动控制” 是本套控制系统的重点也是难点，最终成品的质量有赖于活套调节器的控制水平和起套辊的准确动作。“速度设定自适应功能”是本套控制系统的亮点，它根据轧制环境的变化自动修正速度设定系统，生产过程中基本上无需人工干预，减轻了工人的劳动强度，实现了真正意义的自动化。“吐丝机前夹送辊的控制”是本套系统的又一难点，精轧出口速度达100m/s，在如此高的速度下保证夹送辊准确夹送轧件并在精轧机、夹送辊、吐丝机之间实现正常张力关系，对控制系统的快速性和准确性都是严峻的考验。7）控制冷却线：精轧机前设有控制冷却线，用

17、于控温轧制；精轧后设有穿水冷却线，用于控制冷却。空冷线：采用全链条辊式传动，并设有缓冷保温罩，冷却速度0.317/s。8）集卷站：由集卷筒、线卷盘、双臂芯棒和线卷运输小车组成，并设有线圈分配器，以保证盘卷最佳高度及线头位置。9）卧式压紧打捆机：引进瑞典森德斯公司技术和设备，数量为2台。10）线卷称量：线卷称量为数字显示，自动打标牌。11）卸卷站：2台，液压升降横移式。1.3 线材集卷装置的发展前景我国已经是世界线材生产大国,拥有数量最多的集卷装置,但产品品种和质量仍然落后。21世纪的发展之路,是跟踪世界先进技术的发展,发挥现有集卷装置的技术优势,满足金属制品的需要。提高国产集卷装置的技术水平,

18、使之在改造大量落后集卷装置的结构调整中,发挥主力军的作用。毫无疑问，随着轧制速度不断，增大盘重和加大钢坯断面的趋势必将继续下去。这些技术的革新势必要解决精轧机组后的导向装置，飞剪，分线装置，成圈器以及冷却输送，线卷收集和成品输送等装置的研制和开发问题,所以集卷装置的研究开发意义重大。线材生产过程中实现了计算机全盘控制和管理也是线材生产的发展方向。现代化的线材生产应逐步实现全在线电子计算机控制和管理，从原料堆放，入炉至成品钢入库，发货为止，实现生产过程自动化，以进一步提高劳动效率，降低劳动强度。要实现线材轧机的尺寸自动控制和最小张力控制，以提高线材质量。为此，必须有可靠的自动检测仪表和严格的生产

19、技术管理基础。由此，我们可以勾画出线材生产线的前景：首先，连铸坯源源不断地由炼钢车间连铸机送出来，经过在线连续探伤仪检验钢坯缺陷，用在线火焰清理机进行表面火焰清理，并自动分选钢坯，进入中间保温炉；钢坯在大压下轧机上一次轧成线材轧机所需要的小钢坯；此后，在送入带自动控制尺寸和最小张力控制的单线无扭高速线材轧机，线材尺寸公差可达到毫米；线材以150m/s以上的速度离开精轧机组，经过自动控制水量的间歇水冷套管预冷后在高速飞剪上切头；然后进入圈器，经过有效的控制冷却处理后集成3吨以上重的盘卷；再经高效率的运输机转至自动检验站和自动打捆机，进行打捆，包装和挂标签，过磅，最后再运往自动仓库，整个生产过程都

20、由电子计算机控制和管理，并通过彩色电视并在各个中心控制站显示。1.4 设计的目的和简要内容设计目的：由于高速线材生产的过程中，线圈的收集是一个十分重要的环节。而随着高速线材轧制技术和轧制速度的不断提升，其配套设备也面临着革新，集卷站是高线生产链中一个重要的环节，集卷装置的传动设备就是线圈收集这一环节的主要设备，其状况的好坏对生产有着重要的影响。集卷装置动作的连续性、快捷性和准确性直接影响着高速线材的生产效率以及线材的质量。通过本毕业设计将大学期间学过的基础理论知识和实际生产结合进行综合应用，培养结构设计和计算能力，熟悉机械装置设计的整个过程。这次设计是对我们的一次综合能力的训练培养，每一个学生

21、在实际过程中应充分发挥主观能动性，深入细致的认真调查研究，增强自己的实际才干。简要内容：集卷站旋转平台传动系统将轧制出的线材通过升降设备、旋转平台、转送小车传送至贮运区，其过程动作多且复杂，各动作相互关联、连续进行，并采用液压系统进行驱动，PLC系统进行联锁控制。旋转平台传动系统在运行过程中动作频繁，并目承担了较大的静力和冲击载荷，因此长时间运转容易发生系统稳定性不够和传动精度降低等故障，具体表现在:旋转平台转动精度不够，无法准确定位，易出现过传动或欠传动现象，严重时撞坏台架限位块，影响正常生产;平台转动速度较低，传送慢，成为影响整个高线生产效率的瓶颈。因此提高平台传动系统的定位精度以及传送效

22、率，提高双臂芯棒的稳定性和定位精度就具有非常重要的意义。集卷装置主要包括有集卷筒、线卷盘、双臂芯棒和线卷运输小车等，此次设计的重点是集卷装置的旋转机构，主要为驱动装置、传动装置、工作装置、制动装置等，并介绍了集卷装置的润滑系统和维护方面的注意事项，还有结合当今集卷装置在生产中的出现的问题和缺陷提出的改进。第二章 主要零部件设计2.1 集卷装置的工作原理和结构设计2.1.1 集卷装置工作原理集卷装置的组成：由集卷筒、线卷盘、双臂芯棒和线卷运输小车组成，并设有线圈分配器（有叫布卷器），以保证盘卷最佳高度及线头位置。集卷筒的作用：集卷站是高速线材轧机机组的重要组成部分，其功能是将散布在移动的运输链上

23、的线材集成盘卷，以便于运输。当一卷己收集好的线卷被卸下时，提供一个缓冲空间。这就允许轧机以正常生产节奏轧制。2.1.2 集卷装置的主要技术参数型式及结构特点：双臂芯棒升降，旋转式，带有线圈分配器传动方式：托盘电动链传动定位锥竖直行程：50mm形成盘卷：盘卷外径：1250mm;盘卷内径：850mm线圈分布器速度:45rpm;卷重：2140kg托盘行程：3100mm受卷站:接收板行程：3100mm集卷最大高度：3070mm（螺纹盘条）翻转挂卷站：翻转角度：90小车运送行程：10405mm水平移动最大距离：10405mm水平移动电机功率：22kW电机转速：1150r/min其他参数：气动系统工作压力

24、：0.4MPa；布卷器速度：45rpm；分卷剪预留空间高度：625mm；最大集卷温度:约600；设备生产规格:5.0mm-2.5 mm。2.1.3 集卷装置动作顺序线卷从芯棒移送到C型钩上的正常自动顺序1.芯棒旋转将一个完整的线卷旋转至水平位置2.空的送卷小车从等待的停车位置行走至芯棒位置3.送卷小车升降机构升起4.当升降机构完全升起后, 后挡卷板闭合, 压卷臂前进5.送卷小车及线卷朝C型钩方向行走6.到C型钩送卷小车升降机构降下7.当第6步启动并经延时后,后挡卷板打开, 压卷臂回退。该延时时间可调, 初始设定为2.5s。延时的目的是为了支撑线卷的端部C型钩能支撑到线卷端部为止8.送卷小车行走

25、至停车等待位置并停止9.钩式运输机系统动作一个周期。动作顺序将等待下一个芯棒旋转动作。图2.1 集卷筒的结构及工作原理图（以垂直式双芯棒为例）线圈经鼻锥落到集卷筒上的过程集卷筒功能是将散布在移动的运输链上的线材集成盘卷，以便于运输。当一卷已收集好的线卷被卸下时，提供一个缓冲空间。这就允许轧机以正常生产节奏轧制。其工作原理（见图2.2），初始状态双臂芯棒顶住中心筒2，冷却线上的线材进入集卷筒，经过中心筒落到线圈收集板上，随着线圈数的增加，线圈收集板逐步下落，当全部线圈落在收集板上后，集卷筒的气缸3驱动连在一起的分离爪1闭合，支撑着中心筒，允许下一卷的收集。此时线圈收集板打开，双臂芯棒旋转，使线圈

26、由垂直位置转成水平位置，由运卷小车将卷运走。同时双臂芯棒另一臂再次顶起中心筒2，气缸3带动分离爪1打开，完成一个工作循环。图2.2 分离爪动作原理图1、分离爪 2、中心筒 3、气缸同时，设计增加了布卷器，其功能是使线材以减小成卷高度的方法盘成卷，也使盘圈在拉丝厂有很好的松卷特性。图2.3 布卷器简易图1、小齿轮 2、带轴承的大齿轮 3、叶片 4、中心筒图2.3为布卷器工作原理图，其工作原理为当线圈落到中心筒的过程中，要先经过不停旋转的布卷器。它是由电机驱动减速机，带动小齿轮1，驱动带外齿的大直径球轴承的外圈2，该外圈支撑着布卷器叶片3，布卷器旋转速度为45rpm。(该布卷器叶片在处理废品、损坏

27、、或轧制大规格不用时，易于移走或更换。)它使集好的卷顺利的落到双臂芯棒上的最底位置。为使设备具有更好的工艺性，以适应未来的要求，本设备预留了分卷剪及第二套分离爪的位置，同时，在分离爪和中心筒上增加了可更换的磨损片以减少成品磨损；在分离爪打开和比闭合的位置设置了缓冲器使设备动作更加平稳。收集过程中采用了“光栅”高度控制装置，以使操作工可以选择适宜的成卷位置。2.1.4 设计方案的选择和确定由于集卷装置的作用是收集线卷并转移出去，目前高线中常见的有单芯棒集卷站、移动式集卷小车集卷，和旋转集卷站集卷。在旋转集卷站中又有两个垂直芯棒的集卷站和水平180的双臂集卷站。图2.4 180双芯棒集卷设备水平1

28、80的双臂集卷站（图2.4）旋转平台是通过齿轮齿圈的传动而驱动的。齿轮安装在液压马达的传动轴上，通过液压马达的转动而带动齿轮的转动。外齿圈固定在轴承上，与齿轮轴构成一个传动副。旋转平台结构简图如图所示。其中平台绕竖直轴作180往复旋转运动。运动传递路线为:液压马达减速机小齿轮齿圈平台。从集卷工序上可知，风冷线运卷辊道辊面到旋转平台有一定的落差，而旋转平台的传动为多级装配。因此存在着安装误差和装配误差。误差的积累，使旋转平台上的两芯棒连线不可能总是经过旋转平台的中心。 而过去单芯棒集卷站的基础很深，即使是高架厂房，其基础也很深(约7.0m)。双臂芯棒集卷站的最深基础约2.0m，这对沿海和地表水很

29、浅的地区的基础施工尤为重要，同时安装维护也很方便。图2.5 垂直双芯棒集卷站目前，新建高线厂多用垂直式双芯棒集卷站（图2.5），因为这种集卷装置是有双芯棒交替工作，因此，集卷站可以一边集卷一边卸卷，工作过程有很大的重叠量，生产节奏加快了，因此，更能适应高速线材轧机的发展，且该设备的动力全为液压系统，用比例阀控制。因此，设备能够运行平稳、准确，无冲击。工作稳定，故选用这种方案。集卷筒的作用是使线圈形成以芯棒为中心的盘卷。筒内的鼻锥可有效地增加芯棒的长度，并保证形成良好的盘卷，鼻锥由集卷筒下部的鼻锥提升机构和芯棒交替支撑，确保鼻锥始终处于集卷筒内。双臂芯棒位于集卷筒下部，由两根相互垂直的芯棒和底部

30、的回转液压缸传动装置组成。回转中心线为两根芯棒的角平分线，即与水平成45角，回转角度为180。双臂芯棒有两个工作位置， 当根芯棒竖直位于集卷筒下接受下落的盘卷时，另一根芯棒恰好位于水平位置。由运卷小车将盘卷卸下，一个周期结束后，两根芯棒旋转180交换工作位置。承卷平台由链传动升降，线圈顺集卷筒落下时，先落在承卷平台上。承卷平台随线圈的落下而徐徐下降，以免线圈落差太大时，发生错乱。承卷平台上的盘卷完全落在芯棒上时，承卷平台由液压缸驱动向两侧张开，以便芯棒回转。运卷小车用来将位于水平位置芯棒上的盘卷托起，准确运送到输送线的C型钩上。运卷小车由行走小车，盘卷筒升降机构，挡板和压板组成。小车行走由液压

31、缸驱动齿轮齿条带动小车行走。盘卷筒由升降机构抬起或降下，使盘卷能更好地脱离芯棒和挂上C型钩，挡板和压板保证盘卷从脱离芯棒到挂上C型钩的过程中不至于散卷。2.1.5 主要零部件的初步设计由于确定了采用垂直双芯棒集卷装置传动，且该传动低速高扭矩，故需要一个摆动油箱，一根传动轴，一对垂直的芯棒和托架等。具体方案如下：由摆动油缸采用联轴器带传动轴，通过主轴将运动和力矩传递给芯棒，从而达到芯棒旋转运输线圈的目的。2.2 力能参数的计算2.2.1 计算转动惯量图2.7 受力分析图图2.6 集卷装置动作示意图设备的运动状态(如图2.6所示)，因为必须在8s的时间旋转180，因为加速时间极短，设为0.2s，可

32、看成匀速运动。有solid edge软件（图2.8、图2.9、图2.10、图2.11）测量出其重量和质心，从而得到分别为图2.8 不带线卷的芯棒3D图图2.9 不带线卷的芯棒的物理参数图2.10 带有线卷的芯棒图2.11 带线卷的芯棒的物理参数分别为两个芯棒质心到主轴上端的距离，分别为两芯棒到旋转轴的距离。所以求得转动惯量J1、J2=6035=10571角加速度为为匀速运动的角速度0为初始角速度2rad/s2主轴受到的扭转力为2.2.2 计算扭转力矩主轴所承受的扭矩Td=（6035+10571）2=33212(Nm)为轴的抗扭截面系数，2.2.3 计算扭转功率芯棒加速的时候，转动所需要的功率，

33、分两部分不带线卷的芯棒,带线圈的芯棒功率为，所需总功率为P13000(W)2.2.4 主电机的初选根据芯棒工作的需要选取适当的电机，因为芯棒旋转所需要的功率为15kW。由于集卷装置旋转时，驱动速度较低，扭矩较大，对精度要求比较高，所以所选电机必须满足快速停止、准确定位的要求，YCJ系列电机是Y系列的派生系列，由同轴式减速器和全封闭自冷式电动机构成一个整体。这个系列的电机恰恰满足了输出转速低，转矩大，体积小，噪音小，运行可靠等特点，工作环境。工作条件：工作方式SI，其他同Y系列相同安装形式：B5、B6、B7、B8、V1、V5。最终选用电机型号为：YCJ112-479-15,配用电动机160LF3

34、-4。型号含义：CJ-齿轮减速；122-输出轴中心高（mm）；479-输出转速（r/min）；15-电动机额定功率（kW）。2.3 主要零部件的设计与校核2.3.1 芯棒的设计计算芯棒的结构简图（图2.12所示），根据工作性质，选用50号钢，其受力简图可表示为，根据静力平衡方程求出芯棒低端支反力 图2.12 芯棒的结构简图、受力简图、弯矩图G1为线卷重量，G2为芯棒重量。卷筒长度为L=3351mm，线卷长度为l=2000mm。G1=2140kg，由G1产生的力矩MG1= G1LMG1=2140000G2=1890kg，由G1产生的力矩MG2= G2lMG2=3166695芯棒的弯矩图（图c）从

35、图中看出Mmax= MG1+MG2=5306695从图中知，1-1面是危险截面。1=M1/W,W=0.1d3（1-4），=d0/d式中W为抗弯截面系数=200/225=0.88889W0.10.23(1-0.888894)=310-51=5306.695m/310-5=170MPa由机械设计手册（以下简称机）1，3-15查的 =375MPa，1=170MPa=375MPa所以芯棒满足强度要求,并有很大的安全储备。2.3.2 主轴的设计计算轴是机器中的主要支撑零件之一。一切回转运动零件（如：齿轮、蜗轮、带轮、链轮、联轴器等），都必须安装在轴上才能传递运动和动力。按照轴的承载情况，直轴可分为转轴，

36、心轴，传动轴三类。选择轴的材料，应考虑下列因素：（1）轴的强度，刚度及耐磨性要求；（2）热处理方法；（3）材料来源；（4）材料加工工艺性；（5）材料价格等，一般常用的有以下几种：优质中碳钢，如35，45，50钢，其中45钢用得最多。对于受力不大或不重要的轴，可用Q235，Q275等普通碳素钢。碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中敏感性小，可进行热处理改变其综合性能，且加工工艺性好，故应用最广。合金钢的力学性能和淬火性能比碳素钢要好，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性要求较高的场合；20，等合金钢，有良好的高温力学性能，常用于高温，高速的场合；经调质处理后，综合力学性能很好，是

37、轴最常用的合金钢。合金钢在常温下的弹性模量和碳素钢差不多，故当其他条件相同时，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。球墨铸铁及高强度铸铁具有优良的工艺性，不需要锻压设备，抗振性好，对应力集中敏感性低，适宜于制造复杂形状的轴，但难于控制铸件质量。对于机器的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求高的轴（如机床主轴），主要应满足刚度要求；对于一些高速机械的轴（如机床主轴），主要应满足刚度的要求；对于一些高速机械的轴（如高速磨床主轴、气轮机主轴等），要考虑满足稳定性的要求。在转轴设计中，其特点是不能通过精确计算确定轴截面尺寸。因为转轴工作时，受弯距和扭距联合作用，而弯距又与轴上的载荷大小及轴

38、上零件相互位置有关，所以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯距。因此，转轴设计时，开始只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度验算。主轴的扭转强度条件为轴的材料选用45钢，其许用扭转应力为r=140MPaTSp =(Sp为许用安全系数)故轴的强度足够截面A-A处的键槽和截面C-C处的键槽尺寸一致，以便统一加工刀具。2.3.3 摆动油缸的选择芯棒旋转所需要的转矩较大，故使用液压传动，又因为芯棒所做的运动为180旋转，故选用摆动油缸可以实现这样的运动。通过功率，和主轴尺寸综合考虑选择UBFZS160型的法兰式轴输出双齿条摆动油缸其摆动角度可在0720范围内

39、选择，摆动公差和精度可以订购油缸时具体去要求。在p=16MPa时，其转矩为59496Nm。UBFZS160法兰式摆动油缸其输出轴直径为165mm，输出轴露在外部的部分长度为220mm，故选用普通C型平键，尺寸为bhL=4022180，b=40 极限偏差为，h=22 极限偏差为因为标准联轴器的尺寸能与180配合的，只有160、170、180，故可以将联轴器160mm的孔加大到165mm，或是将摆动油箱的输出轴的尺寸从165mm加工到160mm，考虑到方便起见将联轴器取160mm的加工为165mm的孔较为方便，也节约了加工成本。2.3.4 键的强度校核 键的类型可根据连接的结构特点，使用要求和工作

40、条件来选定。键的尺寸（键宽b,键高h）按轴的直径d由标准中选定；键的长度 L可根据轮毂长度来确定，轮毂长度一般取（1.52）d，键长等于或略小于轮毂长度，导键按轮毂长度及其滑动距离而定。键的尺度还需符合标准规定的长度系列。普通平键用于静连接，靠侧面传递运动和转距，两侧面是工作面，键的上表面和轮毂底面留有间隙。平键连接结构简单，装拆方便，加工容易，对中性好，应用广泛。选用C型键，（GB/T 1096-2003）,与下端联轴器连接处的键的尺寸b1h1L1=4022180,与上端联轴器连接处的键的尺寸为b2h2L2=4525200。查表得：键上尺寸的极限偏差b2=45 极限偏差为， h2=25 极限

41、偏差为轴上尺寸的极限偏差b2的极限偏差为, t1、t2的极限偏差为因两键都是与联轴器相连，且轴颈一致，故只需校核下端键即可。下式中。键连接处传递的转矩T为对于上端联轴器有： 对于下端联轴器有：式中 键工作表面的挤压应力（MPa） K 键与轮毂的接触高度，mm, 许用挤压应力（MPa）由参3表101得=30MPad 轴的直径（mm）T 转距 （Nm）l 键的接触尺度（mm）此处l=L-b键连接强度满足要求。2.3.5 联轴器的选用与校核JM系列膜片联轴器的主要特性：1、 补偿两轴线不对中的能力强，与齿式联轴器相比角位移可大一倍，径向位移时反力小，挠性大，允许有一定的轴向、径向和角向位移。 2、

42、具有明显的减震作用，无噪声，无磨损。3、 传动效率高，可达99.86。4、 适应高温（-80+300）和恶劣环境中工作，并能在有冲击、振动条件下安全动行。5、 结构简单、重量轻、体积小、装拆方便，不需润滑。6、 能准确传递转速，运转无转差，可用于精密机械的传动。JM系列膜片挠性联轴器广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、船舶、起重运输、纺织、轻工、农机、印刷机械和水泵、风机、机床等行业的机械设备中传递动力。因此选用机设手册2表6-2-31的JM 20型联轴器，其公称转矩40000Nm，瞬间最大转矩，许用转速，由于我们是根据较大转距和较高转速选用的，所以强度一定满足要求。至此，该集卷装置传动部

43、分最关键部件的设计计算与校核均已进行完毕，从摆动油箱、主轴到芯棒、联轴器以及键等的强度均符合要求负载的工作特性，有些部件甚至远远大于普通的安全系数，这其实适用了现代化线材生产多样化的要求。它可以随着市场需要的变化对各种线材进行高效率的集卷。与此同时，也提高了线材生产的安全线水平。这一部分是本次毕业设计的主题部分。它是绪论的具体化，深入和延伸，以下是对一些日常维护、自动控制系统和一些问题改进的简明叙述。第三章 集卷装置的技术问题与改进双臂芯棒式集卷站近几年来在高速线材轧机生产线上已得到了广泛的应用。随着高速线材轧机的发展，对集卷装置时要求也越来越高。如在集卷筒内增设线圈分配器，使线圈在下落过程中

44、沿圆周均匀分布，可以使线圈更加密实，减少了集卷后的高度，方便运输，这对大盘卷很有意义。因此，在集卷装置的设计中应根据工艺要求相应地增设一些辅助设施。使集卷装置能更好地满足生产要求。双芯棒集卷装置存在的主要问题及改进（以摆动油缸驱动方式为例）1)在双芯棒集卷装置中，鼻锥晃动是影响生产的常见问题之一，其产生的原因须从结构、制造、安装、使用等多方面分析并针对性的采取改进措施，彻底解决问题。2)可伸缩的双芯棒，原设计是一种理想的追求，但由于结构空间太紧凑，机构复杂，使用证明并不理想。选择合理尺寸将其改成固定芯棒，既简化结构减轻了重量又减小了摆动油缸的工作负荷。查阅资料证明，固定芯棒是一种较使用的选择。原双芯棒在旋转180过程中，有一定的伸缩量，即芯棒处于水平状态较其垂直状态单侧缩回，这一伸缩量是通过两组相同的链条、链轮及连杆机构在双芯棒回转过程中靠