收卷部分(電機(jī),減速器,同步帶,收卷輥軸承座,鍵等選擇)

1、第四章 收卷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)該部分主要圍繞收卷機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì)展開， 包括電機(jī)的選型， 減速器的 選型，軸部件的設(shè)計(jì)等，并對(duì)收卷機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，判斷結(jié)構(gòu)的合理性，如功 能實(shí)現(xiàn)的方式和準(zhǔn)確性， 機(jī)械部分強(qiáng)度的合理性、 安全性， 以及機(jī)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu) 等等，提出設(shè)計(jì)和改進(jìn)方案，并完成收卷機(jī)構(gòu)典型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。收卷機(jī)構(gòu)是帶材纏繞機(jī)的主要機(jī)構(gòu)之一， 起到將帶材平穩(wěn)且均勻地纏繞在模 具上的作用。要實(shí)現(xiàn)帶材的收取動(dòng)作， 則需要收卷機(jī)構(gòu)具有一根外伸的旋轉(zhuǎn)主軸， 軸的旋轉(zhuǎn)一般要求電機(jī)控制， 軸的速度調(diào)控可增加一個(gè)減速裝置， 由于收卷時(shí)一 般要求主軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)， 則減速裝置傳動(dòng)需平穩(wěn)， 故可采用圓柱齒輪輪實(shí)現(xiàn)減速傳 動(dòng)

2、。 初步擬定主軸旋轉(zhuǎn)的控制及傳動(dòng)方式后， 先進(jìn)行電控系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算：4.1 傳動(dòng)部分及相應(yīng)元件的設(shè)計(jì)4.1.1電機(jī)的選擇合理的選擇電動(dòng)機(jī)關(guān)系到設(shè)備的安全正常地運(yùn)行。 電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)綜合考慮 其使用條件、 運(yùn)行環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等多種因素。 選擇時(shí)要考慮的因素 有：要滿足生產(chǎn)機(jī)械的各種要求，如負(fù)載性質(zhì)、調(diào)速、起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、工作 制等各項(xiàng)指標(biāo)； 適當(dāng)選取電動(dòng)機(jī)的功率， 使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳運(yùn)行點(diǎn)； 滿足安裝 方式的要求，適應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境；運(yùn)行的安全可靠、維護(hù)的方便。根據(jù)這些要求，加之由于帶材的寬度為 30mm，預(yù)備設(shè)計(jì)速度為 60r/min。 綜合以上因素， 按一般工作要求及條件，

3、 選用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)， 封閉式結(jié) 構(gòu)，電壓 380V，Y 型。選用 Y 系列電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、外形美觀； 起動(dòng)性能好，具有較高的效率水平，可以達(dá)到智能的效果； 經(jīng)久耐用，壽命長(zhǎng)；電機(jī)可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行派生制造， 轉(zhuǎn)速可制成單速， 雙速，多速及防 潮、防霉等特殊要求的電動(dòng)機(jī)。理論計(jì)算：電動(dòng)機(jī)所需工作功率Pd=Pw/總 kw（ 4-1）其中 總=12 3 =0.94x0.984x0.99=0.86（4-2）（總為電機(jī)至纏繞主軸的傳動(dòng)總效率； 1為減速器傳動(dòng)效率， 精度為 8 級(jí)； 2 為滾子軸承傳動(dòng)效率； 3 為齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 ）PW=FV/1000

4、=mgV/1000=1.35x103x9.8x120/60x1000 kw=26.46 kw （4-3）（PW為主軸旋轉(zhuǎn)端所需功率， F為卷料收取端的有效拉力， V 為設(shè)備設(shè)計(jì)速 度，即主軸旋轉(zhuǎn)速度 ）則 Pd=30.77 kw電機(jī)額定功率 Ped Pd3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速主軸工作轉(zhuǎn)速為： n=60x1000V/D=75.2 r/min（4-4 ）電機(jī)驅(qū)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)減速箱，傳動(dòng)比為 1；二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比為 i=840，則總傳動(dòng)比合理范圍為 i總 =840 。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可能范圍為 n=601.63008 r/min（ 4-5）符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750、1000和 1500 r/

5、min。 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由參考文獻(xiàn) 5 ，并綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重 量、價(jià)格及減速器傳動(dòng)比，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y225S-4，其主要性能見表 1、 表2表 4-1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率 kw滿載時(shí)起動(dòng)電流額定電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 r/mi n電流 （380V 時(shí)）A效率%功率因素Y225S-437148070.491.80.877.01.92.2表 4-2 電動(dòng)機(jī)主要外形和安裝尺寸中心高外形尺寸底腳安裝尺寸軸伸尺寸裝鍵部位尺寸HLx（AC/2+AD）xHDAxBDxEFxG225820x582.5x530356x28660X14018x534.1.2減速

6、器的選擇合理的傳動(dòng)方案首先要滿足機(jī)器的功能要求， 例如傳遞功率的大小， 轉(zhuǎn)速和 運(yùn)動(dòng)形式。此外，還要適應(yīng)工作條件（工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等）滿足工作 可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)便利、公益性和經(jīng)濟(jì)性合理 等要求。要同時(shí)滿足這些要求是比較困難的， 因此要通過分析比較多種方案來選 擇能保證重點(diǎn)要求的較好傳動(dòng)方案。帶材纏繞機(jī)中，收卷機(jī)構(gòu)有三種傳動(dòng)方案可供選擇。A方案：采用二級(jí)圓柱齒輪減速器，適合于繁重及惡劣條件下長(zhǎng)期工作，使 用維護(hù)方便，但結(jié)構(gòu)尺寸較大。B方案：采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動(dòng)效率較低，在長(zhǎng)期連續(xù)使用下不經(jīng)濟(jì)C方案：采用一級(jí)圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)。成本較低，

7、但使用壽命 較短。此三種方案雖都能滿足帶材纏繞機(jī)的功能要求， 但結(jié)構(gòu)、性能和經(jīng)濟(jì)性不同， 根據(jù)工作條件，最終確定較合理的傳動(dòng)方案。 B 方案蝸桿傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng) 比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，但效率低，常用于有間歇運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，故不合理。 C 方案中開式齒輪傳動(dòng)的工作環(huán)境一般較差潤(rùn)滑條件不好， 易磨損， 壽命短，故不 合理。采用方案 A較合理。采用如圖 4-1 所示的 ZL 型二級(jí)圓柱齒輪減速器。圖 4-1 ZL 型二級(jí)圓柱齒輪減速器4.1.3 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。它們主要用來連接軸或軸與其它回轉(zhuǎn)部 件，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也可用作安全裝置。聯(lián)軸器所連接的兩軸， 由于制造及

8、安裝誤差， 承載后的變形及溫度變化的影 響等，往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中， 而存在著某種程度的相對(duì)位移， 這就是說在設(shè) 計(jì)聯(lián)軸器時(shí)， 要從結(jié)構(gòu)上采取不同的措施， 使之具有適應(yīng)一定范圍的相對(duì)位移的 功能。根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無補(bǔ)償能力 （即能否再發(fā)生相對(duì)位移的情況下保持連 接的功能），聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。絕大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化， 所以我們一般只是選用補(bǔ)用設(shè)計(jì)。 根 據(jù)傳遞載荷的大小， 軸轉(zhuǎn)速的高低， 被連接兩部件的安裝精度等， 參考各類聯(lián)軸 器的特性，選擇一種合適的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮一下幾點(diǎn)：所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減震功能的要求。 例如，對(duì)大功率的

9、重載轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)?？蛇x用齒式聯(lián)軸器， 對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的 傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。 對(duì)于高速傳動(dòng)軸， 應(yīng)選用平衡 精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等等。兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中， 或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)， 應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。 例如當(dāng)徑 向位移較大時(shí)， 可選滑塊聯(lián)軸器， 角位移較大或相交兩軸的連接可選用萬向聯(lián)軸 器。(4)聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬原件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器 比較可靠， 需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器， 其性能易受

10、到潤(rùn)滑完善程度的影響， 且可能污染 環(huán)境。含橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度， 腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感， 而 且容易老化。(5) 聯(lián)軸器的制造，安裝，維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提下，因選用 拆裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且拆 裝方便，可用于低速，剛性大的傳動(dòng)軸。根據(jù)選擇要求和使用條件選用 GYH6 和 GY3 型聯(lián)軸器，它的尺寸及標(biāo)準(zhǔn) 如下所表 3 所示：表 4-3 聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)公稱扭矩(n.m)許用轉(zhuǎn)速 r/min軸孔直徑d(H7)軸孔長(zhǎng)度 L mmD(mm)GYH6900680048112140GY311295002252100表 4-4 續(xù)

11、聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)D1螺栓L0重量 kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( kg.m2 )80數(shù)量 6 直徑 M102247.590.01545數(shù)量 6 直徑 M81042.380.0025根據(jù)選擇要求和使用條件選用 GYH6和 GY3型聯(lián)軸器，如圖 4-2 ，圖 4-3 所示。圖 4-2 聯(lián)軸器 GYH6圖 4-3 聯(lián)軸器 GY34.1.4鍵的選擇鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面，鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵的連接特點(diǎn)，適用要求和工作條件來選擇， 鍵的尺寸則按照符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來選 取。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長(zhǎng)度 L。鍵的截面尺寸 b*h 按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn) 選取，鍵的長(zhǎng)度則是按照輪轂的長(zhǎng)度來定。 該機(jī)構(gòu)中所用到的鍵均

12、選擇圓頭普通 平鍵。其尺寸如下：鍵 6x6x25,GB/T 1096鍵 14x9x45， GB/T 1096鍵 8x7x36， GB/T 1096鍵的結(jié)構(gòu)圖，如圖 4-4 所示。圖 4-4 鍵的尺寸4.1.5軸承和軸承座的選擇前邊已經(jīng)敘述怎樣選擇軸承。 在該機(jī)構(gòu)中主要承受徑向載荷， 軸向載荷較小， 故采用深溝球軸承。 優(yōu)先選用 60000型軸承，成本低。均采用的軸承為： 6208 GB/T 276-1994。采用的軸承座為 ;SN208 GB/T 7813-1998軸承座和軸承的俯視圖，如圖 4-5 所示：圖 4-5 軸承座和軸承4.2 同步帶和編碼器的選擇設(shè)計(jì)4.2.1同步帶的設(shè)計(jì)選擇同步帶

13、是綜合了帶傳動(dòng)、 鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動(dòng) 帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)， 其強(qiáng)力層是由拉伸 強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小的纖維材料或金屬材料組成， 以使同步帶在傳動(dòng)過程中節(jié)線長(zhǎng)度 基本保持不變， 帶與帶輪之間在傳動(dòng)過程中投有滑動(dòng)， 從而保證主、 從動(dòng)輪間呈 無滑差的間步傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)， 如圖 4-6 所示，傳動(dòng)比準(zhǔn)確， 對(duì)軸作用力小， 結(jié)構(gòu)緊湊， 耐油， 耐磨性好，抗老化性能好， 一般使用溫度 -20 80，v<50m/s，P<300kw,i<10, 對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。圖 4-6 同步帶結(jié)構(gòu)圖同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：1. 輸出軸

14、功率估算P Tw 4.8 0.1 0.067 =7.16W(4-7)2、確定計(jì)算功率電動(dòng)機(jī)每天使用 24 小時(shí)左右，查表 4-1 得到工作情況系數(shù) K A =1.7 。則 計(jì)算功率為 :Pca K AP 7.16 1.7 12.17(4-8)3、小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算n v/r 0.1 0.067 60 8.96r /min(4-9)4、選定同步帶帶型和節(jié)距由同步帶選型圖可以看出， 由于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小， 所以 帶的型號(hào)可以任意選取，現(xiàn)在選取 H 型帶，節(jié)距 Pb 12.7mm5、選取主動(dòng)輪齒數(shù) z1查表 4 知道小帶輪最小齒數(shù)為 14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為 41z1Pb41 12.7 1

15、65.823.146 小帶輪節(jié)圓直徑確定(4-10)d17、大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定由于系統(tǒng)傳動(dòng)比為 1:1，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。 齒 數(shù) z2 29 ，節(jié)距 Pb 12.7mm8、帶速 v 的確定dnv60 10003.14 117.29 8.9660 10000.1m/s vmax(4-11)9、初定周間間距 根據(jù)公式0.7(d1 d2 ) a0 2(d1 d2)(4-12) 得232mm a0 663mm現(xiàn)在選取軸間間距為 600mm。10、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定L0=2a0 2( d1 d2)(4-13)2 600 3.14 (165.82 165.82) / 2=172

16、0.67mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算 有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即zm =2012、基本額定功率 P0 的計(jì)算P0(Ta mv2 )v1000查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量查表可以知道 Ta =2100.85N， m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為(4-14)P0 =(2100.85 0.448 0.12)0.1=0.21KW 0 100013、計(jì)算作用在軸上力 FrFr =1000Pdv(4-15)=71.6N同步帶的設(shè)計(jì)：在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表 6。帶的圖形，如 圖 4-7 所示表 6 同步帶尺寸型號(hào)節(jié)距齒形角齒根厚齒

17、高齒根圓角半徑齒頂圓半徑H12.7mm40mm6.12mm4.3mm1.02mm1.02mm圖 4-7 同步帶保證帶齒能順利地嚙入與嚙出。由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合 傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉， 并便于帶齒滑入或滑出輪齒 槽。輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形， 能獲得大的接觸面積， 提高帶齒的承載 能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)， 應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小， 磨擦損耗小， 并 保證與帶齒均勻接觸， 有較大的接觸面積， 使帶齒能承受更大的載荷。 加工工藝 性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員， 從而可提高生產(chǎn)率， 降低制造 成本。4、具有合理的齒形角同步帶輪用梯形齒

18、，其圖形如圖 4-8 。圖 4-8 同步帶輪結(jié)構(gòu)4.2.2 編碼器的選擇旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置， 光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換， 可將 輸出軸的角位移、 角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出 （ REP）。它 分為單路輸出和雙路輸出兩種。 技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) （幾十個(gè)到幾千個(gè)都 有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出 的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組 A/B 相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測(cè)量 轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號(hào)原理來分可分為：增量脈沖編碼器 :SPC 和絕對(duì)脈沖編碼 器 :APC。 兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位

19、置控制系統(tǒng)的檢測(cè)元件。 按照工作 原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。 增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的 電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖， 用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。 絕對(duì) 式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼， 因此它的示值只與測(cè)量的起始和 終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。 旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖， 通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置， 當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)， 依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶 來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼 器輸出脈沖過程中， 也不能有干擾而丟失脈沖， 不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì) 偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。旋轉(zhuǎn)編碼器外形圖片（標(biāo)準(zhǔn) GB86），如圖 4-9 所示。圖 4-9 旋轉(zhuǎn)編碼器4.3 導(dǎo)輥及收卷部分的設(shè)計(jì)4.3.1導(dǎo)輥部分的設(shè)計(jì)導(dǎo)輥在放卷機(jī)構(gòu)中起到過渡的作用， 帶材經(jīng)過張力機(jī)構(gòu)后其纏繞速度和張力 經(jīng)過變量控制后均發(fā)