金屬帶材卷取理論研究與卷取軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1、.金屬帶卷取理論研究及卷取軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 第一章簡介1.1 選題背景鋁箔具有優(yōu)良的特性，廣泛應(yīng)用于車輛、船舶、航空航天、建筑、房屋、包裝容器、電子電氣、機(jī)械制造、保溫材料、裝飾品及裝飾商標(biāo)等領(lǐng)域 1 。與發(fā)達(dá)國家相比，消費遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。根據(jù)本世紀(jì)初的統(tǒng)計，僅相當(dāng)于世界平均水平。其中，美國原鋁約為31kg/(人年)，日本28kg/(人年)，中國僅為9.1kg/(人年)；美國鋁消費量為28kg/(人年)，日本19.4kg/(人年)年)，中國僅為4.6kg/(人年)。因此，我國鋁加工行業(yè)的產(chǎn)能應(yīng)該有很大的發(fā)展空間，到2011年才有14.2千克所增加。隨著人們生活水平的提高，鋁箔消費也將有很大的提升空間和潛力

2、。由于市場的拉動，給中國鋁箔企業(yè)的發(fā)展帶來了良好的機(jī)遇 2-3 近年來，世界鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展迅速，從1940年的100萬噸增加到2005年的3100萬噸以上， 65年來鋁產(chǎn)量增長了31倍。 2005年，全球50個國家200多家電解鋁企業(yè)總產(chǎn)能達(dá)3636.18萬噸， 2000多家鋁加工企業(yè)總產(chǎn)能3700萬噸，全球帶材產(chǎn)量1702萬噸。 ，每年增長4 % 。壓制材料產(chǎn)量1106萬噸，年增長414% ，箔材產(chǎn)量290萬噸，年增長515% 4-5 。2010年全球鋁消費量同比增長14%至4070萬噸，產(chǎn)量同比增長10%至4120萬噸。在全球前十大原鋁消費國中，中國、美國和日本位居前三位。作為世界第二

3、大消費國，美國的消費量占世界總量的14%，整體呈下降趨勢，5年復(fù)合增長率為-1.1% 。中國和印度是原鋁消費增長最快的國家，復(fù)合增長率分別為21.6%和10.1%。原鋁產(chǎn)量的空前增長歸因于發(fā)展中地區(qū)和新興經(jīng)濟(jì)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的快速城市化6 。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長，鋁工業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展階段。 2009年鋁制品產(chǎn)量1650.3萬噸，比2008年增長15.6%。其中板帶材產(chǎn)量約500萬噸，箔材產(chǎn)量約170萬噸，產(chǎn)量型材約900萬噸 7 。據(jù)國際鋁協(xié)統(tǒng)計，2010年除中國外，世界原鋁產(chǎn)量為2429萬噸，同比增長3.8%。如果算上中國的產(chǎn)量，2010年全球

4、原鋁產(chǎn)量為4042萬噸，同比增長6.6%。從產(chǎn)能分布來看，美國、日本、歐洲和中國等西方發(fā)達(dá)國家是世界主要的鋁擠壓生產(chǎn)和消費地區(qū)。 2009年，全球約有9個國家和地區(qū)生產(chǎn)鋁型材，其中生產(chǎn)企業(yè)2000多家。作為鋁消費增長最快的國家，中國的產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的50%以上。排名第一。隨著全球經(jīng)濟(jì)增長和鋁型材加工應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，全球鋁型材加工產(chǎn)量從2001年的約869萬噸增加到2009年的約1550萬噸，年復(fù)合增長率約為7.5%。預(yù)計2012年全球鋁型材加工量將達(dá)到1669萬噸左右。從區(qū)域看，2001年至2009年，世界主要地區(qū)消費呈現(xiàn)不同趨勢。中國消費比重明顯上升，而北美和歐洲則呈現(xiàn)相對下降的趨勢。截至

5、2009年，中國消費量占全球消費量的47%，而日本、歐洲和北美分別僅占6%、21%和8%。中國已成為鋁型材加工的主要消費國 8 。經(jīng)過60多年的發(fā)展，我國鋁加工工業(yè)已成為全球最大的鋁生產(chǎn)和消費國，并發(fā)展成為國際市場上重要的鋁生產(chǎn)供應(yīng)基地。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，到2011年，我國鋁加工材產(chǎn)量已達(dá)2345萬噸。 2005年以來，鋁加工材料產(chǎn)量年復(fù)合增長率達(dá)到23.9%的高速增長，鋁帶的生產(chǎn)離不開卷取機(jī)。正是在這樣的背景下，各鋁加工企業(yè)需要能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量鋁帶的先進(jìn)卷取機(jī)。1.2 卷取機(jī)發(fā)展研究現(xiàn)狀鋁帶冷軋帶生產(chǎn)線，卷取機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備之一。在軋制過程中與主機(jī)或其他設(shè)備共同作用，實現(xiàn)穩(wěn)定軋制；用于

6、鋁帶卷成卷材，用于生產(chǎn)、運輸和儲存。在帶鋼熱軋機(jī)（ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3105684.htm t _blank 熱軋機(jī)）、冷軋機(jī)和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/404186.htm t _blank 線材軋機(jī)中，安裝在成品機(jī)架后；在單機(jī)架可逆冷帶鋼軋機(jī)中，它們安裝在軋機(jī)前后。此外，它還安裝在連續(xù) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/23281.htm t _bl

7、ank 酸洗機(jī)組、縱剪機(jī)組、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/57271.htm t _blank 退火機(jī)組、涂層機(jī)組等各種精整機(jī)組中。在現(xiàn)代高速鋁帶冷軋機(jī)中，卷取機(jī)的卷取軸通常采用封閉式四斜角楔形。卷取軸結(jié)構(gòu)。四斜楔形卷取軸結(jié)構(gòu)簡單，形狀對稱，動平衡性能好。 ，卷取速度可達(dá)1000m/min以上 9 。它廣泛用于連續(xù)或可逆軋制和精整裝置。按其用途可分為安裝在主軋機(jī)前后和各輔機(jī)內(nèi)兩種。具有工作量大、環(huán)境惡劣、故障率高的特點，不僅影響連軋的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且保證了后續(xù)酸洗和鍍鋅。隨著鋁帶生產(chǎn)向高生產(chǎn)率、高精度方向發(fā)展，卷材越

8、來越重，卷取力越來越大，軋制速度越來越高，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格。因此，對卷取設(shè)備提出了更高的要求。在國外，可以進(jìn)行機(jī)電液壓及自動化整體設(shè)計制造能力的企業(yè)很多。水平較高的公司有德國SMS-DEMAG 、日本石川島播磨（IHI）和三菱重工（MHI）等 10 。綜合來看，德國、日本幾家公司的卷取機(jī)夾送輥一次壽命一般為2 2.5個月，卷取鋼卷數(shù)量約為20000 25000卷，卷取重量600 75萬噸。該機(jī)一次使用可達(dá)到卷取100萬噸鋼卷的能力。新日鐵和日立公司新開發(fā)的液壓下卷取機(jī)是世界上第一臺具有良好卷取性能和可靠性的液壓下卷取機(jī)。采用減振架降低沖擊效果，前幾圈可立即收緊，然后通過收卷輥的彈跳

9、機(jī)構(gòu)消除前幾圈帶材表面的壓痕。目前，世界上最先進(jìn)的卷取機(jī)是卡魯塞爾卷取機(jī)。國外學(xué)者對卷取機(jī)的研究主要包括： （1）卷取溫度的研究。 研究卷取溫度對鋼材性能的影響。通過對卷取過程溫度模擬模型的分析，將卷取溫度作為整個軋制過程中的參數(shù)之一，研究了在一定卷取溫度下鋼的金相組織變化與卷取溫度。合金鋼等不同材料的機(jī)械性能和磁性能的影響，最終達(dá)到提高產(chǎn)品性能的目的。 卷取溫度控制研究。通過優(yōu)化冷卻水噴淋速度和噴淋方式的控制，達(dá)到盡快冷卻到卷取所需溫度的目的。 (2)鋼材在卷取過程中的變形機(jī)理研究。通過研究鋼在軋制和卷取整個過程中的顯微組織，最終達(dá)到提高鋼的力學(xué)性能的目的。例如，美國鋼鐵研究所和美國能源部聯(lián)

10、合開發(fā)了熱軋鋼生產(chǎn)線力學(xué)性能模型HSMM第6版。 0（The Hot Strip Mill Model） ，通過研究分析鋼在軋制和卷取全過程中的變形顯微組織、卷取溫度、卷取鋼的晶體粒度、鋼的力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度）可以進(jìn)行分析。強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率等）來預(yù)測。 HSMM已被部分鋼企采用 11-12 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前卷取機(jī)技術(shù)已達(dá)到較高水平。但受國情影響，與國外相比，我國發(fā)展了高速卷取、超薄帶卷卷取、卷取軸二次伸縮等新技術(shù)。技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。卷取機(jī)的設(shè)備質(zhì)量水平和卷取工藝的選擇直接影響熱軋生產(chǎn)線的產(chǎn)量和帶鋼的質(zhì)量。目前，我國大部分鋁企業(yè)的卷取設(shè)備都比較陳舊，造成軋制厚度小、卷取質(zhì)量差的缺點。

11、這與我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展格格不入，與對帶鋼質(zhì)量要求的日益提高格格不入。因此，必須改變國有冶金裝備落后的現(xiàn)狀，加快技術(shù)改造，推進(jìn)冶金裝備制造國產(chǎn)化進(jìn)程。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)形勢的不斷回暖，一些鋼鋁企業(yè)引進(jìn)和改造了大量的卷取機(jī)設(shè)備，縮短了我國在卷取機(jī)技術(shù)領(lǐng)域與國外的差距。我國部分采用國外公司最先進(jìn)的產(chǎn)品，但國外各大公司出于經(jīng)濟(jì)考慮，在設(shè)備上增加了重要的設(shè)計技術(shù)，在一定程度上阻礙了我國卷取機(jī)技術(shù)的發(fā)展。難以具備獨立設(shè)計能力。我國對卷取機(jī)的研究主要集中在： （1）卷取溫度控制的研究與仿真分析。近年來，人們的研究工作包括對帶鋼在輸出輥道上的傳熱機(jī)理的研究，以及建立帶鋼冷卻過程模型的溫度控制數(shù)學(xué)模型的開

12、發(fā)。在卷取控制領(lǐng)域，我國學(xué)者通過建立合理的仿真模型或控制算法，對卷取系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行了研究和分析。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和卷取參數(shù)的確定。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，一般是對卷取機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，卷取參數(shù)的確定主要用在兩個方面。一方面可以優(yōu)化原設(shè)備的卷取參數(shù)，從而提高卷取質(zhì)量，降低故障率；進(jìn)行改進(jìn)。卷取機(jī)的核心部件是卷取軸，卷取軸的設(shè)計基于卷取理論。盤繞理論的現(xiàn)狀卷取理論研究主要由千聯(lián)和日本學(xué)者進(jìn)行，也有德國、英國等一些國家的學(xué)者進(jìn)行。前聯(lián)和日本的許多學(xué)者對卷取軸的相關(guān)問題進(jìn)行了研究，因此提出了卷取軸設(shè)計中要考慮的卷取徑向壓力的各種計算公式。一些公式所做的假設(shè)忽略了一些重要因素，一些學(xué)者將這些因素考

13、慮在內(nèi)。例如，Hiroshi Suzuki、Jinichiro Araki 等在他們的文章中提到了條帶之間的摩擦因素。 Wadsley 和 Edwards 簡單地建立了一個數(shù)學(xué)模型來計算線圈截面的應(yīng)力分布。在國內(nèi)，重型機(jī)械廠機(jī)械科學(xué)研究所和重型機(jī)械研究所對卷取軸的壓力和強(qiáng)度進(jìn)行了一些測量和研究。趙提出了一種計算有色金屬加工用卷取機(jī)卷取軸徑向壓力的方法。趙式 13 。1980年代，國家對卷取的研究大多集中在卷取軸壓力的計算上，并借鑒和發(fā)展了一些國外的研究成果。將卷取軸單位壓力的計算作為彈性理論的平面問題求解，得到考慮卷材各向異性的卷取軸單位壓力計算公式。卷取機(jī)的理論計算方法之一對卷取機(jī)卷取軸的單

14、位壓力有了進(jìn)一步的認(rèn)識。其中，連家創(chuàng)教授等。進(jìn)行了卷取過程中卷取部分的三維應(yīng)力分布和卷取軸的單位壓力。深入研究。 1990年代以來，國外重點關(guān)注卷取力的控制和建模。在力控制方面，分別提出了卷取恒力控制新方法、卷取數(shù)學(xué)模型的建立與探討、卷取力的變參數(shù)控制、卷取過程中力曲線的設(shè)定等方法。我國等國外學(xué)者也對卷取過程中的力控制進(jìn)行了研究，提出了卷取過程中的最優(yōu)力曲線。 ;此外，卷取力工藝設(shè)置不當(dāng)，卷取軸設(shè)計不足，導(dǎo)致快速卷取不穩(wěn)定，造成卷取形狀不良等。這些文獻(xiàn)都沒有對帶鋼卷取過程中的帶鋼應(yīng)力分布及其對卷取力的影響和要求進(jìn)行任何研究 14-18 。目前一些徑向壓力計算公式及相關(guān)說明 19-28 (1)

15、行政長官。英格利斯公式該公式是根據(jù)厚壁圓柱體彈性力學(xué)平面軸對稱性的拉丁美洲公式推導(dǎo)出來的，可用于中、小型不脹縮卷取軸的徑向壓力計算。軍隊。其中： 條帶的單位力， ；線圈的外半徑， ；卷取軸的等效半徑， ；卷取軸的外半徑， ；(2) AB Trekiev 公式該公式同樣來源于厚壁圓柱體的彈性變形理論，但考慮了卷材的各向異性彈性體效應(yīng)，可用于計算弓形板結(jié)構(gòu)卷材軸的徑向壓力.式中：卷取力，N；, 條帶寬度和厚度, ;帶卷直徑和材質(zhì)綜合系數(shù)：其中卷取軸和帶材的彈性模量；, 卷取軸和帶材的泊松系數(shù)；, 卷取軸的等效半徑和外徑。當(dāng)碳帶盤繞時，然后， ，然后。當(dāng)卷徑較大時，卷取軸的徑向壓力是一個有限值，即：

16、然而，Trekyakov 公式在卷取有色金屬帶材和卷取帶材之間沒有區(qū)別；同樣，卷取冷鋼帶和卷取熱鋼帶也沒有區(qū)別。只適用于冷軋帶鋼。(3)周國英公式該公式是將線圈視為由多層連續(xù)帶環(huán)組成的彈性圓柱體，并考慮線圈層間的摩擦力，從而推導(dǎo)出卷取軸徑向壓力的計算公式：式中： 單位卷取力， ，為卷取力，為寬度，為帶鋼厚度；, 卷材的彈性模量和泊松比；- 線圈的最大外半徑；, 卷取軸材料的彈性模量和泊松比；, 分別為卷取軸的外半徑和等效半徑；- 鋼帶層之間的摩擦系數(shù)，用于卷取冷鋼帶， ，用于卷取熱鋼帶， 。關(guān)于卷取軸當(dāng)量半徑的確定：如果是弧形塊式卷取軸，建議取弧形塊最薄弱部分的半徑作為卷取軸的當(dāng)量半徑；對于四

17、角錐型卷取軸的等效半徑，可等效為彈性變形 條件得到：其值為： ，其中： ，其中為橫截面邊長平均值的一半金字塔軸。扇形塊卷取軸和四棱錐卷取軸不是厚壁圓柱體，但在計算卷取軸的徑向壓力時，卷取軸被認(rèn)為是彈性厚壁圓柱體。以收線軸為外半徑，其半徑為收線軸的等效半徑。不同的值，對應(yīng)的徑向壓力也不同。事實上，卷取軸的徑向壓力有一定的最大限值。迄今為止，已根據(jù)一些推薦值選擇了大多數(shù)等效半徑，用于扇形塊卷軸和四角錐體卷軸。還需要指出的是，在計算卷軸的徑向壓力時，同時取扇形塊和四角錐卷軸。顯然，這是不合適的。計算表明，等效半徑的計算結(jié)果相差很大，甚至有兩倍左右，說明在實際計算中，只給出了周圍的值，沒有給出確定的值

18、。 .可見，等效半徑值的選擇要注意。(4)連家創(chuàng)方這個公式是從帶卷徑向壓力微分方程和帶鋼卷取的邊界條件推導(dǎo)出來的。其中， _由上式可知，在的情況下，此時，達(dá)到了極限值，即此時卷取軸的單位壓力一般可以按最大值計算，大大簡化了計算。式中： 單位卷取力， ，為卷取力，為寬度，為帶鋼厚度；線圈直徑與外半徑之比， ，為線圈最大外半徑，為線圈軸的外半徑；帶材的彈性模量與卷材的徑向壓縮系數(shù)之比， ；, 為卷取軸的泊松比和彈性模量；, 為線圈的泊松比和彈性模量；- 卷取軸的直徑與外徑之比， 。(5)根據(jù)“支撐筒”的屈曲情況，可列出下列方程：其中： 卷取帶鋼力；, 帶材寬度和厚度；-任意i層卷材半徑（卷取軸外半

19、徑與帶鋼最大外半徑之和的一半） ；-支撐圓柱體的假想外半徑或假想線圈半徑；-卷取軸的等效半徑（一般以扇形板最薄處的半徑作為等效半徑） ；-收線軸的外半徑或假想的支撐圓柱的半徑；, 帶材的彈性模量和泊松比；, 卷取軸的泊松比和彈性模量；-條帶間的緊密系數(shù)（一般為0.95 ） ； _ _- 收緊軸剛度。得到該值后，可根據(jù)下式得到卷取機(jī)卷取軸表面的單位徑向壓力：公式： t條帶的單位力。(6) BH梁博采夫徑向壓力計算公式：在哪里：, 卷取軸和帶材的彈性模量；, 卷取軸與卷材的泊松比；, 帶鋼卷取力和帶鋼厚度；, 帶材寬度和卷材半徑；, 收線軸半徑和外半徑。以這種方式計算的力遠(yuǎn)大于實驗結(jié)果。(7)級數(shù)

20、和總和的徑向壓力公式：卷取帶鋼受卷取軸徑向位移的影響，產(chǎn)生層間摩擦，限制了卷取軸徑向壓力的增加。是卷取軸的剛度系數(shù)。其中： , 分別為線圈和卷取軸的半徑；, - 分別是卷取的單位力和卷材之間的摩擦系數(shù)。(8)趙徑向壓力公式線圈被看成是一個密度可變的多層環(huán)面，線圈密度決定了力和變形之間的關(guān)系。當(dāng)時當(dāng)時當(dāng)時其中： , 單位力, , 其中為密封系數(shù)。用于鋼帶；用于有色金屬該算法的實際應(yīng)用非常有限，因為必須知道各種材料的密實度系數(shù) C 的實驗數(shù)據(jù)。當(dāng)C值不同時，對結(jié)果的影響很大。1.4 論文的主要工作和意義本文首先分析了國外鋁材的發(fā)展和卷取機(jī)的發(fā)展，以了解卷取機(jī)在軋鋼行業(yè)的重要地位，然后分析了目前卷取

21、鋼帶卷取軸徑向壓力的研究現(xiàn)狀。卷取軸是卷取機(jī)的重要組成部分。然后，508mm對鋁帶卷取時的卷取理論和卷取軸的直徑進(jìn)行了一系列研究：(1)分析了卷軸結(jié)構(gòu)的參數(shù)。研究了確定卷取軸直徑、卷取軸長度和卷筒角度的方法和理論。(2)徑向壓力研究。根據(jù)彈性、數(shù)學(xué)序列和微積分等知識，研究了卷取軸卷取鋁帶時卷取軸的徑向壓力，為今后卷取軸的研究和設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。(3) 計算蝶形彈簧的恢復(fù)力。蝶形彈簧是發(fā)條軸的重要組成部分。上弦卸載時，蝶形彈簧的恢復(fù)力使上弦軸收縮。根據(jù)其大小和數(shù)量計算恢復(fù)力，并將結(jié)果作為下一次仿真所需的參數(shù)。(4)對卷取軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用三維軟件UG建立卷取軸的三維模型。(5)對卷取軸的各

22、部位進(jìn)行受力分析，并對其進(jìn)行簡化得到三維仿真模型，然后利用adams軟件對卷取軸進(jìn)行仿真，確定伸縮缸的參數(shù)。(6)由于卷取軸工作在高強(qiáng)度環(huán)境中，需要對卷取軸進(jìn)行強(qiáng)度分析。根據(jù)有限元理論，利用大型通用軟件ANSYS對扇形板、楔塊和線軸進(jìn)行有限元分析，為卷取軸的設(shè)計或結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。卷取軸。卷徑變化與卷取軸徑向壓力的計算公式一直是困擾卷取機(jī)卷取軸設(shè)計的主要問題。目前卷取軸的設(shè)計主要是靠經(jīng)驗和類比，所以會有一些不合理的地方，一個卷取軸的成本在幾十萬到幾百萬之間，造成很大的浪費。如果能準(zhǔn)確推導(dǎo)出卷徑變化與卷取軸徑向壓力之間的計算公式，推導(dǎo)出其他機(jī)構(gòu)選擇的相關(guān)參數(shù)，用于指導(dǎo)卷取軸的設(shè)計，使卷軸結(jié)構(gòu)

23、經(jīng)濟(jì)適用，則該公式將具有理論和實踐意義。.第二章卷取軸主要參數(shù)的理論研究與計算2.1卷取軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定設(shè)計收線軸，首先要了解收線軸的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)。本節(jié)設(shè)計確定卷取軸直徑、卷取軸筒體長度、卷取軸主要部件斜角等參數(shù)。2.1.1卷軸直徑的測定對于冷軋帶鋼卷取機(jī)，卷取軸直徑的選擇一般根據(jù)層帶在卷取過程中不產(chǎn)生塑性變形的設(shè)計原則。對于熱軋帶鋼卷取機(jī)，在帶鋼的前幾圈需要一定程度的塑性變形，以獲得整齊、致密的卷材。卷取軸外徑的確定與帶鋼厚度、寬度、材質(zhì)、卷材重量、卷取軸本身結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度要求等五個因素有關(guān)。卷取軸直徑的選擇一般應(yīng)考慮卷取軸上卷取的彈塑性彎曲程度、卷取軸的強(qiáng)度和卷取的塌陷情況。塌陷是指收線

24、軸從線圈中取出后，幾層線圈沿徑向塌陷。卷取軸直徑過大時，放卷后易塌卷。卷軸直徑過小時，卷軸強(qiáng)度不夠。在實際設(shè)計中，在滿足卷取軸強(qiáng)度的條件下，卷取軸的直徑往往選擇盡可能小。這對防止倒塌非常有利28 。從彈塑性理論可以推導(dǎo)出：收線軸外徑： (mm)(毫米) (2-1)其中： ; 卷取溫度下軋材的屈服極限的D不宜過大或過小，應(yīng)綜合考慮卷取工藝和材料強(qiáng)度。實際生產(chǎn)中使用的卷取軸的直徑往往小于上式（2-1）計算的值，即卷取幾圈是否有塑性變形都可以開卷時拉直。如果卷取的帶材厚度很大，則使用可更換的卷取軸或套筒式卷取軸，并根據(jù)帶材的厚度和工藝要求更換卷取軸。經(jīng)驗公式也可用，例如：（卷取帶材時）（卷取有色金屬

25、時）式中帶鋼的最大卷取厚度以國外對應(yīng)的卷取軸直徑類推，卷取軸的直徑為：D= 508mm。2.1.2卷取軸長度的測定在中小型軋機(jī)中，帶鋼的寬度比料筒窄很多，卷取軸的長度比較豐富。足夠的長度有利于合理安排伸縮機(jī)構(gòu)或下降部件的接觸應(yīng)力。機(jī)筒長度一般大于或等于輥筒長度。本文取卷取軸的長度1850mm。2.1.3支柱斜角的確定從卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)可以看出，卷取軸的伸縮是由液壓缸驅(qū)動的心軸和與扇形板相配合的滑柱完成的。為使收卷軸正常工作，卷筒斜角的選擇非常重要。從脹縮量的角度來看，所需的角度太大，但如果太大，會導(dǎo)致閥芯在加載時滑回。角度的大小應(yīng)接近并略大于斜面的摩擦角 29 。當(dāng)斜面角小于滑動摩擦面的摩擦角時，

26、無論卷取軸承受多大的徑向壓力，閥芯和芯軸都不會相對滑動。整體剛性增加。隨著線圈徑向壓力的增加，不可能產(chǎn)生少量的強(qiáng)制縮徑（這種縮徑大大減少了徑向壓力向筒體表面的傳遞），導(dǎo)致線圈對氣缸的損耗卷繞軸。壓力急劇增加，使伸縮機(jī)構(gòu)負(fù)荷過重，應(yīng)力過高。當(dāng)時，卷取軸的徑向壓力大于卷筒表面的摩擦力和軸向伸縮液壓缸的推力，楔塊產(chǎn)生相對運動，所以卷取機(jī)的卷取軸將在卷取過程中收縮 30 。目前設(shè)計的卷軸都是的“縮徑卷軸”。在卷取過程中，卷取軸壓力達(dá)到一定值后，卷取軸開始收縮。這時，卷取軸的壓力會下降。隨著卷取工作的繼續(xù)，徑向壓力將不斷增加。增加到一定值后，卷取軸又會收縮。一般在整個卷取過程中，卷取軸需要進(jìn)行3 4次收

27、縮。在選擇斜角時，可以認(rèn)為閥芯表面是半潤滑的光滑表面。如果更合適的話，這個角度是可取的，對于輕載卷取軸可以擴(kuò)大到 29 。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，線圈最好在軸上取線軸。2.2 卷取機(jī)卷取軸徑向壓力研究卷取機(jī)卷取軸徑向壓力的計算公式很多，這與卷取機(jī)卷取軸的種類和重點有關(guān)。有的側(cè)重于理論推導(dǎo)，有的側(cè)重于應(yīng)用研究。而且，這些公式通常都有一定的假設(shè)，所以在相應(yīng)的卷取軸設(shè)計計算中都會用到這些公式。卷取軸的主要參數(shù)是直徑、徑向壓力和伸縮筒的平衡力，其中卷取軸的徑向壓力是一個非常重要的參數(shù)。其計算結(jié)果與卷取鋁卷的直徑有關(guān)，也影響鋁卷的卷取質(zhì)量。此外，在零件的強(qiáng)度校核和液壓脹縮缸平衡力的計算中，需要知道卷取軸的徑向

28、壓力。一般認(rèn)為，卷取機(jī)卷取軸的徑向壓力與實際工況下的卷取力和卷取直徑，以及卷取卷取軸的徑向剛度（包括卷取層間的變形效應(yīng)）有關(guān)。線圈）。和卷軸的伸縮性能）、線圈層間的介質(zhì)和表面狀態(tài)、層間的滑動和摩擦以及線圈的寬度等因素都與 31 等因素有關(guān)。由于這些問題在理論分析和實驗研究上都存在很大的困難，雖然國外許多學(xué)者多年來做了大量的研究工作，但仍然無法準(zhǔn)確計算出卷取軸的徑向壓力。對扇形板卷取軸的結(jié)構(gòu)分析可知，脹縮缸的推力和大小對卷取軸的正常運轉(zhuǎn)起關(guān)鍵作用。為了計算伸縮缸的推力和尺寸，首先要計算帶材在收緊軸表面的徑向壓力。 _ _ _ _ _2.2.1根據(jù)迭代法確定徑向壓力鋁卷和卷取軸被視為厚壁彈性圓柱體

29、。在力的作用下，每層鋁卷都受到均勻的徑向壓力P i ?？紤]到鋁卷的收縮率和外徑在壓合壓力的作用下產(chǎn)生的變形量，從而降低鋁帶的卷取力。計算公式來源于卷軸壓力是各層線圈對卷軸的徑向壓力增量之和。(1) 公式的推導(dǎo)1）力消失的計算。成卷帶鋼的原始單位力為，由于外環(huán)的壓力，環(huán)被壓縮變形，從而導(dǎo)致帶鋼力的消失。圖2.1 卷取軸端面受力圖條帶間的摩擦力會減小層間的條帶力，可得到力平衡方程：, - 是線圈被壓縮后第i層的實際力和線圈最初施加的力； 線圈消失的力量，- 線圈力消失系數(shù)；- 第 i 層施加的總徑向壓力和上面的層數(shù)；- 分別是帶材的厚度和線圈第 i 層的半徑。然后有：( 2-2 )2)計算單元體的

30、受力。以線圈微元為研究對象，受力如圖2.2和圖2.3所示。圖 2.2 最外層單元體受力圖 圖 2.3 第 i 層單元體受力圖減小直徑時，線圈的最外層只與下一層產(chǎn)生摩擦，而部分線圈層的上下兩層都產(chǎn)生摩擦?；诖怂悸罚蓤D 2.2、圖 2.3 和公式（2-2） 單位寬度單元體受力平衡條件可得：最外層（第n層）第 n-1 層第 i 層（中間一層）由于它很小， ，可以從上面的公式中求解：第一項是，總稱是（2-3）根據(jù)序列的知識，可以從公式（2-3）得到：(2-4)卷取軸的徑向壓力由公式（2-4）求得：(2-5)那時，因為，上式可以簡化為(2-6)式中卷取軸的半徑和卷取的半徑。(2)系數(shù)的確定系數(shù)值與線

31、圈的種類、摩擦系數(shù)等因素有關(guān)，與線圈的直徑成反比，與線圈之間的摩擦系數(shù)成正比。五卷鋁帶卷取軸的實際生產(chǎn)使用情況如下：例（1）卷取軸直徑，鋁帶1mm厚度505mm和寬度1600mm，最大卷徑 ，1800mm卷取力2噸；卷取軸錐角為14 ，液壓系統(tǒng)壓力為6.3 MPa ，實際油缸直徑為250mm，摩擦系數(shù)為0.15 ，油缸效率為90% 。從以上參數(shù)可以得出：氣缸推力式中液壓缸系統(tǒng)壓力；- 液壓缸的缸徑；- 氣缸工作效率。參考文獻(xiàn) 32 中油缸與徑向壓力的關(guān)系公式，可得其中帶材寬度；- 金字塔角（斜角）；- 摩擦系數(shù)。線圈單元力將上述計算值代入( 2 - 6 ) 即可求解其他三個卷取軸的實際使用情況

32、如下：直徑和對應(yīng)的最大卷取直徑分別為200mm和 1000mm； 300和1500 ； 由例（1）中的計算公式可知， （ 2-7 ）由于這三個卷取軸的參數(shù)與例（1）不同，只有卷取軸的直徑和最大卷取直徑與公式（2-7）無關(guān)。示例（1）是相同的，即。(3)卷取軸直徑，鋁帶2mm厚度508mm和寬度1700mm，最大卷徑 1920mm，卷取力2噸；卷取軸錐角為15 ，液壓系統(tǒng)壓力為10MPa ，實際油缸直徑為0.15，250mm摩擦系數(shù)為0.15 。氣缸效率為90% 由(2-7)的計算公式可以推導(dǎo)出根據(jù)以上生產(chǎn)的5個卷取軸的經(jīng)驗，卷取軸在卷取鋁帶時，是可取的；實際生產(chǎn)中使用的四卷鋼帶的卷取軸如下：(

33、1)卷取軸直徑 508mm，1430mm鋼帶厚度和寬度1.5mm，最大卷取直徑2100mm，卷取力10.51t，卷取軸錐角14 ，液壓系統(tǒng)壓力13.7 MPa ，實際氣缸直徑為355mm由(2-7)的計算公式可以推導(dǎo)出(2)卷取軸直徑 508mm，1150mm鋼帶厚度和寬度5mm，最大卷取直徑1850mm，卷取力5.75t，卷取軸錐角10 ，液壓系統(tǒng)壓力13.7 MPa ，實際氣缸直徑為140mm由上述參數(shù)和公式（2-7）可以推斷出(3)卷取軸直徑 610mm，1570mm鋼帶厚度和寬度2.5mm，最大卷取直徑1900mm，卷取力13t，卷取軸錐角14 ，液壓系統(tǒng)壓力13.7MPa ，實際氣缸

34、直徑為355mm0.1由上述參數(shù)和公式（2-7）可以推斷出(4)卷取軸直徑，610mm鋼帶3mm厚度和寬度1630mm，最大卷取直徑 2100mm，卷取力10t，卷取軸錐角16 ，液壓系統(tǒng)壓力14MPa ，實際氣缸直徑為348mm0.15由上述參數(shù)和公式（2-7）可以推斷出從以上生產(chǎn)鋼帶的經(jīng)驗來看，是可取的。2.2.2基于支撐筒思想的徑向壓力計算將線圈視為多層彈性圓柱體，考慮層間摩擦的影響，考慮到當(dāng)線圈厚度達(dá)到臨界值時，卷取軸上的壓力不會增加，成為“支撐圓柱體”將在線圈部分產(chǎn)生。 ，從而計算出卷取機(jī)卷取軸應(yīng)承受的徑向壓力。該計算方法摒棄了卷取線圈時所有線圈層對卷取軸產(chǎn)生徑向壓力的傳統(tǒng)思想，提出

35、僅將構(gòu)成“支撐鼓”的線圈層對卷取軸產(chǎn)生的壓力作為線圈.承受軸承 33 上的徑向壓力。(1) 卷取軸變形計算帶鋼的彈性模量與卷取軸的彈性模量相同，是各向同性的。在恒定力和各層無滑動條件下，卷取軸的徑向壓力分析是彈性力學(xué)的平面軸對稱問題。極坐標(biāo)中的應(yīng)力函數(shù)表示的應(yīng)力分量是不考慮物理力的平衡微分方程的解，總結(jié)如下 34 ：(2-8)極坐標(biāo)系下的相容方程為(2-9)其中, 分別為徑向法向應(yīng)力和環(huán)向法向應(yīng)力, 分別是剪應(yīng)力和應(yīng)力函數(shù)在平面問題中，當(dāng)彈性體的形狀和它所承受的外力都與軸對稱且與論證無關(guān)時，這類問題稱為軸對稱平面問題。顯然，由于對稱性，其應(yīng)力函數(shù)只是徑向坐標(biāo)的函數(shù)。若不考慮體力，則由式(2-9

36、)可得到應(yīng)力函數(shù)滿足的方程，由此可得到應(yīng)力函數(shù)的通解相應(yīng)的應(yīng)力分量為： EQ EQ (2-10)將方程（2-10）代入物理方程，再對幾何方程積分，同時求解相應(yīng)的位移。對于平面應(yīng)力，結(jié)果為35 ：(2-11)式中， 分別為徑向位移和周向位移；, - 分別是泊松比和彈性模量。其中，系數(shù)和兩項為剛體位移，計算時應(yīng)省略。表示由圍繞軸（中心）旋轉(zhuǎn)的角度產(chǎn)生的位移。對于封閉的軸對稱物體，如果外力和幾何約束都是軸對稱的，則，因此， 。此時(2-12)設(shè)等厚環(huán)的半徑為 ，外徑為，并承受均勻的壓力和外部壓力，如圖2.4所示。求解, ,需要邊界條件，代入式（2-12）可得：(2-13)圖 2.4 受均勻壓力的厚壁

37、圓筒外徑外表面的徑向彈性位移（時間）為：(2-14)式中卷取軸的等效半徑。(2) 支撐筒半徑的計算筆者認(rèn)為，當(dāng)?shù)谝粚有纬芍瓮矔r，比第一層大的各層對卷繞軸的徑向壓力幾乎為零，可以忽略不計。當(dāng)?shù)?i 層形成支撐圓柱體時，第 i+1 層形成的徑向壓力使支撐圓柱體的變形為零，即.然后有：簡化(2-15)其中- 線圈的泊松比和彈性模量- 分別是卷軸上的徑向壓力和第 i 層上的徑向壓力。從文獻(xiàn) 28 知道，如果我們接受它，我們有(2-16)- 帶卷之間的摩擦系數(shù)。冷卷取0.35 ；熱軋帶鋼取0.35。將公式（2-16）代入公式（2-15），得到支撐圓柱成型時的半徑關(guān)系(2-17) (3) 線圈徑向壓力的

38、計算帶狀線圈可視為外半徑為1 、半徑為1的彈性支撐圓柱體，承受外壓和壓力。由此，可以得到帶狀線圈表面的徑向彈性位移為(2-18)從接觸條件可知，線圈表面的位移等于卷軸外表面的位移，即由式（2-14）和（2-18）可知解決方案必須訂購，那么上式簡化為（2-19）將(2-16)代入(2-19)，得到卷取軸徑向單位壓力的計算公式那個時候是可以的2.2.3根據(jù)微積分法計算徑向壓力對卷曲微元進(jìn)行受力分析，得到微分方程。線圈的徑向彈性模量在數(shù)學(xué)上被視為變量。根據(jù)卷取力，得到邊界條件，列出平衡方程，得到卷取機(jī)卷取軸徑向壓力的計算公式。(1) 線圈截面的變形連續(xù)性方程和徑向壓力平衡微分方程如下18 ：(2-2

39、0)式中線圈的矢量直徑與泊松比；第i個線圈的實際力和徑向壓力；帶材的彈性模量與卷材的徑向壓縮系數(shù)之比， ；稱為卷材徑向壓縮系數(shù)，它與帶鋼厚度、表面粗糙度等因素有關(guān)。(2)等厚環(huán)的半磅為，外半徑為，承受均勻壓力和外壓。由軸對稱平面問題可知，厚壁圓柱體的切向應(yīng)力為34(2-21)由于線圈只被壓縮，切向應(yīng)力可以從 (2-21) 獲得(2-22)式中線圈外徑和卷取軸外徑；- 卷取軸上的徑向壓力。將 (2-22) 代入 (2-20) 得到(2-23)是一個二階非齊次線性方程，所以讓解決方案必須因此（2-24）平衡方程由參考文獻(xiàn)17可知： (2-25)將 (2-24) 代入 (2-25) 得到邊界條件：

40、(1) 最外層線圈的卷取單位力為，則(2-26)- 卷取的單位力,是卷取力，是寬度，是帶材的厚度。邊界條件：（2）線圈外表面的徑向壓力為零，則有(2-27)聯(lián)立方程（2-26）和（2-27）可以求解由式（2-24）可知，此時作用在卷取軸上的單位壓力為(2-28)將上述總和代入(2-28)得到徑向壓力求解為：在2.3 蝶形彈簧設(shè)計計算蝶形彈簧是由帶狀、帶狀或帶狀鍛造毛坯加工而成的盤形彈簧，簡稱碟形彈簧。它具有三大特點 36 ：（1）剛性高，減震能力強(qiáng)，能承受大載荷，變形小。 （2）它具有可變剛度的特性，并且可以通過正確選擇壓縮過程中變形量和蝴蝶彈簧的厚度的比率來獲得不同的特征曲線。特性曲線可以是

41、線性的、增加的、減少的或其組合。 (3)相同的蝶形彈簧采用不同的組合，得到的彈簧特性也大面積不同。可以使用對合、疊加和復(fù)合的組合。為了獲得具有特殊特性的曲線，組合碟簧也可以由不同厚度的碟簧組成，也可以由尺寸相同但每組片數(shù)逐漸增加的碟簧組成。蝶形彈簧常用于壓力機(jī)、大炮、飛機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品中，作為減震和強(qiáng)緩沖的彈簧。但是，即使在制造過程中蝶形彈簧的高度和板厚有微小的誤差，它的特性也會有很大的偏差。因此，這種彈簧需要較高的制造精度，以保證載荷偏差在內(nèi)容范圍內(nèi)。與其他彈簧相比，這是它的缺點。蝶形彈簧是承受軸向載荷的碟形彈簧。分為無支撐面和有支撐面兩種。它們可以單獨使用，也可以組合或組合成一組碟形彈簧。了解

42、靜態(tài)或可變負(fù)載。(a) 無支承面 (b) 有支承面圖2.5計算應(yīng)力的單個彈簧的橫截面位置圖2.6蝶形蝶形彈簧單片式蝶形彈簧的計算公式：(2-29)當(dāng)?shù)螐椈勺兤綍r，上式簡化為其中單個彈簧的載荷，N；彈簧厚度，mm；蝶形彈簧外徑，mm；單片蝶形彈簧的變形量，mm；蝶形彈簧受壓時的變形計算值，mm；彈性模量，MPa；-泊松比。其中，計算系數(shù)也可根據(jù)下表2.1得到表 2.1值列表1.901.921.941.961.982.002.022.040.6720.6770.6820.6860.6900.6940.6980.702對于帶有支承面的彈簧，計算系數(shù)其中，對于無支撐的表面彈簧。卷軸上蝶形彈簧的作用主

43、要是在卸卷時。當(dāng)液壓缸卸壓時，卷軸的扇形板在蝶形彈簧的恢復(fù)力作用下縮回，從而卸卷。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，我在扇形板上選擇的蝶形彈簧參數(shù)為： , , , ;鉗口處選擇的蝶形彈簧參數(shù)為： , , , .在使用單片蝶形彈簧時，由于變形量和載荷值往往不能滿足要求，因此往往將幾種蝶形彈簧組合成不同的類型，以滿足不同的使用要求。根據(jù)卷軸中蝶形彈簧的作用，本次設(shè)計的卷軸中，采用的組合形式為逆向組合。計算公式為：(2-30)其中，, ,是組合碟形彈簧的載荷、變形和自由高度根據(jù)以上參數(shù)，可通過公式（2-29）得到；表 2.2 蝶形彈簧的參數(shù)值系列/毫米/毫米/毫米/毫米/毫米/毫米/N5628.521.63.67843

44、00二4522.41.751.33.051182951系列扇形板選用的蝶形彈簧參數(shù)；系列鉗口處選用蝶形彈簧的參數(shù)。2.4 本章小結(jié)本章的主要目的是對卷取軸的主要參數(shù)進(jìn)行理論研究。 (1) 介紹了卷取軸直徑、料筒長度、卷筒斜角的選擇依據(jù)，并確定了各參數(shù)的取值。 (2)對卷取軸的徑向壓力進(jìn)行了一系列研究。采用迭代法、支撐筒思想和微積分法對徑向壓力進(jìn)行了研究，為今后卷取軸的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 (3)對卷軸結(jié)構(gòu)的碟形彈簧進(jìn)行了研究。確定蝶形彈簧的尺寸和數(shù)量，根據(jù)其設(shè)計計算公式計算其回復(fù)力，為后面的仿真分析中的受力做理論準(zhǔn)備。.第 3 章 線圈軸的結(jié)構(gòu)分析和 3D 建模3.1 卷取機(jī)卷取工序帶鋼頭離開

45、精軋機(jī)，卷取機(jī)準(zhǔn)備好運行。這時，上力輥被壓下，助卷輥圍繞著卷軸。在各自的輥隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制下，力輥和輔助輥在上下力輥之間、輔助輥和卷取軸之間保持適合帶鋼厚度的輥隙。當(dāng)帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)時，強(qiáng)制輥的前導(dǎo)板被正確引導(dǎo)。在導(dǎo)板裝置的幫助下，在施力輥與卷取軸之間形成一條封閉的路徑，使帶材能夠順利地纏繞在卷取軸上。工作條件下軋機(jī)與卷取機(jī)的速度關(guān)系如圖3.1所示。在準(zhǔn)備狀態(tài)下，帶鋼的速度不宜過高，否則不利于帶鋼咬入力輥，也不利于收卷軸。輥道的速度高于軋件的速度（即立軋機(jī)的速度） ，從而防止了帶鋼的堆積。力輥的速度高于軋件的速度，便于軋件的咬合。收卷軸輔助輥的轉(zhuǎn)速高于強(qiáng)制輥，有利于帶卷上的收卷軸。在正常卷取過程

46、中，力由卷取軸和機(jī)車車輛之間的速度差來維持。卷取機(jī)應(yīng)具有足夠的加速能力，以盡快達(dá)到最大速度，以最大限度地提高生產(chǎn)能力。收卷時，力輥的速度低于收線軸的速度，以保持收卷力。降低輥道速度可以增加帶鋼的阻力，防止帶鋼尾部跳動。收卷時應(yīng)采用較低的卷取速度，以免帶尾離開軋機(jī)后劇烈擺動，造成事故。圖3.1 1700熱軋帶鋼卷取速度系統(tǒng)圖就緒狀態(tài)； 正常卷取狀態(tài)； 卷繞狀態(tài)； 第一加速度； 二次加速度； 精軋機(jī)； 輸出輥道； 力輥； 卷取軸； ; - 磁帶頭； - 磁帶頭卷軸； - 帶尾方法； - 帶尾； - 帶尾方法； - 膠帶尾部總結(jié)卷取生產(chǎn)經(jīng)驗，卷取工藝對卷取設(shè)備性能的要求可歸納為以下幾個方面：咬合和卷

47、取速度高；可處理大噸位帶卷，提高帶鋼生產(chǎn)率；可卷制較大厚度的帶材，特別是厚帶材和合金帶材，以擴(kuò)大品種；具有強(qiáng)大的調(diào)速能力，實現(xiàn)穩(wěn)定的力和穩(wěn)定的卷取過程；可以生產(chǎn)更大的可以在較低的溫度下卷取，以提高帶鋼的質(zhì)量和機(jī)械性能（這要求卷取機(jī)本身具有更好的強(qiáng)度和剛度） ；卷帶邊緣整齊，便于儲存和運輸；高速卷取時，卷取軸具有良好的動平衡性能；卷取軸可伸縮，便于卸料作業(yè)。此外，卷取機(jī)還應(yīng)具有能適應(yīng)高溫環(huán)境、結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便等特點。3.2收卷軸的結(jié)構(gòu)卷取機(jī)本體由卷取軸、實心芯軸、伸縮油缸及回轉(zhuǎn)接頭、減速箱、活動支架和放卷裝置等組成。卷取軸是卷取機(jī)的核心部分，直接影響卷取。收線機(jī)的工作狀況和帶鋼的卷取

48、質(zhì)量。為此，要求卷取軸具有冷卻和潤滑系統(tǒng)。為了能夠在大帶鋼壓力的作用下減徑和卸卷，需要有足夠的強(qiáng)度和剛度。這些都決定了卷取軸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。此外，在受力較大的情況下，為改善卷取軸的受力狀態(tài)，懸臂端應(yīng)設(shè)置活動支撐。卷取軸一般有以下結(jié)構(gòu)形式：實心卷取軸式、鏈板式、弧形塊徑向液壓顎式封閉式、扇形塊四角錐型和擴(kuò)錐型、扇形塊八角錐等?，F(xiàn)階段，冷軋機(jī)主要有兩種應(yīng)用，擴(kuò)錐型和四角錐型 37 。(1)實心卷取軸式：結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度和剛度高，無夾爪。缺點：不易卸卷，軋制力過大造成塑性變形。近年來，已被可控伸縮卷軸所取代，轉(zhuǎn)盤雙卷軸結(jié)構(gòu)也常被采用。(2)鏈板式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛性差，制造難度大。(3)弧形塊徑向液壓顎式

49、封閉式：弧形塊卷取機(jī)主要用于寬帶鋼精軋線的卷取。卷取軸的伸縮方式有凸輪式、軸向圓柱楔形伸縮式和徑向圓柱式。凸輪式和軸向圓柱楔形脹縮式目前基本不再使用，而徑向圓柱式由于結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠，在國外新設(shè)計的精整卷取機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，使用條件好。弓形塊繞線軸結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，由主軸和弓形塊組成。圖 3.2 所示的卷取軸也可以使用450和610兩種直徑，并且可以快速更換。卷取軸結(jié)構(gòu)緊湊，實際使用效果好。弓形塊卷取軸的主要缺點是卷取軸的非對稱結(jié)構(gòu)，高速卷取時動平衡性能差，卷取軸圓柱度差引起的力波動。徑向柱塞密封設(shè)計和加工精度要求高，容易漏油，影響帶鋼表面質(zhì)量。圖3.2 徑向活塞弓形塊繞軸結(jié)構(gòu)圖1平衡缸；

50、 2卷取軸； 3腺體； 4夾緊接頭； 5增壓缸； 6脹縮缸； 7旋轉(zhuǎn)接頭(4)扇形塊八角封閉式：近年來，冷軋機(jī)向高速、重卷取、自動化方向發(fā)展，卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)有了很大的改進(jìn)。首先，為了減小卷取機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，提高啟動、調(diào)速、制動性能，電機(jī)直接驅(qū)動卷取軸。其次，為了解決扇形塊之間的間隙在展開時對薄帶材表面質(zhì)量的影響，卷取軸采用四棱錐和嵌件（即八角錐）結(jié)構(gòu)，卷取軸可以膨脹后成為一個完整的圓柱體。身體。收線軸為封閉式，電機(jī)由裝有快拆齒輪套的齒式聯(lián)軸器直接驅(qū)動。收線軸的伸縮不是靠轉(zhuǎn)動液壓缸和輸油接頭來實現(xiàn)的，而是由液壓缸帶動杠桿、帶動凸輪叉、用三組彈簧帶動連桿機(jī)構(gòu)完成的。為收縮。圖 3.3 八角收線軸結(jié)構(gòu)1

51、蝶形彈簧； 2扇形板； 3金字塔軸； 4拉桿； 5滾動軸承； 6花鍵軸； 7樣條；調(diào)整螺栓； 11環(huán)形彈簧； 12脹縮滑套和斜塊； 13杠桿換檔撥叉； 14齒式聯(lián)軸器； 15傳動軸； 16放卷導(dǎo)桿； 17放卷油缸； 18放卷推板； 19插入； 20頭罩(5)四角錐型：為克服實心卷取軸的開卷困難，設(shè)計了四棱錐卷取軸。當(dāng)四棱錐軸擴(kuò)徑時，伸縮缸直接推動棱錐軸使扇形塊徑向位移。由于沒有中間力的傳動部分，錐軸直徑變大，強(qiáng)度變高，可承受力可達(dá)600kN 。卷繞軸的錐體軸有正錐型和倒錐型。圖3.4為1180型20輥軋機(jī)的卷取軸，主要由錐軸、扇形塊、鉗口和脹縮筒組成，結(jié)構(gòu)比較簡單。主要部件是金字塔軸和扇形板。

52、工作時，通過伸縮油缸的拉動使錐體軸前后移動，利用錐體軸與扇形板的斜面相互配合，達(dá)到脹縮的目的。收縮。這種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：剛度較高，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，配合面防塵效果好。缺點是制造成本高，加工難度大。圖 3.4 四棱錐收線軸結(jié)構(gòu)1旋轉(zhuǎn)接頭； 2伸縮液壓缸； 3傳動空心軸； 4四棱錐軸； 5顎式活塞； 6彈簧； a、b、c、d油路(6)四斜角楔形卷取機(jī)：圖3.5為1420四斜角楔形卷取機(jī)的卷取軸，由主軸、芯軸、楔塊、扇形塊、脹縮筒組成。當(dāng)心軸在伸縮缸的推動下作軸向運動時，扇形塊和外楔塊徑向伸出，楔塊的頂面和扇形塊的外表面形成一個完整的圓。盤繞的細(xì)條不會產(chǎn)生壓痕。這種卷軸最大的特點是主軸和扇形塊易

53、于加工。由于楔塊只支撐扇形塊的兩個翼片，因此卷取軸的強(qiáng)度和剛度有所減弱，適用于受力較小的校平單元和精整線。圖 3.5 四斜楔形卷取軸結(jié)構(gòu)1層楔； 2外楔； 3心軸； 4主軸； 5扇區(qū)塊3.3 卷取軸的選擇及工作原理卷取機(jī)主要由卷取軸、伸縮缸、旋轉(zhuǎn)接頭和傳動系統(tǒng)組成。傳動系統(tǒng)由電機(jī)、制動器、聯(lián)軸器和減速器組成。卷取軸的伸縮一般是通過液壓控制卷取軸尾部的伸縮缸來實現(xiàn)的，卷取軸的轉(zhuǎn)動是由電機(jī)通過聯(lián)軸器和聯(lián)軸器帶動卷取軸旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。減速器。卷取軸旋轉(zhuǎn)將酸洗帶卷成卷，卷取材料通過卷取軸的伸縮卸荷，實現(xiàn)卷取機(jī)的卷取和開卷工作。本文選用扇形塊卷取軸。在鋁帶冷軋機(jī)的卷取機(jī)中，這種卷取軸具有應(yīng)滿足現(xiàn)代鋁帶冷軋

54、機(jī)生產(chǎn)工藝要求的優(yōu)點：（1）卷取軸的強(qiáng)度可以滿足鋁帶卷取的要求和可以承受很大的力量。 (2)封閉式四斜楔形卷取軸截面幾何對稱性好，具有較高的動平衡性能，適用于高速卷取。由于卷軸旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，受力波動小。在高速鋁帶冷軋機(jī)的卷取機(jī)設(shè)計中，如果采用無鉗口卷取軸，進(jìn)一步提高了斷面的對稱性，卷取軸的動平衡性進(jìn)一步提高； (3)卷取軸膨脹時，三個扇形板和三個徑向楔形塊構(gòu)成一個封閉的圓柱體。它們之間沒有明顯的凹槽和縫隙。這樣卷材層不會出現(xiàn)局部塌陷和表面壓痕，有利于提高卷材質(zhì)量。特別適用于冷軋鋁帶的卷??； (4)卷取軸直徑大，便于裝卸套筒和卸料； (5)四斜楔形卷取軸比其他類型的卷取軸更容易加工。 ，更容易獲

55、得高精度的卷取軸，從而保證卷取軸的準(zhǔn)確、靈活和可靠的運行 38 。卷取軸是卷取機(jī)的核心部件，用于卷取帶鋼。卷取軸設(shè)有卡爪，能可靠地夾住帶材頭部，形成受力。卷取軸由液壓缸控制實現(xiàn)伸縮，工作穩(wěn)定可靠。卷取軸由副軸體、主軸、芯軸、滑柱、扇形板、楔形塊、蝶形彈簧、定爪、動爪等組成（見圖3.6 ） 。卷取軸的伸縮是由液壓缸推動主軸中間的芯軸和線軸實現(xiàn)的。當(dāng)伸縮油缸推動芯棒向左移動時，依靠斜面的作用，芯棒帶動閥芯軸向移動，從而推動楔塊、定爪和動爪產(chǎn)生徑向位移。 ，而楔形塊與扇形板相互作用，從而推動扇形板徑向移動，最終使楔形塊、固定顎板、活動顎板和扇形板形成一個完整的圓；當(dāng)液壓缸解除推力時，扇形板和動顎在彈

56、簧恢復(fù)力的作用下呈碟形縮回，心軸向右移動減小直徑?？ㄗξ挥趦尚▔K連接處，擴(kuò)徑時卡爪夾緊；縮徑時張開鉗口，即可進(jìn)給皮帶。液壓缸裝置固定在減速機(jī)上，由變頻交流電機(jī)通過減速機(jī)帶動卷取軸的轉(zhuǎn)動。最終的卷取軸如下圖所示：直徑為508mm的卷取鋁帶卷取軸圖3.6 508mm卷取軸結(jié)構(gòu)及裝配圖3.4 收線軸的建模與虛擬裝配當(dāng)使用二維工程圖形來表達(dá)三維世界中的物體時，需要借助抽象思維重構(gòu)人腦中的三維模型，這是一個復(fù)雜且容易出錯的過程。 3D建模技術(shù)將設(shè)計在人腦中的產(chǎn)品通過3D模型直接表達(dá)出來，無需借助2D圖紙、繪圖規(guī)則、人腦抽象即可獲得產(chǎn)品的3D空間結(jié)構(gòu)，直觀. 3D模型還可以直接用于工程分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計的

57、不合理之處，大大提高設(shè)計效率和可靠性。 UG建立的卷取軸三維模型包括楔塊（圖3.7）、扇形板（圖3.8）、主軸（圖3.9）、副軸體（圖3.10）、壓環(huán)（圖. 3.11)、固定鉗口(圖3.11)。圖 3.12），活動鉗口（圖 3.13）。圖 3.7 楔塊 3D 模型圖 3.8 扇形板 3D 模型圖 3.9 主軸 3D 模型圖 3.10 副軸 3D 模型 圖 3.11 壓環(huán) 3D 模型圖 3.12 固定鉗口圖 3.13 活動鉗口虛擬裝配是 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/238938.htm t _blank 虛擬制造的重要

58、組成部分。通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計中的物理樣機(jī)，可以方便地模擬和分析產(chǎn)品的裝配過程，可以驗證裝配設(shè)計和操作的正確性。是否為了及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配問題，估計產(chǎn)品的裝配性能，并將這些裝配信息反饋給設(shè)計人員，修改模型，將裝配過程可視化。使用該技術(shù)不僅有利于并發(fā)工程的發(fā)展，而且可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力 39-45 。UG NX7.0的裝配建模過程實際上就是建立裝配關(guān)系的過程。裝配模塊可以快速將零件組合成一個產(chǎn)品，也可以在裝配的上下文中創(chuàng)建新的零件模型并生成詳細(xì)列表。此外，在裝配中，可以參考其他零部件進(jìn)行零部件配對設(shè)計，對裝配模型進(jìn)行間隙

59、分析、重量質(zhì)量管理等操作。組裝卷取軸結(jié)構(gòu)模型如圖3.14所示，零件布置圖如圖3.15所示，組裝卷取軸立體圖如圖3.16所示。圖 3.14 卷取軸結(jié)構(gòu)圖 3.15 卷取軸部件分布圖 3.16 收線軸的 3D 視圖3.5 章節(jié)總結(jié)本章主要分析卷取機(jī)的卷取過程、卷取軸的組成結(jié)構(gòu)和工作原理。根據(jù)這些原理，確定合適的卷取軸結(jié)構(gòu)，最后繪制出二維卷取軸的裝配圖。根據(jù)二維圖紙，建立各部件的3D模型圖，完成卷取軸的3D模型組裝，為后面的仿真分析做準(zhǔn)備。.第四章卷軸脹縮缸推力研究4.1 卷取軸伸縮機(jī)構(gòu)受力分析圖 4.1 伸縮機(jī)構(gòu)受力圖 圖 4.2 伸縮機(jī)構(gòu)運行時受力分析圖1閥芯； 2心軸 1線軸； 2心軸卷取機(jī)工

60、作時，伸縮機(jī)構(gòu)受力分析如圖4.1和圖4.2所示“1”是自由體，寫出平衡方程(4-1)式中-為楔形摩擦面的摩擦系數(shù)，計算時?。櫥己脮r）?！?”為自由體，三個心軸表面的總摩擦力為，寫出平衡方程(4-2)將式(4-1)代入式(4-2)，可得(4-3)由于角度比較小，可以認(rèn)為上式變?yōu)?4-4)作用在卷繞軸閥芯上的壓力為：(4-5)其中： 卷取軸的直徑；- 帶材寬度；- 卷取軸上的徑向壓力。將（4-5）式代入（4-4）式可得4.2 采用仿真方法確定脹縮缸參數(shù)卷取軸是卷取機(jī)的主要部件，它可以使鋁帶在卷取過程中膨脹而不塌陷。油缸的選擇是關(guān)鍵。目前，國家卷取機(jī)卷取軸伸縮液壓缸的設(shè)計主要是通過理論推導(dǎo)的方法