带材开卷机主轴的设计与计算.pdf

第 2 7卷第 5期 2 0 0 6年 5月煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V D 1 ． 2 7 No， 5 Ma y ． 2 00 6 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 6 } 0 5 0 7 4 5 0 3 带材开卷机主轴酌设计与计算王定保。朱春熙洛阳工业高等专科学校，河南洛阳 4 7 1 0 0 3 摘要对带材开卷机的主轴进行了设计，分析主轴受力情况，求出支反力，并画出主轴的弯矩图。最后根据主轴所承受的弯矩和扭矩对主轴的强度进行了校核，证明所设计的主轴是安全的。关键词开卷机；主轴；弯矩；扭矩中图号 T H 1 3 3 ． 2 文献标识码 A De s i g n a n d Ca l c u l a t i o n o f M a i n S h a f t f o r Un w i n d i n g M a c h i n e i n S t r i p W ANG Di ngb a o．ZHU Chu n一】d L u o y a n g C o e g e o f T e c h n o l o g y -L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ，C h i n a } Ab s t r a c t Ha s d e s i g n e d t h e ma i n s h a f t t o t h e u n wi n d i n g ma c h i n e ，a n d a n a l y z e d t h e s t r e s s s i t u a t i o n o f ma i n s h a f t ，r e c k o n e d t h e r e a c t i o n，a n d d r a w s t h e b e n d i n gmo me n t d i a g r a m ．Fi n a l l y，a c c o r d i n g t o t h e b e n d i n g mo me n t a n d t h e t o r q u e wh i c h t h e ma i n s h aft s t o o d，t h e i n t e n s i t y o f ma i n s h aft h a d b e e x a mi n e d．I t p r o v e d t h a t t h e ma i n s h a f t w a s s a f e． Ke y wor d s u n wi n d i n g ma c h i n e；ma i n s h aft ；b e n d i n g mo me n t ；t o r q u e 0前言根据开卷机的工作方式，主轴大致结构如图 1 开卷机是成卷轧制和带材精整机组中的重要设备。开卷机主要用于支承钢带卷，并和直头机一起把钢带送入矫平机。本开卷机采用胀缩式卷筒，可以适应多种内径变化。其技术参数为电机功率／ k W 2 ． 2 转速／ r m i n 1 2 5 料宽／ m m 3 0 0 卷重／ k g 2 0 0 0 1 估算轴径及结构设计当轴的支撑位置和轴所受载荷大小、方向、作用点及载荷种类均以确定，支点反力及弯矩可以求得时，可按弯矩合成的理论进行近似计算。所示。图 1 主轴简图 Fi g． 1 M a i n ax l e d i ag r a m 1 ．安装齿轮2 ．主轴3 轴承4 ．张紧装置首先，根据轴的直径计算公式初步估算直径轴计算截面上的工作应力性。外缸筒是用来防止塑性层不遭破裂。随着压力的增加，塑性层厚度也增加。弹性层厚度减小，最后发生破裂。因此只要能注意到厚壁筒内应力分布的变化规律，就可以大大提高缸筒内的工作压力。作用在内壁上的当量应力既可能是拉应力也可能是压应力，主要取决于压力是从缸的内面作用还是从外面作用。若是内压力 P ．作用则当量应力为拉应力，若是外压力 P 作用则当量应力为压应力，因此可以利用外压力并同时考虑内压力的作用，使作用在内壁上的压力减小或降到很低。参考文献 [ 1 ] 胡寿根，丁胜．脉冲高压水射流工作原理及研究现状 [ J ] ．上海理工大学学报。 1 9 9 7 ． t 9 2 1 9 ． [ 2 ] 马秉骞．中径公式应用于厚壁圆筒设计的条件 [ J ] ．石油机械． 1 9 9 9 。 2 7 6 4 5 4 7． [ 3 ] 王仲仁，苑世剑。胡连喜．弹性与塑性力学基础 [ M] 。哈尔滨哈尔滨工业大学出版社。 1 9 9 7 ． [ 4 ] 朱瑞林，张吴星．单层厚壁圆筒弹塑性与强度分析[ J ] ．湘潭大学自然科学学报，1 9 9 9。 2 1 3 7 98 3 ． [ 5 ] 张于贤．王红，陈德淑．关于计算最佳弹塑性界面半径的探讨 [ J ] ．重庆大学学报自然科学版， 2 0 0 4 ． 2 7 6 3 04 0 ．作者简介张于贤 1 9 6 8一，重庆人，桂林电于工业学院副教授，重庆大学博士．硕士生导师，主要从事机械设计及理论、射流理论及应用、高压容器和工业工程等方面的研究。 T e l 0 7 7 35 6 0 1 0 0 6 ．E ma i l k i n g - r e d 1 6 3． C O rn．收稿日期 2 0 O 6 0 1 0 l 维普资讯． 7 4 6．带材开卷机主轴的设计与计算王定保，等第 2 7卷第 5 期 1 0 ／ M2 a T 2 了 ≤[ 一 i ] 1 了一 7 ≤L 口一 J l 口 l一，轴的直径 d≥ 1 0 ／ M2 a T 2 ㈤式中轴计算截面上的合成弯矩， N m 轴计算截面上的扭矩， N m； P 传递功率， k W；转速， d m i n ； a 根据扭应力变化性质而定的校正系数，扭应力对称循环变化时， a 1 ；，空心轴内径 d 。与外径 d之比， y d 0 ／ d一0． 7； [ d 一。 ] 许用疲劳应力， M P a 。选择轴的材料为 4 5钢。经调质处理，可知材料的机械性能为 h 6 5 0 MP a； d．3 6 0 MPa； d l2 7 0 MP a； r l 1 5 5 MP a； E 2． 1 51 0 MP a。代人式 2 得 d≥7 4 mm 考虑到安装张紧装置需加键槽。故将其轴径增加 3 ％～7 ％。因此取轴径为 8 0 m m。根据轴的受力，选取圆锥滚子轴承。装轴承处的直径 d ． 1 1 0 m m， d 2 9 0 m m。装齿轮处轴径 d ， 1 1 0 m m。初选轴承 7 5 1 8 E和 7 5 2 2 E ，其宽度分别为 4 2 ． 5唧和 5 6 2 轴上受力分析轴上受力如图 2 a 所示。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的梁。轴上零件传来的力，通常作为集中力，其作用点取为零件轮廓宽度的中点。轴上扭矩则从轮毂宽度的中点算起。轴上支撑反力的作用点，根据轴承的类型和组合确定。如果作用在轴上的各载荷不在同一平面内，可分解到 2 个相互垂直的平面上，然后分别求出这 2 个平面内的弯矩，再按矢量法求得合成弯矩。轴承受的弯矩 M 2 0 0 09． 80． 4 0 27 8 7 9． 2 Nm 轴传递的转矩 T9 5 5 0 0 0 0 P／ t l , 2． 29 5 5 0 0 0 0 ／ 1 2 51 6 8 ． 0 8 Nm 齿轮的圆周力． d 0 2 4 1 4 0 0 N 』I 一一． 1-r u u l1 齿轮的径向力 F， F． t a n a 1 4 0 00． 3 6 4 5 1 0 N 1 在水平平面内的支反力见图 2 b 由 ∑M 0得 R z 5 1 2 一F 2 8 9 0 因此 2 8 8 N； R zR 昭5 1 0 2 8 8 2 2 2 N 齿轮的作用力在水平平面的弯矩见图 2 c MD z R盯 2 8 82 2 20． 2 8 8 6 4 Nm 2 在垂直平面内的支反力图 2 d R y 5 1 2 2 8 8 ／ 5 1 2F 6 1 6 N R日 y28 8 ／ 5 1 2 F． 0． 5 61 4 0 07 8 4 N 齿轮的作用力在水平平面的弯矩见图 2 e MD y R r2 8 861 60． 2 8 8≈ 1 7 7 Nm 3 由于负载的作用，在支点 A和处的支反力见图2 f 由 ∑M 0得 R 0 5 1 2 一F 0 4 0 20 R 0 1 5 3 8 9 N； RB o R加 F01 5 3 8 91 9 6 0 0 3 4 9 8 9 N 由于负载的作用而产生的弯矩图如图 2 g 所示， M肋 F00． 4 0 27 8 7 9． 2 Nm ， - 1 1 ．． 1 一一可■7L 。。 ’ ．．㈨ lf 1 皿 D l一㈦ tl L a 一一 ⋯ l1I I ⋯ ，。．．I } R { 一一 I I l 图 2轴所受的载衙 Fi g． 2 St r e s s o f main s ha f t 3 轴的强度校核根据轴的结构尺寸及弯矩图，截面 8处弯矩较大，且有轴承配合引起的应力集中，因此，处是危险截面。现对其进行强度校核。由于该减速机轴的转动，弯矩引起对称循环的弯应力，而转矩引起的为脉动循环的剪应力。抗弯断面系数 W 1 一y 1 ． 41 0 “ 弯曲应力幅 MB -5 6川Pa 维普资讯第 2 7卷第 5 期 2 0 O 6年 5月煤矿机械 Coa I Mi n e Ma c h i n e l V0 1 ． 2 7 N o ． 5 Ma y ． 2 0 06 文章缩号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 6 O 5 ． 0 7 4 7 ． 0 3 1 6 0 t 立卧双用压力机的设计陈大同煤矿集团有限责任公司忠中央机厂。山西大同 0 3 7 0 0 1 摘要通过对立卧双用压力机机架拉杆及承载板的受力分析，说明了卧式机架采用浮动支座的合理性及压力机机架结构的设计过程。其次介绍了油缸的定位及固定方式和液压系统原理的设计。关键词机械设计；压力机；设计中图号 T H 4 5 文献标识码A De s i g n o f 1 6 0 t Ve r t i c a l - -h o r i z o n Hy d r o p r e s s CHEN Zh o n g C e n t r a l M a c h i n e r y P l a n t D a t o n g C o a l G r o u p C o ． - L t d ．． D a t o n g 0 3 7 0 0 1 C h i n a Ab s t r a c t F i r s t ，p a s s t h r o u g h a n a l y s i n g t h e p o w e r o f v e r t i c a lh o r i z o n h y d r o p r e s s f r a me a n d l o a d b e a ri n g p l a n k ，s h o w i n g t h e r a t i o n a l i t y o f h o ri z o n h y d r o p r e s s wi t h i t ’ s wimm i n g a b u t me n a n d t h e d e s i g n p r o c e s s o f h y 。 d r o p r e s s f r a me s t r u c t u r e． S e c o n d l y，i n t r o d u c e s a wa y o f t h e h y d r oc y l i n d e r fix e d a n d t h e d e s i gn o f h y d r a u l i c s y s t e m p rin c i p l e． Ke y wo r ds me c h an i c a l d e s i gn ；h y d r o p res s；d e s i g n 1 压力机机架的结构设计该压力机机架采用 1 6 M n钢板箱式组焊结构，卧式机架采用 4 5 。布置的双拉杆及浮动支撑结构，见图 I 1 拉杆的受力分析拉杆采用 4 5调质钢，许用拉应力 [ ] 2 1 6 2 3 8 MP a 。压力机工作时拉杆只受轴向拉伸力的作用。拉杆拉应力由卜是对称循环弯曲应力，故平均应力 0 。根据安全系数计算公式 s ． 3 3 - 式中．。 4 5 钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，口． 12 7 0 MP a；正应力有效应力集中系数，查表取 Ko2． 5 2；卢表面质量系数，查表取卢1 ；￡尺寸系数，查表取 e0 ． 7 。抗扭断面系数， 1 7 ≈2 ． 6 1 0 剪应力幅 -3． 2 3 MP a r m r- j 眦 5 - 8 卢 l ￡ f ‘ ‘’ 一式中 r 一。 4 5钢扭转疲劳极限， r 一。 1 5 5 M P a ；疋剪应力有效应力集中系数，查表取 K 1． 8 2；卢。表面质量系数，查表取卢。 0 ． 9 2 ；平均应力折算系数，查表取 O ． 2 1 。因此。 B截面的安全系数 s 1 ． 3 3 ／ s s 查表可知 [ s ] 1 ． 3一1 5 故 S[ s ] ，该轴 B截面是安全的。参考文献 [ 1 ] 杨文元．费玉石．带材精整机组中开卷机的f k -q计算[ J ] ．机械设计与制造， 1 9 9 9 4 3 9 一柏． [ 2 ] 王秀霞，丁学工。樊庆和．等．开卷机主轴轴承故障分析与设计改进[ J 】．机床与液压， 2 o o 3 5 3 2 4 3 2 5 ． [ 3 ] 王连庆，曹云亮．赵薇．开卷机芯轴改造[ J ] ．重型机械． 2 0 0 5 4 5 6 5 8． [ 4 ] 徐灏．机械设计手册[ M ] ．北京机械工业出版社， 1 9 9 1 ．作者简介王定保 1 9 6 4 一。河南博爱人．讲师。 1 9 8 7 年毕业于西安交大机械制造专业。 Em a i l e x - z h u 1 6 3 ． D o m．收稿日期 2 0 0 5 - O l 一 0 5 维普资讯