收卷部分(電機,減速器,同步帶,收卷輥軸承座,鍵等的選擇)

1、第四章 收卷機構(gòu)的設計 該部分主要圍繞收卷機構(gòu)主要部件的設計展開，包括電機的選型，減速器的選型，軸部件的設計等，并對收卷機構(gòu)進行詳細分析，判斷結(jié)構(gòu)的合理性，如功能實現(xiàn)的方式和準確性，機械部分強度的合理性、安全性，以及機構(gòu)的詳細結(jié)構(gòu)等等，提出設計和改進方案，并完成收卷機構(gòu)典型機構(gòu)的設計。收卷機構(gòu)是帶材纏繞機的主要機構(gòu)之一，起到將帶材平穩(wěn)且均勻地纏繞在模具上的作用。要實現(xiàn)帶材的收取動作，則需要收卷機構(gòu)具有一根外伸的旋轉(zhuǎn)主軸，軸的旋轉(zhuǎn)一般要求電機控制，軸的速度調(diào)控可增加一個減速裝置，由于收卷時一般要求主軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，則減速裝置傳動需平穩(wěn)，故可采用圓柱齒輪輪實現(xiàn)減速傳動。 初步擬定主軸旋轉(zhuǎn)的控制及傳動方

2、式后，先進行電控系統(tǒng)的相關(guān)設計計算：4.1傳動部分及相應元件的設計4.1.1電機的選擇合理的選擇電動機關(guān)系到設備的安全正常地運行。電動機的選擇應綜合考慮其使用條件、運行環(huán)境、技術(shù)指標和經(jīng)濟指標等多種因素。選擇時要考慮的因素有：要滿足生產(chǎn)機械的各種要求，如負載性質(zhì)、調(diào)速、起動、制動、反轉(zhuǎn)、工作制等各項指標；適當選取電動機的功率，使電動機運行在最佳運行點；滿足安裝方式的要求，適應電動機的運行環(huán)境；運行的安全可靠、維護的方便。根據(jù)這些要求，加之由于帶材的寬度為30mm，預備設計速度為60r/min。綜合以上因素，按一般工作要求及條件，選用三相鼠籠式異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型。選用Y系

3、列電動機的優(yōu)點：體積小、重量輕、運行可靠、結(jié)構(gòu)堅固、外形美觀；起動性能好，具有較高的效率水平，可以達到智能的效果；經(jīng)久耐用，壽命長；電機可以根據(jù)用戶的要求進行派生制造，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機。 理論計算：電動機所需工作功率 Pd=Pw/總 kw （4-1） 其中 總=123 =0.94x0.984x0.99=0.86 (4-2）(總為電機至纏繞主軸的傳動總效率；1為減速器傳動效率，精度為8級；2為滾子軸承傳動效率；3 為齒式聯(lián)軸器傳動效率) PW=FV/1000=mgV/1000=1.35x103x9.8x120/60x1000 kw=26.46 kw (4-

4、3）(PW為主軸旋轉(zhuǎn)端所需功率，F(xiàn)為卷料收取端的有效拉力，V為設備設計速度，即主軸旋轉(zhuǎn)速度) 則Pd=30.77 kw 電機額定功率PedPd 3確定電動機轉(zhuǎn)速主軸工作轉(zhuǎn)速為： n=60x1000V/D=75.2 r/min （4-4）電機驅(qū)通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速箱，傳動比為1；二級圓柱齒輪減速器傳動比為i=840，則總傳動比合理范圍為=840 。故電動機轉(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/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由參考文獻5，并綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格及減速器傳動比，選定電動機型號為Y225S-

5、4，其主要性能見表1、表2表4-1 電動機技術(shù)參數(shù)型號額定功率kw滿載時起動電流額定電流起動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速r/min電流 (380V時)A效率%功率因素Y225S-437148070.491.80.877.01.92.2表4-2 電動機主要外形和安裝尺寸中心高H外形尺寸Lx（AC/2+AD）xHD底腳安裝尺寸AxB軸伸尺寸DxE裝鍵部位尺寸FxG225820x582.5x530356x28660X14018x534.1.2減速器的選擇 合理的傳動方案首先要滿足機器的功能要求，例如傳遞功率的大小，轉(zhuǎn)速和運動形式。此外，還要適應工作條件（工作環(huán)境、場地、工作制度等）滿足工作可靠、

6、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、使用維護便利、公益性和經(jīng)濟性合理等要求。要同時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要求的較好傳動方案。帶材纏繞機中，收卷機構(gòu)有三種傳動方案可供選擇。A方案：采用二級圓柱齒輪減速器，適合于繁重及惡劣條件下長期工作，使用維護方便，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，但傳動效率較低，在長期連續(xù)使用下不經(jīng)濟C方案：采用一級圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動。成本較低，但使用壽命較短。此三種方案雖都能滿足帶材纏繞機的功能要求，但結(jié)構(gòu)、性能和經(jīng)濟性不同，根據(jù)工作條件，最終確定較合理的傳動方案。B方案蝸桿傳動能實現(xiàn)較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊

7、，傳動平穩(wěn)，但效率低，常用于有間歇運動的場合，故不合理。C方案中開式齒輪傳動的工作環(huán)境一般較差潤滑條件不好，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型二級圓柱齒輪減速器。圖4-1 ZL型二級圓柱齒輪減速器4.1.3 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。它們主要用來連接軸或軸與其它回轉(zhuǎn)部件，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，有時也可用作安全裝置。聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而存在著某種程度的相對位移，這就是說在設計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采取不同的措施，使之具有適應一定范圍的相對位移的功能。根據(jù)對各種相對位移有無補

8、償能力（即能否再發(fā)生相對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)標準化或規(guī)格化，所以我們一般只是選用補用設計。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。具體選擇時可考慮一下幾點：所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。例如，對大功率的重載轉(zhuǎn)矩傳動?？蛇x用齒式聯(lián)軸器，對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)震動的傳動，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。對于高速傳動軸，應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)

9、軸器等等。兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯(lián)軸器。例如當徑向位移較大時，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滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受到潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度，腐蝕性介質(zhì)及強光等比較敏感，而且容易老化。(5) 聯(lián)軸器的制造，安裝，維護和成本。在滿足使用性能的前提下，因選用拆裝方便，維護簡單，成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且拆裝方便，可用于低速，

10、剛性大的傳動軸。 根據(jù)選擇要求和使用條件選用GYH6和GY3型聯(lián)軸器，它的尺寸及標準如下所表3所示：表4-3 聯(lián)軸器的標準 型號公稱扭矩(n.m)許用轉(zhuǎn)速r/min軸孔直徑d(H7)軸孔長度L mmD(mm)GYH6900680048112140GY311295002252100 表4-4續(xù) 聯(lián)軸器的標準D1螺栓L0重量kg轉(zhuǎn)動慣量（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

11、類型選擇和尺寸選擇兩個方面，鍵的類型應根據(jù)鍵的連接特點，適用要求和工作條件來選擇，鍵的尺寸則按照符合標準規(guī)格和強度要求來選取。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長度L。鍵的截面尺寸b*h 按軸的直徑由標準選取，鍵的長度則是按照輪轂的長度來定。該機構(gòu)中所用到的鍵均選擇圓頭普通平鍵。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：

12、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計4.2.1同步帶的設計選擇同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動，如圖4-6所示，傳動比準確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，

13、一般使用溫度-2080，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖4-6 同步帶結(jié)構(gòu)圖同步帶傳動設計計算：1.輸出軸功率估算=7.16W (4-7)2、確定計算功率 電動機每天使用24小時左右，查表4-1得到工作情況系數(shù)=1.7。則計算功率為: (4-8)3、小帶輪轉(zhuǎn)速計算 (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，由于在這次設計中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號可以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距5、選取主動輪齒數(shù) 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41。6小帶輪節(jié)圓直徑確定 (4-10)7、大帶輪相關(guān)

14、數(shù)據(jù)確定 由于系統(tǒng)傳動比為，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)，節(jié)距8、帶速v的確定 (4-11)9、初定周間間距根據(jù)公式 (4-12)得現(xiàn)在選取軸間間距為600mm。10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定=() (4-13) = =1720.67mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計算有在本次設計中傳動比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=20。12、基本額定功率的計算查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量查表可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準額定功率為=0.21KW (4-14)13、計算作用在軸上力 = (4-15) =71.6N同步帶的設計：在這里，我們選

15、用梯形帶。帶的尺寸如表6。帶的圖形，如圖4-7所示表6 同步帶尺寸型號節(jié)距齒形角齒根厚齒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，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，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，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)

16、率，降低制造成本。4、具有合理的齒形角 同步帶輪用梯形齒，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、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖以數(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)（幾十個到幾千個都有），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量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。編碼器如以信號原理來分可分為：增量脈沖編碼器:SPC和絕對脈沖編碼器:APC。兩者一般都應用于速

17、度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道

18、。旋轉(zhuǎn)編碼器外形圖片（標準 GB86），如圖4-9所示。圖4-9 旋轉(zhuǎn)編碼器4.3導輥及收卷部分的設計4.3.1導輥部分的設計導輥在放卷機構(gòu)中起到過渡的作用，帶材經(jīng)過張力機構(gòu)后其纏繞速度和張力經(jīng)過變量控制后均發(fā)生變化，在這種情況下，設計導輥，使得帶材的張力達到預想要求后穩(wěn)定下來，然后纏繞在模具上。這樣不僅使帶材纏繞達到技術(shù)要求，而且使纏繞過程帶材不打滑不彎曲更不易因為張力的變化不均勻。導輥的設計沿用張力機構(gòu)導輥的設計方案，穩(wěn)定，可靠。導輥內(nèi)部設計一對軸承，其中第一個軸承的一端內(nèi)圈采用軸肩定位，外圈利用導輥的退刀槽固定。第二個軸承和第一個軸承之間采用套筒使其固定，另一端采用孔用彈性擋圈和圓螺母定位。這樣設計，便于操作。如圖4-10所示。圖4-10 導輥部分4.3.2 收卷模具收卷模具采用的材料是聚四氟。其設計個形狀如下圖所示，它通過鍵和軸連接在一起。模具的的一端采用軸肩定位，另一端采用擋圈和螺母固定。其設計如圖4-11所示：圖