拉丝机卷筒机构设计

优秀设计

摘要

LH9/900拉丝机共有9套卷筒机构，进丝方向第一套承受转矩最大，为了减少设计计算量，只取第一套卷筒机构进行设计计算。每一卷筒机构均有一独立的电机作为儿立动力源。本文对该卷筒机构的传动方案设计，动力电机的选择，卷筒机构中的蜗杆传动及几何参数的计算，主轴的几何参数计算，轴承承载能力和寿命的校核计算，以及冷却系统的选取和布置均作了详细的说明介绍。

关键词：LH9/900拉丝机，卷筒机构，拉丝强度，拉丝速度

Abstract

The LH9/900 drawing machine altogether has 9 sets of a reelsorganizations, enters the silk direction first set of withstandingtorque to be biggest, in order to reduce the design calculationquantity, only takes the first set of a reel organization to carry onthe design calculation. Each a reel organization has an independentelectrical machinery to set up the power supply as the son.This article to this a reel organization transmission plan design,power electrical machinery choice, in a reel organization worm driveand geometry parameter computation, main axle geometry parametercomputation, bearing bearing capacity and life examinationcomputation,The main axle geometry parameter computation, the bearing bearingcapacity and the life examination computation, as well as the coolingsystem selection and the arrangement has made the detailed showingintroduction.

Key word:LH9/900 drawing machine, a reel organization, wiredrawingintensity, wiredrawing speed

前言

LH9/900拉丝机是目前国内较先进的拉丝设备，钢丝经多次拉拔成型。该拉丝机采用PLC自动化控制，生产效率高，断丝率低，工人劳动强度小等优点。卷筒机构是该拉丝机的重要组成部份，其主要完成在焊丝裹入药芯初步、成型后进行扎紧至焊丝要求直径的工作。其旋转精度和热变形量都直接影响拉丝质量，旋转精度和热变形量又受到其内部各传动部件的影响。

目录

中文摘要 (Ⅰ)

英文摘要 (Ⅱ)

前言 ........................................................................................................................... I II 目录 ............................................................................................................................. I V 第1章绪论 (1)

1.1药芯焊丝的发展简介 (1)

1.2拉丝机简介 (2)

第2章总体结构设计 (3)

2.1提出问题 (3)

2.2传动路线设计 (3)

2.3结构布局设计 (3)

第3章设计计算 (4)

3.1计算功率，分配传动比 (4)

3.2蜗杆蜗轮传动副几何参数计算及其校核 (5)

3.2.1承载能力计算 (5)

3.2.2蜗轮蜗杆几何参数计算 (6)

3.2.3蜗轮蜗杆副的校核 (12)

3.3蜗杆轴的校核计算 (15)

3.3.1 材料选择、结构草绘 (15)

3.3.2蜗杆的受力分析及强度校核 (16)

3.4主轴的校核计算 (21)

3.4.1 材料选择、结构草绘 (21)

3.4.2主轴受力分析及强度校核 (21)

3.5轴承的校核 (23)

3.5.1蜗杆不受推力端轴承 (24)

3.5.2 蜗杆受推力端轴承 (26)

3.5.3 主轴下端轴承 (26)

3.5.4 主轴上端轴承 (28)

第4章参考文献 (30)

第5章致谢 (31)

第6章附录 (32)

第1章绪论

药芯焊丝又称管状焊丝或粉芯焊丝，是继焊条和埋弧焊材之后的第四代焊接材料，它克服了手工焊条不能连续焊接的缺点，焊接效率可达手工焊条的3-5倍，同时又克服了实心焊丝飞溅大，工艺性能差的缺点，并且可以通过调整药芯成分来焊接各种类型的钢材，因此在世界各发达国家中得到广泛应用。

药芯焊丝的制造主要有三种工艺，盘圆法、冷轧钢带法和钢管法。钢管法是传统的生产工艺，它生产工艺简单，但成本较高，国际上只有极少数厂家采用这种方法生产；盘圆法从根本上解决了药芯焊丝原材料初加工成本过高的问题，生产成本低，但技术难度较大；钢带法成本比钢管法略低，技术难度也不大，是国际上普遍采用的生产方法。

1.1药芯焊丝的发展简介

我国对药芯焊丝的研究开始的很早，几乎是和国外同步。1958年北京第一次技术革新展览会上展示了机械工业部机械研究所的管状焊条。几乎同时天津大学张文钺先生等人也仿照前苏联的技术资料进行了管状焊条的研究，该研究详细介绍了用模-拔法制取内含合金粉的“管状焊条芯”的工艺和装置。

国内较系统进行药芯焊丝的研究始于68 年前后，当时机械部机械研究所（后来的郑州机械研究所）正式立项研究，并于1969 年发表了国内第一篇关于药芯焊丝的论文，所研制的试验产品1975 年前后在工程中得到试用。

1985 年底北京焊条厂在郑州机械所帮助下正式和英国CPV 公司签约，从该公司的CORWIRE 工厂引进一条全连轧式的药芯焊丝生产线，以及相应的药芯配方。该生产线于1987 年到货。该生产第一批产品5t，于1988年6月正式发往太原重型机器厂试用。志着我国不能批量生产药芯焊丝历史的结束。

进入90 年代以来，国内造船工业、冶金建设开始批量使用药芯焊丝。在市场需求的刺激下，国内焊接界迅速掀起一波又一波的药芯焊丝研制热和引进药芯焊丝生产线的浪潮。这个时期是中国药芯焊丝产业最关键的时期，奠定了中国药芯焊丝产业的技术和物质基础，并且产生了以天津三英焊业公司等为代表的国产药芯焊丝企业群体。

从1997 年开始我国药芯焊丝产业进入稳定发展阶段。这个阶段的标志之一是97 年中国机械工程学会确定药芯焊丝为第八次全国会议的热门议题，引起焊接界更广泛的重视，仅1997 年一年在会议和杂志上发表的有关药芯焊丝的论文就有20 余篇，推动了药芯焊丝市场和产业走上健康发展的轨道。另一个标志是国产药芯焊丝不仅从质量上取得重大突破，从数量上也大幅度增加。

①近年来中国药芯焊丝的市场消费量每年都以超过30%以上的速度递增。2001年总

消费量达到16000t，2002 年将达到2 万吨左右。

②近年国产药芯焊丝产量逐年快速递增，2001 年总量超过9 000 t ，2002 年达到12000t，年增长率超过30%，市场占有率从95 年的不足10% 上升到2001 年的60%。

③日本药芯焊丝在中国市场的霸主地位从98 年以后大幅度下滑，1998 年日本药芯焊丝在中国的销售量近3 000 t，1999 年下滑一半以上。其中原因固然有1998 年韩国产品借韩元贬值的机会，挤占了日本的市场份额，更是国产药芯焊丝产业崛起的结果。

1.2拉丝机简介

近年三英公司和天津大学共同研制成SYZ——III型轨机和SYL——III型拉丝机。整条生产线包括一台高速轧机，两台高速拉丝机，四台高速层绕机，设计产能为4104t/年，生产线采用了变频调速系统，PLC控制。钢带进口速度100mm/min，φ；最大出线速度850mm/min。

拉丝机出口直径mm

2.1-

6.1

LH9/900型拉丝机采用变频调速系统，PLC控制，并采用多重冷却进行恒温控制，拉丝质量较稳定，断丝率低，生产效率高，是目前国际同行业中较先进的拉丝设备。

第2章 总体结构设计

2.1提出问题

LH9/900拉丝机共有9个卷筒，钢丝要经过9次拉拔，每一次的拉拔力矩和拉拔速度均有差异。进丝后的第一个卷筒的拉拔速度最慢，而拉拔力矩最大，为减少设计工作量，只取第一个卷筒进行强度设计，其余卷筒只是相应的蜗轮蜗杆传动副传动比发生变化，其余尺寸均可保持不变。

设计LH9/900拉丝机卷筒机构，进丝速度v=0.56m/s ，最大拉丝转矩T=m KN ?71，拉丝机卷筒直径定为D=900mm 。 由 60

1000?=

D

n v π

拉丝转速 min 12900

60

100056.0601000r D v n ≈???=?=ππ

2.2传动路线设计

传动共用两级传动，先采用一级带传动，把电机的转矩传给工作机，再经过一级蜗杆蜗轮传动，

实现大传动比的减速。蜗轮带动主轴转动，再将转矩传给卷筒实现卷丝，如图1-1。

图2-1传动路线示意图

2.3结构布局设计

为了让蜗杆有足够的润滑，蜗杆轴水平安装在下箱体，润滑油淹至蜗杆下部1/3处，蜗轮水平布置，轴心线垂直，安装在主轴上。主轴上端安装卷筒，为了卷筒与主轴联接可靠，定心准确，可在主轴上端安装卷筒部位，加工一锥度。

因拉丝过程中，钢丝与卷筒摩擦，会产生大量的热量，为保证成丝率，减少热变形，可在卷筒内部增加一喷水冷却系统，在下部加一风冷系统。为防止水冷系统的冷却水进入主轴及蜗轮蜗杆传动副，就在卷筒与主轴间加一挡水圈，并采取相应的密封措施。

上、下箱体和卷筒均可采用砂型铸造。卷筒因外表面与钢摩擦，磨损量较大，因此可在相应部位车削一定厚度，然后堆焊一层耐磨硬质合金。

第3章 设计计算

3.1 计算功率,分配传动比

Kw Tn P w W 47.889550

10127195503

≈??==

查表3-1 V 带传动效率 96.01=η 深沟球轴承效率99.02=η 二次包络蜗杆传动效率95.0~85.03=η 圆锥滚子轴承效率 98.04=η 调心球轴承效率

99.05=η

总效率 54321ηηηηηη????= 81.0≈η

81

.047

.88=

=

η

w

d P P Kw P d 109≈ 电机先取

YP 系列变频调速三相异步电动机基本技术条件符合IEC34－1和GB755国际和国家标准。本电机频率在5－50HZ （或60HZ ）范围内作恒转矩调速运行，大于50HZ （或60HZ ）－100HZ 范围内作恒功率调速运行。电机从低频到高频不仅运转平稳而且无转矩脉动现象。并且有较低的运行噪声和较高的起动转矩及较小的起动电流。能与国内外各种变频装置相配套。从而构成交流变频无级调速系统，该系统与其它调速方式相比，具有节能效果明显、调速性能好、调速比宽、快速响应、性能优良、运转平稳、外观美观等优点。

查表3-2

取电机YP315M1-8m N T d ?=7.1400 m i n /750

r n d = 6312

750

===

w d n n i

V 带传动副 21=i 蜗杆蜗轮传动副5.312=i 带传动的几何参数，本机构不做过多考虑

3.2蜗杆蜗轮传动副几何参数计算及其校核 3.2.1承载能力计算

蜗杆转矩 η??=i T T d 1

m N T ?≈????=2.260927.14004211ηηη

蜗杆传递的功率 5

4321

219550ηηηi n T P =

m N T ?=710002 min /3752

75011r i n n d ===

Kw P 10799

.098.09.05.319550375

710001=?????=

蜗杆的计算功率 p c p Kw K K K K P P 1

43211

1071

111107'≤=???==

初取中心距 由图14-4-17查得a=450mm

3.2.2蜗轮蜗杆几何参数计算

3.2.2.1 材料选择

考虑到蜗杆传动难以保证高的接触精度，滑动速度较大，以及蜗杆变形等因素，故蜗杆、蜗轮不能同时用硬材料制造，其中之一（通常为蜗杆）应该用减摩性良好的软材料来制造。

蜗轮材料主要有以下几种：（1）铸锡青铜，用于s m s m v s 26~12≥和持续运转的工况；（2）铸铝青铜，用于s m v s 10≤的工况，抗胶合能力差，蜗杆硬度应不低于45HRC ；（3）铸铝黄铜，点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于低滑动速度场合；（4）灰铸铁和球墨铸铁，适用于s m v s 2≤的工况。

蜗杆材料主要有碳钢和合金钢，蜗轮直径很大时，也可采用青铜蜗杆，蜗轮则用铸铁。

表3-3 蜗杆材料及工艺要求

表3-4 蜗轮材料及设计数据

注：1、材料栏中，“Li ”离心铸造，“S ”系砂型铸造。用金属模铸造的数据一般要比离心铸造的小一些。

2、本表适用于与淬硬，磨削蜗杆配对的蜗轮传动。