收卷部分(电机,减速器,同步带,收卷辊。轴承座,键等的选择)

第四章收卷机构的设计

该部分主要围绕收卷机构主要部件的设计展开，包括电机的选型，减速器的选型，轴部件的设计等，并对收卷机构进行详细分析，判断结构的合理性，如功能实现的方式和准确性，机械部分强度的合理性、安全性，以及机构的详细结构等等，提出设计和改进方案，并完成收卷机构典型机构的设计。

收卷机构是带材缠绕机的主要机构之一，起到将带材平稳且均匀地缠绕在模具上的作用。要实现带材的收取动作，则需要收卷机构具有一根外伸的旋转主轴，轴的旋转一般要求电机控制，轴的速度调控可增加一个减速装置，由于收卷时一般要求主轴旋转平稳，则减速装置传动需平稳，故可采用圆柱齿轮轮实现减速传动。初步拟定主轴旋转的控制及传动方式后，先进行电控系统的相关设计计算：

4.1传动部分及相应元件的设计

4.1.1电机的选择

合理的选择电动机关系到设备的安全正常地运行。电动机的选择应综合考虑其使用条件、运行环境、技术指标和经济指标等多种因素。选择时要考虑的因素有：要满足生产机械的各种要求，如负载性质、调速、起动、制动、反转、工作制等各项指标；适当选取电动机的功率，使电动机运行在最佳运行点；满足安装方式的要求，适应电动机的运行环境；运行的安全可靠、维护的方便。

根据这些要求，加之由于带材的宽度为30mm，预备设计速度为60r/min。综合以上因素，按一般工作要求及条件，选用三相鼠笼式异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。

选用Y系列电动机的优点：

体积小、重量轻、运行可靠、结构坚固、外形美观；

起动性能好，具有较高的效率水平，可以达到智能的效果；

经久耐用，寿命长；

电机可以根据用户的要求进行派生制造，转速可制成单速，双速，多速及防潮、防霉等特殊要求的电动机。

理论计算：电动机所需工作功率 P

d =P

w

/η

总

kw （4-1）

其中η

总=η

1

η

2

η

3

=0.94x0.984x0.99=0.86 (4-2）

(η总为电机至缠绕主轴的传动总效率；η

1

为减速器传动效率，精度为8级；

η

2为滚子轴承传动效率；η

3

为齿式联轴器传动效率)

P

W

=FV/1000=mgV/1000=1.35x103x9.8x120/60x1000 kw=26.46 kw (4-3）

(P

W

为主轴旋转端所需功率，F为卷料收取端的有效拉力，V为设备设计速度，即主轴旋转速度)

则P

d =30.77 kw 电机额定功率P

ed

≥P

d

3．确定电动机转速

主轴工作转速为： n=60x1000V/πD=75.2 r/min （4-4）电机驱通过联轴器驱动减速箱，传动比为1；二级圆柱齿轮减速器传动比为i=8~40，则总传动比合理范围为

总

i=8~40 。

故电动机转速的可能范围为 n=601.6~3008 r/min （4-5）

符合这一范围的同步转速有750、1000和1500 r/min。

根据容量和转速，由参考文献[5]，并综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格及减速器传动比，选定电动机型号为Y225S-4，其主要性能见表1、

表2

表4-1 电动机技术参数

表4-2 电动机主要外形和安装尺寸

4.1.2减速器的选择

合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，转速和运动形式。此外，还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等）满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、公益性和经济性合理等要求。要同时满足这些要求是比较困难的，因此要通过分析比较多种方案来选择能保证重点要求的较好传动方案。

带材缠绕机中，收卷机构有三种传动方案可供选择。

A方案：采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用维护方便，但结构尺寸较大。

B方案：采用蜗杆减速器，结构紧凑，但传动效率较低，在长期连续使用下不经济

C方案：采用一级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动。成本较低，但使用寿命较短。

此三种方案虽都能满足带材缠绕机的功能要求，但结构、性能和经济性不同，根据工作条件，最终确定较合理的传动方案。B方案蜗杆传动能实现较大的传动比，结构紧凑，传动平稳，但效率低，常用于有间歇运动的场合，故不合理。C 方案中开式齿轮传动的工作环境一般较差润滑条件不好，易磨损，寿命短，故不合理。采用方案A较合理。采用如图4-1所示的ZL型二级圆柱齿轮减速器。

图4-1 ZL型二级圆柱齿轮减速器

4.1.3 联轴器的选择

联轴器是机械传动中常用的部件。它们主要用来连接轴或轴与其它回转部件，以传递运动与转矩，有时也可用作安全装置。

联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而存在着某种程度的相对位移，这就是说在设计联轴器时，要从结构上采取不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的功能。

根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否再发生相对位移的情况下保持连接的功能），联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。

绝大多数联轴器已经标准化或规格化，所以我们一般只是选用补用设计。根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被连接两部件的安装精度等，参考各类联轴器的特性，选择一种合适的联轴器类型。具体选择时可考虑一下几点：所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。例如，对大功率的重载转矩传动。可选用齿式联轴器，对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转震动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。

联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等等。

两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的连接可选用万向联轴器。

(4)联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属原件制成的不需润滑的联轴器比较可靠，需要润滑的联轴器，其性能易受到润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含橡胶等非金属元件的联轴器对温度，腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。

(5) 联轴器的制造，安装，维护和成本。在满足使用性能的前提下，因选用拆装方便，维护简单，成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且拆装方便，可用于低速，刚性大的传动轴。

根据选择要求和使用条件选用GYH6和GY3型联轴器，它的尺寸及标准如下所表3所示：

表4-3 联轴器的标准