张力机构设计

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1、第三章 张力机构的设计带材缠绕机在送线的工作过程中，控制缠绕线的张力的大小是很重要的，因 为缠绕线张力或大或小都会造成缠绕不均匀，给产品日后的使用造成很大的麻 烦，严重影响产品质量的控制。除了严重的影响产品的质量外，张力过大或偏小 都会导致缠绕带材的的断裂。其主要由张力检测器，张力控制器，张力辊，支架 等组成。3.1 张力检测器的选择张力检测器的工作原理:张力检测器是通过滚轮施加负载，使板簧产生位移， 然后通过差接变压器检出张力。由于板簧的位移量很小，大约土200um,所以它又 称作位移型张力检测器。根据机械本身，采用LX-050 TD型张力检测器，如图3-1 所示。图 3-1 LX-050

2、TD 型张力检测器其安装尺寸如图3 -2所示。951r1118563-Q-匚42皿安装螺孔4-M6（壁面安装螺孔）支点/连接丈85(60)图 3-2 安装尺寸其安装方法采用平面型安装方法。平面型有两种方案可供选择，引升型和压 缩型。在本机构设计中选用压缩型，如图 3-3所示。其中：F = 卷料的张力G = 张力检测器之负载K = 常数W = 辊之重量+ = 压缩方向- = 引升方向e i, e 2 =检测器与卷料之角度G = F(sin0 + sin&2)+WG= - F(sin 02 + sin 2) W压缩型(ii)引升型图 3-3 平面型安装的两种方法张力检测器与张力控制器或张力表配合使

3、用。与LX-050 TD配合使用的张力表为型号LM-10 PD。张力控制器可分成手动 控制、半自动(卷径检出式)控制及全自动控制。手动张力控制器是依收料或出 料卷径的变化而分阶段调整离合器或制动器的激磁电流，从而获得一致的张力。本机构属于结构设计，对控制器的选型不做详细介绍。3.2 张力辊的设计无论何种形式的张力辊均是利用磨擦力来产生张力和挟送力的，一但磨擦力 不足，不但无法产生足够且稳定的张力和挟送力，并且会打滑造成卷材的严重刮 伤。故需设计磨擦系数高的张力辊，在相同压力下，将提供比传统橡胶辊更高、 更可靠的张力和挟送力。该系统中张力辊共3个，由于该带材宽度为30mm，导 辊1和3设计如图3

4、-4所示，导辊2如图3-5所示.图 3-4 导辊 1图 3-5 导辊 23.3 张力辊轴的设计张力辊轴共三个。碳钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可 用热处理或化学热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，加工工艺性好，应用广 泛，故在本机构中轴的材料选用 45#钢。轴在使用过程中，承受的弯矩很小。它 主要承受扭矩。轴材料为20CrMnTi,且尺寸较大，性能数据按毛坯直径dW200mm选择，查 得a =600MPa， a =400MPa， t =160MPab -1b -1 导辊轴1、3设计，如图3-6所示。导辊轴2设计，轴材料为20CrMnTi，且尺寸较大，性能数据按毛坯直径d W20

5、0mm选择，查得a =600MPa， a =400MPa， t =160MPab -1b -1如图 3-7 所示。95561F180图 3-6 导辊轴 1 、 3图 3-7 导辊轴 23.4 轴承类型的选择方法3.4.1轴承选用所考虑的因素选用轴承时，要正确考虑它的主要因素。(1) 轴承的载荷 轴承所受载荷的大小，方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。根据载荷 的大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要元件是先接触，以用于承受较大的载荷， 承载后的变形也小。而球轴承中则主要为点接触，以用于较轻的或中等的载荷， 故在载荷较小时，应优先选用球轴承。根据载荷方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力

6、轴承。较小 的载荷可选用推力球轴承，较大的载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷， 一般选用深沟球轴承。当轴承在承受径向载荷时，一般选用深沟球轴承，圆柱滚 子轴承，滚针轴承。当轴承在承受径向载荷 Fr 的同时，还有不大的轴向载荷 Fa 时，可选用深沟球轴承，或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向 载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心 轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。（2）轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高 时，才会有比较显著的影响。轴承样本中列入了各类，各种尺寸的极限转速，这 个转

7、速是指载荷不太大，冷却条件正常，且为0 级公差等级轴承时的最大允许转 速。但是，由于极限转速主要是受工作时温升的影响，因此，不能认为样本中是 一个绝对不能超过的界限。从工作的转速对轴承的要求看，可以确定为以下几点：1球轴承与滚子轴承比较，有较高的极限转速，故在高速运转时应优先选 用球轴承。2在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越小，运转时滚动体加在 外圈轨道上的离心惯性力也就越小，因而就更适合于在高速的转动下工作。故在 高速时，宜选用同一直径系列中外径较小的轴承，外径较大的轴承，宜用于低速 重载的场合。要用一个外径较小的轴承而承载能力达不到要求时，可再装一个相 同的轴承，或者考虑选用宽系列

8、轴承。3保持架的材料与结构对轴承转速影响极大。实体保持架与冲压保持架允 许高一些的转速，青铜实体保持架允许更高的转速。4推力轴承的极限转速均很低。当工作转速高时，若轴向载荷不十分大， 可以采用角接触球轴承。5若工作转速稍微超过了样本中规定的极限转速，可以用提高轴承的公差 等级，或者适当的加大轴承的径向游隙。选择循环润滑或油雾润滑，加强对循环 油的冷却，等措施来改善轴承的高速性能。若工作转速超过极限转速较多，应选 用特制的高速轴承。3.4.2轴承的确定由于该机构中主要承受径向载荷，轴向载荷较小，故采用深沟球轴承。优先 选用 60000 型轴承，成本低。导辊轴，张力辊轴 1、3 和张力辊轴 2 所

9、用轴承分别为：6201 GB/T 276-1994， 6202GB/T 276-1994和 6000GB/T 276-1994。3.5 张力机构整体结构张力检测器用两个M10的螺钉固定在L型小支架上，小支架下侧固定一个支 架。这样设计方便安装，结构简单，节省材料。其中。大小支架材料均采用Q235.张力机构的工作原理是，带材通过导辊后经过导辊1，然后经过张力辊1，导 辊2和导辊3。带材缠绕过程中张力大小是变化的。它对张力辊2的压力作用使得 张力检测器检测出压力大小，然后通过张力控制器来控制其大小。使用该张力控制机构。实现恒定张力控制，它的结构简单，成本低，能很好 地满足生产要求。该机械张力机构的运用很好的解决了线圈缠绕机在使用过程中 绕线张力的控制的问题，实际中的适应性很强。整体结构，如图 3-8、3-9 所示。图 3-8 张力机构主视图 3-9 张力机构俯视图