拆卷機的設(shè)計【冷軋廠冷軋帶鋼】【說明書+CAD】

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第Ⅰ頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 拆卷機的設(shè)計 摘要 冷軋帶鋼在國民生產(chǎn)生活中占有重要的地位。在冷軋帶材車間，拆卷機被廣泛應(yīng)用。凡是以帶卷為坯料的機組，如：連續(xù)酸洗、軋制、剪切、連續(xù)熱處理及連續(xù)鍍層等機組，頭部都必須設(shè)置拆卷機，完成拆卷、直頭和送料等準(zhǔn)備工序。所以說拆卷機為帶材生產(chǎn)線上不可缺少的單體設(shè)備。本設(shè)計對拆卷機力能參數(shù)進行了計算，包括對主軸傳遞力矩的計算、主電機的選擇、減速器的選擇，還對拆卷機橫移機構(gòu)進行了設(shè)計校核及其支承裝置的改進設(shè)計，對拆卷機主要零件如拆卷機主軸、主軸軸承、彈性柱銷聯(lián)軸器等進行了強度校核、壽命設(shè)計及型號選擇等。最后，對拆卷機進行了潤滑方式選擇、技術(shù)經(jīng)濟及社會效益分析。 關(guān)鍵詞：拆卷機；橫移機構(gòu)；液壓缸；設(shè)計；校核 第 Ⅱ 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） Design of unwinder intensity Abstract Cold-rolled strip steel occupies an important position in the national production and life.In the cold rolling strip workshop,unwinder is widely used.The reminder is necessary for every coil as blank units,such as,continuous pickling,rolling,shearing,continuous and continuous plating,heat treatment unit,the head,complete tear open volume,straight head and feeding process.So unwinder is one of indispensable equipment for strip production line.In this design, the calculation of main shaft transmission torque,the choice of the main motor and reducer are done.Also the design of the unwinder transversal mechanism improvement design,checking and its supporting device for main parts such as unwinder unwinder spindle,spindle bearing,elastic dowel pin shaft coupling,key,etc on the intensity and service life design and model selection are all finished.Finally,the unwinder lubrication mode selection,technical and economic and social benefit analysis are finished. Key words:Unwinder；Transverse institutions；The hydraulic cylinder；Design；Check 第 Ⅲ 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 1緒論 1 1.1拆卷機的發(fā)展方向 1 1.2拆卷機的結(jié)構(gòu)與特點 1 1.2.1 單卷筒可脹縮拆卷機 1 1.2.2 雙錐頭無脹縮拆卷機 2 1.2.3 雙圓柱頭可脹縮拆卷機 2 1.3研究現(xiàn)狀 3 1.4研究內(nèi)容和研究方法? 4 2 橫移機構(gòu)方案的傳動評述與選擇 5 2.1橫移裝置傳動方案的確定 5 2.2主要傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2.2.1 主軸傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2.2.2 橫移傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 3 力能參數(shù)的計算 8 3.1拆卷機設(shè)計計算 8 3.1.1拆卷張力的選用計算 8 3.1.2拆卷機壓輥壓緊力計算 9 3.1.3圓柱頭徑向壓力計算 10 3.1.4拆卷機卷筒傳動力矩計算 11 3.2主電機的選擇 12 3.2.1傳動功率的計算 12 3.2.2選擇電動機系列 13 3.2.3選擇電動機功率 13 3.2.4校核電動機 14 第 Ⅳ 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3.3減速器的選擇 14 3.3.1減速器類型選擇 14 3.3.2減速器速比確定 14 4 橫移液壓缸裝置 16 4.1液壓缸及其選擇 16 4.2液壓缸系統(tǒng)工作原理 17 4.3液壓缸推力和流量等參數(shù)的計算 17 4.4液壓缸穩(wěn)定性計算與穩(wěn)定性校核 18 4.4.1 橫移機構(gòu)的阻力 18 4.4.2 液壓缸穩(wěn)定性校核 18 4.5橫移液壓缸支承裝置改進 20 5 主要零件的強度計算 21 5.1拆卷機主軸計算 21 5.1.1 彎矩圖 21 5.1.2 扭矩圖 23 5.1.3 校核軸的強度 23 5.2拆卷機主軸軸承計算 25 5.2.1 初選軸承 25 5.2.2 驗算軸承的使用壽命 25 5.3聯(lián)軸器的選擇與校核 27 5.3.1 聯(lián)軸器類型選擇 27 5.3.2 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 27 5.3.3 聯(lián)軸器型號選擇 28 5.3.4 聯(lián)軸器強度驗算 28 6 潤滑方式的選擇 30 第 Ⅴ 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟性評價 31 7.1 設(shè)備完好率與利用率 31 7.2 設(shè)備的可靠性 31 7.2.1 設(shè)備可靠度的計算 31 7.2.2 設(shè)備平均壽命 32 7.2.3 機械設(shè)備的有效度 32 7.3 設(shè)備的經(jīng)濟性評價 33 7.3.1 盈虧平衡分析 34 總 結(jié) 36 致 謝 37 參考文獻 38 第 47 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 隨著我國經(jīng)濟和科技的蓬勃發(fā)展，對鋼鐵的需求越來越重要。為滿足國民生產(chǎn)生活各部門的需求，除軋制生產(chǎn)一般產(chǎn)品外，還生產(chǎn)建筑、造船、汽車、石油化工、礦山、國防用的專業(yè)鋼材，對帶鋼的需求也日漸增加。作為實現(xiàn)帶鋼生產(chǎn)連續(xù)化、機械化和自動化的重要設(shè)備，拆卷機和卷取機廣泛應(yīng)用于熱軋、酸洗、冷軋、平整、連續(xù)退火、涂鍍、精整、重卷、剪切等生產(chǎn)線機組中，是必不可少的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備[1]。 拆卷機的設(shè)計，除了按一般機械設(shè)計程序進行機構(gòu)和強度設(shè)計外，尚有幾個與工藝和操作有關(guān)特殊問題。如機構(gòu)選擇、橫移機構(gòu)的改進設(shè)計、主要參數(shù)確定、卷筒壓力計算和張力、調(diào)速、卷取質(zhì)量等。 1.1 拆卷機的發(fā)展方向 冷軋帶材拆卷機和卷取機是將冷狀態(tài)下鋼卷打拆或?qū)搸Ь沓射摼淼臋C械設(shè)備，用在可逆式、連續(xù)式軋制線上和帶鋼精整機組的作業(yè)線上。常用的冷軋帶鋼卷取機分為輥式和卷筒式兩種，前者已很少被使用，本文著重介紹的卷筒式卷取機中的扇形脹縮式卷取機，由斜楔脹縮和棱錐脹縮兩類組成，廣泛應(yīng)用于高速卷取機、大張力卷取機和小張力卷取機上。在現(xiàn)代冷軋車間，軋機正向高速化、大卷重和自動化方向發(fā)展[2]。 1.2 拆卷機的結(jié)構(gòu)與特點 1.2.1 單卷筒可脹縮拆卷機 這種結(jié)構(gòu)拆卷機，由于卷筒長，考慮上料方便，要求卷筒卷徑脹縮范圍大，另外上卷時間也較雙圓柱頭拆卷機長。由于卷筒支撐在活動支座上，增加卷筒剛性，適用于大張力拆卷。單卷筒式拆卷機適用于薄帶鋼（2毫米以下）。按卷筒結(jié)構(gòu)形式不同，可分為單卷筒棱錐式拆卷機和單卷筒鏈板式拆卷機。圖1.1為單卷筒鏈板拆卷機機構(gòu)。 1-內(nèi)卷筒；2-鏈板；3-弓形塊；4-心軸；5-墊板 圖1.1 單卷筒鏈板式拆卷機結(jié)構(gòu) 這種拆卷機進適用于拆卷張力不大于1000公斤的卷重在15噸以下的橫切機組、清洗機組、退火機組等精整機組。對于處理卷重較大和拆卷張力較大的帶卷時，可采用單卷筒棱錐式拆卷機。圖1.2為單卷筒棱錐式拆卷機。 1-活動支撐軸頸；2-拉桿；3-空心軸；4-扁銷；5-弓形塊；6-棱錐軸；7-滑鍵 圖1.2 單卷棱錐式拆卷機的卷筒結(jié)構(gòu) 這種單卷筒棱錐式拆卷機與鏈板式拆卷機比較，具有剛性好、拆卷張力大、設(shè)備重量較輕等優(yōu)點，目前已被廣泛采用。 1.2.2 雙錐頭無脹縮拆卷機 這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較早。具有上料方便，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。由于雙錐頭拆卷機錐頭部分和帶卷內(nèi)圈接觸面積太小，在帶張力操作時，容易損壞帶鋼頭部。此外，由于錐頭不能脹縮，在拆卷過程中容易使帶卷內(nèi)孔與錐頭產(chǎn)生打滑。因此，這種結(jié)構(gòu)的拆卷機僅用來拆卷張力小的厚帶鋼。目前，新設(shè)計的拆卷機已經(jīng)不太采用這種結(jié)構(gòu)形式。圖1.3為雙錐頭無脹縮拆卷機。 圖1.3 雙錐頭無脹縮拆卷機 1.2.3 雙圓柱頭可脹縮拆卷機 雙圓柱頭可脹縮拆卷機按其脹縮方式的不同，還可分為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭式拆卷機和軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機兩種。 雙圓柱頭式拆卷機用于酸洗機組、剪切機組及冷連軋機組。一般來說，這種拆卷機用來拆卷張力不大的帶厚為2-8毫米的熱軋帶鋼。 圖1.4為徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機。 圖1.4 徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機 軸向液壓缸雙圓柱頭拆卷機，用于五機架冷連軋機組。卷筒結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。 1-空心軸；2-拉桿；3-弓形塊 圖1.5 軸向液壓缸脹縮的雙圓柱頭拆卷機的卷筒結(jié)構(gòu) 軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機與徑向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機相比，僅僅是圓柱頭脹縮液壓缸布置方式不同。制造和使用等方面來看，軸向液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機較好[3]。 1.3研究現(xiàn)狀 冷軋帶材拆卷機和卷取機是將冷狀態(tài)下鋼卷打開或?qū)搸Ь沓射摼淼臋C械設(shè)備，用在可逆式、連續(xù)式軋制線上和帶鋼精整機組的作業(yè)線上。常用的冷軋帶鋼拆卷機分為無壓輥式和有壓輥式兩種，前者已很少被使用，有壓輥式拆卷機中的脹縮式拆卷機[4]，由斜楔脹縮和棱錐脹縮兩類組成，廣泛應(yīng)用于高速拆卷機、大張力拆卷機和小張力拆卷機上。在現(xiàn)代冷軋車間，軋機正向高速化、大卷重和自動化方向發(fā)展[5]。 1.4研究內(nèi)容和研究方法? 本課題通過對冷軋廠冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝過程的全面深入了解，研究冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中拆卷機的作用與特點，提高帶鋼拆卷時間。 （1）去鞍鋼參觀冷軋帶鋼生產(chǎn)線更深入的了解拆卷機的構(gòu)造運行。 （2）查閱資料再結(jié)合到鞍鋼參觀來確定設(shè)計方案。 （3）按工藝要求和理論計算對拆卷機強度進行計算校核研究。 （4）根據(jù)生產(chǎn)工藝和實際操作對橫移機構(gòu)進行改進設(shè)計。  2 橫移機構(gòu)方案的傳動評述與選擇 根據(jù)對拆卷機結(jié)構(gòu)的了解，可以確定它的幾個主要組成成分：橫移機構(gòu)、電動機、減速器、主軸脹縮結(jié)構(gòu)、拆卷機卷筒、壓輥。 本篇論文主要進行橫移機構(gòu)的評述與選擇。 根據(jù)拆卷機的結(jié)構(gòu)特點的介紹，優(yōu)缺點和拆卷機現(xiàn)場的綜合考慮，選擇橫移液壓缸脹縮雙圓柱頭拆卷機。 雙圓柱頭拆卷機包括左、右兩個卷筒，分別由電動機經(jīng)過減速裝置單獨傳動。左右錐頭分別由液壓缸操作，可沿其水平方向移動，借此夾持帶卷內(nèi)徑，并對中機組中心線。圓柱脹縮由兩個軸向液壓缸來實現(xiàn)。為了使兩個軸向液壓缸作同步徑向運動，利用齒輪箱實現(xiàn)機械同步。這種機構(gòu)基本上克服了錐頭無脹縮拆卷機的打滑，使用效果良好[6]。 2.1 橫移裝置傳動方案的確定 從功能與動作著手分析，橫移裝置的功能是負(fù)責(zé)拆卷機卷筒的運送，基本動作就是左右進退，即也有往復(fù)的直線運動，但過程和動作都比較簡單，其中也有變速過程。 根據(jù)工作情況，并結(jié)合一些現(xiàn)有的資料，實現(xiàn)生產(chǎn)生活中普遍應(yīng)用的有兩種橫移裝置方案。一種是機械式（如圖2.1所示），另一種是液壓式（如圖2.2所示）。通過對比這兩種方案，并結(jié)合本設(shè)計的拆卷機的工作條件和環(huán)境，來確定本設(shè)計的橫移裝置。它們的優(yōu)缺點比較列于表2.1。往復(fù)直線運動很容易用油缸來實現(xiàn)，而且根據(jù)表2.1傳動方案的比較，選擇液壓式的橫移傳動機構(gòu)[6]。 圖2.1 機械式橫移機構(gòu) 圖2.2 液壓式橫移機構(gòu) 表2.1 傳動方案比較 種類 比較 機械式 液壓式 優(yōu)點 工作穩(wěn)妥可靠、 傳動效率高不需要經(jīng)常維修、 推力、行程大 推力大 推速易控制 缺點 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、自重大 漏油、勤維修 備注 應(yīng)用廣 推廣使用 2.2 主要傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 主軸傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸傳動的方式：通過左右兩個軸向液壓缸實現(xiàn)脹縮操作。 主軸傳動機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計： 機構(gòu)的主體被設(shè)置在拆卷機內(nèi)卷筒中心。液壓缸用軸向布置，通過液壓油的進出來實現(xiàn)小軸的往復(fù)運動，從而帶動其端部的錐頭進行脹縮運動。 2.2.2 橫移傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 橫移傳動的方式：也是通過左右兩個液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)機架橫移往復(fù)運動。 橫移傳動機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計： 機構(gòu)被布置在機架的左右兩側(cè)。液壓缸用尾部銷軸的安裝方式固定；活塞桿一段用螺紋連接一耳環(huán)，把兩塊支撐板用銷軸固定在耳環(huán)上。當(dāng)液壓缸活塞桿伸長，推動機架內(nèi)框，內(nèi)框連同上面的托架在活塞桿推力作用下，隨桿的伸長而向前移動，當(dāng)要到達指定位置時，其速度較慢，之后進行主軸脹縮固定鋼卷[7]。  3 力能參數(shù)的計算 拆卷機主要參數(shù) 1、鋼板最大厚度：=4mm；計算中?。篽=3mm 2、鋼卷最大外徑：=2000mm；內(nèi)徑：d=508mm 3、鋼卷最大寬度：=1000mm；最小寬度：=600mm，計算中取：b=750mm 4、鋼卷最大卷重：=12t=120kN，計算中?。篏=7.5t=75kN 5、拆卷最大開口度：=2144mm；最小開口度：=584mm 6、拆卷最大張力：=10kN 7、拆卷機單側(cè)行程：S=780mm 8、帶鋼速度：v開=2～3.5m/s，計算中?。簐開=3m/s 9、橫移速度（穿帶速度）：v=0.5m/s 10、啟動時間：t=2s；制動時間：t=2s 11、工作油壓：p=16MPa；額定油壓：=20MPa 12、難軋鋼種：=750MPa，=400MPa 13、單側(cè)錐頭重量：G錐=7000N；單側(cè)支承座重量：G支=75000N 3.1 拆卷機設(shè)計計算 3.1.1 拆卷張力的選用計算 精整機組拆卷張力的選用，與機組尾部卷取張力一樣，應(yīng)該十分謹(jǐn)慎。不適合的開卷張力，會影響到精整機組正常生產(chǎn)。一般開卷張力的選用按式（3.1）計算[3]。 （3.1） 式中 ——帶鋼寬度，b=750mm； ——帶鋼厚度，h=0.6mm； ——單位壓力，在設(shè)計計算時，可經(jīng)驗公式（3.2）計算。 （3.2） 式中 ——帶鋼屈服極限，； ——張力系數(shù)，可按文獻選取，。 可得：。 3.1.2 拆卷機壓輥壓緊力計算 一般在拆卷機上設(shè)有壓輥，用壓緊帶鋼來增加制動力矩，有利于正常拆卷。有時還 可以把壓輥做成驅(qū)動的，這樣對拆卷引料也有一定好處（如圖3.1所示）。 壓輥壓緊力可按式（3.3）計算[3]。 P r （3.3） 式中 ——帶卷內(nèi)半徑，； ——拆卷角度，； ——帶鋼在壓輥壓緊力作用下，帶鋼所產(chǎn)生弾塑彎曲力矩值，其值可按 式（3.4）計算。 （3.4） 式中 ——帶鋼橫截面上彈性區(qū)部分高度，即，mm； ——帶鋼厚度，h=3mm； ——帶鋼屈服極限，； ——帶鋼寬度，b=750mm； ——帶鋼彈性模量，； ——帶卷內(nèi)半徑，。 可得： 圖3.1 拆卷機壓輥壓緊力計算簡圖 3.1.3 圓柱頭徑向壓力計算 如上所述，為了不要讓帶鋼卷內(nèi)徑和圓柱頭之間打滑，必須脹徑圓柱頭來產(chǎn)生足夠的摩擦力，使其力矩值和拆卷張力所引起的力矩相互平衡（如圖3.2所示）。 圓柱頭徑向壓力N可按式（3.5）計算[3]。 每個圓柱頭受力為總的拆卷張力的一半，即。由于圓柱頭有時受力不均。在設(shè)計計算時，可取。則有 （3.5） 式中 ——帶卷卷徑比。即帶卷外徑與內(nèi)徑之比：； ——帶卷內(nèi)徑與圓柱頭的摩擦系數(shù)。在圓柱頭上車有刻痕，??； ——拆卷張力，T=7.2kN。 可得： 圖3.2 圓柱頭徑向壓力N計算簡圖 3.1.4 拆卷機卷筒傳動力矩計算 參考圖3.3，卷筒傳動力矩可按式（3.6）計算[3]。 （3.6） 式中 T——拆卷張力，； R——帶卷外半徑，； x——下垂度，； ——壓輥壓力，； ——壓輥與帶鋼的摩擦系數(shù)，一般可??； ——壓輥半徑，； ——卷筒軸承處的摩擦力矩，其值可按式（3.7）計算。 （3.7） 式中 ——由卷筒（包括）自重即張力在卷筒軸承1處所引起的反力， ； ——由卷筒（包括）自重即張力在卷筒軸承2處所引起的反力， ； ——卷筒軸承處的摩擦系數(shù)，； ——卷筒軸承處1軸頸直徑，； ——卷筒軸承處2軸徑直徑，； （注：、受力圖如圖3.4所示） ——壓輥軸承處的摩擦力矩，其值可按式（3.8）計算。 （3.8） 式中 ——壓輥壓緊力P和壓輥自重在軸承處引起的反力， ； ——卷筒軸承處的摩擦系數(shù)，； ——卷筒軸承處軸徑直徑，。 可得：。 圖3.3 有壓輥的拆卷機受力圖 圖3.4 軸承處受力圖 3.2 主電機的選擇 3.2.1 傳動功率的計算 按式（3.6）求出卷筒傳動力矩后，可按式（3.9）計算卷筒的傳動功率[3]。 （3.9） 式中 ——卷筒傳動力矩，； v開 ——開卷速度，m/s，v開=3m/s； ——傳動效率，； R——帶卷外半徑，mm，R=750mm。 可得：。 3.2.2 選擇電動機系列 電機是拆卷機的核心部分，如果電機選擇不合適，就會造成設(shè)備不能正常運行，或者達不到客戶的速度及其他的生產(chǎn)要求。生產(chǎn)要求對我們的電機選擇是息息相關(guān)的。 其中對于選擇電機來說，最主要的就是帶材的尺寸、帶材的材料類型、客戶要求的最高速度及啟動時最大加速時間等。 其次是按工作要求，根據(jù)工作電源種類（直流或交流）、工作條件（環(huán)境、溫度、空間位置等）及負(fù)荷太小、性質(zhì)、啟動特性和過載狀況等來選擇。 按生產(chǎn)要求及工作要求選用三相異步電動機，封閉式機構(gòu)，電壓380V,YX系列。 3.2.3 選擇電動機功率 傳動裝置總效率可按式（3.10）計算[7]。 η= （3.10） 式中 η聯(lián)——聯(lián)軸器效率，取η聯(lián)=0.99； η齒——齒輪嚙合效率，取η齒=0.97； η承——滾動軸承效率，取η承=0.99。 可得：η=0.8858。 所需電動機功率由公式（3.11）計算。 （3.11） 式中 η——傳動總效率，η=0.8858。 可得：。 3.2.4 校核電動機 負(fù)荷較穩(wěn)定（或變化很小），連續(xù)長期運轉(zhuǎn)的機械，可按電動機的額定功率來選擇，而不需要校驗電動機的發(fā)熱與起動轉(zhuǎn)矩。選擇時應(yīng)保證： （3.12） 式中 ——電動機額定功率，kW； ——工作時所需電動機功率，kW。 查文獻[8]，選用電動機型號為YX280S-4，額定功率=75kW，轉(zhuǎn)數(shù)n=1490。 3.3 減速器的選擇 3.3.1 減速器類型選擇 減速器是作用在原動機與工作機之間獨立、封閉的傳動裝置。由于減速器具備結(jié)構(gòu)緊湊、傳動準(zhǔn)確可靠、傳動效率高和使用維護方便等特點，故在各種工業(yè)機械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。 減速器種類型號很多，用來滿足多種機械傳動的不同要求。 按工作環(huán)境和工作要求選用臥式二級圓柱直齒輪減速器。 3.3.2 減速器速比確定 卷筒速度由公式（3.13）計算[7]。 （3.13） 式中 v開——帶鋼速度，m/S，v開=2～3.5m/s； R——卷筒半徑，mm。 1.當(dāng)卷筒載重最大時，帶鋼速度最小，帶卷的卷徑此時最大。v=2m/s，R=750mm， 可得：n1=25.46r/min； 2.當(dāng)卷筒空載時，帶鋼速度最大，帶卷的卷徑此時最小。v=3.5m/s，R=254mm， 可得：n2=131.58r/min。 所以由得：i1=58.52，i2=11.32 根據(jù)所求i1和i2，由文獻[9]，選用減速器型號為ZSY-560-31.5-I, i=31.5  4 橫移液壓缸裝置 4.1 液壓缸及其選擇 液壓缸是液壓系統(tǒng)中非常重要的執(zhí)行元件，它可以將系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，也可以用來實現(xiàn)往復(fù)直線運動或擺動。液壓缸可以單獨使用，也可以兩個或多個組合起來或和其他機械機構(gòu)組合起來使用。其結(jié)構(gòu)特點是： 1.結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠； 2.重量輕、傳力大、壽命長； 3.運動慣性小、加工制造精度高、可作頻繁換向； 4.易于實現(xiàn)遠控和自控。 為了滿足不同型式機械的不同用途的需要，液壓缸相應(yīng)地?fù)碛卸喾N結(jié)構(gòu)和不同的性能類型。 按供油方向的不同，液壓缸可以分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只可以向缸的一側(cè)輸入高壓油，靠其他外力使活塞回程。雙作用缸則可以分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反向運動均是靠液壓力來完成。 按結(jié)構(gòu)形式的不同，液壓缸可以分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸與伸縮式套筒缸。按活塞桿的數(shù)量，液壓缸又可以分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸。 按缸的特殊用途，液壓缸又可以分為串聯(lián)缸、增速缸、增壓缸、步進缸等。此類缸都不是一個單獨的缸筒，而是要和其他缸筒、構(gòu)件組合而成，所以從結(jié)構(gòu)形式來看，這類缸又稱為組合缸。 液壓缸在工程機械上應(yīng)用十分廣泛。其使用條件有以下特點： 1.工作強度高，經(jīng)常承受作用在工作裝置上及由液壓缸驅(qū)動的慣性質(zhì)量引起的沖擊壓力。 2.工作環(huán)境非常惡劣，經(jīng)常要在充滿了水泥砂石與灰塵的環(huán)境中工作。 3.工程機械大部分是移動式設(shè)備。安裝在其上的液壓缸，質(zhì)量要輕、體積要小（這種要求是靠提高系統(tǒng)工作壓力來達到的）。所以質(zhì)量輕、體積小、壓力高也就成了工程機械用液壓缸的一個特點。 4.工程機械工作場所的環(huán)境溫度變化大。要求液壓缸所用材料能適應(yīng)高溫和低溫。 所以根據(jù)液壓缸結(jié)構(gòu)特點和工作要求，本設(shè)計選用單桿雙作用活塞缸，單桿雙作用活塞缸是各類液壓機械應(yīng)用最廣泛的液壓缸。 液壓缸的固定支承方式原本是采用兩端固定，在本設(shè)計中將其改成中間鉸鏈連接。這樣，在滑動機座的滑板磨損后整體下降時，能使橫移液壓裝置工作比較平穩(wěn)，也減小了活塞和液壓缸體之間的阻力，減少拉桿的受力所引起的力對活塞和缸壁的損傷，還能減輕拉桿運動中所受的阻力，也還能減輕液壓缸的漏油現(xiàn)象。 4.2 液壓缸系統(tǒng)工作原理 單桿活塞缸是指活塞只有一側(cè)帶活塞桿的液壓缸，如圖4.1所示。單桿活塞缸也有活塞桿固定式和缸筒固定式兩種安裝形式。兩種安裝形式的運動部件運動范圍是相等的，均是活塞有效行程的兩倍。 單桿活塞缸因其左、右兩腔有效面積和不等，因此當(dāng)進油腔和回油腔壓力分別為和，輸入左、右兩腔的流量均為時，液壓缸左右兩個方向的推力和速度均是不相同。 圖4.1單桿液壓缸 4.3 液壓缸推力和流量等參數(shù)的計算 1. 液壓缸推力 液壓缸推力可按式（4.1）計算[10]。 （4.1） 式中 ——活塞直徑，； ——工作油壓，； ——液壓效率，。 可得：。 2.流量 流量可按式（4.2）計算[10]。 （4.2） 式中 ——橫移速度，m/s； ——容積效率，。 可得：m/s。 4.4 液壓缸穩(wěn)定性計算與穩(wěn)定性校核 4.4.1 橫移機構(gòu)的阻力 橫移機構(gòu)阻力可按式（4.3）計算[10]。 （4.3） 式中 ——機座與橫移機構(gòu)軌道的摩擦系數(shù)，； ——橫移機構(gòu)推力機座總重量，。 可得：。 式中 n——安全系數(shù)，。 4.4.2 液壓缸穩(wěn)定性校核 活塞桿當(dāng)它受軸向壓縮負(fù)載時，它能所承載的力F不能超過使它保持恒定工作所能允許的臨界負(fù)載F，以避免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。F的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面直徑、形狀和長度以及液壓缸的裝配方式等因素有關(guān)。 活塞桿的穩(wěn)定性校核可按式（4.4）進行計算[10]： （4.4） 式中 ——安全系數(shù)，??； 活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑可按式（4.5）計算。 （4.5） ——活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，mm； J——活塞桿橫截面慣性矩，由下式（4.6）求出： （4.6） 式中 d——活塞桿直徑，。 可得：。 A——活塞桿橫截面面積，。 所以可得：mm。 由文獻可知： 液壓缸支承方式為一端自由，一端固定。 式中——末端系數(shù)。 活塞桿長度：。 當(dāng)活塞桿的細長比時，則： （4.7） 當(dāng)活塞桿的細長比，且時，則： （4.8） 式中 ——柔性系數(shù)，由文獻[10]得，； E——活塞桿材料的彈性模量，。 因為。 所以用式（4.8），可得：。 可得： 所以,則液壓缸能保證穩(wěn)定工作，符合設(shè)計要求。 4.5 橫移液壓缸支承裝置改進 本設(shè)計首先是對冷軋精整剪切線拆卷機的，要經(jīng)過對拆卷機的主要力能參數(shù)進行計算，然后對拆卷機的橫移液壓缸機構(gòu)支承裝置做出了改進設(shè)計。液壓缸的固定支承方式原本是采用兩端固定，在本設(shè)計中將其改成中間鉸鏈連接。 這樣，在滑動機座的滑板磨損后整體下降時，能使橫移液壓裝置工作比較平穩(wěn)，也降低了活塞與液壓缸缸體之間的阻力，進而大大增加了活塞與缸體的使用時長，并且也能大大減少液壓缸的漏油現(xiàn)象。  5 主要零件的強度計算 5.1 拆卷機主軸計算 拆卷機主軸在拆卷機拆卷的過程中，扮演著重要的角色，故主軸選用材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理。按彎扭合成強度條件對主軸進行強度校核計算。計算步驟如下： 5.1.1 彎矩圖 根據(jù)簡圖，分別按水平和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，按其結(jié)果做出水平面的彎矩 圖（圖5.1b）和垂直面上的彎矩圖（圖5.1c），然后按式（5.1）[11]計算出總彎矩圖 （圖5.1d）。 （5.1） 分析：1、水平面（H面），受力如（5.1b）所示，則有： （5.2） （5.3） 式中 ——軸承1水平面支反力，kN； ——軸承2水平面支反力，kN； ——帶卷中心處到軸承1的距離，=965mm； ——軸承1到軸承2的距離，=675mm。 可得：，。 則彎矩由式（5.4）計算。 （5.4） 可得：。 2、垂直面（V面），受力如（圖5.1c）所示，則有： （5.5） （5.6） 圖5.1軸的載荷分析圖 式中 ——軸承1垂直面支反力，kN； ——軸承2垂直面支反力，kN； 可得：，。 則彎矩由式（5.7）計算。 （5.7） 可得：。 5.1.2 扭矩圖 由文獻[11]得外力偶矩可按公式（5.8）計算。 （5.8） 式中 ——外力偶矩； P——輸入功率，； n——最大轉(zhuǎn)速，。 則可得軸所受扭矩：。 5.1.3 校核軸的強度 按第三強度理論[12]，計算應(yīng)力 （5.9） 由彎曲所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， 則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力?？紤]兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為： （5.10） 式（5.10）中的彎曲變應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力，取。 對于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入式（5.10），則主軸的彎扭合成強度條件為： （5.11） 式中 ——軸的計算應(yīng)力，MPa； M——軸所受的彎矩，kN； W——軸的抗彎截面系數(shù)，； ——對稱循環(huán)應(yīng)力時，軸的許用應(yīng)力，其值按文獻選用。 由主軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面A、B和C是主軸可能的危險截面?，F(xiàn)將驗算這三處的強度。 A截面： A處的彎扭合成強度條件是： （5.12） 式中 ——主軸A處的計算應(yīng)力，MPa； ——主軸A截面所受的彎矩，； ——主軸A截面的抗彎截面系數(shù)，， 其中，，則。 則可得：。 B截面： B處的彎扭合成強度條件是： （5.13） 式中 ——主軸B處的計算應(yīng)力，MPa； ——主軸B截面的抗彎截面系數(shù)，， 其中，則。 則可得：MPa。 C截面： C處的彎扭合成強度條件是： （5.14） 式中 ——主軸C處的計算應(yīng)力，MPa； ——主軸C截面所受的彎矩，, 其中——主軸C截面水平面彎矩，； ——主軸C截面垂直面彎矩，。 則。 ——主軸C截面的抗彎截面系數(shù)，， 其中，，則。 則可得：。 由文獻[12]選用45號鋼調(diào)質(zhì)處理，得。因此A、B、C三個截面的計算應(yīng)力都小于，故主軸安全。 5.2 拆卷機主軸軸承計算 5.2.1 初選軸承 因其主軸所受的軸向力很小，故可以省去。 初選：軸承1為雙列圓錐滾子軸承，其中D=400，d=300，T=210，， ,e=0.31，Y=2.2，,； 軸承2為30332圓錐滾子軸承，其中D=300，d=160，T=75，， ,e=0.35，Y=1.5。 5.2.2 驗算軸承的使用壽命 軸承1： （5.15） 式中 ——軸承1徑向力，。 可得：。 又因為，則由文獻[13]查得： 徑向動載荷系數(shù),軸向動載荷系數(shù)。 當(dāng)量動載荷P的計算公式為： （5.16） 式中 ——載荷系數(shù)，其值見文獻，取。 則可得：。 基本額定壽命： （5.17） 式中 ——溫度系數(shù)，由文獻[13]查得； ——指數(shù)，對于滾子軸承。 則由式（5.17）得：。 軸承2： 由式（5.15）得： （5.18） 式中 ——軸承2徑向力，。 則可得：。 因為，則可得：徑向動載荷系數(shù)，軸向動載荷系數(shù)。 同上可得：。 則基本額定壽命。 綜上由軸承1和軸承2看出最小的基本額定壽命為18131h，約為2.1年，所以能滿足工作要求，可以被選用。 5.3 聯(lián)軸器的選擇與校核 聯(lián)軸器是用在連接兩軸或軸與回轉(zhuǎn)件之間，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，并在傳動過程不能 分開使用的一種機械傳動裝置。 選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時，應(yīng)根據(jù)具體的工作要求，綜合考慮兩軸間的相對偏移、聯(lián)軸器的載荷特性、工作轉(zhuǎn)速、聯(lián)軸器的外廓尺寸、工作環(huán)境、經(jīng)濟性等方面的因素。 5.3.1 聯(lián)軸器類型選擇 為了阻斷振動和沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器適用于連接兩 同軸線的傳動軸系，并具有補償兩軸間相對偏移和一般減振性能。 5.3.2 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 聯(lián)軸器的主參數(shù)是公稱轉(zhuǎn)矩[14]，選用時各轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合以下關(guān)系： （5.19） 式中 ——理論轉(zhuǎn)矩，； ——計算轉(zhuǎn)矩，； ——公稱轉(zhuǎn)矩，； ——許用轉(zhuǎn)矩，； ——許用最大轉(zhuǎn)矩，； ——最大轉(zhuǎn)矩，。 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩由式（5.20）計算。 （5.20） 式中 ——驅(qū)動功率，； n——工作轉(zhuǎn)速，。 可得：。 由文獻查得工況系數(shù)K=2.3 ,則計算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=10458.1kN.mm 5.3.3 聯(lián)軸器型號選擇 聯(lián)軸器型號查文獻[14]得，選用LX8型彈性套柱銷聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩16000kN.mm 許用最大轉(zhuǎn)速為2120r/min，軸徑80~125mm之間，故滿足使用。 5.3.4 聯(lián)軸器強度驗算 1. 聯(lián)軸器強度驗算 聯(lián)軸器強度驗算由文獻[14]得：彈性套與孔壁間的擠壓應(yīng)力由式（5.2.1）計算。 （5.21） 式中 ——柱銷數(shù)目，，其中，則個； d——柱銷直徑，； ——柱銷中心所在軸的直徑，； L——彈性套長度，； ——許用擠壓應(yīng)力，。 可得：。 2.聯(lián)軸器柱銷的彎曲應(yīng)力驗算 聯(lián)軸器柱銷的彎曲應(yīng)力驗算由文獻[14]得：彎曲應(yīng)力按式（5.22）計算。 （5.22） 式中 ——柱銷的許用彎曲應(yīng)力，，為柱銷材料的屈服極限，其材 料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理，=335MPa，則。 可得：。 綜上彈性套與孔壁間的擠壓應(yīng)力和彈性柱銷彎曲應(yīng)力都符合強度要求。 6 潤滑方式的選擇 機械零件之間的摩擦是導(dǎo)致零件發(fā)熱、磨損且損壞機械設(shè)備的主要原因。加工再完善的機械，如果解決不了零件間的摩擦的磨損，就無法保證機械的正常使用壽命而損毀。所以我們要解決問題的辦法就是采用潤滑。潤滑可以讓零件之間的摩擦損耗降到最低，潤滑是機械設(shè)計中必不可少的重要組成部分。 在兩摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減緩零件磨損，保護零件不受銹蝕，而且在采用循環(huán)潤滑的同時還可以起到散冷、降溫作用。由于液體自身的不可壓縮性，潤滑油膜還擁有緩沖、減振的作用。使用膏狀的潤滑脂，即可以防止內(nèi)部潤滑劑的外溢，還有可以阻擋外部雜質(zhì)侵入，避免加速零件的磨損，起密封的作用。 潤滑的實質(zhì)其實就是在兩個相對運動之間的表面加入摩擦因數(shù)很小的潤滑劑，使兩個表面相互隔離并不直接接觸，以降低摩擦因數(shù)和減小磨損。 潤滑的方式有兩類：油潤滑和脂潤滑。這兩種潤滑的方式各自有優(yōu)缺點。潤滑油主要分三類：一是有機油，通常是動植物油；二是礦物油，主要是石油產(chǎn)品；三是化學(xué)合成油。而礦物油的儲存量充足，成本又比較低，且穩(wěn)定性能好，所以是使用較多的油類?；瘜W(xué)合成油是一種新的潤滑油，通過化學(xué)合成的方法制造的，這種油能滿足礦物油所不能滿足的許多特殊要求。由于其應(yīng)用針對許多特定環(huán)境，屬于專用油，適用面不是特別廣泛，而且成本很高，所以一般很少應(yīng)用[14]。選擇潤滑介質(zhì)時應(yīng)該主要考慮以下幾方面； （1）負(fù)荷特性和大?。? （2）工作的溫度高低；? （3）運動速度的大??；? （4）工作環(huán)境的溫度；? （5）摩擦副的結(jié)構(gòu)特點和潤滑方式。 潤滑脂為另一類應(yīng)用最多的潤滑劑，通常滾動軸承都是采用脂潤滑。絕大部分潤滑脂用于潤滑，稱為減摩潤滑脂。減摩潤滑脂主要是起到降低機械摩擦，防止機械磨損的作用。同時還可以起防止金屬腐蝕的保護和密封防塵作用。有一些潤滑脂主要用來防止金屬生銹或腐蝕，稱為保護潤滑脂。例如工業(yè)凡士林，常被稱為密封潤滑脂。潤滑脂大多數(shù)是半固體狀的物質(zhì)，具有獨特的流動性。潤滑脂的作用主要是潤滑、保護和密封。 在本設(shè)計中采用了液壓缸的裝配應(yīng)用20號工業(yè)油，滾動軸承應(yīng)選用潤滑脂。 7 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟性評價 7.1 設(shè)備完好率與利用率 設(shè)備的完好率和利用率是用來評價工程機械技術(shù)水平的兩項重要指標(biāo)，它們在一定程度上反映出了企業(yè)設(shè)備管理的水平和技術(shù)裝備的素質(zhì)。 設(shè)備的完好率是設(shè)備管理水平的一個重要考核指標(biāo)，它反映工程企業(yè)機械設(shè)備的使用，管理，保養(yǎng)，維修的情況，對促進企業(yè)設(shè)備的完好管理發(fā)揮重要作用。完好率是擁有橫向聯(lián)系的一種標(biāo)準(zhǔn)，它既能反映設(shè)備的狀態(tài)技術(shù)水平，又能表現(xiàn)設(shè)備檢修工作的狀況和生產(chǎn)維護的工作效果?？己送旰寐实慕K極目的是保證裝拆設(shè)備，并使其始終保持良好的技術(shù)狀態(tài)。完好率的經(jīng)驗公式為： 設(shè)備的利用率是一種縱向延展的指標(biāo)，考核它不僅能夠表現(xiàn)設(shè)備的投資效果，設(shè)備的轉(zhuǎn)做率和作業(yè)效率，而且能夠反映設(shè)備系統(tǒng)功能的投入及性能發(fā)揮的狀態(tài)。考核的最終目的是在于提高設(shè)備的利用效果，充分發(fā)揮設(shè)備的潛力和能力。利用率的經(jīng)驗公式是： 7.2 設(shè)備的可靠性 7.2.1 設(shè)備可靠度的計算 由式（7.1）計算。 R(t） （7.1） 式中 R(t)——可靠度函數(shù),取t=600 h； λ——失效率，取λ=0.4×10-3。 （7.2） 設(shè)備失效率浴盆曲線如圖7.1。 圖7.1 失效率浴盆曲線 7.2.2 設(shè)備平均壽命 平均壽命,即機械設(shè)備的可靠性另一個性能指標(biāo)：使用壽命,工作時間隨機變量的期望值。 由式（7.3）計算。 （7.3） 式中 ——平均壽命； ——可靠性函數(shù)。 機械設(shè)備是可修復(fù)系統(tǒng)。若,那么由下列公式求出壽命： （7.4） 式中 λ——設(shè)備的失效率，取 若一次年修期間，統(tǒng)計維修26次，則機械壽命為： 7.2.3 機械設(shè)備的有效度 設(shè)備有效度—指年修期間的有效度即設(shè)備在這段工作運行的有效利用率。根據(jù)公式（7.5）： （7.5） 式中 MTBF——平均工作時間； MTTR——平均故障間隔期。 假設(shè)每班停機檢查共1080小時，工作狀態(tài)圖見圖7.2所示。 圖7.2 設(shè)備工作狀態(tài)圖 h h 則 7.3 設(shè)備的經(jīng)濟性評價 由文獻[15]可得到公式： （7.6） 式中 K0——總投資額， Hm——年平均凈收益， 由于，所以，經(jīng)濟可行。 投資回收期是用平均年凈收益來返本的總投資額。 投資回收期采用了靜態(tài)經(jīng)濟評價方法，設(shè)備投產(chǎn)后按每年取得的凈收益計算，其中包括利潤和設(shè)備折舊費。將全部投資即固定資產(chǎn)投資和流動資金回收所需時間，以年為單位并從建設(shè)年算起。 由此可得到表7.1表 表7.1 收益資料表 時期 （年） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 建設(shè)期 年凈 收益 30 25 10 20 22 25 25 30 30 30 35 35 35 40 40 累積凈收益 -30 -55 -45 -25 30 22 47 77 107 137 172 207 242 282 322 由表7.5可算得： 由于，所以,經(jīng)濟上合理。 7.3.1 盈虧平衡分析 以年產(chǎn)量成本、利潤評價一年產(chǎn)量的平衡點。年產(chǎn)量大于平衡點才能有凈值，一般62%左右為好。 年產(chǎn)量360t，每噸售價0.4萬元，固定成本30萬元，可變成本70萬元利潤 (7.7) 式中 V——單位可變成本，； P——售價，P=0.4萬元； B——固定成本，B=30萬元。 盈虧平衡圖，見圖7.3所示 圖7.3盈虧平衡圖  總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是我本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我擺脫了枯燥的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，理論知識和實際設(shè)計的相互結(jié)合歷練了我。使我能夠較熟練的運用所學(xué)的專業(yè)知識，增加了解決實際工程中問題的能力，同時也鍛煉了我查找文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體設(shè)計的掌控，對細節(jié)的處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富。這是我們都希望看到的，也正是我們畢業(yè)設(shè)計的意義所在。 我的畢業(yè)設(shè)計課題是拆卷機強度校核及其橫移液壓缸改進設(shè)計，此次畢業(yè)設(shè)計使我對機械設(shè)計有了進一步的認(rèn)識，通過對拆卷機的設(shè)計，讓我知道了拆卷機在冷軋車間重要作用，了解了拆卷機的工作原理。通過對拆卷機橫移機構(gòu)的設(shè)計，讓我了解了液壓缸的基本工作原理，并對其有深刻的認(rèn)識。 如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的自信心，讓我了解了專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景信心滿滿。但由于時間和條件的限制，加上水平有限，本課題設(shè)計研究還存在著許多漏洞，有待于進一步的改善和提高。不過這些漏洞正是我去更好的研究創(chuàng)新的最大動力，只有盡快發(fā)現(xiàn)問題才有解決問題可能，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，之后我會更加關(guān)注新技術(shù)的出現(xiàn)，并盡快的掌握這些知識，為今后工作的發(fā)展打好基礎(chǔ)。  致 謝 在本篇論文成功完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師，以及所有幫助、關(guān)心過我的同學(xué)們致以崇高的謝意！ 首先感謝我的導(dǎo)師王立萍。在她的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成了本次畢業(yè)設(shè)計，從設(shè)計開始到說明書的寫作修改至完成，無一不凝注了老師的心血。王立萍老師在我們做設(shè)計期間不辭勞苦的去幫助我們，始終與我們在一起，讓我們并不因設(shè)計的繁瑣而擔(dān)憂，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作精神和高度的責(zé)任心值得我們學(xué)習(xí)，尤其是王老師真誠待人的作風(fēng)，對學(xué)生的愛護關(guān)心，誨人不倦的學(xué)者風(fēng)范深受我們的愛戴。在此，我對王老師表示由衷的感謝并致以崇高的敬意。并對和我一同學(xué)習(xí)、研究課題的同學(xué)和幫助過我的老師以及朋友們致以真摯的謝意。 畢業(yè)論文的是最后一