400型水溶膜流研成型機的設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘 要 水溶性塑料薄膜（以下簡稱水溶膜）是一種新穎的綠色包裝材料。它的主要原料是聚乙烯醇及淀粉，能溶于水，降解成無毒無公害的最終產(chǎn)物 CO2和 H2O。它的應用也較為廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ钪卸加袕V泛的運用，且隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，對水溶膜的需求量也必將持續(xù)增長。 本文主要介紹 400 型水溶膜流研成型系統(tǒng)的設計方法，該系統(tǒng)的主要工作原理是：先將原料在一定條件下制成水溶性膠液，然后將膠液流研到鏡面不銹鋼帶（以下簡稱鋼帶）上，用刮刀將膠液均勻刮開，膠液刮層隨鋼帶轉(zhuǎn)動進入烘道烘干，最后剝離成成品膜。烘 道的熱源來至布置于系統(tǒng)頂部的熱供送箱和烘道內(nèi)置的紅外電熱管，其內(nèi)的溫度是可控的。刮刀固定于鋼帶的上部，它可以在一定范圍內(nèi)上下調(diào)動，通過控制它與鋼帶間的縫隙，來達到控制水溶膜厚度的目的。鋼帶被焊接成環(huán)形，安裝在一對大滾筒上，位于生產(chǎn)線后端的為主動滾筒，前端的滾筒主要起改向作用，稱改向滾筒，剛帶傳動非常類似于平帶傳動，但本系統(tǒng)中的鋼帶既是水溶膜成膜的載體，又是動力轉(zhuǎn)動裝置，這一環(huán)節(jié)的設計十分重要。 關鍵詞： 水溶膜，烘道，鋼帶傳動，滾筒，刮刀 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 ABSTRACT Water-soluble plastic packaging films (hereinafter referred to water-soluble film) is a new green packaging materials, its main raw material is polyvinyl alcohol and starch, can dissolve in water, degradation of non-toxic pollution-free into the final product of CO2 and H2O. Its also the wider application of the workers, farmers and people in daily life have a wide range of use, and with the enhancement of environmental awareness among the people, the demand for water soluble film will also continue to grow. In this paper, 400 water-soluble film-forming system of research methods, the systems main principle is: first of raw materials under certain conditions, into water-soluble glue, and then glue to flow to the inquiry with stainless steel mirror ( Hereinafter referred to strip), the scraper will Smear glue evenly, with the strip into the rotation, bake film drying, peeling into the final finished film. Hung Road to the heat source in the system to the layout at the top of the heat and bake for sending me the built-in infrared Electric Road tube, the temperature is controllable. Scraper fixed in the upper strip, it can within a certain range from top to bottom mobilization, through its control of the gap between the strip and to achieve water-soluble film thickness control purposes. Strip was welded into a ring, installed in a large drum, the back-end to take the initiative to drum, drum major from the front of the bend, much like a belt-drive, water-soluble film is a film strip the carrier, is the driving force Moment of devices, this part of the design is very important. Keywords: Water-soluble film, Hung Road, belt drive, roller, scraper 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 第 1章 緒論 1 1.1 水溶膜的簡介 1 1.2 水溶膜的現(xiàn)狀及展望 1 1.3 水溶膜的主要制備方法 3 第 2章 系統(tǒng)總體設計 2 2.1 烘道的設計 2 2.1.1 主體結(jié)構材料的選擇 3 2.1.2 整體尺寸和布局 3 2.1.3 供熱 系統(tǒng)的設計 5 2.2 鋼帶的設計 6 2.2.1 鋼帶性能的要求 6 2.2.2 鋼帶型號及尺寸的選擇 7 第 3章 傳動裝置的設計及計算 8 3.1 鋼帶傳動 8 3.1.1 鋼帶傳動的設計計算 8 3.1.2 電動機及減速機的選用 13 3.1.3 傳動滾筒和托輥的設計與選用 14 3.1.4 軸承的選用與校核 21 3.2 鏈傳動 23 3.2.1 鏈條的設計 23 3.2.2 鏈輪的設計 24 3.2.3 鏈傳動的受力分析 27 第 4章 主要附屬裝置的設計與 選用 28 4.1 刮刀設計 28 4.2 刀架的設計 29 4.3 調(diào)偏裝置的設計 30 4.4 熱風回流裝置的設計 31 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 結(jié)論 32 參考文獻 33 致謝 34 附錄 35 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 1 章 緒論 1. 1 水溶膜的簡介 水溶膜的外觀和我們?nèi)粘＝佑|的普通薄膜看起來差不多，但兩者在性能上卻相差甚遠，大家都很清楚后者是白色污染的罪魁禍首，是一種很難降解的永久污染源。而水溶膜則恰恰相反，它很容易被降解，尤其是它能溶于水，也正因此而得名 水溶膜。水溶膜作為一種的 綠色包裝材料 ,在歐美、日本等國被廣泛用于水中使用產(chǎn)品的包裝 ,例如 ,農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑等。水溶膜的主要原料是聚乙烯醇(PVA)及淀粉 ,其所有組分 (包括添加的助劑 )均為無毒的 C、 H、 O 化合物，溶于水后，降解成無毒無公害的最終產(chǎn)物 CO2和 H2O。 制膜過程中，各組分之間只發(fā)生物理溶解 ,改善其物理性能、力學性能、工藝性能及溶水性能 ,但不發(fā)生化學反應 ,不改變其化學性能，即：水溶膜從材料到生產(chǎn)成膜都是無毒無污染的 【 1】 。 因此，水溶膜完全可稱為是一種新穎的綠色包裝材料，且隨著人們環(huán)保意識的上升，其 市場也必將越來越廣闊！ 1.2 水溶膜的現(xiàn)狀及展望 目前國內(nèi)外市場生產(chǎn)銷售的水溶性薄膜主要有高溫型和低溫型 2種類型。主要應用于在水中使用的產(chǎn)品的包裝、水轉(zhuǎn)移印刷、作為暫時性載體用于假發(fā)及刺繡的制作過程、用于種子帶、服裝及紡織品包裝、洗滌袋等。 目前國外生產(chǎn)廠家主要采用流涎法和吹塑法生產(chǎn)水溶性薄膜。主要是日本、美國、法國、韓國等生產(chǎn)銷售此類產(chǎn)品 ,如法國 GREENSOL 公司和美國 WORDWIDE TECHNOLOGY PARTNERS(W.T.P)公司 ,日本的合成化學公司等。國內(nèi)在上世紀 70 年代上海塑料制品研究所、四川涪陵地區(qū)塑料三廠先后開發(fā)了 PVA 薄膜的流涎法和吹塑法 ,但由于質(zhì)量差 ,能耗高 ,因而未能工業(yè)化生產(chǎn)。目前中科院北京塑料研究所正在研究開發(fā)吹塑法生產(chǎn)水溶膜 ,處于實驗室研究階段 ,還未投入實際生產(chǎn) 【 1】 。 我校包裝機械研究所在郝院長的帶領下，研究開發(fā)了一種水溶膜生產(chǎn)方法 鋼帶流研法，這種方法不僅生產(chǎn)效率較高，而且相比之下能耗也比較低，操作流程簡單，一條線僅需兩三個人就可以保證生產(chǎn)。正是因為具有這么多優(yōu)點，這種生產(chǎn)方法在國內(nèi)已經(jīng)取得了很大的市場，隨著技術的不斷改和成熟，我相信她必定會繼續(xù)得到不斷 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 的推廣，為創(chuàng) 造一個潔凈的地球作出一定的貢獻 ! 1.3 水溶膜的主要制備方法 目前，制作水溶膜的方法并不是很多，歸納起來比較成熟的有以下幾種： 吹塑法生產(chǎn)水溶膜 吹塑法生產(chǎn)水溶膜主要以 PVA 為主要原料 ,添加水及其它助劑通過擠出吹塑機吹塑成膜，類似于目前通用朔料薄膜的生產(chǎn)，這里不做過多介紹。 流涎法生產(chǎn)水溶膜 這種生產(chǎn)方法工藝與傳統(tǒng)的塑料薄膜成型工藝有所不同 ,它的工藝過程是 :采用先將原料制成固含量為 18% 20%的水溶性膠 ,然后將水溶性膠液通過管道堆聚在鋼帶表面，隨著鋼帶的傳動，固定于機架（鋼帶上部）上的刮刀將膠液均勻刮開， 將其涂布于鋼帶表面，通過控制刮刀與鋼帶間的縫隙來控制膜的厚度。隨著鋼帶的持續(xù)轉(zhuǎn)動，表面涂有水溶性膠液的鋼帶進入有較高溫度的烘道內(nèi)，膠液內(nèi)的水分蒸發(fā)至規(guī)定水分后 ,切邊、剝離、收卷，獲得成品膜，工藝流程圖如圖 1.1 所示 【 2】 。 圖 1.1 水溶膜生產(chǎn)工藝簡圖 本次設計就是針對這種方法，設計一條最高生產(chǎn)速度達 7m/min 的水溶膜生產(chǎn)線，因所生產(chǎn)的膜的寬度為 400mm，故將該生產(chǎn)線命名為： 400 型水溶膜流研成型機，通過以后章節(jié)將對其進行詳細的設計。 第 2 章 系統(tǒng)總體設計 2.1 烘道的設計 烘道，顧名思義就是起 烘烤作用的通道，它是水溶膜成膜的主要場所，為膠液的 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 蒸發(fā)提供熱量，因此烘道應當具備一下幾點特征：首先，烘道應該具有一定的空間，為成膜提供一定的場所；其次，它應該能夠提供足夠的熱量，而且應該是可控的，這樣才能控制膠液蒸發(fā)成膜的速度；最后，既然烘道是一個能夠提供熱能的空間，那它就必須有一定的保溫能力。當然，烘道作為系統(tǒng)的主要可視部分，不僅要有實用的堅實結(jié)構，它還應該具有優(yōu)美的外觀。 2.1.1主體結(jié)構材料的選擇 烘道采用鋼架焊接結(jié)構，主鋼架采用規(guī)格為 50mm 50mm 的方鋼管，因整個系統(tǒng)承載重量輕，且自重也較低， 方鋼管的壁厚選為 1.4mm。兩側(cè)邊豎直方向的立柱上需安裝可開拉的門，為了便于安裝門和與主鋼架焊接，側(cè)邊立柱選用 50mm 100mm 的矩形鋼管，壁厚也選為 1.4mm。各段材料，均采用手工下料，再用普通電弧焊機焊接。 焊接好的機架表面（除兩側(cè)邊裝門以外）均有蒙皮，且都是雙層的，這是因為里面要裝耐高溫保溫材料 玻璃纖維，位于鋼帶緊邊的下邊還有一層分隔層，將烘道分成兩個腔。蒙皮和分隔層都選用白鐵皮，采用鉚接的方法，鉚在機架上，白鐵皮的厚度選 1mm。 2.1.2整體尺寸和布局 烘道的主要作用是為膠液干燥提供一個熱溫 環(huán)境，涂布在鋼帶上的膠液，在烘道內(nèi)會有一個往還的過程，鋼帶在烘道內(nèi)往返運行的這段時間正是膠液成膜的過程。一般情況下水溶性膠液的含水量在 80左右，而成品膜的含水量在 17左右，當干膜溫度在 75左右，平均熱風速度在 2.8m/s 時，干膜時間的 t，一般需要 2min 3min，這里取 t的中間值 t=2.5min 計算，生產(chǎn)速度 V按設計要求最大速度 V=7m/min 計算，則烘箱的最小長度 m in /2L V t=8.75m，考慮到其它非穩(wěn)定因素，為了保證能安全持續(xù)生產(chǎn)，這里將烘道的長度hL設計為 11m。 由于烘道較長，為了便于運輸和安裝，將其分為前、中、后三段，其中前段將又分為兩部分，前面一部分主要裝有刀架、改向滾筒、流研口等，這部分是敞開的，后段則是密閉的烘道，兩段復合在一起，統(tǒng)稱機架前段，總長約為 4.5m，其中烘道的長度設計為 3m；中段和后段則均為純粹的烘道，長度均設計為 4m，那么整條線的長度L=4.5+2 4=12.5m，且三段的排列方式是直線型，詳情請參看附錄圖 1。 由于要在烘道內(nèi)形成一個熱風循環(huán)，所以將烘道分為上下兩個腔，鋼帶的緊邊在上腔運行，松邊在下腔運行，中間用白鐵皮分隔開，熱風從上腔進入，循環(huán)經(jīng)過下腔后，用抽風機抽入上腔繼續(xù)循環(huán)，這樣即可形成熱風循環(huán)，又能提高熱能利用率。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 上腔的頂部均勻的開有四個熱風入口，入口下端約 100mm 處設有熱風分配篩，熱風分配篩底面距離鋼帶約 200mm，熱風通過熱風分配篩后，可以防止熱風直接吹在膠液表面上。上腔除開有熱風入口外，還均勻排布有電熱管，同樣電熱管距離鋼帶約200mm，它們可以直接加熱膠液，使整個系統(tǒng)的熱功率大為提高。 上腔的高度 H上，可按下式求 得： H上 =200+100=300mm。 下腔主要是鋼帶的松邊在里邊運行，為了防止松邊擦到底面，設計時要求松邊最低點離底面高度dh 150m m，鋼帶的下垂量 h 可按式（ 2.1）計算： h=a/2 tan （ 2.1） 式中： a 滾筒 的軸心距， 12000mm； -松邊最低點與水平面的夾角，要求 3 5，計算時取大值 5 將數(shù)據(jù)代入上式可得： h=525mm 則下腔所需高度 H下應滿足式（ 2.2） dH h h r 下（ 2.2） 式中： r 滾筒的半徑， r=250mm 將數(shù)據(jù)代入可 得： H下 925mm 設計時將 H下圓整為 1000mm，那么烘道的整體高度 H可按式（ 2.3）計算： 3aH H H 下上（ 2.3） 式中 :a 機架方鋼管的邊長， a=50mm 將數(shù)據(jù)代入上式可得： H=1450mm 由于機架的總體高度不高，不便于操作者的操作，因此在烘道下邊焊接有支腿，高度均為 150mm，烘道的每段四個角各一個，共有 12 個支腿。為了能夠在不太平整的地面上工作，每個支腿上都設有地腳螺釘，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整生產(chǎn)線高度。 烘道在寬度方向的要求 :本條生產(chǎn)線在設計時要求能夠生產(chǎn) 400mm 的產(chǎn)品，那么所需滾筒的寬度gL=630mm（具體計算過程見下一章），加上滾筒與兩邊機架的空隙余量1yL=35mm，再加上機架結(jié)構方鋼管的寬度 d=50mm，整機寬度zL可按式（ 2.4）計算： zL=gL+21yL+2d=800mm （ 2.4） 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.1.3供熱系統(tǒng)的設計 生產(chǎn)線的熱源主要有兩部分：帶有鼓風機的熱風箱、固定 于烘道上腔的電熱管。 熱風箱是本系統(tǒng)的主要熱源和風源，裝在整條線的上方，每段烘道均裝有一套，熱風箱總體形狀呈長方體狀，其內(nèi)橫向裝有 3 排，每排 12 根電熱管，一端裝鼓風機，另一端裝熱風入口。為了保溫，熱風箱的壁都是用白鐵皮做的雙層壁，夾層內(nèi)塞有保溫材料。熱風箱長度方向為 1080mm，橫剖面圖是 400 400mm 的方形，夾層的寬度為50mm，保溫材料在此除具有保溫性能外，還應具有耐高溫、不燃等性能，根據(jù)對其性能的要求，本處所選材料為玻璃纖維。 熱風箱的外觀結(jié)構如圖 2.1 所示（圖中除去了兩頭的接頭）。 圖 2.1 熱風箱結(jié)構示意圖 熱風從熱風箱吹出后，并不是直接吹在涂有膠液的鋼帶表面上，而是經(jīng)過一篩裝熱風分配器后，進入烘道上腔的，這樣可以防止為成膜的膠液在強氣流的干擾下，產(chǎn)生波紋狀突起，熱風分配篩外形如圖 2.2 所示。 1-安裝法蘭 2-篩狀底 3-吊臂 圖 2.2 熱風分配篩 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 獨立電熱管，它們固定于烘道內(nèi)頂部，鋼帶緊邊的上方，是本系統(tǒng)的輔助熱源，不能提供熱風，僅起到直接加熱膠液、加速膠液蒸發(fā)的作用。它們排布的較稀疏，每段烘道內(nèi)裝有 3 4 根，采用吊架鉚接在頂板上 【 3】 ，如圖 2.3 所示。 1-吊架 2-烘道頂部 3.電熱管 圖 2.3 烘道內(nèi)電熱管固定方法 2.2 鋼帶的設計 之所以把鋼帶的尺寸設計作為整體設計的一部分，就是應為鋼帶在本系統(tǒng)中有這十分重要的作用，那么有關其尺寸及材料的選擇也是至關重要的。因此，下面單就鋼帶總體設就的要求作進一步的說明。 2.2.1 鋼帶性能的要求 在本系統(tǒng)中鋼帶是靠一對滾筒帶動的，做類似平帶傳動的運動，其示意見圖 2.4鋼帶既是水溶膜成膜的載體，又是動力轉(zhuǎn)動裝置，且一般是在高溫環(huán)境中，處于張緊狀態(tài)工作，因此這一環(huán)節(jié)的設計十分重要。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2.4 剛帶傳動示意圖 首先，鋼 帶作為膜的載體，其表面必須具有較高的光潔度和抗膠液腐蝕的能力。鋼帶的光潔度決定膜的成膜質(zhì)量和剝離難易，抗膠液腐蝕的能力則影響鋼帶的使用壽命，因鋼帶工作時，要與膠液長時間接觸，因此鋼帶必須要有較高的抗腐蝕的能力。 其次，鋼帶作為傳動裝置，其起到的作用類似于平帶傳動中的皮帶，必須具備一定的抗拉和抗彎強度，且長時間的工作于高溫環(huán)境中，還要有一定的耐高溫性質(zhì)。 此外，鋼帶是靠焊接連接成環(huán)的，焊接的質(zhì)量直接影響成膜的質(zhì)量和鋼帶的使用壽命，因此對鋼帶的焊接性能要求較高。 2.2.2 鋼帶型號及尺寸的選擇 根據(jù)以上對鋼帶 的性能的要求，本生產(chǎn)系統(tǒng)選擇鏡面不銹鋼帶，既不會生銹，也具有較高的光潔度，且其強度也比較高。針對生產(chǎn)對鋼帶的要求，查機械手冊 【 4】 選擇型號為 1Cr17Ni7 的不銹鋼耐熱冷軋鋼帶，其力學性能見表 2.1。 表 2.1 1Cr17Ni7 不銹鋼帶的力學性能 牌號 狀態(tài)符號 屈服強度0.2/MPa 抗拉強度0.2/MPa 伸長率（ %） 1Cr17Ni7 TY 960 1275 5（厚度 0.8） 因鋼帶在系統(tǒng)中必須焊接成環(huán)形，且系統(tǒng)對焊接的質(zhì)量要求較高，為了便于焊接和增強鋼帶的使用壽命，鋼帶的厚度選為 1mm；考慮到制膜的寬度及切邊等因素，剛帶的寬度設計為 560mm；鋼帶的長度有兩部分組成，上下水平部分和繞在滾筒上的兩段半圓部分，因為兩滾筒的軸心距為 a=12000mm，半徑為 R=250mm（數(shù)據(jù)來自第 3 章），如圖 2.3 所示： 圖 2.3 滾筒半徑機軸心距 鋼帶的總 長 L 2a 2 R ，代入數(shù)據(jù)可得 L=25570mm，因安裝鋼帶的滾筒在一定范 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圍內(nèi)是可調(diào)的，且鋼帶在安裝時存在一定的誤差，所以這個長度僅是一個大概數(shù)值，具體數(shù)值可在 25500mm-25600mm 間選定，本文把 25600mm 作為計算數(shù)據(jù)，有關鋼帶的抗拉強度及抗彎強度校核在下一章有具體說明。 第 3 章 傳動裝置的設計及計算 在本系統(tǒng)中，主動力來源于一個三相異步調(diào)頻變速電動機，其功率不是很大。動力將經(jīng)過三個傳動部分傳給滾筒，它們以次是：與電動機現(xiàn)串聯(lián)的減速機、鏈傳動、剛帶傳動， 其中鋼帶的傳動至關重要。 本章將對電動機的選用以及這三個傳動進行設計和說明，下面將對鋼帶傳動進行詳細的闡述。 3.1 鋼帶傳動 采用鋼帶傳動是本系統(tǒng)一大特點，也是設計的難點，前面已經(jīng)說過，剛帶傳動既是傳動裝置，又是執(zhí)行機構，雖然它類似平帶傳動，但又絕不能看成平帶傳動，剛帶傳動有許多新的、鋼帶傳動所獨有的特征，下面將對剛帶傳動做出具體的設計。 3.1.1鋼帶傳動的設計計算 鋼帶傳動中較為重要的部分就是一對傳動滾筒，滾筒的設計也就顯得至為重要。在這對滾筒中，位于機器后端的為牽動滾筒，即把動力從與之相連的動力源傳遞 給鋼帶。前端的為改向滾筒，主要起改向作用，鋼帶繞過其半周后改向 o180 。傳動類型與平帶傳動相似，其傳動簡圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 傳動滾筒類型 兩端的滾筒起到的作用和平帶傳動中的帶輪相類似，下面按照平帶傳動模型對其進行受力分析。首先，把該系統(tǒng)看成理想的帶傳動，即先忽略鋼帶的自重，求其個點的受力情況。下面用“逐 點計 算法” 計 算 鋼帶 各 點 的 張 力與阻力 【 5】 ，各點力的分布如 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 3.2 所示。 現(xiàn)在把鋼帶的受力理想化，將其分為緊邊繞入主動滾筒受力點 , 緊邊繞出改向滾筒受 力點 ，松邊繞出 主動滾筒受力點， 松邊繞入 主動滾筒受力點，緊邊與托輥接觸受力點共五處受力點，下面用“逐 點計 算法” 計 算 鋼帶 各 點 的 張 力與阻力。 圖 3.2 鋼帶受力逐 點計 算法 各點受力可用下列各式（ 3.1 3.3）表達： 2 1 1 2S S W （ 3.1） 3 2 2 3 gS S W W （ 3.2） 4 3 3 4S S W （ 3.3） 式中：1S鋼帶松邊 繞 出主 動滾 筒 點 的 張 力， kgf； 2S鋼帶松邊 繞 入 改向滾筒點 的 張 力， kgf； 3S鋼帶緊邊 繞 出 改向滾筒點 的 張 力， kgf； 4S鋼帶緊邊 繞 入主 動滾 筒 點 的 張 力， kgf； 12W 鋼帶 松邊 運 行阻力， kgf； 23W鋼帶在 改向滾筒 上的阻力， kgf； 34W 鋼帶 緊邊 運 行阻力（與托 輥間 的摩擦力）， kgf； gW 剝離薄膜阻力，取 2N（實驗數(shù)據(jù)）。 將 上列各式合并得式（ 3.4）： 4 1 1 2 2 3 3 4 gS S W W W W （ 3.4） 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 由于薄膜自重可以忽略不 計 ，且鋼帶松邊是自由傳動因而 120W 3 4 0W qL （ 3.5） 式中 q 鋼帶 每米自重， kg/m； 0F 兩滾 筒中心距， M； 托 輥 阻力系 數(shù) ，取 為 0.025； 改向 滾 筒阻 力由式（ 3.6） 計 算： 2 3 4W kS （ 3.6） 式中： k 改向滾筒 阻力系 數(shù) ，由 于鋼帶 在 滾 筒上的包角接近 180，因此取 k =0.05。將 上列各式整理可得式（ 3.7）： 4 1 0 4 gS S q L k S W （ 3.7） 主 動滾 筒 繞 入 點 和 繞 出 點 的受力必 須 符 合歐 拉公式（ 3.8） ，鋼帶 才不 會 在 滾 筒上打滑， 41fS S e （ 3.8） 式中： f 鋼帶 與 滾 筒 間 的摩擦系 數(shù) ，查表取 f =0.15； 鋼帶 在 滾 筒上的包角， = ； 將式 （ 3.7）和式（ 3.8）聯(lián) 立，可得式（ 3.9）： 01 1gfq L WS e （ 1-k ） （ 3.9） 將數(shù)據(jù)代入以上各式可得 1S=9.6kgf 2S=1S=9.6kgf 3S=11.3kgf 41fS S e 15.4kgf 鋼帶 在主 動滾 筒上所需 圓 周力ecF的 計 算如式（ 3.10） 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4 1 4 1e c cF S S W W （ ）（ 3.10） 式中：41W 驅(qū)動滾 筒的阻力，單位為 kgf，可通過式（ 3.11）計算； cW刮刀的阻力， kgf，通 過實驗 可取 0.2 41W=（ 0.01: 0.02）（12S+S） （ 3.11） 聯(lián) 立（ 3.10）和（ 3.11）兩 式得 41e c cF S S W : 12（ 0 . 0 1 0 . 0 2 ） （ S + S ） 6.4kgf 在式41W=（ 0.01: 0.02）（12S+S）的計算中，取較大值 0.02 參與計算。 鋼帶 安 裝 并焊接好后，施加一定的 預緊 力 0F 使鋼帶張緊 ，鋼帶 在 滾 筒上 產(chǎn) 生 壓力 ，從而產(chǎn)生摩擦力。在理想狀態(tài)下 ，鋼帶 在不工作 時兩邊 拉力相等，都等于 0F ，且鋼帶兩邊都是張緊的，如 圖 3.3 所示。 圖 3.3 鋼帶在理想非工作狀態(tài)下示意圖 但在實際情況下 ，鋼帶的段受自重的影響有一定的下垂，即鋼帶下段并不是水平繞進滾筒的，而是與水平面存在一個夾角 ，在實際操作中一般將 控制 3 : 5范圍內(nèi)，如圖 3.4 所示。 圖 3.4 鋼帶實際工況示意圖 從圖中很容易看出，重力 Go是一定值，當 的角度越小時，則鋼帶必須提供較大 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 的力 Fo 來平衡 Go，為了達到更高的安全系數(shù) ，現(xiàn)取較小的角度 3對鋼帶進行如圖3.5 的受力分析。 圖 3.5 鋼帶最低點受力分析 用正交分解法，可得式（ 3.12） 002 sinFG （ 3.12） 式中：0F鋼帶受拉內(nèi)應力， N； 鋼帶繞如滾筒時與水平面的夾角，計算中取 3； 00qL gG 鋼帶下 段的重力，可用式（ 3.13）求得。 00qL gG （ 3.13） 式中： q 每米鋼帶的質(zhì)量 Lo 鋼帶下段的長度，近似等與兩滾筒的軸心距； g 重力加速度，取 10N。 聯(lián)立（ 3.12）和（ 3.13）兩式得： 00 2 sinqL gF （ 3.14） 將數(shù)據(jù)代入式（ 3.14），可得： 0F37 . 9 1 0 1 0 . 5 6 0 . 0 0 1 1 2 1 02 s i n 3 o 5072N 即鋼帶在不工作和工作時，都必須施加至少 5072N 的力，才能使鋼帶拉緊在規(guī)定的下垂角度范圍內(nèi)，且拉力 Fo 始終作用于鋼帶內(nèi)部，屬于鋼帶內(nèi)力，不對外做功，主要起拉緊鋼帶的作用。 當鋼帶工作時鋼帶的緊、松邊 受力應在這個拉力的基礎上分別加上4S、1S，即 :緊邊拉力 F上=5223N，松邊拉力 F下=5166N，整條鋼帶所受最大拉力為鋼帶緊邊繞入滾筒處，即力 F上，現(xiàn)在用它鋼帶的抗拉強度 按式（ 3.15）進行校核 【 6】 。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 FA （ 3.15） 式中： F 鋼帶所受的拉力； A 鋼帶的橫截面積。 把數(shù)值代入式（ 3.15）中可得： b 9.33MPa 查表 2-1可得，該鋼帶的許用應力 1 2 7 5 M P a ，可以看出 = ，所以鋼帶的抗拉強度是安全。 鋼帶繞在滾筒上時要引起彎曲應力，可設鋼帶的彎曲應力為 b （單位為 MPa），在下一節(jié)的滾筒設計中將會將會對其進行校核計算。 3.1.2電動機和減速機的選用 在上一節(jié)中，我們已經(jīng)求出 鋼帶 在傳動過程中受力最大點在鋼帶緊邊繞入點，且在該點所 受 最 大力4S=15.4kgf，下面我們可以用式（ 3.16）來求鋼帶在實際傳動中所需的功率gP： 4gP S g V （ 3.16） 式中 :g 重力加速度 ,這里取 10N/kg V 鋼帶的運行速度，這里取最大速度 7m/min 計算，且計算時單位化為 m/s 將數(shù)據(jù)帶入式（ 3.16）得： gP 18w 選擇電動機時，應考慮到機械傳動中的功率損失、系統(tǒng)在啟動時有較大慣性，需較大的啟動功率以及電動機本身也存在一定的功率損失等情況，故所選電動機功率dP應大于鋼帶傳動所需功率gP，它們間的關系可用式（ 3.17）表示： dP=gnP（ 3.17） 式中： n 動力安全系數(shù)，可取 1 3，本系統(tǒng)計算時取 3 將數(shù)據(jù)帶入式（ 3.17）可得： dP=54w 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 固所選電動機額定功率不能低于 54w，可適當選擇功率大點的電動機。查相關手冊選擇 Y801-4 型三相異步電動機 【 7】 ，其詳細技術數(shù)據(jù)見表 3.3。 表 3.3 所選電動機特征值 電機型號 極數(shù) 額定功率/kw 同步轉(zhuǎn)速/(r/min) 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩/(kN/m) 質(zhì) 量/kg Y801-4 4 0.55 1500 1390 2.4 17 在本系統(tǒng)中，電動機并不是直接將動力輸出的，而是與一個 減速機串聯(lián)在一起，通過減速機減速后再輸出到一個鏈傳動環(huán)節(jié)上，最終經(jīng)鏈傳動傳動到主動滾筒上，下面對減速機進行選擇： 系統(tǒng)總傳動比 1 3 9 0 5 02 8 1dz gnin 式中：dn-電動機輸出轉(zhuǎn)速 gn-主動滾筒的轉(zhuǎn)速 在本系統(tǒng)中，鏈傳動的傳動比ji設計為 3:1 （在以下章節(jié)有對其的相關 設計），所以減速機的傳動比zjLii i =16.6，可將其圓整為 17，結(jié)合電動機，查相關手冊，選用HJ-20型星輪減速器，其技術數(shù)據(jù)見表 3.4。 表 3.4 所選減速機特征值 減速機型號 輸入轉(zhuǎn)速 /(r/min) 公稱傳動比 i/(r/min) 許用輸出轉(zhuǎn)矩 T/(kN.m) HJ-20 1500 17 2.94 3.1.3傳動滾筒和托輥的設計與選用 在帶傳動中有大、小兩種滾筒，其中位于環(huán)形鋼帶兩端與平帶傳動中帶輪有類似作用的是一對大滾筒，其中位于機器后端的是主動輪， 前端的是改向輪。托輥在剛帶傳動中其托承作用，它們均勻排布在環(huán)形鋼帶緊邊的下面。在上一節(jié)的圖 3-2 中有標示，圖中小圓代表托輥，但其個說并不代表實際數(shù)目，僅起示意作用。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 現(xiàn)在對主動滾筒進行設計 【 8】 ，滾筒主要包括圓筒型外緣，兩端的輻板和中間軸組成，其輪廓結(jié)構如圖 3.6 所示。 圖 3.6 主動滾筒結(jié)構示意圖 在本設計中，滾筒外緣和輻板的材質(zhì)均選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 Q235，許用應力 25 6 /N m m ；中心軸選用 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，許用應力 24 0 6 6 /N m m : 。查相關資料，滾筒的輻板和外緣可選用 8mm-13mm 鋼板焊接，考慮到本系統(tǒng)屬于低速輕載運行系統(tǒng)，為了減輕自重和節(jié)約成本，滾筒結(jié)構鋼板不必選的太厚，選 10mm 的板材，采用焊接結(jié)構，可完全滿足系統(tǒng)需求。 滾筒的直徑：為了保證鋼帶在滾筒上順利的繞行，鋼帶不會發(fā)生彎曲應力破壞，滾筒應有一個最小極限半徑。滾筒直徑愈大，愈有利于鋼帶的傳動，但受機器本身的限制，和從節(jié)約成本出發(fā)，滾筒的最大直徑應有一定的限制，所以滾筒的直徑應選擇一個適當?shù)臄?shù)值。 根據(jù)鋼帶的屈服極限和彈性模量，可以按式（ 3.18）計算 滾 筒的 最小直 徑 ： min bEhD （ 3.18） 式中： E 鋼帶 的 彈 性模量，大小 為 206 310 MPa ； h 鋼帶 的厚度，大小 為 1mm ； b 鋼帶 的彎曲應力極限，大小 為 548MPa 代入 數(shù) 據(jù)可算得： minD 376mm 結(jié)合表 3-1，選滾筒的直徑 D=500mm，這樣按鋼帶最大彎曲應力極限設計，再結(jié)合表 3.5 選出的滾筒最小直徑，這樣從表中按鋼帶使用壽命選出滾筒，那么鋼帶是否能 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 滿足彎曲極限應力的要求，就無需校核了。即所選滾筒在滿足鋼 帶的彎曲應力極限的同時，又能滿足整個系統(tǒng)的使用壽命。 表 3.5 常見滾筒直徑對鋼帶使用壽命的影響 帶輪直徑 /鋼帶厚度（ d/t） 鋼帶使用壽命（循環(huán)次數(shù)） 625/1 1000000 400/1 500000 333/1 165000 200/1 85000 滾筒的長度：鋼帶的寬度dL為 560mm，且鋼帶在傳動過程中很容易產(chǎn)生跑偏，滾筒作為帶動鋼帶的主要機構，滾筒的兩邊必須為鋼帶留有一定的余量1yL，取1 yL=35mm，滾筒和機架間也必須留有一定的運轉(zhuǎn)余量2yL，取2yL=1yL=35mm，再結(jié)合整機設計寬度zL為 800mm，結(jié)構方鋼管的寬度 d=50mm，則滾筒的寬度gL可按式（ 3.19）或式（ 3.20）求解： 22 ( )g z yL L d L （ 3.19） 或 12g d yL L L（ 3.20） 將數(shù)據(jù)帶入上任一式中可得： 630gL mm 滾筒兩端的輻板并不是位于滾筒圓筒型外緣的頂部，而是與外緣的兩端面存在一定的距離 b， b 取 20mm，如圖 3.7 所示，這樣做不僅外型美觀，而且對外緣起到一定的加強作用。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 3.7 滾筒凸緣尺寸 中心軸的設計，安裝在主動滾筒的中心軸上的零部件有：輸入動力的鏈輪、起承托作用的軸承，滾筒本身，因此可將軸設計成階梯軸?，F(xiàn)在，先初步估算軸的最小直徑mind，已知加載在滾筒軸上的功率0P（為了設計的安全，這里把電動機的功率看成無損失的輸出，即計算時0P取用電動機的功率 ），滾筒的轉(zhuǎn)速 n。 =28r/min，選取軸的材料為經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 45 號鋼。 傳動軸的最小直徑mind可由式（ 3.21）確定， 03m in 00PdAn（ 3.21） 式中：0A-由表 3-5查得，計算時取用 112； 0P-取用電動機的輸出額定功率， 0.55kw； 將數(shù)據(jù)代入式（ 3.21）可得： mind=30.2 由于系統(tǒng)在工作時對滾筒中心軸的撓度要求較高，軸剛性的好壞將直接影響到成膜質(zhì)量，故一般將軸的直徑設計的比較大。 中心軸的結(jié)構如圖 3.8 所示：軸的最小直徑出現(xiàn)在大鏈輪的安裝處，即圖中段，這里可將最小直徑1d選為 40mm（由后面內(nèi)容可知，這里1d也滿足小于大鏈輪的最大允許輪轂直徑的要求），查表 3.3 可知鏈輪的輪轂長度為 56mm，結(jié)合鏈輪輪轂長度和其它因素，將此段長度設計為 58mm。又因本段要安裝鏈輪，且鏈輪與軸采用鍵連接，故本段開有一鍵槽，查相關設計手冊，鍵槽的尺寸為 4 12 50，即：深為 4mm、寬為12mm、長度為 54mm，因滾筒受到的扭矩較小，此處鍵的強度不需校核； 圖 3.8 中心軸的結(jié)構尺寸示意圖 緊接著是安裝軸承的軸頸，圖中所示段，此段直徑結(jié)合前一段軸的直徑和軸承內(nèi)徑，將其設計為 50mm，結(jié)合機架的寬度和軸承套的長度 ，將長度設計為 50mm；圖中段軸頸上安裝滾筒輻板而且還要讓滾筒端面與機架保持一定的間隔，結(jié)合前段的直 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 徑，將本段的直徑設計為 56mm，因滾筒兩端部留有 20mm 的凸緣，與機架的間隔為 35mm，且輻板本身厚度為 10mm，所以將本段長度設計為 65mm；緊挨著的段是軸位于兩輻板間的部分，結(jié)合前段，將本段的直徑設計為 60mm，長度結(jié)合滾筒長度設計為 570mm；緊接著的段與段相同，段與段相同。 中心軸的校核 滾筒中心軸在工作時，除了受到鋼帶拉力之外（通過滾筒的輻板傳遞到軸上），還受到鏈傳動的壓軸力和滾筒自重的 影響 【 9】 。 現(xiàn)在把中心軸理想化成一根光桿，可得其按照水平和豎直方向進行受力分析的受力分析圖 3.9 所示，圖中重力和鋼帶對滾筒的拉力都已經(jīng)分解到輻板的支點處。 圖 3.9 中心軸受力分布圖 滾筒的自重可按式 (3.22)計算 : 29 2 ( / 2 ) 1 0G g d l d （ 3.22） 式中： g 重力加速度，取 10N/kg； d 滾筒直徑； l 滾筒長度； 滾筒材料的密度，取 7900kg/ 3m 。 將數(shù)據(jù)帶入式（ 3.23）可得： G=348N 將重力 G分解到兩輻板支點上可得： 1G2G 174N 鋼帶對滾筒的拉力：緊邊、松邊拉力jF、sF，可分別按式（ 3.24） 和（ 3.25）來求： 04jF F S g(3.24) 01sF F S g(3.25) 式中：0F 拉緊鋼帶所需內(nèi)力； 1S 鋼帶工作時松邊的拉力； 2S 鋼帶工作時緊邊的拉力。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 將數(shù)據(jù)帶入上式可得： jF=5226N；sF=5168N。 因此滾筒在水平方向上所受鋼帶總拉力 F 可按下式計算： jsF F F=10394N 將總拉力 F 分解到兩輻板支點上可得： 1F2F 5197N 滾筒中心軸裝鏈輪端受到的壓軸力pF=4010.4N，應鏈傳動在本系統(tǒng)中被設計成類似豎直布置，所以在此壓軸力被看成豎直向上的力