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400型水溶膜流研成型机
400型水溶膜流研成型
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400型水溶膜流研成型机毕业设计资料,400型水溶膜流研成型机,400型水溶膜流研成型
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题 目 名 称： 400型水溶膜流研成型机 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 机械设计及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 机设04-2 学号 0440510210 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩： 2008届本科毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书（2008届）本科毕业设计（论文）400型水溶膜流研成型机学 院（部）：机械工程 专 业：机械设计及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2008 年 6月摘 要水溶性塑料薄膜（以下简称水溶膜）是一种新颖的绿色包装材料。它的主要原料是聚乙烯醇及淀粉，能溶于水，降解成无毒无公害的最终产物CO2和H2O。它的应用也较为广泛，在工业、农业及人们日常生活中都有广泛的运用，且随着人们环保意识的不断增强，对水溶膜的需求量也必将持续增长。本文主要介绍400型水溶膜流研成型系统的设计方法，该系统的主要工作原理是：先将原料在一定条件下制成水溶性胶液，然后将胶液流研到镜面不锈钢带（以下简称钢带）上，用刮刀将胶液均匀刮开，胶液刮层随钢带转动进入烘道烘干，最后剥离成成品膜。烘道的热源来至布置于系统顶部的热供送箱和烘道内置的红外电热管，其内的温度是可控的。刮刀固定于钢带的上部，它可以在一定范围内上下调动，通过控制它与钢带间的缝隙，来达到控制水溶膜厚度的目的。钢带被焊接成环形，安装在一对大滚筒上，位于生产线后端的为主动滚筒，前端的滚筒主要起改向作用，称改向滚筒，刚带传动非常类似于平带传动，但本系统中的钢带既是水溶膜成膜的载体，又是动力转动装置，这一环节的设计十分重要。关键词：水溶膜，烘道，钢带传动，滚筒，刮刀37ABSTRACTWater-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 Smearglue 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目 录第1章 绪论11.1 水溶膜的简介11.2 水溶膜的现状及展望11.3 水溶膜的主要制备方法3第2章 系统总体设计22.1 烘道的设计22.1.1 主体结构材料的选择32.1.2 整体尺寸和布局32.1.3 供热系统的设计52.2 钢带的设计6 2.2.1 钢带性能的要求6 2.2.2 钢带型号及尺寸的选择7第3章 传动装置的设计及计算83.1 钢带传动83.1.1 钢带传动的设计计算83.1.2 电动机及减速机的选用13 3.1.3 传动滚筒和托辊的设计与选用143.1.4 轴承的选用与校核 213.2 链传动233.2.1 链条的设计233.2.2 链轮的设计243.2.3 链传动的受力分析27第4章 主要附属装置的设计与选用284.1 刮刀设计284.2 刀架的设计294.3 调偏装置的设计304.4 热风回流装置的设计31结论32参考文献33致谢34附录35主要符号表第1章 绪论1. 1水溶膜的简介水溶膜的外观和我们日常接触的普通薄膜看起来差不多，但两者在性能上却相差甚远，大家都很清楚后者是白色污染的罪魁祸首，是一种很难降解的永久污染源。而水溶膜则恰恰相反，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。水溶膜作为一种的绿色包装材料,在欧美、日本等国被广泛用于水中使用产品的包装,例如,农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂等。水溶膜的主要原料是聚乙烯醇(PVA)及淀粉,其所有组分(包括添加的助剂)均为无毒的C、H、O化合物，溶于水后，降解成无毒无公害的最终产物CO2和H2O。制膜过程中，各组分之间只发生物理溶解,改善其物理性能、力学性能、工艺性能及溶水性能,但不发生化学反应,不改变其化学性能，即：水溶膜从材料到生产成膜都是无毒无污染的【1】。因此，水溶膜完全可称为是一种新颖的绿色包装材料，且随着人们环保意识的上升，其市场也必将越来越广阔！1.2 水溶膜的现状及展望 目前国内外市场生产销售的水溶性薄膜主要有高温型和低温型2种类型。主要应用于在水中使用的产品的包装、水转移印刷、作为暂时性载体用于假发及刺绣的制作过程、用于种子带、服装及纺织品包装、洗涤袋等。目前国外生产厂家主要采用流涎法和吹塑法生产水溶性薄膜。主要是日本、美国、法国、韩国等生产销售此类产品,如法国GREENSOL公司和美国WORDWIDE TECHNOLOGY PARTNERS(W.T.P)公司,日本的合成化学公司等。国内在上世纪70年代上海塑料制品研究所、四川涪陵地区塑料三厂先后开发了PVA薄膜的流涎法和吹塑法,但由于质量差,能耗高,因而未能工业化生产。目前中科院北京塑料研究所正在研究开发吹塑法生产水溶膜,处于实验室研究阶段,还未投入实际生产【1】。我校包装机械研究所在郝院长的带领下，研究开发了一种水溶膜生产方法钢带流研法，这种方法不仅生产效率较高，而且相比之下能耗也比较低，操作流程简单，一条线仅需两三个人就可以保证生产。正是因为具有这么多优点，这种生产方法在国内已经取得了很大的市场，随着技术的不断改和成熟，我相信她必定会继续得到不断的推广，为创造一个洁净的地球作出一定的贡献!1.3水溶膜的主要制备方法目前，制作水溶膜的方法并不是很多，归纳起来比较成熟的有以下几种：吹塑法生产水溶膜吹塑法生产水溶膜主要以PVA为主要原料,添加水及其它助剂通过挤出吹塑机吹塑成膜，类似于目前通用朔料薄膜的生产，这里不做过多介绍。流涎法生产水溶膜这种生产方法工艺与传统的塑料薄膜成型工艺有所不同,它的工艺过程是:采用先将原料制成固含量为18%20%的水溶性胶,然后将水溶性胶液通过管道堆聚在钢带表面，随着钢带的传动，固定于机架（钢带上部）上的刮刀将胶液均匀刮开，将其涂布于钢带表面，通过控制刮刀与钢带间的缝隙来控制膜的厚度。随着钢带的持续转动，表面涂有水溶性胶液的钢带进入有较高温度的烘道内，胶液内的水分蒸发至规定水分后,切边、剥离、收卷，获得成品膜，工艺流程图如图1.1所示【2】。图1.1 水溶膜生产工艺简图本次设计就是针对这种方法，设计一条最高生产速度达7m/min的水溶膜生产线，因所生产的膜的宽度为400mm，故将该生产线命名为：400型水溶膜流研成型机，通过以后章节将对其进行详细的设计。第2章 系统总体设计2.1烘道的设计烘道，顾名思义就是起烘烤作用的通道，它是水溶膜成膜的主要场所，为胶液的蒸发提供热量，因此烘道应当具备一下几点特征：首先，烘道应该具有一定的空间，为成膜提供一定的场所；其次，它应该能够提供足够的热量，而且应该是可控的，这样才能控制胶液蒸发成膜的速度；最后，既然烘道是一个能够提供热能的空间，那它就必须有一定的保温能力。当然，烘道作为系统的主要可视部分，不仅要有实用的坚实结构，它还应该具有优美的外观。2.1.1主体结构材料的选择烘道采用钢架焊接结构，主钢架采用规格为50mm50mm的方钢管，因整个系统承载重量轻，且自重也较低，方钢管的壁厚选为1.4mm。两侧边竖直方向的立柱上需安装可开拉的门，为了便于安装门和与主钢架焊接，侧边立柱选用50mm100mm的矩形钢管，壁厚也选为1.4mm。各段材料，均采用手工下料，再用普通电弧焊机焊接。焊接好的机架表面（除两侧边装门以外）均有蒙皮，且都是双层的，这是因为里面要装耐高温保温材料玻璃纤维，位于钢带紧边的下边还有一层分隔层，将烘道分成两个腔。蒙皮和分隔层都选用白铁皮，采用铆接的方法，铆在机架上，白铁皮的厚度选1mm。2.1.2整体尺寸和布局 烘道的主要作用是为胶液干燥提供一个热温环境，涂布在钢带上的胶液，在烘道内会有一个往还的过程，钢带在烘道内往返运行的这段时间正是胶液成膜的过程。一般情况下水溶性胶液的含水量在80左右，而成品膜的含水量在17左右，当干膜温度在75左右，平均热风速度在2.8m/s时，干膜时间的t，一般需要2min3min，这里取t的中间值t=2.5min计算，生产速度V按设计要求最大速度V=7m/min计算，则烘箱的最小长度=8.75m，考虑到其它非稳定因素，为了保证能安全持续生产，这里将烘道的长度设计为11m。由于烘道较长，为了便于运输和安装，将其分为前、中、后三段，其中前段将又分为两部分，前面一部分主要装有刀架、改向滚筒、流研口等，这部分是敞开的，后段则是密闭的烘道，两段复合在一起，统称机架前段，总长约为4.5m，其中烘道的长度设计为3m；中段和后段则均为纯粹的烘道，长度均设计为4m，那么整条线的长度L=4.5+24=12.5m，且三段的排列方式是直线型，详情请参看附录图1。由于要在烘道内形成一个热风循环，所以将烘道分为上下两个腔，钢带的紧边在上腔运行，松边在下腔运行，中间用白铁皮分隔开，热风从上腔进入，循环经过下腔后，用抽风机抽入上腔继续循环，这样即可形成热风循环，又能提高热能利用率。上腔的顶部均匀的开有四个热风入口，入口下端约100mm处设有热风分配筛，热风分配筛底面距离钢带约200mm，热风通过热风分配筛后，可以防止热风直接吹在胶液表面上。上腔除开有热风入口外，还均匀排布有电热管，同样电热管距离钢带约200mm，它们可以直接加热胶液，使整个系统的热功率大为提高。上腔的高度，可按下式求得：=200+100=300mm。下腔主要是钢带的松边在里边运行，为了防止松边擦到底面，设计时要求松边最低点离底面高度，钢带的下垂量可按式（2.1）计算：h=a/2tan （2.1）式中：a滚筒的轴心距，12000mm； -松边最低点与水平面的夹角，要求35，计算时取大值5将数据代入上式可得： h=525mm则下腔所需高度应满足式（2.2） （2.2） 式中：r滚筒的半径，r=250mm将数据代入可得： 925mm设计时将圆整为1000mm，那么烘道的整体高度H可按式（2.3）计算： （2.3）式中:a机架方钢管的边长，a=50mm将数据代入上式可得： H=1450mm由于机架的总体高度不高，不便于操作者的操作，因此在烘道下边焊接有支腿，高度均为150mm，烘道的每段四个角各一个，共有12个支腿。为了能够在不太平整的地面上工作，每个支腿上都设有地脚螺钉，在一定范围内可调整生产线高度。烘道在宽度方向的要求:本条生产线在设计时要求能够生产400mm的产品，那么所需滚筒的宽度=630mm（具体计算过程见下一章），加上滚筒与两边机架的空隙余量=35mm，再加上机架结构方钢管的宽度d=50mm，整机宽度可按式（2.4）计算：=+2+2d=800mm （2.4）2.1.3供热系统的设计生产线的热源主要有两部分：带有鼓风机的热风箱、固定于烘道上腔的电热管。热风箱是本系统的主要热源和风源，装在整条线的上方，每段烘道均装有一套，热风箱总体形状呈长方体状，其内横向装有3排，每排12根电热管，一端装鼓风机，另一端装热风入口。为了保温，热风箱的壁都是用白铁皮做的双层壁，夹层内塞有保温材料。热风箱长度方向为1080mm，横剖面图是400400mm的方形，夹层的宽度为50mm，保温材料在此除具有保温性能外，还应具有耐高温、不燃等性能，根据对其性能的要求，本处所选材料为玻璃纤维。热风箱的外观结构如图2.1所示（图中除去了两头的接头）。图2.1 热风箱结构示意图热风从热风箱吹出后，并不是直接吹在涂有胶液的钢带表面上，而是经过一筛装热风分配器后，进入烘道上腔的，这样可以防止为成膜的胶液在强气流的干扰下，产生波纹状突起，热风分配筛外形如图2.2所示。1-安装法兰 2-筛状底 3-吊臂图2.2 热风分配筛独立电热管，它们固定于烘道内顶部，钢带紧边的上方，是本系统的辅助热源，不能提供热风，仅起到直接加热胶液、加速胶液蒸发的作用。它们排布的较稀疏，每段烘道内装有34根，采用吊架铆接在顶板上【3】，如图2.3所示。1-吊架 2-烘道顶部 3.电热管图2.3 烘道内电热管固定方法2.2 钢带的设计之所以把钢带的尺寸设计作为整体设计的一部分，就是应为钢带在本系统中有这十分重要的作用，那么有关其尺寸及材料的选择也是至关重要的。因此，下面单就钢带总体设就的要求作进一步的说明。2.2.1 钢带性能的要求在本系统中钢带是靠一对滚筒带动的，做类似平带传动的运动，其示意见图2.4钢带既是水溶膜成膜的载体，又是动力转动装置，且一般是在高温环境中，处于张紧状态工作，因此这一环节的设计十分重要。图2.4 刚带传动示意图首先，钢带作为膜的载体，其表面必须具有较高的光洁度和抗胶液腐蚀的能力。钢带的光洁度决定膜的成膜质量和剥离难易，抗胶液腐蚀的能力则影响钢带的使用寿命，因钢带工作时，要与胶液长时间接触，因此钢带必须要有较高的抗腐蚀的能力。其次，钢带作为传动装置，其起到的作用类似于平带传动中的皮带，必须具备一定的抗拉和抗弯强度，且长时间的工作于高温环境中，还要有一定的耐高温性质。此外，钢带是靠焊接连接成环的，焊接的质量直接影响成膜的质量和钢带的使用寿命，因此对钢带的焊接性能要求较高。2.2.2 钢带型号及尺寸的选择根据以上对钢带的性能的要求，本生产系统选择镜面不锈钢带，既不会生锈，也具有较高的光洁度，且其强度也比较高。针对生产对钢带的要求，查机械手册【4】选择型号为1Cr17Ni7的不锈钢耐热冷轧钢带，其力学性能见表2.1。表2.1 1Cr17Ni7不锈钢带的力学性能牌号状态符号屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率（%）1Cr17Ni7TY96012755（厚度0.8）因钢带在系统中必须焊接成环形，且系统对焊接的质量要求较高，为了便于焊接和增强钢带的使用寿命，钢带的厚度选为1mm；考虑到制膜的宽度及切边等因素，刚带的宽度设计为560mm；钢带的长度有两部分组成，上下水平部分和绕在滚筒上的两段半圆部分，因为两滚筒的轴心距为a=12000mm，半径为R=250mm（数据来自第3章），如图2.3所示：图2.3 滚筒半径机轴心距钢带的总长，代入数据可得L=25570mm，因安装钢带的滚筒在一定范围内是可调的，且钢带在安装时存在一定的误差，所以这个长度仅是一个大概数值，具体数值可在25500mm-25600mm间选定，本文把25600mm作为计算数据，有关钢带的抗拉强度及抗弯强度校核在下一章有具体说明。第3章 传动装置的设计及计算在本系统中，主动力来源于一个三相异步调频变速电动机，其功率不是很大。动力将经过三个传动部分传给滚筒，它们以次是：与电动机现串联的减速机、链传动、刚带传动，其中钢带的传动至关重要。本章将对电动机的选用以及这三个传动进行设计和说明，下面将对钢带传动进行详细的阐述。3.1钢带传动采用钢带传动是本系统一大特点，也是设计的难点，前面已经说过，刚带传动既是传动装置，又是执行机构，虽然它类似平带传动，但又绝不能看成平带传动，刚带传动有许多新的、钢带传动所独有的特征，下面将对刚带传动做出具体的设计。3.1.1钢带传动的设计计算钢带传动中较为重要的部分就是一对传动滚筒，滚筒的设计也就显得至为重要。在这对滚筒中，位于机器后端的为牵动滚筒，即把动力从与之相连的动力源传递给钢带。前端的为改向滚筒，主要起改向作用，钢带绕过其半周后改向。传动类型与平带传动相似，其传动简图如图3.1所示。图3.1 传动滚筒类型两端的滚筒起到的作用和平带传动中的带轮相类似，下面按照平带传动模型对其进行受力分析。首先，把该系统看成理想的带传动，即先忽略钢带的自重，求其个点的受力情况。下面用“逐点计算法”计算钢带各点的张力与阻力【5】，各点力的分布如图3.2所示。现在把钢带的受力理想化，将其分为紧边绕入主动滚筒受力点, 紧边绕出改向滚筒受力点，松边绕出主动滚筒受力点，松边绕入主动滚筒受力点，紧边与托辊接触受力点共五处受力点，下面用“逐点计算法”计算钢带各点的张力与阻力。图3.2 钢带受力逐点计算法 各点受力可用下列各式（3.13.3）表达： （3.1） （3.2） （3.3）式中：钢带松边绕出主动滚筒点的张力，kgf；钢带松边绕入改向滚筒点的张力，kgf；钢带紧边绕出改向滚筒点的张力，kgf；钢带紧边绕入主动滚筒点的张力，kgf；钢带松边运行阻力，kgf；钢带在改向滚筒上的阻力，kgf；钢带紧边运行阻力（与托辊间的摩擦力），kgf；剥离薄膜阻力，取2N（实验数据）。将上列各式合并得式（3.4）： （3.4）由于薄膜自重可以忽略不计，且钢带松边是自由传动因而 （3.5）式中钢带每米自重，kg/m;两滚筒中心距，M；托辊阻力系数，取为0.025；改向滚筒阻力由式（3.6）计算： （3.6）式中：改向滚筒阻力系数，由于钢带在滚筒上的包角接近180，因此取=0.05。将上列各式整理可得式（3.7）： （3.7）主动滚筒绕入点和绕出点的受力必须符合欧拉公式（3.8），钢带才不会在滚筒上打滑， （3.8）式中：钢带与滚筒间的摩擦系数，查表取=0.15；钢带在滚筒上的包角，=；将式（3.7）和式（3.8）联立，可得式（3.9）： （3.9） 将数据代入以上各式可得=9.6kgf=9.6kgf=11.3kgf15.4kgf 钢带在主动滚筒上所需圆周力的计算如式（3.10） （3.10）式中：驱动滚筒的阻力，单位为kgf，可通过式（3.11）计算；刮刀的阻力，kgf，通过实验可取0.2=（0.010.02）（） （3.11）联立（3.10）和（3.11）两式得 6.4kgf 在式=（0.010.02）（）的计算中，取较大值0.02参与计算。钢带安装并焊接好后，施加一定的预紧力使钢带张紧，钢带在滚筒上产生压力，从而产生摩擦力。在理想状态下，钢带在不工作时两边拉力相等，都等于，且钢带两边都是张紧的，如图3.3所示。图3.3 钢带在理想非工作状态下示意图但在实际情况下，钢带的段受自重的影响有一定的下垂，即钢带下段并不是水平绕进滚筒的，而是与水平面存在一个夹角，在实际操作中一般将控制35范围内，如图3.4所示。图3.4钢带实际工况示意图从图中很容易看出，重力Go是一定值，当的角度越小时，则钢带必须提供较大的力Fo来平衡Go，为了达到更高的安全系数，现取较小的角度3对钢带进行如图3.5的受力分析。图3.5 钢带最低点受力分析 用正交分解法，可得式（3.12） （3.12）式中：钢带受拉内应力，N；钢带绕如滚筒时与水平面的夹角，计算中取3；钢带下段的重力，可用式（3.13）求得。 （3.13）式中：q每米钢带的质量 Lo钢带下段的长度，近似等与两滚筒的轴心距； g重力加速度，取10N。联立（3.12）和（3.13）两式得： （3.14） 将数据代入式（3.14），可得： 5072N即钢带在不工作和工作时，都必须施加至少5072N的力，才能使钢带拉紧在规定的下垂角度范围内，且拉力Fo始终作用于钢带内部，属于钢带内力，不对外做功，主要起拉紧钢带的作用。当钢带工作时钢带的紧、松边受力应在这个拉力的基础上分别加上、，即:紧边拉力=5223N，松边拉力=5166N，整条钢带所受最大拉力为钢带紧边绕入滚筒处，即力，现在用它钢带的抗拉强度按式（3.15）进行校核【6】。 （3.15）式中：F钢带所受的拉力； A钢带的横截面积。把数值代入式（3.15）中可得：9.33MPa 查表2-1可得，该钢带的许用应力，可以看出，所以钢带的抗拉强度是安全。 钢带绕在滚筒上时要引起弯曲应力，可设钢带的弯曲应力为（单位为MPa），在下一节的滚筒设计中将会将会对其进行校核计算。3.1.2电动机和减速机的选用 在上一节中，我们已经求出钢带在传动过程中受力最大点在钢带紧边绕入点，且在该点所受最大力=15.4kgf，下面我们可以用式（3.16）来求钢带在实际传动中所需的功率： （3.16） 式中:g重力加速度,这里取10N/ V钢带的运行速度，这里取最大速度7m/min计算，且计算时单位化为m/s将数据带入式（3.16）得：18w 选择电动机时，应考虑到机械传动中的功率损失、系统在启动时有较大惯性，需较大的启动功率以及电动机本身也存在一定的功率损失等情况，故所选电动机功率应大于钢带传动所需功率，它们间的关系可用式（3.17）表示： = （3.17）式中：n动力安全系数，可取13，本系统计算时取3将数据带入式（3.17）可得： =54w 固所选电动机额定功率不能低于54w，可适当选择功率大点的电动机。查相关手册选择Y801-4型三相异步电动机【7】，其详细技术数据见表3.3。表3.3 所选电动机特征值电机型号极数额定功率/kw同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)额定转矩/(kN/m) 质 量/kgY801-440.55150013902.417 在本系统中，电动机并不是直接将动力输出的，而是与一个减速机串联在一起，通过减速机减速后再输出到一个链传动环节上，最终经链传动传动到主动滚筒上，下面对减速机进行选择：系统总传动比式中：-电动机输出转速 -主动滚筒的转速在本系统中，链传动的传动比设计为（在以下章节有对其的相关设计），所以减速机的传动比=16.6，可将其圆整为17，结合电动机，查相关手册，选用HJ-20型星轮减速器，其技术数据见表3.4。表3.4 所选减速机特征值减速机型号输入转速/(r/min)公称传动比i/(r/min)许用输出转矩T/(kN.m)HJ-201500172.943.1.3传动滚筒和托辊的设计与选用在带传动中有大、小两种滚筒，其中位于环形钢带两端与平带传动中带轮有类似作用的是一对大滚筒，其中位于机器后端的是主动轮，前端的是改向轮。托辊在刚带传动中其托承作用，它们均匀排布在环形钢带紧边的下面。在上一节的图3-2中有标示，图中小圆代表托辊，但其个说并不代表实际数目，仅起示意作用。现在对主动滚筒进行设计【8】，滚筒主要包括圆筒型外缘，两端的辐板和中间轴组成，其轮廓结构如图3.6所示。 图3.6 主动滚筒结构示意图在本设计中，滚筒外缘和辐板的材质均选用优质碳素钢Q235，许用应力；中心轴选用45钢，经调质处理，许用应力。查相关资料，滚筒的辐板和外缘可选用8mm-13mm钢板焊接，考虑到本系统属于低速轻载运行系统，为了减轻自重和节约成本，滚筒结构钢板不必选的太厚，选10mm的板材，采用焊接结构，可完全满足系统需求。滚筒的直径：为了保证钢带在滚筒上顺利的绕行，钢带不会发生弯曲应力破坏，滚筒应有一个最小极限半径。滚筒直径愈大，愈有利于钢带的传动，但受机器本身的限制，和从节约成本出发，滚筒的最大直径应有一定的限制，所以滚筒的直径应选择一个适当的数值。根据钢带的屈服极限和弹性模量，可以按式（3.18）计算滚筒的最小直径： （3.18）式中：钢带的弹性模量，大小为206；h钢带的厚度，大小为1；钢带的弯曲应力极限，大小为548代入数据可算得：376 结合表3-1，选滚筒的直径D=500mm，这样按钢带最大弯曲应力极限设计，再结合表3.5选出的滚筒最小直径，这样从表中按钢带使用寿命选出滚筒，那么钢带是否能满足弯曲极限应力的要求，就无需校核了。即所选滚筒在满足钢带的弯曲应力极限的同时，又能满足整个系统的使用寿命。表3.5 常见滚筒直径对钢带使用寿命的影响带轮直径/钢带厚度（d/t）钢带使用寿命（循环次数）625/11000000400/1500000333/1165000200/185000滚筒的长度：钢带的宽度为560mm，且钢带在传动过程中很容易产生跑偏，滚筒作为带动钢带的主要机构，滚筒的两边必须为钢带留有一定的余量，取=35mm，滚筒和机架间也必须留有一定的运转余量，取=35mm，再结合整机设计宽度为800mm，结构方钢管的宽度d=50mm，则滚筒的宽度可按式（3.19）或式（3.20）求解： （3.19）或 （3.20） 将数据带入上任一式中可得：滚筒两端的辐板并不是位于滚筒圆筒型外缘的顶部，而是与外缘的两端面存在一定的距离b，b取20mm，如图3.7所示，这样做不仅外型美观，而且对外缘起到一定的加强作用。图3.7滚筒凸缘尺寸中心轴的设计，安装在主动滚筒的中心轴上的零部件有：输入动力的链轮、起承托作用的轴承，滚筒本身，因此可将轴设计成阶梯轴。现在，先初步估算轴的最小直径，已知加载在滚筒轴上的功率（为了设计的安全，这里把电动机的功率看成无损失的输出，即计算时取用电动机的功率），滚筒的转速n。=28r/min，选取轴的材料为经调质处理的45号钢。传动轴的最小直径可由式（3.21）确定， （3.21）式中：-由表3-5查得，计算时取用112； -取用电动机的输出额定功率，0.55kw；将数据代入式（3.21）可得： =30.2由于系统在工作时对滚筒中心轴的挠度要求较高，轴刚性的好坏将直接影响到成膜质量，故一般将轴的直径设计的比较大。中心轴的结构如图3.8所示：轴的最小直径出现在大链轮的安装处，即图中段，这里可将最小直径选为40（由后面内容可知，这里也满足小于大链轮的最大允许轮毂直径的要求），查表3.3可知链轮的轮毂长度为56mm，结合链轮轮毂长度和其它因素，将此段长度设计为58mm。又因本段要安装链轮，且链轮与轴采用键连接，故本段开有一键槽，查相关设计手册，键槽的尺寸为41250，即：深为4mm、宽为12mm、长度为54mm，因滚筒受到的扭矩较小，此处键的强度不需校核；图3.8中心轴的结构尺寸示意图紧接着是安装轴承的轴颈，图中所示段，此段直径结合前一段轴的直径和轴承内径，将其设计为50mm，结合机架的宽度和轴承套的长度，将长度设计为50mm；图中段轴颈上安装滚筒辐板而且还要让滚筒端面与机架保持一定的间隔，结合前段的直径，将本段的直径设计为56mm，因滚筒两端部留有20mm的凸缘，与机架的间隔为35mm，且辐板本身厚度为10mm，所以将本段长度设计为65mm；紧挨着的段是轴位于两辐板间的部分，结合前段，将本段的直径设计为60mm，长度结合滚筒长度设计为570mm；紧接着的段与段相同，段与段相同。中心轴的校核滚筒中心轴在工作时，除了受到钢带拉力之外（通过滚筒的辐板传递到轴上），还受到链传动的压轴力和滚筒自重的影响【9】。现在把中心轴理想化成一根光杆，可得其按照水平和竖直方向进行受力分析的受力分析图3.9所示，图中重力和钢带对滚筒的拉力都已经分解到辐板的支点处。图3.9中心轴受力分布图滚筒的自重可按式(3.22)计算: （3.22） 式中：g重力加速度，取10N/kg； d滚筒直径； 滚筒长度；滚筒材料的密度，取7900kg/。将数据带入式（3.23）可得：G=348N 将重力G分解到两辐板支点上可得：174N 钢带对滚筒的拉力：紧边、松边拉力、，可分别按式（3.24）和（3.25）来求： (3.24) (3.25)式中：拉紧钢带所需内力； 钢带工作时松边的拉力； 钢带工作时紧边的拉力。将数据带入上式可得： =5226N；=5168N。因此滚筒在水平方向上所受钢带总拉力F可按下式计算：=10394N将总拉力F分解到两辐板支点上可得： 5197N滚筒中心轴装链轮端受到的压轴力=4010.4N，应链传动在本系统中被设计成类似竖直布置，所以在此压轴力被看成竖直向上的力。在下一节链轮设计中链轮受力分析中有详细讨论。然后根据受力，和弯矩平衡方程求出的对应支反力【10】，水平方向、，垂直方向、。并结合各分力绘制轴在水平和竖直方向的受力图和弯矩图，如图3.10所示,图中（a）表示理想化的轴，（b）、（c）表示水平方向上的受力和弯矩图，（d）、（e）表示竖直方向上的受力和弯矩图。图3.10 中心轴的弯矩图中心轴所受的扭距T主要来自钢带对滚筒的有效拉力，主要分布于轴的左端至靠近左端辐板截面处， T可按式（3.26）计算： （3.26） 式中：钢带对滚筒的有效拉力，有以上章节可知=6.4kgf； g重力加速度，取10N/kg； d滚筒的直径，有以上设计可知d=400mm。将数据带入上式可得： T=12.8NM 从轴的装有链轮的一端到滚筒的第二个辐板处都分布有该扭矩。通过图3.10我们可以看出靠近装有链轮那端的辐板支点截面为危险截面，对其进行受力分析，分析结果见表3.6。表3.6 截面弯矩量载荷水平面H竖直面支反力FFH1FH2=5197NFV1=-4194N;FV2=532.2N弯矩MMH=732.8NMMV=282.8NM总弯矩M=785.5NM按弯扭合成应力校核轴的强度：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面的强度。可根据式（3.27）及表3.5中的数值校核轴的应力 （3.27）式中：M轴的危险截面处所受的总弯矩，查表3.5可得； 折合系数，当扭转切应力为静应力时，取0.3；当扭转切应力为脉动循环应变力时，取0.6，这里取0.6； T中心轴所受的扭距，查表3.5可得； W轴的抗弯截面系数，对于实心轴W=0.1，d是轴危险截面处的直径，由以上设计可知d=0.052m。代入数据可得： 55Mpa前面我们已经选定轴的材料为45钢，调质处理，查相关设计手册可的=60MP，因此,故安全。托辊的选用本系统中的托辊主要装在钢带紧边下边，起承托作用。由于钢带的运转速度很低，且载荷比较小，所以对托辊的承载能力要求并不高，但钢带在运行中很容易产生跑偏现象，因此托辊【11】在一定范围内应该是可以调整的，故选用有一定调心功能的外球面球轴承支撑托辊。托辊的筒身采用无缝钢管加工，为了保证加工精度和解约材料，托辊内部是空的，在筒身的两端塞有短轴，筒身的直径为70mm，壁厚为5mm，长度设计为660mm，轴的直径设计为20mm，其结构如图3.11所示。图3.11托辊的结构3.1.4轴承的选用与校核 钢带在运行过程中很容易跑偏，这可以通过调整轴的间距来减小，因此滚筒的中心轴应该设计成是可调动的，故选用滑块轴承座。同时，调动过程中两个轴承的中心必定会出现不在同一条直线上的情况，所以采用外球面方形滑块轴承座，轴承座及轴承的结构如图3.12所示：图3.12外球面方形滑块轴承及座结构图 查相应设计手册【12】，结合中心轴和机架的设计尺寸，本处选用UCK310号轴承，对应图3.11所示结构，现将所选型号轴承的主要特征值列于表3.7。表3.7 UCK310号轴承的主要特征值型号DdBCUCK310110506132H2NLL3H9837191106151同样托辊在安装和运行过程中很容易出现歪斜现象，因此托辊的轴承也选择有一定调心功能的外球面座球轴承，轴承及其座如图3.13所示。图3.13托辊轴承及座结构图 查相应设计手册【12】，结合中心轴和机架的设计尺寸，本处选用UCP204号轴承，对应图3.13所示结构，现将所选型号轴承的主要特征值列于表3.8。表3.8 UCP204号轴承的主要特征值：型号LJH1BSdHAUCP20411096103112.72033.335 轴承的校核：因托辊的转速较慢，且基本不承受载荷，固所选轴承可无需校核，现在仅对大滚筒的轴承进行校核。实际上大滚筒所选轴承外球面座滑动轴承就是一深沟球轴承与一外球面轴承座复合在一起，其调心性能主要来自外球面轴承座。因此可将所选轴承视为滚珠轴承进行校核，现在对其校核如下： 查相关设计手册可得UCK310的基本额定载C=47.5KN，因轴承所受力为径向，且无冲击，所以轴承的当量动载荷P可看成单侧辐板对中心轴的作用力，即P=5182N。则轴承的寿命可按下式计算：式中：对于滚珠轴承取3；n轴承的转速，n= 28r/min。将数据带入可得： =458437h=53年 轴承使用寿命合格！3.2链传动链传动也是本系统的一个关键传动部分，它既起到传递动力的作用，又起到减速的作用。通常链传动的传动比为i6，在这里根据设计要求，结合前面的设计结果，我们把链传动比设计为3，链条采用普通滚子链单根链传动。3.2.1链条的设计因为钢带的最大线速度设计要求为7m/min，大链轮固定在滚筒中心轴端上，且大链轮的直径远远小于滚筒的直径，因此链速也远远小于7m/min，即本系统的链传动属低速链传动。查相关设计手册【6】，可选小链轮的齿数为17，则大链轮的齿数。允许采用的链条节距可根据功率和小链轮转速，查相关设计手册【6】获得。可有式（3.28）求得： （3.28）式中：-链传动的计算功率，为了安全设计，计算时取电动机功率； -均为修正系数，结合链轮齿数，查相关设计手册获得。经过计算查手册，最终选择的链号为12A，其详细参数见表3.9。表3.9 滚子链的主要参数节距p滚子外径内链节内宽销轴直径内链板高极限拉伸载荷/kN每米质量/kg19.05mm11.91mm12.57mm5.94mm18.08mm31.11.50电动机装在烘道的顶部 ，其轴高H=180mm；滚筒中心轴距烘道顶面高为475mm，加上有一定的安装斜度，因此链轮的中心距a180+475=655mm，这里将a设计为40p，即初定链轮的中心距a=40p，则链节数为=114.7节，取115节则链长L=2.19m3.2.2链轮的设计 本系统中链传动速度较慢，且无冲击载荷，链轮的材料选用45钢，经正火处理【13】。因大小链轮的尺寸都不是太大，故大小连轮的结构都采用整体式钢制链轮，其结构如图3.1所示： 小链轮的分度圆直径d，按式（3.29）求得： d=p/sin(/) （3.29）代入数据易得：d=102.5mm齿顶圆最大直径，按式（3.30）求得： （3.30）式中：-链条滚子外径，查表3-1可得=11.91mm。代入数据可得：=114.4齿顶圆最大直径，按式（3.31）求得： （3.31）代入数据可得：107.8最终设计并元整齿顶圆直径为110mm。查相关设计手册，可知小链轮最大许用轮毂直径=53mm，结合上一节滚筒中心轴最小直径=30.2mm，此处将小链轮的轮毂直径设计为32mm。齿根圆直径可按式（3.32）计算： （3.32）式中：d小链轮分度圆直径； 滚子外径，查表3.1可得。代入数据可得： =90.59mm齿宽按下式（3.33）计算：=0.95 （3.33）式中：-内链节内宽，查表3.1知=12.57mm。代入数据可得：=11.94mm链轮的形状设计如图3.14所示：图3.14链轮结构示意图轮毂厚度h可按式（3.34）计算：h=K+ （3.34）式中：K常数，查表3-2可知K=3.2；-链轮的轮毂直径。将数据代入上式可得：h=9.6mm轮毂长度应满足式（3.35）2.6h3.3h （3.35）将轮毂长度圆整设计为30mm。齿侧凸缘直径可按式（3.36）计算：pcot （3.36）式中：p节距，查表3.1可得； 内敛板高度，查表3.1可得。将数据代入可得： 82.6mm设计时小链轮时，将取整数82mm。现将小链轮的特征尺寸列于表3.10。表3.10 小链轮的特征尺寸齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽17102.5mm110mm90.59mm11.94mm轮毂长度轮毂厚度h轮毂直径齿侧凸缘直径30mm19.3mm32mm82mm按照以上设计方法，同样可得大链轮的特征尺寸，现将其列表3.11。表3.11 大链轮的特征尺寸齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿侧凸缘直径51309.1mm318mm297.2mm289mm齿宽轮毂长度轮毂厚度h轮毂直径11.94mm56mm19.3mm40mm3.2.3链传动的受力分析 链条在传动过程中，紧边和松边的拉力是不相等的，若不计传动中的动载荷，则紧边的拉力可用式（3.37）表示： （3.37）式中：-有效圆周力，=1000p/v,p为传递的功率，为了设计的安全可把电动机的额定功率看成无损耗传递，即p=0.55kw，v代表链速，v=0.309128/60=0.144m/s； -离心力，=q，由于v很小，这个力可以忽略；-松边引起的悬垂力，由于本系统链条是近似竖直安装的，这个力可忽略。代入数据可得：=3819.4N压轴力可用下式计算：式中：-压轴力系数，对于竖直传动=1.05。代入数据可得：=4010.4N对于低速链需要进行静力强度校核，静力安全系数一般取48，可按式（3.38）求： （3.38）式中：-极限拉伸载荷，查表3-1可得=31.1kN； n链的排数，这里n=1； -工况系数，查相关设计手册可得=1； -链的紧边工作压力，单位为KN。代入数据可得：=8.2，满足抗静力强度安全的要求。第4章 主要附属装置的设计与选用4.1刮刀的设计虽然本文将刮刀安归类于附属装置，并不代表它不重要。一组刮刀共有两片，一片起刮匀胶液的作用（主刮刀，图4.1中刮刀1），另一片与上一片形成槽状，不仅可以盛装胶液，而且还可以防止胶液倒流。它们与钢带及托于钢带下方的托辊按图4-1的关系配合，来决定成膜的厚度。膜质量的好坏，与刮刀制造精度的高低有直接关系，因此刮刀的制造要求较高。图4.1 刮刀结构图由于刮刀的忍部长时间的与70左右的水溶胶液接触，那么刮刀就会因为局部受热产生变形，这就要求刮刀的材料热传导性较好，不会因为局部受热而产生局部变形，影响刮刀的精度，且水溶胶有一定的腐蚀性，这就要求制造刮刀的材料具有耐腐蚀性，查询相关设计手册可选用铜合金，因铜的导热系数高，且较软，通过摩擦可自我调整精度。因为主刮刀的精度要求较高，且不可能批量生产，所以一般是机加工以后，还得有钳工手工修正，主要保证的精度是工作面的精度，即刮刀刃部的精度。刮刀的刀片做好后，还要安装固定装置，一般装在刀片的两端。为了使主刮刀刀片的调节精度更高、更直观，主刮刀的两端还安装了千分表，如图4.2所示。图4.2刮刀两端的千分表刮刀刀片的长度比钢带宽度稍长就行了，这里设计为580mm。刮刀受的力主要是胶液的阻力，这个力较小，因此刮刀也不须做的太厚太高，这里厚度设计为9mm，高度为120mm。4.2刀架的设计刮刀是一可拆部分，它是活动的，它放在一固定的刀架上，因为刮刀要经常拿掉清洗和维护，所以刮刀架的设计不仅要使刮刀固定牢靠，还要能很方便的拿掉，而且像刮刀一样刮刀架也属与精度要求较高的精密件，因此，刮刀架的设计也十分重要。刮刀架整体可分为俩个部分：放刀部分、安装托辊部分，其侧向视图如图4.3所示。1-放刀部分 2-安装托辊部分图4.3刀架侧视图 其中放刀部分安装有三根导向滑杆，滑杆上装有可滑动的刀槽，刮刀就放在刀槽中，其中主刮刀有两根滑杆来引导刀槽滑动，这样刮刀更加坚固的同时，精度也更容易得到保证。千分表则装在一根有刮刀顶部伸出的臂杆上，表针则顶在一块同样可以在滑杆上滑动的定块上，如图4.4所示。1-刀槽 2-定块 3-导向滑杆图4.4刀架俯视图4.3调偏装置的设计由于钢带、滚筒和安装精度偏差等原因，钢带在运转时会出现跑偏现象。此外，由于温度的变化，钢带热胀冷缩，若不设置张紧装置调节钢带的张力，则冷却时钢带会因收缩而被拉断。反过来，加热时钢带又会因伸长而松弛，影响运行，并可能因钢带松边最低点过低而与底面接触，使膜划伤,因此解决跑偏问题是一项重要的课题。跑偏就是运行的钢带中心线与两只滚筒的垂直平方线所产生的不重合度，其不重合的距离就是跑偏量。如果钢带跑偏量超过了设备所允许的跑偏量，钢带就可能与壁和机架碰撞，或者使制品落在钢带外边。为了保证带式流研的正常生产，控制钢带的跑偏量是十分必要的。其实，传动滚筒本身设计时已具有调偏功能，而且还起到主要作用，。因为我们在设计时，滚筒的轴心距在一定范围内是可以调整的，且轴承都是可调心的。在运行中，若发生跑偏现象，可通过调整轴心距和轴的平行度实现。例如，钢带向滚筒的左边跑偏，我们就可以通过增大滚筒左侧两轴承座的距离实现调偏，其结构如图4.5所示：1-滑动轴承 2-导轨 3调动螺杆 图4.5滚筒调偏机构这里介绍一种附加的调偏装置，它被安装在生产线靠近改向滚筒一端，作用于钢带松边的一种调偏装置。这种装置其主要结构是一根固定在装有可调手柄架上的小滚筒，通过调动手柄控制压在钢带上的小滚筒的起降，起到使钢带张紧或纠偏作用。调偏装置的结构图如图4.6所示，其主骨架采用截面为矩形的型钢焊接，而顶端是用螺栓连接的，型钢的尺寸选为30X40。其两侧边内侧焊有导轨，导轨的截面形状取决于所选滑
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