毕业设计（论文）-托辊轴端部密封结构的设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 托辊轴端部密封结构的设计 学生姓名学生姓名： 学号学号：112011239 系系 部：部： 专专 业：业： 指导教师：指导教师： 二零一五年六月 三号楷 杨莎莎 机械工程系 机械设计制造及其自动化 王喜刚 诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的 指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参 考文献中列出。 本人签名： 杨莎莎 2015 年 6 月 1 日 毕业设计任务书 设计题目： 输送带托辊轴端部密封结构设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 112011239 学生： 杨莎莎 指导教师（含职称）： 王喜刚（副教授） 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解常 用机械加工设备应用以及输送带系列产品结构原理、熟练掌握机械及相关产品 及其零部件结构等方面的设计方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事结 构设计等方面的工作打好基础。 2主要任务 （1）通过对现有托辊端部密封结构的深入了解，针对已有的托辊结构，设 计托辊轴端部密封结构的方案，并绘制该方案的结构总体图。 （2）设计结构总体图中所有非标零部件结构图。 （3）对所有非标零部件结构进行尺寸设计计算。 （4）针对以上设计过程，完成设计说明书一本。 3主要参考资料 1. 王伯平. 互换性与测量技术基础M. 北京: 机械工业出版社，2013 2. 屈华昌. 塑料成型工艺及模具设计M. 北京: 机械工艺出版社，2000 3. 王运炎. 机械工程材料 M. 北京: 机械工业出版社，2014 4. 濮良贵. 机械设计 M. 北京: 高等教育出版社，2006 年 5. 张世昌. 机械制造技术基础 M. 北京: 高等教育出版社 2006 4进度安排 设计各阶段名称起 止 日 期 1 分析题目，确定设计思路 3 月 3 日3 月 23 日 2 学习相关知识，收集资料、确定方案 3 月 24 日4 月 13 日 3 设计结构总图，及所有非标零件图等 4 月 14 日5 月 4 日 4 编写设计说明书 5 月 5 日6 月 1 日 5 完成毕业论文及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日 审核人审核人： 田静田静 2014 年 12 月 30 日 太原工业学院毕业设计 带式输送机托辊轴端部密封结构的设计带式输送机托辊轴端部密封结构的设计 摘要:本文主题是对输送带托辊轴端部密封结构的设计，其主要目的是对托辊轴 承进行密封，从而保证托辊的使用寿命。本设计主要针对矿用托辊轴端密封结 构的设计。使用的方法：对带式输送机运行时辊筒、辊轴、轴承的运动状态以 及工作环境的分析，得出密封结构的设计方案。托辊的密封结构采用的是以迷 宫式密封结构为主，而防尘盖设计有辅助密封圈（接触式密封结构）。本文对 托辊的密封技术进行了一定的研究。同时对带式输送机和托辊材料及密封结构 的关系进行一定的阐述说明。国内外对托辊的密封结构早有研究，针对矿用托 辊密封结构的研究专利也已经有很多。在这些研究专利中，很多密封结构的是 根据动密封结构中的非接触式迷宫密封结构进行的优化研究改进所得。研究的 主要思路是以添加辅助密封结构来实现提高托辊密封性能。但随着密封件的增 加，托辊的成本也随之增加，这样使得产品推广应用所受阻力。本课题的创新 点是：（1）防尘盖采用与类唇式密封结构相结合。解决了迷宫密封中静态密封 性低的缺陷。这样不但增添了辅助密封圈，而且非标零部件的数量上没有增加。 （2）使密封件从简采用了胶封工艺。这样使得密封结构更为紧固，保证了各部 件的同轴度。还降低了装配时对托辊的质量上的损害。 关键词：带式输送机，迷宫式密封，辅助密封 太原工业学院毕业设计 Design of seal structure for the end of roller shaft of belt conveyor AbstractAbstract: The theme of this paper is the design of the seal structure of the roller shaft end of the belt, the main purpose is to seal the roller bearing, so as to guarantee the service life of the roller. The main use of the method is that the operation of the belt conveyor roller, roller, bearing the motion state of the analysis, and put forward the sealing structure design scheme for using sealed type sealing structure, dust cover design as auxiliary seal ring and auxiliary seal into static seal structure. In this paper, the roller of the sealing technology was studied. At the same time for belt conveyor and idler materials and explains the relationship of sealing structure. Actually roller seal design early studies, there are also many breakthroughs. Study of mine roller seal structure patent already have many .In these studies patent design of seal structure is based on the early some non-contact labyrinth seal structure of dynamic sealing structure is improved. With the increase of the seals, affected by the resistance of the product promotion can also be multiplied above. This topic of the innovation points are: (1) the dust cover adopts combined with type of lip seal structure. Such not only solved the labyrinth, the defect in the static sealing low and did not increase the number of non-standard parts.(2) simple using the rubber sealing technology make the seals. This makes more fastening sealing structure, ensure the alignment of all parts. Also reduces the assembly time about the quality of the roller on the damage. Key words: belt conveyor, labyrinth seal，Auxiliary seal 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页1 目录目录 1 1、绪论、绪论 .2 1.11.1 带式输送机的应用带式输送机的应用 .2 1.2 托辊的种类托辊的种类 .3 1.3 技术背景技术背景 .5 1.4 现有密封结构现有密封结构 .5 1.5 矿用托辊特殊使用工况介绍矿用托辊特殊使用工况介绍 .7 1.5.1 煤矿工作环境.7 1.5.2 除尘方法.8 1.61.6 本章小结本章小结 .8 2、设计内容、设计内容.10 2.12.1 托辊直径的选择托辊直径的选择 .10 2.22.2 辊筒材料的选择辊筒材料的选择 .10 2.2.1 超高分子量聚乙烯材料托辊特点.11 2.2.2 超高分子量聚乙烯托辊带宽和辊筒长度的选择.12 2.2.3 超高分子量聚乙烯托辊的厚度选择.13 2.32.3 托辊轴承的选择托辊轴承的选择 .14 2.3.1 轴承型号的确定.14 2.3.2 托辊轴承尺寸的选择.15 2.42.4 轴基本尺寸的确定轴基本尺寸的确定 .16 2.52.5 本章小结本章小结 .16 3 3、托辊密封结构设计、托辊密封结构设计.16 3.13.1 托辊的密封结构种类托辊的密封结构种类 .16 3.1.1 最早使用的密封结构是迷宫式密封结构.17 3.1.2 新材料新结构托辊.17 3.1.3 唇式密封托辊代替迷宫密封托辊.17 3.23.2 迷宫密封结构迷宫密封结构 .18 3.2.1 迷宫密封结构及材质.18 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页2 3.2.2 辅助密封结构及选材.19 3.33.3 本章小结本章小结 .19 4 4、托辊密封件的尺寸，装配、托辊密封件的尺寸，装配.19 4 41 1 轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定 .20 4.24.2 装配公差及零件放大图装配公差及零件放大图 .20 4.34.3 表面粗糙度表面粗糙度 .22 4.44.4 形状公差和位置公差形状公差和位置公差 .24 4.34.3 本章小结本章小结 .24 5 5、非标零部件的加工工艺、非标零部件的加工工艺.25 5.15.1 密封结构的零部件材料密封结构的零部件材料 .25 5.25.2 注塑成型技术注塑成型技术 .25 5.35.3 密封胶密封胶 .27 5 54 4 装配装配 .27 5.55.5 本章小结本章小结 .28 6 6、结论、结论 .29 文献文献.30 致谢致谢.32 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页3 1、绪论 1.1 带式输送机的应用 带式输送机，它在家用电器、电子领域、各种电器、机械工业、烟叶加工 场等多种领域中被很大范围的采用。物品的组织安装、质量检验测试、调整实 验、装包到运输等也大量使用带式输送机。 带式输送机按运输能力分为：重型带式输送机，例如矿用带式输送机如图 1.1 所示；轻型带式输送机，例如电子，塑料，食品加工，轻工业，化工，医 药等行业。带式输送机拥有的运输能力很强大，运输的距离很远。它的构造简 易，而且容易维护。它还能很便捷地实行程序化控制和自动化操作。 带式输送机的输送带可以运输 100kg 以内的物体。带式输送机在运行时的 优点：一，能高速运行；二，它的运行很平稳；三，它运行时产生的噪声很小； 四，可以有坡度的运行。所以在生产运输中，大多数采用的是带式运输机。 如图 1.1 所示，煤矿井上煤块和煤粉运输所用的带式运输机。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页4 1.2 托辊的种类 带式输送机中托辊为重要部件之一。托辊的种类多种多样，而且使用的数 量巨大。输送机成本的百分之三十五左右用于托辊。而托辊运行时所产生的阻 力是输送机的百分之七十左右。故托辊的优劣尤其重要。 托辊的种类很多。按托辊的制作材料来分有：橡胶托辊、陶瓷托辊、尼龙 托辊、绝缘托辊、超高分子量聚乙烯托辊、玻璃钢托辊、聚氨脂托辊、酚醛树 脂托辊、脲醛树脂托辊、钢制托辊、铸石托辊、钢制托辊、PVC 托辊。最常用 的托辊是钢制托辊、尼龙托辊、脲醛树脂托辊。按托辊的用途分：承载托辊、 回程托辊。 因本课题研究的是矿用托辊的密封结构，其为承载煤矿运输的托辊。故根 据托辊的用途可选出托辊类型为平行托辊。平行托辊，其适用于没有槽角要求 的带式输送机上承载输送带及物料的托辊。 图 1.1-2（单位：mm） 图 1.1-2 是根国标 GBT10595-2009 得出，输送机的使用环境温度为零下 二十五摄氏度到四十摄氏度之间。平托辊有 89、108、133、193.7、217 等多种 直径的托辊。使用得最多的是 89、108、133、159 这四种直径的托辊。带宽初 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页5 选为 800mm,辊子长度初选为 465mm。 1.3 技术背景 带式输送机应用于很多场合，如煤矿产品的运输传送过程中。煤矿输送的 工作环境恶劣，使得带式输送机的机械结构缺陷暴露无遗。在粉尘、水汽的侵 蚀下，铁制托辊辊筒内部会产生铁锈。尤其是托辊的轴承座，由于水汽、粉尘 的入侵，导致其润滑脂变质，轴承失效，使得带式输送机无法正常运行。托辊 密封结构的设计已经进入实用新型输送机技术领域，其密封性能的好坏成为托 辊使用寿命长短判断的标准之一。 最初人们认为是轴承选用不合理导致轴承失效，当时带式输送机大量使用 的轴承时 204、205 系列。现在广泛使用的是 204KA、205KA、305KA、306KA、704KA 系列大游隙专用轴承。使用了大游 隙专用轴承后，托辊仍然出现因轴承失效导致托辊损坏的现象。最终人们找到 了导致轴承失效的两个原因:一是，由于轴承在托辊运行时所产生的呼吸效应使 得润滑脂在带式输送机运行过程中逐渐减少，使得轴承运作时的阻力逐渐变大， 滚珠的磨损变大，最终导致轴承失效。但只是在托辊高速运转时呼吸效应的影 响才会变得明显。二是，由于带式输送机在粉尘密度高的环境下长期工作，导 致粉尘入侵轴承的润滑脂，使润滑脂变质。滚珠在变质的润滑脂中滚动等同运 行时滚珠受的的是干摩擦。长此以往，滚珠势必会磨损至轴承失效。 （矿用带式 输送机的轴承失效主要是原因二，设计的主题为防尘） 1.4 现有密封结构 经以上分析得，托辊失效的主要原因是粉尘的入侵使润滑脂失效，润滑脂 失效导致轴承的失效。所以保证润滑脂长期有效是保证托辊使用寿命长的主要 方式之一。而要保证润滑脂长期有效的最佳方法是让托辊的密封结构能防水防 尘。设计一个能使托辊能防水防尘的密封装置是很有必要的。即，托辊密封结 构的密封效果好，是保证托辊使用寿命的重要因素。托辊密封结构的相关研究 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页6 集中在迷宫密封领域。 迷宫密封，于二十世纪六十年代开始研究并运用于实际生产之中的密封结 构。通过迷宫结构产生结构效应达到密封效果。 图 1.4-1 迷宫密封结构原理图 图 1.4-2 迷宫密封原理示意图 由图上所示迷宫密封结构图及原理图可知，迷宫密封是一系列节流齿隙和 膨胀空间构成的非接触式密封结构主要用于空气介质的密封，迷宫密封结构的 三种典型结构有，阶梯型，交错型，直通型。迷宫式密封结构中内密封圈与外 密封圈间存在间隙，一个密封圈随着辊轴转动，另一个密封圈这是与轴承座连 接，即无固体接触。迷宫密封圈之间间隙需要把有热膨胀差计算在内。迷宫密 封结构适用于高温、高压和高转速的工作场地。它的结构不但简单而且性能稳 定可靠。迷宫密封的唯一缺点是泄漏大，为进一步减少泄漏气膜润滑机械密封， 刷型密封等密封新形式迷宫密封结构相关尺寸如表-密封设计手册 图 1.4-3 径向迷宫密封的基本尺寸（单位：mm） 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页7 根据国标 GBT10595-2009 得到托辊辊子装配时，轴承与密封圈（迷宫式密 封）中应许入的性能不低于国标 GB7324-1994 所规定的 2 号锂基润滑脂。轴承 的充油量应为轴承间隙的 2/3 到 3/4，密封圈的间隙应充满。 1.5 矿用托辊特殊使用工况介绍 本课题是对矿用带式输送机托辊轴端部的密封结构设计。托辊为带式输送 机的主要组成部件之一。我国地下含有丰富的煤矿资源，可开采储蓄量于世界 前茅。而大多数煤矿资源位于地下几十米至几百米深的位置，所以需要井下工 作开采。 1.5.1 煤矿工作环境 目前，已被大规模推广的采煤方式为使用水力采煤，综合采煤机的连续或 半连续开采法等采煤技术。除了水力采煤法外其他机械或人工采煤法，工作环 境中有大量的粉尘，包括岩尘、煤尘及其他有害粉尘。 表 1.5.1 名称粒径 mm 煤尘0.751 岩尘0.010.045 以下 其它粉尘其余 采掘工作面的产尘量是全矿井的百分之八十五以上，无防尘的状态下，综 采工作面粉尘浓度为五千毫克每立方米。大量粉尘存在会对机械设备和仪器、 仪表产生损害。煤矿产生的粉尘对环境也有严重的污染，也对工作人员的身体 健康有很大的危害。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页8 图 1.5.1 国家对采掘煤矿过程中粉尘浓度有明确规定煤矿安全规定 1.5.2 除尘方法 主要采用的除尘方法有六种：通风、喷雾、空气幕、化学、除尘器及工作 人员个体防护。其中喷雾除尘和个体防护被大量使用。尽管煤矿的采掘和输送 过程中采用了各种各样的降尘措施和手段，煤矿井下设备仍然需要具备防尘性 能。 应用于煤矿井下带式输送机托辊除了阻燃、抗静电等设备的技术指标外， 还要具备防尘，防水汽污染的性能。在粉尘、水汽的侵蚀下，铁制托辊辊筒内 部会产生铁锈， 。尤其是托辊的轴承座，由于水汽、粉尘的入侵，导致其润滑脂 变质，使得带式输送机无法正常运行。 国标 GB/T10595-2009 对托辊的防水防尘性能做出了相应的规定。 1.6 本章小结 本章从托辊的基本种类和结构分析，以及托辊密封结构的分析。再结合在 煤矿工作场地的实际情况分析，从而得到了托辊轴端部的基本密封结构。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页9 2、设计内容 本设计的目的是提供一种带式输送机的密封结构，可以很好的阻止水汽、 粉尘对轴承的入侵。 为了达到该目的，采用的技术方案：带式输送机托辊轴端部的密封结构， 针对辊筒、辊轴、轴承及轴承座之间的密封，其结构有三，迷宫式密封结构的 内密封圈和外密封圈，防尘盖，轴承座。 其密封效应：防尘盖与辊轴的过盈配合其主要是托辊停止工作时阻止粉尘， 水汽入侵轴承，迷宫式密封圈是针对托辊运行时对辊轴轴端部的密封，其动态 密封性能好。 2.1 托辊直径的选择 图 2.1 托辊辊径与带速和辊子的转速的关系 图 2.2 出自托辊选用指南 ，由图 2.2 可知，托辊的辊径与转速之间的关 系。线速度相同时，辊径越大，其转速越小。辊径越小，其转速越大。在一般 情况下，转速越大，其托辊的寿命越短。而在采掘过程中，随着其机械化程度 的提高，单位时间的运输量也逐渐变大。故采用的托辊辊径也逐渐变大。但是 辊径越大，托辊的重量也越大。综合选择，选直径为 108mm 的托辊。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页10 2.2 辊筒材料的选择 图 2.2 根据托辊使用的环境选用托辊的材料（出自焦作三岛机械有限公司） 煤矿工作环境属于特殊的工作环境。因煤矿采掘工作场地的粉尘量极大， 故选用超高分子量聚乙烯托辊。 2.2.1 超高分子量聚乙烯材料托辊特点 由上述可知煤矿工作的环境湿度大，粉尘浓度高。辊筒的材料有碳钢镀锌、 碳钢镀铬、碳钢铸胶、碳钢铸聚氨脂、碳钢包热塑胶、碳钢喷塑、不锈钢、铝 合金、工程塑料。根据环境选择工业塑料，工业塑料中超高分子聚乙烯主要特 点如下： 它具有较好的耐磨性。目前所有的工程塑料之中超高分子量聚乙烯材料的质 量性能最优。它的性能是钢材的七倍。它具有良好的耐腐蚀性：不但耐酸、碱 盐还耐洗涤剂的腐蚀。它的表面很光滑即（静摩擦系数为 0.007）。它的自我润 滑性能也是极为优秀的。抗冲击性好：它的抗冲击性强大，可比聚四氟乙烯的 抗冲击强上八倍，10 倍的尼龙 66，20 倍的聚氟乙烯。抗老化性好：相比与一 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页11 般的塑料，更不易老化。电性能好：体积电阻大，达到 1018-cm，击穿电压 达 50KV/mm，介电常数为二点三。使用卫生：无味、无毒、无臭，本身无腐蚀 性。重量轻：重量是钢的七分之一，极大地便利了 装卸、运输、安装和使用。 本文中超高分子量聚乙烯（UHMWPE）托辊是由 UHMWPE 管材，轴和轴承都是金属、 轴承座及密封圈等组装的密封结构采用的是非金属材料。金属与超高分子量聚 乙烯两种材质的托辊相比，UHMWPE 材质的托辊使用性能上具有了很多的优势。 UHMWPE 材质的托辊拥有很优秀的自润滑性、耐磨损性以及不粘结性。所以托辊 的表面就会拥有不会粘 附和堆积物料，它的表面也很难结垢。此外，该材质的 托辊的摩擦系数也很小。这样可以极大降低了托辊和输送带之间摩擦力。即使 转不动的时候，也不可能会出现“咬伤”输送带的事故。 超高分子量聚乙烯托辊的运行平稳而且较为轻灵。所以制动它的耗电量 很低。它还能很有效的使输送机在输送物料时输送带的跳动、跑偏、溢料、掉 料以及输送带的磨损等等这些现象降低。它的密度相对要小：UHMWPE 托 辊的 重 量通常情况下只是同种型号的金属托辊 1/3，不但装换都很简单，而且它的 转动 惯量要小，噪音也很低和它的运转很是平稳。这样不但减轻了输送机的劳 动强度以及维护量。其有着显著的经济效益。 UHMWPE 托辊规格：直径（mm） 63.5，76，89，102，108，133，159，194，219；长度（mm）1903000。 UHMWPE 托辊输送的承载性能及定制非标准型号托辊 2.2.2 超高分子量聚乙烯托辊带宽和辊筒长度的选择 在表 1-5 所示，在辊子直径（d）为 108mm 的时候，带宽（B）有五个选 择 650mm、800mm、1000mm、200mm、1400mm。在所有我看到的期刊里 800mm 的 带宽它的使用是最为普遍的。故我选这我的辊子的带宽也是 800mm。 此时的辊筒的长度（L）有三个选择：315mm，465mm，950mm。我参照的 是期刊新型密封结构托辊及其实验机的设计研究作者李小磊。选用 的是选用的是 465mm 的辊筒长度。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页12 表 2.2.2 为 UHMWPE 托辊的尺寸参数 带宽 （B） 辊筒直径 （d） 辊筒长度 （L） 带宽 （B） 辊筒直径 （d） 辊筒长度 （L） 300160,380200465,700,1400 400160,250,5001400 108,133,159 530,800,1600 500 63.5,76,89 200,315,6001600600,900,1800 65076,89,108250,380,7501800670,1000,2000 80089,108,133315,465,9502000750,1100,2000 1000108,133,159380,600,11502200 133,159,194 800,1250,2500 2.2.3 超高分子量聚乙烯托辊的厚度选择 表 2.2.3 是根据 汤阴华祥/三有塑业有限公司提供的数据得到的。当超高分子 聚乙烯托辊的外径为 108mm，辊筒长是 465mm 的矿用托辊辊筒的厚度为 10mm。 与行标 MT/T1019-2006 中金属托辊的最小内径比较得出的。 表 2.2.3-1 HDPE 与铸铁托辊的径向尺寸参数对比 参数名称HDPE铸铁 外 径 108mm108mm几何参数 内 径 88mm99mm 金属托辊的质量标准如表 2.2.3 示，它也是根据行标 MT/T1019-2006 得出的。 而非金属托辊辊筒的外径和辊筒的允许偏差与金属托辊的辊筒外径相同时 的允许偏差是一样的。不过非金属托辊辊筒的壁厚的正负偏差不得大于其壁厚 的百分之十。非金属托辊辊筒的同截面壁厚差要小于等于百分之一十五。 管体的两个端面要于托辊的中心线垂直。而管体每米长度上的直线度不能 大于 0.5mm/m。 辊筒的表面不可以出现裂缝、结巴、折叠、分层、搭焊等缺陷。辊筒的表 面允许有的深度不能超过其正负偏差的最大值。即允许有刮伤、划道和压痕等 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页13 等轻微的缺陷存在。 表 2.2.3-2 直径为 108mm 的托辊的尺寸偏差 允许偏差 壁厚 S（mm）外径 （mm） 壁厚 同截面壁厚 差 直线度 （mm/m） 3.2 4.5 - 0.70+0.7 0 - 8%S +8 %S 7.5%0.5 综上所述，托辊为上平行托辊，为超高分子量聚乙烯托辊。托辊的外径为 108mm，内径为 88mm，壁厚为 10mm，长度是 465mm。选用的是高密度聚乙 烯（HDPE） 。托辊的密封结构为迷宫式密封。采用的润滑脂为 2 号锂基润滑脂。 轴承的充油量应为轴承间隙的 2/3 到 3/4，密封圈的间隙应充满。 、 图 2.2.3-3 托辊辊筒的外形基本要求 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页14 图 2.2.34 辊筒结构示意图 2.3 托辊轴承的选择 2.3.1 轴承型号的确定 表 2.3.1 根据常用托辊型号规格一览表中平托辊（单位：mm） 托辊的直径托辊的长度选用轴承的型号 891801150204 1081901600204 205 305 306 1333052200205 305 306 1593753150305 306 308 根据表 2.3.1 及上文可得外径为 108mm 长度为 465mm 的托辊可选用的轴承型 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页15 号有 204、205、305、306，由上文可知 目前 204KA、205KA、305KA、306KA、704KA 大游隙专用轴承被大量使用。 2.3.2 托辊轴承尺寸的选择 表 2.3.2 托辊使用的轴承尺寸（中华轴承网） 新国内外称 号 旧称内径外径厚度润滑脂作用 的最高 重量 620420420mm47mm14mm14000r/min0.106kg 620520525mm52mm44mm13000r/min0.128kg 630530525mm62mm17mm11000r/min0.232kg 630630530mm72mm19mm6600r/min0.346kg 6204TN/YA204KA20mm47mm14mm0.089kg 6205TN/YA205KA25mm52mm15mm0.115kg 6305TN/YA305KA25mm62mm17mm0.210kg 6306TN/YA306KA30mm72mm19mm0.312kg 6004TN/YA704KA20mm47mm12mm0.052kg 图 2.3.2 轴承的零件示意图 根据表 2.3.2 可看出，专用大游缝隙深沟球轴承 204KA、205KA、305KA、306KA 及专用轴承 704KA 相对于深沟球轴承 204、205、305、306 无论重量上还是转速上都有很大的变化。由此可见，专用 轴承更适合当辊轴。采用 6204TN/YA.6204TNYA 的优点是结构紧凑，重量轻， 相对于 6204 的轴向尺寸更为缩小，转速高，磨损小，使用寿命长，只需要少量 的润滑剂就可以正常运行。 图 2.3.2 为型号为 6204NT/YA 的轴承图，图 2.3.2 出自中华轴承网。 轴承选型完成后，轴的直径可以确定为 20mm。 2.4 轴基本尺寸的确定 经过输送辊筒产品选用手册-2012可以确定轴的长度，及外牙尺寸。即 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页16 轴长为 465mm+28mm=493mm，同轴两牙的最近距离为 465mm+10mm=475mm，牙深为 6mm。同径面两牙距离为 14mm。轴的材质选 用，选用的是 20 冷轧钢。 图 2.4 根据辊筒的长度得出轴的基本尺寸 2.5 本章小结 本章节确定了托辊标准件辊筒、辊轴、轴承的基本尺寸、型号及材质。为 下一章的密封结构的尺寸确定打好基础。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页17 3、托辊密封结构设计 3.1 托辊的密封结构种类 3.1.1 最早使用的密封结构是迷宫式密封结构 由于迷宫密封的缺点是泄露大。在托辊停止运行的时候，单只有迷宫式密 封的话，此时的密封效果最差。由此当前又提出了几种密封手段。 3.1.2 新材料新结构托辊 传统托辊的很多零部件采用的是金属，而金属的重量很大。导致托辊的重 量很大，不利于装卸、搬运等。传统托辊的零部件很多，除了标准件辊筒、轴、 轴承外，托辊还需要密封件。密封件一般为迷宫密封，迷宫密封采用的非标准 件有两个，一个内密封圈，一个外密封圈。一般还会增加一个防尘盖。目前已 经出现了很多的非金属材质托辊。如酚醛树脂托辊、脲醛树脂托辊、尼龙托辊、 陶瓷托辊、玻璃钢托辊。 根据新型材料推出了新结构托辊如图 3.1.2 示的无心轴非金属托辊结构 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页18 图 3.1.2 无心轴非金属托辊结构示意图 3.1.3 唇式密封托辊代替迷宫密封托辊 相对于迷宫密封而言，唇式密封无论是在托辊运行还是静止时托辊的密封 效果都很好。唇式密封采用的是性能稳定，抗静电，阻燃，耐磨的材料。如聚 氨脂。 图 3.1.3 所示是唇式密封的结构图（1-辊筒，2-唇式密封圈，3-挡板，4-轴，5-轴承， 6-轴承座） 上述结构的造价相对迷宫密封的造价要高得多，且对密封件或托辊的材料 要求严格，工艺流程繁琐，很不利于推广。综上所述，本文采用传统迷宫式密 封结构与辅助密封结构（类唇式密封）相结合的新型密封结构，同时使用高分 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页19 子材料制造密封件。 3.2 迷宫密封结构 3.2.1 迷宫密封结构及材质 迷宫密封结构从 20 世纪 60 年代使用至今，在托辊密封结构领域依旧是主 要的密封结构。相对于其他密封结构来说，迷宫密封技术要纯熟且密封性能稳 定，造价低，使用寿命长。内外密封圈使用的材料也是 HDPE。托辊的密封结构 若只是非接触式的迷宫密封结构，单纯的靠增加密封通道和密封长度来提高密 封的效果是不理想的。迷宫式密封的第一个旋转间隙是解决密封问题的关键。 若第一道密封间隙损坏，有半流体物质进入迷宫内部密封通道，会引起托辊失 效，迷宫密封的道数再多也没有意义。 结构见图 1.主要包括 1-防尘盖、2-外密封圈、3-内密封圈、4-轴、5-轴承、 6-轴承座、7-辊筒。该密封结构的作用是防尘防水。使轴承有良好的工作环境。 我采用的是第一道防线，防尘盖过盈配合，达到接触密封的效果；第二道防线， 外密封圈与轴的紧配合，对轴承起保护伞作用；第三道防线，非接触式迷宫密 封结构，通过迷宫效应达到密封效果，与一二道防线相辅相成 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页20 图 3.2.1-1 迷宫密封结构原理图 图 3.2.1-1 为图 3.2.1-1 的放大图 3.2.2 辅助密封结构及选材 辅助密封圈位于防尘盖，因是过盈配合，与轴之间的摩擦系数大，使用的 材料是最耐磨的 HDPE，这样可提高辅助密封圈的使用寿命。辅助密封圈的密封 形式为接触式密封。 3.3 本章小结 本章对托辊的密封结构张开分析。对本文设计的托辊密封圈的材料、结构 进行了详细的