400型水溶膜流研成型机的设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 第 1章 绪论 1 1.1 水溶膜的简介 1 1.2 水溶膜的现状及展望 1 1.3 水溶膜的主要制备方法 3 第 2章 系统总体设计 2 2.1 烘道的设计 2 2.1.1 主体结构材料的选择 3 2.1.2 整体尺寸和布局 3 2.1.3 供热 系统的设计 5 2.2 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 8 3.1 钢带传动 8 3.1.1 钢带传动的设计计算 8 3.1.2 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 14 3.1.4 轴承的选用与校核 21 3.2 链传动 23 3.2.1 链条的设计 23 3.2.2 链轮的设计 24 3.2.3 链传动的受力分析 27 第 4章 主要附属装置的设计与 选用 28 4.1 刮刀设计 28 4.2 刀架的设计 29 4.3 调偏装置的设计 30 4.4 热风回流装置的设计 31 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 结论 32 参考文献 33 致谢 34 附录 35 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 50mm 50mm 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 50mm 100mm 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 2min 3min，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 m in /2L V t=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hL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+2 4=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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 H上，可按下式求 得： H上 =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dh 150m m，钢带的下垂量 h 可按式（ 2.1）计算： h=a/2 tan （ 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 3 5，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 H下应满足式（ 2.2） dH h h r 下（ 2.2） 式中： r 滚筒的半径， r=250mm 将数据代入可 得： H下 925mm 设计时将 H下圆整为 1000mm，那么烘道的整体高度 H可按式（ 2.3）计算： 3aH H H 下上（ 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gL=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1yL=35mm，再加上机架结构方钢管的宽度 d=50mm，整机宽度zL可按式（ 2.4）计算： zL=gL+21yL+2d=800mm （ 2.4） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 400 400mm 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 3 4 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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0.2/MPa 抗拉强度0.2/MPa 伸长率（ %） 1Cr17Ni7 TY 960 1275 5（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 L 2a 2 R ，代入数据可得 L=25570mm，因安装钢带的滚筒在一定范 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 o180 。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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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（ 3.1 3.3）表达： 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钢带松边 绕 出主 动滚 筒 点 的 张 力， kgf； 2S钢带松边 绕 入 改向滚筒点 的 张 力， kgf； 3S钢带紧边 绕 出 改向滚筒点 的 张 力， kgf； 4S钢带紧边 绕 入主 动滚 筒 点 的 张 力， kgf； 12W 钢带 松边 运 行阻力， kgf； 23W钢带在 改向滚筒 上的阻力， kgf； 34W 钢带 紧边 运 行阻力（与托 辊间 的摩擦力）， kgf； gW 剥离薄膜阻力，取 2N（实验数据）。 将 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） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 由于薄膜自重可以忽略不 计 ，且钢带松边是自由传动因而 120W 3 4 0W qL （ 3.5） 式中 q 钢带 每米自重， kg/m； 0F 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： 2 3 4W kS （ 3.6） 式中： k 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 k =0.05。将 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 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， 41fS S e （ 3.8） 式中： f 钢带 与 滚 筒 间 的摩擦系 数 ，查表取 f =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）： 01 1gfq L WS e （ 1-k ） （ 3.9） 将数据代入以上各式可得 1S=9.6kgf 2S=1S=9.6kgf 3S=11.3kgf 41fS S e 15.4kgf 钢带 在主 动滚 筒上所需 圆 周力ecF的 计 算如式（ 3.10） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 4 1 4 1e c cF S S W W （ ）（ 3.10） 式中：41W 驱动滚 筒的阻力，单位为 kgf，可通过式（ 3.11）计算； cW刮刀的阻力， kgf，通 过实验 可取 0.2 41W=（ 0.01: 0.02）（12S+S） （ 3.11） 联 立（ 3.10）和（ 3.11）两 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 0F 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 0F ，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 3 : 5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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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） 002 sinFG （ 3.12） 式中：0F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； 00qL gG 钢带下 段的重力，可用式（ 3.13）求得。 00qL gG （ 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： 00 2 sinqL gF （ 3.14） 将数据代入式（ 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4S、1S，即 :紧边拉力 F上=5223N，松边拉力 F下=5166N，整条钢带所受最大拉力为钢带紧边绕入滚筒处，即力 F上，现在用它钢带的抗拉强度 按式（ 3.15）进行校核 【 6】 。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 FA （ 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： b 9.33MPa 查表 2-1可得，该钢带的许用应力 1 2 7 5 M P a ，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 b （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4S=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gP： 4gP S g V （ 3.16） 式中 :g 重力加速度 ,这里取 10N/kg 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： gP 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dP应大于钢带传动所需功率gP，它们间的关系可用式（ 3.17）表示： dP=gnP（ 3.17） 式中： n 动力安全系数，可取 1 3，本系统计算时取 3 将数据带入式（ 3.17）可得： dP=54w 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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/kg Y801-4 4 0.55 1500 1390 2.4 17 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 1 3 9 0 5 02 8 1dz gnin 式中：dn-电动机输出转速 gn-主动滚筒的转速 在本系统中，链传动的传动比ji设计为 3:1 （在以下章节有对其的相关 设计），所以减速机的传动比zjLii i =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-20 1500 17 2.94 3.1.3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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 25 6 /N m m ；中心轴选用 45钢，经调质处理，许用应力 24 0 6 6 /N m m : 。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 ： min bEhD （ 3.18） 式中： E 钢带 的 弹 性模量，大小 为 206 310 MPa ； h 钢带 的厚度，大小 为 1mm ； b 钢带 的弯曲应力极限，大小 为 548MPa 代入 数 据可算得： minD 376mm 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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） 625/1 1000000 400/1 500000 333/1 165000 200/1 85000 滚筒的长度：钢带的宽度dL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1yL，取1 yL=35mm，滚筒和机架间也必须留有一定的运转余量2yL，取2yL=1yL=35mm，再结合整机设计宽度zL为 800mm，结构方钢管的宽度 d=50mm，则滚筒的宽度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） 将数据带入上任一式中可得： 630gL mm 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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mind，已知加载在滚筒轴上的功率0P（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0P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mind可由式（ 3.21）确定， 03m in 00PdAn（ 3.21） 式中：0A-由表 3-5查得，计算时取用 112； 0P-取用电动机的输出额定功率， 0.55kw； 将数据代入式（ 3.21）可得： mind=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1d选为 40mm（由后面内容可知，这里1d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 4 12 50，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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 : 29 2 ( / 2 ) 1 0G g d l d （ 3.22） 式中： g 重力加速度，取 10N/kg； d 滚筒直径； l 滚筒长度； 滚筒材料的密度，取 7900kg/ 3m 。 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： 1G2G 174N 钢带对滚筒的拉力：紧边、松边拉力jF、sF，可分别按式（ 3.24） 和（ 3.25）来求： 04jF F S g(3.24) 01sF F S g(3.25) 式中：0F 拉紧钢带所需内力； 1S 钢带工作时松边的拉力； 2S 钢带工作时紧边的拉力。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 将数据带入上式可得： jF=5226N；sF=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： jsF F F=10394N 将总拉力 F 分解到两辐板支点上可得： 1F2F 5197N 滚筒中心轴装链轮端受到的压轴力pF=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