金属托辊设计与制造.doc

毕业设计中图分类号： 金属托辊设计与制造 专业名称:计算机辅助设计与制造学生姓名: 陈文平 导师姓名: 卢 杉 职 称：副教授 焦作大学 二一一年十二月39焦作大学机电工程学院毕业设计 中图分类号: 密级:无 UDC: 单位代码:金属托辊设计与制造Metal roller design and manufacturing 姓 名: 陈 文 平 学 制: 三 年 专 业:计算机辅助设计与制造 研究方向:托辊设计与制造导 师: 卢 杉 职 称: 副 教 授 论文提交日期：201112 论文答辩日期:2011/12/26 焦作大学机电工程学院 焦作大学机电工程学院毕业设计 摘要 摘要 随着带式输送机的广泛应用，它的重要性也越来越重，它必不可少的重要部件托辊，也变得重要起来了。托辊的种类多、数量大。例如按材质分为橡胶托辊、陶瓷托辊、尼龙托辊及绝缘托辊。按种类划分有槽形托辊组、各类平行托辊组、各类调心托辊组、各类缓冲托辊组。它占了一台带式输送机总成本的35，承受了70以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。本文中主要介绍金属托辊的设计与制造，其中包括Pro/E，AutoCAD、机械部分设计。金属托辊的设计与制造中还有许多的问题等待解决，例如，如何合理布置托辊，设计恰当的托辊间距，以减少托辊的使用数量，降低整机价格，减少投资、营运及维护费用，提高经济效益。托辊的加工工艺也是一个重要的方面，因为托辊制造工艺会影响托辊动载荷。金属材料还要考虑其材料的结构和性能、金属材料的热处理、零件表面的处理等问题。带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中,而托辊是带式输送机的重要部件，故此托辊的好坏关乎输送机的正常工作，企业正常运行的必要条件。关键词:带式输送机 托辊 金属托辊的设计与制造 机械Abstract:Along with the wide application of belt conveyor, and its importance is also more and more heavy, it is an important component-roller, also become important up. The roller types, in large quantities. According to the material such as divided into rubber roller, ceramic roller, nylon roller and insulation roller. According to varieties division have shaped groove roller group, all kinds of parallel roller, all kinds of the heart of roller group, all kinds of buffer roller group. It accounts for a belt conveyor total cost by 35%, and inherit the more than 70% of the resistance, so the quality of the roller is particularly important. The role of the roller is support conveyor belt and material weight. Roller operation must be flexible and reliable. Reduce the friction with roller conveyor belt, accounting for more than 25% of the total cost of the conveyor belt of life play a key role. This paper mainly introduces the metal roller design and manufacturing, including Pro/E, AutoCAD, mechanical design. Metal roller of the design and manufacture of still have many problems waiting to be solved, for example, how to reasonable decorate roller, design appropriate roller spacing, to reduce the use of roller quantity, reduce the price, reduce investment, operation and maintenance cost and improve the economic benefit. The processing technology of the roller is one of the important aspects, because roller manufacturing process will affect roller dynamic load. Metal materials also consider its the structure and properties of metal materials, heat treatment, parts of the surface of the processing. Belt conveyor are widely used in various modern industrial enterprise, and roller is an important part of the belt conveyor, therefore, the stand or fall of roller for the normal work of the belt conveyor, enterprise the normal operation of the necessary condition. Keywords: belt conveyor roller metal roller design and manufacturing machinery焦作大学机电工程学院毕业设计 目录目录第一章 托辊的简介和前景.71.1 托辊的市场分析.71.2 国产托辊与国外的差.81.3 托辊的五次技术革命.91.4 托辊的发展前景.12第二章 托辊的理论研究.142.1 托辊的失效机理.142.2 托辊主要性能指标.162.3 延长托辊寿命的制造质量保证措施.18第三章 金属托辊的设计与制造.203.1 托辊的结构分析和材料选择.203.2 金属材料的热处理.213.3 托辊轴承座的制造加工.213.4 托辊轴的加工.223.5 托辊管的加工.223.6 托辊的组装焊接.23第四章 金属托辊的计算.25第五章 新型高效长寿命托辊的经济分析.315.1 节省材料方面.315.2 节省工时方面.325.3 生产中使用新型托辊的节电效益.34设计总结.35参考文献.35致谢.36焦作大学机电工程学院毕业设计 托辊的简介和前景第一章 托辊的简介和前景1.1 托辊的市场分析 胶带输送机是国民经济发展中必不可缺的长距离、大运量、最便捷的输送设备。广泛应用于煤炭、矿山、码头、电厂、钢铁厂、水泥厂等行业。托辊是胶带输送机上的重要部件，胶带输送机使用寿命的长短，完全取决于托辊的制造质量。近几年我国托辊行业发展速度较快，受益于托辊行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，托辊行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得托辊行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国托辊行业重新迎来良好的发展机遇。进入2010年我国托辊行业面临新的发展形势，由于新进入企业不断增多，上游原材料价格持续上涨，导致行业利润降低，因此我国托辊行业市场竞争也日趋激烈。面对这一现状，托辊行业业内企业要积极应对，注重培养创新能力，不断提高自身生产技术，加强企业竞争优势，于此同时托辊行业内企业还应全面把握该行业的市场运行态势，不断学习该行业最新生产技术，了解该行业国家政策法规走向，掌握同行业竞争对手的发展动态，只有如此才能使企业充分了解该行业的发展动态及自身在行业中所处地位，并制定正确的发展策略以使企业在残酷的市场竞争中取得领先优势。根据国家“十五”计划的要求，起重运输行业要向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。目前，世界上带式输送机最大带宽达32米，输送能力最大为37万吨时。在当今的起重运输机械行业，尤其看好长距离、大运量的DX高强度胶带输送机。尽管近年来胶带输送机行业高速发展，从六十年代的十几家发展到现在的100多家，仍不能满足国家经济建设发展的需要。根据当前情况来看，由于我国工业高速发展，电力匮乏现象一直不能缓解，仅今年国务院已经批准和需要批准的火电项目就达近5000万千瓦，相当于要建设规模为60万千瓦的电厂83个，按常规计算，每个电厂需要胶带输送机的价值为800万元，那么建设这些电厂需要的胶带输送机的数量就是66400多万元，其中托辊的价值约为22133万元，折合托辊数量为110多万只。也就是说仅电力系统就需要新增的托辊就达110多万只，再加上每年更新换代的托辊按500家电厂，每个电厂需要1800只计算，还需要托辊近70万只。两项合计需要托辊的数量为250多万只。再加上煤炭、港口、码头、矿山、建材水泥行业、钢铁厂、粮食行业的托辊需求量，整个中国的需求量约为1420多万只，折合人民币为30亿多元。因此托辊的市场是相当广阔的。1.2 国产托辊与国外的差距托辊是胶带输送机的关键部件,它消耗钢材多（重量约占整个胶带输送机的35%）,加工工作量大,而且使用了大量的滚珠轴承;同时,托辊性能的优劣直接影响输送机的功率消耗、胶带张力及使用寿命。因此,近年来,各国对改善托辊结构提高托辊使用寿命都作了大量工作。随着科学技术的发展和胶带输送机的日趋高速化、重载化,我国目前普遍使用的胶带输送机托辊与国外托辊相比,存在以下差 距:1.使用寿命短西德井下托辊使用寿命为20000h,英国规定为26000h,而我国托辊的寿命多则一年,少则三、五个月,极个别的可达到（1500026000）。2.运行阻力系数大 国外托辊运行阻力系数定为0.022,而国内则大于0.035,运行阻力系数的大小直接反映在电机功率上。西德艾克霍夫公司运载量700,1000的皮带,电机功率为55,吨公里所需功率为0.157KW;而国产-型运载量630,1000的皮带,电机功率为275,吨公里所需功率为0.340。3.托辊重量大 西德（180380）托辊重6.7,国产TD75型（108380）托辊重7.3,仿德-150型（108350）托辊重7.5。托辊越重,消耗钢材越多,消耗功率越大。 4.带速 国产托辊转速比发达国家慢，因此，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。所以国产托辊还要在设计和生产制造中不断充实和提高。 5.高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。1.3 托辊的五次技术革命 第一次技术革命 托辊的密封结构，减小旋转部分的重量，利用工程塑料“尼龙合金”材料设计的新型轴承座（专利号：97229785.5）。 传统托辊过早失效的主要原因是，迷宫式密封结构的缝隙都暴露在外侧，托辊运转工作时，淋水、粉尘和稀泥很容易顺着缝隙钻入到迷宫式密封结构中。污染物只要进入了第一道迷宫，就会“势如破竹”的向里延伸，轴承很快就被卡死，造成托辊的过早失效。 新型轴承座的主要特点是：在它的外侧直接设计有凹凸的迷宫式密封槽，增加了一层迷宫式密封的结构，使密封效果更加可靠。在托辊外端面能够再增加一道密封圈，该密封圈上设计一个向内凹的圆斜面，到靠近托辊轴的圆周时再凸起一个迷宫圈，这样才能再增加一个密封盖，密封盖与托辊轴之间由传统的间隙改变为过盈配合。密封盖和密封圈相互嵌入的缝隙留在了密封圈向内凹的圆斜面内侧。由于间隙是倒着的，因此，有效延缓了水和灰等污染物进入到密封结构中的趋势；大幅度减小了转动惯量。工程塑料“尼龙合金”的比重小，降低了托辊旋转部分的质量，转动惯量大幅度减小。工程塑料“尼龙合金”的机械强度完全能够满足托辊的使用要求，又能够利用模具生产，几何尺寸精度和一致性得到了保证，为规模化生产提供了可靠保障。利用工程塑料“尼龙合金”的塑性变形的特点，可实现托辊钢管无加工装配的生产工艺，保证了托辊制造精度的一致性。利用新型轴承座组装生产的托辊，迷宫式密封腔中填充适当的润滑脂，在模拟强化试验台上做淋水和防尘试验，性能均超过国家标准，达到了预期的目的。第二次技术革命 为了防止各种稀泥对托辊的污染，在外密封圈的外侧设计了“清除器”， 带式输送机托辊密封圈（专利号：00333697.2）。 在煤矿和地铁工程等生产环境中，由于水多，会产生煤泥和稀泥。带式输送机运行的过程中，胶带上粘附的煤泥或者稀泥会经常掉落到托辊端面的托辊轴和托辊支架上。这些泥不象水，可以很快流下来；也不象粉尘，可以静止停留在某个位置。它们先掉落下来的会干燥变硬，后掉落下来继续堆积，直至将托辊的端面封住。以后再掉落下来的泥就高于托辊端面迷宫式密封的缝隙。这时，由于高度差的原因所产生的压力，无论缝隙留在什么位置，泥在压力的作用下都会很快的进入密封结构中。根据在煤矿的现场跟踪观察，密封层数多的托辊，轴承1个月就被污染，三个月就会彻底失效；密封层数少的托辊，轴承被污染不超过二十天，二个月就会彻底失效。如此严重的污染情况，国内外都没有相关的报道，更没有对此进行研究。本着精益求精，敢争国际先进水平的精神，展开了对托辊防稀泥污染技术的试验研究。曾经利用毛毡密封，寿命很短；橡胶圈密封，阻力较大；1年半的时间里，进行了数次的试验，效果不佳。经过不懈的努力，防煤泥（或各种半流动物料）的“清除器”终于诞生了。“清除器”是随着托辊一起转动的，能够随时将掉落在托辊端面的稀泥清除下来。经在焦作金科尔煤业有限责任公司重新实况使用，充分证明了它既不影响托辊的旋转阻力，掉落再多的煤泥也不能在托辊端面停留堆积，简单、巧妙、实用，彻底解决了煤泥对托辊污染的难题。此前国内外还没有托辊防泥污染技术的相关标准和检测手段，该项技术填补了国内外空白。第三次技术革命 为了达到彻底阻止淋水和粉尘污染的效果，设计的纵向迷宫式密封结构，迷宫式托辊密封装置（申请号：200410010253.3）。2003年，我们公司的托辊通过了国家起重运输机械质量监督检验中心的型式试验认可和国家采煤机械质量监督检验中心的安标检验，取得了安全标志。但是，密封性能达不到彻底阻止淋水和粉尘进入的效果。经过仔细分析研究，认为水和灰在迷宫式密封结构中能够延伸污染的原理应该是“万有引力”。托辊在防水和防尘试验台上的安装角度是30度，水和灰本来都不会自动向上跑的。但是，迷宫式密封的基本结构都是轴向相互嵌入的，托辊转动时，迷宫式密封在相对运动，水或灰即利用运动时产生的引力，先向下、再向上、再向下重复着向前延伸。根据这种现象，经过仔细的分析研究后，在托辊的最外侧设计了一种纵向迷宫式密封结构。该结构在托辊转动时，可以形成一道“空气墙 ”，彻底截断了水和灰在“万有引力”下延伸的趋势。在水和灰从上部的缝隙下来碰到“空气墙”后，由于不能再继续向前延伸，就只能顺着下面的缝隙再跑出来。就这样托辊就实现了在淋水、粉尘和稀泥工况下的零污染长期运行。并且不需要在各层迷宫密封腔中填充过多的润滑脂，有效减小了旋转阻力。2004年至今，我们的托辊密封性能模拟强化试验台已经参加了29个相关行业的展览会，为与会代表和广大观众现场演示了上述效果；经40家不同行业的用户使用，一致认为我们公司的托辊是更新换代的产品，尤其是浙江桐庐三狮水泥集团从有关领导到员工都说，“神效托辊”的效果就是“神奇”。第四次技术革命 托辊钢管无加工生产工艺。带式输送机械托辊（专利号：02115632.8）。传统的托辊生产方法有两种，一、轴承座为铸铁材料生产，在托辊钢管两端加工出台阶孔，然后将轴承座压装配合。它的主要缺陷为：1、迷宫式结构不合理，密封性能差； 2、制造精度差，托辊钢管两端的内台阶孔经过加工后圆度达到了要求，可钢管本来存在的不圆度则无法消除；3、托辊旋转部分重量大，致使托辊的转动惯量增大；4、劳动生产强度高。二、轴承座用钢板材料冲压成型，然后利用二氧化碳气体保护焊工艺焊接到钢管的两端。它的主要缺陷为：1、密封性能也无法达到最理想的效果；2、焊接时的无规则变形会影响两端轴承的同轴度。为了解决上述传统托辊存在的弊端，我们利用托辊新型轴承座塑性好的特点，以托辊专用高频电焊钢管的直线精度好（6米长钢管的弯曲度不超过3毫米），和圆周壁厚一致性的特点为基础，以其内径为基准，将“尼龙合金”轴承座和支撑环直接与托辊钢管过盈压装，实现了托辊钢管内径不需要机械加工、也不再焊接的新型托辊生产工艺。该方法的主要优点是：1、保证了托辊两端轴承位置的同轴度，误差0.05mm；2、轴承座和支撑环的过盈压装能够将钢管存在的不圆度消除60%左右，外圆径向圆跳动0.3mm；3、旋转阻力1N；4、噪音（1000r/min情况下）30dB；5、有效保证了托辊的制造精度，装配合格率达到100%；6、旋转部分的质量减轻了1/3，大幅度降低了转动惯量；7、简化了生产工艺，减轻了劳动强度，提高了工作效率；8、改变了传统的密封结构，在各种恶劣环境中实现了零污染长期正常运行。经两年多时间对托辊的实际生产和40多家使用充分证明，该工艺生产的托辊质量可靠，运转平稳。正常使用情况下，由于密封污染和制造精度差造成轴承早期损坏导致托辊失效的为零。第五次技术革命 解决托辊的防腐蚀、锈蚀和耐磨性差的难题。一种带式输送机托辊及其制作方法（申请号：200510017907.X）。托辊的防腐蚀、锈蚀和耐磨性差也是一个大难题。尤其在煤矿井下使用，由于锈蚀、腐蚀或者磨损，每年托辊钢管单边的损（磨）耗量竟达到1.5毫米以上，其它各种输送尖锐且硬度高的物料（比如炉渣等）对托辊磨损也比较严重。而在地面如电厂、水泥厂和矿山等环境中，每年的磨耗量仅为0.2毫米以下，差距之大可谓惊人。因此，在特殊环境中使用时，提高托辊的防腐蚀、锈蚀和耐磨性就显得非常重要。采取在托辊外圆周包裹轮胎橡胶耐磨层的方法解决了这一难题。汽车轮胎生产时的材料选择、配方和生产工艺等非常严谨。因此，它具有突出的耐磨、耐腐蚀、耐老化、耐冲击、耐疲劳、抗撕裂、弹性好等优异的综合特点。将报废的轮胎橡胶不改变其性能包裹在托辊的外圆周作为耐磨层，该方法不但使托辊达到了防腐防锈和耐磨的效果，并且大幅度减少了对胶带的磨损。尤其是制造的缓冲托辊，能够适应大块物料的强烈冲击。利用轮胎橡胶圈制造的缓冲托辊，已经在江苏镇江船山集团大冲击力的落料工况下正常运行了4个多月，根据使用情况推测寿命达到2年以上。同时，在山东省烟台港务局和江苏华维集团扬州发电厂的使用效果都很好。充分证实了该项技术的可行性。前述5种技术生产的托辊，综合性能参数达到了预期的“神奇”效果，能使带式输送机实现节能、高效、安全、可靠的“傻瓜式”使用效果，大幅度减少维修的费用、胶带的磨损、能源的损耗、噪音的污染及各种潜在的事故隐患，输送效率和综合经济效益可以提高35倍。 结束语：托辊在解决了前述的5个难题后，还有一个问题有待解决，就是托辊管体在保证了防腐蚀、锈蚀、耐磨、机械强度、密封性能、制造精度的前提下，它的重量越轻，节能降耗的效果就会越显著，对胶带的磨损也越小。欢迎广大用户和业内同仁集思广益，同心同德，持续改进，研制开发出更加完美的新型托辊。1.4 托辊的发展前景 目前，国产托辊的性能有了很大的提高，但是和国外托辊的性能还是有着不小的距离。对改善托辊的性能，我国投入了大量人力物力，随着新时代的先进技术的飞速发展，未来输送机托辊将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机托辊的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。扩大输送机托辊的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的托辊。 扩大使用范围，是扩大托辊的使用范围，也是为托辊行业发展煤炭、水泥、电力、化工、建材、矿山、冶金等方面。托辊可以向着多元化发展，在食品生产、电子、木业、烟草、医药也可以运用起来，那样就可以让托辊的作用越来越来重要，对托辊的发展也是有着重要的推进的作用。因为人们需要托辊，就需要去研究和开发跟先进、性能更好的托辊。物料自动分拣，目前，我国的带式输送机和国外的有着明显的差距，我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。而国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。对生产的自动化方面的研究，是我们输送机目前比较大的难题，也是输送机发展方向。降低能量消耗，我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命59万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%。这就存在打量的材料的浪费，因此改善托辊的性能，提高托辊的使用寿命，是现在托辊生产商面临的严峻问题，也是我国输送机的一大重要缺点。不改善寿命低的缺点，不符合我们的科学发展观。找到改善托辊的寿命，降低能源的消耗的方法，更有利于托辊行业的发展。减少污染，此处的污染不是对环境的污染，而是在生产过程中各种物质（水、空气、流动性物体稀泥等）对托辊的污染。托辊是带式输送机的心脏。它的防水、防尘，尤其是对半流动性物体（稀泥）污染的密封性能、两端轴承位置的精度、外圆径向圆跳动、运行阻力、转动惯量、运行时的噪音、防腐蚀锈蚀、耐磨性等综合性能，都能给带式输送机的使用带来直接的影响。因此，减少对托辊的污染，对带式输送机有着不可重要的作用，更对托辊行业的发展有着不可忽略的作用。焦作大学机电工程学院毕业设计 托辊的理论研究第二章 托辊的理论研究2.1 托辊的失效机理带式输送机的性能参数，与托辊性能有着密切的联系，其运行阻力、运行时的噪声和输送带的振动等都与托辊密切相关。因此，高性能托辊的研制与开发是带式输送机的关键之一。目前国内煤矿使用的绝大部分国产托辊及少部分进口托辊普遍发生过早失效，使用几百小时就失效的托辊屡见不鲜。每年由于托辊过早失效给企业造成极大的浪费。我们课题研究组针对这种情况,认真分析托辊的失效机理托辊失效的诱发因素如图l所示。各因素中，时间因素不是独立的诱发因素，没有力和环境因素的存在，时间因素就失去了意义，它与其它因素组合才起作用。图2-l托辊失效的诱发因素2.1.1 托辊轴、管体与轴承座的失效管体和轴承座在托辊运转中承受交变应力，其失效模式为疲劳失效。托辊轴受力不变(指方向不变)，其失效为断裂失效。疲劳失效是最常见和最重要的失效模式之一。理论及实践研究表明，作为单个零件，托辊轴、管体和轴承座的失效几乎不会发生，它们的使用寿命很长，安全性很高。然而，对托辊的全面分析得知，虽然作为托辊管体的钢管不容易断裂，但作为托辊管体，其同轴度、径向圆跳动等性能往往不符合托辊性能的要求。从这个意义上讲，钢管制作的托辊管体容易失效。2.1.2 密封件的失效密封结构有两种形式:(1) 非触式密封，运转阻力小，但密封效果稍差;(2) 接触式密封，密封效果较非接触式好.但是运转阻力偏大。橡胶密封件广泛地应用於各行各业。密封件一旦失效，轻则使设备不能正常工作、造成经济损失；重则会造成人身伤亡事故。常见的失效原因主要有4种：设计错误、选材错误、密封件质量问题和使用不当。托辊密封件常用的材料有聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和尼龙等。这些材料的耐热性能和导热性能较差，受热后容易发生老化、分解和变质，引起尺寸不稳定。2.1.3 轴承的失效在理想的运转条件下，滚动轴承在任何应用中都将因疲劳而最终停止运转。然而，由于托辊的运转环境恶劣，托辊轴承的密封难以保证，致使托辊轴承过早失效。导致托辊轴承失效的原因十分复杂，除了常规的疲劳失效外，固体颗粒、腐蚀性的气体和液体侵人滚道，润滑脂老化，配合零件不同心和密封间隙不适当等都可导致托辊轴承的实际使用寿命大大低于计算的名义寿命。预防和改进托辊的轴承失效：过载及过热现象普遍存在于高线托辊轴承之中，且情况较为复杂。热轧机在线监测和故障诊断系统的主要功能除了强调装配质量外，托辊轴承的选型也是相当重要的，为降低成本，高线也曾试用过国产托辊轴承，但与进口轴承相比仍存在较大差距，国产化效果并不理想，由于在线烧托辊轴承所带来的严重后果及经济损失是无法用国产化效益来弥补的，因此在国内产品未成熟或无一定把握时，仍选用适合高线轧机的进口优质轴承(如要不断观察润滑油脂是否正常以及轴承内、外圈的颜色变化和磨损情况，并从中摸索寻求过载和过热序生的规律，分析原因，及时采一取更换承载方向、调整换辊时间、纠正不良装配等措施。2.1.4 润滑脂的失效润滑方式有两种:(l)一次性注油润滑，不适合长期运转托辊，托辊运转后期阻力会增大，同时轴承的寿命也较短;(2)可注油式润滑，可以保持轴承处于良好的工作状态，同时又可以将轴承滚道内的污物排除，提高轴承的使用寿命，托辊运行阻力基本恒定。在托辊轴承中，润滑脂的性能是逐渐变化的。这主要是由于:(l) 润滑脂经受反复剪切，脂的结构发生了变化;(2) 基油逐渐氧化;(3) 尘埃和水份等杂质的侵人;(4) 基油的蒸发及脂的泄漏等的影响。最终，润滑脂失去正常的润滑性能，摩擦温升急剧增加，滚动表面产生烧伤，这种现象就是润滑脂失效。引起润滑脂失效的因素有设计上的不合理、制造质量低劣和材质缺陷等。由以上分析可知，托辊的寿命取决于轴承的寿命，轴承的寿命又取决于润滑脂的寿命。影响润滑脂寿命的关键因素是托辊的密封性能，而托辊管体及轴承座的精度从根本上决定了托辊的密封性能。2.2 托辊主要性能指标2.2.1 托辊的寿命和可靠性托辊的寿命可分为理论寿命、计算寿命和使用寿命。理论寿命一般是指轴承的标准寿命，由轴承生产厂提供。计算寿命是指在理论寿命的基础上考虑轴承的工作状态、托辊部件制造安装误差、托辊的受力状态和托辊轴的变形等诸多因素换算得出的。托辊的使用寿命比较简单，就是指托辊的实际运转时间。通常把轴承的寿命看作是托辊的寿命，这是符合实际的，因为在绝大多数情况下托辊的损坏都是由于轴承失效而致。影响托辊寿命的主要因素有:托辊轴承的类型及其承载能力，托辊的选择是否正确，托辊的工作环境以及润滑条件等。按国标规定托辊的寿命不低于2万h，影响这一指标的因素很多，首先是轴承的选择，目前国内大多数厂家选用深沟向心球轴承，而国外有用圆锥滚子轴承的，如美国朗艾道公司制造的注油托辊就是采用圆锥滚子轴承。从寿命看球轴承的使用寿命就是计算寿命，而圆锥滚子轴承的使用寿命与计算寿命不同，一般情况下使用寿命是计算寿命的3倍，目前大多数人选择向心球轴承是由于如下优点:(1)价格较圆锥滚子轴承低;(2)运转阻力相对小一些;(3)允许加工误差大一些，托辊轴承变形对其寿命影响不大。轴承的失效主要是蚀斑和剥蚀所致，一旦出现蚀斑或剥蚀，轴承就会很快沿滚道扩展，直至轴承失效。2.2.2 托辊的运转阻力托辊的运转阻力分为静旋转阻力和动旋转阻力两种，动旋转阻力是在加载的情况下测试的，其数值一般在2.5一4.35N之间。滚子的旋转阻力将影响带式输送机运行阻力的大小、功率消耗的多少以及辊壳的磨损等。从制造上看托辊旋转阻力与轴承的种类、规格、装配游隙、轴承的同轴度、润滑油的种类、润滑方式和密封结构等有关，国内外较好的托辊的旋转阻力可以达到0.5N，差的可以达到6N，差别很大 除此之外，带式输送机的运行阻力不完全取决托辊阻力，胶带和物料的变形阻力占了相当大的比重，使用圆锥滚子轴承托辊的输送机的实际运转阻力(消耗的功率)同球轴承托辊输送机一样。2.2.3 托辊的径向跳动与运转噪声托辊的径向跳动主要取决于辊壳的径向偏差，一般允许的跳动值在0.51 .0mm，管径越大允许的径向跳动也就越朴托辊径向跳动值的大小，对输送机的稳定运行有较大影响，尤其是在高速运行的情况下，过大的径向跳动可能引起输送机剧烈振动，使其不能正常运转。托辊运转的噪声也与径向跳动有关，因此控制径向跳动是高速输送机托辊的关键问题之一，有效的办法是采用径向偏差较小的焊缝钢管。朗艾道公司对管体的径向跳动进行严格的筛选和控制，生产的托辊的径向跳动在0.8mm左右，特别适合于大型高速带式输送机。轴承对托辊运转的径向跳动及噪声也有一定的影响，相对来讲圆锥滚子轴承的径向跳动比球轴及小一些,运转噪声也小.2.2.4 托辊载荷的计算托辊载荷分为静载荷和动载荷，按作用方向又可分为径向载荷和轴向载荷。托辊的载荷计算研究还不十分完善，有些载荷的规律尚不清楚。托辊的静载荷计算中主要考虑物料及胶带的正压力，在弯曲段还应考虑胶带张力的作用，特别是在凸凹弧段。对槽型托辊受力分析时主要是载荷在3个托辊上的分配问题，尤其是在凸弧段，目前多数计算都把中间托辊看作受力最大，按物料重的70%和胶带重的40%计算，但是侧托辊受载后两个轴承的受力不等，同时还有比较大的轴向力。托辊动载荷主要有:(l)托辊辊壳偏心转动时产生的动载截；(2)托辊偏心转动与胶带相互作用产生的动载荷；(3)胶带及物料运动中对托辊冲击产生的动载荷；(4)胶带横向弯曲振动拍打托辊产生的动载荷；(5)胶带张力变化对过渡段托辊和弯曲段托辊产生的动载荷；(6)高速运行的胶带通过托辊时物料和胶带变形对侧托辊作用力，特别是物料中含有大块时其冲击力很大；(7)转载处托辊受物料下落的冲击动载荷。正确的计算这些载荷对于选择托辊和估算托辊的使用寿命是非常重要的。2.3 延长托辊寿命的制造质量保证措施2.3.1 技术质量指标的影响因素1钢管椭圆度的影响。钢管椭圆度是影响托辊径向跳动的主要因素之一。GB/T1379292带式输送机托辊用电焊钢管对普通级和较高级的托辊钢管允许偏差值均有规定。要保证托辊径向跳动指标应采用较高级的钢管。2零件加工误差的影响。对钢管而言主要是两端面对轴线的垂直度误差,对托辊轴而言主要是轴承定位圆柱面的同轴度误差、圆度误差和表面粗糙度;托辊轴与轴承、密封圈的工艺配合关系。3装配误差的影响。长寿命托辊为焊接式结构,装配误差包括焊接误差。主要有:装配工装的加工误差、定位误差、焊接热变形。2.3.2 提高质量的措施在实际加工过程中我们主要采用了以下措施来提高制造质量:(1) 投料前应检查钢管椭圆度,使之符合规定。(2) 钢管下料及加工时应采用弧形或V型夹持器,夹持器与端面应留有一 定距离,以免造成夹持变形。(3) 钢管加工宜在一次装夹中完成两端加工,以保证两端平行。(4) 托辊轴应在一次装夹中完成两端定位面精加工。与密封圈配合处的表面 粗糙度应达到0.8 。(5) 组装及焊接应使用专用工装,每次使用前应核验其精度。(6) 零件组装前应进行清洗,确保零件清洁无污。(7) 应采用定量加脂器加脂,以确保密封沟槽处均匀注入规定量的润滑脂。(8) 采用托辊专用CO2气体保护焊接机床,确保焊接强度,避免焊接气孔夹渣等缺陷。2.3.3 重点质量指标的工艺控制(1)托辊的径向跳动。托辊的径向跳动误差主要受钢管形状偏差和装配误差影响。在批量生产条件下,钢管的实际圆度偏差应控制在托辊径向跳动公差值的1/2以内;装配工装的误差控制在1/31/2。径向跳动的检测方法参见GB1059589。旋转阻力和防水性能。GB1059589对防水接触式托辊的旋转阻力和防水性能两项指标应分别测试。通过生产实践证明,这两项指标互相影响,旋转阻力减小时防水性能降低,防水性能提高时旋转阻力增大。影响这一对技术质量指标的因素较多,因此必须综合考虑。其因素主要有:1 密封圈唇边与托辊轴接触配合的松紧程度；2 密封圈的弹性及硬度(影响其轴向和径向压缩量)；3 轴承游隙及轴的窜动量；4 托辊轴与密封圈接触面的粗糙度；5 密封圈唇边的缺陷；6 润滑脂的耐火性能及其充填焦作大学机电工程学院毕业设计 金属托辊的设计与制造第三章 金属托辊的设计与制造带式输送机是最经济的散料输送机械，广泛应用于煤炭、冶金、建材、电厂等现代化工业企业。 托辊是带式输送机的重要部件。高性能的带式输送机对托辊的性能参数也提出了高的要求，如运行阻力系数、外圆径向跳动、使用寿命等，这些参数直接影响整机的性能和运营成本。托辊部件较小，结构也非常简单，但要制造出批量大、质量高的托辊并非易事。本文分析托辊的制造工艺，供制造过程中参考。 【起重运输机械 2003（6）】3.1 托辊的结构分析和材料选择3.1.1 托辊分析托辊（设计的是平行托辊）结构见图1，主要包括托辊轴、密封件、轴承座、辊皮 (钢管)、轴承等。托辊的密封形式是托辊的设计要点，其作用是防尘、防水，使轴承有良好的工作环境。目前使用的是非接触迷宫式密封，大多数设计是二道轴向密封和三道径向密封，考虑到轴承座的制造深度，二道密封可以满足防尘防水的要求。图1 托辊结构1.轴 2密封件 3轴承座 4辊皮 5轴承3.1.2材料选择制造托辊的材料主要是钢材，托辊的金属钢材一般建议用Q235A冷拨轴；轴承是用NSK6306轴承（可以直接购买，是世界上一种通用的轴承）；轴承座材质一般选用HT200,因为灰铸铁组织中C以游离的片状石墨存在，具有吸振、减振作用；托辊的密封件的材质一般是橡胶，只是采用橡胶的种类也很繁多，例如丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、聚氨脂橡胶等。这些材料都满足托辊的工作要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等。3.2 金属材料的热处理热处理是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料的性能的一种加工方法。考虑托辊的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺，托辊的轴的表面强度差应保持3050HBS。托辊轴的金属材料是Q235A，是一种碳素钢，Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。Q235A的热处理方式是淬火，特殊情况下也可以进行正火。轴承（6036轴承）的材料是轴承钢，由于轴承承受的压力很大，进行淬火处理，使其来提高轴承的耐磨性和强度。3.3 托辊轴承座的制造加工托辊2端轴承座质量的好坏直接影响与轴承的组装精度，轴承座的以下2个尺寸极其重要，见图2，H值在装配时影响轴承的轴向定位精度，d值直接关系到轴承座与轴承的配合精度。 轴承座的冲压成形是材料的拉伸过程，根据轴 承座的形状不同，确定拉伸工序，每一次拉伸，应 使钢板内部的应力不超过材料的强度极限，且能非 常好地利用材料的塑性。设计模具时，应慎重考虑 每次拉伸前与拉伸后的圆径比，即拉伸系数，拉伸 系数形象地表明了每次拉伸的变形程度。影响轴承座加工质量的因素如下：(1)原材料 对轴承座冲压钢板的要求有2个 方面，一方面是机械性能，要有好的强度和延伸率，国内大多数厂家采用08A1，延伸率在35以上；另一方面钢板的厚度公差应在晒内为最好，要求采用冷轧板。如果采用热轧板，冲压时在模具上应加以考虑。（2)冲压设备 高质量的冲床是保证产品质量的先决条件，建议采用进口曲轴压力机，能准确地控制速度和行程。(3)冲压模具 冲压模具是根据冲压工艺流程而设计 的，模具质量要好，其材料推荐采用CrlMo，表面硬度 HRC62，间隙式工作制的模具表面应镀铬，连续式工作制模具表面应镀钛，这不仅是使模具耐磨，寿命长，更主要的是使轴承座成品质量稳定。(4)冲压油 对拉伸油的要求是有助于提高冷减径及冷减厚工序的金属流动性，提高模具使用寿命，提高表面光洁度，防止切割和冷焊时粘结。制造厂应高度重视拉伸油的选择，这一点对于连续作业的生产厂尤为重要。（5)冲压拉伸速度 每个工件的相同工序的冲压速度必须一致，才能保证每次拉伸金属流动过程中晶格变形相同，避免产生冲击疲劳断裂。(6)冲压工艺的合理性 轴承座的冲压成形过程是冲压钢板金属的流动过程，合理的工艺是经过试验得到的，特别是最后的整形工序，直接影响到产品的尺寸和表面粗糙度。轴承座冲压成形后，在与托辊管组装之前，进行合理的圆周加工，以装配轴承座的轴承安装孔为定位基准加工外圆，外圆尺寸是8级，这样才能保证轴承座内外圆的同轴度，为托辊轴与辊外径良好的同轴度打下基础。图2 托辊轴承座 3.4 托辊轴的加工托辊轴建议采用Q235A冷拨轴，轴的尺寸精度和表面粗糙度应满足与轴承内孔的配合要求，冷拨轴的直线度应满足托辊2端轴承同轴度的要求。由于轴的表面不加工，这样轴的其他加工工序变得比较容易。 (1)轴的切断 如果把轴的长度作为托辊装配时的轴向基准，其值 L非常重要，如果出现大的误差，轴承将无法定位。如果用车床加工应避免人为超差现象。还应注意量具的标定，最好的加工方法是圆锯机切断，自动控制切断长度尺寸。 (2)铣2端安装槽 应在专用铣床上加工，在有工装保证的条件下，可用普通铣床加工。 (3)托辊轴的中心孔 如果把中心孔作为组装 时的同轴度基准，应在较好的车床上加工，不允许 在普通钻床上加工，对于短轴，最好在微型车床上加工，这样设备投资少，效率高。(4)卡簧槽的加工及轴端倒角 如果轴的切断长度精确，卡簧槽以轴2端定位加工就变得相当容易，长轴在车床上加工，短轴可用微型车床加工。3.5 托辊管的加工托辊管的加工分切断、两端镗孔、内外倒角3道工序，切断时如果托辊轴承座采用图3a所示的组装焊接，要求切断长度必须精确，否则影响轴承的轴向位置精度，如采用图3