毕业论文（设计）带式输送机托辊轴端部密封结构的设计

1、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： 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： 指导教师（含职称）： （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

2、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.

3、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： 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

4、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

5、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 convey

6、or 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, rolle

7、r, 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 sa

8、me 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 t

9、he 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

10、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 t

11、he 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0 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.

12、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.1

13、6 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1 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

14、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2 1、绪论 1.1 带式输送机的

15、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；

16、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3 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

17、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4 选为 80

18、0mm,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、7

19、04KA 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

20、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5 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

21、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

22、：mm） 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页6 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

23、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7 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

24、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

25、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8 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

26、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9 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，

27、 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

28、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10 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

29、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

30、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，

31、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11 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 65076,89,108250,380,7501800

32、670,1000,2000 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

33、 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

34、 第 页 共 37 页12 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-

35、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13 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14 号有 204、205、305、

36、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/YA204KA20mm47mm14mm

37、0.089kg 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.6204

38、TNYA 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15 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

39、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16 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

40、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17 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

41、 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18 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

42、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

43、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19 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 进行了详细的讲解。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页20 4、托辊密封件的尺寸，装配 41 轴承座，迷宫密封圈

44、，防尘盖基本尺寸的确定 目前，在市场上有轴承座分为两种：1，冲压轴承座；2，铸铁轴承座。轴 承座的质量对托辊的旋转阻力及径向圆跳动有影响。本文设计的是非金属轴承 座，采用的材质为尼龙。它具有无毒害、质量较轻、有很优的机械强度、耐磨 性及耐腐蚀性。轴承座是轴承与辊筒的连接件。轴承座的尺寸是根据辊筒的尺 寸和轴承的尺寸来确定，同时要考虑到放入内外密封圈不会使密封圈与防尘盖 的距离太远或太近，以免触碰发生摩擦，损害密封件，表面粗糙度是根据轴承 座与辊筒的装配工艺及轴承座与轴承、防尘盖、内密封圈的装配工艺确定。 由上文可知，辊筒壁厚 10mm，轴承的内径 20mm，外径 47mm，厚度 14mm.由图

45、 1.4-3 迷宫密封径向尺寸得内外密封圈的间隙尺寸是 e=0.2mm，f1=1mm，初定内外密封圈都是三齿结构，迷宫密封结构的密封性能 只是与齿间的间隙大小有关，所以定内密封圈的尺寸只需要考虑结构的合理性 和注塑模具结构的透气性。初定内密封圈的基本尺寸为，齿宽 4mm，齿深是 8mm，齿厚 12mm。从而得出外密封圈齿宽 3.6mm，齿深是 8mm，齿厚 12mm。迷宫密封结构总厚度是 26mm。外密封圈与防尘盖之间的间距要大于等 于 1mm（迷宫密封的外密封圈齿顶与内密封圈齿底之间的运动状态极为相似， 为使外密封圈的齿顶与内密封圈的齿低在多种环境下运行时都不会发生接触提 出的图 1.4-3

46、 f1 尺寸） 。初定间距 2mm。防尘盖的厚度初定为 4mm。从结构总 图看，防尘盖的外表面是嵌入轴承座的，嵌入部分厚度是 2mm.内密封圈与轴承 紧密贴合，轴承的厚度是 14mm，为防止轴承与轴承座的接触磨损，轴承座设 计有一个高是 2mm，宽为 5mm 的阶梯，轴承座的最小壁厚是 4mm。轴承座嵌 入辊筒内壁 4mm。辊筒两端都需用数控车床车削内（圆深 52mm 直径为 96mm） 。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页21 4.2 装配公差及零件放大图 根据图 3.2.1-1 托辊的结构图及图 2.4 和 HDPE 托辊的辊筒基本尺寸以及装 配要求可得配合公差的选择与装配方式的

47、选择是根据课本互换性与测试技术 得出。 轴承和轴的配合公差为 H7/f6。而轴承座，防尘盖，内密封圈，外密封圈， 辊筒都是非金属材料。轴承与轴承座的配合，防尘盖与轴的配合，为金属与非 金属工件的配合。非金属与金属工件的配合是没有配合公差的。 图 4.2-1 轴承座刨视图 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页22 图 4.2-2 轴 辊筒 图 4.23 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页23 内密封圈 图 4.2-4 外密封圈图 4.2-5 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页24 图 4.2-6 防尘盖 4.3 表面粗糙度 表 4.3 表面粗糙度选用原则（Ra/um） 12

48、.5 粗加工的非配合表面。如轴端面；倒角、钻孔、齿轮及皮带轮的侧面；键槽 非工作表面；垫圈的接触面；不重要的安装支承面；螺钉、铆钉孔表面等 6.3 半精加工表面。用于不重要零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外科、 衬套、盖等的端面；紧固件的自由表面，如螺栓、螺钉、双头螺栓和螺母的 表面；不要求定心及配合特性的表面，如螺栓孔、螺钉孔和铆钉孔等表面； 飞轮、皮带轮、离合器、联轴节、凸轮、偏心轮的侧面；平键及铸槽上下面； 楔键侧面；花键非定心表面；齿轮顶圆表面；所有轴和孔的退刀槽、不重要 的铰接配合表面；犁的提升板把、小轴和提升离合器爪的销轴等。 3.2 半精加工表面。用于外壳、箱体、盖面、套筒、

49、支架和其它零件连接而不形 成配合的表面；扳手和手轮的外圆表面；要求有定心及配合特性的固定支承 表面；定心的轴肩、键和键槽的工作面；不重要的紧固螺纹的表面；非传动 用的梯形螺纹、锯齿形螺纹表面；燕尾槽的表面；需要发蓝的表面；需要滚 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页25 花的预加工表面；低速下工作的滑动轴承和轴的摩擦表面；张紧链轮、导向 滚轮壳孔和轴的配合表面；止推滑动轴承及中间垫片的工作表面；滑块及导 向面（速度 2050m/min）等。 1.6 要求有定心及配合特性的固定支承、衬套、轴承和定位销的压入孔表面。不 要求定心及配合特性的活动支承面，活动关节及花键结面；8 级齿轮的齿面，

50、齿条齿面；传动螺纹工作面；低速转动的轴颈、楔形键及键槽上下面；轴承 盖凸肩表面（对中心用） ；端盖内侧滑块及导向面；三角皮带轮槽表面；电镀 前金属表面等。 0.80 要求保证定心及配合特性的表面。锥销与圆柱销的表面；与 G 级和 E 级精度 滚动轴承相配合的孔和轴颈表面；中速转动的轴颈，过盈配合的孔 H7，间隙 配合的孔 H8、H9；花键轴上的定心表面；滑动导轨面。不要求保证定心及配 合特征的活动支承面；高精度的活动球状接头表面，支承垫圈、套齿叉形件、 磨削的轮齿等。 根据表 4.3 可清楚地选择出各个零件的表面粗糙度。防尘盖非接触面，轴 承座的非接触表面，外密封圈的外端面均可选用 3.2 的

51、表面粗糙度就可以了。 由于我们用的是注塑成型中的热塑性塑料尼龙和聚四氟乙烯制成防尘盖的 外环、轴承座、迷宫密封圈。这种加工方法所能达到的表面粗糙度在 0.11.6 之间。所以我们可以选用表面粗糙度 1.6 作为轴承座、迷宫密封圈，防尘盖所 有面的表面粗糙度。 4.4 形状公差和位置公差 外形要求的要求有圆度，圆柱度，平面度，位置度，同轴度，圆跳动，全 跳动。不过是非金属，且采用注塑成型技术，可以达到基本要求。这要就无需 特别标注它们的形状公差和位置公差。 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页26 4.3 本章小结 本章主要是得出托辊密封结构的零件图，以及其公差配合尺寸 太原工业学院毕业设

52、计 第 页 共 37 页27 5、非标零部件的加工工艺及装配 5.1 密封结构的零部件材料 辊筒，内密封圈，外密封圈，防尘盖采用的材料是超高分子量聚乙烯，综 合性能优良。轴承座用的是尼龙。这些材料为热塑性工程塑料。 尼龙的流变特性：尼龙大多数为结晶性树脂，当温度超过其熔点后，其熔 体粘度较小，熔体流动性极好，应防止溢边的发生。同时由于溶体冷凝速度快， 应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。模具溢边值 0.03 且熔 体粘度对温度和剪切力变化都比较敏感，但对温度更加敏感，降低熔体粘度先 从料筒温度入手。 结晶性: 除透明尼龙外,尼龙大都为结晶高聚物,结晶度高,制品拉伸强度、 耐磨性、

53、硬度、润滑性等项性能有所提高，热膨胀系数和吸水性趋于下降，但 对透明度以及抗冲击性能有所不利。模具温度对结晶影响较大,模温高结晶度高,模 温底结晶度底. 收缩率:与其他结晶塑料相似，尼龙树脂存在收缩率较大的问题,一般尼龙 的收缩同结晶关系最大,当制品结晶度大时制品收缩也会加大,在成型过程中降 低模具温度加大注射压力降低料温都会减小收缩,但制品内应力加大易变形. PA66 收缩率 1.5-2% 成型设备:尼龙成型时，主要注意防止“喷嘴的流延现象” ， 因此对尼龙料的加工一般选用自锁式喷嘴。 制品与模具:1、制品的壁厚尼龙的流长比为 150-200 之间，尼龙的制品壁 厚不底于 0.8mm 一般在

54、 1-3.2mm 之间选择，而且制品的收缩与制品的壁厚有关， 壁厚越厚收缩越大。2、排气尼龙树脂的溢边值为 0.03mm 左右，所以排气孔槽 应控制在 0.025 以下。3、模具温度制品壁薄难成型或要求结晶度高的模具加温 控制，要求制品有一定的柔韧性的一般采用冷水控温。 三、尼龙的成型工艺 料筒温度 因尼龙是结晶型聚合物,所以熔点明显尼龙类树脂在注塑时所选 择的料筒温度同树脂本身的性能、设备、制品的形状因素有关。一般尼龙的溶 体温度最低为 225，尼龙 66 为 260由于尼龙的热稳定性较差，所以不宜高 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页28 温长时间在料筒中停留，以免引起物料变色发黄

55、，同时由于尼龙的流动性较好， 温度超过其熔点后就流动迅速。注射压力尼龙溶体的粘度低，流动性好，但是 冷凝速度较快，在形状复杂和壁厚较薄的制品上易出现不足问题，故还是需要 较高的注射压力。通常压力过高，制品会出现溢边问题；压力过低，制品会产 生波纹、气泡、明显的熔结痕或制品不足等缺陷，大多数尼龙品种的注射压力 不超过 120MPA，一般在 60-100MPA 范围内选取是满足大部分制品的要求，只要 制品不出现气泡、凹痕等缺陷，一般不希望采用较高的保压压力，以免造成制 品内应力增加。注射速度对尼龙而言，注塑速度以快为益，可以防止因冷却速 度过快而造成的波纹，充模不足问题。快的注射速度对制品的性能影

56、响并不突 出。模具温度模具温度对结晶度及成型收缩率有一定的影响，高模温结晶度高、 耐磨性、硬度、弹性模量增加、吸水性下降、制品的成型收缩率增加；低模温 结晶度低、韧性好、伸长率较高。 注塑成型技术 注塑成型是既有注射且有模塑的一种成型方法。其优点：一、生产效率很 高。二、其生产速度很快。三、操作可实现自动化。四、花色品种多，形状可 以由简到繁。五、制品的尺寸可以由大到小。六、产品易更新换代。七、该方 法能完成形状复杂的制件。它的主要方法是：在一定温度下，用螺杆来搅拌处 于熔融状态的塑料，再用高压喷嘴将塑料射入模腔，之后再经历冷却固化，就 得到该产品。这个方法是批量生产形状复杂的部件的主要的加工

57、方法之一。 注射成型大致分为六个阶：一阶是合模；二阶为射胶；三阶是保压；四阶 为冷却；五阶段是开模；最后是其制品取出。按六个步骤反复，可以批量生产 出制品。热固性塑料的成型过程与上述步骤相同。只不过料筒的温度要低于热 塑性塑料的温度。其注射压力相对又要高很多。其模具是加热的。物料注射完 毕后还要经历在模具中的固化（或硫化）过程，最后趁热脱膜。 采用该技术的原因： 成型物料在料筒和模腔中分别进行熔融塑化与流动造型。这样模具一直处 于令熔体快速冷凝或者交联固体状态。这样可以让成型周期缩短。一套模具可 以多次使用，有利于大批量的生产。注塑成型的工作流程较为简单，劳动力相 太原工业学院毕业设计 第 页

58、 共 37 页29 对降低。注塑成型大多是非牛顿流体。它们近似服从 Ostwald-De Waele 流动规 律。 注塑成型需要注意的参数： （1）注塑压力 液压系统提供注塑系统的注塑压力，在注塑过程中，喷嘴的熔体压力最大。 随着熔体流动的方向，压力逐渐减小。若模腔内部的空气流通性能好，到熔体 端部时，熔体的压力则变成大气压力。影响注塑压力的因素有三个：一，注塑 材料；二，结构；三，成型的工艺要素。 （2）注塑时间 注塑时间为熔体充满模腔的时间需求。注塑时间大约为冷却时间的十分之 一到十五分之一之间。 （3）注塑温度 注塑温度也是影响注塑压力的因素之一。每一种原料都有其对应的加工温 度。一般注

59、塑筒里会有五至六个加热段。实际注塑时，实际温度一般情况下会 比料筒温度要高得多。最高可得到 30 摄氏度.在做模流分析时有两种方式可以 补偿其差值。一是，测量熔料对空注塑时的温度；二是，在建模的时候把喷嘴 也包含在模型内。 （4）保压压力与时间 注塑过程将近结束的时候，螺杆停转，仅向前运动，进入保压阶段。此时 喷嘴会一直往模腔填料。此时的压力为填充最大压力的百分之八十五左右。也 要根据实际情况来确定。 （5）背压 螺杆退出绪料的时候要克服的压力。采用高背压比较有利于色料分散及塑 料融合。但是这样的话延长了螺杆退出的时间。也会使得注塑机的压力增加。 因此背压需合理的选择。故背压不能超过注塑压力的

60、百分之二十. 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页30 表 5.2 使用的材料与注塑需要的相关参数 UHMWPE尼龙 66 注塑压力 （MPa） 5012060200 模具温度 （ ） 30702090 干燥温度（ ） 306090105 包压压力 （MPa ） 40504050 背压 （MPa） 510510 5.3 胶粘工艺 5.3.1 密封胶的选择 密封胶用于过渡配合的部件连接。 胶粘剂，可以将同种或者不同种材质的粘合。它具有胶粘、密封等等性能。胶 粘机理：（1）机械方面，胶粘剂流入被粘物体表面，固化后会勾接为一体。 （2）吸附方面，胶粘剂分子会与胶粘物体的分子界面相互吸附胶接。