滚压成型机的设计_孙秋艳

1、生产与应用文章编号：1001-9642（2008）04-0047-03滚 压 成 型 机 的 设 计孙秋艳，姚桂艳,郭春丽，骆建华（河北理工大学机械工程学院， 唐山 063009）【摘 要】：350滚压成型机在设计中重点考虑了运转精度和系统刚度问题，文章中论述了提高运转精度和系统刚度的措施，并给出确定滚压力和提高系统刚度的计算方法。【关键词】：滚压成型机，运转精度，系统刚度引 言任何一台机器的精度，都是一项综合指标，主要涉及到运转精度和刚度，这两个问题是互相关联的。350滚压成型机受到许多使用厂家的好评，在设计时恰当处理了以往运转精度不高和刚度不足两个突出矛盾。其主要优点是：适于生产大件产品，

2、使用范围广；机械运转精度高，尤其是滚压头轴和主轴运转精度更高，在高负荷下运转平稳，没有振颤，生产的坯体规整度高；容易掌握，操作方便，调整灵活。1 提高滚压成型机运转精度的方法技术人员在设计时，始终把提高运转精度和系统刚度放在首要地位，并采取了以下措施：1.1合理选择滚压头与模型的靠离方式350滚压成型机采用了非摆头的、机械传动的点头式。这种结构最容易保证整机的系统刚度和运转精度，因为这种结构简单，最大限度地减少了运动环节，减少了运动累积误差；特别是避免了采用接触变形小的滑动导轨，也就最大限度地减少了接触变形，提高了接触刚度；传统的滚压成型机，在制作8寸以上大件制品时，都有摊泥时的摆头动作，这是

3、为了减少滚压力。但只要有摆头动作，就必须有一套相应的运动环节相配套，这对提高刚度和减少运动误差都不利。尽管不摆头滚压力要大些，从而使受力构件的变形相应增大，但是，这种结构的各受力构件的受力情况比较简单，受力构件的变形容易计算，构件的变形刚度比接触刚度容易保证，保证各构件的刚度是保证整机系统刚度的重要基础。1.2重要部件的结构选择在确定350滚压成型机各部件的结构时充分考虑了它对系统刚度的影响，也充分考虑了它的运动精度。尤其对主轴和滚压头轴等重要部件，更给予了足够的重视。按传统方法设计的滚压成型机主轴，都采用上下各一套向心推力圆锥滚子轴承（见图1）。设计350滚压收稿日期：2008-2-18作者

4、简介：孙秋艳，实验师，硕士研究生。成型机时打破了这一常规，采用了如图2所示的改进主轴结构。改进主轴结构相比传统结构有两个明显优点：一是轴向力由单列推力球轴承8313单独承担，径向力由双列向心矩圆柱滚子轴承3182116和向心推力圆锥滚子轴承7210承担。改变了由一套轴承承担轴向和径向两种力的传统方法（如图1中的7310），从而避免了常规设计结构中上端的向心推力圆锥滚子轴承随着滚压力的增加，轴向和径向间隙同时减小，使运动阻力增大，而下端的向心推力圆锥滚子轴承（如图1中的7308）径向和轴向间隙同时增大，从而降低了支撑作用，使主轴上端各点位移增大（即表现为系统刚度低），这一点对滚压力大的大型滚压成

5、型机不可忽视；第二个优点是主轴的轴向间隙和径向间隙可以分别调整，不存在常规结构那种必须同时调整的缺点（见图1）。由图2可见，调节圆螺母3和4时，仅能调整轴向间隙，而调节圆螺母1和2时，则仅能调整径向间隙（调节圆螺母1和2，使轴承3182116的内圈沿主轴颈上112的锥变移动，靠内圈的弹性变形来调整其径向间隙）。由于这种主轴的径向和轴向间隙可分别调整，可把两种间隙都调到0.020.03mm，致使其运转十分平稳。2 350滚压成型机的设计中进行了系统刚度计算350滚压成型机各受力构件的结构和尺寸不是简单地根据经验或用类比法确定的，而是对其进行了刚度计算后确定的。滚压成型机在滚压成形时，各受力构件和

6、运动副都发生弹性变形，这些变形都反映在滚压头和模型边缘的某两点的相对位移上，这两点的总位移称作系统变形，系图1 传统主轴结构中国陶瓷CHINA CERAMICS2008(44)第 4 期47中 国 陶 瓷图2 改进主轴结构统变形的大小既决定于滚压力的大小，也决定于整个系统（由各构件和运动副组成）抵抗滚压力使其变形的能力，这种能力称作系统刚变，它的数学表达式为：式中j系为系统刚变，P为滚压力，y系为系统变形。滚压成型机的系统刚度不足时，则系统变形过大，不仅引起传动构件的运动阻力增大，而且将使机器运转时发生振颤。机械振颤将直接影响其运动精度，滚压成型机振颤还影响加工坯体的致密度和规整度，刚度不足还

7、会在滚压头与模型分离时，在加工坯体上留下“抬刀痕”，造成废品。350滚压成型机的系统刚度计算主要解决以下两个问题。2.1各构件的系统分析和系统变形计算350滚压成型机各受力构件见图3所示。由图可以看出：受力构件主要是主轴、滚压头轴、滚压臂、支撑横梁和凸轮轴等，这些构件的受力点只要尺寸一定则为定点，各受力点的受力方向是已知的，因此只要确定了滚压力P，再确定了各构件的结构尺寸，就可以求出各构件的变形量，最后根据杠杆原理按比例叠加于A、B两图3 滚压成型机结构简图48中国陶瓷CHINA CERAMICS2008(44)第 4 期2008年 第 4 期图4 各构件受力简图图5点，A、B两点的相对位移量

8、即可求出。各构件的受力简图如图4所示。结合图3与图4可以看出：P1和P2为皮带拉力，只要选定电机和皮带型号，P1和P2则可求出；M1、M2和M3分别为电机输出主轴、滚压头轴和凸轮轴的扭矩，当电机确定、传动比确定后，其值不难算出；P3为弹簧拉力，是根据需要确定的，也是已知值；P4为克服压缩弹簧使锥形离合器两半分离之力，是已知值；PD、PE和PF分别为D、E、F各点的支座反力，很容易求出。分析至此可见，只要得知滚压力P，则A、B、C、D、E和F各点的变形均可根据材料力学的有关公式求出。2.2滚压力P的确定设计350滚压成型机时必须重视保证刚度，保证刚度的关键在于掌握滚压力，而滚压力如何求得，下面做

9、尝试性的探索。a、求出冷塑压成型的单位面积压力冷塑压压力值可以从压力表上读出，单位面积的压力约为1719kg/cm2（因泥料的可塑性而异）。b、分析冷塑压与滚压的差异，确定单位面积滚压力由于泥料在动压力下有“触变性”，触变性可提高泥料的可塑性，冷塑压是静压而滚压是动压；又因为冷塑压的压力方向与泥料塑变流动方向垂直，而滚压成型时的滚压力方向与泥料塑变流动方向有一定夹角，滚压头和模型在滚动中对泥料有一赶压力，因此滚压比塑压有利，所以决定滚压力采用冷塑压力的较小值。c、计算总滚压力，确定承压点滚压成型过程中，承压面是近似的扇形曲面，其值与其产品坯体半径及其承压夹角有关（见图5a）。2008年 第 4

10、 期中 国 陶 瓷重心求出，即 。参见图5b和c。其总压力为：（kg）3 结 语350滚压成型机，按14”盘子计算，取 r=1.108，求得R1=197mm（即为图4的L5），取15°，求得总压力P为862kg，最后求得总的系统变形不足0.01mm。解决350滚压成型机设计问题的关键在于提高运转精度和系统刚度，根据上述方法设计的滚压成型机在日用瓷大件生产成型过程中，基本上满足了生产需要。式中：承压夹角（弧度），其值决定于滚压头和模型的结构与尺寸、以及投入泥饼的尺寸。R产品半径（mm）。 r坯体线收缩率与1之和。p单位面积压力（kg/mm2）。压力集中点可以按扇形面积重心位置求出，即参

11、 考 文 献1广东轻工业学校主编.日用陶瓷工厂机械装备.北京；轻工业出版社，19992董刚，李建功，潘凤章主编.机械设计.北京；机械工业出版社，19993机械设计手册编委会.机械设计手册.北京；机械工业出版社，2004其中 ，即坯体半径。也可以近似地按三角形面积的ROLLING SHAPER'S DESIGNSun Qiuyan，Yaoguiyan, Guo Chunli，Luo Jianhua（College of Mechanical Engineering，Hebei Polytechnic University， Tangshan 063009）【Abstract】: The

12、revolution precision and system rigidity are mainly considered in 350 Rolling Shaper's design. It elaborated measures to improve revolution precision and system rigidity，finally computational methods have been proposed that determine roller pressure and enhance system rigidity in the article.【Ke

13、ywords】：Rolling shaper，Revolution precision，System rigidity（上接第60页·Continued from page 60)CONCEPT EVOLUTION IN CULTURAL CONTEXTON THE MODERN MODEL AND THE VALUE ORIENTATION OF CONTEMPORARY CHINESE POTTERYJiang Bo（Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou 450002）【Abstract】: The contempor

14、ary Chinese ceramic and pottery art is structured on social change in China and present Chinese art. It is the visual concept vector of contemporary art. It has become a kind of special culture as it fits in with the essence of contemporary art. It is based on the appearance and development of prese

15、nt social form and contemporary cultural background, so it is available to examine its own art concepts constantly and interpret the culture of the era. Facing with present artistic models, new development and the conflicts of international cultural context, only when we fix ceramic and pottery in the position of the space-time of Chinese contemporary mainstream