1、<p><b>　　2008屆</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）資料</p><p>　　第一部分 設計說明書</p><p><b>　?。?008屆）</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　400型水溶膜流研成型

2、機</p><p><b>　　2008 年 6月</b></p><p>　題 目 名 稱：400型水溶膜流研成型機 </p><p>　學 院（部）：機械工程學院 </p><p>

3、　專 業(yè)：機械設計及其自動化 </p><p>　學 生 姓 名：</p><p>　班 級：學號 </p><p>　指導教師姓名：職稱 </p><p>　最終評定成績：</p&

4、gt;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　水溶性塑料薄膜（以下簡稱水溶膜）是一種新穎的綠色包裝材料。它的主要原料是聚乙烯醇及淀粉，能溶于水，降解成無毒無公害的最終產物CO2和H2O。它的應用也較為廣泛，在工業(yè)、農業(yè)及人們日常生活中都有廣泛的運用，且隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，對水溶膜的需求量也必將持續(xù)增長。</p><p>　　本文

5、主要介紹400型水溶膜流研成型系統(tǒng)的設計方法，該系統(tǒng)的主要工作原理是：先將原料在一定條件下制成水溶性膠液，然后將膠液流研到鏡面不銹鋼帶（以下簡稱鋼帶）上，用刮刀將膠液均勻刮開，膠液刮層隨鋼帶轉動進入烘道烘干，最后剝離成成品膜。烘道的熱源來至布置于系統(tǒng)頂部的熱供送箱和烘道內置的紅外電熱管，其內的溫度是可控的。刮刀固定于鋼帶的上部，它可以在一定范圍內上下調動，通過控制它與鋼帶間的縫隙，來達到控制水溶膜厚度的目的。鋼帶被焊接成環(huán)形，安裝在一對

6、大滾筒上，位于生產線后端的為主動滾筒，前端的滾筒主要起改向作用，稱改向滾筒，剛帶傳動非常類似于平帶傳動，但本系統(tǒng)中的鋼帶既是水溶膜成膜的載體，又是動力轉動裝置，這一環(huán)節(jié)的設計十分重要。</p><p>　　關鍵詞：水溶膜，烘道，鋼帶傳動，滾筒，刮刀</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Water-solub

7、le 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

8、-free into the final product of CO2 and H2O. It's 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 pe

9、ople, the demand for water soluble film will also con</p><p>　　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 syste

10、m 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

11、 mobilization, through its control of the gap between the strip and to achieve water-soluble film thickness control purposes. Strip was </p><p>　　Keywords: Water-soluble film, Hung Road, belt drive, roller,

12、scraper</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 水溶膜的簡介1</p><p>　　1.2 水溶膜的現狀及展望1</p><p>　　1.3 水溶膜的主要制備方法3&

13、lt;/p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設計2</p><p>　　2.1 烘道的設計2</p><p>　　2.1.1 主體結構材料的選擇3</p><p>　　2.1.2 整體尺寸和布局3</p><p>　　2.1.3 供熱系統(tǒng)的設計5</p><p>　　2.2 鋼帶的

14、設計6</p><p>　　2.2.1 鋼帶性能的要求6</p><p>　　2.2.2 鋼帶型號及尺寸的選擇7</p><p>　　第3章 傳動裝置的設計及計算8</p><p>　　3.1 鋼帶傳動8</p><p>　　3.1.1 鋼帶傳動的設計計算8</p><p>

15、;　　3.1.2 電動機及減速機的選用13</p><p>　　3.1.3 傳動滾筒和托輥的設計與選用14</p><p>　　3.1.4 軸承的選用與校核 21</p><p>　　3.2 鏈傳動23</p><p>　　3.2.1 鏈條的設計23</p><p>　　3.2.2 鏈輪的設計2

16、4</p><p>　　3.2.3 鏈傳動的受力分析27</p><p>　　第4章 主要附屬裝置的設計與選用28</p><p>　　4.1 刮刀設計28</p><p>　　4.2 刀架的設計29</p><p>　　4.3 調偏裝置的設計30</p><p>　　4.4

17、 熱風回流裝置的設計31</p><p><b>　　結論32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ35</b></p><

18、;p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1水溶膜的簡介</b></p><p>　　水溶膜的外觀和我們日常接觸的普通薄膜看起來差不多，但兩者在性能上卻相差甚遠，大家都很清楚后者是白色污染的罪魁禍首，是一種很難降解的永久污染源。而水溶膜則恰恰相反，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

19、為一種的綠色包裝材料,在歐美、日本等國被廣泛用于水中使用產品的包裝,例如,農藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑等。水溶膜的主要原料是聚乙烯醇(PVA)及淀粉,其所有組分(包括添加的助劑)均為無毒的C、H、O化合物，溶于水后，降解成無毒無公害的最終產物CO2和H2O。</p><p>　　制膜過程中，各組分之間只發(fā)生物理溶解,改善其物理性能、力學性能、工藝性能及溶水性能,但不發(fā)生化學反應,不改變其化學性能，即：

20、水溶膜從材料到生產成膜都是無毒無污染的【1】。</p><p>　　因此，水溶膜完全可稱為是一種新穎的綠色包裝材料，且隨著人們環(huán)保意識的上升，其市場也必將越來越廣闊！</p><p>　　1.2 水溶膜的現狀及展望</p><p>　　目前國內外市場生產銷售的水溶性薄膜主要有高溫型和低溫型2種類型。主要應用于在水中使用的產品的包裝、水轉移印刷、作為暫時性載體用于假發(fā)

21、及刺繡的制作過程、用于種子帶、服裝及紡織品包裝、洗滌袋等。</p><p>　　目前國外生產廠家主要采用流涎法和吹塑法生產水溶性薄膜。主要是日本、美國、法國、韓國等生產銷售此類產品,如法國GREENSOL公司和美國WORDWIDE TECHNOLOGY PARTNERS(W.T.P)公司,日本的合成化學公司等。國內在上世紀70年代上海塑料制品研究所、四川涪陵地區(qū)塑料三廠先后開發(fā)了PVA薄膜的流涎法和吹塑法,但由于

22、質量差,能耗高,因而未能工業(yè)化生產。目前中科院北京塑料研究所正在研究開發(fā)吹塑法生產水溶膜,處于實驗室研究階段,還未投入實際生產【1】。</p><p>　　我校包裝機械研究所在郝院長的帶領下，研究開發(fā)了一種水溶膜生產方法——鋼帶流研法，這種方法不僅生產效率較高，而且相比之下能耗也比較低，操作流程簡單，一條線僅需兩三個人就可以保證生產。正是因為具有這么多優(yōu)點，這種生產方法在國內已經取得了很大的市場，隨著技術的不斷改

23、和成熟，我相信她必定會繼續(xù)得到不斷的推廣，為創(chuàng)造一個潔凈的地球作出一定的貢獻!</p><p>　　1.3水溶膜的主要制備方法</p><p>　　目前，制作水溶膜的方法并不是很多，歸納起來比較成熟的有以下幾種：</p><p><b>　　吹塑法生產水溶膜</b></p><p>　　吹塑法生產水溶膜主要以PVA為主要

24、原料,添加水及其它助劑通過擠出吹塑機吹塑成膜，類似于目前通用朔料薄膜的生產，這里不做過多介紹。</p><p><b>　　流涎法生產水溶膜</b></p><p>　　這種生產方法工藝與傳統(tǒng)的塑料薄膜成型工藝有所不同,它的工藝過程是:采用先將原料制成固含量為18%～20%的水溶性膠,然后將水溶性膠液通過管道堆聚在鋼帶表面，隨著鋼帶的傳動，固定于機架（鋼帶上部）上的刮

25、刀將膠液均勻刮開，將其涂布于鋼帶表面，通過控制刮刀與鋼帶間的縫隙來控制膜的厚度。隨著鋼帶的持續(xù)轉動，表面涂有水溶性膠液的鋼帶進入有較高溫度的烘道內，膠液內的水分蒸發(fā)至規(guī)定水分后,切邊、剝離、收卷，獲得成品膜，工藝流程圖如圖1.1所示【2】。</p><p>　　圖1.1 水溶膜生產工藝簡圖</p><p>　　本次設計就是針對這種方法，設計一條最高生產速度達7m/min的水溶膜生產線，因所

26、生產的膜的寬度為400mm，故將該生產線命名為：400型水溶膜流研成型機，通過以后章節(jié)將對其進行詳細的設計。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設計</p><p><b>　　2.1烘道的設計</b></p><p>　　烘道，顧名思義就是起烘烤作用的通道，它是水溶膜成膜的主要場所，為膠液的蒸發(fā)提供熱量，因此烘道應當具備一下幾點特征：首先

27、，烘道應該具有一定的空間，為成膜提供一定的場所；其次，它應該能夠提供足夠的熱量，而且應該是可控的，這樣才能控制膠液蒸發(fā)成膜的速度；最后，既然烘道是一個能夠提供熱能的空間，那它就必須有一定的保溫能力。當然，烘道作為系統(tǒng)的主要可視部分，不僅要有實用的堅實結構，它還應該具有優(yōu)美的外觀。</p><p>　　2.1.1主體結構材料的選擇</p><p>　　烘道采用鋼架焊接結構，主鋼架采用規(guī)格為5

28、0mm×50mm的方鋼管，因整個系統(tǒng)承載重量輕，且自重也較低，方鋼管的壁厚選為1.4mm。兩側邊豎直方向的立柱上需安裝可開拉的門，為了便于安裝門和與主鋼架焊接，側邊立柱選用50mm×100mm的矩形鋼管，壁厚也選為1.4mm。各段材料，均采用手工下料，再用普通電弧焊機焊接。</p><p>　　焊接好的機架表面（除兩側邊裝門以外）均有蒙皮，且都是雙層的，這是因為里面要裝耐高溫保溫材料—玻璃纖維

29、，位于鋼帶緊邊的下邊還有一層分隔層，將烘道分成兩個腔。蒙皮和分隔層都選用白鐵皮，采用鉚接的方法，鉚在機架上，白鐵皮的厚度選1mm。</p><p>　　2.1.2整體尺寸和布局</p><p>　　烘道的主要作用是為膠液干燥提供一個熱溫環(huán)境，涂布在鋼帶上的膠液，在烘道內會有一個往還的過程，鋼帶在烘道內往返運行的這段時間正是膠液成膜的過程。一般情況下水溶性膠液的含水量在80％左右，而成品膜的

30、含水量在17％左右，當干膜溫度在75℃左右，平均熱風速度在2.8m/s時，干膜時間的t，一般需要2min～3min，這里取t的中間值t=2.5min計算，生產速度V按設計要求最大速度V=7m/min計算，則烘箱的最小長度=8.75m，考慮到其它非穩(wěn)定因素，為了保證能安全持續(xù)生產，這里將烘道的長度設計為11m。</p><p>　　由于烘道較長，為了便于運輸和安裝，將其分為前、中、后三段，其中前段將又分為兩部分，前

31、面一部分主要裝有刀架、改向滾筒、流研口等，這部分是敞開的，后段則是密閉的烘道，兩段復合在一起，統(tǒng)稱機架前段，總長約為4.5m，其中烘道的長度設計為3m；中段和后段則均為純粹的烘道，長度均設計為4m，那么整條線的長度L=4.5+2×4=12.5m，且三段的排列方式是直線型，詳情請參看附錄圖1。</p><p>　　由于要在烘道內形成一個熱風循環(huán)，所以將烘道分為上下兩個腔，鋼帶的緊邊在上腔運行，松邊在下腔運

32、行，中間用白鐵皮分隔開，熱風從上腔進入，循環(huán)經過下腔后，用抽風機抽入上腔繼續(xù)循環(huán)，這樣即可形成熱風循環(huán)，又能提高熱能利用率。</p><p>　　上腔的頂部均勻的開有四個熱風入口，入口下端約100mm處設有熱風分配篩，熱風分配篩底面距離鋼帶約200mm，熱風通過熱風分配篩后，可以防止熱風直接吹在膠液表面上。上腔除開有熱風入口外，還均勻排布有電熱管，同樣電熱管距離鋼帶約200mm，它們可以直接加熱膠液，使整個系統(tǒng)的

33、熱功率大為提高。</p><p>　　上腔的高度，可按下式求得：</p><p>　　=200+100=300mm。</p><p>　　下腔主要是鋼帶的松邊在里邊運行，為了防止松邊擦到底面，設計時要求松邊最低點離底面高度，鋼帶的下垂量可按式（2.1）計算：</p><p>　　h=a/2×tan

34、 （2.1）</p><p>　　式中：a—滾筒的軸心距，12000mm；</p><p>　　--松邊最低點與水平面的夾角，要求3°～5°，計算時取大值5°</p><p>　　將數據代入上式可得：</p><p><b>　　h=525mm<

35、;/b></p><p>　　則下腔所需高度應滿足式（2.2）</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中：r—滾筒的半徑，r=250mm</p><p><b>　　將數據代入可得：</b></p><p><b>　　925m

36、m</b></p><p>　　設計時將圓整為1000mm，那么烘道的整體高度H可按式（2.3）計算：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中:a—機架方鋼管的邊長，a=50mm</p><p>　　將數據代入上式可得：</p><p><b&g

37、t;　　H=1450mm</b></p><p>　　由于機架的總體高度不高，不便于操作者的操作，因此在烘道下邊焊接有支腿，高度均為150mm，烘道的每段四個角各一個，共有12個支腿。為了能夠在不太平整的地面上工作，每個支腿上都設有地腳螺釘，在一定范圍內可調整生產線高度。</p><p>　　烘道在寬度方向的要求:本條生產線在設計時要求能夠生產400mm的產品，那么所需滾筒的寬

38、度=630mm（具體計算過程見下一章），加上滾筒與兩邊機架的空隙余量=35mm，再加上機架結構方鋼管的寬度d=50mm，整機寬度可按式（2.4）計算：</p><p>　　=+2+2d=800mm （2.4）</p><p>　　2.1.3供熱系統(tǒng)的設計</p><p>　　生產線的熱源主要

39、有兩部分：帶有鼓風機的熱風箱、固定于烘道上腔的電熱管。</p><p>　　熱風箱是本系統(tǒng)的主要熱源和風源，裝在整條線的上方，每段烘道均裝有一套，熱風箱總體形狀呈長方體狀，其內橫向裝有3排，每排12根電熱管，一端裝鼓風機，另一端裝熱風入口。為了保溫，熱風箱的壁都是用白鐵皮做的雙層壁，夾層內塞有保溫材料。熱風箱長度方向為1080mm，橫剖面圖是400×400mm的方形，夾層的寬度為50mm，保溫材料在此除

40、具有保溫性能外，還應具有耐高溫、不燃等性能，根據對其性能的要求，本處所選材料為玻璃纖維。</p><p>　　熱風箱的外觀結構如圖2.1所示（圖中除去了兩頭的接頭）。</p><p>　　圖2.1 熱風箱結構示意圖</p><p>　　熱風從熱風箱吹出后，并不是直接吹在涂有膠液的鋼帶表面上，而是經過一篩裝熱風分配器后，進入烘道上腔的，這樣可以防止為成膜的膠液在強氣流

41、的干擾下，產生波紋狀突起，熱風分配篩外形如圖2.2所示。</p><p>　　1-安裝法蘭 2-篩狀底 3-吊臂</p><p>　　圖2.2 熱風分配篩</p><p>　　獨立電熱管，它們固定于烘道內頂部，鋼帶緊邊的上方，是本系統(tǒng)的輔助熱源，不能提供熱風，僅起到直接加熱膠液、加速膠液蒸發(fā)的作用。它們排布的較稀疏，每段烘道內裝有3～4根，采用吊架鉚接在頂板上【

42、3】，如圖2.3所示。</p><p>　　1-吊架 2-烘道頂部 3.電熱管</p><p>　　圖2.3 烘道內電熱管固定方法</p><p><b>　　2.2 鋼帶的設計</b></p><p>　　之所以把鋼帶的尺寸設計作為整體設計的一部分，就是應為鋼帶在本系統(tǒng)中有這十分重要的作用，那么有關其尺寸及材料的選

43、擇也是至關重要的。因此，下面單就鋼帶總體設就的要求作進一步的說明。</p><p>　　2.2.1 鋼帶性能的要求</p><p>　　在本系統(tǒng)中鋼帶是靠一對滾筒帶動的，做類似平帶傳動的運動，其示意見圖2.4鋼帶既是水溶膜成膜的載體，又是動力轉動裝置，且一般是在高溫環(huán)境中，處于張緊狀態(tài)工作，因此這一環(huán)節(jié)的設計十分重要。</p><p>　　圖2.4 剛帶傳動示意圖&

44、lt;/p><p>　　首先，鋼帶作為膜的載體，其表面必須具有較高的光潔度和抗膠液腐蝕的能力。鋼帶的光潔度決定膜的成膜質量和剝離難易，抗膠液腐蝕的能力則影響鋼帶的使用壽命，因鋼帶工作時，要與膠液長時間接觸，因此鋼帶必須要有較高的抗腐蝕的能力。</p><p>　　其次，鋼帶作為傳動裝置，其起到的作用類似于平帶傳動中的皮帶，必須具備一定的抗拉和抗彎強度，且長時間的工作于高溫環(huán)境中，還要有一定的耐

45、高溫性質。</p><p>　　此外，鋼帶是靠焊接連接成環(huán)的，焊接的質量直接影響成膜的質量和鋼帶的使用壽命，因此對鋼帶的焊接性能要求較高。</p><p>　　2.2.2 鋼帶型號及尺寸的選擇</p><p>　　根據以上對鋼帶的性能的要求，本生產系統(tǒng)選擇鏡面不銹鋼帶，既不會生銹，也具有較高的光潔度，且其強度也比較高。針對生產對鋼帶的要求，查機械手冊【4】選擇型號為

46、1Cr17Ni7的不銹鋼耐熱冷軋鋼帶，其力學性能見表2.1。</p><p>　　表2.1 1Cr17Ni7不銹鋼帶的力學性能</p><p>　　因鋼帶在系統(tǒng)中必須焊接成環(huán)形，且系統(tǒng)對焊接的質量要求較高，為了便于焊接和增強鋼帶的使用壽命，鋼帶的厚度選為1mm；考慮到制膜的寬度及切邊等因素，剛帶的寬度設計為560mm；鋼帶的長度有兩部分組成，上下水平部分和繞在滾筒上的兩段半圓部分，因為兩

47、滾筒的軸心距為a=12000mm，半徑為R=250mm（數據來自第3章），如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 滾筒半徑機軸心距</p><p>　　鋼帶的總長，代入數據可得L=25570mm，因安裝鋼帶的滾筒在一定范圍內是可調的，且鋼帶在安裝時存在一定的誤差，所以這個長度僅是一個大概數值，具體數值可在25500mm-25600mm間選定，本文把25600mm作為計算數據，有關鋼

48、帶的抗拉強度及抗彎強度校核在下一章有具體說明。</p><p>　　第3章 傳動裝置的設計及計算</p><p>　　在本系統(tǒng)中，主動力來源于一個三相異步調頻變速電動機，其功率不是很大。動力將經過三個傳動部分傳給滾筒，它們以次是：與電動機現串聯(lián)的減速機、鏈傳動、剛帶傳動，其中鋼帶的傳動至關重要。</p><p>　　本章將對電動機的選用以及這三個傳動進行設計和說明

49、，下面將對鋼帶傳動進行詳細的闡述。</p><p><b>　　3.1鋼帶傳動</b></p><p>　　采用鋼帶傳動是本系統(tǒng)一大特點，也是設計的難點，前面已經說過，剛帶傳動既是傳動裝置，又是執(zhí)行機構，雖然它類似平帶傳動，但又絕不能看成平帶傳動，剛帶傳動有許多新的、鋼帶傳動所獨有的特征，下面將對剛帶傳動做出具體的設計。</p><p>　　3

50、.1.1鋼帶傳動的設計計算</p><p>　　鋼帶傳動中較為重要的部分就是一對傳動滾筒，滾筒的設計也就顯得至為重要。在這對滾筒中，位于機器后端的為牽動滾筒，即把動力從與之相連的動力源傳遞給鋼帶。前端的為改向滾筒，主要起改向作用，鋼帶繞過其半周后改向。傳動類型與平帶傳動相似，其傳動簡圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 傳動滾筒類型</p><p>　　

51、兩端的滾筒起到的作用和平帶傳動中的帶輪相類似，下面按照平帶傳動模型對其進行受力分析。首先，把該系統(tǒng)看成理想的帶傳動，即先忽略鋼帶的自重，求其個點的受力情況。下面用“逐點計算法”計算鋼帶各點的張力與阻力【5】，各點力的分布如圖3.2所示。</p><p>　　現在把鋼帶的受力理想化，將其分為緊邊繞入主動滾筒受力點, 緊邊繞出改向滾筒受力點，松邊繞出主動滾筒受力點，松邊繞入主動滾筒受力點，緊邊與托輥接觸受力點共五處受

52、力點，下面用“逐點計算法”計算鋼帶各點的張力與阻力。</p><p>　　圖3.2 鋼帶受力逐點計算法</p><p>　　各點受力可用下列各式（3.1～3.3）表達：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　（3.2）</b></p><p&

53、gt;<b>　　（3.3）</b></p><p>　　式中：─鋼帶松邊繞出主動滾筒點的張力，kgf；</p><p>　　─鋼帶松邊繞入改向滾筒點的張力，kgf；</p><p>　　─鋼帶緊邊繞出改向滾筒點的張力，kgf；</p><p>　　─鋼帶緊邊繞入主動滾筒點的張力，kgf；</p><

54、p>　　─鋼帶松邊運行阻力，kgf；</p><p>　　─鋼帶在改向滾筒上的阻力，kgf；</p><p>　　─鋼帶緊邊運行阻力（與托輥間的摩擦力），kgf；</p><p>　　—剝離薄膜阻力，取2N（實驗數據）。</p><p>　　將上列各式合并得式（3.4）：</p><p><b>　?。?/p>

55、3.4）</b></p><p>　　由于薄膜自重可以忽略不計，且鋼帶松邊是自由傳動因而</p><p><b>　　（3.5）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　─鋼帶每米自重，kg/m;</p><p>　　─兩滾筒中心距，

56、M；</p><p>　　─托輥阻力系數，取為0.025；</p><p>　　改向滾筒阻力由式（3.6）計算：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中：─改向滾筒阻力系數，由于鋼帶在滾筒上的包角接近180°，因此取=0.05。將上列各式整理可得式（3.7）：</p>

57、;<p><b>　　（3.7）</b></p><p>　　主動滾筒繞入點和繞出點的受力必須符合歐拉公式（3.8），鋼帶才不會在滾筒上打滑，</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　式中：─鋼帶與滾筒間的摩擦系數，查表取=0.15；</p><p>　　─

58、鋼帶在滾筒上的包角，=；</p><p>　　將式（3.7）和式（3.8）聯(lián)立，可得式（3.9）：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　將數據代入以上各式可得</p><p><b>　　=9.6kgf</b></p><p><b>

59、;　　==9.6kgf</b></p><p><b>　　=11.3kgf</b></p><p><b>　　≈15.4kgf </b></p><p>　　鋼帶在主動滾筒上所需圓周力的計算如式（3.10）</p><p><b>　?。?.10）</b><

60、;/p><p>　　式中：─驅動滾筒的阻力，單位為kgf，可通過式（3.11）計算；</p><p>　　─刮刀的阻力，kgf，通過實驗可取0.2</p><p>　　=（0.010.02）（） （3.11）</p><p>　　聯(lián)立（3.10）和（3.11）兩式得</p&

61、gt;<p><b>　　≈6.4kgf</b></p><p>　　在式=（0.010.02）（）的計算中，取較大值0.02參與計算。</p><p>　　鋼帶安裝并焊接好后，施加一定的預緊力使鋼帶張緊，鋼帶在滾筒上產生壓力，從而產生摩擦力。在理想狀態(tài)下，鋼帶在不工作時兩邊拉力相等，都等于，且鋼帶兩邊都是張緊的，如圖3.3所示。</p>

62、<p>　　圖3.3 鋼帶在理想非工作狀態(tài)下示意圖</p><p>　　但在實際情況下，鋼帶的段受自重的影響有一定的下垂，即鋼帶下段并不是水平繞進滾筒的，而是與水平面存在一個夾角，在實際操作中一般將控制3°5°范圍內，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4鋼帶實際工況示意圖</p><p>　　從圖中很容易看出，重力Go是一定值

63、，當的角度越小時，則鋼帶必須提供較大的力Fo來平衡Go，為了達到更高的安全系數，現取較小的角度3°對鋼帶進行如圖3.5的受力分析。</p><p>　　圖3.5 鋼帶最低點受力分析</p><p>　　用正交分解法，可得式（3.12）</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　式中：

64、─鋼帶受拉內應力，N；</p><p>　　─鋼帶繞如滾筒時與水平面的夾角，計算中取3°；</p><p>　　─鋼帶下段的重力，可用式（3.13）求得。</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　式中：q—每米鋼帶的質量</p><p>　　Lo—鋼帶下段的

65、長度，近似等與兩滾筒的軸心距；</p><p>　　g—重力加速度，取10N／㎏。</p><p>　　聯(lián)立（3.12）和（3.13）兩式得：</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　將數據代入式（3.14），可得：</p><p><b>　　≈5072N

66、</b></p><p>　　即鋼帶在不工作和工作時，都必須施加至少5072N的力，才能使鋼帶拉緊在規(guī)定的下垂角度范圍內，且拉力Fo始終作用于鋼帶內部，屬于鋼帶內力，不對外做功，主要起拉緊鋼帶的作用。</p><p>　　當鋼帶工作時鋼帶的緊、松邊受力應在這個拉力的基礎上分別加上、，即:緊邊拉力=5223N，松邊拉力=5166N，整條鋼帶所受最大拉力為鋼帶緊邊繞入滾筒處，即力，

67、現在用它鋼帶的抗拉強度按式（3.15）進行校核【6】。</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　式中：F—鋼帶所受的拉力；</p><p>　　A—鋼帶的橫截面積。</p><p>　　把數值代入式（3.15）中可得：</p><p><b>　　≈9.33

68、MPa</b></p><p>　　查表2-1可得，該鋼帶的許用應力，可以看出，所以鋼帶的抗拉強度是安全。</p><p>　　鋼帶繞在滾筒上時要引起彎曲應力，可設鋼帶的彎曲應力為（單位為MPa），在下一節(jié)的滾筒設計中將會將會對其進行校核計算。</p><p>　　3.1.2電動機和減速機的選用</p><p>　　在上一節(jié)中，我

69、們已經求出鋼帶在傳動過程中受力最大點在鋼帶緊邊繞入點，且在該點所受最大力=15.4kgf，下面我們可以用式（3.16）來求鋼帶在實際傳動中所需的功率：</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　式中:g—重力加速度,這里取10N/</p><p>　　V—鋼帶的運行速度，這里取最大速度7m/min計算，且計算時單位化

70、為m/s</p><p>　　將數據帶入式（3.16）得：</p><p><b>　　≈18w</b></p><p>　　選擇電動機時，應考慮到機械傳動中的功率損失、系統(tǒng)在啟動時有較大慣性，需較大的啟動功率以及電動機本身也存在一定的功率損失等情況，故所選電動機功率應大于鋼帶傳動所需功率，它們間的關系可用式（3.17）表示：</p>

71、;<p>　　= （3.17）</p><p>　　式中：n—動力安全系數，可取1～3，本系統(tǒng)計算時取3</p><p>　　將數據帶入式（3.17）可得：</p><p><b>　　=54w </b></p><p>　　固所

72、選電動機額定功率不能低于54w，可適當選擇功率大點的電動機。查相關手冊選擇Y801-4型三相異步電動機【7】，其詳細技術數據見表3.3。</p><p>　　表3.3 所選電動機特征值</p><p>　　在本系統(tǒng)中，電動機并不是直接將動力輸出的，而是與一個減速機串聯(lián)在一起，通過減速機減速后再輸出到一個鏈傳動環(huán)節(jié)上，最終經鏈傳動傳動到主動滾筒上，下面對減速機進行選擇：</p>

73、<p><b>　　系統(tǒng)總傳動比</b></p><p>　　式中：--電動機輸出轉速</p><p><b>　　--主動滾筒的轉速</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，鏈傳動的傳動比設計為（在以下章節(jié)有對其的相關設計），所以減速機的傳動比=16.6，可將其圓整為17，結合電動機，查相關手冊，選用HJ-

74、20型星輪減速器，其技術數據見表3.4。</p><p>　　表3.4 所選減速機特征值</p><p>　　3.1.3傳動滾筒和托輥的設計與選用</p><p>　　在帶傳動中有大、小兩種滾筒，其中位于環(huán)形鋼帶兩端與平帶傳動中帶輪有類似作用的是一對大滾筒，其中位于機器后端的是主動輪，前端的是改向輪。托輥在剛帶傳動中其托承作用，它們均勻排布在環(huán)形鋼帶緊邊的下面。在

75、上一節(jié)的圖3-2中有標示，圖中小圓代表托輥，但其個說并不代表實際數目，僅起示意作用。</p><p>　　現在對主動滾筒進行設計【8】，滾筒主要包括圓筒型外緣，兩端的輻板和中間軸組成，其輪廓結構如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 主動滾筒結構示意圖</p><p>　　在本設計中，滾筒外緣和輻板的材質均選用優(yōu)質碳素鋼Q235，許用應力；中心軸選用45鋼，

76、經調質處理，許用應力。查相關資料，滾筒的輻板和外緣可選用8mm--13mm鋼板焊接，考慮到本系統(tǒng)屬于低速輕載運行系統(tǒng)，為了減輕自重和節(jié)約成本，滾筒結構鋼板不必選的太厚，選10mm的板材，采用焊接結構，可完全滿足系統(tǒng)需求。</p><p>　　滾筒的直徑：為了保證鋼帶在滾筒上順利的繞行，鋼帶不會發(fā)生彎曲應力破壞，滾筒應有一個最小極限半徑。滾筒直徑愈大，愈有利于鋼帶的傳動，但受機器本身的限制，和從節(jié)約成本出發(fā)，滾筒的

77、最大直徑應有一定的限制，所以滾筒的直徑應選擇一個適當的數值。</p><p>　　根據鋼帶的屈服極限和彈性模量，可以按式（3.18）計算滾筒的最小直徑： </p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　式中：─鋼帶的彈性模量，大小為206；</p><p>

78、　　h─鋼帶的厚度，大小為1；</p><p>　　─鋼帶的彎曲應力極限，大小為548</p><p><b>　　代入數據可算得：</b></p><p><b>　　≈376</b></p><p>　　結合表3-1，選滾筒的直徑D=500mm，這樣按鋼帶最大彎曲應力極限設計，再結合表3.5選出

79、的滾筒最小直徑，這樣從表中按鋼帶使用壽命選出滾筒，那么鋼帶是否能滿足彎曲極限應力的要求，就無需校核了。即所選滾筒在滿足鋼帶的彎曲應力極限的同時，又能滿足整個系統(tǒng)的使用壽命。</p><p>　　表3.5 常見滾筒直徑對鋼帶使用壽命的影響</p><p>　　滾筒的長度：鋼帶的寬度為560mm，且鋼帶在傳動過程中很容易產生跑偏，滾筒作為帶動鋼帶的主要機構，滾筒的兩邊必須為鋼帶留有一定的余量，

80、取=35mm，滾筒和機架間也必須留有一定的運轉余量，取==35mm，再結合整機設計寬度為800mm，結構方鋼管的寬度d=50mm，則滾筒的寬度可按式（3.19）或式（3.20）求解：</p><p><b>　?。?.19）</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　（3.20）

81、</b></p><p>　　將數據帶入上任一式中可得：</p><p>　　滾筒兩端的輻板并不是位于滾筒圓筒型外緣的頂部，而是與外緣的兩端面存在一定的距離b，b取20mm，如圖3.7所示，這樣做不僅外型美觀，而且對外緣起到一定的加強作用。</p><p>　　圖3.7滾筒凸緣尺寸</p><p>　　中心軸的設計，安裝在主動滾筒

82、的中心軸上的零部件有：輸入動力的鏈輪、起承托作用的軸承，滾筒本身，因此可將軸設計成階梯軸?，F在，先初步估算軸的最小直徑，已知加載在滾筒軸上的功率（為了設計的安全，這里把電動機的功率看成無損失的輸出，即計算時取用電動機的功率），滾筒的轉速n。=28r/min，選取軸的材料為經調質處理的45號鋼。</p><p>　　傳動軸的最小直徑可由式（3.21）確定，</p><p><b>

83、　?。?.21）</b></p><p>　　式中：--由表3-5查得，計算時取用112；</p><p>　　--取用電動機的輸出額定功率，0.55kw；</p><p>　　將數據代入式（3.21）可得：</p><p><b>　　=30.2</b></p><p>　　由于系統(tǒng)

84、在工作時對滾筒中心軸的撓度要求較高，軸剛性的好壞將直接影響到成膜質量，故一般將軸的直徑設計的比較大。</p><p>　　中心軸的結構如圖3.8所示：軸的最小直徑出現在大鏈輪的安裝處，即圖中Ⅰ段，這里可將最小直徑選為40（由后面內容可知，這里也滿足小于大鏈輪的最大允許輪轂直徑的要求），查表3.3可知鏈輪的輪轂長度為56mm，結合鏈輪輪轂長度和其它因素，將此段長度設計為58mm。又因本段要安裝鏈輪，且鏈輪與軸采用鍵

85、連接，故本段開有一鍵槽，查相關設計手冊，鍵槽的尺寸為4×12×50，即：深為4mm、寬為12mm、長度為54mm，因滾筒受到的扭矩較小，此處鍵的強度不需校核；</p><p>　　圖3.8中心軸的結構尺寸示意圖</p><p>　　緊接著是安裝軸承的軸頸，圖中所示Ⅱ段，此段直徑結合前一段軸的直徑和軸承內徑，將其設計為50mm，結合機架的寬度和軸承套的長度，將長度設計為5

86、0mm；圖中Ⅲ段軸頸上安裝滾筒輻板而且還要讓滾筒端面與機架保持一定的間隔，結合前段的直徑，將本段的直徑設計為56mm，因滾筒兩端部留有20mm的凸緣，與機架的間隔為35mm，且輻板本身厚度為10mm，所以將本段長度設計為65mm；緊挨著的Ⅳ段是軸位于兩輻板間的部分，結合前段，將本段的直徑設計為60mm，長度結合滾筒長度設計為570mm；緊接著的Ⅵ段與Ⅲ段相同，Ⅵ段與Ⅱ段相同。</p><p><b>　

87、　中心軸的校核</b></p><p>　　滾筒中心軸在工作時，除了受到鋼帶拉力之外（通過滾筒的輻板傳遞到軸上），還受到鏈傳動的壓軸力和滾筒自重的影響【9】。</p><p>　　現在把中心軸理想化成一根光桿，可得其按照水平和豎直方向進行受力分析的受力分析圖3.9所示，圖中重力和鋼帶對滾筒的拉力都已經分解到輻板的支點處。</p><p>　　圖3.9中心

88、軸受力分布圖</p><p>　　滾筒的自重可按式(3.22)計算:</p><p><b>　?。?.22）</b></p><p>　　式中：g—重力加速度，取10N/kg；</p><p><b>　　d—滾筒直徑；</b></p><p><b>　　—滾筒

89、長度；</b></p><p>　　—滾筒材料的密度，取7900kg/。</p><p>　　將數據帶入式（3.23）可得：</p><p><b>　　G=348N</b></p><p>　　將重力G分解到兩輻板支點上可得：</p><p><b>　?。剑?74N &l

90、t;/b></p><p>　　鋼帶對滾筒的拉力：緊邊、松邊拉力、，可分別按式（3.24）和（3.25）來求：</p><p><b>　　(3.24)</b></p><p><b>　　(3.25)</b></p><p>　　式中：—拉緊鋼帶所需內力； </p><p

91、>　　—鋼帶工作時松邊的拉力；</p><p>　　—鋼帶工作時緊邊的拉力。</p><p>　　將數據帶入上式可得：</p><p>　　=5226N；=5168N。</p><p>　　因此滾筒在水平方向上所受鋼帶總拉力F可按下式計算：</p><p><b>　　=10394N</b>

92、</p><p>　　將總拉力F分解到兩輻板支點上可得：</p><p><b>　?。剑?197N</b></p><p>　　滾筒中心軸裝鏈輪端受到的壓軸力=4010.4N，應鏈傳動在本系統(tǒng)中被設計成類似豎直布置，所以在此壓軸力被看成豎直向上的力。在下一節(jié)鏈輪設計中鏈輪受力分析中有詳細討論。</p><p>　　然后

93、根據受力，和彎矩平衡方程求出的對應支反力【10】，水平方向、，垂直方向、。并結合各分力繪制軸在水平和豎直方向的受力圖和彎矩圖，如圖3.10所示,圖中（a）表示理想化的軸，（b）、（c）表示水平方向上的受力和彎矩圖，（d）、（e）表示豎直方向上的受力和彎矩圖。</p><p>　　圖3.10 中心軸的彎矩圖</p><p>　　中心軸所受的扭距T主要來自鋼帶對滾筒的有效拉力，主要分布于軸的左

94、端至靠近左端輻板截面處， T可按式（3.26）計算：</p><p><b>　　（3.26）</b></p><p>　　式中：—鋼帶對滾筒的有效拉力，有以上章節(jié)可知=6.4kgf；</p><p>　　g—重力加速度，取10N/kg；</p><p>　　d—滾筒的直徑，有以上設計可知d=400mm。</p&g

95、t;<p>　　將數據帶入上式可得：</p><p><b>　　T=12.8NM</b></p><p>　　從軸的裝有鏈輪的一端到滾筒的第二個輻板處都分布有該扭矩。</p><p>　　通過圖3.10我們可以看出靠近裝有鏈輪那端的輻板支點截面為危險截面，對其進行受力分析，分析結果見表3.6。</p><p&

96、gt;　　表3.6 截面彎矩量</p><p>　　按彎扭合成應力校核軸的強度：進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面的強度?？筛鶕剑?.27）及表3.5中的數值校核軸的應力</p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　式中：M—軸的危險截面處所受的總彎矩，查表3.5可得；</p><

97、p>　　—折合系數，當扭轉切應力為靜應力時，取0.3；當扭轉切應力為脈動循環(huán)應變力時，取0.6，這里取0.6；</p><p>　　T—中心軸所受的扭距，查表3.5可得；</p><p>　　W—軸的抗彎截面系數，對于實心軸W=0.1，d是軸危險截面處的直徑，由以上設計可知d=0.052m。</p><p><b>　　代入數據可得：</b&g

98、t;</p><p><b>　　≈55Mpa</b></p><p>　　前面我們已經選定軸的材料為45鋼，調質處理，查相關設計手冊可的=60MP，因此＜,故安全。</p><p><b>　　托輥的選用</b></p><p>　　本系統(tǒng)中的托輥主要裝在鋼帶緊邊下邊，起承托作用。由于鋼帶的運轉速

99、度很低，且載荷比較小，所以對托輥的承載能力要求并不高，但鋼帶在運行中很容易產生跑偏現象，因此托輥【11】在一定范圍內應該是可以調整的，故選用有一定調心功能的外球面球軸承支撐托輥。</p><p>　　托輥的筒身采用無縫鋼管加工，為了保證加工精度和解約材料，托輥內部是空的，在筒身的兩端塞有短軸，筒身的直徑為70mm，壁厚為5mm，長度設計為660mm，軸的直徑設計為20mm，其結構如圖3.11所示。</p&g

100、t;<p>　　圖3.11托輥的結構</p><p>　　3.1.4軸承的選用與校核</p><p>　　鋼帶在運行過程中很容易跑偏，這可以通過調整軸的間距來減小，因此滾筒的中心軸應該設計成是可調動的，故選用滑塊軸承座。同時，調動過程中兩個軸承的中心必定會出現不在同一條直線上的情況，所以采用外球面方形滑塊軸承座，軸承座及軸承的結構如圖3.12所示：</p>&l

101、t;p>　　圖3.12外球面方形滑塊軸承及座結構圖</p><p>　　查相應設計手冊【12】，結合中心軸和機架的設計尺寸，本處選用UCK310號軸承，對應圖3.11所示結構，現將所選型號軸承的主要特征值列于表3.7。</p><p>　　表3.7 UCK310號軸承的主要特征值</p><p>　　同樣托輥在安裝和運行過程中很容易出現歪斜現象，因此托輥的軸

102、承也選擇有一定調心功能的外球面座球軸承，軸承及其座如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13托輥軸承及座結構圖</p><p>　　查相應設計手冊【12】，結合中心軸和機架的設計尺寸，本處選用UCP204號軸承，對應圖3.13所示結構，現將所選型號軸承的主要特征值列于表3.8。</p><p>　　表3.8 UCP204號軸承的主要特征值：</p&g

103、t;<p>　　軸承的校核：因托輥的轉速較慢，且基本不承受載荷，固所選軸承可無需校核，現在僅對大滾筒的軸承進行校核。</p><p>　　實際上大滾筒所選軸承——外球面座滑動軸承就是一深溝球軸承與一外球面軸承座復合在一起，其調心性能主要來自外球面軸承座。因此可將所選軸承視為滾珠軸承進行校核，現在對其校核如下：</p><p>　　查相關設計手冊可得UCK310的基本額定載C=

104、47.5KN，因軸承所受力為徑向，且無沖擊，所以軸承的當量動載荷P可看成單側輻板對中心軸的作用力，即P=5182N。</p><p>　　則軸承的壽命可按下式計算：</p><p>　　式中：—對于滾珠軸承取3；</p><p>　　n—軸承的轉速，n= 28r/min。</p><p><b>　　將數據帶入可得：</b&g

105、t;</p><p>　　=458437h=53年</p><p><b>　　軸承使用壽命合格！</b></p><p><b>　　3.2鏈傳動</b></p><p>　　鏈傳動也是本系統(tǒng)的一個關鍵傳動部分，它既起到傳遞動力的作用，又起到減速的作用。通常鏈傳動的傳動比為i≤6，在這里根據設計要

106、求，結合前面的設計結果，我們把鏈傳動比設計為3，鏈條采用普通滾子鏈單根鏈傳動。</p><p>　　3.2.1鏈條的設計</p><p>　　因為鋼帶的最大線速度設計要求為7m/min，大鏈輪固定在滾筒中心軸端上，且大鏈輪的直徑遠遠小于滾筒的直徑，因此鏈速也遠遠小于7m/min，即本系統(tǒng)的鏈傳動屬低速鏈傳動。查相關設計手冊【6】，可選小鏈輪的齒數為17，則大鏈輪的齒數。</p>

107、<p>　　允許采用的鏈條節(jié)距可根據功率和小鏈輪轉速，查相關設計手冊【6】獲得。</p><p>　　可有式（3.28）求得：</p><p><b>　?。?.28）</b></p><p>　　式中：--鏈傳動的計算功率，為了安全設計，計算時取電動機功率；</p><p>　　--均為修正系數，結合鏈輪

108、齒數，查相關設計手冊獲得。</p><p>　　經過計算查手冊，最終選擇的鏈號為12A，其詳細參數見表3.9。</p><p>　　表3.9 滾子鏈的主要參數</p><p>　　電動機裝在烘道的頂部 ，其軸高H=180mm；滾筒中心軸距烘道頂面高為475mm，加上有一定的安裝斜度，因此鏈輪的中心距a≥180+475=655mm，這里將a設計為40p，即初定鏈輪的

109、中心距a=40p，則鏈節(jié)數為</p><p>　　=114.7節(jié)，取115節(jié)</p><p>　　則鏈長L==2.19m</p><p>　　3.2.2鏈輪的設計</p><p>　　本系統(tǒng)中鏈傳動速度較慢，且無沖擊載荷，鏈輪的材料選用45鋼，經正火處理【13】。因大小鏈輪的尺寸都不是太大，故大小連輪的結構都采用整體式鋼制鏈輪，其結構如圖3.

110、1所示：</p><p>　　小鏈輪的分度圓直徑d，按式（3.29）求得：</p><p>　　d=p/sin(/) （3.29）</p><p>　　代入數據易得：d=102.5mm</p><p>　　齒頂圓最大直徑，按式（3.30）求得：</p><p&g

111、t;<b>　?。?.30）</b></p><p>　　式中：--鏈條滾子外徑，查表3-1可得=11.91mm。</p><p><b>　　代入數據可得：</b></p><p><b>　　=114.4</b></p><p>　　齒頂圓最大直徑，按式（3.31）求得：&

112、lt;/p><p><b>　?。?.31）</b></p><p><b>　　代入數據可得：</b></p><p><b>　　107.8</b></p><p>　　最終設計并元整齒頂圓直徑為110mm。查相關設計手冊，可知小鏈輪最大許用輪轂直徑=53mm，結合上一節(jié)滾筒中

113、心軸最小直徑=30.2mm，此處將小鏈輪的輪轂直徑設計為32mm。</p><p>　　齒根圓直徑可按式（3.32）計算：</p><p><b>　　（3.32）</b></p><p>　　式中：d—小鏈輪分度圓直徑；</p><p>　　—滾子外徑，查表3.1可得。</p><p><

114、b>　　代入數據可得：</b></p><p><b>　　=90.59mm</b></p><p>　　齒寬按下式（3.33）計算：</p><p>　　=0.95 （3.33）</p><p>　　式中：--內鏈節(jié)內寬，查表

115、3.1知=12.57mm。</p><p><b>　　代入數據可得：</b></p><p><b>　　=11.94mm</b></p><p>　　鏈輪的形狀設計如圖3.14所示：</p><p>　　圖3.14鏈輪結構示意圖</p><p>　　輪轂厚度h可按式（3.

116、34）計算：</p><p>　　h=K+ （3.34）</p><p>　　式中：K—常數，查表3-2可知K=3.2；</p><p>　　--鏈輪的輪轂直徑。</p><p>　　將數據代入上式可得：</p><p><b>　　h=9.6mm</b&

117、gt;</p><p>　　輪轂長度應滿足式（3.35）</p><p>　　2.6h≤≤3.3h （3.35）</p><p>　　將輪轂長度圓整設計為30mm。</p><p>　　齒側凸緣直徑可按式（3.36）計算：</p><p>　　≤pco

118、t （3.36）</p><p>　　式中：p—節(jié)距，查表3.1可得；</p><p>　　—內斂板高度，查表3.1可得。</p><p><b>　　將數據代入可得：</b></p><p><b>　　≤82.6mm</b></p>

119、<p>　　設計時小鏈輪時，將取整數82mm。</p><p>　　現將小鏈輪的特征尺寸列于表3.10。</p><p>　　表3.10 小鏈輪的特征尺寸</p><p>　　按照以上設計方法，同樣可得大鏈輪的特征尺寸，現將其列表3.11。</p><p>　　表3.11 大鏈輪的特征尺寸</p><p>

120、;　　3.2.3鏈傳動的受力分析</p><p>　　鏈條在傳動過程中，緊邊和松邊的拉力是不相等的，若不計傳動中的動載荷，則緊邊的拉力可用式（3.37）表示：</p><p><b>　?。?.37）</b></p><p>　　式中：--有效圓周力，=1000p/v,p為傳遞的功率，為了設計的安全可把電動機的額定功率看成無損耗傳遞，即p=0.