高速单面瓦楞机系统的研究综述

是瓦楞纸 箱生产线质 量 的关键。所谓 “ 两辊一 器 ” 是 指瓦 楞 ，
纸板 生产线上 的瓦楞棍 、 涂胶辊 和压力容 器。经过 近十 年的研 究， 作者对瓦楞辊 的运动学 问题 和瓦楞 辊的动 力学 问题 ， 造 制
工艺 问题作 了较为深入 、 系统地研 究 ， 现就此研究作一综述。
。
瓦楞断裂是个很伤脑筋 的问题 。根据 原纸 受力分析 ， 得
其中 ０为滑动中 的原纸在 各齿顶上 接触包角之 和 ， 即总包
出初始张 力 与原纸 最后 张力 之间有 以下 关系 ： ／ 。 Ｔ＝
，
参考文献 ：
［ ］ 张惠曦． １ 国外瓦楞 纸板生产设 备发展 概况 ［ ］ 中国包装 ，９ ２ Ｊ． １９ ，
前提必须是 其中一个 楞型曲线 为已知 ， 实际 生产中 ， 上下 瓦楞
辊 之间的中心距在 工作 中呈周 期性变化 ， 况且经一定时间齿廓 磨损后 ， 中心距发生变化 ， 原先共轭 的楞型难 以满足共轭要求 ，
２ 瓦楞辊 动 力学 问题 的研究
瓦楞辊的动力学问题是国内现今还很少有人涉足 的领域 ， 国外也未见到相关文献 ， 有关这方面 的技术大多属于专利 或受
装 ，９ ５ （ ） ６ ６ ． １９ ， １ ：４— ６
［ 潘毓 学． 玉菊． ４］ 李 瓦楞纸成型碾压辊共轭齿 形的设计 ［ ］ 机械设 Ｊ． 计与研究 ，９ ６ （ ） ２ ２ ． １９ ， １ ：５— ７ ［ ］ 黄孝成． ５ 高速瓦楞纸弧成型机 的运 动学和动力学 研究 ［ ． 中 Ｄ］ 华 理工大学［ 博士学位论文 ］ １９ ． ，９ ７
有考虑辊腔的 内部压 力与瓦楞 辊两端 的约束 。文 献［ ］ 用 ５中
边界元方法对瓦楞辊的中高度作 了分析 ， 考虑了温度、 载荷 、 自 重和 离心力等因素对中高度的影响 ， 但该文未考虑瓦楞辊端面 的位移大小 ， 未考 虑阶梯轴 情况 ， 考虑瓦楞辊上装配有链轮 、 未 齿轮等其它传动零件 ， 实际情况并不十分吻合。 与
［ 何玉 明 ， ２］ 刘跃 军． 瓦楞 辊寿命 问题 的探讨 ［ ］ 中国包装 ，９ ３ Ｊ． １９ ，
（ ）８ ９ ． ３ ： ８— ０
时的内部张力 的计 算 公式 （ 中各符 号意 义 见文 献 ［ ］ 式 ５ 中说
明）：
［ ３］ 彭基河 ． 瓦楞纸箱 生产线高效 优质生产 的关键技术 ［ ］ 中 国包 Ｊ．
楞辊 的齿廓 形状、 啮合理论 、 中高度 的计 算、 中心距的计算 、 各阶振 动固有频 率和 各阶振Fra Baidu bibliotek型的确 定等有
关运 动学和动 力学方面的 内容 ， 并提 出今后研究的重点和方 向。 关键词 ：综述 ；高速 瓦楞辊 ；运动学 ； 力学 动
中图分类号 ： Ｉ ６ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ —３６ （０ ７ ０ —０７ ０ ＴＭ８ ０ １ ５ ３ ２ ０ ） ５ １０— ２
单面瓦楞机是瓦楞 纸板生产线 上的 核心 机器 Ｊ 。文献
公切线 。华中理工大学的 黄孝成博 士利用 直角坐标 表示了齿 廓参数方程 ， 并根据齿 轮啮合原 理 ， 立 了瓦 楞辊的齿 面接触 建 方程和齿面法线方程 。并指出单纯从几何角度出发 ， 利用齿轮
［］ ３ 指出 ， 管整 条 瓦 楞纸箱 生产 线 结构 复杂 、 积 庞 大 ， 尽 体 但 是， 决定瓦楞纸板生产线的运行速度及纸板质量的关键在于单
文 献［ ］ 出 ，瓦 楞成 型除 与瓦 楞 辊齿形 精 度 、 ９指 “ 原纸 质
量、 辊的温度 、 辊间加压压力等因素有关之 外 ， 还主要与进入瓦
楞辊 间成型的原纸纸幅中的张力有关 ， 这是最有影响的因素之
一
对国内包装 纸箱行业带来极大 冲击 ， 为迎 接新一轮挑 战 ， 在瓦
楞辊的理论 研究与生产制造方面还要作进一步研 究 。
技术 ， 瓦楞辊表面达 到超高硬度 ， 使 齿面耐磨 ， 工作 寿命较长。 我国目前一 是采用中频 淬火 ， ＨＲ ６ 但 Ｃ ０以上便难 于控 制 ， 这是 因为瓦楞辊体积较大 ， 形状较为复杂 ， 淬火过程 中 ， 在 温度场与 组织分布极 不均匀 ， 产生较 大的瞬 时应力与残 余应力 ， 严重 时 使瓦楞辊产生很大的变形 ， 甚至开裂 ； 二是中频淬火以后 再渗氮 ， 硬度层很 薄 ， 但 工艺 复杂 ， 磨寿命也不长 ； 耐 三是镀 硬 铬， 表面 薄层硬度虽 高． 但表 面不 均匀 ， 精度差 ， 且工作 中有镀 层剥落。因此 ， 热处理也成为一道难题Ｌ １ 。 随着我国跨入世 贸组 织（ Ｏ） 国外先进 技术 的引 入将 ＷＴ ，
（ ｕ ｅ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ４０ ６ ，Ｃ ｉ ） Ｈ ｂｉ ｎｖ ｓｙ ｆ ｃｎ ｌ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ｅ ｉ Ｔ ｏ ４ ｈｎ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｈ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｒ ｓ ｌ ，ｔｅ ｄ ｓｇ ｎ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ｆ ｒｈ ｇ ｐ ｅ ｉ ｇｅ ｓｄ ｄ ａ ｅ ｎ ａ ｔ ｏ ｓ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｕｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｏ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｌ ｉ ｅ ｓ ｎ ｃ ｒｕ ａ ｉ ｇ ｍａ ｈｎ ｓｗ ｓ ｓ ｍｍａ ｉ ｄ，ｗ ｉ ｈ ｉ ｃｕ ｅ ｏ ｓ ｅ ｔ ｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｉｅ ｔ ｓ ｕ ｈ ａ ｏｒ ｇ ｔ ｃ ｉ ｅ ａ ｕ ｎ ｒｅ ｚ ｈ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｓ ｍｅ ａ ｐ ｃｓ ｆｄ ｎ ｍｉｓ ａ ｄ ｋ ｎ ｍａ ｉ ，ｓ ｃ ｓ ｃ ｔｏ ｈ ｓ ａ ｅ ｅ ｒ ｇｔ ｅ ｒ ，ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｏ ａ ｅ ｎ ｘｓｄ ｓａ ｃ ，ｎ ｔｒ ￣ｅ ｕ ｎ ｙ， ｎ ｄ １ ｈ ｅ ｏ ｔ ｈ ｐ ，ｇ ａ ｎ ｈ ｏ ｙ ａｃ ｌ ｔ ｆｃ ｍｂ ｒａ ｄ ａ ｉ ｉｔｎ ｅ ａｕ ａ ｉ ｏ ｌ ｑ ｅ ｃ ａ ｄ ｍｏ ａ ．Ｔ ｅ ｒ・ ｓ ａ ｃ ｏ ｕ ｅ ｎ ｉ ｃｉｎ ｅ ｅ ｐ ｉｔ ｄ ｏ ｔｉ ｈ ｎ ． ｅ ｒ ｈ ｆｃ ｓ ｓａ ｄ ｄ ｒ ｔ ｓｗ ｒ ｏｎ ｅ ｕ ｎ ｔ ｅ ｅ ｄ ｅ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｔ ｅ ｉ ；ｈ ｇ ｐ ｅ ｏ ｒ ｇ ｔ ｇ ｒ ｌ ｒ ｉｅ ｔ ｓ ｙ ａ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｎ ｈ ｓｓ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｒｕ ａｉ ｏｌ ；ｋ ｎ ｍａ ｉ ；ｄ ｎ ｍｉｓ ｎ ｅ ｃ
因为瓦 楞辊 的楞型采 用运动可分性 的渐开线齿廓 。 目前 ， 国内广泛采用的楞型是 “ 圆弧加 切线 ” 的齿廓 曲线 ，
即顶弧 、 沟弧采用半径分别 为 ｒ、 的圆弧 ， ，ｒ ： 而侧楞 为两 弧的内
收 稿 日期 ： ０ ７０ — ２０ －１１ ０
作者简介 ： 魏春梅 （９ ０一） 女 ， １７ ， 湖南澧县人 ， 工学硕士 ， 湖北工业大学 副教授 ， 主要从事机械设计与理论研究。
文 献［］ ８ 通过模拟瓦楞辊机构的实 际工作状态 ， 几何 附加
约束 力的约束、 温度场的约束等 建立有 限元模型进行分析 ， 从 而可 以计算出垂直于轴线任一截 面上的位移大小 ， 得出沿轴线 方向的凸度曲线可满足在瓦楞纸 板成型时线压一致 ， 同时还可 保证 高速 情况下机构运转平稳 ， 减小瓦楞机系统的振动 。
Ｏｖ ｒ ｉ ｗ ｎ Ｈ ｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ Ｓ ｎｇ ｅ Ｓ ｄ ｄ Ｃｏ ｒ ｇ ｔｎ ａ ｈ ｎ ｓ ｅ ｖｅ ｏ ｇ ｐ ｅ ｉ ｌ ｉ ｅ ｒｕ ａ ｉ ｇ Ｍ ｃ ｉ ｅ
Ｗ ＥＩＣｈｕ ・ ｉ ｎ ｍｅ 。Ｗ ＥＩＢｉｇ ＺＨＯＵ ｈ ・ａ ｇ ｎ ｌ Ｓ ｉｔ ｎ
（ ）２ ３ ：５—２ ． ６
角。但这一结论只能 用于中低 速瓦线生产 上 ， 高速情况 下 ， 在 内部张力的计算必须 考虑 到速 度和 加速度 的 影响 ， 因而 文 献
［］ ， ７ 中 作者根据 变质 量条件下 的受 力分析 ， 朗伯原 理 推 由达
导了在高速情况下 瓦楞原纸 从脱 离原 纸卷筒 到瓦楞辊 上成型
１５ ７
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包装工程
Ｐ Ｃ Ａ ＩＧ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ Ｖ １２ ｏ５２ ０ ．５ Ａ Ｋ Ｇ Ｎ Ｎ Ｉ Ｅ ＲＮ ｏ．８Ｎ ． ０７ ０
保护的内容。瓦楞辊是 沿着轴线 方向具有 直齿的变截 面的 空 心 “ 轴 转 。工作时 ， 辊腔内充入 高温高压气体 ， 两辊 间输入平
１ 瓦楞 辊运 动学 问题 的研究
我国瓦楞纸板生产线是在引进 、 消化 国外先进技术 的基础
上研制出来的。近年 来 ， 们在寻 求合适 的瓦楞齿 形的 同时 ， 人
也在不断地探索不同的齿形加工方法和表面热处理方法 ， 以求 生产出的瓦楞辊寿 命长 、 速度 高、 振动小 。文 献［ ］ ４ 应用等 距 线及其共轭齿 形啮合理论 设计 了一对瓦 楞辊 的齿 形 ， 但该文的
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魏春 梅 等
高 速 单 面瓦 楞 机 系统 的研 究 综 述
高速单 面瓦楞机 系统的研究综述
魏春 梅 ， 兵 ，周世 棠 魏
（ 湖北工业大学 ， 汉 ４０ ６ ） 武 ３ ０４ 摘要 ： 结合 自身的研究成果 ， 对高速 单面瓦楞机的设计及生产技 术的研 究现状进行 综述 ， 包括 瓦
应 ， 而为降低振动与噪声提供建议 和采取措施 。同时 ， 从 通 过运动 学、 动力学和动态计算机仿真 “ ， 在瓦楞辊 工作 情况 下确 定中凸度。 瓦楞辊 是具有 轴向长 型直齿 的筒体 ， 两端以轴头过盈装配 并施焊而成 的 ， 筒体内 腔充满高热 高压气 体 ， 压力容器 。因 属 为要传递扭矩 ， 装配处须焊接 ， 为满足可焊性 ， 钢材含碳 量不宜 过高， 但这样又不易满足热处 理后的 工作表面 硬度 ， 其耐磨性 较差， 寿命不 长。国 内厂 家一般 采 用 ３ ＣＭｏ钢或 ４ ＣＭｏ钢 ５ｒ ２ｒ
制造。国外 ， 尤其在美国 ， 一般采用表面激光淬火 ， 焊涂合 金 或
板原纸对滚热熨成型瓦楞纸板 。在 瓦塄辊 的国家标 准中作 为
一
类压力容器 ， 并且规定瓦楞辊的中 高度计算公式为 ： ＝Ｄ Ｄ ＋ ８ （ ６ ＝５ Ｌ／８ Ｅ ） 。但计 算公 式 实际就 是材 料 ４ 取 Ｐ ３３ ４ １ 力学 中简支梁在受到均布载 荷作 用时的最大挠度计算公式 ， 没
面瓦楞机 、 涂胶机 、 双面机和模切 机。“ 两辊 一器 ” 的质量水 平
啮合理论来分析瓦楞辊的运动 学 问题 是不可 能确定瓦 楞辊的
运动状态的非几何约束 ， 使机构 自由度 数与原动件 数 目相等 ， 运动才能确 定 Ｊ 。这 里即要求两辊中心 距的变 化规律是 已知 的。根 据作 者的研究和现有单面瓦辊机的形式 ， 两根瓦楞辊之 间的中心距应 该是 变化 的 ， 并且上 瓦楞辊 和压纸 辊 （ 光辊 ） 径 向移动 或定点摆动 。文献［ ］ 用微分 几何原 理和齿 轮 啮合 ６利 理论 ， 建立了上瓦楞加压形式为移动和摆动 ２种 情况 下的统一 运动坐标 系 ， 得出 了统一形 式的瓦楞 辊啮合 方程组 ， 并通过计 算机编程解 出了齿廓 全部啮合点 的通解 ， 得出瓦楞辊运动学性 能 图谱 。 在 生产 实践 中 ， 文中曾以中心距的变动加速 度作 为目标函 数， 以折楞率、 原纸纸 内部最大张力 、 小车 速、 形角 、 最 齿 楞高等 作为约束条件 ， 对瓦 楞辊顶 弧 、 沟弧 半径 （ ｒ） ｒ、： 和顶 弧 圆心、 沟弧圆心所在半径（ 、 ： 等参数进行 了优化设计 。 ）