滚筒的结构设计

第3章 滚筒的结构设计

滚筒为圆柱形零件，一般分为主动滚筒和从动滚筒，滚筒主要由滚动体、中心轴、卡簧和滚筒壳组成，需要其能保证稳定可靠的低摩擦滚动，将电机的圆周运动转化为直线运动。滚筒的生产主要有辊体初车、初校静平衡、轴头过盈装配焊接、精车和精校动平衡等工序组成。若对形位公差如圆度、圆柱度和直线度等要求在0.2mm 以下的，则在精车后需要上外圆磨床或轧辊磨床磨削加工。对表面硬度有要求的，则需要增加热处理工序。滚筒成型后，出于防锈防腐、耐磨和支撑的需要，还需要表面处理或包覆如喷漆、镀锌、TEFLON 喷涂、包橡胶、镀铬、陶瓷喷涂和氧化等工序[4]

。

3.1滚筒最小直径的确定

按照国标标准的有关规定，滚筒直径根据胶带形式、强度、紧边和松边张力以及滚筒类型由下式确定。

B S S d ⋅⋅⋅-=

απρ)(36021min =28

.055000)

3050(360⋅⋅⋅-ππ=0.0237m=23.7mm

所以滚筒最小直径为0.0237mm ，为了保证滚筒和台面的相配合，选择滚筒直径d=27mm,式中min d 为滚筒直径（对于胶面滚筒指光筒直径）,1S 为胶带紧边张力,2S 为胶带松边张力，B 为胶带宽度，α为胶带包角，β为许用传递能力，kN/2m (帆布胶带2/20m kN =ρ，人造纺材芯胶带2/35m kN =ρ，钢绳芯胶带2/55m kN =ρ）

3.2滚筒轴直径的确定 按疲劳强度计算

[]σ≤⋅+-n W D P W L L P 2

/14.0)(13

2/)(21S S P +=

32/3d W π= 2/)(211S S P -= 16/3d Wn π=

所以滚筒轴的直径d 为 []

3

1312.1)(32σπD

P L L P d +-≥=3

50

14.327

2/2012.1272/8032⨯⨯⨯+⨯⨯=6mm

按刚度计算

)43(242

23L L EJ

PL f -=

式中f 为轴弯曲产生的扰度，取f=（1/2000~1/3000）2L ，2L 为轴承间距，

E 为材料弹性模量，低碳钢26/101.2cm kg E ⨯=，J 为轴惯性矩，64/2

d J π=

所以滚筒直径

42123)43(8f E L L PL d π-≥=46

222000

/150101.214.33)

2743503(272/808⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=9.7mm 由此可得两滚筒的直径，取其中最大值为设计值，即取d=10mm 3.3幅板厚度的确定 幅板厚度的计算式为 )2(

1

3L KJ E PLK h -≥θ=2.35mm 式中h 为幅板厚度，K 为与半径比率有关的无因次系数

78

.026/20/46

)78.0ln 78.0178.01(14.33.27)ln 11(3.27212

2

22===-=++--=++--=r r R R R R k π 1r 为幅板内圆半径，即轮毂外径，2r 为幅板外圆半径，即滚筒外壳内径，3θ为幅板外滚筒的转角，3θ=1/1000rad ，1L 为滚筒幅板间距，如果是焊接幅板等厚

时，确定了转角3θ后，根据材料力学及弹性力学的相关知识推导出来。当滚筒为铸焊结构时，所确定的幅板厚度，可以看成是幅板中径截面厚度。为了确定转角3θ，必须首先确定轴和幅板的力矩分配系数x

M

M x 0

=

L P M ⋅=

x 一般在0.1-0.4之间取值，对于焊接滚筒，直径小于1000mm ，幅板为刚性时，x =0.3-04；对于焊接滚筒，直径大于1000mm ，幅板为软性时，x =0.15-0.25

8

.567.064/1014.3101.22297

2740)

1(2)1(2)(2461

101

3=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=-=-=

x EJ

PLL x EJ ML M M EJ L θ 幅板厚度的确定，是一项比较复杂的工作，求出幅板厚度后，还需要进行应力分析，等厚幅板危险应力点再幅板内径上，对幅板来说，内径应力和圆周应力就是主应力，可由下式得到

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-===222

2222222

26211)11(/6/6r r r r G M r r r r G M h M h M r r ωμθ

ωωθωωμωσσθθθ

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅++----+=22

2132223ln )1(2)1()]1(ln )1[(cos ),(r r r R r r r R R R R Z r θ

θθω 经过计算和分析，得出当1r r =或0=θ时r M 、θM 为最大值，此时，幅板的主应力为

)]

1(ln )1[()

1(126221232

max

2

--+-==

R R R h r R G h M r r θσ

MPa

9.1)]178.0(78.0ln )178.0[(5.220)

78.01(1000/1364122222=--+⨯-⨯⨯=

)]

1(ln )1[()1(12622212

3

2

max

--+-==

R R R h r R G h M μθσθθ

MPa

95.0)]178.0(78.0ln )178.0[(5.220)78.01(1000/15.0364122222=--+⨯-⨯⨯⨯=

在校核幅板强度时，一般只需要r σ即可。根据弹性力学理论，幅板在弯曲力矩0M 的作用下，其转角3θ可以表达为

[]

)

1(4)

1(ln )1(22203+--+=R G R R R M πθ

[]

364

)5.01(12/5.2101.2)1(12/23223=-⨯⨯=-=μEh G

由以上式子得到

)

1()

1(32

2120max +--=R h r R M r πσ 因为21/r r R =<1，最大应力发生在幅板内径上，即发生在0,0==θr r 位置上。为了确定m ax r σ最大时的相应高度h ，则

M N L JK h Mh M •=⨯⨯⨯+

⨯⨯=+=7.512297

067.064/1014.325.25.2134024

33

113

30 067.0)1

78.0178.078.0)(ln 5.01(14.33)

1

1

)(ln 1(3

22

2222

1=+---=+---=R R R K μπ 带入求导可求出h ，所以当31

1L JK h ==0.6mm 时，m ax r σ最大，因此，在确

定幅板厚度时，应确保3

1

1

L JK h ≠=0.66mm 以提高滚筒寿命。 3.4轮毂尺寸的确定

轮毂的宽度为1B ，采用锁紧器连接时，)6.0~4.0/(31L B =；采用过盈连接时，

d B 68.11≤