233 陶瓷滚压成型机设计

陶瓷滚压成型机设计
摘 要
滚压成型较刀压成型机有很多优点，滚压成型的工具是滚头。

成型时，滚头与泥料 之间除了有相对滑动之外，主要还有相对滚动，而且滚压成型的坯体质量好，操作简 单。

我主要负责陶瓷滚压成型机的主轴系统设计，根据设计要求设计出完整的主轴系 统，合理设计轴的结构、合理布置轴上零件、合理选择出各个零件如：键、螺栓、电 动机等、正确地设计出个零件如：带轮、减速器、并进行适当的校核。

该设计需要熟 练运用AutoCAD正确的画出零件图和装配图，并且需要熟练应用多门机械方面的专业 知识。

该设计过程还需要查阅大量有关资料和文献，并且了解有关陶瓷滚压成型机的 现状和发展趋势。

关键词：
主轴 螺栓 电动机 带轮 减速器 圆螺母 键 轴承
ABSTRACTS
The rolling of taking shape compares the knife to press the shaper have many merits, the rolling of the tool which takes shape is the head. When taking shape, between rolls and the putty material besides has relatively skids, mainly also has relatively rolls, moreover when taking shape of the rolling pug’s quality well, and the operation is simple. My primary duty is to roll the shaper ceramics of the main axle system design, which is to design the integrity the main axle system according to designs the request, designs the axis on the structure reasonably, the reasonable arrangement axis of the components, chooses each components reasonably, for example: the key, the bolt, the electric motor and so on, correctly design components for example: the shoe, the reductive gear, and take on the suitable examination. This design needs skilledly and correctly to draw the detail drawing and assembly drawing to use AutoCAD, and needs skilledly to apply the multi­ gates mechanical aspect of the professional knowledge. This design process also needs to consult the massive data and the literature pertinently, and to understand the present situation and the development tendency of the related ceramics rolling of the shaper.
Key words:
the main axle ; the bolt ;the electricical motor ;the belting pulley ;the reductive gear ; the rounding nut ;the key;the bearing
第一章 陶瓷滚压成型机的现状及发展趋势
1.1 中国陶瓷业的现状
从近十几年的陶瓷工业走向看，经历了上升、平移、下降的过程。

合作竞争是中 国陶瓷业未来有效发展之路。

在全面竞争的态势下，各大厂商凭借着各自的实力和资 源，想方设法，加大市场操作力度，与竞争对手展开激烈的争夺战。

竞争是不可或缺 的，通过竞争不仅能促使各大厂商在比拼中共同前进，更可由此促使整个中国陶瓷业 的持续、稳定、健康发展，从而使中国陶瓷业的经济总量和技术能力都能得到迅速的 提高
1.1.1 陶瓷业在我国国民经济中的重要作用
目前，我国陶瓷产量已连续 8 年位居世界第一。

2001 年，我国日用陶瓷产量高达 120 亿件，约占世界日用陶瓷总产量的 70％，瓷砖产量约占全球总产量的 45％，卫生 陶瓷产量占全球总产量的20％。

2001年中国陶瓷出口规模与土耳其相比只相差几千万 美元，从今年良好的出口势头来看，将超过土耳其的出口规模，成为位居意大利、西 班牙之后的全球第三大陶瓷出口国。

现在我国陶瓷产品出口已扩展到世界七大洲近200 多个国家与地区。

尤其近年来，对美国、欧盟及东南亚市场出口形势看好。

此外，还 打开了对大洋洲、尤其是南美洲及非洲地区国家的陶瓷出口。

我国陶瓷在发展过程中，形成了一批出口骨干产品。

在对外出口陶瓷产品中，日 用瓷出口产品已经形成河北唐山、邯郸、山东淄博、湖南醴陵、广东潮州等一批出口 瓷生产基地。

像唐山的红玫瑰骨质瓷、邯郸的釉中彩强化瓷、淄博的华光瓷等都已成 为国际较知名的品牌。

在建筑卫生陶瓷出口方面，佛山的鹰牌、东鹏、新中源、新明 珠；樵东蒙娜丽莎、钻石以及唐山的惠达都在不断提高出口的份额，正在成为我国建 陶工业对外出口的骨干企业，发展势头迅猛。

1.1.2 中国陶瓷业应该由大变强
改革开放２０多年来是中国陶瓷发展最快，取得成效最为明显的２０年，目前， 中国已理所当然地确定了陶瓷生产大国的地位，这是世界上任何国家所不能比拟的。

据最新统计显示，全世界每年卫生洁具产量在２．２亿至２．５亿件（套），中国占其 中５５００万件（套）；墙地砖全世界年产５０亿平方米，中国年产量在２５亿平方米； 按国家发展计划要求市场年销售量稳定在２０亿平方米，而我国的生产能力则在３０ 亿平方米左右。

从装备水平看，我国已基本或完全实现了国产化，一条生产线用２０ ００万元至３０００万元便可拿下来，这比８０年代初单纯依靠引进国外设备省下６ ０００万至７０００万元。

有了自己生产设备的能力，也就有了２０多年来陶瓷工业
的长足发展。

作为有着悠久历史的中国陶瓷业，如何应对入世，中国陶瓷生产大国的 地位不容置疑，面对入世挑战，亟需提升产业结构，提高竞争力，实现由大向强的转 变。

1.2 中国陶瓷业的发展趋势
陶瓷业的发展就像是历经了 一场没有硝烟的战争，充斥着输与赢、胜与 负甚至是生存与死亡。

我们可以清楚地看到一大批实力强劲、创新意识强、 品牌知名度高的陶瓷企业站稳了脚跟，坚守住了自己的一块阵地，整个产业 结构逐渐趋于合理与成熟；另一方面我们也同样看到了价格战的愈演愈烈， 国外陶瓷企业的强势入侵等。

1.2.1 中国陶业在发展中遇到的问题
一个强大的行业需要一大批强大健康的企业群体来缔造，一个强大健康 的企业群体呼唤一大批具有国际竞争力的企业家和职业经理人来管理。

我国 陶瓷业的优势在于成本较低，但在成本低、质量优的前提下，却缺乏品牌知名度，那 么国内厂商在与客商讨价还价之时就只能永远在价格上受制于人。

我国陶瓷业有如下 问题：1.中国陶瓷工业的发展很不平衡，产区多集中在东部沿海地区。

广东、山东、 福建、浙江4省，陶瓷产量占约全国总产量的近80％，卫生陶瓷占约30％。

而西部 及内蒙东部，东北内陆地区，根据中国陶瓷发展战略，今后陶瓷生产会通过横向联合、 技术投入等手段向中西部地区转移。

中西部地区也会由于经济的发展而大大刺激消 费．但受总量控制、结经济发达的地区那种火热的建陶市场势头；2．国内陶瓷的主 要市场仍是经济比较发达的华东地区和沿海省市以及富裕的农村地区，不仅总耗量 大，而且对中高档以上产品的需求增长较快，尤其是对新颖、大规格、有特色、外装 饰效果好的产品更加青睐，市场看好；3．扩大出口。

中国目前出口对象主要为东南 亚各国、香港地区。

1997年中国陶瓷出口额创历史最高纪录，比上年增长了22.37％， 1998年与1997年基本持平。

香港是中国出口陶瓷最大消费地区。

出口份额约占40％。

如果在提高产品质量和档次、调整产品结构、增加产品的附加值和技术含量方面多做 工作。

下大力气开拓欧美和非洲市场，扩大出口是有希望的；4．陶瓷产品属劳动密 集型产业，美、日、西欧等各发达国家，由于能源、资源、环境保护、劳动生产力等 种种因素，致使生产成本增加。

因此，有的国家降低了产量，扩大了进口。

把建筑卫 生陶瓷生产向发展中国家转移，而在国内大力发展高附加值的高技术陶瓷，这也给中 国产品打入欧、美市场带来机遇。

1.2.2 中国陶瓷业应该如何发展
只有民族的才是世界的，中国陶瓷要走向世界，不仅要在产品质量上下功夫，更 要在产品设计上进行变革和创新，将陶瓷产品与华夏民族悠久的艺术传承与当代的审 美观念结合起来，充分挖掘我国悠久灿烂的陶瓷文化，大打文化牌，扎根民族，博采 众长，创造出不仅外观精美而且极具文化内涵的、不仅有自己独特的本色而且结合世 界潮流的产品。

注重提升产业档次。

提升产业档次是我国陶瓷工业扩大出口的重要 依托。

国内陶瓷企业要根据市场需求，广泛开展与国际著名陶瓷企业的联系与合作， 进一步加快产业结构的调整，用高科技嫁接中国陶瓷工业，尽快实现装备、技术和产
品整体升级。

下大力气进行科研投入，培植一批科技含量高、市场竞争力强、经济效 益好的企业和产品，提高中国陶瓷工业的整体实力和核心竞争力。

第二章陶瓷滚压成型机在陶瓷业中的重要作用
2.1 陶瓷滚压成型的有关知识
将泥料制成一定形砖和尺寸的坯体以供焙烤用的工艺称为成型。

滚压成型又称罗 拉成型，是指成型时泥料受到滚压和压紧的力量作用，日常生活中就有类似这种方法 的例子。

例如，用木棍擀饺子皮就是通过木棍把面团延展开来的。

滚压成型是在实在刀压成型的基础上演变过来的。

这种方法是把扁平的塑刀便未 尖锥形或圆台形的回转体——滚压头。

成型时，旋转着的滚压头，对以同方向旋转着 的模型中的泥料，进行一面滚压一面压紧的作用，将泥料延展开来。

这种方法的优点 是：
（1）由于滚压头与泥料的接触面积较大，在一定的转速下，泥料受 可以使 泥料的内部维持原有的颗粒排列。

因此，配踢得直密度较高，强度大，且结构均匀， 所以不易变形，而且针孔少。

（2）滚压成型要求泥料的含水率较低。

国内一般为 19%——24%，有利于减少变形 和缩短干燥时间。

（3）滚压头由于经常在转动，故不易磨损，寿命长。

（4）便于实现机械化和自动化。

从而减轻劳动强度，节约劳动力。

2.2 陶瓷滚压成型机是陶瓷工业的重要组成部分
陶瓷滚压成型机，目前已经具有很多先进的半自动和自动滚压生产线。

由于陶瓷 滚压成型机有很多较其它陶瓷机械优越的特点，在日用陶瓷生产如：碗类、盘类等产 品的加工。

应该说几乎我们日常生活中所用到的日用陶瓷产品有绝大部分使用陶瓷滚 压成型机所生产的，也正是由于陶瓷滚压成型机的坯体质量好、操作简单，故而很早 以前我国就很重视陶瓷滚压成型机的制造和改进，并形成了一些先进的加工工艺和加 工方法，在古代就有唐三彩之说，这充分证明了陶瓷业在我国的重要地位。

而制造唐 三彩古代加工简单机械到现在的陶瓷滚压成型机，正好见证了陶瓷滚压成型机的发展。

可以说陶瓷滚压成型机是陶瓷工业大重要组成部分，陶瓷工业离不开陶瓷滚压成型机。

第三章 陶瓷滚压成型机主轴系统轴及轴上各个部件的设计
3.1 陶瓷滚压成型机主轴系统的设计要求
陶瓷滚压成型机主要用于日用陶瓷生产。

其原理是将塑性泥料滚压成盘类、碗类 产品。

设计主轴系统是根据技术指标计算校核转轴的强度、电机功率，设计合理的传 动系统。

该产品应具有简单可靠、成本低的特点。

具体技术指标为：6--10吋盘类产品。

主要参数：主轴功率 N=5.5KW；主轴转速 n =400--800rpm；主轴具有刹车急停装 置。

设计该主轴系统需要先了解轴的结构设计和工作能力设计，合理设计轴的形状和 尺寸，充分考虑周的加工工艺和受理等方面的需要。

此外，设计该主轴系统需要对键 的选择有足够的认识，根据轴的尺寸确定键的尺寸，该设计中所用的键多选用标准件； 合理选择轴承，根据所学的机械方面的知识，对轴承的选择要考虑轴时间工作过程中 的手里，在该主轴系统中主轴靠两个轴承承载并有一定的冲击，所以应该选择可以承 受轴向力的深沟球轴承；根据所学的机械知识设计出主轴系统的主动轮和从动轮，并 确定其各种尺寸；根据要求设计一个拨叉，灵活运用杠杆原理避免发生自锁现象而使 拨叉失去作用；根据传动比合理选择电动机型号；根据实际要求设计人性化的模座， 既安全又方便可以提高生产效率；合理布置各种转配尺寸。

3.2 陶瓷滚压成型机主轴的结构设计
设计该陶瓷滚压成型机的主轴系统，为便于实际操作，将主轴系统的总体高度设 计成大约800mm。

这既有利于工人师傅的搬运模座的，又有利于主轴系统的美观。

因为 当滚头在加工完一个盘体时，会离开而不和模具接触，这段时间工人师傅将模座搬下 更换上新的模座，进入另一个加工循环周期。

这样的设计可以使工人师傅减轻疲劳， 因为一般工人师傅的身高和主轴系统的高度有一个比较合适的高度差，利于长时间工 作。

和其他零件设计一样，轴的设计包括结构设计和工作能力计算两个方面的内容。

轴的结构设计是指根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理 的确定轴的结构形式和尺寸。

轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件 的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。

因此，轴的结构设 计是轴设计的重要内容。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方 面的计算。

多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。

这时只需要对轴的强度 进行计算，以防止断裂和塑性变形。

而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进 行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。

具体而言，轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴的结构主要 取决于以下因素：轴在机器中的安装形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量和轴 联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布状况；轴的加工工艺等。

考虑到受力和 加工工艺等方面，将轴加工成阶梯轴。

如图 1 所示，轴的上端设计成螺纹形式，利用 螺母将模座柠住。

一方面，利用螺母可以很方便的换下模座，节省加工时间；另一方
面，螺母定位安全性较高，便于加工。

为了将模座周向定位须在轴的第一个阶梯上挖 一个键槽。

为了将模座实现上下定位，将轴设计成上端螺母拧上定位，模座的下端为 了实现上下定位，将轴设计成一个短阶梯，直接用轴把模座的下端定位。

为了实现模 座的周向定位，在模座和轴联结的地方设计一个键，以防止模座和轴之间有相对运动， 以实现轴和模座的周向定位。

考虑到周的受力和加工工艺的需要，在该阶梯轴的下方 在设计一个阶梯，该阶梯轴的直径为 55，在该阶梯轴的下方设计一个小的阶梯，以实 现轴的定位。

从整体来说，整个主轴系统的所有质量都靠两个轴承来承担。

如图所示， 在此轴承处，设计一个轴承座，如图所示，将轴承座用两个螺栓定在机架上。

此处， 两个螺栓用标准件M12。

了防止轴上零件在受力时发生沿着轴向或轴向的相对运动，轴上零件除了有游动 或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。

轴上零件 的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖、圆螺母来实现的。

轴肩分为定位 轴肩，和非定位轴肩两大类。

利用轴肩定位是最可靠的方法，但采用轴肩就必然会增 加轴的直径，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。

另外，轴肩定位多用于轴向 力较大的的场合轴肩定位的高度一般为（0.007-0.1d）,d是与零件相配处的轴的直径. 如图所示，模座下方就是用的定位轴肩来实现模座的定位。

非定位轴肩是为了加工和 装配方便而设置的，其一般是为了考虑轴的受力和加工工艺而设计的，如模座下方的 第一个轴肩。

3.3 轴的材料
轴的材料主要是碳钢和合金钢。

钢轴的毛坯多数用扎制圆钢和锻件，有的则直接 用圆钢。

由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学 热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴应用尤为广泛，其中常用 的是45钢。

由于合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。

因此，在传动大动力， 并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴， 常采用合金钢。

必须指出的是：在一般的工作温度下（低于200摄士度），各种碳钢和合金钢的弹 性模量均相差不大，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度 和耐磨性，而不是轴的弯曲强度和扭转强度。

但也应注意，在即定的条件下，有时也 可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。

各种热处理（如高频淬火、渗氮，渗碳、氰化等）以及表面强化处理，对提高轴 的抗疲劳强度都有显著的效果。

根据本次设计设备上的轴工作情况，我们所选材料也是45钢，然后经过热处理即 可。

3.4 陶瓷滚压成型机主轴上其他标准件的设计
该陶瓷滚压成型机主轴系统上需要布置键、螺母、圆螺母、垫圈、轴承、弹簧、
轴承座、带轮等零件。

主轴系统各个零件的布置和选择对主轴系统的承受能力等方面 起着至关重要的作用。

很多零件对该主轴系统能起到轴向定位或者周向定位等作用， 因此主轴系统上零件的选择和设计是该次毕业设计的一个重要方面。

3.4.1 键及螺母、圆螺母、垫圈的选择
键是一种标准件，通常用来实现轴和轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能 实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。

键联结的类型主要有：平键连接、半圆
键连接、楔键连接和切向键连接。

该主轴系
统中如图所示的键连接选用普通平键连接。

普通平键连接的结构型式是键的两侧面是工
作面，工作时靠键和键槽侧面的挤压来传递
转矩，键的上表面和轮毂的键槽底面间留有
间隙 。

平键连接有结构简单、装拆方便、对
中性较好等优点，故而在工程中得到广泛应
用。

这种键连接不能承受轴向力，因而对轴
上零件不能起到轴向定位的作用。

普通平键
按构造分，有圆头(A 型)、平头(B)、单圆头
(C)三种。

该主轴系统选用圆头(A 型)，该种
类型的键宜放在轴上用键槽铣刀铣出的键槽
中，键在键槽中轴向固定良好。

缺点是键的
头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而间
的圆头部分不能充分利用，而且轴上键槽端
部的应力集中较大。

螺母是螺纹联接的一种标准件，它要求
作为紧固件用，要求保证联接强度，有时还
要求紧密性。

根据螺母厚度不同，分为标准
的和薄的两种。

薄螺母常用于受剪力的螺栓
上或者空间尺寸受限制的场合。

该主轴系统
空间尺寸不受限制并且不受剪力，因而选用
标准六角螺母。

如图所示，主轴的上方用六角螺母实现模座的上方轴向定位，该六角 螺母根据轴的尺寸选用M55的螺母，和该六角螺母配合的垫圈尺寸为Φ=155，Φ2=75， h=2的垫圈。

主轴下方用来实现实现弹簧定位的螺母选用M40的普通标准六角螺母。

圆螺母与螺母相似也是一种螺纹联接的标准件。

圆螺母常与止动垫圈配用，装配 时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。

如图所示，主轴上方的两个轴承下方均用圆螺母定位，其主要作用是实现轴承内圈的 定位。

轴承外圈靠轴承座实现轴向固定。

根据轴的尺寸，上方的圆螺母选用 M50x1.5
规格的，下方的圆螺母选用M45x1.5规格的。

3.4.2 轴承的选择
根据轴承重摩擦性质的不同，可以把轴承分为滑动轴承分为滑动摩擦轴承（简称滑 动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。

滚动轴承由于摩擦系数小，起动 阻力小，而且它已标准化，选用、润滑和维护都很方便，因此该主轴系统选用滚动轴 承。

滚动轴承有很多类型，如：向心轴承，推力轴承和向心推力轴承。

由于该主轴系 统主要承受来自滚压头的轴向力和有一定的转速，所以根据设计要求和轴的布置方式 选用能同时承受径向力和和轴向力的角接触球轴承，这是因为角接触球轴承还可以单 独承受轴向力。

角接触球轴承的代号有基本代号，前置代号和后置代号组成，用字母 和数字表示。

而基本代号是用来表明轴承的内径、直径系列、宽度系列和类型，滚动 轴承的内径用基本代号尤其第一二位数字表示，直径系列（即结构相同、内径相同的 轴承在外径和宽度方面的变化系列）用基本代号右起第三位数字表示。

直径的系列号 有 7、8、9、0、1、2、3、4 和 5，对应于相同内径轴承的外径尺寸依次递增。

宽度系 列用基本代号右起第四位数字表示。

轴承类型带好用基本代号右起第五位数字表示。

根据轴的尺寸主轴上的上面的轴承选用 7210C，该代号表示该轴承的基本尺寸如下： d=50,D=90,B=20；下方轴承选用 7209C，该轴承的基本尺寸如下：d=45,D=85,B=19；C 表示接触角α=15º。

与轴承 7210C 配合的轴承座选用标准件 SN210,该代号表示该轴承座的基本尺寸为 d=50mm,d2=60mm,D=90mm,与轴承 7209C 配合的轴承座选用标准件 SN209 该代号表示该 轴承座的基本尺寸为d=45mm,d2=55mm,D=85mm。

减速器上的两个轴承选用 7208C，该代号表示该轴承的基本尺寸为： d=40,D=80,B=18。

和上面轴承所不同的事，该轴承是成对使用的，两个轴承的内圈用 套筒定位，外圈用减速器的机体定位。

套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、 钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的强度。

此套筒选用Φ40，厚度为5mm。

3.4.3 弹簧的选择
弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。

该主轴系统设 计过程中，由于设计离合器和制动拨叉的需要，需选用一个圆柱螺旋弹簧在主轴滚压 成型时把主轴系统顶到一固定位置和滚压头接触进行滚压成型。

，由于硅锰弹簧钢中加 入了硅，故可以显著提高弹性极限，并提高了回火稳定性，因而可以在更高的温度下 回火，从而得到良好的力学性能，因此该弹簧选用硅锰弹簧钢制造的圆柱螺旋弹簧。

该压缩弹簧的基本尺寸位 d=50,中径 D=55,有效圈数 n1=8，自有高度 H。

=20。

核拨叉 相连的弹簧选用一个d=10,中径D=14,有效圈数n1=20，自有高度H。

=5的拉伸弹簧。

第四章 主轴系统上带和带轮的设计
4.1 主轴上带及带轮的设计
设计 V带轮时应该满足如下要求：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力； 质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损， 各槽的尺寸和精度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀。

带轮的材料主要是铸 铁，该设计选用 HT200，带轮的结构选用孔板式。

带的选择主要是根据 Pca，n 选择带
b p=14mm,b=17mm,h=10.5mm,截面面积A=138mm²。

的类型。

该设计中的B带的基本尺寸为：
4.1.1 主轴的带轮及带的设计
根据机械设计手册查询选电动机型号Y100L1-4 该电动机的额定功率为2.2kw，转 速n＝1420Ｈmin，质量m＝34kg．主轴转速选定微10rpm，假设该滚压成型机的主轴系 统一天运转时间＜10h，传动比为i=2;
设计过程；
1. 确定计算功率
查机械设计课本表8-6知工作情况系数kＡ＝1.1，故Pca=KAP=1.1x2.2=2.42kw 2. 选取带的带型
根据Pca，n由图8-8确定选用B 型带
3. 确定带轮基准直径
由表8-3和表8-7取主动轮基准直径dd1=130mm
根据式（8-15），从动轮基准直径d d2。