滚筒的结构设计
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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(3.272122
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 ωμθωωθωωμωσσθθθ ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋅++----+=22
2
132223ln )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(1262212
32
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(12622
21232
max
--+-==
R R R h r R G h M μθσθθ