基于覆膜技術(shù)的片材與薄膜結(jié)合裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

胡義華， 諶炎輝， 蔣桂平， 張政潑， 賴顯渺

（1.廣西科技大學(xué)，廣西柳州545006；2.桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司，廣西 桂林541004）

0 引言

覆膜就是將塑料薄膜與片材經(jīng)加熱、加壓后使之黏合在一起，形成片材塑合一產(chǎn)品的加工技術(shù)。經(jīng)覆膜的片材，由于表面多了一層薄而透明的塑料薄膜，表面更平滑光亮，從而起到防水、防污、耐磨、耐摺、耐化學(xué)腐蝕等作用。

作為覆膜機(jī)的核心設(shè)備——片材與薄膜結(jié)合裝置將HDPE膜與HDPE發(fā)泡片材經(jīng)高溫高壓黏合在一起，形成一種全新的保溫材料，有優(yōu)良的絕熱性能以及優(yōu)異的防火性能。

結(jié)合裝置（如圖1）由印花輥筒（壓力輥筒）、復(fù)合輥筒（膠輥）以及冷卻輥筒3個(gè)大部分組成。為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，裝置分為上下兩層，上層為液壓缸、印花輥筒（壓力輥筒）、復(fù)合輥筒，下層為冷卻輥筒和傳動(dòng)系統(tǒng)，所有輥筒均與電機(jī)輸出軸呈90°。

伺服電機(jī)與伺服減速機(jī)直接連接；伺服減速機(jī)通過聯(lián)軸器與錐齒輪箱相連；錐齒輪箱輸出軸同時(shí)安裝齒輪與鏈輪，齒輪與冷卻輥筒伸出軸段齒輪相連，鏈輪通過鏈條帶動(dòng)復(fù)合輥筒（膠輥）轉(zhuǎn)動(dòng)，復(fù)合輥筒（膠輥）通過摩擦力帶動(dòng)印花輥筒（壓力輥筒）轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣布置使得復(fù)合輥筒（膠輥）與冷卻輥筒轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反，完全滿足薄膜和片材的輸送要求。

圖1 結(jié)合裝置整體結(jié)構(gòu)

1 輥筒支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 剖分式軸承座

在結(jié)合裝置中，輥筒長(zhǎng)達(dá)1300 mm，且需要承受較大的壓力，對(duì)輥筒之間的平行度要求較高。普通的軸承座需要整體拆裝，在更換軸承時(shí)需要重新校對(duì)輥筒之間的平行度，難度較大，耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。而采用剖分式軸承能有效解決問題。

剖分式軸承座分為上下兩部分，下半部用六角螺釘固定在機(jī)架上，上半部由六角螺栓與下部聯(lián)接。更換軸承時(shí)，只需拆卸上半部，下半部依舊保持原位，這樣只需在最初安裝時(shí)對(duì)兩輥筒間的平行度進(jìn)行檢驗(yàn)，簡(jiǎn)化了軸承的更換，也有效保證了之后輥筒之間的平行度。

剖分式軸承座能有效地進(jìn)行徑向定位，而軸向定位難以保證。為了防止輥筒較大的軸向位移，實(shí)現(xiàn)高精度的軸向定位，本裝置采用了自鎖圓螺母與止推墊圈的設(shè)計(jì)。如圖2所示，軸承由卡圈固定在軸承座中，軸承座的大端由密封圈密封，軸承座小端由防塵環(huán)和密封圈密封。軸承座內(nèi)部采用油潤(rùn)滑，軸承座上半部開有注油孔，方便注油、換油。在輥筒軸上加工螺紋和鍵槽，設(shè)置軸肩，在緊靠軸承的外側(cè)依次安裝止推墊圈與自鎖圓螺母。軸的另一端如圖3布置，即與圖2對(duì)稱布置，則在軸的兩端向中間卡死，限制輥筒軸向位移。

此設(shè)計(jì)很好地解決了輥筒徑向和軸向定位問題，并能做到拆裝方便。

圖2 剖分式軸承座一端

圖3 剖分式軸承座一端

1.2 調(diào)心滾子軸承

本裝置中印花輥筒（壓力輥筒）由左右兩個(gè)液壓缸共同驅(qū)動(dòng)，最終頂死在復(fù)合輥筒（膠輥）上。在拉拔和壓緊的過程中，左右兩液壓缸難以保證速度一致，容易造成印花輥筒（壓力輥筒）偏斜，損壞機(jī)構(gòu)，故普通的深溝球軸承難以滿足本裝置要求。

為了解決該問題，防止印花輥筒（壓力輥筒）過度偏斜，本裝置采用了調(diào)心滾子軸承，如圖4所示。調(diào)心滾子軸承工作轉(zhuǎn)速較低，主要承受徑向載荷，同時(shí)也能承受任一方向的軸向載荷。有高徑向載荷能力，特別適用于重載或振動(dòng)載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。

圖4 調(diào)心滾子軸承

調(diào)心滾子軸承有兩列對(duì)稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內(nèi)圈有兩條與軸承軸線傾斜一角度的滾道，具有良好的調(diào)心性能，當(dāng)軸受力彎曲或安裝不同心時(shí)軸承仍可正常使用，能補(bǔ)償同軸度誤差。

2 斜楔距離調(diào)整組件

本裝置需要對(duì)印花輥筒（壓輥）與復(fù)合輥筒（膠輥）之間的距離在0～5 mm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)距離調(diào)整組件要求為：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積?。?）調(diào)節(jié)方便，準(zhǔn)確度高。

如圖5、圖6所示，斜楔分為左右兩部分，對(duì)稱安裝在印花輥筒（壓輥)與復(fù)合輥筒（膠輥）的軸承體上，內(nèi)部螺桿由外壓板和內(nèi)壓板中的深溝球軸承支撐，并與斜楔相連，中間通過聯(lián)軸節(jié)和銷釘由一根細(xì)桿連接。當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)螺桿移動(dòng)，螺桿通過中間細(xì)桿驅(qū)動(dòng)左右斜楔同時(shí)移動(dòng)。當(dāng)斜楔移動(dòng)時(shí)，軸承體便相應(yīng)移動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)距離的目的。

圖5 斜契結(jié)構(gòu)

斜楔左右兩部分又可拆分為兩部分，一部分安裝在復(fù)合滾筒（膠輥）上固定不動(dòng)；另一部分安裝在印花輥筒（壓輥）上，隨印花輥筒（壓輥）移動(dòng)。如此布置，保證了復(fù)合輥筒（膠輥）僅作轉(zhuǎn)動(dòng)，而印花輥筒（壓輥）僅作前后移動(dòng)，能提高裝置的穩(wěn)定性及工作可靠性。

在斜楔設(shè)計(jì)中，斜楔斜度為1∶5，斜度較小保證斜楔裝置所受軸向力較小，軸向力僅為F軸向=F徑向·tanδ=35000×0.2=7000 N。斜楔所用的精密滾珠絲杠軸徑D=10 mm；導(dǎo)程 L=2 mm；斜楔斜度 tan?=0.2。

圖6 斜楔安裝

則滾珠絲杠每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，斜楔水平距離移動(dòng)2 mm，斜楔垂直距離移動(dòng)，即兩輥間距離相對(duì)變化為S=L·tan?=2×0.2=0.4 mm，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的距離調(diào)節(jié)。

在斜楔使用過程中，應(yīng)保證良好的潤(rùn)滑，防止楔面和螺桿較大磨損。

3 張緊輪裝置設(shè)計(jì)

結(jié)合裝置中錐齒輪箱輸出軸與復(fù)合輥筒之間采用鏈傳動(dòng)，使用鏈條為16 A，節(jié)距P=25.4 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)草圖和三維建模，錐齒輪箱輸出軸與復(fù)合輥筒伸出軸端中心距較大。在鏈傳動(dòng)中，鏈條為金屬制造，彈性變形小，故鏈條易松動(dòng)，鏈條松動(dòng)后易產(chǎn)生震顫，對(duì)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性不利。所以布置張緊輪，對(duì)鏈條進(jìn)行張緊，保證裝置傳動(dòng)、運(yùn)行穩(wěn)定。

圖7 張緊輪結(jié)構(gòu)

如圖7所示，張緊鏈輪安裝在滑動(dòng)板上，滑動(dòng)板在兩邊導(dǎo)向條的導(dǎo)向下，能做上下移動(dòng)?；瑒?dòng)板上開有腰孔，能在不同位置上固定滑動(dòng)板。這樣能實(shí)現(xiàn)張緊鏈輪在較大距離上移動(dòng)，更大范圍地張緊鏈條。

滑動(dòng)板上部有兩個(gè)定位塊。兩個(gè)螺栓通過定位塊頂在滑動(dòng)板上表面。這樣布置，能牢牢固定滑動(dòng)板，給鏈條提供較大的張緊力。

4 結(jié)論

采用剖分式軸承、自鎖圓螺母與止推墊圈，解決了輥筒徑向和軸向定位問題，并能做到拆裝方便，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)合裝置結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、拆裝方便、維修保養(yǎng)簡(jiǎn)便、噪聲小、工作穩(wěn)定可靠。

［1］ 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］ 王益民.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京：東北師范大學(xué)出版社，2012.

［3］ 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［4］ 柯建宏.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2012.