可調擋輪結構分析

摘要：多個載重底板在同一個輥道中運行，靠兩側擋輪強制載重底板運行的準直。運行間隙的設定需參考底板的寬度公差、底板的溫差寬度變化。當寬度公差和寬度的溫差變化累積過大時，適宜的間隙設定就需要擋輪的自動調整來完成。

關鍵詞：熱脹冷縮；碟形彈簧；可調節；適宜間隙；傳動導向

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0063-02

為了解決多個載重底板在傳動輥道上運行（輥道冷態下組裝、調整；底板冷態、熱態下交替運行），當底板寬度公差和溫差變化累積偏差過大，需要在傳動輥道的一側設計一種自動調整擋輪，使之與另一側固定擋輪提供隨底板寬度尺寸變化而變化的適宜運行間隙。該調節擋輪采用碟形彈簧對合組合結構，通過內外兩組對合碟簧的伸縮實現可調節、導向和緩沖等功能。適宜間隙的設定，結構所需要的調整量分析、計算，結構所需要的調整力分析、計算，碟形彈簧和軸承的選型，零（部）件的結構設計，調節擋輪的安裝、調整。

1 適宜間隙的設定

載重底板寬度尺寸259.5±0.1，設定在冷態時傳動輥道兩側擋輪擋距為259.6時為載重底板運行的最佳擋距，即兩側擋輪擋距與載重底板寬度之間的適宜間隙區間為0.0～0.2；載重底板在此適宜間隙區間內運行精度最佳。

2 結構所需自動調整量

載重底板在加熱爐內預加熱到120℃后運行到大氣環

境下的傳動輥道，底板加熱到120℃時寬度尺寸的線脹量

為：l=α×T×L=24.8×10-6/℃×100℃×259.5mm=0.644

mm，此線脹量即是結構所需的自動調整量。

3 結構所需要的調整力分析

載重底板總重量為220kg，材質為鋁合金，傳動輥道材質為不銹鋼。載重底板與傳動輥子之間的滑動摩擦力：F=μmg =366.52N，則可調擋輪強制載重底運行的準直所需的調整力大于等于滑動摩擦力的一半為183.26N。

4 碟形彈簧和軸承的選型

碟形彈簧是用鋼板、鋼帶或鋼材鍛造坯料加工成呈碟狀的彈簧。碟形彈簧剛度大，緩沖吸振能力強，能以小的變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場合；用同樣的碟形彈簧采用疊合、對合等不同的組合方式，能使彈簧特性在很大范圍內變化；即當同樣的碟形彈簧疊合時，相對于同一變形，碟形彈簧數越多則載荷越大，當對合時，對于同一載荷，蝶形彈簧數越多則變形越大。碟形彈簧在機械產品中應用越來越廣，常作為強力緩沖、減振、壓緊彈簧以及用作機動器的儲能元件，將機械能轉換為變形能儲存起來。此結構選擇SSRBN 28碟形彈簧，碟形彈簧的最大變形量為0.65，75%位移量（即0.65×75%）時負載為3089N。碟形彈簧的初始變形設置為最大變形量的25%，根據碟簧載荷計算公式算得初始彈力為947N，遠大于結構所需的調整力，故能滿足調整載重底板運行準直的功能要求。

軸承選用6000的深溝球軸承，查表得6000深溝球軸承的徑向基本額定動載荷為4.58kN，徑向基本額定靜載荷為1.98kN，遠遠大于作用到軸承上的徑向載荷（可調擋輪強制工件架運行準直的調整力183.26N），故滿足設計要求。

5 可調擋輪結構設計

圖1為可調擋輪結構示意圖，圖2為可調擋輪爆炸示意圖。其主要構成零件包括：1.固定座、2.彈簧座、3.調節螺母、4.壓緊墊圈、5.蝶形彈簧、6.深溝球軸承、7.定位軸、8.定位銷、9.墊圈。

如圖所示三組軸承通過定位軸（件7）安裝于彈簧座（件2）上，用定位銷（件8）定位防止運行過程中定位軸滑出；裝配后整體安裝于固定座（件1）上，內部安裝4個對合蝶形彈簧，外部安裝2個對合蝶形彈簧，彈簧座安裝于固定座上通過孔和滑槽定位導向，外部再用調節螺母和壓緊墊圈預緊，調節螺母可調節壓緊蝶簧得到結構的初始位置。

固定座與輥道側板上端面和側面配合定位，再加上螺釘固定使固定座在輥道側板上形成三向定位的穩定結構，為彈簧座組件提供一個可靠的基座。使可調定位導輪與另一側固定導輪形成標準擋距。彈簧座的軸和下耳與固定座上的孔和滑槽配合定位，軸向靠調節螺母預壓緊內、外蝶簧，在載重底板進入輥道后擠壓彈簧座組件有軸向滑動來提供適宜運行間隙。固定座內部、外部蝶形彈簧都采用對合組合形式，此組合在同一載荷作用下變形增大，適用于較大的尺寸偏差范圍。當底板擠壓軸承時，彈簧座滑動壓縮內部4個對合蝶形彈簧，此4個對合蝶形彈簧在同一載荷下能提供1.95的變形量。外部2個對合蝶形彈簧的作用為：（1）在安裝調試時通過調整螺母調整彈簧座到初始位置，調整方便；（2）給調節螺母施加一個預緊力，防止調節螺母在運行過程中松掉；（3）當擠壓調節擋輪的載重底板運行離開此傳動輥道，彈簧座在內部蝶形彈簧的作用下恢復到初始位置，外部對合蝶形彈簧起到緩沖的作用，使彈簧座恢復得比較平緩、穩定，不會出現急回撞擊固定座。

6 可調擋輪工作原理

本可調擋輪結構安裝輥道一側的側板上，與安裝在輥道另一側的固定擋輪形成一個適合載重底板運行的適宜間隙。在安裝調整時將冷態載重底板置于輥道上，以固定擋輪側為基準，載重底板緊靠固定擋輪，可調擋輪又以載重底板為基準，調整調節螺母使彈簧座組件得到適宜的運行間隙（即結構的初始位置）。

當載重底板在前道工序中加熱到一定溫度后，運行到傳動輥道時，由于熱脹尺寸增大的載重底板接觸軸承、擠壓軸承使彈簧座滑動壓縮蝶形彈簧進入輥道，同樣當多個有尺寸偏差的載重底板加熱后運行到此傳動輥道時，通過蝶形彈簧壓縮量的變化來自行調整其適宜的運行間隙。

7 結語

本結構應用剛度大、緩沖吸振能力強、在較小的尺寸空間內能以較小變形承受較大載荷的對合組合式蝶形彈簧，解決傳動中不同的載重底板冷態和熱態下在同一個輥道上交替運行時，自動調整適宜的運行間隙。結構簡單，調整方便，成本低，可廣泛運用于此類運行環境。

參與文獻

[1] 成大先.機械設計手冊（第1卷）[M].北京：化學工業出版社，2007.

作者簡介：姜勛祥（1984-），男，貴州畢節人，東莞宏威數碼機械有限公司助理工程師，研究方向：機械設計制造。