基于覆膜技術的片材與薄膜結合裝置結構設計研究

胡義華， 諶炎輝， 蔣桂平， 張政潑， 賴顯渺

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

0 引言

覆膜就是將塑料薄膜與片材經加熱、加壓后使之黏合在一起，形成片材塑合一產品的加工技術。經覆膜的片材，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、耐化學腐蝕等作用。

作為覆膜機的核心設備——片材與薄膜結合裝置將HDPE膜與HDPE發泡片材經高溫高壓黏合在一起，形成一種全新的保溫材料，有優良的絕熱性能以及優異的防火性能。

結合裝置（如圖1）由印花輥筒（壓力輥筒）、復合輥筒（膠輥）以及冷卻輥筒3個大部分組成。為了保證結構緊湊，裝置分為上下兩層，上層為液壓缸、印花輥筒（壓力輥筒）、復合輥筒，下層為冷卻輥筒和傳動系統，所有輥筒均與電機輸出軸呈90°。

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

圖1 結合裝置整體結構

1 輥筒支撐結構設計

1.1 剖分式軸承座

在結合裝置中，輥筒長達1300 mm，且需要承受較大的壓力，對輥筒之間的平行度要求較高。普通的軸承座需要整體拆裝，在更換軸承時需要重新校對輥筒之間的平行度，難度較大，耗時較長，對生產影響較大。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架上，上半部由六角螺栓與下部聯接。更換軸承時，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對兩輥筒間的平行度進行檢驗，簡化了軸承的更換，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，實現高精度的軸向定位，本裝置采用了自鎖圓螺母與止推墊圈的設計。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和密封圈密封。軸承座內部采用油潤滑，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，設置軸肩，在緊靠軸承的外側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對稱布置，則在軸的兩端向中間卡死，限制輥筒軸向位移。

此設計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 調心滾子軸承

本裝置中印花輥筒（壓力輥筒）由左右兩個液壓缸共同驅動，最終頂死在復合輥筒（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，損壞機構，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，本裝置采用了調心滾子軸承，如圖4所示。調心滾子軸承工作轉速較低，主要承受徑向載荷，同時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載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。

圖4 調心滾子軸承

調心滾子軸承有兩列對稱型球面滾子，外圈有一條共用的球面滾道，內圈有兩條與軸承軸線傾斜一角度的滾道，具有良好的調心性能，當軸受力彎曲或安裝不同心時軸承仍可正常使用，能補償同軸度誤差。

2 斜楔距離調整組件

本裝置需要對印花輥筒（壓輥）與復合輥筒（膠輥）之間的距離在0～5 mm的范圍內進行調節，對距離調整組件要求為：1）結構簡單，體積小；2）調節方便，準確度高。

如圖5、圖6所示，斜楔分為左右兩部分，對稱安裝在印花輥筒（壓輥)與復合輥筒（膠輥）的軸承體上，內部螺桿由外壓板和內壓板中的深溝球軸承支撐，并與斜楔相連，中間通過聯軸節和銷釘由一根細桿連接。當手輪轉動時，驅動螺桿移動，螺桿通過中間細桿驅動左右斜楔同時移動。當斜楔移動時，軸承體便相應移動，達到調節距離的目的。

圖5 斜契結構

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

在斜楔設計中，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；導程 L=2 mm；斜楔斜度 tan?=0.2。

圖6 斜楔安裝

則滾珠絲杠每轉動一周，斜楔水平距離移動2 mm，斜楔垂直距離移動，即兩輥間距離相對變化為S=L·tan?=2×0.2=0.4 mm，從而實現了高精度的距離調節。

在斜楔使用過程中，應保證良好的潤滑，防止楔面和螺桿較大磨損。

3 張緊輪裝置設計

結合裝置中錐齒輪箱輸出軸與復合輥筒之間采用鏈傳動，使用鏈條為16 A，節距P=25.4 mm，根據設計草圖和三維建模，錐齒輪箱輸出軸與復合輥筒伸出軸端中心距較大。在鏈傳動中，鏈條為金屬制造，彈性變形小，故鏈條易松動，鏈條松動后易產生震顫，對機構穩定性不利。所以布置張緊輪，對鏈條進行張緊，保證裝置傳動、運行穩定。

圖7 張緊輪結構

如圖7所示，張緊鏈輪安裝在滑動板上，滑動板在兩邊導向條的導向下，能做上下移動。滑動板上開有腰孔，能在不同位置上固定滑動板。這樣能實現張緊鏈輪在較大距離上移動，更大范圍地張緊鏈條。

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

4 結論

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，從而實現了結合裝置結構緊湊、布局合理、拆裝方便、維修保養簡便、噪聲小、工作穩定可靠。

［1］ 盧秉恒.機械制造技術基礎［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［2］ 王益民.液壓與氣壓傳動［M］.北京：東北師范大學出版社，2012.

［3］ 吳宗澤.機械設計課程設計手冊［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［4］ 柯建宏.機械制造技術基礎課程設計［M］.武漢：華中科技大學出版社，2012.