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)(132/)(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 []31312.1)(32σπDP L L P d +-≥=35014.3272/2012.1272/8032⨯⨯⨯+⨯⨯=6mm按刚度计算)43(24223L L EJPL 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，64/2d J π=所以滚筒直径42123)43(8f E L L PL d π-≥=46222000/150101.214.33)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(13L 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(3.27212222===-=++--=++--=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xMM 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 =0.15-0.258.567.064/1014.3101.222972740)1(2)1(2)(24611013=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=-=-=x EJPLL 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⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-===222222222226211)11(/6/6r r r r G M r r r r G M h M h M r r ωμθωωθωωμωσσθθθ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅++----+=222132223ln )1(2)1()]1(ln )1[(cos ),(r r r R r r r R R R R Z r θθθω 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(126221232max2--+-==R R R h r R G h M r r θσMPa9.1)]178.0(78.0ln )178.0[(5.220)78.01(1000/1364122222=--+⨯-⨯⨯=)]1(ln )1[()1(1262221232max--+-==R R R h r R G h M μθσθθMPa95.0)]178.0(78.0ln )178.0[(5.220)78.01(1000/15.0364122222=--+⨯-⨯⨯⨯=在校核幅板强度时，一般只需要r σ即可。

根据弹性力学理论，幅板在弯曲力矩0M 的作用下，其转角3θ可以表达为[])1(4)1(ln )1(22203+--+=R G R R R M πθ[]364)5.01(12/5.2101.2)1(12/23223=-⨯⨯=-=μEh G由以上式子得到)1()1(322120max +--=R h r R M r πσ 因为21/r r R =<1，最大应力发生在幅板内径上，即发生在0,0==θr r 位置上。

为了确定m ax r σ最大时的相应高度h ，则M N L JK h Mh M •=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=7.512297067.064/1014.325.25.21340243311330 067.0)178.0178.078.0)(ln 5.01(14.33)11)(ln 1(32222221=+---=+---=R R R K μπ 带入求导可求出h ，所以当311L JK h ==0.6mm 时，m ax r σ最大，因此，在确定幅板厚度时，应确保311L JK h ≠=0.66mm 以提高滚筒寿命。

3.4轮毂尺寸的确定轮毂的宽度为1B ，采用锁紧器连接时，)6.0~4.0/(31L B =；采用过盈连接时，d B 68.11≤轮毂的直径(外径)N D 计算341---=C C C d D NN95.0)70036.1930()'(22=⨯==P C sC r σ36.1100/)075.065(=+=s r C σ其中N d 为轮毂内径（过盈连接时，N d 就是配合直径'd ，'d =1.05d ；锁紧器连接时，N d 为锁紧器外径），当采用锁紧器连接时，'P 就是锁紧器外环与轮毂之间的压强，此时'2'3K L d vd M P N nπ=2d v P M n ⋅⋅= 当采用过盈连接时，'P 就是轴与轮毂之间的压强，此时'2'2lK d v M P nπ=综上计算得到N D 大小为:mm C C C d D NN 10395.0495.0195.010341=-⨯--⨯=---=3.5滚筒厚度的确定滚筒体厚度的确定是滚筒设计中最无法确定的一个尺寸，至今没有令人满意的方法，主要是由于胶带与滚筒体之间的压力分布很难确定。

太厚浪费材料且影响滚筒的稳定，太薄强度不够。

因此，一般认为，只要滚筒的厚度大于等于幅板厚度即可。

同时设计可以参考表3.1选用表3.1 滚筒体厚度3.6 滚筒壳和滚筒轴的数控加工工艺滚筒主要由4个部件组成，其中轴承和卡簧为标准间件，滚筒轴和滚筒壳为非标件，因为应用在动态称重领域，对滚筒的要求非常高，市场上普通的标准滚筒根本不能满足要求。

必须要保证滚筒轴和壳的密度均匀，主动滚筒表面滚花，增加和输送带之间的摩擦。

滚筒壳和轴都属于轴类零件，轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。

轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，主要要求如下：1.尺寸精度比一般的零件的尺寸精度要求高。

轴类零件中支承轴颈的精度要求最高，为IT5～IT7；配合轴颈的尺寸精度要求可以低一些，为IT6～IT9。

2.形状精度高。

3.位置精度高，其一般轴的径向跳动为0.01～0.03，高精度的轴为0.001～0.005。

4.表面粗糙度比一般的零件高，支承轴颈和重要表面的表面粗糙度Ra常为0.1～0.8um，配合轴颈和次要表面的表面粗糙度Ra 为0.8～3.2um。

轴类零件一般常用的材料有45 钢、40Cr 合金钢、轴承钢GCr15 和弹簧钢65Mn，还有20CrMoTi、20Mn2B、20Cr等。

轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有一些大型或结构复杂的轴，在质量允许时才采用铸件。

由于毛坯经过锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

所以除了光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧料棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件。

另外轴类零件的毛坯还需要经过热处理。

轴的结构设计原则：1）节约材料，减轻重量尽量采用等强度的外形尺寸，或大的截面系数的截面形状。

2）易于轴上零件的精确定位，稳固装配拆卸和调整。

3）采用各种减少应力应用和提高强度的结构措施。

4）便于加工制造和保证精度。

轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。

一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点：1）零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。

2）渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。

3）粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

4）精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。