基于覆膜技术的片材与薄膜结合装置结构设计研究

胡义华， 谌炎辉， 蒋桂平， 张政泼， 赖显渺

（1.广西科技大学，广西柳州545006；2.桂林广陆数字测控股份有限公司，广西 桂林541004）

0 引言

覆膜就是将塑料薄膜与片材经加热、加压后使之黏合在一起，形成片材塑合一产品的加工技术。经覆膜的片材，由于表面多了一层薄而透明的塑料薄膜，表面更平滑光亮，从而起到防水、防污、耐磨、耐摺、耐化学腐蚀等作用。

作为覆膜机的核心设备——片材与薄膜结合装置将HDPE膜与HDPE发泡片材经高温高压黏合在一起，形成一种全新的保温材料，有优良的绝热性能以及优异的防火性能。

结合装置（如图1）由印花辊筒（压力辊筒）、复合辊筒（胶辊）以及冷却辊筒3个大部分组成。为了保证结构紧凑，装置分为上下两层，上层为液压缸、印花辊筒（压力辊筒）、复合辊筒，下层为冷却辊筒和传动系统，所有辊筒均与电机输出轴呈90°。

伺服电机与伺服减速机直接连接；伺服减速机通过联轴器与锥齿轮箱相连；锥齿轮箱输出轴同时安装齿轮与链轮，齿轮与冷却辊筒伸出轴段齿轮相连，链轮通过链条带动复合辊筒（胶辊）转动，复合辊筒（胶辊）通过摩擦力带动印花辊筒（压力辊筒）转动。这样布置使得复合辊筒（胶辊）与冷却辊筒转速相同而转向相反，完全满足薄膜和片材的输送要求。

图1 结合装置整体结构

1 辊筒支撑结构设计

1.1 剖分式轴承座

在结合装置中，辊筒长达1300 mm，且需要承受较大的压力，对辊筒之间的平行度要求较高。普通的轴承座需要整体拆装，在更换轴承时需要重新校对辊筒之间的平行度，难度较大，耗时较长，对生产影响较大。而采用剖分式轴承能有效解决问题。

剖分式轴承座分为上下两部分，下半部用六角螺钉固定在机架上，上半部由六角螺栓与下部联接。更换轴承时，只需拆卸上半部，下半部依旧保持原位，这样只需在最初安装时对两辊筒间的平行度进行检验，简化了轴承的更换，也有效保证了之后辊筒之间的平行度。

剖分式轴承座能有效地进行径向定位，而轴向定位难以保证。为了防止辊筒较大的轴向位移，实现高精度的轴向定位，本装置采用了自锁圆螺母与止推垫圈的设计。如图2所示，轴承由卡圈固定在轴承座中，轴承座的大端由密封圈密封，轴承座小端由防尘环和密封圈密封。轴承座内部采用油润滑，轴承座上半部开有注油孔，方便注油、换油。在辊筒轴上加工螺纹和键槽，设置轴肩，在紧靠轴承的外侧依次安装止推垫圈与自锁圆螺母。轴的另一端如图3布置，即与图2对称布置，则在轴的两端向中间卡死，限制辊筒轴向位移。

此设计很好地解决了辊筒径向和轴向定位问题，并能做到拆装方便。

图2 剖分式轴承座一端

图3 剖分式轴承座一端

1.2 调心滚子轴承

本装置中印花辊筒（压力辊筒）由左右两个液压缸共同驱动，最终顶死在复合辊筒（胶辊）上。在拉拔和压紧的过程中，左右两液压缸难以保证速度一致，容易造成印花辊筒（压力辊筒）偏斜，损坏机构，故普通的深沟球轴承难以满足本装置要求。

为了解决该问题，防止印花辊筒（压力辊筒）过度偏斜，本装置采用了调心滚子轴承，如图4所示。调心滚子轴承工作转速较低，主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。

图4 调心滚子轴承

调心滚子轴承有两列对称型球面滚子，外圈有一条共用的球面滚道，内圈有两条与轴承轴线倾斜一角度的滚道，具有良好的调心性能，当轴受力弯曲或安装不同心时轴承仍可正常使用，能补偿同轴度误差。

2 斜楔距离调整组件

本装置需要对印花辊筒（压辊）与复合辊筒（胶辊）之间的距离在0～5 mm的范围内进行调节，对距离调整组件要求为：1）结构简单，体积小；2）调节方便，准确度高。

如图5、图6所示，斜楔分为左右两部分，对称安装在印花辊筒（压辊)与复合辊筒（胶辊）的轴承体上，内部螺杆由外压板和内压板中的深沟球轴承支撑，并与斜楔相连，中间通过联轴节和销钉由一根细杆连接。当手轮转动时，驱动螺杆移动，螺杆通过中间细杆驱动左右斜楔同时移动。当斜楔移动时，轴承体便相应移动，达到调节距离的目的。

图5 斜契结构

斜楔左右两部分又可拆分为两部分，一部分安装在复合滚筒（胶辊）上固定不动；另一部分安装在印花辊筒（压辊）上，随印花辊筒（压辊）移动。如此布置，保证了复合辊筒（胶辊）仅作转动，而印花辊筒（压辊）仅作前后移动，能提高装置的稳定性及工作可靠性。

在斜楔设计中，斜楔斜度为1∶5，斜度较小保证斜楔装置所受轴向力较小，轴向力仅为F轴向=F径向·tanδ=35000×0.2=7000 N。斜楔所用的精密滚珠丝杠轴径D=10 mm；导程 L=2 mm；斜楔斜度 tan∂=0.2。

图6 斜楔安装

则滚珠丝杠每转动一周，斜楔水平距离移动2 mm，斜楔垂直距离移动，即两辊间距离相对变化为S=L·tan∂=2×0.2=0.4 mm，从而实现了高精度的距离调节。

在斜楔使用过程中，应保证良好的润滑，防止楔面和螺杆较大磨损。

3 张紧轮装置设计

结合装置中锥齿轮箱输出轴与复合辊筒之间采用链传动，使用链条为16 A，节距P=25.4 mm，根据设计草图和三维建模，锥齿轮箱输出轴与复合辊筒伸出轴端中心距较大。在链传动中，链条为金属制造，弹性变形小，故链条易松动，链条松动后易产生震颤，对机构稳定性不利。所以布置张紧轮，对链条进行张紧，保证装置传动、运行稳定。

图7 张紧轮结构

如图7所示，张紧链轮安装在滑动板上，滑动板在两边导向条的导向下，能做上下移动。滑动板上开有腰孔，能在不同位置上固定滑动板。这样能实现张紧链轮在较大距离上移动，更大范围地张紧链条。

滑动板上部有两个定位块。两个螺栓通过定位块顶在滑动板上表面。这样布置，能牢牢固定滑动板，给链条提供较大的张紧力。

4 结论

采用剖分式轴承、自锁圆螺母与止推垫圈，解决了辊筒径向和轴向定位问题，并能做到拆装方便，从而实现了结合装置结构紧凑、布局合理、拆装方便、维修保养简便、噪声小、工作稳定可靠。

［1］ 卢秉恒.机械制造技术基础［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［2］ 王益民.液压与气压传动［M］.北京：东北师范大学出版社，2012.

［3］ 吴宗泽.机械设计课程设计手册［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［4］ 柯建宏.机械制造技术基础课程设计［M］.武汉：华中科技大学出版社，2012.