瓦楞纸板生产线堆码机输送部分链传动的设计与校核

2022-09-12

堆码机是瓦楞纸生产线的重要组成部分, 其作用是将生产加工好的瓦楞纸板进行快速传送和码放。堆码机分为两个主要部分, 输送部分和堆积码放部分。输送部分主要由链传动和皮带传动构成, 作为生产线连续生产的组成部分堆码机输送部分的故障会导致整条瓦线停止生产。本文对堆码机输送部分的链传动进行深入研究, 做出合理设计, 并且对链传动耐疲劳使用寿命和滚子链的耐磨损使用寿命进行计算。这两项校核工作可以得出滚子链的工作时间, 对于较为重要的链传动有着积极的意义, 能够控制滚子链的疲劳程度, 有效防止堆码机输送部分链传动故障对生产的影响。

1 堆码机输送部分链传动的设计

传动用滚子链主要指传动用短节距精密滚子链, 也包括它的加重系列和不带滚子的短节距精密套筒链。传动用短节距精密滚子链 (以下简称滚子链) 的应用最广、产量最多, 它的标准和设计计算方法在链传动领域具有重要的影响。

1.1 滚子链的结构形式以及基本参数

滚子链一般由内链节、外链节和连接链节组成。当安装链条时, 为连接链条两端, 可采用连接链节或过渡链节, 或者复合过渡链节。通常在设计传动中心距时, 应使链条具有偶数个链节。如设计要求链条的节数为奇数时, 就必须采用过渡链节或者复合过渡链节, 而复合过渡链节要稍好于过渡链节。另外还有多排滚子链, 它是由两排以上的单排标准滚子链并列组装而成。

滚子链一般分为A系列与B系列。A系列与美国标准ANSI B29.1-87相当, B系列则与英国滚子链标准BS 228-84相当。我国通常采用A系列。

滚子链有三个最重要的尺寸即节距、滚子直径和内链节内宽, 因为这些尺寸直接与其相配的链轮有关。

节距:节距是链条的基本特性参数。滚子链的公称节距是链条相邻两个铰接元件中心之间的距离公称值。通常所指的节距, 即为工程节距, 它用来进行链传动的设计计算, 特别是象链长、中心距、链轮尺寸、齿形等的几何计算。滚子链的测量节距是指链条在拉直情况下, 相邻滚子同侧母线间的距离, 它用来表达链条的制造精度或者磨损后的实际节距尺寸。

内链节内宽:它是内链节链板内侧之间的最小距离, 大约为节距值的5/8。

滚子直径:系指滚子外径, 约为节距值的5/8。

1.2 滚子链的设计

链条和链轮的选择应基于以下几点:

(1) 所传递的功率。

(2) 驱动和从动机械的类型。

(3) 中心距和轴的布置。

(4) 环境情况。

现在以堆码机输送部分后部链传动为例进行设计与寿命计算。

已知条件:链轮传动的功率为4kw;

中心距要求:1000mm>a>300mm;

工作情况:驱动机械和从动机械平稳运转。

1.2.1 滚子链的确定

暂设小链轮齿数Z1=17, 大链轮齿数Z2=35齿, 则传动比i=35/17=2.06, 中心距a=600mm, 单排链。

大链轮转数:

n2=v/πd

=220000/ (3.14×350)

=200 (r/min)

小链轮转数:

n1=i×n2

=2.06×200

=412 (r/min)

链条节距公式:

Pc= (f1×f2/f5) ×P (1)

式中:f1为工作情况系数[1], f1=1.0;

f2为齿数系数, f2=1.2;

f5为多排链排系数, f5=1.0;

功率:P=4kw。

代入公式 (1) 得:

Pc=5.28kw。

选择电机功率5.5kw。

可用单排滚子链16A, 它的节距p=25.4mm, 链条的具体尺寸参数可从GB1243.1-83中查得。

链长的计算 (以节数表示) 。

链节数公式:

X0=2a0/p+ (z1+z2) /2+f3p/a0 (2)

式中:f3:链长节数计算系数[1], f 3=8.207。

将f3=8.207代入公式 (2) 得:

X0=73.59;

取链节数为74节。

1.2.2 中心距的确定

中心距计算公式:

a=[2X0- (z1+z2) ]f4p (3)

式中:f4为中心矩计算系数, 其确定方法为:计算 (X0-z1) / (z2-z1) , 由计算结果得f4。

计算:

(X0-z1) / (z2-z1)

= (74-17) / (35-17)

=3.17

由计算结果得中心矩系数:f4=0.25016

将f4=0.25016代入公式 (3) 得:

a=6 1 0 m m

链传动布置见图1。

2 滚子链的耐疲劳使用寿命计算和耐磨损使用寿命计算

2.1 滚子链的失效形式

由于设计、制造、使用等多方面的差异, 链传动的失效形式是多种多样的, 但主要有以下几种。

(1) 链条疲劳破坏。在链传动中, 链条元件受变应力作用, 经过一定循环次数, 链板发生疲劳断裂, 滚子套筒发生冲击疲劳破裂。在润滑得当的条件下, 疲劳破坏是决定链传动能力的主要因素。

(2) 链条铰链磨损。是常见的失效形式之一, 磨损使链条总长伸长, 从而使链边垂度变大, 增大动载荷、发生振动、引起跳齿、加大噪声以及其他破坏, 如打坏链箱、链边互相碰撞、销轴因磨损削弱而断裂等。开式传动工作条件恶劣、润滑不良、链条铰链比压过大等均会加剧链条铰链的磨损, 降低其使用寿命。

2.2 滚子链的耐疲劳使用寿命计算

为使瓦楞纸板堆码机正常运转, 及时发现链疲劳, 以便更换, 不影响生产, 论文列出了链条疲劳寿命近似计算法公式:

T=[107/ (z1×n1) ]×[ (f5P0*) / (f1P) ]3.71× (X0/100) (4)

式中:T为使用寿命 (h) ;

z1为小链轮齿数, z1=17;

n1为小链轮转数, n1=412 (r/min) ;

f5为多排链排数系数, f5=1.0;

f1为工作情况系数, f1=1.0;

X0为链长, 以节数表示, X0=74。

P0*为由链板疲劳强度限定的额定功率, 由下式确定:

P0*=0.003z11.08n10.9 (p/25.4) 3-0.0028 (kw) (5)

将z1=17, n1=412 (r/min) , p=25.4代入公式 (5) :

得P0*=14.06kw。

将所得结果代入公式 (4) 得:

T=35400 (h) ;

滚子链耐疲劳使用寿命为35400小时。

2.3 滚子链的耐磨损使用寿命计算

链条的磨损使用寿命与润滑条件、许用的磨损伸长率有密切关系, 论文给出了滚子链耐磨损使用寿命计算公式:

T=91500× (c1c2c3/pr) 3× (X/v) ×[ (z1i) / (i+1) ][ (p/3.2d2) ] (△p/p) (6)

式中:

T为使用寿命 (h) ;

X为链长, 以节数表示:X=74;

V为链速 (m/s) ;

V= (3.14×d1×n1) / (60×1000) =3.67m/s。

式中:

z1为小链轮齿数, z1=17;

i为传动比, 不管减速或升速, 恒取大于1的形式代入;

△p/p:许用磨损伸长率, 按具体工作条件确定, 但在一般情况下取3%;

d2为滚子链销轴直径, d2=7.92;

c1为磨损系数, c1=3.0;

c2为节距系数, c2=1.27;

c3为齿数—速度系数, c3=0.92;

pr为铰链比压 (MPa) 。

铰链比压pr按下式计算:

pr= (f1F+Fc+Ff) /A (7)

式中:f1为工作情况系数, f1=1.0;

F为有效拉力 (即有效圆周力) 。

F=1000P/v

=5.5×1000/3.67

=1498N

式中:Fc为离心力引起的拉力 (当v≤4m/s时, Fc可忽略不计) ;

Ff为悬垂拉力;

悬垂拉力Ff计算公式:Ff= (2+sinα) Kfa×10-2 (8)

式中:Kf为悬垂拉力系数, 当链轮中心连线与水平面成60°, 中心距为610mm时悬垂拉力系数Kf=2.60。

将所得数值代入式 (8) , 得:Ff=45.46N。

式中:A为铰链承压面积 (mm2) , A值等于滚子链销轴直径d2与套筒长度b2 (即内链节外宽) 的乘积。即:

A=d 2×b2

=22.61×7.92

=179.07mm

将所求得各数代入公式 (7) 得:p r=8.90。

将所得数值代入公式 (6) , 得:T=38246

经计算链条的耐疲劳使用寿命:

T=35400 (h) ;

耐磨损使用寿命:T=38246 (h) 。

本设计链传动中心线对水平线的倾角小于60°, 且电机位置可以微调, 所以设计时不必设计张紧装置。

3 结语

依照瓦楞纸板生产线堆码机输送部分的生产技术要求, 设计出合理的链传动, 并且通过上述链传动的耐疲劳、耐磨损使用寿命的校核, 得出按照论文设计的链传动满足堆码机输送部分的工作需要。

摘要：链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动, 它兼有齿轮传动和带传动的一些特点, 链传动的应用范围十分广泛。短节距精密滚子链是应用最广泛的链传动, 在瓦楞纸板生产线中, 多处用到滚子链传动。有些机械设计者对于滚子链传动的设计主要依靠测绘或者工作经验, 缺乏理论依据, 造成链传动设计保险系数不当, 或对其失效时间不能准确掌握。本文以瓦楞纸板生产线堆码机输送部分的链传动为例, 阐述链传动的设计与校核, 保证滚子链传动科学有效的工作。

关键词：滚子链,设计,校核