毕业论文设计带式输送机托辊轴端部密封结构的设计

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1、诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 2015 年 6 月 1 日 毕业设计任务书设计题目： 输送带托辊轴端部密封结构设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 112011239 学生： 指导教师（含职称）： （副教授） 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解常用机械加工设备应用以及输送带系列产品结构原理、熟练掌握机械及相关产品及其零部件结构等方面的设计方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事结构设计等方面的工作打好基础。2主要任

2、务（1）通过对现有托辊端部密封结构的深入了解，针对已有的托辊结构，设计托辊轴端部密封结构的方案，并绘制该方案的结构总体图。 （2）设计结构总体图中所有非标零部件结构图。 （3）对所有非标零部件结构进行尺寸设计计算。 （4）针对以上设计过程，完成设计说明书一本。 3主要参考资料 1. 王伯平. 互换性与测量技术基础M. 北京: 机械工业出版社，2013 2. 屈华昌. 塑料成型工艺及模具设计M. 北京: 机械工艺出版社，2000 3. 王运炎. 机械工程材料 M. 北京: 机械工业出版社，20144. 濮良贵. 机械设计 M. 北京: 高等教育出版社，2006 年5. 张世昌. 机械制造技术基础

3、 M. 北京: 高等教育出版社 2006 4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1分析题目，确定设计思路 3 月 3 日3 月 23 日2学习相关知识，收集资料、确定方案3 月 24 日4 月 13 日3设计结构总图，及所有非标零件图等4 月 14 日5 月 4 日4编写设计说明书5 月 5 日6 月 1 日5完成毕业论文及答辩工作6 月 2 日6 月 22 日审核人审核人： 2014 年 12 月 30 日太原工业学院毕业设计带式输送机托辊轴端部密封结构的设计带式输送机托辊轴端部密封结构的设计摘要:本文主题是对输送带托辊轴端部密封结构的设计，其主要目的是对托辊轴承进行密封，从而保证托辊的使用

4、寿命。本设计主要针对矿用托辊轴端密封结构的设计。使用的方法：对带式输送机运行时辊筒、辊轴、轴承的运动状态以及工作环境的分析，得出密封结构的设计方案。托辊的密封结构采用的是以迷宫式密封结构为主，而防尘盖设计有辅助密封圈（接触式密封结构）。本文对托辊的密封技术进行了一定的研究。同时对带式输送机和托辊材料及密封结构的关系进行一定的阐述说明。国内外对托辊的密封结构早有研究，针对矿用托辊密封结构的研究专利也已经有很多。在这些研究专利中，很多密封结构的是根据动密封结构中的非接触式迷宫密封结构进行的优化研究改进所得。研究的主要思路是以添加辅助密封结构来实现提高托辊密封性能。但随着密封件的增加，托辊的成本也随

5、之增加，这样使得产品推广应用所受阻力。本课题的创新点是：（1）防尘盖采用与类唇式密封结构相结合。解决了迷宫密封中静态密封性低的缺陷。这样不但增添了辅助密封圈，而且非标零部件的数量上没有增加。（2）使密封件从简采用了胶封工艺。这样使得密封结构更为紧固，保证了各部件的同轴度。还降低了装配时对托辊的质量上的损害。 关键词：带式输送机，迷宫式密封，辅助密封太原工业学院毕业设计Design of seal structure for the end of roller shaft of belt conveyorAbstractAbstract: The theme of this paper is t

6、he design of the seal structure of the roller shaft end of the belt, the main purpose is to seal the roller bearing, so as to guarantee the service life of the roller. The main use of the method is that the operation of the belt conveyor roller, roller, bearing the motion state of the analysis, and

7、put forward the sealing structure design scheme for using sealed type sealing structure, dust cover design as auxiliary seal ring and auxiliary seal into static seal structure. In this paper, the roller of the sealing technology was studied. At the same time for belt conveyor and idler materials and

8、 explains the relationship of sealing structure. Actually roller seal design early studies, there are also many breakthroughs. Study of mine roller seal structure patent already have many .In these studies patent design of seal structure is based on the early some non-contact labyrinth seal structur

9、e of dynamic sealing structure is improved. With the increase of the seals, affected by the resistance of the product promotion can also be multiplied above. This topic of the innovation points are: (1) the dust cover adopts combined with type of lip seal structure. Such not only solved the labyrint

10、h, the defect in the static sealing low and did not increase the number of non-standard parts.(2) simple using the rubber sealing technology make the seals. This makes more fastening sealing structure, ensure the alignment of all parts. Also reduces the assembly time about the quality of the roller

11、on the damage.Key words: belt conveyor, labyrinth seal，Auxiliary seal太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页0目录目录1 1、绪论、绪论 .21.11.1 带式输送机的应用带式输送机的应用 .21.2 托辊的种类托辊的种类 .31.3 技术背景技术背景 .51.4 现有密封结构现有密封结构 .51.5 矿用托辊特殊使用工况介绍矿用托辊特殊使用工况介绍 .71.5.1 煤矿工作环境.71.5.2 除尘方法.81.61.6 本章小结本章小结 .82、设计内容、设计内容.102.12.1 托辊直径的选择托辊直径的选择 .102.

12、22.2 辊筒材料的选择辊筒材料的选择 .102.2.1 超高分子量聚乙烯材料托辊特点.112.2.2 超高分子量聚乙烯托辊带宽和辊筒长度的选择.122.2.3 超高分子量聚乙烯托辊的厚度选择.132.32.3 托辊轴承的选择托辊轴承的选择 .142.3.1 轴承型号的确定.142.3.2 托辊轴承尺寸的选择.152.42.4 轴基本尺寸的确定轴基本尺寸的确定 .162.52.5 本章小结本章小结 .163 3、托辊密封结构设计、托辊密封结构设计.163.13.1 托辊的密封结构种类托辊的密封结构种类 .163.1.1 最早使用的密封结构是迷宫式密封结构.173.1.2 新材料新结构托辊.17

13、3.1.3 唇式密封托辊代替迷宫密封托辊.173.23.2 迷宫密封结构迷宫密封结构 .183.2.1 迷宫密封结构及材质.18太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页13.2.2 辅助密封结构及选材.193.33.3 本章小结本章小结 .194 4、托辊密封件的尺寸，装配、托辊密封件的尺寸，装配.194 41 1 轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定 .204.24.2 装配公差及零件放大图装配公差及零件放大图 .204.34.3 表面粗糙度表面粗糙度 .224.44.4 形状公差和位置公差形状公差和位置公差 .244.34.3 本章小结本章小结

14、 .245 5、非标零部件的加工工艺、非标零部件的加工工艺.255.15.1 密封结构的零部件材料密封结构的零部件材料 .255.25.2 注塑成型技术注塑成型技术 .255.35.3 密封胶密封胶 .275 54 4 装配装配 .275.55.5 本章小结本章小结 .286 6、结论、结论 .29文献文献.30致谢致谢.32太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页21、绪论1.1 带式输送机的应用带式输送机，它在家用电器、电子领域、各种电器、机械工业、烟叶加工场等多种领域中被很大范围的采用。物品的组织安装、质量检验测试、调整实验、装包到运输等也大量使用带式输送机。带式输送机按运输能力分为：

15、重型带式输送机，例如矿用带式输送机如图1.1 所示；轻型带式输送机，例如电子，塑料，食品加工，轻工业，化工，医药等行业。带式输送机拥有的运输能力很强大，运输的距离很远。它的构造简易，而且容易维护。它还能很便捷地实行程序化控制和自动化操作。带式输送机的输送带可以运输 100kg 以内的物体。带式输送机在运行时的优点：一，能高速运行；二，它的运行很平稳；三，它运行时产生的噪声很小；四，可以有坡度的运行。所以在生产运输中，大多数采用的是带式运输机。如图 1.1 所示，煤矿井上煤块和煤粉运输所用的带式运输机。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页3 1.2 托辊的种类带式输送机中托辊为重要部件之一

16、。托辊的种类多种多样，而且使用的数量巨大。输送机成本的百分之三十五左右用于托辊。而托辊运行时所产生的阻力是输送机的百分之七十左右。故托辊的优劣尤其重要。托辊的种类很多。按托辊的制作材料来分有：橡胶托辊、陶瓷托辊、尼龙托辊、绝缘托辊、超高分子量聚乙烯托辊、玻璃钢托辊、聚氨脂托辊、酚醛树脂托辊、脲醛树脂托辊、钢制托辊、铸石托辊、钢制托辊、PVC 托辊。最常用的托辊是钢制托辊、尼龙托辊、脲醛树脂托辊。按托辊的用途分：承载托辊、回程托辊。因本课题研究的是矿用托辊的密封结构，其为承载煤矿运输的托辊。故根据托辊的用途可选出托辊类型为平行托辊。平行托辊，其适用于没有槽角要求的带式输送机上承载输送带及物料的托

17、辊。 图 1.1-2（单位：mm） 图 1.1-2 是根国标 GBT10595-2009 得出，输送机的使用环境温度为零下二十五摄氏度到四十摄氏度之间。平托辊有 89、108、133、193.7、217 等多种直径的托辊。使用得最多的是 89、108、133、159 这四种直径的托辊。带宽初太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页4选为 800mm,辊子长度初选为 465mm。1.3 技术背景 带式输送机应用于很多场合，如煤矿产品的运输传送过程中。煤矿输送的工作环境恶劣，使得带式输送机的机械结构缺陷暴露无遗。在粉尘、水汽的侵蚀下，铁制托辊辊筒内部会产生铁锈。尤其是托辊的轴承座，由于水汽、粉尘

18、的入侵，导致其润滑脂变质，轴承失效，使得带式输送机无法正常运行。托辊密封结构的设计已经进入实用新型输送机技术领域，其密封性能的好坏成为托辊使用寿命长短判断的标准之一。最初人们认为是轴承选用不合理导致轴承失效，当时带式输送机大量使用的轴承时 204、205 系列。现在广泛使用的是204KA、205KA、305KA、306KA、704KA 系列大游隙专用轴承。使用了大游隙专用轴承后，托辊仍然出现因轴承失效导致托辊损坏的现象。最终人们找到了导致轴承失效的两个原因:一是，由于轴承在托辊运行时所产生的呼吸效应使得润滑脂在带式输送机运行过程中逐渐减少，使得轴承运作时的阻力逐渐变大，滚珠的磨损变大，最终导致

19、轴承失效。但只是在托辊高速运转时呼吸效应的影响才会变得明显。二是，由于带式输送机在粉尘密度高的环境下长期工作，导致粉尘入侵轴承的润滑脂，使润滑脂变质。滚珠在变质的润滑脂中滚动等同运行时滚珠受的的是干摩擦。长此以往，滚珠势必会磨损至轴承失效。 （矿用带式输送机的轴承失效主要是原因二，设计的主题为防尘）1.4 现有密封结构经以上分析得，托辊失效的主要原因是粉尘的入侵使润滑脂失效，润滑脂失效导致轴承的失效。所以保证润滑脂长期有效是保证托辊使用寿命长的主要方式之一。而要保证润滑脂长期有效的最佳方法是让托辊的密封结构能防水防尘。设计一个能使托辊能防水防尘的密封装置是很有必要的。即，托辊密封结构的密封效果

20、好，是保证托辊使用寿命的重要因素。托辊密封结构的相关研究太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页5集中在迷宫密封领域。迷宫密封，于二十世纪六十年代开始研究并运用于实际生产之中的密封结构。通过迷宫结构产生结构效应达到密封效果。 图 1.4-1 迷宫密封结构原理图 图 1.4-2 迷宫密封原理示意图 由图上所示迷宫密封结构图及原理图可知，迷宫密封是一系列节流齿隙和膨胀空间构成的非接触式密封结构主要用于空气介质的密封，迷宫密封结构的三种典型结构有，阶梯型，交错型，直通型。迷宫式密封结构中内密封圈与外密封圈间存在间隙，一个密封圈随着辊轴转动，另一个密封圈这是与轴承座连接，即无固体接触。迷宫密封圈之间

21、间隙需要把有热膨胀差计算在内。迷宫密封结构适用于高温、高压和高转速的工作场地。它的结构不但简单而且性能稳定可靠。迷宫密封的唯一缺点是泄漏大，为进一步减少泄漏气膜润滑机械密封，刷型密封等密封新形式迷宫密封结构相关尺寸如表-密封设计手册 图 1.4-3 径向迷宫密封的基本尺寸（单位：mm） 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页6根据国标 GBT10595-2009 得到托辊辊子装配时，轴承与密封圈（迷宫式密封）中应许入的性能不低于国标 GB7324-1994 所规定的 2 号锂基润滑脂。轴承的充油量应为轴承间隙的 2/3 到 3/4，密封圈的间隙应充满。1.5 矿用托辊特殊使用工况介绍 本课

22、题是对矿用带式输送机托辊轴端部的密封结构设计。托辊为带式输送机的主要组成部件之一。我国地下含有丰富的煤矿资源，可开采储蓄量于世界前茅。而大多数煤矿资源位于地下几十米至几百米深的位置，所以需要井下工作开采。1.5.1 煤矿工作环境目前，已被大规模推广的采煤方式为使用水力采煤，综合采煤机的连续或半连续开采法等采煤技术。除了水力采煤法外其他机械或人工采煤法，工作环境中有大量的粉尘，包括岩尘、煤尘及其他有害粉尘。表 1.5.1名称粒径 mm煤尘0.751岩尘0.010.045 以下其它粉尘其余采掘工作面的产尘量是全矿井的百分之八十五以上，无防尘的状态下，综采工作面粉尘浓度为五千毫克每立方米。大量粉尘存

23、在会对机械设备和仪器、仪表产生损害。煤矿产生的粉尘对环境也有严重的污染，也对工作人员的身体健康有很大的危害。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页7图 1.5.1 国家对采掘煤矿过程中粉尘浓度有明确规定煤矿安全规定 1.5.2 除尘方法主要采用的除尘方法有六种：通风、喷雾、空气幕、化学、除尘器及工作人员个体防护。其中喷雾除尘和个体防护被大量使用。尽管煤矿的采掘和输送过程中采用了各种各样的降尘措施和手段，煤矿井下设备仍然需要具备防尘性能。应用于煤矿井下带式输送机托辊除了阻燃、抗静电等设备的技术指标外，还要具备防尘，防水汽污染的性能。在粉尘、水汽的侵蚀下，铁制托辊辊筒内部会产生铁锈， 。尤其是

24、托辊的轴承座，由于水汽、粉尘的入侵，导致其润滑脂变质，使得带式输送机无法正常运行。国标 GB/T10595-2009 对托辊的防水防尘性能做出了相应的规定。1.6 本章小结本章从托辊的基本种类和结构分析，以及托辊密封结构的分析。再结合在煤矿工作场地的实际情况分析，从而得到了托辊轴端部的基本密封结构。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页82、设计内容本设计的目的是提供一种带式输送机的密封结构，可以很好的阻止水汽、粉尘对轴承的入侵。为了达到该目的，采用的技术方案：带式输送机托辊轴端部的密封结构，针对辊筒、辊轴、轴承及轴承座之间的密封，其结构有三，迷宫式密封结构的内密封圈和外密封圈，防尘盖，轴

25、承座。其密封效应：防尘盖与辊轴的过盈配合其主要是托辊停止工作时阻止粉尘，水汽入侵轴承，迷宫式密封圈是针对托辊运行时对辊轴轴端部的密封，其动态密封性能好。2.1 托辊直径的选择 图 2.1 托辊辊径与带速和辊子的转速的关系 图 2.2 出自托辊选用指南 ，由图 2.2 可知，托辊的辊径与转速之间的关系。线速度相同时，辊径越大，其转速越小。辊径越小，其转速越大。在一般情况下，转速越大，其托辊的寿命越短。而在采掘过程中，随着其机械化程度的提高，单位时间的运输量也逐渐变大。故采用的托辊辊径也逐渐变大。但是辊径越大，托辊的重量也越大。综合选择，选直径为 108mm 的托辊。太原工业学院毕业设计 第 页

26、共 37 页9 2.2 辊筒材料的选择 图 2.2 根据托辊使用的环境选用托辊的材料（出自焦作三岛机械有限公司）煤矿工作环境属于特殊的工作环境。因煤矿采掘工作场地的粉尘量极大，故选用超高分子量聚乙烯托辊。2.2.1 超高分子量聚乙烯材料托辊特点 由上述可知煤矿工作的环境湿度大，粉尘浓度高。辊筒的材料有碳钢镀锌、碳钢镀铬、碳钢铸胶、碳钢铸聚氨脂、碳钢包热塑胶、碳钢喷塑、不锈钢、铝合金、工程塑料。根据环境选择工业塑料，工业塑料中超高分子聚乙烯主要特点如下： 它具有较好的耐磨性。目前所有的工程塑料之中超高分子量聚乙烯材料的质量性能最优。它的性能是钢材的七倍。它具有良好的耐腐蚀性：不但耐酸、碱盐还耐洗

27、涤剂的腐蚀。它的表面很光滑即（静摩擦系数为 0.007）。它的自我润滑性能也是极为优秀的。抗冲击性好：它的抗冲击性强大，可比聚四氟乙烯的抗冲击强上八倍，10 倍的尼龙 66，20 倍的聚氟乙烯。抗老化性好：相比与一太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页10般的塑料，更不易老化。电性能好：体积电阻大，达到 1018-cm，击穿电压达 50KV/mm，介电常数为二点三。使用卫生：无味、无毒、无臭，本身无腐蚀性。重量轻：重量是钢的七分之一，极大地便利了 装卸、运输、安装和使用。 本文中超高分子量聚乙烯（UHMWPE）托辊是由 UHMWPE 管材，轴和轴承都是金属、轴承座及密封圈等组装的密封结构采

28、用的是非金属材料。金属与超高分子量聚乙烯两种材质的托辊相比，UHMWPE 材质的托辊使用性能上具有了很多的优势。UHMWPE 材质的托辊拥有很优秀的自润滑性、耐磨损性以及不粘结性。所以托辊的表面就会拥有不会粘 附和堆积物料，它的表面也很难结垢。此外，该材质的托辊的摩擦系数也很小。这样可以极大降低了托辊和输送带之间摩擦力。即使转不动的时候，也不可能会出现“咬伤”输送带的事故。 超高分子量聚乙烯托辊的运行平稳而且较为轻灵。所以制动它的耗电量很低。它还能很有效的使输送机在输送物料时输送带的跳动、跑偏、溢料、掉料以及输送带的磨损等等这些现象降低。它的密度相对要小：UHMWPE 托 辊的重 量通常情况下

29、只是同种型号的金属托辊 1/3，不但装换都很简单，而且它的转动 惯量要小，噪音也很低和它的运转很是平稳。这样不但减轻了输送机的劳动强度以及维护量。其有着显著的经济效益。 UHMWPE 托辊规格：直径（mm） 63.5，76，89，102，108，133，159，194，219；长度（mm）1903000。UHMWPE 托辊输送的承载性能及定制非标准型号托辊2.2.2 超高分子量聚乙烯托辊带宽和辊筒长度的选择在表 1-5 所示，在辊子直径（d）为 108mm 的时候，带宽（B）有五个选择 650mm、800mm、1000mm、200mm、1400mm。在所有我看到的期刊里 800mm 的带宽它的

30、使用是最为普遍的。故我选这我的辊子的带宽也是 800mm。此时的辊筒的长度（L）有三个选择：315mm，465mm，950mm。我参照的是期刊新型密封结构托辊及其实验机的设计研究作者李小磊。选用的是选用的是 465mm 的辊筒长度。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页11表 2.2.2 为 UHMWPE 托辊的尺寸参数带宽（B）辊筒直径（d）辊筒长度（L）带宽（B）辊筒直径（d）辊筒长度（L）300160,380200465,700,1400400160,250,5001400108,133,159530,800,160050063.5,76,89200,315,6001600600,9

31、00,180065076,89,108250,380,7501800670,1000,200080089,108,133315,465,9502000750,1100,20001000108,133,159380,600,11502200133,159,194800,1250,25002.2.3 超高分子量聚乙烯托辊的厚度选择表 2.2.3 是根据 汤阴华祥/三有塑业有限公司提供的数据得到的。当超高分子聚乙烯托辊的外径为 108mm，辊筒长是 465mm 的矿用托辊辊筒的厚度为 10mm。与行标 MT/T1019-2006 中金属托辊的最小内径比较得出的。 表 2.2.3-1 HDPE 与铸铁

32、托辊的径向尺寸参数对比参数名称HDPE铸铁外径108mm108mm几何参数内径88mm99mm金属托辊的质量标准如表 2.2.3 示，它也是根据行标 MT/T1019-2006 得出的。而非金属托辊辊筒的外径和辊筒的允许偏差与金属托辊的辊筒外径相同时的允许偏差是一样的。不过非金属托辊辊筒的壁厚的正负偏差不得大于其壁厚的百分之十。非金属托辊辊筒的同截面壁厚差要小于等于百分之一十五。管体的两个端面要于托辊的中心线垂直。而管体每米长度上的直线度不能大于 0.5mm/m。辊筒的表面不可以出现裂缝、结巴、折叠、分层、搭焊等缺陷。辊筒的表面允许有的深度不能超过其正负偏差的最大值。即允许有刮伤、划道和压痕等

33、太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页12等轻微的缺陷存在。 表 2.2.3-2 直径为 108mm 的托辊的尺寸偏差允许偏差壁厚 S（mm）外径（mm）壁厚同截面壁厚差直线度（mm/m）3.24.5-0.70+0.70-8%S+8%S7.5%0.5 综上所述，托辊为上平行托辊，为超高分子量聚乙烯托辊。托辊的外径为108mm，内径为 88mm，壁厚为 10mm，长度是 465mm。选用的是高密度聚乙烯（HDPE） 。托辊的密封结构为迷宫式密封。采用的润滑脂为 2 号锂基润滑脂。轴承的充油量应为轴承间隙的 2/3 到 3/4，密封圈的间隙应充满。 、图 2.2.3-3 托辊辊筒的外形基本要求

34、太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页13图 2.2.34 辊筒结构示意图2.3 托辊轴承的选择2.3.1 轴承型号的确定表 2.3.1 根据常用托辊型号规格一览表中平托辊（单位：mm）托辊的直径托辊的长度选用轴承的型号8918011502041081901600204 205 305 3061333052200205 305 3061593753150305 306 308根据表 2.3.1 及上文可得外径为 108mm 长度为 465mm 的托辊可选用的轴承型太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页14号有 204、205、305、306，由上文可知 目前204KA、205KA、30

35、5KA、306KA、704KA 大游隙专用轴承被大量使用。2.3.2 托辊轴承尺寸的选择表 2.3.2 托辊使用的轴承尺寸（中华轴承网）新国内外称号旧称内径外径厚度润滑脂作用的最高重量620420420mm47mm14mm14000r/min0.106kg620520525mm52mm44mm13000r/min0.128kg630530525mm62mm17mm11000r/min0.232kg630630530mm72mm19mm6600r/min0.346kg6204TN/YA204KA20mm47mm14mm0.089kg6205TN/YA205KA25mm52mm15mm0.115k

36、g6305TN/YA305KA25mm62mm17mm0.210kg6306TN/YA306KA30mm72mm19mm0.312kg6004TN/YA704KA20mm47mm12mm0.052kg 图 2.3.2 轴承的零件示意图根据表 2.3.2 可看出，专用大游缝隙深沟球轴承204KA、205KA、305KA、306KA 及专用轴承 704KA 相对于深沟球轴承204、205、305、306 无论重量上还是转速上都有很大的变化。由此可见，专用轴承更适合当辊轴。采用 6204TN/YA.6204TNYA 的优点是结构紧凑，重量轻，相对于 6204 的轴向尺寸更为缩小，转速高，磨损小，使用

37、寿命长，只需要少量的润滑剂就可以正常运行。图 2.3.2 为型号为 6204NT/YA 的轴承图，图 2.3.2 出自中华轴承网。轴承选型完成后，轴的直径可以确定为 20mm。2.4 轴基本尺寸的确定经过输送辊筒产品选用手册-2012可以确定轴的长度，及外牙尺寸。即太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页15轴长为 465mm+28mm=493mm，同轴两牙的最近距离为465mm+10mm=475mm，牙深为 6mm。同径面两牙距离为 14mm。轴的材质选用，选用的是 20 冷轧钢。图 2.4 根据辊筒的长度得出轴的基本尺寸2.5 本章小结本章节确定了托辊标准件辊筒、辊轴、轴承的基本尺寸、型

38、号及材质。为下一章的密封结构的尺寸确定打好基础。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页163、托辊密封结构设计3.1 托辊的密封结构种类3.1.1 最早使用的密封结构是迷宫式密封结构由于迷宫密封的缺点是泄露大。在托辊停止运行的时候，单只有迷宫式密封的话，此时的密封效果最差。由此当前又提出了几种密封手段。3.1.2 新材料新结构托辊传统托辊的很多零部件采用的是金属，而金属的重量很大。导致托辊的重量很大，不利于装卸、搬运等。传统托辊的零部件很多，除了标准件辊筒、轴、轴承外，托辊还需要密封件。密封件一般为迷宫密封，迷宫密封采用的非标准件有两个，一个内密封圈，一个外密封圈。一般还会增加一个防尘盖。

39、目前已经出现了很多的非金属材质托辊。如酚醛树脂托辊、脲醛树脂托辊、尼龙托辊、陶瓷托辊、玻璃钢托辊。根据新型材料推出了新结构托辊如图 3.1.2 示的无心轴非金属托辊结构太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页17图 3.1.2 无心轴非金属托辊结构示意图3.1.3 唇式密封托辊代替迷宫密封托辊相对于迷宫密封而言，唇式密封无论是在托辊运行还是静止时托辊的密封效果都很好。唇式密封采用的是性能稳定，抗静电，阻燃，耐磨的材料。如聚氨脂。图 3.1.3 所示是唇式密封的结构图（1-辊筒，2-唇式密封圈，3-挡板，4-轴，5-轴承，6-轴承座）上述结构的造价相对迷宫密封的造价要高得多，且对密封件或托辊的

40、材料要求严格，工艺流程繁琐，很不利于推广。综上所述，本文采用传统迷宫式密封结构与辅助密封结构（类唇式密封）相结合的新型密封结构，同时使用高分太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页18子材料制造密封件。3.2 迷宫密封结构 3.2.1 迷宫密封结构及材质迷宫密封结构从 20 世纪 60 年代使用至今，在托辊密封结构领域依旧是主要的密封结构。相对于其他密封结构来说，迷宫密封技术要纯熟且密封性能稳定，造价低，使用寿命长。内外密封圈使用的材料也是 HDPE。托辊的密封结构若只是非接触式的迷宫密封结构，单纯的靠增加密封通道和密封长度来提高密封的效果是不理想的。迷宫式密封的第一个旋转间隙是解决密封问题

41、的关键。若第一道密封间隙损坏，有半流体物质进入迷宫内部密封通道，会引起托辊失效，迷宫密封的道数再多也没有意义。结构见图 1.主要包括 1-防尘盖、2-外密封圈、3-内密封圈、4-轴、5-轴承、6-轴承座、7-辊筒。该密封结构的作用是防尘防水。使轴承有良好的工作环境。我采用的是第一道防线，防尘盖过盈配合，达到接触密封的效果；第二道防线，外密封圈与轴的紧配合，对轴承起保护伞作用；第三道防线，非接触式迷宫密封结构，通过迷宫效应达到密封效果，与一二道防线相辅相成 太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页19图 3.2.1-1 迷宫密封结构原理图 图 3.2.1-1 为图 3.2.1-1 的放大图3.

42、2.2 辅助密封结构及选材辅助密封圈位于防尘盖，因是过盈配合，与轴之间的摩擦系数大，使用的材料是最耐磨的 HDPE，这样可提高辅助密封圈的使用寿命。辅助密封圈的密封形式为接触式密封。3.3 本章小结本章对托辊的密封结构张开分析。对本文设计的托辊密封圈的材料、结构进行了详细的讲解。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页204、托辊密封件的尺寸，装配41 轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定目前，在市场上有轴承座分为两种：1，冲压轴承座；2，铸铁轴承座。轴承座的质量对托辊的旋转阻力及径向圆跳动有影响。本文设计的是非金属轴承座，采用的材质为尼龙。它具有无毒害、质量较轻、有很优的机械强度、耐磨

43、性及耐腐蚀性。轴承座是轴承与辊筒的连接件。轴承座的尺寸是根据辊筒的尺寸和轴承的尺寸来确定，同时要考虑到放入内外密封圈不会使密封圈与防尘盖的距离太远或太近，以免触碰发生摩擦，损害密封件，表面粗糙度是根据轴承座与辊筒的装配工艺及轴承座与轴承、防尘盖、内密封圈的装配工艺确定。由上文可知，辊筒壁厚 10mm，轴承的内径 20mm，外径 47mm，厚度14mm.由图 1.4-3 迷宫密封径向尺寸得内外密封圈的间隙尺寸是e=0.2mm，f1=1mm，初定内外密封圈都是三齿结构，迷宫密封结构的密封性能只是与齿间的间隙大小有关，所以定内密封圈的尺寸只需要考虑结构的合理性和注塑模具结构的透气性。初定内密封圈的基

44、本尺寸为，齿宽 4mm，齿深是8mm，齿厚 12mm。从而得出外密封圈齿宽 3.6mm，齿深是 8mm，齿厚12mm。迷宫密封结构总厚度是 26mm。外密封圈与防尘盖之间的间距要大于等于 1mm（迷宫密封的外密封圈齿顶与内密封圈齿底之间的运动状态极为相似，为使外密封圈的齿顶与内密封圈的齿低在多种环境下运行时都不会发生接触提出的图 1.4-3 f1 尺寸） 。初定间距 2mm。防尘盖的厚度初定为 4mm。从结构总图看，防尘盖的外表面是嵌入轴承座的，嵌入部分厚度是 2mm.内密封圈与轴承紧密贴合，轴承的厚度是 14mm，为防止轴承与轴承座的接触磨损，轴承座设计有一个高是 2mm，宽为 5mm 的阶

45、梯，轴承座的最小壁厚是 4mm。轴承座嵌入辊筒内壁 4mm。辊筒两端都需用数控车床车削内（圆深 52mm 直径为96mm） 。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页214.2 装配公差及零件放大图根据图 3.2.1-1 托辊的结构图及图 2.4 和 HDPE 托辊的辊筒基本尺寸以及装配要求可得配合公差的选择与装配方式的选择是根据课本互换性与测试技术得出。轴承和轴的配合公差为 H7/f6。而轴承座，防尘盖，内密封圈，外密封圈，辊筒都是非金属材料。轴承与轴承座的配合，防尘盖与轴的配合，为金属与非金属工件的配合。非金属与金属工件的配合是没有配合公差的。图 4.2-1 轴承座刨视图太原工业学院毕业

46、设计 第 页 共 37 页22图 4.2-2 轴 辊筒 图 4.23太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页23 内密封圈 图 4.2-4外密封圈图 4.2-5太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页24图 4.2-6 防尘盖4.3 表面粗糙度表 4.3 表面粗糙度选用原则（Ra/um）12.5粗加工的非配合表面。如轴端面；倒角、钻孔、齿轮及皮带轮的侧面；键槽非工作表面；垫圈的接触面；不重要的安装支承面；螺钉、铆钉孔表面等6.3半精加工表面。用于不重要零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外科、衬套、盖等的端面；紧固件的自由表面，如螺栓、螺钉、双头螺栓和螺母的表面；不要求定心及配合特性的表面

47、，如螺栓孔、螺钉孔和铆钉孔等表面；飞轮、皮带轮、离合器、联轴节、凸轮、偏心轮的侧面；平键及铸槽上下面；楔键侧面；花键非定心表面；齿轮顶圆表面；所有轴和孔的退刀槽、不重要的铰接配合表面；犁的提升板把、小轴和提升离合器爪的销轴等。3.2半精加工表面。用于外壳、箱体、盖面、套筒、支架和其它零件连接而不形成配合的表面；扳手和手轮的外圆表面；要求有定心及配合特性的固定支承表面；定心的轴肩、键和键槽的工作面；不重要的紧固螺纹的表面；非传动用的梯形螺纹、锯齿形螺纹表面；燕尾槽的表面；需要发蓝的表面；需要滚太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页25花的预加工表面；低速下工作的滑动轴承和轴的摩擦表面；张紧链

48、轮、导向滚轮壳孔和轴的配合表面；止推滑动轴承及中间垫片的工作表面；滑块及导向面（速度 2050m/min）等。1.6要求有定心及配合特性的固定支承、衬套、轴承和定位销的压入孔表面。不要求定心及配合特性的活动支承面，活动关节及花键结面；8 级齿轮的齿面，齿条齿面；传动螺纹工作面；低速转动的轴颈、楔形键及键槽上下面；轴承盖凸肩表面（对中心用） ；端盖内侧滑块及导向面；三角皮带轮槽表面；电镀前金属表面等。0.80要求保证定心及配合特性的表面。锥销与圆柱销的表面；与 G 级和 E 级精度滚动轴承相配合的孔和轴颈表面；中速转动的轴颈，过盈配合的孔 H7，间隙配合的孔 H8、H9；花键轴上的定心表面；滑动

49、导轨面。不要求保证定心及配合特征的活动支承面；高精度的活动球状接头表面，支承垫圈、套齿叉形件、磨削的轮齿等。根据表 4.3 可清楚地选择出各个零件的表面粗糙度。防尘盖非接触面，轴承座的非接触表面，外密封圈的外端面均可选用 3.2 的表面粗糙度就可以了。 由于我们用的是注塑成型中的热塑性塑料尼龙和聚四氟乙烯制成防尘盖的外环、轴承座、迷宫密封圈。这种加工方法所能达到的表面粗糙度在 0.11.6之间。所以我们可以选用表面粗糙度 1.6 作为轴承座、迷宫密封圈，防尘盖所有面的表面粗糙度。4.4 形状公差和位置公差外形要求的要求有圆度，圆柱度，平面度，位置度，同轴度，圆跳动，全跳动。不过是非金属，且采用

50、注塑成型技术，可以达到基本要求。这要就无需特别标注它们的形状公差和位置公差。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页264.3 本章小结本章主要是得出托辊密封结构的零件图，以及其公差配合尺寸太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页275、非标零部件的加工工艺及装配5.1 密封结构的零部件材料辊筒，内密封圈，外密封圈，防尘盖采用的材料是超高分子量聚乙烯，综合性能优良。轴承座用的是尼龙。这些材料为热塑性工程塑料。尼龙的流变特性：尼龙大多数为结晶性树脂，当温度超过其熔点后，其熔体粘度较小，熔体流动性极好，应防止溢边的发生。同时由于溶体冷凝速度快，应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。

51、模具溢边值 0.03 且熔体粘度对温度和剪切力变化都比较敏感，但对温度更加敏感，降低熔体粘度先从料筒温度入手。结晶性: 除透明尼龙外,尼龙大都为结晶高聚物,结晶度高,制品拉伸强度、耐磨性、硬度、润滑性等项性能有所提高，热膨胀系数和吸水性趋于下降，但对透明度以及抗冲击性能有所不利。模具温度对结晶影响较大,模温高结晶度高,模温底结晶度底. 收缩率:与其他结晶塑料相似，尼龙树脂存在收缩率较大的问题,一般尼龙的收缩同结晶关系最大,当制品结晶度大时制品收缩也会加大,在成型过程中降低模具温度加大注射压力降低料温都会减小收缩,但制品内应力加大易变形.PA66 收缩率 1.5-2% 成型设备:尼龙成型时，主要

52、注意防止“喷嘴的流延现象” ，因此对尼龙料的加工一般选用自锁式喷嘴。制品与模具:1、制品的壁厚尼龙的流长比为 150-200 之间，尼龙的制品壁厚不底于 0.8mm 一般在 1-3.2mm 之间选择，而且制品的收缩与制品的壁厚有关，壁厚越厚收缩越大。2、排气尼龙树脂的溢边值为 0.03mm 左右，所以排气孔槽应控制在 0.025 以下。3、模具温度制品壁薄难成型或要求结晶度高的模具加温控制，要求制品有一定的柔韧性的一般采用冷水控温。三、尼龙的成型工艺料筒温度 因尼龙是结晶型聚合物,所以熔点明显尼龙类树脂在注塑时所选择的料筒温度同树脂本身的性能、设备、制品的形状因素有关。一般尼龙的溶体温度最低为

53、 225，尼龙 66 为 260由于尼龙的热稳定性较差，所以不宜高太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页28温长时间在料筒中停留，以免引起物料变色发黄，同时由于尼龙的流动性较好，温度超过其熔点后就流动迅速。注射压力尼龙溶体的粘度低，流动性好，但是冷凝速度较快，在形状复杂和壁厚较薄的制品上易出现不足问题，故还是需要较高的注射压力。通常压力过高，制品会出现溢边问题；压力过低，制品会产生波纹、气泡、明显的熔结痕或制品不足等缺陷，大多数尼龙品种的注射压力不超过 120MPA，一般在 60-100MPA 范围内选取是满足大部分制品的要求，只要制品不出现气泡、凹痕等缺陷，一般不希望采用较高的保压压力，

54、以免造成制品内应力增加。注射速度对尼龙而言，注塑速度以快为益，可以防止因冷却速度过快而造成的波纹，充模不足问题。快的注射速度对制品的性能影响并不突出。模具温度模具温度对结晶度及成型收缩率有一定的影响，高模温结晶度高、耐磨性、硬度、弹性模量增加、吸水性下降、制品的成型收缩率增加；低模温结晶度低、韧性好、伸长率较高。注塑成型技术注塑成型是既有注射且有模塑的一种成型方法。其优点：一、生产效率很高。二、其生产速度很快。三、操作可实现自动化。四、花色品种多，形状可以由简到繁。五、制品的尺寸可以由大到小。六、产品易更新换代。七、该方法能完成形状复杂的制件。它的主要方法是：在一定温度下，用螺杆来搅拌处于熔融

55、状态的塑料，再用高压喷嘴将塑料射入模腔，之后再经历冷却固化，就得到该产品。这个方法是批量生产形状复杂的部件的主要的加工方法之一。注射成型大致分为六个阶：一阶是合模；二阶为射胶；三阶是保压；四阶为冷却；五阶段是开模；最后是其制品取出。按六个步骤反复，可以批量生产出制品。热固性塑料的成型过程与上述步骤相同。只不过料筒的温度要低于热塑性塑料的温度。其注射压力相对又要高很多。其模具是加热的。物料注射完毕后还要经历在模具中的固化（或硫化）过程，最后趁热脱膜。采用该技术的原因：成型物料在料筒和模腔中分别进行熔融塑化与流动造型。这样模具一直处于令熔体快速冷凝或者交联固体状态。这样可以让成型周期缩短。一套模具

56、可以多次使用，有利于大批量的生产。注塑成型的工作流程较为简单，劳动力相太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页29对降低。注塑成型大多是非牛顿流体。它们近似服从 Ostwald-De Waele 流动规律。注塑成型需要注意的参数：（1）注塑压力液压系统提供注塑系统的注塑压力，在注塑过程中，喷嘴的熔体压力最大。随着熔体流动的方向，压力逐渐减小。若模腔内部的空气流通性能好，到熔体端部时，熔体的压力则变成大气压力。影响注塑压力的因素有三个：一，注塑材料；二，结构；三，成型的工艺要素。（2）注塑时间注塑时间为熔体充满模腔的时间需求。注塑时间大约为冷却时间的十分之一到十五分之一之间。（3）注塑温度注塑

57、温度也是影响注塑压力的因素之一。每一种原料都有其对应的加工温度。一般注塑筒里会有五至六个加热段。实际注塑时，实际温度一般情况下会比料筒温度要高得多。最高可得到 30 摄氏度.在做模流分析时有两种方式可以补偿其差值。一是，测量熔料对空注塑时的温度；二是，在建模的时候把喷嘴也包含在模型内。（4）保压压力与时间注塑过程将近结束的时候，螺杆停转，仅向前运动，进入保压阶段。此时喷嘴会一直往模腔填料。此时的压力为填充最大压力的百分之八十五左右。也要根据实际情况来确定。（5）背压螺杆退出绪料的时候要克服的压力。采用高背压比较有利于色料分散及塑料融合。但是这样的话延长了螺杆退出的时间。也会使得注塑机的压力增加

58、。因此背压需合理的选择。故背压不能超过注塑压力的百分之二十.太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页30表 5.2 使用的材料与注塑需要的相关参数UHMWPE尼龙 66注塑压力（MPa）5012060200模具温度（ ）30702090干燥温度（ ）306090105包压压力（MPa ）40504050背压（MPa）5105105.3 胶粘工艺5.3.1 密封胶的选择密封胶用于过渡配合的部件连接。胶粘剂，可以将同种或者不同种材质的粘合。它具有胶粘、密封等等性能。胶粘机理：（1）机械方面，胶粘剂流入被粘物体表面，固化后会勾接为一体。 （2）吸附方面，胶粘剂分子会与胶粘物体的分子界面相互吸附胶接

59、。 （3）扩散理论，胶粘剂分子会与被胶粘物体的分子发生扩散现象，界面发生互融现象，形成牢固的结合。根据上海市有机氟塑料研究所研究得，在托辊运行的实际状况及密封结构的设计方案的情况分析可以得出 FS-203B（氟塑料粘合剂）比较适用于对托辊的粘合剂。FS-203B 的优势性能在于，主要是有机聚硅氧烷组成。其固化量为百分之五十到百分之六十之间。其剥离强度为十二牛每二点五厘米。介电常数为三点零三。而且它具有很强的电绝缘性、耐水性及耐高温低温性。工艺简单，使用温度为零下一百摄氏度到两百二十五摄氏度。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页315.3.2 胶接胶接工艺大致第一步为接头设计，第二步为表面

60、处理，第三步为配胶与涂胶，第四步是晒置，第五步是叠合，第六步是固化，第七步是检查。接头的选择时不但要考虑托辊的受力因素和大小。还要考虑接头加工的可能性，经济实用性，还有胶接工艺要求以及胶接的强度等等因素。表面处理是针对本文所设计的迷宫式密封的内外密封圈，轴承座以及防尘盖和辊筒的内表面。主要目的是要去除表面胶接的污垢，粉尘等等杂质，再用一些化学物质来制出易于胶接的特定表面粗糙度。配胶过程中，需要依据 FS-203B 氟塑料胶粘剂的使用说明书来调配胶粘剂材料。因为托辊的数量多，采用机械涂胶有利于能够很好的结合固化。涂胶的基本要求是厚度控制在 0.080.1mm 且涂抹均匀。叠合时要保证接触面能充分

61、接触，完全贴合。固话过程是在电烘箱中进行，电烘箱设置的温度为四十摄氏度到五十摄氏度。加热所用时间长为三个小时到五个小时之间。54 装配在装配前需检查其零部件是否完好无损。装配环境一定要干净。零部件也要保持干净。确定装配顺序，以便将零部件有序地安装起来。装配顺序为，轴承与轴承座的装配，轴承座成型后立即放入轴承，主轴与轴承座，轴承座与内密封圈，轴与外密封圈，轴承座与辊筒，最后是防尘盖与主轴。装配工作一般分为：（1）清洗。用清洁剂清除工件上的脏物。它在装配过程中保证产品质量，对延长使用寿命有这重要影响。（2）连接。装配中有大量的连接，其中分为可拆卸连接和不可拆卸连接。这里均为不可拆卸连接。选择涂胶连

62、接的方式进行连接。（3）校正。对相关零部件的相关位置的找正、找平及相对的调整过程。（4）调整。在装配过程中对零部件的相对位置进行具体的调整工作。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页32其中除了配合校正工作调节零部件的位置精度外，为保证运行精度，还需调节运动副之间的间隙。（5）配合。以已加工工件为基准，加工与其相配合的另一个工件，或将两工件组合在一起加工方法。（6）平衡。为防止零部件质量分别不均，静力、力偶不平衡引起震动需要进行这项工作。5.5 本章小结本文所根据的是上文设计的一种矿用托辊的密封结构，对其加工工艺手段及其装配分析。还有对其胶粘工艺，以及胶粘组装工艺的确定。太原工业学院毕业设

63、计 第 页 共 37 页336、结论本文对托辊的密封技术进行详细的研究。同时对带式输送机和托辊材料及密封结构的关系进行一定的阐述说明。最为主要的是在对矿用托辊的密封结构的设计中我学到了设计不是靠空想来实现的，而是具有明确目的性的产物。经过这次的设计，我发现其实托辊的密封设计早有研究，也有很多突破性的进展。很多的研究专利可以看到到多数的密封结构的设计是根据早起的动密封结构中的非接触式迷宫密封结构加以改进的成果。随着密封件的增加，产品的推广所受的阻力也会成倍增加以上。在所看到的托辊中，我最为期待的是无心轴结构托辊是托辊密封性的最大突破。不过其生产制造上花费的成本要高得多，很难推广。本课题的创新点是

64、：（1） 防尘盖采用与类唇式密封结构相结合。这样不但解决了迷宫密封时静态密封性低的缺陷，而且非标零部件的数量上没有增加。（2）使密封件从简采用了胶封工艺。这样使得密封结构更为紧固，保证了各部件的同轴度。还降低了装配时对托辊的质量上的损害。太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页34文献1.刘广建 陈冲冲 马艳娥 陈国富 李小磊 新型密封结构高分子托辊的摩擦磨损试验研究 煤矿机械J出版日期 2011 年 11 期 北京化工大学,北京,100029 P49P512.苏海滨皮带输送机托辊的可靠性设计与有限元分析D青岛理工大学 79页3.彭利刚带式输送机设计中托辊的计算和选择J煤矿开采出版时间：20

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66、建材网(中国建材第一网)DB/OL http:/ 王学美 吴伊敏 李健水润滑轴承研究进展J润滑与密封 2012 年 9 期 武汉材料保护研究所 湖北武汉 430030；武汉船用机械有限责任公司 湖北武汉 431083 P109P11610.段海涛 王学美 吴伊敏 李健水润滑轴承研究进展J润滑与密封2012 年 9 期 武汉材料保护研究所 湖北武汉 430030；武汉船用机械有限责任公太原工业学院毕业设计 第 页 共 37 页35司 湖北武汉 431083P109P11611.田伟带式输送机托辊的设计及选型J大众科技 2012 年 7 期中煤集团大屯公司徐州煤矿皮带管理科,江苏 沛县 221611 P150P152 12.谢磊托辊用耐低温尼龙 6 基耐磨复合材料的研制D 湖南大学 201313.李惠超高分子量聚乙烯托辊的理论研究J 科技创新与应用出版时间：2014 年 7 期神华神东煤炭集团皮带机公司,内蒙古鄂尔多斯,017200 P29P2914.田伟带式输送机托辊的设计及选型J大众科技出版时间：2012 年7 期 中煤集团大屯公司徐州煤矿皮带管理科,江苏 沛县 221611 P150