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主要任务（
2、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 M.
3、 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： 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寿命。本设计主要针对矿用托
4、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，托辊的成本也随之增加，这样使得产品推广应
5、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 conveyorAbstract: The theme of this paper is the design of the seal
6、 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 put forward the seali
7、ng 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 explains the relatio
8、nship 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 structure of dynamic sealing
9、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 labyrinth, the defect in the
10、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 on the damage.Key wor
11、ds: belt conveyor, labyrinth seal，Auxiliary seal太原工业学院毕业设计第 页 共 37 页0目录1、绪论 .21.1 带式输送机的应用 .21.2 托辊的种类 31.3 技术背景 51.4 现有密封结构 51.5 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 81.6 本章小结 .82、设计内容 102.1 托辊直径的选择 .102.2 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 132.3 托
12、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 152.4 轴基本尺寸的确定 162.5 本章小结 .163、托辊密封结构设计 163.1 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 173.1.3 唇式密封托辊代替迷宫密封托辊 173.2 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 193.3 本章小结 194、托辊密封件的尺寸，装配 .1941 轴承座，迷宫密封圈，防尘盖基本尺寸的确定 204.2 装配公差及零
13、件放大图 204.3 表面粗糙度 224.4 形状公差和位置公差 244.3 本章小结 245、非标零部件的加工工艺 .255.1 密封结构的零部件材料 255.2 注塑成型技术 255.3 密封胶 2754 装配 275.5 本章小结 286、结论 .29文献 .30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：重型带式输送机，例如矿用带式输送机如图1.1 所
14、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31.2 托辊的种类带式输送机中托辊为重要部件之一。托辊的种类多种多样，而且使用的数量巨大。输送机成本
15、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辊。 图 1.1-2（单位：mm）图 1.1-2 是
16、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
17、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
18、。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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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 共 37 页92.2 辊筒材料的选择 图 2.2 根据托辊使用的环
25、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
26、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
27、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，
28、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
29、（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）300 160,380 200 465,700,1400400 160,250,500 1400 108,133,159 530,800,160050063.5,76,89200,315,600 1600 600,900,1800650 76,89,108 250,38
30、0,750 1800 670,1000,2000800 89,108,133 315,465,950 2000 750,1100,20001000 108,133,159 380,600,1150 2200133,159,194800,1250,25002.2.3 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 与铸铁托辊的径向尺寸参数对比参数名称
31、HDPE 铸铁外径108mm 108mm几何参数内径88mm 99mm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、划道和压痕等太原工业学院毕业设计第
32、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太原工业学院毕业设计第 页
33、 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89 1801150 204108 1901600 204 205 305 306133 3052200 205 305 306159 3753150 305 306 308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、305KA、
34、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6204 204 20mm 47mm 14mm 14000r/min 0.106kg6205 205 25mm 52mm 44mm 13000r/min 0.128kg6305 305 25mm 62mm 17mm 11000r/min 0.232kg6306 305 30mm 72mm 19mm 6600r/min 0.346kg6204TN/YA 204KA 20mm 47mm 14mm 0.089kg620
35、5TN/YA 205KA 25mm 52mm 15mm 0.115kg6305TN/YA 305KA 25mm 62mm 17mm 0.210kg6306TN/YA 306KA 30mm 72mm 19mm 0.312kg6004TN/YA 704KA 20mm 47mm 12mm 0.052kg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.620
36、4TNYA 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
37、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
38、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。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，
39、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
40、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.
41、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3.2.2 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
42、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
43、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
44、，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
45、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，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
