开松上胶机扩展辊提升机构改进设计（图）

摘　要介绍了开松上胶机中扩展辊提升机构的工作原理，将新老机构进行比较，运用机构运动学理论，对新机构进行分析，为设计提供理论基础，设计也是使用Pro/ENGINEER三维造型设计的过程。

　　关键词　扩展辊　提升机构　Pro/ENGINEER

　　1　前言

　　开松上胶机是过滤棒生产的前道工艺设备，其作用是将醋酸纤维丝束带展开、开松，卷曲消除，再组合，在均匀展开的丝束上涂洒增塑剂（常用三醋酸甘油脂），最后送入过滤棒成型机制成过滤棒。其中扩展辊对使丝束纤维分离，纤维间产生相对位移。

　　目前，我国大多数卷烟厂采用的机型大部分为400米/分的国产ZL22或德国HAUNI公司的AF2，其速度较低，因此多采用以前的辊对提升系统，相对机构体积较大，占用机身空间太多，生产中不易清理掉下来的丝束纤维残渣。

　　在滤棒成型机组设计项目中，运用机构运动学理论，对扩展辊提升机构进行重新设计，使其在保证高速运转的前提下，更简洁、高效、美观。

　　本文着重介绍原机组中辊对提升机构的工作原理，新机构的设计思想，机构分析和运用三维设计软件进行设计的过程。

　　2　原开松上胶机中辊对提升机构的结构

　　如图1所示，辊对（1）固定在连杆（3）上，两侧气缸（2）推运连杆，带动辊对绕固定支点A向上，从而实现提升作用。

　　图1　辊对提升机构的结构示意图

　　1、辊对　2、气缸　3、连杆

　　3　新辊对提升机构的技术设计

　　3.1　设计思想

　　原提升机构占用空间较大，在实际生产过程中，对于残留在机内的丝束纤维清除十分不便。由于辊内部是空的，如果能将整套提升机构压缩到辊的内部，那么不仅减少了占用的空间，也使得整套机器更美观。

　　如图2所示，整个提升机构被搬到了辊的内部，当气缸（1）作用时，支点B被推动，整个机架BCD绕支点C转动，使输出点D圆弧上升，若将辊体固定在D点上，那么整个提升的运动就得到了实现。

　　图2　原提升机构示意图

　　1.气缸　2.辊体

　　3.2　机构分析

　　在设计新的机构或分析一个现有的机构时，应明确给定几个主动件，机构才能有确定的相对运动，因此首先要分析机构的自由度是多少。要使机构实现预期的确定运动，无论是平面机构或空间机构，其自由度W都必须满足：

　　（1）W＞0；（2）W数等于机构的主动件数。

　　如果W=0，则机构不能运动；W＞0而主动件数与W不等，则机构不能得到预期的确定运动，符合了这两个条件，但由于构体尺寸与运动副配置不当，也有得不到预期确定运动的。

　　分析提升机构，其自由度为：W=3n-2P5-P4

　　式中n——机构得活动构件数

　　P5、P4——分别为五级运动副及作平面运动的高副个数

　　故W=3×3-2×4=1且主动件只有一个，由此可知，该机构的运动是确定的。

　　由于新机组的设计要求是600米/分，辊对的转速更是高达1250转/分，经过测算，要求扩展下辊的直径大于等于175mm，轴向长度260mm，辊的内径为140mm。且已知气缸行程为8mm，扩展辊对的上下垂直距离为6mm。

　　如图3所示，气缸初始长度为L1，工作时长度为L2

　　图3　新机构设计示意图

　　根据已知条件和以上公式的计算，可以得出机构的尺寸关系，从而在零件的具体结构设计时，起到作用。

　　4　新辊对提升机构的结构设计

　　如图4所示，支座（1）起固定作用，支撑整个辊体和机构，当气缸（2）工作时推动连杆（3）带动偏心摆杆（4）在支座内转动，而辊体（5）则通过固定在偏心摆杆上的销轴（7）带动，一起被提升。同时，辊体自身还要作滚动，因此里面设计了套（6）并镶入轴承（8）。

　　图4　新辊对提升机构的结构图

　　1.支座　2.气缸　3.连杆　4.摆杆　5.辊体　6.套　7.销轴　8.轴承

　　5　Pro/ENGINEER在设计中的运用

　　在对提升机构设计时，我们采用的是PTC公司的Pro/ENGINEER三维设计软件。该软件可以将零件进行三维建模，更直观真实，然后模拟组合装配，对其进行干涉检查，校验零件的尺寸是否设计匹配，从而避免设计错误所造成的产品研制周期延长，降低了设计成本。

　　Pro/ENGINEER使用的是参数化特征建模技术，特征是组成零件实体模型的基本元素，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合。设计人员直接用特征来定义零件的几何结构，其操作对象不再是原始的二维线条，而是产品的功能要素，诸如凸台、倒角、圆角、螺纹孔和键槽等。它使产品设计工作在更高的层次上进行，因此，基于特征的设计更符合设计人员的设计思路，更有利于发挥设计者的创造力和想象力。在零件的三维建模时，尽可能考虑到以后的加工工艺流程，基本按照零件的加工流程来建模，如切割、钻孔等特征。因为Pro/ENGINEER可以提供数据，为生产时给数控机床的编程提供方便，而且在以后对零件模型进行尺寸修改时，不容易产生再生错误。

　　然后，可以按照装配关系将零件模型进行装配。同样，在装配过程中，也应该按照正确的装配工艺流程来进行。装配后可以进行干涉检查，然后再根据检查结果，对零件做相应的修改调整。最后可以制作成爆炸立体图，如图5所示，来直接体现部件的装配关系。

　　图5　机构零件装配立体图

　　6　总结

　　现在该辊对提升机构已成功运用于600米/分的ZL26型纤维滤棒成型机组中的扩展辊和输出辊上，从运行效果来看，情况十分良好，已满足了设计的目的和高速运行的要求。

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