优化带传动用于隔膜纸成型插入机
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摘 要：带传动是愈来愈受到重视的一种机械传动，优化设计是现代先进的设计方法，两者结合，可使传动的设计方案得以优化。本文通过优化设计的方法改进了隔膜纸成型插入机中辅助卷纸系统传动带轮的结构及隔膜纸卷棒的动力传递机构，使隔膜纸成型及封底过程平稳高速，进而促进隔膜纸成型插入机在碱性电池高速生产线中稳定运转。带传动的多次优化设计对隔膜纸高速成型插入机良好地运转起到了显著作用。
关键词：隔膜纸成型；带传动；优化
1.带传动
带传动是利用张紧在带轮（两个或多个）上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动[1]。带传动结构简单、传动平稳、能缓冲减振，维护容易，不需，价格低廉，可以在长距离间传递动力。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确；同步带传动同步，但对载荷变动的吸收能力较差，高速运转有噪声[2]。
1.1传动带的类型、特点和应用
摩擦型带传动根据其截面形状不同，有平带、V带和圆带等。其中普通平带由数层挂胶帆布粘合而成，抗拉强度较大，预紧力保持性能较好，耐湿性好，应用于轴间距较大的传动；圆形带截面为圆形，有圆皮带、圆绳带、圆尼龙带等，结构简单装卸容易。同步带传动作为一种新型的机械传动，其带齿形有梯形和弧形两种，其中弧齿同步带工作面有圆弧齿，靠啮合传动，承载层保证带齿的节距不变，传动比准确；轴压力小，结构紧凑，耐油耐磨性能好，与梯形齿同步带相比，工作时齿根应力集中小[3]。
隔膜纸成型插入机是碱性电池生产线上一重要新式设备，其作用是在线制造隔膜纸筒并将其插入嵌有正极环的钢壳内。运作模式为本机主工作转盘上的36个工位进行圆周运转时逐步完成隔膜纸的成型、封底和插入工序，其中隔膜纸成型作为第一道工序至关重要。传感器检测到隔膜纸由真空吸盘进入卷纸导向套后，卷纸马达工作带动O型带逆时针转动，从而驱动卷棒进行迅速卷纸；O型带轮采用v型槽设计，不易打滑，传动安全有效；另外真空吸盘、带轮及双普通平带组成一带传动起辅助卷纸的作用。
2.1柔性卷纸装置
柔性卷纸装置是隔膜纸成型插入机的一设计亮点，这首次实现了隔膜纸在线成型。它包括主工作平台，大O型带轮，小O型带轮，卷棒、上冲轴等。外部马达驱动大O型带轮，大O型带轮通过O型带驱动4个小O型带轮转动，形成一个封闭的O型带轮圈。上冲轴安装在主工作台上，均布36份。中间的O型带驱动卷棒上的旋转装置，从而达到驱动卷棒的目的。该装置构思巧妙，结构简单，动作可靠，通过PLC控制马达转速来提高卷纸时间，提高了隔膜纸成型的速度。
3.带传动的优化设计
随着碱性电池高速生产线全线贯通后，各设备需要在稳定运转的基础上将速度再逐渐提高。当隔膜纸成型插入机高速运行时，封闭的O型带轮圈运转不稳定。原因是，圆形带应用速度
3.1卷棒驱动优化
新型的机械传动――同步带传动应用不断地推广，它是由一根内周表面具有等间距齿的封闭环行传动带和具有相应齿的带轮组成。
工作时，依靠带的凸齿与带轮齿槽相啮合来传递运动和动力，具有传动比准确、 传动效率高、传动平稳、结构简单、紧凑、维护方便、运转费用低等突出的优点。因此，无论国内国外，同步带的应用日益广泛，并取得满意的效果。特别是在电池机械行业中，用同步带传动代替V带传动和圆形带传动的节能效果非常明显，很好地解决了传统电池机械带传动效率低、能耗大的主要矛盾。同步带不但能可靠工作，而且又不用加油，既干净又无声，传动效率高。
为了使卷棒动力传递系统稳定可靠，重新设计弧齿同步带传动取代O型带传动装置。
在隔膜纸成型插入机中，卷棒动力传递系统是由5个皮带轮、2个同步带轮及弧齿同步带组合而成。在运转过程中利用同步带齿面和带卷棒同步轮啮合使大约25个卷棒平稳高速旋转。
新制高速碱性电池生产线在稳定生产的基础上逐步提速，隔膜纸成型插入机中首创的柔性卷纸装置出现了问题。面对着隔膜纸在高速生产时不能被正常成型和封底，只好不断地在生产车间实地观察，仔细进行理论分析，做各种试验以尽快将本机提速。最终我们发现了无法高速卷纸的根源所在，进一步完善了新型柔性卷纸装置的设计。
3.2优化设计辅助卷纸系统
在隔膜纸成型插入机中的柔性卷纸装置中，真空吸盘是一重要的零件。它的作用首先是配合特定刀具将隔膜纸切割成符合尺寸规格的碱性电池隔膜纸张，其次是将隔膜纸逐一传递到主工作转盘的各个工位上。另外，它还是组成辅助卷纸系统中的一关键皮带轮。由此可见，真空吸盘在柔性卷纸装置中的作用不可忽视。
辅助卷纸系统运行有两个动力源，将双平皮带定义为受力物时，其对应的施力物是卷棒和真空吸盘。原设计方案是在辅助卷纸装置中真空吸盘作为皮带传动的动力源，其与皮带接触的槽底面加工有滚花有利于增大摩擦稳定传动。当真空吸盘转动时，双带开始循环传动进行辅助卷纸。原真空吸盘的结构如图3.1所示。
辅助卷纸装置在隔膜纸成型插入机高速运行时出现不良情况，问题的根源是双皮带传动与卷棒转动速度不匹配，进而影响进纸、卷纸过程。若双带的传动速度大于或小于卷棒旋转的速度值都将会导致无法正常完成卷纸过程。开始通过采取调节马达转速无论如何都不能满足带传动的速度和卷棒的旋转速度匹配。
如果要使卷棒和双皮带的相对运动速度值近似为零，则需要让双带在运转过程中只和卷棒有力作用关系，其余各处受力可以忽略不计。这样才能保证双带和卷棒速度匹配，进而平稳完成卷纸。为了消除真空转盘这一动力源，需要将真空吸盘处的滑动摩擦消除，特殊真空吸盘结构如图3.2所示。
真空吸盘和双平皮带有多处接触，并且这些都是滚动轴承。由于选用的是深沟球轴承[4]，其当量摩擦系数最小，轴承内圈固定在轴上，外圈可灵活转动。随着真空吸盘的逆时针转动双平皮带所受到的力可以忽略不计，这样隔膜纸成型过程平稳高速。
隔膜纸成型时双带传动的动力源是十多个高速旋转的卷棒。卷棒驱动系统优化设计后，固定在卷棒上的同步带轮能稳定高速旋转，从而可带动各卷棒平稳高速地进行顺时针旋转。然后卷棒的运动通过隔膜纸传递到平皮带，平皮带由于在多处受力而开始逆时针循环传动以对隔膜纸成型起到不可缺少的辅助作用。
4.结束语
本带传动优化设计原理简明，操作方便，效果明显。通过巧妙地应用弧形齿同步带传递动力，保证了隔膜纸成型插入机在卷纸成型及封底时各卷棒能平稳高速地进行旋转，为顺利完成各工艺提供了可靠的动力源。辅助卷纸之带传动系统的优化设计，引入了嵌有深沟球轴承的特殊真空吸盘构成新颖的带传动，其新在双传动带作为传动系统的受力物。隔膜纸成型插入机在高速运行时，卷棒和双传动带能平稳高速地进行运转有利于高质量完成各工序。
参考文献
[1] 濮良贵，纪名刚. 机械设计[M]. 高等教育出版社.2006.
[2] 方文中. 同步带传动[M].上海科学普及出版社.1993.
[3] 袁爱霞. 同步带传动的优化设计[J]. 广西工学院学报.1998，9，4： 74-78.
[4] 机械工程手册电机工程手册编辑委员会.机械工程手册：传动设计卷-2版[M].机械工业出版社.1997. 7.