一種機械脹緊軸的設計

郭 晟，劉存平

(宜賓職業技術學院，四川 宜賓 644000)

0 引言

當代計算機技術的飛速發展，促進了先進設計建模技術日趨智能化。現代設計技術中的重要手段與主流技術之一是數字化技術，運用數字化設計技術，能高質高效地實現機械產品的改良與設計，并且其操作簡便，在現代企業生產中能使產品設計研發周期大為縮短，使產品開發效率大大提升。數字化設計與制造技術在產品開發中居核心地位，對其進行深入研究也成為必然。在國外，數字化技術已成為聯系產品開發過程中各種先進技術的紐帶，美國3M公司、UVP公司及日本名古屋工業研究所等在此方面領先。數字化技術近幾年在我國成為研究熱點，得到了快速發展，其應用于機械工程、產品開發等各方面均有相關的大量報道。

在造紙設備中，卷紙機、分切機等設備中一直較為廣泛地使用方芯軸，生產效率不高、質量較低[1]。隨著高速分切機的出現，這種方芯軸已被能高速運轉且穩定性好的氣脹軸所取代，但國內廠家和科研單位研制和開發的氣脹軸在使用時存在脹緊力不足等缺陷[2]，難以滿足工作任務要求，很多廠家不得不采用國外進口的昂貴的新型氣脹軸設備。

為解決這類問題，很多工程技術人員對具有自動定心作用的定位漲緊機構進行了研究[3]，金晶等[4]通過對各種常用大口徑熱煨彎管坡口加工機床夾緊機構進行技術分析，設計了一種液壓內漲式夾緊機構，具有較好的夾緊定位作用。這種液壓夾緊裝置也能夠借鑒于本脹緊軸的設計，但其成本較高，對于小、中型生產企業特別是不常用的場合下，性價比就不是很高，因此適用性不廣。

在現代卷煙造紙設備中常常選用德國進口的盤紙分切機，這種進口設備價格昂貴，脹緊軸為其較關鍵部件，損壞后很難或無法修復，并且因其昂貴故造紙廠家常常較少備件，而單件小批采購又極不方便，因此成為影響生產連續性的重大因素，所以目前大量的研究人員對如何尋找一種延續生產、短期緩解的替代方案有著極大的興趣。

為此，本文運用數字化設計與制造技術，提出一種采用螺紋進給楔輪脹緊結構的新型機械脹緊軸，可以作為此種進口設備脹芯軸失效時采用的一種延續生產、降低成本、短期緩解的手段。

1 脹緊軸的數字化建模設計

科技進步推動了現代設計技術大步前進，計算機技術與機械設計制造行業的融合，促使數字化設計制造技術在業界的應用越來越廣泛[5]。在眾多的數字化設計制造軟件中，NX軟件高端、適用性廣且建模功能強大[6]。我們充分借助于NX三維建模技術，通過實體建模、特征建模及裝配CAD等手段，得到采用螺紋進給楔輪脹緊結構的機械脹緊軸的三維數據模型，如圖1所示。

圖1 機械脹緊軸的三維數據模型

2 脹緊軸結構及其原理

本設計的主要目的在于提供一種采用螺紋進給楔輪脹緊結構的新型機械脹緊軸,通過增加其相應的功能性結構，可以有效地實現以機械脹緊軸替代進口脹芯軸，解決因脹芯軸損壞后分切機不能連續生產的問題，使因此產生的生產不可持續性得到有效緩解。

2.1 脹緊軸結構

為實現上述目的，本設計采取的技術方案為設計一種采用螺紋進給楔輪脹緊結構的新型機械脹緊軸，包括螺紋進給機構、楔輪脹緊結構、軸頭等，其中，螺紋進給機構包括鎖緊螺母、緊定套、進給螺桿、進給螺紋套筒、緊定螺釘等；楔輪脹緊結構包括筒體、緊定套、楔塊、楔輪、定位套、進給軸等，定位套通過焊接或以緊定螺釘使其固定于進給軸；軸頭包括第一軸頭、第二軸頭和緊定螺釘及鍵，通過緊定螺釘將其與筒體聯接，通過鍵進行外聯。

采用螺紋進給楔輪脹緊結構的新型機械脹緊軸整體結構如圖2所示。

1-鍵；2-鎖緊螺母；3，9-緊定套；4-進給螺桿；5，15-軸頭；6-進給螺紋套筒；7，14-緊定螺釘；8-筒體；10-楔塊；11-楔輪；12-定位套；13-進給軸圖2 采用螺紋進給楔輪脹緊結構的新型機械

脹緊軸的整體結構這些結構的相互關系如下：鍵1嵌在第一軸頭5上；鎖緊螺母2與第一軸頭5通過螺紋聯接，起鎖緊作用；緊定套3位于鎖緊螺母2與進給螺桿4之間，起擋圈作用，與鎖緊螺母2一起使進給螺桿4在擰動時不會沿右邊退出；第一軸頭5通過緊定螺釘14與筒體8聯接緊固在一起；進給螺桿4與進給螺紋套筒6間為螺紋傳動，進給螺桿4旋轉時其軸向位移基本不變，進給螺紋套筒6在螺紋傳動作用下實現沿軸向左右移動；進給螺紋套筒6與第一軸頭5之間為間隙配合；進給螺紋套筒6通過緊定螺釘7與進給軸13進行緊固聯接；進給軸13上有定位套12、楔輪11、緊定套9等零件，定位套12通過緊定螺釘7與進給軸13緊固，使楔輪11實現右邊軸向定位；楔輪兩兩之間通過緊定套9實現軸向定位；進給螺紋套筒6與從左至右第一個楔輪(與11同型)之間也是以緊定套(與9同型)實現軸向定位；楔塊10與楔輪11之間為T形槽斜面間隙配合；楔塊10嵌在筒體8的孔槽內，相互為間隙配合；筒體8通過緊定螺釘14與第二軸頭15聯接緊固。

2.2 脹緊軸工作原理

脹緊動作的實現：以方形板手順向旋轉進給螺桿4，以螺紋傳動推動進給螺紋套筒6前行，帶動以緊定螺釘7將與其聯結于一起的進給軸13向前運動，從而帶動其上的楔輪11前行，而與楔輪以斜面進行配合的楔塊10被與之以側面配合的筒體8擋住前行，只能變向90°向外運動，從而實現軸的脹緊，而螺紋機構的鎖緊功能實現脹緊的持續保持。

松卸動作的實現：以方形板手逆向旋轉進給螺桿4，以螺紋傳動帶動進給螺紋套筒6后行，帶動進給軸13向后運動，從而帶動其上的楔輪11后行，使得與之以斜面配合的楔塊10向內運動，從而實現松卸。

2.3 本脹緊軸主要特點

(1) 螺紋進給機構還包括鎖緊螺母，通過螺母鎖緊，簡單、實用、有效。

(2) 螺紋進給機構還包括操作扳手，操作接口為方形，制作與操作均簡單方便。

(3) 螺紋進給機構以螺紋傳動進給，平穩有效。

(4) 楔輪脹緊結構的楔塊以錯位120°布局于筒體，使脹緊力均勻、平穩、有效。

(5) 楔輪脹緊結構以斜塊機構實現傳動90°變向，簡單而有效。

(6) 本裝置為螺紋傳動進給、楔塊楔輪斜面換向結構，能有效地實現脹緊功能，從而實現以機械脹緊軸替代進口脹芯軸。

3 結語

數字化設計與制造軟件NX具有強大的建模功能[7]，本項目基于NX數字化設計與制造工程技術，設計了一款盤紙分切機用的機械脹緊軸，使之具有脹緊力平穩可靠、操作簡便等功能特點，可以在一定程度上使此種進口脹緊軸得到國產化，其目的是可以使原先德國進口的盤紙分切機脹緊軸損壞后很難或無法修復且因昂貴、單件小批采購極不方便而影響生產的問題得到短期緩解，所設計的脹緊軸，在實際生產中得到了較好的應用。實踐證明，此款脹緊軸特別適合中小型造紙企業使用，預期能夠達到延續生產、降低成本的目的，具有一定的經濟意義，應用前景較廣泛。