JX1065 轮胎自动打磨机设计

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轮胎自动打磨机设计

摘 要

随着我国国民经济的快速增长，交通运输业发展迅速，带动了轮胎行业的迅猛发展，废旧轮胎的产生量也日益增多。轮胎翻新能够最大限度的利用旧轮胎的使用价值，其作为轮胎制造业的延伸和再加工，有着巨大的经济效益和社会效益。翻新废旧轮胎是目前处理“黑色污染”的主要途径之一。

本文介绍了国内外废旧轮胎翻新的状况、翻新原理以及翻新意义。在轮胎翻新的工艺中，轮胎的切削打磨是这个过程的重要工序，切削打磨的质量的好坏直接影响轮胎翻新的质量的好坏。本文简略介绍了一种轮胎打磨机的设计方案,通过升胎装置把轮胎提升到固定的打磨位置，机身中部的由丝杠的轮胎装卡装置把轮胎卡紧，再通过机身的上方吊装有切削打磨装置中的切削刀和磨轮对轮胎进行加工的过程。本文重点阐述了升胎装置、轮胎装卡装置、切削打磨装置和进给机构的设计，对重要零部件进行绘图，根据设计的要求，对一些重要机构与零部件进行设计和计算。

关键词：翻新 打磨机 切削打磨 进给机构

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Automatic Tire Grinding Machine Design

Abstract

With the rapid growth of China's national economy, the transport industry has developed rapidly .It driven by the rapid development of tire industry, at the same time, the production of discarded tires also are increasing. As an extension of tire manufacturing and reprocessing, renovation of the tire which can maximize the value of old tire, have enormous economic and social benefits. It is one of the main ways to handle of the “black pollution”.

This paper introduces the state of renovation, refurbishment and renovation of principle significance at home and abroad. In the process of renovation tires, the process of cutting the tires grinding is an important process. The quality of cutting the tires grinding have a direct impact on the quality of tire quality renovation. This article briefly introduces a tire grinding machine design. Fetal device put through the tire elevated to a fixed location polished. Cards bear tires by control of the central fuselage of the tires with pneumatic devices .At the top of the fuselage the tire is processing by a cutting device in the polished cutting knives and abrasive wheels. The design of institutions focuses on the fetal device, tires installed card devices, cutting and polishing devices. It also draws on the important parts. According to the requirements of the design ,I design and calculate some important body parts.

Keywords: Renovate; Polishing Machine; Cut and Polish; Feed Agencies

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目 录

中文摘要 ............................................................. i 英文摘要 ............................................................ ii 目录 ............................................................... iii 第一章 绪论 ...................................................... 1

1.1 轮胎翻新背景 ............................................... 1 1.2 轮胎翻新原理 ............................................... 1 1.3 轮胎翻新意义 ............................................... 2 第二章 轮胎翻新概况与工艺 ........................................ 5

2.1 国内外轮胎翻新的状况 ....................................... 5 2.2 轮胎翻新工艺路线和设备 ..................................... 6 2.3 轮胎翻新的发展及目标 ....................................... 7 第三章 打磨机的设计 ............................................. 10

3.1 总体方案设计 .............................................. 10 3.2 零部件设计 ................................................ 10

3.2.1 框架 ................................................ 10 3.2.2 升胎装置 ............................................ 10 3.2.3 轮胎装卡装置 ........................................ 11 3.2.4 切削打磨装置 ........................................ 12 3.2.5 磨胎除尘系统 ........................................ 14

第四章 设计计算与说明 ........................................... 15 4.1 电动机的选择 .............................................. 15 4.2 滚珠丝杠副的选型与计算 .................................... 15

4.2.1 设计计算与选型 ...................................... 16 4.2.2 校核 ................................................ 17 4.3 其它设计 .................................................. 19

4.3.1 轴的设计 ............................................ 19 4.3.2 轴承的设计 .......................................... 20 4.3.3 键的计算 ............................................ 21

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第五章 总结 ..................................................... 23 参考文献 ............................................................ 24 致谢 ................................................................ 25

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第一章 绪论

1.1 轮胎翻新背景

新世纪以来，各国更为关注环境问题，走可持续发展道路成为时代的主题。发展循环经济是可持续发展战略得以实现的重要途径。所谓循环经济，是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征的可持续的经济增长模式，它要求把经济活动按照自然生态系统的模式组织成一个“资源—产品—再生资源”的物质反复循环流动的过程，使得整个经济系统及生产、消费过程中基本上不产生或者很少产生废弃物，使得废旧物资减量化、无害化、资源化、再使用、再循环。随着我国汽车工业和交通运输业的快速发展,轮胎工业得到迅猛发展,废旧轮胎的产生量也日益增多。据统计，2005年我国轮胎产量为2.5亿条，更换下来的废旧轮胎约1.3亿条，并且这一数字正以每年12%的速度增长，预计到2010年全年将产生废旧轮胎达2亿条之多。如何将废旧轮胎资源化、减量化、无害化，不仅关系到环境保护这个重要的社会问题，而且还关系到持续发展这一全球性的战略问题。

轮胎翻新是废旧轮胎回收利用的积极途径，是轮胎工业的延伸和加工再利用，对于促进资源节约综合利用，促进经济增长方式转变和可持续发展，富有积极意义。就其前景而言，废旧轮胎翻新与轮胎工业一样是汽车工业交通运输中所不可缺少的一个行业。

机动车轮胎由于安全等原因，胎体寿命远大于胎面寿命（如飞机胎胎体寿命约为胎面寿命的6倍，载重汽车约为3倍，轿车约为1倍），因此机动车使用必须经多次翻新才完成其资源寿命。国际上新胎与翻新胎产量比约为10:1，工业化先进国可达5:1以上。我国1998年新胎产量为8585万条，而翻新胎估计约为300万条，新胎与翻新胎比约为28:1,远低于世界水平，更低于发达国家水平，如美国1998年翻新轮胎2810.4万条，产值达22.66亿美元。

我国翻胎企业是较典型的“小而全”作坊式企业。企业规模小，有些地方翻胎厂太多，如北京地区就有近20家。1994年据不完全统计，我国有翻胎企业达 434个，大多数为年翻5000条以下的小厂。按原国内贸易部1996年下达的轮胎翻新生产预期指标为350万条/年，平均每个厂生产8000条/年。低于国外平均每个厂年翻2.5万条的水平。

到2005年我国新胎产量估计可达12120万条，翻新胎即便是按规划达到793万条，仍比世界平均低3.4%。少翻1000万条，按每条新胎与翻新胎消耗与效益比，（平均计算）如果不翻新每条胎损失以200元计，到2005年，每年损失20亿—50亿元人民币。数以千万条轮胎不翻新在资源上造成巨大浪费外，还对环境污染造成严重后果，也减少了五万个就业机会。

1.2 轮胎翻新原理

轮胎翻新是指将旧轮胎经局部修补加工重新贴覆胎面胶之后，再进行硫化，恢复其使用价值的一种工艺。轮胎翻新利用是指对有修复价值的旧轮胎翻修后重新利用对不能翻新

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的废轮胎经加工破碎成各类胶粉后，可用于铺设飞机跑道高速公路、制橡胶砖、建筑用防水卷材以及新轮胎的原料，并可制成种类繁多的橡胶制品、橡胶水泥等。轮胎翻新利用行业简称翻胎行业作为一种资源再尘的绿色保产业，是新轮胎生产的延伸和发展。

汽车轮胎使用至胎面花纹磨平后，轮胎与路面附着力降低而影响车辆的牵引与通过性能，增大燃料消耗，同时轮胎冠部弹性与耐冲击性能减低削弱了轮胎胎面胶对胎体的保护作用，容易造成轮胎帘布层的刺穿与爆破，所以胎面磨至一定限度的轮胎应该及时进行翻新轮胎。翻修的及时性会影响轮胎的翻修成本与翻胎的使用寿命。为保证翻新轮胎使用的安全与可靠性，对翻新轮胎的质量要求是：翻新轮胎应该达到原始设计所规定的负荷能力与强度安全倍数；能达到国家规定的行驶里程；翻新胎应具有良好的缓冲性能与尽量小的平衡差度；翻新胎应具有合理的外形尺寸和断面构造不可有偏离平衡形状的胎里凹凸现象，此外应便于轮辋的装卸。决定翻新轮胎质量的主要因素有待翻新轮胎胎体强度损伤状况与橡胶老化程度、翻胎用胶料与补强部件的质量以及它们与旧胎体之间的粘和强度、翻胎修补段的耐久性、翻胎施工尺寸标准制定的合理性与掌握的严格性、翻新形式的合理选择、翻胎工艺装备的现代化程度等。

从轮胎发展史来看，轮胎翻新业基本上是与轮胎业同步发展的。主要翻新方法一般可分为高温模具硫化和低温预硫化两种。高温模具硫化俗称热翻，基本上分为三种翻新方式顶翻新、肩翻新、全翻新。现在中国比较多的是采用顶翻新和肩翻新方式。除上述传统的热翻方法外，目前在国际翻胎业中最常用的是低温预硫化翻新，俗称冷翻。冷翻是将预先做好的带花纹的胎面通过中间粘和层贴合在己磨锉好的胎体上，然后在不用模具的条件下实现翻胎硫化的一种工艺方法。

1.3 轮胎翻新的意义

尽管目前我国的轮胎翻新业与发达国家相比，在技术、设备、质量、产值等方面存在着较大差距，但我国轮胎翻新业的潜力远未充分挖掘，发展空间还是很大的。目前，我国轮胎生产业发展迅速，已跃居世界第四生产大国，而我国的轮胎翻新业却相对滞后，据报载，我国的轮胎翻新率只有15%左右，也就是说，在我国有大部分轮胎急需起死回生。因此，很有必要抓住轮胎翻新业潜在的商机，在技术、设备、质量等方面采取得力的措施，抢占轮胎翻新市场，充分、有效地利用资源。

翻胎行业要走向产业化需进行行业结构改革、技术改造、规范市场、走向自我生存、自我发展、向产业化离不开市场环境和政府支持。 一、有效解决废旧轮胎“黑色污染”问题

翻新胎产品及生产方法将发展。如载重胎翻新向适应多种规格组装式的预硫化胎面发展，并将开发浇注型聚氨酯胎面，以适应“绿色轮胎”向长寿命、高耐磨、低滚动阻力的方向发展。

轮胎翻新是为提高资源综合利用，修旧利废减少环境污染，属于工业服务第三产业。

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由于轮胎使用分散，损坏后个体差异大，翻修涉及环节多（包括机械设备、化工材料、供胶、旧胎体收、储、运、产品销售）导致翻胎企业规模小，难以集约化生产及高度自动化翻修使劳动生产率低（如现翻胎全员劳动产值只有新胎的20%左右）。因此销售利润远低于轮胎生产企业（翻新胎效益主要是社会效益及使用翻新胎的运输部门）。 二、有效节约资源

轮胎翻新是目前世界上最常用的处理旧轮胎的方法。它可以针对各种轮胎卡车汽车用轮胎，工业车辆或工程机械车轮胎甚至飞机轮胎都可以翻新。大多轮胎店里都堆着一揉旧轮胎，有的轮胎花纹虽然磨平了胎体还好好的，也一样当废品处理。其实像这种轮胎是可以进行翻新的轮胎。翻新不但可以在一定程度上解决废旧轮胎污染问题，而且更重要的是它延长了胎体的寿命减少了对新胎的需求，从而大大地节约了世界资源和能源。新轮胎生产所需要的原材料主要由橡胶、石油制品和钢材构成，一般来说生产一条翻新胎需要的石油只占生产一条新胎所需的三分之一，天然橡胶消耗量占二分之一，而且生产翻新胎因为利用原来的旧胎体所以不需要消耗钢材。这样算下来生产一条翻新轮胎消耗的资源仅约占生产一条新轮胎的三分之一。以法国米其林轮胎公司为例，米其林公司在全球的生产厂每日的轮胎产量为条，其中载重轮胎占总产量的左右。该公司每日载重轮胎消耗资源如表1。

表1 米其林载重轮胎消耗资源 （单位：吨）

一条轮胎其胎体占整体的，胎面占其中的，一般轮胎磨损只是伤到轮胎胎面，而没有伤到轮胎胎体本身。通过利用好的胎体并对其胎面部分进行再加工，变成一条和新轮胎同品质的轮胎能有效的节约能源。随着我国汽车拥有量的增加，废旧橡胶和废旧轮胎的产生量也逐年增加。如何利用废旧橡胶制品和废旧轮胎是搞好资源综合利用的重要课题，也是合理利用资源、保护环境、促进国民经济增长方式转变和可持续发展的重要措施。

三、为企业带来巨大经济效益

翻新胎的发展取决于我国汽车、农用机械的发展和配用轮胎的品种，取决于我国道路运输建设的水平和要求。我国子午胎刚完成起步阶段，全钢丝子午线载重胎还很少，现多是有内胎子午胎。拖拉机子午胎刚起步，大型子午线工程胎尚未起步。因此到2005年斜交胎至少仍有半壁江山可守。我国高速公路发展近年又很大突破，到2005年估计将超过2.0万公里，跃居世界第二。东部地区基本形成以大城市为中心的网络化，高速公路客货运将占25%以上。翻新胎如果届时不能适应高速运输需要，将会从占国民经济产值60%的东部地区的轮胎替换胎市场中挤出去。

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本章节说的是轮胎翻新行业在我国的背景以及这个背景下我国发展翻新行业具有的发展性，因为我国轮胎翻新的企业虽然有很多，但是很多都是没有超过每年5000条的翻新量的，所以发展的前景是很大的。还讲诉了轮胎翻新的原理以及它带给企业的前景。

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第二章 轮胎翻新概况与工艺

2.1 国内外轮胎翻新的状况

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目前,翻胎生产遍布全球100多个国家和地区,翻胎企业至少有1万多家,略具规模的达5 000多家,年生产能力在1.5亿条以上。2004年世界翻胎产量达7 900万条,分别占新胎和废旧轮胎总量的6.1%左右。目前世界翻胎年产能力较大的国家和地区主要有美国、欧盟、日本、中国、印度和巴西,总产量占世界总产量的90%以上,代表着翻胎行业的水平。

美国是世界上翻胎业最发达的国家,翻胎产量一直居世界首位。1990年,美国翻胎产量达3 300万条,为当年新胎产量(2.3亿条)的14.4%,占世界翻胎总量的40%以上。近年来,由于翻胎生产成本升高、新胎供给过剩等原因,翻胎产量一直在不断下滑,翻胎生产呈现逐渐萎缩状态。翻新轮胎与新胎的比例到1998年已降至9.5%,1999年降至9.0%,2002年降至7.0%,2004年降至5.3%;翻胎企业1997年为1 326家,1999年减至1 256家,2000年减至1 123家,2002年减至1 080家,2004年减至982家。

欧盟是翻胎生产较早、使用比例较高的地区。1990年,欧盟地区的轮胎翻新率达到18%,1998年降至11%, 2000降至10%, 2003年降至5.7%。欧盟地区鼎盛时期载重轮胎替换新胎与翻新轮胎的比例为:意大利 2∶3,德国 1∶1,英国 2∶1。

德国是欧盟生产和使用翻新轮胎较多的国家,最高年产量达到600多万条。近年来,德国的翻胎生产呈下滑趋势。德国是世界上翻胎工具、检测仪器及轮胎修补器材的主要供应地。

英国2004年生产翻新轮胎270万条,占新胎量的13%,并大量对外出口。

北欧各国是世界上轮胎翻新率最高的地区。但近年来这些国家的轮胎翻新率均呈下滑趋势。

我国有500多家翻胎厂,年翻新能力达到1 800万条。最近几年,我国的翻胎生产呈逐年上升趋势,翻胎产量2000年为350万条,2001年增至400万条,2002年增至490万条,2003年增至700万条,2004年增至800万条,2005年达到920万条,年增长速度高达15%～25%,成为世界上翻胎增幅最大的国家。但相对于轮胎产量(2005年新胎产量为2.5亿条)而言,我国的翻新轮胎产量较低。

我国的翻胎企业大部分规模较小。据国家统计局统计,2004年销售收入达500万元以上的企业不过40家,资产总额约5亿元,销售总收入近10亿元,利润率达4.3%,产量占行业总产量的90%以上,其中翻胎产值超过1亿元的生产企业有4家。进入21世纪,在载重子午线轮胎快速发展的拉动下,引进的预硫化胎面生产线开始发挥作用。与此同时,外商加大对我国翻胎行业的投资力度,国内不断引进技术和设备,翻胎技术水平有所提高。2004年,我国出口各类翻新轮胎(含航空轮胎)1.66万条。

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2.2 轮胎翻新工艺路线和设备

翻新轮胎的主要工艺流程为：

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（1）检验 按标准检验轮胎的磨损和损伤程度，以衡定有没有翻新价值 。 （2）打磨 轮胎经长期使用，外面胶层由于氧化，变得粗糙而硬脆，失去了原有的物理机能，所以翻新轮胎必须在刷胶前用打磨机磨去表层（约1.5～2.0mm），使翻新部分露出新的、具有较高粘着力的粗糙面来。这样在粘胶时，才能使新旧胶更好地结合在一起。这个过程称之为“打磨” 。

（3）切割 切割就是对胎体上的爆破、穿洞、伤疤、脱空等部位进行处理，切割处理好坏关系到轮胎的使用和使用寿命，在整个轮胎翻新过程中是个关键环节。

（4）小磨 小磨的设备按其用途，可分为外磨和剃毛机两种。外磨机是用于修整轮胎打磨面上个别不合格部位和打磨伤痕切割面的工具；剃毛机的磨轮是一个钢丝轮， 但轮的两侧成坡形，中问成刃状，主要用来打磨轮胎上露出的帘线。

（5）烘干 轮胎经过打磨、修补、小磨、剃毛处理后， 经检验合格后即可进入烘干室因破损轮胎内都带有水分，如不烘干。硫干后的轮胎，胶体和胶层容易串气脱空， 造成翻新失败。

（6）刷胶 先在胎体上打磨部位刷上一层胶浆，然后贴入配好的衬里，处理切割后的伤痕，粘贴失去的胶层。

（7）硫化 硫化是橡胶通过加热，生胶与硫磺发生化学反应，生胶变成硫化胶，使塑性胶重新获得弹性及耐撕裂、耐老化的物理性能。锅炉是硫化时供热的重要设备。

（8）成品检验 翻新的轮胎经过硫化后，即为成品。经检验和修整后即可包装入库待售。

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图2.1 Castor型仿形磨胎机

2.3 轮胎翻新的发展及方向

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机动车轮胎由于安全等原因，胎体寿命远大于胎面寿命，例如载重汽车轮胎胎体约为胎面寿命的3倍，轿车约为1倍。因此机动车使用必须经多次翻新才完成其资源寿命。国际上新胎与翻新胎产量比约为10:1，工业化先进国可达5：1以上。我国1999年新胎产量为8000万条，而翻新胎不到300万条，新胎与翻新胎比约为26：1，远低于世界水平，更低于发达国家水平，如美国1999年翻新轮胎2750.4万条，产值达22.68亿美元（不包括胎体销售）。

到2005年我国新胎产量估计可达12120万条，翻新胎即便是按规划达到793万条，仍比世界平均低3.4个百分点。少翻1000万条，按每条新胎与翻新胎消耗与效益比，（平均计算）如果不翻新每条胎损失以200元计，到2005年，每年损失20亿－50 亿元人民币。

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1.发展方向

翻新胎的发展取决于我国汽车、农用机械的发展和配用轮胎的品种，取决于我国道路运输建设的水平和要求。

21世纪要求在2010年前将汽车能耗减少2／3，以减少空气污染和节能，轮胎使用寿命要求达到100万英里（三次以上翻新）。

我国子午胎刚完成起步阶段，全钢丝子午线载重胎还很少，现多是有内胎子午胎。拖拉机子午胎刚起步，大型子午线工程胎尚未起步。因此到2005年斜交胎至少仍有半壁江山可守。

翻新胎产品及生产方法将发展。如载重胎翻新向适应多种规格组装式的预硫化胎面发展，并将开发浇注型聚氨酯胎面，以适应“绿色轮胎”向长寿命、高耐磨、低滚动阻力的方向发展。

我国农用拖拉机子午胎已投产。载重无内胎子午胎也装于高速客车，大量农用汽车投入营运也是我国翻胎业发展的方向。 2.发展目标

根据我国汽车保有量及替换胎估计量及农用车保有量及替换胎估计量，到2005 年翻新胎规划总产量为793万条。其中汽车轮胎为697万条，农机、农用车胎88万条，工程机械轮胎8万条。当2005年轮胎总产量为12120万条时，翻新胎产量仅为新胎的 6.5％，仍远低于国际水平10％的比例，但比1998年有所提高（1998 年翻新胎产量占新胎产量的3.7％）。

到2005年汽车轮胎需求预测为重型车轮胎499万条，其中子午胎比例60％； 中型车轮胎1279万条，子午胎比例30％；轻型车轮胎1656万条，子午胎比例58％；微型车轮胎769万条，子午胎比例75％；轿车轮胎1830万条，子午胎比例100％。 到2005年我国翻新胎总量估算清见表1。 表1 2005年我国翻新胎总量预测

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本章节主要说明了轮胎翻新工艺在整个世界的发展状况以及我国在这个行业中处于世界比较落后的状态。轮胎翻新对于国民经济和保护环境的意义以及我国要发展这个行业的新方向。

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第三章 打磨机的设计

旧轮胎的覆盖胶表面，为氧化膜与老化龟裂层所覆盖，还往往刺入或附着铁钉、玻璃、石子、泥沙、油污等杂质。未经表面磨毛处理的硫化胶与新贴胶之间的附着力实际等于零。因此，打磨是轮胎翻新工艺中必不可少的过程。本课题是研究轮胎的自动打磨机，是轮胎翻新的工艺路线中的第二道工序，也是轮胎翻新过程中十分重要的一个工序。通过对胎面进行打磨，可除去橡皮表面的老化层、沾污层，形成新鲜洁净的具有良好化学活性的粘合界面，提高与未硫化胶的湿润能力。通过打磨还可使橡胶皮表面具有所要求的粗糙度，增大新、旧胶之间的有效粘合面积，并赋予粘合界面以抗剪切变形的能力。而胎面打磨机就是按照一定操作程序完成这个工艺过程。

3.1 总体方案设计

在轮胎翻新过程中，胎面打磨机是对入厂检验后具有翻修价值的轮胎，将其所翻新部位的旧胶层进行削磨加工的设备。胎面打磨机主要由框架、升胎装置、切削打磨装置、轮胎装卡装置、控制柜及气动系统和检测系统等组成。

框架是焊接件，在其中部装有由气动控制的轮胎装卡装置。轮胎装卡装置以双向悬臂式主轴为基件，在其两端可换装不同直径的轮胎装卡盘，以适应打磨不同轮辋的轮胎，右边的丝杠结构可以使装卡盘完全配合待打磨的轮胎的胎圈宽度，以适应打磨不同胎圈宽度的轮胎。在机身的下部装有升胎装置，用于提升轮胎。在机身的上方吊装有切削打磨装置，切削刀可以在框架上左右、上下移动，以适应不同外径轮胎轮胎的切削打磨。机体的下部分还有个吸尘装置，在切削打磨胎面的时候防止胶沫、粉尘飞扬影响工人的工作环境。

3.2 零部件设计

3.2.1 框架

轮胎打磨机的框架主要是由主支架和副支架通过连杆组成。主支架通过8#槽钢进行焊接使两者更稳固，在主支架的的底部通过地脚螺栓固定，副框架和连杆是用来支承检测系统和电机的。

3.2.2 升胎装置

升胎装置是用来提升轮胎的。升胎装置的主框架是由3#槽钢通过焊接组合而成的，在3#槽钢表面的固定位置上焊接两根定位棒，气缸把力作用在主受力杆上，再通过受力支承体把废旧的轮胎提升到固定的位置进行加工。如图3.1所示。而气缸是通过脚架式安装在主机架上的，气缸固定架如图3.2所示。

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图3.1 升胎装置

图3.2 气缸固定架

3.2.3 轮胎装卡装置

轮胎装卡装置是由装夹卡盘、连接器、丝杠和轴组成（如图3.3～3.4所示）。装卡装置的一端固定在框架上，这一端是由齿轮减速电机通过齿轮传动带动整个轮胎一起低速转动，轮胎运转速度差不多是420转/分，这一端中的圆锥滚子轴承则是在轮胎做圆周运动时使轴不会做横向运动，因为在切削打磨时会有径向力和轴向力产生所以选用圆锥滚子轴承。另一端由直径6mm的丝杠通过手抓盘来完成左右移动夹紧轮胎。右边轴中的滚珠轴承是让右边的丝杠只能做左右移动而不会使丝杠做旋转运动，防止丝杠做圆周运动使轮胎脱落。装夹卡盘是根据轮胎的不同规格有不同的型号，比如轮胎型号是305/70—R20。根据型号可知，“305”表示轮胎宽度305mm，“70”表示轮胎的高宽比H/B或又称扁平率为70%，“一”表示低压胎，“R”为子午线轮胎，“20”表示轮辋直径20in。所以这个装夹卡盘的内径的标准大小为508mm。

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图 3.3 轮胎装卡装置

图3.4 装夹卡盘

3.2.4 切削打磨装置

当轮胎通过升胎装置把轮胎提升到特定位置，再通过轮胎装卡装置把轮胎卡紧后，切削打磨装置（如图3.5～3.7所示）就通过切削刀来切削未完全破损的橡胶，切削刀并且可以在刀架支架上可以通过电机和丝杠副进行左右移动，因为切削时切削刀的移动速度不能过快，所以选用自带减速器的小功率电机，配合丝杠副的精度，切削刀的上下移动则是靠手动完成，切削刀的上下移动则是靠螺母与螺丝旋紧配合来实现。切削完了，就要通过磨轮对轮胎进行打磨了，以便形成新鲜洁净的具有良好化学活性的粘合界面，为下一步粘胶机的粘胶效果做准备。

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图3.5 轮胎打磨装置

图3.6 轮胎切削装置

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图3.7 滚珠丝杠

3.2.5 磨胎除尘系统

在磨胎时会有胶沫、粉尘飞扬,污染工作场所,危害工人健康,因此,磨胎必须采用除尘设备,把粉尘、胶沫和胶屑抽掉,实现文明生产。

磨胎除尘系统是采用一台旋风除尘器配一台鼓风机,抽掉磨胎机磨下的胶沫。磨胎除尘效率受下列因素的影响。 (1)入口风速

入口风速是根据粉尘粒度质量分布和所选用风机的压力由实际使用要求确定。试验表明,当入口风速低于10 m·s-1时,除尘效率显著下降,同时入口处产生积胶沫、灰尘,因此,入口风速应高于10 m·s-1,一般为10~20 m·s-1较为合适。 (2)采用旁路分离室

采用旁路分离室可提高除尘效率。 (3)排出管径与排出口形式

根据试验对比可知,排出管径为160 mm、普通型平口,除尘效率最高。胶沫采用直径为540mm的灰箱收集,灰箱下面套入双层塑料漏斗,内衬铁丝笼,收集由旋风分离出来的胶沫。入口处加海绵橡胶垫以保证密封,定期清理除尘器中的胶沫,以获得较高的除尘效果。 小磨磨胎内磨是采用弹簧软胶管为吸尘(胶沫)口,其直径为120 mm;软胶管由两层挂胶帘布或帆布贴合在一起,中间夹有钢丝,然后放入硫化缸硫化而成的,使用时放于胎里磨轮旁边。外磨是采用薄铁皮制成的喇叭口为吸尘口,其除尘效率可达99%。

本章主要说明的是轮胎自动打磨机的各个装置在整个机器中的作用，以及为什么这样的设计的理由。

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第四章 设计计算与说明

4.1 电动机的选择

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电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。生产机械由电动机驱动有很多优点：简化生产机械的结构；提高生产率和产品质量；能实现自动控制和远距离操纵；减轻繁重的体力劳动。电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机有分为异步电动机（或称感应电动机）和同步电动机。

在生产上主要用的是交流电动机，特别是三相异步电动机。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。仅在需要均匀调速的生产机械上，如龙门刨床、轧钢机及某些重型机床的主传动机构，以及在某些电力牵引和起重设备中才采用直流电动机。同步电动机主要应用于功率较大、不需调速、长期工作的各种生产机械，如压缩机、水泵、通风机等。单相异步电动机常用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。除上述动力用电动机外，在自动控制系统和计算装置中还用到各种控制电机。

根据轮胎打磨机的结构和参考现有设备电机，主电机是该机的主要驱动装置，功率较大，选用Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机，由《简明机械零件设计手册》中表22-4，该电机的型号为 Y180M-2，功率为22KW，转速为2940r/min。由于装夹卡盘的转速随轮胎的转动不能很快，所以电机的输出转速不能很快且功率不是很大，选用的电机自带齿轮减速器，根据《简明机械零件设计手册》中表22-12，选用YCJ系列的齿轮减速电机，其参数为：减速机中心高250mm，电动机功率为7.5KW ，输出转速为36r/min ，输出转矩为1841T/N·m。

4.2 滚珠丝杠副的选型与计算

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滚珠丝杠副是在丝杠和螺母的滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。丝杠或螺母转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置，滚珠通过此装置自动返回其入口，形成循环回路。滚珠丝杠副的外形如图4.1所示。

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图4.1 滚珠丝杠副

滚珠丝杠副具有传动效率高、运动平稳、使用寿命长等特性，广泛应用于各种工业设备、精密仪器和数控机床等。

4.2.1设计计算与选型

根据设计要求平均工作载荷Fm=2800N，丝杠长度L=1800mm,平均转速nm=100r/min,最大转速nmax=1500r/min,使用寿命Lh =20000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC,导程误差δ=20 m/300mm,全行程45 m。

1 求计算载荷Fc

根据设计要求，由《机电一体化设计基础》中查表3-3取Kf=1.2；查表3-4取Kh=1.0。取3级精度，查表3-5取Ka=1.0,得

Fc KfKhKaFm 1.2 1.0 1.0 2800=3360(N) (4-1) 2 计算额定动载荷计算值Ca

Ca F 16562(N) (4-2) 3 根据Ca 选择滚珠丝杠副

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查阅《简明机械零件设计手册》，选用FD型产品（内循环浮动式，双螺母垫片预紧结构），按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或大于Ca 的原则，选以下规格：

规格：3205-5，Ca=19200N 同时得丝杠副数据如下：

公称直径D0=32.5mm;导程P=5mm; 滚珠直径d0=3.5mm；丝杠内径d1=28.4mm; 计算螺旋角 2 49 。

4.2.2 校核

1稳定性验算

1）由于仅于一端固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠传动结构允许的安全系数[S](表2)。

表2 稳定性系数

丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr（N），并按下式计算

2EIa

Fcr= (4-3) 2

L 式中：E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GPa；L为丝杠工作长度（m）；Ia为丝杠危险截面的轴惯性矩（m4）； 为长度系数，见表4.1.依题意

3.14 0.0284 Ia 0.31 10-7（m4） (4-4)

6464

d14

4

取 =2/3,则

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