基于参数化技术的瓦楞辊设计

1  引言

单面机是瓦楞纸板生产线中最为关键的设备，而瓦楞辊既是单面机的“心脏元件”，又是易损件，瓦楞辊的质量直接影响着瓦楞纸板的成型质量。因此将瓦楞辊作为研究对象对瓦楞纸板的生产有着十分重要的作用。瓦楞辊常用齿型有U型、V型和UV型，目前国内外普遍采用UV型。瓦楞种类通常有A、C、B、E四种，将参数化技术应用到瓦楞辊设计上可以节省大量时间，缩短设计周期，提高效益。

2  参数化设计的特点

参数化技术是CAD发展的第三次技术革命。参数化设计系统的功能主要有：

(1) 从参数化模型自动导出精确的几何模型。它不要求输入精确的图形，只要输入一个草图，标注一些几何元素的约束，后通过改变约束条件来自动导出精确的几何模型。

(2) 通过修改局部参数来达到自动修改几何模型。这对于大致形状相似的一系列零件，只需修改一下参数，既可生成新的零件，这在成组技术中是非常有益的手段之一。

3  瓦楞辊CAD系统流程 

以Visual C++6.0 为开发环境，将课题分为3个模块，即参数输入模块、计算结果输出模块、参数校核模块。在界面的设计上，以对话框形式为主，易于实现人机对话。

图1 瓦楞辊CAD系统流程图

参数输入模块

所输入的参数包括常用齿型及参数、辊全长、辊外径、辊内径、辊内压力、旋转速度、纸板初始张力、滑动摩擦系数加紧压力、材料，以A、C、B、E四种基本类型为基础，选择35C_rM_o 、38C_rM_oN_i两种材料为瓦楞辊的材料。

  

图2 参数输入模块

 

表1 各楞型的初设值(mm) (参见GB10270-89)

楞型	楞数	齿高	齿顶半径	齿底半径
A	33.75	4.7	1.45	1.85
C	38.46	3.7	1.35	1.75
B	48	2.6	1.2	1.5
E	92	1.14	0.72	0.96

计算结果输出模块

 

 图3  计算结果输出模块

    此模块根据前一模块的输入值，将瓦楞辊的中高度、总包角、纸板成型张力、折楞率、齿形角、内压压力强度、最小壁厚一一计算出来。应该说明的是中高度与纸板成型张力的大小与瓦楞辊的速度有密切的关系，但是，在高速运转时，中高度的值与其他很多因素有关，有些因素和工作时具体情况有关，还有些因素为商家所隐晦，故根据低速运转情况计算出来的。而纸板成型张力可以根据运转速度的不同调用相应的公式，本课题以120m/min为界(GB10270-89)，高于其定位高速，等于或低于其定为低速。

参数校核模块

此模块将计算结果与设定的校核标准进行比较，如超出所设范围，证明结果不合格，如所有结果都符合所设标准，则说明参数输入模块中所输入的参数均可以。

所有参数都校核后，鼠标指向校核标准按钮，若弹出图4(a)，则进入齿形的绘制阶段，若弹出图4(b)，则重新输入参数，重复上面的工作。

设计举例

以B型楞型为例，在参数输入模块中点击“B”，材料选用“35C_rM_o ”，辊全长为2000mm、辊外径280mm、辊内径240mm、辊内压力1MPa、旋转速度110m/min、纸板初始张力120N、滑动摩擦系数0.1、加紧压力4000N、功率20KW。点击模块中最下一行的“下一步”，进入计算结果输出模块，各参数的计算要点击按钮“计算”才可计算出，经化简得到瓦楞辊的中高度为0.0057mm、总包角5.88弧度、纸板成型张力216.146N、折楞率1.425、齿形角56.89度、内压压力强度1000002Pa、最小壁厚0.259mm、接触强度53.47Pa、弯曲强度21.50Pa、剪应力0.77、扭转角0.0217弧度，按上面的步骤，点击模块中最下一行的“下一步”，进入参数校核模块，各参数的校核点击按钮“校核”，所有参数均校核通过，输出图形，B楞型的齿型即可出现在屏幕上。

4  结论

根据对瓦楞辊理论分析得到的经验公式和所编写的应用程序，能够计算出中高度、原纸绕过齿顶时的内部张力、折楞率、齿形角、齿顶端总包角等的值，并与规定的值相比较，验证输入参数的正确性。随着包装CAD技术的发展，瓦楞辊的研究逐步深入，将参数化技术及CAD技术引入到瓦楞辊的研究上，相信会使瓦楞辊质量进一步提高。

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