CN115215158A - 气控弹簧圈机械式胀缩轴 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属箔中的宽变窄，并适用高端铝箔、电磁箔、手撕钢箔和太阳能膜卷取轴的工装制造领域，涉及一种气控弹簧圈机械式胀缩轴，包括心轴管，心轴管两端分别固定有驱动端轴头和工作端轴头；心轴管外由靠近驱动端轴头到靠近工作端轴头依次设有胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管，靠近推动管的心轴管内设有气动推动机构；胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管外周套装有开口管，开口管上设有贯穿两端的一条开口；且开口管与胀缩机构之间设有定位机构。本发明轴没有充气胶囊，精度高，外胀力大，薄厚两用，可替代厚箔剪用轴。

Description

气控弹簧圈机械式胀缩轴

技术领域

本发明涉及一种气控弹簧圈机械式胀缩轴，属于金属箔和高端电磁箔、手撕钢箔、太阳能膜，卷材卷取轴的工装制造技术领域。

背景技术

把金属箔和非金属布、纸大直径、宽幅面的原始大卷，卷取分切成不同宽度的小卷产品。其程序是：将与小卷产品一样宽度的卷筒管穿在有各自夹紧方式背景的主题轴上胀紧，然后开卷展平，把面材粘固在卷筒管上，通过轴的旋转，刀片的切割完成宽变窄的生产。

对卷取轴的主要技术要求是：卷筒管穿在轴上要卡胀的紧，不打滑。轴的径向跳动精度要求高。卷筒管之间的间距尺寸要可调。要求操作方便快捷。

箔卷的宽变窄卷取用轴，最早是勾扳子扳动圆螺母，圆螺母轴向把卷筒管夹牢的结构，优点是轴的强度高。存在的主要问题是：卷筒管内径与心轴的外径存在配合间隙，因此轴的径向跳动精度不高。由于是轴向卡紧，在调整卷筒管与原始大卷中心线的位置时，频繁的拆卸长短不齐的管头和圆螺母，费时费力。而且卷、管端面，用户要求的工艺尺寸也分切不出来。

目前行业大都采用的轴是：充气囊结构式胀缩轴，它的主要优点是：由于是径向胀紧，卷筒管之间的间距可调，不用勾扳子，操作方便，受到操作手的欢迎。存在的主要问题是，卷筒管穿在有数条长凹槽的轴面上，卷筒管内径与心轴金属外径的配合间隙在0.5－2mm左右，凹槽内安装的充气囊和胀条都是弹性物质，向气囊中充气的目的是把卷筒管胀起来，不打滑，卷筒管与心轴形不成刚性的整体，见图7现有技术中，轴的设计精度30和实测精度29实际上是互不相等，没有共同基础的精度，有多大的配合间隙28就有多大的跳动误差。

在所充的压缩空气和这些弹性物质的支撑下，卷筒管卷材的轴心线，在重力和设备中，压平辊不对称的外力作用下，极易偏离胀轴的轴心线，特别是大重卷材，在高速旋转，卷径的逐渐增大中，卷的外径会产生周期性波浪式的跳动，见图7所示，卷径的端面会产生锯齿形的边缘，此时解决问题的唯一办法，只能降低机列速度。在卷取布、纸软质卷材中，这一问题反响不大，但是在卷取高端的金属箔、电磁箔和手撕钢箔中，就影响了生产效率的提高。

为了解决气囊式胀缩轴卷筒管的径向跳动误差大和提高产品质量，现有技术中有一家外国公司，德国专利对150直径老式气囊胀轴进行了改进，方法是：凹槽及气囊和胀条结构保持不变，把另外的五条气囊所占据的空间，改为由一个气缸推动84个斜度12度的石墨板块，对所穿的卷筒管实施石墨板块的精确机械定位。这一改进后使轴的跳动精度得到显著提高，特别适用薄箔小卷的卷取生产。

但是厚箔、宽幅大重卷胀力不足及打滑的问题并没有从根本上得到解决，另外进口价格是国内市场轴的5倍以上。

国内现有技术中，出现了没有气囊的机械式胀缩轴，专利号：2006200306893公开了一种《高精度卷曲胀缩轴》，优点是外胀力比气囊轴有了显著的提高，问题是轴内A、B、C叁处的配合间隙，在胀紧套管6后不能自行消失，使该轴的径向跳动精度很难得到提高。另外还存在胀块5胀后不能自行回缩，存在抽卷困难和伞齿轮螺帽扳旋圈数过多的缺陷。

现有技术中，尤其是75直径气囊胀轴，在铣削安装气囊的长槽中，由于存在硬度大、打刀、进刀慢、加工成本高的矛盾，因此心轴多选用40碳素结构钢，而很少选用合金结构钢，另外个别公司热处理中的调质也不做，即便做了，抗拉强度也很低。除了轴的两端轴头外，其材料和调质硬度，技术要求从来就没有明确过，从凹槽截面的最小处，也就是悬空抽卷的弯曲点开始，轴的不直度精度在生产中会变得越来越差，经调查：75直径，2m以上长的气囊胀轴满足不了高端金属箔的质量要求。

针对上述气囊和部分机械胀轴的缺陷问题，本发明人曾发明了一种新型的《气控C形圈机械式胀缩轴》。并于2014年被授予发明专利，专利号为：ZL 2012 1 0268830.3。该专利轴对上述这几种不同结构的胀轴，做了实质性的改进，成功之处是这个新型轴对卷筒管的外胀力有了明显的增强，轴径的跳动精度有了显著的提高，在几年的使用中，随着生产向多样性开发，发现主要有四个不足之处需要改进：

1、由于外露的C形圈存在轴向排列的间距问题，胀长的卷筒管可以，但是窄的胀不上；2、两组串联气缸在相向的推动中，由于摩擦力的不对称，使每次已经调好了的卷筒管位置，在充气外胀时又变了，因此不方便操作；3、锥楔管组合之间的螺钉连接副，由于存在螺栓，圆柱头直经与连接槽褡裢面积小的问题，在频繁往复的拉动中产生了吊链的故障，而影响了生产的正常进行；4、一阀控制两条气路的充气阀，由于内部之间的密封面积小，加工成本高，如果操作手扳不到位，还存在泄漏的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种气控弹簧圈机械式胀缩轴，该气控弹簧圈机械式胀缩轴解决上述所述问题，可以应用在长的卷筒管和窄的卷筒管，充气外胀时能保持位置不变，改变了螺钉连接副，保证生产的正常进行，并且一阀控制气路，不存在泄漏的问题。

本发明所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，包括心轴管，心轴管两端分别固定有驱动端轴头和工作端轴头；心轴管外由靠近驱动端轴头到靠近工作端轴头依次设有胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管，靠近推动管的心轴管内设有气动推动机构；气动推动机构包括活塞组和活塞杆，活塞组包括活塞和端盖，端盖与心轴管固定连接，活塞杆一端贯穿端盖与活塞连接固定，活塞杆另一端通过连接件与推动管连接，且活塞的前后移动由相应的气路控制，活塞的推动由充气阀驱动；胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管外周套装有开口管，开口管上设有贯穿两端的一条开口；且开口管与胀缩机构之间设有定位机构。

驱动端轴头和工作端轴头分别通过螺栓与心轴管固定。使用时，将卷筒管穿在开口管上，然后将胀轴吊放在分切机的两个轴座之间夹紧；根据这批卷筒管与开口管的配合间隙的大小，调整胀前轴径调整机构，使卷筒管与开口管的配合间隙调到最小为宜；按用户的要求，调整卷筒管之间的间距尺寸，然后向充气阀充气，活塞带动活塞杆，活塞杆通过连接件带动推动管推动胀缩机构，胀缩机构实现推力一次放大，使开口管外胀将卷筒管固定；分切完毕后，按充气阀放气的同时向密封管充气，活塞杆退回，使胀缩机构和开口管自行回缩，然后进行轴的悬空抽卷。驱动端轴头和工作端轴头尺寸及技术要求，由需要轴的用户提供，因为所分切的卷材不同，分切设备型号及主轴夹紧轴座的结构尺寸不同。

优选的，所述的充气阀设置在工作端轴头上，心轴管相应位置设有轴向充气孔，充气孔连通充气阀；工作端轴头上还有密封管，工作端轴头上的密封管与心轴管相应位置的轴向气孔连通；活塞组的数量为2-5个，充气孔连通同组的活塞和端盖之间的空间，心轴管本身是通轴管，也是气缸筒；端盖通过螺钉与心轴管固定连接，活塞通过轴用挡圈与活塞杆连接固定；活塞和端盖与心轴管内壁和活塞杆之间均设有双道密封圈，且设有多组活塞组，使垂直相对的两路通气孔之间密封不串气；活塞组的数量要根据生产中卷筒管所需要的最大外胀力来决定。充气阀是常闭式二位三通阀，手按，充气枪两用，特点是阀体内设有过滤网，与充气枪接触的部位，包括密封管是聚氨酯材料，做到充气中不漏气、压力高、充得快。

工作过程中，向安装在工作端轴头上的充气阀充气，气体经充气孔进入同组的活塞和端盖之间的空间，从而推动活塞向左移动，活塞左边的气体则经过密封管排出，活塞向左移动的同时带动活塞杆和推动管向左移动，推动管推动胀缩机构；排气时，按充气阀放气的同时向密封管充气，气体进入相邻组的端盖与活塞之间的空间，推动活塞向右移动回缩，带动活塞杆和推动管向右移动，胀缩机构卸力，开口管回缩。

优选的，所述的工作端轴头靠近活塞杆的一端设有凹槽，活塞杆端部位于凹槽内，凹槽两侧的工作端轴头与心轴管相对应的管壁上设有导向长条孔；活塞杆端部设有四通，连接件为光轴，光轴一端贯穿活塞杆端部和四通，然后经导向长条孔后插入到推动管管壁的孔中固定。活塞杆左右移动，实现活塞杆通过光轴带动推动管沿导向长条孔轴向移动；四通保护光轴，在轴处于最大推动力的情况下，两端不至于弯曲。

优选的，所述的胀缩机构包括多个弹胀管和多个弹簧圈，弹胀管靠近推动管的一端设有端平面和内环台，弹胀管远离推动管的一端设有圆锥面，后一个弹胀管的圆锥面与前一个弹胀管的内环台相配合，弹簧圈安装在圆锥面外周；弹胀管和弹簧圈配合设置在开口管内。弹簧圈其钢丝截面呈圆形或多边形；弹簧圈的一侧面可加工一平面，弹簧圈设有开口；截面及其圈的外径等于或小于弹胀管的壁厚和外径，安装中的一平面要与弹胀管端平面靠在一起，弹簧圈在扭转、弯曲的加工所产生的势能中，使其本身就具有了外胀和自行回缩的弹性。钢丝是由模具冷拉加工的，在几千米以上的长度中，其截面尺寸精度极高，通过弯曲加工成为弹簧圈后，在心轴管和开口管之间承上启下，使轴的同轴度和径向跳动精度达到了最高；弹簧圈单侧加工平面，所去掉的厚度要根据弹簧圈外胀尺寸的大小确定，如外胀尺寸小也可以不用加工平面；所述的开口管的内径大于弹胀管组合的外径，外径小于卷筒管的最小内径，开口管的长度小于胀前起点管与推动管之间组合的长度之和。

弹胀管从圆锥端面开始设有10°－30°的圆锥面，以圆锥面的最大外径处为起点设有小于圆锥面长度的环槽，环槽底的壁厚是弹胀管壁厚的2－8分之一。从圆锥端面到环槽的另一边为止，圆锥面超过三等分，设有宽0.1－3mm的开口；以管壁厚的一半为起点，设有内环台，内环台的深度可容纳并大于弹胀管的移动距离。

工作时，推动管向左推动弹胀管，弹胀管随着向左移动，在前面弹胀管端平面的阻挡下，使圆锥面上的弹簧圈，在锥面的推动中，沿着锥面的车、磨加工精度，边进边胀，后面的弹簧圈也随同前面的弹簧圈一样，直到轴向原地停止不动，使开口管的同轴度保持在很高的精度范围之内。弹胀管组合的长度要根据产品卷最小幅的宽度和胀轴的长度而定。

优选的，所述的胀前轴径调整机构包括胀径调整管和起点推管，起点推管设置在胀径调整管与胀缩机构之间，起点推管靠近胀缩机构的一端设有起点环台，起点环台与相邻弹胀管的圆锥面相配合；起点推管靠近胀径调整管的一端外周设有外螺纹，外螺纹与胀径调整管内径的内螺纹螺纹连接配合。胀径调整管一处设有槽孔，且胀径调整管内壁与相应位置的心轴管外壁设有钢珠环形槽，钢珠环形槽与槽孔连通，钢珠环形槽内放入有钢珠，能够获得轴向更大的推动力，并且使在旋转胀径调整管时，摩擦力为最小；且胀径调整管上还设有排气孔。调整时，旋转胀径调整管，使卷筒管与开口管的配合间隙调到小一点为宜。

优选的，所述的与开口管的开口相对应位置的推动管上设有通螺孔，通螺孔中安装有自锁螺栓。自锁螺栓为内六角平端螺栓，安装时自锁螺栓中部穿过开口管的开口，当出现漏气时，向下拧紧自锁螺栓，自锁螺栓撑紧推动管，使推动管和心轴管固定；当卷取完成待抽卷前，反向旋拧松开自锁螺栓即可。两个自锁螺栓沿推动管的轴向安装，螺栓为一用一备。

优选的，所述的推动管靠近胀缩机构的一端设有推动锥面，推动锥面外周套有弹簧圈，推动锥面和弹簧圈与胀缩机构相配合，使推动管与弹胀管的配合具有连贯性。

优选的，所述的定位机构包括定位螺栓，定位螺栓底端与心轴管壁螺纹连接固定，定位螺栓设置处对应的弹胀管壁上设有导向长槽，开口管上与定位螺栓对应的位置设有通孔，定位螺栓上端贯穿导向长槽和开口管上的通孔。定位螺栓数量为2个以上，只有对应定位螺栓设置位置的弹胀管壁上设有导向长槽，导向长槽的宽度与定位螺栓相匹配；定位螺栓顶端不高于开口管外壁。多个定位螺栓可同时限制开口管的旋转，但是定位螺栓的设置不会对开口管的径向胀开有影响。

优选的，所述的相邻弹胀管之间设有工字形拉杆，弹胀管的两端分别设有静止端T形槽和滑动端T形槽，工字形拉杆的两端分别滑动设置在滑动端T形槽和固定设置在静止端T形槽内，相邻弹胀管通过工字形拉杆相连；推动管上设有滑动端T形槽，推动管与相邻的弹胀管之间设有工字形拉杆，工字形拉杆两端分别滑动设置在推动管滑动端T形槽和固定设置在弹胀管静止端T形槽内。

活塞及推动管轴向移动的总行程，是各锥面及弹胀管向左外胀，向右回缩的行程之和。

优选的，所述的起点推管与相邻的弹胀管之间设有工字形拉杆，起点推管上设有静止端T形槽，工字形拉杆两端分别滑动设置在弹胀管滑动端T形槽和固定设置在起点推管静止端T形槽内。

优选的，所述的弹簧圈钢丝的截面呈圆形或多边形。弹簧圈钢丝的一侧面可以加工一平面，圈的开口间距大于所通过的工字形拉杆中间的宽度。为了进一步加强开口管胀后的收缩功能，跨开口管的开口对称两边的挂钩孔处，收缩的安装数根拉伸弹簧，目的是为开口管增加一组长久外径机械的收缩力量，使开口管不因为长久频繁的外胀，自身收缩功能的减弱，外径的变大，造成穿管、抽卷困难的出现。

弹簧圈的开口处间距大于所通过的工字形拉杆的中间杆宽度；工字形拉杆左右对称，其厚度等于或小于弹胀管的壁厚；工字形拉杆通过弹簧圈的开口，安装在相邻两弹胀管端部的滑动端T形槽和静止端的T形槽内；

弹簧圈/锥面外胀精度的形成：安装在开口管内径中的弹胀管和弹簧圈串联组合，通过工字形拉杆连接，实现了活塞对卷筒管的二次外胀。弹簧圈的外胀，是由右向左逐管串联的推动，直到推不动平衡后停止为止，所形成轴的径向同轴度和跳动精度。主要与弹簧圈/锥面的加工精度有关，与来自多大的推力，在开口管的内径中，把弹簧圈推到什么尺寸位置无关。

上述轴的弹簧圈/锥面机械二次推力放大机构，相当于斜面对斜面典型的力放大组合。所不同的是，其锥面相当于斜面，锥面的对面不是斜面而是一个圆，这个圆就是弹簧圈的截面圆，用在回转轴上形成的特点是，径向占有尺寸小，有利于心轴管截面积的增加和轴的抗弯曲强度的提高。

本发明是针对现有技术，尤其是针对本发明人ZL 2012 1 0268830.3号专利中存在的四个主要缺陷做了改进。

(1)在原C形圈组合的外径增加一根贯通胀径，只能径向胀缩，而不能轴向移动和径向转动的开口管；做到长短各异的卷筒管穿在开口管上都能卡的紧，不打滑；并且卷筒管之间的间距尺寸也能调整；

(2)由于增加了开口管，取消了原专利胀轴中驱动侧心轴管内的一组串联气缸组合，从而降低了轴的制造成本；

(3)取消了ZL 2012 1 0268830.3专利中所述的“螺钉连接副6”，而改进为工字形拉杆连接弹胀管组合的方案，使安装在弹胀管静止端T形槽内的工字形拉杆一端沿形固定，另一端安装在弹簧管滑动端T形槽内的工字形拉杆上，轴向滑动自如，并且在频繁的收缩后退中强度大拉不断；

(4)一阀控制两条气路的充气阀方案，这次把一阀分开，有利于轴的保压和故障的查找。

本发明人在ZL 2012 1 0268830.3号专利的基础上，改进了上述四点主要缺陷外，为了降低轴的制造成本，一轴多用，增加了轴的胀前轴径调整机构。胶囊破裂和气控中的漏气时有发生，为了避免现有技术中的气囊和气动控制中胀缩轴漏气对生产造成的损失，在这次专利申请文件中，增加了轴的胀后自锁机构。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

一、心轴管本身是通轴，也是气缸筒，在充气压力六公斤的情况下，活塞的多组串联气缸，一次推力放大机构和弹簧圈/锥面的机械二次推力，合为一体。开口管对卷筒管这时总的外胀卡紧力可接近三吨以上，与现有技术中的轴相比，卷筒管不会出现间断性的打滑现象；不会出现由于褶皱的不平整对其箔表面张力产生质量影响，可以薄箔、厚箔剪一轴通用。

二、全轴无充气囊，对卷筒管胀紧后，如图8所示，a、b、c、d轴内各配合间隙自行消失；金属与金属，包括卷筒管合为一体后，轴的跳动精度和抗弯曲强度得到了提高。

三、现实中卷取轴的外径和卷筒管的内径，主要以150mm、75mm为主，是根据用户分切机设备的不同要求而确定的，虽然差距不大，但尺寸各异；现有技术中的卷筒管穿在轴上，其配合间隙大小都不能调整，用户在卷取中要靠更换不同胀轴轴径的办法，来调整配合间隙和提高产品质量；本发明轴设有胀前轴径调整机构，减少了轴的制造成本，有利于用户减少采购数量，降低生产成本。

四、现有技术中的圆螺母轴向夹紧式轴，为了调整与原始卷的中心线位置，操作手在生产中每个轴都要反复拆卸圆螺母和长短各异的管头，费时又费力，而且准备这么多的管头，对车间的安全文明生产也不利。另外，用户所要求的卷端面和卷筒管端面的相对工艺尺寸也加工不出来。本发明专利中的气控弹簧圈机械式胀缩轴，卷筒管的轴向调整方便、快捷、准确，提高了工作效率，降低了劳动强度。

五、以车床加工为主的结构设计，追求高精度低成本；机械加工中车床加工轴类工件，精度和效率高，而气囊胀轴凹槽的加工以铣床加工为主，影响了轴强度的提高，本发明的设计思想是，充分利用和发挥车床加工回转体表面精度和效率高的特点，配合标准材料的再加工，降低了轴的生产成本，同时轴的同轴度、径向跳动精度都得到了提高。

六、现有气囊及其轴在旋转中如果漏气，瞬间就会把一轴成品卷变成废品，特别是高端电磁箔和手撕钢箔的损失要比几根轴的价值还要大，而本发明在推动管处所设置的轴的自锁螺栓，避免了这一问题的出现。

七、把气囊胀轴的气囊胀到最粗，平均得需要15秒钟，本发明结构轴，在向充气阀18充气中仅用3秒钟就胀到位了，这有利于工作效率的提高，同时活塞到位的振动声，又再次给操作手一个到位的明确信号，这是气囊胀轴所做不到的。

附图说明

图1是气控弹簧圈机械式胀缩轴结构示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是弹胀管剖视图；

图4是图1中E向示意图；

图5是图2中F向示意图；

图6是图5中G处开口管上的拉伸弹簧安装示意图；

图7是现有技术中气囊涨缩轴的示意图(有多大配合间隙就有多大跳动误差)；

图8是本发明中充气胀紧后a、b、c、d配合间隙自行消失示意图。

图中：1、驱动端轴头；2、心轴管；3、钢珠环形槽；4、胀径调整管；5、弹胀管；5.1、圆锥端面；5.2、圆锥面；5.3、环槽；5.4、滑动端T形槽；5.5、静止端T形槽；5.6、端平面；5.7、内环台；6、开口管；6.1、开口；7、定位螺栓；8、工字形拉杆；9、起点推管；10、导向长槽；11、弹簧圈；12、端盖；13、充气孔；14、推动管；15、工作端轴头；16、卷筒管；17、光轴；18、充气阀；19、导向长条孔；20、密封管；21、活塞；22、活塞杆；23、四通；24、自锁螺栓；25、拉伸弹簧；26、胶胀条；27、充气囊；28、配合间隙；29、实测精度；30、轴的设计精度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1-图8，本发明所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，包括心轴管2，心轴管2两端分别固定有驱动端轴头1和工作端轴头15；心轴管2外由靠近驱动端轴头1到靠近工作端轴头15依次设有胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管14，靠近推动管14的心轴管2内设有气动推动机构；气动推动机构包括活塞组和活塞杆22，活塞组包括活塞21和端盖12，端盖12与心轴管2固定连接，活塞杆22一端贯穿端盖12与活塞21连接固定，活塞杆22另一端通过连接件与推动管14连接，且活塞21的前后移动由相应的气路控制，活塞21的推动由充气阀18驱动；胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管14外周套装有开口管6，开口管6上设有贯穿两端的一条开口；且开口管6与胀缩机构之间设有定位机构。

本实施例中：

充气阀18设置在工作端轴头15上，心轴管2相应位置设有轴向充气孔13，充气孔13连通充气阀18；工作端轴头15上还有密封管20，工作端轴头15上的密封管20与心轴管2相应位置的轴向密封管20连通；活塞组的数量为2-5个，充气孔13连通同组的活塞21和端盖12之间的空间，心轴管2上密封管20连通相邻组的端盖12与活塞21之间的空间。心轴管2本身是通轴管，也是气缸筒；端盖12通过螺钉与心轴管2固定连接，活塞21通过轴用挡圈与活塞杆22连接固定；活塞21和端盖12与心轴管2内壁和活塞杆22之间均设有双道密封圈，且设有多组活塞组，使垂直相对的两路通气孔之间密封不串气；活塞组的数量要根据生产中卷筒管16所需要的最大外胀力来决定。充气阀18是常闭式二位三通阀，手按，充气枪两用，特点是阀体内设有过滤网，与充气枪接触的部位，包括密封管20是聚氨酯材料，做到充气中不漏气、压力高、充得快。

工作过程中，向安装在工作端轴头15上的充气阀18充气，气体经充气孔13进入同组的活塞21和端盖12之间的空间，从而推动活塞21向左移动，活塞21左边的气体则经过密封管20排出，活塞21向左移动的同时带动活塞杆22和推动管14向左移动，推动管14推动胀缩机构；排气时，按充气阀18放气的同时向密封管20充气，气体进入相邻组的端盖12与活塞21之间的空间，推动活塞21向右移动回缩，带动活塞杆22和推动管14向右移动，同时拉动工字形拉杆8向右，胀缩机构卸力，开口管6回缩。

工作端轴头15靠近活塞杆22的一端设有凹槽，活塞杆22端部位于凹槽内，凹槽两侧的工作端轴头15和与心轴管2相应位置设有导向长条孔19；活塞杆22端部设有四通23，连接件为光轴17，光轴17两端贯穿活塞杆22端部和四通23，然后经导向长条孔19后插入到推动管14管壁的孔中固定。活塞杆22左右移动，实现活塞杆22通过光轴17带动推动管14沿导向长条孔19轴向移动；四通23保护光轴17，在轴处于最大推动力的情况下，两端不至于弯曲。

胀缩机构包括多个弹胀管5和多个弹簧圈11，弹胀管5靠近推动管14的一端设有端平面5.6和内环台5.7，弹胀管5远离推动管14的一端设有圆锥面5.2，后一个弹胀管5的圆锥面5.2与前一个弹胀管5的内环台5.7相配合，弹簧圈11安装在圆锥面5.2外周；弹胀管5和弹簧圈11配合设置在开口管6内。弹簧圈11其钢丝截面呈圆形或多边形；弹簧圈11的一侧面可加工一平面，弹簧圈11设有开口；截面及其圈的外径等于或小于弹胀管5的壁厚和外径，安装中的一平面要与弹胀管5端平面5.6靠在一起，弹簧圈11在扭转、弯曲的加工所产生的势能中，使其本身就具有了外胀和自行回缩的弹性。钢丝是由模具冷拉加工的，在几千米以上的长度中，其截面尺寸精度极高，通过弯曲加工成为弹簧圈11后，在心轴管2和开口管6之间承上启下，使轴的同轴度和径向跳动精度达到了最高；弹簧圈11单侧加工平面，所去掉的厚度要根据弹簧圈11外胀尺寸的大小确定，如外胀尺寸小也可以不用加工平面；所述的开口管6的内径大于弹胀管5组合的外径，外径小于卷筒管16的最小内径，开口管6的长度小于胀前起点管与推动管14之间组合的长度之和。

弹胀管5从圆锥端面5.1开始设有10°－30°的圆锥面5.2，以圆锥面5.2的最大外径处为起点设有小于圆锥面5.2长度的环槽5.3，环槽5.3底的壁厚是弹胀管5壁厚的2－8分之一。从圆锥端面5.1到环槽5.3的另一边为止，圆锥面5.2超过三等分，设有宽0.1－3mm的开口；以管壁厚的一半为起点，设有内环台5.7，内环台5.7的深度可容纳并大于弹胀管5的移动距离。

工作时，推动管14向左推动弹胀管5，弹胀管5随着向左移动，在前面弹胀管5端平面5.6的阻挡下，使圆锥面5.2上的弹簧圈11，在锥面的推动中，沿着锥面的车、磨加工精度，边进边胀，后面的弹簧圈11也随同前面的弹簧圈11一样，直到轴向原地停止不动，使开口管6的同轴度保持在很高的精度范围之内。弹胀管5组合的长度要根据产品卷最小幅的宽度和胀轴的长度而定。

胀前轴径调整机构包括胀径调整管4和起点推管9，起点推管9设置在胀径调整管4与胀缩机构之间，起点推管9靠近胀缩机构的一端设有起点环台，起点环台与相邻弹胀管5的圆锥面5.2相配合；起点推管9靠近胀径调整管4的一端外周设有外螺纹，外螺纹与胀径调整管4内径的内螺纹螺纹连接配合。胀径调整管4一处设有槽孔，且胀径调整管4内壁与相应位置的心轴管2外壁设有钢珠环形槽3，钢珠环形槽3与槽孔连通，钢珠环形槽3内放入有钢珠，能够获得轴向更大的推动力，并且使在旋转胀径调整管4时，摩擦力为最小；且胀径调整管4上还设有排气孔。调整时，旋转胀径调整管4，使卷筒管16与开口管6的配合间隙调到小一点为宜。

与开口管6的开口相对应位置的推动管14上设有通螺孔，通螺孔中安装有自锁螺栓24。自锁螺栓24为内六角平端螺栓，安装时自锁螺栓24中部穿过开口管6的开口，当出现漏气时，向下拧紧自锁螺栓24，自锁螺栓24撑紧推动管14，使推动管14与心轴管2固定；当卷取完成待抽卷前，反向旋拧松开自锁螺栓24即可。两个自锁螺栓24为一用一备，沿推动管14轴向安装。

推动管14靠近胀缩机构的一端设有推动锥面，推动锥面外周套有弹簧圈11，推动锥面和弹簧圈11与胀缩机构相配合，使推动管14与弹胀管5的配合具有连贯性。

定位机构包括定位螺栓7，定位螺栓7底端与心轴管2壁螺纹连接固定，定位螺栓7设置处对应的弹胀管5壁上设有导向长槽10，开口管6上与定位螺栓7对应的位置设有通孔，定位螺栓7上端贯穿导向长槽10和开口管6上的通孔。定位螺栓7数量为2个以上，只有对应定位螺栓7设置位置的弹胀管5壁上设有导向长槽10，导向长槽10的宽度与定位螺栓7相匹配；定位螺栓7顶端不高于开口管6外壁。同时限制开口管6的旋转，但是定位螺栓7的设置不会对开口管6的径向胀开有影响。

相邻弹胀管5之间设有工字形拉杆8，弹胀管5的两端分别设有静止端T形槽5.5和滑动端T形槽5.4，工字形拉杆8的两端分别滑动设置在滑动端T形槽5.4和固定设置在静止端T形槽5.5内，相邻弹胀管5通过工字形拉杆8相连；推动管14上设有滑动端T形槽5.4，推动管14与相邻的弹胀管5之间设有工字形拉杆8，工字形拉杆8两端分别滑动设置在推动管14滑动端T形槽5.4和固定设置在弹胀管5静止端T形槽5.5内。

起点推管9与相邻的弹胀管5之间设有工字形拉杆8，起点推管9上设有静止端T形槽5.5，工字形拉杆8两端分别滑动设置在弹胀管5滑动端T形槽5.4和固定设置在起点推管9静止端T形槽5.5内。

弹簧圈11钢丝的截面呈圆形或多边形。弹簧圈11钢丝的一侧面可以加工一平面，圈的开口间距大于所通过的工字形拉杆8的中间宽度。

为了进一步加强开口管6胀后的收缩功能，跨开口管6的开口6.1对称两边的挂钩孔处，收缩的安装数根拉伸弹簧25目的是，为开口管增加一组长久外径机械的收缩力量，使开口管6不因为长久频繁的外胀自身收缩功能的减弱，外径的变大造成穿管、抽卷困难的出现。

弹簧圈11的开口处间距大于所通过的工字形拉杆8的中间杆宽度；工字形拉杆8左右对称，其厚度等于或小于弹胀管5的壁厚；工字形拉杆8通过弹簧圈11的开口，安装在相邻两弹胀管5端部的滑动端T形槽5.4和静止端的T形槽5.5内。

活塞及推动管14轴向移动的总行程，是各锥面及弹胀管5向左外胀，向右回缩的行程之和。

弹簧圈11/锥面外胀精度的形成：安装在开口管6内径中的弹胀管5和弹簧圈11串联组合，通过工字形拉杆8连接，实现了活塞21对卷筒管16的二次外胀。弹簧圈11的外胀，是由右向左逐管串联的推动，直到推不动平衡后停止为止，所形成轴的径向同轴度和跳动精度。主要与弹簧圈11/锥面的加工精度有关，与来自多大的推力，在开口管6的内径中，把弹簧圈11推到什么尺寸位置无关。

上述轴的弹簧圈11/锥面机械二次推力放大机构，相当于斜面对斜面典型的力放大组合。所不同的是，其锥面相当于斜面，锥面的对面不是斜面而是一个圆，这个圆就是弹簧圈11的截面圆，用在回转轴上形成的特点是，径向占有尺寸小，有利于心轴管2截面积的增加和轴的抗弯曲强度的提高。

驱动端轴头1和工作端轴头15分别通过螺栓与心轴管2固定。使用时，将卷筒管16穿在开口管6上，然后将胀轴吊放在分切机的两个轴座之间夹紧；根据这批卷筒管16与开口管6的配合间隙的大小，调整胀前轴径调整机构，使卷筒管16与开口管6的配合间隙调到最小为宜；按用户的要求，调整卷筒管16之间的间距尺寸，然后向充气阀18充气，活塞21带动活塞杆22，活塞杆22通过连接件带动推动管14推动胀缩机构，胀缩机构实现推力一次放大，通过光轴17推动推动管14、弹胀管5组合，使安装在圆锥面5.2上的弹簧圈11，在逐管端平面5.6的阻挡下，转变为径向并一同与开口管6外胀，高速的旋转及无跳动的分切，从而高质量完成了弹簧圈11/锥面，机械二次推力放大机构的生产任务，使开口管6外胀将卷筒管16固定；分切完毕后，按充气阀18放气的同时向密封管气路充气，活塞杆22退回，使胀缩机构和开口管6自行回缩，然后进行轴的悬空抽卷。驱动端轴头1和工作端轴头15尺寸及技术要求，由需要轴的用户提供，因为由于所分切的卷材不同，分切设备型号及主轴夹紧轴座的结构尺寸不同。

开口管6的开口6.1贯穿两端，开口6宽度为1mm-5mm；且开口管6外径轴向表面，设有深0.2mm－2mm的数条轴向V形槽，可增大对卷筒管16的卡紧力，这比气囊胀轴的摩擦胀紧牢固得多；促使开口管6形成胀缩功能的方式：(1)所加工开口管6的最大外径，要小于卷筒管16的最小内径；(2)要优先选用伸长率高的钢管。

设置轴的胀前轴径调整机构所要解决的问题：现有技术中以铝箔卷取为例，常用卷取箔卷的卷筒管16，其内径主要以150+3mm为主，对应常用卷取轴的外径是150－0.5mm。这样，本轴与卷筒管16的最大配合间隙是3.5mm，根据气囊及其它轴，有多大的配合间隙就有多大的跳动误差的认知。轴的径向跳动间隙3.5mm，对所要求的0.05的跳动误差相差太远。为解决这一问题，现实中所采取的方法是在3.5mm的尺寸范围内多加工几种小配合间隙的外径轴，用于与卷筒管16配对，目的是为了把3.5mm的这个最大配合间隙降下来，这样势必增加了轴的采购数量。

本发明中的轴的胀前轴径调整机构，通过调整胀轴外径的大小使弹胀管5组合行程不超过活塞21的最大运动范围，使弹簧圈11的轴向进退行程为最短，这不仅缩短了对充气阀18的充气、放气时间，而且还提高了轴的工作效率。

轴的胀前轴径调整机构的使用方法及与定位螺栓7的位置关系：在这个起始位置中，可以看到有两个以上的定位螺栓7是处在导向长槽10的中间位置处。依据附图1的使用方法是，如果发现卷筒管16的内径与开口管6的配合间隙小了，穿不到开口管6上，或穿上后感到推力大了，这种情况，就要把开口管6的外径变小，方法是旋转胀径调整管4，使起点推管9并通过工字形拉杆8拉动弹胀管5组合向轴的左端后退，此时，开口管6的外径就跟着回缩，回缩到导向长槽10的右端面，碰不到定位螺栓7为止。相反看到轴的开口管6与卷筒管16的配合间隙大了，这时就要把开口管6的外径变大，方法是旋转胀径调整管4，使起点推管9通过工字形拉杆8，推动弹胀管5组合向轴的右端推进，此时，开口管6的外径就要跟着外胀，外胀到导向长槽10的左端端面，碰不到定位螺栓7时为止。卷筒管16都是批量采购，对于每个胀轴来说，不需要每次都要调整轴的外径，操作手调个中间长度就可以了。

串联气缸的活塞21、活塞杆22和端盖12的安装方法：如图1所示，轴的串联气缸推力一次放大机构中的活塞21和端盖12内外径的凹槽里面，按两种规格型号和方向安装U形密封圈和O形密封圈。按活塞杆22上的活塞21和端盖12的排列顺序，开始从心轴管2的右端轴用弹簧挡圈安装在活塞21两侧的凹槽内卡紧。下一步把安装好了的活塞杆22组合，按图1，从心轴管2的右端推入到气缸轴孔腔内，从心轴管2的螺栓孔中，把螺栓固定在端盖12的外径上，四通23安装在活塞21的右端，光轴17从四通23及活塞21的径向孔中穿过，并与推动管14两端管壁的通孔中固定。

重点在于密封件及沟槽内涂敷满以锂基润滑脂作为润滑剂，气缸腔内涂少许32号油雾油。所安装的活塞21和端盖12是一组或一组以上。

气动控制中的气体粘度低，漏气肉眼看不见，现有技术中的气囊等胀轴，时有漏气现象的发生，本发明为了避免这一问题出现，本发明中采用了双密封等措施，平均每卷充气后的工作时间30分左右，但在验收中要求保压时间是48小时，不得有任何漏气现象发生，虽然采用双密封设计，但为了保险起见，还增设了自锁螺栓24，其目的是如有泄漏这一现象发生，给操作手提供一种不换轴、不停产继续使现有轴的一种措施。

轴的弹簧圈11/锥面机械二次推力放大机构的安装顺序：如图1示，从胀轴的左端开始，把驱动端轴头1，安装在心轴管2左端轴孔的内径中，由两个以上的螺栓固定。胀径调整管4与起点推管9螺纹配合后，投放钢珠，拧紧螺栓，把两管组合安装在心轴管2左侧的外径上，从心轴管2的左端开始，把弹胀管5和推动管14及其锥面上的弹簧圈11组合，依次安装在心轴管2的外径上，之后把光轴通过四通23穿在推动管14的两个孔中，最后把两个内六角平端自锁螺栓24安装在推动管14的螺丝孔内。

如图4E向及图1，所示在两个管之间安装工字形拉杆8，把开口管6穿在弹胀管5组合的外径上，定位螺栓7通过导向长槽10和开口管6对应的孔，紧固在心轴管2的螺孔内，以控制开口管6只能径向胀缩，而不能旋转和轴向移动。

气控弹簧圈机械式胀缩轴外胀力的计算步骤及所用公式：

根据所充气压P的大小，就可以计算出轴的串联气缸推力F的一次放大，和弹簧圈(11)/锥面机械W总的二次放大外胀力的大小。

.计算轴内气缸的总推动力------F

F＝[0.7854×(D²－d²)×P]×3

式中：D-----主轴管缸内径cm

d-----活塞杆(22)外径cm

P----充气压力kg/cm²

3----串联气缸数量

.计算C形圈/斜面二次的机械外胀力-----w kg

因为：F＝w tg(Ф+a)

W＝f/tg(Ф+a)

式中：F-----三个气缸的总推动力

a----斜面(锥面)倾角

Ф-----摩擦角取tg 5°43'

w总-----斜面二次外胀力

本实施例的使用过程及原理如下：

如图1所示的是气控弹簧圈机械式胀缩轴对卷筒管16外胀前，轴内各管回缩待胀，操作前的起始位置图。

在胀轴两端的任何一端，将卷筒管16穿在开口管6的外径上，然后将胀轴吊放在分切设备上的两个轴座之间，通过轴头内两端斜面的定位基准，把轴头夹紧待机。

由于卷筒管16加工单位和批次的不同，其内径尺寸存在差异，但并不是每次每根卷筒管16的内径都一样。根据卷筒管16与开口管6配合间隙的大小，旋拧胀径调整管4，调整起点推管9的轴向位置，通过弹胀管5组合圆锥面5.2轴向位置的改变，同时也改变了弹簧圈11和开口管6外径的大小，要求配合间隙小一些，做到穿管、抽轴自如为宜。

根据用户对卷的端面和卷筒管16端面相关尺寸的要求、根据分切刀片的间距，调整每个卷筒管16之间的间距尺寸。

根据分切卷材的厚度、张力要求和卷径的大小，确定充气压力的大小。

用充气枪对准常闭式二位三通充气阀18充气。压缩气流通过充气阀18，进入到心轴管2壁内的充气孔13中之后分成三路，分别作用在三个活塞21的右腔室，活塞21带动活塞杆22，并通过光轴17推动推动管14及其弹胀管5组合、弹簧圈11、开口管6把卷筒管16胀牢。同时三个活塞21左腔室的气体通过密封管20排到轴外。这样就完成了对卷筒管16串联气缸推力的一次，和弹簧圈11/锥面机械的二次推力放大的任务。

如果认为轴的质量不好，有漏气问题，启动自锁机构的方法：向充气阀18充气，之后用6号内六角扳子，右旋方向把自锁螺栓24稍拧紧即可。当卷取完成待抽卷前，相反的方向松开自锁螺栓24放气后抽卷即可。

不使用自锁螺栓24，正常的后退中，按充气阀18放气，同时用充气枪对准密封管20充气，压缩空气进入到心轴管2壁内的另一条通气孔道中，之后分为二路，作用在二个活塞21的左腔室，活塞21推动，推动管14向轴的右端运动，同时两个活塞21右腔室的气体通过充气阀18排到轴外，同时弹簧圈11和开口管6自身的回缩能力，加上拉伸弹簧作用在开口管外径上的机械收缩力量，顺利的完成了对开口管6收缩的任务。操作分切设备的抽卷机把料卷抽出，之后再把悬空的两个胀轴吊放到分切设备的两个轴座之间，穿上卷筒管16夹紧待机。

Claims (12)

1.一种气控弹簧圈机械式胀缩轴，包括心轴管(2)，心轴管(2)两端分别固定有驱动端轴头(1)和工作端轴头(15)；其特征在于：心轴管(2)外由靠近驱动端轴头(1)到靠近工作端轴头(15)依次设有胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管(14)，靠近推动管(14)的心轴管(2)内设有气动推动机构；气动推动机构包括活塞组和活塞杆(22)，活塞组包括活塞(21)和端盖(12)，端盖(12)与心轴管(2)固定连接，活塞杆(22)一端贯穿端盖(12)与活塞(21)连接固定，活塞杆(22)另一端通过连接件与推动管(14)连接，且活塞(21)的前后移动由相应的气路控制，活塞(21)的推动由充气阀(18)驱动；胀前轴径调整机构、胀缩机构和推动管(14)外周套装有开口管(6)，开口管(6)上设有贯穿两端的一条开口(6.1)；且开口管(6)与胀缩机构之间设有定位机构。

2.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：充气阀(18)设置在工作端轴头(15)上，心轴管(2)相应位置设有轴向充气孔(13)，充气孔(13)连通充气阀(18)；工作端轴头(15)上还有密封管(20)，工作端轴头(15)上的密封管(20)与心轴管(2)相应位置的密封管(20)连通；活塞组的数量为2-5个，充气孔(13)连通同组的活塞(21)和端盖(12)之间的空间，工作端轴头(15)上密封管(20)连通相邻组的端盖(12)与活塞(21)之间的空间。

3.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：工作端轴头(15)靠近活塞杆(22)的一端设有凹槽，活塞杆(22)端部位于凹槽内，凹槽两侧的工作端轴头(15)和心轴管(2)相应位置设有导向长条孔(19)；活塞杆(22)端部设有四通(23)，连接件为光轴(17)，光轴(17)贯穿活塞杆(22)和四通(23)然后经心轴管(2)右端的导向长条孔(19)插入推动管(14)两侧管壁的孔中固定。

4.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：胀缩机构包括多个弹胀管(5)和多个弹簧圈(11)，弹胀管(5)靠近推动管(14)的一端设有端平面(5.6)和内环台(5.7)，弹胀管(5)远离推动管(14)的一端设有圆锥面(5.2)，后一个弹胀管(5)的圆锥面(5.2)与前一个弹胀管(5)的内环台(5.7)相配合，弹簧圈(11)安装在圆锥面(5.2)外周。

5.根据权利要求4所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：胀前轴径调整机构包括胀径调整管(4)和起点推管(9)，起点推管(9)设置在胀径调整管(4)与胀缩机构之间，起点推管(9)靠近胀缩机构的一端设有起点环台，起点环台与相邻弹胀管(5)的圆锥面(5.2)相配合；起点推管(9)靠近胀径调整管(4)的一端外周设有外螺纹，外螺纹与胀径调整管(4)内径的内螺纹螺纹连接配合。

6.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：与开口管(6)的开口相对应位置的推动管(14)上设有通螺孔，通螺孔中安装有自锁螺栓(24)。

7.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：推动管(14)靠近胀缩机构的一端设有推动锥面，推动锥面外周套有弹簧圈(11)，推动锥面和弹簧圈(11)与胀缩机构相配合。

8.根据权利要求4所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：定位机构包括定位螺栓(7)，定位螺栓(7)底端与心轴管(2)壁螺纹连接固定，定位螺栓(7)设置处对应的弹胀管(5)壁上设有导向长槽(10)，开口管(6)上与定位螺栓(7)对应的位置设有通孔，定位螺栓(7)上端贯穿导向长槽(10)和开口管(6)上的通孔。

9.根据权利要求4所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：相邻弹胀管(5)之间设有工字形拉杆(8)，弹胀管(5)的两端分别设有静止端T形槽(5.5)和滑动端T形槽(5.4)，工字形拉杆(8)的两端分别滑动设置在滑动端T形槽(5.4)和固定设置在静止端T形槽(5.5)内，相邻弹胀管(5)通过工字形拉杆(8)相连；推动管(14)上设有滑动端T形槽(5.4)，推动管(14)与相邻的弹胀管(5)之间设有工字形拉杆(8)，工字形拉杆(8)两端分别滑动设置在推动管(14)滑动端T形槽(5.4)和固定设置在弹胀管(5)静止端T形槽(5.5)内。

10.根据权利要求5所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：起点推管(9)与相邻的弹胀管(5)之间设有工字形拉杆(8)，起点推管(9)上设有静止端T形槽(5.5)，工字形拉杆(8)两端分别滑动设置在弹胀管(5)滑动端T形槽(5.4)和固定设置在起点推管(9)静止端T形槽(5.5)内。

11.根据权利要求4所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：弹簧圈(11)钢丝的截面呈圆形或多边形。

12.根据权利要求1所述的气控弹簧圈机械式胀缩轴，其特征在于：开口管(6)跨开口(6.1)以在开口为对称的挂钩孔内收缩的安装数根拉伸弹簧(25)。

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