1944_螺旋紙管卷管機設計
1944_螺旋紙管卷管機設計,螺旋,紙管,卷管機,設計
黃河科技學院本 科 畢 業(yè) 設 計 (論文) 任 務 書工 學院 機械 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 08 級 1 班學 號 080105048 學生 宋珍鶴 指 導 教 師 郭 長 江 畢業(yè)設計(論文)題目螺旋紙管卷管機設計 畢業(yè)設計(論文)工作內容與基本要求(目標、任務、途徑、方法,應掌握的原始資料(數(shù)據(jù)) 、參考資料(文獻)以及設計技術要求、注意事項等) (紙張不夠可加頁)一、設計技術要求、原始資料(數(shù)據(jù)) 、參考資料(文獻)通過實習調研搜集資料,運用所學知識,并借助 CAD 等繪圖軟件,針對化纖用螺旋紙管,設計一種螺旋紙管卷管機。該機必須滿足以下要求:1:螺旋紙管卷紙層數(shù) 6-12 層,紙寬 60-110mm;2:卷軸直徑 65-120mm;3:卷管外徑 80-140mm;4:卷管速度 3-8m/min;5:調速方法采用勵磁調速電機實現(xiàn)無級調速;在做本課題時,需要查閱機械原理,機械設計,包裝紙性能,機械設計手冊1-5 卷等相關資料。二、設計目標與任務1.查閱文獻資料 12 種以上,外文資料不少于兩篇。寫出 3000 字以上的文獻綜述,單獨裝訂成冊。2.翻譯外文科技資料,不少于 3000 漢字,單獨裝訂成冊。3.完成開題報告,填寫開題報告表。4.擬定設計方案,完成螺旋紙管卷管機結構設計及強度計算等。5.卷管機裝配圖一張 A0;卷管機架零件圖一張 A0; 卷管機花鍵軸零件圖一張 A3;卷管機托板零件圖、支撐板零件圖各一張 A1;6.編寫摘要,英中文完全對照,中文不少于 300 字。7.編寫設計說明書,不少于 8000 字符。三、時間安排1-4 周 完成開題報告、文獻翻譯、文獻綜述及總體方案設計5-10 周 完成總體設計、完成部分機構的裝配圖及部分零件圖并撰寫說明書10-11 周 修改論文、資格審查等12 周 畢業(yè)答辯畢業(yè)設計(論文)時間: 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日計 劃 答 辯 時 間: 2012 年 05 月 19 日專業(yè)(教研室)審批意見:審批人簽名:黃河科技學院畢業(yè)設計(論文)開題報告表課題名稱 螺旋紙管卷管機設計課題來源 教師擬訂 課題類型 工程設計真實課題 AX 指導教師 郭長江學生姓名 宋珍鶴 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 0801050481、調研資料的準備螺旋紙管已廣泛應用于食品包裝,農膜,造紙,紡織等行業(yè),主要包括纏繞膜紙管,膠帶紙管,保鮮膜紙管,熱電偶紙管,塑料薄膜紙管,造紙用管,皮革紙管,鋁箔紙管,高強度紙管,化纖紙管等,適用范圍比較廣,用量比較大。 此次設計我是用螺旋紙管卷管機設計作為設計的課題。在準備階段,我首先在網上搜集了一些關于卷管機工作原理的資料,中國卷管機的發(fā)展前景以及國內外卷管機的發(fā)展現(xiàn)狀。然后又在圖書館的網站上搜集了一些關于卷管機設計方面的材料和文獻。二、設計的目的與要求 畢業(yè)設計是大學教學中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié),通過該設計過程,可以檢驗學生所學的知識,同時培養(yǎng)學生處理工程中實際問題的能力,因此意義特別重大。要求:查閱文獻資料 12 種以上,外文資料不少于兩篇。擬定設計方案,完成螺旋紙管卷管機機構設計及強度要求等,完成卷管機裝配圖一張 A0;卷管機架零件圖一張 A0;卷管機花鍵零件圖一張A3;卷管機托板零件圖、支撐板零件圖各一張 A1;編寫摘要,編寫設計說明書。三、設計的思路與預期成果 (1).了解卷紙機的結構和工作過程,對自動換卷系統(tǒng)進行設計。(2).進行基本的幾何計算和受力分析,選擇合適的參數(shù) (3).完成文獻綜述和外文翻譯。 (4).設計圖樣(包括總裝圖和主要零部件圖) 。 (5).完成畢業(yè)論文,編寫設計說明書。四、任務完成的階段內容及時間安排1 周4 周 完成開題報告、文獻翻譯、文獻綜述及總體方案設計 5 周-10 周 完成總體設計、完成部分機構的裝配圖及部分零件圖并撰寫說明書10 周11 周 修改論文、資格審查等12 周 畢業(yè)答辯五、完成設計(論文)所具備的條件因素首先完成本次設計,主觀上要有主動性,閱讀與題目相關的資料等,同時也必須了解論文的格式,撰寫的方法等等。其次客觀上要具備一定的條件,如通用計算機,繪圖機,設計室,AUTOCAD、SOLIDWORKS 、UG、電子圖板等繪圖軟件,有關參考書、工具書、資料等。指導教師簽名: 日期: 2012 年 2 月 20 日2012 年 2 月 27 日課題來源:(1)教師擬訂;(2)學生建議;(3)企業(yè)和社會征集;(4)科研單位提供課題類型:(1)A工程設計(藝術設計) ;B技術開發(fā);C軟件工程;D理論研究;E調研報告(2)X真實課題;Y模擬課題;Z虛擬課題要求(1) 、 (2)均要填,如 AY、BX 等。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 1 頁 螺旋卷管機的工作原理摘要:卷管機是生產卷紙管的機器,卷管部分是螺旋紙管生產的最主要的一部分,本文主要介紹卷管機的發(fā)展歷程及其工作原理。本文研究了螺旋紙管(罐身)各參數(shù)之間,以及皮帶輪直徑和最大紙管外徑之間的關系,另外還研究了螺旋焊管的成型原理,對螺旋焊管成型技術的輥形設計、預彎定位、成型控制以及彎板輥的適用性等問題進行了研究,并給出了成型工藝設計示例。關鍵詞:卷管機的發(fā)展/螺旋紙管/成型原理/螺旋焊管/預彎/彈復 前言卷管機,顧名思義,就是生產卷紙管的機器,是一種紙料加工機械,它以單光面牛皮紙為原料,經過切刀成片,將其卷成紙管的設備 1。生產的卷紙管應用于各個行業(yè),有纖工業(yè)用管、薄膜工業(yè)用管、印刷工業(yè)用管、造紙工業(yè)用管、皮革工業(yè)用管、食品包裝用管、展覽行業(yè)用管等。卷管機的類型也多種多樣,最常見的卷管機就是螺旋卷管機和平卷式卷管機。還有其他類型的卷管機,如自動卷管機 1(如圖1) 、自動卷芯機、衛(wèi)生紙卷管機、壓力卷管機等,自動卷芯機和紙管的作用有關,很多紙管一般都是作為內芯來卷產品的,因此把做紙管的機器叫做自動卷芯機。另外還可以按輥長劃分為多種規(guī)格的卷管機 23。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 2 頁 圖 1 自動卷管機的外觀圖卷管機按力的傳動方式分為芯軸主動和芯軸被動,按浸漬材料與芯軸的纏繞角度分為平繞和斜繞。芯軸主動的方式適合于卷制大直徑的管,對于小直徑的管,在浸漬材料連續(xù)平繞時,芯軸主動和芯軸被動卷制的產品性能差不多。但是,芯軸主動的卷管機設備和操作要比芯軸被動的復雜的多,所以目前廣泛使用的是芯軸被動的三輥卷管芯 2。1.卷管機國內外發(fā)展狀況在卷管機不斷發(fā)展的過程中,人們對于卷管機的認識理念也是在不斷的變化,那么重視紙管機就成為了我們當前最重要的事情。隨著我國經濟快速發(fā)展,紙管機、紙芯、紙管產品以其成本低、質量輕、易回收、無公害等優(yōu)點,在紙管機、造紙業(yè)、包裝業(yè)、紡織化纖業(yè)得到了普遍應用。它即可以作為各種卷筒紙和紙板的內芯,也可作為合成長絲、滌綸、丙綸、氨綸等所用的紡織紗管,尤其是用于紡織業(yè)的紙管已逐步取代錐形紗管。以前的國產卷紙機與造紙機一樣,長期停留在窄幅、慢速、受控。卷紙輥從卷紙機的副臂轉到主臂的過程,或是引紙、換紙均靠手工操作來完成。無疑,勞動強度較大,又不安全,卷成的紙卷外緊內松,在紙卷端面形成卷曲的荷葉狀,造成幾十層紙黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 3 頁 的質量下降或報廢 3。而且國內相似的紙管加工機多為半自動機型,主要采用機械傳動的方式實現(xiàn)紙的切片,之后由人工將紙片送到卷紙機內進行卷管,生產效率比較低 1,不能適應時代的要求。印度Sodahech公司推出的最新款高性能自動寶塔紙筒機最大產能為每分鐘生產55個紙筒,其上安裝有獨特的握持卷繞系統(tǒng),以防止筒子模型滑移。同時該公司生產的螺旋紙管卷繞機具有氣動式或機械式皮帶拉力,能快速地改變筒管尺寸,積極式驅動將載荷有效地從最初的移動件傳遞到卷繞筒上,沒有任何猛拉或振動 4。近幾年我國通過引進國外先進技術,對卷管機的送料機構、往復運動機構以及各部分之間的相位匹配等進行改進,大大提高了我國卷管機的發(fā)展水平 3。通過對國產卷管機發(fā)展的回顧與現(xiàn)代卷紙機系列產品的開發(fā),表明國產卷紙機已經步入世界先進水平的行列,為寬幅、高速、大型全自動化的卷紙機設計制造了條件。隨著卷紙機幅寬增加,原在主副臂上所用氣缸均改為油缸。這樣使結構緊湊、合理,加上制造精良,外表美觀,使卷紙機的水平達到了一流 3。2.卷管機的成型原理及分析普通螺旋傳動是螺母和螺桿組成的傳動副,可以實現(xiàn)螺桿或螺母的軸向移動。主要把回轉運動變?yōu)橹本€運動以傳遞運動或動力,但不能連續(xù)傳遞被加工件 5。卷管機的螺旋傳動則完全不同于普通的螺旋傳動,它是螺旋傳動的變異,它可以傳遞被加工件,它具有使被加工件既轉動又作軸向移動的功能,并可以實現(xiàn)連續(xù)加工連續(xù)進給,可應用生產線上 6。2.1 簡易螺旋卷管機的研制黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 4 頁 1-電機;2-減速器;3-齒輪;4-齒輪;5-主座;6-螺紋管模軸;7-托輪裝置;8-副座;9-床體滑道;10-行走絲杠;11-行走絲母;12-三角帶;13-電控箱圖2 螺旋卷管機結構圖螺旋卷管機有以下幾部分組成:電機、減速器、螺旋轉軸、主座、副座、行走絲杠、拖輪裝置、床體滑道、機體、電控箱等組成如圖2所示 7正常情況下工作時,先用方銷將無縫鋼管的一端固定在螺紋管模軸起始端托管架(焊接主座端面)內,然后開啟電控箱內正轉按鈕,電動機通過減速器一齒輪一傳動軸,帶動螺旋卷管機轉軸每分鐘1O轉的速度旋轉,完成后,按停止按鈕;先將副座后退至機座末端,再取出方銷將卷好的螺旋管拿下來。2.2 螺旋紙管(罐身)的成型原理螺旋卷繞法卷制復合罐罐身,紙管及紙芯,由于生產率高,用科省,易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點而被廣泛應用 8。許多資料都簡要介紹過這種成型方法的基本原理。下面試圖作較深入的理論分析,以便必要時作為參考。2.2.1 概述螺旋卷繞法卷制紙管(罐身)的基本成型原理如下圖所示:黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 5 頁 1驅動皮帶輪;2成型皮帶輪;3面紙;4中層紙;5內襯紙;6固定芯軸圖3 螺旋卷繞法卷制紙管(罐身)的成型原理由上圖可知,紙管壁由內襯紙、中層紙和面紙組成,通常紙管內襯紙和面紙用輕質薄紙。為了減小卷繞時內襯紙和芯軸之間的摩擦力,要求內襯紙的內表面光滑。并且常在卷繞時于內表面涂臘以降低摩擦系數(shù)。中層紙用表面粗糙的重質紙,如650gm。的板紙。復合罐罐身的內襯紙常用紙塑或鋁塑復合薄膜 9, 而中層紙用200-300m 的中質紙。工藝過程:先將各層紙的原料紙按要求裁剪成一定寬度的窄長紙條。接著在芯軸上卷繞內襯紙,制復臺罐罐身時燙封螺旋接縫。然后,將施以粘膠的各層紙,分別按一定的角度一層層重疊一起螺旋卷繞到固定芯軸上。每層的螺旋接縫,由其相鄰的外層紙覆蓋 10。卷繞成型皮帶按紙條同樣的方式繞在紙管的外表面,它由兩個轉向相反的驅動輪同時驅動。皮帶對紙管的裹緊力使各層紙互相粘牢,皮帶與面紙外表面的摩擦力使紙管在固定芯軸上向前作螺旋運動,從而連續(xù)不斷地卷出紙管。卷成的紙管定型后即可按一定規(guī)格切斷,晾干后便成要求的紙管,復臺罐罐身還需要貼上商標紙或在光滑白色的面紙上印以商標圖案后才能切斷成罐身 11。2.2.2 幾何參數(shù)分析由幾何原理,紙條寬度、芯軸直徑和螺旋角的關系 12(參考圖4)如下:黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 6 頁 圖4 螺旋紙管的幾何展開圖(三層為例)(1)1sin2iibD式中i一一 由內襯紙開始向外計數(shù)的層次一一 第i層紙的螺旋角一一 第i層紙的紙條寬度b一一 層紙的厚度iD 一一 芯軸直徑或者公式如下:(2)siniibD式中Di 一一 第i層紙圈的內徑黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 7 頁 (3)12iiiD下圖5表示紙圈內徑、紙條寬度和螺旋角之間的關系:圖5 紙圈內徑、紙條寬度和螺旋角之間關系曲線設螺距為S,則(4)cosibS如果相鄰兩層紙圈的螺距不同,則在不斷卷繞過程中,會經常出現(xiàn)兩層接縫重疊的現(xiàn)象從而影響紙管質量。為此在卷繞時應使所有各層紙圈的螺距相同,即對一批紙管,S是定值。聯(lián)立解 (2)式和(4) 式,得(5)2iiiDSb卷制時,可先按芯軸直徑和內襯寬(或紙管外徑和面紙寬度)確定螺旋角及螺距,然后按式(4)和式 (5)計算各層紙的寬度和螺旋角 10。通常,中間各層紙條的寬度比計算值黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 8 頁 小2mm左右,卷繞時會形成間隙以儲存多余的粘膠 11。2.2.3 受力分析與皮帶傳動相似,成型皮帶和紙管按要求安裝好以后,帶有一定的張緊力,但比皮帶傳動的張緊力小,當不工作時各段皮帶的拉力相等。工作時各段皮帶的拉力出現(xiàn)差異,帶在紙管兩拉邊的力之差值,即為有效拉力F(圖6)。其值可按下式計算(6)120PFv式中F1 紙管緊邊帶的拉力(N)F2 紙管松邊帶的拉力(N)P 驅動紙管所需功率(kw)v 成型皮帶的工作速度(m/s)跟推導歐拉公式一樣I ,在皮帶上取一徽段d 。微段始端到剜轉軸心的垂直距離即為半徑冗。該垂足到微段未端中點的距離可近似認為等于 它們的夾角d0 。則另一方面,dl在紙管橫截面方向投影dlcosa的計算公式是 dlR因此 (7)cos沿皮帶縱向列出垂直和水平各力的平衡式,考慮(7)式,并使F在F 2到F 1 , 在0到2范圍內積分,即得成型皮帶螺旋卷繞一向的歐拉公式(8)21cosfFe式中f 皮帶與紙的摩擦系數(shù)聯(lián)立(6)式和(8)式得:黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 9 頁 (9)2cos1ffFe(10)2cosfe為驅動紙管旋轉的力, 為推動紙管向前運動的力 19。cosFinF圖6 成型皮帶輪受力分析圖2.3 螺旋焊管的成型原理在研究螺旋焊管的成型原理時必須對輥形設計、預彎定位、成型控制以及彎板棍的適用性等問題進行研究,這里主要介紹預彎定位和成型控制方法。2.3.1 成型預彎的定位預彎與定徑是螺旋焊管成型過程中的主要工序。預彎的主要目的是解決管坯的彈復黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 10 頁 問題,因為彈復的大小直接影響鋼管的內在質量;定徑的主要目的是為了得到更加精確的管坯直徑,因為直徑控制是鋼管的主要質量指標之一。預彎與定徑之間需要有一個合適搭配才能得到理想的鋼管管坯 13。帶鋼(中性層)彎曲與彈復的狀態(tài)示意圖如下圖7所示,通過對狀態(tài)示意圖的分析來解決成型預彎的定位問題 14。圖7 帶鋼的彎曲和彈復示意圖由圖可知,定位必須以G點為基準點,,使定徑弧、預彎弧、彈復弧在 G 點公切。因為只有這樣的定位方法才能滿足預彎弧在定徑套內的充分彈復。為了便于敘述我們可以把這種方法叫做“公切”定位法。按G點公切設置的不同彈復狀態(tài)可以找出以下幾種預彎定位示意圖:等量預彎設置示意圖、正彈復設置示意圖、負彈復設置示意圖、適量成型設置示意圖等。實際意義的適量成型是不存在的,因此使用這種方法時應當有相應的輔助控制手段。下面是四種示意圖:圖8 等量預彎設置示意圖黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 11 頁 圖9 正彈復設置示意圖圖10 負彈復設置示意圖圖11 適量成型設置示意圖除了上面四種“公切”定位法外還有“非公切”定位法,這里就不再注重介紹。2.3.2 成型控制方法螺旋焊管成型技術中成型控制過程也是很重要的部分,成型控制方法主要有三種:公切、正壓預彎法,公切、偏壓預彎法,等量預彎法 15。公切、正壓預彎的含義就是在預彎成型的控制過程中(見圖12) ,預彎弧( R2z ) 、黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 12 頁 彈復弧( R3z ) 與定徑弧( R z) 在3 # 輥處公切,內壓輥的力作用線( F2 ) 與預彎弧( R2z) 的垂直中心線相重合,即內壓輥的作用力垂直正壓。圖12 公切、正壓預彎法1- 帶鋼 2-帶鋼輸入定位輥(0 #輥) 3-預彎下棍(1 #輥)4-預彎上輥(2 #輥) 5-定徑輥 6-預彎下輥(3 #輥)圖13 公切、偏壓預彎法黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 13 頁 1-帶鋼 2-帶鋼輸入定位輥(0 #輥) 3-預彎下棍(1 #輥)4-預彎上輥(2 #輥) 5-定徑輥 6-預彎下輥(3 #輥)公切、偏壓預彎的含義就是在預彎成型的控制過程中(圖13) ,預彎弧( R2z ) 、彈復弧( R 3z) 與定徑弧( R z) 在3 # 輥處公切,內壓輥的力作用線( F2 ) 相對預彎弧 ( R2z) 的垂直中心線有一個偏轉即內壓輥的作用力呈偏心壓下。等量預彎的含義就是在成型的控制過程中(圖14) ,預彎半徑 R2z與擬定的管坯半徑Rz 之值相等且重合。顯然,本方法是公切、正壓預彎法和公切、偏壓預彎法中的一種特例情況,單獨提出的原因在于這種情況的典型性和應用的普遍性。圖14 公切、等量預彎法1-帶鋼 2- 帶鋼輸入定位輥(0 #輥) 3-預彎下棍(1 #輥)4-預彎上輥(2 #輥) 5-定徑輥 6-預彎下輥(3 #輥)3 卷管機研究過程中所遇到的問題和解決方法卷紙機構主要卷針和伺服電機組成,作用是將送到卷針里的紙片卷繞成紙管。在黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 14 頁 整個結構設計中,關鍵環(huán)節(jié)是送料機構和往復運動機構以及各個模塊之間相位的匹配。送料機構和往復運動機構是紙管機能否連續(xù)精確送料、實現(xiàn)自動化的基礎;各個模塊的協(xié)調一致,是保證生產線正常工作的關鍵 1。送紙機構將型紙從堆紙臺送至卷繞裝置,安裝在其輸出構件上的送紙吸嘴的一個運動周期分為:吸紙、輸紙、喂入和取紙四個階段。在工作過程中,要求送紙吸嘴在吸紙和喂人兩個階段處于停歇狀態(tài),并有較高的停歇精度,保證在吸取和喂人型紙時的準確性;另外還要求送紙吸嘴在輸紙、取紙兩個階段有較好的運動平穩(wěn)性,以保證卷制出的紙管有較高的品質。由于送紙吸嘴在兩個近似停歇階段均有較大的波動,故在送紙過程中有顫動,這些現(xiàn)象影響了送紙吸嘴的工作性能。分析其原因,發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象主要是有氣壓傳動自身的局限性所致,由于平面連桿機構具有運動平穩(wěn)、結構簡單、制造精度高等特點,因此,通過用平面連桿機構替代普通機構來滿足輸出構件上送紙吸嘴的性能要求 16。往復運動機構的用途是將切刀片切成的固定長度的料紙準確的送給卷針。托紙架要實現(xiàn)兩個動作:來回往復運動和上下擺動 17。往復運動實現(xiàn)紙的運送,擺動實現(xiàn)紙的吸收和放開。往復運動過程中的帶輪是主動輪,通過帶與紙張之間的摩擦來帶動紙的高速旋轉。常見的往復運動的機構有曲柄滑塊機構、凸輪往復機構、液壓氣動往復機構、絲杠螺母機構等。前兩種機構在實現(xiàn)較大行程時占用空間過大,后兩種機構成本偏高。并且以上一套機構只能實現(xiàn)一個方向的往復 17。為了實現(xiàn)兩個方向的往復運動,低成本,結構緊湊等要求,需提出一種新型復合往復運動機構。紙管是有十幾層或二十幾層紙卷繞而成的紙筒,這多層紙中最內層紙的內層不涂膠,最外層紙的外層不涂膠,其余層雙面涂膠。這些紙在卷管機上加溫、加壓捂接卷繞,經后序加工及定性處理而制成的一種專用紙管制品。在紙管生產工藝中很關鍵的一個問題是卷繞粘合強度,因為卷繞粘合的好壞,直接影響著紙管的耐蒸煮性能及使用壽命,而影響粘合質量中的一個重要因素是熱輥的表面溫度 18。因此熱輥功率確定的正確與否,不但直接影響著產品質量,也影響能源的利用率,是生產中迫切需要解決的問題。為了解決這個問題,用溫度傳感器間斷供電的方式來控制溫度。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 15 頁 參考文獻1關玉明,王興,肖艷春,王歡.自動紙管機的設計與分析.機械設計與制造 第5期,2009年5月2司炳艷,顏丹軻.三輥卷管線壓力的控制與調節(jié).工程塑料應用 第1期,1987年3張善禹,俞蕾,張雷.國產卷紙機的發(fā)展和現(xiàn)代卷紙機幾種結構功能的分析. 上海造紙 第27卷 第1期4汪玲玲 譯.Sodahech:自動寶塔紙筒機與螺旋紙管卷繞機.國際紡織導報,2009年 第4期5夏建芳,田強,葉南海.螺旋傳動效率測試系統(tǒng)開發(fā). 湘潭大學自然科學學報,2003年6月6曲恩.三輥螺旋傳動的研究.機械設計與研究第21卷 第4期,2005年8月7葛令芝.簡易螺旋卷管機的研制.煤礦現(xiàn)代化 總第88期,2009年第1期8童申.復合罐制造技術及其發(fā)展現(xiàn)狀.包裝與食品機械,1987年4月9許鎮(zhèn)宇.機械零件.人民教育出版社,1981年10于云滿.螺旋卷紙芯機的設計研究.包裝與食品機械,1986年2月11唐志祥.螺旋紙管(罐身)成型原理分析.無錫輕工業(yè)學院學報 第10卷 第1期,1991年12莫施寧(前蘇聯(lián)).彎卷機和矯正機.徐鯉庭譯.機械工業(yè)出版社,1958年13白忠泉.螺旋焊管的成型技術. 焊管 第27卷 第3期,2004 年5 月14白忠泉.一種具有輥形輪廓線與螺旋管坯相吻合的內壓輥.中國專利,2002年9月15侯杰茹,孟建軍,陳光偉.自動卷管機送至機構的優(yōu)化設計.機械設計,2000年5月16關玉明,王興,肖艷春,王歡.新型復合往復運動機構的設計及其在紙管機中的應用.機械設計與制造 第6期,2009年6月17王忠孝.卷管機熱輥功率的理論分析.紡織器材 第21卷 第2期,1994年3月18汪煥心.電腦數(shù)控螺旋斜卷紙管機.輕工機械,2003年 第2期19王春行.液壓伺服控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社,1981年20趙波.液壓技術在卷管機上的應用.液壓與密封,2006年 第3期黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 綜 述 ) 第 16 頁 21侯杰茹,高勝利,孟建軍,王煒.用高速攝影技術研究卷管機送紙機構的運動規(guī)律.天津紡織工學院學報 第19卷 第4期,2000年8月22 Joseph F Hanion.Handbook of Package Engineering2nd McGraw-Hil1,198423Syathes.s CommuaicatlozJuneJuly,198524W.Nadolski. Dynamie investigationof loads on gear teeth in single gear transmission.Archive of Mechanics 61(1991)523-53125M. Strano. Automatic tooling design for rotary draw bending of tubes. Int J Adv Manuf Technol (2005) 26: 733740單位代碼 02 學號 080105048 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計文獻綜述院 ( 系 ) 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 宋 珍 鶴指 導 教 師 郭 長 江2011 年 3 月 10 日黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 1 頁 單齒齒輪傳動中輪齒負載的動力學研究W.Nadolski,WarsawArchive of Mechanics 61(1991)523-531摘要:此文中對單齒齒輪傳動中輪齒負載的動力學研究分析中提及了一種離散連續(xù)的分析模型,在此模型中恒定的等效嚙合硬度和由轉矩引起的可估算的軸變形均被考慮到計算當中。在分析討論中應用到了波形圖法,即利用了運動方程式而得到的波形圖。數(shù)值計算都集中在確定輪齒上的動力載荷波動的波幅大小,計算時還要考慮到在第一第二共振區(qū)域外部激發(fā)作用下的頻率變化。1 緒論在參考文獻 1,2 中剛性齒單齒輪傳動的動力學研究是在離散連續(xù)的模型中被執(zhí)行的,此文中也考慮應用一種相似的模型,然而此處相嚙合齒的齒廓等效剛度可被假設為 3 到 6 的常數(shù),在科技文獻中齒輪傳動的研究大多依靠在一到多個自由度條件下進行離散分析(見參考文獻 7,8) 。此文中的離散連續(xù)模型由兩個可測得軸和四個在考慮旋轉軸時質量慣性矩為常數(shù)的剛體組成,這樣的齒輪傳動都要考慮由于撓度作用消除支撐軸承的變形和軸系大體上的扭轉變形。系統(tǒng)中的剛體所受外力矩是被隨機加載的。阻尼的作用也被考慮在內,主要依靠當量的粘滯型外阻尼和當量的福哥特型內阻尼。本研究中還會運用利用波形圖法來解運動方程式的方法,這種方法可以用來測定在齒輪齒的位移,張力和速度處于穩(wěn)定狀態(tài)或者瞬時狀態(tài)下,輪齒上動載荷的變化。為了挑選描述單齒齒輪傳動各種機械性能的參數(shù)而進行的數(shù)值計算,目標主要集中在測定齒輪齒上動載荷的振幅大小與處在第一第二共振區(qū)域的外部激發(fā)的頻率大小的關系。2 假設和控制方程黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 2 頁 圖 1. 單齒齒輪傳動模型假設這個單齒齒輪傳動的離散連續(xù)模型有平行軸,圖 1 中齒輪軸 1 和 2 的性能用以下參數(shù)描述,剪切彈性模量 G,極慣性矩 Ii,密度 和長度 (i =1,2) ,輪齒 4,5和剛體 3,6 的質量慣性矩分別為 (i=3,4,5,6) 。 X 軸平行于齒輪軸,而且它的原點在未受干擾前提下與齒輪軸 1 的左端點的位置一致。在 t=0 時齒輪軸橫截面的位移和速度可以假設等于 0,這里分析時不包括一些細微因素的影響,例如制造加工時造成的齒形誤差,齒面磨損,離線的運動接觸,齒間潤滑油的影響等,這些因素在齒輪傳動的運動分析中通常被忽略不計。在這些假設下這個單齒齒輪傳動的控制方程將會是線性的。假設在運動過程中輪齒不分離,而且在橫截面 x=L1 處的軸位移滿足關系式(1)(1)其中 R4、R5 分別齒輪 4 和 5 的節(jié)圓半徑,i(x,t)分別為齒輪軸 1 和 2 的角位移。輪齒上的動載荷可由下式表達(2)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 3 頁 其中 Km 為等效嚙合剛度,Cm 為嚙合阻尼系數(shù), 為與節(jié)圓半徑 R4、R5 對應的壓力角。需要指出的是在參考文獻 1,2 中(1)式等于 0,描述無齒形誤差的動載荷的公式(2)是從參考文獻 8中得到的。在以上假設條件下,測定公式(2)中出現(xiàn)的位移和速度的問題最終歸結為解下面這個經典的波動方程(3)初始條件為(4)邊界條件為(5)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 4 頁 其中 M(t)為加載在剛體 3 上的外激勵, (i=3,4,5,6)和 (i=1,2)分別為外阻尼和內阻尼系數(shù),出自參考文獻 1,2 。邊界條件(5)和參考文獻 1,2 中的參照條件是相似的,他們之間的區(qū)別是,在條件(5)中動載荷依照(2)式得出,并依靠等效嚙合剛度和嚙合阻尼系數(shù)。如果(1)式等于 0 則文獻 1中的邊界條件和此文中的邊界條件是相同的。在緒論上的無量綱數(shù)為式(6)如下關系式(3)(5)為(7)(8)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 5 頁 其中 0 為一個等于常數(shù)的角位移,為方便分析此模型中的圍護邊界被省略。式(7)的解代入到初始條件(8)中可以得到以下公式(10)(10)其中這些表示波形的未知因素 和 是由外部力矩 M(t)引起是的,齒輪軸一和二間的傳動方向一致并分別與 x 軸方向垂直。自變量 和 在計算中已被考慮在內,第一次擾動在齒輪軸 1 中出現(xiàn)在 t=0 時 x=0 處,在齒輪軸 2 中出現(xiàn)在 t=1 時 x=1 處。變量 和是連續(xù)的而且對于負的自變量它們都等于 0。把式(10)代入邊界條件(9)可以得到對于 和 的微分方程。從式(10)的形式可知道它遵循的是在不同時刻的瞬時狀態(tài) 和 不等于 0,在計算中為方便操作在所有函數(shù)中引入常規(guī)自變量 z。在參考文獻 1,2 中對剛性齒齒輪傳動的研究中,每個黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 6 頁 等式中從邊界條件獲得的最大的自變量也是用 z 表示,在這種情況下當齒輪齒是柔性時,適用的方程式會稍微的更加復雜些,因為這些函數(shù) f2,g1 與實變量 z,z2=z+2 都不是相互獨立的,這種情況下,把式(10)代入式(9) ,我們可以得到下式其中(12) 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 7 頁 微分方程(11)可以依靠有限差分法求解,當 z0 時可以從式(11)中求得函數(shù) f1,f2 , g2 的值,當 z2=z+20 可以從式(11)中求得時函數(shù) g1 的值。對于負的自變量它們卻都等于 0,所以從式(11)3 可得它遵循的是當 z2=z+22 時 g1(z2)0.雖然函數(shù) f2(z)和 g1(z+2)都不是相互獨立的,但是依靠恰當函數(shù)已知的函數(shù)值,運用有限差分法可以推導出這些函數(shù)的表達式。這些表達式將在附錄中給出。3 數(shù)值計算結果在數(shù)值計算中下列單齒齒輪傳動的參數(shù)都是假設的,假設如下:量綱量無量綱量該文分析過程中包括以下無量綱量:當齒高等于 0.10m,嚙合阻尼系數(shù) Cm=Di1 時,嚙合剛度 =0.005 859,0.018528,0.0585(單位分別為)參見參考文獻 911。外部力矩 M(t)是隨機得到的,它可以是規(guī)則的或不規(guī)則的,周期的或非周期的。此處假定有下式得出(14) 其中 , 是無量綱的外激勵頻率。目前考慮的重點集中在,在考慮頻率處在第一第二共振區(qū)域穩(wěn)定狀態(tài)下的外激勵的作用下,如何測定齒輪齒上的動載荷的振幅。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 8 頁 由(2)式給出的動載荷 的表達式,是依靠等效嚙合剛度 Km, 嚙合阻尼系數(shù)Cm 和相對位移 ,及相對速度 而得到的。阻尼對 , 的影響,Km、 Cm 對動載荷 的影響,分別在圖 2,3,4 中顯示出來。圖 2.振幅頻率對 , 的影響曲線圖 2 所示振幅頻率對相對位移 的影響曲線是連續(xù)曲線,對相對速度 的影響曲線點曲線。這些曲線是運用式(11)利用參數(shù)(13)和以下附加參數(shù)計算得到的。附加參數(shù)為黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 9 頁 外阻尼對該研究中函數(shù)的作用是可估測的,但是內阻尼的影響是完全可以忽略的。圖 2 中對于每條有確定的 Di1 值的曲線都符合系數(shù) Di2 的三個值,所以內阻尼的影響是不可測得的,進一步的數(shù)值計算擬定內阻尼系數(shù) D12=D22=0.01 外阻尼系數(shù)Di1=0.05(i=3 ,4,5,6) 。圖 3.Km動載荷振幅關系圖 圖 4.Cm動載荷振幅關系圖圖 3 繪制的圖形可知,動載荷的振幅 在 Cm=0 時,對于不同的等效嚙合剛度 =0.005859,0.018528 ,0.05859 所得的圖形是規(guī)則的,也就是說在第一共振區(qū)里載荷的最大振幅會隨著 Km 的增大而升高,圖 4,5,6,7 和 9 中動載荷的振幅頻率曲線都是在 Km=0.018528 的條件下繪制的。嚙合阻尼系數(shù) Cm 對動載荷的影響在本項研究中分別取值為 Cm=0,0.01,0.05,0.1。圖 4 中遵循忽略嚙合阻尼系數(shù) Cm 影響,除了處在第一諧振區(qū)鄰域內的情況。此項研究中的單齒齒輪傳動由式(13)中的多個參數(shù)表現(xiàn)出來,例如參數(shù) K1,K2和 A6 對動載荷 P 的振幅頻率曲線的作用在圖 5,6 和 7 中表現(xiàn)出,圖 6 中遵循的是黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 10 頁 載荷 P 的最大值隨處于第一共振區(qū)域的自變量 K2 的值的升高而升高。這樣的規(guī)律在圖5 和 7 是沒有表現(xiàn)的,圖 5 和 7 中分別表現(xiàn)的是不同的 K1 和 A6 對振幅頻率曲線的作用。圖 5.不同 K1 對動載荷振幅的影響 圖 6. 不同 K2 對動載荷振幅的影響從圖 2-7 可以發(fā)現(xiàn)它們都遵循這樣一個規(guī)律,動載荷 P 的最大振幅出現(xiàn)在第一共振區(qū),當外激勵的頻率等于自激振動的第一頻率 1 時。這樣進一步的數(shù)值計算中,將對共振振幅進行討論,依靠 A6 的作用挑選出適當?shù)?Km,K1 和 K2,這些數(shù)據(jù)可用于測定 =1 時動載荷的振幅。在忽視阻尼和邊界條件(9)中外力矩作用的情況下,運用分離變量法求解式(7) ,可以獲得自激振動的第一頻率及其次的頻率。在圖 8,9 中可見參數(shù) Km,K1 和 K2 對動載荷 P 共振振幅的影響,其中 A6 的變化范圍是從 0.03 到 0.77。圖 8 中繪制出了對于各個不同的Km=0.005859,0.018528, 0.05859 的適當?shù)膱D表,圖 8 中各曲線的規(guī)律是,隨著參數(shù)A6 的升高動載荷的共振振幅先單調升高達到最大值然后單調下降。對于確定的 A6 共振振幅隨著 Km 的升高而升高,同樣的結論也可以從圖 9 中得到,圖 9 表現(xiàn)了當 A6 升高時不同的指示參變量對 K1,K2 所得到的共振振幅變化曲線,其中常數(shù) K1 的值由d1=0.06m,0.10m,0.22m 決定,常數(shù) K2 的值由 d2=0.09m,0.15m ,0.33m 決定,d1,d2 分別為齒輪軸 1,2 的直徑。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 11 頁 圖 7. A6=0.03,0.15,0.75 時動載荷振幅變化圖 8. Km 對動載荷共振振幅的影響 圖 9. K1 和 K2 對動載荷共振振幅的影響4 最終備注本文介紹的事項理論上有這樣一個性質,它們都涉及到了單齒齒輪傳動的離散連續(xù)模型,此模型具有不變的等效嚙合剛度并且齒輪軸是扭轉變形可稱的。此項研究中還運用到了波形法。數(shù)值計算的結果也給出了關于這些參變量在研究過程中的影響的信息,描述了這種單齒齒輪傳動及作用在齒輪齒上的動載荷的振幅。實際情況下,這些已得到黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 12 頁 的信息對設計單齒齒輪傳動是很有用的,其中等效嚙合剛度可以假定為常數(shù)。附錄:函數(shù) g1(z2)和 f2(z)的測定函數(shù) g1(z2)和 f2(z )都是由式( 12)中的第三第四等式決定的,運用有限差分法給出下列等式定義g1(z2)和 f2(z)的表達式 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 13 頁 參考文獻黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 ( 文 獻 翻 譯 ) 第 14 頁 單位代碼 02 學號 080105048 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計文獻翻譯院 ( 系 ) 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 宋 珍 鶴指 導 教 師 郭 長 江2011 年 3 月 10 日單位代碼 02 學號 080105048 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計 說 明 書螺旋紙管卷管機設計院 ( 系 ) 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 宋 珍 鶴指 導 教 師 郭 長 江2011 年 5 月 15 日黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 I 頁螺旋紙管生產線卷管機設計摘 要卷管部分是螺旋紙管生產的最主要的一部分。在此設計的螺旋紙管機適用于造紙、紡織、地毯、薄膜、食品、輕工以及其它行業(yè)各種品質和規(guī)格的紙管生產,特別是化纖絲廠用紙管生產。皮帶纏繞方式采用雙導程纏繞傳動方式,又加上四機頭的設計,這些都可保證芯軸的受力平衡和卷管過程的穩(wěn)定,從而保證紙管的質量,使該設備更能輕松完成紙管的加工。本設計部分給出了紙帶寬度與卷管直徑的關系,并且對不同卷管直徑的各層紙帶寬度做了具體計算。通過對普通 V 帶傳動、鏈傳動、錐齒輪傳動以及花鍵軸的設計、計算和校核,比較詳細地對各傳動部分做了具體分析,以確保其在實際生產中穩(wěn)定高效地工作。關鍵詞 螺旋卷管機/紙管/雙導程纏繞/四機頭黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 II 頁Paper Tube Machine of SpiralPaper Tube Production LinABSTRACTRolling paper tube part is the most important part of the spiral paper tube production. In this design, the spiral paper tube machine is applicable in the paper making, textile, carpet, film, food, light industry and other industries for a variety of qualities and specifications of the paper tube production, especially in the production of chemical fiber silk mill paper tube. Winding way of the belt is dual lead winding drive way, coupled with the four-head design, which can ensure the force balance of the mandrel and the stability of the rolling process to ensure the quality of paper tube and make the device more easily to complete the paper tube processing. the design part presents the relationship between the width of paper reel tape and the diameter of volume , furthermore make a specific calculation on the paper reel tape width in different layers corresponding to different diameters of the volume. Through the design, calculation and verification of the ordinary V-belt drive, chain drive, bevel gear and the spline axis, the paper do a detailed analysis in each part of these drives to ensure the stability and efficiency in the actual production work .KEY WORDS spiral paper tube machine, paper tube, dual lead winding , four-head design 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 III 頁目 錄1 緒論 .11.1 紙管 .11.1.1 紙管的分類及用途 .11.1.2 紙管的結構形式及材料 .21.2 螺旋紙管機 .31.2.1 紙管機的概述 .31.2.2 螺旋紙管機 .41.3 本課題研究的背景 .51.4 探究本課題的研究意義 .61.4.1 包裝機械的發(fā)展歷程 .61.4.2 紙制品包裝的發(fā)展歷程 .71.4.3 紙管機的發(fā)展歷程 .82 卷管機的工作原理和設計方案 .92.1 螺旋紙管機的工作原理 .92.1.1 紙架部分 .92.1.2 上膠部分 .92.1.3 卷管設備 .92.1.4 切斷部分 .102.2 卷管機設計方案的確定 .103 總體設計計算 .123.1 螺旋卷管機的幾何計算 .123.1.1 概述 .123.1.2 紙帶的幾何計算 .133.1.3 平帶拉力 .163.2 電機的選擇 .173.2.1 功率的計算 .173.2.2 電機的選擇 .17 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 IV 頁3.3 減速器的選擇 .183.3.1 轉速的計算 .183.3.2 傳動比的分配 .183.3.3 減速器的選擇 .183.4 V 帶傳動計算 .193.4.1 確定計算功率 .193.4.2 選擇 V 帶的帶型 .193.4.3 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 v .203.4.4 確定中心距 a 并選擇 V 帶的基準長度 Ld .203.4.5 驗算小帶輪包角 .2113.4.6 計算帶的根數(shù) z.213.4.7 計算單根 V 帶的初張緊力的最小值 .223.4.8 作用在軸上的力即壓軸力的最小值(Fr)min 及帶輪的結構設計 .223.5 鏈傳動的設計 .233.6 齒輪傳動 .253.6.1 第一組錐齒輪的設計、計算及校核 .253.6.2 第二組錐齒輪的設計、計算及校核 .363.7 軸的設計和校核 .493.7.1 第一根軸的設計、計算和校核 .493.7.2 花鍵軸的設計、計算及校核 .513.7.3 花鍵的擠壓強度校核 .573.7.4 鍵聯(lián)接的強度驗算 .583.7.5 軸承壽命的計算 .59結束語 .63致 謝 .64參考文獻 .65黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第1 頁1 緒論1.1 紙管紙管是工業(yè)生產的常用物品,目前紙管已經廣泛應用于各種領域,它即可以作為各種卷筒紙和紙板的內芯,也可作為合成長絲、滌綸、丙綸、氨綸等所用的紡織紗管,如食品包裝,農膜,造紙,紡織等行業(yè),尤其是用于紡織業(yè)的紙管已逐步取代錐形紗管。1.1.1 紙管的分類及用途紙管主要包括纏繞膜紙管、膠帶紙管、保鮮膜紙管、熱電偶紙管、塑料薄膜紙管、造紙用管、皮革紙管、鋁箔紙管、高強度紙管、化纖紙管等,適用范圍比較廣,用量比較大。隨著我國經濟快速發(fā)展,紙管機、紙芯、紙管產品以其成本低、質量輕、易回收、無公害等優(yōu)點,在紙管機、造紙業(yè)、包裝業(yè)、紡織化纖業(yè)得到了普遍應用。根據(jù)行業(yè)有應用,可以將紙管具體分類如下:1) 化 纖 工 業(yè) 用 管 : 主 要 有 DTY 管 、 POY 管 、 FDY 管 、 錦 綸 管 、 氨 綸 管 、 氨 綸包 覆 紗 管 2) 薄 膜 工 業(yè) 用 管 : 有 BOPP、 PET、 PVC、 BOPA、 CPP、 農 用 地 膜 、 保 鮮 膜 、纏 繞 膜 、 塑 料 袋 用 管 ( 超 市 用 ) 、 鍍 鋁 膜 、 電 工 電 容 膜 、 丙 膜 、 煙 膜 3) 印 刷 工 業(yè) 用 管 : 主 要 應 用 于 卷 桶 印 刷 、 薄 膜 印 刷 、 紙 張 印 刷 、 新 聞 紙 、 紗 管紙 、 白 板 紙 、 傳 真 紙 、 票 據(jù) 紙 、 水 松 紙 、 鋁 泊 紙 、 書 寫 紙 、 彩 色 羊 皮 紙 、 口杯 紙 、 利 樂 保 鮮 紙 、 其 他 4) 冶 金 工 業(yè) 用 管 : 鋁 板 、 鋼 板 、 鐵 板 等 卷 材 5) 包 裝 用 管 : 醫(yī) 療 器 械 、 書 畫 、 食 品 罐 等 外 包 裝 6) 測 溫 用 紙 管 : 鋼 水 測 溫 一 次 性 熱 電 偶 7) 取 樣 器 用 紙 管 8) 傳 真 機 用 紙 管 9) 電 池 紙 管 10) 橋 梁 建 筑 用 管黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第2 頁1.1.2 紙管的結構形式及材料 1(1)紙管的結構形式紙管按其制造工藝分為三種形式:螺旋卷繞式、搭接式和平繞式。螺旋卷繞式紙管通常使用幾種材料傾斜卷繞而成,搭疊邊是傾斜的。搭接式紙管是先將紙板沖切成坯料,再成型粘接而成。平繞式紙管由片材卷繞數(shù)層制成,內外層的接縫位于同一直線上。通常,螺旋卷繞式紙管都是圓的,近年來也能卷繞各種異形紙管,但技術比較復雜。其它兩種形式比較容易制造矩形或橢圓形等截面的紙管。特別是搭接式,還能容易地制成圓錐形的紗管。搭接方式又可分兩種:其一是先將原材料用粘合劑復合,再沖切成坯料以后在芯軸上成型搭接;第二種先將原材料分別沖裁成同樣大小的坯料,然后在芯軸上一層層成形粘合。第二種方式可使各層的搭接縫互相錯開,以提高接縫的強度和密封性。螺旋卷繞法具有制管速度快、用料省、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,是一種最為經濟合理的方法,而且可卷成任意長度的紙管,故得到廣泛的應用。就容器的強度而言,螺旋卷繞式的要差一些;就大型容器在貯運中的抗破損能力來說也是平繞式容器優(yōu)于螺旋卷繞式的。(2)卷繞紙管的各層紙有著不同的要求紙管壁由內襯紙、中層和面紙組成。通常,內襯紙用輕質薄紙,為了減少卷繞時內襯紙和芯軸之間的摩擦力,要求內襯紙的內表面盡可能光滑,而外表面則要求有較好的粘合性。制造一般紙管的內襯紙可用單面牛皮紙為基材,有時在其光滑內表面上復合一層鋁箔,鋁箔上再涂一層光滑的涂料,最大限度的降低摩擦系數(shù)。有時也采用羊皮紙、塑料薄膜、真空鍍鋁紙、鍍塑鋁箔等為內襯紙。選用中間層材料時應考慮罐身有足夠的耐破度,能經受住與金屬罐同等的堆碼壓力和側向壓力。罐身一般用未漂牛皮紙板制造,也可以用再生牛皮紙板或以草漿為主的牛皮紙板。紙表面至少有一面是不光滑的,以得到良好的著膠效果。一般制罐罐身用紙的定量為(200300)gm 2,厚度公差為 0.3,水分含量小于71,透水試驗 2080s,斷裂強度中等。制紙芯用紙管時用定量 650gm 2 以上的或更厚的紙板。 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第3 頁外層紙或商標紙通常,應具備制作標簽的性能,并選擇美麗的色調,使外表美觀;另外還要考慮與中間層的粘結性、表面摩擦系數(shù)、遮光性、保香性、耐熱性、耐濕性、耐水性等??墒褂勉~版紙、塑料薄膜、鋁箔等材料。一般復合罐可用 100gm2的一面光滑的白牛皮紙;出口罐常用 60gm2 的褐色牛皮紙,外表復合一層 9m 的標簽鋁箔。芯軸紙管外層紙可用輕質紙即可。粘合劑粘合劑的選擇主要考慮作業(yè)性、安全性、初粘力、速干性等。外層用粘合劑要考慮對外界條件的適應性。淀粉漿糊、凝膠等高粘性粘合劑,流動性差而適合于紙筒卷繞機使用,且價格便宜;硅酸鹽粘合劑粘性強,固化后變硬,紙筒剛性好,成本也最低。1.2 螺旋紙管機1.2.1 紙管機的概述(1)紙管機:紙管機,顧名思義,就是生產卷紙管的機械,它是以單光面牛皮紙為原料,經過切刀成片,將其卷成紙管的設備 15。生產的卷紙管應用于各個行業(yè),有纖工業(yè)用管、薄膜工業(yè)用管、印刷工業(yè)用管、造紙工業(yè)用管、皮革工業(yè)用管、食品包裝用管、展覽行業(yè)用管等 19。卷管機一般由四部分組成:送紙裝置、上膠裝置、卷管設備和切斷部分。(2)紙管機的分類:紙管機按其制造工藝分為螺旋紙管機、平繞式紙管機和搭接式紙管機。按力的傳動方式分為芯軸主動和芯軸被動,其中,芯軸主動的方式適合于卷制大直徑的紙管,而對于小直徑的紙管,芯軸主動和芯軸被動卷制的產品性能差不多,但是芯軸主動的紙管機設備和操作要比芯軸被動的復雜的多。按浸漬材料與芯軸纏繞角度分為平繞和斜繞。另外還可以按輥長劃分為多種規(guī)格的紙管機 23。(3)紙管機適用范圍及應用領域:紙管機生產的紙管適用于煙花、布芯、電化鋁、棉紗、傳真紙、保鮮膜、衛(wèi)生紙等,通常應用于食品包裝、農膜、造紙、紡織等行業(yè)。黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第4 頁1.2.2 螺旋紙管機(1)概述普通螺旋傳動是螺母和螺桿組成的傳動副,可以實現(xiàn)螺桿或螺母的軸向移動。主要把回轉運動變?yōu)橹本€運動以傳遞運動或動力,但不能連續(xù)傳遞被加工件 23。卷管機的螺旋傳動則完全不同于普通的螺旋傳動,它是螺旋傳動的變異,它可以傳遞被加工件,它具有使被加工件既轉動又作軸向移動的功能,并可以實現(xiàn)連續(xù)加工連續(xù)進給,可應用生產線上 24。螺旋紙管機,屬紙管機械類。適用于各行業(yè)對各種品種和規(guī)格的紙管生產,特別是化纖長絲廠用紙管生產。由紙架部分、上膠部分、機架部分、機頭部分、面紙部分、切斷部分等組成 18。螺旋紙管機的用途與特點:1、將適宜定量、寬幅的紙帶,卷繞成所需要內徑及壁厚的平行螺旋狀紙管2、采用三主動無級調速驅動輥輪,皮帶不打滑,芯軸變形小,皮帶壓力大,卷繞力強,動力傳遞效率高,紙管強度好,外表平整。3、具有自鎖功能,擺臂角度調整后能自動鎖定無晃動。4、帶自動跟切裝置,切口齊整無翹角,切營長度自選可調。一至兩人操作。(2)簡易螺旋紙管機的結構 25螺旋卷管機有以下幾部分組成:電機、減速器、螺旋轉軸、主座、副座、行走絲杠、拖輪裝置、床體滑道、機體、電控箱等組成如圖 1-1 所示:黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第5 頁1-電機; 2-減速器; 3-齒輪;4- 齒輪;5-主座;6-螺紋管模軸;7- 托輪裝置;8-副座;9- 床體滑道;10- 行走絲杠;11-行走絲母;12-三角帶;13-電控箱圖1-1 簡易螺旋紙管機結構圖1.3 本課題研究的背景紙管,是工業(yè)生產的常用物品,廣泛應用于熱電偶、紙制品、塑料、布匹、農膜、地毯、食品包裝中,目前國內現(xiàn)有紙管生產的現(xiàn)狀,除去用簡陋設備而自行生產的低檔紙管外,為化纖長絲廠以及其它行業(yè)對紙管技術性能指標有要求的生產紙管的設備,大都是由國外進口,這是由于國內生產設備技術水平不高,尚無制造高品質紙管的這類設備,這種進口設備價格的高昂是顯而易見的。但是這類國外進口的設備在結構上并不先進、合理,占地面積大,而且生產質量不穩(wěn)定。例如紙架部分,國外進口機組采用管紙條盤平行放置,單邊長度達 5.8 米。又如上膠部分,全部紙條進入大膠槽中掛膠,大膠槽要容下雙邊十余層紙上膠,膠槽體積相當龐大而復雜,上膠后分層刮膠,單一個刮膠設備單邊六層紙就需高度 3 米以上,占地 2.5黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第6 頁米之長,層數(shù)加多,則高度仍需加高。這兩項設備不僅占地面積大,結構復雜,而且不能保證工序質量。特別是進口設備采用了液壓、電腦等控制部件及執(zhí)行元件,使得操作和維護都要求有較高技術的工人來操作,給我國當前紙管行業(yè)的現(xiàn)狀帶來了極大的困難,不能適應我國國情,再加上配套件、甚至原材料都得依靠進口,使得高品質紙管生產的企業(yè)困難重重,極大程度的限制了當前我國高品質紙管的生產供應 20。雖然目前高品質紙管可以不完全依賴進口,充分發(fā)揮這些現(xiàn)有進口設備的作用,還有待一個時間來解決。因此,我國高品質紙管生產的水平的提高亟待解決,現(xiàn)階段急切需要能適應我國國情又能生產出高品質紙管的設備來充實我們的市場。1.4 探究本課題的研究意義1.4.1 包裝機械的發(fā)展歷程 1包裝機械是包裝工業(yè)的一大門類產品,在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用,它給行業(yè)提供必要的技術設備,以完成產品的包裝工藝過程。盡管包裝機械的產值在整個包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大,不屬于經常性消耗品,但對包裝工業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。它為包裝工業(yè)提供先進的技術裝備,保證包裝產品質量高、生產效率高、品種多、生產環(huán)境好、生產成本低、環(huán)境污染小,因而獲得較強的生命力,帶來巨大的社會效益和經濟效益。沒有現(xiàn)代化的包裝機械,就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。包裝機械作為專業(yè)性機械,除了普通機械的一般要求外,還有外表美觀、傳動裝置緊湊、運轉平穩(wěn)、精度高、生產效率高等要求,以很好地完成自身功能,適應市場需求。隨著人民生活水平的不斷提高,對商品的包裝提出了更高的要求,哪里有商品,哪里就有包裝,可以說包裝工業(yè)對國民經濟整體結構的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產品量大面廣,廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè),被稱為是“朝陽產業(yè)” 。今后中國包裝機械市場發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點:首先,包裝機械技術含量日趨增加。中國現(xiàn)有的一些包裝機械產品技術含量不黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第7 頁高,而國外已將很多先進技術應用在包裝機械上,如遠距離遙控技術(包括監(jiān)控)、步進電機技術、自動柔性補償技術、激光切割技術、信息處理技術等。其次,包裝機械市場日趨壟斷化。目前中國除了瓦楞紙箱包裝機械和一些小型包裝機有一定規(guī)模和優(yōu)勢外,其他包裝機械幾乎不成體系和規(guī)模,特別是市場上需求量大的一些成套包裝生產線,在世界包裝市場中均被幾家大包裝機械企業(yè)(集團)所壟斷。最后,包裝機械零部件生產專業(yè)化。國際包裝界十分重視提高包裝機械加工和整個包裝系統(tǒng)的通用能力,所以包裝機械零部件生產專業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢,很多零部件不再由包裝機械廠生產,而是由一些通用的標準件廠生產,某些特殊的零部件由高度專業(yè)化的生產廠家生產,真正有名的包裝機械廠將可能是組裝廠。產品向多功能與單一、高速兩極化發(fā)展。包裝機械的最終作用在于提高生產效率和產品多樣化。1.4.2 紙制品包裝的發(fā)展歷程紙制品包裝技術有著非常悠久的歷史,從公元前200年,蔡倫發(fā)明了造紙術,紙制品包裝業(yè)也隨著發(fā)展起來?,F(xiàn)代紙制品包裝始于工業(yè)革命,1817年,美國人約翰迪肯森發(fā)明圓網造紙機,用純紙廢紙漿制造出各種規(guī)格的紙板及多層紙板。隨著時間的發(fā)展,現(xiàn)代又出現(xiàn)了如塑料與紙復合、鋁箔復合紙板等復合材料,以及符合集裝運輸、超級市場需要的集裝化、標準化的各種規(guī)格的紙包裝容器。紙制品包裝相比較其他材料包裝有以下優(yōu)點:1、價格低廉、經濟節(jié)約 紙和紙板原料豐富,來源廣泛,易大批量生產,生產成本低。同樣的包裝箱,用木材直接做成木箱與木材造紙做成紙箱相比,紙箱的用料只是木箱的1/3左右,因此節(jié)約木材和費用。紙箱重量輕,約為木箱包裝毛重的15%左右,可降低包裝成本和運輸費用。2、防護性能好 與其他材料的包裝容器相比,紙容器的緩沖減震性能比較強。紙箱結構緊密無縫,能遮光防塵。3、生產靈活性高 紙張可裁撓、折疊、又易粘、易釘、適于機械化加工和自動化生產;也可較小規(guī)模地非機械化,甚至手工生產。4、貯運方便 紙容器質輕、折疊靈活、裝載和捆扎都簡便易行,也比較容易黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第8 頁搬運和保管。5、易于造型裝潢 紙制品能根據(jù)不同的商品,設計出各式各樣的箱型、盒型。6、環(huán)保無污染 紙有衛(wèi)生、無毒、無味的特點,紙還可符合有呼吸作用的商品的貯存條件。7、回收利用性好 紙可直接回收利用,或用廢紙再造紙,對環(huán)境不產生污染。紙制品包裝是對環(huán)境友好的包裝。1.4.3 紙管機的發(fā)展歷程我國很早就有紙管生產,但手工制作產量小。1980 年后,從瑞典、法國、美國、丹麥等國引進了幾十條生產線,目前,發(fā)展?jié)摿Ψ浅4蟆?紙管機屬于包裝設備行列之中,近幾年市場需求量不斷增大,紙管的用途也越來越廣泛。總之,紙管行業(yè)是一個可以深遠發(fā)展的行業(yè)?,F(xiàn)如今,螺旋紙管機在包裝機械行業(yè)中依然處于不錯的增長狀態(tài):產銷依然上升、利潤增速迅猛、出口增加,是機械行業(yè)中表現(xiàn)突出的一個“亮點” 行業(yè)。卷紙管機生產制造上,專業(yè)化生產已成為趨勢。 紙管包裝機械廠商都十分重視包裝機械與整個包裝系統(tǒng)的通用能力,一些通用標準件不再由包裝機械公司生產,某些特殊的零部件則由高度專用化的生產廠家生產,而真正的包裝機械公司在某種意義上是組裝廠。中國紙管包裝機械起步較晚,經過 20 多年的發(fā)展,紙管包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一,為我國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障,有些紙管包裝設備填補了國內空白,已能基本滿足國內市場的需求,部分產品還有出口。但在目前,國包裝機械出口額還不足總產值的 5%進口額卻與總產值大抵相當,與發(fā)達國家相去甚遠。紙管包裝機械要將其他領域的先進技術應用在包裝機械上,如機電一體化技術,熱管技術、遠距離遙控技術、自動柔性補償技術等,使產品技術性能大幅度提高 20。但我國紙管機械制造設備的性能與國外同類設備的先進水平存在一定差距,一般認為主要反應在設備的技術含量上。重視高新技術的應用已成為提高設備的先進性、可靠性的主要途徑 19。黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第9 頁2 卷管機的工作原理和設計方案2.1 螺旋紙管機的工作原理螺旋紙管機,主要適用造紙、紡織、地毯、薄膜、食品、輕工以及其它行業(yè)各種品質和規(guī)格的紙管生產。特別適用于化纖絲廠做繞絲器上用紙管的生產而用的設備。該設備占地面積小、結構靈巧、制造成本低、使用可靠、能適應我國當前國情、又能生產出高品質紙管,維護簡單、操作方便的螺旋紙管機 13。螺旋卷管機一般由四部分組成:紙架部分、上膠部分、卷管設備及切斷部分 2。2.1.1 紙架部分紙架部分主要是用來提供盤紙的收放裝置,紙架部分的主架固定在底架上,管紙條盤固定安裝在主架兩側外端,立式并排安置,可減少占地面積。另外,這樣的布置極有利于管紙條盤的更換,操作方便,一盤盤管紙條盤按序排列好,管紙由條盤處引出經主架中部裝置的轉向輥轉一個 90至上部的管紙引出的出紙輥而引出,由于紙架部分是左右對稱設置的,兩邊的管紙同時向機架部分的方向引伸,同時經過左右兩個對稱布置的上膠部分。整體框架形結構的紙架安裝在機架部分的位置可隨紙管種類要求而調整,以保證管紙行走中受力均勻。2.1.2 上膠部分上膠部分由機架及機架支腿組成門形結構,其上左邊裝有單邊上膠輪部分,中間裝有盒形膠槽部分,右邊裝有刮膠器,左右兩邊裝有導紙架。單邊上膠輪兩側裝有過輪各一個,下端沉浸在膠槽中。盒形膠槽上端裝有膠槽漏斗,中部開有多個過膠槽,過膠槽兩邊裝有柔性刮膠板,擋膠盒裝在第一層過紙槽中。下端裝有收膠漏黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第10 頁斗及盛膠桶。擋膠盒安裝的數(shù)量及安裝的位置可根據(jù)紙管種類的不同要求而設置。2.1.3 卷管設備卷管機主要由機頭部分和機架部分組成。機頭部分裝在機架床身的托板上,兩個對稱皮帶輪部分裝在托板上,用燕尾槽與托板連接,用燕尾導軌調整螺釘來調整間隙,托板內裝有移動皮帶輪部分的絲杠、螺母及手輪,用來調整皮帶輪前后移動,調整皮帶的松緊,并根據(jù)不同管徑來調整皮帶纏繞質量。皮帶輪對稱安裝在芯軸兩邊,其上繞有傳動皮帶,傳動皮帶的纏繞方式是采用一根完整皮帶,兩邊繞在皮帶輪上,在芯軸上采用雙導程纏繞方式,皮帶的接頭在空間扭曲轉過 180成環(huán)形。在調整好皮帶后,兩個皮帶輪對稱施力于芯軸上,受力均勻,而不會使芯軸產生彎曲的受力狀,皮帶輪的動力來源是通過下方一對錐齒輪而與花鍵軸接通,花鍵軸是通過裝在床身的勵磁調速電動機、蝸桿減速器、中間軸和又一對錐齒輪而傳動花鍵軸轉動。另外,中間軸又通過鏈傳動把動力傳給另一組皮帶輪。這樣,四機頭的設計就可保證芯軸的受力平衡和卷管過程的穩(wěn)定,從而保證紙管的質量,同時,使該設備更能輕松完成紙管的加工。2.1.4 切斷部分切斷部分的紙架安裝在床身上,紙架上裝有帶滾輪的滾輪架,可沿床身長度方向移動,滾輪架上裝有調整釘,調整擺動體擺動的距離,擺動體上裝有刀盤體,刀盤體一端設置有手把以便操作者握此手把進行切斷。刀盤與滾動架沿床身長度方向移動的距離在芯軸長度以內。此螺旋紙管機生產過程:原材料紙管條盤放置在紙架部分上,其數(shù)量是根據(jù)紙管不同種類要求而設置,同時兩邊對稱設置。管紙經上膠部分上膠并經刮膠使其均勻而至機架部分的芯軸上,經螺旋纏繞而后至機頭部分的傳動皮帶處,經傳動皮帶帶動紙管旋轉而向前移動,再經面紙部分上面紙即可成形了,同時按紙管不同種類的要求,由切斷部分按長短切斷,切斷后的紙管根據(jù)要求還要進行開槽、卷邊等工序,即可成為成品管出廠。黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第11 頁2.2 卷管機設計方案的確定卷管機的設計主要從四個方面入手,引紙裝置,動力傳遞過程以及各個參數(shù)的調節(jié)方法,具體措施介紹如下 28:1、對于 6-12 層的紙管,可在尾座部分兩側各安裝一個引紙機構,紙帶從引紙機構中穿過,每側最多可通過 6 層紙,通過人工纏繞紙帶到芯軸上,其中一側的引紙機構最上層和另一側引紙機構的最下層為單面上膠,即所有卷紙的最外層的外面不上膠,最里層的內層不上膠,其它各層為雙面上膠,以使所卷紙管的最內層和最外層為單面上膠,其余各層為雙面上膠。2、根據(jù)紙帶寬度大小可確定紙管卷繞的螺旋角,將托板搬轉此角度,把閉合平帶纏繞在芯軸和輥筒上,纏繞方式是以紙花的形式做雙導程螺旋纏繞,再轉動手輪帶動絲杠轉動,通過絲杠螺母副使螺母移動,與螺母焊接的銷帶動齒輪箱從而帶動輥筒在托板上的移動,兩個輥筒可以在兩邊分別進行調整,以使平帶張緊。兩組輥筒進行同樣的調整。3、動力源的傳遞過程:動力源為勵磁調速電機,通過 V 帶傳動把動力傳遞給蝸桿減速機,再通過聯(lián)軸器傳給齒輪軸,然后通過一對錐齒輪傳動動力給花鍵軸,以實現(xiàn)其傳動方向的垂直改變,再通過另外一對錐齒輪把動力最終傳給輥筒,兩輥筒轉動方向相反,通過平帶與紙帶的摩擦力帶動紙管卷繞并向前移動,來完成螺旋紙管的卷管過程。與此同時,齒輪軸上裝有鏈輪,通過 1:1 的鏈傳動把動力傳遞給另外一組與之完全相同的輥筒,由于傳動比為 1,兩組輥筒螺旋角相同,所以其卷繞速度相同,可以平穩(wěn)地帶動紙管運動,并使卷管過程更容易實現(xiàn)。4、調整的方法:(1)螺旋角調整的實現(xiàn):支撐板上開有 T 形槽,托板上裝有 T 形槽用螺栓,通過 T 形槽用螺栓在 T 形槽中的移動來實現(xiàn)螺旋角的調整。調整好之后,通過螺栓上的螺母擰緊。(2)輥筒在托板上位置的調整: 轉動手輪帶動絲杠轉動,通過絲杠螺母副使螺母移動,與螺母焊接的銷帶動齒輪箱在托板的燕尾形導軌上的移動,進而實現(xiàn)輥筒在托板上位置的調整。5、本設計對比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點:黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第12 頁(1)關鍵部位采用了新穎結構,使機器技術水平大為提高。如采用的雙導程皮帶纏繞傳動方式,不僅簡化了傳動方式,而且保證芯軸受力均衡,使紙管質量得到了保證。(2)減小了機器尺寸,節(jié)約了占地面積,充分提高了廠房使用系數(shù)。(3)設備操作簡單,維護容易,符合我國目前國情,操作人員不需專門培訓即可上崗頂班工作。設備維護及使用方便,考慮了人機工程系數(shù),不停機即可維護和連續(xù)作業(yè)。(4)四機頭的設計使芯軸受力平穩(wěn),更能輕松完成紙管的加工。3 總體設計計算3.1 螺旋卷管機的幾何計算3.1.1 概述螺旋卷繞法卷制紙管(罐身)的基本成型原理如下圖 2所示:1驅動皮帶輪;2成型皮帶輪;3面紙;4中層紙;5內襯紙;6固定芯軸圖3-1 螺旋卷繞法卷制紙管(罐身)的成型原理工藝過程:先將各層紙的原料紙按要求裁剪成一定寬度的窄長紙條。接著在芯軸上卷繞內襯紙,制復臺罐罐身時燙封螺旋接縫。然后,將施以粘膠的各層紙,分別按一定的角度一層層重疊一起螺旋卷繞到固定芯軸上。每層的螺旋接縫,由其相黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第13 頁鄰的外層紙覆蓋 26。卷繞成型皮帶按紙條同樣的方式繞在紙管的外表面,它由兩個轉向相反的驅動輪同時侍動。皮帶對紙管的裹緊力使各層紙互相粘牢,皮帶與面紙外表面的摩擦力使紙管在固定芯軸上向前作螺旋運動,從而連續(xù)不斷地卷出紙管。卷成的紙管定型后即可按一定規(guī)格切斷,晾干后便成要求的紙管,復臺罐罐身還需要貼上商標紙或在光滑白色的面紙上印以商標圖案后才能切斷成罐身 13。3.1.2 紙帶的幾何計算螺旋卷繞法卷制紙管的成型原理如 3-1 圖,螺旋紙管的幾何展開圖如 3-2 圖。圖 3-2 螺旋紙管的幾何展開圖(三層為例)紙帶寬度、紙管內徑、螺旋角和螺距之間的關系各層紙帶的寬度、紙管的內徑、卷繞角之間有如下幾何關系:(3-1)siniibD式中從芯軸內層起第 層紙的螺旋角;i黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第14 頁第 層紙帶的寬度 ;ibDi從芯軸內層起向外計數(shù)的第 層紙的紙管內徑;(3-2)12iiiD式中D芯軸直徑紙層厚度i紙帶厚度為 0.4-0.5mm,取 =0.5mm;i紙帶寬度 、螺旋角 與螺距 S 間的幾何關系:ibi(3-3)cosib如果相鄰兩層紙圈的螺距不同,則在不斷卷繞過程中,會經常出現(xiàn)兩層接縫重疊的現(xiàn)象,從而影響紙管質量。為此在正常卷繞時應使所有各層紙圈的螺距相同, 即對一批紙管,螺距 是定值,聯(lián)立式(3-1)和式(3-2)得(3-4)2iiiDSb由上述各式可計算出各層紙帶寬度、卷繞螺旋角及螺距。一般可按最內層紙圈的內徑即芯軸直徑和最內層紙帶的寬度確定螺旋角和螺距,然后計算各層紙帶的寬度和螺旋角。對于內徑為 120mm 的卷管,取最內層紙帶寬度為 110mm,即 =120mm, =110mm,1 1由上述公式(3-2) ,得:卷繞螺旋角 =16.96;圓整 =17i1已知 =110mm 根據(jù)式(3-3 )求出 S=115.26mm,圓整為 S=115mm。因為 S 是1b定值故 S=115mm 不變。黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第15 頁=121mm, S=115mm,2D代入式(3-4 )得: =110.07mm。圓整 =110mm,取縫隙 =0.07mm。2b2b2代入式(3-3 )得: =16.82依次類推如下:D3 =122mm,S=115mm, =110.15mm,圓整3b=110mm, =0.15mm, =16.68b33D4 =123mm,S=115mm, =110.22mm,圓整4b=110mm, =0.22mm, =16.5344D5 =124mm,S=115mm, =110.29mm,圓整5=110mm, =0.29mm, =16.40b55D6 =125mm,S=115mm, =110.36mm,圓整6b=110mm, =0.36mm, =16.2766D7 =126mm,S=115mm, =110.43mm,圓整7=110mm, =0.43mm, =16.13b77D8 =127mm,S=115mm, =110.50mm,圓整8b=110.5mm, =0mm, =16.0888D9 =128mm,S=115mm, =110.57mm,圓整9=110.5mm, =0.07mm, =15.95b99D10=129mm, S=115mm, =110.63mm,圓整 =110.5mm, =0.13mm,10b10b10=15.8210D11=130mm, S=115mm, =110.70mm,圓整 =110.5mm, =0.20mm,111=15.701黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第16 頁D12=131mm, S=115mm, =110.76mm,圓整 =110.5mm, =0.26mm,12b12b12=15.5712對于內徑為 65mm 的卷管,取最內層紙帶寬度為 60mm,即 D1 =65mm,b 1 =60mm,代入式(3-1 )得:螺旋角 =17.08;1代入式(3-3 )得:S=62.77mm ,圓整 S=63mm;所以 D1 =65mm,S=63mm,b 1 =60mm, =17.08縫隙 =0;11依次類推如下:D2 =66mm,S=63mm ,b 2 =60.28mm,圓整b2=60mm, =0.28mm, =16.822D3 =67mm, S=63mm,b 3 =60.35mm,圓整 b3 =60mm, =0.35mm, =16.5633D4 =68mm, S=63mm,b 4 =60.42mm,圓整 b4=60mm, =0.42mm, =16.3144D5 =69mm, S=63mm,b 5 =60,49mm,圓整 b5=60mm, =0.49mm, =16.0655D6=70mm,S=63mm,b 6 =60.56mm,圓整 b6=60.5mm=0.06mm, =15.596D7 =71mm, S=63mm,b 7=60.62mm,圓整 b7=60.5mm,=0.12mm, =15.737D8 =72mm, S=63mm,b 8 =60.69mm,圓整 b8=60.5mm,=0.19mm, =15.518D9 =73mm, S=63mm,b 9 =60.74mm,圓整 b9 =60.5mm,=0.24mm, =15.309D10=74mm, S=63mm,b 10=60.80mm,圓整 b10=60.5mm,=0.30mm, =15.081010D11=75mm, S=63mm,b 11=60.86mm,圓整 b11=60.5mm,黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第17 頁=0.36mm, =14.8811D12=76mm, S=63mm,b 12=60.93mm,圓整 b12=60.5mm,=0.43mm, =14,681212對于 65-120mm 內其它直徑的卷管也可類比計算螺距、紙管各層紙帶的寬度和卷繞螺旋角。3.1.3 平帶拉力所選卷管紙的材料為紗管紙,其每層紙的張緊力為 F=200N1。對直徑為 Di 的卷軸做受力分析,由力矩平衡得:(3-5)122iiifDDFF帶其中:F 帶 是平帶的拉力,F(xiàn) f 為卷軸所受摩擦力, ,FN 是平帶對卷軸的f壓力,由受力平衡得:F 帶 =FN,,查閱手冊可知,紙與卷管的摩擦系數(shù) 為 0.3-0.5,故取 為 0.4.代入式(3-5)得:F 帶 =20F=4000N3.2 電機的選擇3.2.1 功率的計算卷管速度 v、螺旋卷管的螺距 S 與卷管轉速 n 有如下關系 21:(3-6)10vv=3-8m/min,取最大速度 v=8m/min。卷管內徑為 D1=120mm 時,螺距 S=115mm,代入式(3-6)得:10869.57()min1vrnS功率 3(3-7)111260DPTF帶代入數(shù)據(jù)得: 12069.574.48PWK黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第18 頁卷管內徑為 D2=65mm 時,螺距 S=63mm,代入式(3-6)得: min2108126.9()3rvnS功率 2656.940.7PKW所需電動機功率 P(3-8)12P其中: 分別是 V 帶效率和減速器效率 4,查閱手冊得 V 帶效率取 =0.9,12, 1減速器效率 =0.82,代入式(3-8)得:P=2.37KW3.2.2 電機的選擇 6根據(jù)上述所取 V 帶效率和減速器效率 5,故選取電機型號為:勵磁調速電機 YCT160-4B,額定功率 =3kW,調速范圍 1250-125r/min,額定轉矩為 19.2Nm3.3 減速器的選擇3.3.1 轉速的計算輥筒直徑 d=260mm,卷管內徑為 =120mm 時,輥筒轉速:1(3-9) min12069.573.()rDnd若卷管直徑 D1=65mm,輥筒轉速為:(3-10) 1 in2.8.45()20r則輥筒最大轉速為 =32,11(r/min) 。n3.3.2 傳動比的分配勵磁調速電機的轉速為 n=1250-125r/min,電機轉速取為 n=1000r/min,從電機黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第19 頁到輥筒的總傳動比為 =1000/32.11 30=選取減速器傳動比 =20,錐齒輪組 2-3 傳動比 =30/20=1.51 2=/13.3.3 減速器的選擇已知減速器的傳動比很大,故選減速器為蝸桿減速器,其型號為:WPO100-20-E,其傳動比為 20,中心距為 100mm14。減速器的簡化畫法如下:圖 3-3 減速器的簡化畫法實物圖如下:圖 3-4 減速機的外形圖3.4 V帶傳動計算減速器與電機之間通過普通 V 帶連接,傳動比 =1,兩帶輪轉速:min120rn普通 V 帶傳動的設計與計算如下:黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第20 頁3.4.1 確定計算功率計算功率 是根據(jù)傳動的功率 P 和帶的工作條件而確定的(3-11)1.23.6caANKKW式中:計算功率,kW;工作情況系數(shù),由表 13-1-163查得 KA=1.2;傳動功率,在此為電機的額定功率。3.4.2 選擇 V帶的帶型由上可知計算功率 Pca=3.6kw 和小帶輪轉速 n,由圖 13-1-13選取 A 型帶。3.4.3 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 v1、初選小帶輪的基準直徑 dd1由表 13-1-103和 13-1-113,為了提高 V 帶壽命,條件允許時,基準直徑盡量取較大值,故取小帶輪的基準直徑 dd1=100mm (d d1) min=75mm2、驗算帶速 v帶的速度 v(3-12)1015.24606dnmv s因為帶速 v=5m/s-30m/s,故帶速合適。3、大帶輪的基準直徑 dd2已知傳動比 i=1,則 dd2=dd1=100mm,故大帶輪的基準直徑為 100mm。3.4.4 確定中心距 a并選擇 V帶的基準長度 Ld1、確定中心距 a初定中心距 a0(3-13)120120.7()()dda黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第21 頁代入數(shù)據(jù)得: 0144ma故初選中心距 a0=300mm。2、計算相應帶所需的基準長度 Ld0初定基準長度 Ld0(3-14)210120()2()4dddaa代入數(shù)據(jù)得: 03(0)92dLm由表 13-1-53選帶的基準長度為 Ld=900mm。3、計算實際中心距 a(3-15)002dLa將數(shù)據(jù)代入上式得: 914393m考慮到帶輪的制造誤差、帶長誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產生的補充張緊的需要,可以得出帶輪的最大中心距 amax 和最小中心距 amin(3-16)max0.152930.15307dL(3-17)in 28m即中心
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