纸张横切机.doc
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1、 机电与车辆工程学院毕业设计题 目: 纸张横切机 毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅
2、。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名: 日期: 日期: 注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表
3、要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它目录序言3第一章 横切机的概述4第二章电动机的选择62.1 选用电动机类型62.2 选择电动机的容量6第三章 减速装置
4、设计73.1传动比确定及各级传动比分配73.2运动参数及动力参数计算7 3.2.1计算各轴转速73.2.2计算各轴的功率.73.2.3 计算各轴的扭矩-83.3齿轮传动的设计计算 8 3.3.1第一级齿轮传动副的设计计算. 8 3.3.2第二级齿轮传动副的设计计算. 11 3.3.3第三级齿轮传动副的设计计算.143.4传动轴的设计 16 3.4.1第一传动轴的设计及计算. 16 3.4.2第二轴的结构设计及计算.19 3.4.3第三轴的结构设计及计算. 233.5减速箱体结构尺寸25 3.5.1结构尺寸. 25第四章 带传动的设计264.1 确定计算功率264.2 确定V带带型264.3 确
5、定带轮基准直径264.4 确定V带中心距和基准长度274.5 计算带的根数28第五章 上下刀辊的设计295.1 上下刀辊的传动方案295.2 动力选择 32参考文献 34附录 纸张横切机装配图 35摘要本次的设计是数控螺旋刀横切机的机械设计,横切机是瓦楞纸板生产线中的一个重要的环节,该设备主要用于纸板的横向裁切,根据瓦楞纸扳的造纸速度来确定横切机刀辊的转速和刀刃的线速度,达到准确的定长剪刀目的。由电脑控制的数控螺旋刀横切机在机械结构上比传统的机械式横切机简单,但性能却超出了机械式横切机。在全面了解传统横切机的结构和原理后,发现其存在的问题。为了解决这些问题,对瓦楞纸板生产工艺、横切机刀辊、横切
6、的传动结构的和齿轮调整的参数等关键技术进行了解和分析研究,利用思维扩展和逆向思维等创新方法对数控横切机的结构和原理上进行创新。该电脑横切机主要有以下四个重点:一、设计中数控螺旋刀横切机采用的点切式的切纸方式;二、利用H型块进行齿轮间隙调整;三、利用无键联接方式调整刀辊与传动齿轮的周向相位;四、利用电脑控制横切机的传动。关键词:横切机、螺旋刀、点切、无键联接、齿轮间隙补偿装置 引言我国是瓦楞纸板生产大国,据统计数据表明,2003年我国的瓦楞纸板产量已达158亿米,占世界的10D3。至十九世纪以来,美国人艾伯特琼斯发明瓦楞纸用于包装,经历了一百多年的历史,现形成了一个现代化的包装行业和机械制造业。
7、百多年来,生产瓦楞纸板的设备有过几次大的变革,而其工艺流程基本没有变。这就决定了世界各国厂家制造的瓦楞纸板生产线设备,其原理、系统组成、单机结构均大同小异。按其担负的工艺要求分析任何厂家的设备就能看出该设备的先进性与合理性。 而近年来我国经济一直保持高速增长的态势,特别是在食品、饮料、电器和玩具等轻工业市场的内需和出口的迅猛发展,促使与其相关的包装行业也有很快的发展。瓦楞纸板箱在包装领域里占相当大的比重。随着中国加入世贸组织(WTO)及世界包装组织将亚洲包装产业中心确立于中国,使中国纸品包装业进入众所瞩目的阶段,无论是供方市场的成熟度还是需方客户在质与量方面所提出的要求,均使投入该行业里的企业
8、数量及其资金愈来愈多。由于瓦楞纸板的价格低廉,张力及硬度又适中,故大部份的产业都选择以瓦楞纸产品作为其最终产品的内衬垫材或外包装。随着各行业的物流包装发展,对瓦楞纸板需求量更是与日俱增,使瓦楞纸板在整个包装行业占重要一席。基于上述种种因素,瓦楞纸板生产设备在往后几年内无论是旧设备改装或新机型开发都会蓬勃发展。其中,横切机是瓦楞纸板生产线的重要单机,主要完成分切压痕机输送的纸板在纸板运动方向的横向剪切。传统的直刀横切机剪切力较大,剪切纸板的板边发毛,剪切精度差,对后道印刷工序会产生不良的影响,为此研制开发一种能够配套于瓦楞纸板生产线的新型横切机已经成为摆在科研工作者面临急需解决的实际问题。因此,
9、针对现在的情况,这次的设计思想主要是:利用点切式切纸的原理,对电脑横切机的机械结构进行设计,采用螺旋刀的形式配合现在比较先进的伺服控制系统,在轮刀传动机构中采用无键联接的结构原理使横切机达到预定的工作要求。第一章 横切机的概述横切机(又称双辊刀切纸机、双辊刀切断机)主要用于纸板的横向裁切,从分切压痕机过来的纸板在纵向(纸板运动方向)已被分切成二部分。为了能同时裁切两种不同规格长度的纸板,一般生产线中采用二套裁切装置(二个机组)。如下图14为双组横切机的结构形式,两台机组合并放置在生产线中,纵向过来的纸板被第一套裁切机构裁切后由下部接纸带输出,而第二部分纸板由第二套裁切机构裁切后经上部接纸带输出
10、。两台机组除合并放置外,也可隔开一段距离放置。以方便操作人员的调整和维修。在过去由于电器设备的发展局限型,大部分横切机都是纯机械式,但是机械结构复杂,如双曲柄和无级变速机构,这些使机器安装复杂且效率不高。下图为机械横切机的外形图和结构图。 1一墙板;2一进纸辊;3一压纸装置;4一上刀辊;5一下刀辊; 6一墙板7一紧辊 ;8一调节辊;9一输送带;10一出纸装置 横切机除了常见的机械横切机外,还有电脑横切机。也就是这次设计的任务。从机械结构来说,电脑横切机比机械横切机要简单得多,但电器要复杂得多。电脑横切机的切刀部分采用螺旋刀装置,也是设计的主要部分。如图1-2和1-3为电脑横切机示意图和结构图。
11、 1-2 电脑横切机示意图 1-3电脑横切机结构图1-传动系统 2-输送带 3-润滑系统 4-主电机 5-输送带电机横切机主要由传动系统、上下刀辊、双曲柄机构、无级变速器等组成。机械横切机动力源主要来自总轴,通过无级变速器及齿轮等带动驱动刀辊轴传送动力,改变无级变速器的速比可得到不同的转速输出,裁切不同长度的纸板。 电脑横切机电器主要由变压器、驱动部、裁切部及电脑控制等四部分组成。配电箱包括主动力电源开关、驱动部控制回路电源开关、输送带电机控制开关、交流或直流伺服电机电源开关及电脑电源开关等电器元件。变压器提供驱动部的动力电源。驱动部接受电脑控制部发来的信号和指令、驱动直流或交流伺服电机,并控
12、制输送带电机、冷却风机电机及油泵马达等,并设有过热保护装置。裁切部在主电机、传感器、编码器作用下对纸板进行裁切。电脑控制部接受编码器及其他电器的输入指令,感应纸板运行速度,经精确计算后控制主电机驱动裁切系统对纸板进行裁切。电脑横切机的裁切长度可从5009999mm范围内无级可调,恒速运行时,裁切精度可达051mm左右。但在变速运行中精度不是很高。第二章 电动机的选择条件:滚筒直径,轴2转矩,电源为三相交流,电压380V。2.1 选用电动机类型选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。22.2 选择电动机的容量工作机所需工作功率, (2-1)电动机所需工作功率 (2-2)由电动机至
13、滚筒总效率为 (2-3)取,则选取电动机型号为Y132M-46。第三章、 减速装置设计3.1传动比确定及各级传动比分配首先设定钻管推进装置主动轴高转速为100r/min,取钻管推进装置主动轴链轮齿数=21,取减速器输出端链轮齿数=25。则可确定减速器总传动比为 16.34分配传动比所要考虑的原则:对锥-圆柱齿轮减速器,为使大齿轮尺寸不致过大,高速级按下式计算:对二级齿轮减速器:(1.3-1.4)i2i1 、i2 -高低速传动比 =16.34 经计算得 i1=4.609 i2=3.5453.2 运动参数及动力参数计算3.2.1 计算各轴转第1轴转速 n1 =1846/1.3 =1420r/min
14、第2轴转速 n2 =1420/4.609=308.09r/min第3轴转速 n3 =308.09/3.545=86.91r/minn电动机转速,r/min;i从电动机到减速器输出轴的各级传动比。3.2.2 计算各轴的功率第1轴功率 P1 = P12=110.990.99=10.78KW第2轴功率 P2 = P1=10.780.990.95=9.72KW第3轴功率 P3= P2=9.720.990.95=9.14KW式中 1=0.99,联轴器效率2=0.99,轴承效率;3=0.95,齿轮效率。3.2.3 计算各轴的扭矩第1轴扭矩 T1=9550P1/n1=955010.78/1420 =69.4
15、7 Nm第2轴扭矩 T2=9550P2/n2=95509.72/308.0=301.30Nm第3轴扭矩 T3=9550P3/n3=95509.14/86.91=1004.34Nm3.3 齿轮传动的设计计 3.3.1 第一级齿轮传动副的设计计算(一)选择齿轮材料,确定许用应力 考虑减速器传递功率不在,所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用40Cr调质,齿面硬度为240286HBS,取=260 HBS。大齿轮选用45钢,正火,齿面硬度2169217HBS,取 =210HBS。确定接触应力: =查图表得小齿轮接触疲劳极限=700 Mpa大齿轮接触疲劳极限=550Mpa接触疲劳极限,接触强度寿命系数Zn 应力
16、循环次数N ,N=60njLn 得ZN1=ZN2=1取接触强度最小安全系数=1.2,则=7001/1.2 =584pa,=5501/1.2=458Mpa 。确定许用弯曲应力:= 弯曲疲劳极限 ,查资料取=540 Mpa,=420 Mpa 弯曲强度寿命系数,查资料取= =1弯曲强度的尺寸系数,查资料(模数m=5mm)取=1弯曲强度最小安全系数,取=1.4则=54011/1.4=386 Mpa =4201/1.4=300 Mpa(二)齿面接触疲劳强度设计、计算 确定齿轮传动精度等级,77,由资料参数表选取小轮大端公差组等级为7级。分度圆直径为:齿宽系数查资料,取=0.5小齿轮齿数 取=18 大齿轮
17、齿数 取传动比误差 可用载荷系数 使用系数。查资料取=1动载系数。由推荐值1.051.4,取=1.2齿向载荷分布系数。由推荐值1.01.2,取=1.1载荷系数 = 材料弹性系数,查资料,取 节点区域系数 ,查资料,取故计算得齿轮模数, ,按标准圆整得m=5mm小轮大端分度圆直径 小轮平均分度圆直径圆周速度齿宽 取(三)齿根弯曲强度校核计算当量齿数, 齿形系数,小轮=2.58 大轮=2.10应力修正系数, 小轮=1.6 大轮=1.9故齿根强度满足要求。(四)齿轮的主要尺寸参数3.3.2第二级齿轮传动副的设计计算(一)选择齿轮材料,确定许用应力查资料选择,小齿轮40Cr调质 大齿轮 45 正火许用
18、接触应力, =接触疲劳极限,接触强度寿命系数Zn 应力循环次数N ,N1=60n1jLn60308.091(1512365)1.21N2=N1/i1.21/3.5453.43查资料知Zn11,Zn21.05接触强度最小安全系数1则7001/1700 5501.05/1577许用弯曲应力, = 其中=378 =294弯曲强度的尺寸系数Yx=1弯曲强度最小安全系数1.4则37811/1.4270 29411/1.4210(二)齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级按V1(0.0130.022)n1估取圆周速度Vt4m/s,参考相关资料,得d1齿宽系数,取=0.8小轮齿数Z1,在推荐值2040
19、中选。 Z1=25大轮齿数Z2=iZ1=3.54525=88.625,圆整为Z2=89齿数比u=Z2/Z1=89/25=3.56传动比误差/u=(3.56-3.545)/3.545=0.0042 0.05,合适-使用系数,查资料取=1-动载系数,由推荐值知=1.2-齿间载荷分配系数 =1.1-齿间载荷分布系数 =1.1载荷系数K=1.45材料弹性系数,取=189.8重合度系数由推荐值知=0.78螺旋角系数=0.99故d1=81.52mm法面模数 =d1 z1 =81.52*cos12 25=3.19 取标准=3.5中心距a a=(z1+z2)(2)=3.5(25+89)(2 cos12) =2
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