切纸机压纸机构的结构设计【含CAD图纸、说明书】
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任务书一、毕业设计（论文）的内容切纸机，是裁切机械的一种，使用范围广泛，可以用于对纸张、皮革、塑料、纸板等材料的裁切。切纸机主要由主机（亦称龙门）、工作台、推纸机构、压纸机构、裁切机构等组成。本设计以切纸机压纸机构为载体，完成切纸机压纸机构的结构设计过程。进一步提升专业技能，为踏上工作岗位做好准备。本设计的主要任务有一下几点：1、收集关于切纸机压纸产品的相关知识，了解现有切纸机压纸产品的结构；2、熟悉切纸机压纸机构的工作原理及过程；3、查阅相关资料，熟悉机械产品设计、机械设计基础、机械零件的加工工艺、工程力学、工程制图等与本毕业设计课题相关的知识；4、熟练掌握计算机辅助设计软件；5、对切纸机压纸机构设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6、完成切纸机压纸机构的结构设计；7、完成切纸机压纸机构相关机构的各种参数计算和分析；8、完成切纸机压纸机构相关零件材料的选用及其工艺分析；9、完成切纸机压纸机构产品零件及装配部件的3D和2D工程图的绘制；10、完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；二、毕业设计（论文）的要求与数据本毕业设计课题需要掌握机械产品设计、机械设计基础、机械零件加工工艺、工程力学、工程制图等相关知识及计算机辅助设计技能。本课题需要提交的数据及资料主要有以下方面：1、在设计之前必须对方案进行详细的规划及分析；2、切纸机压纸机构产品结构设计要合理，提交合理、完整的3D模型；3、切纸机压纸机构相关机构的各种参数计算和分析，并提供结果；4、零部件装配正确合理，并提供干涉分析结果；5、2D工程图要整洁规范，必须符合国家标准，并提交规范完整图纸；6、机构运动仿真及零件拆、装过程视频动画画面要清晰，并提交AVI视频文件； 7、外文资料翻译和毕业设计说明书（论文）的内容及字符要符合“毕业设计任务书”的要求；8、毕业设计说明书的格式必须符合 “20xx年毕业设计说明书统一格式”的要求；9、各个文件资料所需填写的时间必须符合“20xx年毕业设计(论文)管理办法”的要求；10、答辩PPT课件能清晰体现毕业设计课题的设计思路，并且版面简介；三、毕业设计（论文）应完成的工作1、完成开题报告的撰写；2、完成中期检查表的填写；3、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；4、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；5、对设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6、完成切纸机压纸机构的结构设计；7、完成切纸机压纸机构相关机构的各种参数计算和分析；8、完成材料的选用及其工艺分析；9、完成切纸机压纸机构产品零件及装配部件的3D和2D工程图的绘制；10、完成工作量折合A0图纸3张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸；11、完成零件拆、装过程及运动仿真视频动画的制作；12、完成答辩PPT课件的制作；四、应收集的资料及主要参考文献至少查阅以下所列出的参考文献5篇以上。1 楚生.机械制造技术基础M.重庆大学出版社.2000.2 邱龙辉. SolidWorks三维机械设计实例教程M. 化学工业出版社.2007.063 张继忠，赵梅.包装机切纸机构的计算机辅助设计及运动分析J. 包装工程.2004年04期：31-334 张立，黄菊芳.高速切纸机的结构及性能特点J. 轻工机械.2006年03期：15-175 陈克复. 制浆造纸机械及设备M. 北京: 中国轻工业出版社2003.6 赵燕, 腾万龙. 凸轮自动分切机的原理与应用J. 轻工机械2006(1): 115- 1167 蒲涛, 王龙.QZ对开切纸机滑刀故障分析与优化设计J.印刷杂志 . 2009年 09期.8 刘燕玉,隗继发.切纸机升降平台的改进J.中华纸业.2004年 09期.9 张飞特, 王建花. QZJ-350切纸机的设计J. 科技情报开发与经济 .编辑部邮箱 2010年29期 . 10 Robert L Mott. Machine Elements in Mechanical Design M. 北京: 中国机械工业出版社，2003五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件所需主要仪器设备及条件如下：1、 微型计算机一台;2、 机械CAD软件一套任务下达时间：20xx年12月17日毕业设计开始与完成时间：20xx年12月17日至 20xx年05 月26日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 20xx年12月14日院领导小组意见：签字： 20xx 年12月16日开题报告1毕业设计的主要内容、重点和难点等一、内容： 切纸机是传统产品，是用来处理印刷后期的纸张裁切需求。一种具有较高裁切性能的切纸机，适合裁切标签、复写纸、精装书等。而切纸机的压纸机构是一部切纸机的核心部分，设计出一个好的压纸机构能使切纸机更好的按照要求完成相应的工作。本设计的压纸机构采用液压控制，能够对压纸工作实现准确的控制，对下一步的切纸动作的准确完成提供保证。在当前形势下，国产切纸机和国外的切纸机价格相差大，设计出一台质量高而且价格合适的切纸机至关重要。对于一台好的切纸机来说压纸机构是关键。采用液压设计既能满足精确控制的要求又能缩小成本，能够为市场提供一种新的选择。本次设计的任务如下：1、分析切纸机压纸机构的运动要求，完成压纸机构整体结构规划和设计； 2、进行方案论证，进行结构设计与仿真；3、提出系统结构设计方案，并优化；4、满足力学要求，充分的设计计算、理论强度和结构受力分析；5、液压装置满足设计要求，对压纸门幅，压纸压力和压纸高度进行分析计算。二、重点：1、实现压纸机构的整体结构设计。2、提出多个结构设计方案，选择最优的结构,并且优化结构，使其更加接近实际应用。3、毕业报告里面要有充分的零件参数计算和理论分析内容。4、整个装置结构合理、外观精致并符合要求、应用二维画出平面图，并且用三维软件模拟出产品样品。三、难点：1、机构工作时的受力分析；2、液压系统的相关设计与分析；3、整个机构的CAE分析。2 准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）一、调研情况: 切纸机压纸机构是为实现切纸动作的准备而设计，要想实现所切纸达到要求就必须使压纸机构准确工作。现在我国的切纸机质量比不上国外进口就是在控制方面做得不够好，方案使用的不好。现在普遍采用微机程控、彩色显示、全图像操作引导可视化处理使生产准备时间更短，裁切精度更高，劳动强度更低，而操作更安全，而国外在这方面的技术更加成熟。本次使用液压设计无疑对压纸机构的设计提供了一种新的选择，它具有成本相对较低，控制足够准确的特点，相信一点能符合市场需求，也具有成长空间。二、现有设备：电脑、软件设备、Pro/E 5.0、autocad.三、试验条件：电脑机房四、查阅文献资料：（5篇以上，注意各种参考文献的书写格式）1 楚生.机械制造技术基础M.重庆大学出版社.2000.2 陈恒，陈作模.机械原理M.高等教育出版社.2000.3 张继忠，赵梅.包装机切纸机构的计算机辅助设计及运动分析J. 包装工程.2004年04期：31-33.4 张立，黄菊芳.高速切纸机的结构及性能特点J. 轻工机械.2006年03期：15-17.5 陈克复. 制浆造纸机械及设备M. 北京: 中国轻工业出版社2003.6 赵燕, 腾万龙. 凸轮自动分切机的原理与应用J. 轻工机械2006(1): 115- 116.7 蒲涛, 王龙.QZ对开切纸机滑刀故障分析与优化设计J.印刷杂志 . 2009年 09 期. 8 刘燕玉,隗继发.切纸机升降平台的改进J.中华纸业.2004年 09期.9 张飞特, 王建花. QZJ-350切纸机的设计J. 科技情报开发与经济 .编辑部邮箱 2010年29期 .10 Robert L Mott. Machine Elements in Mechanical Design M. 北京: 中国机械工业出版社，2003.3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料一、 实施方案:1、通过查阅资料文献和相关手册，了解切纸机压纸机构的设计背景和现状；2、能够使用三维绘图软件（如AUTOCAD、Pro/e等）；3、整个毕设的设计思路要清晰、流程要进行规划；4、完成一份超过两万字的论文，绘出相关的二维图，并且做好答辩准备。二、进度计划：1、20xx.12.17-20xx.12.23：选取毕业设计题目。2、20xx.12.24-20xx.12.30：按照要求撰写开题报告。3、20xx.12.31-20xx.1.7：借阅相关书籍,查找本次设计相关的书籍。4、20xx.2.15-20xx.2.22： 领取中期检查表并填写好。5、20xx.2.23-20xx.3.2：规划好本次设计的总体方案。6、20xx.3.3-20xx.3.10：查找资料,设计好压纸架。7、20xx.3.11-20xx.3.18：设计连杆。8、20xx.3.19-20xx.3.26查阅相关资料，设计完成整个压纸机构。9、20xx.3.27-20xx.4.3： 仔细研究设计好的方案，对方案进行优化和修改。10、20xx.4.4-20xx.4.11：完成最终结构设计；11、20xx.4.12-20xx.4.18：主要零部件的参数计算、理论分析，并进行方案论证，完成压纸机构的参数化设计；12、20xx.4.19-20xx.4.26： 零件材料的选用，并进行工艺分析；13、20xx.4.26-20xx.5.3：设计出三维模型画好二维图并修改完善设计；14、20xx.5.4-20xx.5.11： 进行论文翻译；15、20xx.5.12-20xx.5.19： 对本次设计的三维模型进行仿真，制作动画；16、20xx. 5.20-20xx.5.26： 完成毕业论文并提交，做好答辩前的准备。三、预期提交的毕业设计资料：1、二万字以上的毕业设计论文；在毕业设计论文中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；2、不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；3、完成绘图工作一张A0图纸（总设计图），并且超过两张A3的绘图图纸（零件图）。指导教师意见指导教师（签字）：20xx年12月日开题小组意见开题小组组长（签字）：20xx年 1 月日院（系、部）意见 主管院长（系、部主任）签字： 20xx年1月日摘 要本次设计的课题是压纸机构的设计。在选定毕设课题后，我进行了方案的拟定。初步拟定了两个方案，其一是用丝杠传递压力进行设计的压纸机构，其二是采用连杆传递压力而设计的压纸机构。但是本次设计要求压纸的最大压力为35KN，所以采用丝杠传递动力会使得整个机构显得很大，成本也会提高。最终确定了使用连杆传递压力，而采用液压系统提供动力和压纸的速度，这样整个机构就不会太大，成本大大降低，而且能够高效的工作。本次课题设计的压纸机构的工作原理是：通过电动机带动液压泵运动，液压泵在液压系统中产生动力通过液压系统使液压缸的液压缸进行伸缩运动，液压系统提供的运动和力通过连杆传递到压纸部件，从而实现压纸机构压纸和压纸后的退回工作。而压纸机构的构成为：压纸架，连接压纸架与连杆的连接件，底板小底板，用于固定的各轴，滑块以及把滑块和连杆连接的轴及轴承，连杆能在滑块中运动。本文中对于各结构件进行了结构设计、尺寸设计和材料的选择，完成尺寸和机构设计后，对承受压力较为敏感的零件进行了校核，最终证明整个机构符合强度和刚度要求，最后编制了重要零件的加工工艺。最后是液压系统的设计，根据要求对液压系统进行设计。选定各种液压元件后绘制了液压系统图。然后就是对各种元件的校核，结果证明符合要求。这样就完成了整个设计。关键词:压纸机构；液压系统；压纸部件；连杆；连接件AbstractThe graduation project is the subject of the platen mechanism design. Albert located at the selected topic, I did a program development. Initially developed two programs, one of which is designed with a delivery pressure screw platen mechanism, and the second is the use of rod designed transmit pressure platen agency. However, this design requires platen maximum pressure of 35KN, so the use of screw transmission of power will make the entire organization becomes large, the cost will increase. Ultimately determine the use of link transmit pressure, while the use of hydraulic systems provide power and speed of the platen so that the entire organization will not be too large, greatly reduce the cost, but also to efficient work. The topic of the platen mechanism designed working principle is: the hydraulic pump driven by a motor movement, the pump in the hydraulic system, hydraulic system to generate power by the hydraulic cylinder for telescopic movement of the hydraulic cylinder, the hydraulic system of motion and force by connecting transmitted to the platen unit lever, enabling organizations platen platen and the platen returned after work. The mechanism is constituted by the platen: a platen holder, the platen frame and the connecting rod connecting member, the small base plate, for fixing each axis, the slider and the slider and the axis of the connecting rod and bearing, even rod in the slider movement. Herein for structural parts of the structural design, size design and material selection, dimensions and mechanical design, after the completion of pressure sensitive parts of the check, that the mechanism in accordance with the final strength and stiffness requirements, the final preparation of important parts of the process. Finally, the design of the hydraulic system, the hydraulic system according to the design requirements. After various hydraulic components selected hydraulic system diagram drawn. Then check that the various components, the results demonstrate compliance with requirements. This completes the entire design.Keywords: Platen mechanism Hydraulic system Platen assembly Keywords: Platen mechanism；Hydraulic system；Platen assembly；connecting rod； Connections 目 录引言11 切纸机压纸机构的方案确定21.1 设计方案的确定21.1.1弹簧形变传递压力21.1.2液压气压式传动21.1.3凸轮式31.1.4确定方案32 压纸机构设计32.1 设计的原始参数32.2 设计时考虑的问题32.3 液压压纸机构的两种方案42.3.1采用丝杠和弹簧带动压纸机构压纸42.3.2采用连杆传动设计压纸机构52.4 压纸部件的设计52.5 连接件强度校核142.6 传动部件的设计192.7 底板的设计262.8 支撑板的设计262.9 小底板的设计273 液压系统的设计303.1 液压系统的方案设计303.2 液压系统的参数计算344 结论41谢 辞43参考文献44引言切纸机发展的现状随着印刷业的蓬勃发展以及新型高速印刷机的广泛采用， 对平板纸的切边质量、规格精度和堆垛质量的要求也越来越高。由此，促使横切纸机在结构上不断改进，制造上精益求精，使横切纸机的品种规格多样化以便满足各种要求。横切纸机按工作原理可划分为两种型式：闸刀式和圆筒切刀式。把纸卷的纸幅切成平板的闸刀式切纸机，当纸幅间歇地送人闸刀切断时纸幅是不动的。由于切纸、送纸机构采用往复运动的形式，致使零件的应力增大，寿命缩短。同时，纸卷被间歇性加速与制动，从而纸幅断头增加，又因生产能力较低，每分钟切 1530 次，所以该种切纸机现多用于小批量裁剪以及特殊裁剪要求是所用。圆筒切刀式横切纸机(又称甩刀机) 这种设备以成为目前切平板纸的主要设备之一。 甩刀机可以连续的送纸和切纸，结构较为简单、紧凑、工作条件良好，亦能同时裁切成两种长度规格，生产能力可观而被各家纸厂、纸制品厂等普遍采用。一台标准的切纸机甩刀机通常由引纸部分、托纸喂纸部分、切纸边装置、甩刀 辊装置、甩刀辊速度装置、输送皮带组合、接纸台、自控及电气等组 成。有的为了放纸设置一组放纸卷的搁纸架。引纸部分由一弹簧压紧或气动压紧胶辊和纲质引纸辊组合，两辊共同牵拉纸幅经托纸喂纸部分将纸送人甩刀部甩切。由气缸控制的胶辊一般配有 2 个气压调节阀。操作者根据纸幅的厚度设定不同的压紧力。如果多卷纸运行，胶辊辊体表面车有左右螺旋2糟，起到舒展纸幅，防止起皱、松驰的作用。托纸喂纸部切纸机分用于支承纸幅进入甩刀座，安置在裁切点位置前的托板，对甩切的方正度具有极其重要的影响。如果托板对准性不佳，或者纸幅未能正面进人裁切点，那么成品纸的四角将很难保证方正。切纸机托板的设计还能起到护送纸幅的作用。有些机器在托板接近裁切点处设有压缩空气吹纸装置，以此形成局部真空将纸幅吸附在托板上运行，从而消除纸幅的抖动。如果引纸辊组合与甩刀座间距较大时，还可添装一支导辊，保证纸幅在运行过程中不发生松驰，顺利进入切纸机甩刀部。横切纸机按转刀分为以下几种：固定转刀式 ，滑动转刀式，固定间歇转刀式 ，双转刀式 ，间歇双转刀式。本次设计的课题为切纸机压纸机构的结构设计，该课题来源于结合生产实际。本次课题的研究的主要内容是：a) 分析切纸机压纸机构的运动要求，完成压纸机构整体结构规划和设计；b) 进行方案论证，进行结构设计与仿真；c) 提出系统结构设计方案，并优化；d) 满足力学要求，充分的设计计算、理论强度和结构受力分析；e) 设计计算出符合压纸机构的液压系统。本课题所设计出的压纸机构可以解决如下问题：a) 与现在市面上的切纸机相比，提高压制机构压纸的效率，使切纸机在更短的时间完成更多的生产任务，从而降低生产成本；b) 拥有足够准确的控制特点；具备一定的成长空间。1 切纸机压纸机构的方案确定1.1 设计方案的确定切纸压纸机构可选用多种方式，如：a) 选用伺服机驱动丝杆，在丝杆和受力物体间，添加一弹簧，利用伺服机特性，用电机驱动丝杆前进，改变弹簧形变量，从而输送压力。b) 利用齿轮齿条的传动特性，提供压力。c) 采用气压，液压传动，调节气压达到不同输送目的。d) 利用凸轮机构，通过凸轮转动，利用凸轮特性提供不同的压力形变提供压力。根据目前广泛使用的切纸机压制机构的种类，以及应用的范围，初步拟定三种设计方案。1.2.2.1.1.1.1弹簧形变传递压力弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力。当题目中出现弹簧时，首先要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应，在题目中一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置、现长位置、平衡位置等，找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，结合物体受其他力的情况来分析物体运动状态。相对于其他机构，弹簧容易实现互换性，方便在使用过程中对损坏部分进行检修以及及时调换。其他特点是结构简单，能量传递效率高，配合步进电机，传递能量大小精确。1.1.2液压气压式传动液压传动是利用液体的压力能来实现能量传递的一种传动方式，其工作介质主要是石油基液压油和难燃液压油。其特点分别为：a) 与电动机相比，在同等体积下，液压打包机液压装置能产生更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、质量轻、结构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。b) 液压打包机的液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。c) 液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。d) 液压打包机液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。e) 液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液压打包机液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。f) 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。g) 由于液压打包机液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。h) 液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低。i) 液压传动对液压打包机油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。j) 液压传动在出现故障时不易诊断。2.1.1.1.1.3凸轮式凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮机构的最大优点是只要适当的设计出图轮的轮廓曲线，就可以得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。缺点是凸轮廓线与物体或推杆之间以点接触，线接触，容易磨损，凸轮制造较困难。而在压纸机构中选用凸轮的话，则对轴的刚度强度要求增大。1.1.4 确定方案根据开题报告技术要求，同时考虑到制造成本，加工难易，以及便于用户检查维修等因素，最后结合切纸机的特点以及现有切纸机压纸机构的特点，现在选用步进电机配合液压系统使用来设计本次切纸机的压制机构。这个方案能使切纸机实现更高的生产效率，降低生产成本。 2 压纸机构设计为了使压纸机构能够满足压紧纸张并且在切纸过程中使纸张不致松动影响切纸精度，把压纸机构的压纸部分设计的面积，应使压纸部分能与纸张有足够的接触面积。2.1 设计的原始参数本次设计的压纸机构的主要参数如下：（1）压纸机构的最大压纸门幅920mm；（2）压纸机构的压纸高度为150mm；（3）压纸机构的最大压纸压力为35KN；（4）驱动方式：液压驱动。2.2 设计时考虑的问题（1）具有足够的压力在设计过程中，应考虑到压纸机构的最大压力为35KN。因压力较大，设计的机构就应满足强度和刚度要求。（2）压纸部件有一定的面积压纸机构压纸时，要保证压纸机构能够把纸压稳，不能出现松动，否则就会影响切纸的精度，达不到要求。2.3 液压压纸机构的两种方案2.3.1 采用丝杠和弹簧带动压纸机构压纸基于对纸张施与35KN的压力的要求，结合整体设计的框架，现对弹簧进行理论计算，确定弹簧的基本参数。弹簧在机械产品中是一种很小的零件，过去曾由于没有给予足够重视，特别是缺少有关材料的热处理知识，在十九世纪五十年代以前，弹簧的质量很不稳定，而且经常损坏，造成了极为严重的恶果，以后随之科学技术的进步，使人们逐渐认识到了弹簧对机械的精度，工作能力和寿命都有着极其重要的作用。按照弹簧的形状分类，如图2-1所示。图2-1弹簧的分类可选用压缩螺旋弹簧，该种弹簧式各种弹簧中用得最为广泛的一种。这种类型弹簧的尺寸因用途不同而各种不同的规格：有材料直径小于0.1mm的轻载荷用弹簧；也有材料直径超过100mm的超大型重载荷用弹簧。压缩螺旋弹簧的特点是：a) 易于制造；b) 结构紧凑；c) 吸收能量的效率高；d) 无摩擦。对于第一点、由于这种弹簧的形状简单和加工方便，因而易于理解。对于第二、三点，这种弹簧每单位体积的弹性能量为 （剪切应力，G切变弹性模量），将它与杆纯拉伸时的弹性能量相比较，其换算比率为0.43，这在各种弹簧中是最高的。但实际上，由于还要考虑末圈的体积，因而这一数值还要少小一些。即使如此，这种弹簧在小空间中仍有很好的效率，能发挥出良好的弹簧性能。第四点意味着其载荷特性不出现滞后现象，有良好的弹性再现性。原始条件：a)最大工作负荷35KN；b)最大工作负荷下的形变量，F2=30mm；c)在空气中工作。由于载荷过大，弹簧的直径也将变得很大，而且丝杆不能承受过大的力，所以用丝杠和弹簧来设计压纸机构不合理。2.3.2 采用连杆传动设计压纸机构压纸机构是本次设计的基石，只有具备高效、稳定、及达到35KN的最大工作负载的压纸机构才能够快速而有效地完成压纸的任务。一般来说，压纸机构的设计应遵循以下几方面原则：1） 必须完成设计方案规定的动作指标。2） 必须具有较高的可靠性及必要的强度、刚度。3） 维护和维修简便。4） 结构材料的强度和刚度要满足要求，并考虑要节约成本。5） 在保证功能的前提下提高机构的精妙性。现在采用连杆传动来设计本次压纸机构2.4 压纸部件的设计所有的压纸机构都有一类共同的组成部件，即用压纸板和连接压纸板的元件所组成。这个压纸部件是实现最终压纸功能的。压纸部件的工作原理是：当液压系统输出压力时，通过传动部件传递压力和运动到压纸部件，最终实现压纸功能。通过以上分析我们知道压纸部件由压纸板和连接件组成。为了维修装拆的方便，在压纸架的两边各设置一个接头，用于与连接部件相配合。然后用连杆连接接头，它们可以通过轴连接，为了固定，可在轴两端加上挡圈。虽然本次设计是要求最大压纸压纸高度为150mm，但是为了能够适应更多的要求，设计一个调节杆，而连杆车制螺纹，通过旋入连杆深度的不同，可以实现最大压纸高度的不同。最后通过另一个连杆实现与传递压力和运动的连杆的连接。压纸部件的结构如图2-2所示。图2-2压纸部件a.压纸架的设计为了能够让压力均匀地施加到纸上，使得压纸更加平稳，可以使用阵列结构对压纸架进行设计，使力既能均匀又能集中于一系列的点，从而使纸压得平稳。然后在压纸架上增加两个接头，其结构如图2-3所示，压纸架尺寸如图2-4所示，接头尺寸如图2-5所示。图2-3压纸架图2-4压纸架尺寸图2-5接头尺寸对压纸架材料的选择：压纸架要能够承受最大的载荷，同时要具有较高的寿命，要求其耐磨，承受压力。结合这些特点选择灰铸铁。灰铸铁的介绍灰铸铁的组织和性能 组织：可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。 力学性能：灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。 其他性能：良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性 灰铸铁的热处理：(1)消除内应力退火；(2)改善切削加工性退火；(3)表面淬火。用途：灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的零部件，如机身车床、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。灰铸铁的牌号、力学性能如下表所示表2-1灰铸铁牌号、力学性能-查找相关材料，我们可以知道：钢按用途可以分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢包括工程用钢和机器用钢。工程用钢用于建筑、桥梁、船舶、车辆等，而机器用钢包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和耐磨钢。工具钢包括模具钢、刃具钢和量具钢。特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢等。而结构按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类。工程用钢主要用于各种工程结构，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，这类钢冶炼方便、成本低、用量大，一般不进行热处理；而机器用钢大多数采用优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一般都需要经过热处理以后才可使用。碳素结构钢原称普通碳素结构钢，1988年国家标准修订后，增加了C、D质量等级的优质钢。碳素结构钢含碳量低（0.06%-0.38%），S、P含量较高。这类钢通常在热轧冷空状态下使用，其塑性高，可焊性好，使用状态下的组织为铁素体加珠光体。碳素结构钢常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%，适合于焊接、铆接、栓接等。碳素结构钢的牌号及用途见表2-2所示。表2-2碳素结构钢牌号及用途牌号等级用途Q195载荷小的零件、冲压件及焊接件。Q215A,B垫圈、渗碳零件及焊接件。Q235A,B;C,D金属结构件，心部强度低的渗碳零件、螺栓、螺母、轴及焊接件，C,D级用于重要的焊接件Q255A,B轴，吊钩等低强度的零件，焊接件尚可。Q275从表中我们可以看到Q235主要用于结构件、钢板、螺纹、钢筋、型钢、螺栓、螺母、铆钉、拉杆、齿轮、轴、连杆。根据表2-2可知灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的零部件，并结合本次设计的压纸机构特点，我们初选HT200作为压纸架的材料。当压纸机构在最大压纸压力下时，对压纸架进行校核：图2-6压纸架受力分析图将压纸架看做以简支梁，进行分析如图2-6所示。建立剪力、弯矩方程:由平衡方程与，得A与B端的支反力分别为如图2-7,2-8所示。图2-7 A点支反力 图2-8 B点支反力 (2-1)截面C处作用有载荷F，故应按梁段AC与CB，分段建立剪力，弯矩方程。对于AC段，选A点为原点，并用坐标表示横截面的位置，由b图可知，该两端的剪力与弯矩方程分别为 (2-2) (2-3)对于CB段，为计算简单，选B点为原点，并用坐标表示横截面的位置，则有图c可知，该梁段的剪力与弯矩方程分别为 (2-4) (2-5)画剪力、弯矩图:根据以上公式及其所得出的结果，绘制如图(2-9,2-10)。 图2-9剪力图 图2-10弯矩图可以看出，横截面C的弯矩最大，其值为 (2-6)加工工艺:铸铁平台（又称铸铁平板）及床身类铸件产品作为一种大型铸件必须要经过热处理才能提高本身的使用性能，改善铸铁平板的内在质量。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火:热处理的退火种类：常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。完全退火和等温退火:完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。去应力退火:去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。淬火我们淬火最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。回火回火的目的有以下几个方面：（1）降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。（2） 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。（3） 稳定工件尺寸（4）对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。b.连接件的设计在压纸板上钻一个孔，用一个接头（接头车制了螺纹）旋入到这个孔中，这个接头钻一个孔，用于连接一根连杆。接头与连杆（连杆车制了螺纹）通过一根轴进行连接，用弹性挡圈对连杆和轴进行固定。连杆接入调节杆中，可以调节压纸的最大高度。调节杆的另一端也与一根连杆连接，连杆上同样钻孔，通过轴与传动连杆连接，用弹性挡圈对传动连杆和轴进行固定。虽然本设计是要求最大压纸高度为150mm，但为了实验更多的生产要求，设计了调节杆。当我们确定了最大压纸高度后，把连杆旋入调节杆相应的长度，然后通过螺母进行固定。初步设定各连接件的尺寸：与接头连接的连杆如图2-11所示，与传动连杆连接的连杆如图2-12所示，调节杆如图2-13所示。图2-11与接头连接的连杆图2-12与传动连杆连接的连杆图2-13调节杆根据表2-2，选定Q235作为连接件的材料。2.5 连接件强度校核对连接件的强度和刚度进行校核：这压纸机构在最大负载压力35KN的力下工作时，最容易遭受破坏的零件为与压纸架和接头连接的轴，因为是对称结构，只需对一边的轴进行校核:1） 强度校核轴的尺寸如图2-14所示。图2-14 轴的尺寸图a 弯曲强度校核把销轴当作简支梁进行分析：最大弯矩值 (2-7)销轴弯曲强度计算 (2-8) (2-9)公式中：M把销轴作为简支梁分析所求得的最大弯矩值W销轴截面的抗弯模量销轴的许用弯曲应力，这里采用45号钢b.销轴剪切强度验算把销轴当做简支梁进行分析最大剪切应力值（取在中和轴位置，此位置剪切应力最大） (2-10)计算满足。公式中：Q把销轴作为简支梁分析所求得的最大剪力值d销轴直径销轴的许用剪切应力，这里采用45号钢c.平均剪应力复核将销轴按双剪进行平均剪应力计算 (2-11)2)接头强度验算a.接头孔壁承压应力验算接头（02-8-011接头）： (2-12) 计算满足。连杆（02-8-012 连杆）： 公式中：N构件中的轴力，即构件通过承压传给销轴的力；构件的承压面积，其中d为销轴直径，为孔壁的承压总厚度耳板孔壁的许用承压应力，采用Q235钢取值为注意：此处取承压面面积时，近似取用销轴直径为承压面长度，一般是可以满足结构安全的需求的，但是实际上圆柱体体侧承压，经试验表明多为沿圆周45度到135度范围内承压面接触，也就是圆柱销轴的圆周的1/4范围进行接触，所以此处的承压面长度（上文公式取为d）取为销轴周长的1/4更为准确，即：。b.接头杆抗剪验算02-8-011接头： (2-13)计算满足。02-8-012 连杆： (2-14)销轴主要受力特征：a)轴直径相对于耳板厚度越粗壮，销轴刚度越大，销轴以剪切变形为主；销轴直径相对于耳板厚度比较细，销轴刚度较小，销轴逐渐转变为以弯曲变形为主。b)上下耳板之间的间距（图中为5mm）越大，则销轴承受的弯矩越大，承压面受力分布越不均匀；间距越小甚至达到紧密贴合的程度，销轴承受的弯矩达到最小，受力状态较为理想（上文中取弯矩受力点为板中心位置，和实际受力略有区别，计算时要根据实际情况加以区分），承压面分布均匀。c)销轴孔径与销轴直径比值越大，则显然造成销轴承压接触面变小，计算与假定误差较大，并且应力集中现象严重；一般要求孔径与直径比尽量接近1:1，一般情况为孔径大于直径约25mm，这样承压区域分布均匀且接触面积与计算接近。d)销轴直径与耳板厚度的比值需协调，尽量不要出现极端的薄耳板大销轴或者厚耳板小销轴的情况，计算假定应尽量与实际节点形式相符合，只有此种情况下的计算结果才是可以采用的。销轴的工艺性设计加工工艺性设计:图a、b、c所示的三种不同的销轴轴端结构，焊接时的焊口分别为：（a）销轴和连盘配合处都加工有倒角；（b）在连接盘上加工倒角；（c）在销轴上加工倒角。实践表明：后两种轴端结构的焊接完全可以满足盘与轴的连接强度要求，而且，实际加工中连接盘用数控机床下料，倒角加工还要在切削机床上加工。因此，在销轴上加工倒角，可以在车端面或车外圆时一次成型，工艺性好，结构合理。如如轴径较大，可采用图d所示的轴端台阶结构。销轴轴端结构如图2-15所示。图2-15销轴轴端结构由以上结论可知销轴满足材料的剪切力要求，销轴的结构形式设计合理。图2-16组装工艺图组装工艺性:销轴安装端设计不同形式的倒角结构，可得到好的组装工艺性：图a的倒角形式，加工简单，倒角尺寸b可取较小值，但倒角角度大（45），安装较大型工程机械结构件时，很难找正，安装困难，使用较少。图b的倒角形式，加工简单，但倒角尺寸b需取较大值，才能保证安装直径，且安装后，销轴伸出孔外太大，不仅费料，且不美观。图c的销轴轴端倒角形式，一般去R=3mm5mm，加工简单，安装容易，外形光滑美观。在工程机械销轴结构上越来越多的被采用。销轴与销套的间隙，销轴直径与销套间隙的关系如图2-17所示。图2-17销轴的直径和配合间隙的关系工程机械销轴与销套间的相对运动速度很慢，但相互作用力很大。因此配合间隙的选择，对保证销轴与销套有成分的润滑非常重要。通过对日本小松公司、美国Caterpillar公司和国内工程机械生产厂家生产的销轴结构分析，得出销轴与销套间的间隙与轴径的关系如上图。2.6 传动部件的设计传动部件是用于传递液压系统（其实液压系统也是一个传动系统）的动力到压纸部件上，实现压纸动作的部件。在传动过程中要求传动平稳，传递的压力能够满足35KN最大压力的要求。同时对于运动的传递要实现快速，准确的功能，从而节约工作时间，达到高效的目的。压纸机压纸时上下运动，运动方向只能是在纵向的运动。因此在设计的时候要对传动部件的运动方向进行限制。基于上述考虑，可以采用连杆作为传动部件。为了限制连杆的运动方向，需要对连杆进行一定的固定。可以把连杆的中段固定于一个支撑杆（支撑杆的来源于设计在后续的文章会介绍），而连杆的一个端点要固定于压纸部件上才能建立起连杆与压纸机构的联系，连杆的另一端固定于一个滑块上，滑块需要进行切槽，通过轴和轴承连接实现连杆与滑块的相对运动。这样在滑块做上下的运动时，压纸机构就能实现压纸和后退的功能。a.连杆的设计连杆的作用是为了实现传递力的功能,本设计中通过滑块的运动带动连杆上下运动,传递液压系统所提供的压力,实现压纸板压纸的功能。连杆机构具有以下传递特点：(1)连杆机构中运动副运动副均为低副。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利。(2)连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。(3)在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状伴随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定的工作需要。(4)利用连杆机构可以很方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。基于压制机构的运动特点，应该对连杆做一定的限制，已达到压制机构上下运动以达到压纸和后退的功能。把连杆的一端固定于滑块上，这样就能跟随滑块一起运动。把连杆的中端固定于支撑板上，连杆的另一端固定在链接压纸板的接头上。以这样的方式设计连杆能够在滑块受到压力向上运动时，与滑块连接的一端向上运动，与接头连接的一端向下运动。从而实现压纸的目的。连杆尺寸如图2-18所示。图2-18连杆尺寸选定Q235为连杆的材料。b. 滑块的设计初选材料Q235作为滑块的材料。设计滑块是为了让滑块运动带动连杆的上下摆动，从而实现压纸板压纸和后退的功能。对滑块进行切槽用来固定连杆的一端，对滑块进行钻孔来与油缸连接，从而传递油缸的推力。滑块尺寸如图2-19所示。图2-19滑块尺寸c.轴系的设计1）轴和轴承的介绍轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴、和传动轴三类。工作中既能承受弯矩又能承受扭矩的轴成为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可以分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则用于转轴。根据轴承的摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已经标准化，选用、润滑、维护都很方便，因此在一般机器中应用较广。但由于滑动轴承本身具有一些独特的优点，使得它在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，如在工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装、以及需要在谁或腐蚀性介质中工作等场合，仍占有重要的地位。因此，滑动轴承在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通信地面站、天文望远镜以及各种仪表中应用颇为广泛。滚动轴承的类型很多，现将常用的各类滚动轴承的性能和特点简要介绍与表2-3中表2-3各类滚动轴承的性能和特点类型代号轴承类型名称、简图尺寸系列代号轴承性能特点基本额定动载荷比极限转速比价格比允许角偏斜0双列角接触球轴承3233能同时承受径向和双向轴向载荷。1.62.1中1调心球轴承(0)222(0)333外圈内表是以轴承中点为圆心的球面，可自动调心。主要承受径向载荷。0.60.9中1.832调心滚子轴承13，2223，3031，3240，41与调心球轴承相似，可自动调心。主要承受径向载荷。承载能力高，允许角偏斜略小于调心球轴承。1.84低4.412.52推力调心滚子轴承929394外圈内表是球面，可自动调心。主要承受径向、单向轴向载荷载荷。1.72.2中1.52.53圆锥滚子轴承02，0313，2022，2329，3031，32能同时承受较大的径向和单向轴向载荷。内、外圈可分离,便于装拆、调整间隙。一般成对使用。1.52.5中1.724双列深沟球轴承(2)2(2)3能同时承受径向和双向轴向载荷。径向和轴向刚度大于深沟球轴承。1.62.3中8165推力轴承32121314只能承受单向轴向载荷。1低1.105双向推力轴承222324能承受双向轴向载荷。1低1.806深沟球轴承17，3718，19(0)0(1)0(0)2(0)3(0)4能同时承受径向和一定的双向轴向载荷。高速时可代替推力轴承。价格便宜。使用最广泛。1高18167角接触球轴承19(1)0(0)2(0)3(0)4能同时承受径向和单向轴向载荷。接触角有15、25很0三种，接触角大的承受轴向载荷能力高。一般成对使用。11.4高2.12108推力圆柱滚子轴承3212只能承受较大的单向轴向载荷。轴向刚度大。1.71.9低3.80N圆柱滚子轴承（外圈无挡边）10(0)222(0)323(0)4能承受较大的径向载荷。内、外圈间可沿轴向自由移动,不能承受轴向载荷。1.53高224UC外球面球轴承（带顶丝）23外圈外表面为球面，与轴承座的球面配合能自动调心。内圈用顶丝固定于轴上，拆装方便。1中25QJ四点接触轴承(0)2(0)3内圈为两个环组成，内、外圈可分离。两边接触角均为35，能同时承受径向和双向轴向载荷。旋转精度高。1.41.8高注：表中括号内的数字在基本代号中可省略。除表2-3中介绍的滚动轴承之外，标准的滚动轴承还有双列深沟球轴承、双列接触轴承以及各类组合轴承等。目前，国内外滚动轴承在品种规格方面越来越趋向专业化、轻型化、部件化和微型化。2）轴系的结构设计根据前面1）的介绍，本次设计的轴为传动轴。本设计中的轴连接滑块和连杆，根据前面滑块的设计和连杆的设计可以设计出轴的长度，轴的长度应该大于连接连杆通过滑块的长度，便于两端的固定。轴上应该安装轴承，轴承应用滚针轴承。拟定轴上零件的装配方案:在本设计中只有轴和轴承进行装配，所以方案可以确定。轴上零件的定位:为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。轴环的功用与轴肩相同，轴环宽度b大于等于1.4h。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于两个零件之间的定位。轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体连接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。利用弹性挡圈、紧定螺钉及锁紧挡圈等进行轴向定位，只适用于零件上轴向力不大处，紧定螺钉和锁紧挡圈常用于光轴上零件的定位。经过以上关于轴上零件的定位的介绍，结合本次设计的具体实际，采用弹性挡圈对轴上零件进行定位。由于轴是要进行周向运动的，所以不进行零件的周向定位。轴的长度和直径的确定确定轴的长度，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。根据这个要求，选定轴尺寸如图2-20所示 图2-20轴的尺寸确定使用型号为NA4901的滚针轴承。112.7 底板的设计底板是用于放纸张的零件，底板的长度应该满足压纸门幅为920mm的要求，底板要有足够的强度和刚度。底板还要与一些零件进行连接，是压纸机构构成一个整体。在底板上钻有10个孔，其中大孔穿过压纸部件的连接部件，小孔固定其他的零件。初步设计在据底板中心为465mm左右两边各钻一个直径为55 mm的孔，孔的中心距板前沿65mm，便于连杆与压纸架的连接，使压纸架上下运动，实现压纸和压纸后的后退功能。在距底板中心为211mm处钻左右两边各钻两个孔，距底板中心为251mm处也各钻两个孔，板前面的孔的中心距前边沿为65 mm，板后面的孔距后边沿为45mm。底板尺寸如图2-21所示。图2-21底板尺寸压纸机构的最大压力为35KN，底板选定选择Q235作为材料。由于压纸门幅为920mm，所以底板长度应比压纸门幅长以及为了满足强度要求。可以初选底板的长度为 1200 mm,底板的宽度为 200 mm,底板的厚度为30mm。2.8 支撑板的设计在本次设计中，支撑板用于连接底板与小底板，在支撑板上固定传动部件中的连杆，限制连杆的自由度。在压纸机构中设计了四个支撑板。从表2-1中介绍，可以选择材料为Q235的钢板为支撑板。为了实现强度要求和连接底板与小底板的功能，可初选定支撑板的长，宽和厚度分别为180mm，60mm，20mm。支撑板尺寸如图2-22所示。图2-22支撑板的尺寸2.9 小底板的设计小底板用于连接4个支撑板支撑底板和连接液压缸的作用。小底板应能承受住压纸机构在最大工作压力下工作而不遭受破坏。根据表3-1，我们选择Q235作为小底板的材料。小底板尺寸如图2-23所示图2-23小底板尺寸本次设计的液压压纸机构的主视图，左视图，俯视图如图2-24，2-25,2-26所示。图2-24 主视图图2-25左视图图2-26俯视图1-底板 2-支撑板 3-支撑板 4-小底板 5-连杆 6-挡圈 7-压纸架 8-支柱 9-接头 10-调节杆 11-接头 12-连杆 13-滑块 14-左旋螺母 15-挡圈 16- 挡圈 17-螺钉M6*20-A2 18-螺钉M8*25-A2 19-螺钉M10*35-A2 20-螺母M16-A2 21-垫圈20-3cr13 22-垫圈16-A140 23-挡圈12-A2 24-挡圈16-A2 25-轴承NA4901 26-油缸-行程683 液压系统的设计液压压纸机构的工作循环是:快进-保持-快退-停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：最大压纸压力F1=35KN，快进行程最大=130mm, ,快进的速度为4m/min，该压纸机构竖直，压制机构可在任意位置停止。负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的被压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是竖直放置，则液压缸在各个工作阶段的负载都是一样的，为327N。3.1 液压系统的方案设计液压系统的组成：一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力 控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压油的分类、牌号划分及规格 (1） 液压油的分类与牌号划分： 液压油的种类繁多,分类方法各异,长期以来,习惯以用途进行分类,也有根据油品类型、化学组分或可燃性分类的。这些分类方法只反映了油品的挣注,但缺乏系统性,也难以了解油品间的相互关系和发展。 1982年iso提出了润滑剂、工业润滑油和有关产品-第四部分h组分类,即iso 6743/4一1982,该系统分类较全面地反映了液压油间的相互关系及其发展。 gb 7631.2一87等效采用s0 6743/4的规定。液压油采用统一的命名方式,其一般形式如下: 类品种 数字 l hv 22 其中：l-类别(润滑剂及有关产品,gb7631.1) hv-品种(低温抗磨) 22-牌号(粘度级,gb3141) 液压油的粘度牌号由gb 3141做出了规定,等效采用iso的粘度分类法,以40c运动粘度的中心值来划分牌号。 （2） 液压油的规格、性能及应用： 在gb/t7631.2一87分类中的hh、hl、hm、hr、h、hg液压油均属矿油型液压油,这类油的品种多,使用量约占液压油总量的85%以上,汽车与工程机械液压系统常用的液压油也多属这类。 以下分别介绍其规格、性能及其应用。 l）hh液压油 按gb 7631.2一87分类,hh液压油是一种不含任何添加剂的矿物油。这种油虽己列入分类之中,但在液压系统中己不使用。因为这种油安定性差、易起泡,在液压设备中使用寿命短。 2）hl液压油(也称通用型机床工业用润滑油) 规格 ： h1液压油是由精制深度较高的中性基础油,加抗氧和防锈添加剂制成的。hl液压油按40c运动粘度可分为15、 22、32、46、68、100六个牌号。 用途 ： hl液压油主要用于对润滑油无特殊要求,环境温度在以上的各类机床的轴承箱、齿轮箱、低压循环系统或类似机械设备循环系统的润滑。它的使用时间比机械油可延长一倍以上。该产品具有较好的橡胶密封适应性,其最高使用温度为80。 质量要求： (l)适宜的粘度和良好的粘温性能。要求油的粘度受温度变化的影响小,即温度变化不致影响液压系统的正常工作。 (2)具有良好的防锈性、抗氧化安定性。 (3)其有较理想的空气释放值、抗泡性、分水性和橡胶密封适应性。 使用注意事项： (l)使用前要彻底清洗原液压油箱,清除剩油、废油及沉淀物等,避兔与其他油品混用。 (2)本品不适用于工作条件苛刻,润滑要求高的专用机床。对油品质量要求较高的齿轮传动装置、液压系统及导轨,应选用中、重负荷齿轮油、抗磨液压油或hg液压油。 (3)本油品代替机械油用于通用机床及其他类似机械设备的循环系统的润滑,经济效益显著,能延长换油周糊,平均节约润滑油1/3-1/2。 3）抗磨液压油(hm液压油) 规格： 抗磨液压油(hm液压油)是从防锈、抗氧液压油基础上发展而来的,它有碱性高锌、碱性低锌、中性高锌型及无灰型等系列产品,它们均按40运动粘度分为22、32、46、68四个牌号。用途： (l)抗磨液压油主要用于重负荷、中压、高压的叶片泵、柱塞泵和齿轮泵的液压系统j目yb一d25叶片泵、pf15柱塞泵、cbn一e306齿轮泵、yb一e80/40双联泵等液压系统。 (2)用于中压、高压工程机械、引进设备和车辆的液压系统。如电脑数控机床、隧道掘进机、履带式起重机、液压反铲挖掘机和采煤机等的液压系统。 (3)除适用于各种液压泵的中高压液压系统外,也可用于中等负荷工业齿轮(蜗轮、双曲线齿轮除外)的润滑。其应用的环境温度为一10-40。该产品与丁腈橡胶具有良好的适应性。 质量要求： (l)合适的粘度和良好的粘温性能,以保证液压元件在工作压力和工作温度发生变化的条件下得到良好润滑、冷却和密封。 (2)良好的极压抗磨性,以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑,减少磨损。 (3)优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性,以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用,使其不易老化变质，延长使用寿命。 (4)良好的抗泡性和空气释放值,以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失;并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来,以实现准确、灵敏、平稳地传递静压。 (5)良好的抗乳化性,能与混入油中的水分迅速分离,以免形成乳化液,引起液压系统的金属材质锈蚀和降低使用性能。 (6)良好的防锈性,以防止金属表面锈蚀。 注意事项： (l)要保持液压系统的清洁,及时清除油箱内的油泥和金属屑。 (2)按换油参考指标进行换油,换油时应将设备各部件清洗干净,以免杂质等混入油中,影响使用效果。 (3)储存和使用时,容器和加油工具必须清洁,防止油品被污染。(4)该油品主要适用于钢-钢摩擦副的液压油泵。用于其它材质摩擦副的液压油泵时,必须要有油泵制造厂或供油单位推荐本产品所适用的油泵负荷限值。 4）hr、hg液压油 hr液压油是在环境温度变化大的中低压液压系统中使用的液压油。该油具有良好的防锈、抗氧性能,并在此基础上加入了粘度指数改进剂,使油品具有较好的粘温特性。该类油由于用量小至今尚未大力开发,在此不作详细介绍。 hg液压油原为普通液压油中的32g和68g,曾用名为液压导轨油,该产品是在hm液压油基础上添加油性剂或减磨剂构成的丶一类液压油。该油不仅具有优良的防锈、抗氧、抗磨性能,而且具有优良的抗粘滑性。该产品主要适用于各种机床液压和导轨合用的润滑系统或机床导轨润滑系统及机床液压系统。在低速惰况下,防爬效果良好。目前的液压一导轨油属这一类产品。 5）h、hs液压油(低温液压油) 规格： 这是两种不同档次的液压油,在gb 7631.2一87中均属宽温度变化范围下使用的液压油。此二类油都有低的倾点,优良的抗磨性、低温流动性和低温泵送性。hv、hs液压油按基础油分为矿油型与合成油型两种,按40运动粘度,h油分为15、22、32、46、68、100六个牌号hs油分为15、32、32、46四个牌号。 用途 ：(l)h低温液压油主要用于寒区或温度变化范围较大和工作条件苛刻的工程机械、引进设备和车辆的中压或高压液压系统。如数控机床、电缆井泵.以及船舶起重机、挖掘机、大型吊车等液压系统。使用温度在一30以上。 (2)hs低温液压油主要用于严寒地区上述各种设备。使用温度为一30以下。 质量要求 ：(l)适宜的粘度。 (2)良好的极压抗磨性能。 (3)优良的低温性能,倾点较低,能保证工程机械或设备在寒区或严寒区环境下易于启动和正常运转。(4)优良的粘温性能,粘度指数均在130以上,保证液压设备在温度变化幅度较大的情况下得到良好的润滑、冷却和密封。 (5)良好的抗乳化性和防锈性能。 (6)良好的氧化安定性、水解安定性和热稳定性能。 注意事项： (l)低温液压油是一种既具有抗磨又具有高低温性能的高级液压油,应注意合理使用。 (2)低温液压油不能用于有银部件的液压设备。 (3)hv油和hs油由于基础油组成不同,所以不能混装混用八以免影响使用性能。其它注意事项同hm液压油。 确定液压泵类型及调速方式：根据本设计实际，选用叶片泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定向阀。选用执行元件：因系统动作循环要求正向快进工作，反向快退，且快进工作、快退时速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。快速运动回路：根据本系统的运动方式和要求，采用差动连接与液压泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。即快进压纸和退回时，由供油，液压缸实现差动连接。换向回路的选择：本系统对换向回路的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。为便于实现差动连接，选用三位五通阀,组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图3-1所示液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点。这样只需一个压力表即能观察各点压力。图3-1液压系统图3.2液压系统的参数计算液压缸参数计算初选液压缸的工作压力：初定液压缸的工作压力为P1=6Mpa。确定液压缸的主要结构尺寸：本系统中要求切纸机构的快进、快退速度相等，先采用活塞杆固定的单杆式液压缸。快进时采用差动连接，并取无杆腔有效面积A1等于有杆腔面积A2的两倍，即A1=2A2。为防止压制机构会突然的往下运动，在回路中装背压阀，初选背压P1=0.8MPA 。由前面可知最大压力负载为F=35KN，按此计算A1则 = (3-1)液压缸的直径D= (3-2)由A1=2A2可知活塞杆直径 d=0.707D=0.7078.92cm=6.31cm (3-3)按GB/T2348-1993将计算的D和d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得D= 9cm d=6.3cm按标准直径算出 =63.6 (3-4) (3-5)按快进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，稳定流量q= 12.5 L/min ,因快进速度v=4m/min，则 (3-6)本系统=63.6，满足速度要求。计算液压缸各工作阶段的工作能力、流量和功率：根据液压缸的负载和速度以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各个阶段的压力、流量和功率，在计算快进时背压按Pb= 0.8Mpa 代入，快退时背压按Pb= 0.8Mpa。计算结果如表3-1。表3-1各阶段压力、流量、功率工作状态计算公式负载F进油压力回油压力所需流量输入功率pNL/minKW压纸3279.412.50.196后退32716.712.90.359液压泵的参数计算:压纸阶段液压缸的工作压力最大，若取进油路总压力损失 ，压力继电器可靠动作需要压力差为，则液压泵最高工作压力可按式算出 (3-7)因此泵的额定压力可取 根据上面计算的压力和流量，查产品样品，选用 YBD-16 型的叶片泵，该泵的额定压力 10 Mpa，额定转速为 1000r/min。 电动机的选择：电动机简介电动机是液压压纸机构的动力提供部分，电动机选取的正确与否关系到液压压纸机构设计的成败。在液压压纸机构设计中，要根据液压压纸机构的用途、液压压纸机构的工作环境以及压纸机构本身的体系结构来确定所需提供的动力，进而选取合适的电动机。压纸机构常用的电动机包括步进电机、直流电动机、伺服电动机等。a. 步进电动机步进电动机是最流行的运动控制设备，他们能够以非连续的步长进行运动，产生精确的角度位置信息，因此相对来说易于控制。步进电动机的转子由按照串联电极排列的永磁体构成，它们决定了每步的大小。定子中含有多个绕组，产生的磁场与转子的永磁体相互作用。控制电路产生的一个脉冲序列反向就会改变步进电动机的旋转反向，而由脉冲的频率控制旋转速度。要使一个步进电动机旋转，必须不断地使绕组的电源接通和中断，电动机便进行正向或反向旋转。定子脉冲序列反向就会改变步进电动机的旋转方向，而由脉冲的频率控制旋转速度。要使一个步进电动机旋转，必须不断地使绕组通电和断电。反之，如果一个绕组持续给予能量，则电动机会停止旋转，通过保持转矩使之维持在某个角度位置上。步进电动机分3种，即永磁式（PM）步进电动机、反应式(VR)步进电动机和混合式(HB)步进电动机。永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为或；反应式步进电动机一般为三相，可以实现大转矩输出，步进角一般为，但噪声和振动都很大；混合式步进电动机混合了永磁式步进电动机和反应式步进电动机的优点，它又分为两相步进电动机和五相步进电动机。两相步进电动机步进角一般为，而五相步进电动机的步进角一般为。这种步进电动机的应用最为广泛。b.直流电动机现代直流电动机在机械设备中有广泛的应用，因为它们可以精确地控制旋转速度和转矩。直流电动机是通过两个磁场的相互作用产生旋转。定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场，转子由一系列电磁体构成，电流通过其中一个绕组时会产生磁场。对有刷直流电动机而言，转子上的换向器和定子的电刷在电动机旋转时给每个绕组提供电能。由于通电转子绕组与定子磁体极性相反，因而相互吸引，使转子转动至于定子磁场正对的位置。当转子到达正对位置时，电刷通过换向器为下一组绕组供电，从而使转子继续旋转。直流电动机主要分为电磁式直流电动机和永磁式直流电动机，其结构特点是转轴上带有换向器；直流电动机只能靠通断电和改变电压的大小来调整转速。c.伺服电动机伺服电动机具有速度容易控制、特性好、效率高、直流信号和直流反馈没有相位问题、补偿简单等优点，其工作原理与普通直流电动机相同。按产生磁场的方法和电枢的基本结构不同，伺服电动机可以分为电磁式伺服电动机和永磁式伺服电动机。它可以在速度伺服系统、位置伺服系统、力矩伺服系统等各种系统中应用。伺服电动机一般和伺服驱动器、反馈传感器（一般伺服电动机自带光学编码器）共同构成伺服系统，这些部件都在一个控制闭环系统中运行。驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输出送给伺服电动机，通过伺服电动机转换成扭矩带动负载，负载根据自己的特性进行运动或加/减速。传感器测量负载位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置进行比较，然后通过改变电动机电流实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，编码器获知这种速度变化后马上反应给伺服驱动器，伺服驱动器又通过改变提供给伺服电动机的电流来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。系统为叶片泵供油系统，其中泵流量。差动压纸、快退时泵向系统供油。下面分别计算两个阶段所需要的电动机功率P。压纸阶段:泵的出口压力(总效率)泵的流量电动机的功率= (3-8)后退阶段:泵的出口压力(总效率)，电动机的功率 = (3-9)综
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