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【JX14-28】小型剪纸机设计

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【JX14-28】小型剪纸机设计
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图纸
A0-总装.DWG
A0零件图1.dwg
A0零件图2.dwg
A1切纸刀组件.dwg
Y112M电机.SLDPRT
Z1.SLDPRT
Z2.SLDPRT
Z3.SLDPRT
Z4.SLDPRT
偏心轮.SLDPRT
减速器箱.SLDPRT
减速器箱盖.SLDPRT
切刀.SLDPRT
大带轮.SLDPRT
套筒.SLDPRT
小带轮.SLDPRT
工作台.SLDPRT
工作轴.SLDPRT
弹簧.SLDPRT
总装.SLDASM
手轮.SLDPRT
推纸板.SLDPRT
气缸杆.SLDPRT
气缸角铁1.SLDPRT
气缸角铁2.SLDPRT
端盖1.SLDPRT
端盖1。.SLDPRT
端盖2.SLDPRT
端盖3.SLDPRT
端盖3。.SLDPRT
纸张.SLDPRT
缸体.SLDPRT
螺杆.SLDPRT
螺母.SLDPRT
被切纸.SLDPRT
轴承6006.SLDPRT
轴承6007.SLDPRT
轴承6009.SLDPRT
轴承6210.SLDPRT
轴承座.SLDPRT
输出轴.SLDPRT
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JX14-28 【jx14-28】小型剪纸机设计
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【JX14-28】小型剪纸机设计,JX14-28,【jx14-28】小型剪纸机设计
内容简介:
北京印刷学院毕业设计(论文)开题报告姓名学号专业设计(论文)题目小型切纸机设计1. 毕业设计(论文)的目的及意义(含国内外的研究现状分析):(1)本题目研究的目的及意义切纸机是一种常用的纸张加工设备,其应用于生产已有上百年的历史。它主要用于造纸厂单张纸的裁切切纸机有较好的市场前景,主要表现在以下几点。第一,印刷厂现配备的切纸机,大都是在印刷业大发展的八、九十年代购入,那时国产的切纸机主要是机械式的。存在的问题有,一是没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置,精度低,不能满足高档印品裁切的要求;二是机械式切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠,容易出工伤事故;三是自动化水平低,没有加工、印刷企业印前单张纸裁切和印后印刷品的整形加工以及包装产品中纸蜂窝芯的切制。近年来,切纸机又广泛应用于商标、不干胶贴片、卡片、甚至PS版、皮革、硬塑料等非纸材料的裁切。在印刷机械产品家族中,切纸机占有重要的地位,年销售量仅次于小型平版印刷机。随着社会经济的发展和科技的进步,切纸机的社会需求量不断增加,其自身的高科技含量也大幅提升。 (2)本题目国内、外研究现状,水平和发展趋势国内制造切纸机的厂家约34家。主要企业有上海申威达、长春印机、四川中江、甘肃平凉普业、山东荷泽生建、浙江嘉路等切纸机厂。2001年十家切纸机厂统计,共销售切纸机2703台,完成销售额2.84亿元,2002年七家企业统计,共销售切纸机2484台,完成销售额2.18亿元。主要切纸机规格有420mm、580mm、650mm、760mm、780mm、920mm、1150mm、 1250mm、I300mm、1370mm、1550mm、1660mm、1860mm、2200mm等14种规格。上海申威达公司飞达牌系列切纸机和四川中江利通公司的利通牌系列切纸机,代表了国产切纸机的发展水平。这两家企业已经不再生产落后的机械式切纸机,而以液压切纸机、程控切纸机和微机程控切纸机作为现阶段主流产品。申威达飞达牌系列切纸机,通过微机处理及位置检测装置进行程序控制,是集机、电、光、液、气与数字技术为一体的机电一体化产品。其主要特点包括:采用模块化设计,零部件标准化、设计通用化;压纸器采用液压驱动实现无级调压,压力大而恒定;采用Internet网络技术、中英文选择的人机对话界面,实现远程故障监控和诊断;采用PLC进行控制,RS485接口进行通讯;当系统出现故障报警时,系统自动弹出故障名和建议处理方式;利用先进的滚珠丝杆和线性导轨结构使推纸器运行平稳、轻快,定位准确,噪声低,提高了裁切精度;工作台全部镀铬并附带气垫,使工作台耐磨,不生锈,推纸轻快;在安全防护方面,有双手连动保护按钮,红外线光电保护及电子锁等安全防护装置,从而保障了操作人员和设备的安全;可循环单次裁切,裁切时具有过载保护功能,换刀轻捷方便。四川中江利通公司的利通牌系列切纸机也有多项改进。“双导轨整体无槽工作台”利用台下两侧面的两根导轨进行导向,提高了工作台的刚性,使推纸器冲撞后位移量0.05mm,精度远高于行业标准,使切纸机推纸器的抗冲撞能力和稳定性得到很大提高;“平衡式压纸机构”采用了配重式平衡结构新技术,压纸器在全行程内压力均衡稳定,运行平稳,性能可靠,并率先在国内达到了欧洲标准要求的压纸器压纸压力不得超过300牛顿的技术指标;“无间隙电磁离合制动器”具有强大而恒定的吸合力、制动力和恒定的输出推力,能保证离合机构适中工作在最佳工作状态,减少了磨损和维护,功耗低,裁切力大,响应速度快,制动迅速,达到了国际标准。国际上众多先进的切纸机中最著名的当数Polar切纸机,它代表了切纸机的发展方向。包括法国的沃伦贝格(WOHLENBERG)、施耐德(SCHNEIDER)、英国的凯琳琪(CHELLENGE)、日本的伊藤(ITON)等其他品牌切纸机也各有千秋。这里以Polar公司的机型为代表说明国外切纸机的发展历程。最早的切纸机是机械式切纸机,它采用单导轨结构,结构简单,调试维修方便,但是这类切纸机没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置,裁切精度低,不能满足高档印刷品裁切的要求。另外这种切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠,容易出现工伤事故,而且没有自动送纸机构,劳动强度大,生产效率低下。该机型现已被淘汰。机械式切纸机之后,人们将液压机构引入切纸机设计出了液压式切纸机。采用液压驱动的压纸器,压力大而恒定,受裁切时冲击力的干扰小,有的切纸机的裁刀也使用液压驱动,裁切准确而稳定。随着控制论和电子技术的发展,数显和程控式液压切纸机开始成为切纸机的发展主流。1956年波拉公司生产出了第一台磁带控制的切纸机,开辟了程控切纸机的设计先河。自1997年开始,德国Polar公司在国际性展览会上几乎每次都有新机型参展。2. 基本内容和技术方案: (1)运动设计 根据给定的纸张参数,确定切纸机的基本原理,通过分析比较拟定传动方案和传动系统图,确定切纸机的最终结构。(2)动力设计 根据选定的工作原理,初算传动轴的直径、齿轮的模数;确定动力箱。完成装配草图后,要验算传动轴的直径,齿轮模数否在允许范围内。(3)结构设计 进行各部分结构设计,如工作台、裁刀机构、定位机构、压纸机构等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书根据任务书要求,确定所设计的小型切纸机要求如下: 裁切门幅:470mm 裁切厚度:60mm 推纸器深度:400mm 切纸方式:电动 压纸方式:轮盘螺旋式压纸千斤 3. 主要参考文献:1 机械工程手册. 电机工程手册编辑委员会编 机械工业出版社 19792 吴宗泽主编.机械设计.高等教育出版社.2009.3 郭爱连主编 机械设计手册 化学工业出版社 19914 邱宣怀编 机械设计 高等教育出版社 5 机械制造工艺学 西北工业大学出版社 6 机械夹具设计手册 华东纺织工业学院 19837 北京工业大学图册编写组编著 机械装配图册 北京:机械工业出版社8 陈秀宁 施高义编 机械设计课程设计 浙江:浙江大学出版社 19919 唐宗军主编 机械制造基础,北京:机械工业出版社10 申永胜.机械原理教程.北京:清华大学出版社.2005.11 成大先. 机械设计手册.北京.化学工业出版社.2004.1.12 Solidworks教程.北京:高等教育出版社.2010.13 机械CAD教程.北京:机械工业出版社.2010.14 翁洁主编 . 印后加工机械 . 化学工业出版社.2005.4. 进度安排: 2013.11.7-2013.11.17调研、相关资料的收集和整理、外文翻译; 2013.11.18-2013.12.8撰写开题报告并开题;2013.12.9-2013.12.13开题检查阶段;2013.12.14-2014.1.20结构、方案的分析与对比;2014.1.21-2014.3.17切纸机的结构设计;2014.3.18-2014.3.30中期检查;2014.5.6-2014.5.18论文评阅;2014.5.19-2014.5.23准备毕业论文答辩并答辩;5. 指导教师意见:填写说明:查阅资料是否全面,提出的研究方案和计划进度是否可行,还有什么需要注意和改进的方面,是否同意按学生提出的计划进行等。指导教师签字: 日期: 年 月 日6. 系意见:签字:系(盖章)日期: 年 月 日目 录 摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1切纸机简介31.2国内外研究现状41.3题目选取51.4小型切纸机的特点61.5设计的要求6第二章 切纸机总体结构设计72.1切纸力的分析计算72.2总体结构设计102.3电机的选用10第三章 切纸机传动结构设计123.1基本传动数据计算123.2 带传动设计133.3 齿轮传动设计143.4 轴的校核223.5 键的校核293.6 轴承的校核30第四章 切纸机其余部件设计344.1推纸部件设计概述344.2压纸部件设计概述35结束语36参考文献37致谢38摘 要切纸机是印后加工装订生产线常采用的一种设备,具备电动切纸,轮盘螺旋式压纸千斤,裁切光道指示,裁切尺寸侧边定位标尺,手动微调校准等功能。在操作上要求双手同时操作切纸程序,透明安全保护罩等多重安全装置,确保操作安全。其主要结构包括:工作台、裁刀机构、定位机构、压纸机构等组成。本课题设计的切纸机的工作原理是:采用电动机经带传动减速后,带动偏心轮旋转,偏心轮推动连杆使滑块和刀片实现切纸的往复运动,通过气缸的气压带动压纸器实现压纸、手轮的旋转带动丝杠的运动从而实现了推纸板的运动,调节切纸的尺寸。根据电机的工作环境选择电动机类型,采用立式安装,防护式电机,鼠笼式三相异步电动机。选择带传动,它具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点,并安装张紧轮。切纸动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。压制动力由气缸提供,通过连杆带动压纸板的运动。推纸机构的运动是通过手动的手轮带动丝杠的旋转从而实现运动的。关键词 切纸 压纸 推纸 偏心轮ABSTRACTCutter is a print finishing equipment often used in the production line, with an electric cutter, roulette spiral platen jin, cutting the track indication, cutting the size of the side positioning ruler, manual fine-tuning calibration and other functions. On the cutting operation requires both hands while operating procedures, transparent safety shield and many other safety devices to ensure safe operation. The main structure comprising: a table, the cutter mechanism, the positioning mechanism, the platen mechanism and other components.This topic in papermaking industry design of mechanical cutters work principle is: by using motor slowdown driven belt, promote, connecting eccentric eccentric to slide and realize the cutter blades, through the cylinder reciprocating motion of the pneumatic drive paper realize paper, ball screw rotation handwheel drives the movement realizes the push of exercise, adjust the cardboard cutter size.According to the motor working environment and the vertical motor type selection, installation, protective motor mouse cage three-phase asynchronous motor. Choose belt transmission, it has the buffer, vibration, low noise, smooth operation, overload protection, and install a wheel. Driven by motor output cutter, through the force transmission system, the input to the actuator. By pressing power cylinder rods, through the movement. Drive pressure cardboard, Push the movement of the handwheel is driven by manual ball screw rotation so as to realize the movement.Keywords paper cut ;Paperweights ;paper driving unit ;eccentric第一章 绪论1.1切纸机简介切纸机是一种常用的纸张加工设备,其应用于生产已有上百年的历史。它主要用于造纸厂单张纸的裁切切纸机有较好的市场前景,主要表现在以下几点。第一,印刷厂现配备的切纸机,大都是在印刷业大发展的八、九十年代购入,那时国产的切纸机主要是机械式的。存在的问题有,一是没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置,精度低,不能满足高档印品裁切的要求;二是机械式切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠,容易出工伤事故;三是自动化水平低,没有加工、印刷企业印前单张纸裁切和印后印刷品的整形加工以及包装产品中纸蜂窝芯的切制。近年来,切纸机又广泛应用于商标、不干胶贴片、卡片、甚至PS版、皮革、硬塑料等非纸材料的裁切。在印刷机械产品家族中,切纸机占有重要的地位,年销售量仅次于小型平版印刷机。随着社会经济的发展和科技的进步,切纸机的社会需求量不断增加,其自身的高科技含量也大幅提升。1.2国内外研究现状国内制造切纸机的厂家约34家。主要企业有上海申威达、长春印机、四川中江、甘肃平凉普业、山东荷泽生建、浙江嘉路等切纸机厂。2001年十家切纸机厂统计,共销售切纸机2703台,完成销售额2.84亿元,2002年七家企业统计,共销售切纸机2484台,完成销售额2.18亿元。主要切纸机规格有420mm、580mm、650mm、760mm、780mm、920mm、1150mm、 1250mm、I300mm、1370mm、1550mm、1660mm、1860mm、2200mm等14种规格。上海申威达公司飞达牌系列切纸机和四川中江利通公司的利通牌系列切纸机,代表了国产切纸机的发展水平。这两家企业已经不再生产落后的机械式切纸机,而以液压切纸机、程控切纸机和微机程控切纸机作为现阶段主流产品。申威达飞达牌系列切纸机,通过微机处理及位置检测装置进行程序控制,是集机、电、光、液、气与数字技术为一体的机电一体化产品。其主要特点包括:采用模块化设计,零部件标准化、设计通用化;压纸器采用液压驱动实现无级调压,压力大而恒定;采用Internet网络技术、中英文选择的人机对话界面,实现远程故障监控和诊断;采用PLC进行控制,RS485接口进行通讯;当系统出现故障报警时,系统自动弹出故障名和建议处理方式;利用先进的滚珠丝杆和线性导轨结构使推纸器运行平稳、轻快,定位准确,噪声低,提高了裁切精度;工作台全部镀铬并附带气垫,使工作台耐磨,不生锈,推纸轻快;在安全防护方面,有双手连动保护按钮,红外线光电保护及电子锁等安全防护装置,从而保障了操作人员和设备的安全;可循环单次裁切,裁切时具有过载保护功能,换刀轻捷方便。四川中江利通公司的利通牌系列切纸机也有多项改进。“双导轨整体无槽工作台”利用台下两侧面的两根导轨进行导向,提高了工作台的刚性,使推纸器冲撞后位移量0.05mm,精度远高于行业标准,使切纸机推纸器的抗冲撞能力和稳定性得到很大提高;“平衡式压纸机构”采用了配重式平衡结构新技术,压纸器在全行程内压力均衡稳定,运行平稳,性能可靠,并率先在国内达到了欧洲标准要求的压纸器压纸压力不得超过300牛顿的技术指标;“无间隙电磁离合制动器”具有强大而恒定的吸合力、制动力和恒定的输出推力,能保证离合机构适中工作在最佳工作状态,减少了磨损和维护,功耗低,裁切力大,响应速度快,制动迅速,达到了国际标准。国际上众多先进的切纸机中最著名的当数Polar切纸机,它代表了切纸机的发展方向。包括法国的沃伦贝格(WOHLENBERG)、施耐德(SCHNEIDER)、英国的凯琳琪(CHELLENGE)、日本的伊藤(ITON)等其他品牌切纸机也各有千秋。这里以Polar公司的机型为代表说明国外切纸机的发展历程。最早的切纸机是机械式切纸机,它采用单导轨结构,结构简单,调试维修方便,但是这类切纸机没有高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置,裁切精度低,不能满足高档印刷品裁切的要求。另外这种切纸机冲击力大、噪音大、安全机构不可靠,容易出现工伤事故,而且没有自动送纸机构,劳动强度大,生产效率低下。该机型现已被淘汰。机械式切纸机之后,人们将液压机构引入切纸机设计出了液压式切纸机。采用液压驱动的压纸器,压力大而恒定,受裁切时冲击力的干扰小,有的切纸机的裁刀也使用液压驱动,裁切准确而稳定。随着控制论和电子技术的发展,数显和程控式液压切纸机开始成为切纸机的发展主流。1956年波拉公司生产出了第一台磁带控制的切纸机,开辟了程控切纸机的设计先河。自1997年开始,德国Polar公司在国际性展览会上几乎每次都有新机型参展。1.3题目选取本次毕业设计的任务是设计一台小型切纸机。任务要求切纸的尺寸为470-400mm,最厚60mm。在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数,从而达到设计要求,同时尽可能的降低成本,这也是一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结,也是走上工作岗位前的一次模拟训练。1.4小型切纸机的特点小型切纸机能够实现自动切纸的功能,具有切纸精度高、可以对大量的纸进行同时裁切,裁切的精度也比较高。这种切纸机比较小巧,既方便使用也不会占用太大的地方,价格根据裁切幅面的大小以及机器的配置而定的。切纸机的结构相对复杂,主要由主机、工作台、压纸机构、推纸机构和裁切机构组成。这种切纸机主要适用于对大量的文件装订之前将纸切整齐。这种切纸机广泛应用于现代数码快印、中高档办公、图书馆、国家公务机构和中小型印刷等。从推纸机构乃至裁切机构的驱动方式上又分为手动切纸机(纯机械结构)、电动切纸机; 从压纸机构的驱动方式上又分为机械压纸和液压压纸1.5设计的要求 机器的种类虽然很多,但设计时的基本要求往往是共同的,根据对现有机器的分析,现代机器的设计应满足下列两大要求:一、经济性要求机器的经济性必须体现并贯穿在其设计、制造和使用的全过程中。体现在设计阶段是指应用先进的设计方法,将三钟传动(机械、电子、液压)有机地匹配,各得其所。此外尽量采用标准件、通用件和使用产品系列化而缩短设计周期;体现在制造过程中是指使用无切削加工等各种新的制造工艺技术,提高工效、缩短制造周期等;体现在使用方面是指消耗(水、电、油及辅助材料等)少、管理和维修费用低等。二、社会要求机器应有好的社会效果,表现为;应满足人机工程学的要求,如操作方便、省力、舒适劳动强度低、维修简捷等;应符合安全运行要求,如设置可靠的安全防护装置,设置能排除误操作的连锁装置,采用安全联轴器和离合器,配备各类预警信号装置等;应满足工艺美术要求,如造型精巧、线形流畅、形体简练、色彩明快等;应符合环保要求,如控制噪声、有效地排除废气、废液等,以免造成环境污染。39第二章 切纸机总体结构设计2.1切纸力的分析计算切纸机切刀的下落方式直接影响机器结构和裁切质量,常见的裁切刀下落运动方式有以下两种运动方式:其一是裁刀作倾斜直线运动方式;其二是裁刀作复合下落运动。我们将裁刀倾斜直线下落运动方式叫做平刃裁切(如图1),裁刀作复合下落运动方式叫做斜刃裁切(如图2)。图1 平刃裁切图2 斜刃裁切平刃裁切特点是裁切刀在裁切纸张时,刀片刃口始终与纸张平行,裁切刀扫过的轨迹为平行四边形,刀刃与被裁切物是全长接触,被裁切物的抗切力和刀刃的冲击力较大,致使被裁切物的弯曲变形大,裁切质量差。低档切纸机一般采用这种裁切方式。其裁切力可按下式计算:式中:平刃裁切力 切纸刀扫过纸张的面积纸张的宽度纸张的厚度纸张的抗破强度斜刃裁切特点是切纸刀在裁切纸张时,裁纸刀呈倾斜状态下落,与纸张成一夹角,裁切刀既有移动又有微小转动,裁切时纸张是部分受切,随着切刃的下降,切刃逐渐与刀条接触,夹角逐渐减小到0,刀片两侧的纸张连续地沿宽度方向逐渐分离,所以裁切力可以减小,并近似为一常数,减少了被裁切物的抗切力和刀刃的冲击力,裁刀进入被裁切物较平稳,使切纸机在均载的条件下工作,提高了裁切质量。斜刃裁切根据刀刃倾斜角度的不同可分为两种情况。即刀刃倾斜角和。(1) 当时,如图2所示,在这种情况下, 当刀口与纸张在B点接触后,随着切入尺寸的增加,裁切力逐渐增大,当刀口快到达C点时,C点处于分离的瞬间,裁切力达到最大值,之后裁切力逐渐减小,并在瞬间刀刃旋转到达D点,将纸张裁断。在裁切过程中,被裁切的纸张是呈三角形面积被逐渐分离,在靠近工作台表面,由于刀刃在运动过程中有转动轨迹,所以纸张又逐渐呈三角形被分离。其裁切力计算公式为: 将上式合并,得式中:斜刃裁切力 切刀的倾斜角纸张的厚度(2) 当时,如图3所示,在这种情况下,相对较小,如图3所示,C点切断的瞬间,A点早已被切断,裁切面积是梯形,此时,刀口到达C点时裁切力达到最大值,裁切梯形的面积为: 图3 斜刃裁切 此时,前面公式已不适用。这是因为C点被切断的瞬间,A点早已被切断,裁切面积是梯形,而不是三角形。所以,计算裁切力时,应按上式计算。如本课题采用的参数:,。将刀片倾斜角取不同值时计算裁切力。见表1。表1 不同裁切角时的裁切力(取)序号刀口型式取值范围裁切力()1平刃620.42斜刃619.63619.44619.15619结论:1. 根据以上分析可知,裁切力应根据L,h,四者之间的关系综合考虑;斜刃裁切比平刃裁切有明显的优势,斜刃裁切,当时,裁切力与纸张的宽度无关。这种裁切方式只与纸张的厚度有关。这种裁切方式的切纸机由于受到机器结构的限制而不易做到。市面上普遍的是的裁切方式。2. 斜刃裁切机器是在均载条件下工作,裁切力小于平刃裁切力,裁切精度显著提高。为了不影响机器的结构并保证裁切质量推荐。3. 在实际应用中,考虑到切纸片的锋利程度,刀片的磨损及纸张的抗破强度偏差等因素的变化,计算时应考虑增加安全系数(1.1倍左右)。4. 由于本次设计采用的参数,结合上表所计算出的裁切力对比分析,发现平刃和斜刃两种方式所需要的裁切力差别并不大,故为了切纸机结构的方便,最终采用平刃的切纸方式。2.2总体结构设计图4 小型切纸机总体结构图其中 1电机 2偏心轮 3弹簧 4切刀 由于带传动具有缓冲、吸振、运行平稳、噪声小、合过载保护等优点,所以选用带轮传动。由上图可知,电机带动V带传动,使大带轮旋转带动偏心轮的轴,带动偏心轮旋转,从而使切刀完成切纸运动,然后由弹簧的弹力使切刀复位。2.3电机的选用 为了保证纸张的正常切开,剪应力应超过材料的许应剪应力,也就是6CM厚的纸张的剪应力。即切断条件为。查手册并根据电机的工作环境和性质选取电机为:Y系列封闭式三相异步电动机,代号为,具体参数如下:电机型号: 额定功率: 满载转速: 堵转转据:2.0 最大转矩:2.0 质 量:7.9Kg 电 流:7.72A 功率因数:0.82 堵转电流:5.5A 安装尺寸:515*270*315安装形式:B3第三章 切纸机传动结构设计3.1基本传动数据计算3.1.1 分配传动比电动机型号为Y,满载转速为720 r/min,切纸刀动作频率为30次/min则:a) 总传动比 b) 分配传动装置的传动比 上式中i0、i1分别为带传动与减速器(两级齿轮减速)的传动比,为使V带传动的外廓尺寸不致过大,同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取i0 =2,则减速器的传动比为 c) 分配减速器的各级传动比按展开式布置,查阅有关标准,取 i11=3.75,则i22=3.2。(注以下有i1代替i11,i2代替i22)3.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数a) 各轴的转速I、II、III I 轴 II 轴 III 轴 b) 各轴的输入功率 I 轴 II 轴 III 轴c) 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 I 轴 II 轴 III 轴 3.2 带传动设计3.2.1 由设计可知:V带传动的功率为2.2kw,小带轮的转速为720r/min,大带轮的转速为360r/min。查表可知 工况系数取 KA=1.5 ,Pc=1.52.2=3.3kw。根据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取A型V带。3.2.2 带轮基准直径:查阅相关手册选取小带轮基准直径为d1=100mm,则大带轮基准直径为d2=2100=200mm3.2.3 带速的确定:3.2.4 中心矩、带长及包角的确定。由式 0.5(d1+d2)a02(d1+d2) 可知: 0.5(100+200)a02(100+200) 得 150a0600初步确定中心矩为 a0=200根据相关公式初步计算带的基准长度: 查表选取带的长度为900mm计算实际中心矩: 取210mm验算小带轮包角:3.2.5 确定带的根数: 查表知 p1=0.97 p1=0.11 ka=0.965 kl=0.93 则 取Z=43.2.6 张紧力 查表 q=0.10kg/m 3.2.7 作用在轴上的载荷: 3.2.8 带轮结构与尺寸见零件图图1 带轮的结构与尺寸图3.3 齿轮传动设计3.3.1 第一级齿轮传动设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮:40Cr钢调制,平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮:45钢调制,平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为20,则大齿轮的齿数为203.75=753) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况,参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6初估小齿轮直径d1=60mm,则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.660=36mm5) 齿轮圆周速度为: 参照手册选精度等级为9级。6) 计算小齿轮转矩T17) 确定重合度系数Z、Y:由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知:8) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA:查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv:查阅手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa:则 载荷系数KH、KF 的确定,由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th,假设该切纸机的寿命为10年,每年工作300天,每天工作8个小时,则: 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ,查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取:hlim1=720MPa、hlim2=580MPa 安全系数取:Sh=1.0 许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5) 确定中心距,模数等几何参数 中心距a: 圆整中心矩取142.5mm 模数m:由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得: 分度圆直径d1,d2 确定尺宽:取大齿轮尺宽为 b1=600.6=36mm 小齿轮尺宽取 b2=40mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ,查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取:Flim1=290MPa、Flim2=220MPa 尺寸系数Yx:查阅机械设计手册选,取Yx=1.5 安全系数SF:参照表9-13,取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式(9-20),许用弯曲应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19,取 YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20,取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式(9-17),齿根弯曲应力 3.3.2 第二级齿轮传动设计:a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮:40Cr钢调制,平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮:45钢调制,平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为28,则大齿轮的齿数为283.2=903) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况,参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径d1=84mm,则小齿轮的尺宽为b=d d1=2/384=56mm齿轮圆周速度为: 参照手册选精度等级为9级。5) 计算小齿轮转矩T16) 确定重合度系数Z、Y:由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知:7) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA:查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv:查阅手册选取动载系数Kv=1.0确定齿间载荷分布系数KHa、KFa:则 载荷系数KH、KF 的确定,由公式可知c) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th,假设该弯曲机的寿命为10年,每年工作300天,每天工作8个小时,则: 应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ,查阅相关手册选取Zn1=1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取:hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取:Sh=1许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5) 确定中心距,模数等几何参数 中心距a: 圆整中心矩取147mm 模数m:由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得: 分度圆直径d1,d2 确定尺宽:取大齿轮尺宽为 b1=702/3=50mm 小齿轮尺宽取 b2=54mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ,查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取:Flim1=290MPa、Flim2=230MPa 尺寸系数Yx:查阅机械设计手册选,取Yx=1.5 安全系数SF:参照表9-13,取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式(9-20),许用弯曲应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19,取 YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20,取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式(9-17),齿根弯曲应力 3.4 轴的校核3.4.1 一轴的校核 轴直径的设计式 轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核1) 设计轴系结构,确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。图2 轴的受力转矩弯矩图2) 求作用在轴上的力如表1,作图如图2-c表1 作用在轴上的力垂直面(Fv)水平面(Fh)轴承1F2=12NF4=891N齿轮2=N轴承3F1=476NF3=1570N带轮41056N3) 求作用在轴上的弯矩如表2,作出弯矩图如图2-d、2-e表2 作用在轴上的弯矩垂直面(Mv)水平面(Mh)I截面N.mm合成弯矩II截面合成弯矩4)作出转弯矩图如图2-f5)作出当量弯矩图如图2-g,并确定可能的危险截面、如图2-a。并算出危险截面的弯矩如表3。表3截面的弯矩I截面II截面6)确定许用应力已知轴材料为45钢调质,查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa,=60MPa。7)校核轴径如表4表4 验算轴径I截面II截面结论:按当量弯矩法校核,轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够3.4.2 三轴的校核 轴直径的设计式 轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核设计轴系结构,确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。1) 轴的受力简图如图3-a图3 轴的受力弯矩转矩图2) 求作用在轴上的力如表5,并作图如图3-c表5 作用在轴上的力垂直面(Fv)水平面(Fh)轴承1F3=1627NF1=8362N齿轮 =2381N轴承2F4=754NF3=12619N曲轴21848N3)计算出弯矩如表6,并作图如图3-d、e表6 轴上的弯矩垂直面(Mv)水平面(Mh)I截面N.mm合成弯矩II截面合成弯矩4)作出转弯矩图如图3-f5)作出当量弯矩图如图3-g,并确定可能的危险截面、和的弯矩如表7表7危险截面的弯矩I截面II截面6)确定许用应力已知轴材料为45钢调质,查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa,=60MPa7)校核轴径如表8表8 校核轴径I截面II截面结论:按当量弯矩法校核,轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够3.5 键的校核3.5.1. 平键的强度校核. a) 键的选择 键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小,联接的对中性要求,是否要求轴向固定,联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短,以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽b 键高h)与长度L。键的横截面尺寸bh 依轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定,即键长略短于轮毂长度,并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求,故选用A型普通平键。由设计手册查得:键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键长 L=30mmb) 验算挤压强度.平键联接的失效形式有:对普通平键联接而言,其失效形式为键,轴,轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中,假定压力沿键长和键高均匀分布,可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算,即:静联接 式中 传递的转矩 轴的直径 键与轮毂的接触高度(mm),一般取 键的接触长度(mm).圆头平键 许用挤压应力) 键的工作长度 挤压面高度 转矩 许用挤压应力,查表, 则 挤压应力 所以 此键是安全的。附:键的材料:因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式,所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定,键用抗拉强度不低于的钢制造,如 45钢 Q275 等。3.6 轴承的校核 滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准,在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等,并进行轴承的组合结构设计。3.6.1 初选轴承型号 试选10000K轴承,查GB281-1994,查得10000K轴承的性能参数为: C=14617N Co=162850N (脂润滑)3.6.2寿命计算 a) 计算轴承内部轴向力. 查表得10000K轴承的内部轴向力 则: b) 计算外加轴向载荷 c) 计算轴承的轴向载荷 因为 故 轴承1 轴承2 d) 当量动载荷计算 由式 查表得: 的界限值 查表知 故 故 则: 式中. (轻度冲击的运转)由于 ,且轴承1、2采用型号、尺寸相同的轴承,谷只对轴承2进行寿命计算。e) 计算轴承寿命 f) 极限转速计算 由式 查得:载荷系数 载荷分布系数 故 计算结果表明,选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。第四章 切纸机其余部件设计4.1推纸部件设计概述推纸部件运动性能直接关系着切纸机的裁切性能,所以其自身结构与其传动路线的设计是保证切纸机质量的重中之重。以往传统的设计方法采用CAD二维设计,此发设计周期长,成本高。随着三维仿真技术的出现,我考虑将三维软件应用于本次切纸机的设计中。其优点在于大大简化了部件的设计开发过程,缩短了开发周期,减少了开发费用,同时易于进行实际运动的模拟,便于进行检测、改进。本文应用solidworks三维仿真软件对小型切纸机的各部件进行结构和传动路线的三维设计,最终对该机进行综合评价。从成本方面考虑,本次设计的小型切纸机完成推纸动作主要采用单作用气缸。动作过程为气缸输出端连接一推纸器,通过压缩空气转换成的机械能完成推纸动作。气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成:1. 缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动,缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8。2. 端盖 端盖上设有进排气通口,有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈,以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套,以提高气缸的导向精度,承受活塞杆上少量的横向负载,减小活塞杆伸出时的下弯量,延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁,为减轻重量并防锈,常使用铝合金压铸,微型缸有使用黄铜材料的。3. 活塞 活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气,设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性,减少活塞密封圈的磨耗,减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短,易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁,小型缸的活塞有黄铜制成的。4. 活塞杆 活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢、表面经镀硬铬处理、或使用不锈钢、以防腐蚀,并提高密封圈的耐磨性。众所周知,相比电动执行器,气缸可在恶劣条件下可靠地工作,且操作简单,基本可实现免维护。气缸擅长作往复直线运动,尤其适于工业自动化中最多的传送要求工件的直线搬运。而且,仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制,也成为气缸驱动系统最大的特征和优势。所以对于没有多点定位要求的用户,绝大多数从使用便利性角度更倾向于使用气缸。目前工业现场使用电动执行器的应用大部分都是要求高精度多点定位,这是由于用气缸难以实现,退而求其次的结果。而电动执行器主要用于旋转与摆动工况。其优势在于响应时间快,通过反馈系统对速度、位置及力矩进行精确控制。但当需要完成直线运动时,需要通过齿形带或丝杆等机械装置进行传动转化,因此结构相对较为复杂,而且对工作环境及操作维护人员的专业知识都有较高要求。4.2压纸部件设计概述压纸部分采用手动轮盘螺旋式压纸方式。其主要原理为:通过转动轮盘,使得螺杆旋转带动螺母,螺母转动后会前进或后退,由于推纸器与螺母联接在一起,所以推纸器会与螺母一起前进或后退,这样便可实现简单的压纸功能。因为螺杆可产生的轴向力非常大,初步确定螺旋选用M20。结束语本次设计的是一种结构比较简明实用的小型切纸机,该装置的特点是价格低廉,节省空间,操作方便
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