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DN100
缠绕变直径机构设计
缠绕
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机构
设计
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理工科类本科生毕业设计（论文）开题报告论文(设计)题目 DN100 PE 管缠绕变直径机构设计作者所在系别 机电工程学院作者所在专业 机械设计制造及其自动化作者所在班级 B13113作 者 姓 名 白宇航作 者 学 号 20134011314指导教师姓名 成凤文指导教师职称 教授完 成 时 间 2017 年 3 月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定 ，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告 。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2开题报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。开题报告不合格者需重做。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。5阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。6参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。毕业设计(论文)开题报告学生姓名 白宇航 专 业 机械设计 班 级 B13113指导教师姓名 成凤文 职 称 教授 工作单位 北华航天工业学院课题来源 教师自拟课题 课题性质 应用设计课题名称 DN100 PE 管缠绕变直径机构设计本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）近年来，随着我国改革开放的不断深入和国家对基础设施建设的加大投入，国内对塑料管道的需求一直保持着年均 15%以上的增长速度，尤其是在城市供排水管网建设方面，塑料管道发挥着越来越重要的作用。与传统的铸铁管道相比，塑料管道容重轻，使用寿命长，一般来说塑料管道的使用寿命在 50 年以上，基本达到了与建筑同等的使用寿命。而在一些特殊的领域，塑胶原料管道的应用量非常巨大，比如当前最为抢眼的地面辐射供暖行业，人们采用 PE-Xa 或 PE-RT 管材作为加热管，通过地板辐射加热整个房间，具有舒适安全、环保节能等优点，已经逐渐成为北方地区冬季取暖方式的首选。同时，塑料管道应用领域进一步拓宽，除市政及建筑、排水管道，农用（给水、灌排）管道继续增长外，农村人畜饮水改造，太阳能输水管道、市政排污、地源热泵输送管道、通讯、电力、燃气、供暖医用等行业的应用比例大量增加。现在塑料管道已普及应用到建筑、排水、建筑供暖，城市燃气输送，城市自来水、市政排水、排污农村人畜饮水饮水改造，农业灌、排，电力，通讯，工业等许多领域。设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）设计内容：1设计条件原料管材规格:124，长度 300；成品管材规格：124 变250，总长 300；成品管材长度：124 为 150，250 为 150（DN100 指内孔直径100）2要求缠绕变直径机包括传动部分、成型装置、装夹定位等组成，实现直管变直径。预期成果：使设计便于操作，实现 PE 管的变直径，完成管接头的制造。提供的形式：1.绘制缠绕变直径机总装配图一张。2.绘制冷却和传动部分装配图和零件图，折合 A1 幅面两张。3.绘制三维总装配图（A3）一张。拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）1.设计方案及技术要求 首先设计夹紧机构，将原料管材装夹定位，使管道与主轴同时转动。选择电机，设计一减速器使主轴速度变小便于操作。要有加热装置给要缠绕的管件加热，使挤出机挤出的热熔塑料粘合充分。设计测量装置保证尺寸合格。设计成型装置挤压缠绕的管道使其分布均匀，使其生产出的变直径管道质地均匀质量好。2. 实验方法和步骤（1） 通过实验确定电机转速，并设计减速器。（2） 实验加热装置所需的温度。（3） 确定定位装夹机构3.可能遇到的问题及解决方法：可能在机器运作过程中突然断电，导致机器停止运转，不能完成管件的变直径操作。解决方法：添加一手动装置使主轴转动完成现有状态管件的变直径，待下次重新缠绕成型。实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）预期目标：1.实现 PE 管的变直径。经切削后得到合适的接头。2.要有测量装置，实现准确变径。3.有成型装置让缠绕更紧凑均匀。已具备条件：1通过大学期间的学习，对机械设计方面的知识有了一定的储备，学习过工程图学 、 机械设计等课程。多次的课程设计也让我们有了一定设计经验。2.掌握 Solidworks、CAD 等三维设计软件的使用方法。3.在图书馆和网上查阅相关资料。各环节拟定阶段性工作进度(以周为单位)2017 年1.1-4 周 查阅资料，完成开题报告、文献综述、外文文献翻译。开题报告的审阅。2. 5-8 周 基本结构分析、性能分析。3. 9-12 周 机器总体结构设计，绘制工程图和三维图。4. 13-15 周 整理最后资料，完成毕业设计论文。准备答辩。开 题 报 告 审 定 纪 要时 间 地点 主持人姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称）参会教师论证情况摘要记录人：指导教师意见指导教师签名： 年 月 日教研室意见教研室主任签名： 年 月 日 本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目 DN100PE 管缠绕变直径机构设计作者所在系别 机电工程学院作者所在专业 机械设计制造及其自动化作者所在班级 B13113作 者 姓 名 白宇航作 者 学 号 20134011314指导教师姓名 成凤文指导教师职称 教授完 成 时 间 2017 年 4 月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定 ，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000 字左右。文献综述应与开题报告同时提交。0毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述PE管材的生产技术及应用摘要：聚乙烯管材与管材、管材与管件、管材与配件，以及聚乙烯管与金属管之间的连接方式很多，不同的连接方式都有自身的优点和局限性，用户可根据管道直径、工作压力、使用场所等环境，选择合适的连接方式。但是，严禁以任何形式直接在聚乙烯管材、管件上车制管螺纹，采用螺纹连接；严禁采用明火烘烤聚乙烯管材、管件，直接连接。城镇供水聚乙烯管道最常用的连接方式有：热熔连接、电熔连接、承插式柔性连接、法兰连接、钢塑过渡接头连接等。关键词：PE 管 生产制造 接头Abstract: Polyethylene pipe and pipe, pipe and pipe fittings, pipe and accessories, as well as polyethylene pipe and metal pipe connection between many ways, different connections have their own advantages and limitations, the user can work according to pipe diameter, work Pressure, the use of places and other environments, select the appropriate connection. However, it is strictly forbidden in any form directly in the polyethylene pipe, pipe fittings on the car thread, threaded connection; is prohibited to use open flame baking polyethylene pipe, pipe fittings, direct connection. Urban water supply Polyethylene pipe The most commonly used connection methods are: hot melt connection, fused connection, socket-type flexible connection, flange connection, steel-plastic transition joint connection.Key words: PE pipe manufacturing joint1 前言随着我国城市化进程的加快，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府逐年加大对城市基础设施的投入，市政公用管道建设不断加快，品种和规格不断丰富，产量不断增加，质量在不断提高，尤其是塑料管材的发展更快，成为当今投资热点。目前管材应用领域中，塑料管材正在稳步发展，给水、供汽、排污应用等方面已逐步代替了传统的铸铁管和水泥管。PE, PV C, PP -R 等管材在市场上都占有一定的比例，其中 PE 管材更是一支独秀，其独特的柔韧性、耐腐蚀性、无污染、重量轻、安装快、费用低、寿命长等优点是替代传统管材的一个重要原因。PE 【1】 管材的最佳用途之一是可以用来生产输送除强酸、强碱外的任何介质的管材，在 20条件下管材 50 年后仍能保持 10M pa 的最小强度。广泛用于给水、排污、1农业灌溉，以及矿山、油田、化工输送和邮电通讯等领域。众所周知，金属管有四大致命弱点易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢。镀锌钢管被腐蚀后将滋生各种微生物，污染管道中的白来水。这些受污染的白来水中携带的细菌像无形的杀手，时时威胁着人们的健康。近 10 多年来，一些发达国家已先后立法或建立行业规章禁止使用镀锌钢管作为饮水输送管，并提出全面使用以绿色管道为主体的不生锈、无腐蚀、无结垢的优质塑料管材，这也是我国当前和今后符合国情、节能减排、治理污染的首选产品之一。1.1 1.1 PE 管材的性能（1)优异的物理性:强度高，也有很好的柔性、耐蠕变性，热熔连接性等优良特点，有利于管材的安装。（2)耐腐蚀，使用寿命长，可耐多种化学介质的侵蚀，不需防腐处理不会促进藻类、细菌或真菌生长，使用寿命达 50 年。（3)韧性、挠性好，其断裂仲长率超过 500%，对管基础不均匀沉降和错位的适应能力非常强，抗震性好，并在施工时可在管材允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度。（4)流通能力大，经济上合算:PE 管材内壁光滑，不结垢。相同管径、长度、压力下的管材其流通能力要比钢管大 30%左右，因此经济优势明显。（5)连接方便，焊接容易、接口少，施工简单，管材重量轻，搬运方便，当管线较长时可使用盘管铺设(一般指管径小于 63mm ) ;也可采用管材沉入的方法在水底铺设，大大降低了施工难度和工程费用。（6)密封性能好:因采用热熔或电熔，本质上保证接口材质与管材本身的同一性，不存在扭曲造成的泄漏，密封性能十分良好。（7)耐磨性好:它的耐磨性是钢管的 4 倍。 （8)抗应力开裂性好，耐环境应力强。良好的抵抗快速裂纹传递能力，在塑料管材道中比其它管材要强。维修方便，可以不停水、汽维修和安装。由于 PE 管材具备以上等优点，所以被越来越多企业和领域所青睐。更重要的是经济效益好，根据资料统计，在燃气或供水用 PE 管材的安装费一般低于钢管的 50%左右，若用于排污工程更显优势，重量轻、搬运连接方便，减少人工费用及各种吊装费用，施工快捷，可直接铺在不做基础的沟槽内，连接牢固，不会渗漏，不易结垢，减少使用中的维修工作。1.2 PE管材的用途聚乙烯(PE)管材具有柔韧性好、耐腐蚀、易施工和安装等特点广泛应用于市政和建筑给排水、燃气、供热采暖、电线电缆穿线、农用节水灌溉和工业排污、矿山矿物输送等领域。目前，PE 管材已成为继 PVC 之后，世界上消费量第二大的塑料管道品不2中。在我国， “南水北调” 、 “西气东输” 、农业节水灌溉等等工程，为 PE 管材提供了空前的市场机遇。1.3 我国 PE管材的市场前景3“以塑代钢”已成为我国管道工业 21 世纪发展的必然趋势。目前，PE 管材的发展应用如日中天，方兴未艾。在全国新建、改建、扩建工程中，塑料管道采用的比例分别为:建筑排水管道 70 % ,建筑给水和热水供应管道 60%，电线护套管 80%，建筑雨水排水管道 50%，城市供水管道(DN400 mm 以下)50%，村镇供水管道 60%，城市排水管道 20%，城市燃气管道(中低压管)50 %。2000 年全国塑料管道需求量为 1 000 kt 多，2005 年将达到 2 000 kt, 2010 年将达到 3 000 一 4 000 kt;其中 PE 管材的比例从2000 年的 36%提高到 2005 年的 45%和 2010 年的 60%。因此，预计随着国内经济的发展和各类工程质量要求的不断提高，PE 管材市场潜力巨大，应用将日益广阔。 我国从 1982 年开始使用 HDPE 燃气管，目前国内燃气管的生产能力超过 120 kt/ a，由于设计标准、应用习惯以及应用技术等方面的原因，H DPE 燃气管材的实际需求量仅为 50 kt/ a，占整个燃气管材市场的 14 %左右，与发达国家存在着较大的差距。美国 H DPE 管道占燃气输送管的比例为 90 %，欧洲为 60%一 70%0 随着燃气管的应用技术的完善和人们对 HDPE 燃气管材优越性的充分认识，H DPE 燃气管市场潜力很大。今后我国能源结构向天然气转变，西气东输工程，建设跨越全国的天然气输送管网。2005 年全国有 148 个城市利用天然气，天然气利用量将达到每年 200 亿 m3 估计需改造和新建的城市管网约 19 x 104 km(不包括天然气输气干管和户内管道)，除去现有城市管道 4. 6 x 104 km，需新铺设的管道长度约 14.4x104km 按其管道规格，分配情况大致为:管径 200 mm 至 400 mm 的管道约 4. 3 x 104 km，管径 80 mm 至 200 mm 管道约 8. 7 x 104 km，其它 1. 4 x 104 km。其中如果有 50%采用 H DPE 管，到 2005年 HDPE 管材需求量达 80 kt 以上。目前用于燃气管的 H DPE 基本全部为进口料，主要有 FINA 公司的 3802, BP 公司的 PC2040Y 黄色)、M D20Y W(黄色)、M D20BI(黑色)、北欧化工的 M E2421(黄色 )、ME2418(黑色)、NESTE 公司的 2490 等。随着燃气管向大口径、高压力的方向发展，对材料提出了更高的要求，如 Solvay 公司的 EFtex TUB120 为中密度双峰分布 PE，还有美国 FINA 公司的 PE3344N , PE3814N，这些产品具有抑制快速裂纹扩展的能力，特别适宜生产大口径燃气管。这些原料的到岸价在 12 000 一 14 000 元/t 之间。室内外给水管根据国家建设部关于城市供水行业 2000 年技术进步发展规划的要求，各地建委开始积极推广塑料给水管，以替代材质差、强度低、腐蚀严重、影响水质的灰铸铁管和镀锌管等，以提高供水水质及安全可靠性，降低能耗，降低漏耗和药耗。这为塑料管材发展提供了良好的契机，也为扩大塑料管材的应用领域提供了发展空问。而 PE 管材耐腐蚀，无结垢层，不滋生细菌、材质无3毒，安全卫生，水质优异;具有良好的强度、刚度和弹性、韧性，能有效承受要求的内压力和外载荷，且管接头强度高，供水安全可靠;超低摩阻，输水能力不随时问变化，节约能源，降低电耗;铺设在腐蚀性的土壤中、地震多发地区和经常结冰的地区、山地和沼泽地区，具有更大的竞争力和技术经济效益。目前，城镇的供水、海水淡化等工程，越来越多地采用 PE 管材。2001 年我国 PE 给水管材年需求量为 70 kt 左右。今后随着我国城市白来水普及率的不断提高，城市供热、制冷工程的快速发展和城市建设的日益规范，对优质 PE 给水管材的需求量将会越来越大。2 PE管材的生产2.1 PE管材的生产工艺流程2.1.1 生产工艺流程 4 制品的生产工艺流程参见图 1-1 所示。 图 1-1 PE管材工艺流程图(1)混料干燥混料干燥的作用是将 PE 树脂与色母料充分搅拌、干燥，混合得到均匀的生产原料。(2)塑化挤出混合完的原料从料斗进入挤出机，经输送、压缩、熔融、均化作用下，由固体颗粒料逐步变为高弹态，再由高弹态逐步变为粘性流体(粘流态)，并连续挤出。(3)模具成型在合适的温度下，从挤出机中挤出的物料通过滤板由旋转运动变为直线运动进入模具。经过螺旋分流后在成型段融合压实为管状型坯，最后从口模挤出。(4)冷却定型从模具挤出的热管坯在负压状态下通过定径套真空定径箱的定型和冷却，再经过喷林冷却箱让管材内部逐渐冷却，从而整体固化定型。(5)切割在计米轮的控制下，通过行星切割机来完成管材的定长切割。4(6)堆放包装切断后的管材被推到翻转台，经过检验包装后运走。2.2 生产设备介绍52.2.1 挤出机 螺杆直径 55200mm，长径比 20：1、25：1、30：1、32：1、33：1、34：1，压缩比 34，螺杆为分离型螺杆。2.2.2 真空定型箱和冷却水箱真空定型箱由箱体、喷头、水泵、真空泵、定径套等组成。真空定型的原理是利用真空泵的作用将箱体内的空气抽走，使箱体内形成负压，由管材内和芯模内进入的大气压作用的料坯的内壁的四周上，使料坯紧贴定径套，通过冷冻水迅速冷却,从而达到定径的效果。如图 2-1 所示：口模箱体 管材 定径套 料坯 芯模 图 2-1 冷却示意图2.2.3 牵引机牵引机的原理是由气缸将橡胶履带压紧在管材的表面，增大摩擦力，通传动系统将管材均速的从真空箱中牵出。牵引机有 2 抓、3 抓。所生产的管材越大，需要的抓数越多，气缸作用力越大。2.2.4 切割机切割机为行星切割机，切割的方式为无屑切割。进刀的方式可分为液压进刀式。无屑切割机：端面切割平整，但是无法切割大管材和厚壁管材。液压进刀式：进刀有弹性，但漏油时造成材料的污染。2.2.5 辅机（上料机）上料机为真空上料机（又称真空吸料机） 。真空上料机结构复杂，故障率高。其原理是：循环气泵将小料斗内的空气抽掉，形成负压，从而靠大气压将吸料管周围的料粒通过吸料管压入小料斗，当小料斗内被5物料填满，循环气泵停止工作，小料斗内的物料靠重力自由落入大料斗内，开始第二次吸料。3.PE管连接方法 聚乙烯管材与管材、管材与管件、管材与配件，以及聚乙烯管与金属管之间的连接方式很多，不同的连接方式都有自身的优点和局限性，用户可根据管道直径、工作压力、使用场所等环境，选择合适的连接方式。但是，严禁以任何形式直接在聚乙烯管材、管件上车制管螺纹，采用螺纹连接；严禁采用明火烘烤聚乙烯管材、管件，直接连接。城镇供水聚乙烯管道最常用的连接方式有：热熔连接、电熔连接、承插式柔性连接、法兰连接、钢塑过渡接头连接等。 3.1 热熔连接 热熔连接是用专用加热工具，在压力下加热聚乙烯管材或管件的待连接部位，使其熔融后，移走加热工具，施压将两个熔融面连在一起，在稳定的压力下保持一段时间，直到接头冷却。热熔连接包括热熔对接连接、热熔承插连接、热熔鞍型连接。3.2 电熔连接 电熔连接是用内埋电阻丝的专用电熔管件与管材或管件的连接部位紧密接触通电，通过内埋的电阻丝加热连接部位，使其熔融连为一体，直至接头冷却。电熔连接可用于与不同类型和不同熔体流动速率的聚乙烯管材或插口管件连接。电熔连接分为电熔承插连接和电熔鞍型连接。 3.3 承插式柔性连接 聚乙烯管道承插式柔性连接是参照铸铁管和聚氯乙烯管(PVC U)的承插式柔性连接原理开发的一种新型连接方式，它是在聚乙烯管材一端焊接一个经过加固的聚乙烯承口。承插式柔性连接是将聚乙烯管材一端直接插入管材或管件的特制的承口中，通过承口内的锁紧环压紧抗拉拔、橡胶密封圈压紧密封，达到连接管材和管件的目的。3.4 法兰连接 法兰连接主要用于聚乙烯管道与金属管道或阀门、流量计、压力表等附属设备的连接。法兰连接主要由聚乙烯法兰连接件、钢制或铝制背压活套法兰、钢制或铝制法兰片、垫片或密封圈、螺栓、螺母等组成。法兰连接是通过紧固螺栓、螺母，使法兰连接件与法兰片紧密接触，达到连接目的。3.5 钢塑过渡接头连接 钢塑过渡接头连接是采用通过冷压或其它方式预制的钢塑过渡接头来连接聚乙烯6管道和金属管道。钢塑过渡接头内有抗拉拔的锁紧环和密封圈，通常要求其有良好的密封性能和抗拉拔、耐压性能要大于系统中聚乙烯管道。3.5.1一般规定 3.5.1.1 聚乙烯给水管道连接采用电熔连接（电熔承插连接）和热熔连接（热熔对接连接、热熔鞍形连接） ，不得采用螺纹连接和粘接。管件应采用同质材料注塑成型，其压力等级为管材压力等级相同。 3.5.1.2 聚乙烯管道与金属管道、阀门、消火栓连接时必须采用相应等级的专用钢塑过度接头。金属管件的压力等级为管材压力等级的 1.25 倍。 3.5.1.3 聚乙烯给水管道不同连接形式应采用对应的专用连接工具。连接时，不得使用明火加热。 3.5.1.4 聚乙烯给水管道连接采用热熔焊接时宜采用同种牌号、材质及相同 SDR 的管材和管件。对性能相似的不同牌号、材质的管材与管材或管材与管件之间的连接，应经过试验，判定连接质量能得到保证后，方可进行。焊接端部 SDR 值不同的管材管件，不应通过对接焊连接。 3.5.1.5 在寒冷气候（-5以下）和大风环境条件下进行连接操作时，应采取保护措施，或调整连接工艺。 3.5.1.6 聚乙烯给水管材、管件存放处与施工现场温差较大时，连接前，应将管材和管件在施工现场放置一定时间，使其温度接近施工现场温度。 3.5.1.7 聚乙烯给水管道连接时，管端应洁净。每次收工时，管口应临时封堵。 3.5.1.8 聚乙烯给水管道连接结束后，应进行接头外观质量检查。不合格者必须返工，返工重新进行接头外观质量检查。 4.管接头的种类和规格4.1种类聚乙烯 PE 管材以密度区分，有低密度聚乙烯管(LDPE)、中密度聚乙烯管(MPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)。 LD PE 管材的柔性、伸长率、耐冲击性能较好，耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好，主要用于农田排灌。 HDPE 管具有较高的强度及刚度，MDPE 管还具有良好的柔性和抗蠕变性能，后两种管材，特别是 HDPE 管广泛用于城市燃气及供水管道上。? 新修订的给水用 PE 管产品国标中，采用高密度聚乙烯管，管材分 PE63、PE80、PE100 三个级别，它们在 20下，在 50 年后还能保持最小强度达6.3MPa、8.0MPa、10.0Mpa，对于允许最大设计应力分别为 5MPa、6.3MPa、8MPa。4.2 规格78参考文献1崔奇聚乙烯管道的特点及应用J建设科技，2002，5：35382刘华，吴绍鑑. 简述 P E 100 管材的应用与节能优势J 兰州兰塑塑业有限公司，2008,24（16）:71-723崔科增，我国 HDPE 管材的现状和发展前景J 齐鲁石化公司信息中心，2002,16（7）:1-44张汝忠，汪发兵 大口径聚乙烯实壁管生产技术J 上海金纬机械制造有限公 2009,86-875陈滨楠. 塑料成型设备M.北京：化学工业出版社，2007.76王加龙.高分子材料基本加工工艺M. 第二版 北京： 化学工业出版社 2009.27GB/T13663-2000.给水用聚乙烯(PE)管材 20018GB15558.1-2003.燃气用埋地聚乙烯管材 20039 Zhao Peng. The manufacture of big Half-automatic Long Scroll Winding Machine. In: Electric and Capacitor, China,1997(2): 26-37, 1997.10 Liao Changchu. The Apply Technology of programmable Logical Control. Chong Qing University press.: 90-108,1999.11 Mitsubishi FXZN PLC user copy. Shanghai: Mitsubishi Electric Machine Shanghai FA center.9毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述指导教师意见指导教师： 年 月 日专业教研室审查意见负责人： 10年 月 日毕 业 设 计 报 告 (论 文 )报 告 (论 文 )题 目 ： DN100 缠 绕 变 直 径 机 构 设 计作 者 所 在 系 部 ： 机 电 工 程 学 院作 者 所 在 专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 自 动 化作 者 所 在 班 级 ： B13113作 者 姓 名 ： 白 宇 航作 者 学 号 ： 20134011314指 导 教 师 姓 名 ： 成 凤 文完 成 时 间 ： 2017 年 5 月北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文摘 要聚 乙 烯 管 材 与 管 材 、 管 材 与 管 件 、 管 材 与 配 件 ， 以 及 聚 乙 烯 管 与 金 属 管 之 间的 连 接 方 式 很 多 ， 不 同 的 连 接 方 式 都 有 自 身 的 优 点 和 局 限 性 ， 用 户 可 根 据 管 道 直径 、 工 作 压 力 、 使 用 场 所 等 环 境 ， 选 择 合 适 的 连 接 方 式 。 但 是 ， 严 禁 以 任 何 形 式直 接 在 聚 乙 烯 管 材 、 管 件 上 车 制 管 螺 纹 ， 采 用 螺 纹 连 接 ； 严 禁 采 用 明 火 烘 烤 聚 乙烯 管 材 、 管 件 ， 直 接 连 接 。 城 镇 供 水 聚 乙 烯 管 道 最 常 用 的 连 接 方 式 有 ： 热 熔 连 接 、电 熔 连 接 、 承 插 式 柔 性 连 接 、 法 兰 连 接 、 钢 塑 过 渡 接 头 连 接 等 。 本 文 主 要 介 绍 了缠 绕 PE管 接 头 的 一 种 缠 绕 装 置 ， 主 要 介 绍 了 设 计 方 案 和 机 构 的 设 计 。关 键 词 ： PE 缠 绕 机 管 接 头北华航天工业学院毕业论文IIAbstractPolyethylene pipe and pipe, pipe and pipe fittings, pipe and accessories, andpolyethylene pipe and metal pipe connection between many ways, different ways tohave their own advantages and limitations, the user can according to the pipe diameter,working pressure, Use the environment and other places, select the appropriateconnection. However, it is strictly forbidden in any form directly in the polyethylenepipe, pipe fittings on the car thread, threaded connection; is prohibited to use openflame baking polyethylene pipe, pipe fittings, direct connection. Urban water supplyPolyethylene pipe The most commonly used connection methods are: hot meltconnection, fused connection, socket-type flexible connection, flange connection,steel-plastic transition joint connection. This paper mainly introduces the windingdevice of winding PE pipe joint, mainly introduces the design scheme and the designof the mechanism.Key words:PE winding machine fittings北华航天工业学院毕业论文1目 录摘 要 IAbstractII第 1 章 绪 论 .21.1 我 国 制 造 业 发 展 现 状 .21.2 PE的 性 质 21.3 PE管 材 的 性 能 31.4 缠 绕 设 备 的 出 现 .3第 2 章 设 计 方 案 .42.1 设 计 说 明 书 .42.2 缠 绕 变 直 径 意 义 .52.2.1管 接 头 种 类 .52.2.2 管 接 头 规 格 52.3 管 接 头 的 缠 绕 .62.3.1 主 轴 转 动 .62.3.2 排 线 器 .62.3.3 挡 板 .72.3.4确 定 装 卡 方 式 8第 3 章 机 构 设 计 .103.1 装 卡 定 位 .103.1.1外 卡 结 构 设 计 103.1.2 夹 紧 结 构 103.2排 线 器 的 安 装 133.3.1 排 线 器 安 装 注 意 事 项 133.3 传 动 装 置 .133.3.1 轴 向 定 位 133.3.2 轴 向 定 位 方 法 143.3.3 轴 向 传 动 143.3.4 皮 带 轮 的 安 装 153.4 成 型 装 置 .15设 计 总 结 .16致 谢 17参 考 文 献 18北华航天工业学院毕业论文2第 1 章 绪 论1.1 我 国 制 造 业 发 展 现 状经 过 几 十 年 的 发 展 ， 中 国 制 造 业 已 经 建 立 了 雄 厚 的 基 础 ， 不 论 是 国 有 企 业 、民 营 企 业 ， 还 是 外 资 、 合 资 企 业 都 取 得 了 长 足 的 发 展 。 制 造 业 占 中 国 GDP的 40%以 上 ， 地 位 举 足 轻 重 。 中 国 成 为 仅 次 于 美 国 的 全 球 第 二 制 造 大 国 。 过 去 的 几 十 年 ，中 国 依 靠 巨 大 的 市 场 、 廉 价 充 足 的 劳 动 力 和 丰 富 的 资 源 迅 速 成 为 了 世 界 上 重 要 的制 造 大 国 ， 中 国 制 造 成 为 世 界 制 造 业 不 可 或 缺 的 一 部 分 。 我 们 要 紧 跟 世 界 步 伐 从中 国 制 造 向 中 国 创 造 的 转 变 。1.2 PE 的 性 质PE 即 聚 乙 烯 ， 是 一 种 具 有 多 种 结 构 和 特 性 的 聚 合 物 。 它 主 要 分 为 低 密 度 聚乙 烯 (LDPE)、 中 密 度 聚 乙 烯 (MDPE)、 高 密 度 聚 乙 烯 (HDPE)、 线 性 低 密 度 聚 乙 烯(LLDPE)、 及 特 殊 性 能 的 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 、 低 相 对 分 子 质 量 聚 乙 烯 、 高 相 对 分子 质 量 高 密 度 聚 乙 烯 、 极 低 密 度 聚 乙 烯 等 。 一 般 来 说 相 对 密 度 低 于 0.920的 聚 乙烯 ， 通 常 称 为 低 密 度 聚 乙 烯 ； 相 对 密 度 等 于 或 大 于 0.940的 聚 乙 烯 称 为 高 密 度 聚乙 烯 ； 相 对 密 度 在 0.9260.940范 围 内 的 聚 乙 烯 称 为 中 密 度 聚 乙 烯 1 。由 PE的 分 类 上 就 能 看 出 ， 密 度 是 关 系 着 PE塑 料 性 能 差 异 的 主 要 指 标 ， 其 次是 相 对 分 子 质 量 ， 而 密 度 又 是 树 脂 结 晶 度 和 分 子 线 型 结 构 不 同 造 成 的 。 线 性 结 构的 PE， 结 晶 度 高 ， 密 度 大 ， 熔 融 温 度 、 硬 度 、 屈 服 强 度 、 弹 性 模 量 也 高 。 尽 管PE 分 子 间 的 力 不 大 ， 但 主 要 因 结 晶 度 高 ， 分 子 便 堆 砌 紧 密 而 强 度 增 大 。 相 反 ，支 链 度 大 的 PE 结 晶 度 较 小 ， 则 密 度 较 低 ， 可 延 伸 性 与 韧 性 较 大 ， 即 为 柔 韧 性 材料 。 相 对 分 子 质 量 及 其 分 布 会 直 接 影 响 结 晶 度 ， 进 而 影 响 一 系 列 性 能 ， 如 ： 强 度 、硬 度 、 韧 性 、 耐 磨 性 、 耐 化 学 药 品 和 老 化 及 耐 低 温 脆 折 性 等 越 高 ， 而 断 裂 伸 长 率降 低 。 相 对 分 子 质 量 分 布 窄 ， 对 韧 性 和 低 温 脆 性 却 有 所 提 高 。 而 耐 长 期 载 荷 变 形 ，耐 环 境 应 力 开 裂 性 则 下 降 。 所 以 ， 相 对 分 子 质 量 分 布 的 宽 窄 对 PE制 品 的 种 类 与使 用 性 能 也 有 密 切 关 系 。另 外 ， 熔 融 指 数 是 聚 乙 烯 熔 体 流 动 性 的 定 量 指 标 ， 也 是 反 映 聚 乙 烯 分 子 量 大小 的 一 个 标 志 。 一 般 情 况 下 ， PE的 熔 融 指 数 越 高 ， 其 分 子 量 越 低 ； 反 之 PE的 熔融 指 数 越 低 ， 其 分 子 量 越 高 。 PE 的 熔 融 指 数 对 其 加 工 影 响 较 大 。 熔 融 指 数 大 ，则 流 动 性 就 好 ， 对 注 射 成 型 有 利 ， 但 对 于 直 接 挤 出 吹 塑 来 说 ， 则 不 希 望 熔 融 指 数过 高 ， 特 别 是 HDPE， 熔 融 指 数 大 ， 型 坯 易 产 生 下 坠 ， 影 响 型 坯 的 正 常 成 型 。 若要 吹 塑 大 型 制 品 时 ， 应 该 选 用 高 分 子 量 高 密 度 聚 乙 烯 (代 号 为 HMWHDPE)， 其 重 均分 子 量 在 3050 万 范 围 内 ， 其 分 子 量 不 仅 明 显 地 高 于 一 般 HDPE(重 均 分 子 量 在1520 万 之 间 )， 而 且 分 子 量 分 布 较 宽 ， 其 熔 体 张 力 大 ， 采 用 直 接 挤 出 吹 塑 成 型北华航天工业学院毕业论文3时 ， 大 型 制 件 的 型 坯 也 不 易 产 生 下 坠 问 题 。 采 用 HMWHDPE制 得 的 塑 料 制 品 还 具 有良 好 的 耐 冲 击 性 、 耐 蠕 变 性 以 及 耐 应 力 开 裂 性 。1.3 PE 管 材 的 性 能（ 1)优 异 的 物 理 性 :强 度 高 ， 也 有 很 好 的 柔 性 、 耐 蠕 变 性 ， 热 熔 连 接 性 等 优良 特 点 ， 有 利 于 管 材 的 安 装 。（ 2)耐 腐 蚀 ， 使 用 寿 命 长 ， 可 耐 多 种 化 学 介 质 的 侵 蚀 ， 不 需 防 腐 处 理 不 会 促进 藻 类 、 细 菌 或 真 菌 生 长 ， 使 用 寿 命 达 50年 。（ 3)韧 性 、 挠 性 好 ， 其 断 裂 仲 长 率 超 过 500%， 对 管 基 础 不 均 匀 沉 降 和 错 位的 适 应 能 力 非 常 强 ， 抗 震 性 好 ， 并 在 施 工 时 可 在 管 材 允 许 的 弯 曲 半 径 内 绕 过 障 碍 ，降 低 施 工 难 度 。（ 4)流 通 能 力 大 ， 经 济 上 合 算 :PE管 材 内 壁 光 滑 ， 不 结 垢 。 相 同 管 径 、 长 度 、压 力 下 的 管 材 其 流 通 能 力 要 比 钢 管 大 30%左 右 ， 因 此 经 济 优 势 明 显 。（ 5)连 接 方 便 ， 焊 接 容 易 、 接 口 少 ， 施 工 简 单 ， 管 材 重 量 轻 ， 搬 运 方 便 ， 当管 线 较 长 时 可 使 用 盘 管 铺 设 (一 般 指 管 径 小 于 63mm ) ;也 可 采 用 管 材 沉 入 的 方 法在 水 底 铺 设 ， 大 大 降 低 了 施 工 难 度 和 工 程 费 用 。（ 6)密 封 性 能 好 :因 采 用 热 熔 或 电 熔 ， 本 质 上 保 证 接 口 材 质 与 管 材 本 身 的 同一 性 ， 不 存 在 扭 曲 造 成 的 泄 漏 ， 密 封 性 能 十 分 良 好 。（ 7)耐 磨 性 好 :它 的 耐 磨 性 是 钢 管 的 4倍 。（ 8)抗 应 力 开 裂 性 好 ， 耐 环 境 应 力 强 。 良 好 的 抵 抗 快 速 裂 纹 传 递 能 力 ， 在 塑料 管 材 道 中 比 其 它 管 材 要 强 。 维 修 方 便 ， 可 以 不 停 水 、 汽 维 修 和 安 装 。由 于 PE 管 材 具 备 以 上 等 优 点 ， 所 以 被 越 来 越 多 企 业 和 领 域 所 青 睐 。 更 重 要的 是 经 济 效 益 好 ， 根 据 资 料 统 计 ， 在 燃 气 或 供 水 用 PE管 材 的 安 装 费 一 般 低 于 钢管 的 50%左 右 ， 若 用 于 排 污 工 程 更 显 优 势 ， 重 量 轻 、 搬 运 连 接 方 便 ， 减 少 人 工 费用 及 各 种 吊 装 费 用 ， 施 工 快 捷 ， 可 直 接 铺 在 不 做 基 础 的 沟 槽 内 ， 连 接 牢 固 ， 不 会渗 漏 ， 不 易 结 垢 ， 减 少 使 用 中 的 维 修 工 作 。1.4 缠 绕 设 备 的 出 现伴 随 着 社 会 的 发 展 和 人 类 生 活 物 质 的 丰 富 ， 在 拥 有 者 丰 富 物 质 的 同 时 ， 生 产和 制 造 就 变 得 尤 其 重 要 。 在 我 们 生 活 中 有 很 多 挠 性 物 品 ， 钢 丝 ， 纤 维 ， 铁 丝 等 一系 列 线 状 的 挠 性 件 ， 因 为 生 产 挠 性 物 品 的 的 生 产 线 是 连 续 的 ， 生 产 出 来 的 成 品 无限 长 ， 所 以 他 们 成 品 的 收 集 和 保 存 就 显 得 很 重 要 。 之 前 这 些 线 状 挠 性 体 都 是 有 人工 来 实 现 排 线 收 线 工 作 的 ， 耗 时 费 力 ， 并 且 人 工 缠 绕 也 有 很 多 弊 端 ， 排 线 不 整 齐不 紧 凑 ， 既 影 响 实 用 性 也 影 响 美 观 。 在 此 背 景 之 下 缠 绕 的 出 现 有 效 的 解 决 了 此 类问 题 。北华航天工业学院毕业论文4第 2 章 设 计 方 案2.1 设 计 说 明 书总 体 设 计 要 求 及 技 术 要 点 ：1.设 计 参 数原 料 管 材 规 格 ： 124（ DN100， 壁 厚 12） ， 长 度 300.；成 品 管 材 规 格 ： 124变 275(DN250， 壁 厚 12.5)， 总 长 300；成 品 管 材 长 度 : 124为 150， 275为 150。2.设 计 要 求 及 技 术 要 点本 设 计 要 求 进 行 产 品 性 能 分 析 。 缠 绕 变 直 径 机 包 括 装 夹 定 位 部 分 、 传 动 部 分 、成 型 装 置 （ 成 品 管 材 外 径 尺 寸 可 调 ） 等 组 成 ， 实 现 直 管 变 直 径 。工 作 环 境 及 技 术 条 件 ：工 作 环 境 ： 教 室 、 实 验 室 、 图 书 馆 等技 术 条 件 ：1. 学 习 相 关 知 识 ， 包 括 ： 钢 塑 （ PE） 管 材 的 物 理 、 化 学 性 质 ， 主 要 生 产 工艺 知 识 ， 机 械 设 计 、 制 造 工 艺 等 专 业 知 识 ； Solid Works软 件 使 用 知 识 。2.已 有 的 实 践 ， 包 括 生 产 实 习 、 课 程 设 计 等 。3.现 有 设 备 ， 包 括 多 种 设 备 （ 数 控 加 工 中 心 、 数 控 铣 床 、 电 火 花 、 线 切 割 等 ） ；计 算 机 。工 作 内 容 及 最 终 成 果 ：1.查 阅 文 献 ， 撰 写 外 文 翻 译 、 文 献 综 述 和 开 题 报 告 ；2.撰 写 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 说 明 书 ：（ 1） 绘 制 缠 绕 变 直 径 机 总 装 配 图 （ A0） 一 张 。（ 2） 绘 制 全 部 零 件 图 ， 折 合 A1幅 面 二 张 。（ 3） 绘 制 三 维 总 装 配 图 （ A3） 一 张 。（ 4） 毕 业 设 计 报 告 一 份 。北华航天工业学院毕业论文52.2 缠 绕 变 直 径 意 义2.2.1 管 接 头 种 类聚 乙 烯 PE管 材 以 密 度 区 分 ， 有 低 密 度 聚 乙 烯 管 (LDPE)、 中 密 度 聚 乙 烯 管(MPVC)、 高 密 度 聚 乙 烯 管 (HDPE)。 LDPE管 材 的 柔 性 、 伸 长 率 、 耐 冲 击 性 能 较 好 ，耐 化 学 稳 定 性 和 抗 高 频 绝 缘 性 能 良 好 ， 主 要 用 于 农 田 排 灌 。 HDPE管 具 有 较 高的 强 度 及 刚 度 ， MDPE管 还 具 有 良 好 的 柔 性 和 抗 蠕 变 性 能 ， 后 两 种 管 材 ， 特 别 是HDPE管 广 泛 用 于 城 市 燃 气 及 供 水 管 道 上 。 ? 新 修 订 的 给 水 用 PE管 产 品 国 标 中 ，采 用 高 密 度 聚 乙 烯 管 ， 管 材 分 PE63、 PE80、 PE100三 个 级 别 ， 它 们 在 20 下 ，在 50年 后 还 能 保 持 最 小 强 度 达 6.3MPa、 8.0MPa、 10.0Mpa， 对 于 允 许 最 大 设 计应 力 分 别 为 5MPa、 6.3MPa、 8MPa。2.2.2 管 接 头 规 格图 2-1 规 格北华航天工业学院毕业论文6因 为 这 些 管 接 头 不 是 所 有 的 规 格 都 有 的 ， 如 果 是 注 塑 出 来 ， 磨 具 的 设 计 成 本太 高 ， 就 需 要 设 计 一 个 缠 绕 机 构 ， 可 以 缠 出 任 意 规 格 的 管 接 头 ， 既 节 约 成 本 ， 又能 满 足 企 业 的 需 求 。2.3 管 接 头 的 缠 绕2.3.1 主 轴 转 动这 次 设 计 采 用 对 旧 C620 车 床 的 改 造 ， 来 实 现 缠 绕 的 目 的 。 由 于 调 速 范 围 很广 ， 且 要 求 有 比 较 硬 的 机 械 特 性 。 所 以 ， 以 选 用 矢 量 控 制 方 式 为 宜 。 对 于 普 通 车床 来 说 ， 由 于 对 动 态 响 应 要 求 不 高 ， 用 “ 无 反 馈 矢 量 控 制 ” 方 式 已 经 足 够 。 因 为调 速 范 围 广 ， 且 高 速 段 与 低 速 段 机 械 特 性 的 特 点 不 一 样 ， 故 工 作 频 率 范 围 应 不 限于 额 定 频 率 以 下 。 电 动 机 的 容 量 一 般 应 此 比 原 拖 动 系 统 的 电 动 机 容 量 为 大 。 如 上述 ， 在 低 速 段 ， 可 能 出 现 较 大 的 冲 击 过 载 ， 容 易 引 起 变 频 器 的 跳 闸 。 所 以 ， 变 频器 的 容 量 以 比 电 动 机 容 量 大 一 档 为 好 2 。2.3.2 排 线 器1.排 线 机 构 的 介 绍排 线 机 构 是 收 排 线 设 备 最 重 要 的 机 构 之 一 ， 它 的 结 构 与 特 点 直 接 影 响 到 产 品在 线 盘 上 的 排 列 质 量 ， 现 有 的 排 线 机 构 种 类 繁 多 ， 机 械 式 、 液 压 传 动 式 、 电 动 式等 等 。 但 是 排 线 机 构 应 该 是 以 收 取 产 品 的 特 点 而 选 择 的 ， 对 于 特 定 的 收 取 产 品 应该 选 取 与 他 适 合 的 收 排 线 机 构 。2.光 杆 排 线 器 的 特 点（ 1） 无 级 调 速无 级 调 速 ： 收 线 轴 传 给 光 杆 一 定 转 速 ， 在 不 改 变 光 杆 转 速 的 前 提 下 ， 只 需 拨动 刻 度 盘 上 的 指 示 器 ， 即 可 随 意 调 整 排 线 器 在 光 杆 轴 线 方 向 上 往 复 运 动 的 速 度 。可 以 设 定 从 0到 最 大 节 距 。（ 2） 瞬 时 换 向时 换 向 ： 不 需 改 变 光 杆 的 旋 转 方 向 ， 当 活 动 臂 碰 轮 撞 到 换 向 撞 块 时 即 可 瞬 时改 变 排 线 器 的 行 走 方 向 ， 换 向 时 间 不 大 于 1秒 。（ 3） 高 速 工 作高 速 工 作 ： 排 线 器 在 光 杆 上 直 线 运 动 速 度 可 达 4m/s， 从 而 满 足 了 排 线 速 度高 ， 换 向 极 频 繁 的 场 合 。（ 4） 释 放 装 置释 放 装 置 ： 能 满 足 在 不 停 机 的 情 况 下 ， 使 排 线 器 转 换 与 光 杆 松 开 ， 手 持 排 线器 可 置 其 于 光 杆 任 意 位 置2排 线 器 的 种 类（ 1） 凸 轮 排 线 机 构北华航天工业学院毕业论文7主 要 由 凸 轮 、 排 线 杆 和 复 位 弹 簧 构 成 。 通 过 凸 轮 的 转 动 ， 推 动 排 线 杆 往 复 运动 ， 使 线 材 有 规 律 地 排 在 工 字 轮 上 。 凸 轮 机 构 有 着 结 构 简 单 、 紧 凑 、 造 价 低 廉 等优 点 ， 但 凸 轮 轮 廓 与 从 动 件 之 间 一 般 是 电 线 接 触 ， 容 易 磨 损 。 受 到 速 度 的 限 制 ，尤 其 不 能 用 于 受 力 较 大 的 场 合 3 。（ 2） 丝 杠 排 线 机 构丝 杠 排 线 机 构 主 要 由 丝 杠 、 排 线 架 和 行 程 开 关 构 成 。 传 动 原 理 是 丝 杠 只 做 转动 。 而 和 螺 母 相 连 的 排 线 架 做 往 返 运 动 。 但 必 须 在 光 杠 上 设 行 程 开 关 ， 通 过 行 程开 关 来 改 变 丝 杠 的 转 向 ， 从 而 实 现 周 期 性 排 线 目 的 。 丝 杠 排 线 传 动 比 较 标 准 ， 排线 相 对 均 匀 、 密 实 。 但 丝 杠 加 工 困 难 ， 若 螺 距 过 小 ， 线 密 度 系 数 择 高 ， 轴 向 张 力和 径 向 压 力 过 大 ， 使 工 字 轮 发 生 变 形 。 若 螺 距 过 大 ， 排 线 往 复 频 繁 ， 会 影 响 换 向机 构 工 作 的 可 靠 性 和 寿 命 ， 特 别 是 机 械 式 的 反 响 较 慢 ， 容 易 出 现 马 鞍 形 。（ 3） 光 杠 式 排 线 机 构光 杠 排 线 机 构 是 借 鉴 国 外 先 进 经 验 和 技 术 研 制 而 成 的 。 机 构 主 要 采 用 光 杠 、行 程 开 关 和 换 向 器 及 内 置 于 T形 板 上 的 3对 滚 动 轴 承 环 构 成 。 其 排 线 原 理 是 动 力通 过 光 杆 的 转 速 传 给 3对 与 之 接 触 的 滚 动 轴 承 环 ， 借 助 环 与 光 杆 间 的 摩 擦 力 ， 使轴 承 环 水 平 运 动 ， 从 而 带 动 排 线 机 构 排 线 ， 运 动 到 极 限 位 置 与 形 成 开 关 碰 撞 ， 改变 轴 承 的 倾 斜 方 向 ， 从 而 改 变 运 动 方 向 。 光 杠 排 线 在 实 现 连 续 调 速 方 面 着 实 先 前迈 进 了 举 足 轻 重 的 一 步 。 但 有 由 其 原 理 决 定 机 构 造 价 高 ， 同 时 排 线 是 通 过 摩 擦 来实 现 ， 容 易 出 现 打 滑 ， 导 致 排 线 不 均 匀 现 象 ， 一 般 不 用 于 排 线 力 很 大 的 场 合 。（ 4） 轨 道 式 排 线 机 构轨 道 式 排 线 机 构 是 整 个 排 线 装 置 直 接 作 用 在 轨 道 上 ， 例 如 地 轨 ， 通 过 轨 道 之间 的 滑 动 实 现 排 线 功 能 。 适 合 于 收 取 收 线 速 度 低 而 且 产 品 质 量 重 的 工 况 ， 由 于 整个 重 量 施 加 在 地 面 轨 道 上 ， 所 以 ， 承 重 效 果 突 出 ， 但 是 由 于 质 量 较 大 ， 在 换 向 过程 中 惯 性 也 较 大 ， 所 以 不 适 合 收 取 小 型 线 材 。2.3.3 挡 板因 为 原 管 道 长 度 是 300,只 缠 150， 为 了 确 保 所 缠 尺 寸 偏 差 小 和 端 面 成 型 ， 应该 在 两 侧 设 计 两 个 挡 板 。 在 夹 紧 装 置 所 伸 出 的 圆 弧 上 设 计 一 个 凸 起 打 孔 ， 在 设 计一 个 小 径 126大 径 283的 圆 环 。 因 为 圆 环 要 上 在 夹 紧 装 置 上 所 以 小 径 要 大 于 100，成 型 管 材 是 内 径 250所 以 大 径 要 大 于 250。 装 置 如 图 2-2。北华航天工业学院毕业论文8图 2-2圆 盘2.3.4 确 定 装 卡 方 式缠 绕 机 的 夹 紧 方 式 主 要 有 内 涨 式 和 外 卡 式 。 如 图 2-2所 示 。图 2-3装 夹内 涨 式 夹 紧 的 整 机 重 量 轻 ， 便 于 携 带 ， 并 且 插 入 管 子 内 壁 可 以 自 动 定 位 对 中 ，安 装 快 捷 ， 一 台 设 备 适 应 的 管 径 大 ， 可 以 满 足 最 大 跨 度 管 径 的 需 要 4 。外 卡 式 夹 紧 夹 爪 采 用 了 多 点 单 动 结 构 ， 对 于 切 削 大 管 径 的 切 削 更 好 ， 安 装 方北华航天工业学院毕业论文9便 定 位 准 确 ， 重 量 大 。本 设 计 要 求 便 携 式 安 装 ， 整 机 重 量 要 轻 ， 安 装 方 便 ， 综 合 考 虑 选 择 外 卡 式 夹紧 。北华航天工业学院毕业论文1 0第 3 章 机 构 设 计3.1 装 卡 定 位3.1.1 外 卡 结 构 设 计本 设 计 原 理 是 借 鉴 的 三 爪 卡 盘 的 工 作 原 理 。 如 图 3-1所 示三 爪 卡 盘 由 卡 盘 体 、 活 动 卡 爪 和 卡 爪 驱 动 机 构 组 成 。 三 爪 卡 盘 上 三 个 卡 爪 导向 部 分 的 下 面 ， 有 螺 纹 与 碟 形 伞 齿 轮 背 面 的 平 面 螺 纹 相 啮 合 ， 当 用 扳 手 通 过 四 方孔 转 动 小 伞 齿 轮 时 ， 碟 形 齿 轮 转 动 ， 背 面 的 平 面 螺 纹 同 时 带 动 三 个 卡 爪 向 中 心 靠近 或 退 出 ， 用 以 夹 紧 不 同 直 径 的 工 件 。 用 在 三 个 卡 爪 上 换 上 三 个 反 爪 ， 用 来 安 装直 径 较 大 的 工 件 。 三 爪 卡 盘 的 自 行 对 中 精 确 度 为 0.05-0.15mm。 用 三 爪 卡 盘 加 工工 件 的 精 度 受 到 卡 盘 制 造 精 度 和 使 用 后 磨 损 情 况 的 影 响5 。卡 盘 按 驱 动 卡 爪 所 用 动 力 不 同 分 为 手 动 卡 盘 和 动 力 卡 盘 两 种 。 手 动 卡 ：为 通 用 附 件 ， 常 用 的 有 自 动 定 心 的 三 爪 卡 盘 和 每 个 卡 爪 可 以 单 独 移 动 的 四 爪 卡盘 。 三 爪 卡 盘 (图 1 三 爪 卡 盘 )由 小 锥 齿 轮 驱 动 大 锥 齿 轮 。 大 锥 齿 轮 的 背 面 有 阿基 米 德 螺 旋 槽 ， 与 3个 卡 爪 相 啮 合 。 因 此 用 扳 手 转 动 小 锥 齿 轮 便 能 使 3个 卡 爪同 时 沿 径 向 移 动 ， 实 现 自 动 定 心 和 夹 紧 适 于 夹 持 圆 形 正 三 角 形 或 正 六 边 形 等的 工 件 。图 3-1 三 爪 卡 盘 工 作 原 理3.1.2 夹 紧 结 构1.滑 块滑 块 和 三 爪 卡 盘 相 连 ， 用 销 钉 定 位 和 螺 母 链 接 如 图 3-2， 3-3.滑 块 可 以 上 下 滑 动来 实 现 对 不 同 直 径 部 件 的 夹 紧 。北华航天工业学院毕业论文1 1图 3-2滑 块图 3-3 滑 块2.填 芯填 芯 与 滑 块 用 螺 母 相 连 接 ， 填 芯 可 以 通 过 滑 块 的 上 下 移 动 来 夹 紧 管 道 。 填芯 伸 长 的 一 部 分 做 成 圆 弧 状 有 利 于 更 好 的 和 管 道 贴 合 6。 由 于 原 管 道 是 PE 钢 塑北华航天工业学院毕业论文1 2管 ， 所 以 不 能 直 接 用 金 属 部 分 夹 紧 ， 防 止 金 属 太 硬 用 力 过 度 使 管 道 变 形 ， 基 于 这个 情 况 就 使 填 芯 伸 长 的 那 一 部 分 圆 弧 下 面 长 出 一 个 突 起 的 部 分 用 于 连 接 一 个 聚四 氟 乙 烯 的 垫 块 ， 使 垫 块 与 原 管 道 接 触 ， 在 夹 紧 的 时 候 可 以 更 好 的 与 管 子 内 壁 相贴 合 ， 可 以 更 好 的 贴 合 在 直 径 100mm的 管 上 。 如 图 3-4， 3-5。图 3-4 填 芯图 3-5 填 芯北华航天工业学院毕业论文1 33.2 排 线 器 的 安 装3.3.1 排 线 器 安 装 注 意 事 项1.光 杆 装 入 排 线 器 ， 必 需 转 动 光 杆 或 排 线 器 ， 并 注 意 光 杆 进 入 时 ， 不 能 与 密封 端 盖 相 碰 。2.光 杆 根 据 使 用 要 求 可 正 反 转 向 ， 只 需 更 换 换 向 臂 方 向 即 可 改 变 转 向 。 换 向碰 轮 与 节 距 调 节 器 同 向 装 配 位 置 为 正 转 ， 换 向 碰 轮 与 节 距 调 节 器 异 向 装 配 位 置为 反 转 。3.推 力 不 足 时 ， 调 整 调 压 螺 盖 ， 并 保 持 推 力 适 度7。4.表 面 硬 度 ： HRC50 60 ， 外 径 公 差 ： h6， 直 度 ： 0.1mm/m， 长 度 ： 一般 不 应 大 于 光 杆 直 径 的 20 30倍 ， 光 杆 两 端 必 须 倒 角 2 30 。5.收 线 盘 与 光 杆 的 速 比 关 系 一 般 情 况 下 ， 光 杆 转 速 应 低 于 收 线 盘 转 速 ，这 样 能 提 高 光 杆 和 排 线 器 的 寿 命 ， 推 荐 光 杆 与 收 线 盘 的 转 速 比 为 1:1 1:5， 粗线 速 比 小 ， 细 线 速 比 大 ， 避 免 节 距 设 在 一 上 。6.光 杆 的 转 向 收 线 轴 传 给 光 杆 的 转 向 正 、 反 均 可 ， 但 换 向 臂 的 安 装 位 置 有区 别 ， 否 则 不 能 换 向 ， 面 对 刻 度 盘 光 杆 向 下 旋 转 为 正 转 ， 活 动 臂 的 换 向 碰 轮 装 在刻 度 盘 位 置 的 这 边 ， 如 光 杆 向 上 旋 转 为 反 转 ， 活 动 臂 的 换 向 碰 轮 必 须 朝 机 箱 后 边安 装 才 能 换 向 ， 产 品 出 厂 时 均 按 正 转 装 配 。3.3 传 动 装 置3.3.1 轴 向 定 位轴 向 定 位 ： 为 了 防 止 轴 承 在 承 受 轴 向 负 荷 时 产 生 轴 向 移 动 ， 轴 承 在 轴 上 和 孔内 都 应 用 轴 向 定 位 装 置 。 轴 承 在 轴 上 和 外 壳 孔 内 定 位 方 式 的 选 择 ， 取 决 于 作 用 在轴 上 负 荷 的 大 小 和 方 向 ， 轴 承 的 转 速 ， 轴 承 的 类 型 ， 轴 承 在 轴 上 的 位 置 。紧 定 套 定 位 轴 承 转 速 不 高 ， 承 受 平 稳 径 向 负 荷 和 不 大 的 轴 向 负 荷 的 调 心 滚 子轴 承 ， 可 在 光 轴 上 借 助 锥 形 紧 定 套 安 装 。 紧 定 套 用 螺 母 和 止 动 垫 圈 进 行 定 位 。 利用 螺 母 锁 紧 紧 定 套 的 摩 擦 力 将 轴 承 定 位 。仅 仅 靠 过 盈 配 合 来 对 轴 承 圈 进 行 轴 向 定 位 是 不 够 的 。 通 常 ， 需 要 采 用 一 些合 适 的 方 法 来 对 轴 承 圈 进 行 轴 向 定 位 。 定 位 轴 承 的 内 外 圈 应 该 在 两 侧 都 进 行 轴 向固 定 。 对 于 不 可 分 离 结 构 的 非 定 位 轴 承 ， 例 如 角 接 触 球 轴 承 ， 一 个 轴 承 圈 采 用 较紧 的 配 合 （ 通 常 是 内 圈 ） ， 需 要 轴 向 固 定 ； 另 一 个 轴 承 圈 则 相 对 其 安 装 面 可 以 自由 地 轴 向 移 动 。 对 于 可 分 离 结 构 的 非 定 位 轴 承 ， 例 如 圆 柱 滚 子 轴 承 ， 内 外 圈 都 需要 轴 向 固 定 。北华航天工业学院毕业论文1 4在 机 床 应 用 中 ， 工 作 端 轴 承 通 常 从 轴 到 轴 承 座 传 递 轴 向 负 荷 来 定 位 主 轴 。 因此 ， 通 常 工 作 端 轴 承 轴 向 定 位 ， 而 驱 动 端 轴 承 则 可 轴 向 自 由 移 动 。3.3.2 轴 向 定 位 方 法（ 1） 锁 紧 螺 母 定 位 法采 用 过 盈 配 合 的 轴 承 内 圈 安 装 时 ， 通 常 使 内 圈 一 侧 靠 着 轴 上 的 挡 肩 ， 另 一 侧 则 一般 用 一 个 锁 紧 螺 母 固 定 。带 锥 形 孔 的 轴 承 直 接 安 装 在 锥 形 轴 颈 上 ， 通 常 用 锁 紧 螺 母 固 定 在 轴 上 。（ 2） 隔 套 定 位 法在 轴 承 圈 之 间 或 轴 承 圈 与 邻 近 零 件 之 间 的 采 用 隔 套 或 隔 圈 ， 代 替 整 体 轴 肩 或 轴 承座 肩 是 很 便 利 的 。 在 这 些 情 况 下 ， 尺 寸 和 形 状 公 差 也 适 用 于 相 关 零 件 。（ 3） 阶 梯 轴 套 定 位另 一 种 轴 承 轴 向 定 位 的 方 法 是 采 用 阶 梯 轴 套 。 这 些 轴 套 特 别 适 合 精 密 轴 承 配 置 ，与 带 螺 纹 的 锁 紧 螺 母 相 比 ， 其 跳 动 更 小 且 提 供 更 高 的 精 度 。 阶 梯 轴 套 通 常 用 于 超高 速 度 主 轴 ， 对 于 这 种 主 轴 ， 传 统 的 锁 紧 装 置 无 法 向 其 提 供 足 够 的 精 度 。（ 4） 固 定 端 盖 定 位 法采 用 过 盈 配 合 的 轴 承 外 圈 安 装 时 ， 通 常 使 外 圈 的 一 侧 靠 着 轴 承 座 上 的 挡 肩 ， 另 一侧 则 用 一 个 固 定 端 盖 固 定 。 固 定 端 盖 和 其 固 定 螺 钉 在 一 些 情 况 下 对 轴 承 形 状 和 性能 产 生 负 面 影 响 。 如 果 轴 承 座 和 螺 钉 孔 间 的 壁 厚 太 小 ， 或 者 螺 钉 紧 固 太 紧 ， 外 圈滚 道 可 能 会 变 形 。 最 轻 的 尺 寸 系 列 19系 列 比 10系 列 或 更 重 系 列 更 容 易 受 到 此 类损 伤 的 影 响 。 采 用 大 量 小 直 径 的 螺 钉 是 有 利 的 。 应 避 免 仅 仅 用 3或 4个 螺 钉 ， 由于 紧 固 点 少 ， 可 能 会 在 轴 承 座 孔 中 形 成 凸 起 。 这 将 产 生 易 变 的 摩 擦 力 矩 、 噪 声 和不 稳 定 的 预 负 荷 （ 使 用 角 接 触 球 轴 承 时 ） 。 对 于 设 计 复 杂 、 空 间 有 限 、 仅 可 采 用薄 壁 轴 承 和 有 限 的 螺 钉 数 量 的 主 轴 。 在 这 些 例 子 中 ， 建 议 通 过 （ 有 限 元 法 ） 分 析对 变 形 进 行 精 确 检 查 8。3.3.3 轴 向 传 动在 机 床 床 身 上 安 装 一 个 轴 并 安 装 两 个 皮 带 轮 ， 一 个 皮 带 轮 与 机 床 电 机 相 连 通 过皮 带 把 运 动 传 递 到 轴 上 在 通 过 两 个 辅 助 轴 和 辅 助 皮 带 轮 把 运 动 传 递 到 排 线 器 装置 。 因 为 这 个 缠 绕 是 人 工 在 操 作 所 以 主 轴 转 速 不 应 该 太 快 ， 大 概 在 50r/min。 具体 装 置 如 图 3-6所 示 。图 3-6 传 动 轴北华航天工业学院毕业论文1 53.3.4 皮 带 轮 的 安 装组 装 前 检 查 皮 带 轮 槽 ， 应 确 保 没 有 伤 痕 和 利 边 ， 所 有 尺 寸 均 符 合 标 准 ；（ 1） 清 除 轴 、 锥 套 、 皮 带 轮 相 互 配 合 面 的 污 垢 ， 把 锥 套 、 皮 带 轮 套 入 轴 上 ；（ 2） 皮 带 轮 上 的 有 牙 半 孔 对 锥 套 上 的 无 牙 半 孔 ， 皮 带 轮 上 的 无 牙 孔 对 准 锥套 上 的 有 牙 孔 ；（ 3） 移 动 锥 套 在 理 想 位 置 ， 将 皮 带 轮 轻 轻 拉 到 锥 套 上 ， 在 安 装 孔 内 插 入 内六 角 螺 栓 ；（ 4） 利 用 六 角 扳 手 交 替 的 逐 渐 上 紧 各 螺 栓 ， 直 到 达 到 合 适 的 扭 矩 ； 六 、 在套 上 皮 带 前 ， 将 皮 带 轮 对 准 安 装 ， 保 证 两 皮 带 轮 外 端 面 在 同 一 平 面 内 ， 误 差 0.1mm；（ 5） 装 皮 带 前 需 将 中 心 距 稍 微 缩 短 ， 使 皮 带 可 以 不 费 力 地 装 配 好 。 任 何 情况 下 ， 绝 不 容 许 将 皮 带 撬 入 皮 带 轮 槽 内 9。3.4 成 型 装 置由 于 刚 刚 缠 绕 出 来 的 东 西 质 地 不 均 匀 ， 表 面 很 粗 糙 ， 需 要 用 一 成 型 装 置 ， 对所 缠 管 道 进 行 挤 压 成 型 ， 使 其 表 面 光 滑 。 装 置 如 图 3-7。图 3-7 成 型 挡 板将 图 3-7用 螺 钉 固 定 在 车 床 上 ， 等 到 缠 绕 完 成 后 再 把 图 3-8用 螺 钉 上 在 一 起 ， 然后 成 型 管 在 此 装 置 内 旋 转 ， 使 表 面 质 地 均 匀10。图 3-8 成 型 挡 板北华航天工业学院毕业论文1 6设 计 总 结这 次 毕 业 设 计 ， 绝 对 是 我 本 科 阶 段 一 个 重 要 的 组 成 部 分 ， 虽 然 大 学 选 择 了 机 械设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 ， 但 是 很 多 知 识 都 是 停
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