毕业论文：非金属垫片裁剪机设计

常熟理工学院毕业设计（论文） I 非金属垫片裁剪机设计 摘要 如 今， 我国 非金属产业蓬勃发展 ，这也 拉 动了非金属垫片 装备 工艺的 迅速崛起 ，相应的非金属垫片工艺急需跟进时代的步伐，垫片裁剪工艺是生产过程中最重要的工艺之一。相比其他制作垫片的措施，这种工艺可靠稳定、效果显著，但是相关资料表明，目前工艺发展水平尚低，由此研究非金属垫片裁剪机的必要性也就不言而喻，本文拟采取考察、分析、设计的方法对其进行研究。关于非金属垫片裁剪机的初步构想，整套机器由裁剪机构、调节半径机构、定位装置和机架等核心部件组成，其中，裁剪机构由上下滚刀连接传动轴组成，半径调节装置由定心座、丝杆、和导向轴组成，定位装置由锁紧手柄和锁紧螺栓组成。最终形成高效、合理的成套非金属垫 片裁剪机 1 最后，希望此次设计的 非金属 垫片 裁剪机 能到达预期的设计要求，并能在实际的应用中取得良好的效果 。 关键词 ： 非金属 垫片 裁剪机 设计 常熟理工学院毕业设计（论文） of to of to up is of is is of on is to of on by a of an a is a is of a a is of a of of 常熟理工学院毕业设计（论文） 录 非金属垫片裁剪机设计 . I 摘要 . I of . . . 1 . 1 . 2 前景 . 2 . 2 . 2 . 3 2传动方案的总体设计 . 4 . 4 . 4 . 5 . 5 . 6 . 7 速器 . 8 . 8 . 8 . 8 . 10 . 10 . 10 常熟理工学院毕业设计（论文） 带轮的设计计算 . 11 . 11 带型号 . 11 . 11 v . 12 . 12 . 12 . 13 . 14 . 14 装与防护 . 14 . 14 用 . 15 . 15 . 16 . 16 . 16 . 17 . 17 料及齿数 . 17 . 18 . 19 . 20 . 20 . 21 定许用应力 . 21 最小直径 ) . 21 . 22 径 . 22 常熟理工学院毕业设计（论文） V . 27 器操作步骤 . 28 器维护级注意事项 . 28 . 29 . 30 . 31 常熟理工学院毕业设计（论文） 1 密封垫片，是一种用于设备、 机械、 管道只要是有 泄露 的地方就 要使 用的密封备件， 它是一种 起 到 密封作用的材料。密封垫片 的材质一般是 金属或非金属，这些材料 经 过 冲压 ，切割 或 剪裁 等 一系列工艺制作而 成， 一般用于管道 与管道之间的密封 ，机器设备 中机械零件 之间的密封 。按照材料的不同可以 分为金属密封垫片和非金属密封垫片。金属 垫片 有铜垫片，不锈钢垫片，铁垫片，铝垫片等。非金属 垫片 有石棉垫片，非石棉垫片，纸垫片，橡胶垫片等。 1. 石棉垫片 石棉垫片的 主要成分 为橡胶、 加强 材料 是 石棉纤维 ，用这两种材料 制成的压缩石棉纤维板 具 有石棉和橡胶两种材料的优点 ， 具有 良 好的综合性能 ， 弹性较好 ， 较强的耐热性和抗蠕变松弛性 ， 还具有耐化学腐蚀性， 其 使用温度为 +1000 ， 使用压力为 一个世纪以来， 产量 一直是最大 的 、应用 也是 最广 泛 的非金属垫片密封材料。 但是 ， 石棉制品在生产和使用过程中 会严重危害人体健康 。 42. 非石棉板垫片（无石棉垫片） 因为 石棉垫片严重威胁到人体的健康 ， 所以 ， 在 二十世纪后期 ， 世界各 主要工业发达 国家都将 材料和 密封 领域优先发展的重点放在了 开发 和 研究 非石棉材料 上 ，并且 努力寻 找 适合 的非石棉纤维来替代石棉纤维 ， 研究 出不含石棉但整体性能 与 石棉制品 不相上下 的高 质量 的 绿色密封产品。非石棉密封垫片是以非石棉材料制成的 。 如聚四氟乙烯、柔性石墨 、 橡胶等。非石棉纤维橡胶板发展于二十世纪八十年代， 由于较宽的适用工况范围、较好的产品可设计性、较高的性能价格 和 原材料来源广等优点为各国所认同 。 因此，我们 将 加 强材料为非石棉纤维 、主要的 弹性基本材料 为橡胶的非石棉纤维橡胶垫片称为非石棉密封垫片 ， 或着叫做无石棉垫片、代石棉垫片。 非石棉垫片（无石棉垫片）既有 良好 的回弹性，又拥 有较高的强度，同时还 拥有很 强的抗渗透性，可以取代石棉垫片，是可以在 较高温 度和较 高 的 压 力 下使用的良好 的 环保材料 7 3. 橡胶垫片 常熟理工学院毕业设计（论文） 2 橡胶是无石棉密封垫片的三大基本原材料之一， 它 最重要 的作用 就是把增强纤维和填料粘 在一起，保证垫 片 具有良好的蠕变松弛能力、压缩回弹、密封能力和抗拉强度。合适橡胶材料 决定着 密封垫片的整体性能。现阶段 ，密封垫片可以选择的 橡胶范围非常广泛，主要的橡胶材料有天然橡胶 ；丁 腈 橡胶；丁基橡胶；氯丁橡胶等。 天然橡胶价格便宜 ， 丁腈橡胶和氟橡胶价格较高 。 状和发展前景 发展前景 剪切机用于板材、型材的 曲线 、 直线 剪切和压型、 冲型、 剪断和精密切断等工作。 普遍 地应用于 仪器仪表、 电机电器、农机、 无线电、金属结构、 锅炉、 桥梁、 起重、 交通运输工业、 建筑机械、 船舶、国防工业 、 航空和 冶金工业 等部门。我国从五十年代开始测绘、仿制国外的剪切机，为发展我国剪切机工业奠定了基础。 在六十年代初，我国 开始 慢慢 转入 自主 设计制造阶段。并开始发展品种规格，技术水平也有一定的提高。 目前密封垫片的现有加工方法主要包括冲压或裁剪，加工橡胶密封垫圈及其他常用垫圈品种传统做法是采用单孔或多孔模具模压成型，这种做法不仅生产时间较长，容易在成型后产生较多的毛刺和飞边，同时产品表面的平面度也难以控制，原材料损耗比较大，而且一套模具只能对应一种 规格的产品，开发新的产品时同样需要花费时间和财力去调试生产向对应的模具，不仅增加了企业的生产成本，生产效率也比较低下，仅适用于规格单一且批量加工的垫片；而裁剪法是直接用剪刀按圆线剪切成形，这种方法使用最普遍，可加工任意规格垫片，但因完全手工操作，垫片边缘质量较差，且加工效率低。 1. 市场竞争 混乱，比如同行之间互相贬低、相互 挖人 、大打价格战 ； 2. 投资在 研发 上的资金较少，或者 根本没有投入； 3. 在 控制方面和 机械 工艺 上与国外产品 没有太大差别 ，但 是， 对国外 的 控制系统了解 还不全面 ，只 能停留在能够 应用的水平 上 ； 常熟理工学院毕业设计（论文） 3 4. 企业间 的 合作 基本为零，不能一起合作来开拓 市场 。 5. 产品的 技术含量低 ，同质化比较严重，并且产品的水平较低 、 陷入低价 竞争，使企业 利润大大减少 ， 很难再有新的发展 。 6. 综合实力 比较强，能为 行业 的 发展 做推动 ， 能积极发挥作用促进行业自律的企业比较少。 现代 裁剪机技术在多个方面运用在 工业领域，以上仅是对 裁剪机这个行业的问题做了一些概括。 只有 经过不停的努力，积极的拓宽我们 工作 的思路，切割 行业 才能 在新形势下得到进一步的发展。 本课题的主要内容是完成橡胶垫片裁剪机的 设计， 了解裁剪机的 工作原理，并 根据要求，完成 关键零部件的设计校核 和 主要装置的 设计 与装配 ，另外 此次 设计是通过 带轮 与减速机的 相互连接相互 配合 来 实现减速传动 。 本设计需满足的要求如下： 1、所有 技术指标所规定 都能达到规定的 要求，满足 设计要求 。 2、 整机结构 布局合理 ， 符合实际工作需要 。 3、 设备 的 外形 做到简约时尚，工作时的噪声要小 。 首先对裁剪机的 传动方案进行设计，再对 主要参数进行计算，比如剪切力，剪切刃长度，剪切次数进行计算。然后对裁剪机的零部件结构进行设计计算，例如机架设计，设置在机架上平面的垫片切割装置设计，以适应不同垫片的切割需要，还有导向装置设计，定心装置设计，锁紧装置设计，调节装置设计等。再对要使用的零件进行选型，尽量使用标准件，如果没有标准件要使用非标件，同时要对非标件进行设计。对一些重要零件比如主轴， 齿轮，键 进行强度校核，使关键零件达到使用要求。 还需要对动力系统进行设计，确定需要选用的 电动机 类型 ，减速器型号 ， 使整个设备动力充足 ， 传动平稳 。 常熟理工学院毕业设计（论文） 4 2 传动方案的总体设计 此次毕业设 计的橡胶垫片裁剪机的工作原理，是由电动机 直接 连接到减速机上，然后通过联轴器 将 皮带轮 和 减速器的输出轴的连接起来， 通过皮带轮 来 带动主 动轴转动，在从动轴上，由于要实现主动轴和 从动轴相反方向的转动， 所以要选配一组相互啮合的齿轮，这一组齿轮的齿数模数均相同。这两根轴 再分别带动上面 的 滚刀来切割橡胶，这样才 能够实现 两根轴和 一组 刀具的反向旋转。 原理图如图 2示 。 图 2理图 裁剪机主要系统及零件如下表 2示，主要由机架、电动机、减速器、导向轴、主动轴、从动轴、锁紧把手、定心锁紧把手、定心活动支架、上滚刀、下滚刀、等组成。 表 2型机基本组成 动力系统 电动机，减速器， 皮带轮 ，主动轴，从动轴， 导向装置 导向左支座，导向轴 常熟理工学院毕业设计（论文） 5 定心装置 定心活动支架 ，定心座 锁紧装置 锁紧把手，定心锁紧把手，紧定螺钉 其机器的基本结构如下图 2示： 图 2剪机示意图 动机 根据用途选用 Y 系列 一般用途的 三相异步电动机 。 假设刀具的切割力为 1500N，刀具的速度为 v m s ，则刀具切割时所需的最大功率为 w 1 5 0 0 0 . 2 0 . 31 0 0 0 1 0 0 0k w k w (2传动装置的总效率： 1 223 总(2常熟理工学院毕业设计（论文） 6 其中由文献 16表 得： V 带传动1 ;减速器2 ;弹性联轴器4 ， 则 2= 0 . 9 6 0 . 9 5 0 . 9 9 0 . 8 9 故 电动机输出功率 为 0 . 3 0 . 3 40 . 8 9k w (2则电动机的实际功率 为： 0 . 3 4 1 . 3 1 . 6 0 . 7w d K K k w k w (2K 电机启动系数 主动轴的工作 转速 为： 6 0 1 0 0 0 4 8 / m i nw (2由 16表 2得 V 带传动比范围 1 =24， 二级减速器传动比 2 = 840，则总传动比范围为 ： 12 1 6 1 6 0i i i总 电动机的转速范围为 768r/680r/ 1. 必须 要 考虑现场 能提供的能源 情况，在有电源的情况下尽量选择电力驱动，便于 控制 操作 、 使用的 成本低、 有较广泛的 机械活动 范围 。 2. 必须考虑到 电动机 的机械特性 还有 工作制度 ，并且要 与工作制相匹配。 3. 要考虑 到 电动机 必须 要适应 工作机提出的 启动、 过载、 调速、运行 平稳和控制等方面的要求。 4. 必须考虑到工作环境的因素。 5. 必须要 工作可靠，操作简 单，便于 维修。 6. 要 提高机械系统的经济效益， 就 必须 要考虑经济成本，包含初期 成本和 运行维护成本。 常熟理工学院毕业设计（论文） 7 由于交流电动机相对于直流电动机具有适用场合广，成本低，便于维护的特点所以优先考虑使用交流电动机。交流电动机又分为单相电动机和三相电动机，与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，使用 范围广 ，制造 便利 ， 工作性能好，并可节约 材料，价格 适中 。又考虑到该机器所运行的环境为工厂，生产电压为 380V，所以优先选用三相异步电动机。 图 290查得机械设计手册选取 主要性能参数如下表 2 表 290额定功率 步转速 n/(r 1) 满载转速 n/(r 1) 电动机总重/动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 000 910 40 2 熟理工学院毕业设计（论文） 8 速器 减速器是一 个 由封闭在刚性壳体内的蜗杆传动、 齿轮传动、 齿轮 原动机和 执行机构 或 工作机 之间起 到 传递转矩 和匹配转速 的作用，是一种 比较 精密的机械，使用它 就是为了 降低转速，按照传动级数 的 不同可 把减速器 分为单级和多级减速机 ；按齿 轮形状可分为、 圆锥圆柱齿轮减速机 、 圆锥齿轮减速机和 圆柱齿轮减速机 ；按照传动的布置形式又可分为 分流式、同进轴式 和 展开式 减速机，减速机 在现代机械中 广泛应用。 减速器一般用 在 转速 较低， 扭矩 较大 的传动设备 上 ， 用来把电动机、内燃机或其它运转 速度高 的动力通过减速机 输入轴上 齿数少的齿轮与输出轴上齿数多的 齿轮 相啮合 以起 到 降低转速 的目的，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。 根据 设计 经验， 减速器一般不用自行设计 ，可以根据 要求去 市场上 对 减速器 进行选购 。本文 可以 选用 品 特点 1. 技含量较高，按照 国际技术 的 要求 来制造 。 2. 节约空间，使用可靠 ， 能够 承受 较大的 过载，功率可达 90 3. 有较低的 能耗， 优越的 性能，效率高达 95以上。 4. 平行轴斜齿轮减速机振动 频率小，较低的噪音 ， 能耗低 ，选用材料 为优质段钢 ， 箱体为 钢性铸铁，齿轮 的 表面经过 了 高频 热处理。 5. 加工 较为精密 ，确保轴 的 定位的精度 和平行度 。 能特点 1. 平行输出、结构合理 、 能传递较大的扭矩 、 运行平稳、噪音小 、 可靠耐用 。 2. 安装方式：空心轴安装、 底座安装、扭力臂安装、小法兰安装、法兰安装 。 3. 基本型二级输入输出 具有相同的旋转方向 ， 但是， 三级 旋转方向 相反 。 常熟理工学院毕业设计（论文） 9 4. 输出方式： 实心轴 输出或 空心轴 输出。 5. 平均效率：二级 96、三级 94%。 因此本次选择的减速器型号为 参数如表 2 表 257减速器参数 额定功率 入功率 （ 传动比 减速器 总重 /用转矩（ 4 600 减速机如图 2 图 257减速机 常熟理工学院毕业设计（论文） 10 带传动是一种挠性传动。带传动 是由主动轮，从动轮还有两轮之间 封闭的传动带组成 。 它将传动带作为中间件，当主动轮转动时，依靠带轮和带传动之间的摩擦力来带动从动轮转动，这样在主动轴上的主动力就能通过皮带传递给从动轴。 传动的类型 按 传动 原理 的不同，带传传动可分为摩擦传动和啮合 传动。 摩擦传动依靠带轮和带之间的摩擦力来传动 ，可分为平带传动、 照截面不同还可以分为：平带、 多楔 、同步 带传动。 传动带 是弹性体，受力后会产生弹性变形 。在小带轮上，带的拉力从紧边拉力 向 松边拉力 渐渐降低 ，带的弹性变形量 慢慢 减少， 带的拉升变形随之减小， 因此 带的速度相对于主动轮圆周速度逐渐滞后 ；在大带轮上，带的拉力 逐渐上涨， 从松边拉力 慢慢变 为紧边拉力，带的弹性变形量 慢慢 增加， 因此 带的速度相对于 从 动轮圆周速度逐渐 超前 带。这种由于带 两边存在拉力差而引起的带与带轮间的微小滑动，称为传动带的弹性滑动， 它总是传动中 不可避免的 现象 。 带与带轮 间 传递的有效拉力大于摩擦力极限时 ， 带才会在带轮的接触弧上 发生显著的相对滑动，称为打滑，打滑 是失效 形式的一种，应该避免的，在机械传动中 起到 了 过载保护的作用。 常熟理工学院毕业设计（论文） 11 图 3 带轮的设计计算 电动机的满载转速为 = 910/， 从 动轴 转速为 2 = 48/，则传动系统需要的总传动比 为： 2910 1948 （ 3 设减速器的传动比 1为 10，由此可知皮带轮所需要的传动比 2为： 2 119 1 (3主动轴转速 1为 1 1910 9 1 / m i (3所以 皮带轮的传动 比 = 普通 成本较其他带传动方式低，所以优先选用普通 V 带传动。 P(3式中： 为工况系数 由 机械设计基础 17表 = 由式 （ 31 . 1 0 . 7 0 . 9 5 0 . 7 3 P k w 带型号 根据 = , 1 = 91/,由图 用 带。 根据表 取， 选 小带轮直径 1 = 140 = 75。 常熟理工学院毕业设计（论文） 12 大带轮基准直径为 21 1 . 9 1 4 0 2 6 6i d m m (3按表 2 = 265， 则实际传动比 i、 从动轮的实际转速 分别 为 21265 1 . 8 9140 (312 91 4 8 / m i 8 9 (3v 1 1 1 4 0 9 1 0 . 6 7 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s (3的基准长 度 和 实际中心距 按结构设计要求 ， 初定中心距 0 = 500 由 带 的基准长度公式 得 1 2 2 102002( ) ( )224( 2 6 5 1 4 0 ) 2 5 0 0 (1 4 0 2 6 5 ) 1 6 3 62 4 5 0 0d d d d d (3由表 = 1600 由实际中心距公式得 ， 实际中心距 00 1 6 0 0 1 6 3 6( 5 0 0 ) 4 8 222a m m (3中心距 m i n 0 . 0 1 5 4 8 2 0 . 0 1 5 1 6 0 0 4 5 8da a L m m (3m a x 0 . 0 3 4 8 2 0 . 0 3 1 6 0 0 5 3 0da a L m m (3 轮 包角 小带轮 包角公式为 211 5 7 . 3a (3常熟理工学院毕业设计（论文） 13 由公式得 ： 1 2 6 5 1 4 01 8 0 5 7 . 3 1 6 5 . 1 1 2 0482 带根数 z 00() K K (3根据 1 = 140,1 = 91/,查表 内插法得 0 = 功率增量 0为 011(1 )b n k (3由表 = 0;3 根据传动比 = 查表 = 30 1 1 . 0 2 5 1 0 9 1 ( 1 ) 0 . 0 11 . 1 2 0 2P k w (3由表 = = 得普通 0 . 7 3 1 . 7( 0 . 4 3 0 . 0 1 ) 0 . 9 9 0 . 9 7z 根 (3圆整得 z=2根 。 由表 型普通 q=m， 根据 公式 21 0 0 0 2 . 5( 1 )2O q vz v K (3得单根 25 0 0 0 . 7 3 2 . 5 ( 1 ) 0 . 1 0 . 6 7 4 3 02 0 . 6 7 0 . 9 7 N 由公式 12 s z F (3得作用在轴上的压力 为 常熟理工学院毕业设计（论文） 14 1 6 5 . 12 4 3 0 s i n 8 5 22 选用 2根 B/带 ， 中心距 a=482轮直径1 = 140， 2 = 265， 轴上压力 = 852。 根据 V 带轮 材料中，灰铸铁应用最广 ， 又因为带速 25 /v m s ， 所以 确定带轮材料为 轮基准直 径 300，采用 孔 板式带轮；轮槽截面尺寸参照机械设计 基础 表 于大带轮，因 300， 同时1 1 100： 则大带轮采用孔板式带轮，并与主动轴相连接。 带轮零件如图 3示。 图 3动 的张紧、安装与防护 转一段时间后， 因为传动带一直受到拉力的影响，会产生 塑性变形还有 磨损 从 而 变得 松弛。为了保证带 正常传动的能力 ，应 经常检查带的松弛程度，可以采用调整 中心距的方法来调整 带的 张紧 力，使带重新张紧 。 常熟理工学院毕业设计（论文） 15 整，使用 1. 要选用适合的 算长度要准确； 2. 带轮的轴线应相互平行，各带轮相对应的型槽的对称平面应重合误差不得超过 20 ， 主动轮和从动轮的轮槽要在同一平面内； 3. 4. 果其中一根断了，要全部更换。 1. 皮带轮 不能与碱性 、 酸性 还有 油类的介质接触 ， 为了防