纸筒卷管机论文.doc

安徽科技学院 工学院 毕业设计纸筒卷管机的设计机电技术教育 胡升华指导老师 易克传摘要：纸筒是食品、种子、纺织和轻工等行业普遍使用的一种管状包装材料，传统的纸管加工一般采用手工加工，费力费时，不能满足现代化生产的需求。本设计在传统的纸管卷管机的基础上，通过对卷管原理和运动机构的分析，对卷管机的总体结构和方案进行了论证，着重对动力传动装置、进纸机构、卷管机构等部分进行了设计，并完成了总装配图的绘制。为纸罐加工和现代化生产提供理论依据。关键词：纸筒；卷管机；结构；设计前言 随着社会的发展和人们生活质量的提高，人们对美的追求和对环保意识的加强，各行业对商品包装要求也越来越高，纸罐包装因其独特可变的外形和环保优势成为包装行业的首选。纸管产品可广泛用于纺织、印染、五金、塑料造纸、医药、食品、饮料等行业的包装1、2。用于纸罐包装的纸管产品的加工工序主要有卷管、切管和封盖等，其中卷管是首道也是最重要的一道工序，它主要将纸条进行卷制成形，形成纸管。传统的卷管机多为手工或半自动卷管，耗费大量的人力物力，生产效率不高。目前，许多厂家在从事纸管卷管机的研究，有些产品已上市，但是在文献资料中很少介绍其设计和加工工艺的。本设计以传统的卷管机为依据，对其整体结构、传动机构、卷纸机构和芯轴等进行设计。这次设计也是对自已的科研能力和综合知识能力进行一次锻炼。1 卷管机的基本结构和工作原理纸管是食品、种子、纺织和轻工等行业普遍使用的一种包装材料。而纸管卷管机是专业生产纸管的机械设备，因卷管机加工效率高，卷管质量好被广泛应用在以上相关行业。纸管卷管机主要由机架、动力机构、上纸机构、卷纸机构和控制机构等部分组成3、4。其基本的工作原理见图1所示。图1 纸管卷管机工作原理简图滚筒为主动部件，一般有两个，分别布置在芯轴的两侧；两侧滚筒通过皮带连接，而皮带在芯轴上作交叉缠绕。电动机的动力经过减速后带动一侧滚筒转动，该滚筒通过皮带带动另一侧的滚筒转动，同时通过皮带带动套筒上的纸带作旋转运动。在此过程中，当纸带送入运动的皮带和套筒之间，在皮带的摩擦力之下将纸带紧紧的按螺旋规律旋紧在转动的套筒上。套筒在皮带带动下继续转动，从而将卷好的纸管顺利的送出，如图所示。图中的纸带在上一道工序（浸胶）中已单面或双面浸胶，被卷制后形成紧密的纸管。卷出的纸管厚度主要取决于单条纸带的厚度和纸带的层数，纸管的内径取决于套筒的外径，而纸管的致密度则决定于两滚筒的中心的连线与芯轴之间的夹角。2 卷管机的总体方案设计纸管卷管机按其滚筒（机头）的数量来分类，主要有两机头纸管卷管机、三机头纸管卷管机、四机头纸管卷管机等形式：两机头的纸管卷管机常用于对纸管紧密度要求不高的场合，在实际的使用中也是最广泛的；三机头和四机头的纸管卷管机加工纸管的紧密度高、所得产品质量好，但是成本高，加工工艺复杂。纸管卷管机也可按纸管卷管机所加工的纸管大小来分，主要有小型纸管卷管机、中型纸管卷管机、大型纸管卷管机：小型纸管卷管机加工的纸管用于烟花，鞭炮和特定小物件的包装材料上，一般纸管直径d20mm；中型纸管卷管机加工的纸直径20mmd100mm一般用于纺织行业中做布坯包装内芯；大型纸管卷管机所加工的纸管直径d100mm，一般运用在有特殊要求的场合。本次设计的纸管卷管机加工的纸管内径为40mm。本次设计是基于满足棉籽种子包装纸罐的卷管机设计，故对纸管直径尺寸要求不大，对纸管筒体质量要求也不是很高。所以本次设计的方案是设计二机头中型纸管卷管机。其拟采用的动力传动方案见图2所示。图2 纸筒卷管机动力传递示意图3 卷管机的结构设计3.1卷管机原始参数本次设计以加工棉籽种子包装纸罐的卷管机为样本，根据有关企业提供的参数进行设计，具体参数见表1。表1 卷管机的性能参数卷纸层数310层操作人数1-2人芯轴固定方式卡紧式+法兰式双向固定卷管速度318米/分钟卷杆直径12110mm切割方式单盘刀主动切割卷绕机头单机单双皮带主机规格16009002500主机功率2kw纸管壁厚15mm主机转速150-300r/min滚筒直径320mm3.2各级传动载荷参数的计算已知主机转速为150-300r/min，设计中按243r/min进行计算，初步选定的电机转速=960rmin，所以可得总传动比。初步选定减速器传动比，带传动传动，滚筒和套筒之间传动比，所以有。 根据卷管机设计中预选的传动装置，可计算出卷管机总的传动效率5、6。式中：1为联轴器的传动效率，根据机械实用设计手册，选择1=0.96；2为减速器传动效率，根据机械实用设计手册，选择2=0.74；3为联轴器传动效率，根据机械实用设计手册，选择3=0.96；4为带传动传动效率，根据机械实用设计手册，选择4=0.95；5为滚筒与皮带之间的传动效率，根据机械实用设计手册，选择5=0.90。于是得： =0.583。所以可得: 传动轴转速；带轮转速；套筒转速；3.3电动机的选择电动机类型的选择。常用电动机主要有Y系列异三相异步电动机、防爆电动机和直流电动机，Y系列异步电动机具有效力高、起动转矩大、噪声低、振动小、可靠性高等特点，适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械上，如：金属切削机床、泵、风机、运输机械、农业机械、食品机械等。也可以用于对起动转矩有较高要求的机械，如压缩机等。防爆电动机和直流电动机大多应用在有特殊要求的场合，成本很高。根据卷管机的工作性能要求，查阅有关电机手册，拟选用Y系列异步电动机。电动机功率的选择。电动机的功率选择是否恰当，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选得过小，不能保证工作机的正常运行或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机效率和功率因数都较低，造成很大的浪费。电动机功率的确定，主要与其载荷大小、发热、工作时间长短有关。根据原始资料提供的数据，主机的功率为2kw，根据3.2节的初步计算纸筒卷管机传动装置的总效率58%。P=一般选择时，保证电动机的额定功率P稍大于电动机的所需功率P即可，即PP。取P=4kW。电动机转速的选择。同一功率的异步电动机有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等几种同步转速。一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈贵。当工作机转速高时，选用高速电动机较经济；而工作机转速较低时也选用高速电动机，则会使总传动比增大，导致传动装置的结构复杂，造价也高。所以在确定电动机转速时，要全面分析，权衡选用。一般机械中，用的最多的是同步转速为1500r/min和1000r/min这两挡的电动机。由于此次所设计的纸筒卷管机的转速比较低，为32r/min。为了使总的传动比不太大，传动装置的结构简单，从而使造价降低，故选用同步转速为1000r/min的电动机。根据以上分析，查机械实用设计手册，确定选择Y-132M1-6三相异步电动机作为本次设计的纸筒卷管机的动力源。其性具体性能参数见表2所示，结构参数见表3所示。安装尺寸见图3。表2 电机参数型 号功 率（kW）电 流（A）转速（r/min）效率（%）功率因数（cos）额定转矩额定电流最大转矩重量（kg）噪 声A（dB）Y-132M1-649.4960840.772.06.52.28071BCDEFGDGBB17889388010833238表3 电机安装尺寸单位(mm)图3 电机安装尺寸 电动机电器保护。在纸管卷管机使用过程中，电机难免会出现短路、过载、突然断电等情况，为保证人身和财产安全对电机电路进行保护设计是必要的。异步电动机起、停、保护电气控制电路是广泛应用的，也是最基本的控制线路，如图4所示。该线路能实现对电动机的起动，停止的自动控制，并且具有必要的保护，如短路保护、过载保护、零压保护。在如图4所示的电气控制线路中，三相交流异步电动机和由其拖动的机械运动系统为控制对象，通过由控制器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进行控制。控制装置根据生产工艺过程对控制对象所提出的基本要求实现其控制作用。起动电动机，合上闸刀开关Qs，按下起动按钮SB2，接触器KM的吸引线圈得电，其主触点KM闭合，电动机起动。由于接触器的常开触点KM并联于起动按钮，而且这时已经闭合，因此当松手断开起动按钮后，吸引线圈KM通过其辅助常开触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。这个并联接于起动按钮的辅助常开触点通常称为自锁触点。此控制电路称为自锁电路，触点的自锁作用叫做“记忆功能”。使电动机停转：按停止按钮SB1，接触器KM的吸引线圈失电释放，所有KM常开触点断开。KM主触点断开，电动机失电停转；KM辅助触点断开，消除自锁电路，清除“记忆”。图4 电机电气控制线路图短路保护绝缘保护、负载短接、接线错误等故障，都可能产生短路现象。短路的瞬时故障电流可达到额定电流的几倍到几十倍而使电气设备损坏。短路保护要求具有瞬动特性，即要求在很短的时间内切断电源。由于电机容量较大，则主电路和控制电路都单独设置了短路保护熔断器FU1、FU2。过载保护过载也是指电动机运行电流大于其额定电流，但超过额定电流的倍数更小些。过载保护是采用热继电器与接触器配合动作的方法完成保护的。FR在过载时其常闭触点动作，使接触器KM失电，电动机停转而得到保护。零压保护通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源电压消失（如停电），或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转并失去自锁，而电源电压又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运动机构不能自行起动，以确保操作人员和设备的安全。由于电网停电后自锁触点KM的自锁已消除，所以不重新按起动按钮就不能起动。通过上述电路的分析可以看出：电器控制的基本方法是通过按钮发布命令信号；而由接触器执行对电路的控制；继电器则用以测量和反映控制过程中各个量的变化，例如热继电器反应被控制对象的温度变化，并在适当的时候发出控制信号使接触器实现对主电路的各种必要的控制。3.4 联轴器的选择常用的联轴器主要有刚性联轴器和挠性联轴器两种类型。刚性联轴器适用于两轴能够严格对中并在工作中不发生相对位移的地方；挠性联轴器适用于两轴有偏斜（可分为同轴线、平行轴线、相交轴线）或在工作中有相对位移（可分为轴向位移、径向位移、角位移、综合位移）的地方。挠性联轴器又有无弹性元件的、金属弹性元件的和非金属弹性元件之分，后两种统称为弹性联轴器。弹性联轴器都具有缓和冲击的作用。用非金属弹性元件构成的弹性联轴器以及用金属弹性元件构成的弹性元件间有磨擦作用的弹性联轴器，除有缓冲作用外，还有减振作用。对于载荷平稳、转速稳定、同轴度好、无相对位移的可选用刚性联轴器；对于有相对位移的需选用无弹性元件的挠性联轴器；载荷和速度不大、同轴度不易保证的，宜选用刚度弹性联轴器；载荷、速度变化较大的最好选用具有缓冲、减振作用的变刚度弹性联轴器；对于动载荷较大的机器，宜选用重量轻、转动惯量小的联轴器；另外，对联轴器的选择还应考虑的几个因素是：1）装拆方便；2）尺寸较小；3）质量较轻；4）维护简单等。目前，常用联轴器已经标准化或系列化。一般情况下，可以根据主、从动机械传动特点和要求选择合适的联轴器，必要时可进行专门的设计。设计时，可根据工作要求（轴径、计算转矩、工作转速、位移量、工作温度等）确定联轴器型号。在重要场合，对其中个别关键零件应作必要的验算，甚至进行系统的动力学计算。联轴器的品种、形式较多，通常只需考虑它的扭矩和转速等因素，来选择相应的联轴器。传动系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据，载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、振动、正反转、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度和最大外缘尺寸，经过计算而确定。联轴器转速高，外缘离心力大，导致材料破坏，磨损增加、润滑恶化。因此，每种型式的联轴器都有各自限制最高转速或外缘线速度，选用时不得超过。由于球磨机筒体较重且转速较慢，扭矩大，应选用弹性柱销联轴器。这种联轴器具有微量补偿性能，减振、缓冲性能好、工作平稳可靠，无噪声、装拆方便、工艺性好、成本低、使用寿命长、通用性好 。适用于启动频繁，正反转较多，有启动载荷的高速传动。为方便于选用时的计算，将传动系统的载荷分为四类，见表47。表4 联轴器载荷类别载荷类别载荷状况工作系数载荷类别载荷状况工作系数均匀载荷工作平稳中等冲击载荷11.51.52.5重冲击载荷，频繁正反转特重冲击载荷，频繁正反转2.52.752.75在设计和选择联轴器时，除应考虑两轴的相对位置和位置的变动情况外，还应考虑动力机构和工作机的工作性质。在纸筒卷管机的设计过程中，涉及到两个联轴器的选用问题，一个是电机与减速器输入轴之间的联轴器；另一个是减速器输出轴与传动轴之间的联轴器。本次选用的两个联轴器的实际工作转速分别是960r/min和30.47r/min。实际工作转矩分别是39.7 Nm和890 Nm。一般联轴器是根据载荷情况，计算转矩、轴直径和工作转速来选择。联轴器转矩计算。联轴器转矩由下式求出：对于电机与减速器间的联轴器：由机械设计实用手册可知：= Nm所以可得 TC =1.2595504/96049.74Nm式中：理论转矩, Nm； 公称转矩，Nm； 计算转矩，Nm； 驱动功率，这里就是电机功率，前面已知为4kW； 工作转速，这里就是电机转速，前面已知为960r/min； 工作情况系数，见表4。 由联轴器载荷分类和工作情况系数表：纸筒卷管机载荷是均匀载荷工作平稳，工作情况系数K=1.25所以经计算可得TC。根据计算转矩=49.74，=960 r/min查机械传动装置设计手册选用凸缘联轴器的型号是YL5（GB 584386），其公称转矩TC为63 Nm，许用转速n为5500 r/min，结构尺寸见表5，具体结构见图5。表5 YL5型凸缘联轴器的结构尺寸型号轴孔直径d(h7)轴孔长度LDD1螺栓数量螺栓直径ML0MMYL52252105854M8108图5 YL5/YL12型凸缘联轴器的结构图对于减速器与传动轴之间的联轴器：同上。驱动功率：根据前面的计算，已知和电机功率分别为0.96、0.74和4kW，所以=kW Nm Nm式中：理论转矩, Nm； 公称转矩，Nm； 计算转矩，Nm； 驱动功率，kW； 工作转速，这里就是传动轴的转速，前面计算为30.47r/min； 工作情况系数，见表4。根据计算转矩=1112.5，=30.47 r/min查机械传动装置设计手册选用凸缘联轴器的型号是YL12。其公称转矩TC为1600 Nm，许用转速n为2900 r/min，结构尺寸见表5，具体结构见图5。表6 YL12型凸缘联轴器的结构尺寸型号轴孔直径d(h7)轴孔长度LDD1螺栓数量螺栓直径ML0MMYL126014220017012M122893.5减速器的选择减速器是在原动机（一般为电动机）和工作机之间的独立传动部件。一般以齿轮，蜗杆传动等传动部件在铸造和焊接的钢性箱体中构成，有些电动机和减速器构成一个组合体，结构紧凑，使用方便。一般常用的减速器有齿轮箱减速器、蜗轮蜗杆减速器和摆线针轮减速器。选择减速器主要考虑几方面的问题：a.根据总体布置的情况选择减速器的形式在没有其他特殊要求的情况下，常选用圆柱齿轮减速，其输入与输出轴之间平行。因为这种减速器加工方便，效率高，成本低。当要求输入与输出成90角度时，可采用圆锥或圆锥-圆柱齿轮减速器。当传动比较大，要求结构紧凑时，可采用蜗杆传动，但蜗杆传动效率低，适用于短期间歇式使用。b.根据传动的主要参数选择减速器的传动级数和尺寸根据减速器传动的功率，输出轴转速，由总传动比确定减速器的级数，如圆柱齿轮减速器， i810，可用单级圆柱齿轮传动。i=660 可用二级圆柱齿轮减速器，i=40400可用三级圆柱齿轮减速器。知道了功率、转速、总传动比即可选定减速器的型号。c.考虑其他要求选定减速器形式有的减速器还有其他要求，如机器人传动装置的减速器有运动精度，刚度和回差等方面的要求。在高温、低温、高速等条件下运转的减速器也有许多特殊的要求。在本次纸筒卷管机的设计中要求减速装置的输入轴与输出轴成90角度、结构紧凑、传动比较大。所以采用蜗轮减速器来实现降速增矩的作用。根据电机的转速和卷管机功率和总传动比来确定蜗轮减速器的相关参数计算结果如下：蜗轮减速器传动比的确定：根据前面计算可知=31.5。计算载荷P1c的计算：由机械传动装置设计手册公式有P1c=P1KAf1式中： P1蜗杆输入功率（kW）即为电动机的功率，前面已知为4 kW； KA蜗轮轴输出转矩（Nm）； f1圆弧圆柱蜗杆减速器工况系数。根据纸筒卷管机原动机的内型、日运转时间、每小时启动次数、和载荷性质，查机械传动装置设计手册查得KA=1.25；f1=1所以P1c=P1KAf1=41.251=5kW再根据P1c为5KW，查机械传动装置设计手册确定选用圆弧圆柱蜗杆减速器的具体型号是CWS 125-31.5-F JB/T 7935-95型圆弧圆柱蜗杆减速器8。表7 蜗轮传动参数公称传动比i输入转速n1（r/min）额定输入功率P1（kW）额定输出转矩T（Nm）中心距a （mm）31.510006.01365125蜗轮减速器安装尺寸的确定；依据上表所确定的蜗轮中心距a=125，根据机械设计设计手册查得蜗轮减速器的安装尺寸如下表；表8 蜗轮减速器安装尺寸aB1B2C1C2H1HL1L2L3L4hd1b1t1l11252602202001801124122151951102053232j6103558d2l2b2t2d3DD0D1Th1H0H2重量55k6821659M16400355300H8620160437100蜗轮传动的润滑：蜗杆圆周速度在10m/s以下的蜗杆减速器可以采用油池润滑。当蜗杆在下时，油面高度应低于蜗杆螺纹的根部，并且不应超过蜗杆轴上滚动轴承的最低滚珠（柱）的中心，以免增加功率损失。但如满足了后一条件而蜗杆未能浸入油中时，则可在蜗杆轴上装一甩油环，将油甩到蜗轮上以进行润滑。当蜗杆在上时，则蜗轮浸入油中的深度也以超过齿高不多为限。蜗杆圆周速度在10m/s以上的减速器应采用喷油润滑。喷油方向应顺着蜗杆转入啮合区的方向，但有时为了加速热的散失，油也可从蜗杆两面三刀侧送入啮合区。若工作温度低于0以上。蜗杆上置的，粘度应适当增大。根据上面的分析，给合实际，此次设计选用油池润滑。3.6 传动轴的设计在卷管机的设计中，蜗轮减速器输出轴的扭矩是经由联轴器传递给同步带轮。传动轴的设计好坏直接关系到卷管机工作的稳定性。所以必须对传动轴的载荷进行计算，遵照计算的结果，对传动轴做出合理的结构设计。传动轴的轴颈直径计算6 传动轴的功率：传动轴传递的转矩： Nmm式中：联轴器1的效率，上面已知为0.96； 蜗轮减速器的效率，上面已知为0.74； 联轴器2的效率，上面已知为0.96； 电机的功率，上面已知为4kW。 轴的转速，根据前面的计算传动轴转速=30.47r/min由机械实用设计手册公式有式中：d轴的直径，mm； T轴传递的转矩，Nmm； P轴传递的额定功率，上面已计算为2.8416kW； n轴的转速，根据前面的计算传动轴转速=30.47r/min；材料的许用应力，MPa，查机械实用设计手册45号钢=2545MPa，这里取=25MPa进行计算。经圆整去轴的直径d=57mm进行下一步的设计和计算。传动轴的强度校核：疲劳强度校核是记入应力集中、表面状态和绝对尺寸影响后，对轴的危险截面的精确校核。危险截面是受力较大、截面较小及应力集中较严重的截面9。由机械实用设计手册公式有 式中：材料的疲劳极限， 45号钢的疲劳极限取240； 轴危险截面上的弯矩，这里就是传动轴的转矩，前面计算为Nmm； 轴危险截面上的抗弯截面模数，取mm； 弯曲疲劳极限综合影响系数，查机械实用设计手册取2.25。 弯曲和扭转时的平均应力折合为应力幅的等效系数，查机械实用设计手册取1.75。卷管机中的传动轴采用45号钢，经热处理工艺，材料性能应属均匀，载荷与应力计算准确查机械设计手册得 =1.31.5，根据计算结果S=1.78，所以传动轴满足疲劳强度安全系数校核的要求。传动轴的扭转刚度校核：式中：轴所传递的转矩，前面计算为890Nm；轴的外径，前面计算为57mm；许用扭转角。卷管机中的传动轴属一般精度要求的轴，查表可知其许用扭转刚度10/m，所以轴所承受的扭转刚度，故本次设计的轴满足扭转刚度要求。根据计算结果，查机械使用设计手册，取轴的直径d=57mm。传动轴各段长度设计：考虑到设计中为方便在传动轴上安装带轮、滚动轴承和装配需要，传动轴中部需留出一段台阶。传动轴安装带轮一端距台阶92mm，传动轴安装联轴器一端距台阶150mm。传动轴具体结构见图6。图6 传动轴结构图3.7带传动设计在本次的纸筒卷管机的设计中，应采用何种传动将从减速器输出轴的动力顺利的传递到卷管机的滚筒上，因为减速器和滚筒两轴线是竖直、转速不高（32r/min）且中心距较大。中心距较大如果采用齿轮传动则传动装置轮廓尺寸很大，所以不适合采用齿轮传动。若采用链传动来实现两轴间的动力传递按照本次设计的要求则链传动的布置位置不合适，极易发生脱链；因为转速很低，若采用普通V带传动则容易产生打滑现象，所以也不能采用V带传动。同步带传动综合了带、链和齿轮传动的优点，带的工作面呈齿形，与带轮的齿槽做啮合传动，使主、从动轮间能作无滑差的同步传动。其特点：传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油、耐磨损，抗老化性能好，传动效率可达99.5%，传动功率从几W到数百kW，传动比可达10，线速度可达40m/s。综合以上原因考虑确定使用同步带传动来实现两轴间的传动。因为本级带传动的目的不是增加或降低转速，而是传递动力，所以传动比可取1。同步带的设计计算：计算功率计算Pd：根据机械传动装置设计手册，同步带的计算功率Pd为：Pd=KAP式中： Pd同步带的设计功率（kW）；P为同步带的输入功率，这里就等于传动轴的功率，根据前面计算为2.8416kW；KA同步带工况系数。根据纸筒卷管机的工作环境和原动机类型，查机械传动装置设计手册，查得KA=1.6Pd=KAP=1.62.96=4.736kW选择同步带的节距Pb：Pd=4.736kW和n1=30.47r/min查机械传动装置设计手册，选取XXH型同步带，Pb=31.75小带轮齿数z1：根据机械传动装置设计手册XXH型同步带zmin=22，取z=22。小带轮节圆直径d1；大带轮齿数：大带轮节圆直径：带速：带的节线长度：查机械传动装置设计手册，选，。初定中心距：根据卷管机的设计情况，初步确定275325，取=300mm进行同步带的选型计算。计算中心距：小带轮啮合齿数：查机械传动装置设计手册，6，合适带的结构和尺寸：传动选用的同步带型号为840XH300，带轮的结构如图7所示8。图7 同步带结构3.8芯轴的设计芯轴是纸筒卷管机进行卷管加工的核心部件，所以对它的设计与加工都有较高的精度要求。它在卷管机中的作用是支撑套筒和为纸管导向的作用。并不直接起传递扭矩或载荷的作用。套筒通过轴承安装在芯轴之上，在卷管机工作中，芯轴被固定在机身的法兰上。套筒通过轴承和芯轴产生相对的旋转运动。为满足轴的导向作用，因此对轴的刚度有较高的要求。用扭应力计算法来计算轴的直径：按轴传递的转矩引起的扭应力计算，通过降低许用扭应力，来考虑所受弯矩的影响。查机械传动装置设计手册，查得45号钢的许用扭应力=29.539.0MPa，考虑到在这次卷管机中，芯轴所受载荷的特点，选取=35MPa进行计算。传递的功率：由机械传动装置设计手册公式有 32.67mm式中：传递的功率，上面计算为2.332kW；轴的转速，这里指的就是，前面已计算为243.76r/min；轴内径与外径之比，对实心轴=0；轴的许用扭应力，查机械传动装置设计手册取为35MPa。查机械传动装置设计手册，选定芯轴直径d=34mm。因为芯轴在卷管机工作过程中，主要是为纸管提供导向和支撑作用，所受载荷不大，故无须进行轴的强度校核。其结构见图8。轴的材料选用45号钢，进行调质和淬火工艺处理。图8 芯轴结构图3.9滚筒的设计滚筒是纸筒卷管机卷纸机构的重要部件，它的作用就是将从上级带轮上获得的动力过皮带传递到套筒上。以便实现卷管所需的必要运动条件，来完成卷管工作。所以在本次设计中有必要对滚筒的结构和工艺进行相关的设计。筒身的两端内头焊上通常由锻造和铸造加工的法兰圈，作为安装端盖的对中基准。近来也有将筒身和端盖焊成整体的筒身。筒身的长径比约0.881.2。筒身钢板的厚度，卷管机取其直径的（1.52.5）%。查机械设计手册，查得筒身钢板的厚度选用其直径的(1.5-2.5)%，初步选用直径的2.5%，即：筒身壁厚：=3202.5=0.016m=8mm筒体质量：S1=R2 = =78500.005=39.25筒体重量：G1=Mg=39.259.8=384.65N 滚筒产生的离心力：式中：滚筒材料Q235A的密度，查机械设计手册为； 滚筒的转速，前面已计算为30.47r/min； 重力常量，查机械设计手册为。根据计算结果，查机械设计手册，确定选用的滚筒结构，具体滚筒结构见图9。图9 滚筒结构图从结构图难看出，为加强滚筒的强度，在滚筒中分别平均安置了三块闷头。为使滚筒方便和传动轴相连接，在滚筒中的套筒内侧开有键槽。滚筒外表面采用滚花工艺处理以增加带传动的摩擦力。3.10机架的设计机架在机器中的作用是支撑机身部件，给机器上的相关部件提供合适的安装位置，构成功能完整的机器。在这次设计中机架是采用标准的冷扎槽钢焊接而成的。之所以采用槽钢的焊接件，是因为通过焊接能够方便的到结构较为复杂，生厂批量小的机架。这次采用的槽钢是标准的8#槽钢，8#槽钢具体结构参数见图10。图10 标准8#槽钢结构参数图 根据纸筒卷管机的总体设计要求和设计计算得出的数据结果，确定各个传动部件，如电机、蜗轮减速器及带轮的中心距来确定其在机架中的安装位置。图11为机架的设计结构简图。图11 机架结构视图在机架的设计和加工过程中和零部件的装配过程中，重要部件的相对位置公差，必须保证在所要求的范围内。3.11总体装配结构设计根据零部件设计和选用的结果，遵照各零部件之间的精度要求和配合关系，绘制出纸筒卷管机的装配图，如图12所示。图12 螺旋卷管机装配图4 总结纸罐包装已成为现代生活的一种时尚，用于纸罐加工的包装机械具有广阔的发展前景。本文主要对用于纸筒卷管的卷管机进行了结构设计，完成了主要零部件的选择与设计，装配图的绘制和有关的设计计算。经过几个月的设计锻炼，充分的将以前在课堂上学到的理论知识与实践结合起来，使我学到了许多在课堂上学不到的东西，真正做到了学以致用，学有所用！ 致谢经过几个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，在老师和同学的帮助下，我顺利的完成了设计任务。 在这里首先要感谢我的指导老师易克传老师。易老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅收集资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。