毕业设计（论文）-ZWX2型螺旋卷芯机的机械传动装置及控制系统的设计.doc

大学毕业设计（论文） 任务书及开题报告 题 目 ZWX2 型螺旋卷芯机的机械传动 装置及控制系统的设计 学 院 机电工程学院 专业班级 机械 072 班 学生姓名 指导教师 I 填 表 说 明 1任务书中内容由指导教师本人填写，并经专业审定后，下发给学生。 2开题报告中内容由学生根据任务书要求，经查阅资料、调研后填写。 3开题报告一般在开始毕业设计（论文）工作的第 1-2 周内完成，由各 专业或教研室组织安排开题。 4开题报告应包括以下几个方面的内容： （1）课题的来源及选题的依据、意义，课题在理论或实际应用方面的价 值以及可能达到的水平。 （2）课题在国内外研究现状和水平。 （3）课题研究的内容及拟采用的技术路线或研究方法（包括设计、实验、 加工测试条件等） 。 （4）研究中的主要难点以及解决问题的方法。 （5）设计（论文）的工作进度计划（以周为单位） 。 （6）主要参考文献。 5填写不下可另加附页。 6本材料装订顺序为：任务书、开题报告。 毕业设计（论文）任务书 题 目ZWX2 型螺旋卷芯机的机械传动装置及控制系统的设计 题目 类型 设计 论文 其他 学生 姓名 学 号 学 院 机电工程学院 专业 班级 机械 072 班 指导 教师 职 称 副教授 系 主 任 主管 院长 任务下达 日期 2011 年 4 月 4 日 任务完成 日期 2011 年 6 月 15 日 任务要求（课题目标、主要内容、技术参数、基本要求等） 一、课题目标 本课题是培养学生对大学四年来所学知识的进一步巩固， 是大学教育中重要的教学环节，是培养学生独立思考和科学的工作方 法的重要过程，是培养学生运用所学知识解决工程中实际问题的方法 之一。 二、主要内容 设备采用了一台直流电动机，经过圆锥齿轮、蜗轮蜗杆 两级变速、换向，带动皮带辊，使纸管在皮带作用下旋转，并轴向移 动。可编程控制器控制协调整机动作。 三、技术参数 1、卷制纸管内径 78mm，外径 86mm。 2、纸管长度范围为 12004000mm。 3、生产中纸管的移动速度为 38m/min。 四、基本要求 1、电动机：卷芯装置 Z2-42/T2，4KW，1500r/min，2 台 叶片泵：YB-63，25kg/cm2，63L/min 2、技术要求：纸管切口处须光滑，无须二次切割。 注：任务书必须由指导教师本人填写 I 毕业设计（论文）开题报告 一、选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值 通过对 ZWX2 型螺旋卷芯机进行实地考察、分析，比较全面地巩固了前 期学过的机械专业所涉及到的，特别是机械设计、机械原理和机械制图方 面的知识，该设备是纸制品车间主要的生产设备，应用广泛，它能制造不 同直径、不同长度的纸芯、纸筒和纸板，常用于造纸、塑料、纺织、食品 等行业中，该设备结构简单、造价低廉，现阶段特别适用于生产，在实际 生产方面有广泛的使用价值。控制系统方面，原机采用传统的继电器控制， 功能简单，使用寿命短。可编程控制器提高系统的响应速度，还具有故障 自动检测功能，报警停机，自动计数。为生产提高了方便，节约了人力， 使整机的自动化程度进一步提高。 二、本课题在国内外的研究现状 螺旋卷芯机属于轻工业机械，是造纸完成设备，集机械电子、液压于 一体，目前国内相关生产企业较少，如中国轻工业机械石家庄公司生产的 ZWX1 型平卷式及 ZWX2 型螺旋式。前者适合卫生纸、胶带的纸芯生产，尺寸 小，重量轻；后者具有加工范围广，尺寸长，重量大等特点，应用于塑料 薄膜的纸芯等。国外的技术由于发展较早，人力物力财力等方面投入较多， 水平较国内先进。ZWX2 型螺旋卷芯机的设计水平是八十年代的生产水平， 随着日益增长的经济发展和社会的进步，该设备已不具备竞争能力，为此， 必须对该设备进行改进，使之符合当今社会发展的需要，该设备在现阶段 广泛应用于各种领域，适合当前的需要，本课题在国内外的研究有一定价 值。 三、课题研究的内容及拟采取的方法 本课题主要是 ZWX2 型螺旋卷芯机的内部结构及要改进方面的设计，重 点是对机械传动装置的设计，主机部分主要采用一台直流电动机带动两个 辊轮的旋转工作，由皮带的摩擦带动第三个辊轮转动以完成卷芯工作。采 用计算机辅助设计。控制系统协调整机动作，其核心采用可编程控制器针 对各功能模块编制梯形图程序。 II 四、课题研究中的主要难点以及解决的方法 本次设计研究主要是对机械传动装置及控制系统的改进，研究过程中 的主要难点是机械传动系统的方案选择与设计，以及控制系统的设计，其 解决方法主要是同组同学共同研究和向指导教师请教，以及大量的查阅有 关方面的资料。 五、毕业设计（论文）工作进度计划 1 周：查阅资料，编写开题报告，拟订设计方案。 2 周：方案设计，比较拟订的各种方案，确定最终的设计方案。 3 周：传动方案的确定。 4 周：运动及动力设计计算，根据设计方案确定主要零件的结构形状、尺寸， 进行强度校核。 5 周：绘制各部分结构的装配草图。 6 周：利用计算机绘制总装配图、零件图。 7 周：控制方案设计。 8 周：选择 PC 机，绘制可编程序控制器工作流程图。 9 周：绘制可编程序控制器控制梯形图。 10 周：整理设计说明书，排版及整个图纸的最后审核。 11 周：设计说明书排版、打印、装订；设计图的计算机输出；整理毕业设 计资料，准备答辩。 12 周：毕业设计答辩。 III 六、主要参考文献（或资料） 1.濮良贵,纪名刚.机械设计.高低等教育出版社,2006. 2.林景凡,.互换性与质量控制基础.哈尔滨工程大学出版社,2004. 3.齐占庆.机床电气控制技术.机械工业出版社,1997. 4.孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理.高等教育出版社,2008. 5.邓文英.机械制造工艺学.哈尔滨:哈尔滨工业出版社,1995. 6.大连理工大学工程画教研室.画法几何.北京:高等教育出版社, 2007. 7.机械设计手册联合编写组.机械设计手册.北京:化学工业出版社, 1982. 8.Gilbert Kivenson.The Art and Science of Inventing(2nd ed).VNR Co.1982. 9.SIMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004. 指导教师意见 指导教师_签字 年 月 日 专业审查意见 审查人_签字 年 月 日 IV 摘 要 本设计在原有设备与技术要求的基础上，通过查阅大量资料，对卷芯机的总体结 构和方案进行了论证。由设计参数进行初选电动机，然后做减速机构的设计计算和校 核，控制系统加入可编程序控制器，能较好地控制协调整机动作，并完成了总装配图 的绘制。 设备经过改造后，改变了原有的切割装置的控制，为其更好地工作，使本设备具 有液压辅助工作与可编程序控制器相结合的控制系统。为了节省人力财力，设计了自 动落料装置，由液压缸的升降过程来实现自动控制。设计活动支承轴芯后，使原来切 割时纸筒变形的现象减少了，提高了生产率。 关键词：锥齿轮；传动装置；控制系统；可变程序控制器 V Abstract The design requirements of original equipment and technology, based on access to large amounts of data through, the volume of the overall structure of the core machines and programs were demonstrated.By the design parameters of the primary motor, gear box and then do the design calculation and verification, the control system to join the programmable logic controller, can better control the whole movement coordination, and complete mapping of the general assembly. Equipment has been modified to change the original cutting device control, their work better, so that the device has a hydraulic auxiliary work combined with the programmable logic controller, the control system. In order to save human and financial resources, the design of the automatic blanking device, by a hydraulic lift cylinder to automatically control the process. After the supporting shaft design activities, so that the original paper tube cutting phenomenon of reduced deformation and improve productivity. Key words: Bevel gear; Transmission; Control system; Variable program controller 目 录 摘要I AbstractII 第 1 章 绪论1 1. 1 选题的依据及意义1 1. 2 国内外研究现状与发展趋势1 1. 3 螺旋卷制产品简介2 1. 4 课题研究主要内容3 第 2 章 方案论证及分析4 2. 1 原设备生产过程中体现的优点与不足4 2. 2 卷芯机的基本组成和工作原理4 2. 3 卷芯机在不同控制系统下的操作原理5 2. 4 主要技术规格6 第 3 章 机械传动装置的总体设计7 3. 1 分析和拟定传动装置的运动简图7 3. 1. 1 蜗杆传动的特点7 3. 1. 2 齿轮传动的特点7 3. 1. 3 传动方案运动简图8 3. 2 选择电动机8 3. 3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比9 3. 3. 1 确定总传动比9 3. 3. 2 分配各级传动装置传动比11 3. 4 计算传动装置的运动和动力参数11 第 4 章 机械传动件的运动及动力计算13 4. 1 锥齿轮传动方案的设计计算13 4. 1. 1 选定齿轮的安装方式，精度等级及材料13 4. 1. 2 按齿面接触疲劳强度设计13 4. 1. 3 校核齿根弯曲疲劳强度15 4. 2 蜗轮蜗杆的设计计算16 4. 2. 1 基本要求16 4. 2. 2 选择蜗杆传动类型17 I 4. 2. 3 选择材料17 4. 2. 4 按齿面接触疲劳强度进行设计17 4. 2. 5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸18 4. 2. 6 校核齿根弯曲疲劳强度19 4. 2. 7 精度等级公差和表面粗糙度的确定：19 4. 3 轴的设计计算19 4. 3. 1 初步确定轴的最小直径20 4. 3. 2 对 II 轴进行强度校核20 4. 4 联轴器的选择23 4. 4. 1 类型的选择23 4. 4. 2 载荷计算23 4. 4. 3 型号选择24 第 5 章 控制系统25 5. 1 切割装置的 PLC 控制25 5. 1. 1 PLC 概述25 5. 1. 2 系统控制要求25 5. 1. 3 工作流程图25 5. 1. 4 I/O 接线图26 5. 1. 5 I/O 地址定义表27 5. 1. 6 控制梯形图27 5. 1. 7 指令语句表27 5. 2 落料部分的自动控制27 5. 3 活动支承轴芯的设计29 5. 3. 1 结构设计29 5. 3. 2 液压缸的选择29 第 6 章 设备的润滑31 结论32 参考文献33 附录 135 附录 236 附录 337 致谢38 0 第 1 章 绪 论 1.1 选题的依据及意义 纸筒卷芯机的开发和设计具有一定的实际生产应用价值。随着人民生活的提高和 节奏的加快，用纸制产品代替金属及塑料泡沫制品，制造纸杯、纸盒、纸罐、纸筒及 一次性餐具等系列产品，已越来越受到世界各发达和发展中国家的欢迎和青睐。这是 因为金属制造这类产品成本高，价格偏贵。而生产降解性好的纸餐具、纸制杯、罐、 管、盒等一次性纸制品，提倡引进系列纸制品产品生产的先进技术和设备。因此本设 计项目的研究开发对造福人类、美化环境，都具有深远的历史意义和现实意义。纸芯 同步切断卷管机包括有机架、送纸机构、动力传动机构、卷纸芯装置及切断装置。动 力及传动机构包括卷纸芯装置用传动机构和切断装置用传动机构，且这种纸芯同步切 断卷管机由于卷纸芯装置和切断装置共用一套动力机构，既能有效简化设计结构，降 低制造成本，又能保证运行的同步调节。 通过对 ZWX2 型螺旋卷芯机进行实地考察、分析，比较全面地巩固了前期学过的 机械专业所涉及到的，特别是机械设计、机械原理和机械制图方面的知识，该设备是 纸制品车间主要的生产设备，应用广泛，它能制造不同直径、不同长度的纸芯、纸筒 和纸板，常用于造纸、塑料、纺织、食品等行业中，该设备结构简单、造价低廉，现 阶段特别适用于生产，在实际生产方面有广泛的使用价值。 1.2 国内外研究现状与发展趋势 螺旋卷芯机属于轻工业机械，是造纸完成设备，集机械电子、液压于一体，目前 国内相关生产企业较少，如中国轻工业机械石家庄公司生产的 ZWX1 型平卷式及 ZWX2 型螺旋式。前者适合卫生纸、胶带的纸芯生产，尺寸小，重量轻；后者具有加 工范围广，尺寸长，重量大等特点，应用于塑料薄膜的纸芯等。由哈尔滨国营风华机 器厂包装技术开发公司研制的 LJJ 型自动螺旋卷机，1996 年获得国家级新产品证书， 曾出口亚洲,畅销国内市场。日前发往加纳， 进入非洲市场。2001 年武进市协明纸制 品有限公司最新推出了“协明牌”电脑数控 JCF2220/200 螺旋斜卷纸筒机，该设备适 用于将盘纸上胶后复卷成各种不同孔径和壁厚的纸筒，纸筒长度任意可调，设备精良， 适用范围广，是塑料、医学卫生、化纤、纺织用纸筒生产的必备设备。昆山市永盛机 械有限公司最新研制的 YS2B 第二代全自动纸角成型机已获国家实用新型专利，填补 1 了国内空白。 国外的技术由于发展较早，人力物力财力等方面投入较多，水平较国内先进。 ZWX2 型螺旋卷芯机的设计水平是八十年代的生产水平，随着日益增长的经济发展和 社会的进步，该设备已不具备竞争能力，为此，必须对该设备进行改进，使之符合当 今社会发展的需要，该设备在现阶段广泛应用于各种领域，适合当前的需要，本课题 在国内外的研究有一定价值。 大千世界，物态万千，任何事物的存在都不是一成不变的，我国的卷芯机行业也 无不例外，要么进步，要么落后，那么如何提高这个行业的发展呢？这成为卷芯机厂 商们普遍关注的问题。 那么进步的核心在哪里呢？更新是关键！ 更新换代的方式是采取更换局部零、部件或关键性部件和关键性技术，从而达到 更换一台机组的目的，使原包装机械装备或生产线的生产能力、性能、效率、机型和 组装方式等得到更新。这样对大部分部件、机组零件获得重复利用，既达到提高装备 价值，且又节省了原材料和大量劳动力，降低了成本。 这种发展趋势表明，纸筒包装设备、纸管机、卷筒纸分切机、切管机、纸管机设 备、螺旋卷芯机愈来愈向标准化、系列化、综合化、组装化、联机化、智能化的模式 发展。民用、军用高技术也将愈来愈广泛地进入整个包装机械装备领域。激烈的市场 竞争，无疑将加速纸筒包装设备在各行各业中的更新换代和技术改造步伐。 1.3 螺旋卷制产品简介 要想对 ZWX2 型螺旋卷芯机进行设计研究，必须对产品工艺进行了解。 螺旋卷制纸筒在中国大陆虽然只有很短的历史，但它的用途广泛，发展十分迅速， 目前在纸包装行业里仅次于纸箱。随着社会的进步发展和人们生活水平的提高，人们 对美的追求以及对环保意识的加强，各行各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。 纸筒产品可广泛应用于纺织、印染、五金、塑料造纸、医药、食品、饮料等行业 的包装。螺旋卷制纸筒的产品主要有化纤纸筒系列，工业纸筒系列，外包装管、罐系 列等。螺旋卷制纸筒依据其用途不同，质量要求、工艺用材也不相同。纸筒生产的主 体是卷管，卷出高质量的坯管是产品质量的重要保证。确保高质量的坯管因素有很多， 其中包括卷管机的性能、分纸机分出的纸带质量、纸张性能、粘合剂质量、卷管皮带 的选择、生产工艺以及操作方法等。如果卷管机的性能达不到要求，就无法生产高质 量的纸筒坯管。卷管时纸带平直伸展、上胶均匀、刮胶合理、螺旋角度准确，纸带复 合时间合理、机械运行平稳、皮带压力适当、各层纸带宽度合理等，才能保证卷管质 2 量。 卷管的螺旋角是纸筒成型的重要工艺，卷管的螺旋最佳角度 120130。由此来 确定卷管所需要的各层纸带宽度、卷管皮带的宽度。纸带的基本宽度是根据纸筒内a 径与螺旋角度的补角来确定的，它们的关系是。面层纸带与底tan/sins 层纸带的宽度差是 3-4mm(根据纸筒厚度确定)，各层纸带的宽度排列是面宽底窄，一 般的工艺排列面 3-4 层纸带落差每层 lmm 以内，底层与底二层落差 lmm 左右，中间纸 带采用同宽纸带。皮带宽度与面纸同宽，厚度根据纸筒的厚度同比确定，长度根据纸 筒的厚度同比确定，长度根据滚筒距离、滚筒调节距离及纸筒直径来确定。 1.4 课题研究主要内容 ZWX2 型螺旋卷芯机是市第二塑料制品纸制品车间的主要生产设备，该设备的设 计水平是八十年代的水平，随着日益增长的经济发展，该设备已不具有竞争能力，已 不能适应当今社会的发展，所以必须对该设备进行改进，以满足当前的需要。 本设计以原有的卷芯机为依据，对其整体结构、传动机构、芯轴和控制系统等进 行设计。控制系统方面，原机采用传统的继电器控制，功能简单，使用寿命短。可编 程控制器提高系统的响应速度，还具有故障自动检测功能，报警停机。为生产提高了 方便，节约了人力，使整机的自动化程度进一步提高。这次设计也是对自己的科研能 力和综合知识能力进行一次锻炼。 3 第 2 章 方案论证及分析 2.1 原设备生产过程中体现的优点与不足 ZWX2 型螺旋式卷芯机能制造各种不同直径、不同长度的纸芯、纸筒等产品。 该机器设备的生产过程中体现的优点是： （一）能够连续工作制成产品，供料连续，生产无间歇，生产率比较高。 （二）设备是以机械运动为主，辅以电气液压系统，控制方便采用光电计数控制。 可以实现任意长度的纸筒。 （三）由于设备组成简单并产品是纸制品，所以，加工中的工作力与受载为轻载， 故使用寿命比较长，维修与使用方便。 该设备的使用中所体现的不足： （一）切断装置采用有齿锯切割，使产品的不合格率增高，而且需工作人员手工 修理，并且产生纸屑，四处飞扬，影响机器生产。 （二）动力源过多，卷芯装置、切割装置、液压系统，分别是 2 台 4kw，1 台 2.2kw，1 台 4kw，四台电机，其用在卷芯装置有 2 台 4kw 电机，在工作中将出现转数 不同现象。 （三）液压系统中的液压油受季节影响，油液粘度对温度变化很敏感，温度升高， 粘度下降，油温的变化会引起油液粘度的变化，影响液压传动的工作平稳性，在低温 和高温的场合，使用液压传动有一定的困难。 （四）主控台在机器的一侧，设备的启停，电机的无级变速均由主控台控制。由 于设备比较大，当供料或是下料等处出现故障影响工作时间，关闭机器不方便，使维 修时间过长。 （五）胶料槽的容量有限，必须有工作人员经常上胶，影响工作效率。 针对上述各方面的不足，着眼于国内同类产品的具有九十年代水平的该类设备， 尤其是以黑龙江纸制品包装公司的该类产品，经过参考分析后，将 ZWX2 型螺旋卷芯 机进行改进，如果该设备不经改进，必将被淘汰。 2.2 卷芯机的基本组成和工作原理 卷芯机主要由机架、动力机构、上纸机构、卷芯机构和控制机构等部分组成。主 要工作部件是辊轮、芯轴，依靠带传动带摩擦力将浸胶的纸带按螺旋线的规律卷紧在 4 转动芯轴上，通过芯轴的转动将卷好的纸带传出，从而加工出纸管。 螺旋卷芯机按其辊轮（机头）的数量来分类，主要有两机头卷芯机、三机头卷芯 机、四机头卷芯机等形式：两机头的卷芯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；三机头和四机头的卷芯机加工纸管的紧密度高，所得产 品质量好，但成本高，加工工艺复杂。 卷芯机也可按所加工的纸管大小来分，主要有小型卷芯机、中型卷芯机、大型卷 芯机：小型卷芯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；中型卷芯机加工的纸管直径 20mmd100mm，一般运用在有特殊要求的场合。 本次设计的螺旋卷芯机加工的纸管内径为 78mm，产品为纸制品，对纸筒筒体质 量要求较高，所以本次设计的方案是设计三机头中型卷芯机。 其基本工作原理如图所示： 图 2-1 螺旋卷芯机工作原理简图 2.3 卷芯机在不同控制系统下的操作原理 从卷芯机的工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继 电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条 件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而 PLC 的用户程序是按一定顺 序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个 继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。 从卷芯机的控制方法上看，电气控制系统逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触 点的串联或并联等组成控制逻辑。而 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的 方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功 能。 5 2.4 主要技术规格 1）卷芯机原始参数参见表 2-1。 表 2-1 卷芯机的性能参数 卷纸层数224 层卷管速度318m/min 卷杆直径18200mm切割方式无齿锯切割 卷绕机头三机头，双皮带定长方式光电管+定位挡板 主机功率10kw调速控制PLC 上胶方式单面或双面上胶纸管壁厚115mm 2）纸芯规格如下： 内径：mm10032 壁厚：mm124 . 1 长度：mm40001200 3）料槽：总容量 400 升 4）生产率：38m/min 5）电动机 卷芯装置：Z2-61 10kW 1500r/min 1 台 液压系统：JO2-42-6 4kW 960r/min 1 台 6）可编程序控制器 切割装置由可编程序控制器控制，为满足控制系统要求，选择三菱公司生产的大 A 系列 PLC，A1N 型号 CPU，其产品主要规格性能如下： 输入输出点数：256 点； 输入输出数据设备点数：256 点； 程序容量：6k； 基本命令处理速度（LD 命令）：1.0s； 内藏 RAM 存储器容量：16k。 6 第 3 章 机械传动装置的总体设计 3.1 分析和拟定传动装置的运动简图 结合螺旋卷芯机功能要求，考虑结构简单，尺寸紧凑可靠，制造方便，成本低廉， 传动效率高和使用维护方便，选用二级减速器，为使传动方向改变，第一级采用锥齿 轮传动，传动方式为空间立体，第二级传动为获得较大传动比，采用蜗杆蜗轮传动。 3.1.1 蜗杆传动的特点 蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得 较小的结构尺寸；同时，由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑油 膜，也有利于提高承载能力及效率。其主要特点如下： 1）当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只转过一个齿 距，因而能实现大的传动。在动力传动中，一般传动比 i=580；在分度机构或手动机 构的传动中，传动比可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零 件数目又少，因而结构很紧凑。 2）在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合 及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。 3）当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。 4）蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作 条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。 因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为 0.4 左右。同时由于摩擦 与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈） ，以便与钢制蜗杆配对组成减摩型 良好的滑动摩擦副。 3.1.2 齿轮传动的特点 锥齿轮（特别是大模数锥齿轮）的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其 直径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考 虑能否达到所需制造精度以及成本问题。 齿轮传动的特点如下： 1）效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传 动的效率可达 99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1%，也有很大的 经济意义。 7 2）结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3）工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分 可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。 4）传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应 用，也就是由于具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的 场合。 3.1.3 传动方案运动简图 传动方案如图 3-1 所示 图 3-1 传动方案运动简图 3.2 选择电动机 在本次设计中选用了直流电动机，是因为直流电动机是直流店和机械能直接转化 的旋转电机。 直流电动机具有调整性能优良，过载能力大，可实现频繁的无机快速启动，制动 和反转的特点。能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，因此在要求调 速范围宽以及有特殊运行性能的自动控制系统中占有重要地位。 直流电动机有很多优点： 1）调速性能好：转速调节方便，调速范围广，易于平滑调节。 2）启动转矩、制动转矩大，易于快速启动和停车。 3）过载能力强，能承受频繁的冲击负荷。 8 4）易于控制，调速系统简单、可靠。 因此，该设备选用了直流电动机，而不采用交流电动机。 由于原设备有四个辊轮，带动两条皮带完成卷芯工作，所用的两台型号为 Z2- 42/4kw，1500r/min 的直流电动机。现将该设备改进，需用三个辊轮，一条皮带带动完 成工作，故选用一台功率大于 2 台相当功率的电动机即可完成工作。 查机械设计手册选择型号为 Z2-61 的电动机。额定功率为 10kw，转速为 1500r/min，额定电压为 220V，最高允许转速为 2400r/min。 基本参数如表 3-1： 表 3-1 电动机性能参数 额定电流/A效率/% 最高转速 /(r/min) 型号 额定 功率 /kw110220 11 0 220110220 转子转动惯 量/(Nm2) 外型尺寸 /mmmmmm （A10 型） 质量 /kg 额定转速 1500r/min Z2-6110108.253.88484.5240024005.6 637524488 175 3.3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 3.3.1 确定总传动比 与传动比有关的因素有 1）皮带与芯轴的夹角；2）皮带轮的半径；3）纸筒的R 前进速度；4）电动机的额定转速；5）电动机的最高允许转速。 纸 V 额 n max n 传动装置总的传动比由选定的电动机满载工作转速和工作机主动轴的转速 总 I m n 确定，即，且在多级传动的传动装置中总的传动比为各级传动比的连乘 w n w m n n I 总总 I 积。 cos2cosnrrV 纸 cos2 r V nw 纸 9 则 纸 总 V rn n n I m w m cos2 在原始设备中 min/m83 纸 v min/r1500 额 n min/r2400 max n mm125R 8060 取时有 60 59.7325.196 83 60cos1012514 . 3 21500 3- 总 I 取时，80 61.2530.68 83 80cos1012514 . 3 21500 3- 总 I 考虑到最高转速，有min/r2400 max n 纸 总 v rn n n I w cos2 maxmax 代入数值得时， 60 75.11700.314 总 I 时， 80 98.4027.109 总 I 根据，综合上述传动比，取 68.3073.59 之间，可初选传动比为 72. w m n n I 总 所以生产率 10 min/m85 . 2 18 . 8 72