多层纸复合机组裁切部分设计正文.doc

黄河科技学院毕业设计说明书 第 44 页 1 绪 论1.1课题的提出每当我们走进一个生产车间，我们总会看到机器的外表面以及地面上覆盖着厚厚的一层油污,严重污染了环境还影响工人的身体健康。这些油都是从机器零件的结合面之间渗漏出来的,机器的良性运转需要良好的润滑,接合面的密封状况决定了油的渗漏情况。随着世界经济的快速发展，机械化程度的不断提高使得我们在机械的保养、维修等方面的都需求不断提高；同时，在机械的配置等方面的要求也不断提高。油的渗漏造成了环境的污染以及能源的巨大浪费。在当今倡导环保与节能的社会大背景下,解决工业渗漏成为一个摆在人们面前的一大课题。我们的此次设计就是为了解决机械的渗漏问题而作的。 此前人们在机械方面也做出了许多努力,但是效果总是不能令人满意。现在国外一些国家在纸浆内掺胶制成多层纸来防渗漏,并且达到理想的效果。但是国内还没有解决这个问题,常用的是在纸的双面涂胶，用胶将纸的透气孔封死,达到防渗漏的目的。但是胶的胶合力不能太大，要不然更换时很麻烦，可能需要刮伤零件的结合面。在这种情况下,胶的选择成了摆在我们面前的一大问题,而且还没有很好的解决。另一种方法就是将胶渗透到纸里,将纸的毛细孔封死,达到防渗漏的目的,但是胶的分子很大,很难渗透到纸里,曾经使用高压渗透的办法,也不能达到目的。因为水能够渗进纸内,所以采用渗透的办法也是行不通的。第三种就是在纸与纸中间涂胶,然后辊压成多层纸的办法,试验效果很好。但是,实验都是人工进行的，生产效率特别低，而且产品的质量的稳定性也不能得到很好的保障，那么就不能大规模的生产。因此这种多层纸的机械化就成了一个关键问题，但是在这个问题上出现了难题，在加热温度方面控制的不好，没有能够生产出理想的多层纸。由于资金的问题，至今本套设备仍被搁置着。针对当前情况,我们小组对这套生产线进行了设计。我在这套多层纸复合机组的设计中承担的是裁切部分设计。1.2课题的研究目的及意义本课题主要是解决机械类的渗漏问题，当今在防渗漏问题上已经有许多的产品，但是渗漏问题仍未得到很好的解决。我们设计的生产线就是在这种情况下诞生的。从设计目的来看，是为了解决渗漏的，减少不必要的损失。但是，渗漏的解决不仅在于产品的组成成分，同时在相当大的情况下出在生产设备的设计上。因此，我们在设计过程中尽量使设计完美，尽量在防渗漏问题上有所突破。 2 方案论证本次设计的课题为多层纸复合机组中的裁切机构设计，裁切的主要形式有两类：辊刀式和闸刀式。闸刀式切纸机主要用于断续切割，伺服电机带动纸带每前进一段距离，然后停止，闸刀动作切断纸带。所以，闸刀式切纸机主要用于把大平张纸切成小平张纸。辊刀式切纸机可以实现连续切割，纸带可以以恒定的速度向前运动，辊刀轴每转动一圈，便带动辊刀切纸一次。因此，在纸带速度恒定的前提下，可以通过调节辊刀转速的方法来实现裁切各种长度的纸带。辊刀式又包括单辊刀和双辊刀两类。本次设计采用单辊刀式切纸。单辊刀的横切机构有装在横梁上的底刀和刀辊上的横切刀组成。底刀与横切刀之间的刀隙应该小于切纸的厚度这样可以保证刀口的光洁平滑。刀隙的大小可以用螺栓调节。刀片装在刀辊上不是沿着平行于其轴线方向来装配的，而是沿着螺旋线装配的。这样延长了剪切时间，可以减少切纸时各零件的应力，降低功耗，延长了刀片的使用寿命。本设计中采用的是单辊刀式机构。这套裁切系统使用单独的调速电机带动，主要用来实现辊刀的转动切割，以及加速牵引辊子的转动带动裁切成的平张的多层纸高速离开裁切刀。要实现这两个基本功能，可以有两个方案来实现。方案一:用一个调速电机带动辊刀的切割，而加速辊的转动由主传动分配而来。这样可以保证加速辊的稳定转速。方案二:辊刀的转动切纸和加速辊子的转动都是由一个调速电机带动，加速辊子的运动速度是通过一个无级变速器来控制的。加速辊子的速度没有特别的要求限制（加速辊子的线速度比切纸前的速度快5左右，只是要求能够牵引纸张加速离开切纸机，由于速度较快，如果切割还有少量的余量，可以快速拉断），前边的纸速不会有多大的偏差，两者之间的传动比不是很大。可见，第二个方案的传动链较长，功率损失很大,而且控制方面的实际也很复杂。所以，我在本设计中采用的是第一个方案。由一个调速电机完成裁切功能,而加速辊子的功率是主电机分配来的。由于上述两个传动之间的空间距离较大，所以在本设计中多采用的是链传动。链传动能保持准确的平均传动比，传动效率教高，在较远距离的传动中其传动结构显得更为紧凑。所以，加速辊子的转动，以及主传动轴的转动，都是经过链传动而来的。本设计中链传动能满足各个轴转动方向的要求，传动简单。仅仅是由四根传动轴：辊子轴，主传动轴，辊刀轴以及减速器出来的轴。可见，采用链传动是非常合理的。根据设计的要求,即:年产量要达到为400万米, 按照每天单班8小时,每周六天工作日计算,每年工人的假期共为一个月。所以这套设备中多层纸的最小速度为：V= 考虑到有时会有问题出现,因此：取 V=0.5这个速度将是纸在这套设备中恒定的速度,在各个环节中都要采用,防止纸的堆积,或者是纸的拉断。 3 调速电机的选用电动机为各个运动部件提供所需要的功率,在本设计中我选用的方案是调速电机经过带轮,减速器,通过链轮传递给刀辊轴,带动刀辊转动,辊刀裁纸。在选择调速电机之前需要解决好的问题包括：(1)辊刀切纸功率的计算；(2)减速器的选择；(3)调速电机的选择； 3.1辊刀切纸功率的计算本次设计中裁切的纸规格为定量的牛皮纸，选用一级的，其撕裂度为1320, 设计中裁切的多层纸为三层牛皮纸涂胶后辊压而成的。在设计计算过程中，可以认为剪切过程中多层纸的厚度为单张牛皮纸的3倍。即如果一张牛皮纸的厚度为r,则三张叠加后的厚度为3。简图如下所示：图3.1假设在切单张纸时，纸的抗剪截面应力为: (3.1)根据纸张的物理特性，以及纸的撕裂度的定义，现在可以近似的求解出切单张纸的过程所需要做的功W: (3.2) 在切三张纸的情况下，我们可以认为纸的各种性质均不发生改变，抗剪截面应力也不改变。切三张纸制成的多层纸时，可以简单认为厚度变为单张纸的3倍，如上图所示:根据三角形的相似性，在厚度变为原来3倍的情况下,易知其剪切面积将变为3A ，而此时的剪切力相应变为，根据应力求解公式： 同种材料不发生改变,根据简单的正交关系可以得出： (3.3)该剪切力的作用位移时相同的，所以剪切功W正交于Q, 由于，所以可以得出切三张纸时的剪切力做的功为: 刀片在刀辊上不是沿着平行于其轴线方向来装配的，而是沿着螺旋线装配的。这样，延长了剪切时间，并由此减少了切削时各种零件的应力，降低功率消耗，延长刀片的使用寿命。在沿着螺旋线装刀时，剪切时间等于： (3.4) K刀辊常数（刀辊长度b0与螺旋线节距S的比值），一般等于0.030.07； N刀辊转数（转/分）； 可以得出剪切时消耗的功率为: (3.5)由于这是切三张纸时所需的最小功率，为保证能够顺利而又安全的的完成裁切功能，又由于裁纸的厚度要求可调的，即可以裁切更多层的纸张。必须让电动机可以给它提供至少的功率: 经过验算这个功率可以切至少5张的纸,从而达到切纸厚度可调的要求。则由轴传给减速器输出轴传递给刀辊轴的功率为: 所以从调速电机传出的功率最少是: (3.6)=0.99滚动轴承的效率；=0.96链轮的机械传动效率；=0.950.96双级圆柱齿轮减速器的传动效率；=0.99圆锥滚子轴承的机械传动效率；=0.960.98同步齿形带的机械传动效率；3.2减速器的选择电机输出的转速较高,而刀辊所需要的转速为,相对较低。若直接用齿轮和链轮间的传动比来实现变速的要求,则传动装置将会非常的复杂,也会占用很大的空间。所以在实际的设计中不会采用,而是采用一个标准减速器,可以使设备简单。而且传动精确,有助于提高所设计机械的精度。从减速器传出的功率通过链轮传递给裁切刀,已经计算出辊刀的转速为38.1r/min,为了使链轮的尺寸不至于过大,也就是链传动选择较小的传动比。链轮选的传动比为,则小链轮的转速为38.11.4=53.34,所以我选择的是输出转速为54r/min的两级减速器。根据设计结果的要求,选择ZLY型的级,规格为112的两级减速器。它的公称输入转速为750r/min,公称输出转速为54r/min,公称输入功率为9.8KW。下边是减速器的校合:3.2.1按照减速器的机械强度功率表选取一般情况下要计及工矿系数,特殊情况下还要考虑安全裕度。因为裁切机械在切割时会有一定量的冲击,认为是中等冲击载荷。查机械设计手册表2.10得， =1.5则其计算功率为: =1.11.5=1.65(KW) (3.7)减速器输出的转速为: =53.65r/min则输入转速为: (3.8)根据传动比为i=14以及输入转速=751r/min接近公称转速,并且要求，查机械设计手册表2.9,选用标准减速器ZLY112；当i=14,=750r/min时, ，当输入转速为=751r/min时，折算公称功率为:=(KW) (3.9) 很明显，所以可以选用标准减速器ZLY112-14，JB/88531999。3.2.2校核热功率Pt能否通过: (3.10)查机械设计手册表2.18表2.20得:=1.35环境温度系数,见机械设计手册表2.18；=1载荷率系数，见机械设计手册表2.19，每天工作8小时；=1.75许用功率利用系数，见机械设计手册表2.20；其中 =3.54KW 查机械设计手册表2.15,没有冷却措施,空间很小,厂房很小,环境气流速度为0.5m/s的条件下,标准减速器 ZLY112的热功率为: =16KW在厂房较大一些,环境的气流速度更大,以及有盘状管冷却或者循环油润滑的条件下,减速器的热功率会相应的变大一些。最大可以达到48KW,在没有冷却措施的条件下都可以满足使用要求,所选减速器可以在本机构中使用。3.3调速电机的选择根据多层纸复合机组的裁切机构的设计要求,裁切纸幅的长度要求可调,而整条生产线上纸幅的速度是恒定的,要想改变切纸的长度只能通过改变辊刀的切纸速度来实现裁切长度的调整,而辊刀的转速最终是由电动机的转速决定的。所以需要选择可以调速的电机。根据上边计算的功率,选择YCTD系列电磁调速电机,所选电机型号为YCTD112-4B,其主要参数:额定功率为1.5KW，调速范围，最适合使用的速度范围是600800r/min，额定转距。4 链轮的设计选择传动类型时所应该根据的主要指标是:效率高，外廓尺寸小，质量小，运动性能良好,以及符合生产条件(生产的可能性,预期的生产率及生产成本)等。 链传动时属于有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动以及打滑的现象，而且能保持准确的平均传动比传动效率又很高；又因为链条不需要象带传动那样张的很紧，所以作用与轴上的径向压力很小；在同样的使用条件下,链传动结构较为紧凑。链传动主要用在要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他不宜采用齿轮传动的场合。使用链传动可以使结构上大为简化,而且使用方便可靠。链传动还可以用在低速重载以及极为恶劣的工作条件下。链传动的制造和安装精度要求较低,成本低廉,在远距离的传动时(中心距最大可达十多米),它的结构要比齿轮传动轻便的多。而且在两根平行的轴间用于同向回转的转动。本套切纸机构中,很多轴之间的中心距比较大,还要达到传动的精确度,所以采用了机组链轮机构: 连接减速器输出轴与辊刀轴的链轮,以及两对辊子(加速辊子和同速辊子)之间的链轮,还有主电机分配来带动两对辊子运动的链轮。4.1连接减速器输出轴与辊刀轴的链轮的设计本设计中选用的传动方案是:减速器输出的功率通过链轮传递给辊刀轴,刀辊轴转动,带动辊刀完成裁切多层纸的动作。飞刀刃口回转直径的选择原则是:使横切刀刃口的回转周长等于经常处理的纸张的长度。本次设计针对的是长度为787mm的纸垫, 若d为横切刀刃口的回转直径,那么有:解得: d=250.6mm；则可以选横切刀刃口的直径为: d=250mm。根据切纸的要求:辊刀刀刃的线速度与纸的速度相等或者近似,如果辊刀轴的转速n,辊刀圆周的线速度v,则二者的关系如下式: (4.1)式中r=125mm刀刃回转半径；v=0.5m/s纸幅的速度；代入数据得, n=38.1194r/min而减速器的输出转速为，两轴之间通过链轮传递功率,则链轮的传动比为i，即 (4.2)下边是这对链轮的设计:1、小链轮齿数根据小链轮齿数的选择原则,在传动比i=1.41，则为3127,现在取=27。2、大轮的齿数 = (4.3)其中 所以大链轮的齿数: =1.4127=38.07 取为 实际的传动比为, 则小链轮的转速为 =54.1r/min这个转速就是减速器的实际输出转速。前边已经计算出该链轮传递的功率以及其转速。3、两轮的分度圆直径分别是: 小链轮分度圆直径: (4.4)大链轮分度圆直径: 4、计算功率Pc (4.5)其中 ，工作情况系数，查机械设计手册表8.46。5、特定条件下单排链条传递的功率 (4.6)其中,小链轮齿轮系数，查机械设计手册表8.47； ,排数系数,查机械设计手册表8.48；6、链条节距: 根据功率曲线机械设计手册图8.7初选16A,其主要参数如下:节距p=25.40mm,滚子外径d=15.88mm。7、以节距计的初定中心距初定中心距 所以 (4.7)8、以节距计的链条长度=112.6 (4.8)为避免出现过渡链节，将圆整为整数112 ,其中K=3.07,查机械设计手册表8.49。9、链条长度LL= (4.9)10、计算中心距 (4.10) = =1009.65mm以节距计的链条长度；k=3.07查机械设计手册表8.49；11、实际中心距a= (4.11)其中的推荐用值为: =(0.0020.004)所以a (0.9980.996)=1007.631005.61mm那么链轮的中心距可以选择整数值1006mm。12、链条的速度v (4.12)13、有效圆周力=N (4.13)14、作用在轴上的力FF=N (4.15) =1.15,轴的载荷系数；15、链轮的材料以及热处理:辊刀切割时有较大的冲击,根据机械设计手册表8.51,选择材料40Cr,淬火回火处理,齿面硬度HRC4050。16、静强度计算:对于v4 经过校核合格,可以选用16A型的链。4.2两辊子之间的链轮加速牵引辊子和同步牵引辊子带动纸幅前进所需的功率均是由主电机分配而来的。主电机分配来的功率先通过链轮传递给同步辊子轴,带动同步辊子转动。同步辊子轴再通过链轮将功率传递给加速牵引辊子。要设计这对链轮首先要计算出一对加速辊子需要的功率以及下辊子的转速,即链轮要传递的功率和转速。4.2.1加速辊子功率以及转速的计算在本设计中，加速牵引辊子的转速是基本恒定的，比纸带的速度大约快5%，而与裁切刀辊的转动速度没有多大的关系，刀辊的转速决定了切纸的长度。所以加速辊子轴所需要的功率可以由主电机分支而来的，下面计算加速辊子牵引纸幅前进所需要的功率。裁切部分在整套多层纸复合机组的辊压部分之后，辊压部分提供很大的压力，所以可以提供很大的摩擦力，这个摩擦力在辊压过程中同时充当了牵引力的角色，牵引纸幅以恒定的速度V=0.5m/s前进。可以直接送达切纸部分，所以在切纸部分之前不需要牵引。切成张的纸垫承受的摩擦力很小，所以辊间的线压力不需要很大，现在初定为1Kgf/cm。由于所选纸宽为1092mm的,所以两辊之间的压力为:下辊的线速度决定了切纸机的送纸速度,也就是切纸机的车速。为了保证切纸的长度准确,必须保证纸幅与下辊不打滑。切断后的纸以比纸带速度快大约5%的速度离开切刀,若没有完全切断,则可以高速拉断少量的粘连。则纸垫的速度为: (4.17)则可以求得下辊的转速n为: 纸幅与下压辊以及纸幅相互间的摩擦系数,根据纸的平滑度的而定,一般可取为0.10.15。现取为=0.15,则纸幅与下辊之间的摩擦力是: 摩擦力充当牵引力,做功的功率为: 传递给加速辊子的功率: (4.18)=0.85，摩擦轮的效率； =0.99，滚动轴承的效率；=0.96，链轮的效率；4.2.2同步辊子的选择及功率计算同步牵引辊子下辊选直径为160mm的空心辊子,它的转速为nr/min,则它的圆周线速度等于纸幅的速度； (4.19)可以得出下辊子的转速为:n=r/min (4.20) 已经计算得知加速辊子的转速为,所以他们之间链轮的传动比: 4.2.3链轮的设计1、小链轮齿数的选择根据小链轮齿数的选择原则:在传动比i=1.194,则为3127 ,现在取: 2、大链轮的齿数 根据齿数的选择原则,将圆整为: 则,满足要求。则他们的实际传动比为: 3、计算功率Pc已经计算得出加速辊子需要从同步辊子分配过去的功率为0.106KW,同步辊子的转速为59.7r/min,根据参考文献机械设计手册,得计算功率Pc: 其中 =1.0，工作情况系数，查机械设计手册表8.46。 4、特定条件下单排链条传递的功率其中=1.35,小链轮齿轮系数,查机械设计手册表8.47； =1,排数系数,查机械设计手册表8.48。5、链条节距p:根据功率曲线机械设计手册图8.7初选08A链,其节距p=12.70mm,滚子外径d=7.95mm。以节距计的初定中心距: 所以 6、以节距计的链条长度Lp需要将链节数圆整为偶数94,避免出现过渡链节,其中K=0.912,查机械设计手册表8.49；7、链条长度L L=8、计算中心距 = =381.4mm9、实际中心距a a=其中的推荐用值,为=(0.0020.004)； 所以a=(0.9980.996) =(0.9980.996)381.4=380.6379.8mm中心距可以选择整数值380mm。10、链条的速度v 11、有效圆周力 =N12、作用在轴上的力F F=1.15271.8=312.6N 其中=1.15,轴的载荷系数；下边是链轮主要设计尺寸的计算；13、分度圆直径d小链轮分度圆直径:大链轮分度圆直径:14、齿顶圆直径 齿顶圆的尺寸范围: 先计算小链轮的直径: =125.4+1.2512.70-7.95 =133.3mm =125.4+(1-)12.7-0.57.95 =132mm其中p=12.7mm链轮得节距； d=7.95mm链轮滚子的直径；为了使零件便于加工,可以将直径取为整数d=132mm,相同的计算方法可得大轮的齿顶圆直径d=168.8mm。15、齿根圆直径 小链轮齿根圆直径: 大链轮齿根圆直径: 16静强度计算:对于v4经过校核得知静强度满足要求,所以可以选用08A型的链。链轮的材料以及热处理:由于牵引辊子速度平稳,除了启动之外没有多大的冲击载荷,属于正常工作情况,根据机械设计手册表8.51,选择比较便宜的材料35钢,正火处理,齿面硬度HBS160200。5 同步带的选择裁切纸张的长度要求是非常严格的,这就需要很精却的传动比,普通带轮在传动时刻能产生弹性滑动以及打滑现象,从而造成传动比的不精确,现在选用同步带传将功率递给减速器,同步带比普通的传动带传动比更加精确,结构紧凑,传动比比较大还可以在低速下传递动力等优点。我国目前生产的是聚氨酯同步带,它具有耐油,耐磨以及抗老化等性能,使用温度为-2080度。所以很适合在本机构中使用。根据以上的实际情况,选择聚氨酯同步齿形带。下边是在本设计中所使用聚氨酯同步带的传动设计计算内容:前边在减速器的选择计算过程中已经求得减速器的输入功率以及输入功率,在本此设计中也就是同步带带轮的输出功率以及输出转速。P=1.1KW,转速为n=751r/min。1、计算功率:Pc (5.1) =(1.7+0)1.1=1.87KW=1.7工作情况系数,切割过程中会有一定两的冲击,根据法定节假日每天工作8小时,查机械设计手册表8.29得。=0增速比系数,见机械设计手册表8.30,在本设计中使用得传动比为i=1。2、模数m 根据计算功率Pc和小带轮得转速由机械设计手册图8.3初选。已经计算得Pc=1.87KW, =751r/min,为了使传动平稳,提高带得挠曲特性,以及增加啮合齿数,m尽可能得选择较小值。根据机械设计手册图8.3聚氨酯同步齿形带模数选用图选择带轮得模数为: m=3mm3、小带轮齿数 (5.2)查机械设计手册表8.31, 则选择小齿轮得齿数为=35。4、小带轮节圆直径: =335=105mm (5.3)5、带速v 带速的要求是: (5.4) v=4.13m/s查表可得=4050，可以看出v,所以可以选用。6、传动比i i= (5.5) 为大带轮的转速(r/min)，7、大带轮齿数 (5.6)8、大带轮节圆直径 (5.7)9、初定中心距 设计结构在满足使用要求得前提下力求紧凑,所以选择较小得中心距, 。10、初定胶带节线长度以及其齿数Z: (5.8)带入数据可得=709mm，按照机械设计手册表8.27选取接近得值，和它对应得齿数Z=75。11、计算中心距a 中心距选择可以调整的,但是在运转时要保证中心距不变, a=300-1.05=298.95mm (5.9)取为299mm。12、小带轮的啮合齿数=0.5=17.5 (5.10)在模数m=3的情况下，要求 可见 所以小链轮的啮合齿数满足要求。13、单位带宽的离心拉力=0.6kg/mm (5.11)其中q单位宽度、单位长度的重量(公斤/毫米*米)，见机械设计手册表8.32； g重力加速度，g=9.81； v=4.13m/s带的线速度；14、带宽bmm (5.12)其中 =0.4为啮合齿数系数；F=1.0公斤/毫米单位宽度的许用拉力，查机械设计手册表8.32得；根据机械设计手册表8.27中带轮的宽度系列选取标准值，则可以选取宽度系列为50mm的同步齿形带。15、有效圆周力=（公斤） (5.13)16拉紧力适当的拉紧力时保证带传动正常工作的重要因素,一般拉紧力的大小时通过在带与带轮的切边中点垂直带边加一个载荷W,使其产生规定的挠度y来控制,如下图: 图5.1同步齿形带的拉紧力,一般规定在带的切边中点处,垂直带边加载载荷： W=0.1b=0.150=5(公斤) (5.14)上式中b=50mm带宽；中点的挠度y见机械设计手册表8.41。已经选择同步带的模数为m=3,所以根据机械设计手册表8.41查得同步齿形带具有正常拉紧力所需要得挠度 y值:y=(0.040.06)a=(0.040.06)300=1218mm其中 a=300mm中心距；17、同步带部分主要尺寸的计算:两个带轮之间的传动比为1，所以两个带轮的所有尺寸都是相等的，只需要计算其中一个带轮的主要尺寸。节圆直径: mm (5.15)顶圆直径da: mm (5.16)其中d=105节圆直径；=0.75m=0.753=2.25节线到齿根间的距离，查机械设计手册表8.26；根圆直径: = (5.17) =101.5-20.6m=101.5-20.63 =97.9mm6 辊 筒6.1滚筒的设计辊子类型的选择:牵引辊子由一个大直径的钢制下辊与一个小直径的包胶上辊组成。采用大直径的下辊可以减小滚筒的挠度和由此引起的纸幅皱纹以及减小切长的误差。上辊采用钢制管辊。6.1.1滚筒的结构辊体部分是用钢管,黄铜管,铝管,或者其他金属薄壁管子制成。通常在两端有压入的铸铁闷头,闷头中有压入的钢轴头。小型管辊的钢质闷头和轴头有时是一体的,大直径的管辊可以用钢板来卷制。在某些条件下,管辊的闷头可以应用焊接结构。这种闷头重量较轻,但是只有在单件生产时,其成本才较铸铁闷头的成本低一些,通常是用在单件生产的管辊或者是维修用的管辊备件的制造中,应注意封板和钢轴材质的选用。两者的材料不同所形成焊缝容易受腐蚀和引起断轴的事故。6.1.2辊筒的机械加工工艺下图是本次设计中选用的牵引辊子的一种结构形式,现在以下图为例介绍本设计中所使用管辊的制造工艺。 图6.1 牵引辊子工序1:粗车外皮(去皮),辊坯固定在车床卡盘和伞形活动顶针上,进行粗车,切去粗糙的外皮。工序2:校合静平衡,这一工序的目的是为下一步工序计算管坯在车削外圆时的旋转中心线与实际的重心中线之间的不重合量(毫米)。工序3:车中心架用颈,车外圆,切除管坯的不重合量。管坯安装在车床的四爪卡盘和伞形活动顶针上,车削中心架用颈。管坯调头,将车好的中心架用颈安装在靠床身尾部的中心架上,另一端装入卡盘上,然后将管坯向较重的方向移动一定的偏心距(即上工序校合静平衡时计算得出的旋转中心线与实际的重心中线纸之间的不重合量),夹紧管坯,车削外圆,切除不平衡量。工序4:镗两端同封头配合的内孔。工序5:热装配封头。封头是预先和轴头装配好的(静配合),并且是在装配后一道车削的,这样的封头其外圆与轴颈有较高的同轴度。封头和辊体通常采用热配合法。将辊体加热至350400摄氏度,封头变很容易装入辊体的内孔,冷却后得到所需要的热压配合。加热辊体的方法很多,其中生产率高而成本也较低的,是使用工频电流感应加热。工序6:细车管辊外圆,精车两端轴颈达到图纸要求。工序7:磨削辊体外圆.为了保证管辊的外圆和轴端轴颈的同轴度要求,管辊以两端轴颈为定位基准安装在磨床上进行磨削。但是根据某些制造厂的生产实践表明,外径较小的管辊,因为壁厚太薄,磨削时由于工件容易产生跳动,很难达到要求。对于这类管辊可以用砂纸打磨,以提高加工质量。工序8:校动平衡。6.2滚筒的挠度计算导辊轴颈尺寸固然应根据强度条件来确定,但是考虑到导辊以及其轴承的互换性,轴颈的尺寸应该力求与标准系列相同,因此也常常是选定其直径后再做强度校核。下边计算加速牵引辊子(下辊子)的挠度。牵引辊子在工作时可以看作是一个简支梁,并且认为它的自重和所受的张力都是均匀的分布在辊体的面宽b上。设其总的荷强为q。因为对称,滚筒支点的反力R为: 图6.2上辊的重量: 上式中=7.85钢的密度；D=159mm上辊的外径；d =140mm上辊的内径；=1092mm上辊的长度；=50mm中间细轴的直径；=186mm中间细轴的长度；选用的气缸为内径25mm的标准气缸，那么辊间的压力为: N=G+ (6.1)气缸提供的力为F: F=245.3N (6.2)由于两端都有气缸作用,并且使用了杠杠加力，气缸作用力的力臂是对下辊压力力臂长度的两倍，因此 =4F=981.2N所以辊子之间的压力: N=G+=440+981.2=1381.2N线压力为q: (6.3)很明显，辊体的危险截面是滚筒的中央截面，其弯曲力矩M为: (6.4)导辊是薄壁管辊，其截面模数用下式计算已经有足够的精确度，即 (6.5)式中:=18.8cm管辊的平均直径(厘米)，式中D，d分别是辊体的外/内径； mm=1.2cm管辊的壁厚(厘米)由此可以得出，导辊的辊体的最大弯曲应力应该为: (6.6) 钢管的弯曲应力不应该超过: 容易看出,滚筒的弯曲应力校核合格，满足条件。6.3辊筒轴颈的强度校核滚筒轴颈的强度校核常常是使用简化的校核静态弯曲应力的办法。如下图所示, 图6.3轴颈的危险断面可能是a-a或者是b-b,其弯曲应力应该为: (6.7)式中: 实心轴颈截面模数() (6.8) D轴颈外径(厘米)； a-a处直径5.4cm； b-b处的直径6cm； aR至校核切面的距离(厘米)；6.3.1校核a-a截面基本参数如下:实心轴颈截面系数: R至校核截面的距离a=3.2cm；下辊的重量为: =71.92Kg所以两端的支撑力R: =105Kg所以a-a截面的弯曲应力为: 由于21.33，经过校核a-a处满足弯曲应力的要求。6.3.2校核b-b截面实心轴颈截面系数: 支承力R到b-b截面的距离a=12cm，该截面的弯曲应力: (6.9) 由于，所以b-b截面的弯曲应力经过校核满足要求。7 气 缸为了保持辊间的线压力,仅仅靠自重是不够的,老式的结构是使用杠杆重锤加压或者弹簧加压的方法,辊子之间的压力调节也不灵敏,而且加大了工人的劳动强度。在本设计中使用一对气缸对辊子进行加压,让辊子的两端都可以单独的调节压力。加压时需要气缸提供的压力:=652N其中 N=1092N为辊子间需要提供的压力,前边已经计算得出； G=mg=4410=440N上辊子的自重。在本系统中很多地方需要气压加压,比如在印刷,辊压,以及纸的上架过程。制纸机组采用的是统一的气源集中供气,气源可以提供的气压为P=5Pa的压缩气体。我在本设计中,使用的气缸并不是直接对辊子加压,而是通过一对杠杆,气缸的力臂是辊子重力力臂的两倍,这样就需要较小的力。那么选择较小直径气缸就可以满足需要,两端分别用气缸,所以每个气缸实际提供的力为: 163N假设需要的气缸直径为D,则气缸的作用面积为: A=则气缸可以提供的力为:F=PA=5Pa (7.1)需要满足: (7.2)代入数据,得出: D21.3mm为了节约制造成本,气缸不自行设计,而是直接选用直径为25mm的标准气缸,参考机械设计手册中气缸的有关章节,选择QGCX系列气缸QGCX2550B2ZCK3V1使用压力范围0.15MPa0.8MPa ；气缸不需要很大的工作行程,可以选取50mm,工作介质是洁净的压缩空气。气缸要完成两个功能:切割之前气缸将辊子压下保持恒定的线压力；而在不工作时需要将辊子提起来,以免辊子在自重的作用下发生变形(上辊包胶,很容易发生形变而导致在工作时不能产生均匀的线压力)。因为两侧都有气缸作用, 使用了杠杆,并且气缸的推力的力臂为重力力臂的2倍,那么气缸的推力必须大于辊子自重的四分之一。即: F (7.3), F=N N容易看出F成立,所以选择25单悬耳式的气缸满足两方面的使用要求。所选气缸的型号是QGCX2550B2ZCK3V1。8 轴8.1辊刀轴8.1.1辊刀轴结构设计已经计算得出裁切需要的功率为0.3003KW,选用的材料为45,按照扭转强度计算输入轴端的直径d:mm (8.1) 其中 =120所选材料为45； p传递的功率； n辊刀轴的转速；裁切过程有一定的冲击,并且轴的跨距很大,所以选用较大直径的轴d=60mm。具体的结构如下图(8.1)所示:图8.1 辊刀示意图8.1.2辊刀轴的强度校核辊刀在裁切时辊刀轴受的转距T: (8.2) 则作用在刀刃上的力: (8.3) 首先对轴进行受力分析,如图(8.2):图8.2 轴受力分析图 作出轴的扭距图(8.3): 图8.3 轴扭距图 易知轴的中间位置为危险截面: = = (8.4) 代入数据解得, =72.6=275经过校核合格。8.2轴上键的选择8.2.1选键：（文献5）选宽b=10；厚度h=8；长度L=30mm；8.2.2键联接传递转矩T： T=9550=22.31 ； 8.2.3键工作面的压强p：= (8.5) 确定上面系数： k=5mm L=L-b=30-10=20mmp= (8.6) 则工作面的压强： 7.43 MPa8.3滚动轴承的选择各个压辊的轴承之间的距离很大,所以一般都采用自动调心的双列向心球轴承,当使用非调心的轴承时,轴承壳应采用球面的支承面。小型滚筒的轴承通常用一般的配合方法直接装配在轴径上,压辊等大型轴承通常是装置在退却套上。轴承壳的密封对轴承的使用寿命有很大的影响,使用合理的密封时,水分以及灰尘不会进入轴承壳,油也不会从轴承壳中漏出。密封的方法可以使用迷宫式防水函,也可以采用橡胶密封环或者毡圈密封。考虑到切纸机工作的连续性,在计算和选用滚动轴承时,比较合理的是采用40000-48000小时(约5-6年)作为轴承的计算使用寿命。现在一辊刀轴上的轴承为例来选择并且校核:辊刀轴上滚动轴承选择调心滚子轴承,轴承所受的径向力R=89.24N,轴承工作转速n=38.1r/min。初选轴承22208C/W33,基本额定动载荷=78.5KN,按照文献3中表8.9,冲击负荷系数； (8.7) (8.8)因为,所以22208C/W33满足要求。而22208C/W33轴承:D=80mm，B=23mm，mm。总 结本次设计经过一定的准备时间，于二月份正式开始，五月上旬完成。所用参考资料一部分是指导老师所给，一