自动平卷纸管机设计【机械毕业设计含8张CAD图+说明书论文2.2万字56页，开题报告，任务书，中期报告】
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纸管
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56
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任务书
中期
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!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[22000字，56页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat
中期检查报告.doc
任务书.doc
工作总结.doc
开题报告 .doc
设计说明书.doc[22000字，56页]
步装图.dwg
气压原理图.dwg
流程图.dwg
滚筒轴零件图.dwg
示意图.dwg
程序.dwg
装配图.dwg
铡刀.dwg
摘 要
纸管是社会生产生活中广泛应用的产品，随着我国经济的发展，纸管产品因其经济、环保性越来越受到重视，并不断的拓宽应用领域。但我国纸管的生产设备的研发还处于较低的水平，设备的自动化水平和生产效率较低；而国外的高速设备价格昂贵。且由于纸管用途广泛，产品形态也各不相同，许多专用纸管产品还停留在手工卷管阶段。因此研发高速高自动化的纸管设备和专用纸管设备是非常必要的。
本文根据上述要求，并结合企业生产实际需求，提出了一种纸管成型的自动化设备方案。该设备主要用来生产一种用于烟花爆竹的专用纸管产品，自动化水平较高，并具有较好的经济性。
本文首先对纸管成型的工艺进行分析，提出了设备整体结构方案，并进行了整体传动系统方案的设计。根据方案设计，分析了各个模块包括放卷机构、上胶机构、送料机构、切刀装置、导纸机构、卷绕机构、开合机构的功能和结构特点，进行了结构计算和具体结构设计。
本文对设备的关键部件进行了计算和分析，通过分析计算为结构设计提供了依据。最后，本文设计了基于PLC的纸管设备控制系统。对主要控制任务作了分析，确定了硬件连接，编制了软件程序。
关键词：纸管；自动化设备,；结构设计；PLC。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 纸管设备现有的研究水平 1
1.2 题目的来源及意义 1
1.3 设计的目标 2
1.4 设计内容 3
第2章 自动平卷纸管机机械结构的设计 4
2.1 机架结构设计 4
2.2 放卷机构结构设计 4
2.3 上胶机构结构设计 5
2.4 入纸机构机构结构设计 5
2.4.1 托辊结构设计 6
2.4.2 滚筒结构设计 7
2.5 切纸机构结构设计 7
2.6 对齐机构结构设计 8
2.7 送纸机构结构设计 9
2.8 卷纸机构结构设计 9
第3章 自动平卷纸管机传动系统的设计 11
3.1 电动机的选用 11
3.1.1 入纸步进电机的选择 11
3.1.2 卷纸步进电机的选择 14
3.2 滚筒轴的设计计算 16
3.2.1 轴的材料选择 16
3.2.2 轴的结构设计及分析 16
3.2.3 轴的强度校核 17
3.3 托辊轴承寿命计算 18
3.4 键联接的选择和验算 19
3.4.1 选择键联接的类型和尺寸 19
3.4.2 键联接的强度计算 19
3.5 联轴器的选择 19
第4章 自动平卷纸管机气压系统的设计 20
4.1 气压系统原理图 20
4.2 气压元件的选择 22
4.2.1 气缸的选择 22
4.2.2 气压阀的选用 22
4.2.3 其它辅助气压元件的选择 24
第5章 自动平卷纸管机控制系统的设计 26
5.1 PLC的定义及其特点 26
5.1.1 PLC的定义 26
5.1.2 PLC的特点 26
5.2 PLC的基本结构 26
5.3 PLC的工作原理 27
5.4 PLC型号选择 29
5.5 控制系统程序流程图 33
5.6 控制系统硬件电路图 34
第6章 结 论 37
参考文献 38
致 谢 39
附 录 40
- 内容简介：
-
辽宁工业大学 毕业设计（论文） 中期检查报告 题目 自动平卷纸管机 设计 机械工程与自动化学院 院 机械设计制造及其自动化 专业 机电 064班 学生姓名 王 飞 学 号 060101133 指导教师 潘 静 2010年 5月 1 日 1 自 检 报 告 (要点 :论文 )工作任务的进展情况 1. 毕业设计（论文）的工作进展情况 第 1 周 校内实习并借阅收集各种资料 工作完成 第 2 周 河北雄伟纸管 机械 制造有限公司 实习 工作完成 第 3 周 整理毕业实习手册、论证和确定 总体方案、撰写开题报告并开题 工作完成 第 4、 5 周 绘制机械结构草图并进行设计计算 工作完成 第 6、 7、 8 周 绘制正式机械结构图及零件图 结构图 完成 ，标注还待 完善 第 9 周 绘制气压系统原理图 工作完成 第 10 周 绘制控制系统程序流程图 正在 查阅资料 2. 未按计划完成工作任务的原因 杂 性 ， 工作量比预期大些， 对各种类型电动机得进行比较选择，工作比较繁琐，比较耗费时间。 制了解不彻底，在网上学习 制，花费一定的时间。所以工作较预期稍微落后。 面试，耽误了一定的时间。 3. 工作中遇到的问题 工作中遇到电机选择问题，电机的分类比较混乱，同时 电机 在 控制方面比较困难。 气压缸的选择也存在一定的困难。 控制系统的程序流程图了解不够，正在积极地查阅资料。 4. 下一步工作打算 网上查阅 电机分类的资料 ，从书中查阅步进电机的控制流程，分析相关程序，分析电路的组成。多查看机械设计手册，学习相关气压缸的设计知识， 同时在学习 编程，努力达到预期的进度。 学生签字： 年 月 日 2 进度装配图 轴 3 部装图 气压原理图 4 铡刀 5 指导教师意 见： 指导教师签字 ： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签字 : 年 月 日 备注 辽宁工业大学 毕业设计（论文 ） 任务 书 题目： 自动平卷纸管机 设计 机械工程与自动化学 院 院 机 械设计制造及其自动化 专业 机电 064班 学生姓 名 王 飞 学 号 060101133 指导教师 (签字 ) 设计 (论文 )工作 自 2010年 3月 2 日至 2010 年 6 月 26日 发任务书日期： 2010年 3 月 2 日 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情 况填写，经教研室负责人审查、院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及院（系）分管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写 最后 2 位或 1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004年 4 月 2 日”或“ 2004 1 1、本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 本次毕业设计题目为自动纸管机，属于机电一体化产品。设计过程中所涉及的内容有机械制造、气压传动和电气控制三个方面的知识，通过本 次毕业设计将使学生受到一次机电一体化产品开发和设计能力的锻炼，从而使其对所学基础理论和专业技能有机的结合起来，提高学生的知识运用能力和解决工程实际问题的能力。 2、本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求： 题目内容： 本次设计主要内容是 使平卷纸管机自动实现 送纸、上胶、切纸到入纸、卷管、退管等过程 ,全自动生产纸管 。 主要参数： 卷管长度： 800胶方式单面 纸管壁厚 卷管内径： 16 产 量： 600 /时 工作量： 1） 自动平卷纸管机总 装图 1 张 2）送纸机构部装 图 1 张 3）零件图 2 张 ）气压系统原理图 1 张 ） 电 路 图 1 张 ）程序流程图 1 张 7）撰写 15000 字毕业设计（论文）一份； 8）完成不少于 2000 个单词的外文资料译文一份。 2 3、主要参考文献： 1张立科 用开发技术与工程实践 2005,(01) 2吴振顺气压传动与控制 2001,(03) 3周斌机电一体化使用技术手册 1994,(03) 4编写组机械设计手册第一卷 996,(01) 5金续曾 实用电气控制线路手册 002,(03) 6周希章如何正确选用电动机 2006,(01) 7严盈富西门子 门 2007,(06) 4、毕业设计（论文）的实习（调研）基本要求： 1）河北雄伟纸管机械制造有限公司 了解纸管生产过程； 了解纸管机械的结构组成和传动与控制方式； 了解纸管机械的设计制造与安装调试过程。 2）辽宁工业大学机械学院机电控制实验室 了解单 用； 运行所编写的程序 3）辽宁工业大学 流体传动与控制实验室 进行 相关 气压传动系统实验 3 5、毕业设计（论文）课题进度计划： 起讫日期 工 作 内 容 第 1 周 第 2 周 第 3 周 第 4、 5 周 第 6、 7、 8 周 第 9 周 第 10 周 第 11 周 第 12、 13 周 第 14 周 第 15、 16 周 第 17 周 校内实习并借阅收集各种资料 河北雄伟纸管机械制造有限公司现场实习 整理毕业实习手册、 确定总体方案、撰写开题报告并开题 绘制机械结构草图及设计计算 绘制正式机械结构图及部分零件图 绘制 控制系统 程序流程图 绘制硬件电路图 绘制 气压系统原理图 控制系统软件编程 程序调试 撰写 15000 字毕业设计（论文） 打印输出毕业设计资料，准备毕业答辩 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年 月 日 院（系）意见： 院 (系 )负责人签字： 年 月 日 辽宁工业大学 毕业设计（论文） 学生工作总结 题目 扩 4012 缸体主轴孔专用组合机床设计 机械工程与自动化学 院 院 机械设计制造及其自动化 专业 机电 071班 学生姓名 王 新 学 号 070101019 指导教师 王 晓 磊 2010 年 6 月 23 日 1 个 人 总 结 毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会 ，通过这次毕业设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的 收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种 型号 的适用范围，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。 通过 和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，通过这次毕业设计让我提前了解了很多知识，这是很珍贵的。 提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论是机械加工还是设计，我都采用了一些新的技术和设备 ， 有着很多的优越性但也存在一定的不足，这 些 不足在一定程度上限制了我们的创造力。比如在 扩4012 缸体主轴孔专用组合机床 设计上就有很大的困难 ，在这个机械制造业被高度重视的社会中，这无疑是很让我自身感到遗憾的，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备 新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。 总之，毕业设计是个灵活性很大的创造工程，同时也认识了自己的不足，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。 2 学生本人签字： 年 月 日 指导教师意见： 指导教师签字 ： 年 月 日 辽宁工业大学 毕业设计（论文） 开题报告 题目 自动平卷纸管机 设计 机械工程与自动化学院 院 机械设计制造 及其 自动化 专业 机电 064 班 学生姓名 王 飞 学 号 060101133 指导教师 潘 静 开题日期： 2010 年 3月 18日 开 题 报 告 1题目来源及实际应用意义 本次设计的实验题目 是 自动平卷纸管机 ， 题目来源于生产实践。 自动平卷 纸管机 是自动生产纸管的机器，属于典型的机电一体化产品。 纸管机是一种纸料加工机械，它以单光面牛皮纸为原料，经过切刀成片，将其卷成纸管的设备。随着我国经济的飞速发展，纸管在各行各业的应用越来越广泛。如在化纤工业的 、 等，在薄膜工业的农用地膜、保鲜膜、缠绕膜、塑料袋用管 (超市用 )、镀铝膜等。 在 印刷工业领域用于卷桶印刷、薄膜印刷、纸张印刷，工业包装用管 等 。 自动平卷纸管机适用于内径小， 壁厚和密度较高的纸管制作（热电偶纸管和烟花炮竹纸管等） ,应用面广，需求量 大。 随 着世界科技的发展 ， 传统的 平卷 纸管机已经不能适应生产生活的需求 。 因此 平卷 ，纸管机 的 自动 化、智能化将成为 纸管机 未来发展的主 要趋势 。 2、 题目主要内容及预期达到的目标 本次设计的目标是 使 自动平卷纸管机 的卷纸过程 实现自动化 。 本次设计的 主要内容 包括 送纸、上胶、切纸到入纸、卷管、退管 。送纸由电动机直接带动滚筒，通过两相接滚筒的压紧力 实现纸张的输送。在送纸的同时，纸张通过胶槽，实现自动上胶。 当 滚筒转动一定时间，纸张达到规定长度后，气压缸直接推动刀架上的扎刀将纸切断，切纸过程完成。 接着气缸推动导轨上的滑块带动纸 张实现入纸过程。 入纸后，气缸推动上下圆弧压板将纸张压紧在卷轴上，卷轴在电动机带动下迅速转动，通过摩擦力将纸张卷成管状。退管由在送纸时滑块上的挡板同步实现。 自动平卷纸管机传动部分为气压传动，以此保证动作的迅速。 自动平卷纸管机 可由 制， 过对电动机和电磁换向阀的全过程自动控制，自动 实现 纸管机 送纸、上胶、切纸到入纸、卷管、退管 过程 ， 节省 大量 时间和劳动力。 （注）开题报告要点： 1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。 2、题目主要内容及预期达到的目标。 3、拟采用哪些方法及手 段。 4、完成题目所需要的实验或实习条件。 5、完成题目的工作计划等。 （开题报告不够用时可另附同格式 ） 开 题 报 告 3、方法及手段 本仪器主要包括机械部分，控制部分， 传 动部分组成。 械部分 自动平卷纸管机机构 简图如图 动平卷纸管机机构简图 1 图 动平卷纸管机机构简图 2 开 题 报 告 机械部分由电机、 滚筒， 扎刀、压板、 导轨滑块 机架等部分组成。电动机带动滚筒 转动，通过量筒之间的拉力 使纸张前进， 纸张路过胶槽 的同时实现自动上胶。 扎刀与气压缸相连，气压缸推动扎刀使纸张切断。气压 缸推动导轨上的滑块，滑块带动纸张实现入纸过程。入纸后上下压板压紧 纸张，电机带动卷轴自动卷纸。 制部分 控制部分采用 控制，全自动运行。采用可编程控制器做控制单元，可编程控制器具有响应速度快，可靠性高，接线维护简单，改变控制逻辑方便等优点。 过控制电机的转动 ， 滚筒滚动实现送纸过程。一定时间后， 电磁换向阀信号，气压缸推动扎刀实现切纸过程。 过控制电机转速 可以控制纸张的切割长度，从而实现纸管长度的自动控制。 过控制 电磁阀换向阀，对气缸进行控制，以实现纸张的推动与输送。最后控制卷纸电机转动，实现自动卷管。 动部分 传动 部分采用气压才传动， 以实现 扎刀切纸、纸张的推动与输送以及压板的压紧。气压传动 动 作 的迅速 、 维护简单、成本低并且卫生环保。 自动平卷纸管机工作步骤为：启动滚筒滚动自动上胶扎刀切纸对齐纸边送纸压板压紧卷纸电机转动自动卷纸退管。 自动平卷纸管机工作流程图如图 开 题 报 告 开始初始化P L C 控制送纸电机转动P L C 控制相应电磁阀使气压缸1 C C 控制相应电磁阀使气压缸1 将扎刀提起P L C 控制相应电磁阀气压缸2 C 控制相应电磁阀使气压缸2 收缩P L C 控制相应电磁阀使气压缸3 杆伸出P L C 控制相应电磁阀使气压缸4 C 控制相应电磁阀使气压缸4 、5 C C 控制相应电磁阀使气压缸4 、5 同时抬起压板P L C 控制相应电磁阀使气压缸4 收缩滑块后退停止开关按下动平卷纸管机流程图 4、完成题目所需要的实验和实习条件 程实验。 开 题 报 告 毕业设计（论文）课题进度计划： 起讫日期 工 作 内 容 第一周第 三 周 实习、调研、收集资料、整理资料 原理方案设计，整理开题报告，开题 第四周第九周 机械结构计算与设计 第十周第十三周 控制部分设计、绘制气压 传动系统原理图、控制硬件电路 第十四周、十五周 写论文等文字材料 第十六周、第十七周 准备答辩 查阅资料、文献目录 1 孙志礼等 .机械设计 2000,（ 9） 2 张键民等 .机电一体化系统设计 2001，（ 3） 3 贾伯年等 .传感器技术 2007，（ 2） 4 王伯平 .互换性与测量技术基础 2004，（ 4） 5 王晓明 .单片机教程 2004，（ 7） 6 钟肇新 .可编程控制 其入门教程 2007,(8) 7 张策 .机械原理与机械设计 2006，（ 5） 8 卜炎 .机械传动装置设计手册 2004，（ 7） 9 卢耀祖 等 .机械结构设计 2000，（ 6） 10 周希章 等 .如何正确选择电动机 2006，（ 1） 11 金续曾 .实用电气控制线路手册 2005，（ 9） 12 张进秋 . 可编程控制器原理及应用实例 2002，（ 10） 13 吴振顺 . 气压传动与控制 2001，（ 3） 指导教师意见： (对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测 ) 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签字： 年 月 日 开 题 须 知 一、学生要认真填写 开题报告。在毕业设计（论文）答辩时学生须向答辩委员会（或答辩小组）提交开题报告，作为答辩评分的参考材料，没有开题报告不能参加答辩。如果丢失要及时办理补交手续。学生毕业后，开题报告与学生毕业设计（论文）一并存档备案。 二、毕业设计（论文）题目一经确定，指导教师要给学生下达毕业设计（论文）任务书，学生根据任务书的要求进行开题，一般安排在毕业设计（论文）正式开始的第二周至第三周进行。 三、开题报告的审查由各专业教研室主持，每个学生的报告时间为 10 15 分钟。开题通过后学生才能正式获得毕业设计（论文）的资格 。 四、学生要充分理解毕业设计（论文）题目的内容和要求，在指导教师的指导下制定切实可行的工作计划，并且要具备进行毕业设计（论文）所要求的实验或实习（调研）条件。 五、学生要按照指导教师所下达的毕业设计（论文）任务书的要求，认真进行文献资料的检索、搜集和查阅，并做好记录。 六、开题审查不合格的学生，必须在一周内重新进行开题。 本科生毕业设计（论文） I 摘 要 纸管是社会生产生活中广泛应用的产品，随着我国经济的发展，纸管产品因其经济、环保性越来越受到重视，并不断的拓宽应用领域。但我国纸管的生产设备的研发还处于较低的水平，设备的自动化水平和生产效率较低；而国外的高速设备价格昂贵。且由于纸管用途广泛，产品形态也各不相同，许多专用纸管产品还停留在手工卷管阶段。因此研发高速高自动化的纸管设备和专用纸管设备是非常必要的。 本文根据上述要求，并结合企业生产实际需求，提出了一种纸管成型的自动化设备方案。该设备主要用来生产一种用于烟花爆竹的专用纸管产品，自动化水平较高，并 具有较好的经济性。 本文首先对纸管成型的工艺进行分析，提出了设备整体结构方案，并进行了整体传动系统方案的设计。根据方案设计，分析了各个模块包括放卷机构、上胶机构、送料机构、切刀装置、导纸机构、卷绕机构、开合机构的功能和结构特点，进行了结构计算和具体结构设计。 本文对设备的关键部件进行了 计算和 分析，通过分析 计算 为结构设计提供了依据。最后，本文设计了基于 纸管设备控制系统。对主要控制任务作了分析，确定了硬件连接，编制了软件程序。 关键词： 纸管；自动化设备 ,；结构设计； 本科生毕业设计（论文） is in of in to in of is at of is is of of at it is to in on a of of is is to In to of In of a a LC of 本科生毕业设计（论文） 录 第 1 章 绪论 . 1 管设备现有的研究水平 . 1 目的来源及意义 . 1 计的目标 . 2 计内容 . 3 第 2 章 自动平卷 纸管机机械结构的设计 . 4 架结构设计 . 4 卷机构结构设计 . 4 胶机构结构设计 . 5 纸机构机构结构设计 . 5 辊结构设计 . 6 筒结构设计 . 7 纸机构结构设计 . 7 齐机构结构设计 . 8 纸机构结构设计 . 9 纸机构结构设计 . 9 第 3 章 自动平卷纸管机传动系统的设计 . 11 动机的选用 . 11 纸步进电机的选择 . 11 纸步进电机的选择 . 14 筒轴的设计计算 . 16 的材料选择 . 16 的结构设计及分析 . 16 的强度校核 . 17 辊轴承寿命计算 . 18 联接的选择和验算 . 19 择键联接的类型和尺寸 . 19 联接的强度计算 . 19 轴器的选择 . 19 第 4 章 自动平卷纸管机气压系统的设计 . 20 本科生毕业设计（论文） 压系统原理图 . 20 压元件的选择 . 22 缸的选择 . 22 压阀的选用 . 22 它辅助气压元件的选择 . 24 第 5 章 自动平卷纸管机控制系统的设计 . 26 定义及其特点 . 26 定义 . 26 特点 . 26 基本结构 . 26 工作原理 . 27 号选择 . 29 制系统程序流程图 . 33 制系统硬件 电路图 . 34 第 6 章 结 论 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 附 录 . 40 本科生毕业设计（论文） 1 第 1章 绪论 管设备现有的研究水平 纸是人们日常生活和社会发展不能缺少的东西。它既是物质生活和文化生活中积累经验的载体，也是物质生活和文化生活向前发展的工具。随着现代社会和经济的发展，纸及纸制品的应用也越来越广泛，涉及到人们生活和生产的各个方面。 纸管是生产生活中经常用到的一种产品，随着我国经济快速发展，纸管产品以其成本低、质量轻、易回收、无公害等优点，在造纸、包装、纺 织化纤、印刷、钢铁、烟花等行业得到了广泛应用，并不断拓宽其应用领域，其市场需求也越来越大。但在我国纸管生产企业所用设备整体水平不高，设备的自动化程度和生产效率较低。设备生产企业以中小企业为主，产品较单一，不能满足市场需求；而国外的高速设备价格昂贵。且由于纸管用途广泛，产品形态也各不相同，许多专用纸管产品还停留在手工卷管阶段。现在的生产设备基本上停留在手工卷管和半自动卷管的水平上。手工卷管设备，结构简单，操作容易，造价低，但生产效率低下，质量难以控制，不能满足日益扩大的市场需求。半自动卷管设备由分切机和 卷管机 等组 部分 成，需多人操作，效率也难以提高。因此研发高速高自动化的纸管设备和专用纸管设备是非常必要的。 目的来源及意义 本次设计的实验题目是自动平卷纸管机，题目来源于生产实践。自动平卷纸管机是自动生产纸管的机器，属于典型的机电一体化产品。 纸管机是一种纸料加工机械，它以单光面牛皮纸为原料，经过切刀成片，将其卷成纸管的设备。随着我国经济的飞速发展，纸管在各行各业的应用越来越广泛。如在化纤工业的 、 等，在薄膜工业的农用地膜、保鲜膜、缠绕膜、塑料袋用管 (超市用 )、镀铝膜等， 在印刷工业领域用于卷桶印刷、 薄膜印刷、纸张印刷，工业包装用管等。自动平卷纸管机适用于内径小，壁厚和密度较高的纸管制作（热电偶纸管和烟花炮竹纸管等） ， 应用面广，需求量大。 课题所研究的纸管生产设备，用来专门生产一种用于烟花爆竹的纸管。该纸管直径小，且要求精度高，并且要求设备在较高的速度下运行。市场上现有设备 本科生毕业设计（论文） 2 不能满足生产要求。基于这一点，本课题研制了一种自动平卷纸管机，通过设计放卷、涂胶、切纸、送纸、卷绕等结构，实现了从料卷到纸管的全自动运行，保证了卷管质量，且大大提高生产效率。 随着世界科技的发展，传统的平卷纸管机已经不能适应生产生活的 需求。因此，平卷纸管机的自动化、智能化将成为纸管机未来发展的主要趋势。 计的目标 本次设计的目标是使自动平卷纸管机的卷纸过程实现自动化。期望在现有手动和半自动设备的基础上，在相对简单的结构模式下，通过可编程控制器的支持，实现放卷、涂胶、分切、送纸、绕纸等模块的设计，实现各个模块在间歇运动过程中的相位精确匹配，从而提高设备的稳定性和可靠性，提高纸管产品的质量，并大大提高纸管生产的效率。 自动平卷纸管机工作过程包括送纸、上胶、切纸到入纸、卷管、退管。送纸由电动机直接带动滚筒，通过两相接滚筒的压紧力实现纸张的输 送。在送纸的同时，纸张通过胶槽，实现自动上胶。当滚筒转动一定时间，纸张达到规定长度后，步进电机停止转动，同时 气压缸直接推动刀架上的铡刀将纸切断，切纸过程完成。接着气缸推动导轨上的滑块带动纸张实现入纸过程。入纸后，气缸推动上下圆弧压板将纸张压紧在卷轴上，卷轴在电动机带动下迅速转动，通过摩擦力将纸张卷成管状。退管由在送纸时滑块上的挡板同步实现。 自动平卷纸管机传动部分为气压传动，以此保证动作的迅速。 自动平卷纸管机可由 制， 过对电动机和电磁换向阀的全过程 的顺序 控制，自动实现纸管机送纸、上胶、切纸到 送 纸、卷管、退管过程，节省大量时间和劳动力。 机械部分由电机、滚筒，铡刀、压板、导轨滑块机架等部分组成。电动机带动滚筒转动，通过量筒之间的拉力使纸张前进，纸张路过胶槽的同时实现自动上胶。铡刀与气压缸相连，气压缸推动铡刀使纸张切断。气压缸推动导轨上的滑 块，滑块带动纸张实现入纸过程。入纸后上下压板压紧纸张，步进电机带动芯轴 自动卷纸。 本科生毕业设计（论文） 3 计内容 通过市场调研和对国内外相关设备的工艺流程和设备结构的比较分析和论证，提出了一种自动平卷纸管设备方案，通过放卷机 构、上胶装置、切纸机构、送纸机构、卷绕机构等的设计， 实现了从放纸 、上胶、送料、分切、卷绕全 过 程的自动运行。 本设计的内容主要包括三部分： 第一部分为自动平卷纸管机机械结构的设计与计算，主要介绍了一些非标准件，如轴类 零件的设计计算，直线圆柱导轨的选用，在已知条件下进行电机的选用。 第二部分为气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算，整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成 等。气压原件的选择主要为气压缸、各种阀类元件。 第三部分为控制部分的设计，其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写，在硬件电路图的设计中根据机械部分设计时所 选用的电机来确定其驱动芯片。 本科生毕业设计（论文） 4 第 2章 自动平卷纸管机 机械结构 的设计 架 结构设计 自动平卷纸管机的机架是支持滚筒、托辊和其他装置的主要支撑构 件 。自动机架 分为固定式和移动式两种，自动平卷纸管机 采用固定 式机架，通过地脚螺栓水平安装 在地面 。 自动平卷纸管机 的机架是用 45钢焊接而成 ， 以此保证其支撑构件 相对位置的稳定固和 工作的平稳 性。 卷机构结构设计 放卷机构是自动平卷纸管机中让牛皮纸连续放出的机械结构。放卷机构的稳定性将直接影响到纸管机的卷管精度，为使牛皮纸在传送过程中运行稳定且不跑偏，大轴纸芯轴采用阶梯轴形式，保证了放 纸过程芯轴的左右窜动。 放卷机构机械结构如图 示：大轴纸与芯轴置于机架的 U 形槽内，两端的机架通过地脚螺栓固定在地面上，以保证工作时的平稳性。 1 芯轴 2 大轴纸 3 机架 4 地脚螺栓 图 卷机构结构图 本科生毕业设计（论文） 5 胶机构结构设计 上胶机构是将纸管胶涂在牛皮纸一面的机械结构。涂胶的均匀程度将直接影响 卷管质量。 纸胶太薄，牛皮纸粘不牢，影响纸管的致密度；涂胶太多，容易造成胶液溢出， 粘污设备并影响纸管美观。 涂胶的厚度可以通过调整两个托辊之间的压紧力来调节。 上胶机构机械结构如图 示： 胶槽内装一定量的纸 胶，下方的托辊转动的同时粘上纸胶给牛皮纸上胶，通过调节上下两托辊之间的压紧力，调整上胶的厚度。托辊通过轴两端的大头螺钉固定在机架上。整个上胶机构通过地脚螺栓固定在地面上。 1 上托辊 2 下托辊 3 大头螺钉 4 机架 5 胶槽 图 胶机构结构图 纸机构机构结构设计 入纸机构是采用压辊传动的方式将上胶后的牛皮纸纸以一定的长度间歇的送到切刀的机械结构。 入纸机构通过托辊和滚筒压紧转动时产生的拉力提供牛皮纸前进的动力 ， 通过对步进电机前进步数的控制达到对入纸长度的控制 。 入纸机构机械结构如图 示： 本科生毕业设计（论文） 6 1 托辊 2 牛皮纸 3 滚筒 4 步进电机 图 纸机构结构图 辊结构设计 托辊是 牛皮纸输送过程中 主要 承载 部件，托辊 的作用是支撑牛皮纸 ，减小运行阻力，并使 纸 带的垂度不超过一定限度，以保证 牛皮纸输送的 平稳。对托辊最基本的要求是：使用可靠、回转阻力系数小、制造成本低、具有足够的承载能力。 普通托辊的结构由管体、轴承、轴和密封件构成，轴承布置在托辊管体内部，托辊轴的两端由托辊支架支撑。 托辊 长度 的 可以直接通过 牛皮纸 的宽度确定。托辊的直径和托辊轴的直径以及轴承可根据托辊所受的载荷情况选择。 托辊结构如图 示： 1 管体 2 机架 3 轴 4 端盖 5 轴承座 6 轴承 图 辊结构图 本科生毕业设计（论文） 7 筒结构设计 滚筒组是 入纸机构的 重要 组成 部 分 ，传动滚筒的作用是将驱动装置提供的扭矩传到 牛皮纸上 ， 为其提供前进动力 。一般地，传动滚筒的表面覆盖有橡胶或陶瓷以增大滚筒与输送带间的摩擦系数。 根据滚筒的承载不同，可将 滚筒分为轻型滚筒、中型滚筒和重载滚筒，根据本装置的设计要求选用轻 型滚筒。 轻 型滚筒的结构是轴与轮毂用胀套连接，幅板与筒壳全焊。 胀套连接结构是国际上广泛应用于中、重型载荷下机械连接的一种先进基础部件。其原理是：当旋转 紧定螺钉时，前压环和后压环互相靠近，迫使带开口的外环胀大，内环缩小，从而使轴与轮毂形成过盈压配合，达到连接的目的。胀套的传递负载是通过胀套的内外环产生的压力和摩擦力来实现的。采用胀套连接的优点是：容易实现高精度的定位，可传递大转矩和轴向力；可连接不可焊材料；可从外部安装拆卸，并可重复使用；避免了滚筒在轴向的攒动；降低了孔和轴的加工精度和加工费用。 滚筒 结构 如图 示： 1 管体 2 胀套 3 轴 4 幅板 图 筒 结构图 纸机构 结构 设计 切纸机构是纸管机中随着入纸机构的间歇周期，间歇地动作，将入纸 机构运送的定长牛皮纸切断的机械结构。 切纸机构 结构包括铡刀、固定刀片、刀架、气压缸等。固定刀片固定在机座上，铡刀通过转动副与刀架相连。通过对气压缸的控制实现铡刀的落下与抬起， 本科生毕业设计（论文） 8 达到切纸的目的。 切纸机构机构如图 示： 1 气压缸 2 铡刀 3 机架 4 固定刀片 图 纸机构结构图 齐机构结构 设计 对齐机构是纸管机 中推动切好后的标准长度的牛皮纸使其一边对齐的机械结构。对齐的目的是方便后期的卷纸过程。 其结构 由推板 、 导向座 、气压缸等 构成 。 对 齐机构结构如图 示： 1 推板 2 导向座 3 机座 4 气压缸 图 齐机构机构图 本科生毕业设计（论文） 9 纸机构结构 设计 自动平卷纸管机中导纸机构来回往复运动，将切刀片切成的固定长度的料纸准确的送给卷轴，并在导送纸料的过程中将上一次卷绕成型的纸管拔出。 其结构包括 圆柱 直线 导轨 、 滑块、 导向座、气压缸 、拖 爪 等构成。 送纸 机构结构如图 1 托爪 2 机座 3 气压缸 4 导轨座 5 导向座 6 气压缸 7 圆柱 直线 导轨 图 纸机构结构图 纸机构结构 设计 自动平卷纸管机中 卷纸 机构是纸管成型设备的核心 部件，作用是将送到 指定位置的牛皮纸 卷成纸管。 其 主要结构由步进电机、卷纸芯轴和上下压板等部分组成 。 卷 纸 机构结构如图 本科生毕业设计（论文） 10 1 卷纸芯轴 2 步进电机 3 机座 4 气压缸 5 导向座 6 上压板 7 下压板 图 纸机构结构图 本科生毕业设计（论文） 11 第 3章 自动平卷纸管机 传动系统的设计 动机的选用 考虑到设计要求和电机选择原则等因素，故选择步进电机。且 步进电动机的选型因主要注意以下几点： 1 步进电机应用于低速场合 000 转，（ 时6666最好在 1000）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。 2 步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 3 由于历史原因，只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议： 57用直流2486用直流 50V,90用高于直流 100V），当然 12 伏的电压除12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。 4 转动惯量大的负载应选择大机座号电机。 5 电机在较高速或大惯量负载时，一般不在 工作速度起动，而采用 逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。 6 高精度时，应通过机械减速、提高电机速度 ,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用 5 相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少 。 7 电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。 8 电机在 600）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 9 应遵循先选电机后选驱动的原则。 纸步进电机的选择 （ 1） 滚筒轴转动惯量 8m 2 （ 3 式 中 位 D 位 L 位 本科生毕业设计（论文） 12 由公式计算 得： 2442 滚筒 的转动惯量 22 （ 3 式 中 m 位 R 位 所以 221 2222 4584.5 初选电动机的型号为 130二 相混合式，常州宝马集团生产，步距角为 表得该型号电动机转子转动惯量 。 则加在步进电机转轴上的总转动惯量为 ： 221221 （ 2） 计算步进电机的等效负载转矩 1） 快速空载启动为电动机轴承受的转矩 3 式中位 。 位 。 02m a x （ 3 式中 位 位 2/ 单位 r 单位 s （一般在 1秒之间） 考虑到联轴器传动效率 计算空载时折算到电机转轴上的最大加速转矩： 02（ 3 其中： m m a x m 脉冲/005.0 本科生毕业设计（论文） 13 所以 m a x 根据设计图知0a x 2）计算2 12（ 3 其中 92 经上述计算：得到加在步进电机转轴上的最大等效负载转矩应为： 9,m a x 21 （ 3 （ 3）步进电动机最大转矩选定 考虑需要安全系数，取 K=4， 则步进电机最大转矩 36944m a x （ 3 上述初选步进电机型号为 130表得 40，可以满足设计要求。 根据计算最终 确定电动机的型号为 130其技术参数见表 示 。 表 30 步 进电动机的 技术参数 相 数 步距角 /（） 电压 /V 电流 /A 最大静转矩 /（ N m） 空载启动频率 /运行频率 /动惯量 /（ C ） 2/4 20 40 1500 15000 48 本科生毕业设计（论文） 14 纸 步进电机的选择 （ 1）卷纸芯轴 转动惯量 8m 2 （ 3 式中 质量，单位 D 直径，单位 L 长度，单位 由公式计算得： 2442 初选电动机的型号为 110两 相混合式，常州宝马集团生产，步距角为 表得该型号电动机转子转动惯量 则加在步进电机转轴上的总转动惯量为 2121 （ 3 （ 2）计算步进电机的等效负载转矩 1）快速空载启动为电动机轴承受的转矩 3 式中位 。 位 。 02m a x （ 3 式中 位 位 2/ 位 r 单位 s （一般在 1秒之间） 考虑到联轴器传动效率 计算空载时折算到电机转轴上的最大加速转矩： 02（ 3 其中： m m a x m 本科生毕业设计（论文） 15 脉冲/005.0 所以 m a x 根据设计图知0a x 2）计算2 12（ 3 其中 经上述计算：得到加在步进电机转轴上的最大等效负载转矩应为： 2.3,m a x 21 （ 3 （ 3）步进电动机最大转矩选定 考虑需要安全系数，取 K=4， 则步进电机最大转矩 a x （ 3 初选 电机型号为 110表得 20，可 以满足设计要求。 根据计算最终 确定电动机的型号为 110其技术参数见表 示 。 表 10 步 进电动机的 技术参数 相 数 步距角 /（） 电压 /V 电流 /A 最大静转矩 /（ N m） 空载启动频率 /运行频率 /动惯量 /（ C ） 2/4 20 20 1800 20000 15 本科生毕业设计（论文） 16 筒 轴的设计 计算 的 材料选择 轴的材料为 45 号钢，调质处理，表面硬度 217255拉强度 650用弯曲应力 60 的结构 设计及 分析 取 120A ，根据公式 30 （ 3 轴的设计： 考虑轴端有一个键槽，取 d=28 轴的其他结构由设计实际情况决定。 根据安装和定位的需要，初定各轴段直径和长度，各跨度尺寸，作轴的简图，如图 示。 图 筒 轴示意图 计算齿轮所受的各个分力。 圆周力根据公式 2111 （ 3 轴向力根据公式 n 11 （ 3 径向力根据公式 o n 11 （ 3 本科生毕业设计（论文） 17 带对轴的压轴力 64 将空间力系分解为 H 和 V 平面力系，可得： 02 16231 ， 718901 ； 01 13532 ， 195442 ； 54603 ； 01 24532 ； 02 3201 ； 736052 。 据上述各数据计算可得轴的弯矩： 42 24 51， 8 3 3 8 42， 761553 。 轴的扭矩计算可得： 42245 。 计算弯矩 22 （ 3 其中 。 将上述各已知数据代入式
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