【JX451】全自动鞭炮卷筒机的设计[KT+RW+FY]【2A0】
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【JX451】全自动鞭炮卷筒机的设计[KT+RW+FY]【2A0】,jx451,全自动,鞭炮,卷筒,设计,kt,rw,fy,a0
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湘 潭 大 学 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 全自动鞭炮卷筒机的设计 学 号 2008963245 学生姓名 欧阳康 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 李明富 系主任 周友行 一、主要内容及基本要求 主要研究全自动 鞭炮分切卷筒机 结构，这个机器由 送纸机构，沾液机构、搓纸机构和脱筒机构组成 。经分析，考虑采用机械结构控制，实现自动上胶、卷筒、切筒，使整机所有动作实现全自动操作。 技术指标： 1. 拾 纸方式 :手动丝杆万向可调技术 2. 直接将卷筒纸制成纸管并随机分切为所需长度的成品纸管 3. 纸头自动加水 ,纸头不弹起 4. 同时卷筒、切筒 二、 重点研究的问题 卷筒的设计原理、工作特性。 三、 进度安排 各阶段完成的内容 起止时间 1 查阅相关资料，熟悉课题 第一、二周 2 运用相关软件，完成初步设计和方案的设计可行性 第三、四周 3 进行各部分机构和系统的具体计算 第五到第九周 4 初步完成装配图以及各种零件图。 第十到十三周 5 编写设计说明书 第十四到十五周 6 完成毕业设计、答辩 第十六周 7 8 9 10 四、 应收集的资料及主要参考文献 1 隨明阳主编 北京机械工业出版社 ,1999 年 2 机械设计手册编 委会 北京机械工业出版社 ,2004 年 3 杨可桢主编 人民教育出版社 ,1990 年 4 陈铁鸣 第 3 版 .哈尔滨工业大学出版社， 2003 5 胡宗武主编 北京科技技术出版社， 2003 年 6 江耕华等主编 煤炭工业出版社， 1992 年 7 陈道南等主编 冶金工业出版社， 1991 年 附录： 切削加工新概念 现今的刀具公司再也不能只是制造和销售刀具，为了成功，他们必须与全球化制造趋势保持一致，通过提高效率、同客户合作来降低成本。在这个近乎瞬间的全球竞争的后 代，全世界的公司正对相同感觉作出更快、更轻、更便宜的反应。换句话说，他们制造的产品和零件包含能在高速下运转，由于成本的压力，最好、更轻而且要制造更便宜。取得这些目标的一个最佳途径是通过发展和应用新材料，但这些新的和改进的材料通常都难以加工。这种商业上的动力和技术上的困难的组合在汽车和航空工业尤其突出，并已 成为有见识的刀具公司研发部门的首要驱动力。 例如，拿球墨铸铁来说，它已成为发动机零件和其它汽车、农用设备和机床工业上的零件的日益见的材料。这种合金提供较低的生产成本和良好的机械性能的组合。他们比钢材便宜，而比铸铁有更高的强度和韧性。但同时球墨铸铁非常耐磨，有快速磨坏刀具材料的倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁的珠光体含量越高，它的耐磨性越好，而且它的可加工性越差。另外，球墨铸铁的多孔性导致断续切削，这更加降低寿命。 可以预计，高硬度和高耐磨的切削材质需考虑球墨铸铁的高耐磨性。并 且事实上材质包含极硬的 化钛）或 氮化钛）的厚涂层在切削速度每分钟 300 米时加工球墨铸铁被证明通常是有效的。但是随着切削速度的增加，切屑 /刀具结合面的温度也在增加。当发生这样的情况， 层倾向于和铁发生化学反应并软化，更多的压力作用在抗月牙洼磨损的涂层上。在这些条件下，希望有一种化学稳定性更好的涂层，如 然在较低的速度下不如 或耐磨）。 化学稳定性比耐磨性更成为一个重要的表现性能分界的因素，速度和温度取决于被加工球墨铸铁的晶粒结构和性能。但是通常厚涂层的 仅有氧化物的较薄涂层是针对球墨铸铁应用的，因为今天大部分这类被加工材料的切削速度在每分钟 150 到 335 米之间。对于速度高于每分钟 300 米的应用，人们对这种材料是满意的。 为了使这个范围性能最优，山高研发和推出了针对球墨铸铁加工的材质种材质有一个硬且抗变形的基体，对于加工球墨铸铁很理想。它的涂层由一层较厚的很耐磨的碳氮化钛和一层较薄的抗月牙洼磨损的氧化物涂层，顶面是一薄层 种涂层运用目前工艺水平的产生耐磨性和抗月牙洼磨损需要的 层的全部硬度而且韧性平滑性增加的中 温化学气相沉积（ 艺。基体 /涂层的组合性能给予很高的抗塑性变形和刃口微崩能力，使之成为正常速度下加工球墨铸铁的理想材质。 涂层陶瓷也表现出能有效加工球墨铸铁。在过去，未涂层的韧性较好的诸如氮化硅和碳化硅纤维强化的氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲和性的限制。但是今天通过使用能抵抗切屑变形过程产生高热量的涂层刀具寿命已经显著增加。而某些早期这个领域的工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷，今天的多数研究活动集中于 层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好的陶瓷的应用范围。 切削加工时，工件的已 加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。 刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹，来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等，刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动； 成形刀具法简称成形法，是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具，或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比较困难，因此一般只用于加工短的成形面； 展成法又称滚切法，是加 工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。 切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量 (包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化 )。随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。 18 世纪后期，切削加工精度以毫米计； 20 世纪初，切削加工的精度最高已达 米；至 50年代，切削加工精度已达微米级； 70 年代，切 削加工精度又提高到 米。 影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。 提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。 磨削速度在 45 米秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削 (或磨削 )既可提高效率，又可减小表面粗糙度。高速切削 (或磨削 )要求机床具 有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统；要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。 强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大故不适于加工细长工件。 振动切削是沿刀具进给方向，附加低频或高频振动的切削加工，可以提高切削效率。低频振动切削具有很好的断屑效果，可不用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时的总功率消耗比带有断屑装置的普通切削降低 40左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减小刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高 40。 对木材、塑料、橡胶、玻璃、大理石、花岗石等非金属材料的切削加工，虽与金属材料的切削类似，但所用刀具、设备和切削用量等各有特点。 木材制品的切削加工主要在各种木工机床上进行，其方法主要有：锯切、刨切、车削、铣削、钻削和砂光等。 塑料的刚度比金属差，易弯曲变形，尤其是热塑性塑料导热性差，易升温软化。故切削塑料时，宜用高速钢或硬质合金刀具，选用小的进给量和高的切削速度，并用压缩空气冷却。若刀具锋利，角度合适，可产生带状切屑，易于带走热量。 玻璃 (包括锗、硅等半导体材料 )的硬度高而脆性大。对玻璃的切削加工常用切割、钻孔、研磨和抛光等方法。对厚度在三毫米以下的玻璃板，最简单的切割方法是用金刚石或其他坚硬物质，在玻璃表面手工刻划，利用刻痕处的应力集中，即可用手折断。 对大理石、花岗石和混凝土等坚硬材料的加工，主要用切割、车削、钻孔、刨削、 研磨和抛光等方法。切割时可用圆锯片加磨料和水；外圆和端面可采用负前角的硬质合金车刀，以 10 30 米分的切削速度车削；钻孔可用硬质合金钻头；大的石料平面可用硬质合金刨刀或滚切刨刀刨削；精密平滑的表面，可用三块互为基准对研的方法，或磨削和抛光的方法获得。 刀具在热强合金中的应用 航空加工也变化迅速。例如，镍基高温合金如几年前多数人未听说过的在占到航空发动机制造使用总金属量的 1025%。对于这个有很好的表现和商业理由。例如，这些热强合金能增加发动机寿命而且允许较小的发动机工作在大飞机上，那将提 高燃烧效率并降低运营成本。这些韧性好的材料也把费用呈现在刀具上。它们的耐热性导致刀尖上的温度更高，从而降低了刀具寿命。相似地，这些合金里的碳化物颗粒显著增加了摩擦，从而缩短刀具寿命。 作为这些条件改变的结果，曾经能很满意地加工很多钛合金和镍基合金的硬质合金材质 应用到当今的合金时遭受切削刃的压碎和切削深度线处严重的沟槽磨损。但是用最新的细颗粒硬质合金能有效加工高温合金，刀具寿命得到提高，更重要的是提高在高温合金应用时的可靠性。细颗粒硬质合金有比传统硬质合金材质更高的压缩强度和硬度，只是在韧性 方面增加少量的成本。而结果是在高温合金加工上比传统硬质合金抵抗常见失效模式更有效。 理气相沉积）涂层也被证明有效加工高温合金。 化钛）层是最早使用的并仍然是最受欢迎的。最近， 铝化钛）和 氮化钛）涂层也能很好使用。过去 层应用范围和 比限制更多。但是当切削速度提高后它们是一个很好的选择，在那些应用提高生产率达40%。另一方面，在较低的切削速度下取决于涂层的表面工况 导致积屑瘤、随后的微崩和沟槽磨损。 近来，用于高温 合金应用的材质已经发展了，这些涂层由几层组合而成。大量的实验室和现场测试已经论证了这种组合和其它任何一种单一涂层相比在很宽范围的应用时很有效。因此针对高温合金应用的 合涂层可能成为硬质合金新材质研发持续的焦点。和 层、涂层陶瓷集合在一起，它们有望成为更有效加工正在研发的新的更难加工工件材料的主要冲击力量。 干切削 ， 包括冷却液在内的问题是刀具制造的科技和商业扩大产业化趋势的另一个领域。北美和欧洲严格冷却液管理的要求和最大的三家汽车制造商强制它们的核心供应商取得 证（ 环境管理版本），这使得冷却液处理成本上升。对汽车公司和他们核心供应商来说明显受欢迎的反应之一是在特定的加工应用里完全免除冷却液的使用。这种干加工的新世界给刀具供应商提出了一系列挑战。 最近，已经出现了一些有关这个专题揭示速度、进给、涂层化学成分和其它参数的很充实的综合性很强的有用的技术文章。在这里我想集中论述在操作和商业含义上的汽车制造商的新 “干加工观点 ”。 金属加工从业人员能很好理解有关冷却液使用的问题，但大多数不能理解有关除在刀具 如排屑）之外的干加工问题。通常可以观察 到流出的冷却液分散切屑，但压力超过 3000 磅 /英寸 2 的高速冷却液也能帮助断屑，特别是软且连续的切屑会引起刀具 采用干切削工艺的零件的结果是机床比采用湿式加工零件的更热。你是否允许它们测量前在露天自然冷却？如果新加工的热零件经常放到周转箱，升高周围环境温度，是否零件充分冷却并正好足够允许精度检测？还有处置身边几十上百的零件会对操作工人增加额外负担。 同许多刀具 /工件的技术问题一起，这些潜在的问题需要陈述是否干加工能行。幸运地，有很多途径阐述这些问题。例如，压缩空气被证 明在很多应用里排屑成为问题的场合有成功的反响。 另一个方案是叫做 小量润滑）的技术，它由应用代替传统冷却液的相当少量油雾构成。这是一个公认的折中方案，这种最小量技术会大幅度减少冷却液的头疼事，而且在许多应用里加工出的光洁度也很好。这个领域仍然有很多研究在做，而且刀具公司积极参与这样的研究是绝对必要的。如果他们不做将落后于竞争对手，处于不利的地位。 根据世界上工厂内具体情况设计出别的也许更好的方案。制造业从业人员可能仍然会问为什么他们要努力使用新发展的技术代替传统的已经经历数代人改进提 高的冷却液方法，尤其因为实施干加工或半干加工产生的试验和失败可能引起更高的短期刀具成本。简明的答案是当刀片大约占典型加工零件成本的 3%时，冷却液的成本（从购买到维护、储存、处理）会占零件成本的 15%。 干加工也许不是对每个应用都适合，但象上面讨论的其它加工问题一样，需要从更宽的操作、环境和商业角度来评价。能帮助客户这样做的刀具公司将有竞争优势，而那些不能提供的将不断处于被动地位。 刀具和纳米技术 一个能剧烈改变刀具工业的迷人的新领域是微型制造，或处理微小粒子形成所需的产品。要谈及的关于刀具 微型制造的第一件事是它这里还没有；第二件要说的事是它并不遥远。 为什么微型制造和刀具相关。因为最主要的是颗粒尺寸越小，硬质合金材料韧性越好且更耐磨。用纳米级颗粒（一些专家定义为小于 其他人坚持纳米颗粒要小于 造的硬质合金刀具原型已经做好并测试 ,据称耐磨性戏剧性地增加。问题是纳米级的硬质合金颗粒不能靠粉碎较大的材料形成，它们一定得通过更小的材料构成，而处理分子级粒子还不是一件容易和经济的事情。 of he be in to be TO is to is a In in as a of is a is is In in of is in to to it by in of a to at is by In to is on to of to iC in 00 to is he is iC in in iC or is an to to is in is iC or in is of in 50 35 Is 00 to of In to to in of of is by a is of of to VD of he it to to In as to to to to in iN of up is to to of is to be in so in is or so on so to be in is do is in of in so on to be at is to 8th by At 0th To 0s, a 0s, .1 so on to so to is so is 5 or or to to to or in is is in to in to to of is is is is to be of a is to is of or to to to 0%is in 0% To so on is so on in of s so is to be in to or to is is to of so on of is so on in is or in to To so on so on 030 a or to or in he to 025%. be to to on on on to in As a of in be to -2 in to s of to of of to be to of in a in of in by VD In iN to be is a 湘 潭 大 学 机械工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 全自动鞭炮分切卷筒机设计 姓 名 学号 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 机五 指导教师 李 * 职称 讲师 填写时间 2012 年 03 月 12 日 2012 年 03 月 12 日 2 说 明 1根据湘潭大学毕业设计 (论文 )工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。 2开 题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计 (论文 )开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明： (1) 课题 性质：可填写 A工程设计； B论文； C. 工程技术研究； (2) 课题来源：可填写 A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题； B企、事业单位委托课题； C校 级基金课题； D自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于 10 篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四，表格所留空不够可增页。 3 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 学号 2008500741 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 李 * 职称 讲师 所在系 机电系 课题来 源 科研课题 课题性质 工程设计 课题名称 全自动鞭炮分切卷筒机设计 一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 (1)选题的依据 ： 目前而言，鞭炮制作已有了卷筒机、插线机、分纸机、腰筒机、栽引机、封口机等机械，能简单的实现机械化连续生产。目前烟花鞭炮的市场需求越来越大，因此安全、可靠、高效的鞭炮自动生产机械有巨大的市场需求。但鞭炮卷筒机的生产尚未成熟， 这一直是花炮公司和生产厂家迫切需要解决的一个问题。此次设计目的是改进该设备 ,使其发挥正常的工作效率 ,真正的实现其全自动 。 （ 2） 课题的意义 作为中华民族的优秀传统文化之一，烟花爆竹在人民喜庆节日中充当着不可替代的作用，是我国优秀的、生命力强的民族产业。烟花鞭炮的传统生产工艺均系手工操作，工艺烦琐，不仅劳动强度大、功效低、产品质量难以保证，而且由于烟花鞭炮在生产过程中易燃、易爆，安全事故时有发生，工人的安全也得不到有力保障。因此，研发此自动化生产设备，以提高生产效率，确保安全生产和稳定产品质量具有现实意义。 （ 3）国内外基本研究情况 烟花爆竹机械的起源是上个世纪的八十年代， 最具代表性的是 长沙市浏阳的烟花鞭炮，近十几年通过科技攻关、政府扶持、加强营 销和对外宣传等措施，浏阳烟花鞭炮产业更加光彩夺目， 主要 是引线机和卷筒机的研发成功和运用推广 。 目前产品已销往世界 100 多国家和地区，出口量占全国的 60，烟花鞭炮产业几乎撑起了浏阳经济的“半壁江山”，浏阳也被业界人士喻为了“世界烟花鞭炮王国”。 九十年代插引机、全自动结鞭机的出台以及分纸机、浆引机、全自动卷筒机、切筒机、刁底机的研究成功获得推广使用，给烟花爆竹行业引发了一场新的划时代的革命。目前，鞭炮制作已有了卷筒机、插线机、分纸机、腰筒机、栽引机、封口机等机械，能简单的实现机械化连续生产。 4 二、研究内容、预 计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 研究内容 ： 主要研究全自动 鞭炮分切卷筒机 结构，这个机器由 送纸机构，沾液机构、搓纸机构和脱筒机构组成 。经分析，考虑采用机械结构控制，实现自动上胶、卷筒、切筒，使整机所有动作实现全自动操作。 预期达到的目标： 能用三维仿真软件 出结构图，并能实现运动仿真。具体完成完整的手绘装配图，及重要零件的 。 关键理论和技术： 全自动 鞭炮分切卷筒机 设计关键在于实现自动上胶结构与同时卷筒切筒结构的设计。 技术指标： 1. 拾 纸方式 :手动丝杆万向可调技术 2. 直接将卷筒纸制成纸管并随机分切为所需长度的成品纸管 3. 纸头自动加水 ,纸头不弹起 4. 同时卷筒、切筒 完成课题的方案和主要措施： 1. 搜集资料，了解国内外现有全自动 随机分切 卷筒 机 设计结构、组成及工作情况，分析其优劣，找出可以改进或需要改进的地方；并弄懂一般卷筒 机 的设计原理、工作特性。 2. 总体方案设计，包括方案的提出与确定，方案的实现，必要的设计计算以及必要的校核。 3. 完成手绘的装配图，及重要零件的 图，并完成设计说明书等。 5 三、主要特色及工作进度 主要特色： 采用整机所有动作全部采用机械结构控制 ,直接将卷筒纸制成纸管并随机分切为所需长度的成品纸管，实现全自动上胶，卷筒、切筒操作。 工作进度： 收集查阅了有关卷筒机设计背景资料，制定了设计提纲和计划，研究了设计方案并初步确定最终方案，对所要求软件进行了初步的学习，对 三维软件有了进一步的理解。 第一周到第二周，主要是查阅相关资料，熟悉设计题目，并做前期准备； 第三周到第四周，熟练运用各种相关软件，并完成主体外形的初步设计和方案的可行性验证； 第五周到第九周，进行各部分机构和系统的具体计算，设计； 第十周到第十三周，对设计进行优化，初步完成装配图，以及各种零件图，编写设计说明书； 第十四周第十五周，完成设计任务并进行答辩。 6 四、主要参考文献 （按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） 1孙恒，陈作模 . 机械原理 M. 北京 : 高等教育出版社， 2006 2濮良贵，纪名刚 . 机械设计 M. 北京 :高等教育出版社， 2002. 3邓星钟 M. 武汉 :华中科技大学出版社， 2001. 4 黄长艺 M械工业出版社， 1995 5 杨叔子，杨克冲 M中科技大学出版社 ,2006. 6 姜勇 民邮电出版社 7 顾绳合 M械工业出版社 8 郁明山 M械工业出版社， 1996. 9 闻邦椿，机械设计手册 京：机械工业出版社， 2010. 10孙靖民 4 版 械工业出版社， 2009. 11华大年 ,华志宏 应用创新 M械工业出版社 2008. 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 系意见 系主任签名： 年 月 日 院意见 教学院长签名： 年 月 日 目录 摘要 1 第 1 章 绪论 . 2 第 2 章 鞭炮生产的难题 . 3 第 3 章 鞭炮卷筒 主体零件的设计 . 4 筒的结构设计及尺寸确定 . 4 筒的分类 . 4 筒绳槽的确定 . 5 筒的设计 . 5 筒节径 0. 5 筒的长度设计 . 6 筒壁厚设计 . 7 筒强度计算及检验 . 7 筒轴的设计计算 . 8 筒轴的受力计算及工作应力计算 . 8 筒轴的设计 . 9 轴作用力计算 . 10 轴垂直面支承反力及弯矩 . 10 轴水平面支承反力及弯矩支反力 . 10 算心轴工作应力 . 11 轴的疲劳强度计算 . 11 轴的静强度计算 . 12 动机选择 . 13 速器的设计计算 . 14 扬机总传动比计算 . 14 速器的计算 . 14 配减速器的各级传动比 . 14 算传动装置的运动和动力参数 . 14 柱齿轮传动的设计计算 . 16 轮参数设计 . 17 轮轴参数设计 . 21 动器，联轴器的选择 . 22 动器的分类及选择 . 22 轴器的选择 .考文献 . 23 致 谢 . 24 附录 . 25 摘要 在中国鞭炮做为中国文化的传承，一直受到民众的喜爱，它给人带来了喜庆，欢乐的气氛。虽然在城市管制严格，但依旧是市民喜庆、欢喜的代名词。无论是节日的来临或者婚嫁迎娶、乔迁升学都会听到一阵阵悦耳且带着一丝嘈杂的鞭炮声。 中国人在春节期间燃放烟花爆竹的习俗由来已久，甚 至可追溯到春秋时期，并在唐代普及到了整个中国。到了宋朝，民间出现了制造烟火爆竹的作坊和专业匠人，烟火表演也随之丰富了起来。加之造纸业的发展，使烟花爆竹业变得空前发达。而烟花爆竹的普及与盛行，主要是社会生活的需要所致，后来潜移默化，逐渐衍变为一种文化，而且涉及到了文化信仰乃至政治生活。这与今天人们所理解的鞭炮只是为了营造节日的欢快气氛有本质的不同。 本论文一研究工作的进展顺序为章，分章、节逐一论述了课题的起因、发展意义以及环境保护等问题的研究。在设计中遇到的问题与难点极其解决方法与措施都一一阐述。在设计过程中 ，详细论述了设备的总体结构设计、电机传动系统、控制系统、齿轮传动系统、卷筒传动系统以及安全性进行了设计。 关键词 ： 总体结构； 控制系统； 卷筒传统系统； 安全性 n as of s it a is a or of a of in be to in to of By of In to of of is of by a of to to a a In a in to is in of of of as as on In of In in of 湘潭大学 毕业设计说明书 题 目： 全自动 鞭炮卷筒机的设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008963245 姓 名： 欧阳康 指导教师： 李明富 完成日期： 2012 年 5 月 29 号 湘 潭 大 学 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 全自动鞭炮卷筒机的设计 学 号 2008963245 学生姓名 欧阳康 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 李明富 系主任 周友行 一、主要内容及基本要求 主要研究全自动 鞭炮分切卷筒机 结构，这个机器由 送纸机构，沾液机构、搓纸机构和脱筒机构组成 。经分析，考虑采用机械结构控制，实现自动上胶、卷筒、切筒，使整机所有动作实现全自动操作。 技术指标： 1. 拾纸方式 :手动丝杆万向可调技术 2. 直接将卷筒纸制成纸管并随机分切为所需长度的成品纸管 3. 纸 头自动加水 ,纸头不弹起 4. 同时卷筒、切筒 二、 重点研究的问题 卷筒的设计原理、工作特性。 三、 进度安排 各阶段完成的内容 起止时间 1 查阅相关资料，熟悉课题 第一、二周 2 运用相关软件，完成初步设计和方案的设计可行性 第三、四周 3 进行各部分机构和系统的具体计算 第五到第九周 4 初步完成装配图以及各种零件图。 第十到十三周 5 编写设计说明书 第十四到十五周 6 完成毕业设计、答辩 第十六周 7 8 9 10 四、 应收集的资料及主要参考文献 1 隨明阳主编 北京机械工业出版社 ,1999 年 2 机械设计手册编委会 北京机械工业出版社 ,2004 年 3 杨可桢主编 人民教育出 版社 ,1990 年 4 陈铁鸣 第 3 版 .哈尔滨工业大学出版社， 2003 5 胡宗武主编 北京科技技术出版社， 2003 年 6 江耕华等主编 煤炭工业出版社， 1992 年 7 陈道南等主编 冶金工业出版社， 1991 年 湘潭大学毕业论文（设计）评阅表 学院 兴湘学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号 2008963245 姓名 欧阳康 论文（设计）题目： 全自 动鞭炮卷筒机的设计 评阅人 职称 评阅日期： 2012 年 5 月 31 评价项目 评 价 内 容 选 题 1是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 1 难度、份量是否适当。 能 力 1 是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2 是否有综合运用知识的能力； 3 是否具备研究方案的实际能力 、研究方法和手段的运用能力； 4 是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5 工科是否有经济分析能力。 论文质量 1 立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表是否完备、整洁、正确；引文是否规范； 2 文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3 有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 工作量 工作量是否饱满，论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。 综 合 评 价 论文选题基本符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训 练的目的。该生能在设计中运用所学知识，设计方案基本可行，工作量尚可，论文质量基本符合本科生毕业设计要求。 同意参加答辩。 湘 潭 大 学 毕业论文（设计）鉴定意见 学 号 2008963245 学生姓名 欧阳康 专 业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 39 页 图表 7 张 论文（设计）题目 全自动鞭炮卷筒机的设计 内容提要：主要研究全自动鞭炮卷筒机结构，这个机器由送纸机构、沾液机构、搓纸机构和 脱筒机构组成。经分析，考虑采用机械结构控制，实现自动上胶、卷筒、切筒，使整机所有动作实现全自动操作。 指导教师评语 欧阳康同学在毕业设计期间不够积极主动，在设计过程中缺少与指导老师的沟通，表现一般。采用 件对设计的基本原理结构进行设计与绘图。同意答辩，推荐毕业设计成绩为“及格”。 指导教师姓名 职称 年 月 日 答辩委员会意见 评定等级 答辩委员会主任： 年 月 日 目录 摘要 1 第 1 章 绪论 . 2 第 2 章 鞭炮生产的难题 . 3 第 3 章 鞭炮卷筒 主体零件的设计 . 4 筒的结构设计及尺寸确定 . 4 筒的分类 . 4 筒绳槽的确定 . 5 筒的设计 . 5 筒节径 0. 5 筒的长度设计 . 6 筒壁厚设计 . 7 筒强度计算及检验 . 7 筒轴的设计计算 . 8 筒轴的受 力计算及工作应力计算 . 8 筒轴的设计 . 9 轴作用力计算 . 10 轴垂直面支承反力及弯矩 . 10 轴水平面支承反力及弯矩支反力 . 10 算心轴工作应力 . 11 轴的疲劳强度计算 . 11 轴的静强度计算 . 12 动机选择 . 13 速器的设计计算 . 14 扬机总传动比计算 . 14 速器的计算 . 14 配减速器的各级传动比 . 14 算传动装置的运动和动力参数 . 14 柱齿轮传动的设计计算 . 16 轮参数设计 . 17 轮轴参数设计 . 21 动器，联轴器的选择 . 22 动器的分类及选择 . 22 轴器的选择 .考文献 . 23 致 谢 . 24 附录 . 25 摘要 在中国鞭炮做为中国文化的传承，一直受到民众的喜爱，它给人带来了喜庆，欢乐的气氛。虽然在城市管制严格，但依旧是市民喜庆、欢喜的代名词。无论是节日的来临或者婚嫁迎娶、乔迁升学都会 听到一阵阵悦耳且带着一丝嘈杂的鞭炮声。 中国人在春节期间燃放烟花爆竹的习俗由来已久，甚至可追溯到春秋时期，并在唐代普及到了整个中国。到了宋朝，民间出现了制造烟火爆竹的作坊和专业匠人，烟火表演也随之丰富了起来。加之造纸业的发展，使烟花爆竹业变得空前发达。而烟花爆竹的普及与盛行，主要是社会生活的需要所致，后来潜移默化，逐渐衍变为一种文化，而且涉及到了文化信仰乃至政治生活。这与今天人们所理解的鞭炮只是为了营造节日的欢快气氛有本质的不同。 本论文一研究工作的进展顺序为章，分章、节逐一论述了课题的起因、发展意义以及环境 保护等问题的研究。在设计中遇到的问题与难点极其解决方法与措施都一一阐述。在设计过程中，详细论述了设备的总体结构设计、电机传动系统、控制系统、齿轮传动系统、卷筒传动系统以及安全性进行了设计。 关键词 ： 总体结构； 控制系统； 卷筒传统系统； 安全性 n as of s it a is a or of a of in be to in to of By of In to of of is of by a of to to a a In a in to is in of of of as as on In of In in of 一章 绪论 随着社会的发展，人类生活水平的提高。鞭炮的应用越来越广并且成为了生活中不可缺少的一部分。鞭炮与传统 密不可分因此受到全世 界人民的喜爱。尤其在我国的鞭炮的需求量很大。无论是过年过节，还是结婚嫁娶，进学升迁，以至大厦落成、店铺开张等等。只要为了表示喜庆，人们都习惯放鞭炮来庆祝。这个习俗在我国已有 2000 多年的历史了。荆楚岁月记曾经记载，正月初一，鸡叫头一遍时，大家就纷纷起床， 在自家院子里放鞭 炮，来逐退瘟神恶鬼。当时没有火药，没有纸张，人们使用火烧竹子，使之爆裂发声，以驱逐瘟神，这当然是迷信，但却反映了古代劳动人民渴求安泰的美好愿望。后来，炼丹家经过不断的化学实验，发现硝石、硫磺和木炭合在一起能引起燃烧和爆炸，于是发明了火药 。有人将火药在竹筒里燃放，声音更大，使得火烧竹子这一古老习俗发生了根本变化。北宋时，民间已经出现了用卷纸裹着火药的燃放物，还有单响和双响的区别，改名“爆仗”，后来改为“鞭炮”，但我国目前鞭炮生产自动化程度不高，很多工序都是人工操作，生产效率低，企业生产成本高。因此，研究鞭炮卷筒机对我国的鞭炮自动化程度显得尤为重要。 第二章 鞭炮生产的难题 一、花炮机械科技含量有待提高。目前大部分花炮机械普遍都体积大、份量重、噪音大、安装难，做工粗糙，机械传递不科学，还在生产运行中常常出现故障。如结 鞭机在下料过程中，常常因为下料时单个爆竹传送的不平稳或 “角子 ”爆竹，而引起卡机，轻则引起结鞭缺齿，影响爆响率，重则因传动在继续工作而卡机不下料，摩擦高温而引起燃烧事故。 二、花炮机械市场不规范。花炮机械是个新生事物，就市场而言，从标准、质量、管理等方面都基本上还是一个空白。膨胀的市场，来源于空白市场的急需，在这盲动的过程中，花炮企业对花炮机械的选购、使用都可比性，导致机械企业生产的一些传动配置不合理，工作效率不高，质量低劣的产品充斥责市场，售后服务差，给花炮机械消费者带来不便和引起错觉，实用性、适 用性大打折扣。再加上全国烟花爆竹企业 7000 余家，而各类花炮机械企业仅数百家，僧多粥少，供求不平衡，至使市场价格大部分远远大于机械的成本价格和本身价值，如一台结鞭封装机，成本四千元左右，市场价格却超过万元，昂贵的价格让一部分需求者望而兴叹。价高质劣的畸形市场影响着机械化的正确使用和全面推广。 三、生产品种不均衡。烟花爆竹各类产品生产中的和药、装筑药，礼花弹产品的装药、合球等 生产工序还暂无机械设备，而这些工序操作工人直接接触裸露药物，发生违章操作现象多，是事故高发工序。还有产品的 褙皮、封装等劳 动用人多，做工繁琐的工序 ，机械化程度不高或根本没有相应的机械，研制开发远远滞后着行业的 发展 。 四、机械化综合程度不高。按生产工艺流程来说，各工序是连贯顺畅的，但现在好多单个工序的机械有了，综合连贯工序的机械却很少，裁纸的就是裁纸的，拌浆卷筒的就是拌浆卷筒的，插引的就是插引的，结鞭的就是结鞭的，机械化缺乏连贯性，传统工艺流程方面进步不大。目前，爆竹的结鞭和封装可以在一台机器上连贯完成，说明了机械综合程度有很大的发展空间。 五、发展市场不合理。全国除西藏外，各省市都有烟花爆竹生产企业，萍浏 醴是烟花爆竹产品最大的集中产区，也是花炮机械研制生产、销售的集中产区，现有的 90%以上的花炮机械生产企业集中在萍浏醴及相邻地区，产销一条龙，当地的机械化普及率相当高。 综上所述，选择正确的、科学的设计方案设计鞭炮卷筒机势在必行。 。 第三章 鞭炮卷筒机主体零件的设计 3. 1 卷筒的结构设计及尺寸确定 卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和钢丝绳的尺寸来确定。卷筒用来卷绕钢丝绳，把原动机的驱动力传递给钢丝绳，并把原动机的回转运动变为所需要的直线运动。卷筒通常是中空的圆柱形，特殊要 求的卷筒也有做成圆锥或曲线形的。 筒的分类 按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分，卷筒分单层绕和多层绕两种。一般起重机大多采用单层绕卷筒。只有在绕绳量特别大或特别要求机构紧凑的情况下，为了缩小卷筒的外形尺寸，才采用多层绕的方式。本设计采用单层绕。 筒绳槽的确定 卷筒绳槽槽底半径 R，槽深 c 槽的节矩 t 其尺寸关系为： R=（ d（ d 为钢丝绳直径） （ 3 绳槽深度：标准槽： 1c=（ d （ 3 深槽： 2c=（ d （ 3 绳槽节距：标准槽： 1t d（ 24） （ 3 深槽： 2t d（ 68） （ 3 卷筒槽多数采用标准槽，只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况才使用深槽，本设计选用标准槽，钢丝绳直径选用 14 R=（ d=.4 取 R=8 （ 3 c=（ d =.6 取 c=4 （ 3 所以 t d（ 24） =16 筒的设计 卷筒按照转矩的传递方式来分有端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式，其共同特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。本设计卷筒采用内齿轮啮合式。如图 3 图 3内齿啮合式卷 卷筒的设计主要尺寸有节径0D、卷筒长度 L 、卷筒壁厚 。 筒节径 0卷筒的节径即卷筒的卷绕直径，由设计知0 0 3 式中 0按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径， h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，根据工作环境级别为7M，查机械设计手册 h=28 d 钢丝绳的直径 , 按式计算： 0 392 以选取0D=400 （ 3 筒的长度设计 本设计采用双联滑轮组，如图 3 3双联滑轮组 卷筒的长度 0 1 2 32L L l l l （ 3中 L 卷筒总长度， 0L 绳槽部分长度，其计算公式为： 00n （ 3 其中 H 最大起升高度， a 滑轮组倍率； 0D 卷筒卷绕直径， t 绳槽节矩， n 附加安全圈数，使钢丝绳端受力减小，便于固定，通常取 n 圈； 1l 固定钢丝绳所需要的长度，一般取1l 3t， 2l 两端的边缘长度（包括凸台在内），根据卷筒结构而定， 3l 卷筒中间无绳槽部分长度，由钢丝绳的允许偏斜角和卷筒轴到动滑轮轴的最小距离决定。对于有螺旋槽的单层绕卷筒，钢丝绳允许偏斜度通常为 1： 10，可知选取3l 100 00n =380 1l 3t=48 以 L 996 选取标准卷筒长度为 1000 筒壁厚设计 本设计为了延长钢丝绳的寿命，采用铸铁卷筒，对于铸铁卷筒可按经验公式初步确定，然后进行强度验算。 对于铸铁筒壁 0 . 0 2 6 1 0D （ 3 根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚不应小于 12 以 15以卷筒的参数选择为：绳槽节距 t 16 底半径1c 4 筒节距0D 400 筒长度 L=1000 筒壁厚 15 筒强度计算及检验 卷筒材料一般采用不低于 铸铁，特殊需要时可采用 钢或 接制造。本设计的 卷筒五特殊需要，额定起重重量不是很大，所以选择 铸铁制造。 一般卷筒壁厚相对于卷筒直径较小，所以卷筒壁厚可以忽略不计，在钢丝绳的最大拉力作用下，使卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应力。其中压应力最大。当 L 300%,所以当 L 30 本设计中 L=1000 D=400 合 L 30以只计算压应力即可。 当钢丝绳单层卷绕时，卷筒所受压应力按下式来计算： =A tF 3 其中 为钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力， N； 为卷筒壁厚， A 为应力减小系数，一般取 A=许用压力，对于铸铁 5bb为铸铁抗压强度极限 所以 =A tF 39 教材机械设计基础知b 195以 39 所以 检验计算，卷筒抗压强度符合要求。 3. 2 卷筒轴的设计计算 卷筒轴是支持卷扬机正常工作的重要零件，合理设计与计算卷筒轴对卷扬机性能至关重要。 筒轴的受力计算及工作应力计算 常用的卷筒轴分轴固定式轴转动式（如图 3种情况。卷扬机卷筒工作时，钢丝绳在卷简上的位置是变化的。钢丝绳拉力经卷筒及支承作用到轴上产生的力矩，其大小随钢丝绳在卷简上位置的变化而不同。强度计 算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位旨分别计算。由卷扬机工作情况和轴的受力分析可知， a、 b 因卷筒轴主要承受弯矩，可简化为简单的心轴。 a 图为固定心轴， b 图为转动心轴。对于转动心轴，其弯曲应力一般为对称循环变化；对固定心轴，其应力循环特征为 01r ，视具体的载荷性质而定。对固定心轴的疲劳失效而言，最危险的应力情况是脉动循环变化，为安全起见，卷筒的固定心轴应力以按脉动循环处理为宜。 c 图卷筒轴既受弯又受扭，为转轴。其弯曲应力的应力性质为对称循环变应力，而扭转剪应力的应力性质 可视为脉动循环变化。由此可知，卷筒轴在正常使用条件下，最终将发生疲劳 破坏。但也不排除在超载或意外情况下发生静强度破坏。 图 3筒轴的类型 a: 轴固定式 b、 c: 轴转动式 筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对卷扬机安全、可靠的工作非常重要，因此应十分重视卷筒轴的结构设计和强度、刚度计算。卷筒轴的结构，应尽可能简单、合理，应力集中应尽可能小。卷筒轴不仅要计算疲劳强度，而 且还要计算静强度；此外，对较长的轴还需校核轴的刚度。 本设计以计算出的参数有：绳的额定拉力0 筒直径0D400 丝绳的直径 d 14 齿轴套齿轮分度圆直径 D 224 机械传动设计手册，轴的材质选择 45 钢，调制处理， 650 360S 1 300 0 100b 由图 5 1 可知，该卷筒轴用轴端挡板固定于卷筒上，是不动的心轴。计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位置分别计算。根据受力分析可知，当钢丝绳位于右极限位置时，心轴受力较大，因此应按有极限位置进行轴的强度计算。计算时，卷筒支承作用到心轴的力，可简化为作用于轴承宽度中点的集 中力，左端距支承点 72.5 端距支承点 202.5 查机械设计手册、机械传动设计手册、起重机设计手册，初步得到心轴各段直径和长度，如图 3示 ,本设计心轴左边选用调心滚子轴承圆柱孔图 图 3心轴的各部分尺寸 20000 型，右边选用调心球轴承圆柱孔 10000（ M）型。 将轴上所有作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，如下图 3示。 轴作用力计算 齿轮圆周力： 1122 22 18.7 （ 3 齿轮径向力： 6.8 （ 3 轴垂直面支承反力及弯矩 支反力，如下图 3 7 8 0 5 0 5 0890 （ 3 7 8 0 6 0 6 0890 （ 3 弯矩，如下图 3 50 （ 3 60 1615.2 （ 3 轴水平面支承反力及弯矩支反力 水平面支承反力 如下图 3 50890R （ 3 840890R （ 3 弯矩计算，如下图 30 321 （ 3 60 22.9 （ 3 合成弯矩，如下图 32A A V A M 844.8 （ 3 22B B V B M 1615.3 （ 3 算心轴工作应力 此轴为固定心铀，只有弯矩，没有转矩。由下图 3知最大弯矩发生在剖面 B 处。设卷筒轴该剖面直径为弯曲应力为： 3 00 . 1d （ 3 则： 300 3轴的弯矩图 圆整后 75 间轴段0d 75 15 90 轴的疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度，应该用钢丝绳的当量拉力进行计算，即 d d F（ 3中 钢丝绳的当量拉力， N； 当量拉力系数。 为使计算简便，可假设1。由前述可知，心轴应力的性质可认为是按脉动循环规律变化，则2。弯曲应力为 （ 3 平均应力m和应力幅a为 2 （ 3 轴的形状比较简单，且为对称结构，在 B 截面处尺寸有变化，则有应力集中存在，且该处弯矩最大，可以认为置截面是危险截面，应在此处计算轴的疲劳强度。 查得有效应力集中系数尺 K 面状态系数 对尺寸系数 效系数小 疲劳强度计算的安全系数为 1 （ 3 一般轴疲劳强度安全系数 ，所以该轴疲劳强度足够。 轴的静强度计算 卷筒轴的静强度计算，需要用静强度计算拉力，可按下式求得： （ 3 式中 静强度计算最大拉力 ， N； 动载荷系数，查手册。此处取 。 静强度计算安全系数 m a x/W / （ 3 当 / 时 ，该轴静强度足够。 所以该轴符合本设计要求。 此外，还有些卷筒轴、具有多支承，如三支承。对这类静不定问题可用三弯矩方程方法计算轴受力，同时在设计中还应考虑轴的结构、支承型式以及底座的刚度等问题。 电动机选择 正确 选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最经济、最合理地决定电动机功率。 本设计 5 吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁，工作粉尘量大。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。 吊车用卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根据吊车行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制3优先选用 线转子 )、 型转子 )系列起重专用电动机。 多数情况下选用绕线转子电动机；在工作条件较轻，接电次数较少时，亦可采用笼型转子电动机。对于小吨位卷扬机，考虑到多方面因素，其电动机工作制也允许选择连续工作制1S。本设计电动机工作制度为断时工作制，因此不用考虑电动机的发热计算。 机构运转时所需静功率按下式计算： 01000 （ 3 式中 Q 额定起升载荷， N； 0Q 吊具自重， N；可取0
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