瓦楞纸箱设计

毕业设计（论文）专用纸PAGE20摘要瓦楞纸箱是一种应用最广的包装制品，用量一直是各种包装制品之首。基于瓦楞纸的应用广泛，瓦楞机应运而生。瓦楞机通过上下瓦楞辊的压轧把纸加工为芯纸，根据需要加工成不同的瓦楞纸。单面瓦楞机是加工单面瓦楞纸的设备，其工作时振动噪声大，瓦楞纸质量不高。就这一特性，对其进行减震降噪改进。机架是机器中的典型的非标准零件，是底座、机体、床身、车架、桥架（起重机）、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑、容纳其他零部件和保证其相对位置的作用。对机架进行减震降噪设计，也是达到上述目的的一个分支。关键词：瓦楞纸；单面瓦楞机；减震降噪；机架AbstractCorrugatedboxpackagingproductsofakindofthemostwidelyused,theamounthasbeenallkindsofpackagingproductsinthefirst.Basedontheapplicationofwidecorrugated,corrugatedmachineemergeasthetimesrequire.Corrugatedmachinethroughthepressureofcorrugatedrollunderthepaperprocessingasthecorepaper,accordingtotheneedtoprocessdifferentcorrugatedpaper.Singlefacecorrugatedmachineprocessingsingle-sidecorrugatedpaper,thevibrationnoise,paperqualityisnothigh.Thecharacteristicsofvibrationandnoisereduction,improvementofit.Theframeisatypicalnon-standardpartsinmachine,isthebase,body,body,frame,bridge(crane),referredtoastheshell,andbasicplatformandotherpartsofthebody,tosupport,toaccommodatetheotherpartsandensuretherelativepositionoftherole.Forvibrationandnoisereductiondesignfortheframe,itisalsoabranchtoachievetheabovepurpose.Keywords:corrugatedpaper;singlefacecorrugatedmachine;vibrationandnoisereduction;theframe目录摘要 1Abstract 1目录 2第一章绪论 31.1 31.2 41.3 41.3.1 41.3.2 51.3.3 51.3.4 61.4 61.5 7第二章 82.1 82.2 82.3 92.4 102.5 122.5 14第三章 183.1 183.2 193.3 203.4 213.4.1 213.4.2 21第四章 224.1 224.2 254.3 264.4 28总结 33展望 33致谢 33参考文献 35第一章绪论1.1瓦楞纸的研究背景瓦楞纸板始于18世纪末，19世纪初因其量轻而且价格便宜，用途广泛，制作简易，且能回收甚至重复利用，使它的应用有了显著的增长。到20世纪初，已获得为各种各样的商品制作包装而全面的普及、推广和应用。由于使用瓦楞纸板制成的包装容器对美化和保护内装商品有其独特的性能和优点，因此，在与多种包装材料的竞争中获得了极大的成功。成为迄今为止长用不衰并呈现迅猛发展的制作包装容器的主要材料之一。瓦楞纸\o"查看图片"示意图瓦楞纸板是由面纸、里纸、芯纸和加工成波形瓦楞的瓦楞纸通过粘合而成。根据商品包装的需求，瓦楞纸板可以加工成单面瓦楞纸板、三层瓦楞纸板、五层、七层、十一层等瓦楞纸板。单面瓦楞纸板一般用作商品包装的贴衬保护层或制作轻便的卡格、垫板以保护商品在贮存的运输过程中的震动或冲撞，三层和五层瓦楞纸板在制作瓦楞纸箱中是常用的。许多商品的包装通过三层或五层瓦楞纸板进行简单而精美的包装，在瓦楞纸箱或瓦楞纸盒的表面印制靓丽多彩的图形和画面。不但保护了内在的商品，而且宣传和美化了内在的商品。目前，许多三层或五层瓦楞纸板制作的瓦楞纸箱或瓦楞纸盒已堂而皇之的直接上了销售柜台，成了销售包装。七层或十一层瓦楞纸板主要为机电、烤烟、家具、摩托车、大型家电等制作包装箱。在特定的商品中，可以用这种瓦楞纸板组合制成内、外套箱，便于制作，便于商品的盛装、仓储和运输。近年来，根据环保的需要和国家相关政策的要求，这类瓦楞纸板制作的商品包装，有逐渐取代木箱包装的趋势。1.2减震降噪研究的意义振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度，降低产品质量，加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器或构件物的使用寿命；剧烈振动还可以带来强烈噪声，对工人的身体是一种催残。瓦楞机工作时的噪声很大，对其进行减震降噪的研究有利于延长机器的寿命和改善工人们的工作环境。1.3瓦楞纸箱行业国内外市场对比1.3.1效能对比欧美国家的瓦楞多是宽幅、高速的生产线，并且形成了配套齐全的高效生产体系，可以不停机变换规格，所以这些生产线的适应范围很广，生产灵活性也非常大。既可以完成大批量的订单生产，也可以在连续作业中完成极小批量订单的生产。相比之下，我国的瓦楞纸生产线中只有极少数的瓦线具有上述功能。目前，我国的瓦线即便是宽幅高速的生产线，也存在技术功能的方面的欠缺，特别是在适应市场变化的极小批量上有较大差距。从单条生产线产量效能上看，几个欧美主要国家的该项效能指标分别为；美国6451，德国5670，法国4440，英国3670，西班牙3260，单位为万平方米/单条/年。目前，我国的单条生产线产量效能指标与这些发达国家相比，差距较大，还不是在一个数量级上。1.3.2设备配套性对比欧美国家纸箱后道加工设备配套齐全、功能专一、品种多样；我们则少而不全。以纸箱业规模不大的加拿大为例，该国年生产瓦楞纸板25.4亿平方米，拥有129个纸箱厂，一种加工纸箱厂63个，45条瓦楞纸板生产线，而其配套的的后道加工设备有900多台（套），其中各类印刷开槽胶合机与钉箱机，折叠钉箱机共计636台（套），平压平式与旋转模切机两种计157台，纸箱表面精饰、精加工设备120台。其配套程度远远大于瓦线/印开机1比3的通常配套比例。1.3.3产品评估功能化：欧美国家纸箱功能化包装与精饰加工用以展现美化内容包装物，表现得更普遍和强化，除精美印刷外，辅料应用、涂布涂饰是另一方面。如精炼石蜡和乳化石蜡的应用较多，使防火功能化包装与产品保鲜作用明显增强；彩图纸箱一改传统纸箱一律上黄颜色的平淡色调，对美化和宣传商品的效果大有改观；纸箱表面涂饰等表面处理技术，还可以起到调节气氛、保鲜、除静电等作用，可用于包装风味食品，也对某些水果蔬菜以及微电子产品大有裨益。纸箱结构：发达国家中三层纸箱占绝大多数，比例达到88.7%-89.4%，双瓦五层纸板占9.1%-9.5%，三瓦七层纸板仅占0.5%-0.6%。近年重型包装及全纸质托盘的应用增加，后者的比例有所上升，但所占比例仍然很小。这是包装轻量化和具有节约资源、能源的绿色包装特点的又一体现。楞型结构与两极化：在美国，纸箱定量小到500-510克/平方米；法国等欧洲五国的纸箱平均单重也由2002年的550-570克/平方米减至2004年的510-520克/平方米。楞结构多种多样，有A、B、C、D、E、F、G、N型瓦楞。其中E瓦楞以下均称微瓦楞。F、C、N楞型高度分别为0.75-0.81mm、0.50-0.58mm、0.46mm；近年来又出现O型瓦楞，楞高为0.3mm。加上早些年就有的特大型瓦楞K型，高12.7-19.6mm，双拱（二层芯纸）成型，用于重型包装和减振防冲击的包装场合。这样瓦楞纸箱的功能包装作用更加全面和强化。目前，微型楞的瓦楞纸板尚未真正走进我国的瓦楞纸加工领域，重型瓦楞纸板的应用也与社会需求哟很大差距。我国的瓦楞纸加工行业还有很长的路要走。1.3.4成本对比现在，全球瓦楞纸箱行业风起云涌，竞争非常激烈。可以说，全球瓦楞纸箱的竞争，主要在于企业经济成本的竞争。虽然在瓦楞纸箱产量方面，我国是仅次于美国的纸箱大户。但就瓦楞纸箱企业的经济成本来说，中国的纸箱行业竞争力还是不强的。有数据表明，现在美国纸箱厂原纸成本占80%，中国原纸成本占75%。而且，美国瓦楞纸箱企业生产已经全面进入定量化分析阶段，选择各种科学方法把纸箱的成本降到最低的限度。通过订单和库存原料的定量分析选择最佳成本方案，和同行业在网上进行合作，解成战略联盟以求共同发展。1.4基本原理单面瓦楞机的工作原理图如下：图1-1单面瓦楞机原理图1.5机床支撑件的要求机床的支撑件是指床身、立柱、横梁、底座等大件。支撑件应该满足的基本要求：=1\*ROMANI、应具有足够的刚度和较高的刚度——质量比=2\*ROMANII、应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起结构共振=3\*ROMANIII、热稳定性好=4\*ROMANIV、排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性第二章机架的设计2.1机架的定义机架是机器中的典型的非标准零件，是底座、机体、床身、车架、桥架（起重机）、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑，容纳其他零件部件和保证其相对位置的作用。2.2机架应该满足的要求机架作为非标准零件，同样应该满足零件设计的一般要求，即功能要求、加工工艺性要求和经济性等要求。功能使用要求：设计机械或零件必须首先满足其功能要求和使用要求。机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递等都是有具体零件实现的。除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、连接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐蚀等使用要求。加工工艺性要求：指机械结构设计中要综合考虑制造、装配、维修和热处理等各种工艺、技术问题，使之体现于结构设计中，结构设计工艺性问题存在于零部件生产过程的各个阶段，要结合生产批量、制造条件和新的工艺技术的发展来进行设计，目标是在保证功能使用要求的前提下，采用较经济的工艺方法，保质、保量的制造出零件。经济性要求：主要取于选材和零件结构设计工艺性环节，设计时要合理选择零件材料，要考虑材料的力学性能是否适应零件的工作条件和加工工艺，合理地确定零件尺寸和满足工艺要求的结构，尽量简化结构形状，增加相同形状和元素的数量并注意减少零件的机械加工量，合理地规定制造精度等级和技术条件，尽可能采用标准件、通用件。机架设计应着重考虑机架的强度、刚度、精度、尺寸稳定性、吸振性及耐磨性等，还要求造型美观、质量轻、成本低、结构及工艺性合理。2.3机架结构选取单面瓦楞机的结构示意图如下：图2-1单面瓦楞机结构示意图机架是机器中的典型的非标准零件，是底座、机体、床身、车架、桥架（起重机）、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑，容纳其他零件部件和保证其相对位置的作用。机架按外形结构不同，可分为梁柱式、框架式、板块式和箱壳式等(见图2-2).按材料不同，可分为金属机架和非金属机架，金属机架的常用制造方法有铸造和焊接两种，分别称为铸造机架和焊接机架；铸造机架的内摩擦大，阻尼作用大，故抗震性能好，设计目标与要求是减低单面瓦楞机工作时的振动噪声，因此选用铸造件机架。为尽可能降低机架的质量而选用梁柱式机架（见图2-3）。图2-2机架按结构形状分类1,3,5—梁(柱)式机架;2—箱壳式机架;4—平板式机架;6—框架式机架图2-3本设计选用的机架结构1-操作侧墙板2-上拉梁3-中拉梁4-驱动侧墙板5-下拉梁6-底座2.4机架材料的选取机架材料的选择要依据机架形状及大小、生产批量和使用要求。固定式机器机架和箱体的结构较复杂，常采用铸造方法加工。铸铁的熔点低、铸造性能好、成本低、耐磨和吸振性能好，所以应用最广。承受载荷不大的机架，如车削机床的机架常采用灰铸铁制造。对于导轨耐磨性要求较高的机床，如数控机床、坐标镗床等，则往往采用合金铸铁，如磷铜钛合金铸铁、锘钼合金铸铁等。承受载荷较大的重型机架常采用铸钢制造，但铸钢的铸造性能差，流动性不好，收缩大。当要求质量轻时，可用压铸或铸造铝合金等轻金属制造。有高精度要求的仪器（如高精度经纬仪）常用铸铜机架以保证尺寸稳定性。铸造机架常用的材料有HT100、HT150、HT200、HT250以及HT300。下表2-1对上述材料的特点做了对比，并给出了一些应用举例。表2-1铸造机架常用的材料铸铁名称牌号特点及应用举例灰铸铁HT100力学性能较差，承受轻负荷，如用于机床中镶嵌导轨的支撑件等HT150流动性好。用于承受中等弯曲应力（约为107Pa），摩擦面间压强大于5×105Pa的铸件。如大多数机床的底座（溜班、工作台）、鼓风机底座、汽轮机操作座外壳、加速器机壳和汽车变速箱体、水泵壳体等HT200及HT250用于承受较大弯曲应力（达3×107Pa），摩擦面间压强大于5×107Pa（10t以上大型铸件大于1.5×105Pa）或须经表面淬火的铸件，以及要求保持气密性的铸件。如机床的立柱、齿轮箱体、工作台、机床的横梁和滑板、球磨机的磨头座、锻压机的机身、气体压缩机机身、汽轮机中机架、动力机械的箱壳、泵体HT300用于承受高弯曲应力（达5×107Pa）和拉应力、摩擦面间压强大于2×106Pa或进行表面淬火，以及要求保持高度气密性的铸件，如轧钢机座、重型机床的床身、剪床和冲床的床身、镗床机座、高压液压泵泵体、阀体、多轴机床的主轴箱等单面瓦楞机为大型机械，需承受较大的弯曲应力，因而选用HT200为铸造底座和两侧墙板的材料。2.5机架的截面形状选取机架的抗拉或抗压强度和刚度，一般仅与其断面的面积和大小有关，而与其断面形状无关。但零件的抗弯、抗扭强度和刚度除了与其截面面积有关外，还取决于截面形状，即与其截面惯性矩成正比。合理改变截面形状，增大其惯性矩和截面系数，可提高机架零件的强度和刚度，从而充分发挥材料的作用，所以正确地选择机架的截面形状是机架设计中的一个重要方面。表2-2列出了截面积相等而截面形状不同的等截面杆的抗弯和抗扭惯性矩的相对值。相对值是以原型截面惯性矩为对比基准，其他惯性矩与之相比而得的数值。表2-2常见截面的抗弯、抗扭惯性矩的相对比值截面形状（面积相等）抗弯惯性矩相对值抗扭惯性矩相对值说明11=1\*GB3①由惯性矩的相对值可以看出：圆形截面有较高的抗扭刚度，但抗弯强度较差，故宜用于受扭为主的机架。矩形截面其综合刚性最好（各种形状的截面，其封闭空心截面的刚度比实心截面的刚度大）。另外，截面面积不变，加大外形轮廓尺寸，减小壁厚，即使材料远离中性轴的位置，可提高截面的抗弯、抗扭刚度。封闭截面比不封闭截面的抗扭刚度高得多=2\*GB3②机架往往受拉、压、弯曲、扭转，对刚度要求又同时高，另一方面，由于空心矩形内腔容易安设其他零件，故愈多机架的截面常采用空心矩形截面7.350.821.040.883.451.276.903.98从上表可以看出，薄壁式矩形截面形状的抗弯、抗扭综合性能最好。故本设计拉梁截面形状均为薄壁式矩形截面形状（见图2-4）。图2-4本设计拉梁的截面形状1-上拉梁截面形状2-中拉梁截面形状3-下拉梁截面形状2.5机架肋板的布置采用肋板和肋条是提高机架零件刚度的重要措施之一。肋板又叫隔板，是指机架零件两外壁之间起连接作用的内壁，它的功能是加强机架四壁之间的联系使它们起到一个整体的作用；肋条也叫加强肋，一般布置在内壁上。肋板和肋条的布置是在减轻机架整体重量的前提下，来加强空性断面机架的整体刚度或局部刚度，同时也可以防止薄壁振动以减少噪声。图2-5本设计两侧墙板的布肋不同布肋方式对开式箱形结构刚度的影响见下表2-3.表2-3布肋方式对开式箱形结构刚度的影响序号模型模型体积弯曲刚度（x-x）扭转刚度10-6m³指数N/mm指数N·m/rad指数175.51.019801.03031.0290.01.1927101.374051.34582.71.0820001.014261.41891.51.2024401.236562.171095.81.2627801.40左扭890右扭10752.943.44从表中可以看出，布肋比不布肋对开式箱形结构的弯曲刚度和扭转刚度有所提高；布横向肋对其弯曲刚度和扭转刚度都有较大的提高，布纵向肋主要影响体现在对扭转刚度上，布斜肋虽然对弯曲刚度的影响不大，但是在扭转刚度的影响上是最有效果的；其中布交叉斜肋比布单斜肋对开式箱形结构的刚度影响都是最有效果的。图示的两块区域是本设计机架墙板的主要受力区，因此选用了对抗弯和抗扭能力都相对最好的交叉肋的方式。图示区域是本设计机架墙板的次要受力区，主要受扭转力，因此选用对扭转刚度影响相对较大的斜肋，考虑到墙板结构的复杂性和经济性，不采用交叉肋。图示区域为本设计机架墙板的次要受力区，主要承受弯曲力，因此选用布横向肋和纵向肋。第三章机架的主要结构简单介绍3.1机架的结构图3.2底座的主要结构简单介绍图示红色方框内为地脚螺栓的位置，为底座与地面安装的位置。图示红色圆框内为底座与两侧墙板安装的螺纹孔位置。图中的三组同心圆，为三处孔盖，取下孔盖可以更具需要向型腔内注砂，进行减震降噪。3.3墙板的主要结构简单介绍图中小墙板与墙板采用螺栓连接的安转方式，是因为要经常更换瓦楞辊，以适应不同瓦楞纸的生产，1红方框区域有个圆弧式因为这里要安装上瓦楞辊，2红色方框区域有个圆弧是因为这里要安装压力辊，小墙板上的大圆是用来安装下瓦楞辊的。3.4拉梁的主要结构简单介绍3.4.1上拉梁的主要结构简单介绍图示红色圆框内的方孔为外连蒸汽设备的蒸汽同入口，图示红色方框内的圆孔位蒸汽出口。

3.4.2下拉梁的主要结构简单介绍图示红色方框内的四处为焊板，起作用时支撑导纸板的安装，与之螺栓连接。第四章机架的减震降噪设计4.1减震降噪优化前后结构对比图示为优化前的设计图示为优化后的设计图示为优化前的设计图示为优化后的设计本次设计对其结构进行优化主要在安装方式上进行了优化，对上拉梁的底衬、底座、墙板结构进行了优化。4.2减震降噪优化前后上拉梁底衬结构对比图示为优化前的设计图示为优化后的设计优化前上拉梁的底衬与上拉梁方管之间有加强筋，这样可以提高上拉梁的刚度，但是不加加强筋的刚度也能满足条件。由于在制造上存在误差，所以两端底衬之间的实际距离与理论距离存在差距，因为加强筋的存在，用螺栓把上拉梁与墙板连接拧死后，垂直方向可能某一端与墙板的接触不完全，而引起额外的振动。因此对其优化，去除了两端加强筋，减短了垂直方向的长度，去除了垂直方向的螺栓连接。4.3减震降噪优化前后底座结构对比图示为优化前的底座结构图示为优化后的底座结构对底座优化，其中螺栓位置的变化时应螺栓位置优化的变化而变化的（非本设计的优化），本设计优化减少了型腔的数量，方形型腔全部挖出了一个比型腔小的方形通孔，减少了铸造材料，降低了铸造难度，在安装底座时，也方便向型腔内注入混凝土，从而达到减震降噪的目的。图示圆框内的四处分别为驱动侧和操作侧墙板安装时的定位销孔，通过定位销的定位了可以保证两侧墙板安装的平行度，保证了两侧墙板的平行度了，可以保证安装在墙板上的辊轮之间的接触是线接触，从而降低辊轮工作时液压缸施给其使其向其他辊轮压紧时的推力，从而降振减噪。4.4减震降噪优化前后墙板结构对比图示为优化前的墙板结构图示优化后的墙板结构改进前，图示红色方框位置有一处凸缘，这块凸缘的存在会使小墙板在于墙板安装时与另一处凸缘定位小墙板时是小墙板倾斜，产生安装误差，而导致机架产生噪声，改进设计去掉了这处的凸缘，小墙板安装时以该面为定位基准面，从而提高轮系在墙板上安装的精度。图示方框区域是改进后的两处调整板的位置，1处的调整板，可以使小墙板关于2面定位时接触为面接触，即使小墙板的基准面与2面尽可能重合，这样就提高了小墙板的安装精度也使之前的螺栓受力变为整面受力，提高了整体的刚度。4处的调整板可以使支撑座与小墙板的底面安装时的接触为面接触，3面与小墙板的地面尽可能重合，这样使之前的螺栓受力变为了整体受力，提高了整体刚度，达到本设计降振减噪的目的。总结单面瓦楞机属于大型机床，本次设计只是对其核心部位的机床机架进行不改变制造精度，从结构和安装要求上对其进行减震降噪的改进，只是对整个单面瓦楞机的减震降噪设计中的很小的一个分支。整个课题的研究分成了许多部分，如轮系的改进，ansys的分析，地脚螺栓的位置改进，机架的改进等很多设计进行。由于本设计时其中的一个分支，因此，本设计中有些部件的结构改变是由于其他分支的改进而改变的，即本设计有些部件的结构虽然与原设计有了不同，但是改进之处并不能体现在本设计中。本次设计通过对原有的设计的结构的分析，找到了一些可以改进之处，并对其进行了改进。改进之处如下：对原设计安装定位不合理之处进行了调整，也添加了一些安装措施，保证其安装精度。对原设计结构进行了调整，以增加其刚度。展望本设计只是对其结构和安装要求进行了简单改进，单面瓦楞机的减震降噪这个大课题任然有很多需要我们去改进的地方：=1\*GB3①可以提高其制造精度=2\*GB3②可以对轮系的运动进行分析，对轮系进行动平衡设计=3\*GB3③可以通过ansys的模态分