機(jī)械畢業(yè)設(shè)計（論文）-螺旋紙管卷管機(jī)設(shè)計（全套圖紙）.pdf

黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 I 頁 螺旋紙管生產(chǎn)線卷管機(jī)設(shè)計 摘 要 卷管部分是螺旋紙管生產(chǎn)的最主要的一部分。在此設(shè)計的螺旋紙管機(jī)適用于造 紙、紡織、地毯、薄膜、食品、輕工以及其它行業(yè)各種品質(zhì)和規(guī)格的紙管生產(chǎn)，特別 是化纖絲廠用紙管生產(chǎn)。皮帶纏繞方式采用雙導(dǎo)程纏繞傳動方式，又加上四機(jī)頭的設(shè) 計，這些都可保證芯軸的受力平衡和卷管過程的穩(wěn)定，從而保證紙管的質(zhì)量，使該設(shè) 備更能輕松完成紙管的加工。本設(shè)計部分給出了紙帶寬度與卷管直徑的關(guān)系，并且對 不同卷管直徑的各層紙帶寬度做了具體計算。通過對普通 V 帶傳動、鏈傳動、錐齒 輪傳動以及花鍵軸的設(shè)計、計算和校核，比較詳細(xì)地對各傳動部分做了具體分析，以 確保其在實際生產(chǎn)中穩(wěn)定高效地工作。 關(guān)鍵詞 螺旋卷管機(jī)/紙管/雙導(dǎo)程纏繞/四機(jī)頭 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 II 頁 Paper Tube Machine of Spiral Paper Tube Production Lin ABSTRACT Rolling paper tube part is the most important part of the spiral paper tube production. In this design, the spiral paper tube machine is applicable in the paper making, textile, carpet, film, food, light industry and other industries for a variety of qualities and specifications of the paper tube production, especially in the production of chemical fiber silk mill paper tube. Winding way of the belt is dual lead winding drive way, coupled with the four- head design, which can ensure the force balance of the mandrel and the stability of the rolling process to ensure the quality of paper tube and make the device more easily to complete the paper tube processing. the design part presents the relationship between the width of paper reel tape and the diameter of volume , furthermore make a specific calculation on the paper reel tape width in different layers corresponding to different diameters of the volume. Through the design, calculation and verification of the ordinary V- belt drive, chain drive, bevel gear and the spline axis, the paper do a detailed analysis in 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 III 頁 each part of these drives to ensure the stability and efficiency in the actual production work . KEY WORDS spiral paper tube machine, paper tube, dual lead winding , four- head design 目 錄 1 緒論 . 5 1.1 紙管 . 5 1.1.1 紙管的分類及用途 . 5 1.1.2 紙管的結(jié)構(gòu)形式及材料 . 2 1.2 螺旋紙管機(jī) . 3 1.2.1 紙管機(jī)的概述 . 3 1.2.2 螺旋紙管機(jī) . 4 1.3 本課題研究的背景 . 5 1.4 探究本課題的研究意義 . 6 1.4.1 包裝機(jī)械的發(fā)展歷程 . 6 1.4.2 紙制品包裝的發(fā)展歷程 . 7 1.4.3 紙管機(jī)的發(fā)展歷程 . 8 2 卷管機(jī)的工作原理和設(shè)計方案 . 9 2.1 螺旋紙管機(jī)的工作原理 . 9 2.1.1 紙架部分 . 9 2.1.2 上膠部分 . 9 2.1.3 卷管設(shè)備 . 10 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 IV 頁 2.1.4 切斷部分 . 10 2.2 卷管機(jī)設(shè)計方案的確定 . 10 3 總體設(shè)計計算 . 12 3.1 螺旋卷管機(jī)的幾何計算 . 12 3.1.1 概述 . 12 3.1.2 紙帶的幾何計算 . 13 3.1.3 平帶拉力 . 16 3.2 電機(jī)的選擇 . 17 3.2.1 功率的計算 . 17 3.2.2 電機(jī)的選擇 . 17 3.3 減速器的選擇 . 18 3.3.1 轉(zhuǎn)速的計算 . 18 3.3.2 傳動比的分配 . 18 3.3.3 減速器的選擇 . 18 3.4 V 帶傳動計算 . 19 3.4.1 確定計算功率 . 19 3.4.2 選擇 V 帶的帶型 . 19 3.4.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速 v . 20 3.4.4 確定中心距 a 并選擇 V 帶的基準(zhǔn)長度 Ld . 20 3.4.5 驗算小帶輪包角 1 . 21 3.4.6 計算帶的根數(shù) z . 21 3.4.7 計算單根 V 帶的初張緊力的最小值 . 22 3.4.8 作用在軸上的力即壓軸力的最小值（Fr）min 及帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 22 3.5 鏈傳動的設(shè)計 . 23 3.6 齒輪傳動 . 25 3.6.1 第一組錐齒輪的設(shè)計、計算及校核 . 25 3.6.2 第二組錐齒輪的設(shè)計、計算及校核 . 36 3.7 軸的設(shè)計和校核 . 49 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 V 頁 3.7.1 第一根軸的設(shè)計、計算和校核 . 49 3.7.2 花鍵軸的設(shè)計、計算及校核 . 51 3.7.3 花鍵的擠壓強(qiáng)度校核 . 57 3.7.4 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗算 . 58 3.7.5 軸承壽命的計算 . 59 結(jié)束語 . 63 致 謝 . 64 參考文獻(xiàn) . 65 1 緒論 1.1 紙管 紙管是工業(yè)生產(chǎn)的常用物品，目前紙管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，它即可以作為 各種卷筒紙和紙板的內(nèi)芯， 也可作為合成長絲、 滌綸、 丙綸、 氨綸等所用的紡織紗管， 如食品包裝，農(nóng)膜，造紙，紡織等行業(yè)，尤其是用于紡織業(yè)的紙管已逐步取代錐形紗 管。 1.1.1 紙管的分類及用途 紙管主要包括纏繞膜紙管、 膠帶紙管、 保鮮膜紙管、 熱電偶紙管、 塑料薄膜紙管、 造紙用管、皮革紙管、鋁箔紙管、高強(qiáng)度紙管、化纖紙管等，適用范圍比較廣，用量 比較大。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，紙管機(jī)、紙芯、紙管產(chǎn)品以其成本低、質(zhì)量輕、易 回收、無公害等優(yōu)點，在紙管機(jī)、造紙業(yè)、包裝業(yè)、紡織化纖業(yè)得到了普遍應(yīng)用。根 據(jù)行業(yè)有應(yīng)用，可以將紙管具體分類如下： 1) 化纖工業(yè)用管：主要有 DTY 管、POY 管、FDY 管、錦綸管、氨綸管、氨綸 包覆紗管 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第2 頁 2) 薄膜工業(yè)用管：有 BOPP、PET、PVC、BOPA、CPP、農(nóng)用地膜、保鮮膜、 纏繞膜、塑料袋用管（超市用）、鍍鋁膜、電工電容膜、丙膜、煙膜 3) 印刷工業(yè)用管：主要應(yīng)用于卷桶印刷、薄膜印刷、紙張印刷、新聞紙、紗管 紙、白板紙、傳真紙、票據(jù)紙、水松紙、鋁泊紙、書寫紙、彩色羊皮紙、口 杯紙、利樂保鮮紙、其他 4) 冶金工業(yè)用管：鋁板、鋼板、鐵板等卷材 5) 包裝用管：醫(yī)療器械、書畫、食品罐等外包裝 6) 測溫用紙管：鋼水測溫 一次性熱電偶 7) 取樣器用紙管 8) 傳真機(jī)用紙管 9) 電池紙管 10) 橋梁建筑用管 1.1.2 紙管的結(jié)構(gòu)形式及材料 1 （1）紙管的結(jié)構(gòu)形式 紙管按其制造工藝分為三種形式：螺旋卷繞式、搭接式和平繞式。螺旋卷繞式紙 管通常使用幾種材料傾斜卷繞而成，搭疊邊是傾斜的。搭接式紙管是先將紙板沖切成 坯料，再成型粘接而成。平繞式紙管由片材卷繞數(shù)層制成，內(nèi)外層的接縫位于同一直 線上。 通常，螺旋卷繞式紙管都是圓的，近年來也能卷繞各種異形紙管，但技術(shù)比較復(fù) 雜。其它兩種形式比較容易制造矩形或橢圓形等截面的紙管。特別是搭接式，還能容 易地制成圓錐形的紗管。搭接方式又可分兩種：其一是先將原材料用粘合劑復(fù)合，再 沖切成坯料以后在芯軸上成型搭接；第二種先將原材料分別沖裁成同樣大小的坯料， 然后在芯軸上一層層成形粘合。第二種方式可使各層的搭接縫互相錯開，以提高接縫 的強(qiáng)度和密封性。 螺旋卷繞法具有制管速度快、用料省、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是一種最為經(jīng)濟(jì) 合理的方法，而且可卷成任意長度的紙管，故得到廣泛的應(yīng)用。就容器的強(qiáng)度而言， 螺旋卷繞式的要差一些； 就大型容器在貯運中的抗破損能力來說也是平繞式容器優(yōu)于 螺旋卷繞式的。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第3 頁 （2）卷繞紙管的各層紙有著不同的要求 紙管壁由內(nèi)襯紙、中層和面紙組成。通常，內(nèi)襯紙用輕質(zhì)薄紙，為了減少卷繞時 內(nèi)襯紙和芯軸之間的摩擦力，要求內(nèi)襯紙的內(nèi)表面盡可能光滑，而外表面則要求有較 好的粘合性。制造一般紙管的內(nèi)襯紙可用單面牛皮紙為基材，有時在其光滑內(nèi)表面上 復(fù)合一層鋁箔，鋁箔上再涂一層光滑的涂料，最大限度的降低摩擦系數(shù)。有時也采用 羊皮紙、塑料薄膜、真空鍍鋁紙、鍍塑鋁箔等為內(nèi)襯紙。 選用中間層材料時應(yīng)考慮罐身有足夠的耐破度， 能經(jīng)受住與金屬罐同等的堆碼壓 力和側(cè)向壓力。罐身一般用未漂牛皮紙板制造，也可以用再生牛皮紙板或以草漿為主 的牛皮紙板。紙表面至少有一面是不光滑的，以得到良好的著膠效果。一般制罐罐身 用紙的定量為(200300)gm2，厚度公差為0.3，水分含量小于 71，透水試 驗 2080s，斷裂強(qiáng)度中等。制紙芯用紙管時用定量 650gm2以上的或更厚的紙板。 外層紙或商標(biāo)紙通常，應(yīng)具備制作標(biāo)簽的性能，并選擇美麗的色調(diào)，使外表美觀；另 外還要考慮與中間層的粘結(jié)性、表面摩擦系數(shù)、遮光性、保香性、耐熱性、耐濕性、 耐水性等?？墒褂勉~版紙、塑料薄膜、鋁箔等材料。一般復(fù)合罐可用 100gm2 的一 面光滑的白牛皮紙；出口罐常用 60gm2 的褐色牛皮紙，外表復(fù)合一層 9m 的標(biāo)簽 鋁箔。芯軸紙管外層紙可用輕質(zhì)紙即可。 粘合劑粘合劑的選擇主要考慮作業(yè)性、安全性、初粘力、速干性等。外層用粘合 劑要考慮對外界條件的適應(yīng)性。淀粉漿糊、凝膠等高粘性粘合劑，流動性差而適合于 紙筒卷繞機(jī)使用，且價格便宜；硅酸鹽粘合劑粘性強(qiáng)，固化后變硬，紙筒剛性好，成 本也最低。 1.2 螺旋紙管機(jī) 1.2.1 紙管機(jī)的概述 （1）紙管機(jī)： 紙管機(jī)，顧名思義，就是生產(chǎn)卷紙管的機(jī)械，它是以單光面牛皮紙為原料，經(jīng)過 切刀成片，將其卷成紙管的設(shè)備15。生產(chǎn)的卷紙管應(yīng)用于各個行業(yè)，有纖工業(yè)用管、 薄膜工業(yè)用管、印刷工業(yè)用管、造紙工業(yè)用管、皮革工業(yè)用管、食品包裝用管、展覽 行業(yè)用管等19。卷管機(jī)一般由四部分組成：送紙裝置、上膠裝置、卷管設(shè)備和切斷部 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第4 頁 分。 （2）紙管機(jī)的分類： 紙管機(jī)按其制造工藝分為螺旋紙管機(jī)、平繞式紙管機(jī)和搭接式紙管機(jī)。按力的傳 動方式分為芯軸主動和芯軸被動，其中，芯軸主動的方式適合于卷制大直徑的紙管， 而對于小直徑的紙管，芯軸主動和芯軸被動卷制的產(chǎn)品性能差不多，但是芯軸主動的 紙管機(jī)設(shè)備和操作要比芯軸被動的復(fù)雜的多。 按浸漬材料與芯軸纏繞角度分為平繞和 斜繞。另外還可以按輥長劃分為多種規(guī)格的紙管機(jī)23。 （3）紙管機(jī)適用范圍及應(yīng)用領(lǐng)域： 紙管機(jī)生產(chǎn)的紙管適用于煙花、布芯、電化鋁、棉紗、傳真紙、保鮮膜、衛(wèi)生紙 等，通常應(yīng)用于食品包裝、農(nóng)膜、造紙、紡織等行業(yè)。 1.2.2 螺旋紙管機(jī) （1）概述 普通螺旋傳動是螺母和螺桿組成的傳動副，可以實現(xiàn)螺桿或螺母的軸向移動。主 要把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動以傳遞運動或動力， 但不能連續(xù)傳遞被加工件23。 卷管機(jī) 的螺旋傳動則完全不同于普通的螺旋傳動，它是螺旋傳動的變異，它可以傳遞被加工 件，它具有使被加工件既轉(zhuǎn)動又作軸向移動的功能，并可以實現(xiàn)連續(xù)加工連續(xù)進(jìn)給， 可應(yīng)用生產(chǎn)線上24。 螺旋紙管機(jī)，屬紙管機(jī)械類。適用于各行業(yè)對各種品種和規(guī)格的紙管生產(chǎn)，特別 是化纖長絲廠用紙管生產(chǎn)。由紙架部分、上膠部分、機(jī)架部分、機(jī)頭部分、面紙部分、 切斷部分等組成18。 螺旋紙管機(jī)的用途與特點: 1、將適宜定量、寬幅的紙帶，卷繞成所需要內(nèi)徑及壁厚的平行螺旋狀紙管 2、采用三主動無級調(diào)速驅(qū)動輥輪，皮帶不打滑，芯軸變形小，皮帶壓力大，卷繞 力強(qiáng)，動力傳遞效率高，紙管強(qiáng)度好，外表平整。 3、具有自鎖功能，擺臂角度調(diào)整后能自動鎖定無晃動。 4、帶自動跟切裝置，切口齊整無翹角，切營長度自選可調(diào)。一至兩人操作。 （2）簡易螺旋紙管機(jī)的結(jié)構(gòu)25 螺旋卷管機(jī)有以下幾部分組成：電機(jī)、減速器、螺旋轉(zhuǎn)軸、主座、副座、行走絲 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第5 頁 杠、拖輪裝置、床體滑道、機(jī)體、電控箱等組成如圖 1- 1 所示： 1- 電機(jī)；2- 減速器；3- 齒輪；4- 齒輪；5- 主座；6- 螺紋管模軸；7- 托輪裝置；8- 副座；9- 床體滑道；10- 行走絲杠；11- 行走絲母；12- 三角帶；13- 電控箱 圖1- 1 簡易螺旋紙管機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1.3 本課題研究的背景 紙管，是工業(yè)生產(chǎn)的常用物品，廣泛應(yīng)用于熱電偶、紙制品、塑料、布匹、農(nóng)膜、 地毯、食品包裝中，目前國內(nèi)現(xiàn)有紙管生產(chǎn)的現(xiàn)狀，除去用簡陋設(shè)備而自行生產(chǎn)的低 檔紙管外，為化纖長絲廠以及其它行業(yè)對紙管技術(shù)性能指標(biāo)有要求的生產(chǎn)紙管的設(shè) 備，大都是由國外進(jìn)口，這是由于國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)水平不高，尚無制造高品質(zhì)紙管 的這類設(shè)備，這種進(jìn)口設(shè)備價格的高昂是顯而易見的。但是這類國外進(jìn)口的設(shè)備在結(jié) 構(gòu)上并不先進(jìn)、合理，占地面積大，而且生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。例如紙架部分，國外進(jìn)口 機(jī)組采用管紙條盤平行放置，單邊長度達(dá) 5.8 米。又如上膠部分，全部紙條進(jìn)入大膠 槽中掛膠，大膠槽要容下雙邊十余層紙上膠，膠槽體積相當(dāng)龐大而復(fù)雜，上膠后分層 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第6 頁 刮膠，單一個刮膠設(shè)備單邊六層紙就需高度 3 米以上，占地 2.5 米之長，層數(shù)加多， 則高度仍需加高。這兩項設(shè)備不僅占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不能保證工序質(zhì)量。 特別是進(jìn)口設(shè)備采用了液壓、電腦等控制部件及執(zhí)行元件，使得操作和維護(hù)都要求有 較高技術(shù)的工人來操作，給我國當(dāng)前紙管行業(yè)的現(xiàn)狀帶來了極大的困難，不能適應(yīng)我 國國情，再加上配套件、甚至原材料都得依靠進(jìn)口，使得高品質(zhì)紙管生產(chǎn)的企業(yè)困難 重重，極大程度的限制了當(dāng)前我國高品質(zhì)紙管的生產(chǎn)供應(yīng)20。 雖然目前高品質(zhì)紙管可以不完全依賴進(jìn)口，充分發(fā)揮這些現(xiàn)有進(jìn)口設(shè)備的作用， 還有待一個時間來解決。因此，我國高品質(zhì)紙管生產(chǎn)的水平的提高亟待解決，現(xiàn)階段 急切需要能適應(yīng)我國國情又能生產(chǎn)出高品質(zhì)紙管的設(shè)備來充實我們的市場。 1.4 探究本課題的研究意義 1.4.1 包裝機(jī)械的發(fā)展歷程 1 包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作 用，它給行業(yè)提供必要的技術(shù)設(shè)備，以完成產(chǎn)品的包裝工藝過程。盡管包裝機(jī)械的產(chǎn) 值在整個包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大，不屬于經(jīng)常性消耗品，但對包裝工 業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。它為包裝工業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，保證包裝產(chǎn)品 質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)環(huán)境好、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小，因而獲得較 強(qiáng)的生命力，帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。沒有現(xiàn)代化的包裝機(jī)械，就沒有現(xiàn)代 化的包裝工業(yè)。 包裝機(jī)械作為專業(yè)性機(jī)械，除了普通機(jī)械的一般要求外，還有外表美觀、傳動裝 置緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)效率高等要求，以很好地完成自身功能，適應(yīng)市場 需求。 隨著人民生活水平的不斷提高，對商品的包裝提出了更高的要求，哪里有商品， 哪里就有包裝，可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機(jī) 械產(chǎn)品量大面廣，廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè)，被稱為是“朝陽產(chǎn) 業(yè)” 。 今后中國包裝機(jī)械市場發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點： 首先， 包裝機(jī)械技術(shù)含量日趨增加。 中國現(xiàn)有的一些包裝機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)含量不高， 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第7 頁 而國外已將很多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在包裝機(jī)械上，如遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)(包括監(jiān)控)、步進(jìn)電 機(jī)技術(shù)、自動柔性補(bǔ)償技術(shù)、激光切割技術(shù)、信息處理技術(shù)等。 其次，包裝機(jī)械市場日趨壟斷化。目前中國除了瓦楞紙箱包裝機(jī)械和一些小型包 裝機(jī)有一定規(guī)模和優(yōu)勢外，其他包裝機(jī)械幾乎不成體系和規(guī)模，特別是市場上需求量 大的一些成套包裝生產(chǎn)線，在世界包裝市場中均被幾家大包裝機(jī)械企業(yè)(集團(tuán))所壟 斷。 最后，包裝機(jī)械零部件生產(chǎn)專業(yè)化。國際包裝界十分重視提高包裝機(jī)械加工和整 個包裝系統(tǒng)的通用能力，所以包裝機(jī)械零部件生產(chǎn)專業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢，很多零 部件不再由包裝機(jī)械廠生產(chǎn)，而是由一些通用的標(biāo)準(zhǔn)件廠生產(chǎn)，某些特殊的零部件由 高度專業(yè)化的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，真正有名的包裝機(jī)械廠將可能是組裝廠。產(chǎn)品向多功能 與單一、高速兩極化發(fā)展。包裝機(jī)械的最終作用在于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品多樣化。 1.4.2 紙制品包裝的發(fā)展歷程 紙制品包裝技術(shù)有著非常悠久的歷史，從公元前200年，蔡倫發(fā)明了造紙術(shù)，紙 制品包裝業(yè)也隨著發(fā)展起來。現(xiàn)代紙制品包裝始于工業(yè)革命，1817年，美國人約翰 迪肯森發(fā)明圓網(wǎng)造紙機(jī)，用純紙廢紙漿制造出各種規(guī)格的紙板及多層紙板。隨著時間 的發(fā)展，現(xiàn)代又出現(xiàn)了如塑料與紙復(fù)合、鋁箔復(fù)合紙板等復(fù)合材料，以及符合集裝運 輸、超級市場需要的集裝化、標(biāo)準(zhǔn)化的各種規(guī)格的紙包裝容器。 紙制品包裝相比較其他材料包裝有以下優(yōu)點： 1、價格低廉、經(jīng)濟(jì)節(jié)約 紙和紙板原料豐富，來源廣泛，易大批量生產(chǎn)，生 產(chǎn)成本低。同樣的包裝箱，用木材直接做成木箱與木材造紙做成紙箱相比，紙箱的用 料只是木箱的1/3左右，因此節(jié)約木材和費用。紙箱重量輕，約為木箱包裝毛重的15% 左右，可降低包裝成本和運輸費用。 2、防護(hù)性能好 與其他材料的包裝容器相比，紙容器的緩沖減震性能比較強(qiáng)。 紙箱結(jié)構(gòu)緊密無縫，能遮光防塵。 3、生產(chǎn)靈活性高 紙張可裁撓、折疊、又易粘、易釘、適于機(jī)械化加工和自 動化生產(chǎn)；也可較小規(guī)模地非機(jī)械化，甚至手工生產(chǎn)。 4、貯運方便 紙容器質(zhì)輕、折疊靈活、裝載和捆扎都簡便易行，也比較容易 搬運和保管。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第8 頁 5、易于造型裝潢 紙制品能根據(jù)不同的商品，設(shè)計出各式各樣的箱型、盒型。 6、環(huán)保無污染 紙有衛(wèi)生、無毒、無味的特點，紙還可符合有呼吸作用的商 品的貯存條件。 7、回收利用性好 紙可直接回收利用，或用廢紙再造紙，對環(huán)境不產(chǎn)生污染。 紙制品包裝是對環(huán)境友好的包裝。 1.4.3 紙管機(jī)的發(fā)展歷程 我國很早就有紙管生產(chǎn)，但手工制作產(chǎn)量小。1980 年后，從瑞典、法國、美國、 丹麥等國引進(jìn)了幾十條生產(chǎn)線，目前，發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?紙管機(jī)屬于包裝設(shè)備行列之中，近幾年市場需求量不斷增大，紙管的用途也越來 越廣泛?？傊埞苄袠I(yè)是一個可以深遠(yuǎn)發(fā)展的行業(yè)?，F(xiàn)如今，螺旋紙管機(jī)在包裝機(jī) 械行業(yè)中依然處于不錯的增長狀態(tài)：產(chǎn)銷依然上升、利潤增速迅猛、出口增加，是機(jī) 械行業(yè)中表現(xiàn)突出的一個“亮點”行業(yè)。 卷紙管機(jī)生產(chǎn)制造上，專業(yè)化生產(chǎn)已成為趨勢。 紙管包裝機(jī)械廠商都十分重視 包裝機(jī)械與整個包裝系統(tǒng)的通用能力，一些通用標(biāo)準(zhǔn)件不再由包裝機(jī)械公司生產(chǎn)，某 些特殊的零部件則由高度專用化的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)， 而真正的包裝機(jī)械公司在某種意義 上是組裝廠。中國紙管包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，紙管包裝機(jī)械已成 為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為我國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障，有些紙管 包裝設(shè)備填補(bǔ)了國內(nèi)空白，已能基本滿足國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在 目前，國包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的 5%進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國 家相去甚遠(yuǎn)。紙管包裝機(jī)械要將其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在包裝機(jī)械上，如機(jī)電一體 化技術(shù)，熱管技術(shù)、遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)、自動柔性補(bǔ)償技術(shù)等，使產(chǎn)品技術(shù)性能大幅度 提高20。 但我國紙管機(jī)械制造設(shè)備的性能與國外同類設(shè)備的先進(jìn)水平存在一定差距，一 般認(rèn)為主要反應(yīng)在設(shè)備的技術(shù)含量上。重視高新技術(shù)的應(yīng)用已成為提高設(shè)備的先進(jìn) 性、可靠性的主要途徑 19。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第9 頁 2 卷管機(jī)的工作原理和設(shè)計方案 2.1 螺旋紙管機(jī)的工作原理 螺旋紙管機(jī)，主要適用造紙、紡織、地毯、薄膜、食品、輕工以及其它行業(yè)各種 品質(zhì)和規(guī)格的紙管生產(chǎn)。特別適用于化纖絲廠做繞絲器上用紙管的生產(chǎn)而用的設(shè)備。 該設(shè)備占地面積小、結(jié)構(gòu)靈巧、制造成本低、使用可靠、能適應(yīng)我國當(dāng)前國情、又能 生產(chǎn)出高品質(zhì)紙管，維護(hù)簡單、操作方便的螺旋紙管機(jī)13。 螺旋卷管機(jī)一般由四部分組成：紙架部分、上膠部分、卷管設(shè)備及切斷部分2。 2.1.1 紙架部分 紙架部分主要是用來提供盤紙的收放裝置，紙架部分的主架固定在底架上，管 紙條盤固定安裝在主架兩側(cè)外端，立式并排安置，可減少占地面積。另外，這樣的布 置極有利于管紙條盤的更換，操作方便，一盤盤管紙條盤按序排列好，管紙由條盤處 引出經(jīng)主架中部裝置的轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)一個 90至上部的管紙引出的出紙輥而引出，由于 紙架部分是左右對稱設(shè)置的，兩邊的管紙同時向機(jī)架部分的方向引伸，同時經(jīng)過左右 兩個對稱布置的上膠部分。 整體框架形結(jié)構(gòu)的紙架安裝在機(jī)架部分的位置可隨紙管種 類要求而調(diào)整，以保證管紙行走中受力均勻。 2.1.2 上膠部分 上膠部分由機(jī)架及機(jī)架支腿組成門形結(jié)構(gòu)，其上左邊裝有單邊上膠輪部分，中間 裝有盒形膠槽部分，右邊裝有刮膠器，左右兩邊裝有導(dǎo)紙架。單邊上膠輪兩側(cè)裝有過 輪各一個，下端沉浸在膠槽中。盒形膠槽上端裝有膠槽漏斗，中部開有多個過膠槽， 過膠槽兩邊裝有柔性刮膠板，擋膠盒裝在第一層過紙槽中。下端裝有收膠漏斗及盛膠 桶。擋膠盒安裝的數(shù)量及安裝的位置可根據(jù)紙管種類的不同要求而設(shè)置。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第10 頁 2.1.3 卷管設(shè)備 卷管機(jī)主要由機(jī)頭部分和機(jī)架部分組成。機(jī)頭部分裝在機(jī)架床身的托板上，兩 個對稱皮帶輪部分裝在托板上，用燕尾槽與托板連接，用燕尾導(dǎo)軌調(diào)整螺釘來調(diào)整間 隙，托板內(nèi)裝有移動皮帶輪部分的絲杠、螺母及手輪，用來調(diào)整皮帶輪前后移動，調(diào) 整皮帶的松緊，并根據(jù)不同管徑來調(diào)整皮帶纏繞質(zhì)量。皮帶輪對稱安裝在芯軸兩邊， 其上繞有傳動皮帶，傳動皮帶的纏繞方式是采用一根完整皮帶，兩邊繞在皮帶輪上， 在芯軸上采用雙導(dǎo)程纏繞方式，皮帶的接頭在空間扭曲轉(zhuǎn)過 180成環(huán)形。在調(diào)整好 皮帶后， 兩個皮帶輪對稱施力于芯軸上， 受力均勻， 而不會使芯軸產(chǎn)生彎曲的受力狀， 皮帶輪的動力來源是通過下方一對錐齒輪而與花鍵軸接通， 花鍵軸是通過裝在床身的 勵磁調(diào)速電動機(jī)、蝸桿減速器、中間軸和又一對錐齒輪而傳動花鍵軸轉(zhuǎn)動。另外，中 間軸又通過鏈傳動把動力傳給另一組皮帶輪。這樣，四機(jī)頭的設(shè)計就可保證芯軸的受 力平衡和卷管過程的穩(wěn)定，從而保證紙管的質(zhì)量，同時，使該設(shè)備更能輕松完成紙管 的加工。 2.1.4 切斷部分 切斷部分的紙架安裝在床身上，紙架上裝有帶滾輪的滾輪架，可沿床身長度方 向移動，滾輪架上裝有調(diào)整釘，調(diào)整擺動體擺動的距離，擺動體上裝有刀盤體，刀盤 體一端設(shè)置有手把以便操作者握此手把進(jìn)行切斷。 刀盤與滾動架沿床身長度方向移動 的距離在芯軸長度以內(nèi)。 此螺旋紙管機(jī)生產(chǎn)過程：原材料紙管條盤放置在紙架部分上，其數(shù)量是根據(jù)紙管 不同種類要求而設(shè)置，同時兩邊對稱設(shè)置。管紙經(jīng)上膠部分上膠并經(jīng)刮膠使其均勻而 至機(jī)架部分的芯軸上，經(jīng)螺旋纏繞而后至機(jī)頭部分的傳動皮帶處，經(jīng)傳動皮帶帶動紙 管旋轉(zhuǎn)而向前移動，再經(jīng)面紙部分上面紙即可成形了，同時按紙管不同種類的要求， 由切斷部分按長短切斷，切斷后的紙管根據(jù)要求還要進(jìn)行開槽、卷邊等工序，即可成 為成品管出廠。 2.2 卷管機(jī)設(shè)計方案的確定 卷管機(jī)的設(shè)計主要從四個方面入手，引紙裝置，動力傳遞過程以及各個參數(shù)的調(diào) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第11 頁 節(jié)方法，具體措施介紹如下28： 1、對于 6- 12 層的紙管，可在尾座部分兩側(cè)各安裝一個引紙機(jī)構(gòu)，紙帶從引紙機(jī)構(gòu)中 穿過，每側(cè)最多可通過 6 層紙，通過人工纏繞紙帶到芯軸上，其中一側(cè)的引紙機(jī) 構(gòu)最上層和另一側(cè)引紙機(jī)構(gòu)的最下層為單面上膠，即所有卷紙的最外層的外面不 上膠，最里層的內(nèi)層不上膠，其它各層為雙面上膠，以使所卷紙管的最內(nèi)層和最 外層為單面上膠，其余各層為雙面上膠。 2、根據(jù)紙帶寬度大小可確定紙管卷繞的螺旋角，將托板搬轉(zhuǎn)此角度，把閉合平帶纏 繞在芯軸和輥筒上，纏繞方式是以紙花的形式做雙導(dǎo)程螺旋纏繞，再轉(zhuǎn)動手輪帶 動絲杠轉(zhuǎn)動，通過絲杠螺母副使螺母移動，與螺母焊接的銷帶動齒輪箱從而帶動 輥筒在托板上的移動，兩個輥筒可以在兩邊分別進(jìn)行調(diào)整，以使平帶張緊。兩組 輥筒進(jìn)行同樣的調(diào)整。 3、動力源的傳遞過程：動力源為勵磁調(diào)速電機(jī)，通過 V 帶傳動把動力傳遞給蝸桿減 速機(jī)，再通過聯(lián)軸器傳給齒輪軸，然后通過一對錐齒輪傳動動力給花鍵軸，以實 現(xiàn)其傳動方向的垂直改變，再通過另外一對錐齒輪把動力最終傳給輥筒，兩輥筒 轉(zhuǎn)動方向相反，通過平帶與紙帶的摩擦力帶動紙管卷繞并向前移動，來完成螺旋 紙管的卷管過程。與此同時，齒輪軸上裝有鏈輪，通過 1:1 的鏈傳動把動力傳遞 給另外一組與之完全相同的輥筒，由于傳動比為 1，兩組輥筒螺旋角相同，所以 其卷繞速度相同，可以平穩(wěn)地帶動紙管運動，并使卷管過程更容易實現(xiàn)。 4、調(diào)整的方法： (1)螺旋角調(diào)整的實現(xiàn)： 支撐板上開有 T 形槽，托板上裝有 T 形槽用螺栓，通過 T 形槽用螺栓在 T 形槽 中的移動來實現(xiàn)螺旋角的調(diào)整。調(diào)整好之后，通過螺栓上的螺母擰緊。 (2)輥筒在托板上位置的調(diào)整： 轉(zhuǎn)動手輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動，通過絲杠螺母副使螺母移動，與螺母焊接的銷帶動齒輪 箱在托板的燕尾形導(dǎo)軌上的移動，進(jìn)而實現(xiàn)輥筒在托板上位置的調(diào)整。 5、本設(shè)計對比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點： （1）關(guān)鍵部位采用了新穎結(jié)構(gòu)，使機(jī)器技術(shù)水平大為提高。如采用的雙導(dǎo)程皮帶纏 繞傳動方式， 不僅簡化了傳動方式， 而且保證芯軸受力均衡， 使紙管質(zhì)量得到了保證。 （2）減小了機(jī)器尺寸，節(jié)約了占地面積，充分提高了廠房使用系數(shù)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第12 頁 （3）設(shè)備操作簡單，維護(hù)容易，符合我國目前國情，操作人員不需專門培訓(xùn)即可上 崗頂班工作。設(shè)備維護(hù)及使用方便，考慮了人機(jī)工程系數(shù)，不停機(jī)即可維護(hù)和連續(xù)作 業(yè)。 （4）四機(jī)頭的設(shè)計使芯軸受力平穩(wěn)，更能輕松完成紙管的加工。 3 總體設(shè)計計算 3.1 螺旋卷管機(jī)的幾何計算 3.1.1 概述 螺旋卷繞法卷制紙管（罐身）的基本成型原理如下圖2所示： 1驅(qū)動皮帶輪；2成型皮帶輪；3面紙；4中層紙；5 內(nèi)襯紙；6固定芯軸 圖3- 1 螺旋卷繞法卷制紙管（罐身）的成型原理 工藝過程：先將各層紙的原料紙按要求裁剪成一定寬度的窄長紙條。接著在芯 軸上卷繞內(nèi)襯紙，制復(fù)臺罐罐身時燙封螺旋接縫。然后，將施以粘膠的各層紙，分別 按一定的角度一層層重疊一起螺旋卷繞到固定芯軸上。每層的螺旋接縫，由其相鄰的 外層紙覆蓋26。 卷繞成型皮帶按紙條同樣的方式繞在紙管的外表面，它由兩個轉(zhuǎn)向相反的驅(qū)動 輪同時侍動。皮帶對紙管的裹緊力使各層紙互相粘牢，皮帶與面紙外表面的摩擦力使 紙管在固定芯軸上向前作螺旋運動，從而連續(xù)不斷地卷出紙管。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第13 頁 卷成的紙管定型后即可按一定規(guī)格切斷，晾干后便成要求的紙管，復(fù)臺罐罐身還 需要貼上商標(biāo)紙或在光滑白色的面紙上印以商標(biāo)圖案后才能切斷成罐身13。 3.1.2 紙帶的幾何計算 螺旋卷繞法卷制紙管的成型原理如 3- 1 圖，螺旋紙管的幾何展開圖如 3- 2 圖。 圖 3- 2 螺旋紙管的幾何展開圖（三層為例） 紙帶寬度、紙管內(nèi)徑、螺旋角和螺距之間的關(guān)系 各層紙帶的寬度、紙管的內(nèi)徑、卷繞角之間有如下幾何關(guān)系： sin i i i b D = （3- 1） 式中 i 從芯軸內(nèi)層起第 層紙的螺旋角； i b 第 層紙帶的寬度 ； Di從芯軸內(nèi)層起向外計數(shù)的第 層紙的紙管內(nèi)徑； 1 1 2 i ii i DD = =+ （3- 2） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第14 頁 式中 D芯軸直徑 i 紙層厚度 紙帶厚度為 0.4- 0.5mm，取 i =0.5mm； 紙帶寬度 i b 、螺旋角 i 與螺距 S 間的幾何關(guān)系： cos i i b S = （3- 3） 如果相鄰兩層紙圈的螺距不同，則在不斷卷繞過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)兩層接縫重疊 的現(xiàn)象，從而影響紙管質(zhì)量。為此在正常卷繞時應(yīng)使所有各層紙圈的螺距相同， 即 對一批紙管，螺距 是定值，聯(lián)立式（3- 1）和式（3- 2）得 () 2 2 i i i DS b DS = + （3- 4） 由上述各式可計算出各層紙帶寬度、卷繞螺旋角及螺距。一般可按最內(nèi)層紙圈的 內(nèi)徑即芯軸直徑和最內(nèi)層紙帶的寬度確定螺旋角和螺距， 然后計算各層紙帶的寬度和 螺旋角。 對于內(nèi)徑為 120mm 的卷管，取最內(nèi)層紙帶寬度為 110mm，即 =120mm， =110mm， 由上述公式（3- 2） ，得： 卷繞螺旋角 i =16.96；圓整 1 =17 已知 1 b =110mm 根據(jù)式（3- 3）求出 S=115.26mm，圓整為 S=115mm。因為 S 是 定值故 S=115mm 不變。 2 D =121mm，S=115mm， 代入式（3- 4）得： 2 b =110.07mm。圓整 2 b =110mm，取縫隙 2 =0.07mm。 代入式（3- 3）得： 2 =16.82 o 依次類推如下： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第15 頁 D3 =122mm， S=115mm, 3 b =110.15mm， 圓整 3 b =110mm， 3 =0.15mm， 3 =16.68 o D4 =123mm， S=115mm， 4 b =110.22mm， 圓整 4 b =110mm， 4 =0.22mm， 4 =16.53 o D5 =124mm， S=115mm， 5 b =110.29mm， 圓整 5 b =110mm， 5 =0.29mm， 5 =16.40 o D6 =125mm， S=115mm， 6 b =110.36mm， 圓整 6 b =110mm， 6 =0.36mm， 6 =16.27 o D7 =126mm， S=115mm， 7 b =110.43mm， 圓整 7 b =110mm， 7 =0.43mm， 7 =16.13 o D8 =127mm， S=115mm， 8 b =110.50mm， 圓整 8 b =110.5mm， 8 =0mm， 8 =16.08 o D9 =128mm， S=115mm，9b =110.57mm， 圓整 9 b =110.5mm， 9 =0.07mm， 9 =15.95 o D10=129mm，S=115mm， 10 b =110.63mm，圓整 10 b=110.5mm， 10 =0.13mm， 10 =15.82 o D11=130mm，S=115mm， 11 b =110.70mm，圓整 11 b =110.5mm， 11 =0.20mm， 11 =15.70 o D12=131mm，S=115mm， 12 b=110.76mm，圓整 12 b=110.5mm， 12 =0.26mm， 12 =15.57 o 對于內(nèi)徑為 65mm 的卷管， 取最內(nèi)層紙帶寬度為 60mm， 即 D1 =65mm， b1 =60mm， 代入式（3- 1）得：螺旋角 1 =17.08； 代入式（3- 3）得：S=62.77mm，圓整 S=63mm； 所以 D1 =65mm，S=63mm，b1 =60mm， 1 =17.08縫隙 1 =0； 依次類推如下： D2 =66mm，S=63mm，b2 =60.28mm，圓整 b2=60mm， 2 =0.28mm， 2 =16.82 D3 =67mm，S=63mm，b3 =60.35mm，圓整 b3 =60mm， 3 =0.35mm， 3 =16.56 D4 =68mm，S=63mm，b4 =60.42mm，圓整 b4=60mm， 4 =0.42mm， 4 =16.31 D5 =69mm，S=63mm，b5 =60,49mm，圓整 b5=60mm， 5 =0.49mm， 5 =16.06 D6=70mm，S=63mm，b6 =60.56mm，圓整 b6=60.5mm 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第16 頁 6 =0.06mm， 6 =15.59 D7 =71mm，S=63mm，b7=60.62mm，圓整 b7=60.5mm， 7 =0.12mm， 7 =15.73 D8 =72mm，S=63mm，b8 =60.69mm，圓整 b8=60.5mm， 8 =0.19mm， 8 =15.51 D9 =73mm，S=63mm，b9 =60