畢業(yè)設(shè)計（論文）-zwx2型螺旋卷芯機的機械傳動裝置及控制系統(tǒng)的設(shè)計

齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書及開題報告題目ZWX2型螺旋卷芯機的機械傳動裝置及控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院機電工程學(xué)院專業(yè)班級機械學(xué)生姓名指導(dǎo)教師填表說明1任務(wù)書中內(nèi)容由指導(dǎo)教師本人填寫，并經(jīng)專業(yè)審定后，下發(fā)給學(xué)生。2開題報告中內(nèi)容由學(xué)生根據(jù)任務(wù)書要求，經(jīng)查閱資料、調(diào)研后填寫。3開題報告一般在開始畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的第12周內(nèi)完成，由各專業(yè)或教研室組織安排開題。4開題報告應(yīng)包括以下幾個方面的內(nèi)容（1）課題的來源及選題的依據(jù)、意義，課題在理論或?qū)嶋H應(yīng)用方面的價值以及可能達到的水平。（2）課題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平。（3）課題研究的內(nèi)容及擬采用的技術(shù)路線或研究方法（包括設(shè)計、實驗、加工測試條件等）。（4）研究中的主要難點以及解決問題的方法。（5）設(shè)計（論文）的工作進度計劃（以周為單位）。（6）主要參考文獻。5填寫不下可另加附頁。6本材料裝訂順序為任務(wù)書、開題報告。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告一、選題的依據(jù)、意義和理論或?qū)嶋H應(yīng)用方面的價值通過對ZWX2型螺旋卷芯機進行實地考察、分析，比較全面地鞏固了前期學(xué)過的機械專業(yè)所涉及到的，特別是機械設(shè)計、機械原理和機械制圖方面的知識，該設(shè)備是紙制品車間主要的生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)用廣泛，它能制造不同直徑、不同長度的紙芯、紙筒和紙板，常用于造紙、塑料、紡織、食品等行業(yè)中，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，現(xiàn)階段特別適用于生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)方面有廣泛的使用價值?？刂葡到y(tǒng)方面，原機采用傳統(tǒng)的繼電器控制，功能簡單，使用壽命短。可編程控制器提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還具有故障自動檢測功能，報警停機，自動計數(shù)。為生產(chǎn)提高了方便，節(jié)約了人力，使整機的自動化程度進一步提高。二、本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀螺旋卷芯機屬于輕工業(yè)機械，是造紙完成設(shè)備，集機械電子、液壓于一體，目前國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)較少，如中國輕工業(yè)機械石家莊公司生產(chǎn)的ZWX1型平卷式及ZWX2型螺旋式。前者適合衛(wèi)生紙、膠帶的紙芯生產(chǎn)，尺寸小，重量輕；后者具有加工范圍廣，尺寸長，重量大等特點，應(yīng)用于塑料薄膜的紙芯等。國外的技術(shù)由于發(fā)展較早，人力物力財力等方面投入較多，水平較國內(nèi)先進。ZWX2型螺旋卷芯機的設(shè)計水平是八十年代的生產(chǎn)水平，隨著日益增長的經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步，該設(shè)備已不具備競爭能力，為此，必須對該設(shè)備進行改進，使之符合當(dāng)今社會發(fā)展的需要，該設(shè)備在現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，適合當(dāng)前的需要，本課題在國內(nèi)外的研究有一定價值三、課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法本課題主要是ZWX2型螺旋卷芯機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及要改進方面的設(shè)計，重點是對機械傳動裝置的設(shè)計，主機部分主要采用一臺直流電動機帶動兩個輥輪的旋轉(zhuǎn)工作，由皮帶的摩擦帶動第三個輥輪轉(zhuǎn)動以完成卷芯工作。采用計算機輔助設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)協(xié)調(diào)整機動作，其核心采用可編程控制器針對各功能模塊編制梯形圖程序。四、課題研究中的主要難點以及解決的方法本次設(shè)計研究主要是對機械傳動裝置及控制系統(tǒng)的改進，研究過程中的主要難點是機械傳動系統(tǒng)的方案選擇與設(shè)計，以及控制系統(tǒng)的設(shè)計，其解決方法主要是同組同學(xué)共同研究和向指導(dǎo)教師請教，以及大量的查閱有關(guān)方面的資料。五、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度計劃1周查閱資料，編寫開題報告，擬訂設(shè)計方案。2周方案設(shè)計，比較擬訂的各種方案，確定最終的設(shè)計方案。3周傳動方案的確定。4周運動及動力設(shè)計計算，根據(jù)設(shè)計方案確定主要零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸，進行強度校核。5周繪制各部分結(jié)構(gòu)的裝配草圖。6周利用計算機繪制總裝配圖、零件圖。7周控制方案設(shè)計。8周選擇PC機，繪制可編程序控制器工作流程圖。9周繪制可編程序控制器控制梯形圖。10周整理設(shè)計說明書，排版及整個圖紙的最后審核。11周設(shè)計說明書排版、打印、裝訂；設(shè)計圖的計算機輸出；整理畢業(yè)設(shè)計資料，準備答辯。12周畢業(yè)設(shè)計答辯。摘要本設(shè)計在原有設(shè)備與技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，通過查閱大量資料，對卷芯機的總體結(jié)構(gòu)和方案進行了論證。由設(shè)計參數(shù)進行初選電動機，然后做減速機構(gòu)的設(shè)計計算和校核，控制系統(tǒng)加入可編程序控制器，能較好地控制協(xié)調(diào)整機動作，并完成了總裝配圖的繪制。設(shè)備經(jīng)過改造后，改變了原有的切割裝置的控制，為其更好地工作，使本設(shè)備具有液壓輔助工作與可編程序控制器相結(jié)合的控制系統(tǒng)。為了節(jié)省人力財力，設(shè)計了自動落料裝置，由液壓缸的升降過程來實現(xiàn)自動控制。設(shè)計活動支承軸芯后，使原來切割時紙筒變形的現(xiàn)象減少了，提高了生產(chǎn)率。關(guān)鍵詞錐齒輪；傳動裝置；控制系統(tǒng)；可變程序控制器ABSTRACTTHEDESIGNREQUIREMENTSOFORIGINALEQUIPMENTANDTECHNOLOGY,BASEDONACCESSTOLARGEAMOUNTSOFDATATHROUGH,THEVOLUMEOFTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHECOREMACHINESANDPROGRAMSWEREDEMONSTRATEDBYTHEDESIGNPARAMETERSOFTHEPRIMARYMOTOR,GEARBOXANDTHENDOTHEDESIGNCALCULATIONANDVERIFICATION,THECONTROLSYSTEMTOJOINTHEPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER,CANBETTERCONTROLTHEWHOLEMOVEMENTCOORDINATION,ANDCOMPLETEMAPPINGOFTHEGENERALASSEMBLYEQUIPMENTHASBEENMODIFIEDTOCHANGETHEORIGINALCUTTINGDEVICECONTROL,THEIRWORKBETTER,SOTHATTHEDEVICEHASAHYDRAULICAUXILIARYWORKCOMBINEDWITHTHEPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER,THECONTROLSYSTEMINORDERTOSAVEHUMANANDFINANCIALRESOURCES,THEDESIGNOFTHEAUTOMATICBLANKINGDEVICE,BYAHYDRAULICLIFTCYLINDERTOAUTOMATICALLYCONTROLTHEPROCESSAFTERTHESUPPORTINGSHAFTDESIGNACTIVITIES,SOTHATTHEORIGINALPAPERTUBECUTTINGPHENOMENONOFREDUCEDDEFORMATIONANDIMPROVEPRODUCTIVITYKEYWORDSBEVELGEARTRANSMISSIONCONTROLSYSTEMVARIABLEPROGRAMCONTROLLER目錄摘要IABSTRACTV第1章緒論111選題的依據(jù)及意義112國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢113螺旋卷制產(chǎn)品簡介214課題研究主要內(nèi)容3第2章方案論證及分析421原設(shè)備生產(chǎn)過程中體現(xiàn)的優(yōu)點與不足422卷芯機的基本組成和工作原理423卷芯機在不同控制系統(tǒng)下的操作原理524主要技術(shù)規(guī)格6第3章機械傳動裝置的總體設(shè)計731分析和擬定傳動裝置的運動簡圖7311蝸桿傳動的特點7312齒輪傳動的特點7313傳動方案運動簡圖832選擇電動機833計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比9331確定總傳動比9332分配各級傳動裝置傳動比1134計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)11第4章機械傳動件的運動及動力計算1341錐齒輪傳動方案的設(shè)計計算13411選定齒輪的安裝方式，精度等級及材料13412按齒面接觸疲勞強度設(shè)計13413校核齒根彎曲疲勞強度1542蝸輪蝸桿的設(shè)計計算16421基本要求16422選擇蝸桿傳動類型17423選擇材料17424按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計17425蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸18426校核齒根彎曲疲勞強度19427精度等級公差和表面粗糙度的確定1943軸的設(shè)計計算19431初步確定軸的最小直徑20432對II軸進行強度校核2044聯(lián)軸器的選擇23441類型的選擇23442載荷計算23443型號選擇24第5章控制系統(tǒng)2551切割裝置的PLC控制25511PLC概述25512系統(tǒng)控制要求25513工作流程圖25514I/O接線圖26515I/O地址定義表27516控制梯形圖27517指令語句表2752落料部分的自動控制2753活動支承軸芯的設(shè)計29531結(jié)構(gòu)設(shè)計29532液壓缸的選擇29第6章設(shè)備的潤滑31結(jié)論32參考文獻33附錄135附錄236附錄337致謝38第1章緒論11選題的依據(jù)及意義紙筒卷芯機的開發(fā)和設(shè)計具有一定的實際生產(chǎn)應(yīng)用價值。隨著人民生活的提高和節(jié)奏的加快，用紙制產(chǎn)品代替金屬及塑料泡沫制品，制造紙杯、紙盒、紙罐、紙筒及一次性餐具等系列產(chǎn)品，已越來越受到世界各發(fā)達和發(fā)展中國家的歡迎和青睞。這是因為金屬制造這類產(chǎn)品成本高，價格偏貴。而生產(chǎn)降解性好的紙餐具、紙制杯、罐、管、盒等一次性紙制品，提倡引進系列紙制品產(chǎn)品生產(chǎn)的先進技術(shù)和設(shè)備。因此本設(shè)計項目的研究開發(fā)對造福人類、美化環(huán)境，都具有深遠的歷史意義和現(xiàn)實意義。紙芯同步切斷卷管機包括有機架、送紙機構(gòu)、動力傳動機構(gòu)、卷紙芯裝置及切斷裝置。動力及傳動機構(gòu)包括卷紙芯裝置用傳動機構(gòu)和切斷裝置用傳動機構(gòu)，且這種紙芯同步切斷卷管機由于卷紙芯裝置和切斷裝置共用一套動力機構(gòu)，既能有效簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低制造成本，又能保證運行的同步調(diào)節(jié)。通過對ZWX2型螺旋卷芯機進行實地考察、分析，比較全面地鞏固了前期學(xué)過的機械專業(yè)所涉及到的，特別是機械設(shè)計、機械原理和機械制圖方面的知識，該設(shè)備是紙制品車間主要的生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)用廣泛，它能制造不同直徑、不同長度的紙芯、紙筒和紙板，常用于造紙、塑料、紡織、食品等行業(yè)中，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，現(xiàn)階段特別適用于生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)方面有廣泛的使用價值。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢螺旋卷芯機屬于輕工業(yè)機械，是造紙完成設(shè)備，集機械電子、液壓于一體，目前國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)較少，如中國輕工業(yè)機械石家莊公司生產(chǎn)的ZWX1型平卷式及ZWX2型螺旋式。前者適合衛(wèi)生紙、膠帶的紙芯生產(chǎn)，尺寸小，重量輕；后者具有加工范圍廣，尺寸長，重量大等特點，應(yīng)用于塑料薄膜的紙芯等。由哈爾濱國營風(fēng)華機器廠包裝技術(shù)開發(fā)公司研制的LJJ型自動螺旋卷機，1996年獲得國家級新產(chǎn)品證書，曾出口亞洲,暢銷國內(nèi)市場。日前發(fā)往加納，進入非洲市場。2001年武進市協(xié)明紙制品有限公司最新推出了“協(xié)明牌”電腦數(shù)控JCF2220/200螺旋斜卷紙筒機，該設(shè)備適用于將盤紙上膠后復(fù)卷成各種不同孔徑和壁厚的紙筒，紙筒長度任意可調(diào)，設(shè)備精良，適用范圍廣，是塑料、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、化纖、紡織用紙筒生產(chǎn)的必備設(shè)備。昆山市永盛機械有限公司最新研制的YS2B第二代全自動紙角成型機已獲國家實用新型專利，填補了國內(nèi)空白。國外的技術(shù)由于發(fā)展較早，人力物力財力等方面投入較多，水平較國內(nèi)先進。ZWX2型螺旋卷芯機的設(shè)計水平是八十年代的生產(chǎn)水平，隨著日益增長的經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步，該設(shè)備已不具備競爭能力，為此，必須對該設(shè)備進行改進，使之符合當(dāng)今社會發(fā)展的需要，該設(shè)備在現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，適合當(dāng)前的需要，本課題在國內(nèi)外的研究有一定價值。大千世界，物態(tài)萬千，任何事物的存在都不是一成不變的，我國的卷芯機行業(yè)也無不例外，要么進步，要么落后，那么如何提高這個行業(yè)的發(fā)展呢這成為卷芯機廠商們普遍關(guān)注的問題。那么進步的核心在哪里呢更新是關(guān)鍵更新?lián)Q代的方式是采取更換局部零、部件或關(guān)鍵性部件和關(guān)鍵性技術(shù)，從而達到更換一臺機組的目的，使原包裝機械裝備或生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力、性能、效率、機型和組裝方式等得到更新。這樣對大部分部件、機組零件獲得重復(fù)利用，既達到提高裝備價值，且又節(jié)省了原材料和大量勞動力，降低了成本。這種發(fā)展趨勢表明，紙筒包裝設(shè)備、紙管機、卷筒紙分切機、切管機、紙管機設(shè)備、螺旋卷芯機愈來愈向標準化、系列化、綜合化、組裝化、聯(lián)機化、智能化的模式發(fā)展。民用、軍用高技術(shù)也將愈來愈廣泛地進入整個包裝機械裝備領(lǐng)域。激烈的市場競爭，無疑將加速紙筒包裝設(shè)備在各行各業(yè)中的更新?lián)Q代和技術(shù)改造步伐。13螺旋卷制產(chǎn)品簡介要想對ZWX2型螺旋卷芯機進行設(shè)計研究，必須對產(chǎn)品工藝進行了解。螺旋卷制紙筒在中國大陸雖然只有很短的歷史，但它的用途廣泛，發(fā)展十分迅速，目前在紙包裝行業(yè)里僅次于紙箱。隨著社會的進步發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對美的追求以及對環(huán)保意識的加強，各行各業(yè)對商品包裝要求也越來越高，紙罐包裝因其獨特可變的外形和環(huán)保優(yōu)勢成為包裝行業(yè)的首選。紙筒產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于紡織、印染、五金、塑料造紙、醫(yī)藥、食品、飲料等行業(yè)的包裝。螺旋卷制紙筒的產(chǎn)品主要有化纖紙筒系列，工業(yè)紙筒系列，外包裝管、罐系列等。螺旋卷制紙筒依據(jù)其用途不同，質(zhì)量要求、工藝用材也不相同。紙筒生產(chǎn)的主體是卷管，卷出高質(zhì)量的坯管是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。確保高質(zhì)量的坯管因素有很多，其中包括卷管機的性能、分紙機分出的紙帶質(zhì)量、紙張性能、粘合劑質(zhì)量、卷管皮帶的選擇、生產(chǎn)工藝以及操作方法等。如果卷管機的性能達不到要求，就無法生產(chǎn)高質(zhì)量的紙筒坯管。卷管時紙帶平直伸展、上膠均勻、刮膠合理、螺旋角度準確，紙帶復(fù)合時間合理、機械運行平穩(wěn)、皮帶壓力適當(dāng)、各層紙帶寬度合理等，才能保證卷管質(zhì)量。卷管的螺旋角是紙筒成型的重要工藝，卷管的螺旋最佳角度120130。由此來確定卷管所需要的各層紙帶寬度、卷管皮帶的寬度。紙帶的基本寬度是根據(jù)紙筒內(nèi)A徑與螺旋角度的補角來確定的，它們的關(guān)系是。面層紙帶與底TN/SI層紙帶的寬度差是34MM根據(jù)紙筒厚度確定，各層紙帶的寬度排列是面寬底窄，一般的工藝排列面34層紙帶落差每層LMM以內(nèi)，底層與底二層落差LMM左右，中間紙帶采用同寬紙帶。皮帶寬度與面紙同寬，厚度根據(jù)紙筒的厚度同比確定，長度根據(jù)紙筒的厚度同比確定，長度根據(jù)滾筒距離、滾筒調(diào)節(jié)距離及紙筒直徑來確定。14課題研究主要內(nèi)容ZWX2型螺旋卷芯機是齊齊哈爾市第二塑料制品紙制品車間的主要生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備的設(shè)計水平是八十年代的水平，隨著日益增長的經(jīng)濟發(fā)展，該設(shè)備已不具有競爭能力，已不能適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展，所以必須對該設(shè)備進行改進，以滿足當(dāng)前的需要。本設(shè)計以原有的卷芯機為依據(jù)，對其整體結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)、芯軸和控制系統(tǒng)等進行設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)方面，原機采用傳統(tǒng)的繼電器控制，功能簡單，使用壽命短?？删幊炭刂破魈岣呦到y(tǒng)的響應(yīng)速度，還具有故障自動檢測功能，報警停機。為生產(chǎn)提高了方便，節(jié)約了人力，使整機的自動化程度進一步提高。這次設(shè)計也是對自己的科研能力和綜合知識能力進行一次鍛煉。第2章方案論證及分析21原設(shè)備生產(chǎn)過程中體現(xiàn)的優(yōu)點與不足ZWX2型螺旋式卷芯機能制造各種不同直徑、不同長度的紙芯、紙筒等產(chǎn)品。該機器設(shè)備的生產(chǎn)過程中體現(xiàn)的優(yōu)點是（一）能夠連續(xù)工作制成產(chǎn)品，供料連續(xù)，生產(chǎn)無間歇，生產(chǎn)率比較高。（二）設(shè)備是以機械運動為主，輔以電氣液壓系統(tǒng)，控制方便采用光電計數(shù)控制?？梢詫崿F(xiàn)任意長度的紙筒。（三）由于設(shè)備組成簡單并產(chǎn)品是紙制品，所以，加工中的工作力與受載為輕載，故使用壽命比較長，維修與使用方便。該設(shè)備的使用中所體現(xiàn)的不足（一）切斷裝置采用有齒鋸切割，使產(chǎn)品的不合格率增高，而且需工作人員手工修理，并且產(chǎn)生紙屑，四處飛揚，影響機器生產(chǎn)。（二）動力源過多，卷芯裝置、切割裝置、液壓系統(tǒng)，分別是2臺4KW，1臺22KW，1臺4KW，四臺電機，其用在卷芯裝置有2臺4KW電機，在工作中將出現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)不同現(xiàn)象。（三）液壓系統(tǒng)中的液壓油受季節(jié)影響，油液粘度對溫度變化很敏感，溫度升高，粘度下降，油溫的變化會引起油液粘度的變化，影響液壓傳動的工作平穩(wěn)性，在低溫和高溫的場合，使用液壓傳動有一定的困難。（四）主控臺在機器的一側(cè)，設(shè)備的啟停，電機的無級變速均由主控臺控制。由于設(shè)備比較大，當(dāng)供料或是下料等處出現(xiàn)故障影響工作時間，關(guān)閉機器不方便，使維修時間過長。（五）膠料槽的容量有限，必須有工作人員經(jīng)常上膠，影響工作效率。針對上述各方面的不足，著眼于國內(nèi)同類產(chǎn)品的具有九十年代水平的該類設(shè)備，尤其是以黑龍江紙制品包裝公司的該類產(chǎn)品，經(jīng)過參考分析后，將ZWX2型螺旋卷芯機進行改進，如果該設(shè)備不經(jīng)改進，必將被淘汰。22卷芯機的基本組成和工作原理卷芯機主要由機架、動力機構(gòu)、上紙機構(gòu)、卷芯機構(gòu)和控制機構(gòu)等部分組成。主要工作部件是輥輪、芯軸，依靠帶傳動帶摩擦力將浸膠的紙帶按螺旋線的規(guī)律卷緊在轉(zhuǎn)動芯軸上，通過芯軸的轉(zhuǎn)動將卷好的紙帶傳出，從而加工出紙管。螺旋卷芯機按其輥輪（機頭）的數(shù)量來分類，主要有兩機頭卷芯機、三機頭卷芯機、四機頭卷芯機等形式兩機頭的卷芯機常用于對紙管緊密度要求不高的場合，在實際的使用中也是最廣泛的；三機頭和四機頭的卷芯機加工紙管的緊密度高，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，但成本高，加工工藝復(fù)雜。卷芯機也可按所加工的紙管大小來分，主要有小型卷芯機、中型卷芯機、大型卷芯機小型卷芯機加工的紙管用于煙花、鞭炮和特定小物件的包裝材料上，一般紙管直徑D100MM，一般運用在有特殊要求的場合。本次設(shè)計的螺旋卷芯機加工的紙管內(nèi)徑為78MM，產(chǎn)品為紙制品，對紙筒筒體質(zhì)量要求較高，所以本次設(shè)計的方案是設(shè)計三機頭中型卷芯機。其基本工作原理如圖所示圖21螺旋卷芯機工作原理簡圖23卷芯機在不同控制系統(tǒng)下的操作原理從卷芯機的工作方式上看，在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。從卷芯機的控制方法上看，電氣控制系統(tǒng)邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯。而PLC采用了計算機技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。24主要技術(shù)規(guī)格1）卷芯機原始參數(shù)參見表21。表21卷芯機的性能參數(shù)卷紙層數(shù)224層卷管速度318M/MIN卷桿直徑18200MM切割方式無齒鋸切割卷繞機頭三機頭，雙皮帶定長方式光電管定位擋板主機功率10KW調(diào)速控制PLC上膠方式單面或雙面上膠紙管壁厚115MM2）紙芯規(guī)格如下內(nèi)徑M103壁厚24長度3）料槽總?cè)萘?00升4）生產(chǎn)率38M/MIN5）電動機卷芯裝置Z26110KW1500R/MIN1臺液壓系統(tǒng)JO24264KW960R/MIN1臺6）可編程序控制器切割裝置由可編程序控制器控制，為滿足控制系統(tǒng)要求，選擇三菱公司生產(chǎn)的大A系列PLC，A1N型號CPU，其產(chǎn)品主要規(guī)格性能如下輸入輸出點數(shù)256點；輸入輸出數(shù)據(jù)設(shè)備點數(shù)256點；程序容量6K；基本命令處理速度（LD命令）10S；內(nèi)藏RAM存儲器容量16K。第3章機械傳動裝置的總體設(shè)計31分析和擬定傳動裝置的運動簡圖結(jié)合螺旋卷芯機功能要求，考慮結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊可靠，制造方便，成本低廉，傳動效率高和使用維護方便，選用二級減速器，為使傳動方向改變，第一級采用錐齒輪傳動，傳動方式為空間立體，第二級傳動為獲得較大傳動比，采用蝸桿蝸輪傳動。311蝸桿傳動的特點蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時，由于有較高的齒面相對滑動速度，易于形成液體動壓潤滑油膜，也有利于提高承載能力及效率。其主要特點如下1）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時，蝸桿每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動。在動力傳動中，一般傳動比I580；在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)的傳動中，傳動比可達300；若只傳遞運動，傳動比可達1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。2）在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。4）蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動具有自鎖性時，效率僅為04左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪（或輪圈），以便與鋼制蝸桿配對組成減摩型良好的滑動摩擦副。312齒輪傳動的特點錐齒輪（特別是大模數(shù)錐齒輪）的加工比較困難，一般宜置于高速級，以減小其直徑和模數(shù)。但需注意，當(dāng)錐齒輪的速度過高時，其精度也需相應(yīng)提高，此時還應(yīng)考慮能否達到所需制造精度以及成本問題。齒輪傳動的特點如下1）效率高在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1，也有很大的經(jīng)濟意義。2）結(jié)構(gòu)緊湊在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。3）工作可靠、壽命長設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。4）傳動比穩(wěn)定傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。313傳動方案運動簡圖傳動方案如圖31所示圖31傳動方案運動簡圖32選擇電動機在本次設(shè)計中選用了直流電動機，是因為直流電動機是直流店和機械能直接轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)電機。直流電動機具有調(diào)整性能優(yōu)良，過載能力大，可實現(xiàn)頻繁的無機快速啟動，制動和反轉(zhuǎn)的特點。能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，因此在要求調(diào)速范圍寬以及有特殊運行性能的自動控制系統(tǒng)中占有重要地位。直流電動機有很多優(yōu)點1）調(diào)速性能好轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。2）啟動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動和停車。3）過載能力強，能承受頻繁的沖擊負荷。4）易于控制，調(diào)速系統(tǒng)簡單、可靠。因此，該設(shè)備選用了直流電動機，而不采用交流電動機。由于原設(shè)備有四個輥輪，帶動兩條皮帶完成卷芯工作，所用的兩臺型號為Z242/4KW，1500R/MIN的直流電動機?，F(xiàn)將該設(shè)備改進，需用三個輥輪，一條皮帶帶動完成工作，故選用一臺功率大于2臺相當(dāng)功率的電動機即可完成工作。查機械設(shè)計手冊選擇型號為Z261的電動機。額定功率為10KW，轉(zhuǎn)速為1500R/MIN，額定電壓為220V，最高允許轉(zhuǎn)速為2400R/MIN。基本參數(shù)如表31表31電動機性能參數(shù)額定電流/A效率/最高轉(zhuǎn)速/R/MIN型號額定功率/KW110220110220110220轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量/NM2外型尺寸/MMMMMM（A10型）質(zhì)量/KG額定轉(zhuǎn)速1500R/MINZ26110108253884845240024005663752448817533計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比331確定總傳動比與傳動比有關(guān)的因素有1）皮帶與芯軸的夾角；2）皮帶輪的半徑；3）紙筒的R前進速度；4）電動機的額定轉(zhuǎn)速；5）電動機的最高允許轉(zhuǎn)速。紙V額NMAXN傳動裝置總的傳動比由選定的電動機滿載工作轉(zhuǎn)速和工作機主動軸的轉(zhuǎn)速總IM確定，即，且在多級傳動的傳動裝置中總的傳動比為各級傳動比的連乘WNWMNI總總I積。COS2CSNRRV紙W紙則紙總VRNIMWCOS2在原始設(shè)備中MIN/83紙VR150額NI/24MAXR806取時有605973216830COS12541503總I取時，80612530883COS102541503總I考慮到最高轉(zhuǎn)速，有MIN/R2MAXN紙總VRIWCOS2MAXA代入數(shù)值得時，60751034總I時，8982總I根據(jù)，綜合上述傳動比，取68307359之間，可初選傳動比為72WMNI總所以生產(chǎn)率MIN/852172COS1501432COS23總額紙INRV符合生產(chǎn)率的要求。綜合前面選定傳動方案，該傳動方案的傳動比范圍直齒圓錐齒輪傳動比范圍是15，圓柱蝸桿傳動比范圍是1560，則總傳動比范圍是，所以取符合要求。3015651）（）（總I72總I332分配各級傳動裝置傳動比根據(jù)總傳動比以及考慮到裝置尺寸的協(xié)調(diào)性，查機械設(shè)計手冊“常用72總I減速器的型式、特點及應(yīng)用”表，直齒圓錐齒輪減速器傳動比范圍一般小于等于3，所以取錐齒輪的傳動比為所以取錐齒輪的傳動比為3錐I3錐I則蝸桿蝸輪的傳動比為247錐總蝸II34計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)電動機的輸出功率WOP為工作裝置所需功率，KW；WP為由電動機至工作裝置的傳動裝置的總效率；OW其中KW10P軸承聯(lián)蝸錐查機械傳動效率概略值表，確定，970錐82蝸90聯(lián)90軸承故78則KW8701OWP由公式計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1）各軸的轉(zhuǎn)速I軸R/MIN150INII軸/I3II錐IIII軸R/IN82045I蝸INW2）各軸輸入功率I軸KW91I聯(lián)OPII軸K5107I軸承錐III軸825I蝸W3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩I軸MN06315949IINPTII軸25IIIII軸N73582094WWNPT電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩M63150945MOONT第4章機械傳動件的運動及動力計算41錐齒輪傳動方案的設(shè)計計算411選定齒輪的安裝方式，精度等級及材料在直齒圓錐齒輪傳動中，軸夾角，小齒輪懸臂，大齒輪跨支，初選7級精90度（GB1009588），要求壽命為20年（每天工作8小時，每年工作300天）。查機械設(shè)計（以下簡稱設(shè)計）表101，選取大小齒輪材料均為45號鋼（調(diào)質(zhì)）。小齒輪齒面硬度250HBS，大齒輪齒面硬度220HBS。412按齒面接觸疲勞強度設(shè)計1）初選小齒輪齒數(shù)?。ú话l(fā)生根切）2Z則632）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩M6302N6315094I1T3）初選載荷系數(shù)初選KT4）取齒寬系數(shù)錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)，通常取，取常用值3502R3/1R5）確定彈性影響系數(shù)據(jù)設(shè)計表106查得，2EMPA89Z6）確定區(qū)域載荷系數(shù)對的標準直齒圓錐齒輪傳動，5H7）確定接觸需用應(yīng)力循環(huán)次數(shù)9H1103248301560JLNN912/24/U查設(shè)計圖1019曲線1得，接觸疲勞壽命系數(shù)，801HNK920HN查設(shè)計圖1021（D）得，接觸疲勞強度極限，MPA61LIMPA572LIM取安全系數(shù)，則接觸許用應(yīng)力HSMPA4521709868H2LIMN21LI1SK8）由接觸強度計算小齒輪的分度圓直徑M6745310322819533R1T2HET1）（）（）（UTZD9驗算載荷系數(shù)齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以均勻平穩(wěn)為依據(jù)查設(shè)計表102得，01AK小齒輪平均分度圓直徑，M96135016745R1M（）D齒輪的圓周速度，/S8493061NV動載系數(shù)按設(shè)計查圖108得，15VK齒間載荷分配系數(shù)由設(shè)計表103，取1FH齒向載荷分布系數(shù)依據(jù)大齒輪兩端支承，小齒輪作懸臂布置，查表109，得軸承系數(shù)，251BEHK由公式得，8751251BEHFHK接觸強度載荷系數(shù)37285101HVAK10）校正直徑M4137263TT1D模數(shù)2318ZM取標準值5M11）齒輪的相關(guān)參數(shù)分度圓直徑M31560221ZD錐距92021UR齒寬M3563RB分錐角由得，2112TANCOZU57143890438COTT21RURC413校核齒根彎曲疲勞強度1）確定彎曲強度與接觸強度載荷相同，37285101FVAK2）計算當(dāng)量齒數(shù)91657COS324822V11Z3）查表105得，齒形系數(shù)，71FAY12FA應(yīng)力校正系數(shù)，5S863SY4）確定許用應(yīng)力由圖1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，501FNK802FN取安全系數(shù)41FS由圖1020（C）得，齒輪的彎曲疲勞強度極限，MPA40FE1PA425FE按脈動循環(huán)變應(yīng)力確定需用彎曲應(yīng)力，即PA126741580F2EF21F1SKN5）校核彎曲強度由公式得彎曲強度2F2212R2SAF1F1F22122SAF11FMPA459135015866370710ZBMYKT）滿足彎曲強度，以上所選參數(shù)合適。42蝸輪蝸桿的設(shè)計計算421基本要求工作載荷穩(wěn)定，無沖擊，要求壽命為20年，一年工作300天，8小時工作日。422選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）423選擇材料考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCUSN10P1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。424按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由公式得，傳動中心距32HE2）ZKTA1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩2由前文計算得MN103583570NM35762T2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)；由設(shè)計表115選取使用K系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則1AK051V1VAK3）確定彈性影響系數(shù)EZ因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故MPA160EZ4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，從圖118中可查得1DA351D。92Z5）確定許用接觸應(yīng)力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCUSN10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可從表117中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。MPA268H應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7H2103082160LJNN壽命系數(shù)791068787HNK則蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力