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1、由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 复卷机整机结构设计摘 要：本文针对塑胶薄膜复卷机的机械结构部分进行了设计与说明,对于传统大型塑胶薄膜分切机分切之后不能保证宽度在30毫米以下的材料端面平整度的问题，采用本机器进行二次加工，从而达到客户要求。本机器实现了二次加工的半自动化，工作期间，在加工特定宽度和厚度的塑胶薄膜时，保证张力恒定，使张力控制在材料的抗拉强度之内，以保证材料不变形。同时控制住复卷时的线速度，使线速度在一个特定范围内，既保证工作安全，又保证材料顺利复卷。本说明书对轴系进行了设计与说明，卡嘴的设计计算，以及标准件的选取，最后对整个工作
2、过程进行计算与说明。关键词：复卷机；二次加工；塑胶薄膜 The Design Of Rewinding Machine StructureAbstract: This paper plastic film rewinding machine mechanical structure of the design and that part, to traditional large plastic thin film cutting machine after cutting and cannot guarantee the width of the material under 30 mm f
3、ace the problem of flatness, using the machine in a second process, so as to achieve the requirements of customers. This machine is realized the two processing half automation, duration of work, in particular the width and thickness of the processing plastic thin film, ensure tension constant tensio
4、n control, make the material of the tensile strength, to ensure the material within deformation. At the same time, It controls the linear velocity of rewinding, making linear velocity in a certain range, not only ensure job security, but also ensure the smooth rewinding materials. This manual mainly
5、 to axis to carry on the design and illustration, card design and calculation of the mouth, as well as the selection of standard parts, and finally the whole process of calculation and instructions. Key Words: Rewinding Machine ；Secondary Processing ；Plastic Film1 前言1.1 本课题研究背景和意义本课题的主要任务是设计出复卷机。当前加
6、工绝缘塑料的大型分切机能保证宽度较宽的材料的端面平整度，但是在遇到宽度小于30毫米的时候难以保证表面平整度，以至于影响销售，本毕业设计课题正是针对这一生产实践遇到的问题而产生的。由于设计此机器主要是为了二次加工，因此考虑到经济及加工性能，尽量借鉴了一些车床的原理,实现半自动控制。本次我的任务主要是对复卷机的机械结构部分进行设计与校核，设计出合理的机械结构能保证机器顺利工作，进行校核之后能在保证机器顺利工作的基础上安排出最合理的结构及空间布置,从而解决生产实践中这一实际问题。1.2 国内外复卷技术介绍当前，复卷机主要用于造纸技术，由于纸的宽度比较大，此类复卷机并不适合加工对象是塑胶薄的情况。随着
7、绝缘塑胶薄膜的市场越来远大，市场对于此类材料的要求越来越高。但是对于塑胶薄膜的加工，国内外均主要是采用大型分切机，大型分切机工作效率高，自动化程度高，对于宽度足够的材料，能加工出端面平整度符合客户要求的产品。但是对于宽度小于30毫米的塑胶薄膜，也就是本次设计的复卷机的加工对象，却无法保证其端面平整度，因此会影响销售据参考文献1。这个难题在大型分切机中难以解决，因此才有了这个课题,设计一个复卷机，对于特定宽度的材料进行二次加工，从而满足市场要求。1.3 被加工材料的主要参数材料： 聚酯薄膜比重： 1.4厚度： 0.1, 0.125, 0.15, 0.19, 0.23, 0.25, 0.3, 0.
8、35(mm) 薄膜宽度：830 mm每卷长度：0.10.125 600 M/R, 0.150.19 400 M/R 0.230.250.3 300 M/R, 0.35 200 M/R复卷线速度: 080 M/min复卷张力： 010N卷芯尺寸: 内径 76.2mm , 外径 92 mm下面对不同参数的材料，分别计算出每卷最大直径, 不同参数材料每卷直径如下表1：1.4 复卷机工作环境介绍设计出复卷机之后,在普通塑胶薄膜加工车间工作，但是卫生条件要求比较严格，因此工作人员必须戴上手套工作，以防止塑胶薄膜污染；同时机器保养要求在拨叉与橡胶套连接以及铰链连接处必须定期加润滑油。在工作时必须防止放置杂
9、物落在主轴与空心轴之间，以防止卡死,必须保证工作室电压稳定，否则电机会极易烧毁。表1 不同参数材料每卷直径Table1.1 Different paremeters of material per volume diameter 规 格每卷直接0.19 400 M/R 3680.23 300 M/R 2700.25 300 M/R 2860.3 300 M/R 3220.35 200 M/R 268 0.1 600 M/R 370 0.125 600 M/R 4020.15 400 M/R 3122 基本工作原理及状态分析2.1 复卷机的工作原理说明本课题是针对特定的材料进行二次加工，相当于后
10、整理的工作。被整理的塑料薄膜的平整精度要求很高，因此整理工作，必须严谨对待。复卷机主要结构分为收卷和放卷两个重要部分，被卷的薄膜放在放卷机构的托盘上，另外一部分的收卷机构随着主轴的运动将薄膜重新卷起，从而达到薄膜的平整度要求。在此过程中需要注意的是薄膜的张力不能超过薄膜的最大的抗拉强度范围，保证它不发生变形。合理控制好拉紧轴和压盘对薄膜的压力，同时在工作时切勿将杂物掉入主轴和空心轴之间，以免卡死。在工作的过程中，收卷部分的薄膜圆盘半径会随时间逐渐增大，与此同时放卷部分的薄膜圆盘半径随着时间逐渐减小，为了达到同一时间工作，两圆盘的线速度必须保持一致，使收卷和放卷顺利进行，因此这里对速度的控制要求
11、是非常严格的，速度和半径的变化规律显得尤为重要，在之后的说明书中将会对次进行讨论。为了保证薄膜在加工的过程中不至被拉扯断裂或者形成褶皱，我们在收卷机构和放卷机构中间增加了一个张力感应器，它将随时监控薄膜所承受的张力大小，张力的大小将会在工作台上的显示屏上显示，根据张力的大小和速度与张力的参考数据从而可以决定收卷放卷的速度，以致控制电机的工作速度及其压盘和托盘中间的松紧度。下面附上复卷机的结构简图1 图1 复卷机简图Fig1 Rewinder diagram2.2 复卷机的运动及受力状态分析复卷机运动过程为收卷辊在电机的带动通过空心轴的传动下收卷，随时间增加收卷辊的卷径会一直增大，直至工作完成。
12、为了保持恒定线速度，需要将收卷辊的转速控制着一直减小，同样，放卷辊的卷径会随时间增加而减小，所以线速度需要不断增加。通过压盘上面的开槽我们可以很容易的考到工作的进度，下面附上复卷机运动过程据参考文献2如图2所示：图2 复卷机运动过程图Fig2 The rewinder movement process diagram2.2.1 复卷过程数学模型的建立图3 复卷开始状态图Fig3 The rewinder start state diagram图4 复卷中状态图Fig4 The Rewinding in state diagram 图5 收卷结束状态图Fig5 The winding state
13、 diagram 薄膜端面面积S=M*L收卷辊半径R=（S+*46）收卷辊转速N=V/R 其中S为薄膜端面面积，M代表薄膜厚度，L代表薄膜长度，V代表复卷线速度经计算据参考文献3，薄膜各种尺寸下收卷辊的转速表如下表2所示：表2 收卷辊的转速表 Table2 Tachometer to close the rolls半径 R(mm)时间(min)薄膜厚度M长度L(mm)半径 R(mm)46000.1600000281.405748.673482.6734790.10.1600000265.948954.464378.4643710.20.1600000237.672162.6631516.663
14、150.30.1600000206.575372.8929126.892910.40.1600000177.584684.9111338.911130.50.1600000152.449598.5451652.545160.60.1600000131.3577113.664167.664150.70.1600000113.8852130.164584.164520.80.160000099.44845147.9617101.96170.90.160000087.48656166.9849120.984910.160000077.5199646000.125600000281.405749.09
15、2823.0928210.10.125600000263.677355.832559.8325510.20.125600000231.847965.3278719.327870.30.125600000198.149177.128931.12890.40.125600000167.831590.952144.95210.50.125600000142.3239106.597960.597860.60.125600000121.4345123.915977.915920.70.125600000104.4633142.787996.78790.80.12560000090.65656163.11
16、74117.11740.90.12560000079.35792184.8241138.824110.12560000070.0377346000.15400000281.405748.673482.6734790.10.15400000265.948954.464378.4643710.20.15400000237.672162.6631516.663150.30.15400000206.575372.8929126.892910.40.15400000177.584684.9111338.911130.50.15400000152.449598.5451652.545160.60.1540
17、0000131.3577113.664167.664150.70.15400000113.8852130.164584.164520.80.1540000099.44845147.9617101.96170.90.1540000087.48656166.9849120.984910.1540000077.5199646000.19400000281.405749.119973.1199680.10.19400000263.531555.920289.9202820.20.19400000231.484265.4979319.497930.30.19400000197.634677.398493
18、1.398490.40.19400000167.246991.3358445.335840.50.19400000141.726107.108761.108720.60.19400000120.8553续表1半径 R(mm)时间(min)薄膜厚度M长度L(mm)转速N（r/min）124.565678.565640.70.19400000103.9184143.587397.587310.80.1940000090.15184164.0766118.07660.90.1940000078.894185.9525139.952510.1940000069.6127146000.233000002
19、81.405748.927892.9278880.10.23300000264.566155.297439.2974270.20.23300000234.091664.2885418.288540.30.23300000201.352575.479529.47950.40.23300000171.49988.602542.60250.50.23300000146.0981103.468357.46830.60.23300000125.1075119.934173.934110.70.23300000107.9314137.887291.887230.80.2330000093.8786 157
20、.2358111.23580.90.2330000082.3264177.9032131.903210.2330000072.7623846000.25300000281.405749.092823.0928210.10.25300000263.677355.832559.8325510.20.25300000231.847965.3278719.327870.30.25300000198.149177.128931.12890.40.25300000167.831590.952144.95210.50.25300000142.3239106.597960.597860.60.25300000
21、121.4345123.915977.915920.70.25300000104.4633142.787996.78790.80.2530000090.65656163.1174117.11740.90.2530000079.35792184.8241138.824110.2530000070.0377346000.3300000281.405749.490463.4904570.10.3300000261.558757.1087711.108770.20.3300000226.666867.7936421.793640.30.3300000190.942181.030135.03010.40
22、.3300000159.751296.4982150.498210.50.3300000134.144113.974567.974460.60.3300000113.5751133.291487.291350.70.330000097.11553154.3173108.31730.80.330000083.88339176.9455130.94550.90.330000073.15619201.0869155.086910.330000064.3734646000.35200000281.405748.955632.9556270.10.35200000264.416255.387689.38
23、76840.20.35200000233.710164.4640918.464090.30.35200000200.8042续表2半径 R(mm)时间(min)薄膜厚度M长度L(mm)转速N（r/min）75.7583229.758320.40.35200000170.867888.9999142.999910.50.35200000145.4458103.997857.997840.60.35200000124.4705120.60874.608050.70.35200000107.3283138.716992.716890.80.3520000093.31712158.2317112.23
24、170.90.3520000081.80824179.0753133.075310.3520000072.28614从表中可以看出角速度随半径的变化是非线性的，所以不能用线性输出来表示。薄膜厚度和薄膜长度不是统一值，不同尺寸下复卷过程中的各轴转速均不相同，两辊半径取R1、R2，转速N1、N2。薄膜厚度M和长度L。下面对收卷辊转速随时间变化作图如图6：从图6可以知道，收卷辊转速随收卷时间增加而非线性降低据参考文献4，变化趋势如上图所示，最低转速为64r/min。最大为282r/min。2.3 复卷过程中各轴的力学分析此处已删除4托盘台的设计。由于托盘得靠空心轴固定，因此上端得设计一大圆环，并开螺
25、纹孔，通过螺钉与托盘接，从而实现固定的目的据参考文献9。前面托盘的设计说明上，托盘开了一个直径为88mm的中心孔，因此托盘台这部分内径取为88mm。两者之间用的是M6的内六角螺钉连接，同时设计一凸起，与托盘连接的圆台设计成直径为140的圆环，厚度选取与中心台厚度一致，为14mm。托盘图详见图16：5卡嘴套部分设计说明。由于卡嘴在工作的时候会通过拉紧轴的作用而涨开顶住纸筒，因此在空心轴的内壁与嘴的外壁那必须有空隙，通过计算（详见下面的卡嘴设计部分），当拉紧轴下拉5.5mm时，通过卡嘴的张开已经能将纸筒顶住，从而实现工作。而卡嘴的顶头下的直径为48mm，同时托盘台的内径为88mm，这段将直径缩小6
26、0mm。既不会与卡嘴发生干涉，又能满足上面的壁厚要求。在此基础上，设计成卡嘴固定在空心轴上的结构，两者通过螺钉互相连接，空心轴的上端与卡嘴顶头并未齐平，因此设计尺寸时必须对比高度。进行选择与计算，结合下面的卡嘴设计，让空心轴的上端到卡嘴台得距离设计为66mm，台厚为15mm。卡嘴套部分轴详见图17：图16 托盘图Fig16 Tray Table 图17 卡嘴套部分轴 Fig17 Cardmuzzle part of the sxis6空心轴的其他部分设计。接下来基本就是小造型了，比如轴肩与轴承卡槽，键槽等。经过上面这段之后，安装轴承了，为此在轴的的上端加工一轴肩，由于最小外径为45mm，因此轴
27、肩设计成直径为50mm的一段。对于轴承卡的安装槽，根据标准开成深2mm，宽2mm的槽，同时还必须开一键槽，为了固定带轮，键选择为普通平键，尺寸是6*6.7最终定型。空心轴的结构基本设计完成，空心轴的整体结构图具体见下图18：图18 空心轴的整体结构图Fig18 The overall structure of the diagram of the hollow shaft3.4 顶板设计顶板是位于拉紧轴最下方的零件，其作用时在复卷机工作时，通过拨叉向上拨动使顶嘴向下运动，从而带动顶板向下运动以实现拉紧轴的向下运动，最终使卡嘴胀开顶住纸筒。在卸载是与上面叙述相反。因此，顶板虽小，却是一个非常重要
28、的零件。下面对其进行设计计算。由于顶板是固定于拉紧轴上的，而且它必须能与顶嘴一起运动，从而保证拉紧轴能上下运动据参考文献10。为了达到此目的，选择用顶板与顶嘴固定在一起的方案。拨套外缘直径为65mm，因此把顶板内圈直径设计为65mm，去壁厚为5mm，则外径是75mm。板底厚度为10mm，总高为25mm。顶板与顶嘴之间用螺钉连接在一起。拉紧轴的下端加工了轴肩，以顶住顶板。下端直径是20mm，因此为了配合轴，顶板开个直径为20mm的中心圆孔。到此顶板设计结束，顶板示意图整体形状见下图19： 图19 顶板示意图Fig19 Roof schematic 3.5 卡嘴设计卡嘴可以说是个机器的精华所在，因
29、为它能满足方便快捷的要求，不会像常规的三爪卡盘那样，用扳手调节，而且在这个机器的条件下，三爪卡盘的扳手需要很长，扳手孔位置不确定，而这个卡嘴的设计解决了上面的诸多问题。下面开始卡嘴的设计计算。首先，卡嘴的顶头是顶住纸筒的，纸筒是有标准的，其内径为76.2mm。考虑卡嘴胀开的程度不能太大，取卡嘴的顶头直径为75mm，而本次所加工的材料宽度从8-30mm不等，因此顶头的厚度不能超过8mm，否则无法保证压盘能压到材料端面，把这个厚度取为7mm。同时考虑到卡嘴的稳定性，在上端开八个顶头据参考文献11，卡嘴的外顶头如下图20：图20 卡嘴的外顶头Fig20 Outside the head of the
30、 card mouth同时，为了保证卡嘴的弹性与刚度，卡嘴需做淬火处理，壁厚也不能太大，经过老师指导，壁厚适宜取为5mm，这样一来大体形状基本出来了，内孔需穿越拉紧轴，因此内孔直径必须大于拉紧轴直径（25mm），取内孔直径为30mm。另一方面，卡嘴与拉紧轴的配合段据参考文献12，锥度设计成与拉紧轴一样，都为1:4。为了与空心轴固定，在卡嘴下台开四个螺纹孔，用M6的内六角螺钉连接在一起。卡嘴结构图详细见下图21： 图21 卡嘴结构图Fig21 Card mouth chart3.6 轴承选择与计算轴承是整个主轴的外力的承受者，因此选择合适的轴承关乎整个机器的寿命据参考文献13。由于要承受径向力，
31、也要承受轴向力，因此选择角接触球轴承作为支承件。下面对其进行计算据参考文献14： 1从表2.1和表2.2可以知道下面这些数据据参考文献15径向力 Fr=98 (N) 轴向力 Fa=80 (N)圆周力 Ft=98 (N) 轴颈直径 d1=45 (mm)作用点距离 L=75 (mm) Fr与轴承1距离 L1=128 (mm)Fr与轴心线距离 La=46 (mm) 转速 n=282 (r/min)2轴承基本要求要求寿命 Lh=10000 (h) 可靠性 S=90 (%)润滑方式油润滑 轴承类型 角接触球轴承轴承型号 7009C 轴承列数 13轴承基本参数据参考文献15所选轴承7009C的基本参数见下
32、表5表5 轴承7009C的基本参数Table5 Bearing the 7009Cparameter list参数轴承内径 d轴承外径 D轴承宽度 B基本额定动载荷 C基本额定静载荷Co极限转速(脂)极限转速(油)数值45 (mm)75 (mm)16 (mm)25800 (N)20500 (N)7500 (r/min)10000 (r/min)下面对轴承进行寿命计算，从上面知道轴承直接按距离，及其他的数学数据据参考文献16，经计算如下：轴承1径向支反力 Fr1=137.1 (N)轴承1轴向支反力 Fa1=49.63 (N)轴承2径向支反力 Fr2=273.44 (N)轴承2轴向支反力 Fa2=
33、129.63 (N)判断系数 e=0.368径向载荷系数 X=0.44轴向载荷系数 Y=1.513接触角 a=15 (度)负荷系数 fp=1.2当量动载荷 P1= fp（XFr1+ YFa1）=205.65 (N)当量动载荷 P2= fp（XFr2+ YFa2）=474.67 (N)当量动载荷 P=474.67 (N)当量动载荷 P0=2303.46 (N)轴承工作温度 T=120 ()温度系数 ft=1可靠性修正系数 a1=1材料修正系数 a2=1运转条件修正系数 a3=1额定动载荷计算值 C= (N)轴承寿命 L10=160577 (106 转)轴承寿命 Lh=90376 (h)修正的额定
34、寿命 Lna=60577 (h)最大工作转速 nmax=1000 (r/min)寿命系数 E=3验算结果合格据参考文献173.7 拉紧轴-顶板-拨叉行程计算对于整个装卡过程，是通过拨叉向上移动，使得顶嘴向下移动，从而带动顶板向下运动，顶板又使拉紧轴向下移动，从而胀开卡嘴通过顶头顶住纸筒，然后就可以进行加工。复卷结束时，过程与之相反据参考文献18。下面通过图进行装卡过程的模拟装卡过程模拟图如下图22。从而达到计算整个行程的目的。图22 模拟装卡过程模拟图Fig22 Simulation of clamping process simulation diagram通过模拟据参考文献19，记录如下表
35、6: 表6 拉紧轴移动距离与卡嘴半径增大数据表（单位：mm）Table6 Taut axis moving distance and card mouth radius increases the date table轴距12345678910半径0.120.230.350.460.580.690.810.931.041.16轴距11121314151617181920半径1.271.391.51.621.741.851.972.082.22.31通过表可以看出随着轴向下移动距离原来越大，卡嘴胀开也越来越大，而且之间基本是线性关系。由于卡嘴顶头直径为75mm，加工时纸筒内径为76.2mm，因此
36、需要卡嘴胀开半径超过0.6mm，也就是轴向下移动0.55mm的时候。并且顶板和顶嘴是用螺钉连接在一起的，因此顶嘴也是向下移动0.55mm。就能达到装卡的目的据参考文献20。拨叉末端则需要向下移动16.5mm，因为拨叉铰链位于拨叉与拨把1：3处。3.8 机架设计根据上面托盘直径为480mm的事实，整个机架面上需要有两个托盘，至少长度大于960mm，而且两托盘之间必须有一定距离，中间需安装压力传感器，以控制张力，这样一来选机架长为1500mm。宽度需保证大于480mm，而且还要有空间安装压管，考虑到紧凑，取宽度为700mm。高度则根据工人是以操作取为800mm，而且这个高度并不会影响主轴安装。机架
37、用角钢焊接而成，型号为50*5，然后再机架上面焊接五根同型号角钢。到此，机架已经成型，再在上面铺一层不锈钢铁皮，在主轴的位置开直径为180mm的中心孔。4 结论毕业设计是一门综合性很强的课程，也是最重要的一门课程，我在毕业设计中做的复卷机整机结构设计，虽然大学期间曾做工几次课程设计，但却不是像这次一样，面对的是一个全新的东西。通过这次设计加深了对设计这方面的了解，而且通过设计使我了解了自身的不足之处。以下是我对自己这次设计的一些总结：第一，毕业设计是一门综合的课程设计，它综合了大学期间学到的大部分专业知识，例如机械原理、机械设计等等一系列的专业知识。由这次设计把两年来所学的大部分专业知识作了一
38、个回顾和重新的学习。而且学习到了许多新的知识，特别是CAXA制造工程师软件的操作使用，使自己的知识又有了进一步的提高。第二，毕业设计是每人一个课题，需要自己在指导老师的指导下独立完成，这其中就涉及到找查资料、课题设计、绘图、写设计说明书等等一系列看似繁琐却很重要的工作，从无到有一点一滴的完成设计，从中就可以体现出自己那方面还可以，哪方面还比较欠缺，也能反映出以前自己意识不到的不足和缺点，进而在设计中加以改进。第三，通过这次毕业设计，让我受益匪浅，从中学习到了许多课本上和课本外的东西，改善和弥补了自身的不足，也更能体会到了团队合作的重要性，给即将迈入社会和踏上工作岗位的我上了重要的一课。参考文献
39、1 孙玉芹，孟兆新.机床夹具设计手册M ,北京：科学技术出版社:1991：137-140.2 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M，北京：高等教育出版社,1992：35-39.3 邱恒怀.机械设计M，北京：高等教育出版社，1994：81-90.4 刘朝儒，彭福荫，高政一.机械制图M.北京：高等教育出版社，2001：153-178. 5 董仲元,蒋克铸.设计方法学M.北京：中国标准出版社，1991:267-279. 6 许镇宇.机械零件M. 北京：高等教育出版社,1965：94-103. 7 周开勤.机械零件手册M.北京：高等教育出版社，1994：68-71.8 樊尚春.传感器技术及应用M,北
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42、师董亮老师的悉心指导下完成的，在课题进行的整个过程中，董老师不仅在知识上给予了我莫大的帮助，而且他严谨的治学态度，严谨求实的作风，以及高度的责任感给我留下了深刻的印象。在此论文完成之际，谨向董老师表示深深的谢意!在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！感谢其他所有给予我支持的老师和同学。本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！最后，由衷的感谢各位参加论文评审和答辩的各位老师!附录附录1：A0装配图纸1张附录2：A1部装图纸1张，A2部件图纸2张 附录3：A3零件图纸6张，A4零件图纸1张17
