方形紙筒切管機設計

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1、哈爾濱遠東理工學院學士學位論文 題 目： 方形紙筒切管機設計 姓 名：分院：專業：學 號：指導教師：二0 一 四 年 五 月 二十二 日哈爾濱遠東理工學院學士學位論文摘 要方形紙管切割屬于一個新的課題，目前國內尚無類似設備，也未見關于此類設備的論著，本課題研究的目的在于提供一種操作簡便、高效率、高精度、成本低的方形紙筒切管機。本產品可以通過更換仿形凸輪的方式實現對多種規格方形紙管的仿形切割，更換凸輪快速、方便，針對不同規格紙管，使用對應規格的仿形凸輪，使切刀隨紙管的轉動同步進退，確保切刀對紙管圓周各處切割均勻；該產品具備一副對切刀架，有兩把相對的切刀同時對紙管進行切割，可以使紙管的芯軸所受的徑

2、向力始終保持平衡而不致于彎曲，切刀的進給與返回采用氣缸作為動力源，動作可靠、靈活。關鍵詞：方形紙管；仿形凸輪；對切刀架；氣缸；芯軸AbcstractSquare paper tube cutting belongs to a new problem. At present, theres no similarity equipment or treatise in our country. The purpose to study this problem is to afford a cheap paper tube machine. It is easy to handle and eff

3、iciency and precision.This kind of machine can cut various kinds of paper tube by replace with model cam. And this work is easy and fast. According to the different specifications paper tube, You can use corresponding modeling cam, The paper tube and the knives run in-phase, In order to cut the pape

4、r tube to equality. This manufacture have a double knife rest, when the machine works, this pair of knives cut the paper tube at the same time. It can make the axes of paper tube came under balanceable strength, and cannt be in bend. The power of knives advance and backtrack is cylinder, credibility

5、 and agility.Key words: Quadrate Paper Tube；Model Cam；Double Knife Rest；Cylinder；SpindleII目 錄摘 要IAbcstractII第1章 緒 論11.1 課題背景11.1.1 紙制品包裝的特點的概述11.1.2 紙包裝的環境性能21.2 生產現狀21.2.1 切深不均21.2.2 刀具和芯軸的使用壽命短31.2.3 芯軸剛度不足31.2.4 生產效率低下31.3 解決方案31.3.1 切深不均的解決方案31.3.2 刀具進給與返回31.4 各工藝過程的連鎖動作31.5 立題意義41.6 本文主要內容4第2章

6、設計說明52.1 概述52.2 功能元分解52.2.1 驅動系統52.2.2 傳動系統52.2.3 橫向行走機構62.2.4 對切刀架總成62.2.5 尾座總成72.2.6 控制系統72.3 本章小結7第3章 動力與結構參數計算93.1 功能描述93.2 工藝參數93.3 工作條件93.4 動力參數計算93.4.1 推動力計算93.4.2 功率計算103.4.3電機減速器選型103.4.4 氣缸選型123.5 結構參數確定133.5.1傳動機構齒輪設計133.5.2彈簧設計143.5.3仿形凸輪結構設計153.6主要零件校核183.6.1主軸齒輪平鍵校核183.6.2主軸芯軸平鍵校核183.6

7、.3氣缸安裝螺釘校核183.7導軌的選擇193.7.1導軌概述193.7.2導軌的設計程序及內容193.7.3選擇導軌193.8本章小結19第4章 氣動回路設計214.1 氣動系統簡介214.1.1氣動控制系統的優點214.1.2氣動系統的缺點：224.2 氣動回路圖224.2.1 回路組成224.2.2 回路特點234.2.3 氣動系統主要參數234.3 本章小結23第5章 參考機型245.1 雙刀自動切管機245.2 多刀切割紙管機265.3 經濟效益285.3.1 社會效益285.4 本章小結28結 論29致 謝30參考文獻31IV第1章 緒 論1.1 課題背景人類在科學領域的發展下，特

8、別是17世紀的產業革命以來，在自然與經濟改造發展方面取得了巨大的成就，但是全球發展迅速的經濟文明中也存在著不文明的反面影響，由于處理措施在工業化過程中的不太恰當，尤其是開發利用自然資源的不合理，以及廢氣、廢水、和廢物在治理工業化過程中不被重視，所以產生了地球能源日益短缺、環境日趨惡化、資源的日益匱乏，使世界經濟的可持續發展和地球的生態空間產生嚴重的危機。因而，紙制品的優點就日益凸現出來。1.1.1 紙制品包裝的特點的概述1.1.1.1價格低廉、經濟節約紙和紙筒的生產成本低、易大批生產、來源廣泛而且資源豐富。相同的包裝箱，用木材做成紙造成紙箱與用木材直接做成木箱相比，紙箱所用的木料只是木箱的1/

9、3 左右，因此木材和費用得到節約。紙箱質輕，大約為木箱的15%左右，運輸費用和包裝成本可降低。1.1.1.2防護性能好與其他材料的包裝器具相比，紙包裝容器的抗震性能比較強。紙箱結構沒有縫隙能遮光防塵。由于新工藝的采用和許多新品種的開發，紙箱在強度、挺度、防潮能力等方面可與木箱媲美。1.1.1.3生產靈活性高紙可以裁剪、折疊、又易釘、易粘，可以用于自動化生產和機械加工；還可以小規模地徒手生產，甚至非機械化生產。1.1.1.4儲運方便紙容器特點：捆扎和裝載都簡易易行且折疊靈活，也比較容易保管和搬運。1.1.1.5易于造型和裝潢紙制品可根據商品的不同，設計制造出不同的盒型、箱型。紙制品有比較好的吸收

10、涂料和油墨的性能，印刷性能好，印出的字跡清楚，團明細顯，堅固，美觀，可很好發揮包裝的促銷的功能。1.1.1.6不污染內裝物紙有清潔、無毒、無味的特點，紙箱可完全密封，所以不會使內裝物受污染，紙還符合儲存有呼吸作用的商品。1.1.1.7回收利用性好廢紙可以回收再造，而且紙制品可以回收再利用因此對環境不產生污染。所以紙制品包裝是不污染環境的包裝。1.1.2 紙包裝的環境性能現如今紙包裝的用量很大，在一些現如今包裝先進的國家中，紙包裝大約占總包裝量的一半以上，由此可見紙包裝在包裝行業有很重要的地位。紙包裝因為透氣、無味、無毒、等優點，既能保持內包裝的呼吸作用，還不污染內包裝物，所以能達到良好的儲存條

11、件；并且紙包裝容易回收利用，而且在自然狀態下也能自然的分解，和其他包裝相比不污染環境；紙原料不僅可以用樹木還可以用植物的莖稈，所以從總體看來，紙包裝有較好的環保性能，是一種不破壞環境的包裝，是可持續發展的產業。在今天世界越來越重視環境保護和使資源再生，紙包裝因為容易降解，容易回收再生的特點，更加顯示了紙的優點，伐木為紙，以紙代塑的產品包裝相繼涌現，包裝上用紙的用量也越來越大。紙筒是一類包裝類用具,多用于茶葉的包裝;在最近的幾年里由于紙包裝的環保價格低廉被市場廣泛需求,紙包裝被食品、化妝品等越來越多的行業所需要。紙制品可以代替塑料制品和鐵制品，是無污染無公害的綠色包裝，廣泛用于酒類、藥品、食品、

12、化工、茶葉等行業的產品包裝，也是機油、油漆、圖紙、種子、書畫、膠片的最佳容器。目前國內紙管制品的應用范圍越來越廣泛，應用量也越來越大，比如冶金、紡織以及其它一些行業等，均大量使用該產品。所以過去應用的紙管多數為圓形，其加工及切割技術已經較為成熟，圓紙管雖然加工簡便，但在使用、儲存及運輸過程中均存在很多不便，而方形紙管在這些方面則有較大優勢，因此，方形紙管日益受到人們的青睞。方形紙管不是回轉體，在加工難度上比圓形紙管大，紙管的切割是紙管加工過程中必不可少的工序之一，其生產效率、加工精度、生產成本以及自動化程度的高低都將對整個生產過程產生直接的影響。根據調查顯示，在中國和其他國家有很多生產圓形切管

13、機設備的廠家，而且樣式也有很多不同，但還沒有專門制造方管的切管機，在需要切割方形紙筒的時候大都采用圓形紙筒切管機代替，所以，使用中存在很多問題，許多廠家也在努力的解決，但至今還沒有研究出理想的產品。1.2 生產現狀1.2.1 切深不均1.工件（方紙管）在旋轉時，刀具的移動相對滯后，使角部吃刀量比平面處大。2.刀片對工件表面正壓力隨工件的轉動呈周期性波動，在平面時正壓力最小為F，在角部時正壓力最大為F/cos45。3.推動刀片的彈簧為線性彈簧，在工件轉動至角部時，彈簧的壓縮量最大，其作用給工件的力也最大，轉至平面位置時彈簧壓縮量逐漸變小，其作用給工件的力也變小1.2.2 刀具和芯軸的使用壽命短由

14、于在切割過程中，刀具與芯軸始終受到周期波動的切削力作用，使刀具產生磨損不均勻現象。并且在角部已經切斷的情況下，平面處尚未切斷，必須繼續進行切割這樣必然會對角部的芯軸產生破壞，并額外增加刀具的工作量，造成二者使用壽命過短。1.2.3 芯軸剛度不足原有紙管切割機一般為單側刀切割，使芯軸受到很大的徑向力，當芯軸呈細長狀時，顯得剛度明顯不足。1.2.4 生產效率低下1、人工操作完成。2、對小截面方形紙管每上料、卸料一次只能切割一段。1.3 解決方案1.3.1 切深不均的解決方案方管切割與圓管切割主要的不同之處在于方管不是回轉體，在回轉運動時其與刀具接觸點隨角度變化而產生周期性的相對的徑向移動，本設計采

15、用了凸輪仿形結構，從而可以使工件回轉時，刀具的同步進退，能有效解決切深不均問題以及刀具和芯軸使用壽命短問題。仿形塊與芯軸通過齒輪以2：1的傳動比聯系在一起。1.3.2 刀具進給與返回仿形塊帶動氣缸在滑軌上來回滑動，氣缸再帶動刀具，氣缸與刀具均由仿形塊帶動，靠氣缸自身的伸縮實現刀具的進給與返回。1.4 各工藝過程的連鎖動作設有手自動轉換，可實現手動與自動自由轉換。自動工作時，在裝完毛料后，按下“啟動”按鈕，此后包括停止在內的所有動作均由機器自動完成。工作過程如下：將紙管套裝在芯軸之上，按啟動按鈕，電機啟動，工件開始旋轉，同時電磁閥動作，汽缸通氣，氣缸帶動刀具進給將道具壓在紙管上，彈簧伸縮，使刀具

16、對紙管的壓力接近要求壓力（此壓力由紙管厚度及經驗確定），到達要求壓力后，開始切割，時間繼電器到達調定的合適時間后（此時間根據試驗及經驗確定），電磁閥換向，氣缸帶動刀具返回原位，電機停止，手工卸料，一個工作循環完成。在以上解決方案解決中，用凸輪機構解決切深不均的問題，并使刀具對紙管的壓力恒定，同時緩解了刀具與芯軸的磨損情況，同時也實現了仿形的功能。道具的進給用氣缸控制，這樣能實現道具頻繁的換向和自動進給，而且還能用氣缸保護刀具切割時的過載。1.5 立題意義本課題的意義在于研究一種操作簡單方便、生產成本低、高精度、高效率的方形紙筒切管機，這個題目的成功研制將會提高紙制品的生產效率、加工精度以及降低

17、生產成本具有重要意義。1.6 本文主要內容本文對方紙管的切割現狀進行了分析，有針對性進行了功能元分解與設計，選用一些經濟實用、同時對部分主要零部件進行了計算與校核，最后對本產品開發設計的社會與經濟效益進行了分析，對設計進行了總結。第2章 設計說明2.1 概述本產品由驅動系統、傳動系統、橫向行走機構、對切刀架總成、尾座總成、控制系統、機架等幾部分組成，詳見總裝配圖紙筒切管機。本產品專門用于切割方形紙管（下稱紙管），并能夠通過更換仿形凸輪達到切割多種規格紙管的目的。2.2 功能元分解2.2.1 驅動系統減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，增加轉矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有

18、不同的用途。減速器的種類繁多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動級數不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。以下是常用的減速機分類： （1）擺線針輪是減速器 （2）硬齒面減速機（3）圓柱齒輪減速機 （4）行星齒輪減速機 （5）三環減速機 （6）起重機減速機 （7）蝸桿減速機 （8）軸裝式硬齒面減速機 （9）無級變速器蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效

19、率不高，精度不高。諧波減速機的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉速不能太高。行星減速機其優點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。為了使切管機結構緊湊，在這里選擇的驅動系統由電機及擺線針輪減速器組成，為傳動機構中兩根軸的轉動提供動力源。2.2.2 傳動系統傳動系統由變速器、紙管芯軸、仿形軸、仿形凸輪等組成，由于變速器的作用，使紙管芯軸與仿形軸的之間形成一個固定的轉速比1：2，這樣的傳動比要比二者轉速相同好，因為這樣可以使仿形凸輪結構尺寸變小并

20、獲得相同的仿形效果。傳動系統使紙管芯軸及仿形凸輪獲得需要的轉速。紙管芯軸由工程塑料制成，工程塑料的主要優點如下：(1)由于工程塑料可以直接注射成型外形復雜的結構形式,因此便于制成所需的芯軸形狀。(2)當切透紙管時，用塑料芯軸能有效防止刀具與芯軸的作用刀具和芯軸。(3)工程塑料密度低,僅為鋼的1/7,因此芯軸本身得重力小，在同等條件下可以有效緩解芯軸的剛度不足問題。(4)耐摩擦,磨損，自潤滑性能優異,在裝卸紙管時可以做到迅速更換。(5)工程塑料的韌性好、耐沖擊、抗斷裂性好、緩振性好，當出現刀具過載而使芯軸受力過大時，可以起到有效的緩解作用。(6)耐酸,耐腐蝕，當紙筒切管機切割油性或酸性的紙筒時用

21、塑料芯軸能有效防止用金屬芯軸出現的腐蝕現象。(7)成本低。仿形凸輪機構的優點為：只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到所需的運動規律，并且結構簡單、緊湊，設計方便。他的缺點是凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易磨損，所以通常多用于傳力不大的控制機構。2.2.3 橫向行走機構橫向行走機構主要由軌道、齒條及行走小車等組成，在主動軸上有兩個完全相同的齒輪同步驅動小車行走，小車上具有緊固輪，緊固以后可以使小車停在軌道之上的需要位置。當切割不同長度的紙管時，可以轉動橫向行走機構的手輪，按標尺指示長度的位置停穩并擰緊緊固輪。需要說明的是，當切割長度小于100時，需要在紙管芯軸靠近左端部的定位點右移（

22、另配單獨的定位板），這樣就可以獲得較短的紙管。2.2.4 對切刀架總成對切刀架總成由切刀、小刀架、氣缸、氣缸架、導軌等組成，氣缸及切刀等件均安裝于導軌之上，并能自由滑動，同時氣缸可以推動切刀進給和退回，安裝于導軌之上的所有零部件均在仿形凸輪的帶動下隨紙管的轉動同步進退，小刀架之上安裝有保護彈簧，其彈簧力可以調至與設定切割力相同，能夠防止切刀和芯軸受過大切割力的破壞。按運動學原理，所謂的導軌就將運動構件約束到只有一個自由度的裝置。這一個自由度可以是直線運動或者是回轉運動。導軌裝置，在機械中使用頻率較高的部件之一，沒有不使用導軌的機床；在測量機、繪圖機等上導軌是他們的工作基準，在其他機械中也離不開

23、導軌的導向作用。由此可見導軌的精度、承載能力和使用壽命都將直接影響機械的質量。導軌設計要求：（1）幾何精度就是通常所說的導向精度，及運動的直線或回轉精度；（2）運動精度包括：運動的平穩性（例如低速不爬行）和定位的精確性（角定位和線定位）；（3）具有足夠的剛度、承載能力和使用壽命；（4）機構簡單、工藝性好、便于調整和維修；（5）具有良好的防護、潤滑。導軌的設計及內容：（1）根據載荷特點、工作條件，確定導軌的結構尺寸、類型和截面形狀。（2）導軌的力學計算，選擇導軌材料熱處理方法和表面精加工及硬度匹配。（3）導軌的配合間隙和預加載荷調整機構。（4）導軌的潤滑系統及防護裝置。（5）制定導軌的技術條件和

24、精度。在本紙筒切管機中，直線導軌副只起到限制刀架縱向行走機構的自由度的作用，并且切管機對導軌的要求也不高，所以導軌用Q235鋼制作即可。2.2.5 尾座總成尾座總成主要由回轉頂尖、尾座體、滑芯、螺桿等組成，前部安裝的回轉頂尖可以在尾座體上伸出和退回，工作時頂尖頂在仿形軸端部，以加強仿形凸輪軸的剛度，更換仿形凸輪時，回轉頂尖退回，更換完畢頂尖重新伸出。頂尖的選擇頂尖，機械加工中的機床尾座的部件?？蓪Χ嗣鎻碗s的零件和不允許打中心孔的零件進行支承。頂尖主要由頂針、夾緊裝置、殼體、固定銷、軸承和芯軸組成。頂針的一端可頂中心孔或管料的內孔，另一端可頂端面是球形或錐形的零件頂針由夾緊裝置固定。當零件不允許

25、或無法打中心孔時，可用夾緊裝置直接夾住車削。機床尾座在加工中起著支撐、鉆孔、鏜孔等等重要作用。在這里借用頂尖來提高仿形輪軸的剛度。2.2.6 控制系統控制系統控制切割機按工藝要求進行工作，分為手動和自動兩種工作方式，自動控制時，事先按所切紙管的口徑和壁厚調整好定時器，按下啟動按鈕，電機工作，通過傳動機構帶動主軸和仿形凸輪同時轉動，同時通過對電磁閥的控制，使氣缸伸出，開始切割，達到定時器調定的時間后，氣缸退回，電機斷電，停止切割，一個工作循環完成。如果下一次切割的紙管與上次相同，不必再重新調整定時器。手動控制時，以上每一步工作都由手動操作完成。2.3 本章小結在本章中，主要介紹了紙筒切管機的主要

26、組成機構及系統，通過對比選擇了由電機及擺線針輪減速器組成的減速機作為紙筒切管機的動力輸出系統，為了提高芯軸的耐用度選擇了工程材料制作的芯軸。提出了用仿形凸輪控制刀架的往復運動，根據軌道的設計要求選擇了導軌的材料。選用了尾座作為在加工中支撐仿形輪軸來提高仿形輪軸的剛度。提出了自動控制的設計思想。第3章 動力與結構參數計算3.1 功能描述1、仿形切割2、切深微調功能3、切割長度可調4、仿形凸輪可快速更換，以切割不同規格紙管5、氣動進給與返回6、具有手動/自動切換功能7、操作及維修方便，使用安全可靠3.2 工藝參數1、切割紙管規格：15155656mm2、切割紙管最大長度：550mm3、紙管厚度：3

27、mm4、主軸轉速：2030r/min5、刀具切割徑向力：1525Kg6、刀片規格：7625.41.2mm3.3 工作條件1、電源：380V 50Hz2、氣源壓力：35bar（壓縮空氣）3、外形尺寸：寬長高 9002000980mm4、環境溫度：0+403.4 動力參數計算3.4.1 推動力計算 設定刀具與工件之間正壓力為：N=200250N氣缸的推力為F，則：F= （3-1）如圖3.1 其中當=0 時F=N當=45時F=353N即Fmax=353N圖3-1 刀具受力分析圖3.4.2 功率計算有兩把切刀同時對工件進行切割，設定主軸轉速范圍為2025 r/min，主軸產生的轉矩為T，主軸功率為P，

28、則：當=45時，主軸轉矩最大Tmax=250282=1.4104 Nmm （3-2）此時主軸功率P=0.036 KW （3-3）設在傳動鏈中各環節的效率分別為：聯軸器1=0.98； 軸承2=0.98； 齒輪3=0.98； 切刀4=0.9；凸輪5=0.85； 直線導軌6=0.95； 頂尖7=0.99；減速器8=0.85總效率：=0.980.9840.980.920.850.9540.990.85=0.42 （3-4）電機功率：P0=P/=0.036/0.42=0.086 KW （3-5）考慮今后產品切刀數量擴展的可能及工作的穩定可靠，選擇市場現成產品擺線針輪式減速器，按功率0.75KW級別選用。

29、3.4.3電機減速器選型根據功率及結構要求，選擇減速器型號為R67型，0.75KW電機減速器做為本設備的驅動系統。（參考廠家為：北京北方明珠減速器有限公司）擺線針輪減速機工作原理：擺線針輪減速機應用行星式傳動原理。采用擺線針齒嚙合的傳動裝置，擺線針輪減速機傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。在輸入軸上裝一個180的雙偏心套（錯位的），在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，形成H形機構。兩個擺線輪中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道，并由擺線輪和針齒輪上環形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內齒嚙合減速機構，（為了減小摩擦，在速度比小的減速機中，針齒上帶有針齒套）。 當輸入軸帶著偏心套轉動一

30、周時，由于擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上針齒的限制，擺線輪的運動成為既有自轉又有公轉的平面運動，在輸入軸正轉一周時，偏心套也轉動一周，擺線輪于相反方向轉過一個齒以得到減速，再借助W形輸出機構，將擺線輪的低速自轉運動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而得到較低輸出轉速。擺線針輪減速機特點：高速比和高效率單級傳動，就能達到一比八十七的減速比，效率在百分之九十以上，如果采用多級傳動，減速比更大。結構緊湊體積小，由于采用行星傳動原理，輸入軸輸出軸在同一軸心線上，使其機型獲得較小的尺寸。運轉平穩噪聲低擺線針齒嚙合齒數較多，重疊系數大以及具有機件平衡的機理，使振動和嗓聲限制在最小程度。使用可靠、壽命長因主要

31、零件采用高碳鉻鋼材料，經淬火處理（HRC5862）獲得較高強度，并且，部分接觸傳動采用了滾動摩擦，所以壽命長經久耐用、維修方便、設計合理，容易分解安裝，最少零件個數和簡單的潤滑，使擺線針輪減速機深采用戶的信賴。對減速器進行維護時不同的潤滑油禁止相互混合使用。油位螺塞、放油螺塞和通氣器的位置由安裝位置決定。它們的相關位置可參考減速機的安裝位置圖來確定。 油位的檢查 （1）切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻！ （2）移去油位螺塞檢查油是否充滿。 （3）安裝油位螺塞。油的檢查 （1）切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻！ （2）打開放油螺塞，取油樣。 （3）檢查油的粘度指數，如果油明顯渾濁，建議盡快更

32、換。 （4）對于帶油位螺塞的減速機 檢查油位是否合格安裝油位螺塞 油的更換 （1）冷卻后油的粘度增大放油困難，減速機應在運行溫度下換油。 （2）切斷電源，防止觸電！等待減速機冷卻下來無燃燒危險為止！ （3）注意：換油時減速機仍應保持溫熱。 （4）在放油螺塞下面放一個接油盤。 （5）打開油位螺塞、通氣器和放油螺塞。 （6）將油全部排除。 （7）裝上放油螺塞。 （8）注入同牌號的新油。 （9）油量應與安裝位置一致。 （10）在油位螺塞處檢查油位。 （11）擰緊油位螺塞及通氣器。減速器主要參數：電機功率：0.75KW電機極數：4輸出轉速：46r/min傳動比：i=30輸出轉矩：T=147Nm輸出軸頸

33、：d=30k63.4.4 氣缸選型根據推動力及行程、結構等要求，本氣缸選用雙軸復動式氣缸，可以減化機構，又能達到防止切刀擺動的目的。1、工作原理：利用一個薄型本體加工成兩組并聯的氣缸,兩氣缸之間以勇氣孔連結空氣源,當本體注入壓縮空氣時,壓縮空氣借由勇氣孔注入氣缸內,此同時驅動兩個活塞桿使外在的滑動塊產生兩倍之出力.2、結構的優點：(1)雙缸氣缸借由兩活塞桿伸張帶動滑動塊,故其能產生兩倍的出力(2)本體造型扁薄精小占用空間少,預留多種固定方式給予使用者選擇裝置. (3)雙活塞桿作動,滑動塊部份無需加裝導桿支撐,治具或工作物固定于滑動塊上不會產生回轉現象,偏移量小精度高.根據工作需要，選擇氣缸的行

34、程為30mm?；钊麠U直徑確定：設氣源供給壓力為34bar（此數值在一般工業企業為常用壓力），而切刀所需要的推動力為200250N，則可以計算出所需的氣缸活塞直徑：d設活塞桿直徑P氣源壓力為A活塞面積為F氣缸推力為F=2PA=2P （3-6）d=25mm （3-7）確定氣缸各項參數為：最大行程30 mm缸徑252（雙軸）接管口徑M50.8根據產品樣本選擇氣缸型號為：TN2530，該氣缸作為本設計備刀具進給的動力源（參考廠家為：亞德客企業有限公司）。3.5 結構參數確定3.5.1傳動機構齒輪設計1、選定齒輪類型、精度等級、材料等（1）按傳動方案選用直齒圓柱齒輪傳動。（2）切管機屬于一般工作機械，速

35、度不高選用8級精度。（3）由教材表10-1選擇小齒輪材料為45鋼，調制處理，平均硬度為235HBS。大齒輪為45鋼，正火，硬度為190HBS，兩者硬度差為45HBS。輸入軸轉速n1=46 r/min，傳動比i=2，傳動功率按P1=0.042 KW （3-8）齒輪接觸疲勞強度和最小安全系數分別為Hlim=540 Mpa SH=1.1H=491 Mpa （3-9）Flim=410 Mpa SF=1.3F=315 Mpa （3-10）（4）按齒面接觸強度設計齒輪按8級精度設計，載荷系數取K=1.6(表11-3)，a=0.22小齒輪上的轉矩T1=9.55106=9.55106=8.4103 Nmm (

36、3-11)計算中心距 u= Z2 /Z1=2a(u+1)= (2+1)=75 mm (3-12)根據結構需要取a=150 Z1=40 Z2=80，模數m=2.5 (3-13)兩齒輪分度圓分別為： d1=mZ1=2.540=100 mm (3-14) d2=mZ2=2.580=200 mm (3-15)齒寬b=aa=0.22150=33 mm (3-16)取b1=34 mm b2=38 mm（5）驗算抗彎強度YF1=2.45 YF2=2.25 (圖11-9)F1=3.16 MPaF (3-17) F2=F1=3.16=2.9 MPaF (3-18)滿足抗彎強度要求。（6）驗算圓周速度 V=0.2

37、4 m/s (3-19)滿足8級精度要求。3.5.2彈簧設計1、設計要求安裝載荷(要求) F1=180 (N)安裝高度 H1=38 (mm)工作載荷(要求) F2=220 (N)工作行程 h=4 (mm)要求剛度 k=10 (N/mm)載荷類型 NType=類2、確定彈簧各參數（1）選擇彈簧材料 根據工作條件選用60Si2Mn。類彈簧的許用應力=640MPa，lims=1.25=800 MPa（2）確定鋼絲直徑取旋繞比C=8，則曲度系數K=+=1.18 (3-20)d1.6=1.6=2.58 mm (3-21)取d=3 mm（3）計算彈簧的有效圈數n=5.79 (3-22)取n=6圈（4）計算

38、彈簧的其它尺寸彈簧中徑 D2=Cd=83=24 mm (3-23)彈簧內徑 D1=D2-d=24-3=21 mm (3-24)彈簧外徑 D=D2+d=24+3=27 mm (3-25)節距 t=9.63 mm間距 =6.63 mm螺旋升角 =arctg= arctg=7.28 (3-26)兩端各并緊一圈磨平，則總圈數 n1=n+2=8圈彈簧絲展開長度 L=603.2 mm (3-27)自由高度 H0=nt+1.5d=69.63+1.53=62.3 mm (3-28)3.5.3仿形凸輪結構設計凸輪機構是一種常見的機構，在自動化和半自動化機械中應用非常廣泛。根據凸輪和從動件的不同形狀和型式，凸輪機

39、構可分類如下3.5.3.1按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪 它是凸輪的最基本型式，這種凸輪是一個繞固定軸線轉動并且具有變化半徑的盤形零件。（2）移動凸輪 當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作直線運動這種凸輪稱作直線凸輪。（3）圓柱凸輪 將移動凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪。3.5.3.2按從動件的型式分（1）頂尖從動件 頂尖能與復雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現任意預期的運動規律。但頂尖與凸輪是點接觸，磨損快，只易用與受力不打的低速凸輪機構（2）滾子從動件 為了克服頂尖從動件的缺點，在從動件的尖頂處安裝一個滾子即成為滾子從動件。滾子和凸輪輪廓之間為滾動摩擦，耐磨損，可承受較大載荷所以是從

40、動件中最常用的一種型式。（3）平底從動件 這樣的從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面是一個平面。即不能與凹陷的凸輪輪廓相接處。這樣的從動件的優點是：當不考慮摩擦的時候，凸輪和從動件之間的作用力始終與從動件的底面相垂直。傳動效率高，而且接觸面之間容易形成油膜，有利于潤滑，所以常用于高速凸輪機構。以上從動件都可以相對機架做往復運動或作往復擺動。為了使凸輪與從動件始終保持接觸，可以利用重力、彈簧力或依靠凸輪上的凹槽來實現。凸輪機構的優點為：只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到所需的運動規律，并且結構簡單、緊湊，設計方便。凸輪機構的缺點為：凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易磨損，所以通常多用于傳力

41、不大的控制機構。本設備凸輪與主軸之間轉速之比為2：1，其輪廓設計需符合此轉速比要求，當紙管內腔尺寸為5656時凸輪基圓按110設計，為保證凸輪互換時，能保證相應規格方管與切刀良好接觸，凸輪基圓直徑必須相應變化（結構關系見對切刀架總成）。各規格紙管對應凸輪的基圓直徑見附錄一。采用圖解法設計凸輪輪廊，凸輪機構工作時凸輪是運動的，而繪制凸輪輪廓卻需要凸輪與圖紙相對靜止。為此，在設計中采用“反轉法”。根據相對運動原理：如果給整個機構加上繞凸輪軸心O的公共角速度-，機構各構件間的相對運動不變，這樣一來，凸輪不動，而從動件一方面隨機架和導路以角速度-繞O點轉動，另一方面又在道路中往復運動。由于頂尖始終與凸

42、輪輪廓相接觸，所以反轉后頂尖的運動軌跡就是凸輪的軌道中心線的的輪廓。（1）對應5656紙管凸輪設計根據“反轉法”可做如下圖以O為圓心，一紙筒邊長的一半為半徑做圓，在正方形邊上取16個點，量出各點到圓心的距離，求出個對應點之間的距離，作出轉角與偏轉值的坐標對比圖，取橢圓基圓R55，根據轉角與偏轉值對比圖繪制橢圓，得出仿形輪的滑道中心線，選擇滑道寬為19（根據滾針軸承外徑確定），在中心線上以滾針軸承的半徑為半徑做一系列圓最后做這些圓的包絡線他便是滑到的實際輪廓線。如圖3-2所示圖3-2 5656紙管凸輪設計圖（2）對應于1515紙管凸輪設計切割1515方管時，制作仿形輪的方法與制作對應5656的仿

43、形輪一致，這里不敘述了。制作過程如圖3-3所示 圖3.31515紙管凸輪設計圖3-3 紙管凸輪設計圖（3）其它規格紙管凸輪設計其他切割方形紙管的凸輪規格如下表3-1所示表3-1 紙管規格及對應凸輪基圓表序號內腔尺寸外尺寸內圓角R凸輪基圓直徑115*1516.6*16.6352.03220*2021.6*21.6359.10325*2526.6*26.6366.17430*3032.4*32.4573.24535*3537.4*37.4580.31640*4042.4*42.4587.38745*4548*48594.45850*5053*535101.52956*5659*595110.003

44、.6主要零件校核3.6.1主軸齒輪平鍵校核平鍵型號為A1030，軸頸為d=42mm，轉矩T=1.4104 Nmm，平鍵有效長度L，接觸面高度h取許用應力p=60 Mpa按擠壓強度條件校核p=8.3 Mpap (3-29)滿足強度條件。3.6.2主軸芯軸平鍵校核平鍵型號為840，軸頸為28mm，轉矩T=1.4104 Nmm，取許用應力p=60 Mpa按擠壓強度條件校核p=8.9 Mpap (3-30)滿足強度條件。3.6.3氣缸安裝螺釘校核每個氣缸有2個安裝螺釘，氣缸體有凹槽，與氣缸架配合，此處螺釘僅受剪切力螺釘采用高強度螺釘（10.9級），取許用剪切強度=80Mpa氣缸所受力為F，螺釘受剪處直

45、徑d按4mm計算，不均勻系數k取1.3=12.94 MPa (3-31)滿足強度條件。3.7導軌的選擇3.7.1導軌概述按運動學原理，所謂的導軌就將運動構件約束到只有一個自由度的裝置。這一個自由度可以是直線運動或者是回轉運動。導軌裝置，在機械中使用頻率較高的部件之一，在測量機、繪圖機等上導軌是他們的工作基準，在其他機械中也離不開導軌的導向作用。由此可見導軌的精度、承載能力和使用壽命都將直接影響機械的質量。導軌設計要求幾何精度就是通常所說的導向精度，及運動的直線或回轉精度；（1）運動精度包括兩方面內容：一是運動的平穩性（例如低速不爬行），二是定位精確（線定位和角定位）；（2）具有足夠的承載能力和

46、剛度，使用壽命長；（3）機構簡單、工藝性好、便于調整和維修；（4）具有良好的潤滑和防護裝置。3.7.2導軌的設計程序及內容1、根據工作條件、載荷特點，確定導軌的類型、截面形狀和結構尺寸。2、導軌的力學計算，選擇導軌材料、表面精加工和熱處理方法以及摩擦面硬度匹配。3、設計導軌的配合間隙和預加載荷調整機構。4、設計導軌的潤滑系統及防護裝置。5、制定導軌的精度和技術條件。3.7.3選擇導軌 因為本切管機對橫向移動要求不大，用普通鋼材即可，這里選擇Q235鋼作為導軌材料。3.8本章小結本章主要對紙筒切管機的動力及結構進行了計算，通過計算本章確定了紙筒切管機電動機和減速器的選型，選擇了北京北方明珠減速器

47、有限公司R67型減速機作為本機器的動力系統。根據推動力及行程、結構等要求，選擇亞德客企業有限公司TN2530型的雙軸復動氣缸。校核了傳動系統齒輪軸平鍵和芯軸的平鍵，對傳動機構和安刀體彈簧進行了設計計算和校核。本章中對仿形輪結構進行了設計，并列舉了加工不同紙筒時仿形輪的不同尺寸。第4章 氣動回路設計4.1 氣動系統簡介任何機械設備的氣壓系統都是由一些基本回路組成的。所謂基本回路，就是由相關元件組成的用來完成特定功能的典型管路結構。它是氣壓傳動系統的基本組成單元就是說氣壓傳動系統由若干個基本回路組成。氣壓傳動回路一般按功能對其進行分類，例如，用來控制執行元件運動方向的回路方向控制回路；用來控制系統

48、或某支路壓力的回路一壓力控制回路；用來控制執行元件運動速度的回路調速回路；用來控制多缸運動的回路一多缸回路等基本回路是指對壓縮空氣的壓力、流量、方向等進行控制的氣動回路。一般包括換向回路、調速回路和壓力回路等。氣壓傳動與控制也稱為氣動技術，是指以壓縮空氣為工作介質進行傳遞動力和控制信號的系統?？諝庾鳛楣ぷ鹘橘|具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振動、沖擊、輻射，系統結構簡單等優點，因此近幾年來，氣壓傳動成為實現生產過程自動化的一個重要手段。一般，氣壓傳動及控制系統由如下三部分組成。 (1)氣源裝置及其輔件氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的能源裝置，其主體部分為空氣壓縮機冷卻器及氣罐等，輔件包括氣

49、源凈化、元件潤滑、元件間連接和消聲等裝置，例如過濾器、油霧器、管接頭和消聲器等元件。 (2)氣動執行元件氣動執行元什以壓縮空氣為：工作介質產生機械運動，并將氣體的壓力能轉變為機械能的能量轉換裝置，直接做直線運動的是氣缸，做旋轉運動的元件為擺動缸和氣動馬達等。 (3)氣動控制元件氣動控制元件用于控制工作介質的壓力、流量和流動方向使執行元件完成所需運動規律的元件，如壓力、流量和方向控制閥以及各種邏輯元件等。4.1.1氣動控制系統的優點（1）獲?。嚎諝馊菀撰@取而且免費。（2）輸送：空氣用管道易傳輸，可集中供氣、長遠距離輸送。（3）存貯：儲存在貯氣罐中。（4）溫度：壓縮空氣隨溫度的變化而變化不大，從而

50、保證運行平穩。（5）防暴：壓縮空氣不易產生爆炸和火災。（6）潔凈：沒有潤滑，排出氣體干凈，不會污染空氣。（7）元件：氣動元件結構簡單，價格比較便宜。（8）過載安全：單個氣動工具和執行元件超載工作時，可達到停止不動氣動控制元件而無其它危害。4.1.2氣動系統的缺點：（1）處理：壓縮空氣需要良好處理，不能有灰塵及濕氣。（2）可壓縮性：由于壓縮空氣的可壓縮性，執行機構不易獲得均勻恒定的運動。（3）出力要求：只有在一定的推力要求下，采用氣動技術較經濟。（4）噪音：排氣噪音較大，但隨著噪音吸收材料及消聲器的發展，此問題已大大得到改善。4.2 氣動回路圖4.2.1 回路組成本氣動回路主要由過濾器、調壓閥、

51、油霧器、溢流閥、消音器、電磁換向閥、單向節流閥、氣缸及管路和管路附件組成。氣動三聯件中調壓閥可對氣源進行穩壓，使氣源處于恒定狀態，可減小因氣源氣壓突變時對閥門或執行器等硬件的損傷。過濾器用于對氣源的清潔，可過濾壓縮空氣中的水份，避免水份隨氣體進入裝置。油霧器可對回路中運動部件進行潤滑，可以對不方便加潤滑油的部件進行潤滑，大大延長回路中各部件的使用壽命。充分的考慮到了經濟性。此氣動回路圖工作過程如表4-1所示，其中閥A與閥B分別為兩個電磁換向閥，缸13與缸14分別控制兩邊的對切刀的進給，當換向閥斷電后，氣缸伸出，刀具前進切割紙管，切割一定時間后切斷紙管，電磁換向閥通電氣缸縮回，刀具停止對紙管的切

52、割。取斷電時氣缸伸出加工是的目的為使工作時換向閥不帶電，防止漏電出現安全事故。表4-1 換向閥動作順序回路表電磁鐵狀態換向閥位置氣缸狀態1YA2YA閥A閥B缸13缸14-左位左位前進前進+右位右位返回返回1-氣泵 2-截至閥 3-過濾器 4-調壓閥 5-油霧器 6-溢流閥圖4-1 氣動回路圖7-消音器 8-彈簧 9、10、11、12-單向節流閥 13、14-氣缸4.2.2 回路特點本回路的氣源壓力采用調壓閥進行控制，溢流閥對管路系統及設備起到安全保護作用。換向閥采用兩位四通電磁換向閥，電磁換向閥受電控系統控制，換向時控制切刀的進刀和退刀，換向閥的出氣口接有消音器，避免排氣時噪音過大。氣缸的調速

53、采用出口節流閥調整方式，使進刀、退刀動作平穩，并通過調節節流閥的節流量，使兩氣缸的運動基本保持同步。當紙筒切管機停止工作時，關閉截流開關，停止對切管機供氣。4.2.3 氣動系統主要參數介質：壓縮空氣系統壓力：35bar氣缸推力：200250N4.3 本章小結本章提出了用氣動控制刀具的進退，為使氣缸能平穩對刀架體進行控制，對氣動回路進行了設計，并對氣缸控制刀具的進給與退回進行了闡述，列出了氣動回路的動作循環表。使生產時電磁閥斷電，解決生產時漏電的問題。第5章 參考機型5.1 雙刀自動切管機隨著化纖工業的迅速發展，對化纖紙管的需求量越來越大，為了滿足國內化纖工業發展的需要，我國制作化纖紙管的機器設

54、備已由依靠進口，走向自制。全國已有30多個廠家生產紙管設備。但由于螺旋紙管機是一種比較復雜的高技術產品，目前國產的螺旋紙管機在技術性能方面與國外先進水平比還有一定差距，隨機切管既是一個一直未能解決的關鍵問題。國內制造的螺旋紙管機普遍采用鋸片手動切管，不但勞動強度高，噪音大，產生粉塵污染環境，而且影響紙管質量、卷管速度和短管切割下限長度。本實用新型目的正是針對上述有技術中存在的不足之處、結合紙管本身所具有的徑向“旋轉力”和軸向“旋進力”而設計的一種雙刀自動切割紙管機，本切管機結構合理切割質量好，費用造價低，且可降低噪音，消除粉塵，改善勞動條件。本實用新型的目的是通過以下措施來實現的：本雙刀自動切

55、割紙管機包括由刀架安裝在刀架上的切管片組成的切割裝置，其中：對稱設置的兩組切割裝置由同一油缸控制，該油缸為雙活塞、雙活塞柑、雙作用力油缸，由控制系操縱，兩活塞桿分別與兩刀架下部結合在一起，該油缸固定在一可前后運動的平車機構上。在本實用新型中，平車機構是由臺面板、轉輪、輪軸及導軌組成，臺面板通過軸架固定在輪軸上；在兩刀架上均裝有用于控制刀片進、退刀行程的限位裝置；油缸控制系統是由油泵、相應管路、各種控制閥及電氣元件組成，電氣元件包括通電開關CK1斷電開關CK2、繼電器JS、通斷電源JA組成。刀架下端插裝在平車機構中臺面板上的導槽中且可沿導槽移動。在平車車論的輪軸上通過牽引繩索連接有一重錘。該重錘

56、的安裝目的是為了實現當刀片脫高紙管失去推進力后平車在重錘作用下自動回位。本雙刀自動切割紙管機的工作過程如下：本紙管機是通過電氣元件CK1、CK2、來指令換向閥動作使兩活塞桿往復運動從而導致刀片進刀與退刀，實施切割過程，兩刀片均是在紙管的經向旋轉力帶動下旋轉切割，旋進中的紙管撞擊通電開關CK1、油缸動作，帶動切紙刀片進刀，切割紙管，在切割過程的同時，刀片、刀架及整個平車機構與紙管同步前進，將紙管切斷后平車撞擊斷電開關CK2斷電換向退刀，與紙管脫離，在重錘重力的作用下平車將會沿導軌自行退回原處，預備下次切割，實施循環自動切管。限位裝置直接裝在刀架上，由螺母調整進、退刀行程，控制不同管徑、管厚的切割

57、深度。本實用新型與現有技術相比所具備的優點在于：機構合理，切割質量好，經適用證明，切割質量及速度可與進口同類設備媲美，切割短管的下限長度優于進口設備。該項技術的研制成功，不僅解決了現有紙管機切割紙管時所存在種種問題，而且實現了螺旋紙管機制作各種規格紙管的卷、切一體化和卷、切自動化，該機可達到提高質量、減少環節、少用設備、精減人員，降低費用、增加效益的綜合效果，該機隨機切割紙管可替代一臺多刀切割機，節省投資4.16萬元，減少精切環節，每班減少34名操作人員，且可降低噪音，消除粉塵，改善勞動條件，實用效果頗佳。附圖的圖面說明如下：圖5.1為本實用新型的結構主視圖。圖5.2為圖5.1的俯視圖。圖5.

58、3為圖5.1的側視圖。本實用新型以下接個附圖作詳細的描述：如圖5.1、圖5.2、圖5.3所示：本雙刀自動切割紙管機包括由刀架4、安裝在刀架上的切管片5組成的切割裝置，其中：對稱設置的兩組切割裝置由同一油缸7控制、該油缸為雙活塞、雙活塞桿6、雙作用力油缸，由控制系統操縱，兩活塞桿6分別與兩刀架4下部結合在一起，該油缸7通過U型卡9固定在一可前后運動的平車機構上平車機構是由臺面板3、轉輪1、輪軸2及導軌12組成，臺面板3通過軸架10固定在輪軸2上；在兩刀架4上均裝有用于控制刀片5切割紙管14時進、退刀行程的限位裝置8；油缸控制系統是由油泵、相應管路、各種控制閥及電氣元件組成，電器元件包括通電開關CK1、斷電開關CK2、繼電器JS、通斷電源JA組成。刀架4下端插裝在平車機構中臺面板3上的導槽11中且可沿導槽移動。在平車車輪的輪軸2上通過牽引繩索連接有一重錘13。限位裝置直接裝在刀架上，由螺母調整進、退刀行程，控制不同管徑、管厚的切割深度。圖5-1 主視圖圖5-2 俯視圖圖5-3 側視圖5.2 多刀切割紙管機紙管切割是生產紙管必不可少的工序，現在所用的紙管是單切割機每次只能切割一根管子，效率低、操作煩瑣，每切一件兩斷都需留有一定的加工余量，再進行加工才能達到要求，工序長、材料消耗大、紙張利用率