机械毕业设计（论文）-翻板机三维设计及优化（全套图纸三维） .pdf

1 摘摘 要要 翻板机主要应用于造纸车间完成工段的纸卷输送过程中。 在纸卷自动输送线 中，翻板机可以接收前方过来的纸卷，然后根据工艺需要适时释放；以此来降低 纸卷的运动速度以及为后方的工作预留足够的时间。 本设计的重点是运用机械原理和机械设计方法设计对翻板机的结构进行设 计，并运动三维软件 solidworks 对其进行优化。本次设计，是在了解掌握翻板 机内部结构和工作原理的基础上，对其进行结构优化设计。合理布置了各传动结 构。 关键字：关键字：翻板机 机械设计 工作原理 结构优化 全套图纸三维，加全套图纸三维，加 153893706 2 abstract the flap is mainly used in papermaking workshop to complete the section of the paper roll transport process. roll automatic transmission line, the shutter machine can receive over in front of the roll, then the process requires timely release; in order to reduce the velocity of the roll and allow sufficient time for the rear. the focus of this design is the use of mechanical principles and mechanical design method to design the structure of the flap machine design, and sports a three- dimensional software solidworks optimize it. the design, understand the flap inside the structure and working principle on the basis of its structure optimization design. rational arrangement of the transmission structure. 【key word】shutter machine mechanical design working principle structural optimization 3 目目 录录 摘 要 . 1 abstract 2 目 录 3 第 1 章 前言 1 1.1 技术概述 1 1.2 研究内容 2 第 2 章 翻板机的总体设计 4 2.1 翻板机结构分析 4 2.2 翻板机工作原理 11 第 3 章 翻板机的设计计算 14 3.1 翻板机规格参数 14 3.2 减速机输出轴径向载荷的校核 14 3.3 转动轴的校核 18 3.4 横梁的校核 . 21 3.5 与连杆相连的轴的校核 . 24 第 4 章 总体装配图的设计 25 4.1 三维总装配图 25 4.2 机架装配三维图 . 25 4.3 驱动装置三维图 . 26 4.4 摇摆接纸台三维图 . 26 4.3 部分零件三维图 . 26 致 谢 30 参考文献 31 4 第 1 章 前言 1.1 技术概述 翻板机主要应用于造纸车间完成工段的纸卷输送过程。在纸卷自动输送线 中，翻板机可以接收前方过来的纸卷，然后根据工艺需要适时释放之；以此来降 低纸卷的运动速度以及为后方的工作预留足够的时间。 翻板机主要由下列主要部件组成：机架、驱动机构、接触开关、摇摆接纸 台、限位螺钉、感应开关。 机架的主要作用是作为结构件，是所有部件的载体。 驱动机构为翻板机提供了工作动力。其主要由轴承座、铰轴、关节轴承、 连杆、曲柄和减速电机组成。其原理是减速电机带动曲柄连杆机构实现接纸台的 摇摆。 连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂 运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连 杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑， 故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何 封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平 面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是： 一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给 定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机 构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对 制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的 惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度 较低的场合。 近年来，随着连杆机构设计方法的发展，电子计算机的普及应用以及有关设 计软件的开发，连杆机构的设计速度和设计精度有了较大的提高，而且在满足运 动学要求的同时，还可考虑到动力学特性。尤其是微电子技术及自动控制技术的 引入，多自由度连杆机构的采用，使连杆机构的结构和设计大为简化，使用范围 更为广泛。 根据构件之间的相对运动分为平面运动或空间运动， 连杆机构可分为平面 5 连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机 构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机 构的自由度为 1 时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于 1 时，称为多自由 度连杆机构。根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆 机构分为开链连杆机构 （机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连 杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为 4，因而最 简单的平面闭链连杆机构是四杆机构， 其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩 充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为 3，因而可由三个构件组 成空间三杆机构。 本课题研究的翻板机采用的连杆机构类似于曲柄连杆机构。 动力机的驱动 轴一般整周转动， 因此机构中被驱动的主动件应是绕机架作整周转动的曲柄在 形成铰链四杆机构的运动链中，a、b、c、d 既代表各杆长度又是各杆的符号。 当满足最短杆和最长杆之和小于或等于其他两杆长度之和时， 若将最短杆或其 邻杆固定其一，则另一杆即为曲柄。 1.2 研究内容 翻板机结构看似简单，实际上构造并不简单，其结构主要由机架、驱动机 构、接触开关、摇摆接纸台、限位螺钉、感应开关等部件组成。由于所输送的 产品为纸卷，众所周知，纸卷体积大，重量重。所以当翻板机运行时候，其输 出轴必须承受非常大的径向载荷，所以在设计中应对减速电机输出轴进行校 核。 1、翻板机的摇摆接纸台的运动方式采用类似于曲柄连杆机构的形式。曲 柄的动力来自减速电机，它是整个翻板机机构的核心，翻板机的动力源的要求 是相当高的 2、电机减速机的输出轴带动连杆机构，通过连杆机构把电机轴的旋转运 动改变为接纸台的摇摆运动。 3、接纸台是主要的承载件，其结构由接纸台和带座轴承组成，其必须具 有很好的强度。 研究内容：本课题的任务包括以下几个方面： 1）根据需要实现的动作，设计出翻板机的整机结构图。 2）根据拟达到的技术要求，选择合适的参数和计算方法完成翻板机的运动 6 学和动力学参数的设计。 3）根据计算的参数，完成翻板机设计和其他相关标准零件的选择。 4）对某些关键零件进行优化设计，使产品更加合理。 5）根据以上设计完成翻板机的整机装配图及零部件图 输送纸卷的规格参数 纸卷直径：700- 1600mm 纸卷宽度：270- 2250mm 标准纸卷：15001600 1 第 2 章 翻板机的总体设计 翻板机由机架、摇摆接纸台、驱动机构等组成。翻板机主要应用于造纸车间 完成工段的纸卷输送过程中。在纸卷自动输送线中，翻板机可以接收前方过来的 纸卷，然后根据工艺需要适时释放之；以此来降低纸卷的运动速度以及为后方的 工作预留足够的时间。 2.1 翻板机结构分析 包装机由下列主要部件组成：机架、驱动机构、接触开关、摇摆接纸台、限 位螺钉、感应开关。翻板机的基本结构如图 1 所示： 图 1 翻板机基本结构 1.限位螺杆 2.驱动机构 3.接触开关 4.摇摆接纸台 5.机架 6.感应开关 1. 限位螺杆 限位螺杆是非常重要的部件。翻板机处于接纸工作状态时（对于翻板机的各 种工作状态，后面有更详细的论述） ，限位螺杆的顶部与摇摆接纸台前部的下端 接触 （或者预留间隙 1mm） 。 在纸卷滚入翻板机的过程中， 限位螺杆启支撑作用。 （见图 2） 2 图 2 限位螺杆 2. 驱动机构 驱动机构主要由轴承座、铰轴、关节轴承、连杆、曲柄和减速电机组成。 图 3 驱动机构 1.轴承座 2.铰轴 i 3.关节轴承 4.连杆 5.曲柄 6.铰轴 ii 7.驱动电机 关节轴承主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈特殊结构的 滑动轴承。能承受较大的负荷。关节轴承的结构比滚动轴承简单，其主要是由一 个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成。 关节轴承一般用于速度较低的摆 动运动（即角运动） ，由于滑动表面为球面形，亦可在一定角度范围内作倾斜运 3 动（即调心运动） ，在支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工 作。 关节轴承的特点是能承受较大的负荷。根据其不同的类型和结构，可以承 受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。由于在内圈的外球面 上镶有复合材料，故该轴承在工作中可产生自润滑。一般用于速度较低的摆动运 动，和低速旋转，也可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与轴壳孔不同心 度较大时，仍能正常工作。 关节轴承广泛应用于工程液压油缸，锻压机床，工程机械，自动化设备， 汽车减震器，水利机械等行业。关节轴承是球面滑动轴承，基本型是由具有球形 滑动球面接触表面的内、外圈组成。因为关节轴承的球形滑动接触面积大，倾斜 角大，同时还因为大多数关节轴承采取了特殊的工艺处理方法，如表面磷化、镀 锌、 镀铬或外滑动面衬里、 镶垫、 喷涂等。 因此有较大的载荷能力和抗冲击能力， 并具有抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好或自润滑无润滑污物污染的特点，即使 安装错位也能正常工作。因此，关节轴承广泛用于速度较低的摆动运动、倾斜运 动和旋转运动。 由于关节轴承的结构形式和工作机理与滚动轴承完全不同，因此关节轴承 有其自身的技术特性和维护的要求。 1）工作温度 关节轴承容许的工作温度主要由轴承滑动面间的配对的材料所决定，特别 是自润滑型关节轴承的塑料材料滑动面，在高温时其承载能力会有下降趋势。如 润滑型关节轴承的滑动面材料配对为钢/钢时，其容许的工作温度取决于润滑剂 的容许工作温度。但对所有的润滑型及自润滑型关节轴承来讲，均可在- 30 +80温度范围内使用，并保持正确的承受能力。 2）倾角 关节轴承的倾角远比一般可调心的滚动轴承大得多， 很适合在同心度要求不 高的支承部位使用，关节轴承的倾角随轴承结构大小、类型、密封装置及支承的 形式而不同，一般向心关节轴承的倾角范围是 315，角接触关节轴承的倾角 范围是 23，推力关节轴承的倾角范围是 69。 3）配合 在任何情况下，关节轴承所选用的配合均不得使套圈发生不均匀的变形，其 4 配合性质和等级的选择必须根据轴承类型、 支承形式及载荷大小等工作条件来决 定。 4）装卸 关节轴承的装卸应遵循以下原则，即装配和拆卸所施加的力不能直接通过 球形滑动面进行传递。另外，应使用辅助装卸工具，如套筒、拆卸器等，把外界 所施加的装卸力直接和均匀地施于所配合的套圈上， 或用加热等辅助方法进行无 载荷的装卸。 5）安装 当装配关节轴承系列时，有必要特别留意外圈分割面的位置。为避免符合直 接作用在分割面上，需将分割面维持与符合方向成直角方向。 6）润滑 当施加负荷及摆动运动所产生的速度都很小时， 给油式关节轴承可在无润滑 的情况下操作。 尽管如此， 一般情形下都必须顶起补充油脂。 在初次安装运转时， 建议润滑周期需适度缩短。 无给油式关节轴承可以再无润滑的情形下使用。然而，若在操作前加入锂皂 基油脂时，关节轴承的使用期限讲可更为延长。若在轴承周围空间注入油脂时， 关节轴承将更能有效的防护灰尘及异物的入侵。 连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂 运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连 杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑， 故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何 封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平 面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是： 一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给 定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机 构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对 制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的 惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度 较低的场合。 近年来，随着连杆机构设计方法的发展，电子计算机的普及应用以及有关设 5 计软件的开发，连杆机构的设计速度和设计精度有了较大的提高，而且在满足运 动学要求的同时，还可考虑到动力学特性。尤其是微电子技术及自动控制技术的 引入，多自由度连杆机构的采用，使连杆机构的结构和设计大为简化，使用范围 更为广泛。 根据构件之间的相对运动分为平面运动或空间运动， 连杆机构可分为平面 连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机 构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机 构的自由度为 1 时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于 1 时，称为多自由 度连杆机构。根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆 机构分为开链连杆机构 （机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连 杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为 4，因而最 简单的平面闭链连杆机构是四杆机构， 其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩 充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为 3，因而可由三个构件组 成空间三杆机构。 本课题研究的翻板机采用的连杆机构类似于曲柄连杆机构。 动力机的驱动 轴一般整周转动， 因此机构中被驱动的主动件应是绕机架作整周转动的曲柄在 形成铰链四杆机构的运动链中，a、b、c、d 既代表各杆长度又是各杆的符号。 当满足最短杆和最长杆之和小于或等于其他两杆长度之和时， 若将最短杆或其 邻杆固定其一，则另一杆即为曲柄。 3. 接触开关 接触开关主要由扭力弹簧、触杆和光电开关组成。接触开关的作用是向控制 中心提供纸卷滚入信号。 接近开关又称行程开关、限位开关，其工作原理主要有三种： 1） 电感式接近开关工作原理 电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器 产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标 内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放 大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目 的。 2） 电容式接近开关的工作原理 6 电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成， 很象“打开的”电容器电 极，该两个电极构成一个电容，串接在 rc 振荡回路内。 电源接通时，rc 振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容 量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开 关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能 检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离 决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。 3） 霍尔开关的工作原理 磁式开关是接近开关，它（甚至透过非黑色金属）响应于一个永久的磁场。 作用距离大于电感接近开关。响应曲线与永久磁场的方向有关。当一个目标（永 久磁铁或外部磁场） 接近时， 线圈铁芯的导磁性 （线圈的电感量 l 是由它决定的） 变小，线圈的电感量也减小，q 值增加。激励振荡器振荡，并使振荡电流增加。 当一个磁性目标靠近时，磁式传感器的电流消耗随之增加。其优点是传感器可以 安装在金属中 4. 摇摆接纸台 摇摆接纸台的结构如图 4 所示，由接纸台和带座轴承组成。 图 4 1. 接纸台 2. 带座轴承 接纸台上预留有驱动机构轴承座和接触开关的安装位置； 带座轴承固定在 机架上。摇摆接纸台的运动方式采用类似于曲柄连杆机构的形式。曲柄的动力 7 来自减速电机，它是整个翻板机机构的核心，翻板机的动力源的要求是相当高 的。电机减速机的输出轴带动连杆机构，通过连杆机构把电机轴的旋转运动改 变为接纸台的摇摆运动。接纸台是主要的承载件，其结构由接纸台和带座轴承 组成，其必须具有很高的强度。 5. 机架 机架为结构件，是其它部件的载体。 6. 光电开关 光电开关共有 3 件。光电开关负责向制中心反馈翻板机所处的工作位置。 光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射， 由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线 的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器 再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 安防系统中常见的光电 开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。 光电开关是传感器大家族中的成员， 它把发射端和接收端之间光的强弱变化 转化为电流的变化以达到探测的目的。 由于光电开关输出回路和输入回路是电隔 离的（即电缘绝） ，所以它可以在许多场合得到应用。 采用集成电路技术和 smt 表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具 有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能 化功能。 这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子 开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无 损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态 和动作。 接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿 命短等缺点， 而晶体管接近开关的作用距离短， 不能直接检测非金属材料。 但是， 新型光电开关则克服了它们的上述缺点， 而且体积小、 功能多、 寿命长、 精度高、 响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。 这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、 速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪 切机以及安全防护等诸多领域。 此外， 利用红外线的隐蔽性， 还可在银行、 仓库、 8 商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。 常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式 三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度） 。反射式的 工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较 远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。 光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。 （1）放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合 安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。 因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断开延 时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制 6 种输出状态，兼有接点和电平两种 输出方式。 （2）放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安 装工艺制成，使用直流电源工作。其响应速度局面（有 0.1ms 和 1ms 两种） ，能 检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳 定工作区指示灯。兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装 中十分方便。 （3）电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电 路和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行 程开关，可直接用于强电控制电路。也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输 出备有 ssr 固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密 安装在系统中。 光电开关的应用领域除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器， 工业中经 常用它来记数机械臂的运动次数。光电开关还在许多方面得到了应用，例如在行 程控制、直径限制、转速检测、气流量控制等方面。我们相信光电开关会做得越 来越先进，它的应用也会越来越广泛。 2.2 翻板机工作原理 翻板机的工作状态有三个：进纸状态（图 5） 、停留状态（中间状态） （图 6） 出纸状态（图 7） 。 接纸时，纸卷滚入摇摆接纸台，触动接触开关，输入控制信号，驱动机构提 9 供动力，翻板机由进纸状态向停留状态（中间状态）过渡；光电开关检测到信号 摇摆接纸台到达停留状态（中间状态）驱动机构停止工作，纸卷停留在 翻板机上。 释放纸卷时，控制中心输入控制信号，驱动机构工作，摇摆接纸台由停留状 态（中间状态）向出纸状态过渡，光电开关检测到信号摇摆接纸台到达出纸 状态驱动机构停止工作， 纸卷滚出。 完成上述动作后， 控制中心作延时处理， 之后系统复位，翻板机由出纸状态过渡到进纸状态。 翻板机不工作时，应该处于进纸状态。 图 5 进纸状态 10 图 6 停留状态（中间状态） 图 7 出纸状态 1 第 3 章 翻板机的设计计算 3.1 翻板机规格参数 输送纸卷的规格参数：纸卷直径：700- 1600mm；纸卷宽度：270- 2250mm； 标准纸卷：15001600。纸卷重量：6000kg。 3.2 减速电机的选择 （1） 纸卷最大重量 1 m =6000kg， 摇摆台重量为 2 m =300kg，gmg 11 =60000n， gmg 22 =3000n， 21 ggg+=63000n。 以摇摆台转轴为矩心，列力矩平衡方程（力f 是铰座对摇摆台的支撑力，其 反作用力为对铰座的压力f ，即对二力杆的轴向作用力，与f 大小相等，方向 相反） 。 图 1 翻板机运行的一般情况 图 1 为摇摆台上有纸卷，l1=400mm，l=918mm，减速机运行的一般情况， 则有： lflg= 1 27451fn= 由于：f =f ， 连连 ff= 而cos/ff= 连 ，cos/ r ff= 连 综合得： cos cos r f f = （1） 由式（1）可知，轴所受的径向力与 成反比关系，与成正比关系。 图 2 为翻板机开始起动时的情况，此时， 为 0，为 38.28。 2 当翻板机 on 面水平，纸卷向右运动开始没有阻力的情况，纸卷在重力的作 用下开始向右运动，则所需的力f 将减小，径向力 r f 也将相应的减小。其计算 过程省略。 图 2 翻板机开始运行 图 3 为 从 056.95时，径向力 r f 的大小，从图可以看出，最大径向力出 现在 为0时， 也就是翻板机开始运行时。 最大径向力 r f为34960n。 由于ws1217 中使用的减速机为 r97dm112m4bmg/hfm6，查样本知其许用径向载荷为 24100n，小于最大径向力，因此需重新选用减速机。 图 3 径向力 r f 与 之间的关系 3 图 4 径向力 r f 与 之间的关系 （2） 经过重新设计后，翻板机的尺寸如下图。l=875， 0 0=，=19.81， 其最大的径向载荷为： n l lgf fr30476 945 . 0 875 40063000 cos 1 cos cos = = = 4 查 sew 样本，选择 r107dv132s4bmg/hfm6，转速为 15r/min，其许用径 向载荷为 33500。 图 5 翻板机重新设计后 （3）减速机电机功率的选择 当 on 面水平时 纸卷最大重量m =6000kg，接纸台重量 1 m =300kg， 0 wmg=， 11 wm g=， g=w0+w1 以接纸台转轴为矩心，列力矩平衡方程（力 f 是铰座对接纸台的支撑力，其 反作用力为对铰座的压力， 即对二力杆的轴向作用力， 与 f 大小相等， 方向相反） 。 5 减速机逆时针转动时，当 on 面逐渐水平时，减速机的扭矩应为 1 f 与减速机 轴到连杆距离的积。减速机轴到连杆的距离是逐渐增大的，由图 1 可知 cos/ 1 ff =，最逐渐减小，则 1 f 也逐渐减少，但减小的幅度很小。 现图中所示力 f 表示接纸台有纸卷 on 面为水平时。 875 . 0 4 . 0=fg f =28224n 28280998 . 0 /28224)55 . 3 cos(/ 0 1 = ffn 电机轴的扭矩为254509 . 0 1 = ft nm 减速机的电机额定功率为： 2 p = 9550 1tn k 1.3254515/9550=5.19kw 其中 1 k为安全系数 1 k=1.3，故选择 r107dv132s4bmg/hfm6，15r/min， 5.5kw。 3.3 与连杆相连的轴的计算 机构动力的传递主要是靠两根轴及连杆来传递，此时轴主要受弯矩，应按弯 扭合成强度计算轴径。 图 15 驱动机构 由实心轴的计算公式： 3 /68.21 p md= 6 )(4483145 . 0 30920 maxmax mnlfm= 许用弯曲应力1965 . 1/295= p 最后得出mmd9 .60= 由计算可知轴的尺寸应大于 60.9mm，而轴要与关节轴承相配合，其尺寸不 能只是简间的大于 60mm，关节轴承内径比 60mm 大一等级的内径为 70mm，故 轴的直径选择 70mm。 3.4 转动轴的校核 由于纸的重由原来的 4.5t 加大到 6t，有必要对转动轴进行强度和挠度分析。 利用软件 ansys，对转动轴受力分析过程: 1. 选择单元 选择实体单元 solid45，在轴上增加一些小钢板来模拟摇摆台筋板对轴的 压力。 2. 建模分网 图 6 转动轴划分网格后 3. 求解器设置 约束与轴承接触的面，给每个筋板施加 12.75n/mm(63000x1.5/4940=12.75, 其中 4940 为这六块筋板上表面的面积，1.5 为冲击系数)的均布载荷。 7 图 7 给轴施加约束及压力 4. 结果分析 图 8 等效应力云图 转动轴的最大挠度为 1.619mm， 根据钢结构设计规范， 有工作梁的允许挠度 为l/600l/1000，本结构的跨度为 1540mm，则本结构的允许挠度为 8 1540/10001.54fmm=， f f ，即机架与底架的刚度不满足设计要求。 最大等效应力位于与轴径变小的地方， 理论最大等效应力约为160.99mpa =， 取安全系数 2 1.7a =，即实际最大等效应273mpa =295 s mpa=，即转动轴 的强度满足设计要求。 图 9 最大应力处 3.5 横梁的校核 由于纸最先接与横梁接触，模梁只是靠纵梁支承着，横梁的尺寸相对较小， 而且它也是比较脆弱，需对其进行强度分析。 1. 选择单元 选择实体单元 solid45 2. 建模分网 9 图 10 横梁划分网格 3. 求解器设置 约束横梁与纵梁焊接的地方，在横梁的顶部施加一个 0.36 的均布压力 （60000/161000=0.36，161000 为横梁上表面的面积） 。 10 图 11 给横梁施加约束及压力 4. 结果分析 图 12 横梁的等效应力云图 由图 12 可知，横梁的最大等效应力为 227mpa，大于许用应力，最大应力 出现在横梁与纵梁焊接的地方。因此需对横梁的强度加大，可以增加筋板的厚度 和增加筋板的数量来达到要求。经过重