电子设计精品 ZWX2型螺旋卷芯机的机械传动装置及控制系统的设计 毕业设计

1、大学毕业设计论文任务书及开题报告题 目 ZWX2型螺旋卷芯机的机械传动 装置及控制系统的设计 学 院 机电工程学院 专业班级 机械072班 学生姓名 指导教师 填 表 说 明1任务书中内容由指导教师本人填写，并经专业审定后，下发给学生。2开题报告中内容由学生根据任务书要求，经查阅资料、调研后填写。3开题报告一般在开始毕业设计论文工作的第1-2周内完成，由各专业或教研室组织安排开题。4开题报告应包括以下几个方面的内容：1课题的来源及选题的依据、意义，课题在理论或实际应用方面的价值以及可能到达的水平。2课题在国内外研究现状和水平。3课题研究的内容及拟采用的技术路线或研究方法包括设计、实验、加工测试

2、条件等。4研究中的主要难点以及解决问题的方法。5设计论文的工作进度方案以周为单位。6主要参考文献。5填写不下可另加附页。6本材料装订顺序为：任务书、开题报告。毕业设计论文任务书题 目ZWX2型螺旋卷芯机的机械传动装置及控制系统的设计题目类型 eq oac(,) 设计 论文 其他学生姓名学 号学 院机电工程学院专业班级机械072班指导教师职 称副教授系 主 任主管院长任务下达日期2021年4月4日任务完成日期2021年6月15日任务要求课题目标、主要内容、技术参数、根本要求等一、课题目标 本课题是培养学生对大学四年来所学知识的进一步稳固，是大学教育中重要的教学环节，是培养学生独立思考和科学的工作

3、方法的重要过程，是培养学生运用所学知识解决工程中实际问题的方法之一。二、主要内容 设备采用了一台直流电动机，经过圆锥齿轮、蜗轮蜗杆两级变速、换向，带动皮带辊，使纸管在皮带作用下旋转，并轴向移动。可编程控制器控制协调整机动作。三、技术参数1、卷制纸管内径78mm，外径86mm。2、纸管长度范围为12004000mm。3、生产中纸管的移动速度为38m/min。四、根本要求1、电动机：卷芯装置Z2-42/T2，4KW，1500r/min，2台 叶片泵：YB-63，25kg/cm2，63L/min技术要求：纸管切口处须光滑，无须二次切割。注：任务书必须由指导教师本人填写毕业设计论文开题报告一、选题的依

4、据、意义和理论或实际应用方面的价值通过对ZWX2型螺旋卷芯机进行实地考察、分析，比较全面地稳固了前期学过的机械专业所涉及到的，特别是机械设计、机械原理和机械制图方面的知识，该设备是纸制品车间主要的生产设备，应用广泛，它能制造不同直径、不同长度的纸芯、纸筒和纸板，常用于造纸、塑料、纺织、食品等行业中，该设备结构简单、造价低廉，现阶段特别适用于生产，在实际生产方面有广泛的使用价值。控制系统方面，原机采用传统的继电器控制，功能简单，使用寿命短。可编程控制器提高系统的响应速度，还具有故障自动检测功能，报警停机，自动计数。为生产提高了方便，节约了人力，使整机的自动化程度进一步提高。二、本课题在国内外的研

5、究现状螺旋卷芯机属于轻工业机械，是造纸完成设备，集机械电子、液压于一体，目前国内相关生产企业较少，如中国轻工业机械石家庄公司生产的ZWX1型平卷式及ZWX2型螺旋式。前者适合卫生纸、胶带的纸芯生产，尺寸小，重量轻；后者具有加工范围广，尺寸长，重量大等特点，应用于塑料薄膜的纸芯等。国外的技术由于开展较早，人力物力财力等方面投入较多，水平较国内先进。ZWX2型螺旋卷芯机的设计水平是八十年代的生产水平，随着日益增长的经济开展和社会的进步，该设备已不具备竞争能力，为此，必须对该设备进行改良，使之符合当今社会开展的需要，该设备在现阶段广泛应用于各种领域，适合当前的需要，本课题在国内外的研究有一定价值。三

6、、课题研究的内容及拟采取的方法本课题主要是ZWX2型螺旋卷芯机的内部结构及要改良方面的设计，重点是对机械传动装置的设计，主机局部主要采用一台直流电动机带动两个辊轮的旋转工作，由皮带的摩擦带动第三个辊轮转动以完成卷芯工作。采用计算机辅助设计。控制系统协调整机动作，其核心采用可编程控制器针对各功能模块编制梯形图程序。四、课题研究中的主要难点以及解决的方法本次设计研究主要是对机械传动装置及控制系统的改良，研究过程中的主要难点是机械传动系统的方案选择与设计，以及控制系统的设计，其解决方法主要是同组同学共同研究和向指导教师请教，以及大量的查阅有关方面的资料。五、毕业设计论文工作进度方案1周：查阅资料，编

7、写开题报告，拟订设计方案。2周：方案设计，比较拟订的各种方案，确定最终的设计方案。3周：传动方案确实定。4周：运动及动力设计计算，根据设计方案确定主要零件的结构形状、尺寸，进行强度校核。5周：绘制各局部结构的装配草图。6周：利用计算机绘制总装配图、零件图。7周：控制方案设计。8周：选择PC机，绘制可编程序控制器工作流程图。9周：绘制可编程序控制器控制梯形图。10周：整理设计说明书，排版及整个图纸的最后审核。11周：设计说明书排版、打印、装订；设计图的计算机输出；整理毕业设计资料，准备辩论。12周：毕业设计辩论。六、主要参考文献或资料1.濮良贵,纪名刚.机械设计.上下等教育出版社,2006.2.

8、林景凡,.互换性与质量控制根底.哈尔滨工程大学出版社,2004.3.齐占庆.机床电气控制技术.机械工业出版社,1997.4.孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理.高等教育出版社,2021.5.邓文英.机械制造工艺学.哈尔滨:哈尔滨工业出版社,1995.6.大连理工大学工程画教研室.画法几何.北京:高等教育出版社,2007.7.?机械设计手册?联合编写组.机械设计手册.北京:化学工业出版社,1982.8.Gilbert Kivenson.The Art and Science of Inventing(2nd ed).VNR Co.1982.9.SIMENS AG.SIMATIC S7-200 Pro

9、grammable Controller System Manual，2004.指导教师意见指导教师_签字年 月 日专业审查意见审查人_签字年 月 日摘 要本设计在原有设备与技术要求的根底上，通过查阅大量资料，对卷芯机的总体结构和方案进行了论证。由设计参数进行初选电动机，然后做减速机构的设计计算和校核，控制系统参加可编程序控制器，能较好地控制协调整机动作，并完成了总装配图的绘制。设备经过改造后，改变了原有的切割装置的控制，为其更好地工作，使本设备具有液压辅助工作与可编程序控制器相结合的控制系统。为了节省人力财力，设计了自动落料装置，由液压缸的升降过程来实现自动控制。设计活动支承轴芯后，使原来切

10、割时纸筒变形的现象减少了，提高了生产率。关键词：锥齿轮；传动装置；控制系统；可变程序控制器AbstractThe design requirements of original equipment and technology, based on access to large amounts of data through, the volume of the overall structure of the core machines and programs were demonstrated.By the design parameters of the primary motor,

11、gear box and then do the design calculation and verification, the control system to join the programmable logic controller, can better control the whole movement coordination, and complete mapping of the general assembly.Equipment has been modified to change the original cutting device control, thei

12、r work better, so that the device has a hydraulic auxiliary work combined with the programmable logic controller, the control system. In order to save human and financial resources, the design of the automatic blanking device, by a hydraulic lift cylinder to automatically control the process. After

13、the supporting shaft design activities, so that the original paper tube cutting phenomenon of reduced deformation and improve productivity.Key words: Bevel gear; Transmission; Control system; Variable program controller目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295670905 摘要 PAGEREF _Toc295670905 h I HYPERL

14、INK l _Toc295670906 Abstract PAGEREF _Toc295670906 h II HYPERLINK l _Toc295670907 第 1 章 绪论 PAGEREF _Toc295670907 h 1 HYPERLINK l _Toc295670908 1. 1 选题的依据及意义 PAGEREF _Toc295670908 h 1 HYPERLINK l _Toc295670909 1. 2 国内外研究现状与开展趋势 PAGEREF _Toc295670909 h 1 HYPERLINK l _Toc295670910 1. 3 螺旋卷制产品简介 PAGEREF

15、 _Toc295670910 h 2 HYPERLINK l _Toc295670911 1. 4 课题研究主要内容 PAGEREF _Toc295670911 h 3 HYPERLINK l _Toc295670912 第 2 章 方案论证及分析 PAGEREF _Toc295670912 h 4 HYPERLINK l _Toc295670913 2. 1 原设备生产过程中表达的优点与缺乏 PAGEREF _Toc295670913 h 4 HYPERLINK l _Toc295670914 2. 2 卷芯机的根本组成和工作原理 PAGEREF _Toc295670914 h 4 HYPE

16、RLINK l _Toc295670915 2. 3 卷芯机在不同控制系统下的操作原理 PAGEREF _Toc295670915 h 5 HYPERLINK l _Toc295670916 2. 4 主要技术规格 PAGEREF _Toc295670916 h 6 HYPERLINK l _Toc295670917 第 3 章 机械传动装置的总体设计 PAGEREF _Toc295670917 h 7 HYPERLINK l _Toc295670918 3. 1 分析和拟定传动装置的运动简图 PAGEREF _Toc295670918 h 7 HYPERLINK l _Toc29567091

17、9 3. 1. 1 蜗杆传动的特点 PAGEREF _Toc295670919 h 7 HYPERLINK l _Toc295670920 3. 1. 2 齿轮传动的特点 PAGEREF _Toc295670920 h 7 HYPERLINK l _Toc295670921 3. 1. 3 传动方案运动简图 PAGEREF _Toc295670921 h 8 HYPERLINK l _Toc295670922 3. 2 选择电动机 PAGEREF _Toc295670922 h 8 HYPERLINK l _Toc295670923 3. 3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 PAGER

18、EF _Toc295670923 h 9 HYPERLINK l _Toc295670924 3. 3. 1 确定总传动比 PAGEREF _Toc295670924 h 9 HYPERLINK l _Toc295670925 3. 3. 2 分配各级传动装置传动比 PAGEREF _Toc295670925 h 11 HYPERLINK l _Toc295670926 3. 4 计算传动装置的运动和动力参数 PAGEREF _Toc295670926 h 11 HYPERLINK l _Toc295670927 第 4 章 机械传动件的运动及动力计算 PAGEREF _Toc29567092

19、7 h 13 HYPERLINK l _Toc295670928 4. 1 锥齿轮传动方案的设计计算 PAGEREF _Toc295670928 h 13 HYPERLINK l _Toc295670929 4. 1. 1 选定齿轮的安装方式，精度等级及材料 PAGEREF _Toc295670929 h 13 HYPERLINK l _Toc295670930 4. 1. 2 按齿面接触疲劳强度设计 PAGEREF _Toc295670930 h 13 HYPERLINK l _Toc295670931 4. 1. 3 校核齿根弯曲疲劳强度 PAGEREF _Toc295670931 h 1

20、5 HYPERLINK l _Toc295670932 4. 2 蜗轮蜗杆的设计计算 PAGEREF _Toc295670932 h 16 HYPERLINK l _Toc295670933 4. 2. 1 根本要求 PAGEREF _Toc295670933 h 16 HYPERLINK l _Toc295670934 4. 2. 2 选择蜗杆传动类型 PAGEREF _Toc295670934 h 17 HYPERLINK l _Toc295670935 4. 2. 3 选择材料 PAGEREF _Toc295670935 h 17 HYPERLINK l _Toc295670936 4.

21、 2. 4 按齿面接触疲劳强度进行设计 PAGEREF _Toc295670936 h 17 HYPERLINK l _Toc295670937 4. 2. 5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 PAGEREF _Toc295670937 h 18 HYPERLINK l _Toc295670938 4. 2. 6 校核齿根弯曲疲劳强度 PAGEREF _Toc295670938 h 19 HYPERLINK l _Toc295670939 4. 2. 7 精度等级公差和外表粗糙度确实定： PAGEREF _Toc295670939 h 19 HYPERLINK l _Toc295670940

22、4. 3 轴的设计计算 PAGEREF _Toc295670940 h 19 HYPERLINK l _Toc295670941 4. 3. 1 初步确定轴的最小直径 PAGEREF _Toc295670941 h 20 HYPERLINK l _Toc295670942 4. 3. 2 对II轴进行强度校核 PAGEREF _Toc295670942 h 20 HYPERLINK l _Toc295670943 4. 4 联轴器的选择 PAGEREF _Toc295670943 h 23 HYPERLINK l _Toc295670944 4. 4. 1 类型的选择 PAGEREF _Toc

23、295670944 h 23 HYPERLINK l _Toc295670945 4. 4. 2 载荷计算 PAGEREF _Toc295670945 h 23 HYPERLINK l _Toc295670946 4. 4. 3 型号选择 PAGEREF _Toc295670946 h 24 HYPERLINK l _Toc295670947 第 5 章 控制系统 PAGEREF _Toc295670947 h 25 HYPERLINK l _Toc295670948 5. 1 切割装置的PLC控制 PAGEREF _Toc295670948 h 25 HYPERLINK l _Toc2956

24、70949 5. 1. 1 PLC概述 PAGEREF _Toc295670949 h 25 HYPERLINK l _Toc295670950 5. 1. 2 系统控制要求 PAGEREF _Toc295670950 h 25 HYPERLINK l _Toc295670951 5. 1. 3 工作流程图 PAGEREF _Toc295670951 h 25 HYPERLINK l _Toc295670952 5. 1. 4 I/O接线图 PAGEREF _Toc295670952 h 26 HYPERLINK l _Toc295670953 5. 1. 5 I/O地址定义表 PAGEREF

25、 _Toc295670953 h 27 HYPERLINK l _Toc295670954 5. 1. 6 控制梯形图 PAGEREF _Toc295670954 h 27 HYPERLINK l _Toc295670955 5. 1. 7 指令语句表 PAGEREF _Toc295670955 h 27 HYPERLINK l _Toc295670956 5. 2 落料局部的自动控制 PAGEREF _Toc295670956 h 27 HYPERLINK l _Toc295670957 5. 3 活动支承轴芯的设计 PAGEREF _Toc295670957 h 29 HYPERLINK

26、l _Toc295670958 5. 3. 1 结构设计 PAGEREF _Toc295670958 h 29 HYPERLINK l _Toc295670959 5. 3. 2 液压缸的选择 PAGEREF _Toc295670959 h 29 HYPERLINK l _Toc295670960 第 6 章 设备的润滑 PAGEREF _Toc295670960 h 31 HYPERLINK l _Toc295670961 结论 PAGEREF _Toc295670961 h 32 HYPERLINK l _Toc295670962 参考文献 PAGEREF _Toc295670962 h

27、33 HYPERLINK l _Toc295670963 附录1 PAGEREF _Toc295670963 h 35 HYPERLINK l _Toc295670964 附录2 PAGEREF _Toc295670964 h 36 HYPERLINK l _Toc295670965 附录3 PAGEREF _Toc295670965 h 37 HYPERLINK l _Toc295670966 致谢 PAGEREF _Toc295670966 h 38第1章 绪 论1.1 选题的依据及意义纸筒卷芯机的开发和设计具有一定的实际生产应用价值。随着人民生活的提高和节奏的加快，用纸制产品代替金属及塑

28、料泡沫制品，制造纸杯、纸盒、纸罐、纸筒及一次性餐具等系列产品，已越来越受到世界各兴旺和开展中国家的欢送和青睐。这是因为金属制造这类产品本钱高，价格偏贵。而生产降解性好的纸餐具、纸制杯、罐、管、盒等一次性纸制品，提倡引进系列纸制品产品生产的先进技术和设备。因此本设计工程的研究开发对造福人类、美化环境，都具有深远的历史意义和现实意义。纸芯同步切断卷管机包括有机架、送纸机构、动力传动机构、卷纸芯装置及切断装置。动力及传动机构包括卷纸芯装置用传动机构和切断装置用传动机构，且这种纸芯同步切断卷管机由于卷纸芯装置和切断装置共用一套动力机构，既能有效简化设计结构，降低制造本钱，又能保证运行的同步调节。通过对

29、ZWX2型螺旋卷芯机进行实地考察、分析，比较全面地稳固了前期学过的机械专业所涉及到的，特别是机械设计、机械原理和机械制图方面的知识，该设备是纸制品车间主要的生产设备，应用广泛，它能制造不同直径、不同长度的纸芯、纸筒和纸板，常用于造纸、塑料、纺织、食品等行业中，该设备结构简单、造价低廉，现阶段特别适用于生产，在实际生产方面有广泛的使用价值。1.2 国内外研究现状与开展趋势螺旋卷芯机属于轻工业机械，是造纸完成设备，集机械电子、液压于一体，目前国内相关生产企业较少，如中国轻工业机械石家庄公司生产的ZWX1型平卷式及ZWX2型螺旋式。前者适合卫生纸、胶带的纸芯生产，尺寸小，重量轻；后者具有加工范围广，

30、尺寸长，重量大等特点，应用于塑料薄膜的纸芯等。由哈尔滨国营风华机器厂包装技术开发公司研制的LJJ 型自动螺旋卷机，1996 年获得国家级新产品证书，曾出口亚洲,畅销国内市场。日前发往加纳， 进入非洲市场。2001年武进市协明纸制品最新推出了“协明牌电脑数控JCF2220/200 螺旋斜卷纸筒机，该设备适用于将盘纸上胶后复卷成各种不同孔径和壁厚的纸筒，纸筒长度任意可调，设备精良，适用范围广，是塑料、医学卫生、化纤、纺织用纸筒生产的必备设备。昆山市永盛机械最新研制的YS2B 第二代全自动纸角成型机已获国家实用新型专利，填补了国内空白。国外的技术由于开展较早，人力物力财力等方面投入较多，水平较国内先

31、进。ZWX2型螺旋卷芯机的设计水平是八十年代的生产水平，随着日益增长的经济开展和社会的进步，该设备已不具备竞争能力，为此，必须对该设备进行改良，使之符合当今社会开展的需要，该设备在现阶段广泛应用于各种领域，适合当前的需要，本课题在国内外的研究有一定价值。大千世界，物态万千，任何事物的存在都不是一成不变的，我国的卷芯机行业也无不例外，要么进步，要么落后，那么如何提高这个行业的开展呢？这成为卷芯机厂商们普遍关注的问题。那么进步的核心在哪里呢？更新是关键！ 更新换代的方式是采取更换局部零、部件或关键性部件和关键性技术，从而到达更换一台机组的目的，使原包装机械装备或生产线的生产能力、性能、效率、机型和

32、组装方式等得到更新。这样对大局部部件、机组零件获得重复利用，既到达提高装备价值，且又节省了原材料和大量劳动力，降低了本钱。 这种开展趋势说明，纸筒包装设备、纸管机、卷筒纸分切机、切管机、纸管机设备、螺旋卷芯机愈来愈向标准化、系列化、综合化、组装化、联机化、智能化的模式开展。民用、军用高技术也将愈来愈广泛地进入整个包装机械装备领域。剧烈的市场竞争，无疑将加速纸筒包装设备在各行各业中的更新换代和技术改造步伐。1.3 螺旋卷制产品简介要想对ZWX2型螺旋卷芯机进行设计研究，必须对产品工艺进行了解。螺旋卷制纸筒在中国大陆虽然只有很短的历史，但它的用途广泛，开展十分迅速，目前在纸包装行业里仅次于纸箱。随

33、着社会的进步开展和人们生活水平的提高，人们对美的追求以及对环保意识的加强，各行各业对商品包装要求也越来越高，纸罐包装因其独特可变的外形和环保优势成为包装行业的首选。纸筒产品可广泛应用于纺织、印染、五金、塑料造纸、医药、食品、饮料等行业的包装。螺旋卷制纸筒的产品主要有化纤纸筒系列，工业纸筒系列，外包装管、罐系列等。螺旋卷制纸筒依据其用途不同，质量要求、工艺用材也不相同。纸筒生产的主体是卷管，卷出高质量的坯管是产品质量的重要保证。确保高质量的坯管因素有很多，其中包括卷管机的性能、分纸机分出的纸带质量、纸张性能、粘合剂质量、卷管皮带的选择、生产工艺以及操作方法等。如果卷管机的性能达不到要求，就无法生

34、产高质量的纸筒坯管。卷管时纸带平直伸展、上胶均匀、刮胶合理、螺旋角度准确，纸带复合时间合理、机械运行平稳、皮带压力适当、各层纸带宽度合理等，才能保证卷管质量。卷管的螺旋角是纸筒成型的重要工艺，卷管的螺旋最正确角度120130。由此来确定卷管所需要的各层纸带宽度、卷管皮带的宽度。纸带的根本宽度是根据纸筒内径与螺旋角度的补角来确定的，它们的关系是。面层纸带与底层纸带的宽度差是3-4mm(根据纸筒厚度确定)，各层纸带的宽度排列是面宽底窄，一般的工艺排列面3-4层纸带落差每层lmm以内，底层与底二层落差lmm左右，中间纸带采用同宽纸带。皮带宽度与面纸同宽，厚度根据纸筒的厚度同比确定，长度根据纸筒的厚度

35、同比确定，长度根据滚筒距离、滚筒调节距离及纸筒直径来确定。1.4 课题研究主要内容ZWX2型螺旋卷芯机是市第二塑料制品纸制品车间的主要生产设备，该设备的设计水平是八十年代的水平，随着日益增长的经济开展，该设备已不具有竞争能力，已不能适应当今社会的开展，所以必须对该设备进行改良，以满足当前的需要。本设计以原有的卷芯机为依据，对其整体结构、传动机构、芯轴和控制系统等进行设计。控制系统方面，原机采用传统的继电器控制，功能简单，使用寿命短。可编程控制器提高系统的响应速度，还具有故障自动检测功能，报警停机。为生产提高了方便，节约了人力，使整机的自动化程度进一步提高。这次设计也是对自己的科研能力和综合知识

36、能力进行一次锻炼。第2章 方案论证及分析2.1 原设备生产过程中表达的优点与缺乏ZWX2型螺旋式卷芯机能制造各种不同直径、不同长度的纸芯、纸筒等产品。该机器设备的生产过程中表达的优点是：一能够连续工作制成产品，供料连续，生产无间歇，生产率比较高。二设备是以机械运动为主，辅以电气液压系统，控制方便采用光电计数控制。可以实现任意长度的纸筒。三由于设备组成简单并产品是纸制品，所以，加工中的工作力与受载为轻载，故使用寿命比较长，维修与使用方便。该设备的使用中所表达的缺乏：一切断装置采用有齿锯切割，使产品的不合格率增高，而且需工作人员手工修理，并且产生纸屑，四处飞扬，影响机器生产。二动力源过多，卷芯装置

37、、切割装置、液压系统，分别是2台4kw，1台2.2kw，1台4kw，四台电机，其用在卷芯装置有2台4kw电机，在工作中将出现转数不同现象。三液压系统中的液压油受季节影响，油液粘度对温度变化很敏感，温度升高，粘度下降，油温的变化会引起油液粘度的变化，影响液压传动的工作平稳性，在低温和高温的场合，使用液压传动有一定的困难。四主控台在机器的一侧，设备的启停，电机的无级变速均由主控台控制。由于设备比较大，当供料或是下料等处出现故障影响工作时间，关闭机器不方便，使维修时间过长。五胶料槽的容量有限，必须有工作人员经常上胶，影响工作效率。针对上述各方面的缺乏，着眼于国内同类产品的具有九十年代水平的该类设备，

38、尤其是以黑龙江纸制品包装公司的该类产品，经过参考分析后，将ZWX2型螺旋卷芯机进行改良，如果该设备不经改良，必将被淘汰。2.2 卷芯机的根本组成和工作原理卷芯机主要由机架、动力机构、上纸机构、卷芯机构和控制机构等局部组成。主要工作部件是辊轮、芯轴，依靠带传动带摩擦力将浸胶的纸带按螺旋线的规律卷紧在转动芯轴上，通过芯轴的转动将卷好的纸带传出，从而加工出纸管。螺旋卷芯机按其辊轮机头的数量来分类，主要有两机头卷芯机、三机头卷芯机、四机头卷芯机等形式：两机头的卷芯机常用于对纸管紧密度要求不高的场合，在实际的使用中也是最广泛的；三机头和四机头的卷芯机加工纸管的紧密度高，所得产品质量好，但本钱高，加工工艺

39、复杂。卷芯机也可按所加工的纸管大小来分，主要有小型卷芯机、中型卷芯机、大型卷芯机：小型卷芯机加工的纸管用于烟花、鞭炮和特定小物件的包装材料上，一般纸管直径d20mm；中型卷芯机加工的纸管直径20mmd100mm，一般运用在有特殊要求的场合。本次设计的螺旋卷芯机加工的纸管内径为78mm，产品为纸制品，对纸筒筒体质量要求较高，所以本次设计的方案是设计三机头中型卷芯机。其根本工作原理如下图：图2-1 螺旋卷芯机工作原理简图2.3 卷芯机在不同控制系统下的操作原理从卷芯机的工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某

40、种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。从卷芯机的控制方法上看，电气控制系统逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。2.4 主要技术规格1卷芯机原始参数参见表2-1。表2-1 卷芯机的性能参数卷纸层数224层卷管速度318m/min卷杆直径18200mm切割方式无齿锯切割

41、卷绕机头三机头，双皮带定长方式光电管+定位挡板主机功率10kw调速控制PLC上胶方式单面或双面上胶纸管壁厚115mm2纸芯规格如下：内径：壁厚：长度：3料槽：总容量400升4生产率：38m/min5电动机卷芯装置：Z2-61 10kW 1500r/min 1台液压系统：JO2-42-6 4kW 960r/min 1台6可编程序控制器切割装置由可编程序控制器控制，为满足控制系统要求，选择三菱公司生产的大A系列PLC，A1N型号CPU，其产品主要规格性能如下： = 1 * GB3 输入输出点数：256点； = 2 * GB3 输入输出数据设备点数：256点； = 3 * GB3 程序容量：6k；

42、= 4 * GB3 根本命令处理速度LD命令：1.0s； = 5 * GB3 内藏RAM存储器容量：16k。第3章 机械传动装置的总体设计3.1 分析和拟定传动装置的运动简图结合螺旋卷芯机功能要求，考虑结构简单，尺寸紧凑可靠，制造方便，本钱低廉，传动效率高和使用维护方便，选用二级减速器，为使传动方向改变，第一级采用锥齿轮传动，传动方式为空间立体，第二级传动为获得较大传动比，采用蜗杆蜗轮传动。3.1.1 蜗杆传动的特点蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑油膜，也有利于提高承载能力及效率。其主

43、要特点如下：1当使用单头蜗杆相当于单线螺纹时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只转过一个齿距，因而能实现大的传动。在动力传动中，一般传动比i=580；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；假设只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。2在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。4蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分

44、发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮或轮圈，以便与钢制蜗杆配对组成减摩型良好的滑动摩擦副。3.1.2齿轮传动的特点锥齿轮特别是大模数锥齿轮的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其直径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考虑能否到达所需制造精度以及本钱问题。齿轮传动的特点如下：1效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1%，也有很大的经济意义。2结构紧凑 在同样的使用条件下，

45、齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比较的。4传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的根本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。3.1.3 传动方案运动简图传动方案如图3-1所示图3-1 传动方案运动简图3.2 选择电动机在本次设计中选用了直流电动机，是因为直流电动机是直流店和机械能直接转化的旋转电机。直流电动机具有调整性能优良，过载能力大，可实现频繁的无机快速启动，制动和反转的特点。能满

46、足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，因此在要求调速范围宽以及有特殊运行性能的自动控制系统中占有重要地位。直流电动机有很多优点：1调速性能好：转速调节方便，调速范围广，易于平滑调节。2启动转矩、制动转矩大，易于快速启动和停车。3过载能力强，能承受频繁的冲击负荷。4易于控制，调速系统简单、可靠。因此，该设备选用了直流电动机，而不采用交流电动机。由于原设备有四个辊轮，带动两条皮带完成卷芯工作，所用的两台型号为Z2-42/4kw，1500r/min的直流电动机。现将该设备改良，需用三个辊轮，一条皮带带动完成工作，应选用一台功率大于2台相当功率的电动机即可完成工作。查?机械设计手册?选择型号为Z

47、2-61的电动机。额定功率为10kw，转速为1500r/min，额定电压为220V，最高允许转速为2400r/min。根本参数如表3-1：表3-1 电动机性能参数型号额定功率/kw额定电流/A效率/%最高转速/(r/min)转子转动惯量/(Nm2)外型尺寸/mmmmmmA10型质量/kg110220110220110220额定转速 1500r/minZ2-6110108.253.88484.5240024005.66375244881753.3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比3.3.1 确定总传动比与传动比有关的因素有1皮带与芯轴的夹角；2皮带轮的半径；3纸筒的前进速度；4电动机的额定

48、转速；5电动机的最高允许转速。传动装置总的传动比由选定的电动机满载工作转速和工作机主动轴的转速确定，即，且在多级传动的传动装置中总的传动比为各级传动比的连乘积。那么在原始设备中取时有取时，考虑到最高转速，有代入数值得时，时，根据，综合上述传动比，取68.3073.59之间，可初选传动比为72.所以生产率符合生产率的要求。综合前面选定传动方案，该传动方案的传动比范围：直齿圆锥齿轮传动比范围是15，圆柱蜗杆传动比范围是1560，那么总传动比范围是，所以取符合要求。3.3.2 分配各级传动装置传动比根据总传动比以及考虑到装置尺寸的协调性，查?机械设计手册?“常用减速器的型式、特点及应用表，直齿圆锥齿

49、轮减速器传动比范围一般小于等于3，所以取锥齿轮的传动比为所以取锥齿轮的传动比为那么蜗杆蜗轮的传动比为3.4 计算传动装置的运动和动力参数电动机的输出功率为工作装置所需功率，kW；为由电动机至工作装置的传动装置的总效率；其中查机械传动效率概略值表，确定，故那么由公式计算传动装置的运动和动力参数：1各轴的转速： = 1 * ROMAN I轴： = 2 * ROMAN II轴： = 3 * ROMAN III轴：2各轴输入功率： = 1 * ROMAN I轴： = 2 * ROMAN II轴： = 3 * ROMAN III轴：3各轴输入转矩： = 1 * ROMAN I轴： = 2 * ROMAN

50、 II轴： = 3 * ROMAN III轴：电动机轴输出转矩第4章 机械传动件的运动及动力计算4.1 锥齿轮传动方案的设计计算4.1.1 选定齿轮的安装方式，精度等级及材料在直齿圆锥齿轮传动中，轴夹角，小齿轮悬臂，大齿轮跨支，初选7级精度GB 10095-88，要求寿命为20年每天工作8小时，每年工作300天。查?机械设计?以下简称?设计?表10-1，选取大小齿轮材料均为45号钢调质。小齿轮齿面硬度250HBS，大齿轮齿面硬度220HBS。4.1.2 按齿面接触疲劳强度设计1初选小齿轮齿数取不发生根切那么2小齿轮传递的转矩3初选载荷系数 初选4取齿宽系数锥齿轮传动的齿宽系数，通常取 ，取常用

51、值5确定弹性影响系数：据?设计?表10-6查得，6确定区域载荷系数：对的标准直齿圆锥齿轮传动，7确定接触需用应力：循环次数：查?设计?图10-19曲线1得，接触疲劳寿命系数：，查?设计?图10-21d得，接触疲劳强度极限：，取平安系数：，那么接触许用应力：8由接触强度计算小齿轮的分度圆直径：9)验算载荷系数：齿轮的使用系数：载荷状况以均匀平稳为依据查?设计?表10-2得，小齿轮平均分度圆直径，齿轮的圆周速度，动载系数：按?设计?查图10-8得，齿间载荷分配系数：由?设计?表10-3，取齿向载荷分布系数：依据大齿轮两端支承，小齿轮作悬臂布置，查表10-9，得轴承系数，由公式得，接触强度载荷系数1

52、0校正直径：模数：取标准值11齿轮的相关参数分度圆直径：锥距：齿宽：分锥角：由得，4.1.3 校核齿根弯曲疲劳强度1确定弯曲强度：与接触强度载荷相同，2计算当量齿数：3查表10-5得，齿形系数：，应力校正系数：，4确定许用应力：由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，取平安系数由图10-20c得，齿轮的弯曲疲劳强度极限，按脉动循环变应力确定需用弯曲应力，即5校核弯曲强度：由公式得弯曲强度满足弯曲强度，以上所选参数适宜。4.2 蜗轮蜗杆的设计计算4.2.1 根本要求工作载荷稳定，无冲击，要求寿命为20年，一年工作300天，8小时工作日。4.2.2 选择蜗杆传动类型根据GB/T 10085-1988的

53、推荐，采用渐开线蜗杆ZI4.2.3 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。4.2.4 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准那么，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由公式得，传动中心距1确定作用在蜗轮上的转矩由前文计算得2确定载荷系数因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数；由?设计?表11-5选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；那么

54、3确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故4确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图11-8中可查得。5确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11-7中查得蜗轮的根本许用应力。应力循环次数：寿命系数：那么蜗轮齿面的许用接触应力为6计算中心距取中心距，因传动比，故从?机械设计手册?中取模数，蜗杆分度圆直径，这时，与假设相符，故数据可用。4.2.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1蜗杆从?机械设计标准应用手册?表19.3-1蜗杆的根本尺寸和参数查得，蜗杆头数，轴向齿距，直径系数，齿顶圆直径，齿根圆直

55、径，分度圆柱导程角，蜗杆轴向齿厚。2蜗轮蜗轮齿数 ，变位系数 验算传动比 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 4.2.6 校核齿根弯曲疲劳强度1确定各计算系数：当量齿数根据和，由图11-19查得齿形系数，螺旋角系数2确定许用弯曲应力由表11-8查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用弯曲应力，寿命系数，许用弯曲应力 3校核计算满足弯曲强度条件。4.2.7 精度等级公差和外表粗糙度确实定：考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T 10089-1988。4

56、.3 轴的设计计算传动局部主要三根轴： = 1 * ROMAN I轴：连接联轴器与小锥齿轮； = 2 * ROMAN II轴：连接大锥齿轮与蜗杆； = 3 * ROMAN III轴：蜗轮轴。4.3.1 初步确定轴的最小直径按公式，初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调制处理，根据表15-3，取于是得，4.3.2 对 = 2 * ROMAN II轴进行强度校核1根据上文计算有，取2计算作用在大锥齿轮上的力那么,3作轴的空间受力简图，如图4-1所示4作水平面受力图，弯矩图，如图4-1所示5作垂直面受力图，弯矩，如图4-1所示6作合成弯矩图，如图4-1所示7作扭矩图，如图4-1所示8按弯扭合

57、成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面危险截面B的强度。根据以上数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得，因此，故平安。图4-1 轴的受力分析及剪力弯矩图考虑到设计中为方便在传动轴上安装锥齿轮、轴承和装配需要，传动轴中部需留出一段台阶。传动轴左端距台阶70mm，右端距台阶90mm。传动轴具体结构见图4-2。图4-2 = 2 * ROMAN II轴结构图4.4 联轴器的选择常用的联轴器只要有刚性联轴器和挠性联轴器两种类型。刚性联轴器适用于两轴能够严格对中并在工作中不发生相对位移的地方；挠性联轴器适用于两轴有偏

58、斜可分为同轴线、平行轴线、相交轴线或在工作中有相对位移可分为轴向位移、径向位移、角位移、综合位移的地方。挠性联轴器又有无弹性元件的、金属弹性元件的和非金属弹性元件之分，后两种统称为弹性联轴器。弹性联轴器都具有缓和冲击的作用。用非金属弹性元件构成的弹性联轴器以及用金属弹性元件构成的弹性元件间有摩擦作用的弹性联轴器，除有缓冲作用外，还有减振作用。对于载荷平稳、转速稳定、同轴度好、无相对位移的可选用刚性联轴器；对于有相对位移的需选用无弹性元件的挠性联轴器；载荷和速度不大、同轴度不易保证的，宜选用刚度弹性联轴器；载荷、速度变化较大的最好选用具有缓冲、减振作用的变刚度弹性联轴器；对于动载荷较大的机器，宜

59、选用重量轻、转动惯量小的联轴器；另外，对联轴器的选择还应考虑的几个因素是：1拆装方便；2尺寸较小；3质量较轻；4维护简单等。4.4.1 类型的选择为了隔离震动与冲击，选用弹性套筒柱销联轴器4.4.2 载荷计算公称转矩由?设计?表14-1查得，故由公式计算转矩为4.4.3 型号选择查?机械设计实践与创新?表16.6弹性联轴器，得TL5型弹性套柱销联轴器的许用转矩为，许用最大转速为4600r/min，轴径为2535之间，故合用。第5章 控制系统5.1 切割装置的PLC控制切割局部采用PLC控制，提高这局部的自动化程度，对提高生产率及产品的质量都有很大帮助。5.1.1 PLC概述可编程逻辑控制器(P

60、LC)是20世纪80年代开展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。目前，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。主要原因在于它能够为自动化控制应用提供平安可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。PLC之所以得到迅速的开展和越来越广泛的应用，是因为它具有一些良好的特点：PLC集三电(电控、电仪、电传)于一体，实现三电一体化；PLC的输入/输出系统完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输出和输入，在PLC内部具备计数器、中间继电器