毕业设计-聚氨酯成型机

沈阳化工大学本科毕业论文题目：Φ1150聚氨酯内旋成型机院系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机制学生姓名：指导老师：论文提交日期：2013年6月20日论文辩论日期：2013年6月25日聚氨酯成型机以及及自动控制技术综述1.聚氨酯成型机聚氨酯工业作为新兴工业有着较快的开展速度，进入新世纪后，随着技术的进步，市场的变化，特别是环保要求的提出，使之又增添了许多新的开展机遇。回忆历史，展望未来，温故知新，使我们明确方向，必将进一步促进我国聚氨酯工业的进步和开展。1.1.我国聚氨酯工业的开展历史我国聚氨酯工业起始于50年代末60代初，至今已有40多年的历史。我国聚氨酯工业以生产聚氨酯原料为起步。50年代末首先在大连建立了小规模生产三苯基甲烷、三异氰酸酯的基地，该原料主要用作生产胶粘剂。60年代分别又在大连、常州、太原各建立了500吨/年的MDI和TDI原料生产企业，同时在上海、天津等地开始进行了聚氨酯软泡沫的技术开发。60～70年代相当长一段时间内，由于我国经济根底薄弱，配套的原材料工业及应用开发工作开展缓慢，聚氨酯工业也同样开展缓慢。至1978年全国聚氨酯制品生产能力才到达1.1万吨，产量仅0.5万吨。1982年全国聚氨酯原料生产能力不到2万吨，制品产量0.7万吨。80年代后，我国开始引进国外先进的生产异氰酸酯的技术和装置。1983年轻工部在山东烟台建立的年产MDI和TDI1万吨规模的工程投产。1984年到1994年10年间，在天津石化三厂、锦西化工总厂、九江化工厂、山东东大化工从日本引进聚醚多元醇生产装置和制品生产技术的同时，国家也通过"七五"、"八五"等科技攻关工程的扶植，逐步开发了高压反响注射成型机〔RIM〕、高回弹冷熟化泡沫生产技术。高压反响注射成型机的关键另部件--混合头，在北京化工学院也进入了试验阶段。

90年代后我国进入新的改革开放时期，国民经济持续高速开展。聚氨酯作为新型多功能先进的高分子材料，在交通〔汽车、火车、飞机〕、家电〔冰箱、冷柜、热水器〕、家具、冶金等领域，即：从工业生产到人民生活，直至国防军工领域得到越来越广泛地应用。原料工业的开展带动了聚氨酯制品生产机械的需求，在此间国内使用的聚氨酯机械主要以进口为主，主要进口德国BASF、KRAUSSMAFFEI、DESMA、HENNECKE等公司、意大利Cannon公司等国外的机械设备。1.２.我国聚氨酯工业的现状聚氨酯工业分根本原料、制品和加工机械等局部。根本原料包括异氰酸酯〔TDI、MDI〕、聚醚多元醇、聚酯多元醇等。制品主要分软泡沫、硬泡沫、弹性体等。加工机械主要有高压反响注射成型机、各类成型生产线如：块状泡沫发泡生产线、箱式发泡生产线、层压式板材发泡生产线、模塑成型发泡生产线〔转台、环形、直线式〕、泡沫管材发泡生产线等。各类二次加工设备也配套得到开展，如旋切、平切、仿形切割、复合等功能设备。

总的来说，由于近十几年国民经济的高速开展，我国聚氨酯工业，包括从根本原料到制品和机械设备，已具有相当的规模。但是与兴旺国家相比仍有很大的差距，主要是产量的差距，且应用普及程度仍不高，工艺技术水平仍较低，特别是人均消费差距，中国只是德国的10%左右。此外产品品种较少，产品性能较差，还有许多根本原料仍需进口，如TDI、MDI现在90%左右靠进口，某些关键的设备和零部件仍需进口，如液态CO2高压发泡设备以及高压发泡机上的计量泵、混合头等。

1.３.聚氨酯工业总的开展趋势德国是聚氨酯原料和设备的故土，德国的技术水平和生产能力代表当今世界最高水平。从根本原料的生产，德国BASF、BAYER两家公司的生产能力已经到达世界垄断能力，他们在世界各地都有自己的子公司，生产能力特大规模化、技术垄断化，特别是异氰酸酯这一高难生产技术逐渐掌握在少数几家大公司手中，他们控制了世界聚氨酯工业原料，这对我国原料生产的开展将造成威胁。设备方面也是如此，德国的聚氨酯设备水平高、性能好，每年出口额到达18亿马克之多，普及世界各地。

从2001年杜塞多夫橡塑工业展览会上了解到的情况，世界聚氨酯工业正向适应环境保护、平安卫生、资源回收等需求方向开展，对于聚氨酯发泡方面，最重要的是替代破坏臭氧层的CFC发泡剂的技术开展。替代CFC发泡剂有如下三种技术路线：

①．CFC→HCFC141bHFC

②．CFC→H10C5〔环戊烷〕

③．CFC→CO2(液体)

技术路线①、②主要用于绝热保温的聚氨酯硬质泡沫生产，技术路线③主要用于软质泡沫的生产。

以美国为代表国家的主要采用技术路线①

以德国为代表的国家主要采用技术路线②我国对技术路线①、②在不同行业都有应用。家电行业以技术路线②为主，交通建材行业主要以技术路线①为主，软泡方面国外主要以液态CO2作为开展趋势，包括新型的液态CO2高压发泡机的使用。

我国液态CO2发泡技术2001年刚起步。作为中国聚氨酯发泡机械的龙头企业，武汉轻工业机械厂已经引进德国新型的液态CO2高压发泡技术，正准备将设备推向市场，积极配合中国聚氨酯行业CFC整体淘汰方案的全面完成。并通过企业的改组改造，及时掌握国际最新技术，不断提升我国的聚氨酯工业技术水平。1.4.成型设备的种类成型设备是炭和石墨制品生产过程中的主要设备之一。工厂里常用的成型设备有挤压成型机、模压成型机、等静压成型机和振动成型机。挤压成型机挤压成型机是炭素工业可供石墨电极成型的专用设备之一，对于电弧炉炼钢用电极，由于其特殊工艺的要求，因此大多数炭素厂采用挤压成型机挤压成型.工作原理将}昆捏机充分}昆捏好的电极糊料送到凉料机，凉到工作温度后，1次或分两次参加挤压机料室，经压实、抽真空，然后将料室回转90。成水平状态，主柱塞开始预压，以便进一步使糊料中的粒子通过变径段后都成轴向排列，到达规定时间后抽出挡板，挤压机开始挤压，挤压机前面的自动剪切机根据所需长度自动剪切，生坯电极即翻入冷却辊道冷却。挤压机不停地连续挤压，直至将料室中糊料挤压完。模压成型机模压成型是炭素工业模压高纯石墨、高炉炭块、石墨阳极等专用设备。它不是需像挤压成型中糊料粒子都呈定向(轴向)排列，但制品的比压一般要比石墨电极高，甚至到达40--100MPa。工作原理将混捏好的糊料送到凉料机，凉到工作温度后出料，经电子秤按需下料，再经加料装置将糊料参加型模，模压后脱料，然后送入冷却槽冷却。等静压成型机等静压成型是粉末成型的专用设备，广泛应用于粉末冶金、电碳石墨、绝缘材料和塑料工业等部门。工作原理利用液压原理，在密闭容器中通过高压液体，使压力均匀地作用于装有粉末的橡胶模具所有外表，通过模具使材料承受多向高压，一起变形，压制成型与模具形状相同的制品。振动成型机(vibratingcompactor)靠机械振动产生激振力，将糊料制成所需形状的专用设备。工作原理将可塑性糊料参加振动台上的模套中，靠振动台下两根转速相同，方向相反，偏振子对称布置的高速旋转轴产生的激振力使模套中糊料呈流态化，借助于糊料顶部压重使糊料迅速密实成型。调整旋转轴上偏振子的角度获得不同的激振力，调整转轴的转速获得不同的振动频率。(见彩图插页第12页)振动成型机可用于生产方形的阳极块、阴极块，也可用于生产圆形的电极。2.自动控制技术2.1.自动控制技术的根本信息自动控制技术是20世纪开展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。2.2.控制方式从控制的方式看，自动控制系统有闭环和开环两种。闭环控制也就是〔负〕反响控制，原理与人和动物的目的性行为相似，系统组成包括传感器〔相当于感官〕，控制装置〔相当于脑和神经〕，执行机构〔相当于手腿和肌肉〕。传感器检测被控对象的状态信息〔输出量〕,并将！鱿转变成物理〔电〕信号传给控制装置。控制装置比拟被控对象当前状态〔输出量〕对希望状态〔给定量〕的偏差，产生一个控制信号，通过执行机构驱动被控对象运动，使其运动状态接近希望状态。在实际中，闭环〔反响〕控制的方法多种多样，应用于不同领域和各个方面，当前广泛应用并快速开展的有：最优控制，自适应控制，专家控制〔即以专家知识库为根底建立控制规那么和程序〕，模糊控制，容错控制，智能控制等。开环控制也叫程序控制，这是按照事先确定好的程序，依次发出信号去控制对象。按信号产生的条件，开环控制有时限控制，次序控制，条件控制。20世纪80年代以来，用微电子技术生产的可编程序控制器在工业控制〔电梯，多工步机床，自来水厂〕中得到广泛应用。当然，一些复杂系统或过程常常综合运用多种控制类型和多类控制程序。2.3.工业控制方式当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速开展的信息社会，电子技术的进步，给现代工业带来了质的提升。现代电子领域中，PLC的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制的日益革新。PLC的控制具有高可靠性、高性价比。比方在机械手、液体混合罐、液压、气压等方面都得到了广泛应用。PLC在工业方面的应用水平已逐步成为一个国家工业开展水平的标志之一。利用PLC采用程序设计方法来对步进电机进行控制，具有线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，而且可以通过控制按钮实现步进电机的控制，用途广泛等优点。时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足开展。虽然软件的开展速度比不上硬件的开展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制的方法有很多优点，比方：可以实现高精度的控制，降低本钱，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体开展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向开展。如何延长轴承寿命摘要：在自然界苛刻的工作条件下工作会导致轴承的失效，但是如果遵循一些简单的规那么，轴承正常运转的时机是能够被提高和改善的。在轴承的使用过程当中，过分的无视会导致轴承的过热现象，也很可能使轴承不能够再被使用，甚至完全的破坏。但是一个被损坏的轴承，会留下它为什么被损坏的线索。通过一些细致的侦察工作，我们可以采取一些行动和措施来防止轴承的再次失效。关键词：轴承；失效；寿命导致轴承失效的原因很多，但常见的是不正确的使用、污染、润滑剂使用不当、装卸或搬运时的损伤及安装误差等。诊断失效的原因并不困难，因为根据轴承上留下的痕迹可以确定轴承失效的原因。然而，当事后的调查分析提供出珍贵的信息时，最好首先通过正确地选定轴承来完全防止失效的发生。为了做到这一点，再考察一下制造厂商的尺寸定位指南和所选轴承的使用特点是非常重要的。1轴承失效的原因在球轴承的失效中约有40%是由灰尘、脏物、碎屑的污染以及腐蚀造成的。污染通常是由不正确的使用方法和不良的使用环境造成的，它还会引起扭矩和噪声等一系列的问题。由环境和污染所产生的轴承失效是可以预防的，而且通过简单的肉眼观察是可以确定产生这类失效的原因。所有过早失效的轴承中约有16%是由安装不当〔通常是野蛮装配…〕和未意识到采用正确的安装工具所引起的。要进行正确和有效的安装与拆卸，不同的安装可能需要使用机械的、液压的或加热的方法。使用专用工具和技术进行的专业安装，是获得机器最大化的无故障运行时间的一个重要步骤。通过失效后的分析可以得知对已经失效的或将要失效的轴承应该在哪些方面进行查看。弄清诸如剥蚀和疲劳破坏一类失效的机理，有助于消除问题的根源。只要使用和安装合理，轴承的剥蚀是容易防止的。剥蚀的特征是在轴承圈滚道上留有由冲击载荷或不正确的安装产生的压痕。剥蚀通常是在载荷超过材料屈服极限时发生的。如果安装不正确从而使某一载荷横穿轴承圈也会产生剥蚀。轴承圈上的压坑还会产生噪声、振动和附加扭矩。类似的一种缺陷是当轴承不旋转时由于滚珠在轴承圈间振动而产生的椭圆形压痕。这种破坏称为低荷振蚀。这种破坏在运输中的设备和不工作时仍振动的设备中都会产生。此外，低荷振蚀产生的碎屑的作用就象磨粒一样，会进一步损害轴承。与剥蚀不同，低荷振蚀的特征通常是由于微振磨损腐蚀在润滑剂中会产生淡红色。消除振动源并保持良好的轴承润滑可以防止低荷振蚀。给设备加隔离垫或对底座进行隔离可以减轻环境的振动。另外在轴承上加一个较小的预载荷不仅有助于滚珠和轴承圈保持紧密的接触，并且对防止在设备运输中产生的低荷振蚀也有帮助。造成轴承卡住的原因是缺少内隙、润滑不当和载荷过大。在卡住之前，过大的摩擦和热量使轴承钢软化。过热的轴承通常会改变颜色，一般会变成蓝黑色或淡黄色。摩擦还会使保持架受力，这会破坏支承架，并加速轴承的失效。材料过早出现疲劳破坏是由重载后过大的预载引起的。如果这些条件不可防止，就应仔细计算轴承寿命，以制定一个维护方案。另一个解决方法是更换材料。假设标准的轴承材料不能保证足够的轴承寿命，就应当采用特殊的材料。另外，如果这个问题是由于载荷过大造成的，就应该采用抗载能力更强或其他结构的轴承。蠕动不象过早疲劳那样普遍。轴承的蠕动是由于轴和内圈之间的间隙过大造成的。蠕动的害处很大，它不仅损害轴承，也破坏其他零件。蠕动的明显特征是划痕、擦痕或轴与内圈的颜色变化。为了防止蠕动，应该先用肉眼检查一下轴承箱件和轴的配件。蠕动与安装不正有关。如果轴承圈不正或翘起，滚珠将沿着一个非圆周轨道运动。这个问题是由于安装不正确或公差不正确或轴承安装现场的垂直度不够造成的。如果偏斜超过0.25°，轴承就会过早地失效。检查润滑剂的污染比检查装配不正或蠕动要困难得多。污染的特征是使轴承过早的出现磨损。润滑剂中的固体杂质就象磨粒一样。如果滚珠和保持架之间润滑不良也会磨损并削弱保持架。在这种情况下，润滑对于完全加工形式的保持架来说是至关重要的。相比之下，带状或冠状保持架能较容易地使润滑剂到达全部外表。锈是湿气污染的一种形式，它的出现常常说明材料选择不当。如果某一材料经检验适合工作要求，那么防止生锈的最简单的方法是给轴承包装起来，直到安装使用时才翻开包装。2防止失效的方法解决轴承失效问题的最好方法就是防止失效发生。这可以在选用过程中通过考虑关键性能特征来实现。这些特征包括噪声、起动和运转扭矩、刚性、非重复性振摆以及径向和轴向间隙。扭矩要求是由润滑剂、保持架、轴承圈质量〔弯曲局部的圆度和外表加工质量〕以及是否使用密封或遮护装置来决定。润滑剂的粘度必须认真加以选择，因为不适宜的润滑剂会产生过大的扭矩，这在小型轴承中尤其如此。另外，不同的润滑剂的噪声特性也不一样。举例来说，润滑脂产生的噪声比润滑油大一些。因此，要根据不同的用途来选用润滑剂。在轴承转动过程中，如果内圈和外圈之间存在一个随机的偏心距，就会产生与凸轮运动非常相似的非重复性振摆〔NRR〕。保持架的尺寸误差和轴承圈与滚珠的偏心都会引起NRR。和重复性振摆不同的是，NRR是没有方法进行补偿的。在工业中一般是根据具体的应用来选择不同类型和精度等级的轴承。例如，当要求振摆最小时，轴承的非重复性振摆不能超过0.3微米。同样，机床主轴只能容许最小的振摆，以保证切削精度。因此在机床的应用中应该使用非重复性振摆较小的轴承。在许多工业产品中，污染是不可防止的，因此常用密封或遮护装置来保护轴承，使其免受灰尘或脏物的侵蚀。但是，由于轴承内外圈的运动，使轴承的密封不可能到达完美的程度，因此润滑油的泄漏和污染始终是一个未能解决的问题。一旦轴承受到污染，润滑剂就要变质，运行噪声也随之变大。如果轴承过热，它将会卡住。当污染物处于滚珠和轴承圈之间时，其作用和金属外表之间的磨粒一样，会使轴承磨损。采用密封和遮护装置来挡开脏物是控制污染的一种方法。噪声是反映轴承质量的一个指标。轴承的性能可以用不同的噪声等级来表示。噪声的分析是用安德逊计进行的，该仪器在轴承生产中可用来控制质量，也可对失效的轴承进行分析。将一传感器连接在轴承外圈上，而内圈在心轴以1800r/min的转速旋转。测量噪声的单位为anderon。即用um/rad表示的轴承位移。根据经验，观察者可以根据声音区分出微小的缺陷。例如，灰尘产生的是不规那么的劈啪声；滚珠划痕产生一种连续的爆破声，确定这种划痕最困难；内圈损伤通常产生连续的高频噪声，而外圈损伤那么产生一种间歇的声音。轴承缺陷可以通过其频率特性进一步加以鉴定。通常轴承缺陷被分为低、中、高三个波段。缺陷还可以根据轴承每转动一周出现的不规那么变化的次数加以鉴定。低频噪声是长波段不规那么变化的结果。轴承每转一周这种不规那么变化可出现1.6~10次，它们是由各种干预〔例如轴承圈滚道上的凹坑〕引起的。可发觉的凹坑是一种制造缺陷，它是在制造过程中由于多爪卡盘夹的太紧而形成的。中频噪声的特征是轴承每旋转一周不规那么变化出现10~60次。这种缺陷是由在轴承圈和滚珠的磨削加工中出现的振动引起的。轴承每旋转一周高频不规那么变化出现60~300次，它说明轴承上存在着密集的振痕或大面积的粗糙不平。利用轴承的噪声特性对轴承进行分类，用户除了可以确定大多数厂商所使用的ABEC标准外，还可确定轴承的噪声等级。ABEC标准只定义了诸如孔、外径、振摆等尺寸公差。随着ABEC级别的增加〔从3增到9〕，公差逐渐变小。但ABEC等级并不能反映其他轴承特性，如轴承圈质量、粗糙度、噪声等。因此，噪声等级的划分有助于工业标准的改良。EXTENDINGBEARINGLIFEAbstract：Natureworkshardtodestroybearings,buttheirchancesofsurvivalcanbeimprovedbyfollowingafewsimpleguidelines.Extremeneglectinabearingleadstooverheatingandpossiblyseizureor,atworst,anexplosion.Butevenafailedbearingleavescluesastowhatwentwrong.Afteralittledetectivework,actioncanbetakentoavoidarepeatperformance.Keywords:bearings；failures；lifeBearingsfailforanumberofreasons，butthemostcommonaremisapplication，contamination，improperlubricant，shippingorhandlingdamage，andmisalignment.Theproblemisoftennotdifficulttodiagnosebecauseafailedbearingusuallyleavestelltalesignsaboutwhatwentwrong．However，whileapostmortemyieldsgoodinformation，itisbettertoavoidtheprocessaltogetherbyspecifyingthebearingcorrectlyinThefirstplace．Todothis，itisusefultoreviewthemanufacturerssizingguidelinesandoperatingcharacteristicsfortheselectedbearing.Equallycriticalisastudyofrequirementsfornoise,torque,andrunout,aswellaspossibleexposuretocontaminants,hostileliquids,andtemperatureextremes.Thiscanprovidefurthercluesastowhetherabearingisrightforajob.1WhybearingsfailAbout40%ofballbearingfailuresarecausedbycontaminationfromdust,dirt,shavings,andcorrosion.Contaminationalsocausestorqueandnoiseproblems,andisoftentheresultofimproperhandlingortheapplicationenvironment．Fortunately,abearingfailurecausedbyenvironmentorhandlingcontaminationispreventable，andasimplevisualexaminationcaneasilyidentifythecause．About16%ofallprematurefailureofthebearingisimproperlyinstalled(typicallyasavageassembly...)Anddidnotrealizethattheuseofcorrectinstallationtools.Tobecorrectandeffectiveinstallationanddisassembly,differentinstallationmayrequiretheuseofmechanical,hydraulicorheatingmethod.Usingspecializedtoolsandtechniquesforprofessionalinstallation,isamachinetomaximizethetrouble-freerunningtimeisoneofthemostimportantstep.Conductingapostmortemil1ustrateswhattolookforonafailedorfailingbearing．Then，understandingthemechanismbehindthefailure,suchasbrinellingorfatigue,helpseliminatethesourceoftheproblem.Brinellingisonetypeofbearingfailureeasilyavoidedbyproperhandingandassembly.Itischaracterizedbyindentationsinthebearingracewaycausedbyshockloading－suchaswhenabearingisdropped-orincorrectassembly.Brinellingusuallyoccurswhenloadsexceedthematerialyieldpoint(350,000psiinSAE52100chromesteel)．Itmayalsobecausedbyimproperassembly,Whichplacesaloadacrosstheraces．Racewaydentsalsoproducenoise，vibration，andincreasedtorque.Asimilardefectisapatternofellipticaldentscausedbyballsvibratingbetweenracewayswhilethebearingisnotturning．Thisproblemiscalledfalsebrinelling.Itoccursonequipmentintransitorthatvibrateswhennotinoperation.Inaddition,debriscreatedbyfalsebrinellingactslikeanabrasive,furthercontaminatingthebearing.Unlikebrinelling,falsebinellingisoftenindicatedbyareddishcolorfromfrettingcorrosioninthelubricant.Falsebrinellingispreventedbyeliminatingvibrationsourcesandkeepingthebearingwelllubricated.Isolationpadsontheequipmentoraseparatefoundationmayberequiredtoreduceenvironmentalvibration.Alsoalightpreloadonthebearinghelpskeeptheballsandracewayintightcontact.Preloadingalsohelpspreventfalsebrinellingduringtransit.Seizurescanbecausedbyalackofinternalclearance,improperlubrication,orexcessiveloading.Beforeseizing,excessive,frictionandheatsoftensthebearingsteel.Overheatedbearingsoftenchangecolor，usuallytoblue-blackorstrawcolored．Frictionalsocausesstressintheretainer，whichcanbreakandhastenbearingfailure．Prematurematerialfatigueiscausedbyahighloadorexcessivepreload．Whentheseconditionsareunavoidable，bearinglifeshouldbecarefullycalculatedsothatamaintenanceschemecanbeworkedout．Anothersolutionforfightingprematurefatigueischangingmaterial．Whenstandardbearingmaterials，suchas440CorSAE52100，donotguaranteesufficientlife，specialtymaterialscanberecommended.Inaddition，whentheproblemistracedbacktoexcessiveloading，ahighercapacitybearingordifferentconfigurationmaybeused．Creepislesscommonthanprematurefatigue．Inbearings．itiscausedbyexcessiveclearancebetweenboreandshaftthatallowstheboretorotateontheshaft．Creepcanbeexpensivebecauseitcausesdamagetoothercomponentsinadditiontothebearing．0thermorelikelycreepindicatorsarescratches，scuffmarks，ordiscolorationtoshaftandbore．Topreventcreepdamage，thebearinghousingandshaftfittingsshouldbevisuallychecked．Misalignmentisrelatedtocreepinthatitismountingrelated．Ifracesaremisalignedorcocked．Theballstrackinanoncircumferencialpath．Theproblemisincorrectmountingortolerancing，orinsufficientsquarenessofthebearingmountingsite．Misalignmentofmorethan1/4·cancauseanearlyfailure．Contaminatedlubricantisoftenmoredifficulttodetectthanmisalignmentorcreep．Contaminationshowsasprematurewear．Solidcontaminantsbecomeanabrasiveinthelubricant．Inaddition。insufficientlubricationbetweenballandretainerwearsandweakenstheretainer．Inthissituation，lubricationiscriticaliftheretainerisafullymachinedtype．Ribbonorcrownretainers，incontrast，allowlubricantstomoreeasilyreachallsurfaces．Rustisaformofmoisturecontaminationandoftenindicatesthewrongmaterialfortheapplication．Ifthematerialchecksoutforthejob，theeasiestwaytopreventrustistokeepbearingsintheirpackaging，untiljustbeforeinstallation．2AvoidingfailuresThebestwaytohandlebearingfailuresistoavoidthem．Thiscanbedoneintheselectionprocessbyrecognizingcriticalperformancecharacteristics．Theseincludenoise，startingandrunningtorque，stiffness，nonrepetitiverunout，andradialandaxialplay．Insomeapplications,theseitemsaresocriticalthatspecifyinganABEClevelaloneisnotsufficient．Torquerequirementsaredeterminedbythelubricant，retainer，racewayquality(roundnesscrosscurvatureandsurfacefinish)，andwhethersealsorshieldsareused．Lubricantviscositymustbeselectedcarefullybecauseinappropriatelubricant，especiallyinminiaturebearings，causesexcessivetorque．Also，differentlubricantshavevaryingnoisecharacteristicsthatshouldbematchedtotheapplication.Forexample，greasesproducemorenoisethanoil．Nonrepetitiverunout(NRR)occursduringrotationasarandomeccentricitybetweentheinnerandouterraces，muchlikeacamaction．NRRcanbecausedbyretainertoleranceoreccentricitiesoftheracewaysandballs．Unlikerepetitiverunout,nocompensationcanbemadeforNRR.NRRisreflectedinthecostofthebearing．Itiscommonintheindustrytoprovidedifferentbearingtypesandgradesforspecificapplications．Forexample，abearingwithanNRRoflessthan0.3umisusedwhenminimalrunoutisneeded，suchasindisk—drivespindlemotors．Similarly，machine—toolspindlestolerateonlyminimaldeflectionstomaintainprecisioncuts．Consequently,bearingsaremanufacturedwithlowNRRjustformachine-toolapplications．Contaminationisunavoidableinmanyindustrialproducts，andshieldsandsealsarecommonlyusedtoprotectbearingsfromdustanddirt．However，aperfectbearingsealisnotpossiblebecauseofthemovementbetweeninnerandouterraces．Consequently，lubricationmigrationandcontaminationarealwaysproblems．Onceabearingiscontaminated,itslubricantdeterioratesandoperationbecomesnoisier．Ifitoverheats，thebearingcanseize．Attheveryleast，contaminationcauseswearasitworksbetweenballsandtheraceway，becomingimbeddedintheracesandactingasanabrasivebetweenmetalsurfaces．Fendingoffdirtwithsealsandshieldsillustratessomemethodsforcontrollingcontamination．Noiseisasanindicatorofbearingquality．Variousnoisegradeshavebeendevelopedtoclassifybearingperformancecapabilities．NoiseanalysisisdonewithanAnderonmeter,whichisusedforqualitycontrolinbearingproductionandalsowhenfailedbearingsarereturnedforanalysis.Atransducerisattachedtotheouterringandtheinnerraceisturnedat1,800rpmonanairspindle.Noiseismeasuredinandirons,whichrepresentballdisplacementinμm/rad.Withexperience,inspectorscanidentifythesmallestflawfromtheirsound.Dust,forexample,makesanirregularcrackling.Ballscratchesmakeaconsistentpoppingandarethemostdifficulttoidentify.Inner-racedamageisnormallyaconstanthigh-pitchednoise,whileadamagedouterracemakesanintermittentsoundasitrotates.Bearingdefectsarefurtheridentifiedbytheirfrequencies.Generally,defectsareseparatedintolow,medium,andhighwavelengths.Defectsarealsoreferencedtothenumberofirregularitiesperrevolution.Low-bandnoiseistheeffectoflong-wavelengthirregularitiesthatoccurabout1.6to10timesperrevolution.Thesearecausedbyavarietyofinconsistencies,suchaspocketsintherace.Detectablepocketsaremanufacturingflawsandresultwhentheraceismountedtootightlyinmultiplejawchucks.Medium-handnoiseischaracterizedbyirregularitiesthatoccur10to60timesperrevolution.Itiscausedbyvibrationinthegrindingoperationthatproducesballsandraceways.High-handirregularitiesoccurat60to300timesperrevolutionandindicatecloselyspacedchattermarksorwidelyspaced,roughirregularities.ClassifyingbearingsbytheirnoisecharacteristicsallowsuserstospecifyanoisegradeinadditiontotheABECstandardsusedbymostmanufacturers.ABECdefinesphysicaltolerancessuchasbore,outerdiameter,andrunout.AstheABECclassnumberincrease(from3to9),tolerancesaretightened.ABECclass,however,doesnotspecifyotherbearingcharacteristicssuchasracewayquality,finish,ornoise.Hence,anoiseclassificationhelpsimproveontheindustrystandard.摘要聚氨酯是应用广泛的工业原料，聚氨酯片材成型机是生产片状聚氨酯的机器。聚氨酯内旋片材成型机首先将颗粒状的聚氨酯物料加热成熔融状态，再将融溶的聚氨酯物料通过离心力的作用甩成筒片型，然后切割成片材。本设计采用solidworks三维辅助设计软件对成型机的零、部件进行设计，并且进行虚拟装配。机身结构采用角钢焊接而成，用来固定电机、保温壳和轴承座等传动及运行装置。成型机转筒通过变频调速电机通过v带传动驱动。通过三菱PLC来实现聚氨酯成型机的控制。采用FX-2NPLC实现主控制，通过FR-A740-5.5-CHT型的变频器实现电机调速，并通过AD模块对温度控制，通过显示触摸屏显示和监控系统运行，控制系统由变频器控制电机的转速来调节转筒的转速，根据转速不同，PLC频率输出给定变频器的运行频率，从而调节电机转速。本设计的机器结构简单、操作容易、控制可靠，可实现自动循环生产。关键词：聚氨酯；成型机；PLC控制；虚拟设计AbstractPolyurethane(pu)isawidelyusedindustrialmaterials,polyurethanesheetformingmachineistheproductionofflakepolyurethanemachine.Puinsidespiralsheetformingmachinegranularpolyurethanematerialisfirstheatedintomoltenstate,thenmeltsolublepolyurethanematerialsbycentrifugalforceroletojiltintotubetype,andthencutpieceofmaterial.Thisdesignadoptsthesolidworks3Daideddesignsoftwaretodesignofthemachineparts,components,andvirtualassembly.FuselageAnglesteelweldedtogether,thestructureisusedtofixedmotor,transmissionandoperationdeviceinsulationshellandbearing,etc.Moldingmachinedrumdrivenbyfrequencyconversionmotorthroughthevbelttransmission.BymitsubishiPLCtorealizethepumoldingmachinecontrol.MaincontrolisrealizedbyusingPLCFX-2n,isbyFR-A740-5.5-CHTtypefrequencyconverterformotorspeedregulation,andthroughtheADmoduleoftemperaturecontrol,throughthedisplayscreen,displayandmonitoringcontrolsystemiscontrolledbyafrequencyconvertermotorspeedtoadjustthespeedofthedrum,dependingonthespeed,theoutputforagivenoperatingfrequencyoffrequencyconverter,PLC,frequencysoastoregulatethemotorspeed.Thedesignofthemachinestructureissimple,reliablecontrol,whichcanrealizeautomaticproductioncycles.Keywords:Polyurethane;Moldingmachine;PLCcontrol;Virtualdesign目录第一章绪论1第二章筒体、轴盘质量及转动惯量计算32.1计算转动惯量的方法和目的32.2传动方案的简单介绍32.3筒体壁厚的计算42.4筒体体积计算52.5筒体质量计算62.6筒体转动惯量的计算62.7轴盘质量及其转动惯量的计算6局部转动惯量的计算72.7.2局部转矩及体积的计算72.7.3局部转动惯量的计算8总质量及总转动惯量8第三章电机的选择103.1电机类型103.2计算功率103.3选定电机11第四章传动比设计12第五章皮带的选取与带轮的设计135.1带传动的特点135.2皮带的选取135.3带轮的设计15第六章轴的设计与校核176.1轴设计的主要内容176.2轴的材料选择176.3轴的设计计算176.4轴的强度计算18第七章轴的质心校核207.1轴的质量计算207.2质心校核21第八章键的选择228.1键连接的功能、结构形式及应用228.2键的尺寸的选择22第九章轴承的选择及寿命校核239.1轴承的简介239.2轴承的选择239.3轴承寿命的校核239.3.1求当量动载荷P239.3.2验算轴承寿命23第十章铆钉的选择2410.1按铆钉剪切强度计算2410.2按扭曲强度算24第十一章三维辅助设计2511.1solidworks的简介及其设计的优点2511.2整体装配图2611.3保温壳焊架的设计2711.4整体焊架的设计28第十二章PLC自动控制2912.1系统结构2912.2工作原理2912.3控制程序的编写3012.4触摸屏界面的编制3112.5实物的接线及模拟运行图32参考文献33致谢34第一章绪论聚氨酯工业作为新兴工业有着较快的开展速度，进入新世纪，我国聚氨酯工业起始于50年代末60代初，至今已有40多年的历史。聚氨酯工业分根本原料、制品和加工机械等局部。根本原料包括异氰酸酯〔TDI、MDI〕、聚醚多元醇、聚酯多元醇等。制品主要分软泡沫、硬泡沫、弹性体等。加工机械主要有高压反响注射成型机、各类成型生产线如：块状泡沫发泡生产线、箱式发泡生产线、层压式板材发泡生产线、模塑成型发泡生产线〔转台、环形、直线式〕、泡沫管材发泡生产线等。成型设备是炭和石墨制品生产过程中的主要设备之一。工厂里常用的成型设备有挤压成型机、模压成型机、等静压成型机和振动成型机。自动控制技术是20世纪开展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足开展。虽然软件的开展速度比不上硬件的开展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制的方法有很多优点，比方：可以实现高精度的控制，降低本钱，降低控制难度，简化控制电路等。今后步进电机的总体开展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向开展。本文设计Φ1150聚氨酯内旋成型机，三维设计装配图如图1.1〔a〕〔b〕。〔a〕〔b〕图1.1机器装配图第二章筒体、轴盘质量及转动惯量计算2.1计算转动惯量的方法和目的转动惯量是刚体绕轴转动时惯性〔回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性〕的量度，用字母I或J表示。其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动惯量不同，可分别用于测量微小电流〔检流计〕或电量〔冲击电流计〕。在发动机叶片、飞轮、陀螺以及人造卫星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态〔如角速度的大小〕无关。形状规那么的匀质刚体，其转动惯量可直接用公式计算得到。而对于不规那么刚体或非均质刚体的转动惯量，一般通过实验的方法来进行测定，因而实验方法就显得十分重要。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。2.2传动方案的简单介绍传动装配图如图2.1所示：成型机的主要动力靠变频电机驱动，驱动转筒的转速为1000n/min。电机上安装带轮，由带轮直接驱动与转筒连接的主轴，从而带动转筒的转动。变频电机可以调节转速从而来调节转筒的转速到达所需要的转速。图2.1传动装配图2.3筒体壁厚的计算当时转鼓的径向应力和轴向应力分别设计的筒体及转盘结构如图2.1所示：图2.1筒体及转轴结构示意图2.4筒体体积计算V=π/4h〔D2-d2〕=3.14×0.69×〔1.1742×1.152〕=0.03022.5筒体质量计算M筒=V×ρ=0.0302×7850=280.245kg2.6筒体转动惯量的计算J=1/2m〔R2+r2〕=0.5×237.07×〔0.5872+0.5752〕=80.03kg·m32.7轴盘质量及其转动惯量的计算轴盘材料选用铸铁，轴盘剖面图如图2.2所示图2.2轴盘结构示意图2.7.1R1=0.165mr=0.045mh=0.012mV1=πR12-πr2h1=0.95×10-3m1=ρV1=7.46kgJ1=m1〔R12+r12〕/2=0.109kg·m2质心高度6mm。2.7.2局部转矩及体积的计算R2=0.165mr=0.045mh=0.108mR2、=0.085mV2=πh〔R2、2+R2、R2+R22〕/3-πr2h=3.14×〔0.0852+0.085×0.165+0.1652〕/3-π×0.0452×0.108=5.48×103mm2=ρV2=7.85×103×5.48×10-3=43.02kg2.7.3R3=0.21mr=0.045mh=0.02mV3=πR32-πr2h=2.67×10-3M3=ρV3=20.96kgJ3=m3〔R32+r2〕/2=0.467kg·m2质心高度10mm。2.7.4m=m1+m2+m3=7.46+43.02+20.96=71.44kgJ=J1+J2+J3=0.109+0.850+0.467=1.426kg·m2I1=6mmI2=h/4·〔R22+2R2r+3r2〕/〔R22+R2r+r2〕=30mmI3=10mm总质量及总转动惯量m总=m筒+m盘=237.07+71.44=308.51kgJ总=J筒+J盘=80.03+1.426=81.456kg·m2第三章电机的选择3.1电机类型由于此成型机需要调速，对调速平和程度的要求不高，且调速比不大，所以选用三相异步电动机变频调速电动机。负载性质：平稳；成型机工作状态：断续。应选择异步电动机3.2计算功率启动时间t=120s=7.437kw考虑其他转动件功率增加8%那么P1=8.032kw克服转鼓，物料与空气摩擦所需功率P2=11.3×10-6×ρa×L×ω3×〔R04+r04〕其中：ρa空气密度1.29kg/m3；外径R0=0.587m；内径r0=0.575m得P2=3.81kwP总=P1+P2=8.032+3.81=11.842kw3.3选定电机所选择的电机型号为YVP160L-4，其参数如表所示。安装尺寸如图3.1所示表3.1YVP160L-4电机参数型号标称功率/Kw额定转〔N*m〕转动惯量/(kg*m2)重量/kgYVP160L-415980.112140电机外形及安装尺寸ABCDEFGHKABACADHDL254254108421101123716015330325255385690图3.1电机安装尺寸第四章传动比设计由于变频调速电机转速可以调节，而且转筒由电机直接驱动，传动比就是大带轮与小带轮之间的传动比，滚筒的转速1000r/min左右，电机转速1500r/m,也就是大带轮与小带轮的传动比为。第五章皮带的选取与带轮的设计5.1带传动的特点带传动是一种挠性传动。带传动的根本组成零件为带轮和传动带，利用带轮和传动带大的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。本设计中采用V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带的两侧面和轮槽接触。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已经标准化。5.2皮带的选取1.确定计算功率经查表得工作情况系数=1.2故=2.选择V带带型根据、n选用B型带3.确定带轮的基准直径，并验算带速v1〕初选带轮基准直径。经查表，取小带轮基准直径=180mm，大带轮基准直径。2〕验算带速v.V=因为5m/s<14.13m/s<v<30m/s，故带速适宜4.确定V带的中心距a和基准长度Ld1〕根据式，初定中心距2〕计算带所需要的基准长度经查表，选带的基准长度为3)计算实际中心距a，安装时的最小轴间距：-安装时的最大轴间距：5.验算小带轮的包角故适宜。6.计算带的根数1〕计算单根V带的额定功率Z。平安起见取4根。7.计算单根V带的初拉力的最小值8.计算压轴力压轴力的最小值为5.3带轮的设计根据带轮的基准直径和带轮的转速等条件，确定带轮的材料，结构形式，轮槽、轮辐和轮毂的几何尺寸、公差和外表粗糙度以及相关的技术要求。常用的带轮材料为HT150或HT200，转速较高时可采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。当带轮基准直径dd≤2.5d〔d为安装带轮的轴的直径〕时，可采用实心式；当dd≤300mm时，可采用腹板式。故设计的小带轮采用实心式如图5.1所示，，大带轮采用腹板式结构如图5.2所示，。图5.1小带轮三维结构图图5.2大带轮三维结构图带轮的质量近似计算：小带轮：大带轮：第六章轴的设计与校核6.1轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计像似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计师根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动平稳性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的刚度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行稳定性计算，以防止发生共振儿破坏。6.2轴的材料选择轴的材料为45刚，调质处理。弯曲疲劳强度极限：；剪切疲劳强度极限6.3轴的设计计算计算直径d1.按扭转强度计算：初步确定最小直径其中：2.按扭转刚度计算：取×104得出d=47.36mm考虑到轴上需要装键而且转筒自身质量较重，取d=90mm。轴的结构设计：拟定轴上的零件装配方案，根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。如图6.1所示。图6.1主轴结构三维图6.4轴的强度计算根据设计方案对轴进行受力分析，如图6.2所示图6.2受力分析图根据受力方程式：得出RA=2480.03N;RB=2860.47N根据计算绘制扭矩图：725.361152.62725.361152.62图6.3扭矩图绘制扭矩图如下：171.9171.9图6.4扭矩图由图可确定出危险截面，由计算易得出其平安。第七章轴的质心校核7.1轴的质量计算轴段1：:轴段2：轴段3：轴段4：轴段5：轴段6：轴段7：7.2质心校核经校核质心在轴承上，可以保证筒体转动平稳第八章键的选择8.1键连接的功能、结构形式及应用键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。在此设计中选择平键连接。平键连接中键的两侧是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递扭矩。键的上外表和轮毂的键槽底面间那么留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因而得到广泛的应用。8.2键的尺寸的选择键的截面尺寸按轴的直径由标准选定，键的长度一般可按轮毂的长度而定。1.轴与转筒的连接键2.转动轴与大带轮的连接键3.电机遇小带轮的连接键第九章轴承的选择及寿命校核9.1轴承的简介滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承传动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供给各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。9.2轴承的选择支撑轴上所用的轴承数据：深沟球轴承，代号61922，内径110，外径150，轴承宽20；需上述轴承两个9.3轴承寿命的校核9.3.1求当量动载荷P由于轴承只受径向载荷，所以P=1.2FrP=3432.56N9.3.2验算轴承寿命第十章铆钉的选择公称确定铆钉的个数：10.1按铆钉剪切强度计算;；得出Z=7.210.2按扭曲强度算;得出Z=5.3为了平安起见，选用八个铆钉第十一章三维辅助设计11.1solidworks的简介及其设计的优点全Windows界面，操作非常简单方便。SolidWorks

是在Windows环境下开发的,简易方便的工作界面；利用Windows的资源管理器或SolidWorks

Explorer

可以直观管理。用户界面使设计过程变的非常轻松：动态控标用不同的颜色及说明提醒设计者目前的操作，可以使设计者清楚现在做什么；标