方形纸筒切管机设计

哈尔滨远东理工学院学士学位论文 题 目： 方形纸筒切管机设计 姓 名：分院：专业：学 号：指导教师：二0 一 四 年 五 月 二十二 日哈尔滨远东理工学院学士学位论文摘 要方形纸管切割属于一个新的课题，目前国内尚无类似设备，也未见关于此类设备的论著，本课题研究的目的在于提供一种操作简便、高效率、高精度、成本低的方形纸筒切管机。本产品可以通过更换仿形凸轮的方式实现对多种规格方形纸管的仿形切割，更换凸轮快速、方便，针对不同规格纸管，使用对应规格的仿形凸轮，使切刀随纸管的转动同步进退，确保切刀对纸管圆周各处切割均匀；该产品具备一副对切刀架，有两把相对的切刀同时对纸管进行切割，可以使纸管的芯轴所受的径向力始终保持平衡而不致于弯曲，切刀的进给与返回采用气缸作为动力源，动作可靠、灵活。关键词：方形纸管；仿形凸轮；对切刀架；气缸；芯轴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 efficiency 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 paper 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 and agility.Key words: Quadrate Paper Tube；Model Cam；Double Knife Rest；Cylinder；SpindleII目 录摘 要IAbcstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.1.1 纸制品包装的特点的概述11.1.2 纸包装的环境性能21.2 生产现状21.2.1 切深不均21.2.2 刀具和芯轴的使用寿命短31.2.3 芯轴刚度不足31.2.4 生产效率低下31.3 解决方案31.3.1 切深不均的解决方案31.3.2 刀具进给与返回31.4 各工艺过程的连锁动作31.5 立题意义41.6 本文主要内容4第2章 设计说明52.1 概述52.2 功能元分解52.2.1 驱动系统52.2.2 传动系统52.2.3 横向行走机构62.2.4 对切刀架总成62.2.5 尾座总成72.2.6 控制系统72.3 本章小结7第3章 动力与结构参数计算93.1 功能描述93.2 工艺参数93.3 工作条件93.4 动力参数计算93.4.1 推动力计算93.4.2 功率计算103.4.3电机减速器选型103.4.4 气缸选型123.5 结构参数确定133.5.1传动机构齿轮设计133.5.2弹簧设计143.5.3仿形凸轮结构设计153.6主要零件校核183.6.1主轴齿轮平键校核183.6.2主轴芯轴平键校核183.6.3气缸安装螺钉校核183.7导轨的选择193.7.1导轨概述193.7.2导轨的设计程序及内容193.7.3选择导轨193.8本章小结19第4章 气动回路设计214.1 气动系统简介214.1.1气动控制系统的优点214.1.2气动系统的缺点：224.2 气动回路图224.2.1 回路组成224.2.2 回路特点234.2.3 气动系统主要参数234.3 本章小结23第5章 参考机型245.1 双刀自动切管机245.2 多刀切割纸管机265.3 经济效益285.3.1 社会效益285.4 本章小结28结 论29致 谢30参考文献31IV第1章 绪 论1.1 课题背景人类在科学领域的发展下，特别是17世纪的产业革命以来，在自然与经济改造发展方面取得了巨大的成就，但是全球发展迅速的经济文明中也存在着不文明的反面影响，由于处理措施在工业化过程中的不太恰当，尤其是开发利用自然资源的不合理，以及废气、废水、和废物在治理工业化过程中不被重视，所以产生了地球能源日益短缺、环境日趋恶化、资源的日益匮乏，使世界经济的可持续发展和地球的生态空间产生严重的危机。因而，纸制品的优点就日益凸现出来。1.1.1 纸制品包装的特点的概述1.1.1.1价格低廉、经济节约纸和纸筒的生产成本低、易大批生产、来源广泛而且资源丰富。相同的包装箱，用木材做成纸造成纸箱与用木材直接做成木箱相比，纸箱所用的木料只是木箱的1/3 左右，因此木材和费用得到节约。纸箱质轻，大约为木箱的15%左右，运输费用和包装成本可降低。1.1.1.2防护性能好与其他材料的包装器具相比，纸包装容器的抗震性能比较强。纸箱结构没有缝隙能遮光防尘。由于新工艺的采用和许多新品种的开发，纸箱在强度、挺度、防潮能力等方面可与木箱媲美。1.1.1.3生产灵活性高纸可以裁剪、折叠、又易钉、易粘，可以用于自动化生产和机械加工；还可以小规模地徒手生产，甚至非机械化生产。1.1.1.4储运方便纸容器特点：捆扎和装载都简易易行且折叠灵活，也比较容易保管和搬运。1.1.1.5易于造型和装潢纸制品可根据商品的不同，设计制造出不同的盒型、箱型。纸制品有比较好的吸收涂料和油墨的性能，印刷性能好，印出的字迹清楚，团明细显，坚固，美观，可很好发挥包装的促销的功能。1.1.1.6不污染内装物纸有清洁、无毒、无味的特点，纸箱可完全密封，所以不会使内装物受污染，纸还符合储存有呼吸作用的商品。1.1.1.7回收利用性好废纸可以回收再造，而且纸制品可以回收再利用因此对环境不产生污染。所以纸制品包装是不污染环境的包装。1.1.2 纸包装的环境性能现如今纸包装的用量很大，在一些现如今包装先进的国家中，纸包装大约占总包装量的一半以上，由此可见纸包装在包装行业有很重要的地位。纸包装因为透气、无味、无毒、等优点，既能保持内包装的呼吸作用，还不污染内包装物，所以能达到良好的储存条件；并且纸包装容易回收利用，而且在自然状态下也能自然的分解，和其他包装相比不污染环境；纸原料不仅可以用树木还可以用植物的茎秆，所以从总体看来，纸包装有较好的环保性能，是一种不破坏环境的包装，是可持续发展的产业。在今天世界越来越重视环境保护和使资源再生，纸包装因为容易降解，容易回收再生的特点，更加显示了纸的优点，伐木为纸，以纸代塑的产品包装相继涌现，包装上用纸的用量也越来越大。纸筒是一类包装类用具,多用于茶叶的包装;在最近的几年里由于纸包装的环保价格低廉被市场广泛需求,纸包装被食品、化妆品等越来越多的行业所需要。纸制品可以代替塑料制品和铁制品，是无污染无公害的绿色包装，广泛用于酒类、药品、食品、化工、茶叶等行业的产品包装，也是机油、油漆、图纸、种子、书画、胶片的最佳容器。目前国内纸管制品的应用范围越来越广泛，应用量也越来越大，比如冶金、纺织以及其它一些行业等，均大量使用该产品。所以过去应用的纸管多数为圆形，其加工及切割技术已经较为成熟，圆纸管虽然加工简便，但在使用、储存及运输过程中均存在很多不便，而方形纸管在这些方面则有较大优势，因此，方形纸管日益受到人们的青睐。方形纸管不是回转体，在加工难度上比圆形纸管大，纸管的切割是纸管加工过程中必不可少的工序之一，其生产效率、加工精度、生产成本以及自动化程度的高低都将对整个生产过程产生直接的影响。根据调查显示，在中国和其他国家有很多生产圆形切管机设备的厂家，而且样式也有很多不同，但还没有专门制造方管的切管机，在需要切割方形纸筒的时候大都采用圆形纸筒切管机代替，所以，使用中存在很多问题，许多厂家也在努力的解决，但至今还没有研究出理想的产品。1.2 生产现状1.2.1 切深不均1.工件（方纸管）在旋转时，刀具的移动相对滞后，使角部吃刀量比平面处大。2.刀片对工件表面正压力随工件的转动呈周期性波动，在平面时正压力最小为F，在角部时正压力最大为F/cos45。3.推动刀片的弹簧为线性弹簧，在工件转动至角部时，弹簧的压缩量最大，其作用给工件的力也最大，转至平面位置时弹簧压缩量逐渐变小，其作用给工件的力也变小1.2.2 刀具和芯轴的使用寿命短由于在切割过程中，刀具与芯轴始终受到周期波动的切削力作用，使刀具产生磨损不均匀现象。并且在角部已经切断的情况下，平面处尚未切断，必须继续进行切割这样必然会对角部的芯轴产生破坏，并额外增加刀具的工作量，造成二者使用寿命过短。1.2.3 芯轴刚度不足原有纸管切割机一般为单侧刀切割，使芯轴受到很大的径向力，当芯轴呈细长状时，显得刚度明显不足。1.2.4 生产效率低下1、人工操作完成。2、对小截面方形纸管每上料、卸料一次只能切割一段。1.3 解决方案1.3.1 切深不均的解决方案方管切割与圆管切割主要的不同之处在于方管不是回转体，在回转运动时其与刀具接触点随角度变化而产生周期性的相对的径向移动，本设计采用了凸轮仿形结构，从而可以使工件回转时，刀具的同步进退，能有效解决切深不均问题以及刀具和芯轴使用寿命短问题。仿形块与芯轴通过齿轮以2：1的传动比联系在一起。1.3.2 刀具进给与返回仿形块带动气缸在滑轨上来回滑动，气缸再带动刀具，气缸与刀具均由仿形块带动，靠气缸自身的伸缩实现刀具的进给与返回。1.4 各工艺过程的连锁动作设有手自动转换，可实现手动与自动自由转换。自动工作时，在装完毛料后，按下“启动”按钮，此后包括停止在内的所有动作均由机器自动完成。工作过程如下：将纸管套装在芯轴之上，按启动按钮，电机启动，工件开始旋转，同时电磁阀动作，汽缸通气，气缸带动刀具进给将道具压在纸管上，弹簧伸缩，使刀具对纸管的压力接近要求压力（此压力由纸管厚度及经验确定），到达要求压力后，开始切割，时间继电器到达调定的合适时间后（此时间根据试验及经验确定），电磁阀换向，气缸带动刀具返回原位，电机停止，手工卸料，一个工作循环完成。在以上解决方案解决中，用凸轮机构解决切深不均的问题，并使刀具对纸管的压力恒定，同时缓解了刀具与芯轴的磨损情况，同时也实现了仿形的功能。道具的进给用气缸控制，这样能实现道具频繁的换向和自动进给，而且还能用气缸保护刀具切割时的过载。1.5 立题意义本课题的意义在于研究一种操作简单方便、生产成本低、高精度、高效率的方形纸筒切管机，这个题目的成功研制将会提高纸制品的生产效率、加工精度以及降低生产成本具有重要意义。1.6 本文主要内容本文对方纸管的切割现状进行了分析，有针对性进行了功能元分解与设计，选用一些经济实用、同时对部分主要零部件进行了计算与校核，最后对本产品开发设计的社会与经济效益进行了分析，对设计进行了总结。第2章 设计说明2.1 概述本产品由驱动系统、传动系统、横向行走机构、对切刀架总成、尾座总成、控制系统、机架等几部分组成，详见总装配图纸筒切管机。本产品专门用于切割方形纸管（下称纸管），并能够通过更换仿形凸轮达到切割多种规格纸管的目的。2.2 功能元分解2.2.1 驱动系统减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。以下是常用的减速机分类： （1）摆线针轮是减速器 （2）硬齿面减速机（3）圆柱齿轮减速机 （4）行星齿轮减速机 （5）三环减速机 （6）起重机减速机 （7）蜗杆减速机 （8）轴装式硬齿面减速机 （9）无级变速器蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。为了使切管机结构紧凑，在这里选择的驱动系统由电机及摆线针轮减速器组成，为传动机构中两根轴的转动提供动力源。2.2.2 传动系统传动系统由变速器、纸管芯轴、仿形轴、仿形凸轮等组成，由于变速器的作用，使纸管芯轴与仿形轴的之间形成一个固定的转速比1：2，这样的传动比要比二者转速相同好，因为这样可以使仿形凸轮结构尺寸变小并获得相同的仿形效果。传动系统使纸管芯轴及仿形凸轮获得需要的转速。纸管芯轴由工程塑料制成，工程塑料的主要优点如下：(1)由于工程塑料可以直接注射成型外形复杂的结构形式,因此便于制成所需的芯轴形状。(2)当切透纸管时，用塑料芯轴能有效防止刀具与芯轴的作用刀具和芯轴。(3)工程塑料密度低,仅为钢的1/7,因此芯轴本身得重力小，在同等条件下可以有效缓解芯轴的刚度不足问题。(4)耐摩擦,磨损，自润滑性能优异,在装卸纸管时可以做到迅速更换。(5)工程塑料的韧性好、耐冲击、抗断裂性好、缓振性好，当出现刀具过载而使芯轴受力过大时，可以起到有效的缓解作用。(6)耐酸,耐腐蚀，当纸筒切管机切割油性或酸性的纸筒时用塑料芯轴能有效防止用金属芯轴出现的腐蚀现象。(7)成本低。仿形凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。他的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构。2.2.3 横向行走机构横向行走机构主要由轨道、齿条及行走小车等组成，在主动轴上有两个完全相同的齿轮同步驱动小车行走，小车上具有紧固轮，紧固以后可以使小车停在轨道之上的需要位置。当切割不同长度的纸管时，可以转动横向行走机构的手轮，按标尺指示长度的位置停稳并拧紧紧固轮。需要说明的是，当切割长度小于100时，需要在纸管芯轴靠近左端部的定位点右移（另配单独的定位板），这样就可以获得较短的纸管。2.2.4 对切刀架总成对切刀架总成由切刀、小刀架、气缸、气缸架、导轨等组成，气缸及切刀等件均安装于导轨之上，并能自由滑动，同时气缸可以推动切刀进给和退回，安装于导轨之上的所有零部件均在仿形凸轮的带动下随纸管的转动同步进退，小刀架之上安装有保护弹簧，其弹簧力可以调至与设定切割力相同，能够防止切刀和芯轴受过大切割力的破坏。按运动学原理，所谓的导轨就将运动构件约束到只有一个自由度的装置。这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动。导轨装置，在机械中使用频率较高的部件之一，没有不使用导轨的机床；在测量机、绘图机等上导轨是他们的工作基准，在其他机械中也离不开导轨的导向作用。由此可见导轨的精度、承载能力和使用寿命都将直接影响机械的质量。导轨设计要求：（1）几何精度就是通常所说的导向精度，及运动的直线或回转精度；（2）运动精度包括：运动的平稳性（例如低速不爬行）和定位的精确性（角定位和线定位）；（3）具有足够的刚度、承载能力和使用寿命；（4）机构简单、工艺性好、便于调整和维修；（5）具有良好的防护、润滑。导轨的设计及内容：（1）根据载荷特点、工作条件，确定导轨的结构尺寸、类型和截面形状。（2）导轨的力学计算，选择导轨材料热处理方法和表面精加工及硬度匹配。（3）导轨的配合间隙和预加载荷调整机构。（4）导轨的润滑系统及防护装置。（5）制定导轨的技术条件和精度。在本纸筒切管机中，直线导轨副只起到限制刀架纵向行走机构的自由度的作用，并且切管机对导轨的要求也不高，所以导轨用Q235钢制作即可。2.2.5 尾座总成尾座总成主要由回转顶尖、尾座体、滑芯、螺杆等组成，前部安装的回转顶尖可以在尾座体上伸出和退回，工作时顶尖顶在仿形轴端部，以加强仿形凸轮轴的刚度，更换仿形凸轮时，回转顶尖退回，更换完毕顶尖重新伸出。顶尖的选择顶尖，机械加工中的机床尾座的部件。可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶尖主要由顶针、夹紧装置、壳体、固定销、轴承和芯轴组成。顶针的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端可顶端面是球形或锥形的零件顶针由夹紧装置固定。当零件不允许或无法打中心孔时，可用夹紧装置直接夹住车削。机床尾座在加工中起着支撑、钻孔、镗孔等等重要作用。在这里借用顶尖来提高仿形轮轴的刚度。2.2.6 控制系统控制系统控制切割机按工艺要求进行工作，分为手动和自动两种工作方式，自动控制时，事先按所切纸管的口径和壁厚调整好定时器，按下启动按钮，电机工作，通过传动机构带动主轴和仿形凸轮同时转动，同时通过对电磁阀的控制，使气缸伸出，开始切割，达到定时器调定的时间后，气缸退回，电机断电，停止切割，一个工作循环完成。如果下一次切割的纸管与上次相同，不必再重新调整定时器。手动控制时，以上每一步工作都由手动操作完成。2.3 本章小结在本章中，主要介绍了纸筒切管机的主要组成机构及系统，通过对比选择了由电机及摆线针轮减速器组成的减速机作为纸筒切管机的动力输出系统，为了提高芯轴的耐用度选择了工程材料制作的芯轴。提出了用仿形凸轮控制刀架的往复运动，根据轨道的设计要求选择了导轨的材料。选用了尾座作为在加工中支撑仿形轮轴来提高仿形轮轴的刚度。提出了自动控制的设计思想。第3章 动力与结构参数计算3.1 功能描述1、仿形切割2、切深微调功能3、切割长度可调4、仿形凸轮可快速更换，以切割不同规格纸管5、气动进给与返回6、具有手动/自动切换功能7、操作及维修方便，使用安全可靠3.2 工艺参数1、切割纸管规格：15155656mm2、切割纸管最大长度：550mm3、纸管厚度：3mm4、主轴转速：2030r/min5、刀具切割径向力：1525Kg6、刀片规格：7625.41.2mm3.3 工作条件1、电源：380V 50Hz2、气源压力：35bar（压缩空气）3、外形尺寸：宽长高 9002000980mm4、环境温度：0+403.4 动力参数计算3.4.1 推动力计算 设定刀具与工件之间正压力为：N=200250N气缸的推力为F，则：F= （3-1）如图3.1 其中当=0 时F=N当=45时F=353N即Fmax=353N图3-1 刀具受力分析图3.4.2 功率计算有两把切刀同时对工件进行切割，设定主轴转速范围为2025 r/min，主轴产生的转矩为T，主轴功率为P，则：当=45时，主轴转矩最大Tmax=250282=1.4104 Nmm （3-2）此时主轴功率P=0.036 KW （3-3）设在传动链中各环节的效率分别为：联轴器1=0.98； 轴承2=0.98； 齿轮3=0.98； 切刀4=0.9；凸轮5=0.85； 直线导轨6=0.95； 顶尖7=0.99；减速器8=0.85总效率：=0.980.9840.980.920.850.9540.990.85=0.42 （3-4）电机功率：P0=P/=0.036/0.42=0.086 KW （3-5）考虑今后产品切刀数量扩展的可能及工作的稳定可靠，选择市场现成产品摆线针轮式减速器，按功率0.75KW级别选用。3.4.3电机减速器选型根据功率及结构要求，选择减速器型号为R67型，0.75KW电机减速器做为本设备的驱动系统。（参考厂家为：北京北方明珠减速器有限公司）摆线针轮减速机工作原理：摆线针轮减速机应用行星式传动原理。采用摆线针齿啮合的传动装置，摆线针轮减速机传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装一个180的双偏心套（错位的），在偏心套上装有两个滚柱轴承，形成H形机构。两个摆线轮中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮和针齿轮上环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内齿啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速度比小的减速机中，针齿上带有针齿套）。 当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿的限制，摆线轮的运动成为既有自转又有公转的平面运动，在输入轴正转一周时，偏心套也转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿以得到减速，再借助W形输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而得到较低输出转速。摆线针轮减速机特点：高速比和高效率单级传动，就能达到一比八十七的减速比，效率在百分之九十以上，如果采用多级传动，减速比更大。结构紧凑体积小，由于采用行星传动原理，输入轴输出轴在同一轴心线上，使其机型获得较小的尺寸。运转平稳噪声低摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平衡的机理，使振动和嗓声限制在最小程度。使用可靠、寿命长因主要零件采用高碳铬钢材料，经淬火处理（HRC5862）获得较高强度，并且，部分接触传动采用了滚动摩擦，所以寿命长经久耐用、维修方便、设计合理，容易分解安装，最少零件个数和简单的润滑，使摆线针轮减速机深采用户的信赖。对减速器进行维护时不同的润滑油禁止相互混合使用。油位螺塞、放油螺塞和通气器的位置由安装位置决定。它们的相关位置可参考减速机的安装位置图来确定。 油位的检查 （1）切断电源，防止触电！等待减速机冷却！ （2）移去油位螺塞检查油是否充满。 （3）安装油位螺塞。油的检查 （1）切断电源，防止触电！等待减速机冷却！ （2）打开放油螺塞，取油样。 （3）检查油的粘度指数，如果油明显浑浊，建议尽快更换。 （4）对于带油位螺塞的减速机 检查油位是否合格安装油位螺塞 油的更换 （1）冷却后油的粘度增大放油困难，减速机应在运行温度下换油。 （2）切断电源，防止触电！等待减速机冷却下来无燃烧危险为止！ （3）注意：换油时减速机仍应保持温热。 （4）在放油螺塞下面放一个接油盘。 （5）打开油位螺塞、通气器和放油螺塞。 （6）将油全部排除。 （7）装上放油螺塞。 （8）注入同牌号的新油。 （9）油量应与安装位置一致。 （10）在油位螺塞处检查油位。 （11）拧紧油位螺塞及通气器。减速器主要参数：电机功率：0.75KW电机极数：4输出转速：46r/min传动比：i=30输出转矩：T=147Nm输出轴颈：d=30k63.4.4 气缸选型根据推动力及行程、结构等要求，本气缸选用双轴复动式气缸，可以减化机构，又能达到防止切刀摆动的目的。1、工作原理：利用一个薄型本体加工成两组并联的气缸,两气缸之间以勇气孔连结空气源,当本体注入压缩空气时,压缩空气借由勇气孔注入气缸内,此同时驱动两个活塞杆使外在的滑动块产生两倍之出力.2、结构的优点：(1)双缸气缸借由两活塞杆伸张带动滑动块,故其能产生两倍的出力(2)本体造型扁薄精小占用空间少,预留多种固定方式给予使用者选择装置. (3)双活塞杆作动,滑动块部份无需加装导杆支撑,治具或工作物固定于滑动块上不会产生回转现象,偏移量小精度高.根据工作需要，选择气缸的行程为30mm。活塞杆直径确定：设气源供给压力为34bar（此数值在一般工业企业为常用压力），而切刀所需要的推动力为200250N，则可以计算出所需的气缸活塞直径：d设活塞杆直径P气源压力为A活塞面积为F气缸推力为F=2PA=2P （3-6）d=25mm （3-7）确定气缸各项参数为：最大行程30 mm缸径252（双轴）接管口径M50.8根据产品样本选择气缸型号为：TN2530，该气缸作为本设计备刀具进给的动力源（参考厂家为：亚德客企业有限公司）。3.5 结构参数确定3.5.1传动机构齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料等（1）按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。（2）切管机属于一般工作机械，速度不高选用8级精度。（3）由教材表10-1选择小齿轮材料为45钢，调制处理，平均硬度为235HBS。大齿轮为45钢，正火，硬度为190HBS，两者硬度差为45HBS。输入轴转速n1=46 r/min，传动比i=2，传动功率按P1=0.042 KW （3-8）齿轮接触疲劳强度和最小安全系数分别为Hlim=540 Mpa SH=1.1H=491 Mpa （3-9）Flim=410 Mpa SF=1.3F=315 Mpa （3-10）（4）按齿面接触强度设计齿轮按8级精度设计，载荷系数取K=1.6(表11-3)，a=0.22小齿轮上的转矩T1=9.55106=9.55106=8.4103 Nmm (3-11)计算中心距 u= Z2 /Z1=2a(u+1)= (2+1)=75 mm (3-12)根据结构需要取a=150 Z1=40 Z2=80，模数m=2.5 (3-13)两齿轮分度圆分别为： d1=mZ1=2.540=100 mm (3-14) d2=mZ2=2.580=200 mm (3-15)齿宽b=aa=0.22150=33 mm (3-16)取b1=34 mm b2=38 mm（5）验算抗弯强度YF1=2.45 YF2=2.25 (图11-9)F1=3.16 MPaF (3-17) F2=F1=3.16=2.9 MPaF (3-18)满足抗弯强度要求。（6）验算圆周速度 V=0.24 m/s (3-19)满足8级精度要求。3.5.2弹簧设计1、设计要求安装载荷(要求) F1=180 (N)安装高度 H1=38 (mm)工作载荷(要求) F2=220 (N)工作行程 h=4 (mm)要求刚度 k=10 (N/mm)载荷类型 NType=类2、确定弹簧各参数（1）选择弹簧材料 根据工作条件选用60Si2Mn。类弹簧的许用应力=640MPa，lims=1.25=800 MPa（2）确定钢丝直径取旋绕比C=8，则曲度系数K=+=1.18 (3-20)d1.6=1.6=2.58 mm (3-21)取d=3 mm（3）计算弹簧的有效圈数n=5.79 (3-22)取n=6圈（4）计算弹簧的其它尺寸弹簧中径 D2=Cd=83=24 mm (3-23)弹簧内径 D1=D2-d=24-3=21 mm (3-24)弹簧外径 D=D2+d=24+3=27 mm (3-25)节距 t=9.63 mm间距 =6.63 mm螺旋升角 =arctg= arctg=7.28 (3-26)两端各并紧一圈磨平，则总圈数 n1=n+2=8圈弹簧丝展开长度 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仿形凸轮结构设计凸轮机构是一种常见的机构，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。根据凸轮和从动件的不同形状和型式，凸轮机构可分类如下3.5.3.1按凸轮的形状分（1）盘形凸轮 它是凸轮的最基本型式，这种凸轮是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件。（2）移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动这种凸轮称作直线凸轮。（3）圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮。3.5.3.2按从动件的型式分（1）顶尖从动件 顶尖能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但顶尖与凸轮是点接触，磨损快，只易用与受力不打的低速凸轮机构（2）滚子从动件 为了克服顶尖从动件的缺点，在从动件的尖顶处安装一个滚子即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可承受较大载荷所以是从动件中最常用的一种型式。（3）平底从动件 这样的从动件与凸轮轮廓表面接触的端面是一个平面。即不能与凹陷的凸轮轮廓相接处。这样的从动件的优点是：当不考虑摩擦的时候，凸轮和从动件之间的作用力始终与从动件的底面相垂直。传动效率高，而且接触面之间容易形成油膜，有利于润滑，所以常用于高速凸轮机构。以上从动件都可以相对机架做往复运动或作往复摆动。为了使凸轮与从动件始终保持接触，可以利用重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。凸轮机构的缺点为：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构。本设备凸轮与主轴之间转速之比为2：1，其轮廓设计需符合此转速比要求，当纸管内腔尺寸为5656时凸轮基圆按110设计，为保证凸轮互换时，能保证相应规格方管与切刀良好接触，凸轮基圆直径必须相应变化（结构关系见对切刀架总成）。各规格纸管对应凸轮的基圆直径见附录一。采用图解法设计凸轮轮廊，凸轮机构工作时凸轮是运动的，而绘制凸轮轮廓却需要凸轮与图纸相对静止。为此，在设计中采用“反转法”。根据相对运动原理：如果给整个机构加上绕凸轮轴心O的公共角速度-，机构各构件间的相对运动不变，这样一来，凸轮不动，而从动件一方面随机架和导路以角速度-绕O点转动，另一方面又在道路中往复运动。由于顶尖始终与凸轮轮廓相接触，所以反转后顶尖的运动轨迹就是凸轮的轨道中心线的的轮廓。（1）对应5656纸管凸轮设计根据“反转法”可做如下图以O为圆心，一纸筒边长的一半为半径做圆，在正方形边上取16个点，量出各点到圆心的距离，求出个对应点之间的距离，作出转角与偏转值的坐标对比图，取椭圆基圆R55，根据转角与偏转值对比图绘制椭圆，得出仿形轮的滑道中心线，选择滑道宽为19（根据滚针轴承外径确定），在中心线上以滚针轴承的半径为半径做一系列圆最后做这些圆的包络线他便是滑到的实际轮廓线。如图3-2所示图3-2 5656纸管凸轮设计图（2）对应于1515纸管凸轮设计切割1515方管时，制作仿形轮的方法与制作对应5656的仿形轮一致，这里不叙述了。制作过程如图3-3所示 图3.31515纸管凸轮设计图3-3 纸管凸轮设计图（3）其它规格纸管凸轮设计其他切割方形纸管的凸轮规格如下表3-1所示表3-1 纸管规格及对应凸轮基圆表序号内腔尺寸外尺寸内圆角R凸轮基圆直径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*595110.003.6主要零件校核3.6.1主轴齿轮平键校核平键型号为A1030，轴颈为d=42mm，转矩T=1.4104 Nmm，平键有效长度L，接触面高度h取许用应力p=60 Mpa按挤压强度条件校核p=8.3 Mpap (3-29)满足强度条件。3.6.2主轴芯轴平键校核平键型号为840，轴颈为28mm，转矩T=1.4104 Nmm，取许用应力p=60 Mpa按挤压强度条件校核p=8.9 Mpap (3-30)满足强度条件。3.6.3气缸安装螺钉校核每个气缸有2个安装螺钉，气缸体有凹槽，与气缸架配合，此处螺钉仅受剪切力螺钉采用高强度螺钉（10.9级），取许用剪切强度=80Mpa气缸所受力为F，螺钉受剪处直径d按4mm计算，不均匀系数k取1.3=12.94 MPa (3-31)满足强度条件。3.7导轨的选择3.7.1导轨概述按运动学原理，所谓的导轨就将运动构件约束到只有一个自由度的装置。这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动。导轨装置，在机械中使用频率较高的部件之一，在测量机、绘图机等上导轨是他们的工作基准，在其他机械中也离不开导轨的导向作用。由此可见导轨的精度、承载能力和使用寿命都将直接影响机械的质量。导轨设计要求几何精度就是通常所说的导向精度，及运动的直线或回转精度；（1）运动精度包括两方面内容：一是运动的平稳性（例如低速不爬行），二是定位精确（线定位和角定位）；（2）具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长；（3）机构简单、工艺性好、便于调整和维修；（4）具有良好的润滑和防护装置。3.7.2导轨的设计程序及内容1、根据工作条件、载荷特点，确定导轨的类型、截面形状和结构尺寸。2、导轨的力学计算，选择导轨材料、表面精加工和热处理方法以及摩擦面硬度匹配。3、设计导轨的配合间隙和预加载荷调整机构。4、设计导轨的润滑系统及防护装置。5、制定导轨的精度和技术条件。3.7.3选择导轨 因为本切管机对横向移动要求不大，用普通钢材即可，这里选择Q235钢作为导轨材料。3.8本章小结本章主要对纸筒切管机的动力及结构进行了计算，通过计算本章确定了纸筒切管机电动机和减速器的选型，选择了北京北方明珠减速器有限公司R67型减速机作为本机器的动力系统。根据推动力及行程、结构等要求，选择亚德客企业有限公司TN2530型的双轴复动气缸。校核了传动系统齿轮轴平键和芯轴的平键，对传动机构和安刀体弹簧进行了设计计算和校核。本章中对仿形轮结构进行了设计，并列举了加工不同纸筒时仿形轮的不同尺寸。第4章 气动回路设计4.1 气动系统简介任何机械设备的气压系统都是由一些基本回路组成的。所谓基本回路，就是由相关元件组成的用来完成特定功能的典型管路结构。它是气压传动系统的基本组成单元就是说气压传动系统由若干个基本回路组成。气压传动回路一般按功能对其进行分类，例如，用来控制执行元件运动方向的回路方向控制回路；用来控制系统或某支路压力的回路一压力控制回路；用来控制执行元件运动速度的回路调速回路；用来控制多缸运动的回路一多缸回路等基本回路是指对压缩空气的压力、流量、方向等进行控制的气动回路。一般包括换向回路、调速回路和压力回路等。气压传动与控制也称为气动技术，是指以压缩空气为工作介质进行传递动力和控制信号的系统。空气作为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，系统结构简单等优点，因此近几年来，气压传动成为实现生产过程自动化的一个重要手段。一般，气压传动及控制系统由如下三部分组成。 (1)气源装置及其辅件气源装置是获得具有一定能量的压缩空气的能源装置，其主体部分为空气压缩机冷却器及气罐等，辅件包括气源净化、元件润滑、元件间连接和消声等装置，例如过滤器、油雾器、管接头和消声器等元件。 (2)气动执行元件气动执行元什以压缩空气为：工作介质产生机械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置，直接做直线运动的是气缸，做旋转运动的元件为摆动缸和气动马达等。 (3)气动控制元件气动控制元件用于控制工作介质的压力、流量和流动方向使执行元件完成所需运动规律的元件，如压力、流量和方向控制阀以及各种逻辑元件等。4.1.1气动控制系统的优点（1）获取：空气容易获取而且免费。（2）输送：空气用管道易传输，可集中供气、长远距离输送。（3）存贮：储存在贮气罐中。（4）温度：压缩空气随温度的变化而变化不大，从而保证运行平稳。（5）防暴：压缩空气不易产生爆炸和火灾。（6）洁净：没有润滑，排出气体干净，不会污染空气。（7）元件：气动元件结构简单，价格比较便宜。（8）过载安全：单个气动工具和执行元件超载工作时，可达到停止不动气动控制元件而无其它危害。4.1.2气动系统的缺点：（1）处理：压缩空气需要良好处理，不能有灰尘及湿气。（2）可压缩性：由于压缩空气的可压缩性，执行机构不易获得均匀恒定的运动。（3）出力要求：只有在一定的推力要求下，采用气动技术较经济。（4）噪音：排气噪音较大，但随着噪音吸收材料及消声器的发展，此问题已大大得到改善。4.2 气动回路图4.2.1 回路组成本气动回路主要由过滤器、调压阀、油雾器、溢流阀、消音器、电磁换向阀、单向节流阀、气缸及管路和管路附件组成。气动三联件中调压阀可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤。过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水份，避免水份随气体进入装置。油雾器可对回路中运动部件进行润滑，可以对不方便加润滑油的部件进行润滑，大大延长回路中各部件的使用寿命。充分的考虑到了经济性。此气动回路图工作过程如表4-1所示，其中阀A与阀B分别为两个电磁换向阀，缸13与缸14分别控制两边的对切刀的进给，当换向阀断电后，气缸伸出，刀具前进切割纸管，切割一定时间后切断纸管，电磁换向阀通电气缸缩回，刀具停止对纸管的切割。取断电时气缸伸出加工是的目的为使工作时换向阀不带电，防止漏电出现安全事故。表4-1 换向阀动作顺序回路表电磁铁状态换向阀位置气缸状态1YA2YA阀A阀B缸13缸14-左位左位前进前进+右位右位返回返回1-气泵 2-截至阀 3-过滤器 4-调压阀 5-油雾器 6-溢流阀图4-1 气动回路图7-消音器 8-弹簧 9、10、11、12-单向节流阀 13、14-气缸4.2.2 回路特点本回路的气源压力采用调压阀进行控制，溢流阀对管路系统及设备起到安全保护作用。换向阀采用两位四通电磁换向阀，电磁换向阀受电控系统控制，换向时控制切刀的进刀和退刀，换向阀的出气口接有消音器，避免排气时噪音过大。气缸的调速采用出口节流阀调整方式，使进刀、退刀动作平稳，并通过调节节流阀的节流量，使两气缸的运动基本保持同步。当纸筒切管机停止工作时，关闭截流开关，停止对切管机供气。4.2.3 气动系统主要参数介质：压缩空气系统压力：35bar气缸推力：200250N4.3 本章小结本章提出了用气动控制刀具的进退，为使气缸能平稳对刀架体进行控制，对气动回路进行了设计，并对气缸控制刀具的进给与退回进行了阐述，列出了气动回路的动作循环表。使生产时电磁阀断电，解决生产时漏电的问题。第5章 参考机型5.1 双刀自动切管机随着化纤工业的迅速发展，对化纤纸管的需求量越来越大，为了满足国内化纤工业发展的需要，我国制作化纤纸管的机器设备已由依靠进口，走向自制。全国已有30多个厂家生产纸管设备。但由于螺旋纸管机是一种比较复杂的高技术产品，目前国产的螺旋纸管机在技术性能方面与国外先进水平比还有一定差距，随机切管既是一个一直未能解决的关键问题。国内制造的螺旋纸管机普遍采用锯片手动切管，不但劳动强度高，噪音大，产生粉尘污染环境，而且影响纸管质量、卷管速度和短管切割下限长度。本实用新型目的正是针对上述有技术中存在的不足之处、结合纸管本身所具有的径向“旋转力”和轴向“旋进力”而设计的一种双刀自动切割纸管机，本切管机结构合理切割质量好，费用造价低，且可降低噪音，消除粉尘，改善劳动条件。本实用新型的目的是通过以下措施来实现的：本双刀自动切割纸管机包括由刀架安装在刀架上的切管片组成的切割装置，其中：对称设置的两组切割装置由同一油缸控制，该油缸为双活塞、双活塞柑、双作用力油缸，由控制系操纵，两活塞杆分别与两刀架下部结合在一起，该油缸固定在一可前后运动的平车机构上。在本实用新型中，平车机构是由台面板、转轮、轮轴及导轨组成，台面板通过轴架固定在轮轴上；在两刀架上均装有用于控制刀片进、退刀行程的限位装置；油缸控制系统是由油泵、相应管路、各种控制阀及电气元件组成，电气元件包括通电开关CK1断电开关CK2、继电器JS、通断电源JA组成。刀架下端插装在平车机构中台面板上的导槽中且可沿导槽移动。在平车车论的轮轴上通过牵引绳索连接有一重锤。该重锤的安装目的是为了实现当刀片脱高纸管失去推进力后平车在重锤作用下自动回位。本双刀自动切割纸管机的工作过程如下：本纸管机是通过电气元件CK1、CK2、来指令换向阀动作使两活塞杆往复运动从而导致刀片进刀与退刀，实施切割过程，两刀片均是在纸管的经向旋转力带动下旋转切割，旋进中的纸管撞击通电开关CK1、油缸动作，带动切纸刀片进刀，切割纸管，在切割过程的同时，刀片、刀架及整个平车机构与纸管同步前进，将纸管切断后平车撞击断电开关CK2断电换向退刀，与纸管脱离，在重锤重力的作用下平车将会沿导轨自行退回原处，预备下次切割，实施循环自动切管。限位装置直接装在刀架上，由螺母调整进、退刀行程，控制不同管径、管厚的切割深度。本实用新型与现有技术相比所具备的优点在于：机构合理，切割质量好，经适用证明，切割质量及速度可与进口同类设备媲美，切割短管的下限长度优于进口设备。该项技术的研制成功，不仅解决了现有纸管机切割纸管时所存在种种问题，而且实现了螺旋纸管机制作各种规格纸管的卷、切一体化和卷、切自动化，该机可达到提高质量、减少环节、少用设备、精减人员，降低费用、增加效益的综合效果，该机随机切割纸管可替代一台多刀切割机，节省投资4.16万元，减少精切环节，每班减少34名操作人员，且可降低噪音，消除粉尘，改善劳动条件，实用效果颇佳。附图的图面说明如下：图5.1为本实用新型的结构主视图。图5.2为图5.1的俯视图。图5.3为图5.1的侧视图。本实用新型以下接个附图作详细的描述：如图5.1、图5.2、图5.3所示：本双刀自动切割纸管机包括由刀架4、安装在刀架上的切管片5组成的切割装置，其中：对称设置的两组切割装置由同一油缸7控制、该油缸为双活塞、双活塞杆6、双作用力油缸，由控制系统操纵，两活塞杆6分别与两刀架4下部结合在一起，该油缸7通过U型卡9固定在一可前后运动的平车机构上平车机构是由台面板3、转轮1、轮轴2及导轨12组成，台面板3通过轴架10固定在轮轴2上；在两刀架4上均装有用于控制刀片5切割纸管14时进、退刀行程的限位装置8；油缸控制系统是由油泵、相应管路、各种控制阀及电气元件组成，电器元件包括通电开关CK1、断电开关CK2、继电器JS、通断电源JA组成。刀架4下端插装在平车机构中台面板3上的导槽11中且可沿导槽移动。在平车车轮的轮轴2上通过牵引绳索连接有一重锤13。限位装置直接装在刀架上，由螺母调整进、退刀行程，控制不同管径、管厚的切割深度。图5-1 主视图图5-2 俯视图图5-3 侧视图5.2 多刀切割纸管机纸管切割是生产纸管必不可少的工序，现在所用的纸管是单切割机每次只能切割一根管子，效率低、操作烦琐，每切一件两断都需留有一定的加工余量，再进行加工才能达到要求，工序长、材料消耗大、纸张利用率