機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊樣本

第六章工程設(shè)計類畢業(yè)設(shè)計說明書實例蜂窩紙芯成形設(shè)備設(shè)計[摘要]蜂窩紙芯材料是一個新型材料，它是以紙、布或金屬箔經(jīng)過粘合、成形等工藝加工而成，其剛度高，重量輕，隔熱保溫性能好，經(jīng)過特殊工藝還可防火、防水，是建筑、交通、裝飾行業(yè)最理想材料。本設(shè)備是在中國部分現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上改善而成，在設(shè)計中還借鑒了部分美國專利。其工藝原理是在一張紙一面涂上膠液，產(chǎn)生一組連續(xù)等間距且相互平行膠痕，和另外一張紙壓合，然后在另一張紙外面涂上一樣膠痕，再進行卷曲、壓合、拉伸后成形。本設(shè)備和以前設(shè)備相比作了以下改善：兩次涂膠由原來上下兩次變成水平前后兩次，易于工人操作；卷取框架加長，降低紙浪費；涂膠部分牽引重新設(shè)計，使涂膠質(zhì)量愈加好；設(shè)計了新供膠系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更合理，操作更方便。[關(guān)鍵詞]（略）（英文摘要略）（目錄略）引言蜂窩材料是一個以紙、金屬等材料經(jīng)過涂膠、壓合、成形等工序加工而成一個新型材料，常做成四邊形形狀，用來做兩塊夾層之間填充物?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用蜂窩板，通常是以紙蜂窩或鋁蜂窩等為芯，兩邊粘以纖維板或紙板等而成。紙可采取牛皮紙、再生紙、草漿紙，鋁箔是用鋁在壓力下延伸而成。蜂窩紙規(guī)格和膠液選擇是由其用途來決定。這種材料不僅抗壓強度高、抗沖擊性能好，而且密度小，經(jīng)特殊工藝還含有隔音、隔熱、防水、防火等性能，是一個理想建筑材料。蜂窩材料使用，使得多種構(gòu)筑物、建筑物和由它制成多種產(chǎn)品重量大大降低，而且又節(jié)省了很多珍貴材料，使得產(chǎn)品物美價廉，有重大經(jīng)濟、社會效益，所以在很多行業(yè)全部廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用最廣泛行業(yè)是建筑業(yè)，最經(jīng)典應(yīng)用對象是活動房屋。蜂窩材料使活動房屋輕巧靈便，更利于其“活動”。在一般建筑物中也廣泛地用它做成門、吊頂、地板、壁柜和非承重墻、活動墻壁等結(jié)構(gòu)部件。假如有一天你發(fā)覺了這種東西，無須大驚小怪，這就是蜂窩板做。假如你觀察仔細(xì)話，你可能早就留心到不少包裝箱、搬運箱大多全部采取多層木板或竹板制成。不過，因為其防潮、防火性能差，對于這方面要求高包裝，這種箱子往往不能勝任，而由蜂窩板制成包裝箱恰好能夠滿足。由此及彼，很多運輸機械中也有好多木制品，其拙笨外形，加之易燃易腐蝕，已經(jīng)逐步由蜂窩板所替換。因為結(jié)構(gòu)輕巧、強度較高、外形美觀，它又可用來生產(chǎn)高級家俱。其良好加工性能使得成批生產(chǎn)高級家俱成為可能，而且因為加工量減小和輕便特點，使得工人勞動強度大大降低。另外，在衛(wèi)星通訊方面蜂窩制品也占有一席之地。現(xiàn)在鋁箔蜂窩產(chǎn)品已經(jīng)用于衛(wèi)星接收天線和微波通訊天線而替換了原來粗笨設(shè)備，甚至還用之建成了天文觀察平臺和很多模擬設(shè)備。伴隨經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平日益提升，蜂窩材料應(yīng)用越來越廣泛。即使是剛起步，不過其前景是相當(dāng)可觀，用這種材料制成多種物美價廉消費品，越來越受到廣大消費者青睞，處于供不應(yīng)求狀態(tài)?，F(xiàn)在中國現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場需求，甚至有設(shè)備還存在著嚴(yán)重缺點，達不到理想生產(chǎn)狀態(tài)。鑒于這種情況，參考了部分國外專利，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，此次畢業(yè)設(shè)計對一個現(xiàn)有設(shè)備進行了改善設(shè)計。蜂窩紙芯成形設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備是印膠機部分，蜂窩紙芯使用性能關(guān)鍵由它來確保，所以它是整個設(shè)備關(guān)鍵部分，這里所作改善也關(guān)鍵是針對這一部分而言。因為實踐經(jīng)驗欠缺和知識不足，該設(shè)備實際工作情況及可用性還有待于實踐檢驗。1總體方案設(shè)計1．1蜂窩紙芯成形原理成形原理以下圖所表示：圖1-1蜂窩紙芯形成原理將若干層紙用相互交錯膠線粘合，然后沿橫向拉伸，就形成了截面如上右圖所表示蜂窩紙芯。假如設(shè)計時確定蜂窩紙芯蜂窩邊長為a，則膠線寬度亦應(yīng)為a，兩條膠線之間空隙b＝3a，這時得到是正六邊形蜂窩；假如b>>3a，比如b＝10a1．2蜂窩紙芯工藝步驟通常來說，紙芯成形基礎(chǔ)工藝以下(針對本設(shè)計而言，并非通用)：退紙—涂膠—粘合—成形。1．3工藝方案確實定依據(jù)現(xiàn)有材料，蜂窩紙芯涂膠機退紙、涂膠，成形各部分全部有好多個不一樣方案，現(xiàn)就針對各個部分不一樣方案做以下比較：1．3．1退紙部分紙卷數(shù)目：最原始設(shè)備是采取單紙卷來退紙。這種方法采取使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且比較龐大，生產(chǎn)效率低下。以后采取雙紙卷來實現(xiàn)，即使結(jié)構(gòu)簡單了，不過設(shè)備占地面積比原先大得多。盡管如此，因為它大大地提升了生產(chǎn)率而逐步替換了單紙卷退紙方案。本設(shè)備采取雙紙卷退紙。1．3．2涂膠型式圖1-2(圖略)所表示是縱向涂膠方案。伴隨紙運動和涂膠輥旋轉(zhuǎn)，在紙上表面沿其運動方向涂上了一組相互平行膠痕。利用這種方法取得紙芯，涂膠均勻可靠，易于確保蜂窩形狀，不過不利于后繼工藝連續(xù)性。圖1-3(圖略)所表示是另外一個方案。在垂直于走紙方向上，涂上一組相互平行橫向膠痕，稱為橫向涂膠，簡稱橫涂。若干層橫涂后紙錯開后迭在一起壓合，然后拉伸成形即成蜂窩紙芯。其最大優(yōu)點是能夠確保后繼工藝連續(xù)生產(chǎn)，不過設(shè)備加工較前者困難，而且各層紙上膠線距離極難確保，工藝上極難實現(xiàn)，僅是一個理想上設(shè)計。出于工藝上易實現(xiàn)考慮，本設(shè)備采取前一個涂膠型式。1．3．3涂膠方法1．雙面同時涂膠：這種方法是在同一張紙正反兩面同時涂上膠，其原理圖圖1-4(圖略)所表示。其最大優(yōu)點是能輕松地確保各道膠痕之間相對位置精度，不過有一個致命缺點：因為涂膠輥上突起相互交錯，膠痕會因為沒有受到一定壓力而顯得不均勻甚至有時涂不上膠。假如膠粘度小而且表面張力系數(shù)小，這種方案可優(yōu)先采取，同時能使設(shè)備緊湊、空間利用率高。2．同一張紙經(jīng)前后兩次涂膠：這種方案基礎(chǔ)原理圖1-5(圖略)所表示。其工藝方案和方案1最顯著區(qū)分就是涂膠時有了一定壓力使得膠痕均勻。因為第一次涂膠后已經(jīng)在a面上涂了膠，為了避免其對第二次涂膠影響，同時又要確保第二次涂膠質(zhì)量，所以這時壓輥2不能做成光輥，而是要避開前次膠痕，為此，壓輥必需做成類似涂膠輥形狀。同時又因為兩次涂膠之間紙有一定行程，為了確保蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在安裝時要有足夠精度來確保，以防紙跑偏而帶來一系列技術(shù)問題。3．在兩張紙上涂膠：這種方案基礎(chǔ)原理圖圖1-6(圖略)所表示，和第二種方案靠近。本方案和第二方案相比，膠痕位置精度相差不大，但它有一個顯著優(yōu)點：第二次涂膠處壓輥能夠采取光棍，這么大大降低了加工量，可降低設(shè)備費用。圖示原理是：紙張I第一次涂膠于其a面，至I輥處和紙張Ⅱb面粘上，然后再在紙張Ia面涂上膠。4．立式涂膠和臥式涂膠：在確定用哪一個模式時，應(yīng)從兩個方面考慮：工藝上是否易于實現(xiàn)；是否便于工人操作——勞動強度要低，操作要簡單實用。工廠里用臥式涂膠可參看圖1-6(圖略)。為了便于觀察和引紙方便，通常取涂膠輥中心高度(相對于底座來說)約1.5m，而導(dǎo)紙輥高度不超出在部分進口設(shè)備上常采取立式結(jié)構(gòu)。所謂“立式”，是相對于前者而言，不是指將涂膠輥立起來安裝，而是指前后兩次涂膠采取一上一下部署方法，圖1-7(圖略)所表示。這種立式設(shè)備大大地提升了空間利用率，結(jié)構(gòu)緊湊，小巧玲瓏，涂膠質(zhì)量好，不過中國生產(chǎn)紙卷質(zhì)量比較差，易斷紙，這種設(shè)備因高度較高不易于引紙，所以在一定程度上限制了機器生產(chǎn)率。假如紙張能確?；A(chǔ)不停，那么應(yīng)優(yōu)先采取這種形式，而針對現(xiàn)在情況，我們只能為之惋惜。本設(shè)計采取了臥式涂膠方案。1．3．4接紙方法接紙是指在紙經(jīng)過涂膠后在成形前所進行一個預(yù)備階段，常采取方法有卷取、銑切、摞疊(即剪切、滾切)。1．卷取：卷取原理圖圖1-8(圖略)所表示，是將經(jīng)過兩次涂膠紙卷在一個矩形方框兩個邊上，矩形方框上兩個卷取橫梁是能夠取下來。當(dāng)卷取厚度達成預(yù)定要求時，取下兩個卷取橫梁，將紙芯經(jīng)過壓合后，切取所需長度再進行后續(xù)工藝。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工藝上易于實現(xiàn)，在工廠里用得較多，不過通常做成單卷取軸形式，在取下橫梁時要求停車；同時其浪費較大，切紙時因為兩端圓弧不能利用而被切掉，所以又有不少改善方法：采取多轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)連續(xù)接紙；采取正多邊形卷紙，降低浪費程度；增大卷紙長度L以降低浪費率?，F(xiàn)分別說明以下：(1)多轉(zhuǎn)軸連續(xù)接紙(卷取)卷取長度L不能太大，而且占地大，工藝難度大，設(shè)備設(shè)計較復(fù)雜，要求工人熟練程度高；(2)采取正多邊形接紙有兩個顯著優(yōu)點——浪費率低，卷取平穩(wěn)。不過其一個重大缺點是設(shè)備體積龐大，設(shè)計要求不易取得，引紙費時費事，搬運和切割、壓合時很困難?；A(chǔ)示意圖圖1-9(圖略)所表示。(3)增大卷取長度L，只能從一定程度上降低浪費，不過L也不能無休止地大下去，因為L越大，卷取就越不平穩(wěn)，在電路設(shè)計和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計上就越復(fù)雜。2．銑切：原理示意圖圖1-10(圖略)所表示。這種方法是先將紙折疊在一起，然后用銑切銑去紙張各段相連尖角，再拉伸烘干后成形，適適用于蜂窩厚度t不大、走紙速度低場所，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。值得注意是，它要求前面涂膠部分必需在紙(單層、雙層或多層均可)層a、b兩面全部涂上膠。這種方法缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，折疊星輥設(shè)計和加工全部很困難，而且產(chǎn)品單一化、效率低，通常只在大規(guī)模生產(chǎn)中才采取。3．摞疊：將涂膠后紙按一定尺寸規(guī)格用滾刀切成段再進行后續(xù)工藝接紙方法稱為摞疊式接紙方法，圖1-11(圖略)所表示。這種方法可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，同時調(diào)整滾刀轉(zhuǎn)速n，能夠任意改變紙長度規(guī)格，浪費率低，可滿足不一樣生產(chǎn)率需要，但同時存在著不可克服缺點：1)為了避免切紙時沖擊，常將滾刀做成螺旋狀，所以在安裝和調(diào)試時費事且刀成本高：2)為了避免紙粘在刀上，在滾刀前要求將膠烘干，這么還要求壓合時在高溫高壓下完成，需要使用特定膠液，所以要浪費大量能源、占用大面積廠房。本設(shè)備采取第一個方案——卷取。1．3．5涂膠輥部署：這里討論輥子部署是指各個和涂膠有直接聯(lián)絡(luò)輥子之間相互位置關(guān)系及膠液是怎樣供給到涂膠輥上。1．單輥醮膠式：圖1-12(圖略)所表示，為單輥醮膠式或為單輥掛膠式供膠、涂膠方法。這種方法用調(diào)整掛膠和掛膠輥間隙來控制膠量大小。2．四輥噴膠式：這種涂膠方法用得早，技術(shù)成熟，涂膠效果也很好。原理圖1-13(圖略)所表示。膠量大小是靠兩供膠輥間隙來調(diào)整。由以上這些考慮，能夠確定工藝方案和工藝路線以下(從略)。1．4關(guān)鍵零部件定型蜂窩紙芯涂膠機關(guān)鍵設(shè)備有：退紙架、涂膠架、供膠架，另外還有校正器和各動力設(shè)備。即使在前面已對各方案有了一個初步選擇，但只是一個大致輪廓，這里將做具體說明。這項設(shè)計關(guān)鍵指導(dǎo)思想是其實用性，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡單，各尺寸盡可能小，易于工人操作。由收資時數(shù)字知道，北京木材廠紙機即使走紙速度為60m／min左右，不過在開工很足情況下，天天也只能用掉6個卷筒紙，所以一天至多只需換紙三次(采取雙卷筒)，總共耗時也不會超出半個小時，而天天開工為12小時，可見，花費一大筆投資而采取連續(xù)退紙、自動換紙，其生產(chǎn)率提升不超出4％，這是很不經(jīng)濟。另外，對于卷取部件來說，每次卷重量大約可達成50~70千克(數(shù)字起源于木材廠)，天天至多可卷紙20框左右，每次大約需要3～5分鐘即可完成接換，只是需要中途停車。對于50～70千克重又沒經(jīng)壓合一框紙，工人在搬運時會造成紙芯質(zhì)量下降，所以安裝一個接紙小車，要求卸下紙后很方便地將紙接走并送至后繼工序工作位置上。通常說來，機器動力部分運轉(zhuǎn)時不會有大問題，只要安裝調(diào)試好就行。對于傳動不復(fù)雜設(shè)備，通常不宜放在遠(yuǎn)離機器處，而應(yīng)盡可能靠近機器或就放在機架上，這么還能夠省去防護罩。針對以上考慮，機器各部分具體結(jié)構(gòu)以下。1．退紙架退紙架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖1-14(圖略)所表示。三個橫梁是為了確保其尺寸，并增加機架穩(wěn)定性。機架上各連接處全部采取螺紋連接，橫梁和機架采取焊接。在退紙過程中，為了使紙張不松弛，就得有一定張力，所以在紙卷軸上裝一個阻尼閘瓦，在工作時閘瓦抱緊紙卷軸，經(jīng)過調(diào)整螺栓來調(diào)整張力大小。通常來說，張力不用太大，只要使紙不垂下，停機時紙卷不隨慣性轉(zhuǎn)動即可。在一卷紙用完后換紙時，將原先紙留下一段，用膠液粘在剛換上紙卷斷頭處即可換紙，具體操作示意圖圖1-15(圖略)所表示。2．涂膠部件結(jié)構(gòu)依據(jù)前面討論和圖1-2、1-6等所表示原理，確定圖1-6(圖略)所表示涂膠裝置：經(jīng)過調(diào)整螺栓1來改變壓輥對印膠輥壓力，經(jīng)過調(diào)整螺栓2來調(diào)整兩涂膠輥間隙來改變涂膠多少。其中，四個輥子全部是靠各自軸承座固定在印膠支板上，而且前后兩次涂膠部分全部安裝在同一對印膠支板上，這么易于確保各輥之間精度要求。為了確保膠量均勻，還必需確保兩個涂膠輥和印膠滾轉(zhuǎn)速是相同、而壓輥只要轉(zhuǎn)動靈活就能夠了，所以要求前三個輥子是主動轉(zhuǎn)動，或由紙摩擦力帶動。因為各個輥子轉(zhuǎn)動需要克服力很小，設(shè)計時采取輥子鏈傳動。因為受力小而且膠液對鋼腐蝕性不大，所以采取無縫鋼管做成各輥子，并對之采取調(diào)質(zhì)處理。為了使膠液很好地附著在印膠滾表面，印膠滾應(yīng)該做得粗糙一點，或在其表面車出部分淺槽。輥子加工工藝步驟圖1-17(圖略)所表示：先鏜出兩端內(nèi)孔，裝上堵頭于兩端內(nèi)孔中，再裝上兩端軸頭，夾住軸頭后加工。在這里，采取是縱向涂膠，輥子上凸臺直接車出，亦即做成一體式，這么較之于分體式更便于加工，確保精度。滾筒截面形狀圖1-18(圖略)所表示。為了使前后兩次膠痕之間相對位置恰好錯開，而且不應(yīng)在調(diào)試中有任何困難，要求前后兩次涂膠印膠滾上凸臺應(yīng)錯開。這要經(jīng)過安裝調(diào)試確保其精度。印膠滾假如做成份體式(圖1-19所表示，圖略)，即使加工時每一小段易于加工，不過加工精度要求高了，而且裝配后不便于調(diào)試，軸芯部分也不便于加工，各段和軸芯配合不易確保。而問題關(guān)鍵還在于輥子磨損極小，沒有交換必需。另外，這種形式還使得輥子很粗笨，增加了設(shè)備重量。3．供膠部分(從略)4．卷取部件(從略)5．校正器(從略)(第3、4、5部分和第1、2部分內(nèi)容不一樣，全部很好地表現(xiàn)了作者設(shè)計思想。但因為寫作方法類似，本書為節(jié)省篇幅，故從略。)2設(shè)計計算2．1牽引部件傳動設(shè)計計算參考木材廠設(shè)備，選擇牽引電機功率為2.2kW，同時依據(jù)設(shè)計要求，印膠輥直徑定為92mm，走紙速度范圍為18m／s～60m／s，選擇小型電磁調(diào)速異步電動機JZT-31-4，選擇i＝2.5減速器ZDH10-3Ⅱ。下面是鏈輪設(shè)計計算。計算參數(shù)為：傳輸功率2.2kW，i＝2，n1＝580r／min，中心距a＝720mm。計算步驟按手冊第258頁表8-45進行，列表以下：表2-1傳動部件設(shè)計計算表計算項目公式及數(shù)據(jù)計算結(jié)果傳動比ii=2小鏈輪齒數(shù)z1選z1=27大鏈輪齒數(shù)z2z2=i·z1=2×27z2=54初定中心距a0取a0：60p(p為鏈條節(jié)距)a0=720mm計算功率Pc由手冊表8-46查得kA=1，則Pc=kA·Pe-1×2.2Pc＝2.2kW(本表下面還有很多計算項目，這里從略。)2．2卷取部件中鏈傳動設(shè)計計算(從略)2．3供膠系統(tǒng)傳動部件設(shè)計計算(從略)2．4對牽引輥軸頭強度校核(從略)(以上第2、3、4部分設(shè)計計算和校核計算，也全部采取表格計算和文字說明相結(jié)合方法，和本章第1部分寫作方法類似，故從略)3設(shè)計說明3．1潤滑和密封因為本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，受力不大，依據(jù)教材(參見注評10)第十八章第九節(jié)(第321頁)選擇軸承潤滑(據(jù)表18-13)，由d·