螺旋纸管生产线卷管机设计毕设论文.docx

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螺旋纸管生产线卷管机设计毕设论文

螺旋纸管生产线卷管机设计

摘要

卷管部分是螺旋纸管生产的最主要的一部分。

在此设计的螺旋纸管机适用于造纸、纺织、地毯、薄膜、食品、轻工以及其它行业各种品质和规格的纸管生产，特别是化纤丝厂用纸管生产。

皮带缠绕方式采用双导程缠绕传动方式，又加上四机头的设计，这些都可保证芯轴的受力平衡和卷管过程的稳定，从而保证纸管的质量，使该设备更能轻松完成纸管的加工。

本设计部分给出了纸带宽度与卷管直径的关系，并且对不同卷管直径的各层纸带宽度做了具体计算。

通过对普通V带传动、链传动、锥齿轮传动以及花键轴的设计、计算和校核，比较详细地对各传动部分做了具体分析，以确保其在实际生产中稳定高效地工作。

关键词螺旋卷管机/纸管/双导程缠绕/四机头

PaperTubeMachineofSpiral

PaperTubeProductionLin

ABSTRACT

Rollingpapertubepartisthemostimportantpartofthespiralpapertubeproduction.Inthisdesign,thespiralpapertubemachineisapplicableinthepapermaking,textile,carpet,film,food,lightindustryandotherindustriesforavarietyofqualitiesandspecificationsofthepapertubeproduction,especiallyintheproductionofchemicalfibersilkmillpapertube.Windingwayofthebeltisdualleadwindingdriveway,coupledwiththefour-headdesign,whichcanensuretheforcebalanceofthemandrelandthestabilityoftherollingprocesstoensurethequalityofpapertubeandmakethedevicemoreeasilytocompletethepapertubeprocessing.thedesignpartpresentstherelationshipbetweenthewidthofpaperreeltapeandthediameterofvolume,furthermoremakeaspecificcalculationonthepaperreeltapewidthindifferentlayerscorrespondingtodifferentdiametersofthevolume.Throughthedesign,calculationandverificationoftheordinaryV-beltdrive,chaindrive,bevelgearandthesplineaxis,thepaperdoadetailedanalysisineachpartofthesedrivestoensurethestabilityandefficiencyintheactualproductionwork.

KEYWORDSspiralpapertubemachine,papertube,dualleadwinding,four-headdesign

目录

1绪论1

1.1纸管1

1.1.1纸管的分类及用途1

1.1.2纸管的结构形式及材料2

1.2螺旋纸管机3

1.2.1纸管机的概述3

1.2.2螺旋纸管机4

1.3本课题研究的背景5

1.4探究本课题的研究意义6

1.4.1包装机械的发展历程6

1.4.2纸制品包装的发展历程7

1.4.3纸管机的发展历程8

2卷管机的工作原理和设计方案9

2.1螺旋纸管机的工作原理9

2.1.1纸架部分9

2.1.2上胶部分9

2.1.3卷管设备9

2.1.4切断部分10

2.2卷管机设计方案的确定10

3总体设计计算12

3.1螺旋卷管机的几何计算12

3.1.1概述12

3.1.2纸带的几何计算13

3.1.3平带拉力16

3.2电机的选择17

3.2.1功率的计算17

3.2.2电机的选择17

3.3减速器的选择18

3.3.1转速的计算18

3.3.2传动比的分配18

3.3.3减速器的选择18

3.4V带传动计算19

3.4.1确定计算功率19

3.4.2选择V带的带型19

3.4.3确定带轮的基准直径并验算带速v20

3.4.4确定中心距a并选择V带的基准长度Ld20

3.4.5验算小带轮包角

21

3.4.6计算带的根数z21

3.4.7计算单根V带的初张紧力的最小值22

3.4.8作用在轴上的力即压轴力的最小值（Fr）min及带轮的结构设计22

3.5链传动的设计23

3.6齿轮传动25

3.6.1第一组锥齿轮的设计、计算及校核25

3.6.2第二组锥齿轮的设计、计算及校核36

3.7轴的设计和校核49

3.7.1第一根轴的设计、计算和校核49

3.7.2花键轴的设计、计算及校核51

3.7.3花键的挤压强度校核57

3.7.4键联接的强度验算58

3.7.5轴承寿命的计算59

结束语63

致谢64

参考文献65

1绪论

1.1纸管

纸管是工业生产的常用物品，目前纸管已经广泛应用于各种领域，它即可以作为各种卷筒纸和纸板的内芯，也可作为合成长丝、涤纶、丙纶、氨纶等所用的纺织纱管，如食品包装，农膜，造纸，纺织等行业，尤其是用于纺织业的纸管已逐步取代锥形纱管。

1.1.1纸管的分类及用途

纸管主要包括缠绕膜纸管、胶带纸管、保鲜膜纸管、热电偶纸管、塑料薄膜纸管、造纸用管、皮革纸管、铝箔纸管、高强度纸管、化纤纸管等，适用范围比较广，用量比较大。

随着我国经济快速发展，纸管机、纸芯、纸管产品以其成本低、质量轻、易回收、无公害等优点，在纸管机、造纸业、包装业、纺织化纤业得到了普遍应用。

根据行业有应用，可以将纸管具体分类如下：

1）化纤工业用管：

主要有DTY管、POY管、FDY管、锦纶管、氨纶管、氨纶包覆纱管

2）薄膜工业用管：

有BOPP、PET、PVC、BOPA、CPP、农用地膜、保鲜膜、缠绕膜、塑料袋用管（超市用）、镀铝膜、电工电容膜、丙膜、烟膜

3）印刷工业用管：

主要应用于卷桶印刷、薄膜印刷、纸张印刷、新闻纸、纱管纸、白板纸、传真纸、票据纸、水松纸、铝泊纸、书写纸、彩色羊皮纸、口杯纸、利乐保鲜纸、其他

4）冶金工业用管：

铝板、钢板、铁板等卷材

5）包装用管：

医疗器械、书画、食品罐等外包装

6）测温用纸管：

钢水测温一次性热电偶

7）取样器用纸管

8）传真机用纸管

9）电池纸管

10）桥梁建筑用管

1.1.2纸管的结构形式及材料[1]

（1）纸管的结构形式

纸管按其制造工艺分为三种形式：

螺旋卷绕式、搭接式和平绕式。

螺旋卷绕式纸管通常使用几种材料倾斜卷绕而成，搭叠边是倾斜的。

搭接式纸管是先将纸板冲切成坯料，再成型粘接而成。

平绕式纸管由片材卷绕数层制成，内外层的接缝位于同一直线上。

通常，螺旋卷绕式纸管都是圆的，近年来也能卷绕各种异形纸管，但技术比较复杂。

其它两种形式比较容易制造矩形或椭圆形等截面的纸管。

特别是搭接式，还能容易地制成圆锥形的纱管。

搭接方式又可分两种：

其一是先将原材料用粘合剂复合，再冲切成坯料以后在芯轴上成型搭接；第二种先将原材料分别冲裁成同样大小的坯料，然后在芯轴上一层层成形粘合。

第二种方式可使各层的搭接缝互相错开，以提高接缝的强度和密封性。

螺旋卷绕法具有制管速度快、用料省、易于实现自动化等优点，是一种最为经济合理的方法，而且可卷成任意长度的纸管，故得到广泛的应用。

就容器的强度而言，螺旋卷绕式的要差一些；就大型容器在贮运中的抗破损能力来说也是平绕式容器优于螺旋卷绕式的。

（2）卷绕纸管的各层纸有着不同的要求

纸管壁由内衬纸、中层和面纸组成。

通常，内衬纸用轻质薄纸，为了减少卷绕时内衬纸和芯轴之间的摩擦力，要求内衬纸的内表面尽可能光滑，而外表面则要求有较好的粘合性。

制造一般纸管的内衬纸可用单面牛皮纸为基材，有时在其光滑内表面上复合一层铝箔，铝箔上再涂一层光滑的涂料，最大限度的降低摩擦系数。

有时也采用羊皮纸、塑料薄膜、真空镀铝纸、镀塑铝箔等为内衬纸。

选用中间层材料时应考虑罐身有足够的耐破度，能经受住与金属罐同等的堆码压力和侧向压力。

罐身一般用未漂牛皮纸板制造，也可以用再生牛皮纸板或以草浆为主的牛皮纸板。

纸表面至少有一面是不光滑的，以得到良好的着胶效果。

一般制罐罐身用纸的定量为（200～300）g／m2，厚度公差为±0.3％，水分含量小于7％±1％，透水试验20～80s，断裂强度中等。

制纸芯用纸管时用定量650g／m2以上的或更厚的纸板。

外层纸或商标纸通常，应具备制作标签的性能，并选择美丽的色调，使外表美观；另外还要考虑与中间层的粘结性、表面摩擦系数、遮光性、保香性、耐热性、耐湿性、耐水性等。

可使用铜版纸、塑料薄膜、铝箔等材料。

一般复合罐可用100g／m2的一面光滑的白牛皮纸；出口罐常用60g／m2的褐色牛皮纸，外表复合一层9μm的标签铝箔。

芯轴纸管外层纸可用轻质纸即可。

粘合剂粘合剂的选择主要考虑作业性、安全性、初粘力、速干性等。

外层用粘合剂要考虑对外界条件的适应性。

淀粉浆糊、凝胶等高粘性粘合剂，流动性差而适合于纸筒卷绕机使用，且价格便宜；硅酸盐粘合剂粘性强，固化后变硬，纸筒刚性好，成本也最低。

1.2螺旋纸管机

1.2.1纸管机的概述

（1）纸管机：

纸管机，顾名思义，就是生产卷纸管的机械，它是以单光面牛皮纸为原料，经过切刀成片，将其卷成纸管的设备[15]。

生产的卷纸管应用于各个行业，有纤工业用管、薄膜工业用管、印刷工业用管、造纸工业用管、皮革工业用管、食品包装用管、展览行业用管等[19]。

卷管机一般由四部分组成：

送纸装置、上胶装置、卷管设备和切断部分。

（2）纸管机的分类：

纸管机按其制造工艺分为螺旋纸管机、平绕式纸管机和搭接式纸管机。

按力的传动方式分为芯轴主动和芯轴被动，其中，芯轴主动的方式适合于卷制大直径的纸管，而对于小直径的纸管，芯轴主动和芯轴被动卷制的产品性能差不多，但是芯轴主动的纸管机设备和操作要比芯轴被动的复杂的多。

按浸渍材料与芯轴缠绕角度分为平绕和斜绕。

另外还可以按辊长划分为多种规格的纸管机[23]。

（3）纸管机适用范围及应用领域：

纸管机生产的纸管适用于烟花、布芯、电化铝、棉纱、传真纸、保鲜膜、卫生纸等，通常应用于食品包装、农膜、造纸、纺织等行业。

1.2.2螺旋纸管机

（1）概述

普通螺旋传动是螺母和螺杆组成的传动副，可以实现螺杆或螺母的轴向移动。

主要把回转运动变为直线运动以传递运动或动力，但不能连续传递被加工件[23]。

卷管机的螺旋传动则完全不同于普通的螺旋传动，它是螺旋传动的变异，它可以传递被加工件，它具有使被加工件既转动又作轴向移动的功能，并可以实现连续加工连续进给，可应用生产线上[24]。

螺旋纸管机，属纸管机械类。

适用于各行业对各种品种和规格的纸管生产，特别是化纤长丝厂用纸管生产。

由纸架部分、上胶部分、机架部分、机头部分、面纸部分、切断部分等组成[18]。

螺旋纸管机的用途与特点:

1、将适宜定量、宽幅的纸带，卷绕成所需要内径及壁厚的平行螺旋状纸管

2、采用三主动无级调速驱动辊轮，皮带不打滑，芯轴变形小，皮带压力大，卷绕力强，动力传递效率高，纸管强度好，外表平整。

3、具有自锁功能，摆臂角度调整后能自动锁定无晃动。

4、带自动跟切装置，切口齐整无翘角，切营长度自选可调。

一至两人操作。

（2）简易螺旋纸管机的结构[25]

螺旋卷管机有以下几部分组成：

电机、减速器、螺旋转轴、主座、副座、行走丝杠、拖轮装置、床体滑道、机体、电控箱等组成如图1-1所示：

1-电机；2-减速器；3-齿轮；4-齿轮；5-主座；6-螺纹管模轴；7-托轮装置；8-副座；9-床体滑道；10-行走丝杠；11-行走丝母；12-三角带；13-电控箱

图1-1简易螺旋纸管机结构图

1.3本课题研究的背景

纸管，是工业生产的常用物品，广泛应用于热电偶、纸制品、塑料、布匹、农膜、地毯、食品包装中，目前国内现有纸管生产的现状，除去用简陋设备而自行生产的低档纸管外，为化纤长丝厂以及其它行业对纸管技术性能指标有要求的生产纸管的设备，大都是由国外进口，这是由于国内生产设备技术水平不高，尚无制造高品质纸管的这类设备，这种进口设备价格的高昂是显而易见的。

但是这类国外进口的设备在结构上并不先进、合理，占地面积大，而且生产质量不稳定。

例如纸架部分，国外进口机组采用管纸条盘平行放置，单边长度达5.8米。

又如上胶部分，全部纸条进入大胶槽中挂胶，大胶槽要容下双边十余层纸上胶，胶槽体积相当庞大而复杂，上胶后分层刮胶，单一个刮胶设备单边六层纸就需高度3米以上，占地2.5米之长，层数加多，则高度仍需加高。

这两项设备不仅占地面积大，结构复杂，而且不能保证工序质量。

特别是进口设备采用了液压、电脑等控制部件及执行元件，使得操作和维护都要求有较高技术的工人来操作，给我国当前纸管行业的现状带来了极大的困难，不能适应我国国情，再加上配套件、甚至原材料都得依靠进口，使得高品质纸管生产的企业困难重重，极大程度的限制了当前我国高品质纸管的生产供应[20]。

虽然目前高品质纸管可以不完全依赖进口，充分发挥这些现有进口设备的作用，还有待一个时间来解决。

因此，我国高品质纸管生产的水平的提高亟待解决，现阶段急切需要能适应我国国情又能生产出高品质纸管的设备来充实我们的市场。

1.4探究本课题的研究意义

1.4.1包装机械的发展历程[1]

包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。

尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常性消耗品，但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。

它为包装工业提供先进的技术装备，保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小，因而获得较强的生命力，带来巨大的社会效益和经济效益。

没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。

包装机械作为专业性机械，除了普通机械的一般要求外，还有外表美观、传动装置紧凑、运转平稳、精度高、生产效率高等要求，以很好地完成自身功能，适应市场需求。

随着人民生活水平的不断提高，对商品的包装提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就有包装，可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。

包装机械产品量大面广，广泛用于食品、医药、化工、军工等各个行业，被称为是“朝阳产业”。

今后中国包装机械市场发展将呈现以下特点：

首先，包装机械技术含量日趋增加。

中国现有的一些包装机械产品技术含量不高，而国外已将很多先进技术应用在包装机械上，如远距离遥控技术（包括监控）、步进电机技术、自动柔性补偿技术、激光切割技术、信息处理技术等。

其次，包装机械市场日趋垄断化。

目前中国除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外，其他包装机械几乎不成体系和规模，特别是市场上需求量大的一些成套包装生产线，在世界包装市场中均被几家大包装机械企业（集团）所垄断。

最后，包装机械零部件生产专业化。

国际包装界十分重视提高包装机械加工和整个包装系统的通用能力，所以包装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势，很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些通用的标准件厂生产，某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产，真正有名的包装机械厂将可能是组装厂。

产品向多功能与单一、高速两极化发展。

包装机械的最终作用在于提高生产效率和产品多样化。

1.4.2纸制品包装的发展历程

纸制品包装技术有着非常悠久的历史，从公元前200年，蔡伦发明了造纸术，纸制品包装业也随着发展起来。

现代纸制品包装始于工业革命，1817年，美国人约翰•迪肯森发明圆网造纸机，用纯纸废纸浆制造出各种规格的纸板及多层纸板。

随着时间的发展，现代又出现了如塑料与纸复合、铝箔复合纸板等复合材料，以及符合集装运输、超级市场需要的集装化、标准化的各种规格的纸包装容器。

纸制品包装相比较其他材料包装有以下优点：

1、价格低廉、经济节约纸和纸板原料丰富，来源广泛，易大批量生产，生产成本低。

同样的包装箱，用木材直接做成木箱与木材造纸做成纸箱相比，纸箱的用料只是木箱的1/3左右，因此节约木材和费用。

纸箱重量轻，约为木箱包装毛重的15%左右，可降低包装成本和运输费用。

2、防护性能好与其他材料的包装容器相比，纸容器的缓冲减震性能比较强。

纸箱结构紧密无缝，能遮光防尘。

3、生产灵活性高纸张可裁挠、折叠、又易粘、易钉、适于机械化加工和自动化生产；也可较小规模地非机械化，甚至手工生产。

4、贮运方便纸容器质轻、折叠灵活、装载和捆扎都简便易行，也比较容易搬运和保管。

5、易于造型装潢纸制品能根据不同的商品，设计出各式各样的箱型、盒型。

6、环保无污染纸有卫生、无毒、无味的特点，纸还可符合有呼吸作用的商品的贮存条件。

7、回收利用性好纸可直接回收利用，或用废纸再造纸，对环境不产生污染。

纸制品包装是对环境友好的包装。

1.4.3纸管机的发展历程

我国很早就有纸管生产，但手工制作产量小。

1980年后，从瑞典、法国、美国、丹麦等国引进了几十条生产线，目前，发展潜力非常大。

纸管机属于包装设备行列之中，近几年市场需求量不断增大，纸管的用途也越来越广泛。

总之，纸管行业是一个可以深远发展的行业。

现如今，螺旋纸管机在包装机械行业中依然处于不错的增长状态：

产销依然上升、利润增速迅猛、出口增加，是机械行业中表现突出的一个“亮点”行业。

卷纸管机生产制造上，专业化生产已成为趋势。

纸管包装机械厂商都十分重视包装机械与整个包装系统的通用能力，一些通用标准件不再由包装机械公司生产，某些特殊的零部件则由高度专用化的生产厂家生产，而真正的包装机械公司在某种意义上是组装厂。

中国纸管包装机械起步较晚，经过20多年的发展，纸管包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为我国包装工业快速发展提供了有效的保障，有些纸管包装设备填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求，部分产品还有出口。

但在目前，国包装机械出口额还不足总产值的5%进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。

纸管包装机械要将其他领域的先进技术应用在包装机械上，如机电一体化技术，热管技术、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等，使产品技术性能大幅度提高[20]。

但我国纸管机械制造设备的性能与国外同类设备的先进水平存在一定差距，一般认为主要反应在设备的技术含量上。

重视高新技术的应用已成为提高设备的先进性、可靠性的主要途径[19]。

2卷管机的工作原理和设计方案

2.1螺旋纸管机的工作原理

螺旋纸管机，主要适用造纸、纺织、地毯、薄膜、食品、轻工以及其它行业各种品质和规格的纸管生产。

特别适用于化纤丝厂做绕丝器上用纸管的生产而用的设备。

该设备占地面积小、结构灵巧、制造成本低、使用可靠、能适应我国当前国情、又能生产出高品质纸管，维护简单、操作方便的螺旋纸管机[13]。

螺旋卷管机一般由四部分组成：

纸架部分、上胶部分、卷管设备及切断部分[2]。

2.1.1纸架部分

纸架部分主要是用来提供盘纸的收放装置，纸架部分的主架固定在底架上，管纸条盘固定安装在主架两侧外端，立式并排安置，可减少占地面积。

另外，这样的布置极有利于管纸条盘的更换，操作方便，一盘盘管纸条盘按序排列好，管纸由条盘处引出经主架中部装置的转向辊转一个90°至上部的管纸引出的出纸辊而引出，由于纸架部分是左右对称设置的，两边的管纸同时向机架部分的方向引伸，同时经过左右两个对称布置的上胶部分。

整体框架形结构的纸架安装在机架部分的位置可随纸管种类要求而调整，以保证管纸行走中受力均匀。

2.1.2上胶部分

上胶部分由机架及机架支腿组成门形结构，其上左边装有单边上胶轮部分，中间装有盒形胶槽部分，右边装有刮胶器，左右两边装有导纸架。

单边上胶轮两侧装有过轮各一个，下端沉浸在胶槽中。

盒形胶槽上端装有胶槽漏斗，中部开有多个过胶槽，过胶槽两边装有柔性刮胶板，挡胶盒装在第一层过纸槽中。

下端装有收胶漏斗及盛胶桶。

挡胶盒安装的数量及安装的位置可根据纸管种类的不同要求而设置。

2.1.3卷管设备

卷管机主要由机头部分和机架部分组成。

机头部分装在机架床身的托板上，两个对称皮带轮部分装在托板上，用燕尾槽与托板连接，用燕尾导轨调整螺钉来调整间隙，托板内装有移动皮带轮部分的丝杠、螺母及手轮，用来调整皮带轮前后移动，调整皮带的松紧，并根据不同管径来调整皮带缠绕质量。

皮带轮对称安装在芯轴两边，其上绕有传动皮带，传动皮带的缠绕方式是采用一根完整皮带，两边绕在皮带轮上，在芯轴上采用双导程缠绕方式，皮带的接头在空间扭曲转过180°成环形。

在调整好皮带后，两个皮带轮对称施力于芯轴上，受力均匀，而不会使芯轴产生弯曲的受力状，皮带轮的动力来源是通过下方一对锥齿轮而与花键轴接通，花键轴是通过装在床身的励磁调速电动机、蜗杆减速器、中间轴和又一对锥齿轮而传动花键轴转动。

另外，中间轴又通过链传动把动力传给另一组皮带轮。

这样，四机头的设计就可保证芯轴的受力平衡和卷管过程的稳定，从而保证纸管的质量，同时，使该设备更能轻松完成纸管的加工。

2.1.4切断部分

切断部分的纸架安装在床身上，纸架上装有带滚轮的滚轮架，可沿床身长度方向移动，滚轮架上装有调整钉，调整摆动体摆动的距离，摆动体上装有刀盘体，刀盘体一端设置有手把以便操作者握此手把进行切断。

刀盘与滚动架沿床身长度方向移动的距离在芯轴长度以内。

此螺旋纸管机生产过程：

原材料纸管条盘放置在纸架部分上，其数量是根据纸管不同种类要求而设置，同时两边对称设置。

管纸经上胶部分上胶并经刮胶使其均匀而至机架部分的芯轴上，经螺旋缠绕而后至机头部分的传动皮带处，经传动皮带带动纸管旋转而向前移动，再经面纸部分上面纸即可成形了，同时按纸管不同种类的要求，由切断部分按长短切断，切断后的纸管根据要求还要进行开槽、卷边等工序，即可成为成品管出厂。

2.2卷管机设计方案的确定

卷管机的设计主要从四个方面入手，引纸装置，动力传递过程以及各个参数的调节方法，具体措施介绍如下[28]：

1、对于6-12层的纸管，可在尾座部分两侧各安装一个引纸机构，纸带从引纸机构中穿过，每侧最多可通过6层纸，通过人工缠绕纸带到芯轴上，其中一侧的引纸机构最上层和另一侧引纸机构的最下层为单面上胶，即所有卷纸的最外层的外面不上胶，最里层的内层不上胶，其它各层为双面上胶，以使所卷纸管的最内层和最外层为单面上胶，其余各层为双面上胶。

2、根据纸带宽度大小可确定纸管卷绕的螺旋角，将托板搬转此角度，把闭合平带缠绕在芯轴和辊筒上，缠绕方式是以纸花的形式做双导程螺旋缠绕，再转动手轮带动丝杠转动，通过丝杠螺母副使螺母移动，与螺母焊接的销带动