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1、摘要在对塑料片材中心收卷机的功能及性能的分析基础上，同时参阅了大量的资料，制定了塑料片材中心收卷机的总体结构设计。利用电液比列液压系统实现收卷辐与驱动馄间的正压力恒定和薄膜的翻转换卷。驱动辐两端安装带座的调心球轴承用来消除轴承座孔的同轴度误差、安装误差或挠曲变形等影响驱动较与收卷较平行接触的因素。利用气缸锁紧气涨轴上的轴承外圈，使膜卷换卷方便。利用了作图法确定了各主要部件的位置，为机构尺寸计算和图纸设计工作提供了设计依据和基础。最后用AUtoCAD绘制二维工程图。关键词：塑料片材；收卷机；自动换卷；气缸AbstractBasedonanalyzingthefunctionandperforma
2、nceoftheplasticsheetcenterrewindingmachineon,atthesametime,refertoalargenumberofdata,makingtheoverallstructuredesignoftheplasticsheetcenterwinder.Theturningrollrollanddriveconversionconstantnormalstressandfilmrollbetweentheuseofthehydraulicsystemoftheelectro-hydraulicproportional.Influencefactorsofd
3、rivingtheself-aligningballbearingandseatinstalledatbothendstoeliminatethebearingseatholecoaxialityerror,installationerrorandflexuraldeformationparalleldrivingrollersincontactwiththewindingroller.Lockinguptheouterringofthebearingontheshaftgasbycylinder,sothatthefilmrollchangingeasy.Usingthemappingmet
4、hodtodeterminethepositionofthemaincomponents,providesthedesignbasisandthefoundationfortheorganizationsizecalculationanddrawingdesignwork.FinallyusingAutoCADdrawingtwo-dimensionalengineeringdrawings.Keywords：Plasticsheet；windingmachine；theautomaticvolumecylinder；第1章绪论11.1 薄膜收卷机的研究背景11.2 薄膜收卷机的研究意义11.
5、2.1 薄膜的质量要求11.2.2 收卷机21.3 收卷机的发展概述21.3.1 收卷机的发展和应用现状21.3.2 收卷机分类和选型原则21.4 薄膜收卷机的研究现状51.4.1 收卷张力控制51.4.2 生产装置的高度自动化61.5 课题研究主要内容6第2章塑料片材收卷机方案设计82.1 设计目标和设计思路82.2 驱动方案的设计82.3 收卷辑与驱动辐间正压力控制9第3章收卷芯轴的设计与研究103.1 无缝可胀收卷芯轴的设计103.1.1 设计要求103.1.2 方案一113.1.3 方案二133.1.4 两种方案比较153.2 无缝可胀收卷芯轴的运动研究153.2.1 内锥套的参数研究
6、153.2.2 胀瓦的运动研究173.2.3 收卷芯轴运动研究18第4章收卷机机械结构设计204.1 驱动辐、摆臂、液压缸、过渡辑相对位置确定204.1.1 摆臂长度的确定204.1.2 驱动辐位置确定204.1.3 过渡辑位置选择204.1.4 液压缸固定端和活动端位置的确定204.2 力矩电机的选型204.2.1 驱动力矩的粗略计算204.2.2 力矩电机的选型234.3 同步带设计234.3.1 同步带选型234.3.2 同步带设计计算234.4 驱动辐设计254.5 气涨轴设计264.5.1 气涨轴概述264.5.2 气涨轴定制274.6 摆臂设计274.6.1 摆臂各零件的尺寸确定2
7、74.6.2 摆臂的结构设计284.7 过渡辐设计28第5章液压系统的设计305.1 明确设计要求305.2 配置执行元件305.3 液压系统主要参数计算305.3.1 预选系统设计压力305.3.2 最大拉力计算305.3.3 支撑臂重力计算305.3.4 最大推力分析315.3.5 液压缸的选型315.3.6 拟定液压系统原理图32第6章各部件校核336.1 驱动力矩的精确计算336.2 减速机的校核336.3 滚筒校核336.4 摆臂校核35结论37致谢38参考文献39第1章绪论收卷机是一种在包装、化工、造纸、纺织、印刷、印染行业广泛使用的，用于为被加工薄膜、纸张、布匹等柔幅材料提供动力
8、并最终将其卷成产品幅卷的机械设备。在尽可能提高轧辐的速度。为了同时获得最大容量，实现精确控制，以确保处理及缠绕质量。目前,国外的薄膜缠绕机的运行速度已超过600米/分钟，而国内尚在200米/分钟左右山。收卷机设计理论已成为急需解决的问题，但这项工作还没有引起足够的重视。然而，这些研究大多是从发展机电控制技术的角度来看，是不是与收卷机的类型和结构的发展相一致。有鉴于此，本论文对薄膜翻转收卷和收卷辑与驱动辑间正压力恒定进行研究，为提高翻转收卷薄膜收卷机的正压力控制精度提供理论依据。1.1 薄膜收卷机的研究背景薄膜收卷机是在厂家生产好薄膜后，为方便存储和用户使用，对薄膜进行收卷加工的机械设备。其在国
9、内外都有比较完善的设备，但是各有各的优点。国外薄膜收卷机的收卷速度和收卷质量都优于国内。现在就国外几种收卷机做简单介绍，让我们更能了解收卷机。首先,加拿大MaCro工程与技术公司推出了MaCrOtPemlI250型号堆叠转位式收卷机，可装配在多模卷的拉伸薄膜生产线上，膜卷芯轴的直径达3英寸，最大的膜卷外径可达12英寸。这集可卷最大宽度为100英寸的拉伸膜根装置，和每个这些卷轴可以缠绕在10英寸宽膜20膜卷。为了便于薄膜卷芯轴快速拆卸和安装，每一芯轴设计悬臂式。当主轴停止转动。每个门会自动打开，旋转架到正常位置卸卷膜。重新安装在芯轴上，根据门控制开关，自动膨胀心轴。这种设备的收卷率为600rmi
10、n,其张力控制可低至0.251bmin,在国内，广东金明塑胶设备有限公司研制的WZ系列折叠的薄膜收卷机。该机的最大收卷速度为30mmin,折叠宽度为50Omm700mm；最大收取宽度为5米和7米。WZ系列折叠式收卷机配有高速自动切膜送膜装置，可在不停机的情况下进行切膜和换膜的连续作业。在机上还有特殊的稳定装置，可以保证收卷机准确性。整机采用PLC控制，交流电驱动。1.2薄膜收卷机的研究意义1.1.1 薄膜的质量要求铸膜是由熔体淬火生产铸件图纸，非定向薄膜。其特点是生产速度快，产量高，透明，光泽度好，厚度均匀性好，一个出色的平衡性能。随着我国经济和消费水平的提高，铸膜的生产和发展有进一步扩大。我
11、国流延膜生产线模型从单层到多层，从发展到多功能生产线宽度250Omm宽。铸膜卷胶片的质量要求，力的平衡，表面清洁，不圆度误差小。流延膜生产线从铸轧辐辐通过的几个过程，最多不超过三十米的总长度，以保证薄膜应力全行统一，是提高薄膜的质量和产品的外观至关重要。滚动薄膜应力松弛不利于薄膜，滚动,粘附薄膜，薄膜型冷现象出现后。但是，缠绕膜力太小，松动圈的体积，减少带来的麻烦。所以卷片装置在整个生产线起着非常重要的作用，。1.1.2 收卷机一种绕线机，属于在冶金，造纸，印染，化纤，纺织印染工业中广泛使用的。当滚动体的薄膜，纸，布，因为这种材料具有长度大于宽度，宽度比厚度大。和弯曲强度较低的共同特点，所以他
12、们常常被称为软、宽板轧机。卷取机对物料运动的软件和最终被卷成一卷的符合要求的产品提供电源。在各种最复杂的薄膜缠绕柔软宽板轧制。这是因为：（1）塑料薄膜的品种很多，树脂的原料配方，具有复杂多变的薄膜性能。绕线表现出不同的特点和要求；（2）滚动薄膜被加工对象为运动传动部件和力的传递，本身不是一个刚体。也不是一个纯粹的弹性体，具有粘弹特性强，更复杂的动力和运动特性；（3）对成品膜材料，客户维度，如薄膜卷松紧度和透明度的外观要求是不同的，曲折的方法也应进行相应的调整。（4）薄膜是共同生活的日常生活，高需求和高质量的要求。1.3 收卷机的发展概述1.3.1 收卷机的发展和应用现状收卷机就是软带或者薄膜等
13、卷料生产线的收卷部分，其将原材料通过一定的方式在收卷轴上收卷成卷筒，收卷机属于缠绕机械的一个种类，其在纸卷、布卷、塑料卷、金属卷等加工生产线上广泛运用。在生产中收卷机的结构形式多种多样，其能够适用各种要求的产品收卷，常见的有收卷薄膜类型的薄膜收卷机，收卷钢带类型的钢带收卷机以及收卷软带类型的软带收卷机。在我国最近几年收卷机得到了迅速的发展，其由单一功能逐步向全自动方向发展。随着我国包装，装饰行业的快速发展，尤其是软带门帘的使用越来越频繁，软带全自动收卷机的需求很大，而国内还没有专门研制软带门帘的全自动收卷机。现有的软带门帘收卷机需要人工辅助才能完成收卷作业，严重制约了软带行业生产的发展。软带门
14、帘的生产工艺一般是由挤塑机通过挤压流动的软料，经冷却形成一定宽度的软带，在末端通过软带收卷机将软带缠绕成一定重量的卷筒，便于运输、仓储和出售。1.3.2 收卷机分类和选型原则在生产实际中，收卷机为了应对客户对工作环境，材质特性，产品尺寸，产品外观，产品质量等提出的不同要求，按照卷取的原理收卷机一般包括表面收卷、中心收卷和间隙收卷等形式，按照收卷的工位的不同收卷机分为单工位收卷、双工位收卷、多工位收卷等形式。表面收卷是利用卷取箱与被卷软带接触产生表面摩擦，进而实现对卷料的驱动达到卷取的目的，所以其又常被称为摩擦式收卷机，表面收卷机的结构如图1.1所示。图1.1表面收卷机收卷开始前，收卷芯轴上的简
15、芯与卷取辑接触；然后在电机驱动卷取棍的情况下，摩擦力带动简芯与收卷芯轴一起转动收卷。为了收卷完毕时卷筒的简芯容易取出，收卷芯轴一般使用气胀式芯轴。表面收卷具很多优点：首先其结构简单，收卷的料卷由收卷芯轴支撑，卷取辑的受力比较小；其次其控制方便，通过改变驱动卷取辑的电机转速来达到对收卷机收卷的速度控制；最后其应用于多种对象的收卷，对一般的薄膜或者软带都能够收卷紧密。由于表面收卷结构的限制，表面收卷不适合于特别光滑、易于出现擦痕的材料，也不适用于卷取厚度较大的薄膜。中心收卷是一种用电机通过带轮直接驱动软带芯轴的收卷方式中心收卷结构简图如图1.2所示。中心收卷设计成一个工位收卷，另一个工位卸料，收卷
16、机能够不停地进行收卷作业，实现连续收卷提高收卷效率。由于此种收卷方式对电机输出功率和速度调节范围提出更高要求，因此中心收卷的最大软带卷筒的直径受到限制，不能无限制的收卷。因此,中心收卷适合较为柔滑和对压力较敏感材料，其要求卷成更紧的卷筒。I.电机2.卷曲辑图1.2中心收卷机间隙收卷是通过电机驱动收卷轴和软带卷筒的，在收卷芯轴上卷筒的前面安装一个跟随辑，如图1.3所示。在收卷的过程巾，随着收卷芯轴上的软带卷筒直径的增大，在气赶的驱动下跟随棍逐渐往后移动，从而使卷简与跟随辑之间的间隙保持一个固定值。在气社的作用下，跟随辑可以在收卷的过程中保持薄膜跟膜卷的切入点基本保持不变，使薄膜在膜卷上有一个较大
17、的包角，这样可以减小收卷过程中卷入膜层之间的空气量，当薄膜经过跟随混时，薄膜在横向上的各点的牵引力均勾分布，避免了中心收卷过程中，薄膜因受到的牵引力横向不一致而引起的膜卷出现措皱的现象。此外，一些材料对于压力比较敏感，间隙式收卷可以避免软带表面的质量容易受到磨损。间隙式收卷适合对压力较敏感的软图1.3间隙收卷机由于薄膜的性质和卷取的要求不同，在实际收卷中根据不同的要求选取不同的收卷方式。表面收卷结构简单，便于控制，对膜卷的尺寸没有限制，适合于收卷表面比较粗糖，厚度比较薄的薄膜；但收卷的薄膜表面容易出现擦痕，展开之后影响产品的美观。中心收卷白动化程度比较高，能够实现高速的无间隙运行，比较适合缠绕
18、比较紧和对透明度要求高的产品。间隙收卷是以中心收卷为主，用气缸调节跟随棍与收卷轴之间的间隙，适用于在收卷工程中对张力比较敏感和收卷量较高的产品；间隙收卷机的结构机器控制系统比较复杂，成本比较高。随着自动化技术的发展，收卷机不仅能够实现单一的收卷功能，也能够实现称重、切割等功能，其自动化程度越来越高，提高了收卷行业的的生产效率。1.4 薄膜收卷机的研究现状1.4.1 收卷张力控制1.4.1.1 采用张力传感器控制张力传感器安装在轴承上的张力的张力检测，检测转换为发送到张力调节器的电气信号，和张力信号的原始组比较，进行PID计算，然后输入绕组电机控制器，控制滚筒的速度。一般辐线速度牵引机输出速度1
19、05%-设置为100%。事实上，由于薄膜的弹性和张力转矩的影响，输出速度辑线速度不超过曳引机。这种方法的优点是控制精度高，动态性能好，适用范围广U久1.4.1.2 采用浮动辐间接进行张力检测的控制方案间接张力控制方案是在轨道和浮和浮动，浮动相，检测电位器的位置，张力控制是由浮动辑的位置尽可能保持恒定的张力。由于机械结构比较复杂，所以很少用1。1.4.1.3 采用磁粉离合器控制输入收卷辑的转动力矩以达到张力稳定的控制方案磁粉离合器的主动部分和从动部分，通过收集和辑用万向联轴器连接，传动机构，在铁精粉中的扭矩传输媒体。励磁线圈为电流的磁场，磁粉磁化和磁化粒子相互吸引形成链状排列。活跃的部分在一个恒
20、定的速度旋转，破坏磁链和循环的切向力的形成之间的连接力。的力和切向磁环半径的产品是驱动部分的转动力矩辑，反过来，从连续耦合到驱动部分的活动部分的输出扭矩。若给定激磁电流不变，则输出转矩为：M=rT式中：磁粉离合器磁粉圈半径；T一磁粉链形成的切向阻力。MrT而薄膜张力为：F=PP式中：P膜卷半径。当P值的量增加，如果转矩M不改变，将导致F张力降低，张力的变化触发传感机制，反馈信号，以及信号的叠加信号U的增加，通过转换电路，输出扭矩增大M,F的张力保持不变，实现稳定的张力.L1.4.1.4 收卷张力的衰减及张力补偿一般来说，保持恒张力卷绕薄膜时，薄膜是最有利于成品的质量。但事实上，由于之间的夹空气
21、层（12%-18%）,因此，即使在膜的外层恒张力的情况下也会出现内膜的现象揉。解决这个问题的方法是与直径的增加，根据一定的规则，膜张力自动衰减”叫通常不同直径的张力衰减，在绕组的电脑预先输入，在生产过程中，操作者根据卷膜情况随时调整。换根，辑芯表面薄膜开关，卷径的变化突然，对辐速度的转动惯量，体系将发生变化,导致张力突变，所以经常辐破膜现象。因此，在膜的张力控制系统，必须配备张力补偿装置，以实现软起动，软停车，防止皱纹，绕组”纥1.4.2 生产装置的高度自动化1） BattenfeldGloucester公司在NPE上展示了其新开发的一套名为1002S的高速收卷机，该机配置了能自动卡紧和松脱的
22、旋卷收卷轴，不需操作者的任何动作，膜卷就可以被卸下和码放。2）德国薄膜卷取装置专业生产商Reinhold公司申报了一项有关为薄膜的横向切割而设计的带有集成气刀真空盘的专利。进行膜卷转换时，气刀自动动作切断真空吸附着的膜卷。3）德国StahlkomOr公司有在线多卷收卷机包括卸卷，运输、存贮母卷、卷轴上膜卷的抽出、装填有新卷芯的卷轴的复位等自动化系统。4）上海嘉深包装机械厂推出了一种接触式摩擦、多工位、翻转薄膜收卷机I。1.5 课题研究主要内容本毕业设计课题为塑料片材收卷机设计，目的在于设计一种薄膜加工过程用于薄膜的收卷。常用的薄膜收卷机，接触轧制法是一种比较常见的，与其他的缠绕方式，其最大的优
23、点是应用和改变主轴转速和转矩无膜直径随。表面实现自动高速绕组，在技术上是不可能的，但结构相对复杂，并有间歇工作。通过调整拉力，扭矩和压力，表面轧制可以获得薄膜卷不同密度。用于轧制要求松卷膜更适合。通过对接触式收卷方式的分析，查阅相关文献资料以及专利，在参考类似产品的基础上，进行塑料片材收卷机的整体结构设计。本设计主要涉及该设备的机械机构部分，驱动部分，与电气控制方面的相关设计不做要求。第2章塑料片材收卷机方案设计2.1 设计目标和设计思路本设计的设计目标这要有三个：1）驱动辐的速度可调；这一功能通过选用可变频的电机实现。2）翻转换卷；这一功能通过设计一个摆动机构实现。3）收卷辑与驱动辑间的正压
24、力恒定，这是最重要目标，因为它影响着薄膜的收卷张力；这一要求可以通过设计一个电液比例液压系统实现。2.2驱动方案的设计本设计要求收卷辑的收卷速度可调，最大速度为300mmin,从启动到稳定运动，恒定加速度o=300mmin2,且收卷过程稳定。1）变频电机和普通电机的区别，主要表现在以下两个方面第一，普通电机只能在工频附近长时间工作，而变频电机则可以长时间在严重高于，或者是低于工频的条件下进行工作；举个例子，我们国家的工频是50Hz,普通电机如果长时间在5Hz,或者是2000Hz的条件下，很快就会出现故障，甚至是损坏；而变频电机的出现，就解决了普通电机的这个不足；第二，普通电机和变频电机的散热系
25、统不同。普通电机的散热系统和转速是息息相关的，或者说，电机的转速快，散热系统就效果好，电机转速慢，散热效果就会大打折扣，而变频电机则不存在这个问题。普通电机加上变频器之后，是可以实现变频运行了，但并非真正的变频电机，还是绿波杰能刚才谈到的第一条，如果长时间在非工频状态下工作，可能到电机的损坏。2）变频电机与伺服电机的区别与联系该伺服的基本概念是准确的，精确的，快速定位。变频调速是一种必要的内部链接的伺服控制，变频也存在于伺服驱动（无级调速）。但目前的速度闭环控制的伺服回路和位置环是封闭的，这是很大的区别。此外，该伺服电机与普通电机的结构是有区别的，要满足快速响应和准确定位。交流伺服电机的流通市
26、场现在为永磁同步交流伺服电机的过程，但这一限制，难以实现大功率，同步伺服的价格超过十千瓦的和昂贵的，所以用交流异步伺服应用在允许的领域，在这个时候，很多驱动高频率转换器，编码器反馈闭环控制。伺服系统是满足准确，精确，快速定位，只要没有伺服变频之争。3）减速机的优点a）节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，功率大于95千瓦。b）、能耗低，性能优越，减速器的效率可以达到95%以上。c）振动小，噪音低，高效节能，优质型钢，钢箱，高温热处理后齿面。d）经过精密加工，确保定位精度，这一切构成了齿轮减速电机的齿轮组件。e）产品采用了系列化、模块化的设计思想，有广泛的适应性，本系列产品有极其多的电机组合、安装
27、位置和结构方案，可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。D维护方便且成本低，技术成熟。综上分析选择选择变频电机可以满足本设计的变速要求，采用电机与减速器一体的减速机可以利用减速器的优势节省安装空间，提高效率同时节省设计工作量。因此选择变频减速机。2.3收卷辐与驱动辐间正压力控制根据设计目标和设计思路，三个主要功能，首先是收卷辐与驱动辑间的正压力恒定，这一功能要求随薄膜卷直径逐渐增加，膜卷质量随之增加，收卷辐支撑臂的摆角不断变化。必须对应调整液压缸施加在收卷辐支撑臂上的液压力。分析收卷系统受力状态见图2.1。O1,02,03,04,在驱动辑，辐，辐支撑臂和液压缸的活塞杆较接，绕线轮支臂和旋转中心
28、的液压缸，其中0,O4,。5点的位置固定不动，。2,。3点的位置随支撑臂摆动变化，任意时刻摆动的角度，用表示。以支撑臂为受力体，将支撑臂。2点作用的膜卷重力Gi,支撑臂自身的重力。2（0|、。2是的函数）；支撑臂O2点作用的驱动辑给收卷辑正压力外，支撑臂O3点作用的液压缸对支撑臂液压力FR对支撑臂旋转中心。4取矩，建立平衡方程式：GsinqL-%COSaLQa-GzSinWqQ/2-&8soq=O（2.1）其中：仇仇，分别是G,网,外与其在支撑臂法线方向上分力所夹锐角。仇二90-（+ZO5O4H）;G2=ZO1O2O4-90；O3=ZO5O3O4-90o一旦收卷机几何尺寸确定，NO5O4H为一
29、定值，NOQ2。4和NO5O3O4则是支撑臂摆角的单值函数，可以利用几何关系方便求出。通过以上的分析表明，驱动辐，压辑和液压缸的液压压力的关系。设置压根时是恒定的，在类型的基础上的流体压力（2.1）是一个单值的支撑臂摆角的函数（即单值函数的膜卷直径）。因此，保持一个恒定的压力的卷绕辐驱动辐，根据方程（2.1）给出的规则的变化与膜的快速、准确地调整液压缸压力的大小。因此，需要设计特殊的液压系统，通常在液压系统比例压力控制阀的比例控制实现。第3章收卷芯轴的设计与研究收卷芯轴是收卷机上的重要冬件，在现有的软带收卷行业中，收卷芯轴一般采用可胀芯轴的形式。由于软带是从挤塑机里通过挤压塑料粉末而成，具有一
30、定温度，为了保持其缠绕到收卷芯轴上的软带表面的质量，需要在收卷芯轴上安放筒芯。筒芯表面光滑，具有一定温度的软带缠绕到筒芯上，不会对软带的质量产生影响。软带收卷的开始阶段，可胀收卷芯轴涨紧筒芯，防止筒芯的转动和移动，软带缠绕在筒芯上；收卷结束阶段，可胀芯轴收缩，筒芯内壁和收卷芯轴表面出现间隙，方便筒芯连同软带一块卸载下来。本课题设计的是全自动一体化收卷机，考虑到为了自动上卷和自动卸卷的方便，也为了节约收卷的成本，我们将筒芯将被去掉，采用无芯卷取。然而，如果将软带直接缠绕到收卷芯轴上面,由于可胀的收卷芯轴在胀开阶段表面有缝隙或者凸起，而刚生产出来的软带具有一定的温度，因此缠绕到收卷芯轴表面的软带在
31、展开之后出现褶皱现象，影响软带的质量和美观。为此我们设计了一种无缝可胀收卷芯轴，在其胀开之后表面光滑无缝，生产出来的软带直接缠绕上去，对软带表面的质量没有影响。3.1 无缝可胀收卷芯轴的设计3.1.1 设计要求本课题根据某软带门帘生产公司提出的要求，为其生产的软带门帘设计一款全自动功能的收卷机。该公司生产的软带类型规格如下：软带卷筒内径：200mm；软带卷筒最大外径：600mm；软带卷筒最大重量：50kg；软带宽度规格：100mm,140mm,200mm；软带厚度规格：1.6mm,2mm；在无缝可胀收卷芯轴的设计过程中，我们根据软带的规格设定收卷芯轴的有关参数。首先，根据软带卷筒的内径尺寸的要
32、求，无缝可胀收卷芯轴在胀开之后耍达到直径200mm,此时其表面无缝隙。其次，根据实验得知，由于软带具有一定的柔软性，举起50kg的软带卷筒时，由于受到重力的作用，其内径变化最大处缩小IOmm左右。因此，为了便于最后的自动卸料，在卸载软带卷筒的时候，需要保持卷筒与收卷芯轴之间有一定的间隙，这样才能顺利的取下卷筒。最后，根据实际卸料的经验，收卷芯轴在收缩之后使直径方向变化最大处缩小20mm左右，这样便能顺利的取下软带卷筒。从收卷芯轴上取下软带卷筒的示意图如图2-1所示。1.芯轴处于胀开状态2.薄膜3.芯轴处于收缩状态4.卷筒被举起状态图2-1从芯轴上取下卷筒示意图根据上述以及实际收卷工作中的需要，
33、无缝可胀芯轴在设计中应具有以下参数：芯轴收卷软带的部分长度应不小于软带的最大宽度200mm；其芯轴胀开之后的直径保持200mm,形成的外表面光滑无缝；收缩之后直径方向尺寸变化最大处缩小20mm；此外，收卷芯轴缩涨机构的运动不能影响整机收卷动作的运动。3.1.2方案一常见的薄膜收卷芯轴在胀开之后，外表面是由三片大胀形成的圆柱面，而大胀瓦之间留有缝隙。根据我们收卷薄膜的需要，木方案采用内锥套和四连杆机构实现收卷芯轴的缩涨。芯轴胀开之后，收卷芯轴外表面没有缝隙，形成一个表面封闭的圆柱面。该方案中的收卷芯轴由三片大胀瓦，三片小胀瓦，两个支撑盘，三组固定幅条，三个连杆，内锥套，止转滑套，丝套，主轴等组成
34、，其三位模型如图2-2示意图所示。大瓦片与小瓦片按相互顺序依次安装，每个小瓦片上安装一组固定条幅和一个连杆；止转滑套与丝套相配合，丝套与轴之间可以相互转动；丝套两端被限制轴向移动位，其只能在轴上转动；通过转动丝套实现收卷芯轴的缩涨。1.小胀瓦2.支撑盘3.大胀瓦4.内锥套5,固定辐条6.连杆7.止转滑套8.丝套图22方案中收卷芯轴三维图该方窠设计的收卷芯轴是一种无缝可胀收卷芯轴，收卷芯轴的具体结构如图2-3所示,该无缝可胀收卷芯轴系统包括主轴、内雄套、大胀瓦、小胀瓦、固定福条、连杆等；每个大胀瓦上安装一个外锥套，外锥套与内锥套相配合，内锥套与主轴相配；两个内锥套通过双头螺柱刚性的连接成一体，只
35、能轴向移动，不能转动；大胀/人上安装有导向柱，导向柱与支撑盘相配，导向柱可以沿着支撑盘径向移动；两个支撑盘与主轴通过紧定螺钉连接在一起，支撑盘上打有导向柱的安装孔和顶杆通过的孔，顶杆穿过顶杆圆盘和支撑盘与内锥套连接在一起；每个小胀瓦安装一组固定条幅和一个连杆，组成一个连杆机构；大胀瓦与小胀瓦呈圆周分布在支撑盘的外圈；推力球轴承安装在止转滑套上面，止转滑套与丝套相配，丝套与主轴配合，丝套在主轴上只能转动；顶杆圆盘安装在止转滑套上面与推力球轴承的一端接触。其：I：作原理是:丝套的转动带动止转滑套的米回移动；止转滑套的来回移动带动顶杆圆盘和内锥套的来回移动；内锥套的来回移动带动大胀瓦的径向移动；顶杆
36、圆盘的来回移动带动由连杆、固定辖条、小胀瓦组成的连杆机构实现运动。通过调节四连杆机构的尺寸，使大胀瓦完全胀开的时候，小胀瓦也跟着完全胀开；三片小胀瓦正好填允在三片大胀瓦形成的间隙中。这样就实现了由三片大胀瓦、三片小胀瓦形成的无缝圆柱表面。1.支撑盘2.弹簧3.内锥套4.双头螺柱5.外锥套6.大胀瓦7.导向柱8.推力球轴承9.止转滑套10.丝套II.主轴12.顶杆圆盘13.固定辐条14.连杆15.小胀瓦图2-3方案一中收卷芯轴结构图3.1.3方案二该方案二设计的无缝可胀收卷芯轴其由三片大胀瓦、三片小胀瓦、内锥套、推力球轴承、丝套、止转滑套、锥说轮、双头螺柱等零件组成，收卷芯轴三维模型如图24所示
37、。在内锥套的锥面上沿圆周均布方向开设三个与小胀瓦上锥滑块相配套的斜槽，通过调节锥度和斜度之间的关系来实现大胀瓦与小胀瓦的上升速度的不同，使大胀瓦、小胀瓦在运动的过程中互不干涉，从而进一步实现收卷芯轴的缩涨。1.大胀瓦2.小胀瓦3.内锥套4.止转滑套5.锥齿轮6.主轴7.丝套8.推力球轴承9.支撑盘图2-4方案二中收卷芯轴三维图该收卷芯轴的具体结构如图2-5所示。该无缝可胀收卷芯轴的系统包括主轴、锥齿轮、丝套、推力球轴承、顶杆、大胀瓦、小胀瓦、大拉餐、外锥套、内锥套、导向柱、小拉支撑盘、斜块、轴用弹性拽圈、顶杆圆盘、止转圆盘、止转杆、双头螺柱等零件组成。每个大胀瓦下面配装一组外锥套，外锥套与内锥
38、套通过锥面相互配合接触，可以相互自由滑动；每个小胀瓦下面配装一组斜块，斜块与内锥套上面的斜面通过配合接触，斜块可以在斜面上自由滑动；两个内锥套通过双头螺柱刚性的连接在一起，与主轴相配，其可以在主轴上自由滑动；推力球轴承与止转滑套相配，止转滑襄与丝套相配，锥齿轮通过螺钉与丝套固定；丝套与主轴配合；丝套在主轴上的轴向移动被限制，只能在其上自由转动；在止转滑套上安装有止转杆，以限制止转滑套的转动；顶杆安装在顶杆圆盘上，顶杆圆盘通过轴用弹性挡圈固定在止转滑套上；推力球轴承安装在止转滑套上，一侧与顶杆圆盘接触。其工作原理是：通过电机带动锥齿轮正向或者反向转动，锥齿轮带动丝套在主轴上转动，此时与丝套配合的
39、止转滑套也跟着运动；由于止转滑套通过止转杆的限制，只能轴向直线运动，不能转动；土转滑套的轴向移动，带动顶杆的轴向移动；顶杆的轴向移动带动内锥套的轴向移动；内锥套的轴向运动引起大、小胀瓦的运动；由于大、小胀瓦上有导向柱，因此胀瓦只能径向运动，不能轴向运动。由于内锥套上存在锥面和斜面，因此，当内锥套轴向移动-段距离时.，与之相配的的胀瓦就径向运动一段距离。因为锥度和斜度引起的变化不一样，所以大胀瓦和小胀瓦运动的速度和距离都不一样，但是大胀瓦和小胀瓦是同时运动和同时停止的，在大、小胀瓦运动的过程中，各个零件互不干涉；在胀开的时候，大胀瓦和小胀瓦依次在主轴周围形成一个圆柱面；在收缩额时候，小胀瓦收缩在
40、大胀瓦的下面,芯轴的外表面是由人胀瓦形成。在安装的时候，电机正转时带动一些列的构件运动使收卷芯轴胀开，电机反转时带动运动使收卷芯轴收缩，用此方案设计的结构实现无缝可胀收卷芯轴的功能。1.导向柱2.内锥套3.双头螺柱4.外锥套5.大拉簧6.大胀瓦7.顶杆8.推力球轴承9.丝套10.锥齿轮9.螺钉12.主轴13.止转杆14.止转滑套15.顶杆圆盘16.轴用弹性挡圈17.小胀瓦18.斜块19.支撑盘20.小拉簧图2-5方案二中收卷芯轴结构图3.1.4两种方案比较基于上述的方案一，采用的是内锥套轴向移动引起大胀瓦径向运动和连杆机构带动小胀瓦的运动来实现芯轴的缩涨；顶杆圆盘与内锥套通过螺柱刚性的连接在一
41、起，连杆通过销与圆盘相配和；内锥套轴向移动的同时四连杆机构也开始动作。方案一中存在的缺点:在收卷芯轴缩涨的过程中，三组连杆机构同时运动增加了收卷芯轴运动的复杂性；为了保证大胀瓦和小胀瓦在运动过程中互不干涉，需要很高的加工精度才能保证三组连杆运动的准确性和一致性；连杆机构结构的承受载荷的能力有限；此外，连杆机构在运动的过程中容易卡死。基于上述的方案二，采用的是内锥套上开设斜槽，内锥套的锥面与大胀瓦接触，斜槽的斜面与小胀瓦接触；内锥套沿着轴进行轴向移动带动大胀瓦和小胀瓦的径向运动；大、小胀瓦的径向运动组成了收卷芯轴的缩涨。方案二中存在的缺点:在圆锥面上均布地开设的三个斜面具有相同斜度的的斜槽具有一
42、定的难度；而为了要保证斜面间的相互运动的平滑性，斜面的摩擦系数要小，否则运动不顺畅；因此，内锥套上的斜槽加工具有一定的难度。通过两种方案的分析对比，我们发现方案二相比于方案一设计的无缝可胀收卷芯轴结构简单，加工精度也较容易达到，运动更易实现预期的效果。在实现同样功能需求的情况下，方案二的机构设计方案更加合理，加工精度低，成本低廉。因此，我们选择方案二设计的芯轴结构作为无缝可胀收卷芯轴，即:内锥套的轴向移动带动大小胀瓦径向运动实现收卷芯轴缩涨的功能。3.2无缝可胀收卷芯轴的运动研究3.2.1内锥套的参数研究无缝可胀芯轴实现功能的关键是内锥套的设计。在内锥套上圆周方向均布地开设三个斜槽，内锥套的锥
43、面跟大胀瓦的运动有关，斜槽的斜面跟小胀瓦的运动有关；由于每个胀瓦上都有导向柱，因此胀瓦的轴向运动被限制，只能沿着径向进行径向运动；由于胀瓦运动部件始终要与内锥套的锥面或者斜面接触，因此内锥套的轴向运动必引起胀瓦的运动，而胀瓦由于轴向运动受到限制，故只能径向运动。因此，可以看出无缝可胀收卷芯轴的运动原理是内锥套的来回直线运动带动大胀瓦和小胀瓦的径向运动。为了胀瓦在运动过程中相互不干涉，内锥套锥面的锥度和斜槽斜面的斜度的设计是无缝可胀芯轴能否自由缩涨的关键。我们根据机械原理和几何学的原理，经过计算和多次试验得到了符合我们需要的内锥套锥面和斜面的尺寸，内锥套的结构尺寸如图2-6所示。A图2-6内锥套
44、结构图根据内锥套的尺寸，我们可以得出内锥套的锥度和斜度的大小:锥面的维度：C =D-d 150-120 2L45斜面的斜度：S=且於=675-4545=32其中，大端直径D=150mm,小端直径d=120mm,长L=45mm,斜面最高处到巾心的距离H=67.5mm,最低处到巾心的距离h=45mtn0根据我们设计的原理呐锥套轴向移动带动大胀瓦和小胀径向运动；此夕卜，由于引起大胀瓦和小胀瓦运动的接触面不同，我们可以得出:大胀瓦和小胀瓦径向运动的速度不一样，其行程也不一样。设内锥套轴向移动速度为匕，大胀瓦的径向运动速度为匕，小胀瓦的径向运动速度为CI由锥度关系得知：=-v,=-vi23由斜度关系得知
45、：匕=SXK=g匕由于大小胀瓦的运动是都是由内锥套运动引起的，因此大、小胀瓦运动时间是相同的，即同时运动，同时停止。根据大小胀瓦的速度关系可以得出:在同一时刻小胀瓦速度是大胀瓦速度的1.5倍。通过在SOIidWorkS三维软件里对大小胀瓦与内锥套的参数进行调节，对其运动过程进行分析和模拟，使小胀瓦在运动过程中始终处于大胀瓦下面，一直到芯轴完全胀开。收卷之前收卷芯轴处于胀开状态，除开始时刻之外，小胀瓦始终在大胀瓦的下面,因此，二者径向运动不会产生干涉。内锥套的锥面和斜面沿轴向运动示意图如图2-7所示,实线代表的是开始时刻，虚线表示的是下一时刻的内锥套。3.2.2 胀瓦的运动研究根据前面对内锥套运
46、动的研究，我们设内锥套轴向移动位移为大胀瓦的径向运动位移为S2,小胀瓦的径向运动位移为S3；由于大、小胀瓦的运动都是由内锥套运动引起的,因此，大、小胀瓦运动的起始时间是同一时间，结束时间也是同一时间。根据大、小胀瓦的速度与内锥套速度的关系可以得出大、小胀瓦的行程与时间的关系，如图2-8所示。由此我们可以得出公式：大胀瓦的行程：S2=t小胀瓦的行程：S3=Iv1/2由此我们可以得出大、小胀瓦行程与内锥套行程的关系：大胀瓦的行程与内锥套行程关系：52=5i图2-8大、小胀瓦运动位移与时间的关系为了满足收卷卷筒内径200mm的要求，我将处于胀开状态的收卷芯轴整体外径设计为200mmo根据卸料时的实验
47、结果:收卷芯轴直径变化不小于20mm的情况下可以顺利将卷筒从收卷芯轴上进行卸料；我们要保证收卷芯轴在收缩时其直径变化不小于20mm。根据大小胀瓦的行程与内锥套轴向运动行程的关系可以计算出，只要内锥套轴向移动30mm即可满足收卷芯轴在直径方面有着20mm的变化要求。由于收卷芯轴是悬臂式的，因此，收卷芯轴不易太长。为此，在收卷芯轴缩涨过程中，内锥套轴向位移在030mm之间来回变化即可，所以，大胀瓦径向行程在010mm之间变化，小胀瓦径向行程在015mm之间变化。在实际工作中，大胀瓦和小胀瓦径向行程与内锥套轴向行程关系如图2-9所示。(日).=正S;?*Y图2-9内锥套与大小胀瓦运动行程根据上面对胀瓦运动的分析可以看出，除开始时刻，内锥套在轴向移动的过程中，小胀瓦始终被大胀瓦包裹在里面，从而避免了收卷芯轴在缩涨过程中大、小胀瓦之间的运动干涉。3.2.3 收卷芯轴运动研究在收卷芯轴到达收卷工位前，内锥套沿着轴向移动30mm,大胀瓦和小胀瓦沿着径向进行径向运动，在主轴的外围形成无缝的圆柱面，此时的收卷芯轴处于胀开阶段；到达收卷工位后，薄膜开始在其形成的圆柱面上缠绕。处于胀开时的无缝可胀收卷芯轴端面如图2-10所示。图2-10收卷芯轴处于胀开状态端面示意图当卷筒收卷完毕到达卸料工位之后，内锥套沿着轴向反向移动30mm,大胀瓦和小胀瓦在径向方向反向运动，由于小胀瓦的速度是大胀瓦的1.5倍，
