切纸机结构设计.docx

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1、切纸机结构设计 切纸机的结构设计 摘 要 不干胶在平时的生活中应用非常广泛，如在液晶显示屏生产中需要在引脚处贴覆一张单面不干胶保护纸，可以用来保护液晶屏。贴保护纸在许多生产线上都是必不可少的一道工序，但是目前却还没有现成的条状不干胶保护纸，生产商们均需要对整张纸的不干胶进行切割，因此企业对可以长时间、高精度的不干胶切纸机需求比较大。本次机械设计的目标就是设计出一款用于单面不干胶保护纸切割的专用设备。不干胶切纸机的主要工作运行原理是通过控制伺服电机的转动速度及气缸在不同时点的动作，伺服电动机通过蜗轮蜗杆的传动带动大滚筒转动并在从动滚筒间夹紧力的作用下，通过存在的摩擦力的传动作用进行不干胶切纸的送

2、料，当所要切割的不干胶切纸送料到位后，机器上方的气缸作用开始下行进行切纸。不干胶切纸机的主要部件有以下几部分：支撑轴部件、传动系统、切割组件、送料机构和机架底座等部分组成 关键字： 伺服电动机 切纸系统 气缸 蜗轮蜗杆 Structure design of adhesive paper cutting machine Abstract Non-drying adhesive is widely used in daily life. For example, in the production of LCD, a single-sided non-drying adhesive protec

3、tive paper is required at the pin, which can be used to protect the LCD screen. Paste protection paper is an essential process in many production lines, but there is no ready-made strip of non-stick protection paper. Manufacturers need to cut the dry adhesive of the whole paper. Therefore, enterpris

4、es need a long-term, high-precision paper cutter. The goal of this mechanical design is to design a special equipment for cutting single-sided adhesive protective paper. Its main principle is to control the action of servo motor and cylinder. The motor drives the large drum to rotate and clamps the

5、adhesive protective paper with the driven drum to cut. The paper is fed by the friction transmission. After the adhesive cutting paper is fed in place, the cylinder starts to cut the paper downward. It is mainly composed of supporting shaft parts, transmission system, feeding system, cutting compone

6、nts and frame, etc Keywords: Servomotor Cylinder Paper cutting system Worm gears 第一章 绪论 1.1 引言 切纸机是目前是市面上运用非常普通常用的办公机器，并且其存在的时间已经有了数十年之久，技术相对来说已经成熟。它主要运用于一些造纸厂单张纸张的裁剪，并且市场前景非常好。而不干胶切纸机则是众多切纸机中比较独特的一种，其对于，目前用的大部分不干胶切纸机为机械式的切纸机，虽然有一定的自动化程度、价格相对低廉，但问题也十分突出，主要有以下几大问题：a、没有高精度的尺寸定位系统和装置，精度极低，不能满足现在市场上对精度的

7、高要求；b、机械式切纸机存在冲击力和噪音巨大，且设置的安全机构并不可靠易出事故；c、机构的自动化水平偏低不够高，不符合现代企业大规模生产中对产量的诉求，且浪费资源。 不干胶切纸机不仅适用于大型工厂中，同时在日常办公室中对其也有一定要求。在随着.经济的不断发展和科技水平的不断提高，切纸机在实际工厂中运用的需求量也在不断成倍增加，与之同时消费者对其高科技含量的诉求也愈发强烈。经过近些年的不断改进和发展，现在的不干胶已经不再单单运用于电器制品，而是广泛地运用于食品业、汽车工业、办公用品、医疗用品等标签和标牌，因此对于不干胶切纸机的需求也变的愈高。所以在如此巨大规模的市场需求和运用需求的情况之下，先前

8、发明并用于实际生产生活中的机械式切纸机已经在不同程度上，无论是安全性还是精密程度或是生产效率等均已表现出了其已不再适应当代的生产方式和所匹配的生产效率，同时这种机械式切纸机存在的问题也更加突出。这也是从另一个方面来倒逼.生产技术进行变革与改善，从而提高整个行业的技术水平提高资源利用率。 在面对如此多的实际操作问题下，对于我们机械从业者来说这便是要求我们能够运用所学到的知识储备，根据可以实际操作的、符合理论论证的、经济效率最高的方案，对其不足之处来进行必要的改良改进，最终经过理论和实际操作的验证后运用到生产生活之中。通过此次对传统机械式切纸机的结构进行改良，我相信我们不仅可以提高其整体的使用水平

9、及影响，还能在提高效能的同时使机构的整体操作更加精密、舒适感更好、安全性更高、应用范围更大。 1.2 不干胶切纸机简述 1.2.1 工作原理 该机构的动力来源于伺服电动机和普通气缸，通过以伺服电动机提供的动力来带动传动系统中的大辊筒，利用上部从动滚和下部的主动辊之间的加紧力来加紧待切的不干胶纸，通过两个辊筒之间的摩擦力使得不干胶的送料与出料，等到不干胶纸杯传送到一定位置后，上部的气缸动力系统开始工作，向下推动刀具进行切纸，然后往复这些动作，直到整个切纸工作完成。对于机构的控制系统方面是以 PLC 为核心器件来工作的，可以非常精确控制不干胶纸张送料、切纸的精度；并且采用触摸屏进行人机交互的工作，

10、操作方便，可以在线对纸张宽度进行修改，可以实现机构的点进、点退和全自动运行等功能。 1.2.2 机械结构的特征 印刷此次对不干胶切纸的机构进行设计，其主要有机架、传动系统、送料系统、切割组件、支承轴部件构成。其中主要部件为传动系统、送料系统及切割组件，对于这三部分也将进行着重说明；而对于机架、支撑轴部件等简易机构，便会稍微带过。对于切纸机的主要设计难点是在于将伺服电机传出的动力和气缸切割的工作进行有效结合，实现送料一次切割一次的动作。另一个难点便是对切割工作精度的控制，由于被切割的不干胶的大小随着工作的不同会变化，则对于机器切割精度的变化要求也随之提高了。不干胶切纸机的结构示意图如下图 1。

11、第二章 传动系统 分析 2.1 传动系统 简述 驱动不干胶切纸机的传动系统主要是由电动机、联轴器、轴承和蜗轮蜗杆组成的。其是切纸机中最为重要的系统之一。当进去工作时候，电动机开始运转带动蜗杆转动，将动力传递到蜗轮上。蜗轮带动与其连接的两个辊筒转动，一个实现上料，另一个实现下料。通过保证两个蜗轮与蜗杆之间同步运行，来使得在整个切割的过程中上料、下料的纸张的长度一致，切割精度和机构的稳定性也同时得到了保证。传动系统如图 2。 2. 2 电动机的选择 2.2 2 .1 步进电动机的分析 步进电动机的工作方式是通过把控制器中发出的一定强度的电脉冲信号换 转成一定角度的角位移，并且用其角度变换来控制电机

12、中的转子进行特定转动的电动机。当伺服电动机在自动控制的系统装置中作为动力输出的关键部件，它是通过控制不同的输入目标脉冲信号来使得步进电动机向一个方向转动一个步位，每每输入一定的目标脉冲信号便会使得电动机转动一个特定的步位，也正是因为这种原因，通常普遍也称其为脉冲电动机。步进电动机中主要部件驱动电源是由能够产生并发射变频脉冲的信号源、使得变频脉冲放大的放大器以及将脉冲分配给不同部分的分配器组成的，其中驱动电源的作用是为电机中的绕组来提供不同的脉冲变频电流，其所体现运行性能的优良和寿命取决于驱动电源与电机二者之间的配合程度的不同。步进电动机的工作原理：是通过将不同的电脉冲信号换转成特定的角位移或者

13、线位移的开环的一种控制器元件。在日常工作的非超载的工况条件下，步进电动机的停止所在的位置和转动速度的快慢程度只与信号源所发出的变频脉冲信号的脉冲个数的多少和频率的高低有直接关系，而不会受到机构承受负载的大小的变化所带来的影响，或者简而言之就是给电机发出一个特定的目标变频脉冲信号，其中的转子就会对应的转动一定的步距角。由于这个关系的存在，同时还有步进电动机无累积误差的特点，便使得电机在控制转速、位移等方面变得非常简单，易于操作。 2.2 2 .2 伺服电动机的分析 伺服系统是随动系统的一种情况就其本质上而言，可以让被带动的物体的实际状态、工作步位以及所在具体方位等要被电机输出的控制量可以跟随使用

14、者输入的不同特征的目标指令（或者一个定值）的任意变化，而与之相应进行改变的控制系统。对于伺服系统来说，他主要是依靠脉冲变化的特征来实现定位的，或者可以通过转换问题面临的角度来理解每当伺服电动机工作时候接收到一个特定的发出的脉冲变频信号量，其中转子就会相应的转动进行工作与这个发出的脉冲信号所对应的角度变化量，从而进一步实现操所要达到的操作目标。同时由于伺服电机本是具有脉冲信号源发出的功能，所以每次转子工作时被动旋转特定不同的角度量的时候，电机都会产生并且发出对应数量的脉冲信号量。这样的情况下，就相当于伺服电动机内部系统形成了脉冲呼应（也可以称之为"闭环'），这时候内部系统就会知

15、道有多少数量的脉冲传输到伺服电机，同时接收到多少返回的脉冲信号，这是电动机相对于其他普通的电机可以实现非常精准的控 制和定位的重要因素，并且其精度是可以高达千分之一毫米的。伺服系统的功能是每当发出一定的目的控制命令，对电机的输出功率进行控制调整及变换等，使得装置可以在最终输出的位移、速度等性能方面符合要求，其控制变化的非常灵活便捷。 2.2 2 .3 步进 、 伺服 电动机 的 比较 精度的掌控方面 五相的混合式的电动机的内部所规定的存在的步距角大小通常情况下为0.72、0.36，而另一面两相的混合式的步进电动机规定存在的步距角为1.8、3.6。而另一方面交流伺服电动机的精度是由电动机后端的旋

16、转编码器来实现控制的，其精度比步进电机高出了许多。 电机反应的速度方面 交流伺服电动机的系统的加速度性能方面比较好，通常只需要几毫秒，可以用于要求电机快速启停的工作场合；而对于步进电动机来说却逊色许多，其从静止到正常工作的转速通常需要几百毫秒。 低频特性方面 步进电动机在较低速度条件下工作时容易出现低频振动的现象，而对于振动频率的变化则是与负载的大小和驱动器性能的不同有关联，通常情况下振动频率的大小为电动机空载时候起跳频率的二分之一，这种情况对于切纸机的正常非常不好。而伺服电动机却没有这方面的问题，其运转非常平稳，较低速度情况下也不会出现像步进电动机那样的振动。对于机械的刚性不足方面，可以通过

17、交流伺服系统本身所具有的可以抑制共振能力来弥补进而达到工作要求。 负载的过载方面 通常正常的步进电动机是没有过载的性能的。但是伺服电动机在过载性能方面是具有易于普通电机的诸多优势，不仅是在速度方面的过载工作，还是转矩过载方面的运行，都是具有非常好的性能的可以持续可靠进行工作。 工作的性能方面 步进电动机内部系统为开环控制系统，工作时候每每当出现启动的频率过高、负载载荷太大，则出现电机不转动或者丢步工作是非常非常容易见的；当机器在工作需要停止时，如果电机的转动速度过高也是非常容易发生电动机过冲 的现象的。伺服电动机内部控制系统是闭环操作的，内部的驱动控制器是可以对电机中内置的编码器进行直接信号反

18、馈的采集并进行加工处理，通常的情况下是不会出现电动机丢步或者过冲的情况，所以其控制性能方面更好也更加可靠。 2.2 2 .4 综合选择 综合上述原因分析，由于不干胶切纸机的组成结构和传动系统的特殊，所以对电机的要求比较高。首先对于切纸机传动系统的要求是动力输出平稳持续，并且还是还可以控制电机的转速从而达到可以实现不同工作环境下，对不同尺寸的不干胶进行送料和出料的要求，所以我在电动机的大的方向甄选上使用伺服电动机。 2.2 2 .5 伺服电动机的 选择 通过工作环境的差别选择合适电动机 1）从安装选择的方法上卧式伺服电动机 在对伺服电动机安装的选择上有主要就是两种立式安装法、卧式安装法。二者存在

19、的异同主要有：卧式电动机的价格是相对来说比较便宜的，而立式电动机一般也只是在简化传动装置并且必须要垂直运转的时候才会被选择，所以综上我选择的是卧式电动机。 2）防护形式的选择防护式电动机 在电动机的防护形式上主要有以下几个选择：开启式、防护式、封闭式、防爆式。经过多方位比较探讨认为防护式的电机比较适合。通过观察可以知道防护式的电动机的机座下方会留有通风口，可以在保证电动机有较好的散热条件，同时又可以防止水滴和纸屑等杂物从工作环境中进入电动机，但是有一个很大的缺点便是不能防止灰尘和潮湿的空气进去，但由于不干胶的特殊性也会要求工作环境相对干燥，所以这方面的影响便大大减小了。可以使得电动机工作寿命相

20、对延长。 根据机械设备工作性质和负载性质选择电动机的类型 1）由于不干胶划线机对于调速的要求不是很高，并且对于正常的工作环境其主要是在 220v 的交流电下，所以应该优先选用交流电动机。 2）同对于工作中我们要求其可以长期稳定的来进行工作、负载平稳，可以持续输出并且适应工厂或者办公环境，从而应该选用笼型三相一步电动机。 根据电机的尺寸和工作额定选择电机的类型 1）由于不干胶切纸机主要用在日常办公环境，并且其整体的设计尺寸也有一定的要求，不能过于庞大。这就要求处在其中的伺服电机尺寸不能太大，一方面不方便安装在工作平面上同时还会增加重量使工作面长久受到重压：另一方面大尺寸的电动机的费用也过大不利于

21、降低成本，其提供的动力也会过大，相当于大牛拉小车其实是没有必要的。所以综上，应该选择高度不高于 90mm，长度不长于 200mm，质量不高于 3kg 的小型电动机。 2）不干胶切纸机的功率要求不是很高只有 Plt;=0.6kw，所以电动机的功率应该大于 0.6kw 小于 1kw 即可，同时电动机的额定电流也要符合相关要求，所以小功率的电动机便可符合。 2.2 2 .6 电动机的参数 最终由于上述分析，所选用的电动机应该是卧式低功率防护型伺服电动机。可以查找机械手册找到符合的型号 额 定功 率（kw） 额 定线 电压（V） 额 定线 电流（A） 额定转速（rpm） 额 定 力矩（N*m） 峰 值

22、 力矩（N*m） 峰 值电 流（A） 力矩系数（N*m/A） .重量（kg） 0.75 220 3 3000 2.39 7.1 9 0.8 2.9 2. 3 联轴器的选择 2.3 31 .1 考虑的因素 动力源的特性 对于使用不同的动力部件作为动力源系统，其所蕴含的特性对于整个机器的运行和各个部件间的配合都起着至关重要的影响。由于存在无数种不同的机械特征的动力源部件，所以在工作及计算选用中确定的动力机的系数也肯定是不一样的，因此在选择联轴器的时候我们也应该根据不同是实际情况来选择最佳的联轴器来使用。联轴器选择的最为基本的因素是动力源的不同种类，而另一个因素是功率其同时也会决定联轴器的规格大小与

23、转矩的大小（转矩和功率成正比）。如果需要对轴系本身存在的的固有频率、振幅进行调整调控时，一般的情况之下会选择具有高弹性的联轴器，这样不仅可以对重要的机械部件进行保护和减震，同时还可以使得连接的轴的对中性进行改善提高，并且对于输出到机械工作时候的功率的稳定性方面有很大的提高。 载荷的类别 在选择联轴器的众多的依据中，系统所承受的载荷的不同种类也是一个非常重要的基本选择依据。对于主要选择的不同承载的载荷种类有以下几种：冲击力载荷、振动幅度大小、正反转、频繁地制动与启动等。对于面对工作环境中具有较大的冲击载荷、振动幅度和转矩变化也都比较大时，应该选择具有高弹性的联轴器；而面对低转速、重负载的工况条件

24、下，我们应该尽量不选用只能在中小功率中工作的联轴器。同时无论何种类别的联轴器均只能够短时间内进行超载，短时超载不得高于公称转矩的 23 倍，即T max 23 T n 。常用分类如下表 1 ： 表 2.2-1 载荷类别 载荷状况 工况系数 K 载荷类别 载荷状况 工况系数 K I 载荷比较均匀、工作运行平稳 11.5 III 工作中频繁正反转或者有重的负载冲击 2.52.75 II 工作中遇到中等载荷的冲击力 1.52.5 IV 频繁在工作中转换方向或者特别重的负载冲击 gt;2.75 传动的精度高低 在普通的轴系传动系统中，面对中小转矩时会要求较高的传动精度，所以在设计的时候应该用以金属材料

25、制作的弹性件的联轴器；而面对较大的转矩和传递动力的传动的轴系系统时候，精度方面也是不可忽略的一个环节，当电动机进行高转速的时候，应该优先选择具有高精度性能的的膜片联轴器。 许用的转速大小 应用的联轴器的许用转动速度范围的大小与联轴器允许的线速度大小和最大边缘尺寸有关联，并且可以经过具体的计算数值来确定。当面对不同的工作环境和工况条件下，可以通过改变联轴器不同的制造材料来提高加强联轴器的许用转速大小的使用范围，同时联轴器的材料是刚材料的许用转速一般会大于以铸铁为材料的联轴器。 轴之间的相对位移 在一般正常的工况条件下工作，被联轴器联接的两根轴之间是会存在不可以避免的相对位移量。在面对各种不同的工

26、况工作环境条件状态下，被连接的两轴之间所存在传动方向的位移（例如轴向、径向位移）的大小会存在非常明显的差异。在众多各异的联轴器中具备可以补偿被连接两轴之间的相对位移的只有挠性联轴器，所以在平常生活工作中被运用最多最广泛的便是挠性联轴器了 。 尺寸和安装及维护方面 联轴器中所指的外形尺寸通常是指联轴器中的最大径向尺寸和最大的轴向尺寸，并且选择的联轴器的尺寸大小时要注意被安装的空间大小必须满足要求。同时应该拆装方便、维护简易，维护周期较长，更换零件时候不需要移动两轴并且可以容易对中。 2.3 3 .2 梅花形弹性联轴器的基本原理 在工作时候所使用的梅花形弹性联轴器的工作原理是：在两个形状大小完全一

27、样的半个联轴器之间放置一个梅花形状的具有高弹性的弹环，而本来两轴之间所存在的相对位移会被弹性环所产生的形变来进行弥补和补偿，从而达到一定的减缓震动以及缓减冲击力的作用。因为梅花形弹性联轴器中间的梅花形橡胶体只受到了传递扭矩过程中间的挤压力，而不会承受到旋转时候的弯矩，所以其整体可以承受来自电机更大的负载可靠性也更加好，不易磨损使用寿命也有一定提升。 通过机械手册的标准 GB/T5272-2021 可以查找到其基本结构形式有：LM 基本型、LMD 单法兰型、LMS 双法兰型、LMZ-I 分体式制动轮型和 LNZ-II 整全式制动轮型。 2.3 3 .3 梅花形弹性联轴器的优点 梅花形弹性联轴器的

28、优点有以下几个方面：具有减震、缓冲的性能，可以很好的补偿两轴之间的相对偏移量；联轴器的结构简单，同时径向尺寸小，在维护保养方面易操作具有较强的承载能力，而且还不需要使用润滑。 2.3 3 .4 梅花形弹性元件的材料 在新的弹性元件标准修订后，梅花形弹性件的材料来源为主要是以铸形尼龙和聚氨酯两种材料为主的，其中的弹性元件可以根据不同的工况条件和不同的任务要求来选择不同的材料，列如在轻工业、纺织工作、水泵等机器工作条件环境稳定，载荷的变化范围不大的情况下，选用聚氨酯。同时其经济优势也非常明显。见表 2.2-2 表 2.2-2 2.3 3 .5 梅花形弹性联轴器的校核 计算 梅花形弹性联轴器根据伺服电动机的需求工作转速大小和额定功率大小来计算得出理论上的转矩，如下： T=9550