玻璃钢拉挤成型机牵引部分设计.doc

玻璃钢成型机牵引部分设计QQ251133408有图纸
目 录

第一章 绪 论 2
1.1引言 2
1.2 玻璃钢加工技术发展 3
第二章 设计任务 5
第三章 玻璃钢拉挤成型机设计过程内容 6
3.1冷却过程 6
3.1.1水冷过程 8
3.1.2 二次风冷 8
3.2 牵引过程 8
3.3 牵引设计 12
3.3.1 涡轮减速机的选择 13
3.3.2 电机减速链传动的设计和计算 14
3. 3 牵引过程的执行元件的设计和计算 19
3.3.1平行牵引链传动的设计和计算 19
3.4 链条上安装的链板的结构形状设计 23
3.4.1 链板和链条锁和机构的设计 23
3.5 轴的设计和计算 24
3.5.1 轴的最小直径的初步的确定 24
3.5.2 轴的结构设计 26
3.5.3 轴承的选择 26
3.5.4 轴的强度校核 26
3.6链传动防松结构的设计和计算 29
3.6.1 轴承套的设计 29
3.6.2 轴承套箱体的结构和尺寸的设计和计算 30
3.6.3 轴承箱体的上盖板的设计 30
3.7 整体上下盖板的结构和尺寸确定 30
3.8 切断过程 31
第四章总结 32
参考文献 33
致谢 33

第一章 绪 论
1.1引言
玻璃钢是由玻璃纤维和树脂基体复合而成的。玻璃纤维用作增强材料，它具有较高的拉伸强度和弹性模量。玻璃钢产品设计通常包括三大部分，即性能(功能）、结构(强度和刚度）和工艺设计。性能设计要充分考虑产品的使用条件，设计出具有与所要求性能相符合的玻璃钢产品外形尺寸。结构设计是根据所承受的载荷和使用环境，设计出不使材料产生破坏及有害变形的结构尺寸，确保安全可靠。工艺设计是要尽可能使成型方便，成本低廉。如果我们在玻璃钢产品设计时，仅仅考虑如何满足性能要求，而对原材料和成型制造等工艺问题重视不够，则会使组织批量生产时发生困难随着新技术、新工艺和新材料的出现，更突出了在产品设计的初始阶段考虑工艺的必要。
玻璃钢制品由树脂、增强材料和多种辅助成分合理组合而成，制造工艺种类繁多，最有代表意义的有手糊成型（hand lap up)、树脂传递成型（RTM）及真空辅助树脂传递成型（VARTM-vacuum assisted resin transfer molding ）、纤维缠绕（FW）、反应注射成型(Reaction Injection Molding-RIM)及结构反应注射成型（SRIM-Structural Reaction Injection Molding）、拉挤成型（pultrusion）、真空袋法法成型（Vacuum bag process）、树脂膜熔浸成型（RFI-Resin Film Infusion）、预浸料（高压釜）成型、低温固化预浸料成型以及SCRIMP（Seeman Composite Infusion Molding Process—西曼复合材料公司树脂渗透成型法）,RIFT（Resin Infusion umder Flexibe Tooling—柔性模具树脂渗透法） ,VARTM（Vscuum Assisted Transfer Molding—真空辅助树脂传递成型）,这三种工艺原理相似。近年来手糊成型的比例有所下降，重点在开发研究SMC拉挤、RTM及高技术应用的带自动铺放等工艺，并相应的开展原材料、模具和工艺等的研究。着重提高功效，改进表面质量，并采用组合工艺，如SMC的一个分支ZMC，就是将注射和模压相结合，还对注射和拉挤相结合的工艺也进行了研究，主要目的是为了提高劳动生产率。RTM一类的传递模塑将向装备大型化发展。
1.2 玻璃钢加工技术发展
玻璃钢拉挤成型工艺开始于上世纪五十年代，以后一度徘徊，这些年发展很快。这一类产品，在美国市场上约占玻璃钢总产量的6%，1989年的数量约6.8万吨，以后每年增长11%。在日本，最近三年这类产品的产量有起伏，每年平均约增长6%。近年来拉挤产品除日常的管、棒即各种型材外，已在研究从大型拉挤机中拉制出公共汽车的弯板及铁路用容器。这种铁路专用贮罐，是在大型拉挤模具（长16m，宽2.58m）中专门拉挤出贮罐的零件，然后用粘结剂拼装并机械加固，安装成铁路专用贮罐。于此同时，对拉挤工艺进行比较深入的研究，对各工艺参数进行控制，如树脂粘度、纤维张力、模具温度、控制速度、拉力及型面尺寸等，把这些参数建立数学模型，找出合适的关系和规律性，从而保证以最佳状态，使设备运行并得到高质量饿产品。近年来的拉挤机采用拉缠结合方式，称pullwinding。可使制品受力均匀。最近的工艺趋向综合化，并使多种材料复合，如RTM--拉挤组合。即把热塑形塑料注射与热固性拉挤结合在一起，使二者材料充分发挥特性，有效地提高了材料利用率。拉缠结合的方式，可提高产品径向强度20～25%，玻璃含量增加18%，增重9%。
拉挤成型的程序是：
1）使玻璃纤维增强材料浸渍树脂；
2）玻璃纤维预成型后进入加热模具内，进一步浸渍（挤胶）、基体树脂固化、 复合；
3)将型材按要求长度切断
拉挤成型将增强材料浸渍树脂有两种方式：
一.胶槽浸渍法：（图1）通常采用此法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入模具。此法设备便宜作业性好，适于不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂。
二.注入浸渍法（图2）：玻纤增强材料进入模具后，被注入模具内的树脂所浸渍。此法适于凝胶时间短、粘度高、生产附产物的树脂基体，如酚醛、双马来酰亚胺树脂。

图1 胶槽浸渍法

图2 注入浸渍法

第二章 设计任务
江西农业大学毕业设计(论文)任务书
设计（论文）
课题名称
玻璃钢拉挤成型机牵引部分设计
学生姓名
杨艳艳
院（系）
工学院
专 业
机械设计制造及其自动化
指导教师
林金龙
职 称
助教
学 历
硕 士
毕业设计（论文）要求：
1、 能独立拟定设计方案，提出方案的构思以及技术、经济条件等方面的可行性论证报告。
2、 能熟练应用已学过的理论知识，采用工程分析计算方法或数值计算方法，正确完成设计中的计算工作。
3、 能熟练掌握机械制图的方法和技巧，并运用计算机绘图、计算机辅助设计等，按国家标准正确地完成绘图工作。
4、 能按设计任务书的要求，编写出设计说明书。
毕业设计（论文）内容与技术参数：
内 容：1．查阅相关文献，收集资料，深入了解玻璃钢成型技术。
2．确定玻璃钢原材料和成型工艺，提出总体设计方案。
3．确定总体设计方案，编写设计说明书。
4．通过理论计算及校核，修改各零部件尺寸。
5．根据各零部件的尺寸，绘制各非标零件的零件图，绘制总装图。
技术参数：1．玻璃钢外径 D=22mm
2．玻璃钢内径 d=6mm
3．玻璃钢螺距 p=10mm
4．生产率 v=20m/h
毕业设计（论文）工作计划：
1. 调查实习、查阅文献、收集资料：2008.12～2009.1
2. 方案选择设计：2009.2
3. 总体设计：2009.2
4. 详细计算、结构设计：2009.3
5. 工程图的绘制：2009.4
6. 编写设计说明书：2009.4
7. 修改设计、准备答辩：2009.5
接受任务日期 2008 年 12 月 1 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日
学 生 签 名 年 月 日
指导教师签名 年 月 日
院长（主任）签名 年 月 日
第三章 玻璃钢拉挤成型机设计过程内容
玻璃纤维通过送丝.浸胶进行多次次加热处理，然后绞线再进加热。经过了这一系列的加工和加热过程，此时的玻璃纤维已经被加工成为初成品的玻璃钢管。有了以上这些加工制造和多次的加热加工，接下来要继续对玻璃钢管进行冷却.牵引等加工，直到最后切断成合格的成品，最终得到符合要求的玻璃纤维的制成品——玻璃钢管。该过程包括以下几个环节：
3.1冷却过程
经过了四次加热之后，此时的玻璃钢管的温度可以达到170℃以上，为了进一步的加工必须对其进行冷却。同时还要考虑此温度之下的玻璃钢管的材料属性属于脆性材料。为了保持材料这些良好的力学性能和特性，同时也要考虑和保证生产率和效率以及经济效益等一系列的要求，需要对产品进行冷却，故设计了如下的冷却过程：
1）风冷过程
根据需要冷却的温度是从170℃到室温20℃左右，同时考虑到经济效益和成本等要求，以及对整个机器的外型.美观度的影响。

散热量的计算：

式中：
……空气比热容℃
m……空气质量
……空气密度
……温度差值

空气体积的计算：

式中：
……标准大气压强
……克拉柏隆气体常数
……空气质量
……开氏温度
则：

根据所计算出来的散热量是7848.36和空气体积进行对风扇的选取，为了保证有足够和充分的散热，总体机架设计的冷却组总长度为4341.2㎜，每一组的长度为1085.3㎜，根据所设计的结构尺寸对每一组的风扇个数进行选取，为了满足要求，选择每一组的风扇为类型八组，一共十六个相对安装，具体安装详细见总装配图。

具体的风扇简图如下：

一次风冷的主要作用是进行初步的冷却，由于玻璃钢管在经过四次加热之后，温度可达到170℃以上，而且此时材料的属性属于脆性材料，为了保持材料良好的力学性能和属性。同时也要保证足够和充分的降温作用，所以一次风冷采用两组风扇一组一共有十六个，每面八个相对安装，让风扇对着吹，起到充分散热的作用。

3.1.1水冷过程
经过了一次风冷之后，此时的温度已经有了大幅下降，但是为了达到和保证生产效率，同时也为了节约成本，以及更充分的降温，所以第二次采用水冷，水冷的实现是利用喷泉实现原理，通过电机传输电来提供动力，从而实现水循环过程，保证玻璃钢管和水可以完全接触，这样才可以保证充分的冷却。经过水冷的作用之后，此时的玻璃钢管的温度应该在室温左右。

3.1.2 二次风冷
经过了一次风冷和水冷之后，此时的玻璃钢管的温度已经被降下来，已经达到了预期所需要的要求，这时的冷却只是为了把玻璃钢管由于刚刚水冷接触表面的水吹干，所以此时所需要的只是小程度的散热，但同时考虑到经济效率和成本以及结构和设计的简单，采用同一次风冷时候相同型号和类型的风扇，只是只需要用一组风扇。

3.2 牵引过程
玻璃纤维的送丝以及成型的玻璃钢产品的运动都是由牵引部分提供动力的。
玻璃钢管从开始到最后切断成型，这整个的生产过程的实现都是在牵引作用下实现的，该过程的实现主要是靠弹簧受拉力作用进行挤压压紧产生摩擦力，通过电机带动轴上的链进行运，而加工出来的玻璃钢管上有螺纹，通过安装在链条上链板与玻璃钢管之间的挤压作用下产生的摩擦力向前移动的过程。同时为了防止弹簧的压紧过紧，使摩擦力过大而不利于牵引运动，所以还选择了气动元件，通过气动元件克服弹簧弹力解脱牵引压力来松开。该过程的装置简图如下：

通过装置图可知该过程的实现主要是靠链传动，从装置简图中可以看出，该过程中用到的以下几种元件：

1) 弹簧元件
为了实现压紧，通过压紧使链条与玻璃钢管之间产生由于挤压生成的摩擦力，所以应该选择弹簧。

(1) 弹簧的选取：（牵引部分总共有四个弹簧）
已知玻璃钢的抗压强度是200，玻璃钢承受的压力

材料的选取：

根据工作情况和已知条件，选取碳素弹簧钢丝。
(2) 弹簧丝直径及弹簧内径和外径以及中径的确定

首先根据旋绕比，选择:
表3—1
d (mm)
0.2~0.4
0.5~1
1.5~2.2
2.5~6
7~16
8~50
C
7~14
5~12
5~10
4~9
4~8
4~6

根据工作情况，工作时候推荐值选择 5~8
所以选取：

中径
内径
外径
(3) 有效圈数

已知弹簧材料为碳素弹簧钢丝

切变模量
弹性模量
弹簧刚度

根据公式

(4) 弹簧其他尺寸

节距

自由高度
变形系数
式中 ：

……切变模量
……弹性模量
……玻璃钢承受的压力
通过以上所计算出来的数据，以及满足相应的工作要求，选择弹簧为：

圆柱螺旋弹簧 材料：碳素弹簧钢丝

型号： 级

(5) 弹簧导杆

为了配合弹簧元件的使用，相对增加工作时候的稳定性，所以选取弹簧导杆，由于弹簧是标准件，所以配合弹簧使用的导杆的具体形状和尺寸就依据相应的弹簧来选择即可，零件图省略。

(6) 弹簧导套

为了配合弹簧元件的工作，也要选择与导杆和弹簧相配合的导套，导套是配合弹簧的，而选择的弹簧为标准件，则相应选择的导套为标准件，所以导套的零件图省略
。
（7）弹簧座的设计

根据已经选择的弹簧型号，为了保证弹簧可以再总体装置中更好的发挥作用，所以需要设计合理的弹簧座，弹簧座的具体尺寸和结构件弹簧座零件图。

2)气动元件
在链传动的过程中，既需要弹簧元件的压紧，但同时也需要气动元件克服弹簧弹力解脱牵引压力来松开，在压紧和松开的相互配合作用下实现对玻璃钢管的牵引作用。
根据已知 挤压强度 玻璃钢承受的压力

选择 标准牵引升降气缸

型号

汽缸支座的结构尺寸的确定：

根据表中的数据和已经选择的汽缸型号，来确定汽缸支架的结构尺寸。同时考虑到支架的材料的选择，这个支架只是用来固定和支撑汽缸的，可以忽略不计所承受的力，所以考虑到经济效益等因素，选取和盖板箱体的材料，即Q235厚度为10mm的钢板，通过焊接在盖板上。
具体的汽缸支撑支架见盖板的零件图。
3.3 牵引设计
3.3.1 牵引动力元件组的设计和选择
轴的动力是通过电机经过涡轮减速机减速之后，在通过安装在减速及和轴之间链传动动力的，所以需要对减速链进行设计。 电机经过涡轮蜗杆减速器，在通过链传动来实现动力的传递，该过程的实现具体如下：

3.3.1 涡轮减速机的选择

已知所给的电动机为三相异步电机，功率,转速，生产率 。经过初步的估算，已知该牵引传动的速度比较慢，为了保证满足要求，所以对涡轮减速机的选择有一定得要求。

根据已知电机的型号：Y90L—4 功率（380V）转速，选择减速机。
型号： 减速比：

涡轮减速机的结构如简图：

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和CAD图纸等.请联系 QQ251133408 专业为您服务.本设计已通过答辩！完整机械毕业设计全套下载地址爱问：  带来不便请见谅！

已知该轴受到轴向力和径向力的共同作用，所以应该采用弯扭合成应力校核该轴的强度。

已知条件：
轴所受的力,轴的剪切疲劳极限 ,轴的许用扭转切应力: ，且通过计算确定最小直径 轴的长度。轴是由功率的电机通过链轮带动的，转速，带轮的直径。
◆竖直方向：（Z方向）

已知轴是轴向和径向力共同作用产生的组合变形，所以分别两组链轮对轴的力和力矩，首先计算连接电机的第一组链传动的链轮传递给轴的弯矩和力：

则对轴上的力分析：

和
计算得：
画出弯矩图：

◆水平方向：（X方向）

其次计算牵引传动的链轮组对轴的力和弯矩：
已知链轮作用在轴上的压轴力
则根据下面的受力分析：

和
计算得到：

画出弯矩图：

由于轴受到弯扭组合的共同作用，把分别计算得到的X方向和Z方向的力共同对轴的作用，由公式：

而：

由于轴受到弯扭组合的共同作用，把分别计算得到的X方向和Z方向的力共同对轴的作用连同扭矩，按第三理论强度进行校核，则由公式：

而：
合格
3.6链传动防松结构的设计和计算

牵引部分的设计是通过链传动实现的，该过程的最核心结构就是平行传动的链传动，但是链传动时候有震动和噪音，随着机器工作时间的增加会越来越严重，而且链条会松动，使传动效率和生产率受到很大程度的影响，为了防止这种现象，所以设计了放松的装置。该装置的原理是把轴装在轴承里，用轴承套来固定和加紧轴承，把该轴承套连同轴和轴承同时装在一个类似箱体的结构里，在这个箱体装置的两侧开有各开有一个螺纹孔，在螺纹孔内旋螺栓，通过它们和轴承套的相互接触拧紧和来调节整个结构的小位移，来实现对轴在径向运动，由于链轮安装在轴上，就实现对链条的防松控制和调节。该结构要需要对以下几个零件的设计和计算：

3.6.1 轴承套的设计

根据已经选择的轴承和轴来设计轴承套，已知轴的最小轴径和轴承的型号: 30207 GB 297-84，通过轴和轴承是过盈配合，为了保证结构的紧凑和实用，所以设计了轴承套的基本尺寸，详细尺寸见零件图。同时考虑到工作情况和生产成本等经济效率因素，对轴承套的材料选择为碳钢Q235。

3.6.2 轴承套箱体的结构和尺寸的设计和计算

为了保证轴承套连同轴和轴承这个结构在箱体内能够有一个相对很小的位移，且能够保证这个整体不会发生上下的窜动，就要要求箱体有合理的结构和尺寸，同时还要考虑的安装的问题，把这个箱体安装在上上下盖板上采用螺栓连接，除此之外还要考虑材料和生产成本等经济要素，对箱体的材料选择为和上下盖板相同的材料碳钢Q235。箱体的具体结构和尺寸详细见零件图。

3.6.3 轴承箱体的上盖板的设计

箱体的结构不能是一个密封的箱体，这样就无法保证把轴连同轴承和轴承套可以安装在箱体内，所以箱体是一个无盖的箱体，需要对箱体的上盖板的结构尺寸和形状进行设计，为了配合箱体的结构，同时还要考虑到结构的紧凑和合理，此外和材料等生产成本因素，选择此盖板的材料为碳钢Q235，具体的结构形状和尺寸见零件图。

3.7 整体上下盖板的结构和尺寸确定

在装置简图之中，整个装置的主要结构都安装在上下盖板之中，选择盖板的材料为A3钢，已知盖板的板厚度为10 mm，根据已经确定和计算出来的链传动和轴的基本尺寸数据，可以确定上下盖板的基本尺寸长为宽为轴长L=325 mm和板厚之和即的宽为345 mm，盖板长根据已经计算得出的链条的中心距且链轮的齿顶圆以及板厚10 mm，确定板长1200 mm。盖板的厚度相应的根据结构尺寸确定为196 mm。
与此同时，链传动在牵引过程中会由于和玻璃钢管之间发生挤压，玻璃钢管将往上发生翘起，为了防止链条的翘起，所以设计了一个支起链条的支撑板，支撑板的尺寸是根据链条的节距和链条的宽度设计的，详细参见盖板零件图。

盖板的具体的结构和详细尺寸见零件图。
3.8 切断过程

该过程的设计主要是为了把长长的玻璃钢管切成2米一段的合格成品完成加工。此过程的实现是采用一个小车，使小车在机架上面得轨道做直线运动，在小车的尾部安装一个触板，触板上装有感应器，小车向前运动的同时玻璃钢管在牵引作用下与小车相对的向前的运动，它们之间的相对距离为2米，当玻璃钢管接触到触板时引发上面的感应器，感应器上的报警指示灯会发亮，此时小车头部的接近开关会闭合使切割刀开动进行切割，这样就完成了一次切割。此过程的实现是需要人进行操作来实现的，需要对小车进行控制的。

具体实现过程如下简图：
切割平台的结构：

感应器

振荡器

晶体管
开关

输出器

为了保证小车可以在一个平行的轨道内运动，而且也要保证切段长度为2米一段，通过已经设计出来的机架的宽度为700 mm，则切割平台的宽度为700 mm，此切割平台类似一块板。如下图所示：

第四章 总结
本课题研究运用现代设计方法及计算机辅助设计技术，对玻璃钢成型机进行了理论分析。在设计过程中，经查阅相关书籍和数据，对整个牵引部分的动力传输和相关性能参数进行分析，现总结如下：
（1）对牵引工作部件的运动学进行了理论分析，通过一个特殊形式的链传动来实现对玻璃钢管的牵引，牵引部分为整个玻璃钢拉挤成型机加工生产过程中提供动力牵引的动力元件，所以要合理的设计牵引部分中的主要执行元件，即平行牵引链传动。
（2） 玻璃钢拉挤成型机的整机的结构设计方案：通过对整个结构的主要执行部件的设计，即成型部和牵引部的设计，整体结构机架的设计和整个电路控制的设计，这四个部分构成了玻璃钢成型机的骨干。
（3）此设计是在参阅相关书籍和数据的情况下对牵引的传动原理和相关性能参数进行分析，计算。因此难免存在不足之处，这些都有待于今后作深入的研究。

参考文献
[1] 于永泗，齐民 主编.机械工程材料.大连：大连理工大学出版社，2007.8
[2] 吴宗泽 主编.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，2003.11
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[6] 刘鸿文 主编.材料力学Ⅰ.(第四版）.北京：高等教育出版社，2004.1
[7] 谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定 编.图学基础教程.北京：高等教育出版社，1999.10
[8]《现代机械传动手册》编辑委员会 编.现代机械传动手册.北京：机械工业出版社，1995.10
[9] 余桂英，郭纪林 主编.Auto CAD 2006中文版实用教程.大连：大连理工大学出版社， 2006.1
[10] 郑文纬，吴克坚 主编.机械原理.（第七版）.北京：高等教育出版社，1996.10

致谢

首先感谢我的指导老师，林金龙老师。林老师是一位学识渊博的老师，通过林老师的认真讲解和指导，让我对机械设计有了更深的概念和认知，明白应该怎样去搞机械设计，机械设计需要我去思考和理解什么，更全面的考虑使设计的零件能够更合理的运用到生产加工之中。通过老师的认真和不厌其烦的讲解，让我认识到做事情要全面的思考问题，同时也要更认真的去注意每一个细节。
其次，感谢帮助我的老师和同学们，正是在他们的帮助之下，我才能更好更全面的完成这次毕业设计。
最后，我要衷心的感谢我的父母，没有他们就没有我，正是他们在我求学之路上给我不断的支持和鼓励，让我在人生道路上不断的前进，让我能够更好的完成自己的学业！
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