粘接蒸发器机构设计毕业设计论文

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1、 粘接蒸发器机构设计 摘要 本论文主要对管板式蒸发器热压粘结机的设计进行了阐述，管板式蒸发器包括了蒸发板以及板上的蒸发管。以前蒸发器制作多用吹胀法，但粘复合板的结合部易产生泄漏，而且管壁很薄，易损伤，因而考虑采用粘结法制造蒸发器。此外，在热压粘接后，为了避免因自然冷却产生变形失真，故增加冷却工序以使粘接部位在受压条件下快速冷却。因此，设计的热压粘结机应该具有加热、加压、定时和快速冷却的功能。该设计的主要内容是压力机、加热器、模具、传动系统、控制系统等几方面。关键词： 蒸发器 加热 加压 定时 快速冷却The Design of Boding Evaporators structureAbstr

2、act:This thesis mainly to introduce the design of a tube plate bonding evaporator machine, the tube boding evaporator includes evaporation tube plate and evaporating pipe. It usually producing evaporator by the way of blowing , but the integration of the viscose composite board is easy to leak, and

3、the wall of the tube is very thin, easy to be damaged, so I consider to make the evaporator by the way of boding. In addition, in order to avoid the deformation because of the natural cooling after thermal bonding, thus increase the cooling process to make the bonding parts cooling fast under the pr

4、essure . Therefore, the design of compression bonding machine should posses the function of heating, pressuring, timing and rapid cooling .The main content of this design is the press machine, heaters, mold, drive system, control system.Keyword:evaporator heating pressing timing rapid coolingIII目录第1

5、章 前言11.1蒸发器的概况11.2蒸发器的发展趋势11.3产品性能及工艺性能2第2章 选定结构方案22.1设计要求及分析42.2总体方案的分析42.3分析拟定机构设计方案5第3章 各重要零部件的设计63.1压力机的设计63.1.1压力机油缸的设计63.1.2气缸螺栓组的结构设计73.1.3气缸盖压紧螺栓的设计113.2模具的设计123.3定位板的设计133.3.1 圆柱螺旋扭转弹簧的设计143.4加热装置的设计16第4章 传动机构的设计194.1螺旋传动设计204.2 皮带传动设计214.3液压传动的设计23第5章 控制系统的设计25结论26致谢27参考文献28成都理工大学2014届学士学位

6、论文（设计）第1章 前言1.1蒸发器的概况蒸发器是制冷四大件中最重要的部件之一，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果。蒸发器可分为循环型和膜式两大类，在工业生产中具有非常重要的作用。从人类长期的工业发展史来看,蒸发作业具有非常久远的历史,按不同的方式可分为自然蒸发、沸腾蒸发、常压蒸发、减压蒸发、加压蒸发等，但蒸发装置的发展却极为缓慢。不过随着现代工业的快速发展,对于蒸发装置的改进和完善一直在进行着,蒸发技术得到了很大的提高。管板式蒸发器就是在近代工业发展过程中出现并逐步发展起来的。在1928年，世界上诞生了第一台板式蒸发器。它的传热板片采用的是浇铸

7、成型的金属板块,应用于果酱的浓缩工作。在闪蒸蒸发工艺中应用了该种管板式蒸发器,其传热面积可随意增加或减小,使得长期困挠人们的问题得到了解决,而且因该装置的占地面积小、高度低而深受用户的欢迎。但是后来人们发现该种蒸发器由于流体流速过快会消耗太大的动力,而且对于热敏性物料的处理也存在不足。这使得管板式蒸发器的发展在此后的很长一段时间里停滞不前。世界上有关的专家、学者一直到了二战结束后才又重新开始了对管板式蒸发器的研究。主要包括：蒸发器板片的改进,蒸汽角孔的增大,减少阻力以便于蒸汽顺利通过,适当增加板间距以减少压力降等。171.2蒸发器的发展趋势 近年来在能源价格不断上涨、环保要求越来越严格的背景下

8、，节能设备的需求量越来越大。管板式蒸发器作为一种新型的节能蒸发设备,在食品、冶金、空调、造纸、化工及海水淡化等行业得到了广泛的应用。7 它有以下几个发展方向：a、在采矿、冶金业的应用中。板式蒸发器向着较低的蒸汽消耗，高生产率的方向发展。b、在食品加工中板式蒸发器朝着降低蒸发量、蒸发温度,减少蒸发时间,降低能耗,便于操作、维修的方向发展。c、随着社会的发展和人们生活水平的提高,空调用电量正在急剧增加,也引起了用电紧张的问题。在水资源短缺、能源日益紧张的情况下,板式蒸发器以其具有体积小、传热系数高等特点将在空调制冷中得到越来越广泛的应用。1d、我国的离子膜烧碱技术在近些年有了很大的发展,而且高浓度

9、离子膜烧碱的市场需求量也在不断增长,其生产规模在不断扩大,故板式蒸发器在化工中的应用也将越来越广泛。1e、在造纸业中，造纸厂的碱回收锅炉系统中也包含了蒸发设备,起到对黑液进行蒸发浓缩的作用。这些设备也大量采用板式蒸发器。1 在环境急剧恶化而人们对环境要求越来越高的冲突下，板式蒸发器作为一种新型的节能节水设备,它必将会在各领域得到更为广泛的应用。它也将朝着更加节能环保高效的方向发展。1.3产品性能及工艺性能 由于管板式蒸发器是一种新型的蒸发设备，目前生产此蒸发器的厂家并不多，而且各厂家为了增强自己产品的竞争力，一直对其核心技术进行保密以保证自身的利益，所以管板式蒸发器的生产存在标准不一、各生产单

10、位合作不紧密的问题。还有以前的蒸发器制作大多用吹胀法进行制造，虽然制造方法和热交换性能都较为理想，但粘复合板的结合部易产生泄漏，而且管壁很薄，易损伤等降低蒸发器使用寿命的问题。此外，在热压粘接后，如果采用自然冷却的办法，会产生的变形，影响蒸发器的使用性能，严重的甚至会导致蒸发器无法正常使用。结垢和安全问题也一直是困扰管板蒸发器发展的重要因素。因而采用粘接发制造蒸发器来避免上述弊端。可以将制冷剂流通管设计成扁圆形来提高它的粘接强度以及传热效率，因为扁平面面积大利于粘接且传热多。铝板涂上一层耐久性丙烯涂料并经盐酸处理后可作为冻结室的内壁，在板和管的粘接面以及电加热丝上涂上聚氯乙烯树脂后，粘接强度和

11、耐久性都得到了提高，还可防止化学腐蚀。1第2章 选定结构方案 对于机械结构的设计主要是根据设计方案及原理将概念化的东西转化为设计图、三维模型等，直观地表达出所要设计的机构的外形尺寸及功能等。并确定结构的材料，加工工艺，尺寸精度、公差、强度、刚度等技术要求。以使所设计的机构达到预期的功能要求。表2-1 机械结构的设计要求内容强 度要 求所设计的机械结构应当具有足够的强度，以保证能够安全可靠的工作，并达到相应的功能要求。可以通过采用强度高的材料、保证零件具有足够的截面尺寸、采用热处理和化学热处理方法提高材料的力学性能、设计合理的零件截面形状、提高运动零件的制造精度，降低动载荷、合理配置机器中各零件

12、的相互位置等方式来提高机构的强度。2刚 度要 求机械零件在工作过程中会产生变形，其变形应当控制在一定的范围内过大的变形会影响机器正常的工作性能，甚至使机器停止工作。可以通过合理设计零件的外形、增大零件的截面尺寸或截面惯性矩、采用多支点结构、增大零件间的贴合面、采用精加工以降低表面不平度等方式来提高机器的刚度。结构工艺性要求零件具有良好的工艺性，能使在特定的生产条件下方便经济地生产出符合要求的零件，其工艺性应当从毛坯的制造、机械加工的过程以及装配等环节进行考虑。工艺性是和机器生产批量大小及具体的生产条件息息相关的，可以通过熟悉当前的生产水平及条件来改善零件的工艺性，从而可以快速经济高效地生产相应

13、的产品。2寿 命要 求由于材料的疲劳、腐蚀以及相对运动零件表面的磨损，这使得零件有一定的寿命。对于设计的机器应当具有一定的寿命，可以通过减小应力集中、合理设计零件尺寸、对零件进行发蓝等处理以提高它们的寿命。经济性要求对于机械零件的设计，应力求耗费最少，这些耗费包括：材料、人工等的耗费。可以通过采用轻型的零件结构，以降低材料消耗；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工时间；提高零件加工的工艺性；对于非重要部件采用廉价材料代替贵重材料；采用标准化的零部件等方式来降低成本。2质量小的要 求对于大部分零件来说，都应当尽量减小其质量，它既可以减少材料的使用，又可以使运动的零件减小惯性，改善机

14、器的动力性能，减小作用于构件上的载荷。可以通过采用缓冲装置来降低零件上所受的冲击载荷、采用安全装置来限制作用在主要零件上的最大载荷、采用与载荷方向相反的预载荷来降低零件上的工作载荷、采用强重比高的材料等方式来减小质量。2可靠性要求对于一台机器，应该使其工作具有可靠性，这样才能发挥其使用性能。对于巨大多数的机械来说，失效的发生具有随机性，不可预知，这是由于零件所受的载荷、环境温度等不可能是恒定的，它们都是随机变化的，零件本身的物理及机械性能也是随机变化的。我们可以通过大量的实验以及概率统计的方法找出规律，判断机器的可靠性。2.1设计要求及分析根据要求年产蒸发器10万台，每班7小时，每天两班制，按

15、照每年300天计算生产率为：生产率=100000/(30027)=23.8(台/h)完成一台的时间：t=60/23.8=2min30s经计算分析可知，要在2分30秒钟内完成加热、加压、冷却等工艺过程有很大的难度，故计划生产5台热压粘接机，就可以将每件蒸发器的加工时间延长至6分15秒。 影响粘接质量的因素主要有压力、时间、温度，试验表明当施加的压力达到3kg/cm2以上时获得的粘接效果较好，但是考虑到铝管在20kg/cm2的压力下将会发生变形，故将压力的范围确定为5kg/cm2之内。当加热温度大于220时将影响电热丝的涂料层和绝缘层，所以将加热温度选在170185的范围内。加热粘接后若采用自然冷

16、却的方法将会产生冷却变形，为了减小变形，在粘接后增加冷却工序，这样就可使粘接部位在受压的状况下快速冷却。2.2总体方案的分析 考虑到热压粘结机的设计必须要有加热、加压、定时和快速冷却的功能。为了满足上述功能要求，制定以下方案：蒸发器的粘结胶：选用HM-2热熔胶薄膜（成分：松香脂、防老剂、乙烯醋酸乙烯共聚脂)；性能：剥离强度2kg/2.5cm、抗剪强度30kg/cm2；施工工艺条件：要对粘接的金属材料进行加热，温度为170180，涂胶放置时间小于5s;应用温度4050)；制冷剂的流通管：将其设计成扁圆形（有利于粘接和传热）；压力机：利用废弃的气动压铆机进行改造（降低成本、缩短投产时间）；冷却方式

17、为：上下模冷却孔通入自来水，加热加压后及时冷却；2.3分析拟定机构设计方案 通过对热压粘接机所要满足的功能（加热、加压、冷却）的分析，拟定了三个备选方案，如下：表2-2 加热加压冷却方案方案内容优点缺点一用远红外板从上向下进行辐射加热，然后进行加压冷却胶膜的受热均匀且加热速度快冷却时间短结构复杂不利于安装二用远红外板从下向上进行加热，然后及时进行加压冷却结构简单，加热速度快，冷却时间短压力机的行程限制了远红外器的高度三同时对模具内的管和板加热、加压和冷却，冷却时关闭电源通冷水结构简单便与制造加热、冷却时间长，能耗大通过对三种方案的分析比较，综合各方案的优点，将方案确定为：以方案二为基础，横向运

18、动通过小车载红外板实现，加热后的蒸发器及时脱离热源并进行加压冷却。纵向运通过移动式的下模实现，下模在加热器退出工作位置后立即进入工作位置，进行加压冷却。这样既使得加热和冷却时间都较短且可以不受压力机行程的限制。图2-1 拟定的方案第3章 各重要零部件的设计 根据设计的粘接蒸发器要满足的要求，确定设计的设备由压力机、加热器、模具、进给传动系统及冷却系统等几方面组成。3.1压力机的设计3.1.1压力机油缸的设计油缸具有运动平稳和冲击小的优点，所以可以利用旧的压铆机的气缸进行改造而得到压力机的油缸，可以达到较为理想的效果。I、确定油缸的工作条件a、油缸的加热行程确定为50mm（考虑到远红外器的高度）

19、b、油缸的工作压力确定为 5kg/cm2（由2.1的分析知大量试验表明要获得较好的粘接效果施加的压力要达到3kg/cm2以上，同时考虑到铝管在20kg/cm2的压力下将会发生变形，所以确定压力为5kg/cm2）II、确定油缸的活塞面积由I知P=5kg/cm2，又知粘接面积S=0.46cm2所以查阅液压与气压传动知：F=SP=2.3kg （3-1）为了节省液压站系统以及充分合理利用气源，故利用气液转换缸来对油缸进行加压。一般的供气压力范围控制在4kg/cm25kg/cm2,考虑到避免压力机在工作时受到波动气源的影响，故将压力机的压力控制在3kg/cm2。所以，当不考虑不用增压机构的情况下：油缸的

20、活塞面积为： （3-2） （3-3） 经计算得知直径太大，安装体积过大而且不便与制造，故将油缸结构改为双活塞缸，以缩小油缸体积，便与制造安装。查阅液压传动与气压传动知： 5 （3-4）式中D：活塞直径，d：活塞杆直径所以 （3-5）通过查阅油缸的系列标准确定D=22cm3.1.2气缸螺栓组的结构设计I、螺栓数目及布置形式的确定 在工程应用当中有密封要求的螺栓组联接设计是一种常用的形式。大多数的螺纹连接件都是成组使用的，螺栓组的设计主要要考虑螺栓的数目及布置形式,同时要力求各螺栓和联接结合面间受力均匀，便于加工和装配。故在设计时应当考虑以下几个方面：a、通常要将联接结合面的几何形状设计成轴对称的

21、简单几何形状（例如：矩形、圆形、框形、环形等）。这样既可以方便加工制造，也可以使螺栓对称布置，进而使其对称中心和联接结合面的形心重合，最终可以保证结合面均匀受力。b、螺布置的螺栓要使其受力合理。例如为了避免载荷分布不均匀，不能在平行于工件载荷的方向成排地布置八个以上胶制孔用螺栓。使螺栓的位置与联接结合面的边缘靠近一些可以减小承受弯矩或转矩的螺栓的受力。可以采用套筒、销和键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小同时承受较大的横向载荷和轴向载荷的螺栓的预紧力以及结构尺寸。c、排列的螺栓要有适当的边距和间距。可以根据扳手活动需要的空间大小来确定各螺栓轴线和机壁间的最小距离。d、为了便于在圆周上钻孔时分度和

22、划线应将螺栓数目定为4、6、8等偶数，且同一螺栓组中各螺栓的直径、长度和材料都应该一致。e、要设法保证载荷不偏心，连接件、螺母和螺栓头部的支撑面平整以避免螺栓承受附加的弯曲载荷。基于以上各方面的考虑，将本气缸螺栓组的螺栓数目确定为Z=6，分布形式为对称布置。II、分析螺栓组的受力 对螺栓组进行受力分析，可以通过联接的受载情况和结构，求出其中受力最大的螺栓及其所受的力的大小，从而可以对螺栓的联接强度进行计算。在对螺栓组联接的受力进行分析时，可以假设所有螺栓的长度、材料、预紧力和直径均相同，联接接合面的形心与螺栓组的对称中心是重合的，且受载后联接接合面依旧保持平整，这些都可以极大地简便计算。 螺栓

23、组联接在工作载荷T的作用下承受到横向力和倾覆力矩的作用。横向力： 在本设计中，六个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接其横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直，而且重合于螺栓组的对称中心。横向总载荷：=T=2.3103N （3-6）倾覆力矩：M=P14=322103Ncm （3-7） 对于普通的螺栓联接，在横向载荷的作用下，应该保证联接预紧后，接合面间所产生的必须大于或等于。假设各个螺栓所需要的预紧力均为，螺栓的数目为z，查阅机械设计知其平衡条件为： fzi 2 （3-8）式中：f接合面的摩擦系数f=0.3 i结合面数 防滑系数（=1.11.3，故取1.2）故螺栓所受的预紧力为： （3-9）经分析得知，在

24、该倾覆力矩的作用下，上面的两螺栓受到减载作用，但下面的两螺栓受到加载的作用，所以下面的螺栓受到的力更大，故所受到的载荷可以按照机械设计中的公式进行确定确定，即： 2 （3-10）螺栓所受到的总拉力，由机械设计知： 2 （3-11） 又2 （3-12）所以有： （3-13）III、螺栓直径的确定螺栓材料的确定：有很多材料适合制造螺纹连接件，其中的低碳钢 Q215、 10号钢以及中碳钢 Q235、 35、 45 号钢是常用的一些材料。通常可以用低合金钢、合金钢（例如：15Cr、40Cr、30CrMnSi等）来制造那些承受振动、变载荷或冲击的螺纹联接件2。对于那些具有特殊用途的螺纹联接件（例如：防磁

25、、防锈、导电等），则特种钢和铝合金等材料适合制造。 表3-1螺栓的性能等级性能等级标准3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9抗拉强度极限33040042050052060080090010421220屈服强度极限1902403003404204806407209401100硬度HBS90109113134140181232269312365推荐材料低碳钢低碳钢或中碳钢中碳钢淬火并回火中碳钢、低碳钢合金钢注：规定性能等级的螺栓，螺母在图纸中只标出性能等级，不应标出材料牌号。表3-2 螺母的性能等级性能标记456891012抗拉强度极限510(d1639)520(d34)

26、60080090010101150推荐材料易切削铜低碳钢或中碳钢中碳钢、低中碳合金淬火并回火相配螺栓的性能等级3.6,4.6,4.8,（d16）3.6,4.6,4.8,（d16）,5.6,5.86.88.88.8(d1639),9.8(d16)10.912.9注：硬度HBC=30 通过查阅机械工程材料等书籍了解到，普通的碳素结构钢具有强度比较低，焊接性较强以及塑性好的特点（例如：Q215、Q195、Q235），一般将它们扎制成带材或型材来用，也可制成铆钉、螺母、螺钉、螺栓等。经过综合考虑，选用Q235A钢作为制造螺栓组的材料（它是一种普通碳素钢），其中：Q“屈”字汉语拼音首字母，表示钢材屈服点

27、 235表示钢材的屈服点数值大于235A表示质量等级为A级 根据GB3098-1-82将螺栓强度的等级选定为4.6级，通过查机械设计中表5-8知普通碳素结构钢Q235A的屈服强度极限为。查表5-9可得安全系数n=3，螺栓材料的许用应力 （3-14）螺纹小径为螺栓的危险剖面直径即螺纹内径d1，由机械设计中公式确定： （3-15） 按照粗牙普通螺纹的标准（GB196-63），公称直径选为D=24，d1=20.752。对比发现计算得出的结果与原螺纹相符，所以螺栓确定为M24。IV、螺栓组的强度校核 为了避免贴合面的下端被压碎，必须使得联接接合面下端的挤压力不能超过许用值，即。根据机械设计中公式可得：

28、 （3-16）查表5-4可得： （3-17）因此，螺栓组能够安全工作，联接接合面的下端不致压碎。 为了避免接合面间在托架受力时产生间隙，联接接合面下端应当保持一定的残余预紧力，即，依据机械设计中公式可求得： （3-18）所以在接合面的下端受压最小的地方将不会产生间隙。3.1.3气缸盖压紧螺栓的设计 气缸缸体的压力为3Kg/2cm,气缸的内径为22cm，缸盖和缸体的材料都是灰铸铁（HT200-HT350），缸盖以及缸体间的垫片是0.5软钢纸板，螺栓的个数为12个，其要求是要紧密且可靠。I、对每个螺栓承受的最大载荷进行计算根据工作的要求，通过机械设计中的公式可以求出各个螺栓承受的最大载荷： （3-

29、19）II、螺栓的公称直径的确定选普通碳素结构钢Q235A作为螺栓的材料，查机械设计中表5-6得其屈服强度为240MPa，140MPa，所用的螺栓的公称直径假设为d12cm。可以先用简化计算法估算螺栓的直径，查表5-9得安全系数n=10,所以简化计算螺栓的许用拉伸应力为：根据简化计算可以确定螺栓的公称直径的螺纹内径为： （3-20）所以选用M16,d1=13.835,p=2可以满足原假设。III、对各个螺栓承受的拉力进行计算查表可得计算公式为：2 （3-21）通过机械设计中表6-6按照密封且软垫连接的要求故选取预紧力系数Ko=2，通过表6-7可查得刚性系数Kc=0.7，故： （3-22）IV、

30、对最大应力进行校核因为承受的是变载荷，通过机械设计查得校核公式为： 2 （3-23）2 （3-24）所以 （3-25）=240/（1.21.5）=160200MP21.197MP,故最大应力校核通过。V、应力幅的校核通过机械设计查得校核公式为： 2 （3-26） 2 （3-27）通过机械设计中表5-9可查得安全系数为n=2.54，故取n=3,尺寸系数取=0.9，由于螺栓的材料为Q235A钢，由表5-10查得抗拉强度，所以螺纹的有效应力集中。 （3-28） （3-29）因此可知： （3-30）经过上述的计算可以得出符合条件。3.2模具的设计上下模采用铸钢件，要求内部无砂眼气泡，通过冷却孔加水，为

31、保证粘接压力，加压时要求无泄露。同时为提高模具耐磨性、使用寿命，模具还需要进行表面处理。管板蒸发器的定位靠另作的定位板来定位。 为了加快冷却速度，上下模均通入自来水冷却，冷却方式有2种。 I、可以在模具的纵向方向以及横向方向上做出通孔，把其中的某些孔给堵上，例如可以将A、B、C、D、E、F孔给堵上，所以冷却液就由H、G孔流进流出。结构较为简单是该种冷却方式的优点，不过它冷却的速度比较慢，冷却时间较长。 图3-1 冷却方式II、该种冷却方法是在冷却的表面上加工出凹槽，然后将铜板盖在它的上面，在铜板下面通入冷却液，同时将需要被冷却的蒸发器放置于铜板之上，此种方法的优点是冷却速度快，冷却时间较短，不

32、过它也存在装配密封的要求较高，加工较为复杂困难得缺点。 模具应该在蒸发器不需要加压的凸出部分向内作出凹进的空刀，并将限位垫铁加装在上模下压的行程极限位置处，这样就可以避免蒸发器被模具压伤，起到保护蒸发器的作用。 因为下模是可动的，这就对上下模合模的位置精度有较高的要求，必须使其得到保证。基于上述考虑，在不影响冷却的前提下，模具与蒸发器相对应的那些不需要受压的部位，可以将模具空腔尽可能做得大一些。而且蒸发器在下模中应当有自动定位的功能。 上下模都采用铸钢件，由于需要在冷却孔中加冷却水，所以铸钢件的内部不能有砂眼气泡，而且模具受压不应该出现泄露，蒸发器的定位通过另外的定位板来实现。3.3定位板的设

33、计I、关于管板粘结的定位需满足以下两点要求：a、在铝板之上的铝管要有定位b、模具中的铝板要有定位II、依据上述的管板粘结的定位应满足的两项要求，采用下模定位来实现对铝板和铝管的定位：a、管子的每个弯曲的部分可以通过V形槽对其进行定位，因为铝管的刚度较小，比较容易发生变形，故可克服铝管变形的影响。其方式如下图所示: 图3-2 定位方式b、可以通过铝板中间的一个孔利用一面两销的方法实现对铝板的定位。 此外，铝板上的热熔胶会在远红外线对铝板从下向上加热时融化，所以将定位板加工成空心的并在其下面做出加强筋，这样可以使定位板的刚度得到提高。而且为了管板热固后的取件方便，采用铰链式进行定位。同时在铰链上安

34、装一个圆柱扭转弹簧以方便操作、提高效率。3.3.1 圆柱螺旋扭转弹簧的设计活动定位板的重量W： （3-31）弹簧扭矩M： （3-32）所以选取d=3，D2=14其有效圈数取为6根据载荷种类为III类，主要参数的制造精度选为2级，碳素弹簧钢丝为II级，查机械设计中表16-2可知：弹簧在1kg.mm扭转矩的作用下单圈的转角为：度/kg.mm弹簧6圈的转角为： （3-33）在最大的工作扭矩作用下弹簧的单圈转角为：弹簧6圈的转角位为： （3-34）弹簧实际工作行程的转角为： （3-35）弹簧的间距取为：弹簧的节距： （3-36）此外，弹簧各圈之间的间距为或mm弹簧的间距可分为无间距以及有间距两种。其中

35、，无间距的优点是制造方便，其缺点是圈与圈间存在摩擦力，工作特性线的精度会受到影响。有间距的一般在特性要求较高的场合应用较多，其优点是能够很好保正精度的要求，但是制造成本较高。弹簧的自由长度为：Ho=挂钩在弹簧轴线上的长度 （3-37） （3-38）旋转角为： （3-39）长度为：L=3.14Dn+挂钩部分的长度选择弹簧材料：弹簧的主要作用：在机构运动中起到控制运动的作用；可以作为储能及放能件使用；在运动件中起到缓冲及减振的作用；应用于测力计。在工作中所受载荷类别：承受的变载荷作用次数大于1000000 次的为I类弹簧；承受的变载荷作用次数为1000000000次的为II类弹簧；受载的变荷作用次

36、数小于1000次的为III类弹簧。表3-3 弹簧常用材料的许用应力名称组别许用切应力MPa许用弯曲应力切变模量弹性模量推荐硬度推荐使用温度特性及用途弹簧类别 弹簧类别 IIIIII III碳素弹簧III,IIa,II,I0.30.40.50.50.6250.5d4.81400785000.5d4.203000201000-40120强度高，韧性好，适用于做小弹簧特殊用途弹簧钢丝甲组，乙组，丙组硅锰合金弹簧钢丝471628785785981785001960004550-40200弹性好，回火稳定性好注：常用弹簧钢的种类1、碳素弹簧钢（如：65、70钢） 其优点是获取原材料方便且价格较低，但是它

37、的弹性极限比较低，其弹性在经过多次重复变形后很容易失去，而且其工作温度限制在130以下。2、低锰弹簧钢（如：65Mn） 与碳素弹簧钢进行比较：其优点是具有较高的强度以及较好的淬透性；但是它经淬火后容易产生裂纹，具有热脆性的缺点。不过那些常用的尺寸不大的弹簧考虑到成本问题，这种材料的性能又能够达到要求的可以采用该材料制造，因为它的价格较低廉2。3、硅锰弹簧钢（如：60Si2MnA） 由于它加入了硅，其回火稳定性及弹性极限都得到了很大的提高，可以在高温下回火改善其性能，获得良好的机械性能。由于硅的含量过高时会使其表面脱碳，恰好锰的脱碳性较小，所以在钢中同时加入这两种元素，克服彼此的缺点，获得性能较

38、好的钢材。在汽车等领域得到了较为广泛的应用2。4、铬钒钢（50CrVA） 在钢中加入钒可以起到细化晶粒的作用，进而提高了钢的韧性和强度，使其具有很好的耐疲劳以及抗冲击的性能，可以制造出性能良好的弹簧。它的机械性能很好，能在恶劣环境中工作，不过成本较高，一般应用于要求较高的场合。3.4加热装置的设计 采用远红外辐射加热的方式对蒸发器进行加热。远红外线是波长大于5.6m的红外线。它加热的原理是当被加热物体中的固有振动频率和射人该物体的远红外线频率一致时,就会产生强烈的共振,使物体中的分子运动加剧,因而温度迅速升高，即物体内部分子吸收到红外辐射能,直接转变为热能从而实现加热3。I、远红外辐射的主要元

39、件主要有三个部分组成:热源（煤气、蒸汽加热器或电热器等）；基体（由金属、碳化硅或用陶瓷、耐火材料等组成；涂覆层,使用金属氧化物（TiO、ZrO、CrO、MnO、Fe2O、MiO等）。 由以上三个部分材料组成的元件，其工作顺序为：由热源发出的热，通过基体传递到远红外辐射涂层，在涂层的表面辐射出远红外线。远红外辐射元件是产生远红外线的器具,它将电能转变成为远红外辐射能。II、产品的主要技术参数和性能额定电压： 380V 、220V 、110V 、55V；光谱的范围： 2.5 6m；表面温度： 低温型 100 460 、中温型 500 580 、高温型 700 1100；热响应速度： 12 min

40、；光谱发射系数： 0.92 (波长为4 8m、11 25m)；具体的规格: 可有根据要求进行定制加工。表3-4 加热器主要参数型号电压（V）功率（KW）外形尺寸（mm）SQL7-1-1220V/380V11.5406035SQL7-1-2220V/380V1.52.5000035SQL7-1-3220V/380V23.5000035SQL7-1-4220V/380V3.56000040 采用远红外辐射加热对蒸发器进行加热，在进行热压粘结之前，先对蒸发器的表面进行镀塑的处理。红外线的波长应该选择在可以透过镀塑而被铅板所吸收的红外线波段的范围之内，经了解其波段范围为的，依据波兰特定律每种红外线的辐

41、射强度与其本身的波长相对应，辐射强度曲线的最高值系随着物体温度的升高向波长短的方向进行移动，所以将波长确定为。 由文式定律绝对温度T与最大辐射强度的波长的关系为： ，考虑到如果热熔胶的温度超过220将会影响到电热丝的涂料层和绝缘层，所以应该将温度控制在170180的范围。综上考虑可以求得辐射板面的温度为： （3-40） （3-41） 辐射电热板的辐射按每平方每小时,查阅电工手册知： 8 （3-42）式中 E辐射电热板单位面积的热辐射 T1辐射电热板板面的温度 T2塑模铝板的温度 C常数等于4.9根据二者的辐射面积，查阅电工手册可以按照公式计算电热板与塑模铝板它们的相互辐射系数： 8 （3-43

42、） 式中的电热板的黑度系数，石英加热板选为= 0.88 0.95 塑模的黑度系数= 0.96 0.98 A1电热辐射板的有效面积为 ： A2取镀塑板的有效面积为： 所以： （3-44） 故可求得单位面积内的热辐射E为： （3-45）计算热量：蒸发器所吸收的热量Q1： 8 （3-46）式中的G蒸发器的重量为G=0.98Kg C铝的比热为C= 所以可求得： （3-47）由于在400时碳化硅板的效率为所以可求得1min所放出的热量为： （3-48）因为放吸，故按加热3min计算：放=11.653=34.95J ，符合要求所需要的电功率为： （3-49）选用的石英加热板的波面形为15015012单个的

43、功率为 0.3 kw 共10块 电压为380V利用温度指示调节仪对温度进行测量与调节。第4章 传动机构的设计对于加热后的蒸发器要快速与热源分离，以使胶膜在压力的作用下冷却并固化，同时下模具要进入工作位置。主要有以下三种方式使下模及红外板进行运动：表4-1 运动方式运动方式内容优点缺点一人工推拉红外板小车进入工作位置操作简单可靠效率低，自动化程度低二气缸推动红外板及下模进入工作位置到位精确结构复杂，成本高三螺旋传动进入工作位置结构简单，行程可保证，自动化程度较高到位不太准确经过对上述三种运动方式的比较，综合考虑它们的优缺点，选择方案三作为该设计的理论设计，方案三结构简单且自动化程度较高，对于理论

44、设计较为合理适用。横向运动为加热小车的运动，纵向运动为下模的运动，横向和纵向运动均采用同样的方式进行以方便制造。可以用两个电动机来控制横向和纵向的运动，也可以用一个电动机和一套齿轮来换相控制横、纵向的运动，由于两个电机控制的方式标准化程度高且方便节能，故选用前者。4.1螺旋传动设计 下模重量的估算： W下= （4-1） 查阅机械设计知传动力: （4-2） 螺杆的转速选为700 查阅GB/T 5796.2-2005选择螺杆为Tr3010-7H 则运动的速度为： （4-3） 横向螺杆的行程为： 走完全程的时间为： 纵向螺杆的行程为： 走完行程的时间为： 由机械设计知螺旋升角为： （4-4） 对螺纹

45、的自锁性进行判断，由机械设计知： （4-5）式中：为螺纹升角；为当量摩擦角；为螺旋副的当量摩擦角；为摩擦系数查机械设计中表512知，f=0.120.15,故求得：0.10615710.11，即有自锁性。纵向推动功率为： （4-6）电动机的功率为： （4-7）加热小车的总质量为： =角钢 +底板 +石棉 +碳化硅 （4-8） 角钢 = 底板 = 选用JC11-59作为石棉板绝缘隔热，0.8/18.5kg 所以石棉= 电热板的重量估计没有超过，故： 按来计算推动力：（d：车轮的直径为6cm，K：摩擦系数为0.1cm）故： 电动机的功率为： （4-9）电动机的选择：选用三向异步电动机（380V、A0

46、2）其参数如下： 表4-2 电机参数横向运动A02-4514P（10W）n(1400r/min)纵向运动 A02-6314 P（120W）n(1400r/min)4.2 皮带传动设计 带传动是一种挠性传动，其具有结构简单、价格低廉、运动平稳以及缓冲吸振等优点，在机械设备中得到了广泛的应用。横向和纵向运动均采用相同的传动方式，其传动的带轮和皮带均为相同的尺寸规格，这样便于设计制造。设计计算其中传力最大的纵向运动。纵向运动的电机的功率P=120W，转速n=1400r/min，传动比选为2。I、计算功率的确定 查机械设计中表8-7得则： （4-10）II、三角皮带型号的确定由 和以及查阅机械设计中表

47、格8-1，所以皮带的型号选为A型III、大带轮和小带轮直径的确定查机械设计中表8-6以及8-8，,主动轮的直径选为 d1 =71 mm由机械设计中的公式，从动轮的直径为： 2 （4-11）由机械设计中表8-8确定d2为140mm由机械设计中的公式，带轮的速度为: 2 （4-12）所以带的速度合适。IV、皮带的长度和传动中心距的确定由机械设计中的公式： 2 （4-13）初步确定由机械设计中的公式，计算带的长度： （4-14）所以带的长度选为L =735 mm，公称长度为L1 =710 mm实际的中心距的计算: 2 （4-15）V、主动轮上的包角的验证： 2 （4-16） 故满足要求VI、三角皮带

48、根数的确定： 2 （4-17） 根据 V= 5.2m/s、d1= 71mm查机械设计中表8-4可知单根皮带的许用功率值为： 由机械设计中的表8-5查得包角修正系数=0.95,由表8-2查得带长修正系数=0.99，取K=1 所以： 故将Z取为1VII、初拉力的计算 2 （4-18） 查机械设计中表8-3得三角带的长度重量为g=0.6N/m 故： VIII、轴上压力Q的计算 2 （4-19）4.3液压传动的设计油缸是由旧的气缸改造而成的，其行程只有50mm,比较短。所以在下降过程中采用匀速运动，速度不改变。其整个工作过程如图4-1所示： 图4-1 工作过程整个过程中的暂停阶段是为了使下模能够带着蒸

49、发器一起退出加压的位置。各项设计条件为： 压 力： 上模重量： 下降行程： 速 度： 返回行程： 速 度： 热压缸的机械效率： =0.91工况的分析： 由于压力机垂直放置的压膜和热压缸的重量较大，需在系统中设计平衡回路以防止压膜和热压缸因自重而下滑。对压头向下运动做负载分析时，在对压头进行向下运动的负载分析时，可以忽略由其自重而产生的向下作用力。还有，摩擦力将被忽略以简便计算。 如果压头在0.2秒内完成启动加速或制动减速，那么惯性力为： 启动时： 5 （4-20） 制动时： （4-21）表4.3 压力机的负载工作阶段负载力（N）油缸推力（N）热压缸工作压力（）下降启动F1=Fa=11.612.

50、7N 172MPa等速F1=00 0保压 0.2MPa回程启动F1=Fa+G=1919.4N2109N29291MPa等速F1=G=1900N2087.9N28998MPa制动F1=1900-19.4=1880.6N2066.6N28702MPa油缸采用的是出油节流的调速回路，其运动平稳，可以很好地使压头避免因自重而出现速度失控的问题。在整个行程中有暂停阶段，所以应用了三位五通电磁阀，完成工作后，放下压头，并联一个手动二位二通阀于电磁阀旁，压头放下后机器和手动阀关闭，开机时压头会自动升起。此时，手动阀不可再动。第5章 控制系统的设计在机械传动中，需要满足以下要求：运动速度要快，停车的位置要准确

51、，还要控制停留的时间间隙；各个运动要相互牵制互锁以避免损坏机器。为了满足这些要求，故采用反接制的电动机，这样可以缩短停车的时间，同时保证准确的运动。采用继电器和行程开关以实现运动的循环及互锁。操作说明：在开机之前，需要对各个运动部位进行加润滑油的工作，以保证运动部件之间具有良好的润滑，又降低它们的磨损，提高寿命，保证机器正常运转。开机之后，要使上模自动上升到其工作位置，然后将冷却水的开关打开。把蒸发器的铝板放置于定位板上进行准确定位，然后在其上面铺上热熔胶膜，之后把铝管定位条放下，放上铝管，把定位板和蒸发器一起插入到上模的挂钩之中，按下启动按钮，机器将会自动完成加热，加压和冷却过程。通过电动机

52、来控制调节加热的时间以及加压冷却的时间，通过温度指示仪来调节加热的温度的高低。在完成一班工作之后，要先关闭机器的电源，然后再关闭自来水冷却开关，对每个运动部件进行加油润滑工作。结 论本课题主要是对粘接蒸发器的机构进行研究，以实现其加热、加压、定时和快速冷却的功能。其工作原理是：将蒸发板放入相应的工作位置，涂上专用的粘接剂，然后将制冷剂流通管也放入到相应的位置，红外板通过加热小车进入工作位置进行加热，加热完毕后退出工作位置，下模进入工作位置，在压力机产生的压力下，上模下压，将板和管粘接在一起，并同时进行冷却。整个机床把液压控制和电气控制有效的结合起来，使整个传动装置能实现相对复杂的动作。该设计的主要优点是：采用粘接发制造蒸发器，解决了以前使用吹胀法生产蒸发器带来的管板结合部易产生泄露以及制冷剂流通管易破裂的问题。在整个工序中，加入了冷却工序，这样可以使粘接部位在受压条件下快速冷却，避免了制冷剂流通管在热压粘接后，因自然冷却产生变形失真的问题。将制冷剂的流通管设计成了扁圆形，这样既有利于提高粘接强度也增大了传热面积，提高传热效率。采用了红外加热的方式进行加热，提高了