113 玻璃钢拉挤成型机——成型部设计

113 玻璃钢拉挤成型机成型部设计,玻璃钢,成型,设计 学校代码：10410序 号：050436本 科 毕 业 设 计题目： 玻璃钢拉挤成型机 成型部设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 罗 华 学 号： 20050436 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2005 级（2）班 指导教师： 林金龙 二 OO 九年 五 月目 录摘 要随着人类社会的不断进步，各种各样的复合材料的应用已经渗透到社会的各行各业，玻璃钢作为近代复合材料之一，它的应用领域以及制造工艺也得到了较大的发展，但是随着科技的进步及玻璃钢的广泛应用，对其拉挤成型的制造的工艺有了更高的要求，所以在这样的前提下，很有必要玻璃钢成型部分进行系统的设计。本次成型部设计是从最基本的部件出发，应用机械设计的基本原理，设计的装置具有操作灵活简便，实用价值高等特点。其中设计的包括送纱装置的设计、预成型装置的设计、成型装置的设计、后固化装置的设计以及各部分的设计原理分析。关键词：复合材料、 玻璃钢 、成型装置 目 录Glass Fibre Reinforced Plastic (GFRP) Pultrusion MachineAbstract: With the continuous progress of human society, a wide range of application of composite materials has already permeated all walks of life of, glass fiber reinforced plastic composites as a modern one, and its applications as well as the manufacturing process has been the development of larger, but With advances in technology and extensive application of glass fiber reinforced plastic, its Pultrusion manufacturing process have higher requirements, so in such a premise, it is necessary part of glass fiber reinforced plastic molding system. Forming the design is from the most basic components, the application of the basic principles of mechanical design, design of the device to operate with flexibility and convenience and high practical value. Including one designed to send yarn design, pre-molding design, molding design, the design of post-curing device and the analysis part of the design principles.Key words: Composite Materials 、Glass Fibre Reinforced Plastic (GFRP)、Molding device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成型部设计学生姓名 罗华 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分析玻璃钢拉挤成型机成型部分各装置的工作原理。3重点完成成型部各装置的设计，编写设计说明书。4通过理论计算及校核，确定各零部件尺寸。5根据各零部件的尺寸，绘制各非标零件的零件图。技术参数：1玻璃钢外径 D=22mm2玻璃钢内径 d=6mm3玻璃钢螺距 p=10mm4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：2008.122009.12、方案选择设计：2009.23、总体设计：2009.24、详细计算、结构设计：2009.35、工程图的绘制：2009.46、编写设计说明书：2009.47、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 日目 录前 言 .2第一章 玻璃钢的发展与应用 .31.1 玻璃钢的发展概况 .31.2 玻璃钢应用 .4第二章 成型部工作原理 .4第三章 成型部的设计内容 .53.1 送纱装置的设计 .53.1.1 送纱过程分析 .53.1.2 前纤维梳板的设计 .63.1.3 刮胶板与刮胶圈的设计 .63.1.4 后纤维梳板的设计 .73.2 浸胶装置的设计 .73.2.1 浸胶装置的设计原理 .73.2.2 浸胶升降气缸的确定 .84.1 预成型装置的设计 .94.1.1 预成型原理分析 .94.1.2 钢芯的选择 .94.1.3 钢芯的作用 .94.1.4 钢芯座的设计 .94.1.5 加热座 I 的设计 .104.2 束纱管及喂纱嘴的设计 .114.2.1 束纱管及喂纱嘴的设计的设计原理 .114.2.2 束纱管与喂纱嘴的结构设计 .124.3 加热座的设计 .125.1 成型装置的设计 .125.1.1 成型装置设计原理 .125.1.2 传动方案的设计 .135.1.3 传动比的确定 .165.1.4 齿轮的设计 .165.1.5 轴的设计 .175.1.6 轴强度的校核 .195.2 轴承座的选择 .215.3 绕纹辊筒的设计 .225.3.1 平衡飞轮的设计 .225.3.2 绕线转板的设计 .225.3.3 加热器 III 材料的选择及数量的确定 .265.4 电刷的设计 .276.1 后固化装置的设计 .28第四章 总 结 .29参考文献 .30致 谢 .31玻璃钢拉挤成型机2前 言近年来，世界上几个工业发达国家和地区都将玻璃钢复合材料列为研究和发展的新材料项目之一，普遍认为这种材料除自身具有的独特性能之外，在加工制造和使用过程中还是一种节能材料。随着玻璃钢应用领域的扩大，拉挤工艺的不断发展，拉挤玻璃钢制品从小尺寸、形状简单、对称均匀向大型、复杂、非对称的拉挤制品发展，这就对拉挤玻璃钢设备提出了更高的要求。为了更好的改进拉挤玻璃钢的成型设备，满足不同领域对玻璃钢的要求，本设计从玻璃钢成型的最基本的装置出发，利用机械设计的相关理论来设计玻璃钢的成型设备，本文详细的阐述了各部分的设计原理与思路，并叙述了各部分的基本组成，主要包括送纱装置的设计、预成型装置的设计、成型装置的设计、后固化装置的设计。本设计各部分的结构比较简单，操作方便，实用性较高。在设计的过程当中，我得到了知道老师的悉心指导，同时也得到了众多同学的帮助，在此表示衷心的感谢。由于本人的知识水平和设计的经验有先限，此说明书肯定有不足之处，恳请评审老师批评指正。玻璃钢拉挤成型机3第一章 玻璃钢的发展与应用 1.1 玻璃钢的发展概况人类使用复合材料的历史，可以追溯到远古时代，当时的埃及人、犹太人及我国的劳动人民已经运用草筋增强泥胚作墙体材料等，这是原始的复合材料。我国元代所制成的弓，已经是一个具有相当水平的复合材料结构物，它用木材做芯子，在受拉面胶有平行纤维，而在受压面胶有牛角，在当时它已作为强有力的战术武器。近代建筑用的钢筋混凝土，多层木板等都是常见的复合材料。作为近代复合材料之一的玻璃钢，是从第二次世界大战时发展起来的，当时的美国已经有了发展玻璃钢的物质基础，一是从 1935 年起，连续玻璃纤维已有了较大发展，二是 1939 年发明了低压的不饱和聚酯树脂。当时的玻璃钢首先用在航空工业方面，如飞机的雷达罩、副油箱等等，这是由于重量轻、透电波，成型工艺简便、能满足性能要求。早期的 AT6 型飞机，已成型了夹层结构机翼。在工艺方面已经采用了喷射成型。在树脂方面如瑞士的巴西公司已开始试制环氧树脂，同时英国的司高脱贝特公司已开始制造玻璃钢用的聚酯树脂。50 年代以后，美国研制火箭发动机外壳用的玻璃钢，1957 年回收的红石导弹，第一节是用三聚氰氨玻璃钢制造。以后，有较多数量的玻璃钢用于大型客机上。1967 年在美国的德克萨斯州试飞了用环氧树脂制造的第一架全玻璃钢结构飞机（该机设计历时 7 年） 。进入 70 年代，玻璃钢船舶发展较快，西方各主要工业国都趋向于大型化，尤其是玻璃钢扫雷艇，都已相继下水。近年来，玻璃钢渔船发展很快，日本的大中型玻璃钢渔船与占到 40%。造船的增强材料，有多层毡、复合薄毡及无捻粗纱玻璃。在玻璃钢等复合材料中，一般认为其力学性能是取决于玻璃纤维等增强材料，在 40 年代是玻璃纤维占绝大多数，在以后很长的历史时期中，用玻璃纤维作增强材料的复合材料仍然占主要地位，但随着工业的发展，不同的时期相继出现了新的材料，在 50 年代，研制了高模量的炭纤维、硼纤维。60 年代，改变了玻璃成分，研究了 S 及 R 型高强度玻璃纤维。从70 年代到目前，先后开发了聚芳香酰胺纤维、碳化硅纤维等，开辟了材料应用领域的新途径。增强材料的品种是非常多的，除此之外，还有剑麻等天然纤维。玻璃钢拉挤成型机41.2 玻璃钢应用玻璃钢的应用是非常广的，从各主要工业国家的不完全统计，其品种在 3万种以上，概括起来，目前玻璃钢的主要应用领域是车辆、船舶、化工防腐和建筑四大部门，但由于全国情况不一，在玻璃钢应用的着重点是有很大区别。我国的玻璃钢发展于 1958 年，早期作重为国防工业服务，随着我国社会主要经济的不断发展与壮大，玻璃钢工业也相继有了增长，70 年代以后，发展得比较快，现在的玻璃钢和研究单位，基本已遍及全国各主要城市。1959 年试航了 9 米长的游艇，1965 年试飞了玻璃钢飞机螺旋浆，1966 年试飞了全玻璃钢水上飞机浮筒和介放 7 型滑翔机，1968 年安装了第一台直径 15 米的大型玻璃钢天线反射面，1970 年运转了直径 4.7 米的玻璃钢风洞螺旋浆,1971 年安装了直径 44 米的的大型全玻璃钢结构的地面雷达罩,1974 年颁布了 40 立升铝内衬玻璃钢气瓶规范,同年,我国第一首大型的是 39.8 米的玻璃钢船舶下水,1976 年定性了直径为 8 米的冷却风机玻璃钢叶片,1982 年颁布了玻璃钢波形瓦标准.另外还试制生产了许多玻璃钢产品:如冷却塔、波形瓦、活动房屋、风力发电叶片、大型电机护环、各种透电波的罩壳、及文体方面活动上午撑杆、弓等产品。玻璃钢应用在各个工业领域以及能源开发与利用和节约木材等方面都作出了更大贡献。第二章 成型部工作原理玻璃钢拉挤成型机的成型部是整个机器设备的核心。它具有两个功能：定型功能和固化功能。我们将成型部分为送纱浸胶装置、预成型装置、成型装置和后固化装置四个部分。送纱浸胶装置的作用是将无捻粗纱从纱架引入成型装置中，并将一部分粗纱浸胶。我们将无捻粗纱分成了三部分，一部分在胶槽中浸胶之后，被牵引进入预成型装置；第二部分则被直接引入到预成型装置中；第三部分无捻粗纱不经过预成型装置而被直接牵引至成型装置。拉挤成型工艺浸胶的形式主要有胶槽浸渍法和注入浸渍法，我们采用的是胶槽浸渍法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入预成型装置。预成型装置的作用是将浸有树脂的无捻粗纱和第二部分无捻粗纱混合在模具当中初步成型，并将多余的树脂挤去。我们设计的预成型装置由钢芯座、钢玻璃钢拉挤成型机5芯、前纤维梳板、刮胶板、加热座、铜管和后纤维梳板组成。加热座内部嵌入数根加热棒，其上有一温度传感器，温度由 PLC 控制。铜管安装在加热座上，它有两个作用：一是充当加热固化设备，从送纱浸胶装置中引入的无捻粗纱和树脂的混合体与铜管内壁直接接触，均匀受热而初步固化；二是作为定型装置，对玻璃纤维和树脂基体产生径向压力，初步对其进行拉挤成型。成型装置的作用是将预成型的玻璃钢管进一步加热固化，并在玻璃钢管表面形成螺纹。成型装置分为预热压紧区、绕纹成型区和加热固化区三个部分。预热压紧区由喂纱嘴、束纱管和加热座组成。从预成型装置出来的玻璃纤维和树脂的混合体已经初步具备了玻璃钢管的形状，通过喂纱嘴被牵引入束纱管。束纱管的内孔设计成花瓣状，即内孔沿着圆周开有多个型腔。 “花瓣”的直径（即内孔最大直径）为 22mm。当预成型的玻璃钢管牵引入束纱管中时，其中的一部分树脂被挤压入束纱管内孔的型腔中，同时在定型时产生一定的压力，保证成型后的玻璃钢管密度，无气孔、不起层、无裂纹和其它缺陷。同时束纱管的截面钻有一圈的引纱孔，其作用是将第三部分的无捻粗纱引入绕纹成型区。加热座的作用主要是对这第三部分的无捻粗纱进行预热，将其加热使其软化，为其后的绕纹成型做准备。绕纹成型区的主要结构是绕纹辊筒，它的主要作用是在玻璃钢管上产生螺纹。绕纹辊筒由绕线转板、辊筒齿轮、平衡飞轮和平衡转板组成。绕线转板将钢丝带引入绕在玻璃钢管上，辊筒齿轮带动整个绕纹辊筒旋转，钢丝带也不断地缠绕在玻璃钢管上，并且将从束纱管引入的第三部分无捻粗纱也紧紧地扎紧在玻璃钢管表面上，于此同时玻璃钢管连续地被牵引着向前移动，那么钢丝带相对于玻璃钢管做的是螺旋运动，从而在它上面形成螺纹。我们设计在绕线转板上装有多个张紧滚轮、可调滚轮和减速滚轮，用来调节钢丝带的张紧力和缠绕速度。钢丝依此绕过各个滚轮，我们可以手动调节张紧轮来调节钢丝带的张紧度，也可以通过可调滚轮组来调节。可调滚轮的原理是通过安装在绕线转板侧面的张紧电机带动螺杆转动，从而驱动双滚轮部的调节横梁前后移动来调节钢丝的张紧。固化区的结构是一组安装在绕线转板上的加热瓦（加热座） ，其作用是对玻璃钢管进行三次加热（固化成型） 。玻璃钢管经过成型装置要经过后固化装置进一步固化。后固化装置的作用是对玻璃钢管进行第四加热（保温） ，采用一组加热瓦加热。第三章 成型部的设计内容3.1 送纱装置的设计本部分的设计包括前纤维梳板、后纤维梳板、刮胶板的设计。3.1.1 送纱过程分析从总装配图分析可知，从纱架牵引出来的无捻粗纱分为三部分进入成型部玻璃钢拉挤成型机6阶段。第一部分纱直接通过前纤维梳板、后纤维梳板进入束纱管。第二部分纱为不浸胶粗纱与第三部分浸胶粗纱一起通过前纤维梳板、刮胶板进入预成型装置。3.1.2 前纤维梳板的设计根据以上对送纱过程的分析，送纱分为三部分，由总体设计中选定的粗纱型号以及最终产品的规格得出需粗纱的数量，为了使无捻粗纱与浸润剂能够均匀相间，前纤维梳板的结构设计示意图如下：其零件图如 BLG-001。1) 前纤维梳板尺寸的确定由总体设计布局、生产速率 和无捻粗纱的型号和最后产品的规格hm/20要求得到结构尺寸如图 BLG-001。2) 前纤维梳板材料的选择从设计的实际要求以及设计的经济方面考虑，采用具有如下性能的聚合塑料：1质轻，比强度高。2减摩，耐腐蚀性能好。3优异的化学稳定性，一般对酸碱化学药品均有良好的耐腐蚀能力。4优异的电绝缘性。3.1.3 刮胶板与刮胶圈的设计1)设计原理为了控制胶层的厚度及使胶均匀地分布在粗纱之间，刮胶板设计成由上盖与基座两部分组成，刮胶板与刮胶圈的装配尺寸通过配作孔实现，刮胶板与刮胶圈的具体结构与尺寸见各自的零件图 BLG-002 ，BLG-002-01，BLG-002-02，BLG-002-03.玻璃钢拉挤成型机72)刮胶板与刮胶圈材料的选择根据实际工作条件分析，可以选择铸铁作为刮胶板的材料。铸铁的特点为：力学性能低、耐磨性能好、生产简便、成本低廉且应用广泛。最终我选择ZT250。刮胶圈的材料为橡胶。3.1.4 后纤维梳板的设计根据前面的送纱过程分析可知，仅有一部分无捻粗纱通过后纤维梳板，综合考虑后，为使粗纱分布均匀，设计结构示意图如下。其零件图如 BLG-003。1）后纤维梳板尺寸的确定由于经过后纤维梳板的粗纱不是太多，具体尺寸视情况而定。零件图如BLG-003。2）后纤维梳板材料的选择后纤维梳板材料与前纤维梳板材料相同都为 ZT250。3.2 浸胶装置的设计3.2.1 浸胶装置的设计原理为使从纱架引过来的粗纱浸胶以及保证浸胶的程度，利用升降气缸组成一个气压手臂，通过它的升降来控制。其示意图如下：玻璃钢拉挤成型机83.2.2 浸胶升降气缸的确定根据浸胶过程原理，气缸的工作性能要求不高，查阅网上资源 2,我选用了如下升降气缸：其主要特点如下：1. QGBQ 系列气缸为单活塞杆双作用两侧可调缓冲气缸。2. 气缸外形安装尺寸符合 ISO/6430 国际标准，且尺寸紧凑，安装空间小。3. 主要材料用优质碳素结构钢制造，坚固耐用，适用于恶劣条件下工作。其具体技术参数如下：玻璃钢拉挤成型机94.1 预成型装置的设计预成型装置的设计包括钢芯的选择、钢芯座的设计、加热座 I 的设计。4.1.1 预成型原理分析由刮胶板引进来的粗纱均匀的包裹在钢芯上，在牵引力的作用下进入预成型装置的加热座，通过加热使温度上升到粗纱软化的临界温度，使粗纱与浸润剂进一步融合使之初步成型，形成具有空心结构的玻璃纤维管，预成型的玻璃纤维管再经过内部结构为蝶形的束纱管使之玻璃纤维管的成分致密均匀。4.1.2 钢芯的选择根据最终产品的要求及总体布局，选择的钢芯的规格为：62000mm，材料为 45 号钢。玻璃钢拉挤成型机104.1.3 钢芯的作用1使玻璃纤维依附在钢芯上，经预加热后形成空心玻璃纤维管 。2支撑作用，即为后续的钢丝缠绕成型部提供支撑作用。4.1.4 钢芯座的设计1) 钢芯座的结构的确定钢芯座的示意图如下图所示，该钢芯座的主要设计要点在于要牢固固定支撑钢芯以及要便于安装，其结构主要由上盖，基座组成，由钢芯的规格配作了一个 6 的通孔，并通过螺钉联接，将上盖与基座联接。2)钢芯座尺寸的确定由总体设计布局情况确定尺寸如零件图 BLG-004。3) 钢芯座材料的选择根据实际的工作要求及设计的经济性考虑，我选择钢芯座的材料为HT250。4.1.5 加热座 I 的设计1 )加热原理及其作用通过加热棒加热将热量均匀地传给铜管，从刮胶板引过来的玻璃纤维管紧贴在铜管内壁从而均匀受热，使之达到预成型的临界温度，从而使玻璃纤维软化，一次预成型。临界温度的控制由温度传感器感知通过 PLC 控制。2) 铜管的选择由最终产品的要求及加热的过程的实际情况，铜管的尺寸定为：253650mm。玻璃钢拉挤成型机113) 加热棒的选择及数量的确定根据总体设计及玻璃纤维软化的临界温度可知我选用如下图所示的加热棒：其规格为： ，功率为 50 瓦，数量为 12 根。8014 )加热座的整体结构设计为了使加热棒的安装方便及使预成型的玻璃纤维管均匀受热，应使加热棒均匀分布，由此加热座设计成由上盖与基座组成，根据已得到的第一次加热所需加热棒的数量和以上要求，初步设计加热座 I 的示意图如下：加热棒对称均匀分布在加热座 I 的上盖与基座上，同样上盖与基座配制了25 的孔便于安装铜管，加热座的具体尺寸如零件图 BLG-005.5 )加热座材料的选择由机械工程材料知识可知，可选择 ZT250 即可。6 )传感器的选择为了能够及时控制加热温度，在加热座的上盖与基座上对称安装了 4 个传感器，如上图所示，来分别测量相邻加热棒的温度，以免玻璃纤维管因温度过高而熔化导致预成型失败。查相关资料可选择传感器类型如下图：玻璃钢拉挤成型机12其规格为： ，测温范围：0400C。86M4.2 束纱管及喂纱嘴的设计4.2.1 束纱管及喂纱嘴的设计的设计原理为了使预成型的玻璃纤维管的成分更加均匀致密，束纱管的截面形状设计成花瓣状，花瓣状的外径（即内孔的最大直径为 22mm)当玻璃纤维管引入其中时，束纱管就像梳子一样将玻璃纤维管挤压从而使玻璃纤维管组织致密，无气孔，不起层，无裂纹和其他缺陷，同时在束纱管的外圆与花瓣形内孔之间钻有一圈引纱孔，其作用是将通过后纤维梳板的那部分纱引入成型部。4.2.2 束纱管与喂纱嘴的结构设计其中束纱管示意图如下：其具体的设计尺寸如零件图 BLG-006（装配图）, BLG-006-01（束纱管）,BLG-006-02（喂纱嘴） 。4.3 加热座的设计加热座 II 的主要作用在于使通过束纱管的那部分无捻粗纱预热，温度比加热座 I 温度低 30左右。玻璃钢拉挤成型机131 )加热棒的选择与数量的确定加热棒的选择与数量的确定方法与确定加热座的加热棒一样，可根据临界温度及加热棒的参数可以计算出所需加热棒的数量为 2。2 )传感器的选择传感器的选择与加热座中的传感器一样。3 )加热座的结构设计加热座的整体结构也采用上盖与基座构成，其具体的结构及尺寸如零件图 BLG-007。5.1 成型装置的设计成型装置的设计主要包括传动方案的设计，绕纹辊筒的设计。5.1.1 成型装置设计原理在预成型部分形成的玻璃纤维管和通过束纱管那部分已经预热的粗纱被牵引到成型装置时，利用绕纹辊筒的周期性转动将钢丝与预加热的粗纱缠绕在不断向前牵引的已基本成型的玻璃纤维管上，并形成螺纹。5.1.2 传动方案的设计在确定传动方案时我构思了两种方案如下：1) 电动机-蜗杆减速机 -链传动-齿轮传动2) 新型低速电动机-联轴器 -齿轮传动对传动方案的分析：方案采用蜗杆传动，传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声小，但是制造成本较高，且链传动时瞬时链速与瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性差，工作中有一定得冲击和噪声。方案采用联轴器联接电动机，结构简单，制造容易，不用润滑，弹性圈更换方便，具有一定的补偿量轴线相对偏移和减振、缓冲性能。适用于联接载荷平稳，需正反转或启动频繁的传动场合。比较方案、我最终选择方案。1)电动机的选择标准电动机的容量由电动机的额定功率表示，所选用的电动机额定功率应大于工作要求的功率，若小于工作要求则不能保证工作机正常工作或使电动机长期过载，极易损坏，选择容量过大则增加设计成本从而造成浪费。电动机的容量主要由运行时的发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要电动机的负载不超过额定值，通常不需要校验发热玻璃钢拉挤成型机14和启动力矩，所需的功率为： /wdP式中 -工作机实际需要的电动机输出功率-工作所需的输入功率-电动机至工作机之间的传动装置的总效率工作机所需功率 应由机器的工作阻力和运动参数求得：wP或 KWFPw10KTn950式中： -工作机的阻力, ；N-工作机的线速度, ；sm/-工作机的转矩， ；T.-工作机的转速， ；nin/r由总体设计中生产速率 以及螺距 计算出辊筒的转速h20mp10，再由公式 mi/6.3rR，0上两式中： -辊筒齿轮的半径, ；R-辊筒齿轮转动的角速度, ；srad/可以估算得出工作机运转的线速度 75.0由经验可得 F=2700N,由公式 可得到:1/FvPwKWFvPw 2.10/75.210/由 ，d 432式中： -联轴器的效率取值， 0.97；1-轴承的效率取值，0.98；2-齿轮的传动效率取值， 0.98；3-电动机的工作效率为， 0.89；4得出： 即为所需电动机的功率。2.dP查阅网上相关资料可以选用一种中低速大转矩电机，如下图：玻璃钢拉挤成型机15这种电机主要有如下特点：（1）低速大扭矩运转，省去减速机，直接驱动负载，简化结构、提高系统相应速度（2）负载特性优异，低速性能较好，启动转矩大，启动电流小、节省电能。（3）无刷结构可靠性高、防护性能好，适合有灰尘、泥泞场合。（4）在整个速度范围内电机均高效运行，比异步电机（只在额定点效率高）相比有质的提高。（5）电机采用插入式稀土磁钢，特别适合颠簸、反复启动、正反转运行的需要。（6）电机驱动器具有过电压、过电流、短路、缺相、超载等保护作用，系统具有电压、电流、转速、电机温度等参数选择显示。电动机的安装图及相应的安装外形尺寸如下：根据本设计的要求：我选用的电动机的主要技术参数为：功率 P=3KW交流电压：U=220V玻璃钢拉挤成型机16额定转速：n=80r/min额定转矩：T=450Nm2) 联轴器的选择1为了缓和冲击和减轻振动，我选用弹性套柱销联轴器，此种联轴器具有一定的补偿两轴相对偏移和减振、缓冲性能，结构简单，适用于安装底座刚性好对中精度较高，冲击载荷不大，速度不高的场合。2求计算转矩转矩 mNnPT3580/.95/0由机械设计基础上表 17-1 查的工作机的工作情况系数 =1.3AK故计算转矩 KAC4.613确定型号由机械设计手册选取弹性套柱销联轴器TL7 弹性套柱销联轴器主要技术参数如下： )2043/(1287TGBYTL许用转矩： mN50许用转速： （联轴器的材料为铁）in/3axrn（联轴器的材料为钢）6轴孔直径： d40min md48ax以上数据均能满足本设计的要求，适合。5.1.3 传动比的确定据生产速率 ，及产品的外形螺距 的要求可得到绕纹辊筒hm/20mp10的转速为 ，由所选电动机的转速 ;in6.3r in/8r传动比为 。8.21i5.1.4 齿轮的设计1) 选择材料及确定许用应力小齿轮选用 40Cr，调质处理，齿面硬度为 260HBS(由机械设计基础表 11-1）大齿轮选用 45 钢，调质处理，齿面硬度为 220HBS（由机械设计基础表11-1）查机械设计基础图 11-7c 可得 , 查机械MPaH701limPaH5602lim设计基础表 11-4 可得 ，故.SMPaSH631.70lim1592li2玻璃钢拉挤成型机17查机械设计基础图 11-10c 可得,MPaF2401limPaF1802lim查机械设计基础表 11-4 可得 ，故3.1FSSF53.li1 a182lim22) 按齿面接触强度设计设齿轮按 8 级精度制造，取载荷系数 K=1.5(由机械设计基础课本表 11-3）齿宽系数 。.0a小齿轮上的转矩 ： mNnPT.358105.961计算中心距： miKiaH 2.638.2015.9)1.2(3)( 32 小齿轮的齿数取: ,471z 8.4712z实际传动比为: 6.i模数： 321zam查机械设计基础表 4-1，根据优先采用第一系列原则取 4m确定中心距： za16)7(2)(1齿宽：取 b40取 ， （为了补偿安装误差，通常使小齿轮的齿距略大一些） 。m2513) 验算轮齿的弯曲强度查机械设计基础图 11-9，得齿形系数：, 38.1FY.2F按如下验算轮齿的弯曲强度（按小齿宽 计算）mb402125121 9.8470.18.3FF MPazbmKT ，安全。21.94FFY4) 齿轮的圆周速度 smnd/79.06806对照机械设计基础表 11-2 可知选用 8 级精度是合宜的。综上所述，小齿轮的零件图如图 BLG-008。从总体设计布局，设计大齿轮的结构示意图如下图。玻璃钢拉挤成型机18其零件图如 BLG-009。5.1.5 轴的设计1) 轴的直径初步估算设计轴时必需先对轴的直径进行必要的估算，只需按轴所受的转矩来进行计算，其所得的计算结果精度较低。只是一种的简单地估算轴直径的方法。当所计算的轴与其他标准件（如电动机）通过联轴器相连时，此时可以不必计算，直接按照电机的输出轴径或相连的联轴器的允许的直径系列来确定所计算轴的直径，当所计算的轴不与其他标准件相连时，轴的直径可按扭转强度进行估算，公式如下： MPandWT362.0159336min .0. nC式中： -为轴的扭切应力 , ；a-为抗扭截面系数， ；T 3m-为轴所受转矩， ；N-为轴的转速， ；nin/r-为轴的许用扭切应力， ；MPa-为轴的材料和承载情况确定的系数C、 的值可以查阅相关手册得到。此外，也可以采用经验公式估算轴的直径，例如在一般的减速器中，高速输入轴的直径可按与其相联的电动机的轴的直径 估算, ,各级低速轴的DDd)2.180(轴径可按同级齿轮中心距 估算, 。aad)4.03(根据上述方法，我直接根据与相连的联轴器的允许直径系列来确定轴的最小直径为 。md40in玻璃钢拉挤成型机192) 轴结构的设计据机械设计基础知识可知：按承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。转轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，心轴在工作中只承受弯矩而不承受扭矩，传动轴在工作中只承受扭距而不承受弯矩。按轴线的形状的不同可分为曲轴、直轴和挠性钢丝轴，曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复的直线运动，或相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为直径均等的光轴和各段不等的阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。综合所述及设计要求，我决定采用转轴，其结构为阶梯轴结构，轴的示意图如下图：3) 轴材料的选择轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于比合金钢价廉，对应力集中地敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常见的是 45 钢。 合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。考虑到在本设计中轴的主要作用及设计成本，我采用 45 钢，调质处理。a 键的选择轴与联轴器、轴与齿轮的连接均采用普通平键连接。1) 根据轴径 ，查机械设计手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸md401为 128 键，长度为 50，材料为 45 号钢。2) 根据轴径 ，查机械设计手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸562为 149 键，长度为，材料为 45 号钢。b 滚动轴承的选择轴承的作用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少轴与支撑之间的摩擦和磨损，因为滚动轴承已经标准化，所以只需选型即可。滚动轴承的类型应根据所受的载荷大小，性质，方向，转速及工作要求来选择。由于本设计的轴只承受径向载荷且承载能力不要求很高，所以我选择深沟球轴承 6000 系列。查机械零件设计手册选用的轴承型号为 6408。5.1.6 轴强度的校核由上述安装在高速轴上零件的确定可以确定轴的结构。玻璃钢拉挤成型机20该轴承受扭矩和弯矩的作用，根据材料力学知识，该轴的校核计算应按弯扭组合的来进行。如轴的结构示意图(1),可知轴的左端用联轴器与电机联接，根据轴所传递的功率 P 和转速 ,可以求得由联轴器传给轴的力偶矩 Me,如下图（2）,此外，作n用在直齿圆柱齿轮上的啮合力分解为圆周力 F 与径向力 Fr。圆周力 F 向轴线简化后，得到作用于轴线的横向力和力偶矩, 如图（3）所示。D由平衡方程： ，可知 ，传动轴的计算简图如（3）所示。力0Me2偶矩 Me 和 引起传动的扭转变形，而横向力 F 及 Fr 引起轴在水平面和垂直2FD平面内的弯曲变形。（1）玻璃钢拉挤成型机21根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩 T 图、水平面内的弯矩 Mz 图、垂直平面内的弯矩 My 图，如图（4）所示。分析可得，轴在 AE 段内各截面上的扭矩皆相等，但截面 E 上的 My 及 Mz 都为极值，故截面 E 为该轴的危险截面。在危险截面 E 上的内力矩是：扭矩： 2FDMeT平面内的弯矩： xz BCErymax平面内的弯矩： yzNFr98320tn7ta将数据代入上述式中： mDMeT.7.BCEry .3816.095983max NFz 42由材料力学知识可得：合成弯矩 mMzy .10382maxa22 用第四强度理论进行强度校核，由公式 MPaTW6.4975.1)04(75.01 2232故轴满足强度要求，安全。注：查机械设计手册可得轴直径为 40mm，材料为 45 钢，许用应力为=85MPa。玻璃钢拉挤成型机225.2 轴承座的选择经查阅网上资8，选用带立式座顶丝外球面轴承，它长采用于采矿、冶金、纺织、输送机械等，适用要求设备及零部件简单的场合，具有一定的调心性、易于安装、具有双重结构的密封装置，可以在恶劣的环境下工作。结构形式多样、通用性和互换性好。根据轴径选用 UCP207 型号，其外观如下图所示:其性能参数及安装尺寸如下图所示：5.3 绕纹辊筒的设计本设计的绕纹辊筒主要由辊筒齿轮、平衡飞轮、辊筒拉杆、绕线转板、平衡转板，加热座组成，其装配示意图如下：其主要的设计原理为，为了形成满足要求的螺距的玻璃钢管螺纹，辊筒作周期性转动，钢丝通过绕线转板上的张紧轮装置，调节钢丝的张紧程度以及钢丝的缠绕速度。其设计的要点在于要保证平衡飞轮与辊筒齿轮的同轴度。玻璃钢拉挤成型机235.3.1 平衡飞轮的设计平衡飞轮的零件图如 BLG-008-01,其部分结构尺寸与辊筒齿轮一样。5.3.2 绕线转板的设计绕线转板主要由张紧轮部、双滚轮部、绕线板座、张紧导轨、张紧导轨组成，其装配示意图如下：1) 张紧轮部的设计张紧原理：如上图所示，钢丝依次通过固定张紧轮、张紧滚轮、可调滚轮组、减速滚轮，在整个装置绕丝工作之前，先将钢丝按上图装好，然后开动电机，通过螺旋传动，两个可调滚轮组在导轨上运动，实现张紧目的，左侧的张紧轮可以手动调节.张紧滚轮部的结构示意图如下：玻璃钢拉挤成型机24主要由滚轮、滚子轴、轴承、滚轮壳、套筒、张紧座组成，其具体的尺寸及要求分别见零件图。1滚轮轴的设计据经验估算钢丝向前牵引的力 F=200N。由辊筒的转速 ，据公式：min/6.3r，此可视为滚轮的线速度。smRn/046.3上式中： -为玻璃钢管的半径, ；-为辊筒的转速, ；in/r由公式： WFP2.9.2由公式： mnpCd76.3013mi即可得滚轮轴的最小直径；式中： -为由轴的材料和承载情况确定的常数；可查机械设计基础表 14-2 可得；根据实际加工情况，我取 。d82）双滚轮部的设计双滚轮部的设计要点与思路基本与张紧滚轮部一致，其装配示意图如下：即将两个张紧滚轮安装在一块调节横梁上，在工作时，低速电机通过螺旋传动，带动调节横梁在导轨上运动，从而实现张紧的目的。3）绕线板座的设计为了有效合理地调节钢丝的张紧力，及据总体设计的布局合理分布张紧轮的位置，在绕线板座上开十七个通槽用于安装张紧滚轮，可调滚轮组，减速滚轮,结构示意图如下：其具体的结构及尺寸如零件图 BLG-008-07-05。4）张紧导轨的设计如前面绕线转板的装配示意图所示，张紧滚轮，可调滚轮组要实现张紧，在绕线转板上共设计了四个单侧导轨，一个双侧导轨，其具体结构及尺寸分别见零玻璃钢拉挤成型机25件图 BLG-008-07-2，BLG-008-07-4。5）张紧电机的选择由机械设计知识可得：螺旋传动中螺杆的直径 pFd2式中： -螺纹型式系数，梯形、矩形螺纹 ； 8.0锯齿形螺纹 ；65-轴向力，N；F-螺母长度与螺杆中径的比值；整体式螺母 ；5.12剖分式螺母 ；3-为螺旋副的许用压强， ；pMPa在上式中取： ， , ；8.0NF5.12查现代机械设计传动手册我选用螺旋副的材料为钢 钢，得 ，MPap0.4将以上数据代入上式： mpd2.04.182 考虑实际的加工情况及查机械零件设计手册得，取公称直径 ，螺md12距 ，旋合长度 ；mp3mN0取 ， ，由公式F20in/1r sRn/1.03即为螺母的移动线速度；由公式： ；WP20.由螺旋传动中公式： ； )ta(5TFdT；rcn2ph式中： -为螺杆的转矩， ；mN.-螺纹的导程， ；hp-为螺纹升角；-当量摩擦角；T， ,（由螺旋副材料查表得）mph36.5T将以上数据代入上述两表达式中得到： NFd190)tan(5.024.rch由于， ，所以该螺旋传动有自锁性能。T玻璃钢拉挤成型机26根据以上的求解过程，我选择如下的电动机：其安装尺寸及技术性能参数如下：5.3.3 加热器 III 材料的选择及数量的确定第三次成型加热的作用是对预成型的玻璃钢管进行固化成型加热，主要是要保持成型装置的温度在成型温度（170）范围内保温固化。我们设计采用一组加热器加热，加热时间设定在 4min 左右。此加热系统可看成是两个灰体表面组成的封闭系统的辐射换热。查阅加热瓦的相关型号，我们预先选择一种孔径为 36mm 的加热瓦。参考相关资料选择铸铝加热器，铸铝电加热器是以管状电热元件为发热体，弯曲成各种造型后，进入模具以离心浇铸成各种形状：有圆型、哈夫型，内外风槽型、平板型、直角型、圆锥型、异型等。成型后经过精密加工，得到所需尺寸，它能和被加热体紧密咬合，起到升温快、加热均匀、导热性能好、寿命玻璃钢拉挤成型机27长等特点，有内外散热面。为了节约能源将外散热面增强保温装置可节电20%，将内散热面烧结红外线可节电 20%，这样节约了能源对生产区也变成了清凉世界。该产品是目前国内外比较理想的加热器之一。所选的加热器的外形如下：根据总体设计计算所需功率以及加热的行程，定做的加热器的尺寸如零件图BLG-009-06.数量为 10 个。5.4 电刷的设计由于张紧电机和加热瓦都安装在辊筒上，为了能方便的给电机和加热瓦提供电源，采用电刷结构。电刷的作用就是接通有相对运动的两个物体之间的电流。电刷的形状各异，在电机上使用的多为长方形，安置在电刷架上。电刷和换向器或滑环之间有一定的压力，大型的电刷结构比较复杂，小型电刷就比较简单。电刷的电流导出也不一样，大型电刷上有导线，小型的经常由弹性导电片引出。电刷的材料大多由石墨制成，为了增加导电性，还有用含铜石墨制成，石墨有良好的导电性，质地软而且耐磨。我设计的电刷的结构示意图如下：玻璃钢拉挤成型机286.1 后固化装置的设计1)后固化装置的设计原理成品经过成型装置后要经过后固化装置的进一步的固化，固化装置的温度和产品通过的时间对产品的质量影响很大，由于后固化的温度与第三次加热相当，因而也采用加热器加热。2)加热器 IV 的材料选择及数量的确定根据上述原理和总体设计得所需加热器的材料和规格都与加热器 III 一样。玻璃钢拉挤成型机29第四章 总 结在老师们对我悉心指导下，我终于很顺利地圆满完成了本次的毕业设计工作。经过这次毕业设计，我体会到了与以前做课程设计的不同，这次给了我初步体现设计能力的机会，反映了大学四年的基础和专业知识的学习情况。在这次毕业设计中，让我明白了理论与实际相结合的重要，虽然感觉自己辛苦一点，但感觉自己还是过得非常充实，学到了许多以前没有搞懂的，甚至接触很少的东西，感觉自己这段时间确实收获了不少，自己的能力也得到了很大的提高。我想这正是毕业设计所要带给我的收获吧。但由于本人的知识水平和实践经验有限，在设计过程中考虑问题不全面，设计出来的装置必然存在一些不足之处，敬请各位老师批评指正。通过此次毕业设计，使我对相关的专业知识的综合运用，有了一定程度上的把握。我系统地回顾了大学四年所学的相关专业知识，使理论知识和生产实践密切地结合起来，使这些知识得到了进一步巩固、加深和扩展。通过此次毕业设计，学习和掌握了常见机械零件，机械传动装置或简单机械的一般设计方法和原则。培养了分析和解决机械设计问题的能力，为以后进行相关的设计工作打下了基础。通过此次毕业设计，使我在使用掌握计算机绘图、运用并熟悉相关设计资料（包括手册，标准和规范等）以及进行经验估算等方面的能力都有了一定程度的提高。总之，通过此次毕业设计，我受益匪浅，也更激发了我对机械设计的兴趣，在设计的过程中，我体会到了作为设计技术人员应具备的素质和能力及精神，此次设计必为我今后的学习和进一步的研究打下了坚实而牢固的基础。玻璃钢拉挤成型机30参考文献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，2007.82 吴宗泽 主编.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，2003.113 邹宇 主编.玻璃制品手工成型工艺.北京：化学工业出版社，2003.34 杨明忠，朱家诚 主编.机械设计.武汉：武汉理工大学出版社，2001.105 杨可桢，程光蕴 主编.机械设计基础.（第四版）.北京：高等教育出版社，19996 刘鸿文 主编.材料力学.(第四版）.北京：高等教育出版社，2004.17 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，1999.108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，1995.109 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， 2006.110 郑文纬，吴克坚 主编.机械原理.（第七版）.北京：高等教育出版社，1996.1011 http:/www.tsxdl.cn/ 查找轴承座网址12 http:/www.sigma-china.com/proInfo.asp 电机选择网址13 http:/www.nbhuaji.com 张紧电机选择网址14 http:/www.wxhuifeng.com/cpjs.htm 气缸选择的查询网址15 http:/www.cn-hydq.cn/cp.asp 加热器选择网址玻璃钢拉挤成型机31致 谢这次毕业设计能够顺利的完成，是与我的指导老师林金龙老师的悉心指导分不开的。从论文选题，结构的布局，数据的估值到论文的撰写无不凝聚着老师的心血。在老师的耐心的讲解和指导中，不仅使开阔了设计思路，领会到了许多设计的角度与思路，也掌握了一些设计的方法与技巧，而且与老师的交流中，老师严谨的治学态度，务实的作风，谦和的为人，让我学到了不少为人处事的真谛，我受益匪浅。在论文顺利完成之际，谨向我的指导老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。当然，此次论文的完成，还与大学四年中对我悉心指导和帮助的任课老师和同学是分布开的，在此我也向你们深表谢意！同时也感谢本组成员江熹、杨艳艳、张宗来三位同学的帮助，是我们的团结协作才顺利的完成了此次毕业设计！ 最后，还要感谢各位评委老师，你们辛苦了！谢谢！