畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）疊層電容電極粘接機(jī)

1、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)疊層電容電極粘接機(jī) 系部名稱： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 b03-36班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 高級實(shí)驗(yàn)師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二七年六月the graduation design for bachelors degreemachine to product the electric layer capacitorcandidate： specialty： mechanical design and manufacture&automationclass： b03-36supervisor： heilongjiang institute o

2、f technology2007-06harbin摘 要知識經(jīng)濟(jì)年代，知識的對生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)是最主要的。制造業(yè)是一個(gè)國家中綜合能力的集中體現(xiàn)，重大裝備的研制能力是一個(gè)國家工業(yè)水平和綜合國力的重要標(biāo)志。目前，已有電化學(xué)電容器用于計(jì)算機(jī)備用電源、信號燈電源及需要大電流充放電的電源系統(tǒng)。疊層超大容量電池是一種優(yōu)秀的能量雙電層電容存儲裝置。疊層超大容量電容電極是超大電容制造的工序之一，目前國內(nèi)還沒有超大容量電極粘結(jié)專用設(shè)備。 本設(shè)計(jì)中的設(shè)備要實(shí)現(xiàn)的功能是在鋁箔的兩面粘上碳膜。首先要將鋁箔卷和兩個(gè)碳膜卷展開，然后鋁箔通過膠水池粘上膠，鋁箔和碳膜經(jīng)過壓輥將其押緊，最后將壓好的帶裹上保護(hù)膜卷起來。關(guān)鍵詞：電化

3、學(xué)電容器；雙電層電容；疊層超電容；粘結(jié)；電極abstractin the knowledge-based economy age, knowledge is most important to the contribution of productivity. machine manufacturing is concentrated performance of comprehensive manufacturing ability of a country. and the ability of research and manufacture of the important machi

4、nes is an important marking of the level of industrialization and comprehensive national strength of the country. the capacitors have being used in the power supplies of the computer system and signal lamp, and other applications where large charge/discharge current power supply is required. the ele

5、ctric double layer capacitor (edlc) is wonderful storage of energy. the manufactory of the electric double layer capacitor electrode is one of the most important craft in battery manufactory. now, our country has no special machine to product the electric layer capacitor. in this article, the functi

6、on of the machine is platiy aluminum and carbon. first, spread the aluminum and two wind of carbon. second, permeate the aluminum in the glue pool. then, the aluminum and carbon insert the roller and press them together. at last, roll up the belt with the protect film.key words: electrochemical capa

7、citors;double-layer capacitance;electuic doubile;layer capacitor; electrodes第1章 緒 論1.1 課題背景制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家或者地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力的競爭。當(dāng)前世界已進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識對經(jīng)濟(jì)增長的直接貢獻(xiàn)率超過了其他生產(chǎn)要素（如人力，物力和財(cái)力等）貢獻(xiàn)的總和，成為最主要的生產(chǎn)要素。因此，當(dāng)前提高制造生產(chǎn)能力的決定因素是各項(xiàng)高新技術(shù)的迅速發(fā)展及其在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透，應(yīng)用和衍生。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，

8、是制造如農(nóng)業(yè)機(jī)械，動(dòng)力機(jī)械，運(yùn)輸機(jī)械，礦山機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供如工作母機(jī)，化工設(shè)備，冶金機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國家或地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的程度，而機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注意機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到優(yōu)先發(fā)展。對比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加工專用工藝設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械設(shè)備中的比例非常低，導(dǎo)致產(chǎn)品更新速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多，自動(dòng)化程度較低，導(dǎo)致

9、勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；并有一定的自動(dòng)化程度，但由于缺乏存儲和靈活的處理信息的能力，智能化程度差，導(dǎo)致生產(chǎn)率低，加工精度的進(jìn)一步提高受到限制。雙電層理論最早是由1879年德國物理學(xué)家helmoholtz提出，其后，gouy在1910年，chapman在1913年和stern在1924年通過液體電解質(zhì)能夠形成雙電層。雙電層電容器（electric doubie layer capacitor ,edlc）就是建立在界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與溶液兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)電性相反的過剩電容，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，

10、并在期間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解溶液中的正負(fù)離子在電場的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩個(gè)電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統(tǒng)的電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密地雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離要小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。雙電層電容器，它的電容量是普通電容器的101-110倍，因此也叫超電容（supercapacitor）。雖然edlc的工作原理與平行板電容器相似，但是真正把edlc作為電容器使用時(shí)尚需以下一些條件：(1)需要性能良好的電極，即電極具有

11、很高的電導(dǎo)率而電化學(xué)性能穩(wěn)定；(2)當(dāng)要取出edlc電荷時(shí)，需要2枚實(shí)際的電極，每個(gè)電極存儲有不同極性且等量的電荷。圖1所示的edlc模型，剛好相當(dāng)于兩個(gè)平行板電容器串聯(lián)結(jié)構(gòu)。當(dāng)2個(gè)電極上加有電壓時(shí)，極性相反的電荷（由于離子擴(kuò)散和電泳的結(jié)果）向各個(gè)電極的界面集結(jié)，于是edlc被放電。edlc里存儲的電荷量，電極種類、表面狀態(tài)和電解液的種類而異，通常在每cm2面積上可獲得幾十法拉的靜電容量1.2 研究的意義超電容制造是電動(dòng)汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國際前沿課題。層疊超大容量電容電極粘接是超大電容制造的工序之一，目前國內(nèi)還沒有超大電容電極粘接專用設(shè)備，因此，進(jìn)行層疊超大容量電容電極粘接機(jī)的設(shè)計(jì)具有

12、重要的意義。1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀雙電層電容器最早的產(chǎn)品是20世紀(jì)70年代末80年代初在日本出現(xiàn)的。與此同時(shí)，我國原電子部49研究所的csc-1型產(chǎn)品也通過了設(shè)計(jì)定型。在隨后的幾年內(nèi)，日本nec公司和松下公司相繼實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品系列隨市場需要不斷增加。目前，生產(chǎn)該電容器的廠商有日本tokin公司、nec公司、松下公司、elna公司及我國的大慶華隆電子有限公司等。對該電容器進(jìn)行研究的國家有日本、俄羅斯、美國等，其中以日本和俄羅斯報(bào)道的研究成果最為先進(jìn)。與電池和普通電解電容器相比較，超電容是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池 之間的新型儲能器件。它能提供比電解電容器更高的比能量，比電池更高的比功率和更長的

13、循環(huán)壽命。由于雙電層電容器與電解電容器相比較有較大的內(nèi)阻，因此，可以在無負(fù)載 電阻的情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開路而不會(huì)損壞器件。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá)10次以上，因此雙電層電容器不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池的特性。作為一種新型特殊的元件，雙電層電容器具有高功率密度、高循環(huán)壽命、快速充電性能好的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代電子工業(yè)的重要元件。近年來，人們一直都致力于開發(fā)高比功率和高比能量的電化學(xué)電容器來改進(jìn)電動(dòng)汽車和混合汽車的貯能系統(tǒng);小型紐扣式雙電層電容可以用于一些小型通訊設(shè)備的電壓記憶裝置，作為后備電源；二大電容、輸出功率

14、高的圓筒式雙電層電容器多用于一些電力設(shè)計(jì)如摩托車、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)電源等。根據(jù)調(diào)查，1994年國際上雙電層電容器的市場銷售額達(dá)到100億元人民幣。預(yù)計(jì)，到近年其銷售額可達(dá)到1000億人民幣。1.4 本文的主要工作電容電極分為本設(shè)計(jì)中的電容粘接機(jī)要求具有一定的柔性，能粘接寬度長度不定的電極，能制造多種規(guī)格的電極。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)為總體考慮設(shè)計(jì)思路，然后根據(jù)總體思路選取合理機(jī)構(gòu)并進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)備的自動(dòng)化程度要在充分滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，綜合考慮技術(shù)，成本，環(huán)保等因素，已達(dá)到能制造的綜合性能最佳的產(chǎn)品。第2章 粘接機(jī)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)思2.1 本論文的設(shè)計(jì)要求技術(shù)要求與主要內(nèi)容(1).了解和掌握edlpc

15、電極制造工程的粘結(jié)工藝(2).設(shè)計(jì)edlpc電極的粘結(jié)工序生產(chǎn)設(shè)備(3)技術(shù)要求：a) 生產(chǎn)線速度0.1m/min5m/min連續(xù)可調(diào)且具有數(shù)碼顯示功能；b) 電極寬度400mm；c)導(dǎo)電膠涂層厚度均勻且可調(diào)、并具有導(dǎo)電膠殘量不足警報(bào)功能；d)具有便于使生產(chǎn)線開始與終止的輔助設(shè)備、并具有清掃和維修方便等特點(diǎn)；e)電機(jī)構(gòu)造如圖2.1和圖2.2所示。 aa-aaa-aaa 圖2.1電極構(gòu)造圖 圖2.2電極構(gòu)造2.2 總體設(shè)計(jì)構(gòu)思本設(shè)計(jì)的主要功能是將鋁箔和碳膜粘接起來，可考慮用鋁箔和碳膜同時(shí)通過兩個(gè)相隔很近的壓輥之間的間隙，由此產(chǎn)生的壓力將其粘接起來。原材料鋁箔卷和碳膜均有保護(hù)膜，將鋁箔卷和兩個(gè)碳膜

16、卷展開時(shí)，同時(shí)要將保護(hù)膜分開，可分別在其附近加一個(gè)有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的軸，保護(hù)膜夾在軸上，軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候保護(hù)膜機(jī)被卷走，然后鋁箔通過導(dǎo)向滾筒，導(dǎo)向滾筒，導(dǎo)入膠水池中粘上膠。鋁箔通過膠水池中的滾筒，經(jīng)過后兩面都粘上膠，為了在粘接的時(shí)候使膠水均勻的附在鋁箔上面，在出膠水池之前要控制膠的厚度，可設(shè)計(jì)兩個(gè)刮膠片，一個(gè)刮膠片可以左右移動(dòng)，一個(gè)可以上下移動(dòng)。調(diào)整好位置以后用螺栓固定起來。粘結(jié)后的鋁箔和碳膜通過上下兩個(gè)壓輥，下面的壓輥是固定在箱體上的。上面的壓輥可由絲杠來上下調(diào)整，這樣就可以調(diào)整它們之間的距離和壓力，可以粘接不同厚度的鋁箔和碳膜。粘接后的三層帶側(cè)面可能不齊整，為了使側(cè)面齊整并去掉多余的膠水，所以必須

17、加上一個(gè)切邊裝置，可設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)來切邊。刀片在軸上可以左右移動(dòng)，調(diào)整好位置后可以用螺栓來固定。切邊后的帶在圈起來之前也必須加保護(hù)膜，將保護(hù)膜和帶一起卷起來既可。初步示意如圖2.3所示。碳膜送料 鋁板送料 涂膠 粘接 卷起 報(bào)警器 壓輥裝置 圖2.3 粘結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)方案模型示意如圖2.2所示。 注：標(biāo)記1為去膜軸，2為鋁卷，3為導(dǎo)向滾筒，4為導(dǎo)向滾筒，5和8為膠水池，6和7為去膜軸，9為導(dǎo)向筒，10為剪切軸，11為成品支架，12為保護(hù)膜架。圖2.4模型圖2.3 本章小結(jié)本章主要是參考有關(guān)粘接機(jī)和食品加工包裝記得說明，進(jìn)行自己整體設(shè)計(jì)構(gòu)思，為下一步進(jìn)行各部件的計(jì)算設(shè)計(jì)提供依據(jù)，使設(shè)計(jì)

18、思路明確。第3章 粘接機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1鋁卷筒、碳筒、和成品卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)前考慮實(shí)際鋁箔的寬度，根據(jù)實(shí)際考察和查找相關(guān)資料得，現(xiàn)有鋁箔的規(guī)格：厚度：0.008-5.00mm 選取0.1mm作為設(shè)計(jì)計(jì)算寬度：2-400mm 選取400mm作為設(shè)計(jì)計(jì)算長度： 任意 本設(shè)計(jì)選取500m長選擇碳膜規(guī)格:厚度0.1mm ；寬度 400mm ；長度 500 m；鋁筒和碳筒空心直徑為90mm。90x 圖3.1 鋁卷筒直徑示意圖如圖3.1設(shè)鋁卷筒的鋁的厚度為x, 選取300mm作為其直徑。鋁筒結(jié)構(gòu)大小如圖3.2。 圖3.2 鋁卷筒同理可得： 碳筒直徑為268mm ，選取300mm作為其直徑。 成品卷筒 直徑

19、為583mm，選取585mm作為其直徑。3.2 導(dǎo)向滾筒的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中由于涉及到旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)，在鋁箔和碳膜的傳動(dòng)過程中必須有導(dǎo)向滾筒來改變帶傳動(dòng)的方向，為了減輕重量，并采用空心結(jié)構(gòu)，減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和節(jié)約材料。為了減少傳動(dòng)中的摩擦，滾筒要求能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。按照設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)動(dòng)速度不大，受力也不大，所以可以使用普通的深溝球軸承。將軸承安裝在滾筒的兩端，通過軸套固定在兩側(cè)的箱體上。滾筒的長度要求比鋁箔的最大寬度還稍微的大一些。設(shè)計(jì)要求的鋁箔最大的寬度為400mm。又由于箱體結(jié)構(gòu)的緣故，滾筒工作長度設(shè)計(jì)為470mm。為了不在傳動(dòng) 過程中是鋁箔產(chǎn)生過大的變形，可將滾筒直徑取較大的值150mm。滾筒厚度一般為

20、15mm。碳膜是一種比較柔軟的材料，在彎曲的時(shí)候幾乎不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，所以導(dǎo)向滾筒的直徑可以取較小的值但是為了制造中的方便，采取和鋁筒一樣的設(shè)計(jì)尺寸。根據(jù)實(shí)際加工確定滾筒的數(shù)量為9，在箱體上合理排布。為了保證鋁箔在滾筒上不能隨意的滑動(dòng)，應(yīng)在滾筒上有定位裝置，又由于鋁箔的寬度不同，采用可調(diào)節(jié)的定位裝置。能夠在滾筒的套筒上滑動(dòng)的圓環(huán)裝置，用螺釘把圓環(huán)固定在導(dǎo)向滾筒的套筒上，從而可以保證鋁箔或碳膜不能左右移動(dòng)，保證其粘接的對應(yīng)性。滾筒和定位環(huán)分別如圖3.3和圖3.4。 圖3.3 導(dǎo)向滾 圖3.4 定位環(huán)3.3 膠水池和刮膠片的設(shè)計(jì)通過膠水的粘接厚度，寬度，長度的初步計(jì)算，設(shè)計(jì)膠水池的體積為800mm

21、600mm400mm。為了制造的方便，將膠水池和粘結(jié)機(jī)箱體分開獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后裝配到箱體上。膠水池中設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)向滾筒，以便于將鋁箔導(dǎo)入膠水中，如圖3.5。滾筒兩邊安裝上軸承，由軸肩和彈性墊圈來軸向固定。軸承座在膠水池中使用懸掛式配合。由于浸在膠水中，必須考慮密封防止軸承被粘住，采用毛氈密封。如圖3.6所示。 圖3.5池中滾筒 圖3.6 池中導(dǎo)向滾筒裝配圖為了調(diào)整鋁箔上膠的厚度，刮膠片的位置必須時(shí)刻條的。又由于刮掉后的膠不能隨處流走，只能重新掉入膠水池中。所以設(shè)計(jì)刮膠片直接安裝在膠水池上面。安裝的位置由鋁箔傳動(dòng)防衛(wèi)和膠水池來確定。本設(shè)計(jì)中的刮膠片有兩個(gè)，一片刮鋁箔上面的膠，一片刮下面的膠。在結(jié)構(gòu)模

22、型中設(shè)計(jì)鋁箔成45度角導(dǎo)出膠水池，因此設(shè)計(jì)兩個(gè)刮膠片程90度，分別在兩個(gè)垂直的滑槽中上下，左右的滑動(dòng)，以改變刮膠的厚度。刮膠片有螺栓固定在滑槽中。滑槽由螺母安裝在膠水池中。設(shè)計(jì)要求導(dǎo)電膠涂層厚度均勻且可調(diào)、并具有導(dǎo)電膠殘量不足警報(bào)的功能。本文中只簡單討論電動(dòng)機(jī)的選擇和膠水不足報(bào)警功能。報(bào)警點(diǎn)路如圖3.7所示： 常閉開關(guān)燈電源源浮筒鐵片圖3.7報(bào)警示意圖當(dāng)膠水不足時(shí)，浮筒下落，拉合開關(guān)，報(bào)警器發(fā)出聲音。3.4 壓輥的設(shè)計(jì)鋁帶與水平面成45度角，所以兩個(gè)壓輥中心線索在的平面也必須與水平面成45度角。為了能壓緊鋁箔和碳膜，并能適應(yīng)不同厚度的卷料和膠水，壓輥中的其中一個(gè)能移動(dòng)。在粘接機(jī)箱體上加工一個(gè)4

23、5度的斜滑槽，壓輥兩邊的軸承插入軸承座中，軸承做可以在滑槽中滑動(dòng)，這樣就能調(diào)節(jié)壓輥之間的距離。又為了安裝和調(diào)節(jié)的方便，將下面的壓輥固定在箱體壁上，上面的壓輥上面滑動(dòng)。絲杠與軸承座連接如圖3.8?；瑒?dòng)的軸承座由梯形螺紋絲杠連接。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可以推或者拉軸承座上下滑動(dòng)。梯形螺紋有較好的自鎖特性，能很好的進(jìn)行調(diào)解。 圖3.8 絲杠連接圖3.5 去保護(hù)膜的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鋁箔和碳膜上面的保護(hù)膜必須在展開時(shí)去掉，本設(shè)計(jì)中采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將保護(hù)膜卷走。軸采用分段結(jié)構(gòu)，分為三段。兩邊由軸承，軸承端蓋，彈性墊圈固定在箱體上。中間軸與兩邊由螺釘連接。當(dāng)卷滿的時(shí)候，將中間軸拆下來卸載保護(hù)膜。一邊軸伸出箱體壁通

24、過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)連接。電動(dòng)機(jī)由支架固定在箱體壁上面。如圖3.10。3.6 剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)粘接后的三層帶側(cè)面可能不整齊，為了使側(cè)面整齊光滑并去掉側(cè)面多余的膠水，所以必須加一個(gè)切邊裝置，本設(shè)計(jì)使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)來切邊。粘結(jié)帶在水平傳動(dòng)的時(shí)候，刀片在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的軸上面高速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到剪切的目的。 圖3.9 滾剪切刀與軸配合圖刀片要求在軸上可以左右移動(dòng)，可在軸上設(shè)計(jì)一個(gè)鍵，刀片在鍵上滑動(dòng)，調(diào)整好位置后可以用螺栓來固定。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的部分結(jié)構(gòu)與去膜結(jié)構(gòu)的部分相同。 圖3.10 去膜機(jī)構(gòu)3.7 上料夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)過程中，加工完一卷料以后，就必須將卷料架取下來，然后把新的卷料放上去，繼續(xù)進(jìn)行加

25、工。為提高生產(chǎn)效率，使上料方便簡單。機(jī)床加工棒料的時(shí)，將棒料用卡盤用卡盤夾緊，并用尾部頂緊后即可加工，加工完畢后就可以方便的將棒料取下來。利用這種方式，涉及一個(gè)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并能加緊來實(shí)現(xiàn)。此裝置分為左右兩根軸，并分別安裝在兩邊箱壁上面。一根固定，為了能承受一定的壓力，并能靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝上兩個(gè)面對面的角接觸球軸承，軸承由軸肩和圓螺母來進(jìn)行軸向定位。每個(gè)軸承都由軸承端蓋頂緊。軸承端蓋與箱體之間要有調(diào)整墊片，以便于調(diào)整軸向的位置。另一邊的軸比較長，兩邊分別有一個(gè)角接觸球軸承，套入一個(gè)圓筒中，如圖3.11。圓筒兩端用軸承端蓋密封，有軸伸出的端蓋使用毛氈密封。同樣也在端蓋與圓筒連接面上加調(diào)整墊片。 圖3

26、.11 上料長軸 圓筒能在箱體壁上的洞中左右移動(dòng)，為了能夾緊，應(yīng)用窗戶壓緊把手的原理。把窗戶合上以后，扭轉(zhuǎn)把手，把手上的斜塊即伸進(jìn)窗欄的突起中，這樣就將窗戶壓緊了。在這里，稍微的將其改動(dòng)，在套有軸的圓筒上面加有一個(gè)比較小的圓環(huán)，圓環(huán)用緊定螺釘固定在圓筒上面。在箱體壁的外部加一個(gè)把手。把手能夠繞一個(gè)小圓筒自由轉(zhuǎn)動(dòng)。小圓筒用一個(gè)螺釘固定在箱體壁上面。當(dāng)將把手轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其斜 壓倒圓環(huán)上面，把圓環(huán)往里面擠。圓環(huán)帶動(dòng)軸往里頂，實(shí)現(xiàn)了夾緊。兩根軸的兩端均有一個(gè)頂頭，頂頭前部設(shè)計(jì)成錐形，以有利于頂進(jìn)卷料架中，并有較好的同軸度。后部設(shè)計(jì)成圓柱形。頂頭與軸用圓柱銷來進(jìn)行固定。3.8箱體的設(shè)計(jì)本箱體采用ht20

27、0鑄造。左右兩塊箱體板，通過螺釘連接在底座上面。箱體高度應(yīng)該與人體相仿，考慮人體工學(xué)要求，盡量降低重心。第桌上有兩個(gè)小凸臺以便于與箱體板的安裝。為了減輕重量，以便于檢修，在保證強(qiáng)度的條件的情況下，在箱體板上鑄造出方形孔。在有軸承端蓋安裝的地方，應(yīng)該鑄造出小凸臺，以便于進(jìn)一步加工，提高配合精度。軸承都安裝在箱體板的內(nèi)部，看起來美觀整潔。3.9本章小結(jié)在本章中主要對設(shè)備的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從實(shí)際生產(chǎn)角度進(jìn)行分析，已達(dá)到機(jī)構(gòu)的簡單適用，能適應(yīng)不同條件下的加工工作。第4章 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度剛度校核軸和軸承都是整臺設(shè)備中的關(guān)鍵部件，為了保證使用壽命和穩(wěn)定性，有必要進(jìn)行校驗(yàn)。4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)備要求，生產(chǎn)線

28、速度0.1m/min5m/min連續(xù)可調(diào)且具有數(shù)碼顯示功能，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速必須是連續(xù)可調(diào)，可采用速度負(fù)反饋閉環(huán)控制。原理框圖如4.1下所示。功放元件同步伺服電動(dòng)機(jī)反饋元件 圖4.1 反饋原理圖由于要求的調(diào)速范圍和功率，選擇西門子1fk6同步飼服電機(jī)，如圖5.2。測量帶傳送速度采用光仟陀螺，其精度高，穩(wěn)定性好，性價(jià)比高，重量輕，體積小。西門子 siemens伺服電機(jī) 1fk6032-6ak71-1tg0，1fk6，功率為0.18kw。 三相伺服電機(jī)是無框架稀土永磁同步電機(jī)，它具有下述顯著特性：高功率密度，小體積；繞組溫度絕緣等級f（durignitr ir 2000）；高短時(shí)過載能力（250

29、ms）；效率非常高；由于很小的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而具有很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；高防護(hù)等級；低（免）維護(hù)；高同心性和振動(dòng)特性；抗橫向沖擊能力強(qiáng)；高機(jī)械強(qiáng)度；重量輕；kty 84 電機(jī)溫度監(jiān)視；集成了用于檢測電機(jī)速度和轉(zhuǎn)子位置的編碼器系統(tǒng)；具備信號和電源連接的標(biāo)準(zhǔn)插座。 應(yīng)用范圍：包裝機(jī)，自動(dòng)化立體倉庫，裝卸運(yùn)輸系統(tǒng)，木材加工，機(jī)械手等。技術(shù)說明：安裝結(jié)構(gòu)類型：im b 5（im v 1，im v 3）。防護(hù)等級：ip 64。振動(dòng)強(qiáng)度：n。軸和法蘭精度：n。電機(jī)防護(hù)：在定子繞組內(nèi)的 ptc 熱敏電阻器 kty 84。編碼器系統(tǒng)（插座，用戶可轉(zhuǎn)動(dòng)約270 ）：2 極測速機(jī)。冷卻：自然冷卻。圖4.2 西門子1kf6

30、4.2 軸的設(shè)計(jì)1.軸的用途 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。2.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)沖加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等到方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形

31、。而對剛度要求高的軸和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形。對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。3.軸的材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最長用的是45鋼。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，必要時(shí)還應(yīng)校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為: (4.1)式中： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力單位為mpa；t 軸所受的扭矩，單位為n.mm;

32、軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3n 軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;p 軸傳遞的功率，單位為kw;d 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm;許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為mpa.由上式可得軸的直徑d (4.2) 式中a0= , 對于空心軸，則 (4.3)式中, 即空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比，通常取=0.50.6。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱。對于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大的直徑為7.對于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大5%7；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%15.然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險(xiǎn)

33、截面作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力為： (4.4)為了考慮循環(huán)特性的影響，引入折合系數(shù)a,則計(jì)算應(yīng)力為： (4.5)對于直徑為d圓軸，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將代入上式中，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為： (4.6)其中式中： 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為mpa；;m 軸所承受的彎矩，單位為n.mm;t 軸所受的扭矩，單位為n.mm;w 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3; 對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。1. 軸的設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)功率為0.18kw，軸的材料是45鋼。mm,有鍵槽應(yīng)大于3%，取28mm。2聯(lián)軸器選擇：a成品軸處聯(lián)軸器選擇(1).選擇類型： 為了減輕震動(dòng)，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器。(2)

34、.計(jì)算扭矩:n.mn.m(3).確定型號 選取彈性柱銷聯(lián)軸器tl5。所以此處軸徑根據(jù)聯(lián)軸器可以選30mm,其他軸徑：a=(0.070.1)d1=2.13mm選取直徑為40mm，mm。b卷膜處由于扭矩更小，可以忽略不計(jì)，選擇較小的彈性柱銷聯(lián)軸器tl3。此的與聯(lián)軸器相連的軸的最小直徑為28mm，選取直徑仍為選取直徑為40mm，mm。4.3 鍵的選擇鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。鍵連接的主要類型有：平鍵聯(lián)接，半圓鍵聯(lián)接，楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。鍵的兩側(cè)面是工作面,工作時(shí),靠鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽

35、底面間則留有間隙。平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性較好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。這種鍵連接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定作用。根據(jù)用途的不同，平健分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。普通平鍵按構(gòu)造分：有圓頭（a型），平頭（b型）及單圓頭（c型）三種。圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。缺點(diǎn)是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。平頭平鍵是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中，因而避免了上述缺點(diǎn)，但對于尺寸大的鍵，宜用緊定螺釘固

36、定在軸上的鍵槽中，以防松動(dòng)。單圓頭平鍵則常用于軸端與轂類零件的聯(lián)接。當(dāng)被聯(lián)接的轂類零件在工作過程中必須在軸上作軸向移動(dòng)時(shí)（如變速箱的滑移齒輪），則須采用導(dǎo)向平鍵或滑鍵。導(dǎo)向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為了便于拆卸，鍵上制有起鍵螺孔，以便擰入螺釘，使鍵退出鍵槽。軸上的傳動(dòng)零件則可沿鍵作軸向滑移，當(dāng)零件需滑移的距離較大時(shí)，因所需導(dǎo)向平鍵的長度過大，制造困難，故宜采用滑鍵。滑鍵固定在輪轂上，輪轂帶動(dòng)滑鍵在軸上的鍵槽中作軸向滑移。這樣，只需在軸上銑出較長的鍵槽，而鍵可做得較短。鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸

37、則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b鍵高h(yuǎn)表示）與長度l。鍵的截面尺寸按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度l一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或短于輪轂的長度；而導(dǎo)向平鍵則按輪轂的長度及其滑動(dòng)距離而定。一般輪轂的長度可取為l（1.52）d,這里d為軸的直徑.所選定的鍵長亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)的長度系列。普通平鍵的主要尺寸見表7.1。表4.1 普通平鍵的主要尺寸軸的直徑d688101012121717222230鍵寬b鍵高h(yuǎn)223344556687軸的直徑d303838444450505858656575108128149161018112012軸的直徑d7585859

38、5951101101302214251428163218鍵的長度系列l(wèi)6，8，10，12，14，16，18 ，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，本設(shè)計(jì)中選擇87。4.4 軸的受力分析及校核在所有軸中，鋁箔開卷處的軸受力最大。由于軸是懸臂軸，而且鋁卷的重量最大，所以只要計(jì)算出此軸能滿足強(qiáng)度和剛度要求，那么其他軸也能滿足于要求。 軸主要受到鋁卷的重力造成彎曲應(yīng)力，因所受壓力較小，忽略不計(jì)，故只校核彎曲應(yīng)力。鋁卷的重量： 圖4.3 軸的受力分析強(qiáng)度計(jì)算，軸的受力如圖4.3最大彎曲正應(yīng)力：由公式4

39、.6得： 可見強(qiáng)度滿足要求剛度計(jì)算最大撓度： 剛度也滿足。4.5 軸承的受力分析及校核軸承受力如圖4.4說示：l170mml230mmpfr1fr2 圖4.4 z軸承受力最大轉(zhuǎn)速： 徑向力 軸承在100c 以下工作 載荷平穩(wěn)基本額定負(fù)荷系數(shù)c=32800軸承壽命：故軸承使用壽命充裕。4.6 本章小結(jié) 在本章中對軸的受力情況和軸承的受力進(jìn)行了分析計(jì)算，從而保證了所確定零件的可完全實(shí)用，設(shè)備能進(jìn)行加工生產(chǎn)。結(jié) 論本設(shè)計(jì)對層疊超大容量電容電極粘接機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)成功地進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中主要有以下工作：1 簡單可靠的上料夾緊機(jī)構(gòu)，能方便的夾緊多種規(guī)格的材料；2 涂膠裝置，能均勻的給鋁帶涂上不同厚度的膠水；

40、3 去膜機(jī)構(gòu)，靈活拆卸；4 壓輥機(jī)構(gòu)，能根據(jù)不同厚度的材料調(diào)整距離和壓力。 在本設(shè)計(jì)中采用了較多的統(tǒng)一規(guī)格部件，使之制造生產(chǎn)簡單，有利于設(shè)備的普及應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1朱孝錄.中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典g.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2001.112馮辛安.機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計(jì)m.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.13梅曉榕.自動(dòng)化控制元件及線路m.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.74張少實(shí).材料力學(xué)m.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.125王連明，陳鐵鳴.機(jī)械設(shè)計(jì)m.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.86侯真秀.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000,106陳明.機(jī)械原理m.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.97王連明.機(jī)

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