卷纸机设计卷纸机设计1.zip

I摘 要摘 要随着计算机技术的不断发展和现代设计方法的不断丰富，设计智能化已经成为机械设计中热门的研究课题之一。本文针对造纸机中的卷纸机部分进行了研究，开发了一套完整的参数化设计系统。参数化设计和特征建模技术是 CAD 技术继续发展和适应工业发展要求的两项重要技术。参数化设计技术有利于建立和管理产品零件库，极大的提高了产品的开发效率。而应用特征建模技术建立的产品特征模型，从产品整个生命周期各阶段的不同要求来描述产品，完整的提供了产品信息，使得各应用系统可以直接从产品模型中抽出所需的信息，这就极大的满足了 CAD/CAM/CAE 集成系统的要求。本文是在对卷纸机的工作原理特别了解的基础上以 Visua1C+为工具，运用数学中的优化方法对卷纸机中的结构进行优化， 并且利用 Pro 旧专业绘图软件， 实现了卷纸机零件的参数化绘图，精确绘出各个零件的几何形状和二维工程图。最后，该软件绘制出卷纸机的三维实体为卷纸机在结构方面进行有限元分析以及数控加工打下了基础。本文通过完整的卷纸机优化程序，参数化建模绘图，大大缩短了卷纸机的设计周期，降低了卷纸机的研制成本，这对轻工业机械的研制有积极的帮助。关键词: 关键词: 卷纸机 优化设计 参数化 有限元分析IIAbstractWith computer technology developing modern designing method becoming more abundance, the designing intelligence has become a Popular researching aspect. This paper is mainly about reeler of paper manufacture machine ， researching and developing a designing expert system.Parametric design and Feature Molding technology are the two important technologies in subsequent development of CAD. The Parametric design technology is favor of establishment and management of products and it can improve design efficiency of products. The product feature model established by Feature Modeling technology describes the product from the each stage in life，and provides whole information of the product. Every system can gain its information from product mold and this can satisfied the requirement of CAD/CAM system.This paper is on the foundation for the working principle special understanding of reeler use Visual C+ carry out optimization for the paper manufacture machine structure，and draw using Pro/E special field software ， have realized the parameter of paper manufacture machine element draw，paint paper manufacture machine accurately in the geometry shape of every element and drawing. Finally ， this software draw the three-dimensional entity of paper manufacture machine have established foundation for the Processing of numerical control as well as the structural analysis of paper machine.This paper passes through complete reeler optimization program， parameter drawing，has shortened the design period of reeler greatly，has reduced the cost of R&D of reeler，this has positive help for the R&D of light industry mechanism.Key words: paper manufacture machine optimization design Pro/Engineer parametric finite element analysisIII目目 录录第一章第一章 绪绪 论论.51.1 卷纸机介绍.51.1.1 卷纸机概述.51.1.2 卷纸机分类.51.2 卷纸机的发展概况.61.3 国内发展概况.7第二章第二章 卷纸机的功能结构分析卷纸机的功能结构分析.92.1 卷纸机的工作原理.92.2 卷纸机的结构和功能分析.102.3 卷纸机关键件的若干技术要求.112.4 卷纸机性能参数的设定.12第三章第三章 叉架倾转机构的设计与优化叉架倾转机构的设计与优化.143.1 叉架倾转机构的设计与计算.143.1.1 结构原理及特点.143.1.2 倾转力矩的计算.153.2 优化设计概述.193.2.1 优化设计数学模型.193.2.2 优化设计方法.203.3 卷纸机的优化设计.223.3.1 卷纸机机构设计.223.3.2 机构最优化设计.243.3.3 卷纸机优化设计.25第四章第四章 卷纸机的参数化建模卷纸机的参数化建模.294.1 参数化建模技术.294.2 参数化建模方法.294.2 卷纸机三维实体模型的参数化建模.304.2.1 参数化设计的一般过程.304.2.2 主机架模型的建立.314.2.3 卷纸缸模型的建立.314.3 工程图的建立.354.3.1 主机架工程图.354.3.2 卷纸辊工程图.354.3.3 缸盖工程图.364.3.4 卷纸机装配图.37第五章第五章 卷纸机零件的有限元分析卷纸机零件的有限元分析.385.1 数据的转换.38IV5.1.1 数据转换标准.385.1.2 ANSYS 中的 1GES 标准转换方式.385.2 模型的修改.395.3 卷纸缸的有限元分析.395.3.1 单元类型与网格划分.395.3.2 边界约束与载荷.395.3.3 结果处理.40第六章第六章 结论与展望结论与展望.41参考文献参考文献.435第一章第一章 绪绪 论论1.1 卷纸机介绍卷纸机介绍1.1.1 卷纸机概述卷纸机概述卷纸机是配置在造纸机最末端的一个联动设备。 它的主要功能是将纸机生产出的纸幅卷成纸辊，便于后加工工序进一步加工。在纸张生产中， 卷纸也是非常重要的技术之一。 卷纸机的性能直接影响卷纸质量、纸卷结构、纸张损失、纸机和后加工工序的整体生产效率以及企业的经济效益 ； 同时，还影响印刷用户的印刷质量、印刷效率和印刷过程的运行性能。卷纸机运行性能的好坏直接影响造纸机的生产效率。1.1.2 卷纸机分类卷纸机分类卷纸机按照卷曲原理可分为两种:轴式卷纸机和圆筒式卷纸机。轴式卷纸机的卷纸轴被直接带动旋转。卷曲时的圆周速度等于2vrD式中：r 及D一缠卷的卷曲半径及直径，其数值在卷曲过程中逐渐增大一纸卷的角速度当纸的线速度一定时(与造纸机相应的线速度)，纸卷的角速度应该不断的降低。圆筒式卷纸机卷曲的纸卷是支撑在按要求的线速度转动的卷纸缸上， 并由卷纸缸借摩擦力带动。 随着纸卷卷曲直径的增大， 纸卷的转速不断降低， 所以不需要在卷纸轴(辊)上装设变速装置。由于圆筒式卷纸机的操作简单，并且能卷曲直径很大的纸卷。所以大多数的造纸机上普遍采用圆筒式卷纸机。然而，轴式卷纸机也具有一些优点：可方便地借改变纸幅拉力来调整卷曲紧度；对沿横向幅宽上纸幅不均匀性不太敏感。其主要缺点在于车速高于150180/m s时，领纸过程需要复杂的自动控制设备，纸卷直径较小，所以在低速的、对调整纸卷进度要求较高的而特别是需要松卷纸卷的造纸机上，或者需要在造纸机上将纸幅纵切成两个或多个纸卷时仍可使用多轴式卷纸机1。另外，从结构上可分手动式与液压或气动式；从机架导轨形式可分倾斜式与水平式2。61.2 卷纸机的发展概况卷纸机的发展概况近 10 多年来，世界各国也包括我国的广大造纸工作者和造纸机械制造厂商，都在努力研究改进卷纸技术和提高卷纸机性能。在 20 世纪 80 年代前的 100 多年里，世界各国的造纸机主要是使用传统的老式卷纸机，也称作第一代卷纸机。而在 1992 年出现了第二代卷纸机。20 世纪末又出现了崭新的现代卷纸机，也称第三代卷纸机，诸如 Valmet 公司的 OptiReel Plus 卷纸机、Voith Sulzer 公司的 Sirius 卷纸机和原Beloit 公司的 TNT 卷纸机。1. 第一代卷纸机自从 Alexander Pore 发明第一代卷纸机以来，已应用了 100 多年。这种卷纸机有轴式和辊式两种形式，应用最多的是辊式卷纸机，也称表面卷纸机，适用于中低速各种形式造纸机。辊式卷纸机3主要由卷纸缸和一对放卷纸轴的摇臂支架组成。卷纸轴压在卷纸缸上部的表面上，卷纸缸为主动回转的辊简，卷纸是靠纸卷压向卷纸缸产生的摩擦力被动回转而卷纸的。因此，卷成纸卷的紧密度取决于纸卷与卷纸缸之间的线压力。对于老式辊式卷纸机，没有调节线压力的装置。为了使纸卷紧密度均匀一致，后来才增设了气动加压缸装置，可以调节线压力，提高卷纸质量(如图 1.1 所示)。与此同时，在换辊时为了使待卷纸轴的线速度与卷纸缸的线速度一致， 有的传统卷纸机增设了待卷纸轴的加速装置，以避免换辊时造成过多的纸张损失。图l.1 传统的气动加压辊式卷纸机1卷纸缸 2卷纸辊 3纸卷 4引纸摇臂 5引纸摇臂气压缸6引纸摇臂回转机构 7卷纸辊卷纸轴架 8加压气压缸9气压缸杆 10在最大纸卷直径时气压缸的位置72. 第二代卷纸机针对第一代卷纸机的缺点，第二代卷纸机的设计目标就是采用一切可行的措施，把卷纸中造成的损纸量降低到最低限度。Valmet 公司在开发研制第二代卷纸机时，把它命名为 “无损纸” 卷纸机。 世界上第一台第二代卷纸机 OptiReel 卷纸机， 于 1992年安装在 UPMKymmene Kaukas 纸厂，并试车成功，投入生产。第二代卷纸机比第一代卷纸机损纸量降低 5， 即提高整体生产效率 5。 对于年产 20 万 t 的 LWC 生产线，年增产 1 万 t。3. 第三代卷纸机第三代卷纸机也就是现代卷纸机，在 20 世纪 90 年代中后期才出现。Valmet 公司的 OptiReel Plus。 卷纸机，Voith Sulzer 公司的 Sirius 卷纸机和原 Beloit 公司的 TNT 卷纸机，都是第三代卷纸机。OptiReel Plus 卷纸机是由 Valmet 公司推出的现代化卷纸机。1999 年 3 月首次投产，是当今世界上最先进的现代化卷纸机。已成功地应用在新闻纸、超级压光纸、低定量涂布纸、超低定量涂布纸、涂布和未涂布高级文化用纸等多种现代化高速造纸机以及现代化后加工生产线上，进行卷纸和再卷纸作业。OptiReel Plus （