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第六章 工程设计类毕业设计说明书实例
蜂窝纸芯成形设备设计
[摘要] 蜂窝纸芯材料是一个新型材料，它是以纸、布或金属箔经过粘合、成形等工艺加工而成，其刚度高，重量轻，隔热保温性能好，经过特殊工艺还可防火、防水，是建筑、交通、装饰行业最理想材料。
本设备是在中国部分现有设备基础上改善而成，在设计中还借鉴了部分美国专利。其工艺原理是在一张纸一面涂上胶液，产生一组连续等间距且相互平行胶痕，和另外一张纸压合，然后在另一张纸外面涂上一样胶痕，再进行卷曲、压合、拉伸后成形。
本设备和以前设备相比作了以下改善：两次涂胶由原来上下两次变成水平前后两次，易于工人操作；卷取框架加长，降低纸浪费；涂胶部分牵引重新设计，使涂胶质量愈加好；设计了新供胶系统，结构更合理，操作更方便。

[关键词] （略）

（英文摘要 略）
（目录 略）

引言
蜂窝材料是一个以纸、金属等材料经过涂胶、压合、成形等工序加工而成一个新型材料，常做成四边形形状，用来做两块夹层之间填充物。
现在广泛应用蜂窝板，通常是以纸蜂窝或铝蜂窝等为芯，两边粘以纤维板或纸板等而成。纸可采取牛皮纸、再生纸、草浆纸，铝箔是用铝在压力下延伸而成。蜂窝纸规格和胶液选择是由其用途来决定。这种材料不仅抗压强度高、抗冲击性能好，而且密度小，经特殊工艺还含有隔音、隔热、防水、防火等性能，是一个理想建筑材料。
蜂窝材料使用，使得多种构筑物、建筑物和由它制成多种产品重量大大降低，而且又节省了很多珍贵材料，使得产品物美价廉，有重大经济、社会效益，所以在很多行业全部广泛应用。
其应用最广泛行业是建筑业，最经典应用对象是活动房屋。蜂窝材料使活动房屋轻巧灵便，更利于其“活动”。在一般建筑物中也广泛地用它做成门、吊顶、地板、壁柜和非承重墙、活动墙壁等结构部件。假如有一天你发觉了这种东西，无须大惊小怪，这就是蜂窝板做。
假如你观察仔细话，你可能早就留心到不少包装箱、搬运箱大多全部采取多层木板或竹板制成。不过，因为其防潮、防火性能差，对于这方面要求高包装，这种箱子往往不能胜任，而由蜂窝板制成包装箱恰好能够满足。由此及彼，很多运输机械中也有好多木制品，其拙笨外形，加之易燃易腐蚀，已经逐步由蜂窝板所替换。
因为结构轻巧、强度较高、外形美观，它又可用来生产高级家俱。其良好加工性能使得成批生产高级家俱成为可能，而且因为加工量减小和轻便特点，使得工人劳动强度大大降低。
另外，在卫星通讯方面蜂窝制品也占有一席之地。现在铝箔蜂窝产品已经用于卫星接收天线和微波通讯天线而替换了原来粗笨设备，甚至还用之建成了天文观察平台和很多模拟设备。
伴随经济发展和人民生活水平日益提升，蜂窝材料应用越来越广泛。即使是刚起步，不过其前景是相当可观，用这种材料制成多种物美价廉消费品，越来越受到广大消费者青睐，处于供不应求状态。现在中国现有技术设备远远满足不了市场需求，甚至有设备还存在着严重缺点，达不到理想生产状态。
鉴于这种情况，参考了部分国外专利，在现有设备基础上，此次毕业设计对一个现有设备进行了改善设计。蜂窝纸芯成形设备关键设备是印胶机部分，蜂窝纸芯使用性能关键由它来确保，所以它是整个设备关键部分，这里所作改善也关键是针对这一部分而言。
因为实践经验欠缺和知识不足，该设备实际工作情况及可用性还有待于实践检验。

1 总体方案设计
1．1 蜂窝纸芯成形原理
成形原理以下图所表示：

图1-1 蜂窝纸芯形成原理

将若干层纸用相互交错胶线粘合，然后沿横向拉伸，就形成了截面如上右图所表示蜂窝纸芯。
假如设计时确定蜂窝纸芯蜂窝边长为a，则胶线宽度亦应为a，两条胶线之间空隙b＝3a，这时得到是正六边形蜂窝；假如b>>3a，比如b＝10a，这时a相对较小，可近似地视其为点胶合，所以可得到正四边形蜂窝。这里只讨论前一个情况。
1．2 蜂窝纸芯工艺步骤
通常来说，纸芯成形基础工艺以下(针对本设计而言，并非通用)：
退纸—涂胶—粘合—成形。
1．3 工艺方案确实定
依据现有材料，蜂窝纸芯涂胶机退纸、涂胶，成形各部分全部有好多个不一样方案，现就针对各个部分不一样方案做以下比较：
1．3．1 退纸部分
纸卷数目：最原始设备是采取单纸卷来退纸。这种方法采取使得结构复杂而且比较庞大，生产效率低下。以后采取双纸卷来实现，即使结构简单了，不过设备占地面积比原先大得多。尽管如此，因为它大大地提升了生产率而逐步替换了单纸卷退纸方案。本设备采取双纸卷退纸。
1．3．2 涂胶型式
图1-2(图略)所表示是纵向涂胶方案。伴随纸运动和涂胶辊旋转，在纸上表面沿其运动方向涂上了一组相互平行胶痕。利用这种方法取得纸芯，涂胶均匀可靠，易于确保蜂窝形状，不过不利于后继工艺连续性。
图1-3(图略)所表示是另外一个方案。在垂直于走纸方向上，涂上一组相互平行横向胶痕，称为横向涂胶，简称横涂。若干层横涂后纸错开后迭在一起压合，然后拉伸成形即成蜂窝纸芯。其最大优点是能够确保后继工艺连续生产，不过设备加工较前者困难，而且各层纸上胶线距离极难确保，工艺上极难实现，仅是一个理想上设计。
出于工艺上易实现考虑，本设备采取前一个涂胶型式。
1．3．3 涂胶方法
1．双面同时涂胶：
这种方法是在同一张纸正反两面同时涂上胶，其原理图图1-4(图略)所表示。其最大优点是能轻松地确保各道胶痕之间相对位置精度，不过有一个致命缺点：因为涂胶辊上突起相互交错，胶痕会因为没有受到一定压力而显得不均匀甚至有时涂不上胶。假如胶粘度小而且表面张力系数小，这种方案可优先采取，同时能使设备紧凑、空间利用率高。
2．同一张纸经前后两次涂胶：
这种方案基础原理图1-5(图略)所表示。其工艺方案和方案1最显著区分就是涂胶时有了一定压力使得胶痕均匀。
因为第一次涂胶后已经在a面上涂了胶，为了避免其对第二次涂胶影响，同时又要确保第二次涂胶质量，所以这时压辊2不能做成光辊，而是要避开前次胶痕，为此，压辊必需做成类似涂胶辊形状。同时又因为两次涂胶之间纸有一定行程，为了确保蜂窝状结构，在安装时要有足够精度来确保，以防纸跑偏而带来一系列技术问题。
3．在两张纸上涂胶：
这种方案基础原理图图1-6(图略)所表示，和第二种方案靠近。
本方案和第二方案相比，胶痕位置精度相差不大，但它有一个显著优点：第二次涂胶处压辊能够采取光棍，这么大大降低了加工量，可降低设备费用。
图示原理是：纸张I第一次涂胶于其a面，至I辊处和纸张Ⅱb面粘上，然后再在纸张Ia面涂上胶。
4．立式涂胶和卧式涂胶：
在确定用哪一个模式时，应从两个方面考虑：工艺上是否易于实现；是否便于工人操作——劳动强度要低，操作要简单实用。
工厂里用卧式涂胶可参看图1-6(图略)。为了便于观察和引纸方便，通常取涂胶辊中心高度(相对于底座来说)约1.5m，而导纸辊高度不超出1.8m。这么便于工人发觉生产中异常情况，便于立即处理多种问题和隐患，这些优点填补了设备相对庞大不足。
在部分进口设备上常采取立式结构。所谓“立式”，是相对于前者而言，不是指将涂胶辊立起来安装，而是指前后两次涂胶采取一上一下部署方法，图1-7(图略)所表示。这种立式设备大大地提升了空间利用率，结构紧凑，小巧玲珑，涂胶质量好，不过中国生产纸卷质量比较差，易断纸，这种设备因高度较高不易于引纸，所以在一定程度上限制了机器生产率。假如纸张能确保基础不停，那么应优先采取这种形式，而针对现在情况，我们只能为之惋惜。
本设计采取了卧式涂胶方案。
1．3．4 接纸方法
接纸是指在纸经过涂胶后在成形前所进行一个预备阶段，常采取方法有卷取、铣切、摞叠(即剪切、滚切)。
1．卷取：
卷取原理图图1-8(图略)所表示，是将经过两次涂胶纸卷在一个矩形方框两个边上，矩形方框上两个卷取横梁是能够取下来。当卷取厚度达成预定要求时，取下两个卷取横梁，将纸芯经过压合后，切取所需长度再进行后续工艺。
这种设备结构简单，操作方便，工艺上易于实现，在工厂里用得较多，不过通常做成单卷取轴形式，在取下横梁时要求停车；同时其浪费较大，切纸时因为两端圆弧不能利用而被切掉，所以又有不少改善方法：采取多转轴实现连续接纸；采取正多边形卷纸，降低浪费程度；增大卷纸长度L以降低浪费率。现分别说明以下：
(1)多转轴连续接纸(卷取)卷取长度L不能太大，而且占地大，工艺难度大，设备设计较复杂，要求工人熟练程度高；
(2)采取正多边形接纸有两个显著优点——浪费率低，卷取平稳。不过其一个重大缺点是设备体积庞大，设计要求不易取得，引纸费时费事，搬运和切割、压合时很困难。基础示意图图1-9(图略)所表示。
(3)增大卷取长度L，只能从一定程度上降低浪费，不过L也不能无休止地大下去，因为L越大，卷取就越不平稳，在电路设计和设备结构设计上就越复杂。
2．铣切：
原理示意图图1-10(图略)所表示。这种方法是先将纸折叠在一起，然后用铣切铣去纸张各段相连尖角，再拉伸烘干后成形，适适用于蜂窝厚度t不大、走纸速度低场所，可实现连续生产。值得注意是，它要求前面涂胶部分必需在纸(单层、双层或多层均可)层a、b两面全部涂上胶。这种方法缺点是：结构复杂，折叠星辊设计和加工全部很困难，而且产品单一化、效率低，通常只在大规模生产中才采取。
3．摞叠：
将涂胶后纸按一定尺寸规格用滚刀切成段再进行后续工艺接纸方法称为摞叠式接纸方法，图1-11(图略)所表示。
这种方法可实现连续生产，同时调整滚刀转速n，能够任意改变纸长度规格，浪费率低，可满足不一样生产率需要，但同时存在着不可克服缺点：1)为了避免切纸时冲击，常将滚刀做成螺旋状，所以在安装和调试时费事且刀成本高：2)为了避免纸粘在刀上，在滚刀前要求将胶烘干，这么还要求压合时在高温高压下完成，需要使用特定胶液，所以要浪费大量能源、占用大面积厂房。
本设备采取第一个方案——卷取。
1．3．5 涂胶辊部署：
这里讨论辊子部署是指各个和涂胶有直接联络辊子之间相互位置关系及胶液是怎样供给到涂胶辊上。
1．单辊醮胶式：
图1-12(图略)所表示，为单辊醮胶式或为单辊挂胶式供胶、涂胶方法。这种方法用调整挂胶和挂胶辊间隙来控制胶量大小。
2．四辊喷胶式：
这种涂胶方法用得早，技术成熟，涂胶效果也很好。原理图1-13(图略)所表示。胶量大小是靠两供胶辊间隙来调整。由以上这些考虑，能够确定工艺方案和工艺路线以下(从略)。
1．4 关键零部件定型
蜂窝纸芯涂胶机关键设备有：退纸架、涂胶架、供胶架，另外还有校正器和各动力设备。即使在前面已对各方案有了一个初步选择，但只是一个大致轮廓，这里将做具体说明。
这项设计关键指导思想是其实用性，要求结构尽可能简单，各尺寸尽可能小，易于工人操作。由收资时数字知道，北京木材厂纸机即使走纸速度为60m／min左右，不过在开工很足情况下，天天也只能用掉6个卷筒纸，所以一天至多只需换纸三次(采取双卷筒)，总共耗时也不会超出半个小时，而天天开工为12小时，可见，花费一大笔投资而采取连续退纸、自动换纸，其生产率提升不超出4％，这是很不经济。
另外，对于卷取部件来说，每次卷重量大约可达成50~70千克(数字起源于木材厂)，天天至多可卷纸20框左右，每次大约需要3～5分钟即可完成接换，只是需要中途停车。对于50～70千克重又没经压合一框纸，工人在搬运时会造成纸芯质量下降，所以安装一个接纸小车，要求卸下纸后很方便地将纸接走并送至后继工序工作位置上。
通常说来，机器动力部分运转时不会有大问题，只要安装调试好就行。对于传动不复杂设备，通常不宜放在远离机器处，而应尽可能靠近机器或就放在机架上，这么还能够省去防护罩。
针对以上考虑，机器各部分具体结构以下。
1．退纸架
退纸架基础结构图1-14(图略)所表示。三个横梁是为了确保其尺寸，并增加机架稳定性。机架上各连接处全部采取螺纹连接，横梁和机架采取焊接。
在退纸过程中，为了使纸张不松弛，就得有一定张力，所以在纸卷轴上装一个阻尼闸瓦，在工作时闸瓦抱紧纸卷轴，经过调整螺栓来调整张力大小。通常来说，张力不用太大，只要使纸不垂下，停机时纸卷不随惯性转动即可。
在一卷纸用完后换纸时，将原先纸留下一段，用胶液粘在刚换上纸卷断头处即可换纸，具体操作示意图图1-15(图略)所表示。
2．涂胶部件结构
依据前面讨论和图1-2、1-6等所表示原理，确定图1-6(图略)所表示涂胶装置：经过调整螺栓1来改变压辊对印胶辊压力，经过调整螺栓2来调整两涂胶辊间隙来改变涂胶多少。其中，四个辊子全部是靠各自轴承座固定在印胶支板上，而且前后两次涂胶部分全部安装在同一对印胶支板上，这么易于确保各辊之间精度要求。
为了确保胶量均匀，还必需确保两个涂胶辊和印胶滚转速是相同、而压辊只要转动灵活就能够了，所以要求前三个辊子是主动转动，或由纸摩擦力带动。因为各个辊子转动需要克服力很小，设计时采取辊子链传动。
因为受力小而且胶液对钢腐蚀性不大，所以采取无缝钢管做成各辊子，并对之采取调质处理。为了使胶液很好地附着在印胶滚表面，印胶滚应该做得粗糙一点，或在其表面车出部分浅槽。辊子加工工艺步骤图1-17(图略)所表示：先镗出两端内孔，装上堵头于两端内孔中，再装上两端轴头，夹住轴头后加工。在这里，采取是纵向涂胶，辊子上凸台直接车出，亦即做成一体式，这么较之于分体式更便于加工，确保精度。滚筒截面形状图1-18(图略)所表示。
为了使前后两次胶痕之间相对位置恰好错开，而且不应在调试中有任何困难，要求前后两次涂胶印胶滚上凸台应错开。这要经过安装调试确保其精度。
印胶滚假如做成份体式(图1-19所表示，图略)，即使加工时每一小段易于加工，不过加工精度要求高了，而且装配后不便于调试，轴芯部分也不便于加工，各段和轴芯配合不易确保。而问题关键还在于辊子磨损极小，没有交换必需。另外，这种形式还使得辊子很粗笨，增加了设备重量。
3．供胶部分(从略)
4．卷取部件(从略)
5．校正器(从略)
(第3、4、5部分和第1、2部分内容不一样，全部很好地表现了作者设计思想。但因为写作方法类似，本书为节省篇幅，故从略。)

2 设计计算
2．1 牵引部件传动设计计算
参考木材厂设备，选择牵引电机功率为2.2kW，同时依据设计要求，印胶辊直径定为92mm，走纸速度范围为18m／s～60m／s，选择小型电磁调速异步电动机JZT-31-4，选择i＝2.5减速器ZDH10-3Ⅱ。下面是链轮设计计算。
计算参数为：传输功率2.2kW，i＝2，n1＝580r／min，中心距a＝720mm。计算步骤按手册第258页表8-45进行，列表以下：
表2-1 传动部件设计计算表
计 算 项 目
公 式 及 数 据
计 算 结 果
传动比i
i =2

小链轮齿数z1
选z1=27

大链轮齿数z2
z2= i·z1=2×27
z2=54
初定中心距a0
取a0：60p(p为链条节距)
a0=720mm
计算功率Pc
由手册表8-46查得kA=1，则Pc=kA·Pe-1×2.2
Pc＝2.2kW

(本表下面还有很多计算项目，这里从略。)
2．2 卷取部件中链传动设计计算(从略)
2．3 供胶系统传动部件设计计算(从略)
2．4 对牵引辊轴头强度校核(从略)
(以上第2、3、4部分设计计算和校核计算，也全部采取表格计算和文字说明相结合方法，和本章第1部分写作方法类似，故从略)

3 设计说明
3．1 润滑和密封
因为本设备结构简单，受力不大，依据教材(参见注评10)第十八章第九节(第321页)选择轴承润滑(据表18-13)，由d·n＝35×290＝10 150mm·r／min，一律选择脂润滑，采取毡圈和橡胶垫片来密封。至于多种现成标准件，采取和之对应润滑方法。对于前者采取钙基脂。
3．2 关键零部件加工和安装
涂胶部分涂胶支板和牵引支板，应采取成对加工措施来确保其精度。涂胶支架四根立柱也应采取成对加工。
对于和机架相连部件，和机架结合部位应先焊上垫板，然后铣平。
供胶部分机架上机座加工和安装见前文设计部分相关说明。
涂胶辊和印胶辊加工参见图3－1(图略)。
3．3 使用、维修和保养
1．调试时应使前后纸速同时。
2．天天停机后应清洗涂胶辊、印胶辊，不要有残留胶液。假如长久停产，应将供胶系统根本清洗；正常生产时也应定时(如半月)清洗。
3．长久停放时，各个辊子和印胶支板应涂防护油以防生锈。
4．尽可能保持车间清洁和卫生，且应通风、干燥。

4 设计评价
本设备是针对涿州勘探设备厂设备上部分缺点，在参考木材厂蜂窝纸芯成形设备基础上进行设计。所做重大改动有：供胶系统搅拌器由立式改成卧式；涂胶部分由原先上下两次改成前后两次，降低了设备高度，便于工人操作和立即发觉和排除故障；各导辊直径均为60mm，有条件话能够采取塑料导辊，降低了设备重量；卷取部分卷纸长度加大了500mm，使纸浪费率降低了30％；机架安装和各部件连接全部采取螺纹连接，便于确保精度和安装调试；卷取部分增加了一个缓冲辊，使得在卷纸时避免了因线速度不均匀而造成冲击。
机器设计走纸速度为18m／min～60m／min，实际调速范围为8.6m／min～70.1m／min，调速范围广且连续可调，易于达成前后纸速同时。因为采取了JZT型小型电磁调速异步电动机，在这里转速一定场所使用很经济，而且速度平稳，不会有太大波动和冲击，所以机器振动和噪音全部很小。即使其生产没有实现连续化，不过这对生产率影响不大，尤其是卷纸框和接纸小车搭配使用，使得工人劳动强度大大降低，并为下道工序提供了方便，这一点足以填补连续性上缺点。值得注意是，假如采取连续卷取，则需要两个卷取支架、两套传动系统，而且引纸路线过长易跑偏，上述优点将不复存在。
因为时间仓促，经验欠缺，实践中很可能出现部分问题或操作上不便，需深入完善。

（参考文件 略）