一次性拖鞋超聲波下料系統設計論文

1、<p>　　一次性拖鞋自動下料系統設計</p><p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化</p><p>　　學 生： </p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　完 成 日 期： </p><

2、p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在激烈的市場競爭與客戶需求越來越個性化趨勢下，服裝、制鞋、皮包等企業(yè)在生產技術方面不斷地面臨新的挑戰(zhàn)，而布料剪裁下料技術改造直接影響企業(yè)生產能力和產品質量。使用超聲波設備進行切割和熔合，這在紡織工業(yè)的織造、整理、服裝縫制等方面都已獲得日益廣泛的認可。</p><p>　　本課題主要為一次性拖鞋切割下料系統研

3、究，使生產流程之間聯系起來，提高機械化程度，減少人工的參與，既能夠減少成本又能夠提高成產效率，設計中主要使用了CAD、Solidworks等工程制圖軟件進行繪圖和結構分析。并對一些設計部件進行必要的計算和校核，使設計系統滿足實際應用的要求。</p><p>　　關鍵詞：紡織品、超聲波切割、結構設計</p><p><b>　　目 錄</b></p>&

4、lt;p>　　摘 要錯誤!未定義書簽。</p><p>　　ABSTRACT錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第1章 緒 論錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義1</p><p>　　1.2 拖鞋（一次性拖鞋）發(fā)展2</p><p>　　1.3 紡織自動

5、裁剪國內外研究現狀3</p><p>　　1.4 本課題研究的主要內容4</p><p>　　第二章 超聲波切割和熔合技術概述5</p><p>　　2.1 超聲波切割原理 5</p><p>　　2.2 比于傳統剪裁，超聲波切割優(yōu)點6</p><p>　　2.3 超聲波切割適用范圍7</p>

6、<p>　　2.4 本章小結8</p><p>　　第三章 超聲波裁剪機總體方案9</p><p>　　3.1 方案的列舉9</p><p>　　3.2 方案的比較11</p><p>　　3.3 方案的選擇11</p><p>　　3.4 本章小結12</p><p>

7、;　　錯誤!未定義書簽。第四章 超聲波裁剪機的結構設計和系統分析13</p><p>　　4.1 滾刀尺寸確定14</p><p>　　4.2 電機鏈輪的選定及相關參數的確定16</p><p>　　4.2.1 電機類型的選擇17</p><p>　　4.2.2 鏈輪的選擇及鏈條確定17</p><p>　　

8、4.3 滾刀內軸的設計和校核19</p><p>　　4.4 氣缸支撐板的靜態(tài)分析21</p><p>　　4.4.1 應力圖顯示22</p><p>　　4.4.2 應力分析23</p><p>　　4.4.3 變形分析23</p><p>　　4.5 本章小結24</p><p>

9、;　　第五章 超聲波系統研究25</p><p>　　5.1 超聲波發(fā)生器25</p><p>　　5.2 聲學部件25</p><p>　　5.3 復合變幅桿的理論與設計26</p><p>　　5.3.1 復合型變幅桿的一般公式27</p><p>　　5.3.2 帶有特定形狀過渡的階梯形變幅桿28&l

10、t;/p><p>　　5.3.3 具有圓錐形過渡段的階梯形變幅桿28</p><p>　　5.4 本章小結30</p><p><b>　　第六章 總結31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　參考文獻<

11、/b></p><p>　　附件圖……………………………………………………………………………</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義</p><p>　　紡織品與人們的生活息息相關，市場需求量大，如鞋、服飾、箱包等都是人們日常生活中不可或缺的。紡織工業(yè)

12、是我國的支柱產業(yè)之一，中國是全球最大的紡織品生產國和出口國，紡織工業(yè)在國民經濟中占有舉足輕重的位置。中國是世界第一的服裝制造大國，服裝行業(yè)依靠豐富的廉價勞動力，國內龐大的消費市場，豐富的資源等，迅速發(fā)展起來。中國制鞋業(yè)有著悠久的歷史，伴隨著改革開放的浪潮，中國承接國際制鞋業(yè)的轉移，一躍成為全球最大的鞋業(yè)生產中心和銷售中心，已經占據了全球中低端的鞋類市場。市場分析我國每年大約生產150億雙鞋，占世界年產量的65%-70%。是世界上最大的鞋

13、類制造基地，也是世界最大的鞋類出口國。從2010年開始，隨著國內快捷酒店呈快速發(fā)展趨勢，開店數量增長幅度超過了100%，截至2011年第二季度，新增快捷酒店數量大約有上千家。而拖鞋是快捷酒店必須配備的物品，相對傳統拖鞋，一次性拖鞋成本低，相比傳統拖鞋更加衛(wèi)生、方便，十分適合經常出差的商務人士或者旅游愛好者使用。據酒店一次性用品使用情況調查研究，對于酒店配備基本小件根據需求程度從大到小在總體上可排成“拖鞋>香皂>洗發(fā)水>

14、沐浴液>一次性牙具>梳子>浴帽”。 在被</p><p>　　中國紡織產業(yè)多集中在東南沿海地區(qū)，隨著經濟全球化的不斷深入，世界經濟的不斷沖擊，市場競爭日趨激烈。如今這些企業(yè)也開始面臨勞動力成本上升，原材料價格上漲等問題，這將影響企業(yè)生產效率，導致生產成本提高。如何應對國際市場的變化和國內的生存環(huán)境，把握好市場的發(fā)展機遇，也是業(yè)界不得不面對的現實問題。尤其是對中小型企業(yè)來說，落后的生產條件加之勞動

15、資源匱乏和生產成本的不斷提高，既是前所未有的機遇，同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。如何提高產量、降低成本、穩(wěn)定質量是當今生產中面臨的最大的挑戰(zhàn)之一。作為與人們日常生活緊密相關的紡織行業(yè)，為適應市場需求，紡織行業(yè)設備的革新和自動化將是其發(fā)展的必由之路。</p><p>　　超聲波裁剪是新興的紡織下料技術。目前，超聲波切割技術在紡織制品下料運用取得了良好的效果，超聲波裁剪技術正逐漸被企業(yè)所采納，主要優(yōu)點是：適用于各種紡織材料

16、，與冷切割加工相比，熱塑性材料被切開后，其切口邊緣會熔合起來，使織物邊緣十分柔軟，與傳統的人工裁剪相比，不僅大大提高了企業(yè)的生產效率，超聲波的切割與熔合也為紡織品高精度、高質量生產提供了可靠的保障，進一步幫助企業(yè)擴大產業(yè)規(guī)模，提升紡織業(yè)的自動化程度，破解招工難，熟練操作人才的缺乏，加工質量不能保證等弊端。</p><p>　　1.2拖鞋（一次性拖鞋）發(fā)展</p><p>　　20世紀50年

17、代，第一雙塑料拖鞋在法國問世，是拖鞋史上的一次革命運動。我國在1960年也生產出塑料拖鞋。最初的拖鞋，木制的多，木制拖鞋也稱為“木屐”。隨著時代的發(fā)展，再加上穿著不太舒適，故市區(qū)的家庭中這種木屐已經見不到了。拖鞋本身來說，無遮無攔的，往腳上一套就行了，無疑是對腳的解放；鞋再怎么合腳，對腳都是一種壓迫、一種限制，一不小心還會逼出“腳臭”來。在現實生活中，拖鞋不光能使人的腳擺脫桎梏，似乎更能將人們的精神從極度緊張的工作和生活中解放出來。時至

18、今日，塑料泡沫乃是制造拖鞋的主要材料。同時還推出了“塑料拖鞋”、“PVC拖鞋”。發(fā)展高峰期還出現了“EVA拖鞋”、“橡膠拖鞋”、“草拖鞋”、“布拖鞋”等等。近幾年又推出毛絨拖鞋，室內拖鞋，酒店拖鞋，一次性拖鞋，按摩拖鞋等等真是應有盡有。并且各有各的風采，各有各的商機，現在的拖鞋市場可以說是如火如荼。</p><p>　　而隨著人們生活品質的提高，一次性拖鞋也漸漸的走進人們的生活，并以方便，舒適，衛(wèi)生深入人心。一次

19、性拖鞋在生產時，是較為方便的。因為一次性拖鞋的各種尺寸大小都是一定的，生產時較為容易。且不像那些可以循環(huán)利用的棉質拖鞋對拖鞋面料的要求較高，一次性拖鞋對面料的要求是非常低的。廠家在生產時不用考慮過多的因素，只需一個合適的尺寸，就能快速生產出很多的一次性拖鞋。而且一次性拖鞋具有較好的防水防滑性和通氣性。由于一次性拖鞋設計的各種特點，使得一次性拖鞋具備了各種優(yōu)點，如通氣性、防水防滑性、吸水性等等。這樣的話，一次性拖鞋穿起來就會起到防滑等作用

20、，同時一次性拖鞋非常輕便且穿起來相當軟和舒服。雖說一次性拖鞋生產較為簡單，成本較低，但它的舒適性、柔軟性等卻不容置疑，使得一次性拖鞋廣泛而迅速的在賓館、酒店、家庭里普及開來。</p><p>　　1.3 紡織自動裁剪國內外研究現狀</p><p>　　紡織行業(yè)在我國國民經濟中有著重要的地位，繁榮紡織行業(yè)用以滿足國內人們需要，以及對我國的外貿出口平衡國際收支都有一個非常重要的作用。但現在服裝

21、行業(yè)的大多數企業(yè)還基本都是勞動力密集型，手工生產階段。近年來，紡織行業(yè)發(fā)展迅速，從先進的生產線和現代化設備的采購到國內外大中型企業(yè)的數量，都給這個行業(yè)增添巨大的活力，同時又創(chuàng)造了客觀的經濟效益。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，紡織品的生產整體水平有了很大提高，裁剪自動化和后續(xù)工作的自動化，使服裝生產質量，速度，效率達到了前所未有的大發(fā)展。新興的超聲波技術，激光技術都在紡織品裁剪中得到運用，并逐漸取代了傳統的

22、人工裁剪，提升紡織業(yè)的自動化程度，也降低了工作技術人員的要求。</p><p>　　1970年超聲波在織物和纖維粘合的應用中取得了成功，這就是布蘭遜超聲波和克朗普頓--諾爾斯公司開發(fā)的Pinsonic超聲工藝，該工藝當時用來制作褥墊和床單。自從無梭織機和合成纖維出現以來，織物邊緣切割的幾個問題成為了矛盾的焦點，長期以來熱力切割是唯一使用的方法，在傳統方法中為了防止織邊的擦散，皮帶或帶子的縱向切割一般在熱狀態(tài)下生成

23、，其切割質量很少令人滿意，特別是厚重的皮帶或布條，常常是切口超厚，切邊發(fā)硬，散邊或織邊有熔珠，還會產生褐色與條紋現象，超聲波切割機在切條的同時進行熔接，切兩層織物時，切條機一面切割熔接，一面自動將兩層織物連結在一起，克服了熱力切割的諸多問題，而且加工質量整潔美觀，除了皮帶與纖維條之外，超聲波切割應用領域還包括床墊織物、床單、鞋墊、帶類、層壓織物等等，超聲波切割無疑有效地改進了工業(yè)織物的切割與封邊，目前超聲波粘合與切割已大規(guī)模用于紡織工業(yè)

24、和非織造布工業(yè)。</p><p>　　國外對超聲波運用于布料剪裁的研究已經有很長一段時間，極大的提高了企業(yè)的勞動效率，同時也促進了國外布料裁剪和產品后續(xù)自動化生產結合的研究與發(fā)展。然而與國外技術相比，我國超聲波切割和熔合技術起步相對較晚，參與該領域的研究單位也少，織品裁剪自動化和后續(xù)工作的自動化結合不是很完善。</p><p>　　總的來說，目前我國紡織裁剪機生產還比較落后，國內市場上還沒

25、有真正意義上我國的高端產品。國內對超聲波剪裁系統的研究還處于技術初步探索階段，但與國際先進水平還有距離。 </p><p>　　1.4 本課題研究的主要內容</p><p>　　本文在原有超聲波裁剪機的基礎上對超聲波裁剪的整體機構進行了改進，使超聲波裁剪與毛坯布料復合輸送機械相連接，實現鞋墊的半自動化生產，提高鞋墊加工的質量和生產效益。</p><p><

26、;b>　　本裁剪機要求：</b></p><p>　　第二章 超聲波切割和熔合技術概述</p><p>　　2.1 超聲波切割原理 </p><p>　　如圖2.1.1所示，超聲波發(fā)生器在工作時會產生20-40千赫的電磁振動，并通過壓電陶瓷轉變?yōu)闄C械振蕩。經過相應的放大以后，這種機械振蕩便在圓柱形的金屬刀具（超聲波切割頭）的末端變得效力十足。這

27、種振蕩被傳輸到處于超聲波切割頭和副刀具之間的需要切割的材料上，并從其內部發(fā)熱，再機械地分割或熔合這塊材料。與高溫切割相反，超聲波使用的主要機械能而不是熱能。除了天然纖維之外，粘膠、玻璃、芳族聚酰胺和碳纖維以及纖細的金屬絲均可被超聲波所切割。一般情形下使用的是尖銳的副刀具。當然，上述的材料在切割過程中是不會在切割邊緣形成熔凝的。這種超聲波切割技術優(yōu)越于普通的冷切割、壓切或剪切工藝，有如下特點：</p><p>　　

28、所切邊緣十分整齊，織物的經紗和緯紗不會出現移位或脫出。因此便可在拉幅機和圓筒狀織物部幅機上以高達100m/min的速度隊棉織物和粘織物進行剪裁。</p><p>　　在某些使用非熱塑性材料的情形時，對纖維進行處理或纖維已進入超聲波工作區(qū)后，其邊緣也會出現熔合。</p><p>　　2.1.1超聲波裁剪原理圖</p><p>　　2.2 比于傳統剪裁，超聲波切割優(yōu)點&

29、lt;/p><p>　　使用超聲波設備來進行切割和熔合，這是紡織工業(yè)的織造、整理、服裝縫制等方面都已獲得日益廣泛的認可，其原因如下。</p><p>　　實際上各種紡織材料都可被超聲波切割。例如天然纖維、合成纖維，包括芳族聚酰胺纖維、碳纖維和玻璃纖維等梭織物、無紡布及針織物也可被超聲波切割。</p><p>　　與冷切割加工相比，使用超聲波切割時熱塑性材料也可被切開后，

30、其切口邊緣便會熔合起來。</p><p>　　與熱切割加工相比，使用超聲波切割可使被切割的織物邊緣十分柔軟，避免出現熔融收縮而產生邊緣過度增厚，由于超聲波是從織物的內部而不是從外部來加熱，所以也不會使織物發(fā)黃。</p><p>　　由于使用超聲波技術時，設備僅加熱到50攝氏度左右，所以不會產生煙塵和臭味，而且也排除了運作時出現傷害和直火的危險。因而這項技術對環(huán)境無害。</p>

31、<p>　　超聲波設備的可靠性很高。數年來各種新型紡織材料和工藝的實用效果已充分證明了這一點。例如將超聲波熔臺與冷切割組合運用的情形下，所用的工具及超聲波切割頭實際上毫無磨損。</p><p>　　超聲波切割的粘合作用與縫編相比，前者獲得的產品更加持久耐用，熱粘合能引起纖維降解，并且由于成本效益關系應該在大批量生產時使用該方法，而超聲波粘合只在實際粘合面上產生熱量，因此消除了纖維降解，并且適用于小批量

32、生產，在受到液體的沖擊后會引起脫層，它實際上是將各種織物熔合在一起，熔接不會遭到破壞，不會引起脫層。</p><p>　　用熱熔法粘合時，材料是從外面開始熔融的，因此有時會造成粘合范圍比所需要的更大，結果增加了材料的硬度，使彈性降低，而且用這種方法層壓多層材料時，其透氣性和吸水性都會降低，用超聲波粘合時材料是從里向外熔融，粘合只發(fā)生在接點上，只需針頭那么小的面積就能產生有效的粘合而不會對周圍材料產生影響，超聲波粘

33、合法不會消耗物質，且設計簡單，易維修。在相同纖維重量下與某些工藝比較，超聲波速度更快，有利于壞境保護。</p><p>　　2.3 超聲波切割適用范圍</p><p>　　應用的范圍包括在整理過程中對織物毛邊進行修飾或作中間切割。例如在拉幅機、驗布機或專用再卷機、剪切機以及圓筒織物割機上都可采用這項技術。此外亦可用于服裝裁紙中的衣片剪切和玻璃纖維、芳族聚酰胺及碳纖維等的機織物在數控切割臺上

34、的切割包裝。</p><p>　　熱塑性材料的切割可用直接切割的方式實現。例如聚酯、聚酰胺。聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等纖維在超聲波的內效應作用下，纖維內部便會產生摩擦熱，并達到纖維材料的軟點以上的溫度。在此條件下，纖維材料被一個尖銳的副刀具機械地割裂開來，切口邊緣冷卻后便會形成熔結，這樣織物就不會綻裂。熔結強度受切割刀具的銳角與鈍角尺寸變化的影響。熔結的大小亦與纖維種類以及織物的厚度有關。直接切割法的應用范圍如

35、下。</p><p>　　1.織造時專門用于產業(yè)用布的各種額定功率在40~50w的無梭織機熔斷緯紗以及中間切割的各種單元設備。</p><p>　　2.整理時在拉幅機、驗布機、再卷機或專用超聲波剪切設備上，將諸如帆布、襯里織物、領帶織物、窗簾織物及產業(yè)用布等按一定長度剪切成形。</p><p>　　3.裁制衣片時,以縱橫切割機或手控切割機按圖表尺寸進行剪裁,用超聲波

36、技術來打孔或按一定長度要求切成帶狀。</p><p>　　熱塑性材料的切割亦可采用超聲波技術與冷切割相結合的工藝。這與直接切割相比所不同的是超聲波切割頭與副刀具相互接觸。紡織材料在超聲波的作用下進入塑性狀態(tài)，然后便被機械性地分割開來。這里借助于一個鈍平的副刀具在精確的接觸壓力的調控下，由擠壓整形切割器或剪切刀具來完成最終的切割。其優(yōu)越于直接切割的長處在于：</p><p>　　在相同的超聲

37、波輸出能量條件下，可以具有更高的生產速度。</p><p>　　熔合邊緣的寬度大約為1-10毫米。</p><p>　　實際使用過程中不存在超聲波切割頭和副刀具的磨損</p><p>　　可以實現切割邊緣的花邊紡形。</p><p>　　超聲波技術與冷切割相合的工藝在紡織品織造過程中的應用包括：在織機上對織物，特別是產業(yè)用布的兩側及中間的切割

38、；借助于自動剪切刀具實現被切割物機械地分離。超聲波輸出功率高達150瓦。在整理過程中對再卷機上的織物作修邊、橫裁和縱向切條時則需超聲波輸出功率達到1200瓦。機械性地將被切織物分離開來需要借助于堅硬的切割輥上的擠壓整形切割器。這種方式特別適用于重厚的產業(yè)用布。</p><p>　　當兩層或更多層熱塑性材料的復合體要加以切割時，一般是在切口邊緣部位通過將材料軟化及副刀具的接觸壓力而使之熔融。材料熔融后的強力取決于復

39、合材料本身的質量以及副刀具的角度。將超聲波技術與冷切割工藝組織起來的加工方法亦可用于多層復合材料的切割。這種方法可使熔融區(qū)域特別地寬，因而可以再切口邊緣的各層材料之間形成極為耐久的粘合。這項技術可用于再卷機和切割設備以及熔合設備上連續(xù)生產圓筒狀織物；就裁剪加工而言，切邊的逐點熔合優(yōu)越于縫合。</p><p><b>　　2.4 本章小結</b></p><p>　　總

40、而言之，超聲波技術可用于梭織物、無紡布及針織物在織造、整理以及復制加工過程的裁剪及熔合。熱塑性和非熱塑性紡織材料均可被超聲波所切割。對熱塑性紡織材料而言切割和切邊的熔合是同時進行的。對多層復合材料來說，熱塑性材料則彼此被粘結。超聲波技術的應用范圍特別是裁縫方面是極為多樣化的，遍及民用紡織品、產業(yè)用紡織品以及健康衛(wèi)生用品等。超聲波技術新的用途的前景已日益展現出來，超聲波技術的應用將產生更為顯赫的成就。</p><p&g

41、t;　　第三章 超聲波裁剪機總體方案</p><p>　　超聲波裁剪系統是為了實現布料裁剪下料的裝備，系統主要由超聲波發(fā)生器、變幅桿、燙構件、滾刀切割部分和傳動部分組成。目前已有許多紡織企業(yè)利用超聲波技術裁剪，如下圖是某企業(yè)切割單雙鞋墊的機器，但切割單雙拖鞋存在局限，效率低，現希望通過改進與企業(yè)染整機械引出的布料寬度相結合，使其一次性裁剪出多雙胚料。本章針對企業(yè)加工特點，對該機械性能作出改進，為后續(xù)的生產發(fā)展奠定

42、一些基礎。</p><p>　　超聲裁剪機器 超聲裁剪三維仿真圖</p><p>　　如上圖所示，將布料引到超聲波燙構件與滾刀之間，氣缸控制滾刀與超聲波燙構件之間的間距，用帶有減速器的電機帶動鏈使?jié)L刀滾動切割布料。完成生產工序。</p><p><b>　　3.1 方案的列舉</b></p

43、><p>　　原有機械加工布料小，與企業(yè)生產布料不銜接，生產效率較低，現需將機器改進為加工寬1.6米，一次性能裁剪6雙拖鞋，為了與企業(yè)現有染整機械相結合，形成一套半自動化機械，對現有超聲波切割下料機器做了改進，方案如下：</p><p>　　方案一：如圖3.1.1此方案將上圖改進為氣缸支撐板、滾刀支撐板和滾刀加長至1.7米。</p><p><b>　　方案一

44、機構圖</b></p><p>　　方案說明：此方案通過大氣缸控制滾刀支撐板及滾刀的上下高度改變，滾刀長度為1.6米，可以一次性加工六雙拖鞋。</p><p>　　方案二：如圖3.1.2所示，此方案由五個氣缸均勻分布在氣缸支撐板上</p><p>　　3.1.2方案二機構圖</p><p>　　方案說明：此方案引入氣管利用氣管接頭

45、同時作用于五個氣缸，使其均勻受力到滾刀支撐版及滾刀來控制其上下高度的改變。</p><p>　　方案三：如圖3.1.3所示，此方案用五個氣缸同時作用氣缸支撐板，同時將整個滾刀分成六個獨立滾刀，串在滾刀內軸上，滾刀與內軸由鍵連接</p><p>　　3.1.3方案三機構圖</p><p>　　方案說明：此方案利用五個氣缸作用于滾刀支撐板及滾刀來控制其高度，滾刀由六個滾

46、刀部分串聯在內軸上，電機帶動內軸，然后通過鍵使?jié)L刀滾動切割布料。</p><p><b>　　3.2 方案的比較</b></p><p>　　方案一由單獨的大氣缸作用于滾刀支撐板及滾刀，由于需要氣壓壓強大，普通廠房很少配備能夠使大氣缸工作的氣管，使用不方便。同時，由單獨的氣缸中心一點作用控制，由于滾刀支撐板及滾刀較長，受重力作用變形嚴重，影響布料的精確切割。</

47、p><p>　　方案二由五個小氣缸代替大氣缸作用于滾刀支撐板及滾刀，降低了廠房對用氣的要求，同時五個小氣缸同時作用，使?jié)L刀支撐板均勻受力，與方案一相比，大大減少支撐板的變形，減少對布料切割的影響。</p><p>　　方案三在方案二的基礎上，將整個滾刀分成六個獨立的滾刀，通過鍵與滾刀內軸相連接。與整體滾刀相比，單獨滾刀方便加工，減少材料以及加工成本，整體滾刀在某處出現損壞時就得更換整個滾刀，否

48、則影響切割，而單獨滾刀損壞后只需將其拆下更換損壞滾刀即可，大大提高了滾刀的使用壽命，降低成本。而滾刀切割轉動只需很小的轉矩，與滾刀內軸之間連接受力的要求不高。</p><p><b>　　3.3 方案的選擇</b></p><p>　　根據上述方案陳述和方案比較，方案三更能夠實現機構設計所要求的功能，能夠滿足設計要求，縱觀三個方案，雖然機構選擇方案從簡，但相比與前兩個

49、方案，方案三更實用于企業(yè)生產要求，方案三為最佳方案。所以選擇方案三作為設計課題的最終方案。</p><p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　本章根據企業(yè)現有機械，再結合拖鞋裁剪機功能要求，討論了它的整體方案，包括機械結構部分設計。通過比較，確定了以下設計方案：</p><p>　　通過采用五個小氣缸均勻受力與滾刀支撐板

50、和滾刀，同時考慮板材厚度防止機構變形，保證布料的切割精度。</p><p>　　滾刀部分由單獨滾刀串聯于滾刀內軸，設計內軸直徑，降低滾刀的加工要求，提高滾刀的使用壽命，同時便于滾刀更換。</p><p>　　傳動部分由電機通過鏈傳動帶動滾刀內軸，由于滾刀需要傳動功率很小，滾刀內軸與滾刀由鍵連接配合，實現傳動。</p><p>　　本章擬定的超聲裁剪下料機的設計方案，

51、不僅可以與企業(yè)染整布料連接，實現半自動加工的設計要求，而且成本適中，開發(fā)方便，所以具有較高的性價比。</p><p>　　第四章 超聲波裁剪機的結構設計和系統分析</p><p>　　根據企業(yè)要求，加工布料為寬1.6米的染整布料，超聲波裁剪機總圖如下圖4.0所示，用超聲波發(fā)生箱及控制部分產生超聲波傳入超聲波變幅桿經過放大，燙構件高頻振動并產生大量熱量，與電機帶動的滾刀組相配合切下胚料移至胚

52、料槽完成一次性拖鞋切割下料。</p><p>　　4.0 超聲波裁剪下料三維模型</p><p>　　如圖4.1所示，圖為布料復合機械與超聲波裁剪下料機械配合組成的半自動化生產機械，主要流程：將毛坯布料經過加熱滾低溫碾壓復合，通過吸邊器，上膠液，依靠鏈輪和針板輸送布料到平料裝備，經過兩次平料，最后通過無起皺送料機構的糾偏作用將布料輸送于超聲波切割機完成一次性拖鞋的自動化生產。</p&

53、gt;<p>　　其中布料復合部分引出布料寬度為1.6米，布料移動速度為24m/min，本課題主要研究設計與前序布料復合機械相配合的超聲波裁剪下料部分機械，使其實現半自動化生產。</p><p>　　4.1 一次性拖鞋半自動生產原理圖</p><p><b>　　4.1滾刀尺寸確定</b></p><p><b>　　滾

54、刀周長尺寸確定:</b></p><p>　　如下圖4.1.1為拖鞋外觀尺寸，將拖鞋包覆在滾刀形成刀具。</p><p>　　滾刀圓周長285mm，為了滿足副刀具包覆，將滾刀直徑定為D=92mm，滾刀周長L=288mm，在刀刃覆蓋基礎上，留有一定加工余量。拖鞋副刀刃加工覆蓋在圓柱表面，高2mm，寬0.5mm。</p><p>　　4.1.1拖鞋外觀尺寸

55、 4.1.2拖鞋滾刀排料圖</p><p><b>　　滾刀寬度尺寸確定:</b></p><p>　　如圖4.1.3所示,為了布料利用緊湊,提高布料利用率,按以下分布排列,然后在滾刀兩端鋸齒牙,提高滾刀與布料之間摩擦,推送布料順利加工。單只拖鞋寬度約為112mm，按照以上排布，定單個滾刀寬度M=240mm，滿足裁剪加工。<

56、/p><p><b>　　4.1.3 滾刀</b></p><p>　　由于滾刀體積大，為了減少材料，同時方便內孔鍵槽的加工，將滾刀加工成如圖4.1.4所示，滾刀與滾刀內軸連接座分開加工，通過焊接成4.1.2所示整體，最后通過鍵與內軸相聯系，實現傳動。</p><p>　　4.1.4 滾刀裝配三維爆炸圖</p><p>　　

57、4.2 電機鏈輪的選定及相關參數的確定</p><p>　　要求：布料輸送24m/min，即滾刀切割表面要求線速度24m/min，根據實際生產情況估計滾刀的輸出轉矩T為80N·m。如下圖所示，電機通過減速裝置減速，經鏈輪傳動帶動滾刀，產生平穩(wěn)切割。</p><p><b>　　滾刀傳動原理圖</b></p><p>　　根據生產要求，

58、選擇電機，并計算出傳動相關數據。</p><p>　　4.2.1電機類型的選擇</p><p>　　根據電機的工作環(huán)境選擇電動機的類型</p><p><b>　　防護型式：</b></p><p>　　選用封閉自扇冷式，可在潮濕、多塵埃、高溫、有腐蝕性氣體或易受風雨的環(huán)境中工作</p><p>

59、　　電動機額定電壓的選擇</p><p>　　電動機額定電壓的選擇一般選擇與供電電壓一致，普通工廠的供電電壓為380V或220V，因此中小型交流電機的額定電壓大都是380V或220V，選用220V的電壓。</p><p>　　要求調速的中高轉速生產機構上使用的電動機額定轉速的選擇應結合生產機械轉速的要求，選取合適傳動比的減速裝置，我們選用帶傳動減速裝置。</p><p&

60、gt;　　滾刀轉速：L:24m/min D=92mm </p><p><b>　　滾刀所需的轉速：</b></p><p><b>　　滾刀所需的功率：</b></p><p>　　參照電動機的技術參數，根據表預選電動機的型號，使其額定功率，并且是盡量接近，所以選擇功率720W帶減速裝置電機。</p>

61、<p>　　4.2.2鏈輪的選擇及鏈條確定</p><p>　　所選電機功率720W,電機轉速1390r/min。減速比為1:10，由上推出電機經減速后輸出轉速為139rpm。</p><p>　　定主動輪齒數為17，滾刀轉速83rpm，計算得出，從動輪齒數29，傳動比i為1.7。</p><p>　　計算當量的單排鏈的計算功率</p>&l

62、t;p>　　根據鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數和鏈條排數，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的單排鏈的計算功率</p><p><b>　　式中——工況系數</b></p><p>　　——主動鏈輪齒數系數</p><p>　　——多排鏈系數，雙排鏈時=1.75 ，三排鏈時=2.5</p><p>　　P——傳遞的功率

63、，KW</p><p>　?。?）確定鏈條型號和節(jié)距P</p><p>　　鏈條型號根據當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速查表得到ISO鏈號為08A，鏈條節(jié)距P為12.7。</p><p><b>　　計算鏈節(jié)數和中心距</b></p><p>　　初定中心距，取，按下式計算鏈節(jié)數，</p><p&

64、gt;　　為了避免使用過度鏈節(jié)，取鏈節(jié)數轉為偶數節(jié)</p><p>　　鏈傳動的最大中心距為</p><p>　　式中為中心距計算系數，查表得，代入上式得鏈傳動最大中心距越為507mm。根據實際設計情況，中心距為425mm。</p><p>　　依據鏈速V，確定潤滑方式</p><p>　　由于鏈速V=24m/min，08A號鏈，查表得潤滑方

65、式為定期人工潤滑</p><p>　　4.3 滾刀內軸的設計和校核</p><p>　　根據設計要求,如圖4.3.1所示,需對以下軸零件進行計算校核,4.3.2所示為相關尺寸。</p><p>　　4.3.1滾刀內軸三維仿真圖</p><p>　　4.3.2滾刀內軸工程圖</p><p>　　軸材料選用35鋼，軸傳遞功

66、率為720W，轉速83rpm，軸的直徑d=25mm。</p><p><b>　　軸的扭轉強度條件為</b></p><p>　　式中：——扭轉切應力，Mpa；</p><p>　　T——軸所受的扭矩，N·mm；</p><p>　　——軸的抗扭截面系數，；</p><p>　　n——軸

67、的轉速，r/min；</p><p>　　P——軸傳遞的功率，KW；</p><p>　　d——計算截面處軸的直徑，mm；</p><p>　　——許用旋轉切應力，Mpa，；</p><p>　　查表得取值范圍25-35（Mpa），現取30(Mpa)</p><p><b>　　由上式可得軸的直徑</b

68、></p><p>　　由于該軸上開有多個鍵槽，現取軸的直徑為30mm。</p><p>　　考慮滾刀內軸跨距長，為了增強抗彎強度，如下圖所示</p><p>　　4.3.3 滾刀裝配仿真圖</p><p>　　4.3.4 滾刀裝配工程示意圖</p><p>　　通過增加多個滾刀支撐架，大大提高滾刀內軸抗彎曲強

69、度，并保證獨立滾刀的固定，保證切割精度，使其滿足設計要求。</p><p>　　4.4 氣缸支撐板的靜態(tài)分析</p><p>　　在設計過程中，考慮到氣缸支撐板結構復雜，并受到較大的載荷，現利用ANSYS軟件對其進行靜態(tài)分析，如圖4.4.1所示，氣缸、電機、滾刀、滾刀支撐板等零件都受力于氣缸支撐板上。</p><p>　　4.4.1 氣缸支撐板局部圖</p&g

70、t;<p>　　如圖4.4.2氣缸支撐板結構圖所示，設計時取板長為1670mm，寬160mm，板厚20mm。采用材料Q235鋼，結合實際情況將板的受力確定為1500N。</p><p>　　4.4.2氣缸支撐板結構圖</p><p>　　4.4.1應力圖顯示</p><p>　?。?）Von Mieses應力等值線圖</p><p&

71、gt;　?。?) Von Mieses應變等值線圖</p><p>　　Von Mieses總變形圖</p><p>　　4.4.2 應力分析</p><p>　　由Von Mises應力等值線圖可以看到，最大應力為42.629MPa，最小應力很小，這么小的應力可以忽略不計。按第四強度理論。其中[]=/安全系數=235/1.47=160MPa,應力滿足條件。<

72、/p><p>　　4.4.3 變形分析</p><p>　　由變形圖可以看到最大變形量是0.86504mm，最小變形量是0mm。變形要求:;；。</p><p>　　以上分析可以看出，將氣缸支撐板的厚度定為20mm滿足設計要求。</p><p><b>　　4.5 本章小結</b></p><p>　

73、　本章主要對零件相關尺寸的設計、校核，并利用ANSYS軟件對內部形狀不規(guī)則的板件進行靜態(tài)分析，主要零件為：滾刀尺寸設計、電機和鏈輪的選擇、滾刀內軸尺寸選擇和校核、以及氣缸支撐板的靜態(tài)分析。結合實際受載情況和要求，得出合理的設計尺寸。</p><p>　　第五章 超聲波系統研究</p><p><b>　　5.1超聲波發(fā)生器</b></p><p&g

74、t;　　超聲波發(fā)生器的作用，是將220V或380V的交流電轉換成超聲頻的電振蕩信號，它主要由振蕩器、電壓放大器、功率放大器和輸出變壓器等部分組成。其中，振蕩器是超聲頻發(fā)生器的核心。</p><p>　　根據超聲波加工的需要，超聲波發(fā)生器的輸出波形可以是正弦波，也可以是非正弦波，但以正弦波最為多見。本機器中超聲波發(fā)生器J93025的主要技術指標如下：</p><p>　　最大輸出功率:

75、 </p><p>　　頻率調節(jié)范圍: 16-24KHZ</p><p>　　輸出 阻抗: 12.5歐</p><p>　　在超聲波加工系統中，為了獲得最大振幅以提高加工效率，工作過程中應調節(jié)超聲波發(fā)生器的頻率，使其與換能器振動系統的諧振頻率相等。但在實際工作中，由于負載、溫度等諸多因素的影響，引起了系統參數的變化，這時，若超聲波發(fā)生器的頻率

76、不變，則換能器的振幅下降。若要在新參數下獲得最大振幅，就應及時調節(jié)超聲波發(fā)生器的頻率。</p><p><b>　　5.2 聲學部件</b></p><p>　　聲學部件是超聲波裁剪機的核心部分,如圖5.2.1所示。主要由換能器、傳振桿、變幅桿和燙構件組成。換能器采用性能可靠的鎳制磁致伸縮式結構，它的幾何尺寸決定超聲波裁剪機床工作時的機械共振頻率。其一端貼有多孔性質做

77、成的反射塊，用以提高換能器的單向發(fā)射能力。傳振桿和變幅桿采用聲耗小、耐疲勞性強的材料，按換能器的標稱工作頻率而設計的。傳振桿中的法蘭盤是提供聲學部件安裝固定用的，其位置應設置在波節(jié)點處。變幅桿和傳振桿間是可拆卸的螺紋連接。根據具體應用所設計的工具，可采用螺紋與變幅桿連接。在超聲波發(fā)生器的驅動下，由換能器產生的超聲振動，經由傳振桿和變幅桿，傳至燙構件，產生相應的超聲振動和熱量進行加工。</p><p>　　5.2.

78、1 聲學部分</p><p>　　換能器的作用是將高頻電振蕩信號轉換成機械振動。目前所使用的換能器主要有兩種：一種是壓電換能器，一種是磁致伸縮換能器。</p><p>　　5.2.2 超聲波模具圖</p><p>　　5.3復合變幅桿的理論與設計</p><p>　　如圖5.3.1為超聲波變幅桿實物圖，為了計算某些變幅桿的性能和提高變幅桿的放

79、大系數，同時為了滿足實際應用的特殊設計，下面討論階梯形變幅桿的設計。</p><p>　　5.3.1 超聲波變幅桿實物圖</p><p>　　5.3.1 復合型變幅桿的一般公式</p><p>　　討論5.3.2下圖所示三段復合型變幅桿。I段和III段為等截面桿，而II段為變截面桿，為了簡化討論，設桿的橫截面為圓形截面，各段用同一種材料做成。 <

80、;/p><p>　　5.3.2 變幅桿模擬圖</p><p>　　由變截面桿的波動方程出發(fā)，可以求得各段桿中的振動位移，放大系數的一般公式。</p><p>　　桿中各段質點振動位移</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b>　?。?.11）</b>

81、;</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　2. 頻率方程（兩端自由）組為</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p><b>　　3. 放大系數</b></p><p><b>　　（5.1

82、4）</b></p><p>　　5.3.2 帶有特定形狀過渡的階梯形變幅桿</p><p>　　如果兩段長度相等而截面不同的平直組成的階梯變幅桿，其放大系數最大,由于其截面交界處突變，存在應力集中，不適合在高振幅的情況下工作。我們可以采用帶有一定形狀過渡段的階梯形變幅桿。</p><p>　　將代入諧振頻率方程組的一般公式（5.13）可以得到帶有特殊形

83、狀過渡段的階梯形變幅桿的頻率公式為</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　5.3.3 具有圓錐形過渡段的階梯形變幅桿</p><p>　　圓錐形過渡段的截面變化規(guī)律為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　則 ,

84、 </p><p><b>　　頻率方程</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p><b>　　2. 位移分布</b></p><p><b>　　（5.17）</b></p><p><b

85、>　　其中 </b></p><p><b>　　（5.18）</b></p><p><b>　　位移節(jié)點</b></p><p><b>　?。?.19）</b></p><p><b>　　放大系數</b></p>

86、<p><b>　?。?.20）</b></p><p><b>　　計算</b></p><p>　　超聲波加工實驗裝置所用復合型變幅桿主要參數計算如下：</p><p>　　本文所設計的復合型變幅桿零件尺寸如圖5.3.3所示，。對復合型變幅桿諧振長度的計算，我們考慮該距離取，，可得，代入（5.16）求得&

87、lt;/p><p><b>　　5.4 本章小結</b></p><p>　　本章主要介紹超聲波變幅桿相關信息的研究，根據不同變幅桿選擇出合適的變幅桿，并參考相關資料粗略算出本機器的超聲波能量器的有關數據。</p><p><b>　　第六章 總結</b></p><p>　　設計過程：從開始利用Sol

88、idWorks軟件對現有機械的三維建模，對機器結構逐漸認識，通過老師的指導和自己查閱資料，慢慢地結合實際情況和要求對超聲波裁剪機械的結構進行改進，對零件的尺寸設計和反復改進，利用ANSYS軟件對機器局部簡單的靜態(tài)分析和CAD對工程圖的修改，最后將機械結構的工程圖繪制完成。最終完成了此次設計任務。</p><p>　　心得：畢業(yè)設計是我們作為學生在學習階段的最后一個環(huán)節(jié)，一個學期里，從前期資料的收集、整理，外文翻譯

89、，繪制機器三維造型，生成工程圖，再到資料的選擇，課題相關內容的查閱，最后論文的撰寫和反復的修改。剛開始，將課題改為企業(yè)課題，一個人面對一臺陌生的機器，無從下手，到現在如釋重負般的輕松。期間充斥著喜悅，痛苦，絕望，希望，心情一直此起彼伏的變化，很復雜，但很高興，經過幾個月的努力，終于有所收獲。整個設計讓我不僅回顧和鞏固了之前所學的專業(yè)知識，而其中的實踐讓我有了更多新的認識。通過此次設計，讓我在真正走進社會之前，得到了一次很好的鍛煉。<

90、;/p><p>　　認識：本課題研究的超聲波裁剪機械，對機器三維的仿真建模和超聲波裁剪原理的了解，發(fā)現超聲波技術的運用對今后紡織業(yè)裁剪加工生產的發(fā)展有著很大的價值。但就目前企業(yè)看來，雖然許多企業(yè)引進超聲波技術參與生產，但國內的超聲波裁剪技術還不是很成熟，其中還有很多需要改進之處。我認為，如何將超聲波裁剪技術結合產品生產的前后工序，形成自動化的生產路線。讓自動化代替人工，這將是未來企業(yè)的發(fā)展方向吧！</p>

91、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先，感謝指導老師李鷺揚老師，如果沒有李老師的輔導，沒有他的監(jiān)督和耐心的講解，想要完成此次設計很難想象。他用豐富的專業(yè)知識和經驗，給我的設計帶來了很大的幫助，他始終用一種深入淺出的方式在指導著我，在我無從下手時給我建議和方案，讓我找到方向，使我不僅完成了論文，也從中學到很多東西。</p><p>

92、;　　我還要感謝竺至大老師，公司的姚工程師，給我論文方向和許多問題上的幫助，同時和我介紹了許多超聲波裁剪的相關知識，在機器的三維建模和零件的設計上也指導我很多，幫助我遇到問題后能很快解決。</p><p>　　感謝對我在畢業(yè)設計過程中所有幫助過同學，老師，以及師傅們。有了你們的幫助，我最后的論文才可以完成。</p><p>　　最后，我要對母校多年來的培養(yǎng)說一聲：謝謝。</p>

93、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 曹國 主 .超聲波加工技術 [M].北京：化學工.出版社.2004.8</p><p>　　[2] 林 玉 著.超聲能器的原理和[M].北京:科學出版社.2004</p><p>　　[3] 郭玲文 主.AutoCAD2006中文版基 教程[M].北京:清華

94、大學出版社 .2006.1</p><p>　　[4] 林書玉.功率超聲技術的研究現狀及其最新進展[J].陜西師范大學報(自然科學版).2001 </p><p>　　[5] 何銘新.錢可強.機械制圖[M].北京:高等教育出版社.2004:25~116</p><p>　　[6] Robot Mechanisms and Mechanical Devices

95、lllustrated .McGraw Hill Professional.2003</p><p>　　[7] 上海市紡織工業(yè)局.紡織品大全[M].紡織工業(yè)出版社出版 .2007</p><p>　　[8] 杜玉紅 生產線組裝單元氣動搬運機械手的設計.液壓與氣動 2006(5)</p><p>　　[9] 于洋等[3] 基于PLC的小型模擬自動化生產線 機械

96、設計與研究 2007（3）</p><p>　　[10] 張紀真 機械制造工藝標準手冊 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[11] 譚定忠等.傳感器與測試技術[M].北京:高等教育出版社.1997</p><p>　　[12] 袁根福等 精密與特種加工技術 北京大學出版社</p><p>　　[13] 李紹炎.自動機與自動線.