1、本科毕业论文（20 届）基于 Solidworks 的纸张耐折度实验仪设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要纸张耐折度测定仪耐折度仪是光机电一体化结构，能够对被测试样的双折次数进行自动计数。仪器采用光电控制技术能使折叠夹头在每次实验后自动归位，方便了下一次的操作。仪器具备强大的数据处理功能：不但能够对单一试样的双折次数及相应的对数值进行转换，而且能够统计同组多个试样的实验数据，能够统计出同组试样的最大值、最小值、平均值和变异系数，这些数据被存储在微电脑内，并能通过数码管显示。本论文介绍了纸张耐折度实验仪的发展现状与动
2、态以及整个实验原理和实验过程。提出了实验仪的设计方案，提出了所设计的模型实验仪的不足之处并加以分析，研究了实验仪的工作原理，对实验仪的运动机构等做出了详细的设计，并设计出了实验仪的模型，内部结构的分布和零部件的选择，最后通过数据的计算证明方案的可行性。通过 Solidworks 三维画图软件对纸张耐折度实验仪进行了初步展示，而且还通过 IPA 插件做出了纸张耐折度实验仪的模拟实验运动过程。最后，对整个设计过程进行了适当的总结，概括了设计中得出的结论和收获以及对未来的展望。希望本文能对机械设计，尤其是纸张耐折度实验仪的设计以及包装工也得发展提供有益的参考和借鉴。关键词：纸张耐折度；实验仪；设计；
3、IPA 本科生毕业论文IIAbstractThe paper folding endurance meter is the light integration of machinery structure, can to measure the test specimen the pair of booklet number of times carries on the automatic counting. After the instrument uses the photoelectric control technology to be able to cause to fold t
4、he cartridge each time to test turns over to the position automatically, has facilitated the next time operation. The instrument has the formidable data processing function: Not only can and corresponding carries on the transformation to the sole test specimen pair of booklet number of times to the
5、value, moreover can count the group many test specimens the empirical datum, can count the group test specimen the maximum value, the minimum value, the mean value and the coefficient of variation, these data are saved in the microcomputer, and can through the demonstration.This paper describes the
6、folding of paper status and development of experimental apparatus and the whole process of experiment and experimental works. Proposed design of the instrument, pointing out the shortcomings of the design model and analyze machine. Study the experimental device works, made in sports institutions, de
7、tailed design, and designed the experimental device model, the internal structure of the distribution and selection of components, and finally the calculation of the data proved the feasibility of the program. Three-dimensional drawing software by Solidworks paper folding experiments on a preliminar
8、y instrument display, but also through the IPA made a paper folding plug instrument simulation experiment movement.Keyword：paper folding endurance；instrument；Design；IPA本科生毕业论文III目 录第一章 前 言 .11.1 研究现状及发展阶段 .11.2 课题的目的和意义 .2第二章 纸张耐折度实验仪的设计思想及方案确定 .42.1 实验仪的总体结构和开发方案 .42.1.1 初步设计 .42.1.2 平面布局设计 .52.1.3
9、 系统和总体布局 .52.2 纸张耐折度实验仪的设计任务和重点 .52.2.1 设计任务及说明： .52.2.2 课题中的设计重点 .5第三章 实验仪设计步骤 .63.1 实验仪的规格和主要技术参数 .63.2 工作原理及结构 .73.3 实验仪操作过程： .9第四章 关键零部件的机械设计 .104.1 传动机构的设计 .104.1.1 齿轮和齿条的计算和选择 .104.1.2 导轨的选择： .114.1.3 电动机的选择 .114.2 指示机构的设计 .124.2.1 弹簧的选择 .124.2.2 刻度的标示 .124.3 夹持机构 .134.4.显示机构： .13第五章 实验仪的 Soli
10、dworks 造型 .145.1 Solidworks 简介 .145.2 SolidWorks 的主要特点 .15第六章 用 IPA 插件介绍及动画展示仪器的工作过程 .176.1 IPA 的简介 .17本科生毕业论文IV6.2 用 IPA 展示仪器工作过程的设计过程 .18结 论 .23致 谢 .24参考文献 .25附 录 ： .26本科生毕业论文1第一章 前 言我国企业纸张耐折度实验仪的制造起步较晚，经过20多年的发展，我国的纸张耐折度实验仪行业发展已经初露端倪，不仅能满足国内市场的需求，部分还可以对外出口。近年来，国内公司顺应发达国家和我国经济发展走势，在努力学习借鉴国际先进技术经验的
11、同时，着重强调自主知识创新，开发出高精度、高速度、高质量的具有国际竞争力的高新技术产品。为我国纸张耐折度实验仪稳定持续发展，赶超欧美纸张耐折度实验仪生产强国贡献力量。在日趋激烈的国际竞争中争取更广阔的天地，并积极打入欧、美、日本市场，争得一席之地 1。耐折度是纸张的基本机械性质之一，用来意味着纸张抵抗往复折叠的能力。纸张的耐折度是测量纸张受必定力的拉伸后，再经来回折叠而使其断裂所需的折叠次数，以次数意味着，单位是双折次，按纵向裁样测试的为纵向耐折度，按横向裁样测试的结果为横向耐折度。一般纵向耐折度比航向耐折度高，这是由于纤维的排列及纵向纤维的结合力大的缘故。纸张耐折度是指纸和纸板板在一定张力下
12、，所能经受往复 180的折叠的次数，以往复折叠的次数表示。是纸张质量的一个重要属性。故研究好纸和纸板耐折度测试仪是提高对纸张性能检测的一个重要途径。随着工业自动化和包装业的高速发展,纸张耐折度实验仪的应用将会越来越广泛。1.1 研究现状及发展阶段纸张耐折度实验仪是一种对纸张耐折疲劳度进行测试的新型结构实验仪。但随着科学技术的进步，用微机控制的测试设备已经问世，对各种纸张材料有效的测试技术的数据库已经开始建立，用强大的软件功能代替人工计算分析己成为现实，而且测试速度更快，分析结果精确度更高。目前，我们正处于科学技术飞速发展的信息时代，自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使当代机械制造行业正经
13、历着巨大变化，也是其今后发展的必然趋势。目前大部分国外的纸张耐折度实验仪正向灵巧化、多功能、高自动化的方向发展。而我国现有的实验仪器还是在 70 年代以后才开始发展起来的，由于起步的较晚，大部分设备都是通过从国外引进的设备吸收研制出来的，和国外性能优良的耐折度实验仪相比还存在一定的差距。包装机械一直是制约我国包装工业发展的一个重要环节，先进或大型的包装设备长期依赖进口。包装机械的落后状态，极不符合我国目前包装工业大国的地位。所以，只有解决好包装机械的问题，才能巩固我国包装工业大国的地位。我国的包装机械发展起步于 20世纪 70 年代末，从改革开放前少数几种水平落后的单机起，到 80 年代，在借
14、鉴进口设备和技术的基础上，包装机械的生产发生了一个巨大的变化，大量填补国内空白的包装机械问世，品种规格不断增加，出现了大量专业的包装机械生产企业，形成了一批专业化生产的骨干企业。许多研究机构着手研究包装机械，大专院校也纷纷设立包装专业，先后成立了全国性的协会、学会、标准化机构，出版了各种专业期刊，形成了一个独立的包装机械行业部门，也是原机械工业部管理的 14 个大行业之一。进入 20 世纪 90 年代，除继续增加新品种外，在本科生毕业论文2产品的技术水平和内在质量、性能等方面有了很大的进步，从注重数量向注重质量和性能方面发展，产品的技术水平与国外先进水平的差距在缩小。目前，我国包装机械有上千个
15、品种和规格，在以前出版的各种手册和专著中往往缺少系统的论述 2。纸张的耐折度取决于用来抄纸 的纤维的长度、强度、柔韧性和纤维之间的结合力，长而强韧且结合牢固的纤维抄成的纸，其耐折度较高；如果在针叶木化学浆中配加阔叶木浆或草类浆，则耐折度明显下降。另外，纸张的定量、厚度、紧度和水分含量等对耐折度的影响也很大。同种浆抄制的同种纸，在必定范围内，当厚度和定量增加时，耐折度将明显下降；在纤维材料中加入矿物填料可提高紧度，但会大大降低纸的耐折度；纸张含水量增加时，强度大的纸其耐折度会增加，而强度小的纸则会降低。纸张耐折度实验仪设备属辅助包装机械，其操作和检测类型也因型号的不同而不同。先进程度及国内外的差
16、距亦有差别，但是它们的发展趋势具有如下特点：（1） 生产设备将向高效、多功能、高度自动化的方向发展。（2） 设备的零部件生产将向通用化、系列化、标准化和专业化方向发展。（3） 高新技术的广泛应用，使纸包装检测设备功能日趋先进、可靠性进一步增强。在以上几点的基础上，还需要更新标准和对仪器工作环境的要求。目前，国家标准相对较滞后、没有专门相对于耐折度实验仪器的严格的相关标准、仪器使用环境重视不够，以及结果标计算标准的不统一，这些都是测试系统不完善的表现，都会直接影响测试结果。利用 SolidWorks 软件设计纸张耐折度仪可以使得耐折度仪的设计更加直观、全面的展示出来。需要设计出更加方便、快捷的纸
17、张耐折度仪以提高产品的质量、缩短生产周期、降低成本、增强企业的竞争力。SolidWorks 设计软件充分利用 Windows 的优秀界面，为设计人员提供了直观、方便、快捷的工作界面。其参考化设计确保了零件模型、装配模型、2D 工程图和材料清单之间的全程关联，为评价不同的设计方案、减少设计错误和提高设计质量提供了强有力的途径。1.2 课题的目的和意义纸张耐折度实验仪是一种对纸张耐折疲劳度进行测试的新型结构实验仪。但随着科学技术的进步，用微机控制的测试设备已经问世，对各种纸张材料有效的测试技术的数据库已经开始建立，用强大的软件功能代替人工计算分析己成为现实，而且测试速度更快，分析结果精确度更高。目
18、前，我们正处于科学技术飞速发展的信息时代，自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使当代机械制造行业正经历着巨大变化，也是其今后发展的必然趋势。虽然我国和世界上拥有先进包装业的国家在总体水平上还有一定差距，但是我国在经济大潮的冲击下会更有力地想更有利的方向发展的。纸张耐折度实验仪的研究也会更上一步台阶的。发适合我国国情的先进纸张耐折度实验仪系统，是我国包装机械开发人员责无旁贷的责任，完全照搬国外的包装机械并不能完全满足我国经济协调发展的需要。我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，纸张耐折度实验仪的设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。因此，提出适合我国国情的先进包装机械
19、开发课题，是我国科技本科生毕业论文3工作者必须考虑的问题。我国在纸张耐折度仪的开发与应用方面与国外相比还是存在着一定的差距，但是随着近年来诸多大型造纸企业的兴起，在纸张测试这一领域，我国正在加快追赶的步伐。本科生毕业论文4第二章 纸张耐折度实验仪的设计思想及方案确定2.1 实验仪的总体结构和开发方案纸张耐折度实验仪其实是一个稍微有点复杂的系统，它集成了计算机，现代电子，材料及测量等领域的技术成就。它的设计和规划首先要经过初步设计，然后通过零部件的功能和作用分析，进行平面布局设计。综合现有的模型再确定系统的总体布局。最后仪器关键部位进行选择和确定进行数据的验算并进行数据的验算。设计过程中根据瀑布
20、发展理论交叉、反复进行，以使得结果的更加完善。在进行机械设计时，尽量减少机械零部件的数量，以达到容易运输、外形美观、安装的效果 3。在电气控制部分，可以对原有调速系统进行改善，使测试精度更高，运行更平稳。图 2.1 设计流程图2.1.1 初步设计根据产品结构和零件作用对实验仪的轮廓进行大体装配，确定装配顺序。处于外部的夹持机构是纸张耐折度实验仪的重要组成部分，确定其大体位置,再根据零部件的复杂程度按装配顺序分析来确定工件数量及确定是在一个装配系统内完成还是在多个系统装配内完成。对整体，首先确定实验仪器的结构和装配状态，画出图纸并明确显示各个部分的连接方向。实验仪器的图纸可以提供装配仪器的全貌。
21、其次，明确安装设计的顺序，并做出顺序分析。按实际比例在图纸上表现出来。装配顺序规划时各个分组的操作装配秩序应以总体结构为基础。本科生毕业论文52.1.2 平面布局设计平面布局设计的目的是根据现有的空间和时间使装配系统按工艺流程达到最佳配置。平面设计图可以进一步分为粗略设计与精细设计。装配系统最终确定后才能作精细设计，而且通常只能对某个装配零件的各个工位做精确设计。在粗略设计中，确定实验仪的总尺寸。2.1.3 系统和总体布局在初步设计的基础上，根据设计计划的各个阶段编制的说明书和计划表，以便选择安装仪器。再根据内容结构，作精细计划以便确定最后结果。作出详细平面布置计划，同时，把整个系统的平面布置
22、分解为一个个来攻克。在工作的进行中修订并优化设计方案，以获得最经济优化的总体方案。2.2 纸张耐折度实验仪的设计任务和重点2.2.1 设计任务及说明：根据国家标准设计一台纸张耐折度实验仪，探讨其工作原理，进行零件结构设计并装配。在设计新的仪器中，充分利用机械技术和电子技术有机结合而提供的新的技术手段即机电一体化技术。简化机械结构、扩充产品功能、提高测试质量、提高机械产品的自动化程度和测试精确率的效果。参考相关的意见和建议，针对现阶段纸张耐折度实验仪存在的问题及不足，设计一种运行更平稳、性能更好的耐折度实验仪。为提高实验仪的测试结构的准确性，纸张耐折度实验仪的精度和自动化程度起着决定性的作用。2
23、.2.2 课题中的设计重点耐折度测定值波动最主要的原因是由于耐折应力仅施加到纸面上，折断就发生在这一点的纸面上，而不是象正常的张力测试那样断裂发生在试验纸条最薄弱点上，因此耐折度值波动很大。此外耐折试验是一种累积操作，在试验点的强度是以近似于指数关系降低。因此对于两个在测试点具有近似抗张强度，在折叠过程中强度损失相同的试样会给出非常不同的耐折次数。遗憾的是过去一直用双折次数表示耐折度，而以 10 为底双折次数对数值表示耐折度提供了一贯误差较少，更为真实的结果。但是直到现在结果表示还没有统一。由于耐折实验过程的复杂性和不可视性，往往是通过不同的实验条件下获得的实验结果来说明纸张的耐折度。到目前为止还没有形成一个完整数据库来分析实验结果。另外，要获得实验结果的高度精确性，除了要有一整套合理的实验步骤保证外，实验设备的制造精度和自动化程度起着决定性作用。但是，现有的纸张耐折度实验仪普遍存在某些参数不能精确控制，人为影响因素较多的问题，如在更换和调整夹头时，必须由人工调整，并通过多次试验来得到最佳的实验结果，否则很难保证测试结果的高度精确性。虽然纸张耐折度实验仪的设计面临诸多难题，但是克服了这些难题，技术研究也就前进了一大步。
