润滑脂包装成型机设计论文

I 摘 要 润滑脂包装盒成型机 ，是一种新型的金属罐 生产机， 是提高生产效率和降低工人劳动强度设备。 本着结构简单，成本低廉，满足使用要求的原则，本课题对该项目的关键设备 金属片的咬边装置、卷边装置及 传动系统 进行了 设计，确定了适当的生产能力、传动比、合适的间歇时间和送料频率。 重点进行了 咬边装置 的设计。其主要设计内容有传动系统的传动方案拟定以及各工位的配合，齿轮、传动轴等传动件的设计计算，键的选取，轴承的选取与校核。 关键词 ： 冲压咬口卷边 ，传动系统，间歇，轴。 II Abstract The lubricant packing box shaper, is one of a new metal pot production machine for enhancing the production efficiency and reducing the worker labor intensity. Under the principle of simpling the structure 、 lowing the production cost and satisfying operation requirements, this topic carried on to design the essential equipment of the project tinsel undercut installment, hemstitching installment and transmission system. In order to conform to the principle, the project has designed the suitable productivity, the velocity ratio, the appropriate quiescent interval and feeding frequency. In addition, the project has designed the tinsel undercut installment in emphasis. Its main design content has the transmission system transmission plan to draw up as well as various locations coordination, the gear, the drive shaft and so on passes on the moving parts the design calculation, the key selection, the bearing selection and the examination. Key words: stamping Mouth beading, transmission, intermittent, axial III 摘 要 . I ABSTRACT . II 第一章 前 言 . 1 1.1 课题的来源、目的和意义性 . 1 1.2 冲压生产自动送料发展概况 . 1 1.3 主要研究任务内容 . 2 第二章 冲压模具及传动机构总体方案确定 . 4 2.1 目前金属包装容器微型卷边技术 . 4 2.2 该传动冲压卷边机构特点及性能要求 . 5 2.3 冲压工艺 . 错误 !未定义书签。 2.4 未来冲压模具制造技术发展趋势 . 错误 !未定义书签。 第三章 传动系统的传动方案及其参数设计 . 6 3.1 传动方案的拟订 . 6 3.2 电动机的选择 . 6 3.3 传动参数的确定 . 6 3.4 生产率的计算 . 7 第四章 链盘设计计算 . 8 4.1 链盘设计计算 . 8 4.1.1 链盘 Z20设计计算 . 8 4.1.2 链盘 Z39设计计算 . 8 4.2 咬边机构设计计算 . 9 4.3 卷边结构设计 . 14 4.4 送料与切边结构设计 . 17 第五章 轴的设计校核 . 18 IV 5.1 轴的校核 . 18 5.2 轴的校核 . 22 结 论 . 29 谢 辞 . 30 参考文献 . 32 1 第一章 前 言 1.1 课题的来源、目的和意义性 该课题由武汉青山冲压厂提供，工厂老板提供了一些设计思路并参与和指导了设计，因此，设计有很大的实用性。同时，工厂师傅们具有丰富的经验，使得学以致用。 随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产；一是大型多工位压力机。单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大 型多工位压力机除了占地面积少外，还有生产效率高，大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需 2-3 人进行监控。当模具更换时，只需输人需要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需 5min，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。当两者生产规模相同时，多工位压力机设备投资可减少20%-40%，能量消耗减少 50%-70%，冲压件综合成本可节约 40%-50%。大型多工位压力机取代单机联线冲压生产线的来势迅猛，但是大型多工位压力机不能完全取代冲压生产线，因为 某些特大型（如车身侧板、挡泥板等）和特殊形状的工件仍然需要在单机联线的自动冲压线上来完成。另外，在中小型冲压件生产方面以多工位传送装置来改装原有的压力机和生产线的工作也在广泛进行。高速化和精密化一直是冲压生产追求的目标。 1.2自动送料 类型与方案选择 1) 普通压力机的送料机构 普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类，在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻便、通用性强、其送料长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是，由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作 ，故机构工作噪声较大，影响冲压工作环境，主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大，但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定 2 性好等优点。 2) 多工位压力机的自动化送料机构 多工位送料系统是一个类似移动臂的装置，主要作用是把冲压件从一个工位移到另一个工位。一组模具内的每一副模具的冲压工作都在同一台压力机内完成。多工位送料移动杆沿着模区移动，它们是主要结构件，移动冲压件的端拾器就安装在这些结构件上。机械式送料是通过与压力机传动系统的直接联接完成冲压件从一个工位移动 到另一个工位。压力机横梁上的动力输出装置把能量从压力机的顶部输送到地面，由随动器驱动的大型机械凸轮安装在送料机构上，旋转凸轮带动机械送料动作。其主要缺点：机构磨损及能量积累易影响送料精度、速度和产量；机械传送设计规格参数一旦确定，不能更改；随着加工零件尺寸增大，传送机构也将增大，机构零件的预期寿命就会缩短。 润滑脂包装盒成型机送料系统设计采用的是普通压力机送料机构，它采用机械与气动相结合，吸盘上升后，内部吸真空，将金属片吸住，当吸盘下降时，金属片就被拉下，金属片被被勾爪抓走进入其它工位，吸盘上升重复上述动作 。 1.3 主要研究任务内容 传动以及送料机构设计。 图 1.3.1 3 咬边结构设计。 图 1.3.2 卷边机构设计。 图 1.3.3 主要参数的设计计算，含生产率计算、电机功率等计算 。 4 第二章 冲压模具及传动机构总体方案确定 2.1 目前金属包装容器微型卷边技术 微型卷边结构是一项全新的成型工艺技术，目标在于使得金属罐的加工成本最佳化。根据这项技术，金属罐体强度更 高和罐端尺寸更小的双重卷边使得传统的金属容器的结构尺寸显著降低了。由于降低了罐身沉头尺寸和修改卷曲结构后，罐盖切边尺寸明显降低。由于改进罐盖并缩短凸缘尺寸， 三片罐的罐高可以降低 5mm 以上。此时，罐身只需要原来 1 3 的涂料。因此， 在金属罐内外壁面上和端面上的喷涂量显著减少， 内外色条也减少以及焊缝也缩小。此外，三片罐罐身的缩短还可提高生产线的产量。从结构型式上讲，尽管微型卷边与传统卷边相似，但前者各项结构尺寸都只有传统标准型卷边的一半左右。在实施冷冲压加工过程中，虽然两者罐端冲裁和翻边加工中使用不同的模 具或其他工具，但仍可用相同的生产设备及机器，况且微型卷边同样适用于钢质和铝质的二片罐成型加工。无论对于什么型式和尺寸的金属包装容器而言，微型卷边技术都可以为之带来降低成本的益处。如果按容器多项尺寸的减小加以计算的话，平均可以节省 10 20 的材料及加工费用。有关微型卷边的这项新技术首先是在 1992年召开的第 5届国际马口铁学术会议上提出的。通过若干次试验结果表明，这项技术完全适用于各类食品的金属包装容器，包括需要加热处理的食品包装等。接着 1O 年的初步实用情况说明，微型卷边技术在金属容器的各类产品方面都体现出突出的优点。对于金属罐制造而言，在罐身冲裁高度上以及端部切长度上都明显降低了尺寸，并且减少了罐端的密封剂用量。在制罐生产线上，生产率显著提高，同时，焊条消耗量、内外壁涂料及色条都有所减少，随之也降低了包装运输费用。作为金属容器用户的包装公司，也将从减少污染、降低库存空间、减少运输量、降低制罐成本和高质量二重卷边结构的多种特点中获取好处。此外，微型卷边的流线型结构显得更加美观，而且使得它比传统的金属罐更加容易压扁而易于用后处理。 5 2.2 润滑脂包装盒成型机 特点及性能要求 图 2.2 润滑脂包装盒成型机总体效果（见上图）。 送料切边咬边卷边 其中，卷边机构要实现间歇运动。 目前，我们所参观的工厂生产设备在同行内较为先进，主要是给武汉郁金香化妆品公司生产“马牌”润面油圆筒型金属罐，罐身展开平面尺寸为 84mm 74mm,工厂已经具备了咬边机构、送料部分的储料槽、一些的冲压设备，但是，这些分开的设备使得每个生产工序都需要专门的工人对其进行控制，工人的操作较难与机器的动作同步，而且具有较大人身安全隐患。 因此，我们设计的润滑脂包装盒成型机解决了上述问题，通过 送料、切边、咬边、和卷边工位的合并，将多个工位连成一条自动生产线，从而实现了机器的单人操作，操作简单，较大地提高了生产效率与工人人身安全，降低了劳动强度。 6 第三章 传动系统的传动方案及其参数设计 3.1 传动方案的拟订 方案一：机器采用带传动，其具有结构简单、传动平稳、造价低廉及缓冲吸振优点。 方案二： 机器采用链传动，其优点是无弹性和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率较高、结构紧凑、对温度和速度要求不高及制造与安装精度要求较低，成本低廉。 考虑到机器传动平稳的需要，选用第二方案。 3.2 电动机的选择 电动机型号： Y90L-4 额定功率： 1.5KW 满载转速： 1440 转 r /min 3.3 传动参数的确定 减速器速比： 59 连轴器型号： 10 型 7 轴承座型号： SN206 轴承型号：深沟球轴承 6206 3.4 生产率的计算 目前，每天工作 10 小时，每天可以生产出 15000 个，平均 25 个 /min 改装后，根据卷边机构特点可知，转盘转动一周内，可以卷 4 个卷筒。 由电机转速 n=1440r/min,减速器速比 I = 59 可得到 现在每分钟可以生产 1440 4 9 759 个 故提高的生产率 9 7 2 5 1 0 0 % 2 8 8 %25 ，生产率提高近三倍。 8 第四章 链盘设计计算 4.1 链盘设计计算 4.1.1 链盘 Z20 设计计算 链盘设计： 滚子链的结构尺寸和主要参数见机械零件设计手册表 13-1（吴宗泽主编） 滚子链的链号： 085 链盘 Z20：链盘齿数为 20 )18054.0( Zctgpd a 1801 2 . 7 ( 0 . 5 4 )20c tg 87.04 ,mm 8 1 . 1 8 ,180s i npd m mZ 由表 13-1 查得： ,77.7 mmdr 7 3 . 4 1 ,frd d d m m 由表 13-1 查得： ,25.61 b 1 5 . 8 1 ,901 4 0 1 3 5 . 5 ,0 . 5 0 5 3 . 9 2 ,0 . 1 2 ( 2 ) 2 0 . 5 1 ,0 . 1 1 . 2 7 ,1 2 . 7 , 1 5 .fiexxb m mzr d r m mr d r z m mb a p m mr r m m 取 4.1.2 链盘 Z39设计计算 9 链盘 Z39：链盘齿数为 39 )18054.0( Zctgpd a )3918054.0(7.12 ctg ,18.164 mm ,83.157180s inmmZpd 由表 13-1 查得： ,77.7 mmdr ,06.150 mmddd rf 由表 13-1 查得： ,25.61 b .15,7.12,27.11.0,23.38)2(12.0,92.3505.0,69.13790140,81.51mmrrmmpbammzdrrmmdrrzmmbxxeif取 4.2咬边机构设计计算 图 4.2.1 图 4.2.1 所示是咬边机构的主 视图，它上面的六对配对辊轮完成金属片的 10 输送和咬边。金属片沿着右端的导轨进入配对滚轮 A 之间的间隙进入咬边机配对辊轮 B 将金属片压边 45配对辊轮 C 将金属片继续压卷 45 配对辊轮 D 将金属片压边 90 配对辊轮 E 将金属片压边 135 配对辊轮 F 将金属片送出咬边机构。 其中两辊轮之间在竖直方向上的间隙可以通过调节两端套筒支座的高度来调节。 图 4.2.2 配对辊轮 A：金属片沿着右 端的导轨进入配对齿轮 A 之间的间隙进入咬边机。 11 图 4.2.3 配对辊轮 B：将金属片压边 45。 图 4.2.4 配对辊轮 C：将金属片继续压卷 45。 12 图 4.2.5 配对辊轮 D：将金属片压边 90。 图 4.2.6 配对辊轮 E 将金属片压边 135。 13 图 4.2.7 配对辊轮 F：将金属片送出咬边机构。 14 4.3卷边结构设计 卷辊经过咬边产生 135角折边的金属片轴向插入到卷辊中，并随着卷辊 动；当大圆盘转过 360时，卷辊自转 720。外径为 20mm； 护边 1、 2控制卷筒的直径大小，使其在固定大小直径的空间里旋转卷边；其中，护边 1 内径为 93mm，护边 2 外径为 70mm；故由 9 0 7 0 2 0 1 .52 可知预留空隙为 2 个 1.5 厚度。 导柱为护辊提供导向、支撑； 护辊为避免磨 花磨损金属片上的油漆，将其材料选用为橡胶；其作用主要是防止在两折边咬合后松开。其外径为 22mm； 钩套主要是在工位 3 处通过钩子钩住钩套将卷筒沿着卷辊和导柱径向钩出。 15 工位 1 金属片径向插入到卷边槽中； 工位 2 金属片在卷辊等的抑制作用下旋转 180，至此已形成四分之一的卷筒； 16 工位 3 卷筒形状已基本成型，并在该处通 过钩套将卷筒钩出。 工位 4 17 4.4送料与切边结构设计 储料槽在底部两侧设有两个与水平方向向内偏 45的斜槽，主要用于防止 金属片 自动掉下； 吸 盘 固定在吸盘架上，随之上下往复运动，在其过程中通过液压泵周期性调节控制其真空度，从而达到吸料和释放金属片的目的； 拉料钩在水平方向上做往复运动，将金属片送至下一工位，在拉料钩上安置有弹簧，从而使拉料钩具有一定形变能力； 切边刀具与切边模当拉料钩向右钩送金属片时，切边刀具向上运动；当拉料钩将金 属片钩至切边模处向左返回时，切边刀具开始向下切边；当切边刀具向上返回时，拉料钩钩送金属片向右输出； 扶料板金属片水平运动导轨，其上挖有凹槽，用于避免金属片在钩送时脱轨 18 第五章 轴的设计校核 5.1轴的校核 轴的材料选用 45 号钢调质处理。 .601 Mpa ,075.032 KWPP 3/39550 nPTeTc 73.23 99.0075.0955 0 .88.29 Nm ,0 TeTcTa ,76.59 NmTeTcTa ,4.2390105.12 88.29Re 3 TeeF ,5.18671016 100088.29Re 3 TccF ）得：由机械设计公式（ 2210 45c o s20 tgeFF re 45204.2 3 9 0 tg N2.615 20tgcFFrc 。7.679205.1 8 6 7 tg 平面受力：XZ ；0 F tceFF xd ,0 L b ccFL b eeFL b dF x d 5.100 5.465F x d = ,6.4502 N 19 ,0 F x bcFeFF x d 。7.2 4 45.1 8 6 74.2 3 9 06.4 5 0 2 F x b 平面弯矩：XZ 点弯矩：D ,4.127103.534.2390 3 Nmle deFMd 点弯矩：C 。3105.467.2 4 4 lb cF x bMc Nm4.11 平面受力：YZ ,0 L b cF r cL b eF r eL b dF y d 5.100 5.467.6791532.615 F y d ,1251N ,0 F r cF r eF y bF y d 。NF y b 9.4312517.6792.615 平面弯矩：YZ ,8.32103.532.615 3 NmL e dF r eMdD 点： 点：C ,2105.469.43 3 NmL b cF y bMc 合成弯矩： ,55.1318.324.127 22 MdD 点： 。点： NmMcC 57.1124.11 22 当量弯矩： 22 )( TMM 22 )88.296.0(55.131 Md ,77.132 Nm 22 )76.596.0(5.11 Mc 20 ,66.37 Nm ,76.59 NmMaMb 处危险截面： D 33101.0 1077.132 ca 。M PaM Pa 602.491 故 安全 21 22 5.2轴的校核 轴 强度校核：轴的材料选用 45 号钢调质处理。 .601 Mpa 咬边机构负载 PA=0.02kw 切边就够负载 PC1 0.035kw 材料传送负载 PC2 0.02kw 12313219 5 5 0 9 5 5 0 0 . 0 282 3 . 7 39 5 5 0 ( ) 9 5 5 0 ( 0 . 0 3 5 0 . 0 2 )2 2 . 1 32 3 . 7 386401 2 . 5 1 02 2 2 2 2 . 1 38 6 9 . 32 2 2 1 8 1 08 6 9 . 3AACCCAAACCCCCCPT N mnPPT N m N mnTF N NrTF F N NrF F N XZ 平面受力：以 B点为研究对象 111102 3 9 0 . 4 2 0 2 8 6 9 . 3 7 5 6 4 0 5 015025710410E B E X D B D C B C A A BE B E C B C A A BXDBDE X B A X D CX B X D C E ANF L F L F L F LF L F L F LFLNF F F F FF F F F F N XZ平面弯矩： D 点弯矩 32 3 9 0 . 4 5 4 1 0 1 2 9D E P EM F L N m N m C 点弯矩 33()( 2 3 9 0 . 4 1 2 7 . 5 1 0 2 5 7 1 7 3 . 5 1 0 )116C E C E X D C DM F L F LNmNm B 点弯矩 23 36 4 0 5 0 1 032B A A BM F LNmNm YZ 平面受力：以 B 点为研究对象 222206 1 5 . 2 2 0 2 8 6 9 . 3 7 5150126306 1 5 . 2 8 6 9 . 3 1 2 6 32 2 1 . 5Y D B D E B E C B CE B E C B CYDBDE C Y D Y BY B E C Y DF L F r L F LF r L F LFLNNF r F F FF F r F FNN YZ 平面弯矩： D点弯矩 36 1 5 . 2 5 4 1 0 3 3 . 2D E D EM F r L N m N m C点弯矩 336 1 5 . 2 1 2 7 . 5 1 0 1 2 6 3 7 3 . 5 1 01 4 . 4 4C E C E Y D C DM F r L F LNmNm B点弯矩为 0 合成弯矩： D点： 221 2 9 3 3 . 2 1 3 3 . 2DM N m C点： 221 1 6 1 4 . 4 1 1 6 . 9CM N m B点： 32Nm ,2273.23 055.095509550 Nmn PT CC ,873.23 02.09550/9550 NmnPATA 当量弯矩：,4.134)88.296.0(2.133,1888.296.022 NmMDNmME .8.486.0.4.32)86.0(32 22NmMANmMB 24 危险截面： D 处 .608.49101.0 104.134 133 M P aM P aca 故 安全。 25 26 5.3 6206 深沟球轴承校核： 轴承承受轻微冲击 fp=1.2,基本额定动载荷 C=19.5KW,转速 n=25r/min. =3. .7.244,6.4502 NF xbNF xd .9.43,1251 NF ybNF yd 径向力 Frd= 22 FydFxd = 4 6 7 3 . 2 N . =1 2 5 16.4 5 0 2 22 径向力 Frb= 22 FybFxb = 2 4 8 .6 N =9.437.244 22 轴承轴向力较小，忽略不计，只考虑轴承的径向力。 27 ,8.5 6 0 72.4 6 7 32.1 NF r dfpPd ,32.2986.2482.1 NF r bfpPb )(6010 6 pcnLh D 处轴承寿命 .28030)8.560719500(256010)(6010 366 hpdcnL h d B 处轴承寿命 .1086.1)32.29819500(256010)(6010 8366 hpbcnL h b 假设机器每天工作 10 小时，一年运转 300 天。 则轴承的使用寿命为 L= 93001028030 年。 5.4 键的校核 键的强度教核：键的材料为铸铁，轻微冲击许用压应力 .50 Mpap pkldTp 3102 轴 I： A 处 kldTapa3102 .503925355.3 1076.5923 M p apM P a C 处： kldTcpc3102 .502332204 1088.2923 M p apM P a E 处： kldTepe3102 28 .505.1925355.3 1088.2923 M p apM P a 轴 ： A 处 kldTapa3102 .503.825225.3 10823 M p apM P a C 处： kldTcpc3102 .507.836354 1013.2223 M p apM P a E 处： kldTepe3102 .505.1925355.3 1088.2923 M p apM P a 29 结 论 本课题是由我、周炎恒两人共同承担设计完成的，本设计说明书主 要阐述了润滑脂包装盒成型机 中传动系统和各工位的设计。到目前为止，全自动 润滑脂包装盒成型机 的研制基本结束，它所带来的实际价值将是不可低估的。我国市场对三片罐的需求非常大，随着食品及化工行业的快速发展，特别是在自动化加工方面的迫切需求， 全自动 润滑脂包装盒成型机 突现出它明显的优势。生产效率高，而且使生产更加安全，适应了现代工业发展的要求。 就其创新而言，主要在于咬边和卷边机构。咬边机构通过几个阶段来完成金属片的咬边，金属片送入折成 45度折成 90度折成 135度；卷边机构完全是在模仿人工卷边时所完成的动作及步骤 。 润滑脂包装盒成型 工艺的研究结果显示，通过全自动成型机具有较好的品质特征。产品成型稳定。成型机还可以通过各部分零件位置的调东来生产出不同尺寸规格的的三片罐，具有很大的适用性。 本设计存在的主要问题有： 功率分配，合理设计传动系统，准确的传动比，合适的间歇时间 。 相信 随着进步进一步的发展， 全自动 润滑脂包装盒成型机 会朝着更经济，更高效，稳定的方向迈出更大的步伐 。 30 谢 辞 历经几个月的毕业设计即将结束。在这期间我的收获很多，感触也很深。尤其是从郑晓和陈仪先老师那儿学到了 很多知识 不仅仅是作为一个设计人员应该如何去搞设计，更多的是一个设计人员所必备的素质。 记得毕业设计之初老师对我们说：搞设计一定要学会多找一些资料，多向工厂有经验的师傅请教，以后进入社会搞设计时就不会盲从，知道设计的基本步骤是怎样的，该如何下手。”现在回过头来想想的确如此，我这一个学期的主要收获也就是在这里。 以前我们上课时学的知识很零散且很少运用到实处。而毕业设计就是一个厚积薄发的过程，是一个综合运用所学知识的过程，是一个理论与实践结合的过程，是一个为走向社会引线搭桥的过程。毕业设计刚开始时我还 为自己没搞过设计而担心，后来在老师的指导下，我知道了搞设计原来并不是什么可怕的东西。从制定方案开始到设计计算到画图一步步的向前推进。到了现在，虽然我所做的设计并不完善，但至少我知道了什么是搞设计，怎样着手去搞。 以前学的一些知识，在学的时候并不觉得有什么用处，可现在却发现自己学的东西太少。设计中要综合运用到很多的知识，比如涉及到选材及其成型，机械原理，机械设计，互换性，制图，加工工艺学等等。因而毕业设计也被人戏称为是一个毕业前大补课的过程，以前没有学好的课程到了毕业设计再来补学。 在毕业设计过程中我发现自己 懂得的东西太少，专业知识也学得很不牢固，很多知识都是似曾相识，离一个真正的设计人员还有很大的差距。理论与实践不能很好的结合，有的东西明明计算出来是这样，可实际生产中却不是的；有的是实际生产证明是对的，可又与所