东北大学毕业设计——焊接式气动带钢打包机头设计

焊接式气动带钢打包机头设计作者姓名王爱泉指导教师孔祥伟教授单位名称机械工程与自动化专业名称机械工程及自动化东北大学2015年6月DESIGNOFWELDINGPNEUMATICSTRAPPINGHEADFORSTEELSTRAPBYWANGAIQUANSUPERVISORPROFESSORKONGXIANGWEINORTHEASTERNUNIVERSITYJUNE2015I任务书毕业设计（论文）题目焊接式气动带钢打包机头设计设计论文的基本内容1翻译外文资料一篇,提高外语阅读、翻译本专业外文资料的应用水平。2撰写开题报告，独立检索文献资料并恰当运用，应用基本知识、理论和技能去分析解决实践问题，确定总体结构方案设计。3计算机绘制A0图35张（三维），包括装配图、部件图、零件图。4撰写毕业设计论文（说明书），要求理论依据充分，数据准确，公式推导正确。论文条理分明，图表规范。毕业设计（论文）专题部分题目设计或论文专题的基本内容学生接受毕业设计（论文）题目日期第1周指导教师签字2015年3月5日东北大学毕业设计（论文）摘要I焊接式气动带钢打包机头设计摘要钢材打捆包装是钢材生产的最后一道工序，其包装质量直接影响了钢材质量的保持。我国目前所能生产制造的打捆机多为应用于轻工、服务行业的手动、半自动和全自动打捆包装设备,且只是一些通用型的捆扎机械。高水平高效率的全自动钢材打捆机,如应用钢带的全自动打捆机的生产至今仍是一个空白,无法满足钢铁冶金产品包装的需求。目前国内钢铁厂使用的钢材打捆机大多依赖于进口，其价钱极其昂贵，所以研制国产钢材打捆机是提高我国钢铁行业竞争力的重要手段之一。课题是针对中宽带钢卷打捆机头的关键技术及理论进行的研究。本设计就是在针对这种需求所进行的。在对打包原理进行简要阐述的基础上，对焊接式气动带钢打包机头的机械部份进行了设计。其中主要是对打包头的设计，以及轴承的选择、计算轴承的寿命，并依据轴承的类型和寿命确定轴承的维护及保养方案。通过一系列的设计，满足了带钢打包机在打包物品时能够将钢带接头通过焊接接合牢固，并且整个机械系统工作过程比较平稳，使带钢打包机机结构简单，拆装方便，容易维修。关键词焊接，打包机，气动，带钢东北大学毕业设计（论文）目录IIIDESIGNOFWELDINGPNEUMATICSTRAPPINGHEADFORSTEELSTRAPABSTRACTTHEPACKAGINGOFSTEELISTHEFINALSTEPINTHEPRODUCTIONOFSTEEL,ANDTHEQUALITYOFTHESTRAPPINGDIRECTLYAFFECTSBYTHEQUALITYOFSTEELCHINASCURRENTENERGYPRODUCTIONANDMANUFACTUREOFBUNDLINGMACHINEAREUSEDFORLIGHTINDUSTRY,SERVICEINDUSTRYMANUAL,SEMIAUTOMATICANDAUTOMATICPACKINGEQUIPMENT,WHATAREONLYSOMEGENERALTYPEOFBUNDLINGMACHINERYHIGHEFFICIENCYAUTOMATICSTEELBUNDLINGMACHINE,SUCHASTHEAPPLICATIONOFTHEAUTOMATICTAPEMACHINEPRODUCTIONISSTILLBLANKITCANNOTMEETTHESTEELMETALLURGICALPRODUCTPACKAGINGNEEDSTHEUSEOFDOMESTICSTRAPPINGHEADMOSTLYDEPENDONTHEIMPORT,THEPRICEISEXTREMELYEXPENSIVE,SOTHEDEVELOPMENTOFDOMESTICSTEELSTRAPPINGMACHINEISONEOFTHEIMPORTANTMEANSTOIMPROVETHECOMPETITIVENESSOFCHINASIRONANDSTEELINDUSTRYTHERESEARCHISTHEKEYTECHNOLOGYANDTHEORYOFWELDINGPNEUMATICSTRAPPINGHEADFORSTEELSTRAPMYDESIGNWORKWASPLANEDTOSATISFYTHISEXIGENTDEMANDTHISTIMEOFDESIGNHAVEDESIGNEDTHEMECHANICALPARTOFWELDINGPNEUMATICSTRAPPINGHEADFORSTEELSTRAPFORPLATEWHILEEXPATIATINGTHESTRAPPINGHEADSWORKPRINCIPLETHEMAINWORKWASTODESIGNTHESTRAPPINGHEAD,TOCHOOSEAXLETREE,TOCOUNTTHEAXLETREESLIFEANDTOASCERTAINTHEMAINTENANCEPROJECTOFTHEAXLETREETHROUGHASERIESOFDESIGNS,THESTRAPPINGHEADCANMAKETHESTEELTAPEWELDEDFIRMLYWHENTHESTRIPISPACKAGED,THEDESIGNEDPARAMETERWASSATISFYINGTOTHEPROLONGATIONOFLARGESCALECOMPRESSION,THEMECHANISMSWORKPROCESSISBALANCEDANDTHEROLLINGMILLSCONFIGURATIONISSIMPLE,EXPEDIENTLYTOENTRY,EASILYTOMAINTAINKEYWORDWELDING,STRAPPINGHEAD,PNEUMATIC,STRP东北大学毕业设计（论文）目录III目录任务书I摘要IABSTRACTIII目录III第1章绪论111带钢打包机的研究概况1111带钢打包机的应用1111带钢打包机的应用112带钢打包机的发展趋势313带钢打包机的分类414带钢打包机头的设计方法与意义4第2章带钢打包机头原理与参数621带钢打包机头的工作流程622带钢打包机头的技术参数723带钢打包机头机构8231钢带摩擦驱动机构9232切带机构9第3章动力及传动机构设计1131电动机的选择计算与校验11311选择电动机系列11312电动机的校验1132主轴的设计计算12东北大学毕业设计（论文）目录IV321主轴的功率、转速和转矩的计算12322主轴的设计计算12323主轴的疲劳强度计算1333滚动轴承的选择1734键的选择与计算1835弹簧的性能与计算18第4章气动与焊接系统简述2341气动系统23411气马达23411气缸2342焊接系统25421焊枪参数23421焊接注意事项23第5章结论与展望2751结论2752展望27第6章经济性与环保性分析29参考文献30致谢31附录32东北大学毕业设计（论文）第1章绪论1第1章绪论11带钢打包机的研究概况111带钢打包机的应用随着我国工业生产技术和规模的进步，对钢材的需求也越来越大，并且对钢材质量的要求也随之提高。钢材生产1的最后一道工序就是钢材的包装，因此包装质量直接影响了钢材的外表面质量的保持。钢材包装质量直接对钢材包装设备技术水平提出较高要求。对现有打捆机2调研结果表明，钢材生产线的包装机械打捆机大多依赖于国外进口。由于国外发达国家对打捆机的研究起点比较早，所开发的打捆机在使用效率、使用寿命和稳定性、故障率等诸多方面都有比较好的优势。由于进口打捆机设备价格昂贵，并且国内自主研发进度缓慢，导致国内只有大型的钢铁企业才使用全自动钢带打捆机设备，许多中小型钢铁企业仍然利用手工打包机或半自动打包机，造成钢材包装质量、效率不高。根据对钢材生产包装设备实际使用的调研情况，为了改善传统手工打包机和半自动打包机的生产现状，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，针对钢带生产线，基于当前钢铁企业钢卷生产情况，研发一种新型实用的全自动钢卷钢带打捆机，采用钢带来打捆，主要结构包括打捆机构、送带机构，导带机构等。112带钢打包机的研究现状我国的对钢卷包装3设备的研究起步较晚。虽然目前我国钢铁产量已世界排名第一，但优质钢材产量占的比重一直较低，并且我国的钢卷包装装备技术发展的比较缓慢。在众多钢铁企业中，投入使用的钢卷包装机组为数不多。由此可见，我国钢铁企业的钢卷包装技术现状是机械化程度低、全自动打捆包装设备大部分依赖进口。近些年来，我国钢铁企业通过与国外钢铁企业交流，开始认识到钢卷包装质东北大学毕业设计（论文）第1章绪论2量对确保安全储运、提高生产效率和产品档次的重要性，很多的企业在组建冷轧、热轧生产线时都将包装机械4设备作为重要的辅助工艺设备，所以生产线的自动化程度也有了显著提高。钢卷的打捆包装5是一个难度较大的技术问题，只有少数几个国家（美国的信诺、瑞典的森德斯和德国的TITAN等）具有生产全自动钢卷打捆机的技术。通过对国内引进的全自动带钢打捆机现场工作情况的考察发现，这些引进设备均存在着与现场生产线的不配合、关键零部件依赖进口、设备维护成本高等诸多问题，几乎每条生产线都要经过12年的边调试、边运行后才逐渐稳定，此外，引进产品一般只能满足单一生产线的需要，不能将其用于其它不同工艺条件类型的生产线。然而，由于该类设备的应用，可明显提高钢卷包装的效率和包装质量、降低工人的劳动强度、减少现场操作人员的数目，因而备受用户的青睐。目前国内尚未出现可以与国外产品相媲美、具有自主知识产权的全自动钢卷打捆机。许多厂家都试图仿造或研制此类设备，但由于技术等问题均未获得成功，目前仅有延吉包装设备厂生产有手动半自动气压打包头，并在国内占有一定的市场。北京航空航天大学已成功研制了全自动棒（型）材打捆机6，在钢材打捆方面积累了丰富的经验，对带钢打捆的研究已持续了两年。北航自1997年以来研究国外自动钢材打捆机设备，并成功改造了首钢总公司的2台棒材打捆机。在2004年，研制成功了第一台国产YHB40010A型打捆机已经顺利通过通化钢铁集团公司、水城钢铁厂验收，运行良好。针对打捆机的工作环境差，温度高，动作频繁且可靠性要求高等特点，选用了西门子公司的S7200型可编程控制器（PLC）作为控制系统的核心。西安重型机械研究所设计了六条成套钢卷包装机组，应用在国内钢铁企业，钢卷包装机组每小时可打捆20卷，钢卷重量范围为330T，每条包装机组的年产量为40200万吨。由于这六条钢卷包装机组的投产使用，钢铁企业获得了显著的经济效益。ZKDA1500/32型中宽带自动打捆机是由吉林省延吉威冶包装设备有限公司研制，采用完全不同于传统打捆方法的新产品。主要适用于直径11001500MM，最大高度800MM，热轧钢卷的外围自动捆扎。东北大学毕业设计（论文）第1章绪论3此设备采用双臂四轮压卷旋紧、环绕式送带臂空间环绕钢卷完成无摩擦送带、夹带后气缸直接拉紧等新技术，有效地克服了国内外传统技术导槽架与摩擦轮输送捆带的缺陷（因摩擦阻力大，所需动力大，穿带易失误）以及摩擦轮拉紧捆带的缺陷（因打滑而拉不紧捆带）。12带钢打包机的发展趋势为了适应现代化钢材生产的需要,目前国际上打捆机的发展7呈现了以下趋势1）多品种、专业化、系列化为了满足各种不同钢材打捆的需要,根据不同钢材各自生产工艺和包装特点,钢材打捆机已形成了多品种、系列化、专业化的趋势,研制出了适合不同钢材打捆的专用钢材打捆机,主要表现在各种新型捆扎材料的使用和捆扎锁紧方式的创新。2）与钢材成形机配套使用为了提高钢材打捆的自动化程度,且打好捆的钢材具有整齐固定的形状,钢材打捆机与全自动钢材成形机配套使用,如钢管在成形工位被自动码放成正六角形、方矩形等稳固的形状,然后将码放好的钢材输送至打捆工位进行打捆,达到稳固整齐的包装效果。实现了钢材成形打捆的全自动化生产。3）具有塑料膜包覆机构,保护钢材表面质量对于高质量的钢材,如不锈钢管、石油套管、镀锌板材、卷材,为了防止在打捆的过程中将钢材表面刮擦,破坏外表金属涂层和防锈漆,在打捆之前先在钢材捆表面卷绕塑料薄膜对钢材进行表面质量保护。4）打捆速度不断提高为适应现代化钢材生产流水线8高效率生产的要求,必须相应的提高打捆包装速度。目前国际上钢带打捆机平均每道的捆扎速度为秒左右,退火或热轧盘条打捆机的打捆速度一般在一秒左右。5）提高打捆机的自动化程度钢材生产流水线对钢材打捆机的自动化程度要求越来越高,先进的钢材打捆机普遍采用了微机控制和控制技术,具备了全自动打捆、故障报警、自动计数的东北大学毕业设计（论文）第1章绪论4能力,在流水线生产中能实现自动送料、自动定位、自动转位等功能,可以进行远距离操纵控制,通过监视系统和报警系统,及时发现问题,排除故障。此外机器的操作与维护更趋向方便,无须熟练的工人就可操作,一般的技术人员就能维修,大大促进了打捆设备的推广使用。13带钢打包机的分类根据工作方式和捆扎材料的不同带钢打包机也可分为多种不同的种类，具体划分如图11图11带钢打包机的分类14带钢打包机头的设计方法与意义带钢打包机9的设计应结合建筑现场的需要、工作环境等实际情况，从机器的质量、生产、使用综合考虑，选择和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可靠的设计方案和组织结构，应使机器的生产在保证达到设计图样上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能降低各零部件的制造成本和保证安全生产。一般来讲，设计的主要内容及步骤包括成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全。带钢打包机作为一种机械产品，它的设计几乎包含了机械方面所有的知识。东北大学毕业设计（论文）第1章绪论5本次设计建筑卷扬机是想综合运用我们所学的机械产品设计以及相关专业知识，进行简单的产品设计实践，深化所学的基本概念与理论，熟悉机械产品的结构、装置和应用，学会机械设计的基本方法。学校为了训练我们的实践技能，在理论学习的基础上，通过完成一个产品设计，使我们将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，进一步加深对机械产品总体设计、机械主体、各个零件、控制系统等方面的认识，为今后能够独立进行机械产品的开发设计工作打下一定的基础。东北大学毕业设计（论文）第2章带钢打包机原理与参数6第2章带钢打包机头原理与参数21带钢打包机头的工作流程焊接10式气动带钢打包机采用钢带作为捆扎材料,打捆完成后通过焊接连接好钢带。在打捆过程中,在打捆机头的驱动下完成送带、收带、拉紧等动作，并并通过焊条对钢带进行焊接固定。以气动系统作为打捆机系统主要的动作执行和控制方式以可编程控制器作为控制单元,实现打捆过程的自动化。焊接式气动带钢打包机工作流程图如下所示图21焊接式气动带钢打包机工作流程图具体工作流程描述如下1）钢卷打捆准备轧钢生产线上的卷取机将带钢卷成卷状后，由移动小车将钢卷移动到输送链上。经过输送链钢卷被运输到打捆机的打捆位置，以便于打捆机进行打捆。2）送带钢卷进入打捆工位后停止，打捆机检测到有钢卷到位后，由传感器向打捆机发出信号，允许送带。打捆机送带机构动作，进行送带，当带头送到指定位置后，送到机构停止送带。3）抓紧带头送带机构送带完成后，钢带11头通过导带槽围绕钢卷一周，且钢带头回到送带出口位置，并在捆带焊接处有一小段捆带重叠。此时凸轮马达开始运作，控制系统输入一定脉冲使凸轮马达轴转过120，此时夹带凸轮将压杆压下，压杆下压夹板将钢带头部压紧，以便于钢带送带机构反向驱动回收钢带时将钢卷束紧。4）收带拉紧钢带带头被抓紧后，然后机头整体下移，压脚接触被捆扎物并达到指定位置时，送带机构反向驱动，回收多余捆带，将钢卷捆紧。当机头靠近钢卷表面时说明钢卷已经被送带夹紧收带拉紧焊接切带复位打捆启动信号东北大学毕业设计（论文）第2章带钢打包机原理与参数7捆紧，驱动马达进入慢速动作，将钢卷捆紧后停止动作。5）张紧捆带送带马达反向动作收带结束后，薄型气缸开始工作，使张紧摇杆落到捆带上，对捆扎物上的捆带张紧。直至捆带牢固捆扎在被捆扎物上时，关掉薄型气缸。6）焊接捆带张紧捆带结束后，凸轮轴继续旋转45凸轮推动压带压杆下降使两层钢带贴合。凸轮轴继续旋转45，通过凸轮作用使焊枪座压在钢带上层。此时焊枪接受焊接信号对捆带进行焊接。7）切割捆带焊接结束后凸轮轴继续旋转45，切刀下降将上层钢带切断。6）打捆机系统复位切带结束后，打捆机机头回到待机状态，离开钢卷表面，以便于运输连将钢卷送入下一个工位。打捆机头部的机构复位，送带机构准备好蓄带，准备下一次的动作。22带钢打包机头的技术参数1）传动方式电动、气动式。2）主驱动件一个气马达、一个凸轮电机、一个薄型气缸。3）捆带传送速度05M/S4）焊接装置的连接负荷66KVA5）钢质捆带宽度32MM厚度10MM6）封口种类TIG焊接封口7）封口断裂负荷约为封口断裂负荷的8090取决于捆带的质量、厚度和表面8）电焊条D24MM；I175MM青绿色9）焊接气体焊接氩气46AR9999610）最小捆扎物的最小尺规格圆形捆扎物的直径最小700MM11捆带张力调节范围400020000N东北大学毕业设计（论文）第2章带钢打包机原理与参数812）重量200公斤13）规格1240MM605MM宽644MM高23带钢打包机头机构合理的传动方案，除应满足工作机的性能要求，适应工况条件，工作可靠外，还应使传动装置的结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，效率高和使用维护方便。带钢打包机头外形如图22图22带钢打包机头外形根据打捆机的工作状况12，考虑各种因素，对打捆机的各关键部件进行详细深入的研究。在打捆机关键部件理论分析的基础上，对打捆机关键部件的结构进行设计及研究，通过对钢带打捆机的送带机构的研究，用变速气动马达来摩擦驱动钢带，并对送带摩擦驱动进行了研究；提出通过焊接实现钢带连接，实现了由一个直线运动驱动完成夹带、压紧、切断动作，使得结构更加可靠。为便于安装，在电动机与凸轮轴之间常釆用具有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮连轴器。前者构造简单并能起缓冲作用，但弹性橡胶圈的使用寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮连轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。本次设计采用套筒联轴器。带钢打包机头主要分为两部分组成，主箱体和凸轮箱，其中凸轮箱为该打包机头的东北大学毕业设计（论文）第2章带钢打包机原理与参数9主要结构。具体的每部结构如下主箱体包括导带机构、传送机构、压紧机构。凸轮箱包括夹带机构、压带机构、焊接机构、切带机构。231钢带摩擦驱动机构打捆机钢带摩擦驱动13的送带和抽带过程以气动马达为动力源，采用摩擦传动的方式来驱动钢带。气动马达具有过载保护，并且结合调节阀可以在一定范围内无级变速。摩擦驱动轮和钢带之间也存在打滑保护，也作为一种过载保护。摩擦驱动轮与钢带的打滑与否，可以通过钢带表面的送带痕迹来辨别，如果未打滑，钢带表面有明显的花纹；如果打滑，钢带表面有明显的划痕。1）传送机构变速气动马达带动驱动摩擦轮旋转，传送轮将钢带压紧在驱动摩擦轮上，驱动的旋转带动钢带前进和后退。在钢带的送进和抽回过程中，变速气动马达都能够实现高低速的切换。在钢带送进过程中，钢带能够顺利通过导带槽，将钢带的头部送到指定的位置。钢带的速度能够在0508M/S之间调节。2）压紧机构当机头将带头压紧时，需要将多余的钢带收回，这时需要气动马达的低转速和大转矩，使能够将钢带抽紧。这就应该从高速收带，切换为慢速抽紧带。由于气动马达的功率是一定的，所以马达的转速小了，转矩就反比地增大。马达慢速收带的速度可以在008032M/S之间调节。232切带机构在设计带钢切刀14时，应特别注意剪切刃口。剪切刃口应很锐利，或最大只能有05MM的一个小弧度。如果刃口太钝，捆带在张紧过程中可能会打滑，或在剪切过程中产生毛刺。233焊接机构焊接通过下列三种途径达成接合的目的1,、加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助2、单独加热熔点较低的焊料，无需熔化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件。3、在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相东北大学毕业设计（论文）第2章带钢打包机原理与参数10互渗透接合（如锻焊、固态焊接）依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。通用焊枪外形如图23图23通用焊枪焊枪利用焊机的高电流，高电压产生的热量聚集在焊枪终端，融化焊丝，融化的焊丝渗透到需焊接的部位，冷却后，被焊接的物体牢固的连接成一体。焊枪功率的大小，取决于焊机的功率和焊接材质。焊枪焊接效果合格，焊接安全，速度快，焊枪性能可靠,维护简单,调整方便,节约钢材，设备投资小等优点。焊枪气压焊能够轻松完成闪光焊和电渣焊两套设备的焊接工作，且质量和效益优于后者两套设备。本打包机头所采用的焊接方式为非接触焊接，焊枪装置引进自德国的TITAN公司。东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计11第3章动力及传动机构设计31电动机的选择计算与校验311选择电动机系列正确选择电动机的原则是在电动机15能够满足机械负载要求的前提下，最经济、最合理地决定电动机功率。带钢打包机属于非连续制工作机械，而且启动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。带钢打包机头主要采用涡轮电机。根据钢铁行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制短时工作制。根据本设计的工作要求及工作条件应选用扭矩较大的涡轮电机。查机械手册，可选57涡轮电机参数见下表。57涡轮电机结构如图31表31电机参数电动机型号工作制负载持续率额定功率额定转速57S2（短时工作制）1550KW875R/MIN如图32涡轮电机312电动机的校验电动机校验主要是指电动机热功率的校验。一般按发热校验电动机的功率，并根据东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计12负载性质、电动机类型作过载能力校验。校验的结果应满足在额定负载工况工作时，电动机不出现过热现象；在设计极限要求情况下，电动机的最大转矩或启动转矩应保证带钢打包机头负载顺利启动。（1）电动机功率的过载校验带钢打包机头电动机过载能力校验采用检验转矩的方法。启动转矩应满足6358559DEEEUSNVFKTNM（31）式中ST基准负载持续率时电动机的启动转矩；UK考虑电压损失、最大转矩和堵转转矩的允许偏差，试验载荷超载值和机构加速度等因素影响系数，绕线型异步电UK2022；DEN电动机额定转速（R/MIN）。涡轮电机基准负载持续率时启动转矩为62NM，满足要求。32主轴的设计计算主轴是完成带钢打包机头动力传动的关键部件，其必须满足足够的强度、功率、转速和转矩，因此主轴的设计是带钢打包机头的关键步骤。321主轴的功率、转速和转矩的计算主轴传递功率0640GPPKW主轴转速8750NR/MIN主轴转矩3144559000NPTNM（32）322主轴的设计计算（1）初步估定减速器高速轴外伸段轴径根据所选电机轴径MM58D轴伸长MM80E，则MM584500180DD（33）取MM55D。（2）选择联轴器，确定高速轴外伸段轴径根据传动装置的工作条件选用弹性柱销联轴器（国标GB50141985），计算转矩东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计13MN566KTTC（34）式中T联轴器所传递的名义转矩，MN1344TK工作情况系数，由表327中查得。51,51251KK取表32工作情况系数K原动机工作机K电动机胶带运输机、鼓风机、连续运转的金属切削机床链式运输机、刮板运输机、螺旋运输机、离心式泵、木工机床往复运动的金属切削机床往复式泵、往复式压缩机、磨球机、破碎机、冲剪机、锤起重机、升降机、轧钢机、压延机125151520152520303040涡轮机发电机、离心泵、鼓风机1215往复式发动机发电机离心泵往复式工作机，如压缩机、泵15203445公称转矩MMN566MMN630CNTT。许用转速R/MIN875R/MIN50001NN。轴孔直径MM38,MM30MAXMINDD。若取减速器高速轴外伸段轴径MM32D，可选联轴器轴孔MM45,MM5521DDD。所以该套筒联轴器能满足要求。联结电机的轴伸长MM80E。联接减速器高速轴外伸段的轴伸长MM82L。323主轴的疲劳强度计算由于主轴连接切带传动的凸轮会承受较大的载荷，因此该剖面的疲劳强度为只要计算的部分。剖面因键槽引起的应力集中系数为891K，711K。故应按因配合引起的应力集中系数来验算该剖面。剖面产生的最大切应力2MAXN/MM2827TWT（35）东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计14式中TW轴的抗扭截面模量。应力幅及平均应力2MAXN/MM64132MA（36）40CR的机械性能查参考书得，21N/MM350，21N/MM200。绝对尺寸影响系数为730，780。表面质量系数为9430,9430。340，210。剖面安全系数2961MAKSS（37）式中S轴的疲劳强度许用安全系数。轴的材质均匀，载荷及应力计算准确，故取5131S，SS，所以该剖面安全。校核阶梯轴中间面的疲劳强度剖面因配合引起的应力集中系数为052K，561K。剖面因过渡圆角引起的应力集中系数为921K，591K。剖面因键槽引起的应力集中系数为891K，711K。故应按因配合引起的应力集中系数来验算剖面。剖面承受的弯矩及转矩为MMN1001128522AZAYRRM（38）MMN109255T剖面产生的正应力为东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计152MAXN/MM043WM（39）式中W轴的抗弯截面模量。其应力幅及平均应力为2MAXN/MM043A2N/MM0M剖面产生的切应力为2MAXN/MM7917TWT其应力幅及平均应力为2MAXN/MM9082MA绝对尺寸影响系数为730，780。表面质量系数为9430，9430，340，210。剖面的安全系数按配合引起的应力集中系数计算67381MAKS（310）4791MAKS20922SSSSS（311）5131SS,所以该剖面安全。其它剖面与上述剖面相比，危险性小，不予校核。从上面轴的校核可以看出，所设计的轴是满足工作要求的。由于主轴连接切带传动的凸轮会承受较大的载荷，因此该剖面的疲劳强度为只要计东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计16算的部分。剖面因键槽引起的应力集中系数为891K，711K。故应按因配合引起的应力集中系数来验算该剖面。剖面产生的最大切应力2MAXN/MM2827TWT（35）式中TW轴的抗扭截面模量。应力幅及平均应力2MAXN/MM64132MA（36）40CR的机械性能查参考书得，21N/MM350，21N/MM200。绝对尺寸影响系数为730，780。表面质量系数为9430,9430。340，210。剖面安全系数2961MAKSS（37）式中S轴的疲劳强度许用安全系数。轴的材质均匀，载荷及应力计算准确，故取5131S，SS，所以该剖面安全。接下来校核压紧轮轴剖面因键槽引起的应力集中系数为721K，531K。故应按因配合引起的应力集中系数来验算该剖面。剖面产生的最大切应力2MAXN/MM2638TWT（38）式中TW轴的抗扭截面模量。东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计17应力幅及平均应力2MAXN/MM25252MA（39）40CR的机械性能查参考书得，21N/MM430，21N/MM320。绝对尺寸影响系数为860，870。表面质量系数为9560,9750。560，330。剖面安全系数3671MAKSS（310）式中S轴的疲劳强度许用安全系数。轴的材质均匀，载荷及应力计算准确，故取5131S，SS，所以该剖面安全。33滚动轴承的选择带钢打包机头所用的各类减速器大量使用滚动轴承。在选择滚动轴承的类型时，主要考虑以下原则（1）轴承的载荷轴承负荷是选用轴承类型的最主要因素；（2）轴承的转速球轴承比滚子轴承有较高的极限转速，故在高速时应选用球轴承；（3）安装与拆卸；（4）经济性深沟球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承的价格高，轴承精度越高则价格也越高。由以上原则及凸轮轴轴的计算数据，确定凸轮轴轴轴承选择一对6409深沟球轴承。条件MM55D。转速R/MIN60N。工作环境多灰尘。载荷条件稍有波东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计18动。预计寿命H1200030058110HL。查机械手册，轴承6409的基本额定动载荷KN840RC，基本额定静载荷KN8330C。PC冲击载荷系数由表313取21DF。根据合成弯矩图取1,121MMFF。工作温度低于C010，温度系数取1TF。HLHPCFNLHTH1200029822601010310610312故6409深沟球轴承适用。同理可证61802深沟球轴承亦适用。表33冲击载荷系数DF载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击或中等惯性力强大冲击DF10121218183034键的选择与计算高速轴上联轴器处的键，选择普通平键A型12836GB10962003，材料45钢。由表33，查得2N/MM120P。22N/MM120N/MM1124PPDHLT（313）式中D轴的直径，MM；H键的高度，MM；L键的工作长度，MM，对于A型平键，BLL；T转矩，MMN；P许用挤压应力，MPA。故安全。东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计19表33键连接的许用挤压应力和许用压强MPA许用值连接方式轮毂或键的材料静载荷冲击轻微冲击P静联接钢1251501001206090铸铁708050653045P动联接钢50403035弹簧的性能与计算351弹簧的性能简介按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧16、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等，按制作过程可以分为冷卷弹簧和热卷弹簧。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。弹簧可以分为以下7类1）螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。2）拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。如图31左图。3）压缩弹簧是承受轴向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形和少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间会有一定的间隙，当受到外载荷的时候弹簧收缩变形，储存变形能。如图31右图。4）扭力弹簧利用杠杆原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。5）渐进型弹簧，这种弹簧采用了粗细、疏密不一致的设计，好处是在受压不大时东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计20可以通过弹性系数较低的部分吸收路面的起伏，保证乘坐舒适感，当压力增大到一定程度后较粗部分的弹簧起到支撑车身的作用，而这种弹簧的缺点是操控感受不直接，精确度较差。6）线性弹簧，线性弹簧从上至下的粗细、疏密不变，弹性系数为固定值。这种设计的弹簧可以使车辆获得更加稳定和线性的动态反应，有利于驾驶者更好的控制车辆，多用于性能取向的改装车与竞技性车辆，坏处当然是舒适性受到影响。7）短弹簧短弹簧相比原厂弹簧要短一些，而且更加的粗壮，安装短弹簧，能够有效降低车身重心，减少过弯时产生的侧倾，使过弯更加稳定、顺畅，提升车辆弯道操控性。而原厂减震器的阻尼设定偏向舒适，所以短弹簧和原厂减震器在配合上不是很稳定，它不能够有效的抑制短弹簧的回弹和压缩，行驶在颠簸路面时，会有一种不适的跳跃感，长此以往，减震器的寿命会大大减短，而且还有可能出现漏油的情况。当然以上这些状况都是相对而言，日常行驶的话不会有这么严重的损坏，而且尽量不要激烈驾驶，毕竟原厂减震器承受不了高负荷的压力。图31拉伸弹簧与压缩弹簧352弹簧强度计算作为传动机构的重要组成部分，弹簧承担着使工作间恢复初始位置的作用，因此弹簧的性能对整个传动机器的顺利运转起着至关重要的作用。本机械所选用的两类弹簧分别为圆柱螺旋拉伸弹簧与圆柱螺旋压缩弹簧。下面便是对其的校核计算。东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计21弹簧拉伸最长状态时，弹簧载荷为2295N选择弹簧材料及许用应力,因为弹簧在一般载荷下工作，可按照第三类弹簧来考虑，选择低合金高强度结构钢作为材料。初估算弹簧丝直径为D2MM。查机械设计表22和表23可知05,1520TBBMPA，于是T760MPA计算弹簧丝直径D23根据给定条件选定C10，并根据式061541114544CKCC（314）MAX16307TKCFDMM取离23最近的标准值25MM2103232DCDMM（315）D23232352DDMM（316）计算弹簧的有效工作圈数N查表202得G80000MPA并计算弹簧工作圈数为44332800003270848824532GDNFD（317）取弹簧N91）验算载荷与变形最小载荷与最大载荷相应的变形量为33MIN2MIN44882032956258000032FDNGD（318）33MAX2MAX448825032970318000032FDNMMGD（319）弹簧的行程为0MAXMIN6469MMMIN1121127608512TMPA22MINMIN3143285122987988114510DFNKC（320）与之相应的变形量为东北大学毕业设计（论文）第3章动力及传动机构设计2233LIM2LIM448829879329848000032FDNMMGD（321）2）计算弹簧其余几何尺寸弹簧节距TMAX298793202214629TDMMN（322）弹簧螺旋升角2ARCTANTD63（323）弹簧总圈数029211NN（324）弹簧丝间距146232113TD（325）经计算弹簧的自由长度为55M3）稳定性计算021353425332HBD（326）满足性能要求对于圆柱螺旋压缩弹簧的校核基本同理，经计算该弹簧亦满足强度。东北大学毕业设计（论文）第4章气动与焊接系统简述23第4章气动与焊接系统简述41气动系统气动控制系统17与电气和液压系统一样,都是实现生产过程机械自动化最有效的手段之一。采用气动系统的各种机器设备,在其总量中所占的比重为包装机中达,焊接机和铸造机中达,自动操作机中达,锻压机中超过,采煤机中超过,洗衣设备中达,纺织机、制鞋机、木材加工机械和食品机械中占。气动系统有很多优点系统机构简单,使用维护简便,成本低廉能在温度变化范围宽、湿度高和有粉尘的环境下可靠的工作,无火灾、爆炸危险工作寿命可长达一动作次数达一兆次气动执行元件的输出速度高直线运动速度达巧而,转动速度达工作介质压缩空气的传输比较简单,且容易获取能从一个压缩空气站供给大量的用气装置有过载保护性能。气动系统的主要缺点是大距离传递信号速度慢在负载有波动时难以保证气动执行元件输出平稳等。然而对于自动化机械设备中的大多数对象来说,气动系统的参数是合适的。此外,还可采用气一电或气一液联动控制系统,将上述缺点部分或全部消除。此次设计的带钢打包机头中的气动系统包括钢带驱动气马达与提供压紧力气缸。下面将对这两种气动执行元件做详细介绍。411气马达根据第三章关于打捆头的分析可知,对于钢带的驱动采用气马达作为驱动源动力,因此这里有必要介绍一下气马达的一些性能和特点。气马达的功能相当于电动机,它能将压缩空气的能量转换为机械功,输出转矩,驱动机构做旋转运动。其按工作原理可分为容积式和涡轮式两大类。其中容积式气动马达又分为叶片式、活塞式和齿轮式。在全自动打捆机上采用叶片式气马达。东北大学毕业设计（论文）第4章气动与焊接系统简述24图41叶片式气马达结构图气动马达的特点如下1）可以无级调速。只要控制进气流量,就能调节其输出功率和转速,并且容易得到较高的转速,但转速受负载变化影响较大2）具有较高的启动力矩,可以直接带负载启动3）有过载保护作用。过载时,转速降低或停车,过载解除后能立即恢复正常工作,不会产生故障。且长时间满载工作,温升很小4）和电机相比,单位功率的尺寸小、重量轻,适合于安装在位置狭小的场合及手工工具上,这一点非常适合打捆头结构紧凑的要求。5）在高温、潮湿、多粉尘的恶劣环境下都能良好的工作,尤其适合于防火防爆的场合6）可正、反转,且换向容易,换向后可在极短的时间内升到全速。除了以上所述的普通叶片式气马达所具有的特点外,我们在全自动打捆机上选用的气马达还具有气动变速机构。根据打捆工艺设计要求,钢带的驱动具有高速驱动和低速驱动两种状态。当气马达带动齿轮箱正转时,是送带,反之,是收带。送带摩擦轮在送带和收带时是高速旋转的,在收紧时,是慢速旋转的,产生较高的拉紧力。412气缸薄型气缸18是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。另外，薄型气缸具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。由于箱体内部空间狭小，所以选用薄型气缸最能适应东北大学毕业设计（论文）第4章气动与焊接系统简述25箱体结构。图42为各类薄型气缸。图42各类薄型气缸42焊接系统焊枪19利用焊机的高电流，高电压产生的热量聚集在焊枪终端，融化焊丝，融化的焊丝渗透到需焊接的部位，冷却后，被焊接的物体牢固的连接成一体。焊枪功率的大小，取决于焊机的功率和焊接材质。焊枪焊接效果合格，焊接安全，速度快，焊枪性能可靠,维护简单,调整方便,节约钢材，设备投资小等优点。焊枪气压焊能够轻松完成闪光焊和电渣焊两套设备的焊接工作，且质量和效益优于后者两套设备。本打包机头所采用的焊接方式为非接触焊接，焊枪装置引进自德国的TITAN公司。421焊枪参数封口种类TIG焊接封口。封口断裂负荷约为封口断裂负荷的8090取决于捆带的质量、厚度和表面。电焊条D24MMI275MMWS2青绿色。焊接气体焊接氩气46AR99996。气体消耗每个封口消耗1升。气嘴规格6。422焊接注意事项镀锌捆带或锌粉喷涂捆带不可以进行焊接。同样，含锌涂料喷涂过的捆带也不可进东北大学毕业设计（论文）第4章气动与焊接系统简述26行焊接。定期进行认真仔细的维护可保证打捆机机头VS32L时刻处于准备工作状态。打捆机机头必须时刻保持干净。应时刻保持捆带导槽和封口区域无污染和外来物质。根据捆带种类及其周围环境确定清理周期。应特别注意清理钢带所产生的研磨物，以免发生故障。应使用无腐蚀性的环保清洁剂进行清洗，以防损坏塑料和设备上的油漆。应对所有的部件进行定期检查，并更换磨损的部件。部件磨损会影响封口的强度和捆扎物的运输安全。所有安装好的轴承都应进行长期润滑，因此每年应润滑一到两次。焊接站的所有滑动表面都需要润滑。压缩空气马达的减速机、滚珠轴承和滚针轴承必须每6个月在油嘴上加干油润滑一次。东北大学毕业设计（论文）第5章结论与展望27第5章结论与展望51结论本文设计的带钢打包机头是按照普通带钢打包机的设计方法，采用气动系统作为主要驱动部件，以实现对钢材的包装。具体进行了以下设计1）机械总体设计，包括带钢打包机头的总体结构。2）带钢打包机头动力传动机构设计。包括电动机的选择，凸轮轴的设计及校核，滚动轴承的设计及校核以及键连接的选择计算等。3）卷扬机执行机构设计。主要包括钢丝绳的选取，卷筒及卷筒轴的设计及必要的校核计算，制动器类型的选择及其结构设计等。在设计过程中也遇到了许多问题。因为初次设计带钢打包机头，不能关注到每一个细节，在设计焊接机构时没有考虑到电机与凸轮轴之间的距离，导致电机与凸轮轴距离过近，不得已只好减小了凸轮箱端侧板的厚度。再如主箱体与凸轮箱的原设计方案是制造材料为铸钢，但经过校核计算发现不必要选用如此高强度材料。于是把材料改为性价比更高的铸铁，安全可靠的同时，也降低了设计的成本。本文的设计虽然是按照相关规定及标准设计，但因为水平所限，文中难免存在不足之处，敬请各位老师批评指正。52展望由于工作时间有限，对于带钢打包机头设计这一大的课题，本文只是进行了机械部分的设计工作，要是带钢打包机头能真正的运行起来，还必须有电气控制系统和气动控制体统及整套的润滑系统。本次设计的打包机头虽然对机械部分的进行了较详细的设计但还存在的一些问题和不足之处还有待于在深入的研究和设计和完善。主要表现在以下几个方面1）由于缺乏电气控制方面的知识，在进行设计时，没有设计控制装置。2）没有设计通气管道等装置。在实际使用时，需要用户根据自己的使用条件自行设计解决。在设计过程中也遇到了许多问题。因为初次设计卷扬机，不能关注到每一个细节，在设计主轴时没有考虑到距离问题，导致主轴电机距离过近，不得已只好减小了侧板的东北大学毕业设计（论文）第5章结论与展望28直径。再如端盖的原设计方案是制造材料为铸铁，但经过校核计算发现其强度不足。于是把材料改为铸钢，虽然成本增加了一些，但可靠性更高。后续工作可望在以下几个方面展开1）在深入学习金属加工学之后，完善带钢打包机头的传送装置。2）完善带钢打包机的控制系统。东北大学毕业设计（论文）第6章经济性与环保性分析29第6章经济性与环保性分析设备维修费用是设备寿命周期费用的重要组成部分，也是反映设备维修质量最敏感、最全面的经济指标。因此分析设备维修费用的成因及其变动趋势，是设备经济分析的重要组成部分。设备维修费用包括日常维护保养费用、小修费用、中修和大修费用等。小修和日常维护保养所发生的费用相对较小；一般不做单独核算。设备的大修所需时间长、费用告。是经济分析的主要内容。设备的大修成本包括材料与备件费用、燃料与动力费用、人工资本、协作费。本次设计的带钢打包机头在设计理念上充分考虑了打包机