大电流母线铜板自动下料设备设计说明书机械部分

大电流母线铜板自动下料设备设计( 机械部分)Large current busbar copper automatic blanking equipment design (mechanical part)学生姓名 学号所在学院 班级所在专业申请学位 工学学士指导教师 职称副 指 导 教 师 职称答辩时间目 录目 录设计总说明 .IINTRODUCTION .II1 绪论 .11.1 课题研究的意义及目的 .11.2 国内外设计发展状况 .12 切割部分设计 .22.1 刀具的选择 .22.2 电动机及减速器的选择 .22.3 联轴器的选择 .32.4 气缸的选择 .33 前后运动部件的设计 .43.1 选择机械传动部件 .43.2 导轨上移动部件的重量估算 .43.3 传动部件、导向部件的设计、计算和选用 .53.3.1 计算铣削力 .53.3.2 直线滚动导轨副的选型与计算 .53.3.3 滚珠丝杠螺母副的选型与计算 .63.4 步进电动机减速箱的选用 .83.5 步进电动机的计算与选型 .93.5.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 .93.5.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 .93.5.3 步进电动机最大静转矩的选定 .123.5.4 步进电动机的性能校核 .124 进料道的设计 .134.1 电动机的选择 .134.2 齿轮齿条的设计计算 .134.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .134.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 .144.2.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 .164.2.4 几何尺寸的计算 .184.2.5 中心距圆整后的强度校核 .184.3 压紧装置的选用 .20鸣 谢 .21参考文献 .22设计总说明I设计总说明通过对铜板下料加工工艺及过程的研究，以及对各种切割下料机械的观察，本设计采用了机械一体化设计思想，对整体造型，机械机构，及控制系统进行设计，这个设备一共由三部分组成：切割部分、进给部分和滚道设计部分。工作原理是电动机通过联轴器带动切割片做高速旋转运动，把这一部分放在一个平台上，并把平台放在导轨滑块上，通过丝杆带动整套切割装置前后运动，对于滚道的设计我采用了齿轮齿条装置，带动挡板确定位置，可实现不同规格的铜板切割，并且滚道设计时采用气缸压紧，可对铜板进行压紧定位，就是这三部分组成了该套设备。此下料机具有切割动作快，运动平稳，以及数控控制等优点，能够降低工人的劳动强度，实现自动控制，提高劳动生产率。关键词：铜板；自动下料；滚道；切割ABSTRACTIIINTRODUCTIONBased on copper plate blanking process and the process of research, and the observation of the various cutting blanking machinery, the design adopts the integration of mechanical design, on the whole modelling, mechanical, and control system design of the device consists of three parts: the total cutting parts, feed and groove design part. Works by motor through coupling drives the cutting chips as high-speed rotation, put this part on a platform, and platform on the guide rail slider, by screw drive before and after cutting device of a complete set of movements, to the design of the race I used the pinion and rack device, drive the baffle position is determined, which can realize different specifications of the copper plate cutting, and groove design using cylinder pressure, pressure on copper plate for positioning, it is the three components of the set of equipment. The blanking machine has cut fast, smooth movement, as well as the advantages of CNC control, can reduce the labor intensity of workers, to achieve automatic control, improve labor productivity.KEYWORDS: Copper plate; Automatic blanking; Race; cutting本科生毕业设计 1 大电流母线铜板自动下料设备设计(机械部分)（毕业设计说明书1 绪论1.1 课题研究的意义及目的母线（bus line）指用高导电率的铜（铜排）、铝质材料制成的，用以传输电能，具有汇集和分配电力能力的产品。电站或变电站输送电能用的总导线。通过它，把发电机、变压器或整流器输出的电能输送给各个用户或其他变电所。通过调查发现母线的下料大部分是通过操作人员的手工操作，机械化程度低。劳动强度大，效率低，质量差，不能满足大批量的生产。随着时代的发展，大电流母线的下料的自动化、半自动化必须跟上步伐，以满足市场经济的需要。解决无法一台设备满足多种类型母线铜板的问题。毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次综合性考核，我们必须认真对待。为了提高自己的积极性，我选择的不是自己认为最容易的课题，而是选择自己最感兴趣的课题，这样我会更有积极性，更容易投入其中。而且难度大，这并非是一件坏事，只要我努力认真的去做，一步一步的去完成，我肯定能做好，这对于我个人能力也有一定的提升。1.2 国内外设计发展状况母线槽是由美国开发出来的、称之为“Bus-Way-System”的新的电路方式，它以铜或铝作为导体、用非烯性绝缘支撑，然后装到金属槽中而形成的新型导体。在日本真正实际应用是在昭和 29 年(即 1954 年)，自那以后母线槽得到了发展。如今在高屋建筑、工厂等电气设备、电力系统上成了不可缺少的配线方式。由于大楼、工厂等各种建筑电力的需要，而且这种需要有逐年增加的趋势，使用原来的电路接线方式，即穿管方式，施工时带来许多困难，而且，当要变更配电系统时，要使其变简单一些几乎是不可能的，然而，如果采用母线槽的话，非常容易就可以达到目的，另外还可使建筑物变得更加美观。从经济方面来说，母线槽本身与电缆比较，价格贵一些，但是与包含配线用的各种附件及整个电力系统相比较使用母线槽可以使建设费用就便宜多了，特别是电流容量大的情况下，这种情况就更加明显了。和外国技术对比我国存在的问题有：发展不平衡，产品总体水平较低、工艺装备落后，组织协调能力差、本科生毕业设计 2 大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。2 切割部分设计2.1 刀具的选择经过查找各种资料，选用的刀具为圆锯刀，品牌为 DAYOU 大佑，型号为BT，材料为硬质合金，外径为 255mm，刃厚为 2.6mm，内径为 25.4mm，齿数为80，齿形为平梯型。2.2 电动机及减速器的选择方案一：选择 Y 型三相异步电动机，通过皮带系统减速，把动力传输到刀具上，要对大小皮带轮进行设计选择校核，还要选择皮带带型并进行校核。方案二：选择摆线针轮减速器，该减速器配有对应的电动机，直接在输出轴上接联轴器，通过联轴器把圆锯刀轴和减速器输出轴相连接。经过各方面的对比，从经济和方便的各方面比较，本次设计采用方案二。根据实际情况，参考机械设计手册查表 15-2-99，选择摆线针轮减速器 XWD 型的 8105 机型号，该减速器配有电动机。P=2.2kw，高度 h=215mm，电动机加上减速器总长度 L=543mm，重量 =50kg，变速器输出轴直径 D=28mm，各尺寸参考机械设计手册表 15-2-99，电动机提供转速 n=3000r/min,经减速器后输出转速为 2000r/min，可以切断铜排。本科生毕业设计 3 2.3 联轴器的选择上面所选减速器其功率 P=2.2kw，转速 n=2000r/min，输出端轴直径d=28mm。1） 类型的选择选择刚性联轴器 2） 载荷计算公称转矩 =10.505 N.mm20.15.9105.966nPT 310由机械设计表 14-1 查得 =1.5，故由机械设计 式（14-1）得计算AK转矩为=15.825N.m3105.TAca2.4 气缸的选择气缸要支撑的所有部件估计为 60kg，所以选用了亚德客型标准气缸SC50 80，重量为 10kg，材料为铝合金，缸径为 50mm，行程为 80mm，其总高A=150+行径，底座长 S=132mm，工作压力取 1Mpa，所以提供的推力为=1692N 600N 符合要求PDF241502本科生毕业设计 4 3 前后运动部件的设计3.1 选择机械传动部件（1）选用导轨副这个设计承受的载荷需要不大，但是脉冲的当量小、定位的精度高。所以决定选用直线滚动导轨副，因为它具有不易爬行、摩擦系数小、结构紧凑、传动的效率高、安装预紧方便等优点。（2）选用丝杠螺母副伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，则需要满足0.01mm 的脉冲当量和定位精度。因为滑动丝杠副不能达到以上要求，所以只有滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副动态响应快、传动的精度高、寿命长、运转平稳、效率高，预紧后可以消除反向间隙。（3）选用减速装置在选择了步进电动机和滚珠丝杠副之后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，而且应该有消间隙机构。因此，本设计决定选用无间隙齿轮传动减速箱。3.2 导轨上移动部件的重量估算本科生毕业设计 5 重量估算需要按照下导轨上面移动部件的重量。其中包括夹具、工件、上层电动机、工作平台、减速箱、直线滚动导轨副、滚珠丝杠副、导轨座等，估计重量大致是 800N。3.3 传动部件、导向部件的设计、计算和选用3.3.1 计算铣削力使用硬质合金立铣刀，工件的材料为铜材，加工的方式是切断。通过查阅机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-7 铣削力的计算公式为：0.8.750.81.1cezpFafdaz本次选择铣刀直径 d=255mm，齿数 Z=80，为了计算最大铣削力，在不对称铣削的情况下，取最大的铣削宽度 ，侧吃刀量 ，每齿的进给量2.6pm6em，铣刀的转速 。则通过上式可以算得最大铣削力：0.1zfm0/innr.80.750.871.011243cF N各铣削力之间的比值可由机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-5 查得，考虑逆铣时的情况，因为逆铣的情况的受力最大的情况，所以为了安全，应考虑这种最危险的工况。可估算三个方向的铣削力分别为： ，1.573fcF， 。所以工作台在垂直方向上受到的铣0.3854.ecFN0.2537.fncFN削力 ，在水平方向上受到的铣削力分别为 和 。现在将在水7.zfn ffn平方向上较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线方向），则纵向的铣削力，径向的铣削力 。153xfF543.yeF3.3.2 直线滚动导轨副的选型与计算（1）滑块所承受工作载荷 的计算及导轨型号的选择max影响工作载荷的重要因素是直线滚动导轨副的使用寿命。本次设计中的工作台是水平布置的，采用双导轨、四滑块的支承形式。最不利的情况就是垂直于台面的工作载荷由一个滑块全部承担，则单滑块所受的垂直方向最大载荷为： max4GF本科生毕业设计 6 式中移动部件的重量 ，外加载荷 ，80GN357.zFN代入上式，得最大工作载荷 。max57.0.8Fk通过查阅机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-41，按照工作载荷，初选直线滚动导轨副的型号为 KL 系列的 JSA-LG15 型，其额定动max0.58FkN载荷 ，额定静载荷 。794C09.5aCkN考虑到工作的行程需要留有一定的余量，通过查阅机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-35，按照标准系列，选用导轨的长度为 940mm。（2）计算距离额定寿命 L上述选取的直线滚动导轨副的型号为 KL 系列的 JSA-LG15 型导轨副的滚道硬度是 60HRC，工作温度小于或者等于 100，每根导轨上都配有两只滑块，其精度为 4 级，工作的速度较低，载荷不大。通过查阅机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-36表 3-40，分别取硬度系数 、温度系数 、接1.0Hf1.0Tf触系数 、精度系数 、载荷系数 ，代入机电一体化系统0.81Cf0.9Rf5W设计课程设计指导书式（3-33），求其距