人发纤维自动分间色机设计毕业设计说明书.docx

中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）毕业论文（设计）题 目： 人发纤维自动分间色机设计 系部名称： 机械工程系 专业班级： 机自071 学生姓名： 李军凯 学 号： 200780724111 指导教师： 陈亚维 教师职称： 教授 2011年5月20日2摘 要主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的局面，实现人发加工整体关键工序或全部工序的机械自动化生产。要求“人发纤维自动分间色机”能完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作。本课题拟采用的研究手段和方案：现场调研、原理分析、技术分析、设备研制。根据国内外人发纤维加工和制造现状，实施产品制造的机械化、自动化即日可待。在老师的带领下，我们将要设计完成“人发纤维自动分间色机”。使它可以完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，并且提高了生产效率。这一机构的设计发明，填补了国内外人发纤维制造行业机械化的空白，将为我国人发纤维加工制造行业的飞速发展奠定有力基础，也为我国制造行业的自动化做出了巨大贡献。关键字：人发纤维，自动，分间色Human hair fiber color between the automatic machine designAbstractMajor research and development of human hair fiber processing new technology to reverse the human hair fiber is basically all rely on manual labor situation, the key to achieving the ICPD process by a mechanical process or all of the automated production process. Requirements of human hair fiber color between the automatic machine made to complete the delivery, distribution, between the hair, exclusive hair, starting a full set of actions, and more efficient than the current manual, labor demand is greatly reduced. The subject of research methods to be adopted and programs: on-site research, theory analysis, technical analysis, equipment development. According to international human hair fiber processing and manufacturing situation, the implementation of product manufacturing mechanization, automation may be the same day. The teachers guidance, we will design complete human hair fibers between automatic color machine. Hair so that it can complete the delivery, distribution, between the hair, exclusive hair, starting a full set of actions, and more efficient than the current manual, labor demand is greatly reduced. Thereby reducing the damage on the human body, and improve productivity. The design of the body invented to fill the domestic manufacturing industry, mechanization of human hair fiber blank for human hair fibers of the rapid development of manufacturing industry has laid a strong foundation for the automation of our manufacturing industry has made tremendous contributions.Keywords：Human hair fiber Automatic Points between the color目录第一章 引言4第二章 主要符号表6第三章 人发纤维自动分间色机总体方案设计83.1 本课题拟采用的研究手段和方案83.2 方案分析83.3 设备整体布局93.4 设备主要技术参数的确定103.4.1 设备主要技术参数如下103.5 传送部分设计计算103.5.1 传送带尺寸设计计算103.5.2 主轴设计计算113.6 换向部分设计计算163.6.1 齿轮设计如下173.6.2 联轴器设计如下213.6.3 电动机的选择223.7 落发部分设计223.8 分发部分设计233.8.1 电动机的选择24第四章 结论25第五章 参考文献26第六章 致谢27第一章 引言人发纤维制品的生产加工在我国具有产业优势，且处于快速发展期，人发纤维制品的技术改造和产品升级得到各级政府的大力支持，符合国家的产业技术政策。人发纤维制品的收集加工在我国许昌地区有着较长的历史和传统的优势，但在20世纪80年代以前，主要以生产加工档发为主，产品大多销往国外。20世纪80年代末，以河南瑞贝卡为代表的一批发制品生产企业开发了系列的假发制品，一举扭转了我国发制品的生产局面。瑞贝卡迅速扩张成为世界最大的发制品生产企业，开始成为发制品产业国家和地方标准的制定者，在瑞贝卡的引领下，许昌成为中国乃至世界最大的发制品加工、集散地，中国山东的青岛和甄城、浙江义乌、广东的九江和南海等地也形成了较大的发制品加工生产规模，发制品成为快速发展的产业，而且具有良好的发展前景。近几年来发制品的生产销售和出口创汇几乎成倍增长，其中利用人发纤维生产的发制品达到80%以上。各地各级政府采取了一系列扶持优惠政策，支持本地发制品企业的发展和技术改造，促进了发制品产业的迅速发展。开发高端的发制品产品和提高发制品生产加工的机械化、自动化程度是我国发制品产业跃升新台阶的两个关键，对我国发制品产业的健康、持续、快速发展具有重要意义。纵观世界发制品生产，我国虽然具有规模优势，但却主要生产中低端产品，附加值较高的高端产品主要由韩、日、美控制。国内整个发制品产业主要依靠廉价的劳动力优势从事手工劳动，整个产业的机械化、自动化程度相当低，尤其是人发纤维的加工整理几乎全部是手工完成。生产工艺落后；成本较高、质量难以控制；不利于高端产品的开发；生产人员的招聘管理存在较多困难。随着发制品生产规模的不断扩大，手工生产将越来越难以满足要求，将严重制约整个产业的发展。开发能够适应机械化、自动化生产需要的人发纤维生产加工的新工艺，对我国发制品产业的健康、持续、快速发展具有重要意义。将普通纺织纤维加工原理和技术与人发纤维加工的具体情况相结合，研究、开发满足机械自动化生产需要的新工艺，是结合河南省情的纺织工艺创新，符合2008年河南省重点科技攻关计划项目指南要求，对于进一步形成并保持我省发制品、尤其是人发纤维制品的国内、国际优势具有战略意义。人发纤维（通常称为人发、头发）是一种特殊的纤维，它的加工处理与普通纺织纤维的加工处理大不相同，必须将普通纺织工艺的基本原理和技术与人发纤维加工处理的具体情况结合起来，进行系统的研究、创新，开发出人发纤维加工处理新工艺，才能够适应机械化、自动化加工的需要。这方面的系统研究目前在国内还是空白，但却具有重要意义和良好的前景，对于进一步形成并保持我省发制品、尤其是人发纤维制品的国内、国际优势具有战略意义。根据国内外人发纤维加工和制造现状，实施产品制造的机械化、自动化即日可待。由于现在的加工工厂设备不完善，所以在加工过程中对环境的污染非常严重。还有目前基本全靠人工来完成一系列的加工过程，对人体健康伤害也是很大的。为了改善这一现状，在老师的带领下，我们将要设计完成“人发纤维自动分间色机”。使它可以完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，并且提高了生产效率。这一机构的设计发明，填补了国内外人发纤维制造行业机械化的空白，将为我国人发纤维加工制造行业的飞速发展奠定有力基础，也为我国制造行业的自动化做出了巨大贡献。第二章 主要符号表传送带符号表a0中心距L带长d1传送带轮直径d2传送带轮直径带轮包角B传送带宽度轴符号表ca计算应力F所受载荷弯曲应力M所受弯矩扭转切应力T所受扭矩折合系数W抗弯截面系数WT抗扭截面系数齿轮符号表V圆周速度T1齿轮传递转矩b齿宽齿轮角速度KA使用系数n齿轮转速KV动载系数z齿轮齿数K齿间载荷分布系数d1t分度圆直径计算值K齿向载荷分布系数i传动比Kt动载系数d齿宽系数h齿高材料的弹性影响系数m模数许用接触应力F许用弯曲应力HLim接触疲劳极限YSa应力矫正系数N应力循环系数YFa齿形系数j同一齿面啮合次数FE弯曲疲劳强度极限Lh齿轮的工作寿命KFN弯曲疲劳寿命系数KHN接触疲劳寿命系数mt设计模数S安全系数d1分度圆直径KN寿命系数a中心距齿轮许用应力第三章 人发纤维自动分间色机总体方案设计 主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的局面，实现人发加工整理关键工序或全部工序的机械自动化生产。要求“人发纤维自动分间色机”能完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，提高了生产效率。3.1 本课题拟采用的研究手段和方案现场调研：分析研究人发纤维的特殊性及其加工处理的具体要求，深入了解发制品手工劳动的工艺特点、生产率、质量，找出影响实现机械自动化生产的关键及难点；原理分析：利用纺织纤维加工处理的基本原理，分析人发纤维及其加工处理的特殊性，根据人发纤维的生产技术要求，建立能够实现人发纤维机械自动化生产的理论基础；技术分析：探讨纺织纤维加工处理技术应用于人发纤维加工的可行性，建立技术应用基本标准、生产质量标准、生产率要求，提出技术改造或技术创新的具体方案；设备研制：配合人发纤维的工艺创新，研制所需要的研究、测试仪器设备；根据研究确定的人发纤维机械自动化生产的成型工艺，研究开发相应生产设备。3.2 方案分析1.先把两种经过处理且捆好的头发放入漏斗，分别落在传送带1和2上完成“落发、送发”；2.经过去薄辊1和2使头发足够薄，再经过分发设备将头发分成绺以完成“分发”；3.通过机械手将两种分好的头发送到传送带3上，实现间发并且保证一头齐完成“间发、排发”；4.用压板把头发压好送到三连机以完成“出发”。具体方案见图32：图32 人发纤维自动分间色机结构简图3.3 设备整体布局人发纤维自动分间色机主要有箱体、落发设备、送发设备、分发设备、间发设备组合而成。 见图33 ：1-落发设备 2-分发设备 3-送发设备 4-间发设备图33 人发纤维自动分间色机3.4 设备主要技术参数的确定人发纤维自动分间色机主要技术参数包括传送带尺寸、传送带速度、步进电机型号、加工人发纤维长度范围等。由于设备是加工制造人发纤维，所以传送速度要求非常慢且传送的同步性要求非常高。所以在这里动力设备选用步进电机，带和带轮均选用同步带和同步带轮。3.4.1 设备主要技术参数如下传送带宽度 B=500mm传送带长度 L=3150mm传送带速度 V=0.01m/s加工人发纤维长度 l=12inch14inch同步带轮直径 d1=d212=101.06mm传送处带步进电机型号： 863HB97583 保持转矩：T=4Nm 电压 U=2448V驱薄辊处步进电机型号：55BY001 保持转矩： T=0.78Nm 电压 U=12V两处步进电机转速: r1=r2=12r/min轴承型号分别 6003 6004 6005齿轮模数 m=2.5 齿数 Z1=Z2=72 3.5 传送部分设计计算3.5.1 传送带尺寸设计计算根据要加工的人发纤维长度，初步定传送带轮中心距a0=1400mm，带宽B=500mm，由于是两个同样的同步带轮，初步选定同步带轮直径d1=d212=101.06mm，传送带速度 V=0.01m/s，带长L0=2 a0 +（d1+d2）/2+（d1-d2）2/4a0 =21400+3.14(101.06+101.06)/2+(101.06-101.06) 2/4x1400 =3117（mm）根据JB/T 7512.11994 可选带长L=3150mm再根据公式a= a0 + (L-L0)/2，可计算出实际中心距a =1416.5（mm）根据JB/T 113621989可选带宽b0=50.8mm3.5.2 主轴设计计算选择轴的材料选用45钢，正火处理。估计轴的直径小于15mm，查的：b =590Mpa，s =295Mpa，-1 =255 Mpa，-1=140 Mpa。所承受的扭矩初估计轴的最小直径 M=F*L F=mg 估算m=100kg 深沟球轴承摩擦系数 =0.0010-0.0015 P=MN/9550 查的，=126-103，取 =110（此轴为转轴）。则d5.5mm因最小直径在带轮处，此处有一键槽，且由于轴的悬伸量不大，但扭矩较大，故轴径因适当增大，参照有关经验，取标注值 d=15mm。 轴的结构设计（见图351）图351a. 确定各段轴的直径自右向左第一段轴：d-=15mm；第二段轴：d-=21mm；（取定位轴肩高度h=3mm）；第三段轴： d-=25mm；（轴承型号取6005）；第四段轴：d-=35mm；（取定位轴肩高度h=5）；第五段轴：d-=25mm；（轴承型号取6005）。b. 初选轴承类型及型号因轴主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，型号为6005c . 确定各段轴的长度自右向左第一段轴：l-=56mm（带轮轮毂宽B=57.3mm）；第二段轴：l-=35mm；(l-=15mm+20mm=35mm)；第三段轴： l-=83mm；(l-=B+B1=55+14+2+12=83mm，式中：B同步带轮宽度；同步带轮距离箱体内壁距离，一般在1015mm选取，B1轴承宽度)；第四段轴：l-=400mm；（l-=B-2-2B=528-214-250=400mm 式中：B同步带轮宽度；同步带轮距离箱体内壁距离；B箱体内壁距离）。第五段轴：l-= l-=83mm d. 轴上零件的周向固定带轮处采用A型普通平键联接，由手册查得截面尺寸:自右向左第一段轴的键：bhl=5mm5mm45mm；第三段和第五段的键：bhl=8mm7mm45mm.e. 确定轴上退刀槽及轴肩与轴端表面粗糙度两轴颈间退刀槽尺寸为 20.4mm; 轴头表面粗糙度 ，轴肩表面粗糙度由轴承标准查得 。 轴的受力分析a. 扭矩b.确定跨度右端支反力作用点到带轮作用点间的距离为：=49.5mm左端支反力作用点到带轮作用点间的距离为：=49.5mm两支反力作用点间的距离为：+=554mmc. 作计算简图 见图352bd. 计算作用在轴上的力作用在传送带带轮上的受力：作用在动力同步带带带轮上的受力：Ft=e. 求水平面内支反力 垂直面上（V面） 如图352c水平面上（H面） 如图352df. 作弯矩图垂直面弯矩 如图352c水平面弯矩 如图352d产生的弯矩 如图352e合成弯矩 如图352fg. 作转矩图 如图352gT=4作计算弯矩图 如图352h图352传送带主轴的载荷分析图h. 按弯矩合成应力校核轴的强度轴的材料为45钢，调制处理。硬度为230HBS,强度极限=640MPa，屈服极限=355 MPa，弯曲疲劳强度极限=275 MPa,剪切疲劳极限=155 MPa由计算弯矩图可见，V截面的计算弯矩最大，该处的计算应力为：截面的计算应力为：均小于许用应力=60MPa，故安全。校核键联接的强度安装动力带轮需要用一个 A 型普通平键来联接，轴径为15 mm ，需对该处键联接的强度进行校核。已知：键b h L=5 5 45mm，工作长度l= L-b = 45mm-5mm =40mm ，键高 h=5mm ，接触高度 k = h/2 = 5mm /2 = 2.5 mm挤压强度和剪切强度校核： 查得=90Mpa,=（100-120）Mpa，故合适。3.6 换向部分设计计算换向部分如图 361图 361此轴段的主要失效形式是磨料磨损和弯曲折断，按弯曲疲劳强度计算。由于此处只需要改变传动方向，不需要增速或者减速，所以选用两个齿轮是完全一样的。3.6.1 齿轮设计如下1. 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 按照设计方案，选用直齿圆柱齿轮传动，8级精度 齿轮材料选45钢，调质处理，硬度240HBS, =650, =380确定载荷系数,载荷有轻度冲击，取=1.45二者材料硬度差为40 HBS选择齿数=722. 按齿面接触强度设计试选载荷系数=1.3查机械设计表10-7，取齿宽系数=1查机械设计表10-6，材料的弹性影响系数=189.9查机械设计图10-30，选取区域系数=2.433查机械设计图10-26，齿轮传动的端面重合度=0.78=+=1.56查机械设计图10-21，按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限=600按工作寿命15年，每年300天，两班制，计算应力循环次数=60121（2830015）=5.18107查机械设计图10-19，接触疲劳寿命系数=0.94取接触疲劳安全系数=1，则接触疲劳许用应力=0.94600=564=0.94550=517=（564+517）/2=540.5则100mm圆周速度=0.67m/s齿宽 =60mm=3.35=7.53=13.28载荷系数 取使用系数=1查机械设计图10-8，=0.67m/s，8级精度，取动载荷系数=1.05查机械设计表10-4，解除疲劳强度计算用齿向载荷分布系数的计算公式=1.15+0.18+0.31=1.361查机械设计图10-13，弯曲强度计算的齿向载荷分布系数=1.28查机械设计表10-3，齿间载荷分配系数=1.4由此，可求得载荷系数=11.051.41.361=2按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径=160mm计算模数=2.5mm3.按齿根弯曲强度设计计算载荷系数=11.051.41.28=1.88查机械设计图10-28，根据=2.299，螺旋角影响系数=0.88计算当量齿数=72查机械设计表10-5，齿形系数= =2.50 应力校正系数= =1.63查机械设计图10-18，弯曲疲劳寿命系数=0.9去弯曲疲劳安全系数=1.4，则弯曲疲劳许用应力=0.9500/1.4=321.43=0.9380/1.4=244.29所以对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2.5mm，可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径=178.6mm计算应有齿数。=71.44 取=723. 几何尺寸计算中心距 圆整为180mm分度圆直径=180mm齿轮宽度=60mm顶圆直径=180+22.5=185mm齿根圆直径=180-23=172mm齿顶圆直径160mm500mm,做成腹板式结构，开4个孔。如图362图 3623.6.2 联轴器设计如下1. 联轴器的种类和特性联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持连接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。2. 联轴器类型的选择 由于此处的所传递的扭矩不是很大，工作环境不算恶劣，所以根据机械设计手册GB/T 11841196，可选平键套筒联轴器。如图 363图 3633. 联轴器扭矩的计算由于机器启动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩Tca。计算转矩按下式计算式中，T为公称转矩，；为工作情况系数，查机械设计表141可得=1.3此处步进电机静扭矩T=43.6.3 电动机的选择由于整套设备传送的负载是人发纤维，质量非常的轻，所以设备所需的输入功率不大。但是设备需要在传送带上完成人发纤维的落发、分发、间发等一系列过程，所以要求传送带的同步性非常的高，因此在这里选择步进电机。由于负载很轻，可以忽略，在此步进电机只需要克服设备本身的启动转矩就可以了，所以步进电机静转矩不需要太大，在此处选择型号863HB97-583的步进电机。其具体参数 见表：361表 361型号Model步距角Step Angle(O)机身长LengthL(mm)额定电流Current(A/phase)驱动器电源输入Power Supply保持转矩Holding torque(N.m)转动惯量Rotor inertia(g.cm2)重量Weight(kg)轴径Shaft diameter(mm)轴伸Axis stretch(mm)863HB97-5831.2975.8DC24-48V 5A42400312303.7 落发部分设计待加工的是经过处理的成捆的人发纤维，长度在12inch14inch，需要均匀的落在传送带上，所以我选择用一个窄长的漏斗下面焊接一个倾斜300的滑板，滑板底端距离传送带很近。滑板上方装一个驱薄辊，将漏下来的人发纤维驱薄。驱薄辊也距离传送带很近，保证落在传送带上的头发很薄很均匀。具体机构图 见图 364图 3641.漏斗支撑板 2.漏斗 3.滑板 4.驱薄辊 5.滑板支撑板3.8 分发部分设计分发就是把传送带上送过来的一排人发纤维均匀的分开，使之成本为一绺一绺的，为后续工作做准备。在此处使用一个棘轮和一个弧形挡板来实现。将棘轮的连续圆周运动转化为弧形挡板的间歇上下运动，从而实现分发功能。具体机构图 见图 365图 3651.弧形挡板 2.棘爪 3.棘轮 3.8.1 电动机的选择由于此处传动轴很细，载荷很小，各方面受力都很小，但同步性要求很高，所以选择小转矩步进电机。根据机械设计手册，选择型号55BY001的步进电机。其具体参数 见表：362表 362型号Model步距角Step Angle(O)机身长LengthL(mm)额定电流Current(A/phase)驱动器电源输入Power Supply保持转矩Holding torque(N.m)转动惯量Rotor inertia(g.cm2)重量Weight(kg)轴径Shaft diameter(mm)轴伸Axis stretch(mm)55BY0017.5550.2216V 0.7820002816第四章 结论通过我们去许昌发制品生产基地实习了解到，目前全国乃至世界上在人发纤维的加工过程中，大部分工作都是由工人们手工来完成。这样不仅效率低，并且整体质量也不能保证。最严重的是发制品生产过程中环境非常恶劣。发制品行业废水具有间歇性排放、酸碱变化大、较高的色度、成份复杂、氨氮含量高和含有对生物菌种有抑制性物质的特征。所以用机械化来替代这些工作显得尤为重要。通过我们的调查和参观，接下来整个毕业设计过程中在老师的带领下主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的局面，实现人发纤维加工整个关键工序甚至全部工序的机械自动化生产。要求“人发纤维自动分间色机”能完成送发、分发、间发