毕业论文-太阳能热水器内桶合口机的设计.doc

8 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 太阳能热水器内筒合口机的设计 学学 院院 机械工程学院 专专 业业 机械工程及自动化 班班 级级 学学 生生 学学 号号 指导教师指导教师 二一一 年 五 月 三十 日 济南大学毕业设计 - I - 摘摘 要要 太阳能热水器内筒合口机是一种用于太阳能内筒不锈钢冷轧钢板合缝作业的加 工设备。目前，对于太阳能内筒的封口普遍采用两种形式，缝焊封口和滚压轧合封 口。缝焊封口易产生焊缝毛刺,由于熔深不均容易产生漏水现象，缩减了热水器的使 用寿命。因此绝大部分太阳能生产厂家都采用滚压轧合封口来生产太阳能热水器的 内筒。 用于实施滚压封口工艺的设备是合口机，本文所进行的设计是在对目前使用的 合口机进行分析研究后展开的。目前存在的合口机多采用手动滚压作业，加工后的 产品存在合缝不实、错缝和咬口变形等质量问题，容易引起合缝处漏水，导致整个 水箱的报废。为此，对合缝机进行了改进设计。 在传动系统的设计中，采用带蜗杆传动，将电机的输出动力通过 V 带、蜗轮 蜗杆减速器传递到链轮上，再通过链条带动行走机构行走。行走机构采用四个导向 轮在直线导轨上行走，保证行走的直线度。滚压机构装在行走机构上，通过气缸活 塞杆的伸缩实现滚压轮的滚压、抬起。为保证滚压轮在滚压过程中不产生偏移，采 用花键连接，花键套固定在行走机构的机架内，花键轴与滚压轮连接。由于气体具 有可压缩性，在实施滚压作业时可自动调节，这样保证提供了恒定的压紧力。在滚 压的同时采用琴键压紧装置代替人工固定板材来夹紧工件，提高了咬口定位精度， 减小了侧向力。 针对以上问题及改进方案，本文主要进行了传动方案的设计计算、整机结构的 整体设计、电动机及一些辅助器件的选择以及一些校核计算等。 关键词：合口机；滚压；太阳能热水器水箱； 济南大学毕业设计 - II - ABSTRACT The linking machine of inner cylinder in solar water heater is used to seam the stainless steel plate in solar water heater. Presently, there are two ways to seam the inner cylinder in solar water heater, welding sealing and rolling sealing. Using the welding method, it is easy to produce burr and water leakage due to the unevenly depth of fusion, which will reduce the life of the heater. So most heater producer use the rolling method to seal the inner cylinder. The linking machine is used in the rolling process. The design of this paper is written on the basis of analysis of the present linking machine. As the current linking machine is hand-actuated, the juncture of the product made by this machine is not strong, with break joint, deformed seam and easy water leakage which will lead to the scrap of the heater. So we improve the design of the linking machine. The belt drive and worm gear operated is used in the driven system design, and the power from the motor is conveyed by the V belt、the worm reducer to the chain wheel, the chain of which will drive the ambulating device to move. Four guide rollers of the ambulating device to move along the straight guide rail to make sure the straightness. The rolling device is installed in the ambulating device, using the air cylinder rods telescopic to realize the rolling and raising of rolling wheel. Use the spline joint to ensure there is no excursion of the rolling wheel in the rolling process. The spline housing is fixed inside of the ambulating device, and the spline shaft is connected with the rolling wheel. Because air is compressible and can be adjusted by itself in the rolling process, this can make sure the stable pressure. At the same time of rolling, using the keys pressure device instead the artificially fixed to do the tightening job with higher accuracy and lateral force. Aiming at the problems and improving plan, this paper is mainly about the design calculation of the convey plan, the overall design of the whole structure, motor, choice of auxiliary facilities and check calculation ,etc. Key words：linking machine；rolling；solar water heater tank 济南大学毕业设计 - III - 目 录 摘要. .I ABSTRACT.II 1 前言.1 1.1 选题的背景与意义.1 1.1.1 国内外研究现状1 1.1.2 选题的目的及意义.1 1.2 本文设计的主要内容.2 2 方案设计及论证.3 2.1 传动系统方案设计.3 2.1.1 几种传动方案比较.3 2.1.2 传动方案的确定.3 2.2 滚压系统方案设计.4 2.3 整机结构方案设计.4 3 传动系统的总体设计.5 3.1 传动系统总体方案设计5 3.2 电动机的选择.5 3.3 传动系统的传动比分配.6 3.4 计算传动装置的运动和动力参数.6 3.4.1 各轴转速的计算.6 3.4.2 各轴功率的计算.7 3.4.3 各轴转矩的计算.7 4 传动零件的选择设计及计算.8 4.1 带传动的设计计算8 4.1.1 V 带的选用安装及设计计 算.8 4.1.2 带轮的设计计算.10 4.2 链传动的设计计算12 4.2.1 滚子链的设计及计算.12 4.2.2 链轮的设计计算.12 4.3 蜗杆传动的选择14 5 各执行机构零件的设计.16 5.1 滚压机构零件的设计计算.16 5.1.1 压紧气缸的选择计算.16 济南大学毕业设计 - IV - 5.1.2 滚压机构零部件的设计.18 5.2 行走压紧机构及其他零部件的设计20 5.2.1 行走机构零部件的设计.20 5.2.2 压紧零部件的设计.21 5.2.3 其它零部件的设计.22 6 结论.24 参考文献.25 致谢.26 济南大学毕业设计 - 1 - 1 前言 1.1 选题的背景与意义 1.1.1 国内外研究现状 我国的太阳能产业自萌芽发展到整体产业规模居世界前列，只经历了短短的几 年时间，是世界上发展较快的国家。然而，对于太阳能的生产却存在着一些问题， 如容易产生漏水、保温时间短等，而这些问题主要出现在内筒封口处。内筒是太阳 能热水器的核心，其特性影响着产品的整体寿命。由于不锈钢材料具有优良的耐腐 蚀性能，大多数制造厂家都选用不锈钢材料作为太阳能热水器的内筒。对于太阳能 内筒的封口方式12目前普遍采用两种形式，缝焊封口16和滚压轧合封口18。缝焊 封口易产生焊缝毛刺,由于熔深不均容易产生漏水现象,需进行补焊,此工艺耗电量大,性 能要求高,从而提高了产品的成本；而采用滚压封口工艺可以避免以上的缺点而且封 口效果好，密封性能强。 用于实施滚压封口工艺的设备主要是合口机（或称为合缝机、纵缝咬合机）,它 主要是完成合口作业。下面就国内外生产的合口机做一下比较： 目前国内生产合口机的厂家有多家，比如宁津县恒硕太阳能设备有限公司、山 东宏泰高端机械有限公司等，他们生产合口机的技术已经相对比较成熟，采用的都 是滚压合口工艺，即在不锈钢冷轧钢板两边折弯后扣合在一起11，通过滚轮压紧来 达到合口的目的。只不过是有的还在采用手动调整59，合口效果不好，密封性能 不强。国外也有很多生产合口机的厂家，在市场上比较有竞争优势的是德国生产的 联合口合缝机，该种合口机具有体积重量小、操作稳定方便、工作效率高、合缝质 量好等优点，而且开动时不依赖于联合口的板高，在外圈转弯的时候不需要转换机 器的部件，符合人体力学的设计，使得应用起来非常的便利。 1.1.2 选题的目的及意义 太阳能产业在我国正迅猛发展，人们对于太阳能产品的需求正与日俱增，因此 目前迫切需要解决太阳能产品存在的问题以及提高生产效率来满足人们的需求。针 对太阳能内筒封口处容易出现漏水问题，采用一次性滚压成型工艺，提出太阳能内 筒合口机的设计。 应用该合口机对太阳能内筒进行滚压合口加工，解决了金属内筒焊接处易腐蚀 漏水的隐患，密封性能强、封口效果好，而且不用任何其他辅助连接工具，可以准 确高质量的结合缝隙，不损伤金属的表面。从生产效率上来看,滚压封口从上工件到 完成封口,所需要时间是 15 秒左右，封口时间短。此外，采用此种工艺还能节省投 资。总之,采用滚压合口工艺,产品的一次性合格率有所提高,生产效率会大大提高, 济南大学毕业设计 - 2 - 使产品质量有一个质的飞跃。 1.2 本文设计的主要内容 针对合口机所要实现的滚压合口工序以及对于机器所要求的设计参数进行了合 口机的设计。 合口机的工作原理:将完成折弯、卷圆后的待合口的工件放入该机器后，将两折 好的边缝扣接在一起放到套轴上面的方枕上，通过脚踏式空气开关使气囊膨胀克服 弹簧的拉力将可动琴键式压板压下，从而压紧待合口的工件，压紧后滚压机构在链 条的带动下沿导轨行走，完成滚压作业。当滚压机构走到工件的另一端尽头时，定 位传感器发出信号，使气缸在电磁阀的控制下伸长活塞杆，从而使合口机端部的套 轴支撑板打开，将加工好的内筒从套轴上取出。 合口机的主要设计参数： 电机 1.5KW，1400r/min 滚压轮行走速度 0.15m/s 零件的尺寸规格 加工直径 420mm460mm 最大加工长度 3000mm 机器的工作效率 4 件/min 合口机机械部分的设计内容主要包括： （1） 太阳能内筒合口机传动方案的设计； （2） 电动机的选择； （3） 传动方案中所涉及的传动部件的设计计算； （4） 减速器的选择； （5） 太阳能内筒合口机的结构特征设计； （6） 非标准件的设计计算以及校核 济南大学毕业设计 - 3 - 2 方案设计及论证方案设计及论证 2.1 传动系统方案设计 内筒合口机工作时，电动机的旋转运动最终转变为行走机构的直线运动来实现 对待加工工件的滚压作业。 2.1.1 几种传动方案比较 （1）两级齿轮传动：传动效率高，结构紧凑，但是由于电机速度和工作速度相 差较大，需要有较大的传动比，需两级齿轮传动，制造安装精度要求高，价格较昂 贵； （2）齿轮齿条传动：平稳性高，传递运动准确可靠，但制造和安装要求较高， 工作环境要好2； （3）齿轮丝杠螺母副传动：传动精确，但丝杠螺母副滑移现象严重，传输效 率不高，而且丝杠在长距离重负载的传动下容易弯曲变形； （4）带齿轮传动：带具有良好的缓冲吸振作用，过载时打滑可避免零件破坏， 链传动能够保证准确的传动比，传递功率较大，该传动方案结合了带、齿轮传动的 优点，但是结构不紧凑，占用空间较大； （5）带蜗轮蜗杆：该方案利用了蜗轮蜗杆传动能在空间形成任意方向传动， 而且传动比大的优势，使传动结构紧凑，减小了占用空间。 2.1.2 传动方案的确定 首先必须要满足机器的功能要求，如所传递功率的大小、转速和运动形式，此 外还应使工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、工艺性好、使用维护方便。 为此，根据合口机的工作环境、自身的特点以及以上各方案的对比分析，结合现在 制造技术的提高，选用带蜗轮蜗杆传动方案，其运动简图如下: 济南大学毕业设计 - 4 - 图 2.1 传动简图 2.2 滚压系统方案设计 通过功能分析，初步确定各个功能单元的结构及应用原理。滚压系统由压紧装 置、气动装置、滚压轮、导向轮、支撑架组成。其中压紧装置是由一组可动琴键压 块10、气囊、弹簧组成。可动琴键通过弹簧与导轨的下边缘相连，并且可动琴键上 有一个凹槽，气囊夹在可动键凹槽和导轨下边缘之间，气囊管路上连接有电磁阀， 通过电磁阀来控制气囊的充气和放气。工作时气囊充气膨胀带动可动琴键下移，并 使可动琴键上的弹簧被拉开，可动琴键的前端将工件压紧等待滚压作业；加工完毕 后，气囊放气，弹簧在恢复力的作用下带动可动键复位，工件被松开。气动装置的 作用是在工件被压紧后，使气缸推动滚压轮向下移动到工件合缝处。由于该气动装 置可以准确调整滚压力的大小，并使加工的工件合缝处各点受力均匀，从而提高了 合缝的质量6。工件被压紧后，电机的动力通过传动系统传递到链轮上，从而驱动 链条带动支撑架沿导轨直线行走，完成滚压作业。 2.3 整机结构方案设计 该机器主要由滚压机构、行走机构、动力箱、套轴、底座、支架、支撑板以及 一些气缸、电器控制件等组成。套轴的一端通过卡套固定安装在动力箱内，在套轴 的上方安装有与套轴平行的导轨，导轨的两端分别通过螺栓固定在支架和动力箱上。 动力箱内安装有电机、传动装置以及电气控制装置等。滚压机构包括有气动装置、 压紧装置、滚压轮、导向轮、支撑架，气缸固定在支撑架上，其作用是推动滚压轮 使其紧紧压在待合口的工件上，该机构在链条的带动下沿导轨行走。支撑板是由气 缸带动，在对工件完成滚压作业后，气缸活塞杆伸出，推动支撑板抬起，从而取出 工件。整机结构如图 2.2 所示。 图 2.2 合口机整体结构图 济南大学毕业设计 - 5 - 3 传动系统的总体设计 3.1 传动系统总体方案设计 通过上面的分析论证，传动方案为带-蜗轮蜗杆传动，根据合口的实际工作情况 以及考虑到空间紧凑性等方面的问题，选用的传动系统部件组成为: 电动机带轮蜗轮蜗杆减速器链 3.2 电动机的选择 （1）电动机通常选用 Y 系列三相交流异步电动机。对于频繁启动、制动和反 转的场合（如起重机等） ，则选用冶金或起重用 YZ 型（笼型）或 YZR 型（绕线型） 三相交流异步电动机。电动机结构形式主要有防护式、开启式和防爆式等。电机的 安装形式可根据防护要求来选择。 （2）确定电动机的功率 标准电动机的容量以额定功率来表示，所选用电动机 的额定功率应不小于工作机要求的功率 Pd。工作机要求的电动机功率 Pd为 Pd=Pw/ (3.1) 式中 Pd工作机要求的电动机输出功率，单位为 kW Pw工作机所需输入功率，单位为 kW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率。 总传动效率的计算： (3.2) 21 其中、分别为带传动的效率、蜗杆减速器的效率。 1 2 查机械设计手册（表 1-7）知各部分的传动效率： 蜗杆传动（单头蜗杆）：=0.700.75 2 V 带传动：=0.96 1 总传动效率：=0.6720.72 21 所以总传动效率 =0.6720.72 因此 济南大学毕业设计 - 6 - Pd=Pw/=1 /0.672=1.488（kW） (3.3) Pd=Pw/=1/0.72=1.388 （kW） (3.4) 所以所需电机的功率为：1.488kW （3）电动机转速的选择 对于 Y 系列的电动机，通常多选用同步转速为 1500r/min 和 1000r/min 的电动机， 如无特殊需要，一般不选用低于 750r/min 的电动机。而太阳能内筒合口机为一般的 工作机，对电机没有特别的要求，因此通过查机械设计手册选用同步转速 1500r/min,额 定功率为 1.5kw 的型号为 Y90L-4 的电动机。参数如表 3.1 所示 表 3.1 电动机参数 3.3 传动系统的传动比分配 已知电动机的转速 n1=1400r/min，滚压机构行走速度 v=0.15m/s 传动比分配及选择原则为 （1）各级机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取。 （2）应使传动装置结构尺寸小，重量轻。 （3）应使各传动件结构合理，尺寸协调，避免干涉碰撞。 本传动系统中由蜗杆减速器以及 V 带传动来分配传动比，V 带传动比推荐为 （25） 。根据以上选择原则，带传动比选择为 2.27，蜗杆减速器传动比选择 50。 3.4 计算传动装置的运动和动力参数 3.4.1 各轴转速的计算 n1=1400(r/min) =616.74( r/min)n 1 1 n i 1400 2.27 =12.33( r/min)n 2 n i 616.74 50 型号功率(kw)电流(A)转速(r/min)效率(%) Y90L-41.53.7140079 济南大学毕业设计 - 7 - 式中，n1为电动机转速，r/min；、分别为、轴的转速，r/min； 、依次nn 1 i 2 i 为由电动机轴至、轴间的传动比。 3.4.2 各轴功率的计算 = Pd=1.50.96=1.44（kw）P 1 = =1.440.7=1.008（kw）PP 2 式中，Pd为电动机输出功率，kW；、为、轴的输入功率，kW；、依PP 1 2 次为电动机轴与轴、轴与轴间的传动效率。 3.4.3 各轴转矩的计算 =9550=9550=10.23（Nm） d T d d P n 1.5 1400 10.232.270.96=22.29（Nm）T d T 1 i 1 =22.29500.7=780.26（Nm）TT 2 i 2 式中，为电动机轴的输出功率，Nm；、为、轴的输入转矩，Nm。 d TTT 济南大学毕业设计 - 8 - 4 传动零件的选择设计及计算 4.1 带传动的设计计算 V 带传动是一种挠性传动。传动的基本组成零件是带轮和传动带。当主动带轮 转动时，利用带轮和传动带之间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递 给从动轮。带传动具有结构简单、传动平稳、缓冲吸震和价格低廉等特点，在机械 设计中应用广泛。 4.1.1 V 带的选用安装及设计计算 标准普通 V 带是用多种材料制成的无接头环形带。这些材料包括顶胶 1、抗拉 体 2、底胶 3 和包布 4，组成方式如图 2.2 所示 图 4.1 普通 V 带的结构 根据抗拉体的不同，V 带分为帘布芯和绳芯 V 带两种。本设计中选择普通帘布 芯 V 带。 已知条件：电动机功率 P=1.5Kw，转速 n1=1400r/min，传动比 =2.27，每天工作 1 i 8 小时。 设计计算过程： （1）确定计算功率 由机械设计2表 8-7 查得工作情况系数 KA=1.1，故 Pca=KAP=1.11.5=1.65(kw) (4.1) （2）选择 V 带的带型 根据 Pca、n1由机械设计课本图 8-11 选用 A 型 济南大学毕业设计 - 9 - （3）确定带轮的基准直径 dd 并验算带速 v 1）初选小带轮的基准直径 dd1。由机械设计课本表 8-6 和表 8-8，取小带轮的基 准直径 dd1=90mm 2）验算带速 v。 v= = =6.594(m/s) (4.2) 1 1 60 1000 d d n 3.14 90 1400 60 1000 因为推荐带速 5m/s(F0)min。 （7）计算压轴力 Fp 压轴力的最小值为 FQ=2299.76sin(176.02/2)=398.8(N) (4.11) )2/sin(2 1min0 Fz 济南大学毕业设计 - 11 - 4.1.2 带轮的设计计算 根据带轮的基准直径、带轮转速等条件，确定带轮的材料、结构形式、轮槽、 轮辐和轮毂的几何尺寸、公差和表面粗糙度以及相关技术要求。 根据轮辐结构的不同，V 带轮可以分为实心式，腹板式，孔板式、椭圆轮辐式 3。 根据机械设计手册中册第二版（修订）表 8-12，设计中的小带轮选择为实心轮， 大带轮选择为腹板轮。 （1）小带轮计算： 小带轮节圆直径为 90mm，电机轴伸直径为 D=24mm， =95.5 mm，轮宽 B=2f+e=33mm， a d 根据机械设计手册中册第二版（修订）表 8-12，小带轮形式选择为实心轮。 由手册表 8-11 查得 ha=2.75mm，Hmin=12.5mm，e=16mm，f=10mm ，=6mm，=90+22.75=95.5mm 0 34 11 2 ea ddh 结构如图 4.2 所示 图 4.2 小带轮结构图 （2）大带轮计算： 已知小带轮节圆直径为 200mm，轴径为 40mm，轮宽 B=33mm 济南大学毕业设计 - 12 - =205.5mm，L=33mm a d 根据机械设计手册中册第二版（修订）表 8-12，小带轮形式选择为腹板轮 由表 8-11 查得 ha=2.75mm，Hmin=12.5mm，e=16mm，f=10mm ，=6mm，=200+22.75=205.5mm 0 34 11 2 ea ddh 大带轮结构如图 4.3 所示： 图 4.3 大带轮结构图 4.2 链传动的设计及计算 4.2.1 滚子链的设计及计算 （1）已知条件：Pd =1.5 kW，n=12.33 r/min （2）确定计算 由2表 9-6 查得=1.0，图 9-13 查得=1.1，单排链。选链轮齿数 23 齿。 A K Z K 则计算功率为 Pca=KAKZP=1.01.11.5=1.65（kW） 据 Pca=1.65 kW 及 n=12.33 r/min，查图 9-11，选 20A-1。 济南大学毕业设计 - 13 - 查机械设计2表 9-1，链条节距为 P=31.75mm 初选中心距 =（3050）p=（3050）31.75=15242540（mm） 0 a 链速 v=0.15（m/s） 1 1 60000 n z p12.32 23 31.75 60000 4.2.2 链轮的设计计算 （1）链轮齿形 滚子链与链轮的啮合属于非共轭式啮合，其链轮齿形设计比较灵活。在国标 GB/T12431997 中没有规定具体的链轮齿形，仅规定了最小和最大齿槽形状及其极 限参数，参照表 9-21计算出滚子链链轮的齿槽形状如图 4.1 所示。 图 4.4 链轮齿槽形状图 （2）链轮的基本参数和主要尺寸 链轮的基本参数是配用链条的节距 p、套筒的最大外径，排距和齿数 z。 1 d t p 由上面的计算可知选用单排链，齿数 z=23。 查机械设计表 9-1 得： 配用链条的节距 p=31.75mm 济南大学毕业设计 - 14 - 滚子外径=19.05mm 1 d 由机械设计表 9-3 滚子链轮的主要尺寸计算得： 分度圆直径 d d= 0 1 180 sin z p （4.12） =31.75/sin(180/23)=233.45(mm) 齿顶圆直径 a d maxa d1.25 r dpd （4.13） =233.45+1.2531.75-19.05 =254.08（mm） mina d 2 1.6 (1) r dd z （4.14） =233.45+(1-1.6/23)-19.05 =243.94（mm） 取=250mm a d 齿根圆直径 f d =d-=214.4(mm) f d 1 d 链轮的轴向齿廓尺寸由表 9-42查得，最终链轮结构如图 4.5 所示 济南大学毕业设计 - 15 - 图 4.5 链轮轴向尺寸 （3）链轮的材料及结构 链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于运动中有动载荷，故链轮选用 15Cr 经渗碳淬火处理。链轮直径较小，制成整体式。 4.3 蜗杆传动的选择 由上面的计算分配知蜗杆减速器的传动比为 50，为节约生产成本，采用直接外 购现有的蜗杆减速器产品。通过上网查阅比较选择，最终选用河北桥星减速机制造 有限公司生产的阿基米德圆柱蜗杆减速器。本系列为重型机械行业标准（Q/ZB125- 73） ，是一级传动的 WD（蜗杆下置）WS（蜗杆上置型） 。 其适用范围如下： 蜗杆啮合处滑动速度不大于 7.5/S； 蜗杆转速不超过 757rad/S(1500rpm)； 工作的环境温度为-40+40； 可用于正反两向运转。 标记示例 WD 150 - 30 - ：“W“表示蜗杆传动， “D”表示蜗杆在下 ：中心矩 =150mm ：实际传动比 30 济南大学毕业设计 - 16 - ：第种装配形式 依据传动系统结构及动力要求，选用 WD180-50-型减速器。尺寸及装配形式见图 4.6。 图 4.6 WD150-360 型尺寸及装配型式图 济南大学毕业设计 - 17 - 5 各执行机构零件的设计计算 5.1 滚压机构零件的设计计算 5.1.1 压紧气缸的选择计算 对水箱内筒使用的材料（ 不锈钢冷轧钢板）进行压力测试，测得压紧力是 2313N6。 要得到 2313N 恒定压紧力，必须使滚压轮的高度随杆轴挠度变化而变化，气缸 具有一个优越的特性输出力恒定，因此，采用气缸带动滚压轮。 气缸的选择： 已知：气缸的实际负载 F1=2312N，查表可知负载率 =0.56。 气缸的理论输出力 F=F1/0.5=4624N，又 26 1 10 4 FD F （5.1） 即 4624=3.1440.6 2 D 6 10 求得：D=0.99m=99mm 所以选择缸径 D=100mm 的气缸。 通过上网搜索，查询气缸的生产厂家，选用温州豪享莱贸易有限公司生产的气 缸, SC-10025，SC 表示标准复动型（拉杆式） ，缸径 100mm，行程 25mm。其外 形结构如图 5.1 所示，外形尺寸参照表 5.1。 图 5.1 气缸外形结构图 济南大学毕业设计 - 18 - 表 5.1 气缸外形尺寸参数表 5.1.2 滚压机构零部件的设计 合口工序是在折弯工序完成后进行的，是将折弯后的折边对扣在一起进行滚压 合口作业15，一般折弯的折边量7大约为 5mm，两折边对扣后大约宽 10mm，为保 证精确的滚压合口，滚压轮轮宽选择 20mm，为了安装滚压轮需留有空间装轴承， 因此滚压轮固定架宽设为 70mm，花键轴选择 10727812。 滚压作业需要在一个工作平面内进行，即需要一个平面来支撑滚压作业，为此 设计了一个套轴。由于该套轴要承受滚压轮施加的滚压力，时间长了易磨损，影响 加工质量，因此将该套轴设计成由两部分组成。一部分是空心的圆柱轴，一部分是 矩形的方枕，其中矩形方枕通过螺栓固定在空心圆柱轴上，方便方枕损坏后更换。 圆柱轴端设计成一圆弧状，防止挡板在抬起过程中与套轴干涉，影响挡板的正常抬 起。套轴的另一端通过一个固定套来固定在后挡板上，为防止因为自重产生弯曲变 形故而设计成空心的，减小自重。结构尺寸如图 5.2 所示。 惯性矩 = z I 44 () 64 Dd = 44 3.14 (220200 ) 64 =36431850 4 mm 济南大学毕业设计 - 19 - 图 5.2 套轴的结构尺寸 在工作过程中，套轴主要是承受滚压轮施加的力，容易产生弯曲变形。为保证 机器加工工作的可靠性，需要对套轴进行刚度校核，以防套轴发生弯曲变形，影响 合口的质量。 套轴的校核计算: 套轴在工作过程中只承受一个滚压力 F，当该力作用于套轴的中间位置时挠度 最大，故只要此时的挠度满足条件，该套轴合格。 由实验测定滚压力 F=2313N，杠轴两支撑点间距离 L=5060mm，E=150GPa 对套轴进行受力分析如图 5.3 所示 图 5.3 套轴受力分析图 力 F 引起的中间点的挠度为 济南大学毕业设计 - 20 - 3 48 C z Fl f EI （5.2） = 39 912 2313 506010 48 150 1036431850 10 =-0.00114238mm 查机械制造装备设计表 3-12 许用挠度=0.034=0.12mm y ，故套轴的刚度满足要求。 C f y 滚压轮轴的设计计算：该轴主要是用来支撑滚压轮的，不传递功率和扭矩。其 中 1 段和 5 段用来安装轴承，由于在滚压作业过程中轴不会存在有轴向力，因此选 用深沟球轴承 6205。3 段用来安装滚压轮，滚压轮的右侧通过轴肩轴向固定3，左 侧通过螺母来固定，由于滚压轮宽 20mm，为保证可靠固定轴段长应略小于轮毂宽， 设计该段轴长 19mm，依靠平键传递扭矩。2 段和 4 段其轴向定位作用。具体结构如 图 5.4 所示 图 5.4 滚压轮轴的设计 5.2 行走压紧机构及其他零部件的设计 5.2.1 行走机构零部件的设计 行走机构包括行走轮、导向轮以及盖板和定位板。其中行走轮在导轨上带动行 走机构运动，为保证滚压轮的水平行走轨迹，提高其行走的直线性采用直线导轨4。 行走轮通过支撑轴与行走机构的总体框架连接，支撑轴采用可调节式的，以便于适 应调节不同宽度的轨道。为进一步保证直线行走轨迹，安装有四个导向轮，为简化 济南大学毕业设计 - 21 - 设计导向轮用轴承代替，考虑到轴承的密封，需加装一个盖板用来防尘。工作时在 链条的带动下，行走机构沿直线导轨运动实施滚压作业，滚压完成与否依靠定位传 感器来确定，当行走到定位传感器位置时，气缸活塞杆收缩将滚压轮抬起17，同时 琴键压紧块在弹簧自身弹力的作用下抬起，松开工件，完成滚压作业。 5.2.2 压紧零部件的设计 在实施滚压工作之前需将工件固定，防止在滚压过程中发生侧移影响合缝的质 量。为实现该功能采用琴键压紧机构，该机构的工作原理为：气囊充气，在气囊内 气压的作用下压紧工件，同时固定在可动琴键上的弹簧被拉伸；气囊放气，弹簧在 自身弹力的作用下恢复原位，可动琴键(结构如图 5.5 所示)抬起松开工件。其中 1 用于放置气囊，2 处安装有弹簧，3 处安装轴用来固定可动琴键。气囊的充气放气由 脚踏开关来控制。气囊采用内径为 32mm 的棉线编织胶管。 图 5.5 可动琴键三维结构图 弹簧的选择计算：弹簧是一种弹性元件13，可以在载荷作用下产生较大的弹性 变形。此处应该使用拉伸弹簧。 已知条件：气囊的压力 0.6MPa，可动琴键数 95 个，气囊与单个可动琴键的接 触面积 S=1050 ，要求中径 D15mm，外径18mm。 2 mm 2 D （1）根据工作条件选择材料并确定其许用应力 因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第类弹簧来考虑。先选用碳素弹簧钢 丝 C 级。根据D18mm15mm=2.5mm，估计弹簧钢丝直径为 1mm。由机械 2 D 设计表 16-3 暂选=2000 MPa，则根据表 16-2 可知=0.80.5=800 MPa。 B B 气囊作用于琴键上的力 F=PS=0.6105095=59850N (5.2) 6 10 济南大学毕业设计 - 22 - 则作用于单个琴键上的力 =F/95=630N (5.3) F （2）根据强度条件计算弹簧钢丝直径 现选取旋绕比 C=6，则由式（5.4）得 = 1.25 410.615 44 C K CC 4 6 10.615 4 646 （5.4） 根据式（5.5）得 = =3.88mm 1.6 FKC d 1.25 630 6 1.6 800 （5.5） 改取 d=4mm，查得=1600，=0.80.5=640 MPa，取 B B D=15mm,C=3.75,计算得 K=1.464，于是 15 4 =3.7mm 1.6 FKC d 1.464 630 3.75 1.6 640 上值与原估取值相近，取弹簧钢丝标准直径 d=4mm。此时 D=14mm，则 =D+d=14+4=18mm 2 D 所得尺寸与工况的限制条件相符，合适。 5.2.3 其它零部件的设计 滚压工序完成后机器端部的挡板在两个气缸作用下抬起，将工件取出完成一个 工件的加工。 两气缸的选择计算： 已知挡板体积为 7959840，铸铁的密度为 3 mm 济南大学毕业设计 - 23 - 7.2kg/, =200mm，=340mm 根据力矩平衡知 3 10 3 m 1 l 2 l F =mg 1 l 2 l （5.6） 由此算的 F=1002.9N， 2 1 mgl l 57.31 10 350 200 每个气缸需要承受的力为 501.46N，查表查表可知负载率 =0.5。 气缸的理论输出力 F=F1/0.5=1002.9N，又 (5.7) 26 1 10 4 FD F 即 1002.9=3.1440.6 2 D 6 10 求得：D=0.54m=54mm 所以由图 5-1 选择缸径 D=63mm 的气缸。根据挡板的抬起角度，计算得气缸伸 出长度为 300mm，故选用型号为 SC-63300 的气缸，具体外形尺寸如图 5.1 所示。 济南大学毕业设计 - 24 - 6 结 论 本文主要是针对目前国内外合口机市场的发展现状以及未来的发展趋势提出了 太阳能内筒合口机的设计。本设计主要是进行了传动方案、整机结构尺寸、滚压合 口机构以及行走机构各组成部件的设计计算，主要内容有以下几个部分： （1）传动方案的设计主要是针对合口机要实现的功能进行了几种方案的比较分 析，最终结合机器的工作状况以及经济因素等各方面确定了最优的传动方案。并根 据具体的工作要求计算并选择了电动机、带、蜗杆等各传动件。 （2）整机结构尺寸的设计主要包括：滚压机构、行走机构、动力箱、套轴、底 座、支架、支撑板以及一些气缸、电器控制件等的设计。 （3）滚压合口机构的设计主要是进行了滚压轮进给方式和工件固定方式的改进 设计。其中滚压轮进给方式由原来的人工控制进给改成了通过气缸来自动调节控制 进给，提高了合口的质量；工件固定方式也由原来的人工固定改成了通过气囊压紧 琴键压紧块来固定，夹紧更可靠，而且不会对工件表面有所破坏。 （4）行走机构设计主要是设计了行走轮、导向轮、定位件以及相应的固定件等。 本设计具有以下特点： 加工出的工件合口质量好，不容易出现裂缝漏水的现象； 消除了人为因素对加工质量的影响； 采用琴键压紧块固定工件，装夹可靠，不会在加工过程中出现侧向滑移，提 高了合缝的质量； 操作简单，工作效率高，平均工作效率为 4-5 件/min。 济南大学毕业设计 - 25 - 参 考 文 献 1 李柱国. 机械设计与原理M. 北京: 科学出版社, 2003. 2 濮良贵, 纪名刚. 机械设计M. 北京: 高等教育出版社, 2001. 3 卢耀祖, 郑慧强. 机械结构设计M. 上海: 同济大学出版社, 2004. 4 吕仲文. 机械创新设计M. 北京: 机械工业出版社, 2004. 5 赵宏磊. 电动铁皮合口机P. 中国专利: 200720151506.8, 2007-06-11. 6 王凤英. 合缝机的改进设计J. 机械工程师. 2006, (10): 98-99. 7 黄春峰. ZY1000型筒体纵缝咬边机的研制J. 模具技术. 1999, (2): 45-50. 8 方今朝, 余洪. 汽车消声器纵缝咬口防爆结构P. 中国专利: 00229153.3, 2000-01-27. 9 赵宏磊. 铁皮合口机P. 中国专利: 200720143344.3，2007-04-20. 10王凤英, 王继才. 一种半自动合缝机P. 中国专利: 02244293.6, 2002-08-02. 11范田露. 封口滚轮一道卷封曲线的设计依据J. 制造业设计技术. 2000, (12): 13-16. 12张旭宁, 张伟雄. 碱性电池封口机结构和性能探讨J. 科技资讯. 2009, (24): 238-239. 13 尚锐, 代春. 扭断盖滚压封口机滚压封口设计J. 辽宁工业大学学报. 2010, 30(4): 243-246. 14 李彩琴, 余小勇. 行星轮系-圆柱凸轮机构在防盗盖封口机中的应用J. 轻工机械. 2000, (3): 33-36. 15黄炳曜. 一种灌装生产线上的进罐及封口机构设计J. 机电技术. 2005, (1): 58-60. 16吴文胜. 浅谈减振器生产中采用滚压封口新工艺J. 科技资讯. 2009, (27): 73. 17刘碧俊. 汽车燃油箱卷边封口成形机的液压系统J. 液压与气动. 2008, (1): 60-62. 18 SONG YuQuan, LI ZhiGang, WANG MingHui, GUAN XiaoFang. Precision forming machine with rolling plate cross wedge rolling J. Science in China Series E: Technological Sciences, 2009, 52(11) : 3117-3121. 19 T.F. Stanistreet, J.M. Allwood, A.M. Willoughby. The design of a flexible model ring rolling machine J. Journal of Materials Processing Technology, 2006, (177) : 630-633. 济南大学毕业设计 - 26 - 致 谢 回首这几个月做毕业设计的经历，我遇到了很多的困惑和难题，在自己的不懈 努力和老师、同学们的大力支持、帮助下，终于完成了该课题的设计工作。 本课题的研究开展以及论文的撰写修订是在导师樊宁教授的悉心指导和亲切关 怀下完成的。为进一步深入了解该课题，樊老师还专门带我们去江苏桑乐数字化太 阳能有限公司进行实地研究，结合现有的生产机器进行讲解，并提出存在的主要问 题以及几种解决思路。在我进行设计的过程中，樊老师还不厌其烦的进行讲解，及 时找出在设计上存在的问题，并对问题提出解决方法。在此，对敬爱的导师表示诚 挚的感谢。 与此同时，还要感谢与我共同开展设计工作的几位同学，他们在做设计的过程 中和我共同探讨，并对我的设计工作提出改进意见，为我设计工作的顺利进行提供 了巨大的帮助。 最后，感谢学院给我提供了一个良好的学习设计环境，使我能够安心的做设计。 济南大学毕业设计 - 27 - a 您好，为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，您好，为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O(_