自动化扭矩检定仪机械设计及仿真分析【优秀含设计说明书+UG三维模型+CAD图】

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自动化扭矩检定仪机械设计及仿真分析【优秀含说明书+UG三维模型+CAD图】

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自动化扭矩检定仪机械设计及仿真分析摘要：在各种机械设备与产品中，机械设备与产品的性能有很大程度决定于机械的组合安装精度，机械的组装连接不可避免的会使用到螺栓、螺母等螺纹连接件。在一些重要的螺纹连接场合，为保证连接的精度，往往需要限制其拧紧力、扭矩等。因此扭矩扳手应运而生，并很快的投入市场，并迅速被大量应用及普及。而随着科技的发展，市场对设备更多的提出了自动化、智能化、精密化的要求。这使得各行业迫切需求高效率、高精度、多功能的扭矩检定仪设备，使用其对扭矩扳手定期进行检测检定，依据检测结果进行调试、修理。以保证扭矩扳手的测量精确度及扭矩扳手的正确合理使用。本自动化扭矩检定仪依据相关单位的设计要求设计，可实现自动化与数字信息化的有机统一，同时本扭矩检定仪可实现多量程扭矩检定，可靠稳定，操作简单方便，实用性强，有着可观的市场前景。在本自动扭矩检定仪中机械部分是整个扭矩检定仪存在的先决条件，本文主要阐述了自动化扭矩检定仪的生产目的及意义，并对国内外扭矩检定仪的研究与发展现状、发展趋势进行了介绍；然后对自动化扭矩检定仪机械部分的设计进行了说明，包括传动方案的设计、计算、选型，关键零件如弹性套、传动轴的结构设计、计算说明、强度校核，以及外套筒与联结轴的结构尺寸设计。最后对本扭矩检定仪的机械部分运用UG软件进行了结构优化、建模、装配，并通过UG的运动仿真功能进行了运动仿真分析。关键词：螺纹连接；扭矩扳手；自动扭矩检定仪；机械设计；UG

编号：17745598 类型：共享资源大小：26.41MB 格式：RAR 上传时间：2019-04-15 上传人：hon****an IP属地：江苏

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自动化扭矩检定仪机械设计及仿真分析

摘要：在各种机械设备与产品中，机械设备与产品的性能有很大程度决定于机械的组合安装精度，机械的组装连接不可避免的会使用到螺栓、螺母等螺纹连接件。在一些重要的螺纹连接场合，为保证连接的精度，往往需要限制其拧紧力、扭矩等。因此扭矩扳手应运而生，并很快的投入市场，并迅速被大量应用及普及。而随着科技的发展，市场对设备更多的提出了自动化、智能化、精密化的要求。这使得各行业迫切需求高效率、高精度、多功能的扭矩检定仪设备，使用其对扭矩扳手定期进行检测检定，依据检测结果进行调试、修理。以保证扭矩扳手的测量精确度及扭矩扳手的正确合理使用。

本自动化扭矩检定仪依据相关单位的设计要求设计，可实现自动化与数字信息化的有机统一，同时本扭矩检定仪可实现多量程扭矩检定，可靠稳定，操作简单方便，实用性强，有着可观的市场前景。在本自动扭矩检定仪中机械部分是整个扭矩检定仪存在的先决条件，本文主要阐述了自动化扭矩检定仪的生产目的及意义，并对国内外扭矩检定仪的研究与发展现状、发展趋势进行了介绍；然后对自动化扭矩检定仪机械部分的设计进行了说明，包括传动方案的设计、计算、选型，关键零件如弹性套、传动轴的结构设计、计算说明、强度校核，以及外套筒与联结轴的结构尺寸设计。最后对本扭矩检定仪的机械部分运用UG软件进行了结构优化、建模、装配，并通过UG的运动仿真功能进行了运动仿真分析。

关键词：螺纹连接；扭矩扳手；自动扭矩检定仪；机械设计；UG

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内容简介：: 西安航空学院本科毕业设计（论文）题目：自动化扭矩检定仪机械设计及仿真分析学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号： 1340205170151学生姓名：焦孔指导教师：杨武成二一七年六月日西安航空学院本科毕业设计（论文）学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西安航空学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：日期：导师签名：日期：全自动扭矩检定仪的机械设计及运动仿真摘要：随着工业自动化技术的不断提高，特别在汽车、摩托车、飞机、机械制造和家用电器等工业领域，依靠扭矩提供作业信号的自动化生产工具和装备被广泛应用在流水转配线上。例如，在生产实际中由于螺纹连接制造、使用方便，联接可靠、通用性好、可重复拆装而获得越来越广泛的应用，在应用螺纹连接的行业，如飞机、汽车、精密设备等制造业中，在螺纹拧紧作业中投入的人力和费用越来越多。尤其对于一些重要的螺纹连接，不但要求工作效率高，对工作的质量如拧紧力、扭矩等也有准确度要求。在装配过程中，如果扭矩过大，严重超过螺纹连接件材料的屈服极限，就会使螺纹连接件的螺纹断裂、失效，紧固失败；如果扭矩过小，则达不到紧固夹紧效果，也会造成紧固失败。因此，为确保紧固件的拧紧质量，扭矩扳手应运而生，如今各机械产品的紧固过程中广泛使用到扭矩扳手，以保证各紧固件的拧紧力矩。同时扭矩扳手可以把其产生的扭矩值直观地显示出来，以保证螺纹连接准确度。扭矩扳手就是集“工具-仪器”于一身的一种新型设备，在航空、航天、船舶、汽车、石化、精密机械及精密仪器制造方面应用广泛。目前，我国国内的扭矩扳手年产数十万件，正在使用中的扭矩扳手则以上百万计。此外，扭矩螺丝刀，扭矩气扳机等装备也广泛应用在机械制造行业的开发、研究、生产实际中。为了保证生产产品或设计研究产品的质量，提高可靠性，这些工具的拧紧力矩（静态力矩）必须严格按规定设定，静态扭矩也是许多器件和装置的重要的特性参数，例如阀门、锁、弹簧的扭转特性，就是这些产品的重要特性指标。扭矩检定仪应用于扭矩检定领域，为力矩的设定及产品扭矩参数的检测提供准确、可靠、决捷、方便的检测、安装、设计手段，保证产品质量，提高生产效率。本文主要分析介绍了一款全自动扭矩检定仪的设计过程，并通过UG建模进行了运动仿真分析。关键词：扭矩；全自动扭矩检定仪；机械设计；运动仿真Mechanical design and motion simulation of full automatic torque calibratorAbstract：Along with the industrial automation technology continues to improve, especially in the automotive, motorcycle, aircraft, machinery and household appliances and other industrial fields, depending on the torque automatic production tools and equipment operation signal is widely used in the water transfer line. For example, in the actual production because of thread production and convenient operation, reliable connection, good versatility, can be used repeatedly and has been widely used in the application, connecting thread industry, such as aircraft, automobile, precision equipment manufacturing industry, investment in the operation of the screw tightening manpower and cost more and more. Especially for some important thread connection, not only requires high efficiency, the quality of the work, such as tightening force, torque, etc. also have accuracy requirements. In the assembly process, if the torque is too large, severely exceeded the yield limit of material thread connections, will make the threaded connection thread, fracture failure, fastening failure; if the torque is too small, is not up to the fastening clamping effect, can also cause the fastening failure. Therefore, in order to ensure the quality of the tightening of the fastener, torque wrench arises at the historic moment, and now the mechanical products are widely used in the process of tightening torque wrench, in order to ensure the tightening torque of fasteners. At the same time, the torque wrench can be used to display the torque value, so as to ensure the accuracy of the screw connection. Torque wrench is a set of tools - Instruments in one of a new type of equipment, aviation, aerospace, shipbuilding, automotive, petrochemical, precision machinery and precision instruments are widely used in manufacturing. At present, Chinas annual production of hundreds of thousands of torque wrench, torque wrench is being used in more than one million.In addition, torque screwdriver, torque and other equipment are also widely used in the mechanical manufacturing industry development, research, production practice. In order to ensure the quality of production, products or product design research to improve the reliability of these tools, the tightening torque (torque) must be in strict accordance with the provisions set, important characteristic parameters of the static torque is one of many devices, such as valve, lock, torsion spring characteristic, is the important characteristic indexes of these products. Torque calibration instrument used in torque calibration field, torque setting and torque parameter detection products to provide accurate and reliable, convenient detection, agility, installation, design means, to ensure product quality, improve production efficiency. This paper mainly introduces the design process of a full automatic torque calibrator, and analyzes the motion simulation by UG modeling.Key words: Torque; automatic torque calibrator; mechanical design目录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 研究现状21.3 课题研究内容21.3.1 扭矩检定仪的工作原理21.3.2 扭矩检定仪的分类31.3.3 全自动扭矩检定仪的机械设计31.4 全自动扭矩检定仪发展主要因素31.5 全自动扭矩检定仪的市场前景41.6 本章小结42 包装机整体方案设计52.1 全自动扭矩检定仪设计指导思想52.2 全自动扭矩检定仪主要技术参数72.3 全自动扭矩检定仪的装置特点72.4 全自动扭矩检定仪装置主要用途82.5 本章小结83 全自动扭矩检定仪主要装置设计93.1 动力及减速装置选择93.1.1 减速器装置选择93.1.2 电机装置选择123.2 传动轴的设计15 3.2.1 传动轴末端轴承的设计选用3.3 弹性套的设计163.3.1 弹性套上轴承的设计选择163.3.2 弹性套的结构设计计算173.4 外套筒的设计计算173.5 丝杠传动的选择设计183.6 全自动扭矩检定仪的最终设计结构分析183.7 全自动扭矩检定仪的运动仿真183.8 本章小结194 结论20致谢21参考文献22I1 绪论全自动扭矩检定仪：指的是将需要检查校准的扭矩扳手，通过全自动扭矩检定仪进行测定比较，为校准调试提供精确参数。本全自动扭矩检定仪分四个测量档位，最大测定扭矩500NM，应于相应合适档位对相关扭矩检定仪进行测定。利用全自动扭矩检定仪对扭矩扳手进行测定校准，方便、快捷、准确，可提高工作生产效率。1.1 课题研究的目的和意义随着工业自动化技术的不断提高，特别在汽车、摩托车、飞机、机械制造和家用电器等工业领域，依靠扭矩提供作业信号的自动化生产工具和装备被广泛应用在流水转配线上。例如，在生产实际中由于螺纹连接制造、使用方便，联接可靠、通用性好、可重复拆装而获得越来越广泛的应用，在应用螺纹连接的行业，如飞机、汽车、精密设备等制造业中，在螺纹拧紧作业中投入的人力和费用越来越多。尤其对于一些重要的螺纹连接，不但要求工作效率高，对工作的质量如拧紧力、扭矩等也有准确度要求。在装配过程中，如果扭矩过大，严重超过螺纹连接件材料的屈服极限，就会使螺纹连接件的螺纹断裂、失效，紧固失败；如果扭矩过小，则达不到紧固夹紧效果，也会造成紧固失败。因此，为确保紧固件的拧紧质量，扭矩扳手应运而生，如今各机械产品的紧固过程中广泛使用到扭矩扳手，以保证各紧固件的拧紧力矩。同时扭矩扳手可以把其产生的扭矩值直观地显示出来，以保证螺纹连接准确度。扭矩扳手就是集“工具-仪器”于一身的一种新型设备，在航空、航天、船舶、汽车、石化、精密机械及精密仪器制造方面应用广泛。目前，我国国内的扭矩扳手年产数十万件，正在使用中的扭矩扳手则以上百万计。此外，扭矩螺丝刀，扭矩气扳机等装备也广泛应用在机械制造行业的开发、研究、生产实际中。为了保证生产产品或设计研究产品的质量，提高可靠性，这些工具的拧紧力矩（静态力矩）必须严格按规定设定，静态扭矩也是许多器件和装置的重要的特性参数，例如阀门、锁、弹簧的扭转特性，就是这些产品的重要特性指标。扭矩检定仪应用于扭矩检定领域，为力矩的设定及产品扭矩参数的检测提供准确、可靠、决捷、方便的检测、安装、设计手段，保证产品质量，提高生产效率。1.2 研究现状据统计，国内的静态扭矩检定设备大多采用电阻应变式扭矩传感器，应当明确的是国内外广泛使用的检测检定技术可以概括为利用单一传感器在其线性量程范围内进行有限的扭矩检定。已有许多厂家生产扭矩检定设备，如中原电测仪器厂的NCS系列智能扭矩检定仪，东方仪器厂的NJ系列扭矩扳手检定仪，它们在0.1lON/m范围内的主要技术指标如下:分度:A/D12bit，精度:0.5级供电电源:220V。江苏衡峰衡器有限公司生产的扭矩检定仪，采用军工技术生产，设计制造符合国标GB/T15729扭矩扳手通用技术条件和国际标准ISO6789-92，设计、开发、生产和服务全程贯彻GB/T19001-2000质量标准。荣获首届中国金榜技术博览会金奖，国家轻工局五金工具质量检测中心授予质量合格证书，中国国际贸易促进委员会列为向欧盟市场推荐。在国外方面，如德国STAHLWILLE生产的扭矩检定仪713R-20主要用于检测或校准各种扭力扳手的检测仪器。扭矩扳手检定仪可满足用户检测不同规格量程的扭力扳手，又能保证检测精度，量程转换方便，经济实用。该扭矩扳手检定仪产品的核心采用了单片机技术，在软件设计上采用数字滤波、自动校零、非线性补偿等一系列新技术，使整机具有采样速度快、测量精度高、抗干扰能力强的特点，并有自诊断功能。整机操作简便，运行可靠。在目前已经公开的扭矩检定仪专利技术方面，如日本国大阪府捷太格特株式会社的加奥贵史等公开的发明专利中提出了一种扭矩检测装置，通过调整一种磁敏感器件分别与各突起件之间的相对旋转位置，根据磁性信号的变化情况来检测扭矩的变化情况。沈阳铁路局沈阳工务器材厂工具分厂的袁国华等公开的实用新型专利中提出了一种机械式扭矩扳手检测器，其由壳体、测杆、测轴、转动轴承、支承轴承、测表、刻度表盘、表杆及支架等部件组成，测杆的一端与测轴中间固定铰接，另一端与固定在壳体中的支承轴承外圈滑动铰接，在测轴两端各装有转动轴承并与壳体配合，测表上有刻度表盘，表杆通过壳体与测杆点接触，适用于检查、测量各种扭矩扳手定值，标定扭力误差，调试校验扭矩等。国营东方仪器厂的姚书玉等公开的实用新型专利中提出了一种扭矩扳子检定仪，通过一水平加力机构与扭矩传感器相连接，将扭矩传感器的电信号经电测数显板进行数字处理并显示。其特点是水平加力，撅弃了垂直加力的自垂误差，且采用具有高速采样处理功能的单片机技术，实时采样处理，准确度较高。上述专利虽然有用专用传感器解决扭矩检测问题，也提到了加载装置，但是还没有用到基于PC的传感器数据采集、处理，还是利用单传感器进行检测，量程范围不大，扭矩的加载、卸载等还是依靠人力等。基于多传感器自动切换技术的全量程扭矩检测技术专利还没有出现。上述专利虽然有用专用传感器解决扭矩检测问题，也提到了加载装置，但是还没有用到基于PC的传感器数据采集、处理，还是利用单传感器进行检测，量程范围不大，扭矩的加载、卸载等还是依靠人力等。基于多传感器自动切换技术的全量程扭矩检测技术专利还没有出现。随着中国工业化水平的提高，传感器技术、计算机技术的发展，各种智能化的检测设备不断出现，使扭矩测量更为精确，扭矩检定仪使用更加方便。而近几年扭矩工具的大量普及和运用，使得各行各业更加迫切需要高效率、多功能、高准确度的扭矩扳手检定仪。原因在于扭矩扳手是一种计量器具，因而必须相隔若干时间对其进行检测检定。随着各行业对扭矩认识的进一步提高，对扭矩扳手的应用将日益广泛，因此未来几年，各行业对扭矩扳手及扭矩检定仪的需求将继续高涨。扭矩检定仪及扭矩检测技术的发展趋势将会呈现品种多样化、智能化、人性化、工具化。1.3 课题研究内容1.3.1 全自动扭矩检定仪的工作原理全自动扭矩检定仪，它包括工作台、减速机，减速机的动力输出轴上装有传感器，转换头的方隼插在传感器顶端的方孔内，检测仪表装在仪表支架上，移动支架装在导轨上，移动支架的顶部有限位柱，传感器的数据线与检测仪表连接；电机固定在工作台内，齿轮离合器的内齿轮装在减速机动力输入轴上。将扭矩扳手转换头插在方隼内，加力测试，通过电子显示器可直观看到其扭矩测量结果。1.3.2 扭矩检定仪的分类扭矩检定仪可根据加力方式分为：自动扭矩检定仪，手动扭矩检定仪；1.3.3 扭矩检定仪的设计思路利用40Cr的线性弹性变形阶段实现多量程扭矩测量，以提高其测量的精确度。1.4 管材包装机发展的三个主要因素（1）市场上对于各类管材的需求量不断的增大，管材市场的迅猛发展，各类管材生产企业的迅速崛起。小型管材生产厂家的规模扩大，对于管材生产效率要求的不断提高。（2）严重依赖进口，发展我们国家自主的包装设备迫在眉睫，国内的管材生产厂家中，只有小部分的企业能够拥有自己独立的自动化生产线，我国的管材生产企业大量进口国外的自动化生产线耗资巨大。而出口则主要以单件少数产品，市场很大，利润很小。（3）众多包装机械企业已加大研发投入，越来越多的新型包装机械涌现出来，众多机械自动化的专业人才投身到包装机械的研发当中。1.5 包装机的市场前景在我们国家，包装是一个独立发展的新型行业4，其也早就被国家列为重点发展路线，十二五规划中的中提出：“包装行业要加快发展先进包装装备、包装新材料和高端包装制品。”按照中国包装业协会的官方数据表明，全球每年包装成交额为50006000亿美元上下，占国民生产总值的1.5%2.2%。一般来说包装行业发展成熟的国家的包装工业在他们的国家是第九或第十大产业5，可中国的行业发展增长率已经达到了10%之外。到了2014年，世界包装业的规模已经从2009年的4290亿美元增至5300亿美元，其增长速度很明显快于全世界的的普遍增长速度。包装产业的发展是迅速的，其产值从2003年的2500亿元，到了2010年约12000亿元，其增长率已经达到了21%。到现在，包装产业的发展重心已经慢慢的像亚洲倾斜，中国作为亚洲的一个超级大国，在以后的几年里中国包装总产值增长将继续变快，年增长率将远大于平均水平，至此我们国家将仍然处于世界第二大包装产品生产国的地位，仅次于美国，未来甚至有可能超越美国5。1.6 本章小结本部分内容重点了解了管材包装机在包装机械中的类别和水平，行业的发展趋势。认识了各类包装机以及其工作方式，最终确定了本次设计的研究目标与设计详情，总结了管材包装机能够更好发展的三大主要因素，针对管材包装机在自动化生产线中的地位，确定包装机日后的发展方向及其职能作用。根据管材包装机的国内外现状，对其日后的发展做出简单分析，并且对管材包装机的市场远景做出简单介绍。管材包装机在当今管材的自动化生产过程扮演者重要的角色，为了保护铝合金衬塑管在生产过程中划伤损害，为了让客户对产品的第一印象得到改善。为了管材的更加高效的生产。本课题所研究的铝合金衬塑管自动化包装机装置至关重要重要。2 包装机整体方案设计在现代的物流系统中，产品的流通往往需要进行包装以后才可以进行运输，而好的包装完全可以在运输过程中保护产品的外观。而针对铝合金衬塑管实现包装的主要手段便是自主研发一种铝合金衬塑管自动化包装机。伴随着铝合金衬塑管的越来越广泛的使用，其生产过程中的包装环节举足轻重。以前的管材包装机大部分都采用纯机械结构，经过多年的发展后来又加入了电子控制装置、光电控制装置、气动控制装置等多元素的控制形式。但是跟随着生产模式的不断革新，包装机的生产以及不再单纯追求效率，如何在一套完整的自动化生产线中灵活的控制生产节奏才是包装机发展的主旋律。直到一种名为机电一体化的新型概念被提出来，管材包装机的动作不再是机械式的，而是有“思想”的。2.1 包装机设计指导思想机电一体化技术即为本次衬塑管包装机设计的主要指导思想机电一体化技术的特点：在科技发展风起云涌的今天，包装机的设计已经不单单是机械这一学科所能左右的，而是各大相关学科多种先进的技术的相辅相成和互相渗透的结果。机电一体化技术，是近年来出现的一门新兴学科，它的本质是将机械、电子技术、检测技术、控制理论等结合到一块的新型学科。随着科技的日新月异，机电一体化技术越来越多的应用于机械设计行业，而针对铝合金衬塑管自动化包装机这一课题，机电一体化技术也是本次设计的主要指导技术。机电一体化设计技术革新了传统单纯机械式包装机的制造。采用了机电一体化技术的铝合金衬塑管自动化包装机，计算机作为整个系统的控制中心，控制着整个机械系统的运转；整个铝合金衬塑管自动化包装机上生产线上的仪器仪表，传感器都是控制感觉器官，他们时刻都在反馈着包装机的运转参数变化，这一参数变化都时刻反馈到计算机上进行核查；包装机生产线上的各种执行机构就是包装机的完成包装操作的根本机械结构。一套完整的铝合金衬塑管自动化包装机生产机构一般由计算机、动力装置、传动系统、感测装置、执行机构等各部分组成。这种采用机电一体化技术的新型自动化包装机彻底推翻了老式纯机械包装机的繁琐运动步骤和不合理的设计，新型自动化包装机将机械设计技术，机械制造技术，微电子技术，传感器等学科亲密的结合在一起。这几类新技术的参与融合彻底改变了传统包装机的面貌，在其自动化控制方面表现的尤其出色，更加有利于铝合金衬塑管的制造。采用机电一体化技术的包装机的优势：每一种新技术的出现，一旦加以利用使其转化为实实在在的生产力，常常会对一个行业进行一次技术革新。如光电定位要比机械定位要精确很多，计算机控制要比人工的判断要准确的多等等，机电一体化技术用于铝合金衬塑管自动化包装机上的时间虽然只有短短的日子，但大家都看到了这一新技术投入给自动化包装机行业带来的有利一面。使机械结构大为简化传统的控制系统大多数都是作为整条生产线上的的发令机构，早先的包装机控制系统最多的只是使用接触器，继电器等简单的电器元件来控制执行机构的动作。随着包装机执行机构的增多，控制系统就会显得很复杂，整个铝合金衬塑管自动化包装机生产线就显得特别复杂，给设计生产制造维修都带来不便。而机电一体化技术的产生，铝合金衬塑管自动化包装机采用了这一新技术以后，彻底的改头换面，采用新型的传感技术，新型的机械传动结构，新型的检测技术都取代了笨重的电气控制，使得整个系统零件的使用数量减少，结构简化。产品质量提高整个计算机控制系统内有一个存储系统，可以预先将影像整个铝合金衬塑管自动化包装机的合理工作参数存入到存储系统中，它可以检测到整个系统的生产过程。当整个系统在工作的过程中有某几个参数发生变化时，这种变化可以立马被反馈到计算机控制系统。计算机控制系统就会根据先前输入的工作参数进行修改确保整个生产机构的顺利进行。每一次调节参数都尽可能让铝合金衬塑管自动化包装机达到最佳的工作状态，而每次的调节参数都会被储存到计算机控制系统，若是几个制造参数均有变化，计算机控制系统会择优选择出最合适的参数去完成铝合金衬塑管自动化包装机的工作预设参数。常见的包装机，它的封口质量取决于包装材料，封装温度，运行速度等，其中某一个因素的改变都会影像整个包装机的运转效率。而采用机电一体化技术的铝合金衬塑管自动化包装机因为内部具有计算机控制系统，可以更好的选择合理的参数去实现铝合金衬塑管的自动化包装。功能增多，可靠性提高机电一体化技术的采用除可保持原来传统单纯机械包装机的功能外，还可赋予其它许多新的功能。不同目的的包装机就会产生不同的技术革新液体饮料包装机，它在机械与电气相互配合下，就可以实现很多新的功能，例如可以制造纸盒、消灭病菌，实现自动化灌装，封口等。将计算机控制系统引入到铝合金自动化包装机结构中，则还可存贮如生产速率、产品数量、故障现象等重要检测数据，整个计算机控制系统时刻检测着这些数据，根据生产线的运行情况去做出调整。机电一体化这一新型包装机还具备自动监控、动态检测、报警等工能，同时可以设置过载和失控保护等，使铝合金衬塑管自动化包装机的可靠性大大提高。操作简便，效益提高采用机电一体化技术设计的铝合金衬塑管自动化包装机，具有数显系统和控制面板触摸屏，大大的减少了操作手柄。使得整个系统的程序控制大大的简化。2.2 包装机主要技术参数结构尺寸：包装截面：(100600) mm 基本包装长度：6000mm 送料速度：310m/min总功率：6KW 压缩空气：20NL/min 包装材料：拉伸膜、无纺布、复合纸等前后各配一条6.5米长输送线性能特点：水平方向布置滚动导轨输送机，机架上布置气动夹紧装置导向管材输送方向，光电传感器精确感测管材的输送位置；PLC控制；可与生产线相匹配。包装流程图如图所示：图2-1 包装流程图2.3 包装机装置特点本套装置可以实现PLC控制自动上下料，自动实现管材夹紧，自动上膜，自动包装，自动断膜等功能，整套装置有如下特点：（1）程控单元一体机（2）自动感测货物的位置（3）转盘输送辊可变频调速（4）摩擦轮传动转盘、轮辅助支撑，自动复位（5）包装膜涨紧轮，可实现预拉伸；断膜、缺膜自动停机（6）控制首端末端缠绕全数，PLC控制断膜上膜的双杆伸出与收回（7）包装膜卷筒和包装膜涨紧装置扇形分布在转盘上（8）智能化参数设定，可实现一键多个工位动作（9）触摸屏特别方便进行操作可直接进行设定如图为包装机的整体示意图：图2-2 包装机三维图2.4 铝合金衬塑管自动化包装机装置主要用途本装置主要用于铝合金衬塑管以及其他管材、板材类产品的缠绕包装，最佳使用位置是在一条自动化生产线的最后环节，可以灵活的控制生产节奏，降低管材的生产成本，在管材的输送过程中良好的包装效果可以提高保护效果，避免在输送过程中管材受到损伤。2.5 本章小结本章主要介绍了自动化包装机设计主导思想，其中包括技术参数，包装过程，装置特点，实现的用途。本章的主要内容有，铝合金衬塑管自动化包装机的工作原理，预测到了包装机最后的工作效果，对接下来的设计内容做好准备。本自动化包装机，利用光电传感器精确感应管材的运送方位，对首尾端进行特殊缠绕包装，PLC程序控制回转盘和辊子输送机的速度，实现自动包装，自动化水平高，节省劳动力，节约劳动成本同时提升了包装的质量。223 包装机主要装置设计包装机主要包括动力装置，气动夹紧装置，感测装置，自动上膜与断膜装置，包装膜，PLC编程，触摸屏等。所有装置的完整组装就是一套铝合金衬塑管自动化包装机装置设计。3.1 动力装置设计3.1.1 转盘动力装置变频调速器与三相异步电机配合使用，达到变频调速的目的，针对管材不同的口径作出相应的速度调整与包装方式的调整。变频调速的原理变频调速技术的基本原理：电机转速与电源输入工作频率成正比的关系即： n =60 f（1-s）p，（n、f、s、p分别表示转速、输入频率、转差率、电机磁极对数）；只要改变电动机的工作电源频率就可以达到改变电机转速的目的。该调速器是一个集微机控制等技术于一身的综合性很高的电子元件。变频调速器与电动机选择选择变频调速器和电动机为：变频调速器NS32和Y132S-6变频器说明如下：ON/OFF为变频器的开关键。当调到ON端时，变频器通电；当调到OFF端时，变频器断电。当PO1的值为1时，通过调面板电位器来改变输出工作频率。启动和停止时的加速器通过PO6，PO7参数来控制，例：POO=50HZ,PO6=10HZ,PO7=25HZ，电机启动后5S,电机达到50HZ; 停止时，电机经过2S,由50HZ降为0。电动机的额定转速为，带轮转速为，由变频调速原理知道：，所以变频调速器将电路频率调节为转盘转动方案选择方案一：六个小轮为支撑轮，支撑转盘，并固定在机架上；带轮与转盘通过V型带相连，带轮直接连接在电动机上；电动机的转速由变频调速器控制。转盘工作示意图如下图所示： 1，V型带；2，转盘；3，支撑轮；4，V带轮图3-1 方案一图方案二：变频调速器控制电机转动，电机带动带轮转，带轮带动主动摩擦轮1，支撑轮2支撑转盘，转盘工作示意图如图所示：32411，主动轮；2，定位轮；3，转盘；4，带轮图3-2 方案二图方案三：四个小轮为支撑轮，支撑转盘，并固定在机架上，转盘与两侧V带轮通过V型带相连，带轮直接连接在由变频调速控制的电机上。转盘工作示意图如图所示：2314 1，V型带；2，转盘；3，支撑轮；4，V带轮图3-3 方案三图方案四： 11.131 23 1，转盘； 1.1，定位卡槽； 2，定位轮； 3，主动轮图3-4 方案四图如图所示，变频调速电机经带传动控制主动轮3转动，主动轮与多个定位轮2呈环状排列，转盘1的外环面上设置有环状的定位卡槽1.1，主动轮与各个定位轮轮面上均设有与定位卡槽1.1相匹配的环形凸缘。在以上四种方案中，方案一的结构较为简单，其对V带的磨损比较大更换不便，而且要求转盘的厚度较大，V带槽与定位轮前后布置，有较大的径向不平衡力。方案二中，仅有一个摩擦轮带动转盘转动，其所需压紧力较大，传动力较小。方案三中，结构和方案一比较较为复杂，四个支撑小轮分布不对称，支撑较不稳定，V带根数多，对电动机要求较高。方案四，较前几种方案有较好的定位效果，且主动轮与转盘接触面积比较大，可以提供较大的摩擦力，带动转盘转动。综合以上四中转盘工作方案，选择方案四的转盘工作示意图。转盘三维图示：图3-5 转盘三维图3.1.2 圆柱槽摩擦轮传动（1）摩擦轮传动的优点制造简单；就算负载过大，发生打滑也不会伤及其他部件；传动平稳。图3-6 摩擦轮传动示意图图3-7 主动摩擦轮三维图（2）选定摩擦轮副材料选材要求：1、具有较大的弹性模量以减少弹性滑动和功率损耗；2、具有较大的摩擦系数，能提供更大的摩擦力，提高传动能力；3、接触疲劳强度高；4、耐磨性能好，延长工作寿命；5、对温度、湿度敏感性小。综合上述要求，选用材料为:钢（转盘）橡胶（摩擦轮）传动。 (3)忽略摩擦轮的速度损失其传动比为3.1.3 V型带传动设计（1） V型带的优点V型具有弹性，可以缓冲冲击，吸振，平稳传动，噪音小；生产成本低结构简单且容易安装，方便装拆。（2）带传动参数选择原始数据:传递的功率P=6KW;小带轮转速800r/min,摩擦轮转速474r/min。确定计算功率PC: PC=KAP=1.2x6KW=7.2KW。（3）选择V带型号：根据计算功率PC和小带轮转速800r/min,查表得选定B型普通V带。（4）确定带轮基准直径d1和d2: d1=125mm;d2=211mm验算带速：s 满足要求（5）确定中心距a和带长Ld初算带长：初定中心距：；查表得带长Ld=1760mm确定中心距：；（6）确定V带根数z：，固5根可以满足要求。（7）验算小带轮的包角合适（8）求作用在带轮上的轴上压力 q=0.1kg/m,单根V带带的初拉力作用在轴上的压力图3-8 小带轮示意图3.1.4 动力输送辊子传动设计货物输送速度310m/min动力输送辊如图3-3所示：图3-9 单链输送辊结构图表3-1 辊子尺寸辊子直径D轴径d壁厚t长度L38121.2-2.0160-150050121.5-2.0160-150060122.0-3.0160-150076202.5-3.5160-150089203.0-4.5160-1500表3-2 链轮参数链轮型号链轮材料齿轮简体材质表面处理08B碳钢11Z-14Z 碳钢不锈钢铝合金PVC 镀锌镀铬包胶度铁氟龙 08BPA6 碳钢11Z-14Z08BPA6 PAM 碳钢11Z-14Z10A碳钢13Z10A碳钢13Z根据装置的包装范围最终选定辊子长度为60cm,直径为6cm，对应的型号为08B型链轮的输送辊。辊子输送机示意图：图3-10 辊子示意图3.1.5 自动断膜上膜装置图3-11 气动断膜装置示意图设计如图所示气动自动断膜上膜装置。双杆一段连接一块挡板，经一固定的挡块另一端连接气缸，气缸由伺服电机控制，精确控制双杆伸缩。挡块一侧安装一刀片。当包装机进行中间缠绕时，装置处于闭合状态，当管材尾端缠绕结束时，用PLC编程控制转盘减速，同时控制图示的气缸双杆伸出，并控制转盘绕气缸双杆缠绕半圈，然后控制气缸杆迅速收回，杆头的挡板会拉着缠绕膜往收回，当包装膜碰到刀片随即断膜，并且同时将缠绕膜卷的膜头夹紧，而后送走管材。当下一管材进行首端缠绕两三圈后，控制气缸迅速伸出小段距离松开之前夹紧的膜头并撤回闭合状态，完成上膜。气缸的选用：由于装置要求气缸行程较长，动作反应迅速，故选用IBX系列电动缸。表3-3 IBX系列电动缸选型表按照所需型号，选用IBX08型伺服电动缸。3.2 管材气动夹紧装置设计在装置的机架上分别在回转系统的前后布置气动夹紧装置，下图中夹具1,2为水平方向各布置一个气缸，竖直方向一个气缸，夹具1,2各为三个气缸。夹具如图3-5所示：图3-12 带气缸夹具的安装示意图1，导向轴支座；2，导向轴；3，气缸；4，压力辊气缸选用ISO15552标准气缸SI系列，根据所需取缸径为32mm的气缸，气缸结构如图3-5所示：图3-13 气缸示意图3.3 测定物料精确工位装置设计在辊子输送机的输送线路上布置四个光电传感器由其控制感应开关，精确感应管材的工位，并控制管材输送行停命令以及转环的转动。3.3.1 光电感应器光电检测反应迅速、且非接触、精确，而且许多参数可以直接测量，传感器形式灵活多样，结构简洁可靠，因此，光电检测在控制系统中应用的非常之广泛。光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，是各类光电检测系统中实现光电转换的关键元件，其可以将光信号准确的转换成为电信号。其可以来检测因为光波强弱的改变的非电量，通常有光照度、光强、气体成分分析、辐射测温等；也可以测试造成光线强弱变化的非电量，比如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的感应等。光电式传感器不用触碰、迅速感应、准确，因此广泛应用在工业自动化装置和机器人中。当今，新型的传感器横空出世，尤其是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进步作出巨大的贡献。常用标准光电传感器：漫反射型反射板型对射型槽型本次设计选用对射型光电传感器。对射型光电传感器的原理：光电传感器的构光电开关是通过把发射器发出的光由接收器根据强弱的变化转变成电信号从而实现控制。光电传感器分为发送器、接收器、检测电路。3.3.2 对射型感应开关设计光电开关一安装在竖直夹紧气缸上，即夹具1工作内容：当光被管材挡住，夹具1，竖直水平气缸夹紧管材，当管材通过后，夹具1松开。光电开关二安装在机架上，其对应包装膜的位置工作内容:当管材首端进入包装区域并挡住光信号，停止输送，进行首端包装，包装两到三圈后，管材开始继续输送。光电开关三安装在夹具2，竖直气缸上工作内容：包装完毕的管材输送挡住感应器，夹具2，竖直水平气缸夹紧管材，当管材通过，夹具2松开。光电开关四安装在后方输送辊机架上，根据管材长短而定工作内容：管材的首端挡住光信号停止输送，开始包装尾部，包装两三圈后，管材继续输送。3.4 包装膜的张力控制在对管材产品的包装过程中，对包装材料施加张力并对张力进行严密控制是十分重要的。利用压力传感器检测包装膜的张力对传感器的压力，并将其反馈给工控机，利用PLC控制系统改变转盘转速从而改变作用在包装膜上的压力。包装膜张力控制如图3-6所示：图3-14 薄膜张力控制示意图3.5 包装材料选择经实地考察，铝合金衬塑管的外表包装分为三部分，第一层为热缩塑料，第二层为复合纸，第三层为拉伸缠绕膜。第一层在本工序之前完成，本包装机的设计主要针对后两种包装材料的使用。由于管材外表为铝合金，所以在贮运期间，受环境影响易发生锈蚀，所以必须保证管材的干燥，故需在管材外表缠绕包装一层复合纸。我们这里选用皱纹夹丝复合纸，其拥有独特的基材和良好的阻隔性同时具有一定得伸长率，可以保持管材的干燥并且可以保护管材的外表在物流过程中的损伤。为了保护复合纸层的干燥和管材的整体密封，我们还需在复合纸外层包装一层拉伸缠绕膜。我们选用市面上通用的管材缠绕包装膜：LLDPE拉伸膜，由LLDPE制得的包装膜拉伸性能好、回缩力强、透明度高、耐刺穿性能好、自粘性好等。包装膜对包裹物施加了有拉伸产生的回压力，从而保护了包装物，粘着力减少了打滑，提供了一种叠合效应，形成了一种动态表皮。包装膜的基本规格参数：包装膜卷筒内径40mm；包装膜宽度30mm。3.6 PLC控制 PLC控制需要达到的要求:（1）变频调速器通过PLC编程控制进行自动调速（2）首端包装时，缠绕两三圈后，自动上膜机构伸出，松开上一个工序夹紧的包装膜膜头，伸出一段距离后迅速收回，管材自动输送；管材中段自动包装；尾端包装时，缠绕两三圈后，自动断膜机构伸出，控制转盘绕其双杆缠绕半圈，控制转盘的电动机停止工作，迅速收回断膜机构切断包装膜，管材自动输送。（3）转盘电动机停止工作后，自动送料3.7 触摸屏选择工作原理：在工作中，触摸屏上安装在显示装置的前端，用手指或其他物体，系统可以根据图标或菜单位置来定位和选择信息输入。触摸检测组件安装在显示屏的外面，用于用户检测触摸位置和接受撤离触摸屏控制器；触摸屏控制器主要作用是从触摸检测装置接收触摸，并将其转换为接触坐标，然后发送到中

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