卡车胎成型车间卸胎手的设计【CAD高清图纸文档可编辑】
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大连水产学院本科毕业论文（设计） 第二章 机械部分第二章 机械部分机械部分包括了以下几个方面的内容：机械方案设计；参数的计算；标准件的选取；机械图纸的绘制。2.1 机械方案设计机械方案设计从以下几个方面来叙述：首先，是从设计原则来分析，不能违反机械设计的原则，还应考虑到设计简单，价格便宜，加工方便，装配容易，工作可靠；其次，从机械部分的构成上将，采用尽量多的标准件，减少加工；最后，是从动作过程看，动作灵活，控制方便，灵敏性高，具有很高的适应性。本次设计中的部件主要有以下几部分：支撑臂、取料手、取料车、旋转升举台、翻转机构。以下是其的设计方案：2.1.1 支撑臂设计首先支撑臂是非常必要的，考虑到定向因素的影响，即取胎同时，取料手是伸出的，进行的是悬臂工作，它的刚度和强度很难保证，并且由于胎筒本身的质量可达60Kg，加之取料手的质量不下100 Kg，在如此大的力下，伸出的旋臂一定会产生弯曲变形，前端下垂，使得取料手的两个滚轮失去平衡，如果这样，胎筒就难以顺利取下，只有在支撑臂的支撑下，取料手才能够平稳的进入轮毂下，水平地将胎筒托起，完全地脱离轮毂，顺利地将胎筒取出。所以，支撑臂是必要的。支撑臂的设计方案如图2-1所示：图2-1 支撑臂行走过程中，是靠着支撑滚轮的滚动来实现的，在此，支撑滚轮选用单列向心球轴承，它可承受径向负荷及径向和轴向同时作用的联合符合，能够达到最佳状态。由于支撑臂所走的是外侧平导轨，内侧是直线导轨，而外侧是平导轨，如图2-2所示：图2-2 导轨位置由于导轨的高度影响，内侧直线导轨比外侧平导轨高出40，即要求支撑滚轮的抬起高度应超过直线导轨，而且支撑滚轮必须落在平导轨上，所以选取负责滚轮升降的气缸行程应大于40mm，才能越过直线导轨。支撑臂的工作过程是：当取料车做到末位时，支撑臂在气缸的驱动下下压，达到平导轨的表面上，然后，在两层气缸分别伸出的程中，滚轮在平轨上滚动，使取料手能够平稳的进入，达到增加强度和刚度的目的。2.1.2 取料手设计胎筒经二次成型后，要将其从轮毂上取下。而在此过程中，必须使得胎筒脱离轮毂才能达到取下的目的，当二次成型设备泄气后，胎筒就与轮毂之间产生30-50的间隙，正是利用这个间隙，使得胎筒和轮毂分离，然后平稳地取 图2-3 取料手出，取料手的设计方案如上图2-3所示：取料手主要由气缸和导柱组成，气缸用来调整间隙，在气缸伸出的同时，导柱保证了气缸的平稳升起，起到平衡作用，延长了气缸的使用寿命。当两层气缸完全伸出，到达胎筒下时，气缸升起一定的高度，使得胎筒和轮毂完全脱离，在轮毂旋转的同时，气缸开始回退，完成取下胎筒的工作。设计严格按照尺寸，最大的胎筒长为780mm，托起胎筒的两个滚轮的设计尺寸为900mm，在两端分别预留60mm，是为了避免当出现取胎的位置不对中时，发生意外，避免造成不必要的损失。在取胎的过程中，有一个中间机构，就是两个立板。取胎手和支撑臂是一体的，同时伸出也同时退回，所以必须将其固定在同一块立板上，又因为设计所用的空间如下图2-4所示：图2-4 气缸伸出后位置也就是说，要在1200长的取料车上，设计出能够达到其以外1600的机构，在此情况下，只有采用行程分别为800 的两个气缸，才能够达到此目的。设计方案是：一层气缸固定在取料车上，当一层气缸伸出同时，也将第一块立板推出；二层气缸固定在第一块立板上，当二层气缸推出时，就将固定支撑臂和取料手的第二块立板推出，到达1600处。两块立板之间的滑动是靠导轨来完成的，有以下两种方案可以完成此动作，方案一：如图2-5所示：在两块立板之间，有两条导轨，导轨之间夹着四个滑块，采用滑块在一块立板上，导轨在一块立板上，由于每块立板要伸出800mm，所以滑块只能占用长为1200立板的400 。也就是说，立板的一段始终处于悬臂状态，而取胎手和支撑臂也都固定在其悬臂处，这样就会一直对立板产生扭矩，这样将影响机器的寿命。图2-5 方案1方案二：如下图2-6所示图2-6 方案2在两块立板之间，也有两条导轨，导轨之间夹有四块滑块，但是，采用的是每个立板上都分布有滑块，这样的好处是：增加了立板的刚度，加大了取胎时的平衡性，而且无论是在伸出取胎，还是在取胎退回过程中，所承受的力都是一直变化的，取胎时，所承受的力是由小变大；而在取胎退回过程中，力是由大变小的，而且，越来越趋于平衡，当完全退回时，即达到最终的平衡，所有的力都作用在中间，两边成为支点，避免了像第一种悬臂的情况，对于机器的寿命是很重要的。2.1.3 取料车设计取料车的设计采用以下方案，结构如下图2-7所示：图2-7 取料车主要有L型支架和直线导轨组成，由于取料车在其垂直的立板上固定有导轨、支撑臂、取料手及升举台。重心将会落在立板上，即在立板上产生压力，以左侧的滑块为支点会产生力矩，而右侧没有任何力来平衡这个力矩，故只有靠右侧的滑块与导轨之间的反力来平衡，为克服这一问题，采用以下导轨形式：图2-8导轨与滑块配合图 工作过程中，导轨起到了移动作用，并且消除了偏心产生的力矩，使得小车能够安全、可靠的移动，故适宜采用。取料车主要完成将胎筒运到包边机上，设计中采用了低速电机作为驱动件，齿轮齿条带动取料车行走，采用齿轮齿条的优点主要有：1，安全可靠；2，维修简单方便；3，伸缩性小，准确性高，能够在遇到信号时，立即停止，不会造成意外的损伤；4，干净卫生，噪音小。2.1.4 升举旋转台设计根据设计要求：胎筒在取下必须完成180度的旋转，以便找到基准面，又由于胎筒取下的高度与包边机相差300，故在升高到包边机的高度，还应完成旋转，拟于以上分析，设计方案确定如下图：图2-9 升举台在旋转升举台上，有一个电机和一个气缸，电机完成旋转180度，气缸完成升起300mm的高度，又由于旋转必须处于中间位置，因此气缸只有安置在偏心位置，为了保证气缸升起时的平衡度，在电机的对称位置分别安装导柱。当胎筒被卸到升举台上时，首先在气缸的推动下，升起300mm，到达包边机的高度，然后完成180度旋转，以便卸胎。2.1.5 卸胎机构设计胎筒在包边机上完成包边后，要将其卸到圆盘上，首先圆盘与包边机的高度不同，包边机高出圆盘200mm，其次，圆盘还与包边机有大概200的距离，这就要求，卸胎机构不但要完成运送胎筒200，还要使胎筒下落200。设计方案如下图2-10所示：机构主要包括：一个划架气缸，一个旋转气缸。划架气缸负责将胎筒推倒圆盘上方，此时旋转气缸伸出，跤轴连接处作为旋转中心，绕此中心旋转一定角度，使得胎筒在自身重力作用下，落到圆盘上，完成整个过程。 图2-10卸胎机构图2.2 参数计算计算的分布：1，位置计算；2，速度计算；3，强度计算。技术参数：outside diameter 外径：520-630height 长度：630-780 weight 重量：30-60top height of machine 包边机高度：820 center height of drum 成型毂中心高：835 height of round plate 圆盘稿：520the space between carcass and drum 胎筒与成型毂（泄气后）的间隙：30-502.2.1 位置计算根据以上提供的参数，所设计的卸胎手合理分配位置如下图2-11所示：如图所示：在一次成型和二次成型设备之间暂时可用的位置1600，在此情况下，即设计的小车不可以比1600 宽，又由于在一次成型设备的左侧经常有上料的工人经过，所以要求小车应小于1600 ，再根据胎筒的最大宽度为780 ，所以最后确定小车的最佳宽度为1200 。在一次成型设备左侧预留300 的工作人员通道是最理想的。二次成型右侧预留100 ，可以防止胎筒与其它设备发生碰撞。图2-11 位置图在两次气缸伸出的过程中，由于支撑气缸的滚轮压在外侧的导轨上，即立板、卸胎手和支撑部分的总体宽度不能超出两轨之间的距离400，并且要保证支撑滚轮能够压倒外侧平导轨。小车高度的确定：成型毂的中心与导轨的高度约为835，而最大胎筒的半径约为315 ，加之胎筒泄气后还会下垂30-50 ，则胎毂下可利用的空间约为500 ，所以确定小车上立板的高度应小于500。图2-12成型古语导轨之间的高度图托架的长度计算：胎筒的长度为630到780，设计的托架长为900，如下图2-13所示：为两边预留60到135的长度，避免当发生意外时，导致偏心，产生一边悬空，而造成损坏。图2-13 托架托架宽度的计算： 胎筒的外径为520到 630，当取胎手将胎筒取下后，它的高度会比升举台高大约40，如果这时将胎筒拨到升举台上，如果没有足够的阻力，胎筒将会跃出，解决这个问题的办法是托架具有一定的宽度，如下图2-14所示：图2-14 托架气缸行程的确定：取胎气缸：如上图2-11所示，在二次成型设备上，胎筒的最左侧与小车之间的距离为1600，而小车本身的长度只有1200，只能采用两次推进的方法取胎，则采用两个800行程的气缸进行工作。如上2-4图所示支撑气缸：根据设计方案，支撑滚轮必须落在外侧的导轨上，起到增加刚度、增强强度的作用，又由于内侧是直线轴承导轨，外侧是平轨，而两条导轨的高度不同，如上图2-2所示，内侧导轨比外侧导轨高出40mm，所以支撑滚轮必须采用可升降型，取胎时滚沦落到外侧导轨上，随着气缸的外伸，在平轨上滚动，起到平衡作用；当取完胎小车回退时，支撑气缸收回，带动滚轮升起，越过直线导轨，顺利将胎筒取走。所以，确定支撑气缸的行程为50。托起气缸：之所以能够将胎筒顺利取下，是利用了在二次成型完成泄气后，胎筒会脱离成型毂自由下垂，产生30到50的间隙，正是利用这个间隙，采用气缸将胎筒平稳地举起一定的高度，使得胎筒完全脱离成型毂，在没有任何摩擦阻力的情况下，将胎筒顺利地取出。所以，最后确定托起气缸的行程为50。升举气缸：由于包边机的顶高为820 ，与小车的高度差为320 ，要将取下得胎筒送到包边机上，必须克服包边机与小车之间的高度差，高度差为300，则选用的升举气缸行程必须大于300，所以，确定升据气缸的高度为320。滑架气缸和旋转气缸：包完边的胎筒还需卸到圆盘上，而圆盘与包边机不但存在着200的距离差，还存在200的高度差，要解决这两个问题，采用以下方案：如上图2-10所示：应用两个气缸，即滑架气缸和旋转气缸，滑架气缸在水平方向推进一定距离，到达圆盘上方，然后，旋转气缸旋转一定角度，使得胎筒到达圆盘表面高度，并且在自身重力的作用下，垂直落在圆盘上。经过实际计算分别取滑架气缸行程为300，旋转气缸的行程为400。下料电机1的总体设计：图2-15 下料电机1由于胎筒长为630到780，半径为最大630，故选用的拨杆长为900，要将胎筒拨下，则拨杆需要一定的力臂，如上图2-15所示：根据电机的位置，和两个托架之间的距离，要将胎筒顺利的拨下，拨杆必须到达两个托架的中心处，加上惯性的作用，胎筒就会滚落到升举台的托加上。结合拨杆的行走路线。取拨杆的力臂长300。下料电机2的总体设计：图2-16 下料电机2与下料电机1几乎相同。由于下料电机2是在升举台之后才下料的，这就要求下料电机2的力臂必须能够越过升举台上的托架，并且能够把胎筒下到包边机上，根据同样的分析，最后取下料电机2拨杆力臂长为400mm。2.2.2 速度计算表2-1 传动比组数123456789传动比1117232935435971871,移动电机(功率：0.55kw)电机额定转速为1400r/m，传动比选用1：35，即经过减速后的速度为：1400/35=40r/m在将其转化成为每秒的转速：40/60=0.67r/s根据时间分配，小车需在20s内完成2.4m的行程即小车的速度为：2.4/20=0.12m/s齿轮的选取，要在0.67转内完成0.12米，也就是说，齿轮的分度圆周长为0.12/0.67=0.18m=180mm所以直径为：d=180/3.14=57.32mmr=28.66mm既然是在20s内完成，故可以选半径大一些，取30mm。齿轮参数计算如下：r = 30mm d = 60mm模数取：m = 2.5 齿数：z = 24分度圆直径为：压力角取：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：下料电机1（功率：0.25w）：电机额定转速为1400r/m，传动比1:59，即经过减速后的速度为：在将其转化成为每秒的转速：由于拨杆的力臂长为300mm,所以，下料电机1拨杆的线速度为：下料电机2（功率：0.25w）：电机额定转速为1400r/m，由于下料点机2拨杆的力臂长，在相同的角速度下也会增加拨杆的线速度，所以在此选取下料电机2传动比为1:71，即经过减速后的速度为：在将其转化成为每秒的转速：下料电机2拨杆的力臂长为350mm,所以，下料电机1拨杆的线速度为：旋转电机（功率：0.25w）：额定转速为：1400r/m，传动比为：1:81,实际转速为：1400/81/60=0.288 r/m因为升举台的电机要驱动器上的托架旋转180度，而托架自身长900，宽为300mm，所以旋转台转动时，画出的圆的半径为：r=475即旋转电机完成180度所需要的时间是：2.2.3 强度计算表2-2部件质量估算支撑机构托起机构立板1及导轨立板2及导轨25kg45 kg35 kg45 kg两个气缸四个电机小车升举台30 kg100 kg200 kg150 kg伸出后的第一种情况校核：正常工作情况下：当取料大车行至终端后，支撑气缸推动滚轮下压至平导轨，此后，一层、二层气缸分别伸出到胎毂下，将胎托起后退回，在整个过程中，支撑滚轮一直承受较大的压力，以下将校核伸出其后的危险处，假设两个气缸伸出后到达1600处时，两立板可认为是刚性一体，即看作一块立板处于悬空状态。则对此立板的支撑点（滚动轴承）进行校核，计算过程如下：将结构图简化如下图2-17所示：A为大车的右导轨，B为大车的左导轨，C为浮动支撑点支撑滚轮。可认为在伸出后，立板和大车的自身重量为均布载荷。BC段均布载荷的集度为q2=560KN/m，AB段均布载荷的集度为q1=7300KN/m。1，求支反力：由力矩平衡条件得：图2-17 力分布简图得支反力：由平衡条件：得知支反力计算无误。根据所选型号的导轨，每个滑块可以承受3000N的力，而在A与B点分别有两个滑块，即导轨能够承受机械机构所施加的力，设计是安全地、可靠的。2，剪力、弯矩将AC分为两段，即AB与AC段，以AB段为研究对象，在AB段内： 以BC段为研究对象，在BC段内： 图2-18 剪力图图2-19 弯矩图由图可以看出，分别在危险截面上承受最大的剪应力，立板许用应力为=140MP=140MPW抗弯截面系数M弯矩b截面宽h截面高在第一种情况下，所以是安全的伸出后的第二种情况校核：在生产过程中，难免存在事故的发生，下面将对取胎过程中，支撑滚轮没有接触到平导轨，以及支撑气缸没有伸出的情况进行校核。即伸出后立板完全处于悬空状态，示意图如下所示：图2-20 力分布简图求支反力：如图所示，由力矩平衡条件得： 得支反力：由平衡条件：得知支反力计算无误。2，剪力、弯矩将AC分为两段，即AB与AC段，以AB段为研究对象，在AB段内： 以BC段为研究对象，在BC段内： 图2-21 剪力图图2-22 弯矩图由图可以看出，分别在危险截面上承受如此大的力，但对于立板剪应力为W抗弯截面系数M弯矩b截面宽h截面高在这种情况下，仍然是安全的。2.3 标准件的选取设计中用到以下标准件、部件和材料，现将其归类列表如下:表2-3 电器元件序号名称数量品牌备注1电机4个沈阳维新电机驱动2汽缸7个费斯托驱动3继电器2个欧姆龙保护电机4热继电器2个欧姆龙保护电机5气缸传感器14个费斯托接收信号6电机接近开关7个施耐德接收信号7极限开关7个施耐德接收信号8PLC1个Allen-Bradley程序存储及控制9变压器1个欧姆龙输出24伏电压10点动开关8个启动12熔断器5组保护电器元件13电磁阀7个费斯托压力换向14配流盘1个费斯托分配高压气流15变频器2个VFD-M调节频率16压力阀1个费斯托调节压力17两位开关1个正泰信号采集18齿条3米传动19齿轮1个传动20中间继电器一个费斯托供电开关21点动按钮20个发出信号22指示灯10个指示动作23电控柜1个电器元件安装24集线盒1个端子安装盒25安全防护光幕4个欧姆龙保护表2-4 附件序号名称数量备注1M4螺钉200个紧固2M8销钉6个固定拨杆3M12螺栓20个设备安装4M6内六角螺栓50个固定汽缸5M10内六角螺栓50个
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