输送线的毕业设计.doc

毕业设计（论文）报告 题 目 轻型带式输送线设计 院（系）别 中德机电学院 专 业 机电一体化技术 班 级 数电1001班 姓 名 程浩 学 号 100100947 指导教师 胡冬梅 完成日期 2013年3月15日 摘 要 随着国民经济的不断增长，我国的工业水平也在不断提升。特别是计算机技术的迅猛发展，使得落后的工业生产方式难以满足工业的发展要求，同时也催生着工业格局和生产模式的革命。从现代工业发展的方向来看，工业生产越来越规模化、核心化、精细化、简单化。当然这一切绝对离不开机电一体化技术的发展，而现代企业做大做强正是依托于此，工业竞争也主要演变成机械系统的竞争。今天我们要做的毕业设计就是要以轻型输送线为例，来分析机电一体化系统中的机械设计过程和要素。这个课题我们将主要从设计轻型输送线的缘由、轻型输送线的动力设计参数、轻型输送线的硬件分析、以及设计轻型输送线的软件支持等方面来研究。关键词：机电一体化，机械设计，输送线abstractwith the national economy is growing, chinas industrial level also is rising. especially the rapid development of computer technology, which makes the backward industrial mode of production to meet the requirements of the development of industry, but also generated industrial pattern and the production mode of revolution. from the modern industrial development direction to see, the industrial production more and more large-scale, the core is changed, fineness and simplification. of course all this absolutely cannot leave the development of mechatronics technology, and modern enterprise bigger and stronger it is relying on in this, the industrial competition is the main evolved into the competition of mechanical system. today we are going to do the graduation design is to light conveyor line as an example, to analyze the mechanical and electrical integration system of mechanical design process and factors. this subject we will mainly from the design of the conveyor line light source, light conveyor line power design parameters, light conveyor line hardware analysis, and design light conveyor line software support to study.keywords: mechanical and electrical integration, mechanical design, conveyor line 目 录摘 要1目 录21 机械设计制造的发展史41.1 机械设计起源和古代机械设计41.2近代机械设计41.3现代机械设计51.4我国机械设计现状52 带式输送线的概述62.1输送线的历史62.1.1输送线发展历程62.1.2输送线的基本信息62.1.3现代物流输送线自动控制系统62.2 带式输送线的应用72.3 各种带式输送机的特点73 带式输送线的动力设计83.1带式输送线的设计工作要求83.2 动力计算步骤83.2.1负载参数计算83.2.2 动力机构参数计算83.2.3电机参数83.3电机的选用93.3.1选用电动机的原则及步骤93.3.2电机的基本信息103.3.3梅花弹性联轴器114带式输送线的主要部件设计124.1机械设计的材料选用124.1.1材料选择的根据124.1.2 钢铁材料的选用134.2 支架的设计144.2.1支架的材料144.2.2支架的组成144.2.3支架的加工图纸（见附录1)144.2.4支架的装配图144.3轴衬154.3.1轴衬的加工图纸154.3.2轴衬的三维立体图154.4传动轴164.4.1传动轴的加工图纸164.4.2传动轴三维立体图164.5导向轴174.5.1导向轴加工图纸174.5.2导向轴的三维立体图175带式输送线的其他问题185.1带式输送线的装配总图185.2带式输送线的装配部件明细185.3带式输送线的保养205.4带式输送线的跑偏原因与处理方法206带式输送线的软件技术支持216.1 solidworks21结束语22致 谢23参考文献241 机械设计制造的发展史1.1 机械设计起源和古代机械设计我国近代的考古发现证明了一些传说和记载。在浙江余姚河姆渡，河南郑裴李岗等遗址中都发现了七八千年以前制造相当精致的农具如石铲等。我国古代经书中，对于古代使用，制造机械的情况有许多记载。在我国古代文献中随处可以见机械产品与人民生活密切的联系，在我国春秋战国时代的著作道德经中有“三十辐共一毂，像日月也”的说法，而在秦陵发掘出来的二号铜车马，车融会贯通就有30个车辐。虽然据统计，当时的车每个车轮用30个轮辐，但是对轮辐的数目已经有了一定的规则。此外，我国古代在武器，纺织机械，农具，船舶等方面也有许多发明，到秦汉时期（公元前221至公元220年）我国机械设计和制造已经达到相当高的技术水平，在当时世界上处于领选地位，在世界机械工程史上占有十分重要的位置。1.2近代机械设计17世纪欧洲的航海，纺织，钟表等工业的兴起，提出了许多技术部题，1644年英国组成了“哲学学院”，德国成立了实验研究会和柏林学会，1666年，法国，意大利也成立了研究机构。在这些机构中工作的意大利人伽里略（15641642）发表了自由落体定律，惯性定律，抛物体运动，还进行过梁的弯曲实验；英国人牛顿提出了到家动的三大定律，1688年，他提出了计算流体黏度阻力的公式，奠定了古典力学的基础；英国人虎克建立了在一定范围内弹性体的应力 - 应变成正比的虎克定律；1705年伯努力提出了梁弯曲的微分方程式，在古典力学的基础上建立和发展了近代机械设计的理论（也称常规机械设计理论）。 1764年英国人瓦特发明了蒸气机，为纺织，采矿，冶炼，船舶，食品，铁路等工业提供了强大的动力，推动了多种行业对机械的需求。在1854年德国学者劳莱克斯发表了著作机械制造中的设计学把过去溶在力学中的机械设计学独立出来，建立了以力学和制造为基础的新科学体系，由此放生了“机构学”，“机械零件设计”，成为机械设计中的基本的内容。在这一基础上，机械设计学得到了很快的发展。1.3现代机械设计第二次世界大战以后，作为机械设计的理论基础的机械学继续以更加迅猛的速度发展，摩擦学，可靠性分析，机械优化设计，有限元计算，尤其是计算机在机械设计中迅速推广，使机械设计的速度和质量都有大幅的提高。在机械中广泛运用计算机和自动化程度的提高，使现代的具有明显的特色。因此，机械设计在理论，内容和方法方面与过去相比都有了划时代的发展。而国际市场的激烈竞争，是现代机械设计的方法和发展的催化剂。世界各国逐渐认识到产品市场竞争对各国经济发展的重要作用。1.4我国机械设计现状我国在现代机械设计方面起步较晚，中国机械工程学会于1983年5月才召开了“第一次机械设计方法学讨论会”，但经过了多年的努力，我国在现代设计方法的研究方面已经取得了可喜的成绩，现在的中国可以自豪地称为“世界的工厂”，“made in china”已经是世界闻名了。但是相对于世界上先进的国家来说，我国的机械设计还是相当的落后的，具体表现为：（1）对客观设计过程研究，了解不够。尚未很好地掌握设计中的客观规律。（2）当前设计的优劣主要取缺于设计者的经验。（3）设计生产效率低。（4）设计进度与质量不能很好控制。（5）设计手段与方法有等改进。（6）尚未形成能为大家接受的，能有效指导设计实践，较为系统的设计理论。面对这一形势。唯一的回答就是：设计必须科学化，这意味着要科学地阐述客观设计过程及其本质，分析与设计有关的领域及其单位，在些基础上，科学地安排设计过程，使用科学的方法和手段进行设计。同时也要求设计人员不公有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论，设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。 2 带式输送线的概述2.1输送线的历史2.1.1输送线发展历程 中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架输送线空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。 1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。2.1.2输送线的基本信息输送线主要是完成其物料的输送任务。在环绕库房、生产车间和包装车间的场地，设置有由许多皮带输送机、滚筒输送机等组成的一条条输送链，经首尾连接形成连续的输送线。在物料的入口处和出分拣式输送线-输送机口处设有和路径叉口装置、升降机和地面输送线。这样在库房、生产车间和包装车间范围内形成了一个既可顺畅到达各个生产位置同时又是封闭的循环输送线系统。所有生产过程中使用的有关材料、零件、部件和成品的等物料，都须装在贴有条形码的托盘箱里才能进入输送线系统。在生产管理系统发出的生产指令的作用下，装有物料的托盘箱从指定的入口处进入输送线系统。 2.1.3现代物流输送线自动控制系统现代物流输送线自动控制系统主要利用plc控制技术，使系统按照生产指令，通过系统的自动识别功能和输送线系统，自动地和柔性地把托盘箱里的生产物料，以最佳的路径、最快的速度，准确地从生产场地的一个位置输送到另一个位置，完成生产物料的时空转移，保证各种产品的生产按需要协调地进行和按需要迅速地变化。保证工厂设备和生产的高效率运行。在这个过程中，最佳路径控制成为物流自动控制系统的技术关键，而系统其他部分则围绕路径控制进行相应工作。 2.2 带式输送线的应用带式输送机是连续运输机的一种，连续运输机是固定式或运移式起重运输机中主要类型之一，其运输特点是形成装载点到装载点之间的连续物料流，靠连续物料流的整体运动来完成物流从装载点到卸载点的输送。在工业、农业、交通等各企业中，连续运输机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线不可缺少的组成部分。连续运输机可分为：（1）具有挠性牵引物件的输送机，如带式输送机，板式输送机，刮板输送机，斗式输送机、自动扶梯及架空索道等；（2）不具有挠性牵引物件的输送机，如螺旋输送机、振动输送机等；（3）管道输送机(流体输送)，如气力输送装置和液力输送管道。其中带输送机是连续运输机中是使用最广泛的，带式输送机运行可靠，输送量大，输送距离长，维护简便，适应于冶金煤炭，机械电力，轻工，建材，粮食等各个部门。 2.3 各种带式输送机的特点（1）qd80轻型固定式带输送机 qd80轻型固定式带输送机与td型相比，其带较薄、载荷也较轻，运距一般不超过100m，电机容量不超过22kw。（2） 它属于高强度带式输送机，其输送带的带芯中有平行的细钢绳，一台运输机运距可达几公里到几十公里。（3）u形带式输送机 它又称为槽形带式输送机，其明显特点是将普通带式输送机的槽形托辊角由提高到使输送带成u形。这样一来输送带与物料间产生挤压，导致物料对胶带的摩擦力增大，从而输送机的运输倾角可达25。（4）管形带式输送机 u形带式输送带进一步的成槽，最后形成一个圆管状，即为管形带式输送机，因为输送带被卷成一个圆管，故可以实现闭密输送物料，可明显减轻粉状物料对环境的污染，并且可以实现弯曲运行。3 带式输送线的动力设计3.1带式输送线的设计工作要求 本设计主要针对课题研究，采用模拟化数据参数。 我们设定要求设计的轻型带式输送线可以运送500g的铁块以每秒50mm速度连续运行， 要求输送线使用扁平带材料涤纶66。 3.2 动力计算步骤3.2.1负载参数计算 1. 功率：因为p=fv f=un n=mg 若扁平带材料选用涤纶66 又因为：钢与扁平带之间的静摩擦系数为0.37 带传动两种物体运动的摩擦力需要f=u*n=u*m*g=0.37*0.5*10=1.85np=f*v=1.85n*50mm/s=0.1w 3.2.2 动力机构参数计算 1.扭矩：因为m=f*r 又因为f=u*n 所以： m=u*r*n=0.37*5*2mm=3.7n/mm3.2.3电机参数型号：z4d40-24gn输出功率：40w 转速：3000rpm 电压 24 v 电流 2.1a 传动比 503.3电机的选用3.3.1选用电动机的原则及步骤1、选用电动机的原则 根据负载曲起动特性及运行特性，选出最适于这些特性的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。 选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。 计算相确定合适的电动机容量。通常设计制造的电动机，在75%100%额定负载率时，效率最高。因此应使设备需求的容量与被选电机的容量差值为最小，使电机的功率被充分利用。 选择可靠性高、便于维护的电动机。 考虑到互换性，尽量选择标准电动机。 为使整个系统高效率运行，要综合考虑电机的极数及电压等级。2、选用电动机的主要步骤 根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。 根据电源的情况，选择电动机额定电压。 根据生产机械所要求的转速以及传动设备的情况，选择电动机额定转速。 根据电动机和生产机械安装的位置和场所环境，选择电动机的结构及防护型式。 根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式，选择电动机的额定功率。3、 我们的电机选用 考虑到轻型带式输送线的动力要求，同时综合考虑到项目的经济性和实用性，我们选用了z4d-40-24直流电机。 3.3.2电机的基本信息(1)(2)电机特性表3.3.3梅花弹性联轴器（1）梅花形联轴器的介绍梅花形联轴器是将一个整体的梅花形弹性环装在两个形状相同的半联轴器的凸爪之间，以实现两半联轴器的连接。通过凸爪与弹性环之间的挤压传递动力，通过弹性环的弹性变形补偿两轴相对偏移，实现减振缓冲。这种联轴器已标准化，gb/t5272-2002制定的五种结构形式：lm形（基本型）、lmd型（单法兰型）、lms型（双法兰型）、lmz-i型（分体式制动轮型）和lnz-ii（整全式制动轮型）。每种形式均有14个规格，它们适用的轴孔直径d=12-160mm，轴孔长度l=35-135mm，公称转矩t=25-25000n.m，许用转速n=1500-15300r.min。（2）梅花形弹性联轴器的性能梅花形弹性联轴器的弹性元件近似梅花状,该联轴器具有补偿两轴相对偏移、减振、缓冲性能，径尺寸小、结构简单不用润滑、承载能力高维护方便、更换弹性元件需轴向移动，适用于联接同轴线、起动频繁，正反转变化，中速，中等转矩等传动轴系和要求工作可靠性高的工作部件。不适用于低速重载及轴向尺寸受限更换弹性元件后两轴对中困难的部位。梅花形弹性联轴器经过车削，铣削，和拉削等机加工方法加工而成，再经过整体热处理以保证足够强度 。梅花形弹性联轴器具有很好的平衡性能和适用于高转速应用（最高转速可达30000转/分钟），但不能处理很大的偏差，尤其是轴向偏差。较大的偏心和偏角会产生比其他伺服联轴器大的轴承负荷。另一个值的关注的问题是梅花形弹性联轴器的失效问题。一旦梅花弹性间隔体损坏或失效，扭矩传递并不会中断，同时两轴套的金属爪啮合在一起继续传递扭矩，这很可能会导致系统出现问题。根据实际应用选择合适的梅花弹性间隔体材料是本联轴器的一大优势，不同的硬度和温度承受力，让客户选择合适的材料满足实际应用的性能标准。（3)我们所使用的联轴器4带式输送线的主要部件设计4.1机械设计的材料选用4.1.1材料选择的根据材料的种类繁多，而且性质互异，因此无论铁金属和非铁金属材料，或者随后即将讨论的非金属材料自然都有不同的应用场合。一项产品在选用材料时，会因使用场合(例如：强度的要求、环境的因素、成本的考虑等)而不同，而各种材料由于结构的不同，也有其适当的用途，因此如何使材料的应用能适材适所，就是材料选用的最大准则。本章将提出材料选择的几个重要考虑因素，并举实例具体说明。 (一)材料的规格要符合使用的需求选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如抗拉强度、切削性、耐蚀性等。许多材料似乎都可以满足使用的需求，但是如果选择具有正字标记或符合国家标准的材料，例如：我国的cns 日本的jis 美国的astm、 sae、 aisi、 uns 德国的din等，由于其化学成分及机械性质都经过试验，有一定的保证，因此质量将更有保障。(二)材料的价格要合理价格是选择材料的另一个重要因素。因为优秀的材料如果价格高昂，产品的成本势必提高，竞争力就会降低。因此如果材料不是唯一的选择，那么价格合理的同级材料或以开发新产品替代都是不错的解决方案。 (三)材料的质量要一致产品如果是单一的就不必考虑一致性的问题，但是如果是属于大量生产的东西，材料的供应就必须稳定而且质量一定才行，否则因产品不良造成退货或是赔偿，无论是金钱及信誉的损失可能都将难以弥补，因此在选择材料供应之初，材料质量的一致和来源的稳定性也是重要的考虑因素。4.1.2 钢铁材料的选用以上提到的是材料选用的原则。而钢铁材料由于在机械上使用广泛，因此必须针对其特性考虑。钢铁材料的选用，常遭遇的还有三个问题：(一)使用碳钢或合金钢(二)局部或全部淬火(三)用铸造品或锻造品。碳钢的价钱便宜，但合金钢易于淬火、硬化深度大、抗回火软化佳。承受的负荷则关系局部或全部淬火，负荷大的零件以全部淬火为宜，表面淬火则可承受耐疲劳及磨耗的场合。锻造与铸造在制造一直是竞争不止，传统的铸造品虽可以制造复杂或有内孔的零件，但被认为偏析、气孔、韧性差，锻造品则较强韧，但铸造技术及材料的进步，己可以达到均质、强韧，加以铸造有一次成型的优点，因此目前铸件占较有利的趋势。4.2 支架的设计4.2.1支架的材料考虑到输送线的轻便性，我们选取了铝合金材料，我们铝合金是非常好回收再造的一种材料，这也使得输送线的加工更为简便，当然也更加环保。根据本设计的设计要求我们选用了20*20的铝合金型材。综合计算下来我们共需要3米4.2.2支架的组成类型数量类型数量支架902支架4102支架140-1&32支架650-11支架140-2&42支架650-214.2.3支架的加工图纸（见附录1)4.2.4支架的装配图 4.3轴衬4.3.1轴衬的加工图纸4.3.2轴衬的三维立体图 轴衬4.4传动轴4.4.1传动轴的加工图纸4.4.2传动轴三维立体图 传动轴 4.5导向轴4.5.1导向轴加工图纸4.5.2导向轴的三维立体图5带式输送线的其他问题5.1带式输送线的装配总图5.2带式输送线的装配部件明细1衬套9底板2联轴器10返回轴3存贮引擎金属板11右存贮返回轴板4电机板12轴承与导向轴5c-01电机13左存贮返回轴板6传动轴114皮带7减速器连接板15支架装配体8连接套165.3带式输送线的保养 输送带在生产运行当中，出现打滑的原因有很多，以下我们就说说在作业中经常见到的以及处理的方法：第一是输送线的输送带负荷过大，超出了电机所能负荷的能力，因此会打滑。此时应当减轻输送物料的运输量或增加输送机的本身的承重力。第二是输送线的启动速度太快而造成打滑。此时应当慢速启动或再次点动两下后再重新启动，也可以克服打滑的现象。第三是初张力太小。原因是输送带在离开滚筒时的张力不够，所造成输送带的打滑。此时处理的方法是调整拉紧装置，加大初张力。第四是滚筒的轴承损坏而不转动。原因可能是灰尘积聚的太多或是没有及时检修和更换已被严重磨损而转动不灵活的部件，造成阻力增大而打滑。第五是输送机传动的滚筒与输送带之间的摩擦力不够所造成打滑现象。原因多半是输送带上有水份或作业环境潮湿。此时应当在滚筒加入些许松香末。5.4带式输送线的跑偏原因与处理方法跑偏原因：输送线运行时输送带跑偏是最常见的故障之一。跑偏的原因有多种，其主要原因是安装精度低和日常的维护保养差。安装过程中，头尾滚筒、中间托辊之间尽量在同一中心线上，并且相互平行，以确保输送带不偏或少偏。 另外，带子接头要正确，两侧周长应相同。处理方法：在使用过程中，如果出现跑偏，则要作以下检查以确定原因，进行进行调整。输送带跑偏时常检查的部位和处理方法有： （1）检查托辊横向中心线与带式输送机纵向中心线的不重合度。如果不重合度值超过3mm，则应利用托辊组两侧的长形安装孔对其进行调整。具体方法是输送带偏向哪一侧，托辊组的哪一侧向输送带前进的方向前移，或另外一侧后移。 （2）检查头、尾机架安装轴承座的两个平面的偏差值。若两平面的偏差大于1mm，则应对两平面调整在同一平面内。头部滚筒的调整方法是：若输送带向滚筒的右侧跑偏，则滚筒右侧的轴承座应当向前移动或左侧轴承座后移；若输送带向滚筒的左侧跑偏，则滚筒左侧的轴承座应当向前移动或右侧轴承座后移。尾部滚筒的调整方法与头部滚筒刚好相反。 （3）检查物料在输送带上的位置。物料在输送带横断面上不居中，将导致输送带跑偏。 如果物料偏到右侧，则皮带向左侧跑偏，反之亦然。在使用时应尽可能的让物料居中。为减少或避免此类输送带跑偏可增加挡料板，改变物料的方向和位置。6带式输送线的软件技术支持6.1 solidworks solidworks为达索系统（dassault systemes s.a）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的catiav5就出自该公司之手，目前达索的cad产品市场占有率居世界前列。 solidworks软件功能强大，组件繁多。 solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是solidworks 的三大特点，使得solidworks 成为领先的、主流的三维cad解决方案。solidworks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。solidworks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的windows系统的用户，基本上就可以用solidworks 来搞设计了。solidworks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。solidworks资源管理器是同windows资源管理器一样的cad文件管理器，用它可以方便地管理cad文件。使用solidworks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维cad解决方案中，solidworks是设计过程比较简便而方便的软件之一。结束语经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了轻型带式输送线的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。从对机械设计等相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和思考，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。从中我也充分认识到了机械设计给我们生活和工业生产带来了巨大的方便。 虽然我的论文作品不是很成熟，还有