滚筒式输送机课程设计.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 （ 计 算 ）书东北大学专 业 课 程 设 计 说 明 书题目： 滚筒式输送机设计 学院（系）：机械工程与自动化学院 专业班级： 机设081班 学 号： 080302067 学生姓名： 王 辉 指导教师： 李 娜 起止时间：2010.12.12-2011.01.07 辽宁工业大学专业课程设计任务书2第一章绪论41.1研究内容的现状41.2选题意义51.3 设计内容5第二章总体方案设计62.1 技术参数62.2 确定工艺方案72.3功能分解72.4 功能元求解82.5 综合评价92.6 传动系统原理图92.7 传动系统总体布局10第三章执行系统设计计算103.1 滚筒受力分析103.2滚筒结构尺寸及受力（ANSYS分析）113.2.1 建模过程123.2.2 施加载荷及约束133.2.3 后处理143.3气缸的选择15第四章传动系统设计计算164.1 运动与动力设计计算164.1.1 电动机的选择164.1.2 传动比分配174.1.3 各轴转速功率及转矩174.2 链的设计计算184.2.1 确定链轮的齿数184.2.2 确定链型号和链节距p194.2.3 验算链速v194.2.4 确定链条数和中心距194.2.5 计算压轴力194.2.6 计算链轮直径204.3 滚子链的静强度计算204.4 减速器的选择20第五章主要部件的设计及计算215.1 设计轴的结构215.2 主动轴强度校核215.2.1计算链轮所受各个分力215.2.2将空间分为H和V平面力系，并求支反力225.2.3 求轴的弯矩225.2.4 求轴的扭矩235.2.5画出弯矩图以及转矩图235.2.6 校核轴的静强度245.3 校核轴的疲劳强度255.4 滚动轴承的选择及寿命验算265.4.1 滚动轴承的选择265.4.2 寿命验算27第六章 结构设计28第七章 结论29参考文献30第一章 绪论1.1 研究内容的现状在飞速发展的今天，工业化生产占了主导地位，任何机械产品都是经过一步步加工，一步步改善而成的。随着技术的发展，机械产品的加工也有了突飞猛进的发展，由单件生产慢慢转变成了流水线的生产。这样便提高了加工效率。由此，输送机也越来越重要了。输送机的产生不但节省了运输时间，也节约了人力资源，大大提高了运输的效率。本次课程设计研究的是滚筒式输送机。 滚筒输送机适用于各类箱、包、托盘等件货的输送，散料、小件物品或不规则的物品需放在托盘上或周转箱内输送。能够输送单件重量很大的物料，或承受较大的冲击载荷，滚筒线之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送机或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。 滚筒输送机适用于底部是平面的物品输送，主要由传动滚筒、机架、支架、驱动部等部分组成。具有输送量大，速度快，运转轻快，能够实现多品种共线分流输送的特点。结构形式上，从驱动形式上分为有动力、无动力、电动滚筒等，按布局形式分为水平输送，倾斜输送和转弯输送。目前，滚筒式输送机的传动形式有单链轮、双链轮、O型皮带、平面摩擦传动带、同步带等1。 1.2 选题意义滚筒输送机多用于流水线生产，可用多条滚筒线及其它输送机或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。能保证准确的传动比；传动尺寸比较紧凑；不需要较大的张紧力；效率高。并且，结构简单，成本低廉，安装精度要求低，并能在温度较高，湿度较大，油污较重等恶劣环境中工作。所以，此滚筒式输送机能够提高产品生产的效率，减少了人力资源，为机械等行业创造了更多的财富。 21世纪是一个技术创新的时代，随着我国经济建设的高速发展，柴油机的应用日益增长，由此，柴油机输送机的需求也日益增加。柴油机本身质量较重，并且形状规则近似长方体形状，除此，柴油机的加工工序较多，利用本次设计的滚筒式输送机能够准确的将柴油机机体输送到各个工位上，并且输送可靠，由此，节省了工作时间，提高了柴油机的生产效率1。1.3 设计内容 1.输送机的总体设计滚筒式输送机结构主要有机架，直线推动机构，传动机构组成。机架主要是由方钢焊接而成。直线推动机构采用的是气缸和传感器，主要是由推板、滑动轴、底座组成。传动系统主要由电动机和链传动机构组成。2.柴油机转向输送系统的设计输送机的转向机构，利用气缸的直线运动实现的，柴油机机体到达指定位置，通过传感器的作用，从而气缸工作，推动推板，通过推板均匀推动整个柴油机机体的转向，达到柴油机机体输送的转向。 3.传动系统的设计传动系统采用的是滚子链传动，直联电机通过键连接一个滚子链轮通过链传动将力和运动传递到滚筒输送机轨道的主轴上，主轴带动所有滚筒转动，达到柴油机机体的输送功能。第二章 总体方案设计2.1 技术参数表2.1为滚筒输送机的主要设计参数。表2.1 滚筒输送机参数参数名称数值辊筒直径（mm）76柴油机的尺寸（mm）输送柴油机的速度（m/min）30柴油机的质量（kg）3502.2 确定工艺方案 柴油机的直线输送和输送转向的工艺路程为：将柴油机放置在的输送机上，通过滚筒的转动实现柴油机的直线输送，当柴油机输送到所需位置，通过外力推动实现柴油机的输送转向，使柴油机能够输送到各个所需工位。工艺路线图如图2.1所示。柴油机推动柴油机的输送柴油机定位柴油机的放置柴油机输送转向柴油机送到各工位 图2.1工艺路线图由于本次课程设计时间较短，所以只对柴油机的输送以及柴油机的换向输送进行主要的设计。2.3功能分解滚筒式输送机的分功能主要由动力功能，传动功能，控制功能组成。其中动力功能主要由传动功能和换向功能完成。传动功能主要是输送功能。控制功能主要是由传动控制以及换向控制功能完成。本次设计的滚筒输送机的功能分解如图2.2所示：输送功能传动功能转向功能 动力功能滚筒输送机 启动 控制功能停止 图2.2功能树2.4 功能元求解滚筒式输送机的分功能由功能树得出为转向，输送，启动，动力四个分功能。其中转向功能可由人工转向，气缸推动转向，吊车转向实现。输送功能可由带式输送，链式输送，辊子输送来实现。启停功能可由传感器控制，人工控制，机械控制来实现。动力功能可由电动机，内燃机，以及液压系统来实现。根据各分功能可得到如表2.3滚筒式输送机设计的形态学矩阵。表2.2 形态学矩阵分功能功能分解 1 2 3 A转向 人工转向 气缸推动吊车转向 B输送 带式输送 链式输送辊子输送 C启停 传感器控制 人工控制机械控制 D动力电动机内燃机液压2.5 综合评价由表2.2形态学矩阵可知，在柴油机机体输送过程中，从使用工作环境，传动效率，传动比范围，传动速度，制造成本和安装精度以及柴油机机体本身的特征等方面考虑，我认为最佳组合是A2+B3+C1+D1。图2.3为传感器控制，气缸推动原理图实现柴油机的转向输送。图2.4为滚筒式输送原理图实现直线输送柴油机功能。本机整体是通过链轮传动来实现的。这种方案使得整个机器结构简单，可靠性高，使用维护方便。并且输送效率很高，成本低廉，安装精度要求低，并能在温度偏高，湿度偏大，油污较重等恶劣环境中工作。 图2.3 传感器控制,气缸推动（A2+C1） 图2.4 滚筒式输送（B3） 图2.5 链轮传动2.6 传动系统原理图本次设计的滚筒式输送机主要由电动机进行动力驱动，通过链式传动将动力和扭矩传动到输送辊上，输送辊为主动辊，每个辊上均有一个双排链轮，通过链传动使得每个滚筒转动从而达到柴油机的输送功能。柴油机的转向输送主要由气缸来实现。方案原理图如图2.7所示。 图2.7 方案原理图2.7 传动系统总体布局由于本次设计的滚筒式输送机只要应用于工厂中，所以输送机的总体布局很重要。总体布局应尽量使得整个机体占地面积小，不妨碍其他工作人员以及其他机器的正常工作。方案总体布局图如图2.8所示： 图2.8 方案总体布局图第三章 执行系统设计计算3.1 滚筒受力分析 输送的柴油机机体的重量为G=3500N，柴油机在输送过程中，同时与四个滚筒接触，所以有：每个滚筒所承受的载荷： 滚筒材料选为45号钢，无润滑的情况下，摩擦系数： 轴承的摩擦系数为： 滚筒与柴油机之间的摩擦力为：N 一个滚筒的重量大致为：kg 轴承转动的摩擦力为：N 滚筒的转速为： 每个滚筒的功率为：W 3.2滚筒结构尺寸及受力（ANSYS分析）已知滚轴的外形尺寸如图3.1所示：滚筒的两端所有方向都有约束，在滚筒中间位置上，水平方向承受力525N，垂直方向承受力为875N，在键的位置上承受转矩为Mz=45.7N.M。454239932350766210392317 图3.1 滚筒结构图3.2.1 建模过程单元类型：Solid Brick 8node 45材料属性：弹性模量：2x 泊松比：0.3建模思路：连续创建几个圆柱体，并利用布尔加使其生成一个整体。再创建一个键槽，利用布尔减将键槽剪掉。整个外形图确定之后划分网格，施加约束和载荷。最后进行后处理。步骤：连续创建几个圆柱体ModelingCreateVolumescylinderBy Dimensions ，输入坐标值，生成图形如图3.2模型一。利用布尔加Boolean将其合为一个整体。先转换工作平面，workplane change active cs to workingplane offset up by increments ok创建两个圆柱体cylinder和一个矩形体block，利用布尔加Boolean将其合成一个整体，再利用布尔减Boolean将其减掉，生成键槽，如图3.3所示。划分网格: MeshingMeshToolGlobalsetNDIV 10MeshPickAllClose，如图3.4所示。 图3.2 模型一 图3.3 模型二 图3.4 模型三 3.2.2 施加载荷及约束施加约束及载荷的建模思路：滚筒两端均有任意方向的约束。柴油机放置在滚筒上，相当于在滚筒正中心承受向下的重力作用以及水平方向的摩擦力的作用。施加约束：SolutionDefine LoadsApplystructuralDisplacementOn Areas选择4个侧面OK施加X和Y方向的约束。如图3.5，图3.6所示。施加载荷：SolutionDefine LoadsApplystructuralForce/Moment选择上表面Fx=525N, Fy=875N,Mz=45.7N.MOK，如图3.7，图3.8所示。求解：SolutionSolveCurrent LsOK，如图3.9所示。 图3.5模型五 图3.6模型六 图3.7模型七 图3.8模型八3.2.3 后处理后处理即求机体的变形量以及应力:滚筒的变形量：General PostprocPlot ResultsDeformed shape，如图5.10所示。滚筒的应力：General PostprocPlot ResultsContour Plotstressvon Mises stress，如图5.11所示。 建模过程图如下所示： 图3.9模型九 图3.10模型十 图3.11模型十一由参考文献10查得=50 Mpa，最大应力为26.9Mpa S, 满足要求。c. 剖面校核因轴单向转动，弯曲应力为对称循环变应力。扭剪应力按脉动循环处理。MPa MPa 查得： ， =10.9 取S=1.51.8 SS, 满足要求。5.4 滚动轴承的选择及寿命验算5.4.1 滚动轴承的选择针对本次设计是输送柴油机的滚筒式输送机，相对转动速度比较低，并且主要承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷，采用深沟球轴承,轴承代号6203。5.4.2 寿命验算根据轴承6203得=9.58KN =4.78KN得出：N N N N Fa=1605.6N 查文献3表9-6得出e=0.40Y1=1.10 X1=0.56Y2=1.10 X2=0.56根据轴承承受冲击状况得，根据文献3表9-7轴承承受冲击状况得=1.5=(N N P1P2 计算轴承2寿命=16927h寿命足够。第六章 结构设计针对本次课程设计进行部分结构设计：1.在进行总体方案设计过程中，要充分考虑总体布局，总体布局要合理，机构的放置不能影响周边其他机器的正常运行，同时也不能影响周边其他工作人员的活动等。例如本次设计的滚筒式输送机中，气缸的位置要合理、电机和减速器的位置要合理。如图6.1。2.在总体方案设计过程中，要考虑人机学问题，例滚筒轨道的高度要合理。 图6.1气缸、电机的安放3.在设计滚筒过程中，要考虑到节省材料，以及输送柴油机机体的可靠性。本次设计多次通过焊接手段从而节约了材料如图6.2，并达到了预期的功能。4.在输送轨道的设计上，为了使输送的柴油机能够准确的沿着轨道输送，在滚筒的两边焊接一凸沿，以防止柴油机掉落。 图6.2滚筒的设计 图6.3凸沿的设计 第七章 结论滚筒输送机多用于流水线生产，可用多条主动滚筒来完成柴油机机体的输送。本次课程设计是滚筒输送机的设计，是用来输送柴油机机体以及实现90度转向。滚筒式输送机结构主要有机架，直线推动机构，传动机构组成。机架主要是由方钢焊接而成。直线推动机构采用的是气缸和传感器，主要是由推板、滑动轴、底座组成。传动系统主要由电动机和链传动机构组成。根据任务书中的技术参数确定工艺原理，并进行功能分解和功能元求解，构造形态学矩阵，确定可行的方案。对执行系统进行了设计，由生产率及工艺性，并考虑到周围环境的影响，从而确定尺寸参数及运动参数。在传动系统设计中，由滚筒所需功率确定减速电机型号，并分配传动比，由传动比设计链轮的尺寸，考虑到空间及结构的紧凑性，选择合适的中心距，确定链节数，并对滚筒做了有限元分析，设计合理的尺寸，整台机器的外形尺寸为长2611mm，宽1905mm，高454mm，输送速度为30m/min。参考文献1 输送机网址: /ssid=0/from=844b/bd_page_type=1/uid=wia