围板包装箱自动生产线合围装置设计

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 围板包装箱自动生产线合围装置设围板包装箱自动生产线合围装置设 计计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 围板包装箱 自动生产线合围装置设计 是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的成果 其内容除了在毕业设计 论文 中特别加以标 注引用 表示致谢的内容外 本毕业设计 论文 不包含任何 其他个人 集体已发表或撰写的成果作品 班 级 机械 93 学 号 0923113 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目 围板包装箱自动生产线合围装置设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 1 课题来源 来源于工厂 2 选题依据 围板箱是由托盘 箱体和箱盖三部分组成 组成每层围板 的四片木板用铰链连接 由于装箱的灵活性 对装载物的适应性和重复使用性 围板箱被广泛应用与机械 化工 电子 五金一集其他领域的物流配送 具有 能回收 降低成本 环保等优点 作为产品外包的物流设施 围板箱越来越受客户的欢迎 使用量巨大 然 而 现有的围板箱生产方式落后 在生产中人为因素较大 这使得围板箱的 生产上存在着生产效率低 质量不稳定等缺陷 这严重影响着围板箱的应用 为了提高劳动生产率 降低工人劳动强度 节约生产成本 我们对围板箱的 现有生产工艺进行了研究 设计出了适应与围板箱生产的自动合围装置 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 熟练运用 UG 绘制三维模型图 熟悉围板包装箱生产加工的过程 了解近几年对围板箱生产工艺的改进 II 设计出合理的围板箱合围装置 四 接受任务学生 四 接受任务学生 机械 93 班班 姓名姓名 顾一涛 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问 六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 25 日日 III 摘摘 要要 围板箱作为产品外包的物流设施 围板箱越来越受客户的欢迎 使用量巨大 然而 现有的围板箱生产方式落后 在生产中人为因素较大 这使得围板箱的生产上存在着生 产效率低 质量不稳定等缺陷 这严重影响着围板箱的应用 为了提高劳动生产率 降 低工人劳动强度 节约生产成本 我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究 通过对原 有围板箱生产工艺的分析 设计了适应于围板箱的自动合围装置 围板包装箱在生产过程中主要分为上料 拼接 钻铆 合围等几部分工序 本论文 主要是设计合围装置的说明 将 2 个用铰链连起来的 2 片木板的两端分别铆接起来 连 接起来的木板链一端是只有孔 另一端是仅铆接了半面铰链 另半面没有铆接 首先 第一步是铆接了半面铰链的一端在前另一端在后 通过挡板来约束定位 第二步运用气 压缸来推动夹紧块来夹紧木板 使之不能像对滑动 之后在是夹紧装置绕主轴旋转 180 在重复第一 二步操作 第二次只旋转 90 使两块木板合围 之后通过平移夹紧旋 转装置使需要铆接的部分移到铆接机上 在上铆钉铆接从而完成合围 关键词关键词 围板箱 合围 铆接 自动生产线 IV Abstract Hoardings box as outsourcing logistics facilities around the crate more and more popular with customers a huge amount of use However the backward the existing hoardings box mode of production in the production of man made factors which makes the production of hoardings box there is low productivity unstable quality defects This has seriously affected the application of hoardings box In order to improve labor productivity reduce labor intensity reduce production costs we conducted a research on the hoardings Box existing production process through the analysis of the production process of the original hoardings box designed to adapt to the hoardings box automatically encirclement devices The hoardings box on materials stitching drilling and riveting encircled in the production process is divided into several parts process of this thesis is the design of the encirclement device Two hinges to link two of the ends of the planks were riveted Connected one end of the wood chain is the only hole the other end is only half a face riveted hinge the other half of a riveting First step is riveting half face one end of the hinge in front the other end of the baffle to constrain the positioning second step the use of pneumatic cylinder to push the clamping block for clamping wood so they can not like sliding after clamping device around the spindle 180 repeat the first and second steps second rotation only 90 so that the two pieces of wood encircled by the pan after clamping rotary device to make part moved to the riveting machine riveting thus completing the encirclement on the rivet Key words Hoardings box encirclement riveting automated production lines V 目目 录录 摘 要 III ABSTRACT IV 目 录 V 1 绪论 1 1 1 本课题的研究内容和意义 1 1 2 国内外的发展概况 1 1 3 本文主要设计内容 4 2 生产线总体结构设计 5 2 1 围板箱生产工艺分析 5 2 1 1 围板尺寸参数 5 2 1 2 生产线工艺流程 5 2 1 3 总体结构 7 2 1 4 生产节拍的拟定 7 2 1 5 控制系统 8 3 各部分具体设计 9 3 1 木料传入部分设计 9 3 2 木料的定位夹紧装置设计 9 3 3 旋转移位装置 10 3 3 1 电动机的选取 11 3 3 2 传动比的分配 13 3 4 伸缩移位 19 3 5 铆接 20 3 5 1 定位 20 3 5 2 送钉装置 20 3 5 3 铆接装置 29 4 结论与展望 35 致 谢 36 参考文献 37 围板包装箱自动生产线合围装置设计 1 1 绪论绪论 1 1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 围板箱是由托盘 箱体和箱盖三部分组成 组成每层围板的四片或六片木板用L型铰 链连接 由于装箱的灵活性 对装载物的适应性和重复使用性 围板箱被广泛应用于机 械 化工 电子 五金以及其他领域的物流配送 具有能回收 降低成本 环保等优点 围板箱的优点 1 围板箱的长 宽根据托盘的尺寸确定 使用层数可根据承载物的高度来决定 最 大限度地提高箱体空间的利用率 2 由于无钉化作业 显著地降低了工人在装卸过程中发生工伤的风险 3 不存在因箱体的部分损坏而令整箱报废的情况 对于同一尺寸 可实现完全互换 使用 4 运输时可将围板折叠为双层或四层相连接的木板结构摆放在托盘上 大大地减少 贮运体积 有效的降低运输成本 在循环包装系统里 方便灵活的围板箱有着无可比拟的优势 这是一种标准的物流 器具 损坏的顶盖与侧板很容易进行替换 整体循环包装系统的投资比较低廉 而使用 寿命则可达十年之久 这也是一种可靠的坚固的可以折叠的包装系统 由于装箱的灵活 性 对装载物的适应性和重复使用性 围板箱被广泛运用于机械 化工 电子 五金以及 其他领域 此外还具有传统木箱不具备的很多优点 因而这种产品在国外也特别受欢迎 运 用也很普遍 a b 图1 1 围板 如图1 1中围板样式 本论文主要生产设计的是图b所示的围板 然而 现有的围板箱生产方式落后 在生产中人为因素较大 这使得围板箱的生产 上存在着生产效率低 质量不稳定等缺陷 这严重影响着围板箱的应用 为了提高劳动生产率 降低工人劳动强度 节约生产成本 使用自动生产线产品生 产和质量稳定 我们对围板箱的现有生产工艺进行了研究 在此特设计围板包装箱的自 动生产线合围装置 无锡太湖学院学士学位论文 2 1 2 国内外的发展概况国内外的发展概况 制造业是国名经济发展的支柱产业 也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生 产力的工具与桥梁 装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现 重大装备研制能 力是衡量一个国家工业化水品和综合国力的重要标准 现在 我国正值 十一五 建设 期间 国家将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容 按照立足科学发 展 着力自主创新 完善体制机制 促进社会和谐的总思路 组织实施国家自主创新能 力建设规划和高技术产业发展规划 大力加强自主创新支撑体系建设 着力推进重大产 业技术与装备的自主研发 实现高技术产业由大到强的转变 全面提升我国全面提升我 国的自主创新能力和国际竞争力 为调整经济结构 转变经济增长方式 实现全面建设 小康社会的奋斗目标奠定坚实基础 板箱作为产品外包的物流设施 围板箱越来越受客户的欢迎 使用量巨大 然而 现有的围板箱生产方式落后 在生产中人为因素较大 这使得围板箱的生产上存在着生 产效率低 质量不稳定等缺陷 这严重影响着围板箱的应用 在国内 围板箱是一款可反复循环使用的新型包装 适用于紧固件 金属球 冲压 件等不规则产品的包装 是出口到欧洲的产品包装的不二选择 围板箱基本以木板为主 要材料 侧板大多数都是采用模板或者大板制作 使得材料的选取过于苛刻 而且成本 比较高 围板箱的生产也主要以人工为主 木板加工以半自动化为主 而国外 德国KTP公司可以说是制造围板箱的代表 经过其几代人的努力 现今已经 研制出了可折叠式塑料围板箱 见图1 2 其生产方式也采用了全自动化的生产线模式 箱子规格也都已经基本标准化 方便统一规格生产 图1 2 折叠式围板箱 从国内外发展情况来看 国内外的围板箱生产具有以下的优缺点 1 在国内 围板箱的规格可以根据买家的要求来制定 比较方便灵活 在国外 围 板箱的规格趋于标准化 方便一体化生产 销售 物流规格可渐渐统一 适应以后的发 展前景 2 在国内 围板箱各部分不存在因箱体的部分损坏而令整箱报废的情况 对于同一 尺寸 可实现完全互换使用 在国外 部分围板箱已经趋于一体化 防水 防尘 全面 保护物品 存储较方便 3 在国内 使用木板为主材料 成本低廉 在国外 开始使用可完全回收利用的塑 料 从而减少树木的砍伐 保护环境 4 国内 围板箱的生产方式采取以半自动化为主 有订单再生产的方式 在国外 围板包装箱自动生产线合围装置设计 3 围板箱的生产方式采取全自动化生产线的模式 围板箱生产过程中对于木板的连接采用的是铆接方式连接的 自动钻铆技术的国内外 状况如下 自动钻铆技术从上个世纪50年代开始起步 经历了手动 半自动化 全自动化等 阶段 在其发展过程中 不断吸收了其他技术 成为了 I J综合多学科 多技术的专用 技术 逐步走向完善 1 国外发展现状 自上世纪50年代以来 自动钻铆技术在美国 法国 前苏联 德国等国都得到了相 应的发展 美国是最早发展自动钻铆技术的国家 早在50年代初就已在飞机铆接装配生产线上 应用了自动钻铆机 经过50多年的发展 现在世界各航空航天工业发达国家都已广泛采 用这项技术 自动钻铆技术主要包含以下内容 设备的研制 开发 对各种干涉配合新型紧固件进行自动安装 自动钻铆工艺 数字化铆接的实现 目前 波音 空客的有关飞机结构设计手册中明确规定 为确保连接质量 设计 时应使自动化铆接获得最大限度的使用 由此可以看出 自动钻铆技术不只是工艺机械 化 自动化的要求 更主要的还是飞机本身性能的要求 由于设计上的这一要求 就使 得自动钻铆技术的发展具有生命力 所以近20年来 自动钻铆技术得到迅速发展 美国自动钻铆机的最早制造厂商是GEMCOR 通用电气机械公司 14 它是向世界各国 飞机制造行业提供自动钻铆机的主要厂商之一 该公司生产的系列化产品质量可靠 并 配套有各种型号的数控托架 到现在为止 销售的自动钻铆机数量已达2000台以上 其 中190台具有定位系统 公司生产的自动钻铆机主要型号有 G200 G300 G400 G900 G666 G39A G4013 G4026 G5013 其中G200 G400型是较 早的型号 G300为比较通用的型号 而G900型的功能比较齐全 具有无头铆钉钻铆功能 的型号有G900 G666 G39A G400自动钻铆机G4013 G4026 G5013 近几年无头铆钉的 工作原理有所发展 机床采用GEMCOR专利的SQUEEZE SQUEEZE双挤铆方式 先预挤铆 再进行挤铆 不仅能保证上下铆头同步成形上下镦头 而且铆接质量大大提高 各种型 号机床可通过改变下铆砧形状和尺寸来适应各种结构的要求 GEMCOR公司生产的数控托 架 也称自动定位系统 主要型号有G63 G79 G86 747WRS G2000等 世界各航空工业发达国家的自动钻铆技术基本上都是从美国引进的 然后再进行国 产化 以适应本国航空工业发展的需要 法国自动钻铆机在80年代初为适应欧洲发展 A300系列飞机而开发的一项专用设备 十年来 他们依靠优良的技术和售后服务 不仅 占领了欧洲的大部分市场 而且挤进了亚洲和北美市场 成为与美国GEMCOR公司自动钻 铆机相抗衡的竞争对手 日益得到广大用户的信任 RBCOULES AUTOMATION工厂生产自动钻铆机的基本品种有P 100型 台式 P 300 P 600型 基本型 和PRECA CNC370型数控钻铆系统等 15 它的产品可根据用户 的特殊需求 在基本型基础上作各种改进 前苏联与西方相比 自动钻铆技术发展较晚 无锡太湖学院学士学位论文 4 五六十年代苏联致力于发展压铆技术 生产了型号众多的压铆机 压铆机只能完成铆接工序 与一次定位即能完成夹紧 钻孔 插钉 形成墩头等自动钻铆机相比 无论从生产效率及接头质量等方面都显逊色 前苏联自70年代初引进了美国GEMCOR公司的自动钻铆机后 已发展了自己的自动钻铆机 系列 德国在发展自动钻铆技术方面走的是另一条道路 在此项技术的应用与发展中 凭 借其雄厚的资金 技术力量 一方面大量引进先进的自动钻铆系统和柔性装配系统 另 一方面自己也积极研制开发高自动化的铆接装配系统 故德国的自动钻铆技术虽然起步 较晚 但己比较先进 脱机编程系统已应用成熟 可与CATIAV5进行数据交换 实现数字 化铆接 目前BRGTJE公司的机身铆接柔性工装和柔性装配生产线在世界处于领先地位 16 2 国内发展现状 我国自动钻铆机的研制起步较早 上世纪70年代初开始研制自动钻铆机 并研制出 各种型号的自动钻铆机若干台 但是由于设备本身运行的稳定性以及配套产品应用需求 等方面存在问题 中断了研制和使用 到了80年代中期 随着对外转包生产项目的增加 各飞机制造厂开始从国外引进自动钻铆机并将其应用于实际生产中 西飞公司分别于1985和1992年引进G400及G900自动钻铆机 这两台机床均配以手动 托架 分别用于加工美国波音公司和麦道公司 已于1997年并入波音公司 的垂尾平尾及 法航 意航 加航的零件 随着国际问技术交流的不断深入 我国又同美国麦道公司合 作生产干线客机MD 90 30 西飞公司的两台自动钻铆机已满足不了生产的需求 1993 年从GEMCOR公司引进了G4026SXX 120型自动钻铆机 用于MD 90 30等飞机的机翼壁板 的铆接装配生产 由于没有引进与之配套的托架系统 1995年西飞公司与西北工业大学 联合研制数控托架 该托架采用Z坐标两立柱支撑的结构形式 由于受当时工艺制造水平 的限制 围框刚性不足 存在一定问题 随着麦道干线机合作生产项目的终结 数控托 架的研制工作也宣告终止 1998年西飞公司引进APS公司的RM 335钻铆机 取代G400机床 自动钻铆技术在国外发展极为迅速 而我国与国际先进水平差距越来越大 从整个 航空航天产业全局的生存和发展出发 从技术经济综合效益考虑 需要逐步缩小与国外 先进水平的差距 通过引进国外先进的数控钻铆系统及铆接生产线 学习积累国外先进 技术和工艺方法 再结合型号研制 对引进的自动钻铆机开发配套数控托架 从而降低 制造成本 探索出一条适应于我国国情的工艺技术改造的心路 1 3 本文主要设计内容本文主要设计内容 本论文主要完成围板合围工艺 主要是研究如何将两组两块用铰链连接的木板 一端 是长板没有铆接 另一端是短板仅铆接了半面铰链 另半面没有铆接 的木板链通过装 置合围成如图 1 1 b 所示的围板箱 对于两组木板链的接口采用铆接的方式进行连接 铆接过程中需要考虑如何定位以及如何自动上铆钉 因此也需要设计定位夹紧装置和自 动供钉装置 确定合围铆接方案 第二章主要说明围板参数 以及总体结构方案和合围 工序的流程图 第三章是具体说明我所设计的合围装置各部分装置的设计 第四章是对 整个设计说明的总结及不足和改进之处 围板包装箱自动生产线合围装置设计 5 2 生产线总体结构设计生产线总体结构设计 2 1 围板箱生产工艺分析围板箱生产工艺分析 2 1 1 围板尺寸参数围板尺寸参数 围板长板尺寸 600 120 10mm 短板尺寸 400 120 10mm 铰链尺寸如图 2 1 单位 mm 图 2 1 铰链 2 1 2 生产线工艺流程生产线工艺流程 工艺流程是工件按照工艺加工顺序连续进行加工的过程 工艺流程的拟定是制定机 械加工生产线时重要的一步 它直接关系生产线的经济效益 以及能否达到要求的精度 甚至影响生产线的工作可靠性 以下为合围装置的工艺流程 操作前为两块用铰链连接的木板 一端是长板没有铆接的一端 另一端是短板仅铆 接了半面铰链 另半面没有铆接 的一端 短板在前 长板在后输送过来 如图 2 2 定位夹紧 旋转移位 下一个木板链输送 定位夹紧 旋转移位 平移至铆接操作台 定位夹紧铰链 没有铆接的那半面铰链 送铆钉 铆接 松开铰链 平移至旋转位 移时木板的位置 旋转位移 平移至铆接操作台 定位夹紧铰链 没有铆接的那半面铰 链 送铆钉 铆接 松开铰链 平移至旋转位移时木板的位置 旋转位移至合围装置 初始位置 松开木板 推送至输出传送带 无锡太湖学院学士学位论文 6 下图 2 2 为已连接的一个木板链 一块长板和一块短板通过铰链连接 短板的另一端 仅铆接了半面铰链 另半面没有铆接 长板另一端没有铆接铰链 两个这样的木板链可 以合围起来 因此将两个木板链视为一组来进行一个循环的工序 图 2 2 木板链 1 短板 2 铰链 3 长板 4 铆钉 定位夹紧旋转移位 180 送料定位夹紧送料 旋转移位 90 平移定位夹紧铰链送钉 铆接松开铰链平移旋转移位 180 平移定位夹紧铰链送钉铆接 松开铰链平移旋转移位 90 松开木板送出 图 2 3 合围工序流程图 以上图 2 3 为整体工作工艺的流程图 通过以上步骤对木板链进行加工处理从而完成 对木板链的合围工序 其中对木板的定位夹紧非常重要 只有定位夹紧好木板才能保证 围板进行铆接 并使围板能够稳定生产和保证质量 为了使工件加工后符合图纸的技术要求 就必须保证工件的加工精度 这样就要求 我们在安装夹紧工件时不但要保证工件的位置正确 而且要保证工件的位置准确 并使 工件在整个加工过程中始终保持这一正确位置 以便消除任何影响工件加工精度的移动 围板包装箱自动生产线合围装置设计 7 或转动的自由度 确保工件的尺寸精度和位置精度 工件的专用夹具就是根据工件加工 的特定工序而设计 安装时只要工件靠牢夹具的定位元件 并用夹紧机构将其夹紧就可 迅速可靠地保证工件占有正确的位置 2 1 3 总体结构总体结构 图 2 4 合围装置 1 送料输送带 2 夹紧装置 3 送钉装置 4 铆接机 5 液压缸 6 齿轮传动装置 7 气压缸推动装置 图 2 4 为合围装置几大主要装置的结构分布图 主要介绍了主体结构的分布 通过传 入输送带 夹紧装置 齿轮传动装置 液压缸伸缩装置 铆接装置 送钉装置 气压缸 推动装置这几个部分来完成整个合围这一工艺流程 2 1 4 生产节拍的拟定生产节拍的拟定 生产线的节拍是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间 即指完成一个产品所 需的平均时间 生产工艺平衡即是对生产的全部工序进行平均化 调整各作业负荷 以 使各作业时间尽可能相近 通过平衡生产线 可以提高操作者及设备的工作效率 可以 减少单间产品的工时消耗 降低成本 可以减少工序的在制品 真正实现有序流动 可 以在平衡的生产线基础上实现单元生产 提高生产应变能力 应对市场变化 生产线的生产节拍可根据公式 2 1 计算 ti 2 1 1 60 N T ti 式中 T 为年基本工时 一般规定 按一班制工作时为 2360h 年 按两班制工作时 为 4650h 年 1 为复杂系数 一般取 0 65 0 85 复杂的生产线因故障导致开工率低些 应取低值 简单的生产线则取高值 N 为生产线加工工件的年生产纲领 件数 年 无锡太湖学院学士学位论文 8 pp qnN 21 1 2 2 式中 q 为产品的年产量 台数 年 n 为每台产品所需生产线加工的工件数量 件 数 台 p1 为备品率 p2 为废品率 根据生产纲领和自动线形式 按照工件平稳性的原则确定围板合围自动线的生产节 拍为 9 部分 上料 1 旋转移位 1 上料 2 旋转移位 2 铆接 旋转移位 3 铆接 旋转 移位 4 出料 时间上铆接时间要久一些 其余部分耗时相等 另外送料部分所需的一组 两个木板链之间运送间隔少一些 不同组木板料输送位置之间的间隔要想对的大一些 需要前一组合围完成之后才输送至操作台 3 2 1 5 控制系统控制系统 控制部分经比较选择 PLC 控制 若用单片机控制 抗干扰能力差 若采用电气控制 电 路将十分复杂 而 PLC 控制 结构较简单 成本也不高 尺寸精度也能满足要求 因此控制 系统选用 PLC 控制 通过 PLC 控制系统来控制电机的工作 液压缸和气压缸的伸缩 以 及什么时候送钉 什么时候铆接 这些 PLC 控制系统都可以简单方便的进行调控 从而 控制整个合围工序有序而稳定的循环工作下去 使合围这道工序能够自动化工作下去 实现围板的自动化生产 围板包装箱自动生产线合围装置设计 9 3 各部分具体设计各部分具体设计 3 1 木料传入部分设计木料传入部分设计 木板链是以短板在前 长板在后 沿着输送带传送 我们一般把用适当分布的与工 件接触的 6 个定位点来限制 6 个自由度的规则叫做 6 点定位规则 因此对木板定位要有 6 个面的约束定位 由于板是平放在输送带上的 受到重力作用木板链是会紧贴着输送带 的 不会上下移动 由于木板链是沿输送带移动 因此前后方向上暂时可不用约束 在 左右方向上由于输送时为减少摩擦 两边挡板之间的距离相对于木板宽度来说会有空余 因此在木板即将传出输送带进入工作台前设计斜的挡板 慢慢减小挡板内壁之间的距离 直到挡板内壁之间的距离刚好能使木板通过 从而约束木板的左右移动使木板能够到达 正确的位置 如图 3 1 图 3 1 输送带 3 2 木料的定位夹紧装置设计木料的定位夹紧装置设计 木板通过前面的输送带输送至工作台上 有前一步约束了围板的左右方向的移动 要定位还需要前后方向的定位 因此在工作台上 围板运动的前方在指定位置上设定了 一块挡板 使围板能够准确的在指定的位置停留从而进行下一步的夹紧操作 如图 3 2 图 3 2 工作台 夹紧装置是当木板停留在夹具上时进行夹紧 由于一些细小的误差 木板在送入夹 具中时不一定就会刚好从夹具的下夹板的上边面通过 为了防止木板被夹具下夹板挡在 夹具前而无法在继续工作 应在夹具下档板在木板输送方向上靠近输送带的一侧设这一 个斜面 这样即使木板链前端过低也可通过斜面来使得木板能够从夹具下夹板上表面通 过 如图 3 3 无锡太湖学院学士学位论文 10 图 3 3 当木板定位好后有气压缸推动 上夹板下压将围板夹紧从而方便下面的操作 夹具 如图 3 4 图 3 4 夹紧装置 1 支架 2 气压缸 3 移动夹板 4 下夹板 5 挡板 3 3 旋转移位装置旋转移位装置 要使整个夹具加上被夹具夹紧的木板进行旋转移位 可以选用齿轮来传动 本设计 是通过电动机通电 使主动轮转动 主动轮再带动从动轮转动 从动轮通过键来带动轴 转动从而带动夹具及被夹紧的木板转动 如图 3 5 通过重复前面的工序将一组两个木板链中的短板都夹紧 通过旋转移位使之形成合围 的态势 二次旋转过后受重力作用前一个木板链的长板会贴在夹具支架的侧挡板上 这 样使这块长板与下一个木板链的仅铆接了半面铰链的短板成 90 如图 3 6 所示 围板包装箱自动生产线合围装置设计 11 图 3 5 旋转传动装置 1 电动机 2 主动轮 3 从动轮 4 轴 5 夹紧装置 3 3 1 电动机的选取电动机的选取 1 类型和结构型式的选择类型和结构型式的选择 三相交流异步电动机的结构简单 价格低廉 维护方便 可直接接于三相交流电网 中 因此在工业上应用最为广泛 设计时应优先选用 Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机 具有效率高 性能好 噪声低 振动小等优点 适用于不易燃 不易爆 无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上 在经常启动 制动和反转的工作场合 要求电动机的装懂惯量小和过载能力大 应 选用起重及冶金用 YZR 和 系列电动机 2 功率的确定功率的确定 电动机的容量 功率 选择是否合适 对电动机的工作和经济性都有影响 当容量 小于工作要求时 电动机不能保证工作机的正常工作 或使电动机长期过载而损坏 若 过量则价格高 并会造成浪费 电动机容量主要由电动机运行时的发热条件决定 而发热有与其工作情况有关 对 于长期连续运转 载荷不变或变化很小 常温下工作的机械 选择电动机时只要使电动 机的负载不超过其额定值 电动机便不会过热 也就是可按电动机的额定功率等于或 m P 略大于所需电动机的功率 在手册中选取相应的电动机型号 这类电动机功率计算如 d P 下述步骤 1 工作机所需功率 KW w P 无锡太湖学院学士学位论文 12 1000 wwww vFP 3 1 或 9550 wwww nTP 3 2 式中 为工作机的阻力 N w F 为工作机的线速度 m s 为工作机的阻力矩 N m 为工作机轴的转速 w v w T w n r min 为工作机的效率 带式输送机可选取 0 96 链板式输送机可选取 0 95 w w w 2 电动机至工作机的总效率 串联时 n 321 3 3 式中 为传动系统中各级传动机构 轴承以及联轴器的效率 各类 1 2 3 n 机械传动的效率见表 3 1 表 3 1 机械传动效率概略值 传动类别精度 结构及润滑效率 7 级精度 油润滑 0 98 8 级精度 油润滑 0 97 圆柱齿轮传动 开式传动 脂润滑 0 94 0 96 7 级精度 油润滑 0 97 8 级精度 油润滑 0 95 0 97 锥齿轮传动 开式传动 脂润滑 0 92 0 95 自锁 油润滑 0 40 0 45 单头 油润滑 0 7 0 75 双头 油润滑 0 75 0 82 蜗杆传动 四头 油润滑 0 82 0 92 润滑不良0 94 一对 正常润滑0 97 一对 滑动轴承 液体摩擦0 99 一对 球轴承0 99 一对 滚动轴承 滚子轴承0 98 一对 V 带传动 0 96 滚子链传动 0 96 螺旋传动 滑动 0 30 0 60 螺旋传动 滚动 0 85 0 95 联轴器弹性 齿式 0 99 3 所需电动机的功率 kW d P 所需电动机的功率由工作机所需功率和传动装置的总效率按下式计算 3 4 wd PP 4 电动机额定功率 m P 按来选取电动机型号 电动机功率裕度的大小应视工作机构的负载变化状况 dm PP 而定 3 转速的确定转速的确定 额定功率相同的同类型电机 有几种不同的同步转速 一般常用 市场上供应最多 的是同步转速为 1500r min 和 1000r min 的电动机 设计时优先选用 如无特殊需求 则不选同步转速为 3000r min 和 750r min 的电动机 围板包装箱自动生产线合围装置设计 13 根据选定的电动机类型 结构 功率和转速 从标准中查出电动机的型号后 将其 型号 额定功率 kW 满载转速 r min 以及电动机的安装尺寸 外形尺寸 m P m n 和轴伸连接尺寸等记下以备后用 因此电动机选用 Y100L1 4 型号的 额定功率 2 2kW 额定转速 1430r min 同步转 速为 1500r min 质量 34kg 3 3 3 2 传动比的分配传动比的分配 电动机选定后根据电动机的满载转速和工作机的转速即可确定传动系统的总传 m n w n 动比 i 即 3 5 wm nni 1 传动比分配的一般原则传动比分配的一般原则 各级传动比可在各自荐用值的范围内选取 各类机械传动的传动比荐用值和最大值 见表 3 2 表 3 2 各类机械传动的传动比 平带传动V 带传动链传动 圆柱齿轮传 动 锥齿轮传动蜗杆传动 单级荐用值 i4 2 4 2 5 2 5 3 3 2 40 10 单级最大值 max i 5768580 2 传动比分配的参考数据传动比分配的参考数据 1 带传动与一级齿轮减速器 设带传动的传动比为 一级齿轮减速器的传动比 d i 为 i 应使 以便使整个传动系统的尺寸较小 结构紧凑 iid 2 二级圆柱齿轮减速器 为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度 应使两级的大 齿轮具有相近的直径 低速级大齿轮的直径应略大一些 使高速级大齿轮的齿顶圆与低 速轴之间有适量的间隙 设高速级的传动比为 低速级的传动比为 减速器的传动 1 i 2 i 比为 i 对于二级展开式圆柱齿轮减速器 传动比可按下式分配 ii4 1 3 1 1 3 6 对于同轴式圆柱齿轮减速器 传动比可按下式分配 iii 21 3 7 但应指出 齿轮的材料 齿数及宽度亦影响齿轮直径的大小 欲获得两级传动的大 齿轮直径相近 应对传动比 齿轮的材料 齿数 模数和齿宽等作综合考虑 3 圆锥 圆柱减速器 设减速器的传动比为 高速级锥齿轮的传动比为 传动比i 1 i 可按下式分配 ii25 0 1 3 8 3 传动参数的计算传动参数的计算 机器传动系统的传动 参数主要是指各轴的转速 功率和转矩 它是进行传动零件设 无锡太湖学院学士学位论文 14 计计算的重要依据 现以图 3 7 所示二级圆柱齿轮减速器 说明机器传动系统各轴的转 速 功率及转矩的计算 1 各轴的转速 n r min 高速轴 I 的转速 m nn I 中间轴 II 的转速 1III inn 低速轴 III 的转速 212IIIII iininn m 3 9 滚筒轴 IV 的转速 IIIIV nn 式中 为电动机的满载转速 为高级传动比 为低级传动比 m n 1 i 2 i 联轴器 I II III 联轴器 工作机 IV 图 3 6 二级圆柱齿轮减速器简图 2 各轴的输入功率 P kW 高速轴 I 的输入功率 cm PP I 中间轴 II 的输入功率 g PP 1 III 低速轴 III 的输入功率 g PP 2 IIIII 3 10 滚筒轴 IV 的输入功率 gc PP IIIIV 式中 为电动机的额定功率 kW 为联轴器的效率 为一对轴承的效率 为 m P c g 1 高速级齿轮传动的效率 为低速级齿轮传动的效率 3 2 3 各轴的输入转矩 T N m 高速轴 I 的输入转矩 1II 9550nPT 中间轴 II 的输入转矩 IIIIII 9550nPT 低速轴 III 的输入转矩 IIIIIIIII 9550nPT 3 11 滚筒轴 IV 的输入转矩 IVIVIV 9550nPT 4 齿轮传动系统齿轮传动系统 电动机减速器 围板包装箱自动生产线合围装置设计 15 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一 形式很多 应用广泛 传递动率可达数 十千瓦 圆周速度可达 200m s 齿轮传动特点 第一效率高 在常用的机械传动中 以 齿轮传动效率为最高 如一级圆柱齿轮的传动效率可达 99 这对大功率的传动十分重要 因为即使效率只有百分之一 也有很大的经济利 第二结构紧凑 在同样的使用条件下 齿轮传动所需要的空间尺寸一般较小 第三工作可靠 寿命长 设计制造正确合理 使 用维护良好的齿轮传动 工作十分可靠 寿命可达一 二十年 这也是其他机械传动所 不能比拟的 第四 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性的基本要求 齿轮传动获 得广泛应用 也就是由于具有这一特点 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高 价格 较贵 且不适用于距离过大的场合 设计齿轮传动在具体的工作情况下 必须有足够的 相应的工作能力 以保证在整个工作寿命期间不至于失效 齿轮的失效形式常见的有 齿面折断 和工作齿面磨损 点蚀 胶合及塑性变形等 针对各种工作情况以及上述各 种失效形式 都应该确立相应的设计准则 由于目前对于齿面磨损和塑性变形 尚未建 立起广为工程实际使用中而行之有效的计算方法和设计数据 所以目前设计一般使用的 齿轮传动时 通常只按齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算 根据设计要求和准则 拟选择所选择的齿轮系统的材料为 45 或 40 调制后表面淬火 r C 齿轮计算相关公式 分度圆直径计算 3 2 1 32 2 H E d ZT u u K d 3 12 由计算公式 3 12 进行计算 计算齿轮转矩 n P T 5 105 95 3 13 试选载荷系数 3 1 t K 计算齿轮传递转矩 mmN n P T 7 5 1 1 5 1 10303 9 30 2 210 5 9510 5 95 表 3 3 圆柱齿轮的齿宽系数 装置状况两支相对齿轮做对称分布两支承相对于小齿轮做不对称分布小齿轮做悬臂布置 d 9 1 2 14 1 9 0 65 1 1 115 1 7 06 0 4 0 查表 3 3 选取齿宽系数 1 d 表 3 4 弹性影响系数 E Z 齿轮材料 弹性模量 a MPE 配对齿轮材料 无锡太湖学院学士学位论文 16 灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布塑胶 4 10 8 11 4 10 3 17 4 102 20 4 106 20 4 107875 0 锻钢 162 0181 4188 9189 856 4 铸钢 161 4180 5188 球墨铸铁 156 6173 9 灰铸铁 143 7 由表 3 4 查得材料影响系数 2 1 8 189 MPaZE 由资料查得按齿面硬度查得齿轮的强度接触疲劳强度极限 MPa600 max 应力循环次数 h njLN60 3 14 计算得应力循环次数 8 11 10296 1 15300821306060 h jLnN 查资料取接触疲劳系数90 0 HN K 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数系数 由下面公式得1 S 接触疲劳需用应力 3 15 S KHN H lim 计算得 a HN H MP S K 5406009 0 lim 计算齿轮分度圆直径 代入中的较小值 t d1 H 即 mm u u K d H E d t ZT 180 5 522 8 189 1 2 1 10303 9 3 1 23 2 1 32 2 3 2 9 3 2 1 计算圆周速度v sm nd v t 28 0 100060 30180 100060 11 计算齿宽 b 齿宽 3 16 td db 计算得 mmdb td 1801801 1 模数 mm z d m t t 5 1 1 齿高 mmmh t 25 1125 2 围板包装箱自动生产线合围装置设计 17 计算齿宽齿高之比 16 25 11 180 h b 齿面载荷系数 3 17 HHVA KKKKK 计算齿轮的载荷系数为 1 594 HHVA KKKKK 按照实际的载荷系数校正分度圆直径 3 18 3 t t K K dd 齿根弯曲强度设计公式 3 2 1 2 F SaFa d YY Z KT m 3 19 计算齿轮的 并加以比较 F SaFaY Y 013 0 1 11 F SaFaY Y 016 0 2 22 F SaFa YY 所以mmm61 4 016 0 241 10303 9 549 1 2 2 9 对比计算结果 由直面接触强度计算的模数 m 大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数 由于齿轮模数的大小取决于弯曲弯曲强度所决定的承载应力 而齿面接触强度所决定的 承载能力 仅与齿轮直径 即模数与齿数的乘积 有关 可由于弯曲强度计算的模数 2 05 并就接近标准整圆取 m 5 0mm 按接触强度算得的分度圆直径 180mm 算出齿 1 d 轮的齿数 38 5 64 192 1 1 m d z 这样设计出的齿轮传动 既满足了齿面接触强度要求 又满足了齿根弯曲强度要求 结构紧凑 避免浪费 3 5 动动力力轴轴的的计计算算和和校校核核 轴是设计也和其他零件的设计相似 包括结构设计和工作能力计算两部分内容 轴 的结构设计是根据轴上零件的安装定位以及轴的生产工艺等方面的要求 合理的确定轴 的结构形式和尺寸 轴的结构形式不正确 会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠 性 还会增加轴的制造成本 和轴上零件的难装配等问题 因此轴的结构设计是轴设计 中的重要内容 轴的材料主要是碳钢和合金钢 轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行的校核计算的 计算准则满足轴的强 度或刚性要求必要时还应校核轴的振动稳定性 1 轴的强度校核计算 1 按扭转强度条件计算 无锡太湖学院学士学位论文 18 适用 用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构设计前按扭 矩初估轴的直径 min d 这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度 如果还有受有不大的弯矩时 则用 降低许用扭转切应力的办法考虑 在做轴的结构设计时 通常用这种方法初步估算轴径 轴的扭转强度条件为 2 20 r r T d n P W T 3 2 0 9550000 为扭转切应力 T 为轴的扭矩 轴的抗扭截面系数 n 为轴的转速 P 为轴 T mmN T W 传递的功率 d 计算截面处轴的直径 轴的直径 3 21 3 0 3 2 0 9550000 n P A P d T 式中 3 0 2 0 9550000 T A 表 3 5 轴常用集中材料及值 T 0 A 轴的材料 20AQ 235 35275Q iir TNC 18135 45 r C40 niM S35 0 38MMS ni aT MP 25 1535 2045 2555 35 0 A 126 159112 135103 12697 112 初步估算动力轴的最小直径 mm n P Ad99 38 2 1 16 5 1430 41 9 112 3 3 0min 轴的最小直径显然是安装联轴器的直径 需要键槽 故将最小轴增加 变为 5 40 9mm 查机械手册选择标准直径为 45mm 选择联轴器 取载荷系数 则联轴器的计算转矩为3 1 A K mmNTKT Aca 6207504775003 1 3 根据计算转矩 最小轴径 轴速度 查手册选择 HL4 弹性柱销联轴器 初选轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选用角接触球轴承 根据工作要求及输入端 的直径 为 45mm 由轴承产品目录中选取型号为 7211C 的滚动轴承 其尺寸 内径 外径 宽度 为 d D b 55 100 21 轴的结构设计 围板包装箱自动生产线合围装置设计 19 图 3 7 动力轴 由于联轴器型号已定 左端用轴端挡圈定位 右端用轴肩定位 故轴段 6 的直径即 为相配合的半联轴器的直径 取为 30mm 联轴器是靠轴段 2 的轴肩来进行轴向定位的 为了保证定位可靠 轴段 2 要比轴段 1 的直径大 5 10mm 取轴段 2 的直径为 200mm 轴段 1 和轴段 4 均是放置滚动轴承的 所以直径与滚动轴承内圈直径一样为 60mm 考虑拆卸的方便 轴段 3 的直径只要比轴段 4 的直径大 1 2mm 就行了 这里取为 200mm 轴段 2 是一轴环 右侧用来定位齿轮 左侧用来定位滚动轴承 查滚动轴承的手册 可得该型号的滚动轴承内圈安装尺寸最小为 64mm 同时轴环的直径还要满足比轴段 3 的直径 为 58mm 大 5 10mm 的要求 故这段直径最终取为 66mm 2 确定轴的各段长度 轴段 1 的长度比半联轴器的毂孔长度要 为 84mm 短 2 3mm 这样可保证轴端挡圈只 压在半联轴器上而不压在轴的端面上 故该段轴长取为 82mm 同理 轴段 4 的长度要 比齿轮的轮毂宽度 为 100mm 短 2 3mm 故该段轴长取为 98mm 轴段 6 的长度即为滚动轴承的宽度 查手册为 21mm 轴环 2 宽度取为 18mm 轴承端 盖的总宽度为 20mm 由减速器及轴承端盖的结构设计而定 根据轴承端盖的装拆及便 于对轴承