机械毕业设计1454香烟中包包装机——中包水平传送部分设计.doc
机械毕业设计1454香烟中包包装机——中包水平传送部分设计
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机械毕业设计1454香烟中包包装机——中包水平传送部分设计,机械毕业设计论文
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1 香烟中包包装机 中包传送部分设计 摘 要 当今时代，由于科学技术的迅速发展，企业与企业间的竞争日益加剧，且表现为知识和技术的竞争。故现代企业千方百计的设法提高生产技术，努力实现制造全过程的自动化。制造自动化技术就是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。制造自动化技术代表着先进制造技术的水平，推动了社会的发展。其中高效智能的自动化生产线便是制造自动化技术的重要组成部分。 香烟自动生产线是为实现香烟生产的批量化，且提高 生产的机械化、自动化水平而专门设计的。它的产生极大的提高了香烟生产企业制造的自动化水平 ,提高了企业的生产率 ;方便了企业对生产过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等。 本设计为香烟中包包装机中的一部分，其主要任务是当香烟中包从上一工序 中包远距离水平传送过来后，下落至倾斜放置的弧型转角机构中，中包在弧形轨道实现平滑下落，下落落差为 1500MM，并渐进实现中包由水平卧放转 90度实现竖直放置，并要求中包在弧形轨道堆积到五包时后面的中包下落应停止，以防止轨道堵塞。此设计的主要功能是实现中包的转角，为后面的 工序及中包的打包提供良好的条件。 本设计控制过程较为简单，故采用硬接线，即结构简单，价格低廉，维护方便，抗干扰能力强的继电接触器控制系统来完成。其作用是保证转角机构上的中包堆积量保持在规定的范围内，控制中包有节奏的下落。控制系统对生产和工作可靠性影响很大，因此，要求控制准确、灵敏、可靠、耐用和调整方便。 为了对弧型轨道口的中包堆积量进行适时监控。故采用安装高灵敏度的ENDEVCO 型压力传感器。此传感器特点是牢靠，灵敏度高，信噪比高，动态范围宽和线型度好，使用时在三倍满刻度压力下还能得到最高输出信号，而不会因超量程而丢失数据且能在宽温度范围内取得可靠数据。 关键词 自动生产线；香烟中包包装机；电气控制；压力传感器 nts2 Mid-package packing machine for cigarette- make design for a part of mid-package being carried summary Now ages, because of science and technical s quick development, the business enterprise turn worse with the competition of the business enterprise increasingly, and the behave of this is knowledge with technical competition.So modern business enterprise tries the exaltation production technique by all ways, working hard to made the automation of the process of whole manufacturing.The manufacturing automation technique is a research to the programming that manufacturing process, operation, management, organize, control and moderate excellent turn the automation technique of etc., to make product manufacturing the process realizes efficiently, superior quality, low consume, on time with undefiled target.The manufacturing automation technique represents the forerunner of the manufacturing the technical level, pushing the social development.The among them efficiently intellective automation production line just makes the technical importance in automation constitutes the part. Automatic production line of cigarette is in the interest of increases the batch quantity produce, and the mechanization, automation level of the production.The creation of it has biggest improve the automation level of the business enterprise manufacturing,increases the rate of the business enterprise; has made the convenience of the programming which business enterprise for of the production line, operation, management, organize, control and moderate excellent turn etc. This design is a part of Mid-package machine for cigarette, its main mission is when the Mid-package of cigarette from lastly working procedure Mid-package is leave from long-distance,and fall to the arc-shaped compose, and smoothly whereabouts which is about 1500 mm inside the arc-shaped orbit, combine gradually enter realize pack being put by level decubitus turning 90 degrees realizing end up keeping placing, and requesting when inside pack in the arc-shaped orbit piling up five packs ,the following should stop, in order to prevent jam of the orbit.The main function of this design is work to realizes the change of Cape of Mid-package, provide favourable condition for following working procedure and the pack of Mid-package . This design controls the process more simple, the past adoption is hard to connect the line, namely construction simple, the price is cheap, maintenance convenient, the anti- interference ability is strong to get nts3 in touch with after the electricity machine control system to complete.Its function is a whereabouts to guarantee to turn Cape the inside on the organization pack pile up deal keeps within the scope of prescriptive, control inside pack contain rhythm.Control system to produce with work dependable influence very big, therefore, request control accurate, intelligent, dependable, enduring with adjust the convenience. For piling up to the oscular inside in orbit in type in arc pack the deal proceed to supervise and control in good time.Past the adoption installs the ENDEVCO type pressure of the high and intelligent degree spreads to feel machine.This spreads to feel the machine characteristics is firm and reliable, the intelligent degree is high, SNY is high, the dynamic scope breadth is good with the line type degree, hour in usage is within the scope of the triple is full to engrave a pressure to can still get the tallest exportation signal down, but cant because of super measures distance but throw to lose the data and can in the breadth temperature dependable data in acquisition. Key Word Automatic production line; Mid-package machine for cigarette; Electricity control; The pressure spreads to transducer nts4 目 录 插图、表格清单 5 第一章概述 8 第二章绪论 9 2.1 自动生产线的结构组成 9 2.2 自动生产线设计的基本要求 9 2.2.1 使用性能 . 9 2.2.2 技术性能 .9 2.2.3 经济性能 .9 2.2.4 其它 .10 第三章方案选择 11 3.1 已知基本参数条件 1 1 3.2功能要求 11 3.3完美化要求 11 3.4方案的比较 11 3.4.1 方案一 .11 3.4.2 方案二 .14 3.4.3 方案三 .16 3.4.4 方案四 .17 3.4.5 各方案简明表 .18 3.4.6 方案比较表 .19 3.4.7 方案选择 . 20 第四章 各部件的设计和标准件的选择 .21 4.1 挡板的设计 .21 4.1.1 材料选择 21 4.1.2 挡板机构的外型尺寸及相关说明 21 4.1.3 挡板机构的强度计算 22 4.2 气缸的选择与计算 .23 4.2.1 气缸类型的选择 23 4.2.2 气缸的安装形式 .24 4.2.3 气缸外径计算及其壁厚 24 4.2.4 活塞杆的设计及其强度设计 25 4.2.5 活塞的设计、计算 26 4.2.6 缓冲行程的估算 26 4.3 斜面转角机构设计 .26 4.3.1 实现功能 26 4.3.2 斜面转角机构材料 的选择 26 4.3.3 斜面转角机构倾斜角度的计算 27 4.3.4 斜面转角机构的外型设计 28 4.3.4 相关说明 .29 4.4 支架设计 .29 4.4.1 支架应满足的基本条件 29 4.4.2 注意问题 29 nts5 4.4.3 支架材料选择 .30 4.4.4 气缸支架的设计及相关尺寸的确定 .30 4.4.5 转角机构支架的设计及相关尺寸的确定 .31 4.4.6 相关说明 32 4.4.7 两支架相关技术要求 .33 第五章、传感器的选择 .34 5.1 概述 .34 5.2 传感器的选择 .34 5.3 压力传感器的基本结构（如下图）及工作原理 .34 5.4ENDEVOC 型压力传感器的主要技术参数 35 第六章、控制电路的设计 37 6.1 概述 .37 6.2控制方法的选择 .37 6.3 控制电路设计 .38 6.4 控制原理分析 .38 设计展望 40 致谢 .41 参考文献 42 nts6 插图、表格清单 插图清单 第三章 (图 3-1)方案一实现对水平传送带上中包下落的控制 6 （附图 3-2） 1 处放大图 6 (图 3-3)2 处放大图 6 （附图 3-4）方案一中包转角装置放置状态 7 （附图 3-5）方案一中包下落转角装置 7 （附图 3-6）方案二水平传送带上中包拦截装置示意图 8 （附图 3-7）方案二中包转角装置拆开图 9 （附图 3-8） 方案二中包转角装置爆炸图、组装图（斜放） 9 （附图 3-9）方案三机构示意图 10 （附图 3-10）方案三气缸结构及放置状态 10 （附图 3-11）方案三中包转角装置拆分图 11 （附图 3-12）方案三中包转角装置爆炸图 12 第四章 （图 4-1）挡板外型及尺寸 15 （图 4-2） 双侧缓冲式气缸 16 （ 图 4-3） 轴侧角座型安装形式 17 （图 4-4）缓冲气缸 19 （图 4-5）中包在斜面转角机构上受力 20 （图 4-6）斜面转角机构外型构思图 21 （图 4-7） 斜面转角机构相关尺寸 22 （图 4-8）气缸支架外型尺寸图 23 （图 4-9）转角机构支架外型尺寸图 24 第五章 （图 5-1）传感器 基本结构 26 （图 5-2）传感器 工作原理图 26 （图 5-3） ENDEVOC 压力传感器结构 26 第六章 （图 6-1） 控制电路图 27 插表清单 第二章 （表 2-1）自动生产线组成部分 4 第三章 (表 3-1)中包基本参数 5 （表 3-2）方案简明表 13 表 3-3 方案比较表 14 第四章 nts7 （表 4-1）聚乙烯基本参数 14 （表 4-2） 40 缸体选择参照表 18 （表 4-3） 酚醛塑料的性能特点及应用 20 （表 4-4） 酚醛塑料的物理及机械性能 20 （表 4-5） 25 号钢基本特性 28 nts8 第一章、概述 当今时代，由于科学技术的迅速发展，自动化生产技术在工业生产中得越来越广泛的应用。在机械制造、电子等行业已经设计和制造出大量类型各异的自动生产线。这些自动化生产线的使用，对于提高劳动生产率和产品的质量、改善工人劳动条件，降低能源消耗，节约材料等方面都取得了显著的成效。 自动生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的，它不仅要 求线体上各种机械加工装置能自动的完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格制品，而且要求产品在工序间的输送、打包等都能自动地进行。为了达到这一要求，人们通过自动输送及其他一些辅助装置按工艺顺序连成一体，并通过液压系统、气压系统和电气控制系统将各个部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作。 自动生产线之所以称为一个系统，因为它是建立在机械技术、计算机技术、传感器技术、驱动技术、接口技术等基础上的一门综合技术。它是从系统工程观点出发，应用这些综合技术，根据生产的不同需要，对他们进行有机的组织与综合， 从而实现整体设备的优化。 nts9 第二章、绪论 2.1自动生产线的结构组成 设计的自动生产线为了实现其功能要求 ,必须设计和配置一些其它的机构和装置 ,分析各个机构和构件在自动生产线中的作用 ,可将其归类成四大组成部分： a、 驱动系统 b、传动系统 c、控制系统 d、执行机构 （表 2-1）自动生产线组成部分 2.2自动生产线设计的基本要求 设计自动生产线应以满足使用要求和保证生 产率的前提下 ,做到技术先进 ,经济合理 ,制造方便 ,安全可靠 ,一般应具有以下性能： 2.2.1 使用性能 1 运动的平稳性，具有足够的强度和刚度，能保持规定的运动。 2 可靠性。设备在规定的条件下，在规定的时间内完成或保持其规定的工作能力。可靠性越高，故障率越低。 3 保持产品质量的稳定性。 4 加工精度的保持性。 5 对环境的适应性。 6 使用维修方便，操作简单安全。 2.2.2 技术性能 7 具有一定的灵活性。 8 具有合理的自动化程度，要根据需要和可能性来综合考虑，不能脱离具体条件而盲目追求先进性。 9 贯彻标准化，通用化和系列化。 2.2.3 经济性能 10 结构简单、制造容易、成本低。 11 生产率高、效率高、能耗少。 自动生产线 驱 动 系 统 传 动 系 统 控 制 系 统 执 行 机 构 nts10 12 节约材料。 2.2.4 其它 13 减轻劳动强度，改善劳动条件，不污染环境和产品，讲求人机工程学，创造文明生产条件。 14 留有发展的余地，要有可能改进而不致造成全机废弃。 nts11 第三章、方案选择 3.1已知基本参数条件 1、香烟中包的基本参数： 香烟中包 长（ mm） 宽（ mm） 高（ mm） 重量（ Kg） 硬皮中包 280 90 50 0.29 软皮中包 280 90 50 0.26 (表 3-1)中包基本参数 2、 香烟中包从上一工序通过高度为 2500MM 的水平传送带传入，并要求在待设计的弧形轨道中自由滑落到高度为 1000MM 的平台上。 3.2功能要求 1、 要求在中包从水平传送带沿弧形轨道自由滑落的过程中完成 90 度竖放的动作。 2、 为保证下道工序的顺利进行，要求当中包在弧形轨道口堆积 5 个的时候停止从水平传送带下落，以防止轨道堵塞。 3.3完美化要求（附加要求）： 1、 考虑目前国际上最新的动态，在节省成本的前提下最大限度的提高生产效率。 2、 考虑堵塞情况设计控制电路。 3、 在保证下落速度的前提下确保轨道长度的最佳 。 4、 为提高生产率应采用自动生产线。 5、 自动生产线应实现优质、低耗、清洁、灵活的生产。 6、 中包传送装置应竟可能的降低噪音，为工人提供良好的工作环境。 7、 使用维修方便，操作简单安全，具有一定的灵活性。 3.4方案的比较 3.4.1 方案一： 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的末端竖放（如图 3-1）拦截装置，此装置将挡片加装在一齿条上，通过主动齿轮的转动实现齿条的上下移动，并借助行程开关对挡片行程进行控制。 设计如（图 3-4）所示的装置安装在斜面上，实现中包在自由滑落的过程中完成 90 度竖放的动作。装置特点 ：外形如一喇叭状，内有一面呈一渐进升高的弧型曲面，借助此弧型曲面实现中包的竖放。 nts12 (图 3-1)方案一实现对水平传送带上中包下落的控制 （图 3-2） 1 处放大图 (图 3-3)2 处放大图 nts13 （图 3-4）方案一中包转角装置放置状态 （图 3-5）方案一中包下落转角装 置 方案一说明： 方案一中需在设计一条斜型滑道，滑道在支架的支撑下倾斜一定的角度实现1500MM 的落差，并在滑道上加装图四中的装置使中包借助自重下落过程中实现自行转角 90 度；在斜型滑道上安装压力传感器，当斜型滑道达到五条中包时，nts14 传感器产生信号，并通过一定的控制线路传给图一中的装置，此装置接受信号，开始工作，装置中挡片下落实现对水平传送带上的中包的拦截。 此方案基本满足设计要求！ 3.4.2 方案二： 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的水平延长线方向加装一汽缸（图 3-6），凭借汽缸活塞前后移动来带动 挡板的前后移动，从而实现对水平中包的拦截控制。 采用（图 3-7）中的装置实现中包自行转角，其曲面外型与方案一相似，主要区别在于在方案二中将转角装置与斜板加在一起，且拆分为左右两块，便于加工。 （图 3-6）方案二水平传送带上中包拦截装置示意图 nts15 （图 3-7）方案二中包转角装置拆开图 （图 3-8）方案二中包转角装置爆炸图、组装图（斜放） 方案二说明： 方案二中用（图 3-8）中的装置来实现香烟中包在自由滑落过程中的 90 度翻转。装置分为左 右两快，可自由拆装，利于加工，装置靠一支架倾斜放置。该装置将方案一中的斜型轨道和中包转角装置融为一体。在此装置上加装压力传感器，当达到最高限额的五个中包时，传感器产生信号，并通过控制电路来控制图3-6 中的汽缸，从而实现对水平传送带上中包下落的控制。 nts16 3.4.3 方案三： 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的下放加装一可以翻转的挡板，在挡板下加装一竖直放置的汽缸，通过气压推动活塞上下移动，从而带动挡板的上翻和下翻 ,实现对水平传送带上中包的拦截控制（图 3-9）。 中包自由滑落过程中的 90 度翻转动作依然 由附图八中的装置实现。 （图 3-9）方案三机构示意图 （图 3-10） 方案三气缸结构及放置状态 nts17 方案三说明： 方案三中依然用图 3-8 中的装置来实现香烟中包在自由滑落过程中的 90 度翻转。装置分为左右两快，可自由拆装，利于加工，装置靠一支架倾斜放置。该装置将方案一中的斜型轨道和中包转角装置融为一体。在此装置上加装压力传感器，当达到最高限额的五个中包时，传感器产生信号，并通过控制电路来控制图3-9 中的汽缸，汽缸开始工作，活塞移动，推动 翻板向上翻转，实现对水平传送带上中包下落的控制。 3.4.4 方案四： 对水平传送带中中包下落的控制依然采用方案二中在水平传送带的水平延长线方向加装一汽缸，凭借汽缸活塞前后移动来带动挡板的前后移动，从而实现对水平中包的拦截控制。 利用图 3-11 的装置实现中包在自由滑落过程中的自如转角，此装置与上几个方案的主要区别是，板件厚度较小，节约材料；且此装置的弧型面更符合香烟运动设计，有利于中包在下落过程中实现转角。 （图 3-11）方案三中包转角装置拆分图 nts18 （图 3-12）方案三中包转角装置爆炸图 3.4.5 各方案简明表 方 案 号 采 用 方 法 方 案 一 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的末端竖放如（图 3-1）拦截装置，此装置将挡片加装在一齿条上，通过主动齿轮的转动实现齿条的上下移动，并借助行程开关对挡片行程进行控制。 设计如（图 3-4）所示的装置安装在斜面上，实现中包在自由滑落的过程中完成 90 度竖放的动作。装置特点：外形如一喇叭状，内有一面呈一渐进升高的弧型曲面，借助此弧型曲 面实现中包的竖放。 方 案 二 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的水平延长线方向加装一汽缸（图 3-6），凭借汽缸活塞前后移动来带动挡板的前后移动，从而实现对水平中包的拦截控制。 采用（图 3-7）中的装置实现中包自行转角，其曲面外型与方案一相似，主要区别在于在方案二中将转角装置与斜板加在一起，且拆分为左右两块，便于加工。 方案三 对水平传送带中中包下落的控制采用在水平传送带的下放加装一可以翻转的挡板，在挡板下加装一竖直放置的汽缸，通过气压推动活塞上下移动，从而带动挡板的上翻和下翻 ,实现对水 平传送带上中包的拦截控制见（图 3-9）。 中包自由滑落过程中的 90 度翻转动作依然由附图 3-8 中的装置实现。 方 案 四 对水平传送带中中包下落的控制依然采用方案二中在水平传送带的水平延长线方向加装一汽缸，凭借汽缸活塞前后移动来带动挡板的前后移动，从而实现对水平中包的拦截控制。 利用图 3-11 的装置实现中包在自由滑落过程中的自如转角，此装置与上几个方案的主要区别是，板件厚度较小，节约材料；且此装置的弧型面更符合香烟运动设计，有利于中包在下落过程中实现转角。 （表 3-2） nts19 3.4.6 方案比较表： 方案 优点 缺点 备注 方案一 采用继电器接触器才、控制系统 ,控制稳定 ,且控制系统成本较低 . 1、 中包拦截装置较复杂，制造成本较高； 2、 齿轮齿条运动较为严格，较难加工。 方案二 1、 采用气压装置易于实现自动化； 2、 气压传动远比机 械 传 动 简单； 3、 气 压 系 统 设计、制造和使用 都 比 较 方便； 4、 转角装置可拆分，便于加工。 1、 气压传动效率较低； 2、 气压传动的运动速度稳定性较差。 方案三 1、 采用气压装置易于实现自动化； 2、 气压传动远比用机械传动简单； 3、 气压系统设计、制造和使用都比较方便 ； 4、 转角装置可拆分，便于加工。 1、 包拦截装置较方案二中的拦截装置复杂了一点，增加了制造成本； 2、 气压传动效率较低； 3、 气压传动的运动速度稳定性较差。 方案四 1、 采用气压装置易于实现自动化 2、 气压传动远比机 械 传 动 简单； 3、 气 压 系 统 设计、制造都比较方便； 4、 转角装置更适1、 气压传动的效率较低； 2、 气压传动的运动速度稳定性较差。 转角装置上方为敞开着的，以利于实施人为干扰，防止中包在转角装置中堵塞。 nts20 合中包下落转角的要求，且转角装置体壁较以上方案中都薄一些，节约材料。 （表 3-3） 3.4.7 方案的选择： 综上所述，通过对使用 性能、技术性能、经济性能和其它因素的综合考虑，同时也考虑到其功能要求和完美化要求，故选择方案四。 nts21 第四章、各部件的设计和标准件的选择 4.1挡板的设计： 4.1.1 材料选择 考虑到产品是重量较轻，体积较小的香烟中包，以及其工作环境，对挡板的强度和耐热性要求不太高；故在考虑产品成本的情况下（参考机械工程师手册表 4.5-2 表 4.5-9）选择有机高分子材料聚乙烯。 塑料名称 代 号 密度 /g.cm-3 吸水率 抗拉强度/MPa 拉伸模量/GPa 聚乙烯 UNMWPE 0.94 0.01 3034 0.680.95 断裂伸长率（ %） 拉压强度 /MPa 抗弯强度 /MPa 冲击强度悬臂梁缺口 /J.m-1简支梁无缺口 硬度 洛氏 /布氏 HR/HBS 成型收缩率（ %） 400480 3537 190200KJ/M2 50HRR 4.0 （表 4-1） 聚乙烯基本参数 参考自动生产线技术设水平传送带为塑料带，取其材料为聚氯乙烯，带宽取为 300MM 查机械工程师手册此材料的摩擦系数 =0.21 基本尺寸的确定： 已知中包高为 50mm；且 设水平传送带宽为 300mm，联系生产实际 设计挡板长为 470mm档板高为 50mm挡板厚度为 25mm 4.1.2 挡板机构的外型尺寸及相关说明 nts22 （图 4-1）挡板外型及尺寸 相关说明 （ 1） 图中所设计的圆弧支撑点可很好的减少接触面积，保证运动的平稳。 （ 2） 采用工程塑料，可很好的降低挡板自重。 4.1.3 挡板机构的强度计算 假设：挡板在最多时候同时拦截 10 个中包 已知：聚乙烯材料的 E=0.95GPa 水平传送带摩擦系数 =0.21 中包重为 m=0.29KG 所以其挡板的工作压力 P=f=10 mg=10x0.21x0.29x9.8=5.9682N 假设某时工作压力作用在挡板一端处如下图所示： P L M： 弯矩方程式： M（ X） = PX（ 0 X L） 2 ( 3 )6B P X L XV EI VB=PX2（ 3L-X） /6EI nts23 挡板的最大扰度 材料的 E=0.95GPa I=bh3/12=25x503/12 260417mm4 fB PL3/3EI= 5.9682x2353x10-9/3x0.95x109x260417x10-12 fB 0.001004mm 端截面转角 B=PL2/2EI=5.9682x2352x10-6/2x0.95x109x260417x10-12 =0.0009rad 弯曲时的最大正应力 max=Mmax ymax/IZ=5.9682x235x10-3x20x10-3/260417x10-12 =1.22MPa 由上面的计算可明显看出，挡板在中包的工作压力作用下，最大扰度和转角均较小，且弯曲最大正应力也小于挡板的许用应力，故挡板符合强度要求。 挡板的质量估算： M 挡板 = V=0.94X47X2.5X5=552.25g=5.5225X10-1 4.2气缸的选择与计算 4.2.1 气缸类型的选择 根据所需要实现的功能要求，及其工作的环境情况，对气缸的类型进行合理的选择。 功能要求： （ 1）要求活塞可实现两个方向的运动； （ 2）活塞往返运动较 为平凡； （ 3）在活塞临近行程终点时，应该减速，防止活塞撞击缸端盖。 据以上条件查机械设计手册表 22-1-16 选择双作用气缸中的双侧缓冲式（气缸的往返运动均由压缩空气来完成）图示如下： （图 4-2） 双侧缓冲式气缸 nts24 4.2.2 气缸的安装形式 气缸的安装形式是由气缸装配在机座和机板上的方式决定的，大体上可分为固定形和摇动形两大类。根据设计中所需要的形式选择固定式。见下图所示： 轴侧角座型（ LA）：最简单的安装方法，用于轻负荷。 （图 4-3） 轴侧角座型安装形式 4.2.3 气缸外径计算及其壁厚 因负载是动载荷查机械设计手册表 22-1-18 知气缸的速度为 50500mm/s，气缸的负载率为 50% 取 =50% 气缸的负载率公式为 = 100%fF XFF：为气缸活塞杆受到的轴向负载力 Ff（ FPU） ：为气缸的理论输出力 由上部分 的计算已知 F=f=10 mg=10x0.21x0.29x9.8=5.9682N 气缸的工作压力为 P=FA=65.96826975 10x 8.56x102Pa 所以由 负载率公式 推力 Ff=11.94N 由气压传动及控制知在推力作功时 ,活塞外径按下公式确定： 4fhnFDPn为安全系数一般取 1.2 1.5 为效率系数一般取 0.8 0.85 P 为气源压力，采用低压型 0.2 1.0Mpa 64 1 . 5 1 . 9 40 . 2 1 0 0 . 8hxxDx x x 0.0276mm=27.6m 查 GB 国家标准汇编 GB/T2348 80 取缸筒内径为 32mm 所以活塞外径取 32mm 一般气缸缸筒壁厚与内径之比 /D 1/10 气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚可按薄壁筒公式计算： nts25 =DPP/2 P 但通常按此公式计算出的壁厚通常是很薄的，加工比较困难，实际设计过程中一般都需要按照加工工艺要求 ，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管铝金管查表机械设计手册表 22-1-56 选 4钢无缝钢管 查得壁厚为 4 mm 所以 =4mm 所以气缸外径为： D=Dh+2x4=40mm 查 机械设计手册表 22-1-20 得下表 缸 体 工 作 压 力 /MPa 0.10 40 推 力 /N 125.7 拉力 /N 活塞杆 12 114.4 14 110.3 16 105.6 18 100.2 （表 4-2） 40 缸体选择参照表 4.2.4 活塞杆的设计及其强度设计 活塞杆承担活塞输出力的作用，因此它要求能承受受拉伸、压缩、振动等载荷，并且有耐磨性和抗腐蚀性等。选取号钢。 因为此设计中活塞杆所承受的载荷都较小，故活塞杆直径的计算可用下式来估算： d/D=0.2 0.5 因此设计中的工作压力较小： 故参照表六选 d 12mm 活塞杆的计算长度为保证中包能顺利下落，应使气缸与水平传送带边缘的距离保持适当。 因中包的长为 mm 所以取 180mm d 活塞杆的纵向弯曲强度在 d 时一般按下式进行校核 34264 km E dFLn g g ggg式中 最大冲击力， m安装条件系数，按气压传动及控制表 -选取 ,取 14mE 材料的弹性模量，钢 E . x1011Pa L 活塞杆的计算长度， m nk 稳定性安全系数，一般取 3 1 1 3 421 2 . 1 1 0 ( 1 2 1 0 )46 4 0 . 2 0 6xxF g g ggg=2708.9251N 显然 F 远小于 2708.925N，所以活塞杆的弯曲强度符合要求。 活塞杆的扰度 nts26 活 塞杆在水平伸出时，成为悬臂梁状态，活塞杆前端下垂。为避免因自重引的下垂，可通过增设支点的办法来解决。（具体方法见装配图） 4.2.5 活塞的设计、计算 活塞在产生推力时要在缸筒内滑动，有时要撞击缸盖，因此要求活塞即有充分的强度，又要有良好的滑动性能。 活塞常采用可铸铁做成整体结构；一般活塞的密封采用 Y 型密封圈。 滑动表面宽度一般取缸径的 15 14。 滑动表面宽度 Dh=(15 14)x40=8 10mm 取 Dh=10mm 4.2.6 缓冲行程的估算 高速运动的活塞在行程终端要对缸盖产生冲击，引起振动，严重的可使机件变形或损坏。因此在长行程和避免振动的工作环境下，常要求具有缓冲装置的气缸。简图见下 （图 4-4）缓冲气缸 1、缓冲柱塞 2、单向阀 3、缓冲柱塞孔 4、节流阀 5、活塞杆 4.3斜面转角机构设计 4.3.1 实现功能 实现中包在下滑过程中，渐近实 现中包由水平放置到竖直放置的过程。 4.3.2 斜面转角机构材料的选择 根据设计要求，为了减轻支架负担应尽量减轻转角机构的重量，且应该便于拆卸、搬运，故采取重量较轻的树脂材料，现拟选环氧树脂塑料（ EP）。查表得： =0.3 0.6 环氧树脂塑料的有关参数（见下表）： nts27 名称 特性 应用举例 酚醛塑料（ PE） 机械性能高，刚性大，冷流性小，耐热性很高，不易因温度和湿度的变化而变形，成型简单，价格低廉 常用的为层压酚醛塑料和粉末状压塑料，有板材、管材及棒料等。 （表 4-3） 酚醛塑料的性能特点及应用 名 称 密 度g/cm3 线胀系数 10-5/C 拉伸强度 MPa 变曲强度 MPa 压缩强度 MPa 酚醛塑料 1.6 2.0 1.5 2.5 24.5 58.8 98 冲击强度KJ/m2 拉伸弹性模量 X10MPa 弯曲弹性模量 X10MPa 布氏硬度HBS 伸长率 % 疲劳强度107 次 3.4 30 抗剪强度 24.5 （表 4-4） 酚醛塑料的物理及机械性能 4.3.3 斜面转角机构倾斜角度的计算 由能量法计算： mghfv 0v（图 4-5） 中包在斜面转角机构上受力 220 21c o s21 mvL mgmmgh v h为中包下落的高度设计中 h=1500mm 为斜面转角机构的摩擦系数 =0.5 L 为中包下落的行程 L=h/sin 0v为中包在水平传送带上的速度设 min/100 mv v为中包下落的末速度设 v=20m/min 所以 22022vvghgha rctg =26.45 为了方便计算和设计取 =30 度 nts28 4.3.4 斜面转角机构的外型设计 为了使中包在下落过程 中能很平滑的实现由水平到竖直的位置转换，对转角机构要设计一平滑过度的曲面实现中包转角，其外型设计为一喇叭状，斜 30 度放置于一支架上；且为了便于加工，将喇叭状转角机构设计成左右两快，通过底部的 T 型槽实现连接组合。设计外型如图所示： （图 4-6）斜面转角机构外型构思图 斜面转角机构尺寸设计 nts29 （图 4-7） 斜面转角机构相关尺寸 4.3.5 相关说明： （ 1）、转角机构采用工程塑料制造而成，质量较轻。 （ 2）、转角机构上方为开口的，便于实施人为干扰，以防止在特殊情况下出现堵塞现象。 （ 3）、转角机构加工应 采用数控编程。 斜面转角机构的质量估算 M= V= 111 . 6 x 3 0 9 0 2 0 025xx=3840g=3.84kg 4.4支架设计 此设计中的支架，主要有两个，一个为为支撑气缸而设计的支架，第二个是为转角机构而设计的支架。 4.4.1 支架应满足的基本条件 1） 应具有足够的刚度和较高的刚度 质量比 2） 应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起机构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。 3） 热稳定性好，热变形对生产线生产影响小。 4） 具有良好的结构工艺性。 4.4.2 注意问题 （ 1） 由上计算已知，斜面转角机构呈 30 度斜角放置，从 2500mm 的高度降至 1000mm的高度，实现落差为 1500mm； （ 2） 由于气缸放置在水平传送带的水平方向，由于落差较大（近2500mm），为了降低支架高度，设计中应将气缸支架底座固定与斜面转角机构支架上，而非地面； （ 3） 斜面转角机构底座应设计成可调底座； （ 4） 支架完全由焊接而成； （ 5） 因转角机构体积较大，且中包在下
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