机械毕业设计726高速双色牙刷植毛机机械结构设计
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机械毕业设计726高速双色牙刷植毛机机械结构设计,机械毕业设计论文
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本科生毕业设计 毕业设计题目 高速双色牙刷植毛机机械结构设计 学 生 姓 名 陈沛东 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指 导 教 师 完 成 日 期 nts I 中文摘要 高速双色牙刷植毛机 是提高效率，进行生产牙刷加工的先进设备。大大提高了生产效率，生产质量，生产品种。 工效比原来的人工操作提高了 6 7 倍 , 日完成量达 15000 20000 支牙刷 , 极大地满足了市场的需求 , 取得了较好的经济效益。 本课题的目的就是为了使每个流程之间联系起来，提高机械化程度，减少人工的参与，既能够减少成本又能够提高生产效率 。 综合了以上考虑之后，我将本次设计的题目定为 高速 双 色牙刷植毛机机械结构设计 ，设计中 主要使用了 CAD、 Solidworks 等工程制图软件进 行绘图和结构分析。并对一些重要的部件进行必要的计算和校核。 关键词： 植毛机，设计，结构分析 nts II ABSTRACT High-speed color toothbrush tufting machine is improve efficiency and advanced processing equipment of toothbrushes.Greatly improved production efficiency,production quality, production varieties. Efficiency than the original manual operations increased by 6 to 7 times， completion 15000 amounted to 20000 Toothbrush in every day， great to meet the needs of the market.and achieved good economic.The purpose of this project is to make the link between each process, and enhance the degree of mechanization to reduce labor participation, both to reduce costs and to improve the efficiency of a production. After considering a combination of the above,I will be the topic of this design is the high-speed color toothbrush tufting machine mechanical structure design.Design of the main uses CAD, Solidworks and other engineering drawing software for drawing and structural analysis. And some important components necessary calculations and verification. Key words: toothbrush-hair planting;Design;Structural Analysis nts III 目录 中文摘要 ABSTRACT 第一章 绪论 .1 1.1 课题背景和研究 意义 .1 1.2 近代牙刷的发展历程 .2 1.3 国内外植毛机的发展现状 .2 1.4 本课题的立题依据 .3 1.5 本课 题研究的内容 .4 第二章 植毛机的工作原理 .5 第三章 植毛机总体方案选择 .7 3.1 植毛机的技术进展 .7 3.2 植毛机的 结构 .9 第四章 植毛机的总体结构及组成部分结构 . 11 4.1 植毛机的布局 . 11 4.2 刷柄自动装夹设计 . 12 4.3 刷 柄 自动运行机构设计 . 13 4.4 自动分丝机构设计 . 14 4.5 自动送铝片、及自动切断机构设计 . 16 4.6 自动钩丝机构的设计 . 17 4.7 本章小结 . 17 第五章 植毛机 零件的设计计算 . 18 5.1 系统的运动分析 . 18 5.2 主轴箱电机的选择 . 19 5.3 皮带的选择 . 21 5.4 主轴的设计计算 . 23 nts IV 5.5送丝嘴运动分析计算 . 28 5.6 送铝片运动分析计算 . 30 5.7 铝片切断运动分析计算 . 32 5.8 送丝凸轮的设计计算 . 35 5.8.1 送丝凸轮的基本尺寸 . 35 5.8.2 送丝凸轮的理论轮廓 . 35 5.8.3 送丝凸轮的工作轮廓 . 36 5.9 本章小结 . 38 第 六 章 植毛机控制系统 . 39 6.1 牙刷植毛机数控系统工作原理及其总结构设计 . 39 6.2 PLC 控制电路图 . 41 6.3 I/O 扩展电路 . 42 参考文献 . 43 致谢 . 44 nts 1 第一章 绪论 1.1 课题背景 和研究意义 2000 多年前，古人就懂得如何保护牙齿，史记仓公传中指出虫牙的原因是 “食而不漱”，礼记中“鸡初鸣，咸盥嗽”说明了那个年代的人就有了漱口的习惯。民间有“挑马勘牙，选郎见齿”之说，大意是挑马要看牙口，挑女婿也要看牙口，齿强则体健已经是很普遍的社会生活常识。公元前 3500 年，巴比伦人挑选富有香气的细根树枝末端嚼松软，形如刷毛，用于刷牙，另一端则削成尖头，方便剔牙。公元前 3000 年苏美人乌尔城邦的国王墓穴中就曾发现过清理口腔用的最早工具 -牙棒。中国大约在公元前 1600 年就有牙刷和 刷牙了，公元 15世纪已经有了如今牙刷方式的雏形。唐代开始，人们用柳枝做成刷，蘸药水揩齿，这就是早期牙刷、牙膏的雏形。宋代，人们主张每日早晚用柳枝揩牙两次。到了元代，一般人用柳枝当做牙刷，参合中草药制成的揩齿粉末刷牙。公元 16 世纪，中国人利用西伯利亚山猪毛和竹子或骨骼做柄发明了史上第一支真正的牙刷，人们用竹子做柄，附着野猪毛，这样的牙刷就是今天牙刷的祖先。世界上第一支牙刷，长 16.5cm 宽 1.1cm 厚 0.2cm共三排 31 孔，中间为 11 孔，两边为 10 孔，孔直径为 0.22cm 整体为骨质结构，头部和尾部为眼观见骨。 20 世纪 30 年代， Wallace H Carothers 在杜邦实验室发明了尼龙，尼龙成为现代化的标志，这个发明永远改变了牙刷的历史。 普通牙刷组成： 牙刷把 刷头 手柄 牙刷毛。普通牙刷的原材料：牙刷把：聚苯乙烯，牙刷把上软软的部分 ：弹性橡胶粒子，牙刷毛：目前的刷毛多用尼龙丝制成。可分为两种普通丝和杜邦丝。压线：铝或铜。生产牙刷需要的设备为注塑机，植毛机，磨毛机。牙刷生产工艺流程：注塑、注胶、植毛、平毛、磨毛、清洗、检测、包装。其中，注塑：将颗粒状或粉状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推 杆或旋转螺杆连续从模口挤出（模口的形状即为所需制品的断面形状，长度视需要而定），冷却后即为所需的制品 .植毛：就是将牙刷的毛送到牙刷柄中去，植毛后要把毛切成各种需要的形状。磨毛：刷毛在切割后，如果没有经过圆滑处理，容易因太过尖锐而造成伤害。把刷毛尖磨圆，可防止这种伤害。以及拉应力检测和对牙刷进行包装。 nts 2 1.2 近代牙刷的发展历程 1、通用型和特异型保健牙刷。既符合卫生标准又不损伤牙齿和牙龈。 2、指套式牙刷：适用于婴幼儿。 3、电动牙刷：有洁齿及按摩牙龈的作用，效果均比普通的牙刷好。 4、声波牙刷：一分钟 3万次的冲击力。清洗牙齿上的污垢和食物残渣。 5、电离子牙刷：刷牙时可发出一系列微量元素和阴离子，有消炎杀菌作用。 6、磁性保健牙刷：利用磁场（磁场强度高达 1500 高斯）起保健按摩、清洁口腔同时可达到消炎止痛、活血固齿的功效。 1.3 国内外植毛机的发展现状 我国是全球最大的牙刷产销国。自改革开放以来，国内牙刷整体发展较快，特别是近 5 年，牙刷总产量和牙刷出口量年平均增长超过 22，出口金额年平均增长达到 36以上。 2008 年，中国大陆牙刷产量将近 100 亿支，其中：出口 31.2 亿支，实现销售 68亿元，实现税 金 6.12 亿。经过多年发展，牙刷重点企业快速做大做强，已形成一批具有一定规模的企业，据统计，前 10 名重点企业产品市场占有率占全国总量的 60，牙刷出口量占世界牙刷消费量的 40以上，其中，前 10 名重点企业有 7 名在江苏省扬州市邗江区杭集镇，其牙刷产量占全国总产量的 70。目前，邗江区杭集镇已成为我国牙刷的主产区，素有“中国牙刷之都”的美称，其“产业洼地”的效应逐步显现，产业链条逐步拉长，形成了以高露洁公司、两面针集团、山鹰纸业为龙头的旅游牙刷制造业、原材料供应业和纸箱包装配套业。 在中国牙刷行业属于劳动密集 型产业，在国民经济行业分类中，属 C2673 口腔清洁用品。其特点是： 1、资金投入大。由于牙刷是塑料产品，需要空间容积较大的原材料、半成品、产成品等车间或仓库，故需征用一定规模的土地，新建成片的厂房。同时，还需购进多种配套的生产设备，据了解，一条生产流水线最低投入需 100 多万。 2、科技含量低。由于牙刷是劳动密集型产品，科技含量低，仅生产牙刷，就有配料、注塑、注胶、植毛、入盒、包装等十多道工序，且从业要求不高，其劳动密集度高于服装、玩具等产业。 3、回报周期长。由于牙刷是民用生活必需品，价廉物美，其正常零 售价每支不足 1 元，且毛利率仅为 15%左右。同时，牙刷耐磨耐用，使用周期长，故虽有需求市场，但需求量不大。 4、资源浪费高。 由于牙刷nts 3 是一次性消费品，特别是其原材料为聚本乙烯、聚丙烯等化工原料，对资源的依赖和消费程度较大。同时，其废品回收价值低，且回收成本高。 牙刷至 17 世纪方出现，至 19 世纪才广泛流行。 1938 年杜邦化工推出以合成纤维（多数是尼龙）代替动物鬃毛的牙刷，第一支以尼龙纱线作刷毛的牙刷于该年 2 月24 日上市。 2003 年 1 月，根据勒梅尔森 麻省理工发明指数，牙刷获选为“美国人生活不可或缺的发明” 第一位，击败了汽车、个人电脑、手提电话和微波炉。在欧洲，牙刷是由英国 皮匠 爱迪斯于 1780 年在伦敦首先发明的。在此之前，欧洲人用布擦洗牙齿，爱迪斯认为用布擦牙效率太低，而且擦不干净，他把 鬃毛 缚在骨头上，刷牙效果很好，从此改进了欧洲人的刷牙工具，爱迪斯创立的公司至今仍在生产牙刷。欧洲的植毛牙刷于 1646 年首先出现于法国。从 1840 年开始德国才正式制造牙刷，后来传到美洲。美国于 1900年由拉拜塞夫公司用橡胶加硫法制造牙刷柄知道 1920年才被淘汰，后来又用赛璐珞制造牙刷柄，又经过一段时间，则多用注入法制造牙刷柄了。 1930 年出现了尼龙丝， 1938 年就用以代替天然鬓来制造牙刷，因为尼龙丝具有粗细均匀，光滑牢固和容易保持清洁的优点，所以现在国内外大多用尼龙丝来制造牙刷了。 在国外，牙刷机器比较先进，生产工序中的植毛、磨毛、平毛可以通过连续完成，人工只需要参与一次就行了，可以大大减少人工的参与，而且可以减少工序之间半成品的流动运输与周转，这样可以提高生产效率。因为半成品不需要流动运输，所以占据的厂房空间也就相对变小，质量也较高，工作环境噪声也很小。 1.4 本课题的立题依据 牙刷是我们日常生活中离不开的口腔卫生工具，在调查问卷中，有 44.4%的人坚持早晚刷牙。每天早上起床后第一件事就是刷牙，睡觉前的最后一件事也是刷牙。在如今的生活中，刷牙不再仅仅为了口腔卫生，还能提 高一个人的个人形象。以前的牙刷机是利用人工进行生产，如今面对庞大的人群和用量，这种效率很低， 我国牙刷生产现状（劳动密集型，工艺流程中每道工序之间是相互独立的，每道工序之间都存在半成品要人工上料和下料的问题，且每道工序之间半成品流动运输、周转都导致生产效率低、同时半成品占据厂房空间大，质量不稳定、工人劳动强大、工作环境噪声、橡塑气味都影响工人身体健康。），所以要通过设计制造先进的牙刷制造装备来改善上述的落后状况和追赶超越先进国家。 本 课 题 在消nts 4 化吸收原来工艺及设备的基础上，针对企业需求，对原来工艺及设备进行 总体优化改进。以提高产品质量，减轻劳动强度，提高生产效率。 设计的植毛机则大大的减轻了员工的负担， 工效比原来的人工操作提高了 6 7 倍 , 日完成量达 15000 20000支牙刷 , 极大地满足了市场的需求。 综上所述，选择“高速双色牙刷植毛机机械结构设计”这个题目。 1.5 本课题研究的内容 牙刷生产工艺流程：刷柄注塑、注胶、切毛、植毛、平毛、磨毛、包装。其中植毛是关键，从手串，到简单机械植毛，至今天的高速多色植毛，本植毛机要求植两种颜色，生产率： 750-900 孔 /分钟（ 25-30支 /分钟），设计刷柄自动 装夹、 X/Y 方向自动运行机构、自动分毛机构、送毛机构。 nts 5 第二章 植毛机的工作原理 全自动牙刷植毛机是具备检测、控制、报警、人机对话等一系列功能 , 它的工作效率比半自动植毛机提高了 2 3 倍 , 日完成量达 2万支牙刷 , 很好地满足了市场的需求 , 取得了非常好的经济效益。设计的全自动牙刷植毛机主要由 3 部组成 : 植毛机构 , 高精度 X 、 Y 方向运动平台和单片微机控制系统。 图 1 nts 6 植毛机构： 它主要完成刷丝传送、铝片传送、铝片剪切、刷丝与铝片合成、植入刷板等等动作。它的工作原理是 : 启动主 轴电机 , 带动了主轴旋转 , 安装在主轴上的 3 只互成一定角度的凸轮进行启动。第一凸轮驱动一为换向装置 , 它带动拉毛梭芯在梭壳中来回进行拉丝 , 从而可以不断的将牙刷丝送入植毛嘴中 ; 与此同时，另一凸轮来带动送铝片机构 ,可以将铝片送入切片刀盒 ; 此时连杆机构带动刀片切出 116 mm *1 mm *014 mm 的薄片 , 并与梭芯拉入的刷丝一起送入植毛嘴中 , 由步进电机来进行驱动的装有刷板的工作台移到植毛嘴下 , 将一束刷丝连同铝片植入当前刷板孔中 ,完成了一次循环。 运动平台： 这是一套很高精度的两轴定位系统 , 它主要是完成牙刷取板 , 刷板定位 , X 、 Y 方向移位 ,牙刷进行出板等一系列动作。因此 , 这部分精度如何影响到整机性能及牙刷植毛质量 , 要求运动平稳、移位速度快、到位精度高。通常刷板孔径在 116 mm 左右 , 要能准确地将毛丝及铝片植入刷板每孔中心 , 给运动平台提出了较高要求。其设计原理是 : 由微电脑控制步进电机 , 来驱动 X 轴与 Y 轴 , 而 X 轴和 Y轴采用定制精密滚珠丝杠。工作台的平移运动 , 由 X 、 Y 轴运动基座加装导杆 , 并在导杆上安装立线轴承 , 以消除晃动及步距误差 , 夹板装置安装固定在运动平台上 , 由电磁气动阀完成刷板的夹紧及弹出。 单片微机控制系统： 该部分是全自动植毛机的心脏 , 它所完成的工作主要包括 4 个方面 :( 1) 协调整机工作状态 , 检测各个控制环节 , 包括 X 轴零位、 Y 轴零位、板仓空、毛色、重毛、移位等的检测。 ( 2) 控制各支路动作 , 包括 X 、 Y 轴步进电机正、反向运动控制 , 移位步距控制 , 主轴驱动电机启、停控制 , 刹车、换毛、出板气泵的工作时序。 ( 3) 故障报警指示 , 包括重毛故障 , 电源故障 , X 、 Y 轴不能回零 , 毛色不能变换 , 移位计数等指示。 ( 4) 人机 对话功能 , 包括是否紧急停机 ,故障清除恢复 , 主轴电磁刹车是否释放 , 是否启动工作 , 新牙刷品种的程序编制 , 日产量计数 , 总产量计数 , 工作台移位速度的设定 , 毛色设定 , 出板位置的设定 , X 、 Y 轴偏移量的修正。 nts 7 第三章 植毛机总体方案选择 3.1 植毛机的技术进展 手动植毛机 :通过人来摇手柄来驱动，主轴上有两个凸轮，第一个是用来控制牙刷孔的位置，第二个凸轮控制铝片的长度，在后面通过连杆机构将钩丝、切铝片和将铝片、刷丝植入刷柄一同完成，整个过程完全手动，工人一边扶着刷柄一边摇手柄。所以，手动植 毛机的效率很低，一天最多能植 20003000 支牙刷。只能植一种颜色的刷丝。 图 2 图 3 半自动植毛机：半自动植毛机是在手动植毛机上进行了一些改造，动力源由电机提供，牙刷孔的定位也由步进电机控制，而且可以植两种颜色的刷丝，效率大大提高，一天可以植 60007000 支牙刷。 nts 8 图 4 全自动植毛机： 全自动牙刷植毛机是具备检测、控制、报警、人机对话、自动装夹等一系列功能 , 它的工作 效率比半自动提高了 23 倍 , 日完成量达 2 万支牙刷 , 很好地满足了市场的需求 , 取得了非常好的经济效益。 nts 9 图 5 图 6 3.2 植毛机的结构 方案一如图所示 图 7 nts 10 方案二如图所示 图 8 如上图，是植毛机的总体结构的两种不同的方案，两种方案的不同之处是第一种方案是用两个电机分别控制刷柄的转动和两个方向的位移，而第二种方案是通过齿轮和轴的传动来实现刷柄的转动和两个方向的位移的确 定。第一种方案是用额外的一个电机来实现两种植毛机两种不同颜色丝的传送，而第二种是在第一个轴上面利用齿轮来和毛色的传送进行结合从而来控制两种毛色的传送。 很显然，第一种设计的方案比第二种更好，第一种是单独进行控制能够很精确的进行传送和定位，而第二种是经过了很多传送机构后再来进行控制和定位，经过了多次传送机构后，很显然会影响设计时候所想要达到希望的精度和需要，第一种不需要多次的传送，直接作用于零件上，很好的保护了效率和精度，所以在设计的时候，选用了第一种的方案。 nts 11 第四章 植毛机的总体结构及组成部分结构 4.1 植毛机的布局 图 9 根据以前植毛机的结构设计，参考其他自动化设备的结构，将制造的植毛机分为电气控制柜，仪表界面，刷柄自动运行系统，送铝片，切断，送丝机构，分丝机构nts 12 和机架，电气控制柜是对设备的运行提供动力和控制，仪表界面是对植毛机进行一个总体的汇总，可以对植毛机进行指令的输入输出，刷柄自动运行系统是对刷柄的二维运动进行设计，控制夹紧牙刷和与送丝嘴送丝进行配合。送铝片，切断，送丝机构是设计在植毛机进行工作的过程中，将铝片送入到送丝嘴并且进行切断的一个机构。分丝机构是将两种不同颜色的毛进行送 到送丝嘴，这个过程是通过分丝机构来完成。而机架是植毛机的一个总体框架，是对这些设备进行支撑，将这些机构进行一些合理的分配以汇成一个完整的整体，以便更好的为植毛来服务。具体的总体布局如上图显示。 4.2 刷柄自动装夹机构设计 工件在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。 刷柄的装夹采用自动装夹，由电 磁气动阀完成刷板的夹紧及弹出。具体的设计如下图。 图 10 nts 13 图 11 4.3 刷 柄 自动运行机构设计 刷柄的运行机构是负责对装夹机构进行两个方向的运行，是由微电脑来控制步进电机 ,两个电机分别来驱动 X 轴方向和 Y 轴方向 , 而 X 轴和 Y 轴采用定制精密滚珠丝杠。工作台的平移运动 , 由 X 、 Y 轴运动基座和加装导杆 , 并且在导杆上安装立线轴承 , 从而可以消除晃动及步距误差。具体的机构设计如图所示 nts 14 图 12 图 13 图 14 4.4 自动分丝机构设计 分丝机构的作用是将两种不同颜色的丝分别通过分丝机构进行输送， 再 通过送丝嘴将不同颜色的丝 和铝片 送往刷 柄 的孔中，从而完成牙刷 分 毛的工 序 ， 它是利用凸轮驱动成为换向装置 , 它带动拉毛梭芯在梭壳中来回进行拉丝 , 从而可以不断的将牙刷丝送入植毛嘴中，具体的设计机构如下图。 nts 15 图 15 图 16 nts 16 4.5 自动送铝片、及自动切断机构设计 自动送铝片、及自动切断机构是和分丝机构及送毛嘴一起作用，是对牙刷毛固定在牙刷孔中，它是 通过凸轮来带动送铝 片机构 ,通过一些连杆机构可以将铝片送入切片刀盒 ; 此时连杆机构带动刀片切出的薄片 , 这样就与梭芯拉入的刷丝一起送入植毛嘴中，从而完成植毛的工序过程。 自动送铝片、及自动切断的机构设计如下图所示。 图 17 nts 17 4.6 自动钩丝机构的设计 自动钩丝通过一些摆杆和连杆，连接到主轴，最后将动力传递到钩丝的刀片上，钩丝的刀片做周期性的摆动，在刀片的圆周上有个直径为 4mm 的小孔，当刀片回转到分丝机构时，刷丝在弹簧压力和自身重力的作用下，进入到刀片的小孔中完成刷丝的钩取，并将刷丝送到送丝嘴的前面，等待送丝机构将其植入 牙刷柄对应的孔内。 图 18 图 19 4.7 本章小结 本章是说明了方案的选择，并且设计了植毛机一些必要结构，包括 刷 柄 自动装夹设计， 刷 柄 自动运行机构设计，自动分丝机构设计，以及自动送铝片、及自动切断机构设计 和自动钩丝机构的设计 。 nts 18 第五章 植毛机 零件的设计计算 5.1 系统的运动分析 图 20 启动主轴箱电机 , 通过皮带的传动，带动了主轴的转动，安装在主轴上的 3 只互成一定角度的凸轮进行启动。第一凸轮驱动一为换向装置 , 它带动拉毛梭芯在梭壳中来回进行拉丝 , 从而可以不断的将牙刷丝送入植毛嘴中 ; 第二凸轮是带动摆杆机构对植毛嘴进行前后进行运动。与此同时，另一凸轮来带动送铁片机构 ,可以将铁片送入切片刀盒 ; 此时连杆机构带动刀片切出 116 mm * 1 mm * 014 mm 的薄片 , 并与梭芯拉入的刷丝一起送入植毛嘴中 , 由步进电机来进行驱动的装有刷板的工作台移到植毛嘴下 , 将 一束刷丝连同铁片植入当前刷板孔中 ,完成了一次循环。下面进行主nts 19 轴箱电机、皮带、主轴进行选择设计，并对送丝嘴、切铝片速度进行计算和送丝凸轮进行分析计算。 5.2 主轴箱电机的选择 电机类型的选择： （ 1）根据电机的工作环境选择电动机的类型 安装方式： 选用卧式电动机 防护型式： 选用封闭自扇冷式，可在潮湿、多尘埃、高温、有腐蚀性气体或易受风雨的环境中工作起动、制动较频繁，选用线性转子异步电动机 电动机额定电压的选择 电动机额定电压的选择一般选择与供电电压一致，普通工厂的供电电压为 380V 或220V，因此中小 型交流电机的额定电压大都是 380V 或 220V，选用 220V 的电压。 电动机额定转速的选择 电动机的额定转速要根据生产机械的具体情况来选择。 要求调速的中高转速生产机构上使用的电动机额定转速的选择应结合生产机械转速的要求，选取合适传动比的减速装置，我们选用带传动减速装置。 植毛机的送丝机构 817 次每分钟，因此主轴转速为 817r/min，传动比为 1.7，因此电动机的转速为 1390r/min。 电动机容量的选择 根据植毛机的运动状态及给定条件计算负载功率 maxVFP 送丝 46.0240 4.110 W maxVFP 送铝片 =80 1.28=102.4W nts 20 maxVFP 切断 =110 0.75=82.5W maxVFP 分丝 =10 2.24 =22.4W 摩擦P 33W 总P 350.7W 参照电动机的技术参数，根据表预选电动机的型号，使其额定功率 总PPN ，并且是NP 尽量接近 总P 总PPN )6.11.1( =1.5 350.7 =526.05W 电动机的发热校核 计算出电动机的额大功率后，通常要对选择的电动机进行发热校核，即限制电动机的温升（电动机温度与环境温度差）以保证电动机的寿命与安全 oom m a xm a x 式中 m -电动机的温升 m -电动机的温度 o -标准环境温度： Co 40max -电动机绝缘的最高允许温升 max -电动机的最高允许温度 等效功率法 : 负载变化周期 zt =0.075s nts 21 ni izeqPtP12 t)1(总 =350.7W NP 其中 eqP -等效功率 NP -电动机额定功率 所以 550W 的电动机合格 选用 Y801 4 的电动机 电机功率 P=0.55kw，转速 1n =1390r/min.选择传动比 i=1.7 5.3 皮带的选择 按照工作原理的不同，带传动可以分为摩擦型带传动和啮合型带传动。本设计选用了摩擦型带传动，根据传动带横截面积形状的不同，又可以分为平带传动 ，圆带传动， V带传动和多楔带传动。 在本次设计中，我采用了 V带传动，因为 V带传动横截面积呈等腰梯形，带轮也做了相应的轮槽，可以提供更大的摩擦力，另外 V带轮允许的传动比大，结构紧凑，大多数 V带已经标准化。因此选用了这种 V 带轮。 1. 确定计算功率 caP 由机械设计表 8-7 查得工作情况系数： AK =1.1，故 caP = AK P =1.1*0.55kw=0.605kw 2. 选择 V 带的带型 根据 caP 和转速 1n ,选用 A型。 3. 确定带轮的基准直径 d 并验算带速 v 1)初选小带轮的基准直径 1dd 。由机械设计表 8-6 和表 8-8，取小带轮的基准直径1dd =75mm。 2）验算转速 v，按照公式 8-13 验算带的速度 nts 22 smndv d /46.51000*60 1390*75*1000*60 11 因为 5m/sS=1.6 （因计算精度较低，材料不够均 匀，故选取 s 1.6） 故该轴在截面 V左侧的强度也是足够的。因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。 5.5 送丝嘴运动分析计算 如图，这是送丝嘴的两种不同的状态，各种数据如上图，大致原理如下：由电机的转速通过皮带来带动第一根轴的转动，通过轴上面的凸轮带动滚子转动，然后由于滚子滚动的轨迹来带动连杆机构的摆动，从而使送丝嘴能够周期性的经行送丝，从而达到设计的要求。 传动路程：电动机 小带轮 大带轮 轴 凸轮 滚子 连杆机构 送丝嘴 nts 29 图 22 由小带轮的直径 D1=75mm， 大带轮的直径 D2=125mm. 由公式， N1*D1=N2*D2，则有 N2=0.6N1. 所以轴上面转速和大带轮一样，为 N2； N2=834r/min 则 N1=1390r/min 凸轮的半径 R0=36mm，故凸轮的线速度 sNV /m14.3R*2*02 凸初滚子的线速度 凸初滚 VV ， nts 30 则滚子的角速度sRV /r a d25.196016.0 14.3 滚滚滚在初始阶段 时，滚子速度和第二轴轴心连线的夹角 31 则有130s in 8 9 .6*90s in* 1 送丝初滚 VV 则有 smV /23.0送丝初在末端时，滚子速度和第二轴连线的夹角 62 则有13090sin* 2 送丝末滚 VV sV /m46.0送丝末 5.6 送铝片运动分析计算 在植毛机的运动中，通过凸轮及连杆机构来实现送铝片，大致过程如下：首先通过电机的转动来带动第一根轴的转动，由轴上的凸轮的转动来带动滚子的转动，而滚子是连杆机构的一部分，通过固定轴的转动和连杆的形状来表现出送铝片的运动，从而达到设计的要求。 传动路程：电动机 小带轮 大带轮 轴 凸轮 滚子 连杆机构 送铝片 由上面可知，小带轮的直径 D1=75mm，大带轮的直径 D2=125mm. 由公式， N1*D1=N2*D2，则有 N2=0.6N1. 所以轴上面转速和大带轮一样，为 N2； N2=834r/min 则 N1=1390r/min 凸轮的半径 R0=44.5mm，故凸轮的线速度 sNV /m89.3R*2*02 凸初.滚子的线速度凸初滚 VV ， 则滚子的角速度 sRV /r a d13.243016.089.3 滚滚滚经设计，滚子圆心和轴的圆心距离 L1=89.5mm。 由 solidworks 可知 1.30 螺纹杆与两中心的夹角为 14.2 轴中心与螺纹杆的距离 532L mm nts 31 图 23 在初始状态时，则有2 2.14c o s*1 1.30s in* LVLV 杆初滚 则有 sV /m19.1杆初nts 32 图 24 在末端时，如图所示，推杆与 两中心直线之间的夹角为 30.6 螺纹杆与中心直线的夹角为 12.4 2 4.12c o s*1 6.30s in* LVLV 杆末滚 则有 sV /m27.1杆末在通过机构传到送铝片的时候结构如图。 L3=95.3mm， L4=131mm 则有43 LVLV 铝片初杆初 算出 smV /64.1铝片初同理43 LVLV 铝片末杆末 算出 smV /75.1铝片末5.7 铝片切断运动分析计算 如图，这是在铝片切断时候的初始状态。 nts 33 图 25 此时，滚子的速度与两中心直线的夹角为 33.38两中心的距离 L5=94.51mm，切断杆的速度与两中心的夹角为 1.88，之间的距离 L6=42.5mm。 则有688.1c o s*538.33s in*LVLV 切断杆初滚 nts 34 得出 sV /m7.0切断杆初在末端时，如图所示，滚子的速度与两中心直线的夹角为 28.40两中心的距离L5=94.51mm，切断杆的速度与两中心的夹角为 0.21，之间的距离 L6=42.5mm。 图 26 nts 35 则有621.0c o s*54.28s in*LVLV 切断杆末滚 得出 sV /m65.0切断杆末5.8 送丝凸轮的设计计算 5.8.1 送丝凸轮的基本尺寸 根据设 计的植毛机机构，确定凸轮的基圆半径 r0=36mm，推杆滚子半径为r1=16mm，其次是要选择推杆的运动规律，植毛机凸轮的工作条件是高速轻载，应选用maxa和maxj较小的运动规律，以保证推杆运动的平稳性和工作精度。推程转角和回程角分别为 100和 140 ;远休止段半径为 50.60mm,转角 20 ;近休止段半径为36mm,转角 100，根据机械原理书表可得，对 送丝凸轮的运动规律可选用正弦加速度运动规律，回程运动规律可选用五次多项式运动规律。 5.8.2 送丝凸轮的理论轮廓 对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论轮廓坐标中的 e=0， s0=r0，求得 s)sin +(r0=x ， s)co s +(r0=y 公式中，位移 s应分段计算 （ 1） 推程阶段 95100 001 )10/()18s in ()5/9()2/()/2s in ()/(110110111hhs 9/5,01 （ 2） 远休止阶段 18120 002 nts 36 6.142 s 18,02 （ 3） 回程阶段 1871 40 003 5035340343303333 /6/15/10 hs 553443333 16807/113 374 0 82401/1574640343/58320 hhh 187,03 （ 4） 近休止阶段 185100 003 04 s 185,04 5.8.3 送丝凸轮的工作轮廓 由机械原理公式 9-17 得 cos rrxx sin rryy 其中： 22 )/()/(/)/(s in ddyddxddx 22 )/()/(/)/(c o s ddyddxddy （ 1） 推程段 9/5,01 11 s ) co s +( r 0s in)/(/ ddsddx 111 s ) c o s +( r 0s in) 18c o s (159 h 11 s ) s in +( r 0co s)/(/ ddsddy 111 s ) s in +( r 0c o s) 18c o s (159 h （ 2） 远休止阶段 18,02 )2s ) c o s (+( r 0/ 2 ddx nts 37 )2s ) s in (+( r 0/ 2 ddy （ 3） 回程阶段 187,03 )s ) c o s ( +( r 0)s in ()/(/ 33 ddsddx )s ) c o s ( +(r0)s in ()1 6 8 0 7/5 6 6 8 7 0 4 02 4 0 1/6 2 9 8 5 6 0343/1 7 4 9 6 0(33543433323hhh )s ) s in ( +(r0)c o s ()1 6 8 0 7/5 6 6 8 7 0 4 02 4 0 1/6 2 9 8
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