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毕业设计说明书(论文)作 者:3号楷体学 号：3号楷体学院(系):3号楷体专 业:3号楷体题 目:自动裁线机3号楷体3号楷体指导者： (姓 名) (专业技术职务)3号楷体3号楷体评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2015年 6 月毕业设计说明书（论文）中文摘要本文主要介绍自动裁线机的发展状况，自动裁线机结构设计原理，自动裁线机总体方案分析及确定，自动裁线机结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，裁线机的计算，自动裁线机的结构设计结论与建议。整机结构主要由电动机减速器产生动力通过小带动将需要的动力传递到带轮上，带轮带动主轴，从而带动整机装置运动铜导线运动,此可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。本论文研究内容：(1) 自动裁线机总体结构设计。(2) 自动裁线机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 自动裁线机的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。(7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 自动裁线机，结构设计，三维建模；步进电机 毕业设计说明书（论文）外文摘要This article mainly introduces the development status of automatic wire cutting machine, automatic wire cutting machine structure design principle, the overall scheme of the automatic wire cutting machine analysis and determine automatic wire cutting machine structure design content includes the mechanical drawing of rendering, the calculation of wire cutting machine, automatic wire cutting machine structural design theory and suggestions.The whole structure mainly consists of the motor reducer to generate power through the zonule move will require the power delivered to the belt pulley, belt wheel drive shaft, so as to drive the movement of the motion of the whole device of copper wires, which can replace the heavy manual labor, significantly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level of production.Research content of this thesis:(1) the overall structure design of the automatic cutting machine.(2) working performance analysis of automatic cutting machine.(3) motor selection.(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the automatic cutting machine.(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.Keywords: automatic cutting machine, structure design, 3D modeling, stepping motor目 录1 绪 论61.1 选题的背景、意义61.2 国内裁线机的发展状况61.3 裁线机的发展趋势71.4 本文研究主要内容82 自动裁线机机构总体方案设计92.1 基本结构92.2 设计原则92.3 方案分析92.3.1 第一方案92.3.2第二方案102.3.3第三方案102.3.4 最终方案113 裁线机的机械计算133.1电机的选取133.2 同步带的概述及计算153.2.1 同步带介绍153.2.2 同步带的特点163.2.3 同步带传动的主要失效形式163.2.4 同步带传动的设计准则193.2.5 同步带分类193.2.6 同步带计算选型193.2.7 同步带的主要参数（结构部分）233.2.8 同步带的设计253.2.9 同步带轮的设计253.3 轴的设计263.4 轴的校核263.5 键的校核273.6 轴承的校核284 气缸元件的计算304.1气缸的选择304.2 气缸结构344.3 工作原理354.3.1切刀气缸的计算364.3.2下压机构气缸的计算364.3.3 其余气缸的选型37总 结38致 谢39参考文献40 本科毕业设计说明书（论文） 第41页 共41页1 绪 论1.1 选题的背景、意义随着我国经济的蓬勃发展，国民经济各领域对产品的需求日益扩大，制造业对各种金属导线的质量要求也越来越高。线的质量好坏、直接关系到下道工序能否顺利进行，特别是超细规格的线质量要求很高；。目前国内使用的裁线机械，卷取主轴多用力矩电机驱动，排线机构与主轴采用机械齿合传动的硬耦合连接，通过丝杠或光杆带动导线器左右平移、依靠齿轮或电磁铁的离合动作实现换向，达到往复排线的工艺要求。这种纯机械耦合机构存在零件加工和装配复杂、因频繁换向导致机械磨损大、噪声大、排线精度降低2。此外，由于丝线的规格品种繁多，每次改变品种规格、都要重新调整裁线机的机械参数，甚至更换机械零件，一套排线机构无法同时满足对不同规格丝线的绕排线需要。基于此，我们提出了本课题的研究。本文介绍一种新型裁线装置，利用先进的数字控制技术，将裁线主轴的卷取传动与排线器的往复传动机械解耦，分别用两只电机独立驱动、实现对裁线与排线轴的柔性连接。两只电机的速度控制设置成主一从方式，即：排线步进电机作为从动机，其转速跟随裁线主轴电机同步运行。采用FX2N一32MT可编程序控制器、脉冲测速码盘及光电传感器控制，检测步进电机的工况，实现了计算机数字控制和柔性化参数设置。新系统具有：稳定、准确、灵活、快速的特点，适用于对各种规格丝线的绕排线控制。1.2 国内裁线机的发展状况目前我国裁线机行业处于非常困难的时期，如何才能使整个行业从技术的互相模仿与残酷的价格战等困境中脱身而出？从业企业只有放下急于求成的心态，从基础理论、新技术研发等领域出发，一丝不苟地修炼自己的自主创新能力。裁线机结合了机械、传动、电气控制等多方面的技术，所以基础理论研究是开发新技术的基础，只有核心技术的发展才能推动裁线设备的进步，各方面为技术开发做努力，这样才会使我国的裁线设备逐步走上自主创新的道路。国产的裁线机自动化水平低、控制手段落后是普遍存在的问题。只能应用于裁线要求相对不高的场合，高端设备都有日本、瑞士、德国等进口设备占领市场，而国产设备只能在很小的市场份额里以低价来争得客户， 分析我国裁线机市场目前处于高速发展的时期，相反我国的裁线机生产企业的处境却相当的艰难，不难看出，极大的市场份额都是进口设备，在国内市场获得高利润的回报，在新机型的开发上就有了强大的资金保障，而我们国内企业的销售利润偏低，去掉销售环节中存在的费用，留给企业的回报已经所剩无及了，所以不断的提升自主创新能力，才能市场份额较大的中高端市场，来打破目前的艰难局面4。1.3 裁线机的发展趋势裁线机是机械行业中的主要加工设备，裁线机的质量、数量及自动化水平，直接影响整个机械行业的发展；裁线机的自动化水平对提高生产效率和产品质量，减轻操作人员的体力劳动等方面都起到极为重要的作用。先进的机械制造技术能在很大程度上提高裁线机的自动化水平。机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。（1） PLC在裁线设备中的应用 PLC具有很强的抗干扰能力及高可靠性，这点对裁线设备非常重要，设备的稳定性很大程度上依赖于电气控制系统的稳定性，PLC和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降低了；如今的裁线设备由于加工特性的关系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的满足了设备的要求，如今功能单元大量出现，使PLC可以同时应用于位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，在研发裁线设备时通常都需要定制控制系统，由于PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短11。在裁线设备中控制系统中PLC的使用情况大致可归纳为如下几类： 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制。 2、模拟量控制在裁线设备生产过程当中，有许多连续变化的量，如速度、圈数、排线杆位置等都是模拟量，PLC将以上数据采集后加以运算。 3、运动控制 如今的裁线机都配置有步进电机或伺服电机，可以通过PLC直接对这些执行单元进行驱动控制5。 （2） 测试和测量系统在裁线机中的运用测试技术是测量和实验技术的统称。在现代机电设备的研发和创新设计、老产品改造以及机电产品全寿命的各个过程的研究中，实验研究是必不可少的环节。在工程试验中，需要进行各种物理量的测量，以得到准确的定量结果。当然，不仅是各类工程试验需要测量，机器和生产过程的运用监测、控制和故障诊断也需要在线测量。这时，测量系统大多就是机器和生产线的重要组成部分6。（3） 机电一体化在裁线机中的应用机电一体化是随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术等为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术科学。性能上，向高精度、高生产效率、高性能、智能化的方向发展。功能上，向小型化、轻型化、多功能化方向发展。通过机电一体化技术的运用使得整体结构最优化、系统控制智能化、操作性能柔性化。通过测试系统、自动控制系统、伺服系统达到机电一体化的目的7。1.4 本文研究主要内容通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解裁线机的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：1、查阅资料、结合所学专业课程，产生裁线机结构设计的基本思路；2、查阅各类机械机构手册，确定合理的裁线机结构；3、根据给定技术参数来选择合适的部位；4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研究；5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计；6、完成2D装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图；7、编写设计说明书；8、检查并完善本设计课题。本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。2 自动裁线机机构总体方案设计2.1 基本结构 本课题拟定的是同时裁断2根金属导线，直径为6MM的。裁线机其功能部件(1)由支承体(9)、带动力装置的裁线机切刀部件和包压线或机筒等组成。由功能部件(1)，电动机(8)和机架（6)等构成的裁线机，其特征是转子上装有使刀刃切铡平面垂直于主轴(10)的平板直刃式刀片功能部件(下部内有能使物料自动卸出，设有与刀片(15)相对。2.2 设计原则 裁线机其功能部件(1)由支承体(9)、带动力装置的裁线机切刀部件和包压线或机筒等组成。由功能部件，电动机和机架(或机脚)等构成裁线机。在功能部件中的裁线机转子上装有使刀刃切铡平面垂直于主轴的平板直刃式刀片2.3 方案分析2.3.1 第一方案 采用平铺带式传送装置，将金属导线手工放落在传送带上，由电动机带动传送带将金属导线送到刀盘处切碎。圆盘处安装二把刀片，刀片采用直刃刀切割，将送入刀片处的金属导线进行切碎。此输送装置由于需要电机通过轴带动输送带滚筒转动，故而功率消耗大，成本高，且输送不连续，切碎不均匀，需要人力较大。裁线机示意图如下图所示： 图2.3.1 卧式裁线机示意图 Fig.2.3.1 schematic diagram of horizontal shredding machine 据上图2.3.1卧式裁线机示意图，不难看出此裁线机包括2个电机，3根轴，滚筒，输送带，带轮，带轮等等。裁线机零件众多，这无疑增加了裁线机的制造成本与维护运行成本。对于广大的金属导线来说，这种卧式裁线机很显然不是他们理想的选择。因此，设计出一款小型且制造成本低廉，适用与裁线机非常必要。2.3.2第二方案 输送装置仍然采用圆管带式输送，把金属导线平铺在带上后，随带前进，但在输送带和切碎口之间安装两个喂入轮，喂入轮做相对回转时，把输送带传送的金属导线挤压夹持后，送入到切碎口，但是金属导线受到喂入轮的挤压与摩擦，损失了蔬菜水分，使得金属导线等蔬菜不新鲜，不适合家庭使用。且相比于第一套方案而言，又增加了轴和喂入轮的转动，消耗功率更大，制造成本更高。第一放方案中用直刃刀切割，这里换用凸曲线型刃口的转刀。凸曲线型刃口的转刀制造、磨刃均较方便，切割阻力矩变化平缓，但金属导线有向外推移的现象，刃口磨损也不均匀。而直线型动刀制造、磨刃均比较简单、强度好，缺点是切割开始时，往往将金属导线向外推移，此时切割点离轴心的距离较大，因而切割阻力矩大大增加，致使切割阻力矩在切割过程中变化剧烈，刃口磨损也不均匀。 根据实际情况，结合制造、清洗、磨刀、成本等方面因素的考虑，切割刀片采用直刃型刀切碎更有利，因此，切碎方式定为直刃型动刀切割。2.3.3第三方案经过以上两种方案的分析、研究及比较，最终方案确定如下：设计一种小型的立式裁线机取代一般的卧式裁线机既避免了功率消耗大，成本高等缺点；又可让金属导线少挤压与擦伤参照图2.1.1、图2.1.2，立式裁线机由功能部件(1) 、电机支架(2)、电磁调速电机(3)、螺栓(4)、带轮(5)、机架(6)等组成。功能部件(1)是本实用新型金属导线裁线机的核心，它由带轮(7)、轴承(8)、支承体(9)、主轴(10)、防污密封轴承端盖(11)、垫套(12)、机壳(13)、螺母、刀片（15）、挡板(16)、出料门(17)等构成。下端有凸耳与机架(6)联接，内部有一斜面A，它与水平面夹角大于物料对它的摩擦角，经切割的金属导线经此斜面自动卸下。下端(即支承体下侧面)设有出料口，与出料门焊接相连。中央是轴承座，用两套轴承(8)将主轴(10)支承其上。主轴(10)的两端悬伸，下端悬伸用于安装带轮(7)，输入动力。上端悬伸于机桶内，用以安装刀片(15)、轴套(12)、轴端挡圈、螺母等零件，构成了本裁线机的转子。当转子上安装直刃刀片时，采用单刃型直刃刀片时，每层为1至数片(一般为1至3片)，可采用下列安装形式，即利用轮毂与刀片(15)构成刀盘安装在主轴(10)上。刀片层数及每层刀片数可根据需要而定，在转速一定时，层数及刀片数越多，切得越细，所耗功率也越大。安装刀片时，刀刃斜面朝物料行进方向，以便对物料有顺向推进作用。注意各刀片彼此交错成一定的角度，对轴心呈放射状均布，以便对物料进行充分切割。密封轴承端盖(11)安装在轴上最下层刀片与上轴承(8)之间，形成密宫式密封，防止水分与污物进入轴承。轴端有轴端挡圈与盖形螺母，它既能对轴承(8)、刀片(15)等轴上零件实现轴向压紧定位，又可保护轴端螺纹和防止水分进入其中。上下两轴承(8)在支承体(9)中的轴向定位由紧固在中央轴承座两端的轴承盖来实现。电机支架(2)可连同电机(3)一起绕螺栓(4)沿逆时针方向转动90度后固定在机架(6)上，使电机(3)平卧，以便用来驱动其它卧式机械，提高电机的利用率。机架(6)是功能部件(1)和电动机(3)的联系和支承件。2.3.4 最终方案裁线机其功能部件由支承体、带动力装置的裁线机切刀部件和包压线或机筒等组成。由功能部件(1)，电动机(8)和机架（6)等构成的裁线机，其特征是转子上装有使刀刃切铡平面垂直于主轴的平板直刃式刀片功能部件(下部内有能使物料自动卸出，设有与刀片)相对。3 裁线机的机械计算3.1电机的选取（1）粗略计算驱动电机的功率驱动功率计算则金属导线受到的摩擦力为：则移行电机所需牵引力为：假设直径R=125mm假设转速na=61rpm 速度v=Rna=0.12561=24m/min 设功率安全系数为1.2，驱动装置的效率为0.8，则需要的驱动功率为：2）电动机至的总效率b对滚动轴承效率，b=0.99v带效率，v=0.94cy效率，cy=0。96估算传动系统总效率=vbccy=0.940.990.990.96=0.883） 所需电动机的功率Pd（kw）Pd=Pw/=0.05/0.88=0.06kw（1） 基于电动机的以上特点，本文选用作为北京和利时电机技术有限公司部分110BYG系列混合式步进电机输送机床的驱动装置。图3.1是北京和利时电机技术有限公司部分110BYG系列混合式步进电机的技术数据。图3.1 110BYG系列混合式步进电机的技术数据所以根据计算所得数据选择110BYG350DH-SAKRMA型号的电机，图3.2是110BYG系列混合式步进电机的型号说明。图3.2 110BYG系列混合式步进电机的型号说明110BYG系列混合式步进电机的外形尺寸，如图3.3所示。图3.3 110BYG系列混合式步进电机的外形尺寸110BYG系列混合式步进电机的矩频特性曲线，如图3.4所示。图3.4 110BYG350DH型电机矩频特性曲线3.2 同步带的概述及计算3.2.1 同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图3.5）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。图3.5 同步带传动同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。 同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。3.2.2 同步带的特点(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；(2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；(3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显；(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；(5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；(6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。3.2.3 同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种：(1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图3.6)。图3.6 同步带承载绳断裂损坏(2)、同步带的爬齿和跳齿根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施：1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。(3)、带齿的剪切破坏带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图3.7）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个：1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。图3.7 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损带齿的磨损（见图3.8）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。图3.8 带齿磨损(5)、同步带带背的龟裂(图3.9)同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起；2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。图3.9 同步带带背龟裂 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。3.2.4 同步带传动的设计准则据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。 因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。3.2.5 同步带分类同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO 5296制订了同步带传动相应标准GB/T 1136111362-1989和GB/T 11616-1989。弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。3.2.6 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表3.2工作情况系数选取=1.7；表3.2 工作情况系数2） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。查表3.3表3.3 同步带选型选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm3) 选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=42故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=42。 故z1=42，z2=42。4） 确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.0042/3.14107mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.0042/3.14107mm5） 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。10、同步带带长及其齿数确定=() =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW表3.4 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N3.2.7 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表3.5）。表3.5 带节线长度表2、带的节距Pb如图3.10所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表3.6。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。图3.10 带的标准尺寸表3.6 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。3.2.8 同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表3.7。带的图形如图3.11。表3.7 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图3.11 同步带3.2.9 同步带轮的设计同步带轮的设计的基本要求1、保证带齿能顺利地啮入与啮出由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。4、具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。3.3 轴的设计3.3.1 材料可选轴的材料为45钢，调质处理。3.3.2 计算轴的最小直径电机轴的直径为14,由于轴的直径小于100mm，且由3个键槽，故将轴径增加15%，即将轴径圆整为标准直径，取d=14mm3.3.3 轴的结构设计1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1）、根据内径可得d67=30 mm，根据的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。（2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。（3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。（4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。（5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查机械设计手册的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。（6）、4处为一定位轴肩，所以取d42=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L42=L1011=40 mm。至此已经确定了轴的各段长度和直径。3.4 轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。：通过受力分析，最大挠度：查【1】表3-12许用挠度； 。3.5 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.6 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 受力 根据图3.12受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:图3.12受力分析和受力图在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。4 气缸元件的计算4.1气缸的选择气缸的选用要根据以下方面进行分析：1、类型的选择 根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。 2、安装形式 根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。 3、作用力的大小即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。 4、活塞行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加1020的余量。5、活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50800/s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。 图3.1 气缸实物图 6、气缸的选型步骤及其类型介绍程序1：根据操作形式选定气缸类型：气缸操作方式有双动，单动弹簧压入及单动弹簧压出等三种方式程序2：选定其它参数：1、选定气缸缸径大小 根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定2、选定气缸行程 工件移动距离3、选定气缸系列4、选定气缸安装型式 不同系列有不同安装方式，主要有基本型、脚座型、法兰型、U型钩、轴耳型5、选定缓冲器 无缓冲、橡胶缓冲、气缓冲、油压吸震器6、选定磁感开关 主要是作位置检测用，要求气缸内置磁环7、选定气缸配件 包括相关接头（一）单作用气缸 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。其原理及结构见下图：图3.2单作用气缸1 缸体；2活塞；3弹簧；4活塞杆；单作用气缸的特点是： 1）仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。 2）用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。 3）缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。 4）气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。 由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。（二） 双作用气缸 双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。1） 双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。2） 缸体固定时，其所带载荷（如工作台）与气缸两活塞杆连成一体，压缩空气依次进入气缸两腔（一腔进气另一腔排气），活塞杆带动工作台左右运动，工作台运动范围等于其有效行程s的3倍。安装所占空间大，一般用于小型设备上。活塞杆固定时，为管路连接方便，活塞杆制成空心，缸体与载荷（工作台）连成一体，压缩空气从空心活塞杆的左端或右端进入气缸两腔，使缸体带动工作台向左或向左运动，工作台的运动范围为其有效行程s的2倍。适用于中、大型设备。 图3.3双活塞杆双作用气缸a）缸体固定；b）活塞杆固定1缸体；2工作台；3活塞；4活塞杆；5机架双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等，故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时，其往返运动力及速度均相等。(三)缓冲气缸缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的力（能量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。缓冲气缸见下图，主要由活塞杆1、活塞2、缓冲柱塞3、单向阀5、节流阀6、端盖7等组成。其工作原理是：当活塞在压缩空气推动下向右运动时，缸右腔的气体经柱塞孔4及缸盖上的气孔8排出。在活塞运动接近行程末端时，活塞右侧的缓冲柱塞3将柱塞孔4堵死、活塞继续向右运动时，封在气缸右腔内的剩余气体被压缩，缓慢地通过节流阀6及气孔8排出，被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量相平衡，即会取得缓冲效果，使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击。调节节流阀6阀口开度的大小，即可控制排气量的多少，从而决定了被压缩容积（称缓冲室）内压力的大小，以调节缓冲效果。若令活塞反向运动时，从气孔8输入压缩空气，可直接顶开单向阀5，推动活塞向左运动。如节流阀6阀口开度固定，不可调节，即称为不可调缓冲气缸。图3.4缓冲气缸1活塞杆；2活塞；3缓冲柱塞；4柱塞孔；5单向阀6节流阀；7端盖；8气孔4.2 气缸结构 气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，其内部结构如图所示： 1）缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。 SMC CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。 2）端盖 端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。 3）活塞 活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。 4）活塞杆 活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。 5）密封圈 回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。 缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。 6）气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑气缸。 4.3 工作原理根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。 气缸 下面是气缸理论出力的计算公式： F：气缸理论输出力(kgf) F：效率为85时的输出力(kgf)(FF85） D：气缸缸径(mm) P：工作压力(kgfcm2) 例：直径340mm的气缸，工作压力为3kgfcm2时，其理论输出力为多少?芽输出力是多少? 将P、D连接，找出F、F上的点，得： F2800kgf；F2300kgf 在工程设计时选择气缸缸径，可根据其使用压力和理论推力或拉力的大小，从经验表11中查出。 4.3.1切刀气缸的计算设计时确定负载大小为100N。考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响。在研究气缸的性能和确定气缸的缸径时，常用到负载率：由液压与气压传动技术表3.2：表2.1 气缸的运动状态与负载率阻性负载（静负载）惯性负载的运动速度v运动的速度v=50mm/s，取=0.60，所以实际的气缸缸负载的大小为：F=F0/=163N4.3.1.1气缸选型 首先，根据设计要求，确定气缸的行程为300mm。设定其负荷率为0.7，使用压力0.5MPa，与气压缸出力163N，查表3.2可知气压刚内径为25mm，选型为CM2L25300。4.3.2.2气缸的校核输出力的大小为经验算该型可以达到使用要求。4.3.2下压机构气缸的计算4.3.2.1气缸的选型估算压紧力的计算（50N），其中上压板的重量为20N。当气缸下压时，气缸只需提供30N的压力。所以实际气缸负载的大小为30/0.6=50N。根据设计要求，确定气缸的行程为100mm。设定其负荷率为0.7，使用压力0.5MPa，与气压缸出力163N，查下表可知气压刚内径为16mm，选型为CM2L16100。4.3.2.2气缸的校核输出力的大小为：回收的时候经验算，可以达到使用要求。4.3.3 其余气缸的选型 由于其余气缸所需动力较小，所以选择缸径为30mm的气缸，长度按需要进行选择。其中扇形排布机构推进气缸选择长度为100mm的气缸，推进气缸选择长度为100mm的气缸。以下是气缸运动时序表（一个循环内）：表4.1 整体机构气缸运动时序表气缸名称速度T（伸出）/sT（收回）/s切刀气缸（气缸1）2421-21.524.5-25下压气缸（气缸2）2521-2323-25推进气缸（气缸5）2.525-2723-25总 结本文设计了一种裁线机，详细地设计了移动裁线机的各个部分，在全面分析各个系统的基础上，对系统研究过程中所遇到的一些问题也进行了深入的研究。裁线机是一种具有很大的研究价值和应用前景的裁线机，在不方便操作的地方都扮演着很重要的角色，本次设计对裁线机的结构进行了设计，包括机身、肘关节、腕关节和手爪，主要工作如下：l 通过功能和设计任务的分析，初步制定了裁线机的总体方案。l 接下来进行了结构的设计。l 重要零部件的受力分析与校核。l 电机选型与计算。l 主要零件工程图绘制。通过本次设计，把大学期间所学的知识都综合的利用起来，这再次加深了我对所学知识的印象，提高了我对知识的利用能力。但是，由于本人的水平和能力有限，本次设计一定存在一些不合理之处，希望老师给予批评和指正。本文所完成的工作达到了预期的目标，但是仍有进一步研究的必要，需要进一步改进的工作是本文在设计时考虑到的裁线机的工作范围仍然是有限的，在将来可以集成更多的传感器在的车身上，以便移动平台能够更好的适应室外的工作环境。在设计过程