棉花打包机的设计【优秀机械毕业设计论文】【有三维图纸】
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本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 棉花打包机的设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016年 3 月 I 摘要 本次设计的题目是棉花打包机的设计，棉花打包机它具有结构新颖、技术含量高、刚性和稳定性好、自动化程度高、造型美观、节能等特点。本机为上顶式，所以棉花无污染，采用 V 带传动通过齿轮传动从而带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆的升降从而带动压棉板的升降，从而来进行棉花的压缩，打包，该机是机、电一体化产品的典型代表。 传统的实现棉花打包的方法都是依靠人工的方式，工作效率低下，与此同时，打包质量也得不到保证，而本课题所设计的棉花打包机，能够实现棉花的自动打包，在 人工打包的基础上面大大地提高了生产效率，降低了劳动成本，特别与发达国家的棉花打包设备相比， 还是有一定的差距，因此 本次棉花打包机 的设计具有重要意义 。 关键词 ： 棉花打包机 ， 传动 ， 效率 ， 设计 he of is of It of of so is on so to to of so as to so as to is is by of is At be of be in on of or a so 录 摘要 . I . 引言 . 1 题的来源与研究的目的和意义 . 1 课题研究的内容 . 2 2 棉花打包机总体方案的设计 . 3 花打包机的工作原理 . 9 械传动部分的设计计算 . 11 机的选型计算 . 13 带传动的设计计算 . 14 珠丝杆的设计计算 . 16 轮传动的设计计算 . 18 键的选型计算 . 18 3 棉花打包机中主要零件的三维建模 . 19 珠丝杆的三维建模 . 22 定座的三维建模 . 24 轮的三维建模 . 25 花打包机的三维建模 . 26 4 各主要零部件强度的校核 . 27 架强度的校核与计算 . 28 轮强度的校核计算 . 29 结论 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 1 1 引言 课题的来源与研究的目的和意义 棉花打包机自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在农业方面，但传统的棉花打包机由于打包精度不高，速度缓慢，有好多 工厂仍然采用人工打包的方式，这种人工打包的方式劳动效率低下，所以此次设计的棉花打包机，在传统的棉花打包机的基础上进行改进创新，应用合理的结构以及动力机构，从而来克服以往的棉花打包机所不能克服的问题，对后续的棉花打包机的设计制造有一定的参考意义和价值。由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在 工作中协调困难，不利于自我提高。我国生产的棉花打包机结构简陋，切割效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的棉花打包机的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，棉花打包机的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的棉花打包机势在必行！ 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个 块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出 更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出 2 不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械 工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分 解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。本次设计的此种棉花打 包机的出现将会大大提高棉花的打包能力和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。 目前半自动棉花打包机将逐渐被全自动棉花打包机所代替。传统的机械式的棉花打包机已经不能 完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的棉花打包机来满足市场需求，因此上海格尔公司加大人力开发出了五个规格十种类型的棉花打包机，然而我国所需的棉花打包机全部依赖进口，这使得国产机械人配备棉花打包机后，成本增加很大，而装备自行开发生产棉花打包机，其成本提高不大，说明 棉花打包机的市场前景令人乐观。 随着国内外机械工业的蓬勃发展，世界棉花打包机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础 ,二十世纪以来，德国的 司将新开发的棉花打包机应用到 3 该公司的子公司 过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继德国的 国的 入了相当大的人力和精力来开发研制棉花打包机，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行棉花打包机的研发工 作。现在国外等著名棉花打包机的品牌中，都有棉花打包机的销售，全世界棉花打包机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，棉花打包机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此棉花打包机是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的棉花打包机销售市场，其工业的发展也变得越来越快捷和发达，这都和棉花打包机的发展从而带动机械工业的发展离不开关系。 目前国外各个西方资本主义国家都在加大力度研发新型的多功能棉花打包机。我国从上世纪九十年代开始生产棉花打包机，于 1980 年自行设计制造出不同 功能和形式的棉花打包机之后，为了适应棉花加工厂家的需要， 1999 年又制造了基于 棉花打包机。并且经过实际应用，该棉花打包机已经得到了越来越广泛的应用，逐渐迈出了国内的市场，在西方资本主义国家已经得到了普遍的应用和发展。常见的棉花打包机如下图 1，图 2所示 : 4 图 1 5 图 2 本课题研究的内容 本论文主要是对棉花打包机进行设计。在设计过程中，了解棉花打包机的具体结构组成和动作过程等。 本 次设计的题目是棉花打包机的设计，其主要研究内容如下： （ 1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集各类棉花打包机的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。 （ 2）分析棉花打包机的结构与参数 （ 3）确定设计总体方案 6 （ 4）确定具体设计方案（包括传动机构的选择，打包机构的设计，电机，滚珠丝杆等的选型设计等等） （ 5）棉花打包机的三维图的绘制、 配图、零件图的绘制。 （ 6）说明书的整理 2 棉花打包机总体方案的设计 棉花打包机的工作原理 本次设 计的题目是棉花打包机的设计，经过查找各类资料和参考文献，到今天总算完成了，通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为 图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以 在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 该棉花打包机主要是采用电机通过 而实现压棉板的升降，从而来实现棉花的打包功能，由于压棉板上面安装有刀具，这样当棉花放在待打包的区域后，通过传动机构和执行机构使压棉板下降，从而对下面的棉花进行压缩，切割，然后电机反转，从而带动压棉板上升，人工就可以 讲压缩、切割好的棉花取出来。其具体结构原理图如下图 3所示： 7 图 3结构原理图 机械传动部分的设计计算 电机的选型计算 棉花打包机是通过电机通过 V 带传动带动滚珠丝杆旋转，从而实现压棉板的升降，从而来实现棉花的打包功能，该棉花打包机采用普通三相电机通过带动齿轮传动从而通过滚珠丝杆螺母副实现压棉板的升降来实现对棉花的打包的功能。具体的电机选型计算过程如下： N= 3( 8 G 棉花打包机 的生产能力， 230kg/h。 W 打包 1用能量，其值与 棉花厚度 有关， d 5 取 w h/ 传动效率，取 所以根据 N 3n 1440r/ 92 9 具体的电机外观图如下图 4所示： 图 4 动机外观图 V 带传动的设计计算 1设计功率 ，在这里 ，我们取 工况系数 ，根据系统工况， 取 P传递的功率 ； 2选定带型 根据n 选取普通 V 带 A 型， 1n 小带轮转速为 1440r/ 传动比 2n m r； 4 小带轮基准直径1 查表得163 1d 263mm合适 ； 2d=63 6 带速验算 d / 0 060 1 4 4 02631 0 0 060 m a 7 初定轴间距 0a （ 4 5 0)(2 210 10 8 所需带的基准长度 0 020 4)()(22 12210 2 8 04 802 8 022 8 022 1005据系统工况，选取带型为 A 1000； 9 实际轴间距 a 22 1 0 0 01 0 0 52 8 02 00 10 带轮包角 1 0121 a dd = 164 11单根 p 根据带型号、1n 普通 V 带取 12 1i 时单根 P 根据带型号、 1n 和 i 取 3 Z = 11 带轮包角修正系数查 8 1 23,取 带长修正系数查 8 1 8，取 4 单根 F 20 ) 0 0 = 00 =134（ N） m V 带每米长的质量（ kg/m）查 8 1 24，取 11 15 作用在轴上的力F)(106182s i i 0 )(159282s i i 0m a x 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 。 16带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。 带轮的材料为 8 1 10 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径 查 表确定轮辐 如下图 5 所示： 图 5 带轮 滚珠丝杆的设计计算 1、 确定滚珠丝杠副的导程 12 根据相关资料， 查得 ： 8m/1000r/入得， 于计算出的 此 、确定当量转速与当量载荷 （ 1） 各种切削方式下，丝杠转速 由表 1 查得 1 8 代入得 100 133 167 n 4 =1333 （ 2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表 1 查得 13 已知 3000N 5000N 代入得 （ 3）当量转速 由表 1 查得 代入得 267r/ 3）当量载荷 代入得 1380N； 3、预期额定动载荷 （ 1） 按预期工作时间估算 14 按表 9 查得：轻微冲击取 表 7 查得： 1 3 取 按表 8 查得：可靠性 97%取 知： 0000 小时 代入得 27899N （ 2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载 算： 按表 10 查得：中预载取 入得 取以上两种结果的最大值 27899N 4、确定允许的最小螺纹底径 （ 1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 （ 1/3 1/4）重复定位精度 （ 1/4 1/5）定位精度 : 最大轴 向变形量 m 已知：重复定位精度 10m, 定位精度 25m =3 =6 取两种结果的小值 =3m (2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 15 (程 +（ 10 14） 已知：行程为 10003000N , 0 =入得 600N D 、确定滚珠丝杠副的规格代号 （ 1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式 （ 2） 由计算出的 在样本中取相应规格的滚珠丝杠副 h=8a =30700 27899 6、确定滚珠丝杠副预紧力 其中 7、行程补偿值与与拉伸力 （ 1）行程补偿值 16 式中： =（ 2 4） (2) 预拉伸力 代入得 8、滚珠丝杠副工作图设计 (1) 丝杠螺纹长度 u+2由表二查得余程 0 绘制工作图 （ 2）两固定支承距离 样本查出螺母安装联接尺寸 丝杠全长 L （ 3）行程起点离固定支承距离 工作图得 90 000 L=1000 0 得 20 N/ m 9、刚度验算及精度选择 17 （ 1） = = N/ m = N/ m 已知 000 N ， = 000 N； ： 静摩擦力 N； ：静摩擦系数 ； ：正压力 N； （ 2）验算传动系统刚度 传动系统刚度 N 已知反向差值或重复定位精度为 10； 22 160； （ 3）传动系统刚度变化引起的定位误差 ； =1.7 m； 18 （ 4）确定精度 ：任意 300的行程变动量对半闭环系统言， 位精度 - ； 定位精度为 20 m/300； 14.3 m； 丝杠精度取为 3 级 ； 2 m (5) 确定滚珠丝杠副的规格代号 已确定的型号： 公称直径： 12 导程： 3； 螺纹长度： 900； 丝杠全长： 1000； P 类 3 级精度 1290； 10、验算临界压缩载荷； ： N； 丝杠所受最大轴向载荷 于丝杠预拉伸力 F 不用验算。 11、验算临界转速 nc=f 10 ； : 临界转速 n/ f ：与支承形式有关的系数 ； ：丝杠底径 ； ：临界转速计算长度 由表 14 得 f= 由样本得 19 由工作图及表 14 得： 0； 4310 500； 12、验算 pw D 滚珠丝杠副的节圆直径 滚珠丝杠副最高转速 n/ 齿轮传动的设计计算 （ 1）材料选择 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小 齿轮用 45#(调质） ，硬度 23080均取为 260齿轮用 45 钢（调质） ，硬度 22986均取为 265选齿轮精度为 7级。 （ 2）节锥角的计算 1i （ 1 o tc o t a （ 2 54676706222290 （ 由文献 2表 3314 可知， 62222c o i n 12c o ss i 12m i n oa （ 式中， 1 取小齿轮齿数 251 z ， （ 取大齿轮齿数 402 z 。 （ 3）根据工作条件的要求，大端模数为 3m （ 20 （ 4）齿轮分度圆的直径 7525311 （ 12040322 （ （ 5）锥距 （ （ 6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献 3表 910 可知， 齿顶高 12121* aa （ 齿顶圆直径 80062222co 111 aa （ 1 2 5546767co 0co 222 aa （ 齿根高 af （ 齿轮基圆直径 Rm （ Rm （ （ 7）齿宽 由文献 2表 3314 可知， （ （ 8）节圆周速度 311 m/s （ 21 平键的选型计算 平键作为机械零件的一种，在机械设备的组装过程中有着相当重要的意义，特别是在对于轴和孔配合的场所，应用尤为重要，起到传递转矩的作用。键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点表 5定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的 b h 根据径来确定。轴和带轮的联结， d=50选用 20，30和 50 的普通 长分别为 60， 80。 3 棉花打包机中主要零件的三维建模 滚珠丝杆的三维建模 22 固定座的 三维建模 23 齿轮的三维建模 棉花打包机的三维建模 24 4 各主要零部件强度的校核 机架强度的校核与计算 机架的选择根据棉花打包机上面的所有组成部件，打包量的多少和重量来定，碳钢焊接类机架受力分析得出，由分析得出棉花打包机机架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。本次设计的机架图纸如下图 6所示： 25 图 6 机架图 即机架和打包体以及轴承等等给的压力为 G+部件重量） =5000N（ 500(5006000N; 根据碳钢类机架承载力计算公式： M=(M：弯矩， P 集中力， a 集中力距支座距离， c 集中力距另一支座距离， L 跨度， L=a+c) b h h 12（ 仅用于截面 ) f=M/W 材料的许用应力（弹性抗拉强度 /安全系数）。 M=11960次设计初定 800 M=13456N.M b h h 12，初定方通为 140算 462M 1 3 4 5 6f = = = 1 2 1 2 . 3 5 1 0 a = 1 2 . 1 2 1 0 0 . 4 2 c N 算后位 270235A 的抗拉强度为 375500于 3106 远远小于 385以碳钢机架满足强度要求。 齿轮强度的校核计算 两齿轮材料均选用 40面淬火， 4855得： M P 5011702 预期齿轮 寿命 5年，每天工作 12小时，工作载荷为轻微冲击，则 818216 0 6 0 * 1 * 5 2 0 * ( 5 * 3 0 0 * 1 2 ) 5 . 6 1 6 * 1 0/ 2 . 7 2 1 6 * 1 0N a n i 查机械设计基础图，得： Y )验算齿面接触疲劳强度 载荷系数，取 K=得： M H 接触应力为： 232212 1 . 5 5 . 5 6 4 7 1 0 3 . 0 61 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 8 1 7 2 . 0 7 92 4 7 8 2 . 0 6H E Zb d a i i i i (2)验算齿根弯曲疲劳强度 取 K=表： Y m Y 弯曲疲劳强度的最小安全系数，取 F 27 则： 1 3 5 0 0 . 9 2 2 5 7 . 61 . 2 5F M P a 2 3 5 0 0 . 9 8 2 7 4 . 41 . 2 5F M P a 1 1 11 2212000 2 0 0 0 1 . 5 5 . 5 6 4 7 2 . 6 8 1 . 5 62 4 3 2 61 2 . 4 2 8F a S Y Yb m a 2221112 . 4 6 1 . 6 8 1 2 . 4 2 8 1 2 . 2 8 52 . 6 8 1 . 5 6F a S a S P 由上述计算可知，均满足要求。 28 总 结 时光荏苒，到今天，我的毕业设计总算完成了，心里充满感概和辛 酸。 在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度本文所设计的是 棉花打包机的设计 ，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 在 这里，我要对我的老师和同学们表示由衷的谢意。 29 致 谢 直到今天，论文总算完成了，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我 了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年的设计计算，查找各类棉花打包机的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重
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