分间色机毕业设计说明书

毕业论文（设计）题目人发纤维自动分间色机设计系部名称机械工程系专业班级机自071学生姓名李军凯学号200780724111指导教师陈亚维教师职称教授2011年5月20日中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）1摘要主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的局面，实现人发加工整体关键工序或全部工序的机械自动化生产。要求“人发纤维自动分间色机”能完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作。本课题拟采用的研究手段和方案现场调研、原理分析、技术分析、设备研制。根据国内外人发纤维加工和制造现状，实施产品制造的机械化、自动化即日可待。在老师的带领下，我们将要设计完成“人发纤维自动分间色机”。使它可以完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，并且提高了生产效率。这一机构的设计发明，填补了国内外人发纤维制造行业机械化的空白，将为我国人发纤维加工制造行业的飞速发展奠定有力基础，也为我国制造行业的自动化做出了巨大贡献。关键字人发纤维，自动，分间色中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）2HUMANHAIRFIBERCOLORBETWEENTHEAUTOMATICMACHINEDESIGNABSTRACTMAJORRESEARCHANDDEVELOPMENTOFHUMANHAIRFIBERPROCESSINGNEWTECHNOLOGYTOREVERSETHEHUMANHAIRFIBERISBASICALLYALLRELYONMANUALLABORSITUATION,THEKEYTOACHIEVINGTHEICPDPROCESSBYAMECHANICALPROCESSORALLOFTHEAUTOMATEDPRODUCTIONPROCESSREQUIREMENTSOF“HUMANHAIRFIBERCOLORBETWEENTHEAUTOMATICMACHINE“MADETOCOMPLETETHEDELIVERY,DISTRIBUTION,BETWEENTHEHAIR,EXCLUSIVEHAIR,STARTINGAFULLSETOFACTIONS,ANDMOREEFFICIENTTHANTHECURRENTMANUAL,LABORDEMANDISGREATLYREDUCEDTHESUBJECTOFRESEARCHMETHODSTOBEADOPTEDANDPROGRAMSONSITERESEARCH,THEORYANALYSIS,TECHNICALANALYSIS,EQUIPMENTDEVELOPMENTACCORDINGTOINTERNATIONALHUMANHAIRFIBERPROCESSINGANDMANUFACTURINGSITUATION,THEIMPLEMENTATIONOFPRODUCTMANUFACTURINGMECHANIZATION,AUTOMATIONMAYBETHESAMEDAYTHETEACHERSGUIDANCE,WEWILLDESIGNCOMPLETE“HUMANHAIRFIBERSBETWEENAUTOMATICCOLORMACHINE“HAIRSOTHATITCANCOMPLETETHEDELIVERY,DISTRIBUTION,BETWEENTHEHAIR,EXCLUSIVEHAIR,STARTINGAFULLSETOFACTIONS,ANDMOREEFFICIENTTHANTHECURRENTMANUAL,LABORDEMANDISGREATLYREDUCEDTHEREBYREDUCINGTHEDAMAGEONTHEHUMANBODY,ANDIMPROVEPRODUCTIVITYTHEDESIGNOFTHEBODYINVENTEDTOFILLTHEDOMESTICMANUFACTURINGINDUSTRY,MECHANIZATIONOFHUMANHAIRFIBERBLANKFORHUMANHAIRFIBERSOFTHERAPIDDEVELOPMENTOFMANUFACTURINGINDUSTRYHASLAIDASTRONGFOUNDATIONFORTHEAUTOMATIONOFOURMANUFACTURINGINDUSTRYHASMADETREMENDOUSCONTRIBUTIONSKEYWORDSHUMANHAIRFIBERAUTOMATICPOINTSBETWEENTHECOLOR中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）3目录第一章引言4第二章主要符号表6第三章人发纤维自动分间色机总体方案设计831本课题拟采用的研究手段和方案832方案分析933设备整体布局934设备主要技术参数的确定10341设备主要技术参数如下1035传送部分设计计算11351传送带尺寸设计计算11352主轴设计计算1136换向部分设计计算17361齿轮设计如下17362联轴器设计如下21363电动机的选择2237落发部分设计2338分发部分设计24381电动机的选择24第四章结论25第五章参考文献26第六章致谢27中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）4第一章引言人发纤维制品的生产加工在我国具有产业优势，且处于快速发展期，人发纤维制品的技术改造和产品升级得到各级政府的大力支持，符合国家的产业技术政策。人发纤维制品的收集加工在我国许昌地区有着较长的历史和传统的优势，但在20世纪80年代以前，主要以生产加工档发为主，产品大多销往国外。20世纪80年代末，以河南瑞贝卡为代表的一批发制品生产企业开发了系列的假发制品，一举扭转了我国发制品的生产局面。瑞贝卡迅速扩张成为世界最大的发制品生产企业，开始成为发制品产业国家和地方标准的制定者，在瑞贝卡的引领下，许昌成为中国乃至世界最大的发制品加工、集散地，中国山东的青岛和甄城、浙江义乌、广东的九江和南海等地也形成了较大的发制品加工生产规模，发制品成为快速发展的产业，而且具有良好的发展前景。近几年来发制品的生产销售和出口创汇几乎成倍增长，其中利用人发纤维生产的发制品达到80以上。各地各级政府采取了一系列扶持优惠政策，支持本地发制品企业的发展和技术改造，促进了发制品产业的迅速发展。开发高端的发制品产品和提高发制品生产加工的机械化、自动化程度是我国发制品产业跃升新台阶的两个关键，对我国发制品产业的健康、持续、快速发展具有重要意义。纵观世界发制品生产，我国虽然具有规模优势，但却主要生产中低端产品，附加值较高的高端产品主要由韩、日、美控制。国内整个发制品产业主要依靠廉价的劳动力优势从事手工劳动，整个产业的机械化、自动化程度相当低，尤其是人发纤维的加工整理几乎全部是手工完成。生产工艺落后；成本较高、质量难以控制；不利于高端产品的开发；生产人员的招聘管理存在较多困难。随着发制品生产规模的不断扩大，手工生产将越来越难以满足要求，将严重制约整个产业的发展。开发能够适应机械化、自动化生产需要的人发纤维生产加工的新工艺，对我国发制品产业的健康、持续、快速发展具有重要意义。将普通纺织纤维加工原理和技术与人发纤维加工的具体情况相结合，研究、开发满足机械自动化生产需要的新工艺，是结合河南省情的纺织工艺创新，符合2008年河南省重点科技攻关计划项目指南要求，对于进一步形成并保持我省发制品、尤其是人发纤维制品的国内、国际优势具有战略意义。人发纤维（通常称为人发、头发）是一种特殊的纤维，它的加工处理与普通纺织纤维的加工处理大不相同，必须将普通纺织工艺的基本原理和技术与人发纤维加工处理的具体情况结合起来，进行系统的研究、创新，开发出人发纤维加工处理新工艺，才能够适应中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）5机械化、自动化加工的需要。这方面的系统研究目前在国内还是空白，但却具有重要意义和良好的前景，对于进一步形成并保持我省发制品、尤其是人发纤维制品的国内、国际优势具有战略意义。根据国内外人发纤维加工和制造现状，实施产品制造的机械化、自动化即日可待。由于现在的加工工厂设备不完善，所以在加工过程中对环境的污染非常严重。还有目前基本全靠人工来完成一系列的加工过程，对人体健康伤害也是很大的。为了改善这一现状，在老师的带领下，我们将要设计完成“人发纤维自动分间色机”。使它可以完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，并且提高了生产效率。这一机构的设计发明，填补了国内外人发纤维制造行业机械化的空白，将为我国人发纤维加工制造行业的飞速发展奠定有力基础，也为我国制造行业的自动化做出了巨大贡献。中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）6第二章主要符号表传送带符号表中心距L带长传送带轮直径传送带轮直径带轮包角B传送带宽度轴符号表计算应力F所受载荷弯曲应力M所受弯矩扭转切应力T所受扭矩折合系数W抗弯截面系数抗扭截面系数齿轮符号表圆周速度齿轮传递转矩齿宽齿轮角速度使用系数齿轮转速中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）7动载系数齿轮齿数齿间载荷分布系数分度圆直径计算值齿向载荷分布系数传动比动载系数齿宽系数齿高材料的弹性影响系数模数许用接触应力许用弯曲应力接触疲劳极限应力矫正系数应力循环系数齿形系数同一齿面啮合次数弯曲疲劳强度极限齿轮的工作寿命弯曲疲劳寿命系数接触疲劳寿命系数设计模数安全系数分度圆直径寿命系数中心距齿轮许用应力中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）8第三章人发纤维自动分间色机总体方案设计主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的局面，实现人发加工整理关键工序或全部工序的机械自动化生产。要求“人发纤维自动分间色机”能完成送发、分发、间发、排发、出发等全套动作，且效率高于目前手工操作，用工需求量大大减少。从而减少了对人体的伤害，提高了生产效率。31本课题拟采用的研究手段和方案现场调研分析研究人发纤维的特殊性及其加工处理的具体要求，深入了解发制品手工劳动的工艺特点、生产率、质量，找出影响实现机械自动化生产的关键及难点；原理分析利用纺织纤维加工处理的基本原理，分析人发纤维及其加工处理的特殊性，根据人发纤维的生产技术要求，建立能够实现人发纤维机械自动化生产的理论基础；技术分析探讨纺织纤维加工处理技术应用于人发纤维加工的可行性，建立技术应用基本标准、生产质量标准、生产率要求，提出技术改造或技术创新的具体方案；设备研制配合人发纤维的工艺创新，研制所需要的研究、测试仪器设备；根据研究确定的人发纤维机械自动化生产的成型工艺，研究开发相应生产设备。中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）932方案分析1先把两种经过处理且捆好的头发放入漏斗，分别落在传送带1和2上完成“落发、送发”；2经过去薄辊1和2使头发足够薄，再经过分发设备将头发分成绺以完成“分发”；3通过机械手将两种分好的头发送到传送带3上，实现间发并且保证一头齐完成“间发、排发”；4用压板把头发压好送到三连机以完成“出发”。具体方案见图32图32人发纤维自动分间色机结构简图33设备整体布局人发纤维自动分间色机主要有箱体、落发设备、送发设备、分发设备、间发设备组合而成。见图33中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）101落发设备2分发设备3送发设备4间发设备图33人发纤维自动分间色机34设备主要技术参数的确定人发纤维自动分间色机主要技术参数包括传送带尺寸、传送带速度、步进电机型号、加工人发纤维长度范围等。由于设备是加工制造人发纤维，所以传送速度要求非常慢且传送的同步性要求非常高。所以在这里动力设备选用步进电机，带和带轮均选用同步带和同步带轮。341设备主要技术参数如下传送带宽度B500MM传送带长度L3150MM传送带速度V001M/S加工人发纤维长度L12INCH14INCH同步带轮直径10106MM传送处带步进电机型号863HB97583保持转矩T4NM电压U2448V驱薄辊处步进电机型号55BY001保持转矩T078NM电压U12V两处步进电机转速12R/MIN轴承型号分别600360046005齿轮模数M25齿数72中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）1135传送部分设计计算351传送带尺寸设计计算根据要加工的人发纤维长度，初步定传送带轮中心距1400MM，带宽B500MM，由于是两个同样的同步带轮，初步选定同步带轮直径10106MM，传送带速度V001M/S，带长2A0（）/2（）2/4214003141010610106/210106101062/4X14003117（MM）根据JB/T751211994可选带长L3150MM再根据公式AL/2，可计算出实际中心距A14165（MM）根据JB/T113621989可选带宽508MM352主轴设计计算选择轴的材料选用45钢，正火处理。估计轴的直径小于15MM，查的B590MPA，S295MPA，255MPA，140MPA。所承受的扭矩初估计轴的最小直径MFLF估算M100KG深沟球轴承摩擦系数0001000015PMN/9550查的，0A126103，取0A110（此轴为转轴）。则D55MM因最小直径在带轮处，此处有一键槽，且由于轴的悬伸量不大，但扭矩较大，故轴径因适当增大，参照有关经验，取标注值D15MM。轴的结构设计（见图351）中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）12图351A确定各段轴的直径自右向左第一段轴15MM；第二段轴21MM；（取定位轴肩高度H3MM）；第三段轴25MM；（轴承型号取6005）；第四段轴35MM；（取定位轴肩高度H5）；第五段轴25MM；（轴承型号取6005）。B初选轴承类型及型号因轴主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，型号为6005C确定各段轴的长度自右向左第一段轴56MM（带轮轮毂宽B573MM）；第二段轴35MM；15MM20MM35MM；第三段轴83MM；BB1551421283MM，式中B同步带轮宽度；同步带轮距离箱体内壁距离，一般在1015MM选取，B1轴承宽度；第四段轴400MM；（B22B528214250400MM式中B同步带轮宽度；同步带轮距离箱体内壁距离；B箱体内壁距离）。第五段轴83MMD轴上零件的周向固定带轮处采用A型普通平键联接，由手册查得截面尺寸自右向左第一段轴的键BHL5MM5MM45MM；第三段和第五段的键BHL8MM7MM45MME确定轴上退刀槽及轴肩与轴端表面粗糙度两轴颈间退刀槽尺寸为204MM轴头表面粗糙度16ARM，轴肩表面粗糙度由轴承标准查得10ARM。轴的受力分析A扭矩4TNM中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）13B确定跨度右端支反力作用点到带轮作用点间的距离为1L495MM左端支反力作用点到带轮作用点间的距离为3L495MM两支反力作用点间的距离为1L2L3L554MMC作计算简图见图352BD计算作用在轴上的力作用在传送带带轮上的受力422410320025TTFNDRT0TANTAN20FF320011946COSCOS125019NA0ATFFTAN3200TAN1250197388N作用在动力同步带带带轮上的受力FT422410533315TNDRT0TANTAN20FF533319909COSCOS125019NA0ATFFTAN5333TAN12501912313NE求水平面内支反力垂直面上（V面）如图352C1232334123121001134003429VBNVARRRNVAVANVBRRRNVBMFLLLFLLFLFLFNMFLLLFLFLLFLFN水平面上（H面）如图352D123233007390739HBNHAAANHAHANHBNHAMFLLLFLLFLFNMFFN中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）14F作弯矩图垂直面弯矩如图352C1123661697VNVAVNVBMFLNMMFLNM水平面弯矩如图352D1366HNHAMFLNMRF产生的弯矩如图352E1231232237678RFFRFLLLFNLMFLLLNM合成弯矩如图352F1111222132332323174272667811032VHFVHFFVMMMMNMMMMMNMMMNMMMBMMLLNMLLG作转矩图如图352GT4NM作计算弯矩图如图352H112222223342332231742736782417372CACACACACACACAVCAMMNMMMTNMMMTNMMTNMMMBMMLNMLL中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）15中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）16图352传送带主轴的载荷分析图H按弯矩合成应力校核轴的强度轴的材料为45钢，调制处理。硬度为230HBS,强度极限B640M，屈服极限S355M，弯曲疲劳强度极限1275M,剪切疲劳极限1155M由计算弯矩图可见，V截面的计算弯矩最大，该处的计算应力为2586CACAAMMPW截面的计算应力为433CACAAMMPW均小于许用应力160M，故安全。校核键联接的强度安装动力带轮需要用一个A型普通平键来联接，轴径为15MM，需对该处键联接的强度进行校核。已知键BHL5545MM，工作长度LLB45MM5MM40MM，键高H5MM，接触高度KH/25MM/225MM挤压强度和剪切强度校核20002000400053152540PTMPAMPADKL2000200040002615540TTMPAMPADBL查得T90MPA,P（100120）MPA，PP，TT，故合适。中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）1736换向部分设计计算换向部分如图361图361此轴段的主要失效形式是磨料磨损和弯曲折断，按弯曲疲劳强度计算。由于此处只需要改变传动方向，不需要增速或者减速，所以选用两个齿轮是完全一样的。361齿轮设计如下1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数按照设计方案，选用直齿圆柱齿轮传动，8级精度齿轮材料选45钢，调质处理，硬度240HBS,B650MPA,S380MPA确定载荷系数K,载荷有轻度冲击，取K145二者材料硬度差为40HBS选择齿数Z722按齿面接触强度设计211213THETDHKTUZZDU中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）18试选载荷系数TK13查机械设计表107，取齿宽系数D1查机械设计表106，材料的弹性影响系数EZ189912AMP查机械设计图1030，选取区域系数HZ243312AMP查机械设计图1026，齿轮传动的端面重合度1207812156查机械设计图1021，按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限LIM1H600MPA按工作寿命15年，每年300天，两班制，计算应力循环次数160HNNJL60121（2830015）518查机械设计图1019，接触疲劳寿命系数1HNK2HNK094取接触疲劳安全系数S1，则接触疲劳许用应力1LIM11HNHHKS094600MPA564MPA2LIM22HNHHKS094550MPA517MPA12/2HHH（564517）/25405MPA则211213THETDHKTUZZDU100MM圆周速度11601000TDNV067M/S齿宽1DTBD60MM11COSTNTDMZ335225NTHM753/BH1328载荷系数AVHHKKKKK取使用系数AK1查机械设计图108，V067M/S，8级精度，取动载荷系数VK105查机械设计表104，解除疲劳强度计算用齿向载荷分布系数HK的计算公式中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）19HK1150182D031310B1361查机械设计图1013，弯曲强度计算的齿向载荷分布系数FK128查机械设计表103，齿间载荷分配系数HKFK14由此，可求得载荷系数AVHHKKKKK11051413612按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径311TTKDDK160MM计算模数NM11COSDZ25MM3按齿根弯曲强度设计221312COSFASANDFKTYYYMZ计算载荷系数KAVFFKKKK110514128188查机械设计图1028，根据2299，螺旋角影响系数Y088计算当量齿数112VVNZZZM72查机械设计表105，齿形系数1FAY2FAY250应力校正系数1SAY2SAY163查机械设计图1018，弯曲疲劳寿命系数1FNK2FNK09去弯曲疲劳安全系数S14，则弯曲疲劳许用应力111FNFEFKS09500/14MPA32143MPA222FNFEFKS09380/14MPA24429MPA112212FASAFASAFFYYYY所以221223122COS238FASANDFKTYYYMMMZ对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数NM大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取NM25MM，可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径1D1786MM计算应有齿数。中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）201Z1NDM7144取12ZZ723几何尺寸计算中心距1217862NZZMAMM圆整为180MM分度圆直径12DDZM180MM齿轮宽度1DBD60MM顶圆直径12AADDH180225185MM齿根圆直径125FFDDH18023172MM齿顶圆直径160MMAD500MM,做成腹板式结构，开4个孔。如图362中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）21图362362联轴器设计如下1联轴器的种类和特性联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持连接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）22能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。2联轴器类型的选择由于此处的所传递的扭矩不是很大，工作环境不算恶劣，所以根据机械设计手册GB/T11841196，可选平键套筒联轴器。如图363图3633联轴器扭矩的计算由于机器启动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩。计算转矩按下式计算CAATKT式中，T为公称转矩，NM；AK为工作情况系数，查机械设计表141可得AK13此处步进电机静扭矩T4NMCA13452ATKTNM363电动机的选择由于整套设备传送的负载是人发纤维，质量非常的轻，所以设备所需的输入功率不大。但是设备需要在传送带上完成人发纤维的落发、分发、间发等一系列过程，所以要求传送带的同步性非常的高，因此在这里选择步进电机。由于负载很轻，可以忽略，在此步进电机只需要克服设备本身的启动转矩就可以了，所以中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）23步进电机静转矩不需要太大，在此处选择型号863HB97583的步进电机。其具体参数见表361表361型号MODEL步距角STEPANGLEO机身长LENGTHLMM额定电流CURRENTA/PHASE驱动器电源输入POWERSUPPLY保持转矩HOLDINGTORQUENM转动惯量ROTORINERTIAGCM2重量WEIGHTKG轴径SHAFTDIAMETERMM轴伸AXISSTRETCHMM863HB97583129758DC2448V5A424003123037落发部分设计待加工的是经过处理的成捆的人发纤维，长度在12INCH14INCH，需要均匀的落在传送带上，所以我选择用一个窄长的漏斗下面焊接一个倾斜的滑板，滑板底端距离传送带很近。滑板上方装一个驱薄辊，将漏下来的人发纤维驱薄。驱薄辊也距离传送带很近，保证落在传送带上的头发很薄很均匀。具体机构图见图364中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）24图3641漏斗支撑板2漏斗3滑板4驱薄辊5滑板支撑板38分发部分设计分发就是把传送带上送过来的一排人发纤维均匀的分开，使之成本为一绺一绺的，为后续工作做准备。在此处使用一个棘轮和一个弧形挡板来实现。将棘轮的连续圆周运动转化为弧形挡板的间歇上下运动，从而实现分发功能。具体机构图见图365图3651弧形挡板2棘爪3棘轮381电动机的选择由于此处传动轴很细，载荷很小，各方面受力都很小，但同步性要求很高，所以选择小转矩步进电机。根据机械设计手册，选择型号55BY001的步进电机。其具体参数见表362中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）25表362型号MODEL步距角STEPANGLEO机身长LENGTHLMM额定电流CURRENTA/PHASE驱动器电源输入POWERSUPPLY保持转矩HOLDINGTORQUENM转动惯量ROTORINERTIAGCM2重量WEIGHTKG轴径SHAFTDIAMETERMM轴伸AXISSTRETCHMM55BY001755502216V07820002816第四章结论通过我们去许昌发制品生产基地实习了解到，目前全国乃至世界上在人发纤维的加工过程中，大部分工作都是由工人们手工来完成。这样不仅效率低，并且整体质量也不能保证。最严重的是发制品生产过程中环境非常恶劣。发制品行业废水具有间歇性排放、酸碱变化大、较高的色度、成份复杂、氨氮含量高和含有对生物菌种有抑制性物质的特征。所以用机械化来替代这些工作显得尤为重要。通过我们的调查和参观，接下来整个毕业设计过程中在老师的带领下主要研究、开发人发纤维加工处理的新工艺，扭转人发纤维基本上全部依靠手工劳动的