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自动包树机的设计含27张CAD图,自动,包树机,设计,27,CAD
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摘要机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，本次设计以行李包装机整机为设计对象，学生3人组成团队，组内讨论并确定设计方案，分工完成设计，定期举行设计答辩会，教师点评。拟达到的教学目标：（1） 综合运用已学过的理论知识和生产实践知识，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，培养理论联系实际的正确设计思想；（2） 掌握简单通用机械设计的一般方法和步骤，为从事机械工程设计打下良好的基础；（3） 运用和熟悉设计资料，了解有关的国家标准和规范。（4） 通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，达到了了解和掌握机械零件的设计过程和方法。（5） 学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规范等。主要内容有：（1） 机械系统方案拟定；（2） 机械系统运动、动力参数计算；（3） 传动零件设计，包括齿轮传动设计、带传动设计等；（4） 装配图及零件图绘制；（5） 编写设计计算说明书。学生的能力要求：（1） 熟悉产品设计的全过程；（2） 能对设计问题进行功能分析、方案选择；（3） 掌握产品的二维表达（各种视图等）；（4） 能安全使用基本的加工工具；（5） 熟悉常用的工程材料及其主要特性，如强度、刚度和费用等。【关键字】电动机，V带 目 录摘要1第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2工作原理及过程3第二章 设计方案42.1底板机架的设计42.2动力机构的设计52.3传动机构的设计52.4 执行机构的设计72.4.1 转盘机构的设计72.4.2 排线机构的设计82.4.3 绕线机构的设计9第三章 个人设计部分103.1 传动机构的设计103.2 绕线机构的设计13第四章 总结144.1特点144.2功能分析154.3技术指标16设计心得16参考文献17 第一章 绪论1.1研究背景及意义 城市绿化是当今环保的一项重要内容，于是树木的存活率就显得极其重要。人工包树相当枯燥无味而且效率低下，然而市场上现有的绑树机存在许多缺陷，只有在移植树木时可用。而树木移植是绿化的重要措施，因而树木的成活率就显得极其重要。树木移植时，通常需要在树干上缠绕草绳，一方面防止运输过程中擦伤树皮，另一方面在树木移植后起到保温保湿作用。上图为现在市面的机样而目前这项工作主要由环卫工人手动完成，我们的机器很好的解决了这些问题。如果该机器和升降装置相结合，便可以克服围栏等限制因素，随时随地方便地包树，如果在绕线动作上稍作改进，它还可以给树根包扎草绳，再加上它结构简单，成本低廉，所以它将是一款市场潜力巨大的环卫机械。该包树机主要由底板运动机构、动力机构、传动机构、包树执行机构四部分组成。阐述了用于对绿化树木自动包绳以提高其防寒能力和移植成活率的包树机的设计过程以及在设计过程中遇到的一些问题，及在制作自动包树机过程中的一些心得体会。下图为整体效果图和简图：1.手推柄2.张紧轮3.轴承座4.轴5.摩擦轮6.张紧螺钉7.储绳筒8.丝杠9.螺母及滑块10.光轴11.导绳杆12.固定齿轮13.转盘14.固定贴版15.导轨16.丝杠 17.螺母及滑块18.固定齿轮19.排线齿轮20.轴21.调整块22.螺钉23.支架24.底板25.车轮26.从动带轮27.张紧螺母28.张紧轮支架29.普通V带30.减速器31.蓄电池32.螺栓33.直流电机34.主动带轮1.2工作原理及过程包树前，先将草绳圈置于储绳筒上。然后推动小车，使树木通过转盘及导轨的缺口进去到转盘中央。再将最外面的绳头穿过导绳孔，系在树干上。工作时，直流电机通过减速器带动主动带轮，进而通过带传动将动力传递到两同步摩擦轮，从而带动执行机构实现包树机功能。包树时，转盘带着储绳筒绕树作圆周运动，同时储绳筒在草绳的牵引下不断自转，不断给绳，从而使草绳源源不断地缠绕在树干上。当排线齿轮碰到固定齿轮1时，会有一段啮合区，从而转动丝杠。由于排线螺母被滑块儿约束，其自身不能自转，于是在齿轮啮合过程中沿着丝杠上升半个绳径（d/2）的距离。同理，在碰到固定齿轮2时又上升半个绳径（d/2）的距离。如此往复，在每圈中缠绕过程中都能上升一个绳径（d）的距离，从而实现紧密排列。到达预定的极限位置时，螺母便会触动极限开关，电路便自动断开，包树结束。包树结束后，只需将草绳剪断，打个结即可。接着就可以将小车退出，反向缠绕下一棵树。第二章 设计方案2.1底板机架的设计如图1所示，底板的主要功能是作为整个机器的运动平台，用于定位和固定其他四个功能装置，是包树机的移动及底座部分，其尺寸主要由其上固定的主体部分决定。一对齿轮可在底座上移动，以调节其与转盘的中心距，进而根据绳径调节排线的紧密程度，底座上的齿轮位置的可调节范围由压板和底板上的导槽长度决定，并通过螺母夹紧固定。底座上的缺口是为了与主体部分对应，方便树木进入转盘中心，完成包树前的准备工作。底板上还固定了动力装置和传动装置，它们的位置是根据摩擦轮与转盘外缘接触时位置关系计算得出的。由于设计面向的使用对象是环卫工人，将整个底板装置做成小车形式。操作简单，使用和维护方便。 2.2动力机构的设计考虑到包树过程负载较小，所需转速也不大，以及室外使用等因素，动力装置采用由蓄电池驱动的直流电机，配合减速换向装置使用。动力装置主要参数如表1所示:表1 动力装置主要参数额定电压额定电流额定功率输出转速24V2A48W220r/min2.3传动机构的设计主运动机构简图如图2所示，传动机构的作用主要是将动力传给包树执行机构，它由带轮、V形带、张紧装置和摩擦轮组成。带传动适用于实现相对距离较大的动力传送，成本低，寿命长，使用和维护方便，对恶劣的工况适应能力强，且可以通过打滑实现保护作用。摩擦轮压紧转盘，通过摩擦力，驱动转盘机构转动。由于长期使用后，带的弹性变差，长度变大，所以需要有张紧装置（如图所示）与其配合使用2.4 执行机构的设计包树机的执行机构由转盘机构、排线机构和储绳筒三大部分组成,通过这三部分的有机结合,共同完成包树功能。为提高效率，采用多个储绳筒和排线器，每个储绳筒都要和其中的一组排线器对应，构成一个组件。如图,本机用两组排线器，其导杆运动方向相同，都从上而下或从下而上，不同之处在于，一组排线器导线杆包树的起点正好是另一组排线器导线杆包树的终点，即每组排线器只完成其中某一段包树工作，具体包树的起始位置由导线杆的导线孔的起始位置决定。2.4.1 转盘机构的设计转盘旋转机构主要为带缺口的圆环，因为大部分树均为竖直站立，所以包树机需有一缺口（如图）以方便树木进入包树机中央，同时缺口处采用平滑过渡以避免过大冲击，为使机构能平稳运行，不致产生过大噪音和摩擦，影响使用，故采用导轨结构。具体见图2.4.2 排线机构的设计排线机构主要保证绕绳紧密排列，避免每匝绳之间有过大间隙，确保树木冬季防寒的效果。排线机构核心为螺栓和螺母，螺母下端有一齿轮，整个机构随圆盘一起旋转，圆盘每旋转一周，齿轮和螺杆也通过与另外两个齿轮啮合传动，使螺杆被带动旋转特定角度，进而实现螺母上升一定距离，保证绕线高度逐渐上升或下降，具体如图由于排线器上螺母是做上下移动的，因而自动停机装置与排线器可做成一体，如图，当包树接近完成时，排线器上的螺母，达到某一位置，其上伸出的触片压到底座上的常闭开关，开关断开，实现自动停机。如图控制电路图，若转动开关K1,并按住开关K4，电动机开始反转，转盘反向转动，排线器上伸出的触片与常闭开关K2或K3分离，开关处于常闭状态，此时不管按住或松开按钮K4，电动机都将继续转动，开始反向包树。控制电路原理图及自动停机装置2.4.3 绕线机构的设计绕线机构主要实现将绳子绕在储绳筒之上，为下一步排线机构包树连续提供绳子，同时为避免缠死和打结，我们将储绳筒做在导轨上。具体如图第三章 个人设计部分3.1 传动机构的设计设计方案：如图，传动机构的作用主要是将动力传给包树执行机构，它由带轮、V形带、张紧装置和摩擦轮组成。带传动适用于实现相对距离较大的动力传送，成本低，寿命长，使用和维护方便，对恶劣的工况适应能力强，且可以通过打滑实现保护作用。摩擦轮压紧转盘，通过摩擦力，驱动转盘转动。由于长期使用后，带的弹性变差，长度变大，所以需要有张紧装置（如图所示）与其配合使用传动系统的计算：如图2所示，传动部分由带传动和摩擦轮传动两部分组成。带传动的传动比为，i带=主动轮/从动轮摩擦轮传动的传动比为，i摩擦轮，转盘=摩擦轮/转盘由于两个带轮的外径大小相同，故在不考虑摩擦轮与转盘相对滑动的情况下，有： i带=d从动轮/d主动轮=1i摩擦轮，转盘=d转盘/摩擦轮=600mm/120mm=5故总的传动比为 i=i带 i摩擦轮，转盘=5由于采用的电动机转速为220r/min，则 转盘=主动轮/i=220r/min/5=44r/min假设草绳直径 d草绳=10mm，因为该机器采用了两套排线装置，故包树速度为V=2d转盘d草绳=800mm。V带传动部分计算（1） 求计算功率Pc查表13-8得： Ka=1.1 故Pc=Ka*P=1.1*0.048KW（2） 选V带型号 用普通V带 由Pc=0.053kw n1=220r/min 由图13-5查出此坐标点位于A型处。（3） 带轮的基准直径：由表13-9 d1应不小于75mm，现在取d1=80mm，由于两带轮的外径大小相同，所以d2=d1=80mm。（4） 验算带速： V=d1*n1/60*1000=*80*220/60*1000=0.92m/s由于包树机所需功率小，所以V带速度也很小。（5） 求V带的基准长度Ld和中心距a：初步选择中心距a0=1.5*（d1+d2）=105*160=240mm由式13-2得 带长L0=2*a0+0.5*（d1+d2）+（d2-d1）/4*a0=2*240+0.5*160=730mm查表13-2得 对A型带选用Ld=800mm，再由式13-16计算实际中心距：aa0+0.5*（Ld-L0）=240+0.5*70=275mm考虑到带传动的安装、调整和V带张进的需要，中心距变动范围为：（a-0.015Ld）（a+0.03Ld） 即 263mm251mm之间。（6） 验算带轮包角1，由式13-1得， 1=180-（d2-d1）/a*57.3=180120 故 合适 （7） 求V带根数z：由式13-15得 z=Pc/(P0+P0)*K*Kl今 n1=220r/min ， d1=80mm ， 查表13-3得 P0=0.22KW ，因为d1=d2，在不考虑摩擦轮与转盘相对滑动的情况下，i=1所以，P0=0，由1=180，查表13-7得 K=1,查表13-2得 Kl=0.85，由此可得 z=0.053/0.22*1*0.85=0.28 故 取一根.（8） 求作用在带轮轴上的压力PQ：查表13-1得 q=0.1kg/m，由式13-17得 带跟V带的初拉力F0=500Pc/z*v*（2.5/K-1）+qv=500*0.053/1*0.92*（2.5-1）+0.1*0.92N=43N作用在轴上的压力FQ=2z*F0*sin0.5*1=2*1*43*sin90=86N(9) 带轮结构设计：由于带轮直径d=8/0mm，较小，可采用实心式。槽型为A型。Bd=11mm ha min=2.75mm e=150.3mm ， f min=9mm h fmin=11mm min=6mm =34 3.2 绕线机构的设计绕线机构主要是为了实现将绕有绳子的储绳筒置于转盘上，为排线机构连续提供绳子，同时避免绳子缠死和打结。储绳筒可方便拆卸，固定在储绳筒轴上，储绳筒轴置于转盘上，且可在转盘上自由转动。为节约成本和提高效率，草绳缠绕到储绳筒上这一步工作，可以由环卫部门通过机械化完成。因此当绳子用完后，使用者只需更换储绳筒即可。如图：第四章 总结4.1特点采用特殊设计的转盘，树可以通过转盘上的缺口直接进入转盘的中心。因此可以用于已经植好的树木。（1） 为了转动这个带缺口的转盘，此机器采用“两点带动”的方式两个摩擦轮处于不同位置，使其外缘与转盘外缘接触，从而保证在任何时间，至少有一个摩擦轮驱动转盘。（2） 采用了专门设计的排线装置，可以在不受树径和绳径变化干扰的情况下保证草绳缠绕的紧密程度。（3） 通过多套排线机构和绕线机构的搭配使用，可使效率成倍提高。（4） 通过调节装置，能实现包树高度可控。 自动包树机的三维模型4.2功能分析1、 目前市场上的绑树机只能在已经挖起来的树上绕绳。我们的机器采用了特殊设计的转盘，树可以通过转盘上的缺口直接进入转盘的中心，因此可以用于已经植好的树木。为了传动这个转盘，我们采用“两点齿轮传动”的方法两个齿轮在不同位置同时和转盘啮合，从而保证在任何时间，至少有一个齿轮带动转盘。2、我们设计了专门的排线装置，不仅可以保证草绳缠绕的紧密度，还能在保证缠线紧密地前提下对一定范围内任意直径的树木进行缠绕。3、我们设计了专门的绕绳装置，此装置可以作为草绳的储存和供给机构，还可以自动绕线，减少了对绳子的限制。4、我们提出了一种配套的打结方案，使打结变得相当方便。4.3技术指标1、 该机构基本实现可靠的包树功能，但实现自动打结仍需要很大时间和精力。2、因圆盘开口大小限制，包树机对树木的直径有一定限制，可包胸径小于盘径1/2(约30mm)的树木，能对我们日常见到的树木正常完成包树功能。3、底座有人工随意移动，方便灵活，基本适应日常树木所处地形。4、最大绕绳高度有排线机构中螺栓长度决定，可配套使用，以满足不同高度要求。5、预期实物包树效率为分钟800mm左右。6、系统估计大小（9007001200mm3），重量30kg。7、包
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