环形滚筒式输送装置的结构设计与分析含3张CAD图
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环形
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环形滚筒式输送装置的结构设计与分析含3张CAD图,环形,滚筒,输送,装置,结构设计,分析,CAD
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环形滚筒式输送装置的结构设计与分析摘 要随着现代工厂自动化的逐渐普及，滚筒输送线作为物流传输线的一种重要传输方式占据了较大的市场份额。滚筒已经成为物流运送的一份子，主要起的作用是传递动力与改变输送货物的运动的方向。本文主要是针对一种常见的环形滚筒运输线进行分析设计，通过对输送机中的电机，滚筒，链轮，轴承，支座等零部件进行合理的分析选型，计算与校核，从而设计出满足输送需求的合理的滚筒式输送机。合适的设计方案和精确的力学计算可以有效帮助我们去验证以及实现输送机的整体性能，进而不断的提升其稳定性，安全性和可靠性。在方案确定后，我们通过计算所得的参数进行环形滚筒输送机的零件及装配体建模，来设计出符合我们要求的环形滚筒式输送机。关键词：环形，滚筒，输送机，建模AbstractWith the gradual popularization of modern factory automation, the roller conveyor line, as an important transmission method of the logistics transmission line, occupies a large market share. As the core component of the logistics line transmission, the roller mainly plays two important roles in transmitting power and changing the conveying direction.This article is mainly for the analysis and design of a common circular roller conveyor line. The motor, roller, sprocket, bearing, bearing and other components in the conveyor are analyzed, selected, calculated and checked to design To produce a reasonable roller conveyor that meets the needs of transportation. Appropriate design schemes and accurate mechanical calculations can effectively help us verify and realize the overall performance of the conveyor, and then continuously improve its stability, safety and reliability. After the plan is determined, we use the calculated parameters to model the parts and assemblies of the ring roller conveyor to design a ring roller conveyor that meets our requirementsKEY WORDS: Ring, roller, conveyor, modelin目 录中文摘要 2英文摘要 3第1章 绪论 11.1 本课题的研究背景 11.2 本课题的研究内容和意义 21.2.1 本设计的任务要求和内容 2 1.2.2 本次研究的主要意义 3第2章 总体方案的设计 42.1 输送装置工作的原理 42.2 滚筒输送装置的方案确定 52.2.1 输送机机构形式的设计 52.2.2 输送机传动方式的设计 62.2.3 输送机输出方式的设计 7第3章 零部件的选型与计算 83.1 滚筒的计算与选型 83.1.1 滚筒直径的计算 83.1.2 滚筒长度与厚度的计算 93.1.3 滚筒间距的确定 103.2 链条和链轮的选择 113.2.1 链条的计算与选择 113.2.2 链轮的计算与选择 123.3 滚动轴承的选择与校核 143.4 电动机的计算与选择 16第4 章 三维建模 17小 结 20致 谢 21参考文献 22 3第1章 绪 论1.1本课题的研究背景在现代社会中，越来越多的自动化的设备在工厂中使用着。尤其是滚筒式输送线是十分常见的，生产和工厂的应用也很广泛。无论在英美日德等发达国家还是在国内，对滚筒式输送线的研究都可以查询到很多文献，也因此诞生了许多的结构发明专利。由于我国设计的滚筒式输送机在结构性能，实际传输效率等方便还远落后于一些发达国家，更多的只是停留在理论只是方便。为了适应不断增长的国内需求以及在输送机市场取得更大的份额，国内不断开始对其探索研究。滚筒式输送机也属于连续的运输机,连续的运输机同时也是固定式和运移式起重运输机的重要类型中的一种,它的特点是成为装载点装载点装载点传送的连续型的物料流,靠着着连续的类型的物料流它的整体连续的运动以形成从物流装载点卸载点之间的连续这种类型的输送。在工人生产、农民劳动的作业、各种的交通输送中,连续式的运输机器是生产作业过程中几乎已经不可能有其他的什么东西可以替换过来的。连续的运输机有1、带式类型的输送机，2、螺旋式的输送机，3、采用气力的输送装置4、利用液力的输送通管道。滚筒式输送线具有直线，弯曲，升降等多种的输送方式且兼容通用性较强，维护简单等优点。正是因为这个的样子滚筒式的输送机也已经成为了连续式的运输机当中使用的非常之多的一种输送的机械,带式的输送机在运东西的时候运动的很平稳,输送的量也大，可以很长距离的输送，修起来也十分的方便，也正是这样在治金和煤炭，机械与电力，重轻工，建筑业，农林业有普遍的在使用。因此我国许多自动化生产厂家开始对其进行更深刻的研究和尝试，通过改变输送的长度，通过更改输送机上的滚筒型号，通过调节滚筒的速度，通过更改承载的型材或钢结构，通过对电控系统的调节优化等等来设计出更好更优良的滚筒式输送机，使滚筒式输送机的技术水平不断提高，争取可以在进行了一段时间的发展之后步入到发达国家之中，在世界这个大的范围之内有一定的地位。1.2 本课题的研究内容及意义1.2.1 本设计的任务要求和研究内容在进行现代化的生产线的设计时，我们已一步一步的走到了3D的时代当中。本次我们主要的研究内容就是广泛应用于市场的一种环形滚筒式输送线：对于环形滚筒式输送线提出适当的方案设计。设计的输送装置在满足结构设计的条件下还要具备成本低廉运行稳定和维护方便等特点。对环形滚筒式输送线进行合理的机构设计，通过计算选型获得一定参数后建立输送线的三维模型。采用三维的建模软件Solidworks来进行3D实体的零件图的绘画和装配并以此来建模，并在之前的基础之上来完成滚筒式输送装置的装配图。分析和设计滚筒传送线的传送系统和检测系统，传送负载在10Kg以上。1.2.2 本次研究的主要意义本次研究是在进行工厂实习的基础上通过搜集资料，查阅文献等结合所学知识利用三维机械制图软件建模的方式得到滚筒输送机的三维模型，并通过自己的学习和理解分析并计算指出了上面的输送装置在设计当中存在的几个问题。通过这些理论学习和分析结合现实中的实践为市场上的一些输送线提供了理论基础。本文正是在前人的研究基础上，根据目前滚筒式输送线设计上考虑的不足，把自己设计的相应结构机构应用到到实践上，使得设计的输送装置产生更高的工作效率和经济效益。这样既能锻炼我们的动手和理论的协作能力，也能为以后步入社会后的机械结构设计能力的提升打下基础。3 第2章 总体方案的设计2.1 输送装置工作的原理在自动化输送生产线中，输送机通过电动机驱动滚筒，使其成为一主动滚子，滚筒与滚筒之间通过皮带或者链条链条构成从动滚子，进而通过不断的增加或者减少滚筒构成物流线。这种滚筒物流线可以沿水平或一定角度输送各式各样的物品如纸箱，钢管，托盘等。由于其可以通过灵活的滚筒布置分段连接和自由拼接，组成开式，直线，环形，立体的输送线。同时在输送线的侧边可以安装到位感应器以检测物品是否进行翻转，升起，变向等功能。在滚筒底部装有压力感应器等装置，其需要响应上料台上的物品检测信号，当工作台上面存在物料时，控制系统可以控制传送装置的运行，当上面没有物料时，可以处于暂停的状态。对于较大体积的工件，环形滚筒式运输装置具有负载大、运行平稳、建设成本低的特点。图2.1 市场上常见的环形滚筒输送线2.2 滚筒输送装置的方案确定2.2.1 输送线结构形式的设计首先，根据题目输送线确定为环形滚筒传输线结构的设计。在结构上，一滚筒由电机驱动作为主动滚筒来带动其他从动滚筒进行动力传输，滚筒两头采用适用场合更加广泛的链轮结构。滚筒统一采用圆柱滚筒结构，方便加工和换型，在环形拐弯处需注意滚筒的安装。电动机是用联轴器、减速器从而紧接着让滚筒产生转动或者是其它别的驱动的机构使之运动,导致的结果是滚筒或者其他别的驱动和输送带两者之间产生摩擦力,输送带形成的运动在大多数情况下是用单点驱动,即驱动装置在正常情况下装配在机头处。单点驱动方式如果依照滚筒的个数不同来进行分类的话,有两种情况1单个滚筒2双滚驱动。同时每个滚筒的驱动也存在两种情况即单个电机的驱动和多个电机的驱动。在于简单方面的考虑单筒、单个电机去驱动是第一选择。对此可以去适当的改进滚筒式输送机中的布置情况。滚筒是圆柱形的输送机存在通用性方面的好处，输送的货品种类可多样。运送的物料的宽度变动有很大的自由，但是在正常情况下是在滚筒输送装置运行路线的直线部分。也可以用作圆弧段。由于货物在圆柱形的滚筒输送机上面的圆弧部分进行运送时会产生打滑和错位的现象，对此可以采用双列布置减小误差。滚筒两侧用钣金作为防护，采用十字交叉轴来安装作为检测工件是否到达的感应器，同时在滚筒底部装有压力感应器来检测工件的有无到位。滚筒采用整体支架支撑的方式，方便拆卸与运输，由于负载相对较小，采用铝合金拼接的方式来作为支撑主框架。 2.2.2 输送线传动方式的设计常见的输送线按传动的不一样划分包括链传动，带传动和齿轮传动这三大类型。首先来讲链传动，链传动的输送机作为最常见的具有的优点是承载大，耐油耐污耐高温及多尘等复杂环境，但其也具有噪音大的明显缺点。链传动布置紧凑，在中速，低速和高速场合均能完美兼容，适用于各个场合中。其次，带传动也是我们常见的传动方式。运转起来平缓而稳定,发出的声音小,几乎没有对周围环境有什么污染,允许在速度快的情形下运走,但不合适在接触油和污渍的环境。带传动按类型来加以区分有第一种平带传动、第二种V型带传动、第三种O型帯传动。平带传动用来承载的力比较大,V型带传动差一点,V带或O带传动均适用在滚筒的输送机圆弧这一块。最后，齿轮传动作为精确传动的机械传动方式，具有成本高，传动精度高，环境适应能力强，可实现频繁制动变速等有特点。综上所述，由于本次传动的物体重量相对较轻，机台场合复杂，因此选择兼容性更好的链传动方式。2.2.3 输送线输出方式的设计动力型滚筒输送机自己有驱动的地方可以有动力,滚筒主动的运转,货品的运行被控制严格,按设定的速度准确、平缓稳定、安全地运送货品，但其成本较高，稳定性较差，可靠性较差，维护不方便。因此我们选择与此功能相同的普通非动力滚筒，通过电机驱动来实现动力的传递与输出。这样设计的好处在于可以更加好的节省成本，从而降低费用。21第3章 零部件的选型与设计3.1 滚筒的计算与选型3.1.1 滚筒直径的计算由滚筒直径计算公式 （3-1）再由功率传输公式 （3-2） 式中，p为滚筒传递的功率，n为滚筒的转速，为滚筒许用剪切应力，M为物体重量，令m=10Kg，为输送盒摩擦系数取为0.5，V为输送盒传输速度，取最大值为0.5m/s选45#作为滚筒材料，因滚筒的结构特点是中空管，对此采用降低，翻阅机械设计手册得到数据，45#的许用扭切应力=40MPa，本次计算中取为20MPa。在滚筒转动过程中，链轮和滚筒可看做同转速，由转速公式 （3-3）代入数据得，可取d=50mm3.1.2 滚筒长度和厚度的计算由滚筒切应力公式 （3-3）式中为滚筒所受的最大切应力；为滚筒受到的最大弯矩；W为空心滚筒的抗弯截面系数。为材料的许用应力；图3-1 滚子应力图在本设计中托盘的尺寸为1200mm1400mm，输送机在传送托盘时，假设大约有三个滚筒支撑托盘，那么则每个滚筒的载荷系数为 （3-4）为每个滚筒的载荷系数G为托盘和工件的总重量，由前面可知G=100N；a为托盘的边长，设定a=500mm由弯矩计算公式 （3-5）代入数据得对于中空的滚筒来说，W为中空滚筒的抗弯曲截面系数，对于圆环切面，由材料力学书中公式 （3-6）公式里的W为中空滚筒的抗弯曲截面系数d为滚筒的外径，取值为50mm；为滚筒的内径；上述结果带入公式得，取则滚筒厚度为=9mm3.1.3 滚筒间距的计算设定本次传输的物体的长高均为0.5m，宽度为0.5m，故根据经验公式可知滚筒的长度为L=1.2，所以滚筒的长度为L=600mm滚筒间距为,滚筒的间距为P=150mm3.2 链条和链轮的选择3.2.1链条的计算与设计图3-2 滚子链选型表由于本次传输的物体质量不10Kg，为轻型负载。查上面的表可以知道，在承载力的选择上08A链条达到了使用的要求，故选择的链条型号为08A。而选择单排链条就可以避免链条在工作时的工作失效。链条和铰链的销轴与套筒之间不断的摩擦及相对的滑动往往会使得链条的不传动失去作用。由于磨损链条之间的节距变多，在运行中容易发生跳齿和脱链链传动在开启、停止、反方向转或者不断处在冲击载荷下，链条、销轴、套筒容易因为疲劳从而发生断裂。为了保护链条需要润滑，经常去润滑可以使链传动产生的损坏变小。在链条长时间工作后进行设备的保养时，一定要时常注意给链条加润滑油。3.2.2链轮的计算与设计在需要传动的机械当中，链轮因为是作为链条的连接件，十分重要无法被其他零件取代。机械的使用性能和使用时间是通过链轮的质量呈现出来的，计算得出节距是12.7mm的08A型号的链条带动链轮使滚筒运转，考虑到多边形效应，为了链轮与链条达到合理的啮合度且又能保证设计结构的合理性，我们此次可以选择20个齿的链轮来配合链条的传动。我们此次可以采用非标准的结构来设计链轮，为保证满足运动负荷的冲击，材料我们选择材料为45#钢，选择用淬火并且加上回火的方式进行热处理，硬度需要在HRC 50之上。绘制的三维模型图如下图示： 图 33 链轮的材料3.3 轴承的计算与校核轴承的种类很多。我们常用的用于机械传动过程中的轴承有球轴承，角接触轴承，滚子轴承和直线运动轴承等等。这些轴承主要功用是用机构上的轴上配合轴使其保持轴心位置不发生改变。深沟球轴承作为机械设计中最常选用的轴承，具有承载能力强，适用性广泛，性价比高等显著特点。在这次设计的滚筒装置上，选用的深沟型轴承其作用是承接来自电动机输出轴的径向载荷，但是其与此同时也可同时去承接径向载荷和轴向载荷。在深沟球轴承的径向游隙比较大的时候，它便于角接触轴承的作用一样，轴向载荷的承载作用大，由于深沟球轴承的摩擦系数不是很大，在极限状态下转速高，在需要以很高速度旋转以及需要发处声响小、振动幅度小的场景应用。在安装轴承时，轴承密封圈内需涂上一层润滑脂可有效减小轴转动带来的摩擦影响，而且方便轴与轴承，其中最大负荷型轴承的选用尺寸和标准轴承选用的尺寸要求是一样的。正因为深沟球轴承具有结构简单的特点，传动精度又高的特点，所以便于成系列大批量生产，制造成本也较低，所以使用极为普遍。滚筒在工作时，滚筒承受的力大部分是径向力，轴向力很小，因此轴承以承受径向力为主要力，依据滚筒尺寸类型要求，选择60的外径。由上述分析计算得出的数据可知，此次设计的滚筒长度L=1000mm；最少需要三个滚筒来承接托盘，输送货件的总重量G=100N，每一个滚筒最多可以承载的力是F=30N；单个轴承受径向力Fr=30N。由轴承载荷计算公式 （3-7）式中X作为的是径向的载荷系数Y作为的是轴向的载荷系数，为轴承承受径向载荷，为轴承承受轴向载荷，查上表知X=1,Y=0故得F=30N由轴承转速公式 （3-8）代入数值得由轴承轴向基本载荷公式 （3-8）式中 是轴承的轴向基本额定动载荷，为轴承转速，F为轴向载荷，F=30N为载荷系数，查表得=1.0为温度系数，查表得=1.0为轴承预期寿命，查表得=50000h图3-5 轴承寿命估算表为轴承寿命系数，取=3代入数值计算得=500N本次选用深沟型轴承6002，满足载荷要求，符合要求。3.4 电动机的计算与选型在本次的设计中，选择合适的电机可有效减少滚筒动力驱动系统带来的机械损耗，所以电机选型至关重要。电动机可以直接驱动主动滚筒的运转，通过对链轮的作用从而带动从动滚筒去工作，与滚筒相互连接的链轮牵引力为 （3-1）式中为滚筒和负载的重力，G取20kN为滚筒的直径，=50mm为链轮的节圆直径，=138mm为滚筒与链轮的摩擦损耗系数，0.8为货物与滚筒之间的摩擦系数，0.25由电机功率计算公式 （3-8）其中K为电机裕量系数，取K=1.5，P为电机牵引力大小，P=F=1.47kNV为输送线线速度，取v最大值为0.5m/s代入数值得W=1.08kw在电机选型时要考虑到电机的种类，一般来说，电动机依照电压输出方式的不一样可以区分为直流电机和交流电机两类，直流电机多用于电压较低的场合，能耗较少。但本次采用的电机用于驱动滚筒和链轮结构，电机工作场合相对较为复杂，因此可选择应用范围更广的交流电机。故可以选定额定功率作为1.5kw的交流电机,电机额定转速作为1500r/min。由上述数据可知滚筒的转速是n=191.1r/min，因此便可选择传动比为大于7.84的减速机，减速比的传动比确定为15:1。第4章 三维建模本次设计的是环形滚筒输送线，在设计时，首先确定模型的整体结构，然后可通过分析计算得出各零部件的大概尺寸，在通过数字建模的方式绘制出各个零部件和选型部件，进而装配到一起，进而完成三维建模。在这次的设计过程当中采用的3D建模软件为Solidworks，其作为一款功能十分全面强大的机械绘图软件深受到广大机械设计师和机械从业者追捧。Solidworks软件功能十分广,组件也很多。 Solidworks的特点有功能广泛、容易学习和运用,也正是这个原因许多人使用 Solidworks进行三维CAD的制作。 机架因为作为承载整个压缩机构的基体，在设计的过程当中必须考虑到要有足够大的强度和刚度。本次设计采用一体式方通焊接的结构，在保证了机架强度的同时还能使得机构具有一定的美观性。模型如下：图4-1 机架三维模型图在建立好机架模型后，可以初步确定滚筒的布局，由于滚筒是单个部件与链轮装配起来的，所以可以完成滚筒与链轮装配后组成一个子装配体，再将其作为一个子零件插入到整个装配体中，在完成滚筒的环形结构布局后，插入电机驱动轴，轴承座和防护板以及压力传感器安装板等部件，这些部件的相对建模较为简单，均可通过拉伸，旋转，切除等建模方式获得。在这些模型建立后，完成装配关系使所有零部件完全定义。最后通过查询手册绘制选型所得的电机，减速机，轴承，螺栓地脚等标准件，这些标准件与上述所得的三维模型完成最终的装配关系。并且用三维软件Soliworks建成的整体形状的环形输送线模型如下图所示：图4-2 环形输送线三维模型图小 结我这次设计的题目是环形滚筒式输送线的设计。在刚刚接到毕业设计的题目时，我竟然发现我无从下手。然而，在指导老师的帮助下，我最终还是完成了整个毕业设计。在这一过程中，通过不断的上网查阅文献，游走于导师办公室与图书馆之间，我不但掌握了滚筒输送线的的整个工作原理，更加的对现实中的生产的自动化生产线有了深刻并且重要的认识。在毕业设计过程中，我发现原来可以用到大学里学过的许多专业知识，认识到了学习的重要性。虽然在设计过程中出现了很多的小问题，但我都一一解决了。并且自学机械设计软件CAD和Solidworks，最终完成了课程设计和图纸绘制的工作任务。这次设计虽然完成的相对较快，但我还是觉得有些不足，考虑的方面不够全面，也认识了自己的不足，接下来会在日常生活中努力改正，巩固基础。短短的毕设期间， 我渐渐发现明白了结构设计并不如想象中那么容易，在设计时总会有具体尺寸细节把握不好，实际的生活经验太少以至于自己走了许多的弯路，经历了一次一次不断的的修改自己的数据和参数，我逐渐明白了作为一个设计人员不但要有很好的全局观，细节也是必不可少的一部分，凡事要考虑周全才不至于出现大的差错。不仅如此，由于自己设计计算某些数据时对自己要求过松从而导致的一些看似小而不起眼的错误，却让我后期花了大量的时间和精力去修订改正，后悔莫及。总体来说，这次毕设让我深刻认识到：在机械设计的道路上，唯有时刻处以严谨而科学的学习态度，才能让一个人走得更远更广。致 谢毕业设计已接近尾声，算上前期的开题工作，共用了三个多月的时间，我才顺利的完成了毕业设计！在此次毕业设计期间，首先要感谢的是我的指导老师，因为在他的悉心的指导下我不但圆满完成了这次毕业设
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