畢業(yè)設(shè)計(jì)防盜門(mén)生產(chǎn)線上料系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

（2017屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)資料題 目 名 稱：防盜門(mén)板上料機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械工程 學(xué) 生 姓 名：羅俊 班 級(jí)：機(jī)工1304 學(xué)指導(dǎo)教師姓名：徐華 職稱 副教授 最終評(píng)定成績(jī)： 湖南工業(yè)大學(xué)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2017屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)資料第一部分 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)防盜門(mén)板上料機(jī)是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文章中以明確方式注明；除此之外，本設(shè)計(jì)不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明應(yīng)承擔(dān)的全部責(zé)任。作者簽名：日期： 年 月 日摘 要 隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展和人們安全意識(shí)的不斷提高，防盜門(mén)作為安全防盜的建材，其市場(chǎng)需求非常大。而隨著板材沖壓技術(shù)的不斷提高和沖壓設(shè)備的更新?lián)Q代，對(duì)作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的的首道工序設(shè)備上料機(jī)也提出來(lái)更高，更嚴(yán)格的要求。所以針對(duì)防盜門(mén)生產(chǎn)線自動(dòng)上料機(jī)的研究不僅會(huì)提高防盜門(mén)生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)板材沖壓行業(yè)也具有借鑒作用。 本設(shè)計(jì)主要主要針對(duì)自動(dòng)上料機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行分析和研究，解決不同板料尺寸的上料，使其具有柔性制造的能力。主要使用設(shè)計(jì)學(xué)，力學(xué)，機(jī)構(gòu)學(xué)等進(jìn)行研究。主要工作包括：上料方案的分析研究到各種機(jī)械設(shè)備的選型、機(jī)械部件的布置、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、主要零件的設(shè)計(jì)、建模和有限元分析和校核，并立志于降低成本和工人勞動(dòng)程度，提高上料效率和上料可靠性。 關(guān)鍵詞：柔性制造；防盜門(mén)；生產(chǎn)線；自動(dòng)上料ABSTRACT With the rapid development of construction industry and the continuous improvement of safety consciousness, people security doors as a security guard against theft of building materials, the market demand is very big.And with the constant improvement of the sheet metal stamping technology and the upgrading of stamping equipment, the value of the first working procedure as automated production equipment, feeder is also put forward higher, more stringent requirements.So the study of security doors production line automatic feeding machine will not only improve the efficiency of security door manufacturing, create greater economic value, could be a reference for sheet metal stamping industry also. This design mainly focuses on automatic feeding machine mechanical part carries on the analysis and research, to solve different sheet size of feeding, make it has the ability of flexible manufacturing.Main use design, mechanics, to study the mechanisms and so on.The analysis and research of the main work includes: feeding solution to all kinds of machinery and equipment type selection, arrangement of mechanical parts, transmission system design, the main components of the design, modeling and finite element analysis and checking, and aims to reduce the cost and the worker labor intensity, improve the efficiency of feeding and the feeding reliability.Keywords: flexible manufacturing；Guard against theft.；Production line； Automatic feedingIII目 錄第1章 緒論11.1設(shè)計(jì)背景11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析11.3研究意義2第2章 防盜門(mén)板上料機(jī)總體方案設(shè)計(jì)32.1設(shè)計(jì)要求32.2總體方案的確定3第3章 提升裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算53.1真空吸盤(pán)的選擇53.2吸盤(pán)的布置63.3提升氣缸參數(shù)的選擇63.4提升裝置軌道設(shè)計(jì)7第4章 送料小車(chē)設(shè)計(jì)84.1板料碼垛后分張問(wèn)題的分析84.2磁性分張器的布置84.3小車(chē)的承重計(jì)算9第5章 平帶送料裝置的設(shè)計(jì)115.1平帶的布置115.2平帶送料裝置傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)115.3電動(dòng)機(jī)的選型125.4減速器的選型13第6章 主要零部件設(shè)計(jì)156.1直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)156.1.1齒輪參數(shù)初步選定156.1.2確定材料的許用接觸應(yīng)力156.1.3由接觸疲勞強(qiáng)度確定齒輪所需直徑166.1.4對(duì)分度圓直徑進(jìn)行校對(duì)176.1.6 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算186.1.7 幾何尺寸計(jì)算196.1.8 確定齒輪結(jié)構(gòu)形式196.2帶輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)196.2.1總結(jié)帶輪軸的參數(shù)206.2.2軸的受力分析206.2.3軸的材料的選擇206.2.4軸的最小直徑206.2.5軸的裝配方案216.2.6軸段直徑和長(zhǎng)度設(shè)計(jì)216.2.7軸上零件的周向定位236.2.8確定軸、齒輪及帶輪的倒角、圓角尺寸236.2.9求軸上的載荷236.2.10采用proe Mechanica功能模塊進(jìn)行有限元分析264.2.11按彎扭校核軸的疲勞強(qiáng)度304.2.12精確校核軸的疲勞強(qiáng)度30結(jié) 論33參考文獻(xiàn)34致 謝35第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)背景 防盜門(mén)作為安全防范用品中的剛需品。在家庭，公共場(chǎng)所等建材領(lǐng)域獲得了廣大人民群眾的喜愛(ài)，在安全防盜方面發(fā)揮了重要作用。據(jù)建設(shè)部有關(guān)部門(mén)分析，今后幾年年平均建筑面積將達(dá)到9億平方米，按這個(gè)數(shù)字預(yù)測(cè)防盜門(mén)的銷量和經(jīng)濟(jì)效益，以每40平方米建筑面積安裝一樘防盜門(mén)計(jì)算，全國(guó)每年就需防盜門(mén)500萬(wàn)樘，若以一般門(mén)的價(jià)格計(jì)算，年產(chǎn)值高達(dá)30億元1。在當(dāng)下工業(yè)生產(chǎn)中，由于工業(yè)制造水平不斷提升，自動(dòng)化生產(chǎn)愈發(fā)收到重視，以往的生產(chǎn)線跟不上發(fā)展的步伐，比起傳統(tǒng)上料，自動(dòng)上料調(diào)高了效率，節(jié)約了成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，貼別是大批量生產(chǎn)中，自動(dòng)生產(chǎn)線的應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和一致性所發(fā)揮的作用是傳統(tǒng)生產(chǎn)線所不能對(duì)比的。而各種生產(chǎn)線的首道工序都是自動(dòng)上料2。相比人工上料，自動(dòng)送料高效率，低成本，安全可靠性強(qiáng)等特點(diǎn),用自動(dòng)化程度越來(lái)越高的機(jī)器來(lái)替代落后的生產(chǎn)設(shè)備不可避免3。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 上料機(jī)系統(tǒng)作為生產(chǎn)線的首道工序設(shè)備，發(fā)展已久。目前對(duì)于形狀和尺寸均確定的剛體的自動(dòng)上料已有成熟技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中,諸如電磁振動(dòng)式、螺旋提升式、及各類斗式提升上料機(jī)等,得到廣泛應(yīng)用，在煤炭、建筑、冶金、化工、機(jī)械制造等各類生產(chǎn)線中，上料機(jī)都有著無(wú)可替代的地位4,5。 由于沖壓技術(shù)的迅猛提高，我國(guó)不斷引進(jìn)世界先進(jìn)裝備技術(shù)，沖壓自動(dòng)化水平不斷上升，對(duì)上料機(jī)也提出來(lái)新的，更嚴(yán)格的要求，用來(lái)配合沖壓裝備的生產(chǎn)，隨著工程控制的發(fā)展，電子電力技術(shù)不斷融入上料機(jī)這一領(lǐng)域，其發(fā)展歷程如下6： 1.機(jī)械上料機(jī)構(gòu)。通過(guò)機(jī)構(gòu)本身的相互配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使提升機(jī)構(gòu)完成上料過(guò)程。 2.電氣上料機(jī)構(gòu)。在機(jī)械上料的基礎(chǔ)上添加別的動(dòng)力源，加上一般電氣控制，使得上料過(guò)程趨于自動(dòng)化。 3.數(shù)控上料機(jī)構(gòu)。通過(guò)工控技術(shù)對(duì)上料動(dòng)作做出精確的控制，使得完成一系列復(fù)雜的上料動(dòng)作。 后兩種上料機(jī)構(gòu)，上料效率高，動(dòng)作可靠，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)員的要求高，設(shè)計(jì)成本相比機(jī)械上料要高很多。機(jī)械上料機(jī)構(gòu)雖然機(jī)體較為龐大，但成本低，上料準(zhǔn)確，容易控制，使用壽命長(zhǎng)，容易維修，就現(xiàn)階段來(lái)講，依然是沖壓行業(yè)上料中的主流上料方式7。1.3研究意義 降低防盜門(mén)生產(chǎn)中的安全事故據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì), 在所有機(jī)械傷害事故中, 壓力設(shè)備引發(fā)的傷害事故占有較大比重，而在冷沖壓生產(chǎn)所發(fā)生的人身傷害事故中, 僅因送料和出件引發(fā)的事故約占40%，采用自動(dòng)上料系統(tǒng)上料將改善生產(chǎn)條件, 使操作工人的肢體遠(yuǎn)離模具工作區(qū)域，使生產(chǎn)過(guò)程更加安全8。 有利于提高自動(dòng)化程度，降低生產(chǎn)成本 自動(dòng)化程度高低，直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動(dòng)化水平9。其意義在于：改善了勞動(dòng)條件，減輕工人的體力勞動(dòng)；提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率；提高了沖床的利用率，從而節(jié)約了電力，降低了成本10。 有利于保證加工的質(zhì)量、精度及產(chǎn)品的一致性 傳統(tǒng)手工上料中產(chǎn)品質(zhì)量受工人操作的熟練程度、工作狀態(tài)影響大，自動(dòng)上料系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、可靠的對(duì)工件進(jìn)行上料，保證產(chǎn)品加工精度和產(chǎn)品一致性10。 第2章 防盜門(mén)板上料機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求防盜門(mén)即安全防盜門(mén)，主要用于各個(gè)場(chǎng)所的出入口，發(fā)揮發(fā)揮防盜作用。隨著防盜門(mén)產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，防盜門(mén)板自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠適用于多種型號(hào)防盜門(mén)的生產(chǎn)。防盜門(mén)板上料機(jī)是防盜門(mén)體自動(dòng)化生產(chǎn)線的入口設(shè)備，要求達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：1.板料寬度：800-1800mm 可調(diào); 2.板料長(zhǎng)度：2000-3000mm 可調(diào); 3.板料厚度：1-1.5mm 可調(diào)；2.2 總體方案的確定在板料上料領(lǐng)域，有三種較為常見(jiàn)的上料方式。其皆借助于真空吸盤(pán)和提升氣缸對(duì)板料進(jìn)行吸附和升空，不同的在于升空后低于板料的處理，一是借助縱向往返運(yùn)動(dòng)的的小車(chē)，將板料置于傳送帶上從而完成上料，二是采用擺動(dòng)氣缸與輔助滾輪，二者夾取板料，將板料送往輸送帶，三是利用磁性的傳送帶，將板料吸附在下平帶上，利用下平帶進(jìn)行傳送。前兩種在尺寸不大，重量較輕的板料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如冰箱側(cè)板等。而后者則應(yīng)用于板料尺寸較大的，故本設(shè)計(jì)采用后者。示意簡(jiǎn)圖如下：圖2.1 上料機(jī)示意圖 該上料機(jī)機(jī)械部分主要由機(jī)架，堆料小車(chē)，吸盤(pán)，負(fù)壓閥，提升氣缸，平帶輪，磁性平帶，調(diào)節(jié)軌道等組成，為保證單板上料，其上應(yīng)裝有重板檢測(cè)裝置，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)30s的上料節(jié)拍，應(yīng)有plc工控等，本設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)機(jī)械部分，故對(duì)控制過(guò)程不予分析，但相比前兩種上料方案，其動(dòng)作是較少的，控制系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單。板料至于小車(chē)上，可是不同尺寸一同碼垛堆放，以以便作為定位，以磁性分張器實(shí)現(xiàn)鐵板分張，啟動(dòng)機(jī)器后，液壓缸帶動(dòng)吸盤(pán)下移，負(fù)壓閥工作，接觸板料，當(dāng)吸盤(pán)內(nèi)壓力到達(dá)一定值，液壓缸帶動(dòng)吸盤(pán)及被吸附的板料上升，至一定位置后，板料被吸附在磁性平帶下邊，負(fù)壓停止，液壓缸繼續(xù)上升，一定位置后，重板檢測(cè)裝置運(yùn)行，檢測(cè)無(wú)雙板上料后平帶送料裝置啟動(dòng)，帶動(dòng)板料前往下一工序。完成上料過(guò)程。 第3章 提升裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 真空吸盤(pán)的選擇 由設(shè)計(jì)要求可知鋼板的最大長(zhǎng)、寬，厚分別為1800mm、 2000 mm、1.5mm 因此最大工件重量許用提升力在吸盤(pán)吸取板料時(shí)，由于吸盤(pán)吸附時(shí)產(chǎn)生變形導(dǎo)致可用面積減少、板料重量分布不均、負(fù)壓閥負(fù)壓小于理論計(jì)算值，個(gè)別板料大于重量大于理論值等因素的影響，需選定一個(gè)安全系數(shù)，上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，其值一般選定為2.5.表3.1 真空吸盤(pán)參數(shù)表吸盤(pán)垂直提升力（N）吸盤(pán)直徑D(mm) 吸持面積（cm） 吸盤(pán)垂直提升（N）（-0.04MPa） 254.9119.64328.0432.164012.650.45019.678.46028.3113.28050.2200.810078.5314.0120113.0425.2 當(dāng)吸盤(pán)提升最大板料時(shí)所需的垂直提升初步選取直徑為80mm的吸盤(pán)，計(jì)算所需吸盤(pán)個(gè)數(shù)由不足一個(gè)按一個(gè)計(jì)算，取整為8吸盤(pán)直徑雖表示吸盤(pán)的外徑，但利用真空壓力吸附物體時(shí)，因真空壓會(huì)使橡膠變形，吸附面積也會(huì)隨之縮小。其有效吸附面積大約是吸盤(pán)盤(pán)徑的90%，吸盤(pán)作為標(biāo)準(zhǔn)件此值在吸盤(pán)生產(chǎn)廠家給予的選型表中已被考慮，故所選吸盤(pán)盤(pán)經(jīng)不作更改。綜合上述，所選吸盤(pán)參數(shù)為：吸盤(pán)直徑D=80mm， 吸盤(pán)吸持面積A=50.2，吸盤(pán)個(gè)數(shù)n=5，真空壓力P=0.04MPa。吸盤(pán)尺寸及構(gòu)造如下： 圖3.1 吸盤(pán)布置方案簡(jiǎn)圖3.2吸盤(pán)的布置為使板料在上料過(guò)程中平穩(wěn)，吸盤(pán)在板料上的分布很是重要，因所需吸盤(pán)個(gè)數(shù)為8，在本設(shè)計(jì)中使用八邊形布置，使其在各邊方向都有兩個(gè)吸盤(pán)發(fā)揮作用。其尺寸和布置如下圖： 圖3.2吸盤(pán)布置方案簡(jiǎn)圖3.3 提升氣缸參數(shù)的選擇為方便工人對(duì)軌道裝置進(jìn)行操作，上料機(jī)總體高度在175-2000mm之間，因上料小車(chē)的存在，為方便小車(chē)運(yùn)料，平帶下邊離地800mm，根據(jù)氣缸行程、缸徑參考表，選定氣缸內(nèi)徑為130mm，壁厚10mm，氣桿外徑為30mm。3.4提升裝置軌道設(shè)計(jì)為滿足上料時(shí)板料長(zhǎng)寬可調(diào)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)軌道，使提升裝置在水平面上實(shí)現(xiàn)X、Y方向的移動(dòng)，以使吸盤(pán)附著在板料的合理位置。已知板料的寬度范圍為800mm-1800mm，長(zhǎng)度范圍為2000mm-3000mm，為使上料更加可靠，使按正八邊形分布的吸盤(pán)其中心靠近板料中心，以板料角點(diǎn)建立平面坐標(biāo)系，則最小尺寸板料中心坐標(biāo)為（400,1000），最大板料中心為（900,1500），則其X、Y方向需調(diào)整距離最小為500mm，加上吸盤(pán)尺寸277mm和一定的安裝尺寸，其寬度已大于板料最小寬度800mm，所以也就決定了只能由板料的長(zhǎng)度方向上上料。軌道布置實(shí)體建模如下，其由圓柱形軌道和直線軸承滑塊組成，軌道上鉆有銷釘孔，用于提升裝置的定位。圖3.3提升裝置軌道圖第4章 送料小車(chē)設(shè)計(jì)4.1板料碼垛后分張問(wèn)題的分析在金屬防盜門(mén)沖壓生產(chǎn)線上料工序中，其產(chǎn)料都是成垛放置，由機(jī)械手或者吸盤(pán)單張上料。但由于板料的表面較為光滑，為保證板料不發(fā)生氧化，往往在板料表面涂油，容易形成真空，不易分離，在上料過(guò)程中造成多片板料被上料，這顯然是不允許的。在傳統(tǒng)生產(chǎn)線，由工人戴上橡膠手套手工分離，其工作強(qiáng)度非常大，也極易造成工人手指壓傷，不利于安全生產(chǎn)，同時(shí)還可能對(duì)板料造成損壞，增加報(bào)廢率。在現(xiàn)代化工廠中，通常使用的措施是磁力分張，磁力分張器的生產(chǎn)和使用已經(jīng)十分普遍，它是利用同名磁極相互排斥的原理工作的，利用磁鐵形成磁場(chǎng)，金屬板料在磁場(chǎng)中被磁化，使得板料與板料之間具有相同磁性，產(chǎn)生斥力，當(dāng)磁鐵磁性較大時(shí)，板料與板料之間就會(huì)自動(dòng)分離，示意圖如下。圖4.1磁性分離器原理圖4.2磁性分張器的布置板料分離所加磁鐵的矯頑力與總磁能應(yīng)適可而止，太小會(huì)造成材料的充磁量不夠，斥力不足，導(dǎo)致板料分離效果不佳；太大會(huì)造成取料費(fèi)力現(xiàn)象。當(dāng)板料被磁化后，板料與板料之間極性相同表現(xiàn)為斥力，板料與磁鐵旳極性卻相反，表現(xiàn)為引力。板料被取走的過(guò)程中隨著板料與板料之間的距離增大，斥力與距離成二次方反比減弱，材料與磁鐵之間的引力起主導(dǎo)作用。引力過(guò)大就會(huì)造成取料困難，甚至取不起料的現(xiàn)象出現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中，板料的尺寸為：板料寬度：800-1800mm 長(zhǎng)度：2000-300mm由最大尺寸來(lái)看，其長(zhǎng)寬尺寸較大，使用單塊或單邊磁鐵肯定是不可取的，磁力過(guò)小能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法分張現(xiàn)象，磁力過(guò)大可能會(huì)造成板料的折彎。因此在板料的長(zhǎng)度尺寸上布置兩對(duì)磁性分張器，其布置及磁場(chǎng)分布示意圖如下。圖4.2磁性分離器布置圖4.3小車(chē)的承重計(jì)算車(chē)輪選擇重型承重輪，單個(gè)承重為800kg，總共6個(gè)，兩個(gè)磁性分張器的一邊布置兩萬(wàn)向承重輪，中間和另一邊各布置兩個(gè)，由于地面可能出現(xiàn)不平的情況，我們按五個(gè)承重輪計(jì)算其承重能力。即 已知最大板料重為63.2kg，按最大板料尺寸計(jì)算則最多承重張，垛料高度高為，同理，若按最小板料計(jì)算則單次運(yùn)料為320張，垛料高度為32mm。碼料下方墊木塊，避免由于分張氣的存在似的最后板料與小車(chē)產(chǎn)生吸力。小車(chē)實(shí)體建模如下:圖4.3小車(chē)的實(shí)體建模第5章 平帶送料裝置的設(shè)計(jì)5.1平帶的布置在本設(shè)計(jì)中，采用鑲有磁性材料的平帶送料，板料的尺寸范圍如下，1.板料寬度：800-1800mm;2.板料長(zhǎng)度：2000-3000mm；由最大尺寸，單張鋼板的重量達(dá)63.18kg，且采用平帶下邊作為板料的輸送，其帶速不宜過(guò)快，為防止打滑現(xiàn)象，帶速為1.8m/s，運(yùn)輸帶工作拉力1200N,帶輪直徑400mm。使用兩條平帶進(jìn)行送料。平帶置于板料上方，兩平帶輪的軸向尺寸小于所輸送板料的寬度。圖5.1 平帶送料裝置布置圖5.2平帶送料裝置傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)固定在機(jī)架上，使用聯(lián)軸器連接減速器輸入軸，減速器初步選用閉式圓柱齒輪二級(jí)減速器，輸出軸上裝一附加直齒輪，用以驅(qū)動(dòng)平帶輪，該齒輪只傳遞動(dòng)力，不作減速作用，為避免減速器在安裝時(shí)與軸產(chǎn)生干涉，該直齒輪分度圓直徑應(yīng)取大些。圖5.2 平帶送料裝置傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)圖5.3電動(dòng)機(jī)的選型 查閱相關(guān)資料，平帶所需牽引力為1200N,選定平帶帶速為1.8m/s 參照機(jī)械手冊(cè)運(yùn)輸機(jī)是一般機(jī)械，其電動(dòng)機(jī)第一優(yōu)先系列為Y型異步電動(dòng)機(jī)。 工作機(jī)所需的有效功率為：P1=Fv/1000=12001.8/1000=2.16(kw) 式中：電動(dòng)機(jī)需要提供的有效功率 帶的圓周力（N） 1.確定電動(dòng)機(jī)的輸出功率 傳動(dòng)裝置的總效率：=1223442=0.85 式中 1-運(yùn)輸機(jī)平型帶傳動(dòng)效率 2-聯(lián)軸器的效率 3-對(duì)滾動(dòng)軸承的效率 4-閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率常見(jiàn)機(jī)械效率見(jiàn)參考【11】附表1 電動(dòng)機(jī)所需功率為P= P1/h=2.16/0.85=2.54kw因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)在工作中沒(méi)有較大的沖擊，所以電動(dòng)機(jī)額定功率只需要比P稍大就行，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中表12-1所示Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)，可選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。2.確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 確定平帶輪轉(zhuǎn)速為86r/min，平帶輪直徑根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中表2-2，兩級(jí)圓柱齒輪減速器一般傳動(dòng)比范圍為840，則總傳動(dòng)比合理范圍為=840，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為984r/min4920r/min。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速的有3000 r/min 、1500r/min、1000 r/min、在一般機(jī)械中，一般選取1500 r/min或1000 r/min的電動(dòng)機(jī)，為降低成本，優(yōu)先選取1500 r/min的電機(jī)，再由電動(dòng)機(jī)的額定功率，可根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中表12-1查得，可選取Y100L24型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，其數(shù)據(jù)列于表1中。表5.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/KW滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)堵載轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y132S631420222.35.4減速器的選型執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/8853-2001，硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)。適用范圍：1.輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度要小于 2.配合齒輪分度圓上其線速度要小于 二級(jí)圓柱齒輪減速器選型方式1.型號(hào)：ZDY、ZLY、ZSY、ZFY圓柱齒輪減速機(jī)2.規(guī)格：?jiǎn)渭?jí)80560 兩級(jí)：112710 三級(jí)：160710 四級(jí)：1808003.表示方法：D表示單級(jí)、L表示兩級(jí)、S表示三級(jí)、F表示四級(jí)、Y表示采用硬質(zhì)齒面齒輪考慮到減速器級(jí)數(shù)越高，成本越高的緣故，且從實(shí)際出發(fā)，本設(shè)計(jì)中對(duì)平帶輸送的轉(zhuǎn)速要求不是很高，現(xiàn)采用zly型圓柱齒輪減速器轉(zhuǎn)向?yàn)閚，總傳動(dòng)比為1420/86=16.5第6章 主要零部件設(shè)計(jì)6.1直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)因該齒輪不做減速，只做傳動(dòng)作用，故齒數(shù)相同。6.1.1齒輪參數(shù)初步選定已知齒數(shù)比u1=1 齒輪轉(zhuǎn)速n=86r/min, 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。1.材料及熱處理：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)由表7-1輸入齒輪齒輪采用40，進(jìn)行調(diào)質(zhì)，硬度為250HBS，所以是軟齒面。輸出齒輪采用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)，硬度為210HBS。2.按照分類，皮帶輸送機(jī)是一般工作機(jī)器，其轉(zhuǎn)速和運(yùn)輸速度較低，精度要求不高，采用8級(jí)精度。3.因該對(duì)齒輪要與減速器配合使用，且布置在兩工作輪的中間，為保證減速器在安裝時(shí)不與軸產(chǎn)生干涉，要求其中心距大于250mm，查閱相關(guān)資料選齒輪齒數(shù)Z1=Z2=86由此可知兩齒輪為開(kāi)式的軟齒面嚙合，且二者材料硬度差為40HBS，可以有效地防止膠合破壞，另外兩齒輪嚙合應(yīng)先保證接觸疲勞強(qiáng)度，再校核彎曲強(qiáng)度。6.1.2確定材料的許用接觸應(yīng)力 查機(jī)械設(shè)計(jì)12式7-20得：(6.1) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中圖7-18a按齒面硬度查得直齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，（一般選取中間偏下值，MQ上選值）Hlim1=620MP, Hlim2=550MP 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中7-21式：(6.2) 式中： N齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min），（其中n1=n2=86r/min） j齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面的嚙合次數(shù)，j=1 齒輪的工作壽命（h），Lh=283008=38400h 齒輪的轉(zhuǎn)速：n1=86r/min，n2=86r/min 齒輪的工作壽命：Lh=283008=38400h 則： N1=N2=60n3jLh=6086138400=1.98108 確定接觸疲勞壽命系數(shù)： 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中圖7-20查得： 由機(jī)械設(shè)計(jì)表7-8取： 再由以上各項(xiàng)系數(shù)計(jì)算其許用應(yīng)力：H1KHN1lim/SH=（1620）/1.05=590MPH2=KHN2lim/SH=（1550）/1.05=524MP H=(H3+H4)/2 = (590+524)/2=557mp1.23H4=645mpH= 645mp6.1.3由接觸疲勞強(qiáng)度確定齒輪所需直徑 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中7-11式計(jì)算，其公式為：(6.3)1.試選載荷系數(shù)。2.確定齒寬系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)表7-6選取=0.8。 3.確定彈性影響系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)表7-5查得=189.8。 4.確定節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),直齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖7-14得=2.5。 5.確定重合度系數(shù),，由文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算重合度為1.52由機(jī)械設(shè)計(jì)式（7-8）計(jì)算重合度系數(shù)6.試算所需齒輪直徑。6.1.4對(duì)分度圓直徑進(jìn)行校對(duì) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)7-2式可知： （6.4） 式中使用系數(shù)，因?yàn)楣ぷ鬏d荷有輕微沖擊，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查表7-8 取=1.25。 動(dòng)載荷系數(shù)，計(jì)算圓周速度v=dtn3/721000=0.970m/s，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表7-7和普通傳動(dòng)應(yīng)降低成本精度可選得低些，8級(jí)精度要求是符合使用和設(shè)計(jì)要求的，根據(jù)轉(zhuǎn)速和精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)P149查圖7-7齒輪的精度等級(jí)適用要求，=1.08。齒間載荷分配系數(shù)，齒寬初定b=dd1t=0.872=58mm 計(jì)算單位載荷值為2KAT1/bd1t=(21.2587155)/4872=90.8N/M100 N/M，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查表7-3取值為1.2。 齒向載荷分布系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)由表7-4得 =1.32。將各計(jì)算值帶入載荷系數(shù)計(jì)算公式得出=2.14，與試選載荷系數(shù)相差較大，故按實(shí)際載荷系數(shù)修正所算的分度圓直徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)由式7-12得： （6.5）齒輪接觸疲勞強(qiáng)度取決于齒數(shù)，在模數(shù)一定的情況下，分度圓直徑大于85即可滿足接觸疲勞強(qiáng)度要求，由于減速器安裝要求的存在更改d1為300mm計(jì)算模數(shù)：m=d1/z1=300/86=3.5mm6.1.5確定許用齒根彎曲應(yīng)力 由機(jī)械設(shè)計(jì)7-22求其齒根彎曲應(yīng)力： (6.6) 式中齒根彎曲疲勞極限，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖7-21（a）取 齒根彎曲疲勞安全系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表7-8查得=1.25。 許用應(yīng)力修正系數(shù)，根據(jù)常用參數(shù)=2。 彎曲壽命系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖7-22查得。 尺寸系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖7-23查得=1。 將上述各式值帶入許用彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得:6.1.6齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由機(jī)械設(shè)計(jì)7-28得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式： （6.7） 式中，K載荷系數(shù)，已知， 齒高 h=2.252.95=6.64mm,b/h=48/6.64=7.22 機(jī)械設(shè)計(jì)查圖7-11得,則K=1.251.081.21.25=2.03。 齒形系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查圖7-16得。 應(yīng)力校正系數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查圖7-17得。將各項(xiàng)系數(shù)帶入由以下公式可以求得復(fù)合系數(shù)，則 重合度系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì),計(jì)算可得=T轉(zhuǎn)矩，T1=87155Nmm. 將以上各計(jì)算值帶入設(shè)計(jì)公式： =3.41mm 在其他條件相同的情況下，模數(shù)越大，則齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度越大，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，該齒輪模數(shù)應(yīng)大于3.41，且不宜過(guò)大，以免導(dǎo)致齒輪難以加工，稍大于3.41即可，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取m=3.5。再由接觸強(qiáng)度計(jì)算出后調(diào)整的分度圓直徑d3計(jì)算齒數(shù)： 6.1.7幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 中心距： 齒寬： 6.1.8確定齒輪結(jié)構(gòu)形式 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：查閱相關(guān)資料，當(dāng)齒頂圓直徑160毫米，采用腹板式結(jié)構(gòu)，故該對(duì)直齒輪為腹板式。6.2帶輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.2.1 總結(jié)帶輪軸的參數(shù)表6.1 帶輪軸載荷參數(shù)功率P/KW轉(zhuǎn)速n（r/min）轉(zhuǎn)矩T/（Nm）分度圓直徑（mm）壓力角（）2.8586283301206.2.2 軸的受力分析輸入轉(zhuǎn)矩直齒輪的圓周力：直齒輪的徑向力：直齒輪的法向載荷：6.2.3軸的材料的選擇 已知該軸的轉(zhuǎn)速為86r/min,轉(zhuǎn)速不高，而在上述軸的載荷分析過(guò)程中可以看出其受力是比較大的，優(yōu)先選取45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，增大其強(qiáng)度。6.2.4軸的最小直徑 由機(jī)械設(shè)計(jì)12-2估算最小直徑： (6.8) 式中：最小直徑系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中表12-3按45鋼查得=126因此： 考慮到鍵存在對(duì)軸強(qiáng)度的影響，d增大10%：6.2.5軸的裝配方案 低速軸的裝配方案如下圖4.2.7所示，圖6.1 低速軸的裝配方案6.2.6軸段直徑和長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 1.平帶輪內(nèi)孔直徑，故取mm，帶輪輪轂寬度為139mm，查閱相關(guān)資料軸段長(zhǎng)應(yīng)比輪轂長(zhǎng)少，使得其軸向定位更加可靠，取 2.帶輪用軸肩進(jìn)行軸向定位，則軸段的直徑 式中：軸處軸肩的高度（），取 即為軸承端蓋配合尺寸，則 為避免帶輪與軸承端蓋及軸承座安裝時(shí)發(fā)生干涉，已知帶輪寬度為220mm，軸承座所需安裝故取3. 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，機(jī)械設(shè)計(jì)中表10-1用6型深溝球軸承。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表15-4選擇軸承代號(hào)6214，其尺寸為，故；而。 由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表15-4可知6214型軸承的定位軸肩高度因此。取套筒壁厚為6mm，為使軸承座使裝配時(shí)簡(jiǎn)便，使得 齒輪右側(cè)設(shè)一軸環(huán)，用來(lái)最為齒輪的軸向定位: 考慮到軸環(huán)的左端為定位軸肩，初選取，則考慮到軸環(huán)的左端為非定位軸肩，初選，則，故 將帶入公式 則得由 ，取值符合要求，確定軸環(huán)的寬度應(yīng)滿足。齒輪寬度，為讓套筒確定的接觸到齒輪左端面，。4.取套筒長(zhǎng)度為32mm，為提高裝配的可靠性，齒輪外側(cè)與軸端面相距2mm，則5.已知板料最大長(zhǎng)度為2000mm，最大長(zhǎng)度為3000mm，采用兩帶輪外端面相距1200mm的跨距上料，則由以上步驟，各軸段的參數(shù)都已確定，將其匯總到表6.2。表6.2 低速軸的參數(shù)值軸的參數(shù)參數(shù)符號(hào)12345678910軸段長(zhǎng)度136130581181059324130136軸段直徑526070789282706052軸肩高度454756546.2.7 軸上零件的周向定位 輸送機(jī)作為一般機(jī)器，其軸上零件周向定位優(yōu)先選取普通平鍵，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中表6.2.3按查得鍵寬b與鍵高h(yuǎn)為，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，鍵的長(zhǎng)度L根據(jù)輪轂長(zhǎng)度確定，L等于或略小于輪轂長(zhǎng)度，由表6.2.3，按鍵的長(zhǎng)度系列，為保證其對(duì)中性，齒輪和軸配合為；同樣，按查得平鍵寬高，帶輪和軸配合為。6.2.8確定軸、齒輪及帶輪的倒角、圓角尺寸 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中表12-2零件轂輪圓角半徑和倒角查得，取軸端倒角為。軸6處圓角為2.5，其余各處為2，帶輪與齒輪倒角都為2.5。6.2.9 求軸上的載荷 由于帶輪和直齒輪的尺寸較大，需考慮其重量對(duì)軸的影響。由于腹板式結(jié)構(gòu)，體積不易計(jì)算，故使用proe建立實(shí)體模型，進(jìn)行質(zhì)量的測(cè)量 建立實(shí)體模型如下：圖6.2 平帶輪建模定義屬性材料，選擇STEEL,即普通鋼材，選擇分析-模型-質(zhì)量屬性，得出結(jié)果如下：圖6.3 平帶輪自重計(jì)算出其重力 按照以上步驟同樣可求得齒輪的重力平帶給平帶輪的力為按照以上受力及4.24中齒輪對(duì)軸的載荷分析，建立水平和垂直兩個(gè)方向的受力模型，分別計(jì)算其彎矩。左側(cè)帶輪中心與左側(cè)軸承中心的距離為211.5mm，軸承中心與齒輪中心距離為104mm，軸承中心與右側(cè)軸承距離為673mm，軸承中心與右側(cè)帶輪中心距離為211.5mm。水平：由于齒輪水平布置，且?guī)л嗇S逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其圓周力與重力方向一致。受力模型如下：圖6.4 水平受力模型圖 計(jì)算軸承的支反力： 帶入數(shù)據(jù)求得 垂直：建立受力模型如下：圖6.5 垂直受力模型 計(jì)算軸承的支反力： 帶入數(shù)據(jù)求得 將上列數(shù)據(jù)匯總，做出彎矩簡(jiǎn)圖和在和分布表如下：圖圖6.6 低速軸彎矩、扭矩圖表6.3 低速軸上的載荷分布載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩6.2.10 采用proe Mechanica功能模塊進(jìn)行有限元分析 1.按照表6.2.3中數(shù)據(jù)建立實(shí)體模型如下圖6.7 輪軸的實(shí)體建模2.定義材料性能參數(shù)，彈性模量為201GPa，在泊松比為0.3，參照表4.2.4的計(jì)算數(shù)據(jù)施加載荷，在安裝軸承曲面上添加位移約束。圖6.8 輪軸的實(shí)體建模3.進(jìn)入Mechanica分析，劃分網(wǎng)格為8，設(shè)計(jì)研究并新建靜態(tài)分析，其分析結(jié)果如下:圖6.9 帶輪軸應(yīng)力von Mises分布圖圖6.10 帶輪軸應(yīng)力最大主值分布圖圖6.11 帶輪軸位移圖圖6.12 帶輪軸最大主值應(yīng)變圖圖6.13 帶輪軸中間值應(yīng)變圖圖6.14 帶輪軸應(yīng)p級(jí)圖6.2.11按彎扭校核軸的疲勞強(qiáng)度 對(duì)最大彎矩截面進(jìn)行彎矩校核 （6.8） 式中：截面計(jì)算應(yīng)力 折合系數(shù)，該低速軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中P289應(yīng)取折合系數(shù) 抗彎截面系數(shù) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)12-1查得材料45調(diào)質(zhì)。因此，故安全。4.2.12精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1. 判斷危險(xiǎn)截面 從受載分，截面C上所受應(yīng)力最大。其截面應(yīng)力集中與截面4、5相近，但軸徑較大，因此不需要強(qiáng)度校核。截面C雖然應(yīng)力是最大的，但應(yīng)力顯然不集中，其軸徑最大，所以截面C也不需校核。截面3和7更需校核。結(jié)合有限元分析結(jié)果圖，該軸只需要對(duì)截面4左右兩側(cè)進(jìn)行校核。2. 分析截面3左側(cè)抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面3左側(cè)的彎矩： 截面VII上的扭矩： 面上的彎曲應(yīng)力： 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 由機(jī)械設(shè)計(jì)中表2-1查得，。及，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。因,，經(jīng)插值后可查得， 查得尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。按車(chē)削加工查得表面質(zhì)量系數(shù)，強(qiáng)化系數(shù)，得綜合系數(shù)：， 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)則得，S=1.5 式中： 故可知該軸安全。3.分析截面VII右側(cè)抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面右側(cè)的彎矩： 截面上的扭矩： 面上的彎曲應(yīng)力： 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 由手冊(cè)查得；表面質(zhì)量系數(shù)；尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。綜合系數(shù) 所以軸在右側(cè)的安全系數(shù)值為S=1.5 式中： 故可知該低速軸的截面3右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。結(jié) 論本文對(duì)板料沖壓領(lǐng)域中上料機(jī)的上料方案進(jìn)行了分析，從中吸取適合防盜門(mén)生產(chǎn)線的上料方式，通過(guò)對(duì)板料、機(jī)構(gòu)的計(jì)算和布置，設(shè)計(jì)出一種適合防盜門(mén)板上料的機(jī)器，其主要成果及不足如下：成果：1.本設(shè)計(jì)采用線性軌道實(shí)現(xiàn)了提升裝置的X、Y方向，靈活的根據(jù)不同尺寸板料對(duì)在上料過(guò)程中吸盤(pán)在不同板料的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低了由于上料裝置偏離板料中心導(dǎo)致板料脫落的風(fēng)險(xiǎn)，又使之具有柔性生產(chǎn)的能力。2.對(duì)提升裝置主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和確定，對(duì)其主要部件，如提升器缸、吸盤(pán)等進(jìn)行了選型和布置。3.對(duì)垛料的鐵板分張問(wèn)題進(jìn)行了討論和分析，采用磁性分離器對(duì)垛料進(jìn)行分張，并結(jié)合防盜門(mén)板料的尺寸進(jìn)行科學(xué)的布置，降低了多張上料的風(fēng)險(xiǎn)。 4.采用磁性平帶送料裝置，其成本低，動(dòng)作少，安全系數(shù)高。對(duì)送料裝置的主要參數(shù)進(jìn)行了確定，并依據(jù)這些對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速器進(jìn)行了選型。 5.對(duì)平帶送料裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)和主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并針對(duì)主要零部件利用pro/e做了實(shí)體建模和有限元分析。 不足：本設(shè)計(jì)只針對(duì)機(jī)械部分作出設(shè)計(jì)，其控制部分未能完成，特別是針對(duì)調(diào)節(jié)軌道的設(shè)計(jì)，需要人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，希望在日后針對(duì)本課題的研究設(shè)計(jì)能解決此問(wèn)題。指導(dǎo)教師：日 期：參考文獻(xiàn)1曹連登，李立松. 防盜門(mén)的現(xiàn)狀與展望J. 中國(guó)安防產(chǎn)品信息. 1996(2):15-162范立明. 薄板自動(dòng)上料機(jī)的設(shè)計(jì)J. 丹東紡專學(xué)報(bào). 1996