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1、河南科技學院河南科技學院 2009 屆本科屆本科畢業(yè)論畢業(yè)論文（文（設計設計） ） 論論文文題題目：目：鐵絲纏繞鐵絲纏繞包裝機包裝機設計設計-纏繞盤設計纏繞盤設計 學生姓名：學生姓名： 所在院系：所在院系： 機機電電學院學院 所學所學專業(yè)專業(yè)： ： 機機電電技技術術教育教育 導師導師姓名：姓名： 完成完成時間時間： ：2009 年年 5 月月 25 日日 摘摘 要要 鐵絲纏繞包裝機的設計主要包括鐵絲包裝機纏繞盤機構的設計，滾筒機構 的結構設計，及安裝上述兩部分機構的機架部分的設計，以及對這些機構中主要 受力元件進行受力分析。本設計主要對鐵絲包裝機的纏繞盤機構部分進行設計， 包括帶動纏繞盤轉動的

2、傳動方案的設計和在傳動方案中包含的主要零部件的選 擇、設計及校核及電動機的選擇。另外，還對主要的軸，軸承，齒輪，帶輪，螺釘 等零件運用 Pro-e 完成其三維圖的繪制，并對其進行裝配，最后完成對鐵絲纏繞 包裝機的設計。最終設計出成本較低，可靠性強，使用壽命長，節(jié)省勞動力，節(jié)省 時間的自動鐵絲纏繞包裝機。 關關鍵詞鍵詞： ： 鐵絲纏繞包裝機，纏繞盤，電動機， Pro-e 繪圖 全套全套圖紙圖紙，加，加 153893706 The design of packaging machine about the iron wire circle -The design of winding wire r

3、ing Abstract Wire winding machine designed packaging includes all the packing machine wire winding plate body design, roller structure design, and installation of the above two parts, body parts of the rack design, and of these institutions by force by the force components analysis. The main design

4、of the packaging machine wire winding plate of the body parts of the design, including rotating disk drive winding drive program design and program in the drive that contains the main components of the selection, design and verification and motor choice. In addition to the main shaft, bearings, gear

5、s, pulleys, screws and other parts to use Pro-e to complete its three-dimensional mapping, and its assembly, the final completion of the winding wire packaging machine design. Ultimately lower the cost of design, reliability, long life, saving labor, time-saving automatic packing machine wire windin

6、g. Keywords: Packing wire winding machine, Winding plate, Motor, Pro-e Drawing 目 錄 1 緒論1 2 設計要求1 3 鐵絲包裝機纏繞盤傳動方案設計.2 3.1 鐵絲包裝機傳動方案選擇.2 3.2 鐵絲包裝機纏繞盤傳動方案示意圖.2 3.3 電動機的選擇.3 3.3.1 選擇電動機的類型.3 3.3.2 選擇電動機的功率.3 3.3.3 確定電動機的轉速及類型.4 4 鐵絲包裝機主要傳動零件的設計.5 4.1 錐齒輪的設計.5 4.2 同步帶及同步帶輪的設計.9 4.3 軸的結構設計及受力分析.10 4.3.1 軸的

7、結構設計.10 4.3.2 軸的受力分析.11 4.3.3 校核軸的強度.12 5 裝配圖及其他主要零件圖.13 6 結束語15 致謝15 參考文獻16 1 1 緒論緒論 機械設計（machine design），根據使用要求對鐵絲纏繞包裝機的工作原理、結 構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等 進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。 傳統(tǒng)的鐵絲包裝存在著一些缺點:一是包裝的方法老舊,二是包裝浪費時間,還有 就是包裝的手動占很大的部分,造成勞動力的浪費,所以現(xiàn)存的鐵絲包裝機不能快 速高科技節(jié)省勞動力的對鐵絲進行自動化包裝,因此我們就

8、此對鐵絲包裝機進行 設計. 經本設計完成的鐵絲纏繞包裝機能完成鐵絲的自動包裝,并且能達到節(jié)省勞 動力,節(jié)省時間,從而利用高新科技達到節(jié)省成本,完成鐵絲的纏繞包裝.這樣使包 裝機的使用壽命也能大大加強,鐵絲纏繞包裝的可靠性也會大大加強,達到社會上 要求的標準,并且提高社會生產力. 目前在我國，受經濟條件和技術水平的限制，手動和半自動進行鐵絲纏繞包 裝仍是我國中最常用的鐵絲包裝方式。由于投資成本較低，我國勞動力豐富.且操 作簡單,所以在中小型企業(yè)獲得了廣泛應用。 隨著鐵絲包裝技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鐵絲包裝技術難以滿足現(xiàn)今鐵絲纏繞 包裝要求。國外普遍利用自動鐵絲包裝機等來替代老舊的鐵絲包裝技術，這種

9、自 動鐵絲纏繞包裝在工業(yè)發(fā)達國家已開始推廣使用。在國內鐵絲纏繞包裝行業(yè)中， 近年來開始嘗試采用自動機械鐵絲包裝機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工鐵絲包裝的方法，目 前還沒有推廣。自動鐵絲纏繞包裝機在完成鐵絲包裝技術的同時也能節(jié)能環(huán)保， 同時使用時間長久.但是鑒于它的設備體積大、功率因數(shù)低、費用較高等原因，在 中小型鐵絲纏繞工廠上多不用。把傳統(tǒng)的鐵絲包裝機改成更加節(jié)能，占地小.功率 高.鐵絲包裝質量優(yōu)良.價格合理包裝機器是鐵絲包裝機發(fā)展的一個重要項目。 Pro/Engineer 是一套由設計至生產的機械自動化軟件，是新一代產品造型系 統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據庫功能。 Pro/En

10、gineer 是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員 采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角.基于此 繪圖軟件的這些優(yōu)點,本次設計使用 PRO-E 繪制設計圖. 2 設計設計要求要求 了解鐵絲纏繞包裝機的主要用途，國內外研究及使用情況，與另外兩位同學 一起研究制定整機設計方案，重點對鐵絲纏繞包裝機的鐵絲纏繞盤進行設計，主 要是設計包括纏繞盤部分傳動方案的設計和傳動方案中主要零件的選擇及設計， 在結構及裝配上與另外兩位同學所設計部分協(xié)調一致。并對鐵絲纏繞盤的受力 2 件進行受力分析且在有必要的計算后方進行設計制圖，且需利用 PRO-E 繪制這 些零部

11、件，最后對這些零部件進行裝配。 3 鐵絲鐵絲包裝機包裝機纏繞盤傳動纏繞盤傳動方案方案設計設計 3.1 鐵絲鐵絲包裝機包裝機傳動傳動方案方案選擇選擇 由于纏繞盤轉速較低，因此帶動纏繞盤轉動的動力裝置摩擦輪的轉速也較低， 因此需要一個減速機構，由電動機到摩擦輪所在軸的轉速通過錐齒輪傳動實現(xiàn) 減速。由于纏繞盤是由四個摩擦輪通過摩擦力帶動纏繞盤轉動，所以四個摩擦輪 應有同樣的轉速，為實現(xiàn)其同速，采用同步帶傳動來實現(xiàn)。 3.2 鐵絲鐵絲包裝機包裝機纏繞盤傳動纏繞盤傳動方案示意方案示意圖圖 111 1 22 3 4 5 6 圖 1 示意圖 1電動機 2聯(lián)軸器 3、4錐齒輪 5同步帶輪 6機架 7摩擦輪 3

12、.3 電動電動機的機的選擇選擇 7 3 3.3.1 選擇電動選擇電動機的機的類類型型 按已知的工作要求和條件，由于 YEJ 型電動機適用于快速停止，準確定位的 場合，如輕工、包裝等方面，因此選用 YEJ 型電磁制動三相異步電動機。 3.3.2 選擇電動選擇電動機的功率機的功率 1)纏繞盤重力計算 G =g v =2.8 1000 0.05(r1 r1-r2 r2) 10 (1) =208.81N 2)摩擦輪轉速計算 n2 = 2 11 D Dn = (2) 15 10060 =400r/min 3)求電機的功率 由纏繞盤的重力及摩擦輪對纏繞盤的支撐力夾角 90計算支撐力 N1 和 N2 為：

13、N1= = 208.81=147.63N (3) 橡膠輪與纏繞盤間的摩擦系數(shù)6 . 0 F1=F2 F1=N1* F1、F2F3、F4 由于摩擦力 F3、F4 非常小，因此可忽略。 纏繞盤轉動所需要的功率為： (4) 由電動機到纏繞盤之間的總效率為： (5) 、3、4、5 分別為聯(lián)軸器、齒輪傳動、 同步帶12 傳動、與機架裝配的軸承及摩擦輪傳動的效率。取=0.95、1 =0.94、3=0.96、4=0.98、5=0.88 則2 2 2 G 2 2 W G N F VFP 69.741 2 2 2 12 12 12 54321 4 =0.95 0.94 0.96 0.98 0.88 所以 (6)

14、 3.3.3 確定確定電動電動機的機的轉轉速及速及類類型型 按機械設計手冊推薦的合理傳動比范圍，錐齒輪的傳動比 i3，故電動機轉 速的最大為： nd=i n2=3 400=1200r/min (7) 符合這一范圍的同步轉速由于 940r/min、960r/min,再根據計算的功率且因為 電動機轉速越高起總傳動比越大，傳動裝置尺寸越大。因此選用 YEJ100L-6 型電 磁制動三相異步電動機 。 所選電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸如下表所示： 表 1 電機尺寸 中心高 H外形尺寸 L(AC/2+AD)H D 底腳安裝 尺寸 A*B 地腳螺栓 孔直徑 K 軸身尺寸 D*E 裝鍵部位 尺寸 F*GD

15、 100380*282.5*245160*1401228*608*7 圖 2 電動機安裝尺寸圖 4 鐵絲鐵絲包裝機主要包裝機主要傳動傳動零件的零件的設計設計 4.1 錐齒輪錐齒輪的的設計設計 1) 兩齒輪的傳動比 u=2.35 (8) 2 1 n n 400 940 2) 計算小齒輪傳遞的轉矩： KW P Pd056 . 1 88 . 0 98 . 0 96 . 0 94 . 0 95 . 0 742. 0 5 (9) 兩周夾角為 使用壽命12000h 90 T 3) 接觸強度設計計算 選擇材料 由表 3.7-32 查得，小齒輪材料牌號：40MnB, 調質處理；大齒輪材料牌號：45，調 質處理

16、。 接觸疲勞極限 由圖 3.7-26 查得， MPa H 700 1lim MPa H 600 2lim MPa H 5406009 . 0 2lim 尺寬系數(shù) 3 . 0 R 載荷系數(shù) 由表查 3.7-26 得 K=1.4 小齒輪大端分度圓直徑 d1 (9)3 2lim 2 )5 . 01 ( 1 81.11901 H RuR KT d mm31.61 540 20 47 3 . 0)3 . 05 . 01 ( 48.144 . 1 81.1190 3 22 4) 主要尺寸確定 齒數(shù) z 由表 3.8-2 查得 z1=20 則 z2=47 大端模數(shù) m me (10) 取 me=3.5 大端

17、分度圓直徑 de1、de2 de1=mz1=3.5 20=70mm (11) de2=mz2=3.5 47=164.5mm 節(jié)錐角21、 1= (12) mmN n P T 48.14 940 95 . 0 5 . 110 5 . 95 1 1105 .95 55 07 . 3 20 31.61 1 1 z d 05.23 47 20 arctan 2 1 arctan z z 6 2=90- 1=66.95 外錐距 Re Re= (13) 尺寬 b b= (14)mmR R 82.26387.893 . 0 取 b=27mm 實際尺寬系數(shù) 取 3 . 0 R 大端分度圓平均直徑 dm1 dm

18、1=d1(1-0.5) =70 (1-0.5 0.3)=59.5mm (15)R 5）接觸強度校核計算 名義切向力 Ftm Ftm= (16) 相關系數(shù) 由表 3.7-28 查得 Ka=1 Vm= (17)27.29 6000 14. 3940 5 . 59 6000 1 1 ndm KV=1.85 ZH=2.512 . 1 K ZE=189.8MPa ZW=1 ZN=1 許用接觸應力MPa H 700 1lim N1 =60r n1 (19) T =60 1 940 12000 =6.768N0=5 8 10 5 10 N2=N1/u=2.88N035 . 2 /10768 . 6 8 8

19、10 由表 3.7-23 查得 SHmin=1.1 (20) 計算接觸應力 387.89 05.23sin2 70 1sin2 1 d 302 . 0 387.89 27 e R R b N d T m 72.486 9 .59 18.14*200012000 1 HP VAtm HEH uRdb uKKKF ZZ 26.393 35. 2)3 . 05 . 01 (7082.26 135 . 2 12 . 1 85 . 1 172.486 5 . 2 8 . 189 )5 . 01 (1 1 2 2 491 1 . 1 11540 min *2lim 2 H WNH HP S ZZ 7 (2

20、1) 所以接觸強度滿足要求。 6)彎曲強度校核計算 相關參數(shù) YFa (22) 由圖 3.7-26 查得 65 . 2 1 F Y25 . 2 2 F Y 1 Y1 1 N Y1 2 N Y 84 . 0 1 ST Y98 . 0 2ST Y1 X Y 2 . 1 min F S 計算許用彎曲應力 FP (23) (24) 查得由圖與29-7 . 3 2lim1limFF 計算彎曲應力 (25) F 735.21 05.23cos 20 cos 1 1 1 Z Z 99.119 95.66cos 47 cos 2 2 2 Z Z 5 . 2 9 . 0 25 . 2 2 F Y 95 . 2

21、9 . 0 65. 2 1 F Y 58.195 98 . 0 2 . 1 11230 2min 222 2 STF XNFLIM FP YS YY 278 84. 02 . 1 11280 1min 11lim 1 STF XNF FP YS YY 8 1 1 1 29.37 )3 . 05 . 01 (5 . 3816.26 95 . 2 112 . 1 85 . 1 174.486 )5 . 01 ( FP M FVAtm F MPa Rb YYKKkF 故彎曲強度滿足 兩齒輪的基本尺寸 中心分度圓直徑 (26)mmRdd em 825.139)3 . 05 . 01 ( 5 . 164

22、)5 . 01 ( 22 頂隙 (27)875 . 0 5 . 32 . 0 e mcc 大端齒頂高 (28) 大端齒根高 (29) 全齒高 h=(2+c*)me=(2+0.2) 3.5=7.7mm (30) 齒根角 (31) 齒頂角 (32) 錐 角 (33) 根錐角 (34) 大端齒頂圓直徑 (35)mm44.760513.23*5 . 3*2702 1111 。 coacoahdd aeae mm24.16795.66*5 . 3*2 5 . 1642 2222 。 coacoahdd aeae 2 1 2 12 6 . 31 29.37 95. 2 5 . 2 FP F F FF MP

23、a Y Y mm mchh eff 7 . 75 . 3)2 . 01 ( )1 ( * 21 .1 1 69 . 2 387.89 2 . 4 arctanarctg r h e f f .2 2 69 . 2 arctan e f f r h mmmhh eaa 5 . 3 21 。 69. 2 21 fa 。 69. 2 12 fa 74.2569 . 2 0513.23 111 aa 64.6969. 29487.66 222 aa 。 36.2069. 20513.23 111 ff 。 26.6469 . 2 9487.66 222 ff 9 圖 3 錐齒輪軸和錐齒輪 4.2 同步

24、同步帶帶及同步及同步帶輪帶輪的的設計設計 1）計算功率 (36) 2）選擇同步帶節(jié)距 由 P=2.277KM 和 n=400r/min 查圖 8-16 選取 H 型同步帶 mmPb 7 . 12mmbs 2 . 76 0 3）帶輪齒數(shù) 1 Z 由表 8-38 查得 再由表 8-85 選取14 min Z 15Z 4）帶輪節(jié)圓直徑 d d= (37) 5）帶速 v (38) 由表 8-37 查得 vmax=3540m/s 因為 vvmax 合適 6）帶的節(jié)線長度 0P L =4 791.9596=3167.8mm 0P L 7）基本額定功率 0 P 根據 H 型同步帶， Z=16 由表 8-41

25、 查得，用插值法計算min/4001rn KWP84 . 2 0 8）帶寬 s b (39) 由表 8-31 選 帶號為 300mmbs 2 . 76 669.60 15 7 . 12 ZPb sm nd v/27 . 1 100060 400669.6014 . 3 100060 11 mm PK P bb d ss 77.62 ) 68 . 2 1 277. 2 (2 .76 )( 14. 1 1 14 . 1 1 02 0 KWPKP A 277 . 2 94. 095. 05 . 17 . 11 2 10 9）作用于軸上的力 r F (40) 圖 4 同步帶輪 4.3 軸軸的的結結構構

26、設計設計及受力分析及受力分析 4.3.1 軸軸的的結結構構設計設計 初步估計軸的最小直徑選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。根據表 15-3，取 A0=126,于是得： (41) 取 d=20mm 因為該軸段 1 是與摩擦輪配合，因此其長度為 30mm，2 段軸是對摩擦輪起 一個定位作用，因此該段軸的直徑為 d2=23mm,因為該段是與軸承相配合且機架 與摩擦輪之間應留有一定的空隙，所以其長度為 25mm,3 軸段是與通過機架的軸 承相配合，軸承由軸承端蓋和套筒實現(xiàn)軸向定位，軸承選用 6205 型深溝球軸承， 因此 3 段的軸肩不起定位作用，該段的直徑 d3=25mm,該段軸的長度取決于機架

27、的厚度 L3=18mm，4 段軸的軸肩不起定位作用，d4=27mm，長度比帶輪寬度小一 些，L4=76mm,下一段軸要其定位作用，因 d5=30mm，其是一軸環(huán)，寬度為 5mm, 第六段軸是與錐齒輪相配合，其軸頸為 27mm，寬度取決于錐齒輪的寬度。 軸的結構如圖所示： N v P F d r 134.192910 27 . 1 45 . 2 10 33 33 0min 85.18 400 94 . 0 95 . 0 5 . 1 126mm n P Ad 11 圖 5 軸 4.3.2 軸軸的受力分析的受力分析 (42) 1）錐齒輪的受力 圓周力 (43) 徑向力 (44) 軸向力 (45) 2

28、）同步帶作用于軸上的力 受力分析求垂直面的支反力： A B C D147.63N Rf Q Fr 圖 6 軸垂直面受力圖 (46) KNNFQ r 193 . 0 134.1929 1 mNT.99.31 400 94 . 0 95 . 0 5 . 1 9550 1 KN dm T FT457 . 0 825.139 99.3122 1 1 KN coadFF tR 065 . 0 9487.66cos20tan457 . 0 tan . 1 。 KN dFF ta 153 . 0 9487.66sin20tan457 . 0 sintan . 1 。 KNRf2319 . 0 193 . 0

29、 165 . 0 2 2 1063.147 3 1 12 求垂直面內彎矩 3)繪垂直面彎矩圖 a b c d 圖 7 垂直面彎矩圖 繪制水平面彎矩圖 4) 受力分析并求水平面支反力 A B D Q Ft 圖 8 軸水平面受力圖 KNFR TH 457 . 0 5) 求水平面彎矩 (47) mmNFM THb .58039127457127 6) 繪制彎矩圖 mmNMVB.84.636661 2 2 63.147 mmNMVC.49.164529 .231)6152( 2 2 63.147 1 13 a b c 圖 9 水平面彎矩圖 7) 求合成彎矩 N.mm (48)580395803984.

30、6366 22 22 HBVBB MMM mmNMMMM VCHCVCC .69.264 22 4.3.3 校核校核軸軸的的強強度度 軸的材料為 45#鋼，調質處理。由設計手冊查的， 【-1】=60Mpa,從彎矩圖可以 看出，截面 BC 為危險截面。 1) 截面 B 為軸承處 db=25mm (49) 2) 截面 C 為帶輪處 db=27mm (50) 強度足夠，滿足要求。 5 裝配裝配圖圖及其他主要零件及其他主要零件圖圖 MpaMpa W Mc c bc 6086.11 4 . 1931 82.19195 272 )427(48 32 27 1919499.264 2 3 22 MpaMpa

31、 W MM W M B TB B B bB 60124.39 251 . 0 1919458039 3 22 22 14 圖 10 纏繞盤裝配圖前視 圖 11 纏繞盤裝配后視 圖 12 長軸 15 圖 13 短軸 圖 14 纏繞盤 6 結結束束語語 鐵絲纏繞包裝技術以前主要以手工和半自動包裝為主，隨著技術的更新，鐵 絲自動包裝技術慢慢取代以前的包裝方法。此次設計較以往的鐵絲包裝機結構 有所改進，隨著科學的不斷發(fā)展，生產效率的不斷提高，產品質量要求更加嚴格， 鐵絲包裝機在未來會被廣泛應用。因此改進后的新的機器纏繞包裝后能完成鐵 絲的自動包裝.并具有包裝速度快，包裝范圍廣泛，操作簡便等特點。并且能

32、達到 16 提高工作效率，節(jié)省工作時間，減少產品包裝成本，提高產品檔次。且更大的提 高生產效率、更進一步的節(jié)省勞動力，創(chuàng)造更大的經濟效益，服務于生產。 致致謝謝 本文的全部工作是在尊敬的指導老師的悉心的指導下完成的。指導老師敏 捷的思維、淵博的學識、嚴謹?shù)膶W風、深厚的專業(yè)功底以及追求真理、勇于創(chuàng)新 的精神給我留下了深刻的印象，使學生受益終身，也將永遠激勵和鞭策著我刻苦 學習，努力工作。指導老師不僅在學業(yè)上為我嘔心瀝血，還在工作中為我指明了 方向。我在工作和學習中的點滴進步，都離不開指導老師的幫助。至此論文結稿 之際，謹向我敬愛的指導老師致以深深的謝意和崇高的敬意。 參考文獻參考文獻 1 濮良貴

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