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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目：圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè) 計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923113 學(xué)生姓名： 顧一濤 指導(dǎo)教師： 何雪明 （職稱：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圍板包裝箱 自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo) 注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何 其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923113 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 1、課題來源：來源于工廠 2、選題依據(jù)：圍板箱是由托盤、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板 的四片木板用鉸鏈連接。由于裝箱的靈活性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性， 圍板箱被廣泛應(yīng)用與機(jī)械、化工、電子、五金一集其他領(lǐng)域的物流配送，具有 能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。 作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，圍板箱越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然 而， 現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的 生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。 這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 節(jié)約生產(chǎn)成本， 我們對(duì)圍板箱的 現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出了適應(yīng)與圍板箱生產(chǎn)的自動(dòng)合圍裝置。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 熟練運(yùn)用 UG 繪制三維模型圖 熟悉圍板包裝箱生產(chǎn)加工的過程 了解近幾年對(duì)圍板箱生產(chǎn)工藝的改進(jìn) II 設(shè)計(jì)出合理的圍板箱合圍裝置 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 顧一濤 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 25 日 III 摘 要 圍板箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，圍板箱越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而， 現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生 產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降 低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本，我們對(duì)圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，通過對(duì)原 有圍板箱生產(chǎn)工藝的分析，設(shè)計(jì)了適應(yīng)于圍板箱的自動(dòng)合圍裝置。 圍板包裝箱在生產(chǎn)過程中主要分為上料、拼接、鉆鉚、合圍等幾部分工序，本論文 主要是設(shè)計(jì)合圍裝置的說明。將 2 個(gè)用鉸鏈連起來的 2 片木板的兩端分別鉚接起來。連 接起來的木板鏈一端是只有孔，另一端是僅鉚接了半面鉸鏈（另半面沒有鉚接）。首先 第一步是鉚接了半面鉸鏈的一端在前另一端在后，通過擋板來約束定位；第二步運(yùn)用氣 壓缸來推動(dòng)夾緊塊來夾緊木板，使之不能像對(duì)滑動(dòng);之后在是夾緊裝置繞主軸旋轉(zhuǎn) 180， 在重復(fù)第一、二步操作（第二次只旋轉(zhuǎn) 90），使兩塊木板合圍，之后通過平移夾緊旋 轉(zhuǎn)裝置使需要鉚接的部分移到鉚接機(jī)上，在上鉚釘鉚接從而完成合圍。 關(guān)鍵詞：圍板箱；合圍；鉚接；自動(dòng)生產(chǎn)線 IV Abstract Hoardings box as outsourcing logistics facilities around the crate more and more popular with customers , a huge amount of use . However, the backward the existing hoardings box mode of production in the production of man-made factors , which makes the production of hoardings box there is low productivity, unstable quality defects . This has seriously affected the application of hoardings box . In order to improve labor productivity, reduce labor intensity , reduce production costs , we conducted a research on the hoardings Box existing production process through the analysis of the production process of the original hoardings box , designed to adapt to the hoardings box automatically encirclement devices. The hoardings box on materials , stitching, drilling and riveting , encircled in the production process is divided into several parts process of this thesis is the design of the encirclement device . Two hinges to link two of the ends of the planks were riveted . Connected one end of the wood chain is the only hole , the other end is only half a face riveted hinge ( the other half of a riveting ) . First step is riveting half-face one end of the hinge in front the other end of the baffle to constrain the positioning ; second step the use of pneumatic cylinder to push the clamping block for clamping wood , so they can not like sliding ; after clamping device around the spindle 180 , repeat the first and second steps ( second rotation only 90 ) , so that the two pieces of wood encircled by the pan after clamping rotary device to make part moved to the riveting machine riveting , thus completing the encirclement on the rivet . Key words: Hoardings box ; encirclement ; riveting ; automated production lines V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.3 本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .4 2 生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .5 2.1 圍板箱生產(chǎn)工藝分析 .5 2.1.1 圍板尺寸參數(shù) .5 2.1.2 生產(chǎn)線工藝流程 .5 2.1.3 總體結(jié)構(gòu) .7 2.1.4 生產(chǎn)節(jié)拍的擬定 .7 2.1.5 控制系統(tǒng) .8 3 各部分具體設(shè)計(jì) .9 3.1 木料傳入部分設(shè)計(jì) .9 3.2 木料的定位夾緊裝置設(shè)計(jì) .9 3.3 旋轉(zhuǎn)移位裝置 .10 3.3.1 電動(dòng)機(jī)的選取 .11 3.3.2 傳動(dòng)比的分配 .13 3.4 伸縮移位 .19 3.5 鉚接 .20 3.5.1 定位 .20 3.5.2 送釘裝置 .20 3.5.3 鉚接裝置 .29 4 結(jié)論與展望 .35 致 謝 .36 參考文獻(xiàn) .37 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 圍板箱是由托盤、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板的四片或六片木板用L型鉸 鏈連接。由于裝箱的靈活性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性，圍板箱被廣泛應(yīng)用于機(jī) 械、化工、電子、五金以及其他領(lǐng)域的物流配送，具有能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。 圍板箱的優(yōu)點(diǎn)： 1. 圍板箱的長(zhǎng)、寬根據(jù)托盤的尺寸確定，使用層數(shù)可根據(jù)承載物的高度來決定，最 大限度地提高箱體空間的利用率。 2. 由于無釘化作業(yè)，顯著地降低了工人在裝卸過程中發(fā)生工傷的風(fēng)險(xiǎn)。 3. 不存在因箱體的部分損壞而令整箱報(bào)廢的情況，對(duì)于同一尺寸，可實(shí)現(xiàn)完全互換 使用。 4. 運(yùn)輸時(shí)可將圍板折疊為雙層或四層相連接的木板結(jié)構(gòu)擺放在托盤上，大大地減少 貯運(yùn)體積，有效的降低運(yùn)輸成本。 在循環(huán)包裝系統(tǒng)里，方便靈活的圍板箱有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。這是一種標(biāo)準(zhǔn)的物流 器具，損壞的頂蓋與側(cè)板很容易進(jìn)行替換，整體循環(huán)包裝系統(tǒng)的投資比較低廉，而使用 壽命則可達(dá)十年之久，這也是一種可靠的堅(jiān)固的可以折疊的包裝系統(tǒng)。由于裝箱的靈活 性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性,圍板箱被廣泛運(yùn)用于機(jī)械、化工、電子、五金以及 其他領(lǐng)域,此外還具有傳統(tǒng)木箱不具備的很多優(yōu)點(diǎn),因而這種產(chǎn)品在國(guó)外也特別受歡迎,運(yùn) 用也很普遍。 a b 圖1.1 圍板 如圖1.1中圍板樣式，本論文主要生產(chǎn)設(shè)計(jì)的是圖b所示的圍板。 然而，現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn) 上存在著生產(chǎn)效率低， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本，使用自動(dòng)生產(chǎn)線產(chǎn)品生 產(chǎn)和質(zhì)量穩(wěn)定，我們對(duì)圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，在此特設(shè)計(jì)圍板包裝箱的自 動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 制造業(yè)是國(guó)名經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的載體及使其轉(zhuǎn)化為規(guī)模生 產(chǎn)力的工具與橋梁。裝備制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家綜合制造能力的集中體現(xiàn)，重大裝備研制能 力是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水品和綜合國(guó)力的重要標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我國(guó)正值“十一五”建設(shè) 期間，國(guó)家將振興裝備制造業(yè)作為推進(jìn)工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的主要內(nèi)容。按照立足科學(xué)發(fā) 展，著力自主創(chuàng)新、完善體制機(jī)制、促進(jìn)社會(huì)和諧的總思路，組織實(shí)施國(guó)家自主創(chuàng)新能 力建設(shè)規(guī)劃和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，大力加強(qiáng)自主創(chuàng)新支撐體系建設(shè)，著力推進(jìn)重大產(chǎn) 業(yè)技術(shù)與裝備的自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，全面提升我國(guó)全面提升我 國(guó)的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，實(shí)現(xiàn)全面建設(shè) 小康社會(huì)的奮斗目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 板箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，圍板箱越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而， 現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生 產(chǎn)效率低， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。 在國(guó)內(nèi)，圍板箱是一款可反復(fù)循環(huán)使用的新型包裝，適用于緊固件、金屬球、沖壓 件等不規(guī)則產(chǎn)品的包裝，是出口到歐洲的產(chǎn)品包裝的不二選擇。圍板箱基本以木板為主 要材料，側(cè)板大多數(shù)都是采用模板或者大板制作，使得材料的選取過于苛刻，而且成本 比較高。圍板箱的生產(chǎn)也主要以人工為主，木板加工以半自動(dòng)化為主。 而國(guó)外，德國(guó)KTP公司可以說是制造圍板箱的代表，經(jīng)過其幾代人的努力，現(xiàn)今已經(jīng) 研制出了可折疊式塑料圍板箱（見圖1.2）。其生產(chǎn)方式也采用了全自動(dòng)化的生產(chǎn)線模式， 箱子規(guī)格也都已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，方便統(tǒng)一規(guī)格生產(chǎn)。 圖1.2 折疊式圍板箱 從國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況來看，國(guó)內(nèi)外的圍板箱生產(chǎn)具有以下的優(yōu)缺點(diǎn)： 1、在國(guó)內(nèi)，圍板箱的規(guī)格可以根據(jù)買家的要求來制定，比較方便靈活；在國(guó)外，圍 板箱的規(guī)格趨于標(biāo)準(zhǔn)化，方便一體化生產(chǎn)，銷售，物流規(guī)格可漸漸統(tǒng)一，適應(yīng)以后的發(fā) 展前景。 2、在國(guó)內(nèi)，圍板箱各部分不存在因箱體的部分損壞而令整箱報(bào)廢的情況，對(duì)于同一 尺寸，可實(shí)現(xiàn)完全互換使用；在國(guó)外，部分圍板箱已經(jīng)趨于一體化，防水，防塵，全面 保護(hù)物品，存儲(chǔ)較方便。 3、在國(guó)內(nèi)，使用木板為主材料，成本低廉；在國(guó)外，開始使用可完全回收利用的塑 料，從而減少樹木的砍伐，保護(hù)環(huán)境。 4、國(guó)內(nèi)，圍板箱的生產(chǎn)方式采取以半自動(dòng)化為主，有訂單再生產(chǎn)的方式；在國(guó)外， 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 3 圍板箱的生產(chǎn)方式采取全自動(dòng)化生產(chǎn)線的模式。 圍板箱生產(chǎn)過程中對(duì)于木板的連接采用的是鉚接方式連接的，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)的國(guó)內(nèi)外 狀況如下： 自動(dòng)鉆鉚技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)50年代開始起步，經(jīng)歷了手動(dòng)、半自動(dòng)化、全自動(dòng)化等 階段，在其發(fā)展過程中，不斷吸收了其他技術(shù)，成為了-I-J綜合多學(xué)科、多技術(shù)的專用 技術(shù)，逐步走向完善。 (1) 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 自上世紀(jì)50年代以來，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)在美國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)等國(guó)都得到了相 應(yīng)的發(fā)展。 美國(guó)是最早發(fā)展自動(dòng)鉆鉚技術(shù)的國(guó)家，早在50年代初就已在飛機(jī)鉚接裝配生產(chǎn)線上 應(yīng)用了自動(dòng)鉆鉚機(jī)，經(jīng)過50多年的發(fā)展，現(xiàn)在世界各航空航天工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都已廣泛采 用這項(xiàng)技術(shù)。自動(dòng)鉆鉚技術(shù)主要包含以下內(nèi)容： 設(shè)備的研制、開發(fā)； 對(duì)各種干涉配合新型緊固件進(jìn)行自動(dòng)安裝； 自動(dòng)鉆鉚工藝； 數(shù)字化鉚接的實(shí)現(xiàn)。 目前，波音、 空客的有關(guān)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中明確規(guī)定：為確保連接質(zhì)量， 設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)使自動(dòng)化鉚接獲得最大限度的使用。由此可以看出，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)不只是工藝機(jī)械 化、自動(dòng)化的要求，更主要的還是飛機(jī)本身性能的要求。由于設(shè)計(jì)上的這一要求，就使 得自動(dòng)鉆鉚技術(shù)的發(fā)展具有生命力。所以近20年來，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)得到迅速發(fā)展。 美國(guó)自動(dòng)鉆鉚機(jī)的最早制造廠商是GEMCOR(通用電氣機(jī)械公司) 14，它是向世界各國(guó) 飛機(jī)制造行業(yè)提供自動(dòng)鉆鉚機(jī)的主要廠商之一。該公司生產(chǎn)的系列化產(chǎn)品質(zhì)量可靠，并 配套有各種型號(hào)的數(shù)控托架。到現(xiàn)在為止，銷售的自動(dòng)鉆鉚機(jī)數(shù)量已達(dá)2000臺(tái)以上，其 中190臺(tái)具有定位系統(tǒng)。公司生產(chǎn)的自動(dòng)鉆鉚機(jī)主要型號(hào)有 G200、G300、G400、G900、G666、G39A、G4013、G4026、G5013。其中G200、G400型是較 早的型號(hào)，G300為比較通用的型號(hào)，而G900型的功能比較齊全。具有無頭鉚釘鉆鉚功能 的型號(hào)有G900、G666、G39A、G400自動(dòng)鉆鉚機(jī)G4013、G4026、G5013。近幾年無頭鉚釘?shù)?工作原理有所發(fā)展，機(jī)床采用GEMCOR專利的SQUEEZESQUEEZE雙擠鉚方式，先預(yù)擠鉚， 再進(jìn)行擠鉚，不僅能保證上下鉚頭同步成形上下鐓頭，而且鉚接質(zhì)量大大提高。各種型 號(hào)機(jī)床可通過改變下鉚砧形狀和尺寸來適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)的要求。GEMCOR公司生產(chǎn)的數(shù)控托 架(也稱自動(dòng)定位系統(tǒng))主要型號(hào)有G63、G79、G86、747WRS、G2000等。 世界各航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的自動(dòng)鉆鉚技術(shù)基本上都是從美國(guó)引進(jìn)的，然后再進(jìn)行國(guó) 產(chǎn)化， 以適應(yīng)本國(guó)航空工業(yè)發(fā)展的需要。法國(guó)自動(dòng)鉆鉚機(jī)在80年代初為適應(yīng)歐洲發(fā)展 A300系列飛機(jī)而開發(fā)的一項(xiàng)專用設(shè)備。十年來，他們依靠?jī)?yōu)良的技術(shù)和售后服務(wù)，不僅 占領(lǐng)了歐洲的大部分市場(chǎng)，而且擠進(jìn)了亞洲和北美市場(chǎng)，成為與美國(guó)GEMCOR公司自動(dòng)鉆 鉚機(jī)相抗衡的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，日益得到廣大用戶的信任。 RBCOULES AUTOMATION工廠生產(chǎn)自動(dòng)鉆鉚機(jī)的基本品種有P100型(臺(tái)式)、 P300、P600型(基本型)和PRECA CNC370型數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)等 15。它的產(chǎn)品可根據(jù)用戶 的特殊需求，在基本型基礎(chǔ)上作各種改進(jìn)。前蘇聯(lián)與西方相比，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)發(fā)展較晚。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 五六十年代蘇聯(lián)致力于發(fā)展壓鉚技術(shù)， 生產(chǎn)了型號(hào)眾多的壓鉚機(jī)。壓鉚機(jī)只能完成鉚接工序，與一次定位即能完成夾緊、 鉆孔、插釘、形成墩頭等自動(dòng)鉆鉚機(jī)相比，無論從生產(chǎn)效率及接頭質(zhì)量等方面都顯遜色。 前蘇聯(lián)自70年代初引進(jìn)了美國(guó)GEMCOR公司的自動(dòng)鉆鉚機(jī)后，已發(fā)展了自己的自動(dòng)鉆鉚機(jī) 系列。 德國(guó)在發(fā)展自動(dòng)鉆鉚技術(shù)方面走的是另一條道路，在此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展中，憑 借其雄厚的資金、技術(shù)力量，一方面大量引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)，另 一方面自己也積極研制開發(fā)高自動(dòng)化的鉚接裝配系統(tǒng)。故德國(guó)的自動(dòng)鉆鉚技術(shù)雖然起步 較晚，但己比較先進(jìn)，脫機(jī)編程系統(tǒng)已應(yīng)用成熟，可與CATIAV5進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)字 化鉚接。目前BRGTJE公司的機(jī)身鉚接柔性工裝和柔性裝配生產(chǎn)線在世界處于領(lǐng)先地位 16。 (2) 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)自動(dòng)鉆鉚機(jī)的研制起步較早，上世紀(jì)70年代初開始研制自動(dòng)鉆鉚機(jī)，并研制出 各種型號(hào)的自動(dòng)鉆鉚機(jī)若干臺(tái)。但是由于設(shè)備本身運(yùn)行的穩(wěn)定性以及配套產(chǎn)品應(yīng)用需求 等方面存在問題，中斷了研制和使用。到了80年代中期，隨著對(duì)外轉(zhuǎn)包生產(chǎn)項(xiàng)目的增加， 各飛機(jī)制造廠開始從國(guó)外引進(jìn)自動(dòng)鉆鉚機(jī)并將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。 西飛公司分別于1985和1992年引進(jìn)G400及G900自動(dòng)鉆鉚機(jī)。這兩臺(tái)機(jī)床均配以手動(dòng) 托架，分別用于加工美國(guó)波音公司和麥道公司(已于1997年并入波音公司)的垂尾平尾及 法航、意航、加航的零件。隨著國(guó)際問技術(shù)交流的不斷深入，我國(guó)又同美國(guó)麥道公司合 作生產(chǎn)干線客機(jī)MD9030。西飛公司的兩臺(tái)自動(dòng)鉆鉚機(jī)已滿足不了生產(chǎn)的需求。1993 年從GEMCOR公司引進(jìn)了G4026SXX120型自動(dòng)鉆鉚機(jī)，用于MD9030等飛機(jī)的機(jī)翼壁板 的鉚接裝配生產(chǎn)。由于沒有引進(jìn)與之配套的托架系統(tǒng)，1995年西飛公司與西北工業(yè)大學(xué) 聯(lián)合研制數(shù)控托架。該托架采用Z坐標(biāo)兩立柱支撐的結(jié)構(gòu)形式。由于受當(dāng)時(shí)工藝制造水平 的限制，圍框剛性不足，存在一定問題。隨著麥道干線機(jī)合作生產(chǎn)項(xiàng)目的終結(jié)數(shù)控托 架的研制工作也宣告終止。1998年西飛公司引進(jìn)APS公司的RM$335鉆鉚機(jī)，取代G400機(jī)床。 自動(dòng)鉆鉚技術(shù)在國(guó)外發(fā)展極為迅速，而我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距越來越大。從整個(gè) 航空航天產(chǎn)業(yè)全局的生存和發(fā)展出發(fā)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效益考慮，需要逐步縮小與國(guó)外 先進(jìn)水平的差距。通過引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)及鉚接生產(chǎn)線，學(xué)習(xí)積累國(guó)外先進(jìn) 技術(shù)和工藝方法。再結(jié)合型號(hào)研制，對(duì)引進(jìn)的自動(dòng)鉆鉚機(jī)開發(fā)配套數(shù)控托架，從而降低 制造成本探索出一條適應(yīng)于我國(guó)國(guó)情的工藝技術(shù)改造的心路。 1.3 本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本論文主要完成圍板合圍工藝，主要是研究如何將兩組兩塊用鉸鏈連接的木板，一端 是長(zhǎng)板沒有鉚接，另一端是短板僅鉚接了半面鉸鏈（另半面沒有鉚接）的木板鏈通過裝 置合圍成如圖 1.1（b）所示的圍板箱，對(duì)于兩組木板鏈的接口采用鉚接的方式進(jìn)行連接， 鉚接過程中需要考慮如何定位以及如何自動(dòng)上鉚釘，因此也需要設(shè)計(jì)定位夾緊裝置和自 動(dòng)供釘裝置，確定合圍鉚接方案。第二章主要說明圍板參數(shù)，以及總體結(jié)構(gòu)方案和合圍 工序的流程圖；第三章是具體說明我所設(shè)計(jì)的合圍裝置各部分裝置的設(shè)計(jì)。第四章是對(duì) 整個(gè)設(shè)計(jì)說明的總結(jié)及不足和改進(jìn)之處。 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 5 2 生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 圍板箱生產(chǎn)工藝分析 2.1.1 圍板尺寸參數(shù) 圍板長(zhǎng)板尺寸：60012010mm； 短板尺寸：40012010mm 鉸鏈尺寸如圖 2.1（單位 mm）： 圖 2.1 鉸鏈 2.1.2 生產(chǎn)線工藝流程 工藝流程是工件按照工藝加工順序連續(xù)進(jìn)行加工的過程。工藝流程的擬定是制定機(jī) 械加工生產(chǎn)線時(shí)重要的一步，它直接關(guān)系生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益，以及能否達(dá)到要求的精度， 甚至影響生產(chǎn)線的工作可靠性。以下為合圍裝置的工藝流程： 操作前為兩塊用鉸鏈連接的木板，一端是長(zhǎng)板沒有鉚接的一端，另一端是短板僅鉚 接了半面鉸鏈（另半面沒有鉚接）的一端，短板在前，長(zhǎng)板在后輸送過來。 （如圖 2.2） 定位夾緊旋轉(zhuǎn)移位下一個(gè)木板鏈輸送 定位夾緊旋轉(zhuǎn)移位平移至鉚接操作臺(tái) 定位夾緊鉸鏈（沒有鉚接的那半面鉸鏈）送鉚釘鉚接松開鉸鏈平移至旋轉(zhuǎn)位 移時(shí)木板的位置旋轉(zhuǎn)位移 平移至鉚接操作臺(tái)定位夾緊鉸鏈（沒有鉚接的那半面鉸 鏈）送鉚釘鉚接松開鉸鏈 平移至旋轉(zhuǎn)位移時(shí)木板的位置旋轉(zhuǎn)位移至合圍裝置 初始位置松開木板推送至輸出傳送帶。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 下圖 2.2 為已連接的一個(gè)木板鏈，一塊長(zhǎng)板和一塊短板通過鉸鏈連接，短板的另一端 僅鉚接了半面鉸鏈（另半面沒有鉚接） ，長(zhǎng)板另一端沒有鉚接鉸鏈，兩個(gè)這樣的木板鏈可 以合圍起來，因此將兩個(gè)木板鏈視為一組來進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的工序。 圖 2.2 木板鏈 1短板 2鉸鏈 3長(zhǎng)板 4鉚釘 定位夾緊 旋轉(zhuǎn)移位（180） 送料 定位夾緊送料 旋轉(zhuǎn)移位（90）平移定位夾緊鉸鏈送釘 鉚接 松開鉸鏈 平移 旋轉(zhuǎn)移位（180） 平移定位夾緊鉸鏈送釘鉚接 松開鉸鏈 平移 旋轉(zhuǎn)移位（90） 松開木板 送出 圖 2.3 合圍工序流程圖 以上圖 2.3 為整體工作工藝的流程圖，通過以上步驟對(duì)木板鏈進(jìn)行加工處理從而完成 對(duì)木板鏈的合圍工序。其中對(duì)木板的定位夾緊非常重要，只有定位夾緊好木板才能保證 圍板進(jìn)行鉚接，并使圍板能夠穩(wěn)定生產(chǎn)和保證質(zhì)量。 為了使工件加工后符合圖紙的技術(shù)要求，就必須保證工件的加工精度。這樣就要求 我們?cè)诎惭b夾緊工件時(shí)不但要保證工件的位置正確，而且要保證工件的位置準(zhǔn)確，并使 工件在整個(gè)加工過程中始終保持這一正確位置，以便消除任何影響工件加工精度的移動(dòng) 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 7 或轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，確保工件的尺寸精度和位置精度。工件的專用夾具就是根據(jù)工件加工 的特定工序而設(shè)計(jì)，安裝時(shí)只要工件靠牢夾具的定位元件，并用夾緊機(jī)構(gòu)將其夾緊就可 迅速可靠地保證工件占有正確的位置。 2.1.3 總體結(jié)構(gòu) 圖 2.4 合圍裝置 1送料輸送帶 2夾緊裝置 3送釘裝置 4鉚接機(jī) 5液壓缸 6齒輪傳動(dòng)裝置 7氣壓缸推動(dòng)裝置 圖 2.4 為合圍裝置幾大主要裝置的結(jié)構(gòu)分布圖，主要介紹了主體結(jié)構(gòu)的分布；通過傳 入輸送帶、夾緊裝置、齒輪傳動(dòng)裝置、液壓缸伸縮裝置、鉚接裝置、送釘裝置、氣壓缸 推動(dòng)裝置這幾個(gè)部分來完成整個(gè)合圍這一工藝流程。 2.1.4 生產(chǎn)節(jié)拍的擬定 生產(chǎn)線的節(jié)拍是指連續(xù)完成相同的兩個(gè)產(chǎn)品之間的間隔時(shí)間。即指完成一個(gè)產(chǎn)品所 需的平均時(shí)間。生產(chǎn)工藝平衡即是對(duì)生產(chǎn)的全部工序進(jìn)行平均化，調(diào)整各作業(yè)負(fù)荷，以 使各作業(yè)時(shí)間盡可能相近。通過平衡生產(chǎn)線，可以提高操作者及設(shè)備的工作效率；可以 減少單間產(chǎn)品的工時(shí)消耗，降低成本；可以減少工序的在制品，真正實(shí)現(xiàn)有序流動(dòng)；可 以在平衡的生產(chǎn)線基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)單元生產(chǎn)，提高生產(chǎn)應(yīng)變能力，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化。 生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍 可根據(jù)公式（ 2.1）計(jì)算。ti (2.1)160NTi 式中，T 為年基本工時(shí)，一般規(guī)定，按一班制工作時(shí)為 2360h/年，按兩班制工作時(shí) 為 4650h/年； 1 為復(fù)雜系數(shù)，一般取 0.65-0.85，復(fù)雜的生產(chǎn)線因故障導(dǎo)致開工率低些， 應(yīng)取低值，簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線則取高值；N 為生產(chǎn)線加工工件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件數(shù)/年） 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 pqnN21 （2.2） 式中，q 為產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺(tái)數(shù)/年） ；n 為每臺(tái)產(chǎn)品所需生產(chǎn)線加工的工件數(shù)量（件 數(shù)/臺(tái)） ；p1 為備品率；p2 為廢品率。 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和自動(dòng)線形式，按照工件平穩(wěn)性的原則確定圍板合圍自動(dòng)線的生產(chǎn)節(jié) 拍為 9 部分：上料 1旋轉(zhuǎn)移位 1上料 2旋轉(zhuǎn)移位 2鉚接旋轉(zhuǎn)移位 3鉚接旋轉(zhuǎn) 移位 4出料.時(shí)間上鉚接時(shí)間要久一些，其余部分耗時(shí)相等。另外送料部分所需的一組 兩個(gè)木板鏈之間運(yùn)送間隔少一些；不同組木板料輸送位置之間的間隔要想對(duì)的大一些， 需要前一組合圍完成之后才輸送至操作臺(tái)。 3 2.1.5 控制系統(tǒng) 控制部分經(jīng)比較選擇 PLC 控制。若用單片機(jī)控制,抗干擾能力差;若采用電氣控制,電 路將十分復(fù)雜;而 PLC 控制,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,成本也不高,尺寸精度也能滿足要求。因此控制 系統(tǒng)選用 PLC 控制。通過 PLC 控制系統(tǒng)來控制電機(jī)的工作、液壓缸和氣壓缸的伸縮，以 及什么時(shí)候送釘、什么時(shí)候鉚接，這些 PLC 控制系統(tǒng)都可以簡(jiǎn)單方便的進(jìn)行調(diào)控，從而 控制整個(gè)合圍工序有序而穩(wěn)定的循環(huán)工作下去。使合圍這道工序能夠自動(dòng)化工作下去， 實(shí)現(xiàn)圍板的自動(dòng)化生產(chǎn)。 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 9 3 各部分具體設(shè)計(jì) 3.1 木料傳入部分設(shè)計(jì) 木板鏈?zhǔn)且远贪逶谇?，長(zhǎng)板在后，沿著輸送帶傳送。我們一般把用適當(dāng)分布的與工 件接觸的 6 個(gè)定位點(diǎn)來限制 6 個(gè)自由度的規(guī)則叫做 6 點(diǎn)定位規(guī)則，因此對(duì)木板定位要有 6 個(gè)面的約束定位。由于板是平放在輸送帶上的，受到重力作用木板鏈?zhǔn)菚?huì)緊貼著輸送帶 的，不會(huì)上下移動(dòng)；由于木板鏈?zhǔn)茄剌斔蛶б苿?dòng)，因此前后方向上暫時(shí)可不用約束；在 左右方向上由于輸送時(shí)為減少摩擦，兩邊擋板之間的距離相對(duì)于木板寬度來說會(huì)有空余， 因此在木板即將傳出輸送帶進(jìn)入工作臺(tái)前設(shè)計(jì)斜的擋板，慢慢減小擋板內(nèi)壁之間的距離， 直到擋板內(nèi)壁之間的距離剛好能使木板通過，從而約束木板的左右移動(dòng)使木板能夠到達(dá) 正確的位置。 （如圖 3.1） 圖 3.1 輸送帶 3.2 木料的定位夾緊裝置設(shè)計(jì) 木板通過前面的輸送帶輸送至工作臺(tái)上，有前一步約束了圍板的左右方向的移動(dòng)， 要定位還需要前后方向的定位，因此在工作臺(tái)上，圍板運(yùn)動(dòng)的前方在指定位置上設(shè)定了 一塊擋板，使圍板能夠準(zhǔn)確的在指定的位置停留從而進(jìn)行下一步的夾緊操作。 （如圖 3.2） 圖 3.2 工作臺(tái) 夾緊裝置是當(dāng)木板停留在夾具上時(shí)進(jìn)行夾緊，由于一些細(xì)小的誤差，木板在送入夾 具中時(shí)不一定就會(huì)剛好從夾具的下夾板的上邊面通過，為了防止木板被夾具下夾板擋在 夾具前而無法在繼續(xù)工作，應(yīng)在夾具下檔板在木板輸送方向上靠近輸送帶的一側(cè)設(shè)這一 個(gè)斜面，這樣即使木板鏈前端過低也可通過斜面來使得木板能夠從夾具下夾板上表面通 過。 （如圖 3.3） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 3.3 當(dāng)木板定位好后有氣壓缸推動(dòng)，上夾板下壓將圍板夾緊從而方便下面的操作。夾具 如圖 3.4： 圖 3.4 夾緊裝置 1支架 2氣壓缸 3移動(dòng)夾板 4下夾板 5擋板 3.3 旋轉(zhuǎn)移位裝置 要使整個(gè)夾具加上被夾具夾緊的木板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移位，可以選用齒輪來傳動(dòng)。本設(shè)計(jì) 是通過電動(dòng)機(jī)通電，使主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪再帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪通過鍵來帶動(dòng)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)夾具及被夾緊的木板轉(zhuǎn)動(dòng)。 （如圖 3.5） 通過重復(fù)前面的工序?qū)⒁唤M兩個(gè)木板鏈中的短板都夾緊，通過旋轉(zhuǎn)移位使之形成合圍 的態(tài)勢(shì)，二次旋轉(zhuǎn)過后受重力作用前一個(gè)木板鏈的長(zhǎng)板會(huì)貼在夾具支架的側(cè)擋板上，這 樣使這塊長(zhǎng)板與下一個(gè)木板鏈的僅鉚接了半面鉸鏈的短板成 90（如圖 3.6 所示） 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 11 圖 3.5 旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置 1電動(dòng)機(jī) 2主動(dòng)輪 3從動(dòng)輪 4 軸 5夾緊裝置 3.3.1 電動(dòng)機(jī)的選取 1 類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，可直接接于三相交流電網(wǎng) 中，因此在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。 Y 系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高、性能好、 噪聲低、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上。 在經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的工作場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的裝懂慣量小和過載能力大，應(yīng) 選用起重及冶金用 YZR 和系列電動(dòng)機(jī)。 2 功率的確定 電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量 小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載而損壞；若 過量則價(jià)格高，并會(huì)造成浪費(fèi)。 電動(dòng)機(jī)容量主要由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件決定，而發(fā)熱有與其工作情況有關(guān)。對(duì) 于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、載荷不變或變化很小、常溫下工作的機(jī)械，選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)只要使電動(dòng) 機(jī)的負(fù)載不超過其額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過熱。也就是可按電動(dòng)機(jī)的額定功率 等于或mP 略大于所需電動(dòng)機(jī)的功率 ，在手冊(cè)中選取相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。這類電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算如dP 下述步驟： (1) 工作機(jī)所需功率 （KW）w 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 )10/(wwvFP （3.1） 或 95nT （3.2） 式中， 為工作機(jī)的阻力，N；wF 為工作機(jī)的線速度，m/s； 為工作機(jī)的阻力矩，Nm； 為工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，wvwTn r/min； 為工作機(jī)的效率，帶式輸送機(jī)可選取 =0.96，鏈板式輸送機(jī)可選取 =0.95.ww (2) 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率 （串聯(lián)時(shí)） n.321 （3.3） 式中， ， ， ， 為傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸承以及聯(lián)軸器的效率。各類123n 機(jī)械傳動(dòng)的效率見表 3-1。 表 3-1 機(jī)械傳動(dòng)效率概略值 傳動(dòng)類別 精度、結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑 效率 7 級(jí)精度（油潤(rùn)滑） 0.98 8 級(jí)精度（油潤(rùn)滑） 0.97圓柱齒輪傳動(dòng) 開式傳動(dòng)（脂潤(rùn)滑） 0.94-0.96 7 級(jí)精度（油潤(rùn)滑） 0.97 8 級(jí)精度（油潤(rùn)滑） 0.95-0.97錐齒輪傳動(dòng) 開式傳動(dòng)（脂潤(rùn)滑） 0.92-0.95 自鎖（油潤(rùn)滑） 0.40-0.45 單頭（油潤(rùn)滑） 0.7.-0.75 雙頭（油潤(rùn)滑） 0.75-0.82蝸桿傳動(dòng) 四頭（油潤(rùn)滑） 0.82-0.92 潤(rùn)滑不良 0.94（一對(duì)） 正常潤(rùn)滑 0.97（一對(duì)）滑動(dòng)軸承 液體摩擦 0.99（一對(duì)） 球軸承 0.99（一對(duì)）滾動(dòng)軸承 滾子軸承 0.98（一對(duì)） V 帶傳動(dòng) 0.96 滾子鏈傳動(dòng) 0.96 螺旋傳動(dòng)（滑動(dòng)） 0.30-0.60 螺旋傳動(dòng)（滾動(dòng)） 0.85-0.95 聯(lián)軸器 彈性、齒式 0.99 (3) 所需電動(dòng)機(jī)的功率 （kW）dP 所需電動(dòng)機(jī)的功率由工作機(jī)所需功率和傳動(dòng)裝置的總效率按下式計(jì)算： （3.4）/wd (4) 電動(dòng)機(jī)額定功率 m 按 來選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)。電動(dòng)機(jī)功率裕度的大小應(yīng)視工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載變化狀況dmP 而定。 3 轉(zhuǎn)速的確定 額定功率相同的同類型電機(jī)，有幾種不同的同步轉(zhuǎn)速。一般常用、市場(chǎng)上供應(yīng)最多 的是同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 和 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選用。如無特殊需求， 則不選同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min 和 750r/min 的電動(dòng)機(jī)。 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 13 根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、功率和轉(zhuǎn)速，從標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)的型號(hào)后，將其 型號(hào)、額定功率 （kW ）、滿載轉(zhuǎn)速 （r/min），以及電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸、外形尺寸mPmn 和軸伸連接尺寸等記下以備后用。 因此電動(dòng)機(jī)選用 Y100L1-4 型號(hào)的，額定功率 2.2kW，額定轉(zhuǎn)速 1430r/min，同步轉(zhuǎn) 速為 1500r/min;質(zhì)量 34kg。 3 3.3.2 傳動(dòng)比的分配 電動(dòng)機(jī)選定后根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速 即可確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳mnwn 動(dòng)比 i，即 (3.5)wi/ 1 傳動(dòng)比分配的一般原則 各級(jí)傳動(dòng)比可在各自薦用值的范圍內(nèi)選取。各類機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)比薦用值和最大值 見表 3-2。 表 3-2 各類機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)比 平帶傳動(dòng) V 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 圓柱齒輪傳 動(dòng) 錐齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 單級(jí)薦用值 i 42525332401 單級(jí)最大值 max5 7 6 8 5 80 2 傳動(dòng)比分配的參考數(shù)據(jù) (1) 帶傳動(dòng)與一級(jí)齒輪減速器 設(shè)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 ，一級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比di 為 i，應(yīng)使 ，以便使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊。id (2) 二級(jí)圓柱齒輪減速器 為了使兩個(gè)大齒輪具有相近的浸油深度，應(yīng)使兩級(jí)的大 齒輪具有相近的直徑（低速級(jí)大齒輪的直徑應(yīng)略大一些，使高速級(jí)大齒輪的齒頂圓與低 速軸之間有適量的間隙）.設(shè)高速級(jí)的傳動(dòng)比為 ，低速級(jí)的傳動(dòng)比為 ，減速器的傳動(dòng)1i 2i 比為 i，對(duì)于二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)比可按下式分配： ii4.31 （3.6） 對(duì)于同軸式圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)比可按下式分配： ii21 （3.7） 但應(yīng)指出，齒輪的材料、齒數(shù)及寬度亦影響齒輪直徑的大小。欲獲得兩級(jí)傳動(dòng)的大 齒輪直徑相近，應(yīng)對(duì)傳動(dòng)比，齒輪的材料、齒數(shù)、模數(shù)和齒寬等作綜合考慮。 (3) 圓錐圓柱減速器 設(shè)減速器的傳動(dòng)比為 ,高速級(jí)錐齒輪的傳動(dòng)比為 ，傳動(dòng)比i 1i 可按下式分配： ii25.01 （3.8） 3 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng).參數(shù)主要是指各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩，它是進(jìn)行傳動(dòng)零件設(shè) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)。現(xiàn)以圖 3.7 所示二級(jí)圓柱齒輪減速器，說明機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn) 速、功率及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。 (1) 各軸的轉(zhuǎn)速 n（r/min） 高速軸 I 的轉(zhuǎn)速 mnI 中間軸 II 的轉(zhuǎn)速 1I/i 低速軸 III 的轉(zhuǎn)速 212II /ininm （3.9） 滾筒軸 IV 的轉(zhuǎn)速 IIVn 式中： 為電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速； 為高級(jí)傳動(dòng)比； 為低級(jí)傳動(dòng)比。mn1i2i 聯(lián)軸器 I II III 聯(lián)軸器 工作機(jī) IV 圖 3.6 二級(jí)圓柱齒輪減速器簡(jiǎn)圖 (2) 各軸的輸入功率 P（kW） 高速軸 I 的輸入功率 cmPI 中間軸 II 的輸入功率 g1I 低速軸 III 的輸入功率 gP2II （3.10） 滾筒軸 IV 的輸入功率 gcPIIV 式中： 為電動(dòng)機(jī)的額定功率（kW） ； 為聯(lián)軸器的效率； 為一對(duì)軸承的效率； 為mPc 1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率； 為低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率。 32 (3) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 T（Nm） 高速軸 I 的輸入轉(zhuǎn)矩 1II/950nPT 中間軸 II 的輸入轉(zhuǎn)矩 低速軸 III 的輸入轉(zhuǎn)矩 II/950nPT （3.11） 滾筒軸 IV 的輸入轉(zhuǎn)矩 IVIV/950nPT 4 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī) 減速器 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 15 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞動(dòng)率可達(dá)數(shù) 十千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)，第一效率高，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以 齒輪傳動(dòng)效率為最高，如一級(jí)圓柱齒輪的傳動(dòng)效率可達(dá) 99%，這對(duì)大功率的傳動(dòng)十分重要， 因?yàn)榧词剐手挥邪俜种?，也有很大的?jīng)濟(jì)利。第二結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣的使用條件下， 齒輪傳動(dòng)所需要的空間尺寸一般較小。第三工作可靠、壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)制造正確合理，使 用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所 不能比擬的。第四，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲 得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格 較貴，且不適用于距離過大的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須有足夠的、 相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不至于失效。齒輪的失效形式常見的有， 齒面折斷，和工作齒面磨損，點(diǎn)蝕，膠合及塑性變形等。針對(duì)各種工作情況以及上述各 種失效形式，都應(yīng)該確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。由于目前對(duì)于齒面磨損和塑性變形，尚未建 立起廣為工程實(shí)際使用中而行之有效的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)一般使用的 齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)則，擬選擇所選擇的齒輪系統(tǒng)的材料為 45 或 40 ,調(diào)制后表面淬火。rC 齒輪計(jì)算相關(guān)公式： 分度圓直徑計(jì)算： 3 212. HEdZTuKd （3.12） 由計(jì)算公式（3.12）進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩： nPT510.9 （3.13）試選載荷系數(shù) ，3.1tK 計(jì)算齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩， mNnT 7515 103.9302.09 表 3-3 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 裝置狀況 兩支相對(duì)齒輪做對(duì)稱分布 兩支承相對(duì)于小齒輪做不對(duì)稱分布 小齒輪做懸臂布置d9.124.9065.1.70 6.04 查表 3-3 選取齒寬系數(shù) 。d 表 3-4 彈性影響系數(shù) EZ 齒輪材料 彈性模量 aMPE/ 配對(duì)齒輪材料 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑膠4108.4103.74102.4106.410785. 鍛鋼 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 鑄鋼 161.4 180.5 188 球墨鑄鐵 156.6 173.9 灰鑄鐵 143.7 由表 3.4 查得材料影響系數(shù)： 2 18.9MPaZE 由資料查得按齒面硬度查得齒輪的強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPa60max 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) hnjLN60 （3.14） 計(jì)算得應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 81 10296.53821360 hjLnN 查資料取接觸疲勞系數(shù) 9.HK 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1%，安全系數(shù)系數(shù) ，由下面公式得S 接觸疲勞需用應(yīng)力： ， (3.15)KHNlim 計(jì)算得： aHNMPSK54069.0lim 計(jì)算齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1H 即： mudEdt ZT1805.29103.912.32. 391 計(jì)算圓周速度 v smndt /8.016106 計(jì)算齒寬 b 齒寬： , (3.16) tdb 計(jì)算得： mdbt1801 模數(shù) zm tt51 齒高 ht2. 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 17 計(jì)算齒寬齒高之比： 1625.80hb 齒面載荷系數(shù)： (3.17)HVAKK 計(jì)算齒輪的載荷系數(shù)為 =1.594HVA 按照實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑： (3.18) 3ttKd 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式： 321FSadYZTm （3.19） 計(jì)算齒輪的 并加以比較 FSaY ；013.1FSaY016.2FSaY 所以 mm6.40.2413.95.9 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由直面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m，大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)， 由于齒輪模數(shù)的大小取決于彎曲彎曲強(qiáng)度所決定的承載應(yīng)力，而齒面接觸強(qiáng)度所決定的 承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可由于彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) 2.05，并就接近標(biāo)準(zhǔn)整圓取 m=5.0mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 =180mm，算出齒1d 輪的齒數(shù) 38564.1921mdz 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸強(qiáng)度要求，又滿足了齒根彎曲強(qiáng)度要求， 結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 3 5 動(dòng) 力 軸 的 計(jì) 算 和 校 核 軸 是 設(shè) 計(jì) 也 和 其 他 零 件 的 設(shè) 計(jì) 相 似 ， 包 括 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 和 工 作 能 力 計(jì) 算 兩 部 分 內(nèi) 容 。 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 是 根 據(jù) 軸 上 零 件 的 安 裝 定 位 以 及 軸 的 生 產(chǎn) 工 藝 等 方 面 的 要 求 ， 合 理 的 確 定 軸 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 和 尺 寸 ， 軸 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 不 正 確 ， 會(huì) 影 響 軸 的 工 作 能 力 和 軸 上 零 件 的 工 作 可 靠 性 ， 還 會(huì) 增 加 軸 的 制 造 成 本 ， 和 軸 上 零 件 的 難 裝 配 等 問 題 。 因 此 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 是 軸 設(shè) 計(jì) 中 的 重 要 內(nèi) 容 。 軸 的 材 料 主 要 是 碳 鋼 和 合 金 鋼 。 軸 的 計(jì) 算 通 常 都 是 在 初 步 完 成 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 后 進(jìn) 行 的 校 核 計(jì) 算 的 ， 計(jì) 算 準(zhǔn) 則 滿 足 軸 的 強(qiáng) 度 或 剛 性 要 求 必 要 時(shí) 還 應(yīng) 校 核 軸 的 振 動(dòng) 穩(wěn) 定 性 。 1 軸 的 強(qiáng) 度 校 核 計(jì) 算 (1) 按 扭 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 條 件 計(jì) 算 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 適 用 ： 用 于 只 受 扭 矩 或 主 要 承 受 扭 矩 的 傳 動(dòng) 軸 的 強(qiáng) 度 計(jì) 算 ； 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 前 按 扭 矩 初 估 軸 的 直 徑 。mind 這 種 方 法 是 只 按 軸 所 受 的 扭 矩 來 計(jì) 算 軸 的 強(qiáng) 度 ， 如 果 還 有 受 有 不 大 的 彎 矩 時(shí) ， 則 用 降 低 許 用 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 的 辦 法 考 慮 。 在 做 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 通 常 用 這 種 方 法 初 步 估 算 軸 徑 。 軸 的 扭 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 條 件 為 (2.20)rrTdn PW32.095 為 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 ， T 為 軸 的 扭 矩 , 軸 的 抗 扭 截 面 系 數(shù) ， n 為 軸 的 轉(zhuǎn) 速 ， P 為 軸T mN 傳 遞 的 功 率 ， d 計(jì) 算 截 面 處 軸 的 直 徑 。 軸 的 直 徑 (3.21) 3032.95nPAdT 式 中 302.95TA 表 3-5 軸 常 用 集 中 材 料 及 值T0 軸 的 材 料 、 20AQ 、 357QirNC18 45 、rC40niMS3508niaTMP/5120A69 1369712 初 步 估 算 動(dòng) 力 軸 的 最 小 直 徑 mnPAd 9.82165430.91230min 軸 的 最 小 直 徑 顯 然 是 安 裝 聯(lián) 軸 器 的 直 徑 。 需 要 鍵 槽 ， 故 將 最 小 軸 增 加 ， 變 為%5 40.9mm， 查 機(jī) 械 手 冊(cè) 選 擇 標(biāo) 準(zhǔn) 直 徑 為 45mm . 選 擇 聯(lián) 軸 器 ， 取 載 荷 系 數(shù) ， 則 聯(lián) 軸 器 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 矩 為3.1AKmNTca 62075. 根 據(jù) 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 矩 、 最 小 軸 徑 、 軸 速 度 ， 查 手 冊(cè) 選 擇 HL4 彈 性 柱 銷 聯(lián) 軸 器 。 初 選 軸 承 ， 因 軸 承 同 時(shí) 受 有 徑 向 力 和 軸 向 力 的 作 用 。 故 選 用 角 接 觸 球 軸 承 。 根 據(jù) 工 作 要 求 及 輸 入 端 的 直 徑 (為 45mm)， 由 軸 承 產(chǎn) 品 目 錄 中 選 取 型 號(hào) 為 7211C 的 滾 動(dòng) 軸 承 ， 其 尺 寸 （ 內(nèi) 徑 外 徑 寬 度 ） 為 dDb=5510021， 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ： 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 19 圖 3.7 動(dòng) 力 軸 由 于 聯(lián) 軸 器 型 號(hào) 已 定 ， 左 端 用 軸 端 擋 圈 定 位 ,右 端 用 軸 肩 定 位 。 故 軸 段 6 的 直 徑 即 為 相 配 合 的 半 聯(lián) 軸 器 的 直 徑 ， 取 為 30mm。 聯(lián) 軸 器 是 靠 軸 段 2 的 軸 肩 來 進(jìn) 行 軸 向 定 位 的 ， 為 了 保 證 定 位 可 靠 ， 軸 段 2 要 比 軸 段 1 的 直 徑 大 5 10mm， 取 軸 段 2 的 直 徑 為 200mm。 軸 段 1 和 軸 段 4 均 是 放 置 滾 動(dòng) 軸 承 的 ， 所 以 直 徑 與 滾 動(dòng) 軸 承 內(nèi) 圈 直 徑 一 樣 為 60mm。 考 慮 拆 卸 的 方 便 ， 軸 段 3 的 直 徑 只 要 比 軸 段 4 的 直 徑 大 1 2mm 就 行 了 ， 這 里 取 為 200mm。 軸 段 2 是 一 軸 環(huán) ， 右 側(cè) 用 來 定 位 齒 輪 ， 左 側(cè) 用 來 定 位 滾 動(dòng) 軸 承 ， 查 滾 動(dòng) 軸 承 的 手 冊(cè) ， 可 得 該 型 號(hào) 的 滾 動(dòng) 軸 承 內(nèi) 圈 安 裝 尺 寸 最 小 為 64mm， 同 時(shí) 軸 環(huán) 的 直 徑 還 要 滿 足 比 軸 段 3 的 直 徑 (為 58mm)大 5 10mm 的 要 求 ， 故 這 段 直 徑 最 終 取 為 66mm。 (2) 確 定 軸 的 各 段 長(zhǎng) 度 軸 段 1 的 長(zhǎng) 度 比 半 聯(lián) 軸 器 的 轂 孔 長(zhǎng) 度 要 (為 84mm)短 2 3mm， 這 樣 可 保 證 軸 端 擋 圈 只 壓 在 半 聯(lián) 軸 器 上 而 不 壓 在 軸 的 端 面 上 ， 故 該 段 軸 長(zhǎng) 取 為 82mm， 同 理 ， 軸 段 4 的 長(zhǎng) 度 要 比 齒 輪 的 輪 轂 寬 度 (為 100mm)短 2 3mm， 故 該 段 軸 長(zhǎng) 取 為 98mm。 軸 段 6 的 長(zhǎng) 度 即 為 滾 動(dòng) 軸 承 的 寬 度 ， 查 手 冊(cè) 為 21mm。 軸 環(huán) 2 寬 度 取 為 18mm。 軸 承 端 蓋 的 總 寬 度 為 20mm（ 由 減 速 器 及 軸 承 端 蓋 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 而 定 ） 。 根 據(jù) 軸 承 端 蓋 的 裝 拆 及 便 于 對(duì) 軸 承 添 加 潤(rùn) 滑 脂 的 要 求 ， 取 端 蓋 的 外 端 面 與 半 聯(lián) 軸 器 右 端 面 間 的 距 離 l=25mm， 故 取 軸 段 2 的 長(zhǎng) 度 為 45mm。 取 齒 輪 距 箱 體 內(nèi) 壁 之 距 離 為 10mm， 考 慮 到 箱 體 的 鑄 造 誤 差 ， 在 確 定 滾 動(dòng) 軸 承 位 置 時(shí) ， 應(yīng) 距 箱 體 內(nèi) 壁 一 段 距 離 ， 取 5mm。 已 知 滾 動(dòng) 軸 承 寬 度 為 21mm， 齒 輪 輪 轂 長(zhǎng) 為 100mm,則 軸 段 3 的 長(zhǎng) 度 為 ： 10 5 (100-98)+21=38mm 軸 上 零 件 的 周 向 定 位 齒 輪 、 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 周 向 定 位 均 采 用 平 鍵 聯(lián) 接 。 對(duì) 于 齒 輪 ,由 手 冊(cè) 查 得 平 鍵 的 截 面 尺 寸 寬 高 =1610(GB1095-79),鍵 槽 用 鍵 槽 銑 刀 加 工 ,長(zhǎng) 為 80mm(標(biāo) 準(zhǔn) 鍵 長(zhǎng) 見 GB1096-79),同 時(shí) 為 了 保 證 齒 輪 輪 轂 與 軸 的 配 合 為 H7/n6； 同 樣 ， 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 聯(lián) 接 ， 選 用 平 鍵 為 14963， 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 配 合 為 H7/k6。 滾 動(dòng) 軸 承 與 軸 的 周 向 定 位 是 借 過 渡 配 合 來 保 證 的 ,此 處 選 軸 的 直 徑 尺 寸 公 差 為 k6。 4 3.4 伸縮移位 由于夾緊裝置要旋轉(zhuǎn)，如果鉚接操作臺(tái)與木板對(duì)齊的話，圍板的長(zhǎng)短不一致，這樣 鉚接操作臺(tái)就會(huì)影響甚至擋住其旋轉(zhuǎn)，所以鉚接操作臺(tái)會(huì)向后縮入一定距離，此距離為 夾具的寬度。因此要將需要鉚接的圍板進(jìn)行鉚接. 需要一個(gè)伸縮裝置來移動(dòng)圍板，使之能夠到達(dá)鉚接操作臺(tái)。在這里就選用液壓缸來 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 帶動(dòng)整個(gè)夾緊裝置伸縮，使工件能夠進(jìn)入和離開鉚接工作臺(tái)，從而進(jìn)行鉚接操作。 圖 3.8 伸縮裝置簡(jiǎn)圖 1液壓缸 2夾緊裝置 3軸 圍板包裝箱自動(dòng)生產(chǎn)線合圍裝置設(shè)計(jì) 21 3.5 鉚接 3.5.1 定位 當(dāng)圍板經(jīng)過以上操作到鉚接工作臺(tái)上，沒有鉚接的半面鉸鏈由于約束不夠，因此可 能不會(huì)移動(dòng)到所需要的位置，為了使者半面鉸鏈到正確的位置且與需要鉚接的沒有鉸鏈 的圍板一端上的孔對(duì)齊，在鉚接操作臺(tái)約束的基礎(chǔ)上，有加了一個(gè)可移動(dòng)的擋塊，由擋 板來對(duì)動(dòng)定位鉸鏈（如圖 3.9） 。 a b 圖 3.9 移動(dòng)擋塊 1移動(dòng)擋板 2鉚接操作臺(tái) 3擋塊 3.5.2 送釘裝置 由于要達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)，因此需要設(shè)計(jì)配套的自動(dòng)供料裝置，操作人員只要在 鉚接前將散亂的鉚釘?shù)谷雰?chǔ)料倉，來解決生產(chǎn)線中的供料問題。下面將根據(jù)裝配工藝的 需要來確定自動(dòng)供釘裝置的功能和結(jié)構(gòu)組成。 1 鉚釘?shù)倪x擇和規(guī)格 自動(dòng)供釘裝置的操作對(duì)象是裝配過程中用到的不同型號(hào)和具有不同規(guī)格尺寸的鉚釘。 目前大型壁板組件鉚接裝配所用的通常是實(shí)心鉚釘,主要有兩種類型:凸頭鉚釘(平錐頭、 半圓頭、扁圓頭)和沉頭鉚釘(釘頭錐度 a=90/及 a=120)。沉頭鉚釘主要用于暴露在氣 流中的表面,因而其它零件與蒙皮鉚合時(shí)基本采用沉頭鉚釘。本文研究所針對(duì)的是圍板的 鉚接裝配，因此選用 120沉頭鉚釘。這些鉚釘?shù)膮?shù)尺寸及公差如表 3-6 中所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 表 3-6 圍板鉚接選用的鉚釘尺寸及公差 d 4 5 6鉚釘名稱 簡(jiǎn)圖 允差 0.08 D 78 9.5 11.5 允差 0.18 0.22120沉頭 鉚釘 H 1.2 1.4 1.7 上表單位均為（mm） 根據(jù)常用實(shí)心鉚釘?shù)闹睆?，鉚釘孔的直徑尺寸要比鉚釘干的直徑略大,直徑為 d 的鉚 釘其孔徑 d0=d+0.1。 鉚釘?shù)拈L(zhǎng)度 L 是根據(jù)不同鉚接件的夾層厚度 和鉚釘?shù)墓Q直徑來確定的,通常有 以下三種計(jì)