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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1 緒論
1.1 選題的依據(jù)及背景
在物流中轉(zhuǎn)戰(zhàn)每天都會出版和運(yùn)輸數(shù)量龐大的圖書，并且品種繁多，書本包裝的規(guī)格也各不相同，長期以來書本搬運(yùn)都是人工搬運(yùn)，其工作強(qiáng)度極大，搬運(yùn)質(zhì)量不佳，耗費(fèi)大量的人力及物力，且生產(chǎn)效率低下，針對上述送書裝置中存在的實(shí)際問題為了改善這一現(xiàn)狀，縮短圖書的送書周期、提高圖書物流供應(yīng)鏈效率、降低操作者的勞動強(qiáng)度，為簡化送書過程。根據(jù)我國圖書出版業(yè)和圖書物流中轉(zhuǎn)站龐大的圖書包裝配送需求，針對當(dāng)前圖書物流供應(yīng)鏈在其包裝、裝卸、搬運(yùn)等活動普遍采用人工操作方式的技術(shù)現(xiàn)狀，為縮短圖書的包裝配送周期、提高圖書物流供應(yīng)鏈效率、降低操作者的勞動強(qiáng)度。本課題將致力研制書摞自動搬運(yùn)系統(tǒng)，將在對該系統(tǒng)進(jìn)行深入的工作原理分析與求解、以及對裝置中零部件的選擇應(yīng)用。故研究此種送書裝置。在未真正生產(chǎn)出真實(shí)的產(chǎn)品以前就進(jìn)行仿真模擬，提前知道送書裝置的性能，防止裝置存在的缺陷，提出改進(jìn)意見。
1.2 選題的目的及其意義
課題將致力研制書摞自動搬運(yùn)系統(tǒng)，即書本滾筒輸送機(jī)裝置。根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)并優(yōu)化書本自動運(yùn)輸裝置具有一定的理論和實(shí)際意義，對豐富輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的結(jié)構(gòu)形式具有一定的實(shí)際參照價(jià)值。
1.3 國內(nèi)外主要現(xiàn)狀
打包機(jī)通常是指直接將單個或數(shù)個包裝物用繩、鋼帶、塑料帶捆緊扎牢以便于運(yùn)輸、保管和裝卸的一種包裝作業(yè)。20世紀(jì)60年代初期，隨著聚丙烯材料的出現(xiàn)，國外成功研制了聚丙烯塑料帶打包機(jī)，在許多領(lǐng)域，特別是輕工研制捆緊力克隨機(jī)調(diào)節(jié)的打包機(jī)，提高自動打包機(jī)在帶寬、捆包規(guī)格、工作臺高度、捆扎能力等環(huán)節(jié)的適應(yīng)性等。我國的自動打包機(jī)從20世紀(jì)80年代中期開始發(fā)展，最初在書籍、報(bào)刊發(fā)行部門獲得推廣，近年來發(fā)展異常迅速，已廣泛應(yīng)用于輕工、食品、外貿(mào)、百貨、印刷、醫(yī)藥、化工、郵電、紡織等行業(yè)。
目前某些生產(chǎn)打包機(jī)的廠家通過采用國際標(biāo)準(zhǔn)和吸收國外先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)水平、設(shè)計(jì)制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有了較大的提高，比如永創(chuàng)機(jī)械的全自動無人化打包機(jī)，在質(zhì)量上達(dá)到國外同類設(shè)備的先進(jìn)水平，可自動定位、捆扎、轉(zhuǎn)位，以進(jìn)行十字型、井字型等花樣捆扎，采用微機(jī)控制，已實(shí)現(xiàn)無人操作的自動捆扎生產(chǎn)線。
隨著工業(yè)科技的不斷發(fā)展，機(jī)械生產(chǎn)也在不斷地創(chuàng)新、演變逐漸取代了傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)模式。近幾年來，人們對產(chǎn)品的包裝要求越來越高，包裝行業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，例如全自動打包機(jī)就很大一部分代替了手工包裝，為大型企業(yè)、中小規(guī)模企業(yè)實(shí)現(xiàn)了包裝自動化，操作人員只要一次性將幾百個袋子放在設(shè)備的取袋部，全自動打包機(jī)會自動的取袋、列印日期、開袋、給計(jì)量裝置信號計(jì)量并落料、封口、輸出。操作人員亦可依據(jù)產(chǎn)品包裝需求增設(shè)開門急停、自動投卡、異常排出等細(xì)節(jié)功能，包裝全過程無需人工作業(yè)，有效的為公司提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人工費(fèi)用及管理費(fèi)用 ，大幅降低了成本。
全自動打包機(jī)適用范圍極其廣泛，可用于紙塑復(fù)合、塑塑復(fù)合、鋁塑復(fù)合、PE復(fù)合等，包材損耗低，使用的是預(yù)制好的包裝袋，封口品質(zhì)好，還可以一機(jī)多用，只需根據(jù)不同的物料配套不同的計(jì)量裝置能實(shí)現(xiàn)顆粒、粉末、塊狀、液體、軟罐頭、玩具 、五金件等產(chǎn)品的全自動包裝。
我國的自動打包機(jī)從20世紀(jì)80年代中期開始發(fā)展，最初在書籍、報(bào)刊發(fā)行部門獲得推廣，近年來發(fā)展異常迅速，已廣泛應(yīng)用于輕工、食品、外貿(mào)、百貨、印刷、醫(yī)藥、化工、郵電、紡織等行業(yè)。
1、國內(nèi)打包機(jī)現(xiàn)狀相對于過國外的缺點(diǎn)
（1）自動化程度較低：隨著生活水平的提高，打包機(jī)在市場中的作用越來越高，未來打包機(jī)的發(fā)展會越來越好，以后各行各業(yè)都會出現(xiàn)包裝的影子。但是在國內(nèi)的打包機(jī)行業(yè)中，單臺機(jī)器比較多，能夠集成各項(xiàng)功能的機(jī)器比較少，并且在技術(shù)、材料、工藝上的創(chuàng)新比較少。一些食品加工企業(yè)為了改善現(xiàn)狀，提高食品質(zhì)量及生產(chǎn)率，基本上都從國外引進(jìn)生產(chǎn)效率高、包裝精度高、技術(shù)先進(jìn)的包裝機(jī)械，會導(dǎo)致一部分的國外品牌占領(lǐng)國內(nèi)市場，因此國內(nèi)包裝行業(yè)的技術(shù)水平急需提高。
（2）性能和科研實(shí)力比不上國際打包機(jī)：國外包裝行業(yè)的制造、計(jì)量、技術(shù)性能等方面都占有一定的領(lǐng)導(dǎo)地位，各種配套設(shè)施、可靠性、自動化程度都較好，主要表現(xiàn)在工藝流程的自動化、生產(chǎn)效率高，能夠滿足交貨期短和降低工藝流程成本的要求；設(shè)備具有更高的靈活性、柔性。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)的供貨的靈活性、構(gòu)造的靈活性，以適應(yīng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代需要；利用仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)提供成套設(shè)備，故障率較低，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)；對環(huán)境污染較少，主要包括廢棄物、粉塵、噪音等各方的污染。
????總的來說，國內(nèi)的打包機(jī)相對于國外來說還是有很大的差距，這種差距不僅表現(xiàn)在技術(shù)含量上，而且表現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念和材料的使用上，簡單的說，國內(nèi)打包機(jī)創(chuàng)新不足，而且科研實(shí)力較差，隨著時(shí)間的推進(jìn)，國內(nèi)打包機(jī)如果還在原地踏步的話，終究會被國外的打包機(jī)取代，任重而道遠(yuǎn)啊。
?2、國外包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
德國的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能方面均屬世界一流。該國生產(chǎn)的啤酒、飲料灌裝成套設(shè)備生產(chǎn)速度快、自動化程度高、可靠性好。主要體現(xiàn)在：工藝流程的自動化、生產(chǎn)效率高，滿足了交貨期短和降低工藝流程成本的要求；設(shè)備具有更高的柔性和靈活性。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)的靈活性、構(gòu)造的靈活性和供貨的靈活性，以適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的需要；利用計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)提供成套設(shè)備，故障率低，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)；對環(huán)境污染少，主要包括噪音、粉塵和廢棄物的污染。
意大利生產(chǎn)的包裝機(jī)械中，40%是食品包裝機(jī)械，如糖果包裝機(jī)、軟管旋蓋機(jī)、漿糊貼標(biāo)機(jī)等。吹瓶機(jī)吹塑機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)是外觀考究、性能優(yōu)良、價(jià)格便宜。意大利包裝機(jī)械行業(yè)的最大優(yōu)勢就在于可以按照用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并能保證很好地完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督、檢驗(yàn)、組裝、調(diào)整和用戶需求分析等。
日本的食品包裝機(jī)械，雖然以中小單機(jī)為主，但設(shè)備體積小、精度高、易于安裝、操作方便、自動化程度也較高。???????
隨著世界科技的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把核能技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)、生物技術(shù)和系統(tǒng)工程融入了傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)中。新的合金材料、塑料軟管生產(chǎn)線材料、復(fù)合材料、無機(jī)非金屬材料等新材料也得到了推廣應(yīng)用，食品包裝機(jī)械的集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化將成為未來發(fā)展的主流。
包裝機(jī)械行業(yè)面對市場的需求和如何趕上甚至超越發(fā)達(dá)國家的包裝機(jī)械，及如何加大自主創(chuàng)新的步伐，力爭在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，是擺在我國包裝機(jī)械企業(yè)面前的緊迫任務(wù)。
打包機(jī)的發(fā)展趨勢，打包機(jī)的未來發(fā)展趨勢在向全自動化、高級化和多樣化等方面延伸。主要表現(xiàn)為研制用于各種用途的打包機(jī)，例如壓縮打包機(jī);研制代替鋼帶的重型帶、聚酯帶等;研制適應(yīng)臺式打包機(jī)的泡沫帶、軟帶等。提高單機(jī)的自動化程度使包裝件從輸送裝置送進(jìn)后，打包機(jī)能自動定位、捆扎、轉(zhuǎn)位，并以十字形、井字形等花樣捆扎;采用微機(jī)控制以實(shí)現(xiàn)無人操作的自動捆扎生產(chǎn)線。國外的自動打包機(jī)已向40道/分鐘至60道/分鐘的目標(biāo)發(fā)展;研制捆緊力克隨機(jī)調(diào)節(jié)的打包機(jī)，提高自動打包機(jī)在帶寬、捆包規(guī)格、工作臺高度、捆扎能力等環(huán)節(jié)的適應(yīng)性等。?未來的包裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高。如高智能數(shù)控系統(tǒng)、編碼器及數(shù)字控制組件、動力負(fù)載控制等新型智能設(shè)備已經(jīng)普遍應(yīng)用到包裝機(jī)械設(shè)備中，使設(shè)備使用者在操作過程中更具有獨(dú)立性、靈活度、操作正確性、高效率和兼容性。
隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，包裝機(jī)械的競爭必將日益加劇，包裝機(jī)械在技術(shù)發(fā)展方向上正朝著以下五個方向發(fā)展：
（1）基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和分析方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototyping Technology）是一項(xiàng)新生的工程技術(shù)。它采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上通過CAD/CAM/CAE等技術(shù)把產(chǎn)品的資料集成到一個可視化的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析。
（2）機(jī)械功能多元化。工商業(yè)產(chǎn)品在已趨向精致化及多元化的環(huán)境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能和包裝機(jī)械方面適應(yīng)市場需求。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。充分利用原有機(jī)型模組化設(shè)計(jì)，可在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機(jī)型，提高產(chǎn)品的市場反應(yīng)速度。
（4）控制智能化。未來包裝機(jī)械必須具備多功能化、調(diào)整及操作簡單等條件，基于電腦的智能型儀器將成為包裝機(jī)械控制器發(fā)展的新趨勢。
（5）結(jié)構(gòu)運(yùn)動高精度化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)運(yùn)動控制等關(guān)系到包裝機(jī)械性能的優(yōu)劣，可通過馬達(dá)、編碼器及數(shù)字控制（NC）、動力負(fù)載控制（PLC）等高精密控制器來實(shí)現(xiàn)。并適度地做產(chǎn)品延伸。
包裝機(jī)械發(fā)展涉及到眾多行業(yè)，中國的包裝機(jī)械企業(yè)應(yīng)調(diào)動各方力量攻下更多技術(shù)課題，使我國包裝機(jī)械裝備走向世界先進(jìn)行列。為了趕超發(fā)達(dá)國家在包裝機(jī)械領(lǐng)域的壟斷地位，我們必須著力研究新方法、新技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械行業(yè)。在這種趨勢下，結(jié)合虛擬樣機(jī)技術(shù)對包裝機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行靜動力學(xué)綜合分析和包裝動力學(xué)分析顯得尤為重要，對增強(qiáng)產(chǎn)品性能以及縮減產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期有著重要的作用。
1.4 本文主要研究內(nèi)容
（1）、驅(qū)動電機(jī)的選擇。
（2）、輸送裝置總體結(jié)構(gòu)方案分析及主要零部件設(shè)計(jì)。
（3）、各零部件三維數(shù)字建模和裝配。
（4）、繪制輸送機(jī)工作循環(huán)圖以及主要零部件工程圖和裝配圖。
1.5 總的設(shè)計(jì)總圖
1、 送書機(jī)構(gòu)，101、送書驅(qū)動電機(jī)，102、驅(qū)動電機(jī)安裝箱體，103、輸送輥?zhàn)樱?04、送書框架，105、輸送皮帶，106、擋書板
圖1 送書機(jī)構(gòu)示意圖
2. 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 總設(shè)計(jì)流程圖
根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸和送書裝置完成送書
裝置的主要零部件的三維圖和二維圖
查閱與設(shè)計(jì)送書
裝置相關(guān)的資料
擬定送書裝置總體
方案并進(jìn)行方案分析
主要零部件（電機(jī).軸承。輸送輥?zhàn)樱┰O(shè)計(jì)
結(jié)合全部的資料和要求選擇合適的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化送書裝置的結(jié)構(gòu)
進(jìn)行主要零部
件的尺寸的計(jì)算
設(shè)計(jì)送書裝置
的總體裝配圖
其它輔助零部件的設(shè)計(jì)
圖2 設(shè)計(jì)方案總體框圖
2.2 送書裝置的工作原理及技術(shù)要求
2.2.1 送書機(jī)構(gòu)原理
所述送書機(jī)構(gòu)由送書驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)箱、輸送輥、送書框架、輸送皮帶和擋書板組成；輸送輥、送書框架及電機(jī)箱依次固定連接為一體且呈“Z”型，電機(jī)箱內(nèi)裝有驅(qū)動電機(jī)，并固定安置于地面，輸送皮帶環(huán)繞在輸送輥和驅(qū)動電機(jī)上，送書框架安裝有輸送輥，且輸送輥的中心軸線均相互平行，輸送輥軸的兩端安裝于送書框架的兩側(cè)水平軸孔中，送書機(jī)構(gòu)的上端頭與推書機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有一擋書板，擋書板固定安裝于送書框架上部的端頭，送書框架的下端頭固定有驅(qū)動電機(jī)安裝箱體，驅(qū)動電機(jī)安裝箱體的一側(cè)與主控裝置的一側(cè)連接，送書機(jī)構(gòu)受控于主控裝置。送書機(jī)構(gòu)示意圖見圖所示，該送書機(jī)機(jī)構(gòu)簡單且工作可靠，送書推力大，工作效率高。
2.2.2 技術(shù)要求
（1）生產(chǎn)率：10摞∕分鐘（240摞∕小時(shí)）；
（2）四種書本捆扎規(guī)格：小32開：185mm×130mm、小16開：260mm×185mm
大32開：210mm×148mm、大16開：290mm×210mm
(3) 皮帶輸送機(jī)電機(jī)功率3000W
2.3 送書裝置的機(jī)構(gòu)方案分析
首先，從圖書館或者網(wǎng)絡(luò)上查找與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的資料書籍，根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬定送書裝置的總體方案并對該方案進(jìn)行分析。然后對擬定的方案中的裝置主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要的零部件包括驅(qū)動電機(jī)、輸送棍子、軸承，除了主要零部件還有其余的輔助零部件也需要設(shè)計(jì)。依據(jù)擬定的總體方案與設(shè)計(jì)的零部件優(yōu)化整個送書裝置，送書裝置確定好以后對裝置中的主要零部件進(jìn)行尺寸的計(jì)算并畫出整個送書裝置的總體裝配圖。最后完成裝置的零部件的三維實(shí)物圖與二維的工程圖。
2.4 本章小結(jié)
通過本章內(nèi)容的研究可以確定本課題研究的方案及其路線！擬定好最終的送
書裝置總體方案。總體方案的確定就可以為下面?zhèn)€零部件設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備！
3. 送書裝置的主要零件的設(shè)計(jì)
3.1 驅(qū)動電動的選擇
3.1.1電動機(jī)的選擇
(1)電動機(jī)類型的選擇
電動機(jī)的類型根據(jù)動力源和工作條件,選用Y系列三相異步電動機(jī)。
(2)電動機(jī)功率的選擇
根據(jù)已知條件計(jì)算出工作機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速為：
Nw=60000/3.14×300=63.694 r/min
工作機(jī)所需要的有效功率為:
Pd=2600/1000=2.6 kW
為了計(jì)算電動機(jī)的所需功率，先要確定從電動機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。設(shè)為彈性聯(lián)軸器效率為0.99，為滾動軸承傳動效率為0.99，為齒輪傳動（8級）的效率為0.97，為滾筒的效率為0.96。則傳動裝置的總效率為:
ηa=0.99×0.99×0.97×0.96=0.851
電動機(jī)所需的功率為:
在機(jī)械傳動中常用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min和1000r/min的兩種電動機(jī)，根據(jù)電動機(jī)所需功率和同步轉(zhuǎn)速查得電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)及計(jì)算總傳動比如表1－1所示。
表3－1電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)及計(jì)算總傳動比
方 案
型 號
額定功率
(kW)
轉(zhuǎn)速 (r/min)
質(zhì)量
N
參考價(jià)格
(元)
總傳動比
同步
滿載
1
Y112M-4
4.0
1500
1440
470
230.00
125.65
2
Y132M1-6
4.0
1000
960
730
350.00
83.77
對以上兩種方案進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，選擇方案1較合適且方案1電動機(jī)質(zhì)量最小，價(jià)格便宜。
選用方案1電動機(jī)型號Y112M-4
3.1.2 裝置運(yùn)動及動力參數(shù)計(jì)算
(1)傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比
根據(jù)電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和滾筒轉(zhuǎn)速可算出傳動裝置總傳動比為：
?雙級圓柱齒輪減速器分配到各級傳動比為：
高速級的傳動比為：
②低速級的傳動比為：=2.61/5.52=4.1
(2)傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算：
??a) 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算：
b) 各軸的輸入功率計(jì)算：
c)?各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算：
根據(jù)公式計(jì)算轉(zhuǎn)矩
T=20.26×0.99=20.06 N·m
T=20.06×5.52×0.99×0.97=106.34 N·m
T=106.34×4.10×0.99×0.67=418.69 N·m
T=418.69×0.99×0.99=410.36N·m
由以上數(shù)據(jù)得各軸運(yùn)動及動力參數(shù)見表1－3。
1－3 各軸運(yùn)動及動力參數(shù)
軸號
轉(zhuǎn)速
n/(r/min)
功率P/kW
轉(zhuǎn)矩T/N.mm
傳動比
1
1400.000
3.024
20.06
5.52
2
260.870
2.904
106.34
4.10
3
63.694
2.789
418.69
1.00
4
63.694
2.733
410.36
?
軸是組成機(jī)械的主要零件，它支撐其他回轉(zhuǎn)件并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)它又通過軸承和機(jī)架連接。所有軸上零件都圍繞軸心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成一個以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸系部件。
3.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法估算軸的直徑,
設(shè)計(jì)公式：??
選取d=25.88mm
高速軸：取A =116?mm
中間軸：取A =25.007mm
低速軸：取A=107=37.714mm
3.1.4 確定軸的結(jié)構(gòu)與尺寸
（1）軸的選取及計(jì)算
1. 因?yàn)棰褫S通過聯(lián)軸器與電動機(jī)的軸徑28mm，查聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)，選聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器。標(biāo)準(zhǔn)型號HL2，與聯(lián)軸器相聯(lián)的軸徑選取為25mm。
2. 零件的軸向定位需用定位軸間。H>0.07d。為了加工裝配方便而設(shè)置非定位軸肩，一般為2—3mm。
（2）軸的設(shè)計(jì)
根據(jù)前述所算的最小的軸徑為25.88mm。
1)中間軸的各參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)矩T=106.34N·m??? 轉(zhuǎn)速N=260.87r/min?? 功率P=2.904kW
2)中間軸上的各力：
低速級小齒輪：Ft1=3319N?Fr1=1235N?Fa1=747N
高速級大齒：Ft2=851N?Fr2=318N?? Fa2=198N?
3）軸的計(jì)算簡圖
圖3.14 軸的載荷分析圖
（3）校核軸的強(qiáng)度：
由上述可知，危險(xiǎn)截面在C截面處。
按第三強(qiáng)度理論求出彎矩M 圖，由公式M =Pad/L
M=155.275
軸為45號鋼，查表可知 σ= 60 Mpa
由公式可得：
σF1=＜σF2
所以中間軸滿足強(qiáng)度要求。
3.1.5 滾動軸承的選擇及計(jì)算
軸承是支承軸的零件，其功用有兩個：支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；減輕轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。
與滑動軸承相比，滾動軸承具有啟動靈活、摩擦阻力小、效率高、潤滑簡便及易于互換等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。它的缺點(diǎn)是抗沖擊能力差，高速時(shí)有噪聲，工作壽命也不及液體摩擦滑動軸承。
3.1.6 軸承的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
由于轉(zhuǎn)速較高，軸向力又比較小，故選用深溝球軸承。下面以高速級軸為例初選軸承型號為6207，具體結(jié)構(gòu)圖如下。
圖3.15 軸承結(jié)構(gòu)圖
a)高速軸軸承的校核：
?Fa/Fr=198/318=0.623＞e
查表利用插值法得： e=0.204，則有>e??
則有X=0.56，利用插值法：Y=2.16
由公式P= (X+Y)可得
由公式 h〉12000h
所以滿足要求。即高速級選用6207型號的軸承
b)中間軸軸承的校核:
中間軸選擇6208:，??
高速級大齒輪： ???
低速級小齒輪： ???
所以利用插值法得e=0.227
?Fa/Fr=549/917=0.59>e
所以選用X=0.56，Y=1.93
由公式得：
P=(X+Y) =1.2(0.56 917+1.93 549)=1887.708N
由公式h＞12000h
所以滿足要求。即中間軸選用6208型號的軸承
c)低速軸軸承的校核：
初選低速級選用7209AC型號的軸承正裝?，
求得：=1768N?? ?=2506N?
Fa=Fa-Fa=747-198=549N
S=0.68=0.68×1768=1202.24N
S=0.68=0.68-2506=1704.08N
Fa+S=549+1704.48=2253.08＞S?? 故1被壓縮，2被放松。
?求軸向載荷： A =Fa+S=2253.08N
A=S=1704.08
求當(dāng)量動載荷P,P
A /R =2253.08/1768=1.27＞e??? X =0.41?Y =0.87
A /R =1704.08/2506=0.68=e??? X =1????? Y =0
P =(X R +Y A )=1.2(0.41 1768+0.87 2253.08)=3222.1N
P =(X R +Y A ) =1.2(1 2506)=3007.2N
由公式＞12000h
所以滿足要求。即低速級選用7209AC型號的軸承
3.1.7 V帶的傳動設(shè)計(jì)
外傳動帶選為 普通V帶傳動
1.確定計(jì)算功率：
1）由表5-9查得工作情況系數(shù)
2）由公式
2.選擇V帶型號
查文獻(xiàn)選A型V帶。
3.確定帶輪直徑
（1）參考文獻(xiàn)選取小帶輪直徑
（電機(jī)中心高符合要求）
（2）驗(yàn)算帶速 由公式
（3）從動帶輪直徑
查表 取
（4）傳動比 i
（5）從動輪轉(zhuǎn)速
4.確定中心距和帶長Ld
（1）按公式初選中心距
取
（2）按公式求帶的計(jì)算基礎(chǔ)準(zhǔn)長度L0
取帶的基準(zhǔn)長度Ld=2000mm
(3) 按公式計(jì)算中心距:a
(4) 按公式確定中心距調(diào)整范圍
5.驗(yàn)算小帶輪包角α1
由公式
6.確定V帶根數(shù)Z
(1) 由文獻(xiàn)查得dd1=112 n1=800r/min及n1=980r/min時(shí)，單根V帶的額定功率分呷為1.00Kw和1.18Kw，用線性插值法求n1=980r/min時(shí)的額定功率P0值。
(2) 由文獻(xiàn)查得△P0=0.11Kw
(3) 由文獻(xiàn)查得查得包角系數(shù)
(4) 由表查得長度系數(shù)KL=1.03
(5) 計(jì)算V帶根數(shù)Z，由公式
取Z=5根
7．計(jì)算單根V帶初拉力F0，由公式
q由文獻(xiàn)查知
8．計(jì)算對軸的壓力FQ，由公式得
3.1.8 選擇聯(lián)軸器的類型
根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：
1) 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。
2) 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。
3) 兩軸相對位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬向聯(lián)軸器等。
4) 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。
5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器(例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等)，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動。
經(jīng)過分析聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)為
圖3.18 聯(lián)軸器
3.2 送書機(jī)架的機(jī)構(gòu)方案分析
在機(jī)器（或儀器）中支承或容納零部件的零件稱為機(jī)架，是機(jī)座、床身、殼體、箱體及基礎(chǔ)平臺的統(tǒng)稱。機(jī)架是各種機(jī)器中重要的零件之一。
3.2.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的原理
機(jī)架多數(shù)處于復(fù)雜的受載狀態(tài)，外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而機(jī)架的設(shè)計(jì)應(yīng)針對具體情況進(jìn)行分析，以便滿足不同的要求。一般而言，機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，同時(shí)，還應(yīng)滿足形狀簡單，便于制造、截面形狀合理和肋板布置恰當(dāng)?shù)囊蟆?
（1）剛度 評定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度，例如金屬切削機(jī)床及其它要求精確運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器機(jī)架，以滿足剛度條件為主。
（2）強(qiáng)度 強(qiáng)度是評定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則。如鍛壓機(jī)床、沖剪機(jī)床等機(jī)器，以滿足強(qiáng)度條件為主。
（3）穩(wěn)定性 機(jī)架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。有些構(gòu)件制成薄壁腹式也存在局部失穩(wěn)。穩(wěn)定性是保證機(jī)架正常工作的基本條件，必須加以校核。
（4）形狀簡單，便于制造 機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)架的加工。
（5）便于在機(jī)架上安裝附件 機(jī)架的結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便處理和更換零部件。
（6）良好的耐磨性 有導(dǎo)軌的機(jī)架，要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好，以保證機(jī)架有足夠的使用壽命。
另外，在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架還應(yīng)滿足重量輕、成本低、抗振性好、噪聲小、溫度場分布合理、熱變形對精度影響小和造型好的要求。
3.2.2 送書機(jī)構(gòu)原理
所述送書機(jī)構(gòu)由送書驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)箱、輸送輥、送書框架、輸送皮帶和擋書板組成；輸送輥、送書框架及電機(jī)箱依次固定連接為一體且呈“Z”型，電機(jī)箱內(nèi)裝有驅(qū)動電機(jī)，并固定安置于地面，輸送皮帶環(huán)繞在輸送輥和驅(qū)動電機(jī)上，送書框架安裝有輸送輥，且輸送輥的中心軸線均相互平行，輸送輥軸的兩端安裝于送書框架的兩側(cè)水平軸孔中，送書機(jī)構(gòu)的上端頭與推書機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有一擋書板，擋書板固定安裝于送書框架上部的端頭，送書框架的下端頭固定有驅(qū)動電機(jī)安裝箱體，驅(qū)動電機(jī)安裝箱體的一側(cè)與主控裝置的一側(cè)連接，送書機(jī)構(gòu)受控于主控裝置。送書機(jī)構(gòu)示意圖見圖所示，該送書機(jī)機(jī)構(gòu)簡單且工作可靠，送書推力大，工作效率高。
3.3 滾筒輥?zhàn)拥倪x擇
3.3.1 滾筒的長度選擇
不同寬度的貨物應(yīng)選適合寬度的滾筒，一般情況下采用“輸送物+50mm”。
3.3.2 滾筒的壁厚及軸徑選擇
按照輸送物的重量平均分配到接觸的滾筒上，計(jì)算出每支滾筒的所需承重，從而確定滾筒的壁厚及軸徑。
3.3.3 滾筒材料及表面處理
根據(jù)輸送環(huán)境的不同，確定滾筒所采用的材質(zhì)和表面處理（碳鋼鍍鋅、不銹鋼、發(fā)黑還是包膠）。
3.3.4 選擇滾筒的安裝方式
根據(jù)整體輸送機(jī)的具體要求，選擇滾筒的安裝方式: 彈簧壓入式, 內(nèi)牙軸式, 全扁榫式, 通軸銷孔式等。
3.4 本章小結(jié)
本章研究的主要內(nèi)容就是送書機(jī)架的設(shè)計(jì),送書機(jī)架主要包括送書皮帶,滾筒,工作臺，驅(qū)動電機(jī)。而其中驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計(jì)尤為重要，也是最復(fù)雜的一樣設(shè)計(jì)。電機(jī)設(shè)計(jì)好了那整個送書裝置的設(shè)計(jì)就完了一半！而通過本章的研究，送書機(jī)架的設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成！下面要研究的就是呈現(xiàn)送書裝置的結(jié)構(gòu)建模已經(jīng)裝配圖。
4. 送書裝置的結(jié)構(gòu)建模與裝配
首先創(chuàng)建各個零部件的三維實(shí)體模型，然后通過定義各個零部件之間的裝配配合關(guān)系完成整個裝配體實(shí)體模型的建立。裝配過程中仿真功能的要求。
4.1各零部件的三維建模與裝配
4.1.1 驅(qū)動電機(jī)
電機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和端蓋、軸承、 軸承端蓋、風(fēng)扇組
成
圖4.1 驅(qū)動電機(jī)三維模型示意圖
聯(lián)軸器：用于減速電機(jī)與傳動軸之間的連接，這里選用的是電磁離合器，可以控制傳動軸與直接驅(qū)動電機(jī)之間的離合，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的無驅(qū)動自由運(yùn)動狀態(tài)。如圖3-3所示。
圖4.2 聯(lián)軸器三維模型示意圖
中心旋轉(zhuǎn)軸：也稱傳動軸，連接連接塊與驅(qū)動電機(jī)，起傳遞力和力矩以及支撐軸上零件的作用。如圖3-4所示。
圖4.3 中心旋轉(zhuǎn)軸三維模型示意圖
連接塊：固定和支撐被測件負(fù)載。連接塊由滑塊、導(dǎo)軌、絲杠、蓋板和架體組成。被測件固定在連接塊上的滑塊上，滑塊的凸形體與連接塊的燕尾槽導(dǎo)軌相連接，通過絲杠的調(diào)節(jié)可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)被測件的相對位置，且可以滿足不同形狀體積的產(chǎn)品試驗(yàn)。如圖3-5所示。
（a） 滑塊三維模型示意圖 （b）導(dǎo)軌三維模型示意圖
(c) 絲杠三維模型示意圖
軸承座：固定和支撐軸承。橫滾模擬仿真轉(zhuǎn)臺采用一個深溝球軸承和一個調(diào)心球軸承配對使用，它們相對應(yīng)的軸承、軸承座和軸承端蓋的裝配圖分別如圖3-6所示。
(a) 角接觸球7218AC三維模型示意圖 （b）深溝球6214三維模型示意圖
（c）角接觸球軸承座裝配圖 （d）深溝球軸承座裝配圖
圖4.4轉(zhuǎn)臺軸承支座三維模型示意圖
4.1.2 送書機(jī)架
送書機(jī)架由輸送輥、送書框架、輸送皮帶和擋書板組成；輸送輥送
書框架及電機(jī)箱依次固定連接為一體且呈“Z”型完成書本運(yùn)輸?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)
圖4.5 送書機(jī)架的三維模型示意圖
4.1.3 工作臺:
工作臺由四根支架，二塊擋板和一塊桌面構(gòu)成。工作臺用于放送書機(jī)架
圖4.6 工作臺的三維模型示意圖
4.1.4 輥?zhàn)?
圖4.7 輥?zhàn)拥娜S模型示意圖
4.2 送書裝置的三維實(shí)體裝配圖
圖4.8 送書裝置的三維實(shí)體裝配圖
4.3 本章小結(jié)
通過本章的三維模型的示意圖更能清楚的知道我們設(shè)計(jì)的送書裝置的最后的設(shè)計(jì)產(chǎn)品是什么形狀!更能清楚知道設(shè)計(jì)的裝置的缺陷及其不足。
5. 結(jié)論及建議
5.1 全文工作總結(jié)
本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)內(nèi)容與CAD緊密結(jié)合在一起，根據(jù)傳統(tǒng)打包機(jī)的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式，提出自動打包機(jī)送書裝置的具體設(shè)計(jì)要求以及主要工作狀態(tài)，進(jìn)行自動打包機(jī)送書裝置總體方案的設(shè)計(jì)，確定其主要組成部分，并對各部分所涉及的零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和計(jì)算。首先確定設(shè)計(jì)的幾個主要部分：驅(qū)動電機(jī)型號的選擇及校核，送書機(jī)架的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和滾筒的數(shù)量和直徑的選擇。
根據(jù)打包介質(zhì)為書本，所有與物料接觸的部分均選用不銹鋼和無毒耐磨腐蝕塑料制成。運(yùn)用工程力學(xué)的知識和設(shè)計(jì)手冊對傳動的重要部分軸的選取和設(shè)計(jì)計(jì)算。
最后考慮到本設(shè)計(jì)的安裝與維護(hù)，通過查找資料，進(jìn)行了送書裝置的描述和輸送裝置的設(shè)計(jì)。
5.2 建議
結(jié)合國外自動打包機(jī)的研究成果和我國自動打包機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，自動打包機(jī)的發(fā)展方向?yàn)椋?
設(shè)備大型化。其主要技術(shù)參數(shù)與裝備均向著大型化發(fā)展，以滿足年產(chǎn)300~500萬t以上高產(chǎn)校集約化生產(chǎn)的需要。
打包機(jī)械日趨高速化，自動化和聯(lián)動化，機(jī)械設(shè)備的高速化是實(shí)現(xiàn)人類社會高速發(fā)展的根本措施，是提高設(shè)備的主要途徑，故打包機(jī)的速度是衡量性能優(yōu)劣的重要指針。
采用多機(jī)驅(qū)動與中間驅(qū)動及其功率平衡，輸送變向運(yùn)行等技術(shù)，使輸送單元運(yùn)行長度在理論上受到限制，并確保了包裝系統(tǒng)設(shè)備的通用性，互換性及其單元驅(qū)動的可靠性。
打包系統(tǒng)的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。打包機(jī)械日趨高速化，自動化和聯(lián)動化，機(jī)械設(shè)備的高速化是實(shí)現(xiàn)人類社會高速發(fā)展的根本措施，是提高設(shè)備的主要途徑，故打包機(jī)的速度是衡量性能優(yōu)劣的重要指針。微電子技術(shù)和檢測組件的發(fā)展和利用提高了產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，也提高了打包機(jī)的自動化程度，通常包裝機(jī)的生產(chǎn)速度越高，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作同步性和協(xié)調(diào)性越嚴(yán)，為保證包裝機(jī)作業(yè)能夠可靠地進(jìn)行，自動包裝機(jī)應(yīng)具有故障診斷檢測與顯示功能推行在線的自動檢測控制。今后應(yīng)大力發(fā)展以下技術(shù)：
1、微機(jī)技術(shù)
2、模糊化控制技術(shù)
3、新型執(zhí)行機(jī)械
4、新型傳動系統(tǒng)
5、傳感器的研究與開發(fā)
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[15]Seiichirou SUZUK . A study on the dynamic behaviors of an automatic washing machine [M]. 2001 Korea ADAMS User Conference, 2001：1-6
致謝
經(jīng)過三個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是張老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)，幫助我們總結(jié)大學(xué)四年收獲，認(rèn)清自我。同時(shí)，還幫助我們改變一些處理事情時(shí)懶散的習(xí)慣。從最開始時(shí)的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，再到著手開始進(jìn)行送書裝置的設(shè)計(jì)，每一步都市壞壞相扣，銜接緊密，其中每一步產(chǎn)生或者疏忽，就會對以后的設(shè)計(jì)帶來很多的不便。
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中動手能力和資料搜集能力在設(shè)計(jì)中也得到提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)中很多數(shù)值，公式，計(jì)算方法都需要我們?nèi)ツ托牡夭殚啎?，瀏覽資料，設(shè)計(jì)中需要用到輔助設(shè)計(jì)軟件的地方，也需要我們耐心地學(xué)習(xí)。掌握其使用的要領(lǐng)，運(yùn)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中去。最后匯總的時(shí)候，需要將前期各個階段的工作認(rèn)真整理。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有老師和同學(xué)給我的無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝南昌航空大學(xué)科技學(xué)院對我四年的栽培。
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