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目 錄
前言 1
第一章 設(shè)計課題的提出及方案的論證 2
1.1課題的提出 2
1.2方案的選擇和確定 4
1.2.1生產(chǎn)線的工藝流程 4
1.2.2幾種方案的提出論證 4
1.2.3方案的確定 4
1.2.4其他說明（關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點說明） 5
1.3理論分析 5
1.3.1傳送部分的設(shè)計 6
1.3.2上料段的設(shè)計 7
第二章 設(shè)計的主要參數(shù)計算和校核 11
2.1電動機功率及減速機類型、型號的選擇 11
2.2 相互嚙合的齒輪齒數(shù)、模數(shù)的確定及強度校核 11
2.3鏈傳動中鏈、鏈輪的選擇 16
2.4鍵的選擇和強度校核 17
2.4.1齒輪傳動中鍵的選擇和強度校核 17
2.4.2鏈傳動中滾筒軸鍵選擇及強度校核 18
2.5升降臺液壓缸有關(guān)計算 19
2.5.1液壓升降臺的結(jié)構(gòu)及運動原理 21
2.5.2升降臺液壓缸的設(shè)計計算 23
2.6液壓缸底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強度校核 28
2.6.1銷軸的選擇 28
2.6.2強度校核 28
2.7液壓升降平臺底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強度校核 29
2.8滾筒架用絲杠的有關(guān)計算及強度校核 30
第三章 結(jié)論 33
天津理工大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書
前言
隨著社會主義市場經(jīng)濟的確立，人民群眾對各種包裝器材的要求日益提高，各種罐頭類食品，各種涂料都大量利用金屬桶包裝。因此，制桶制罐業(yè)在我國現(xiàn)階段有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢壳皣鴥?nèi)的制桶制罐業(yè)從原料到設(shè)備都需要大量從國外進口，占用了國家的大量外匯，客觀上也增加了桶罐制造品的成本。因此，制桶制罐業(yè)實現(xiàn)全面國產(chǎn)化，具有相當(dāng)重要的意義及廣闊的市場前景。
當(dāng)今機械制造技術(shù)發(fā)生了重大變革，進入了一個全新的發(fā)展時期，擺在我們機械制造工程技術(shù)人員眼前的一個重要任務(wù)是如何將我國的機械制造技術(shù)與國外先進的機械制造技術(shù)相結(jié)合，用較少的投入在短期內(nèi)改變我國機械制造業(yè)落后的現(xiàn)狀。
我國現(xiàn)存機床總量居世界第二位，但大部分機床都比較陳舊，性能落后，機床老化嚴重，而性能先進的高、精、尖自動化機床較少，特別是在包裝機械方面更是少之又少，在機械工業(yè)中應(yīng)用自動化技術(shù)，對提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，節(jié)約能源資源及材料消耗，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和減輕工人勞動等方面都顯示了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，因此自動化技術(shù)日益獲得廣泛的應(yīng)用，而提高機床的自動化程度，對現(xiàn)有機器設(shè)備進行設(shè)備更新改造是當(dāng)今面臨的一個迫切而重大的任務(wù)。
目前，武漢鋼鐵廠已經(jīng)加工出了合格的制桶原料----各種規(guī)格的金屬卷板。我們現(xiàn)在要設(shè)計的是制桶所必需的生產(chǎn)設(shè)備----薄板滾切自動生產(chǎn)線。
設(shè)計該生產(chǎn)線我們必須考慮我國目前機械工業(yè)發(fā)展的水平及狀況，切不可不符合我國國情而一味的追求技術(shù)上的先進性，如果這樣該設(shè)備的成本就會上升而失去了市場競爭力。我們要從中國實際出發(fā)，在設(shè)計時盡量采用我們自己生產(chǎn)的各種標(biāo)準件或是技術(shù)通用產(chǎn)品，當(dāng)然在關(guān)鍵部分也要利用國外先進技術(shù)及產(chǎn)品，以保證我們設(shè)計的設(shè)備在技術(shù)和價格上都有競爭力。
我本次設(shè)計的為自動化程度較高的生產(chǎn)線，屬最初設(shè)計階段，可參考借鑒的資料較少，現(xiàn)有的生產(chǎn)線更少，給我的設(shè)計工作帶來了困難，因此，在設(shè)計中會出現(xiàn)許多的問題。請各位老師評指正。
第一章 設(shè)計課題的提出及方案的論證
1.1課題的提出
隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，我國的經(jīng)濟發(fā)展更是日新月異。我國人民的生活水平有了明顯的大幅度提高。我們的課題是薄鐵板滾切自動生產(chǎn)線，其主要的功用是將薄鐵板滾切去邊成所需尺寸的半成品。該半成品可應(yīng)用于各種桶裝產(chǎn)品的包裝制桶，以及如洗衣機內(nèi)缸，熱水器內(nèi)膽······。其用途可以說是十分廣泛，隨著各類相關(guān)產(chǎn)品的需求量的增大，該生產(chǎn)線的前景良好，前途廣闊。我所負責(zé)的部分是該生產(chǎn)線的上料部分，該部分要求在前幾部分完成的基礎(chǔ)上將已加工完成的半成品整齊的將之卸下。以前該部分的工作是由人工完成的，工作簡單但很繁重。為了有效的利用人力資源，減輕工人的勞動強度，提高機器的效率，我所設(shè)計的上料部分應(yīng)該是自動而不是用人工來完成的?？梢栽诳赡艿姆秶鷥?nèi)減少人力配置，達到自動化生產(chǎn)線的要求。
當(dāng)今社會，隨著改革開放的不斷深入及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國城鄉(xiāng)居民的日常生活水平有了顯著的提高，人們的商品意識得到了很大提高。各行各業(yè)的商品生產(chǎn)者在不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，逐漸對那些大而笨的產(chǎn)品包裝失去了興趣，轉(zhuǎn)而需要大量的便于攜帶和存放的、小巧美觀的小包裝，如罐頭、桶裝、盒裝等各種各樣的包裝形式。 這種小巧精美的包裝及干凈，又好看，而且價格便宜，受人喜愛，非常適用于當(dāng)今時代的快節(jié)奏生活，其適用范圍必然會越來越廣泛，其發(fā)展前景十分廣闊。
由于各種包裝容器的需求量不斷擴大，加工制造容器所需要的先進機械設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工體力勞動已成為包裝制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。如制罐所需要的原材料為卷板材，在制罐前要將卷板材料開卷展平，然后剪切成所需要的尺寸，形狀并堆放整齊，為后續(xù)工作做好準備。傳統(tǒng)的工作方法是將卷材放在一根軸上，然后由工人用手將卷材拉平，直接放在剪板機上進行剪切。由于沒有校平機構(gòu)，切除的板料成星形且人工進給試板料的尺寸無法保證，特別是在堆放時無法擺放整齊，使后續(xù)加工的上料十分困難，且人工勞動強度大，體力消耗嚴重。雖然我國的科學(xué)技術(shù)水平在改革開放后有了很大提高，但這種落后的加工方法在我國的許多廠家還有大量的使用，特別是一些中小企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，由于資金不足，還在普遍使用，即使在一些大中型企業(yè)所適用的國產(chǎn)卷料開卷上料生產(chǎn)線，其自動化程度也不高，效率較低。這使我國生產(chǎn)的大量合格產(chǎn)品，由于包裝的不合要求，在出口時蒙受了極大損失。
這樣，就需要我們設(shè)計一種操作很簡單，自動化程度高，加工精度高，價格便宜的板料精切自動生產(chǎn)線來適應(yīng)這種社會要求，它既能節(jié)省人力，又節(jié)省原材料，還由于自動化而提高生產(chǎn)率和質(zhì)量，這就是包括開卷、上料、鉸平、切斷、上料于一體的板材精密分切面自動線。
包裝機械的概況
1.包裝機械在國民經(jīng)濟中的地位和作用
包裝機械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過程的機械，它是現(xiàn)代商品生產(chǎn)過程中必不可少的技術(shù)設(shè)備，是包裝工業(yè)重要的組成部分。其應(yīng)用范圍廣泛，如在食品，醫(yī)藥，化工，機械，電器，紡織等部門均有實用，其中以食品工業(yè)和化工工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多，約占50％左右，由此可見，包裝工業(yè)在國民經(jīng)濟總產(chǎn)值中占1．7％一2％，而包裝機械在包裝工業(yè)產(chǎn)值中占5％左右。我國包裝機械行業(yè)起步較晚，1982年包裝工業(yè)總產(chǎn)值僅占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的0．7％，而包裝機械僅占包裝工業(yè)總產(chǎn)值全部的2％左右。
包裝是產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域的必要條件，而實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機械。隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的進步，包裝機械在包裝領(lǐng)域中正起著越來越大的作用，其主要作用有以下幾點：
(1)可大大提高勞動生產(chǎn)率滑臺式吸塑封口機機械包裝比手工包裝快得多，如糖果包裝，手工包糖1min只能包十幾塊，而糖果包裝機每分鐘可達數(shù)百塊甚至上千塊，提高效率數(shù)十倍。
(2)能有效地保證包裝質(zhì)量機械包裝可根據(jù)包裝物品的要求，按照需要的形態(tài)、大小，得到規(guī)格一致的包裝物，而手工包裝是無法保證的。這對出口商品尤為重要，只有機械包裝，才能達到包裝規(guī)格化、標(biāo)準化，符合集合包裝的要求。
(3)能實現(xiàn)手工包裝無法實現(xiàn)的操作有些包裝操作，如真空包裝、充氣包裝、貼體包裝、等壓灌裝等，都是手工包裝無法實現(xiàn)的，只能用機械包裝實現(xiàn)。
(4)可降低勞動強度，改善勞動條件手工包裝的勞動強度很大，如用手工包裝體積大、重量重的產(chǎn)品，既耗體力，又不安全；而對輕小產(chǎn)品，由于頻率較高，動作單調(diào)，易使工人得職業(yè)病。折盒機
(5)有利于工人的勞動保護對于某些嚴重影響身體健康的產(chǎn)品，如粉塵嚴重、有毒的產(chǎn)品，有刺激性、放射性的產(chǎn)品，用手工包裝難免危害健康，而機械包裝則可避免，且能有效地保護環(huán)境不被污染。
(6)可降低包裝成本，節(jié)省貯運費用對松散產(chǎn)品，如棉花、煙葉、絲、麻等，采用壓縮包裝機壓縮打包，可大大縮小體積，從而降低包裝成本。同時由于體積大為縮小，節(jié)省倉容，減少保管費用，有利于運輸。
(7)能可靠地保證產(chǎn)品衛(wèi)生某些產(chǎn)品，如食品、藥品的包裝，根據(jù)衛(wèi)生法是不允許用手工包裝的，因為會污染產(chǎn)品，而機械包裝避免了人手直接接觸食品、藥品，保證了衛(wèi)生質(zhì)量。
(8)可促進相關(guān)工業(yè)的發(fā)展包裝機械是一門綜合性科學(xué)，它涉及到材料、工藝、設(shè)備、電子、電器、自動控制等多種學(xué)科，要求各相關(guān)學(xué)科同步、協(xié)調(diào)地發(fā)展，任何學(xué)科的問題都將影響包裝機械的整體性能。因此，包裝機械的發(fā)展將有力地促進相關(guān)學(xué)科的進步。
另外，為適應(yīng)包裝機械高速包裝的需要，其相關(guān)的前后工序也勢必與之適應(yīng)，也就推動了相關(guān)工序的同步發(fā)展。
圖1.1 吸管包裝機
Fig.1.1 Straw packing machine
2.國外包裝機械的發(fā)展概況
歐美工業(yè)發(fā)達國家，如美國，德國，其包裝機械工業(yè)發(fā)展迅速，歷史悠久，形成獨立體系，成為機械制造業(yè)中的重要分支。產(chǎn)品品種齊全，產(chǎn)量高，技術(shù)產(chǎn)品先進并形成系列。據(jù)統(tǒng)計，品種已達1400余種，最早形成行業(yè)的是美國，它已有近55年歷史了
目前，世界上享有盛譽的包裝機械生產(chǎn)國家主要是：美國，德國，日本，意大利，瑞典等國。美國的包裝機械產(chǎn)量和品種均居世界首位，其產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的23％。日本發(fā)展包裝機械的歷史雖然不長，但發(fā)展速度卻很快，其產(chǎn)量僅次于美國，85年總產(chǎn)值為3513億日元，產(chǎn)量近55萬臺，居世界第二位。德國是世界上包裝機械出口額最大的國家。各國包裝機械制造商規(guī)模不一，歐美多以大中型為主，日本則以中小型為主。盡管各國包裝機械生產(chǎn)廠家規(guī)模大小不一，但其專業(yè)化生產(chǎn)程度都比較高，不少公司都有自己別具特色的主導(dǎo)產(chǎn)品，一些較大的公司還以包裝材料為依托，建立包裝材料與包裝機械中高精尖產(chǎn)品，歐美包裝機械已形成聯(lián)合生產(chǎn)的經(jīng)營。由此可見，國威包裝機械行業(yè)歷史較長，發(fā)展較快，技術(shù)成熟，而且正向縱深發(fā)展。
3.國內(nèi)包裝機械的發(fā)展概況
中國包裝機械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障，有些包裝機械填補了國內(nèi)空白，已能基本滿足國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目前，中國包裝機械出口額還不足總產(chǎn)值的5%，進口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達國家相去甚遠。中國包裝機械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，中國包裝機械品種只有1300多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足市場需求：產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短、可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量；從企業(yè)狀況看，國內(nèi)包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品檔次高的企業(yè)不多；從產(chǎn)品開發(fā)看，中國還基本停留在測試仿制階段，自行開發(fā)能力弱，缺少科研生產(chǎn)中試基地，科研經(jīng)費僅占銷售額的1%，而國外高達8-10%。中國包裝機械的技術(shù)水平相較于先進國家的整體技術(shù)水平落后20年，在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面的競爭中處于劣勢。
4.包裝機械的分類
目前，世界各國對包裝機械的分類各不相同，國內(nèi)尚未制定分類標(biāo)準，參照國際分類發(fā)并結(jié)合國內(nèi)實際情況，常將包裝機械分為兩大類，每類又包為若干小類。即：1直接包裝機械：填充機，灌裝機，封口機，裹包機，貼體包裝機，收縮包裝機，真空包裝機，充填一封口機，成型一充填一封口機，無菌包裝機，標(biāo)簽機，清洗機，捆扎機，捆結(jié)機，集裝拆卸機，堆碼機，輔助包裝設(shè)備。2包裝容器制造機械：包裝材料成型機，塑料薄膜加工機械，復(fù)合材料加工機械，發(fā)泡塑料加工機械等
5.當(dāng)前我國包裝機械生產(chǎn)及設(shè)計研究水平分析
我國包裝機械行業(yè)的制造廠目前大部分為中小型企業(yè)，專業(yè)化程度很低，缺乏必要的專用加工設(shè)備集裝用的工裝，檢測手段不全，調(diào)試力量不足，因此，不少產(chǎn)品的加工質(zhì)量，外觀質(zhì)量，裝配質(zhì)量與國外先進國家相比差距較大，其結(jié)果表現(xiàn)為產(chǎn)品綜合機械性能差，機械的壽命、效率、穩(wěn)定性、應(yīng)變能力差，許多企業(yè)不能適應(yīng)包裝機械小批，多種類，變化快之特點。三化水平是體現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)水平的重要方面，從整個包裝行業(yè)來看，嚴格的講三化工作尚未真正展開，無論是產(chǎn)品或零部件的標(biāo)準化、通用化、系列化均無明顯體現(xiàn)，其水平不僅遠遠落后于美、日、德等發(fā)達國家，與國內(nèi)機械工業(yè)整體水平相比也有較大差。
1.2方案的選擇和確定
1.2.1生產(chǎn)線的工藝流程
板材校平分切自動生產(chǎn)線上料部分的主要任務(wù)是將未加工的板料送到工作位置。其主要的工藝流程為：板材在機架上，由傳送裝置傳送到升降臺上，由液壓缸推著升降臺使板料向上運動。當(dāng)板料在升到一定高度之后，由光電傳感器感測到之后，控制升降平臺，升降平臺在液壓機構(gòu)的控制下停止運動。由真空吸附裝置將每一塊板料吸起，然后在氣動系統(tǒng)的控制下該裝置將板料送到夾送機構(gòu)。此過程為一個循環(huán)。該過程要求自動完成，并且能夠和后一個工序達到同步。
1.2.2幾種方案的提出論證
1.第一個方案
在板料放到升降臺的時候，板料堆由傳送裝置送到下一個工作位置上?，F(xiàn)在有兩種方案的提出以供選擇。該工作動作可以由夾送輥完成或使用由電機帶動滾筒完成該動作。前者可以較好的完成傳送的要求，但是由于在其傳送過程中存在著一個向前方向的前沖力，考慮到薄鐵板的厚度一般在1mm以內(nèi)，所以，很容易造成薄鐵板由于前沖力而出現(xiàn)卷邊的情況。所以，夾送輥傳送的方案不適合生產(chǎn)的需要。由電動機帶動滾筒的傳送裝置也可以很好的完成傳送的要求。而且，由它完成傳送要求平穩(wěn)安全，不存在薄鐵板損壞的顧慮。所以，我們選擇電動機帶動滾筒來作為本自動生產(chǎn)線上料部分的傳送裝置。
2.第二個方案
在完成傳送之后，板料堆置在升降平臺上。升降臺上升，達到一定高度后被光電裝置探測到即停止。此動作現(xiàn)在有兩種方案可供選擇：升降平臺可以由鏈輪機構(gòu)或由液壓機構(gòu)控制。這兩種方案都可以較好的完成對升降平臺的控制。但是由鏈輪控制存在著故障率高的問題。而且，不容易和前面的裝置達到同步。所以，鏈輪裝置不適合在此部分使用。而液壓裝置不存在這種問題，升降比較平穩(wěn)，在光電傳感器的配合下，可以很好的完成任務(wù)。因此，在此部分我們選擇用液壓升降平臺系統(tǒng)。
1.2.3方案的確定
經(jīng)過合理的論證，我所設(shè)計的薄鐵板滾切自動生產(chǎn)線的上料部分采用以下方案：首先，板料堆經(jīng)過傳送裝置（電機帶動的滾筒，滾筒之間有鏈條連接）傳送到升降平臺上。液壓升降平臺上升，上升到一定高度的時候，由光電傳感器測知，液壓升降平臺停止，真空吸附裝置吸起每一塊板料，在真空泵的控制下將每一塊板料送到夾送機構(gòu)。之后，液壓升降平臺恢復(fù)到原來的位置，等待下一批板料。這個過程為一個循環(huán)。至此，整個生產(chǎn)線的上料工作完成一個單元。此過程要求盡量達到平穩(wěn)并且同步。
1.2.4其他說明（關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點說明）
1. 滾筒傳動
滾筒一共有九組，滾筒由電機帶動，滾筒之間由鏈條連接。以完成傳送工作。如果用一條鏈條帶動滾筒轉(zhuǎn)動，在鏈傳動中不受力的一邊與中間鏈輪會發(fā)生分離，這樣鏈輪傳動就會出現(xiàn)偏差。因此，采用下圖方式排布。
圖1.2 滾筒的排布方式
Fig. 1.2 range of the platens
這樣，每個滾筒以相同速度傳動，轉(zhuǎn)速相同。
2.零件的連接方式
薄鐵板滾切自動生產(chǎn)線的上料段中零件較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不可能采用鑄造方法，而采用螺紋連接過于繁瑣，因此，采用焊接方式連接是最經(jīng)濟，最快捷的加工方法。對一些精度要求不高的不見采用先加工，后焊接的方法。對于精度要求高的部件采用先焊接后加工的方法。這種方式使下料機構(gòu)的穩(wěn)定性、堅固性都可以得到很高的保證。并且，比較經(jīng)濟，符合我們生產(chǎn)線設(shè)計的準則。
1.3理論分析
設(shè)計題目：板材校平分切自動生產(chǎn)線單油缸升降臺機械設(shè)計
設(shè)計條件：1：升降臺承載能力大于13000KG
2：升降臺起升最大行程為1200mm
3：升降臺在起升和下降過程中，必須保持水平狀態(tài)，不允許傾斜
1.3.1傳送部分的設(shè)計
滾筒傳動
傳送部分的作用是當(dāng)切斷厚的鋼板在自動堆料機上的高度達到被現(xiàn)實自將堆料運走傳送部分是沿水平方向運用，我采用了滾柱輸送機。因為滾柱輸送機具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝及使用方便和工作可靠等優(yōu)點，所以它以經(jīng)被廣泛的用于機械制造廠，冶金廠，輕工設(shè)備等許多部門中的倉儲與裝卸運輸場所，成為裝卸運輸機械化與自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。
目前，傳送裝置的滾筒排列形式有很多種，不同的滾筒排列形式?jīng)Q定了機器不同的長度和高度，也決定了滾筒不同的結(jié)構(gòu)，同時決定了機器不同的速度和操作的便捷性，更是決定了各自不同的傳送性能和全機的總布局。因此，傳送裝置的滾筒排列形式是反映一臺傳送機與眾不同的主要標(biāo)志之一，各制造商一直都致力于研究開發(fā)更為先進合理的滾筒排列形式。
在設(shè)計中我也考慮了使用帶式輸送機，因為帶式輸送機是最簡單而最廣泛采用的一種連續(xù)輸送機械，它用來在水平方向或微斜方向(直至與水平25‘角為止)內(nèi)運送。它具有優(yōu)良的性能，生產(chǎn)率高，工作平穩(wěn)，安靜和可靠，結(jié)構(gòu)簡單，動力消耗量不大及維護簡單等，這些都促使帶式輸送機在國民經(jīng)濟中而且特別是在運載工作機械化與自動化中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是帶式輸送機是用于傳送線路較長的生產(chǎn)線上，而本生產(chǎn)線正是體現(xiàn)了輕巧靈活的原則，為了使生產(chǎn)線上較短，節(jié)省生產(chǎn)空間縮小輸送距離，降低消耗，因此對于傳送部分盡量采用較短的輸送機，而滾柱式輸送機正好滿足了上述要求。此外，帶式輸送機在帶寬與速度上有一定的關(guān)系，如用帶寬為1000mm的傳送帶，帶速度應(yīng)在2m／s左右，而根據(jù)技術(shù)要求傳送的速度要小于lm／s，若帶速度過低會使傳送帶變松而出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不符合傳送的要求。而且，若使用帶式輸送機，由于鋼板與皮帶之間的經(jīng)常摩擦，會使皮帶嚴重磨損，由此可見，采用滾柱輸送機為最佳方案。
滾柱輸送機的工作原理是依靠轉(zhuǎn)動滾柱與鋼板接觸表面之間的摩擦力來輸送物品的。
圖1.3 滾柱輸送機的滾柱形狀和布置情形
Fig 1.3 lay state and roller shape of roller transportation
滾柱輸送機的滾柱形狀和布置情形可以有多種。如有圓柱形的，圓盤形的，雙圓椎形等，而材料有用鋼管的，有用塑料的，但塑料的耐磨性差。因此根據(jù)實際需要我所采用的是圓柱形的滾柱。由熱軋無縫鋼管制成，在鋼管的兩頭有轉(zhuǎn)動軸成支撐，滾柱都是水平排列，由于輸送機的滾柱跨距較大，承重大，而且滾柱本身也具有一定的重量，因此我采用了90000型外球面單列向心球軸承。滾柱輸送機的驅(qū)動裝置有多種形式，如強索牽引式，皮帶牽引式，鏈牽引式。
圖1.4 滾柱輸送機的驅(qū)動裝置
Fig 1.4 The drive set of roller transportation
由于繩索及皮帶式牽引靠繩索或皮帶與滾柱的摩擦來驅(qū)動滾柱，因此容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致滾柱的滾動時短時續(xù)，致使鋼板的傳送出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，不符合設(shè)計要求。因此為了使傳送均勻，消除爬行現(xiàn)象，應(yīng)采用鏈傳動。但是由于鏈傳動牽引式具有重量大，價格高，易磨損，效率低等缺點，所以對于傳送長度很大的場合是不經(jīng)濟的，因此傳送線的長度應(yīng)盡可能的短，該機構(gòu)采用此下列驅(qū)動方式：
圖1.5 鏈牽引
Fig 1.5 The chain traction
此結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)的特點，若采用有一根鏈條帶動所有鏈的形式，則中間的鏈輪由于鏈子的下垂，只有上部于鏈子嚙合，傳動不平穩(wěn)，并使聯(lián)輪與鏈條發(fā)生脫離。
1.3.2上料段的設(shè)計
參數(shù)擬定：
尺寸(長*寬 mm*mm)：1200*800
板料厚度(mm)：不大于lmm
積載板料的質(zhì)量：MAX=13000kg
生產(chǎn)節(jié)拍：< 2秒鐘
生產(chǎn)率： 30片／分鐘
1.構(gòu)造(組成)：
本機用槽鋼體為機架，終止限制器，液壓升降平臺，機動式傳送滾道，無驅(qū)動滾道組成。
目的：先把板料在升降臺上自動地進行堆積，然后由傳送帶送至生產(chǎn)線，進行下一工序。
2.工程過程：
本機構(gòu)為了防止板料運送完了而使升降臺闖了限位，在前限位板處裝有計數(shù)裝置和光電傳感器，板料每通過一次計一次數(shù)，當(dāng)達到規(guī)定值時，計數(shù)裝置控制液壓升降平臺上升一段距離，使打料動作得以順利進行。當(dāng)計數(shù)開關(guān)所記錄的板料總數(shù)達到最高限量時，切斷這段上料生產(chǎn)線的工作，由按鈕使升降臺降到最低點，再通過有驅(qū)動裝置的滾柱輸送機構(gòu)將板料送到儲料升降臺架上，重復(fù)進行上料段工作。
3.結(jié)構(gòu)分析：
A：液壓升降臺：
目前我國的液壓升降臺一般分為液壓升降臺和機械升降臺兩種類型:液壓升降臺主要是油缸斜置結(jié)構(gòu)的剪刀撐式升降臺以及油缸垂直直項結(jié)構(gòu)的油缸直頂式升降臺，油缸直頂式升降臺由于其要求基坑深度特別深且油缸太長、成本高，在國內(nèi)目前還沒有廠家生產(chǎn)這種類型的升降臺;國內(nèi)液壓升降臺普遍采用剪刀撐式升降臺，這種類型的液壓升降臺占用基坑淺，是中小型升降臺優(yōu)先選用的一種驅(qū)動形式，但由于其結(jié)構(gòu)上固有的一些原因，特別在大行程要求下受到較大的限制。另外，液壓升降臺由于受國產(chǎn)液壓元件可靠性、穩(wěn)定性的限制也影響到該類設(shè)備的應(yīng)用前景。
國內(nèi)外現(xiàn)有升降臺(主要)形式對照
升降臺類別、優(yōu)點、缺點、造價
液壓
垂直油缸
優(yōu)點：
1.噪音低;
2.設(shè)備運行平穩(wěn);
3.容易實現(xiàn)大范圍調(diào)速;
4.設(shè)備要求基坑深;
5.安裝精度要求高;
缺點：
1.設(shè)備要求基坑深;
2.安裝精度要求高;
剪刀撐式
優(yōu)點：
1.噪音低；
2設(shè)備運行平穩(wěn);
3.設(shè)備要求基坑淺;
缺點：
1.升降臺臺面為變速運動;
2．不易實現(xiàn)大行程;
本機構(gòu)的升降平臺采用液壓缸傳動而未采用氣壓傳動。這充分考慮利用了液壓傳動的優(yōu)點。
1：液壓傳動，傳動力大，而氣壓傳動的壓力較低，若采用氣壓缸必定會使缸體結(jié)構(gòu)變大。
2：液壓傳動，系統(tǒng)剛度大，動作準確較機械傳動無爬行現(xiàn)象，較氣缸能更容易的實現(xiàn)較均勻的步退動作。
3：液壓傳動系統(tǒng)穩(wěn)定，受載荷變化的影響小。
4：液壓柱塞缸可以受很大的變彎矩，柱塞缸具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，其安裝方式采用兩端鉸接，在最低點缸體中心線與水平面成 21。2 度角，這樣是為了減小升降臺的高度。
B：機動軌道：
為了降低工人的勞動強度，我采用的是由驅(qū)動的機動滾柱輸送，輸送機的驅(qū)動裝置，我采用的是 XWD-2-1/11 型行星擺線斜輪減速機，該機是一種應(yīng)用行星傳動原理，采用擺線斜齒嚙合，設(shè)計先進，結(jié)構(gòu)新穎的減速機構(gòu)，該直聯(lián)型減速給與YA系列改型專用電動機組裝在一起，具有以下特點：
1：減速比大。
2：傳動效率高：由于該機構(gòu)嚙合部位采用了滾動嚙合，故效率可達90％以上。
3：體積小，重量輕，由于不僅采用了行星傳動原理，輸入軸和輸出軸在同軸線上，而且有與電動機直聯(lián)一體的獨特之處，因而本機具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕的特點。
4：故障少，壽命長，本機主要傳動嚙合件使用軸承鋼制造，因此機械性能好，耐磨性好，再加上采用滾動摩擦，故使其故障少，壽命長。
5：運轉(zhuǎn)可靠平穩(wěn)，本機傳動過程中為多齒嚙合，所以使之運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可靠，噪聲小。
6：拆裝方便，容易維修，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，拆裝簡單，便于維修。
7：本機還具有過載能力強，耐沖擊，慣性力矩小，適用于啟動頻繁和使用于正反轉(zhuǎn)的特點。若采用P系列普通交流電機，需配斜齒輪減速機，其結(jié)構(gòu)過大。
C：軸承：
在本機中我大量使用了 9000 型外球面單列向心球軸承(帶頂絲的)，它的外圈具有球面外徑，與軸承座的凹球面相配合，具有自動調(diào)心功能，對主軸的制造和安裝精度要求低，適用于撓度大的軸上。該軸承內(nèi)圈比一般軸承寬，供裝置密封和緊頂絲用，安裝拆卸方便，這種軸承在制造時已裝入適量的潤滑脂，安裝前不用再清洗工作中在允許的潤滑期內(nèi)不用再加潤滑脂。
D:軸向卡環(huán)：
在上料液壓升降臺的設(shè)計上，我在連接軸與支撐架的連接處的軸向方向上采用軸向卡環(huán)，我再作出這個選擇是通過比較得出的。
方案 1 : 采用擋銷，成本低廉，容易裝卸。但是承載軸向力小。應(yīng)付突發(fā)能力差。
方案 2 : 采用鎖母，承載軸向力能力大。但加工難度大，技術(shù)要求高。在此升降臺的連接處軸向力小，徑向剪切力大的情況下?？梢赃x擇承在軸向力適中的部件。
方案 3 : 采用軸向卡環(huán)可以充分滿足以上的技術(shù)要求。
E:銷軸的選擇:
由于液壓缸工作時有角度的變化，為減少銷軸的磨損，在銷軸中心打一個Φ8孔,以便注油,防磨,所以銷軸選直徑大一些的，保證有足夠的安全系數(shù)選用。Φ40銷軸,長70,采用45鋼。
第二章 設(shè)計的主要參數(shù)計算和校核
2.1電動機功率及減速機類型、型號的選擇
考慮到電動機帶動滾筒，起送料作用，所以電動機的功率應(yīng)選小一些。
選用XWD-2-1/11型電動機和行星擺線針輪減速機。
電動機功率.37KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min
采用與電動機直接連接減速機，選用2號機型，降速比為11，輸出軸轉(zhuǎn)速134r/min
滾筒軸結(jié)構(gòu)草圖如下:
圖2.1 滾筒軸結(jié)構(gòu)
Fig 2.1 roller shaft’s structure
2.2 相互嚙合的齒輪齒數(shù)、模數(shù)的確定及強度校核
高速軸轉(zhuǎn)速134r/min，傳動比i=1.03
傳遞功率P=0.333KW
小齒輪采用45鋼 正火 HB=240
大齒輪采用45鋼 正火 HB=220
齒面接觸疲勞強度計算
1． 初步計算
轉(zhuǎn)矩T
T=9.55106=9.55106=2.4106Mpa [12]
齒寬系數(shù)φd
由表12.13 取φd=1.0
Ad值
由表12.16 估計β=150，取Ad=82
接觸疲勞極限σHlim
由圖23.17c σHlim1=490Mpa
σHlim2=470MPa
初步計算許用接觸應(yīng)力[σH]
[σH1]=0.9σHlim1=0.9490=441 MPa
[σH2]=0.9σHlim2=0.9470=423 MPa
初步計算小齒輪直徑d1
d1=Ad [12]
=82=52.6mm
取d1=76mm
初步齒寬b
b=φdd1=1.076=76mm
2.校核計算
圓周速度v
v===0.53m/s [12]
齒數(shù)z、模數(shù)m和螺旋角β
z1=37,
z2=iz1=1.0337=38
mt===2.054054054
由表12.13 取mn=2
β=arccos=arccos=13.170 [12]
與估計值接近。
使用系數(shù)KA
由表12.9 KA=1.25
動載系數(shù)KV
由圖12.9 KV=1.24
齒間載荷分配系數(shù)KHα
由表12.10，先求
Ft===631N
==10.38N/mm<100N/mm
εα=[1.88-3.2（）]cosβ
=[1.88-3.2（）]cos13.170
=1.66
εβ ==tanβ
=tan13.170=2.76
εγ=εα+εβ=1.66+2.76=4.42
αt=arctan=20.4960
cosβb=cosβcosαn/cosαt
=cos13.170cos200/cos20.4960
=0.98
由此
KHα=KFα=εα/cos2βb=1.66/0.982=1.7
齒向載荷分布系數(shù)KHβ
由表12.11 KHβ=A+B（）2+C10-3b
=1.17+0.1612+0.6110-376
=3.64
彈性系數(shù)ZE
由表12.12 ZE=189.8
節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH
由圖12.16 ZH=2.42
重合度系數(shù)Zε
由式12.31 因εβ>1，取εβ=1
Zε=
螺旋角系數(shù)Zβ
Zβ==0=0.99
接觸最小安全系數(shù)SHmin
由表12.14 SHmin=1.05
接觸壽命系數(shù)ZN
由圖12.18
ZN1=0.94
ZN2=0.98
許用接觸應(yīng)力[σH]
[σH1]==439MPa
[σH2]= 438Mpa
驗算：
σH=ZEZHZε=189.82.420.78
=317Mpa<421 Mpa
3.確定傳動主要尺寸
中心距a
a===77.14mm
齒根彎曲疲勞強度的驗算
齒形系數(shù)Yfa
Zv1=z1/cos3β=40
Zv2=z2/cos3β=41
由圖12.21
Yfa1=2.48
Yfa2=2.47
應(yīng)力修正系數(shù)Ysa
由圖12.22
Ysa1=1.66
Ysa2=1.67
重合度系數(shù)Yε
Yε=0.25+0.75/εαv=0.70
螺旋角系數(shù)Yβ
Yβ=1-εββ/1200=1-113.170/1200=0.9
齒間載荷分配系數(shù)KFα
由表12.10注③
計算得 KFα=1.7
齒間載荷分布系數(shù)KFβ
由圖12.14
b/h=76/2.252=16.8
可得 KFβ=1.38
載荷系數(shù)K
K=KAKVKFαKFβ=1.251.241.71.38
=3.64
彎曲疲勞極限σFlim
σFlim1=164
σFlim2=153
彎曲最小安全系數(shù)SFmin
由表12.14
SFmin=1.25
彎曲壽命系數(shù)YN
由圖12.24
YN1=0.94
YN2=0.98
尺寸系數(shù) 由圖12.25
YX=1.0
許用彎曲應(yīng)力[σF]
[σF1]==123 MPa
[σF2]= =120 MPa
驗算
σF1=YFa1YSa1YαYβ=2.481.660.70.9=39.2MPa<[σF1]
σF2= YFa2YSa2YαYβ=2.471.670.70.9=39.3MPa<[σF2]
故有足夠的強度
2.3鏈傳動中鏈、鏈輪的選擇
鏈傳動是一種廣泛應(yīng)用的機械傳動形式, 用鏈作為饒性拉曳元件實現(xiàn)兩個或多于兩個鏈輪之間的一種嚙合運動。這種傳動形式不產(chǎn)生滑動, 不需要太大的張緊力, 效率較高, 是一種較為成熟的傳動機構(gòu)。
初定鏈速v<3m/s, a=12p
選定z1=27,已知i=1
傳動功率P=0.32Kw,n1=132.8r/min
z2=iz1=127=27
鏈條節(jié)數(shù)
Lp=2a0/p++()2 [6]
=212p/p+(27+27)/2+0
=24+27
=51節(jié)
選取Lp=52節(jié)
計算功率Pc
Pc=KAp=1.00.32=0.32Kw
鏈條節(jié)距p
P0Pc/KZKiKaKp
P0--特定條件下，單排鏈傳動功率
KZ--小鏈輪齒數(shù)系數(shù)（表9-4）
Ki--傳動比系數(shù)（表9-5）
Ka--中心距系數(shù)（表9-6）
Kp--多排鏈系數(shù)（表9-7）
查表kz=1.46, ki=0.82,ka=0.87,kp=1.0
故p=00.307Kw
根據(jù)p0和n1，由圖9-2查得，
選取06B型鏈，節(jié)距p=9.525mm
鏈速v
v===0.56m/s [6]
實際中心距a
z1=z2=z=27
a=()p=()9.525=119.06mm
潤滑方式的選擇
由鏈速v,節(jié)距p，查表選擇人工定期潤滑，用毛刷或油壺
鏈輪的主要尺寸
16個Z=27的鏈輪
分度圓直徑d
d==9.525/sin(1800/27)
齒頂圓直徑da
damax=d+1.25p-d1
=82+1.259.525-6.35=87.556mm
(其中 d1為滾子直徑查表可得d1=6.35mm)
damin=d+(1-)p-d1=82+(1-)9.525-6.35=84.611
齒根圓直徑df
df=d-d1=82-6.35=75.65
2.4鍵的選擇和強度校核
2.4.1齒輪傳動中鍵的選擇和強度校核
減速機輸出軸與齒輪連接鍵
輸出軸直徑為Φ26，考慮到齒輪受力較大，選擇C型平鍵
bh=108,L=22mm
校核強度σp= [8]
T=9.55106P/n
=9.551060.333/134
=2.4104N.mm
σp===16.8N/mm2
根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)，得：
[σp]=100N/mm
有σp<[σp]
強度足夠
2.4.2鏈傳動中滾筒軸鍵選擇及強度校核
（1） 兩鏈輪，齒輪與滾筒軸連接鍵
滾筒軸直徑Φ20，考慮到z=38的齒輪，雙向傳動，鏈輪同時受力，故選取大一些的鍵
bh=128,L=32 A型平鍵
校核強度
T=9.55106=9.55106=2.3104N.mm [12]
σp===18N/mm2
(齒輪、兩鏈輪同時受力，故取三倍轉(zhuǎn)距)
根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)，得：
[σp]=100N/mm
有σp<[σp]
強度足夠
（2） 單鏈輪滾筒軸平鍵選擇及強度校核
滾筒軸直徑Φ20，選用bh=66,L=14 A型平鍵
校核強度
σp===55 N/mm2<[σp]=100 N/mm2 [7]
強度足夠
（3） 雙鏈輪滾筒軸平鍵選擇及強度校核
滾筒軸直徑Φ20，但兩個鏈輪受力，所以選擇大一些的鍵
選取bh=87,L=28mm A型平鍵
校核強度
σp===47 N/mm2<[σp]=100 N/mm2
強度足夠
（4）手輪用平鍵選擇
手輪軸直徑Φ16，選用bh=55,L=14mm
考慮手輪為手動，起動力不會太大，選取F=10Kgf=98N
T=Fd=9870=6860N.mm
σp===47 N/mm2<[σp]=100 N/mm2<[σp]=100 N/mm2
有足夠的強度
2.5升降臺液壓缸有關(guān)計算
液壓升降臺雖然有平板式、縱向滾筒輸送式、橫向滾筒輸送式幾種類型,但是它們的臺面尺寸、負荷大小并沒有發(fā)生根本的變化,都是在幾何尺寸完全一致基礎(chǔ)上的派生型式。
1 液壓升降臺的安全措施
上料采用液壓升降,其優(yōu)點:
(1) 可以大范圍調(diào)速。
(2) 使用安全閥,可實現(xiàn)過載保護。
(3) 液壓傳動裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。
(4) 操作方便,如電液聯(lián)合控制實現(xiàn)自動化。
(5) 噪音小、工作平穩(wěn)。液壓傳動屬柔性傳動,安裝位置可因地制宜,方便靈活。
為了保證流水線正常安全運行,采用了以下4 項安全措施:
(1) 采用球式邏輯閥10 防止托板墜落,它是利用控制油路油壓的變化來改變球閥的位置,實現(xiàn)對油路的通斷的控制。
(2) 油污染的控制。為防止因油污染造成閥泄漏,引起托板的墜落的另一措施是在式邏輯閥進出口加簡易過濾器,凈化液壓油。
(3) 為防止因液壓缸泄漏而造成托板的墜落,在系統(tǒng)中液壓缸附近安裝了行程開關(guān),一旦缸內(nèi)因油壓不足產(chǎn)生下降趨勢,便自動啟動油泵予以增壓,保證托板的安全。
(4) 為防止運行時因管道破裂造成托板墜落的又一措施是將球式邏輯閥安裝在液壓缸附近,當(dāng)管道因某種原因破裂時,球式邏輯伐即刻關(guān)閉,使缸內(nèi)壓力油不能流出,托板不會因此而墜落。
根據(jù)油缸和升降平臺的不同連結(jié)，有4 種情況可以選擇。 見表1
表2.1
Tab 2.1
在滿足速度要求下，不同的情況要求不同的供油量，要求油泵排量不同。對供油量要求較小，油泵可以選擇小排量，液壓閥可以選擇小通徑，系統(tǒng)的總造價就比較小。
2 液壓升降臺特點
(1) 整體重量輕, 功率利用合理;
(2) 布局合理, 液壓站安置在平臺上, 通過油管與工作機構(gòu)連接, 大大改善了工作環(huán)境, 便于使用、維護、管理;
(3) 齒輪齒條液壓缸采用開溝槽緩沖裝置, 工作臺工作平穩(wěn)、無沖擊, 避免了機械升降機構(gòu)由于沖擊而造成的較高的故障率, 大幅度提高生產(chǎn)效益;
(4) 液壓缸兩端設(shè)置有可調(diào)節(jié)的定位機構(gòu), 能方便地調(diào)節(jié)液壓缸行程, 確定升降臺的擺動幅度, 從而能方便地調(diào)整升降臺的上下極限位置;
(5) 與機械式升降臺比較, 結(jié)構(gòu)簡單, 操作方便,生產(chǎn)周期短, 造價便宜, 成本投入低, 液壓元件更換容易、方便, 極大縮短維修時間;
(6) 節(jié)能顯著, 經(jīng)濟效益明顯, 對降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品競爭力有較大意義。
2.5.1液壓升降臺的結(jié)構(gòu)及運動原理
（1）液壓升降臺的結(jié)構(gòu)及運動原理
液壓升降臺的動力部分主要由液壓站及液壓油缸組成,主機有兩組剪式鉸架板、工作臺面、底座等部分(如圖1) ,圖中未示出液壓站。升降臺的運動是通過油缸來實現(xiàn)的。由于柱塞的伸出與縮進,帶動柱塞拐臂OE 繞O 點旋轉(zhuǎn),與柱塞拐臂焊為一體的鉸架板COD 就繞固定于底座上的鉸軸轉(zhuǎn)動,滾輪在臺面的滑道中滾動。與此同時,鉸架板COD 通過O 點施力于被動鉸架AOB ,使其繞固定于臺面上的鉸軸轉(zhuǎn)動,下滾輪在底座上的滑道中滾動。由于這種平面連桿機構(gòu)的相對關(guān)聯(lián)運動,實現(xiàn)了升降臺工作臺面的上升與下降。
圖2.2 升降臺的構(gòu)造
Fig 2.2 Elevator shaft structure
1 底座 2 缸尾拐臂 3 油缸 4 柱塞
5 柱塞拐臂 6 鉸架 7 滾輪 8 臺面
圖2.3 升降臺幾何相似設(shè)計示意圖
Fig 2.3 Elevator shaft geometry conform design sketch map
圖2.4 升降臺整體受力分析
Fig 2.4 Elevator shaft whole force analysis
（2）升降臺的相似設(shè)計
由于升降臺是一種平面連桿機構(gòu),起升高度與臺面尺寸互相關(guān)聯(lián),如果設(shè)計不當(dāng),便會發(fā)生干涉,要么閉合高度h′過大,要么起升高度h 達不到要求(見圖1) 。要是柱塞拐臂的長r 及角度θ不合適(見圖2 和圖3) 、就會影響到起升力的大小及油缸的尺寸,甚至?xí)l(fā)生柱塞拔出缸外的危險。
系列升降臺具有多種尺寸和性能指標(biāo)以滿足不同使用者的要求,具有相同的功能、相同的方案原理、相似的加工工藝,而且系統(tǒng)相似,相應(yīng)的尺寸參數(shù)及性能指標(biāo)間有一定的公比級差,如起升高度為500、800、1000、1300、1500 ..; 起升重量為500、1000、1500、2000、2500、3000 ..,這就使升降臺滿足了相似設(shè)計的條件。
2.5.2升降臺液壓缸的設(shè)計計算
（1）根據(jù)主機的運動要求，選擇液壓缸的類型及安裝方式。
根據(jù)《機械設(shè)計年冊》第五卷，表37.7-5，選用柱式液壓缸，根據(jù)表
37．7-6采用尾部耳環(huán)是安裝方式。
A．液壓缸初始位置與水平成21.70角
考慮料重13000公斤左右，加上上料架和升降臺本身的重量，總重量大約13250公斤左右。為了用戶需要，采用單缸。選擇內(nèi)徑為Φ140的液壓缸，采用的額定壓力為P=25Mpa
F=PπD2/4=25π142/4=38485N [13]
由于液壓缸與水平成21.70
F1=Fsin21.70=38485sin21.70=14229.7N [13]
因為采用單缸：T=F1=14229.7N
B．液壓缸壁厚的計算
采用缸底無油孔的平行缸底，圖如下：
圖2.5 液壓缸
Fig 2.5 hydraulic pressure jar
根據(jù)機械零件設(shè)計手冊（液壓和氣動部分）
t
Pp—試驗壓力
Pp=Pn125%=31.25Mpa
D—缸內(nèi)徑
σp—缸體材料許用拉應(yīng)力
σp =，其中σb為材料的抗拉強度
S為安全系數(shù)，推薦在3.5~5范圍內(nèi)選用，一般取S=5
缸體材料選用無縫鋼管，σb=720N/mm2
σp ==144 N/mm2
t=15.19, 取t=16mm
液壓缸外徑取Φ168
C．液壓缸活塞桿的計算
由機械零件設(shè)計手冊
按強度條件驗算活塞桿直徑d
d
式中F1—活塞桿推力；
[σp]-- 活塞桿材料的許用應(yīng)力
[σp]= ，其中σs為材料的屈服極限
S為安全系數(shù)S1.4
活塞桿材料選用45鋼
由機械設(shè)計手冊，查得，σs=300N/mm2
[σp]=300/2=150 N/mm2
d==18.1mm
考慮到液壓缸受力較大，并且有變化角度的問題，為提高安全系數(shù)，選大一些的活塞。根據(jù)標(biāo)準選用Φ80的活塞桿，行程長度為100mm。
D．液壓缸往復(fù)運動速度比
ψ==D2/（D2-d2）=1402/(1402-802)=1.48
E．液壓缸的儲油量
V=πD2S/4=π14210/4=1539cm3
單缸一共可儲油1539cm3
F．縱向彎曲強度校核
極限力的計算
細長比：l/k>m時，F(xiàn)k=nπ2EJ/L2
細長比：l/km時，F(xiàn)k=
式中l(wèi)—活塞桿計算長度
k—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑
k==
J—活塞桿
J=
A— 活塞桿橫截面積
m—柔性系數(shù)，對鋼取m=85
n—端點安裝形式系數(shù)
由表31-10可知n=1
E—材料彈性模數(shù)，對鋼取206Gpa
f—材料強度實驗值，對鋼取490Mpa
a—系數(shù)，對鋼取1/5103
計算知l/km，
故Fk=
代入數(shù)值，得：Fk=2450755N
強度校核
FkSkF1
式中F1—活塞桿推力
Sk—安全系數(shù)，取Sk=2~4
Fk438485=153940，強度足夠
G．缸體和缸底的焊縫強度計算
由機械零件設(shè)計手冊（液壓和氣動部分）
σ=σp
式中F1—液壓缸推力
η—焊接效率，取η=0.7
σp=
其中σb—焊條材料的抗拉強度，σb=130N/mm2
S—安全系數(shù)，一般取3.3~4
σp==130/4=32.5 N/mm2
σ= =
=15.5 N/mm2
焊縫有足夠的強度。
H．缸體與缸蓋螺紋連接計算
由機械零件設(shè)計手冊
合成應(yīng)力：
σnσ= σp
式中σp—缸筒材料的許用應(yīng)力
σp= σs—缸筒材料的屈服極限
S—安全系數(shù)，取S=1.2~2.5，一般S=1.75
σp==720/1.75=411Mpa
σ===9.9 Mpa<σp
強度足夠。
I．活塞桿危險斷面合成應(yīng)力
σnσ= σp
式中F2—活塞桿拉力
d2—活塞桿危險斷面直徑
k—預(yù)緊系數(shù)，k=1.4
σp—缸筒材料的許用應(yīng)力
σp=，其中σs—材料的屈服極限
S—安全系數(shù)，一般取S=1.75
σp==134.2 Mpa
F2=（D2-d2）P
其中D—缸內(nèi)徑
d—活塞桿直徑
P—工作壓力
F2=（1402-802）25=259181N
σ== =72 Mpa σp
強度足夠。
J．活塞桿與活塞肩部壓力的驗算
由機械零件設(shè)計手冊
σc= σcp
式中0.2—活塞桿倒角尺寸
d—活塞桿直徑
d3—活塞上的鉆孔直徑
p—作用于活塞上的工作壓力
c—活塞上鉆孔的倒角尺寸
σcp—許用壓應(yīng)力
σcp=0.75σs
活塞材料選用A3鋼，由機械零件設(shè)計手冊，得
σs=235N/mm2
σcp=0.75235=176.25 N/mm2
σc===45.37 N/mm2 σcp
強度足夠。
油缸推力的大小是由起升重量決定的, ,考慮到升降臺自身的重量、摩擦力的影響,油壓管路損失等因素,必須選取合理的安全系數(shù),一般要達3. 5 以上,對于效率低的升降臺及危及人身安全的升降臺,安全系數(shù)要達5～6。
起升最費力點為鉸架板的初始點。升降臺開始上升時隨著鉸架板仰角的增大所需油缸推力急劇下降,以后變化比較平緩,當(dāng)越過最低點時(α為39°左右時) ,所需推力又緩緩增加。因此,設(shè)計升降臺時在保證所需幾何參數(shù)的情況下,要盡量加大起始角的角度,最低不能小于6°。
當(dāng)α角超過39°時,所需油缸推力逐漸增大,所以在滿足起升高度的情況下,鉸架
板仰角不應(yīng)過大。最佳仰角的取值范圍為65°<α<45°。
2.6液壓缸底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強度校核
2.6.1銷軸的選擇
由于液壓缸工作時有角度的變化，為減少銷軸的磨損，在銷軸中心打一個 Φ8孔,以便注油,防磨,所以銷軸選直徑大一些的，保證有足夠的安全系數(shù).選用Φ40銷軸,長70,采用45鋼.
2.6.2強度校核
液壓缸推力F=38485N,但是同時考慮到缸體,活塞,活塞桿等的重量,還有運動過程中的摩擦力,估算總受力為45000N.
受力分析如下:
圖2.6 受力分析
Fig 2.6 force analysis
F=2T
T=F/2==22500N
τ= [6]
=
=184 N/mm2
由簡明機械設(shè)計手冊,σs=598 N/mm2
[τ]= ==239.2 N/mm2
τ<[τ]
強度足夠
2.7液壓升降平臺底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強度校核
液壓平臺受力為1500kg,選用Φ25銷軸,中心鉆Φ8油析孔
受力圖如下:
圖2.7 受力分析
Fig2.7 force analysis
T=F/2=1500/2=750kgf
強度校核
τ=
=
=17 N/mm2
強度足夠.
2.8滾筒架用絲杠的有關(guān)計算及強度校核
考慮到料重13000kg,還有滾筒架及其他零件總重,估計總重13250g.采用整體式螺母Φ1.2~1.5
根據(jù)機械零件設(shè)計手冊(中冊)查得:
d20.8 [10]
式中d2—螺紋中徑
F—軸向載荷
Pp—許用比壓,查表18-4, Pp=11~18Mpa
ψ值根據(jù)螺母形式選擇:
因為采用整體式螺母, ψ=1.2~2.5,取ψ=2
d20.8=19.8mm
根據(jù)GB784-65,選取d=20,梯形螺紋,p=4mm
螺母高度H
H=ψd2=219.8=40mm
旋合圈數(shù)n
n===10
螺紋工作高度h
h=0.5p=0.54=2mm
工作比壓p
p===15.816
強度足夠
驗算自鎖
螺紋升角γ
γ=arctanρl
=arctan4030’
螺桿強度
σ=σ
=
=80 N/mm2
σp===100 N/mm2
σ<σp
螺牙強度
螺牙根部寬度b
b=0.65p=0.654=2.6mm
螺桿剪切強度τ
τ=τp
τ==15.5τp=300/2.5=120
螺桿彎曲強度
σB=σBp
=σBp=100
螺母剪切強度
τ===12τp
螺母彎曲強度
σB===27.7σBp=100
螺母體強度
螺母外徑D
D
選取σp=20Mpa
D=20mm
為增加安全系數(shù),取D=44mm
凸緣半徑D1
D1
選取σcp=70Mpa
D1=47.9mm
由于滾筒架較重,螺母受力較大,為保證安全,取D1=60mm
凸緣厚度
δ==11.8mm
δ=12mm
第三章 結(jié)論
這次設(shè)計板材自動剪切生產(chǎn)線，對于我所設(shè)計的上料部分來說，盡量采用國內(nèi)現(xiàn)有的可以選擇的材料、器材，并且在老師的組織下參