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天津理工大學(xué)2009屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
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單缸上料液壓升降臺(tái)
摘 要
我們的課題是薄鐵板滾切自動(dòng)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)用于各種桶裝成品的包裝制桶，以及洗衣機(jī)內(nèi)缸、熱水器內(nèi)膽等。其用途可以說(shuō)是很廣泛，隨著各類相關(guān)產(chǎn)品的需求量增大，該生產(chǎn)線的前景良好，前途廣闊。我所負(fù)責(zé)的部分是該生產(chǎn)線的單缸上料液壓升降臺(tái)部分，該部分工作以前是由人工來(lái)完成的，工作雖簡(jiǎn)單卻繁重。為了有效的利用人力資源，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)器的效率，我所設(shè)計(jì)的上料部分應(yīng)該是自動(dòng)的而不用人工來(lái)完成。薄鐵板在機(jī)架上，由傳送裝置傳送到升降臺(tái)上，由液壓缸推著升降臺(tái)使板料向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)板料在升到一定高度之后，由光電傳感器感測(cè)到之后，控制升降平臺(tái)，升降平臺(tái)在液壓機(jī)構(gòu)的控制下停止運(yùn)動(dòng)，這樣可以在可能的范圍內(nèi)減少人力配置，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求。
關(guān)鍵詞: 自動(dòng)生產(chǎn)線 上料 升降臺(tái)
The Single-cylinder Feeding Hydraulic Elevator Platform
ABSTRACT
Our theme is a thin iron sheet rolling & cutting automatic production line, the main function of which is to roll and cut off edges of thin iron sheets in order to get half finished products with required sizes. This half finished product can be used in barrel packaging & making of various barrel products, inner casing of washing machines and inner bags of water heaters etc. Its application is broad, and along with increased quantity demanded, the prospect of its production line is promising and wide. What I am in charge of is the single-cylinder feeding hydraulic elevator platform, the work of which is performed by hand, simple but heavy. Thin plate in the rack by the sending device sent to the take-off and landing platform, pushed by the hydraulic cylinder lifts the sheet up so that movement, when the sheet metal in the rise to a certain height from the sensor to the photoelectric sensor, the control of take-off and landing platform, hydraulic lift platform to stop under the control of body movement. In order to effectively make use of human resource, reduce labor intensity and raise machines’ efficiency, the feeding part designed by me should be automatic (without using manpower) so as to reduce human arrangement and to meet requirements of automatic production line.
Key Words: Automatic production line Feeding Elevating platform
目 錄
前言 1
第一章 設(shè)計(jì)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(shuō)明（關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說(shuō)明） 5
1.3理論分析 5
1.3.1傳送部分的設(shè)計(jì) 6
1.3.2上料段的設(shè)計(jì) 7
第二章 設(shè)計(jì)的主要參數(shù)計(jì)算和校核 11
2.1電動(dòng)機(jī)功率及減速機(jī)類型、型號(hào)的選擇 11
2.2 相互嚙合的齒輪齒數(shù)、模數(shù)的確定及強(qiáng)度校核 11
2.3鏈傳動(dòng)中鏈、鏈輪的選擇 16
2.4鍵的選擇和強(qiáng)度校核 17
2.4.1齒輪傳動(dòng)中鍵的選擇和強(qiáng)度校核 17
2.4.2鏈傳動(dòng)中滾筒軸鍵選擇及強(qiáng)度校核 18
2.5升降臺(tái)液壓缸有關(guān)計(jì)算 19
2.5.1液壓升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理 21
2.5.2升降臺(tái)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
2.6液壓缸底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強(qiáng)度校核 28
2.6.1銷軸的選擇 28
2.6.2強(qiáng)度校核 28
2.7液壓升降平臺(tái)底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強(qiáng)度校核 29
2.8滾筒架用絲杠的有關(guān)計(jì)算及強(qiáng)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(jì)說(shuō)明書(shū)
前言
隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的確立，人民群眾對(duì)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(guó)現(xiàn)階段有很大的發(fā)展?jié)摿?。然而目前?guó)內(nèi)的制桶制罐業(yè)從原料到設(shè)備都需要大量從國(guó)外進(jìn)口，占用了國(guó)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(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化，具有相當(dāng)重要的意義及廣闊的市場(chǎng)前景。
當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù)發(fā)生了重大變革，進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期，擺在我們機(jī)械制造工程技術(shù)人員眼前的一個(gè)重要任務(wù)是如何將我國(guó)的機(jī)械制造技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)的機(jī)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(guó)機(jī)械制造業(yè)落后的現(xiàn)狀。
我國(guó)現(xiàn)存機(jī)床總量居世界第二位，但大部分機(jī)床都比較陳舊，性能落后，機(jī)床老化嚴(yán)重，而性能先進(jìn)的高、精、尖自動(dòng)化機(jī)床較少，特別是在包裝機(jī)械方面更是少之又少，在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)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(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和減輕工人勞動(dòng)等方面都顯示了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此自動(dòng)化技術(shù)日益獲得廣泛的應(yīng)用，而提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，對(duì)現(xiàn)有機(jī)器設(shè)備進(jìn)行設(shè)備更新改造是當(dāng)今面臨的一個(gè)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(jì)的是制桶所必需的生產(chǎn)設(shè)備----薄板滾切自動(dòng)生產(chǎn)線。
設(shè)計(jì)該生產(chǎn)線我們必須考慮我國(guó)目前機(jī)械工業(yè)發(fā)展的水平及狀況，切不可不符合我國(guó)國(guó)情而一味的追求技術(shù)上的先進(jìn)性，如果這樣該設(shè)備的成本就會(huì)上升而失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我們要從中國(guó)實(shí)際出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用我們自己生產(chǎn)的各種標(biāo)準(zhǔn)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)及產(chǎn)品，以保證我們?cè)O(shè)計(jì)的設(shè)備在技術(shù)和價(jià)格上都有競(jìng)爭(zhēng)力。
我本次設(shè)計(jì)的為自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)線，屬最初設(shè)計(jì)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(jì)工作帶來(lái)了困難，因此，在設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)許多的問(wèn)題。請(qǐng)各位老師評(píng)指正。
第一章 設(shè)計(jì)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(jì)的發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更是日新月異。我國(guó)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(dòng)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(jī)內(nèi)缸，熱水器內(nèi)膽······。其用途可以說(shuō)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(fù)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(jiǎn)單但很繁重。為了有效的利用人力資源，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)器的效率，我所設(shè)計(jì)的上料部分應(yīng)該是自動(dòng)而不是用人工來(lái)完成的?？梢栽诳赡艿姆秶鷥?nèi)減少人力配置，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求。
當(dāng)今社會(huì)，隨著改革開(kāi)放的不斷深入及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)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(shí)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(shí)，逐漸對(duì)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(jià)格便宜，受人喜愛(ài)，非常適用于當(dāng)今時(shí)代的快節(jié)奏生活，其適用范圍必然會(huì)越來(lái)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(kuò)大，加工制造容器所需要的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工體力勞動(dòng)已成為包裝制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(kāi)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(zhǔn)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(jī)上進(jìn)行剪切。由于沒(méi)有校平機(jī)構(gòu)，切除的板料成星形且人工進(jìn)給試板料的尺寸無(wú)法保證，特別是在堆放時(shí)無(wú)法擺放整齊，使后續(xù)加工的上料十分困難，且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，體力消耗嚴(yán)重。雖然我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平在改革開(kāi)放后有了很大提高，但這種落后的加工方法在我國(guó)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(guó)產(chǎn)卷料開(kāi)卷上料生產(chǎn)線，其自動(dòng)化程度也不高，效率較低。這使我國(guó)生產(chǎn)的大量合格產(chǎn)品，由于包裝的不合要求，在出口時(shí)蒙受了極大損失。
這樣，就需要我們?cè)O(shè)計(jì)一種操作很簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，加工精度高，價(jià)格便宜的板料精切自動(dòng)生產(chǎn)線來(lái)適應(yīng)這種社會(huì)要求，它既能節(jié)省人力，又節(jié)省原材料，還由于自動(dòng)化而提高生產(chǎn)率和質(zhì)量，這就是包括開(kāi)卷、上料、鉸平、切斷、上料于一體的板材精密分切面自動(dòng)線。
包裝機(jī)械的概況
1.包裝機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用
包裝機(jī)械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過(guò)程的機(jī)械，它是現(xiàn)代商品生產(chǎn)過(guò)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(jī)械，電器，紡織等部門(mén)均有實(shí)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(jiàn)，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中占1．7％一2％，而包裝機(jī)械在包裝工業(yè)產(chǎn)值中占5％左右。我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)起步較晚，1982年包裝工業(yè)總產(chǎn)值僅占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的0．7％，而包裝機(jī)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(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，包裝機(jī)械在包裝領(lǐng)域中正起著越來(lái)越大的作用，其主要作用有以下幾點(diǎn)：
(1)可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率滑臺(tái)式吸塑封口機(jī)機(jī)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(jī)每分鐘可達(dá)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(jī)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(wú)法保證的。這對(duì)出口商品尤為重要，只有機(jī)械包裝，才能達(dá)到包裝規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，符合集合包裝的要求。
(3)能實(shí)現(xiàn)手工包裝無(wú)法實(shí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能用機(jī)械包裝實(shí)現(xiàn)。
(4)可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件手工包裝的勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)輕小產(chǎn)品，由于頻率較高，動(dòng)作單調(diào)，易使工人得職業(yè)病。折盒機(jī)
(5)有利于工人的勞動(dòng)保護(hù)對(duì)于某些嚴(yán)重影響身體健康的產(chǎn)品，如粉塵嚴(yán)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(jī)械包裝則可避免，且能有效地保護(hù)環(huán)境不被污染。
(6)可降低包裝成本，節(jié)省貯運(yùn)費(fèi)用對(duì)松散產(chǎn)品，如棉花、煙葉、絲、麻等，采用壓縮包裝機(jī)壓縮打包，可大大縮小體積，從而降低包裝成本。同時(shí)由于體積大為縮小，節(jié)省倉(cāng)容，減少保管費(fèi)用，有利于運(yùn)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?yàn)闀?huì)污染產(chǎn)品，而機(jī)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(jìn)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展包裝機(jī)械是一門(mén)綜合性科學(xué)，它涉及到材料、工藝、設(shè)備、電子、電器、自動(dòng)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(wèn)題都將影響包裝機(jī)械的整體性能。因此，包裝機(jī)械的發(fā)展將有力地促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步。
另外，為適應(yīng)包裝機(jī)械高速包裝的需要，其相關(guān)的前后工序也勢(shì)必與之適應(yīng)，也就推動(dòng)了相關(guān)工序的同步發(fā)展。
圖1.1 吸管包裝機(jī)
Fig.1.1 Straw packing machine
2.國(guó)外包裝機(jī)械的發(fā)展概況
歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)，德國(guó)，其包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展迅速，歷史悠久，形成獨(dú)立體系，成為機(jī)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(jìn)并形成系列。據(jù)統(tǒng)計(jì)，品種已達(dá)1400余種，最早形成行業(yè)的是美國(guó)，它已有近55年歷史了
目前，世界上享有盛譽(yù)的包裝機(jī)械生產(chǎn)國(guó)家主要是：美國(guó)，德國(guó)，日本，意大利，瑞典等國(guó)。美國(guó)的包裝機(jī)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(jī)械的歷史雖然不長(zhǎng)，但發(fā)展速度卻很快，其產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，85年總產(chǎn)值為3513億日元，產(chǎn)量近55萬(wàn)臺(tái)，居世界第二位。德國(guó)是世界上包裝機(jī)械出口額最大的國(guó)家。各國(guó)包裝機(jī)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(guó)包裝機(jī)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(jī)械中高精尖產(chǎn)品，歐美包裝機(jī)械已形成聯(lián)合生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)。由此可見(jiàn)，國(guó)威包裝機(jī)械行業(yè)歷史較長(zhǎng)，發(fā)展較快，技術(shù)成熟，而且正向縱深發(fā)展。
3.國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械的發(fā)展概況
中國(guó)包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，中國(guó)包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國(guó)包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障，有些包裝機(jī)械填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，已能基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目前，中國(guó)包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的5%，進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相去甚遠(yuǎn)。中國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，中國(guó)包裝機(jī)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(chǎng)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(guó)內(nèi)包裝機(jī)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(kāi)發(fā)看，中國(guó)還基本停留在測(cè)試仿制階段，自行開(kāi)發(fā)能力弱，缺少科研生產(chǎn)中試基地，科研經(jīng)費(fèi)僅占銷售額的1%，而國(guó)外高達(dá)8-10%。中國(guó)包裝機(jī)械的技術(shù)水平相較于先進(jìn)國(guó)家的整體技術(shù)水平落后20年，在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。
4.包裝機(jī)械的分類
目前，世界各國(guó)對(duì)包裝機(jī)械的分類各不相同，國(guó)內(nèi)尚未制定分類標(biāo)準(zhǔn)，參照國(guó)際分類發(fā)并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，常將包裝機(jī)械分為兩大類，每類又包為若干小類。即：1直接包裝機(jī)械：填充機(jī)，灌裝機(jī)，封口機(jī)，裹包機(jī)，貼體包裝機(jī)，收縮包裝機(jī)，真空包裝機(jī)，充填一封口機(jī)，成型一充填一封口機(jī)，無(wú)菌包裝機(jī)，標(biāo)簽機(jī)，清洗機(jī)，捆扎機(jī)，捆結(jié)機(jī)，集裝拆卸機(jī)，堆碼機(jī)，輔助包裝設(shè)備。2包裝容器制造機(jī)械：包裝材料成型機(jī)，塑料薄膜加工機(jī)械，復(fù)合材料加工機(jī)械，發(fā)泡塑料加工機(jī)械等
5.當(dāng)前我國(guó)包裝機(jī)械生產(chǎn)及設(shè)計(jì)研究水平分析
我國(guó)包裝機(jī)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(cè)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(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比差距較大，其結(jié)果表現(xiàn)為產(chǎn)品綜合機(jī)械性能差，機(jī)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(jī)械小批，多種類，變化快之特點(diǎn)。三化水平是體現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)水平的重要方面，從整個(gè)包裝行業(yè)來(lái)看，嚴(yán)格的講三化工作尚未真正展開(kāi)，無(wú)論是產(chǎn)品或零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化均無(wú)明顯體現(xiàn)，其水平不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家，與國(guó)內(nèi)機(jī)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(dòng)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(jī)架上，由傳送裝置傳送到升降臺(tái)上，由液壓缸推著升降臺(tái)使板料向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)板料在升到一定高度之后，由光電傳感器感測(cè)到之后，控制升降平臺(tái)，升降平臺(tái)在液壓機(jī)構(gòu)的控制下停止運(yùn)動(dòng)。由真空吸附裝置將每一塊板料吸起，然后在氣動(dòng)系統(tǒng)的控制下該裝置將板料送到夾送機(jī)構(gòu)。此過(guò)程為一個(gè)循環(huán)。該過(guò)程要求自動(dòng)完成，并且能夠和后一個(gè)工序達(dá)到同步。
1.2.2幾種方案的提出論證
1.第一個(gè)方案
在板料放到升降臺(tái)的時(shí)候，板料堆由傳送裝置送到下一個(gè)工作位置上?，F(xiàn)在有兩種方案的提出以供選擇。該工作動(dòng)作可以由夾送輥完成或使用由電機(jī)帶動(dòng)滾筒完成該動(dòng)作。前者可以較好的完成傳送的要求，但是由于在其傳送過(guò)程中存在著一個(gè)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾筒來(lái)作為本自動(dòng)生產(chǎn)線上料部分的傳送裝置。
2.第二個(gè)方案
在完成傳送之后，板料堆置在升降平臺(tái)上。升降臺(tái)上升，達(dá)到一定高度后被光電裝置探測(cè)到即停止。此動(dòng)作現(xiàn)在有兩種方案可供選擇：升降平臺(tái)可以由鏈輪機(jī)構(gòu)或由液壓機(jī)構(gòu)控制。這兩種方案都可以較好的完成對(duì)升降平臺(tái)的控制。但是由鏈輪控制存在著故障率高的問(wèn)題。而且，不容易和前面的裝置達(dá)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(wèn)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(tái)系統(tǒng)。
1.2.3方案的確定
經(jīng)過(guò)合理的論證，我所設(shè)計(jì)的薄鐵板滾切自動(dòng)生產(chǎn)線的上料部分采用以下方案：首先，板料堆經(jīng)過(guò)傳送裝置（電機(jī)帶動(dòng)的滾筒，滾筒之間有鏈條連接）傳送到升降平臺(tái)上。液壓升降平臺(tái)上升，上升到一定高度的時(shí)候，由光電傳感器測(cè)知，液壓升降平臺(tái)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(jī)構(gòu)。之后，液壓升降平臺(tái)恢復(fù)到原來(lái)的位置，等待下一批板料。這個(gè)過(guò)程為一個(gè)循環(huán)。至此，整個(gè)生產(chǎn)線的上料工作完成一個(gè)單元。此過(guò)程要求盡量達(dá)到平穩(wěn)并且同步。
1.2.4其他說(shuō)明（關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說(shuō)明）
1. 滾筒傳動(dòng)
滾筒一共有九組，滾筒由電機(jī)帶動(dòng)，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(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在鏈傳動(dòng)中不受力的一邊與中間鏈輪會(huì)發(fā)生分離，這樣鏈輪傳動(dòng)就會(huì)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(gè)滾筒以相同速度傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速相同。
2.零件的連接方式
薄鐵板滾切自動(dòng)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(guò)于繁瑣，因此，采用焊接方式連接是最經(jīng)濟(jì)，最快捷的加工方法。對(duì)一些精度要求不高的不見(jiàn)采用先加工，后焊接的方法。對(duì)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(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性、堅(jiān)固性都可以得到很高的保證。并且，比較經(jīng)濟(jì)，符合我們生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。
1.3理論分析
設(shè)計(jì)題目：卷板料開(kāi)卷校平切斷生產(chǎn)線上料及傳遞部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)條件：1：上料速度、傳遞速度0．6m／s
2：上料應(yīng)保證板料堆放整齊，不整齊不大于3mm
3：板料總量不大于2000kg
1.3.1傳送部分的設(shè)計(jì)
滾筒傳動(dòng)
傳送部分的作用是當(dāng)切斷厚的鋼板在自動(dòng)堆料機(jī)上的高度達(dá)到被現(xiàn)實(shí)自將堆料運(yùn)走傳送部分是沿水平方向運(yùn)用，我采用了滾柱輸送機(jī)。因?yàn)闈L柱輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝及使用方便和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以它以經(jīng)被廣泛的用于機(jī)械制造廠，冶金廠，輕工設(shè)備等許多部門(mén)中的倉(cāng)儲(chǔ)與裝卸運(yùn)輸場(chǎng)所，成為裝卸運(yùn)輸機(jī)械化與自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)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(jī)器不同的長(zhǎng)度和高度，也決定了滾筒不同的結(jié)構(gòu)，同時(shí)決定了機(jī)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(jī)的總布局。因此，傳送裝置的滾筒排列形式是反映一臺(tái)傳送機(jī)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(kāi)發(fā)更為先進(jìn)合理的滾筒排列形式。
在設(shè)計(jì)中我也考慮了使用帶式輸送機(jī)，因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)是最簡(jiǎn)單而最廣泛采用的一種連續(xù)輸送機(jī)械，它用來(lái)在水平方向或微斜方向(直至與水平25‘角為止)內(nèi)運(yùn)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(jiǎn)單，動(dòng)力消耗量不大及維護(hù)簡(jiǎn)單等，這些都促使帶式輸送機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中而且特別是在運(yùn)載工作機(jī)械化與自動(dòng)化中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是帶式輸送機(jī)是用于傳送線路較長(zhǎng)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(duì)于傳送部分盡量采用較短的輸送機(jī)，而滾柱式輸送機(jī)正好滿足了上述要求。此外，帶式輸送機(jī)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(guò)低會(huì)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(jī)，由于鋼板與皮帶之間的經(jīng)常摩擦，會(huì)使皮帶嚴(yán)重磨損，由此可見(jiàn)，采用滾柱輸送機(jī)為最佳方案。
滾柱輸送機(jī)的工作原理是依靠轉(zhuǎn)動(dòng)滾柱與鋼板接觸表面之間的摩擦力來(lái)輸送物品的。
圖1.3 滾柱輸送機(jī)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(jī)的滾柱形狀和布置情形可以有多種。如有圓柱形的，圓盤(pán)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(shí)際需要我所采用的是圓柱形的滾柱。由熱軋無(wú)縫鋼管制成，在鋼管的兩頭有轉(zhuǎn)動(dòng)軸成支撐，滾柱都是水平排列，由于輸送機(jī)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(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置有多種形式，如強(qiáng)索牽引式，皮帶牽引式，鏈牽引式。
圖1.4 滾柱輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)滾柱，因此容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致滾柱的滾動(dòng)時(shí)短時(shí)續(xù)，致使鋼板的傳送出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，不符合設(shè)計(jì)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(dòng)。但是由于鏈傳動(dòng)牽引式具有重量大，價(jià)格高，易磨損，效率低等缺點(diǎn)，所以對(duì)于傳送長(zhǎng)度很大的場(chǎng)合是不經(jīng)濟(jì)的，因此傳送線的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的短，該機(jī)構(gòu)采用此下列驅(qū)動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，若采用有一根鏈條帶動(dòng)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(dòng)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(jì)
參數(shù)擬定：
尺寸(長(zhǎng)*寬 mm*mm)：1200*800
板料厚度(mm)：不大于lmm
積載板料的質(zhì)量：MAX=1000kg
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(jī)用槽鋼體為機(jī)架，終止限制器，液壓升降平臺(tái)，機(jī)動(dòng)式傳送滾道，無(wú)驅(qū)動(dòng)滾道組成。
目的：先把板料在升降臺(tái)上自動(dòng)地進(jìn)行堆積，然后由傳送帶送至生產(chǎn)線，進(jìn)行下一工序。
2.工程過(guò)程：
本機(jī)構(gòu)為了防止板料運(yùn)送完了而使升降臺(tái)闖了限位，在前限位板處裝有計(jì)數(shù)裝置和光電傳感器，板料每通過(guò)一次計(jì)一次數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，計(jì)數(shù)裝置控制液壓升降平臺(tái)上升一段距離，使打料動(dòng)作得以順利進(jìn)行。當(dāng)計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)所記錄的板料總數(shù)達(dá)到最高限量時(shí)，切斷這段上料生產(chǎn)線的工作，由按鈕使升降臺(tái)降到最低點(diǎn)，再通過(guò)有驅(qū)動(dòng)裝置的滾柱輸送機(jī)構(gòu)將板料送到儲(chǔ)料升降臺(tái)架上，重復(fù)進(jìn)行上料段工作。
3.結(jié)構(gòu)分析：
A：液壓升降臺(tái)：
目前我國(guó)的液壓升降臺(tái)一般分為液壓升降臺(tái)和機(jī)械升降臺(tái)兩種類型:液壓升降臺(tái)主要是油缸斜置結(jié)構(gòu)的剪刀撐式升降臺(tái)以及油缸垂直直項(xiàng)結(jié)構(gòu)的油缸直頂式升降臺(tái)，油缸直頂式升降臺(tái)由于其要求基坑深度特別深且油缸太長(zhǎng)、成本高，在國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有廠家生產(chǎn)這種類型的升降臺(tái);國(guó)內(nèi)液壓升降臺(tái)普遍采用剪刀撐式升降臺(tái)，這種類型的液壓升降臺(tái)占用基坑淺，是中小型升降臺(tái)優(yōu)先選用的一種驅(qū)動(dòng)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(tái)由于受國(guó)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)有升降臺(tái)(主要)形式對(duì)照
升降臺(tái)類別、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、造價(jià)
液壓
垂直油缸
優(yōu)點(diǎn)：
1.噪音低;
2.設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn);
3.容易實(shí)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(diǎn)：
1.設(shè)備要求基坑深;
2.安裝精度要求高;
剪刀撐式
優(yōu)點(diǎn)：
1.噪音低；
2設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn);
3.設(shè)備要求基坑淺;
缺點(diǎn)：
1.升降臺(tái)臺(tái)面為變速運(yùn)動(dòng);
2．不易實(shí)現(xiàn)大行程;
本機(jī)構(gòu)的升降平臺(tái)采用液壓缸傳動(dòng)而未采用氣壓傳動(dòng)。這充分考慮利用了液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
1：液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)力大，而氣壓傳動(dòng)的壓力較低，若采用氣壓缸必定會(huì)使缸體結(jié)構(gòu)變大。
2：液壓傳動(dòng)，系統(tǒng)剛度大，動(dòng)作準(zhǔn)確較機(jī)械傳動(dòng)無(wú)爬行現(xiàn)象，較氣缸能更容易的實(shí)現(xiàn)較均勻的步退動(dòng)作。
3：液壓傳動(dòng)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(jiǎn)單，維修方便，其安裝方式采用兩端鉸接，在最低點(diǎn)缸體中心線與水平面成 21。2 度角，這樣是為了減小升降臺(tái)的高度。
B：機(jī)動(dòng)軌道：
為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，我采用的是由驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)滾柱輸送，輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，我采用的是 XWD-2-1/11 型行星擺線斜輪減速機(jī)，該機(jī)是一種應(yīng)用行星傳動(dòng)原理，采用擺線斜齒嚙合，設(shè)計(jì)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎的減速機(jī)構(gòu)，該直聯(lián)型減速給與YA系列改型專用電動(dòng)機(jī)組裝在一起，具有以下特點(diǎn)：
1：減速比大。
2：傳動(dòng)效率高：由于該機(jī)構(gòu)嚙合部位采用了滾動(dòng)嚙合，故效率可達(dá)90％以上。
3：體積小，重量輕，由于不僅采用了行星傳動(dòng)原理，輸入軸和輸出軸在同軸線上，而且有與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)一體的獨(dú)特之處，因而本機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕的特點(diǎn)。
4：故障少，壽命長(zhǎng)，本機(jī)主要傳動(dòng)嚙合件使用軸承鋼制造，因此機(jī)械性能好，耐磨性好，再加上采用滾動(dòng)摩擦，故使其故障少，壽命長(zhǎng)。
5：運(yùn)轉(zhuǎn)可靠平穩(wěn)，本機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中為多齒嚙合，所以使之運(yùn)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(jì)合理，拆裝簡(jiǎn)單，便于維修。
7：本機(jī)還具有過(guò)載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，適用于啟動(dòng)頻繁和使用于正反轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。若采用P系列普通交流電機(jī)，需配斜齒輪減速機(jī)，其結(jié)構(gòu)過(guò)大。
C：軸承：
在本機(jī)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(dòng)調(diào)心功能，對(duì)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(shí)已裝入適量的潤(rùn)滑脂，安裝前不用再清洗工作中在允許的潤(rùn)滑期內(nèi)不用再加潤(rùn)滑脂。
D:軸向卡環(huán)：
在上料液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)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(gè)選擇是通過(guò)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(tái)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(shí)有角度的變化，為減少銷軸的磨損，在銷軸中心打一個(gè)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(zhǎng)70,采用45鋼。
第二章 設(shè)計(jì)的主要參數(shù)計(jì)算和校核
2.1電動(dòng)機(jī)功率及減速機(jī)類型、型號(hào)的選擇
考慮到電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾筒，起送料作用，所以電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)選小一些。
選用XWD-2-1/11型電動(dòng)機(jī)和行星擺線針輪減速機(jī)。
電動(dòng)機(jī)功率.37KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min
采用與電動(dòng)機(jī)直接連接減速機(jī)，選用2號(hào)機(jī)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(qiáng)度校核
高速軸轉(zhuǎn)速134r/min，傳動(dòng)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(qiáng)度計(jì)算
1． 初步計(jì)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(jì)β=150，取Ad=82
接觸疲勞極限σHlim
由圖23.17c σHlim1=490Mpa
σHlim2=470MPa
初步計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)值接近。
使用系數(shù)KA
由表12.9 KA=1.25
動(dòng)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(diǎn)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(yàn)算：
σH=ZEZHZε=189.82.420.78
=317Mpa<421 Mpa
3.確定傳動(dòng)主要尺寸
中心距a
a===77.14mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)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(jì)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(yàn)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(qiáng)度
2.3鏈傳動(dòng)中鏈、鏈輪的選擇
鏈傳動(dòng)是一種廣泛應(yīng)用的機(jī)械傳動(dòng)形式, 用鏈作為饒性拉曳元件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多于兩個(gè)鏈輪之間的一種嚙合運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)形式不產(chǎn)生滑動(dòng), 不需要太大的張緊力, 效率較高, 是一種較為成熟的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
初定鏈速v<3m/s, a=12p
選定z1=27,已知i=1
傳動(dòng)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(jì)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(dòng)功率
KZ--小鏈輪齒數(shù)系數(shù)（表9-4）
Ki--傳動(dòng)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(shí)際中心距a
z1=z2=z=27
a=()p=()9.525=119.06mm
潤(rùn)滑方式的選擇
由鏈速v,節(jié)距p，查表選擇人工定期潤(rùn)滑，用毛刷或油壺
鏈輪的主要尺寸
16個(gè)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(qiáng)度校核
2.4.1齒輪傳動(dòng)中鍵的選擇和強(qiáng)度校核
減速機(jī)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(qiáng)度σp= [8]
T=9.55106P/n
=9.551060.333/134
=2.4104N.mm
σp===16.8N/mm2
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，得：
[σp]=100N/mm
有σp<[σp]
強(qiáng)度足夠
2.4.2鏈傳動(dòng)中滾筒軸鍵選擇及強(qiáng)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(dòng)，鏈輪同時(shí)受力，故選取大一些的鍵
bh=128,L=32 A型平鍵
校核強(qiáng)度
T=9.55106=9.55106=2.3104N.mm [12]
σp===18N/mm2
(齒輪、兩鏈輪同時(shí)受力，故取三倍轉(zhuǎn)距)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，得：
[σp]=100N/mm
有σp<[σp]
強(qiáng)度足夠
（2） 單鏈輪滾筒軸平鍵選擇及強(qiáng)度校核
滾筒軸直徑Φ20，選用bh=66,L=14 A型平鍵
校核強(qiáng)度
σp===55 N/mm2<[σp]=100 N/mm2 [7]
強(qiáng)度足夠
（3） 雙鏈輪滾筒軸平鍵選擇及強(qiáng)度校核
滾筒軸直徑Φ20，但兩個(gè)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(qiáng)度
σp===47 N/mm2<[σp]=100 N/mm2
強(qiáng)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(dòng)，起動(dòng)力不會(huì)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(qiáng)度
2.5升降臺(tái)液壓缸有關(guān)計(jì)算
液壓升降臺(tái)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(tái)面尺寸、負(fù)荷大小并沒(méi)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(tái)的安全措施
上料采用液壓升降,其優(yōu)點(diǎn):
(1) 可以大范圍調(diào)速。
(2) 使用安全閥,可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。
(3) 液壓傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
(5) 噪音小、工作平穩(wěn)。液壓傳動(dòng)屬柔性傳動(dòng),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(yùn)行,采用了以下4 項(xiàng)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(lái)改變球閥的位置,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)出口加簡(jiǎn)易過(guò)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(kāi)關(guān),一旦缸內(nèi)因油壓不足產(chǎn)生下降趨勢(shì),便自動(dòng)啟動(dòng)油泵予以增壓,保證托板的安全。
(4) 為防止運(yùn)行時(shí)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(shí),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(huì)因此而墜落。
根據(jù)油缸和升降平臺(tái)的不同連結(jié)，有4 種情況可以選擇。 見(jiàn)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(duì)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(jià)就比較小。
2 液壓升降臺(tái)特點(diǎn)
(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(tái)上, 通過(guò)油管與工作機(jī)構(gòu)連接, 大大改善了工作環(huán)境, 便于使用、維護(hù)、管理;
(3) 齒輪齒條液壓缸采用開(kāi)溝槽緩沖裝置, 工作臺(tái)工作平穩(wěn)、無(wú)沖擊, 避免了機(jī)械升降機(jī)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(jī)構(gòu), 能方便地調(diào)節(jié)液壓缸行程, 確定升降臺(tái)的擺動(dòng)幅度, 從而能方便地調(diào)整升降臺(tái)的上下極限位置;
(5) 與機(jī)械式升降臺(tái)比較, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 操作方便,生產(chǎn)周期短, 造價(jià)便宜, 成本投入低, 液壓元件更換容易、方便, 極大縮短維修時(shí)間;
(6) 節(jié)能顯著, 經(jīng)濟(jì)效益明顯, 對(duì)降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有較大意義。
2.5.1液壓升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理
（1）液壓升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理
液壓升降臺(tái)的動(dòng)力部分主要由液壓站及液壓油缸組成,主機(jī)有兩組剪式鉸架板、工作臺(tái)面、底座等部分(如圖1) ,圖中未示出液壓站。升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于柱塞的伸出與縮進(jìn),帶動(dòng)柱塞拐臂OE 繞O 點(diǎn)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(dòng),滾輪在臺(tái)面的滑道中滾動(dòng)。與此同時(shí),鉸架板COD 通過(guò)O 點(diǎn)施力于被動(dòng)鉸架AOB ,使其繞固定于臺(tái)面上的鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng),下滾輪在底座上的滑道中滾動(dòng)。由于這種平面連桿機(jī)構(gòu)的相對(duì)關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了升降臺(tái)工作臺(tái)面的上升與下降。
圖2.2 升降臺(tái)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(tái)面
圖2.3 升降臺(tái)幾何相似設(shè)計(jì)示意圖
Fig 2.3 Elevator shaft geometry conform design sketch map
圖2.4 升降臺(tái)整體受力分析
Fig 2.4 Elevator shaft whole force analysis
（2）升降臺(tái)的相似設(shè)計(jì)
由于升降臺(tái)是一種平面連桿機(jī)構(gòu),起升高度與臺(tái)面尺寸互相關(guān)聯(lián),如果設(shè)計(jì)不當(dāng),便會(huì)發(fā)生干涉,要么閉合高度h′過(guò)大,要么起升高度h 達(dá)不到要求(見(jiàn)圖1) 。要是柱塞拐臂的長(zhǎng)r 及角度θ不合適(見(jiàn)圖2 和圖3) 、就會(huì)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(xiǎn)。
系列升降臺(tái)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(jí)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(tái)滿足了相似設(shè)計(jì)的條件。
2.5.2升降臺(tái)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，選擇液壓缸的類型及安裝方式。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)年冊(cè)》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1000公斤左右，加上上料架和升降臺(tái)本身的重量，總重量大約1250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?yàn)椴捎脝胃祝篢=F1=14229.7N
B．液壓缸壁厚的計(jì)算
采用缸底無(wú)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(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（液壓和氣動(dòng)部分）
t
Pp—試驗(yàn)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(qiáng)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(wú)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(jì)算
由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
按強(qiáng)度條件驗(yàn)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，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(wèn)題，為提高安全系數(shù)，選大一些的活塞。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用Φ80的活塞桿，行程長(zhǎng)度為100mm。
D．液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比
ψ==D2/（D2-d2）=1402/(1402-802)=1.48
E．液壓缸的儲(chǔ)油量
V=πD2S/4=π14210/4=1539cm3
單缸一共可儲(chǔ)油1539cm3
F．縱向彎曲強(qiáng)度校核
極限力的計(jì)算
細(xì)長(zhǎng)比：l/k>m時(shí)，F(xiàn)k=nπ2EJ/L2
細(xì)長(zhǎng)比：l/km時(shí)，F(xiàn)k=
式中l(wèi)—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)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(duì)鋼取m=85
n—端點(diǎn)安裝形式系數(shù)
由表31-10可知n=1
E—材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼取206Gpa
f—材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取490Mpa
a—系數(shù)，對(duì)鋼取1/5103
計(jì)算知l/km，
故Fk=
代入數(shù)值，得：Fk=2450755N
強(qiáng)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(qiáng)度足夠
G．缸體和缸底的焊縫強(qiáng)度計(jì)算
由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（液壓和氣動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度。
H．缸體與缸蓋螺紋連接計(jì)算
由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
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(qiáng)度足夠。
I．活塞桿危險(xiǎn)斷面合成應(yīng)力
σnσ= σp
式中F2—活塞桿拉力
d2—活塞桿危險(xiǎn)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(qiáng)度足夠。
J．活塞桿與活塞肩部壓力的驗(yàn)算
由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
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(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
σs=235N/mm2
σcp=0.75235=176.25 N/mm2
σc===45.37 N/mm2 σcp
強(qiáng)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(tái)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(dá)3. 5 以上,對(duì)于效率低的升降臺(tái)及危及人身安全的升降臺(tái),安全系數(shù)要達(dá)5～6。
起升最費(fèi)力點(diǎn)為鉸架板的初始點(diǎn)。升降臺(tái)開(kāi)始上升時(shí)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(guò)最低點(diǎn)時(shí)(α為39°左右時(shí)) ,所需推力又緩緩增加。因此,設(shè)計(jì)升降臺(tái)時(shí)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(guò)39°時(shí),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(guò)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(qiáng)度校核
2.6.1銷軸的選擇
由于液壓缸工作時(shí)有角度的變化，為減少銷軸的磨損，在銷軸中心打一個(gè) 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(zhǎng)70,采用45鋼.
2.6.2強(qiáng)度校核
液壓缸推力F=38485N,但是同時(shí)考慮到缸體,活塞,活塞桿等的重量,還有運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),σs=598 N/mm2
[τ]= ==239.2 N/mm2
τ<[τ]
強(qiáng)度足夠
2.7液壓升降平臺(tái)底部與底座聯(lián)接用銷軸選擇及強(qiáng)度校核
液壓平臺(tái)受力為1500kgf,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(qiáng)度校核
τ=
=
=17 N/mm2
強(qiáng)度足夠.
2.8滾筒架用絲杠的有關(guān)計(jì)算及強(qiáng)度校核
考慮到料重1300kg,還有滾筒架及其他零件總重,估計(jì)總重2000kg.采用整體式螺母Φ1.2~1.5
根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)(中冊(cè))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?yàn)椴捎谜w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(qiáng)度足夠
驗(yàn)算自鎖
螺紋升角γ
γ=arctanρl
=arctan4030’
螺桿強(qiáng)度
σ=σ
=
=80 N/mm2
σp===100 N/mm2
σ<σp
螺牙強(qiáng)度
螺牙根部寬度b
b=0.65p=0.654=2.6mm
螺桿剪切強(qiáng)度τ
τ=τp
τ==15.5τp=300/2.5=120
螺桿彎曲強(qiáng)度
σB=σBp
=σBp=100
螺母剪切強(qiáng)度
τ===12τp
螺母彎曲強(qiáng)度
σB===27.7σBp=100
螺母體強(qiáng)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(jì)板材自動(dòng)剪切生產(chǎn)線，對(duì)于我所設(shè)計(jì)的上料部分來(lái)說(shuō)，盡量采用國(guó)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觀了工廠中正在為其他廠