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上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 _液體成品自動稱重包裝輸送線設(shè)計
學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 BJ1004
學(xué) 號 101002050403
姓 名 陳嘉輝
指導(dǎo)教師 劉秦
定稿日期： 2014 年 2月28 日
11
液體成品自動稱重包裝輸送線設(shè)計
1 選題背景及其意義
從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機(jī)床自動線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。?
本課題來源于企業(yè)，原小型化工廠的的主導(dǎo)產(chǎn)品-聚氨酯的稱重、包裝、輸送全靠人工操作，不僅占用人力，而且包裝的重量也難做到準(zhǔn)確。制品的輸出是不連續(xù)的。為提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量并減輕工人的勞動強(qiáng)度，有必要開發(fā)自動裝置，以解決這一問題。本課題嘗試除空桶上線和成品桶下線用人工外，其余稱重與包裝自動化、輸送實現(xiàn)連續(xù)化，設(shè)計分裝物為液體聚氨酯，成品額定重量為24kg±0.2kg，生產(chǎn)效率為1200kg/h,液體注入口直徑為48mm，輸送距離為10m，無彎曲。該課題不僅需要設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)，還需要實施順序控制和零部件傳輸。該課題涉及到設(shè)計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決具體工程項目的能力。
2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
2.1國外包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀
在全球包裝機(jī)械市場上，德國占有十分重要的地位。德國包裝機(jī)械產(chǎn)值約占世界總產(chǎn)值的1/5，德國包裝機(jī)械出口額占世界總額的約三成。德國包裝機(jī)械業(yè)是典型的出口型產(chǎn)業(yè)，2010年德國包裝機(jī)械出口額為39億歐元，占德國包裝機(jī)械產(chǎn)值的81%，相當(dāng)于世界總出口額的29.5%。從德國機(jī)械工業(yè)的整體狀況來說，2010年包裝機(jī)械業(yè)發(fā)展?fàn)顩r較好，產(chǎn)值達(dá)到歷史最高值的85%。德國包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢主要有：一是大力提高工藝流程自動化程度；二是適應(yīng)變化設(shè)計柔性靈活性設(shè)備，三是普遍使用計算機(jī)仿真設(shè)計技術(shù)。
2.2中國包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀
中國包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國包裝機(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。中國包裝機(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)國家相去甚遠(yuǎn)。中國包裝機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，中國包裝機(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(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(fèi)僅占銷售額的1%，而國外高達(dá)8-10%。中國包裝機(jī)械的技術(shù)水平相較于先進(jìn)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。
不斷發(fā)展的前提下，在包裝行業(yè)，可以看到包裝機(jī)械行業(yè)中矛盾重重，企業(yè)無法應(yīng)對形勢的變化，行業(yè)發(fā)展思想觀念與形勢發(fā)展不相適應(yīng)；技術(shù)創(chuàng)新能力弱，工藝技術(shù)進(jìn)展緩慢，新產(chǎn)品開發(fā)還沒有從根本上擺脫仿研跟蹤的局面，競爭力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)增長、效益提升仍然主要靠規(guī)模拉動。此外，還存在一些包裝機(jī)械企業(yè)管理粗放，精細(xì)化管理尚未實現(xiàn)；市場意識、競爭意識、憂患意識不強(qiáng)，服務(wù)市場、服務(wù)客戶的意識以及發(fā)展的緊迫感、責(zé)任感不強(qiáng)，一些包裝機(jī)械企業(yè)對人的認(rèn)識和使用與市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律之間不相適應(yīng)等現(xiàn)象。面對不利因素，最緊迫的是改變包裝機(jī)械行業(yè)中各企業(yè)的發(fā)展方式，企業(yè)要站在新的起點上去審視和解決好以上的矛盾和問題，轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，強(qiáng)化自主創(chuàng)新，增強(qiáng)市場意識，大力推進(jìn)國內(nèi)包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展。要改變包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀，促進(jìn)包裝機(jī)械的發(fā)展，行業(yè)在大步前進(jìn)的同時要注意包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢。
中國已經(jīng)成為世界最大的商品生產(chǎn)和出口大國，與此同時，全球的目光也聚焦在發(fā)展最快、規(guī)模最大、最具潛力的中國包裝市場。盡管國內(nèi)包裝機(jī)械市場前景廣闊，但諸如單機(jī)自動化、穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、壽命短等問題也使國內(nèi)包裝機(jī)械產(chǎn)品飽受詬病。
中國包裝機(jī)械未來的發(fā)展趨勢：
（1）安全檢測技術(shù)：安全在任何一個行業(yè)都是第一關(guān)鍵詞，在包裝行業(yè)更是如此。在食品行業(yè)，安全檢測技術(shù)發(fā)展迅速。食品安全在包裝機(jī)械上的體現(xiàn)不只局限在簡單的物理參數(shù)的范圍，同時也要關(guān)注食品的顏色、原料等因素。包裝機(jī)械應(yīng)用的范圍在擴(kuò)大，這樣不斷地為機(jī)械廠家以及自動化產(chǎn)品供應(yīng)商提出新的要求。
（2）運(yùn)動控制技術(shù)：運(yùn)動控制技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展十分迅速，但是在包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展動力卻顯得上升乏力。運(yùn)動控制產(chǎn)品及技術(shù)在包裝機(jī)械上的作用主要是達(dá)到精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步的要求，主要用于裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。李教授認(rèn)為運(yùn)動控制技術(shù)是區(qū)別高、中、低端包裝機(jī)械的關(guān)鍵因素之一，也是我國包裝機(jī)械升級的技術(shù)支撐。
（3）柔性化生產(chǎn)：各大企業(yè)為適應(yīng)市場激烈的競爭，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。據(jù)了解，化妝品生產(chǎn)，一般可達(dá)到三年一變，甚至一個季度一變，同時生產(chǎn)量又相對較大，所以對包裝機(jī)械的柔性與靈活性提出了很高的要求：即包裝機(jī)械的壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期。因為，只有這樣才能符合產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的要求。要從三個方面考慮柔性化的概念：量的靈活性、構(gòu)造的靈活性以及供貨的靈活性。
（4）制造執(zhí)行系統(tǒng)：近幾年來，集成技術(shù)在包裝行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛。包裝機(jī)械設(shè)備種類較多，這就使得不同廠商的產(chǎn)品接口對接、設(shè)備與工控機(jī)、信息與設(shè)備之間的傳輸方式遇到了很大難題。在這種情況下，包裝企業(yè)轉(zhuǎn)而向制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）尋求解決方案。
3 研究內(nèi)容
3.1 液體成品輸入流量自動控制部件的設(shè)計
以電動調(diào)節(jié)閥（如圖1所示）及其伺服放大器為核心組成，可按設(shè)定參數(shù)自動控制液體成品的快輸出、慢輸出及閥門關(guān)閉。
圖1 電動調(diào)節(jié)閥
3.2 電子秤部件設(shè)計
以稱重傳感器及稱重控制器為核心組成，可對裝桶成品的重量進(jìn)行連續(xù)檢測、反饋、顯示，并可按設(shè)定的數(shù)據(jù)發(fā)出前期報警信號和額定值報警信號。
3.3 工作臺部件設(shè)計
以工作臺框架結(jié)合件和滑板為主組成，滑板可在框架中移動，有三個工作位置，在控制系統(tǒng)的控制下，可自動完成成品桶定位、液體成品裝桶、成品桶裝蓋三項工作。工作臺框架結(jié)合件是鋼板焊接件，工作臺滑板在氣缸的推動下，可在框架內(nèi)左右移動，工作臺滑板（如圖2所示）有三個位置，其左右兩側(cè)的位置有螺栓定位，其壓蓋機(jī)如圖3所示。
1-定位氣缸 2-漏斗 3-裝蓋氣缸 4-滑板移動氣缸
圖2 工作臺滑板示意圖
圖3 壓蓋機(jī)
3.4 輸送機(jī)設(shè)計
考慮到輸送的是化學(xué)物質(zhì)，舍棄了帶式輸送機(jī)，改為滾柱式輸送機(jī)（如圖4所示）。由帶電動機(jī)的減速器、傳動鏈、滾柱輸送機(jī)機(jī)體、滾柱等件組成?？紤]到機(jī)架的安裝條件較差，加工精度不高，滾柱采用調(diào)心球軸承支承。考慮到輸送機(jī)的頻繁啟動，電動機(jī)選用三相異步電動機(jī)。
圖4 輸送機(jī)傳動系統(tǒng)圖
3.5 氣動控制系統(tǒng)設(shè)計
氣源為車間原有的壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)氣源三聯(lián)件處理后，壓縮空氣被分別送到氣缸，在各自的電磁換向閥的控制下，分別去完成工作臺滑板移動、閘閥開關(guān)及成品桶定位、卡緊、壓蓋等工作、
3.6 生產(chǎn)線的程序控制過程與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
由主電路和控制電路組成，主電路是輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)的控制電路，控制電路分為交流控制盤和直流控制盤兩部分，采用行程開關(guān)——繼電器——?dú)鈩涌刂坪屠^電器——專用的電子控制儀器相結(jié)合的控制模式，實現(xiàn)生產(chǎn)程序的自動控制。
4 研究方案
4.1 總體方案
經(jīng)研究，本課題由如下部分組成：液體成品自動控制部件，電子秤部件，工作臺部件，輸送機(jī)部分，氣動控制部分，電氣控制部分。本課題涉及的主要技術(shù)參數(shù)有：成品額定重量為24kg±0.2kg；生產(chǎn)效率為1200kg/h；液體注入口直徑為48mm；輸送距離為10m，無彎曲。
（1）方案一
1-定位電動推桿 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊電動推桿 5-電動機(jī)
6-稱重傳感器 7-裝蓋電動推桿 8-移動電動推桿 9-帶式輸送機(jī)
圖4 總裝示意圖
該方案中，工人將成品桶放上生產(chǎn)線后，由定位電動推桿向下推動定位元件進(jìn)行定位，然后由卡緊電動推桿推動卡緊杠桿，卡緊成品桶，然后由移動電動推桿推動工作臺滑板，使漏斗處于工作軸線，物料由漏斗往成品桶中灌入，當(dāng)成品桶重量達(dá)到額定要求后，移動電推桿推動工作臺滑板，使裝蓋電動推桿處于工作軸線，由裝蓋電動推桿對成品桶進(jìn)行裝蓋。裝蓋完成后，卡緊電動推桿收縮，卡緊杠桿恢復(fù)原樣，成品桶解除解除卡緊，帶式輸送機(jī)啟動，成品桶前移。
（2） 方案二
1-定位氣缸 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊氣缸 5-電動機(jī) 6-稱重傳感器
7-裝蓋氣缸 8-移動氣缸 9-帶式輸送機(jī)
圖5 總裝示意圖
該方案中，將方案一中的電動推桿改為了氣壓傳動，因為電動推桿動作緩慢、維護(hù)性差、適應(yīng)性差，而氣壓傳動動作快、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)簡單，相比電動推桿跟適合本課題。
（3） 方案三
1-定位氣缸 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊氣缸 5-電動機(jī) 6-稱重傳感器
7-裝蓋氣缸 8-移動氣缸 9-滾柱式輸送機(jī)
圖6 總裝示意圖
該方案中，將方案二中的帶式輸送機(jī)改為了滾柱輸送機(jī)，由于本課題是包裝化學(xué)物品，帶式輸送機(jī)容易受到灑落液體的腐蝕，不易維護(hù)。所以改為具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低、不易受到腐蝕的滾柱式輸送機(jī)。
4.2 擬采取的技術(shù)措施
經(jīng)過以上三種方案的對比論證，最終采用方案三作為最終研究方向。通過液體成品自動控制部件、電子秤部件、工作臺部件、滾柱輸送機(jī)部件、氣動控制部件、電氣控制部件進(jìn)行液體成品自動稱重包裝輸送。
5 進(jìn)度計劃
2013.12.02—2013.12.06 按照任務(wù)書收集、研究資料
2013.12.07—2014.01.16 擬訂總體設(shè)計方案
2014.02.01—2014.03.09 修改、完善開題報告；參加開題答辯
2014.03.09—2014.03.31 系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖
2014.04.01—2014.04.15 修改完善總裝配圖,準(zhǔn)備中期檢查
2014.04.16—2014.04.30 繪制主要零件的零件施工圖
2014.05.01—2014.05.05 修改完善主要零件的零件施工圖
2014.05.06—2014.05.20 撰寫設(shè)計計算說明書
2014.05.21—2014.05.25 修改及準(zhǔn)備答辯
參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
評議小組意見
1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。
2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。
3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。
4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。
5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。
6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差
（在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”）
二級學(xué)院所確定評議小組名單
（3-5人）
組長： 、
組員： 、 、 、
單位蓋章 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名：
年 月 日
評議結(jié)論
評議小組組長簽名：
評議小組組員簽名：
年 月 日
上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書
課題名稱 _液體成品自動稱重包裝輸送線設(shè)計
學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 BJ1004
學(xué) 號 101002050403
姓 名 陳嘉輝
指導(dǎo)教師 劉秦
定稿日期： 2014 年4月12 日
目錄
摘 要 3
第1章 緒論 5
1.1 選題背景及其意義 5
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 5
1.2.1國外包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀 5
1.2.2中國包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀 6
1.3 本課題的研究方案 8
1.3.1液體成品輸入流量自動控制部件的設(shè)計 8
1.3.2 電子秤部件設(shè)計 8
1.3.3工作臺部件設(shè)計 8
1.3.4輸送機(jī)設(shè)計 9
1.3.5氣動控制系統(tǒng)設(shè)計 10
1.3.6生產(chǎn)線的程序控制過程與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 10
1.4研究方案 10
1.4.1總體方案 10
1.4.2擬采取的技術(shù)措施 13
第2章 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 14
2.1 本課題的主要技術(shù) 14
2.2 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 14
2.2.1 滾柱 15
2.2.2機(jī)架 15
2.2.3傳動部分 16
2.2.4表面涂裝 16
2.2.5 整機(jī)安裝 16
2.2.6整機(jī)運(yùn)行性能 16
2.2.7安全 17
2.3基本參數(shù)計算 17
2.3.1滾柱長度 17
2.3.2 滾柱間距 18
2.3.3 滾柱直徑 19
2.3.4 輸送機(jī)高度 20
2.3.5 輸送速度 20
2.4鏈輪的牽引力計算 20
2.5輪架的設(shè)計校核 22
第3章 氣缸的設(shè)計 25
3.1 氣缸的介紹 25
3.2 氣壓缸工作原理 25
3.3氣缸的校核 28
3.5缸筒和缸蓋的連接 29
3.6氣缸推力驗算 29
總結(jié) 30
致謝 31
摘 要
隨著汽車、滾動軸承、小型電動機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機(jī)床自動線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。?
本課題來源于企業(yè)，原小型化工廠的的主導(dǎo)產(chǎn)品聚氨酯的稱重、包裝、輸送線全靠人工操作，不僅占用人力，而且包裝的重量也難做到準(zhǔn)確。制品的輸出是不連續(xù)的。為提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量并減輕工人的勞動強(qiáng)度，有必要開發(fā)自動裝置，以解決這一問題。本課題嘗試除空桶上線和成品桶下線用人工外，其余稱重與包裝自動化、輸送實現(xiàn)連續(xù)化，不僅需要設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)，還需要實施順序控制和零部件傳輸。該課題涉及到設(shè)計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決具體工程項目的能力。
關(guān)鍵字：稱重；包裝；輸送線；機(jī)械結(jié)構(gòu)
ABSTRACT
Along with the automobile, rolling bearing, small motors and sewing machine industry development, automatic line started in mechanical manufacturing, the earliest is the combined machine tool automatic line. Prior to this, the first is the production line and automatic production line appears in the automotive industry, then become automatic line. After the Second World War, in the industrial developed countries in mechanical manufacturing industry, a number of automatic line there has been a dramatic increase in. The automatic line of products should be large enough to yield; product design and process should be advanced, stable, reliable, and maintained for a long time constant. The automatic line in the mass production, improve labor productivity, stabilize and improve product quality, improve working conditions, reduce the production area, reduce the production cost, shorten the production cycle, to ensure balanced production, with significant economic benefits.
This topic originates from the enterprise, the original small chemical factory leading products of polyurethane, packaging, weighing conveyor line depend on manual operation, not only takes the human, but also difficult to achieve accurate packaging weight. Product output is not continuous. In order to improve production efficiency, quality and reduce the labor intensity of workers, it is necessary to develop the automatic device, in order to solve this problem. This research tries to except the empty barrel and barrel assembly using artificial product line, the rest of weighing and packaging automation, transportation to achieve continuous, not only need to design the mechanical structure and mechanism, also need to implement the sequential control and transmission parts. The subject involves all aspects of the design, drawing, control knowledge, ability can train students to use the knowledge to solve specific engineering project.
Keywords: Weigh；Packing；Transmission Line；The Mechanical Structure
第1章 緒論
1.1 選題背景及其意義
從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機(jī)床自動線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。?
本課題來源于企業(yè)，原小型化工廠的的主導(dǎo)產(chǎn)品-聚氨酯的稱重、包裝、輸送全靠人工操作，不僅占用人力，而且包裝的重量也難做到準(zhǔn)確。制品的輸出是不連續(xù)的。為提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量并減輕工人的勞動強(qiáng)度，有必要開發(fā)自動裝置，以解決這一問題。本課題嘗試除空桶上線和成品桶下線用人工外，其余稱重與包裝自動化、輸送實現(xiàn)連續(xù)化，設(shè)計分裝物為液體聚氨酯，成品額定重量為24kg±0.2kg，生產(chǎn)效率為1200kg/h,液體注入口直徑為48mm，輸送距離為10m，無彎曲。該課題不僅需要設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)，還需要實施順序控制和零部件傳輸。該課題涉及到設(shè)計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決具體工程項目的能力。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1.2.1國外包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀
在全球包裝機(jī)械市場上，德國占有十分重要的地位。德國包裝機(jī)械產(chǎn)值約占世界總產(chǎn)值的1/5，德國包裝機(jī)械出口額占世界總額的約三成。德國包裝機(jī)械業(yè)是典型的出口型產(chǎn)業(yè)，2010年德國包裝機(jī)械出口額為39億歐元，占德國包裝機(jī)械產(chǎn)值的81%，相當(dāng)于世界總出口額的29.5%。從德國機(jī)械工業(yè)的整體狀況來說，2010年包裝機(jī)械業(yè)發(fā)展?fàn)顩r較好，產(chǎn)值達(dá)到歷史最高值的85%。德國包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢主要有：一是大力提高工藝流程自動化程度；二是適應(yīng)變化設(shè)計柔性靈活性設(shè)備，三是普遍使用計算機(jī)仿真設(shè)計技術(shù)。
1.2.2中國包裝機(jī)械的發(fā)展與現(xiàn)狀
中國包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國包裝機(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。中國包裝機(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)國家相去甚遠(yuǎn)。中國包裝機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，中國包裝機(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(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(fèi)僅占銷售額的1%，而國外高達(dá)8-10%。中國包裝機(jī)械的技術(shù)水平相較于先進(jìn)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。不斷發(fā)展的前提下，在包裝行業(yè)，可以看到包裝機(jī)械行業(yè)中矛盾重重，企業(yè)無法應(yīng)對形勢的變化，行業(yè)發(fā)展思想觀念與形勢發(fā)展不相適應(yīng)；技術(shù)創(chuàng)新能力弱，工藝技術(shù)進(jìn)展緩慢，新產(chǎn)品開發(fā)還沒有從根本上擺脫仿研跟蹤的局面，競爭力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)增長、效益提升仍然主要靠規(guī)模拉動。此外，還存在一些包裝機(jī)械企業(yè)管理粗放，精細(xì)化管理尚未實現(xiàn)；市場意識、競爭意識、憂患意識不強(qiáng)，服務(wù)市場、服務(wù)客戶的意識以及發(fā)展的緊迫感、責(zé)任感不強(qiáng)，一些包裝機(jī)械企業(yè)對人的認(rèn)識和使用與市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律之間不相適應(yīng)等現(xiàn)象。面對不利因素，最緊迫的是改變包裝機(jī)械行業(yè)中各企業(yè)的發(fā)展方式，企業(yè)要站在新的起點上去審視和解決好以上的矛盾和問題，轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，強(qiáng)化自主創(chuàng)新，增強(qiáng)市場意識，大力推進(jìn)國內(nèi)包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展。要改變包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀，促進(jìn)包裝機(jī)械的發(fā)展，行業(yè)在大步前進(jìn)的同時要注意包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢。
中國已經(jīng)成為世界最大的商品生產(chǎn)和出口大國，與此同時，全球的目光也聚焦在發(fā)展最快、規(guī)模最大、最具潛力的中國包裝市場。盡管國內(nèi)包裝機(jī)械市場前景廣闊，但諸如單機(jī)自動化、穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、壽命短等問題也使國內(nèi)包裝機(jī)械產(chǎn)品飽受詬病。
中國包裝機(jī)械未來的發(fā)展趨勢：
（1）安全檢測技術(shù)：安全在任何一個行業(yè)都是第一關(guān)鍵詞，在包裝行業(yè)更是如此。在食品行業(yè)，安全檢測技術(shù)發(fā)展迅速。食品安全在包裝機(jī)械上的體現(xiàn)不只局限在簡單的物理參數(shù)的范圍，同時也要關(guān)注食品的顏色、原料等因素。包裝機(jī)械應(yīng)用的范圍在擴(kuò)大，這樣不斷地為機(jī)械廠家以及自動化產(chǎn)品供應(yīng)商提出新的要求。
（2）運(yùn)動控制技術(shù)：運(yùn)動控制技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展十分迅速，但是在包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展動力卻顯得上升乏力。運(yùn)動控制產(chǎn)品及技術(shù)在包裝機(jī)械上的作用主要是達(dá)到精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步的要求，主要用于裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。李教授認(rèn)為運(yùn)動控制技術(shù)是區(qū)別高、中、低端包裝機(jī)械的關(guān)鍵因素之一，也是我國包裝機(jī)械升級的技術(shù)支撐。
（3）柔性化生產(chǎn)：各大企業(yè)為適應(yīng)市場激烈的競爭，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。據(jù)了解，化妝品生產(chǎn)，一般可達(dá)到三年一變，甚至一個季度一變，同時生產(chǎn)量又相對較大，所以對包裝機(jī)械的柔性與靈活性提出了很高的要求：即包裝機(jī)械的壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期。因為，只有這樣才能符合產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的要求。要從三個方面考慮柔性化的概念：量的靈活性、構(gòu)造的靈活性以及供貨的靈活性。
（4）制造執(zhí)行系統(tǒng)：近幾年來，集成技術(shù)在包裝行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛。包裝機(jī)械設(shè)備種類較多，這就使得不同廠商的產(chǎn)品接口對接、設(shè)備與工控機(jī)、信息與設(shè)備之間的傳輸方式遇到了很大難題。在這種情況下，包裝企業(yè)轉(zhuǎn)而向制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）尋求解決方案。
1.3 本課題的研究方案
1.3.1液體成品輸入流量自動控制部件的設(shè)計
以電動調(diào)節(jié)閥（如圖1所示）及其伺服放大器為核心組成，可按設(shè)定參數(shù)自動控制液體成品的快輸出、慢輸出及閥門關(guān)閉。
圖1 電動調(diào)節(jié)閥
1.3.2 電子秤部件設(shè)計
以稱重傳感器及稱重控制器為核心組成，可對裝桶成品的重量進(jìn)行連續(xù)檢測、反饋、顯示，并可按設(shè)定的數(shù)據(jù)發(fā)出前期報警信號和額定值報警信號。
1.3.3工作臺部件設(shè)計
以工作臺框架結(jié)合件和滑板為主組成，滑板可在框架中移動，有三個工作位置，在控制系統(tǒng)的控制下，可自動完成成品桶定位、液體成品裝桶、成品桶裝蓋三項工作。工作臺框架結(jié)合件是鋼板焊接件，工作臺滑板在氣缸的推動下，可在框架內(nèi)左右移動，工作臺滑板（如圖2所示）有三個位置，其左右兩側(cè)的位置有螺栓定位，其壓蓋機(jī)如圖3所示。
1-定位氣缸 2-漏斗 3-裝蓋氣缸 4-滑板移動氣缸
圖2 工作臺滑板示意圖
圖3 壓蓋機(jī)
1.3.4輸送機(jī)設(shè)計
考慮到輸送的是化學(xué)物質(zhì)，舍棄了帶式輸送機(jī)，改為滾柱式輸送機(jī)（如圖4所示）。由帶電動機(jī)的減速器、傳動鏈、滾柱輸送機(jī)機(jī)體、滾柱等件組成?？紤]到機(jī)架的安裝條件較差，加工精度不高，滾柱采用調(diào)心球軸承支承。考慮到輸送機(jī)的頻繁啟動，電動機(jī)選用三相異步電動機(jī)。
圖4 輸送機(jī)傳動系統(tǒng)圖
1.3.5氣動控制系統(tǒng)設(shè)計
氣源為車間原有的壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)氣源三聯(lián)件處理后，壓縮空氣被分別送到氣缸，在各自的電磁換向閥的控制下，分別去完成工作臺滑板移動、閘閥開關(guān)及成品桶定位、卡緊、壓蓋等工作、
1.3.6生產(chǎn)線的程序控制過程與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
由主電路和控制電路組成，主電路是輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)的控制電路，控制電路分為交流控制盤和直流控制盤兩部分，采用行程開關(guān)——繼電器——?dú)鈩涌刂坪屠^電器——專用的電子控制儀器相結(jié)合的控制模式，實現(xiàn)生產(chǎn)程序的自動控制。
1.4研究方案
1.4.1總體方案
經(jīng)研究，本課題由如下部分組成：液體成品自動控制部件，電子秤部件，工作臺部件，輸送機(jī)部分，氣動控制部分，電氣控制部分。本課題涉及的主要技術(shù)參數(shù)有：成品額定重量為24kg±0.2kg；生產(chǎn)效率為1200kg/h；液體注入口直徑為48mm；輸送距離為10m，無彎曲。
（1）方案一
1-定位電動推桿 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊電動推桿 5-電動機(jī)
6-稱重傳感器 7-裝蓋電動推桿 8-移動電動推桿 9-帶式輸送機(jī)
圖4 總裝示意圖
該方案中，工人將成品桶放上生產(chǎn)線后，由定位電動推桿向下推動定位元件進(jìn)行定位，然后由卡緊電動推桿推動卡緊杠桿，卡緊成品桶，然后由移動電動推桿推動工作臺滑板，使漏斗處于工作軸線，物料由漏斗往成品桶中灌入，當(dāng)成品桶重量達(dá)到額定要求后，移動電推桿推動工作臺滑板，使裝蓋電動推桿處于工作軸線，由裝蓋電動推桿對成品桶進(jìn)行裝蓋。裝蓋完成后，卡緊電動推桿收縮，卡緊杠桿恢復(fù)原樣，成品桶解除解除卡緊，帶式輸送機(jī)啟動，成品桶前移。
（2） 方案二
1-定位氣缸 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊氣缸 5-電動機(jī) 6-稱重傳感器
7-裝蓋氣缸 8-移動氣缸 9-帶式輸送機(jī)
圖5 總裝示意圖
該方案中，將方案一中的電動推桿改為了氣壓傳動，因為電動推桿動作緩慢、維護(hù)性差、適應(yīng)性差，而氣壓傳動動作快、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)簡單，相比電動推桿跟適合本課題。
（3） 方案三
1-定位氣缸 2-漏斗 3-卡緊杠桿 4-卡緊氣缸 5-電動機(jī) 6-稱重傳感器
7-裝蓋氣缸 8-移動氣缸 9-滾柱式輸送機(jī)
圖6 總裝示意圖
該方案中，將方案二中的帶式輸送機(jī)改為了滾柱輸送機(jī)，由于本課題是包裝化學(xué)物品，帶式輸送機(jī)容易受到灑落液體的腐蝕，不易維護(hù)。所以改為具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低、不易受到腐蝕的滾柱式輸送機(jī)。
1.4.2擬采取的技術(shù)措施
經(jīng)過以上三種方案的對比論證，最終采用方案三作為最終研究方向。通過液體成品自動控制部件、電子秤部件、工作臺部件、滾柱輸送機(jī)部件、氣動控制部件、電氣控制部件進(jìn)行液體成品自動稱重包裝輸送。
第2章 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計
2.1 本課題的主要技術(shù)
1、輸送路線長度為10米；
2、成品桶空桶1kg；
3、液壓成品桶每桶凈重24kg；
4、運(yùn)輸速度：0.1m/s；
5、成品桶的外形尺寸范圍：外徑為Φ260mm、高度345mm；
6、輸送機(jī)上成品桶排列中心距300mm；
2.2 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計
輸送機(jī)本身具有驅(qū)動裝置，滾柱轉(zhuǎn)動呈主動狀態(tài)，可以嚴(yán)格控制物品運(yùn)行狀態(tài)，按規(guī)定的速度精確、平穩(wěn)、可靠地輸送物品，便于實現(xiàn)輸送過程的自動控制。按傳動方式分鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動。
鏈傳動:承載能力大，通用性好，布置方便，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在經(jīng)常接觸油、水及溫度較高的地方工作，是最常用的一種動力式滾柱輸送機(jī)。在多塵環(huán)境中工作時鏈條容易磨損，高速運(yùn)行時噪音較大。
鏈傳動分單鏈傳動和雙鏈傳動，單鏈傳動布置緊湊，適用于輕載、低速、持續(xù)運(yùn)行的場合。雙鏈傳動適用于載荷較大，速度較高，起、制動比較頻繁的場合。
帶傳動：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，對環(huán)境污染少，允許高速運(yùn)行，但不適宜在接觸油污的地方工作。
帶傳動分平帶傳動、V帶傳動，O帶傳動，平帶傳動承載能力最大，V帶傳動次之，O帶傳動最小，V帶和O帶傳動均可適用于滾柱輸送機(jī)圓弧段。O帶傳動布置最為靈活。
齒輪傳動：承載能力大，傳動精度高，使用壽命長，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。適用于重載、運(yùn)動精度要求高，起制動頻繁，經(jīng)常逆轉(zhuǎn)的場合。
輸送機(jī)的驅(qū)動裝置通常采用電動機(jī)與減速器組合形式，平帶傳動常采用鏈輪傳動，均具有結(jié)構(gòu)緊湊、布置方便、傳動效率高的優(yōu)點。如有調(diào)速要求，可采用電磁或變頻調(diào)速。中、輕型滾柱輸送機(jī)的驅(qū)動裝置一般布置在機(jī)架下部或側(cè)面；輸送機(jī)的驅(qū)動裝置布置在地面底架上，鏈傳動和齒輪傳動輸送機(jī)的傳動部分封閉在罩殼內(nèi)，以保證操作安全。
2.2.1 滾柱
(1) 滾柱應(yīng)采用材質(zhì)不低于10號鋼，符合GB8162要求的熱軋或冷拔無縫鋼管符合GB3639要求的冷拔或冷軋精密無縫鋼管或符合YB242要求的電焊鋼管制造；有特殊要求時，也可以采用不銹鋼、鋁合金和合成材料管材制造。
(2) 滾柱外表面應(yīng)圓整、光滑，無凹痕、裂紋、折皺等缺陷。
(3) 滾柱外圓的徑向跳動要符合表2-1的規(guī)定。
表2-1 滾柱外圓徑向跳動 (單位：mm)
滾柱長度
100～500
＞500～1000
＞1000～1600
＞1600～2000
滾柱徑向圓跳動
0.5
0.7
1.2
1.6
(d) 滾柱裝配后，用手指撥動時應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻現(xiàn)象。
2.2.2機(jī)架
(a) 滾柱輸送機(jī)直線段的直線度在3m內(nèi)為其長度的1/1000。
(b) 滾柱輸送機(jī)直線段機(jī)架的平面度為其長度的1/1000。
(c) 機(jī)架內(nèi)側(cè)寬度極限偏差應(yīng)符合表2-2規(guī)定的數(shù)值。
(d) 直線型輸送機(jī)機(jī)架在額定負(fù)載下的撓度不大于相鄰去腿間距的1/700。
表2-2 機(jī)架內(nèi)側(cè)寬度極限偏差 (單位：mm)
滾柱長度
≤630
＞630
機(jī)架內(nèi)側(cè)寬度極限偏差
±1.2
±1.5
2.2.3傳動部分
(a) 輸送機(jī)采用鏈傳動傳動，帶和帶輪應(yīng)符合GB／T 1171的要求。
(b) 驅(qū)動裝置應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，潤滑良好，減速器無滲油現(xiàn)象。
(c) 張緊裝置應(yīng)調(diào)整靈活，無卡阻現(xiàn)象。
2.2.4表面涂裝
(a) 涂漆前，鋼材表面應(yīng)進(jìn)行除銹處理，并應(yīng)達(dá)到 GB8923中sa2或st3級要求。
(b) 經(jīng)過除銹的表面應(yīng)及時涂上底漆。涂漆應(yīng)在清潔的地方進(jìn)行，環(huán)境溫度應(yīng)在5℃以上，濕度應(yīng)在85％以下，工件表面溫度不應(yīng)超過60℃。
(c) 滾柱輸送機(jī)各部件無特殊要求時，應(yīng)涂底漆一遍，面漆兩遍。每層油漆顏色應(yīng)不同。每層油漆干膜厚度為25～35，漆膜總厚度不小于75。滾柱表面可只涂一層防銹漆或面漆，當(dāng)滾柱表面鍍鋅、鍍鉻、涂塑、包膠或為不銹鋼、鋁合金及合成材料時，可不涂漆。外露加工配合面應(yīng)涂以防銹油脂。
(d) 漆膜附著力應(yīng)達(dá)到GB9286中2級要求。
2.2.5 整機(jī)安裝
(a) 整機(jī)總裝配允許在使用現(xiàn)場進(jìn)行，滾柱、驅(qū)動裝置應(yīng)在出廠前組裝或試裝。
(b) 滾柱輸送機(jī)機(jī)架中心線的直線度。
(c) 各滾柱頂部應(yīng)位于同一平面內(nèi)，任意相鄰三個滾柱頂部的高度差△h(圖2-4)應(yīng)不大于表3規(guī)定的數(shù)值。
(d) 滾柱輸送機(jī)直線段的滾柱軸線與機(jī)架中心線的垂直度應(yīng)為滾柱軸線長度的1/500。
表2-3 高度差數(shù)值 (單位：mm)
滾柱長度
100～500
＞500～1000
＞1000～1600
＞1600～2000
△h
1.0
1.2
1.8
2.2
2.2.6整機(jī)運(yùn)行性能
(a) 滾柱輸送機(jī)上的各滾柱均應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。
(b) 滾柱輸送機(jī)運(yùn)行應(yīng)平穩(wěn)可靠。鏈條等傳動件在運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)無明顯脈動、卡阻現(xiàn)象。驅(qū)動裝置應(yīng)無異常振動。
(c) 滾柱輸送機(jī)運(yùn)行時其整機(jī)噪聲值應(yīng)不大于表4規(guī)定的數(shù)值。
(d) 滾柱正常使用壽命應(yīng)不小于2000h。
(e) 滾柱輸送機(jī)在正常使用條件下從開始到第一次大修的使用期限，應(yīng)不小于10000h。
表2-4 整機(jī)噪聲值
運(yùn)行狀況
無動力式
動力式
整機(jī)噪聲dB(A)
60
85
2.2.7安全
(a) 滾柱輸送機(jī)的活動段(如通行段、翻轉(zhuǎn)段等)應(yīng)在其極限位置設(shè)置定位裝置，以防止其自行轉(zhuǎn)動或跌落。
(b) 帶傳動滾柱輸送機(jī)應(yīng)在帶傳動部位設(shè)置防護(hù)罩。
(c) 滾柱輸送機(jī)作重力輸送時，物件移動速度0.1m/s。
(d) 各種機(jī)電保護(hù)裝置反應(yīng)靈敏，動作準(zhǔn)確可靠，特殊場合用保護(hù)裝置必須符合有關(guān)使用部門安全規(guī)程的規(guī)定。
2.3基本參數(shù)計算
2.3.1滾柱長度
滾柱輸送機(jī)直線輸送部分：
圓柱形輸送機(jī)直線段的滾筒長度一般可參照圖2-3所示，并可按下式計算：
圖2-3 圓柱形滾柱輸送機(jī)斷面
a） b) ,帶擋塊 c)
式中： L——滾柱長度，mm；
B——物件寬度，mm；
△B——寬度裕量，mm,可取。
對于底部剛度很大的物件，在不影響正常輸送和安全的情況下，物件寬度可大于滾筒長度。一般取。
本設(shè)計中采用圖2-3中的a圖，其中
2.3.2 滾柱間距
滾柱間距P應(yīng)保證一個物件始終支承在3個以上的滾柱上。一般情況下，可按下式選取：
其中 L按托盤底面長度算，油桶已知L＝300 mm,
則取P=100mm。
滾柱輸送機(jī)的裝載物品段如果承受沖擊載荷時，則需要縮小滾柱間距或增大滾柱直徑。本設(shè)計中基本沒有滾筒承受沖擊載荷的作用，因此不需要縮小滾柱間距或增大滾柱直徑。
2.3.3 滾柱直徑
滾柱直徑D與滾柱承載能力有關(guān)，可按下式選取：
式中：F——作用在單個滾柱上的載荷，N；
[F]——單個滾柱上的允許載荷，N；
作用在單個滾柱上的載荷F，與物件質(zhì)量、支承物件的滾柱數(shù)以及物件底部特性有關(guān)，可按下式計算：
F＝mg/K1K2n
式中 ：m——單個物件的質(zhì)量,kg；
K1——單列滾柱的有效支承系數(shù)，與物件底面特性及滾柱平面度有關(guān)，一般可取K1＝0.7，對底部剛度很大的物品，可取K1＝0.5；
K2——多列滾柱不均衡承載系數(shù)，對單列滾柱，取K2＝1，對雙列滾柱K2＝0.7～0.8；
n——支承單個物件的滾柱數(shù)；
液壓成品桶每桶凈重24kg，空桶重1kg。
本設(shè)計中：mmax＝m物＋m托盤＝24 +1＝25kg，K1＝0.7，K2＝1,
n＝L/P＝300/100＝3
載荷F＝mg/K1K2n=G/K1K2n
單個滾柱的允許載荷[F]與滾柱直徑及長度有關(guān)，可從產(chǎn)品樣本中查取。在確定需要的單個滾柱允許載荷及滾柱長度以后，即可選擇適當(dāng)?shù)臐L柱直徑D。根據(jù)已知條件及計算結(jié)果，參考德馬鈴木工業(yè)設(shè)備有限公司的標(biāo)準(zhǔn)零組件選用手冊，選用鋼制可調(diào)積放滾筒車制滾筒型，并通過設(shè)計說明任務(wù)書上所給的參考數(shù)據(jù)，本設(shè)計中取D =20mm，為了便于固定滾筒的深溝球軸承的定位，取滾柱軸徑即內(nèi)徑為d = 10 mm，滾筒壁厚取t = 2mm。
2.3.4 輸送機(jī)高度
滾柱輸送機(jī)高度H根據(jù)物品輸送的工藝要求（如線路系統(tǒng)中工藝設(shè)備物料出入口的高度，裝配、測試、裝卸區(qū)段人員操作位置等）確定，一般取H＝300～800mm，也可不設(shè)支腿，使機(jī)架直接固定在地坪上。也可根據(jù)需要，用戶可取大于800 mm 或其他自認(rèn)為合理的輸送機(jī)高度。本設(shè)計中不設(shè)支腿，使機(jī)架直接固定在地坪上?？紤]到本設(shè)計工人是坐著人為控制本設(shè)計的輸送機(jī)高度不能太高，h = 300 mm，綜合其他機(jī)械部分的尺寸（如支撐絲桿部分，固定部分）等，此處取輸送機(jī)高度為：H＝340 mm。
2.3.5 輸送速度
滾柱輸送機(jī)的輸送速度v根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和輸送方式確定。一般情況下，無動力式滾柱輸送機(jī)可取v＝0.2～0.4m/s，動力式滾柱輸送機(jī)可取v＝0.25～0.5m/s，并盡可能取較大值，以便在同樣滿足輸送量要求的前提下，使物品分布間隔較大，從而改善機(jī)架受力情況。當(dāng)工藝上對輸送速度嚴(yán)格限定時，輸送速度應(yīng)按工藝要求選取，但對無動力式滾柱輸送機(jī)不宜大于0.5m/s，動力式滾柱輸送機(jī)不宜大于1.5m/s，其中鏈傳動滾柱輸送機(jī)不宜大于0.5m/s。根據(jù)設(shè)計說明任務(wù)書已知的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，本設(shè)計中取滾柱輸送機(jī)輸送速度即滾柱線速度為v＝0.1m/s。
2.4鏈輪的牽引力計算
（1） 滾柱轉(zhuǎn)速計算：；
式中 為滾柱轉(zhuǎn)速r/min；
v為輸送機(jī)的運(yùn)輸速度，v=0.1m/s；
d為滾柱外徑d=20mm；
（2） 減速器的傳動比計算：
式中 為電機(jī)轉(zhuǎn)速1430r/min；
為滾柱轉(zhuǎn)速95.54r/min；
為齒輪取齒數(shù)為14；
（3） 輸送機(jī)上成品桶的數(shù)量：
取n=33，則
（4） 滾柱運(yùn)動摩擦阻力：
（5） 摩擦力：
（6） 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩：
（7） 電機(jī)功率 ：
由以上參數(shù)，選用上海至寶電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的三相臥式齒輪減速電機(jī)，取電機(jī)的功率0.09Kw，減速比17，輸出同步轉(zhuǎn)速1500r/min，輸出轉(zhuǎn)矩15N.m。
2.5輪架的設(shè)計校核
輪架的設(shè)計數(shù)據(jù)如圖2-5所示：
圖2-5：輪架零件圖
（2）校核
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量彎矩
設(shè)計的直徑
（3）疲勞強(qiáng)度校核
初步分析、兩個截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，下面以截面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。
材料選用不銹鋼調(diào)質(zhì)，，
對稱循環(huán)疲勞極限
脈動循環(huán)疲勞極限
等效系數(shù)
截面上的應(yīng)力彎矩
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力
如果一個截面上有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，則分別求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從而取最大值，驗算強(qiáng)度合格。
第3章 氣缸的設(shè)計
3.1 氣缸的介紹
氣壓傳動由于結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡單，工作可靠，故在機(jī)械制造業(yè)、輕工業(yè)和食品工業(yè)的各個部門獲得了廣泛的應(yīng)用。但由于對它的研究還不夠充分，所以在很多地方，使它的應(yīng)用受到了限制。在20實際60年代末，氣動元件得到發(fā)展，控制方式有所創(chuàng)新，應(yīng)用啟動系統(tǒng)更為合理和安全。工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氣壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)是空氣。
1·氣源裝置 獲得壓縮空氣的設(shè)備，空氣凈化設(shè)備。 如空壓機(jī)，空氣干燥機(jī)等。氣源裝置是向氣動系統(tǒng)提供所需壓縮空氣的動力源。他包括空氣壓縮機(jī)和氣源處理系統(tǒng)兩大部分。
2·執(zhí)行元件 將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，也是系統(tǒng)能量輸出的裝置。如氣缸，氣馬達(dá)等
3·控制元件 用以控制壓縮空氣的壓力，流量，流動方向以及系統(tǒng)執(zhí)行元件工作程序的元件。如壓力閥，流量閥，方向閥和邏輯元件等
4·輔助元件 起輔助作用，如過濾器，油霧器，消聲器，散熱器，冷卻器，放大器及管件等。
3.2 氣壓缸工作原理
單作用氣缸：單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運(yùn)動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。
主要尺寸的確定
1.氣缸工作壓力的確定
本設(shè)計的氣缸用于整個床體的升降功能：
由《液壓傳動與氣壓傳動》表3-1取氣缸工作壓力p=1Mpa
表3-1 氣壓負(fù)載常用的工作壓
負(fù)載F/N
<5000
5000～ 10000
10000～ 20000
20000～ 30000
30000～ 50000
>50000
工作壓力p/MPa
<0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
>5～7
假設(shè)每個氣缸受力相同，則每個氣缸收到的壓力為：
（3-1）
根據(jù)電控柜的高度，設(shè)計氣缸的推桿長度為350 mm，進(jìn)行計算與設(shè)計。
假設(shè)推桿為45號鋼， F=2450N，臨界力
E=196 GPa。
根據(jù)壓桿穩(wěn)定型計算推桿直徑：
（3-2）
由公式
， （3-3）
代入計算公式，計算
（3-4）
由此得到：
取整后，得到：
本方案因為存在流水線本身自重可以是氣缸恢復(fù)初始狀態(tài)，所以選用單作用氣缸。
（3-5）
式中，
F——活塞桿上的推力，N
—— 氣缸工作時的總阻力，N
P ——?dú)飧坠ぷ鲏毫?，Pa
D ——活塞直徑，m
氣缸工作時的總阻力與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以載荷率η的形式計入公式，如要求氣缸的靜推力和靜拉力，則在計入載荷后：
（3-6）
計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態(tài)特性。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取η=0.3至0.5 ，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動，其載荷率可取η=0.7至0.85 。
由上式，得：
（3-7）
去較大值，且圓整后，得到
缸筒壁厚和外徑的設(shè)計
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:
（3-8）
式中，
δ - 缸筒壁厚，mm
D --- 氣缸內(nèi)徑，mm
--- 氣缸試驗壓力，一般取
P --氣缸工作壓力 （Pa）
[σ]---缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）
本方案氣缸缸筒采用鋁合金ZL106,[σ]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
（3-9）
啊啊 啊
則筒壁外徑為70+17.5=87.5 mm。
3.3氣缸的校核
（1）活塞桿穩(wěn)定性的驗算：
當(dāng)活塞桿的長度L較小時（L≤10d），可以只按強(qiáng)度條件校核計算活塞桿直徑d 有:
（3-10）
其中，[σ]=120MPa，
則:
所以滿足實際設(shè)計要求。
3.5缸筒和缸蓋的連接
缸筒與缸蓋的連接形式主要有拉桿式螺栓連接、螺釘式、鋼筒螺紋、卡環(huán)等，參見表3-2。對于雙頭螺栓和螺栓連接，一般是四根螺栓，但是對于工作壓力高于1MPa時，一定要校核螺栓強(qiáng)度，必要時增加螺栓數(shù)量，例如6根。查閱機(jī)械手冊，選擇拉桿式螺栓連接，采用4根螺釘。該結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，易于裝卸。由于工作壓力小于1MPa，故無須校核螺栓強(qiáng)度。
3.6氣缸推力驗算
由以上計算可知?dú)鈮焊啄墚a(chǎn)生的推力F= 6154N 大于升起床體所需的推力
F= 2450 N 。所以該氣缸滿足要求。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計是課程設(shè)計一個質(zhì)的飛越.認(rèn)識到這點,我對待畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.在接到畢業(yè)設(shè)計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計就不同了，它是一個綜合設(shè)計，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。
在本次設(shè)計中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識，因此設(shè)計之前就對大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開始對本課題的設(shè)計任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計的感覺。同時，由于設(shè)計的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力和分析解決實際問題的能力。通過本次設(shè)計還使我更深切地感受到了團(tuán)隊的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊合作精神也得到了增強(qiáng)?？梢哉f，畢業(yè)設(shè)計體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識，也檢驗了我們的綜合素質(zhì)和實際能力。同時也跨出了我的工程師之路的第一步。
致謝
為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計過程中一直幫助我支持我的老師。我要感謝指導(dǎo)老師，老師在整個設(shè)計過程中對我的影響很大，設(shè)計過程中的很多個難點都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的，還有老師大親切和善也是我在整個設(shè)計過程中感受最深的。也因為這樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無，我也就大方的有問題就問，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并解決問題。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的專業(yè)知識，誨人不倦教學(xué)精神，在學(xué)術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時我還要感謝跟我一起參與設(shè)計的同學(xué)，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問題，并互相提出解決的方法，設(shè)計能夠順利完成，也因為他們的幫助。
結(jié)束代表著新的開始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計將會成為我今后工作，學(xué)習(xí)生活中的一份堅實的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)也將成為我們在今后生活道路上的一筆財富，挫折永遠(yuǎn)是前進(jìn)道路上所必須面對的，相信我們的未來會走的更好，也可以讓我們大學(xué)的老師放心。真心的感謝在大學(xué)幫助過我的老師和同學(xué)們，再次感謝你們！
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