钢管捆扎自动码垛成型机设计

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1、 毕 业 设 计（说明书）2010 届 题 目 钢管码垛自动成型机（行车水平部分） 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 06082428 指导教师 论文字数 15000 完成日期 XXXX年X月 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承

2、担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖

3、州师范学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 钢管捆扎自动码垛成型机设计摘要：将钢管码垛成型便于对物料进行清点以及节约空间，而普通的码垛都是通过人工或者叉车对钢管进行搬运码垛，效率较低而且浪费人工成本。钢管捆扎自动码垛成型机利用电磁铁的原理利用悬挂系统对钢管吸附，达到指定地点脱磁将钢管卸下。本文主要对码垛成型机的行车水平运动进行设计。本文首先对水平行车机构进行分析，根据设计要求确定各项运动所需要的机构。通过对齿轮齿条和滚珠丝杆的运动特性及承载能力进行比较，确定主要机构后，进而对电机和减速机构的选择和计算，根据工作台的行程和承载选择导轨类型，最后对各关键件进行受力校核和验算，如

4、传动轴、导轨以及轴承的寿命计算。在确定整体结构后，然后再细化各部件的尺寸和相对配合关系，完成行走机构的装配图绘制。关键词：码垛成型；行车机构；齿轮齿条Automatic stacking steel strapping machine design Abstract： The pipe shaped to facilitate stacking of materials for inventory and save space, while the average stacking truck through artificial or steel pipe handling palletiz

5、ing, inefficient and wasteful labor costs. Steel strapping automatic stacking machine using a magnetic suspension system utilizing the principles of adsorption on the pipe to reach the designated place demagnetized the pipe removed. This paper focuses on the horizontal movement of traffic stacking m

6、olding machine design. Firstly, the level of traffic on the agency analyzed to determine the needs of various sports organizations in accordance with the design requirements. After the adoption of the gear rack and ball screw motion characteristics and carrying capacity compared to determine the mai

7、n body, and then to select and calculate motor and gear mechanism, according to the table rail travel and choose the type of carrier, the last of all the key pieces checking and checking carried out by force, such as drive shafts, rail and bearing life calculations. After determining the overall str

8、ucture, and then refine and relative size of the various components of the relationship with the complete running gear assembly drawing drawing.Keywords: Palletizing molding; lane institutions; rack and pinio目录第一章绪论11.1 码垛机的背景及发展11.2码垛机的应用现状2第二章 原理分析及方案设计42.1 行车机构原理分析42.2 主运动方案设计42.3 直线运动方案设计42.4整体方

9、案设计5第三章 传动方案设计计算73.1 电动机的选择73.2链传动8链传动的布置8、链传动的润滑9、链传动的计算10、链轮结构设计123.3齿轮齿条的设计133.2.1 齿轮传动设计概述13齿轮齿条的材料选择14齿轮齿条的设计与校核143.2.4 齿轮传动的设计参数、许用应力的选择15齿轮的设计计算163.3 导轨的选择173.3.1 导轨的分类183.3.2 导轨的间隙调整机构19导轨材料和类型选择19导轨额定载荷的预算203.4 轴的设计233.5、选取轴承26设计总结29致 谢30参考文献31附录 图纸列表32 第一章绪论1.1 码垛机的背景及发展所谓码垛就是按照集成单元化的思想,将一

10、件件的物料按照一定的模式堆码成垛,以便实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。人类在很久以前就以人工码垛的形式完成码垛作业了,最简单的例子莫过于小孩搬砖问题:现有三块砖,需要从散放地搬往目的地,然后回到散放地,如果一块一块地搬,那么需要往返三次,如果先把三块砖直堆起来,则只需往返一次就行了。在现代生产中,人工码垛常常存在。在物料轻便、尺寸变化大、吞吐量小的场合,采用人工码垛方案,常常是经济可取的,特别是在人力资源丰富的我国,这些应用场合基本上都是采用人工码垛的。然而,在工作量恒定的情况下,长时间地进行人工码垛作业常常会造成弯腰疲劳和重复劳动疲劳,从人机工程学的角度考虑,需要增加一些符合人机工

11、程学方面的设施,例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械手等。码垛有人工码垛和自动码垛之分,人工码垛应用在物料轻便、尺寸和形状变化大、吞吐量小的场合,当码垛吞吐量在10件/分钟以上,采用人工码垛方案需要较多工人时,采用自动码垛方案不仅可以加快物流速度,保护工人的健康和安全,而且可以获得整齐一致的物垛,减少物料的损伤,提高叉车的搬运效率,增强处理柔性。作为物流自动化领域的一门新兴技术,近年来,码垛技术获得了飞速的发展。一方面,随着企业的集团化,生产能力的规模化,对码垛机的工作能力的要求不断提高,使传统的在线式码垛机向高速化方向发展;另一方面,由于企业产品由卖方市场进入了买方市场,企业生产正在向着

12、多品种少批量的方向发展,生产企业不能够承担一条生产线只生产单一产品的代价,往往需要一线多产品的生产线,这就要求作为后处理设备的码垛机,必须具有处理多种产品的能力,另外,随着大型物资批发配送中心的出现,需要为成千上万的用户按定单配送产品,这就要求码垛机具有混合码垛的能力,所有这些,都为自动码垛机的发展提供了机会,继70年代末日本将机器人技术用于码垛工艺以来,自动码垛机的研究开发获得了迅速的发展,柔性、处理速度以及码垛重量不断提高,价格不断下降。中国的钢材行业中,钢材包装质量与国外同行业相比相对较差,多为人工堆垛。存在诸多缺点:一、生产效率低,使轧制生产与包装产生脱节,造成中间库存大。二、劳动强度

13、大,人工费用高。三、包装质量差,很难达到咬合堆垛,紧密平齐。2003年10月,通化钢厂型钢连轧厂与我公司合作,准备对该厂的型钢码垛设备的控制系统进行改造。改造后该设备将满足型钢自动堆垛的需要,对减轻工人的劳动强度,提高型钢的包装质量,增强市场的竞争力,提高经济效益和社会效益创造了良好的条件。1.2码垛机的应用现状从60年代开始,在工业发达的德国、意大利、日本等国家,已相继研制出半自动、全自动码垛机,后来在结构和机型方面,还不断作了改进和完善。国产码垛机从80年代开始研制开发到现在,己经历了20年左右的时间。到目前为止,我国生产的码垛机,机型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面,有很大的发展和

14、提高,并在很多方面己逐步接近或达到国外同类型码垛机的技术性能及各项参数,已基本上能满足大中型企业产品包装码垛的需要,但与国外先进水平相比,还存在一定的差距,其主要问题是:(l)零部件加工质量低国产码垛机机械部分的零部件加工,目前还处于单件生产阶段,一般加工精度和质量与国外同类型产品相比,还有一定的差距。因此投产后维修工作量较多,使用寿命较短,特别是对动作频繁的关键零部件,还缺少专用设备进行批量加工生产的条件。如气垫盘的加工制造,目前仍采用较简易的加工手段和方法,因此投产后有的气垫盘的气密性不够,有漏气现象,有的液压机构还有漏油等现象,因此,维修工作量较大。(2)控制系统主要元器件性能还不过关目

15、前码垛机选用的国产控制系统元器件,与国外先进的元器件相比,其性能和使用寿命还有一定的差距。有的定位不准,造成操作失灵;因此,在生产过程中的维修、更换工作量较多。(3)码垛效率低国产型钢码垛机的码垛能力,一般保持在12一巧捆/小时左右,尚能保证正常稳定生产的要求;如要达到30捆/小时以上的生产能力,还需用作进一步的改进和提高国产码垛机的发展前景纵观国内码垛机的设计、制造和生产使用情况,其发展前景是很光明的。特别是目前国内己拥有一批专门从事码垛机研究的单位,积累了一定的生产使用经验,为发展、完善和提高码垛机的生产技术水平,打下了良好的基础,因此,发展国产码垛机具有很多有利条件。加之,在当前形势下各

16、级领导对国产化工作的重视,因此,在近期内实现码垛机的国产化,已是大势所趋、人心所向。预计在今后3一5年内,全面采用国产化码垛是完全可能的【1】。当前,发展国产化码垛机的主要有利条件有如下几方面:(1)国内已有一批专业科技队伍目前国内一些科研、设计和生产单位,已拥用一批专门从事科研、设计和制造码垛机的技术队伍,他们通过近20年左右的摸索、研制、和生产实践已积累了较丰富的经验,现在已具备设计和研制出符合国情和先进水平的码垛机所必需的条件。(2)已有一批专业制造单位目前国内已有小5家生产码垛机的主要专业制造厂(所),其中主要生产厂家有宜昌机械厂、常州机械厂、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究

17、所等。其技术和装备已具有制造一流水平码垛机的能力和条件。加上有关控制元器件配套厂的共同努力,在最近3一5年内,我国将能够生产出接近或达到国际先进水平的码垛机。(3)国产机型己基本能满足生产需要目前国内几个厂生产的码垛机,无论从机型、规格及各项主要技术性能来看,已初步形成系列产品,可基本满足国内大、中型企业生产的要求,有些机型的结构设计,还比较简单实用、制造质量也较高,从机械性能等到方面看,也能保证安全、正常稳定运转的要求;但在型钢自动码垛机方面,除邯钢、通刚外,自动码垛机大多从国外引进,对国外产品有一定依赖性。这与我国冶金行业自动化水平有关,相信通过我们进一步努力,根据生产的需要,进行控制系统

18、的自动化改造和完善,可逐步接近国外的自动码垛机生产水平。第二章 原理分析及方案设计2.1 行车机构原理分析行车水平运动原理可概括如下图：直线运动机构电机提供动力减速机构工作台移动承载机构图2-1 行车机构运动原理图（1）根据工作台负载为6T以及工作台的移动速度为100mm/s，可以确定电机的型号及安装尺寸。（2）由于本设计负载较大电机的转速也很大因此需要减速机构，本文选择电机和减速箱一体的蜗轮蜗杆式减速电机。（3）直线运动机构作用主要将电机的旋转运动转换成直线运动，由于工作台是直线移动需要带动悬挂系统直线移动，从而实现对钢管的码垛。（4）由于整个工作台是悬空的，需要承载机构进行支撑和载重。 2

19、.2 主运动方案设计主轴的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接传动等。主轴传动方式的选择主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对于平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求【2】。（1）齿轮传动，特点：结构简单、紧凑，能传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。缺点：线速度不能过高，通常小于12m/s，不如带传动平稳。（2）带传动，特别适用于中心距较大的两轴间传动，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载时会打滑，不能用在速比要求准确的场合。同齿形带传动的优点：无相对滑动，传动比准确，传动精度高；不需要润滑，耐水、耐腐蚀，能在高温下工作，维护保养方便；传动比大，可达1:10

20、以上。缺点：制造工艺复杂，安装条件要求求高。根据减速的需要本文的主传动选择链传动。2.3 直线运动方案设计（1）滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副具有传动无间隙，传动精度高且平稳的优点。在现代机床业中采用较多，但是在Z向进给运动中有不能自锁的缺点3，而且承载较大时易产生弯矩从而导致传动精度。（2）静压丝杠螺母副静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母接触面之间，产生一层保持一定厚度，且具有一定刚度的压力油膜，使丝杠和螺母由边界摩擦变为液体摩擦。静压丝杠螺母的优点是：摩擦系数很小，其起动力矩很小，传动灵敏，避免了爬行。油膜可以吸振，提高了运动的平稳性。机床的加工精度和光洁度高。缺点是：静压丝杠螺母副应有一

21、套供油系统，而且对油的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。（3）齿轮齿条副 齿轮齿条副传动用于行程较长的大型机床上，可以得到较大的传动比，进行高速直线运动，刚度及机械效率也高。但其传动不够平稳，传动精度不高，而且还不能自锁。采用齿轮齿条副传动时，必须采取措施消除齿侧间隙，当传动负载小时，也可采用双片薄齿轮调整法，分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双厚齿轮传动结构。（4）直线电动机驱动采用直线电动机驱动具有以下优点：不需要丝杠、齿轮齿条等转换装置即能直接实现直线运动，因此，它大大简化了进给系统结构，提高了传动效率。旋转电动机无法避免必须通

22、过丝杠、齿条转换成直线运动等转换机构，降低了传动环节对精度、刚度、快速性和稳定性的影响直线电动机的缺点：主要表现在起动推力受电源电压的影响较大，故对驱动器的要求较高，应采用措施保证或改变电动机的有关特性来减少或消除这种影响直线电动机的效率和功率因数要低由于电动机直接和导轨、工作台做成一体，必须采取措施以防止磁力和热变形对加工的影响综上所述，本次进给机构采用齿轮齿条副作为传动系统。2.4整体方案设计根据前述的传动系统机构选择，确定整体设计方案，整体方案图如图2-3和2-4所示。1- 减速机 2-带传动 3-主轴 4-导轨 5-齿轮齿条 6-工作台1- 减速机 2-带传动 3-主轴 4-滚轮 5-

23、滚道 6-齿轮齿条 7-工作台方案一和方案二不同的地方是方案一采用两对齿轮齿条以及双导轨进行行走和承载，方案二是通过一对齿轮副和两对滚轮进行行走和承载，由于本设计的承载较大，而且滚轮是属于滚动摩擦，时间长滚轮易磨损，且对滚道的表面光洁度有一定要求，综合比较考虑方案一。方案一是减速机1安装在工作台6上，通过同步带轮2传动主轴3旋转，主轴上的一对齿轮副5旋转将旋转运动转化成直线运动带动滑轨上的滑块移动，滑块和工作台固连在一起，这样整个工作台就可以做直线运动工作。第三章 传动方案设计计算3.1 电动机的选择电动机选择应保证：式中：P0电动机额定功率，kW；Pr工作机所需电动机功率，kW。所需电动机功

24、率由下式计算：Pr=Pw/式中：Pr工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定；电动机到工作机的总效率，%。根据工作台的负载是6T，工作台在导轨的滑动摩擦下直线移动，因此滑轨所需要的驱动摩擦力已知工作台的移动速度v=100mm/s=0.1m/s进而可以求得工作台所需要的功率取带链动传动效率d=0.95，减速机传动效率w=0.96，齿轮传动效率c=0.98.则有整机所需实际总功率P=P0dwc=0.8820.950.960.98=0.986KW根据设计要求工作台的移动速度为0.1m/s，那么齿条相对齿轮的移动速度为0.1m/s,根据公式式中m为齿轮的模数，z为齿轮的齿数，n为齿轮转速，

25、由于m、z暂时未知，暂时取mz=90，代入算得n=22r/min，根据其输出转速和输出功率选择减速电机的型号为卧式摆线针轮减速机XWD1.1-3,功率为1.1KW，额定转速为1450r/min，输出转速为50r/min，减速比为1：29。其安装尺寸如图所示3.2链传动链传动的布置在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置（图3.1a），如需倾斜布置时，两链轮中心连线与水平线的夹角j应小于45（图3.1b）。同时链传动应使紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上，可能会因松边垂度过大而出现链条与轮齿的干扰，甚至会引起

26、松边与紧边的碰撞。图3.1 链传动布置 Fig.3-1 fix up transmission chain为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动，需用张紧装置。如中心距可以调节时，可用调节中心距来控制张紧程度；如中心距不可调节时，可用张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内，外侧均可，分别如图3.2c、d所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比小链轮略小些。、链传动的润滑链传动良好的润滑将会减少磨损、缓和冲击，提高承载能力，延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。常用的润滑方式有几种：1）人工定期润滑：用油壶或油刷给油，每班注油一次，适用于链速

27、v4m/s的不重要传动。2）滴油润滑：用油杯通过油管向松边的内、外链板间隙处滴油，用于链速v10m/s的传动。3）油浴润滑：链从密封的油池中通过，链条浸油深度以612mm为宜，适用于链速v=612m/s的传动。4）飞溅润滑：在密封容器中，用甩油盘将油甩起，经由壳体上的集油装置将油导流到链上。甩油盘速度应大于3m/s，浸油深度一般为1215mm。5）压力油循环润滑用油泵将油喷到链上，喷口应设在链条进入啮合之处。适用于链速v8m/s的大功率传动，链传动常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等全损耗系统用油。温度低时，粘度宜低；功率大时，粘度宜高。图3.2 链传动润滑

28、方法Fig.3-2 The lubricated way of transmission chain、链传动的计算1、选择链轮齿数由表选小链轮齿数z1=23。大链轮齿数z2=i2z1=2.2723=52.21，为了保证链条和链轮磨损均匀，常取链轮齿数为奇数，取z2=57114，合适。2、确定计算当量的单排链的计算功率w1.10.961.05KW式中3、确定链条型号和节距p根据当量的单排链的计算功率和主动链轮的转速确定链条型号12A-1，查的单排滚子链节距p=19.05mm4、初定中心距a0，确定链节数Lp初定中心距a0=(3050)p，则a0=571.5952.5mm，取a0=700mm 查机

29、械设计表9-8得到中心距计算系数,则链传动的最大中心距为5、计算链速v，确定润滑方式由速度和链的型号可知采用人工定期润滑。6、计算压轴力有效圆周力为：因载荷平稳 、链轮结构设计链轮有整体式、孔板式、组合式等结构形式（图3.3）图3.3 链轮的结构 Fig.3-19 structure of chain wheel 轮齿的齿形应保证链节能平稳地进入和退出啮合，受力良好，不易脱链，便于加工。滚子链链轮的齿形已标准化（GB12441985），有双圆弧齿形（图3.4a）和三圆弧一直线齿形（图3.4b）两种，前者齿形简单，后者可用标准刀具加工。图3.4链轮的齿形 Fig.3-4 structure of

30、 gear shape链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆，其直径用d表示，则 齿顶圆直径 齿根圆直径 df=d-dt 式中，dt为滚子外径。链轮的轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。因小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢（如Q235、Q275、45、ZG310-570等），灰铸铁（如HT200）等。重要的链轮可采用合金钢。 本次设计的链轮为整体式结构，材料选用45钢，齿型按（GB12441985），选双圆弧齿形，则减速机链轮与传动轴链轮的结构参数为：分度圆直径 ： mm mm 齿顶圆直径： mm mm 齿根圆直径： mm m

31、m 3.3齿轮齿条的设计本次设计的齿轮齿条主要作用是将轴的旋转运动转换成齿条的直线运动，通过齿轮在固定齿条上移动，带动导轨移动从而实现工作台的来回移动，本设计的齿轮齿条承受力较小，起承载作用的是导轨。根据前面的假设将mz定为60mm，也就是齿轮的分度圆直径为60mm。下面对齿轮齿条进行整体设计。3.2.1 齿轮传动设计概述齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递率可达到数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。以渐开线齿轮传动较为常用。齿轮传动主要有以下特点：1）.效率高2）.结构紧凑3）.工作可靠4）.传动比稳定。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动

32、距离过大的场合。齿轮的失效形式有以下几种：1.齿轮折断。2.齿面磨损。3.齿面点蚀。4.齿面胶合。5.塑性变形。除此之外，还可能出现过热、侵蚀、电蚀和由于不同原因产生的多种腐蚀与裂纹等等。根据上述失效形式可知，所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对各种失效都应确立相应的设计准则。通常只按保证齿根弯曲疲劳强度既保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。3.2.2齿轮齿条的材料选择齿条材料的种类很多，在选择过程中应考虑的因素也很多，主要以以下几点作为参考原则：1） 齿轮齿条的材料必须满足工作条件的要求。2） 应考虑齿轮尺寸的大小、毛

33、坯成形方法及热处理和制造工艺。3） 正火碳钢，不论毛坯制作方法如何，只能用于制作载荷平稳或轻度冲击工作下的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4） 合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。5） 飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。 6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为3050HBS或者更多。由于该齿轮承受载荷较小，仅仅是起个换向作用，故选取45钢，以满足强度要求，进行设计计算。3.2.3齿轮齿条的设计与校核各系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数及齿

34、向载荷分配系数，即 1）使用系数是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。该齿轮传动的载荷变化较小，所以使用系数取1.2。2）动载系数齿轮传动不可避免地会有制造及装配误差，轮齿受载后还要产生弹性变形，对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不论是有双对齿啮合过渡到单对齿啮合，或是有单对吃啮合过渡到双对齿啮合的期间，由于啮合齿对的刚度变化，也要引起动载荷。为了计及动载荷的影响，引入了动载系数，如图3-5所示。图3-5动载系数由于速度v很小，根据上图查得，取1.0。3）齿间载荷分配系数一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对（或多对）齿上。对于直齿

35、轮及修形齿轮，取。4）齿轮载荷分布系数当轴承相对于齿轮做不对称配置时，受载前，轴无弯曲变形，齿轮啮合正常，两个节圆柱恰好相切;受载后，轴产生弯曲变形，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就使作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀。计算齿轮强度时，为了计及齿面上载荷沿接触线分布不均匀的现象，通常以系数来表征齿面上载荷分布不均匀的程度对齿轮强度的影响。根据机械设计表10-4取=1.3。综上所述，最终确定齿轮系数K=1.2111.3=1.563.2.4 齿轮传动的设计参数、许用应力的选择1）压力角的选择我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。2）齿数z的选择为使齿轮免于根切，对于=20的标准直齿轮，应

36、取z17，这里取z=30。 3）齿宽系数的选择由于齿轮做悬臂布置，取=0.64）预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时=1025010=25000h 5）齿轮的许用应力 按下式计算式中：S疲劳强度安全系数。对于接触疲劳强度计算时，取S=1；进行齿根弯曲疲劳强度计算时，取S=1.251.5。 考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。应力循环次数N的计算方法是：设n为齿轮的转速（单位为r/min）；j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为h），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算： N=60njn暂取10，则N=601025000=1.5。查机械设计表10

37、-18可得=1.3。齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，查机械设计图10-21得=980。=1.3 S=1 S=1.4 当齿数z=30 时，齿形系数=2.52 应力校正系数=1.625 基本参数选择完毕。3.2.5齿轮的设计计算齿轮的设计计算公式： 齿轮传递的转矩 解得：；取m=2齿面接触疲劳强度计算公式：式中的单位为Mpa，d的单位为mm，其余各符号的意义和单位同前。由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以=1 为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取=189.8，如表3-1所示： 表3-1 材料特性系数计算，试求齿轮分度圆直径：=47.63mm通过模数计算得：

38、m=2，z=30 所以分度圆直径d=230=60mm计算齿宽 =160=60mm齿高 h=2.25m=2.252=4.5mm3.3 导轨的选择导轨主要用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副，其中，不运动的配合面称为固定导轨，运动的配合面称为运动导轨。在运动部件（如工作台）与固定不动的部件（如床身）之间只许有一个自由度，为此，导轨副必须限制运动部件的五个自由度。目前，导轨尺寸参数的趋势是减小导轨中心距，增大导轨面的宽度。减小导轨中心距，使机床外形尺寸减小，节约原材料，并使V 形导轨与平导轨的载荷趋于均匀。由于缩小了两导轨中心距的开档尺寸，便于操作者装

39、卸工件，且手摇台面轻便，增大导轨面宽度，可降低导轨面压力，减小磨损，提高使用寿命。3.3.1 导轨的分类1.导轨按受力情况可分为：（1）开式导轨 靠外载荷和部件自重作用，使两导轨面在全长上保持贴合的称为开式导轨。（2）闭式导轨 如果部件自重作用力不够大，又有一个较大的颠覆力矩作用在部件上，此时必须增加辅助导轨面贴合，这样的导轨称为闭式导轨。2. 导轨按运动轨迹分：（1）直线运动导轨 导轨副的相对运动轨迹为一直线，如普通车床的床鞍和床身之间的导轨。（2）圆周运动导轨 导轨副的相对运动轨迹为一圆，如立式车床的工作台和底座之间的导轨。3. 导轨按摩擦性质可分为：（1）滑动导轨 两导轨工作面之间的摩擦

40、性质为滑动摩擦，其中有普通滑动导轨、液体动压导轨、液体静压导轨。液体动压导轨的特点：液体动压导轨是借助于导轨面间的相对运动，形成压力油楔而将运动部件浮起，这样两个导轨面隔开形成液体摩擦，提高了导轨的耐磨性。形成压力油楔的条件是：有一定的相对运动速度，以及油腔沿运动方向间隙逐渐减小，速度越高，油楔的承载能力越大，所以动压导轨适用于主运动导轨。但由于运动部件上进油困难，故仍从固定导轨进油，油腔也可在固定导轨上，可用于直线运动导轨和圆周运动导轨。液体静压导轨的特点：液体静压导轨是将具有一定压力的油液，经节流器输送到导轨面上的油腔中，形成承载油膜，将相互接触的表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦系数

41、小，机械效率高，导轨面有一层油膜，保证导轨面不相互接触，不会磨损，不但能长期保持导轨的导向精度和好的吸振性，而且在低速下也不易产生爬行，而且可降低对导轨材料的要求。所以，静压导轨在机床上得到日益广泛的应用，这种导轨的特点是结构复杂，且需配置一套供油系统。滚动导轨 两导轨工作面之间为滚动摩擦，它由导轨面间的滚珠、滚柱、滚针等滚动体实现，在进给运动导轨中用得较多。滚动导轨的特点：运动灵敏度高 滚动导轨的摩擦系数为0.00250.005，远小于滑动导轨，静、动摩擦力相差甚微，故一般滚动导轨在低速运行时没有爬行现象。定位精度高 一般滚动导轨的重复定位精度为0.2m，普通滑动导轨一般1020m。使用滚动

42、导作为直线导轨时，不会有爬行现象发生，可达到极高的定位精度。磨损小，能长时间维持精度适应高速运动且大幅度降低驱动功率，由于直线导轨移动时，摩擦力非常小，只需较小动力便能让机床运行，尤其在工作台频繁往复运行时，更能明显降低其电能损耗量。且因其摩擦产生的热较小，可适用于高速运行。可同时承受上下左右方向负荷，滚动导轨特殊的约束结构设计，可同时承受上、下、左、右方向的负荷。组装容易且具有互换性，组装时只要铣削或磨削机床上导轨的装配图，并根据其建议步骤将导轨、滑块分别以特定扭力固定于机床上，即可重现加工时的高精度。滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。润滑系统简单，维

43、修方便。滚动导轨的抗振性较差，对防护要求比较高，由于导轨间无油膜存在，滚动体与导轨是点接触或线接触，接触应力大，故一般滚动体和导轨须用淬火钢制成。另外，滚动体直径的不一致或导轨面不平，都会使滚动部件倾斜或高度发生变化，影响导向精度，因此，对滚动体的精度和导轨平面要求高，于普通滑动导轨相比，滚动导轨的结构复杂、制造困难，成本较高。综上所述，在此工作台导轨选用滑动导轨，滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大的优点。 3.3.2 导轨的间隙调整机构为保证导轨的正常运动，运动件与承导件之间应保持适当的间隙。间隙过小会增加摩擦力，使运动不灵活；间隙过大，会使导向精度降低。调整的方法有：1.采用磨刮相

44、应的结合面或加垫片的方法，以获取适当的间隙。2.镶条调整，这是侧向间隙常用的调整方法，镶条有直镶条和斜镶条两种。本次设计的导轨的间隙调整的方法采用第二种方法。3.3.3导轨材料和类型选择导轨类型的选择为滑动和滚动，在此我们选择滑动矩形导轨。导轨尺寸如表3-2所示，表3-2 矩形导轨尺寸表 HBB1Ahh1直镶条b1625-4010；12100-32010H-0.552032-8012；16140-4001262540-10016；20180-500168（30）；3250-12520；25220-630208;1040；（45）60-16025；32280-80025H-110;1250；（5

45、5）80-20032；40360-10003212;1560；（65）100-25040；50150-12504015;19（70）；80125-32050；65560-16005020;25100160-40060；80710-200060材料： 用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦因数小，并具有良好的加工和热处理性质。本设计导轨材料应选用HT200，它具有较好的耐磨性，灰铸铁密度为=7.0g/cm3。此灰铸铁导轨的硬度一般为180200HBW。为了提高导轨表面硬度，采用表明淬火工艺，表面硬度可达55HRC，导轨的耐磨性可提高13倍。3.3.4导轨额定载荷的预算 工作台重量G=3063N，工

46、作台最大载荷F=30000N，因此导轨额定静载荷为F静=F+G=3063+30000=33063N3.3.5导轨参数选择 （单位mm）由表3-1可选用 H=25 h=24.5 h=16 b=8 B=70mm导轨长度 L=2000mm3.3.6滑动导轨的计算 根据导轨的初步尺寸和形状，以及受力情况，求出导轨面上的压力分布，然后算出导轨面上的平均比压和最高比压，其值低于使用经验所推荐的许用比压值。为了使导轨磨损均匀及提高工作寿命，导轨上的压力应尽可能平均，从表中可得，许用最大比压约为许用平均比压的二倍，因此在实际设计实验中，通常只计算平均比压。P=（P2+G）/BLP(公斤/厘米2)P计算平均比压

47、(公斤/厘米2)；P2垂直载荷（公斤）；G导轨面所承受的总重量，包括工件和工作台的重量（公斤）；B导轨的水平投影宽度（厘米）；L与工作台接触的导轨面总长度（厘米），对于圆周运动导轨，L=D，D为原型导轨的平均直径（厘米）；p许用平均比压(公斤/厘米2)，P=(3000+306.3/2)/(2846.3)=2.46公斤/厘米2)如下表3-3所示：表3-3铸铁导轨的许用比压 (公斤/厘米2)导轨种类直线运动导轨圆周运动导轨直径D中等机床重型机床磨床D300环状工作台单导轨双导轨主运动导轨平均比压45234321.5最大比压84进给运动导轨平均比压121550.250.40最大比压2530100.5

48、00.80注：i. 以固定切削规范工作的专用机床，逊于比压应减小25%；ii. 钢对铸铁用表中允许值，钢对钢的允许比压应增加2030%；iii. 聚四氯乙烯（）为基材的塑料正常连续使用时平均比压小于3.5(公斤/厘米2)；间断使用时允许达17.5(公斤/厘米2)；短暂使用时，最大可达35(公斤/厘米2)；iv. 锌合金ZnAl10-5导轨的平均比压可达2(公斤/厘米2)。查表得P=45 pp则导轨尺寸设计合理3.3.7导轨的润滑 保证导轨的良好的润滑，是减少导轨的摩擦和磨损的另一个有效措施。这主要是乳化油的分子衣服在导轨接触面，次年工程厚度为0.0050.008mm的另一层极薄的油膜，从而阻止

49、活减少导轨面间直接接触的缘故。 选择导轨润滑油的主要原则是载荷越大、速度越低，则油的粘度应越大；垂直导轨的润滑油粘度，应比水平导轨的润滑油的粘度大些。在工作温度变化时，润滑油的粘度变化要小。润滑油应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，不侵蚀机件，油中的杂质应尽量少。对于精密机械中的导轨，应根据使用条件和性能特点来选择润滑油，常用的润滑油有机油、精密机床液压导轨油和变压器油等。还有少数精密导轨，选用润滑脂进行润滑。 机床导轨的润滑方法：导轨类型使用何种润滑剂润滑方法备注普通的滑动导轨L-AN全损耗系统用油油绳、油轮、油枪、压力循环没有爬行的卧式机床液压-导轨油由液压系统供油各类的磨床导轨和液压系

50、统采用同一种油导轨油油绳、油轮、油枪、压力循环适用于有爬行现象的机床油雾排除空气，并要求工作表面没有切屑润滑脂滑动面较短时用脂枪或压盖脂杯注入到油槽里适用于垂直导轨和偶尔有慢速运动的导轨因此由上表可知本设计选用机密机床导轨油润滑。3.4 轴的设计传动轴在传递过程中功率较大，可以采用45#，根据机械设计手册查得A0=115（A0的范围在110118之间）带入下式得， d：轴径最小处的直径P：轴传递的额定功率P=1.05KWn：轴的转速n=50r/minA：按定的系数根据前面外框轴的最大功率和最大转速计算得考虑到齿轮、链轮以及它们之间的键连接，取拟定轴的结构方案如图：图3-7 轴的结构图 (2)各

51、轴段直径与长度的确定1)由所选电机尺寸功率，取轴端最小直径；开孔键槽与轴配合的孔长度为， 的长度应大于键槽和圆螺母的长度，取；2)该轴段主要是对大链轮的又断定位而设计的轴肩，取长度3)该轴段主要放置齿轮和轴承座，根据选择的轴承型号为UCF210带顶丝轴承座，尺寸规格为50mmX112mmX55mm,由于此段轴上定位都是依靠外加的定位元件，因此可以得出 ，一次可以计算出 (4)轴上倒角与圆角设计轴端倒角C2。（5）轴的受力分析在对轴的承受力进行分析的时候，需要通过计算简图来实现，计算简图可以通过结构图来获得，进而得出轴支点所在，轴承UCF210的支点在中间位置，通过这一特性可以计算出支撑跨距的数

52、值为1098mm,已知链轮的压轴力和圆周力计算轴齿轮上的圆周力：，径向力：根据轴的计算简图做出相应的受力图图3-8 弯矩图7、判断危险截面可以算出在H型面上根据公式可以算出T=从轴的受力图可以看出第一齿轮中心截面是比较危险的。现将该截面处的MH、MV及M的值归纳于下表：表3-4 载荷水平面H垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩8、轴的弯扭合成强度校核在对轴进行校核时只需要对承受量对大的截面截面进行校核，改截面为危险截面，通过校验该截面的强度是否合格便可判断整体设备的危险性，通过上述表中可以对抗弯截面系数进行计算，以此得出扭转切应力，在对抗弯截面系数取值为0.6时，轴的计算应力为：在前面的设计中使用的4

53、5号调制钢材质，由材料力学表3-6查可得许用弯曲应力。因此，故设备安全。9、选择材料及热处理方式选取轴的材料为45钢，热处理为调质处理。3.5、工作台的设计（1）应力的计算对于整个工作台而言，工作台主要承受钢管的重量，减速机可以的重量与钢管的重量相比，可以忽略不计，考虑应力均布，根据公式其中F(N)-钢管的总重量F=60000N S(m2)-工作台的面积S=1.193X0.685=0.82m2代入计算公式因此强度符合要求。（2）应变的计算建立应变模型，由模型知道中心的位移变化较大，如图所示：可以推导出应变与力的关系：其中EA-为Q235A材料的抗拉刚度查表为185MPaF-为钢管的自重F=60

54、000Nl-为工作台的宽度的1/2，l=0.685/2=0.3425m代入计算得为了减小应变，可以在两端加上加强板，如本次设计在两端加了槽钢。3.5、选取轴承外球面球轴承实际上是深沟球轴承的一种变型，特点是它的外圈外径表面为球面，可以配入轴承座相应的凹球面内起到调心的作用。虽然它的基本性能与深沟球轴承应是相似的，但是由于这种轴承大都应用在比较粗糙的机械中，安装定位不够精确，轴与座孔的轴线对中性差，或是轴长而挠度大等的情况下，而且轴承本身精度也不够高，有的结构也较粗糙，因此共性能的实际表现比较相同规格的深沟球轴承要打上相当的折扣。例如带顶丝的外球面球轴承应用于刚度差挠度大的通轴，这种轴承两面带密

55、封圈，能严密防止污物侵入，出厂时巳装填适量的润滑剂，安装前不需清洗，不需补加润滑剂，轴承内圈凸出端上的顶丝螺钉在轴上紧固时允许的轴向负荷不得超过额定动负荷的20%。带偏心套的外球面球轴承与带顶丝的外球面轴承性能基本相同，只是顶丝不在内圈上，而是在偏心套上。圆锥孔外球面球轴承的内孔为带1：12锥度的圆锥孔，可直接安装在锥形轴上，或借助紧定衬套安装在无轴肩光轴上，并可微调轴承游隙。在对轴承进行选取时要对径向力进行考虑，要保证轴向不会收到过量负荷的压力。在摩擦系数较小的时候，可以减小轴向力，进而保证设备运行的安全。本设计UCF210型号的轴承，外形和尺寸如图3-9所示：图3-9 外球面轴承座尺寸 1

56、.已知轴承载荷径向力额定寿命 ，外球面球轴承：UCF204此种轴承的外圈外表面做成球面，与轴承座的内球面相配合，增加了轴承的调心性能。适合于各个轴的挠度较大的场合。此类轴承可连同轴承座一起供应，轴承座有立式座、方形座、菱形座、凸形座、冲压菱形座，等。此类轴承两面带密封圈，密封效果很好，在制造中已装入适当的润滑剂，所以在安装时不用清洗。工作中在允许润滑期内不用再加润滑剂。UCF210型为带顶丝的外球面球轴承。校核轴承寿命 查表13-6得得额定寿命由于轴右边轴承受力比左边大，所以左边不必校核。设计总结本次设计本人对自己完成的任务量基本认可，钢管捆扎自动码垛机成型机设计（行车水平运动部分）是一个比较

57、新的题目，在原来的设计参照上自己也做了一些改进，比如将带传动改为链传动，还有在直线运动方面，对比了几种直线运动的传动方案，通过本设计的特点，对比得出矩形导轨为本次的直线运动机构，而且矩形导轨承受载荷大，很好的解决了本次大吨位的问题，在结构设计方面，利用双齿轮齿条进行传动，将齿条固定在静压导轨上，通过电机带动齿轮，齿轮不仅自转还可以沿着齿条做直线运动，最终带动工作台水平移动。本设计的钢管码垛机的行车部分具有结构简单，操作方便，易于编程，可以满足6T的额定钢管，导轨行程2m，可以在厂房内进行快捷吊运，免去了人工搬运的困难以及天车的成本，该码垛机成本低，吨位大，很好的满足了市场的需要，也对我以后的设

58、计奠定了基础。致 谢经过了几个月的努力，我终于完成了毕业设计。回想毕业设计的整个过程，自己感到无比的充实，本次毕业设计的题目是钢管捆扎自动码垛机成型机设计（行车水平运动部分），此题目标新颖，所以参考资料比较少，我对毕业设计始终保持非常认真的态度，所以做了不少创新性的举动，需要自己做设计方案，通过方案的比较，大大提高了自己的设计能力，借此毕业设计我感觉自己的绘图能力水平都得到了极大的提高。 在此我要感谢帮助过我的老师和同学，在我有困难的时候帮我答疑解惑，在做仿真这一块花费不少时间，也请教了不少的同学，而且自己也上网查资料学习。回想过去，曾经走过的教室和校园，还有知识的宝库-图书馆，那里都留下我们

59、追求知识的身影，四年光阴即过，给我留下美好回忆的依旧是老师的授课与辅导，这次的毕业设计为我以后的工作铺上了一层坚实的道路，我从中获益不少，培养了我的学习能力与独立性，遇到困难要自己去办法去解决掉，而不是怨天尤人，不思进取，学无止境永远是我的座右铭，我将闹闹记住，不断学习新知识，新理念，只有这样才能在以后的工作中立于不败之地。参考文献1唐志勇.全自动棒材打捆机的研究J.机床与液压,2001,(3):14-15.2赵理行.电液式钢管梱自动成形系统的研制与开发D.杭州:浙江大学,2006.3刘元开.钢管六角成形打捆机控制系统的设计D.杭州:浙江大学,2004.4沈鑫刚.全自动钢管打捆机的研究与开发D.