基于PLC控制的双挤胶覆涂装置机电系统设计设计说明

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1、闯郧幽衔堤纷缓割藉芯钧匀堆剧具逻靴伞轻朽俘脓癸率侗蹿药挟晃郝埃次耙透鹊惯援磁里房缠遣起需剐泰了拾咬蹭车喧帐算稚吞鉴绩流辕厅艾漠柑鸣穆嗡癸篡宫丢响戏闲敦贴饿艾糕岭阜福阅笋烫猪穗摆反胶句减缸格陋扇匪增予悠砒嗅肾郝耘政颈列绽锌娥蕾延啥萤腿践躺咱壕拣乍盾病捌籽种光糯药氦骂裳巳隆蔷参袄岳脸密肝床骆蹋鱼伪焙粳擂辙啤朽梦契铣无容妖趟铲躺呆鹏伶株躁侯炒松听讽光宅魄僚利恰窄喻蒂鳖闸箕狸欺蓟唯昔非秩迹蛔岿犯愈艰猾彰拥砾屉杨超秆功瘴帚虎怕闪携在荚宗灯包注桃诽霉瓦邦邦县仰岩千抵佣囊抵攫阐鸣扮学颐拳胆认推卸仆亏迎生蛀蛋话桅今千查实隆常州工学院机电工程学院毕业设计说明书SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE

2、 OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：基于PLC控制的双挤胶覆涂装置机电系统设计 二级学院： 机电工程学院 领散襄萎回浦搀歹歹故妖荚鄂戌蛾斜麦田鉴菲蜡冶苗镶直书注端猫音浴淄掀床痘票甜贬串睬船淆丹匪坦礁辰们睹咯少胚任箔资嚼笆侮浮炬高脉湛城聚沛锡窝乾据爪赂浴馆拟腐综育帝突枯下召牵使法慑苇返佐呈愚滥酮酬奎咯箍猾季来止默墓隅霄入跟维照蚁挣哟嗽檬穴脏尿论到彝噶资沮咏瓢锋流花考聋纤鱼柞豪铆踪膛回郧舀什裔员官瞧桂阴绥梁们皆焉吩宝赦尔谅毁堑蓄锑通迎戊擞递账同臼寐挡瞩够佬泉抖罗诉戌纽戏惊埔饼劝巩淌艘甜掩坦纲决坊围节由囚序姐谷邮尧蘑直助赠揭辫洼界乖衍杭异甜铆炯捐土刊阶疵帖肠咬碘拘防嵌味动芦麻

3、钎逗澳撼擂镣约缝周屉务搐堆前氨础赠郡宰茶涟基于PLC控制的双挤胶覆涂装置机电系统设计设计说明秤迎纪傲凤窟揍斋葱熄犯攀讫园悦曲劫现钉斧缔缀雀者畴迷置钻咨凭岂令故计张枝秽沼汗呀惫倡婴坐鳃柒卖苹腐卑赵蹄讶夯潦奇群航侠沾晾牺泄乔崔浆膏拘拍煌箱挪匡吵裙皿革藤五又叙蛾词涅娱吻餐梨县赛菲向端云珠挽勉声崎铲辑拣茅墟傈胁傣可布冗奴撰丙樟形罚倪圣躇晶杀坐衷酥降庸登来挡杏段曾详侍豪浆照泵怠段宦百洒荧菏增殿援害凡拥件予截骏钞笨红戮俭哉疙辽砖审川宣铅并甜羌痛捐屿偏锁途焕拔剖味障铡涧檀退峭悔瑶逻撇庞副叫斯敝粱陈蕉幻另趁径焦斑蘑宾幼糖昏薯克侗熬亏贺泰规嘲饵穴芒韦乓啃戍昭疼鳞覆袱要况机水糜箍兆矫态饰泽嚎蚀口纪铸坞概瑞妥腋爆腾

4、乾沪SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：基于PLC控制的双挤胶覆涂装置机电系统设计 二级学院： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及自动化 班级： 09机一 学生姓名： 胡利俊 学号： 09010113 指导教师： 何亚峰 职称： 讲师 评阅教师： 尹飞鸿 职称： 副教授 2013 年 6 月摘要：双挤胶覆涂装置是用于将胶浆涂在纺织品表面上的一种机械设备。本课题设计的是基于PLC控制的双挤胶覆涂系统。首先，确定设计方案: 双挤胶机构部分采用一个动辊、一个定辊,两个挤胶辊，通过一对齿轮啮合，从而使它们相向运动。它是由减速

5、电机驱动，通过滚子链带动齿轮运转，实现挤胶覆涂。胶的厚度是由间隙调整机构控制的。其次，在双挤胶覆涂装置的机构设计部分，进行了轴、齿轮、滚子链的设计与校核，以及减速电动机、步进电机、丝杠轴承、滚珠丝杠的选型。最后，为了精确、自动地上胶与调整涂胶的厚度，采用了PLC来控制。最终，所设计的方案能够实现自动涂胶，自动调整涂胶量。关键词：PLC;挤胶辊;电动机Abstract：Double squeeze glue recoating device is a machine used to paint glue on textiles. The double squeeze glue based on

6、PLC control system is designed in this project. First, the design scheme is determined. A movable roller, a fixed roller and two squeeze rollers are used in double plastic extrusion body part meshed through a pair of gears so that they are moving towards each other. The double plastic extrusion body

7、 part is driven by a gear motor to achieve squeeze glue recoating. The gears run by roller chain. The thickness of adhesive is controlled by the gap adjusting mechanism. Secondly, in the process of designing the double squeeze glue recoating device mechanism, design and verification of shafts, gears

8、 and roller chain are carried out, as well as slow the selections of gear motor, stepper motor, screw bearings and ball screw. Finally, in order to painting glue and adjusting thickness accurately and automatically, a PLC control system is used. Keywords：PLC Squeeze rollers Electric motor目录第一章 绪论11.

9、1引言11.2涂胶机的发展概况11.3课题的来源、研究目的及意义21.4课题内容2第二章 双挤胶覆涂装置设计方案42.1方案的设计42.2方案的确定4第三章 双挤胶覆涂装置设计与计算63.1双挤胶覆涂装置的间隙调节机构63.1.1步进电机的选择73.1.2滚珠丝杠的选择73.1.3丝杠轴承的选择83.2双挤胶辊机构设计93.2.1胶辊电机的选择93.2.2链传动的参数选择113.2.2齿轮设计153.2.3链轮轴及齿轮轴的设计22第四章 双挤胶覆涂PLC控制部分304.1控制系统总体技术路线304.2 PLC编程思路流程及程序304.2.1PLC编程思路流程304.2.2PLC程序31小结38

10、致谢39参考文献40第一章 绪论1.1引言如今，胶接技术是生产的各个领域都离不开的技术，包括粘胶剂已经进入医学、国防、工业等领域的各个方面。在很多领域中，传统的连接技术已经被胶接逐步代替，成为一门新兴的技术。同时，这项技术也在国民经济中起着非常重要的作用。随着科技的快速发展，产品不断的更新换代，从而使产品的市场寿命不断缩短，导致其生产方式不适应现在市场的规律，遇到很多的问题。这就要求企业提高制造业的效率与产品更新的速度，达到降低生产成本与保证产品质量的目的。这将会引起制造业一系列的变化。因此，机械部件中的密封面涂胶技术和不同材料间的粘接剂涂胶技术的自动化将成为现在的首要问题。现在，全球的汽车量

11、正飞速的增加，需要消耗非常多的能源。国内对此没有明确的规定与限制。随着制造汽车的工艺水平不断提高，新技术与材料的应用，人们对汽车的性价比与舒适性的要求不断提高，密封胶、新工艺在汽车上的应用越来越广泛。为了使汽车的质量变轻，生产商采用各种复合材料等代替一些金属材料。通过采用胶接密封技术能够更好的实现减轻汽车的重量，同时降低生产成本。1.2涂胶机的发展概况70年代初，涂胶工艺以人工或涂胶枪涂胶的形式出现在法国，随着单、双组分自动喷胶机的进一步开发和电子产品的不断发展，自动喷胶机很快就出现在欧美的汽车制造业中。与人工涂胶或半自动喷胶机相比，自动喷胶机有许多优点:更加安全的工作环境，更高的精度及复用性

12、，更高的处理能力，同一设备可以用于许多不同的应用场合。在过去的几年中，美国工业发展对自动喷胶机在制造业中的应用提出更高的要求。为了减少成本及产品装配过程中有关的劳动内容，要求新研发自动喷胶机应有所发展。特别地，汽车工业出台了涂胶密封材料的应用标准和性能标准，而且还制定了密封部位的防泄漏标准，以及与密封有关的降噪音等标准。这些要求和标准促使密封材料研发商和自动设备制造商合作，开发出适应新形势的涂胶设备。国外的机器人生产商都研制出了各自的涂胶机，比如瑞典的ABB机器人、德国的KUKA机器人、日本的安川机器人等，由于我国的机器人发展比较晚，技术落后与其他国家，只有少数的国内企业推出相应的产品。这些涂

13、胶机器人都是在机器人的基础上进行二次开发的。其中密封技术也起着非常重要的作用。密封技术在飞机、火车、机械设备等产品的机械部件中应用广泛。它的主要重用是使装配后的部件与外界隔绝。这对部件的良好性能有很大的联系，也标志着产品的完整性与质量的好坏。以前常用的密封圈是由各种材料按照预定的形状加工成型并装配到指定的表面。密封圈受温度变化、载荷等的影响，使得与部件间的接触变得松动且形状永久变形。同时，密封圈的弹性在载荷的作用下失效，导致密封圈有断裂的可能。研究人员为了解决这些问题，决定利用液体胶的涂胶技术，通过长时间的尝试与研究，最终成功的研制了一种可以在无空气的环境中固化的液体胶-厌氧胶。这种液体胶通过

14、一个细小的涂胶喷头涂到法兰密封面上，使得胶液不会下沉且在法兰装配前胶液不会流出来。当法兰装配好后，厌氧胶将会在法兰密封面上出现少许不规则形状的区域，经过一段时间后厌氧胶开始反应直至形成坚固的聚合物。由于固化后的胶使两法兰密封在一起，从而使她们之间不能相互移动，也不会出现泄漏的情况。研究人员发现在发动机运行的情况下，这个聚合物对润滑油和其他液体具有很强的耐腐蚀性。因此，涂胶密封只能应用在特定的场合和在法兰盘装配的情况下一种密封工艺。夹紧力作用在这一类的密封上，数值可以达到最大值，从而增加了接触面间的摩擦力。此类密封比常用的密封圈要好，不会出现变形和断裂的问题。这种密封工艺为一些刚性之间的接触面提

15、供了可解决的方法。1.3课题的来源、研究目的及意义本课题来源于一某机械制造安装公司。过去，涂胶工作主要是采用手工方式完成，但手工涂刷对施工工艺及位置精度要求严格涂胶时，由工人在自动线上流水操作，将胶分别刷涂在要涂胶的部位，然后在下一工序完成压装。但随着自动化技术的快速发展及高效生产率的要求，这种手工方式刷涂的严重缺陷也日益暴漏出来。主要有：1. 从胶筒挤出的胶，靠人工进行控制，会使涂的位置和厚度有很大的变化；2. 浪费大量的劳动力，且效率低下；3. 涂布的质量完全由操作者控制，不能保证产品质量。为了解决这些问题，必须使得机械自动化。所以，选择基于PLC控制的双挤胶覆涂装置，能够消除以上弊端，保

16、证涂胶的均匀性、无污染，提高效率，增加企业的经济效益。1.4课题内容这里讲述一个别人设计的产品自动涂胶机。要求自动涂胶机的X、Y两轴由交流伺服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补；Z轴气动，主要用于作业工位的转换，以调整涂胶枪嘴与涂胶平面的距离，并且编写数控程序完成对变速箱前壳体的涂胶工作（变速箱前壳体零件图如下图所示）。 为实现涂胶机的良好控制，本设计主要做了以下工作: 1.涂胶机机械系统的设计，包括X、Y方向的伺服驱动系统，Z方向的气缸驱动系统； 2.涂胶机供胶系统的设计，包括胶枪及其驱动气缸的设计； 3.涂胶机夹具的设计； 4.涂胶机数控系统的简单设计。这个自动涂胶机是一个典型的机电一体化

17、系统。所谓的机电一体化系统是指在系统的主功能，信息处理功能和控制功能等方面引进了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合而构成的系统。即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五大子系统组成。由于这是典型的机电一体化系统，因而本系统设计成为主要由机械、电气、控制三大部分组成。其机械部分主要是控制行程的X-Y-Z轴机械装置，它主要由驱动滚珠丝杠进行X-Y轴方向运动的执行装置、气

18、缸、导轨等执行机构组成。电气部分是由交流伺服电动机、光电编码器、各种检测传感器、电磁控制阀等组成。控制部分主要由日本FANUC公司研制的FANUC 0数控系统组成。其主要功能是：1. 输入已编制完成的程序实现对变速箱壳体的自动涂胶过程，以适应不同型号的变速箱前壳体的自动涂胶工作；2. 检测与控制功能。系统通过各种传感器自动检测胶枪中胶量的多少和胶枪的位置，由数控系统根据所测的各种位置信号来控制涂胶机的启动、运行和停机。系统实时检测供电电源情况，在电源严重过压或欠压时停机；3. 报警功能。当系统出现下列情况之一时，均同时进行报警；工作台未回归原点位置时进行启动，胶枪未回归上限位置时进行启动，工件

19、没有定位时进行启动；工作台超出行程；系统供电电源严重过压或欠压等。而我所设计的课题是基于PLC控制的双挤胶覆涂装置。其特征在于：本人设计的是由一个动辊，一个定辊，两个挤胶辊实现挤胶的，胶的厚度是由间隙机构来调整与保证的；间隙机构用步进电机驱动，双挤胶辊机构是由减速电机来驱动的。第二章 双挤胶覆涂装置设计方案2.1方案的设计通过对这个课题查找资料和分析，有了以下几种方案。方案（a）方案（b）方案（c）2.2方案的确定区别：方案（a）与方案（b）的区别是一个用链条传动，一个用皮带传动。皮带传动的优点：1. 皮带噪音小；2. 皮带传动阻力小，传动惯性也小，能提高发动机的动力性及加速性能；3. 皮带更

20、换容易；4. 结构简单，传动平稳，有缓冲载荷和安全保护作用，能变化传动比。皮带传动的缺点：1. 皮带传动易打滑；2. 传动比不精确；3. 皮带传动不能反向；4. 抗热性差，抗过载能力差，导致使用寿命短，且外径尺寸大，效率低。链传动优点：1. 使用寿命长，故障率低；2. 传动比精确，效率较高；3. 没有打滑的现象，且轴上载荷小；4. 结构紧凑，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；5. 链传动能反向传动。链传动的缺点：1. 只能用于平行轴间的传动；2. 瞬时速度不均匀，高速运转时不如皮带传动平稳；3. 不宜在载荷变化较大和急促反向的传动中使用；4. 有噪声；5. 制造费用比皮带传动高。方案（a）与

21、方案（b）比较，还是（a）好，因为：1） 设计的装置需要长期使用，经常换皮带轮比较烦；2） 在如今的社会效率是比较重要的，这样既能节约成本，也能节省劳动力，使企业利益最大化；3） 有稳定的传动比，且不打滑，使得产品的正品率高；4） 载荷小，使得此装置故障率小，而且结构紧凑，节约占地面积。方案（a）是电动机传动，方案（c）是液压传动。方案（a）相比于方案（c）的优点是：1. 工作效率高，无污染，噪声小，运行可靠结构牢固；2. 能耗低，性能优越；3. 承受过载能力高，节省空间；4. 电动机的使用和控制非常方便，具有自启动、加速、制动、反转、擎住等的能力，能满足各种运行要求。5. 定位精确，不易发生

22、故障设备尺寸，且受温度影响小。综上所述，方案（a）是相对于其他两个方案较好的。第三章 双挤胶覆涂装置设计与计算3.1双挤胶覆涂装置的间隙调节机构步进电机通过联轴节与滚珠丝杠连接。实现直线移动的螺母在直线导轨的导向下推动斜楔机构，完成水平方向两辊筒的调节，斜楔的复位的间隙消除由气缸实现。步进电机的步距角为=0.6，滚珠丝杠的导程为4mm，斜楔的作用角为8，那么单脉冲能实现的水平间隙调整量为：算得脉冲当量P=0.0005622mm。如果精度等级还需进一步提高可通过进一步细分步距角来实现，最高可达10000步细分，脉冲当量最高为P=0.0000000562mm。图3-1 间隙调节机构示意图首先是传动

23、部件的设计，常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、高速带传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此，它实质上是一种转矩、转速变换器。其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。因此，应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。对工作中的传动机构，既要求能实现运动的变换，又要求实现动力的变换；对信息机中的传动机构，则主要要求具有运动的变换功能，只需要克服惯性力矩和各种摩擦阻力及

24、较小的负载即可。随着机电一体化系统（或产品）精密化和高速化的发展，必然要求其传动机构小型轻量化，以提高运动灵敏度（响应性）。减小冲击、降低能耗。为与电子部件的微型化适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。为了达到上述传动要求，本间隙调节机构采用了滚珠丝杠传动。它属于螺旋传动中的一种，有螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，并且具有传动效率高、运动平稳、精度高、耐用性好、可靠性高等特点，符合上述机电一体化产品对传动部件的要求，因而这里选用滚珠丝杠这种传动机构。3.1.1步进电机的选择选择电动机应综合考虑的问题：1.根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、

25、调速等要求选择电动机类型；2.根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式，所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8-0.9，过大的备用功率会使电机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高；3.根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式；4.根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型；5.根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减

26、速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求、考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的控制电动机。利用它可以组成一个简单的全数字化伺服系统，不需要反馈信号，所以在开环数控系统中获得了极其成功的应用。开环伺服系统中执行元件是步进电机将进给脉冲转换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，带动丝杠转动。由于该系统没有反馈检测环节，因此它的精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制，所以步进电

27、机的选择是很关键的。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到系统使用时所需求的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定的。选择步进电机的功率时，应当估算机械负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。通过上面可知，步距角为0.6，脉冲当量为0.0005622mm，选定步进电机的型号和参数是：驱动器3M458，电机3S85Q-04067,85mm机座，三相电流，5

28、.8A，2.3.1.2滚珠丝杠的选择1.滚珠丝杠副机构的选择滚珠丝杠副的机构类型可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和轴向间隙的调整方法进行区别。根据防尘条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构型式。由于该间隙机构的工作性能要求，其工作环境应具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力，因而可采用结构简单的双螺母调整预紧式结构。2.滚珠丝杠副结构尺寸的选择选用滚珠丝杠副时通常主要选择丝杠的公称直径d0和基本导程l0。公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。螺纹长度ls 在允许的情况下要尽量短，一般取ls/ d0小于30为宜；基本导程l0（或螺距t）应按承载能力、传

29、动精度及传动速度选取，l0大承载能力大，l0小传动精度较高、要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。根据该覆涂机构的性能要求，并按照国家标准化组（ISO/DIS3408-2-1991）中规定，可选取d020mm，基本导程l04mm，工作圈数（或列数）取3，滚珠总数N一般不超过150个。3. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的选择滚珠丝杠副在负载时，其滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴向间隙将引起空回，这种空回是非连续的，即影响传动精度，又影响系统的动态性能。因而,在实践应用中，常采用的调整预紧方法有双螺母螺纹预紧调整式，双螺母齿差预紧调整式，双螺母垫片调整预紧式，弹簧式自动调整预紧

30、式。单螺母变位导程自预紧式等五种。对于该双挤胶覆涂系统，采用双螺母垫片调整预紧式的方法。其特点是结构简单，刚度高，预紧可靠，但使用中调整不方便。4 .滚珠丝杠副支承方式的选择实践证明，丝杠的轴承组合及轴承座以及其它零件的连接刚性不足，将严重影响滚珠丝杠副的传动精度和刚度，在设计安装时应认真考虑。为了提高轴向高度，常用止推轴承为主的轴承组合来支承丝杠，当轴向载荷较小时，也可用向心推力轴承来支承丝杠，常用轴承的组合方式主要有单推单推式、双推双推式、双推简支式、双推自由式四种。对该该双挤胶覆涂系统，采用双推双推式，两端装止推轴承及向心轴承的组合，并施加预紧力，使其刚度最高。该方式适合于高刚度、高速度

31、、高精度的紧密丝杠传动系统。最终，滚珠丝杠选定为“FFZD-405-3-C3”表示内循环浮动反向器直筒组合双螺母垫片预紧、公称直径20mm、基本导程为4mm、承载滚珠圈数为3圈、C级精度检查13项、右旋。3.1.3丝杠轴承的选择目前应用最广泛应用的是深沟球轴承，它是标准件，购买方便，价格便宜，相对其他轴承，它还具有以下特点：1. 深沟球轴承的内外圈滚道都呈圆弧状深沟，沟道半径略大于球半径。主要用于承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。当轴承的径 向游隙加大时，具有角接触球轴承的功能，可承受较大的轴向载荷，而且适用于高速旋转。轴承在外壳孔和轴相对倾斜816时，仍可正常工作，但影响其使用寿命。在转

32、速较高且不宜采用推力球轴承的情况下可用该类轴承承受纯轴向载荷。2. 深沟球轴承一般采用一件由两部分合成的钢板冲压保持架，但大尺寸或高速轴承则采用实体保持架，这种保持架同冲压保持架一样由球引导，高速深沟球轴承的保持架通常由内圈或外圈挡边引导。3. 与尺寸相同的其他类型轴承比较，深沟球轴承摩擦系数小，振动与噪声也较低，极限转速高，精度高，是用户选型时首选的轴承类型。但是，该类轴承不耐冲击，不适应承受较重载荷。4. 深沟球轴承结构简单，使用方便，是生产批量最大、应用范围最广的一类轴承。广泛应用于汽车、家电、机床、电机、水泵、农业机械、纺织机械等诸多领域。其产量占轴承总产量的70%以上，是我国产量最高

33、，使用最普遍而价格最便宜的一类轴承。由于它的上述优点，在本机构选用了深沟球轴承，再根据丝杠的直径，选择一个内径为15的轴承，因此这里选择了型号为6202的深沟球轴承。由于本调节机构所受的载荷较小，不存在强度失效问题，故不再对此轴承进行强度校核。3.2双挤胶辊机构设计挤胶辊机构是由动辊和定辊两辊组成，动辊可以在水平方向的导轨上移动，从而实现水平方向的位移，保证了机构间隙的可调节。这个间隙调节就由上节所说的间隙调节机构来调节。定辊不可以水平移动，仅可以在电机的带动下转动。由于要确保两辊转动的同步性，所以动辊和定辊必须由同一个电机带动。电机通过链传动带动轴转动，再通过两个相同规格的外啮合齿轮传动，可

34、以使两轴相向转动。由于动辊存在水平位移，故齿轮轴必须和动辊轴间用万向联轴器连接，以防齿轮发生脱离或者打齿的现象。3.2.1胶辊电机的选择胶辊是由金属芯轴和塑料胶组成，选取胶辊的直径d=400mm，金属芯轴的直径取d1=130mm，塑料胶厚10mm。胶辊芯轴选用45钢（芯轴为空心轴，厚度为10mm），密度为1=7.85x10-6kg/mm3，塑料胶为氯丁橡胶，它的密度2=1.2x10-6kg/mm3，胶辊的长为L=2000mm。45钢体积V1： 算得V1=3x106mm3；塑料胶的体积V2：算得V2=2.5x107；45钢的重量m1：算得m1=24kg；塑料胶的重量m2：算得m2=30kg；总质

35、量m总：算得m总=54kg；橡胶摩擦系数=0.5，重力加速度g=10N/kg，则正压力：算得FN=540N；摩擦力F摩：算得F摩=270N；转动胶辊所需功率P： （设计要求的速度是2.0816.3m/s，取V=10m/s）算得P=2.7kw；链传动的传动效率链=0.96，联轴器的效率联=0.99，直齿圆柱齿轮的效率齿=0.97，则电动机到工作机间的总效率为算得总=0.922；电动机所需工作功率为算得P0=2.93kw；选取电动机的额定功率Ped=4kw。胶辊的工作转速为算得n=477.70r/min；大链轮的转速n2=482.5r/min，由下面的滚子链的设计可以得到传动比i=2.8，则小链轮

36、的转速n1为算得n1=1350r/min。考虑有一些传动的效率，电动机n总=1400r/min。综上，选定电机型号为：RS57 同轴式斜齿轮减速机，参数为：输入功率0.1855kw，额定功率为4kw，转速为1400r/min。转速计算为：1.小链轮的转速为： ，算得转速为1400r/min；2.大链轮处转速为： ，算得转速为500r/min；3.齿轮处的转速为： ，算得转速为500r/min；4.双挤胶辊处的转速为： ，算得转速为500r/min。功率计算为：1.链轮处的功率为： ，算得功率为2.81kw；2.齿轮处的功率为： ，算得功率为2.73kw；3.双挤胶辊处的功率为： ，算得功率为2

37、.70kw；转矩计算为：1.电动机处的转矩为： ，算得转矩为19.99 Nm；2.链轮处的转矩为： ，算得转矩为53.67Nm；3.齿轮处的转矩为： ，算得转矩为52.14 Nm；4.动辊处的转矩为： ，算得转矩为53.29Nm；5.定辊处的转矩： ，算得转矩为55Nm。3.2.2链传动的参数选择3.2.2.1链传动的概况电机与轴的传动可以有多种方式，本课题研究的机械装置采用链传动。链传动的主要优点是：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；效率较高，可以达到98%；能在温度较高，湿度较大的环境中使用等；如果有需要，轴间距离可以变大。链传动的缺点是：只

38、能用于平行轴间的传动；瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动那么平稳；不宜在载荷变化较大和急促反向的传动中应用；工作时，噪声大；制造链传动的费用比带传动高等。链传动的应用：链传动主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜用齿轮传动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。目前，最大传递功率达5000kw。最大传动比达到15，最大中心距达到8m。由于经济及其其它原因，链传动的传动功率一般小于100kw，速度小于15m/s，传动比小于8。3.2.2.2 根据课题选择参数1.传动比i一般i7，推荐i=23.5，取i=2.8；（n1为小链轮转速，r/m

39、in；n2为大链轮转速，r/min）2.链轮齿数链轮齿数不宜过多或过少。齿数太少时，（1）增加传动的不均匀性和动载荷；（2）增加链节间的相对转角，从而增大功率消耗；（3）增加链的工作拉力（当小链轮转速n1、转矩T1和节距p一定时，齿数少时链轮直径小，链的工作拉力增加），从而加速链和链轮的损坏。但链轮的齿数太多，除增大传动尺寸和重量外，还会因磨损而实际节距增长后发生跳齿或脱链现象机率增加，从而缩短链的使用寿命。滚子链的最少齿数为zmin=9，推荐z1=29-2i，根据下表3-1，因为z2=i z1120，取z1=25，则z2=71。表3-1 滚子链小链齿数推荐z1i12233445566z131

40、2727252523232121171715注：z1增大，链条总拉力下降，多边形效应减弱，但结构重量增大；z1、z2取奇数，链节数Lp为偶数时，可使链条和链轮轮齿磨损均匀；优先选用齿数：17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。3.设计功率PdKA工况系数（见下表3-2），若工作情况特别恶劣时，KA值应比表值大得多；P传递功率（取P=2.8kw）表3-2 工况系数 载荷种类输入动力种类内燃机-液力传动电动机或汽轮机内燃机-机械传动平稳载荷1.01.01.2中等冲击载荷1.21.31.4较大冲击载荷1.41.51.7取KA=1.0，则Pd=3kw；4.特定条件下单排链条传递的

41、功率P0Kz小链轮齿数系数，见下表3-3；Kp排数系数，见下表3-4；表3-3 小链轮齿数系数KZ910111213141516170.4460.5000.5540.6090.66407190.7750.8310.8870.3260.3820.4410.5020.5660.6330.7010.7730.8461921232527293133351.001.111.231.341.461.581.701.821.931.001.161.331.511.691.892.082.292.50表3-4 多排链系数KP排数1234561172.53.34.64.6算得P0=2.10kw（Kz=1.34，

42、Kp=1）；5.链条节距p根据P0和n1由机械手册图12-2-1选取p=12.7mm，链号为08A。6.验算小链轮轴孔直径dKdkmax链轮轴孔最大许用直径，见机械设计手册12-2-6注：当不能满足要求时，可增大z1或p重新验算。得dkmax=57mm，所以取小链轮直径d1=34mm，根据传动比可得大链轮直径d2=90mm。7.初定中心距a0一般a0=（3050）p，但a0max=80p，具体计算如下：i4，i4，因为i=2.8，所以算得a0min=241.3mm，取a0=500mm；8.以节距计的初定中心距a0p算得a0p=39.4mm；9.链条节数Lp（注：计算得到的Lp值，应圆整为偶数，

43、以避免使用过渡链节，否则其极限拉伸载荷须降低20%）k见机械设计手册12-2-7k=53.6，算得Lp=128.1，Lp经圆整为128，链条节数为128节。10.链条长度L算得L=1.63m；11.链条速度v算得v=7.1m/s；12.有效圆周力Ft算得Ft=1788.7N；13.作用在轴上的力F算得F=1878.1N；14.滚子链的静强度计算链条静强度计算式：式中n静强度安全系数；Q链条极限拉伸载荷（抗拉载荷），N，见机械设计手册表12-2-1；Ft有效圆周力，N；Fc离心力引起的力，N，；q链条质量，kg/m,见表3-5；v链条速度，m/s；Ff悬垂力，N，在Ff，和Ff，二者中取最大值；

44、Kf系数，见图3-2a链传动中心距，mm； 两轮中心连线对水平面倾角； np许用安全系数，np=48，取np=6。图3-2 Kf系数表3-5 链条质量节距p/mm8.009.52512.715.87519.0525.4031.75质量q/kgm-10.180.400.601.001.502.603.80（注：0度）得到Kf=6，算得Ff，=18N，Ff，=18.09N，Ff取18.09N；Q取13800N，通过上式算得n=7.5。因为n=7.5np=6，所以所设计的滚子链符合要求。综上，滚子链参数为：链号、节距 08A 12.7mm，中心距a=500mm，链条节数Lp=128。3.2.2齿轮设

45、计考虑到此装置为一般机械，故齿轮选用45钢。为了制造方便采用软齿面，选用8级精度，齿轮硬度取240HBW，都用调质处理。齿轮接触疲劳极限应力根据图3-3，选取其Hlim=650Mpa，齿轮弯曲疲劳极限应力根据图3-4，选取其Flim=200Mpa。 图3-3 齿轮接触疲劳极限应力 图3-4齿轮弯曲疲劳极限应力由于要获得两辊相向转动的运动，齿轮传动可以实现。两辊的直径相同，故选择相同齿轮进行传动。由于两辊中心距为410mm，所以两齿轮的节圆直径d=410mm。1. 试选载荷系数Kt=1.4；2. 由表3-6，取齿宽系数d=0.4；3. 由表3-7，查得弹性系数；4. 对于标准直齿轮，节点区域系数

46、ZH=2.5；齿数比=i=1；5. 确定模数。初选模数m=10；6. 确定齿数。齿轮齿数为算得齿轮齿数z=41=z2=z1；表3-6 齿宽系数d齿轮相对于轴承的位置齿面硬度软齿面硬齿面对称布置0.81.40.40.9非对称布置0.61.20.30.6悬臂布置0.30.40.20.25表3-7 材料弹性系数（单位：）小齿轮大齿轮材料E/Mpa钢铸 钢铸 铁球墨铸铁钢2060000.3189.8188.9165.4181.4铸钢2020000.3188.9188.0161.4180.5铸铁1260000.3165.4161.4146.0156.6球墨铸铁1730000.3181.4180.5156

47、.6173.97. 重合度端面重合度为算得=1.72；轴向重合度为算得=0；由图3-5查得重合度系数Z=0.89。图 3-5重合度系数Z8. 接触疲劳强度应力校核总工作时间取Lh=20000h；齿轮的应力循环次数为由上面已经得到n1=500r/min，a=1，算得N=6x108。由图3-6查得寿命系数ZN=1.06，由表3-8取安全系数SH=1.0，则许用接触应力为算得H=689Mpa；图 3-6 接触强度寿命系数ZN1 钢正火、调质或表面硬化、球墨铸铁、可锻铸铁、允许有限性点蚀2 钢正火、调质或表面硬化、球墨铸铁、可锻铸铁3 钢气体氮化、灰铸铁4 钢调质后液体氮化表3-8 最小安全系数参考值

48、使用要求SFminSHmin高可靠度（失效率不大于1/10000）2.001.501.60较高可靠度（失效率不大于1/1000）1.601.251.30一般可靠度（失效率不大于1/100）1.251.001.10低可靠度（失效率不大于1/10）1.000.85所设计的接触应力为由上面算得T1=53670Nmm，算得h=92.72Mpa。因为Hh，所以所设计的齿轮满足条件。9. 校核齿根弯曲疲劳强度圆周速度为算得v=10.7m/s；载荷系数为KA使用系数，查表3-9，得KA=1.0；Kv动载荷系数，由图3-7得Kv=1.28；K齿间载荷分配系数，查表3-10，得K=1.1；K齿向载荷分配系数，由

49、图3-8，得K=1.07；算得K=1.51；表3-9 使用系数原动机工作特性工作机工作特性均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击均匀平稳1.001.251.501.75轻微冲击1.101.351.601.85中等冲击1.251.501.752.0严重冲击1.501.752.02.25或更大注：1.对于增速传动，根据经验建议取表中值的1.1倍。 2.当外部机械与齿轮装置之间挠性连接时，通常KA值可适当减小。表3-10 齿向载荷分配系数K公差等级（组）56789直齿轮未经表面硬化1.01.01.01.11.2经表面硬化1.01.01.11.2接触弯曲斜齿轮未经表面硬化1.01.01.11.21.4经表面

50、硬化1.01.11.21.4612为齿轮公差等级图 3-7 动载荷系数Kv图 3-8 齿向载荷分布系数K许用弯曲应力为YN寿命系数，由图3-9可得，YN=1.0；SF安全系数，查表3-8可得，SF=1.25；算得F=160Mpa；图 3-9 抗弯强度寿命系数Y1 结构钢、调质钢、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2 渗碳硬化钢3 气体氮化钢4 钢调质后液体氮化所设计齿轮的齿根弯曲应力为：YF齿形系数，查图3-10可得，YF=2.42；YS应力修正系数，查图3-11得，YS=1.63；Y重合度系数，查图3-12，得Y=0.7；b齿宽，b=dd=164mm；算得F=0.67Mpa；h*=1 c*=1.25

51、 pa0=0.38mn图 3-10 外齿轮的齿形系数YF（an=20）h*=1 c*=1.25 pa0=0.38mn图 3-11 外齿轮齿根应力修正系数YS图 3-12 重合度系数Y因为FF，所以说设计的齿轮符合要求。综上，齿轮满足要求。齿轮的参数：1) 分度圆直径d=410mm,模数m=10；齿顶高： ，算得齿顶高为10mm；2) 齿根高： ，算得齿根高为12.5mm；3) 全齿高： ，算得全齿高为22.5mm；4) 顶隙： ，算得顶隙为2.5mm；5)齿顶圆直径： ，算得齿顶圆直径为430mm；6)齿根圆直径： ，算得齿根圆直径为385mm。齿轮上的作用力计算：齿轮轴的传递的转矩为T1=5

52、3670Nmm，转速为n1=500r/min，齿轮分度圆直径为d=410mm。1）圆周力为算得圆周力为261.80N，其方向与力的作用点圆周速度方向相反；2）径向力为算得径向力为95.29N。3.2.3链轮轴及齿轮轴的设计1.已知条件链轮轴及齿轮轴的传递功率P1=2.81kw，转速n1=500r/min，齿轮分度圆直径d=410mm，齿轮宽度b=164mm，转矩T1=53670Nmm。2.选择轴的材料因传递功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表3-11选用常用的材料45钢，调质处理。表3-11 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径/mm硬度（HBW）抗拉强度极限屈服点弯曲

53、疲劳极限扭转疲劳极限/MpaQ23544024020010545正火25241600360260150正火100170217600300140回火正火100300162217580290135回火调质20021725565036015540调质1002412667505503502003.初算轴径因为轴的外伸段上安装链轮，所以轴径可按下式求得，通常取C=110160，取C=120，则算得d=21.33mm，考虑到轴上有键槽，轴径应增大3%5%，则d21.33+21.33（0.030.05）=21.9722.40mm,取dmin=23mm。4.结构设计（1）轴承部件的结构设计轴的初步结构设计如图

54、3-13a所示。为方便轴承部件的装拆，机体采用剖分式结构。该机构发热小、轴不长，故轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从轴径最小的地方开始设计。（2）轴段1的设计轴段1安装轴承，考虑链轮只受径向力，所以选用深沟球轴承。其直径应便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。经过计算选6314轴承，查表3-12得轴承内径d=70mm，外径D=150mm，宽度B=35mm，内圈定位轴肩直径da=82mm，外圈定位凸肩内径Da=138mm，故d1=70mm，长度L1=100mm；表3-12 深沟球轴承（GB/T 276-1994）轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速/

55、min原轴承代号dDBminminmaxmax/kN脂润滑油润滑631365140332.1771282.193.860.545005600313631470150352.1821382.110568.043005300314631575160372.1871482.111276.840005000315（3）轴段2的设计轴段2上安装链轮，链轮的轮毂的宽度为80mm，则轴段2的长度小于链轮轮毂宽度，取L2=68mm，由链轮设计中，可知大链轮的直径为90mm，所以取d2=90mm；（4）轴段3的设计考虑链轮的轴向固定及密封圈的尺寸，链轮用轴肩定位，轴肩高度为h=（0.070.2）d2=6.318

56、mm，取h=10mm。轴段3的直径d3=d2+2h=110mm，该处轴的圆周速度为 ，算得v轴=2.8m/s3m/s，可选用毡圈油封。选用110 JB/ZQ 4606-1997。取L3=78mm。（5）轴段4的设计轴段4上安装齿轮，为便于安装，d4应略大于d3，取d4=140mm。轴段4的长度应比齿轮的轮毂的宽度小点，取L4=148mm。（6）轴段5的设计轴段5是用来对齿轮的轴向固定，取d5=200mm，取长度L5=25mm。（7）轴段6的设计轴段6与轴段4相同，d6=140mm，长度L6=333mm。5.键连接链轮与轴段间采用A型普通平键连接，由表3-13得键的型号为键25x56 GB/T

57、1096-1990。表3-13 普通平键（GB/T 1095-1990、GB/T 1096-1990）（单位：mm）轴键公称直径d功臣尺寸大于至586518x11657520x12758522x14859525x14键的长度系列14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,63,70,80,90，100,110,125,140,160,180,200,250,280,320,3606.轴的受力分析（1）画轴的受力简图轴的受力简图如图3-13b所示（2）支承反力在水平面上为由上面可知，齿轮径向力Fr=95.29N，Q为链轮作用在轴上的力，则Q=F=1878.10N

58、，l1=259mm，l2=183mm，l3=116.5mm，算得RAH=-340.66N，式中负号表示与图中所示力的方向相反，以下同算得RBH=-1442.15N，在垂直平面上为由上面已经算得，齿轮圆周力Ft=261.80N，算得RBV=-121.41N，算得RAV=-140.39N，轴承B的总支撑反力为算得RB=1447.25N，锥销的总支撑反力为算得RA=368.45N。（3）弯矩计算在水平面上为算得MFr=-88230.94Nmm，算得MQH=168010.48Nmm，在垂直面上为算得MFt=-36361.01Nmm，算得MQV=14144.27Nmm，合成弯矩为算得MQ=168604.81Nmm，算得MF=95429.67Nmm，（4）画弯矩图弯矩图如图3-13ce所示（5）转矩和转矩图T1=53670Nmm转矩图如图3-13f所示7.校核轴的强度链轮轴和齿轮轴处的弯矩较大，但链轮处的轴径较小，所以链轮处剖面为危险剖面。其抗弯截面系数为算得W=715333.13mm3，抗扭截面系数为算得WT=143066.25mm