毕业设计（论文）-长端封头收口机的设计

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1、 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 长端封头收口机的设计 THE DESIGN OF LONG END HEAD SEALING MACHINE设计题目： 长端封头收口机的设计 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 机械设计制造及其自动化 班级名称： 机制1645 学 号： 指导教师： 教师职称： 完成时间： 2020.3.22020.6.2 2020年 6 月 2日摘 要今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执

2、行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。本设计主要是完成长端封头收口机的设计。该机器主要完成对汽车冲压件的一个工位的加工工作。首先对收口机进行了介绍以及国内外技术的发展现状；接着分析了长端封头收口机的工作方式和所加工的工件模型；然后根据要求的流程和产品样式给定加工所采用的工序，进行整体的方案设计和参数选择；接着对所设计的收口机进行主要零件的校核。长端封头收口机主要由三个主要部件组成:工件的定位机构，自动上下料机构，旋压收口机构。最后，提出了一些长端封头收

3、口机设计中的存在的不足，以便于以后改进。关键词收口机;自动上下料;气动传动;伺服电机Abstract：With the rapid development of electronic technology in the world, microprocessors and microcomputers have been widely used in various technical fields, which have greatly promoted the development of technologies in various fields. A perfect mechatro

4、nics system should include the following basic elements: mechanical body, power and drive part, actuator, sensor test part, control and information processing part. Mechatronics is a technology intensive system engineering, which is a comprehensive intersection of system technology, computer and inf

5、ormation processing technology, automatic control technology, detection and sensing technology, servo drive technology and mechanical technology. This design is mainly to complete the design of the long end closure machine. This machine is mainly used to process one station of automobile stamping pa

6、rts. Firstly, it introduces the necking machine and the development of technology at home and abroad; secondly, it analyzes the working mode of the long end head necking machine and the processed workpiece model; secondly, according to the required process and product style, it gives the process use

7、d in the processing, and carries out the overall scheme design and parameter selection; secondly, it checks the main parts of the designed necking machine. The long end closure machine is mainly composed of three parts: the positioning mechanism of the workpiece, the automatic loading and unloading

8、mechanism, and the spinning closure mechanism. Finally, some shortcomings in the design of long end closure machine are put forward for the convenience of future improvement.Key word：closing machine; automatic loading and unloading; pneumatic drive; servo motor.目 录1 绪论11.1 国内外研究现状11.1.1 国外状况11.1.2 国

9、内状况11.2 课题研究的目的与意义21.3 收口成型技术的前景和不同收口工艺32 工作原理和技术方案52.1 工作原理52.2 总体方案设计63 计算与校核83.1 气缸的设计计算83.2 电机设计计算113.3 V带设计计算123.4 控制升降伺服电机计算选型133.5 同步带设计计算163.6 旋转伺服电机计算选型183.7 联轴器校核193.8 轴的设计计算及校核203.9 齿轮参数的确定224 机械结构设计224.1 夹紧气缸头的配合设计224.2 旋压夹具的连接设计244.3 可旋转轴的设计265 项目管理285.1 经济成本分析285.2 项目管理295.3 社会影响和解决措施3

10、0结 论32参考文献33致 谢34长春工程学院毕业设计（论文）1 绪论1.1 国内外研究现状1.1.1 国外状况国外的收口技术的发展拥有非常长的历史，旋压技术的发展和相关项目研究的内容达到了十分成熟的地步。国外的收口机现在的发展方向主要是收口机的种类、生产工艺的稳定性，收口产品的多种多样以及应用的范围越来越广。德国的收口机发展设备方向越来越趋于标准化和系列化；西班牙的收口机发展工艺愈加完善，并且趋于完善；美国和前苏联的收口工艺发展较其它国家发展较为迅速，美国的收口机设备发展越来越趋于大型设备，且对于收口的理论研究领先全球；前苏联的收口机设备发展，趋于企业化产品批量生产，将收口机与自动车床的原理

11、结合起来，完成了收口机自动化的进程；日本的收口机设备技术发展，主要集中在对收口技术的研究上，在传统技术的发展中，发展了回转塑性加工理论的发展。英国更是研究出了立式四轴收口机，收口效率非常高。近半个世纪以来，国外收口技术发展迅速，并且日趋成熟，收口技术已在大多数国家普及。表1.1.1 国外收口机加工数据直径壁厚长度与直径之比直径与壁厚之比筒形件最大直径数据5-5000mm0.2-150mm20以上大于7507600mm1.1.2 国内状况在20实际60年代初期，我国大力发展机械行业，收口技术在此基础上开始发展，先后有北京有色金属研究总院，北京航空工程研究所，航天703研究所，北京航空航天大学等单

12、位率开展收口技术的工艺研究。收口技术的开始应用主要集中在航空航天的部分，为解决各种军工问题。在当时受到国内的制造水平和设计水品的限制，多数机床的功能不够完善，加工工艺普遍达不到标准。直到20世纪70年代末，国家各个部门引进了国外的数十种旋压收口机床，在相关国际环境的影响下，我国的旋压收口工艺发展受到相当大的技术封锁，收口工艺的发展十分缓慢。自20世纪80年代以来，我国的国民经济发展迅速，在各个领域都取得了相当瞩目的成就，业内人士意识到旋压设备对我国收口工艺的限制作用，国内开始了对机床技术的消化吸收，20世纪80年代末期，我国研发出了程序控制摆动模具的装置的半自动收口机，以及录返收口机等高端设备

13、，收口产品的质量和工作效率得到相对幅度的提高。随着国内汽车、石油、化工业的发展，收口设备发展越来越趋向民用化和专用化。开发出各种各样的收口产品，民用中的灭火器、灯罩、家用器皿等，机械行业中，例如电解用的大型阴极，各种封口元件。在当今的时代发展中，国内航空和航天事业的精度要求的提高，收口技术发展越来越快，在“中国制造2025”的指导下，机械向着机械化自动化的方向不断前行，满足了大批量高精度的设计任务。通过对收口过程受力的深入研究，取得了许多突破性的发展，让我国的收口技术生产效率更上一层。随着国防军工和航天工业的发展进程，收口技术趋于完善。近期又扩及带、肋、键、齿等回转件的收口成形工艺。表1.1.

14、2 国内收口机加工数据直径壁厚长度与直径之比直径与壁厚之比筒形件最大直径数据9000mm0.5-100mm20以上大于65020-2000mm我国在旋压机技术设备和旋压机工艺理论基础研究方面取得了很多的进展，使得旋压机技术应用日益广泛，但仍不能适应我国国民经济发展的需要，特别是在理论研究方面至今仍然是一个薄弱环节，这已成为影响我国高档设备使用效率和旋压机工艺进一步推广应用的制约因素。因此，加强旋压机成形技术的理论研究，建立系统的基础性资料，是我国旋压机技术发展中的一项重要内容。1.2 课题研究的目的与意义本题题目源自长春枫实科技有限公司，长端封头收口机是对汽车模具加工过程中的机械设备之一，长端

15、封头收口机能完成汽车模具中端口长的工件进行收口加工的工作，要求工件夹具使用方便，可以加工直径不同的工件，可以方便更换不同型号的夹具，定位和压装力可由电机和液压站实现，工作过程有安全防护。该项目的设计目标是为了完成在旋压收口加工的顺利进行，在机械设备的设计工作中,现代工业的设计理念不再是仅仅能对产品进行加工，更加需要的是生产效率的提高、成本的降低、等等资源和效率的方面。目前，国内在机床的设计和研究还处于初期阶段，相较于世界的顶尖科技水平还有较远的距离。但面对现代强国争雄的国际形势，我国的机床设计发展不能够落后于世界，必须不断的开发研究，提高国家的技术水平。因而收口机这类产品的研究与开发具有相当重

16、要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关产品的发展和技术创新。1.3 收口成型技术的前景和不同收口工艺作为高附加值的技术，旋压成形技术已被各行各业广泛使用。收口成型技术不仅仅涉及到对精度，刚度，尺寸要求较高的航空航天，电子，汽车，化学，军工等领域，还大量的运用在我们身边的生活中，例如机械制造业中的管口的收口，装修中的墙角收口等等，还在民营行业中如：鞋子的边角收口，铝制瓶子的边缘收口等等。目前，收口产品的成形过程一般采用的旋压收口和摆动板收口。旋压技术和摆动板技术的技术在生活中的彰显了国家的先进性，实用性和经济性。随着国防建设的发展，这两种技术都已经广泛应用于民用产品和机械制造

17、，解决了生活中许多的传统工艺加工困难，或者是无法完成的工作。他们在民用产品的未来发展应用是非常大的。收口技术，也被称为金属旋压成形技术，通过旋转从点线的力点，从线到表面，同时给在一定的方向以一定的压力而变形，并沿该方向流过的金属材料形成，一定的形状的技术。这里，金属材料必须具有流动性或塑性变形，并且旋压成形不等同于塑性变形，这是塑性变形的一个复杂的过程和流动变形。1该旋压是，坯件被加载在型芯模具和具有相同的旋转，并且收口工具（旋转轮）可以围绕坯料旋转，旋压工具相对于型芯模具送入，从而使坯件是按压并连续变形逐点。它是用于生产薄壁旋转体的成形处理。纺纱过程中，主要是普通的旋压和强大的旋压（变薄纺）

18、。图1.3.1 气瓶旋压收口缩径旋压是指其中一个旋转体中空构件或者管状坯件进行径向局部旋转压缩以减小其直径的方法。在减小直径，预成型坯件被放置在夹紧装置和旋转，所述主轴旋转。旋转轮上，使所述坯件的外部径向进给运动，直到获得所希望的零件形状经历一个或多个逐渐变形。还原直径纺丝主要包括无芯模具（也称为空气模具）的收缩，内芯模具的收缩率，和滚动模具的收缩。图1.3.2 缩颈旋压为了避免工件的褶皱和破裂，根据前后直径之比将该过程分为多个通道或过程，即旋转轮应往复运动几次，并且每次都有一定的进给量给数量，有时需要多次更换心轴并进行中间热处理。根据工件的材料和尺寸，有时需要在加热下收缩。旋压收口法一般只能

19、处理工件成圆形封闭形状，圆锥闭型等，这是不经济的经常或难以加工的部件进入由纺丝和关闭方法其他复杂的形状。2 工作原理和技术方案2.1 工作原理图2.1 旋压收口机原理图（1） 旋转夹紧气压缸实现工件卡紧工件由上方可旋转的气压缸下行定位，气压缸无杆杠进气时气压缸连同可旋转的上定位头向下移动，和工件上平面接触完成定位。当有杆杠进气时，上定位头上移，工件松开。当工作时，旋转芯轴在电机带动下，带动工件旋转，上定位头在工件运动下一起旋转。完成加工后，工件随电机停止而停止，定位头也随之停止。（2） 旋压进给气压缸实现工件的加工工作工件的旋压加工过程中，需要收口夹具逐步向右进给完成加工。当进给气缸无杆杠进气

20、时，气缸连同收口夹具一同向右进给，由工件带动收口夹具旋转进行加工，当气缸进给到一定距离，由感应开关反馈，使有杆杠进气，收口夹具左移，完成加工。2.2 总体方案设计在机械的总体设计中，总体方案是必须确定的和占有相当重要地位的步骤，总体方案的合理性和可行性将直接影响到机械整体的工作效率。合理的方案选择不仅仅是满足机器的正常工作性能，还必须能够达到工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，传动效率高，维修方便等等要求。在工件的自动送料机构的方案确定过程中，要满足这些条件是挺困难的，因此我拟定了不同的送料机构来进行比较，使机械结构可以满足性能要求，并选用其中综合性能较高的方案进行设计工作。2.2.1 技术要求比较

21、在旋压收口的工作中由于收口模具的特殊性，工件需要经过上料-旋转-下降-装夹-加工-卸载-上升-旋转-下料的流程，我们无法选用常见的传送带上下料，为此，我们拟定了两种满足加工要求的方案：一、机械爪抓取上下料；二、旋转可升降的工作台。方案一：在工件加工的旋压中心旁设置一个可在工作台平面旋转的机械爪，利用气缸实现机械爪的夹紧放松，利用伺服电机控制机械爪的旋转角度，可以精确的到达工件上料-加工-下料的位置，通过利用小型气缸的进给完成单一机械爪的上下运动。方案技术特点：（1） 使用机械爪对于工件的上下料过程中，由于机械爪的抓取，工件的位置比较固定，可以保证工件的装夹精度。（2） 通过利用气压缸推动机械爪

22、进行夹紧和放松，工作台更加简洁，工作过程清晰。（3） 由于机械爪的可抓取范围较大，在气缸的上下往返运动中，也有相当不错的弹性空间。（4） 在各种的工位加工的连接过程中，利用机械手可以方便同一零件的其他工位的上下料方案选用。方案二：在工件加工的旋压中心旁进行工作台平面的改造，将工件的上下料机构改造成为一个小型的旋转可升降工作台，将工件放置在工作台可旋转的平面来完成加工工作。在工作平面上设有对特定工件的限位槽来确定工件的水平定位；工作平面的旋转工作由伺服电机实现；在工作台的升降选择上，由于负载较大，工作台的升降精度要求较高，我选用了利用伺服电机驱动涡轮丝杠的升降结构，来实现工件与旋压加工中心的高度

23、定位。方案技术特点：（1） 使用有特定限位槽的工作平面来确保工件的与夹具磨具的加工精度。（2） 利用伺服电机的控制精度来完成工件的上下料口的准确定位。（3） 利用涡轮丝杆的传动精度和伺服电机的控制精度来实现工作台的上下运动幅度。（4） 工作台占位面积相对较小，伺服电机操作相对简易。在方案的选择过程中，两种方案都可以完成对工件的加工，在两者所采用的的控制元件角度来讲，方案二所涉及的控制设备较少，方便后续的装配和维修；在产品的使用方面来讲，方案二占地更少，均可装配在同一工作台内；在机器的可调节角度来讲，方案一所采用的机械爪比方案二所涉及的精度要求更少，更占优势。2.2.2 经济成本分析方案一：外购

24、件：零件数量估价伺服电机12000微型气缸2400机械爪1200总计2600方案二：外购件：零件数量估价伺服电机23000涡轮丝杆升降台4700齿轮转向箱2500总计4200方案二所采用的外购件相对于方案一来说更加昂贵，在进行方案机械结构设计时，相对于方案一，方案二所需的装配精度更低一些。在机械的整体结构上来说方案二的占地面积更少，节省了一部分空间和外形构架的数量。2.2.3 综合设计比较经过以上的方案对比，进行综合的方案对比，在整个方案的设计中，方案一所涉及的外购件价格较低，但其采用的技术方案要求有一定的限制。在方案二中，外购件相对较贵，但在整个的装配过程中所需的非标件零件数量较少减少了一部

25、分的设计要求，装配过程要求的精度并不是太高。综合来说，方案二更易实现，方案一有一定的设计难度。在对环境的影响方面，方案一所需的运动空间较大，所采用的机械爪在加工过程中易造成损坏，方案二可将机械的整体部分放入原定的箱体内节省了部分空间，同时在对零件的保护方面，避免了外力带来的损坏。3 计算与校核3.1 气缸的设计计算3.1.1 气压缸选型从气压缸工作条件及设备用途方面考虑，选用双作用单活塞杆气压缸。3.1.2 气压缸的主要原始参数（1）夹紧气压缸由项目任务书所给的关于气压缸的负载为2kN,已知气缸在零加载时实际的输出力，并且还受到缸筒和活塞运动产生的摩擦，前气缸和活塞之间运动产生的摩擦力等的问题

26、，同时气缸还受到关于气缸装配部件的影响。计算气缸的缸径时，经常牵引到负载率的计算：=气缸的实际负载气缸的理论负载100%由液压与气压传动资料可知：表3.1.1 气缸的运动状态与负载率阻性负载惯性负载的运动速度v（静负载）100mm/s100-500 mm/s500mm/s=0.80.650.50.3根据运动速度可知：v=30 mm/s，取=0.7，所以气压缸的实际负载：F=F0=2.86kN1) 气缸内径的确认表3.1.2 内径计算公式项目计算公式缸径双作用气缸推力FpaD=1.23FpaPD=(1.23-1.6)FpaP拉力FpaD=1.27FpaPD=(1.23-1.65)FpaPD=1.

27、27FP=1.2720000.4*106=79.8 mmF-气压缸输出拉力；P-气缸工作压力。按照国家标准GB/T2348-1993将气缸缸径取整，得D=80 mm表3.1.3 气缸的缸径尺寸810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）2503204005006302） 活塞杆直径的确定由d=0.3D ,估计气缸的活塞杆直径d=25 mm表3.1.4 活塞杆直径尺寸456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400

28、3） 缸筒长度的确定缸筒长度 S=L+B+30L-活塞行程；B-活塞厚度。B=(0.6-1.0)D=0.7*80=56 mm气缸行程L=180 mmS=180+56+30=266 mm导向套滑动面的长度，记为：A：一般的导向套滑动面的长度，在D80mm时可取A=(0.6-1.0)D所以A=0.7D=56mm最小导向长度：根据相应的数据，当气缸的最大行程L，缸筒直径为D，最小导向长度为H=80mm活塞杆长度为l=L+B+A+H=372mm根据上述的数据分析，我决定购买亚德客的SAI 80X250 FA PT1/4气缸。（2）进给气压缸同上一个气缸的计算：气缸的驱动载荷为14kN, v=30 mm

29、/s,气缸的实际负载为：F=F0=20 kN1).气缸的内径确定D=1.27FP=1.27200001106=157.6 mm按照表3.1.3的相关标准可知，缸径取D=160 mm2). 活塞杆直径的确定由d=0.3D ,见表3.1.4估计气缸的活塞杆直径取 d=50 mm3). 缸筒长度 S=L+B+30L-活塞行程；B-活塞厚度。B=(0.6-1.0)D=0.7*160=112 mm气缸行程L=50 mmS=50+112+30=192 mm导向套滑动面的长度，记为：A：一般的导向套滑动面长度，在D80mm时时可取A=(0.6-1.0)D; 在D80mm时可取 A=(0.6-1.0)d所以

30、A=0.7d=56 mm最小导向长度：根据相关数据得，当气缸的最大行程L，缸筒直径为D，最小导向长度为H=40 mm活塞杆长度为l=L+B+A+H=258 mm由以上数据同时见图3.5，我决定购买亚德客的SAI 160X100 FA PT1/4气缸。3.2 电机设计计算3.2.1 电机的选择电动机的类型选择主要依靠工作机械的有无冲击，工作载荷特性，过载情况，制动的频繁程度，启动，电网的供电状况以及调速范围等。11直流电动机的电源特殊，需要相应的交流电源变流器，价格较高，结构复杂。所以，在满足工作机械的要求下，电动机的选用一般不考虑直流电动机。现在的商家厂家一般都采用三相交流电源，在机械运转无特

31、殊要求的情况下，都可采用三相交流电动机。当下，三相异步电动机的应用在所有的电机里数量是最多的。本机器的设计中对于电机的要求无特殊要求，电机在运作过程中需要完成频繁制动，因此选用Y系列三相异步电动机。1).选择电动机的功率标准电动机的容量由额定功率表示。11所以选用电动机的功率必须等于或略微大于机器工作要求的功率。电动机的功率为：Pd=PwPd为电动机的实际输出功率，kW; Pw为工作机需要的负载功率，kW;为电动机到工作机之间的传动装置。 传动装置的总效率按下式计算：=012由资料10可知，机械传动过程中所有不同类型的摩擦副的效率概略值：蜗杆传动双头蜗杆，效率=0.750.82V带传动，效率=

32、0.96所以=0.8*0.96=0.768可得出电机的输出功率：Pd=Pw=160.768=20.83 kW根据Y系列电动机的技术参数选用Y200L2-6电机。3.3 V带设计计算3.3.1 设计计算（1） 计算功率计算功率Pca,是计算带的工作情况和传递的功率P而得出的：Pca=KAPPca为计算功率；KA为工作情况系数；P为传递的额定功率。由资料11可知，KA=1.2 Pca=KAP=1.2*22=26.4kW（2） 选择V带的带型根据计算功率Pca和小带轮转速n，依据资料11,选用C型带，dd1=200315 mm（3） 确定带轮的基准直径dd并验算带速v1）初选小带轮的基准直径dd1查

33、阅资料11，得小带轮的直径选用dd1=150 mm2）验算带速vv1=dd1n1601000=7.6 m/s3）大带轮直径由于不用带传动改变传动比，带传动仅完成载荷传递，大带轮直径：dd1=dd2（4） 确定中心距a,并选择V带的基准长度Ld1）.根据带传动的总体尺寸的限制条件，初定中心距a00.7dd1+dd2a02dd1+dd2初定a0=400 mm2）.计算相应的带长Ld0Ld02a0+2dd1+dd2+dd2-dd124a0Ld0=1271 mm带的基准长度Ld根据资料11选取，Ld=1210 mm3）.计算实际中心距及其变动范围传动的实际中心距近似为:aa0+Ld-Ld02a=400

34、+1210-12712=369.5 mm（5） 验算小带轮包角1大带轮等于小带轮，所以包角1=180120（6） 确定带的根数zz=PcaPr=KAP(P0+P0)KKLz=26.410.0510.93 根为使个V带的受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。确定V带为C型带，dd1=dd2=150 mm ,中心距为a=369.5,带长Ld=1210 mm。3.4 控制升降伺服电机计算选型3.4.1 伺服电机的选型步骤每种型号伺服电机的规格项内均有最大转矩、伺服电机惯量及额定转矩等参数，各个参数、负载惯量、负载转矩之间存在相关联系，选用伺服电机的输出转矩应符合负载机构的运动条件要求，如：机

35、构的重量、加速度的快慢；机构的运动方式等等；运动条件与伺服电机输出功率无直接关系，但是一般伺电机输出功率越高，相对输出转矩也会越高。所以运动条件会影响到伺服电机类别选用的选用，机构重量也会影响伺服电机的选用。惯量越大时，伺服电机的加速及减速转矩就越大，加速及减速时间越短时，伺服电机输出转矩也就越大。（1） 确定负载机构的运动机构和运动方式由伺服电机带动同步带，连接齿轮转向箱，通过联轴器带动涡轮丝杆实现升降进给运动。图3.4.1 伺服电机连接同步带确定运转形式图3.4.2 速度线图t=60n=606=10s（2） 依据运行条件要求选用合适的负载惯量计算公式计算出机构的负载惯量。负载转速：nl=6

36、0 r/min电机转速：蜗杆的传动比取1：6计算得电机的转速nm=606=360 r/min负载转矩：TL=40 N*M 负载转动惯性同步带轮的转动惯性：J1=mr22=1.5810-4 kg*m2换算到电机轴测的负载转动惯性：J=2J1=2mr22=3.1610-4 kg*m2 负载行走功率：P0=0.25 4=1kW（3） 依据负载惯量与伺服电机惯量选出预选定伺服电机规格。1） 选定条件 TL电机的额定扭矩 Pa+P02电机的额定输出功率Pa+P0 nm电机的额定转速 J容许负载转动惯性2） 根据选定条件，可暂时确定电机为伺服电机SM130-100-25LFB额定扭矩10N*M额定转速25

37、00r/min额定功率2.6kW（4） 预选伺服电机的确定所需的加速转矩：TP=2nm(J1+J2)60ta+TL=22500(0.259+2.29)10-4600.1+0.401.11 N*M瞬时最大扭矩所需的减速转矩：TP=2nm(J1+J2)60ta-TL=225000.259+2.2910-4600.1-0.400.31瞬时最大扭矩 转矩有效值确认：Trms=Tp2ta+TL2tc+Ts2tdt=1.1122+0.422+0.3122100.59 N*M额定转矩 （5） 完成选定3.5 同步带设计计算同步带传动是一个兼具各种优点的传动机构。按用途同步带的类别可以分为：一般工业用同步带、

38、高转矩同步带传动等。3.5.1 设计条件同步带所传动的功率为：P=2 Kw主动轮，从动轮的转速为：v=360 r/min传动比为：i=1带轮的中心距离为：a0=120 mm1） 选择同步带带型同步带带型选型根据同步带所需要传递的负载功率及主动轮转速选择合适的同步带齿型及节距。查询得出，带轮型号选取H型带，带的节距宜选用S8M,节距p=8 mm。2） 选定同步带轮齿数在一定的主动轮转速、一定的节距前提下,同步带主动轮齿数z1不能低于某一最低齿数zmm,即z1zmm表3.5.1 同步带最低齿数同步带轮转速/（r/min）不同同步带型号下的最小齿数Zmin3M5M8M14M20M9001014222

39、834900-140014202828341400-180016243232381800-3600202836-3600-48002230-由上图可知，选用的齿数z1=233） 计算同步带的理论节线长度计算同步带理论节线长度,因为同步带的圆形特殊性，无法采用直接测量的方式，所以在测量过程中，通常一般将同步带传动系统进行简化,同步带可用节线表示同步带轮可用节圆表示。同步带轮的节圆直径为：d=pz节线长度：L=2a+(d1+d2)2+(d1-d2)24a=368.8a-同步带初定中心距；d1-主动轮直径；d2-从动轮直径。根据资料11查询，可得，取节线长度为p=416 mm,齿数z=524） 确定

40、实际中心距由于选定的同步带标准长度不是与初始选定的中心距严格对应的,按选定的同步带标准长度及同步带轮尺寸对应的实际中心距也肯定不同于初始选定的中心距。同步带宽度的选定原则：选定同步带宽度时必须保证同步带宽度大于以下最小值其中,以下参数可以从制造商的样本资料或有关同步带设计手册中查得:bsbs0PKLKZP011.14=2.82bs-同步带实际宽度；P-设计负载功率，W； P0-最小同步带宽度能传递的额定功率,W；KL-同步带长度系数；KZ-啮合齿数系数。表3.5.2 同步带标准宽度同步带节距同步带标准宽度3M6、9、155M9、15、20、25、30、408M20、25、30、40、50、60

41、、70、8514M30、40、55、85、100、115、130、150、17020M70、85、100、115、130、150、170、230、290、340同步带宽度：bs=30 mm同步带的规格，H型带，节线长度为p=416 mm,齿数z=52，带宽bs=30mm。 3.6 旋转伺服电机计算选型3.6.1伺服电机的选型步骤（1） 确定负载机构的运动机构和运动方式由伺服电机接齿轮，齿轮传动旋转轴，进行工作台旋转。图3.6.1 速度线图t=60n=6030=2s（1） 依据运行条件要求选用合适的负载惯量计算公式计算出机构的负载惯量。负载轴转速：nl=2 r/min电机轴转速：齿轮传动比取1：

42、3可知电机的转速nm=23=6 r/min负载转矩：TL=0.2 N*M 负载转动惯性小齿轮轮的转动惯性：J1=mr22=1.5810-4 kg*m2大齿轮轮的转动惯性：J2=mr22=9.4810-4 kg*m2换算到电机轴测的负载转动惯性：J=J1+J2=11.0610-4 kg*m2 负载行走功率：P0=400 W（2） 依据负载惯量与伺服电机惯量选出适当的假选定伺服电机规格。1） 选定条件 TL电机的额定扭矩 Pa+P02电机的额定输出功率Pa+P0 nm电机的额定转速 J容许负载转动惯性2） 根据选定条件，可暂时确定电机为伺服电机松下MSMD400W伺服电机额定扭矩1.3N*M额定转

43、速3000r/min额定功率400W（3） 预选伺服电机的确定所需的加速转矩：TP=2nm(J1+J2)60ta+TL=23000(0.158+0.948)10-4600.5+0.20.97N*M瞬时最大扭矩 所需的减速转矩：Ts=2nm(J1+J2)60ta-TL=230000.158+0.94810-4600.5-0.20.57瞬时最大扭矩 转矩有效值确认：Trms=Tp2ta+TL2tc+Ts2tdt=0.9720.5+0.221+0.5720.520.473 N*M额定转矩 （4） 完成选定3.7 联轴器校核选择联轴器型号时，主要计算传递的最大扭矩，所传递最大扭矩小于或等于公称矩值，最

44、大扭矩的确定需要计算机器制动时所需的加减速扭矩和过载扭矩。但是在设计时，最大扭矩无法确定，此时可按计算出来扭矩选用。即计算扭矩不超过公称扭矩值。计算的扭矩Tc可用以下公式求出：Tc=KTT=9550PwnT-理论扭矩（Nm）K-工作情况系数，可参考JB/ZQ4383-86联轴器的载荷分类及工作情况系数选用合适的系数，通常1K5。查表得：K=1.5。Pw-电机功率：Pw=0.4 kW；n-工作转速：n=3000 r/min。联轴器计算扭矩的计算，应掌握：TcTnTmaxTc-计算转矩Tn-公称转矩（许用转矩）Tmax-最大转矩可按下式计算：Tc=9550Pwn=1.2733 NmTn选用型号为E

45、K1/20/A/19/Dv弹性梅花联轴器(R+W)，公称转矩为34 Nm，最大转速19000（r/min），满足使用要求。3.8 轴的设计计算及校核转矩和弯矩是轴的主要承受载荷,轴的常见形式有直轴和弯轴,而根据本次设计中机构的特点,选择传动轴为直轴.轴上的传递功能,由于要经过链轮和链条的啮合,等传送到轴上时,已经损失了一部分的功率,故轴上的传递功率近似估计为400 W,轴的转速和链轮的转速是相同的。由前计算可知n=2 r/min.因此轴的转矩为T=9.55106(p/n)=1910000 Nm3.8.1 选择轴的材料并确定许用应力轴的材料选定为45钢,经调质后使用.由参考资料11表10-1查得

46、:硬度:HBS217255;屈服强度极限: s=360MPa;抗拉强度极限b=650 MPa,弯曲疲劳强度极限1=300 MPa.由资料11查得-1b=55 MPa.（1） 初步确定轴的直径按照扭转强度估计轴输出端直径由表10-2查得C=107108公式：d=C3PN,得d=(107108) 30.42=62.563.1圆整后,得d=6364考虑到有键槽,将直径增大5%,则d=(6364)(1+5%)6768mm.（2） 轴的结构设计1） 轴上零件的定位、固定、装配在本次设计中,旋转圆盘安排在粗轴上,轴做成阶梯形,在轴上分别装上齿轮、轴承、端盖等部件。2） 确定轴各个部位的直径和宽度段装有齿轮

47、,此段因为是传动机构的主要零件,考虑到所传递的功率,轴取稍微大些.取为d1=75 mm,L1=19 mm。段主要是装轴承、轴承端盖及起固定作用,再根据步骤2中所确定的轴的轴径,选其直径为d2=60 mm,L2=20 mm。（3） 按照弯扭合成强度校核轴的强度根据传动情况,可估计圆周力Ft=3000 N,轴向力Fa=600 N,径向力Fr=1000 N.1） 绘制轴受力简图2） 轴承支反力FRAV=Fad22-FrL2L=400 NFRBV=FR+FRAV=1000+400=1400 N.计算弯矩:截面C右侧弯矩MCV= FRBVL2=66.5 Nm截面C左侧弯矩MCV=FRAVL2=1.25

48、Nm绘制水平弯矩图轴承支反力: FRAV=Ft/2=1500NC处弯矩: MCH= FRAVL2=97.5 Nm绘制合成弯矩图Mc=MCH2+MCV2=97.52+66.52=117.88NmMc=MCH2+MCV2=97.52+1.252=97.51 Nm绘制转矩图T=1910000 Nm绘制当量转矩图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化,取=0.6,截面C处的当量弯矩Mec=Mc2+(T)2=117.882+(0.6716250)2=446 Nm校核危险截面C的强度e=Mec0.1d12=4461030.1603=21 MPa 55 MPa故轴的强度足够. 3.9 齿轮参数的确定 根据结构设计

49、查参考资料5选取齿轮的参数为模数m22齿数z2575分度圆直径dd=mz50mm150mm齿顶圆直径dada=d+2ham54mm154齿根圆直径dfdf=d-2(ha+c)57.5mm147.5齿距pp=m6.28mm6.28基圆直径dbdb=dcos46.98mm140.95mm齿形角20204 机械结构设计4.1 夹紧气缸头的配合设计根据所给模型的形状及尺寸，所需加工的工件上部位为一个圆柱体连接着一个平面，所以初期预想是设计一个套筒可以固定工件在xy平面移动的能力，并且该部位具有一定的压力作用，可以将工件在工作台加工时固定。其次，在该定位头的夹紧定位过程中，工件会随主轴旋转，如采用气压缸

50、，液压缸等，主轴无法旋转，所以需要连接一个可以旋转的定位头。图4.1.1工件形状在零件的设计过程中，由封头上部位的尺寸可大概设计一个与之配套的定位头部分，该部分设计简易，在定位头和气缸轴连接部分是该部分设计的一的重点部位，气缸杆的要求不能旋转，或者仅能进行微小旋转，普通的联轴器无法满足该设计要求的任务，所以需求一套特殊的配合零件，该部位的设计需可以承受一定的压力作用，并且能够完成跟随工件的旋转要求。由于有压力和旋转需求，轴承的选择是必不可缺的，其次还有关于上定位头的连轴定位。1-气缸连接头；2-M30螺栓；3-垫圈；4-轴承盖；5-角接触球轴承；6-上定位头。图4.1.2 总体设计最终设计出了

51、如图4.1.2 的设计成果，上定位头连接一个角接触轴承，在机器工作时，气缸带动轴上连接部分零件对轴承施加向下的力，上定位头在轴承作用下，对工件实施压力，工件给与上定位头向上的反作用力，考虑到零件的受力部分，上定位头与轴承盖的连接由一个M30的螺钉，负责上定位头的竖直固定，在工作时，上定位头收到向上的力，螺钉随之收到向上的力，减少了，螺钉与轴承盖之间的摩檫力，方便了上定位头的旋转进程。在上定位头与轴承盖的连接处留有一定的缝隙，可以适应零件的受力变形，在气缸头的连接头和轴承盖的连接时，采用了螺钉连接。在工件工作时，该部位配合会随之变化，所以，在轴承盖的上部连接处利用套筒，来保证工作时的距离保证，可

52、以准确完成上定位头的工作要求。4.2 旋压夹具的连接设计在工作原理中，旋压夹具需要在工作台平面对旋转工件进行持续的进给工作，该部位的初期预想时设计一个滑台，供旋压夹具进行进给退回的工作。其次，旋压夹具在工作的进程中，会随工件的旋转而旋转，所以其中会涉及到轴和轴承的应用。在设计要求中，该部位可以进行更换维修，所以还要考虑该部分的设备拆卸问题。图4.2.1 旋压部分在零件的设计过程中，旋压夹具的设计较为简易，由于进行旋转进给，旋压夹具主要是一个拥有对应的旋压形状的回旋体，该部位按照技术要求可完成部分的零件设计。在气缸头上连接一个接头，接头带动旋转夹具的左右运行，由滑台可以完成整体零件的移动工作，为

53、了完成该项工作，需要一个气缸接头来达到运动过程。1-接头；2-盖板；3-夹具座；4-旋转轴；5-角接触球轴承；6-压装盖；7-旋压夹具；8-套筒；9-滑台；10-滑台座。图4.2.2 旋压部分设计最终的方案设计如图4.2.2中完成设计加工，如图右侧部分，旋压夹具的连接需要轴与轴承的配合，设计一个小型的阶梯轴来安装轴承以及夹具与夹具座的连接。在该设计中，夹具座上的夹具需要更换时，只需卸下夹具座上的压装盖，就可以取下旋转轴和夹具。旋转轴的安装上有套筒完成2个角接触球轴承的连接。在气缸杆的进给，退回进程中，由盖板和夹具座的螺栓连接固定，该盖板只需承受气缸杆退回时的拉力，受力并不大。1-定位调节块；2

54、-滑台座。图4.2.3 旋压工作台俯视图完成主要的连接部分设计后，还需要进行该装配体在工作台表面的定位工作，初定是由滑台座进行定位要求，后来在设计过程中，发现对旋压工作台需要有一定的调节能力，可以满足在安装过程做造成的误差，在这其中就用到了定位调节块，在滑台的两侧安装两个定位调节块，可通过调节定位调节块上的螺栓长度来达到对，工作夹具的对心调节能力。4.3 可旋转轴的设计在可升降平台上，有一个工件的定位平台，该平台需要有一个轴来完成旋转工作，初期的设想是设计一个齿轮传动的旋转轴来完成。将电机齿轮与轴之间连接完成升降平台的旋转工作。其次的设计中，还需要轴承和轴承端盖来完成轴的轴向作用的固定旋转。1

55、-轴承端盖；2-圆锥滚子轴承；3-旋转轴；4-挡圈；5-大齿轮；6-小齿轮；7-伺服电机图4.3.1 旋转轴的设计该轴的设计部分大致分为两部分：第一部分为上平面，主要安装工件的定位平面，该设计对轴的轴线直线度要求较高，其中用螺栓连接来保证工作平面的稳定性；第二部分为齿轮传动部分和轴承的安装部分，其中齿轮由于其特殊性，我采用销轴来固定齿轮在轴上的位置，由同样销轴连接的挡圈来限制齿轮工作中的轴向位移，再向下由圆锥滚子轴承和轴承端盖来保证轴的受力。其中，采用M12的螺栓来保证轴的安装。5 项目管理项目管理是通过运用管理的知识、经验、技术等，明确项目开发阶段各个时间段的任务和工作要求，科学的分配团队中

56、各个成员的职责和工作，确保项目任务的顺利进行。5.1 经济成本分析项目的经济分析中，机械项目的经济成本主要集中在外购件的购买和非标件的设计，其次还有人员的调配、场地的安排和加工机床的使用维护等等。外购件清单零件厂家数量单价深沟球轴承7211cSKF/斯凯弗170SAI 80X250 FA PT1/4气缸亚德客1400M48对顶螺母4M36螺母1圆锥滚子轴承HR32912JSKF/斯凯弗170角接触球轴承7208BSKF/斯凯弗2150SAI 160X100 FA PT1/4气缸亚德客1400Y200L2-6电机13000蜗轮蜗杆减速器66-120-A上海卓传1600SJ20-D-1（A2-5）

57、车床主轴台湾普森112000SM130-100-25LFB伺服电机施耐德11700ZMP84型涡轮丝杆升降台上海卓传4800EK1/20/A/19/Dv弹性梅花联轴器德国KTR5200松下MSMD400W 伺服电机施耐德11400ZMD螺旋伞齿轮转向箱上海卓传2700螺栓若干500总计21990非标件原材料材料重量（kg）价格(元)45钢圆钢500120045钢方钢40080045钢光板钢200500Q235圆钢100300Q235方钢100300总计3100项目估价项目价格外购件21990非标自制件15000安装调试费5000设计费8000项目管理费10000其他2000总计619905.2

58、 项目管理工程项目管理是一个复杂的过程，本项目任务是完成长端封头收口机的设计任务，以计划协同跟踪管理控制 积累为主线，在项目的立项时期，安排足够的人员配置。运用IT技术，融合先进的项目管理思维和知识体系，促进企业的项目进度、费用和资源投入等达到最好的平衡。在人员的安排方面：工程部部长1名，部员3名 财务部部长1名，会计1名，出纳1名 办公室主任1名，干事1名 电工1名，车床操作员2名，钳工2名在项目的进行阶段，由公司先完成项目立项和人员安排，做好相应的费用调动，确定该项目的交付日期。该项目运用许多的外购件和非标件，资源则就需求一定的资金调动和关于车间车床的使用安排，在人员的调动方面尽可能满足零件的生产环节。项目启动，主要先进行零件的设计环节和外购件的选型确定环节，外购件的采购可以相应的展开，在公司的日常事务安排，由办公室张贴项目的进行安排，在总体的项目任务安排下来后，在各个团队内部需要对计划进行再分配，主要是针对个人的日阶段性任务，然后每日由电脑软件进行完成目标