铁丝缠绕包装机的设计——机架及总装的设计

本科毕业论文（设计） 论文题目： 铁丝缠绕包装机的设计 机架及总装的设计 学生姓名： 所在院系： 机电学院 所学专业： 机械设计制造及其自动化 导师姓名： 完成时间： 摘 要 本设计内容主要包括机架的设计，大转盘动力及结构设计，带动铁丝盘转动的摩擦轮动力源和机构的设计 ，轴承，齿轮，带，链和螺钉等的设计选择和绘图。并运用 成对各个零件的绘制，并完成组装图，最后完成对铁丝缠绕包装机的设计，并运用 ，完成模拟缠绕包装过程。设计出成本较低，可靠性强，使用寿命长，节省劳动力，节省时间的自动铁丝缠绕包装机。 本文设计了铁丝包装机的机架部分，包括对整个铁丝包装机机架上的所有零件的设计，校核和绘图。 关键词：铁丝缠绕包装机，铁丝缠绕，机架，机架设计，包装机 of of he In to so on to to in to be is to on 目 录 1 绪论 . 1 2 设计要求 . 2 3 包装机总装及机架的设计方案 . 4 . 4 . 4 装机上对包装带缠绕 铁丝盘的设计 . 4 图的设计如图 . 5 4 对机架主要零件的设计 . 6 . 6 板材料选择 . 6 板厚选择 . 7 大小尺寸的设计 . 7 放置电动机板的设计 . 9 主架上固定机构的设计 . 11 底座及其结构的设计 . 12 . 12 . 13 板大小的设计 . 13 底座丝杠夹紧 机构箱体的设计 . 15 侧架上架的设计 . 15 侧架上架材料的选择 . 15 机构厚度的设计 . 15 侧架和上架的尺寸设计 . 15 上架受力情况校核 . 15 5 对附属结构的设计 . 16 板滑块机构 . 16 滑板滑块材料的选择， . 16 滑板滑块板厚的设计 . 16 . 16 螺钉的设计 . 16 上架上固定手柄的设计 . 18 6 结束语 . 18 致谢 . 19 参考文献 . 20 1 1 绪论 机械设计（ 是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材 料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。 铁丝的缠绕包装问题是现社会的一个难题 二是包装浪费时间 造成劳动力的浪费 科技，节省劳动力的对铁丝进行自动化包装 设计争取采用新的机器缠绕包装后，能完成铁丝的自动包装 节省时间 完成铁丝的缠绕包装 大大加强 达到社会上要求的标准 目前在我国，受经济条件和技术水平的限制，手工和半自动铁丝缠绕包装仍是我国中最常用的铁丝包装方式。由于投资成本较低，我国劳动力丰富 所以在中小型企业获得了广泛应用。 随着铁丝包装技术的不断发展，传统的铁丝包装技术难以满足现今铁丝缠绕包装需求。国外普遍利用自动铁丝包装技术来替代老旧的铁丝包装技术，这种自动铁丝缠绕包装技术在工业发达国家已开始推广使用。在国内铁丝缠绕包装行业中，近年来开始尝试采用自动 铁丝包装机代替传统的手工包装的方法，目前还没有推广。 自动铁丝缠绕包装机在完成铁丝包装技术的同时也能节能环保，同时使用时间长久 率因数低、费用较高等原因，在中小型铁丝缠绕工厂上多不用。把传统的铁丝包装机改成更加节能，占地小 铁丝包装质量优良 此用 计出铁丝缠绕包装机，也就显得尤其需要。 在 ：意指 非现在我们经常讨论的 包含的全部内容。 术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70 年代末期，以后作为 术的一个分支而相对单独、平稳地发展。早期应用较为广泛的是 件，近十年来占据绘图市场主导地位的是 2 但是随着今年来 维绘图软件的出现，原来的二维绘图明显出现它的不足之处，不能直接表现出零件的许多功能，而在现在的的 形的立体结构等等，使零件的形 状大小更加直观。便于观察和修改，而现在普遍使用的 维绘图软件有 ，美国 司的三维设计软件，它的参数化特征和相关性是区别其它软件的最大特点。作为三维软件的代表，它的应用范围日趋广泛，因而现在一般都是使用 件绘制出机械设计的机构。（ ） 新一代产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。 采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上 。例如，一旦工程详图有改变， 控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。所以使用使用 2 设计要求 铁丝缠绕包装机是要完成对铁丝盘的缠绕包装，在把铁丝盘（铁丝缠绕成的盘）放在已知位置的时候，包装带会自动缠绕包装铁丝盘，直到包装完成。当然我们在设计的过程中需要给铁丝盘提供旋转的动力，同时也 要给包装带提供一个绕盘旋转的运动，这样才能实现铁丝的包装。 另外要 了解铁丝缠绕包装机的主要用途，国内外研究及使用情况，与另外两位同学一起研究制订整机设计方案，重点对铁丝缠绕包装机的机架进行设计，机架设计的一般要求是指在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。（ 1）、机架的重量轻，材料选择合适，成本低。（ 2） 结构合理，便于制造。（ 3） 结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。（ 4） 结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的 3 内应力小，由温度 变化引起的变形应力小。（ 5）抗振性能好。（ 6）耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。（ 7）有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。我们设计主要包括对包装机结构的设计，使其达到能够完成铁丝包装的要求。同时也要对包装机材料的选择，和所设计机构（主要包括轴，轴承，和转矩大的地方）应力校核，并对机构合理性分析。达到所需要求。另外，要认真对 成对所需机构的各种设计，主要是指机架的设计。并对机架的受力件进行受力分析 并完成总装图的装配。 所谓铁丝缠 绕包装机主要完成铁丝缠绕包装任务，因此我们要假设出所使用的各种零件，并且使它完成包装任务，（ 1）我们要假设出动力源，有已知我们可知我们使用的动力源主要应该包括二部分，一是要使铁丝盘转动，二是使包装带自动包装在铁丝盘上，因们应该假设出铁丝盘的驱动装置应该能带动它转动， 图 2丝缠绕包装机设想图 同时包装带也要转动，完成包装铁丝，这样我们就要发挥想象假设它们的机构并 把它放在一定的机架上完成它的工作。假设机构如图 2 4 3 包装机总装及机架的设计方案 装机机架的设计 所谓机架，即在机器 （或仪器）中支承或容纳零、部件的零件。按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓联接或铆接机架。其设计步骤一般指（ 1） 初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零件能正常运转。（ 2） 根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机架、机座、可采用焊接代替铸造。（ 3） 分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。（ 4） 确定结构的形式，例如采用桁架结构还是板结构等。再参考有关资料，确定结构的主 要参数（即高、宽、板厚与材料）等 .（ 5） 画出结构简图。（ 6） 参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架结构所允许的挠度和应力。 （ 7） 进行计算，确定尺寸。（ 8）有必要时，进行详细计算并校核或做模型试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。 (9)同时我们应该考虑到包装机其他部分的设计要求从而完成对包装机机架的设计 . 装机中带动铁丝盘转动的设计 按照设计内容及要求我们知道应该把铁丝盘放在固定位置，然后给其动力让其转动，所以，我们首先应该给铁丝盘一固定的装置，并且应该保证固定位置的可靠及能动性，可 靠主要指保证铁丝盘在转动过程中不至于出现移动，而能动是保证铁丝盘大小变化情况下仍然能实现铁丝盘的夹紧和转动。而动力源就是指给动力让铁丝盘转动，考虑到现实情况，我们要使铁丝盘转动最好使用摩擦轮，用摩擦力带动铁丝盘旋转。要想铁丝盘在摩擦力的作用下旋转，考虑到实际情况，铁丝盘是圆形结构，所以我们应该在铁丝盘下对称的位置给它一摩擦力，带动其运动。使其正常工作。这样就完成了对铁丝盘的设计。 装机上对包装带缠绕铁丝盘的设计 包装过程中，包装带缠绕包装在铁丝盘上的过程是包装的主要过程，因此对此部分的设计也是十分 重要，要想实现这个功能，首先要对包装带怎么才能完成对铁丝盘环形结构的缠绕，要想实现这一点，就要保证包装带能在铁丝盘盘内和盘外构成一个旋转，这样就完成了一次的缠绕，同样随着铁丝盘的旋转不断的对 5 铁丝盘一圈一圈的旋转缠绕，也就慢慢完成对铁丝盘的包装。要实现这个功能，包装带要实现旋转，必须要使包装带位于一个圆形轨迹上的固定位置，这样随着圆形轨迹的旋转也就完成了缠绕，这就要求我们必须要把包装带放在一个固定的环形结构上，这样随着缠绕盘的旋转，就能完成工作。同时我们也要对缠绕盘的放置和怎么旋转进行考虑，由于缠绕盘要完全在 铁丝盘中经过，所以它不能有中心轴，它的旋转必须要有外力机构带动，这样我们就要考虑到用摩擦轮带动缠绕 图 3铁丝缠绕包装机设计图（正面） 盘运动的设想 7，这样就完成其设计。 图的设计如图 完成以上每步设计的时候，我们有也要考虑到它们之间位置的关系，怎样才能实现缠绕功能，这就要求我们发挥想象，和另外两个同学密切配合，同时在老师的指导下设计出铁丝缠绕包装机如图 33样就完成对铁丝缠绕包装机的设计。 6 4 对机架主要零件的设计 假设大转盘直径为 1000度 50时槽深 15槽大小 30速 60 转每分，包装带宽度为 100摩擦轮大小 100要起支撑作用，大摩擦轮大小为 150要起摩擦带动大转盘。小摩擦轮轴心分别位于 与圆心在同一条直线的水平方向和竖直方向上，大摩擦轮与水平夹角为 45 度，并且摩擦轮厚度为 30丝盘大小取 60间，宽度为 150 图 3丝缠绕包装机设计图（反面） 材料选取一般的铸造材料铸钢。 正板上各机构的设计 板材料选择 为了能使机器使用长久，同时保证机构安全可靠。由于结构图形不复杂 。材料选 7 用 45 号钢。板的结构采用铸造成型， 板厚选择 有 h*b>500*500，根据机械设计手册表 2以板厚 15 表 4最小壁厚 铸造方法 铸造尺寸 铸钢砂型 200*20000 15属型 150*150 10 而对相同壁厚连接处的设计有公式 R（ 1 6 1 3） a R+a （其中 R 为内壁圆角大小，a 为壁厚） 大小尺寸的设计 有大转盘直径 1000，摩擦轮直径 150，同时电机后座要设计电机放置位置，考虑到主板的配合，所以取正 板长 *宽 =2000*2000。而开口大小根据铁丝盘的宽度50 和固定铁丝盘丝杆的直径 0, 所以开槽大小 L=d1+50+1 为丝杠加紧过程的活动空间 ) 为了有足够的空间使其满足移动条件，取 L=500外板上孔大小的选择 根据孔于轴配合，对于大摩擦轮：如图 48 图 4摩擦轮传动简图 1 电动机 2 联轴器 3、 4 锥齿轮 5 同步带轮 6 机架 7 大摩擦轮 图 4主板及附属机构 已知在机构中， 6 和 7 连接的轴 r=25，根据机械设计手册，选用深沟球轴承 6205，通过机械课程设计手册查的 D=52以在此绘制如图所示孔，并且由于孔大小位置根据大转盘的中心位置决定，其距离 h h=R+ （其中 R 为大转盘半径， r 为大摩擦轮直径， d 为盘上开槽的深度。） 通过上式计算可知 h=560，方向是与竖直线夹角 45 度。 1111 22 3 4 56 7 9 对于小摩擦轮，同样有另一位同学设计得知轴为 25据公式（ 3），可算得 35向如图 2成对孔设计。 放置电动机板的设计 根据已知 1) 缠绕盘重力计算 G = *g*v =000* *(r1*10 =）摩擦轮转速计算 2* 1*1 D （ 5） =15* 100*60 =400r/ 3) 求电机的功率 由缠绕盘的重力及摩擦轮对缠绕盘的支撑力夹角 90°计算支撑力 2*胶轮与缠绕盘间的摩擦系数 2 1* 于摩擦力 此可忽略。 缠绕盘转动所需要的功率为： 2*2*12*12*12 由电动机到缠绕盘之间的总效率为： 5*4*3*2*1 10 1 、 2 、 3、 4、 5分别为联轴器、齿轮传动、 同步带 传动、与机架装配的轴承及摩擦轮传动的效率。取 1 = 2 = 3= 4= 5=则 =以 通过查表 4 电机 . 4） 轴的结构 12 选取轴的材料为 45钢，调质处理。根据表 15 26,于是得： 330m i n 0 2 6 取 d=20为该轴段 1是与摩擦轮配合，因此其长度为 302段轴是对摩擦轮起一个 表 4安装尺寸 中心高 H 外形尺寸 L(+D 底脚安装 尺寸 A*B 地脚螺栓 孔直径 K 轴身尺寸 D*E 装键部位 尺寸 F*00 380*45 160*140 12 28*60 8*7 定位作用，因此该段轴的直径为 3为该段是与轴承相配合且机架与摩擦轮之间应留有一定的空隙，所以其长度为 25 轴段是与通过机架的轴承相配合，轴承由轴承端盖和套筒实现轴向定位，轴承选用 6205 型深沟球轴承，因此 3 段的轴肩不起定位作用，该段的直径 5段轴的长度取决于机架的厚度 84段轴的轴肩不起 定位作用， 7度比带轮宽度小一些，6一段轴要其定位作用，因 0是一轴环，宽度为 5六段轴是与锥齿轮相配合，其轴颈为 27度取决于锥齿轮的宽度。 轴的结构如图 4示： 11 图 4盘配合 图 4轴 有这些可知电机安装位置 . 主架上固定机构的设计 固定机构采用卡盘结构得，卡盘结构如图 4中卡盘中间空距离即螺头的厚度取 20盘块伸出距离有主板与侧架的配合情况决定，同时假设卡盘卡的螺头直径 90，螺杆直径 42，校核杆受力情况 有主板的重量，大约有 G=2(主板的重力， 大转盘的重力。 ) 因为主板的重力 有零件的质量无法设计，考虑到后面伸出的板等的体积，所以按 2000*2000 的实体进行计算即可。所以 G1=l*l*b*p*g（其中 l 为主架边长， b 为主架厚度， p 为铸钢密度。） l 为 2m， b 为 p=000， g 取 10，所以 680 牛，同样根据公式（ 4），得 所以 G=。根据查机械手册， 根据表 2学性能 :抗拉强度、屈服强度、伸长率、收缩率分别是： 60024022%、35%。 有已知这儿设拉伸螺钉的面积为 s，用时考虑到安全系数，因为选用的是 铸钢，作为铸钢其安全系数为 里取合适的 2，同时，由于载荷的不计 12 算不准确应在加上 20%所以，加上 50%，得安全系数取 S 3F/F=G/强度） 所以 s 0方米。又因为 s=以得 r=取螺杆直径42足要求。同时对于下面接触处压力要求，根据上面计算。有已知肯定满足要求。完成此设计 。 表 4 钢的材料分析 底座及其结构的设计 有已知设计出图形如下 4图 4 底板 材料的选择 根据要求选用和主板一样的材料。 13 板厚的设计 有长 *宽 >500*500，有表格 5对 板的连接处的设计，由于在这板连接处的厚度一样，所以其连接圆角同主板一样。 板大小的设计 有图知底座上放置有电动机，摩擦滚轮，丝杠夹紧机构，所以它的宽度分别有这些因素决定。 （ 1）链条的设计 1）链轮的齿数 1921 2）传动比 1i 3）计算功率 6 0 91/6 0 91/ (9) （ 11） 查表得工况系数 1齿数系数 1)19/19()19/( 4）链条节距 由 计 算 功 率 09和 查 图 得 节 距P=5）检验小链轮的轴孔直径 查表得 084m a x ，合适。 6）初定中心距 按要求 500 取 500 7） 链节数 502/2 0 (12) 取2 节 8）链条长度 14 0 9）理论中心距 p 1942(2/)( (13) 10）实际中心距 (14) 图 4动装置示意图 我们设计的是同步链轮，如图 4以链轮直径一样，所以两个中心距相等，取 437。同样有另外同学设计可知丝杠夹紧机构宽 140，所以 l>1014，同样各个机构之间要保留一定得空隙，所以去 l=保留一定得余量，这里取 下式 l=l1+l2+l3+ （其中 丝杠夹紧机构位置距底座上边线的距离， （ 15） 有已知知 40， 37，所以 l=358.5+l1+所以取 l=500 因此可以确定侧架位于底座的位置，从而绘制 8个螺孔。同时 知道丝杠滚轮机构 和底座中心线对称，位置取 0， 样可以设计出其他螺钉所在底座的位置。 15 底座丝杠夹紧机构箱体的设计 根据另一位同学设计的丝杠上划块上螺纹孔和通孔的距离决定箱体的宽，同样根据轴的直径和轴上其它结构决定决定箱体高度，箱体的距离又别人设计取500成设计 侧架上架的设计 侧架上架材料的选择 侧架上架材料的选择，跟据其他结构选择，同为一体结构选材一样。 机构厚度的设计 根据已知，侧架和上架的长 *宽根据设计小于 500*500，同时有其一边很长所以在这样必须保证满足要求的情况下，为节省材料，取厚度为 10对于他们连接处圆角的大小，且参照主板。 侧架和上架的尺寸设计 （ 1）对于侧架，根据已知，取侧架宽为 100其高，根据主板长 2000，其尺寸必须大于 2000，并且要保证主板在侧架上有一定的上下活动空间，另外还要求下面给部件保留一定的高度，所以在这里我们取侧架高度为 3000。 （ 2）而对于上架，由于和侧架采用配合的样式所以其宽度同样取 100长度根据主板的长度和主板相对侧架距离决定。 上架受力情况校核 有已知应力校核对于矩形周界固定，中心受集中力 G=中心弯矩： n（ 1 (其中 P 为压力大小即 G， L 为架的长度， （ 16） 所以计算的出 其抗弯截面系数 n n=（ （其中 b， h 分别是上架外矩形宽和厚， 别 ） 为上架中空的矩形的宽和厚） （ 17） 有已知求出 n= 而其应力大小 t=n （ 18） 所以 t=远小于材料的屈服极限，所以合格。 16 5 对附属结构的设计 板滑块机构 对于滑板滑块机构设计如图 5 滑板滑块材料的选择， 由于零件尺寸较小，但是结构并不复杂，因此材料上仍可选用铸钢。 滑 板滑块板厚的设计 考虑到滑块的尺寸小于 200*200，因此根据表 4里应该选择板厚 6为主架重量并不是很大，所以选择壁厚 6m 足够。而对于连接处圆角设计同样参考上面的设计。 滑板滑块尺寸大小的设计 考虑到整个主板大小 2000*2000，并且要保证主板上下有移动的空间大小为 500以在此滑板长度 l 2500里取 2550其宽度根据侧架宽度和满足和滑块的配合，选用 100滑块相对于滑板来讲，它是螺钉配合，必须保证螺钉所需的安装尺寸 20， 螺钉的设计 我们知道螺钉是标准件，但是还是需要对螺钉进行设计，主要是由于机构要 17 图 5 滑板滑块机构 图 5螺母 图 5螺钉 满足要求就要做必要设计，由于我们机构的复杂，但是受力并不是很大，所以其螺钉选择参考以最小 行设计，标准如图 55脚螺钉选 着对螺钉进行校核。 这里以 例 已知，主板重量大约 ，而考虑到二杆支撑，每个压力 ，又已知侧架大约重量 2=（ l1*4*l3*p（其中 侧架厚度， 侧架宽度度，000千克 /立方米，） （ 19） 18 而对于侧架上螺钉的选择，我们选用 用螺钉材料为 235 号钢，所以可以的出屈服强度 35经查表安全系数 S= 接下来对螺钉进行校核，侧架上螺钉主要受剪力作用 根据 F=，）根据公式 4F/t（其中 应力， d 为抗剪面直径直径， 2，） （ 20） 求出 4F/样根据公式 t= 求出 t=94因为 94以符合要求。 上架 上固定手柄的设计 上架固定主要采用螺纹连接实现固定，因此手柄设计根据配合件螺柱决定， 图 5 手柄 同时手柄上有拔模倾角，根据已知选倾角 3端直径 =42+固定手柄 上端 厚度，所以去上端为 70，下端取 90成设计。如图 56 结束语 通过本次毕业设计，我对机械设计中相关的方法、原则以及要求有了更为系统的认识及掌握，对设计过程更一步的认识。在之前学习 加 19 系统的掌握了许多细节上的应用，并回运用一些基 本的快捷操作方式，操作更加熟练， 且这次毕业设计中我还掌握了以下几个方面的能力： （ 1） 利用软件进行绘图、加工。 （ 2） 进一步加强了自己的逻辑思维能力及空间的构思能力 10。 （ 3） 锻炼；了语言组织能力。 （ 4） 加强了论文的格式及排版的能力，以及抓图工具的使用。 （ 5） 实践动手能力。 简单外交资料的翻译和阅读能力，查找资料的能力 致谢 本文的全部工作是在尊敬的指导老师的悉心的指导下完成的。指导老师敏捷的思维、渊博的学识、严谨的学风、深厚的专业功底以及追求真理、勇于创新的精神给我留下了深刻的印象，使学 生受益终身，也将永远激励和鞭策着我刻苦学习，努力工作。指导老师不仅在学业上为我呕心沥血，还在工作中为我指明了方向。我在工作和学习中的点滴进步，都离不开指导老师的帮助。至此论文结稿之际，谨向我敬爱的指导老师致以深深的谢意和崇高的敬意。同时也感谢同组同学也曾给予无私的帮助，在收集整理资料中我们小组成员同心协力，团结一致，共 同应付困难，终于如期完成了设计。 20 参考文献 1 钱炜 ,王明军等 技术研究 J）， 刊 2 楼锡银 机械设计 (J)， 刊 3 路甬祥 机械工程学报 (J)， 4 张嘉易 ,王成思等 . 复杂产品设计结构模型的节点属性层次研究 J)， 5 成大先 . 机械设计手册（ ） 化学工业出版社 (M)， 2005 年第二次印刷 6 王淑仁 . 机械原理工程设计 M)， 2006 7 符炜 . 机械创新设计构思方法 M)， 2005 8 邵忍平 机械工业出版社 (M)， 2005 9 唐俊 文版 )基础教程 M)， 2007 10 东方人华 火版入门与提高 M)， 2005 11 许尚贤 机械零部件的现代设计方法 M)， 1994 12 李建功 机械设计 第 4 版 (M)， 2008 13 龙坤 ,唐俊 火 例练习 M), 14 梁尚明 现代机械优化设计方法 M), 15 韩玉龙 件设计与专业教程 M), 16 周四新 ,和青芳 础设计 M),