包装机对切部件设计【排版说明书+CAD图纸】
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目:包装机对切部件设计二级学院(直属学部): 专业: 班级: 学生姓名: 学号: 指导教师姓名: 职称: 评阅教师姓名: 职称: 2014 年 11 月常州工学院毕业设计摘 要包装机械是国民经济的重要产业,有改造人民生活,繁荣城乡市场,扩大出口创汇,为国家建设积累资金的重要任务,对促进国民经济的协调发展和实现整体战略目标的关系,国民经济和社会发展是非常接近的。因此,开放政策以来,我国包装行业获得了长足的发展,面貌发生了巨大的变化,已形成了具有相当规模和一定的经济水平,分类齐全,能基本满足国内需求,也有一定国际竞争能力的生产系统。可以这样说,没有包装机械的发展,就没有多样化的产品和今天的繁荣。利用电子技术,计算机技术等为代表的高新技术迅猛发展,不仅要求国家的生活水平的日益提高,以及产品升级换代周期性降低,而且使机械产品的性能的不断提高和完善。这尤其在包装机械方面,提高生活的商品已经不能满足人们的需要,现在更是提倡精神文明财富。人们不喜欢只是只求填饱肚子,现在我们如何注重追求各种食品条件是否有利于生产,还有一点也是最重要的食品外包装。古人云:“好吃好看” 。与目前流行的讲话说,“看到漂亮的外包装的食品能使人的心情愉快,从而导致食欲也会增加。 ”这是我们的主题拉近距离。现在市场上使用最多的是三边密封袋。关键词:包装机 对切部件 行程开关 光电传感器包装机对切部件设计目 录1 绪论.11.1 包装机械的地位与现状.11.2 包装机械的任务和特点.11.2.1 包装机械的任务11.2.2 包装机械的特点11.3 包装机械的分类.21.3.1 包装机械按速度分类21.3.2 包装机按结构和功能分类22 包装机械 对切部分的设计原理.32.1 主要零件选择材料的介绍.32.2 各元件具体作用.42.2.1 龙门架与三角架42.2.2 上下导轨的作用42.2.3 橡胶滚筒的作用42.2.4 弹簧的特性和弹簧刚度52.3 对切部分的安装.52.4 三边封制袋传膜示意图.62.5 齿轮的设计 62.5.1 齿轮传动特点与分类.62.5.2 齿轮传动的主要参数与基本要求.62.5.3 齿轮组的设计与强度校核.82.6 轴的设计 112.6.1 轴的分类.112.6.2 轴的材料.122.6.3 轴的结构设计.122.6.4 低速轴的设计与计算.133 包装机械 对切部分电器元件设计的原理.183.1 行程开关的设计.183.1.1 行程开关的原理.183.1.2 行程开关的作用.193.2 光电传感器的设计.193.2.1 光电传感器设计的原理193.2.2 光电传感器的作用204 电动机.21常州工学院毕业设计4.1 电动机的选择.214.2 电动机的容量.21致 谢.23参考文献.24常州工学院毕业设计11 绪论1.1 包装机械的地位与现状包装机械是国民经济的重要产业之一,承担着人民生活、繁荣城乡市场、扩大出口创汇、为国家建设积累资金的重要任务,对促进国民经济协调发展和实现国民经济与社会发展的总体战略目标关系极为密切。改革开放以来,我国包装行业得到了长足的发展,面貌发生了巨大的变化,已经形成有相当规模和一定经济水平、门类齐全、能基本满足国内需求又有一定国际竞争能力的生产体系。可以这样说没有包装机械的发展就没有今天繁荣的多样化的产品。以电子技术、计算机技术等为代表的高新技术的迅猛发展,不仅促使了国民的生活水平日益提高,以及产品升级换代周期的缩短,而且使得机械产品的性能不断的提高与完善。这尤其在包装机械方面,物资生活的提高已经不能满足人们的需要,现在更多的是提倡精神文明的富有。人们已不像八十年代那样只求填饱肚子,我们现在更注重于追求各种食品的卫生状况怎样?是否方便快捷?还有一点也是最重要的一点食品的外包装。古人云:“秀色可餐” 。用现在通俗一点话来说:“看到食品漂亮的外包装会使人的心情愉快,从而使得食欲也会增加的。 ”这就我们的主题拉近距离了。现在市场用的最多包装类型就是三边封和中封的袋子。1.2 包装机械的任务和特点1.2.1 包装机械的任务当今包装制袋机有好几十种但主要有以下几种,例如: (1)专用三边封低速,中速,高速三种制袋机。(2)专用中封低速,中速,高速三种制袋机。(3)三边封,中封两用低速,中速,高速三种制袋机。(4)高速三边封的自立,拉链制袋机。(5)医药特用制袋机。因此包装机械是轻工业发展的基础和动力,它是实现我国社会主义现代化,满足人民不断增长的物质和文化生活需要,建设高度的物质文明与精神文明的社会主义所不可缺少的重要装备。1.2.2 包装机械的特点(1)品种多三边封、中封、拉链袋、有吸嘴的那种等一系列的,这主要是因为加工材料的多样化。(2)生产率高,自动化程度高。这是因为人民日常生活的迫切要求,必须大量大批生产各类包装产品,需要高生产率、高自动化程度的包装机械,3000 个/小时的包装袋的流水线上。(3)机构和动作复杂这是因为包装机械生产的工艺原理和工艺过程比较复杂。包装机械受力一般不是很大,因此强度计算不是很重要。包装机对切部件设计21.3 包装机械的分类1.3.1 包装机械按速度分类有底、中、高三速的包装机,它们是分别根据每小时能生产出来袋子的数量来分的。1.3.2 包装机按结构和功能分类(1)专用三边封低速,中速,高速三种制袋机。(2)专用中封低速,中速,高速三种制袋机。(3)三边封,中封两用低速,中速,高速三种制袋机。(4)高速三边封的自立,拉链制袋机。(5)医药特用制袋机。再例如我们厂里的包装机主要有:GSD-30SZL(注名:SZL 为全自动高速三边封、自立、拉链制袋机) 、 、GSD-40BZ(注名:BZ 为全自动高速步压中封制袋机) 、GSD-40BZS(注名 BZ 为主电机伺服三牵引中封机) 、GSD-60SZL 、TFQ-1100I 高速通用分切机、WZD400GX 导板外翻式中档机、 WZD-30SZ(注名 SZ 为三边封和中封两用机) 。其中市场上用得最多的是 300 的普通机(它是只制袋尺寸:a、宽度 50300mm;b、长度 60450mm;) 。因此我的设计就取向于 30 的三边封,这是由于本制袋机主要用于可热封材料为内层的复合薄膜袋制作,它是一台由数字电路控制、光电跟踪、张力双速控制、可控硅电热封口和具有高位停车功能的复合薄膜自动三边封、中封两用制袋机。本机可以准确、自动的完成复合薄膜袋的全部过程,由于采用了两只步进电机拖料、变频调速放料、提高了张力控制的稳定性,最终确保了光电跟踪的准确性使制袋质量进一步提高,如装每分钟制袋数字显示器和记数传送带,用于自动报数和输送。这一系列新技术的应用,使本机性能稳定可靠,操作大为方便,在制袋质量提高的前提下,制袋速度也得到了进一步的提高同时噪声也大大减低,延长了机器的使用寿命。而三边封的最主要的关键就是一张薄膜纸是怎样划分成对等的两份?这就产生了我的设计灵感,所以我不断的观察和收集资料,将各种制袋机进行比较,一种新型的对切部分在我脑海产生了。所以我的毕业设计主题是包装机一种新型的对切部分。常州工学院毕业设计32 包装机械对切部分的设计原理2.1 主要零件选择材料的介绍 图 2-1 对切部分图本部分的作用是将一宽幅薄膜对切成均等的两片薄膜。薄膜从底滚同进入对切部分,然后进入 45 板,将水平薄膜转成竖直薄膜,这时 JPY1 光电纠偏控制仪用两个光电头自动跟踪边线,其后是由变频调节仪控制的竖直设置牵引橡胶辊,将薄膜按制袋速度的快慢自动跟踪牵引过三角架。其速度的正确调节由按装在张力部件摆杆上的电位器来实现。对中刀片将薄膜切开,分离的两片薄膜通过 V 型板对称输出。要详细了解跑偏控制器,请见 JPY1 型光电纠偏控制仪说明书。本部件的调整主要靠旋动座上的四只 M16 螺栓,调节到 V 型中心与成形部件台面高度一致,既等与成形部件台面离地面的距离,只有这样才能使上滚筒 4 送出的薄膜长度与下滚筒 3 送出的薄膜长度相等。同时剖切薄膜的刀片也要调整到 V 型中心,对于不同宽度的卷筒薄膜,为保证其被剖切后,基本上在台面中心上输送,可调节手轮2。调节手轮 5 通过左右螺杆,使上出料滚筒上下移动,使上、下对齐更为方便,同时在做中封时,不需拆掉对切架,只要装上专用的理料棒,即可实现做中封袋时的光电纠偏控制和自动放料张力控制,从而大大提高了制作中封袋时的速度和精度。与其他的机器相比,我的机器就有一个很大的优点那就是节省材料,它采用的是上下顶板和四根立柱的组合就像小孩玩的搭积木一样,这样做的优点是两板之间无论那一部分发生问题都可以很快的发现。例如其中一个螺母发生了松动你完全可以通过眼睛看出来,同时它的声音在空气中传播也比较快,你可以想象声波受到东西抵挡时会使它的传播速度减慢的。但是这就要求这四根立柱的材料不一般了,它们是用HT200 的材料做成的这种材料主要的作用是能承受较大的负载。至于 HT200 是什么呢?包装机对切部件设计4它是只的最小抗拉强度为 200/Mpa。三角架和龙门架在整个对切部分是占了很大的空间面积的,它们都是组合件,通过焊接而成。它要求焊接面光滑。如果不光滑会扎到工人手,但主要的是会扎到薄膜纸,这就最终使得做出来的袋子会有破损。从而影响到产品的质量了。因此就有以下几点技术要求了;1、各焊接零件必须牢固、平整、件 2 与件 6 与框架的焊接处必须在后面;2、锐角倒棱为 0.5*45;3、外表面非加工面涂机床面漆;4、每根角铁均需整形,保持平直,角铁焊成框架后还需整形。保持平整。它们主要是用 Q235 的材料焊接而成,这是因为这种材料的强度较高,Q 是代表屈服强度的汉语拼音, “235”代表其屈服强度大于 235Mpa。 (见于机械制造基础一书)2.2 各元件具体作用2.2.1 龙门架与三角架它们的主要作用又什么呢?我还是先介绍三角架因为料进过放料装置先进过它的!三角架的主要作用是变相作用但同时有点纠偏作用。它又是怎样纠偏的呢?在装配图2 中我们可以很清楚的看到三角架,在它的外侧还装了一快 V 型槽板,当料从放料装置出来时会先进过进料滚筒,从滚筒出来的料就直接到 V 型板上。这时就发挥到我们三角架的作用了,三角架在支撑 V 型板的同时起到变相的作用了,这是因为它将料从水平方向先转变成左倾斜 45 度(在 V 型板时)再转变成垂直方向。这就为对切提供了前曲了,龙门架的技术要求等基本上和三角架差不多,主要区别是用途,龙门架的四个角上都装有滚轮,它的这几个滚轮都装在上下导轨上,上下导轨又分别用压条跟长螺母固定。其实我发现还有一种设计方案,那就是将上下导轨的槽向中间移一移,这中方法的优点就是可省去压条,但对导轨的要求就高了,要加高加厚它。龙门架的移动主要也是一种纠偏的作用,他主要是为后面的烫刀工作。2.2.2 上下导轨的作用它其实也是一种方钢,但主要是你如何会想到在上面开两对槽,你为了使按装在龙门架上的滚筒能运动,就会联想到火车是怎样运动的,火车的车轮卡在导轨之间与龙门架的轮子卡在上下导轨之间运动有什么区别呢?你可通过手轮来调节,手轮是与丝杆(与装在电动机上的是不一样的)通过螺母与销紧密结合,在龙门架上装两个小丝杆,它们的长度大小是一样的,唯一的不同是一个是正牙一个是反牙。然后还有两个小齿轮,通过它们的两两啮合,使的龙门移动。装在龙门架上的轮子是用轴承代替的,这是以为轴承灵活性好。可以说没有这上下导轨一切的运动都是不可能发生的。2.2.3 橡胶滚筒的作用相信看过装配图的老师都会看一个共同的问题滚筒多,而且是各有特色,但主要分成两种:1、予管;2、橡胶辊;第一种滚筒表面制作要求要很高,表面粗糙为1.6,圆度和跳动度均为 0.03。而橡胶滚筒它就具有两种作用:压紧料和过料的作用。它本身材料的特性给予了它这两种纯天然的特征,橡胶具有防打滑的作用。根据材料的特性来选择零件的物资来源,在与电动机相连的丝杆上的螺母,要你选择你很有可常州工学院毕业设计5能会选择 Q235,因为我前面已经讲了它的屈服强度比较大一般用于制作小轴、拉杆、连杆、螺栓、螺母、法兰等不太重要的零件。你如果将它用在此那就大错特错了,我这里选用的是铜螺母,这是由于它的耐磨性比较好,但你会不会又要问了,铜的导热性比较好,电动机在工作的过程中会产生热量,丝杆会不会传热啊?可我会很无耐的告速你此处用铜的优点大于缺点。主要是我选用的电动机的功率小,所以我还是选用了它。在图 1 我们可以看到有两个小的 V 型槽板,它们的夹角成 90,这就要求龙门架上的四个孔做得很准确,有人肯定会问如果不成 90 度会有什么后果产生,那做出来的袋子正反面不对称或者根本烫不成型,三边封很有可能只有两边封或者只有一边封,更甚或那边都不封,那又是如何做到分成对等的两分呢?我们用到电器上一种很重要的开关,行程开关,下面我将由此转向与带动它工作的电器方面。2.2.4 弹簧的特性和弹簧刚度表示弹簧工作载荷和变形量之间的关系的曲线称为弹簧特性线。常用弹簧的特性线有直线型,刚度渐增型等。圆柱螺旋弹簧的特性线即为直线型。见下图:使弹簧产生单位变形量的弹簧载荷称为弹簧刚度,用 C 表示。对于拉伸和压缩弹簧C=dF/d对于扭转弹簧 C=d F/d式中 F拉力或压力;弹簧的伸长量或压缩量;T转矩;弹簧的扭转角。弹簧刚度愈大,弹簧愈硬;反之,弹簧愈软。直线型特性线弹簧的弹簧刚度为一常数,称为定刚度弹簧;其他特性的弹簧为变刚度弹簧。刚度渐增型特性线的弹簧将愈压愈硬。在承受动载荷或冲击载荷的场合,常采用刚度渐增型弹簧。2.3 对切部分的安装在对切部分底板上,装上四只 M16 的调整螺栓( 3) ,调整这四个螺栓可使该部件的 V 型中心与主机部分的台面等高,然后用联结板 2 将本部件与主机部分相连接。 包装机对切部件设计62.4 三边封制袋传膜示意图图 2-2 三边封制袋穿膜示意图注:见图框内是对切部件,产品的生产过程。料通过放卷部件对切部件成形部件纵封冷封、热封部件折变成形部件横封部件成品。2.5 齿轮的设计齿轮传动的适用范围很广,传递功率可高达数万千瓦,圆周速度可达 150m/s(最高300m/s),直径能做到 10m 以上,单级传动比可达 8 或更大,因此在机器中应用很广。2.5.1 齿轮传动特点与分类和其他机械传动比较,齿轮传动的主要优点是:工作可靠,使用寿命长;瞬时传动比为常数;传动效率高;结构紧凑;功率和速度适用范围很广等。缺点是:齿轮制造需专用机床和设备,成本较高;精度低时,振动和噪声较大;不宜用于轴间距离大的传动等。按齿线相对于齿轮母线方向分:直齿,斜齿,人宇齿,曲线齿按齿轮传动工作条件分:闭式传动,形式传动,半形式传动按齿廓曲线分:渐开线齿,摆线齿,圆弧齿按齿面硬度分:软齿面(350 佃),硬齿面(350 佃 )2.5.2 齿轮传动的主要参数与基本要求齿轮传动应满足两项基本要求:1)传动平稳;2)承载能力高。在齿轮设计、生产和科研中,有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热理工艺等,基本上都是围绕这两个基本要求进行的。2.5.2.1 主要参数常州工学院毕业设计7A 基本齿廓。渐开线齿轮轮齿的基本齿廓及其基本参数查阅 机械设计 11。B 模数。为了减少齿轮刀具种数,规定的标准模数查阅机械设计 11。C 中心距。荐用的中心距系列查阅机械设计 11。D 传动比 i、齿数比 u。主动轮转速 nl 与从动轮转速 n2 之比称为传动比 i。大齿轮的齿数 z2 与小齿轮齿数 z1 之比称为齿数比 u。减速传动时,u=i;增速传动 u=1/i 。E 标准模数 m:斜齿轮及人宇齿轮取法向模数为标准模数,锥齿轮取大端模数为标准模数。标准中优先采用第一系列,括号内的模数尽可能不用。F 变位系数。刀具从切制标准齿轮的位置移动某一径向距离(通称变位量)后切制的齿轮,称为径向变位系数。刀具变位量用 xm 表示,x 称为变位系数。刀具向齿轮中心移动,x 为负值,反之为正值。随着 x 的改变,轮齿形状也改变,因而可使渐开线上的不同部分作为工作齿廓,以改善啮合性质。由变位齿轮所组成的齿轮传动,若两轮变位系数的绝对值相等,但一为正值,另一为负值,即 x1=-x2 称为“高度变位”,此时,传动的啮合角等于分度圆压力角,分度圆和节圆重合,中心距等于标准齿轮传动中心距,只是齿顶高和齿根高有所变化。若 x1=-x2;x1+x20,这种齿轮传动称为角度变位齿轮传动。此时,啮合角将不等于分度圆压力角,分度圆和节圆不再重合。2.5.2.2 精度等级的选择在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准(GBl0095-88 和 GBll36589)中,规定了12 个精度等级,按精度高低依次为 112 级,根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同,每个精度等级的各项公差相应分成三个组:第公差组、第公差组和第公差组。2.5.2.3 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式主要有轮齿折断和齿面损伤两类。齿面损伤又有齿面接触疲劳磨损( 点蚀)、胶合、磨粒磨损和塑性流动等。减速器中齿轮分布如图所示,齿轮的传动形式一般有:(1) 齿轮传动:按齿根弯曲疲劳强度设计公式作齿轮的设计计算,不按齿面接触疲劳强度设计公式计算,也无需用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。开式齿轮传动,将计算所得模数加大 10%-15%(考虑磨损影响。传递动力的齿轮模数一般不小于 1.5-2mm(以防意外断齿)。(2) 齿轮传动:方法一:软齿面闭式齿轮传动传动,接触疲劳点蚀是主要失效形式,计算时先按齿面接触疲劳强度设计公式求出小齿轮直径 d1和接触齿宽 b,再用齿根弯曲疲劳强度校核公式进行校核。硬齿面闭式齿轮传动计算时先按齿根弯曲疲劳强度设计公式求出模数 m 和接触齿宽 b,再用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。方法二:不论软硬齿面都分别按弯曲疲劳强度设计公式求出模数 m,按接触疲劳强度设计公式求出小齿轮分度圆直径 d1,再按 d1=mZ1调整齿数 Z1。与方法一相比,这样包装机对切部件设计8设计出的齿轮传动,既刚好满足接触疲劳强度,又刚好满足弯曲疲劳强度,所以结构紧凑,避免浪费。2.5.3 齿轮组的设计与强度校核标准减速器中齿轮的齿宽系数 =b/a(其中 a 为中心距)a对于一般减速器取齿宽系数 =0.62.5.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1) 选用斜齿圆柱齿轮传动,四个齿轮均为斜齿,有利于保障传动的平稳性;(2) 推包机为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度(GB1009588) ;(3) 材料选择。由机械设计 11表 101 选择小齿轮材料为 40 (调质) ,硬rC度为 280HBS,大齿轮材料为 45 钢(调质) ,硬度为 240HBS,二者材料硬度差为40HBS。(4) 初选小齿齿数 =20,大齿轮齿数为 =2.5 =50。1Z2Z12.5.3.2 按齿面接触强度设计321 )(HEadttuTKA 确定公式内的数值(1) 试选载荷系数 =1.6,由机械设计 11图 1030 选取节点区域系数 t=2.433HZ(2) 由机械设计 11图 1026 查得 =0.771 =0.980 所以 3a4aa=1.751(3) 外啮合齿轮传动的齿宽系数 =0.5(1+u) =0.5(1+2.5)0.6=1.05da(4) 查机械设计 11表 106 得材料的弹性影响系数 =189.8 EZMPa(5) 由机械设计 11图 1021d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为 =600 ;大齿轮的接触疲劳强度极限为 =5501limHMPa 2limHa(6) 计算应力循环次数=60nj =6077.6281(2830010)=2.2352NhL 810同理 =7.825 180由机械设计 11查得接触疲劳寿命系数 =0.97 =1.0961HNK2HN(7) 计算接触疲劳许用应力常州工学院毕业设计9取失效概率为 1%,安全系数为 S=1.05 ,则= /S=554.31H1NKlimHMPa= /S=57422li所以 =564.15HaB 齿轮数据计算(1) 小齿轮分度圆直径所以 =45.753mm321 )(12HEadtt ZuTK(2) 计算圆周速度v= =0.935m/s106nt(3) 计算齿宽 b 及模数 ntmb= =46.07mmdt1= =2.05mmnt1cosZth=2.25 =4.5mmntm螺旋角 = b/h=9.895(4) 计算纵向重合度 =0.318 tan=1.713d1Z(5) 计算载荷系数 K已知使用系数 =1,根据 v=0.935m/s ,7 级精度,由机械设计 11图 10-8 查A得动载系数 =1.042;由机械设计 11表 10-4 查得v,查机械设计 11图 10-13 得 ;29.10*23.18.02. bdH 216.FK查机械设计 11表 10-3 得 ,所以 载荷系数 K 4.FaHK= =1.866AKvHa(6) 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径=44.92mm31tKd包装机对切部件设计10(7) 计算模数mm 圆整为 2mm098.2cos1Zdmn2.5.3.3 按齿根弯曲强度设计323cosFadSanYKTA 确定计算参数(1) 计算载荷系数K = =1.774AvFa(2) 由纵向重合度 =1.713,查得螺旋角影响系数 =0.8846 Y(3) 计算当量齿数同理 =54.5249.21cos1Zv 2vZ(4) 查取齿形系数由机械设计 11表 10-5 查得齿形系数 ; 610.FaY20.FaY应力校正系数 ; =1.779592.1SaY2Sa(5) 由机械设计 11图 10-20C 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;MPaFE51MPFE3802(6) 由机械设计 11图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 ;90.1FNK9.2FN(7) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4;则; 同理 =257.86PaSKFENF43.2112FMPa(8) 计算大、小齿轮的 ,并加以比较FSY=0.012927 =0.0151921FSaY2Sa大齿轮的数值大B 法面模数设计计算常州工学院毕业设计11=2.069mm321cosFadSanZYKTm对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿根弯曲疲劳nm强度计算的法面模数,取 =2.0mm,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲nm劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数。d21.691于是有=21.385 取 =21 则 = =52.5nmdZcos11Z21uZC 几何尺寸计算(1) 计算中心距a= mm 圆整为 74 mm45.73cos2)(1nZ(2) 按圆整的中心距修正螺旋角 “21 321538.)(ars mn因 值改变不多,故参数 、 、 等不必修正。aKHZ(3) 计算大、小齿轮的分度圆直径=41.03mm 同理 =102.24mmcos1nZd2d(4) 计算齿轮宽度b= =46.60mm 圆整后取 =45mm =50mm1d2B12.5.3.4 齿轮组的结构设计齿根圆直径为 60.944mmnaf mCh)(2*1mm05.32fd齿顶圆直径为 mm4.7*1naamm.422.6 轴的设计机器上所安装的旋转零件,例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承,才能正常工作,因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴包装机对切部件设计12的材料和轮毂联接,重点是轴的设计问题,其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸,它除应考虑轴的强度和刚度外,还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。2.6.1 轴的分类按 轴 受 的 载 荷 和 功 用 可 分 为 :(1) 心轴:只承受弯矩不承受扭矩的轴,主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮轴。(2) 传 动 轴 : 只 承 受 扭 矩 不 承 受 弯 矩 或 承 受 很 小 的 弯 矩 的 轴 ,主 要 用 于 传 递 转 矩 。 如 汽 车的 传 动 轴 。(3) 转 轴 : 同 时 承 受 弯 矩 和 扭 矩 的 轴 , 既 支 承 零 件 又 传 递 转 矩 。 如 减 速 器 轴 。2.6.2 轴的材料轴主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂,应具有足够的强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取:A. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能,对应力集中敏感性较低,价格便宜,应用广泛。例如:35、45、50 等优质碳素钢。一般轴采用 45 钢,经过调质或正火处理;有耐磨性要求的轴段,应进行表面淬火及低温回火处理 。轻载或不重要的轴,使用普通碳素钢Q235、Q275 等。B. 合金钢合金钢具有较高的机械性能,对应力集中比较敏感,淬火性较好,热处理变形小,价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如:汽轮发电机轴要求,在高速、高温重载下工作,采用 27Cr2Mo1V、38CrMoAlA 等。滑动轴承的高速轴,采用20Cr、20CrMnTi 等。C. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好,对应力集中敏感低,价格低廉,使用铸造制成外形复杂的轴。例如:内燃机中的曲轴。2.6.3 轴的结构设计轴结构设计的基本要求有:(1) 便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式,轴上零件的布置和固定方式,受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆,将轴制成阶梯轴,中间直径最大,向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。(2) 保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴上零件的轴向定位方法主要有:轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定位和轴承端盖定位。1) 轴向定位的固定常州工学院毕业设计13 轴肩或轴环:轴肩定位是最方便可靠的定位方法,但采用轴肩定位会使轴的直径加大,而且轴肩处由于轴径的突变而产生应力集中。因此,多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度 h=(0.070.1)d,d 为与零件相配处的轴径尺寸。 套 筒 和 圆 螺 母 : 定位套筒用于轴上两零件的距离较小,结构简单,定位可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大,需要在轴上切制螺纹,对轴的强度影响较大。 性挡圈和紧定螺钉:这两种固定的方法,常用于轴向力较小的场合。 轴 端 挡 圈 圆 锥 面 : 轴 端 挡 圈 与 轴 肩 、 圆 锥 面 与 轴 端 挡 圈 联 合 使 用 , 常 用 于轴 端 起 到 双 向 固 定 。 装 拆 方 便 , 多 用 于 承 受 剧 烈 振 动 和 冲 击 的 场 合 。2) 向 定 位 和 固 定轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。常用的固定方式有:a.过盈配合联接 b.圆锥销联接 c.成型联接过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联接,能同时实现周向和轴向固定,结构简单,对中性好,对轴削弱小,装拆不便。成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合,对中性好,工作可靠,制造困难应用少。(3) 有良好的制造和装配工艺性1) 为阶梯轴便于装拆。轴上磨削和车螺纹的轴段应分别设有砂轮越程槽和螺纹退刀槽。2) 沿长度方向开有几个键槽时,应将键槽安排在轴的同一母线上。同一根轴上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能一致,以减少刀具规格和换刀次数。为使轴上零件容易装拆,轴端和各轴段端部都应有45的倒角。为便于加工定位,轴的两端面上应做出中心孔。(4) 应力集中,改善轴的受力情况轴大多在变应力下工作,结构设计时应减少应力集中,以提高轴的疲劳强度,尤为重要。轴截面尺寸突变处会造成应力集中,所以对阶梯轴,相邻两段轴径变化不宜过大,在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力集中。尽量使用圆盘铣刀。此外,提高轴的表面质量,降低表面粗糙度,采用表面碾 压、喷丸和渗碳淬火等表面强化方法,均可提高轴的疲劳强度。当传矩由一个传动件输入,而由几个传动件输出时,为了减小轴上的传矩,应将输入件放在中间。2.6.4 低速轴的设计与计算2.6.4.1 轴的基本设计(1) 出轴上的功率、转速和转矩= 2nmin/125.301rikwP019.8.90.32 包装机对切部件设计14mNnPT76.152098.59022(2) 作用在齿轮上的力因已知的低速级大齿轮的分度圆直径为=102.555mm 2d“321538.1而圆周力 NTFt 76.49.02径向力 51.18Ncosantr轴向力 ta3.48(3) 步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢,调质处理。由材料力学 9表 15-3,取 =120,0A则 mm79.830minPAd图 2-8 低速轴输入轴的最小直径显然是安装联轴器的直径 处,如图3-1所示。为了使所选轴1d直径 与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。查 材料力学 9表14-1d1,考虑到转矩变化较小,所以取 =1.5,则:AK联轴器的计算转矩为 mNTca 64.237.53所以,查机械设计课程设计手册 14标准 GB/T 5843-1986,选用 YL11型凸缘联轴器,其公称转矩为25Nm。轴孔长度 L=60mm, =25mm,轴孔直径 d 1=12mm。故取1L=46mm。d2.6.4.2 拟定轴上零件的装配方案根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1) 满足联轴器的轴向定位要求,-轴段右端需制出一轴肩,所以取=26mm。d常州工学院毕业设计15(2) 步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用深沟球轴承。由工作要求及 =20mm,查 GB/T297-1994,选择6304型号,其尺寸为ddDT=20mm52mm15mm。故 ,而 =23.75+15=38.75mm(取齿轮m52dl距箱体内壁间距为15mm) ,取为40mm。右端深沟球轴承采用轴肩进行定位,由手册上查得6304型轴承的定位轴肩高为6mm。(3) 安装齿轮处的轴段-的直径 =65mm,齿轮与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮的轮毂宽度为46mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取 =45mm,齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度 h0.07d,取 h=6mm,则l轴环处的直径为 =26mm。d(4) 承端盖的总宽度为 20mm, (由减速器及轴承端盖的结构设计而定) 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与联轴器右端面间的距离 mm,故取 。30l m54l(5) 向零件的周向定位齿轮、联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。由键联接所在轴径的大小,查得,齿轮处:b h = 6mm 6mm (GB/T 10961979),长度为30mm;同时为保证齿轮与轴配合有良好 的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;同样,在联轴器与轴联接处,选用平键5mm 3mm14mm,联轴器与轴的配合为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 15(6) 定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2 。452.6.4.3 求轴上的载荷首先作轴的计算简图。由轴的计算简图作轴的弯矩图和扭矩图如下:=121.68N 46.268N1NBF2NBF=16342.25NmmHM=30.945N =47.235N1V2V=4311.34Nmm =19087.35NmmM=17082.86Nmm =25498.86Nmm1 2包装机对切部件设计16图 2-9 弯矩图2.6.4.4 按弯扭合成应力校核轴的强度进行弯钮校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取 a=0.6,轴的计算应力为:16.104WaTMca232)(MPa前已选定轴的材料为 45 钢,调质处理,由材料力学 9表 15-1 查得 =60MPa,因此是安全的。12.6.4.5 精确校核轴的疲劳强度(1) 断危险截面截面 A、B 只受扭矩作用,虽然键槽、轴肩及过渡配合引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的,所以这几个截面均不需要校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面 C 上的应力最大。截面和的应力集中的影响相近,但截面不受扭矩作用,故不必作强度校核。截面 C 上虽然应力最大,但应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端) ,而且这里轴的直径最大,故截面 C 也不必校核。截面、更不必校核。由第三章可知,键槽的应力集中系数比过盈配合的小,因而该轴只需校核截面的左右两侧即可。(2) 截面左侧抗弯截面系数 W=0.1 =274633d3m抗扭截面系数 =0.2 =54925TW截面左侧的弯矩 M 为 M=25498.86(144.9-32.5)/144.9=19750.20Nmm截面上的扭矩 N35.602常州工学院毕业设计17截面上的弯曲应力 =7.20WMbPa截面上的扭转切应力 =10.97T3轴的材料为45钢,调质处理。查得 =640 , =275 , =155 。Ba1MPa1Pa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 取。因为 r/d=2/65=0.031;D/d=77/65=1.185以 =2.56, =1.98又可得轴的材料敏感系数为 =0.82, =0.85q所以有效应力集中系数为=2.279)1(aqk1.833由附材料力学 9图3-2得尺寸系数 ,得扭转尺寸系数 =0.82。轴按磨削68.0加,表面质量系数为 轴未经表面强化处理,即 =1,则综合系数值为92.0q=3.4381kK=2.322取碳钢的特性系数 ,1.005.求安全系数 =16.76mbKS=11.9121TT=9.708 S=1.52Sca故可知其安全(3) 截面右侧抗弯截面系数 W 公式计算, W=0.1 =45653.33d3m抗扭截面系数 =0.2 =91306.6T3d弯矩 M 及弯曲应力为M=254928.86X(144.9-32.5 )/144.9=197750.20Nmm=4.33bPa截面上的扭矩 mNT35.602截面上的扭转切应力 =6.597TWMPa包装机对切部件设计18用插入法求出 =3.20; =0.8 X 3.20 = 2.56kk轴按磨削加工,表面质量系数 92.0故综合系数 =3.287, =2.6471K1kK求安全系数 =19.32mbS=17.42321TTK=12.94 S=1.52Sca故可知其安全常州工学院毕业设计193 包装机械对切部分电器元件设计的原理3.1 行程开关的设计3.1.1 行程开关的原理这其中还用到了行程开关,那我们就需要重新温习一下行程开关的知识了,行程开关又称为限位开关,是根据运动部件位置而切换电路。动作时,由挡块与行程开关的滚轮一碰撞,使得触头接通或者短开,用来控制运动部件的运动的方向、行程大小或位置保护。行程开关有机械式和电子式两种,这里我选用的是机械式的,因为要调整三角架的上下位置,其实是为了进一步的调整薄膜的变相的位置,我在三角架的方钢里面装有丝杆,而丝杆的上端与电动机相连,这就可以带动三脚架以及 V 型槽板上下移动,但它的移动又要受到局限,所以就必须用到行程开关,这里行程开关的工作原理是,根据运动部件的位置的变化,以行程为信号对电动机进行控制,它是通过行程开关配合挡铁来实现的。行程开关是以生产机械的运动部件的位置或行程为信号而进行运动的电器。行程开关的种类很多,分为有触点和无触点两大类,常用的是有触点的行程开关。它有直动和转动式之分,直动式行程开关的结构和动作原理与按扭类似。转动式行程开关又分为单轮(自动复为)和双轮(不能自动复位)两种。我设计的行程开关与下面的行程开关类似,如图实现自动往返的行程开关 SQ1 和SQ2 实际上与按扭组成的多处控制相似。包装机对切部件设计20当按下 SB1 时,KM1 线圈通电,电动机正转,带动工作台前进,运动到预定位置时,装于工作台侧的左挡铁 L 压下安装于床身上的行程开关 SQ2,KM1 线圈断电,同时按装在光电纠偏控制仪后面的自动报警器会发出报警的声音,接着 SQ2 的动合触点闭合,KM2 线圈通电,电动机电源换相反转,使工作台后退,SQ2 复位,为下一循环做准备。当工作台后退到预定位置时,右挡铁 R 压下 SQ1,KM2 线圈断电,接着KM1 通电,电动机又正转(此时电动机又会发出报警) 。如此的往返。当滚筒位置调准确以后它就完成了,按下停止按钮 SB3,电动机就断电停转。若要改变工作台的行程,可调整挡铁 L 和 R 之间的距离。我所设计的行程开关还有一个特殊之处,那是可以经过手动来调整滚筒的位置。它多加了一自动报警专制。这样就更安全一点,因为是双保险的。3.1.2 行程开关的作用图中 SQ3 和 SQ4 是作为限位保护而设置的,目的是为防止当 SQ1 和 SQ2 失灵时造成三角架超极限位置出轨的严重事故。像车间里的桥式起重机、大车的左右运行、小车的前后运行和吊钩,它们都必须有限位保护。3.2 光电传感器的设计3.2.1 光电传感器设计的原理我所设计的对切部分还有一个很重要的部分,那就是用到自动检测与转换技术里的光电传感器。光电开关与光电断续器都是用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。在近几年,随着生产自动化、机电一体化的发展,光电开关及光电断续器已发展成系列产品,其中品种及规格日增,从原理上讲,光电开关和光电断续开关没有什么区别,它们都是由红外线发射元件与光敏接受元件组成,只是光电断续器是整体机构,其检测距离只有几有几毫米至几十毫米,而光电开关的检测距离可达几米只于几十米,所以我选择了光电断续器,它比较便宜、简单、可靠。我在来具体介绍它的工作原理。光电断续器有两种形式:遮断型和放射型,放射器和接受器相对放置,轴线严格对准。当有物体在中间通过时,红外光束被遮断,接受器接受不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米。反射分为两种情况:反射镜反射型及被测物漫反射型(简称散射型) ,反射镜反射型传感器单侧安装,需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果,它的检测距离不如遮断型。反射镜一般不用平面镜子,而使用偏光三角棱镜,它对安装角度的变化不太敏感,它能将光源发出的光转变成偏振光反射回去。光敏元件表面覆盖一层偏光镜,只能接受反射镜反射回来的偏振光,而不响应表面光亮物体反射回来的非偏振光。这种设计使它也能用于检测诸如罐头等具有反射的物体。反射镜反射型光电开光的检测距离可达到几米。散射型安装比较简便,只要不是在全黑的物体均能产生漫反射。散射类型光电开关的检测距离与被测物的黑度有关,一般较小,只有几百毫米。它还有一个很重要的特点它的光电发射、接受器做在体积很小的同一塑性壳体中,所以两者可靠地对准。反射型的检测距离较小,多用于安装空间较小的场合。由于检测范围小,光电断续器常州工学院毕业设计21的发光二极管可以直接用直流驱动。红外 LED 的正向压降约为 1.11.3V,驱动电流控制在几十毫安。在流水线检测薄膜的两边缘的暗色标记。3.2.2 光电传感器的作用光电纠偏控制仪电动机丝杆上下调整运动- 本机采用 JPY1 光电纠偏控制仪,并配用两只放射式光电头。主要利用上下两边的饿光电检测,使原料处于一定的位置,便于后面准确分切,详见 JPY1 的说明书我们可以用一幅图来很形象的表示出来。包装机对切部件设计224 电动机4.1 电动机的选择这里我们所使用的电动机是“摆线针轮减速机” ,它是一种采用行星少齿差啮合原理的行星机构,已广泛用于石油化工、起重运输、轻工制药、矿山冶金、纺织印刷和食品机械等工业部门。因此它有以下几个特点:(1)体积小、重量轻:由于采用了行星传动原理输入轴与输出轴设计在同一轴心上,因而结构紧凑,体积小、重量轻。(2)运转平稳、噪音低:摆线针齿啮合数轻多,重叠系数大。(3)故障少、寿命长:主要零件均用轴承钢制造,因此,机构性能好寿命长。(4)减速比大效率高。本系列减速器单级减速比有 9-87,双级减速比有1211849。若采用三级减速,其减速比更大,机械效率达 90%以上。(5)由于采用行星传动结构,输入轴与输出轴在同一轴心线上,使机型尽可能获得最小尺寸,故结构紧凑、体积微小、重量极轻。(6)由于采用于滚动接触,主要另件采用了高碳铬钢 Gcr 并经淬火处理,硬度达HRc5862。所以经久耐用,使用可靠寿命长。(7)本系列减速器具有普通减速器的一切特点外,由于采用了润滑脂润滑,不易漏油,同时实现了根据用户需要可在任何位置,任何角度方向安装使用。4.2 电动机的容量标准电动机的容量有额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,则不能保证工作机正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏,容量过大,则增加成本,并且由于效率和功率因数低而造成浪费。电动机的容量主要由运行时发热条件限定,在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械,只要其电动机的负载不超过额定值,电动机变不会发热,通常不必校验发热和启动力矩。所需电动机功率为 Pd=Pw/kW式中:Pd 工作机实际需要的电动机输出功率,kW;Pw工作机所需输入功率,kW;电动机至工作机之间传动装置的总效率。工作机所需功率 Pw 应由机器工作阻力和运动参数计算求得,例如Pw=Fv/(1000w) kW或 Pw=Tnw/(9550w) kW式中:F 工作机的阻力, N;V工作机的线速度,m/s;T工作机的阻力矩,Nm;nw工作机的转速,r/min;w工作机的效率。总效率 按下式计算:=123n常州工学院毕业设计23其中 =1 23n 分别为传动装置中每一传动副(齿轮、蜗杆、带或链) 、每对轴承、每个联轴器的效率。选用其数据时,一般取中间值,如工作条件差,润滑维护不良时应取低值,反之取高值。我厂选用的是微型摆线针轮减速机(WB85-WD-180),是带有电动机的减速机。型号规格为:电动机的功率为 0.18kW,转速为 1320r/min,重量 6,F 级绝缘。减速机的速比为 11,许用扭矩为 6m 3。又因为摆线针轮减速机的传动效率为 0.90.97,滚子链的传动效率为 0.96,轴承的传动效率为 0.98。所以根据 Pd=Pw/, 0.910.960.980.86PwPd0.180.860.15 kW包装机对切部件设计24致 谢走的最快的总是时间,来不及感叹,大学生活已近尾声,四年的努力与付出,随着本次论文的完成,将要划下完美的句号。本论文设计在张老师的悉心指导和严格要求下业已完成,从课题选择到具体的写作过程,论文初稿与定稿无不凝聚着某老师的心血和汗水,在我的毕业设计期间,张老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议,张老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度使我深受感动,没有这样的帮助和关怀和熏陶,我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向张老师表示深深的感谢和崇高的敬意!在临近毕业之际,我还要借此机会向在这四年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意,感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里,各位任课老师认真负责,在他们的悉心帮助和支持下,我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现,顺利完成毕业论文。同时,在论文写作过程中,我还参考了有关的书籍和论文,在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友,在毕业设计的这段时间里,你们给了我很多的启发,提出了很多宝贵的意见,对于你们帮助和支持,在此我表示深深地感谢!
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