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河南科技学院河南科技学院 2009 届本科届本科毕业论毕业论文（文（设计设计） ） 论论文文题题目：目：铁丝缠绕铁丝缠绕包装机包装机设计设计-缠绕盘设计缠绕盘设计 学生姓名：学生姓名： 所在院系：所在院系： 机机电电学院学院 所学所学专业专业： ： 机机电电技技术术教育教育 导师导师姓名：姓名： 完成完成时间时间： ：2009 年年 5 月月 25 日日 摘摘 要要 铁丝缠绕包装机的设计主要包括铁丝包装机缠绕盘机构的设计，滚筒机构 的结构设计，及安装上述两部分机构的机架部分的设计，以及对这些机构中主要 受力元件进行受力分析。本设计主要对铁丝包装机的缠绕盘机构部分进行设计， 包括带动缠绕盘转动的传动方案的设计和在传动方案中包含的主要零部件的选 择、设计及校核及电动机的选择。另外，还对主要的轴，轴承，齿轮，带轮，螺钉 等零件运用 Pro-e 完成其三维图的绘制，并对其进行装配，最后完成对铁丝缠绕 包装机的设计。最终设计出成本较低，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。 关关键词键词： ： 铁丝缠绕包装机，缠绕盘，电动机， Pro-e 绘图 全套全套图纸图纸，加，加 153893706 The design of packaging machine about the iron wire circle -The design of winding wire ring Abstract Wire winding machine designed packaging includes all the packing machine wire winding plate body design, roller structure design, and installation of the above two parts, body parts of the rack design, and of these institutions by force by the force components analysis. The main design of the packaging machine wire winding plate of the body parts of the design, including rotating disk drive winding drive program design and program in the drive that contains the main components of the selection, design and verification and motor choice. In addition to the main shaft, bearings, gears, pulleys, screws and other parts to use Pro-e to complete its three-dimensional mapping, and its assembly, the final completion of the winding wire packaging machine design. Ultimately lower the cost of design, reliability, long life, saving labor, time-saving automatic packing machine wire winding. Keywords: Packing wire winding machine, Winding plate, Motor, Pro-e Drawing 目 录 1 绪论1 2 设计要求1 3 铁丝包装机缠绕盘传动方案设计.2 3.1 铁丝包装机传动方案选择.2 3.2 铁丝包装机缠绕盘传动方案示意图.2 3.3 电动机的选择.3 3.3.1 选择电动机的类型.3 3.3.2 选择电动机的功率.3 3.3.3 确定电动机的转速及类型.4 4 铁丝包装机主要传动零件的设计.5 4.1 锥齿轮的设计.5 4.2 同步带及同步带轮的设计.9 4.3 轴的结构设计及受力分析.10 4.3.1 轴的结构设计.10 4.3.2 轴的受力分析.11 4.3.3 校核轴的强度.12 5 装配图及其他主要零件图.13 6 结束语15 致谢15 参考文献16 1 1 绪论绪论 机械设计（machine design），根据使用要求对铁丝缠绕包装机的工作原理、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。 传统的铁丝包装存在着一些缺点:一是包装的方法老旧,二是包装浪费时间,还有 就是包装的手动占很大的部分,造成劳动力的浪费,所以现存的铁丝包装机不能快 速高科技节省劳动力的对铁丝进行自动化包装,因此我们就此对铁丝包装机进行 设计. 经本设计完成的铁丝缠绕包装机能完成铁丝的自动包装,并且能达到节省劳 动力,节省时间,从而利用高新科技达到节省成本,完成铁丝的缠绕包装.这样使包 装机的使用寿命也能大大加强,铁丝缠绕包装的可靠性也会大大加强,达到社会上 要求的标准,并且提高社会生产力. 目前在我国，受经济条件和技术水平的限制，手动和半自动进行铁丝缠绕包 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.且操 作简单,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 包装要求。国外普遍利用自动铁丝包装机等来替代老旧的铁丝包装技术，这种自 动铁丝缠绕包装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机械铁丝包装机代替传统的手工铁丝包装的方法，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.但是鉴于它的设备体积大、功率因数低、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.功率 高.铁丝包装质量优良.价格合理包装机器是铁丝包装机发展的一个重要项目。 Pro/Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系 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。 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、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.基于此 绘图软件的这些优点,本次设计使用 PRO-E 绘制设计图. 2 设计设计要求要求 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 一起研究制定整机设计方案，重点对铁丝缠绕包装机的铁丝缠绕盘进行设计，主 要是设计包括缠绕盘部分传动方案的设计和传动方案中主要零件的选择及设计， 在结构及装配上与另外两位同学所设计部分协调一致。并对铁丝缠绕盘的受力 2 件进行受力分析且在有必要的计算后方进行设计制图，且需利用 PRO-E 绘制这 些零部件，最后对这些零部件进行装配。 3 铁丝铁丝包装机包装机缠绕盘传动缠绕盘传动方案方案设计设计 3.1 铁丝铁丝包装机包装机传动传动方案方案选择选择 由于缠绕盘转速较低，因此带动缠绕盘转动的动力装置摩擦轮的转速也较低， 因此需要一个减速机构，由电动机到摩擦轮所在轴的转速通过锥齿轮传动实现 减速。由于缠绕盘是由四个摩擦轮通过摩擦力带动缠绕盘转动，所以四个摩擦轮 应有同样的转速，为实现其同速，采用同步带传动来实现。 3.2 铁丝铁丝包装机包装机缠绕盘传动缠绕盘传动方案示意方案示意图图 111 1 22 3 4 5 6 图 1 示意图 1电动机 2联轴器 3、4锥齿轮 5同步带轮 6机架 7摩擦轮 3.3 电动电动机的机的选择选择 7 3 3.3.1 选择电动选择电动机的机的类类型型 按已知的工作要求和条件，由于 YEJ 型电动机适用于快速停止，准确定位的 场合，如轻工、包装等方面，因此选用 YEJ 型电磁制动三相异步电动机。 3.3.2 选择电动选择电动机的功率机的功率 1)缠绕盘重力计算 G =g v =2.8 1000 0.05(r1 r1-r2 r2) 10 (1) =208.81N 2)摩擦轮转速计算 n2 = 2 11 D Dn = (2) 15 10060 =400r/min 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 N1 和 N2 为： N1= = 208.81=147.63N (3) 橡胶轮与缠绕盘间的摩擦系数6 . 0 F1=F2 F1=N1* F1、F2F3、F4 由于摩擦力 F3、F4 非常小，因此可忽略。 缠绕盘转动所需要的功率为： (4) 由电动机到缠绕盘之间的总效率为： (5) 、3、4、5 分别为联轴器、齿轮传动、 同步带12 传动、与机架装配的轴承及摩擦轮传动的效率。取=0.95、1 =0.94、3=0.96、4=0.98、5=0.88 则2 2 2 G 2 2 W G N F VFP 69.741 2 2 2 12 12 12 54321 4 =0.95 0.94 0.96 0.98 0.88 所以 (6) 3.3.3 确定确定电动电动机的机的转转速及速及类类型型 按机械设计手册推荐的合理传动比范围，锥齿轮的传动比 i3，故电动机转 速的最大为： nd=i n2=3 400=1200r/min (7) 符合这一范围的同步转速由于 940r/min、960r/min,再根据计算的功率且因为 电动机转速越高起总传动比越大，传动装置尺寸越大。因此选用 YEJ100L-6 型电 磁制动三相异步电动机 。 所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表所示： 表 1 电机尺寸 中心高 H外形尺寸 L(AC/2+AD)H 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*GD 100380*282.5*245160*1401228*608*7 图 2 电动机安装尺寸图 4 铁丝铁丝包装机主要包装机主要传动传动零件的零件的设计设计 4.1 锥齿轮锥齿轮的的设计设计 1) 两齿轮的传动比 u=2.35 (8) 2 1 n n 400 940 2) 计算小齿轮传递的转矩： KW P Pd056 . 1 88 . 0 98 . 0 96 . 0 94 . 0 95 . 0 742. 0 5 (9) 两周夹角为 使用寿命12000h 90 T 3) 接触强度设计计算 选择材料 由表 3.7-32 查得，小齿轮材料牌号：40MnB, 调质处理；大齿轮材料牌号：45，调 质处理。 接触疲劳极限 由图 3.7-26 查得， MPa H 700 1lim MPa H 600 2lim MPa H 5406009 . 0 2lim 尺宽系数 3 . 0 R 载荷系数 由表查 3.7-26 得 K=1.4 小齿轮大端分度圆直径 d1 (9)3 2lim 2 )5 . 01 ( 1 81.11901 H RuR KT d mm31.61 540 20 47 3 . 0)3 . 05 . 01 ( 48.144 . 1 81.1190 3 22 4) 主要尺寸确定 齿数 z 由表 3.8-2 查得 z1=20 则 z2=47 大端模数 m me (10) 取 me=3.5 大端分度圆直径 de1、de2 de1=mz1=3.5 20=70mm (11) de2=mz2=3.5 47=164.5mm 节锥角21、 1= (12) mmN n P T 48.14 940 95 . 0 5 . 110 5 . 95 1 1105 .95 55 07 . 3 20 31.61 1 1 z d 05.23 47 20 arctan 2 1 arctan z z 6 2=90- 1=66.95 外锥距 Re Re= (13) 尺宽 b b= (14)mmR R 82.26387.893 . 0 取 b=27mm 实际尺宽系数 取 3 . 0 R 大端分度圆平均直径 dm1 dm1=d1(1-0.5) =70 (1-0.5 0.3)=59.5mm (15)R 5）接触强度校核计算 名义切向力 Ftm Ftm= (16) 相关系数 由表 3.7-28 查得 Ka=1 Vm= (17)27.29 6000 14. 3940 5 . 59 6000 1 1 ndm KV=1.85 ZH=2.512 . 1 K ZE=189.8MPa ZW=1 ZN=1 许用接触应力MPa H 700 1lim N1 =60r n1 (19) T =60 1 940 12000 =6.768N0=5 8 10 5 10 N2=N1/u=2.88N035 . 2 /10768 . 6 8 8 10 由表 3.7-23 查得 SHmin=1.1 (20) 计算接触应力 387.89 05.23sin2 70 1sin2 1 d 302 . 0 387.89 27 e R R b N d T m 72.486 9 .59 18.14*200012000 1 HP VAtm HEH uRdb uKKKF ZZ 26.393 35. 2)3 . 05 . 01 (7082.26 135 . 2 12 . 1 85 . 1 172.486 5 . 2 8 . 189 )5 . 01 (1 1 2 2 491 1 . 1 11540 min *2lim 2 H WNH HP S ZZ 7 (21) 所以接触强度满足要求。 6)弯曲强度校核计算 相关参数 YFa (22) 由图 3.7-26 查得 65 . 2 1 F Y25 . 2 2 F Y 1 Y1 1 N Y1 2 N Y 84 . 0 1 ST Y98 . 0 2ST Y1 X Y 2 . 1 min F S 计算许用弯曲应力 FP (23) (24) 查得由图与29-7 . 3 2lim1limFF 计算弯曲应力 (25) F 735.21 05.23cos 20 cos 1 1 1 Z Z 99.119 95.66cos 47 cos 2 2 2 Z Z 5 . 2 9 . 0 25 . 2 2 F Y 95 . 2 9 . 0 65. 2 1 F Y 58.195 98 . 0 2 . 1 11230 2min 222 2 STF XNFLIM FP YS YY 278 84. 02 . 1 11280 1min 11lim 1 STF XNF FP YS YY 8 1 1 1 29.37 )3 . 05 . 01 (5 . 3816.26 95 . 2 112 . 1 85 . 1 174.486 )5 . 01 ( FP M FVAtm F MPa Rb YYKKkF 故弯曲强度满足 两齿轮的基本尺寸 中心分度圆直径 (26)mmRdd em 825.139)3 . 05 . 01 ( 5 . 164)5 . 01 ( 22 顶隙 (27)875 . 0 5 . 32 . 0 e mcc 大端齿顶高 (28) 大端齿根高 (29) 全齿高 h=(2+c*)me=(2+0.2) 3.5=7.7mm (30) 齿根角 (31) 齿顶角 (32) 锥 角 (33) 根锥角 (34) 大端齿顶圆直径 (35)mm44.760513.23*5 . 3*2702 1111 。 coacoahdd aeae mm24.16795.66*5 . 3*2 5 . 1642 2222 。 coacoahdd aeae 2 1 2 12 6 . 31 29.37 95. 2 5 . 2 FP F F FF MPa Y Y mm mchh eff 7 . 75 . 3)2 . 01 ( )1 ( * 21 .1 1 69 . 2 387.89 2 . 4 arctanarctg r h e f f .2 2 69 . 2 arctan e f f r h mmmhh eaa 5 . 3 21 。 69. 2 21 fa 。 69. 2 12 fa 74.2569 . 2 0513.23 111 aa 64.6969. 29487.66 222 aa 。 36.2069. 20513.23 111 ff 。 26.6469 . 2 9487.66 222 ff 9 图 3 锥齿轮轴和锥齿轮 4.2 同步同步带带及同步及同步带轮带轮的的设计设计 1）计算功率 (36) 2）选择同步带节距 由 P=2.277KM 和 n=400r/min 查图 8-16 选取 H 型同步带 mmPb 7 . 12mmbs 2 . 76 0 3）带轮齿数 1 Z 由表 8-38 查得 再由表 8-85 选取14 min Z 15Z 4）带轮节圆直径 d d= (37) 5）带速 v (38) 由表 8-37 查得 vmax=3540m/s 因为 vvmax 合适 6）带的节线长度 0P L =4 791.9596=3167.8mm 0P L 7）基本额定功率 0 P 根据 H 型同步带， Z=16 由表 8-41 查得，用插值法计算min/4001rn KWP84 . 2 0 8）带宽 s b (39) 由表 8-31 选 带号为 300mmbs 2 . 76 669.60 15 7 . 12 ZPb sm nd v/27 . 1 100060 400669.6014 . 3 100060 11 mm PK P bb d ss 77.62 ) 68 . 2 1 277. 2 (2 .76 )( 14. 1 1 14 . 1 1 02 0 KWPKP A 277 . 2 94. 095. 05 . 17 . 11 2 10 9）作用于轴上的力 r F (40) 图 4 同步带轮 4.3 轴轴的的结结构构设计设计及受力分析及受力分析 4.3.1 轴轴的的结结构构设计设计 初步估计轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3，取 A0=126,于是得： (41) 取 d=20mm 因为该轴段 1 是与摩擦轮配合，因此其长度为 30mm，2 段轴是对摩擦轮起 一个定位作用，因此该段轴的直径为 d2=23mm,因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 25mm,3 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 d3=25mm,该段轴的长度取决于机架 的厚度 L3=18mm，4 段轴的轴肩不起定位作用，d4=27mm，长度比带轮宽度小一 些，L4=76mm,下一段轴要其定位作用，因 d5=30mm，其是一轴环，宽度为 5mm, 第六段轴是与锥齿轮相配合，其轴颈为 27mm，宽度取决于锥齿轮的宽度。 轴的结构如图所示： N v P F d r 134.192910 27 . 1 45 . 2 10 33 33 0min 85.18 400 94 . 0 95 . 0 5 . 1 126mm n P Ad 11 图 5 轴 4.3.2 轴轴的受力分析的受力分析 (42) 1）锥齿轮的受力 圆周力 (43) 径向力 (44) 轴向力 (45) 2）同步带作用于轴上的力 受力分析求垂直面的支反力： A B C D147.63N Rf Q Fr 图 6 轴垂直面受力图 (46) KNNFQ r 193 . 0 134.1929 1 mNT.99.31 400 94 . 0 95 . 0 5 . 1 9550 1 KN dm T FT457 . 0 825.139 99.3122 1 1 KN coadFF tR 065 . 0 9487.66cos20tan457 . 0 tan . 1 。 KN dFF ta 153 . 0 9487.66sin20tan457 . 0 sintan . 1 。 KNRf2319 . 0 193 . 0 165 . 0 2 2 1063.147 3 1 12 求垂直面内弯矩 3)绘垂直面弯矩图 a b c d 图 7 垂直面弯矩图 绘制水平面弯矩图 4) 受力分析并求水平面支反力 A B D Q Ft 图 8 轴水平面受力图 KNFR TH 457 . 0 5) 求水平面弯矩 (47) mmNFM THb .58039127457127 6) 绘制弯矩图 mmNMVB.84.636661 2 2 63.147 mmNMVC.49.164529 .231)6152( 2 2 63.147 1 13 a b c 图 9 水平面弯矩图 7) 求合成弯矩 N.mm (48)580395803984.6366 22 22 HBVBB MMM mmNMMMM VCHCVCC .69.264 22 4.3.3 校核校核轴轴的的强强度度 轴的材料为 45#钢，调质处理。由设计手册查的， 【-1】=60Mpa,从弯矩图可以 看出，截面 BC 为危险截面。 1) 截面 B 为轴承处 db=25mm (49) 2) 截面 C 为带轮处 db=27mm (50) 强度足够，满足要求。 5 装配装配图图及其他主要零件及其他主要零件图图 MpaMpa W Mc c bc 6086.11 4 . 1931 82.19195 272 )427(48 32 27 1919499.264 2 3 22 MpaMpa W MM W M B TB B B bB 60124.39 251 . 0 1919458039 3 22 22 14 图 10 缠绕盘装配图前视 图 11 缠绕盘装配后视 图 12 长轴 15 图 13 短轴 图 14 缠绕盘 6 结结束束语语 铁丝缠绕包装技术以前主要以手工和半自动包装为主，随着技术的更新，铁 丝自动包装技术慢慢取代以前的包装方法。此次设计较以往的铁丝包装机结构 有所改进，随着科学的不断发展，生产效率的不断提高，产品质量要求更加严格， 铁丝包装机在未来会被广泛应用。因此改进后的新的机器缠绕包装后能完成铁 丝的自动包装.并具有包装速度快，包装范围广泛，操作简便等特点。并且能达到 16 提高工作效率，节省工作时间，减少产品包装成本，提高产品档次。且更大的提 高生产效率、更进一步的节省劳动力，创造更大的经济效益，服务于生产。 致致谢谢 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。 参考文献参考文献 1 濮良贵，纪名刚. 机械设计(7 版)M.北京：高等教育出版社，2007 2 武书彦，李欣.PRO-E零件设计技术与实践M.北京：电子工业出版社，2007 3 成大先. 机械设计手册-单行本(轴承)M.北京： 化学工业出版社,2004 4 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程手册M.北京：高等教育出版社,1999(2004重印) 5 陈铁鸣，王连明等.机械设计M.北京：哈尔滨工业大学出版社,2003 6 徐浩等. 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