机械设计说明书—工件转位及输送工作机的结构设计

本科毕业设计(论文)题目：工件转位及输送工作机的结构设计4 工件转位及输送机的结构设计摘要本设计是实现工件的输送转位输送的过程来进行设计的。因此，设计工作主要从实现工件的输送和工件的转位2个部分分别进行的设计的，最后加以结合，从而实现预期功能的。随着科技的发展，在各种行业中生产效率也变得更加重要。于是各种类型的输送机的用处也越来越大。于此同时对输送机的要求也越来越高。在本次工件输送机的设计里主要对主要部件进行了粗略的计算，其中在节省投资和控制方面有比较好的调节。转位装置也是在输送过程中重要的组成部分，它的类型也有很多，本设计主要采用液压装置来实现工件的转位。具体是通过一个液压缸把工件顶起，让后由两个齿条缸带动齿轮齿轮带动轴上的工件实现转位。关键词：输送；转位The Design of the Equipment which make the Workpiece Translocated and TransportedAbstractThis design can make the workpiece transported-translocated- transported.So it includs two parts: Translocation and Transportation. And making them combined is in order to achieve the function that we want.With the development of technology, productivity in various industries has become more important. So the usefulness of various types of conveyors are also growing. Meanwhile on conveyors are increasingly high requirements. In this piece conveyor design mainly on the major components of a rough calculation, in which investment and savings have better control regulation. Indexing means also in conveying important part of the process, its type, there are many, the main hydraulic device designed to achieve transposition of the workpiece. Specifically the workpiece by a hydraulic cylinder from the top, so that after two rack-cylinder driven by gear drive shaft workpieces achieve transposition.Key Words: translocation ; transportation目录1绪论62总体方案设计83输送部分设计93.1辊子输送的优点及类型选定93.2主要参数的确定93.2.1辊子的长度93.2.2辊子间距93.2.3滚筒直径93.2.4输送速度103.2.7链传动部分设计113.3.1辊子轴的校核123.3.2轴承的选取校核144转位部分设计174.1总述174.2转位机械部分设计174.3液压结构设计184.3.3缸壁厚及外径计算194.3.4工作行程确定204.3.5活塞杆强度204.3.6缸底厚度204.3.8管道尺寸235结论24参考文献25毕业设计（论文）知识产权声明27毕业设计（论文）独创性声明28 1绪论输送机是最重要的散状物料输送与装卸设备，可广泛用于矿山，冶金，建材，化工，电力，食品加工等工业领域，在煤矿，金属矿，钢铁企业，港口，水泥厂等地都可以看到输送机的大量应用，运输机不输仅能够完成散状物料的输送，还可以来输送成件物料，但依据使用地点，工作环境，输送物料种类的不同，在其设计和应用中也会有较大的差别。中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架 空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。带式输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。运用输送带的连续或间歇运动来输送100KG以下的物品或粉状、颗状物品，其运行高速、平稳，噪音低，并可以上下坡传送。 螺旋输送机应用广泛，螺旋输送机具有结构简单，制做成本低，密封性强、操作安全方便等优点，中间可多点装、卸料。它在工作时，依靠螺旋叶片的推动力，将产品顺利输送到指定地点，所以，螺旋输送机的产生，给人们的生产和生活带来了方便。它还有高效节能的特点。惯性输送机结构简单，重量较轻，造价不高。能量消耗少，设备运行费用比较低。可以输送高温物料，一般温度可达到200，如果承载体采用耐热钢，再加上冷却设施，可以输送温度更高的物料。例如：采用冷风时，可以输送500左右的物料，采用水夹套时，可以输送1000左右的物料。可以对含尘的、有毒的、带挥发性气体的物料进行密封输送，有利于保护环境。可以多点给料和多点卸料。如果对结构进行改造，就可以在输送过程中同时实现对物料的冷却、烘干、筛分和混合等工艺。向上输送效率低，一般只作水平或者微角输送。对输送黏湿性物料和粒径非常小的粉状物料效果不佳。输送距离不长。如果设计、制造或者安装调试不当时，就会产生噪声和动载荷，引起弹簧损坏，不能正常工作。输送能力大，高效的输送机允许在较小空间内输送大量物料，输送能力6m³/h600m³/h。链式输送机输送能耗低，借助物料的内摩擦力，变推动物料为拉动，使其与螺旋输送机相比节电50%。密封和安全，全密封的机壳使粉尘无缝可钻，操作安全，运行可靠。使用寿命长，用合金钢材经先进的热处理手段加工而成的输送链，其正常寿命5年，链上的滚子寿命（根据不同物料）23年。工艺布置灵0西安工业大学北方信息工程学院活，可高架、地面或地坑布置，可水平或爬坡（15）安装，也可同机水平加爬坡安装，可多点进出料。使用费用低，节电且耐用，维修少，费用低（约为螺旋机的1/10），能确保主机的正常运转，以增加产出、降低消耗、提高效益。系列齐全，FU系列有FU150.FU200.FU270.FU50.FU410.FU500.FU600和FU700等各种型号，并均可提供两种型式的双向输送。在自动化的生产线上有时候在工件输送过程中需要转动一定的角度才能运输到下一个工站进行加工，如果是手动进行转动的话会浪费很多时间，这时候就需要一个转位装置。转位装置比较简单的就是液压系统控制的转为装置。具体过程是在生产线上安装一个感应装置在感应到工件来了后控制液压系统从而实现工件转位提高劳动效率。具体设计时只要将设计内容分为两个部分来设计，先设计输送部分，然后根据输送部分的实际情况再进行转为部分的设计。212 总体方案设计2总体方案设计本课题主要内容是实现工件的输送，转位再输送的过程。所以需要解决2个问题，首先是输送过程的实现，其次是实现工件的转位，所以对于上面问题的解决也主要着重于输送和转位2方面先分别考虑然后综合2方面考虑的。经过考虑，最终确定了2套方案，下面分别讨论。方案一：输送部分采用辊轴输送方式。具体的是主动链轮带动链条传动，链条又带动多个链轮转动，链轮和辊轴连接，进而使所有辊轴滚动实现工件的输送过程。转位部分采用液压缸1的活塞直接连接托盘座1，托盘座上有齿条缸2和齿条缸3带动托盘上齿轮，齿轮带动轴上的托盘2实现转位。整体工作时，工件传送到托盘2上面时，传感器接收到信号，控制液压缸1工作推动托盘1上升，将工件托起，然后齿条缸2和3工作推动齿轮实现转位。完成转位后，托盘下落到原位置。从而实现 输送转位输送的过程。方案二：输送部分采用带传动，用2条，为保证托盘可以上下移动，故皮带分布在工作台2侧，电机带动皮带轮转动从而实现输送过程。转位部分采用液压缸1的活塞直接连接托盘座1，托盘座上有齿条缸2和齿条缸3带动托盘上齿轮，齿轮带动轴上的托盘2实现转位实现转位。整体工作时，工件传送到托盘2上面时，传感器接收到信号，控制液压缸1工作推动托盘1上升，将工件托起，然后齿条缸2和3工作推动齿轮实现转位。完成转位后，托盘下落到原位置。从而实现 输送转位输送的过程。综合比评，采用方案一。皮带传动时，他的皮带有一定的变形，所以运动的稳定性和安全性不够。而滚轴传输克服了这一缺点，而且耐用。3输送部分设计3.1辊子输送的优点及类型选定辊子输送机可以运送平直底部的物品，如板，棒，杆，型材，箱类容器及各种零件，对于非平底以及柔性物品则要增加托盘。与其他输送设备比较，具有结构简单便于维护，输送可靠，经济节能等特点，此外，它与生产工艺过程能较好的衔接和配套。辊子输送机类型很多，从结构上分析又有无动力式和动力式，根据固定方式还有定轴式和转轴式，依据传动要求的平稳性，动力式链式输送机分单链传动和双链传动，带传动和齿轮传动。根据本次设计需求，最终选定，使用动力式链传动，转轴式，其传动方式采用单链结构。3.2主要参数的确定3.2.1辊子的长度对于圆柱滚子输送机来说，其棍子长度，按下面公式计算，其中，L为输送宽度，B是工件宽度，。所以，根据工件的宽度250mm，取230mm，可以计算出辊子的宽度为480mm。3.2.2辊子间距辊子的间距P为25mm。3.2.3滚筒直径由于本设计的工件质量是25kg，属于极轻，所以，初步选定其直径为60mm。滚筒直径D与滚筒的承载能力有关，可以下面公式选取：F-作用在单个滚筒上的载荷，N；F- 单个滚筒的允许载荷，N；作用在单个滚筒上的载荷，与支撑物件的滚筒数及物件底部特性有关，可按下式计算： (3.1)式中 m-单个物件的质量，kg；-单列滚筒有效支撑系数，与物件的物件底部特性及滚筒的平面度有关，一般可取0.70.8；-多列滚筒不均衡载系数，对单列辊子，=1对多列辊子=0.70.8；n-支撑单个物件的滚筒个数；g-重力加速度，取g=9.81m/故此，可以计算F=25x9.81/(0.7x1x2)=175.18 N又因为F=3000N，所以，可以使用60mm的滚筒。3.2.4输送速度根据设计要求，本设计的速度不超过1.5m/s所以，初定速度为0.45m/s。3.2.5电动机选型链条的牵引力F=f x L x(Dr/Ds)（Wn+Wc+Rd x Cd+Ri x Ci）+0.25 xL xwf为摩擦系数；f-摩擦系数，可按下表查询，表3.2.5作用在1棍子上的载荷，N金属木板硬纸板01100.040.0450.051101500.030.0350.05可以查出，f=0.03.L为输送机长度；Dr为棍子直径；Ds为棍子链轮节度圆半径；Wn物件重力；Wc链条重力；Cd输送机每米传动棍子数；Ri从动棍子单件重力；Ci输送机每米从动棍子数;Rd传动棍子的重力。F约等于5KN计算的输送机所需功率为2.34Kw。选用Y100L-4型电动机，其额定功率3Kw，转速1430 r/min.3.2.6传动比的确定根据设计要求可以计算出其角速度：v为输送速度，初选0.90m/s，r为辊筒直径60mm，故其转速可以按照下面公式：所以其转速为143r/min从而计算传动比：i=1430/143=10所以，选定传动比i=10。所以采用型号为ZLY88-10圆柱齿轮减速器。 在此对速度进行修正，根据下面公式：所以可以计算出实际输送速度v=0.45m/s3.2.7链传动部分设计3.2.8初定链条的型号采单链轮传动，辊子间的传动比i=1,链条型号：12A，节距P=19.05mm3.2.9链轮设计由于链条和中心距都确定了，所以可以计算出链轮的各项基本参数：其分度圆直径可按线面公式计算： (3.2)其中p为节距，z为齿数，故此可以得到： d=46.24mm其齿顶圆的直径可以按照下面公式计算：其中：式中为辊子直径，其值为11.91mm,故此计算出=58.14mm故此计算出=51.86mm 从而选定齿顶圆的直径为51.86mm其齿根圆的直径可以按照下面公式计算：所以，齿根圆直径=34.33mm。链轮的加工，采用3圆弧一直线的加工方式，齿形按照3R GB1244-85 规定制造。其轮毂厚度h，可以按照下面公式计算：式中常数k，可选为：表3.2.6d150k3.24.86.49.5选为3.2.故可以得到h=3.57mm根据以上主要参数便可以要求的链轮。3.3主要部分校核3.3.1辊子轴的校核辊子轴既是输送的载体又是传递动力的媒介，所以应当对其进行校核。但是因为本设计的特点是载荷极小，仅为25kg，故此，这里对其强度不进行校核。仅对刚度进行校核，这是因为工件在辊子上的时候辊子会发生一定得变形，而在转位部分，托盘从工件的下方上升，对其行程和速度都有一定得要求，所以在此进行刚度校核是有必要的。辊子轴的设计图如下： 图3.3.1轴的弯曲刚度校核计算： (3.3)式中：为阶梯轴第i段的长度，mm 为阶梯轴第i段的直径，mm L为阶梯轴的计算长度，mm Z为阶梯轴计算长度内的轴段数。当载荷作用与两支承之间时，Ll（l为支承跨距）；当载荷作用于悬臂端时，L=l+K（K为轴的悬臂长度，mm）。轴的弯曲刚度条件为：挠度 偏转角 式中：为轴的允许挠度，mm为轴的允许偏转角，rad轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。圆轴扭转角的计算公式为：光轴 阶梯轴 式中：T为轴所受的扭矩，N.mm G为轴的材料的剪切弹性模量，MPa，对于钢材， 为轴的截面的极惯性矩，对于圆轴， L为阶梯轴受扭矩作用的长度，mm ，为分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩，长度和极惯性矩，单位同前 Z为阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 轴的扭转刚度条件为：带入本设计的轴的相关参数，校核合格。3.3.2轴承的选取校核根据辊子轴的设计，选用轴承为：6204型深沟球轴承。其额定动载荷为12800N，静载是66500N，转速为18000r/min。本设计的工作速度是0.45m/s，对轴承的承受压力进行分析，则可以有：则每个轴承所承受的压力为F=250/4=62.5N，在此可以看到，作用在每个轴承上的压力很小，仅为42N,同时其速度也紧为0.45m/s，所以符合要求，不多做校核。3.4带轮的选择带轮材料：主要采用铸铁，牌号HT150或HT200转速高时用铸钢小功率时可用铸铝或塑料带轮结构尺寸当D(2.53)d(轴径)时，可用实心式当D300mm时，可用腹板式、当D300mm时，可用轮辐式轮槽尺寸由表3.4确定表3.4项目符号槽 型YZABCDESPZSPASPBSPC 基准宽度（节宽）bp5.38.511.014.019.027.032.0 基准线上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6 基准线下槽深hfmin4.778.710.814.319.923.49.011.014.019.0 槽间距e8+0.312+0.315+0.319+0.425.5+0.537+0.644.5+0.7 第一槽对称面至 端面的距离f7+18+110-1+212.5-1+217-1+223-1+329-1+4 最小轮缘厚min55.567.5101215 带轮宽BB=(z-1)e+2f z轮槽数 外径dwdw=D+2ha轮槽角32相应的基准直径D60348011819031536604756003880118190315475600130所以带轮选择V带带轮，材料为铸铁，腹板式。两个带轮的结构尺寸如图3.4：图3.43.5联轴器的选择 减速器的输入轴与电机的输出轴采用GYS型凸缘联轴器。4 转位部分设计4 转位部分设计4.1总述因为工件在转为部分的上升和转位都是依靠液压力来实现的，所以在设计过程中，将这2部分分别加以设计，也就是机械部分和液压部分。机械部分的设计包含了，托盘，托盘坐，以及液压缸等的设计。而液压部分则是油路设计，相关阀体的选择等。下面分别加以设计。4.2转位机械部分设计机械部分又包含2个方面，一是工件离开辊子的上升，二是工件的转动。工件的上升部分比较容易实现，由液压缸直接托起。所以这里不是设计的重点，重点在于实现工件的转位。为此本设计专门设计了齿条钢。如下图：图4.2当工件到达制定的位置后，传感器发出信号，液压缸一开始运动推托盘1上升。一直到推起工件离开辊子4mm，上升的距离为100mm。当上升到指定位置后，转位机构开始运动。在此说明一下，托盘1与液压缸2和3在一起，如上图所示，而托盘和液压缸2和3连在一其，托盘中间有个齿轮，齿条钢2和3带动齿轮转动，齿轮带动轴转90度实现工件的转位。完成转位后液压缸1下降回原点4.3液压结构设计4.3.1计算液压缸尺寸液压缸的内径可以按照下面公式计算： 式中 F液压缸的受负载（N），根据所受载荷计算，有F=314.3N 液压缸设定工作压力（mpa）初选为1 Mpa 液压缸工作背压（mpa）初选为0.8Mpa 液压缸机械效率一般=0.90.97，在本设计中去=0.95所以 D=42.62mm根据标准系列尺寸，选定为50mm.活塞杆直径可由 值算出，按液压缸工作压力可选取 0.25故d=12mm. 根据标准系列尺寸，选定为15mm4.3.2缸内腔各面积计算无杆腔面积 := =7850 有杆腔面积 =3.14（）4=5475.38 活塞杆面积 =7850-5475.382374.6210-6(m2)故此，计算油缸在工作循环中各阶段所需压力流量和功率 计算油缸在工作循环中各阶段所需压力流量和功率列于表中3.4中表3.4工况计算公式 (N)液压缸(MPa) (l/mm)P(KW)推程 P1= = P= 10000 N=10000/7850=1.27 MPa=78501=7.85=0997 KW回程 P1= = P= 10000 N1.83 MPa5.475 10 KW4.3.3缸壁厚及外径计算 由前面计算可知油缸内径D1=50mm 活塞杆直径d1=15mm液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算液压缸的壁厚一般是指缸内筒中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒，组合机床的液压缸一般用无缝钢管材料大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： 式中 液压缸壁厚（m） D液压缸内径（m） 实验压力，一般取最大工作压力（1.251.5）倍mpa 6缸筒材料的许用应力 取6=100-110mpa无缝钢管 即=11.350/（2100） =0.325因为本设计的缸体要推起托盘座和托盘另外油缸的两盖用的焊接方式。所以取10mm 。 4.3.4工作行程确定 液压缸工作行程长度 根据设计要求来确定，为100mm4.3.5活塞杆强度1）活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，=，=610MP。 d=0.27mm 4.3.6缸底厚度1）如图（a）所示的平底缸底，按下式计算： 2）如图（b）所示的带孔的平底缸底，按下式计算： (4.1) （a） （b） （c）图4.3.6 几种缸底结构3）如图（c）所示的半球形缸底，按下式计算： 式中 缸底止口内径（m）； 缸底材料的许用应力，缸底材料抗拉强度（Pa）；安全系数，液压力所以，考虑以上因素，取=11mm4.3.7液压缸主要零件材料和技术要求设计项目计算及说明液压缸的主要零件零件名称材料主要表面粗糙度技术要求缸体45无缝钢管液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.20.41. 内径用H8H9的配合2. 内径圆度，圆柱度不大于直径公差之半3. 内表面母线的直线度再500mm长度上不大于0.03mm4. 缸体端面对轴线的垂直再直径每100mm上不大于0.03mm5. 缸体于端盖采用螺纹连接时，螺纹采用6H级精度6. 为防止腐蚀和提高寿命，内径表面可以镀0.030.04mm厚的硬铬再进行抛光缸体外涂耐腐蚀油漆活塞采用耐磨铸铁活塞外圆柱表面粗糙度为Ra0.81.6um1. 外径D的圆度，圆柱度不大于外径公差之半2. 外径D对内孔d1的径向跳动不大于外径公差之半3. 端面T对轴线垂直度再直径100mm上不大于0.04mm活塞外径用橡胶密封圈时可取f7f9配合，内孔与活塞杆的配合H8活塞杆实心活塞杆：45钢杆外圆柱面粗糙度为Ra0.40.8um1. 材料热处理：调质2025HRC2. 外径d和d2的圆度。圆柱度不大于直径公差之半3. 外径表面直线度在500mm，长度不大于0.03mm4. d2对d的径向跳动不大于0.01mm5. 活塞杆与导向套采用H8/f7配合与活塞的连接可采用H8/h8配合缸盖45钢配合表面粗糙度为Ra0.81.6um1. 配合表面的圆度.圆柱度不大于直径公差之半2. d2,d3对D的同轴度不大于 0.03mm3. 端面A.B对孔轴线的垂直度在直径100mm上不大于0.04mm4.3.8管道尺寸 由本系统油缸的流量最大时qv =3.534，取允许流速V=0.25 m/s，则主压力油管直经d取下式计算： 式中 ：qv 通过油管的流量 V油管中许可流速，一般吸油管取0.5-1.5 m/s 压油管取2.5-5 m/s。回油管道v1.5-2.5 m/s即=4.32mm查钢管公称通径 .外径.壁厚.连接螺纹及流量表。取 d标准值为d=6 mm并查得钢管外径为8 mm，其臂厚为1mm。管接头选用卡套式管接头，其规格按油管通径取4.32mm。选用管接头J8 GB3733.1-83.5 结论5结论作者是通对课题的分析，将要求的功能进行分解，最后又加以有机的结合来实现预期目标的。具体就是，将课题“工件转位及输送机的结构设计”分别从输送和转位2个部分来分别解决。首先通过使用链式输送机来实现工件的输送这一过程。在这一方面主要进行了辊筒的设计，链传动部分设计，电机和减速装置的选择。经过这几方面的工作后，可以保证工件的平稳输送过程。其次，在转位部分又可以分为2块，其一是，实现工件离开辊筒，其二是实现工件的转位。这样有分别加以实现，从而实现转位的功能。具体就是，使用液压缸1将工件托起，离开辊筒，实现它的抬升。而转动部分则是通过两个液压缸2和3推动齿轮齿轮与轴相连实现转为，这样就实现了工件位置的转动。经过这两方面的设计工作，就可以实现工件的转位。最后将2个部分结合起来，就能实现工件的输送转位输送的过程了，达到了预期的目标。参考文献参考文献1 刘光第. 链式输送机的设计问题. 化工起重运输设计,1992, ( 4).2 装卸搬运机械的设计, 日本, 本田早苗, 荒井实, 机械工业出版社, 1983 年.3 连续输送机, 洪致育、林良明主编, 机械工业出版社, 1982 年.4 机械工程手册, 第68 篇运输机械, 机械工业出版社.5 李春阁.转位机自锁条件的认识设计原理探讨.专用汽车1994 .6 祝毓虎机械原理北京: 高等教育出版社, 1986.7 胡慧玲等.理论力学基础教程.北京: 高等教育出版社,1986.8 石国祥, 余汪洋. 刮板与埋刮板输送机. 北京: 机械工业出版社, 1991.9 运输机械设计选用手册编委会. 运输机械设计选用手册. 北京: 化学工业出版社, 1999.10 王鹰. 连续输送机械设计手册. 北京: 中国铁道出版社, 2001.11 宋伟刚. 动态分析方法在带式输送机设计中的作用 J , 起重运输机械, 2001 ( 增刊) : 36) 45.12 Funke H. Zum dynamischen verhalten von Forderbandanlagenbeim Anfahren und stillsetzen unter Berueksichtigung der Bewegungswiderstande D . Hannover: TU Hannover, 1973.13 Harrison A, Roberts A W. Technical Requirements for OperatingConveyor Belts at High Speed J . Bulk Solids Handling,1984, 4 ( 1) : 99) 104.14 Kim W, Park T, Lee S. Transient Dynamic Analysis of BeltConveyor System Using the Lumped Parameter Method J .Bulk Solids Handling, 1995, 15 ( 4) : 573) 577.15 Singh M P. The Role of Drive System Technology in Max imizingthe Performance and Economics of Long Belt Conveyors J , Bulk Solids Handling, 1994, 14.致谢 非常感谢沈云波老师在本人大学毕业设计的最后阶段的指导，从开始的初期答辩到中期答辩再到最后的论文撰写，刚开始接触这个题目时感觉有点迷茫不知道该则么开始做，在大学的四年的学习里大家学到的大多是理论知识。还有很多在实际设计中遇到的问题不知道咋么解决。是沈云波老师无私的帮助才能完成整个毕业设计，无论有什么难题他都能给一一解答。每周老师都按时检查论文进度，要是没有老师的帮助可能论文就完成不了。最后还有就是画图问题，在画图中是宿舍的同学帮助解决CAD画图中所遇到的问题，他们就是严昆、田壮、谢晖、张家、吴长宁、王旭。在这里对他们表示感谢。毕业设计（论文）独创性声明22