罐头装箱机的设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计 题 目： 罐头装箱机的设计 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 1201 班 学生姓名： 孙 丽 指导教师： 王昭春 论文提交日期： 2016 年 5 月 25 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 专业 过控 1201 班 学生：孙丽 毕业设计（论文）题目： 罐头装箱机的设计 毕业设计（论文）内容： 有关罐头装箱机的综述一篇； 设计说明书一份； 绘制施工图折合 张以上。 毕业设计（论文）专题部分： 起止时间： 2015 年 12 月 16 日 2016 年 6 月 2 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 指导教师： 签字 年 月 日 摘要 罐头食品拥有携带简易、食用起来方便的特点。因为不受季节和地域的限制，所以随时可供给消费者食用，并且不需要冷藏。随着罐头需量的逐渐增加，生产力的不断提高，在罐头装箱的环节自动化装箱机代替手工装箱已成必然。 装配是机械制造中手工劳动较多的工序之一，在一般的装配工序中可采用具有柔顺性的装配机器人进行工件传递、抓取、相配合零件的插入的工作，以实现自动化装配。 当前，我国包装机械行业正受到国际金融危机的影响和国际竞争的挑战，以价格竞争的销售策略已经不能显现企业的优势。抓住机遇，调整产品结构，以高科技产品提升企业竞争力是未来我国包装机械行业应对危机和挑战的唯一出路。面对我国装箱机的市场需求，包装机械企业应重点开发一批具有国际先进水平的全自动，多功能，节能，环保的现代花装箱机，提高国产装箱机的市场竞争力。专家指出，在开发装箱机产品中一定要充分体现出高效，高精，智能化，标准化，模块化，弹性化且具有多种切换功能，可拆卸以及节能，环保的设计理念。在引进，消化，吸收的基础上， 开发出具有自主知识产权的国产品牌。 大多数装箱机是采用气动装置来实现操作的，此次 装箱机的设计主要包含动作的机构部分、吸盘、控制部分、动力源。由带制动的电机驱动，使其完成装箱运转。通过独特的双四连杆机构，使罐头的升高和降 落运动平稳准确。通过吸气、排气及电控等方式把罐头准确、可靠地放到箱子里。本机在工作过程当中，起步和终止均缓慢平稳，中途运动较快，缩短非工作时间，提高生产效率。 罐头和箱的进出、定位、装运动作，安作保护均由 关键词 ： 装箱机； 吸盘； 连杆 to do of at to of of in of is of of in In to to of of is of of In of of in on of a of of of in of a of In on of of of to in of is to 目 录 第一章设计背景及方案的选择和确定 . 1 计背景 . 1 案的选择 . 3 第二章 传动机构的设计 . 6 第三章 动力 系统的选择 . 8 机的选择 . 8 动机类型和结构型式选择 . 8 缸的选择 . 10 缸的相关参数的介绍 . 10 作压力如何确定 . 11 缸的安装方式 . 11 定气缸类型 . 12 定缸盖与缸筒之间的连接形式 . 12 定气缸类型 . 13 定气缸管道内径 . 13 降气缸的选择 . 15 向套 . 15 第四章 附件的选用及控制电路的设计 . 16 件的选用 . 16 继电器的选择 . 16 断器的选择 . 16 触器的选择 . 17 制电路的设计 . 18 气控制相关内容 . 18 . 19 第五章轴的设计与轴的校核计算 . 21 . 21 算轴径 . 21 作用在齿轮上的力 . 21 的校核计算 . 22 扭转强度条件校核 . 22 扭合成强度条件校核 . 23 结论 . 25 致谢 . 27 参考文献 . 30 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计背景及方案的选择和确定 1 第一章设计背景及方案的选择和确定 计背景 时至今日，世界上的很多个国家对于包装机的发展的前景和发展的方向都很重视，生产效率要高、高新技术要实用化、产品要节能化、资源的利用率要高、科研成果的商业化已然已经成为全 世界很多国家包装机械发展的一种主要趋势，它也同样是我国包装机械业未来的发展方向。相对于我国的包装机械生产的企业，也并不仅仅是求大求全，而更应该要做到求精求专。 我国的包装机械业的重点一般都放了在进行产品的结构、产业结构好友组织结构上的调整上。 在产品结的构调整上，一定要改变目前的一些产品结构中用很低的技术含量的现状。从而可以淘汰一大批低效率高损耗的，低档次并且附加值也很低的劳动密集型的产品，用过学习先进的技术，开发出一些生产效率高并且损耗还很低的，产销皆对路的大型的成套设备和高新技术型产品。开发出一些新、特 、奇的包装设备，从而加速包装机械的更新和换代，开拓出国际化市场。 调整产业结构的同时，一定要做到生产集中度的改善。促进生成专业化的，系列化的生产，从而提高产品的质量和适应市场的能力。还要积极主动的开发出支持多核心的企业以及品牌产品的改善，推进建立现代企业的制度，参与国际市场的升级的同时加快现代的企业制度的建立以及完善，使其能够加快产业的提升。 在调整组织结构的时候，要成立一个跨部门的企业集团，树立一种全局的观念，实现组织结构优的化组合，进而使得行业资产达到优化的配置，统一思想，还要加强管理，使其形成优势的 互补，分工合作，形成共同发展的新格局。 我国的包装机械业最为重要的一些门类产品发展的趋势如下： 捆扎式包装设备：是一种可以发展多种形式的捆扎型机械。重点是用于开发捆扎台式和大型的塑料带捆扎型设备和重物（如钢材）的全自动连续的钢带捆扎机，开发出小型的纸带捆扎机，来推动日用百货、果蔬、工业材料的包装自动化水平的提高和升级。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计背景及方案的选择和确定 2 无菌的包装设备：如果想要缩短我国和国际的先进水平之间的差距，那么一定要提高速度，完善设备的性能。还要发展大袋无菌的包装技术和设备。研发出半液体无菌的包装设备，同时发展杯式无菌的包 装设备，使得无菌的包装设备产品能够做到系列化。还要发展杯式的无菌小包装机械产品，来填补国内在这一领域的空白。 真空、换气的包装设备：发展出适用于袋容量比较大的连续或者半连续的真空包装设备和将所需要的气体按照一定的比例充入袋内的非常高速的换气包装设备。 瓦楞型纸板（箱）生产设备：是用来发展宽幅（ 2 米以上）、高速成套的设备。一般在中轻型设备上都很注重成套性。想要拓展计算机技术的应用深度以及广度，主要在于提高性能和可靠性。 制罐设备：是用来研制无汞焊接和专用电源的，课提高生产的速度。发展复合罐或者异型罐及喷 雾罐等多种多样的系列制罐成套的设备以及相应的制罐生产线。 环保包装机械：是一种开发各种各样的小包装用的纸袋的生产设备和一些以纸基材做为包装材料（容器）的包装设备，一定要适应环境保护的要求。推广和完善蜂窝纸板制造的技术，可以加快以纸代木的进度。推广和完善纸浆模塑的制造技术，要扩大应用的方面，例如向电子产品的包装方向上去发展。 袋成趁充填 封口设备：发展系列化产品及配套装置，解决对物料的适应性、配套性和可靠性问题：采用先进技术，提高速度，同时开发可适用于单膜和复合膜两用的包装机；尽快开发性能可靠、高水平的粉粒 自动包装设备。 啤酒、饮料罐装成套设备：开发适用于 10 万吨 /年以上大型啤酒、饮料罐装成套设备（包括装箱、卸箱、杀菌、贴标、原位清洗等）；发展具有高速、低耗、计量精确、自动检测等多功能全自动大型成套设备。 称量式填充设备：发展各种形式的称量填充设备，着力提高速度和精度以及稳定性和可靠性，并与自动包装设备配套。 裹包设备：提高产品的可靠性和操作安全性；除塑料薄膜裹包设备外，要开发折纸裹包设备；大力发展与裹包设备配套的各种辅助装置，以扩大主机功能应用面。 包装机械的技术含量在一天一天的增加，我们国家现在有的 一些包装机械产品的技术含量普遍不是很高，而国外都已经将很多的先进技术都应用在包装机械上了。例如远距离的遥控技术（包括监控）、自动柔性补偿技术、激光切割技术、步进电机技术、信息处理技术等。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计背景及方案的选择和确定 3 包装机械的零部件生产的专业化。很多的零部件不已经不是包装机械厂来生产了，都是通过一些比较通用的标准件厂来生产，某些特殊的零部件是由高度专业化的生产厂家来生产的，真真正正有名的包装机械厂一般都可能是组装厂。 产品都在向多功能和单一，高速的两极化去发展。包装机械的最后的作用是在于提高生产的效率和产品的多样化。 案的选择 装配在机械制造的过程中相比其他是手工劳动相对较多的工序之一。而且由于技术上存在一定的复杂性，实现它的自动化非常难，尤其是在那种多品种、小批量的生产中能够实现其自动化装配对技术上的要求也会更高。在平常的装配工序中一般采用具有一定柔顺性的装配机器人去进行工件的抓取、传递、相配合零件的插入工作，从而实现其自动化装配。 设计大体分四部分：传动部分、电控部分、电机的选择、吸盘的选择。 方案一： 传动部分：气压传动 电控部分：单片机 电机的选择：伺服电动机 吸盘的选择：电磁铁吸盘 方案二： 传动部分：机构传动 电控部分：可编程控制器 电机的选择：交流调速电动机 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计背景及方案的选择和确定 4 吸盘的选择：气动吸盘 方案三 : 传动部分 : 液压传动 电控部分 : 电机控制器 电机的选择 : 步进电动机 吸盘的选择：真空式吸盘 案的选择 在传动部分，方案一是采用气压传动，方案二是采用 机构传动，方案三是采用液压传动。 相比较，气动特点： （ 1） 以空气作为工作介质，取之不竭，用之有余，用后的空气可直接排到大气中，不会让环境受到污染。 （ 2） 工作环境的适应性很好，尤其适用在那种易爆炸、易燃烧以及多尘埃、辐射、强磁、振动、冲击等机器劣质的环境中。 （ 3） 系统的定位困难。 （ 4） 气动元件结构简单，便于加工制造，使用寿命长，可靠性高。 （ 5） 空气的黏度很小，只有液压油的万分之一，流动阻力小，所以便于集中供气，中、远距离输送。机构得传动特点： （ 1） 工作效率非常高。 （ 2）定位十分准确。 （ 3） 工作的噪音特别大，尤 其是排气时，需要加消音器。液压传动特点 :液压工作压力比较大，工作系统稳定，调节方便，但液压系统安装和维护成本比较高。综合个条件比较，应该选择机构传动这一方案。 在电控部分，方案一是采用单片机虽然能耗低、成本低，经济实惠，并且高集成度，体积小。但是由于单片机的硬件制作质量和抗干扰措施很难达到较高的标准，沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计背景及方案的选择和确定 5 环境的适应性较差。用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强 ,开发周期长。 可编程控制器是目前工控界发展最为迅速的工业自动化 控制产品，该产品在国内外被广泛的应用于自动化领域内。可编程控制器体积小、抗干扰能力强、运行可靠，可以直接装入强电动力箱内使用，并且功能齐全、配套齐全，功能完善，适用性强运算能力强、编程简单直观，深深的受到各阶层使用者的喜爱。电机控制器 抗电子干扰及抗震动性能强，但 应用不是特别广泛，成本比较高，因此可以选择方案二。 在电机选择上，三种电机都适用，但伺服电机在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。并且价格昂贵，维护比较困难。步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变 化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机，所以主要应用在精度要求不是特别高的场合因此选方案二。 在吸取方案上，气动吸盘和电磁铁吸盘都具有可行性，但真空式吸盘易损耗，所以不考虑。气动吸盘是利用负压原理将罐头吸起传送。而当罐头盒是铁制时用电磁铁也可将罐头吸起、传送及放下，但电磁铁还需断电保护，因此选方案二。 根据以上的分析比较，选择方案二可行。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 传动机构的设计 6 第二章 传动机构的设计 传动机构是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转的构件或机构称为传动机构。 传动机构的作用是 （ 1）改变动力机输出转矩，以满足工作机的要求； （ 2）把动力机输出的运动转变为工作机所需的形式，如将旋转运动改变为直线运动，或反之； （ 3）将一个动力机的机械能传送到数个工作机上，或将数个动力机的机械能传送到一个工作机上； （ 4）其他特殊作用，如有利于机器的控制、装配、安装、维护和安全等而设置传动装置。 图 罐头装箱机的动作原理图 此设计采用气动吸盘进行吸取罐头，底部是一个曲柄摇杆机构，实现工作面 连 平行四边形四杆机构，来实现工作平面相对位置的水平移动。通沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 传动机构的设计 7 过曲柄的旋转来实现在 X 方向的左右摆动，从而实现吸盘的动作。 图 作原理图简图 用试选杆长的方法： 初步设 1 杆长为 13302 杆长为 853 3 杆长为 8804 杆长为 399 5 杆长为 3546 杆长为 257 7 杆长为 5238 杆长为 151 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 8 第三章 动力 系统的选择 机的选择 电机的选择包括选择点击的类型、容量（功率）和转速结构型式 ，并且要确定型号。 动机类型和结构型式选择 工业生产中通常使用三相的交流电源，如果没有什么特别的要求，一般都会选用三相交流异步电动机。最为常用的就是 Y 系列的电机和笼型的三相异步交流电动机。它的效率很高、工作十分可靠、结构普遍简单、维修起来十分方便、成本也低，通常用于不易燃的、不易爆的，无腐蚀性气体以及无特殊的要求的场合。也可以适用在某些要求比较高的起动转矩的机械中。 本次设计主轴要求转速很低，因此转矩会很大，所以主要从输出转矩考虑电机的选择。 算主轴转矩的计算 图 构受力简图 上图为机构受力简化图： 向为吸盘重力方向， 动力提供的转矩方向，沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 9 所以可列力矩平衡方程：罐头重量 ，吸盘重取 150N ED （ 3 头总重 +吸盘重 =2450=306N 306 （ 3 解得： 101N 189N 图 机构受力简图 如图 示 曲柄在 C E 这两点要求输出的扭矩最大 扭矩 T： T=D （ 3 T=3189m （ 3 通过转速、扭矩、功率选择由沈阳恒宇贝尔动力传动设备有限公司生产的减速电机 ,型号： 自参考文献 5 ） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 10 缸的选择 缸的相关参数的介绍 气缸的种类多样，各种型号的气缸性能及使用条件有所不同，且各生产厂家规定的技术 条件也各不相同。一定要合理的选择气缸，使得气缸能够符合正常的工作条件和需求，进从而达到非常理想的效果。这些条件分别有工作介质的温度、工作压力的范围、环境条件以及润滑条件等等。 首先根据对气缸的工作要求，选定气缸的工作规格：即缸径和行程。按气缸的工作要求的行程再加上适当余量，依此值选取相近的标准行程作为预选行程，以此进行轴向负载检测、径向载荷及缓冲性能校核。 其次还一定要考虑到：例如环境条件，安装的方式，活塞杆的连接方式以及行程的发信方法等等。 根据操作经验一般应该选择双作用气缸。 普通双作用气缸理论推力 F 为 ： F=p（ N） （ 3 式中： D缸径（ m）； p气缸的工作压力（ 其理论拉力为 F 为： F=D p （ 3 式中： d活塞杆直径（ m）；估算时可令 d= 气缸的行程应选择生产厂商提供的标准行程。由于制造误差或者安装误差，气缸行程 到达终点时，工件没有受到气缸输出力的作用。选用标准行程的气缸就避免沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 11 了这种现象的发生。 作压力如何确定 气缸的输出压力是由气动装置的工作压力和所有的管路阻力损失所决定的，即： P= （ 3 式中： p 为气缸的输出压力； 塞杆的连接和活塞力的计算 活塞杆与工件之间的连接最好采用柔性连接，用来补偿轴向或径向偏差以及与气缸在一个平面上实现摆动连接。 有效活塞力（最终力）的计算： R4 （ 3 式中： p 为工作压力（ d 为活塞直径（ R 为摩擦力 10%（ N）。 气量的计算 ： Q=dhp10 （ 3 式中： Q 为空气体积 l/d 为活塞直径（ h 为行程（ p 为工作压力（ 动惯量的计算： 12 )lh( （ 3 式中： J 为转动惯 量（ ； m 为质量（ h， l 为元件尺寸（ m）。 缸的安装方式 气缸可以采用耳轴式、脚架式和法兰式安装等，但这样安装时应该尽量避免安沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 12 装螺钉本身直接受推力或者拉力负荷；同时要使安装底座有足够的刚性。 定气缸类型 主要有气缸单作用、气缸双作用、和特殊作用气缸等 本设计就是为了实现简单的推动作用，所以我选择采用单作用气缸。又因为这套设备要求较低噪音，所以我选择了缓冲式气缸。缓冲式气缸。对于接近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施，活塞就会以很大的压力（能 量）撞击端盖，引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳，不产生冲击现象，在气缸两端加设缓冲装置，一般称为缓冲气缸。 定缸盖与缸筒之间的连接形式 缸盖与缸筒之间的连接形式主要分为以下几种： (1)双头螺栓连接， (2)螺栓连接， (3)缸筒螺纹连接， (4)卡环连接。 双头螺栓连接的结构应用广泛，结构简单易于加工易于装卸，但法兰尺寸比螺纹连接和卡环连接大，重量较重； 螺栓连接同螺纹连接又相似之处，另对其缸筒又特殊要求，必须式铸件或焊接件（缸筒两端墩粗加工螺纹孔方式除外）； 缸筒螺纹连接，气缸直 径较小，重量较轻，但要求螺纹中径与气缸内径要同心，而且拧动端盖时又可能把密封圈拧扭； 卡环连接，重量比螺纹连接的还要轻，结构紧凑，但其零件组件较多，加工复杂，且卡环槽削弱了缸筒强度性能，装配密封圈时有可能被进气孔边缘擦伤。又由于该设备需固定在支撑架上，故选用角架式气缸，易于固定。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 13 综上所述，选种 D气缸 （引自参考文献 4 ） 。 定气缸类型 由于推动缸的工作原理及工作环境相同，所以，推动缸的选择类型与 推动缸类型相同。详细说明见推动缸。 选择 D气缸 （选自参考文献 4 ） 定气缸管道内径 由于推气缸要把罐头产品从传送带推到托架上，通过计算皮带与罐头 及气缸内部的力损耗，确定气缸的内径。其中： 罐头重量 = 计算摩擦力 f = u（ m1+g （ 3 式中： 千克； g = g； f= 6= 44N。 引起加速的力推动的部分速度由 0 m/s s 则加速度 a= （ m1+a （ 3 式中： 20 千克； 5 千克； （ ） 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 14 确定气缸的输出力 F 2（ f+ （ 3 式中 F 2f=44N； F 2（ 44+ F 173N 计算气缸的截面积 s=P （ 3 式中： = 39 N； P = （ s= =计算气缸内径 r=s （ 3 式中： = r = 10 气缸内径 D = 210 = 20气缸内径 20动缸的行程要求 135以选用 40200气缸 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 动力系统的选择 15 降气缸的选择 这次选择的气缸主要是为了实现升降作用，所以我采用双作用气缸。又由于工作条件设备，对于接 近行程末端时速度较高的气缸，不采取必要措施。 根据以上选择条件，我所设计的小型断路器码垛专机的上推气缸，使用的是司的：缸径 80程 200 D气缸 （选自参考文献 4 ） 。 气缸相关参数 : 工作介质 :过滤压缩空气 结构特点 :活塞式气缸 最大许用工作压力 :12塞杆上的最大扭矩 :度范围 :80 (考虑行程开关的温度 范围 ) 材料 :前后缸盖 (压铸 缸筒 (阳极氧化铝合金 );活塞杆 (滚压螺纹(密封聚氧酯 ) 重量 :据气缸型号，护电路和红色 示。 带电缆：型号 导向套 作为导向套的常用材料为铸造的青铜材料或耐磨铸铁材料。 导向套的内径配合，一般选取 H7/表面粗糙度则应 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 附件的选用及控制电路的设计 16 第四章 附件的选用及控制电路的设计 件的选用 继电器的选择 热继电器一 般是对电动机的过载进行保护。热继电器的选择一般主要是根据电动机的额定电流来确定它的型号和规格的。热继电器的额定电流 般都要接近或者略微大于电动机的额定电流 ，即 =（ 继电器的整定电流值通常情况下指的是热元件通过的电流超过这个值的 20%的时候，热继电器应当在 20动作。选用时整定电流应与电动机额定电流一致。 如遇到下列情况，选择的热继电器元件的整定电流要比电动机的额定电流高一些，以便来进行保护： （ 1）电动机负载惯性转矩非常大，起动时间 长。 （ 2）电动机所带动的设备，不允许任意停电。 （ 3）电动机所拖动的是冲击性负载。 终上所述，我选择的热继电器的型号为： 型热继电器，热元 件电流等级为 11A，它的电流调节范围为 1A,可将其电流调节在 10A（引自参考文献 4 ） 。 断器的选择 选择熔断器，主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器额定电流等级和熔沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 附件的选用及控制电路的设计 17 体的额定电流。 额定电压是根据所保护电路的电压来选择的。熔体电流的选择是熔断器选 择的核心。 通常对于一台异步电动机而言，熔体可以按照下列的关系选择： (或 （ 4 式中 熔体额定电流； 电动机的额定电流； 异步电动机起动电流 。 对于无冲击电流的负载，应使熔体的额定电流等于或稍大于线路工作的电流，即 I （ 4 式中 I工作电流。 对于多台电动机，由一个熔断器保护，熔体按下列关系选择： 4 式中 可能出现的最大电流。 根据以上所述，我选择的熔断器的型号为： 的熔断器，配用为 15A 的熔断体。 触器的选择 接触器在一般情况下是用于那些带有负载的主电路的自动接通或者切断的。本设计中所选用的是直流接触器。 选择接触器一般都会主要考虑以下的技术数据： （ 1）电源的种类：交流或者直流。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 附件的选用及控制电路的设计 18 （ 2）主触点的额定电压和额定电流等。 （ 3）辅助触点的种类、数量和触点的额定电流。 （ 4）电磁线 圈的电源的种类，频率以及额定电压。 （ 5）额定操作的频率（次 /h），也就是允许的每小时接通的最大次