毕业论文-电池包装送料机构设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 分 类 号 TH457 密 级 公开 宁 毕业设计(论文) 电池包装送料机构设计 所 在 学 院 机 械 与 电 气 工 程 学 院 专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 2013 年年 3 月月 31 日日 诚诚 信信 承承 诺诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文电池包装送料机构设计 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料， 均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺承诺人（签名） ：人（签名） ： 年年 月月 日日 I 摘 要 电池是一种能产生电能的小型装置， 是现代生活中重要的能源。 电池作为一种商品， 在流通过程中需要进行包装，应用自动化的电池包装机能有效提高电池包装效率，降低 生产成本，本文针对五号电池的自动化包装，设计了本电池包装机送料机构。 本文首先进行总体的设计方案，拟定螺旋传动副为电池送料方案，对方案进行特点 分析，然后针对关键传动件设计，选择电动机，对重要零件进行强度校核，对轴和轴承 的寿命进行计算校核， 最后对重要零部件进行结构设计， 包括材料的选择、 尺寸的确定、 结构工艺性的满足、以及与其他零件的配合的要求等。 关键词：电池，包装，推杆，螺旋传动 II Abstract Cell is a small device that can generate electricity, is one of the most important energy in modern life. Battery as a commodity, in the circulation process needs packaging, packaging cell function application automation improve battery packing efficiency, reduce the production cost, this paper packaging automation for the number five batteries, design of the feeding mechanism of the battery packaging machine. Firstly, the overall design scheme, make the spiral transmission pair for the battery feeding scheme, characteristics analysis of the scheme, then the motor selection for key transmission parts, design, strength check of important parts, the life of the shaft and bearings are calculated, the important parts of the structure design, including material selection determine the size, structure, process, and meet the demand for cooperating with other parts etc Key Words: Battery, packaging, push rod, screw drive III 目 录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目目 录录 IIIIII 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1.1 常见电池型号及尺寸 1 1.2 机构 2 1.3 包装机的作用 2 1.4 中国包装机械的发展 3 1.5 本课题研究目的和要求 4 第第 2 2 章章 整体方案设计整体方案设计 5 5 2.1 设计参数与技术要求 5 2.2 电池包装机的传动原理 5 第第 3 3 章章 传动设计与计算传动设计与计算 7 7 3.1 电动推杆设计计算 7 3.1.1 伺服电机的选择 . 7 3.1.2 滑动螺旋副的计算 11 3.1.3 联轴器的选用 13 3.2 胶辊设计 . 15 3.2.1 微型电机选择 . 15 3.2.2 微型皮带轮传动设计 . 15 3.3 电磁阀的选择 . 17 3.4 步进电机选择及传送带设计 . 18 3.4.1 步进电机的选择 18 3.4.2 输送带的选择 20 第第 4 4 章章 主要零部件结构设计主要零部件结构设计 2121 IV 4.1 机架设计 . 21 4.1.1 机架设计准则 . 21 4.1.2 机座主体设计 22 4.2 包装袋托架设计 . 22 4.3 集料槽设计 . 23 4.4 轴承选择与校核 . 24 4.4.1 轴承校核的概念及方法 24 4.4.2 电动推杆处轴承校核 . 25 第第 5 5 章章 安装检验及使用维修安装检验及使用维修 2626 5.1 检验规则 . 26 5.2 包装机安装 . 26 5.3 设备调整 . 26 5.4 使用操作 . 26 5.5 维修保养和故障排除 . 26 总结总结 2727 参考文献参考文献 2828 致致 谢谢 2929 V VI VII 电池包装机送料机构设计 1 第 1 章 绪论 1.1 常见电池型号及尺寸 在电池体上看到的 AAA、AA、C、D、N、F、SC 等标识都是美国型号标识，在我 国除了几种按号称呼之外，其它还是采用美国的命名方式。此外，针对二次锂电池的型 号表示方法是采用五位数(圆柱型)或六位数(方型)，如 14500、103450. （一）常见电池型号、尺寸对照表 编号 美国型号 中国俗称 尺寸（平头） 1 AAAA AAAA 直径 8.10.2mm,高度 41.50.5mm 2 AAA 7 号 直径 10.10.2mm,高度 43.60.5mm 3 AA 5 号 直径 14.10.2mm,高度 48.00.5mm 4 A A 直径 16.80.2mm,高度 49.00.5mm 5 SC SC 直径 22.10.2mm,高度 42.00.5mm 6 C 2 号 直径 25.30.2mm,高度 49.50.5mm 7 D 1 号 直径 32.30.2mm,高度 59.00.5mm 8 N N 直径 11.70.2mm,高度 28.50.5mm 9 F F 直径 32.30.2mm,高度 89.00.5mm 平头，指的是电池正极是平的，没有突起，使用做电池组点焊使用的电池芯，一般同等 型号尖头的（可以用作单体电池供电的） ，在高度上就多了 0.5mm。以此类推，我不逐 一解释。还有，电池很多的时候并不是规规矩矩的AAA，AA，A，SC，C，D，N，F 这些主型号，前面还时常有分数1/3，2/3，1/2，2/3，4/5，5/4，7/5，这些分数表示 的是池体相应的高度，例如2/3AA就是表示高是一般 AA 电池的 2/3 的充电电池； 再如4/5A就是表示高是一般 A 电池的 4/5 的充电电池。 （二）锂离子电池芯型号、尺寸 (1) 圆柱型锂离子电池芯：通常用五位数字表示，前两位数字是指池体直径，后三位数 字是指池体高，例如 14500 就是指 AA 电池，即大约直径 14mm，高 50mm。常见的型 号：14500，14650, 17490，18500, 18650，26500。 常见比克、三洋圆柱电芯规格型号： 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 2 比克 18650 2200mAh 3.7V ，比克 18650 2600mAh 3.7V ，比克 18650 2000mAh 3.6V 三 元长寿命 三洋 18650 2100mAh 3.7V ，三洋 18650 2500mAh 3.7V ，三洋 18650 1500 mAh 3.7V18650 (2) 方型锂离子电池芯：通常用六位数字表示，分别表示电池的厚度、宽度和高度，单 位毫米，例如 103450 即 10(厚度) 34(宽度) 50(高度)mm。若厚度数值大于宽度数值， 则厚度要*0.1，例如 433861 即 4.3（43*0.1） 38 61mm。 常见比克、三洋方型电芯规格型号： 比克 523450A 1000mAh 3.7V ，比克 063450A 1200mAh 3.7V ，比克 633770A 2020mAh 3.7V 三洋 UF103450P 1880mAh 3.7V ，三洋 UF653450R 1100mAh 3.7V 1.2 机构 由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。按组成的各构件间相对运动的不 同，机构可分为平面机构（如平面连杆机构、圆柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连 杆机构、蜗轮蜗杆机构等） ；按运动副类别可分为低副机构（如连杆机构等）和高副机 构（如凸轮机构等） ；按结构特征可分为连杆机构、齿轮机构、斜面机构、棘轮机构等； 按所转换的运动或力的特征可分为匀速和非匀速转动机构、直线运动机构、换向机构、 间歇运动机构等 ；按功用可分为安全保险机构、联锁机构、擒纵机构等。 1.3 包装机的作用 包装是产品进入流通领域的必要条件，而实现包装的主要手段是使用包装机械。随 着时代的发展，技术的进步，包装机械在包装领域中正起着越来越大的作用，其主要作 用有以下几点： (1) 可大大提高劳动生产率。滑台式吸塑封口机机械包装比手工包装快得多，如糖果 包装，手工包糖 1 分钟只能包十几块，而糖果包装机每分钟可达数百块甚至上千块，提 高效率数十倍。 (2) 能有效地保证包装质量。机械包装可根据包装物品的要求，按照需要的形态、大 小，得到规格一致的包装物，而手工包装是无法保证的。这对出口商品尤为重要，只有 机械包装，才能达到包装规格化、标准化，符合集合包装的要求。 电池包装机送料机构设计 3 (3) 能实现手工包装无法实现的操作有些包装操作。如真空包装、充气包装、贴体包 装、等压灌装等，都是手工包装无法实现的，只能用机械包装实现。 (4) 可降低劳动强度， 改善劳动条件手工包装的劳动强度很大。 如用手工包装体积大、 重量重的产品，既耗体力，又不安全；而对轻小产品，由于频率较高，动作单调，易使 工人得职业病。 (5) 有利于工人的劳动保护。对于某些严重影响身体健康的产品，如粉尘严重、有毒的 产品有刺激性、放射性的产品，用手工包装难免危害健康，而机械包装则可避免，且能 有效地保护环境不被污染。 (6) 可降低包装成本，节省贮运费用对松散产品。如棉花、烟叶、丝、麻等，采用压 缩包装机压缩打包，可大大缩小体积，从而降低包装成本。同时由于体积大为缩小，节 省仓容，减少保管费用，有利于运输。 (7) 能可靠地保证产品卫生某些产品。如食品、药品的包装，根据卫生法是不允许用 手工包装的，因为会污染产品，而机械包装避免了人手直接接触食品、药品，保证了卫 生质量。 (8) 可促进相关工业的发展。包装机械是一门综合性科学，它涉及到材料、工艺、设 备、电子、电器、自动控制等多种学科，要求各相关学科同步、协调地发展，任何学科 的问题都将影响包装机械的整体性能。 1.4 中国包装机械的发展 中国包装机械起步较晚，起于上个世纪 70 年代，北京市商业机械研究所在研究了日本 的包装机械后，完成制造了中国第一台包装机，经过 20 多年的发展，中国包装机械已 成为机械工业中十大行业之一，为中国包装工业快速发展提供了有力的保障，有些包装 机械填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求，部分产品还有出口。但在目前， 中国包装机械出口额还不足总产值的 5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相 去甚远。在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国包装机械行业水平还 不够高。包装机械市场日趋垄断化，除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规 模和优势外，其它包装机械几乎不成体系和规模，特别是市场上需求量大的一些成套包 装生产线，如液体灌装生产线、饮料包装容器成套设备、无菌包装生产线等，在世界包 装机械市场中均被几家大包装机械企业集团所垄断，面对国外品牌强劲冲击国内企业应 该采取积极对策。从现阶段情况看，全球的包装机械需求以每年 5.3%的速度增长。美 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 4 国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、意大利和中 国。但未来包装设备生产增长最快的是在发展中的国家和地区。发达国家将从刺激国内 需求中获利， 并在发展中国家寻找当地合适的生产厂家， 特别是在食品加工厂进行投资， 提供包装机械设备。而中国自加入世贸组织以来取得了长足的进步，中国的包装机械水 平提升非常快，与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着中国的日益开放，中国的包装机 械也将进一步打开国际市场。 1.5 本课题研究目的和要求 通过对电池包装送料装置机构的设计，进一步巩固与深化学生对理论课程及实践性教学 环节中所学知识的理解，培养学生综合运用所学基础知识、基本理论和基本技能来分析 和解决相关专业问题，以及收集、整理、分析、利用资料的能力，使学生受到工程师工 作能力的综合训练，提高学生的独立工作能力与综合素质。 电池包装机送料机构设计 5 第 2 章 整体方案设计 2.1 设计参数与技术要求 包装规格为 5 号电池， 电池包装的基本要求：2 节电池为一袋，一分钟包装 120 袋。 2.2 电池包装机的传动原理 图图 2 2- -1 1 电池包装机整体方案电池包装机整体方案 五号电池包装机的总体传动方案如上图 2-1 所示，它由 1 个电池集料槽、4 个电池 通道、4 个推杆、1 个真空吸盘、1 把切断刀、胶辊、包装袋托架等组成。 集料槽下端出口处倾斜能够使电池自动滑入轨道，由集料槽出来的电池进入一号通道， 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 6 通道的宽度刚好能容纳两节纵向放置电池，由伺服电动机正转带动丝杠正转，从而带动 一号通道的推杆（即丝杠螺母）沿着一号通道向前移动，将电池推到二号通道指定的位 置后，电动机反转使推杆回到原位。此时的电池已经进入二号通道，二号通道的电动推 杆将横放的电池推入到由吸盘吸起的包装袋内（吸盘由电磁阀通电控制工作，上吸盘和 切断刀连接在另一电磁阀推杆上，上吸盘及切断刀能随电磁阀推杆上下运动，推杆向下 运动时带着切刀将包装袋切断，推杆向上运动时吸盘提起包装袋向上提升 2 厘米），第 三通道的推杆将纵向的含在包装袋里的电池推入到四号通道，最后由第四号通道的推杆 将电池推送到传送带，传送带由一步电动机控制，传送带上有等间距的小格，每一小格 能容纳两节五号电池，每次工作时格子底部与电池底部在同一水平面，电池经传送带送 入高温箱，出来冷却即达到包装效果。 每次包装袋切断后由电动机带动胶辊将放在托架上的包装袋输送到吸盘处。 对于本五号电池传动方案：结构简单，制造调试方便，由于采用了四个伺服电动机 及两个电磁阀，因此要对协调控制要求较高。 电池包装机送料机构设计 7 第 3 章 传动设计与计算 3.1 电动推杆设计计算 电动推杆如下图 3-1 所示，由伺服电机带动丝杠转动，丝杠转动使通道中的滑块做 直线移动。 图图 3 3- -1 1 电动推杆传动方案电动推杆传动方案 3.1.1 伺服电机的选择 1）机电领域中伺服电机的选择原则 现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺 服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选 出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最 适合的电机。 （1）传统的选择方法 这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度 v(t)，加速度 a(t)和所需外力 F(t) 表示，对于旋转运动用角速度(t)，角加速度(t)和所需扭矩 T(t)表示，它们均可以表 示为时间的函数，与其他因素无关。很显然，电机的最大功率 P 电机，最大应大于工作 负载所需的峰值功率 P 峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度 两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用峰值，T 峰值表示最大值或者峰 值。电机的最大速度决定了减速器减速比的上限，n 上限=峰值，最大/峰值，同样， 电机的最大扭矩决定了减速比的下限，n 下限=T 峰值/T 电机，最大，如果 n 下限大于 n 上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 8 之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的 准确计算非常繁琐。 （2）新的选择方法 一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表 示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比 的一个可能范围。 这种方法的优点： 适用于各种负载情况； 将负载和电机的特性分离开； 有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大 量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。 在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动 比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速 度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就 能平衡这相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比 n，它会把 电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速 度电机，最大；二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩 M 额定。 2）选择伺服电机 （1）推杆移动速度 S V t S推杆移动距离 其中第一通道推杆移动距离 1 S =85.5mm，第二通道推杆移动距离 2 S =90.75mm，第 三通道推杆移动距离 3 S =117mm，第四通道推杆移动距离 4 S =143.25mm。 t时间，包装频率为每分钟 120 个，则每包装一个的时间为 0.5 秒，则推杆推动运动 过程所用时间不超过 0.5 秒，现令推杆推动时间为 0.2 秒，退回时间为 0.2 秒，停顿 0.1 秒，所以 1 0.0855 60 25.65 0.2 S V t m/min 2 0.09075 60 27.25 0.2 V m/min 3 0.117 60 35.1 0.2 V m/min 电池包装机送料机构设计 9 4 0.14325 60 42.975 0.2 V m/min （2）丝杠导程的确定 载荷的重量： W=mg5 9.849 N 丝杠的最大负荷WFF 0max 惯 ， 惯 F为惯性力，由上面的运动节拍分析该运 动时间为 0.2s、伸缩行程的要求按最大第四通道计算， 4 S =143.25mm。电机启动 时间 0.1s，加速度 a= t V = 3 2 143.25 10/0.2 7.16/ 0.1 ms 惯 F=ma=5 7.16=35.8N 查机械设计课程设计手册表 1-10 常用材料摩擦系数 0 取 0.2。则 m a x 35.8490.2F=45.6N 为使设计更可靠令当量载荷 m F= max 45.6FN,假设丝杠副最大相对转速为 max n=4500r/min。查表 11-1-25 精度推荐表，确定机械手使用的精度为 5 级。初算 导程： maxmax /nVPh= 3 3 143.25 10 1060/min 0.2 3500 /min mm r =9.55mm 根据机械设计手册机械传动表 11-1-15 查得 h P应该大于或等于 9.55mm 取 10mm。 （3）电机的最高转速 电机选择首先依据推杆快速行程速度。快速行程的电机转速应严格控制在电机的 额定转速之内。 3 max max 10 h Vu nn P 式中， max n 为电机的额定转速（rpm） ；n 为移动时电机的转速（rpm） ； max V 为直线运行 速度（m/min） ；u 为系统传动比，u=n 电机/n 丝杠=1； h P 丝杠导程（mm） ，10 h Pmm。 所以 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 10 3 1 25.65 1 102565 /min 10 nr 3 2 27.25 1 102725 /min 10 nr 3 3 35.1 1 103510 /min 10 nr 3 4 42.975 1 104297.5 /min 10 nr 所以，电机最高转速选为 4500r/min.选用台达伺服电机 ECMA-C30602ES。 4)根据负载转矩选择伺服电机 根据伺服电机的工作曲线，负载转矩应满足：当设备作空载运行时，在整个速度范 围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机的连续额定转矩范围内，即在工作曲线的 连续工作区；最大负载转矩，加载周期及过载时间应在特性曲线的允许范围内。加在电 机轴上的负载转矩可以折算出加到电机轴上的负载转矩。 CL T LF T 2 式中， L T 为折算到电机轴上的负载转矩 （N.m） ； F 为轴向移动滑块时所需的力 （N） ； L 为电机每转的机械位移量（m）L=0.012m； C T 为丝杠轴承等摩擦转矩折算到电机轴上 的负载转矩（N.m） ， 0 . 0 1 C T N.m；为驱动系统的效率。 WFF 0max 惯 由上可知 m a x 3 5 . 84 90 . 2F=45.6N 计算转矩时下列几点应特别注意。 （a）由于镶条产生的摩擦转矩必须充分地考虑。通常，仅仅从滑块的重量和摩擦系 数来计算的转矩很小的。请特别注意由于镶条加紧以及滑块表面的精度误差所产生的力 矩。 （b）由于轴承，螺母的预加载，以及丝杠的预紧力滚珠接触面的摩擦等所产生的转 矩均不能忽略。尤其是小型轻重量的设备。这样的转矩回应影响整个转矩。所以要特别 注意。 （c） 切削力的反作用力会使工作台的摩擦增加，以此承受切削反作用力的点与承受 电池包装机送料机构设计 11 驱动力的点通常是分离的。如图所示，在承受大的切削反作用力的瞬间，滑块表面的负 载也增加。当计算切削期间的转矩时，由于这一载荷而引起的摩擦转矩的增加应给予考 虑。 （d）摩擦转矩受进给速率的影响很大，必须研究测量因速度工作台支撑物(滑块， 滚珠，压力)，滑块表面材料及润滑条件的改变而引起的摩擦的变化。已得出正确的数 值。 （e）通常，即使在同一台的机械上，随调整条件，周围温度，或润滑条件等因素而 变化。当计算负载转矩时，请尽量借助测量同种机械上而积累的参数，来得到正确的数 据。 所以 45.6 0.012 0.01 22 3.14 0.8 LC F L TT =0.12N.m 所以，台达伺服电机 ECMA-C30602ES，额定转矩 0.6n.m，转速为 4500r/min， 3.1.2 滑动螺旋副的计算 1）螺旋传动的材料 丝杠螺杆要有足够的强度，较高的耐磨性和良好的工艺性，一般采用 45 或 50 刚， 较重要的螺杆可采用 40Cr 等合金钢，本丝杠采用 45 钢。 推杆（螺母）应该具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，一般可选用铸造青铜，如 ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5 及 ZCuAl10Fe3，要求较低时可采用耐磨铸铁，本推杆要求 不高，采用球墨铸铁 QT400-17。 2）耐磨性的计算 设螺母高为 H，螺距为 P，螺纹中径为 2 d ，螺纹工作高度为 h，则螺纹承载圈数 Z=H/P， 螺旋总轴向载荷为 Q F ，每一圈螺纹承受的轴向载荷为 zFQ/ ,其成载面积 2 Ad h 。 因此。螺纹工作面上的压强为 c p ,己耐磨性条件为： 2 QQ cc FF P pp ZAd hH 表 3-1 滑动螺旋副材料的许用压强 c p 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 12 螺杆材料 螺母材料 滑动速度（m/s） 许用压强 钢 青铜 低速 1825 钢 钢 7.513 钢 铸铁 0.04 1318 钢 青铜 0.05 1118 钢 铸铁 0.10.2 47 钢 耐磨铸铁 68 钢 青铜 710 设 2 /dH ，则 2 dH ，代入上式并整理后可得： 2 Q c F P d hp 对于梯形螺纹，h=0.5P，由上表 3-1，选取 c p =6Mpa 则 2 4 5 . 6 0 . 6 50 . 6 53 . 2 7 0 . 36 Q c F d p 考虑到螺旋导程不能太小,取导程 P=10mm， 选取螺杆中径 2 13dmm， 外径为 16mm 3）螺母螺纹牙的强度校核 在轴向载荷 Q F 的作用下，螺纹牙可能在根部发生剪断或弯断，由于推杆为铸铁，螺 牙的强度低于螺杆，故只需要校核推杆（螺母）螺纹牙的强度。 材料 许用应力 b 螺杆 钢 3 5 s 螺母 青铜 4060 3040 耐磨铸铁 5060 40 铸铁 4555 40 钢 0.6 电池包装机送料机构设计 13 注： 1、 s 为材料屈服极限； 2、载荷稳定时，许用应力取大值。 将一圈螺母的螺纹沿根部大径 D 处展开，并将谈看作宽度为 D 的悬臂梁，在 h/2 处作用载荷 zFQ/ ，则螺纹牙危险平剖面 aa 的剪切强度条件为 4 5 . 6 0 . 8 5 3 . 1 41 638 Q F M p a D b z 符合强度要求。 螺纹牙危险剖面的弯曲强度条件为 222 3 3 45.6 1.5 2 0.56 3.14 16 38 6 Q Q bb F h F h M z Mpa DbWDb z 符合强度要求。 4）螺杆的强度校核 螺杆工作地承受轴向压力（或拉力） Q F ，又受螺纹力矩 T 的扭转作用。螺杆危 险剖面上既有压缩（或拉伸）应力，又有扭转剪应力。因此，螺杆剖面上是正应力和剪 应力的复合应力状态。按第四强度理论，其危险截面的强度条件为 2 2 22 3 2 1 1 3 2 33 0.2 4 45.610 3 ()1.1 3.14 0.2 13 13 4 Q e F T d d 强度符合要求。 3.1.3 联轴器的选用 电机功率较小，螺杆驱动装置采用联轴器联接电机。 联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能 分离：只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。 联轴器所联接的两轴， 由于制造及安装误差、 承载后的变形以及温度变化的影响等， 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 14 往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时， 要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。 根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功 能） ，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。 挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠 性联轴器两个类别。 十字滑块联轴器又称滑块联轴器，由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面 带有凸牙的中间盘组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对 位移。这种联轴器零件的材料可用 45 钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度； 要求较低时也可用 Q275 钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘 的油孔中注油进行润滑。 因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角速 度应相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力，从 而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。 弹性柱销联轴器能传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造方便，耐久性 好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位 移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合。 本次设计中，由凌斯联轴器公司样本资料，查得电动机与减速器轴之间联接选用十 字滑块联轴器 LS3-C25。 型号 额定转矩(n.m) 最高转速(rpm) 径向偏差 mm LS3-C25 3.0 5800 1.9 电池包装机送料机构设计 15 3.2 胶辊设计 图 3-2 胶辊传动图 3.2.1 微型电机选择 微型电动机体积、容量较小，输 出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环 境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机，简称微电机。常用于传动机械负载，也可 作为设备的交、直流电源。微电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自 态角电动机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、 感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等 13 大类。 由于胶辊所传动力很小，选择电机时参照同类产品（如打印机）进行选择，选择 20BYG28-4 型步进电机 序 号 型 号 相数 电压 电流 电阻 电感 转 矩 重量 接线 图 机身 长度 规 格 V A mH g.cm kg mm 20BY G38-4 2 10 0.6 10 5.5 400 0.08 B 38 3.2.2 微型皮带轮传动设计 电机与辊轮之间以皮带轮传动， 1）与传动比 i 已知大带轮转速 n2400r/m，带传动的传动比一般为 i 7，推荐值为 i25。故 令 i2.5，则小带轮转速 n11000 r/m。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 16 2）功率与皮带的带型 （1）单根 V 带的额定功率 pr r0 P() L PP K K P0为基本额定功率； o P为单根 V 带额定功率增量；K为包角修正系数；KL为带 长修正系数； 查文献5表 8-4a、 表 8-4b、 表 8-5、 表 8-2 得 o P0.006kw， P0.002kw， K0.97，KL1.0。 r P0.0080.971.00.0776kw （2）计算功率错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。是根据传递功率 P 和带的工作条件参数 KA 而定的，即 A ca PK P 由文献5表 8-7 查得 KA1.1， P0.006kw； 所以1.1 0.0060.0066A ca PK PKW 进而文献5图 8-11 选择 A 型。 3）选择带轮基准直径 d d与带速控制 （1）小带轮基准直径 1d d错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 ；参考文献5表 8-6 和表 8-8 可确 定小带轮基准直径 1d d10mm。 （2）小带轮线速度 1 13.14 10 1000 0.52/ 60 100060 1000 dd n vm s 即, 1 v错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=0.52m/s。 （3）大带轮基准直径 2d d错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。i 1d d2.51025mm。 3）中心距 a 及带的基准长度错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 （1）中心距的大小要根据实际应用时结构的尺寸、传动平衡性以及使用寿命等要 求适当选择。一般初选带传动中心距 o a为 120120.7()2()ddddddadd 即 0 a24.570mm。初选 0 a错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。40mm。 （2）相应带长 do L 2 21 0012 0 () 2()136.35 24 dd ddd dd Laddmm a 取基准长度180dLmm 电池包装机送料机构设计 17 按1式 8-23，计算实际中心距 0 0 180 136.35 4061.82 22 ddLL aamm 变动范围min0.01559.12daaLmm m a x0 . 0 36 7 . 2 2daaLmm 4） 验算小带轮的包角 21 57.3 180()166.0490dddd a 5）计算带的根数 （1）计算单根rP r P0.0080.971.00.0776kw （2） V 带根数 r 0.01 P caP Z 根 取 Z1 3.3 电磁阀的选择 （1）电磁阀的选型常识 1）可靠性 电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间 很长关闭时要选用常开型了。 寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说人国还没有电磁阀的专业标准，因 此选用电磁阀厂家时慎重。 动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。 2）安全性 一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，工厂可以定做。 有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀。 爆炸性环境必须选用相应的防爆产品。 3）经济性 有很多电磁阀可经通用，但在能满足以上特点的基础上应选用最经济的产品。 （2）电磁阀的结构原理 直动式电磁阀有常闭型和常开型二种。常闭型断电时呈关闭状态，当线圈通电时产 生电磁力，使动铁芯克服弹簧力同静铁芯吸合直接开启；当线圈断电时电磁力消失，动 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 18 铁芯在弹簧力的作用下复位，直接关闭。结构简单，动作可靠，在零压差和微真空下正 常工作。常开型正好相反。 电磁阀及吸盘结构示意图如下图 3-3 所示，电磁阀安装在支架上，切刀及上吸盘安 装在电磁阀的轴上。电磁阀向下运动时，先将包装袋切开，然后由吸盘吸起，电磁阀向 上运动时，吸盘带起包装袋上膜，以方便电池被送进包装袋。 图 3-3 电磁阀及吸盘 由于切膜所需要的力非常小，根据经验，切力一般为 F1=3N，吸起膜所需的力可呼略不 计，切刀及吸盘的重量为 0.15KG，重力 W1=0.1510=1.5N。因此，选用推力较小的电 磁推杆即可，经过比较，选择河北秦能科技电磁铁公司 MT05/25 型电磁阀（电磁推杆） 。 型号 额定推（吸） 力 Kg 额定行程 mm 上升（吸合） 时间 S 下降（释放） 时间 S 额定电压 V MT05/25 5 25 0.15 0.15 12V 3.4 步进电机选择及传送带设计 3.4.1 步进电机的选择 1）机电领域中步进电机的选择原则 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。 每 输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例， 相应的转速取决于输入脉冲频率。 电池包装机送料机构设计 19 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步 进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产 品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用 功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并 有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频 特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩 Mjmax 大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时， 应使步距角和机械系统匹配， 这样可以得到机床所需的脉冲当量。 在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通 过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电 机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之 与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足执 行件快速移动的需要。 2）选择步进电机 所需转速计算 电机选择首先依据推杆快速行程速度。快速行程的电机转速应严格控制在电机的 额定转速之内。 由前述知道，包装频率为每分钟 120 个，由结构设计及传送带轮可知，带轮上每 22 度对应一个包装隔架，因此，步进电机每分钟转 12022=2640 度，相当于 7.3333 圈。 1 2640 7.3333 /min 360 nr 所以，电机最高转速选为 3600r/min.初步拟定为深圳众为兴技术股份有限公司步进电机 85BYGH830A。 85BYGH830A 技术参数如下： 步距角：1.8 机身长：78mm 静力矩：4.5N.m 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 20 3.4.2 输送带的选择 输送带选择苏州机械辅件公司的白色帆布橡胶输送带 厚度：4MM 宽度：34MM 长度: 2250mm 电池包装机送料机构设计 21 第 4 章 主要零部件结构设计 对于本电池包装机的零部件设计，考虑到这种包装机产品生产批量小，对于零件部 件等，尽量采用标准件常用件，采用易于应用常规加工方法加工的结构。 4.1 机架设计 4.1.1 机架设计准则 底座、机架、箱体、基板等零件都属于机架零件。 机架零件可划分为四大类：即机座类、机架类、基板类和箱壳类，对机架零件一般可提 出下列要求: (1)工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上 安装的零部件能顺利运转， 机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起,设置执 行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 (2)刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件 的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会 产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。例如机床的零部 件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度。 (3)强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求 (4)稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题，某些板壳 结构也存在失稳问题或局部失稳问题。 失稳对结构会产生很大的破坏， 设计时必须校核。 (5)美观：目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。 (6)其它：如散热的要求，防腐蚀及特定环境的要求。 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，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力 小。 电池包装机送料机构设计 22 (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。 4.1.2 机座主体设计 1）机座的结构及材料 进行机架结构形式的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造 等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种 设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构 力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般 规律。 （1）结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较 弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时，截面上的材料分布是均匀的，所有材料 都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的，所以材料的应力分布 不够经济。 机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅 速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小 段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一原因。 （2）结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用 的材料愈省。 （3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。 因该电池包装机为尺寸小，结构紧凑，受力不大，精度要求不高，材料上，为减轻 重量，便于安装，选择 HT150 铸件作为基座。 2）机体部分结构尺寸的确定 (1)安装电动推杆螺栓直径的确定 Dd25. 018. 0 ，取 M8。 (2)安装伺服电机螺栓直径的确定，根据伺服电机提供的安装螺纹孔，取 M5。 (3)安装托架及胶辊螺钉直径的确定，取 M4。 (4)安装槽档块螺钉直径的确定，取为 M5,定位销取为直径为 5mm. 3）壁厚，根据安装要求，取得14mm 4.2 包装袋托架设计 包装袋托架如下图 4-1 所示，支架材料为两块钣金件，钣金件材料为 304 不锈钢， 壁厚 3mm，中间为辊轮，辊轮是橡胶与 45 钢套铜过盈配合联接在一起，辊轮套在芯轴 电池包装机送料机构设计 23 上，可以绕心轴转动，当一卷包装袋用完了，拧开螺母，取下心轴，又可以换用另一卷 包装袋上去。 图 4-1 包装袋托架 4.3 集料槽设计 集料槽的宽度按尺寸按五号电池的长度设计，设计为 50mm,为了方便电池能顺利滚 入电池包装机通道中，集料槽底部是倾斜的，如图 4-2 所示。 图 4-2 集料槽 电池包装机送料机构设计 24 4.4 轴承选择与校核 4.4.1 轴承校核的概念及方法 (一) 基本概念 (1)深沟球轴承寿命： 轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定 转速下的工作小时数。 批量生产的元件，由于材料的不均匀性，导致轴承的寿命有很大的离散性，最长和 最短的寿命可达几十倍，必须采用统计的方法进行处理。 (2)基本额定寿命：是指 90可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿 命，以符号 L10（r）或 L10h（h）表示。 (3)基本额定动载荷（C） ：基本额定寿命为一百万转（106）时深沟球轴承所能承受 的恒定载荷。即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作 106 转而不发生点蚀失效，其 可靠度为 90。基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。 (4)基本额定静载荷（径向 C0r，轴向 C0a） ：是指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中 心处引起以下接触应力时所相当的假象径向载荷或中心轴向静载荷。 在设计中常用到深沟球轴承的三个基本参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动 载荷 Cr（径向）或 Ca（轴向） ，满足一定静强度要求的基本额定静强度 C0r（径向）或 C0a（轴向）和控制轴承磨损的极限转速 N0。各种轴承性能指标值