艺术水泥护栏罗纹柱成型机设计

摘要 近年来越来越多的水泥艺术围栏出现在城市中，其美观大方富有艺术气质，为城市风貌增添了风采，与传统的铁制护栏相比，其多方面的优越性决定了它将来在不就的将来逐步取代铁制围栏。决定了水泥艺术护栏将具有很广阔的市场前景，所以其成型机的设计制造也具有很大潜力。水泥立柱的精度要求不高，所以对机床的要求很低，主要是对原有方案进行创新，提高效率和节省人力资源，使其更加方便。经过了几次和导师进行讨论，对设计方案进行了不断的改进，提高了精度和生产效率，装夹更加方便，节省了要求也不高，人力物力，保证了安全工作。一天能加工根左右。关键词：联轴器；滚子支撑座；轴承；电机轴；工作台；滚筒模具ABSTRACTIn recent years, more and more cement fence art appeared in the city, its beautiful rich artistic temperament, for the urban style added, compared with the traditional iron guardrail, the superiority of its various determines its future not just in the future step by step instead of the iron fence. Determines the concrete art fence will have very broad market prospects, so the machine design and manufacturing also has great potential.Cement column the accuracy is not high, so demand for machine tools is very low, is mainly to the original plan to innovate, improve efficiency and save human resources, make it more convenient. After discussed several times and mentors, continuous improvement of design, improves the precision and the production efficiency, the clamping is more convenient, save the request is not high also, human resources, to ensure the safety work. Can process about 10 a day.Key words：Coupling; roller support; bearing; the shaft of the motor; table;roller mold- 20 目 录第一章总体设计方案的拟定11.1参考方案的结构原理11.2总体设计方案的拟定1第二章带轮的设计计算3第三章轴的设计校核计算53.1 尺寸的设定53.1.1 电机轴的尺寸53.1.2 带轮轴的尺寸设定53.1.3端盖轴的材料选用45钢（调质）63.2 轴的校核计算63.2.1 带轮轴的校核63.2.2 端盖轴的校核83.3 联轴器的选择93.4 轴承的选取9第四章模具的设计10第五章滚子支撑座的设计12第六章工作台的设计13第七章装夹及工作操作14附录 A15附录 B17结束语19致谢20参考文献21第一章总体设计方案的拟定罗纹柱成型机属于较新的课题，网络和书籍相关的资料非常少，有这种成型机的厂子也很少，而且大部分都是对外界保密的，所以方案的设计刚开始时感觉无从入手，对成型机没有理性的认识，这对设计有很大的障碍，后来经过教室毛教授的努力，我们终于找到一家有这种机器的厂子可以去进行一下调研，经过一下午的调研工作，看到了实物，真是豁然开朗，我们对现有的机型进行了结构的观察和现场测绘草图，我对罗纹柱成型机有了理性的认识，对设计有非常大的参考作用。1.1参考方案的结构原理厂里的现有机型作为一个参考方案，是卧式的，整体放置在水泥地基上，原理及结构是电机通过一级带轮减速带动一根两端固定有轮的长轴，这根轴两端套有轴承，轮和轴整体转动，靠摩擦力传动定位在轮上面的滚筒旋转，滚筒里面通过螺栓固定好填好水泥砂浆，放好网状钢筋的模具，利用离心力使水泥成型，旋转之前在模具中插一根长铁棒，旋转时可以使铁棒滚压水泥砂浆，加速成型和增加强度。制成的水泥柱中空，内有钢筋，强度较高，长，内径，外径。在距离柱顶部处有一孔，用处是通过连杆和小的花瓶柱连接。为了美观，罗纹柱表面带有花纹，根据模具内壁的花纹设计而定。1.2总体设计方案的拟定对参考方案进行分析，确定最终模型的过程一波三折，由于滚筒重量大，体积大，安装麻烦，决定不采用滚筒，而是直接带动模具转动，随之问题出现了，滚子靠摩擦力带动模具转动比较困难，因为不采用大滚筒，质量减少，产生的摩擦力较小，存在带不动或者打滑的状况，所以放弃用滚子摩擦传动的方法，采取在模具端盖上焊一根轴，通过联轴器直接带动轴和模具一起转动，四个支撑滚从动。为了节省空间，让一个机床能够加工种不同尺寸的罗纹柱，四个支撑滚轮座根据种不同半径尺寸的罗纹柱设计了种对应的尺寸来调整高度，而长度则是靠在水泥地基上对应长度浇筑地角螺栓，安装时选尺寸对应的滚轮支撑，固定在相应的地角螺栓上即可。加工罗纹柱上的连接孔如装配图1-1所示，在模具内壁通过螺栓固定一圆柱木块，直接成型。图1-1 装配图第二章带轮的设计计算一级带轮减速传动，采用V型带，槽型为A。1.模具转速的确定：草考离心铸造工艺一书，在实际生产中可采用各种经验公式和图标来确定模具的实际转速。三种罗纹柱尺寸相差不大，转速设为相同。经验确定 模具转速n=300r/min参考厂里的成型机的电机型号，选择112M6型号电机，额定功率为2.2KW，满载转速为940r/min。2.传动比的分配传动比i=n1/n2=940/300=3.133.确定计算功率PcaPca=KAPKA=1.0 P=2.2KW所以Pca=2.2KW4.确定带轮的基准直径小带轮直径选取，为提高V带的寿命，宜选取较大的直径。Dd1=100mm大带轮基准直径Dd2=iDd1（1-）=315mm 为弹性滑动率通常为0.010.02。5.带速v=dp1n1/601000=4.92m/sv max 普通Vmax带 V=2530确定中心距a和带的基准长度Ld初定轴间距a0=400mm，0.7（d1+d2）a02（d1+d2）所需带长Ld0=2a0+/2（dd1+dd2）+(dd2-dd1)2/4a=1480.77mm取基准带长Ld=1600mm。F=2F0z(1/2)sin(1/2)实际轴间距aa0+（Ld-Ld0）/2=459.61取460。6.验算包角小带轮包角1=180-(（dd2-dd1）/a)57.3=153.20小带轮包角修正系数Ka=0.93带长修正系数KL=0.997.需要的V带的根数单根V带传递的额定功率P1=0.94KW传动比不为1时的额定功率增量p1=0.11KW所需V带的根数 z=Pd/（(P1+P1)KaKL）=3.008.压轴力的计算V带每米长的质量m=0.10KG单根V带的预紧力F0=500（25/Ka-1）（Pd/zv）+mv2=167.69N。作用在轴上的力Fr=2F0z(1/2)sin(1/2)=744.80N。结构如图2-1所示：图2-1 V型带第三章轴的设计校核计算3.1 尺寸的设定3.1.1 电机轴的尺寸电机轴查机械手册得尺寸如图3-1图3-1 电机轴3.1.2 带轮轴的尺寸设定带轮轴的材料选用45钢（调质）计算最小轴径d26.32mm圆整之后取d=70mm。设计轴的尺寸如图3-2图3-2 带轮轴键的选取：左端和带轮配合的键选取用普通平键A型bhL=221445右端和联轴器配合，选取普通平键A型bhL=1811703.1.3端盖轴的材料选用45钢（调质）计算最小轴径d26.32mm圆整之后去d=70mm 尺寸如图3-3图3-3 端盖轴3.2 轴的校核计算3.2.1 带轮轴的校核带轮轴的受力分析如下图3-4：图3-4 带轮轴的受力分析图FP=744.80N根据平衡方程求支座反力：FA+FB=FPFA64=FB54.5 FA=342.55N FB=402.25N轴的弯矩图如下图3-5：图3-5 轴的弯矩图轴的扭矩计算： T=9550（P/n）=1.27105 Nmm轴的扭矩图如图3-6：图3-6 轴的扭矩图轴的危险截面为带轮压轴力作用点截面M=FA64=0.22105 NmmW=d3/32=4.39104 mm3=0.3ca=（M2+（T）2）/W 带入数据得：ca=11MPa查得45钢-1=60Mpaca-1，所以带轮轴校核合格。3.2.2 端盖轴的校核端盖轴的受力分析，因为右端焊在端盖上，周围受力平衡。所以受力分析如图3-7：图3-7 受力分析图如图所示，轴只受扭矩，联轴器传递扭矩相等，扭矩平衡，两端手扭矩相等扭矩如图3-8图3-8 扭矩图危险截面为焊接截面按扭转强度计算：T=T/WT（9550000P/n）/0.2d3 TT=12.1Mpa查表得45钢的T=25MPa所以端盖轴校核合格。3.3 联轴器的选择由于旋转部分质量较大，而且模具分4部分连接成，不可避免的会有较大的震动和安装误差，于是采用弹性柱销联轴器，该联轴器结构简单，装拆更换弹性元件方便，有微量补偿两轴线偏移和缓冲吸震能力，主要应用于载荷较平稳启动较频繁的中低轴系传动。根据轴的尺寸选取联轴器。3.4 轴承的选取根据轴的直径选取轴承，选取GB/T276-1994深沟球轴承60000型02系列，代号6214第四章模具的设计调研过的机型模具为2个半圆柱通过螺栓连而成，经过导师和我的讨论，决定采用4个四分之一圆柱，提高了精度，较之更方便填水泥和防止钢筋。模具采用45钢铸造而成。内部花纹设计为竖条型花纹和螺旋纹两种。模具尺寸，结构如图4-1俯视图图4-1 模具俯视图图中铸造圆角为R3。为了加工罗纹柱上的连接孔，在模具内壁固定一圆柱木块，这样在旋转过程中孔就直接成型了。结构如图4-2图4-2 圆柱木块结构图第五章滚子支撑座的设计此设计中滚子支撑座承受很大的力，所以采用45钢，强度较大，由3个部分组成。滚子支撑座的结构尺寸如图5-1：图5-1 滚子支撑座结构示意图如图，滚子支撑座由三个部分组成，支座，轴，和滚子，滚子和轴间隙配合，产生滑动摩擦，要求轴有较高的精度，轴和支撑座通过过盈配合连接固定。这样使滚子从动转动，起支撑作用。设计中要求加工3种不同尺寸，分别为：2001600 2001800 2402000根据两种直径尺寸加工两种支座（滚子和轴尺寸不变）。另一种的高度为58-20=38mm。第六章工作台的设计工作台为水泥浇筑而成，根据成型机的尺寸确定其尺寸，带轮轴两端安装轴承处砌凸台，凸台中间部分留一定深度给带轮，按照图纸上面的尺寸浇筑地角螺栓。第七章装夹及工作操作电机调整位置使带套在轮带张紧后，固定电机，电机位置只需在磨损需要换带的情况下调整一次。操作步骤：按一定和好水泥砂浆，在模具内壁螺栓固定好圆柱木块，将4个四分之一圆柱模具用螺栓连接好，放入网状钢筋，再连接好第三部分模具，填水泥砂浆，填好后，将第四块模具固定好，两端固定好端盖，吊置工作台，根据要加工的尺寸（本设计可以加工3种尺寸），选择对应的滚子支撑座固定在对应的地角螺栓上。左端端盖上焊的轴和联轴器右部分键连接好，放置在滚子支撑座上。联轴器两部分对好，通过柱销联接，检查好人员是否离开工作台，然后开启电机，开始工作，机床工作过程中，不要站在工作台上以保证安全。附录 A调研报告月7日我和某在庞伟导师的带领下去镇江市市政工程建设开发有限公司环保艺术栏栅厂进行了为时一天的调研，该厂专门制造环保艺术水泥护栏，由水泥罗马柱，花瓶柱，连杆三部分组成。产品绿色，环保，富有欧洲古典气息和高贵典雅的气质，可用于小区街道别墅等建筑的围栏，栏杆配以隔柱，连杆，柱头，柱脚设计合理规范，安装省时省工，可根据用户需要，调配成各种色彩进行涂刷，采用纳米油漆，更耐久，永不生锈，内浇注钢筋，强度高，抗冰霜雨雪，使用寿命长。近年正逐步取代相对易生锈，寿命短，成本高，易被氧化的铁艺护栏，具有很大的市场前景。该厂地址在镇江南徐中路88号，厂子很小，共有3太专门制作水泥立柱的机床，称为花式立柱成型机，其中一台制作体积略大的罗马柱，两台制作花瓶柱的机床，目前花式立柱成型。没有固定的形态，创新和改造的余地很大，但是都是基于离心甩干制作和真空抽吸技术来制作的，技术也没有公开，我们只看到该厂这一种制作的方法，有的细节方面也很有创意，让人眼前一亮，值得借鉴。总体感觉还是比较简单方便的。罗马柱体积较大，中空，可内置电线，在柱头处安装照明设备。内径160mm，外径200mm，柱长1800mm。距顶部35cm处有一直径70mm的连接孔，外壁有竖条凹凸花纹。采用卧式机床，机床结构比较简单，一台型号为YL90L4的电机，转速1400r/min，绝缘等级B，功率为1.5KW，电压220V，电流9.44A。采用皮带传动，皮带长100cm，中心距350mm，梯形带，带宽14cm，厚6mm。带动轴传动，轴的两端有轴承，捎往里两端固定有两个滑轮，带有滑轨。电机的远端有两个滑轮。整个床固定在长方形的水泥地基上。机床开动时，电机采用皮带传动带动轴转动，带动放在四个滑轮上的滚筒传动，靠的是摩擦传动，滑轮边缘有滑轨，和滚筒的接触方式类似火车的车轮和轨道。滚筒直径300mm，厚10mm。滚筒两端外壁有孔，分别用3个固定夹紧螺栓固定好在里面的钢模，从而带动钢模转动。钢模是由3个120度的圆弧连接成一圆筒，3个部分带有加强筋，筋板上有6个孔，3个部分通过螺栓连接成一个圆桶。钢模长182cm，厚30mm，开始时先放好钢筋，填好水泥砂浆，应该是比较赶的，里面加纸浆增加粘性，然后把3部分固定在一起，放入滚筒固定好，将滚筒对准滑槽放置在4个滑轮上，在中心插入一根芯棒，就是一根细铁棒子，开动机床，利用离心力使水泥甩到钢模壁上成型，芯棒在中心转动加滚轮，滚压水泥使水泥和钢筋从而成型，罗马柱花纹形状根据钢模的内壁花纹形状而定。初步成型后，卸下钢模晾干水泥柱，这个过程大概要一天半时间。一根罗马柱就完成了。然后厂领导还邀请我们到办公室坐了坐，回答了一些关于成型机产品成本和利润的问题，总的来说是一个少投入高收入的行业。通过调研队我们设计的课题有了理性的认识，对我们毕业设计的进行提供了数据资料和基本模型，为我们完成设计打好了基础。附录 B专题综述报告世纪的世界经济正面临着重大而深刻的变革，但是制造业作为一个国家技术水平的重要体现，依然是世界各发达与发展中国家加快经济发展、提高国家综合竞争力的重要途径。我国是一个制造业的打过，尚处于工业化进程之中，在未来相当长的时期里，制造业仍将在国民经济中占主导地位。在新一轮国际产业结构调整中，我国正逐步成为世界最重要的制造业基地之一。随着我国改革开放深入和经济体制由计划经济向社会主义市场经济的过度，随着经济全球化和我国加入WTO，市场竞争变得越来越激烈，中国制造业面临与国际接轨，参与国际竞争的形势。如何适应快速变化的世界市场需求，不断以高质量、低成本、快速的手段在新的市场竞争中求得生存和发展，已是我国企业不容回避的问题。这就对我国制造业乃至整个工业的发展提出了更高的要求和更为严峻的挑战。1958-1998年间，我国GDP的年均增长率为7.8%，工业年均增长率为11.9%，而装备制造业的年均增长率为17.6%。国外经验表明，工业化到一定程度以后，工业经济增长将很大程度上取决于工业装备水平的提高。在工业装备中，方兴未艾的工程机械占有极其重要的地位，机群的智能化，系统化是未来工程机械发展的一大趋势。在未来十年中，我国基础设施建设将处于前所未有的告诉发展阶段。将新建设铁路4万余公里，要投资4万亿元建设公路，在水利建设方面除小浪底外还有130多个水电工程需要建设，国家计划的大型露天矿有25个需要开采，此外尚有“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”、“青藏铁路”等巨大工程。这些均将形成对智能化工程机械的巨大市场需求。根据初步测算，在“十五”期间国内工程机械的需求量可达七百六十亿左右。因此，用信息技术对传统机械产业进行改造提升，发展智能机器与系统，是一个具有行业带动性的、在国家经济建设中具有全局性的重大与迫切问题。充分考虑到只能机械发展的广阔前景和必要性，并更好的提高国内制业的技术竞争力，与国际先进技术接轨，国家863计划先进制造与自动化技术领域成立了“只能机器与系统”专题，并将“智能化工程机械”列为其中的重点项目。“智能机器与系统”专题希望通过有选择性的确立若干有重大市场需求与行业带动性的传统机械产品，发展现代化只能几点产品，以信息化带动企业产品的升级换代与产品结构调整，发挥后发优势，促进我国传统工程机械的跨越式发展，带动整个行业的科技进步和市场竞争能力的提高，使我国工程机械产品达到国外同类产品90年代中后期的世界先进水平。为实现上述目标，该专题将在应用基础技术研究、关键技术攻关，以及产品原型样机开发及应用等几个层次开展工作，并设置若干重点项目。1.应用基础技术研究坚持有限目标、集中投入、面向技术与应用的原则，研究5年以后可能采用的、发展新一代智能化机器与系统所需的超前性、原始性创新与持续发展的技术。该专题的主要研究内容有：人性化智能遥控操作与虚拟现实技术；可连接、可学习、可重构、可进化的新一代智能机器与系统；智能机器的数字化系统分析与设计技术；智能化机群控制技术；新一代智能机器与系统原型。2.关键技术攻关按照“通用、共性”的原则，对5年内智能机器与系统目标产品样机开发与应用中需要解决的共性关键技术进行协同攻关、重点突破。该专题的主要研究内容有：本机机构的数字化优化设计与分析技术；传统机械的单机只能化实现技术；传感器与多传感信息只能融合技术；只能误差补偿技术；数字伺服与电机一体化技术；基于有线和无线通讯网络的机群智能化控制技术；远程在线检测技术与只能故障在线诊断技术；临场感应与遥操作技术；抗电磁干扰、抗震、防水、防潮灯可靠性技术。3.产品原型样机开发与应用针对国家急需解决的重大战略问题，面向国民经济建设主战场，选择市场需求强劲的，具有整体行业带动作用的工程机械产品进行改造，通过利用机器人技术，数字化技术、网络技术、智能技术与高性能计算技术对传统工程机械产品进行改造、提升和实现自主创新设计。重点进行智能化装载机、智能化挖掘机、智能化凿岩机、智能化涡喷式消防车等智能化工程机械，以及石油钻井机器人等目标产品开发与应用，以信息化带动企业产品的升级换代与产品结构调整，使其在短期内形成国际竞争力，发挥后发优势，促进我国传统工程机械与石油钻井装备的跨越式发展。产品水平达到国外同类产品90年代中后期的先进水平。本专题中的一个重大项目是智能化工程机械技术与原型样机。研究内容主要是智能化装载机、智能化挖掘机、智能化压路机、智能化摊铺机、智能化平地机、智能化凿岩机、智能化混凝土喷射机、智能化全地面汽车起重机、智能化水泥混凝土泵车、智能化涡喷式消防车。其中，前期的研究工作是：项目论证，系统总体设计，关键技术试验和部分系统的开发。因此，我国的工程机械浆面临前所未有的发展契机，智能化工程机械，将成为我们先进制造技术、先进产品发展的需要。结束语四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。走出这里，对我的人生来说，将会是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同姐妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢庞伟老师、季鹏老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，使我能够顺利完成毕业设计，在此衷心表示感激。致 谢转眼，大学四年就快结束了，都说毕业论文是最后一份作业，需用心写就，但如今，迫于时间的紧迫，一切只好作罢，心中懊悔不已，未能未雨绸缪。通过这次的论文准备，深感自己对专业认识的肤浅，在以后的工作中还要不断学习和锻炼。在我看来，一篇成功的论文并非是数以万字的各篇论文