自动套环机构系统设计说明书

IIJIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 自动套环机构系统设计 学 院：姓 名：学 号：专 业：班 级：指导教师二 0 一 四 年 五 月III摘要本毕业设计是自动套环机构系统设计，主要目的是将组成一个完整的工作系统，保证自动套环装置，可以实现自动环过程。本设备主要用于自动 U 领机管套环焊接 U型管，主要用于空调热交换器，冷凝器，蒸发器和加热器等。本系统的设计从旋转机构的中心和料筒周围。中心旋转机构安装于主机工作台水平，工作时，该主机或配套的专用控制系统，完成各种加工配合主运动。回转机构可实现圆周进给，索引和间歇运动，工作效率高。该系统主要由电机驱动，齿轮，自动环机是一种很好的加工工具。关键词：自动套环机，回转机构，分度运动，齿轮传动，槽轮机构传动。IVAbstractThis graduation design is the design of automatic system ring mechanism, the main purpose is to work mechanism will form a complete working system,guarantee the automatic ring device, can realize the automatic loop process.This equipment is mainly used for automatic U welding U tube machine is mainly used for air-conditioning pipe, heat exchanger, condenser, evaporator and heater etc.Around this system design from the rotating mechanism and the center of the barrel. The center of rotation mechanism is arranged in the host level, work,special control system of the host or supporting, complete all kinds ofprocessing with the main movement. Rotary mechanism can realizecircumferential feed, indexing and intermittent motion, high work efficiency. The system is mainly driven by the motor, gear, automatic ring machine is used for processing tools.Key words: automatic thimble machine, slewing mechanism, dividing movement, gear drive, worm gear drive.III目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III1 绪论.11.1 研究意义 .11.2 自动套环机. .12 设计任务.22.1 设计目的 .22.2 运动方案设计 .32.2.1 传动方案传动时应满足的要求 .4 3 自动套环机结构设计.43.1 工作原理 .43.2 震动盘的工作原理 .43.3 传动部分的设计 .43.3.1 电动机的选择及运动参数的计算 .53.3.2 机构传动部分设计 .73.4 槽轮机构的设计 .73.4.1 选择槽轮机构的传动类型 .73.4.2 选择材料 .73.4.3 槽轮机构的工作原理 .73.4.4 槽轮机构的几何尺寸计算 .83.5 槽轮机构的优缺点 .103.6 轴承的选用 .103.6.1 轴承的分类及选用 .103.7 键的选取与校核 .104 气缸的选择.124.1 气缸的选型 .124.2 选择气缸 .124.2.1 机构气缸的选择 .124.2.2 送料机构气缸的选择 .124.2.3 下压机构气缸的选择 .12结束语.14参考文献.15致谢.1611 绪论1.1 研究意义现代制造技术货先进制造技术是 20 世纪 80 年代提出来的，但它的工作基础已有半个多世纪。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济的今天，他更占有十分重要的地位。一个国家的国力主要体现在政治实力，经济实力，军事实力上，而经济和军事实力与制造技术的关系十分密切，只有在制造上是一个强国，才能在军事上是一个强国，一个国家不能靠外汇去购买别国的军事装备来保卫自己，必须有自己的军事工业。有了国力和国防才有国际地位，才能立足与世界。1.2 自动套环机主要用途：全自动小 U 套环机主要是用于小 U 管的管 口 套上焊环，应用于空调热交换器、冷凝器、蒸发器以及热水器等行业。特点: （1）多工位同时生产加工，动作平稳、速度快；（2）PLC 及触摸屏集中控制，自动化程度高；（3）伺服电机分度盘，定位准确。22 设计任务2.1 设计目的本毕业设计主要是培养学生机械设计综合能力。通过设计，可以体验和课程理论的巩固和实践知识，还学习如何运用标准，规格，手册和其他相关的国家标准和技术手册，更重要的是可以提高学生的要求，从机器的尺寸，功能，技术，经济和安全等方面的设计考虑能力，以建立正确的设计思想。2.2 运动方案设计方案（机构简图见附图 2-1）图 2-1 自动套环机构系统总设计方案本设计采用分度盘，电机和槽轮机构传递动力的电动机的旋转圆盘均匀。用电机和气缸下料和推出做好的工件。此方案优点:机构简单，效率高，容易制造，使用寿命长，维护方便。32.2.1 传动时应满足的要求转盘由原动机、传动装置和工作台组成，将原动机和工作单位之间的运动和动力，并可实现索引和间歇运动。在这个方案中，异步电动机的原动机，传动装置由齿轮传动和槽轮传动。传输方案主要满足以下要求：1）机械功能要求：应符合效率，工作速度速度和运动形式。2）职位要求：例如，工作环境，安全等。3）性能要求：保证工作可靠，传动效率高。4）结构的加工要求；如结构简单，体积小，使用维护便利，技术经济合理等。43 自动套环机结构设计3.1 工作原理要处理的物品的振动板（工件）从存储设备（箱）中分离出来，按照自动机加工要求，定时，定量，定向的送到工作台。然后通过气缸使 u 型管套上小环，最后用气缸推出加工好的工件。3.2 震动盘的工作原理振动料斗下方的脉冲电磁铁，能使料斗垂直振动，板簧的倾斜绕垂直轴的扭转振动料。料斗部分，由于振动上升沿螺旋轨道，筛选或态度的变化，在上升过程中一系列的轨道后，可组装零部件按照要求自动送入加工或装配或加工统一国家的位置。其目的是无序的工件自动有序排列整齐，准确地传达给下一个过程的振动。图 3-1 振动盘3.3 传动部分的设计3.3.1 电动机的选择及运动参数的计算1）电机电机的选择根据工作环境及其工作要求和条件选 Y 系列全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。2)选择电机的额定功率工作所需功率为： ww/10VFPw950TnP式中 , ,电机工作效率 ，代入上式得150N.MT36r/min.7KW 0.5).9736/(Pw5电机所需的输出功率为： /0wp式中： 为电机至工作台主动轴之间的总效率。齿轮传动的效率为 ；一对滚动轴承的效率为 ；槽轮传动的效率为.97w0.9w。因此，0.8w0.758.937321 KW .40.56/P/ 0一般电机的额定功率： KW 0.97)-.4(0.713)-(.)P-(10m取电机额定功率为： 。 .75确定电机转速：在此设计方案中选取齿轮传动比：3-5，则总的传动范围为： 160-4532-1i21电机转速的范围为： r/min 7)()(n Nw为降低电机的重量和价格，选取常用的同步转速为 3000r/min 的 Y 系列电机，型号为Y801-2，其满载转速 30r/mi3.3.2 机构传动部分设计1）选择齿轮的类型在此方案中，采用直齿轮传动的形式。2）材料的选择考虑到齿轮传动效率不大，用 45 号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为 45-55HRC。3）按齿面接触疲劳强度计算先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传递转矩 2.39NM.75/09.x16/N9.5x106PT载荷系数 K：因载荷平稳，由机械设计书本中表 10-2 取 K=1.25齿宽系数 d:由表 10-7 取 d=0.6接触疲劳许用应力 2pa:1H传动比 3i:表 10-2 使用系数 K6载荷状态 工作机器 原动力多缸内燃机均匀平稳 发电机、通风机、机床进给机构等 1.25表 10-7 圆柱齿轮的齿宽系数装置状况 两支承相对于小齿轮做对称位置两支承相对于小齿轮做不对称位置小齿轮做悬臂布置d 0.9-1.4（1.2-1.9）0.7-1.15（1.1-1.65） 0.4-0.64）确定齿轮的主要参数及其尺寸 齿数 取 Z1=22，则 Z2=iZ1=322=66,取 Z2=66。 模数 据表 8-3,取标准值 m=1.5。 中心距 标准中心距 a=m(Z1+Z2)/2=66mm 其它尺寸分度圆直径： ； mxzd325.11 mxzd965.12齿顶圆直径: ； a)(1a0)(2齿宽： ,所以db8.9b015） 校核齿根弯曲疲劳强度 FzmSaYKTF213d由表 10-5 查的齿形系数 ， 。 ,2.71a1.572SaY2.8Fa1.732SaY34.6MPx5./06x2.7.39 F27.1.81.F满足弯曲强度条件。表 10-5 齿形系数 Y( Fa)及应力校正系数 Y(Sa)Zv 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29Y( Fa)2.97 2.91 2.85 2.80 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.53Y(Sa)1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.5751.58 1.59 1.5051.60 1.61 1.6273.4 槽轮机构的设计3.4.1 选择槽轮机构的传动类型根据工作需要选择如图(3-2)所示的传动机构传动图 3-2 槽轮机构系统3.4.2 选择材料考虑到槽轮传动速度不大，速度只是中等，故用 45 号钢；3.4.3 槽轮机构的工作原理如图所示，槽轮机构由具有径向槽的槽轮和具有圆销的构件以及机架所组成。当圆销未进入径向槽时由于内凹锁住弧被外凹圆弧卡住，故槽轮静止不动。圆销开始进入槽轮径向槽的位置，这是锁住弧被松开，因而圆销能驱动槽轮沿与拨盘相反的方向转动。当圆销开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘的外凸圆弧卡住，致使槽轮有静止不动，直至拨盘的圆销在进入槽轮的另一径向槽时，两者有重复上述的运动循环。这样，当主动构件作连续转动时，槽轮便得到单向的间歇运动。8图 3-3 槽 轮 机 构 简 图3.4.4 槽轮机构的几何尺寸计算图 3-4 为槽轮机构主要尺寸关系图。图中 O1 为拔盘中心，O2 为槽轮中心，L1 为拨销的轨迹半径;L2 为槽轮半径;L3 为中心距，h 为槽轮槽深,rb 为拨销半径, 为间隙。9图 3-4 槽轮机构主要几何尺寸关系图设拔盘轴的直径为 d.为避免槽轮在起动和停歇时发生刚性冲击，圆销开始进入和离开轮槽时，轮槽的中心线应和圆销中心的运动圆周相切，从而决定了槽轮机构主要尺寸之间的关系，根据图 3-5 所示的槽轮机构的设计计算公式如下：图3-5槽轮机构主要几何尺寸计算关系图槽轮机构的动停比 k=1/3 设：槽轮槽数 Z=4 拨销 m=1 中心距 C=83mm 拨销半径 R=2mm 销与槽底间隙 =3 槽齿宽 b=5mm求解槽轮机构的尺寸参数： (1)槽轮运动角：2=2/z=2/4=/2 (2)(2)拨盘运动角：2=-2=/2 (3)拨盘上圆销数目：m=1 2z/(z-2)=8/2=4 (4)圆销中心轨迹半径：R1=Csin()=83SIN （45）=58.6 (5)槽轮外径：R2=（Csin()2+R2T=49.52+41/2=60 (6)槽轮深度：h= R1+R2-C + R T +=49.5+49.54-70+2+3=40.6 (7)拨盘回转轴直径：d1=122（C- R2）=2(70-49.54)=30 (8)槽轮轴直径：d2=12 2（C - R1- R T - ）=2(70-49.5-2-3)=20 (9)拨盘上锁止弧所对中心角：=2（/m ）=3/2 (10)锁止弧半径：R0= R1- b - RT=49.5-5-2=42.5 10(11)槽轮机构的动停比 k：k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)=2/(8-2)=1/3 (12)圆销中心轨迹半径 R1 与中心距 C 的比 ：=R1/C=sin(/z)=SIN(/4)=0.7073.5 槽轮机构的优缺点槽轮机构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动教平稳，能准确控制转动的角度。但槽轮额转角大小不能调节，而且在槽轮转动的始，末位置加速度变化较大，所以有冲击。但槽轮机构一般应用在转速不高和要求间歇转动的装置中。3.6 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。3.6.1 轴承的分类及选用滚动轴承可以大概地分为向心轴承，推力轴承和向心推力轴承三大类。在此方案中考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。此轴承机构代码为 30000。3.7 键的选取与校核(1)键是一种标准零件，通常用来实现轴和轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键连接的主要类型有；平键连接，半圆键连接，楔键连接和切向键连接。在此设计方案中因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。由表 6-1可查得：键宽 bx 键高 h 为 8x7，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=14mm。表 6-1 普通平键和普通楔键的主要尺寸轴的直径 d6-8 8-10 10-12 12-17 17-22 22-30 30-38 38-44键宽 bx键高 h2x2 3x3 4x4 5x5 6x6 7x7 8x8 9x9轴的直径 d44-50 50-58 58-65 65-75 75-85 85-95 95-110110-130键宽 bx键高 h14x9 16x10 18x11 20x12 22x14 25x14 28x16 32x1811键的长度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，.（2）键连接的强度计算键、轴和连轴器的材料都是钢，由表 6-2 可查得 ，取其平均MPap)1502(值 ；键的工作长度 ，键与连轴器的键槽的接触高度MPap135 6m8-14bLl，从而可得：.m0.hk27)20T/(kldpp可见满足要求: 键的标记为：键 03-9 GB 7表 6-2 键连接的许用挤压应力、许用压力载荷性质许用挤压应力、许用压力连接工作方式键或毂、轴的材料 静载荷 轻微冲击 冲击钢 130-150 100-120 60-90p静连接铸铁 70-80 50-60 30-45p 动连接 钢 70 40 30124 气缸的选择4.1 气缸的选型由于气缸所需功率小，使筒直径为 30mm 的选择，可根据需要选择长度。扇形排列机制为 100mm 气缸推动气缸长度为 100mm。以下是花炮筒扇形排布穿引机的气缸运动时序表（一个循环内）：表 4.1 整体机构气缸运动时序表气缸名称 速度 /msT（伸出）/s T（收回）/s进料机构气缸（气缸 1）24 21-21.5 24.5-25出料气缸（气缸 2）25 21-23 23-25拉紧气缸（气缸 4）40 24-25 26-27推进气缸（气缸 5）2.5 25-27 23-254.2 选择气缸4.2.1 机构气缸的选择1、选型。从设计和使用要求，气缸行程终端无冲击噪声的要求，应选择光筒。因此，选择 SMC 系列标准气缸。4.2.2 送料机构气缸的选择1、类型的选择。根据安装形式，活塞行程的选择，使用要求来看，选取长度300mm 的气缸。选用 CM2L25300 型气缸。4.2.3 下压机构气缸的选择1、根据设计要求，选用 CM2L16100 型气缸。图 4.1 为 SMC 公司生产的 CM 系列标准气