底卸式分拣系统设计说明书

1、PAGE 中国矿业大学毕业设计说明书 PAGE 90目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263407204 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc263407204 h 2 HYPERLINK l _Toc263407205 第1.1节 物流的基本任务和成件物品分拣系统的组成 PAGEREF _Toc263407205 h 2 HYPERLINK l _Toc263407207 第1.2节 现代分拣系统概述及分拣机的分类 PAGEREF _Toc263407207 h 4 HYPERLINK l _Toc263407208 第1.3节 自动识别技术与设备在

2、现代物流中的应用 PAGEREF _Toc263407208 h 5 HYPERLINK l _Toc263407209 第1.4节 成件物品分拣系统的控制与管理 PAGEREF _Toc263407209 h 6 HYPERLINK l _Toc263407212 第2章 方案确定 PAGEREF _Toc263407212 h 8 HYPERLINK l _Toc263407213 第2.1节 设计要求 PAGEREF _Toc263407213 h 8 HYPERLINK l _Toc263407214 第2.2节 方案确定 PAGEREF _Toc263407214 h 8 HYPER

3、LINK l _Toc263407215 第3章底卸式分拣机实验装置设计 PAGEREF _Toc263407215 h 11 HYPERLINK l _Toc263407217 第3.1节 驱动滚筒的设计及其轴的校核 PAGEREF _Toc263407217 h 11 HYPERLINK l _Toc263407218 第3.2节 改向滚筒的设计及强度校核 PAGEREF _Toc263407218 h 24 HYPERLINK l _Toc263407219 第3.3节 中间架及托板的设计 PAGEREF _Toc263407219 h 29 HYPERLINK l _Toc263407

4、220 第3.4节 带式输送机底架及电动机支架的设计 PAGEREF _Toc263407220 h 31 HYPERLINK l _Toc263407221 第3.5节 输送带的设计 PAGEREF _Toc263407221 h 34 HYPERLINK l _Toc263407222 第3.6节 气压缸的设计 PAGEREF _Toc263407222 h 39 HYPERLINK l _Toc263407223 第3.7节 气压回路的设计 PAGEREF _Toc263407223 h 50 HYPERLINK l _Toc263407224 第3.8节 底卸式物流分拣实验装置的总体装

5、配顺序 PAGEREF _Toc263407224 h 55 HYPERLINK l _Toc263407225 第4章 分拣信号自动识别和控制系统设计 PAGEREF _Toc263407225 h 56 HYPERLINK l _Toc263407226 第4.1节 自动识别系统总体设计方案 PAGEREF _Toc263407226 h 56 HYPERLINK l _Toc263407227 第4.2节 传感器原理简介及信号处理电路 PAGEREF _Toc263407227 h 57 HYPERLINK l _Toc263407228 第4.3节 A/D转换器的选择 PAGEREF

6、_Toc263407228 h 60 HYPERLINK l _Toc263407229 第4.4节 控制电路的设计 PAGEREF _Toc263407229 h 62 HYPERLINK l _Toc263407230 第4.5节 程序设计 PAGEREF _Toc263407230 h 66 HYPERLINK l _Toc263407232 参考文献74 HYPERLINK l _Toc263407233 附 录75 HYPERLINK l _Toc263407246 致 谢88第1章 绪 论第1.1节 物流的基本任务和成件物品分拣系统的组成11.1 物流的基本任务 物流的基本任务是完

7、成物资实体(物资及其载体)的物理流动过程,既是完成物资实体(包括原材料燃料动力、工具、半成品、零配件、成品)等的储存和运输。围绕这一基本任务，物流还包括物资的计划、管理，即检验、包装、装卸等。最终要根据物资的种类、数量和质量，在最合适的时候，以最低的成本，将其送到正确的地点。同时，即使完成物料信息的传输和修改，以及输送工具（载体）回收的全过程。1.1.2成件物品分拣系统的组成成件物品分拣系统主要由前处理设备、分拣机械、后处理设备、控制装置及计算机管理等四部分组成。1. 前处理设备在分拣机之前向分拣机输送分拣物的进给台及其他辅助性运输机和作业台等，进给台的主要功能有两个：一个是操作人员利用输入装

8、置将各个分拣物的目的地址送入分拣系统，作为该物品的分拣作业命令；另一个是控制分拣物进入分拣机的时间和速度，保证分拣机准确地进行分拣。其他辅助性输送机则是向进给台输送分拣物，可根据分拣系统现场的要求和条件进行。2. 分拣机分拣机是分拣系统的核心设备，只要用来将分拣物分发到规定场地的分流处理。由于不同行业、不同部门的分拣对象在尺寸、质量和外形等方面都有很大差别，对分拣方式、分拣速度、分拣口的多少等要求也不相同，因此分拣机的种类也很繁杂。采用不同的分拣机，配置不同需要的前处理设备和后处理设备，可以组成适合各种不同需要的分拣系统。3. 后处理设备设置在分拣机后面的分拣溜槽及其他辅助设备。通常在分拣机的

9、每一个出口设置一个分拣溜槽，每一个溜槽存储同一个分拣目的地的分拣物。分拣溜槽越多，可以同时进行分拣的目的地也越多，分拣系统服务的范围就越大。通常采用钢板或塑料制成的光滑溜槽，也有采用带辊子的溜槽，还有的采用分岔溜槽来增加分拣口的数量。分拣物通常是从溜槽出口由人工收集和装车发运，也有的利用伸缩带式输送机或其他输送机组成后处理系统，以提高分拣效率。4. 控制装置及计算机管理物料分拣系统控制装置的主要功能是：（1）接受分拣目的地地址，通常由操作人员利用数字键盘或按钮输入。（2）控制进给台，使分拣物按分拣机的要求迅速准确地进入分拣机。（3）控制分拣机的分拣动作，使分拣物在预定的分拣口迅速准确地拣出。（

10、4）完成分拣系统各种信号的检测监控及安全保护。分拣系统的计算机管理主要是对分拣系统中各设备运行的数据进行记录、监测和统计，用于分拣作业的管理及对分拣作业和设备的综合性评价与分析。第1.2节 现代分拣系统概述及分拣机的分类1. 2. 1现代分拣系统概述一、现代分拣系统的基本构成包括混杂一起的物品的输入、分拣运输机系统和分拣后物品的输出三大部分。二、对成件物品分拣系统的基本要求是：（1）能够迅速准确的分拣物品，且分拣差错率低，现代大型分拣系统的分拣速度每小时可达几万件。（2）分拣能力要强，现代大型分拣系统分拣口数目可达数百个。（3）分拣系统对分拣物品的大小、形状、质量、包装形式及材质等因素的适应范

11、围要宽。（4）工作时对分拣物品的冲击和振动要小，安全保护措施齐全，对被分拣物不能造成损坏。（5）分拣作业中操作人员输入分拣命令简单方便，人工辅助动作简单、省力。（6）自动控制和计算机管理的功能完善，性能安全可靠。1. 2. 2分拣机的分类分拣系统中，分拣机是最主要的设备，由于分拣机使用在各行各业，分拣对象不论在尺寸重量上还是在外形上都有很大差别，小的可以分拣照片口袋，的的可以分拣长度达1500mm的大型物品，因此分拣机的种类十分的繁多。主要有以下几种：（一）、链式分拣机这类分拣机又包括：翼盘式分拣机、翻盘式分拣机、翻板式分拣机、三维底卸式翻盘分拣机。（二）、钢带式分拣机 钢带分拣机是在钢带运输

12、机上装有若干个横向推出装置，对应每个推出装置处设一个溜槽。当分拣物到达预定分拣口时，横向推出装置拨动分拣物，使其从钢带运输机的侧面滑出落入对应的溜槽中。（三）、胶带分拣机由于胶带输送机具有结构简单，价格便宜，技术成熟等优点，采用一胶带输送机为主机的分拣机已发展了较多的品种。这种分拣机主要包括：横向推出式胶带分拣机、斜行胶带式分拣机=斜置辊轮式胶带分拣机、转台式胶带分拣机、底卸式胶带分拣机（即本次毕业设计要求的类型）。（四）、辊道分拣机这类分拣机是一辊道输送机为主体。它包括：横向胶带式辊道分拣机、横向推出式分拣机。第1.3节 自动识别技术与设备在现代物流中的应用“物流”概念的形成于二次大战后，2

13、0世纪60年代得以逐步完善。现代物流已不仅仅是实物的流动，而是一个实物流、信息流统一的综合服务领域。众所周知，信息在计算机及其网络中“流动”最有效、最快捷、最安全，但实物往往要通过装卸、配送、运输、仓储等许多物理环节才能从源头“流”向终点。实现信息流、实物流“互连”，就需要依靠自动识别技术。自动识别技术在物流过程中，具有信息获取和信息录入功能，是指通过自动（非人工手段）获取项目表示信息并且不使用键盘即可将数据实时输入计算机、程序逻辑控制器或其他微处理器控制设备的技术。 一般说，自动识别系统由标签、标签生成设备、识读器及计算机等设备组成。其中，标签是信息的载体，识读器地获取标签装载似的信息，并自

14、动转换为与计算机兼容的数据格式传入计算机，实现信息的自动识别以及信息系统的自动数据采集。物流过程中，标签装载着物流信息，并附着于物流单元上，保证标识信息与实物同步，湿度器则成为物流单元与信息系统的纽带。自动识别技术在物流中的作用显而易见。例如：配送中心的交接运输过程是这样的：货物进入配送中心的入口端时，工作人员需要一面卸货，一面根据订货单要求对货物进行调整，并确定货物的出货模式及目的地，最终从配送中心的出货端将货物运出。如果不使用自动识别技术，“物”与信息完全分离，货物卸货后，工作人员只能坐等货物信息和货物处理指示信息，因为没有这些信息，人们无法得知哪个箱子与哪个订货单对应，各箱子是要通过常规

15、渠道运输，还是要尽心其他处理，因素的目的地是哪里。如果使用自动识别技术，工作人员收到货物的同时，利用识读器可获取随货物同时到达的物流信息，并传入信息系统，从而获得货物处理指示，按照要求卸货，货物顺利“流”向下一环节。减少仓库存储空间占用，也减少了出货调配用的单句数量，消除了人工处理产生的费时和人为错误问题，还能动态了解物品运行全过程情况。自动识别技术家族有一批基于不同原理的自动识别技术，包括：条码技术、射频识别技术、磁识别技术、声音识别技术、图形识别技术、光字符识别技术和生物识别技术等。各种自动识别技术间没有优劣之分，只能根据具体应用确定最适合的自动识别技术。目前，在物流应用中常用的自动识别是

16、条码技术和射频识别技术。第1.4节 成件物品分拣系统的控制与管理成件物品分拣系统的控制与管理主要应具有下面几个功能。1.4.1 分拣物的识别及分拣作业命令的输入在通用分拣机中，分拣物在体积、质量、外形、包装形式等各方面往往有很大差别，要进行自动识别比较困难。因此，在多数分拣系统中仍是由操作人员用肉眼识别分拣物，然后在输入键盘上键入作为分拣作业命令的分拣口号码。这种方法的设备简单，但要求操作人员精神集中认真负责，尽量避免按键错误，以降低分拣差错率。由于分拣物上的标签、发货单或标明分拣标记的位置不尽相同，操作人员要经常用手搬动或翻动分拣物，同时还要用手敲键盘，使用手的动作较多，影响分拣速度。语音输

17、入装置可以克服这个缺点，操作人员用嘴报出分拣口地址，语音输入装置接收后即可输入分拣系统，从而提高了识别分拣物和输入作业命令的效率。采用自动识别输入方式如条形码输入方式和光电数字读入方式，操作人员可以少介入或不介入，输入速度快，分拣差错率低，但技术要求和软硬件成本都较高。1.4.2 分拣机的控制每台分拣机都可以看成是一个具有一个（或几个）入口和多个出口的输送机系统，对分拣机的控制就是对这个输送机系统多个出口的分流控制。由于在分拣机上可能有几个、几十个、甚至上百个分拣物同时进行输送，而每个分拣物分流的时间和位置都可能不相同，因此对分拣机的分流控制必须采用跟踪控制方式。在钢带分拣机上，钢带托辊轴装有

18、脉冲发生器而将分拣起点到分拣溜槽的距离换算成脉冲数。在钢带运行时，脉冲发生器进行计数。当计数值与换算值相一致时，说明分拣物已到达分拣口，这时，横向推出装置动作即可将分拣物分拣出去。在翻盘式分拣机上，则直接对通过的托盘个数进行计数即可完成跟踪控制。早期的分拣机采用凸轮转鼓式的机电控制器进行控制，现代分拣系统则大都采用微型计算机组成的专用控制器或通用的可编程序控制器进行控制。第2章 方案确定第2.1节 设计要求本次毕业设计要求设计一个底卸式物流分拣实验装置及分拣信号自动识别实验系统。分析、论证本设计采用的方法、原理几可行性，记性结构设计、运动学计算和强度校核。这种底卸式物流分拣实验装置是由多段独立

19、驱动的短带式输送机联成一线组成。分拣时，短带式输送机向上升起一定高度，使带式输送机在分拣口处形成一个缺口，分拣物即从缺口出滑落到下面对应的溜槽。整个分拣装置要求小型化。自动分拣识别系统要通过对物体标识进行识别，再通过单片机对信号进行处理，再通过输出信号对机械部分进行控制，实现动作，将不同种类的物品分开。绘制底卸式物流分拣实验装置及分拣信号自动识别实验系统的总装图及主要的零件图及控制系统原理图。第2.2节 方案确定底卸式物流分拣实验装置及分拣信号自动识别实验系统是由多段独立驱动的短带式输送机联成一线组成。分拣时，短带式输送机向上升起一定高度，使带式输送机在分拣口处形成一个缺口，分拣物即从缺口出滑

20、落到下面对应的溜槽。自动分拣识别系统要通过对物体标识进行识别，再通过单片机对信号进行处理，再通过输出信号对机械部分进行控制，实现动作，将不同种类的物品分开。设计方案要突出以下特点：（1）、分拣时对分拣物品的冲击和振动要小；（2）、整个装置要小型化，突出其实验装置的特点，并适用与实验室进行演示；（3）、能够快速准确的分拣物品，且分拣差错率低；（4）、结构简单，制造容易，而且成本较低。整个设计过程包括机械部分和单片机控制两部分。机械部分设计思想为：带式输送机采用单滚筒驱动，驱动滚筒采用外装式，改向滚筒改变带式的运动方向的同时要起到拉紧的作用；整个带式输送机由底架支撑；带式输送机向上升起一定高度的动

21、作由气压系统对改向滚筒的轴作用来实现。带式输送机的带宽取为100mm，长度约400mm，输送机距地面高度约300mm，其设计实验装置如2-1图：图2-1 设计装置图单片机控制部分设计思想为：色敏传感器对物体进行识别，将信号输入A/D转换器进行转换，再输入单片机与已输入的颜色值进行比较，然后输出控制信号对驱动电路进行控制，实现带式输送机的动作。机械部分的设计包括以下几个设计部分：（1）、驱动滚筒的设计；（2）、改向滚筒的设计；（3）、中间架及托板的设计；（4）、气压缸的设计；（5）、气压回路的设计。单片机控制部分包括以下几个部分：（1）、传感器的选择及其应用电路；（2）、A/D转换器的选用；（3

22、）、控制电路的设计；（4）、驱动电路（5）、程序设计。在整个设计中要特别注意各个部分的相互关系，以及机械部分的输送机的长度、底架的高度和气压缸之间的相互影响。第3章 底卸式胶带分拣实验装置结构设计第3.1节 驱动滚筒的设计及其轴的校核本设计要求的是设计一个实验装置，所有零部件要求小型化，所以驱动滚筒的直径必须很小，在次处取驱动滚筒的直径为30mm。由于驱动滚筒的直径很小，所以电动机采用外装式。进行驱动滚筒的设计首先要进行电动机的选型及联轴器的选型。3. 1. 1电动机的选型估计工作阻力：Fw=50N，（工作阻力是上下分支的运行阻力，包括物料、输送带及其与托板的摩擦预设带速：v=0.16m/s，

23、滚筒直径：D=30mm带式输送机的效率为：查机械设计手册可得=0.940.96，在此取w=0.94则电动机的功率为 W电动机的转速 r/min 查实用微电机手册选择70TDY1151型电动机。其主要参数如下：额定电压：220V额定频率：50Hz相数：1同步转速：115r/min 最大同步转矩：550mN.m最大输入功率：24W最大输入电流：0.12A启动转矩：300mN.m外形尺寸：总长：110毫米外径：70毫米轴径：8毫米生产厂家是苏州电讯电机厂因为在所给的主要参数中没有给出额定转速，需要自己根据所学电工知识自己计算。根据电工学可查得，通常异步电动机在额定负载时的转差率为s=1%9%，即电动

24、机的额定转速为n=1151-（1%9%）=104.70113.85r/min在此取电动机的额定转速为n=105r/min则电动机带动驱动滚筒的线速度为 m/s3. 1. 2联轴器的选型根据电动机的输出轴的直径选择合适的联轴器，通过查找机械设计手册和网上的相关资料，查到DB32020-87挠性鼓形联轴器（弹性内齿型）中的内齿形弹性联轴器（NL型）。内齿形弹性联轴是目前国内的最新产品，在国外已经广泛地被采用，该产品由机械委济南铸造锻压机械研究所设计，适用与轴间及的挠性传动。允许较大的轴向径向位移和角位移，且具有结构简单维修方便、拆装容易、噪声低、传动功效损失小、使用寿命长等优点，倍受用户欢迎。轴孔

25、形式有圆柱形（Y），圆锥形（Z）和短圆柱形（J）。轴孔和键槽按国家标准GB385283联轴器轴孔和键槽形式及尺寸的规定加工。工作温度为-20-+70 半联轴器采用精密铸造，铸造HT20-40，铸钢ZB35轴孔和键槽采用拉制成型，内齿形联轴器弹性体外套可根据用户使用要求选用各种硬度合成橡胶脂橡胶，增强铸型尼龙弹性体等材料。选择内齿形弹性联轴器的NL1型号，其结构如图3-1所示。图3-1 联轴器的结构其主要参数为 公称扭矩：50N.m 许用转速：6000r/min惯性扭矩：0.25kg.主要尺寸：轴孔直径d1，d2：6-14mm轴孔长度L1，L2：16-32mm，D：40mmD1，D2：26mmE

26、：4mmL4：34m3. 1. 3驱动滚筒轴的设计与计算估算轴的最小直径，然后进行轴的结构设计实心圆轴的扭转强度计算公式为校合计算公式：设计计算公式： mm式中 扭转剪应力，N/T轴传递的扭矩，N.mm轴的抗扭截面系数，参看机械设计工程学表4-2几种常用轴用材料的及A值轴的材料Q235-A，20354540Cr，35SiMn，42SiMn38SiMnMo，20CrMnTi，2Cr13N/1220203030404052A16013513511811810710798表4-2本设计中轴的材料为45号钢，所以选择A =1183. 1. 3. 1轴的弯扭合成强度计算：（1）轴上的输出转矩T N.mm

27、其中为联轴器的效率，取值为0.99查带式输送机的工作情况系数为： K=1.251.5Ta=K.Ta=1.5718.95=1078.425N.mm根据电动机的输出轴的直径和联轴器，确定轴的最小直径。（2）轴的最小直径最小直径为 mm此轴与电动机通过联轴器相联，其中轴段最粗的地方作为滚筒。设计轴时必须考虑电动机输出轴的直径和键槽。电动机的输出直径是8mm，所以选择的联轴器的直径也为8mm，则驱动滚筒最细处的直径可以取为8mm。所以轴的最小直径为3. 1. 3. 2轴的结构设计按轴向定位的要求和实际工况，确定各轴段的直径和长度。驱动滚筒轴的最粗段要安装带式，带式的宽度取为100mm，最粗段要比带式宽

28、2mm，总长为102mm。驱动滚筒轴的两端要安装轴承。轴承的功用一是支承轴及轴上零件并保持轴的旋转精度，二是减少转轴与支承之间的磨擦和磨损。轴承是用于支承轴及轴上零件实现正常工作的一种部件。轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。根据载荷的大小选择轴承的类型时，由于滚子轴承中的主要元件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后的变形也较小。而球轴承中主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，应优先选用球轴承。轴承的转速，在一般转速下，转速的高低对 选择不发生什么影响，只有在装素较高是日，才会有比较显著的影响。在本设计中，由于轴承所受载荷较小，而且主要是径向载荷

29、，冲击载荷几乎为零，所以选用的是深沟球轴承。深沟球轴承主要承受径向负荷，也可同时承受少量的双向轴向负荷，工作时内外圈轴线允许偏斜 816。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。但承受冲击字和能力 较差。在本设计中，根据轴的直径选择轴承的内径为12毫米，所以在此选择的是代号为61901的深沟球轴承。其内径12mm，外径24mm，宽6mm。根据深沟球轴承的安装尺寸要求，驱动滚筒轴的最粗段和安装轴承段之间的过度段取为直径14.4mm，它起到了轴肩定位作用。轴的末端与联轴器相连的地方取长度20mm，其上安装键22。驱动滚筒固定在带式输送机低架的头架的上部，其上部有直径为24mm的圆孔

30、，驱动滚筒两端的轴承就置与其中，轴承内部有轴肩定位，外部由端盖定位。驱动滚筒的详细设计如图3-2所示： 图3-2 驱动滚筒结构3. 1. 3. 3轴的强度及疲劳强度校核（1）轴的强度校核驱动滚筒轴的尺寸及力的作用点的位置示意如图3-3：图3-3 驱动滚筒轴尺寸位置1）求轴的载荷， 如图3-4所示： 图3-4 轴的载荷受力图水平面 =25N =25N垂直面受力为0=2558=1450N.mm合成弯矩2）校合轴的强度轴的材料45号钢，调质处理，由机械设计工程学查表4-1得，=0.090.1，即=5865N/在此取=60N/轴的计算应力为根据计算结果得知，该轴的强度满足要求。（2）确校核轴的疲劳强度

31、对于重要的轴，必须按安全系数精确校核轴的疲劳强度。一般用途的轴，该步工作可以省略。1）判断危险截面危险截面应该是应力较大，同时应力集中较严重的截面。从受载截面情况观察，截面B上的应力集中最严重。2）计算危险截面应力截面右端弯矩M为截面上的扭矩T为 T=718.965N.mm抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面上的扭转剪切应力 截面上的弯曲应力 弯曲应力幅 弯曲均应力 扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，确定影响系数轴的材料为45号钢，调治处理。由机械设计工程学表4-1查得，。轴肩处的有效应力集中系数。根据r/d=0，D/d=1.8，由机械设计工程学中表4-5查得尺寸系数，根据轴的截面为圆截面查机械设

32、计工程学中图4-18得。表面质量系数，根据和表面加工方法为精车，查机械设计工程学图4-19，得。材料弯曲、扭转的特性系数，取由上面的结果可得查机械设计工程学表4-4 疲劳强度叙用安全系数载荷和材料情况载荷确定精确，材质性能可靠时载荷确定不够精确材质性能不够均匀载荷确定不精确，材质性能无把握或轴的直径大于200mmS1.31.51.51.81.82.5表4-4疲劳强度叙用安全系数该轴的载荷不够精确，所以选取S=1.8，由此可知该轴安全。3.1.4轴承的校核 驱动滚筒要正常转动必须选择合适的轴承，根据驱动滚筒轴承受径向载荷，轴向载荷微小，所以在本设计中选用代号为61901的深沟球轴承，其主要性能参

33、数为：额定载荷。计算轴承支反力该轴承只受纯径向载荷Fr=50N。水平支反力 垂直支反力为0合成支反力 R=轴承的当量动载荷 Pr=R=35.36N轴承的寿命n轴承的内外圈的相对转速，r/minP当量动载荷，N轴承的额定寿命，h寿命指数，对球轴承，=3温度系数 载荷系数温度系数轴承工作温度/120125150175200225250300温度系数1.000.950.900.850.800.750.700.60载荷系数载荷性质无冲击或轻微冲击中等冲击强烈冲击载荷系数1.01.21.21.81.83.0轴承的寿命为查机械设计工程学表5-11，轴承预期寿命参考值使用场合/h不经常使用的仪器和设备500

34、3000短时间或间断使用，中断时不至于引起严重后果40008000间断使用，中断会引起严重后果80001200024小时连续工作的机械1200060000表5-11 轴承预期寿命参考值由于本设计是实验装置，属于不经常使用的仪器和设备，所以由计算结果和参考值相比较，可知该轴承的寿命合乎要求。第3.2节 改向滚筒的设计及强度校核3. 2. 1改向滚筒的设计改向滚筒的作用是改变带式的运动方向，使带式绕过 滚筒后与原来的运动方向成180度，即与原来的运动方向相反。在本设计中，带式输送实验装置是单滚筒驱动，只有驱动滚筒和改向滚筒，所以改向滚筒还要起到拉紧的作用。这就需要在改向滚筒的两端加上拉紧装置。具体

35、设计如下：图3-5 改向滚筒的拉紧装置螺栓用来顶住改向滚筒的轴（轴的两端作成平面），使其不能随着带式的力而产生移动。当螺栓出现松动时，要及时给于欲紧。因此这种拉紧装置是受动拉紧装置。改向滚筒的轴因为被拉紧装置固定，所以它是不能动的。但是带式与滚筒相接触的地方又必须是活动部件，所以改向滚筒是由轴和滚筒两部分组成。滚筒用壁厚为4.5mm、外径为30mm的45号无缝钢管，轴的材料为45号钢，调质处理。两部分之间用伸沟球轴承。轴承的定位是通过滚筒和轴套来实现的。改向滚筒的具体设计方案如下图3-6所示：图3-6 该向滚筒的具体结构设计 改向滚筒轴中段的直径是根据轴承的安装尺寸而定的。轴的两端有一个小圆孔

36、，当气压缸活塞头部的圆环与轴相套在一起时，用一根铁丝穿过小孔，来使活塞头部的圆环定位，使其不会向外移动。3. 2. 2改向滚筒的轴的校核改向滚筒静止时的强度校核受力分析如下：改向滚筒所受的力和驱动滚筒所受的力的大小是相同的，都是50N，只是作用的方向相反。因为改向滚筒的轴是固定的，其两端的挡板就对它有一个支反力，设为5N。支反力水平面 垂直面 弯矩和水平面 垂直面 合成弯矩M（2）校核轴的强度轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，取，拉紧滚筒最细的地方宽8mm，取d=8mm轴的计算应力为根据计算结果可知，该轴满足强度要求。轴在整个机构抬起时的剪切强度校核（1）轴的受力

37、分析图如下3-7 图3-7 轴的受力分析 为气缸的理论输出力，即只有一个剪切面，即m=1轴为45号钢，调质处理，剪切疲劳极限为，则剪切应力 ，取从计算结果可得，该轴满足剪切强度要求。改向滚筒所用的轴承与驱动滚筒的相同，且受力与其也近似，所以在此不再校核轴承的强度。第3.3节 中间架及托板的设计中间架是薄壁钢结构，它是带式输送机两边的挡板。它的一个附加作用是防止带式过于跑偏。中间架采用2mm厚的热轧钢板，可以减轻整个带式输送机的质量，以便减轻气压缸举起不分的总质量，减轻其负荷。整个输送机抬起的部分是改向滚筒、带式、物料、中间架和托板，中间架是运动部件，所以与驱动滚筒两边的机架不能固定。在中间架的

38、前部另外焊接一个圆弧状槽形薄钢板，用来搭在输送机底架的头架上。其具体搭放形式在驱动滚筒的设计图中已经表示出来了。中间架的后端是与改向滚筒的拉紧装置的挡板通过螺栓相连接。托板用来支撑物料和带，不要产生下垂现象。托板的一边折90度，用来和中间板用螺栓联接。托板也是要抬起的部件，所以它的质量必须小，在次选用和中间架一样的材料，都是2mm厚的热轧钢板。中间架和托板的结构和连接如图3-8所示：托板与中间架的连接，一边用螺栓，一边是用螺栓上套一个8mm厚的硬质橡胶，其与托板接触的地方是平面，可以起到支撑的作用，选用硬质橡胶，可以保证不变形，保证托板水平。做成这个样子，有两个原因：一、一端用螺栓和中间架连接

39、，可以保证整个输送机构在被抬起的时候，托板不会向前滑落；二、另一端用橡胶支撑可以保证安装的顺利，因为当要安装这半边的中间架时，带式已经安装上去了，不可能伸入手到另一边一样再上螺母和垫片了。以上就是中间架和托板的设计，它们即满足了输送机的要求，又满足了实验装置小型化的要求。 图3-8 中间架和托板的结构和连接第3.4节 带式输送机底架及电动机支架的设计3. 4. 1带式输送机底架的设计带式输送机必须有一个支架来支撑，而且输送机整个要被抬起来，所以输送机不能和底架相连接在一起。带式输送机的底架应包括与驱动滚筒相连的头架、支撑改向滚筒的尾架，还有滑落物品的溜槽。输送机底架如图3-9、图3-10所示。

40、带式输送带的底架由头架和尾架组成。头架的材料为型钢，厚10mm，宽20mm，上端的圆形由机械加工而成，小孔上用螺栓将端盖固定在上面，四个孔均布。它们的具体尺寸都是根据驱动滚筒部分的尺寸决定。驱动滚筒的轴承放在头架的孔内，因为轴承宽6mm，所以型钢取为10mm厚。中间架的前部搭放在头架上。尾架用来支撑改向滚筒，它与拉紧挡板的后端相接触。当气缸不动作时，拉紧滚筒及部分带式和物料的重量由尾架和气缸共同承担，其中尾架是主要的承栽部件。在尾架的上端有两毫米厚的橡胶垫，当气缸放下输送机时可以起到缓冲的作用。尾架的材料与头架相同，都是代号为GB/T704-1988的型钢，宽度20mm，厚度10mm。溜槽是实

41、验物品滑落的轨道，它和地面成48度的角。因为实验物品的质量很小，输送带的速度也不高，所以物品对溜槽的冲击不大，可以将溜槽的材料选择为塑料类。具体材料为代号GB/T4454-1996，聚氯乙烯。溜槽的底部做成圆弧状，可以减小物体到达地面时受到的冲击，避免损坏。图3-9 输送机的底架结构 图3-10输送机的底架结构 1、螺栓M8 2、头架 3、横梁 4、溜槽 5、螺栓M6 6、尾架7、底板 8、橡胶缓冲垫 9、弹簧垫8 10、螺母M8 11、弹簧垫片M6 12、螺母M6在头架与尾架、头架与头架、尾架与尾架之间的横梁，保证了它们之间的距离，增强了底架的稳定性。最稳定的结构是三角形，在受到大的载荷时也

42、不会变形。而本设计中的装置是用来实验演示，工作不频繁，而且底架承担的载荷也较小，所以矩形设计也可以满足强度要求。底架的底板是5mm厚的热轧钢板直接加工而成，可以减少成本，不需铸造。底板上的孔用来通过螺栓和工作台相连接。作用是当带式输送机工作时的振动不会使整个机构的位置发生偏移。第3.5节 输送带的设计输送带是输送机的重要组成部分，占输送机成本的大部分。输送带的设计要考虑到带芯、覆盖胶、输送带的寿命、输送带的强度以及输送带的连接法。3. 5. 1输送带的基本要求普通输送带具有表面光滑、平坦的特点，从结构上可分为：带芯层。它是输送带的骨架，承受载荷的主题，根据带强选择棉帆布、尼龙布、聚脂布、芳纶布

43、、钢丝绳芯，带芯可制成单层或多层。覆盖层。分为上胶层和下胶层，分面粘在带芯层外边，由使用条件决定是否要用耐磨、耐油、耐寒、耐燃、耐热和耐臭氧的橡胶配方。隔离层。用于粘接带芯，视带芯的不同而配方不同。输送带的寿命由输送的物料和使用条件决定，对输送带的要求是：具有足够的抗张强度和模量，伸长率低；强度和宽度要满足各行业的需要；要有柔性，但伸长率有一定的限制；承载带的覆盖胶能满足冲击负荷的冲击和耐磨性好，耐疲劳性高。由此可知，选择输送带的骨架层成为带式输送机最关键的一步，对带式输送机的功能起着决定性的作用。3. 5. 2覆盖胶的选择覆盖胶的选择遵循以下原则；通耐磨带选天然橡胶聚氨酯橡胶或掺入了丁苯胶混

44、练而成。耐较高温度（高于130度）时，选氯丁基和三元乙丙胶，最高在200摄氏度以下使用。耐燃带使用氯丁 二烯、苯橡胶和天然橡胶混练而成，还要加上阻燃剂。耐油带使用氯丁 二烯和丁苯橡胶，如果和聚乙烯并用，能抗氧老化。耐酸碱带使用氯丁胶。在本设计中的设备作为实验装置用，所以选用普通的耐磨橡胶带就可以了。3. 5. 3带芯的选择 由于橡胶的弹性大，弹性模量较低、带芯易在外力作用下产生变形，因此要纺织材料或金属材料做骨架。要求其材料强度高、伸长率适当、耐曲挠、耐疲劳、耐热好、收湿性小和同橡胶结合性好。在设计中，因为是实验装置，对皮带的要求不是很严格，承受的载荷和冲击也很小，所以皮带的厚度设计为2mm，

45、根据运输机械手册表1-6，帆布芯输送带规格及技术参数得，涤纶帆布符合要求。其主要的参数为：输送带的型号为PP-90，扯断强度90N/（mm.层），每层厚度1.00mm，每层重量1.40，参考力伸长率为4%，带宽范围3002000mm层数范围14，覆盖胶厚度：上（0，0.5，1，1.5，2，2.5，3）mm，下（0，0.5，1）mm每毫米厚胶料重量1.35，由此可一将带设计为：一层带芯，一层上胶，上胶厚1mm。带总的后厚度为2mm，带宽100mm。因为涤纶帆布带芯的皮带没有100mm宽的规格，可以从用300mm规格的带上裁下100mm的宽度，以适应实验装置的要求。3. 5. 4输送带圆周力的计算

46、及张力的计算图3-11 输送带上的受力分析本设计中输送机才用单滚筒驱动，拉紧装置是采用固定拉紧且拉紧力不可调，设计时必须满足以下不打滑条件；式中 驱动滚筒紧边拉力，N 驱动滚筒松边拉力，NA启动、制动系数，A=1.41.5输送带与滚筒表面间的摩擦系数输送带传动滚筒的包角此处输送带的包角=210，根据皮带机构的工作环境和皮带自身的条件，查运输机械手册上册表6-11可得=0.4 运行是总的工作阻力就为总的圆周力，本设计中总的阻力F=50N，单传动滚筒运行时，驱动滚筒趋入点的张力最大，驱动滚筒奔离点的张力最小。则 最大张力应小于输送带的许用最大张力。本设计中选用的输送带的扯断强度为90N/mm.层，

47、=0.090.1=8.19N/mm.层。N/mm.层=0.090.1=8.19N/mm.层式中 B带宽 m带芯层数根据计算结果可得，带的强度符合要求。3. 5. 5输送带的连接法输送带的连接有三种方法，分别是机械连接法、硫化连接法和冷粘接头法。在本设计中的皮带适合于硫化连接法和冷粘连接法。硫化连接法。将输送带分层剥离，打磨干净，刷上橡胶液，待不粘手的时候，再涂刷一遍。再凉到不粘手时，将两输送带剥离层合拢、敲平。再盖上电加热板，上好压板。通电1.5小时，输送带中心温度达到150摄氏度时停止。不可过于硫化，如果硫化时间不足，或过头均达不到预期效果。对于多层带芯可用斜割法，对于单层芯输送带，如阻燃带

48、。只能用切成三角形对接连接。冷粘连接法。把输送带接头的两端切割玻璃成阶梯形状，每层带芯形成一个台阶。剥开的每层都先用丙酮除去釉质，晾干再涂上一层粘接剂。等晾干不粘手时，将两端输送带对齐合拢压实，用木锤木锤均匀锤实。最好用重物压平。固化时间23小时。视可应粘接剂而定。切割方式采用斜割法。一般与输送带中心成4560，接头以全搭接为好，即接头重叠一部分，接头强度保持率在90%以上。全搭界接头的总长度按下式计算：式中 L全搭接头长度，mm 带芯的抗拉强度，N/（mm。层） Z带芯层数 0.75冷粘固化2小时，输送带粘接面的剪切强度，N/mm2粘接的好坏与剥离层打磨是否均匀有关，用电动钢丝砂轮打磨最好。

49、第3.6节 气压缸的设计3. 6. 1气压传动及其应用气压传动简称气动,是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号。控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化，自动化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要的分支。因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防暴、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段，在机械工业、冶金工业、轻纺食品工业、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各个部门已得到广泛的应用。3. 6. 1. 1气压传动的优缺点气压传动的优点空气随处可取，取之不

50、尽，节省了购买、储存、运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设备回收管路，因而也不存在介质变质、补充和更换等问题。因空气粘度小（约为液压油的万分之一），在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境。与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。气动元件结构简单，制造容易，食欲标准化、系列化、通用化。气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性由于液压、电子和电气系统。空气具有可压缩性，使启动系统能够实现过载自动保护，也便于储气罐储存能量，

51、以备急需。排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。气压传动的缺点空气具有可压缩性，当载荷变化时，气动系统的动作稳定性差，但可以采用气液联动装置解决问题。工作压力较抵（一般为0.40.8Ma），又因结构尺寸不宜过大，因而输出功率较小。气信号传递的速度比光、电子速度慢，故不宜用于要求高传递速度的复杂回路中，但对一般机械设备，气动信号的传递速度是能够满足要求的。排气噪声大，需加消声器。3. 6. 1. 2气动与液压传动控制方式的性能比较。 液压传动控制方式操作力 最大，动作较慢，不怕振动，结构复杂，负载变化影响较小，适于短距离操纵，无级调速性能良好，工作寿命

52、一般，维护要求高，但价格稍贵。气压传动控制方式操作力中等，动作较快，环境适应性好，构造简单，负载影响较大，适应于中距离操纵，无级调速性能较好，工作寿命长，维护要求不高，购买价格便宜。在本设计中，工作压力小，结构尺寸和输出功率也小，负载变化小，而且要求动作速度快，所以，综合以上气压和液压传动的优缺点，选择气压传动是比较合适的，无污染，价格便宜，维护方便。3. 6. 1. 3气压传动系统的组成典型的气压传动系统有气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四个部件组成。1. 气压发生装置气压发生装置简称气源装置，是获得压缩空气的能源装置，其主体部分是空气压缩机，另外还有气源净化设备。空气压缩机将原动

53、机供给的机械能转化为空气的压力能；而气源净化设备用以降低压缩空气的温度，除去压缩空气中的水分、油分以及污染杂质等。使用气动设备较多的厂矿常将气源装置集中在压气站内，由压气站再 统一向各用气点分配供应压缩空气。 执行元件执行元件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。包括直线往复运动的气缸，作连续回转运动的气马达和作不连续回转的摆动马达等。 控制元件控制元件又称操纵、运算、检测元件，是用来控制压缩空气流的压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。包括各种压力阀、方向阀、射流元件、行程阀、转换器和传感器等。 辅助元件辅助元件是使压缩空气净化、润滑

54、、消声以及元件间连接所需要的一些装置。包括分水滤气器、油雾器以及各种管路附件等。3. 6. 2气缸的设计选择气缸时应注意以下几个方面：选择气缸的类型；根据使用场合和负载特点选择不同类型的气缸。选择安装形式：有气缸的安装位置、社用目的等因素来决定。其原则四：负载作用力方向应始终与气缸轴线方向一致，以防活塞杆手弯曲力的作用。确定气缸作用力的:大小：根据工作机构所需要的作用力 的大小类确定，并要留有一定裕度。确定旗杆:高兴成与使用场合和机构所需要的形成比有关，也手加工和机构的限制。有些场合，应按所需要行程增加1020mm的行程余量。确定以内的速度：普通气缸的运动速度为0.51m/s，应根据需要在系统

55、中设备调速元件，如节流阀等，且多采用排气节流调速，以增加系统刚性，防止爬行。注意润滑：除无油润滑气缸外，均应注意气缸的合理润滑，在气源入口处设备油雾器，并根据需要调节供油量。气缸的设计与计算启动系统中应用最广的是普通双作用单活塞杆式气缸，在本设计中用到的也是此类气缸。确定气缸活塞杆的推力F1）、确定负载的大小。物料的质量m1：1 kg拉紧滚筒的质量m2：1 kg中间架、皮带及托板的质量m3：2 kg电动机的质量m4： 1.6kg（以上部件质量的确定已经加入一定的余量）2）确定气缸活塞杆的推力式中 g=10 N/kg由于设计中是由五个气压缸共同作用使皮带和电机一起抬起来，所以是每个气缸只承受五分

56、之一半的力。 取F=7 N气缸内径D的计算推力作功时，（m）式中，p气缸工作压力， 负载率负载率与气缸工作压力p有关，且综合反映活塞的快速作用和气缸的效率。下表列出了传输气缸与p的关系。的最佳值为0.30.5，气缸高速运动或垂直安装时取=0.3，低速运动是取=0.5。对与作夹具用的夹紧气缸，取=0.80.9。负载率与气缸工作力p发关系如下表所示：0.0160.200.240.30100.300.150.400.200.500.250.600.400.500.600.7010.300.650.350.700.400.750.450.75在此选择 =0.3 p=0.3 则气缸的内径为 计算出的气缸

57、内径需要按照GB/T23481993（液压气动系统及元件-缸内径及活塞杆外径）进行圆整。由此可得气缸的内径为 D=16mm活塞杆直径的计算与计算气缸的内径D相同。一般取d/D=0.20.3，必要时也可取 d/D=0.160.4。当活塞杆受压时，且其行程L10d时，还要校核其稳定性。d=(0.160.4)D=2.566.4mm 在此取活塞杆的直径d=6mm。（计算出的活塞杆的直径需按照GB/T23481993液压3气动系统及元件-缸内径及活塞杆的外径进行圆整。缸筒壁厚的计算一般气缸筒壁厚与缸径D之比小于1 / 10。气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚可按簿壁筒公式计算： 式中 D缸筒内径，mm实

58、验压力，为工作压力p的1.5倍缸筒材料的许用应力，缸筒材料的抗拉强度，n安全系数，一般取n=68按公式计算出的壁厚通常都很薄，加工比较困难，实际设计过程中一般都需要按照加工工艺要求，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管或铝合金管。缸筒材料常采用20号无缝钢管、铝合金2A12、铸铁HT150和HT200等。本设计中采用20号冷拔无缝钢管，考虑到加工工艺，选用壁厚尺寸为=3mm。确定气缸活塞杆的行程活塞杆的行程S=153.87mm计算出的活塞杆行程需要按照GB23491980（液压气动系统及元件-缸活塞行程系列）进行圆整。查得 S=160则活塞杆的计算长度为L=425mm多数场合下活塞杆承受的是推力负载

59、，细长杆件受压易产生弯曲和变形，必须考虑压杆的稳定性。当活塞杆计算长径比L/d10时，当气缸承受的轴向负载达到极限值后，极为微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不桅顶现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆的稳定性条件是气缸的压杆稳定极限力与气缸的安装形式、活塞杆直径及行程有关。当细长杆比时，式中 气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出力，N 气缸的压杆稳定性安全系数，一般取=26。L活塞杆的计算长度，m，K活塞杆横截面回转半径，m，对于实心杆J活塞杆横截面惯性矩， 对于实心杆m由安装连接条件决定的系数。根据本设计中的实际情况可得m=1。E活塞杆材料弹性模量，钢材取L=425K= 6 / 4=1

60、.5m = 1所以活塞杆是稳定的，符合要求。耗气量的计算 气缸的耗气量与气缸的缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量Q为：式中 s活塞行程，mn气缸活塞每分钟往复次数，50次/min此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算的值比实际的值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。气缸进排气口的计算。气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况为外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下面的公式计算：式中 v空气流经排气口的速度，一般取v=1015m/s，在次取v=15m/s则 把计算出的气缸进排气口当量直径进行圆整，