毕业设计论文滚筒式人造板材翻板机结构设计.docx
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毕业设计论文滚筒式人造板材翻板机结构设计
毕业论文
中文题目
滚筒式人造板材翻板机结构设计
英文题目
structuraldesignofrolltorollman-made
plankpanelturnovermachine
院系:
机械与汽车工程学院
年级专业:
2012级机械设计制造及其自动化
姓名:
学号:
指导教师:
职称:
副教授
2016年5月12日
毕业设计(论文)诚信声明书
本人郑重声明:
在毕业设计(论文)工作中严格遵守学校有关规定,恪守学术规范;我所提交的毕业设计(论文)是本人在常雪峰指导教师的指导下独立研究、撰写的成果,设计(论文)中所引用他人的文字、研究成果,均已在设计(论文)中加以说明;在本人的毕业设计(论文)中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,未篡改实验数据。
本设计(论文)和资料若有不实之处,本人愿承担一切相关责任。
学生签名:
年月日
目录
1前言2
1.1引言2
1.2研究背景2
1.3研究的内容及论证4
1.3.1现存问题的提出4
1.3.2解决方案一的提出4
1.3.3解决方案二的提出5
1.3.4确定最终解决方案6
2滚筒式人造板材翻板机机构设计9
2.1滚筒式人造板材翻板机的工作原理9
2.2各部分的主要机构设计13
2.2.1双电机驱动的机构设计13
2.2.2齿轮传动机构设计14
2.2.3滚筒及滚筒支撑机构的机构设计15
2.2.4夹紧机构的机构设计17
2.2.5旋转机构的机构设计18
3各部分主要机构设计的分析及计算19
3.1电机的选型19
3.2轴承的选型20
3.3夹紧机构的气缸选型21
3.4链轮链条的选型22
4各部分主要机构的校核22
4.1齿轮与齿轮圈的校核22
4.2辅助支撑轴的强度校核23
5总结25
致谢26
参考文献27
滚筒式人造板材翻板机结构设计
学生:
曹彦良
指导老师:
常雪峰
(厦门理工学院机械与汽车工程学院,厦门361024)
【摘要】:
随着如今的科学技术的发展,翻板机的发展也得到了迅速的发展,但种类多还是存在着许多问题,因此本文主要介绍了一种滚筒式人造板材翻板机结构:
它具有支撑稳定、受力时状态良好,能实现各种角度的翻转,并且在这种翻板机上的板料还不会轻易掉落的优点。
论文首先对现今发展飞速的翻板机的背景进行了简单的介绍,然后对翻板机现存的问题进行了分析和解决,从而得出了本设计的思路。
本设计一共包含了双电机驱动机构,齿轮传动机构,滚筒及滚筒支撑机构,夹紧机构,旋转机构等五个主要机构,涉及到了圆柱齿轮传动,锥齿轮齿轮传动,链轮链条传动,双电机驱动,气动传动等等诸多机械原理。
本论文主要是针对对翻板机的创新性进行介绍,最后对各机构进行了介绍后并对设计中所使用到的元件进行了选型及校核分析。
【关键词】:
翻板机,人造板材,双电机驱动,滚筒式,结构设计。
structuraldesignofrolltorollman-madeplankpanelturnovermachine
student:
YanliangCao
tutor:
XuefengChang
(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,
XiamenUniversityofTechnology,Xiamen,361024,China)
【Abstract】:
Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnology,thedevelopmentofthepanelturnovermachinehasbeenrapidlydeveloped,Buttherearestillmanykindsofproblems,Sothispapermainlyintroducesthestructuraldesignofrolltorollman-madeplankpanelturnovermachine:
Ithasagoodsupportforstabilityandstress,Canachieveavarietyofangleflip,Andtheboardisnoteasytodroptheadvantagesoftheboard.Firstofall,thepaperintroducesthebackgroundoftherapiddevelopmentofthepanelturnovermachine,Thenanalyzeandsolvetheexistingproblemsofthepanelturnovermachine,Thusobtainsthethoughtofthisdesign.Thedesignofatotaloftwomotordrivemechanismatthesametime,Geartransmissionmechanism,rolltorollofsupportmechanism,clampingmechanism,rotatingmechanism,suchasthefivemainbodies,Itinvolvescylindricalgeartransmission,bevelgeartransmission,sprocketchaindrive,dualmotordrive,pneumaticdrive,andmanyothermechanicalprinciples.Thispaperismainlyaimedattheintroductionoftheinnovationofpanelturnovermachine,andfinallytothevariousagencieswereintroducedandthedesignofthecomponentsusedintheselectionandcheckanalysis.
【Keyword】:
panelturnovermachine,man-madeplank,atotaloftwomotordrivemechanismatthesametime,rolltoroll,structuredesign.
1前言
1.1引言
翻板机已经越来越受欢迎,如今已经广泛的应用于工业领域,农业领域,建筑领域等各种领域。
它是一种既能翻转各种材料的翻转设备,又是可以传输各种材料的传输设备。
就比如在现代工厂中,某一运输或者生产工序中需要按一定的方向或者角度对板料进行运输,那么就会使用到翻板机设备,由此可见它是当今生产运输当中不可或缺的一部分。
但现如今,虽然翻板机的种类数量繁多,但是存在着共同的不足之处,主要表现在其运动的平稳性很差,常常会出现板料掉落的现象,而且翻转的角度单一,某些不常见的角度无法实现翻转。
由此,为克服这一系列缺点,提出了一种新型的翻板机构——滚筒式翻板机构。
虽然目前市场上的滚筒式翻板机也有不少,种类也繁多,但是他们也同样会出现上诉一些缺点。
由此本设计提出的这种滚筒式翻板机构不仅具有一般的支撑稳定、受力时状态良好的优点,同时它还能实现各种角度的翻转,在这种翻板机上的板料还不会轻易掉落。
1.2研究背景
无论是在日常生活中还是在忙碌的工作上,翻板机这一设备的出现给人们的带来了非常大的便利。
而且翻板机不只是在国内如此受欢迎,在国外,它也是工厂中必不可缺的机械设备[1]。
更值得可提的是国外的翻板机的生产技术比国内较成熟,已经囊括上成百上千种型号的翻板机产品。
再者目前已知的国外翻板机的翻转能力大约在120吨以内,120吨这并不是个小数目,这么重的材料如果换做人工来翻转,先不说是不是有能力翻转的过来,就算是翻转的过来,花的时间也是它的好几十倍吧;就算是换作别的机器来翻转恐怕也是无法做到如此效率。
图1-1现有的L型翻板机
国外的翻板机技术已经这么成熟,那国内自然也就不会甘心落后。
如上图1-1,现有的L型翻板机。
近几年来,国内的机械制造行业飞速发展[2],那么工厂中对于翻板机的需求量也就越来越大,不仅要求量大,还要质量好。
所以翻板机在国内的竞争日渐激烈,所以各种各类的翻板机如百花争艳般冒了出来。
再如下图1-2,传统的C型翻板机。
图1-2传统的C型翻板机
通过平时在网上及到工厂的实地调查研究发现现有的翻板机大致有如下的一些缺点[3]:
1)安装、制造的难度比较大;
2)翻转时很难达到之前预定的翻转技术指标;
3)放上板料时翻板机受力不均衡,工作时对翻板机损伤较大;
4)翻转时翻转的板料易滑落;
5)翻转角度单一;
6)翻转不够平稳。
由此,在经过了充分的调查与研究之后,对资料进行了仔细的分析了,得知如今现有的翻板机所存在的一些问题,主要针对以上所列举的一些缺点,提出了一种新型的翻板机机构设计[4]。
1.3研究的内容及论证
1.3.1现存问题的提出
通过对工厂的调研可知,翻板机在整个翻转过程中所拥有着这诸多缺点,由此设计的翻板机最主要所需要解决的问题是以下几个:
1)翻转时翻转技术的一些指标问题;
2)翻转时板料滑落问题;
3)翻转角度单一问题;
4)翻转平稳性问题;
1.3.2
解决方案一的提出
在经过了一番思考与老师的指导下,得出了下图1-3的方案:
图1-3方案一示意图
1)机构的总体运动情况:
滚筒的翻转采用电机输出带轮,然后由带传动带动滚筒的翻转,滚筒翻转时使用齿轮辅助支撑[5]。
同时旋转时的旋转驱动是使用蜗轮还有蜗杆来进行传动。
2)选择合适的电动机:
电动机一方面主要用于驱动带来带动带轮工作,从而让翻板机进入翻转的工作状态;另一方面在翻板机的旋转这一块也是使用电机外接涡轮来带动蜗杆转动从而达到预期效果。
3)滚筒的设计:
利用圆柱形筒外壁两端加上齿条,滚筒置于一块平板上可实现平面旋转。
4)板料夹紧机构的设计:
利用两可移动夹紧板,板的移动夹紧可采用液压夹紧的方式。
1.3.3解决方案二的提出
在经过一番修改,得到了如图
1-4所示的方案2:
图1-4方案二示意图
1)机构的总体运动情况:
滚筒的翻转采用电机输出齿轮,然后有齿轮和齿轮的啮合来带动滚筒的翻转[6],滚筒翻转时使用链轮辅助支撑。
同时旋转时的旋转驱动是使用锥齿轮和锥齿轮的啮合传动来进行传动。
2)选择合适的电动机:
电动机是主要用于带动小齿轮旋转。
小齿轮旋转起来之后通过齿轮传动带动滚筒外面的大齿圈旋转,齿圈旋转就会带动滚筒翻转。
而下半部分就由电机带动锥齿轮,锥齿轮啮合带动滚筒旋转。
3)滚筒的设计[7]:
利用圆柱形筒外壁两端固定一条链条,滚筒置于一块平板上可实现平面旋转。
4)板料夹紧机构的设计:
板的移动夹紧可采用气动夹紧的方式,夹板一端固定在气缸的活塞头上[8],通过气缸的伸缩运动而达到夹紧的效果。
1.3.4确定最终解决方案
经过对以上两种方案的对比发现方案一实现起来不仅较为困难,而且采用电机输出带轮,再利用带来带动整根轴的旋转运动而致使翻板机翻转,这一系列的机械运动将会损失大量的功率,并且旋转板块如果采用涡轮和蜗杆[9],那么考虑到安装情况也会选择放弃此种方法。
由此在经过仔细思考与研究下初步选择了第二种方案,并在第二种方案上再加以修改得到了如下图1-5的初步确定的方案:
图1-5最终解决方案图
(1).翻板机运行过程中包含电驱动与气驱动两种驱动方式;
采用这两种方式驱动具有不少优点:
第一,我们知道气动传动中的气动装置体积会比较小,它的动态性能也会比较好;第二,在机构运行的过程中可以实现非常精确的定位;第三,采用气动传动是以空气这一廉价及可靠物质作为传动的介质,比其他任何方式要干净、清洁,而且还有更长的寿命;第四,采用气动传动方式会更好的实现工作的自动循环以及避免出现过载的情况;第五,目前我们
所采用的电气设备都是标准化的、因此在生产制造方面非常便捷,而且在设计和推广方面也会得心应手。
驱动原理如下图1-6及1-7所示:
图
1-6电机驱动
图1-7气缸驱动
(2).翻板机的运行过程中采用双电机的同步驱动
翻板机在翻转过程中要是有两套及两套以上驱动系统的那么就必须达到同步的效果,如果驱动系统不同步则会导致翻板机翻板机身很不平稳,要是更严重一些则会导致传动设备的传动失效,设备损坏。
目前已知的同步的控制方法有很多,但是性能最好、对设备又不会损坏的方法是自适应控制的控制方法来控制同步[10]。
(3).翻板机的运行过程中采用气动夹紧的方式来夹紧板料
目前的夹紧方式有很多种类,比如:
传统的机械式夹紧(利用齿轮的传动来夹紧),液压式夹紧,气压式夹紧……夹紧方式虽然如此之多,但是这边设计中选择了气动夹紧方式,原因之一就是它的传动装置的体积很小,而且传动的性能很好;其次就是很廉价、无污染。
(4).翻板机的翻转过程中采用链轮和链条的辅助支撑传动
翻板机是大型的翻转设备,它能翻转人工无法翻转的工件产品,这不单单只是工件的体型大,工件的超乎人类所能承受的重量这一因素也是它成为工厂中必不可少的设备的重要原因。
它们能翻转如此庞大且沉重的工件那么他自身的重量也是无法小觑的。
因此单靠电机输出轴上的齿轮是无法支撑住如此沉重的滚筒和物料的,加一个支撑是完全有必要的。
(5).翻板机的固定板加上了一个旋转机构
为克服现有的翻板机的翻转角度单一的局限,所以本设计中的翻板机在原有的基础上在滚筒的下方装上一块旋转板,这样在水平面就能进行360度的旋转,由此克服了现有翻板机只能在同一平面进行180度翻转从而达到更全面的角度的翻转。
旋转原理如下图1-8所示:
图
1-8旋转机构
(6).旋转板的旋转机构采用锥齿轮和锥齿轮的啮合传动来实现运动
既然要实现滚筒的水平旋转那么就要考虑如何实现这一效果,而这一效果的实现又要考虑到实际情况,安装起来不困难,实现这一效果不会影响到其他的机构的运行等等。
由此不采用涡轮和蜗杆这一成本既高而且效率又低的传动方式,而采用锥齿轮和锥齿轮啮合[11]这一成本既低而且寿命又长、润滑性非常好的传动方式。
2滚筒式人造板材翻板机机构设计
2.1滚筒式人造板材翻板机的工作原理
经过以上的深入分析,结合实际情况的可行性,本设计中的滚筒式人造板材翻板机的大体工作情况如下:
接上电源让电机运转—电机带动小主齿轮转动—小主齿轮带动滚筒上的外齿圈转动—外齿圈固定于滚筒上,齿圈带动滚筒翻转—将板材放于滚筒夹紧板上,打开气阀控制气缸夹紧板料—滚筒可在垂直平面进行180度的翻转,通过控制电机的运转来控制滚筒的翻转角度—滚筒的翻转角度达到预定时下面的床体的电机启动—下床体电机启动带动小锥齿轮转动—小锥齿轮转动带动大锥齿轮转动—大锥齿轮转动带动旋转板在水平面旋转—当达到旋转的角度,控制电机停止—当达到最终点即可将滚筒的板材卸下来—板料卸下来整个翻转过程结束—翻转结束,复位。
工作顺序如下图2-1:
图2-1翻板机翻转工作流程图
图2-2总体机构设计侧视图
从上图2-2可知滚筒式翻板机的整体工作情况,整个机构设计的驱动方面由三个伺服电动机来驱动[12],电机输出与小齿轮,小齿轮带动滚筒外圈的齿轮圈转动进而带动滚筒的翻转,并且滚筒在翻转时肯定会有一个极限,这是通过数字化系统控制电机的运转情况来控制滚筒的翻转的极限[13]。
机构的二维总体三视图如下:
图2-3二维总体图
夹紧方面是由气压控制传动来实现,通过将夹紧板锁定在气缸活塞下端,气缸进行伸缩运动是就可带动夹紧板来夹紧板料。
由于整个装置大多是由金属材料做成,并且翻转架上的板料的重量也不容忽视,那么,如果单单只是靠电机输出小齿轮来支撑肯定是不够的,那么就再加上了两条旋转轴,旋转轴上装带四个链轮来与滚筒上的链条配合辅助支撑。
机构的俯视图如图2-4:
图2-4总体机构设计俯视图
整个翻转方面的过程基本上已经完成,然而为了得到水平面上的不同角度的翻转,那么这边设计了一个旋转板,底箱里的电机通过输出小锥齿轮带动大锥齿轮运动,大锥齿轮固定于上板连接轴上从而可以带动旋转板旋转从未达到板料水平角度的翻转目的。
总体来说整个机构的大致设计基本已经完成,要实现的动作、要实现的功能已经基本上了解清楚,然而虽然总体机构的设计非常清晰,那么对于它的实现起来就必须细化出来,细节取决成败,要将整个机构完美的实现,那么这些细节的东西的设计就会变得异常的重要。
如下图2-5,机构的指示图:
图2-5整体机构设计主视图
2.2各部分的主要机构设计
2.2.1双电机驱动的机构设计
图2-6双电机驱动结构示意图
如图2-6所示,1和2为同一型号的伺服电动机,为保证达到限定的转速,所以在电机外各接上一个减速器,在滚筒的翻转方面利用他们来进行翻转,由于是利用两个电机来驱动同一个滚筒翻转[14],那么在运行方面势必会受电机启动不同步的影响而导致滚筒翻转不平稳,左右运行不协调,更严重则会影响滚筒外齿圈的寿命以及两减速电机的寿命。
在这一些列的原因影响下,设计选择了使用数字化的双电机系统来控制电机的同步运行,这样就达到了设计所需要的两电机同步带动中间滚筒的翻转的目的。
2.2.2齿轮传动机构设计
图2-7齿轮传动机构图
如上图2-7,图中1为电机输出小齿轮,为主动轮,2为齿轮圈通过圈上的通孔固定于翻转筒外壁上,电机旋转带动主齿轮旋转,通过齿轮啮合带动齿圈旋转,齿圈旋转带动滚筒翻转,从而完成翻转的动作。
在这个设计中并不是一开始就使用这个传动方式,刚开始使用的是电机输出带轮,再通过带轮与带轮间安装带传动来实现滚筒的翻转,但考虑到带传动本身所存在的一些缺点:
在传动过程中不能很好地保证正常的传动比,其次需要在轴上有较大的张紧力,并且极有可能会产生具有弹性的滑动,板料及滚筒的重量极易使皮带变形损坏;并且还有一个原因,它的传动效率较齿轮传动来说更为低。
在这一些列因素的影响下,本设计选择了齿轮传动的传动方式,因为齿轮传动具有很多优点:
比如它的传动比非常的精准,传动的过程很平稳,所能克服的承载能力强,并且它在工作时很可靠,传动的功率非常高,传递的速度也快、所需的尺寸范围广,并且这种传动方式的寿命要比其他的传动方式长,噪音也要远远的比其它的方式低。
2.2.3滚筒及滚筒支撑机构的机构设计
图
2-8滚筒及滚筒支撑机构结构图
如图2-8及2-9所示为滚筒翻转结构及滚筒翻转辅助支撑机构,1为下箱体,2为旋转板,3为支撑座,4为外端盖,5为内端盖,6为链轮,7为翻转滚筒,8为外齿圈,9为链条,10为上夹紧板,11为支撑轴,12为内部轴承。
这个机构基本上上包含了主要的翻转机构的大多结构。
图
2-9局部放大图
整个的工作情况是电机输出功率,加载到小主动轮上,再通过齿轮的啮合带动滚筒上的齿轮圈翻转,而齿轮圈是通过螺栓锁定在翻转筒上的,由此翻转筒会跟着一起翻转,由于整个机构的材料都是金属,那么它的整个重量则不能单独由电机输出主动齿轮来支撑。
图
2-10辅助支撑滚筒
如上图2-10所示,在一开始,本设计是设计了滑轮和滑槽的辅助支撑方式:
将滚筒的外缘加工成光滑的滑轮,在轴上链轮的位置上固定四个有滑槽的滑轮,当滚筒在滚动时就通过滑轮滑槽的滑动摩擦来实现对滚筒的辅助支撑,然而正是这个原因,滚筒在翻转时所受的是滑动摩擦,先不说损失了大量的功率,由于整个滚筒及滚筒上的板料的重量是非常重的,,那么在翻转过程中则会使翻转筒的外缘磨损,而且滑轮槽的磨损也会更大,因为滑轮槽要比翻转筒直径小很多很多,也正是考虑到这个原因,就没有使用滑槽轮和轴做成一体的设计。
在这些因素的影响下,本设计就选择了链轮与链条的辅助支撑来实现,整根链条通过双头开口的螺栓固定在滚筒切口两端,它的中心位置则通过两端各加一个套筒来实现定位。
就算在运转过程中链条或者链轮出现了损坏那么进行换修也会很方便,仅仅只需要将链条或链轮换下来换上新链条或链轮,这样既方便又节省了大量的成本。
链轮通过固定在阶梯轴上,整根轴通过四个轴承安装在底部的类似轴承支座的支座上,轴承左端通过左端面定位,右端通过阶梯轴定位,为密封所以右端也加了一端盖。
这样整个运动及密封就实现了。
2.2.4夹紧机构的机构设计
图2-11夹紧机构结构图
如图2-11所示,其中1为夹紧机构的下夹板,2为连接双头螺栓,3为气缸连接头的连接件,4为气缸头锁,5为气缸,6为滑槽板,7为气缸连接板,8为上气缸连接板,9为夹板滑块。
当夹紧机构为未工作时,下夹板1贴于滚筒下缺面。
两块滑槽板6分别用螺栓固定在滚筒的两个内端面。
气缸连接板7则连在滚筒的连杆上,这样整个机构的安装就完成了。
图2-12夹紧装置气缸活塞连接件示意图
如上图2-12所示,夹紧机构工作时的工作原理是将板料置于夹板上,在通过气缸的伸缩运动带动夹板上下运动而致使板料被夹紧,当然在夹板的运动过程中夹板如果没有导向那么就无法将板料夹紧,因此滑板槽6的作用还有就是用来导向。
在滑槽板及滑块的前期设计的时候出现了一个问题:
滑槽和滑板的形状是使用长方体形还是圆形。
一开始本设计使用的是长方体形,原因是现有的滑块大多都是长方形,受这个思维定式就直接设计了这个长方形。
而后在经过指导老师的指导下就改为了圆形的。
它的好处是因为它的表面粗糙度有较高的加工要求,而圆形很好加工,可以通过磨床的加工来直接达到加工要求。
当时指导老师还提出了一种建议就是使用滑杆与滑动轴承来实现这一效果,由于这一滑动的动作要求并不是很高,为了考虑成本的问题就没有考虑这种方案了。
最终结构就如此确定了。
2.2.5旋转机构的机构设计
图2-13旋转机构结构介绍图
图2-14支撑轮结构放大图
如图2-13及2-14所示,1为小主动锥齿轮,2为伺服电动机,3为机座底箱,4为大锥齿轮,5为锥齿轮连接杆,6为轮子连接板,7为支撑滚轮,8为旋转板。
此机构在工作时:
电机运转带动锥齿轮运转,通过锥齿轮之间的啮合来带动大锥齿轮转动,大锥齿轮锁定在旋转板伸出轴上,大锥齿轮旋转就带动旋转板旋转起来从而达到对上主体滚筒的各水平角度翻转。
在旋转带动时,除了上述所介绍的锥齿轮和锥齿轮传动之外还有一种传动方式-蜗轮蜗杆的传动方式。
但是蜗轮蜗杆的传动方式的传动效率比锥齿轮传动低,不宜长期在大功率下连续工作;并且为了减磨还有耐磨,蜗轮的齿圈常常需要使用贵重的青铜材料来制造,成本会非常高。
而本设计之所以选择了锥齿轮传动,是因为它具有更多的突出点:
一是寿命比较长,二是它的高负荷承载力,三是它的耐化学和腐蚀性能力强,四是噪音小,重量轻,生产的成本低,五是它的加工过程易于成型,并且润滑性非常好好。
同时它的润滑方式可采用酯润滑的方式来润滑。
在设计时,那个支撑轮一开始是打算使用滑轮与滑槽的,后来考虑到摩擦情况,就换用了滚轮这一低成本,应用广泛的支撑机构。
3各部分主要机构设计的分析及计算
3.1电机的选型
目前人造板材的材料
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