机车轴承外圈翻转打标供料系统设计说明书.docx
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机车轴承外圈翻转打标供料系统设计说明书
大连工业大学
设计说明书
机车轴承翻转打标供料系统
LocomotiveBearingDeliverSystem
学院:
机械工程与自动化学院学生姓名:
陈强王奥顾琪指导教师:
卜繁岭
设计说明时间:
2013年7月25日~10月3日共10周
目录
摘要-1-
第一章绪论-1-
1.1引言-1-
1.2项目简介-2-
第二章LBDS的设计-2-
2.1LBDS整体效果图-2-
2.2.1料道的设计-3-
2.2.2滑料板的设计-6-
2.2.3滑料块的的设计-7-
2.2.4防掉落装置设计-7-
2.2.5入料块的设计-9-
2.2.6护栏支架机构的设计-11-
第三章典型零件加工工艺分析-11-
第四章零件材料应用-13-
第五章装配动画及运动学仿真-14-
第六章心得体会与设计总结-14-
参考文献-16-
附录零件材料明细表-16-
摘要
在当今国际能源危机的背景下,能源问题已经成为制约工业发展的几大问题之一。
如何研制出绿色,环保,低能耗的机器是世界各国工程师所面临的共同课题。
低碳经济以其低温室气体排放,低构筑能耗、低污染为特点已成为现代经济发展的主流。
低碳经济包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。
低碳能源系统是指通过发展清洁能源,包括风能、太阳能、核能、地热能和生物质能等替代煤、石油等化石能源以减少二氧化碳排放。
低碳技术包括清洁煤技术(IGCC)和二氧化碳捕捉及储存技术(CCS)等等。
低碳产业体系包括火电减排、新能源汽车、节能建筑、工业节能与减排、循环经济、资源回收、环保设备、节能材料等等。
低碳经济的起点是减少碳源和碳足迹。
传统制造业存在耗能高,效率低,容易污染环境等诸多问题。
以绿色环保、节能减排、提高效率为研究目的,解决产品在传送中需要换向、变位问题。
通过运用CAD、solidworks等计算机辅助绘图软件,已经完成了对方案可行性的确定和对样机工作性能的测试,取得了初步的成果。
本作品主要利用物体受到地球引力下落的原理对传统的料道进行改进,解决了产品在运送过程中对换向机构的依赖的问题。
本产品无需任何附加动力就能实现产品换向不仅降低了能源消耗节约了生产维护成本而且实现了自动化生产提高了生产效率。
关键词:
低碳、环保、无动力、降低成本、自动化、料道
第1章绪论
1.1引言
机车轴承翻转打标供料系统(LocomotiveBearingDeliverSystem)以下简称LBDS在轻工业中已经是比较常用的机械了,特别是包装印刷行业。
LBDS以其简单易用的特点大大提高了生产效率,又因其无需工作人员看护操作的特点显著提高生产过程中的自动化程度,节约不必要的开支。
但是传统LBDS依旧存在不足,其输送货物的料道依赖机械变向装置。
不仅产生了额外的能源消耗而且降低了生产效率。
所以LBDS料道的设计目的是改进传统料道,使其更加绿色、环保的提高生产效率。
1.2项目简介
近年来我国经常发生春运难等交通问题,针对我国这一在特定时间人流量急剧增大的特点中央决定大力建设铁路交通运输。
铁路以其运输量大、速度快、不受环境干扰的优点成为当今最重要的交通运输方式。
铁路网的建设是国家基础设施建设之一关系到国家的经济命脉。
近十年间我国对铁路进行高达六次的大规模提速,由此可见铁路的重要性。
然而,我们都知道火车主要靠机车牵引,机车的质量对铁路运输能力、行车速度、运营条件及工程与运输经济具有重要的影响。
国家大力发展铁路的同时也对机车的质量和生产效率提出了新的要求。
本设计主要对机车使用的轴承的外圈生产过程中的供料系统进行改进,创新。
对提高机车轴承的生产效率具有重要意义。
此次创新主要是针对LBDS的侧滑道如图2.1所示的红色弯道部分。
第二章LBDS的设计
2.1LBDS整体效果图
运用solidworks软件生成的装配图
图2.1装配渲染
机车轴承翻转打标供料系统选用Q235-A优质碳钢作为主体框架,具有易于加工焊接、可塑性高等优点,对于机构中复杂零件的制作具有不可比拟的优势。
2.2LBDS的零件设计
2.2.1料道的设计
图2.2.1滑道护栏三视图
理论分析
由设计图知滑道护栏是一呈空间螺旋状的几何体,实际尺寸可以随工件的大小作出调整。
因为机车轴承外圈大约是直径为250mm、宽度为160mm的薄壁圆柱所以这里我们根据外圈几何中心的运动路径确定滑道的回转半径为500mm。
又因为工件要在滑倒中自由下落才能完成设计要求所以我们设计起始位置与最终位置的落差为300mm。
滑倒六条护栏由Q235A优质碳钢制作,具有承重能力的同时又具有良好的可塑性。
碳钢优良的韧性使得滑道不会产生永久性变形,有效延长了滑道的使用寿命。
上文提到工件几何中心在滑道中的运动路径,经过计算测试我们得出工件几何中心运动路径为一条规则的圆柱螺旋线。
图2.2.2圆柱螺旋形空间解析
参数方程
式中θ=wt,w为角速度,h为螺距,β称为螺旋角,公式中左螺旋线取负号。
若以弧长s为参数,则方程为
圆柱螺旋线的主视图投影是正弦曲线如图2.2.2上所示。
俯视投影是圆如图2.2.2下。
图2.2.3圆柱螺旋线主俯投影图
测试过程
为保证滑道设计方案的可行性,我们随机抽取工件在滑道中的三个为利用solidworks软件自身携带的干涉检查功能对虚拟样机中滑道与工件配合部分进行干涉检查。
对位置一进行检查
检查结果:
无干涉
对位置二进行检查
检查结果:
无干涉
对位置二进行检查
检查结果:
无干涉
通过三次随机位置干涉检查,结果均为无干涉,可初步判定方案是可行的。
2.2.2滑料板的设计
综合考虑实用性和经济性将滑料板设计高度设计为250mm,长度设计为180mm,宽度为设计120mm。
滑料板左侧竖板与底板右端接触,零件按竖直安放装配。
上侧板与竖直方向成86度角,意在使轴承外圈沿斜面落入指定工作位置。
此角度是综合考虑零件到下一道工序工作位置的距离和零件下落速度等因素计算得出。
图2.2.2
零件采用Q235A优质碳钢制作,可塑性好,利用加工维护。
2.2.3滑料块的的设计
滑料块外型尺寸118*100*25mm,制作材料为Q235A优质碳钢。
图2.2.3
零件左端到右端有一倾斜度,主要目的依然是利用重力是工件沿预订路径滚动,减少对动力原件的依赖,降低能源消耗,提高经济效益。
2.2.4防掉落装置设计
方案合理性分析:
轴承外圈沿有一定角度的斜坡滚动到两滚筒之间,两侧有护栏防止侧滑。
由于沿斜坡下滑的外圈具有惯性,那么它就有可能越过右侧的滚筒,使工序无法完成,甚至造成残次品,严重影响产品质量。
为杜绝这一现象发生,我们特意设计了这一护栏如图2.2.4(红色箭头所指)。
这一机构主要由方形夹头和折成矩形的圆管组成规格同侧护栏以提高通用性降低制造成本。
夹头套在侧护栏上,管与夹头用螺纹配合,螺柱稍长与螺孔深度拧紧之后使夹头与侧护栏无法产生相对滑动。
图2.2.4放掉落装置设计图
因为气缸行程有限,所以护栏深度需要严格计算使它能够挡住轴承外圈的同时能使气缸将加工完成的零件推越过护栏。
计算过程如下。
轴承外圈从初始位置到图示相切与滚筒边下落了一段距离,设为h1。
此过程中重力转换为外圈动能(不计摩擦)设为Ek1。
质量为M,重力加速度设为g,外圈初动能为0.
下落过程动能计算公式
Mgh1=Ek1-0
同理,轴承外圈如果滑出右侧滚筒需要克服重力做功。
为此我们不妨假设一个临界位置,外圈上升到动能为零的位置,也就是动能完全转化为重力势能的位置。
上升的高度设为h2。
失去的动能设为Ek2。
上升过程动能计算公式
0-Ek2=Mgh2
由动能定理得:
Mgh1=Ek1-0
0-Ek2=Mgh2
解得
h1=h2
当h2
h1时,外圈不能越过护栏,工序正常进行。
2.2.5入料块的设计
入料块是由上下两个零件构成的一个组件,其中上料块通过M8的螺钉固定在下料块上如图2.2.5.1所示
图2.2.5.1入料块组合视图
上料板设计
图2.2.5.2入料块(上)
下料板设计
图2.2.5.3入料块(下)
入料组件高度为120mm、长度为250mm、宽度为80mm,上料块(图2.2.5.2)稍窄宽度为70mm,整体尺寸与一个工件尺寸对应。
工作时上料块与工件直接接触,下料块(图2.2.5.3)地面固定在MGPM75-2000气缸上。
为防止向上推送过程影响其他工件,下料块左端设计为突起的相对尖锐的形状以隔开推送工件与其他工件。
2.2.6护栏支架机构的设计
图2.2.6护栏支架
护栏支架有四部分组成,以一根直径为18mm的圆柱零件作为立柱,立柱上端钻有直接为12mm的圆孔,顶部钻有M8螺纹孔与直径12mm的圆孔相通。
横柱与立柱上的圆孔配合通过顶部螺柱的旋入程度来紧固和放松。
横柱一段刻有螺纹用来装配夹头。
夹头钻有与护栏相配合的圆孔。
整个机构具有很高的灵活度,可根据支撑需求随意变换,尤其对滑倒护栏的夹持提供了便利。
护栏支架机构是整个机器零件中通用性、灵活性最高的,可轻松应对多种复杂的装配环境和装配需求。
第3章典型零件加工工艺分析
滚筒(TS13011-15)
见图3.1
图3.1滚筒
零件图样分析
(1)图中以
?
25mm轴心线为基准,尺寸?
35mm与尺寸?
25mm的圆跳动公差要求为?
0.02mm。
(2)焊接方式采用V型焊缝。
(3)滚筒机械加工工艺过程卡(表3.1)
2.工艺分析
(1)滚筒在机器中做滚动用零件,从图中可以看出,?
25mm是用来做基准的,?
30mm与?
35mm形成的梯度是在装配轴承时起导向定位作用的,由于在使用过程中,零件轴表面直接与轴承配合,所以要求?
25mm的轴应具有较好的耐磨性。
(2)滚筒在单件或小批量生产时,采用普通机床加工,如果量产的话,可采用专业设备加工,例如转塔机车等。
(3)零件除单件下料外,可采用多件一组连下,在加工时,车一端面后,用切刀切下一件,加工完一批后,再加工另一端面。
(4)在车削时可以加工出两端中心孔,可以更好的保证零件的精度要求。
(5)对精度要求低的部分可将粗、精加工合成一道工序。
表3.1滚筒机械加工工艺过程卡
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备
1
下料
棒料?
40*300
带锯
2
粗车
夹毛坯一端外圆,粗车外圆尺寸至Ø28,长度为33mm,端面见平。
继续车外圆尺寸至Ø33mm,长度为17mm。
车外圆Ø37,长度为196mm
CA6140
3
粗车
倒头夹已加工外圆Ø28mm,车另一端各部,保证总长300mm
CA6140
4
精车
以Ø28外圆定位夹紧,车一端Ø28外圆至Ø25+0.4/+0.3长度为34,车Ø33至Ø30长
CA6140
5
精车
倒头夹已加工外圆Ø28mm(垫铜皮),车另一端各部,保证总长296mm钻中心孔A2
CA6140
6
磨
磨研两端中心孔,并以两中心孔定位装夹工件,磨削两端轴径为Ø25+0.4/+0.3至图样尺寸,并磨削两端面,保证垂直度
M1420
7
检验
按图样要求检验各部
8
焊接
焊接零件(见焊接工艺图)
9
入库
涂油入库
第四章零件材料应用
详见附录一零件材料明细表
第五章装配动画及运动学仿真
详见视频LDBS运动仿真。
第六章心得体会与设计总结
在刚接手这次的创新设计时,虽然已经掌握了部分专业知识但还是感觉无从下手。
在机车轴承翻转打标供料系统设计过程中我查阅了很多资料,在多次尝试性草图设计后终于把LBDS的大致框架设计出来,之后就是对LBAS的每一个零件进行了严格规范规范的图纸设计。
第一次上纲上线的进行机械设计着实让我大受打击。
之前看到的那些结构十分简单的零件却隐藏着细致入微的设计规范。
再被导师无数次退回重新设计之后,我终于学会了踏踏实实的查表查机械设计手册对零件的每一部分进行设计,对零件每一部分的参数进行反复推敲力求准确无误。
然后是对每一零件进行3D建模。
把全部零件设计完成后再一起装配起来。
并且还要对LBDS进行查阅资料确定材料的选用等等。
所以通过这次创新设计,我认为我学到了很多东西。
然而在设计的过程中,我却遇到了不少的麻烦,一度让我心烦了很久。
1、对创新的误解
整个社会、整个世界都在强调创新,但每个人对创新都有着不同的理解。
最初,我认为创新,就是创造一样前所未有的东西,这东西必须是别人从来没有设计制造过的。
然而,就是因为当初我是这样幼稚的想法,使得最初设计过程中好高骛远结果导致精力和时间的浪费。
以至于创新设计任务要书下来后我还没想到应该做什么好。
后来,通过与指导老师的交流,我认识到我之前对创新的理解是多么狭隘。
创新不等于创造,创新并不是凭空产生一个新东西。
创新其实很简单也很亲民甚至你用夹衣服的夹子来夹报纸也是一定程度上的创新。
创新不一定是全部都要新的,说白了就是在旧有元素上加一些新的元素。
搞创新设计不光要有创新,而且要学会继承。
现今,全社会都在强调创新,但我们不能一味的强调创新,而忽略原有东西的价值。
创新通常分为两种,一种就是将构成旧事物的元素进行重新组合,得到新的事物或使用方法。
另一种是在旧有元素上加一些新的元素以适应新的需求。
所以,无论如何,创新总是伴随着旧事物的影子。
原有的东西就如同一盘菜,创新就如同一种种调料,也许今天人们新欢这种口味,而明天喜欢另一种口味,有了这么一点调料,就能适应人们的要求而不至于菜谱整个修改一遍。
但没有人为了纯鲜美,不要菜,光来一盘炒调料的。
所以我们强调创新,但不能忘记继承,只有继承,没有创新,那是因循守旧,而只有创新,没有继承,那是空中楼阁。
2、无从下手
虽然明白了什么是创新,怎样才算是创新,但还是很难想到具有实际意义的创新。
想法很多但能实现的却很少,有些创新太过理想化现实中根本不存在,有些创新是得其反节约的成本远远低于消耗的成本。
这使我们对创新设计处在一种很尴尬的境地,感到非常迷惘、无从下手。
不知道应该从哪一步开始做起。
眼看就要到交作品的时间了。
通过这期间不懈的努力,通过和小组成员的讨论还有上网的查阅后,开始有了头绪。
而后水到渠成设计出了总体方案。
在这次设计过程中,我有过灰心的时候,有过松懈的时候,也有过懒惰的时候,但是想到前面的付出不能就这样白白浪费,为了更好地完成这次创新设计课程设计,也为了学习到更多的专业知识,我坚持了下来,付出了很多汗水。
经过这次创新设计,让我更加深入的掌握了课本所学的内容,记忆知识最好的方法还是联系实际。
当然,还发现了自己的许多不足,例如基本知识不够扎实,课本知识未能完全理解。
通过这次设计,我懂得了怎么去自学,怎样去查阅资料,为将来进入社会适应工作打下了结实的基础。
参考文献
[1]机械设计手册编委会《机械设计手册》机械工业出版社2004.8
[2]陈宏钧方向明主编《典型零件加工生产实例》机械工业出版社20010.9
[3]田东主编《solidworks机械设计》电子工业出版社2009.1
[4]马丽敏刘仁杰主编《机械制图》中国质检出版社2012.3
[5]沈阳工业大学唐宗军编制《机械制造基础》机械工业出版社2008.11
[6]刘彬主编《计算机绘图上机指导与实训》中国质检出版社2012.8
[7]刘林主编《AutoCAD2008中文版高级应用教程》2008.3
附录零件材料明细表
序号
代号
名称
数量
材料
1
TS13011-1
端部支架
1
Q235A
2
TS13011-2
卸料块
1
45
3
TS13011-3
滑料板
1
Q235A
4
TS13011-4
入料板
1
5
TS13011-5
横拉筋
8
Q235A
6
TS13011-6
底板
1
Q235A
7
TS13011-7
中间支架
1
Q235A
8
TS13011-8
侧护栏
2
Q235A
9
TS13011-9
高支架
1
Q235A
10
TS13011-10
弯道护栏
4
Q235A
11
TS13011-11
护栏支架机构
18
部件
12
TS13011-12
转弯护栏
1
Q235A
13
TS13011-13
链轮罩
1
Q235A
14
TS13011-14
电机支架
1
Q235A
15
TS13011-15
滚筒
2
Q235A
16
M16*150地脚
12
碳钢镀锌
17
Y90-120380
三相电机矩形座
1
18
UCP205
带座轴承
4
碳钢
19
GB/T70.1-1986
内六角圆柱螺钉M8*16
4
碳钢镀锌
20
MGPM40-75
导向气缸
1
21
MGPM50-200
导向气缸
1
碳钢镀锌
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