旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

《旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（59頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘要 報告了潤滑油小包裝生產(chǎn)線及旋蓋機(jī)的概況，針對旋蓋機(jī)其中的一些缺陷作出改良設(shè)計(jì)。確定了旋蓋機(jī)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，介紹了旋蓋機(jī)構(gòu)件材料的選擇，并對其進(jìn)行了論證。對旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了簡要的介紹，并著重對旋蓋頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作深入的研究。介紹了旋蓋力矩的計(jì)算工作原理、工作流程及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)則采用PLC自動控制，并且按照旋蓋機(jī)工作流程編寫了半自動控制程序。 關(guān)鍵詞:旋蓋機(jī)；設(shè)計(jì)參數(shù)；構(gòu)件；結(jié)構(gòu)；計(jì)算；控制系統(tǒng) Abstract Report the lubricant small packaging

2、 production line and capping machine, according to some of capping machines make improvement design flaws. Determine the capping machine design parameters, and introduces the mechanism parts capping material selection, and analyses the argument. On the overall structure of machine design makes a bri

3、ef introduction to spin, and emphasizes the structure design for covering. Introduces the calculation of moment capping working principle and working process and structural design. Control system adopts PLC automatic control and capping machines working process according to write the semi-automatic

4、control procedures. Keywords：capping machine；Design parameters；Component, Structure；Calculation；The control system 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名：

5、 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解**學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期：

6、 注 意 事 項(xiàng) 1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字

7、跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 目錄 摘要 1 Abstract 2 第1章 緒論 5 1.1、潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況 5 1.2、本

8、次論文的設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 5 1.2.1、設(shè)計(jì)任務(wù) 5 1.2.2、設(shè)計(jì)思想 5 1.2.3、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 6 1.3、旋蓋機(jī)現(xiàn)況及所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用 6 1.3.1、旋蓋機(jī)的現(xiàn)況 6 1.3.2、所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用 7 1.4、小結(jié) 7 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 8 2.1、重要參數(shù)的確定 8 2.2、重要參數(shù)的論證 8 2.2.1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求： 8 2.2.2、參數(shù)的論證 8 2.3、小結(jié) 9 第3章 構(gòu)件材料的選擇及論證 10 3.1、旋蓋機(jī)的組成 10 3.2、旋蓋電機(jī) 10 3.2.1、旋蓋電機(jī)選型： 1

9、0 3.2.2、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 11 3.2.3、無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 11 3.2.4、無刷直流電機(jī)的基本工作原理 13 3.3、氣缸 14 3.3.1、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 14 3.3.2、氣缸的技術(shù)參數(shù) 15 3.3.3、氣缸的選型及計(jì)算： 16 3.4、電源控制按鈕： 17 3.5、傳動系統(tǒng) 17 3.5.1、帶傳動種類及其選擇 18 3.5.2、帶傳動效率 19 3.5.3、帶傳動特點(diǎn) 20 3.5.4、使用和維護(hù) 20 3.6、機(jī)座設(shè)計(jì)要素： 20 3.6.1、機(jī)座材料 20 3.6.2、時效處理 21 3.6.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21

10、 3.7、小結(jié) 23 第4章 旋蓋機(jī)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 4.1、旋蓋機(jī)的選擇： 24 4.2、旋蓋機(jī)原理： 24 4.3、旋蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 25 第5章 強(qiáng)度計(jì)算 27 5.1、旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算： 27 5.2、小結(jié) 29 第6章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 6.1、控制要求： 30 6.2、控制系統(tǒng)的選擇 30 6.2.1、為何采用PLC控制 30 6.2.2、控制繼電器存在的缺點(diǎn) 30 6.2.3、固體繼電器的缺點(diǎn) 31 6.2.4、可編程序控制器的優(yōu)勢、特點(diǎn)及功能 31 6.2.5、PLC與繼電器控制兩種控制方法的不同之處 （1）控制方式： 32 6.2.6、

11、PLC如何選型 33 6.2.7、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 34 6.2.8、機(jī)型的選擇 34 6.3、控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成： 34 6.4、旋蓋機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 6.4.1、旋蓋機(jī)PLC控制接線圖： 35 6.4.2、旋蓋機(jī)步進(jìn)梯形圖： 35 6.5、控制過程分析： 37 6.6、小結(jié) 38 結(jié)束語 39 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 附錄： 42 59 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1、潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況 目前，我國包裝行業(yè)的企業(yè)所有制構(gòu)成有了很明顯的變化，民間投資不斷活躍并成了這個領(lǐng)域的一個亮點(diǎn)。

12、在包裝行業(yè)，小包裝生產(chǎn)由于其方便化、體積小、包裝容易等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸成為包裝行業(yè)的主流。因此，對小包裝生產(chǎn)線的研究，滿足了當(dāng)前社會需要，并成為一個有意義的課題。而潤滑油小包裝生產(chǎn)線現(xiàn)況與行業(yè)的現(xiàn)況差不多，在運(yùn)用許多高新技術(shù)后，小包裝生產(chǎn)線在高速PLC的運(yùn)算和控制下，大大地提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，深受國內(nèi)許多中小廠家喜愛。本潤滑油小包裝生產(chǎn)線由兩臺灌裝機(jī)（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機(jī)、一臺熱封要、一臺噴碼機(jī)、一臺包裝機(jī)（56灌/分鐘）、碼垛機(jī)一臺及其配套設(shè)備組成。具有由空瓶灌裝到裝箱成品自動輸出一系列功能。其有PLC程控、機(jī)械按鈕操作、光電自動定位等特點(diǎn)，使整體的操作更加簡單、完善，是企業(yè)提高生

13、產(chǎn)效率、減少操作人員、降低勞動強(qiáng)度、提高包裝檔次的首選設(shè)備。 1.2、本次論文的設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1.2.1、設(shè)計(jì)任務(wù) 本論文的設(shè)計(jì)任務(wù)是對生產(chǎn)線上的旋蓋機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)機(jī)械和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求其結(jié)構(gòu)科學(xué)，工作穩(wěn)定且可以滿足潤滑油小包裝生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)的需要。 1.2.2、設(shè)計(jì)思想 半自動直線式旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械、電氣以及自動控制等各方面的知識，需要機(jī)械、電子、自動控制的各方面的綜合知識進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)需求，各方面還符合國家標(biāo)準(zhǔn)。本文的設(shè)計(jì)思想包括以下幾個方面內(nèi)容： 1、旋蓋機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行旋蓋機(jī)結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)，分析旋蓋機(jī)功能組成部分，進(jìn)行最優(yōu)化

14、選擇設(shè)計(jì)，讓其實(shí)現(xiàn)。 2、旋蓋機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 觀察旋蓋機(jī)的工作流程，分析其工作原理并繪制控制系統(tǒng)圖（電路原理圖）。對旋蓋機(jī)控制系統(tǒng)的硬件的選型，并編制控制系統(tǒng)程序，繪制其控制系統(tǒng)接線圖，梯形圖等。 1.2.3、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的定位是設(shè)計(jì)一臺半自動旋蓋機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中我們重點(diǎn)要解決旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。同時，我們必須要能實(shí)現(xiàn)旋蓋機(jī)對產(chǎn)品的自動定位、旋蓋、自動輸出產(chǎn)品等幾個主要功能。為此，本人通過對旋蓋機(jī)工作過程及工作原理的認(rèn)識，設(shè)計(jì)一款可以針對不同的產(chǎn)品可根據(jù)其自身特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)使用的旋蓋機(jī)。該機(jī)結(jié)合了現(xiàn)代PLC自動控制技術(shù)，機(jī)電氣一體化，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、經(jīng)濟(jì)性好、可靠

15、性好等特點(diǎn)。 1.3、旋蓋機(jī)現(xiàn)況及所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用 1.3.1、旋蓋機(jī)的現(xiàn)況 目前國內(nèi)罐裝生產(chǎn)線中廣泛使用的旋蓋機(jī)大多為直線式旋蓋機(jī)，采用瓶頸掛蓋，經(jīng)定位、預(yù)封后使蓋平穩(wěn)坐落在瓶口上，最后由皮帶對蓋頂部搓壓摩擦而將蓋旋緊。該機(jī)構(gòu)緊湊，旋蓋機(jī)的機(jī)構(gòu)簡單。但在實(shí)踐中，對小直徑蓋由于搓壓皮帶對蓋的摩擦力矩減小，要高速將蓋旋緊就較困難。由于直線式是單通道旋蓋方案，其生產(chǎn)能力受到限制，一般最高生產(chǎn)能力為150～200瓶/min左右。 近幾年來隨著食品飲料工業(yè)向大規(guī)模高效率方向發(fā)展，國際上先進(jìn)的罐裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力一般都達(dá)到300～500瓶/min，并將洗瓶、罐裝和旋蓋組

16、合成整機(jī)。這不僅使設(shè)備更加緊湊，減少生產(chǎn)線占地面積，又減小了洗瓶、灌裝和旋蓋工序之間的輸送距離，對防止產(chǎn)品的二次污染有很大意義。由于原有的直線式旋蓋機(jī)和回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)很難組合成整機(jī)，新穎的多頭回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生。這種旋蓋機(jī)可以和灌裝機(jī)一樣通過增加頭數(shù)來增加產(chǎn)量。采用抓蓋、旋蓋方式的旋蓋頭不僅適用各種旋開蓋的封口，稍加改動后還能用于其他各種金屬、塑料螺紋蓋的封口?；剞D(zhuǎn)式旋蓋機(jī)應(yīng)用前景良好，可在各種食品飲料生產(chǎn)線和制藥工業(yè)的生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用。 然而，在我國應(yīng)用的罐頭旋蓋機(jī)還存在很多的不足。首先是自動化程度低，經(jīng)旋蓋機(jī)旋蓋后仍需進(jìn)行人工旋蓋才能達(dá)到加工要求；其次是效率低下，不能滿足我國罐頭生產(chǎn)現(xiàn)

17、狀；還有就是旋蓋質(zhì)量低，返工率高等問題。這些問題，是由于旋蓋機(jī)自動化集成程度低、控制精度不高所造成的。 本文所設(shè)計(jì)的是半自動直線式旋蓋機(jī)，是在傳統(tǒng)的半自動直線旋蓋機(jī)的基礎(chǔ)上改良設(shè)計(jì)的。雖然還存在以一所提到的一些問題，不過設(shè)備的穩(wěn)定性跟旋蓋質(zhì)量有了很大的提高，結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、經(jīng)濟(jì)效益好。 1.3.2、所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用 旋蓋機(jī)是自動灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的包裝質(zhì)量的要求也越來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開啟方便及開啟后瓶又可重新封好等優(yōu)點(diǎn)，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應(yīng)用越來越廣泛，諸如

18、飲料、酒類、調(diào)味料、化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。所以在整個生產(chǎn)線中，旋蓋機(jī)的作用是至關(guān)重要的。本旋蓋機(jī)具有恒扭矩旋蓋頭，壓力可方便調(diào)整。結(jié)構(gòu)緊湊、合理，能方便與罐裝設(shè)備組成生產(chǎn)線。機(jī)器優(yōu)點(diǎn):直線式設(shè)計(jì)，組成流水線方便美觀。采用強(qiáng)電磁左旋蓋扭力器，徹底解決了傳統(tǒng)機(jī)械摩擦片在旋蓋時緊時松的弊病。它可以把灌裝好的潤滑油瓶通過傳送帶運(yùn)輸，快速旋蓋封口傳送到下一道工序。節(jié)省了工作時間和產(chǎn)品成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 1.4、小結(jié) 本章介紹了潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況，本次的設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個生產(chǎn)線中的作用。確定了本文的設(shè)計(jì)方向和主要任務(wù)。

19、 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 2.1、重要參數(shù)的確定 主要技術(shù)參數(shù)： 旋頭數(shù)為兩個； 適用蓋（直徑）：＜25～50mm； 適用蓋（高度）：35mm； 生產(chǎn)效率：50灌／分鐘 電源：380V 50Hz 電動機(jī)功率：0.55kw 外形尺寸：7005001243 mm 2.2、重要參數(shù)的論證 2.2.1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求： 1、一機(jī)多用：利用同一臺設(shè)備旋不同高度、不同直徑的瓶蓋，提高設(shè)備的利用率； 2、使用安全，維修方便：在整體設(shè)計(jì)中考慮機(jī)器的安裝、調(diào)整和開機(jī)以及設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護(hù)，使零部件更換方

20、便，盡量做到通用化、標(biāo)準(zhǔn)化； 3、降低成本：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求設(shè)備精度和自動化程度高，但設(shè)備的售價也相應(yīng)提高，因此設(shè)計(jì)時，要結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對相關(guān)因素進(jìn)行綜合考慮。 4、旋緊機(jī)要合適：過緊則用戶不易開瓶，影響顧客使用；過松則不利于密封，造成泄漏影響產(chǎn)品質(zhì)量。 2.2.2、參數(shù)的論證 1、旋蓋頭數(shù)的論證 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 目前國內(nèi)所生產(chǎn)使用的旋蓋機(jī)生產(chǎn)效率普遍低下，一般都是通過增加旋蓋頭數(shù)來提高生產(chǎn)效率。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時間內(nèi)加工的產(chǎn)品就越多，但是所需要的設(shè)備成本、資源的損耗也會越高。所以并不是說旋蓋頭數(shù)越多越好，這還要根據(jù)你自己工廠的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)批數(shù)

21、選擇適合自己的機(jī)型頭數(shù)。本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是針對潤滑油小包裝生產(chǎn)線所設(shè)計(jì)的，工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，自動水平也不高且對生產(chǎn)效率的要求一般。所以從經(jīng)濟(jì)效益方面來說不需要生產(chǎn)效率太高的旋蓋機(jī)，只有能滿足本工廠日常生產(chǎn)需求即可。綜合各方面考慮，本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)只需2個旋蓋頭即可。 2、適用蓋（高度、直徑）的論證 考慮到我們設(shè)計(jì)的這一臺旋蓋機(jī)主要是用來旋潤滑油瓶蓋，而且經(jīng)實(shí)際測量得到瓶蓋直徑的范圍一般在30～45mm之間，而瓶蓋高度則在20～30mm范圍內(nèi)。為了考慮經(jīng)濟(jì)問題與實(shí)際生產(chǎn)條件的需要，沒必要設(shè)計(jì)那么大的適用瓶蓋直徑、高度。因?yàn)樵O(shè)計(jì)過大的適用瓶蓋直徑或過高的適用瓶蓋高度，一來是用不上，二來也會造

22、成很大的浪費(fèi)，與工廠的利益不符。所以設(shè)計(jì)時，一般只要比實(shí)際需要多出一點(diǎn)點(diǎn)則可，所以采用適用瓶蓋直徑＜25～50mm，瓶蓋高度為35mm。 3、生產(chǎn)效率的論證 因?yàn)楸緷櫥托“b生產(chǎn)線由兩臺灌裝機(jī)（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機(jī)組成，所以旋蓋機(jī)的生產(chǎn)效率大于或等于灌裝機(jī)的生產(chǎn)效率即可，即大于或等于46灌/分鐘。而本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是雙旋蓋型的，效率達(dá)到50灌/分鐘，可以很好的銜接灌裝工序，滿足了生產(chǎn)線的需要。 4、電源及電動機(jī)功率的論證 而因?yàn)樾w頭數(shù)少，所需要的的力矩不大，而且生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率也不是很高，所以在選用電動機(jī)功率方面不必要太高的電機(jī)功率，選用一般型號的無刷直流電機(jī)則可。而本設(shè)計(jì)采用

23、的電機(jī)功率為0.55kw。使用一般的工業(yè)設(shè)備用電380V 50Hz電源，方便設(shè)備的安裝使用。 2.3、小結(jié) 本章在有產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的大前提下，確定了本設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，并對其進(jìn)行了論證。為之后的工作作出了有力的依據(jù)，使以后的設(shè)計(jì)更為準(zhǔn)確、方便。 第3章 構(gòu)件材料的選擇及論證 3.1、旋蓋機(jī)的組成 本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)主要由：電機(jī)、氣缸、電源控制按鈕、傳動系統(tǒng)、機(jī)座等五部分組成。 3.2、旋蓋電機(jī) 3.2.1、旋蓋電機(jī)選型： 旋蓋機(jī)的驅(qū)動電機(jī)可以選用步進(jìn)電機(jī)，交直流電機(jī)，永磁同步電機(jī)以及其他一些特種電機(jī)。下面對這幾種電機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，從而決定旋

24、蓋電機(jī)選用的種類。 步進(jìn)電機(jī)是離散運(yùn)動的裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、起動靈敏、停車準(zhǔn)確等性能。在負(fù)載能力的范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)的這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累，可作為一種天然的數(shù)字控制的元件。存在著固有的低頻共振和高頻失步的主要缺點(diǎn)，前者在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中是不可逾越的，是產(chǎn)生振動、噪聲甚至失步的主要因素，特別是當(dāng)傳動比選擇不合適，使常用的進(jìn)給速度區(qū)正好處在步進(jìn)電機(jī)共振頻率附近時，將引起共振，使步進(jìn)電機(jī)失步，甚至不能運(yùn)行。 直流伺服電動機(jī)有優(yōu)良的控制性能，其機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機(jī)所沒有的特性。但直流電機(jī)機(jī)械電刷和換向器這間是

25、強(qiáng)迫接觸，造成它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差，變化的接觸電阻、火花、噪聲、難維護(hù)等一系列問題影響了其調(diào)速精度和性能，從而影響了直流伺服電動機(jī)的應(yīng)用范圍。 交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小，但調(diào)速難、機(jī)械特性差、且控制特性是非線性的。并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率也低，因此比同容量直流伺服電機(jī)體積大、重量重。 無刷直流電動機(jī)的損耗小、容量大、可靠性高、干擾小、壽命長，還可使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得體積更小、重量更輕，起動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動慣量小，因而動態(tài)特性好，同時還具有同步進(jìn)電機(jī)一樣的鎖相功能。另外無刷直流伺服電機(jī)有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性，寬的調(diào)速范圍、簡單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)。在需要精確定位，高速動作的

26、場合和工業(yè)系統(tǒng)，目 第3章 構(gòu)件材料的選擇及論證 前大多采用無刷直流電動機(jī)伺服控制系統(tǒng)。這種高性能電機(jī)的采用不公提高了生產(chǎn)效率、降低能耗，而且大大改善了產(chǎn)品質(zhì)量和提高了產(chǎn)品的價值。 旋蓋機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機(jī)轉(zhuǎn)動角度不大同時需要很好地對電機(jī)電流進(jìn)行精確控制，它需要的反應(yīng)速度以及良好的低速運(yùn)行特性。因此，在設(shè)計(jì)旋蓋機(jī)系統(tǒng)時，選用無刷直流電機(jī)進(jìn)行旋蓋電機(jī)。具體的電機(jī)型號為Y801-4,額定功率為0.55KW，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min,額定轉(zhuǎn)矩為2.2Nm，質(zhì)量為17KG。 3.2.2、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 本節(jié)介紹無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行原理，先對無刷直流電機(jī)

27、的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析其換相原理以及各種進(jìn)行電機(jī)位置檢測的方式，并針對無刷直流電機(jī)三相星形繞組半控橋電路分析其工作原理，提出了各種無刷直流電機(jī)的調(diào)速方式。在無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立上，對其進(jìn)行簡化，提煉出無刷直流電機(jī)系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)，并根據(jù)該模型進(jìn)行系統(tǒng)誤差分析。在無刷直流電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型兩方面，進(jìn)行了深入研究和介紹。 3.2.3、無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，它主要是由永磁電機(jī)本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無刷直流電機(jī)這幾個組成部分進(jìn)行介紹。 永磁無刷直流電機(jī)的電機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子繞組一般分為三相

28、且多采用整距集中式繞組；轉(zhuǎn)子則由永磁鋼按一定的極對數(shù)組成，轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀呈弧形，磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙磁通密度呈梯形分布。無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不僅有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，又有近年來出現(xiàn)的盤式結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及線性結(jié)構(gòu)等新型形式。同時，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實(shí)用化，電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)越來越多樣化，使無刷直流電機(jī)正朝著高力矩、高精度、微型化和耐環(huán)境等多用途方向發(fā)展。 電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時間。無刷直流電動機(jī)本質(zhì)上是自控同步電動機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)動，因此，應(yīng)按一定的順序給定子各相繞組輪流通電，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的定子磁場。無刷直流電動機(jī)的

29、三相繞組中通過的電流是120度電角度（三相橋式中常見的一種功率開關(guān)通電方式，任何時刻只有兩相繞組通電）的方波，繞組在持續(xù)通過恒定電流的時間內(nèi)產(chǎn)生的定子磁場在空間是靜止不動的。而在開關(guān)換相期間，隨著電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相，定子磁場隨之跳躍了一個電角度。而轉(zhuǎn)子磁勢則隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這兩個磁勢的瞬時速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。無刷直流電動機(jī)由于采用了自控式逆變器即電子換相器，電機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一。 位置傳感器在無刷直流電動機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信

30、號處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開關(guān)電路電路提供正確的換相信息。由于功率開關(guān)的導(dǎo)通順序與轉(zhuǎn)子雷劈角同步，因而位置傳感器與功率開關(guān)一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷相類似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，直接式位置傳感器，由于其檢測精度和可靠性高而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有下列幾種： 1.接近開關(guān)式位置傳感器 利用磁性旋轉(zhuǎn)圓盤的遠(yuǎn)近來改變固定部分的電感，并利用振蕩條件的變化來建立通斷信號。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，輸出電平高，適用于大中開支電動機(jī)。 2.磁敏式位置傳感器 常見的磁敏式傳感器有霍爾元件、霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種。其

31、主要工作原理是電流的磁效應(yīng)，這包括霍爾效應(yīng)和磁陰效應(yīng)。它的轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，其極數(shù)與同步電動機(jī)的一樣，而定子用霍爾元件等磁敏元件來感受轉(zhuǎn)子磁極位置，發(fā)出相應(yīng)信號。這種方法信號較弱，且精度易受溫度影響，但體積較小，多用于中小型電動機(jī)。 3.電磁式位置傳感器 它是由跟隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的帶缺甲的導(dǎo)磁圓盤和固定不動的三只差動變壓器組成。轉(zhuǎn)動圓盤體現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置信號，差動變壓器作為檢測元件檢測轉(zhuǎn)子位置信號并向逆變器的控制電路輸出控制信號。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、檢測可靠。 4.光電式位置傳感器 它是由發(fā)光二極管和光敏晶體管等光電元件組成的電路，利用有槽口的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置進(jìn)行通斷變化。這種方法檢測分辨率高，

32、適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)。 間接式位置傳感器是利用電樞繞組的感應(yīng)電動勢間接檢測轉(zhuǎn)子位置。但是這種方法只能在有感應(yīng)電動勢的情況下有效。 因此，所謂直流無刷電動機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺由電子開關(guān)電路、永磁式同步電動機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動機(jī)系統(tǒng)”，其原理框圖如圖3.2所示。 3.2.4、無刷直流電機(jī)的基本工作原理 為了更加清晰地闡述無刷直流電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)，以圖3.2所示的三相星形繞組半控橋電路原理圖為例進(jìn)行簡要說明。圖中采用光電器件作為位置傳感器，以3個功率晶體管V1、V2、V3構(gòu)成功率邏輯單元。 光電器件的VP1、VP2、VP3安裝位置各相差120度，均

33、勻分布在電機(jī)的一端。借助于安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板（也稱為截光器）的作用，使得從光源射來的光線依次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 假定此時光電器件VP1被照射，從而使功率管V1呈導(dǎo)通狀態(tài)，電流注入繞組,假設(shè)該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用后所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子的磁極按照順時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過120度以后，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板也跟著同時旋轉(zhuǎn)，并遮住VP1而使VP2受光照射，從而使功率管V1截止，功率管V2導(dǎo)通，電流從繞組流出而流入繞組，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)，并帶著遮光板同時沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極再次轉(zhuǎn)過120度以后，此時

34、旋轉(zhuǎn)遮光板VP2已經(jīng)遮住而使VP3受光照身，從而使功率管V2截止，功率管V3導(dǎo)通，電流流入繞組，于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過120度以后，重新開始下次360度的旋轉(zhuǎn)。 上述過程可以看成是按一定順序換相通電的過程，或者說是磁場旋轉(zhuǎn)的過程。在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙中所形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍式運(yùn)動的。這種旋轉(zhuǎn)磁場在一周內(nèi)有三種形態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120度。它們跟蹤轉(zhuǎn)子，并與轉(zhuǎn)子的磁場相互作用，能夠產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。 3.3、氣缸 3.3.1、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 1.氣缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理 圖3.3 普通雙作用氣缸 1、3－

35、緩沖柱塞 2－活塞 4－缸筒 5－導(dǎo)向套 6－防塵圈7－前端蓋 8－氣口 9－傳感器 10－活塞桿 11－耐磨環(huán) 12－密封圈 13－后端蓋 14－緩沖節(jié)流閥 以氣動系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。 當(dāng)從無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負(fù)載推動活塞運(yùn)動，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往

36、復(fù)直線運(yùn)動。 2.氣缸的分類 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動方式或安裝方法等進(jìn)行分類。分類的方法也不同。按結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按運(yùn)動形式分為直線運(yùn)動氣缸和擺動氣缸兩類。 3.氣缸的安裝形式 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸 氣缸安裝在機(jī)體上固定不動，有腳座式和法蘭式。 2）軸銷式氣缸 缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動，有U形鉤式和耳軸式。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種氣缸常用于機(jī)床上氣動卡盤中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動裝卡。 4）嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。 3.3.

37、2、氣缸的技術(shù)參數(shù) 1）氣缸的輸出力 氣缸理論輸出力的設(shè)計(jì)計(jì)算與液壓缸類似，可參見液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)算如下： 理論推力（活塞桿伸出） Ft1＝A1p （13-1） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2＝A2p （13-2） 式中 Ft1、Ft2——?dú)飧桌碚撦敵隽Γ∟）； A1、A2——無桿腔、有桿腔活塞面積（m2）； P——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）。 實(shí)際中，由于活塞等運(yùn)動部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實(shí)際輸出力小于理論推

38、力，稱這個推力為氣缸的實(shí)際輸出力。 氣缸的效率 h 是氣缸的實(shí)際推力和理論推力的比值，即 （13-3） 所以 （13-4） 氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤滑狀態(tài)。此外，氣缸的運(yùn)動速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會對效率產(chǎn)生一定的影響。 2）負(fù)載率β 從對氣缸運(yùn)行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時，常用到負(fù)載率的概念。氣缸的負(fù)載率β定義為

39、 （l3－5） 氣缸的實(shí)際負(fù)載是由實(shí)際工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率q，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。 對于阻性負(fù)載，如氣缸用作氣動夾具，負(fù)載不產(chǎn)生慣性力，一般選取負(fù)載率β為0.8；對于慣性負(fù)載，如氣缸用來推送工件，負(fù)載將產(chǎn)生慣性力，負(fù)載率β的取值如下 β＜0.65 當(dāng)氣缸低速運(yùn)動，v ＜100 mm/s時； β＜0.5 當(dāng)氣缸中速運(yùn)動，v＝100～500 mm/s時； β＜0.35 當(dāng)氣缸高速運(yùn)動，v ＞500 mm/s時。 3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積，稱這個容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況

40、下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。 4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出力及耗氣量密切相關(guān)的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等參數(shù)。氣缸的動態(tài)特性是指在氣缸運(yùn)動過程中氣缸兩腔內(nèi)空氣壓力，溫度，活塞速度、位移等參數(shù)隨時間的變化情況。它能真實(shí)地反映氣缸的工作性能。 3.3.3、氣缸的選型及計(jì)算： 1、氣缸的選型步驟： 氣缸的選型應(yīng)根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。下面以單活塞桿雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。 （1）氣缸缸徑。根據(jù)氣缸負(fù)載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計(jì)算出氣缸的缸徑。 （2）氣缸的行程。氣缸的行程與使用的場

41、合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選用滿行程。 （3）氣缸的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算 （4）氣缸的安裝形式。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在活塞桿除直線運(yùn)動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選用相應(yīng)的特種氣缸。 （5）氣缸的緩沖裝置。根據(jù)活塞的速度決定是否應(yīng)采用緩沖裝置。 （6）磁性開關(guān)。當(dāng)氣動系統(tǒng)采用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關(guān)的氣缸。 （7）其它要求。如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸。 2、氣缸

42、直徑計(jì)算 氣缸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算需根據(jù)其負(fù)載大小、運(yùn)行速度和系統(tǒng)工作壓力來決定。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅(qū)動負(fù)載的實(shí)際工況，分析計(jì)算出氣缸軸向?qū)嶋H負(fù)載F，再由氣缸平均運(yùn)行速度來選定氣缸的負(fù)載率q，初步選定氣缸工作壓力（一般為0.4 MPa～0.6 MPa），再由 F／q，計(jì)算出氣缸理論出力Ft，最后計(jì)算出缸徑及桿徑，并按標(biāo)準(zhǔn)圓整得到實(shí)際所需的缸徑和桿徑 本設(shè)計(jì)共用到四個氣缸，兩個定位氣缸，兩個升降氣缸。綜合以上幾點(diǎn)，最終選擇的定位氣缸型號為c95k，升降氣缸型號為cp95s 3.4、電源控制按鈕： 電源控制按鈕選用LA158系列控制按鈕開關(guān)，該控制開關(guān)具有復(fù)位按鈕、自鎖按鈕、帶燈按鈕、

43、蘑菇鈕、旋鈕、鑰匙鈕、急停鈕，觸點(diǎn)有自潔功能，觸頭材質(zhì)銀鎳合金,在低電壓場合也能接觸可靠，而且防護(hù)等級高達(dá)IP65，配置硅膠防護(hù)照具備出色的防水防塵性能。安裝方便,牢固,外形美觀，品種齊全，可以為工業(yè)自動化、機(jī)床,醫(yī)療器械、電力、機(jī)械、通訊、運(yùn)輸、冶金、化工等行業(yè)客戶提供最佳的解決方案和高品質(zhì)、高性能、高可靠性的控制元件。主要參數(shù)如表3-1所示： 表3-1 品牌 ANIUEC 型號 LA158-2BW35B1 最高電壓 380（V） 額定發(fā)熱電流 10（A） 用途 廣泛用于電控系統(tǒng)中 頭部保護(hù)等級 IP20 產(chǎn)品認(rèn)證 CCC,CE,UL 3.5、傳動

44、系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用的傳動系統(tǒng)為以橡膠為原材料制作的三角帶傳動，帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準(zhǔn)確（滑動率在2%以下）；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲。帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進(jìn)行零件的整列等。 3.5.1、帶傳動種類及其選擇 基本分類 根據(jù)用途不同，有一般工業(yè)用傳動帶、汽車用傳動帶、農(nóng)業(yè)機(jī)械用傳動帶和家用電器用傳動帶。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分平帶、V帶

45、和特殊帶（多楔帶、圓帶）等。 傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機(jī)的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。若有多種傳動帶滿足傳動需要時，則可根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，以及市場的供應(yīng)等因素，綜合選定最優(yōu)方案。 平型帶傳動 平型帶傳動工作時帶套在平滑的輪面上，借帶與輪面間的摩擦進(jìn)行傳動。傳動型式有開口傳動、交叉?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃拥?，分別適應(yīng)主動軸與從動軸不同相對位置和不同旋轉(zhuǎn)方向的需要。平型帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但容易打滑，通常用于傳動比為3左右的傳動。 平型帶有膠帶、編織帶、強(qiáng)力錦綸帶和高速環(huán)形帶等。膠帶是平型帶中用得最多的一種。它強(qiáng)度較高，傳遞功率范圍廣。編織帶撓性好，但

46、易松弛。強(qiáng)力錦綸帶強(qiáng)度高，且不易松弛。平型帶的截面尺寸都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，可選取任意長度，用膠合、縫合或金屬接頭聯(lián)接成環(huán)形。高速環(huán)形帶薄而軟、撓性好、耐磨性好，且能制成無端環(huán)形，傳動平穩(wěn)，專用于高速傳動。 三角帶傳動 三角帶傳動工作時帶放在帶輪上相應(yīng)的型槽內(nèi)，靠帶與型槽兩壁面的摩擦實(shí)現(xiàn)傳動。三角帶通常是數(shù)根并用，帶輪上有相應(yīng)數(shù)目的型槽。用三角帶傳動時,帶與輪接觸良好,打滑小,傳動比相對穩(wěn)定,運(yùn)行平穩(wěn)。三角帶傳動適用于中心距較短和較大傳動比(7左右)的場合,在垂直和傾斜的傳動中也能較好工作。此外，因三角帶數(shù)根并用，其中一根破壞也不致發(fā)生事故。 三角膠帶是三角帶中用得最多的一種，它是由強(qiáng)力層

47、、伸張層、壓縮層和包布層制成的無端環(huán)形膠帶。強(qiáng)力層主要用來承受拉力，伸張層和壓縮層在彎曲時起伸張和壓縮作用，包布層的作用主要是增強(qiáng)帶的強(qiáng)度。三角膠帶的截面尺寸和長度都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。此外，尚有一種活絡(luò)三角帶,它的截面尺寸的標(biāo)準(zhǔn)與三角膠帶相同,而長度規(guī)格不受限制，便于安裝調(diào)緊，局部損壞可局部更換，但強(qiáng)度和平穩(wěn)性等都不如三角膠帶。三角帶常多根并列使用，設(shè)計(jì)時可按傳遞的功率和小輪的轉(zhuǎn)速確定帶的型號、根數(shù)和帶輪結(jié)構(gòu)尺寸。 同步齒形帶傳動 這是一種特殊的帶傳動。帶的工作面做成齒形，帶輪的輪緣表面也做成相應(yīng)的齒形，帶與帶輪主要靠嚙合進(jìn)行傳動。同步齒形帶一般采用細(xì)鋼絲繩作強(qiáng)力層，外面包覆聚氯脂或氯丁橡

48、膠。強(qiáng)力層中線定為帶的節(jié)線，帶線周長為公稱長度。帶的基本參數(shù)是周節(jié)p和模數(shù)m 。周節(jié)p等于相鄰兩齒對應(yīng)點(diǎn)間沿節(jié)線量得的尺寸，模數(shù)m＝p/π。中國的同步齒形帶采用模數(shù)制，其規(guī)格用模數(shù)帶寬齒數(shù)表示。 與普通帶傳動相比，同步齒形帶傳動的特點(diǎn)是： ①鋼絲繩制成的強(qiáng)力層受載后變形極小，齒形帶的周節(jié)基本不變,帶與帶輪間無相對滑動,傳動比恒定、準(zhǔn)確； ②齒形帶薄且輕，可用于速度較高的場合，傳動時線速度可達(dá)40米／秒，傳動比可達(dá)10，傳動效率可達(dá)98％； ③結(jié)構(gòu)緊湊，耐磨性好； ④由于預(yù)拉力小，承載能力也較?。虎葜圃旌桶惭b精度要求甚高，要求有嚴(yán)格的中心距，故成本較高。同步齒形帶傳動主要用于要

49、求傳動比準(zhǔn)確的場合，如計(jì)算機(jī)中的外部設(shè)備、電影放映機(jī)、錄像機(jī)和紡織機(jī)械等。 3.5.2、帶傳動效率 帶傳動的功率損失有： （1）滑動損失 摩擦型帶傳動工作時，由于帶輪兩邊的拉力差及其相應(yīng)的變形差形成彈性滑動，導(dǎo)致帶與從動輪的速度損失。彈性滑動率通常在1%～2%之間。嚴(yán)重滑動，特別是過載打滑，會使帶的運(yùn)動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇降低，磨損加劇，嚴(yán)重影響帶的壽命?；瑒訐p失隨緊、松邊拉力差的增大而增大，隨帶體彈性模量的增大而減小。 （2）內(nèi)摩擦損失 帶在運(yùn)行中的反復(fù)伸縮，在帶輪上的撓曲會使帶體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。 內(nèi)摩擦損失隨預(yù)緊力、帶厚與帶輪直徑比的增加而增大。減小帶的拉力

50、變化，可減小其內(nèi)摩擦損失。 （3）帶與帶輪工作面的粘附性以及V帶楔入、退出輪槽的側(cè)面摩擦損失。 （4）空氣阻力損失 高速運(yùn)行時，運(yùn)行風(fēng)阻引起的功率損失。其損失與速度的平方成正比。因此設(shè)計(jì)高速帶傳動時，應(yīng)減小帶的表面積，盡量用厚而窄的帶；帶輪的輪輻表面應(yīng)平滑（如用橢圓輪輻）或用輻板以減小風(fēng)阻。 （5）軸承摩擦損失 軸承受帶拉力的作用，是引起功率損失的重要因素之一。 綜合上述損失，帶傳動的效率約在80%～98%范圍內(nèi)，進(jìn)行傳動設(shè)計(jì)時，根據(jù)帶的種類選取。 3.5.3、帶傳動特點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用維護(hù)方便、 有良好的撓性和彈性、過載打滑。 （2） 缺點(diǎn)

51、：傳動比不準(zhǔn)確、帶壽命低、軸上載荷較大、傳動裝置外部尺寸大、效率低。 因此，帶傳動常適用于大中心距、中小功率、帶速v =5～25m/s，i≤7的情況。 3.5.4、使用和維護(hù) 注意事項(xiàng)： （1）安裝：減小中心距，松開張緊輪，裝好后再調(diào)整。 （2）V帶注意型號、基準(zhǔn)長度。 （3）兩帶輪中心線平行，帶輪斷面垂直中心線，主、從動輪的槽輪在同一平面內(nèi)，軸與軸端變形要小。 （4）定期檢查。不同帶型、不同廠家生產(chǎn)、不同新舊程度 的V帶不易同組使用。 （5）保持清潔，避免遇酸、堿或油污使帶老化。 3.6、機(jī)座設(shè)計(jì)要素： 3.6.1、機(jī)座材料 機(jī)座材料應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工

52、藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求正確選擇，常用的有： 鑄鐵 鑄鐵容易鑄成形狀復(fù)雜的零件；價格較便宜；鑄鐵的內(nèi)摩擦大，有良好的抗振性。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，單件生產(chǎn)成本較高；鑄件易產(chǎn)生廢品，質(zhì)量不易控制；鑄件的加工余量大，機(jī)械加工費(fèi)用大。 常用的灰口鑄鐵有兩種：HT200適用于外形較簡單，單位壓力較大（p>5公斤/厘米2）的導(dǎo)軌，或彎曲應(yīng)力較大的（σ≥300公斤/厘米2）床身等；HT150的流動性較好，但機(jī)械性能稍差，適用于形狀復(fù)雜而載荷不大的機(jī)座。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，應(yīng)采用耐磨鑄鐵。 鋼 用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約

53、輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時成本較高。 本設(shè)計(jì)的機(jī)座采用的是45鋼，45鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)淬火加高溫回火后，具有良好的綜合力學(xué)性能，主要用于要求強(qiáng)度、塑性和韌性都較高的機(jī)械零件，如軸類零件。這類鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛，其中以45鋼最為突出。 3.6.2、時效處理 制造機(jī)座時，鑄造（或焊接）、熱處理及機(jī)加工等都會產(chǎn)生高溫，因各部分冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如果不進(jìn)行時效處理，將因內(nèi)應(yīng)力的逐漸重新分布而變形，使機(jī)座喪失原有的精度。 時效處理就

54、是在精加工之前，使機(jī)座充分變形，消除內(nèi)應(yīng)力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。常見的方法有自然時效、人工時效和振動時效等幾種，其中以人工時效應(yīng)用最廣。 3.6.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、典型結(jié)構(gòu) 1、方形截面機(jī)座：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。 2、圓形截面機(jī)座：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于制造和造型設(shè)計(jì)，有較好的承載能力。 3、鑄鐵板裝配式機(jī)座：鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局部形狀復(fù)雜的場合。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點(diǎn)。但剛度較整體箱體機(jī)

55、座的差，且加工和裝配工作量較大。 圖3.4 機(jī)座的典型結(jié)構(gòu)圖 二、截面形狀的選擇 為保證機(jī)座的剛度和強(qiáng)度，減輕重量和節(jié)約材料，必須根據(jù)設(shè)備的受力情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的截面形狀。機(jī)座雖受力較復(fù)雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。當(dāng)受簡單拉、壓作用時，變形只和截面積有關(guān)，而與截面形狀無關(guān)，設(shè)計(jì)時主要是選擇合理的尺寸。如果受彎、扭作用時，變形與截面形狀有關(guān)。 在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩Ic越大，扭轉(zhuǎn)變形越小，抗扭剛度越大。 表3-2 截面形狀與慣性矩的比較 三、隔板與加強(qiáng)筋 封閉空心截面的剛度較好，但為了鑄造清砂及其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，必須在機(jī)座壁上開“窗口”

56、，其結(jié)果使機(jī)座整體剛度大大降低。若單靠增加壁厚提高剛度，勢必使機(jī)座笨重、浪費(fèi)材料，故常用增加隔板和加強(qiáng)筋來提高剛度。 加強(qiáng)筋常見的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四種。直形筋的鑄造工藝簡單，但剛度最小；米字筋的剛度最大，但鑄造工藝最復(fù)雜。加強(qiáng)筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8倍。 圖3.5 隔板（左）與加強(qiáng)筋（右） 四、連接剛度 為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施： 1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。必要時，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，來提高連接剛度。 2）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。

57、3）增加局部剛度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。 五、結(jié)構(gòu)的工藝性 機(jī)座屬于箱體類零件，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。設(shè)計(jì)時，應(yīng)使其具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便于制造和降低成本。 3.7、小結(jié) 本章介紹了旋蓋機(jī)的組成部分，并對其組成部分進(jìn)行分析選型。而且也對一些不用選型的部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，如機(jī)座部分雖然不能選型，但是也為它的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 第4章 旋蓋機(jī)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第4章 旋蓋機(jī)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1、旋蓋機(jī)的選擇： 本設(shè)計(jì)選用半自動直線式旋蓋機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，工

58、作穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益好地優(yōu)點(diǎn)。 4.2、旋蓋機(jī)原理： 旋蓋機(jī)原理如圖4.1所示：在控制面板7上啟動旋蓋機(jī)后，首先定位氣缸2(B)動作，伸出擋板可以把輸送帶1上的帶蓋瓶子攔?。划?dāng)光電傳感器3(A, B)都接通時，定位氣缸2(A)動作，把后面的瓶子攔?。煌瑫r電機(jī)5開始旋轉(zhuǎn)，通過皮帶帶動旋蓋頭4（A,B）轉(zhuǎn)動，然后升降氣缸6（A,B）伸展，旋蓋頭下降旋蓋，旋好蓋后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，氣缸6（A,B）自動收縮，定位氣缸B收縮擋板，瓶子通過輸送帶送出，定位氣缸A收縮擋板，等待人工啟動，進(jìn)入下一個工作過程。 1、輸送帶；2、定位氣缸；3、光電傳感器；4、旋蓋頭； 5、電

59、機(jī)；6升降氣缸；7控制面板； 圖4.1 旋蓋機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 4.3、旋蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 旋蓋機(jī)是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時必須保證適宜的旋緊力矩。力矩過小，瓶蓋旋不緊，力矩過大,易損壞瓶嘴和瓶蓋?？傮w的設(shè)計(jì)如圖4.1所示，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是采用的是直線式旋蓋機(jī)，總體的結(jié)構(gòu)比較簡單，而旋蓋頭則是旋蓋機(jī)的關(guān)鍵部件，直接影響作業(yè)效率和封口質(zhì)量，所以本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就放在旋蓋頭的設(shè)計(jì)。為此，本人借鑒國內(nèi)目前一款比較優(yōu)秀旋蓋頭設(shè)計(jì)，DS03型旋蓋機(jī)。該設(shè)備是利用磁力傳動器傳遞扭力矩實(shí)現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭,能根據(jù)需要方便地設(shè)定、調(diào)整旋緊力矩的大小,并能保護(hù)瓶嘴和旋蓋頭。工作時力矩由圖4.1的電

60、機(jī)5輸出,通過皮帶傳動，傳給主動磁力旋盤3,被動磁力旋盤6通過軸承與主動磁力旋盤3之間可相對轉(zhuǎn)動，二者間軸向隔距可調(diào)，在二者相對的端面上均勻地鑲嵌有16塊小永磁體（見圖4.2）。這些永磁體按極性相反相間分布。旋嘴1與被動磁力旋盤6相聯(lián)結(jié)，用來卡緊瓶蓋。因此主動磁力旋盤3與被動磁力旋盤6構(gòu)成一磁力傳動器，在磁力作用下，被動磁力旋盤和旋嘴獲得力矩，將由旋嘴夾住的瓶蓋旋緊。 本旋蓋頭最顯著的特點(diǎn)是能根據(jù)不同種類、尺寸的瓶蓋方便地設(shè)定和調(diào)整旋緊力矩，即通過主動磁力旋盤3和傳動軸4上的螺紋及定位螺釘，調(diào)整主動磁力旋盤3和被動磁力旋盤6之間的間隙，即調(diào)整了磁力傳動器間的氣隙長度，因而磁力傳動器所能傳遞的

61、極限扭力矩得到了調(diào)整。當(dāng)瓶蓋已旋緊，而主動磁力旋盤仍在回轉(zhuǎn)，致使輸入扭力矩超過磁力傳動器所能傳遞的最大扭力矩時，主動磁力旋盤3與被動磁力旋盤6產(chǎn)生滑脫，前者可以繼續(xù)回轉(zhuǎn)，而后者則與瓶蓋一起靜止不轉(zhuǎn)，而旋蓋頭給瓶蓋施加的旋緊力矩即為磁力傳動器所能傳遞的極限力矩，并不會因傳動輸入軸4和主動磁力旋盤3的繼續(xù)回轉(zhuǎn)而增加旋緊力矩，不會因此而損壞瓶嘴、瓶蓋和旋蓋頭。 設(shè)計(jì)圖如下： 1、旋嘴；2、護(hù)罩；3、主動磁力旋盤；4、扭力傳動軸；5、永磁體；6、被動磁力旋盤； 圖4.2 旋蓋機(jī)旋蓋頭結(jié)構(gòu)圖 4.4、小結(jié) 本章系統(tǒng)地介紹了旋蓋機(jī)的原理及旋蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對旋蓋機(jī)進(jìn)行選型，完成了旋蓋

62、機(jī)的機(jī)械基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。 第5章 強(qiáng)度計(jì)算 第5章 強(qiáng)度計(jì)算 5.1、旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算： 旋蓋機(jī)是潤滑油灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備，工作時必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩。力矩過小，旋蓋旋不緊；力矩過大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。所以關(guān)于旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，我把工作的重點(diǎn)放在了旋蓋頭的設(shè)計(jì)計(jì)算中去。 旋蓋頭磁力耦合傳動的設(shè)計(jì)這里的磁力耦合傳動屬平面軸向磁力耦合傳動，其設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容：磁路型式、磁性材料的選擇，磁力耦合系統(tǒng)力學(xué) 性能的計(jì)算。磁路型式采用磁體極性呈偶數(shù)交錯排列的拉推式組合型磁路，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，磁極數(shù)按12至24的偶數(shù)布置時，傳遞的力矩較大。目前，高性能稀土永磁材

63、料的 開發(fā)和應(yīng)用得到了很大發(fā)展，如釹鐵硼、釤鈷等材料磁性能都非常高，較宜制作磁力耦合機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)磁性材料用量少、磁力耦合機(jī)械體積小、重量輕、能傳遞力矩大等目的。當(dāng)要求傳遞的力矩不大時，也可采用性能價格比較優(yōu)的鐵氧體永磁。 平面軸向磁力耦合傳動的傳遞力矩M可用下式描述： ⑴ 式中，——主動、被動磁力旋盤上全部永磁體的體積， ——永磁體平均軸向高度，m; ——主動磁力旋盤上永磁體軸向截面積之和， ——?dú)庀堕L度，即主動、被動磁力旋盤間的軸向隔距，m； r——永磁體分布的平均半徑，m； ——永磁體剩磁，T； 、——分別為主動、被動磁力旋盤間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時的

64、漏磁系數(shù)和磁阻系數(shù)； ——磁常數(shù)，，其中， ——主動、被動磁力旋盤的相對轉(zhuǎn)角rad。 上式可作為設(shè)計(jì)此磁力耦合系統(tǒng)各參數(shù)的依據(jù)。顯然，增大磁體體積Vm、磁體平均回轉(zhuǎn)半徑r，減小氣隙長度Lg有利于提高傳遞力矩M。當(dāng)Vm、r、Lm一定時，調(diào)節(jié)氣隙Lg，即可改變傳遞的力矩M。因此，通過改變主動磁力旋盤和被動磁力旋盤間的隔距，即可調(diào)整最大旋緊力矩。 ⑴式表明，當(dāng)此磁力耦合系統(tǒng)的尺寸（即Vm、Am、Lm、Lg）一定時，傳遞力矩M是φ的函數(shù)，為此設(shè)m=Lm/Lg，并令，可解得 ⑵ 式中： 對于小氣隙磁路，忽略漏磁的影響（即令）不會對傳遞力矩的計(jì)算結(jié)果帶來顯著影響，但可使計(jì)算大為

65、簡化，故設(shè)計(jì)時在以上式中可令。這樣，借助計(jì)算機(jī)按式⑵解得與某一P值對應(yīng)的cosφ值后代入式⑴，即可求得極限傳遞力矩M。 圖4-2所示旋蓋頭之磁力傳動器中，主動、被動磁力旋盤上分別均布有16塊（極性交錯排列）小磁體（進(jìn)口鐵氧體），Br＝0.43T，，Lm=01005m，Lm=0.005m，氣隙Lg(即主動、被動磁力旋盤間的隔距)實(shí)際使用時可在0.002～0.004m間調(diào)整，則，將此P代入式⑵可解得cosφ=0.6565～0.7165，再代入式⑴可解得此磁力耦合傳動器所能傳遞的最大力矩即瓶蓋旋緊力矩M=0.8183～0.4375Nm。因此，調(diào)整主動、被動磁力旋盤的隔距Lg，即可調(diào)節(jié)瓶蓋的旋緊程度

66、。表5-1列出了此磁力旋蓋頭的隔距Lg取不同值時，所能施加的旋緊力矩（即最大傳遞力矩）的計(jì)算值。表5-1的結(jié)果可供使用此磁力旋蓋頭時參考。例如，用此磁力旋蓋頭處理某瓶蓋，要求旋緊力矩為0.68Nm，則主動、被動磁、被動旋盤的隔距Lg需調(diào)節(jié)至0.0025m。一般情況下，設(shè)計(jì)磁力耦合傳動器時可根據(jù)所要求傳遞的力矩，修改磁力傳動器的尺寸，按上述方法計(jì)算所能什么的最大力矩，直到滿足要求為止。為保證工作可靠，設(shè)計(jì)值（即計(jì)算值）應(yīng)比要求值略大（可大5%～10%）。 表5-1 不同Lg時的cosφ與最大傳遞力矩M值 Lg/m 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 cosφ 0.6565 0.6777 0.6937 0.7063 0.7165 M/Nm 計(jì)算值 0.8183 0.6841 0.5819 0.5017 0.4375 5.2、小結(jié) 本章節(jié)重點(diǎn)介紹了旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算，引入旋蓋頭磁力耦合傳動的設(shè)計(jì)，使旋蓋機(jī)的旋蓋質(zhì)量得到保證。也方便工作人員使用本機(jī)器時，根據(jù)其需要進(jìn)行有效的參數(shù)設(shè)置。