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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 自動套環(huán)機構系統(tǒng)設計
學 院： 工學院
姓 名： 吳夢佳
學 號： 20101145
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機制1004班
指導教師：雷軍波 職 稱：講師
二0 一 四 年 五 月
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 自動套環(huán)機構系統(tǒng)設計
學 院： 工學院
姓 名： 吳夢佳
學 號： 20101145
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機制1004班
指導教師：雷軍波 職 稱：講師
二0 一 四 年 五 月
摘要
本畢業(yè)設計是自動套環(huán)機構系統(tǒng)設計，主要目的是將組成一個完整的工作系統(tǒng)，保證自動套環(huán)裝置，可以實現(xiàn)自動環(huán)過程。本設備主要用于自動U領機管套環(huán)焊接U型管，主要用于空調熱交換器，冷凝器，蒸發(fā)器和加熱器等。
本系統(tǒng)的設計從旋轉機構的中心和料筒周圍。中心旋轉機構安裝于主機工作臺水平，工作時，該主機或配套的專用控制系統(tǒng)，完成各種加工配合主運動?；剞D機構可實現(xiàn)圓周進給，索引和間歇運動，工作效率高。該系統(tǒng)主要由電機驅動，齒輪，自動環(huán)機是一種很好的加工工具。
關鍵詞：自動套環(huán)機，回轉機構，分度運動，齒輪傳動，槽輪機構傳動。
Abstract
This 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.
1
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 研究意義 1
1.2 自動套環(huán)機................................................................................................................ .1
2 設計任務 2
2.1 設計目的 2
2.2 運動方案設計 3
2.2.1 傳動方案傳動時應滿足的要求 4
3 自動套環(huán)機結構設計 4
3.1 工作原理 4
3.2 震動盤的工作原理 4
3.3 傳動部分的設計 4
3.3.1 電動機的選擇及運動參數(shù)的計算 5
3.3.2 機構傳動部分設計 7
3.4 槽輪機構的設計 7
3.4.1 選擇槽輪機構的傳動類型 7
3.4.2 選擇材料 7
3.4.3 槽輪機構的工作原理 7
3.4.4 槽輪機構的幾何尺寸計算 8
3.5 槽輪機構的優(yōu)缺點 ..................................................................................................10
3.6 軸承的選用 10
3.6.1軸承的分類及選用 10
3.7 鍵的選取與校核 10
4 氣缸的選擇 12
4.1 氣缸的選型 12
4.2 選擇氣缸 12
4.2.1機構氣缸的選擇 12
4.2.2 送料機構氣缸的選擇 12
4.2.3 下壓機構氣缸的選擇 12
結束語 14
參考文獻 15
致謝 16
1
1 緒論
1.1 研究意義
現(xiàn)代制造技術貨先進制造技術是20世紀80年代提出來的，但它的工作基礎已有半個多世紀。現(xiàn)代制造技術是當前世界各國研究和發(fā)展的主題，特別是在市場經濟的今天，他更占有十分重要的地位。一個國家的國力主要體現(xiàn)在政治實力，經濟實力，軍事實力上，而經濟和軍事實力與制造技術的關系十分密切，只有在制造上是一個強國，才能在軍事上是一個強國，一個國家不能靠外匯去購買別國的軍事裝備來保衛(wèi)自己，必須有自己的軍事工業(yè)。有了國力和國防才有國際地位，才能立足與世界。
1.2 自動套環(huán)機
主要用途：全自動小U套環(huán)機主要是用于小U管的管 口套上焊環(huán)，應用于空調熱交換器、冷凝器、蒸發(fā)器以及熱水器等行業(yè)。
特點: （1）多工位同時生產加工，動作平穩(wěn)、速度快；
（2）PLC及觸摸屏集中控制，自動化程度高；
（3）伺服電機分度盤，定位準確。
5
2 設計任務
2.1 設計目的
本畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)學生機械設計綜合能力。通過設計，可以體驗和課程理論的鞏固和實踐知識，還學習如何運用標準，規(guī)格，手冊和其他相關的國家標準和技術手冊，更重要的是可以提高學生的要求，從機器的尺寸，功能，技術，經濟和安全等方面的設計考慮能力，以建立正確的設計思想。
2.2 運動方案設計
方案（機構簡圖見附圖2-1）
圖2-1自動套環(huán)機構系統(tǒng)總設計方案
本設計采用分度盤，電機和槽輪機構傳遞動力的電動機的旋轉圓盤均勻。用電機和氣缸下料和推出做好的工件。
此方案優(yōu)點:機構簡單，效率高，容易制造，使用壽命長，維護方便。
2.2.1 傳動時應滿足的要求
轉盤由原動機、傳動裝置和工作臺組成，將原動機和工作單位之間的運動和動力，并可實現(xiàn)索引和間歇運動。在這個方案中，異步電動機的原動機，傳動裝置由齒輪傳動和槽輪傳動。
傳輸方案主要滿足以下要求：
1）機械功能要求：應符合效率，工作速度速度和運動形式。
2）職位要求：例如，工作環(huán)境，安全等。
3）性能要求：保證工作可靠，傳動效率高。
4）結構的加工要求；如結構簡單，體積小，使用維護便利，技術經濟合理等。
3 自動套環(huán)機結構設計
3.1 工作原理
要處理的物品的振動板（工件）從存儲設備（箱）中分離出來，按照自動機加工要求，定時，定量，定向的送到工作臺。然后通過氣缸使u型管套上小環(huán)，最后用氣缸推出加工好的工件。
3.2 震動盤的工作原理
振動料斗下方的脈沖電磁鐵，能使料斗垂直振動，板簧的傾斜繞垂直軸的扭轉振動料。料斗部分，由于振動上升沿螺旋軌道，篩選或態(tài)度的變化，在上升過程中一系列的軌道后，可組裝零部件按照要求自動送入加工或裝配或加工統(tǒng)一國家的位置。其目的是無序的工件自動有序排列整齊，準確地傳達給下一個過程的振動。
圖3-1振動盤
3.3 傳動部分的設計
3.3.1 電動機的選擇及運動參數(shù)的計算
1）電機電機的選擇
根據(jù)工作環(huán)境及其工作要求和條件選Y系列全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。
2)選擇電機的額定功率
工作所需功率為：
式中, ,電機工作效率，代入上式?得
電機所需的輸出功率為：
式中：η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。
齒輪傳動的效率為；一對滾動軸承的效率為；槽輪傳動的效率為。因此，
一般電機的額定功率：
取電機額定功率為：。
確定電機轉速：在此設計方案中選取齒輪傳動比：3-5，
則總的傳動范圍為：
電機轉速的范圍為：
為降低電機的重量和價格，選取常用的同步轉速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉速
3.3.2 機構傳動部分設計
1）選擇齒輪的類型
在此方案中，采用直齒輪傳動的形式。
2）材料的選擇
考慮到齒輪傳動效率不大，用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。
3）按齒面接觸疲勞強度計算
先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。
傳遞轉矩
載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由機械設計書本中表10-2取K=1.25
齒寬系數(shù)Φd:由表10-7取ψd=0.6
接觸疲勞許用應力
傳動比
表10-2 使用系數(shù)K
載荷狀態(tài)
工作機器
原動力
均勻平穩(wěn)
發(fā)電機、通風機、
機床進給機構等
多缸內燃機
1.25
表10-7 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)
裝置狀況
兩支承相對于小齒輪做對稱位置
兩支承相對于小齒輪做不對稱位置
小齒輪做懸臂布置
Φd
0.9-1.4（1.2-1.9）
0.7-1.15（1.1-1.65）
0.4-0.6
4）確定齒輪的主要參數(shù)及其尺寸
? 齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66。
? 模數(shù) 據(jù)表8-3,取標準值m=1.5。
? 中心距 標準中心距 a=m(Z1+Z2)/2=66mm
? 其它尺寸
分度圓直徑： ；
齒頂圓直徑: ；
齒寬：,所以
5） 校核齒根彎曲疲勞強度
由表10-5查的齒形系數(shù) ，。,
滿足彎曲強度條件。
表10-5齒形系數(shù)Y( Fa)及應力校正系數(shù)Y(Sa)
Zv
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Y( 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
2.53
Y(Sa)
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
1.505
1.60
1.61
1.62
3.4 槽輪機構的設計
3.4.1 選擇槽輪機構的傳動類型
根據(jù)工作需要選擇如圖(3-2)所示的傳動機構傳動
圖3-2槽輪機構系統(tǒng)
3.4.2 選擇材料
考慮到槽輪傳動速度不大，速度只是中等，故用45號鋼；
3.4.3 槽輪機構的工作原理
如圖所示，槽輪機構由具有徑向槽的槽輪和具有圓銷的構件以及機架所組成。當圓銷未進入徑向槽時由于內凹鎖住弧被外凹圓弧卡住，故槽輪靜止不動。圓銷開始進入槽輪徑向槽的位置，這是鎖住弧被松開，因而圓銷能驅動槽輪沿與撥盤相反的方向轉動。當圓銷開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內凹鎖住弧又被撥盤的外凸圓弧卡住，致使槽輪有靜止不動，直至撥盤的圓銷在進入槽輪的另一徑向槽時，兩者有重復上述的運動循環(huán)。這樣，當主動構件作連續(xù)轉動時，槽輪便得到單向的間歇運動。
圖3-3 槽輪機構簡圖
3.4.4 槽輪機構的幾何尺寸計算
圖3-4為槽輪機構主要尺寸關系圖。圖中O1為拔盤中心，O2為槽輪中心，L1為撥銷的軌跡半徑;L2為槽輪半徑;L3為中心距，h為槽輪槽深,rb為撥銷半徑,δ為間隙。
圖3-4 槽輪機構主要幾何尺寸關系圖
設拔盤軸的直徑為d.為避免槽輪在起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，圓銷開始進入和離開輪槽時，輪槽的中心線應和圓銷中心的運動圓周相切，從而決定了槽輪機構主要尺寸之間的關系，根據(jù)圖3-5所示的槽輪機構的設計計算公式如下：
圖3-5槽輪機構主要幾何尺寸計算關系圖
槽輪機構的動停比k=1/3?
設：槽輪槽數(shù)Z=4??撥銷m=1??中心距C=83mm???撥銷半徑R=2mm?
銷與槽底間隙δ=3??槽齒寬b=5mm
求解槽輪機構的尺寸參數(shù)：?
(1) 槽輪運動角：2β=2л/z=2л/4=л/2?
(2) (2)撥盤運動角：2α=л-2β=л/2?
(3)撥盤上圓銷數(shù)目：m=1?＜?2z/(z-2)=8/2=4?
(4)圓銷中心軌跡半徑：R1=Csin(β)=83×SIN（45）=58.6?
(5)槽輪外徑：R2=[（Csin(β)2+R2T]?=[49.52+4]1/2=60?
(6)槽輪深度：h=?R1+R2-C?+?R?T?+δ=49.5+49.54-70+2+3=40.6?
(7)撥盤回轉軸直徑：d1=12＜2（C-?R2）=2(70-49.54)=30?
(8)槽輪軸直徑：d2=12?＜??2（C?-?R1-?R?T?-?δ）=2(70-49.5-2-3)=20?
(9)撥盤上鎖止弧所對中心角：γ=2（л/m?–α）=3л/2?
(10)鎖止弧半徑：R0=?R1-?b?-?RT=49.5-5-2=42.5?
(11)槽輪機構的動停比k：k=(m(z-2))/(2z-m(z-2))=2/(8-2)=1/3?
(12)圓銷中心軌跡半徑R1與中心距C的比λ：λ=R1/C=sin(л/z)=SIN(л/4)=0.707
3.5 槽輪機構的優(yōu)缺點
槽輪機構簡單，工作可靠，在進入和脫離嚙合時運動教平穩(wěn)，能準確控制轉動的角度。但槽輪額轉角大小不能調節(jié)，而且在槽輪轉動的始，末位置加速度變化較大，所以有沖擊。但槽輪機構一般應用在轉速不高和要求間歇轉動的裝置中。
3.6 軸承的選用
滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。滾動軸承絕大多數(shù)已經標準化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應各種常用規(guī)格的軸承。滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等優(yōu)點。因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。
3.6.1 軸承的分類及選用
滾動軸承可以大概地分為向心軸承，推力軸承和向心推力軸承三大類。在此方案中考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調整軸承的游隙。此軸承機構代碼為30000。
3.7 鍵的選取與校核
(1)鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸和輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵連接的主要類型有；平鍵連接，半圓鍵連接，楔鍵連接和切向鍵連接。
在此設計方案中因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。由表6-1可查得：鍵寬bx鍵高h為8x7，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=14mm。
表6-1 普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸
軸的直徑d
6-8
>8-10
>10-12
>12-17
>17-22
>22-30
>30-38
>38-44
鍵寬bx鍵高h
2x2
3x3
4x4
5x5
6x6
7x7
8x8
9x9
軸的直徑d
>44-50
>50-58
>58-65
>65-75
>75-85
>85-95
>95-110
>110-130
鍵寬bx鍵高h
14x9
16x10
18x11
20x12
22x14
25x14
28x16
32x18
鍵的長度系列L
6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，...
（2）鍵連接的強度計算
鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，由表6-2可查得，取其平均值；鍵的工作長度，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度，從而可得：
可見滿足要求: 鍵的標記為：鍵
表6-2 鍵連接的許用擠壓應力、許用壓力
許用擠壓應力、許用壓力
連接工作方式
鍵或轂、軸的材料
載荷性質
靜載荷
輕微沖擊
沖擊
靜連接
鋼
130-150
100-120
60-90
鑄鐵
70-80
50-60
30-45
[p]
動連接
鋼
70
40
30
4 氣缸的選擇
4.1氣缸的選型
由于氣缸所需功率小，使筒直徑為30mm的選擇，可根據(jù)需要選擇長度。扇形排列機制為100mm氣缸推動氣缸長度為100mm。
以下是花炮筒扇形排布穿引機的氣缸運動時序表（一個循環(huán)內）：
表4.1 整體機構氣缸運動時序表
氣缸名稱
速度
T（伸出）/s
T（收回）/s
進料機構氣缸
（氣缸1）
24
21-21.5
24.5-25
出料氣缸
（氣缸2）
25
21-23
23-25
拉緊氣缸
（氣缸4）
40
24-25
26-27
推進氣缸
（氣缸5）
2.5
25-27
23-25
4.2 選擇氣缸
4.2.1 機構氣缸的選擇
1、選型。從設計和使用要求，氣缸行程終端無沖擊噪聲的要求，應選擇光筒。因此，選擇SMC系列標準氣缸。
4.2.2 送料機構氣缸的選擇
1、類型的選擇。根據(jù)安裝形式，活塞行程的選擇，使用要求來看，選取長度300mm的氣缸。選用CM2L25—300型氣缸。
4.2.3 下壓機構氣缸的選擇
1、根據(jù)設計要求，選用CM2L16—100型氣缸。
圖4.1為SMC公司生產的CM系列標準氣缸實物圖：
圖4.1 CM型標準氣缸實物圖
綜上所述，選擇的氣缸類型分別為（表2.9）：
表2.9 各機構氣缸的規(guī)格
氣缸名稱
送料氣缸
扇形排布機構氣缸
下壓氣缸
品牌及類型
CM2L25—300
CM2L30—50
CM2L16—100
缸徑mm
25
16
活塞桿外徑mm
12
15
10
行程mm
300
50
100
受壓面積mm2(押側/拉側)
235/317
325/220
245/170
理論輸出力N(押側/拉側)
160/98.5
225/238
205/180
結束語
通過這次畢業(yè)設計，使我懂了很多，學到了很多。對于專業(yè)知識的了解更深一步。
通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，設計思路，和流程。掌握機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。通過計算，繪圖和運用各種技術標準和規(guī)范，設計手冊等有關資料，對設計機構的方法有了充分的認識，對以后的工作幫助很大。
參考文獻
[1]葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊[M].機械工業(yè)出版社出版，1998.
[2]剛紀名.機械設計[M].第八版。高等教育出版社，2005.12.
[3]何銘新.錢可強.徐祖茂.機械制圖[M].第六版.高等教育出版社，2010.7.
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[8]成大先.機械設計手冊-氣壓傳動單行本[M].第四版.化學工業(yè)出版社.
致謝
本次畢業(yè)設計已經結束，大學四年的學習生活即將結束。在此，感謝所有曾經幫助我的老師和同學。此次畢業(yè)設計可以圓滿地完成，我要感謝我的指導老師雷軍波,感謝他在整個設計過程中給予我的指導和幫助。
最后，再次感謝所有在大學生活中給予過我?guī)椭娜恕?
13