畢業(yè)設計防盜門生產(chǎn)線上料系統(tǒng)設計.doc

（2017屆）本科畢業(yè)設計資料題 目 名 稱：防盜門板上料機設計 學 院：機械工程學院 專 業(yè)：機械工程 學 生 姓 名：羅俊 班 級：機工1304 學指導教師姓名：徐華 職稱 副教授 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計2017屆本科畢業(yè)設計資料第一部分 本科畢業(yè)設計湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計防盜門板上料機是本人在指導教師的指導下，進行研究工作所取得的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文章中以明確方式注明；除此之外，本設計不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應承擔的全部責任。作者簽名：日期： 年 月 日摘 要 隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展和人們安全意識的不斷提高，防盜門作為安全防盜的建材，其市場需求非常大。而隨著板材沖壓技術的不斷提高和沖壓設備的更新?lián)Q代，對作為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的的首道工序設備上料機也提出來更高，更嚴格的要求。所以針對防盜門生產(chǎn)線自動上料機的研究不僅會提高防盜門生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值，對板材沖壓行業(yè)也具有借鑒作用。 本設計主要主要針對自動上料機的機械部分進行分析和研究，解決不同板料尺寸的上料，使其具有柔性制造的能力。主要使用設計學，力學，機構學等進行研究。主要工作包括：上料方案的分析研究到各種機械設備的選型、機械部件的布置、傳動系統(tǒng)的設計、主要零件的設計、建模和有限元分析和校核，并立志于降低成本和工人勞動程度，提高上料效率和上料可靠性。 關鍵詞：柔性制造；防盜門；生產(chǎn)線；自動上料ABSTRACT With the rapid development of construction industry and the continuous improvement of safety consciousness, people security doors as a security guard against theft of building materials, the market demand is very big.And with the constant improvement of the sheet metal stamping technology and the upgrading of stamping equipment, the value of the first working procedure as automated production equipment, feeder is also put forward higher, more stringent requirements.So the study of security doors production line automatic feeding machine will not only improve the efficiency of security door manufacturing, create greater economic value, could be a reference for sheet metal stamping industry also. This design mainly focuses on automatic feeding machine mechanical part carries on the analysis and research, to solve different sheet size of feeding, make it has the ability of flexible manufacturing.Main use design, mechanics, to study the mechanisms and so on.The analysis and research of the main work includes: feeding solution to all kinds of machinery and equipment type selection, arrangement of mechanical parts, transmission system design, the main components of the design, modeling and finite element analysis and checking, and aims to reduce the cost and the worker labor intensity, improve the efficiency of feeding and the feeding reliability.Keywords: flexible manufacturing；Guard against theft.；Production line； Automatic feedingIII目 錄第1章 緒論11.1設計背景11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析11.3研究意義2第2章 防盜門板上料機總體方案設計32.1設計要求32.2總體方案的確定3第3章 提升裝置的設計及計算53.1真空吸盤的選擇53.2吸盤的布置63.3提升氣缸參數(shù)的選擇63.4提升裝置軌道設計7第4章 送料小車設計84.1板料碼垛后分張問題的分析84.2磁性分張器的布置84.3小車的承重計算9第5章 平帶送料裝置的設計115.1平帶的布置115.2平帶送料裝置傳動方案設計115.3電動機的選型125.4減速器的選型13第6章 主要零部件設計156.1直齒圓柱齒輪設計156.1.1齒輪參數(shù)初步選定156.1.2確定材料的許用接觸應力156.1.3由接觸疲勞強度確定齒輪所需直徑166.1.4對分度圓直徑進行校對176.1.6 齒根彎曲疲勞強度計算186.1.7 幾何尺寸計算196.1.8 確定齒輪結構形式196.2帶輪軸結構設計196.2.1總結帶輪軸的參數(shù)206.2.2軸的受力分析206.2.3軸的材料的選擇206.2.4軸的最小直徑206.2.5軸的裝配方案216.2.6軸段直徑和長度設計216.2.7軸上零件的周向定位236.2.8確定軸、齒輪及帶輪的倒角、圓角尺寸236.2.9求軸上的載荷236.2.10采用proe Mechanica功能模塊進行有限元分析264.2.11按彎扭校核軸的疲勞強度304.2.12精確校核軸的疲勞強度30結 論33參考文獻34致 謝35第1章 緒論1.1設計背景 防盜門作為安全防范用品中的剛需品。在家庭，公共場所等建材領域獲得了廣大人民群眾的喜愛，在安全防盜方面發(fā)揮了重要作用。據(jù)建設部有關部門分析，今后幾年年平均建筑面積將達到9億平方米，按這個數(shù)字預測防盜門的銷量和經(jīng)濟效益，以每40平方米建筑面積安裝一樘防盜門計算，全國每年就需防盜門500萬樘，若以一般門的價格計算，年產(chǎn)值高達30億元1。在當下工業(yè)生產(chǎn)中，由于工業(yè)制造水平不斷提升，自動化生產(chǎn)愈發(fā)收到重視，以往的生產(chǎn)線跟不上發(fā)展的步伐，比起傳統(tǒng)上料，自動上料調(diào)高了效率，節(jié)約了成本，降低了勞動強度，貼別是大批量生產(chǎn)中，自動生產(chǎn)線的應用對產(chǎn)品質量和一致性所發(fā)揮的作用是傳統(tǒng)生產(chǎn)線所不能對比的。而各種生產(chǎn)線的首道工序都是自動上料2。相比人工上料，自動送料高效率，低成本，安全可靠性強等特點,用自動化程度越來越高的機器來替代落后的生產(chǎn)設備不可避免3。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 上料機系統(tǒng)作為生產(chǎn)線的首道工序設備，發(fā)展已久。目前對于形狀和尺寸均確定的剛體的自動上料已有成熟技術。在實際生產(chǎn)中,諸如電磁振動式、螺旋提升式、及各類斗式提升上料機等,得到廣泛應用，在煤炭、建筑、冶金、化工、機械制造等各類生產(chǎn)線中，上料機都有著無可替代的地位4,5。 由于沖壓技術的迅猛提高，我國不斷引進世界先進裝備技術，沖壓自動化水平不斷上升，對上料機也提出來新的，更嚴格的要求，用來配合沖壓裝備的生產(chǎn)，隨著工程控制的發(fā)展，電子電力技術不斷融入上料機這一領域，其發(fā)展歷程如下6： 1.機械上料機構。通過機構本身的相互配合，實現(xiàn)機械運動，使提升機構完成上料過程。 2.電氣上料機構。在機械上料的基礎上添加別的動力源，加上一般電氣控制，使得上料過程趨于自動化。 3.數(shù)控上料機構。通過工控技術對上料動作做出精確的控制，使得完成一系列復雜的上料動作。 后兩種上料機構，上料效率高，動作可靠，但控制系統(tǒng)復雜，對設計員的要求高，設計成本相比機械上料要高很多。機械上料機構雖然機體較為龐大，但成本低，上料準確，容易控制，使用壽命長，容易維修，就現(xiàn)階段來講，依然是沖壓行業(yè)上料中的主流上料方式7。1.3研究意義 降低防盜門生產(chǎn)中的安全事故據(jù)有關資料統(tǒng)計, 在所有機械傷害事故中, 壓力設備引發(fā)的傷害事故占有較大比重，而在冷沖壓生產(chǎn)所發(fā)生的人身傷害事故中, 僅因送料和出件引發(fā)的事故約占40%，采用自動上料系統(tǒng)上料將改善生產(chǎn)條件, 使操作工人的肢體遠離模具工作區(qū)域，使生產(chǎn)過程更加安全8。 有利于提高自動化程度，降低生產(chǎn)成本 自動化程度高低，直接影響著沖壓生產(chǎn)效率、生產(chǎn)節(jié)拍以及沖壓生產(chǎn)整體自動化水平9。其意義在于：改善了勞動條件，減輕工人的體力勞動；提高了勞動生產(chǎn)效率；提高了沖床的利用率，從而節(jié)約了電力，降低了成本10。 有利于保證加工的質量、精度及產(chǎn)品的一致性 傳統(tǒng)手工上料中產(chǎn)品質量受工人操作的熟練程度、工作狀態(tài)影響大，自動上料系統(tǒng)能夠準確、可靠的對工件進行上料，保證產(chǎn)品加工精度和產(chǎn)品一致性10。 第2章 防盜門板上料機總體方案設計2.1設計要求防盜門即安全防盜門，主要用于各個場所的出入口，發(fā)揮發(fā)揮防盜作用。隨著防盜門產(chǎn)量的不斷擴大，防盜門板自動化生產(chǎn)線能夠適用于多種型號防盜門的生產(chǎn)。防盜門板上料機是防盜門體自動化生產(chǎn)線的入口設備，要求達到以下技術指標：1.板料寬度：800-1800mm 可調(diào); 2.板料長度：2000-3000mm 可調(diào); 3.板料厚度：1-1.5mm 可調(diào)；2.2 總體方案的確定在板料上料領域，有三種較為常見的上料方式。其皆借助于真空吸盤和提升氣缸對板料進行吸附和升空，不同的在于升空后低于板料的處理，一是借助縱向往返運動的的小車，將板料置于傳送帶上從而完成上料，二是采用擺動氣缸與輔助滾輪，二者夾取板料，將板料送往輸送帶，三是利用磁性的傳送帶，將板料吸附在下平帶上，利用下平帶進行傳送。前兩種在尺寸不大，重量較輕的板料領域有廣泛的應用，如冰箱側板等。而后者則應用于板料尺寸較大的，故本設計采用后者。示意簡圖如下：圖2.1 上料機示意圖 該上料機機械部分主要由機架，堆料小車，吸盤，負壓閥，提升氣缸，平帶輪，磁性平帶，調(diào)節(jié)軌道等組成，為保證單板上料，其上應裝有重板檢測裝置，同時為實現(xiàn)30s的上料節(jié)拍，應有plc工控等，本設計只設計機械部分，故對控制過程不予分析，但相比前兩種上料方案，其動作是較少的，控制系統(tǒng)也相對簡單。板料至于小車上，可是不同尺寸一同碼垛堆放，以以便作為定位，以磁性分張器實現(xiàn)鐵板分張，啟動機器后，液壓缸帶動吸盤下移，負壓閥工作，接觸板料，當吸盤內(nèi)壓力到達一定值，液壓缸帶動吸盤及被吸附的板料上升，至一定位置后，板料被吸附在磁性平帶下邊，負壓停止，液壓缸繼續(xù)上升，一定位置后，重板檢測裝置運行，檢測無雙板上料后平帶送料裝置啟動，帶動板料前往下一工序。完成上料過程。 第3章 提升裝置的設計及計算3.1 真空吸盤的選擇 由設計要求可知鋼板的最大長、寬，厚分別為1800mm、 2000 mm、1.5mm 因此最大工件重量許用提升力在吸盤吸取板料時，由于吸盤吸附時產(chǎn)生變形導致可用面積減少、板料重量分布不均、負壓閥負壓小于理論計算值，個別板料大于重量大于理論值等因素的影響，需選定一個安全系數(shù)，上網(wǎng)查閱相關資料，其值一般選定為2.5.表3.1 真空吸盤參數(shù)表吸盤垂直提升力（N）吸盤直徑D(mm) 吸持面積（cm） 吸盤垂直提升（N）（-0.04MPa） 254.9119.64328.0432.164012.650.45019.678.46028.3113.28050.2200.810078.5314.0120113.0425.2 當吸盤提升最大板料時所需的垂直提升初步選取直徑為80mm的吸盤，計算所需吸盤個數(shù)由不足一個按一個計算，取整為8吸盤直徑雖表示吸盤的外徑，但利用真空壓力吸附物體時，因真空壓會使橡膠變形，吸附面積也會隨之縮小。其有效吸附面積大約是吸盤盤徑的90%，吸盤作為標準件此值在吸盤生產(chǎn)廠家給予的選型表中已被考慮，故所選吸盤盤經(jīng)不作更改。綜合上述，所選吸盤參數(shù)為：吸盤直徑D=80mm， 吸盤吸持面積A=50.2，吸盤個數(shù)n=5，真空壓力P=0.04MPa。吸盤尺寸及構造如下： 圖3.1 吸盤布置方案簡圖3.2吸盤的布置為使板料在上料過程中平穩(wěn)，吸盤在板料上的分布很是重要，因所需吸盤個數(shù)為8，在本設計中使用八邊形布置，使其在各邊方向都有兩個吸盤發(fā)揮作用。其尺寸和布置如下圖： 圖3.2吸盤布置方案簡圖3.3 提升氣缸參數(shù)的選擇為方便工人對軌道裝置進行操作，上料機總體高度在175-2000mm之間，因上料小車的存在，為方便小車運料，平帶下邊離地800mm，根據(jù)氣缸行程、缸徑參考表，選定氣缸內(nèi)徑為130mm，壁厚10mm，氣桿外徑為30mm。3.4提升裝置軌道設計為滿足上料時板料長寬可調(diào)的設計要求，設計軌道，使提升裝置在水平面上實現(xiàn)X、Y方向的移動，以使吸盤附著在板料的合理位置。已知板料的寬度范圍為800mm-1800mm，長度范圍為2000mm-3000mm，為使上料更加可靠，使按正八邊形分布的吸盤其中心靠近板料中心，以板料角點建立平面坐標系，則最小尺寸板料中心坐標為（400,1000），最大板料中心為（900,1500），則其X、Y方向需調(diào)整距離最小為500mm，加上吸盤尺寸277mm和一定的安裝尺寸，其寬度已大于板料最小寬度800mm，所以也就決定了只能由板料的長度方向上上料。軌道布置實體建模如下，其由圓柱形軌道和直線軸承滑塊組成，軌道上鉆有銷釘孔，用于提升裝置的定位。圖3.3提升裝置軌道圖第4章 送料小車設計4.1板料碼垛后分張問題的分析在金屬防盜門沖壓生產(chǎn)線上料工序中，其產(chǎn)料都是成垛放置，由機械手或者吸盤單張上料。但由于板料的表面較為光滑，為保證板料不發(fā)生氧化，往往在板料表面涂油，容易形成真空，不易分離，在上料過程中造成多片板料被上料，這顯然是不允許的。在傳統(tǒng)生產(chǎn)線，由工人戴上橡膠手套手工分離，其工作強度非常大，也極易造成工人手指壓傷，不利于安全生產(chǎn)，同時還可能對板料造成損壞，增加報廢率。在現(xiàn)代化工廠中，通常使用的措施是磁力分張，磁力分張器的生產(chǎn)和使用已經(jīng)十分普遍，它是利用同名磁極相互排斥的原理工作的，利用磁鐵形成磁場，金屬板料在磁場中被磁化，使得板料與板料之間具有相同磁性，產(chǎn)生斥力，當磁鐵磁性較大時，板料與板料之間就會自動分離，示意圖如下。圖4.1磁性分離器原理圖4.2磁性分張器的布置板料分離所加磁鐵的矯頑力與總磁能應適可而止，太小會造成材料的充磁量不夠，斥力不足，導致板料分離效果不佳；太大會造成取料費力現(xiàn)象。當板料被磁化后，板料與板料之間極性相同表現(xiàn)為斥力，板料與磁鐵旳極性卻相反，表現(xiàn)為引力。板料被取走的過程中隨著板料與板料之間的距離增大，斥力與距離成二次方反比減弱，材料與磁鐵之間的引力起主導作用。引力過大就會造成取料困難，甚至取不起料的現(xiàn)象出現(xiàn)。在本設計中，板料的尺寸為：板料寬度：800-1800mm 長度：2000-300mm由最大尺寸來看，其長寬尺寸較大，使用單塊或單邊磁鐵肯定是不可取的，磁力過小能會出現(xiàn)無法分張現(xiàn)象，磁力過大可能會造成板料的折彎。因此在板料的長度尺寸上布置兩對磁性分張器，其布置及磁場分布示意圖如下。圖4.2磁性分離器布置圖4.3小車的承重計算車輪選擇重型承重輪，單個承重為800kg，總共6個，兩個磁性分張器的一邊布置兩萬向承重輪，中間和另一邊各布置兩個，由于地面可能出現(xiàn)不平的情況，我們按五個承重輪計算其承重能力。即 已知最大板料重為63.2kg，按最大板料尺寸計算則最多承重張，垛料高度高為，同理，若按最小板料計算則單次運料為320張，垛料高度為32mm。碼料下方墊木塊，避免由于分張氣的存在似的最后板料與小車產(chǎn)生吸力。小車實體建模如下:圖4.3小車的實體建模第5章 平帶送料裝置的設計5.1平帶的布置在本設計中，采用鑲有磁性材料的平帶送料，板料的尺寸范圍如下，1.板料寬度：800-1800mm;2.板料長度：2000-3000mm；由最大尺寸，單張鋼板的重量達63.18kg，且采用平帶下邊作為板料的輸送，其帶速不宜過快，為防止打滑現(xiàn)象，帶速為1.8m/s，運輸帶工作拉力1200N,帶輪直徑400mm。使用兩條平帶進行送料。平帶置于板料上方，兩平帶輪的軸向尺寸小于所輸送板料的寬度。圖5.1 平帶送料裝置布置圖5.2平帶送料裝置傳動方案設計電動機固定在機架上，使用聯(lián)軸器連接減速器輸入軸，減速器初步選用閉式圓柱齒輪二級減速器，輸出軸上裝一附加直齒輪，用以驅動平帶輪，該齒輪只傳遞動力，不作減速作用，為避免減速器在安裝時與軸產(chǎn)生干涉，該直齒輪分度圓直徑應取大些。圖5.2 平帶送料裝置傳動方案設計圖5.3電動機的選型 查閱相關資料，平帶所需牽引力為1200N,選定平帶帶速為1.8m/s 參照機械手冊運輸機是一般機械，其電動機第一優(yōu)先系列為Y型異步電動機。 工作機所需的有效功率為：P1=Fv/1000=12001.8/1000=2.16(kw) 式中：電動機需要提供的有效功率 帶的圓周力（N） 1.確定電動機的輸出功率 傳動裝置的總效率：=1223442=0.85 式中 1-運輸機平型帶傳動效率 2-聯(lián)軸器的效率 3-對滾動軸承的效率 4-閉式圓柱齒輪傳動效率常見機械效率見參考【11】附表1 電動機所需功率為P= P1/h=2.16/0.85=2.54kw因為工作機在工作中沒有較大的沖擊，所以電動機額定功率只需要比P稍大就行，根據(jù)機械設計課程設計中表12-1所示Y系列三相異步電動機的技術參數(shù)，可選擇電動機的額定功率。2.確定電動機的轉速 確定平帶輪轉速為86r/min，平帶輪直徑根據(jù)機械設計課程設計中表2-2，兩級圓柱齒輪減速器一般傳動比范圍為840，則總傳動比合理范圍為=840，故電動機轉速的可選范圍為984r/min4920r/min。符合這一范圍的同步轉速的有3000 r/min 、1500r/min、1000 r/min、在一般機械中，一般選取1500 r/min或1000 r/min的電動機，為降低成本，優(yōu)先選取1500 r/min的電機，再由電動機的額定功率，可根據(jù)機械設計課程設計中表12-1查得，可選取Y100L24型號的電動機，其數(shù)據(jù)列于表1中。表5.1 電動機參數(shù)電動機型號額定功率/KW滿載轉速/(r/min)堵載轉速額定轉速最大轉矩額定轉矩Y132S631420222.35.4減速器的選型執(zhí)行國家標準JB/8853-2001，硬齒面圓柱齒輪減速機。適用范圍：1.輸出軸轉動速度要小于 2.配合齒輪分度圓上其線速度要小于 二級圓柱齒輪減速器選型方式1.型號：ZDY、ZLY、ZSY、ZFY圓柱齒輪減速機2.規(guī)格：單級80560 兩級：112710 三級：160710 四級：1808003.表示方法：D表示單級、L表示兩級、S表示三級、F表示四級、Y表示采用硬質齒面齒輪考慮到減速器級數(shù)越高，成本越高的緣故，且從實際出發(fā)，本設計中對平帶輸送的轉速要求不是很高，現(xiàn)采用zly型圓柱齒輪減速器轉向為n，總傳動比為1420/86=16.5第6章 主要零部件設計6.1直齒圓柱齒輪設計因該齒輪不做減速，只做傳動作用，故齒數(shù)相同。6.1.1齒輪參數(shù)初步選定已知齒數(shù)比u1=1 齒輪轉速n=86r/min, 直齒圓柱齒輪傳動。1.材料及熱處理：根據(jù)機械設計由表7-1輸入齒輪齒輪采用40，進行調(diào)質，硬度為250HBS，所以是軟齒面。輸出齒輪采用45號鋼，進行調(diào)質，硬度為210HBS。2.按照分類，皮帶輸送機是一般工作機器，其轉速和運輸速度較低，精度要求不高，采用8級精度。3.因該對齒輪要與減速器配合使用，且布置在兩工作輪的中間，為保證減速器在安裝時不與軸產(chǎn)生干涉，要求其中心距大于250mm，查閱相關資料選齒輪齒數(shù)Z1=Z2=86由此可知兩齒輪為開式的軟齒面嚙合，且二者材料硬度差為40HBS，可以有效地防止膠合破壞，另外兩齒輪嚙合應先保證接觸疲勞強度，再校核彎曲強度。6.1.2確定材料的許用接觸應力 查機械設計12式7-20得：(6.1) 根據(jù)機械設計中圖7-18a按齒面硬度查得直齒輪的接觸疲勞強度極限，（一般選取中間偏下值，MQ上選值）Hlim1=620MP, Hlim2=550MP 根據(jù)機械設計中7-21式：(6.2) 式中： N齒輪的工作應力循環(huán)次數(shù) 齒輪的轉速（r/min），（其中n1=n2=86r/min） j齒輪每轉一圈，同一齒面的嚙合次數(shù)，j=1 齒輪的工作壽命（h），Lh=283008=38400h 齒輪的轉速：n1=86r/min，n2=86r/min 齒輪的工作壽命：Lh=283008=38400h 則： N1=N2=60n3jLh=6086138400=1.98108 確定接觸疲勞壽命系數(shù)： 根據(jù)機械設計中圖7-20查得： 由機械設計表7-8?。?再由以上各項系數(shù)計算其許用應力：H1KHN1lim/SH=（1620）/1.05=590MPH2=KHN2lim/SH=（1550）/1.05=524MP H=(H3+H4)/2 = (590+524)/2=557mp1.23H4=645mpH= 645mp6.1.3由接觸疲勞強度確定齒輪所需直徑 根據(jù)機械設計中7-11式計算，其公式為：(6.3)1.試選載荷系數(shù)。2.確定齒寬系數(shù)，由機械設計表7-6選取=0.8。 3.確定彈性影響系數(shù)，由機械設計表7-5查得=189.8。 4.確定節(jié)點區(qū)域系數(shù),直齒輪為標準齒輪，由機械設計圖7-14得=2.5。 5.確定重合度系數(shù),，由文獻機械設計計算重合度為1.52由機械設計式（7-8）計算重合度系數(shù)6.試算所需齒輪直徑。6.1.4對分度圓直徑進行校對 根據(jù)機械設計7-2式可知： （6.4） 式中使用系數(shù)，因為工作載荷有輕微沖擊，根據(jù)機械設計查表7-8 取=1.25。 動載荷系數(shù)，計算圓周速度v=dtn3/721000=0.970m/s，根據(jù)機械設計表7-7和普通傳動應降低成本精度可選得低些，8級精度要求是符合使用和設計要求的，根據(jù)轉速和精度，由機械設計P149查圖7-7齒輪的精度等級適用要求，=1.08。齒間載荷分配系數(shù)，齒寬初定b=dd1t=0.872=58mm 計算單位載荷值為2KAT1/bd1t=(21.2587155)/4872=90.8N/M100 N/M，根據(jù)機械設計查表7-3取值為1.2。 齒向載荷分布系數(shù)，根據(jù)機械設計由表7-4得 =1.32。將各計算值帶入載荷系數(shù)計算公式得出=2.14，與試選載荷系數(shù)相差較大，故按實際載荷系數(shù)修正所算的分度圓直徑，根據(jù)機械設計由式7-12得： （6.5）齒輪接觸疲勞強度取決于齒數(shù)，在模數(shù)一定的情況下，分度圓直徑大于85即可滿足接觸疲勞強度要求，由于減速器安裝要求的存在更改d1為300mm計算模數(shù)：m=d1/z1=300/86=3.5mm6.1.5確定許用齒根彎曲應力 由機械設計7-22求其齒根彎曲應力： (6.6) 式中齒根彎曲疲勞極限，根據(jù)機械設計圖7-21（a）取 齒根彎曲疲勞安全系數(shù)，根據(jù)機械設計表7-8查得=1.25。 許用應力修正系數(shù)，根據(jù)常用參數(shù)=2。 彎曲壽命系數(shù)，根據(jù)機械設計圖7-22查得。 尺寸系數(shù)，根據(jù)機械設計圖7-23查得=1。 將上述各式值帶入許用彎曲應力計算公式得:6.1.6齒根彎曲疲勞強度計算 由機械設計7-28得彎曲強度計算公式： （6.7） 式中，K載荷系數(shù)，已知， 齒高 h=2.252.95=6.64mm,b/h=48/6.64=7.22 機械設計查圖7-11得,則K=1.251.081.21.25=2.03。 齒形系數(shù)，根據(jù)機械設計查圖7-16得。 應力校正系數(shù)根據(jù)機械設計查圖7-17得。將各項系數(shù)帶入由以下公式可以求得復合系數(shù)，則 重合度系數(shù)，根據(jù)機械設計,計算可得=T轉矩，T1=87155Nmm. 將以上各計算值帶入設計公式： =3.41mm 在其他條件相同的情況下，模數(shù)越大，則齒輪的齒根彎曲強度越大，根據(jù)上述計算結果，該齒輪模數(shù)應大于3.41，且不宜過大，以免導致齒輪難以加工，稍大于3.41即可，按照國家標準取m=3.5。再由接觸強度計算出后調(diào)整的分度圓直徑d3計算齒數(shù)： 6.1.7幾何尺寸計算 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 中心距： 齒寬： 6.1.8確定齒輪結構形式 齒輪結構的設計：查閱相關資料，當齒頂圓直徑160毫米，采用腹板式結構，故該對直齒輪為腹板式。6.2帶輪軸結構設計6.2.1 總結帶輪軸的參數(shù)表6.1 帶輪軸載荷參數(shù)功率P/KW轉速n（r/min）轉矩T/（Nm）分度圓直徑（mm）壓力角（）2.8586283301206.2.2 軸的受力分析輸入轉矩直齒輪的圓周力：直齒輪的徑向力：直齒輪的法向載荷：6.2.3軸的材料的選擇 已知該軸的轉速為86r/min,轉速不高，而在上述軸的載荷分析過程中可以看出其受力是比較大的，優(yōu)先選取45鋼，并進行調(diào)質，增大其強度。6.2.4軸的最小直徑 由機械設計12-2估算最小直徑： (6.8) 式中：最小直徑系數(shù)，根據(jù)機械設計中表12-3按45鋼查得=126因此： 考慮到鍵存在對軸強度的影響，d增大10%：6.2.5軸的裝配方案 低速軸的裝配方案如下圖4.2.7所示，圖6.1 低速軸的裝配方案6.2.6軸段直徑和長度設計 1.平帶輪內(nèi)孔直徑，故取mm，帶輪輪轂寬度為139mm，查閱相關資料軸段長應比輪轂長少，使得其軸向定位更加可靠，取 2.帶輪用軸肩進行軸向定位，則軸段的直徑 式中：軸處軸肩的高度（），取 即為軸承端蓋配合尺寸，則 為避免帶輪與軸承端蓋及軸承座安裝時發(fā)生干涉，已知帶輪寬度為220mm，軸承座所需安裝故取3. 初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，機械設計中表10-1用6型深溝球軸承。由機械設計課程設計表15-4選擇軸承代號6214，其尺寸為，故；而。 由機械設計課程設計表15-4可知6214型軸承的定位軸肩高度因此。取套筒壁厚為6mm，為使軸承座使裝配時簡便，使得 齒輪右側設一軸環(huán)，用來最為齒輪的軸向定位: 考慮到軸環(huán)的左端為定位軸肩，初選取，則考慮到軸環(huán)的左端為非定位軸肩，初選，則，故 將帶入公式 則得由 ，取值符合要求，確定軸環(huán)的寬度應滿足。齒輪寬度，為讓套筒確定的接觸到齒輪左端面，。4.取套筒長度為32mm，為提高裝配的可靠性，齒輪外側與軸端面相距2mm，則5.已知板料最大長度為2000mm，最大長度為3000mm，采用兩帶輪外端面相距1200mm的跨距上料，則由以上步驟，各軸段的參數(shù)都已確定，將其匯總到表6.2。表6.2 低速軸的參數(shù)值軸的參數(shù)參數(shù)符號12345678910軸段長度136130581181059324130136軸段直徑526070789282706052軸肩高度454756546.2.7 軸上零件的周向定位 輸送機作為一般機器，其軸上零件周向定位優(yōu)先選取普通平鍵，根據(jù)機械設計中表6.2.3按查得鍵寬b與鍵高h為，根據(jù)機械設計，鍵的長度L根據(jù)輪轂長度確定，L等于或略小于輪轂長度，由表6.2.3，按鍵的長度系列，為保證其對中性，齒輪和軸配合為；同樣，按查得平鍵寬高，帶輪和軸配合為。6.2.8確定軸、齒輪及帶輪的倒角、圓角尺寸 根據(jù)機械設計中表12-2零件轂輪圓角半徑和倒角查得，取軸端倒角為。軸6處圓角為2.5，其余各處為2，帶輪與齒輪倒角都為2.5。6.2.9 求軸上的載荷 由于帶輪和直齒輪的尺寸較大，需考慮其重量對軸的影響。由于腹板式結構，體積不易計算，故使用proe建立實體模型，進行質量的測量 建立實體模型如下：圖6.2 平帶輪建模定義屬性材料，選擇STEEL,即普通鋼材，選擇分析-模型-質量屬性，得出結果如下：圖6.3 平帶輪自重計算出其重力 按照以上步驟同樣可求得齒輪的重力平帶給平帶輪的力為按照以上受力及4.24中齒輪對軸的載荷分析，建立水平和垂直兩個方向的受力模型，分別計算其彎矩。左側帶輪中心與左側軸承中心的距離為211.5mm，軸承中心與齒輪中心距離為104mm，軸承中心與右側軸承距離為673mm，軸承中心與右側帶輪中心距離為211.5mm。水平：由于齒輪水平布置，且?guī)л嗇S逆時針轉動，其圓周力與重力方向一致。受力模型如下：圖6.4 水平受力模型圖 計算軸承的支反力： 帶入數(shù)據(jù)求得 垂直：建立受力模型如下：圖6.5 垂直受力模型 計算軸承的支反力： 帶入數(shù)據(jù)求得 將上列數(shù)據(jù)匯總，做出彎矩簡圖和在和分布表如下：圖圖6.6 低速軸彎矩、扭矩圖表6.3 低速軸上的載荷分布載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩6.2.10 采用proe Mechanica功能模塊進行有限元分析 1.按照表6.2.3中數(shù)據(jù)建立實體模型如下圖6.7 輪軸的實體建模2.定義材料性能參數(shù)，彈性模量為201GPa，在泊松比為0.3，參照表4.2.4的計算數(shù)據(jù)施加載荷，在安裝軸承曲面上添加位移約束。圖6.8 輪軸的實體建模3.進入Mechanica分析，劃分網(wǎng)格為8，設計研究并新建靜態(tài)分析，其分析結果如下:圖6.9 帶輪軸應力von Mises分布圖圖6.10 帶輪軸應力最大主值分布圖圖6.11 帶輪軸位移圖圖6.12 帶輪軸最大主值應變圖圖6.13 帶輪軸中間值應變圖圖6.14 帶輪軸應p級圖6.2.11按彎扭校核軸的疲勞強度 對最大彎矩截面進行彎矩校核 （6.8） 式中：截面計算應力 折合系數(shù)，該低速軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，故根據(jù)機械設計中P289應取折合系數(shù) 抗彎截面系數(shù) 根據(jù)機械設計12-1查得材料45調(diào)質。因此，故安全。4.2.12精確校核軸的疲勞強度1. 判斷危險截面 從受載分，截面C上所受應力最大。其截面應力集中與截面4、5相近，但軸徑較大，因此不需要強度校核。截面C雖然應力是最大的，但應力顯然不集中，其軸徑最大，所以截面C也不需校核。截面3和7更需校核。結合有限元分析結果圖，該軸只需要對截面4左右兩側進行校核。2. 分析截面3左側抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面3左側的彎矩： 截面VII上的扭矩： 面上的彎曲應力： 截面上的扭轉切應力： 由機械設計中表2-1查得，。及，由機械設計手冊查取。因,，經(jīng)插值后可查得， 查得尺寸系數(shù)；扭轉尺寸系數(shù)。按車削加工查得表面質量系數(shù)，強化系數(shù)，得綜合系數(shù)：， 于是，計算安全系數(shù)值，根據(jù)機械設計則得，S=1.5 式中： 故可知該軸安全。3.分析截面VII右側抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 截面右側的彎矩： 截面上的扭矩： 面上的彎曲應力： 截面上的扭轉切應力： 由手冊查得；表面質量系數(shù)；尺寸系數(shù)；扭轉尺寸系數(shù)。綜合系數(shù) 所以軸在右側的安全系數(shù)值為S=1.5 式中： 故可知該低速軸的截面3右側的強度也是足夠的。結 論本文對板料沖壓領域中上料機的上料方案進行了分析，從中吸取適合防盜門生產(chǎn)線的上料方式，通過對板料、機構的計算和布置，設計出一種適合防盜門板上料的機器，其主要成果及不足如下：成果：1.本設計采用線性軌道實現(xiàn)了提升裝置的X、Y方向，靈活的根據(jù)不同尺寸板料對在上料過程中吸盤在不同板料的位置進行調(diào)節(jié)，降低了由于上料裝置偏離板料中心導致板料脫落的風險，又使之具有柔性生產(chǎn)的能力。2.對提升裝置主要參數(shù)進行了計算和確定，對其主要部件，如提升器缸、吸盤等進行了選型和布置。3.對垛料的鐵板分張問題進行了討論和分析，采用磁性分離器對垛料進行分張，并結合防盜門板料的尺寸進行科學的布置，降低了多張上料的風險。 4.采用磁性平帶送料裝置，其成本低，動作少，安全系數(shù)高。對送料裝置的主要參數(shù)進行了確定，并依據(jù)這些對電動機、減速器進行了選型。 5.對平帶送料裝置的傳動系統(tǒng)傳動和主要零部件進行了設計，并針對主要零部件利用pro/e做了實體建模和有限元分析。 不足：本設計只針對機械部分作出設計，其控制部分未能完成，特別是針對調(diào)節(jié)軌道的設計，需要人工進行調(diào)節(jié)，沒有實現(xiàn)完全自動化，希望在日后針對本課題的研究設計能解決此問題。指導教師：日 期：參考文獻1曹連登，李立松. 防盜門的現(xiàn)狀與展望J. 中國安防產(chǎn)品信息. 1996(2):15-162范立明. 薄板自動上料機的設計J. 丹東紡專學報. 1996