自動排向機改造研究——石墨舟倉結構設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優(yōu)秀 編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 自動排向機改造研究 石 墨舟倉結構設計 信機 系 機械工程及其自動化 專業(yè) 學 號： 0923272 學生姓名： 支俊 指導教師： 宋廣雷 （職稱：副教授） 2013 年 5 月 25 日下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優(yōu)秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優(yōu)秀 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 自動排向機改造研究石墨舟倉結構設計是本人在導師的指導下獨 立進行研究所取得的成果，除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用、表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 96 學 號： 0923272 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 I 無錫太湖學院 信機 系 機械工程及其自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 、 題目 自動排向機改造研究 、專題 石墨 舟倉結構設計 二、課題來源及選題依據 排向機是二極管生產過程中的關鍵設備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工，勞動強度大，用工人數(shù)多。本課題來源于企業(yè)橫向研究項目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機的不足和缺陷，提出改進措施，加強在線檢測，減少人工，包括機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1.彌補現(xiàn)有排向機的不足和缺陷：在在線監(jiān)測方面加強，原本產線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經過改善，可自行 回收進入料斗。改善后由 PLC 控制自動補給石墨舟，從而減少人工，提高二極管生產效率，增加經濟收益。 2.綜合運用大學四年所學知識：機械制圖、機械制造技術基礎、機電一體化系統(tǒng)設計、液壓與氣壓傳動、機器人技術及其應用等。 II 3.再次復習了專業(yè)知識，認識理論知識與實際生產的關系，為今后工作提供經驗。 4.綜合應用機電一體化知識，加強機械結構設計能力，為企業(yè)提供排向機自動化改造方案。 四、接受任務學生： 機械 96 班 姓名 支俊 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室主任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12日 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 III 摘 要 中國的二極管生產企業(yè)起步很早，以至于很多企業(yè)里面的二極管生產設備比較陳舊。由于舊的設備生產效率低，廢品率高，需要大量人工的原因，我們決定將對舊的二極管生產設備上進行一些自動化改造。主要的改造內容是將石墨舟的堆放和上料過程進行自動化改造，其中改造內容有：在空石墨舟的堆放處用機械手代替，通過氣缸與機械手相結合的方式放置石墨舟；對石墨舟的堆放和上料下料的過程由石墨舟升降機構來進行完成，通過電動機帶傳動，皮帶上的氣手指撥動石墨舟堆，在上料和下料處各放置十個為一堆的石墨舟堆，由氣爪抓 取進行上料和下料；整個過程通過 PLC 進行電氣控制，大大改進了生產效率以及減少了人工，使得企業(yè)在生產中獲得更多的盈利。 關鍵詞 ： 排向機，二極管生產，自動化改造， PLC，石墨舟 IV ABSTRACT Chinas diode production enterprise started early, that many enterprise inside of the diode production equipment is old. Because the old equipment production efficiency is slow, scrap rate is high, need a lot of artificial. We dicided to do some automation reconstruction to old diode production equipment. The main content of the reform is to pile up on the boat graphite and material process automation reconstruction, the transformation contents include: In the empty graphite boat with the dump instead of manipulator, throuth the cylinder and machinery of the combination of the palm placed graphite way up； The graphite stacked on the boat and the process of feeding material by graphite boat lifting mechanism to completed, throuth the motor belt, the gas fingers of the belt moving graphite boats, In feeding and discharging points under the place for a pile of ten of the graphite boats, they are grabed by gas claw； The whole process was controlled by the PLC , greatly improved the production efficiency and reduced labour, maked the enterprise gaining more profit in the production. Key words: rowing machine, diode, Automation reconstruction, PLC, graphite boat 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT . IV 1 緒 論 . 1 1.1 研究內容 . 1 1.2 研究目標 . 3 1.3 關鍵問題 . 3 1.4 研究方法和技術路線 . 3 1.4.1 研究方法 . 3 1.4.2 技術路線 . 4 2. 石墨舟倉結構設計 . 5 2.1 舊排向機構造 . 5 2.2 石墨舟倉部分改造的初步想法 . 5 2.3 石墨舟倉改造方案確定 . 7 2.4 排向機改造的控制系統(tǒng)初步設計 . 8 3. 石墨舟倉結構各零件選用及設計 .11 3.1 升降機構傳動方式 . 11 3.2 帶傳動系統(tǒng)帶和帶輪的選擇 . 13 3.2.1 電機額定輸出功率估算 . 14 3.2.2 確定計算功率 . 14 3.2.3 小帶輪轉速計算 . 15 3.2.4 選定同步帶帶型和節(jié)距 . 15 3.2.5 選取主動輪齒數(shù) . 16 3.2.6 小帶輪節(jié)圓直徑確定 . 16 3.2.7 大帶輪相關數(shù)據確定 . 16 3.2.8 帶速 v的確定 . 16 3.2.9 初定軸間間距 . 16 3.2.10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 . 16 3.2.11 帶輪嚙合齒數(shù)計算 . 16 3.2.12 基本額定功率的計算 . 17 3.2.13 計算作用在軸上力 . 17 3.3 主動帶輪軸的設計和校核 . 17 3.4 從動帶輪軸的設計和校核 . 18 3.5 石墨舟倉機構其他零件結構設計 . 18 VI 3.5.1 滾動軸承的選擇 . 18 3.5.2 石墨舟倉機架的設計 . 19 3.5.3 氣手指夾具的設計 . 20 4. 上料機械手結構設計 .23 4.1 機械手的意義 . 23 4.2 機械手方案對比 . 23 4.3 機械手方案的確定 . 24 5. 自動化控制設計 .27 5.1 氣源裝 置的選擇 . 27 5.2 傳感器的選擇 . 28 5.3 PLC 介紹 . 30 5.4 輸入輸出的確定 . 30 結論與展望 .34 致 謝 .35 參考文獻 .36 附錄 .37 零件三維圖 .37 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 VII VIII 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 1 1. 緒 論 1.1 研究內容 二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管。它是一種具有單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個 PN 結兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉導性。一般來講，晶體二極管是一個由 p 型半導體和 n 型半導體燒結形成的 p-n結界面。在其界面的兩側形 成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等于零時，由于 p-n結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。 二極管的構造和符號： 二極管的生產工藝： 焊接 酸洗 模壓 印字 機包 外揀 包裝 其中焊接又可分為排向、裝填、進爐、出爐轉換，利用焊片通過一定溫度，使芯片與金屬引線連接，形成歐姆觸角。 酸洗是利用化學品將晶體表面加以侵蝕，使 P-N 接面呈現(xiàn)正角比例以獲得最佳的電性品質。于晶片表面形成 SiO2，以達到絕緣目的。 模壓是使管芯與外界環(huán)境隔離 ，避免有害氣體侵蝕，并使表面光潔和具有特定的幾何形狀，起到保護管芯、穩(wěn)定表面、固定管芯內引線，提高二極管機械強度的作用。 排向機是二極管生產過程中的關鍵設備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工。現(xiàn)有排向機勞動強度大，用工人數(shù)多。改善后的排向機加強了在線監(jiān)測，加入了 PLC 控制系統(tǒng)，完成了生產的自動化，大大提高了二極管的生產效率，減少了人工。 本課題設計內容以機電氣一體化技術為核心，整機采用 PLC 控制，要求和原設備無縫銜接，學生需掌握機械工程及自動化專業(yè)相關基礎理論。 無錫太湖學院學士學位論文 2 現(xiàn)有排向機的構 造： 圖 1.1 現(xiàn)有排向機圖片 如圖，針腳通過人工方式在料參中進行震動，并有序向上移動，然后來到針腳分流裝置中，進行向下移動，針腳分流裝置可以將成批的運輸過來的二極管針腳進行分流成為十股針腳，一列一列進行向前移動，移動至擋板處。其中彎的或者殘缺的針腳將被擋板擋住，并流入下料盤中，質量良好的針腳將有序的一個個豎立地流入擋板下面的槽中，在整個機器的震動中來到氣缸，氣缸通過左右移動將一排排針腳準確的安放到上模中，上模與石墨舟通過定位銷進行了定位，每一個孔都準確對齊，針腳在氣缸的左右移動中對齊地放入上模，再由 經上模準確的放入石墨舟中，整個機器由旁邊的控制臺進行控制。 然而，舊版的排向機有一定的不足如下： （ 1） 在針腳分流裝置中，雖然整個裝置進行過周密的計算，但是針腳分流仍舊是按照一定的概率進行等量分流的，可能會產生某一列或者幾列在分流過程中針腳出現(xiàn)空缺的狀況，這一問題在流水線上繼續(xù)作業(yè)會使石墨舟上出現(xiàn)一列或者幾列的空缺，影響生產效率； （ 2） 在料參和下料盤中的針腳都需要通過人為的進行補充以及放回，增加了工人的負擔，并且在一定程度上降低了生產效率，也無法自動排出質量有問題的針腳； 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 3 （ 3） 在氣缸處沒有檢測針腳是否空缺的裝置，如果在氣 缸前有針腳卡主或者堵塞，有可能出現(xiàn)一列或者幾列的針腳空缺情況，使進行排列后的石墨舟可能出現(xiàn)不足或者空缺的情況； （ 4） 上模處沒有檢測石墨舟是否每一個孔里面都裝入了針腳的傳感器及控制裝置，無法檢測是否每個石墨舟工序后針腳都填滿； 石墨舟在填滿后需要通過人工進行移動，并補充新的空的石墨舟，在日生產量巨大的工廠中，大大影響了生產的效率，為企業(yè)帶來不必要的損耗。 1.2 研究目標 排向機是二極管生產過程中的關鍵設備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工， 勞動強度大，用工人數(shù)多。本課題來源于企業(yè)橫向研究 項目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機的不足和缺陷，提出改進措施，加強在線檢測，減少人工。包括機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 改善后的排向機彌補了現(xiàn)有排向機的不足和缺陷。在在線監(jiān)測方面得到了加強，原本在生產線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經過改善，可自行回收進入料斗。改善前石墨舟針腳排滿后需人工取走，再放上空的石墨舟，改善后由 PLC 控制自動補給石墨舟，從而減少了人工，提高了二極管生產效率，增加了經濟收益。 另一方面，本次的課題研究是大學四年所學知識的一次綜合運用，涉及的學科有機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、液壓與氣壓 傳動、電器與 PLC 控制技術等。研究這個課題，不僅讓我們再次復習專業(yè)知識，也讓我們認識到了理論知識與實際生產的關系。實際生產離不開理論知識的支持，理論知識可以為實際生產提供技術保障，對技術的改革發(fā)展更是起到決定性作用。而且，這次實際生產的案例用理論知識來改進的例子讓我們?yōu)榻窈蟮墓ぷ魈峁┝藢氋F的經驗。 綜合應用機電一體化知識，培養(yǎng)學生的機械結構設計能力，為企業(yè)提供排向機自動化改造方案。 1.3 關鍵問題 （ 1）石墨舟倉方案確定； （ 2）結構設計和圖紙實現(xiàn)； 1.4 研究方法和技術路線 1.4.1 研究方法 查閱資料了解國內同類了加工設備的特點，分析設備運行原理，確定系統(tǒng)方案，設計提升機機械結構，完善設計方案。 無錫太湖學院學士學位論文 4 1.4.2 技術路線 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 5 2. 石墨舟倉結構設計 2.1 舊排向機構造 由于本次畢業(yè)設計的內容是在原有的排向機的結構上進行改造，原來的排向 機構造如下圖所示： 圖 2.1 現(xiàn)有排向機石墨舟上料部分 石墨舟通過人工放置在石墨舟架的位置，架子上方有一個石墨舟擋板，擋板用于使石墨舟與上?；ハ嘟Y合，上模是一個長寬尺寸和石墨舟相同的一塊模子，上面有與石墨舟引腳孔位置相同的孔，用于引導針腳進入石墨舟裝填。當 人工搬動上模與石墨舟結合之后，工作人員按動電動機的按鈕讓電動機帶動整個上述裝置進行向內移動，一排一排上針腳。在機構實現(xiàn)針腳排向之后，電動機反轉帶動石墨舟機構移出，然后由人工搬動上模與石墨舟分離，分離過后通過人工觀察哪個孔里面沒有針腳，再由人工對石墨舟針腳進行補充裝填。整個機器運作過程對工人的負擔較大，而且沒有相應的自動化檢測裝置，因此我們決定對其進行改造。 2.2 石墨舟倉部分改造的初步想法 為了解決原本排向機自動化低，需要人工，費時費事等缺點，我們決定在石墨舟倉部分進行一些自動化改造，在原有機器的基礎上 添加一些部件，使得機器的自動化能力大幅提升，提高產值。一開始，我們對舟倉部分的改造有兩套方案： 無錫太湖學院學士學位論文 6 方案 1： 圖 2.2 方案 1 示意圖 方案 1 如圖所示，將石墨舟倉改造成帶傳動，將石墨舟放置在帶上，通過帶傳動傳遞到機械手部分，由機械手抓取石墨舟至加工工位，加工完成之后再由機械手抓取滿的石墨舟并轉動到放置空的石墨舟的一條輸送帶上，并統(tǒng)一回收滿載的石墨舟到下一工位。此方案有加工快速，自動化程度高，便于回收等特點，但是由于傳送帶所占面積太大，如果進行改造需要對廠區(qū)進行比較大的改造，而且只有一個機械手加工速度也不 是特別快，因此我們最后還是放棄了這一方案。 方案 2： 圖 2.3 方案二示意圖 方案 2 如上圖所示，此機構將石墨舟分為空堆石墨舟及滿堆石墨舟兩個部分，這兩部分分別由石墨舟堆疊而成，每個石墨舟可以堆疊十個，在空堆處進行上針腳的操作，再由機械手將上滿針腳的石墨舟進行移動并堆疊至滿載的石墨舟堆處，滿載堆下降一個工位以接收運來的石墨舟，空堆處上升一個工位以準備下一次的上針腳操作。此套設備的優(yōu)點是比較節(jié)省空間，十個石墨舟一堆，大大的節(jié)約了廠區(qū)的空間，而且在原有機器的基礎上不用修改太多部件，這樣設計也可以便于工人上料 下料，整個過程自動化程度也很高。但是這個系統(tǒng)有例如機械手負擔較大，機械手部分設計較復雜的特點，我們最終決定使用這個系統(tǒng)，但是需要對此系統(tǒng)進行一些改造。 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 7 2.3 石墨舟倉改造方案確定 我們決定將上述方案 2 進行修改作為我們此次排向機改造畢業(yè)設計的主方案，在上料機械手部分我們決定采用如下圖的結構： 圖 2.4 上料機械手部分方案圖 我們決定選用兩個上料機械手一起固定在板材上，在橫向氣缸的初始位置左邊的氣缸放置在石墨舟上針腳的工作位置，右邊的氣爪位于空堆石墨舟位置，在抓取石墨舟時，縱向方向的氣缸先下降，然后氣爪 松開，抓取石墨舟，加緊后上升，然后橫向方向氣缸運動，將左邊的氣爪移動至滿堆石墨舟處，右邊的氣爪移動至石墨舟工作位置處，然后將兩個氣爪放下并松開，這樣兩個氣爪同時運動，大大加快了加工的效率，而且便于控制。 我們考慮了石墨舟單個的重量，石墨舟堆疊后的高度及整個系統(tǒng)對升降機構的要求，所以決定大體的石墨舟升降機構如下圖： 圖 2.5 石墨舟升降機構初步結構設計圖 上圖為石墨舟升降機構（石墨舟倉）的初步結構設計，石墨舟由十個為一堆堆成，分無錫太湖學院學士學位論文 8 別有兩落石墨舟堆結構，在初始狀態(tài)時，空堆石墨舟處沒有有十個堆疊而成的 石墨舟，而滿堆部分沒有石墨舟，每次工作一個工位，空堆石墨舟處的氣手指伸出，由電動機帶動氣手指以拉動空堆石墨舟堆上升一個工位。氣爪抓動后，等石墨舟到達滿堆處，滿堆處的氣手指伸出，由電動機帶動氣手指緩緩拉動石墨舟堆下降一個工位，等待一個新的滿堆石墨舟堆上來。如此往復，等空堆的石墨舟逐漸用完后，機器暫停，由之前的氣爪拉動新的一堆空石墨舟進入空堆，而滿堆石墨舟堆滿之后，機器也暫停，等待工人將滿的石墨舟堆撤離，繼續(xù)進行工作。 2.4 排向機改造的控制系統(tǒng)初步設計 我們通過對此套排向機改造系統(tǒng)的研究與討論后決定設置如下 傳感器：檢測有無針腳，檢測工作位置有無石墨舟，檢測送料立柱升降機是否處在初始位置最低位置，檢測工作工位是否有空余，檢測空堆工位是否有石墨舟，檢測針腳是否裝滿，檢測工作工位處是否空閑，檢測下降機構最高位置是否有空位，若無空位則用氣手指將最高位降下，然后氣手指歸于最高位，檢測下降位置是否有空余，檢測二工位處是否有石墨舟等傳感器。 2 我們設定的整個工序分為三個過程：進行檢測、進行上料、進行下料。 進行檢測部分，我們設定的工序為工作位傳感器檢測上下方向氣缸下降 45mmm；氣爪傳感器，氣爪閉合，檢測上下方向氣缸上 升 45mm；檢測縱向傳感器，送料左右方向氣缸向左 600m；檢測位傳感器 1，檢測上下方向氣缸下降 45mm；檢測位氣爪傳感器 1, 氣爪松開，石墨舟至檢測位，檢測上下方向氣缸向上 45mm。 進行上料部分，我們設定的工序為空堆傳感器 1，檢測氣手指不動，送料上下方向氣缸下降 45mm；氣爪傳感器，檢測氣爪不動，送料上下方向氣缸上升 45mm；送料上下方向氣缸，送料左右方向氣缸向左 600mm，工作位傳感器，檢測送料上下方向氣缸向下 45mm至工作位置；工作位氣爪傳感器 ， 檢測氣爪松開，送料上下方向氣缸上升 45mm；空堆傳感器 2，檢測氣手指動作，換另一堆空石墨舟。 進行下料部分，我們設定的工序為檢測位傳感器 2，檢測下料上下方向氣缸下降 45mm；檢測位氣爪傳感器，檢測氣爪閉合，抓取石墨舟，下料上下方向氣缸上升 45mm，下料上下方向氣缸傳感器，檢測下料左右方向氣缸向左 600mm；下料氣爪傳感器，檢測氣爪松開，下料上下方向氣缸上升 45mm；石墨舟堆傳感器，檢測下料上下方向氣缸下降 45mm。 我們將控制系統(tǒng)分為這三個部分進行設計，每個部分有設定相應的傳感器，并對傳感器的輸入輸出端進行預估，這樣我們在接下來的 PLC 控制設計，選擇 相應的型號 的 PLC 以及輸入輸出分配表的制作有了一定的基礎。 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 9 圖 2.6 步進電機控制原理圖 圖 2.6 中，控制器為 PLC， PLC 產生脈沖信號，進入步進電機驅動器，一般控制脈沖信號都很弱，步進電機驅動器可將脈沖信號進行功率放大，將從控制器發(fā)來的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，實現(xiàn)后續(xù)的動力提供。電機的轉速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調速，控制脈沖數(shù)就可以精確調位。 圖 2.7 所選步進電機的矩頻特性曲線 無錫太湖學院學士學位論文 10 在上料機構中，當空石墨舟由氣爪抓取送到工作位置后，氣手指提升石墨舟上升一個工位，提升高度為 45mm。選擇的步進電機型號為 110BYG350CH-0501，相數(shù)為 3，步距角為 1.2，相電流為 5.0A，保持轉矩為 12N，轉動慣量為 1.356g。 11圖 2.7 為所選步進電機的矩頻特性曲線。其中，控制系統(tǒng)每發(fā)出一個步進脈沖，步進電機轉過 1.2，當步進電機驅動器設置在 10 細分狀態(tài)下，由公式 步距角的距離步進電機旋轉一周移動物體移動距離必要脈沖數(shù) o3 6 0 （ 2.1） 可知 : 步進電機發(fā)出 3000 個脈沖時，氣手指抬升空石墨舟 45mm。 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 11 3. 石墨舟倉結構各零件選用及設計 3.1 升降機構傳動方式 剛開始時，我們設計了兩種升降機構的方案 方案 1：絲桿傳動升降機構 圖 3.1 絲桿傳動升降機構示意圖 滾珠絲杠：傳動效率高，達 0.9-0.98，有利于主機的小型化和減輕勞動強度；摩擦力矩小，接觸鋼度高，使溫升及熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài)特性和提高工作精度；工作壽命長，傳動無間隙，無爬行傳動精度高，具有很好的高速性能；抗沖擊振動性能差，承受徑向載荷能力差。 如圖所示，石墨舟堆疊為十個，導軌上裝有滑塊 ，滑塊由電動機驅動，電機連接著一根絲桿，電動機帶動絲桿轉動，絲桿上的螺母隨著電機轉動帶動石墨舟機構整體上升下降，電動機正轉時，石墨舟上升，用于空堆石墨舟機構，電動機反轉時，石墨舟下降，用于滿堆石墨舟手機機構，滑塊由導軌保證運動方向是豎直的。而石墨舟堆的上升距離由電機保證，電機選用步進電機，由 PLC 控制。此套方案的優(yōu)點是整個機構比較簡單，可以由安裝在電動機上的螺母來將電動機的轉動轉換為石墨舟的升降移動，機構簡單，成本較低，設計安裝比較簡單。但是此套方案也有缺點，就是絲桿傳動的距離不能過長，也不能承受太大的徑向 力，否則絲桿彎曲損壞整套裝置就會壞掉，豎直方向的移動量也會產生誤差，使加工產生錯誤，增加生產率，而且絲桿受力較大，要經常更換，成本也會變得很高，而且后續(xù)維護比較麻煩。 無錫太湖學院學士學位論文 12 方案 2：帶傳動升降裝置 圖 3.2 帶傳動升降機構示意圖 帶傳動：靠齒嚙合傳動，傳動比準確，傳動效率高，初張緊力最小，瞬間速度均勻，單位質量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動相比，噪聲小，不需潤滑，傳動比、線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動較好，維修簡便、經濟。廣泛應用于各種機械傳動。 如圖所示為我們設計的帶傳動升降機構，石墨舟由氣手指帶 動上升或者下降，氣手指安裝在帶輪上面，由專門的夾具固定。底板上裝有帶傳動的輪和軸，軸端上用聯(lián)軸器連接電動機，電動機正轉時，石墨舟上升，用于空堆石墨舟機構，電動機反轉時，石墨舟下降，用于滿堆石墨舟手機機構。在這里要說明的是氣手指實質上是一個小型的氣缸，伸出后拖住石墨舟堆底部，隨著帶傳動的上升和下降將拖動石墨舟堆的上升下降，已完成石墨舟的移動。此套方案的優(yōu)點是帶傳動的受力能夠帶動比較大的質量，像石墨舟堆這樣十個一堆的物體也能夠帶動，而且?guī)鲃颖容^穩(wěn)定，隨著步進電機的驅動能夠完成定方向定距離的上下移動，比較適合我 們這個系統(tǒng)。此套方案的缺點是如果設計帶傳動系統(tǒng)的話比絲桿系統(tǒng)更復雜些，要設計帶輪、帶輪軸、夾具等零件。 最后我們綜合了以上兩個方案的優(yōu)缺點，從系統(tǒng)的整體穩(wěn)定和效率出發(fā)，我們選擇了帶傳動升降系統(tǒng)，關鍵是絲桿系統(tǒng)的絲桿不能承受每個 400g的十個石墨舟堆的長時間的上升與下降，在一定時間之后絲桿會產生各種各樣的問題，因此我們選擇帶傳動升降系統(tǒng)，而且雖然帶傳動升降系統(tǒng)的零件有些復雜，但是一旦設計出來在實際安裝過程中其實并不自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 13 復雜，很多像螺母螺釘?shù)牧慵伎梢赃x擇標準件，安裝起來穩(wěn)定可靠。 3.2 帶傳動系統(tǒng)帶和帶輪的選擇 首先我們選擇帶傳動的方式，我們最開始在普通 V 帶、普通平帶、同步帶三者之間選擇。普通 V 帶的帶兩側與論草附著較好，當量摩擦因數(shù)較大，允許包角小，帶傳動比大，中心距較小，預緊力較小，傳動功率可達 700KW。 普通平帶的抗拉強度大，耐濕性好，中心距大，價格比較便宜，但是傳動比較小，效率較低，可呈交叉，半交叉及有導輪的角度傳動，傳動功率可達 500KW。 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金 屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中沒有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 同步帶傳動（見圖 3.3）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度 -20 80 ， v50m/s， P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖 3.3 同步帶傳統(tǒng) 同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙 合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達 1:10。允許線速度可達 50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達 98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動 中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 同步帶的特點 (1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； 無錫太湖學院學士學位論文 14 (2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達 0.98，節(jié)能效果明顯； (4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低； (5)、速比范圍大，一般可達 10，線速度可達 50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦； (6)、可用于長距離傳動，中心距可達 10m以上。 接著，我們選擇帶輪，同步帶傳動的帶輪有實心輪、輻板輪、孔板輪、橢圓輻輪等結構，由于我們的石 墨舟的大小也僅有 9123442 的外輪庫大小，所以我們的設計的帶輪不會太大，帶輪的內孔直徑也最多在 1525 之間，所以我們選擇內徑孔大小為 20 的實心輪，設計、加工很方便，傳動效率高，也比較容易安裝和定位。帶輪與軸之間的連接采用鍵槽連接，具體的設計在接下來的軸設計里面會具體講到。 考慮到主動輪和從動輪的問題，由于我們的系統(tǒng)時直線升降移動，對傳動比沒有要求，而且考慮到對步進電機的控制問題，我們最后決定主動帶輪和從動帶輪使用相同的型號和尺寸，這樣零件互換性有了進一步提高，對維修和安裝都有一定的方便。 考慮到主動 輪和從動輪的問題，由于我們的系統(tǒng)時直線升降移動，對傳動比沒有要求，而且考慮到對步進電機的控制問題，我們最后決定主動帶輪和從動帶輪使用相同的型號和尺寸，這樣零件互換性有了進一步提高，對維修和安裝都有一定的方便。 由上可知，同步帶輸出轉矩為： 0.21N.m，輸出轉速為： s/15 ，單級傳動效率為：=85%，傳動比 i=1，取安全系數(shù) k=3，則同步帶傳遞功率為： WTkP 23.085.0/1221.03/ 22 (3.1) 因此我們在帶傳動方面選擇同步齒形帶傳動 3.2.1 電機額定輸出功率估算 TwP 067.01.08.4 =7.16W (3.2) 3.2.2 確定計算功率 電動機每天使用 16 小時左右，查表 3-1 得到工作情況系數(shù) AK =1.7。則計算功率為 : WPKPAca 17.127.116.7 (3.3) 自動排向機改造研究 石墨舟倉結構設計 15 表 3-1 工作