《自動給料裝置(畢業(yè)設計)(共60頁)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《自動給料裝置(畢業(yè)設計)(共60頁)（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 摘 要 給料裝置自動化是隨著現(xiàn)代信息技術與控制技術的進步而發(fā)展起來的，廣泛應用于機床、礦山、冶金等行業(yè)。從以前的手工給料，到半自動化，再到自動化，甚至智能化，給料裝備發(fā)展迅猛。 本課題所改進的給料裝置是應用于鑄造球墨鑄鐵管流水線上的孕育劑的給料裝置。不同直徑的管道孕育劑的需要量不同，否則會影響鑄管的抗腐蝕性能和耐用程度。目前所使用的給料裝置只能給DN300mm的管道定量加料，而DN1000mm的管道需要人工補料。 本設計完成了給料裝置傳動系統(tǒng)的設計與零件的校核；基于UG的三維設計與表達；PLC的編程設計。通過本設計實現(xiàn)了自動控制進料量的孕育劑自動

2、給料裝置。此裝置只需要工人根據(jù)所生產(chǎn)的管道的直徑選擇選擇相對應速度就可以了，為管道質(zhì)量提供了保障，同時節(jié)省了人力。 關鍵詞：給料裝置；改造設計；三維建模；強度校核 Abstract With the development of information technology and automatic technology, the technology of automatic feeding becomes more and more mature. And now automatic feeding

3、 devices are generally used in the field of machine tools、mines and metallurgical industries. From the beginning of manual feeding to the semi-automatic feeding and automatic feeding, even artificial intelligence feeding, the feeding device really made great progress. The feeding device remade in

4、this subject operates on the pipelining of casting nodular cast iron pipe. The pipes of different caliber demand different qualities of inoculant, or this will decrease the properties of anti- corrodibility and durable performance. At the moment, the feeding device working could provide accurate ino

5、culant for the casting of pipes in DN 300 mm while the type of DN 1000 mm needs extra inoculant by hand labor. After the whole design, the design of drive system and the calculation of components have been finished. The three-dimensional design based on UG and the design of PLC program are also fu

6、lfilled. The design of automatic feeding device has been completed. According to the caliber of the pipe, the workers can choose the right speed so that the qualities of the pipes could be warrantable. Keyword: Feeding device; Remaking; Three-dimensional modeling; Strength calculation

7、 目錄 專心---專注---專業(yè) 1 緒論 1.1自動進料裝置的發(fā)展過程及趨勢 自動進料裝置的水平是很大程度上依賴于機電一體化技術的高低，其過程和發(fā)展趨勢與機電一體化相似。上個世紀機60年代，人們用電子技術的成果來完善機械產(chǎn)品的性能，這是出現(xiàn)了簡單的半自動加料裝置。機械與電子的最初結合對經(jīng)濟的發(fā)展起到了積極的作用。70~80

8、年代是機電技術蓬勃發(fā)展的時代，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎。機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。各國均開始對機電一體化技術和產(chǎn)品給以很大的關注和支持，自動進料裝置得到了廣泛推廣和使用。世界范圍內(nèi)，特別是日本，掀起了機電一體化的浪潮。 90年代，自動進料裝置在機床、金屬冶金、礦山等行業(yè)的發(fā)揮著重要的作用，大大提高了社會的生產(chǎn)效率，甚至出現(xiàn)了完全自動化的生產(chǎn)線。 其趨勢： 1、智能化?，F(xiàn)在，自動進料隨著人工智能技術的發(fā)展朝著智能化方向邁進，智能機器人能夠根據(jù)環(huán)境作出判斷，自主選擇進料的方式等等。 2、精細化。精細及超精細加工的出現(xiàn)，

9、對進料裝置提出嚴格的要求。進料裝置在動作穩(wěn)定性控制上更加的嚴格精細。 1.2課題的研究背景與意義 圖1.1 圣戈班廠區(qū) 管道廣泛用于生活用水和工業(yè)用水，人們對其的要求也是越來越高。經(jīng)久耐用已經(jīng)成為傳統(tǒng)上的要求，現(xiàn)在人們更希望它能達到環(huán)保上的高標準，性能上的高追求。在生產(chǎn)上，廠家則是希望在改善質(zhì)量的同時能夠提高生產(chǎn)效率，以求利益的最大化。于是對于鑄鐵鐵水的調(diào)質(zhì)方面的要求也是越來越高。孕育劑就是調(diào)質(zhì)鐵水的原料之一。孕育劑能夠改善鑄管的質(zhì)量，提高其環(huán)保標準和抗腐蝕的能力，因而被管道鑄造廠家廣泛使用。鑄管的設備是金屬水冷離心鑄造機。離心鑄造機通過高速旋轉，使鐵水離心在外圍管道模具上澆

10、鑄成型，在管道模具的外面通過水冷卻，降低溫度。離心鑄造機由于離心鑄造機離心鑄造出的鑄管溫度高達1000攝氏度，在此環(huán)境下工人的生理功能受到嚴峻考驗，更不用提高效率，改進質(zhì)量了。在鐵水的離心鑄造過程中，孕育劑被均勻加入就成為擺在人們面前的難題了。公司使用的離心機孕育劑給料裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動加料，只需要工人控制機器設備就可以了，極大地滿足了生產(chǎn)的需要。但是美中不足的是由于管道的口徑不一樣，其所需的孕育劑的量有著不同。直徑DN1000m的鑄管所需要的孕育劑的量大約是直徑DN300mm的一倍左右。單一的進料量造成的后果是當工廠生產(chǎn)DN1000mm的鑄管時，另外需要通過人工的方式補料。人工補料不僅威脅到工

11、人的人身安全，而且所補料的量僅僅是依靠工人的經(jīng)驗和技術，這樣大大限制了所生產(chǎn)的鑄管的質(zhì)量，為生產(chǎn)和發(fā)展埋下了隱患。機電一體化的發(fā)展為解決這個難題提供了有效地技術支持。 1.3課題主要內(nèi)容。 首先需要進行一系列的安全培訓教程，樹立安全第一的意識，然后了解工廠的鑄管工藝流程。之后熟悉原孕育劑給料裝置的機構原理以及工作情況，提出初步的改進構想，利用UG進行概念建模。聯(lián)系生產(chǎn)應用再對改進的方案進行進一步的修正和改良。最后將改進的方案通過Auto CAD表達出來，之后一系列的校核。

12、 2 給料裝置 2.1給料裝置的種類和特點 給料機的組成部分，通常安裝在料倉或卸料漏斗的下方，按生產(chǎn)流程的需要均勻定量地向或其他裝置給料，猶如調(diào)節(jié)流體流量的閥門。給料機是物料搬運機械化和自動化系統(tǒng)中的輔助設備。按工作構件的運動方式，給料機可分為 3種： 1、直線式，如帶式給料機、板式給料機、刮板給料機; 2、回轉式,如鏈式給料機、圓盤給料機、螺旋給料機和葉輪給料機； 3、往復式，如振動給料機、往復給料機。選用給料機時必須考慮下列因素：給料量及其調(diào)節(jié)范圍、給料量精確度、物料的特性、安裝方式、外形尺寸、安全可靠性、環(huán)境保護條件和自重等。 帶式給料機??結構組成

13、與基本相同。但帶式給料機的上托輥間距較小，以承受料倉內(nèi)物料的壓力。兩邊裝有導料攔板，以防止撒料。帶速一般小于 0.5米／分。改變帶速或出料口擋板的高度可調(diào)節(jié)給料量。帶式給料機給料量大，結構簡單，適用于多種物料；但外形尺寸較大，給料的封閉性差，給料量精確度不高，輸送帶易磨損，不宜用于粒度大、粉塵大、灼熱的物料。 板式給料機??結構組成與基本相同。板速一般小于 0.1米／秒。改變板速或出料口擋板的高度可調(diào)節(jié)給料量。這種給料機能承受物料的沖擊，適用于磨琢性大，堆積密度大的大塊物料和高溫物料；但結構復雜，自重大，給料量精確度不高，不宜用于粉狀物料。 刮板給料機??工作原理和牽引件都與相同。刮板給料

14、機可實現(xiàn)封閉、多點給料，適用于粉狀或粒狀、磨琢性和粘性都較小的物料。 鏈式給料機??閉合環(huán)鏈套掛在同一驅(qū)動軸的各鏈輪上，與料倉出口寬度相適應，多條并排布置，形成一道鏈幕（圖2.1 鏈式給料機）靠鏈條的重量阻止物料流出。當鏈輪帶動鏈條時,物料以近于鏈條速度沿斜槽卸出改變鏈輪轉速可調(diào)節(jié)給料量。鏈式給料機適用于大、中粒度的物料。它的結構簡單、耗能少，但料粒相差懸殊時容易漏料。 圓盤給料機??由可回轉的圓盤、導料套筒和刮板等部分組成（圖2.2 圓盤給料機）。料倉內(nèi)的物料通過導料套筒堆積在鑲有耐磨襯板的圓盤上,圓盤轉動,物料被刮板刮出給料。調(diào)節(jié)刮板位置或?qū)Я咸淄驳母叩涂筛淖兘o料量。圓盤直徑一般在3米

15、以下,轉速不超過10轉／分。圓盤給料機運轉平穩(wěn)可靠，調(diào)節(jié)給料量較方便，耗能少，但結構比較笨重，適用于粘性較小的粉粒狀物料。 螺旋給料機??利用螺旋的旋轉推動物料在輸送槽內(nèi)運動而給料輸送槽大多為管狀,有單管和雙管兩種。螺旋有等螺距和不等螺距、等直徑和不等直徑、單頭和雙頭等多種。 圖2.1 鏈式給料機 圖2.2 圓盤給料機 改變螺旋轉速可調(diào)節(jié)給料量，給料量的精確度較高，并可實現(xiàn)密封給料。在中使用時，可由低壓區(qū)往高壓區(qū)給料。螺旋給料機外形尺寸小，但機件磨損較嚴重，易碾碎物料，適用于粘性和磨琢性較小的粉粒狀物料。 圖2.3 葉輪給料機 葉輪給料機??由機殼和

16、葉輪組成（圖2.3 葉輪給料機）。機殼上、下端的進、出料口分別與料倉、受料設備連接。葉輪繞水平軸線轉動時物料落入葉輪的各腔格之間，隨葉輪旋轉半周后卸入受料設備。均壓管能使進入料區(qū)前的腔格泄去高壓，以免到料區(qū)時不能進料。改變?nèi)~輪轉速可調(diào)節(jié)給料量。葉輪直徑一般在 500毫米以下,轉速不超過45轉／分。這種給料機結構比較簡單,外形尺寸小，自重輕，給料時密閉性好，適用于小粒度和粉狀物料。 振動給料機??工作原理和結構組成與基本相同。使用較多的是電磁式振動給料機(圖2.4電磁式振動給料機) 和偏心塊慣性式振動給料機（圖2.5偏心塊慣性式振動給料機） 這種給料機通常通過彈簧懸掛在料倉下方。給料機的料槽

17、可以水平布置，也可以布 圖2.4 電磁式振動給料機 圖2.5 偏心塊慣性振動機料機 置成角度不超過10°的下傾式。電磁式振動給料機：大多在狀態(tài)下工作,振動頻率為50赫，振幅一般小于2毫米，結構較簡單，安裝方便，自重輕，容易調(diào)節(jié)給料量，因此便于和電子秤等設備組成負反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)給料量的自動精確控制。這種給料機無回轉部件,維護簡單,耗電少,但功率因數(shù)較低。偏心塊慣性式振動給料機:大多在超共振狀態(tài)下工作，振動頻率為25赫，常采用偏心塊直接裝在電動機上的慣性激振電動機。改變各偏心塊的相對位置可調(diào)節(jié)給料量，但在運行時給料量不能自動調(diào)整。特點是結構簡單，使用可靠。 往復給料機??由固定

18、機體和活動底板組成。機體與料倉相連，底板由曲柄連桿機構帶動作往復運動或擺動。當?shù)装暹B同物料向前運動時，料倉內(nèi)的物料隨之填滿機體內(nèi)的空間。當?shù)装逑蚝筮\動時，底板上的物料不能隨之返回而受阻卸出，實現(xiàn)給料。改變底板運動的幅度、頻率和出料閘門的高度可調(diào)節(jié)給料量。給料量一般在40噸／時以內(nèi)。這類給料機適用于中、小粒度物料，主要有槽式和擺式兩種。槽式給料機的底板是平的，工作時作往復運動。 2.2工廠所用給料裝置 首先在廠區(qū)A對鋼鐵原材料進行冶煉，然后將鐵水用小型運載火車運至廠區(qū)B，在廠區(qū)B進行調(diào)質(zhì)與鑄造。鐵水運至后，通過渠道流進鐵包，用行車將鐵包懸吊至調(diào)質(zhì)高爐，倒入高爐。熔煉及調(diào)質(zhì)，將原料(廢

19、鋼、鐵水、回爐料等)加入感應電爐，并對其成份進行調(diào)整，當成份滿足工藝要求時，將調(diào)質(zhì)后的鐵水加入球化劑進行球化處理，達到工藝要求。工藝流程見圖2.6。 圖2.6 工藝流程圖 球化。當鐵水成份及溫度滿足工藝要求時，將球化劑加入鐵水中，使鐵水中的片狀石墨變成球狀石墨，送至離心澆注工部進行澆注。 圖2.7 鐵水球化處理 離心澆鑄。將承口芯安裝到離心機上，球化合格的鐵水倒入定量包內(nèi)，按照工藝規(guī)定要求，設定孕育劑加入量、管模粉加入量，離心機的旋轉速度、行走速度及定量包的翻轉速度，鐵水隨著定量包的翻轉及離心機的行走澆注在旋轉的管模內(nèi)，并凝固成管子

20、，拔管鉗將管子從模內(nèi)拔出，并送至熱處理工部。 圖2.8 離心澆鑄 熱處理。經(jīng)離心鑄造生產(chǎn)出的管子在金相組織中有大量的滲碳體，因而使管子的機械性能達不到ISO2531標準規(guī)定的要求。為此需將管子進行退火處理，以消除滲碳體，將其基本組織變成以鐵素體為基本的球墨鑄鐵管，使其性能滿足ISO2531標準規(guī)定的要求。 噴鋅。為使球墨離心鑄鐵管耐腐蝕性更進一步增強，需在管子的外表面進行噴鋅處理。為保證噴鋅的質(zhì)量，應在熱處理工序完成后，管體本身還有一定溫度時進行噴鋅效果最佳。圖2.9 是管道在噴鋅處理環(huán)節(jié)。 圖2.9 噴鋅處理 整圓和打磨。為保證管子的表面

21、質(zhì)量及承口的安裝尺寸，對管子的承口及內(nèi)壁需要進行打磨清理，以保證管子的安裝和下道工序要求。 水壓試驗。為保證管子的出廠質(zhì)量及管網(wǎng)使用時安裝的可靠性，對管子要逐根的按照ISO2531中規(guī)定的標準進行水壓試驗檢查。圖2.10為工人在做水壓測試。 圖2.10 水壓測試 內(nèi)襯水泥及養(yǎng)生。為保證管子的輸水衛(wèi)生，防止管子內(nèi)壁表面結垢而增大輸水阻力，降低管網(wǎng)使用壽命，輸水管要有水泥內(nèi)襯。砂漿內(nèi)襯按ISO2531和ISO4179標準執(zhí)行。水泥襯層后要經(jīng)過養(yǎng)生，使內(nèi)襯具有一定強度后方可送至涂敷工序。圖2.11是內(nèi)壁上涂襯水泥。 圖2.11 內(nèi)襯水泥

22、外涂、包裝 。防止管子在地下被腐蝕，延長管網(wǎng)使用壽命，鑄管的外表面還要涂敷一層瀝青漆，然后再包裝入庫，如圖2.12。 圖2.12 成品堆放 螺旋給料裝置能夠較好的控制所加孕育劑的給料量。孕育劑加入料箱后，經(jīng)過漏斗引導后進入螺旋管內(nèi)，然后再經(jīng)過螺旋軸的旋轉，運至下料口，延下料管進入到高溫鐵水內(nèi)。 但是此裝置只有一種加料速度，不能滿足多種給料量的生產(chǎn)需求。在生產(chǎn)DN300mm的管道時，能符合生產(chǎn)要求。當生產(chǎn)DN1000mm的管道時，需要工人冒著風險在鐵水流入渠道手工補料。這樣不但影響管道的質(zhì)量，而且有可能傷害到作業(yè)工人的人身安全，給生產(chǎn)埋下隱患。圖2.13為生產(chǎn)線上的孕育劑給料裝

23、置。 圖2.13 生產(chǎn)線上的孕育劑給料裝置 3 孕育劑給料裝置建模 EDS公司的Unigraphics NX是一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。Unigraphics NX針對用戶的虛擬產(chǎn)品設計和工藝設計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。Unigraphics NX為設計師和工程師提供了一個產(chǎn)品開發(fā)的嶄新模式，它不僅對幾何的操縱，更重要的是團隊將能夠根據(jù)工程需求進行產(chǎn)品開發(fā)。Unigraphics NX能夠有效地捕捉、

24、利用和共享數(shù)字化工程完整過程的知 識，事實證明為企業(yè)帶來了戰(zhàn)略性的收益。 3.1 UG特點 Unigraphics CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一個基于過程的產(chǎn)品設計環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設計與制造。UG面向過程驅(qū)動的技術是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的關鍵技術,在面向過程驅(qū)動技術的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品以及精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關，從而有效地實現(xiàn)了并行工程。 該軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設計功能；而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設

25、計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言UG/OPen GRIP，UG/open API簡單易學，實現(xiàn)功能多，便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)。具體來說，該軟件具有以下特點： 1、具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實施并行工程。 2、采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。 3、用基于特征（如孔、凸臺、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實體造型基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計辦法，并能用參

26、數(shù)驅(qū)動。 4、曲面設計采用非均勻有理B樣條作基礎，可用多種方法生成復雜的曲面，特別適合于汽車外形設計、汽輪機葉片設計等復雜曲面造型。 5、出圖功能強，可十分方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標準和國標標注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對實體做旋轉剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪制工程圖的實用性。 6、以Parasolid為實體建模核心，實體造型功能處于領先地位。目前著名CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實體造型基礎。 7、提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（U

27、SER FUNCTION），并能通過高級語言接口，使UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結合起來。 8、具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標實現(xiàn)；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 3.2螺旋軸建模 螺旋軸是孕育劑給料裝置的主要工作部件，圖3.1為螺旋軸，其建模過程如下： 圖3.1為螺旋軸 1、打開ug nx4.0，單擊“新建”按鈕，打開“新建”對話框，選擇文件保存位置（非中文位置），輸入文件名。文件名只能是英文和數(shù)字，不能是漢字。 2、單擊按鈕，選擇“建?！边x項，單擊下拉選項鍵，選擇“成性

28、特征” 中的“圓柱”“孔”“長方體”“凸墊”“圓臺”等常用選項。 3、單擊按鈕，選擇“直徑，高度”項，以原點為起點，單擊確定，圖3.2為畫圓柱直徑對話框， 圖3.2 畫圓柱直徑對話框 4、畫軸的下一段，在“直徑”“高度”框內(nèi)分別輸入20mm和45mm，拔模角內(nèi)輸入“0”后，點擊已經(jīng)畫好的圓柱部分后，選擇“點對點”對齊的選項后，點擊圓柱端面的圓弧，后選擇“圓弧中點”的對齊方式，這樣新的圓柱就能和原來的中心對齊。圖3.3為圓臺填寫對話框。 圖3.3 圓臺填寫對話框 5、依照上述步驟將剩余的幾段軸畫完，并對軸進行倒角。單擊，出現(xiàn)如下3-4對話框。設置倒角的距離，最后視圖如下，倒好

29、的圓柱如下圖3.5 為已經(jīng)倒好圓角的多段軸承。 圖3.4 為邊倒圓填寫對話框 圖3.5 成型多段軸 6、接著畫一段螺旋軸，螺旋軸要求螺距是32mm，傾斜角為12，其剖視圖如下。按照剖視圖的要求，進行計算并畫草圖，如圖3.6 螺旋軸剖視圖。 圖3.6 螺旋軸剖視圖 首先按照前述步驟畫出圓柱，然后在z-x 平面上畫出草圖，草圖如下圖3.7螺旋草圖，確保草圖所有的線段不是自相交，否則無法進行下一步。 圖3.7 螺旋草圖 7、在“插入”菜單中，選擇“曲線”中的“螺旋線”，出現(xiàn)下圖3.8所示的螺旋線對話框，按照要求填入數(shù)值，單擊“確定”后，根據(jù)系統(tǒng)的提示，選擇畫好的螺旋

30、線。 圖3.8 螺旋線對話框 8、按照系統(tǒng)的提示選擇對應的線形后，單擊 圖標，如圖3.9以掃掠對話框所示，其中有很多數(shù)值都是默認的，不需要修改。然后選擇“求差”如圖3.10布爾操作對話框所示。 圖3.9 以掃掠對話框 圖3.10 布爾操作對話框 9、單擊“求差”后，等待一會螺旋軸成型，點擊保存即可 3.3部件建模 1、由于孕育劑是裝在尼龍袋，為了減少來回裝料次數(shù)，方便工作，所以在給料箱中加了一段橫向延長板體，用于孕育劑的存放，如下圖3.11 孕育劑給料箱： 圖3.11 孕育劑給料箱 如此一來，成帶的孕育劑就可以直接放在給料箱中，無要任何的其他措施

31、。 2、為了減少成本，節(jié)省改造的支出，我們決定在設備給料部分使用焊接的箱體，同時使用軸承箱來支撐軸承，大大方便了軸承的安裝和以后的更換。圖3.12為軸承箱與軸承裝配位置圖。 圖3.12 軸承箱與軸承裝配位置圖 3、從進料箱到螺旋軸的部分使用普通的錐形面料斗，如下圖3.13所示。 圖3.13 錐面料斗與螺旋軸的裝配視圖 4、圖3.14傳動箱中主要傳動部件。 圖3.14 傳動箱主要傳動部件 5、帶輪與滑移齒輪。 圖3.15 帶輪 圖3.16 滑移齒輪 以上的基于UG的建模設計，

32、只是概念設計，應廠方的要求接下來的設計用AutoCAD的進行的。充分表達方案，下面的章節(jié)將對傳動系統(tǒng)設計的細節(jié)展開。 4 主傳動運動系統(tǒng)設計 4.1電動機選擇 根據(jù)實際工作要求，旋轉軸轉速大約在50 r/min~75 r/min，扭矩260 nm。 根據(jù)扭矩與功率的換算公式： T=9550*P/n （4.1） 得到 P=T*n/9550 （4.2） 帶入數(shù)值得到 P=2.04 kw

33、 由于旋轉軸的轉速比較低，所需要的功率比較小，采用Y132S-8，其額定功率2.2KW額定電流5.8A，同步轉速750r/min，效率81%，最大額定轉矩2.0。 4.2傳動系統(tǒng)設計 4.2.1主軸等參數(shù)確定 1、確定主軸的變速范圍Rn : =75/50=1.5 （4.3） 式中——為主軸的變速范圍； ——為主軸最大轉速（r/min）； ——為主軸最小轉速（r/min）。 2、確定主軸的計算轉速 nc =nmin Rn0.3 = 50*1.50.3 =56.5 r/min （4

34、.4） 其中——為計算轉速（r/min）； 圓整為56 r/min。 3、確定主軸的恒功率變速范圍Rnp Rnp=nmax / nc = 75/ 56.5=1.33 （4.5） ——恒功率變速范圍。 4、確定電動機所能確定的變速范圍Rdp ： Rdp = nmax /nc=75/750 = 0.1 （4.6） 式中——為電動機的變速范圍。 由于Rdp < Rnp ,所以電動機直接驅(qū)動不能滿足變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以達到主軸的調(diào)速范圍。 5、齒數(shù)的確定。齒輪齒數(shù)和不應過小，應考慮：最小齒數(shù)不產(chǎn)

35、生根切現(xiàn)象，對于標準齒輪，一般最小齒數(shù)>18~20；受結構限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應盡可能可靠地裝到軸或進行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度a>2m, 以保證有足夠的強度，以避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象；兩軸最小中心距應該取得適宜，若齒數(shù)和太小，則中心距過小，將導致兩軸上軸承及其他結構的距離過近或相碰。 6、確定齒輪齒數(shù)，取模數(shù)m=3.5。同一變速組內(nèi)，各對齒輪齒數(shù)計算公式： / = u （4.7） + = （4.8） 式中 分別

36、代表齒輪副的主動與從動齒輪的齒數(shù)； U——代表齒輪副的傳動比； —— 齒輪副的齒數(shù)和。 其中I軸對II軸的齒輪齒數(shù)： 取= = 21 , 由 = 2，= 3 同時 += +, 得= 63，= 28，= 56。 III軸與旋轉軸是一體的，這樣導致II軸與III軸的軸間距較大，為了使傳動順利進行，使其齒輪都較大。 取= 45，= 90， Z2 與Z4 是通過鍵連接在一起的，在花鍵軸上來回移動，與Z1和Z3 相嚙合，不同的傳動比控制轉速的轉換。 按照以上計算出來的齒輪齒數(shù)繪制傳動系統(tǒng)圖如圖4.1： 圖4.1 傳動系統(tǒng)圖 7、各軸計算轉速的確定 主軸計算轉速， 根據(jù)傳動

37、比的關系，得到各軸計算轉速如下： I軸的計算轉速為： ， II軸的計算轉速為： 。 4.2.2傳動軸軸頸估算 根據(jù)傳動軸傳動功率的大小，用扭轉剛度公式進行初步的計算 （mm） （4.9） 式中d——受扭部分的最小直徑（mm）,計算值應該圓整為標準直徑系列； K——鍵槽系數(shù)， 按表4.1選?。? A——根據(jù)許用扭轉角確定的系數(shù)，按表4.1選取； P——電動機額定功率（kW）； ——從電動機到所計算的軸的機械效率； ——被估算的傳動軸的計算轉速（r/min）。 表4.1 扭轉角系數(shù)與鍵槽系數(shù) 0.25 0.5 1 1.5 2 A

38、 130 110 92 83 77 K 無鍵 單鍵 雙鍵 花鍵 周內(nèi)徑 1 1.04~1.05 1.07~1.1 0.93 其中——該傳動軸每米長度允許的扭轉角（deg/m）， 一般傳動軸 取=~/m，要求較高的軸取=~ /m, 要求較低的軸取=/m。 計算出的軸徑要進行圓整，以便能夠采用標準量具和刀具。 由于各傳動軸屬于一般的傳動軸，所以取= ，所對應的A=92，電動機的額定功率P=2.2 kw。 1、I軸：由于I軸上有一平鍵，所以取K=1.05 =0.96*0.99*0.99=0.94 （4.10） 式中——為此件的傳動效率。 且

39、，由公式4.9得 所以， 式中d——為受扭部分的最小直徑； K——鍵槽系數(shù)，按表4.1選取； A——根據(jù)許用扭轉角確定的系數(shù)，按表4.1選?。? P——電動機的額定功率； ——從電動機到所計算的軸的機械效率； ——被估算的傳動軸的計算轉速（r/min）。 2、II軸：由于II軸有一花鍵，所以取K=0.93，由公式4.10得， 且 ，及公式4.9 所以 即 3、III軸即主軸：軸上一個平鍵，所以

40、取K=1.05，由公式4.10 且 ，及公式4.9 所以 4.2.3齒輪模數(shù)估算 初步計算齒輪模數(shù)時，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算。一般同一變速組的的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪進行計算。從等強度的觀點出發(fā)?？蓽p小其他齒輪的寬度，使齒輪基本處于在最相近的接觸應力或彎曲應力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以縮短該傳動的軸向尺寸。模數(shù)的估算公式 （4.11） 式中 ——按接觸疲勞強度估算的齒輪模數(shù)（mm），應該圓整為標準值； P——電動機額定功率（kw）； ——被估算齒輪的計算轉速

41、（r/min）； u——大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比； Z——小齒輪齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，，B為齒寬，m為模數(shù)； ——許用接觸應力（），查表4.2。 表4.2 許用接觸用力 許用應力 材料 熱處理 機械性能 接觸應力 彎曲應力 強度限 屈服限 硬度 45 正火 >610 >360 HC<229 750 190 調(diào)質(zhì) 1000 800 HB<250~280 650 275

42、 根據(jù)表4.2，選擇45號鋼（整體淬火），其接觸應力, 取。 第一對齒輪：由上知，; u=3 （4.12） 為了縮小箱體尺寸，取標準值。 第二對齒輪：由公式3-11得，， 為縮小II軸與III軸的距離，是箱體占用較小的空間，取模數(shù)。 4.3皮帶輪傳動設計 帶傳動是由帶和帶輪組成的傳遞運動和動力的傳動。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。根據(jù)傳動帶的橫截面形狀的不同，又可以分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動和多楔帶傳動。摩擦帶傳動是比較常見的傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動，嚙合傳動只有同步帶一種。 V帶的橫截面呈等腰梯

43、形，帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時，V帶的兩個側面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動允許的傳動比大。結構緊湊，大多V帶已經(jīng)標準化。V帶的上述特點是他獲得了廣泛的應用。 V帶的主要失效形式：帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力；帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；帶的工作面磨損。保證帶在工作中不打滑的前提下，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶的設計依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其他帶傳動的主要依據(jù)。 1、設計功率的確定：由表查的工況系數(shù) （4.13） 式中——為傳遞的功率（KW）； ——為工作系數(shù)，輕度震動取為1.2。 2、選定

44、帶型：根據(jù)和，參考資料的確定為A型。 3、根據(jù)轉速圖知，傳動比為u=0.4。 4、確定小帶輪的基準直徑：參考普通帶輪和窄帶輪直徑系列（GB/T10412-2002 取。 5、確定大帶輪的直徑： （4.14） 取標準值。 式中——帶的滑動率，； ——小帶輪的直徑； ——大帶輪的直徑； ——小帶輪轉速； ——大帶輪的轉速。 6、驗算帶速： （4.15） 式中V——帶的速度。 7、初定帶輪軸的中心距： （4.16） 即：

45、 初取 。 8、確定帶基準長度 （4.17） 選取基準長度mm。 9、計算實際軸間a： （4.18） 取 a=315mm 安裝時所需要最小的軸間距： mm mm 10、驗算包角： （4.19） 所以小帶輪包角合適。 11、單根V帶的額定功率增量： 根據(jù)mm和，根據(jù)國家標準GB/T13575.1-1992 A型V帶的額定功率查的P=0.75kw。 12、計算帶的根數(shù)：考慮到

46、傳動比的影響，額定功率的增量查的， （4.20） 取Z=5根。 13、單根V帶的預緊力 （4.21） 14、作用在軸上的力： （4.22） 15、表4-3帶輪的結構和尺寸： 表4-3帶輪的結構和尺寸 項目 基準寬度 基準線上槽深 基準線下槽深 槽間距 第一槽對稱的面 至端面的距離 槽間距 積累極限偏差 帶輪寬 符號 B 11.0 2.75 8.7 15 9 4.4傳動系統(tǒng)視圖 經(jīng)過上述計算后，齒輪的齒數(shù)、模數(shù)等都以確定

47、。其傳動視圖如下圖4.2。 圖4.2 傳動系統(tǒng) 對傳動視圖進行剖視，如圖4.3。 圖4.3 傳動系統(tǒng)剖視圖 要滿足換速的要求，需要撥叉，而撥叉則按照一般的驅(qū)動要求，使用液壓驅(qū)動。下圖4.4 是液壓驅(qū)動系統(tǒng)的剖視圖。 圖4.4 液壓驅(qū)動系統(tǒng)剖視圖 螺旋軸及其軸承箱在上一章節(jié)曾提到，下圖4.5是其具體的表述。 圖4.5 螺旋軸及其軸承箱 5 軸承與齒輪的強度校核 5.1齒輪強度校核 驗算變速箱中的齒輪強度，應當選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速的齒輪傳動驗

48、算齒根彎曲應力。對硬齒輪、軟齒滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲的應力。 接觸應力的驗算公式為 (MP) （5.1） 彎曲應力的驗算公式： （5.2） 式中 P——齒輪的傳遞的功率（kw）； ——電動機的額定功率（kw）； ——從電動機到所計算的齒輪的機械效率； ——齒輪的計算轉速； m——出算得齒輪模數(shù)； b——齒寬（mm）； Z——小齒輪齒數(shù)； U——大齒輪與小齒輪的之比; K——壽命系數(shù)； ——工作期限系數(shù)

49、 (5.3) T——齒輪工作總時間（h）; ——齒輪的最低轉速（r/min）； ——基準循環(huán)次數(shù)； m ——疲勞曲線指數(shù)； ——速度轉化系數(shù)； ——材料強化系數(shù)； 的極限值見表5.2，當時，則取；當時，??； ——工作情況系數(shù)，中等沖擊運動??； ——動載荷系數(shù); ——齒向載荷分布系數(shù)； ——標準齒輪齒形系數(shù)； ——許用接觸應力（）； ——許用彎曲應力。 通過驗算檢驗齒輪是否合格，不滿足應力強度時，調(diào)整相應的參數(shù)。其中P=2.2KW, ，m=3.5mm，B=65mm，Z=21, u=0.4 由公式5.3得

50、 來確定。 由表得 5.1得m=3, =10 表5.1 材料載荷系數(shù) 傳動件及材料 熱處理 接觸載荷 彎曲載荷 m 鋼的齒輪、軸承環(huán) 正火、調(diào)質(zhì)和整體淬硬 3 10 6 210 （5.4） 所以 壽命系數(shù) 由公式得= 表5.2 材料載荷極限值 材料及熱處理 接觸載荷 彎曲載荷 鋼 正火或調(diào)質(zhì) 0.6 0.27 0.8 0.46 整體淬硬 1.75 0.27 0.9 0.

51、46 滲碳或氮化 1.9 0.27 0.85 0.72 由表5.3得Y=0.44。 表5-3 標準齒形系數(shù) Z Y Z Y Z Y 19 0.386 20 0.395 2 0.408 經(jīng)差值計算后Z=21, Y=0.401，由公式5.1， 5.2齒輪彎曲應力校核 由公式 （5.5） 其中： Z=21，m=3.5，B=65，。 由公式5.3可求的 其壽命系數(shù) 則

52、 所以 滿足應力要求。 5.3軸承壽命校核 軸承主要因為疲勞強度而破壞，所以應當進行疲勞強度計算。其額定壽命的計算公式為： (h) （5.6） 或按計算負荷的計算公式進行計算： （N） （5.7） 式中 ; ——計算動載荷（N）; T——工作期限（h），取10000~15000 h； C——滾動齒

53、輪的額定負載（N）； ——速度系數(shù)， ； （5.8） ——壽命系數(shù)，對球軸承 ，對滾子軸承 ； ——工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的設備，取=1.1~1.3； ——壽命系數(shù)，，等于軸承的工作期限； ——功率利用系數(shù)； ——速度轉化系數(shù)，取0.98； ——齒輪轉化系數(shù)取0.9； P——當量動載荷。 校核I軸左端軸承軸承 7210C GB/T 292—1994，=25.5KN, =15.2KN。軸承受力分析情況如圖5-1所示： 圖5.1 受力分析圖 由前所知帶輪所穿送的扭矩是T=57850 N.m

54、 （5.9） 式中——為所在軸段的直徑； ——為齒輪i方向所受力； 所以 （5.10） 式中 ——為軸承i所受力。 合成支反力為： （5.11） 因為 （5.12） 且因判斷系數(shù)e與 有關，現(xiàn)軸承所受軸向力未知，因此使用逼近法來確定e、S、A的值。 其中 e——為判斷系數(shù)； S——為軸向載荷。

55、初選 軸承之間的軸向力 對于軸承I 查表取 e=0.38 從計算結果上看，欲出選值相近，所以可以使用。 所以取由于軸承所受力矩較小，所以取，由于軸承所受的載荷是無沖擊，所以取。 由于是球軸承，取，由公式5-8 及5-6得 所以軸承滿足要求。 6 給料行程控制 P

56、LC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。根據(jù)公司PLC常用類型，選用OMRON C系列。 6.1 OMRON PLC 6.1.1 PLC特點 由于控制對象的復雜性。使用環(huán)境的特殊性和運行工作的連續(xù)長期性，使PLC在設計、結構上具有許多其他控制器所無法相比的特點。 1、可靠性高，抗干擾能力強。光電耦合

57、隔離和R-C濾波器，有效地防止了干擾信號的進入。內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。采用優(yōu)良的開關電源，防止電磁線引入的干擾。具有優(yōu)良的自診斷功能，可以對CPU等內(nèi)部結構電路進行檢測，一旦出錯立即報警。采用冗余技術進一步增強可靠性。 2、通用性強，使用方便?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品都模塊化了，PLC配備有各種各樣品種齊全的I/O模塊和配套的部件供用戶使用，可以很方便的組成能滿足不同用戶的控制要求的控制系統(tǒng)。用戶不再需要自己設計和制作硬件裝置。在確定了硬件配置和I/O外部接線后，用戶所做的工作只是程序設計而已。 3、程序設計簡單，易學，易懂。PLC是一種新型的工業(yè)自動化控制裝置，其主要的適用對象是廣大的

58、電氣技術人員。PLC生產(chǎn)廠家考慮到這種實際情況，一般不采用微機所用的編程語言，而采取與繼電器控制原理非常相似的梯形語言，工程人員學習、使用這種編程語言十分方便。這也是為什么PLC能迅速普及和推廣的原因之一。 4、采用先進的模塊結構，系統(tǒng)組合靈活方便。PLC的各個組件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，有機架和電纜將模塊連接起來。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實際需要自行組合，這樣便實現(xiàn)用戶要求的合理的性價比。 5、系統(tǒng)設計周期短。由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅僅是依據(jù)對象的要求配置適當?shù)哪K，如同點菜單一樣方便，這樣就大大縮短了整個設計花費的時間，加快了整個工程的進度。 6、安裝方便，

59、調(diào)試簡便，維護工作量小。 7、對生產(chǎn)工藝的改變適應強，可進行柔性生產(chǎn)。 PLC的實質(zhì)就是一種工業(yè)控制計算機，其控制操作的基本功能是通過軟件編程來確定的。當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，不必改變PLC硬件設備，只需改變PLC中的程序。這對現(xiàn)代化的小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)特別適合。 6.1.2指令介紹 1、聯(lián)鎖/聯(lián)鎖解除指令——IL(02)/IL(03)。IL總是和ILC指令一起使用，用于處理梯形圖中的分支電路。如果IL的輸入條件為ON，則位于IL和ILC之間的聯(lián)鎖程序段正常執(zhí)行，如同程序中沒有IL和ILC一樣。如果IL的輸入狀態(tài)條件為OFF，則位于IL和ILC之間的聯(lián)鎖程序段不執(zhí)行，IL和

60、ILC之間的程序輸出如下： 所有輸出位：OFF 所有定時器：復位 所有計數(shù)器、移位寄存器和保持繼電器：保持以前的狀態(tài)。 圖6.1 分支電路及其處理 上圖6.1是一個實例介紹聯(lián)鎖/連鎖解除指令——IL(02)/ILC(03) 2、KEEP指令。根據(jù)兩個執(zhí)行條件，KEEP用來保持繼電器N的ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)。當置位輸入端為ON時，繼電器N保持為ON狀態(tài)直至復位輸入端為ON時才變?yōu)镺FF。復位具有高優(yōu)先級，當兩個輸入同時為ON時繼電器處在復位狀態(tài)OFF。該指令有兩個執(zhí)行條件，S為置位輸入，R稱為復位輸入。圖6.2為實例解說KEEP的使用。 圖6.2 KEEP指令應用 6

61、.2孕育劑給料裝置任務流程 首先，工人根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)任務和鑄管的直徑確定孕育劑的進給量。不同的進給量選擇不同的速度。確定速度后，按下啟動按鈕啟動機器后，在按下速度按鈕。在液壓驅(qū)動下，撥叉撥動相對應的齒輪嚙合，帶動螺旋軸轉動給料。圖示6.3，流程圖。 圖6.3 任務流程 由于實現(xiàn)的動作比較簡單，并且聯(lián)系生產(chǎn)實際的需要，所以選用OMRON CPM2A系列的PLC。OMRON CPM2A 是一種緊湊、高速的可編程控制器，它在一個小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸入、模擬量等功能。 6.3給料控制動作實現(xiàn) 為了使機器給料能夠自動化，我們設計了一

62、對滑移齒輪，滑移齒輪是液壓驅(qū)動作為動力，其在軸上滑移的距離由行程控制開關控制的。動作實現(xiàn)： 按下啟動按鈕，機器開動后，按照工作速度按下A端啟動按鈕，螺旋軸會以75r/min的速度旋轉，按下 B端啟動按鈕，螺旋軸以50r/min的速度旋轉。程序能夠復位，遇到緊急情況后能夠急停報警。圖6.4為形成控制示意圖。 圖6.4 行程控制示意圖 按照上述要求，輸入信號有：啟動按鈕，復位按鈕、急停按鈕和行程控制開關。輸出信號：程序運行指示燈、A端運行、B端運行、急停報警。其I/O端子分配通道分配如下表： 表6.1 I/O通道分配表 類別 元件 端子號 作用 輸 入 S

63、B1 00001 A端啟動按鈕 SB2 00002 B端啟動按鈕 SB3 00003 急停旋鈕 SB4 00004 程序復位按鈕 SB5 00000 程序啟動按鈕 SQ1 00005 A端限位停止 SQ2 00006 B端限位停止 輸 出 HL 01000 程序運行指示燈 KM1 01001 A端運行 KM2 01002 B端運行 HA 01003 急停報警指示 其I/O 端子分配圖6.6如下： 圖6.6 I/O端子分配圖 其PLC梯形圖6.5如下： 圖6.5 PLC梯形圖

64、 結論 致謝 參考文獻 [1] 濮良貴主編.機械設計,8版.北京：高等教育出版社，2006.5 [2] 鞏云鵬等主編.機械設計課程設計.沈陽：東北大學出版社,2000.12 [3] 劉鴻文編. 材料力學.北京：高等教育出版社，2002 [4] 申永勝.機械原理教程.北京：清華大學出版社，2003 [5] 余躍慶.現(xiàn)

65、代機械動力學[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，2001 [6] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編. 北京：高等教育出版社，2002 [7] 鄒振戊等編.五金手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995 [8] 陳白寧，段智敏等主編.機電傳動控制.沈陽：東北大學出版社,2002.4 [9] 李序葆主編. 電力電子器件及其應用.北京：機械工業(yè)出版社，1996 [10] 龐啟淮主編. 小功率電動機選擇與應用.北京：人民郵電出版社，1998 [11] 鄧星國主編.機電傳動控制.武漢：華中理工大學，2001 [12] 大連理工大學工程畫教研室編.機械制圖.北京：高等教育出版社,2003.

66、8 [13] 王定主編.AutoCAD2004實用培訓教程.北京：清華大學出版社，2003 [14] 成大先.機械設計圖冊.北京：化學工業(yè)出版社,2000 [15] 呂仲文.機械創(chuàng)新設計.北京：機械工業(yè)出版社，2004 附錄 A Multi-Domain Simulation: Mechanics and Hydraulics of an Excavator Hirokazu Araya,Masayuki Kago Shima Mechanical Engineering Research Laboratory Kobe steel,Ltd, Nishi-Kv Kobe Hyogo , Japan Abstract It is demonstrated how to model and simulate an excavator with Modelica and Dymola by using Modelica libraries for multi-body and