畢業論文-全自動書本打包機的推書機構設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 以 根據推書機構 的設計 要求 選用 了 齒輪齒條 傳動機構，其中齒輪為圓柱直齒輪， 現設計齒輪齒條參數如下表 所示 ： 表 齒輪齒條 參數 名稱 符號 齒數 ? ?1Z 齒條 ? ?2Z 模數 m 2 2 齒數 z 21 287 壓力角 a ?20 ?20 齒頂高系數 ?ah 1 1 頂隙系數 ?c 幾何尺寸的計算 (1) 分度圓直徑 d ： mmmzd 4221211 ???? (2) 齒頂高 ah ： mmmhhh aaa 22121 ?????? (3) 齒頂圓直徑 ad ： mmmhzd aa 462)1221()2( 11 ??????? ? (4) 齒根圓直徑 fd ： 南昌航空大學科技學院學士學位論文 13 mmmchzd af 372)()22( 11 ?????????? ?? (5) 基圓直徑 bd ： mmdd b o s42c o s 011 ????? 重合度的校核 齒輪齒條傳動機構具有傳動效率高和結構緊湊等優點，齒輪齒條設計中重合度的大小對設計的合理性和傳動的平穩性影響較大。所以對打包機縱向推書機構中齒輪齒條的重合度進行校核驗算是非常重要的。在安裝時要根據上表的設計參數計算出重合度，以校核該齒輪齒條設計能否滿足工作要求。 根據上述的幾何尺寸經計算得 01 31??a ，繪出的齒輪齒條嚙合重合度如 圖 所示： ? ? ???????? ??????? ?s i nc os2t a nt a n2 1 11 mhz aaa ?? ? ? ?????? ?????? 000 20s i n20c os 21220t a n31t a n2121 o? ? 圖 齒輪齒條嚙合簡圖 計算結果表明，推書機構中齒輪齒條傳動的重合度數值為 ，根據相關資料，認為重合度在 ～ 范圍內比較合理。據此判斷，推書機構中齒輪齒條機構的設計參數合理，能夠滿足工作要求。 齒輪的強度校核 南昌航空大學科技學院學士學位論文 14 齒輪齒條傳動，不存在高轉速、長時間工作條件（要求），且應力循 環次數比齒輪傳動小的太多了，所以，就不存在輪齒彎曲疲勞強度、接觸疲勞（點蝕等）強度計算問題 。比起直齒輪傳動，齒輪齒條傳動的重合系數要高，每個齒承受的力相對要小。所以，對齒輪齒條傳動進行強度校核，只要通過輪齒受力分析計算，滿足輪齒彎曲強度即可。 ：圓柱直齒輪， 40Cr，調質處理，硬度 300HBS； ： FLFCF bFF KKS 1lim][ ?? ? 查表有： 21lim /6 00 mmNbF ?? 取 2?FS ，單向傳動取 1?FcK ，因為， 608 ?????? FHFV NNN 所以取 1?FLK ，則有： 21lim1 /300][ mmNKKS FLFCF bFF ?? ?? 3 驗算彎曲應力： ndVFF md KKTY ?? ?2112? 其中 ,20 ?? FYz (x=0), mNT ?? ， ?Kv mmd 401 ? mmmk nd 2,1 ??? ?? 211 /][ mmNYFF ??? 則 1221 11 ][/2Fnd VFF mmNmdKKTY ??? ? ???? 所以齒輪彎曲強度符合要求。 本章小結 本章重點介紹了齒輪齒條機構的設計，主要內容包括 : (1) 分析設計了齒輪齒條機構的參數； (2) 對齒輪齒條進行了重合度的校核及對齒輪彎曲強度的校核。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 15 5 其它 零 部件的設計 與計算 軸的設計與校核 推書機構的齒輪傳動軸和凸輪軸都采用平鍵。電動機正常工作的轉速為n0=960r/min。齒輪的轉速 n1=n0/i1=960/2=480r/min；功率 P1=10KW。 凸輪軸的轉速n2=n1/i2=480r/min； 功率 P2=10KW。因此各軸的轉速如下： 齒輪軸： n1=480r/min； 凸輪軸： n2=480r/min； 1．確定齒輪軸最小直徑 軸的扭轉強度條件為： ][9 5 5 0 0 0 03 TTT dnPWT ?? ??? 式中： T? —扭轉切應力，單位 MPa ； T—軸所受的扭距，單位 mmN? ； TW —軸的抗扭截面系數，單位 3mm ； n—軸的轉速，單位 min/r ； P —軸傳遞的功率。單位 KW； d —計算截面處軸的直徑，單位 mm ； [ T? ]—許用扭轉切應力，單位 MPa ； 由上式可得軸的直徑： 30333 ][][ nPAnPPnPdTT????? ?? 選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。 A0 查表取 112， P=10KW， n=480r/min 帶入得： 軸最小直徑的初始值： d? 。 所以根據要求現設計尺寸為齒輪軸小端直徑為 20mm ，長度為 60mm ；大端直徑為 25mm ，長 度為 200mm 。 用同樣方法可確定凸輪軸的尺寸。 2． 軸的校核 南昌航空大學科技學院學士學位論文 16 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取 1?? ， 用公式計算軸的應力： W TMca22 )(?? ?? ca? —軸的計算應力，單位 MPa ； M —軸所受的彎距，單位 mmN? ； T —軸所受的扭距，單位 mmN? ； W —軸的抗 彎截面系數， 單位 3mm 。計算公式如下： 324 ])()([ mmD zbdDdDdW ?????? ? 找出齒輪軸的危險截面，現將計算出的截面處的 HM 、 VM 及 總M 的值列表如下： 表 載荷值計算 載 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NFNFNHNH , 21 ?? NFNF NVNV ,53111 21 ? 彎矩 M mmNMH ?? 29596 mmNM V ?? 3 5 4 2 總彎矩 mmNM ???? 3 0 0 4 3 5 4 22 9 5 9 622總 扭矩 T mmNT ?? 畫出軸的載荷分析圖。如圖 示 ： abF N V 1F N H 1F N V 2F N H 2F tF rC 南昌航空大學科技學院學士學位論文 17 M HF tF N H 1 MvFnv1 Fnv2 M總 圖 軸 的載荷分析圖 上圖中 c 截面為危險截面。 通過計算 得： MP aW TMca )( 22 ??? ?? 前已選定軸的材料為 45 鋼，調質處理，查得 MPa90][ 1 ??? 。因此， ][ 1?? ??ca ，故安全。 3． 飛輪 的計算與安裝 飛輪是 具有適當轉動慣量、起貯存和釋放動能作用的轉動構件。 它是 安裝在機器回轉軸上的具有較大轉動慣量的輪狀蓄能器 ， 飛輪可以用來減少機械運轉過程的速度波動。 所以為了加強推書機構運動的平穩性，要計算飛輪的 轉動慣量 ，并確定飛輪安裝在哪根軸上較合適來 達到設計要求。 飛輪轉動慣量計算如下： 摩擦系數為 f =，周期為 t =2s 則包書速度為： smtv /?? 安全系數為 ?k 又由上述可算得：平均力矩 smm /? 所以總功率： kmP ??? ? 南昌航空大學科技學院學士學位論文 18 而 ω=2π*n/60 主軸轉速為： 10r/min ??P 所以， 飛輪應該裝在推書機構凸輪軸上較合理， 并且轉動慣量 J : mkgmNJ ???? 1675m a x / ?? 其中， δ≥ 鍵的選用 選用 A 型平鍵（ GB/T10961979）， 按帶輪和齒輪的寬度由手冊查得： mmmmmmlhb 866 ????? 強度校核，按公式計算： dkLTP 12022? 查得參數 2/100 mmNFF ?? （許用擠壓應力）， k==,L=Lb=13mm 鍵聯接傳遞的轉矩為： mNT ?? 鍵的工作面壓強 P 為： MP aMP adk LTP FF 1 ????? ??? ? 綜上，鍵聯結強度合格。 連桿的設計 連桿機構的示意圖如下 圖 所示： 圖 連桿機構的示意圖 南昌航空大學科技學院學士學位論文 19 B 為連桿機構的一般位置， A 和 C 分別為連桿端點的左右極限位置。又因為推書行程為 mmACH 400?? 。 設 R 為等效曲柄半徑， d 為連桿長度 ， xaA? 當機構出于拉直共線和重合共線兩種位置時，連桿的推程分別取最大值和最小值。 由幾何關系可列出 ( 22 )()( xHRRd ???? 2/,2 hdxdR ??? 根據關系式可取： mmR 200? mmd 600? 電動機的選擇 電動機的作用是將電能轉換為機械能，現代各種生產機械都廣泛應用電機來驅動。在生產上主要用的是交流電動機，特別是三相異步電動機。它被廣泛地用來驅動各種金屬切削 機床、起重機、鍛壓機、傳動帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。 （ 1） 三相異步電動機的構造 三相異步電動機分成兩個基本部分：定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。三相異步電動機的轉子根據構造上的不同分為兩種型式：鼠籠式和繞線式。鼠籠式和繞線式只是在轉子構造上的不同，它們的工作原理是一樣的。鼠籠式電動機由于構造上簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，就成為生產上應用最廣泛的一種電動機。 （ 2） 電動機的轉動原理 下圖 是三相異步電動機轉子轉動的原理圖，圖中 N， S 表示兩極旋轉磁場，轉子中只示出兩根導條。當旋轉 磁場向順時針方向旋轉時，其磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。在電動勢的作用下，閉合的導條中就有電流。這電流與旋轉磁場相互作用。而使轉子導條受到電磁力 F。電磁力的方向可應用左手定則來確定。電磁力產生電磁轉矩 ， 轉子就轉動起來。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 20 圖 電動機轉子轉動原理圖 （ 3） 三相異步電動機的選擇 要為一生產機械選配一臺電動機，首先要考慮電動機的功率，合理選擇電動機的功率具有重大的經濟意義。如果電動機的功率選大了，雖然能保證正常運行，但是不經濟。因為這不僅使設備投資增加和電動機未被充分利用，而且電動機經常不是在 滿載荷下運行，它的效率和功率也都不高。如果電動機的功率選小了，就不能保證電動機和生產機械的正常運行，不能充分發揮機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。 根據執行機構摩擦輪的功率和轉速情況，選擇電動機型號： Y160L6 額定功率：11KW；滿載轉速： 970r/min。 圖 電動機 （ 4） 三相異步電動機的三維建模 在整個設計方案中，電動機屬于外購部分，不需要另行設計，故在三維圖中可用簡單的模擬圖形來代替。 本章小結 本章重點介紹了包裝帶捆扎機總體結構和各部件的設計，主要內容包括 : (1) 進行了軸的設計及其校核計算 、飛輪的計算與安裝 和連桿的設計； (2) 根據設計要求 選用了鍵和電動機。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 21 6 推書機構的三維建模 SolidWorks 軟件 簡介 SolidWorks 軟件是世界上第一個基于 Windows 開發的三維 CAD 系統， SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技術副總裁與 CV 公司的副總裁發起，當初的目標是希望在每一個工程師的 桌面 上提供一套具有生產力的實體模型設計系統。從 1995 年推出第一套 SolidWorks 三維機械設計 軟件 至今，至 2022年已經擁有位于全球的辦事處，并經由 300 家經銷商在全球 140 個國家進行銷售與分銷該產品。 2022 年 9 月 20 日， DS SolidWorks 推出 SolidWorks2022 新品，這也是 SolidWorks 的 CAD 軟件史上發布的第 20 個版本 。 SolidWorks2022 新增了和完善了 200 多項功能，可以更好的幫助提高企業創新能力和設計團隊的工作效率。在這個版本中增加了大型審閱圖和走查等眾多功能，其中大型審閱圖可以快速打開復雜的大型裝配體，節省系統資源。走查功能可以模仿人眼的觀察走向，可以更加清晰的看到復雜的構造內部。 SolidWorks 軟件功能強大，組件繁多。 在 SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體， SolidWork 的 性能得到極大的提高。 SolidWorks 可