关于钢丝缠绕包装机的设计和应用报告.doc

本科毕业论文（设计）论文题目：关于钢丝缠绕包装机的设计和应用报告学生姓名：张经理在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 上海宝锻机械制造有限公司完成时间：摘 要 本设计内容主要包括机架的设计，大转盘动力及结构设计，带动钢丝盘转动的摩擦轮动力源和机构的设计。除此之外另外还包括对电机的选择，轴，轴承，齿轮，带，链和螺钉等的设计选择和绘图。并运用pro-e，完成对各个零件的绘制，并完成组装图，最后完成对钢丝缠绕包装机的设计，并运用PRO-E绘图中的动力源使其运动 ，完成模拟缠绕包装过程。设计出成本较低，可靠性强，使用寿命长，节省劳动力，节省时间的自动钢丝缠绕包装机。本文设计了钢丝包装机的机架部分，包括对整个钢丝包装机机架上的所有零件的设计，校核和绘图。感谢我的实习单位上海宝锻机械制造有限公司，该公司是华东地区著名的钢丝缠绕包装机制造企业，是我在公司的实习生活帮我完成了该论文。关键词：钢丝缠绕包装机，钢丝缠绕，机架，机架设计，上海宝锻包装机The design of packaging machine about the iron wire circle-The design of framework and General Assembly AbstractThe design content mainly includes the rack the design, the big turntable power and the structural design, the impetus iron wire plate rotates friction gear power supply and organization design. In addition other also includes to the electrical machinery choice, the axis, the bearing, the gear, the belt, the chain and the bolt and so on the design choice and the cartography. And utilizes pro-e, completes to each components plan, and completes the assembly chart, finally completes to the iron wire twines the packaging machine the design, and causes its movement using the PRO-E in power supply, completes the simulation winding packing process. Designs the cost to be low, Reliable, the service life is long, saves the labor force, saves the time the automatic iron wire winding packaging machine. This article has designed the iron wire packaging machine rack section, including to on entire iron wire packaging machine rack all components design, examination and cartography.Key words：Iron Wire Winding Packaging Machine，Iron Wire Winding，Rack，Rack Design，Packaging Machine 目 录1 绪论12 设计要求33 包装机总装及机架的设计方案43.1包装机机架的设计43.2包装机中带动钢丝盘转动的设计53.3 包装机上对包装带缠绕钢丝盘的设计53.4 总图的设计如图64 对机架主要零件的设计64.1对正板上各机构的设计64.1.1 主板材料选择64.1.2 主板厚选择74.1.3 板大小尺寸的设计74.1.4 对放置电动机板的设计84.1.5 对主架上固定机构的设计104.2 对底座及其结构的设计124.2.1板材料的选择124.2.2对板厚的设计124.2.3 对板大小的设计124.2.4 对底座丝杠夹紧机构箱体的设计144.3 对侧架上架的设计154.3.1 对侧架上架材料的选择154.3.2 对机构厚度的设计154.3.3 对侧架和上架的尺寸设计154.4 对上架受力情况校核155 对附属结构的设计165.1 滑板滑块机构165.1.1 对滑板滑块材料的选择，165.1.2 对滑板滑块板厚的设计165.1.3对滑板滑块尺寸大小的设计165.2 对螺钉的设计165.3 对上架上固定手柄的设计186 结束语18致谢19参考文献20 1 绪论机械设计（machine design），是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。 钢丝的缠绕包装问题是现社会的一个难题.一是包装的方法老旧.二是包装浪费时间.还有就是包装的手工劳动占很大的部分.造成劳动力的浪费.所以现存的钢丝包装机不能快速，高科技，节省劳动力的对钢丝进行自动化包装.因此就要求我们对钢丝包装机进行设计. 设计争取采用新的机器缠绕包装后，能完成钢丝的自动包装.并且能达到节省劳动力.节省时间.进而利用高新科技达到节省成本.完成钢丝的缠绕包装.这样使包装机的使用寿命也能大大加强.钢丝的缠绕包装的可靠性也会大大加强.达到社会上要求的标准.提高社会生产力. 目前在我国，受经济条件和技术水平的限制，手工和半自动钢丝缠绕包装仍是我国中最常用的钢丝包装方式。由于投资成本较低，我国劳动力丰富.且操作简单.所以在中小型企业获得了广泛应用。 随着钢丝包装技术的不断发展，传统的钢丝包装技术难以满足现今钢丝缠绕包装需求。国外普遍利用自动钢丝包装技术来替代老旧的钢丝包装技术，这种自动钢丝缠绕包装技术在工业发达国家已开始推广使用。在国内钢丝缠绕包装行业中，近年来开始尝试采用自动钢丝包装机代替传统的手工包装的方法，上海宝锻机械制造有限公司率先研发出了全自动钢丝缠绕包装机，打破了行业的难题，得到广大客户的一致好评。自动钢丝缠绕包装机在完成钢丝包装技术的同时也能节能环保，同时使用时间长久.但是鉴于它的设备体积大、功率因数低、费用较高等原因，在中小型钢丝缠绕工厂上多不用。把传统的钢丝包装机改成更加节能，占地小.功率高.钢丝包装质量优良.价格合理包装机器是钢丝包装机发展的一个重要项目。因此用CAD设计出钢丝缠绕包装机，也就显得尤其需要。 2 设计要求钢丝缠绕包装机是要完成对钢丝盘的缠绕包装，在把钢丝盘（钢丝缠绕成的盘）放在已知位置的时候，包装带会自动缠绕包装钢丝盘，直到包装完成。当然我们在设计的过程中需要给钢丝盘提供旋转的动力，同时也要给包装带提供一个绕盘旋转的运动，这样才能实现钢丝的包装。 另外要了解钢丝缠绕包装机的主要用途，国内外研究及使用情况，与另外两位同学一起研究制订整机设计方案，重点对钢丝缠绕包装机的机架进行设计，机架设计的一般要求是指在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。（1）、机架的重量轻，材料选择合适，成本低。（2） 结构合理，便于制造。（3） 结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。（4） 结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。（5）抗振性能好。（6）耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。（7）有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。我们设计主要包括对包装机结构的设计，使其达到能够完成钢丝包装的要求。同时也要对包装机材料的选择，和所设计机构（主要包括轴，轴承，和转矩大的地方）应力校核，并对机构合理性分析。达到所需要求。另外，要认真对pro-e进行学习，完成对所需机构的各种设计，主要是指机架的设计。并对机架的受力件进行受力分析.并有必要计算后放可设计制图.并完成总装图的装配。 所谓钢丝缠绕包装机主要完成钢丝缠绕包装任务，因此我们要假设出所使用的各种零件，并且使它完成包装任务，（1）我们要假设出动力源，有已知我们可知我们使用的动力源主要应该包括二部分，一是要使钢丝盘转动，二是使包装带自动包装在钢丝盘上，因们应该假设出钢丝盘的驱动装置应该能带动它转动，同时包装带也要转动，完成包装钢丝，这样我们就要发挥想象假设它们的机构并把它放在一定的机架上完成它的工作。假设机构如图2-1。3 包装机总装及机架的设计方案3.1包装机机架的设计 所谓机架，即在机器（或仪器）中支承或容纳零、部件的零件。按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓联接或铆接机架。其设计步骤一般指（1） 初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零件能正常运转。（2） 根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机架、机座、可采用焊接代替铸造。（3） 分析载荷情况，载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转的动载荷等。（4） 确定结构的形式，例如采用桁架结构还是板结构等。再参考有关资料，确定结构的主要参数（即高、宽、板厚与材料）等.（5） 画出结构简图。（6） 参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架结构所允许的挠度和应力。 （7） 进行计算，确定尺寸。（8）有必要时，进行详细计算并校核或做模型试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。(9)同时我们应该考虑到包装机其他部分的设计要求从而完成对包装机机架的设计. 3.2包装机中带动钢丝盘转动的设计 按照设计内容及要求我们知道应该把钢丝盘放在固定位置，然后给其动力让其转动，所以，我们首先应该给钢丝盘一固定的装置，并且应该保证固定位置的可靠及能动性，可靠主要指保证钢丝盘在转动过程中不至于出现移动，而能动是保证钢丝盘大小变化情况下仍然能实现钢丝盘的夹紧和转动。而动力源就是指给动力让钢丝盘转动，考虑到现实情况，我们要使钢丝盘转动最好使用摩擦轮，用摩擦力带动钢丝盘旋转。要想钢丝盘在摩擦力的作用下旋转，考虑到实际情况，钢丝盘是圆形结构，所以我们应该在钢丝盘下对称的位置给它一摩擦力，带动其运动。使其正常工作。这样就完成了对钢丝盘的设计。3.3 包装机上对包装带缠绕钢丝盘的设计包装过程中，包装带缠绕包装在钢丝盘上的过程是包装的主要过程，因此对此部分的设计也是十分重要，要想实现这个功能，首先要对包装带怎么才能完成对钢丝盘环形结构的缠绕，要想实现这一点，就要保证包装带能在钢丝盘盘内和盘外构成一个旋转，这样就完成了一次的缠绕，同样随着钢丝盘的旋转不断的对钢丝盘一圈一圈的旋转缠绕，也就慢慢完成对钢丝盘的包装。要实现这个功能，包装带要实现旋转，必须要使包装带位于一个圆形轨迹上的固定位置，这样随着圆形轨迹的旋转也就完成了缠绕，这就要求我们必须要把包装带放在一个固定的环形结构上，这样随着缠绕盘的旋转，就能完成工作。同时我们也要对缠绕盘的放置和怎么旋转进行考虑，由于缠绕盘要完全在钢丝盘中经过，所以它不能有中心轴，它的旋转必须要有外力机构带动，这样我们就要考虑到用摩擦轮带动缠绕图3-1 钢丝缠绕包装机设计图（正面）盘运动的设想7，这样就完成其设计。3.4 总图的设计如图完成以上每步设计的时候，我们有也要考虑到它们之间位置的关系，怎样才能实现缠绕功能，这就要求我们发挥想象，和另外两个同学密切配合，同时在老师的指导下设计出钢丝缠绕包装机如图3-1，3-2这样就完成对钢丝缠绕包装机的设计。4 对机架主要零件的设计假设大转盘直径为1000mm，厚度50mm，同时槽深15mm，开槽大小30mm。转速60转每分，包装带宽度为100mm。小摩擦轮大小100mm，主要起支撑作用，大摩擦轮大小为150mm，主要起摩擦带动大转盘。小摩擦轮轴心分别位于与圆心在同一条直线的水平方向和竖直方向上，大摩擦轮与水平夹角为45度，并且摩擦轮厚度为30mm，钢丝盘大小取60mm-120mm之间，宽度为150mm。图3-2钢丝缠绕包装机设计图（反面）材料选取一般的铸造材料铸钢。4.1对正板上各机构的设计4.1.1 主板材料选择为了能使机器使用长久，同时保证机构安全可靠。由于结构图形不复杂。材料选用45号钢。板的结构采用铸造成型，4.1.2 主板厚选择有h*b500*500，根据机械设计手册表2-1所以板厚15mm，表4-1 最小壁厚铸造方法 铸造尺寸 铸钢 砂型200*200-500*50015-25 金属型70*70570*70-150*15010而对相同壁厚连接处的设计有公式 R（1613）a R1R+a （其中R1为连接处外壁圆角大小,R为内壁圆角大小，a为壁厚） 4.1.3 板大小尺寸的设计有大转盘直径1000，摩擦轮直径150，同时电机后座要设计电机放置位置，考虑到主板的配合，所以取正板长*宽=2000*2000。而开口大小根据钢丝盘的宽度d1=150和固定钢丝盘丝杆的直径d2=50, 所以开槽大小 L=d1+d2=250+L1(L1为丝杠加紧过程的活动空间) 为了有足够的空间使其满足移动条件，取L=500mm。另外板上孔大小的选择根据孔于轴配合，对于大摩擦轮：如图4-2111122345 67图4-2 ，摩擦轮传动简图1电动机 2联轴器 3、4锥齿轮 5同步带轮 6机架 7大摩擦轮图 4-1 主板及附属机构已知在机构中，6和7连接的轴r=25，根据机械设计手册，选用深沟球轴承6205，通过机械课程设计手册查的D=52mm，所以在此绘制如图所示孔，并且由于孔大小位置根据大转盘的中心位置决定，其距离h h=R+r-d （其中R为大转盘半径，r为大摩擦轮直径，d为盘上开槽的深度。）通过上式计算可知 h=560，方向是与竖直线夹角45度。 对于小摩擦轮，同样有另一位同学设计得知轴为25mm，根据公式（3），可算得h1=535mm。方向如图2-1完成对孔设计。4.1.4 对放置电动机板的设计根据已知1) 缠绕盘重力计算G =*g*v =2.8*1000*0.05*(r1*r1-r2*r2)*10 =208.81N2）摩擦轮转速计算 n2 = （5）= =400r/min 3) 求电机的功率由缠绕盘的重力及摩擦轮对缠绕盘的支撑力夹角90计算支撑力N1和N2为： N1=*208.81=147.63N橡胶轮与缠绕盘间的摩擦系数 F1=F2 F1=N1* F1、F2F3、F4由于摩擦力F3、F4非常小，因此可忽略。缠绕盘转动所需要的功率为： 由电动机到缠绕盘之间的总效率为： 、3、4、5分别为联轴器、齿轮传动、 同步带传动、与机架装配的轴承及摩擦轮传动的效率。取=0.95、=0.94、3=0.96、4=0.98、5=0.88 则=0.95*0.94*0.96*0.98*0.88所以 通过查表4-2选YEJ100L-6型电机.4）轴的结构12 选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A0=126,于是得： 取d=20mm 因为该轴段1是与摩擦轮配合，因此其长度为30mm，2段轴是对摩擦轮起一个表4-2 安装尺寸中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底脚安装尺寸A*B地脚螺栓孔直径 K轴身尺寸D*E装键部位尺寸F*GD100380*282.5*245160*1401228*608*7定位作用，因此该段轴的直径为d2=23mm,因为该段是与轴承相配合且机架与摩擦轮之间应留有一定的空隙，所以其长度为25mm,3轴段是与通过机架的轴承相配合，轴承由轴承端盖和套筒实现轴向定位，轴承选用6205型深沟球轴承，因此3段的轴肩不起定位作用，该段的直径d3=25mm,该段轴的长度取决于机架的厚度L3=18mm，4段轴的轴肩不起定位作用，d4=27mm，长度比带轮宽度小一些，L4=76mm,下一段轴要其定位作用，因d5=30mm，其是一轴环，宽度为5mm,第六段轴是与锥齿轮相配合，其轴颈为27mm，宽度取决于锥齿轮的宽度。轴的结构如图4-3所示：图4-4 卡盘配合图4-3 轴有这些可知电机安装位置.4.1.5 对主架上固定机构的设计 固定机构采用卡盘结构得，卡盘结构如图4-4。其中卡盘中间空距离即螺头的厚度取20mm，卡盘块伸出距离有主板与侧架的配合情况决定，同时假设卡盘卡的螺头直径90，螺杆直径42，校核杆受力情况有主板的重量，大约有G=G1+G2(G1为主板的重力，G2为大转盘的重力。)因为主板的重力G1所有零件的质量无法设计，考虑到后面伸出的板等的体积，所以按2000*2000的实体进行计算即可。所以 G1=l*l*b*p*g（其中l为主架边长，b为主架厚度，p为铸钢密度。） l为2m，b为0.015m，p=7.8*1000，g取10，所以G1=4680牛，同样根据公式（4），得208.81牛， 所以G=4888.81牛。根据查机械手册， 根据表2-3力学性能:抗拉强度、屈服强度、伸长率、收缩率分别是：600MPa、240MPa、22%、35%。 有已知这儿设拉伸螺钉的面积为s，用时考虑到安全系数，因为选用的是铸钢，作为铸钢其安全系数为1.5-2.5，这里取合适的2，同时，由于载荷的不计算不准确应在加上20%-50%。所以，加上50%，得安全系数取2.5，S 3F/tmax（F=G/tmax为钢的屈服强度） 所以s50.925*10-6立方米。又因为s=3.14r2，所以得r=4.03mm，故取螺杆直径42mm满足要求。同时对于下面接触处压力要求，根据上面计算。有已知肯定满足要求。完成此设计。 表4-3 钢的材料分析4.2 对底座及其结构的设计有已知设计出图形如下4-4.图4-4 底板4.2.1板材料的选择根据要求选用和主板一样的材料。4.2.2对板厚的设计有长*宽500*500，有表格4-1.同样选用厚度为15mm。而对板的连接处的设计，由于在这板连接处的厚度一样，所以其连接圆角同主板一样。4.2.3 对板大小的设计有图知底座上放置有电动机，摩擦滚轮，丝杠夹紧机构，所以它的宽度分别有这些因素决定。（1）链条的设计1）链轮的齿数2）传动比3）计算功率W(9) （11） 查表得工况系数，齿数系数4）链条节距由计算功率和查图得节距P=38.1mm(NO.24A)5）检验小链轮的轴孔直径查表得，合适。 6）初定中心距按要求 取 7）链节数两齿数相同时 (12)取=42节8）链条长度9）理论中心距 (13)10）实际中心距 (14) 图4-6 传动装置示意图我们设计的是同步链轮，如图4-6传动，所以链轮直径一样，所以两个中心距相等，取437。同样有另外同学设计可知丝杠夹紧机构宽140，所以l1014，同样各个机构之间要保留一定得空隙，所以去l=1500.而对于底座的长根据主板的长决定，并保留一定得余量，这里取l1=2020.而对于上面螺孔设计根据 下式 l=l1+l2+l3+l4/2 （其中l1为丝杠夹紧机构位置距底座上边线的距离，l2为丝杠机构的宽度，l3为丝杠夹紧机构距滚筒的距离，l4为链轮传动的中心距） （15） 有已知知l2=140，l4=437，所以l=358.5+l1+l3 所以取l=500因此可以确定侧架位于底座的位置，从而绘制8个螺孔。同时知道丝杠滚轮机构和底座中心线对称，位置取l1=50，l3=91.5 这样可以设计出其他螺钉所在底座的位置。4.2.4 对底座丝杠夹紧机构箱体的设计 根据另一位同学设计的丝杠上划块上螺纹孔和通孔的距离决定箱体的宽，同样根据轴的直径和轴上其它结构决定决定箱体高度，箱体的距离又别人设计取500mm。完成设计4.3 对侧架上架的设计4.3.1 对侧架上架材料的选择侧架上架材料的选择，跟据其他结构选择，同为一体结构选材一样。4.3.2 对机构厚度的设计根据已知，侧架和上架的长*宽根据设计小于500*500，同时有其一边很长所以在这样必须保证满足要求的情况下，为节省材料，取厚度为10mm。而对于他们连接处圆角的大小，且参照主板。4.3.3 对侧架和上架的尺寸设计（1）对于侧架，根据已知，取侧架宽为100mm，而其高，根据主板长2000，其尺寸必须大于2000，并且要保证主板在侧架上有一定的上下活动空间，另外还要求下面给部件保留一定的高度，所以在这里我们取侧架高度为3000。 （2）而对于上架，由于和侧架采用配合的样式所以其宽度同样取100mm，而长度根据主板的长度和主板相对侧架距离决定。4.4 对上架受力情况校核有已知应力校核对于矩形周界固定，中心受集中力G=4888.81牛拉力作用。其中心弯矩：Mmax =n（1-n）PL (其中P为压力大小即G，L为架的长度，n为作用力的点距边线的距离是nL) （16）所以计算的出Mmax=2419.96，而其抗弯截面系数nn=（bh2-b1h12）/6（其中b，h分别是上架外矩形宽和厚，b1，h1分别）为上架中空的矩形的宽和厚） （17）有已知求出n=0.0297 而其应力大小t=Mmax/n （18）所以 t=0.0815Mpa，远远小于材料的屈服极限，所以合格。5 对附属结构的设计5.1 滑板滑块机构 对于滑板滑块机构设计如图5-1。5.1.1 对滑板滑块材料的选择， 由于零件尺寸较小，但是结构并不复杂，因此材料上仍可选用铸钢。5.1.2 对滑板滑块板厚的设计 考虑到滑块的尺寸小于200*200，因此根据表4-1，这里应该选择板厚6-8，因为主架重量并不是很大，所以选择壁厚6m足够。而对于连接处圆角设计同样参考上面的设计。5.1.3对滑板滑块尺寸大小的设计 考虑到整个主板大小2000*2000，并且要保证主板上下有移动的空间大小为500mm，所以在此滑板长度l2500mm，这里取2550mm，而其宽度根据侧架宽度和满足和滑块的配合，选用100mm。而滑块相对于滑板来讲，它是螺钉配合，必须保证螺钉所需的安装尺寸.取120，5.2 对螺钉的设计 我们知道螺钉是标准件，但是还是需要对螺钉进行设计，主要是由于机构要 图5-1 滑板滑块机构 图5-3 螺母图5-2 螺钉 满足要求就要做必要设计，由于我们机构的复杂，但是受力并不是很大，所以其螺钉选择参考以最小M12进行设计，标准如图5-2，5-3，地脚螺钉选M16。接着对螺钉进行校核。 这里以M12为例已知，主板重量大约4888.81牛，而考虑到二杆支撑，每个压力G1大小2444.405牛，又已知侧架大约重量G2 G2=（l1*l2）*4*l3*p（其中l1为侧架厚度，l2为侧架宽度度，l3为侧架高度，p为钢密度取7.8*1000千克/立方米，） （19） G2=93.6牛而对于侧架上螺钉的选择，我们选用M12螺钉。选用螺钉材料为235号钢，所以可以的出屈服强度t1=235Mpa，而经查表安全系数S=2.5，接下来对螺钉进行校核，侧架上螺钉主要受剪力作用根据F=G1（G1为主板分在侧架上的里为2444.405牛，）根据公式4F/3.14d2mt（其中t螺钉许用压应力，d为抗剪面直径直径，F为受力大小，m为螺栓抗剪面数目这里为12，） （20）求出4F/3.14d2m=1.8Mpa，同样根据公式t=t1/S 求出t=94Mpa 因为1.8Mpa94Mpa，所以符合要求。 5.3 对上架上固定手柄的设计上架固定主要采用螺纹连接实现固定，因此手柄设计根据配合件螺柱决定， 图 5-4 手柄 同时手柄上有拔模倾角，根据已知选倾角3-10度，上端直径=42+固定手柄上端厚度，所以去上端为70，下端取90mm，完成设计。如图5-4.6 结束语 通过本次毕业设计，我对机械设计中相关的方法、原则以及要求有了更为系统的认识及掌握，对设计过程更一步的认识。在之前学习PRO-E的基础上，更加系统的掌握了许多细节上的应用，并回运用一些基本的快捷操作方式，操作更加熟练，PRO