打捆机设计Word格式.docx
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带捆内径
120mm；
外径400mm；
宽度400mm。
工作条件：
卷捆机三班制连续工作，载荷平稳，室内工作，使用期限10年。
（图1）
图1设计总图
2总体设计
2.1电动机的选择
电动机工作转速为
r/min，执行机构的带轮转速为
＝
=
r/min
分析：
由于电机的转速慢并且要求小尺寸电机经查表按推荐的转速合理范围确定了选择方案
表1电机的选择
方案
电动机型号
额定功率/W
同步转速/r*min
额定扭矩/Nm
重量/kg
1
VRDM364/LHA
350
360
0.35
0.45
2
TYV2
150
500
0.28
1.5
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格选定型号为VRDM364/LHA的百格拉三相混合式步进电动机，额定功率为350W，额定电流5.2A，同步转速400r*min
。
2.2电机特点及用途
特点：
1）采用特殊的结构、优良的材质；
2）采用交流伺服控制原理；
3）噪声小，振动小；
用途：
百格拉（图2）优越的性能，广泛应用于数控机床、自动化生产线等各类
自动化设备及生产线之中。
图2型号VRDM364/LHA电机
2.3带轮Ⅰ的设计
初步确定：
分析滴灌带具有表面类平面，材料柔软，具有很好的延展性，故选用平带轮传送。
2.3.1传动方法
选用开口传动。
两轴的转向相同。
2.3.2带轮结构形式
本方案中带轮为中小尺寸（d≤300mm），选用腹板轮。
2.3.3带轮材料选择
本设计中转速要求不高，故材料选用铸铁，牌号为HT200。
2.3.4带轮半径
式中，n为带速（m/s），n=3m/s
2.3.5带轮宽度确定
带宽B=1.1b+10mm
式中，b为带宽（mm），b=25mm
B=1.1*25+10=37.5mm
带轮宽度选择37.5mm
2.4轴Ⅰ的设计
2.4.1轴的材料选择和最小直径的估算
根据工作条件，初选轴的材料为40钢，调质处理。
按扭转强度进行最小直径估算，即：
dmin＝
初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。
当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5％～7％，两个键槽时，d增大10％～15％。
2.4.2轴的结构设计
根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸取A=100
最小直径应该设计在与轴承配合部分，初选深沟球轴承6000型，代号61800其尺寸d×
D×
B=10mm×
19mm×
5mm；
根据工作要求将轴分成五段（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）
2.4.3首先确定个段直径
Ⅰ段：
=10mm，由最小直径算出
Ⅱ段：
=13mm，根据与深沟球轴承6000型的配合
Ⅲ段：
=16mm，根据与挡板的配合
Ⅳ段：
Ⅴ段：
=10mm，根据与挡板的配合
2.4.4确定各段轴的长度
=10mm
=8.5mm，轴承的宽度B确定
=32mm，带轮的宽度确定，带轮B=32mm
=8.5mm
=30mm考虑轴的外伸端与电机连接
轴总长L=89mm
两轴承间距离（不包括轴承长度）S=49mm
图3轴Ⅰ
2.5带轮Ⅱ的设计
2.5.1初步确定
带轮Ⅱ是惰性轮，自身不转。
作用：
1.将滴灌带托起。
2.与带轮Ⅰ构成一对张紧轮。
3.保持带传送的平稳性。
4.固定滴灌带不要左右晃动。
故选用带有外部边缘挡圈的平带轮。
2.5.2带轮材质的确定
根据带轮的作用，在考虑到加工的难易程度、设计的可行性﹑材料的成本、设备的总体质量，故选用塑料成型的带轮。
2.5.3带轮半径确定
r=25mm
2.5.4带轮宽度确定
B=a-b+c
式中：
a是总宽，b是带宽，c是挡板厚度
总宽为75mm，带轮挡板厚c=10mm
带轮宽度选择55mm
2.6轴Ⅱ的设计
2.6.1轴的结构设计
根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
最小直径d=4mm
最小直径应该设计在与轴承配合部分，初选深沟球轴承6000型，代号606
其尺寸d×
B=6mm×
17mm×
6mm；
2.6.2首先确定个段直径
=4mm，由最小直径算出
=6mm，根据与深沟球轴承6000型的配合
=10mm，轴肩挡深沟球轴承的横向运动
2.6.3确定各段轴的长度
=10mm，带轮支撑板得厚度10mm
=38mm，总宽-Ⅰ-Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ
轴总长L=75mm
两轴承间距离（不包括轴承长度）S=38mm
图4轴Ⅱ
2.7带轮Ⅲ的设计
带轮Ⅲ是惰性轮，自身不转。
1.将滴灌带压紧。
2.保持带传送的平稳性。
3.将带拉直。
故选用带有外部边缘挡圈的V带轮。
2.7.1带轮材质的确定
2.7.2带轮半径确定
按式
推导
式中v是带速，d是带轮直径，n是带轮转速
d=50mm
r=25mm
2.7.3带轮宽度确定
B=45mm
2.7.4确定中心距，计算小轮包角
根据0.7（d1+d2）≦a0≦2（d1+d2）初步确定中心距
0.7*（156＋50）
a0
2*（156＋50）
考虑到应使结构紧凑，选取中心距a0=410mm。
d1——带轮Ⅰ的直径
d2——带轮Ⅱ的直径
a0——初选中心距
2.7.5计算小轮包角
小带轮包角：
α1=180°
-（d1-d2）/a×
57.3°
=180°
-（156-50）/214
×
=151°
＞９０°
符合要求
2.9气缸的设计
2.9.1气缸作用力的大小
根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。
由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。
若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；
但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。
在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。
下面是气缸理论出力的计算公式：
式中：
F：
气缸理论输出力（kgf）
F'
：
效率为85%时的输出力kgf）-（F'
＝F×
85%）
D：
气缸缸径（mm）
P：
工作压力（kgf/cm2）
2.9.2气缸的选择
图6双作用气缸
双作用气缸
这种执行组件是利用空气压力交替作用于活塞的相对面上而产生这两种伸出和回缩的力。
由于有效活塞面积较小的缘故，所以推力在回缩行程时较弱。
但只在气缸“拉”相同负载时才考虑。
缸筒通常由无缝钢管制成，工作面加工成高的光洁度和镀有硬铬，使摩擦和摩损成到最小值。
端盖由铝合金或可锻铸铁制成及用拉杆夹紧缸筒，或小型气缸是用螺纹或碾边固定缸筒。
气缸的安装
图7安装方式
气缸力
根据ISO4393和ISO497RlO推荐，直线型气缸以缸径表示为：
8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，140，160，200，250，320毫米
气缸产生的力是根据活塞直径、操作压力和摩擦阻力，对于稳定活塞的理论出力，用下列计算公式：
力（牛顿N）＝活塞的面积（平方米m2）×
空气的压力（牛顿／平方米N／m2）
因而，对于双作用气缸：
推力行程：
（D＝活塞直径，Pg＝表压）
拉力行程：
（d=活塞杆直径）
气缸的操作压力为6帕，产生的压紧力400N，气缸的理论直径。
查表取气缸直径为32mm。
较大直径给予克服摩擦力的额外力。
图8气缸直径与压力数据
负荷率
气缸负荷率不能高于85%。
如果要速度精密控制或者负荷变化大，负荷串不能大于70%。
弯曲强度
当超过标准的推力施加到气缸上时，必须要考虑弯曲强度。
这个超过标淮的
推力本身是：
1、压缩应力；
2、如果受压的部分，即气缸是长的或细长的。
在小气缸情况下，气缸是推负载，
行程是缸径的5倍。
2.10双螺线圆柱凸轮机构的设计
圆柱凸轮：
凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体（图10），可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动件得到较大的行程。
双螺线圆柱凸轮机构是利用螺纹传递运动和功的一种特殊的凸轮机构，通过它可实现线型材料的密排层绕和轴向往复运动。
图9圆柱凸轮机
2.10.1往复运动时规律
位移S、速度V、和加速度a的变化规律（图10）
圆柱凸轮可以视为将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的，但因主动件和从动件的运动不在同一个平面，圆柱凸轮机构属于空间机构。
圆柱凸轮的设计一般是将圆柱面展成平面，按平面凸轮的方法来设计其展开轮廓曲线的。
图10（S、V、a）规律
在机械、纺织等行业中，都需要对线材进行上辊绕带，其要求是将滴灌带材均匀地逐层排列在收线辊子上，一般的绕制过程为：
先从收线辊
的一侧开始绕到另一侧（从左到右），绕满一层后，
线材压在第一层的上面返回（从右到左），如此沿
辊子轴线往复运动，层层叠加，最后将整个辊子绕满。
为满足以上绕制要求，卷捆机构应具有沿辊子轴线往复运动的功能。
2.10.2圆柱凸轮机构实现的功能
（1）双螺线凸轮机构实现了滴灌带密排层绕，不至于在收带时产生乱带现象。
（2）实现线型材料的密排层绕和轴向往复运动。
2.11圆柱凸轮电机的选择
由于电机的转速慢并且要求小尺寸电机经查表按推荐的转速合理范围确定了选择方案。
表2电机的选择
U3M082
200
1.92
2.7
U3M081H
300
2.26
1.465
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格，选定型号为U3M082的步进电动机
额定电流5.8A，同步转速200r*min
U3M082电机（图11）特点
（1）采用特殊的结构、优良的材质。
（2）采用交流伺服控制原理。
（3）噪声小，振动小。
图11型号U3M082电机
2.12联轴器的设计
2.12.1联轴器的选择
联轴器 用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离；
低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器正确选择最佳联轴器，关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题，也关系到机械产品的质量。
在选用联轴器时应立足于从轴系传动的角度和需要来选择联轴器，避免单纯的只考虑主、从动端联接选择联轴器。
初步确定为圆筒联轴器。
3.12.2选择联轴器应考虑的因素
动力机的机械特性
动力机到工作机之间，通过一个或数个不同品种型式、规格的联轴器将主、从动端联接起来，形成轴系传动系统。
在机械传动中，动力机不外乎电动机、内燃机和气轮机。
由于动力机工作原理和机构不同，其机械特性差别较大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不等的影响。
联轴器尺寸、安装和维护
联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。
应选择装拆方便、不用维护、维护周期长或者维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中间调整容易的联轴器。
大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器（图12）。
工作环境
联轴器与各种不同主机产品配套使用，周围的工作环境比较复杂，如温度、湿度、水、蒸汽、粉尘、砂子、油、酸、碱、腐蚀介质、盐水、辐射等状况，是选择联轴器时必须考虑的重要因素之一。
经济性
在选择联轴器时，价格是不可忽视的重要因素，有时甚至是决定因素。
对于一般工况条件，就无必要选择价格较贵的高精度联轴器，往往因为经济的原因不能选用某些性能虽好但价格较高的联轴器。
在选择联轴器时根据选用各自实际情况和要求，综合上述各种因素，从现有标准联轴器中选取联轴器品种、型式和规格。
一般情况下现有的标准联轴器基本可以满足不同工况的需要。
图12联轴器
图13.套筒联轴器
2.13机架的设计
2.13.1初步确定机架的形状和尺寸
采用材料力学为基础的传统机架计算方法做进一步研究推导。
在确定机架窗口尺寸的前提下，优化出最佳等厚度机架尺寸，在保证满足强度和刚度的前提下降低机架重量。
2.13.2材料的选用
主要是根据机架的使用要求。
多数机架形状较复杂，故采用铸造。
铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。
铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。
另外还有切削性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。
铸铁主要有灰铸铁、球墨铸铁。
故采用灰铸铁材料。
2.13.3常规计算
柴利柯夫计算法及其优化
2.13.3.1简化模型
首先，将机架结构简化为直角框架，见（图14）。
其中，b为窗口宽度，h为窗口高度，R为作用在机架上垂直力。
假设机架左右立柱宽度一致为x1，机架上下横梁高度一致为x2，机架统一厚度为x3。
2.14.3.2强度计算
应用材料力学的方法，根据卡氏定理对Ⅰ-Ⅰ截面有
………………………………
（1）
机架立柱上的弯矩为
……………………………………
（2）
式中，
；
图13机架模型受力
求得，
求得机架的应力如下：
机架横梁内侧的应力
……………………………（3）
机架横梁外侧的应力
…………………………（4）
从上面的计算结果可以看出，原设计方案与各种优化方案相比较，机架的设计有很大的优化空间，并且能满足各项力学指标。
2.13.3.3机架刚度计算
这里我们只考虑机架垂直方向的弹性变形
……………………………………（5）
式中，f1—由弯矩产生的横梁弯曲变形；
f2—由切力产生的横梁弯曲变形；
f3由拉力产生的立柱拉伸变形。
f许用值推荐为1.5~2.0。
……………………………………（6）
……………………………（7）
式中，K横梁断面形状系数，对于矩形截面K=1.2；
G剪切弹性模量；
F1
横梁的断面面积。
…………………………（8）
式中，F2—立柱的断面面积。
2.13.3.5机架设计的一般要求
1.在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。
2.抗振性好。
3.噪声小。
4.温度场分布合理，热变形对精度的影响小。
5.结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。
6.结构便于安装、调整及修理。
7.导轨面受力合理、耐磨性良好。
8.造型好。
3结论
作为四年大学课程最后一个教学环节的毕业设计是至关重要的。
毕业设计，是学生对所学专业知识和基础知识的综合应用，也是完成理论到实践的过渡。
经过这次的毕业设计，我觉得自己学到了不少的东西。
归纳起来，主要有以下几点：
1、大学四年的时间都是在学习机械理论基础知识，并未真正地去应用和实践。
平时很少接触设计，加工，生产。
但是在这次毕业设计，我在指导老师的带领下多次深入工厂了解产品的设计过程。
在参观学习中，发现了自己很多不足之处。
我还体会到了所学理论知识的重要性：
知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。
2、了解进行一向设计必不可少的几个阶段。
毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。
我经过这次系统的毕业设计，熟悉了卷捆机的设计、生产线详细过程。
这些对我在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助和启发。
3、学会了怎样查阅资料和利用工具书。
平时课堂上所学习的知识不够全面，作为机械专业的学生，由于专业特点自己更要积极查阅资料吸取别的在设计，加工中的宝贵经验。
一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己应用的能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。
4、毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。
5、毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度，而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了。
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