机械毕业设计1544烟箱拆盘机的总体设计论文.docx

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机械毕业设计1544烟箱拆盘机的总体设计论文

本科毕业设计（论文）

题目烟箱拆盘机的总体设计

学院名称　

　　　　　专业班级　　　　

　　　　　学生姓名　

　　　　　导师姓名　

2012年6月1日

摘要

物流机械设备不仅是现代化企业的主要作业工具之一，也是合理组织批量生产和机械化流水作业的基础。

对第三方物流企业来说，物流设备还是组织物流活动的物质技术基础，它体现着一个企业物流能力的大小。

物流设备是物流系统中的物质基础。

伴随着物流的发展与进步，物流设备也不断的得到提升与发展。

物流设备领域中许多新的设备不断涌现，例如托盘叠盘机、托盘拆盘机、四向托盘、高架叉车、自动分拣机、自动引导搬运车（AGV）、集装箱等等。

它们的出现不但极大的减轻了人们的劳动强度和降低了物流成本，而且提高了物流运作效率和服务质量。

因此，它们对物流的快速发展起着重要作用。

关键词：

物流机械托盘

ABSTRACT

Logisticsequipmentisnotonlythemodernizationenterprise'smainoperationtools,andalsooneofreasonableorganizationbatchproductionandmechanizationflowoperationfoundation.Forthethirdpartylogisticsenterprisethat,logisticsequipmentororganizationlogisticsactivitymaterialandtechnicalbasis,itreflectstheaenterpriselogisticscapabilityofsize.Logisticsequipmentislogisticssystemofmaterialbase.Withthedevelopmentandprogressoflogistics,logisticsequipmentalsoconstantlygetpromotedanddevelopment.Logisticsequipmentinthefieldofmanynewequipmentconstantlyemerging,suchastrayfoldplatemachine,trayopenoffermachine,fourtotray,elevatedforklift,Automaticsortingmachine,Automatedguidedtransportvehicles（AGV）,containerandsoon.Theseappearednotonlygreatlyreducethelaborintensityofthepeopleandreducesthelogisticscost,butalsoimprovethelogisticsoperationefficiencyandquality.Therefore,therapiddevelopmentoftheirlogisticsplaysanimportantrole.

Keywords：

Logisticsequipment

第一章概述

1.1物流知识

1.1.1物流的定义

“所谓物流，就是把完成品从生产线的终点有效地移动到消费者手里的广范围的活动，有时也包括从原材料的供给源到生产线的始点的移动”。

美国物流管理协议会在下这个物流定义的同时还列举了物流活动的诸种要素。

即货物运输、仓库保管、装卸、工业包装、库存管理、工厂和仓库选址、订货处理、市场预测和客户服务。

现代物流系统是实施CIMS技术后在全面信息集成和高度自动化环境下，以用户的需求为中心以市场反馈的信息为依据快速安排和合理变更生产计划有效地实施了生产管理与控制强化了生产环节的物流管理系统。

现代物流系统具有很强的时空性、技术性和经济性。

从整体上讲它精简组织结构，减少纵向管理层次增加横向的管理范围，以灵活多变，基于项目的组织结构代替传统的阶梯式组织结构，并且尽可能缩小中央管理部门的功能，把更多的权限下放到业务部门。

现代物流系统使技术资源、设备资源和人才资源等都能够得到最大程度的利用作业的敏捷性大大提高对市场需求变化的适应能力显著增强。

1.1.2物流系统的组成

立体仓库、各类缓冲站以及从事物料搬运任务的运输设备是物流系统的三大要素。

整个物流系统的开发就是围绕它们展开的。

物流系统的目标就是高效率、合理化地利用全部储运机械，对从毛坯采购入厂到成品销售出厂全过程中的物流进行控制和管理，满足生产各单元的需求，达到降低生产成本、降低物流故障率、提高生产效率、提高产品质量和优化生产的过程。

对物流系统的要求是能够按准确的时间，将准确的物料，以准确的质量，运送到准确的地点。

制造行业的物流系统主要包括以下三方面：

毛坯、半成品、成品所构成的工件流；

刀具、夹具所构成的工具流；

货箱、托盘及辅助设施所构成的配套流。

物料在流动过程中可以停留在加工机床、各类缓冲站以及立体仓库中，从事物料运输任务的机构是各种配套搬运设施，整个物流系统在计算机网络控制下配合生产作业协调运行。

物流系统主要完成两种工作：

一是将原材料、零件毛坯、工具等运入系统或立体仓库：

二是把原材料、零件毛坯、工具等由系统或仓库内运出。

CIMS集成后的现代物流系统，上述过程可以在计算机控制下自动完成。

1.1.3常用输送机构及功能

输送机构运送的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等储存物料的方法有平面布置的托盘库也有储存量较大的自动化立体仓库。

物料输送系统的形式和种类比较多对不同的制造车间、工作环境和生产要求要采用不同的物料输送方式和输送装置。

目前比较实用的主要有以下几种：

输送系统：

输送系统主要包括链式输送机、辊式输送机等，采用输送带、传送链等形式进行运输，在CIMS环境下输送线系统设有多个全自动工位，采用传感器、识别码等控制装置对物料或送料托盘进行精确到位传输，这些传感器与输送线一起采用计算机控制组成各种复杂功能的输送系统。

输送系统使现代企业的工人综合劳动强度大大降低，提高工作效率所采用的重要输送装置，适用于装配批量大、工件庞大或细密的零件生产。

工业机器人：

世界上工业机器人产品虽然逐年增多，但是市场却是在螺旋式发展。

由于工业机器人可以完成高度智能化的工作，也能够完成现代人不能完成的任务，因此，在物料输送系统中得到了广泛的应用；但是由于它价格昂贵和搬运重量有限，需要修改编程等创新工作，还不能完全取代运送小车，而常常与小车配套应用。

在现代物流系统中，工业机器人多用于加工机床的装料和卸料而运送工作则是用小车来完成。

在一些简单的系统中，运输路线短，零件重量小，则可用机器人完成大部分的物料搬运任务。

工业机器人自动输送系统主要由搬运机器人、机器手、工件自动识别系统、自动启动装置、自动传输装置组成适合于工件自动搬运的场合尤其是现代物流系统中的自动化程度较高的流水线、联合工业等场合，极大地提高生产效率和自动化程度。

自动小车：

自动小车分为有轨和无轨两种所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。

地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高，多采用直线或环线双向运行：

高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高。

有轨小车采用导轨或埋在地下的导线引导小车运行，速度快，机动性能好，停靠准确与加工设备的接合也比较容易有利于把人和输送装置的活动范围分开安全性好但承载能力小。

无轨小车即自动导引车（AGV），是一种由计算机控制，能按照一定的程序沿规定的引导路径行驶，将货物送到规定的地方自动完成运输任务的运输工具，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。

由于其控制性能好，系统很容易按其需要改变作业计划，灵活地调度小车的运行；由于没有机械轨道可方便地重新布置或扩大预定运行路径和运行范围以及增减运行的车辆数量，有极好的柔性，在现代物流运送中得到了广泛应用。

堆垛机：

它是立体仓库中主要完成输送搬运作业的机械，是随着立体仓库的应用而发展起来的专用起重机，通常一个巷道配备一台堆垛机，有时两个巷道或多个巷道共同使用一台堆垛机。

堆垛机的纵向丫和垂向Z运行采用变频调速控制，使各机构高效运行、换速平稳，大大提高仓库的使用可靠性，缩短作业周期。

堆垛机一般分为有轨和无轨两种。

有轨堆垛机是在高层货架的窄巷道内作业的起重机可大大提高仓库的面积和空间利用率。

按照用途的不同可分为单元型、拣选型、单元-拣选型三种；按照控制方式的不同可分为手动、半自动和全自动三种：

按照转移巷道方法的不同可分为固定式、转移式和转移车式三种。

在物料输送机构中大多应用条码自动识别技术条码技术是信息管理系统的一部分。

应用条码的目的主要是为实时而准确地获取信息，可以极大地加快物资投送，节省工作时间，提高输送、搬运效率。

物品的信息极多，除了品名、规格、数量、生产厂名等基本信息外，还可能有生产批号、流水号、生产日期、保质期、发运地点、到达地点、收货单位、承运单位、包装类型、运单号等。

条码自动识别在物料输送机构中的应用则有很多突出的特点主要特点如下：

认址速度快，效率高。

存储信息量大，系统自动识别能力强操作准确。

在物料输送机构中有时不仅需要对整个包装箱进行识别而且还需要识别包装箱内的物品。

实际工作中经常不能确定条码标签方向和位置可以采用多路器传递多台扫描器来读入信息，提高可靠性。

1.2烟箱拆盘机

1.2.1概述

随着现代物流工程的发展，烟草行业卷烟分拣自动化程度的不断提高，烟箱拆盘机是现代烟草仓储物流系统的重要设备之一，其主要功能是将运输线上的烟箱垛进行拆盘，从而达到缩短工时，提升机械化水平，提高效率的功能，对整个物流系统的快速健康运行起到重要作用。

1.2.2目前现状

目前国内尚无此种类型的定型产品，属开发设计。

第二章设计任务书

课题名称：

烟箱拆盘机的总体设计

2.1目的意义

随着现代物流工程的发展，烟草行业卷烟分拣自动化程度的不断提高，烟箱拆盘机是现代烟草仓储物流系统的重要设备之一，其主要功能是将输送线上的烟箱垛进行拆盘，拆盘后烟箱进入输送机，从而达到提高效率的作用。

烟箱拆盘机对整个物流系统的可靠运行将起到重要地作用。

2.2设计内容

本设计任务是济南兰剑物流科技有限责任公司的在研项目，已进行过前期的研发工作，这次涉及主要包括三方面的任务，包括X-Y轴的设计,手臂的设计以及机架的设计。

要求效率高，可靠性强。

此系统技术先进，结构紧凑，效率高，而目前国内尚无此种类型的定型产设计。

第三章烟箱拆盘机两轴手臂的设计方案

3.1烟箱拆盘机两轴手臂的工作原理：

烟箱拆盘机是利用两轴手臂的X-Y平面运动以及升降旋转运动来实现物料的输送。

烟箱拆盘机两轴手臂利用滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构，使输送过程实现完全自动化。

烟箱拆盘机是靠电机带动丝杠旋转，进而带动螺母上下直线移动。

实现手臂的升降运动，然后运用蜗轮蜗杆机构实现吸盘的旋转运动，进而实现烟箱按规定的输送方式输送。

3.2烟箱拆盘机两轴手臂的各个机构的设计方案

3.2.1滚珠丝杠副的设计方案

滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、返向器等组成。

如图3.2.1所示，

图3.2.1

1.丝杠2.螺母3.滚珠4.返向器

滚珠丝杠的具体设计原理如图4.2.2所示，

图3.2.2

3.2.2蜗轮蜗杆机构的设计方案

蜗轮蜗杆机构是由蜗轮、蜗杆、齿轮、螺母等组成。

如图3.2.2

图3.2.2

1．蜗轮2.平键3.蜗杆4.齿轮

第四章烟箱拆盘机X-Y轴设计方案

4.1方案的选择

根据物流系统的输送过程，要求有实现烟箱的X轴方向和Y轴方向的运动如下图所示

3

.

2烟箱拆盘机的工作原理

图3-1装置采用的是直线运动单元，X轴方向运动由两个电机同时带动两个直线运动单元同步运动，而Y轴方向运动有一个电机带动一个直线运动单元来实现。

烟箱拆盘机主要有机架，直线导轨和机械手三大部分组成。

采用三个直线导轨连接到一起来实现机械手的X-Y轴方向的运动，而导轨在电机的带动下实现运动。

机械手安装在直线导轨上并在导轨的带动下通过气缸来实现特定的运动。

这样，当第一个烟箱垛输送到位时，光电检测装置检测到信号，传人到控制系统。

首先，电机开始运转，带动导轨，机械手在直线导轨的带动下运动到烟箱垛上方。

位置传感器接收信号，同时发出信号给控制系统。

控制系统命令气缸开始工作，于是气缸带动吸盘将第一个空托盘顶起吸附一个烟箱。

导轨带动机械手将烟箱停放在传送装置上，循环此过程，以此实现对烟箱的拆垛。

第五章机架的设计方案

根据烟箱拆盘机的功能要求，以及工艺要求，机架的设计要做到既能保证很好的完成及其所要求的功能，又要牢固且满足工艺要求，美观而实用。

所以在选材上要注意使整台机器在外观上协调而美观。

。

所以选取冷弯矩形空心型钢。

截面如图所示

根据烟箱尺寸450（L）×260（W）×600（H）计算出三十箱烟的体积，烟箱排列如图

考虑输送机的空间要求将机架设计成如图所示

第六章电机的选择与传动机构的设计计算

6.1电机的选择

已知：

洗盘运动的速度V=0.2m/s,每箱烟的重量是20kg,则滚道的输送质量m=100kg选择烟箱和滚道的摩擦系数f=0.25

电机功率计算:

故电机的计算功率P=F*V（6-1）

=f*G*V

=0.25×1000×0.2W

=50W

由机械设计手册查得：

滚动轴承选深沟球轴承其传动效率：

0.99；

电机减速器的效率：

0.96；

余量系数为1.3

电动机的选用功率：

Pe=

（6-2）

=

=71.96w

电机选用参数如下：

型号：

YYCJ90-90极数：

4功率：

90W电压：

220V频率：

50Hz电流：

0.7A

起动转矩：

490mN·m额定转矩：

670mN·m额定转速：

1300r/min。

选择的该电机带减速器，减速比为：

20：

1.

6.2机械手臂的选择

机械手不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。

给我们带来的利益是非常的多。

机械手的功能特色是非常多的，在设计研发方面研发的机器人能够实现手臂的多角度运动，我们在使用机械手的时候也可以针对自己的需求对拆盘机进行设置，节省成本，并且能够实现预期的运动。

机械手就是上下以及旋转操作，能够实现多角度运动。

我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障。

6.3直角坐标机械手结构特点

直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。

由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。

直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。

直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

如图2.2.1所示，

6.4直角坐标机械手结构设计

本装置用电机驱动，用滚珠丝杠实现手臂升降以及用蜗轮蜗杆实现吸盘的旋转运动。

与国内现有的装置相比，这个装置没有液压提升装置的制造成本高，也没有用四杆机构设计的装置的计算复杂，并且结构简单、安全、实用。

使用状况：

室内工作；动力源为220V交流电动机,电机双向转动，载荷较平稳；每天工作8小时；检修期为三年大修。

生产状况：

专业机械厂制造。

设计参数

升降高度1.2m；

提升重量13kg；

提升速度0.1m/s；

选用交流220V电机。

6.5滚珠丝杠副的设计与计算

6.5．1滚珠丝杠副的特点

1.传动效率高

滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%~98%，为传统的华东丝杠系统的2~4倍，如图5.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。

2.运动平稳

滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦力小，灵敏度高，启动时无颤动，低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。

3.高精度

滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。

4.高耐用性

钢球滚动接触处均经硬化（HRC58~63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。

5.同步性好

由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。

6.高可靠性

与其他传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也比较简单，只需进行一般的润滑和防尘。

在特殊场合可在无润滑状态下工作。

7.无背隙与预紧

采用歌德式沟槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。

若加入适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。

6.5．2

选取的滚珠丝杠转动系统为：

磨制丝杠（右旋）

轴承到螺母间距离（临界长度）：

=1200mm

固定端轴承到螺母间距离=1200mm

设计后丝杠总长=1600mm

最大行程=1200mm

工作台最高移动速度=14（m/min）

寿命定为=24000工作小时。

=0.1（摩擦系数）

电机最高转速=1800（r/min）

定位精度：

最大行程内行程误差=0.035mm

300mm行程内行程误差=0.02mm

失位量=0.045mm

支承方式为（固定—支承）

W=1241kg+800kg

g=9.8m/（重力加速度）

I=1（电机至丝杠的传动比）=µ*W*g=0.1*2041*9.8=2000N

---轴向载荷（N）F---切削阻力（N）---摩擦阻力（N）

从已知条件得丝杠编号：

此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选为：

FDG（法兰磨制丝杠）

从定位精度得出精度不得小于F5级丝杠

FDG-X-R-P5-1600X

丝杠螺纹长度：

=-2=>=+2=1200+2*40=1280mm

丝杠螺纹长度不得小于1280mm加上螺母总长一半84mm（从系列表中查出螺母总长168mm）

得知丝杠螺纹长度≥1364mm

在此取丝杠螺纹长度=1400mm

则轴承之间的距离=1400mm

丝杠编号：

FDG–10R–P5–4.5-1600*1400

6.5．3

润滑

油润滑

一般情况下，用于滚动轴承的矿物都适用。

特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠丝杠副的温升较小。

油润滑的补充润滑量和间隔，按下表，按表中的油量，至少可以达到8小时的补充润滑时间。

如下图所示，

第七章蜗轮蜗杆机构的设计计算

7.1蜗轮蜗杆机构的设计计算

7.1.1蜗轮蜗杆机构的特点：

1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑；

2.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；

3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；

4.具有自锁性。

当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。

如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。

5.传动效率较低，磨损较严重。

蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。

另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。

6.蜗杆轴向力较大。

　蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合

7.1.2选择材料

由于蜗杆传动功率较小，速度较小，故蜗杆用合金钢钢;因需要效率高，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为220-250HBW。

蜗轮用45钢,金属模铸造。

由于蜗轮尺寸较小，则采用整体浇铸式。

7.1.3按齿面接触疲劳强度计算

根据开式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。

传动中心距：

（1）确定作用在蜗轮上的转矩

按=2故取效率为0.8则，

（2）确定载荷系数K

因为工作载荷不稳定，取载荷不均系数=1.3：

由机械设计表11—5选取使用系数=1.15;由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数=1.05;则，

K==1.151.31.05=1.5698

（3）确定弹性影响系数

由于45钢蜗轮与合金钢相配，取=160MP

（4）确定接触系数

先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值,从图知=2.9

（5）确定许用接触应力

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10Pl，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可以从表中查的蜗轮的基本许用应力

、

应力循环次数

寿命系数

则，

（6）计算中心距

考虑制作公益性，将中心距a取为60mm。

7.1.4按齿根弯曲强度设计

弯曲强度的计算公式为：

m≥

由公式和计算可知，m≥2.05mm

对比计算结果，由吃面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而吃面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.05并就近圆整为标准值m=2.5mm

按接触强度算得的分度圆直径=69.995mm,算得小齿轮齿数=69.995/2.5=28，

大齿轮齿数=3.2×28=89.6,取=90

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

7.1.5蜗轮蜗杆的主要参数和计算尺寸

（1）蜗杆

轴向齿距=m=3.142=6.28mm;

直径系数q=12.5

齿顶圆直径=20mm

齿根圆直径=-2=22.4-21.22=17.6mm

（2）蜗轮

蜗轮齿数=29;变位系数=-0.5;

验算传动比i===51。

这时传动比误差为=3%

蜗轮分度圆直径=m=1.6×51=100mm;

蜗轮齿顶圆直径=+2=100+2×1.6=103.2

蜗轮齿根圆直径=-2=100-2.4m=96.16mm

蜗轮齿顶圆半径=50mm

，第八章我国企业物流的现状

　　我国企业物流的发展远远落后于社会物流的发展，而且整体水平不高。

　　1．企业对物流服务的认识不够全面和深刻。

随着经济的发展，顾客对物流服务的要求越来越个性化、多样化。

可是我国的许多企业只把物流看作是企业对顾客的单向贡献，一味地削减物流成本，没有充分发挥供应链的增值功能，未能将企业物流上升到战略层高度。

甚至有很多企业目前还存在着“物流腐败”现象，比如有些采购人员钻体制改革的空子，牺牲企业的整体利益来谋取个人私利，使物流成本高居不下。

另外，大部分的企业还没有意识到20／80的重要性，将有限的物流资源平均分配给所有的顾客和所有的产品，这种“一刀切”的服务