大型圆柱型容器的旋转支撑装置结构设计说明书.docx

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大型圆柱型容器的旋转支撑装置结构设计说明书

本科毕业设计（论文）

题目大型圆柱形容器的旋转支撑装置结构设计

学院工业制造学院

专业机械设计制造及其自动化

学生姓名

学号年级

指导教师职称　

二0一五年四月十八日

目录

第一章、绪论6

1.1课题的研究背景和历史意义8

1.2大型圆柱形容器的旋转支撑装置的发展现状及应用10

第二章、大型圆柱形容器的旋转支撑装置总体结构的设计12

2.1大型圆柱形容器的旋转支撑装置的结构和方案的设计13

2.1.1机械结构总体方案与布局14

2.1.2大型圆柱形容器的旋转支撑装置的工作原理15

2.1.3课题研究的内容16

2.1.3.1Solidworks设计基础16

2.1.3.2草图绘制17

2.1.3.3基准特征，参考几何体的创建17

2.1.3.4拉伸、旋转、扫描和放样特征建18

2.1.3.5工程图的设计19

2.1.3.6装配设计20

2.2机械传动部分的设计计算20

2.2.1电机的选型计算21

2.2.2齿轮传动的计算21

2.2.3轴承的设计计算22

2.2.4直线导轨的选型计算22

第三章、大型圆柱形容器的旋转支撑装置各部分强度的校核22

3.1齿轮强度的校核23

3.2轴承强度的校核23

第四章、三维软件设计总结24

结论24

致谢25

参考文献26

摘要

人类社会不断地在发展，各行各业的设备和工艺也在不断进步和改良。

大型圆柱形容器的旋转支撑装置自1870年被发明以来，经过两个世纪的发展，已被广大圆柱形容器加工制造厂家广泛采用。

特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的应用，使圆柱形容器的发展步入了一个新纪元。

 如今，无论从圆柱形容器的检测数量，检测质量以及经济效益等各方面来衡量，它已经远远超越了以往的传统的检测装备，并成为各国争相发展的行业。

圆柱形容器检测装置是以通过针对圆柱形容器的刚度和挠度进行检测为主体检测机械。

其特点是能够根据通过吊车放圆柱形容器到该装置里面后，通过移动Y型架进行定位，工作人员只要按下启动按钮就可以对圆柱形容器的边进行自动检测。

它与其它类似设备相比，不仅具有被检测的圆柱型容器直径，环保节能等优点，而且运行可靠，易于实现自动化、集中化控制，特别是对高产高效的圆柱形容器检测工艺，起到决定性的作用。

大型圆柱形容器的旋转支撑装置已成为圆柱形容器加工设备中的关键设备。

目前，我国大型圆柱形容器的旋转支撑装置的应用越来越普及，特别是制造圆柱形容器的公司，广泛采用该设备。

关键词：

旋转支撑装置、检测装备、控制、制造

absraote

Thehumansocietyinthedevelopmentofallwalksoflife,theequipmentandtechnologyisalsoinconstantprogressandimprovement.Largecylindricalvesselrotatingsupportingdevicewasinventedsince1870,aftertwocenturiesofdevelopment,hasbeenwidelyadoptedbythemajorityofthecylindricalcontainermanufacturingfactory.Especiallythethirdindustrialrevolutionbroughtaboutbytheapplicationofnewtechnologyandnewmaterials,thedevelopmentofthecylindricalvessel,intoanewera.

Today,nomatterfromquantitydetectionofcylindricalvessel,thetestqualityandeconomicbenefitstomeasure,ithasbeenfarbeyondthetraditionaltestingequipmentinthepast,andascountriescompetetodevelopindustry.Detectiondeviceforcylindricalvesseliscylindricalcontainerbythestiffnessanddeflectionweredetectedasthemaintestingmachine.Itscharacteristicistoputthroughacylindricalcontainercranetothedevice,positioningbymovingtheYframe,thestaffjustpressthestartbuttononthesideofthecylindricalcontainercanbedetectedautomatically.Comparedwithothersimilardevices,notonlyhasacylindricalcontainerwasdetectedindiameter,environmentalprotectionandenergysaving,andreliableoperation,easytorealizeautomation,centralizedcontrol,especiallyforthedetectiontechnologyofhighyieldandhighefficiencyofthecylindricalcontainer,playadecisiverole.Therotarysupportdeviceforlargecylindricalcontainerhasbecomethekeyequipmentinacylindricalcontainerprocessingequipment.Atpresent,China'slargecylindricalvesselrotarysupportdeviceapplicationhavebecomemoreandmorepopular,especiallyformanufacturingcylindricalvessel,widelyusedinthedevice.

Keyword:

pneumaticmanipulator；cylinder；pneumaticloop；Fourdegreesoffreedom.

第一章绪论

1.1课题的研究背景和历史意义

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。

概括说来，现代机械工程有五大服务领域：

研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。

 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：

建立和发展机械工程的工程理论基础。

例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。

机械产品的生产，包括：

生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。

机械制造企业的经营和管理。

机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。

生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。

销售对象遍及全部产业和个人、家庭。

而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。

因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

近年以来，随着我国经济的高速增长，机械设备在机械工业中的地位也日益显著，当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。

一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。

机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。

对于选择大型圆柱形容器的旋转支撑装置的设计作为这次的题目，我觉得一个好的机械设备是实现产品的质量，保证工作效率、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。

然而机械设备又是机械工业的重要组成部分，不论是传统的圆柱形容器的旋转支撑装置，还是现代圆柱形容器的旋转支撑装置，圆柱形容器的旋转支撑装置都是十分重要的。

因此，好的圆柱形容器的旋转支撑装置的设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。

1.2大型圆柱形容器的旋转支撑装置的发展现状及应用

目前，国外已大量应用此类设备，大型圆柱形容器的旋转支撑装置已成为国内外圆柱形容器加工制造行业对圆柱形容器进行检测的主要设备之一。

机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。

概括说来，现代机械工程有五大服务领域：

研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。

大型圆柱形容器的旋转支撑装置作为圆柱形容器加工制造行业设备的一种，得到了越来越广泛的应用的发展，尤其是一些水泥厂，灌装产品制造公司。

通过不断地改善该设备的机械结构和合理的检测工艺，来生产加工出高效，高质量的圆柱形容器产品来，相信随着时间的推移，大型圆柱形容器的旋转支撑装置将会得到更广泛的应用，不断应用在圆柱形容器这个单一的产品上，还可以应用到各种类型的需要检测的产品中。

第二章大型圆柱形容器的旋转支撑装置总体结构的设计

2.1大型圆柱形容器的旋转支撑装置的结构和方案的设计

2.1.1机械结构总体方案与布局

大型圆柱形容器的旋转支撑装置是一种对圆柱形容器进行自动检测的装置，吊车放圆柱形容器到该装置里面后，通过移动Y型架进行定位，工作人员只要按下启动按钮就可以对圆柱形容器的边进行自动检测。

其结构布局图如下：

2.1.2大型圆柱形容器的旋转支撑装置的工作原理

大型圆柱形容器的旋转支撑装置的工作原理为：

通过吊车放置待检测的圆柱形容器到该装置的工装李曼，然后通过通过移动Y型架子对圆柱形容器进行定位，启动电动机，通过传动机构使该装置转动，从而进行检测。

2.1.3课题研究的内容

本论文主要研究运用SolidWorks对大型圆柱形容器的旋转支撑装置进行设计。

在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。

SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。

当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。

从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。

1997年，Solidworks被法国达索（DassaultSystemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。

由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。

良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。

该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。

从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。

其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。

至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。

由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。

终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。

公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。

并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。

SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。

由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。

SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。

资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。

在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。

据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3DCAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。

Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。

使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。

SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。

它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。

良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。

该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。

至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。

由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。

终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。

公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。

并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。

SolidWorks软件在机械设计中的应用二维CAD着眼于完善产品的几何描述能力，而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息，使得一个工程项目的设计和生产准备各环节可以并行展开。

而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体模型，并对其进行装配、过去模拟及干涉检查，即在投入真实的生产之前就可以对其产品进行物性分析及装配测试等活动。

从而更好的满足设计目的的要求，并大大缩短了产品的生命周期。

SolidWorks软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，是当今世界完全基于NT/Windows平台的三维机械设计CAD软件系统主流产品。

SolidWorks软件与其它基于特征的参数化三维机械设计软件，如Pro/Engineer、UG相比，具有Windows的图形界面和易于掌握的优点。

同时，利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来，并可以对装配结果进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析及有限无分析，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑及修改。

利用这些功能，能有效地避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配、零件干涉等问题。

由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。

资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。

在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。

据世界上著名的人才网站检索，与其它3DCAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。

据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。

在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。

Solidworks软件功能强大，组件繁多。

Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。

通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。

2.1.3.1SolidWorks设计基础

熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。

2.1.3.2草图绘制

掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。

2.1.3.3基准特征-参考几何体的创建

清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。

2.1.3.4拉伸、旋转、扫描和放样特征建模

灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。

综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。

2.1.3.5工程图设计

灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。

2.1.3.5装配设计

灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。

2.2机械传动部分的设计计算

2.2.1电机的选型计算

已知整个支承旋转装置上圆柱型容器与零件的重量，我们取总重量为20Kg，转动速度为1~2r/min。

即：

具体的电机设计计算如下:

N=

＝0.37（KW）

G－检测能力，1000kg/h

－传动效率，取0.75

所以根据N＝0.37kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1选用Y112M-4型蜗杆涡轮减速电机。

2.2.2齿轮传动的计算

1）选择小齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

2）精度等级选用7级精度；

3）小齿轮齿数z1＝50，大齿轮齿数z2＝75的；

4）齿轮模数都为40的直齿轮

2.2.2按齿面接触强度设计

因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算

1）确定公式内的各计算数值

（1）试选Kt＝1.6

（2）选取区域系数ZH＝2.433

（3）选取尺宽系数φd＝1

（4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，则εα＝εα1＋εα2＝1.62

（5）查得