木片自动整理压紧机设计毕业设计计算说明书.doc

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1、哈尔滨商业大学毕业设计（论文）木片自动整理压紧机设计学 生 姓 名 指 导 教 师 专 业 机械设计制造及其自动化 学 院 轻工学院 Graduation Project (Thesis)Harbin University of CommerceDesign on Automatic settling and packing machine of Wood chipsStudent Supervisor SpecialtyMechanical Design And Manufacturing Automation School Light Industry College 毕业设计（论文）任务

2、书姓名： 学院：轻工学院班级：2005级1班专业：机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）题目：木片自动整理压紧机设计立题目的和意义： 木片自动整理压紧机用于堆积散乱的木片的整理压紧，方便远程运输及进一步加工。学生通过该机器的设计，可在输送带设计、液压系统设计、机械结构设计和控制系统设计等方面都得到必要的训练，有利于保证教学基本要求，提高学生机电液一体化水平。技术要求与工作计划：技术要求：木片长430mm、宽52mm、厚3mm； 整理成100块一摞，5摞一捆。 工作计划：1.完成总体方案设计（根据主参数确定结构参数，运动参数，动力参数等）；2.完成总装配图；3.液压系统设计；4.零件图；5.设计

3、说明书。时间安排： 13周 毕业实习（搜集毕业课题资料）45周 总体方案设计（第一阶段检查）611周 结构设计、完成装配图设计（第二阶段检查）12周 整理说明书13周 零件工作图设计（第三阶段检查）14周 评阅、答辩指导教师要求：按计划、按要求完成毕业设计。（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语一、指导教师评语：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）审阅评语二、评阅人评语：评阅人签字：年 月 日毕业设计（论文）答辩评语三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字： 年 月 日 五、答辩委员会主任单位

4、： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日摘 要中国木工机械从改革开放以来得到长足发展，但很多木工机械机械产品仍需从国外进口。有些是由于机器制造技术太高精尖，也有些在设计制造上并无难点，仅仅是国内还无此产品。本设计中的木片整理机就属后者。此机器结合了输送机，液压系统， PLC控制系统。 关键词:木工机械；整理机；输送机；PLC；液压 。AbstractHowever woodworking machinery have a frequent development since innovation opening in China. But we have to de

5、pend on foreign manufactures invariably. The reasons of this phenomenon will be listed as follows ： For one thing ，it is from technical problem of manufactury. For the next, it is vacant on some kind of manufacture of woodworking machinery. This automatic settling and packing machine belongs to the

6、latter. It combines of conveyor design, hydraulic system and controlled by PLC. Keywords：Woodworking Machinery；Conveyor；PLC；hydraulic.目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1本设计目的及意义11.2工机械在国内外的发展状况11.2.1 木工机械概述11.2.2 国外木工机械的概况11.2.3 中国木工机械的现状21.2.4 中国木工机械的发展趋势及发展策略22方案设计32.1设计参数32.2方案33设计计算43.1输送机1的选择计算43.2 输送机2的

7、选择计算63.3液缸的选择计算83.3.1 推送液压缸的选择计算83.3.2 侧面挤压液压缸的选择计算93.3.3 上面挤压液压缸的选择计算113.4步进电机的选择计算114校核144.1与调速电机相连的齿轮的校核144.2与步进电机相连的齿轮齿条的校核174.3输送机2中与改向滚筒相连的轴的校核214.4 输送机2中与传动滚筒相连的轴的校核264.5轴承的校核304.5.1 深沟球轴承6202的校核304.5.1 深沟球轴承6203校核315控制部分336技术经济计算346.1 成本核算346.2 利润分析366.2.1 从生产厂家角度分析366.2.2 从客户的角度分析36结论38参考文献

8、39致谢40 1 绪论1.1 本设计目的及意义为了方便薄木片的远距离运输，木材厂都会将木片整理成捆，使其整齐堆放。目前国内薄木板的整理完全依靠手工操作。速度相当慢，而且占用人手。为了提高生产效率及市场占有率，企业对木板自动整理机的有很大的需求。由于木工机械制造业是为木材工业发展提供技术装备的基础性产业，是我国林业经济发展的重要支柱产业。木工机械的发展也必将带动木材工业及林业经济的同步发展。本设计的意义并不仅限于此，对我们来说，能将设计此机器作为机械专业的毕业设计，其结合输送机设计；运用了PLC的液压控制系统设计；传动系统设计；机架设计的复杂性，在很大程度上考验了我们的实际动手操作的能力，对我们

9、大学四年来的学习进行最终得考查总结。1.2 工机械在国内外的发展状况近年来，我国木工机械制造业有了长足发展，不仅能满足国内需求，而且还有一部分产品远销国外。但对于一些高精尖产品，还需要从国外进口。甚至一些木工产品的生产还依靠手工加工。随着中国经济的持续高速发展、基本建设规模不断扩大和建筑装饰行业稳步发展，将有力地推动和促进木材加工机械市场的发展。因此，探讨新形势下我国木工机械发展策略、研究木工机械技术发展方向和木工机械行业走向世界的途径，具有重要的现实意义。1.2.1 木工机械概述木工机械顾名思意就是为木工加工方面的用具以及机器。如：木工雕刻机、刨花机、带锯机、电脑镂花机、推台立铣、数控镂铣机

10、等等。木工机械制造业是为木材工业发展提供技术装备的基础性产业，是各国林业经济发展的重要支柱产业。1.2.2 国外木工机械的概况一些发达国家和地区拥有高端的技术、高素质技术人才、合理的产业结构、完善的市场体制及法律法规。如德国、中国台湾、日本、美国在木工机械制造业一直处于领先地位。近几年，国际木工机械行业的效益一直滑坡，发达国家木工机械企业、欧洲企业的平均订货率都在减少，意大利多数企业产值减少，欧洲企业在裁员，整个国际木工机械行业处于不景气的状况。1.2.3 中国木工机械的现状我国木工机械制造业经过50多年的发展，取得了令人瞩目的成就，已成为木工机械生产的大国，初步形成了门类齐全、具有相当规模和

11、一定水平的产业体系。已经建立了从教育、研究、开发、生产到销售的完整体系。但是，与德国和意大利等木工机械先进国家比较，我国的木工机械的产品质量和总体技术水平还有较大的差距，还存在着企业规模小、产品质量良莠不齐、技术力量薄弱、产品标准化生产不高、自主创新能力弱、自动化生产程度低、产业结构不合理、国际竞争力不强等不少问题。1.2.4 中国木工机械的发展趋势及发展策略我国的木工机械行业正在经历一个由完全手工到半自动，并从半自动向更高的全自动转变的时期。由于新技术的不断出现和应用，木机行业的水平正以迅猛的势头向前发展。传统技术产品的市场份额正在逐渐减少，取而代之的是优质高效的自动和半自动机床。高精、高效

12、是今后产品发展趋势。加入WTO后，随着国外先进的技术和设备的引进，中国木工机械装备水平与国外的差距逐步缩小，对国内木工机械行业而言，挑战与机会并存。2 方案设计2.1设计参数木片长约430mm、宽约45mm、厚约3mm。2.2方案原始木片混乱堆放，由人工加料，将木片抱放置于输送机1上，多层木片经过刮板1、2、3后变为一层。再由弧形挡板的作用，使得只有一块板进入输送机2。输送机2加速将木块抛送之板框。当板框装满一格，由齿轮齿条带动板框向一侧运动一格的距离，直到装满5格。由前液压缸同时推到压紧装置压紧，进行打包。如图2-1图2-1 整理机原理图3 设计计算3.1输送机1的选择计算1. 选择带宽根据

13、实际需要选用带宽B=650mm【1】。 2. 选择带速输送机的速度应尽量小，选用v=0.25m/s【1】。3. 输送量得最大输送能力Q0=26.7m3/h【1】 。 4. 功率计算 （1）附加功率计算 N= 3-1 = =0.16 式中：N附加功率（kw）； B带宽（mm）； q胶带上每米长度物料的重量（kg/m）。 （2）传动滚筒轴功率的计算 N0= 3-2 = = =0.38 式中：N0传动滚筒轴功率（kw）； f托辊阻力系数。取f=0.03； W除物料外，输送机单位长度内所有运动部件重量之和（kg/m）； N附加功率（kw）。（3）电动机功率计算 ND= 3-3 = =0.475式中：N

14、D电动机功率（kw）； K备用系数。取K=1； N0传动滚筒轴功率（kw）。 传动总效率。对于QDH型电动滚筒取=0.8【1】。 5.最大张力计算 Sn = 3-4 = =285kg 式中： Sn趋入点张力（kg）； 查表3-3-7取X=2.19【1】。6.输送带层数计算 Z= 3-5 = =0.2 取Z=1 式中：Z输送带带芯层数（层）；Sn最大工作张力（kg）；m安全系数。取m=10；B输送带宽度（cm）【1】。 7.部件选用 （1）输送带选用带芯薄、重量轻、强力高、称槽性好的薄型橡胶输送带。查表3-3-7选用尼龙帆布带芯【1】。 （2）驱动装置选用功率为0.6千瓦的QDH型风冷式电动滚筒

15、【1】。 （3）传动滚筒传动滚筒为钢板焊接结构。滚筒直径D=240mm【1】。 （4）改向滚筒改向滚筒用作输送带的900改向，900改向滚筒一般用于垂直拉紧装置做改向轮。选用164mm作尾轮，164mm作张紧轮，108mm做改向轮【1】。（5）托辊选用平形上托辊，直径为60mm，托辊间距为500mm【1】。（6）头架平形输送机头部机架，带面高800mm【1】。（7）尾架选用直角尾架【1】。（8）中间架选用非标准中间架【1】。3.2 输送机2的选择计算1. 调速电机的选择计算 原理：a.所选调速电机的额定扭矩必须足以提供输送机2滚筒传输的扭矩。 即。b.调速电机必须能提供输送机所需的调速范围。2

16、. 计算过程a.滚筒外经 3-7 b.每块细长薄木板的重量为 3-8式中：为使用系数，为；为重力加速度；为细长薄木板和输送机2传输带（橡胶）的摩擦系数，为0.8 3-9根据表3-1：YTJ系列单项电子调速电动机规格电机参数规格型号6-4/6015-4/7025-4/8040-4/9060-4/10090-4/100120-4/100180-4/125250-4/125400-4/155功率W61525406090120180250400频率Hz50505050505050505050额定电压V220220220220220220220220220220额定电流A0.150.20.30.40.7

17、11.21.522.7额定转距N.M0.040.110.190.290.440.610.821.271.771.89额定转速r/min1250125012501300130014001400135013501350最大转距/额定转距（倍）1.71.71.81.81.81.81.81.71.71.7堵距转距/额定转距（倍）0.70.70.80.80.80.80.80.70.70.7堵转电流A0.550.71.222.53.24579功率因素0.80.80.830.850.860.850.850.850.750.75效率40404045495152555555运转电容0.5Uf/500V1.4uF

18、/500V1.5uF/500V2.5uF/500V4uF/500V7uF/500V8uF/500V8uF/500V10uF/500V10uF/500V电子调速参数绝缘EEEEEEEEEE调速范围转速r/min90-120090-120090-120090-120090-120090-120090-120090-120090-120090-1200调速比1:151:151:151:151:151:151:151:151:151:15允许转距1200.0350.0450.0540.0630.1070.130.150.250.330.60给定转速12000.0410.120.150.270.410.

19、520.70.941.151.89转速变化率小于10101010101010101010图表3-1YTJ系列单项电子调速电动机规格可选调速电机。3.3液缸的选择计算3.3.1 推送液压缸的选择计算1.活塞杆上外部载荷Fw （1）工作载荷Fg 工作载荷Fg=木板与箱体底部摩擦力+木板与箱体侧壁摩擦力 3-10 = = = =49.3N 取Fg=50N【6】 (2)导轨摩擦载荷Ff 对于水平导轨Ff= 3-11 = =0.18N 式中：G运动部件所受重力。G取25N； FN外载荷作用于导轨上的正压力（N）；约为20N 摩擦系数，查表23.4-1 取=0.004【6】。 （3）惯性载荷Fa计算 惯性

20、载荷Fa=Gv/gt 3-12 液缸往返时间 t21s 取v=0.25m/s v速度变化量为0.25m/s. t启动或制动时间，一般机械取t=0.2s 则Fa=250.25/（9.80.2）=3.3N 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷Fw 起动加速时：Fw=Fg+ Ff +Fa =50+0.18+3.3=53.48N 3-13 稳态运动时：Fw=Fg+ Ff =50.18N 3-14 减速制动时：Fw=Fg+ Ff Fa=46.88N 3-15 作用于活塞杆上的载荷F= Fw/m 3-16 式中：m液压缸机械效率，取m=0.9【6】。 （4）作用于活塞杆上的载荷F 作用于活塞杆上的载荷F5K

21、N 则由文献六P23-51得工作压力0.81Mpa 由工作压力按表23.4-5选取d/D=0.50.55 由表23.6-106选取d=16mm D=32mm的轻型拉杆式液压缸【1】。 行程为435mm 安装型式为切向底座 略图如图3-1：安装型式图3-13.3.2 侧面挤压液压缸的选择计算1.活塞杆上外部载荷Fw （1）工作载荷Fg 工作载荷Fg=木板与箱体底部摩擦力 3-17 =5G*+0 =5木*gV100 =5000.60.00143035210-99.80.25 =49.3N 取Fg=50N【6】 (2)导轨摩擦载荷Ff 对于水平导轨 Ff=（G+FN） 3-18 =0.004（G+2

22、0） =0.18N 式中：G运动部件所受重力。G取25N； FN外载荷作用于导轨上的正压力（N）；约为20N 摩擦系数，查表23.4-1 取=0.004。【6】 （3）惯性载荷Fa计算 惯性载荷Fa=Gv/gt 3-19 液缸往返时间 t=10s 取v=0.25m/s v速度变化量为0.25m/s. t启动或制动时间，一般机械取t=0.2s 则Fa=250.25/（9.80.2）=3.3N 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷Fw 起动加速时：Fw=Fg+ Ff +Fa =50+0.18+3.3=53.48N 3-20 稳态运动时：Fw=Fg+ Ff =50.18N 3-21 减速制动时：Fw=

23、Fg+ Ff Fa=46.88N 3-22 作用于活塞杆上的载荷F= Fw/m 3-23 式中：m液压缸机械效率，取m=0.9【6】 （4）作用于活塞杆上的载荷F 作用于活塞杆上的载荷F5KN 则由文献六P23-51得工作压力0.81Mpa 由工作压力按表23.4-5选取d/D=0.50.55 由表23.6-106选取d=16mm D=32mm的轻型拉杆式液压缸【6】 行程为250mm 安装型式为切向底座 略图如图3-2： 安装型式图3-23.3.3 上面挤压液压缸的选择计算由于液缸向下进行挤压木板，外载荷影响很小，依据之前的液缸可选择最小的缸径。选择液压缸参数与前面的液压缸参数相同。安装型式

24、为前端方法兰型式【6】。行程为60mm略图如图3-3：安装型式图3-33.4步进电机的选择计算1.原理： a.步进电机的静转矩大于板框运动时的最大转矩。 b.步进电机要能提供所要求的步距角。2.计算过程： a.最大转矩出现在板框的五格均装满了细长薄木板。即500块细长薄木板。 其重量为。 板框重量计算如下： 已知 底板重量计算: 隔板（共有七块）重量计算： 所以总重量为： 3-24 故转矩为， 3-25式中：为使用系数，为2；为重力加速度；为细长薄木板与铸铁间的动摩擦系数，为。即: 3-26b.设从输送机1到输送机2时，步进电机带动板框运动一格需时间为 ，设细长薄木板从输送机1过度到输送机2所

25、需时间为 。则它们必须满足 。因为 ， 所以 取决于 。已知板长 所以 3-27故可取 。那么板框移动一格需时间，又每一格板框长为 由此得出齿条速度 ， 3-28进一步推出齿轮角速度 3-29电机转速根据表3-2知：表3-2电机型号型号相数 步距角 静转距 电压 电流 电阻 电感量 机身长度 重量配套驱动器86HS350A三相 1.2 2.0Nm 60V 6.0A 0.7 3.9mH 69mm 1.8KgST-3HB05A86HS350B三相 1.2 4.0Nm 60V 6.0A 0.7 7.0mH 97mm 3.0Kg86HS350C三相 1.2 6.0Nm 60V 6.0A 0.9 11m

26、H 125mm 4.0Kg可选步进电机型号为： 根据知道每秒钟该发出的脉冲数为：（个） 其外形图下：电机外形图3-4 其外部接线图如下：电机外部接线图3-54 校核4.1与调速电机相连的齿轮的校核1.选定齿轮类型、精度等级、材料（1） 按输送机2的要求，选用直齿圆柱齿轮传动【7】。（2） 输送机2为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。（）【7】。（3） 材料选择。由表选择小齿轮材料为（调质），硬度为 大齿轮材料为 钢（调质），硬度为 ，二者材料硬度差为 。 选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 ；模数为 ，齿宽，则齿宽系数 ， 4-1 传动比【7】2.按齿面接触强度校核 校核公式为 4-2 公式中各

27、参数为： 为载荷系数；为小齿轮上传递的最大转矩；为齿宽系数；为传动比；为材料的弹性影响系数；为接触疲劳许用应力。确定公式中的各计算数值：（1）应为调速电机的额定转矩，即 。（2）由表查得材料的弹性系数 。（3）由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。（4）计算应力循环次数：假定工作寿命15年，每年工作300天，两班制。则应力循环系数为，其中为转速；为齿轮每转一圈时，同一个齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命（单位为小时）。且 ，那么 4-3 4-4（5）由图，根据相应的应力循环系数查得接触疲劳寿命系数 , 。（6）计算接触疲劳许用应力： 4-5 4-6取失效率为

28、。安全系数 则 （7）计算载荷系数。a.计算最大圆周速度： 4-7b.计算齿宽与齿高之比 ： 4-8则 根据 ，级精度，由表查得动载荷系数 ，直齿轮的齿间载荷分配系数： 由表查得使用系数;由表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时。由，查图得故载荷系数 4-9根据 4-10其中应为，即 计算所以取 ， 按齿面接触疲劳强度设计满足设计要求【7】。3.按齿根弯曲强度校核校核公式为 ： 4-11其中为载荷系数；为小齿轮上传递的最大转矩；为齿宽系数；为齿形系数；为应力校正系数；为齿根弯曲疲劳许用应力。确定公式中各计算值：(1)由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；(

29、2)由图取弯曲疲劳寿命系数 ， 。(3)计算弯曲疲劳许用应力。 4-12 4-13取弯曲疲劳安全系数 ,则(4) 计算载荷系数 4-14 (5) 查取齿形系数。由表查得 ； 。 (6) 查取应力校正系数 。由表查得 ； 。(7)计算大、小齿轮的并加以比较 。 所以大齿轮的数值大。代入校核公式中的应为 ， 4-15即(8)校核计算 4-16【7】而，所以满足了按齿根弯曲疲劳强度的设计要求。按上述两个要求设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 【7】 4-17（2）计算中心距【7】 4-18 结构设计及绘

30、制齿轮零件图（详见零件图）4.2与步进电机相连的齿轮齿条的校核1.选定齿轮类型、精度等级、材料（1） 按板框中齿轮齿条传动的要求，选用直齿圆柱齿轮齿条传动【7】。（2） 板框中的齿轮齿条传动为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。（）【7】。（3） 材料选择。由表选择小齿轮材料为（调质），硬度为 ；齿条材料为 钢（调质），硬度为 ，二者材料硬度差为 【7】 。（4） 选小齿轮齿数 ，根据板框的运动要求，齿条的长度应为5到6格板框长，由此推算齿条齿数 ；模数为 ，齿宽，则齿宽系数，传动比 【7】2.按齿面接触强度校核校核公式为 4-19公式中各参数为：为载荷系数；为小齿轮上传递的最大转矩；为齿

31、宽系数；为传动比；为材料的弹性影响系数；为接触疲劳许用应力【7】。确定公式中的各计算数值（1） 应为步进电机的额定转矩，即【7】 （2） 由表查得材料的弹性系数【7】。（3） 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；齿条的接触疲劳强度极限 【7】。（4） 计算应力循环次数。假定工作寿命15年，每年工作300天，两班制。则应力循环系数为，其中为转速；为齿轮每转一圈时，同一个齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命（单位为小时）。且 ，那么 4-20【7】（5） 由图，根据相应的应力循环系数查得齿轮的接触疲劳寿命系数 【7】。（6） 计算接触疲劳许用应力。取失效率为 。安全系数 则 4-21 【7】 （7） 计算载荷系数。a.计算最大圆周速度：