圓柱電池滾槽機機構(gòu)設計和實現(xiàn)機械自動化專業(yè)

1、本科論文目 錄摘 要3Abstract41 引言51.1 課題來源與研究背景51.2 鋰電池技術概述51.3 國內(nèi)外鋰電池裝備行業(yè)發(fā)展概況71.4 我國鋰電池裝備行業(yè)發(fā)展趨勢81.5 圓柱電池滾槽機研究現(xiàn)狀82 圓柱形鋰電池滾槽的滾槽工藝及設計要求112.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)介紹112.2 圓柱形鋰離子電池的生產(chǎn)工藝流程132.3 鋰電池外殼體滾槽工藝分析142.4 滾槽機的設計原則與技術要求162.5 滾槽機的總體方案173 圓柱形鋰電池滾槽機的組成與工作原理213.1圓柱形鋰電池滾槽機組成部分213.2滾槽部件工作原理223.3進料部件工作原理263.4出料部件工作原理274主動部件的選型計

2、算294.1 圓柱形鋰電池滾槽機電機的選型計算294.2 鋰電池滾槽機減速器的設計計算與選型計算314.3 鋰電池滾槽機聯(lián)軸器的選型計算354.4 鋰電池滾槽機軸承的選型計算36結(jié) 論38參考文獻39致 謝40摘 要目前市場上主要有兩種類型電池，一種是不常見的鎳氫電池，另一種是應用廣泛的鋰電池。鋰電池的特點有很多，比如質(zhì)量輕、占用空間小、不會污染環(huán)境、含能量較高、循環(huán)壽命長等，應用較鎳氫電池廣泛的多。正因為其應用的廣泛性，被認為是未來的發(fā)展方向。鋰電池在被發(fā)明出來以后，在很多電器中得到了應用，比如遙控器，無線鼠標，手機，電動車等。鋰離子電池在被使用時,一般由一個或多個電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起,對單

3、個電池的一致性有很高的要求。在電池體積一定的情況下，電池殼體越薄，電池所含的能量就越高，電芯在電池殼體中所占的體積就越大，放電就越多。同時，電池殼體越薄，電池本身的抗腐蝕能力就越低，安全性就不能得到保障，容易出現(xiàn)漏電漏液的安全性問題。在對殼體進行滾槽加工的時候，更容易出現(xiàn)滾破殼體，提高廢品率?；谶@一現(xiàn)象，論文對電池殼體的材料、尺寸等方面進行分析，借鑒國外鋰電裝備發(fā)達國家的制造經(jīng)驗，對電池及滾槽機構(gòu)進行研究，在保證電池殼體完整的情況下，提高生產(chǎn)率。關鍵詞： 滾槽； 滾刀； 圓柱形鋰電池；AbstractThere are two main types of batteries on the m

4、arket at present, it is not a common nickel metal hydride batteries, the other is a widely used the characteristics of lithium-ion battery lithium battery has a lot of, such as light weight small footprint will not pollute the environment with high energy long cycle life, etc, nickel metal hydride b

5、atteries used more extensive application because of its universality, is considered to be the development direction of the future.Automatically since the commercialization, lithium battery constantly branching out, already in portable appliances such as laptop camera widely used lithium batteries us

6、ed in mobile communications, usually composed of more than monomer battery strings in parallel, of monomer battery should have good consistency with the electric appliance of the demand is higher and higher, the energy density of batteries makes the battery shell is more and more thin, in order to i

7、ncrease the volume of the batteries, but reduces the corrosion resistance, Reduce safety performance in the process of roll groove, the battery can occur easily slashed phenomenon, therefore, the paper analysis the steel shell material of lithium-ion batteries size and channeling requirements, relat

8、ed equipment research and development experience, at home and abroad for reference, the institution of cylindrical lithium-ion battery channeling machine research, to ensure the quality of battery channeling, increase production efficiencyKeywords: power system; voltage; stability; load; random pert

9、urbation1 引言1.1 課題來源與研究背景隨著全世界越來越重視可再生能源與清潔能源的開發(fā)與利用，鋰電池逐漸浮現(xiàn)在我們面前。鋰電池因為其質(zhì)量輕、占用空間小、不會污染環(huán)境、含能量較高、循環(huán)壽命長，應用范圍廣等特點，世界各國普遍認為鋰電池有望成為21世紀的候選動力能源之一，陸續(xù)加強了鋰電池關鍵技術的研究與推廣應用Error! Reference source not found.。鋰電池在被發(fā)明出來以后，在很多電器中得到了應用，比如遙控器，無線鼠標，手機，電動車等。鋰電池產(chǎn)業(yè)的崛起，不但給鋰電池產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的機遇，同時也給鋰電池設備生產(chǎn)行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。原因大概概括為兩點：一是鋰電池市場因應

10、用范圍前景廣闊；二是由于核心技術與裝備的缺乏，市場競爭也異常激烈。隨著鋰電池需求的增大，對生產(chǎn)設備要求越來越高，我國鋰電池裝備制造業(yè)急需高性能的鋰電池生產(chǎn)設備。由于未掌握核心技術,以及企業(yè)規(guī)模較小,使得我國鋰電池生產(chǎn)的自動化程度并不高Error! Reference source not found.。目前，我國鋰電池裝備制造業(yè)缺少鋰電池的核心技術和創(chuàng)新型鋰電池生產(chǎn)設備，由于國外鋰電行業(yè)先進國家在核心技術與核心裝備的限制，我國鋰電設備的研發(fā)之路舉步維艱。1.2 鋰電池技術概述電池是一種將化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置Error! Reference source not found.。先是伏特發(fā)明

11、了電池，接著開啟了人類使用電能的新時代。法國科學家普朗特在1895年發(fā)明了全世界第一塊可以充電的電池；堿性鋅錳干電池在1950年左右被研發(fā)；燃料電池在1960年左右被研發(fā)；鋰電池在1970年左右被研發(fā)。因為二次鋰電池在當時存在安全性問題，盡管被初步運用，但并未被廣泛使用，所以停止發(fā)展。之后，日本SONY公司在1991年研發(fā)出全世界第一塊可充電的鋰電池。鋰電池的研發(fā)成功，開啟了蓄電池的新時代Error! Reference source not found.。普通電池的工作原理是“氧化還原反應”，而鋰電池除此之外,還應用了“嵌入脫嵌反應”模型Error! Reference source not

12、 found.。在用電時，因為正極與負極之間的電動勢存在差別，鋰離子從負極通過隔膜進入正極，在得到電子后，它從離子變?yōu)樵樱娮訌呢摌O出發(fā)由外電路進入正極；充電時，鋰原子在正極失去電子，再從正極穿過隔膜進入負極。由于此過程中,電極材料晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化,且具有可逆性,這使得鋰電池具有了充放電的高循環(huán)性Error! Reference source not found.。圖1.1所示為鋰電池工作原理圖。圖1.1 鋰電池工作原理圖一般情況下,鋰離子電池的生產(chǎn)工藝由四部分組成，分別是制漿、涂膜、裝配和化成，整個流程的主要內(nèi)容如圖1.2示。圖1.2 鋰電池生產(chǎn)工藝流程圖鋰離子電池的生產(chǎn)工藝比較復雜，按

13、極片的裝配方式可以分為兩種，分別是疊片式和卷繞式。疊片式生產(chǎn)工藝如圖1.3右面所示，其特點為一個極組內(nèi)的正極為多片，負極為多片，負極比正極多一片，隔膜為一張；每層極片均有一個極耳，是卷繞型極耳的兩倍。鋰電池卷繞生產(chǎn)工藝原理如圖1.3左面所示，其特點為一個極組內(nèi)的正極為一片，負極為一片，隔膜為兩片；繼而在極組的一側(cè)，每卷繞一圈產(chǎn)生一個極耳。圖1.3 鋰電池的疊片及卷繞生產(chǎn)工藝原理圖1.3 國內(nèi)外鋰電池裝備行業(yè)發(fā)展概況鋰離子被發(fā)明問世以后，發(fā)展速度令人驚訝，幾年之間遍布各行各業(yè)。日常生活中，到處都有著它的影子。隨著它在各個領域的生根發(fā)芽，不斷推動著人類科技向前發(fā)展以滿足人們的生活需要。隨著近幾十年

14、來各行各業(yè)新技術的發(fā)展，尤其是電子行業(yè)的快速發(fā)展，使鋰離子電池實現(xiàn)了商品化。各行各業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)代裝備生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展互相推動。日本是鋰離子電池制造大國，擁有先進的科學技術與機械設備。我國的鋰電池制造業(yè)雖然不能與日本之間一較高下，但是為了縮小差距，國家與各級政府都在大力支持，培養(yǎng)鋰電池行業(yè)人才，鼓勵機械設備制造企業(yè)研發(fā)鋰電池設備。經(jīng)過幾千個日日夜夜的奮斗，我國在鋰電池制造上躍居世界第二。1994年我國才開始研究和生產(chǎn)鋰電池制造裝備，大概經(jīng)歷了四個階段才走到今天：第一階段，組建團隊創(chuàng)辦研究室，研制中試生產(chǎn)設備；第二階段，擴大研究范圍，逐漸開始進行批量生產(chǎn)，升級現(xiàn)有設備；第三階段，擴大批量生產(chǎn)的規(guī)模

15、；2007年到2009年，鋰電池裝備的生產(chǎn)和研發(fā)再繼續(xù)擴大估摸的同時，向國際水平邁進。值得我們可喜可賀，令我們引以為傲的是，我國的鋰電池制造史從一片空白，逐漸發(fā)展到今天的幾百家企業(yè)，從一無所有到現(xiàn)在近乎百分百的國產(chǎn)化，在一定程度上替代了進口產(chǎn)品。這說明終有一天我們也可以成為鋰電池行業(yè)的領頭羊。1.4 我國鋰電池裝備行業(yè)發(fā)展趨勢作為二十一世紀最被看好的可再生能源之一，鋰電池在全世界范圍廣泛使用，成為能源產(chǎn)業(yè)中一顆冉冉升起的新星。不但給鋰電池產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的機遇，同時也給鋰電池設備生產(chǎn)行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)：機遇在于鋰電池市場因應用范圍前景廣闊；挑戰(zhàn)在于核心技術與高精度裝備的研發(fā)速度有待升級。二者相互推動

16、才可以跟得上人類的需求。(1) 核心技術與高精度裝備推動彼此發(fā)展鋰電池的一致性是鋰電池組功率的關鍵，想要生產(chǎn)出一致性較好的鋰電池，必須升級現(xiàn)階段的鋰電設備。同時，發(fā)展鋰電池的核心技術，推動高精度設備的更新迭代。設備精度越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好。(2)高精度設備帶來高一致性產(chǎn)品鋰電池工藝流程，核心技術和發(fā)展速度與設備生產(chǎn)工藝性能設計息息相關，想加快鋰電生產(chǎn)設備行業(yè)的發(fā)展速度，就要把鋰電池工藝流程，工藝參數(shù)融入到鋰電設備的設計中去，使設備具有獨特的工藝技術，成為專門生產(chǎn)高精度設備的專用設備。(3)動力鋰電池的市場擴大占比混合動力車逐漸成為新時代的代步工具。隨著代步工具走進千家萬戶，動力鋰電池水漲船高，安

17、全性成為人們關注的焦點，提高動力鋰電池的穩(wěn)定性和精度是當前最主要的問題。1.5 圓柱電池滾槽機研究現(xiàn)狀電芯制作又分為分條、焊接、卷繞、電芯測試、烘干、滾槽、焊接等工序，各工序?qū)庸ぞ?、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品一致性、生產(chǎn)穩(wěn)定性等有著較高的要求，主要包括自動裁切機、正負極片分條機、智能型超聲波極耳焊接機、卷繞機、萬用表、干燥機、圓柱電池滾槽機、電焊機等。電芯制作的一道重要工序是滾槽。鄭育英發(fā)現(xiàn)滾刀尺寸和滾槽時電池殼體與滾刀的相對運動是影響滾槽質(zhì)量的主要原因。將滾刀角度由18調(diào)至10，優(yōu)化上下凸輪送料曲線, 提高了輥槽質(zhì)量, 使槽口臺階面形狀更理想, 更適合穩(wěn)定電芯, 輥槽工序成品率提高到99%以上Err

18、or! Reference source not found.。對他的發(fā)現(xiàn)進行深度分析，可以得到滾刀的形狀和尺寸是影響滾槽工藝的關鍵，合適的進給量能加工出更加完美的滾槽。同時，滾刀的進給改變了材料的變形，由于塑性變形，可能導致滾槽內(nèi)徑過小等問題，對電池的一致性和功率較為不利。接下來介紹幾種國內(nèi)常見的滾槽機。圖1.4是圓柱電池半自動臥式滾槽機，該設備的生產(chǎn)速度不理想，故障率及廢品率較高。圖1.4 半自動臥式圓柱電池滾槽機展示圖圖1.5是立式圓柱電池滾槽機，相對于上一個滾槽機該設備的優(yōu)點在于工作時，電池以組為單位進行自動滾槽，完成滾槽后，下一組電池推進擠走已完成滾槽的電池，工作效率提升。圖1.5

19、立式圓柱電池滾槽機展示圖圖1.6是全自動圓柱電池滾槽機，在進行圓柱形電池的滾槽工藝時，機器采用PCL與機械凸輪組合，觸摸屏操作與顯示，工序參數(shù)設置與操作方便。但與日韓的先進水平相比，還存在總體水平不高、產(chǎn)品更新速度慢、檔次普遍較低等差距。圖1.6 全自動圓柱電池滾槽機展示圖2 圓柱形鋰電池滾槽的滾槽工藝及設計要求2.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)介紹鋰離子電池是一種理想的移動電源0。鋰電池的特點有很多，比如質(zhì)量輕、占用空間小、不會污染環(huán)境、含能量較高、循環(huán)壽命長等，在被發(fā)明出來以后，在很多電器中得到了應用，比如遙控器，無線鼠標，手機，電動車等，后來發(fā)展到電動汽車中，在汽車行業(yè)和能源行業(yè)廣泛應用。市場上有三

20、種鋰電池：第一種是圓柱形鋰電池；第二種是方形鋰電池；第三種是紐扣形鋰電池。圖2.1所示為圓柱形鋰離子電池。鋰離子電池因為可以反復充電，化學性質(zhì)相對穩(wěn)定從圓柱形鋰電池中脫穎而出。因為其具有經(jīng)濟適用，安全可靠的特點，成為人們常用的一種類型電池。鋰電池最早采用的結(jié)構(gòu)是液態(tài)鋰離子電池。側(cè)面的圓形結(jié)構(gòu)可以分散壓力，在被擠壓的情況下，由于壓力被分散，所以提高了電池的安全性。因為圓柱形鋰電池極片的卷繞比較容易，批量生產(chǎn)更簡單，所以容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本Error! Reference source not found.。目前惠普筆記本電腦采用由多只單體電池串、并聯(lián)組成的電池組，如圖2.2所示。圖2

21、.1 圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)圖圖2.2 惠普筆記本內(nèi)部電池展示圖方形鋰離子電池在以智能手機為代表的移動電子設備中得到廣泛應用。圖2.3所示為方形鋰離子電池。圖2.3 方形鋰離子電池展示圖紐扣形鋰離子電池多用于電子手表中，容量較小。圖2.4所示為紐扣形鋰離子電池。圖2.4 紐扣鋰電池展示圖以圖2.4的紐扣型鋰電池為例，前兩個字母Li代表電池的電極材料，R表示該電池的形狀，20代表該紐扣電池的直徑是20mm，32表示以該紐扣電池厚度（高）3.2mm。2.2 圓柱形鋰離子電池的生產(chǎn)工藝流程鋰電池電芯有卷繞式和疊片式兩種生產(chǎn)工藝。為了使生產(chǎn)效率與生產(chǎn)效益最大化，經(jīng)過比較后選用卷繞式生產(chǎn)工藝。其工藝流程如圖2

22、.6所示，生產(chǎn)工藝分為前段工藝，后段工藝，篩選工藝三部分。圖2.6 鋰電池生產(chǎn)工藝流程圖前段工藝包括合漿、涂布、輥壓、分切、制片、卷繞、入殼、底焊、滾槽、烘烤等工序。鋰離子電池電芯制作主要包括橫切、分條、焊接、卷繞、電芯測試、烘干、滾槽、點焊等。成型封裝主要在手套箱內(nèi)注液進行靜置封裝。大致流程是，把相關物品放入箱內(nèi)，接著向殼中注液，然后安靜放置，最后封裝。后段工藝包括注液、焊接、封口、清洗、套膜等工序。最后是篩選工藝，包括活化、化成、陳化、分選、分容等工序。2.3 鋰電池外殼體滾槽工藝分析筆記本電腦電池殼一般采用工程塑料，汽車電瓶的外殼一般采用合成樹脂，常見的圓柱形鋰電池殼體采用鋁合金材料。圖

23、2.7展示的是圓柱形鋰電池外殼體的滾槽工藝原理。圖2.7 圓柱形鋰電池外殼體的滾槽工藝原理圖如圖，上定位機構(gòu)和下定位機構(gòu)對電池殼體進行夾持，固定好滾槽部件后，以一定速度自轉(zhuǎn)。接著，滾刀在程序的控制下，逐漸靠近電池殼體，做徑向進給運動，由此實現(xiàn)自動滾槽。在滾槽過程中，滾刀可以繞著自身滾軸進行旋轉(zhuǎn)，由此提高滾刀使用壽命。電池殼體在外力的作用下，與滾刀接觸，經(jīng)過擠壓使電池殼體變形，隨著電池殼體的旋轉(zhuǎn)與滾刀的旋轉(zhuǎn)，形成所謂的滾槽。封裝時，密封圈與滾槽緊密接觸，隔絕空氣。不但防止電池內(nèi)化學物質(zhì)與外部發(fā)生反應，還可以防止電解液泄漏。內(nèi)圓弧與電芯緊密貼合，保護電芯因振動引起的損壞。滾槽時，電池殼體發(fā)生塑性變

24、形，因為電池殼體本身就存在薄厚誤差，各點滾槽后拉伸率也不同，使得電池殼體越來越薄，如果發(fā)生割破電池殼體的意外，電解液也會隨之流出，產(chǎn)生安全隱患的同時也影響電池的使用壽命。根據(jù)圓柱形鋰電池外殼體的滾槽原理，可以繪制出如圖2.8所示的電池殼體在滾槽過程中與滾刀的位置關系。圖中：X為滾刀進刀量，r為滾刀圓弧半徑，為滾刀圓弧中心線與半徑的夾角，S為滾刀與殼體接觸弧長的一半，H為弧長S在滾刀中心線上的投影高度，L為電池殼體軸向的進給量。圖2.8電池殼體與滾刀的相對位置關系示意圖由圖2.8可得經(jīng)變換可得：式中進刀量X的取值范圍在00.45mm之間。2.4 滾槽機的設計原則與技術要求2.4.1 設計原則圓柱

25、形鋰電池滾槽機對組成電池組的單體電池一致性有較高的要求，為保證生產(chǎn)需求，滾槽機還要保證一定的生產(chǎn)效率?？紤]到滾槽機在保證生產(chǎn)效率的同時對產(chǎn)品一致性還有較高的要求，所以滾槽機在設計時應遵循以下設計原則：（1） 機器能正常運轉(zhuǎn)，運動平滑無沖擊；（2） 產(chǎn)品安全可靠，使用壽命長；（3） 易于維修，易損部件較為常見；（4） 機器能實現(xiàn)自動上料和自動下料；（5） 產(chǎn)品的技術經(jīng)濟性高；（6） 機器的裝配工藝性好，主要零件制造方便。2.4.2 設計參數(shù)要求（1） 滾槽機電源：三相380V；（2） 電池殼體材料：鋁合金；（3） 工作效率：40PPM；（4） 合格率：99%；（5） 工作氣壓：0.60.8Mpa

26、；（6） 功率：0.75KW；（7） 設備重量：70Kg。2.5 滾槽機的總體方案2.5.1 滾槽工序方案直線式滾槽機和旋轉(zhuǎn)式滾槽機在市場上較為常見，其優(yōu)缺點對比如下所述。直線式滾槽機，待滾槽的零件從一邊以鏈傳動或帶傳動運動到另一邊，每個零件之間有固定的間隔，一個一個完成電池殼體的滾槽。旋轉(zhuǎn)式滾槽機，滾槽零件的傳動方式與直線式并無太大差別，特點在于滾槽時沿著主機旋轉(zhuǎn)，相對直線式滾槽機速度有些緩慢，完成滾槽后從出料部分將待滾槽零件送出。該傳送路線在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程中完成對零件的滾槽工作。為了保證滾槽后的電池殼體一致性較高，采用旋轉(zhuǎn)式滾槽方案，該方案結(jié)構(gòu)簡單，工作連續(xù)且平穩(wěn)，承載能力大，傳動精度高。實

27、現(xiàn)了滾槽工序的分散，提高了滾槽的質(zhì)量，因此選用此方式的滾槽機傳送設計。在綜合對比過直線式與旋轉(zhuǎn)式的傳動線路的優(yōu)缺點，參考國內(nèi)外自動化電池滾槽機的設計方案，決定采用后者作為滾槽方案，設計的方案原理圖，如圖2.9所示。圖2.9 旋轉(zhuǎn)式滾槽機設計方案展示圖設備主要分為三部分，輸料端，出料端以及滾槽。為了不影響工作效率，一共設置了5個滾槽部件。待滾槽的電池外殼體從輸料端進入，分離后的電池殼體運動至滾槽部件，完成滾槽。滾槽后的電池殼體繞著轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，由出瓶撥輪將滾槽過的電池殼體撥入出料部件，最后從出料部件離開轉(zhuǎn)盤。2.5.2 滾槽部件設計方案滾槽部件是滾槽機的工作部件。在滾槽部件的轉(zhuǎn)盤上均勻分布五套滾槽部

28、件，可以大幅度提高滾槽效率而不用擔心一致性的問題。滾槽部件主要由如圖2.10中的36個零件組成。圖2.10 滾槽部件工作原理圖下壓頭和上托板夾持待滾槽的電池殼體，待滾槽的電池殼體繞轉(zhuǎn)盤的中心軸旋轉(zhuǎn)；滾刀相對待滾槽的電池殼體做相對運動，徑向與待滾槽的電池殼體接觸，滾槽過程中，為了延長滾刀的使用壽命同時不降低滾槽質(zhì)量，待滾槽的電池殼體自身旋轉(zhuǎn)；上壓座上安裝有由滾刀、滾壓凸輪、滾壓彈簧、滾壓擺臂組成的滾壓組件。滾壓凸輪固定不動，滾壓組件隨上壓座繞轉(zhuǎn)盤的中心軸線轉(zhuǎn)動。滾壓彈簧牽拉滾壓凸輪與滾壓軸承緊密貼合，沿著滾壓凸輪的凸輪邊緣，驅(qū)動滾刀相對電池殼體作漸進的徑向進給滾槽運動；在工序盤上安裝有由下壓板、

29、下壓頭、下壓軸承、下壓凸輪、下壓導軌、下壓座、下壓彈簧等組成的下壓組件。下壓組件繞主機中心軸線旋轉(zhuǎn)。下壓凸輪固定，下壓彈簧牽拉下壓軸承，始終與下壓凸輪保持緊密接觸，通過下壓板驅(qū)動下壓頭做下行運動，與上托板一起夾持電池殼體作自轉(zhuǎn)運動；在工序盤上安裝有由上托板、上托彈簧、上托座、上托導軌、上托軸承、上托凸輪等組成的上托組件。上托組件轉(zhuǎn)盤中心軸線旋轉(zhuǎn)。上托凸輪固定，上托彈簧牽拉上托軸承，始終與上托凸輪緊密貼合，通過上托座驅(qū)動上托板做上行運動，與下壓頭一起夾持電池殼體作自轉(zhuǎn)運動；在工序盤上的上壓座中安裝有由側(cè)壓輥、側(cè)壓導軌、側(cè)壓彈黃、側(cè)壓座、側(cè)壓凸輪、側(cè)壓軸承等組成的側(cè)壓組件。側(cè)壓組件繞轉(zhuǎn)盤中心軸線旋

30、轉(zhuǎn)。側(cè)壓凸輪固定，側(cè)壓彈簧牽拉側(cè)壓軸承，始終與側(cè)壓凸輪緊密接觸，驅(qū)動側(cè)壓輥做側(cè)向的進給運動，保證電池殼體在滾槽過程中總是與側(cè)向輥緊密接觸，以提供滾槽時的滾壓支反力。整體傳動路線如下所示：公轉(zhuǎn)輸入齒輪工序盤下壓座上托座滾槽部件繞中心回轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)輸入齒輪自轉(zhuǎn)齒輪組（下壓頭/自傳帶輪組上托板）下壓頭與上托板共同夾持電池殼體、自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)輸入齒輪工序盤下壓座（滾槽部件繞主機中心軸線公轉(zhuǎn)/滾壓軸承在滾壓彈簧作用下，與滾壓凸輪緊密接觸滾刀相對電池殼體作徑向進給滾槽運動）公轉(zhuǎn)輸入齒輪工序盤下壓座下壓板下壓凸輪下壓頭下行，與上托板共同夾持電池殼體公轉(zhuǎn)輸入齒輪工序盤上托座上托凸輪上托板上行，與下壓頭共同夾持電池殼

31、體公轉(zhuǎn)輸入齒輪工序盤下壓座上壓座側(cè)壓凸輪使側(cè)壓輥側(cè)向壓緊電池殼體，提供滾槽時的支反力3 圓柱形鋰電池滾槽機的組成與工作原理3.1 圓柱形鋰電池滾槽機組成部分由第二章進行的滾槽機部件設計方案與滾槽機工序設計方案，對機械的三維進行設計，通過三維繪圖軟件完成建模。滾槽機主要由轉(zhuǎn)盤、進料部件、出料部件、滾槽部件等部分組成。由電動機進行驅(qū)動，通過減速器變速，由傳動部件使機器運轉(zhuǎn)。具體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 圓柱形鋰電池滾槽機外形圖（1） 進料部件與旋轉(zhuǎn)主機鏈接，由進瓶撥輪完成待滾槽電池殼體的分離工作，逐次將待滾槽電池殼體送入旋轉(zhuǎn)主機。（2） 五個滾槽部件均勻分布在旋轉(zhuǎn)主機上，工作時，滾槽部件繞著旋

32、轉(zhuǎn)主機轉(zhuǎn)動，完成待滾槽電池殼體的滾槽工作。（3） 完成滾槽的電池殼體由出料部件輸出，進入接下來的電解液注液機，通過出料撥輪將完成滾槽的電池殼體輸出，然后在傳送機構(gòu)的運動下進入下一輪加工。為了更好的看到機器的工作部件細節(jié)，隱藏滾槽機的一部分外框架、機架組件、部分滾槽部件，得到圖3.2的詳細模型。如此處理，可以更好的了解機器的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到公轉(zhuǎn)電機啟動后，先由公轉(zhuǎn)減速器減速，然后帶動公轉(zhuǎn)輸入齒輪，進而驅(qū)動整體結(jié)構(gòu)進行滾槽工作。圖3.2圓柱形鋰電池滾槽機整機模型展示圖3.2 滾槽部件工作原理滾槽機由這部分完成對零件的加工。圖3.3所示是滾槽部件的三維模型，上定位機構(gòu)和下定位機構(gòu)對電池殼體進行夾

33、持，固定好滾槽部件后，以一定速度自轉(zhuǎn)。接著，滾刀在程序的控制下，逐漸靠近電池殼體，做徑向進給運動，由此實現(xiàn)自動滾槽。在滾槽過程中，滾刀可以繞著自身滾軸進行旋轉(zhuǎn)，由此提高滾刀使用壽命。圖3.3滾槽部件三維模型展示圖圖2.10所示的滾槽部件工作原理，上托凸輪驅(qū)動上托組件與下壓凸輪驅(qū)動下壓組件相向運動，夾住待滾槽的電池殼體進行旋轉(zhuǎn)。將上托凸輪由上托基本凸輪和上托補償凸輪代替，下壓凸輪由下壓基本凸輪和下壓補償凸輪代替，可以減少滾槽時產(chǎn)生的力量，保證滾槽質(zhì)量。圖3.4所示為下壓組件模型。圖3.4下壓組件模型展示圖下壓組件模型由滾壓軸承、滾壓彈簧、滾壓擺臂、下壓座、滾壓力微調(diào)機構(gòu)、滾壓位置微調(diào)機構(gòu)、滾刀、

34、同步轉(zhuǎn)速輸出軸、下壓基本軸承、下壓補償軸承、下壓直線導軌、下壓彈簧、側(cè)壓彈簧、側(cè)壓導軌、側(cè)壓軸承、側(cè)壓輥組成。為了減小因為電池殼體本身的誤差，對下壓基本凸輪與下壓補償軸承做一些改變。固定住下壓基本凸輪，由下壓基本軸承做緩沖機構(gòu)。固定住下壓補償軸承，由下壓補償凸輪做緩沖機構(gòu)。下壓基本軸承緩沖機構(gòu)如圖3.5所示，由緩沖彈簧、形成微調(diào)機構(gòu)、導向柱、凸輪安裝板、下壓補償凸輪組成。下壓補償凸輪緩沖機構(gòu)由下壓基本軸承、抽成安裝座、緩沖疊彈限位調(diào)整組成。圖3.5下壓基本軸承緩沖機構(gòu)展示圖圖3.6下壓補償凸輪緩沖機構(gòu)展示圖上托凸輪驅(qū)動的上托組件與下壓凸輪驅(qū)動的下壓組件相向運動，夾住待滾槽的電池殼體進行旋轉(zhuǎn)。上

35、托凸輪驅(qū)動上托組件上行動作，并與下壓組件的下壓頭協(xié)同動作，共同夾持電池殼體自轉(zhuǎn)。將上托凸輪由上托基本凸輪和上托補償凸輪代替，以減少滾槽時產(chǎn)生的力量，保證滾槽質(zhì)量。執(zhí)行機構(gòu)上托組件也進行一些調(diào)整。圖3.7上托組件模型展示圖上托組件模型如圖3.7所示，由同步轉(zhuǎn)速輸入軸、V型護具、電池夾具、直線導軌、同步帶輪、上托彈簧、上托補償軸承、上托基本軸承組成。為了減小因為電池殼體本身的誤差，對上托基本凸輪與上托補償軸承做一些改變。固定住上托基本凸輪，由上托基本軸承做緩沖機構(gòu)。固定住上托補償軸承，由上托補償凸輪做緩沖機構(gòu)。上托補償凸輪緩沖機構(gòu)如圖3.8所示，由上托補償凸輪、凸輪安裝板、行程微調(diào)機構(gòu)、緩沖彈簧、

36、導向柱組成。圖3.8上托補償凸輪緩沖機構(gòu)展示圖電池殼體滾槽采用旋轉(zhuǎn)漸進滾槽方式，圖3.9為滾壓凸輪組件模型圖。滾壓凸輪固定不動，下壓座圍繞旋轉(zhuǎn)主機的中心軸線旋轉(zhuǎn)0。滾壓彈簧牽引，使?jié)L壓凸輪與滾壓軸承緊密接觸，驅(qū)動滾刀與電池殼體徑向做相對進給運動，使才滾槽部件完成加工。滾刀在滾槽過程中自轉(zhuǎn)，可以延長使用壽命。為了對不同型號的電池殼體進行加工，滾刀的上下位置可以用螺旋千分尺對位置微調(diào)機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。為了保證滾槽質(zhì)量，調(diào)整滾槽力的大小，滾壓軸承的位置可以用螺旋千分尺對力微調(diào)機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。圖3.9滾壓凸輪組件模型展示圖滾壓凸輪組件模型由滾壓凸輪、滾壓軸承、滾壓擺臂、位置微調(diào)機構(gòu)、下壓座、滾刀、滾壓彈簧、

37、力微調(diào)機構(gòu)、下壓頭、側(cè)壓輥組成。電池殼體在滾刀滾槽時力的作用下，沿著滾刀產(chǎn)生位移。測壓凸輪組件的設計可以避免電池殼體的位移。如圖3.10所示，側(cè)壓彈簧作用與測壓凸輪組件，使其與側(cè)壓凸輪緊密貼合，推動側(cè)壓輥防止電池殼體位移。緩沖疊彈簧等緩沖裝置的設計，可以減小因為電池殼體本身的誤差，從而保證滾槽工作的順利進行。圖3.10側(cè)壓凸輪組件模型展示圖測壓凸輪組件模型由下壓座、側(cè)壓彈簧、滾刀、測壓輥、直線導軌、緩沖疊彈簧、側(cè)壓軸承座、限位調(diào)整、側(cè)壓軸承組成。3.3 進料部件工作原理進瓶撥輪組件與進料部件相連，待滾槽的電池殼體由導向板進入進料部件，在輸送平帶上運動，光電傳感器控制分位撥桿，將電池殼體撥入進料

38、導板，撥輪盤轉(zhuǎn)動，將進入進料導板的待滾槽電池殼體輸送到轉(zhuǎn)盤。圖3.11為模型展示圖。圖3.11進料部件與進瓶撥輪組件的組合模型展示圖圖3.12為該機構(gòu)的傳動原理圖。圖3.12進料部件與進瓶撥輪的傳動原理圖Y100L-6型電機驅(qū)動進料部件工作，通過輸送平帶將前道工序輸送來的電池殼體送往進瓶撥輪。電池殼體固定在定位座上，經(jīng)過光電傳感器，引起電信號驅(qū)動分位氣缸工作，由分位撥桿將待滾槽的電池殼體撥入進料撥輪，再由進料撥輪將電池殼體輸送至滾槽機主機。進瓶撥輪的輸入齒輪與旋轉(zhuǎn)主機的公轉(zhuǎn)輸入齒輪嚙合，實現(xiàn)滾槽部件順序的輸入。3.4 出料部件工作原理出瓶撥輪組件與出料部件相連，已滾槽的電池殼體由導向板離開出料

39、部件，在輸送平帶上運動通過光電傳感器，電池殼體進入出料導板，出料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，將進入出料導板的已滾槽電池殼體輸送到下一道工序。圖3.13為模型展示圖。圖3.13出料部件與出瓶料盤部件的組合模型展示圖圖3.14為該機構(gòu)的傳動原理圖。圖3.14出料部件與出瓶料盤的傳動原理圖Y100L-6型電機驅(qū)動出料部件工作，通過輸送平帶將已滾槽的電池殼體送往出料轉(zhuǎn)盤。電池殼體固定在定位座上，經(jīng)過光電傳感器，將已滾槽的電池殼體送入后道工序進行注液。4 主動部件的選型計算4.1 圓柱形鋰電池滾槽機電機的選型計算“假定技術與條件說明：（1） 傳動裝置的使用壽命預定為8年，每年按280天計算，每天12小時計算；（2） 工作

40、情況：單項運輸，載荷平穩(wěn)，室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境溫度不超過35攝氏度；（3） 電動機的電源為三相交流電，電壓為380/220伏；（4） 運動要求:輸送帶運動速度誤差不超過5%?！?64.1.1 電機的選型（1）按工作需求和條件，選用Y型三相異步電動機。（2）查閱機械設計手冊表1.1-24，機械傳動效率的概略值（3）卷筒所需功率（4）卷筒軸工作轉(zhuǎn)速（5） 取v帶傳動比范圍機械傳動比總傳動比轉(zhuǎn)速可選范圍為符合范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min和1500r/min。根據(jù)電動機和轉(zhuǎn)速，查閱機械設計手冊。綜合考慮，選用的電機型號為Y100L-6，P額=1.5kW，總傳動比4.1.2 傳

41、動比分配電動機至卷筒安排了v帶傳動和閉式齒輪傳動二級傳動，根據(jù)機械設計手冊推薦值取則4.1.3 計算各軸轉(zhuǎn)速（1）電動機軸轉(zhuǎn)矩（1） 減速器高速軸（2） 減速器低速軸（3） 卷筒軸圖4.1 Y100L-6型三相異步電動機展示圖表4.1 電機參數(shù)表型號Y100L-6級數(shù)2額定功率1.5kW額定轉(zhuǎn)速940rad/min額定電壓效率77.5%溫度35電機重量36Kg4.2 鋰電池滾槽機減速器的設計計算與選型計算根據(jù)電機的選型得到的數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過驗算調(diào)整后各參數(shù)（1） 齒輪傳動高速軸（2） 齒輪傳動低速軸（3） 齒輪傳動低速軸轉(zhuǎn)矩4.2.1 減速器的設計計算（1）選擇齒輪的材料因為傳遞平穩(wěn)，功

42、率不大，故齒輪齒面選軟齒面，由機械基礎表15-5得，小齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為220HBW，大齒輪選45鋼正火，硬度為170HBW.精度等級8級16。根據(jù)機械基礎中圖15-27知：由圖15-28知：由表15-10知：故??；（2）強度計算 因為兩齒輪都是軟齒面，故應根據(jù)齒面接觸疲勞強度條件計算齒輪分度圓直徑：齒數(shù)比將數(shù)值代入公式（3）確定模數(shù)和齒數(shù) （4）確定實際中心距（5）確定齒輪寬度大齒輪取將小齒輪的齒寬在圓整后基礎上加寬510mm 取b1=30mm（6）驗算齒輪的抗彎強度查表15-9得大小齒輪的齒數(shù)和材料不同，應該分別驗算大小齒輪的抗彎強度（7）大小齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑：齒頂圓直徑：

43、齒根圓直徑：全齒高：（2） 驗算圓周速度由機械基礎中表15-4知，8級精度合適。4.2.2 減速器的選型計算根據(jù)機械設計手冊，選用ZDY型軟齒面圓柱齒輪減速器17。（1）選用減速器的公稱輸入功率按減速器的機械強度功率表選取，要計入工況系數(shù)，還要考慮安全系數(shù)。帶式傳動機負荷為均勻載荷，減速器失效會引起生產(chǎn)線停產(chǎn)。查表15-2-8、表15-2-9得=1.0，=1.5，機械強度計算功率為式中機械強度計算功率，kW；負載功率，kW；工況系數(shù)，見表15-2-8；安全系數(shù)，見表15-2-9；減速器工稱輸入功率，見表15-2-4表15-2-6。按i=3.48及=940r/min接近公稱轉(zhuǎn)速1000r/min

44、,查表15-2-5；ZDY 80，i=3.48,=1000r/min,=14kW。當=940r/min時，折算公稱功率，可以選用ZDY 180減速器。（2）校核熱平衡許用功率校核熱功率能否通過。要計入系數(shù)，、應滿足式中計算熱功率，kW；減速器熱功率，無冷卻裝置為，有冷卻裝置為；系數(shù)，查表15-2-1015-2-12。查表15-2-10表15-2-12得=1.31，=0.86（每天工作16小時）、=1.25（=1.717/13.16=0.13=13%40%）查表15-2-7：ZDY 80，=13kW,采用盤狀管冷卻時，=48kW,。因此可以選定：ZDY80-3.55-I減速器，如圖4.2。圖4.

45、2 ZDY80-3.55-I減速器展示圖4.3 鋰電池滾槽機聯(lián)軸器的選型計算根據(jù)設計需要，選用凸緣聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩根據(jù)機械設計手冊，式中T理論轉(zhuǎn)矩，Nm驅(qū)動功率，kWn工作轉(zhuǎn)速，r/min動力機系數(shù)：電動機、透平機，=1.0；四缸及四杠以上內(nèi)燃機，=1.2；二杠內(nèi)燃機，=1.4；單缸內(nèi)燃機，=1.6K工況系數(shù)，見表6-2-2啟動系數(shù)：值與啟動頻率f有關；f=120次/h時，=1.00；f=120240次/h時=1.3；240次/h時，由制造廠確定；溫度系數(shù)，見表6-2-3公稱轉(zhuǎn)矩，Nm，見各聯(lián)軸器基本參數(shù)表由查表得工況系數(shù)取2.25，溫度系數(shù)取1.0。將數(shù)據(jù)導入公式得由機械設計手冊表6

46、-2-8，選用GY3型凸緣聯(lián)軸器。圖4.2 GY型基本型展示圖主動端：Y型軸孔、A型鍵槽，d=28,L=62從動端：型軸孔、A型鍵槽，d=28,L=44。標記為：GY3聯(lián)軸器GB/T5843-20034.4 鋰電池滾槽機軸承的選型計算由于滾槽機需要一個平穩(wěn)的平臺且軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故不能選用深溝滾子軸承，且軸承受力不大，轉(zhuǎn)速也較低，還要便于裝拆，故可選用圓錐滾子軸承，且可選取外徑較小的以使空間更緊湊和降低成本17。選用一套型號30209圓錐滾子軸承。徑向當量動載荷：當當徑向當量靜載荷：若取附加軸向力最小徑向載荷圖4.3 圓錐滾子軸承展示圖軸承的主要參數(shù):d=28m，D=45mm，T=12mm，C=9mm，B=19mm，r=0.3mm，=0.3mm,a=9.0。結(jié) 論圓柱形鋰離子電池在生活中非常常見。目前，我國大部分鋰電池生產(chǎn)設備采用半自動化滾槽機，生產(chǎn)效率相對較低，產(chǎn)品質(zhì)量稍有欠缺。論文對圓柱形鋰電池滾槽機研究結(jié)果如下：1. 對圓柱形鋰離子電池滾槽機的生產(chǎn)工藝、工藝原