課程設計說明書滾筒式輸送機設計

1、東北大學專 業(yè) 課 程 設 計 說 明 書題目： 滾筒式輸送機設計 學院（系）：機械工程與自動化學院 專業(yè)班級： 機設081班 學 號： 080302067 學生姓名： 指導教師： 起止時間：2010.12.12-2011.01.07 遼寧工業(yè)大學專業(yè)課程設計任務書2第一章緒論41.1研究內容的現(xiàn)狀41.2選題意義51.3 設計內容5第二章總體方案設計62.1 技術參數(shù)62.2 確定工藝方案72.3功能分解72.4 功能元求解82.5 綜合評價92.6 傳動系統(tǒng)原理圖92.7 傳動系統(tǒng)總體布局10第三章執(zhí)行系統(tǒng)設計計算103.1 滾筒受力分析103.2滾筒結構尺寸及受力（ansys分析）113

2、.2.1 建模過程123.2.2 施加載荷及約束133.2.3 后處理143.3氣缸的選擇15第四章傳動系統(tǒng)設計計算164.1 運動與動力設計計算164.1.1 電動機的選擇164.1.2 傳動比分配174.1.3 各軸轉速功率及轉矩174.2 鏈的設計計算184.2.1 確定鏈輪的齒數(shù)184.2.2 確定鏈型號和鏈節(jié)距p194.2.3 驗算鏈速v194.2.4 確定鏈條數(shù)和中心距194.2.5 計算壓軸力194.2.6 計算鏈輪直徑204.3 滾子鏈的靜強度計算204.4 減速器的選擇20第五章主要部件的設計及計算215.1 設計軸的結構215.2 主動軸強度校核215.2.1計算鏈輪所受各

3、個分力215.2.2將空間分為h和v平面力系，并求支反力225.2.3 求軸的彎矩225.2.4 求軸的扭矩235.2.5畫出彎矩圖以及轉矩圖235.2.6 校核軸的靜強度245.3 校核軸的疲勞強度255.4 滾動軸承的選擇及壽命驗算265.4.1 滾動軸承的選擇265.4.2 壽命驗算27第六章 結構設計28第七章 結論29參考文獻30第一章 緒論1.1 研究內容的現(xiàn)狀在飛速發(fā)展的今天，工業(yè)化生產占了主導地位，任何機械產品都是經過一步步加工，一步步改善而成的。隨著技術的發(fā)展，機械產品的加工也有了突飛猛進的發(fā)展，由單件生產慢慢轉變成了流水線的生產。這樣便提高了加工效率。由此，輸送機也越來越重

4、要了。輸送機的產生不但節(jié)省了運輸時間，也節(jié)約了人力資源，大大提高了運輸?shù)男省１敬握n程設計研究的是滾筒式輸送機。 滾筒輸送機適用于各類箱、包、托盤等件貨的輸送，散料、小件物品或不規(guī)則的物品需放在托盤上或周轉箱內輸送。能夠輸送單件重量很大的物料，或承受較大的沖擊載荷，滾筒線之間易于銜接過濾，可用多條滾筒線及其它輸送機或專機組成復雜的物流輸送系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要。可采用積放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機結構簡單，可靠性高，使用維護方便。 滾筒輸送機適用于底部是平面的物品輸送，主要由傳動滾筒、機架、支架、驅動部等部分組成。具有輸送量大，速度快，運轉輕快，能夠實現(xiàn)多品種共線分流輸送的特點。結

5、構形式上，從驅動形式上分為有動力、無動力、電動滾筒等，按布局形式分為水平輸送，傾斜輸送和轉彎輸送。目前，滾筒式輸送機的傳動形式有單鏈輪、雙鏈輪、o型皮帶、平面摩擦傳動帶、同步帶等1。 1.2 選題意義滾筒輸送機多用于流水線生產，可用多條滾筒線及其它輸送機或專機組成復雜的物流輸送系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要?？刹捎梅e放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機結構簡單，可靠性高，使用維護方便。能保證準確的傳動比；傳動尺寸比較緊湊；不需要較大的張緊力；效率高。并且，結構簡單，成本低廉，安裝精度要求低，并能在溫度較高，濕度較大，油污較重等惡劣環(huán)境中工作。所以，此滾筒式輸送機能夠提高產品生產的效率，減少了人力資

6、源，為機械等行業(yè)創(chuàng)造了更多的財富。 21世紀是一個技術創(chuàng)新的時代，隨著我國經濟建設的高速發(fā)展，柴油機的應用日益增長，由此，柴油機輸送機的需求也日益增加。柴油機本身質量較重，并且形狀規(guī)則近似長方體形狀，除此，柴油機的加工工序較多，利用本次設計的滾筒式輸送機能夠準確的將柴油機機體輸送到各個工位上，并且輸送可靠，由此，節(jié)省了工作時間，提高了柴油機的生產效率1。1.3 設計內容 1.輸送機的總體設計滾筒式輸送機結構主要有機架，直線推動機構，傳動機構組成。機架主要是由方鋼焊接而成。直線推動機構采用的是氣缸和傳感器，主要是由推板、滑動軸、底座組成。傳動系統(tǒng)主要由電動機和鏈傳動機構組成。2.柴油機轉向輸送系

7、統(tǒng)的設計輸送機的轉向機構，利用氣缸的直線運動實現(xiàn)的，柴油機機體到達指定位置，通過傳感器的作用，從而氣缸工作，推動推板，通過推板均勻推動整個柴油機機體的轉向，達到柴油機機體輸送的轉向。 3.傳動系統(tǒng)的設計傳動系統(tǒng)采用的是滾子鏈傳動，直聯(lián)電機通過鍵連接一個滾子鏈輪通過鏈傳動將力和運動傳遞到滾筒輸送機軌道的主軸上，主軸帶動所有滾筒轉動，達到柴油機機體的輸送功能。第二章 總體方案設計2.1 技術參數(shù)表2.1為滾筒輸送機的主要設計參數(shù)。表2.1 滾筒輸送機參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值輥筒直徑（mm）76柴油機的尺寸（mm）輸送柴油機的速度（m/min）30柴油機的質量（kg）3502.2 確定工藝方案 柴油機的直線

8、輸送和輸送轉向的工藝路程為：將柴油機放置在的輸送機上，通過滾筒的轉動實現(xiàn)柴油機的直線輸送，當柴油機輸送到所需位置，通過外力推動實現(xiàn)柴油機的輸送轉向，使柴油機能夠輸送到各個所需工位。工藝路線圖如圖2.1所示。柴油機推動柴油機的輸送柴油機定位柴油機的放置柴油機輸送轉向柴油機送到各工位 圖2.1工藝路線圖由于本次課程設計時間較短，所以只對柴油機的輸送以及柴油機的換向輸送進行主要的設計。2.3功能分解滾筒式輸送機的分功能主要由動力功能，傳動功能，控制功能組成。其中動力功能主要由傳動功能和換向功能完成。傳動功能主要是輸送功能。控制功能主要是由傳動控制以及換向控制功能完成。本次設計的滾筒輸送機的功能分解如

9、圖2.2所示：輸送功能傳動功能轉向功能 動力功能滾筒輸送機 啟動 控制功能停止 圖2.2功能樹2.4 功能元求解滾筒式輸送機的分功能由功能樹得出為轉向，輸送，啟動，動力四個分功能。其中轉向功能可由人工轉向，氣缸推動轉向，吊車轉向實現(xiàn)。輸送功能可由帶式輸送，鏈式輸送，輥子輸送來實現(xiàn)。啟停功能可由傳感器控制，人工控制，機械控制來實現(xiàn)。動力功能可由電動機，內燃機，以及液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)。根據(jù)各分功能可得到如表2.3滾筒式輸送機設計的形態(tài)學矩陣。表2.2 形態(tài)學矩陣分功能功能分解 1 2 3 a轉向 人工轉向 氣缸推動吊車轉向 b輸送 帶式輸送 鏈式輸送輥子輸送 c啟停 傳感器控制 人工控制機械控制 d動

10、力電動機內燃機液壓2.5 綜合評價由表2.2形態(tài)學矩陣可知，在柴油機機體輸送過程中，從使用工作環(huán)境，傳動效率，傳動比范圍，傳動速度，制造成本和安裝精度以及柴油機機體本身的特征等方面考慮，我認為最佳組合是a2+b3+c1+d1。圖2.3為傳感器控制，氣缸推動原理圖實現(xiàn)柴油機的轉向輸送。圖2.4為滾筒式輸送原理圖實現(xiàn)直線輸送柴油機功能。本機整體是通過鏈輪傳動來實現(xiàn)的。這種方案使得整個機器結構簡單，可靠性高，使用維護方便。并且輸送效率很高，成本低廉，安裝精度要求低，并能在溫度偏高，濕度偏大，油污較重等惡劣環(huán)境中工作。 圖2.3 傳感器控制,氣缸推動（a2+c1） 圖2.4 滾筒式輸送（b3） 圖2.

11、5 鏈輪傳動2.6 傳動系統(tǒng)原理圖本次設計的滾筒式輸送機主要由電動機進行動力驅動，通過鏈式傳動將動力和扭矩傳動到輸送輥上，輸送輥為主動輥，每個輥上均有一個雙排鏈輪，通過鏈傳動使得每個滾筒轉動從而達到柴油機的輸送功能。柴油機的轉向輸送主要由氣缸來實現(xiàn)。方案原理圖如圖2.7所示。 圖2.7 方案原理圖2.7 傳動系統(tǒng)總體布局由于本次設計的滾筒式輸送機只要應用于工廠中，所以輸送機的總體布局很重要?？傮w布局應盡量使得整個機體占地面積小，不妨礙其他工作人員以及其他機器的正常工作。方案總體布局圖如圖2.8所示： 圖2.8 方案總體布局圖第三章 執(zhí)行系統(tǒng)設計計算3.1 滾筒受力分析 輸送的柴油機機體的重量為

12、g=3500n，柴油機在輸送過程中，同時與四個滾筒接觸，所以有：每個滾筒所承受的載荷： 滾筒材料選為45號鋼，無潤滑的情況下，摩擦系數(shù)： 軸承的摩擦系數(shù)為： 滾筒與柴油機之間的摩擦力為：n 一個滾筒的重量大致為：kg 軸承轉動的摩擦力為：n 滾筒的轉速為： 每個滾筒的功率為：w 3.2滾筒結構尺寸及受力（ansys分析）已知滾軸的外形尺寸如圖3.1所示：滾筒的兩端所有方向都有約束，在滾筒中間位置上，水平方向承受力525n，垂直方向承受力為875n，在鍵的位置上承受轉矩為mz=45.7n.m。454239932350766210392317 圖3.1 滾筒結構圖3.2.1 建模過程單元類型：so

13、lid brick 8node 45材料屬性：彈性模量：2x 泊松比：0.3建模思路：連續(xù)創(chuàng)建幾個圓柱體，并利用布爾加使其生成一個整體。再創(chuàng)建一個鍵槽，利用布爾減將鍵槽剪掉。整個外形圖確定之后劃分網(wǎng)格，施加約束和載荷。最后進行后處理。步驟：連續(xù)創(chuàng)建幾個圓柱體modelingcreatevolumescylinderby dimensions ，輸入坐標值，生成圖形如圖3.2模型一。利用布爾加boolean將其合為一個整體。先轉換工作平面，workplane change active cs to workingplane offset up by increments ok創(chuàng)建兩個圓柱體cyl

14、inder和一個矩形體block，利用布爾加boolean將其合成一個整體，再利用布爾減boolean將其減掉，生成鍵槽，如圖3.3所示。劃分網(wǎng)格: meshingmeshtoolglobalsetndiv 10meshpickallclose，如圖3.4所示。 圖3.2 模型一 圖3.3 模型二 圖3.4 模型三 3.2.2 施加載荷及約束施加約束及載荷的建模思路：滾筒兩端均有任意方向的約束。柴油機放置在滾筒上，相當于在滾筒正中心承受向下的重力作用以及水平方向的摩擦力的作用。施加約束：solutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon area

15、s選擇4個側面ok施加x和y方向的約束。如圖3.5，圖3.6所示。施加載荷：solutiondefine loadsapplystructuralforce/moment選擇上表面fx=525n, fy=875n,mz=45.7n.mok，如圖3.7，圖3.8所示。求解：solutionsolvecurrent lsok，如圖3.9所示。 圖3.5模型五 圖3.6模型六 圖3.7模型七 圖3.8模型八3.2.3 后處理后處理即求機體的變形量以及應力:滾筒的變形量：general postprocplot resultsdeformed shape，如圖5.10所示。滾筒的應力：general

16、postprocplot resultscontour plotstressvon mises stress，如圖5.11所示。 建模過程圖如下所示： 圖3.9模型九 圖3.10模型十 圖3.11模型十一由參考文獻10查得=50 mpa，最大應力為26.9mpa < =50 mpa，故滾筒的尺寸設計合理。3.3氣缸的選擇 根據(jù)所需，氣缸的行程為500mm,推力至少為525n。由文獻5表21-5-23、表21-5-24、表21-5-25可選氣缸的型號為qcm2 32-500。第四章 傳動系統(tǒng)設計計算4.1 運動與動力設計計算4.1.1 電動機的選擇所設計的滾筒式輸送機的每排滾筒數(shù)為10個運

17、輸滾筒的有效拉力為：n滾筒所需的有效功率:w傳動裝置總效率：=滾筒 查表4.1表得出： 表4.1 傳動裝置效率傳動裝置的效率滾筒鏈滾動軸承0.960.970.98 傳動總效率=所需電動機功率為：w所以可得到兩款合適的電動機如下所式所示：可選型號為y80m2-4，額定功率為0.75kw，轉速為1390r/min還可選型號為y90s-6，功率為0.75kw，轉速為910r/min比較兩方案可知，方案2的電動機雖然結構緊湊，傳動比小，但價格和質量都比較大,方案1選用的電動機傳動比較大，但質量和價格雖然低，所以選方案1。表4.2為可選電動機數(shù)據(jù)。表4.2 電動機數(shù)據(jù)及傳動比方案號電機型號額定功率同步轉

18、速滿載轉速總傳動比1y80m247.51500139011.072y90s47.510009104.06電動機型號為y80m2-4，額定功率為0.75kw，轉速為1390r/min。電動機的中心高度為80mm,外伸軸段d*e=19*40。4.1.2 傳動比分配由于本次選擇了y80m2-4型號電機， 取，則減速器的傳動比為： =11.05/1=11.054.1.3 各軸轉速功率及轉矩0軸：即電機軸 w n·m1軸：減速器高速軸 w n·m2軸：減速器低速軸 w n·m 3軸:即傳動滾筒軸 w n·m4軸：即輸送軌道所有的軸 w n·m 下表4.3

19、為傳動表 表4.3 傳動表序 號 功 率 p/kw轉 速n/（r/min）轉 矩t/n·m傳動型式 傳動比 效 率0 0666 13904.58減速器11.050.9610666 139050.62 0666 125.74.58鏈傳動10.930633 125.748.0940602 125.745.7鏈傳動 1 0.974.2 鏈的設計計算4.2.1 確定鏈輪的齒數(shù)因為設鏈速v=0.6-3m/s,根據(jù)文獻3表4-13選用小鏈輪齒數(shù)z1=17，則因鏈輪齒數(shù)一般取奇數(shù)，為了均勻磨損，取z2=174.2.2 確定鏈型號和鏈節(jié)距p由文獻3表4-14，表4-15，圖4-39，圖4-37查得工

20、作情況系數(shù)ka=1.5，kz=0.92, kp=1.0,則計算功率：kw根據(jù)p0、n1由文獻3圖4-37確定，故選鏈號 08a，鏈節(jié)距p=12.70mm。4.2.3 驗算鏈速v鏈速故滿足要求。4.2.4 確定鏈條數(shù)和中心距初定中心距a0=（3050）p=381635mm，則取a0=400mm用于表示鏈條長度的鏈節(jié)數(shù)lp，=62節(jié) 取lp=62節(jié)實際中心距4.2.5 計算壓軸力壓軸力系數(shù)kq取1.25則壓軸力為：n4.2.6 計算鏈輪直徑小輪分度圓直徑 大輪分度圓直徑 此外，還需確定潤滑方法及潤滑油品種。根據(jù)鏈速及鏈號，選滴油潤滑，由表選46號低黏節(jié)能通用齒輪油。4.3 滾子鏈的靜強度計算鏈條的

21、靜強度計算式為查文獻5表33.2-2可知鏈條極限拉伸載荷n 查文獻5表33.2-4可知 工況系數(shù)查文獻5表33.2-3可知 有效拉力n因為鏈傳動的速度為0.5m/s,所以離心力引起的拉力fc可以忽略不計。查文獻5表33.2-6可知，懸垂拉力所以鏈條的靜強度為：n=4-8所以滾子鏈的靜強度合格。4.4 減速器的選擇根據(jù)傳動比和功率，查參考文獻3表18.1-98可選wd型直聯(lián)臥式擺線針輪一級減速器，該減速器的需用輸入功率為0.75w，傳動比為11，輸出軸直徑為25mm,長為34mm。第五章 主要部件的設計及計算5.1 設計軸的結構根據(jù)軸上零件的安裝和定位的需要，初定各軸段直徑和長度，作軸的結構圖,

22、如圖5.1所示。圖5.1軸的結構圖5.2 主動軸強度校核5.2.1計算鏈輪所受各個分力本章所涉及的計算均來源參考文獻1011。鏈速v的確定m/s有效圓周力fn作用于軸上的拉力qfn5.2.2將空間分為h和v平面力系，并求支反力對于軸端的直徑有d3a0 45號鋼 a0 = 110d3110*14mm所以d3取17mm中間（與鏈輪相連）軸直徑d2選為23mm在h面上有：nnn·mmn·mmn·mm 在v面上有：由mr2v=0得n nn·mmn·mmn·mm5.2.3 求軸的彎矩n·mm n·mm 191940n

23、3;mm 取根據(jù)n·mm n·mm n·mmn·mm5.2.4 求軸的扭矩n·mm5.2.5畫出彎矩圖以及轉矩圖該滾筒如圖5.2所示，截面1.2.3.4四個位置為危險截面，即需要對該滾筒的四個截面進行校核。 圖5.2滾筒的結構圖 根據(jù)以上所求及其滾筒的結構可得到如圖5.3所示的軸的彎矩扭矩圖。5.2.6 校核軸的靜強度根據(jù)圖中軸的結構尺寸，選擇彎矩較大的4剖面和彎矩較大，軸徑較細的1剖面進行驗算。根據(jù)主教材查得=59 mpa1剖面的計算應力： 安全4的抗彎截面系數(shù)：4剖面的計算應力： 安全根據(jù)圖中軸的結構尺寸，選擇彎矩叫大的剖面和彎矩較大，軸徑

24、較細的剖面進行驗算。根據(jù)文獻3查得=59 mpa剖面的計算應力： 安全剖面的計算應力： 安全轉矩圖fr2vfr1vfr2hfr1h 總圖 圖5.3軸的彎矩轉矩圖5.3 校核軸的疲勞強度a.判斷危險剖面 分別選擇，剖面進行驗算。剖面所受的彎矩和扭矩大，軸肩圓角處有應力集中。剖面除受彎矩和扭矩外，附近還有過盈配合，鍵槽和軸肩圓角三個應力集中源。45鋼調質的機械性能參數(shù)：。 b.剖面疲勞強度安全系數(shù)校核因軸單向轉動，彎曲應力為對稱循環(huán)變應力。扭剪應力按脈動循環(huán)處理。mpa mpa mpa mpa mpa查取應力集中系數(shù)，絕對尺寸影響系數(shù)和表面質量系數(shù)。根據(jù)：， r/d=2/23=0.09查得：，=4

25、.71 =10.21 =4.28 取s=1.51.8 s>s, 滿足要求。c. 剖面校核因軸單向轉動，彎曲應力為對稱循環(huán)變應力。扭剪應力按脈動循環(huán)處理。mpa mpa 查得： ， =10.9 取s=1.51.8 s>s, 滿足要求。5.4 滾動軸承的選擇及壽命驗算5.4.1 滾動軸承的選擇針對本次設計是輸送柴油機的滾筒式輸送機，相對轉動速度比較低，并且主要承受徑向載荷，也能承受一定的軸向載荷，采用深溝球軸承,軸承代號6203。5.4.2 壽命驗算根據(jù)軸承6203得=9.58kn =4.78kn得出：n n n n fa=1605.6n 查文獻3表9-6得出e=0.40y1=1.10

26、 x1=0.56y2=1.10 x2=0.56根據(jù)軸承承受沖擊狀況得，根據(jù)文獻3表9-7軸承承受沖擊狀況得=1.5=×(n ×n p1p2 計算軸承2壽命=16927h壽命足夠。第六章 結構設計針對本次課程設計進行部分結構設計：1.在進行總體方案設計過程中，要充分考慮總體布局，總體布局要合理，機構的放置不能影響周邊其他機器的正常運行，同時也不能影響周邊其他工作人員的活動等。例如本次設計的滾筒式輸送機中，氣缸的位置要合理、電機和減速器的位置要合理。如圖6.1。2.在總體方案設計過程中，要考慮人機學問題，例滾筒軌道的高度要合理。 圖6.1氣缸、電機的安放3.在設計滾筒過程中，要考慮到節(jié)省材料，以及輸送柴油機機體的可靠性。本次設計多次通過焊接手段從而節(jié)約了材料如圖6.2，并達到了預期的功能。4.在輸送軌道的設計上，為了使輸送的柴油機能夠準確的沿著軌道輸送，在滾筒的兩邊焊接一凸沿，以防止柴油機掉落。 圖6.2滾筒的設計 圖6.3凸沿的設計