仪表壳自动化压装机的设计.doc

第一章 引言
1.1 序言
毕业设计是完成了全部基础课，技术基础课，专业课以及参加了生产实现之后，在大学四年学习中最后一个学期进行的。这是毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，通过这次毕业设计对未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼分析能力，解决问题能力，为今后的工作打下基础。
通过本次毕业设计，得到以下的收获与训练：
1. 能熟悉运用理论力学，机械设计等课程的专业知识及设计计算。
2. 结构设计的能力，能运用学过的知识，完成零件的结构与设计，并通过学过的软件完成绘图。
3. 学会使用图表及手册资料。熟悉查找与本课题相关的各种资料名称，出处，能做到熟悉运用。
1.2 课题来源
本课题来源于常州红梅电力设备厂，压装机可用于试制产品的压装，压装空间适用于各种产品。
应用的设计原理：采用高质量的交流伺服电机，减速器，PLC传动方式，具有导向装置。向下压入的速度可调，采用无级调速方式。本课题旨在解决仪表生产中的锥形薄片压入仪表壳中的工序自动化问题，既要保证压入的位置，同时必须保证锥形薄片在同一位置产生精度相同的变形。本课题要求学生自动化锥形薄片自动化压装系统设计的压装机设计，完成压装机构的运动分析、工序设计、结构设计及关键零部件设计。该课题与生产实践相结合，有较高的实用价值和借鉴价值，该课题主要培养学生产品设计的综合能力，协同工作能力等。 压装机可采用手动/自动程序两种操纵方式进行控制。
1.3设计要求
本课题旨在解决仪表生产中的锥形薄片压入仪表壳中的工序自动化问题，既要保证压入的位置，同时必须保证锥形薄片在同一位置产生精度相同的变形。本课题要求学生自动化锥形薄片自动化压装系统设计的压装机设计，完成压装机构的运动分析、工序设计、结构设计及关键零部件设计。该课题与生产实践相结合，有较高的实用价值和借鉴价值，该课题主要培养学生产品设计的综合能力，协同工作能力等。
技术指标：每分钟完成任务15只金属仪表盘的压装,压装精度满足生产要求。

第二章 压装机的设计
2.1 仪表壳

图2-1锥形薄片
将锥形薄片压入仪表壳，既要保证压入的位置，同时必须保证锥形薄片在同一位置产生精度相同的变形，以完成仪表生产中的锥形薄片压入仪表壳中的工序自动化问题。
2.2 装配夹具

图2-2装配夹具
如图2-2所示，装备夹具用来固定锥形薄片，使其有准确的压装。
2.3 压头

（a）
（b）压头
图2-3
如图2-3所示，锥形薄片利用装备夹具的定位，由凸轮1将其固定(图a)，外轴采用凸轮下降，其下端的锥形面使锥形薄片压紧于装配夹具里，然后内轴下降使下端的冲压头将锥形薄片的翼耳翻转并固定在装配夹具的凸缘上，压装完毕，内外轴向上缩回（图b）。
2.4凸轮机构的设计
凸轮机构因机构中有一特征凸轮而得名。凸轮是指具有曲线轮廓或凹槽等特定形状的构件。凸轮通过高副接触带动从动件实现预期的运动，这样构成的机构成为凸轮结构。
凸轮机构可分为平面凸轮机构，空间凸轮机构等类型。凸轮机构广泛用于各种机构中，特别是自动机械，自动控制装置和装配生产线
2.4.1凸轮机构的组成
凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架组成的一种高副机构。【1-3】
2.4.2凸轮机构的类型
凸轮机构可根据凸轮的形状，从动件的形状和运动方式及凸轮与从动件维持高副的
接触方法来分别分类。【1-3】
(1).按照凸轮的形状分类：移动凸轮机构，盘型凸轮机构和圆柱凸轮机构。其中盘型凸轮机构是凸轮机构中最基本的结构形式，应用最广。
(2). 按照从动件的形状分类：尖端从动件凸轮机构，曲面从动件凸轮机构，滚子从动件凸轮机构和平底从动件凸轮结构。
(3).按照从动件的运动形式分：移动从动件和摆动从动件凸轮机构。
(4).按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分：力封闭型凸轮机构和形封闭型凸轮机构。其中形封闭型凸轮机构又可分为：槽型凸轮机构，等宽凸轮机构，等径凸轮机构和共轭凸轮机构。【1-3】
2.4.3从动件常用运动规律特征比较及适用场合【20-23】
表2-1 从动件常用运动规律
运动规律
相应方程
Vmax=（hw/Øo）×
amax=(hw2/Øo2)×
冲击
应用场合

多项式
等速
1.00
∞
刚性
低速轻载荷
等加速等减速
2.00
4.00
柔性
中速轻载荷
3-4-5多项式
1.88
5.77
无
高速中载荷
三角函数
正弦加速度
2.00
6.28
无
中高速轻载荷
余弦加速度
1.57
4.93
柔性
中低速中载荷

2.4.4 运动规律的组合
从表1-1列出的基本运动规律及其方程的运动特征可以看出，由于存在冲击或加速度的最大值amax较大，使得基本运动规律应用于高速场合时的运动和动力性能较差。为了克服基本运动规律的缺陷，通常将不同的基本规律进行组合，以得到运动和动力性
能较佳的新的运动规律，一般也称这种运动规律为组合式运动规律。
组合式运动规律必须遵循以下两条原则：【2,3,9,17】
一，为避免刚性冲击，位移曲线和速度曲线必须连续；对于中、高速凸轮机构，还应该避免柔性冲击，也就是要求曲线也必须连续。所以，当用不同运动规律组合起来行成从动件完整的运动规律时，各段运动规律的位移、速度和加速度曲线在连接点处的值应分别相等，这也是运动规律组合时应满足的边界条件。
二，应使用组合后的运动规律的最大速度值vmax、最大加速度值amax、最大跃度值jmax和vmax与amax的乘积mmax=vmax×amax的值尽可能小。若从动件的负载是静态的，如弹簧力、重力和静态力的工作阻力，则驱动转矩与速度成正比，所以，vmax较小，则静态驱动转矩也较小。另外，vmax还与机构压力角有关，vmax较小，使得最大压力角amax也小，这样，可使凸轮设计得较小。amax较小，则惯性力较小。跃度反映了惯性力变化的情况，jmax较小可减少机构的振动。mmax称为机构的动力特征值，当mmax较小时，由从动件的惯性引起的凸轮驱动转矩也较小，再设计高速凸轮机构时考虑这一因素。
2.4.5 从动件运动规律的选择【3,9,17】
从动件运动的选择除了要满足机械的具体工作要求外，还应使凸轮机构具有良好的动力特性，以及应使所设计的凸轮廓线便于加工等。而这些往往又是互相制约的，因此，在选择或设计从动件的运动规律时，必须根据使用场合、工作条件等分清主次综合考虑，确定选择或设计的运动规律的主要依据。
(1) 当机械的工作过程要求从动件实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时，应选择使凸轮机构具有较好的动力特性和便于加工的运动规律。对于低速轻载的凸轮机构，因为这时动力特性不是主要的，可主要从凸轮廓线便于加工考虑，选择圆弧、直线等便于加工的曲线作为凸轮廓线。而对于速度较高的凸轮机构，应主要考虑其动力特性，避免产生较大的冲击。
(2) 当机械的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求时，而凸轮的转速又高时，应从满足工作需出发来选择从动件的运动规律，其次考虑其动力特性和便于加工。
(3) 当机械的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而凸轮的转速又较高时，应兼顾两者来设计从动件的运动规律。通常可选用组合运动规律来满足这种要求。
(4) 在选择或设计从动件运动规律时，除了要考虑其冲击特性外，还应考虑其具有的最大速度vmax、最大加速度amax、最大跃度jmax和mmax较小。这些因素会影响到机械系统工作的平稳性，因此总希望其越小越好，特别是对于高速凸轮加工，这一点尤其重要。
2.4.6凸轮廓线的设计【5-21】
此压装机在凸轮轴上装有三个盘型凸轮。设从动件的运动规律为等速。
第一个凸轮用于将装配夹具夹紧，已知凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距a=16cm，凸轮基圆半径rb=4cm，从动件长度l=16cm，摆角Φ=400.。
第二个凸轮用于压紧锥形薄片，将其固定，已知凸轮轴心与从动件转轴之间的中心
距a=16cm，凸轮基圆半径rb=7cm，从动件长度l=16cm，摆角Φ=200。
第三个凸轮用于将薄片的翼耳压翻转，已知凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距a=16cm，凸轮基圆半径rb=6cm，从动件长度l=14cm，摆角Φ=200。
利用反转法原理设计凸轮轮廓。【1-5】
设凸轮的轮廓曲线已按预定的从动件运动规律设计。当凸轮以角速度w1绕轴O转动时，从动件的尖顶沿凸轮轮廓曲线相对其导路按预定的运动规律移动。现设想给整个凸
轮机构加上一个公共角速度-w1，此时凸轮将不动。根据相对运动原理，凸轮和从动件之间的相对运动并未改变。这样从动件一方面随导路以角速度-w1绕轴O转动，另一方面又在导路中按预定的规律作往复移动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓相接触，显然，从动件在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即是凸轮轮廓曲线。这种以凸轮作动参考系，按相对运动原理设计凸轮轮廓曲线的方法称为反转法(如图1-4)。

图2-4反转法原理

凸轮轮廓曲线设计步骤：
1） 选取适当的的比例尺，作出从动件的位移线图，并将推程和回程区间位移曲线的横坐标各分成若干等份，将设凸轮一得偏角为零，则凸轮二的偏角相对凸轮一为400，凸轮三相对凸轮一为900。如图2-5所示。
图2-5从动件运动位移线图
该机构要求凸轮的动作为:第一个凸轮先运动夹紧装配夹具，然后第二个凸轮将其固定，最后第三个凸轮将锥形薄片的翼耳压翻过来。返回时，第二个凸轮先缩回，然后
是第三个凸轮，最后是第一个凸轮。
图2-5中纵坐标代表从动件的摆角ψ，因此纵坐标的比例尺是1mm代表多少度。
2） 以D0为圆心、以rb为半径作为基圆，并根据已知的中心距a，确定从动件转轴A的位置A0。然后以A0为圆心，以从动件杆长l为半径作圆弧，交基圆于C0。A0C0即代表从动件的初始位置，C0即为从动件滚子圆心的初始位置。
3） 以D0为圆心，以a为半径作转轴圆，并自A0点开始沿着-ω方向将该圆分成如图1-5中横坐标对应的区间和等份，得点A1,A2,...。他们代表反转过程中从动件转轴A依次占据的位置。
4） 以上述各点为圆心，以从动件杆长l为半径，分别作圆弧，交基圆于C1,C2,...各点，得线段A1C1,A2C2...;以A1C1,A2C2，...为一边，分别作∠C1A1B1,∠C2A2B2,...使他们分别等于图1-5中对应的角位移，得线段A1B1,A2B2,...。这些线段即代表反转过程中从动件所依次占据的位置。B1,B2,...即为反转过程中从动件滚子圆心的运动轨迹。
5） 将点B0,B1,B2,...连成光滑的曲线，即得凸轮的理论轮廓线。【1-5,11-23】

图2-6凸轮一轮廓曲线

图2-7凸轮二轮廓曲线
图2-6为第一个凸轮的轮廓曲线，图2-7为第二个凸轮的轮廓曲线，图2-8为第三个凸轮的轮廓曲线

图2-8凸轮三轮廓曲线
2.4.7凸轮轮廓的加工方法【15-16】
（一）铣、锉削加工
用于低速、轻载场合的凸轮
（二）数控加工
用于高速、重载的场合，加工精度高。
2.4.8凸轮机构的压力角
压力角 ：凸轮机构从动件速度方向与该点受力方向的夹角。
对直动从动件凸轮机构[a]=30～38°
摆动从动件凸轮机构[a]=40～50°工作行程
[a]=70~80° 回程
2.5轴的设计

图2-9轴

第四章 联轴器的设计选择
联轴器的选型【21-23】
联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转以传递扭矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。
目前联轴器的类型繁多，有液压式、电磁式和机械式。机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递扭矩，大致可将联轴器划分为刚性联轴器和弹性联轴器两类。
（1）刚性联轴器可分为以下两类。
①固定式联轴器，主要有套筒联轴器、凸缘联轴器和夹壳联轴器等。
②可移式联轴器，主要有齿轮联轴器、十字滑块联轴器和万向联轴器等。
（2）弹性联轴器可分为以下两类。
①金属弹性件联轴器，主要有套筒联轴器、膜片联轴器和波形管联轴器等。
②非金属弹性联轴器，主要有轮胎式联轴器、整圈橡胶联轴器和橡胶块联轴器等。
凸缘联轴器
凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递动力和扭矩。凸缘联轴器还有两种对中，另一种则是共同与另一部分环相配合而对中。前者在装拆时轴必须作轴向移动，后者则无此缺点。连接螺栓可以采用半精制的普通螺栓，此时螺栓杆与钉孔壁间存有间隙，扭矩靠半联轴器结合面间的摩擦力来传递；也可采用铰质孔用螺栓，此时螺栓杆与钉孔为过渡配合，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递扭矩凸缘联轴器可制成带防护边的或不带防护边的。
凸缘联轴器的材料可用HT250或碳钢，重载或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。
凸缘联轴器对于所连接的两轴的对中性要求很高，当两轴间有位移与倾斜存在时，就在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于其结构简单、成本低以及可传递较大扭矩，故当转速低、无冲击、轴的刚度大以及对中性较好时亦常采用。
根据工作需要选择凸缘联轴器
根据轴径选折YLD5凸缘联轴器具体参数如下：（机械设计手册表29.2-5P29-26）

型号
许用转矩
[T]
许用转速
（n）
轴孔直径
轴孔长度
D
D0
螺栓
L0

重量
m
转动惯量
mm
数量

n
直径
d
(r/min)

mm
N.m
铁
钢
铁
钢
Y型
J J1型
mm
mm

Y型
J J1型
kg
Kg/m2

YLD5

63

5500

9000

28

28

62

4

100

80

4

M8

128

92

3.19

0.013

图4.1凸缘联轴器

第五章 总结
本次毕业设计完成压装机构的运动分析、工序设计、结构设计及关键零部件设计 。此压装机主要依靠三个凸轮的运动实现。第一个凸轮通过其摆动从动件控制夹紧轴的水平移动，第二个与第三个凸轮通过其摆动从动件，分别控制内轴与外轴垂直移动，使其定位和冲压。进行了结构设计及关键零部件设计，其中有仪表壳的尺寸，装配夹具形状及尺寸，从动件的位移线图的设计，凸轮的设计，其中为了压装机的运作设计了减速箱，减速箱里包括电机的选择，V带的设计和齿轮的设计，最后选择了连接压装机和减速箱的联轴器。
本次设计的仪表壳的自动化压装机具有结构简单，可以保证锥形薄片在同一位置产生精度相同的变形的特点。在设计过程中遇到了各种实际问题，比如在方案论证过程中，通过各种途径查阅了大量资料，一步步改良完善方案；在着手画装配图的过程中，视图的规范画法，如何表达视图才能达到最佳的效果等，这些都需要我在画图的过程中，真正将自己摆在一个设计人员的角度，从实际出发，充分考虑加工事实，将图画的更准确，这使我将来从事设计能更加得心应手；在装配图画完之后，开始标注尺寸公差与配合，工差配合是每个设计人员都需要重视的问题，它从另一个方面体现了一个设计人员的基本素质，

第六章 致谢
在此次的设计中，我要非常感谢刘天军老师的悉心指导，他渊博的知识，开阔的思维，勇于创新实践精神，严谨求实的治学态度，兢兢业业一丝不苟的工作作风，时刻督促我努力学习和工作。从论文的选题、实践研究到撰写，期间一直得到刘老师的悉心指导和关怀。每个星期他都会抽出时间来辅导我们的设计，时刻关注我们的设计进程，及时纠正设计中的错误，随时提出宝贵的建议，积极鼓励我们勤思考、勤探讨、勤查阅，真正将四年所学的知识融会贯通，应用起来得心应手，使我获益匪浅。再次对刘老师的辛勤工作表示深深的感谢！
感谢刘天军老师在毕业设计期间给我提出了宝贵的要求和建议，他的严格要求不断的激励我，在后来的设计中不断改进，使设计更加完善。

陈天平
2010年6月1日

参考文献
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26.洪钟德.简明机械设计手册，同济大学出版社，2002年5月第一版
27.周明衡.减速器选用手册，化学工业出版社，2002年6月第一版
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29.刘朝儒，彭福荫，高治一编.机械制图（第四版），高等教育出版社，2001年8月第四版
30.朱鸿业.PLC在摩擦压装机设计中的应用[J],2008年4期

目　录
第一章 可行性研究报告概述 1
1.1项目名称 1
1.2项目承担单位 1
1.3项目建设地点 1
1.4可研报告编制单位 1
1.5项目概述及主要经济技术指标 1
第二章 编制目的、依据、原则和范围 5
2.1编制目的 5
2.2编制依据 5
2.3编制原则 5
2.4可行性研究的范围 6
第三章 建设的必要性 7
3.1符合国家“十一五”规划纲要和循环经济要求 7
3.2环境保护和节能降耗的需要 8
3.3企业可持续发展的需要 9
第四章 项目建设条件 10
4.1主体工程概况 10
4.2厂址选择 12
4.3公用设施及社会依托条件 12
第五章 改造规模与产品方案 15
5.1改造规模 15
5.2生产方案 15
第六章 生产设备节电技改方案 16
6.1企业能耗现状分析 16
6.2改造设备运行参数 16
6.3技术方案、设备方案 17
6.4项目建议改造方案 22
6.5消耗定额 25
6.6小结 25
第七章 项目实施机构和项目法人 28
7.1项目实施机构 28
7.2项目法人 28
第八章 环境保护 28
第八章 环境保护 29
第九章 社会经济效益 31
9.1环境效益 31
9.2社会效益 31
第十章 节约和合理利用能源 33
10.1节能依据及标准 33
10.2节能设计原则 33
10.3能耗分析 33
10.4节能措施及节能效果分析 34
第十一章 环境安全与劳动保护 35
11.1安全 35
11.2劳动保护 36
第十二章 生产管理与人员编制 38
12.1生产管理 38
12.2人员编制 38
第十三章 项目实施进度 39
13.1 建设工期 39
13.2 项目实施时期各阶段进度建议 39
第十四章 项目招标方案 41
第十五章 投资估算及资金筹措 42
15.1投资估算 42
15.2资金筹措 43
第十六章 经济评价 44
16.1项目周期 44
16.2成本参数 44
16.3损益类参数 44
16.4经济评价结果 45
第十七章 结论 47
17.1结论意见及总的评价、存在的问题和建议 47

19