自动装管机机械结构设计_带图纸
自动装管机机械结构设计[20191210110719]
摘 要
自动装管机是目前国外较先进的，专门用于胶管自动组装的设备，它可以通过更调节进料机构的大小进行不同尺寸胶管的组装，运行高速平稳，振动小，噪音低，产品质量好。
本文讲述的是自动装管机的结构设计与分析，主要是伺服电机带动圆盘转动一定角度，胶管与底座分别进料、组装，最后气缸进行胶管扣压出料。自动装管机充分体现了自动化，只需人工进行装料，大大提高了生产效率，而且它结构简单，操作方便，更有利于激烈的市场竞争。
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关键字:自动装管机胶管伺服电机生产效率
目录
第1章 绪论 1
1.1 固体胶市场 1
1.2 固体胶的制作流程 1
1.3 固体胶行业的发展 1
1.4 固体胶自动装管机的国内外发展现状 2
第2章 总体设计方案论证 4
2.1 设计方案分析 4
2.2 铅笔轮式打印机的结构组成 4
2.2.1自动装管机的装配构成 5
第3章 机械传动装置总体设计 9
3.1 机械传动装置方案确定 9
3.1.1 概述 9
3.1.2 初步确定减速器结构 9
3.2选择主电动机 9
3.2.1 选择主电动机的类型 9
3.2.2 设计实现传动要求 10
3.2.3 确定伺服电机功率 10
3.3 计算总传动比及分配各级的传动比 15
3.3.1计算传动装备的运动及动力参数 15
3.4 齿轮传动的设计计算 16
3.5气缸的选择 21
3.5.1气压传动工作原理及优点 21
3.5.2标准气缸选型 21
第4章 轴的设计与校核 24
4.1 初步确定轴的结构设计 24
4.2 轴的尺寸结构设计 24
4.3 轴的强度校核 26
4.4 滚动轴承的选择计算 28
4.6 滚动轴承的润滑 29
结语 31
参考文献 32
致谢 33
第1章 绪论
1.1 固体胶市场
我国人口众多，胶水市场总体上是一个不小的市场。固体胶作为一种换代新产品，在国内已为大多数人所认识，面对正在兴起的国内市场和进口产品的挑战，国产固体胶如果不能改进生产工艺，提高产品质量并形成规模生产和经营，就不可能创出国产固体胶品牌，就不能阻挡进口产品瓜分中国市场，因此提高胶水胶管制造的生产质量与效率，使产业与产品结构逐步适应国内外市场的变化与需求，对于提高我国制胶行业的总体水平和总体经济效益有着很大的推动作用。
1.2 固体胶的制作流程
固体胶的制作主要分为胶棒和固体胶外壳的制作。
胶棒的制作工艺方法是利用甲醛与PVA（聚乙烯醇）进行化学综合反应，增强胶稳定性和粘接性，然后用乙二醇代替甘油，消除甘油的破坏性，增加聚丙烯酰胺，进一步减小涂抹阻力，并加入一定量骨胶，增加粘结强度。
固体胶外壳的制作工艺方法是采用注塑（聚乙烯）模具成型原理，然后压管组装，成品装饰。
1.3 固体胶行业的发展
经过最近几年的快速发展中国固体胶行业出现了新的面貌，成为了世界上生产固体胶的大国。固体胶的产量每年都有一定幅度的增长，并且随着各式各样固体胶品种的增加、质量的提高，固体胶需求的增长高于生产量的增长。目前经过对产品结构的调整我国固体胶行业也已经开始逐步适应了市场的需求变化，并且随着世界一体化的变化趋势，国内外市场进一步扩大，我国固体胶市场的前途一片光明。
然而，随着国际上产业结构的调整和转移，一些发达的国家将劳动密集型的产业和影响破坏环境的产业转向发展中国家来减少劳动力成本还有对环境的保护，而自己国家则转向新技术、新产品的研究与开发。就比如说像美国、日本等发达国家正在将技术含量低的固体胶产业转向中国生产，而他们自己则将精力用于生产与研究高质量、高档次的固体胶上。从而这些国家既是高档次固体胶的出口国，同时也是低档次固体胶的进口国。
这样的一个行业现状对于中国来说，市场竞争压力的日益增长，而同时在发展中机遇与挑战并存。制造业的发展情况是一个国家经济硬实力的体现，也是代表着一个国家的对外形象。对于固体胶制造业的发展而言，它需要有一个完整的产业链，需要规模与投入。前些年，我们国家铅笔制造企业投入了大量资金，用于购买设备、培养人才、扩大生产、研究设计、开发新产品，快速提高了我们国家固体胶的制造能力。而近几年又出现了新的困惑，各种变化的因素增加了固体胶制造的成本，导致利润减少，使我们国家固体胶制造业又面临新的挑战，把固体胶制造业推向规模化、高水平化发展。这样才能使固体胶制造业稳步发展。
对固体胶这一行业而言，练好内功才是关键，制胶设备的研究无疑能够推动制胶业产能的提高，对于提高制笔胶生产效率与生产质量也有重要的实用价值。
1.4 固体胶自动装管机的国内外发展现状
国外约在上个世纪80年代开发了实用、成熟的固体胶生产技术并批量生产。目前在市场上可见的进口产品主要来自德国、美国、法国和韩国等。上世纪90年代中期，固体胶逐步进入到我国市场。由于初期刚刚进入我国，所以市场利润较大，且生产工艺简单，国有、民营、个体企业纷纷上马，全面开花，但基本都是个人小作坊式生产。近几年固体胶市场竞争更加激烈，生产企业在原料价格急速上涨的情况下，基本采取低价销售的方式换取市场份额，使产品利润大幅度缩水，致使一大批小规模生产企业被淘汰。目前，国内叫得响的固体胶品牌并不是很多，仅有得力、易而高等少数产品。针对传统的固体胶生产过程中的人工排管工序，排管过程繁琐、工作量大、效率低的状况，经过仔细研究生产工艺过程、排管的功能和企业的要求，研制了自动装管机。该机采用传感器进行自动检测，用PLC进行过程控制，气动装置作为执行机构，并通过伺服电机的准确进给及机械结构的巧妙设计，使该装置不仅结构紧凑，运行可靠，而且还适用于不同长度规格的固体胶管壳排管工作运行，准确性高；生产工艺控制灵活，解决了复杂的机械动作控制。运行结果表明不但提高了产量，节约了75%以上的人力，也提高了生产过程自动化，并改善了现场一线工人的劳动环境，大大降低了工人的工作强度。
我国大多数民营企业的自动化水平经近几年的发展有了很大的进步，但在固体胶管壳排管的过程中，相当一部分企业还停留在手工操作方式上，即通过手工固体胶管壳按照管口朝上的要求装入组合模中，这种密集型的劳动方式，费时费力，也不利于生产自动化的实现；为此研制了自动装管机。通过自动装管机样机的试运行表明：装管作业人数由原8～9人装管减为2人，且操作者只需做向胶管料斗里加管壳等辅助工作。该机械不但达到了设计要求，而且提高了企业自动化水平。由于减少了现场一线工人的数量和密集度，对安全生产和一线工人的人身安全非常有利。
我国80年代初也开始引进国外扣压机、装管机 产品，但由于其价格昂贵，如芬兰产的胶管接头扣压机JB32每台价格高达12万元，所以，国内一些厂商也应市场需求相应的推出扣压机产品。如潍坊海达通扣压机械于1994年开发该项技术及设备，其主要技术性能能够与国外同类产品先进水平相媲美，现已批量生产。目前，扣压机 、压管机 已经成为了可以满足用户不同环境下工作的系列化产品，适用于不同尺寸的胶管和不同样式的胶管接头。
下面的图1.1是用Solid Works三维造型软件设计的实物造型图：
图1.1 实物三维造型
第2章 总体设计方案论证
2.1 设计方案分析
普通固体胶的组装主要是通过胶管的定位和扣压装置的推动来完成的。
在固体胶座上自动装管机定位准确，避免了手工印刷所遇到的位置偏移的问题。自动装管机不再采用传统的人工扣压的方法，它与技术含量较高的PLC自动控制连接，并结合自动化控制技术，可以非常精确的对准需扣压的区域和位置，避免了手工扣压所遇到的位置偏移的问题。
而本次设计的自动装管机采用伺服电机带动桌面圆盘转动定位，固体胶管从进料板大量装入，然后通过推板进入圆盘，光电门截取信号保证每次底座进料组装过程中底座中心与胶管中心对齐，然后再扣压出料。这样的操作流程使得固体胶的定位和扣压更加准确快速，实现机电一体化过程，生产效率打打提高，有利于固体胶组装大批量生产。
2.2 铅笔轮式打印机的结构组成
铅笔轮式打印机的结构大致如图2.1所示：
① 底座送料 ② 胶管和底座配合过程 ③ 胶管送料
④扣压过程 ⑤出料部分
图2.1 自动装管机结构示意图
2.2.1自动装管机的装配构成
自动装管机的结构分为六大块进行装配，分别为：胶管进料装配，胶管推送装配，底座进料装配，扣压装配，圆盘主轴装配。这六个装配过程分别对应于上图2.1中的五大部分功能。其具体结构如下图所示：
（1）胶管进料装配
图2.2 胶管进料装配示意图
（2）胶管推送装配
图2.3 胶管推送装配示意图
（3）底座进料装配
图2.4 底座进料装配示意图
（4）扣压装配
图2.5 扣压装配示意图
（5）圆盘与主轴装配
图2.6 圆盘与主轴装配示意图
自动装管机基本的整体工作原理：将胶管放在胶管进料盒中（1），然后由胶管进料推送（2）将胶管推送至圆盘（5）中，圆盘旋转至（3）停止，胶管底座由（3）插入胶管中，圆盘再次转动至（4）进行扣压，然后出料，装管完成。第3章 机械传动装置总体设计
3.1 机械传动装置方案确定
3.1.1 概述
机器一般由原动机、传动装备和工作机三部分组成，而其中传动装置的作用是将原动机的运动与动力传递给工作机构的中间传递装置。传动设备在原动机与工作机之间传递运动和动力，并藉以改变运动形式、速度大小、转矩的大小。利用该装置可以减速或加速、可以改变运动的形式和方向以及可以将动力和运动进行传递和分配，所以传动方案的确定是机械设计的重要环节。传动装置一般包括（齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链条传动）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。
3.1.2 初步确定减速器结构
在选择减速器时，可以采用齿轮传动、V型带传动﹑滚子链传动及同步带传动等传动方式。根据自动装管机圆盘角度需要精确控制定位，V型带传动容易打滑磨损，所以不宜使用；滚子链传动不稳定，也不适合；同步带虽然传动效率很高，但是容易出现变形开裂等现象；齿轮传动瞬时传动比恒定，传动效率高，工作可靠，寿命长。综上比较下来，自动装管机采用齿轮传动更为合适。
根据传动级数及需要精确控制圆盘角度位置，由传动件类型、传动比及空间位置、尺寸要求，初步确定主电机采用伺服电机提供动力。
3.2选择主电动机
3.2.1 选择主电动机的类型
现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。
图3.1 各种电机的T- 曲线
交流伺服电机实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内。虽然三相交流电机价格便宜，不过它难以实现角度的精确控制。因此，交流伺服电机比较适用于自动装管机的需求。
3.2.2 设计实现传动要求
由于要实现胶管每分钟扣压20个，即实现圆盘每分钟转动20个角度。
3.2.3 确定伺服电机功率
伺服电机功率的选择是否合适对其工作性能和经济性都有很大的影响。当功率小于工作机构需要的功率时，伺服电机就不能够保证工作机构的正常运行，就可能使伺服电机长期过载运行导致电机烧坏；当功率过大又造成能源的浪费，增加制造的成本。
摘 要
自动装管机是目前国外较先进的，专门用于胶管自动组装的设备，它可以通过更调节进料机构的大小进行不同尺寸胶管的组装，运行高速平稳，振动小，噪音低，产品质量好。
本文讲述的是自动装管机的结构设计与分析，主要是伺服电机带动圆盘转动一定角度，胶管与底座分别进料、组装，最后气缸进行胶管扣压出料。自动装管机充分体现了自动化，只需人工进行装料，大大提高了生产效率，而且它结构简单，操作方便，更有利于激烈的市场竞争。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:自动装管机胶管伺服电机生产效率
目录
第1章 绪论 1
1.1 固体胶市场 1
1.2 固体胶的制作流程 1
1.3 固体胶行业的发展 1
1.4 固体胶自动装管机的国内外发展现状 2
第2章 总体设计方案论证 4
2.1 设计方案分析 4
2.2 铅笔轮式打印机的结构组成 4
2.2.1自动装管机的装配构成 5
第3章 机械传动装置总体设计 9
3.1 机械传动装置方案确定 9
3.1.1 概述 9
3.1.2 初步确定减速器结构 9
3.2选择主电动机 9
3.2.1 选择主电动机的类型 9
3.2.2 设计实现传动要求 10
3.2.3 确定伺服电机功率 10
3.3 计算总传动比及分配各级的传动比 15
3.3.1计算传动装备的运动及动力参数 15
3.4 齿轮传动的设计计算 16
3.5气缸的选择 21
3.5.1气压传动工作原理及优点 21
3.5.2标准气缸选型 21
第4章 轴的设计与校核 24
4.1 初步确定轴的结构设计 24
4.2 轴的尺寸结构设计 24
4.3 轴的强度校核 26
4.4 滚动轴承的选择计算 28
4.6 滚动轴承的润滑 29
结语 31
参考文献 32
致谢 33
第1章 绪论
1.1 固体胶市场
我国人口众多，胶水市场总体上是一个不小的市场。固体胶作为一种换代新产品，在国内已为大多数人所认识，面对正在兴起的国内市场和进口产品的挑战，国产固体胶如果不能改进生产工艺，提高产品质量并形成规模生产和经营，就不可能创出国产固体胶品牌，就不能阻挡进口产品瓜分中国市场，因此提高胶水胶管制造的生产质量与效率，使产业与产品结构逐步适应国内外市场的变化与需求，对于提高我国制胶行业的总体水平和总体经济效益有着很大的推动作用。
1.2 固体胶的制作流程
固体胶的制作主要分为胶棒和固体胶外壳的制作。
胶棒的制作工艺方法是利用甲醛与PVA（聚乙烯醇）进行化学综合反应，增强胶稳定性和粘接性，然后用乙二醇代替甘油，消除甘油的破坏性，增加聚丙烯酰胺，进一步减小涂抹阻力，并加入一定量骨胶，增加粘结强度。
固体胶外壳的制作工艺方法是采用注塑（聚乙烯）模具成型原理，然后压管组装，成品装饰。
1.3 固体胶行业的发展
经过最近几年的快速发展中国固体胶行业出现了新的面貌，成为了世界上生产固体胶的大国。固体胶的产量每年都有一定幅度的增长，并且随着各式各样固体胶品种的增加、质量的提高，固体胶需求的增长高于生产量的增长。目前经过对产品结构的调整我国固体胶行业也已经开始逐步适应了市场的需求变化，并且随着世界一体化的变化趋势，国内外市场进一步扩大，我国固体胶市场的前途一片光明。
然而，随着国际上产业结构的调整和转移，一些发达的国家将劳动密集型的产业和影响破坏环境的产业转向发展中国家来减少劳动力成本还有对环境的保护，而自己国家则转向新技术、新产品的研究与开发。就比如说像美国、日本等发达国家正在将技术含量低的固体胶产业转向中国生产，而他们自己则将精力用于生产与研究高质量、高档次的固体胶上。从而这些国家既是高档次固体胶的出口国，同时也是低档次固体胶的进口国。
这样的一个行业现状对于中国来说，市场竞争压力的日益增长，而同时在发展中机遇与挑战并存。制造业的发展情况是一个国家经济硬实力的体现，也是代表着一个国家的对外形象。对于固体胶制造业的发展而言，它需要有一个完整的产业链，需要规模与投入。前些年，我们国家铅笔制造企业投入了大量资金，用于购买设备、培养人才、扩大生产、研究设计、开发新产品，快速提高了我们国家固体胶的制造能力。而近几年又出现了新的困惑，各种变化的因素增加了固体胶制造的成本，导致利润减少，使我们国家固体胶制造业又面临新的挑战，把固体胶制造业推向规模化、高水平化发展。这样才能使固体胶制造业稳步发展。
对固体胶这一行业而言，练好内功才是关键，制胶设备的研究无疑能够推动制胶业产能的提高，对于提高制笔胶生产效率与生产质量也有重要的实用价值。
1.4 固体胶自动装管机的国内外发展现状
国外约在上个世纪80年代开发了实用、成熟的固体胶生产技术并批量生产。目前在市场上可见的进口产品主要来自德国、美国、法国和韩国等。上世纪90年代中期，固体胶逐步进入到我国市场。由于初期刚刚进入我国，所以市场利润较大，且生产工艺简单，国有、民营、个体企业纷纷上马，全面开花，但基本都是个人小作坊式生产。近几年固体胶市场竞争更加激烈，生产企业在原料价格急速上涨的情况下，基本采取低价销售的方式换取市场份额，使产品利润大幅度缩水，致使一大批小规模生产企业被淘汰。目前，国内叫得响的固体胶品牌并不是很多，仅有得力、易而高等少数产品。针对传统的固体胶生产过程中的人工排管工序，排管过程繁琐、工作量大、效率低的状况，经过仔细研究生产工艺过程、排管的功能和企业的要求，研制了自动装管机。该机采用传感器进行自动检测，用PLC进行过程控制，气动装置作为执行机构，并通过伺服电机的准确进给及机械结构的巧妙设计，使该装置不仅结构紧凑，运行可靠，而且还适用于不同长度规格的固体胶管壳排管工作运行，准确性高；生产工艺控制灵活，解决了复杂的机械动作控制。运行结果表明不但提高了产量，节约了75%以上的人力，也提高了生产过程自动化，并改善了现场一线工人的劳动环境，大大降低了工人的工作强度。
我国大多数民营企业的自动化水平经近几年的发展有了很大的进步，但在固体胶管壳排管的过程中，相当一部分企业还停留在手工操作方式上，即通过手工固体胶管壳按照管口朝上的要求装入组合模中，这种密集型的劳动方式，费时费力，也不利于生产自动化的实现；为此研制了自动装管机。通过自动装管机样机的试运行表明：装管作业人数由原8～9人装管减为2人，且操作者只需做向胶管料斗里加管壳等辅助工作。该机械不但达到了设计要求，而且提高了企业自动化水平。由于减少了现场一线工人的数量和密集度，对安全生产和一线工人的人身安全非常有利。
我国80年代初也开始引进国外扣压机
下面的图1.1是用Solid Works三维造型软件设计的实物造型图：
图1.1 实物三维造型
第2章 总体设计方案论证
2.1 设计方案分析
普通固体胶的组装主要是通过胶管的定位和扣压装置的推动来完成的。
在固体胶座上自动装管机定位准确，避免了手工印刷所遇到的位置偏移的问题。自动装管机不再采用传统的人工扣压的方法，它与技术含量较高的PLC自动控制连接，并结合自动化控制技术，可以非常精确的对准需扣压的区域和位置，避免了手工扣压所遇到的位置偏移的问题。
而本次设计的自动装管机采用伺服电机带动桌面圆盘转动定位，固体胶管从进料板大量装入，然后通过推板进入圆盘，光电门截取信号保证每次底座进料组装过程中底座中心与胶管中心对齐，然后再扣压出料。这样的操作流程使得固体胶的定位和扣压更加准确快速，实现机电一体化过程，生产效率打打提高，有利于固体胶组装大批量生产。
2.2 铅笔轮式打印机的结构组成
铅笔轮式打印机的结构大致如图2.1所示：
① 底座送料 ② 胶管和底座配合过程 ③ 胶管送料
④扣压过程 ⑤出料部分
图2.1 自动装管机结构示意图
2.2.1自动装管机的装配构成
自动装管机的结构分为六大块进行装配，分别为：胶管进料装配，胶管推送装配，底座进料装配，扣压装配，圆盘主轴装配。这六个装配过程分别对应于上图2.1中的五大部分功能。其具体结构如下图所示：
（1）胶管进料装配
图2.2 胶管进料装配示意图
（2）胶管推送装配
图2.3 胶管推送装配示意图
（3）底座进料装配
图2.4 底座进料装配示意图
（4）扣压装配
图2.5 扣压装配示意图
（5）圆盘与主轴装配
图2.6 圆盘与主轴装配示意图
自动装管机基本的整体工作原理：将胶管放在胶管进料盒中（1），然后由胶管进料推送（2）将胶管推送至圆盘（5）中，圆盘旋转至（3）停止，胶管底座由（3）插入胶管中，圆盘再次转动至（4）进行扣压，然后出料，装管完成。第3章 机械传动装置总体设计
3.1 机械传动装置方案确定
3.1.1 概述
机器一般由原动机、传动装备和工作机三部分组成，而其中传动装置的作用是将原动机的运动与动力传递给工作机构的中间传递装置。传动设备在原动机与工作机之间传递运动和动力，并藉以改变运动形式、速度大小、转矩的大小。利用该装置可以减速或加速、可以改变运动的形式和方向以及可以将动力和运动进行传递和分配，所以传动方案的确定是机械设计的重要环节。传动装置一般包括（齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链条传动）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。
3.1.2 初步确定减速器结构
在选择减速器时，可以采用齿轮传动、V型带传动﹑滚子链传动及同步带传动等传动方式。根据自动装管机圆盘角度需要精确控制定位，V型带传动容易打滑磨损，所以不宜使用；滚子链传动不稳定，也不适合；同步带虽然传动效率很高，但是容易出现变形开裂等现象；齿轮传动瞬时传动比恒定，传动效率高，工作可靠，寿命长。综上比较下来，自动装管机采用齿轮传动更为合适。
根据传动级数及需要精确控制圆盘角度位置，由传动件类型、传动比及空间位置、尺寸要求，初步确定主电机采用伺服电机提供动力。
3.2选择主电动机
3.2.1 选择主电动机的类型
现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。
图3.1 各种电机的T- 曲线
交流伺服电机实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内。虽然三相交流电机价格便宜，不过它难以实现角度的精确控制。因此，交流伺服电机比较适用于自动装管机的需求。
3.2.2 设计实现传动要求
由于要实现胶管每分钟扣压20个，即实现圆盘每分钟转动20个角度。
3.2.3 确定伺服电机功率
伺服电机功率的选择是否合适对其工作性能和经济性都有很大的影响。当功率小于工作机构需要的功率时，伺服电机就不能够保证工作机构的正常运行，就可能使伺服电机长期过载运行导致电机烧坏；当功率过大又造成能源的浪费，增加制造的成本。
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