包装机构课程设计-回转工作盘设计.docx
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1、武汉理工大学包装机构课程设计说明书目录1.现状分析21.1. 回转工作台综述21.2. 回转工作台的基本类型21.3. 回转工作台的主体结构与设计32.总体设计42.1. 支撑方式设计42.2. 传动位置选择72.3. 传动方式选择82.4. 装配与维修设计92.5. 工作与装配精度设计103.设计计算113.1. 电动机选择113.2. 减速器选择123.3. 推力轴承设计计算133.4. 回转盘主轴143.5. 主轴轴承设计计算144.结构设计154.1. 回转盘设计154.2. 回转主轴设计164.3. 回转盘底座设计194.4. 支撑架设计205.设计总结22参考文献241. 现状分析
2、1.1. 回转工作台综述回转工作台在常规工业生产中起着举足轻重的作用,作为辅助工作台应用于车床、铣床、钻床、齿轮机等生产设备进行辅助生产,具有分度,定位,夹紧固定等基本功能,适用于法兰、齿轮等回转件的加工作业。传统的回转工作台多为机械式结构,通过马氏机构、凸轮或间歇进给机构进行分度与定位,辅以液压系统进行夹紧作业。目前,随着电子信息控制系统的逐渐发展,对回转工作台的控制也逐渐从传统的机械式转变为结合传感器、伺服电机等设备的自动化生产设备 徐至山. 国内外回转工作台简述J. 中国机械工程, 1981(5):16-18+25.。在包装行业中,回转工作台同样应用广泛,用途多样,常作为其他回旋式包装机
3、械的基础,提供机械所需的回转运动 张国全,徐伟民,龚发云. 包装机械设计M.印刷工业出版社,2013年2月.,例如:回转式水泥包装机、回转式枕式包装机、八嘴回转包装机等应用 孙智慧,高德.包装机械M.中国轻工业出版社,2010年2月.。1.2. 回转工作台的基本类型1.2.1. 通用转台再传统机械加工行业中,回转工作台是镗床、钻床、铣床、和插床等重要附件,用于加工有分度要求的孔、槽和斜面,加工时转动工作台,则可加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按照结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。(1)水平转台:在圆台上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。台面外圆周上可有360的等分刻线。台面与底座之
4、间舍友蜗杆-蜗轮传动副,用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面,并用台面外圆周上的刻度(以度为单位)与细分刻度盘独处旋转角度。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置连接,以实现动力驱动。(2)立卧转台:底部由两个相互垂直的安装几面,使台面即可水平也可垂直放置。(3)万能转台:台面可以在090范围内倾斜任意角度,使工件在空间的任何角度都能准确调整。1.2.2. 精密转台精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台、和超精密端面齿面转台。(1)光学转台:主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘,经光学系统将刻度细分、放大,通过目镜或光屏读
5、出角度值。(2)数显转台:转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器,由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。(3)超精密端面齿盘转台:利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达0.01 陈建刚. 回转工作台的设计与研究方向J. 科技信息, 2011(35):249-249.。1.3. 回转工作台的主体结构与设计1.3.1. 机械部分主要是回转工作台的台面与台身的基础结构的设计和优化,一般采用滑动和滚动两种方式;其次是减速传动的设计与优化。总之,机械部分设计设计到转台各部分的零部件的工艺结构、力学性能及运动特性等。我们基本采用
6、CADCAM来实现,例如采用ProE、Solidworks等三维参数化造型软件对回转工作台的各部分零件进行仿真设计与机构研究;采用ANASYS对转台各部分零件进行力学性能分析,进一步优化其工艺结构。1.3.2. 控制部分转台的控制系统设计也是很关键的技术问题,实现思路主要有:PLC控制系统、单片机控制系统及工控机控制系统三大类。我国的转台制造控制系统在经历了手动、机电液自动化、数字控发展阶段之后,正在攀越新的高峰,正在向更高层次的信息控制的智能化方向发展。智能机床的研发和广泛应用,必将促进我国转台产业快速、健康和可持续发展,并引领未来制造业的深刻变革,回转工作台产品以全新的形象和理念吸引广大用
7、户也是每个企业倍加关注的焦点 韩文渊. 数控回转工作台J. 装备机械, 2010(1):62-73.。1.3.3. 回转工作台的绿色制造回转工作台的设计制造也应采用多种节能减排计数,向用户诠释和倡导低碳的含义和绿色制造方式。传统思维和生产模式正在经历深刻的变革,越来越多的机床附件制造企业已经肩负起低碳方式赋予企业的社会道义和责任,步入边治理边发展的科学发展之路,一场绿色产业革命正在机床行业蔚然兴起。通过技术创新、加工工业优化、减少用材及油水自动回收分离、粉尘收集回收、自润滑材料应用、少油润滑等技术措施减少排放,降低对环境影响。2. 总体设计2.1. 支撑方式设计列出常用可行的几种轴承支撑方式,
8、分析其优缺点,根据情况选择合适的支撑方式 孙贝贝. 一种回转工作台的设计J. 电子工业专用设备, 2016, 45(9):43-48.。图 1 单侧主轴支撑示意图2.1.1. 主轴单侧支撑单侧主轴支撑即采用与回转盘相连的主轴进行支撑,使用推力轴承和球轴承或使用角接触轴承进行支撑。优点:结构简单,制造加工难度小,安装方便。整体体积小,回转盘空间大。缺点:回转盘精度由主轴间接保证,后期调试不方便;受力经由主轴传导,主轴受到额外的弯扭力与压力;主轴受力后可能发生形变影响精度。图 2 双侧主轴支撑示意图2.1.2. 主轴双侧支撑双侧主轴支撑与单侧主轴支撑类似,在其基础上,在回转盘上方增加了一组支撑轴承
9、,在回转盘上下两侧同时进行支撑固定。优点:比单侧支撑更加稳固,主轴受力更加平均。缺点:体积较大,要求回转盘上方有固定机构;影响回转盘上设备的安装;增加了装配难度。图 3 回转盘直接支撑示意图2.1.3. 回转盘直接支撑回转盘直接与支撑轴承接触,竖直方向压力由推力轴承主要承担,再使用其他轴承或交叉滚子轴承保证回转盘的回转精度。优点:结构简单,安装方便;直接与轴承接触,运行平稳。缺点:加工难度大,安装精度要求较高。2.1.4. 支撑方式选择图 4 支撑方式示意图结合考虑各支撑方式的优缺点、回转盘工作精度要求以及安装维护便利性,将支撑方式设计为图4所示。如图所示,结合两种支撑方式,采用中轴与回转盘固
10、定的方式,回转盘与主轴刚性连接,主轴上主要采用径向轴承,保证回转精度,不承担轴向压力,回转盘下布置推力轴承,承担主要负载。该方式将承担负载的部分与确保精度的部分分离,尽量减少负载对工作精度的影响,将部件统一布置在回转盘一侧,保证回转盘拥有较大的使用面积。2.2. 传动位置选择列出常用可行的几种轴承传动方式,分析其优缺点,根据情况选择合适的传动方式 崔旭芳, 周英. 数控回转工作台的原理和设计J. 砖瓦, 2008(6):23-27.。示意图只涉及与回转盘想连接的部分,忽略了电机与变速装置。图 5 主轴传动示意图2.2.1. 主轴传动通过与回转盘刚性连接的主轴进行动力传动,可选用蜗轮蜗杆传动、齿
11、轮传动或者行星轮同轴传动。优点:结构较简单,加工难度小,方便调整。缺点:一般需要减速机构,主轴承受较大阻力。图 6 回转盘齿圈传动示意图2.2.2. 回转盘齿圈传动在回转盘上安装齿圈(内啮合或外啮合),使用齿轮直接驱动齿圈带动回转盘进行传动。优点:传动稳定,减速比大,转速均匀。缺点:安装略复杂,加工难度大,调试不方便。2.2.3. 传动位置选择支撑方式已经选择主轴支撑,因此选择使用主轴进行传动,将传动齿轮布置在两轴承之间,使传动更稳定,主轴受力均衡。具体传动方式将考虑工作要求由下文确定。图 7 传动位置示意图2.3. 传动方式选择由于回转盘工作速度不高,因此传动装置应有减速机构。常用的减速机构
12、有齿轮传动、链传动、 蜗轮蜗杆传动。回转工作台设计要求转速为510 r/min,国家标准规定的Y系列异步调速电机调速范围多在2001250 r/min,因此减速装置的传动比应在2080范围内。考虑传动比因素,链传动一般不满足要求,齿轮传动与蜗轮蜗杆传动满足要求。考虑传动效率因素,齿轮传动机构传动效率要高于蜗轮蜗杆传动,且蜗轮蜗杆传动对材料以及加工要求较高,因此应使用齿轮传动。综上,减速传动方式应使用齿轮传动。按照装配、维修方便的原则,考虑将电动机水平放置,这样电动机输出端方向便与主轴输入方向垂直,因此考虑使用DCY型圆锥、圆柱齿轮传动减速器,减速器输入、输出端分别通过联轴器与电机、回转盘主轴相
13、连。图 8 回转工作台传动方案查表可知DCY型圆锥、圆柱齿轮传动减速器满足传动比要求。2.4. 装配与维修设计工业产品使用过程中必不可少的要考虑到后期的维护更换问题。在回转工作台中,起到支撑作用的轴承是最容易磨损、更换频率较高的部件,回转工作台作为主要工作面,其上往往加装其他工作附件,整体重量较大,不易搬运。因此,就要考虑在尽量不影响回转工作盘的情况下对其下传动支撑零件的更换问题。图 9 主轴安装方式因为主轴不承担回转盘的竖向载荷,因此,主轴可以设计成从回转盘上方安装的方式,如图 9所示。这样,在进行更换作业时,可以把主轴从上方卸下,从侧面更换轴承。2.5. 工作与装配精度设计2.5.1. 回
14、转工作台精度要求回转工作台属于一般工程机械,按照精度等级IT7进行设计,参考国家标准对回转工作台满足工作要求时各部分形状和位置公差进行确定 杨惠忠, 卿兆波. 大型回转工作台安装调试中的误差分离与补偿技术的研究J. 机械, 2005, 32(6):22-24.。表 1 回转工作台形状和位置公差要求形状和位置公差项目公差等级轴向圆跳动回转盘6径向圆跳动回转盘6平面度回转盘工作表面7垂直度回转盘工作表面与回转中心轴线5推力轴承下支撑面与回转中心轴线5平行度回转盘工作表面与推力轴承上支撑面4回转盘工作表面与推力轴承下支撑面4同轴度回转盘主轴表面与回转中心轴线5回转盘主轴轴颈与回转中心线5推力轴承轴颈
15、与回转中心线53. 设计计算3.1. 电动机选择(1)对回转盘与回转盘主轴尺寸进行拟定,将暂时无法确定的数值按一般经验量进行估取,忽略部件结构上空缺,对估取数值取较大值。表 2 回转盘与主轴尺寸拟定部件直径厚度/长度材料密度重量回转盘1800 mm100 mm球墨铸铁7.55 t/m34269.42 Kg回转盘主轴250 mm600 mm45钢7.85 t/m33699.22 Kg(2)将1200 kg负载等效为与回转盘同直径的实心圆盘,计算回转盘以及主轴的转动惯量与转矩 张三慧. 大学物理学:力学M. 清华大学出版社, 1999.,转速为15 r/min启动时间为3 s。J0 = J1 +
16、J2J0 = 12 m1 r1 2 + 12 m2 r2 2 J0 = 1728.945 + 115.601J0 =1960.142 Kgm2M15 = J0 M15 = 905.273 + 60.528M15 = 1026.328 Nm其中,J1、J2 分别表示回转盘与主轴的转动惯量,表示角加速度,M表示回转轴的外力矩之和即回转轴的输入转矩。(3)计算电动机的输出功率。计算传动总效率:设1、2、3分别为滚动轴承、锥齿轮圆柱齿轮减速器、弹性联轴器的效率,查表得1 = 0.98、2 = 0.94、3 = 0.99,因此总传递效率为=1 3 2 23 2= 0.867因此n = 15 r/min时
17、电动机所需输出功率为P = M n9550 KWP = 1.859 KW根据功率选用YCT180-4B电磁调速三项异步电机,详细参数如下 唐金松. 机械设计手册第3版J. 中国机械工程, 2004(11):947-947.表 3 选用电机详细参数型号拖动电机功率/kW额定转矩/Nm调速范围/rmin-1转速变化率/%电源质量/kgYCT160-4B425.212501252.5三相交流50Hz 380V1573.2. 减速器选择(1)确定传动比,拟定传动比为40,进行验算。i = 40 = 2005 = 60015输入端转速满足电动机要求。(2)确定减速器的公称中心距载荷特性为平稳载荷,按工况
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