【正文】 ...22 6 結(jié)論 ......................……… .………….…………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...24參考文獻(xiàn) ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .25 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .26 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1 前言 選題的背景與意義 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國的太陽能 產(chǎn)業(yè)自萌芽發(fā)展到整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界前列，只經(jīng)歷了短短的幾年時間，是世界上發(fā)展較快的國家。在滾壓的同時采用琴鍵壓緊裝置代替人工固定板材來夾緊工件，提高了咬口定位精度，減小了側(cè)向力。為保證滾壓輪在滾壓過程中不產(chǎn)生偏移，采用花 鍵連接，花鍵套固定在行走機(jī)構(gòu)的機(jī)架內(nèi)，花鍵軸與滾壓輪連接。行走機(jī)構(gòu)采用四個導(dǎo)向輪在直線導(dǎo)軌上行走，保證行走的直線度。為此，對合縫機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。 用于實施滾壓封口工藝的設(shè)備是合口 機(jī) ， 本文所進(jìn)行的設(shè)計是在對目前使用的合口機(jī)進(jìn)行分析研究后展開的。 縫焊封口易產(chǎn)生焊縫毛刺 ,由于熔深不均容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象 ，縮減了熱水器的使用壽命。 8 畢業(yè)設(shè)計 題 目 太陽能熱水器內(nèi)筒合口機(jī)的設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二〇一 一 年 五 月 三十 日 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 太陽能熱水器內(nèi)筒合口機(jī)是一種用于太陽能內(nèi)筒 不銹鋼冷軋鋼板 合縫作業(yè)的加工設(shè)備 。 目前， 對于太陽能內(nèi)筒的封口普遍采用兩種形式，縫焊封口和滾壓軋合封 口。因此絕大部分太陽能生產(chǎn)廠家都采用滾壓軋合封口來生產(chǎn)太陽能熱水器的內(nèi)筒。目前存在的合口機(jī)多采用手動滾壓作業(yè)，加工后的產(chǎn)品存在合縫不實、錯縫和咬口變形等質(zhì)量問題，容易引起合縫處漏水，導(dǎo)致整個水箱的報廢。 在傳動系統(tǒng)的設(shè)計中，采用帶 — 蝸桿傳動，將電機(jī)的輸出動力通過 V 帶、蝸輪蝸桿減速器傳遞到鏈輪上，再通過鏈條帶動行走機(jī)構(gòu)行走。滾壓機(jī)構(gòu)裝在行走機(jī)構(gòu)上，通過氣缸活塞桿的伸縮實現(xiàn)滾壓輪的滾壓、抬起。由于氣體具有可壓縮性，在實施滾壓作業(yè)時可自動調(diào)節(jié)，這樣保證提供了恒定的壓緊力。 針對以上問題及改進(jìn)方案，本文主要進(jìn)行了傳動方案的設(shè)計計算、整機(jī)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計、電動機(jī)及一些輔助器件的選擇以及一些校核計算等。 然而，對 于 太陽能的生產(chǎn)卻存在 著 一些問題，如容易產(chǎn)生漏水 、 保溫時間短等 ，而這些問題主要出現(xiàn)在內(nèi)筒封口處。 由于不銹鋼材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，大多數(shù)制造廠家都選用不銹鋼材料作為太陽能熱水器的內(nèi) 筒 。 縫焊封口易產(chǎn)生焊縫毛刺 ,由于熔深不均容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象 ,需進(jìn)行補(bǔ)焊 ,此工藝耗電量大 ,性能要求高 ,從而提高了產(chǎn)品 的 成本； 而 采用滾壓封口工藝可以避免以上的缺點而且封口效果好，密封性能強(qiáng) 。下面就國內(nèi)外生產(chǎn)的合口機(jī)做一下比較： 目前國內(nèi)生產(chǎn)合口機(jī)的廠家有多家，比如寧津縣恒碩太陽能設(shè)備有限公司、山東宏泰高端機(jī)械有限公司等，他們生產(chǎn)合口機(jī)的技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，采用的都是滾壓合口工藝，即在不銹鋼冷軋鋼板兩邊折彎后扣合在一起 [11]，通過滾輪壓緊來達(dá)到合口的目的。國外也有很多生產(chǎn)合口機(jī)的廠家，在市場上比較有競爭優(yōu)勢的是德國生產(chǎn)的聯(lián)合口合縫機(jī) ，該種合口機(jī)具有體積重量小、操作穩(wěn)定方便、工作效率高 、 合縫質(zhì)量好等優(yōu)點，而且 開動時不依賴于聯(lián)合口的板高 ， 在外圈轉(zhuǎn)彎的時候不需要轉(zhuǎn)換機(jī)器的部件 ， 符合人體力學(xué)的設(shè)計 ， 使得應(yīng)用起來非常的便利 。針對太陽能內(nèi)筒封口處容易出現(xiàn)漏水問題， 采 用一次性 滾 壓成型工藝 ，提出太陽能內(nèi)筒合口機(jī)的設(shè)計。從生產(chǎn)效率上來看 ,滾壓封口從上工件到完成封口 ,所需要時間是 15 秒左右，封口時間短。總之 ,采用滾壓合口工藝 ,產(chǎn)品的一次性合格率 有所 提高 ,生產(chǎn)效率 會大大提高 ,使產(chǎn)品濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 質(zhì)量有一個質(zhì)的飛躍。 合口機(jī)的 工作原理 :將 完成折彎、卷圓后的待合口的工件放入該機(jī)器后，將兩折好的 邊縫扣接在一起放到套軸上面的方枕上，通過腳踏式空氣開關(guān)使氣囊膨脹克服彈簧的拉力將可動琴鍵式壓板壓下，從而壓緊待合口的工件，壓緊后滾壓機(jī)構(gòu)在鏈條的帶動下沿導(dǎo)軌行走，完成滾壓作業(yè)。 合口機(jī)的主要設(shè)計參數(shù)： 電機(jī) ， 1400r/min 滾壓輪行走速度 零件的尺寸規(guī)格 加工直徑 φ420mm— φ460mm 最大加工長度 3000mm 機(jī)器的工作效率 4 件 /min 合口機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計內(nèi)容主要包括： （ 1） 太陽能內(nèi)筒合口機(jī)傳動方案的設(shè)計； （ 2） 電動機(jī)的選擇； （ 3） 傳動方案中所涉及的傳動部件的設(shè)計計算； （ 4） 減速器的選擇； （ 5） 太陽能內(nèi)筒合口機(jī)的 結(jié)構(gòu)特征 設(shè)計； （ 6） 非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計計算以及校核 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 2 方案設(shè)計及論證 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 內(nèi)筒合口機(jī)工作時，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn) 運動最終轉(zhuǎn)變?yōu)樾凶邫C(jī)構(gòu)的直線運動來實現(xiàn) 對待加工工件 的 滾壓作業(yè)。 傳動方案的確定 首先 必須要 滿足機(jī)器的功能要求，如所傳遞功率 的 大小、轉(zhuǎn)速和運動形式，此外還應(yīng) 使 工作可靠、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、工藝性好、使用維護(hù)方便。滾壓系統(tǒng)由壓緊裝置、氣動裝置、滾壓輪、導(dǎo)向輪 、支撐架組成?？蓜忧冁I通過彈簧與導(dǎo)軌的下邊緣相連，并且可動琴鍵上有一個凹槽，氣囊夾在可動鍵凹槽和導(dǎo)軌下邊緣之間，氣囊管路上連接有電磁閥，通過電磁閥來控制氣囊的充氣和放氣。氣動裝置的作用是在工件被壓緊后，使氣缸推動滾壓輪向下移動到工件合縫處。工件被壓緊后，電機(jī)的動力通過傳動系統(tǒng)傳遞到鏈輪上，從而驅(qū)動鏈條帶動支撐架沿導(dǎo)軌直線行走，完成滾壓作業(yè)。套軸的一端通過卡套固定安裝在 動力箱 內(nèi)，在套軸的上方安裝有與套軸平行的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的兩端分別通過螺栓固定在支架和 動力箱 上。滾壓機(jī)構(gòu)包括有氣動裝置、壓緊裝置、滾壓輪、導(dǎo)向輪、支撐架，氣缸 固定在支撐架上，其作用是推動滾壓輪使其緊緊壓在待合口的工件上，該機(jī)構(gòu)在鏈條的帶動下沿導(dǎo)軌行走。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 所示。對于頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機(jī) 等 ），則選用 冶金 或 起重 用 YZ 型（籠型）或 YZR 型（繞線型）三相交流異步電動機(jī)。電機(jī)的安裝形式可根據(jù)防護(hù)要求 來 選擇。工作機(jī)要求的電動機(jī)功率 Pd 為 Pd=Pw/η () 式中 Pd— 工作機(jī)要求的電動機(jī)輸出功率，單位為 kW Pw— 工作機(jī)所需輸入功率，單位為 kW； η— 電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率。 查機(jī)械設(shè)計手冊（表 17）知各部分的傳動效率： ① 蝸桿傳 動（單頭蝸桿）： 2? =~ ② V 帶傳動： 1? = 總傳動效率： 21???? =~ 所以總傳動 效率 η=~ 因此 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 Pd=Pw/η=1 /=（ kW） () Pd=Pw/η=1/= （ kW） () 所以 所需電機(jī)的功率為： （ 3）電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 對于 Y 系列的電動機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 和 1000r/min 的 電動機(jī) ，如無特殊需要， 一般 不選 用 低于 750r/min 的電動機(jī)。參數(shù)如表 所示 表 電動機(jī)參數(shù) 傳動系統(tǒng)的傳動比分配 已知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n1=1400r/min，滾壓機(jī)構(gòu)行走速度 v=傳動比分配及選擇原則為 （ 1） 各級機(jī)構(gòu) 的 傳動比應(yīng)盡量在推薦的范圍內(nèi)選取。 （ 3） 應(yīng)使各傳動件 結(jié)構(gòu)合理， 尺寸協(xié)調(diào)，避免干涉碰撞。根據(jù)以上選擇原則，帶傳動比選擇為 ，蝸桿減速器傳動比選擇 50。 各軸功率 的計算 P? = Pd 1? ==（ kw） P?? = P? 2? ==（ kw） 式中， Pd 為電動機(jī)輸出功率， kW； P? 、 P?? 為Ⅰ、Ⅱ軸的輸入功率， kW； 1? 、 2? 依次為電動機(jī)軸與Ⅰ軸、Ⅰ軸與Ⅱ軸間的傳動效率。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 4 傳動 零件 的選擇設(shè)計及計算 帶傳動的設(shè)計計算 V 帶傳動是一種撓性傳動。當(dāng)主動帶輪轉(zhuǎn)動時，利用帶輪和 傳動帶之間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動輪。 V 帶的選用安裝及設(shè)計計算 標(biāo)準(zhǔn)普通 V 帶是用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶。本設(shè)計中選擇普通簾布芯 V 帶。 設(shè)計計算過程： （ 1） 確定計算功率 由 機(jī)械設(shè)計 [2]表 87 查得工作情況系數(shù) KA=，故 Pca=KAP==(kw) () （ 2） 選擇 V 帶的帶型 根據(jù) Pca、 n1 由機(jī)械設(shè)計課本圖 811 選用 A 型 （ 3） 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd 并驗算帶速 v 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 1） 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd1。 v= 1160 1000ddn?? = 90 140060 1000??? =(m/s) () 因為推薦帶速 5m/sv30m/s，帶速合適。 （ 4） 確定 V 帶中心距 a 和基準(zhǔn)長度 Ld 1) 根據(jù)式 )( 21 dd dd ? ≤a0≤ )(2 21 dd dd ? () 初定中心距 a0 為 400mm。 （ 5） 驗算小帶輪包角 α1 ?? 121 ???? dd dd? =180o 200 90 ? ? = ≥120o () 計算帶的根數(shù) Z 1)計算單根 V 帶的額定功率 Pr。Kα Z=Pca/Pr=() 因此取 2 根。 （ 7） 計算壓軸力 Fp 壓軸力的最小值為 FQ ? ? )2/s in (2 1m in0 ?Fz? =2 2 sin()=(N) () 帶輪的設(shè)計計 算 根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 帶輪轉(zhuǎn)速等條件，確定帶輪的材料 、 結(jié)構(gòu)形式 、 輪槽 、 輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊中冊第二版（修訂）表 812，設(shè)計中的小帶輪選擇為實心輪，大帶輪選擇為 腹 板輪。 由 手冊 表 811 查得 ha=， Hmin=， e=16mm， f=10mm 0 34?? ， δ=6mm， 112ead d h?? =90+2= 結(jié)構(gòu)如圖 所示 圖 小帶輪結(jié)構(gòu)圖 （ 2）大帶輪計算： 已知小帶輪節(jié)圓直徑為 200mm，軸徑為 40mm，輪寬 B=33mm ad =， L=33mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊中冊第二版（修訂）表 812，小帶輪形式選擇為 腹板 輪 由表 811 查得 ha=， Hmin=， e=16mm， f=10mm 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 0 34?? ， δ=6mm， 112ead d h?? =200+2= 大帶輪結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 大帶輪結(jié)構(gòu)圖 鏈傳動的設(shè)計及計算 滾子鏈的設(shè)計及計算 （ 1） 已知條件： Pd = kW， n= r/min （ 2）確定計算 由 [2]表 96 查得 AK =，圖 913 查得 ZK =，單排鏈。 則計算功率為 Pca=KAKZP==（ kW） 據(jù) Pca= kW 及 n= r/min，查圖 911，選 20A1。在國標(biāo)GB/T1243— 1997 中沒有規(guī)定具體的鏈輪齒形，僅規(guī)定了最小和最大齒槽形狀及其極限參數(shù)，參照表 92[1]計算出滾子鏈鏈輪的齒槽形狀如圖 所示。 由上面的計算可知選用單排鏈，齒數(shù) z=23。由于運動中有動載荷，故鏈輪選用 15Cr經(jīng)滲碳淬火處理。 蝸桿傳動的選擇 由上面的計算分配知蝸桿減速器的傳動比為 50，為節(jié)約生產(chǎn)成本，采用直接外購現(xiàn)有的蝸桿減速器產(chǎn)品。 本系列為重型機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ Q/ZB12573），是一級傳動的 WD（蝸桿下置） WS（蝸桿上置型） 。 標(biāo)記示例 WD 150 30 Ⅲ ↓ ↓ ↓ ↓ ① ② ③ ④ ① ： W表示蝸桿傳動， “ D” 表示蝸桿在下 ②