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1引言
流水线的概念及分类
生产流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械,又称输送线或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为:皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。流水线输送能力大,运距长,还可在输送过程中同时完成若干工艺操作,所以应用十分广泛。
目前流水线发展的现状
我国流水线设备技术起步晚,市场上低端产品很多而且存在不良竞争,但经过不断的发展已经达到了很高的水平。未来三年,全球流水线设备市场的发展潜力依然很大。据中国电子元件行业协会信息中心预测,到2010年,流水线设备产量将达到468亿只,市场规模将达到515亿元,年均增长率将分别为17%和15%。可见,即使在金融危机的阴影笼罩下,流水线设备市场依然有着强大的发展潜力。中国在全球流水线设备市场中的份额将加继续大。市调机构BishopandAssociates的报告称,%的增长率位列全球第一,%。而近两年国外市场的持续低迷,也使国外流水线设备厂商加紧在中国的布局,从而加速中国流水线设备市场的发展。
随着我国的各个行业的不断发展,我国对流水线设备的技术要求也是非常高的,面对流水线设备的市场和技术变化,中国流水线设备厂商应逐步摆脱在中低端产品类型的同质化竞争,积极跟踪流水线设备的前沿技术,学****流水线设备的新技术新工艺,不断研发出新产品,拓展高端产品线。
随着我国的各个行业的不断发展,我国对流水线设备的技术要求也是非常高的,面对流水线设备的市场和技术变化,中国流水线设备厂商应逐步摆脱在中低端产品类型的同质化竞争,积极跟踪流水线设备的前沿技术,学****流水线设备的新技术新工艺,不断研发出新产品,拓展高端产品线。
本设计的目的和意义
目前中小企业生产成本上升幅度较大。从2007年初开始,国家确定了以“两防”(‘防过热、防通胀')为主导的宏观调控政策走向,使产品市场逐步萎缩,价格逐步下降。而包括能源在内的原材料,则呈上升趋势。加之人民币汇率上升,以及《劳动合同法》的颁发布实施,更增加了成本上升的幅度。其中后两项属于硬成本,企业是不能消化的。这就大大增加了企业控制成本的难度。更严重的是,中小企业生产成本上升,完全达到了侵蚀利润的程度,由此造成大批中小企业亏损,导致部分外资企业外移的同时,丢掉了一些产品的国际市场。同时由于自身资金和技术水平所限,基础薄弱的中小企业只能有选择地进入门槛较低的行业,其产品还主要集中在中低端,而且越是低端产品,厂商越多。由于进入行业过于集中,行业之间产品同质性明显,且都属于竞争性行业,故相互之间竞争异常激烈。在这样的大环境下中小企业想在市场上占领一席之地必须使自己的产品具有竞争力。
本次设计是为一家中小企业设计刹车片缺陷检验流水线,之前的检验都是由人工完成的,不仅速度慢容易存在检验的疏漏,同时花费大量的财力导致生产成本提高,使产品本身的竞争力下降。
本设计主要解决的问题
(1)流水线如何准确实现刹车片在流水线上的等距传送;
(2)流水线如何准确实现刹车片的分拣。
2系统设计
,要求能完成大小不同的刹车片是否存在缺陷的检验。
设计参数:流水线长3m;检测零件直径210〜470mm;检测速度:3s/个。
系统的驱动流水线是长时间持续工作的系统但其功率不是很大,故运动通过一个两项交流电机驱动,电机的调速通过一变频器控制输入交流电频率实现。
由于刹车片太薄,而且要求检测速度为3s/个,用气缸分拣整个过程耗时过长,同时气缸与皮带表面距离很小容易刮伤皮带表面。故设计了机械分拣装置,该装置采用机构按凸轮曲线做周期运动的原理实现,经分析,理论上能很好的满足需求。
万案
优点
缺点
气缸分拣
结构简单、好控制
可靠性低、易划伤皮带
机械分拣机构
可靠性高
机构复杂
通过两种方案的比较,选择了可靠性高的机械分拣机构。
3主体机械结构设计
流水线整体尺寸估算长:根据要求,流水线总长3000mm。
宽:由于刹车片最大直径为470mm,故,流水线宽度选择550mm。高:按照现有流水线高度,流水线台面高度设计为750mm。
主要构件的设计选择
一般情况下滚筒长度采用“输送物+50mm”即,
470+50=520,圆整为550mm
驱动辊:根据经验选择①140mm
从动滚筒:选择①60mm
,功率选择方面:由于整个机构运动比较平稳,故按电机的静功率计算,故有:
P=错误!未找到引用源。= ()
M为滚筒的计算转矩:M=F*R=70N/m ()
F为皮带传输时主动滚筒受到的切向力根据经验估值为1000N。(其中包括约重8kg的产品),R——。
n为滚筒的转速:n=30v/(nr)=
带
n为效率:n=n齿轮*n链轮*n轴承*n滚筒=临24
n:(减速电机的两级齿轮)
齿轮
n:(一对)
链轮
n:(共5对)
轴承
n:(共5个)
滚筒
综上,选择了NHY-28减速电机。有关参数如下:
电机型号
额定电压
(V)
额定电流
(A)
额定功率
(KW)
满载转速
(R/Min)
传动比
NCH28
220
1720
1:50
链条类型的确定
传动链可分为短节距精密滚子链、齿形链等类型。其中滚子链常用于传动系统
的低速级,一般传递的功率在100kW以下,链速不超过15m/s,推荐使用传动比imax=8。齿形链应用较少。故本设计使用滚子链,又因传动功率较小用单排链即可。
链轮材料的选择
链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于大小链轮的齿数一样,故选择的材料也一样,选择了采用的材料40#,经淬火和回火热处理,热处理后硬度40〜50HRC。
链轮的结构
小直径的链轮可制成整体式如下图所示:
X,
=—
Q
工
□~~
4•设计计算
由于电机的输出轴径为28mm,所以设计链轮轴径也为28mm。电机额定功率为
。
(1) .选择链轮齿数Z]=Z2=17,故:
i=zi/z2=l
(2) •计算当量单排链的计算功率Pca
P二错误!未找到引用源。= ()
ca
KA——为工况系数,查表9-;
KZ——主动链轮齿数系数,见图9-;
Kp――多排链系数,;
P——。
(3) .确定链条型号和节距p
链条根据当量的单排链的计算功率Pca和主动链轮的转速比由图9-11为6B。然后由表
9-1确定链条节距p=。
(4) .计算链节数和中心距
出选中心距a0=3Op=,按下式计算出链节数:
Lp°=2错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。2错误!未找到引用源。
=73 ()
将其圆整为74。
(5) .计算链速v,确定润滑方式
平均链速按9-1计算
V=错误!未找到引用源。= ()
根据链速v,由图9-14选择合适的润滑方式为定期润滑。
(6) .计算链传动作用在轴上的压轴力Fp压轴力可近似的取为
Fp~KFpFe=115°N ()
式中:Fe 有效圆周力1000N(经验估算)
KFe——压轴力系数,
名称
符号
计算公式及结果(mm)
分度圆直径
d
d=错误!未找到引用源。=
齿顶圆直径
d
a
da=d+-d1=
齿根圆直径
df
df=d-d1=
齿高
h
a
ha=-]+错误!未找到引用源。=
确定的最大凸缘直径
d
g
dg=p错误!未找到引用源。--=
g2
其中:d1为滚子直径,;h2为内链板高度,。
根据所设计的链轮,对应选择相应的链条。选择类型为滚子链,具体参数如下:
ISO链
号
节距p
滚子直径d1max
内链节内宽b1min
销轴直径d2max
内链板咼度h2max
排距
卩1
单排抗
拉载何
min
mm
kN
06B
键的选择
根据电机输出轴的直径©28由表6-1选择普通平键8*7*20。
键强度的校核假定载荷在键的工作表面均匀分布,普通平键连接的条件为
Op=错误沬找到引用源。=[Op]()
式中:T——传递的扭矩,70N/m;
k——轮毂与键的连接高度,;
l——键的工作长度,20mm;
d 轴的直径,28mm;
op——键、轴、轮毂中三者最弱材料的许用挤压应力,1OOMp。故,所选键满足要求。
由于滚动轴承多为已标准化的外购件,因而,在设计时,只需
1、 正确选择出能满足约束条件的滚动轴承。
2、 进行滚动轴承部件的组合设计
1类型选择
(1)轴承所受载荷的大小
通常,中小载荷及载荷波动较小的场合工作用球轴承;承受较大的载荷宜用滚子轴承。
(2)载荷方向
若轴承承受纯轴向载荷,一般选用推力轴承;若所承受的纯轴向载荷较小,可选用推力球轴承;若所承受的纯轴向载荷较大,可选用推力滚子轴承;若轴承承受纯径向载荷,一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承;当轴承在承受径向载荷的同时,还承受不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,当轴向载荷较大时,可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构,分别承担径向载荷和轴向载荷。
(3)各构件轴承的选择
驱动滚筒选择深沟球轴承,型号621O
从动滚筒选择深沟球轴承,型号62O4
分拣机构推力球轴承,型号511O2
2轴承的校核
(1)滚动轴承疲劳寿命的校核计算
不考虑到温度的影响,轴承的载荷-寿命计算公式表示为:
Lh=错误沬找到引用源。3 (3・8)
式中:P为当量动载荷(N);
C基本额定动载荷,查表8-;
£为寿命指数,对于球轴承£=3;n为代表轴承的转速(r/min)。
疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为
式中:Lh'为轴承预期计算寿命,可查⑻表13-3。
经计算nq=,nc=53r/min(nq为驱动滚筒轴承转速,nc为从动滚筒轴承转速)由于从动轴承转速比驱动轴承大,且从动轴承直径比驱动轴承直径小,故在此只对从动轴承轴承进行寿命验算。对于分拣机构上的推力球轴承,由于轴承很少运动,且受力很小故在此不做验算。
对从动轴承进行受力分析如下图:
F=1000N
故,P=Fp(XFr+YFa)=Fp*Fr=1100N (3・1°)
Lh=>LJ
即,所选轴承符合设计要求。
流水线的皮带选择是本设计的关键,因为此流水线要求对每个刹车片进行拍照检测,拍照时要求流水线的反光程度较小,反光太大会影响照片的处理,从而影响检测的结果。故,选择流水线皮带式选择了反光程度小的绿色PVC带。它具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。
设计流水线宽度为550mm,所以所选的皮带宽度也是550mm;皮带厚度为两毫米。
长度估算:
L=2X3000+2Xnxr2+2X50+nxr1+AL=7510mm ()
式中:L为流水线皮带总长;
r1为驱动滚筒半径,为70mm;
r2为从动滚筒半径,为30mm;
AL为曾加长度,为100mm。
同时,其中一从动滚筒水平位置可以调节能始终保持流水线处于适当张紧状态。
目前,国内已经形成了工业铝型材产业链,现在流水线的铝型材都已标准化,它是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。其中,上色主要包括:氧化、电泳涂装、***炭喷涂、粉末喷涂、木纹转印等过程。只需选择合适的率形成即可。为了安装的方便选择了如下图所示的工业铝型材。其牌号为6005型(6005挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等)。
ZK
图上图所示,其规格为130*22*2,两侧槽宽均为12槽深10,可以容纳M6螺栓的头部,由此可以将其他部件连接在一起。
4分拣机构设计
本设计中有缺陷产品的分拣是通过机械机构实现的,基本原理是通过变化的凸轮曲线实现分拣架在整个圆周上完成重复的分拣运动。