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分 類 號(hào) TH457 密 級(jí) 公開 寧 寧波大紅鷹學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 電池包裝送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 機(jī) 械 與 電 氣 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 2013 年 3 月 31 日 誠 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《電池包裝送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》 均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料， 均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日 I 摘 要 電池是一種能產(chǎn)生電能的小型裝置，是現(xiàn)代生活中重要的能源。電池作為一種商 品，在流通過程中需要進(jìn)行包裝，應(yīng)用自動(dòng)化的電池包裝機(jī)能有效提高電池包裝效率， 降低生產(chǎn)成本，本文針對(duì)五號(hào)電池的自動(dòng)化包裝，設(shè)計(jì)了本電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)。 本文首先進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)方案，擬定螺旋傳動(dòng)副為電池送料方案，對(duì)方案進(jìn)行特 點(diǎn)分析，然后針對(duì)關(guān)鍵傳動(dòng)件設(shè)計(jì)，選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)重要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)軸和 軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算校核，最后對(duì)重要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括材料的選擇、尺寸 的確定、結(jié)構(gòu)工藝性的滿足、以及與其他零件的配合的要求等。 關(guān)鍵詞：電池，包裝，推桿，螺旋傳動(dòng) II Abstract Cell is a small device that can generate electricity, is one of the most important energy in modern life. Battery as a commodity, in the circulation process needs packaging, packaging cell function application automation improve battery packing efficiency, reduce the production cost, this paper packaging automation for the number five batteries, design of the feeding mechanism of the battery packaging machine. Firstly, the overall design scheme, make the spiral transmission pair for the battery feeding scheme, characteristics analysis of the scheme, then the motor selection for key transmission parts, design, strength check of important parts, the life of the shaft and bearings are calculated, the important parts of the structure design, including material selection determine the size, structure, process, and meet the demand for cooperating with other parts etc.. Key Words: Battery, packaging, push rod, screw drive III 目 錄 摘 要 ....................................................................I ABSTRACT .................................................................II 目 錄 ..................................................................III 第 1 章 緒論 ...............................................................1 1.1 常見電池型號(hào)及尺寸 ...................................................1 1.2 機(jī)構(gòu) .................................................................2 1.3 包裝機(jī)的作用 .........................................................2 1.4 中國包裝機(jī)械的發(fā)展 ...................................................3 1.5 本課題研究目的和要求 .................................................4 第 2 章 整體方案設(shè)計(jì) .......................................................5 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)要求 ...................................................5 2.2 電池包裝機(jī)的傳動(dòng)原理 ................................................5 第 3 章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .....................................................7 3.1 電動(dòng)推桿設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................7 3.1.1 伺服電機(jī)的選擇 ..................................................7 3.1.2 滑動(dòng)螺旋副的計(jì)算 ...............................................11 3.1.3 聯(lián)軸器的選用 ...................................................13 3.2 膠輥設(shè)計(jì) ............................................................15 3.2.1 微型電機(jī)選擇 ....................................................15 3.2.2 微型皮帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..............................................15 3.3 電磁閥的選擇 ........................................................17 3.4 步進(jìn)電機(jī)選擇及傳送帶設(shè)計(jì) ...........................................18 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 .................................................18 3.4.2 輸送帶的選擇 ...................................................20 第 4 章 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................21 IV 4.1 機(jī)架設(shè)計(jì) ............................................................21 4.1.1 機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ....................................................21 4.1.2 機(jī)座主體設(shè)計(jì) ...................................................22 4.2 包裝袋托架設(shè)計(jì) .....................................................22 4.3 集料槽設(shè)計(jì) .........................................................23 4.4 軸承選擇與校核 ......................................................24 4.4.1 軸承校核的概念及方法 ...........................................24 4.4.2 電動(dòng)推桿處軸承校核 ..............................................25 第 5 章 安裝檢驗(yàn)及使用維修 ................................................26 5.1 檢驗(yàn)規(guī)則 ............................................................26 5.2 包裝機(jī)安裝 .........................................................26 5.3 設(shè)備調(diào)整 ...........................................................26 5.4 使用操作 ............................................................26 5.5 維修保養(yǎng)和故障排除 ..................................................26 總結(jié) .....................................................................27 參考文獻(xiàn) .................................................................28 致 謝 ....................................................................29 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1.1 常見電池型號(hào)及尺寸 在電池體上看到的 AAA、AA、C、D、N、F、SC 等標(biāo)識(shí)都是美國型號(hào)標(biāo)識(shí)，在 我國除了幾種按號(hào)稱呼之外，其它還是采用美國的命名方式。此外，針對(duì)二次鋰電池 的型號(hào)表示方法是采用五位數(shù)(圓柱型)或六位數(shù)(方型)，如 14500、103450... （一）常見電池型號(hào)、尺寸對(duì)照表 編號(hào) 美國型號(hào) 中國俗稱 尺寸（平頭） 1 AAAA AAAA 直徑 8.1±0.2mm,高度 41.5±0.5mm 2 AAA 7 號(hào) 直徑 10.1±0.2mm,高度 43.6±0.5mm 3 AA 5 號(hào) 直徑 14.1±0.2mm,高度 48.0±0.5mm 4 A A 直徑 16.8±0.2mm,高度 49.0±0.5mm 5 SC SC 直徑 22.1±0.2mm,高度 42.0±0.5mm 6 C 2 號(hào) 直徑 25.3±0.2mm,高度 49.5±0.5mm 7 D 1 號(hào) 直徑 32.3±0.2mm,高度 59.0±0.5mm 8 N N 直徑 11.7±0.2mm,高度 28.5±0.5mm 9 F F 直徑 32.3±0.2mm,高度 89.0±0.5mm 平頭，指的是電池正極是平的，沒有突起，使用做電池組點(diǎn)焊使用的電池芯，一般同 等型號(hào)尖頭的（可以用作單體電池供電的） ，在高度上就多了 0.5mm。以此類推，我不 逐一解釋。還有，電池很多的時(shí)候并不是規(guī)規(guī)矩矩的＂ AAA，AA，A，SC，C， D，N，F(xiàn) ＂這些主型號(hào)，前面還時(shí)常有分?jǐn)?shù)＂ 1/3，2/3，1/2，2/3，4/5，5/4，7/5＂，這些分?jǐn)?shù)表示的是池體相應(yīng)的高度，例如＂ 2/3AA＂就是表示高是一般 AA 電池的 2/3 的充電電池；再如＂4/5A＂就是表示高是一 般 A 電池的 4/5 的充電電池。 （二）鋰離子電池芯型號(hào)、尺寸 (1) 圓柱型鋰離子電池芯：通常用五位數(shù)字表示，前兩位數(shù)字是指池體直徑，后三位數(shù) 字是指池體高，例如 14500 就是指 AA 電池，即大約直徑 14mm，高 50mm。常見的型 號(hào)：14500，14650, 17490，18500, 18650，26500。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 常見比克、三洋圓柱電芯規(guī)格型號(hào)： 比克 18650 2200mAh 3.7V ，比克 18650 2600mAh 3.7V ，比克 18650 2000mAh 3.6V 三元長壽命 三洋 18650 2100mAh 3.7V ，三洋 18650 2500mAh 3.7V ，三洋 18650 1500 mAh 3.7V18650 (2) 方型鋰離子電池芯：通常用六位數(shù)字表示，分別表示電池的厚度、寬度和高度，單 位毫米，例如 103450 即 10(厚度) ×34( 寬度) ×50( 高度)mm。若厚度數(shù)值大于寬度數(shù)值， 則厚度要*0.1，例如 433861 即 4.3（43*0.1）×38×61mm。 常見比克、三洋方型電芯規(guī)格型號(hào)： 比克 523450A 1000mAh 3.7V ，比克 063450A 1200mAh 3.7V ，比克 633770A 2020mAh 3.7V 三洋 UF103450P 1880mAh 3.7V ，三洋 UF653450R 1100mAh 3.7V 1.2 機(jī)構(gòu) 由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過活動(dòng)聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)。按組成的各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 不同，機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)（如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)等）和空間機(jī)構(gòu)（如空 間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等） ；按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī)構(gòu)等）和高 副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等） ；按結(jié)構(gòu)特征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī) 構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換 向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等。 1.3 包裝機(jī)的作用 包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。 隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，包裝機(jī)械在包裝領(lǐng)域中正起著越來越大的作用，其主 要作用有以下幾點(diǎn)： (1) 可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率?；_(tái)式吸塑封口機(jī)機(jī)械包裝比手工包裝快得多，如糖 果包裝，手工包糖 1 分鐘只能包十幾塊，而糖果包裝機(jī)每分鐘可達(dá)數(shù)百塊甚至上千塊， 提高效率數(shù)十倍。 (2) 能有效地保證包裝質(zhì)量。機(jī)械包裝可根據(jù)包裝物品的要求，按照需要的形態(tài)、 大小，得到規(guī)格一致的包裝物，而手工包裝是無法保證的。這對(duì)出口商品尤為重要， 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 只有機(jī)械包裝，才能達(dá)到包裝規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，符合集合包裝的要求。 (3) 能實(shí)現(xiàn)手工包裝無法實(shí)現(xiàn)的操作有些包裝操作。如真空包裝、充氣包裝、貼體 包裝、等壓灌裝等，都是手工包裝無法實(shí)現(xiàn)的，只能用機(jī)械包裝實(shí)現(xiàn)。 (4) 可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件手工包裝的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。如用手工包裝體積 大、重量重的產(chǎn)品，既耗體力，又不安全；而對(duì)輕小產(chǎn)品，由于頻率較高，動(dòng)作單調(diào)， 易使工人得職業(yè)病。 (5) 有利于工人的勞動(dòng)保護(hù)。對(duì)于某些嚴(yán)重影響身體健康的產(chǎn)品，如粉塵嚴(yán)重、有毒 的產(chǎn)品有刺激性、放射性的產(chǎn)品，用手工包裝難免危害健康，而機(jī)械包裝則可避免， 且能有效地保護(hù)環(huán)境不被污染。 (6) 可降低包裝成本，節(jié)省貯運(yùn)費(fèi)用對(duì)松散產(chǎn)品。如棉花、煙葉、絲、麻等，采用 壓縮包裝機(jī)壓縮打包，可大大縮小體積，從而降低包裝成本。同時(shí)由于體積大為縮小， 節(jié)省倉容，減少保管費(fèi)用，有利于運(yùn)輸。 (7) 能可靠地保證產(chǎn)品衛(wèi)生某些產(chǎn)品。如食品、藥品的包裝，根據(jù)衛(wèi)生法是不允許 用手工包裝的，因?yàn)闀?huì)污染產(chǎn)品，而機(jī)械包裝避免了人手直接接觸食品、藥品，保證 了衛(wèi)生質(zhì)量。 (8) 可促進(jìn)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。包裝機(jī)械是一門綜合性科學(xué)，它涉及到材料、工藝、設(shè) 備、電子、電器、自動(dòng)控制等多種學(xué)科，要求各相關(guān)學(xué)科同步、協(xié)調(diào)地發(fā)展，任何學(xué) 科的問題都將影響包裝機(jī)械的整體性能。 1.4 中國包裝機(jī)械的發(fā)展 中國包裝機(jī)械起步較晚，起于上個(gè)世紀(jì) 70 年代，北京市商業(yè)機(jī)械研究所在研究了日本 的包裝機(jī)械后，完成制造了中國第一臺(tái)包裝機(jī)，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，中國包裝機(jī)械已 成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有力的保障，有些包 裝機(jī)械填補(bǔ)了國內(nèi)空白，已能基本滿足國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目 前，中國包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的 5%，進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國 家相去甚遠(yuǎn)。在行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也存在一系列的問題，現(xiàn)階段中國包裝機(jī)械行業(yè) 水平還不夠高。包裝機(jī)械市場日趨壟斷化，除了瓦楞紙箱包裝機(jī)械和一些小型包裝機(jī) 有一定規(guī)模和優(yōu)勢外，其它包裝機(jī)械幾乎不成體系和規(guī)模，特別是市場上需求量大的 一些成套包裝生產(chǎn)線，如液體灌裝生產(chǎn)線、飲料包裝容器成套設(shè)備、無菌包裝生產(chǎn)線 等，在世界包裝機(jī)械市場中均被幾家大包裝機(jī)械企業(yè)集團(tuán)所壟斷，面對(duì)國外品牌強(qiáng)勁 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 沖擊國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該采取積極對(duì)策。從現(xiàn)階段情況看，全球的包裝機(jī)械需求以每年 5.3% 的速度增長。美國擁有最大的包裝設(shè)備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還包括 德國、意大利和中國。但未來包裝設(shè)備生產(chǎn)增長最快的是在發(fā)展中的國家和地區(qū)。發(fā) 達(dá)國家將從刺激國內(nèi)需求中獲利，并在發(fā)展中國家尋找當(dāng)?shù)睾线m的生產(chǎn)廠家，特別是 在食品加工廠進(jìn)行投資，提供包裝機(jī)械設(shè)備。而中國自加入世貿(mào)組織以來取得了長足 的進(jìn)步，中國的包裝機(jī)械水平提升非?？欤c世界的先進(jìn)水平差距逐漸縮小。隨著中 國的日益開放，中國的包裝機(jī)械也將進(jìn)一步打開國際市場。 1.5 本課題研究目的和要求 通過對(duì)電池包裝送料裝置機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固與深化學(xué)生對(duì)理論課程及實(shí)踐性教 學(xué)環(huán)節(jié)中所學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能來 分析和解決相關(guān)專業(yè)問題，以及收集、整理、分析、利用資料的能力，使學(xué)生受到工 程師工作能力的綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的獨(dú)立工作能力與綜合素質(zhì)。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 整體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)要求 包裝規(guī)格為 5 號(hào)電池， 電池包裝的基本要求：2 節(jié)電池為一袋，一分鐘包裝 120 袋。 2.2 電池包裝機(jī)的傳動(dòng)原理 圖 2-1 電池包裝機(jī)整體方案 五號(hào)電池包裝機(jī)的總體傳動(dòng)方案如上圖 2-1 所示，它由 1 個(gè)電池集料槽、4 個(gè)電池 通道、4 個(gè)推桿、1 個(gè)真空吸盤、1 把切斷刀、膠輥、包裝袋托架等組成。 集料槽下端出口處傾斜能夠使電池自動(dòng)滑入軌道，由集料槽出來的電池進(jìn)入一號(hào)通道， 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 通道的寬度剛好能容納兩節(jié)縱向放置電池，由伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠正轉(zhuǎn)，從而帶 動(dòng)一號(hào)通道的推桿（即絲杠螺母）沿著一號(hào)通道向前移動(dòng)，將電池推到二號(hào)通道指定 的位置后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)使推桿回到原位。此時(shí)的電池已經(jīng)進(jìn)入二號(hào)通道，二號(hào)通道的 電動(dòng)推桿將橫放的電池推入到由吸盤吸起的包裝袋內(nèi)（吸盤由電磁閥通電控制工作， 上吸盤和切斷刀連接在另一電磁閥推桿上，上吸盤及切斷刀能隨電磁閥推桿上下運(yùn)動(dòng)， 推桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)帶著切刀將包裝袋切斷，推桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)吸盤提起包裝袋向上提升 2 厘米），第三通道的推桿將縱向的含在包裝袋里的電池推入到四號(hào)通道，最后由第四 號(hào)通道的推桿將電池推送到傳送帶，傳送帶由一步電動(dòng)機(jī)控制，傳送帶上有等間距的 小格，每一小格能容納兩節(jié)五號(hào)電池，每次工作時(shí)格子底部與電池底部在同一水平面， 電池經(jīng)傳送帶送入高溫箱，出來冷卻即達(dá)到包裝效果。 每次包裝袋切斷后由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)膠輥將放在托架上的包裝袋輸送到吸盤處。 對(duì)于本五號(hào)電池傳動(dòng)方案：結(jié)構(gòu)簡單，制造調(diào)試方便，由于采用了四個(gè)伺服電動(dòng) 機(jī)及兩個(gè)電磁閥，因此要對(duì)協(xié)調(diào)控制要求較高。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 電動(dòng)推桿設(shè)計(jì)計(jì)算 電動(dòng)推桿如下圖 3-1 所示，由伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使通道中的滑塊 做直線移動(dòng)。 圖 3-1 電動(dòng)推桿傳動(dòng)方案 3.1.1 伺服電機(jī)的選擇 1）機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則 現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會(huì)碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)電機(jī)的動(dòng)力荷載有很大影響。伺 服驅(qū)動(dòng)裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要 選出滿足給定負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)，然后再從中按價(jià)格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選 擇最適合的電機(jī)。 （1）傳統(tǒng)的選擇方法 這里只考慮電機(jī)的動(dòng)力問題，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)用速度 v(t)，加速度 a(t)和所需外力 F(t)表 示，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用角速度 (t)，角加速度 (t)和所需扭矩 T(t)表示，它們均可以表示?? 為時(shí)間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然，電機(jī)的最大功率 P 電機(jī)，最大應(yīng)大于工作 負(fù)載所需的峰值功率 P 峰值，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速 度兩部分，但在實(shí)際的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中它們是受限制的。用 峰值，T 峰值表示最大值或? 者峰值。電機(jī)的最大速度決定了減速器減速比的上限，n 上限= 峰值，最大/ 峰值，? 同樣，電機(jī)的最大扭矩決定了減速比的下限，n 下限=T 峰值/T 電機(jī)，最大，如果 n 下 限大于 n 上限，選擇的電機(jī)是不合適的。反之，則可以通過對(duì)每種電機(jī)的廣泛類比來 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 確定上下限之間可行的傳動(dòng)比范圍。只用峰值功率作為選擇電機(jī)的原則是不充分的， 而且傳動(dòng)比的準(zhǔn)確計(jì)算非常繁瑣。 （2）新的選擇方法 一種新的選擇原則是將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表 示方法使得驅(qū)動(dòng)裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較更方便，另外，還提供了傳動(dòng) 比的一個(gè)可能范圍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負(fù)載情況；將負(fù)載和電機(jī)的特性分 離開；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數(shù)均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機(jī)。因此，不再 需要用大量的類比來檢查電機(jī)是否能夠驅(qū)動(dòng)某個(gè)特定的負(fù)載。 在電機(jī)和負(fù)載之間的傳動(dòng)比會(huì)改變電機(jī)提供的動(dòng)力荷載參數(shù)。比如，一個(gè)大的傳動(dòng) 比會(huì)減小外部扭矩對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)就得以較高的 速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機(jī)需要較大的慣量扭矩。選擇一個(gè)合適的傳動(dòng) 比就能平衡這相反的兩個(gè)方面。通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個(gè)傳動(dòng)比 n，它 會(huì)把電機(jī)與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。一是，從電機(jī)得到的最大速度小于電機(jī)自身的 最大速度 電機(jī)，最大；二是，電機(jī)任意時(shí)刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機(jī)額定扭矩 M 額定。? 2）選擇伺服電機(jī) （1）推桿移動(dòng)速度 SVt? S——推桿移動(dòng)距離 其中第一通道推桿移動(dòng)距離 =85.5mm，第二通道推桿移動(dòng)距離 =90.75mm，第1 2S 三通道推桿移動(dòng)距離 =117mm，第四通道推桿移動(dòng)距離 =143.25mm。3S 4 t——時(shí)間，包裝頻率為每分鐘 120 個(gè)，則每包裝一個(gè)的時(shí)間為 0.5 秒，則推桿推動(dòng)運(yùn) 動(dòng)過程所用時(shí)間不超過 0.5 秒，現(xiàn)令推桿推動(dòng)時(shí)間為 0.2 秒，退回時(shí)間為 0.2 秒，停頓 0.1 秒，所以 m/min10.8562.5SVt??? m/min2.97. m/min30.1635.1?? 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 m/min40.132564.975V??? （2）絲杠導(dǎo)程的確定 載荷的重量： =mg NW59.84?? 絲杠的最大負(fù)荷 ， 為慣性力，由上面的運(yùn)動(dòng)節(jié)拍分析該F0max??慣 慣 運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 0.2s、伸縮行程的要求按最大第四通道計(jì)算， =143.25mm。電機(jī)啟4S 動(dòng)時(shí)間 0.1s，加速度 a= =tV? 3214.250/.716/ms??? = = =35.8N慣Fma7.6 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 1-10 常用材料摩擦系數(shù) 取 0.2。則0? =45.6Nmax35.8490.2??? 為使設(shè)計(jì)更可靠令當(dāng)量載荷 = ,假設(shè)絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速為mFax45.6N? =4500r/min。查表 11-1-25 精度推薦表，確定機(jī)械手使用的精度為 5 級(jí)。初maxn 算導(dǎo)程： = =9.55mmmax/nVPh?314.25016/in/mir?? 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)—機(jī)械傳動(dòng)》表 11-1-15 查得 應(yīng)該大于或等于 9.55mmhP 取 10mm。 （3）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)選擇首先依據(jù)推桿快速行程速度。快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的 額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 3maxmax10hVunnP??? 式中， 為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm） ；n 為移動(dòng)時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（ rpm） ； 為直線運(yùn)maxn maxV 行速度（m/min） ；u 為系統(tǒng)傳動(dòng)比，u=n 電機(jī)/n 絲杠=1； 絲杠導(dǎo)程（mm） ，hP 。10hP? 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 所以 3125.610256/minnr???327.7/i335.1051/innr???342.974297./mi 所以，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速選為 4500r/min.選用臺(tái)達(dá)伺服電機(jī) ECMA-C30602ES。 4)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機(jī) 根據(jù)伺服電機(jī)的工作曲線，負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：當(dāng)設(shè)備作空載運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范 圍內(nèi)，加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即在工作曲線 的連續(xù)工作區(qū)；最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期及過載時(shí)間應(yīng)在特性曲線的允許范圍內(nèi)。加 在電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以折算出加到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 CLTF?????2 式中， 為折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m） ；F 為軸向移動(dòng)滑塊時(shí)所需的力LT （N） ；L 為電機(jī)每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量（m）L=0.012m； 為絲杠軸承等摩擦轉(zhuǎn)矩折算到C 電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m） ， N.m； 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。0.1CT??WF0max??慣 由上可知 =45.6Nmax35.849.2F?? 計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)下列幾點(diǎn)應(yīng)特別注意。 （a）由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦 系數(shù)來計(jì)算的轉(zhuǎn)矩很小的。請(qǐng)?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生 的力矩。 （b）由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個(gè)轉(zhuǎn)矩。所以要 特別注意。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 （c）切削力的反作用力會(huì)使工作臺(tái)的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點(diǎn)與承 受驅(qū)動(dòng)力的點(diǎn)通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面 的負(fù)載也增加。當(dāng)計(jì)算切削期間的轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng) 給予考慮。 （d）摩擦轉(zhuǎn)矩受進(jìn)給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺(tái)支撐物(滑塊， 滾珠，壓力)，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù) 值。 （e）通常，即使在同一臺(tái)的機(jī)械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素 而變化。當(dāng)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，請(qǐng)盡量借助測量同種機(jī)械上而積累的參數(shù)，來得到正確 的數(shù)據(jù)。 所以 45.6012.238LCFT??????? =0.12N.m 所以，臺(tái)達(dá)伺服電機(jī) ECMA-C30602ES，額定轉(zhuǎn)矩 0.6n.m，轉(zhuǎn)速為 4500r/min， 3.1.2 滑動(dòng)螺旋副的計(jì)算 1）螺旋傳動(dòng)的材料 絲杠螺桿要有足夠的強(qiáng)度，較高的耐磨性和良好的工藝性，一般采用 45 或 50 剛， 較重要的螺桿可采用 40Cr 等合金鋼，本絲杠采用 45 鋼。 推桿（螺母）應(yīng)該具有較低的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性，一般可選用鑄造青銅，如 ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5 及 ZCuAl10Fe3，要求較低時(shí)可采用耐磨鑄鐵，本推桿要 求不高，采用球墨鑄鐵 QT400-17。 2）耐磨性的計(jì)算 設(shè)螺母高為 H，螺距為 P，螺紋中徑為 ，螺紋工作高度為 h，則螺紋承載圈數(shù)2d Z=H/P， 螺旋總軸向載荷為 ，每一圈螺紋承受的軸向載荷為 ,其成載面積 。QFzFQ/ 2Adh?? 因此。螺紋工作面上的壓強(qiáng)為 ,己耐磨性條件為：cp 2 []Qc cPpZAdhH??? 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 表 3-1 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓強(qiáng)[ ]cp 螺桿材料 螺母材料 滑動(dòng)速度（m/s） 許用壓強(qiáng) 鋼 青銅 18～25 鋼 鋼 低速 7.5～13 鋼 鑄鐵 ＜0.04 13～18 鋼 青銅 ＜0.05 11～18 鋼 鑄鐵 4～7 鋼 耐磨鑄鐵 6～8 鋼 青銅 0.1～0.2 7～10 設(shè) ，則 ，代入上式并整理后可得：2/dH??2d?? 2[]QcFPhp?? 對(duì)于梯形螺紋，h=0.5P，由上表 3-1，選取[ ]=6Mpa 則cp 2 45.60.650.3.27[]Qcdp????? 考慮到螺旋導(dǎo)程不能太小,取導(dǎo)程 P=10mm，選取螺桿中徑 ，外徑為21dm 16mm 3）螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核 在軸向載荷 的作用下，螺紋牙可能在根部發(fā)生剪斷或彎斷，由于推桿為鑄鐵，QF 螺牙的強(qiáng)度低于螺桿，故只需要校核推桿（螺母）螺紋牙的強(qiáng)度。 許用應(yīng)力材料 [σ] [ ]b?[ ]? 螺桿 鋼 3~5s? 青銅 40～60 30～40 耐磨鑄鐵 50～60 40 螺母 鑄鐵 45～55 40 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 鋼 0.6[σ] 注： 1、 為材料屈服極限；s? 2、載荷穩(wěn)定時(shí)，許用應(yīng)力取大值。 將一圈螺母的螺紋沿根部大徑 D 處展開，并將談看作寬度為 的懸臂梁，在 h/2D? 處作用載荷 ，則螺紋牙危險(xiǎn)平剖面 a－a 的剪切強(qiáng)度條件為zFQ/ ??45.60.8531QFMpabz? ?????? 符合強(qiáng)度要求。 螺紋牙危險(xiǎn)剖面ａ－ａ的彎曲強(qiáng)度條件為 222345.610.56[]386QQb bFhMz paDWbz? ???????? 符合強(qiáng)度要求。 4）螺桿的強(qiáng)度校核 螺桿工作地承受軸向壓力（或拉力） ，又受螺紋力矩 T 的扭轉(zhuǎn)作用。螺桿QF 危險(xiǎn)剖面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。因此，螺桿剖面上是正應(yīng)力 和剪應(yīng)力的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。按第四強(qiáng)度理論，其危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為 ??222 32113230.445.6().1.3QeFTd?????????????????????? 強(qiáng)度符合要求。 3.1.3 聯(lián)軸器的選用 電機(jī)功率較小，螺桿驅(qū)動(dòng)裝置采用聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)。 聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。它用來把兩軸聯(lián)接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不 能分離：只有在機(jī)器停車并將聯(lián)接拆開后，兩軸才能分離。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響 等，往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中，而是存在著某種程度的相對(duì)位移。這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸 器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對(duì)位移的性能。 根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持聯(lián)接的功 能） ，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類。 撓性聯(lián)軸器又可按是否具有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓 性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。 十字滑塊聯(lián)軸器又稱滑塊聯(lián)軸器，由兩個(gè)在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩 面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的 相對(duì)位移。這種聯(lián)軸器零件的材料可用 45 鋼，工作表面需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬 度；要求較低時(shí)也可用 Q275 鋼，不進(jìn)行熱處理。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中 間盤的油孔中注油進(jìn)行潤滑。 因?yàn)榘肼?lián)軸器與中間盤組成移動(dòng)副，不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角 速度應(yīng)相等。但在兩軸間有相對(duì)位移的情況下工作時(shí)，中間盤就會(huì)產(chǎn)生很大的離心力， 從而增大動(dòng)載荷及磨損。因此選用時(shí)應(yīng)注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。 彈性柱銷聯(lián)軸器能傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)更為簡單，安裝、制造方便，耐久 性好，也有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑 向位移和角位移，適用于軸向竄動(dòng)較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和起動(dòng)頻繁的場合。 本次設(shè)計(jì)中，由凌斯聯(lián)軸器公司樣本資料，查得電動(dòng)機(jī)與減速器軸之間聯(lián)接選用 十字滑塊聯(lián)軸器 LS3-C25。 型號(hào) 額定轉(zhuǎn)矩(n.m) 最高轉(zhuǎn)速(rpm) 徑向偏差 mm LS3-C25 3.0 5800 1.9 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.2 膠輥設(shè)計(jì) 圖 3-2 膠輥傳動(dòng)圖 3.2.1 微型電機(jī)選擇 微型電動(dòng)機(jī)體積、容量較小，輸 出功率一般在數(shù)百瓦以下的電機(jī)和用途、性能及 環(huán)境條件要求特殊的電機(jī)。全稱微型特種電機(jī)，簡稱微電機(jī)。常用于傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載， 也可作為設(shè)備的交、直流電源。微電機(jī)門類繁多，大體可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng) 機(jī)、自態(tài)角電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動(dòng)機(jī)、測 速發(fā)電機(jī)、感應(yīng)同步器、直線電機(jī)、壓電電動(dòng)機(jī)、電機(jī)機(jī)組、其他特種電機(jī)等 13 大類。 由于膠輥所傳動(dòng)力很小，選擇電機(jī)時(shí)參照同類產(chǎn)品（如打印機(jī)）進(jìn)行選擇，選擇 20BYG28-4 型步進(jìn)電機(jī) 型 號(hào) 相數(shù) 電壓 電流 電阻 電感 轉(zhuǎn) 矩 重量 接線 圖 機(jī)身 長度 序 號(hào) 規(guī) 格 V A Ω mH g.cm kg mm 20BY G38-4 2 10 0.6 10 5.5 400 0.08 B 38 3.2.2 微型皮帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電機(jī)與輥輪之間以皮帶輪傳動(dòng)， 1）與傳動(dòng)比 i 已知大帶輪轉(zhuǎn)速 n2＝400r/m，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為 i ≤ 7，推薦值為 i＝2～5。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 故令 i＝2.5，則小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1000 r/m。 2）功率與皮帶的帶型 （1）單根 V 帶的額定功率 pr r0P()LK???? P0 為基本額定功率； △ 為單根 V 帶額定功率增量； 為包角修正系數(shù)；K L 為o ? 帶長修正系數(shù)；查文獻(xiàn)[5]表 8-4a、表 8-4b、表 8-5、表 8-2 得 ＝0.006kw，△oP P＝0.002kw， ＝0.97，K L＝1.0。? ＝0.008×0.97×1.0＝0.0776kwr （2）計(jì)算功率 是根據(jù)傳遞功率 P 和帶的工作條件參數(shù) KA 而定的，即?????? AcaP? 由文獻(xiàn)[5]表 8-7 查得 KA＝1.1，P ＝0.006kw；所以 KW 進(jìn)而文獻(xiàn)[5]圖 8-11 選擇 A 型。1.06.AcaPK?? 3）選擇帶輪基準(zhǔn)直徑 與帶速控制d （1）小帶輪基準(zhǔn)直徑 ；參考文獻(xiàn)[5]表 8-6 和表 8-8 可確定小帶輪基準(zhǔn)直徑1 ＝10mm。d （2）小帶輪線速度 即,13.40.52/6061dnv ms???? =0.52m/s。 1 （3）大帶輪基準(zhǔn)直徑 ＝i ＝2.5×10＝25mm。2d1 3）中心距 a 及帶的基準(zhǔn)長度 ???? （1）中心距的大小要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)結(jié)構(gòu)的尺寸、傳動(dòng)平衡性以及使用壽命等要 求適當(dāng)選擇。一般初選帶傳動(dòng)中心距 為oa 120120.7()()dda??? 即 ＝24.5～70mm。初選 ＝40mm。a0 （2）相應(yīng)帶長 doL210120()()36.54ddL ma????? 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 取基準(zhǔn)長度 180dLm? 按〔1〕式 8-23，計(jì)算實(shí)際中心距 001836.541.8222da m?????? 變動(dòng)范圍 min.9.daL? x7 4） 驗(yàn)算小帶輪的包角 2157.3180()6.049da???????? 5）計(jì)算帶的根數(shù) （1）計(jì)算單根 rP ＝0.008×0.97×1.0＝0.0776kwr （2） V 帶根數(shù) 根 取 Z＝1r0.caZ? 3.3 電磁閥的選擇 （1）電磁閥的選型常識(shí) 1）可靠性 ●電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關(guān)閉；但在開啟時(shí) 間很長關(guān)閉時(shí)要選用常開型了。 ●壽命試驗(yàn)，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說人國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 因此選用電磁閥廠家時(shí)慎重。 ●動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式，大口徑選用快速系列。 2）安全性 ●一般電磁閥不防水，在條件不允許時(shí)請(qǐng)選用防水型，工廠可以定做。 ●有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。 ●爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。 3）經(jīng)濟(jì)性 ●有很多電磁閥可經(jīng)通用，但在能滿足以上特點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 （2）電磁閥的結(jié)構(gòu)原理 直動(dòng)式電磁閥有常閉型和常開型二種。常閉型斷電時(shí)呈關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)線圈通電時(shí)產(chǎn) 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 生電磁力，使動(dòng)鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟；當(dāng)線圈斷電時(shí)電磁力消失， 動(dòng)鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，直接關(guān)閉。結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，在零壓差和微真空 下正常工作。常開型正好相反。 電磁閥及吸盤結(jié)構(gòu)示意圖如下圖 3-3 所示，電磁閥安裝在支架上，切刀及上吸盤安 裝在電磁閥的軸上。電磁閥向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，先將包裝袋切開，然后由吸盤吸起，電磁閥 向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸盤帶起包裝袋上膜，以方便電池被送進(jìn)包裝袋。 圖 3-3 電磁閥及吸盤 由于切膜所需要的力非常小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，切力一般為 F1=3N，吸起膜所需的力可呼略 不計(jì)，切刀及吸盤的重量為 0.15KG，重力 W1=0.15 =1.5N。因此，選用推力較小的0? 電磁推桿即可，經(jīng)過比較，選擇河北秦能科技電磁鐵公司 MT05/25 型電磁閥（電磁推 桿） 。 型號(hào) 額定推（吸） 力 Kg 額定行程 mm 上升（吸合） 時(shí)間 S ≦ 下降（釋放） 時(shí)間 S ≦ 額定電壓 V MT05/25 5 25 0.15 0.15 12V 3.4 步進(jìn)電機(jī)選擇及傳送帶設(shè)計(jì) 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 1）機(jī)電領(lǐng)域中步進(jìn)電機(jī)的選擇原則 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比 例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。 步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體 化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選 用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù) 載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須 在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng) 量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是 可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精 度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使 之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿 足執(zhí)行件快速移動(dòng)的需要。 2）選擇步進(jìn)電機(jī) 所需轉(zhuǎn)速計(jì)算 電機(jī)選擇首先依據(jù)推桿快速行程速度。快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的 額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 由前述知道，包裝頻率為每分鐘 120 個(gè)，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳送帶輪可知，帶輪上每 22 度對(duì)應(yīng)一個(gè)包裝隔架，因此，步進(jìn)電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn) 120 22=2640 度，相當(dāng)于 7.3333? 圈。 126407.3/minnr? 所以，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速選為 3600r/min.初步擬定為深圳眾為興技術(shù)股份有限公司步進(jìn)電機(jī) 85BYGH830A。 85BYGH830A 技術(shù)參數(shù)如下： 步距角： o1.8 機(jī)身長：78mm 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 靜力矩：4.5N.m 3.4.2 輸送帶的選擇 輸送帶選擇蘇州機(jī)械輔件公司的白色帆布橡膠輸送帶 厚度：4MM 寬度：34MM 長度: 2250mm 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 第 4 章 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于本電池包裝機(jī)的零部件設(shè)計(jì)，考慮到這種包裝機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)批量小，對(duì)于零件 部件等，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件常用件，采用易于應(yīng)用常規(guī)加工方法加工的結(jié)構(gòu)。 4.1 機(jī)架設(shè)計(jì) 4.1.1 機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 底座、機(jī)架、箱體、基板等零件都屬于機(jī)架零件。 機(jī)架零件可劃分為四大類：即機(jī)座類、機(jī)架類、基板類和箱殼類，對(duì)機(jī)架零件一般可 提出下列要求: (1)工況要求：即任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架 上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過的突起,設(shè) 置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 (2)剛度要求：在必須保證特定的外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。如果基礎(chǔ)部 件的剛性不足，則在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下， 就會(huì)產(chǎn)生變形，振動(dòng)或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其它性能。例如機(jī)床 的零部件中，床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。 (3)強(qiáng)度要求：對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足強(qiáng)度的要求 (4)穩(wěn)定性要求：對(duì)于細(xì)長的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼 結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)必須校 核。 (5)美觀：目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。 (6)其它：如散熱的要求，防腐蝕及特定環(huán)境的要求。 在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各 項(xiàng)要求，并有所偏重。 (1)機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 (2)結(jié)構(gòu)合理，便于制造。 (3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng) 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 力小。 (5)抗振性能好。 (6)耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。 (7)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求機(jī)架導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。 4.1.2 機(jī)座主體設(shè)計(jì) 1）機(jī)座的結(jié)構(gòu)及材料 進(jìn)行機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個(gè)較復(fù)雜的過程，對(duì)結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點(diǎn)構(gòu) 造等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析。對(duì)結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。由于 各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機(jī)架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利 用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時(shí)應(yīng)遵 守的一般規(guī)律。 （1）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點(diǎn)。軸力較 彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時(shí)，截面上的材料分布是均勻的，所有材 料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力 分布不夠經(jīng)濟(jì)。 機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅 速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一 小段內(nèi)，在較長段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)的另一原因。 （2）結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用 的材料愈省。 （3）結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。 因該電池包裝機(jī)為尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，受力不大，精度要求不高，材料上，為減 輕重量，便于安裝，選擇 HT150 鑄件作為基座。 2）機(jī)體部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定 (1)安裝電動(dòng)推桿螺栓直徑的確定 ，取 M8。??Dd25.0~18.? (2)安裝伺服電機(jī)螺栓直徑的確定，根據(jù)伺服電機(jī)提供的安裝螺紋孔，取 M5。 (3)安裝托架及膠輥螺釘直徑的確定，取 M4。 (4)安裝槽檔塊螺釘直徑的確定，取為 M5,定位銷取為直徑為 5mm. 3）壁厚，根據(jù)安裝要求，取得 14m?? 4.2 包裝袋托架設(shè)計(jì) 包裝袋托架如下圖 4-1 所示，支架材料為兩塊鈑金件，鈑金件材料為 304 不銹鋼， 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 壁厚 3mm，中間為輥輪，輥輪是橡膠與 45 鋼套銅過盈配合聯(lián)接在一起，輥輪套在芯 軸上，可以繞心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)一卷包裝袋用完了，擰開螺母，取下心軸，又可以換用另 一卷包裝袋上去。 圖 4-1 包裝袋托架 4.3 集料槽設(shè)計(jì) 集料槽的寬度按尺寸按五號(hào)電池的長度設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為 50mm,為了方便電池能順利滾 入電池包裝機(jī)通道中，集料槽底部是傾斜的，如圖 4-2 所示。 圖 4-2 集料槽 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 4.4 軸承選擇與校核 4.4.1 軸承校核的概念及方法 (一) 基本概念 (1)深溝球軸承壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一 定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)。 批量生產(chǎn)的元件，由于材料的不均勻性，導(dǎo)致軸承的壽命有很大的離散性，最長 和最短的壽命可達(dá)幾十倍，必須采用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理。 (2)基本額定壽命：是指 90％可靠度、常用材料和加工質(zhì)量、常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽 命，以符號(hào) L10（r ）或 L10h（h）表示。 (3)基本額定動(dòng)載荷（C）：基本額定壽命為一百萬轉(zhuǎn)（10 6）時(shí)深溝球軸承所能承 受的恒定載荷。即在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作 106 轉(zhuǎn)而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效， 其可靠度為 90％?；绢~定動(dòng)載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。 (4)基本額定靜載荷（徑向 C0r，軸向 C0a）：是指軸承最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸 中心處引起以下接觸應(yīng)力時(shí)所相當(dāng)?shù)募傧髲较蜉d荷或中心軸向靜載荷。 在設(shè)計(jì)中常用到深溝球軸承的三個(gè)基本參數(shù)：滿足一定疲勞壽命要求的基本額定 動(dòng)載荷 Cr（徑向）或 Ca（軸向） ，滿足一定靜強(qiáng)度要求的基本額定靜強(qiáng)度 C0r（徑向） 或 C0a（軸向）和控制軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速 N0。各種軸承性能指標(biāo)值 C、C0、N0 等。 (二）壽命校核計(jì)算公式 深溝球軸承的壽命隨載荷的增大而降低，其曲線方程為 P ε L10=常數(shù) 其中 P-當(dāng)量動(dòng)載荷，N；L 10-基本額定壽命，常以 106r 為單位（當(dāng)壽命為一百萬 轉(zhuǎn)時(shí)，L10=1） ；ε-壽命指數(shù)，球軸承 ε=3，滾子軸承 ε=10/3。 由手冊(cè)查得的基本額定動(dòng)載荷 C 是以 L10=1、可靠度為 90％為依據(jù)的。由此可得 當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為 P 時(shí)以轉(zhuǎn)速為單位的基本額定壽命 L10 為 C ε ×1=Pε ×L10 L10=(C/P) ε 106r 若軸承工作轉(zhuǎn)速為 n r/min，可求出以小時(shí)數(shù)為單位的基本額定壽命 應(yīng)取 L10≥Lh＇。 Lh ＇為軸承的預(yù)期使用壽命。通常參照機(jī)器大修期限的預(yù)期使 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 用壽命。 （三）當(dāng)量動(dòng)載荷 在實(shí)際工況中，深溝球軸承常同時(shí)受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計(jì)算軸承壽命時(shí) 將基本額定動(dòng)載荷與實(shí)際載荷在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載 荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承的壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載 荷 P 的計(jì)算公式是 P=XFr+YFa 式中 Fr-徑向載荷，N；Fa-軸向載荷，N；X，Y-徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系 數(shù)， 4.4.2 電動(dòng)推桿處軸承校核 選擇軸承 6203，查得軸承性能參數(shù) 得, 7.35rCkN?04.5rk? 徑向力 ，10.8rFN?26 軸向力 ， 1a20aFN? 80.245aorC? 查[1]表 15-3，得 Y=2.3，e=0.19 ， 當(dāng)量載荷 由于 ， ，180.7arFe??20areF? 所以 ，110.56)8.5raPYN?706F?? 軸承壽命的校核