易拉罐回收機設計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計</p><p>　　題 目： 易 拉 罐 回 收 機 設 計 </p><p>　　系： 機 械 工 程 學 院 </p>

2、;<p>　　專業(yè)： 機械電子工程 班級： 機電0901 學號： 200902170150 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　導師姓名：

3、 </p><p>　　完成日期： </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目： 易拉罐回收機設計

4、 </p><p>　　姓名 學院 機械學院 專業(yè) 機械電子工程 班級 機電0901 學號 50號 指導老師 職稱 副教授 教研室主任 </p><p><b>　　一、基本任務及要求</b></p><p>　　二、進度安排及完成

5、時間</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　Cans recycling machineII</p><p>　　第一章　 緒 論1</p><p><b>　　1.1 引言1<

6、/b></p><p>　　1.2 研發(fā)背景及意義1</p><p>　　1.3 易拉罐回收機的基本設計思路及關鍵技術2</p><p>　　1.3.1 易拉罐廢品回收機的功能2</p><p>　　1.3.2 吐幣功能簡介2</p><p>　　第二章　 總體方案設計3</p>&

7、lt;p>　　2.1 易拉罐廢品回收機的基本設計思路3</p><p>　　2.2總體結構布局設計3</p><p>　　2.3總體控制方案設計4</p><p>　　2.4識別裝置的設計5</p><p>　　2.4.1拉罐參數(shù)測量5</p><p>　　2.4.2識別分離結構設計6</p&g

8、t;<p>　　2.5沖壓機構的設計6</p><p>　　2.5.1沖壓機構初步選擇6</p><p>　　2.6推送機構的設計7</p><p>　　2.7退幣機構的設計8</p><p>　　第三章 機械設計的計算9</p><p>　　3.1沖壓機構的設計計算9</p>

9、<p>　　3.1.1 曲柄壓力機的結構9</p><p>　　3.1.2 曲柄壓力機傳動級數(shù)及速比的分配9</p><p>　　3.1.3 傳動系統(tǒng)設計10</p><p>　　3.1.4 齒輪的計算15</p><p>　　3.1.5 連桿及滑塊的計算17</p><p>　　3.1.6

10、滑塊的確定21</p><p>　　第四章 電機選型23</p><p>　　4.1 電機選型分析23</p><p>　　4.2 功率計算23</p><p>　　4.3 電機轉(zhuǎn)矩計算28</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的設計30</p><p>　　5.1 硬件設計3

11、0</p><p>　　5.1.1 PLC選型30</p><p>　　5.1.2 PLC電路設計分配32</p><p>　　5.2 軟件設計33</p><p>　　5.2.1 梯形圖33</p><p><b>　　結束語34</b></p><p><

12、;b>　　致 謝35</b></p><p>　　參 考 文 獻36</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　[摘要] 制成易拉罐的材料是高級鋁合金。近幾年來國內(nèi)外易拉罐的用量增長迅速，易拉罐金屬再生冶煉的獲利空間大增?，F(xiàn)在國內(nèi)廢舊易拉罐的回收秩序混亂，再生冶煉設備和工藝落后，亟待設計一種新型的易拉

13、罐回收裝置改變這一現(xiàn)狀。本課題從再生冶煉的源頭入手，通過壓實技術將罐蓋和罐體壓縮放置，設計了易拉罐壓實儲存機械結構裝配圖、相關零件圖，通過PLC對其進行動作控制,易拉罐廢品回收機為再生金屬的冶煉提供了高純度、易于加工的原材料。是一種將易拉罐識別，壓縮，儲存等功能集于一身的回收機械，其體積小，應用場合很廣，可放置于超市，街道，廣場等各種人流量多的場合。[關鍵詞] 廢舊易拉罐；回收；金屬分離；再生冶煉</p><p&g

14、t;　　Cans recycling machine</p><p>　　[Abstract] Beverage cans are manufactured by high-level alloy of aluminum. The quick increase of UBC’s distribution in and out of China lead the high increasing profit of

15、its second birth. But now the recycle of UBC in China is disordered and the smelt facility and technics is behindhand. A new kind of UBC recycle facility is an impendent demand. We improved the machining techniques from

16、the headwaters and recycled two kinds of aluminum of UBC’s cover and its body partly through new type of apar</p><p>　　[Key words] UBC；reclaim；metal apartment；recycled smelt</p><p>　　第一章　 緒 論&

17、lt;/p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　近五十年來，鋁已成為世界上最為廣泛應用的金屬之一。在建筑業(yè)上，由于鋁在空氣中的穩(wěn)定性和陽極處理后的極佳外觀而受到很大應用；在航空及國防軍工部門也大量使用鋁合金材料；在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜；集裝箱運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。而改革開放以來，中國鋁工業(yè)取得了長足

18、發(fā)展，已成為世界鋁工業(yè)大國，形成了從鋁土礦、氧化鋁、電解鋁、鋁加工、研發(fā)為一體的比較完善的工業(yè)體系。因此中國鋁及其合金有廣闊的消費前景。但與此同時，隨著中國經(jīng)濟不斷地飛速發(fā)展，中國關于鋁環(huán)境污染愈來愈嚴重，環(huán)保問題已經(jīng)引起國家領導人的重視。因為鋁雖然有很大的用處，但對人體卻是有害的，會造成記憶力衰退。所以廢品回收已經(jīng)成為環(huán)境保護的一種重要措施，而以易拉罐為主的可利用鋁回收就是其中重要的一部分。</p><p>　

19、　1.2 研發(fā)背景及意義</p><p>　　易拉罐回收機在國外很早就出現(xiàn)了，技術也比較成熟。易拉罐回收機提高了回收效率，自動接納鋁罐，拒收馬口鐵罐、玻璃瓶或其他東西。它可以打印出回收數(shù)量、類型、生產(chǎn)廠家等信息報表，易拉罐在機內(nèi)被壓扁或粉碎儲存。目前西方已有1.5萬多臺投入使用，安裝在零售商店和公共場所，其中主要分布在挪威、美國、法國等，瑞典有5000多臺。但國內(nèi)同類型產(chǎn)品起步晚，技術大多借鑒國外。另外，國內(nèi)這

20、種類型的自動有償回收機普及率不高，只在小數(shù)大城市的小數(shù)地方使用。普及率不高的主要原因是設備成本高。所以研制出一種成本較低的易拉罐自動回收機就十分必要了。因為這不僅可以調(diào)動起廣大市民的環(huán)保意識，而且還可以為中國的鋁工業(yè)的發(fā)展作出自己的一份力量。</p><p>　　隨著生活水平的提高, 可回收生活垃圾( 如PET 塑料、 鋁制易拉罐等) 越來越多. 目前國內(nèi)的處理方式, 主要以城市環(huán)衛(wèi)機構和小販的上門收購為主, 回

21、收效率低下. 因此, 高效、 科學、 智能、 自動化程度高的回收裝置的研發(fā)迫在眉睫。</p><p>　　鋁及其合金是經(jīng)濟建設的重要原料，廣泛應用于機械、建筑、汽車、飛機、家電和包裝材料等行業(yè)。80年代之后，全世界鋁工業(yè)發(fā)展很快，產(chǎn)量已居有色金屬之首，2001年原鋁產(chǎn)量已達到2467萬噸，消費量已達2352萬噸。  原鋁工業(yè)雖然發(fā)展很快，但也受到建設周期長、投資大、能耗高、污染嚴重等問題的約束。為彌補原

22、生鋁發(fā)展的不足，滿足日益增長的市場需求，各國都非常重視再生鋁的發(fā)展，再生鋁及其產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于各工業(yè)領域。</p><p>　　1.3 易拉罐回收機的基本設計思路及關鍵技術</p><p>　　1.3.1 易拉罐廢品回收機的功能</p><p>　　易拉罐廢品回收機是一種將易拉罐識別，壓縮，儲存等功能集于一身的回收機械，其體積小，應用場合很廣，可放置于超市，街道，

23、廣場等各種人流量多的場合。</p><p>　　1.3.2 吐幣功能簡介</p><p>　　吐幣，是完成人們在“全自動易拉罐回收處理機”上交易的最后一道環(huán)節(jié)，也是體現(xiàn)對人們環(huán)保意識的一種回報。對于本課題，吐幣功能的實現(xiàn)源自自動收貨機上的吐幣功能。</p><p>　　目前，市場上各類自動售貨機上的金屬硬幣識別器種類繁多，但貯幣吐幣機構基本上分為兩類：一類是平面式貯

24、幣，電磁閥吐幣；另一類是圓筒式貯幣，步進電機吐幣。當硬幣投入后經(jīng)過識別識出電信號后，偽幣和異物被排出，真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔體內(nèi)備用。當收到吐幣電信號后，通過吐幣電磁閥或吐幣電機拉桿，將貯幣腔內(nèi)下部硬幣依電信號程序推出，完成自動售貨機的吐幣功能。</p><p>　　在本課題中，當回收機完成易拉罐的壓縮存儲后，發(fā)出數(shù)量信號，驅(qū)動相關機構，輸出相應數(shù)量的硬幣，完成交易。</p>&

25、lt;p>　　第二章　 總體方案設計</p><p>　　2.1 易拉罐廢品回收機的基本設計思路</p><p>　　本產(chǎn)品的設計原理是所述易拉罐回收機包括導軌部分，識別機構，擠壓機構、推罐機構、退幣裝置和控制電路；所述擠壓裝置位于回收機的上部，裝置中的擠壓體位于沖擊基座的正上方，在沖擊基座的斜上方有一管道，管道上端與易拉罐投入口相接，下端開口正對沖擊基座，沖擊基座的側(cè)邊有包括電機

26、和螺桿的推罐裝置，下端為儲罐箱。</p><p>　　圖2.1 易拉罐廢品回收機流程圖</p><p>　　從上述的示意圖可以看出整個工作流程都是由機器自動完成的。機器收到廢品就有傾軋機器把易拉罐由上到下壓成一個圓形，然后再把圓形易拉罐放進原先所設定好的管道讓它自由滾下。當易拉罐就要滾到回收箱之前就會觸動硬幣開關，機器就會放出一個1毛錢的硬幣到出款出。就這樣一個廢品回收回贈過程就完成了。&

27、lt;/p><p>　　2.2總體結構布局設計</p><p>　　易拉罐回收機主要包括幾個部分:導軌部分，識別機構，擠壓機構、推罐機構、退幣裝置和控制電路 如圖：</p><p>　　圖2.2 易拉罐廢品回收機機構示意圖</p><p>　　2.3總體控制方案設計</p><p>　　初步設計用PLC作控制器,輸入信號由

28、4個傳感器和一個條形掃描器提供,輸出端連接6個電機,其用途如表:2.1</p><p>　　表2.1 控制系統(tǒng)元件表</p><p>　　控制系統(tǒng)動作見圖2.3</p><p>　　圖2.3 控制系統(tǒng)動作流程圖</p><p>　　2.4識別裝置的設計</p><p>　　2.4.1拉罐參數(shù)測量</p>

29、<p>　　由于易拉罐的重量具有統(tǒng)一性,故此系統(tǒng)采用重量識別分類原理,對易拉罐進行了精確的測量,測量結果如下表2.2（單位：mm）：</p><p>　　表2.2 易拉罐罐體參數(shù)表</p><p>　　2.4.2識別分離結構設計</p><p>　　投入物首先通過滑道落在旋轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)臺帶動投入物做圓周運轉(zhuǎn)，同時條形識別器對投入物進行條形碼掃描識別，識別完

30、成后對控制器輸入信號，如果識別結果為易拉罐，則控制器給1#電機輸出信號，1#電機運轉(zhuǎn)帶動滾珠絲杠螺母，從而推動投入物進入沖壓口，否則，將給2#電機信號，2#電機運轉(zhuǎn)帶動滾珠絲杠螺母，從而推動投入物進入退罐口。如圖2.4：</p><p>　　圖2.4 識別分離機構</p><p>　　2.5沖壓機構的設計</p><p>　　2.5.1沖壓機構初步選擇</p&

31、gt;<p>　　根據(jù)實際情況，初步選用曲柄壓力機，曲柄壓力機是材料成型（塑性成型）種廣泛應用的設備，通過曲軸連桿機構獲得材料成形時所需的力和直線位移，可進行沖壓，擠壓，鍛造等工藝，廣泛應用與汽車工業(yè)，航空工業(yè)，電子儀表工業(yè)，五金輕工業(yè)領域。</p><p>　　圖2.5 沖壓機構工作原理圖</p><p>　　2.6推送機構的設計</p><p>　

32、　易拉罐被壓扁后，要通過推送裝置將其推入存儲箱內(nèi)，由于推力很小，可用電機直接帶動絲杠螺母副，推動易拉罐罐體落入箱內(nèi)。結構如圖2.6：</p><p>　　圖2.6 推送機構示意圖</p><p>　　2.7退幣機構的設計</p><p>　　在本設計中，采用的是圓筒式貯幣，步進電機退幣，當收到退幣電信號后，通過退幣電機，將貯幣腔內(nèi)下部硬幣依電信號程序退出，完成回收機

33、的退幣返還功能。</p><p>　　這里直接采用GT3251型號自動退幣模塊，參數(shù)如表2.3</p><p>　　表2.3 退幣機構參數(shù)</p><p>　　第三章 機械設計的計算</p><p>　　3.1沖壓機構的設計計算</p><p>　　3.1.1 曲柄壓力機的結構</p><p>

34、　　根據(jù)壓力機各部分零件的功能，可分為如下幾個組成部分：</p><p>　　(1)工作機構 設備的工作執(zhí)行機構由曲柄連桿，滑塊組成，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成往復直線運動。</p><p>　　(2)傳動系統(tǒng) 由帶傳動和齒輪傳動組成，將電動機能量傳輸至工作機構，在傳輸過程中，轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)矩逐漸增加。</p><p>　　(3)操作機構 主要由離合器，制動器以及相應電氣系

35、統(tǒng)組成，在電動機運動后，控制工作機構的運行狀態(tài)，使其能間歇或連續(xù)工作。</p><p>　　(4)能源部分 由電動機和飛輪組成。機器運行的能源由電動機提供，開機后電動機對飛輪進行加速，壓力機短時工作能量則由飛輪提供，飛輪起著儲存和釋放能量的作用。</p><p>　　(5)支承部分 由機身，工作臺和緊固件等組成。它把壓力機所有零部件連成一個整體。</p><p>　

36、　(6)輔助系統(tǒng) 包括氣路系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，過載保護裝置，氣墊快換模，打料裝置，監(jiān)控裝置等。它提供高壓力計的安全性和操作方便性。對新型壓力機，此系統(tǒng)成本所占比例有提升趨勢。</p><p>　　3.1.2 曲柄壓力機傳動級數(shù)及速比的分配</p><p>　　壓力機的傳動級數(shù)與電動機的轉(zhuǎn)速和滑塊每分鐘行程次數(shù)有關，行程次數(shù)低，則總速比大，傳動級數(shù)就應多些，否則每級的速比過大，結構不緊湊。現(xiàn)有

37、開式壓力機傳動級數(shù)一般不超過三級。行程次數(shù)在80次/分以上的用單級傳動。80次/分～40次/分的用二級傳動。40次/分～10次/分的用三級傳動。齒輪傳動中心距與模數(shù)的確定見表</p><p>　　表3.1 齒輪傳動中心距與模數(shù)</p><p>　　3.1.3 傳動系統(tǒng)設計 </p><p>　?。?） 主要設計參數(shù)確定</p><p>　

38、　沖壓機構設計的主要參數(shù)：</p><p>　　公稱力：Ρg =600 KN （設定壓扁易拉罐的力度為600KN）</p><p>　　滑塊行程： S =140 mm</p><p>　　公稱力行程：Sg =5 mm</p><p>　　行程次數(shù)：平均行程次數(shù)：57spm（spm 表示每分鐘滑塊動作次數(shù)），滑塊在行

39、程內(nèi)最高為75spm，最低為25spm；</p><p>　　曲柄半徑：R=70 mm</p><p>　　連桿長度：L=640 mm</p><p><b>　　（2） 曲軸的確定</b></p><p>　　曲柄滑塊機構是曲柄壓力機的工作機構，亦是壓力機的核心部分，分析它的運動與受力特點是設計曲柄壓力機的關鍵。其

40、主要計算S-曲線的繪制，滑塊速度的計算，曲軸公稱轉(zhuǎn)角的計算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強度的計算。</p><p>　?。?） S-曲線的繪制</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　曲柄滑塊機構機構簡圖如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 曲柄滑塊機構簡圖</p>&

41、lt;p><b>　?。?）滑塊速度計算</b></p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　W-曲柄角速度 </p><p>　　曲柄在時，滑塊速度最大，最大速度 n--滑塊行程次數(shù)</p><p><b>　　（3）曲軸公稱轉(zhuǎn)角</b>&l

42、t;/p><p>　?。?）曲軸尺寸的確定</p><p>　　曲軸直徑do </p><p><b>　　取do為60mm</b></p><p>　　曲軸其它部位尺寸如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 曲軸基本尺寸</p><p>　　其各個部分的公式分別

43、為：</p><p>　　rA-曲柄半徑 取值為75mm</p><p>　　rB-連桿球頭或銷軸半徑；此方案選用球頭，</p><p>　　用公式 取其值為dB=120mm</p><p><b>　　則rB=60mm</b></p><p>　?。?）曲軸扭矩的計算</p>

44、<p>　　曲軸在公稱轉(zhuǎn)角時發(fā)生公稱力Pg。曲軸傳遞的扭矩按下式求得，其中-曲柄連桿機構摩擦系數(shù)，對于開式壓力機=0.04</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算得=18360NM</p><p>　?。?） 曲軸強度的計算</p><p>　　(a)齒輪對軸的作用力要

45、比連桿對曲軸的作用力小得多，忽略不計。</p><p>　　(b)連桿對曲軸的作用力近似等于公稱力，并分別以1/2Pg作用在連桿瓦兩側(cè)距曲柄臂2r處。</p><p>　　(c)曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂2r處。</p><p>　　(d)曲柄頸所受扭矩要比彎矩小得多，忽略不計。反之支承頸彎矩小得多，忽略不計[13]。C-C和B-B截面圖如圖3.3所示</

46、p><p>　　圖3.3 C-C與B-B截面圖</p><p>　　危險截面C-C的彎矩為：</p><p>　　NM (3-4)</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算得=34500 NM</p><p><b>　　最大彎矩應力為：<

47、/b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算得=Pa</p><p>　　由上式可知，曲軸彎曲應力當曲軸尺寸一定時值為一定值。</p><p>　　危險截面B-B的扭矩為：</p><p><b>　　最大剪切應力為：</b>

48、</p><p>　　由上式可知，曲拐剪切應力為當量力臂的函數(shù)，隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化而變化。許用值表見表3.1。</p><p>　　表 3.2 與 許用值</p><p>　　根據(jù)，計算值，令=，=。由上式得：</p><p>　　截面C-C：帶入數(shù)據(jù)得[P]=N</p><p><b>　　截面B-B： N

49、</b></p><p>　　由上式得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時滑塊的許用負荷曲線，如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 許用負荷曲線</p><p>　　綜合所有計算最后所得曲軸尺寸如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 曲軸尺寸圖</p><p>　　3.1.4 齒輪的計算</p>

50、<p>　　齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛。齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素很多，類如必需滿足工作條件的要求，應考慮齒輪尺寸的大小，毛坯成形方法及熱處理和制造工藝等。齒輪傳動需要很大的力與扭矩，因此需要進行齒輪強度的計算與校核[12]。</p><p><b>　　齒輪的初定</b></p><p>　　經(jīng)查得相關資料得齒

51、輪中心距=帶入=60</p><p>　　得中心距=100--190mm 此設計方案種選擇145mm</p><p>　　模數(shù)==0.0960=5.4mm</p><p><b>　　小齒輪齒數(shù)取20</b></p><p>　　則小齒輪的分度圓直徑為=mz=51mm</p><p>　　又因為中

52、心距==145mm</p><p>　　所以求得=240mm</p><p>　　因為減速比為10所以大齒輪的齒數(shù)為200</p><p>　　由此可將大齒輪初定為齒數(shù)200，分度圓直徑為240mm，模數(shù)為5.4</p><p>　　小齒輪初定為齒數(shù)20，分度圓直徑為51mm,模數(shù)為5.4</p><p>　　大此輪初

53、定后，還需要校核圓周速度V</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p><b>　　齒輪強度計算</b></p><p><b>　　齒輪寬度B的選定</b></p><

54、;p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　=48--64 mm</p><p><b>　　齒輪寬度選48mm</b></p><p>　　大齒輪的彎曲強度計算：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　

55、式入 ， 取1，取1.3，=18360NM，</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式中求得<</p><p>　　小齒輪的彎曲強度計算：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　式中 ，取1，取1.3，=18360NM，</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式中求得<&

56、lt;/p><p>　　參考值查于《機械設計第八版》</p><p>　　對于開式傳動齒輪，除計算彎曲強度外，還需要驗算接觸強度否則會引起蝕破壞，計算公式如下：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入公式中求得</p><p>　　根據(jù)大齒輪計算值，令，由計算

57、公式得</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　由式(3-11)求得曲軸在不同轉(zhuǎn)角時，滑塊許用負荷曲線如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 滑塊許用負荷曲線</p><p>　　綜合上面有關大齒輪與小齒輪的彎曲強度計算與接觸強度的計算與校核，得出的結果為<,<符合該設計方

58、案的要求。</p><p>　　3.1.5 連桿及滑塊的計算</p><p>　　連桿與滑塊通過球頭螺桿連接在一起與曲軸連接，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成連桿上下往復運動，對工件進行沖壓，是曲柄連桿機構中重要組成部分，因此分析它是設計曲柄壓力機不可缺少的一部分。</p><p><b>　　球頭螺桿尺寸的確定</b></p><p

59、>　　連桿分為長度可調(diào)與長度不可調(diào)兩種形式，長度可調(diào)連桿由連桿體與球頭調(diào)節(jié)螺桿組成。用手動或機械的方式改變二者的位置就可以改變連桿長度，從而改變壓力機的裝模高度。調(diào)節(jié)方式視壓力機的公稱力大小，可直接用扳手調(diào)節(jié)螺桿或通過螺輪付，棘輪棘爪等手動形式和由電動機通過渦輪付驅(qū)動的機動方式[14]。這種球頭可調(diào)節(jié)連桿，加工簡單，裝配調(diào)整維修容易，結構緊湊，連桿系數(shù)小，滑塊導軌所受側(cè)壓力及曲軸所受扭矩也較小。長度不可調(diào)的典型機構是連桿下端與圓柱

60、銷與調(diào)節(jié)螺母連接，連桿剛性較好，和球頭相比，加工方便，該結構調(diào)節(jié)螺桿不承受彎矩，但由于連桿系數(shù)略有增加，滑塊側(cè)壓力較大，軸齒輪受扭矩也有所增加，且銷軸所受面積比球頭小，如采用三點式支承或圓柱面接觸傳遞扭矩，由于加工困難，維修方便，故采用較少。連桿有關的主要尺寸，可有表2.2初定：</p><p>　　表 3.3 連桿相關尺寸參照表</p><p>　　球頭式連桿如圖3.6所示</p&

61、gt;<p>　　圖3.6 球頭式連桿尺寸</p><p>　　由上表可得球頭螺桿各尺寸：</p><p><b>　　取120mm</b></p><p><b>　　取90mm</b></p><p><b>　　取80mm</b></p>&l

62、t;p><b>　　取120mm</b></p><p><b>　　取150mm</b></p><p><b>　　取200mm</b></p><p>　　連桿常用鑄鐵ZG35或鑄鐵HT200制造，經(jīng)正火或退火，調(diào)節(jié)螺桿用45號調(diào)質(zhì)處理，球頭表面淬火，硬度HRC40-45,螺桿采用三角形螺

63、紋。</p><p><b>　　連桿計算</b></p><p>　　連桿的計算簡圖如圖3.7所示</p><p>　　圖3.7 連桿的計算簡圖</p><p>　　連桿受到壓應力及彎曲應力的聯(lián)合作用，危險截面A-A處的合成應力由下式計算：</p><p>　　式中-危險截面壓應力 pa&l

64、t;/p><p><b>　　--壓力機公稱力</b></p><p>　　--危險截面A-A截面積</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　--危險截面的彎曲應力 pa</p><p>　　式中 --危險截面的截面模數(shù) 對圓形截面</p

65、><p>　　--危險截面的彎矩 Nm</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　錯誤!未找到引用源。--摩擦系數(shù) 取=0.05 =75mm =60mm</p><p>　　--危險截面至球頭中心的距離 為60mm</p><p>　　--連桿長度640mm<

66、/p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式中求得=1419 =1538.4</p><p>　　由于調(diào)節(jié)螺紋的抗彎強度均比擠壓強度，剪切強度低，且連桿體的材質(zhì)比螺桿差，所以只需驗算連桿體螺紋的彎曲應力[16]。</p><p>　　綜合所有計算最后所得連桿尺寸如圖3.8所示</p><p>　　圖3.8 連桿尺寸圖</p><p>

67、;　　3.1.6 滑塊的確定</p><p>　　對于普通的型的開式壓力機，滑塊導向長度與寬度之比為1.3-1.6，滑塊導向長度與滑塊行程有關，行程越大，導向長度越長，一般取=（5.5-7）S，則</p><p><b>　　取100mm</b></p><p>　　因為=1.3-1.6 取1.4 則B=60mm 滑塊尺寸圖如圖3.9所示

68、</p><p>　　圖3.9 滑塊的尺寸圖</p><p><b>　　第四章 電機選型</b></p><p>　　4.1 電機選型分析</p><p>　　壓力機加工具有負載大、沖擊強的特征，直接驅(qū)動用伺服電機與傳統(tǒng)壓力機用電機相比，需要輸出更大的扭矩，具備更強的抗擾動能力。因此，有必要對直接驅(qū)動用伺服電機選型進

69、行分析。電機兩個主要選型參數(shù)為額定功率和額定輸出扭矩，其中電機功率計算除了分析壓力機一個工作周期所消耗的能量，還應考慮加減速動態(tài)過程。</p><p><b>　　4.2 功率計算</b></p><p>　　已知曲柄壓力機參數(shù):公稱壓力Pg＝600KN，滑塊行程140mm，公稱力行程5mm，平均行程次數(shù)為57spm（25～75），封高調(diào)節(jié)量為80mm，公稱壓力角，

70、曲柄半徑R＝70mm，連桿長度L=640mm，連桿系數(shù)，齒輪傳動機構減速比為10。</p><p>　　本項目中計算伺服電機功率時，應考慮兩部分:首先是恒速驅(qū)動時一個工作周期所消耗的能量,其次是加速時消耗的能量。</p><p>　　(1)恒速驅(qū)動下電機功率計算</p><p>　　壓力機一個工作循環(huán)所消耗的能量A為：</p><p><

71、;b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式（4-1）中：</b></p><p>　　為工件變形功（屬有效能量）；</p><p>　　為拉深墊工作功，即進行拉深工藝時壓邊所需的功（屬有效能量）；</p><p>　　為工作行程中曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量；</p>&l

72、t;p>　　為工作行程時壓力機受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量；</p><p>　　為壓力機空程向下和空程向上時所消耗的能量。</p><p><b>　　(a)工件變形功</b></p><p>　　曲柄壓力機通常用于沖裁、拉深、模鍛和擠壓等工藝，不同工藝工件變形所需的能量不同，在工作行程內(nèi)壓力機的工作負荷如圖4.3所示。通用壓力機是以

73、厚板沖裁負荷作為變形功的計算依據(jù)。</p><p>　　圖4.1壓力機工作負荷圖</p><p>　　在沖裁工件時,當沖頭進入到板料厚度的0.4～0.5倍時板料即斷裂,因此通常取</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 為板料厚度，h為切斷厚度。</p><p>

74、　　將圖4.3中的曲線視為三角形，則沖裁時的變形功為</p><p>　　＝ （4-3）</p><p>　　考慮到曲線為鼓形，應增加裕量，則：</p><p>　?。?.7 （4-4）</p><p>　　將式（4-2）代入（

75、4-4）得：</p><p>　　＝0.315 （4-5）</p><p>　　對于單級傳動壓力機，有以下經(jīng)驗公式：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　則：＝＝926 J</b></p>&l

76、t;p><b>　　(b)拉深墊工作功</b></p><p>　　對于帶拉深墊的壓力機，應按淺拉深工藝來計算工藝變形功。根據(jù)文獻介紹，當量淺拉深功略大于式（4-5）計算出的厚板沖裁功。為設計方便，用厚板沖裁功代替淺拉深功。但應考慮工件壓邊所需的功，即拉深墊工作功，消耗的能量大小取決于壓緊力和工作行程。拉深墊工作功計算公式為：</p><p><b>

77、　　（4-7）</b></p><p>　　式中為壓力機公稱壓力，S為滑塊行程長度。</p><p>　　則＝＝2333.3 J</p><p>　　(c)曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量</p><p>　　對于通用壓力機，曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量可由如下公式表示：</p><p><b>　?。?

78、-8）</b></p><p>　　其中為摩擦當量力臂， 為公稱壓力，為公稱壓力角。</p><p>　　計算公式為＝，已知參數(shù)摩擦系數(shù)＝0.04，＝0.109，曲軸曲柄頸直徑＝160mm，球頭直徑＝150mm，曲軸支承頸直徑=130 mm，則＝0.04［1.109×160＋0.109×150＋130］/2=6.47mm。</p><p&

79、gt;　　因此，＝0.5×0.00647×600××0.342＝663.8 J</p><p>　　(d)壓力機受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的功</p><p>　　壓力機處于工作行程中時，機身和曲柄滑塊機構等受力系統(tǒng)因受載產(chǎn)生彈性變形，因而引起能量損耗，有時一部分的彈性變形能量可以轉(zhuǎn)化為有用能量，為了安全，認為全部彈性變形能量都已損失。</p&g

80、t;<p>　?。?（4-9）</p><p>　　其中表示壓力機總的垂直變形，＝，為壓力機垂直剛度，查表得開式壓力機推薦值為400，＝600∕400＝1.5mm。</p><p>　　則 ＝600××1.5×∕2＝450 J</p><p>　　(e)空程向下和空程向

81、上時所消耗的能量</p><p>　　根據(jù)文獻提供的試驗數(shù)據(jù)，查表得到對應60噸壓力機空程損耗功為978J，因此＝978J。</p><p>　　綜合以上分析，壓力機一個工作循環(huán)所消耗的總能量:</p><p>　　=926+2333.3+663.8+450+978=5351.1 J </p><p>　　壓力機一個工作循環(huán)電機平均功率為：&

82、lt;/p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中k為電機安全系數(shù)，查表得k＝1.5；t為工作循環(huán)時間，，n為滑塊行程次數(shù)，n=57，為行程利用系數(shù)，手動送料時＝0.5，則t＝＝2.1s,為壓力機總效率，帶拉深墊且為手動送料時為0.45。</p><p>　　因此N＝＝8.5（kW）。</p><p&

83、gt;　　(2) 電機加速或減速時電機功率計算</p><p>　　在一個沖壓行程中，伺服電機的速度經(jīng)歷勻速、減速、加速的變化過程，因此在確定伺服電機的功率時，還需考慮其加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　電機轉(zhuǎn)矩的變化由電機的運動方程決定，電機的運動方程為：</p><p><b>　?。?-11）</b></p>&l

84、t;p>　　其中T為電機輸出轉(zhuǎn)矩，為折算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩，為機械摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機軸的摩擦轉(zhuǎn)矩，為電機軸轉(zhuǎn)速，J為折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　圖4.4為變速驅(qū)動時伺服電機運動模型，到為減速區(qū)，到為加速區(qū)，其余時段為勻速區(qū)。系統(tǒng)加速時,T＞+,即＞0，電機提供加速力矩；當系統(tǒng)減速時，T＜+,即＜0，電機提供制動力矩。</p><p>　　圖4.2 伺服電機變速運

85、動模型</p><p>　　首先討論系統(tǒng)加速，設加速力矩為，則＝J，已知電機軸上的總慣量為0.574，滑塊最高行程次數(shù)為75，則電機輸出軸轉(zhuǎn)速為750rpm,滑塊一個工作循環(huán)所用的時間為1.05s，滑塊行程為140mm，工作行程為5mm。在此預先按一級減速計算。進行拉深工藝時，滑塊行程次數(shù)變化最大為25spm加速到75spm，25spm時電機轉(zhuǎn)速為25×10＝150rpm，因此，電機從250rpm加速到

86、最大角速度750rpm才能滿足工藝及速率要求。</p><p>　　到下死點的時間為：∕＝0.07s。綜合生產(chǎn)效率和節(jié)能的考慮，初步設定加速時間為0.2s,則電機的最大加速度為：</p><p>　　＝＝＝261.7（）</p><p>　　則＝J＝261.7×0.574＝150.2Nm。</p><p>　　電機按最大的加速度加速

87、到750rpm時的瞬時動態(tài)功率為：</p><p>　　＝750×2×3.14×150.2∕60＝11.8（kW）</p><p>　　電機通過再生制動減速，電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，此時將產(chǎn)生能量反饋到直流母線，因此沒有消耗能量，無需考慮在電機功率內(nèi)。</p><p>　　4.3 電機轉(zhuǎn)矩計算</p><p>&

88、lt;b>　　(1)電機負載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　電機負載轉(zhuǎn)矩為機械負載轉(zhuǎn)矩換算到電機輸出軸上的扭矩，計算公式為：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　其中＝600kN，曲柄半徑R=70mm，＝0，＝10。</p><p>　　則=600=1411Nm<

89、;/p><p><b>　　(2)電機摩擦轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　工作時壓力機的轉(zhuǎn)動部件上的摩擦轉(zhuǎn)矩是不可忽略的。主要的摩擦有四處:(a)滑塊導軌面；(b)曲軸(或芯軸)支承)和軸承之間的摩擦；(c)曲柄頸和連桿大端軸承之間的摩擦；(d)球頭與球頭座之間的摩擦。據(jù)此，機械摩擦總轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　?。?-13）&

90、lt;/b></p><p>　　其中為機械摩擦總轉(zhuǎn)矩，為機械摩擦系數(shù)，對開式壓力機＝0.04～0.05；，在計算曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量已求得＝6.48mm，則＝＝3888Nm。</p><p>　　機械摩擦總轉(zhuǎn)矩換算到電機軸上的轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　＝3888∕（10×0.9）＝432Nm</p><p>　　因

91、此，電機軸上的最大轉(zhuǎn)矩＝1411＋432＝1843Nm。在工作行程內(nèi)，電機工作在過載狀態(tài)，設計過載倍數(shù)為3，因此=1843∕3=614.3 Nm。</p><p>　　根據(jù)以上計算，以滿足工作最大力矩的條件選擇伺服電機的功率。確定電機參數(shù)為：額定功率30kW，額定轉(zhuǎn)速為750rpm，額定電壓為220V，額定電流為70A，額定轉(zhuǎn)矩為615Nm,查機械手冊選定型號為Y225M-6</p><p&g

92、t;　　第五章 控制系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　5.1 硬件設計</b></p><p>　　5.1.1 PLC選型</p><p>　　目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、歐姆龍（OMRON）、德國的西門子（SIMENS）、法國

93、的TE、韓國的三星（SUMSUNG）、LG等。</p><p>　　目前三菱PLC已經(jīng)廣泛應用于農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、交通、食品工業(yè)，制造業(yè)，娛樂業(yè)、健康和醫(yī)療，健康和環(huán)境！PLC是在繼電器控制基礎上以微處理器為核心，將自動控制技術，計算機技術和通信技術融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控

94、制器、機器人、計算機輔助設計與制造）的首位。三菱PLC系列目前主要有:FX1N系列,FX1S系列,FX1N系列,FX2N系列, FX2N系列,FX3U系列,FX3UC,Q系列,A系列,L系列下面就一一來介紹這些系列型號。</p><p>　　三菱plc系列型號 </p><p>　　表5.1 PLC型號表</p><p>　　本次設計中共6個輸入量，共6個輸出量，

95、共計12點，因此選用了FX2N-16MR-001輸入點8，繼電器8點輸出. </p><p>　　5.1.2 PLC電路設計分配</p><p><b>　　I/O地址分配</b></p><p>　　根據(jù)機械手的輸入信號為6個，輸出信號為6個，建立I/O地址分配表。</p><p>　　建立信號地址分配表如表所示：&

96、lt;/p><p>　　表5.2 信號地址分配表</p><p>　　PLC外部接線如圖所示</p><p>　　圖5.1 FX2N-16MR外部接線</p><p><b>　　5.2 軟件設計</b></p><p><b>　　5.2.1 梯形圖</b></p>

97、<p><b>　　結束語</b></p><p>　　畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。</p><p>　　回顧這次畢業(yè)設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)設計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了

98、很多在書本上所沒有學到過的知識。</p><p>　　對我來說，收獲最大的是方法和能力——那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設計過程中，我發(fā)現(xiàn)我們這些學生最最缺少的是經(jīng)驗，沒有感性的認識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié)。此次設計需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進。通過這次畢業(yè)設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的——只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識

99、與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重。在設計的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處：對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如伺服電機選用的確定、曲軸連桿機構怎么計算、齒輪部分的具體應該怎么設計等等。通過這次畢業(yè)設計之后，又把以前所學過的知識重新溫故。</p><

100、p>　　這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我今后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過近四個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起工作學習的同學、朋友們的

101、支持，想要完成這個設計是難以想象的。</p><p>　　在這里，首先要感謝的是我的指導老師譚季秋老師。譚老師雖然工作繁忙，但是每周都不辭辛苦抽出時間親自指導和檢查督促我們做畢業(yè)設計，從開題報告到查閱資料，從設計草案的確定、修改，到中期檢查，再到后期詳細設計，裝備草圖等等整個過程中老師都給予我悉心的指導。除了敬佩老師的專業(yè)水平以外，老師教學嚴謹?shù)膽B(tài)度，科學研究的精神是永遠值得我學習的榜樣，并會一直積極影響我今后的

102、工作和學習。</p><p>　　其次我要感謝我的父母和與我一起做畢業(yè)設計的同學們。父母給了我強大的精神動力，同學們在本次設計中勤奮工作克服許多困難來完成此次設計，并分擔了許多工作。如果沒有他們的支持和努力，此次設計的過程將變得非常困難。</p><p>　　我還要感謝的是學校圖書館的開放，讓我們有足夠的資料可以參考，查閱。還要感謝一直以來所有的老師，為我打下了機械專業(yè)知識的基礎；同時感謝

103、所有的同學們，正因為有了你們的支持，本次畢業(yè)設計才會順利完成。</p><p>　　通過畢業(yè)設計，使我對機械材料成形設備這門課程進一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當?shù)木嚯x，還需進一步的學習和實踐。</p><p>　　本設計由于時間緊和對知識掌握的程度有限，在設計上不很周詳，許多應該考慮的因素可能沒有體現(xiàn)出來。在設

104、計過程中，我得到了老師的精心指導和各方面的幫助，才得以順利進行，在這里再次表達我的謝意。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 孫桓、陳作摸主編， 機械原理（第六版），北京：高等教育出版社.</p><p>　　[2] 鄭建榮主編，ADAMS-虛擬樣機技術入門與提高，北京：機械工業(yè)出版社.</p&

105、gt;<p>　　[3] 張春林、曲繼方、張美麟編著,機械創(chuàng)新設計,北京:機械工業(yè)出版社, 1999年4月.</p><p>　　[4] 符煒主編,機械創(chuàng)新設計構思方法,湖南:湖南科學技術出版社,2006年1月.</p><p>　　[5] 申永盛．機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社，2005.</p><p>　　[6] 吳宗澤,羅圣國主編.機

106、械設計課程設計手冊[M] ，北京： 高等教育出版社，2006.</p><p>　　[7] 孫桓．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1998.</p><p>　　[8] 徐灝.機械設計手冊[M],北京：機械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[9] 王群.UG零件設計實例與技巧[M] 北京：國防工業(yè)出版社，2005.</p><p&

107、gt;　　[10] 肖景榮，姜奎華.沖壓工藝學[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1990.</p><p>　　[11] 王同海. 實用沖壓設計手冊[M],北京：機械工業(yè)出版社，1995.</p><p>　　[12] 李碩本.沖壓工藝理論與新技術[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[13] 劉振堂.國外數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].鍛壓機械

108、，2002，1:7-9.</p><p>　　[14] 張宏超.金屬板材加工設備發(fā)展新動向[J].鍛壓技術，2004，4：2-4.</p><p>　　[15] 王衛(wèi)衛(wèi)，材料成形設備，北京：機械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[16] 符朝興，焦洪宇.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0三維機械設計.北京：機械工業(yè)出 版社，2008.<