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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計
題 目： 罐頭裝箱機的設(shè)計
專 業(yè)： 過程裝備與控制工程
班 級： 1201 班
學(xué)生姓名： 孫 麗
指導(dǎo)教師： 王昭春
論文提交日期： 2016 年 5 月 25 日
論文答辯日期： 2016 年 6 月 6 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
過程裝備與控制工程 專業(yè)
過控1201 班
學(xué)生：孫麗
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：罐頭裝箱機的設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：有關(guān)罐頭裝箱機的綜述一篇；
設(shè)計說明書一份；
繪制施工圖折合 A0 兩張以上。
畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分：
起止時間：2015年12月16日—2016年6月2日
指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日
摘要
罐頭食品擁有攜帶簡易、食用起來方便的特點。因為不受季節(jié)和地域的限制，所以隨時可供給消費者食用，并且不需要冷藏。隨著罐頭需量的逐漸增加，生產(chǎn)力的不斷提高，在罐頭裝箱的環(huán)節(jié)自動化裝箱機代替手工裝箱已成必然。
裝配是機械制造中手工勞動較多的工序之一，在一般的裝配工序中可采用具有柔順性的裝配機器人進(jìn)行工件傳遞、抓取、相配合零件的插入的工作，以實現(xiàn)自動化裝配。
當(dāng)前，我國包裝機械行業(yè)正受到國際金融危機的影響和國際競爭的挑戰(zhàn)，以價格競爭的銷售策略已經(jīng)不能顯現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)勢。抓住機遇，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以高科技產(chǎn)品提升企業(yè)競爭力是未來我國包裝機械行業(yè)應(yīng)對危機和挑戰(zhàn)的唯一出路。面對我國裝箱機的市場需求，包裝機械企業(yè)應(yīng)重點開發(fā)一批具有國際先進(jìn)水平的全自動，多功能，節(jié)能，環(huán)保的現(xiàn)代花裝箱機，提高國產(chǎn)裝箱機的市場競爭力。專家指出，在開發(fā)裝箱機產(chǎn)品中一定要充分體現(xiàn)出高效，高精，智能化，標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，彈性化且具有多種切換功能，可拆卸以及節(jié)能，環(huán)保的設(shè)計理念。在引進(jìn)，消化，吸收的基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)品牌。
大多數(shù)裝箱機是采用氣動裝置來實現(xiàn)操作的，此次裝箱機的設(shè)計主要包含動作的機構(gòu)部分、吸盤、控制部分、動力源。由帶制動的電機驅(qū)動，使其完成裝箱運轉(zhuǎn)。通過獨特的雙四連桿機構(gòu)，使罐頭的升高和降落運動平穩(wěn)準(zhǔn)確。通過吸氣、排氣及電控等方式把罐頭準(zhǔn)確、可靠地放到箱子里。本機在工作過程當(dāng)中，起步和終止均緩慢平穩(wěn)，中途運動較快，縮短非工作時間，提高生產(chǎn)效率。
罐頭和箱的進(jìn)出、定位、裝運動作，安作保護(hù)均由PLC控制。
關(guān)鍵詞：裝箱機； 吸盤； 連桿
Abstract
Canned food has to carry, edible convenient etc. characteristic, may do not get season with the restriction of region, may supply at any time to customer, need not refrigeration. Along with the gradual increase of canned requirement the unceasing raising of productivity in can pack the link automation of case pack case machine replace handwork pack case have become inevitable.
Assembly is the one of handwork process of more labour in mechanical production . In general assembler order, may adopt the assembly robot who has compliance to carry out workpiece, transmit ,grab take,appearance coordination element insert enter work , with realize automation assembly.
Rnational financial crisis and international competition challenge, to price competition strategy of the sales have not show the advantage of the enterprise. Seize the opportunity, adjust the product structure, improve enterprise competitiveness is the future of our country with the high-tech products packaging machinery industry the only way out of the crisis and challenge. In the face of market demand of packing machine in our country, packaging machinery enterprises should focus on development of a batch of internationally advanced level of fully automatic, multi-function, energy saving, environmental protection, modern flower packing machine, improve the market competitiveness of domestic packing machine. The expert points out, in the development of packing machine products must fully reflects the high efficiency, high precision, intelligent, standardized, modular, elasticity and has a variety of switch function, removable and energy-saving, environmental protection design concept. In the introduction, digestion, absorption, on the basis of developed with independent intellectual property rights of domestic brands.
Pack case operation, from the generator drive of tape brake. pass through 4 unique two linkage mechanisms, make can promote and descend to move accurate steady. Through breathing , exhaust with electronic-controlled can correct , put reliablely in chest. this machine working process in, start with terminate slow steady, halfway sport than rapid, shorten non working time, raise production efficiency.
Shipment movement, location and the receipts and payment of can and case are installed is the guarantor to protect, control by PLC.
Keywords: Pack case machine； sucker； connecting rods
目 錄
第一章設(shè)計背景及方案的選擇和確定 1
1.1 設(shè)計背景 1
1.2 方案的選擇 3
第二章傳動機構(gòu)的設(shè)計 6
第三章動力系統(tǒng)的選擇 8
3.1 電機的選擇 8
3.1.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)型式選擇 8
3.2 氣缸的選擇 10
3.2.1 氣缸的相關(guān)參數(shù)的介紹 10
3.2.2 工作壓力如何確定 11
3.2.3 氣缸的安裝方式 11
3.2.4 確定氣缸類型 12
3.2.5 確定缸蓋與缸筒之間的連接形式 12
3.2.6 確定氣缸類型 13
3.2.7 確定氣缸管道內(nèi)徑 13
3.2.8 升降氣缸的選擇 15
3.2.9 導(dǎo)向套 15
第四章附件的選用及控制電路的設(shè)計 16
4.1 附件的選用 16
4.1.1 熱繼電器的選擇 16
4.1.2 熔斷器的選擇 16
4.1.3 接觸器的選擇 17
4.2 控制電路的設(shè)計 18
4.2.1 電氣控制相關(guān)內(nèi)容 18
4.2.2 PLC部分的設(shè)計 19
第五章軸的設(shè)計與軸的校核計算 21
5.1軸的設(shè)計 21
5.1.1 估算軸徑 21
5.1.2 求作用在齒輪上的力 21
5.2 軸的校核計算 22
5.2.1 按扭轉(zhuǎn)強度條件校核 22
5.2.2 彎扭合成強度條件校核 23
結(jié)論 25
致謝 27
參考文獻(xiàn) 30
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 設(shè)計背景及方案的選擇和確定
第一章設(shè)計背景及方案的選擇和確定
1.1 設(shè)計背景
時至今日，世界上的很多個國家對于包裝機的發(fā)展的前景和發(fā)展的方向都很重視，生產(chǎn)效率要高、高新技術(shù)要實用化、產(chǎn)品要節(jié)能化、資源的利用率要高、科研成果的商業(yè)化已然已經(jīng)成為全世界很多國家包裝機械發(fā)展的一種主要趨勢，它也同樣是我國包裝機械業(yè)未來的發(fā)展方向。相對于我國的包裝機械生產(chǎn)的企業(yè)，也并不僅僅是求大求全，而更應(yīng)該要做到求精求專。
我國的包裝機械業(yè)的重點一般都放了在進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)好友組織結(jié)構(gòu)上的調(diào)整上。
在產(chǎn)品結(jié)的構(gòu)調(diào)整上，一定要改變目前的一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中用很低的技術(shù)含量的現(xiàn)狀。從而可以淘汰一大批低效率高損耗的，低檔次并且附加值也很低的勞動密集型的產(chǎn)品，用過學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)出一些生產(chǎn)效率高并且損耗還很低的，產(chǎn)銷皆對路的大型的成套設(shè)備和高新技術(shù)型產(chǎn)品。開發(fā)出一些新、特、奇的包裝設(shè)備，從而加速包裝機械的更新和換代，開拓出國際化市場。
調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時，一定要做到生產(chǎn)集中度的改善。促進(jìn)生成專業(yè)化的，系列化的生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和適應(yīng)市場的能力。還要積極主動的開發(fā)出支持多核心的企業(yè)以及品牌產(chǎn)品的改善，推進(jìn)建立現(xiàn)代企業(yè)的制度，參與國際市場的升級的同時加快現(xiàn)代的企業(yè)制度的建立以及完善，使其能夠加快產(chǎn)業(yè)的提升。
在調(diào)整組織結(jié)構(gòu)的時候，要成立一個跨部門的企業(yè)集團(tuán)，樹立一種全局的觀念，實現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)的化組合，進(jìn)而使得行業(yè)資產(chǎn)達(dá)到優(yōu)化的配置，統(tǒng)一思想，還要加強管理，使其形成優(yōu)勢的互補，分工合作，形成共同發(fā)展的新格局。
我國的包裝機械業(yè)最為重要的一些門類產(chǎn)品發(fā)展的趨勢如下：
捆扎式包裝設(shè)備：是一種可以發(fā)展多種形式的捆扎型機械。重點是用于開發(fā)捆扎臺式和大型的塑料帶捆扎型設(shè)備和重物（如鋼材）的全自動連續(xù)的鋼帶捆扎機，開發(fā)出小型的紙帶捆扎機，來推動日用百貨、果蔬、工業(yè)材料的包裝自動化水平的提高和升級。
0
無菌的包裝設(shè)備：如果想要縮短我國和國際的先進(jìn)水平之間的差距，那么一定要提高速度，完善設(shè)備的性能。還要發(fā)展大袋無菌的包裝技術(shù)和設(shè)備。研發(fā)出半液體無菌的包裝設(shè)備，同時發(fā)展杯式無菌的包裝設(shè)備，使得無菌的包裝設(shè)備產(chǎn)品能夠做到系列化。還要發(fā)展杯式的無菌小包裝機械產(chǎn)品，來填補國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白。
真空、換氣的包裝設(shè)備：發(fā)展出適用于袋容量比較大的連續(xù)或者半連續(xù)的真空包裝設(shè)備和將所需要的氣體按照一定的比例充入袋內(nèi)的非常高速的換氣包裝設(shè)備。
瓦楞型紙板（箱）生產(chǎn)設(shè)備：是用來發(fā)展寬幅（2米以上）、高速成套的設(shè)備。一般在中輕型設(shè)備上都很注重成套性。想要拓展計算機技術(shù)的應(yīng)用深度以及廣度，主要在于提高性能和可靠性。
制罐設(shè)備：是用來研制無汞焊接和專用電源的，課提高生產(chǎn)的速度。發(fā)展復(fù)合罐或者異型罐及噴霧罐等多種多樣的系列制罐成套的設(shè)備以及相應(yīng)的制罐生產(chǎn)線。
環(huán)保包裝機械：是一種開發(fā)各種各樣的小包裝用的紙袋的生產(chǎn)設(shè)備和一些以紙基材做為包裝材料（容器）的包裝設(shè)備，一定要適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求。推廣和完善蜂窩紙板制造的技術(shù)，可以加快以紙代木的進(jìn)度。推廣和完善紙漿模塑的制造技術(shù)，要擴(kuò)大應(yīng)用的方面，例如向電子產(chǎn)品的包裝方向上去發(fā)展。
袋成趁充填—封口設(shè)備：發(fā)展系列化產(chǎn)品及配套裝置，解決對物料的適應(yīng)性、配套性和可靠性問題：采用先進(jìn)技術(shù)，提高速度，同時開發(fā)可適用于單膜和復(fù)合膜兩用的包裝機；盡快開發(fā)性能可靠、高水平的粉粒自動包裝設(shè)備。
啤酒、飲料罐裝成套設(shè)備：開發(fā)適用于10萬噸/年以上大型啤酒、飲料罐裝成套設(shè)備（包括裝箱、卸箱、殺菌、貼標(biāo)、原位清洗等）；發(fā)展具有高速、低耗、計量精確、自動檢測等多功能全自動大型成套設(shè)備。
稱量式填充設(shè)備：發(fā)展各種形式的稱量填充設(shè)備，著力提高速度和精度以及穩(wěn)定性和可靠性，并與自動包裝設(shè)備配套。
裹包設(shè)備：提高產(chǎn)品的可靠性和操作安全性；除塑料薄膜裹包設(shè)備外，要開發(fā)折紙裹包設(shè)備；大力發(fā)展與裹包設(shè)備配套的各種輔助裝置，以擴(kuò)大主機功能應(yīng)用面。
包裝機械的技術(shù)含量在一天一天的增加，我們國家現(xiàn)在有的一些包裝機械產(chǎn)品的技術(shù)含量普遍不是很高，而國外都已經(jīng)將很多的先進(jìn)技術(shù)都應(yīng)用在包裝機械上了。例如遠(yuǎn)距離的遙控技術(shù)（包括監(jiān)控）、自動柔性補償技術(shù)、激光切割技術(shù)、步進(jìn)電機技術(shù)、信息處理技術(shù)等。
包裝機械的零部件生產(chǎn)的專業(yè)化。很多的零部件不已經(jīng)不是包裝機械廠來生產(chǎn)了，都是通過一些比較通用的標(biāo)準(zhǔn)件廠來生產(chǎn)，某些特殊的零部件是由高度專業(yè)化的生產(chǎn)廠家來生產(chǎn)的，真真正正有名的包裝機械廠一般都可能是組裝廠。
產(chǎn)品都在向多功能和單一，高速的兩極化去發(fā)展。包裝機械的最后的作用是在于提高生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的多樣化。
1.2 方案的選擇
裝配在機械制造的過程中相比其他是手工勞動相對較多的工序之一。而且由于技術(shù)上存在一定的復(fù)雜性，實現(xiàn)它的自動化非常難，尤其是在那種多品種、小批量的生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)其自動化裝配對技術(shù)上的要求也會更高。在平常的裝配工序中一般采用具有一定柔順性的裝配機器人去進(jìn)行工件的抓取、傳遞、相配合零件的插入工作，從而實現(xiàn)其自動化裝配。
設(shè)計大體分四部分：傳動部分、電控部分、電機的選擇、吸盤的選擇。
方案一：
傳動部分：氣壓傳動
電控部分：單片機
電機的選擇：伺服電動機
吸盤的選擇：電磁鐵吸盤
方案二：
傳動部分：機構(gòu)傳動
電控部分：可編程控制器
電機的選擇：交流調(diào)速電動機
吸盤的選擇：氣動吸盤
方案三:
傳動部分: 液壓傳動
電控部分: 電機控制器
電機的選擇: 步進(jìn)電動機
吸盤的選擇：真空式吸盤
1.3 方案的選擇
在傳動部分，方案一是采用氣壓傳動，方案二是采用機構(gòu)傳動，方案三是采用液壓傳動。
相比較，氣動特點：（1）以空氣作為工作介質(zhì)，取之不竭，用之有余，用后的空氣可直接排到大氣中，不會讓環(huán)境受到污染。（2）工作環(huán)境的適應(yīng)性很好，尤其適用在那種易爆炸、易燃燒以及多塵埃、輻射、強磁、振動、沖擊等機器劣質(zhì)的環(huán)境中。（3）系統(tǒng)的定位困難。（4）氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造，使用壽命長，可靠性高。（5）空氣的黏度很小，只有液壓油的萬分之一，流動阻力小，所以便于集中供氣，中、遠(yuǎn)距離輸送。機構(gòu)得傳動特點：（1）工作效率非常高。（2）定位十分準(zhǔn)確。（3）工作的噪音特別大，尤其是排氣時，需要加消音器。液壓傳動特點:液壓工作壓力比較大，工作系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，但液壓系統(tǒng)安裝和維護(hù)成本比較高。綜合個條件比較，應(yīng)該選擇機構(gòu)傳動這一方案。
在電控部分，方案一是采用單片機雖然能耗低、成本低，經(jīng)濟(jì)實惠，并且高集成度，體積小。但是由于單片機的硬件制作質(zhì)量和抗干擾措施很難達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境的適應(yīng)性較差。用單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對環(huán)境依賴性強,開發(fā)周期長。
可編程控制器是目前工控界發(fā)展最為迅速的工業(yè)自動化控制產(chǎn)品，該產(chǎn)品在國內(nèi)外被廣泛的應(yīng)用于自動化領(lǐng)域內(nèi)?？删幊炭刂破黧w積小、抗干擾能力強、運行可靠，可以直接裝入強電動力箱內(nèi)使用，并且功能齊全、配套齊全，功能完善，適用性強運算能力強、編程簡單直觀，深深的受到各階層使用者的喜愛。電機控制器抗電子干擾及抗震動性能強，但應(yīng)用不是特別廣泛，成本比較高，因此可以選擇方案二。
在電機選擇上，三種電機都適用，但伺服電機在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電動機。并且價格昂貴，維護(hù)比較困難。步進(jìn)電動機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動機，所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合因此選方案二。
在吸取方案上，氣動吸盤和電磁鐵吸盤都具有可行性，但真空式吸盤易損耗，所以不考慮。氣動吸盤是利用負(fù)壓原理將罐頭吸起傳送。而當(dāng)罐頭盒是鐵制時用電磁鐵也可將罐頭吸起、傳送及放下，但電磁鐵還需斷電保護(hù)，因此選方案二。
根據(jù)以上的分析比較，選擇方案二可行。
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 傳動機構(gòu)的設(shè)計
第二章傳動機構(gòu)的設(shè)計
傳動機構(gòu)是把動力從機器的一部分傳遞到另一部分，使機器或機器部件運動或運轉(zhuǎn)的構(gòu)件或機構(gòu)稱為傳動機構(gòu)。
傳動機構(gòu)的作用是
（1）改變動力機輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足工作機的要求；
（2）把動力機輸出的運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C所需的形式，如將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動，或反之；
（3）將一個動力機的機械能傳送到數(shù)個工作機上，或?qū)?shù)個動力機的機械能傳送到一個工作機上；
（4）其他特殊作用，如有利于機器的控制、裝配、安裝、維護(hù)和安全等而設(shè)置傳動裝置。
圖2.1 罐頭裝箱機的動作原理圖
此設(shè)計采用氣動吸盤進(jìn)行吸取罐頭，底部是一個曲柄搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)工作面A的位置移動，相連平行四邊形四桿機構(gòu)，來實現(xiàn)工作平面相對位置的水平移動。通過曲柄的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)在X方向的左右擺動，從而實現(xiàn)吸盤的動作。
圖2.2 動作原理圖簡圖
用試選桿長的方法：
初步設(shè) 1桿長為1330mm，2桿長為853mm，
3桿長為880mm，4桿長為399mm，
5桿長為354mm，6桿長為257mm，
7桿長為523mm，8桿長為151mm。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力系統(tǒng)的選擇
第三章動力系統(tǒng)的選擇
3.1 電機的選擇
電機的選擇包括選擇點擊的類型、容量（功率）和轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)型式，并且要確定型號。
3.1.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)型式選擇
工業(yè)生產(chǎn)中通常使用三相的交流電源，如果沒有什么特別的要求，一般都會選用三相交流異步電動機。最為常用的就是Y系列的電機和籠型的三相異步交流電動機。它的效率很高、工作十分可靠、結(jié)構(gòu)普遍簡單、維修起來十分方便、成本也低，通常用于不易燃的、不易爆的，無腐蝕性氣體以及無特殊的要求的場合。也可以適用在某些要求比較高的起動轉(zhuǎn)矩的機械中。
本次設(shè)計主軸要求轉(zhuǎn)速很低，因此轉(zhuǎn)矩會很大，所以主要從輸出轉(zhuǎn)矩考慮電機的選擇。
3.1.1.1 估算主軸轉(zhuǎn)矩的計算
圖3.1 機構(gòu)受力簡圖
上圖為機構(gòu)受力簡化圖：AB方向為吸盤重力方向，ED為動力提供的轉(zhuǎn)矩方向，所以可列力矩平衡方程：罐頭重量6.5N/個，吸盤重取150N
FAB×sin73oBC=FED×sin82oCD （3-1）
FAB=罐頭總重+吸盤重=24×6.5+150=306N
306×sin73oBC= FED×sin82oCD （3-2）
解得：FED=2101N FEDcos32o= FBC FBC=3189N
圖3.2 機構(gòu)受力簡圖
如圖3.2所示 曲柄在C E這兩點要求輸出的扭矩最大
扭矩T：
T=FBC×CD （3-3）
T=3189×0.1515=483.1N/m （3-4）
通過轉(zhuǎn)速、扭矩、功率選擇由沈陽恒宇貝爾動力傳動設(shè)備有限公司生產(chǎn)的減速電機,型號：BWE2215（引自參考文獻(xiàn)）
3.2 氣缸的選擇
3.2.1 氣缸的相關(guān)參數(shù)的介紹
氣缸的種類多樣，各種型號的氣缸性能及使用條件有所不同，且各生產(chǎn)廠家規(guī)定的技術(shù)條件也各不相同。一定要合理的選擇氣缸，使得氣缸能夠符合正常的工作條件和需求，進(jìn)從而達(dá)到非常理想的效果。這些條件分別有工作介質(zhì)的溫度、工作壓力的范圍、環(huán)境條件以及潤滑條件等等。
首先根據(jù)對氣缸的工作要求，選定氣缸的工作規(guī)格：即缸徑和行程。按氣缸的工作要求的行程再加上適當(dāng)余量，依此值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)行程作為預(yù)選行程，以此進(jìn)行軸向負(fù)載檢測、徑向載荷及緩沖性能校核。
其次還一定要考慮到：例如環(huán)境條件，安裝的方式，活塞桿的連接方式以及行程的發(fā)信方法等等。
根據(jù)操作經(jīng)驗一般應(yīng)該選擇雙作用氣缸。
普通雙作用氣缸理論推力F為：
F=0.25πD2p（N） （3-5）
式中：D—缸徑（m）；p—氣缸的工作壓力（pa）。
其理論拉力為F為：
F=0.25π（D2-d2）p （3-6）
式中：d—活塞桿直徑（m）；估算時可令d=0.3D。
氣缸的行程應(yīng)選擇生產(chǎn)廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)行程。由于制造誤差或者安裝誤差，氣缸行程到達(dá)終點時，工件沒有受到氣缸輸出力的作用。選用標(biāo)準(zhǔn)行程的氣缸就避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。
3.2.2 工作壓力如何確定
氣缸的輸出壓力是由氣動裝置的工作壓力和所有的管路阻力損失所決定的，即： P=p-ΣΔΡi （3-7）
式中：p為氣缸的輸出壓力；ΣΔΡi為管路中的壓力損失。
3.2.2.1活塞桿的連接和活塞力的計算
活塞桿與工件之間的連接最好采用柔性連接，用來補償軸向或徑向偏差以及與氣缸在一個平面上實現(xiàn)擺動連接。
有效活塞力（最終力）的計算：
（3-8）
式中：p為工作壓力（bar）；d為活塞直徑（cm）；R為摩擦力~10%（N）。
3.2.2.2耗氣量的計算：
Q=0.25π×d2×h×p×10 （3-9）
式中：Q為空氣體積l/cm；d為活塞直徑（mm）；h為行程（mm）；p為工作壓力（bar）。
3.2.2.3轉(zhuǎn)動慣量的計算：
（3-10）
式中：J為轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）；m為質(zhì)量（kg）；h，l為元件尺寸（m）。
3.2.3 氣缸的安裝方式
氣缸可以采用耳軸式、腳架式和法蘭式安裝等，但這樣安裝時應(yīng)該盡量避免安裝螺釘本身直接受推力或者拉力負(fù)荷；同時要使安裝底座有足夠的剛性。
3.2.4 確定氣缸類型
主要有氣缸單作用、氣缸雙作用、和特殊作用氣缸等
本設(shè)計就是為了實現(xiàn)簡單的推動作用，所以我選擇采用單作用氣缸。又因為這套設(shè)備要求較低噪音，所以我選擇了緩沖式氣缸。緩沖式氣缸。對于接近行程末端時速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會以很大的壓力（能量）撞擊端蓋，引起振動和損壞機件。為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。
3.2.5 確定缸蓋與缸筒之間的連接形式
缸蓋與缸筒之間的連接形式主要分為以下幾種：
(1)雙頭螺栓連接，(2)螺栓連接，(3)缸筒螺紋連接，(4)卡環(huán)連接。
雙頭螺栓連接的結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單易于加工易于裝卸，但法蘭尺寸比螺紋連接和卡環(huán)連接大，重量較重；
螺栓連接同螺紋連接又相似之處，另對其缸筒又特殊要求，必須式鑄件或焊接件（缸筒兩端墩粗加工螺紋孔方式除外）；
缸筒螺紋連接，氣缸直徑較小，重量較輕，但要求螺紋中徑與氣缸內(nèi)徑要同心，而且擰動端蓋時又可能把密封圈擰扭；
卡環(huán)連接，重量比螺紋連接的還要輕，結(jié)構(gòu)緊湊，但其零件組件較多，加工復(fù)雜，且卡環(huán)槽削弱了缸筒強度性能，裝配密封圈時有可能被進(jìn)氣孔邊緣擦傷。又由于該設(shè)備需固定在支撐架上，故選用角架式氣缸，易于固定。
綜上所述，選種QGBⅡD×S-M1型氣缸（引自參考文獻(xiàn)）。
3.2.6 確定氣缸類型
由于推動缸的工作原理及工作環(huán)境相同，所以，推動缸的選擇類型與推動缸類型相同。詳細(xì)說明見推動缸。
選擇QGBⅡD×S-M1型氣缸（選自參考文獻(xiàn)）
3.2.7 確定氣缸管道內(nèi)徑
由于推氣缸要把罐頭產(chǎn)品從傳送帶推到托架上，通過計算皮帶與罐頭.間的摩擦力，以及氣缸內(nèi)部的力損耗，確定氣缸的內(nèi)徑。其中：
罐頭重量 = 6.5N/個
計算摩擦力
f = u（m1+m2）g （3-11）
式中：m2-推板部分質(zhì)量；m2=5千克；g-重力加速g = 9.8N/Kg；f= 0.5×(6×6.5+5×9.8）= 44N。
引起加速的力推動的部分速度由0 m/s～1.5m/s
則加速度
a==7.5m/s
F1 = （m1+m2）a （3-12）
式中：m1-推動缸質(zhì)量；m1 = 20千克；m2-推板部分質(zhì)量；m2 = 5千克；F1-引起加速度的力。
F1 =（6.5/9.8+5）×7.5 = 5.6×7.5 = 42.5N
確定氣缸的輸出力
F ≥ 2（f+F1） （3-13）
式中F -氣缸的輸出力；2-克服氣缸內(nèi)部摩擦系數(shù)；f-摩擦力f=44N；F1-引起加速度的力 F1 = 42.5N。
F ≥ 2×（44+42.5）
F ≥ 173N
計算氣缸的截面積
s= （3-14）
式中：s-氣缸內(nèi)徑截面積；F-氣缸推動力F = 39 N；P-氣源壓強 P = （0.4～0.6）Mpa。
s= =432.5mm
計算氣缸內(nèi)徑
r= （3-15）
式中：s-氣缸內(nèi)徑截面積；-圓周率；=3.14。
r = 10 mm
則氣缸內(nèi)徑
D = 2×10 = 20mm
即氣缸內(nèi)徑 ≥ 20mm
推動缸的行程要求 ＞135mm
所以選用 QGBⅡ40×200-MF1型氣缸
3.2.8 升降氣缸的選擇
這次選擇的氣缸主要是為了實現(xiàn)升降作用，所以我采用雙作用氣缸。又由于工作條件設(shè)備，對于接近行程末端時速度較高的氣缸，不采取必要措施。
根據(jù)以上選擇條件，我所設(shè)計的小型斷路器碼垛專機的上推氣缸，使用的是FESTO公司的：缸徑φ80mm，行程200mm 的QGBⅡD×S-M1型氣缸（選自參考文獻(xiàn)）。
氣缸相關(guān)參數(shù):
工作介質(zhì):過濾壓縮空氣
結(jié)構(gòu)特點:活塞式氣缸
最大許用工作壓力:12bar
活塞桿上的最大扭矩:1.5Nm
溫度范圍:-20~+80℃(考慮行程開關(guān)的溫度范圍)
材料:前后缸蓋(壓鑄AlSi12);缸筒(陽極氧化鋁合金);活塞桿(X20Cr13);滾壓螺紋(密封聚氧酯)
重量:1.087kg
根據(jù)氣缸型號，護(hù)電路和紅色LED顯示。
帶電纜：型號SMEO-4U-K-LED-24
3.2.9 導(dǎo)向套
作為導(dǎo)向套的常用材料為鑄造的青銅材料或耐磨鑄鐵材料。
導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合，一般選取H7/f6，其表面粗糙度則應(yīng)Ra=0.63~1.25um。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 附件的選用及控制電路的設(shè)計
第四章附件的選用及控制電路的設(shè)計
4.1 附件的選用
4.1.1 熱繼電器的選擇
熱繼電器一般是對電動機的過載進(jìn)行保護(hù)。熱繼電器的選擇一般主要是根據(jù)電動機的額定電流來確定它的型號和規(guī)格的。熱繼電器的額定電流IRT一般都要接近或者略微大于電動機的額定電流Ied的，即
IRT =（0.95~1.05）Ied
熱繼電器的整定電流值通常情況下指的是熱元件通過的電流超過這個值的20%的時候，熱繼電器應(yīng)當(dāng)在20min內(nèi)動作。選用時整定電流應(yīng)與電動機額定電流一致。
如遇到下列情況，選擇的熱繼電器元件的整定電流要比電動機的額定電流高一些，以便來進(jìn)行保護(hù)：
（1）電動機負(fù)載慣性轉(zhuǎn)矩非常大，起動時間長。
（2）電動機所帶動的設(shè)備，不允許任意停電。
（3）電動機所拖動的是沖擊性負(fù)載。
終上所述，我選擇的熱繼電器的型號為：JR16B20/3型熱繼電器，熱元
件電流等級為11A，它的電流調(diào)節(jié)范圍為6.8~11A,可將其電流調(diào)節(jié)在10A（引自參考文獻(xiàn)）。
4.1.2 熔斷器的選擇
選擇熔斷器，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電流等級和熔體的額定電流。
額定電壓是根據(jù)所保護(hù)電路的電壓來選擇的。熔體電流的選擇是熔斷器選擇的核心。
通常對于一臺異步電動機而言，熔體可以按照下列的關(guān)系選擇：
IR = (1.5~2.5)Ied 或 IR = Ist/2.5 （4-1）
式中IR——熔體額定電流；Ied —— 電動機的額定電流；Ist——異步電動機起動電流。
對于無沖擊電流的負(fù)載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于線路工作的電流，即
≥ I （4-2）
式中 I ——工作電流。
對于多臺電動機，由一個熔斷器保護(hù)，熔體按下列關(guān)系選擇：
≥ （4-3）
式中 ——可能出現(xiàn)的最大電流。
根據(jù)以上所述，我選擇的熔斷器的型號為：RL1-15型的熔斷器，配用為15A的熔斷體。
4.1.3 接觸器的選擇
接觸器在一般情況下是用于那些帶有負(fù)載的主電路的自動接通或者切斷的。本設(shè)計中所選用的是直流接觸器。
選擇接觸器一般都會主要考慮以下的技術(shù)數(shù)據(jù)：
（1）電源的種類：交流或者直流。
（2）主觸點的額定電壓和額定電流等。
（3）輔助觸點的種類、數(shù)量和觸點的額定電流。
（4）電磁線圈的電源的種類，頻率以及額定電壓。
（5）額定操作的頻率（次/h），也就是允許的每小時接通的最大次數(shù)。
主觸點的額定電流，一般是根據(jù)電動機的容量Pd來計算觸點電流Ic的,即：
Ic ≥ Pd×1000/KUd （4-4）
式中 K——經(jīng)驗常數(shù)，一般取1~1.4；
Pd——電動機功率（kW）；
Ud——電動機額定線電壓（V）；
Ic——接觸器主觸點電流（A）；
Uea——線圈額定電壓，接觸器觸點額定電壓Uc≥Uea。
根據(jù)以上分析，我選用的接觸器型號為：CZ0-40/20型，電磁線圈電壓為24V直流（引自參考文獻(xiàn)）。
4.2 控制電路的設(shè)計
4.2.1 電氣控制相關(guān)內(nèi)容
繪制電氣原理圖的一般原則
電氣原理圖是迎來表示電氣控制線路的工作原理以及各各電器元件的作用和互相的關(guān)系的，而不需要去考慮各電路元件的實際的安裝位置和實際的連線情況。
繪制電氣原理圖的時候，一般要遵循以下幾條原則：
（1）電氣的控制線路分主線路和控制線路。主線路是用粗線來繪出的，控制線路用細(xì)線繪制出。一般情況下主線路都在左側(cè)，控制線路都在右側(cè)。
（2）電氣控制得線路中，同一個電器的各導(dǎo)電部件常常不能畫在一起，但用同一文字標(biāo)明可以。
（3）電氣控制線路的全部的觸點都可以按找“平?！睜顟B(tài)來繪出?！捌匠！睜顟B(tài)對于接觸器、繼電器等都是指線圈在沒有通電的時候的觸點狀態(tài)；對于按鈕、行程開關(guān)一般是指在沒有受到外力的情況下觸點的位置；對于主令控制器，則指的是手柄置放于“零位”的時候各觸點所在位置。
4.2.2 PLC部分的設(shè)計
4.2.2.1 PLC的選擇
這套裝置共有一臺電機、五個電磁換向閥。每臺電機需要啟動，停止兩個輸出點，每個電磁換向閥需要一個輸出點，異常報警需一個輸出點，所以，一共需要八個輸出點。而輸入部分三個接近開關(guān)，兩個光電檢測器，程序啟動、關(guān)閉，和報警解除，因此一共需要八個輸入點。綜上所述，我選擇了SYSMAC公司的CPMIA型可編程控制器，即 SYSMAC CPMIA（引自參考文獻(xiàn)）
4.2.2.2 輸入信號的確定
(1) 啟動程序輸入一個
(2) 關(guān)閉程序輸入一個
(3) 接近開關(guān)輸入三個
(4) 光電檢測器輸入兩個
(5) 報警解除輸入一個
共八個輸入信號
4.2.2.3 輸出信號的確定
（1） 啟動程序繼電器輸出一個
（2） 關(guān)閉程序繼電器輸出一個
（3） 接近開關(guān)繼電器輸出三個
（4） 光電檢測繼電器輸出四個
（5） 報警解除繼電器輸出一個
共八個輸出信號
4.2.2.4 輸入分配表格
表4.1 輸入分配表格
名稱
按鈕 按鈕 接近開關(guān) 接近開關(guān) 接近開關(guān) 光電檢測器 光電檢測器 報警接觸
代號
SB1 SB2 SK1 SK2 SK3 JK1 JK2 SB3
4.2.2.5 輸出分配表格
表4.2 輸出分配表格
名稱
繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器
代號
KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 KA6 KA7 KA8 KA9
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 軸的設(shè)計與軸的校核計算
第五章軸的設(shè)計與軸的校核計算
5.1軸的設(shè)計
5.1.1 估算軸徑
d≥A （5-1）
式中：P—軸所傳遞的功率， kW；n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；A—由材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力所確定的系速
d≥A=108×≈40mm
圖5.1 軸承簡圖
5.1.2 求作用在齒輪上的力
因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為
===180 (5-2) 而 ===282N
==o=103N
因軸承受徑向力和軸向力作用，故選深溝球軸承6208 圓錐滾子軸承30311
= =0.3mm
==10+3=13mm
=15-1=14mm
齒輪右端選用軸肩定位，軸肩高度為 取h=2mm 則軸環(huán)處的直徑為:
=13+8=21mm 軸環(huán)寬度b≥1.4h 取=3mm
=17mm =18mm
=15mm =61.8mm
圓頭普通平鍵 GB1096-90 =
深溝球軸承6208
=
=0.3mm
圓錐滾子軸承30311
=
=0.3mm 板厚=7mm
5.2 軸的校核計算
5.2.1 按扭轉(zhuǎn)強度條件校核
由公式
= ≈≤MPa （5-3）
式中:--扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力(Mpa)；T--軸所受的扭矩(N·mm)；--軸的抗扭截面系數(shù)(mm)
n----軸的轉(zhuǎn)速 取n=5.9(rad/min)
P----軸傳遞的功率 取P=1(KW)
d----計算截面處軸的直徑 取d=40(mm)
= ≈≤19.5MPa （5-4）
因為此軸選用材料為45號鋼,所以查表可知45號鋼的許用抗扭截面應(yīng)力=25-45 Mpa因為 ＜, 所以滿足要求。
5.2.2 彎扭合成強度條件校核
軸的危險截面的計算彎矩如下：
=483(N·m )
所以,彎曲應(yīng)力為
==≤(Mpa) （5-5）
式中: W------軸的抗彎截面系統(tǒng)
由此軸的截面形狀可知:
W=- （5-6）
式中:b--鍵槽寬 取b=12(mm)；t--鍵槽深 取t=8(mm)；d--軸直徑 取d=40(mm)
W=-=6280-819.2=5460.8
軸的許用彎曲應(yīng)力,應(yīng)查表可知45號鋼在回火處理之后［σ-1］=55。
-==43.13≤,滿足要求 。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 結(jié)論
結(jié)論
本設(shè)計在實際與實驗的證明下，完全可以應(yīng)用在國內(nèi)大部分小型工廠的實際生產(chǎn)中。本文所設(shè)計的罐頭裝箱機，采用氣動吸盤進(jìn)行吸取罐頭，底部是一個曲柄搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)工作面處的位置移動，相連平行四邊形四桿機構(gòu)，來實現(xiàn)工作平面相對位置的水平移動。通過曲柄的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)在水平方向的左右擺動，從而實現(xiàn)吸盤的動作。
本設(shè)計最終所選擇的設(shè)計方案在傳動部分，使用機構(gòu)傳動，電控部分則使用可編程控制器，電機最終選擇了交流調(diào)速電動機，吸盤用的是氣動吸盤。所選用的電機的具體型號為電：BWE2215，氣缸型號為QGBⅡD×S-M1型氣缸，繼電器為JR16B20/3型熱繼電器，接觸器型號為：CZ0-40/20型，電磁線圈電壓為24V直流，選擇了SYSMAC公司的CPMIA型可編程控制器。
本次設(shè)計本著生產(chǎn)效率高并且損耗還很低的，產(chǎn)銷皆對路的大型的成套設(shè)備和
高新技術(shù)型產(chǎn)品。開發(fā)出一些新、特、奇的包裝設(shè)備，從而加速包裝機械的更新和換代。促進(jìn)生成專業(yè)化的，系列化的生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和適應(yīng)市場的能力。還要積極主動的開發(fā)出支持多核心的企業(yè)以及品牌產(chǎn)品的改善，推進(jìn)建立現(xiàn)代企業(yè)的制度的發(fā)展模式而設(shè)計的。
總體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)匯總于裝配圖上，一些細(xì)節(jié)部件的尺寸在裝配圖中都有所標(biāo)注。
通過各種分析比較，方案的選擇與實驗，分析系統(tǒng)的受力，實用性與工作原理的比較，最終確定了設(shè)計方案。從課題選擇、方案論證、到具體設(shè)計和調(diào)試，無不凝聚老師的心血和汗水，正式因為有老師的細(xì)心指導(dǎo)，才使我能夠完成此次設(shè)計。
為了保證本文所設(shè)計的罐頭裝箱機能夠安全平穩(wěn)的運行與應(yīng)用，必須嚴(yán)格遵守裝箱機的生產(chǎn)、檢查、安裝和維修的各項規(guī)定，進(jìn)行合理的設(shè)計。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致謝
新的世紀(jì)，面臨新的挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)眼間大學(xué)四年的生活即將結(jié)束，帶著對未來美好的憧憬，進(jìn)入了大學(xué)的最后一個階段--畢業(yè)設(shè)計階段。在老師的精心指導(dǎo)下，終于完成了此次設(shè)計。
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)畢業(yè)之前所進(jìn)行的一次時間較長，設(shè)計內(nèi)容較多，涉及范圍較廣的最后一次實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計是我們綜合三年所學(xué)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，在畢業(yè)設(shè)計老師指導(dǎo)下進(jìn)行的具有專業(yè)性、代表性的工程設(shè)計，使學(xué)生鞏固和運用所學(xué)得的知識，并受到一次較為深入和復(fù)雜的綜合訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生能綜合運用所學(xué)的理論知識和生產(chǎn)實際相結(jié)合，去分析和解決機械設(shè)計問題，使所學(xué)知識鞏固、深化和發(fā)展，通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，在理論聯(lián)系實際的基礎(chǔ)上，鍛煉我們獨立思考問題、分析問題、解決問題的綜合能力進(jìn)一步了解和運用所學(xué)過的各種理論知識，并通過學(xué)習(xí)更加充實和積累了自己的實踐經(jīng)驗，為即將步入社會工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。
設(shè)計期間，王老師給了我正確的指導(dǎo)，即使在百忙之中也能及時的發(fā)現(xiàn)并幫助我解決論文、圖紙中出現(xiàn)的各種問題，讓我能夠正確并及時的完成畢業(yè)設(shè)計。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，設(shè)計內(nèi)容均采用Autocad繪圖軟件，使我們真正體會到了現(xiàn)代化工具的先進(jìn)性，同時也為將來能應(yīng)用高科技技術(shù)設(shè)備打下了一定的基礎(chǔ)，又培養(yǎng)了我的實際操作能力，通過同學(xué)間的相互合作與協(xié)調(diào)，真正認(rèn)識到具有查閱技術(shù)資料的能力的重要性，深刻體驗到知識之廣博，理論與實踐的結(jié)合性，創(chuàng)新思維的重要性。
不積跬步何以至千里，本設(shè)計才能夠順利的完成，也歸功于任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，才能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，正是有了他們的細(xì)心幫助和支持，才使得本次畢業(yè)論文工作順利完成，在此向全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。
這幾年也是人生中最重要的學(xué)習(xí)時間。在大學(xué)校園里，不僅學(xué)到了豐富的專業(yè)知識，也學(xué)到了終身受用的學(xué)習(xí)知識和積極的生活態(tài)度，通過對課程的學(xué)習(xí)和與相關(guān)專業(yè)老師的溝通，感到機會難得，獲益匪淺。
在此要特別感謝我的指導(dǎo)老師，感謝您給與的幫助與關(guān)懷，本人將帶著對本專業(yè)的熱愛，不辜負(fù)您的期望，積極地投身于社會主義的建設(shè)中去。
設(shè)計中涉及了罐頭裝箱機的設(shè)計,氣動元件的選擇,機構(gòu)傳動,機械設(shè)計,機械制圖,計算機繪圖等多方面知識,全面考核了大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識。通過本次設(shè)計學(xué)到了很多知識，在擬定方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計以及計算機等能力方面都得到了鍛煉，初步掌握了設(shè)計的方法和步驟，而且在工程技術(shù)人員所必須具備的基本技能方面也得到了訓(xùn)練，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊、熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等，在編寫有關(guān)技術(shù)文件方面也得到了進(jìn)一步訓(xùn)練。畢業(yè)設(shè)計擴(kuò)展了設(shè)計思路，提高了思維能力、創(chuàng)造能力，為將來從事社會工作打下了良好的基礎(chǔ)。設(shè)計過程中雖然遇到了很多困難，但在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，經(jīng)過不懈努力，終于克服了種種困難