畢業(yè)論文定稿-一種自動物料分選機結構設計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學院畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）一種自動物料分選機結構設計所 在 學 院 機 械 與 電 氣 工 程 學 院專 業(yè) 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化班 級姓 名學 號指 導 老 師2013 年 月 日誠 信 承 諾我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《一種自動物料分選機結構設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。承諾人（簽名）： 年 月 日I摘 要顏色分選系統已經廣泛用于表面質量的判別(表面質量的判別是指利用光反射特性，按照表皮顏色差異分選、按照有無外表損傷分選等)和內部質量的判別(內部質量的判別是指利用光透射特性，按照成熟度差異分選、按照內部損傷差異分選、按照內部品質差異分選等)等情況。用色選機取代人工手選，排除人為因素的干擾，既提高了生產效率(如分選精度、一致性等)，又降低了生產費用。無論從經濟學觀點或從生態(tài)學觀點考慮，色選機的應用部是極為有利和有效的。然后通過 PLC 對該機構進行控制系統方面的設計。進行了系統設計，工作原理的介紹，IO 接點， PLC 選型和梯形圖的分析說明，通過分析論證，實現了預計的設計要求。關鍵詞：自動物料，自動分選，結構設計 IIAbstractColor sorting system has been widely used for discriminant surface quality ( discriminant surface quality refers to the use of light reflection characteristics, in accordance with the skin color differences separating, according to with or without appearance damage sorting ) discrimination and internal quality ( discriminant internal quality refers to the use of light transmission properties, separation, in accordance with the maturity difference according to the internal damage between sorting in accordance with the internal quality difference, sorting, etc.). Use color sorter replaces manual election, exclude the interference of human factors, not only improves the production efficiency ( such as sorting accuracy, consistency, and reduces the production cost ). From the economics point of view or from the ecology viewpoint, application of color sorter is extremely beneficial and effective.Then the mechanism design of control system by PLC. The system was designed, the principle, IO contact, analysis of PLC type and ladder diagram, through analysis and demonstration, to achieve the expected design requirements.Key Words: Automatic material, measurement, sorting, measureIII目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III第 1 章 緒論.11.1 自動物料分選機概述 .11.2 PLC 介紹 21.2.1 PLC 的基本概念 .21.2.2 PLC 構成 .21.2.3 PLC 的工作原理 .31.2.4 PLC 的技術原理 .51.2.5 PLC 的優(yōu)點 .61.3 本課題的主要研究內容 6第 2 章 總體方案論證.72.1 顏色分選機的方案設計 .72.2 分選機工作原理 .72.3 本章小結 8第 3 章 一種自動物料分選機結構設計.93.1 同步帶的概述 93.1.1 同步帶介紹 93.1.2 同步帶的特點 103.1.3 同步帶傳動的主要失效形式 103.1.4 同步帶傳動的設計準則 .123.1.5 同步帶分類 133.2 電機的選擇 .133.2.1 電機的分類 133.2.2 步進電機的選擇 143.3 同步帶傳動計算 15IV3.3.1 同步帶計算選型 .153.3.2 同步帶的主要參數（結構部分） .183.3.3 同步帶的設計 .203.3.4 同步帶輪的設計 .213.4 氣缸的選型 223.5 氣缸的設計計算 243.6 本章小結 .24第 4 章 自動物料分選機 PLC 控制系統的設計 .254.1 工作原理 .254.2 I/O 分配表 254.3 PLC 選型依據 264.4 工作流程 274.5 PLC 控制系統梯形圖的設計 284.6 完整的梯形圖設計 32參考文獻.34總結與展望.35致謝.36寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 自動物料分選機概述國外的顏色檢測研究起步較早，各種顏色檢測儀器應用廣泛，其中典型的應用之一是顏色分選機，主要用于農業(yè)綜合企業(yè)、農產品出口、食品加工業(yè)及出口，其次還有化學品及礦產品企業(yè)。美國 ESM 公司及 Sortex 公司分別于 20 世紀 30 年代及 40 年代研制了這種設備，并根據市場需要不斷推出新機型；日本安西公司于 1970 年成功開發(fā)并開始制造和銷售全日本第一臺電子色彩選別機，其中接受中國方面的訂貨就有十幾年的歷史，有近百臺/套的各類選別機械己在中國各地被使用，中國兩大農業(yè)上市公司“中國藍田股份有限公司”和“湖南金健米業(yè)股份有限公司”都采用安西公司的色選設備。日本佐竹公司于 1979 年也推出了這種產品。ESM 于 1992 年與佐竹公司合并繼續(xù)生產顏色分選機?，F在主要從事生產色選機的企業(yè)有日本的佐竹公司、安西制作所，瑞士的布勒公司，以及英國和美國的一些糧食加工設備公司。在世界范圍內，以日本佐竹公司和瑞士布勒公司的產品代表了農產品加工機械的先進水平，其產品遍布亞洲、歐洲、美洲、大洋洲及非洲等。日本佐竹株式會社其機械產品廣泛運用光電、傳感、信息等先進技術，服務于大米的種植、收割和加工等各個生產階段，自動化程度很高。在美國，許多西紅柿收獲機械都裝備了顏色分級器，每個分級器能以 25t/h 的生產率分離紅西紅柿與青西紅柿。計算機控制的顏色分級器被用在包裝工廠，對柑桔，西紅柿或蘋果進行分選。美國 HunterLab 測色儀可檢測各類食品的顏色；2002 年 9 月在北京“2002 年國際水稻產業(yè)、技術及機械設備展覽會”上，索特克斯首次在中國推出了 Z 系列光電色選機，其高精度象素的數碼相機能檢測出淺淡微黃和針尖大的黑點，是世界上首臺能選出微黃粒、紅粒等各種異色粒，又能同時去除腹白的色選機。近年來我國許多院校及科研單位在電腦測色方面進行了研究，取得了一些成績，如由北京理工大學研制的便攜式色差計；北京康光光電子聯合公司研制的 SC-80 輕便色彩色差計；合肥安科光電機械有限公司生產的智能化電腦色選機；核工業(yè)理化工程研究院自主研究生產的色選機系列通過國家鑒定；天津光學儀器廠研制的色度實驗裝置 wsd-1/1a 是一種自動光譜光度測色儀器；何東健等進行了果實表面顏色計算機視覺分級技術研究；馮斌等在利用水果表面分布的分形維數為特征對不同著色等級水果進寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）2行分級時，采用了 HIS 模型，利用各色度點的累計和空間分布特性，使顏色分級更符合實際情況；Tao.Y 等研制成功了用于馬鈴薯和蘋果顏色檢測的機器視覺系統，它可以區(qū)別正常馬鈴薯與發(fā)芽馬鈴薯及黃色與綠色的“金帥蘋果”等。國內的儀器市場有不少顏色儀器，但大多是外國的進口儀器，或者主要依靠國外技術完成儀器的加工制造。例如：無錫糧油機械有限公司生產的電腦光電色選機，中美合資合肥安科光電有限公司引進美國技術生產的色選機系列，佐竹機械蘇州有限公司生產的 GS 系列色選機等。而且國內顏色分選機主要用于大米色選，在其他果蔬、馬鈴薯等農產品顏色分級應用還不是很廣泛。八十年代初，上海紡織科學院從西德 OPTON 公司引進了我國第一臺自動測色、配色電腦，電腦測色、配色技術才開始在我國有關的一些行業(yè)中得以應用。這也是我國第一次引入顏色分選設備，從而開啟了我國對于顏色分選領域的大門，在今后的幾年中，各大高校也逐漸的開始了對于顏色分選機的探索與研究，尤其是在對于農業(yè)方面的應用。而隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，人們生活水平的提高，社會對所需品的要求有了極大的提高。同時，顏色分選設備精密度標準的提高，促使對分選的質量要求越來越高；以分選類產品因質量問題大大約束其廣泛使用。現在，新一代的顏色分選設備的不斷改善，使其質量發(fā)生了根本性的提高，能完全滿足現代化工業(yè)及農業(yè)生產等的需要。所以，在各行業(yè)的實際使用過程中分選機的優(yōu)越性將會很快得以體現?？偠灾伾诌x機的研究突破將會是分選機領域發(fā)展的大趨勢之一。1.2 PLC 介紹1.2.1 PLC 的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC） ，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 PLC,PLC 自 1969 年美國數據設備公司（DEC）研制出現，現行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）31.2.2 PLC 構成 a、電源PLC 的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%（+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網上去b. 中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入 I/O映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統，或采用三 CPU 的表決式系統。這樣，即使某個 CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。c、存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1．現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現場控制的接口界面的輸入通道。2．現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC 通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數、定位等功能模塊。f、通信模塊 如以太網、RS485 、Profibus-DP 通訊模塊等。1.2.3 PLC 的工作原理1、掃描技術寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）4當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。（1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2） 用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖） 。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統 RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（3） 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。2、PLC 內部運作方式雖然 PLC 所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等名稱，但 PLC 內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）5并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入 CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟， “輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、 “輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC 首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或 0 代表開或關） ，并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置 Xn。步驟二“ 程式執(zhí)行” ：將階梯圖程式逐行取入 CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU 直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端 Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至 PLC 輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為 PLC 之掃描周期，而完成所需的時間稱為 PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生” 。 3、PLC 的特點plc 具有以下鮮明的特點。（1） 系統構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID 回 路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統，如 DDC 和 DCS 等，實現生產過程的綜合自動化。（2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統開發(fā)周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。（3） 能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。4、PLC 目前的主要品牌美國 AB，比利時 ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。1.2.4 PLC 的技術原理PLC 利用1.6M 到30M 頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用 GMSK 或 OFDM 調制技術將用戶數據進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經過濾波器將調寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）6制信號濾出，再經過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M~45M 之間。PLC 設備分局端和調制解調器，局端負責與內部 PLC 調制解調器的通信和與外部網絡的連接。在通信時，來自用戶的數據進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸到局端設備，局端將信號解調出來，再轉到外部的 Internet。1.2.5 PLC 的優(yōu)點1．實現成本低 由于可以直接利用已有的配電網絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網絡的投資，降低了成本。2．范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網絡，它的規(guī)模是其他任何網絡無法比擬的。PLC 可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯網的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。3．高速率 PLC 能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設備廠家的不同而4.5M~45Mbps 之間。遠遠高于撥號上網和 ISDN，比 ADSL 更快！足以支持現有網絡上的各種應用。更高速率的 PLC 產品正在研制之中。4．永遠在線 PLC 屬于“即插即用“ ，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網絡！5．便捷 不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內的任何電源插座上，就可立即擁有 PLC 帶來的高速網絡享受！ 1.3 本課題的主要研究內容本文主要研究自動物料自動分選機機械機構的組成原理，選取一種自動物料作為研究對象，設計一種自動物料自動分選機構。然后通過 PLC 對該機構進行控制系統方面的設計。實現了預計的設計要求。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）7第 2 章 總體方案論證2.1 顏色分選機的方案設計顏色分選機是各類制造業(yè)、農業(yè)企業(yè)廣泛應用的分選設備。一方面，有顏色分選的機械設備分選精度不高，分選質量不太標，分選后還需要大量的人力來復查因為精度不高而造成的分選不良的狀況。并且，這一嚴峻的事實已經引起了企業(yè)對于分選設務的重點關注。在如今這個高科技數字化的先進社會里，消除此類潛在不良情況已成為當務之急。而另一方面，隨著現代化科學飛速的發(fā)展，對于分選機的應用要求也在不斷的提高。特別是顏色分選機在農業(yè)水果分選等方面的應用，其對生產與操作過程中對于顏色分選機的要求標準直接關系到廣大人民群眾的根本利益和企業(yè)成本利潤。因此，顏色分選機在機械領域的設計應用非常具有代表性和實用性，值得學習和研究。諸多實力充分證明，存在著一種或數種較嚴重缺陷的方案設計，且在分選機制造完成后就很難予以彌補。分行機方案設計的優(yōu)劣直接關系到分選機運行的可靠性、經濟性、成本的高低，也決定了產品的外形尺寸和重量以及相應的安裝與維修的難易。顏色分選機的方案設計包括如下內容：結構形式選擇、顏色識別方式、分選作用方式選擇，分選誤差分析判斷、驅動機類型的選擇和功率、轉向、轉速匹配、傳動方式等。2.2 分選機工作原理顏色分選機主要分為檢測系統和控制系統兩部分，首先通過顏色傳感器進行顏色的識別，后由圖像處理系統對圖像進行處理，提取各個物體的顏色參數，并綜合判定其等級及分類情況；當帶有等級信息的物體到達所屬等級的分級出口時，相應的分級執(zhí)行機構動作，追使該分選該物體的分選杠桿轉動或氣缸運動，將物體從傳送軸上撬起并滾入相應的分選收集箱中；同步控制系統則負責控制分選機的各個部件同步協調工作。1．顏色識別過程：通常所看到的物體顏色,實際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光( 日光)中的一部分有色成分,而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的,也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）8R、黃 Y、綠 G、青 V、藍 B、紫 P)。根據德國物理學家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知,各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的。顏色根據此，將物體進行顏色識別，從而傳送到控制系統中。2．結構分選過程：主控制系統采用 PLC 作為控制器，根據控制系統中所傳輸得到的信息，來判定結構分選過程中分選杠桿轉動或氣缸運動狀態(tài)。至此，顏色分選機完成了一個由顏色識別、分析判斷和物體分選的三過程組成的工作循環(huán)。此后，顏色識別系統又重新識別運動，重復上述過程，如此周而復始地進行循環(huán)。顏色分選機的優(yōu)缺點概要優(yōu)點：顏色分選范圍較廣，效率較高，適應性強。缺點：主要是針對外形尺寸和重量大小基本相同的物件，同時，外屆干擾較大，可能影響顏色識別精度，因此需要較大的基礎。而且顏色分選機械結構部分具有脈動性，機器的易損零件也較多。顏色分選機設計的重難點1．顏色識別技術分析、計算及程序設計；2．機械分選部分分析及計算，計算量大；3．主要零部件的結構設計與強度校驗。2.3 本章小結本章主要對自動物料自動分選幾種進行比較和分析,最終我們選取目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當中重點介紹。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）9第 3 章 一種自動物料分選機結構設計3.1 同步帶的概述3.1.1 同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v50m/s，P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。圖3.1 同步帶傳動同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）103.1.2 同步帶的特點(1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；(3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯；(4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；(5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；(6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。3.1.3 同步帶傳動的主要失效形式在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種：(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞同步帶在運轉過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應力作用，也會產生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。圖3.2 同步帶承載繩斷裂損壞(2)、同步帶的爬齒和跳齒根據對帶爬齒和跳齒現象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學兩種因素所引起。因此為避免產生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內。3、適當增大帶安裝時的初拉力開。 ，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現象的產生。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）11(3)、帶齒的剪切破壞帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應力作用下帶齒表面產生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展，并沿承線繩表面延件，直至整個帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3） 。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個：1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進入輪齒槽，從而產生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產生應力集中，導致帶齒剪切損壞。2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產生剪切破壞。3、同步帶的基體材料強度差。為減少帶齒被剪切，首先應嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應使帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數等于或大于6，此外在選材上應采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料。圖3.3 帶齒的剪切破壞(4)、帶齒的磨損帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應在安裝時合理的調整帶的張緊力；在帶齒齒形設計時，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削；此外應提高同步帶帶齒材料的耐磨性。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）12圖3.4 帶齒磨損(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)同步帶在運轉一段時期后，有時在帶背會產生龜裂現象，而使帶失效。同步帶帶背產生龜裂的原因如下，1、帶基體材料的老化所引起；2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產生龜裂。圖3.5 同步帶帶背龜裂防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。3.1.4 同步帶傳動的設計準則據對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種；(1)同步帶的承載繩疲勞拉斷；(2同步帶的打滑和跳齒；(3)同步帶帶齒的磨損。因此，同步帶傳動的設計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質較多的工作條件下應對帶齒進行耐磨性計寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）13算。3.1.5 同步帶分類同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕 。梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數制。我國采用節(jié)距制，并根據ISO 5296制訂了同步帶傳動相應標準GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989?；↓X同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉?；↓X同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。3.2 電機的選擇3.2.1 電機的分類1．按工作電源分類根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）14式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機） 。6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM 變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。3.2.2 步進電機的選擇由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數字化的優(yōu)點。根據設計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉速等。擬采用的 57 系列兩相混和式步進電機使用 24V 電壓，本系統提供的 24V 直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關，主要由板料的重量和傳送帶的摩擦系數來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關，但由于滑動摩擦系數很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下:F=mng M=FL?其中，F 為傳送帶須提供的牽引力，m 為板料的質量， 為板料與傳送帶?步進電機的頻矩特性曲線如圖 4-3 所示：寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）15則由曲線可得:當 n=30r/min 時，f=100HZ。根據計算結果我們選擇電機型號為：57BYJ250C3.3 同步帶傳動計算3.3.1 同步帶計算選型設計功率是根據需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下： dAmPK?式中 ——需要傳遞的名義功率——工作情況系數，按表2工作情況系數 選取 =1.7；A AK表3-3.工作情況系數寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）16WPKAd 63.07.1???確定帶的型號和節(jié)距可根據同步帶傳動的設計功率Pd'和小帶輪轉速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4表3-4寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）17選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm選擇小帶輪齒數z1，z2可根據同步帶的最小許用齒數確定。查表3-3-3得。查得小帶輪最小齒數14。實際齒數應該大于這個數據初步取值z1=34故大帶輪齒數為：z2=i×z1=1×z1=34。故z1=34，z2=34。確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm驗證帶速v由公式v=πd1n1/60000計算得，s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩smdn/276.016053.84.160?????根據《機械設計基礎》得 )()(. 21dad???現在選取軸間間距為取 1640mm0a10、同步帶帶長及其齒數確定= ( )0L2??a21d= 2/)53.86.(4.36??=3800mm寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）1811、帶輪嚙合齒數計算有在本次設計中傳動比為1，所以嚙合齒數為帶輪齒數的一半，即 =17。mz12、基本額定功率 的計算0P查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量表4-3可以知道1)(20vmTPa??=2100.85N，m=0.448kg/m 。a所以同步帶的基準額定功率為= =0.21KW0P101.)48.52(2??表3-5 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量13、計算作用在軸上力 rF=rFvPd10=71.6N3.3.2 同步帶的主要參數（結構部分）1、同步帶的節(jié)線長度同步帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要參數。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內（見表3-6） 。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）19表3-6 帶節(jié)線長度表2、帶的節(jié)距Pb如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表3-5。3、帶的齒根寬度一個帶齒兩側齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。圖3.7 帶的標準尺寸表3-7 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）204、帶的齒根圓角帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關t齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設計時應選適當的數值。5、帶齒齒頂圓角半徑八帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。6、齒形角 ?梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現象。3.3.3 同步帶的設計在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。表3-8 同步帶尺寸型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）21圖3.8 同步帶3.3.4 同步帶輪的設計同步帶輪的設計的基本要求1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。3、有良好的加了工藝性加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數量與切齒了作員，從而可提高生產率，降低制造成本。4、具有合理的齒形角齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產生爬齒和跳齒現象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。同步帶輪的設計結果同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖4-4。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）22圖3.9 同步帶輪3.4 氣缸的選型由于氣缸工況類似，所有的氣缸選擇一種類型?？紤]本課題的具體情況，一般設計氣缸主要根據負載設計的，由于本課題的氣缸只是撥動自動物料移動，受載比較非常的小，故在此不需要花太多精力去考慮負載要求。本課題主要根據結構尺寸來確定?？紤]滿足結構的情況下，盡量采用小型氣缸，以便降低成本。經過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質的氣缸產品的生產商—速易可（上海）有限公司 http://www.tonab.net/about_us.asp。速易可氣動（上海）有限公司成立于 2004 年，從事于空油壓零組件和設備研 究、生產、銷售的自動化廠商，產品以『TONAB』品牌營銷國內外市場，產品主要有空氣凈化組件、氣動控制組件、氣動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設備，產 品廣泛應用于醫(yī)療器械、工業(yè)機器人、食品包裝機械、紡織機械、半導體設備、軌道交通、煙草機械、機床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學培訓等行業(yè)。速易可目前主要產品有：無桿氣缸、滑臺氣缸、止動氣缸、回轉氣缸、機械夾、回轉夾緊氣（油）壓缸、導桿氣缸、帶鎖氣缸、雙軸缸、標準型氣缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統組件及相關氣動輔助零組件。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）23經過分析，在這選擇 MD40 FA.寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）243.5 氣缸的設計計算1.初定氣缸工作壓力 氣缸工作壓力主要根據運動循環(huán)各階段中的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮以下因素：(1)各類設備的不同特點和使用場合。(2)考慮經濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高 1 些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。所以，氣缸的工作壓力的選擇有兩種方式：1 是根據機械類型選；二是根據負載選。如表 3-1、表 3-2 所示。表 3-1 按負載選執(zhí)行文件的工作壓力表 3-2 按機械類型選執(zhí)行文件的工作壓力機 床機械類型磨床 組合機床 龍門刨床 拉床農業(yè)機械 工程機械工作壓力/MPaa≤2 3～5 ≤8 8～10 10～16 20～32由于負載不大，根據具體情況，盡量選擇比較小的，以減少能量消耗和成本。選擇工作壓力為 1Mpa.負載/N ＜5000500～1000010000～2000020000～3000030000～50000＞50000工作壓力/MPa≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5