面粉袋码垛机设计

目录

1 前言 (1)

1．1课题的背景 (1)

1.2课题的意义 (1)

1.3课题的设计目的 (2)

1. 4课题的主要设计内容 (2)

2 设计进度安排和任务书 (3)

2.1设计进度安排 (3)

2.2设计任务分析 (3)

2.2.1本次毕业设计的任务 (3)

2.2.2码垛机的技术要求 (4)

2.2.3尺寸及动力分析 (4)

3 设计方案的确定 (5)

3.1总体方案的论证和选定 (5)

3.2主要部件方案的确定 (7)

3.2.1水平方向的移动方案 (7)

3.2.2竖直方向的移动方案 (8)

3.2.3绕竖直方向的转动方案 (8)

3.2.4实现面粉袋交错放置的方案确定 (8)

4 设计计算书 (9)

4.1齿轮传动的设计计算 (9)

4.1.1.驱动齿轮传动的电动机的选择 (9)

4.1.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (10)

4.1.3.按齿根弯曲强度设计 (10)

4.1.4.计算大小齿轮的几何尺寸参数 (13)

4.2 丝杠的设计与校核 (13)

4.2.1，螺杆和螺母材料的选择 (13)

4.2.2.螺杆螺纹数据的初步设计与校核 (14)

4.2.3.螺母的参数选择及设计校核 (17)

4.3 驱动丝杠螺母传动的齿轮的设计与校核 (18)

4.3.1驱动齿轮的电动机的选择 (18)

4.3.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (19)

4.3.3按齿根弯曲强度设计 (19)

4.3.4计算大小齿轮的几何尺寸参数 (22)

4.4驱动手爪上下移动的齿轮齿条传动机构的设计与计算 (23)

4.4.1.驱动蜗杆传动的电动机的选择 (23)

4.4.2选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (23)

4.4.3.校核齿轮的齿根弯曲强度 (24)

4.4.4.计算齿轮的几何尺寸参数 (25)

4.4.5齿条的设计计算 (25)

4.5间歇机构（不完全齿轮）的设计与计算 (26)

4.5.1.驱动齿轮传动的电动机的选择 (26)

4.5.2.不完全齿轮布满齿后的齿轮传动的设计与计算 (27)

4.5.2.1.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (27)

4.5.2.2按齿根弯曲强度设计 (27)

4.5.2.3.计算大小齿轮的几何尺寸参数 (29)

4.5.3不完全齿轮的周节数K 值与首，末齿齿顶高系数**,am as h h 的确定

(30)

4.5.4.连续传动性能的校核 (31)

4.5.5.锁止弧的设计 (31)

4.5.6.主动轮在相邻两锁止弧之间的齿数1z (35)

4.5.7.不完全齿轮静止时间j t 和运动时间d t 的确定 (35)

4.5.8.绘制工作图 (36)

4.6 轴的设计与校核 (36)

5 设备的安装与调试 (38)

5.1 设备的安装 (38)

5.2设备的调试 (39)

6 设备的维护与保养 (40)

毕业设计总结 (41)

致谢 (42)

参考文献 (44)

1 前言

1．1课题的背景

近几年来，码垛机市场发展十分迅速。随着科技的发展，码垛机也经过了几年的快速发展，世界自动化码垛行业已经形成了一定的产业规模，与码垛机产业相关的产业也都日渐完善，但是我国的码垛机市场还远没有发展成熟，并且有很大的发展空间。同一些发达国家相比，我们国家在这方面还有很大的差距。随着科技的进步，市场经济在快速发展，市场经济体制也在不断地完善，码垛机技术水平在提高、产品质量在上升，应用领域在不断扩展，因此我国的码垛机市场将会有更光明的前景。

现今，大多数用户企业使用的码垛方式有四种：一种是人工码垛；第二种是使用传统方式的码垛机码垛；第三种是使用码垛机器人的方式码垛；第四种是使用全自动的码垛设备来完成码垛工作。由于一些经济和技术条件的原因，现在的企业使用比较多的还是传统的码垛方式，但就长远发展趋势来看，全自动码垛机器人的发展空间不容小视。

面粉袋码垛机就是将已装好袋的面粉，按一定排列方式码放在托盘上，自动堆码，并且可在堆码多层后推出，然后被叉车运往仓库储存。码垛机的使用可大大地减少劳动人员的数量和降低劳动强度，能最大限度的节省空间。在当今竞争如此激烈的社会里，面粉袋码垛机是面粉生产线中的一套必不可少的重要设备。

1.2课题的意义

①方便面粉的生产，提高面粉行业的生产效率，更加方便人们的生活。

②采用全自动的面粉袋码垛机使面粉袋码垛方式的调整十分方便、简单。

③堆垛效率高，可大大节省人力资源，降低工人的劳动强度。

④自动化程度高，能够大大的提高生产效率。

1.3课题的设计目的

两年的机械类基础知识和一年半专业知识的学习，使我们拥有了一定的机械知识。毕业设计的目的就是让我们充分运用学过的知识来完成自己所选题目所要求的设计，并对我们三年半的学习成果做一个检测。我选择的课题是面粉袋码垛机设计，是工程机械类设计，就是运用机械设计，机械原理，机械控制，机械制图等知识来完成面粉袋码垛机的驱动系统，控制系统，执行系统的结构设计及一些校核计算等工作，温习和巩固我们学过的知识，并且培养我们设计简单机械的能力。另外，可以培养我们在生产实践中学会进行调查研究、收集资料以及整理、分析、利用资料的能力；培养我们在生产实践中学会查阅外有关的技术文献并利用这些文献的能力，从而提高自学能力。还能够很好的培养我们积极主动完成设计任务的责任心和敢于创新的精神。

1. 4课题的主要设计内容

本课题是面粉袋码垛机设计，主要的设计内容有

①该课题将要完成面粉袋码垛机的设计，该机用于将面粉袋码垛堆垛。需要设计机械结构实现码垛操作，包括动力传递、摆放机构等的设计，也包括电气控制元件的选型。

②整机机械结构设计，完成总装图的设计、主要部装和零件图。

③手臂绕立柱的转动，通过齿轮传动机构，连杆机构或者其它合适的机构来

完成。

④手爪在手臂上的水平移动，通过导轨移动，丝杠螺母传动，或者齿轮齿条

传动机构等来完成

⑤手爪相对于手臂上的滑块的竖直方向的移动，通过齿轮齿条传动机构，或

者齿轮齿条传动机构来完成。并且在采用齿轮齿条机构时需要两个齿轮分别安装在齿条的两侧，以防止齿条的受力不均造成损害。

⑥面粉袋在托盘上的90度交叉放置，通过不完全齿轮间歇机构来实现四袋

面粉的井字形放置

2 设计进度安排和任务书

2.1设计进度安排

表2-11

2.2设计任务分析

2.2.1本次毕业设计的任务

①该课题将要完成面粉袋码垛机设计，该机用于将面粉袋码垛堆垛。需要设计机械结构实现码垛操作，包括动力传递、摆放机构等的设计，也包括电气控制元件的选型。②整机机械结构设计，完成总装图的设计、主要部装和零件图。③使学生经历机械设计的综合训练，回顾以前所学知识，并综合利用所学知识。本课题内容包括机械传动和机械结构设计，没有参考图纸和资料，根据功能要求进行设计，完成规定任务。

2.2.2码垛机的技术要求

空面粉袋尺寸为：900*500(长*宽)（单位mm）;

装完面粉后的尺寸：800*400*150（长*宽*高）(单位mm);

码垛数量：只考虑码垛四袋面粉，即将四袋面粉呈井字型交叉放置在托盘上；

码垛范围：800*800*300（长*宽*高）（单位mm）;

装满面粉后面粉袋重量：50kg;

面粉袋的90度交叉放置：通过间歇运动家机构实现；

抓手形式：铲子式，工作时将面粉袋从传送带的末端铲起；

控制系统：整个机器需要控制系统的控制，但不作为设计内容。

2.2.3尺寸及动力分析

码垛机的运动由x方向的移动，z方向的移动，绕z方向的转动和手爪的间歇运动。根据工作要求，设计码垛机的总体尺寸x方向的手臂的长度为1300mm;z 方向立柱的高度1500mm;

整个面粉袋码垛机需要四个电动机来驱动，根据工作需求都选用自带减速器的减速电机，自行选择减速电机的各项参数，具体位置电机的选择见后面的计算。

3 设计方案的确定

3.1总体方案的论证和选定

综合考虑各方面因素，想出了以下几种方案:

方案一：

如上图所示，这种手臂和机身的配置形式是立柱式，适合于回转型，俯仰型和屈伸型机械手，因而这是一种最常见的配置方式。这种配置形式的手臂可以在水平面内回转，具有占地面积小，工作范围大的特点。立柱可以安装在生产线的末端上，为一台机床服务，也可以在立柱上添加加行走装置，为多台机床服务。如图所示即为单臂的立柱式机械手，它可以实现多个方向的运动。绕竖直方向的转动既需要抓持机构的转动，也需要手臂绕立柱的转动。把抓持机构安装在大臂的前端，使手爪可以绕小臂转动，由于要求面粉袋在托盘上能交错放置，所以手爪的转动使用间歇机构来实现。但竖直方向的立柱可以固定不动，竖直方向的移动可以安置在小臂上，通过蜗轮蜗杆传动来实现。水平方向的移动通过丝杠螺母传动来完成。这四个运动都用伺服电动机来驱动。

方案二：

采用立柱式机械手来完成面粉袋的码垛。竖直方向的运动采用凸轮机构来实现，其它的设计内容同上。但凸轮机构中的凸轮不能做的太大，因此立柱的行程就不能保证达到要求的长度。另外，大凸轮即使制造出来，也很难确保它的机械特性，从而影响到整个机器的使用寿命。

方案三：

如上图所示，手臂与机身的配置形式为屈伸式的，小臂相对于大臂可以做屈伸运动，大臂又可相对于机身做回转运动和俯仰运动。因此手臂夹持中心的运动轨迹为一空间曲线。这种配置方式能有效地利用空间，并能绕过障碍物夹持和送放工件，但机械手的结构比较复杂，无形中就增加了设计，加工，生产这种机械手的成本，也会使它的使用费用比较高，超过了大多数企业的支付能力，不利于这种机械手的推广利用。

方案四：

如图所示，这是一种框架式码垛机，在空间坐标系中可实现沿x,y,z轴三个方向的移动和绕z轴的转动，以保证在各个方向和位置的面粉袋的夹持，并且转动的手爪可以实现面粉袋在托盘上的交错放置。导轨实现的是x,y轴方向的移动，需要通过伺服电动机来驱动。Z轴方向的运动可以通过螺旋机构实现。抓持