某某生产流水线项目设计方案.docx
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某某生产流水线项目设计方案
某某生产流水线项目设计方案
1引言
1.1流水线的概念及分类
生产流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械,又称输送线或者输送机。
按照输送系列产品大体可以分为:
皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。
一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。
流水线输送能力大,运距长,还可在输送过程中同时完成若干工艺操作,所以应用十分广泛。
1.2目前流水线发展的现状
我国流水线设备技术起步晚,市场上低端产品很多而且存在不良竞争,但经过不断的发展已经达到了很高的水平。
未来三年,全球流水线设备市场的发展潜力依然很大。
据中国电子元件行业协会信息中心预测,到2010年,流水线设备产量将达到468亿只,市场规模将达到515亿元,年均增长率将分别为17%和15%。
可见,即使在金融危机的阴影笼罩下,流水线设备市场依然有着强大的发展潜力。
中国在全球流水线设备市场中的份额将加继续大。
市调机构BishopandAssociates的报告称,2007年中国流水线设备市场就以16.8%的增长率位列全球第一,远超过全球流水线设备市场的平均增长率7.2%。
而近两年国外市场的持续低迷,也使国外流水线设备厂商加紧在中国的布局,从而加速中国流水线设备市场的发展。
随着我国的各个行业的不断发展,我国对流水线设备的技术要求也是非常高的,面对流水线设备的市场和技术变化,中国流水线设备厂商应逐步摆脱在中低端产品类型的同质化竞争,积极跟踪流水线设备的前沿技术,学习流水线设备的新技术新工艺,不断研发出新产品,拓展高端产品线。
随着我国的各个行业的不断发展,我国对流水线设备的技术要求也是非常高的,面对流水线设备的市场和技术变化,中国流水线设备厂商应逐步摆脱在中低端产品类型的同质化竞争,积极跟踪流水线设备的前沿技术,学习流水线设备的新技术新工艺,不断研发出新产品,拓展高端产品线。
1.3本设计的目的和意义
目前中小企业生产成本上升幅度较大。
从2007年初开始,国家确定了以“两防”(‘防过热、防通胀’)为主导的宏观调控政策走向,使产品市场逐步萎缩,价格逐步下降。
而包括能源在内的原材料,则呈上升趋势。
加之人民币汇率上升,以及《劳动合同法》的颁发布实施,更增加了成本上升的幅度。
其中后两项属于硬成本,企业是不能消化的。
这就大大增加了企业控制成本的难度。
更严重的是,中小企业生产成本上升,完全达到了侵蚀利润的程度,由此造成大批中小企业亏损,导致部分外资企业外移的同时,丢掉了一些产品的国际市场。
同时由于自身资金和技术水平所限,基础薄弱的中小企业只能有选择地进入门槛较低的行业,其产品还主要集中在中低端,而且越是低端产品,厂商越多。
由于进入行业过于集中,行业之间产品同质性明显,且都属于竞争性行业,故相互之间竞争异常激烈。
在这样的大环境下,中小企业想在市场上占领一席之地必须使自己的产品具有竞争力。
本次设计是为一家中小企业设计刹车片缺陷检验流水线,之前的检验都是由人工完成的,不仅速度慢容易存在检验的疏漏,同时花费大量的财力导致生产成本提高,使产品本身的竞争力下降。
1.4本设计主要解决的问题
(1)流水线如何准确实现刹车片在流水线上的等距传送;
(2)流水线如何准确实现刹车片的分拣。
2系统设计
2.1设计任务
完成汽车刹车片缺陷检验流水线结构设计,要求能完成大小不同的刹车片是否存在缺陷的检验。
设计参数:
流水线长3m;检测零件直径210~470mm;检测速度:
3s/个。
2.2总体方案确定
2.2.1系统的驱动
流水线是长时间持续工作的系统但其功率不是很大,故运动通过一个两项交流电机驱动,电机的调速通过一变频器控制输入交流电频率实现。
2.2.2分拣机构
由于刹车片太薄,而且要求检测速度为3s/个,用气缸分拣整个过程耗时过长,同时气缸与皮带表面距离很小容易刮伤皮带表面。
故设计了机械分拣装置,该装置采用机构按凸轮曲线做周期运动的原理实现,经分析,理论上能很好的满足需求。
2.3设计方案的比较
方案
优点
缺点
气缸分拣
结构简单、好控制
可靠性低、易划伤皮带
机械分拣机构
可靠性高
机构复杂
通过两种方案的比较,选择了可靠性高的机械分拣机构。
3主体机械结构设计
3.1流水线整体尺寸估算
长:
根据要求,流水线总长3000mm。
宽:
由于刹车片最大直径为470mm,故,流水线宽度选择550mm。
高:
按照现有流水线高度,流水线台面高度设计为750mm。
3.2主要构件的设计选择
3.2.1滚筒选择
一般情况下滚筒长度采用“输送物+50mm”即,
470+50=520,圆整为550mm
驱动辊:
根据经验选择Φ140mm
从动滚筒:
选择Φ60mm
3.2.2电机选择
目前流水线使用的都是单相220V减速电机,功率选择方面:
由于整个机构运动比较平稳,故按电机的静功率计算,故有:
P=
=0.2479kw(3.1)
M为滚筒的计算转矩:
M=F*R=70N/m(3.2)
F为皮带传输时主动滚筒受到的切向力根据经验估值为1000N。
(其中包括约重8kg的产品),R——0.07m。
n为滚筒的转速:
n=30v带/(πr)=22.74r/min
η为效率:
η=η齿轮*η链轮*η轴承*η滚筒=0.6724
η齿轮:
八级精度的一般传动0.97(减速电机的两级齿轮)
η链轮:
0.96(一对)
η轴承:
0.99(共5对)
η滚筒:
0.96(共5个)
综上,选择了NHY-28减速电机。
有关参数如下:
电机型号
额定电压(V)
额定电流(A)
额定功率(KW)
满载转速(R/Min)
传动比
NCH28
220
2.13
0.4
1720
1:
50
3.2.3链轮设计
1.链条类型的确定
传动链可分为短节距精密滚子链、齿形链等类型。
其中滚子链常用于传动系统的低速级,一般传递的功率在100kW以下,链速不超过15m/s,推荐使用传动比imax=8。
齿形链应用较少。
故本设计使用滚子链,又因传动功率较小用单排链即可。
2.链轮材料的选择
链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。
由于大小链轮的齿数一样,故选择的材料也一样,选择了采用的材料40#,经淬火和回火热处理,热处理后硬度40~50HRC。
3.链轮的结构
小直径的链轮可制成整体式如下图所示:
图3.1
4.设计计算
由于电机的输出轴径为28mm,所以设计链轮轴径也为28mm。
电机额定功率为0.4kw。
(1).选择链轮齿数Z1=Z2=17,故:
i=z1/z2=1
(2).计算当量单排链的计算功率Pca
Pca=
=0.372KW(3.3)
KA——为工况系数,查表9-6为1.0;
KZ——主动链轮齿数系数,见图9-13为1.52;
KP——多排链系数,本设计为单排链故为1.0;
P——传递的功率0.2479KW。
(3).确定链条型号和节距p
链条根据当量的单排链的计算功率Pca和主动链轮的转速n1由图9-11为6B。
然后由表9-1确定链条节距p=9.525mm。
(4).计算链节数和中心距
出选中心距a0=30p=285.75mm,按下式计算出链节数:
Lp0=2
+
+
2
=73(3.4)
将其圆整为74。
(5).计算链速v,确定润滑方式
平均链速按9-1计算
V=
=0.09386m/s(3.5)
根据链速v,由图9-14选择合适的润滑方式为定期润滑。
(6).计算链传动作用在轴上的压轴力Fp
压轴力可近似的取为
FP≈KFpFe=1150N(3.6)
式中:
Fe——有效圆周力1000N(经验估算)
KFe——压轴力系数,水平传动取1.15
5.参数确定
名称
符号
计算公式及结果(mm)
分度圆直径
d
d=
=51.8
齿顶圆直径
da
da=d+1.25p-d1=57.3
齿根圆直径
df
df=d-d1=45.45
齿高
ha
ha=0.625p-0.5d1+
=3.226
确定的最大凸缘直径
dg
dg=p
-1.04h2-0.76=41.6
其中:
d1为滚子直径,查表为6.35mm;
h2为内链板高度,查表为8.26。
3.2.5链条选择
根据所设计的链轮,对应选择相应的链条。
选择类型为滚子链,具体参数如下:
ISO链号
节距p
滚子直径
d1max
内链节内宽b1min
销轴直径
d2max
内链板高度h2max
排距
p1
单排抗拉载荷min
mm
kN
06B
9.525
6.35
5.72
3.28
8.26
5.64
4.4
3.2.4键的选择
1.键的选择
根据电机输出轴的直径φ28由表6-1选择普通平键8*7*20。
2.键强度的校核
假定载荷在键的工作表面均匀分布,普通平键连接的条件为
σp=
=71.43MP<[σp](3.7)
图3.2
式中:
T——传递的扭矩,70N/m;
k——轮毂与键的连接高度,3.5mm;
l——键的工作长度,20mm;
d——轴的直径,28mm;
σp——键、轴、轮毂中三者最弱材料的许用挤压应力,100Mp。
故,所选键满足要求。
3.2.5轴承的选用
由于滚动轴承多为已标准化的外购件,因而,在设计时,只需:
1、正确选择出能满足约束条件的滚动轴承。
2、进行滚动轴承部件的组合设计
1类型选择
(1)轴承所受载荷的大小
通常,中小载荷及载荷波动较小的场合工作用球轴承;承受较大的载荷宜用滚子轴承。
(2)载荷方向
若轴承承受纯轴向载荷,一般选用推力轴承;若所承受的纯轴向载荷较小,可选用推力球轴承;若所承受的纯轴向载荷较大,可选用推力滚子轴承;若轴承承受纯径向载荷,一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承;当轴承在承受径向载荷的同时,还承受不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,当轴向载荷较大时,可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构,分别承担径向载荷和轴向载荷。
(3)各构件轴承的选择
驱动滚筒选择深沟球轴承,型号6210
从动滚筒选择深沟球轴承,型号6204
分拣机构推力球轴承,型号51102
2轴承的校核
(1)滚动轴承疲劳寿命的校核计算
不考虑到温度的影响,轴承的载荷-寿命计算公式表示为:
Lh=
3(3.8)
式中:
P为当量动载荷(N);
C基本额定动载荷,查表8-155为12.8kN;
ε为寿命指数,对于球轴承ε=3;
n为代表轴承的转速(r/min)。
疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为
式中:
Lh’为轴承预期计算寿命,可查[8]表13-3。
经计算nq=22.74r/min,nc=53r/min(nq为驱动滚筒轴承转速,nc为从动滚筒轴承转速)由于从动轴承转速比驱动轴承大,且从动轴承直径比驱动轴承直径小,故在此只对从动轴承轴承进行寿命验算。
对于分拣机构上的推力球轴承,由于轴承很少运动,且受力很小故在此不做验算。
对从动轴承进行受力分析如下图:
故,P=Fp(XFr+YFa)=Fp*Fr=1100N(3.10)
Lh=49547.8h>Lh’
即,所选轴承符合设计要求。
3.2.6皮带的选用
流水线的皮带选择是本设计的关键,因为此流水线要求对每个刹车片进行拍照检测,拍照时要求流水线的反光程度较小,反光太大会影响照片的处理,从而影响检测的结果。
故,选择流水
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