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文檔簡介
1、<p><b> 1 緒論</b></p><p> 本章對國內(nèi)外的制球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及現(xiàn)狀進行了介紹,對我國的制球產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀提出問題,并設(shè)想解決方案,本章進一步分析了我國制球業(yè)的發(fā)展前景。</p><p> 1.1 我國制球業(yè)的發(fā)展概況[2] [11] </p><p> 隨著我國體育用品的生產(chǎn)的發(fā)展, 我國籃球及籃球用品的制
2、造走過了一個不斷發(fā)展,變化,壯大的過程。舊中國我們的民族工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱,百業(yè)待興,全國只有屈指可數(shù)的幾家作坊式的體育用品生產(chǎn)工廠能夠生產(chǎn)數(shù)量和品種很少的體育用品。這種情況直到改革開放后,特別是社會主義市場經(jīng)濟體制建立之后才有所好轉(zhuǎn)?;@球生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量和規(guī)模以及經(jīng)營方式也在不斷的發(fā)生變化,逐步進入正常的市場經(jīng)濟運行軌道。</p><p> 從20年代初開始我國出現(xiàn)最早的現(xiàn)代皮制球生產(chǎn)。之后在長達20多年的時間里
3、,皮制球發(fā)展不快,品種也不多,款式也很單調(diào)。生產(chǎn)上多以手縫8片籃球為主,手縫12片足球、排球占很小比例。這些球大部分都是有口球,而且圓度不佳、彈力不穩(wěn)、薄厚不均、手感很不好。由于是有口球,其很大的一個缺點就是密閉性差,容易跑氣。 </p><p> 50年代至70年代初期,我國生產(chǎn)的皮制球已進入國際市場,在制造上去掉了幾十年依賴長嘴球膽和球口,改用氣針注氣,變有口球為無口球,并做到在縫制中收口無痕,
4、徹底解決了球體重心不均的現(xiàn)象。50年代末至60年代初,皮制球開始向膠粘工藝的方向發(fā)展。</p><p> 改革開放后國家經(jīng)濟取得了巨大的發(fā)展,我國的制球工業(yè)也有了較快的發(fā)展,逐步形成布局均勻、以國有企業(yè)為主的制球工業(yè)體系。在這一時期,各企業(yè)采用新技術(shù),運用新材料,改進傳統(tǒng)工藝,實現(xiàn)配套生產(chǎn),開發(fā)新品種,質(zhì)量逐步提高。我國制球業(yè)與世界先進水平的差距日漸縮小?,F(xiàn)在國內(nèi)已有生產(chǎn)皮制球?qū)I(yè)工廠幾十家, 年產(chǎn)量很大,單由
5、于我國的制球業(yè)雖然由于其勞動密集性的要求占有優(yōu)勢,但是缺乏先進的品牌支撐,主要出口到不發(fā)達的第三世界中的國家和地區(qū),真正能進入美國、西歐和日本市場的只占全部出口量比較小的比例。所以要想使我國的制球業(yè)能達到與世界一流水平平分秋色的地步,還需要在研制水平上多下工夫,創(chuàng)世界一流品牌。</p><p> 1.2 國外制球工業(yè)概況[1] [4] [11] </p><p> 1970年到1979
6、年,國際制球業(yè)飛速發(fā)展.尤其是美國、簿國、日本、韓國和我國臺灣省等國家和地區(qū),利用雄厚的資金和技術(shù)不斷推胨出新。但是近年來由于多種原因,工業(yè)發(fā)達國家在皮制球發(fā)展上速度不快,甚至有所下降,而發(fā)展中國家的皮制球產(chǎn)量則大幅度上升。導(dǎo)致這種情況的主要是因為工資成本問題。工業(yè)發(fā)達國家的機械化程度雖然較高,但皮制球特別是手縫球的生產(chǎn)方式,仍屬于勞動密集型生產(chǎn),勞動力仍占主要地位,這就為諸如我國這樣的人口大國提供了有利條件。我國勞動力資源充足為我國的
7、發(fā)展帶來了很多優(yōu)勢,所以像制球業(yè),紡織品生產(chǎn)在我國都有很好的發(fā)展,出口加工貿(mào)易也很多。</p><p> 1.3 我國制球工業(yè)發(fā)展面臨的問題和發(fā)展趨勢[1] [2] [10] </p><p> 如前文所述,我國的皮制球的生產(chǎn)雖從建國后尤其是改革開放之后得到了很大的發(fā)展,但是在生產(chǎn)工藝上仍然落后于先進國家,我國的體育用品制造業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展,從無到有,從弱到強。但總的來說,規(guī)模小的企
8、業(yè)偏多,營業(yè)收入低,集團優(yōu)勢差,技術(shù)含量越高的健身產(chǎn)品質(zhì)量越差,產(chǎn)品質(zhì)量擋次較低,出口國多為第三世界國家,且自身的品牌產(chǎn)品也很少,與國外阿迪達斯,耐克這樣的品牌公司所生產(chǎn)的產(chǎn)品相比沒有競爭力。據(jù)了解,美國,西歐和日本一年共消耗皮制球近2000萬只。而作為手工產(chǎn)品著稱的我國大陸, 出口歐、美、日本市場的皮制球只占其消耗量的l~1.5 %,顯然是很不相稱的。制球業(yè)較發(fā)達的南朝鮮和臺灣在幾年前已達到年出口球1000萬只以上。與我國處在同等水平
9、的巴基斯坦和泰國皮制球出口也超過我國。</p><p> 皮制球特別是手縫球的生產(chǎn)方式,仍是屬于勞動密集型生產(chǎn),勞動力仍占主要地位。中國的廉價的勞動力使制球工業(yè)工資成本部分僅占生產(chǎn)成本的4~5%,為我國的制球業(yè)發(fā)展提供了非常有利的競爭條件,鑒于發(fā)展中國家的廉價勞動力因素,發(fā)達國家的制球公司在國外設(shè)立工廠,這對發(fā)展中國家的制球業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步,起到了很大的推動作用。另一方面發(fā)達國家大量進口皮制球,為發(fā)展中國家的皮
10、制球生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的發(fā)展條件。但是從長遠的角度看,中國加入了WTO,中國市場逐步同世界接軌,中國廉價勞動力的優(yōu)勢將逐步消失,所以掌握新的技術(shù),改善自身的設(shè)備,盡可能的提高機械化程度,從而提高產(chǎn)能和效率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,創(chuàng)自己的品牌,才是中國制球業(yè)的發(fā)展方向。</p><p> 1.4 球內(nèi)膽成型的生產(chǎn)工藝[2] [10] [11] </p><p> 球的組成包括球膽,繞線層,膽表面,橡
11、膠層,表面貼心,表面層。其結(jié)構(gòu)都分內(nèi)層、中間層和外層三層。內(nèi)層是球膽, 用以貯存壓縮空氣 使球體產(chǎn)生彈性。中間層是以布為主要材料的結(jié)構(gòu)層, 作用是控制球的膨脹變形。外層是皮革, 作為表面裝飾并與人體接觸。除皮制球外還有橡膠球, 兩者的區(qū)別是外層選材不同。橡膠球以橡膠作外層,其彈性、觸感(頭感、手惑、腳感)和使用壽命都差于皮制球。其中球膽的制造是一項難度高,復(fù)雜程度高的工序。國內(nèi)許多地制球企業(yè)在此道工序上所處的現(xiàn)狀比起國外有太大的差距,制
12、造球膽的設(shè)備不先進,工序的制定不合理,機械化程度低導(dǎo)致效率低下?,F(xiàn)有的球內(nèi)膽成型加工主要采用半機械的加工方式,主要分為3個步驟:(1)合模:由人力將未成型的球內(nèi)膽膠皮放入模具中,并將模具合好。(2)壓力機成型:由人力將放入膠皮的模具放入壓力機,并啟動壓力機,使球內(nèi)膽成型。(3)開模:由人力再將模具從壓力機內(nèi)取出,并取出加工好的球內(nèi)膽。</p><p><b> 1.5 設(shè)計內(nèi)容</b>&l
13、t;/p><p> 本次設(shè)計的目的是提高球內(nèi)膽成型的機械化程度,將人工的任務(wù)改由機器完成,具體包括使用定時驅(qū)動的方式使得模具從一個工位移動到下個工位,自動合模,壓制成型,開模,以達到一個動作周期的時間不大于3秒,球膽成形流水線每天(20小時計)5萬只球內(nèi)膽的生產(chǎn)能力的目的,我需要完成的是合模部分的設(shè)計。</p><p> 2 球內(nèi)膽成形設(shè)備的技術(shù)要求及工藝分析</p><
14、;p> 本章主要介紹球內(nèi)膽成形設(shè)備需要解決的問題,通過對現(xiàn)有的球內(nèi)膽成型技術(shù)及工藝的分析,提出研究方案。</p><p> 2.1 需要解決的問題</p><p> 球內(nèi)膽成形是制球生產(chǎn)的主要工段,目前球內(nèi)膽成形為半機械作業(yè),勞動強度大,生產(chǎn)效率低,不能滿足生產(chǎn)量的要求,需要研制機械化、自動化程度高的球內(nèi)膽成形設(shè)備。其中的合模部分由人工放置球皮,折疊球皮,若改為用機器操作,將會
15、節(jié)省人力和時間。</p><p> 1、合模裝置完成的動作有:將膠皮收緊在模具中板上;依次翻轉(zhuǎn)右中板,左中板;摸平左、右中板上的膠皮;復(fù)位</p><p> 2、要求動作迅速,無沖擊,定位準確。</p><p> 3、成形的球膽要滿足質(zhì)量要求,皮面平整,壓縫不得有褶皺。</p><p> 4、一個動作周期的時間不得大于3秒,以滿足球膽
16、成形流水線每天(20小時計)5萬只球內(nèi)膽的生產(chǎn)能力。</p><p> 2.2 球內(nèi)膽成形設(shè)備的原始數(shù)據(jù)</p><p><b> 1、膠皮尺寸 </b></p><p> 不同規(guī)格尺寸的球內(nèi)膽所用的膠皮尺寸不同,膠皮寬度360~380mm,</p><p> 皮厚度<1mm,膠皮長度500~850mm
17、。</p><p><b> 2、球內(nèi)膽成形模具</b></p><p><b> 圖2-1 原始模具</b></p><p> 壓制不同規(guī)格尺寸的球內(nèi)膽所用模具的刀口尺寸不同,但模具的底座尺寸是統(tǒng)一的,如圖2-1 。</p><p><b> 3、壓力機</b><
18、;/p><p> 球內(nèi)膽成形采用液壓驅(qū)動四立柱壓力機,結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2-2 </p><p> 根據(jù)實測,移動平臺與上橫梁之間的距離最大可達275mm 。</p><p> 圖2-2 壓力機結(jié)構(gòu)示意圖</p><p> 圖2-2 原始壓力機</p><p> 4. 現(xiàn)有球內(nèi)膽成形加工技術(shù)</p>
19、<p> 現(xiàn)有球內(nèi)膽成型加工主要以手工作業(yè)為主,由操作工將膠皮按一定的規(guī)則折疊放入成形模具中,再將整個模具放入壓力機,壓制成形后將模具從壓力機中取出,打開模具取出加工好的球膽。整個制造過程勞動強度很大,熟練的工人大約需要12秒左右才能完成一個球膽的成形加工。</p><p> 現(xiàn)有的手工球膽成形生產(chǎn)方式不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低,而且人為因素對球膽質(zhì)量影響較大,壓制的球膽經(jīng)常在接縫處出現(xiàn)褶皺,廢品率
20、高,增加了后續(xù)檢驗工段的工作量和生產(chǎn)成本。因此迫切需要對現(xiàn)有制球設(shè)備進行技術(shù)改造和提升,研制新型機械化自動化制球設(shè)備。</p><p> 2.3 現(xiàn)有球內(nèi)膽成形加工操作步驟分析</p><p> 對現(xiàn)有的球內(nèi)膽成型加工操作過程進行分析,可以發(fā)現(xiàn)當球皮被放置于模具之上以后,操作工所有的動作都是針對模具進行的??蓪⒉僮鞑襟E分解如下:</p><p> 步驟一:置膠
21、皮 將膠皮置于模具之上 </p><p> 步驟二:合模 將膠皮按一定的規(guī)則折疊放入成形模具中 </p><p> 步驟三:壓力成型 將模具推入壓力機,進行壓制成型</p><p> 步驟四:出壓力機 將模具從壓力機中拉出</p>&
22、lt;p> 步驟五:開模 將模具打開,取出加工成型的球內(nèi)膽</p><p> 2.4 設(shè)計總體設(shè)想以及擬采用的研究手段</p><p> 2.4.1 球內(nèi)膽成形機械化生產(chǎn)工藝流程</p><p> 要實現(xiàn)球膽成形每天(20小時計)5萬只球內(nèi)膽的生產(chǎn)能力,就必須以機械化生產(chǎn)方式代替人工操作。在上一章中將球內(nèi)膽成型加工分為置膠皮,合模,壓力成型,出壓力
23、機,開模五個操作步驟,現(xiàn)將這五個操作步驟分成三類:一是操作工放置膠皮和取出壓力機壓制成型的球膽;二是操作工對模具的操作,它們是開模、合模、;三是模具的移動,即把折疊好球皮的模具送入壓力機壓制,或是把壓制好球皮的模具從壓力機中拉出。根據(jù)球內(nèi)膽成形設(shè)備的技術(shù)、產(chǎn)能要求,對第二、三類操作擬采用機械方式,既開模、合模和模具的移動由機械完成,而第一類操作,即上膠皮和取球膽任由人工完成。這樣既減輕了操作工人的勞動強度,降低人為因素對球膽質(zhì)量的影響,
24、又避免了設(shè)備結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,節(jié)省經(jīng)費。</p><p> 球內(nèi)膽成形加工過程的操作步驟較多,有模具上皮,按規(guī)則折疊球皮,合模,壓制成形,開模,取出球膽,移動模具幾個操作步驟,如果將這些操作步集成在一臺機器上,依次動作,則待機時間較長,生產(chǎn)效率不高,達不到日產(chǎn)量5萬只以上球內(nèi)膽的生產(chǎn)能力。所以擬將這些操作步驟依次安排在四個工位上形成一設(shè)備單元,模具由機械軌道運送,依次經(jīng)過四個工位后,就完成了一只球膽的成形加工。將數(shù)
25、個相同的設(shè)備單元環(huán)形布置,組成一球內(nèi)膽流水線生產(chǎn)設(shè)備,實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),避免了待機等待時間,提高生產(chǎn)效率??稍O(shè)計為多個設(shè)備單元組成的球內(nèi)膽生產(chǎn)設(shè)備工藝流程示意圖,每個設(shè)備單元有四個工位,成形模具在設(shè)備上流動,依次經(jīng)過每一個工位。設(shè)定每個設(shè)備單元的起始工位,由人工作業(yè),其工作是從模具上取下上一個單元壓制好的球膽,并在模具上放置一張膠皮供后面的工位壓制球膽。起始工位后的三個工位依次完成合模、壓力成形、開模工作,這三個工位為機械自動作業(yè),不需要人
26、工看管,因此每個設(shè)備單元只需配備一名操作工。采用環(huán)形流程,各工位同時工作,避免待機時間造成生產(chǎn)效率低下。</p><p> 2.4.2 模具運動流程的實現(xiàn)</p><p> 模具環(huán)形流水線運動的要求:</p><p> 1. 模具環(huán)形運動必須是間歇運動,由于各工位的作業(yè)是同時進行的,作業(yè)時模具必須停止在工位上。</p><p> 2.
27、 各模具要求同步運動,避免各工位模具之間的運動相互干涉。</p><p> 3. 模具在各工位上要有一定的定位精度,便于合模機構(gòu)、壓力機及開模機構(gòu)的工作。</p><p> 實現(xiàn)模具環(huán)形運動流程的方案:</p><p> 模具環(huán)形運動流程方案初步設(shè)想為三種。首先是多邊形布局,在每條邊上模具作直線運動,便于開模機構(gòu)、合模機構(gòu)和成形壓力機的設(shè)計布置,但在整個運動過
28、程中,模具需要多次改變運動方向,轉(zhuǎn)換到不同運動方向的導(dǎo)軌上,使運動導(dǎo)向和驅(qū)動裝置變得復(fù)雜。其次是對第一種方案的修改,即通過過渡圓弧連接兩個不同運動方向的直線運動,模具運動過程中不需要變換導(dǎo)軌,簡化了運動導(dǎo)向及驅(qū)動裝置。最后一種方案是最容易想到的,也是目前很多流水線作業(yè)方式采用的布局,即圓周布局。這種布局運動方式單一,運動導(dǎo)向和驅(qū)動裝置簡單,但圓周半徑小時不利于開模機構(gòu)、合模機構(gòu)和壓力機的布置。</p><p>
29、 由于該內(nèi)膽成形設(shè)備的日產(chǎn)量要求大于5萬,因此需要五個成形設(shè)備單元才能滿足要求,這樣整個設(shè)備共有20個工位。經(jīng)綜合比較,采用第三種方案的圓周布置比較經(jīng)濟,由于圓周半徑較大,對開模機構(gòu)、合模機構(gòu)和壓力機的布置影響不大。另外,相鄰兩工位之間的圓弧比較平緩,故可以用直線驅(qū)動裝置驅(qū)動模具的圓周環(huán)形運動。為內(nèi)膽成形設(shè)備的模具環(huán)形運動方案,20付模具放置在20個模具小車上,模具小車順序首尾鉸接在圓周導(dǎo)軌上運動,由5個驅(qū)動氣缸推動實現(xiàn)步進的間歇運動。
30、 </p><p> 2.4.3 球內(nèi)膽成形設(shè)備總體布局的確定</p><p> 根據(jù)球膽機械化生產(chǎn)工藝流程和模具環(huán)形運動方案,將整個球內(nèi)膽成型設(shè)備總體方案設(shè)計為由五個成形設(shè)備單元組成,每個成形設(shè)備單元有四個工位和一個模具傳送裝置。</p><p><b> 四個工位分別為:</b></p>
31、;<p> 工位一:加壓成形工位。</p><p> 工位二:開模工位,用機械裝置將模具打開。</p><p> 工位三:取球膽上膠皮工位,由人工將壓好的球膽從模具中取出后,再在模具上放置一張膠皮。</p><p> 工位四:合模工位,用機械裝置將膠皮按要求折疊放入模具中。</p><p> 模具傳送裝置:將模具放在
32、一個模具小車上,小車在導(dǎo)軌上運動,通過驅(qū)動裝置使得小車做間歇運動,從而將小車從一個工位送到下一個工位</p><p> 圖2-3為球內(nèi)膽成形設(shè)備總體布局。</p><p> 圖2-3 球內(nèi)膽成形設(shè)備總體布局</p><p> 2.4.4 擬采用的設(shè)計方法</p><p> 1、從整體把握設(shè)備的結(jié)構(gòu),將生產(chǎn)的每個步驟細化,再逐個完成。可
33、通過計算,查手冊,確定機構(gòu)的強度和作用力,完善對每個零件的設(shè)計。</p><p> 2、整個生產(chǎn)設(shè)備采用流水線生產(chǎn)的設(shè)計思想,由多臺機器圍繞布置以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。采用氣動控制為主要驅(qū)動控制,氣動控制主要有驅(qū)動穩(wěn)定、反應(yīng)迅速等優(yōu)點 。</p><p> 3、采用pro/e 對設(shè)計進行實體造型,并進行機構(gòu)仿真,針對仿真中出現(xiàn)的問題進行改良,運用CAXA畫出零件和裝配圖。</p&g
34、t;<p> 3 合模工位具體方案的設(shè)計</p><p> 本章根據(jù)球內(nèi)膽成形設(shè)備的技術(shù)產(chǎn)能要求和上一章確定的球膽機械化生產(chǎn)工藝流程和技術(shù)路線總體設(shè)計要求,以及具體的結(jié)構(gòu)布局、各工位的機械結(jié)構(gòu)方案,確定合模工位所需完成的機械動作,具體對其進行設(shè)計,這也是本次設(shè)計的重點。</p><p> 3.1 合模裝置的實現(xiàn)方案</p><p> 合模工位完
35、成的動作較多,包括將球皮疊成規(guī)則的形狀,以及將模具頂蓋合上,是球內(nèi)膽成形加工的重要環(huán)節(jié),直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p><b> 對合模機構(gòu)的要求:</b></p><p> 1. 完成合模過程的全部動作,動作迅速。</p><p> 2. 各動作銜接平順,不得相互干涉。</p><p> 3. 經(jīng)合模機構(gòu)折
36、疊壓制的球膽應(yīng)皮面平整,壓縫不得有褶皺。</p><p> 為保證合模過程中膠皮平整,沒有褶皺,合模機構(gòu)設(shè)計為收緊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和平鋪機構(gòu)兩部分組成。收緊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的作用是將放置在模具上的膠皮收緊、拉平、包裹在模具中板上,經(jīng)翻轉(zhuǎn)中板完成對膠皮的兩次折疊。平鋪機構(gòu)的作用是將剩余的膠皮平鋪在中板上完成對膠皮的第三次折疊。</p><p> 圖3-1和3-2為分別收緊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的主視圖和俯視圖。圖8中
37、為模具置于環(huán)形運動導(dǎo)軌,模具小車帶動模具沿導(dǎo)軌運行。收緊機構(gòu)是一V形開合機構(gòu),由擺桿,拉桿和合模氣缸組成。開始時模具中板處于打開狀態(tài),V形機構(gòu)合攏,帶動收緊桿6將膠皮收緊并包裹在中板上。在收緊機構(gòu)的擺桿上安裝有翻轉(zhuǎn)機構(gòu),由翻轉(zhuǎn)桿,轉(zhuǎn)臂,轉(zhuǎn)軸,小齒輪,大齒輪和翻轉(zhuǎn)氣缸組成。V形機構(gòu)將膠皮收緊拉平到達圖中位置后,翻轉(zhuǎn)機構(gòu)在翻轉(zhuǎn)氣缸作用下,推動模具左右兩側(cè)的中板翻轉(zhuǎn)180°,這樣完成了對膠皮的兩次折疊,折疊后壓條將膠皮壓住,以便平鋪
38、機構(gòu)對膠皮進行第三次折疊。</p><p> 圖3-1 合模部件V形機構(gòu)</p><p> 圖3-2 合模機構(gòu)俯視圖</p><p><b> 圖3-3 平鋪機構(gòu)</b></p><p> 圖3-2和圖3-3為平鋪機構(gòu),由推桿,提升桿,平鋪臂,導(dǎo)軌,移動氣缸,提升氣缸組成。開始時,提升桿左端下垂,使平鋪桿處于模具
39、中板下方;工作時在提升氣缸的作用下,平鋪桿被抬起位于模具中板上方,將膠皮抬起,這時移動氣缸動作,將膠皮平鋪在中板上,然后返回原位置,完成膠皮的第三次折疊。</p><p> 動作全部完成后,模具在小車的帶動下沿軌道滑行至下一個工位,在此過程中模具蓋合上,等待進入壓力機壓制成型。</p><p> 3.2 合模機構(gòu)各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維仿真</p><p> 本
40、章介紹合模裝置的三維設(shè)計和運動仿真。</p><p> 合模裝置由收緊機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、平鋪機構(gòu)幾部分組成。 </p><p> 3.2.1 收緊機構(gòu)</p><p> 從圖2-3可知,模具運行到工位3處,由人工放上一張膠皮,當運行到工位4時首先由合模裝置將膠皮收緊在模具中板上,避免球膽接縫處產(chǎn)生皺褶。</p><p> 收緊機構(gòu),主要
41、部件如下圖所示的包括:合模臂(圖3-4);合模拉桿(圖3-5);合?;瑝K(圖3-6)。3個部分通過銷軸,螺釘?shù)嚷?lián)結(jié)件聯(lián)結(jié)在一起,完成膠皮收緊的動作。</p><p> 圖3-4 合模臂 圖3-5 合模拉桿 </p><p><b> 圖3-6 合?;瑝K</b></p><p>
42、圖3-7 收緊機構(gòu)打開狀態(tài) </p><p> 如上圖所示,整個收緊機構(gòu)是由2個合模臂組成V字形,合模臂經(jīng)合模拉桿與滑塊相聯(lián),滑塊可垂直滑軌上移動。在合模氣缸驅(qū)動下,經(jīng)滑塊、合模拉桿帶動V形合模臂開合,再通過翻轉(zhuǎn)氣缸實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)桿帶動模具板依次收緊左右兩側(cè)膠皮,實現(xiàn)膠皮的兩層折疊。</p><p> 3.2.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)</p>
43、;<p> 當膠皮被收緊在模具中板上后,需要翻轉(zhuǎn)中板實現(xiàn)膠皮的兩次折疊。這個動作由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)完成,翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有左右兩個,分別安裝在左右合模臂上,實現(xiàn)對模具左右中板的翻轉(zhuǎn)。</p><p> 圖3-8為翻轉(zhuǎn)機構(gòu)未翻前的狀態(tài)。當翻轉(zhuǎn)動作開始以后,翻轉(zhuǎn)氣缸首先帶動大齒輪轉(zhuǎn)動,然后由大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動,安裝在小齒輪上的翻轉(zhuǎn)桿跟隨小齒輪轉(zhuǎn)動。右合模臂上的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)同左合模臂。</p><p
44、> 組成翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的主要零件有:大齒輪(圖3-9),小齒輪(圖3-10),翻轉(zhuǎn)桿(圖3-11),大齒輪軸(圖3-12),翻轉(zhuǎn)鉸軸(圖3-13)。</p><p> 圖3-8 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)未翻前的狀態(tài) </p><p> 圖3-9 大齒輪 圖3-10 小齒輪</p><p> 圖3-1
45、1 翻轉(zhuǎn)桿 圖3-12 大齒輪軸</p><p><b> 圖3-13 轉(zhuǎn)臂軸</b></p><p> 3.2.3 平鋪機構(gòu)</p><p> 經(jīng)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將中板合上以后,就完成了對膠皮的兩次折疊,這時就需要對膠皮進行第三次折疊,以便壓力機加壓成型,第三次折疊的動作由平鋪機構(gòu)完成
46、。</p><p> 平鋪機構(gòu)如圖3-14所示,主要有推桿(圖3-15)、平鋪支架(圖3-16)、平鋪滑塊(圖3-17)、導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架等零件組成。平鋪機構(gòu)中安裝2個氣缸,分別在圖中的,位置,位置氣缸的作用是經(jīng)滑塊、推桿支架推動平鋪桿水平運動實現(xiàn)平鋪膠皮的動作;位置氣缸的作用是抬起和放下平鋪桿。 </p><p> 圖3-14 平鋪機構(gòu)工作前的狀態(tài)</p><p&
47、gt; 圖3-15 推桿 圖3-16 推桿支架</p><p> 圖3-17 推桿滑塊</p><p> 3.3 合模裝置的運動仿真</p><p> 為檢驗合模裝置機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計,評價機構(gòu)運動情況,可以對裝置的三維結(jié)構(gòu)模型進行運動仿真。動作順序為:合模,右中板翻轉(zhuǎn),右中板復(fù)位,左中板翻
48、轉(zhuǎn),左中板復(fù)位,推桿抬起,推桿平鋪,推桿復(fù)位,合模臂復(fù)位共九個動作,完成合模的一個工作循環(huán)。</p><p> 合模機構(gòu)模擬仿真時間表</p><p> 表3-1 合模機構(gòu)模擬仿真時間表</p><p> 詳見三維仿真動畫視頻</p><p> 3.4 合模機構(gòu)涉及的主要軸和軸承的校核</p><p> 3
49、.4.1 軸承的校核</p><p> 1.選用深溝球軸承61804,軸承主要承受徑向載荷Fr=50N,圓周力Ft=100N,</p><p><b> 水平支反力</b></p><p> 水平面內(nèi)軸受力如圖所示,由力的平衡條件得:</p><p><b> R1H=</b></p&
50、gt;<p><b> R2H=</b></p><p><b> 垂直支反力</b></p><p> 垂直平面內(nèi)軸受力如圖(b)所示,由力的平衡條件得</p><p><b> R1V=</b></p><p><b> R1V=</
51、b></p><p><b> 求合成支反力</b></p><p><b> R1=</b></p><p><b> R1H=</b></p><p> 計算軸承的當量動載荷,</p><p> 由機械電子設(shè)計手冊查得61804軸承額
52、定載荷C=3450N,e=0.28,Y=1.55</p><p> 由于軸承主要承受徑向載荷,故A1=0,A2=0 </p><p> X1=1,Y1=0,X2=1,Y2=0.</p><p> 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(王畢坤,范元勛),表13-5知,</p><p> 由機械設(shè)計基礎(chǔ)表13-6載荷系數(shù)fP=1.5,軸承當量動載荷為:&l
53、t;/p><p> P1=fP(X1R1+Y1A1)=1.5(142+0)=63N</p><p> P2=fP(X2R2+Y2A2)=1.5(1136+0)=204N</p><p> 因P2>P1,故應(yīng)按P2計算軸承壽命。</p><p><b> 軸承額定壽命計算,</b></p><
54、p> 常溫下工作,溫度系數(shù)ft=1,ε=,得</p><p><b> Lh=</b></p><p><b> 允許極限轉(zhuǎn)速計算</b></p><p> ?。?)載荷系數(shù)f1,載荷分布系數(shù)f2</p><p> 軸承1:,載荷分布系數(shù)ß=</p><p
55、> 由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(王畢坤,范元勛)圖13-13得f1=1,由圖13-14得f2=1</p><p> 軸承2:,載荷角ß=arctan,由由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(王畢坤,范元勛)圖13-13得ft=1, 由圖13-14得f2=1</p><p> (2)允許的極限轉(zhuǎn)速nmax</p><p> 軸承1:nmax=f1×f2
56、5;nmax=1×1×17000=17000r/min>n</p><p> 軸承2:nmax=f1×f2×nmax=1×1×17000=17000r/min>n</p><p> 3.4.2 軸的強度校核</p><p> 確定各軸段的直徑及長度:</p><p>
57、;<b> 表3-2軸的設(shè)計表</b></p><p> ?、?Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ</p><p> 圖3-18 軸承的設(shè)計計算</p><p> 選取軸的材料是45鋼,調(diào)質(zhì)處理。由于該軸主要受周向載荷Ft=100N,截面Ⅴ處應(yīng)力集中最嚴重,故主要校核截面Ⅴ處。</p><
58、;p><b> 截面Ⅴ的右側(cè)</b></p><p> 作用于截面Ⅴ的彎矩為</p><p><b> 抗彎截面模量</b></p><p> W=0.1d^3=㎜^3</p><p><b> 抗扭截面模量</b></p><p>
59、W=0.1d^3=㎜^3</p><p> 作用于截面Ⅴ右側(cè)的彎矩M為:</p><p> M=50×(23.5+5.5)=1450N·mm</p><p> 作用于截面Ⅴ上的扭矩為:</p><p> T=100×55=5500N·mm</p><p> 截面Ⅴ右側(cè)彎
60、曲應(yīng)力σb=</p><p> 截面Ⅴ右側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τT=</p><p> 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)。查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(王華坤,范元勛)表11-1得σB=640MPa,σ-1=275MPa,τ-1=155MPa</p><p> 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)aσ及aτ,2-3選取。</p><p><b> 因
61、,,插值得,</b></p><p> aσ=1.6 aτ=1.25</p><p> 查表2-8可得軸的材料的敏感系數(shù):</p><p> qσ=0.7 qτ=0.7</p><p> 所以有效應(yīng)力集中系數(shù)為:</p
62、><p> kσ=1+qσ(aσ-1)=1+0.7×(1.6-1)=1.42</p><p> kτ=1+qτ(aτ-1)=1+0.7×(1.25-1)=1.18</p><p> 由圖2-9得尺寸系數(shù)εσ=0.92,ετ=0.84</p><p> 軸按磨削加工,由圖2-11得表面質(zhì)量系數(shù)為:</p>
63、<p> ρσ=ρτ=0.92</p><p> 軸未經(jīng)表面強化處理,ßq=1,則綜合系數(shù)值為:</p><p><b> Kσ=</b></p><p><b> Kτ=</b></p><p> 查《機械設(shè)計手冊》得材料特性系數(shù):</p><p&
64、gt; ψσ=0.1~0.2,取ψσ=0.1</p><p> ψτ=0.05~0.1,取ψτ=0.05</p><p><b> 計算安全系數(shù)Sca</b></p><p><b> Sσ=</b></p><p><b> Sτ=</b></p>&
65、lt;p> Sca=>S=1.5</p><p><b> 所以其安全。</b></p><p><b> 截面Ⅴ的左側(cè)</b></p><p> 作用于截面Ⅴ的彎矩為</p><p><b> 抗彎截面模量</b></p><p>
66、; W=0.1d^3=㎜^3</p><p><b> 抗扭截面模量</b></p><p> W=0.1d^3=㎜^3</p><p> 作用于截面Ⅴ左側(cè)的彎矩M為:</p><p> M=50×(23.5+5.5)=1450N·mm</p><p> 作用于截面
67、Ⅴ上的扭矩為:</p><p> T=100×55=5500N·mm</p><p> 截面Ⅴ左側(cè)彎曲應(yīng)力σb=</p><p> 截面Ⅴ左側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τT=</p><p> 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)。查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(王華坤,范元勛)表11-1得σB=640MPa,σ-1=275MPa,τ-1=155MPa&
68、lt;/p><p> 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)aσ及aτ,2-3選取。</p><p><b> 因,,插值得,</b></p><p> aσ=1.6 aτ=1.25</p><p> 查表2-8可得軸的材料的敏感系數(shù):</p><
69、p> qσ=0.7 qτ=0.7</p><p> 所以有效應(yīng)力集中系數(shù)為:</p><p> kσ=1+qσ(aσ-1)=1+0.7×(1.6-1)=1.42</p><p> kτ=1+qτ(aτ-1)=1+0.7×(1.25-1)=1.18</p><p&g
70、t; 由圖2-9得尺寸系數(shù)εσ=0.92,ετ=0.84</p><p> 軸按磨削加工,由圖2-11得表面質(zhì)量系數(shù)為:</p><p> ρσ=ρτ=0.92</p><p> 軸未經(jīng)表面強化處理,ßq=1,則綜合系數(shù)值為:</p><p><b> Kσ=</b></p><p
71、><b> Kτ=</b></p><p> 查《機械設(shè)計手冊》得材料特性系數(shù):</p><p> ψσ=0.1~0.2,取ψσ=0.1</p><p> ψτ=0.05~0.1,取ψτ=0.05</p><p><b> 計算安全系數(shù)Sca</b></p><p
72、><b> Sσ=</b></p><p><b> Sτ=</b></p><p> Sca=>S=1.5</p><p><b> 所以其安全。</b></p><p> 4 合模機構(gòu)氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p> 球內(nèi)
73、膽成形設(shè)備的運動較多,這些運動又必須嚴格地按一定順序相互配合,使機器達到預(yù)期的功能要求。采用液壓或氣動裝置可以簡化機械結(jié)構(gòu),便于自動控制。由于該設(shè)備的運動周期短,頻率較高,故選用反應(yīng)靈敏的氣動裝置更為合適??紤]到設(shè)備在長時間工作情況下應(yīng)有較長的壽命和可靠性,設(shè)備氣動系統(tǒng)是以日本SMC公司的氣動元器件為基礎(chǔ)設(shè)計的。</p><p> 4.1 合模機構(gòu)氣動系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 圖4-
74、1為合模裝置氣控氣動原理圖,合模裝置共有5個驅(qū)動氣缸,氣缸13驅(qū)動V形開合收緊機構(gòu),氣缸12、氣缸14分別驅(qū)動右、左翻轉(zhuǎn)機構(gòu),氣缸21為平鋪機構(gòu)中的提升氣缸,氣缸19為移動氣缸。氣動系統(tǒng)工作過程如下:給電磁二位二通閥1脈沖信號后,系統(tǒng)開始工作,氣控閥2、5動作,氣缸13縮回,V形開合機構(gòu)收緊到位時,機控閥4動作,氣缸12縮回,右中板翻轉(zhuǎn)到位后,機控閥7動作,氣缸12伸出,右中板向回翻轉(zhuǎn),同時氣缸14縮回,左中板開始翻轉(zhuǎn),翻轉(zhuǎn)到位后,機控
75、閥11動作,氣控閥15、16、24動作,平鋪機構(gòu)開始動作。由于氣控換向閥24的左位氣控端有緩沖裝置17、18,故提升氣缸21先動作,待推桿抬起后,移動缸19縮回,推桿移動。當推桿移動到行程中點時,機控閥22動作,收緊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)復(fù)位,當推桿移動到行程終點時,機控閥26動作,推桿復(fù)位,機控閥24動作,提升氣缸21復(fù)位。</p><p> 圖4-1 合模裝置氣控氣動原理圖</p><p>
76、 4.2 合模機構(gòu)氣動系統(tǒng)的計算</p><p> 4.2.1 合模裝置氣動驅(qū)動系統(tǒng)</p><p> 左右桿翻轉(zhuǎn)運動驅(qū)動氣缸的行程要求為60mm,載荷質(zhì)量M=30kg,要求0.5秒內(nèi)走完行程,若供氣壓力為0.5Mpa,取氣缸缸徑為32mm。</p><p> ?。╝)驗算該氣缸缸徑是否滿足要求</p><p> 載荷運動所需的驅(qū)動力&
77、lt;/p><p> 求加速度 已知s=60mm ,t=0.5s</p><p><b> 取</b></p><p><b> 慣性力</b></p><p><b> 氣缸的推力</b></p><p> 氣缸的缸徑 已知p=0.5Mpa
78、, 取載荷系數(shù)n=1.7</p><p> ?。╞)驗算該氣缸的運行速度和緩沖能力</p><p> 根據(jù)氣缸的行程和動作時間,由氣缸的動作時間與理論基準速度曲線查得:</p><p> 理論基準速度(負載率0.5)</p><p><b> 最大速度</b></p><p><b&g
79、t; 符合要求</b></p><p> 故負載運動的最大動能</p><p> 根據(jù)氣缸緩沖曲線,缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖要求</p><p> 圖4-1為合模裝置氣控氣動原理圖,氣缸12、氣缸14分別驅(qū)動右、左翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。選用CM2C32-60A型號的氣缸,驅(qū)動氣缸最終參數(shù)為:行程60mm,缸徑32mm,載荷質(zhì)量M=130kg,動作時間0.
80、5秒,供氣壓力0.5Mpa。</p><p> 4.2.2 平鋪機構(gòu)推桿提升運動氣動驅(qū)動系統(tǒng)</p><p> 平鋪機構(gòu)推桿提升驅(qū)動氣缸的行程要求為12mm,載荷質(zhì)量M=5kg,要求0.1秒內(nèi)走完行程,若供氣壓力為0.15Mpa,取氣缸缸徑為32mm。</p><p> (a)驗算該氣缸缸徑是否滿足要求</p><p> 載荷運動所需
81、的驅(qū)動力</p><p> 求加速度 已知s=12mm ,t=0.1s</p><p><b> 取</b></p><p><b> 慣性力</b></p><p><b> 氣缸的推力</b></p><p> 氣缸的缸徑 已知p=0.
82、15Mpa , 取載荷系數(shù)n=1.7</p><p><b> 符合要求</b></p><p> (b)驗算該氣缸的運行速度和緩沖能力</p><p> 根據(jù)氣缸的行程和動作時間,由氣缸的動作時間與理論基準速度曲線查得:</p><p> 理論基準速度(負載率0.5)</p><p>&
83、lt;b> 最大速度</b></p><p><b> 符合要求</b></p><p> 故負載運動的最大動能</p><p> 根據(jù)氣缸緩沖曲線,缸徑32mm的氣缸能滿足緩沖要求</p><p> 圖4-1為合模裝置氣控氣動原理圖,氣缸21為平鋪機構(gòu)桿的提升氣缸。選用CM2D32-12T型
84、號的氣缸,驅(qū)動氣缸最終參數(shù)為:行程12mm,缸徑32mm,載荷質(zhì)量M=5kg,動作時間0.1秒,供氣壓力0.15Mpa。</p><p> 4.2.3 平鋪機構(gòu)推桿移動氣動驅(qū)動系統(tǒng) </p><p> 平鋪機構(gòu)推桿移動驅(qū)動氣缸的行程要求為250mm,載荷質(zhì)量M=20kg,要求0.5秒內(nèi)走完行程,若供氣壓力為0.2Mpa,取氣缸缸徑為50mm。</p><p>
85、; ?。╝)驗算該氣缸缸徑是否滿足要求</p><p> 載荷運動所需的驅(qū)動力</p><p> 求加速度 已知s=250mm ,t=0.5s</p><p><b> 取</b></p><p><b> 慣性力</b></p><p><b> 氣缸
86、的推力</b></p><p> 氣缸的缸徑 已知p=0.2Mpa , 取載荷系數(shù)n=1.7</p><p><b> 符合要求</b></p><p> ?。╞)驗算該氣缸的運行速度和緩沖能力</p><p> 根據(jù)氣缸的行程和動作時間,由氣缸的動作時間與理論基準速度曲線查得:</p>
87、<p> 理論基準速度(負載率0.25)</p><p><b> 最大速度</b></p><p><b> 符合要求</b></p><p> 故負載運動的最大動能</p><p> 根據(jù)氣缸緩沖曲線,缸徑50mm的氣缸能滿足緩沖要求</p><p>
88、; 圖4-1為合模裝置氣控氣動原理圖,氣缸19為平鋪機構(gòu)的移動氣缸,。選用MBB50-250型號的氣缸,驅(qū)動氣缸最終參數(shù)為:行程250mm,缸徑50mm,載荷質(zhì)量M=20kg,動作時間0.5秒,供氣壓力0.2Mpa。</p><p><b> 結(jié)論</b></p><p> 現(xiàn)有的制球生產(chǎn)仍屬勞動密集型產(chǎn)業(yè),勞動強度大,生產(chǎn)率低,已不能滿足出口對生產(chǎn)的需求,需要
89、研制新型機械化自動化制球設(shè)備,以提高制球生產(chǎn)的技術(shù)水平。針對這樣的問題,本課題對現(xiàn)有的球內(nèi)膽成型技術(shù)進行了分析,并通過運動分析,針對提高產(chǎn)能和降低勞動強度的要求,對整體球內(nèi)膽機構(gòu)進行了初步的流水線總體設(shè)計,并對其中的合模部件進行具體的設(shè)計。通過這個學(xué)期三個多月的努力,基本完成了課題的任務(wù)。</p><p> 但是由于時間有限,本次機構(gòu)的設(shè)計還是存在一些不足:</p><p> 1 由于
90、時間倉促,三維組裝圖并未盡善盡美,其中的一些螺栓,銷軸的連接未能全部畫出,氣缸的畫法也比較粗糙。</p><p> 2 由于未作出實體,不能進行精確地測量,所以涉及力的計算都只是大致的估計值,不夠精確</p><p> 3 一部分由于時間的問題,另一部分由于合模部件的零件太多,機構(gòu)相對復(fù)雜,二維圖的尺寸標注不能夠很詳細,只標注了主要尺寸。</p><p><
91、;b> 致謝</b></p><p> 四年的大學(xué)生活將通過畢業(yè)設(shè)計謝下帷幕,用大學(xué)期間所學(xué)的課程知識來完成這次的設(shè)計,感慨頗多。在不斷地遇到難題、攻克難題的過程中我不斷地對自己這四年來的學(xué)習(xí)進行反思,認識到很多不足,后悔當初沒有用更多的時間來學(xué)好專業(yè)知識,基礎(chǔ)不扎實,想到以前各科的老師對我們孜孜不倦的教誨,想再聆聽一遍也不可得。這更提醒我在以后的學(xué)習(xí)工作中要努力打好基礎(chǔ),扎扎實實地完成各項
92、任務(wù)。</p><p> 通過這次畢業(yè)設(shè)計我收獲最多的就是如何與隊友共同協(xié)作,共同完成設(shè)計項目。首先我要衷心的感謝我的導(dǎo)師xx老師,從課題的理論研究到最終運動機構(gòu)的確定都凝結(jié)著xx老師的辛勤的汗水。從最初的機構(gòu)到最后的確定機構(gòu)xx老師給了我很多實際的建議,由于我缺少經(jīng)驗在設(shè)計的時候有很多不足也都是xx老師孜孜不倦的給我指出并給出參考方案。在論文的撰寫上xx老師也給了我很多指導(dǎo),讓我收益匪淺。尤其讓我敬佩的是xx
93、老師淵博的知識和嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng),這些都是我在現(xiàn)在和將來的學(xué)習(xí)和工作中的榜樣。</p><p> 其次,我要感謝我的組員cc,如果沒有她的配合和幫助我無法順利完成這次的畢業(yè)設(shè)計,她務(wù)實的精神給了我很深的印象,敏捷的思維能力也令我折服,我們在共同完成畢業(yè)設(shè)計的過程中增進了對彼此的了解,也使我們之間的友情變得更加深厚。</p><p> 最后我要感謝在畢業(yè)設(shè)計過程中幫助我解決困難的朋友們,以
94、及我的室友和家人,他們在我做畢業(yè)設(shè)計的過程中給予了很大的理解和幫助。謝謝大家!</p><p><b> 參 考 文 獻</b></p><p> [1] 牛蘭亭. 制球工藝. 北京:輕工業(yè)出版社,1988</p><p> [2] 鄭伯新. 我國皮制球的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 文體工業(yè)科技,1992</p><
95、p> [3] 樹森. 探問中國制球業(yè)[J]. 文體用品與科技,1994</p><p> [4] 李思益. 皮革制品生產(chǎn)機器及設(shè)備[M]. 北京:輕工業(yè)出版社,2001</p><p> [5] SMC(中國)有限公司. 現(xiàn)代實用氣動技術(shù). 北京:機械工業(yè)出版社,2004</p><p> [6] 機械設(shè)計手冊委會. 機械設(shè)計手冊單行本 氣壓傳動[M
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