1、浙江工业大学毕业设计（ 论文） 本科毕业设计 易拉罐自动压扁回收机的设 学 院： 机械工程学院 专 业： 数字化制造 班 级： 机自 1105 学 号： 201102070516 学生姓名： 孟佳伟 指导老师： 姚春燕 提交日期： 2015年 6 月 9 日 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 1 易拉罐自动压扁回收机的设计 学生姓名：孟佳伟 指导教师：姚春燕 浙江工业大学机械工程学院 摘 要 本易拉罐压扁机主要运用在人流量大的公共场所。本设计的目的是把废弃的易拉罐进行压缩，然后再投入到回收箱加以储存，从而减轻环卫工人的劳动负担，并且降低易拉罐的回收成本。本设计的工作原理是：当易拉罐被投入到机箱后
2、，步进电机驱动器发射一个脉冲信号给步进电机使其转动一定角度，步进电机一方面通过不完全齿轮组带动送料盘将易拉罐送至曲柄压力机构的冲压头下，另一方面带动曲柄压力机构工作，从而将易拉 罐压扁并储存至规定地方。本设计主要参考曲柄压力机的设计方法。 关键词： 易拉罐 回收 曲柄压力机构 不完全齿轮 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 2 The Design of Recycling Machine of Cans With the Function of Automatic Flattening Student: Jiawei Meng Advisor: Dr. Chunyan Yao College o
3、f Mechanical Engineering Zhejiang University of Technology Abstract This recycling machine of cans is mainly used in the large flow of people in public places.The function of thismachine is making the useless canss be compressed, and then into the recovery box to store.So it will reduce the burden o
4、f the sanitation workers, and reduce the cost of recycling cans.The theory of this design： When the cans into the chassis,the sensor drives the stepping motor to rotate a certain angle,the stepper motor drives the feeding mechanism to deliver the can to the bottom of the pressing block with incomple
5、te gear,at the same time, the stepper motor drives the crank mechanism to work.Then the can is flatened and stored.The design method of crank press is referenced. Keywords:can; recycling; crank mechanism; incomplete gear 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 3 目 录 摘要 . 1 Abstract. 2 目 录 . 3 第一章 绪论 . 5 1.1 研究背景 . 6 1.2 实际
6、意义 . 6 1.3 曲柄压力机构的研究概况 . 6 1.3.1 曲柄压力机构的特点 . 6 1.3.2 国内外曲柄压力机构研究现状 . 7 1.4 研究内容及创新点 . 7 第二章 总体设计 . 9 2.1 易拉罐自动压扁回收机的整体设计 . 9 2.1.1 主要机构的布局设计 . 9 2.1.2 传动系统的整体设计 . 10 2.1.3 关键部件运动配合的整体设计 . 10 2.1.4 易拉罐传送道的整体设计 . 12 2.2 易拉罐的尺寸 . 12 2.3 压扁易拉罐所需的压力 . 12 第三章 曲轴系的设计计算 . 14 3.2 曲柄压力机构的受 力分析 . 15 3.2.1 连杆及导
7、轨受力 . 16 3.2.2 曲轴所受扭矩 . 16 3.3 曲轴的设计及校核 . 16 3.3.1 曲轴的尺寸设计 . 16 3.3.2 曲轴的校核 . 17 3.4 连杆的设计及校核 . 18 3.4.1 连杆的尺寸设计 . 18 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 4 3.4.2 连杆的校核 . 19 3.5 冲压头的设计 . 20 3.6 轴瓦、柱销以及螺栓组的选型及校核 . 20 第四章 轴系的设计计算 . 22 4.1 轴一系设计计算 . 22 4.1.1 确定轴一的最小直径 . 22 4.1.2 拟定轴的装配方案 . 23 4.1.3 选择轴承 . 23 4.1.4 尺寸设计 . 2
8、3 4.1.4 键的选择 . 23 4.2 轴二系设计计算 . 24 4.2.1 拟定轴的装配方案 . 24 4.2.2 选择轴承 . 24 4.2.3 尺寸设计 . 24 4.2.4 轴端挡圈的选择 . 25 4.2.5 键的选择 . 25 4.3 轴三系设计计算 . 25 4.3.1 拟定轴的装配方案 . 25 4.3.2 选择轴承 . 25 4.3.3 尺寸设计 . 26 4.3.4 轴端挡圈的选择 . 26 4.3.5 键的选择 . 26 4.3.6 送料盘的选择 . 26 第五章 轮齿 传动的设计计算 . 28 5.1 不完全齿轮组的设计计算 . 28 5.1.1 扭矩的计算 . 2
9、8 5.1.2 完整齿轮的设计计算 . 29 5.1.3 不完全齿轮组的设计计算 . 30 5.2 锥齿轮组的设计计算 . 33 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 5 5.2.1 拟定锥齿轮的基本参数 . 33 5.2.2 计算锥齿轮组的几何参数 . 34 第六章 电机选择与联轴器设计 . 35 6.1 步进电机的选型 . 35 6.1.1 步进电机的外形参数 . 35 6.1.2 步进电机驱动方式 . 36 6.1.3 键的选择 . 36 6.2 联轴器的设计与校核 . 37 6.2.1 联轴器的型式 . 37 6.2.2 D1 的计算 . 37 6.2.3 h 的计算 . 38 6.2.4
10、其余尺寸确定 . 38 第七章 总结与展望 . 39 致 谢 . 41 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 6 第一章 绪论 1.1 研究背景 我国是一个正在蓬勃发展的发展中国家，在经济高速发展的同时，也正在消耗大量的资源 1。除了石油、煤等燃料的迅速消耗，铝铁等工业原料也正在迅速的被消耗。据调查，我国仅在食品包装上每年消耗的铝就达 1 万多吨 2。而食品包装用铝绝大部分被用在生产易拉罐上。 世界环境日益严峻，各个国家纷纷提出绿色经济的概念，我国顺应时代潮流，提出科学发展观和可持续发展等一系列概念。易拉罐的回收再次利用已经成为了不可阻挡的趋势，废品回 收利用的市场将进一步扩大。 由于铝不易被氧化腐
11、蚀，较其他金属比较，铝的回收率很高 3，且废旧铝的再生加工相比于原生铝耗能大大下降，可节省电能 95%。因此，铝的再生蕴藏了大量的经济利益。 在我们日常生活中，接触到最多的铝制品便是饮料易拉罐，事实上生产易拉罐所消耗的铝材占消耗铝的总数也不在小数 4。 我国的铝罐的回收期大约为 12 个月左右。从上世纪的98 年到如今，我国每一年回收了超过十万吨的废铝易拉罐。 用废旧易拉罐生产的铝材可产生大约 7900 元 /吨的经济效益 5。由此可见，易拉罐的回收蕴藏着极大的财富。 1.2 实际意义 围绕易拉罐的回收，企业研制了各式各样的回收设备，如易拉罐分切机、易拉罐压扁机、易拉罐分拣机等，然而这些机械大
12、都是针对回收站内的从业人员，面对在大街小巷上的环卫人员的易拉罐回收机械相对较少。假设易拉罐的体积为 310ml，一般的垃圾桶容积 62L，那么，一个垃圾桶可以容纳 200 个易拉罐；在人流量大的地方，比如大城市的地铁站、旅游景点，假设平均每分钟通过 100 人，其中有 20 人每人扔 1 个易拉罐 6，那么，一个垃圾桶在 1个小时内就会满，而且是在不考虑其他垃圾的情况下。这无疑大大增加了环卫人员的负担。但 是，当易拉罐被压缩后，垃圾箱满的时间将大大延长，便缓解了环卫人员的工作负担，无需时时清理垃圾箱。 1.3 曲柄压力机构的研究概况 1.3.1 曲柄压力机构的特点 在本设计中，负责将易拉罐压扁
13、的主要机构为曲柄压力机构。在冲压加工中 ,曲轴利用浙江工业大学毕业设计（ 论文） 7 曲柄连杆机构 ,将能量传给滑块 ,当滑块在下死点附近时发出最大加压力，此时曲柄承受最大载荷 7。曲柄机构和凸轮机构都能够将旋转运动转化为直线运动，而曲柄机构相较于凸轮机构最大的特点是运动副为低副，而凸轮机构为高副。高副主要是点接触、线接触，磨损失效的概率较大，而曲柄机构 是面接触，磨损失效概率小，且设计计算方便，加工简单，因此在这里选用磨损较小的曲柄机构 8。 曲柄压力机构的结构相当简单，由曲轴、中间的连杆以及与连杆连接的滑块组成，其中为了使滑块作上下运动，还设有导轨进行约束。若，滑块的运动轨迹与曲轴旋转的中
14、心在一条线上称为对心式，如不是则叫偏心式。对心式的曲柄机构结构相对紧凑，但偏心式的力学性能相对较好，在这里选用结构紧凑的对心式曲柄机构。 1.3.2 国内外曲柄压力机构研究现状 我国制造业目前居世界首位，其中机械工业作为基础性产业一直是我国制造业的重要组成部分。曲柄 机构一值是机械工业中的经典机构，汽车发动机中最主要的结构便是曲柄机构。 作为经典机构，目前主要的发展趋势还是往材料上进行突破，比如有碳材质的；另外连杆的数量也是一个突破点，如三曲柄连杆机构甚至四连杆机构等。除此之外，柄连杆机构的运动精度曲可和靠性研究是一个重要方面 9，曲柄机构动力性设计的好与坏直接影响整台机器的可靠性、振动以及噪
15、音等。 对曲柄压力机构的动力学分析的精准与否直接影响最后产品的性能。对曲柄压力机构的动力学分析的方法目前有解析法、图解法和复数向量法 10。 解析法把每一个构件的函数方程进行 求解，然后将各个构件之间的方程组联立来求解机构的内力和内力矩。相比较于解析法的抽象，图解法更加具象，通过作出机构位移、速度、加速度以及所受力图，可以直观了解其变化趋势。解析法如果取值不多，则绘制出的曲线精度较低，可用于对计算机结果的判断和选择 11。复数向量法与以上两种方法均不相同，它把曲柄压力机构上单每一个部件都设为向量，并且用复数形式进行描述，对结构和时间进行求导，之后就能得到我们所求的机构性能 12。 1.4 研究
16、内容及创新点 本课题需要重点研究曲柄压力机构和不完全齿轮组之。由于是这两大机构都 是由同一动力源进行驱动，所以曲柄机构和不完全齿轮机构之间运动的配合必须要研究好，保证做到能完美配合。因此，本课题的研究内容主要分为三大块：一、研究如何能让不完全齿轮组的停歇时间正好是曲柄压力机构的压扁工作时间，使得易拉罐能停在冲压头下待压扁；二、研究曲柄压力机构的工作过程以及产生的压扁力，保证曲柄压力机构能将易拉罐压扁至规定的厚度；三、设计传动的零部件，包括轴系的设计以及传动方式的设计。 在以往的其他相似研究中，作者大都是将进料系统和压扁系统的动力源分开处理，即一浙江工业大学毕业设计（ 论文） 8 台机器中至少有
17、两台电机的存在。这种机器虽然在 设计上简单，但是实际上机器零件繁多，而且容易发生故障，比如两台电机之间的转速必须严格设定好，只要其中一台电机转速发生变化，机器可能会卡死。本设计的创新点在于一台电机同时驱动两大机构，并且能使之完美配合完成工作，这样既使之的结构紧凑，而且就算电机的转速发生变化，机器整体还是能够正常运行。 浙江工业大学毕业设计（ 论文） 9 第二章 总体设计 2.1 易拉罐自动压扁回收机的整体设计 2.1.1 主要机构的布局设计 图 2.1 易拉罐压扁机装配示意图 如图 2.1 所示，在本设计中，主要涉及轴一系、轴二系、轴三系、传送系、曲轴系以及机架系。 轴一系负责将电机的能量传递出去，主要的零件有圆锥齿轮主动轮。曲轴系有轴一系相连，负责对易拉罐做功，主要零件曲轴、连杆和冲压头。轴二系与轴一系相连，负责将
