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1、机电工程学院机电工程学院毕毕业业设设计计说说明明书书设计题目设计题目: : FZ-300FZ-300 卧式半球阀阀套装配机设计卧式半球阀阀套装配机设计机身及工装设计机身及工装设计 学生姓名：学生姓名： 薛薛 聚聚 广广 学学 号：号： 2006405050420064050504 专业班级：专业班级： 机制机制 F0603F0603 班班 指导教师：指导教师： 李李 铁铁 成成 2010 年年 5 月月 29 日日1目目 次次1 课题调研小结及概况.2 1.1 课题的提出 .2 1.2 课题的目的 .2 1.3 课题的意义 .3 1.4 装配机国内外发展现状 .3 1.5 课题的设计技术指标
2、.4 2 装配机设计方案分析及选择.4 2.1 装配机总体方案分析及确定 .4 2.2 装配机主传动系统的工作原理 .5 2.3 装配机工装及机身方案的确定 .6 3 装配机应满足的基本要求.7 3.1 使用性要求 .7 3.2 工艺性要求 .7 3.3 经济性要求 .7 3.4 劳保性要求 .8 4 装配机机身主要部件的设计和计算.8 4.1 夹具的设计 .8 4.2 螺栓组的设计计算 .94.3 上下托板的设计 .12 4.4 滑动螺旋的设计计算 .13 设计总结.19 致 谢.21 参考文献.2221 课题调研小结及概况1.1 课题的提出本次课题是 FZ-300 半球阀阀套装配机设计机身
3、及工装设计，安装部件为半球阀阀套，属阀门最后一道密封工序。半球阀是一种新型阀门，是为解决溶液及矿浆等两相流介质输送中的技术难题而研制开发的新型产品，本产品填补了国内阀门品种的一项空白。其结构上采用了偏心-楔紧原理，通过传动机构达到闸紧、调节、启闭的作用。产品结构新颖，性能稳定，开启迅速轻便，磨损自动补偿，密封可靠耐用，易于调整维修。另外，半球阀系列产品，贯彻了国家标准 GB9113、8-11-88 尺寸系列法兰连接，便于安装及替代现有阀门品种，亦可根据用户需要的连接尺寸系列安排生产，适应不同工况条件的需要。由于此课题是来自于阀门生产企业的研究性课题。为了对本次设计内容有一个初步的了解。我们于
4、2010 年 3 月 6 日到郑州市上街区河南黑马实业有限公司参观，详细地观看了半球阀阀门的生产加工过程，从阀门的毛坯到半成品，整个过程基本实现了规范的机械加工。通过这次实地调研，我们都受益匪浅。经过工人师傅的一番耐心讲解以及我们自己的细心观察，我们清楚地了解了半球阀阀套的工作过程以及结构特征，这也使得原本没有意识的东西变得清晰起来。通过这次参观，我们认识到了实践的重要性，加深了对理论知识的理解。只有通过实践才能把我们所学到的知识真正地掌握和应用。通过这次毕业设计，我认为我们定能把所学的知识应用到实践中去，从而达到理论与实践相结合的目的。根据到工厂实际调研及准备的相关设计资料，我们很快地进入了
5、设计状态。1.2 课题的目的目前我国有众多的阀门生产企业在品种繁多的阀门产品中，中、高压高耐磨半球阀占有较大的比例。且在中、高压高耐磨半球阀阀门生产制造过程中，3对阀门的密封性有了很高的要求，很多企业在半球阀套的装配上，依然采用的是人工装配，劳动强度大，安装精度低，且容易在装配过程中损伤阀套。本课题通过阀套装配机的研制，解决企业生产中的技术问题。本课题来自阀门生产企业的研制型课题，本设计的目的是为了提高产品的质量，减少工人的劳动强度，降低生产成本。具体主要是解决在安装起密封作用的阀套时，人工造成的密封不良，或者旋紧力过大造成的破坏问题。同时这也符合国家大力倡导的在产品制造领域提高产品制造的自动
6、化水平降低产品制造成本，整体提升产品质量的技术产业政策。1.3 课题的意义该自动装配机的研制，可很好地解决中高压、高耐磨半球阀套在生产过程中关键的制造技术问题，同时也给同类或相似的加工设备的研制提供了参考借鉴。根据阀门与阀套的安装原理及相关的技术参数，可确定装配机在工作过程中的各种动作方式及相互间的匹配关系。确定了在低速大转矩的情况下如何选择相应的电机，确定了过载保护情况下对零部件的选配及参数化的计算，最后确定了夹具的设计、定位及优化。该研究成果具有较高的生产实用价值，具有较广泛的推广应用前景，必将带来巨大的经济和社会效益。1.4 装配机国内外发展现状在目前的机械制造业领域，国内国外存在着一定
7、差距，尤其是和欧美等发达国家相比，我们的技术水平显得落后。欧美等发达国家大规模的基本建设阶段已经过去，市场对此需求不多，且环保要求又高，从而形成了集中的大规模生产模式。这些设备规格大，自动化程度高，机动性强。而我们正处于大规模的基本建设时期，产品技术水平低下，耗能高，污染环境严重。目前国内的装配机械制造商无论国有企业还是民营企业，在科技开发上的投入不足是产品差距的主观原因，既缺乏科研手段，又缺少先进技术支撑，自主产权的开发力量十分薄弱。尽管国内外装配机设备差距很大，但纵观国外的装配机设备制造商由于本土市场日渐缩小，生产成本高，纷纷开拓本国以外的4市场，加上我国又有较好的重工业基础，通过引进国际
8、上先进技术，产学科研投入，一定能克服技术上的差距，使我国的装配机设备产品更好的发展。目前在我国中、高压、高耐磨半球阀阀套的安装过程中，对阀门作最后密封的阀套起着关键作用。但其安装仍处于人工冲压的方式，还没有相对完善的机械安装设备。可见我国的自动化装配技术具有很大的开发和应用潜力。1.5 课题的设计技术指标本课题通过阀套装配机的研制，解决企业生产中的技术问题，本次设计是完成 FZ300 卧式半球阀阀套装配机机身及工装设计。高耐压半球阀套为规则圆盘形丝盖，材料由 30cr9M02V 铸造而成,其硬度HRC60。半球阀阀套装配机的技术指标：（1） 阀套盖直径为 200400mm；（2） 装配机主轴转
9、速为 5-10r/min；（3） 装配机主轴扭矩约为 10000Nm。本次任务的主要设计思想是在人工安装阀套的基础上，根据其扭矩及转速，借鉴普通车床的结构，并对其进行合理改造，设计出能够机械控制的旋压设备，使阀套自动安装于阀门，解决在人工冲压安装过程中出现的密封性不好，安装不完全的问题。避免人工安装造成的工件损坏，降低安装的失败率。在安装过程中大大节省了时间，提高了生产效率，使整个安装过程显得更加专业化，机械化。2 装配机设计方案分析及选择2.1 装配机总体方案分析及确定本次设计是实现阀套自动安装的一种旋压装置设备，装配机最后输出轴应具备低速、大扭矩的特性，扭矩高达 10000 牛米左右。根据
10、这个特点，借鉴传统机床的结构，并考虑操作的方便性、生产效率、成本等综合因素，对该卧式装配机的设计方案作如下论证选择：5为实现该课题中阀套旋入的目的，设计的装配机应具备两个基本运动，一是旋压装置的低速大转矩的回转运动，二是旋压装置与工件之间有一个相对的直线运动，该直线运动使安装好的工件快速靠近旋压头实现旋压工作。从而有两种不同的方案：方案一，工件固定不动，把主传动系统和实现相对直线运动的装置做成整体，这个整体做复合运动，最终实现我们期望的两个基本运动。方案二，相反的设计，使它们各自独立运动，如图 1 的原理图所示，电机减速器构成了主传动系统，相对直线运动用直线导轨实现。图 1 卧式装配机结构原理
11、图方案一中，结构复杂，整个构件质量大，运动困难，操作不便；相比之下，方案二中，弥补了这些缺点，实现了预期的工作要求，操作简单方便。综合考虑选择方案二作为装配机的总体布局方案，其结构原理图如图 1 所示。2.2 装配机主传动系统的工作原理正常工作情况下，为避免电动机频繁启动引起的发热和对电网的冲击，电机应始终稳定运转，至于停车以及正反转的控制，则靠减速器里面的离合器和滑移齿轮实现，如图 2 所示。整个工作过程大致如下，接通电源，启动电机，装夹工件，启动步进电机使工件接近旋压头，步进电机停止工作，人工对正工件，通过离合器，使旋压柄转动工作，旋压完成时，过载保护器断开，此时通过离合器摘档，步进电机控
12、制工件退出，并卸下工件。如果旋压装配过程中，因螺纹咬合不当造成脱丝滑扣现象，则应通过离合器断开，通过滑移齿轮换挡，6并实现反转控制。主传动系统即主轴箱的设计是整个设计的关键，它输入的是电机的高速旋转运动，输出的运动具有低速大转矩的特性，实现了力矩的放大。如图 2 所示，加大输入轴的带轮，并把质量尽可能的分布在周边，从而获得较大的转动惯量，实现能量的存储，因为装配阀套的过程中，在过载保护器打滑时，会有较大的冲击，图 2 主传动系统此时，带轮把动能释放出来，减少了冲击和振动。摩擦离合器的使用，使得停机装卸工件十分方便，因为电机可以始终稳定工作，避免了频繁启动电机。摩擦离合器布置在高速轴，因为这里转速高，扭矩小，最合理。滑移齿轮的使用实现了旋压装置的正反转控制。减速器内的齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长的优点。经计算，该减速器应具有很高的传动比（这是放大扭矩的必然结果） ，为了保证减速器结构的紧凑，不至于尺寸过大，我们采用了蜗杆蜗轮传动，虽然这样做降低了传动效率，并引起发热。72.3 装配机工装及机身方案的确
