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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 太阳能热水器内桶气控 翻边机的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机升0902 学 生 于兴军 学 号 20090404076 指导教师 樊宁 二一 一年 五 月 二十九 日- 1 -济南大学毕业设计摘 要在太阳能热水器的加工中，内桶端部的翻边是极为重要的一个步骤。因为内桶必须长期工作在热水的浸泡之中，而且冷热交替频繁的环境下，可以说工作环境比较恶劣，内桶边缘如果翻的不好，就会影响到桶两端的密封，太阳能热水器一旦漏水那么太阳能热水器的寿命也就结束。本次设计旨在通过设计过程进一步巩固自己的专业知识，提高自己的设计水平，动手能力的基础上设计
2、一款操作简便实用，机构相对简单，加工动作简洁，加工长度范围较大，工作稳定，性能可靠，加工效率高且维护及维修简便的太阳能内桶气控翻边机。关键词：太阳能内桶；内桶加工；翻边机；压辊ABSTRACT目 录1 前言1.1 选题背景及意义1.1.1 国内研究现状目前国内太阳能热水器行业风生水起，几个知名的太阳能热水器厂家生产规模都在不断地扩大，生产设备更新换代，日益现代化，自动化。作为太阳能热水器生产加工的重要一环的太阳能内桶翻边机也经过一次又一次的改造，翻边机是用来完成金属桶桶身翻边工序的机器，其种类繁多，如果就工作是金属桶的放置方式而言，可分为卧式翻边机和立式翻边机（其中以桶的轴线水平放置者称为卧式
3、，垂直放置者称为立式）；若按一次能翻边数分类，则可分为单头翻边机和双头翻边机（其中一次只对桶的一端翻边的为单头，桶身两端同时翻边的称为双头翻边机）；就翻边的原理来分，则应分为滚压式和挤压式翻边机；若按所加工的桶形状来分又可分为圆桶翻边机和异形桶翻边机，我们这里的太阳能热水器内桶翻边机属于圆桶翻边机。当前国内的桶的翻遍机的效率还不是很高，大多数厂家使用人工装桶、卸桶，这在相当程度上影响到了桶翻边的加工效率的提高，就单独的把边翻出来说有些机器自动化程度已经比较高，但仍有改进的空间，下一步如果要提高工作效率主要要从装卸桶上下功夫。1. 2.1 选题的目的及意义我国的太阳能产业中，太阳能热水器是支柱力
4、量。近年来随着太阳能热水器在我国飞速发展，我国已经成为世界上应用太阳能最广的国家。太阳能热水器中，内桶是太阳能热水器起保温贮水作用的，因此在太阳能热水器加工过程中，对太阳能热水器内桶的加工时决定太阳能热水器性能的关键工序。在内桶加工中，内桶端部的翻边是极为重要的一个步骤。在目前技术中有很多种太阳能热水器内桶翻边机，这些太阳能热水器各有各的特点，但总体来讲其成本较高。有的结构过于复杂，操作不便；有的结构过于简单，无法连续完成整个翻边动作，使工作效率低。同时目前的太阳能热水器内桶翻边机要求的产品尺寸较短，制约了太阳能热水器的发展，所以为了太阳能热水器的加工制造能够满足现代化的要求和市场的需要，进一
5、步提高工作效率，太阳能内桶翻边机的设计显得尤为重要。2方案设计及论证太阳能内桶气控翻边机的工作过程是：驱动电机通过键带动减速器，减速器通皮带带动主轴旋转，主轴带动要翻边的内桶旋转，在内桶旋转时气缸带动小压辊径向直线运动，将要翻遍的桶经过挤压逐渐将其翻过来。设计参数如下：1. 最大直径为：380mm。2. 最大加工长度为：3000mm。 3. 翻边的尺寸为：5mm。4. 桶体转速为：120r/min。5. 工作效率为：2个 /分2.1 传动方案初步设计首先，应满足机器的功能要求，如所传递的功率大小、转速和运动形式，此外还应满足工作平稳、传动效率较高、传动距离较远、结构简单、工艺性好、使用维护方便
6、。常用传动方案有3种：（1）带传动：结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合；传动平稳无噪声,能缓冲、吸振；过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用；不能保证精确的传动比，带轮材料一般是铸铁等。（2) 链传动:和齿轮传动比较,它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力；能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作；和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小；传递效率较高,一般可达0.950.97；链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象。（3）圆柱齿轮传动：能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠；传递的功率
7、和速度范围较大；结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比；传动效率高,使用寿命长。根据太阳能热水器内桶气控翻边机的的实际工作情况及工作特点，结合机械造价以及使其便于维修、维护，便于使用等特点，选择“电机-带传动”的传动方案，电机的动力通过减速器再通过带轮、皮带把动力传到主轴上，实现加工过程中所需要的动力条件。如图2.1所示。图2.1 传动系统示意图 2.2翻边方案设计（1）影响翻边质量的最后一道工序就是翻边工序，这也是最重要的工序之一。目前，国内制桶行业的钢桶制造生产线，其翻边工序大致有两种工艺方法：一种为滚压翻边；一种为模具翻边。两种翻边方法虽有不同，但结果是基本一致的。对于翻边部位的材料来说
8、，都是属于变薄拉伸的变形，除去以上分析的其它原因之外，主要影响质量的就是翻边过程的工艺技术问题。从实际生产角度来分析，翻边裂与翻边的角度、圆弧度、翻边速度等有关。根椐各钢桶生产线的不同，有的要求翻边的角度（翻边部位与桶身的外夹角）为90（即垂直翻边），有的要求大于90（如95或100等）。相比较来说，翻边角度越大，翻边边缘直径就越小，相对变形量就小，翻边时就不易破裂；而垂直翻边，翻边边缘直径最大，变形量也最大，也最易产生破裂。就太阳能热水器内桶制造工艺来说，许多卷边封口机，在卷封前，要将桶盖与桶身先压合靠紧，为了桶身翻边能与桶盖靠得更紧些，一般来说，翻边太直（90）是不利的。而翻边角度相对的大
9、一点，更有利于翻边的边缘与桶盖靠紧。翻边后桶身与翻部位之间的连接部分一般要有一定的圆弧过度，这个圆弧半径的大小有时是导致翻边裂的主要因素。圆弧半径越大时，变形力较为缓解，相对延长了变形时间，有利于翻边力的均匀传递，破裂就不易发生；如果圆弧半径太小，变形来得突然，变形力传递不急，变形时间太短，破裂就容易发生。在生产实践中，由于这个原因而引起的翻边裂问题是较多的，必须引起重视。翻边过程进行的时间也是影响翻边裂的因素之一。有的厂家的设备是模具冲压翻边，过程较快，变形时间短，变形力传递不急，破裂就较容易发生；有的设备是采用液压传动的模具翻边，由于液压速度相对较慢，力量传递较柔，于是发生破裂的可能性就小
10、得多；还有一些设备，尤其是一些旧设备，它们采用滚压翻边的方式，其翻边过程是各种翻边方式中速度最慢的，虽然生产效率较低，但由于翻边力是慢慢传递的，就像双动压力机拉伸一样，产生破裂的可能性就非常小。在同样的材料和前道工序的情况下，滚压翻边引起翻边裂的情况最小。(2)性能比较：卧式的翻边机和立式的翻边机相比，卧式的翻边机更容易操作，如果加工的桶非常短则用立式的方便，就一般而言卧式的使用性能更好；单头翻边机和双头翻边机相比，显然如果需要双头翻边的使用双头翻边不仅能大大提高工作效率，还能增加桶翻边的加工精度；滚压式翻边机和挤压式翻边机相比，滚压式加工效率要低，但是也正是由于加工速度慢所以滚压式不易出现废
11、品。本设计结合各种翻边方案的优缺点，利用相关技术的进步，结合内桶翻边加工的独特性，即太阳能热水器内桶所用钢板材一般厚度都比较薄，大约在0.41mm左右，并最大限度的防止翻边加工边缘破裂的发生，综合考虑采用滚压式双头卧式翻边方式，滚压式翻边原理如图2.2所示。 图2.2 滚压式翻边原理图结构介绍：从图上可以看出原理实现的结构比较简单，两个压辊，被加工对象桶身，虽然原理图的结构看起来十分简单但是要实现规定的先后动作却需要合理的机构的紧密的相互联系和比较精确的动作幅度要求。原理介绍：从图中可以看出滚压式翻边的几个基本要素两个压辊之间的相对直线运动，压辊的转动桶身相对于两压辊的转动。加工过程中两压辊产
12、生相对直线运动而夹在两压辊中的桶的薄壁在相互运动过程中就陪压辊逐渐的滚压过来，从而实现通的翻边要求。这种翻边方案的优点就在于，既能高效的生产又能保证翻边的质量，并且容易实现。（2）翻边大体方案已定，但要实现压辊到达工作位置和按规定的路线动作有多种可实现的途径，一种是纯机械式的传动，一种是机电实现的方式，一种是液压实现方式，一种是气压实现的方式。纯机械式的传动方式结构复杂，体积比较大，维护维修比较麻烦，但可靠性高；机电实现方式，就是用小电机作为压辊的动力源，这种实现形式结构简单明了，工作时噪音小，此结构的实现需要多个单独的小电机来实现，否则结构优势就被消耗掉，但造价比较高，液压和气压相比，气压干
13、净整洁，但气压的动力比较小但成本相对也低。综合考虑各种实现方式并结合太阳能内桶的翻边特点，最后选用多个气压缸分时运动的方式来实现翻边过程中压辊到达规定的位置和执行要求的动作。各个方向的运动采用燕尾形导轨的方式保证。其结构如图2.3所示。图2.3 翻边机工作台结构图结构介绍：从图中可以清楚看出翻遍机构有三个气缸来提供运动动力，并有气缸来保证个运动的幅度，运动的方向精度由燕尾槽来保证。原理介绍：气缸1是用来使两压辊之间产生相对直线运动的，工作时气缸1通过伸缩来使小压辊在X方向上来回运动，气缸2和气缸3分别使工作台在X方向和Y方向到达工作位置。2.3 太阳能热水器内桶定位方案的设计由于太阳能热水器圆
14、桶，桶壁很薄，刚度很小，所以我们不可能采用像车床加工轴时所采用的定位方法，在加工过程既要让桶高速旋转又要保证桶身的刚度，还要让桶除旋转外的其它自由度完全限定，所以这里采用了内桶定位方式，为了保证桶的刚度在桶身中部得下面加上一个托架，以保证桶身不会因为过长而变形，从而影响翻边的质量。其次为了保证每次翻边的长度，还需要一个内桶轴向的定位装置。桶身支撑架如图2.4所示；内桶轴向定位机构、径向定位机构和部分零件细节图如图2.5，图2.6，图2.7，图2.8，图2.9所示。图2.4桶身支撑架图1.4所示，两个可活动的支架，上部有轴承，下面用螺栓连接，每次加工不同的桶径产品都要送一下中间的螺纹调节两个支架
15、开口度，以适应不同的桶径，调节好后把螺纹拧紧即可。图2.5 图2.6轴向定位轮结构图 图2.7内桶定位扇形滑块下面以一个加工实例来说明此机构工作过程，翻一批内桶为直径为380mm的边，4块内桶定位扇形滑块所组成的盘（图1.7）的直径为360mm,当把桶套到两头的定位盘时，首先桶前段碰到定位轮，这样翻边尺寸得到控制，之后后箱在后箱气缸的推动下将桶轴向定位。图2.8内桶定位机构图2.9 推拉结构细节图接下来，内桶定位机构开始动作，首先内桶的定位机构的气缸向后收缩，通过杆拉动推拉机构的燕尾槽，向后运动，之后运动由推拉机构的轴承内外圈拉动转动杆，转动杆拉动锥子这样锥子的锥面和扇形滑块的锥面相互配合，在锥子往里进的同时扇形滑块所组成的圆的直径扩大，直到达到和380mm的桶内壁胀紧，由于前定位盘和后箱定位盘同时动作，所以桶在径向就完全定位，之后翻边工作台在气缸的分时动作下到达工作位
