毕业设计（论文）球内胆机构流水线总体设计.doc

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1、1 绪论本章对国内外的制球产业的发展以及现状进行了介绍，对我国的制球产业的现状提出问题，并设想解决方案，本章进一步分析了我国制球业的发展前景。1.1 我国制球业的发展概况2 11 随着我国体育用品的生产的发展, 我国篮球及篮球用品的制造走过了一个不断发展，变化，壮大的过程。旧中国我们的民族工业基础十分薄弱，百业待兴，全国只有屈指可数的几家作坊式的体育用品生产工厂能够生产数量和品种很少的体育用品。这种情况直到改革开放后，特别是社会主义市场经济体制建立之后才有所好转。篮球生产的企业数量和规模以及经营方式也在不断的发生变化，逐步进入正常的市场经济运行轨道。从20年代初开始我国出现最早的现代皮制球生产

2、。之后在长达20多年的时间里，皮制球发展不快，品种也不多，款式也很单调。生产上多以手缝8片篮球为主，手缝12片足球、排球占很小比例。这些球大部分都是有口球，而且圆度不佳、弹力不稳、薄厚不均、手感很不好。由于是有口球，其很大的一个缺点就是密闭性差，容易跑气。 50年代至70年代初期，我国生产的皮制球已进入国际市场，在制造上去掉了几十年依赖长嘴球胆和球口，改用气针注气，变有口球为无口球，并做到在缝制中收口无痕，彻底解决了球体重心不均的现象。50年代末至60年代初，皮制球开始向胶粘工艺的方向发展。改革开放后国家经济取得了巨大的发展，我国的制球工业也有了较快的发展，逐步形成布局均匀、以国有企业为主的制

3、球工业体系。在这一时期，各企业采用新技术，运用新材料，改进传统工艺，实现配套生产，开发新品种，质量逐步提高。我国制球业与世界先进水平的差距日渐缩小。现在国内已有生产皮制球专业工厂几十家， 年产量很大，单由于我国的制球业虽然由于其劳动密集性的要求占有优势，但是缺乏先进的品牌支撑，主要出口到不发达的第三世界中的国家和地区，真正能进入美国、西欧和日本市场的只占全部出口量比较小的比例。所以要想使我国的制球业能达到与世界一流水平平分秋色的地步，还需要在研制水平上多下工夫，创世界一流品牌。1.2 国外制球工业概况1 4 11 1970年到1979年，国际制球业飞速发展尤其是美国、簿国、日本、韩国和我国台湾

4、省等国家和地区，利用雄厚的资金和技术不断推胨出新。但是近年来由于多种原因，工业发达国家在皮制球发展上速度不快，甚至有所下降，而发展中国家的皮制球产量则大幅度上升。导致这种情况的主要是因为工资成本问题。工业发达国家的机械化程度虽然较高，但皮制球特别是手缝球的生产方式，仍属于劳动密集型生产，劳动力仍占主要地位，这就为诸如我国这样的人口大国提供了有利条件。我国劳动力资源充足为我国的发展带来了很多优势，所以像制球业，纺织品生产在我国都有很好的发展，出口加工贸易也很多。1.3 我国制球工业发展面临的问题和发展趋势1 2 10 如前文所述，我国的皮制球的生产虽从建国后尤其是改革开放之后得到了很大的发展，但

5、是在生产工艺上仍然落后于先进国家，我国的体育用品制造业经过多年的发展,从无到有,从弱到强。但总的来说,规模小的企业偏多,营业收入低,集团优势差，技术含量越高的健身产品质量越差，产品质量挡次较低，出口国多为第三世界国家，且自身的品牌产品也很少，与国外阿迪达斯，耐克这样的品牌公司所生产的产品相比没有竞争力。据了解，美国，西欧和日本一年共消耗皮制球近2000万只。而作为手工产品著称的我国大陆， 出口欧、美、日本市场的皮制球只占其消耗量的l15 %，显然是很不相称的。制球业较发达的南朝鲜和台湾在几年前已达到年出口球1000万只以上。与我国处在同等水平的巴基斯坦和泰国皮制球出口也超过我国。 皮制球特别是

6、手缝球的生产方式，仍是属于劳动密集型生产，劳动力仍占主要地位。中国的廉价的劳动力使制球工业工资成本部分仅占生产成本的45%，为我国的制球业发展提供了非常有利的竞争条件，鉴于发展中国家的廉价劳动力因素，发达国家的制球公司在国外设立工厂，这对发展中国家的制球业发展和技术进步，起到了很大的推动作用。另一方面发达国家大量进口皮制球，为发展中国家的皮制球生产创造了有利的发展条件。但是从长远的角度看，中国加入了WTO，中国市场逐步同世界接轨，中国廉价劳动力的优势将逐步消失，所以掌握新的技术，改善自身的设备，尽可能的提高机械化程度，从而提高产能和效率，提高产品质量，创自己的品牌，才是中国制球业的发展方向。1

7、.4 球内胆成型的生产工艺2 10 11 球的组成包括球胆，绕线层，胆表面，橡胶层，表面贴心，表面层。其结构都分内层、中间层和外层三层。内层是球胆， 用以贮存压缩空气 使球体产生弹性。中间层是以布为主要材料的结构层， 作用是控制球的膨胀变形。外层是皮革， 作为表面装饰并与人体接触。除皮制球外还有橡胶球， 两者的区别是外层选材不同。橡胶球以橡胶作外层，其弹性、触感(头感、手惑、脚感)和使用寿命都差于皮制球。其中球胆的制造是一项难度高，复杂程度高的工序。国内许多地制球企业在此道工序上所处的现状比起国外有太大的差距，制造球胆的设备不先进，工序的制定不合理，机械化程度低导致效率低下。现有的球内胆成型加

8、工主要采用半机械的加工方式，主要分为3个步骤：（1）合模：由人力将未成型的球内胆胶皮放入模具中，并将模具合好。（2）压力机成型：由人力将放入胶皮的模具放入压力机，并启动压力机，使球内胆成型。（3）开模：由人力再将模具从压力机内取出，并取出加工好的球内胆。1.5 设计内容本次设计的目的是提高球内胆成型的机械化程度，将人工的任务改由机器完成，具体包括使用定时驱动的方式使得模具从一个工位移动到下个工位，自动合模，压制成型，开模，以达到一个动作周期的时间不大于3秒，球胆成形流水线每天（20小时计）5万只球内胆的生产能力的目的，我需要完成的是合模部分的设计。2 球内胆成形设备的技术要求及工艺分析本章主要

9、介绍球内胆成形设备需要解决的问题，通过对现有的球内胆成型技术及工艺的分析，提出研究方案。2.1 需要解决的问题 球内胆成形是制球生产的主要工段，目前球内胆成形为半机械作业，劳动强度大，生产效率低，不能满足生产量的要求，需要研制机械化、自动化程度高的球内胆成形设备。其中的合模部分由人工放置球皮，折叠球皮，若改为用机器操作，将会节省人力和时间。 1、合模装置完成的动作有：将胶皮收紧在模具中板上；依次翻转右中板，左中板；摸平左、右中板上的胶皮；复位 2、要求动作迅速，无冲击，定位准确。 3、成形的球胆要满足质量要求，皮面平整，压缝不得有褶皱。 4、一个动作周期的时间不得大于3秒，以满足球胆成形流水线

10、每天（20小时计）5万只球内胆的生产能力。2.2 球内胆成形设备的原始数据1、胶皮尺寸 不同规格尺寸的球内胆所用的胶皮尺寸不同，胶皮宽度360380mm，皮厚度P1,故应按P2计算轴承寿命。3、 轴承额定寿命计算，常温下工作，温度系数ft=1，=，得Lh=4、 允许极限转速计算（1）载荷系数f1,载荷分布系数f2轴承1:,载荷分布系数=由机械设计基础（王毕坤，范元勋）图13-13得f1=1，由图13-14得f2=1轴承2：，载荷角=arctan，由由机械设计基础（王毕坤，范元勋）图13-13得ft=1, 由图13-14得f2=1(2）允许的极限转速nmax轴承1：nmax=f1f2nmax=1

11、117000=17000r/minn轴承2：nmax=f1f2nmax=1117000=17000r/minn3.4.2 轴的强度校核确定各轴段的直径及长度：位置直径和长度原因-段d-=16与齿轮的孔径想配合L-=27略长于齿轮，使齿轮不碰到轴-段d-=20与轴承61804的孔径相配合L-=9略长于轴承61804的宽度-段d-=23与V形结构的横梁孔径相结合L-=40略宽于V形结构的横梁-段d-=20与轴承61804的孔径相配合L-=9略长于轴承61804的宽度-段d-=16与翻转臂相配合L-=21与翻转臂相配合 表3-2轴的设计表 图3-18 轴承的设计计算选取轴的材料是45钢，调质处理。由

12、于该轴主要受周向载荷Ft=100N，截面处应力集中最严重，故主要校核截面处。1. 截面的右侧作用于截面的弯矩为抗弯截面模量W=0.1d3=3抗扭截面模量W=0.1d3=3作用于截面右侧的弯矩M为：M=50（23.5+5.5）=1450Nmm作用于截面上的扭矩为：T=10055=5500Nmm截面右侧弯曲应力b=截面右侧的扭转切应力T=轴的材料为45钢，调质。查机械设计基础（王华坤，范元勋）表11-1得B=640MPa,-1=275MPa,-1=155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a，2-3选取。因，插值得，a=1.6 a=1.25查表2-8可得轴的材料的敏感系数：q=0.7

13、q=0.7所以有效应力集中系数为：k=1+q(a-1)=1+0.7（1.6-1）=1.42k=1+q(a-1)=1+0.7（1.25-1）=1.18由图2-9得尺寸系数=0.92，=0.84轴按磨削加工，由图2-11得表面质量系数为：=0.92轴未经表面强化处理，q=1，则综合系数值为：K=K=查机械设计手册得材料特性系数：=0.10.2，取=0.1=0.050.1，取=0.05计算安全系数ScaS=S=Sca=S=1.5所以其安全。2. 截面的左侧作用于截面的弯矩为抗弯截面模量W=0.1d3=3抗扭截面模量W=0.1d3=3作用于截面左侧的弯矩M为：M=50（23.5+5.5）=1450Nm

14、m作用于截面上的扭矩为：T=10055=5500Nmm截面左侧弯曲应力b=截面左侧的扭转切应力T=轴的材料为45钢，调质。查机械设计基础（王华坤，范元勋）表11-1得B=640MPa,-1=275MPa,-1=155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a，2-3选取。因，插值得，a=1.6 a=1.25查表2-8可得轴的材料的敏感系数：q=0.7 q=0.7所以有效应力集中系数为：k=1+q(a-1)=1+0.7（1.6-1）=1.42k=1+q(a-1)=1+0.7（1.25-1）=1.18由图2-9得尺寸系数=0.92，=0.84轴按磨削加工，由图2-11得表面质量系数为：=0

15、.92轴未经表面强化处理，q=1，则综合系数值为：K=K=查机械设计手册得材料特性系数：=0.10.2，取=0.1=0.050.1，取=0.05计算安全系数ScaS=S=Sca=S=1.5所以其安全。4 合模机构气动系统的设计计算球内胆成形设备的运动较多，这些运动又必须严格地按一定顺序相互配合，使机器达到预期的功能要求。采用液压或气动装置可以简化机械结构，便于自动控制。由于该设备的运动周期短，频率较高，故选用反应灵敏的气动装置更为合适。考虑到设备在长时间工作情况下应有较长的寿命和可靠性，设备气动系统是以日本SMC公司的气动元器件为基础设计的。4.1 合模机构气动系统设计图4-1为合模装置气控气

16、动原理图，合模装置共有5个驱动气缸，气缸13驱动V形开合收紧机构，气缸12、气缸14分别驱动右、左翻转机构，气缸21为平铺机构中的提升气缸，气缸19为移动气缸。气动系统工作过程如下：给电磁二位二通阀1脉冲信号后，系统开始工作，气控阀2、5动作，气缸13缩回，V形开合机构收紧到位时，机控阀4动作，气缸12缩回，右中板翻转到位后，机控阀7动作，气缸12伸出，右中板向回翻转，同时气缸14缩回，左中板开始翻转，翻转到位后，机控阀11动作，气控阀15、16、24动作，平铺机构开始动作。由于气控换向阀24的左位气控端有缓冲装置17、18，故提升气缸21先动作，待推杆抬起后，移动缸19缩回，推杆移动。当推杆

17、移动到行程中点时，机控阀22动作，收紧翻转机构复位，当推杆移动到行程终点时，机控阀26动作，推杆复位，机控阀24动作，提升气缸21复位。 图4-1 合模装置气控气动原理图4.2 合模机构气动系统的计算4.2.1 合模装置气动驱动系统左右杆翻转运动驱动气缸的行程要求为60mm，载荷质量M30kg，要求0.5秒内走完行程，若供气压力为0.5Mpa，取气缸缸径为32mm。（a）验算该气缸缸径是否满足要求载荷运动所需的驱动力求加速度 已知s=60mm ，t=0.5s 取惯性力气缸的推力气缸的缸径 已知p=0.5Mpa ， 取载荷系数n=1.7（b）验算该气缸的运行速度和缓冲能力根据气缸的行程和动作时间

18、，由气缸的动作时间与理论基准速度曲线查得： 理论基准速度（负载率0.5） 最大速度 符合要求 故负载运动的最大动能 根据气缸缓冲曲线，缸径32mm的气缸能满足缓冲要求图4-1为合模装置气控气动原理图，气缸12、气缸14分别驱动右、左翻转机构。选用CM2C32-60A型号的气缸，驱动气缸最终参数为：行程60mm，缸径32mm，载荷质量M130kg，动作时间0.5秒，供气压力0.5Mpa。4.2.2 平铺机构推杆提升运动气动驱动系统平铺机构推杆提升驱动气缸的行程要求为12mm，载荷质量M5kg，要求0.1秒内走完行程，若供气压力为0.15Mpa，取气缸缸径为32mm。（a）验算该气缸缸径是否满足要

19、求载荷运动所需的驱动力求加速度 已知s=12mm ，t=0.1s 取惯性力气缸的推力气缸的缸径 已知p=0.15Mpa ， 取载荷系数n=1.7符合要求（b）验算该气缸的运行速度和缓冲能力根据气缸的行程和动作时间，由气缸的动作时间与理论基准速度曲线查得： 理论基准速度（负载率0.5） 最大速度 符合要求 故负载运动的最大动能 根据气缸缓冲曲线，缸径32mm的气缸能满足缓冲要求图4-1为合模装置气控气动原理图，气缸21为平铺机构杆的提升气缸。选用CM2D32-12T型号的气缸，驱动气缸最终参数为：行程12mm，缸径32mm，载荷质量M5kg，动作时间0.1秒，供气压力0.15Mpa。4.2.3

20、平铺机构推杆移动气动驱动系统 平铺机构推杆移动驱动气缸的行程要求为250mm，载荷质量M20kg，要求0.5秒内走完行程，若供气压力为0.2Mpa，取气缸缸径为50mm。（a）验算该气缸缸径是否满足要求载荷运动所需的驱动力求加速度 已知s=250mm ，t=0.5s 取惯性力气缸的推力气缸的缸径 已知p=0.2Mpa ， 取载荷系数n=1.7符合要求（b）验算该气缸的运行速度和缓冲能力根据气缸的行程和动作时间，由气缸的动作时间与理论基准速度曲线查得： 理论基准速度（负载率0.25） 最大速度 符合要求 故负载运动的最大动能 根据气缸缓冲曲线，缸径50mm的气缸能满足缓冲要求图4-1为合模装置气

21、控气动原理图，气缸19为平铺机构的移动气缸，。选用MBB50-250型号的气缸，驱动气缸最终参数为：行程250mm，缸径50mm，载荷质量M20kg，动作时间0.5秒，供气压力0.2Mpa。结论现有的制球生产仍属劳动密集型产业，劳动强度大，生产率低，已不能满足出口对生产的需求，需要研制新型机械化自动化制球设备，以提高制球生产的技术水平。针对这样的问题，本课题对现有的球内胆成型技术进行了分析，并通过运动分析，针对提高产能和降低劳动强度的要求，对整体球内胆机构进行了初步的流水线总体设计，并对其中的合模部件进行具体的设计。通过这个学期三个多月的努力，基本完成了课题的任务。但是由于时间有限，本次机构的

22、设计还是存在一些不足：1 由于时间仓促，三维组装图并未尽善尽美，其中的一些螺栓，销轴的连接未能全部画出，气缸的画法也比较粗糙。2 由于未作出实体，不能进行精确地测量，所以涉及力的计算都只是大致的估计值，不够精确3 一部分由于时间的问题，另一部分由于合模部件的零件太多，机构相对复杂，二维图的尺寸标注不能够很详细，只标注了主要尺寸。致谢四年的大学生活将通过毕业设计谢下帷幕，用大学期间所学的课程知识来完成这次的设计，感慨颇多。在不断地遇到难题、攻克难题的过程中我不断地对自己这四年来的学习进行反思，认识到很多不足，后悔当初没有用更多的时间来学好专业知识，基础不扎实，想到以前各科的老师对我们孜孜不倦的教

23、诲，想再聆听一遍也不可得。这更提醒我在以后的学习工作中要努力打好基础，扎扎实实地完成各项任务。通过这次毕业设计我收获最多的就是如何与队友共同协作，共同完成设计项目。首先我要衷心的感谢我的导师张庆老师，从课题的理论研究到最终运动机构的确定都凝结着张老师的辛勤的汗水。从最初的机构到最后的确定机构张老师给了我很多实际的建议，由于我缺少经验在设计的时候有很多不足也都是张老师孜孜不倦的给我指出并给出参考方案。在论文的撰写上张老师也给了我很多指导，让我收益匪浅。尤其让我敬佩的是张老师渊博的知识和严谨的学术作风，这些都是我在现在和将来的学习和工作中的榜样。其次，我要感谢我的组员吴素云，如果没有她的配合和帮助我无法顺利完成这次的毕业设计，她务实的精神给了我很深的印象，敏捷的思维能力也令我折服，我们在共同完成毕业设计的过程中增进了对彼此的了解，也使我们之间的友情变得更加深厚。最后我要感谢在毕业设计过程中帮助我解决困难的朋友们，以及我的室友和家人，他们在我做毕业设计的过程中给予了很大的理解和帮助。谢谢大家！ 参 考 文 献1 牛兰亭. 制球工艺. 北京：轻工业出版社，19882 郑伯新. 我国皮制球的生