货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

机械电子工程毕业论文

重庆三峡学院

毕业设计说明书

题目 货物智能传送分拣系统设计

——机械结构设计

学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程（数控加工） 年 级 2012级 姓 名 范 俊 学 号 指导教师 职称 讲师

完成毕业设计（论文）时间 2016 年 5 月

机械电子工程毕业论文

目录第一

机械电子工程毕业论文

目录

第一章 绪论 ....................................................................... 1

1.1选题背景 ................................................................... 1

1.1.1传送带发展史 ......................................................... 1

1.1.2传送带发展市场 ....................................................... 1

1.1.3传送带设备发展方向 ................................................... 1

1.2 货物智能传送分拣系统简述 ................................................... 1

1.3本设计机械设计部分主要任务 ................................................. 1

第二章 智能传送分拣系统总体设计 .................................................... 3

2.1传送系统总体设计基本要求 ................................................... 3

2.2 主体框架的材料选择与搭建 ................................................... 3

2.3 传感器及单片机选型 ......................................................... 4

2.3 驱动电机的选型............................................................. 5

2.4 同步带选型计算............................................................. 6

2.5 气压缸及其组件选型 ....................................................... 7

2.5.1气压缸选型 ........................................................... 7

2.5.2 电磁阀选型 ........................................................... 8

2.5.3气动控制回路 ......................................................... 9

2.6 轴的强度校核............................................................... 9

2.7 轴承的选型 ................................................................ 9

第三章 三维建模 .................................................................. 11

3.1 Solidworks三维建模技术 ................................................... 11

3.2 各零件图的建模............................................................ 11

3.3传送系统的装配 ............................................................ 17

3.4货物自动传送带总装爆炸图 .................................................. 19

第四章 机械零件加工工艺设计 ....................................................... 22

5.1制定机械加工工艺规程的步骤 ................................................ 22

5.2机械加工工艺规程的作用 .................................................... 22

5.3工艺规程的格式 ............................................................ 22

第五章 控制系统的实现............................................................. 23

5.1系统的硬件设计 ............................................................ 23

5.1.1 红外收发模块描述 .................................................... 23

5.1.2 继电器模块说明 ...................................................... 23

5.1.3 继电器模块功能说明 .................................................. 23

5.1.4 驱动模块技术参数 .................................................... 23

5.1.5 红外对射管介绍 ...................................................... 23

5.2系统的软件实现 ............................................................ 24

第六章 总结 ...................................................................... 26

机械电子工程毕业论文

致谢语 ........................................................................... 27

参考文献 ......................................................................... 28

附录一：实物图片 ................................................................. 29

附录二：设计图纸 ................................................................. 29

附录三：加工工序卡 ............................................................... 29

附录四：加工程序 ................................................................. 29

机械电子工程毕业论文

货物智能传送分拣系统设计

范 俊

重庆三峡学院 机械工程学院 机械电子工程（数控加工） 2012级 重庆万州 404000

摘要：随着当今社会的飞速发展，流水线大大提高了企业的生产效率，带传送方式在其中占据了很大一部分位置，但传统的纯机械式带传送越来越满足不了巨大生产需求，本设计在传统的带式传送系统中加入了一些传感器以及单片机控制等电子控制技术，让传统的带式传动系统具有了自动化的特点，提高了生产效率。本设计主体框架采用欧标20*20铝型材搭建，并采用24V步进电机作为驱动动力。传送装置中段安装气压缸，以实现分拣功能，其工作信号由两对红外发射接收管产生，该传感器还作为计数功能的一部分，计数则用LED数码管显示。为防止产品掉落，在传送装置末端安装有一对红外光电开关，当检测到物体遮挡时传送带自动停止运行。

关键字：传送带，单片机，LED数码管，传送带，气压缸

机械电子工程毕业论文

The goods intelligent sorting system design

FanJun

Chongqing Three Gorges University school of mechanical engineering Mechatronic Engineering （numerical control processing） The class of 2012 Chongqing wanzhou 404000

Abstract: with the rapid development of today's society, assembly line has greatly increased the

production efficiency, belt transmission mode in which occupies a large part of the position, but the traditional pure mechanical transmission cannot satisfy the huge production requirements, the design

added a number of sensors and single chip microcomputer control and other electronic control technology in the traditional belt conveyor system, so that the traditional belt drive system has the characteristics of automation, and improved the production efficiency.The main frame of the design adopts European standard 20 * 20 aluminum structures, and adopts 24V stepper motor as the driving force.The middle

section of the transmission device is provided with a pneumatic cylinder to realize the sorting function, its working signal is produced by two pairs of infrared receiving tube, the sensor also work as part of the counting function, the counting displays on LED digital tube .To prevent products from falling, a pair of infrared photoelectric switches are installed at the end of the transmission device, and the conveyor belt is automatically stopped when the object is occluded.

Key words: singlechip , Single Chip Microcomputer , LED Digital Tube , The Conveyor Belt,Pneumatic Cylinder

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

第一章 绪论

1.1选题背景

近年来，我国工业的发展以及传送带行业的发展使得连续传送及分级传送技术也得到了进一步提高。传送带是传送线和输送机械的总称。经济和社会的发展对传送带也提出了更高的要求，现代工程技术将需要越来越高效的传送带,超细粉碎技术在高新技术研究开发中将起着越来越重要的作用。[９]

1.1.1传送带发展史

在中国，公元前两千多年就出现了最简单的传送工具——不过，它们的传送动作是间歇的。近代的传送带是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。其生产效率高于作间歇破碎动作的传送带。以矿业为例，这些传送带的出现，大大提高了矿业作业的功效。但是，由于各种物料的特性有差异，不同行业对产品的传送速率要求也不尽不同，于是后来出现了按不同工作原理进行传送作业的各类传送带。[26]

1.1.2传送带发展市场

由于传送带在各行各业的普遍使用，因此国内外对传送带的研究与发展均很重视。据了解，目前中国传送带的市场还有很大潜力，但真正有生命力的产品还不多，还需要广大科研人员和制造商们的发明创造，研制出既能解决实际难题、自动化程度高，又具备高效率的传送带，来填补中国乃至世界的传送带技术空白。

1.1.3传送带设备发展方向

（1）要开发与传送带相配套的精细分级设备以及其它配套设备。要更多地从整个工艺系统的角度来进行研究与开发,在现有传送带的基础上改进、配套和完善分级设备、产品输送设备等其它辅助工艺设备。

（2）提高效率,降低能耗,不断提高和改进传送带。

（3）设备与工艺研究开发一体化。

（4)开发多功能传送和表面改性设备

现代工程技术需要越来越多的传送设备,传送技术在高新技术研究开发中将起着越发重要的作用。在未来非金属矿深加工技术开发和产业发展中要考虑高新技术及其产业的发展，必须考虑其综合利用问题。

1.2 货物智能传送分拣系统简述

我们设计制作的货物智能传送分拣系统在传统的传送带的基础上加入了控制系统，用单片机、传感器、气压缸相结合的方式实现传送带的智能传送，产品检测以及合格产品的计数功能。货物智能传送分拣系统的机械框架采用欧标20*20的铝型材搭建而成，主动滚筒及从动滚筒为钢制部件，传送带选用PVC带，电机与主动滚筒之间采用同步带轮传动机构；控制系统部分以STC89C52单片机为控制核心，单片机依靠接收并处理传感器采集的信息来发出指令，从而实现传送、分拣、计数显示功能。在货物智能传送分拣系统的设计与制作中，我主要负责机械设计部分。

1.3本设计机械设计部分主要任务

（1）设计出主体框架结构，并使用SolidWorks进行各零件及整体装配三维建模。

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

（2）选取出需要用到的材料及标准件，并选取出本设计所需的传感器，电子元件等，然后进行采购。

（3）导出需要加工零件的二维图纸，并制定加工工艺流程及工序卡。

（4）按照工艺卡和工序卡流程到学校数控实训中心进行加工。

（5）制定装配顺序，将加工好的零件进行总装。

（6）将电控部分加装至结构上，进行总体结构调试。

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

第二章 智能传送分拣系统总体设计

2.1传送系统总体设计基本要求

本次设计的传送系统是由以下四部分组成的，即动力系统、主体框架、传感器及单片机、气压系统。

我们在对传送系统总体设计时必须满足以下基本基本的要求：

（1）我们在设计货物智能传送分拣系统时得到各项基本性能，基本上应该达到我们预期所确定的目标。

（2）在设计的同时，尽可能要去满足国家的一些安全规定。

（3）所选电机的驱动能力应大于整体负载，不允许出现小马拉大车的情况。

（4）整体框架结构强度应满足要求。

（5）控制电路应较为稳定。

（6）传感器采集信息要较为精确。

2.2 主体框架的材料选择与搭建

综合多方面考虑，如强度、价格、重量、安装难易程度等，我们小组经研究决定采用欧标20*20铝型材，该铝型材具有强度高、重量轻、易安装的特点，每根铝型材之间采用角件连接。

整体框架三维图：

图2-1

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

2.3 传感器及单片机选型

（1）本设计分拣筛选的原理为：气压缸上下均安装有一对传感器，当物体经过气压缸前端时，上下两个传感器均检测到信号即为合格，气压缸不动作使其通过，若只有气压缸下部的传感器检测到信号，上部传感器检测不到信号即为不合格，信号经传感器传入单片机，经单片机处理后控制继电器的通断，继而电磁阀上电，气压缸推出动作将物体推离传送带。

（2）计数原理：当物体经过传感器时，传感器检测到信号，信号传回单片机，经处理后在LED数码管上显示出计数数值。[13]

经研究，我们小组最终采用了红外发射接收管，该传感器具备精度高，价格便宜的特点。 红外发射接收管实物，如图2-2所示。

图2-2

（3）为了防止物品从传送带末端掉落，我们在传送带末端装有一对对射型红外光电开关。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几厘米米甚至几十米。使用时把发射端和接收端分别装在检测物通过路径的两侧，物体通过时阻挡光路，接收端就动作输出一个开关控制信号。

红外对射型光电开关实物，如图2-3所示。

图2-3

（4）本设计采用STC89C52单片机，STC89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。[13]

STC89C52单片机实物，如图2-4所示。

图2-4

2.3 驱动电机的选型

通过对传送系统的具体分析，因为考虑到本次设计的实物为传送带，带上面没有重物，主动滚筒的轴径为直径20mm的轴径，整体负载不高，在考虑轴承滚动摩擦下，让传送带运动起来所施加的外力约为30N至50N之间之间，所以：[12]

T轴Max FMax L 50

T电机Max20N mm 0.5N M （2-1） 2 T轴Max 0.98 0.5 0.96N M 0.5208N M （2-2）

由计算可知当传动系统在运转时，由于没有采用较复杂的减速装置，而直接由电机提供

0.5208N M的转矩，且电机的体积要小而提供较大的转矩，通过查阅机械设计手册以及相关资料比较后选择57系列步进电机来提供旋转的动力。考虑到展具在转动时会产生一定的晃动等不稳定情况下，转矩对最小转矩取一个相对较大的安全系数C=2.5，则步进电机需要提供的静转矩为： [12]

T C TMax 2.5 0.5208N M 1.3021N M 13.2814kg cm(2-3)

根据我们实物的安装空间和查表2-1，我们小组决定采用型号为57BYGH748的步进电机。

[12]

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

2.4 同步带选型计算

根据我们对实物的测量及功率估算，得出我们带传动的主要参数，其传动比为i=3.125 ，传递功率为：50 ~ 100w 。小带轮的转速为n1= 3RPM。带长L=500mm。

（1）确定同步带传动的设计功率Pd

Pd K 0 Pm (2-3)[27]

式中：K0 ——载荷修正系数，根据实际情况我们为其估值为1.2

Pm ——工作机上电动机功率

由查阅资料得K0 1.2 。故：

Pd K 0 Pm 1.2 (50 ~ 100 w) 60 ~ 120w (2-4)[27]

（2）确定带的型号和节距

可根据同步带传动的设计功率Pd 和小带轮转速n1 ，由同步带选型图中来确定所需采用

的带的型号和节距。

其中 Pd 60 ~ 120w ，n1 3RPM 。根据我们实际已有的带轮型号：

选同步带的型号为：XL ，节距为： Pb 5.080mm

（3）选择小带轮齿数 z1 , z2

可根据同步带的最小许用齿数确定。查阅资料得：

选小带轮齿数： z1 8 。故大带轮齿数为： z 2 i z1 3.125 8 25 ，

故： z1 12 ， z2 25

（4）确定带轮的节圆直径d1 , d2

小带轮节圆直径：d1 Pb z1 / 5.080 8 / 3.14 12.94mm

大带轮节圆直径：d2 Pb z 2 / 25 / 3.14 40.45mm

（5）中心距确定及包角计算

带传动主要用于两轴平行且回转方向相同的情形，这种带传动称作开口传动。如图2-4所

示，当带传动的张紧力为规定时，两带轮轴线的距离a为中心距，传动带被张紧时，带与带轮接触的圆弧所对应的中心角为包角。

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

图2-4 开口传动的几何关系

查《机械设计基础》可得。[27] 中心距a [2L π d1 d2 1

82L πd1 d22 8d1 d22] （2-5） 故，中心距a 190.162mm 带轮包角 180

故小轮包角为 1 180 d2 d1 57.3 （2-6） a40.45 12.94 57.3 171.71 190.162

40.45 12.94 57.3 188.29 大带轮包角 2 180 190.162

2.5 气压缸及其组件选型

2.5.1气压缸选型

气缸理论出力表及气缸内径确定，气缸理论出力表（N）

注： P1：推力； P2：拉力。

[15]

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

（1）由负载性质及气缸运动速度选定负载率β值

负载率：β=F/P×100% (2-5)

式中：F-气缸活塞杆上所受的实际负载(N)

P-气缸理论出力(N).

理论输出力P(N)

推力P1=π/4×D×p 式中D-气缸内径(cm) p-气缸工作压强(MPa) (2-6)

拉力P2=π/4×(D2-d2)×p 式中d-气缸活塞直径(cm)

负载性质：

阻性负载： β=80%

惯性负载： 一般场合 β=50% V<0.2m/s β=65% 高速运动 β=30%

（2）由实际负载F及负载率β值，即将求出所需的气缸理论输出力P(P1或P2） P=F/β

（3）由气缸的工作压力P及所需的理论输出力P(P1或P2）即可计算气缸缸径D，再按缸径系列尺寸圆整。

综合本设计所需行程和采购方便等原因，我们小组决定采用MAL20*200型号的气压缸。 2

2.5.2 电磁阀选型

基于我们气压缸的负载较小，动作简单，经我们小组决定，选用DC24V 4V210-08二位五通电磁阀。

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

2.5.3气动控制回路

图2-5 货物分拣气压控制回路

1—节流阀 2—4V210-08二位五通电磁阀 3—气压缸

2.6 轴的强度校核

本设计负载不大，因此轴所承受的转矩和弯矩均不是很大，由于本设计所采用滚筒上的轴的直径为20mm，所以可以完全确定轴的强度足够。

2.7 轴承的选型

轴承的作用：支承轴及轴上的零件，并保持轴的旋转精度；减小支承与轴之间的摩擦，降低磨损。

轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类，滑动轴承常用于高精度、高速、重载等场合，因而在汽轮机、内燃机、大型电机中采用较多；滚动轴承用途最为广泛，在一般的机器中应用非常广泛，其性能优异，价格便宜，易于采购。滑动轴承主要分为向心滑动轴承和轴向滑动轴承，然而滚动轴承出来能承受径向载荷还能承受一定的双向轴向载荷，而且还能容许一定量的角偏差，由此安装精度要求相对较低。由于滚动轴承已经大量标准化，加上上诉综合考虑，我们小组经研究决定采用深沟球滚动轴承。[27]

轴承的润滑和密封：轴承的的润滑和密封对轴承的寿命具有重大意义。润滑的主要作用是减小摩擦与降低磨损，密封主要是防止水分、灰尘等进入轴承当中，并阻止润滑油的流失。轴承的润滑剂一般为润滑油或者润滑脂，选择原则如表2-2所示。

选择润滑油或润滑脂的一般原则如表2-2：

[28]

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

第三章 三维建模

3.1 Solidworks三维建模技术

SolidWorks是一个功能十分强大，且组件数量多的3D绘图软件。 SolidWorks的强大功能，易于使用，容易创新，是其三个主要特点，致使SolidWorks在解决3D 图形处理方面成为领导者。在 SolidWorks中可以提供不同的设计方案，降低错误几率，且在设计过程中，提高产品质量。每个工程师和设计师都使用的SolidWorks，易于使用，操作简单。

每一个都熟悉的微软WIN系统的用户，都基本上可以使用SolidWorks执行自己的设计。 SolidWorks的独特的拖放和旋转功能，使大大缩短用户完成大型装配设计的时间。 SolidWorks的资源管理器，是类似于Windows中的管理器的CAD文件管理器，无论何时，都可以轻松地使用它来管理三维以及CAD文件。

在SolidWorks 中，生成新零件的时候，可以直接根据其他零件并保持这种关系。在装配环境下，可以快捷有效地设计和修改的部分零件。对于零件较多的装配，在使用SolidWorks后效率可以大大提高。[20]

3.2 各零件图的建模

主动滚筒建模如下首先选取前基准面，进行草绘。操作过程如下：

1.运用鼠标点击草绘按钮，选取视图基准面绘制草图如下图所示。

图3-1 绘制草图

2.绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉伸菜单如下图所示。

机械电子工程毕业论文

范俊：货物智能传送分拣系统设计——机械结构设计

图3-2 拉伸示意图

3.滚筒主体

（1）以上表面为基准，设置拉伸厚度为200mm。如图3-3所示。

图3-3

（2）对滚筒两端面进行拉伸切除，切除深度为10mm。如图3-4所示。

机械电子工程毕业论文

2016届机械电子工程专业毕业设计（说明书）

图3-4

（3）再对凹下去的端面进行边倒圆。如图3-5所示。

图3-5

（4）然后再在凹面上画草图和拉伸，绘制滚筒轴。如图3-6所示。

图3-6

（5）再对轴端进行倒角。如图3-7所示。

图3-7

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ajri.html