自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計【8張CAD圖紙】

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Can be said that the feeding and discharging is a product of industrial progress, it also plays a vital role in todays industry. Now, the feeding and discharging industrial countries in the world has become the concern of the industry.This paper describes the automatic feeding and the development history, application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the concrete material feeding and discharging the design requirements and the specific structure design, calculation of overall scheme design;In the analysis of domestic and foreign intelligence information and basic research on the current situation, this paper designed a new type of feeding and discharging structure - will drive system of combined mechanism, the drive two motors, through some simple transmission mechanism, the material feeding and discharging can be implemented to run. Establishment of the feeding and quasi static model material, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the feeding and the stress state of material in the gait motion components.Keywords: feeding and discharging, gait, feeding and discharging; industrial; transmission; strength目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 緒論11.1 課題研究意義11.2自動化車床設(shè)備應用11.3 自動化車床設(shè)備21.4 自動化車床設(shè)備趨勢22 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計32.1機構(gòu)方案設(shè)計32.2機構(gòu)方案論述43 供料及出料四連桿機構(gòu)設(shè)計63.1四連桿機構(gòu)設(shè)計63.2確定設(shè)計變量73.3建立目標函數(shù)73.4確定約束條件83.5寫出優(yōu)化數(shù)學模型94 輸送帶裝置設(shè)計104.1同步帶的概述104.1.1同步帶介紹104.1.2同步帶傳動的主要失效形式114.2 同步帶傳動的設(shè)計準則134.3同步帶分類134.4同步帶傳動計算144.4.1同步帶計算選型144.4.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）164.5同步帶的設(shè)計184.6同步帶輪的設(shè)計195 凸輪機構(gòu)的設(shè)計205.1凸輪從動件運動規(guī)律205.2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計215.3凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定245.4滾子半徑的選擇245.4.1凸輪理論輪廓內(nèi)凹部分245.4.2凸輪理論輪廓的外凸部分245.5 直動滾子推桿盤形凸輪265.6直動平底推桿盤形凸輪266 氣缸設(shè)計286.1供料用氣缸的計算286.2下擺動關(guān)節(jié)氣缸的計算296.3四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算307 氣動原理設(shè)計338 PLC控制部分設(shè)計358.1 可編程序控制器的選擇及工作過程358.1.1 可編程序控制器的選擇358.1.2 可編程序控制器的工作過程358.2 可編程序控制器的使用步驟368.3可編程序控制器控制方案378.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求378.3.2.控制要求378.4 PLC控制原理圖設(shè)計38總結(jié)與展望40參 考 文 獻41致 謝42 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計1 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀50至40年代主要以擴大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場響應速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。1.2自動化車床設(shè)備應用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，自動化車床設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的自動化車床設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個20孔，若以搖臂鉆床加工，單單與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結(jié)合自動化車床設(shè)備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了自動化車床設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 自動化車床設(shè)備自動化車床設(shè)備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.4 自動化車床設(shè)備趨勢自動化車床設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，自動化車床設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。43自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計2 自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1機構(gòu)方案設(shè)計由輸送帶將坯料送到料架上，供料裝置將坯料送入車床主軸的中心，夾緊工件；平端面、端面倒角；加工完后，工件落入出料托盤中，托盤隨后向輸出斜槽傾斜。由輸送帶輸出。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。1、 圓形工件的料架；2、工件（末加工）；3、氣缸；4、四連桿機構(gòu)（雙搖桿）5、出料斜槽；6、加工完的工件；7、供料用氣缸；8、夾具；9、工具滑塊10、供料設(shè)備；11、出料裝置；12、擺動關(guān)節(jié)；13、杠桿圖示所示為自動車床的供料和出料機構(gòu)。V 形的高度可調(diào)。托架從料架中取出一個未加工的工件，并把工件輸送到機床主軸的中心，在這個位置，被一個凸輪（未顯示）推進到夾具中，加工完后，工件落入出料托盤中，這個托盤隨后向輸出斜槽傾斜。整個設(shè)備是裝在一個基座上的，并與機器上工具的區(qū)域連接。在加工過程中，工件托架必須要轉(zhuǎn)到一個離開加工碎屑的位置。適用元件：標準氣缸ESN標準氣缸DNG或DNC接近開關(guān)SM氣缸安裝腳架LBG雙耳環(huán)SGS單向流量閥GR耳軸支座LNZ安裝附件管接頭2.2機構(gòu)方案論述負載大小的確定主要是考慮沿供料及出料各運動方向作用于機械接口處的力和扭矩。其中應包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作業(yè)對象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計給的設(shè)計參數(shù)可初估本次設(shè)計屬于小負載。驅(qū)動方式由于伺服電機具有控制性能好，控制靈活性強，可實現(xiàn)速度、位置的精確控制，對環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運動控制要求嚴格的中、小型供料及出料等特點，故本次設(shè)計采用了伺服電機驅(qū)動（三）傳動系統(tǒng)設(shè)計供料及出料傳動裝置中應盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小，在傳動鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高供料及出料的運動和位置控制精度。在供料及出料中常采用的機械傳動機構(gòu)有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動和鋼帶傳動等，由于齒輪傳動具有效率高，傳動比準確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，且大學學習掌握的比較扎實，故本次設(shè)計選用齒輪傳動。（四）工作范圍工業(yè)供料及出料的工作范圍是根據(jù)工業(yè)供料及出料作業(yè)過程中操作范圍和運動軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響供料及出料的機械結(jié)構(gòu)坐標形式、自由度數(shù)和操作機各手臂關(guān)節(jié)軸線的長度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動范圍的選擇（五） 運動速度供料及出料操作機手臂的各個動作的最大行程確定后，按照循環(huán)時間安排確定每個動作的時間，就能進一步確定各動作的運動速度，用m/s或（）/s表示，各動作的時間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時間的長短，各動作之間順序是依序進行還是同時進行等。應試做各動作時間的分配方案表，進行比較，分配動作時間除考慮工藝動作的要求外，還應考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動和控制方式、定位方式和精度等要求。自動化車床的供料及出料裝置設(shè)計3 供料及出料四連桿機構(gòu)設(shè)計3.1四連桿機構(gòu)設(shè)計連桿機構(gòu)是最常用的機構(gòu)，因此連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在機構(gòu)設(shè)計中十分重要，研究工作開展得也最為廣泛。有大量的文獻介紹有關(guān)平面四桿機構(gòu)、平面五桿機構(gòu)、柔性連桿機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)、槽輪連桿機構(gòu)、凸輪連桿組合機構(gòu)和齒輪連桿等機構(gòu)的優(yōu)化。鑒于四連桿機構(gòu)的典型性，本節(jié)結(jié)合四連桿機構(gòu)的函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計問題，闡述連桿機構(gòu)優(yōu)化問題的一般方法及流程。四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計就是對四連桿機構(gòu)的參量進行優(yōu)化調(diào)整，使得機構(gòu)給定的運動和機構(gòu)所實現(xiàn)的運動之間誤差最小。因此四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的過程，就是尋找使得四連桿機構(gòu)運動誤差最小的一組機構(gòu)設(shè)計參量。四連桿機構(gòu)設(shè)計參量確定后，就可認為實現(xiàn)了機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。四連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括四連桿機構(gòu)優(yōu)化模型建立和優(yōu)化模型求解二個主要過程。通過對四連桿機構(gòu)的分析確定優(yōu)化方案，確定設(shè)計變量，給出目標函數(shù)，并將機構(gòu)設(shè)計制約條件，如桿長條件、傳動角條件等，寫成相應的約束條件，即可建立機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。下面介紹四連桿機構(gòu)函數(shù)再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計模型的建立。3.2確定設(shè)計變量根據(jù)設(shè)計要求，由機械原理知識可知，設(shè)計變量有L1、L2、L3、L4、。將曲柄的長度取為一個單位長度1，其余三桿長可表示為L1的倍數(shù)。由圖1所示的幾何關(guān)系可知為桿長的函數(shù)。另外，根據(jù)機構(gòu)在機器中的許可空間，可以適當預選機架L4的長度，取L4=5，經(jīng)以上分析，只剩下L2、L3兩個獨立變量，所以，該優(yōu)化問題的設(shè)計變量為因此。本優(yōu)化設(shè)計為一個二維優(yōu)化問題。3.3建立目標函數(shù)按軌跡的優(yōu)化設(shè)計，可以將連桿上M點與預期軌跡點坐標偏差最小為尋優(yōu)目標，其偏差為和，如圖2。為此，把搖桿運動區(qū)間2到5分成S等分，M點坐標有相應分點與之對應。將各分點標號記作，根據(jù)均方根差可建立其目標函數(shù)，即 ，S為運動區(qū)間的分段數(shù)于是由以上表達式便構(gòu)成了一個目標函數(shù)的數(shù)學表達式，對應于每一個機構(gòu)設(shè)計方案（即給定），即可計算出均方根差。圖 23.4確定約束條件根據(jù)設(shè)計條件，該機構(gòu)的約束條件有兩個方面：一是傳遞運動過程中的最小傳動角應大于50度；二是保證四桿機構(gòu)滿足曲柄存在的條件。以此為基礎(chǔ)建立優(yōu)化線束條件。保證傳動角圖 3按傳動條件，根據(jù)圖3可能發(fā)生傳動角最小值的位置圖，由余弦定理 （見圖3（a）所以 （a） （見圖3（b）所以 （b）式（a）、（b）為兩個約束條件，將，代入式（a）、（b），得曲柄存在的條件按曲柄存在條件，由機械原理知識可知，把它們寫成不等式約束條件（將，代入上式），得經(jīng)過分析，上述七個約束條件式中，和為緊約束條件，為松約束條件，即滿足和的，必滿足不等式，所以本優(yōu)化問題實際起作用的只有和兩個不等式約束條件。3.5寫出優(yōu)化數(shù)學模型綜上所述，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學模型為 即本優(yōu)化問題具有兩個不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。4 輸送帶裝置設(shè)計4.1同步帶的概述4.1.1同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v50m/s，P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。圖3.1 同步帶傳動同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。2 同步帶的特點(1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；(3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯；(4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；(5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；(6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。4.1.2同步帶傳動的主要失效形式在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種：(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞同步帶在運轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應力作用，也會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。圖3.2 同步帶承載繩斷裂損壞(2)、同步帶的爬齒和跳齒根據(jù)對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。3、適當增大帶安裝時的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。(3)、帶齒的剪切破壞帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展，并沿承線繩表面延件，直至整個帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個：1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應力集中，導致帶齒剪切損壞。 2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。 3、同步帶的基體材料強度差。為減少帶齒被剪切，首先應嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料。圖3.3 帶齒的剪切破壞 (4)、帶齒的磨損帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應在安裝時合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計時，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削；此外應提高同步帶帶齒材料的耐磨性。圖3.4 帶齒磨損(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)同步帶在運轉(zhuǎn)一段時期后，有時在帶背會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)生龜裂的原因如下， 1、帶基體材料的老化所引起；2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。圖3.5 同步帶帶背龜裂 防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。4.2 同步帶傳動的設(shè)計準則據(jù)對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種； (1)同步帶的承載繩疲勞拉斷； (2同步帶的打滑和跳齒； (3)同步帶帶齒的磨損。 因此，同步帶傳動的設(shè)計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應對帶齒進行耐磨性計算。4.3同步帶分類同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB。梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動相應標準GB/T 1136111362-1989和GB/T 11616-1989?；↓X同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉?；↓X同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。4.4同步帶傳動計算4.4.1同步帶計算選型設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下：式中需要傳遞的名義功率工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.5；表3-3.工作情況系數(shù)確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中Pd=4.5kw，n1=960/15.027=64 rpm。查表3-4表3-4選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數(shù)14。實際齒數(shù)應該大于這個數(shù)據(jù)初步取值z1=21故大帶輪齒數(shù)為：z2=iz1=1z1=34。 故z1=21，z2=21。確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2小帶輪節(jié)圓直徑d1= d2=Pbz1/=8.0021/3.1453.5mm驗證帶速v 由公式v=d1n1/60000計算得， svmax=40m/s，確定帶長和中心矩現(xiàn)在選取軸間間距為取1350mm10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定=() = =2866.4mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計算有在本次設(shè)計中傳動比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。12、基本額定功率的計算查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準額定功率為=0.21KW表3-5 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量4.4.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）1、同步帶的節(jié)線長度同步帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要參數(shù)。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。表3-6 帶節(jié)線長度表2、帶的節(jié)距Pb如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表3-5。3、帶的齒根寬度一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。圖3.7 帶的標準尺寸表3-7 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸4、帶的齒根圓角帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設(shè)計時應選適當?shù)臄?shù)值。5、帶齒齒頂圓角半徑八帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。6、齒形角梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。4.5同步帶的設(shè)計在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。表3-8 同步帶尺寸型號節(jié)距齒形角齒根厚齒高齒根圓角半徑齒頂圓半徑H840。6.124.31.021.02圖 同步帶4.6同步帶輪的設(shè)計同步帶輪的設(shè)計的基本要求1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。3、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。4、具有合理的齒形角齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。5 凸輪機構(gòu)的設(shè)計5.1凸輪從動件運動規(guī)律基本運動規(guī)律從動件位移s隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化情況如圖2-3所示，圖中橫坐標代表凸輪轉(zhuǎn)角，縱坐標代表從動件位移s、速度v和加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律稱為從動件運動規(guī)律。從動件運動規(guī)律又可分為基本運動規(guī)律，基本運動規(guī)律有以下幾種： 圖2-3等速運動規(guī)律：從動件在運動過程中速度為常數(shù)，而在運動的始、末點處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無窮大，產(chǎn)生無窮大的慣性力，機構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊，稱為剛性沖擊，次類運動規(guī)律只使用于低速運動的場合。等加速等減速運動規(guī)律：從動件在運動過程中加速度為常數(shù)，而在運動的始、末點處加速度有突變，產(chǎn)生較大的加速度和慣性力，由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊，這種運動規(guī)律只適用與中速運動的場合。余弦加速度運動規(guī)律：又名簡諧運動規(guī)律。從動件在整個運動過程中速度皆連續(xù)，但在運動的始、末點處加速度有突變，產(chǎn)生柔性沖擊，因而也只適用中速運動場合。正弦加速度運動規(guī)律：又名擺線運動規(guī)律。從動件在整個運動過程中速度和加速度皆連續(xù)無突變，避免了剛性沖擊和柔性沖擊，可以用于高速運動的場合。在工程實際中，為使凸輪機構(gòu)獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運動規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之以其他運動規(guī)律與其組合，從而獲得組合運動規(guī)律。當采用不用的運動規(guī)律組合成改進型運動規(guī)律時，它們在連接點處的位移、速度和加速度應分別相等；這就是兩運動規(guī)律組合時必須滿足的邊界條件。常用的組合運動規(guī)律有：改進性等速運動規(guī)律，改進性正弦加速度運動規(guī)律和改進性梯形加速度運動規(guī)律?；镜膹膭蛹\動規(guī)律方程如表2-1：從動件運動位移方程運動規(guī)律從動件運動方程推程01回程03等速運動規(guī)律S=h1S=h-h3等加速等減速運動規(guī)律012S=2h122032S=h- 2h322121S=h-2h12(1-)232。這樣，當理論輪廓作出后，不論選擇多大的滾子，都能做出工作輪廓。5.4.2凸輪理論輪廓的外凸部分如圖2-8b所示，工作輪廓曲率半徑a理論輪廓曲率半徑與滾子半徑rr三者之間的關(guān)系為:a=+rr (2-8)圖2-8滾子半徑對工作輪廓的影響如圖2-6b，當rr時，a0；這時，可以作出論拖的工作輪廓；如圖2-6c，當=rr時，雖然能作出凸輪工作輪廓，但出現(xiàn)了尖點；尖點處是極容易磨損的。如圖2-6d，當rr時，a0，這時，作出的工作輪廓出現(xiàn)了相交的包絡(luò)線。這部分工作輪廓無法加工，因此也無法實現(xiàn)從動件的預期運動規(guī)律，即出現(xiàn)了“失真”現(xiàn)象。綜上可知，滾子半徑不宜過大。但因滾子裝在銷軸上，故亦不宜過小。一般我們采用rrMg=(3.057+0.1+0.660+0.309+0.139)10=41.65 N。根據(jù)公式F=PA+，系統(tǒng)壓為最低0.3Mpa考慮，可得壓側(cè)的輸出力為94.2 N；拉側(cè)的輸出力為65.7 N，顯然滿足要求。參照（ISO6432標準），氣缸1選用缸徑為20mm，行程為25mm的亞德客超薄氣缸，代號為ACQ-2025 。同理，下壓氣缸4選用亞德客筆型氣缸，代號為PB-1030。 圖2.10 AIRTAC超薄氣缸參照供料用傳動方案設(shè)計，又下擺動關(guān)節(jié)的沖壓力Pz=8.6 N，選擇的氣缸類型分別為（表2.4）：氣缸名稱上模板氣缸下壓氣缸品牌及類型AIRTAC ACQ-25X12AIRTAC ACQ-40X50缸徑mm2540活塞桿外徑mm914行程mm1040受壓面積mm2(押側(cè)/拉側(cè))421/2981057/756理論輸出力N(押側(cè)/拉側(cè))117.3/103.3337.0/216.7表2.4 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的規(guī)格氣缸的運動時序表如下：氣缸名稱速度T（伸出）/sT（收回）/s上模板氣缸210-0.52.5-3下壓氣缸230.5-2.51.5-3表2.5 下擺動關(guān)節(jié)氣缸的運動時序表6.3四連桿關(guān)節(jié)氣缸的計算對四連桿關(guān)節(jié)連接滑塊進行受力分析（在最大壓力角處），圖示如下：圖2.27 連接滑塊的受力分析連接滑塊受力來自兩個部分，第一是氣缸給的動力，第二是連接滑塊和滑銷之間的摩擦阻力。連接滑塊的摩擦阻力又來自兩個部分，其一是滑塊上方零部件的重量和自重引起的，另一個是由送料凸輪給的力F在水平方向的分量引起的。其中，是連接滑塊、螺釘、墊圈、彈簧墊片、送料夾滑塊、連接螺釘、送料夾、送料夾固定螺釘在送料滑銷上的壓力之和，跟據(jù)proe中質(zhì)量分析，設(shè)置材料Q235A的密度為，可分別得出各零件的質(zhì)量。經(jīng)分析，得總質(zhì)量M=(連接滑塊質(zhì)量+六角螺釘質(zhì)量+墊圈質(zhì)量+彈簧墊片質(zhì)量+連接螺釘質(zhì)量) X 2+送料夾X 3 +送料夾固定螺釘X 6 + 送料夾滑塊質(zhì)量。即M=（0.065+0.0038+0.0014+0.0026+0.0038）X 2 + 0.0068 X 3 + 0.0019 X 6 + 0.132= 0.245 Kg故，=Mg=0.2168 X 10 =2.164 N又查得剛和剛（粗糙度3.2）之間的 u=0.1。 N （1） （2）根據(jù)連接滑塊Y方向的力衡，可知 （3）聯(lián)立（1）（2）（3）解得F= 0.340 N根據(jù)要求，四連桿關(guān)節(jié)氣缸選用筆型氣缸（ISO6432標準），理論出力計算公式是：F=PA+ 式中：F氣缸理論輸出力（N）P工作壓力(MPa)A活塞受力面積（）彈簧復位力（N）系統(tǒng)壓力為0.30.5MPa，選用復動型氣缸時，=0 N，取系統(tǒng)壓力極小值時，可得：氣缸活塞面積大于6.288即可。即氣缸缸徑大于1.457就行。參照（ISO6432標準），選用缸徑為12mm，行程為40mm的筆型氣缸足夠滿足要求。選用亞德客氣缸，代號為PB-1240。7 氣動原理設(shè)計氣動原理圖如圖4-1所示。整個氣動系統(tǒng)就是要對供料氣缸、擺動氣缸、四連桿氣缸動作進行控制。圖4-1 氣動原理圖氣路元件表如圖4-1所示： 圖4-1 氣路元件表序號型號規(guī)格名稱數(shù)量1L1-25單向節(jié)流閥6224DH-10-S三位四通電磁滑閥33QF-44手動截止閥14QSL-26SQTY-20-S壓力組件15YJ-1壓力繼電器16Q24DH-10-S兩位三通電磁滑閥1各執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進行調(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快起動速度，也可調(diào)節(jié)全程上的速度。升降氣缸采用進氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸側(cè)的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器的背壓大小。為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸、行程、速度計算出所需壓縮空氣流量，與所選用電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應來確定的。8 PLC控制部分設(shè)計考慮到氣缸的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對氣缸進行控制.當氣缸的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。8.1 可編程序控制器的選擇及工作過程8.1.1 可編程序控制器的選擇目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本氣缸的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。8.1.2 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為四個階段。第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。當輸入狀態(tài)信息全部進入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。 CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進行各種相應的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。8.2 可編程序控制器的使用步驟在可編程序控制器與被控對象(機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)時，通常以七個步驟進行:(1)系統(tǒng)設(shè)計即確定被控對象的工作原理，控制要求，動作及動作順序。(2)I/0分配即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應的輸入端號;哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應的輸出端號.此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要