壓蓋自動送料機(jī)設(shè)計(jì)【輸送機(jī)輸送壓蓋】

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[2]（美）R.L.諾頓（Robert L. Norton）著 ，陳立周，韓建友，李威，邱麗芳，譯.機(jī)械設(shè)計(jì)-機(jī)器和機(jī)構(gòu)綜合與分析（原書第二版）[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [3] K.洛克（Kurt Luck）K.-H.莫德勒（Karl-Heinz Modler）編著，孔建益，譯.機(jī)械原理 分析·綜合·優(yōu)化[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [4] 濮良貴，紀(jì)名剛，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版)[M] 高等教育出版社，2006. [5] 孟憲源, 姜琪，編著. 機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [6] 鄒慧君，編著.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2008. [7] 李瑞琴，編著.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M]國防工業(yè)出版社，2008. [8] 呂洋波, 胡仁喜, 呂小波, 主編.UG NX 7.0動力學(xué)與有限元分析從入門到精通[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2010. [9] 張晉西, 張甲瑞, 郭學(xué)琴, 編著 UG NX/Motion 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真基礎(chǔ)及實(shí)例[M]清華大學(xué)出版社,2009. [10] 胡小康, 編著, UG NX6運(yùn)動仿真培訓(xùn)教程[M]清華大學(xué)出版社,2009. 工作進(jìn)度安排 階段 起止日期 階段工作內(nèi)容 一 2012.12－2013.1 調(diào)研，開題 二 2013.1-2013.2 復(fù)習(xí)相關(guān)課程，強(qiáng)化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分析水平 三 2013.3.1-2013.3.31 構(gòu)思方案,總體設(shè)計(jì),中期檢查 四 2013.4-2013.4.25 完成設(shè)計(jì)工作，審核初稿 五 2013.4.26-2013.4.30 修改 六 2013.5.1-2013.5.26 整理提交資料,畢業(yè)答辯 要求完成日期：2013 年 05 月 06 日 指導(dǎo)教師簽名： 審查日期：2012年 月 日 專業(yè)委員會簽名： 批準(zhǔn)日期：2012年 月 日 學(xué)院指導(dǎo)委員會簽名（公章）： 接受任務(wù)日期：2012 年 12 月 05 日； 學(xué)生簽名： 注：簽名欄必須有相應(yīng)責(zé)任人親筆簽名。此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。 4 (設(shè)計(jì)) 壓蓋自動送料機(jī)設(shè)計(jì) THE DESIGN OF GLAND AUTO-FEEDER 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)及班級： 指導(dǎo)老師及職稱： 講師 學(xué) 院： 湖南·長沙 提交日期：2013年05月 設(shè)計(jì) 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)論文作者簽名： 2013 年 5 月 26 日 目 錄 摘要……………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1 1前言………………………………………………………………………………2 1.1課題的背景與意義…………………………………………………………………2 1.2國內(nèi)外輸送機(jī)發(fā)展趨勢與水平……………………………………………………2 1.3我國輸送機(jī)的未來之路與展望……………………………………………………3 2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………4 2.1動作分析及軌跡初定………………………………………………………………4 2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………5 2.3連桿桿長的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………………6 2.4凸輪設(shè)計(jì) 2.4.1軌跡優(yōu)化及凸輪廓線……………………………………………………………7 2.4.2凸輪孔 …………………………………………………………………………10 2.4.3凸輪的加工制造 ………………………………………………………………11 2.5電動機(jī)選擇……………………………………………………………………… 16 3傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………17 3.1輸送桿的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 17 3.2鍵連接強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………………… 19 3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 20 4機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析…………………………………………………………………20 4.1運(yùn)動模型的建立………………………………………………………………… 20 4.2運(yùn)動分析………………………………………………………………………… 21 5有限元分析校核…………………………………………………………………… 24 5.1有限元CAE設(shè)計(jì)的優(yōu)勢………………………………………………………… 24 5.2輸送桿的有限元校核…………………………………………………………… 25 5.3回轉(zhuǎn)軸的有限元校核…………………………………………………………… 26 6結(jié)論…………………………………………………………………………27 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………28 致謝……………………………………………………………………………29 ? ? 開題報(bào)告 ? ? ? ? ? ? 學(xué)生姓名 學(xué)??? 號 年級專業(yè)及班級 指導(dǎo)教師及職稱 講師 學(xué)??? 院 ? ? ? ? ? ? ? 20??? 年???? 月???? 日 ? ? ? 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 壓蓋自動送料機(jī)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻(xiàn)等，不少于1000字） ? 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展對加工、裝配技術(shù)自動化也提出越來越高的要求。自動化的程度直接影響著整個生產(chǎn)線的自動化程度及生產(chǎn)效率，幾乎滲透到農(nóng)用機(jī)械、動力機(jī)械、食品機(jī)械、建筑機(jī)械、化工機(jī)械、精密機(jī)械、儀器儀表等各種工業(yè)加工生產(chǎn)，送料為自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵組成，由于手工送料存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題，手工送料已逐步由自動送料機(jī)構(gòu)所取代，從而進(jìn)一步滿足了自動化加工生產(chǎn)，大幅度提高了生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量的要求。 自動化生產(chǎn)主要包括原材料的供給、自動加工、裝配線上的自動輸送等，使用自動化機(jī)械能真正做到環(huán)保省時，大大減少了工人的勞動強(qiáng)度，真正做到了低成本、高回報(bào)，在現(xiàn)在高速發(fā)展的社會，這種自動化機(jī)械越來越受重視。自動送料機(jī)對企業(yè)來說不僅僅只是創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)有害的工作或者在長時間工作對人體有害的場所，自動送料機(jī)只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)就可以在高溫或低溫、壓力異常、粉塵、放射性條件下工作。其次，自動送料機(jī)能持久，耐勞，減少了工人的勞動強(qiáng)度。再次，自動送料機(jī)還可以結(jié)合程序控制，因此工作穩(wěn)定，精度較高，能很好的避免人為操作的錯誤。最后，自動送料機(jī)具有工業(yè)的通用性和靈活性，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的變化，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 ??? 綜上所述，鑒于各方面優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)領(lǐng)域自動化送料有很大的潛力，學(xué)習(xí)和研究都很有價值和必要，本課題就是設(shè)計(jì)自動送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、對相關(guān)零件、傳動單元進(jìn)行分析和計(jì)算并對相關(guān)零件進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)及有限元分析。 ??? 常用送料機(jī)根據(jù)送料動力的不同可分為機(jī)械、液壓、氣動三大類，機(jī)械送料因其送料準(zhǔn)確可靠、相對液壓與氣動沖擊與振動小、噪聲低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造領(lǐng)域是最常用的自動送料方式。目前國內(nèi)外自動送料機(jī)主要運(yùn)用凸輪和曲柄連桿機(jī)構(gòu)或運(yùn)用程序控制自動送料。 ? ? ? ? 主要參考文獻(xiàn)與外文資料 [1]? 孫? 恒，陳作模，葛文杰, 主編.機(jī)械原理（第七版）[M]高等教育出版社,2006. [2]（美）R.L.諾頓（Robert L. Norton）著 ，陳立周，韓建友，李威，邱麗芳，譯.機(jī)械設(shè)計(jì)-機(jī)器和機(jī)構(gòu)綜合與分析（原書第二版）[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [3]? K.洛克（Kurt Luck）K.-H.莫德勒（Karl-Heinz Modler）編著，孔建益，譯.機(jī)械原理 分析·綜合·優(yōu)化[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [4]? 濮良貴，紀(jì)名剛，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版)[M] 高等教育出版社，2006. [5]? 孟憲源, 姜琪，編著. 機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [6]? 鄒慧君，編著.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2008. [7]? 李瑞琴，編著.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M]國防工業(yè)出版社，2008. [8]? 呂洋波, 胡仁喜, 呂小波, 主編.UG NX 7.0動力學(xué)與有限元分析從入門到精通[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2010. [9]? 張晉西, 張甲瑞, 郭學(xué)琴, 編著 UG NX/Motion 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真基礎(chǔ)及實(shí)例[M]清華大學(xué)出版社,2009. [10]? 胡小康, 編著, UG NX6運(yùn)動仿真培訓(xùn)教程[M]清華大學(xué)出版社,2009. [11]? 洪如瑾, 編著, UG NX4高級仿真培訓(xùn)教程[M]清華大學(xué)出版社,2005. [12] 沈春根，王貴成，王樹林，編著.UG NX 7.0有限元分析入門與實(shí)例精講[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2010. [13] 吳宗澤，羅圣國，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊[M]高等教育出版社,2006. [14] 劉鴻文，主編，材料力學(xué)Ⅰ[M]高等教育出版社，2011. [15] 李廉錕,　主編, 結(jié)構(gòu)力學(xué)（第4版）[M]高等教育出版社,2007. [16] 徐學(xué)林,? 主編, 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]湖南大學(xué)出版社,2009. [17] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，編.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1985. [18] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室，編.理論力學(xué)[M]高等教育出版社,2009. [19] 沈守范，張紀(jì)元，萬金寶，編著.機(jī)構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)工具[M]上海交通大學(xué)出版社，1999. [20] 于廣濱，金向陽，胥文，編著.AutoCAD 2008中文版機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)教程[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2008. ? ? ? ? 注：此表如不夠填寫，可另加頁。 研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等） ? 研究目的： 通過合理的設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出能夠完成指定工件的自動送料機(jī)構(gòu)，并選擇動力系統(tǒng)，完成整機(jī)大體結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)。 ? 內(nèi)容： 1、???? 根據(jù)工件寬度設(shè)計(jì)橫向工作機(jī)構(gòu)并確定行程、速度等工作參數(shù)。 2、???? 根據(jù)工件高度設(shè)計(jì)縱向工作機(jī)構(gòu)并確定行程、速度等工作參數(shù)。 3、???? 對機(jī)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，同時根據(jù)參數(shù)，初步選擇動力、電機(jī)及減速器傳動比。 4、???? 確定機(jī)構(gòu)各零件的尺寸參數(shù)，并對相關(guān)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 5、???? 完成虛擬裝配，優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)尺寸及配合尺寸，并運(yùn)用動力學(xué)進(jìn)行仿真。 6、???? 繪制零件工程圖與裝配圖。 7、???? 完善修改并總結(jié)。 ? 設(shè)計(jì)方法： ??? 通過設(shè)計(jì)對比分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助分析等方法（UG NX 7.0運(yùn)動仿真及高級仿真），找出一種最佳的方案。 ? 預(yù)期成果： 機(jī)械能完成使用要求，即能完成所設(shè)計(jì)的動作參數(shù)且能夠準(zhǔn)確定位。 ? 條件保障： 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書館、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息檢索系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、良好的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識、AutoCAD 2007、PCCAD 2007、UG NX 7.0、燕秀外掛、胡波外掛。 ? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)程計(jì)劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實(shí)施進(jìn)度、完成程度等） ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)起止日期：2010.12.3——2011.5.6 第一階段（12.3——1.7）：熟悉課題，收集借閱相關(guān)資料，粗?jǐn)M開題報(bào)告。 第二階段（1.8——2.28）：復(fù)習(xí)相關(guān)課程，強(qiáng)化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助分析。 第三階段（3.1——3.31）：構(gòu)思總體方案，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。 第四階段（4.1——4.25）：完成整個設(shè)計(jì)、說明書及圖紙繪制。 第五階段（4.26——4.30）：修改完善設(shè)計(jì)說明書和圖紙。 第六階段（5.1——5.6）：打印、整理、裝訂、準(zhǔn)備答辯。 ? 論證小組意見 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????? 組長簽名： ??????????????????????????????????????????????? 20??? 年?? 月?? 日 專業(yè)委員會意見 ? ? ? ? ? ?????????????????????????????? 專業(yè)委員會主任簽名： 20?? 年?? 月?? 日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫。 2.此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。 （設(shè)計(jì)） 開題論證記錄 學(xué) 院： 記錄人： 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級專業(yè)及班級 級 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè)（1）班 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 講師 論文（設(shè)計(jì)）題目 壓蓋自動送料機(jī)設(shè)計(jì) 論證小組質(zhì)疑： 學(xué)生回答簡要記錄： 論證小組 成員簽名 論證地點(diǎn)： 論證日期：20 年 月 日 注：此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。 1 壓蓋自動送料機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： () 摘 要：自動輸送是自動化的核心組成，應(yīng)用廣泛，對于其運(yùn)動需進(jìn)行嚴(yán)格分析、設(shè)計(jì)及優(yōu)化，自動輸送機(jī)可以不需復(fù)雜的控制系統(tǒng),而只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)便可滿足使用要求。本文設(shè)計(jì)的自動輸送機(jī)主要針對特一壓蓋，對軌跡及相關(guān)零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。該輸送裝置是由凸輪、曲柄和若干個連桿構(gòu)成的。輸送桿垂直方向的運(yùn)動是由凸輪驅(qū)動的，而水平往復(fù)運(yùn)動則由曲柄驅(qū)動，合成運(yùn)動能快速送進(jìn)、快速返回。結(jié)構(gòu)上底盤與機(jī)架采用焊接結(jié)構(gòu),銷軸采用兩端緊定螺母鎖緊式. 關(guān)鍵詞：自動送料機(jī)；連桿設(shè)計(jì)；凸輪設(shè)計(jì)優(yōu)化及加工；運(yùn)動分析；有限元分析 The Design of Gland Auto-feeder g () Abstract:Automatic transmission,the core component of automation, is widely applied and rigorous analysis, design and optimization are necessarily conducted on its motion. To meet its operating requirement, a complicated control system is not necessary but the design of appropriate institutions. The design of auto-feeder in this paper is mainly focus on the type of gland, in which the track and related parts of this machine will be designed and calculated. This conveying device is composed of several parts including a cam, a crank, and a number of connecting rod. The cam makes the feed rod move in a vertical direction while a horizontal reciprocating motion is driven by the crank ,and its resultant motion can realize both swift feed and fast return. Structurally, welded structure will be adopted in chassis and rack while nut locking will be introduced to fix both ends of the pin.. Keywords: Auto-feeder; Connecting rod design; Optimization and processing of the cam design ; Kinematic analysis; Finite element analysis. 1 前言 1.1 課題的背景與意義 送料機(jī)是輸送材料或工件的機(jī)器，是無論是輕工行業(yè)還是重工業(yè)都不可缺少的設(shè)備。傳統(tǒng)觀念，送料機(jī)是借助于機(jī)器運(yùn)動的作用力加力于材料，對材料進(jìn)行運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器。近代的送料機(jī)發(fā)生了一些變化，開始將高壓空氣、超聲波等先進(jìn)技術(shù)用于送料技術(shù)中，但人們?nèi)匀粚⑦@些設(shè)備歸納在送料機(jī)類的設(shè)備中。自動化程度高的送料設(shè)備有：由電腦控制的動頭式送料機(jī)、激光送料機(jī)、高壓氣壓和電腦送料機(jī)等。另外，國外的公司生產(chǎn)一種投影送料機(jī),這種設(shè)備的送臺上設(shè)有感應(yīng)器及目察裝置，用于對材料輪廓掃描，或在材料行投影以引導(dǎo)送料安排。 自動輸送機(jī)對企業(yè)來說不僅僅只是創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)有害的工作或者在長時間工作對人體有害的場所，自動輸送機(jī)只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)就可以在高溫或低溫、壓力異常、粉塵、放射性條件下工作。其次，自動送料機(jī)能持久，耐勞，減少了工人的勞動強(qiáng)度。再次，自動送料機(jī)還可以結(jié)合程序控制，因此工作穩(wěn)定，精度較高，能很好的避免人為操作的錯誤。最后，自動送料機(jī)具有工業(yè)的通用性和靈活性，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的變化，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 自動化的程度直接影響著整個生產(chǎn)線的自動化程度及生產(chǎn)效率，幾乎滲透到農(nóng)用機(jī)械、動力機(jī)械、食品機(jī)械、建筑機(jī)械、化工機(jī)械、精密機(jī)械、儀器儀表等各種工業(yè)加工生產(chǎn)，送料為自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵組成，由于手工送料存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題，手工送料已逐步由自動送料機(jī)構(gòu)所取代，從而進(jìn)一步滿足了自動化加工生產(chǎn)，大幅度提高了生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量的要求。 1.2 國內(nèi)外輸送機(jī)發(fā)展趨勢與水平 輸送主要包括原材料的供給圖（1）、自動加工圖（2）、裝配線上圖（3）的自動輸送等，使用自動化機(jī)械能真正做到環(huán)保省時，大大減少了工人的勞動強(qiáng)度，如圖（4）面包自動輸送包裝機(jī)真正做到了低成本、高回報(bào)，在現(xiàn)在高速發(fā)展的社會，這種自動化機(jī)械越來越受重視。 工廠里的裝配、檢查、計(jì)數(shù)和包裝工序的自動化和無人化成為人們所關(guān)注的重要課題,因此使零部件能夠沿著一定方向并能穩(wěn)定供給的送料機(jī)成為工廠自動化研究的重要組成部分。目前的輸送機(jī)種類主要有埋刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)、斗式輸送機(jī)、振動輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)等。 圖1重型精密NC滾輪送料機(jī) 圖2送料加工接料自動機(jī)床 Figure 1 Heavy precise NC roller feeder Figure 2 Automatic machine tool for feeding and processing 圖3自行葫蘆輸送機(jī) 圖4 面包自動輸送包裝機(jī) Figure 3 Automatic hoist conveyor Figure 4 Automatic packaging machine for 1bread 1.3 我國輸送機(jī)的未來之路與展望 國內(nèi)外自動輸送料機(jī)總體水平都在提高，自動化程度也愈來愈高。拿NC自動輸送機(jī)來說其編程存在一個誤區(qū).那就是企圖實(shí)現(xiàn)的功能太多.造成操作和軟件方面的許多問題。國外一些公司正在試圖簡化控制軟件,國內(nèi)廠家也應(yīng)注意這方面的問題。中國被稱為“世界工廠”，就我個人感覺而言，覺得中國的生產(chǎn)能力是取得了長足的進(jìn)步，但作為名副其實(shí)的世界工廠，還有很長的路要走。未來將是機(jī)器人全自動化的時代，輸送機(jī)作為自動化的工具，這不僅僅是一個加工制造業(yè)的問題，該項(xiàng)研究進(jìn)展也能反映提升我國在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的控制權(quán)，關(guān)系到我們的設(shè)計(jì)水平、工藝水平等各個領(lǐng)域的發(fā)展，而自動輸送機(jī)也應(yīng)往高控制控制、高柔性、高精度的方向發(fā)展。 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 動作分析及軌跡初定 設(shè)計(jì)輸送機(jī)輸送壓蓋如圖5所示,工件外形尺寸為180mm×140mm×80mm。根據(jù)要求工件需慢速送進(jìn)、快速返回，輸送爪近似軌跡應(yīng)接近圖6（虛線疏密代表運(yùn)動快慢）。 UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。Unigraphics NX針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案,集建模、分析、仿真、加工等于一身，通過NX建模分析得出工件質(zhì)心坐標(biāo)為： Xcbar = -36.681663731 Ycbar = -5.768296200 Zcbar = 0.018506569 圖5 輸送工件模型圖 Figure 5 Diagrammatic figure of delivery workpiece 圖6 輸送爪初定近似軌跡 Figure 6 The temporary trajectory of delivery claw 那么，為了使工件在輸送過程AB段受力較好，輸送爪合力的推力應(yīng)通過質(zhì)心，且輸送爪工作面運(yùn)動高度： H≥25-|Ycbar|=19.23mm。 2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)預(yù)定動作，典型的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)顯然不能完成動作要求，因?yàn)閾u桿的軌跡為圓弧形，機(jī)構(gòu)上任意點(diǎn)也沒有要求輸送爪近似軌跡，故而要想實(shí)現(xiàn)這種動作，那么必須是五桿機(jī)構(gòu)或者六桿機(jī)構(gòu)甚至更多，基本的機(jī)構(gòu)可選用平行四邊形機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行衍化，如圖7，輸送爪應(yīng)與連桿AB為一體，那么要使AB上有近似圖6的軌跡，C、D兩點(diǎn)應(yīng)隨AC、BD桿的旋轉(zhuǎn)同步的曲線移動，即控制輸送爪的縱向位移。 圖7 運(yùn)動模型 Figure 7 Motion model 另外的，輸送爪要求需快速返回，近似勻速送進(jìn)，可運(yùn)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性，由于C、D兩點(diǎn)也在運(yùn)動，故將搖桿的鉸接連接衍化成滑塊。凸輪的輪廓外形可使從動件得到任意的預(yù)期運(yùn)動，為了方便設(shè)計(jì)計(jì)算，先用偏心輪代替復(fù)雜輪廓曲線，送料整體變成為圖8所示。 圖8 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 Figure 8 Kinematic diagram of mechanism 由于機(jī)構(gòu)左右重復(fù)，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度只計(jì)算一半即可，則機(jī)構(gòu)的自由度 F=3n-（2+P-）-， (1) 其中： F——機(jī)構(gòu)的自由度； n——活動構(gòu)件數(shù)； ——低副個數(shù)； ——高副個數(shù)； ——虛約束數(shù)； ——局部自由度數(shù)； 則F=3×5-（2×6+2-0）-0=1，為了減少高副元素的磨損，在與凸輪之間裝入滾子，而滾子繞自身軸線的轉(zhuǎn)動并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動，自由度保持不變。 2.3 連桿桿長的設(shè)計(jì)與計(jì)算 桿長的設(shè)計(jì)計(jì)算只需考慮半部分，由于左側(cè)部分包括機(jī)架具有六個構(gòu)件，設(shè)計(jì)計(jì)算極其復(fù)雜，依舊用偏心輪先代替凸輪來設(shè)計(jì)計(jì)算，如圖9機(jī)構(gòu)運(yùn)動180°前后位置圖。設(shè)初始位置桿RC與水平方向夾角為α，PR與RC夾角為β，旋轉(zhuǎn)半周期RC轉(zhuǎn)過角度為γ，C點(diǎn)上升距離為20mm左右，為使桿GE的拉力完全用于AC桿對工件的送料，將桿GE設(shè)計(jì)垂直于桿AC，則有如下關(guān)系式： (2) (3) (4) mm,取α為15°，β為142°，γ為1°，L為90.5mm，為135.4mm,為530mm,運(yùn)用作圖法粗略得到為57mm，為125mm，初始位置為168mm，偏心輪外槽直徑為225mm。 2.4 凸輪設(shè)計(jì) 2.4.1 軌跡優(yōu)化及凸輪廓線 在各式各樣的機(jī)器中,常常采用凸輪從動件系統(tǒng).如用凸輪開啟汽車發(fā)動機(jī)的汽門。在許多生產(chǎn)消費(fèi)品的機(jī)器上，也采用各種凸輪機(jī)構(gòu)。與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)較易實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的的運(yùn)動規(guī)律，但制造卻要相對昂貴一些，但是隨著數(shù)控技術(shù)的到來，凸輪的制造已不再是技術(shù)難題。 將前文得到的整數(shù)尺寸建模，運(yùn)用UG運(yùn)動仿真得到送料軌跡如圖10送料軌跡（a），然后通過考慮實(shí)際運(yùn)動，預(yù)防干涉而將軌跡優(yōu)化成圖10（b）。 圖9機(jī)構(gòu)運(yùn)動180°前后位置圖 Figure 9 Location plan of back and forth after the mechanism move 180 ° （a） （b） 圖10 送料軌跡 Figure 10 Feeding trajectory 設(shè)槽輪滾柱初始位置為縱向位移原點(diǎn)，則滾柱縱向位移隨凸輪轉(zhuǎn)動角度運(yùn)動規(guī)律如圖11所示，根據(jù)凸輪位移規(guī)律及相應(yīng)各桿件的位置用圖解法作得凸輪廓線如圖12所示。 圖11 凸輪位移規(guī)律 Figure 11 Cam displacement law 已知工作時凸輪順時針轉(zhuǎn)動,從動件左偏距e設(shè)計(jì)為20mm,選定基圓半徑r0為110mm,滾子直徑為12mm,設(shè)計(jì)可按一般凸輪機(jī)構(gòu)，作圖步驟如下: 1) 作凸輪軸心、基圓及從動件導(dǎo)向方位線，從動件導(dǎo)路方位線即從動件滾子中心點(diǎn)相對機(jī)架所走的軌跡線，因?yàn)檫@一點(diǎn)的運(yùn)動能代表從動件的運(yùn)動，稱為尖端從動件的尖點(diǎn)。 2) 將位移規(guī)律曲線按角度細(xì)數(shù)等分，以偏距為半徑作偏距圓，它與導(dǎo)路線切于K0點(diǎn)，從此點(diǎn)開始，將偏距圓沿逆時針方向依據(jù)位移曲線細(xì)數(shù)等分情況作相應(yīng)的細(xì)數(shù)等分，并從偏距圓的各分點(diǎn)作該圓的切線，原理是利用轉(zhuǎn)換機(jī)架法，即凸輪不動時，機(jī)架導(dǎo)路相對于凸輪的運(yùn)動情況。 3) 從偏距圓切線與基圓的交點(diǎn)開始，沿此切線向基圓外量取線段與位移曲線上相應(yīng)的從動件位移相等，得點(diǎn)……，將這些點(diǎn)用光滑的曲線相連，得凸輪的理論廓線。 4) 以理論廓線上各點(diǎn)為圓心，滾子半徑為半徑作圓，取其包絡(luò)線，即得槽輪的工作廓線。 5) 推桿所受正壓力方向與速度方向之間的夾角的銳角為壓力角，壓力角一般不超過30°或曲率半徑不小于1～3 mm，機(jī)構(gòu)便不會自鎖，那么可以從曲率上對廓線進(jìn)行曲率優(yōu)化。 圖12 凸輪廓線 Figure 12 Cam profile line 如圖13，設(shè)有向弧段,設(shè)x ， x+ △x 為(a，b)內(nèi)兩個鄰近的點(diǎn)，它們在曲線y=f(x)上的對應(yīng)點(diǎn)為M，M￠，并設(shè)對應(yīng)于x的增量△x ，弧 s 的增量為△s，于是： （5） 因?yàn)? （6） 又，因此弧微分為。 當(dāng)凸輪廓線用B樣條曲線繪制成封閉圖形時，此曲線是光滑的，曲線上從點(diǎn)到 的弧長為，切線轉(zhuǎn)過角度，那么： 為曲線在點(diǎn)處的曲率，在點(diǎn)與曲線內(nèi)切的最大圓為此點(diǎn)的曲率圓。 為曲線在點(diǎn)處的曲率半徑，即曲率圓半徑。 圖13 有向弧微分 Figure 13 Differential of directed arc 將曲線上采集點(diǎn)的曲率半徑用線段長度連續(xù)顯示而形同與梳子的形狀叫做曲線的曲率梳。顯示出曲率梳，透過峰值，你可以知道哪里的曲率半徑最小。透過拐點(diǎn)，你可以知道曲線的凹凸?fàn)顟B(tài)發(fā)現(xiàn)改變，也就是說，曲率梳變化越平緩（尖點(diǎn)不明顯強(qiáng)烈）曲線的光順程度越好，曲線質(zhì)量也就越高。運(yùn)用UG NX 7.0分析凸輪廓線曲率，顯示曲率梳如圖14（a），很明顯的看到曲率梳存在尖點(diǎn)并且還存在拐點(diǎn)，其不僅影響凸輪控制特性還影響表面加工質(zhì)量，因而需要進(jìn)一步優(yōu)化。 (a) 21.3198（min） （b）44.8837（min） 圖14 曲率優(yōu)化對比 Figure 14 The optimized contrast of curvature 樣條曲線是由一組逼近控制多邊形的光滑參數(shù)曲線段構(gòu)成，樣條曲線的次數(shù)，是由樣條曲線數(shù)學(xué)定義中所取的基函數(shù)所決定的。直觀的說，所構(gòu)成樣條曲線的一段光滑參數(shù)曲線段，由控制多邊形的相鄰連續(xù)的幾段折線段決定，就是幾次樣條，最常用的就是二次和三次樣條。二次樣條的某一曲線段只與相應(yīng)的兩段折線段，三個控制多邊形頂點(diǎn)有關(guān)，改變其中一個頂點(diǎn)，將影響三段樣條曲線段。同樣的，對三次樣條，某一曲線段由相應(yīng)的三段折線段，四個控制點(diǎn)決定。曲線借此越高，控制點(diǎn)也就越多， 更改其中一個極點(diǎn)對曲線的變化也就越小，對曲線的調(diào)節(jié)程度也就越高，這里樣條曲線的優(yōu)化采用四次樣條，優(yōu)化后的控制極點(diǎn)和曲率梳如圖14（b）。 2.4.2 凸輪孔 根據(jù)軌跡的捕捉點(diǎn)數(shù)目,凸輪旋轉(zhuǎn)0.46圈工件從起點(diǎn)輸送到下一個步距的起點(diǎn),輸送距離為240mm,則工件速度 =0.261 m/s （7）則輸送功率=1000×0.261=261 w （8）滑塊傳遞效率為0.88～0.92,鉸鏈傳動效率取0.95 則軸的傳遞功率=305 w (9)施加在銷軸上的力=851.6 N (10)軸孔的直徑 (11)對于40Cr和工作情況可取為100則得到 d≥21.6mm,軸孔取為25mm,而對于銷軸主要承受剪力，承受的力較小且為短軸,可直接取為12mm。 2.4.3 凸輪的加工制造 當(dāng)完成凸輪設(shè)計(jì)后，還必須考慮凸輪制造中的一些事項(xiàng)。畢竟，如果不能把所設(shè)計(jì)的凸輪真實(shí)的按選擇的理論函數(shù)用材料加工出來，那么設(shè)計(jì)的再好也體現(xiàn)不出來，凸輪從制造性質(zhì)上說是個較為復(fù)雜的問題。 凸輪通常是用經(jīng)表面淬火或整體淬火的中碳鋼或高碳鋼這類高強(qiáng)度和硬度的材料，或用可鍛鑄鐵或灰鑄鐵（表面硬化）制造。凸輪加工最典型是用旋轉(zhuǎn)刀具銑削，實(shí)際上，銑削后從微觀上看剩下的金屬還不是完全光滑的表面。當(dāng)要求凸輪有較低的表面粗糙度時,一般將銑出來的凸輪再用磨削把不需要的材料去掉。為了防止凸輪迅速磨損，通常還需要進(jìn)行熱處理，以使表面得到足夠的硬度，對鋼制凸輪最典型的是將其淬火至洛氏硬度50～55HRC。熱處理都將產(chǎn)生一些幾何變形。在熱處理后，通常采用研磨來修整凸輪的工作表面并降低其表面粗糙度。一個已經(jīng)比較昂貴的零件經(jīng)過磨削工序?qū)⑹蛊涑杀編缀醭杀对黾?，為了省錢有時省掉這道工序。一個淬火但未研磨的凸輪，盡管在淬火錢是精確銑削的，但總會產(chǎn)生一些熱變形誤差。表2-1為常見的凸輪制造方法。 表1 常用凸輪制造方法 Label 1 Commonly used cam Manufacturing method 制造方法 說明 靠模加工 利用靠模車床，一般制造偏心凸輪。 手動或數(shù)控按凸輪坐標(biāo)加工 一種離散數(shù)控過程，按照不連續(xù)的位置作橫向進(jìn)給。 線性插值連續(xù)數(shù)控 在連續(xù)數(shù)控機(jī)床上，刀具與工件不斷接觸，機(jī)床控制計(jì)算機(jī)對每對數(shù)據(jù)點(diǎn)之間按直線計(jì)算。 圓弧插值連續(xù)數(shù)控 除數(shù)據(jù)點(diǎn)之間采用圓弧算法外與線性插值的連續(xù)數(shù)控類似，允許加工中心的數(shù)據(jù)庫中有更少的點(diǎn)數(shù)。 手工修整靠模凸輪的靠模仿形 用于仿形機(jī)床的大批量精加工凸輪。 由于任務(wù)要求轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/min,即0.5r/s,轉(zhuǎn)速較低,且只為了實(shí)現(xiàn)縱向位移,受負(fù)荷較小,因而可選用60鋼. 60號鋼為亞共析鋼，耐磨，有一定的強(qiáng)度和一定彈性,冷變形時塑性較低，切削性較差，焊接和淬透性差，水淬有產(chǎn)生裂紋傾向，大型制件多采用正火。60號鋼用于制造軸、彈簧圈、輪軸、各種墊圈、凸輪、鋼繩等受力較大、在摩擦條件下工作，要求較高強(qiáng)度、耐磨性和一定彈性的零件。 由于凸輪為小批量生產(chǎn)，可由圓形棒料直接下料，然后對兩端面用端銑進(jìn)行粗加工，正火后再進(jìn)行半精加工，最后在數(shù)控銑床上一次完成其余孔和槽的粗加工、半精加工、精加工，加工路線如表2所示。 針對工序60而言,先繪制凸輪模型,為了不另設(shè)曲柄,曲柄可有凸輪代替,只需在相應(yīng)安裝位置加工一孔,對于數(shù)控編程,主要步驟為建立機(jī)床坐標(biāo)系-定義工件毛坯(workpiece)-建立刀具-創(chuàng)建操作-加工仿真-后處理-編輯程序文件等。整體加工刀路如圖15所示，銑削的刀路組成如圖16所示。 表2 凸輪加工路線 Label 2 Cam processing line 工序號 內(nèi)容 設(shè)備 10 粗車φ252圓 CA6140 20 下料厚度23mm G4028 30 粗銑兩端面 X53 40 正火（風(fēng)冷） \ 50 半精銑兩端面 X53 60 中心鉆、鉆、擴(kuò)、鉸 X53K（SIEMENS） 粗銑 半精銑 精銑 圖15 凸輪加工刀路 Figure 15 Cam machining tool path 圖16銑削刀路的組成 Figure 16 The composition of the milling tool path 對于深孔的加工或碎裂性鐵屑，可采用啄鉆式的鉆孔加工，啄鉆即每次以相同或不同的步距深度，每加工一個步距（1～5mm）后退回到安全平面，然后繼續(xù)增加一個步距的加工方式。另外一種類似的加工方法是斷屑加工，斷屑加工與啄鉆不同的是加工一個步距之后只退一小步距離（1～3mm）而不退到安全平面，起帶屑斷屑的作用。以鉆擴(kuò)鉸為例，本凸輪孔的數(shù)控加工程序如下： 程序 說明 % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T01 M06 N0040 G0 G90 X-2.9566 Y1.1287 S500 M03 N0050 G43 Z.1969 H01 N0060 G82 Z0.0 R.1969 F9.8 N0070 X-.848 Y1.8965 N0080 G80 N0090 G91 G28 Z0.0 N0100 T02 M06 N0110 G0 G90 X-2.9566 Y1.1287 S500 M03 N0120 G43 Z.1181 H02 M08 N0130 G1 Z-.1969 F9.8 N0140 G0 Z.1181 N0150 Z-.0787 N0160 G1 Z-.3937 N0170 G0 Z.1181 N0180 Z-.2756 N0190 G1 Z-.5906 N0200 G0 Z.1181 N0210 Z-.4724 N0220 G1 Z-.7874 N0230 G0 Z.1181 N0240 Z-.6693 N0250 G1 Z-.9174 N0260 G0 Z.1181 N0270 M09 N0280 G91 G28 Z0.0 N0290 T03 M06 N0300 G0 G90 X-2.9566 Y1.1287 S500 M03 N0310 G43 Z.1181 H03 M08 N0320 G1 Z-.1969 F3.9 N0330 G0 Z.1181 N0340 Z-.0787 N0350 G1 Z-.3937 N0360 G0 Z.1181 N0370 Z-.2756 N0380 G1 Z-.5906 N0390 G0 Z.1181 N0400 Z-.4724 N0410 G1 Z-.7874 N0420 G0 Z.1181 N0430 Z-.6693 N0440 G1 Z-.9647 N0450 G0 Z.1181 N0460 X-.848 Y1.8965 N0470 G1 Z-.1969 N0480 G0 Z.1181 N0490 Z-.0787 N0500 G1 Z-.3937 N0510 G0 Z.1181 N0520 Z-.2756 N0530 G1 Z-.5906 N0540 G0 Z.1181 N0550 Z-.4724 N0560 G1 Z-.7874 N0570 G0 Z.1181 N0580 Z-.6693 N0590 G1 Z-.9647 N0600 G0 Z.1181 N0610 M09 N0620 G91 G28 Z0.0 N0630 T04 M06 N0640 G0 G90 X-.848 Y1.8965 S750 M03 N0650 G43 Z.1181 H04 M08 N0660 G1 Z-.1969 F7.9 N0670 G0 Z.1181 N0680 Z-.0787 N0690 G1 Z-.3937 N0700 G0 Z.1181 N0710 Z-.2756 N0720 G1 Z-.5906 N0730 G0 Z.1181 N0740 Z-.4724 N0750 G1 Z-.7874 N0760 G0 Z.1181 N0770 Z-.6693 N0780 G1 Z-.9843 N0790 G0 Z.1181 N0800 Z-.8661 N0810 G1 Z-1.0594 N0820 G0 Z.1181 N0830 M09 N0840 G91 G28 Z0.0 N0850 T05 M06 N0860 G0 G90 X-2.9566 Y1.1287 S1500 M03 N0870 G43 Z.1181 H05 M08 N0880 G1 Z-.3937 F7.9 N0890 G0 Z.1181 N0900 Z-.3445 N0910 G1 Z-.7874 N0920 G0 Z.1181 N0930 Z-.7382 N0940 G1 Z-.8465 N0950 G0 Z.1181 N0960 M09 N0970 G91 G28 Z0.0 N0980 T06 M06 N0990 G0 G90 X-.848 Y1.8965 S1500 M03 N1000 G43 Z.1181 H06 M08 N1010 G1 Z-.3937 F7.9 N1020 G0 Z.1181 N1030 Z-.3445 N1040 G1 Z-.7874 N1050 G0 Z.1181 N1060 Z-.7382 N1070 G1 Z-.8465 N1080 G0 Z.1181 N1090 M09 N1100 M02 % 程序起止符 取消刀補(bǔ) XY平面 絕對值增量 無孔 用1號刀中心鉆 G00現(xiàn)可略寫成G0 正轉(zhuǎn)500 1號刀補(bǔ) 圓弧轉(zhuǎn)角 進(jìn)給 取消固定循環(huán) 增量方式插補(bǔ) 復(fù)歸參考原點(diǎn) 換2號刀 鉆頭 M06西門子換刀指令 啄 鉆 換3號刀鉆頭 換4號刀 鉆頭 擴(kuò)孔 換5號鉸刀 換6號鉸刀 切削液關(guān) 程序終止 終止符 2.5 電動機(jī)選擇 因輸入凸輪軸的的功率為305w，故電動機(jī)應(yīng)選擇小功率異步電動機(jī)，小功率交流異步電動機(jī)為三相異步電動機(jī)和單相異步電動機(jī)。其中YU系列為單相電阻起動一步電動機(jī)，具有中等啟動和過載的能力，結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修方便，適合于使用單相電源的小型機(jī)械。 因YU系列電動機(jī)只有兩種轉(zhuǎn)速,綜合考慮各方面情況選擇轉(zhuǎn)速較低的1400r/min的電動機(jī),則總傳動比=46.67 雙級齒輪減速器的減速比為8～40,故若采用雙級齒輪減速還需一級帶傳動,增加了成本.因此采用蝸桿傳動反而更緊湊劃算且傳動平穩(wěn),傳動方案簡圖如圖17。 圖17 傳動方案 Figure 17 Transmission scheme 聯(lián)軸器的傳遞效率為0.99，一對軸承的傳遞效率為0.97，單頭蝸桿的傳遞效率為0.72則電動機(jī)的輸入功率 ==441w (12)因此選擇功率為550瓦型號為YU90S4的單相異步電動機(jī)。 3 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 輸送桿的設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)工作時,桿CA為危險(xiǎn)桿，不考慮本身重力及摩擦主要受到輸送反作用力以及桿GE對桿CA的推力,的大小和方向均保持水平,但是桿CA卻在不停旋轉(zhuǎn),以桿CA為參考,則是一個大小不變方向變化的力;對于,其方向總是垂直于桿CA,而相對于回轉(zhuǎn)點(diǎn)C的位置卻在不停變化,根據(jù)平衡原理其大小也是在不斷變化的,故是一個大小位置變化方向不變的力。 在輸送工件階段，由于角度近似均勻變化，故只需考慮起止點(diǎn)的受力情況即可，起止點(diǎn)位置桿CA受力如圖18所示. 圖18 起止桿CA受力圖 Figure 18 The free-body diagram of rod CA 1）在起點(diǎn)，與桿的夾角為115.9°，CE的距離為206mm，桿CA長530mm,以桿的方向?yàn)樗椒较?，則桿受到的拉力 ==436.8 N (13) 對于Q235-A抗拉強(qiáng)度為400～420MPa，許用彎曲應(yīng)力40MPa，CA桿橫截面上的應(yīng)力為 ≤420 r≤5.75mm， (14)采用方形截面桿，由于有滑塊移動為減小變形，取桿截面為30mm×15mm。 與桿CA的夾角的銳角 ==72.8° (15)由正弦定理得 (16) 得=2310.6 N =-=1411.0 N 以C點(diǎn)為原點(diǎn),桿在CE和EA兩段內(nèi)的剪力和彎矩不能用同一方程來表示,應(yīng)分段考慮。在CE段內(nèi)取距原點(diǎn)為x的任意截面，截面以左只有外力的作用，根據(jù)剪力和彎矩的計(jì)算方法和正負(fù)號規(guī)則，求得這一截面上的和分別為 =-1.411 KN (0<<0.206) (17) =-1.411 (0≤≤0.206) (18) EA段截面上的剪力和彎矩分別是 =0.8996 KN (0.206≤≤0.53 ) (19) =0.8996-0.4760 (0.206≤≤0.53 ) (20) 分段作剪力圖和彎矩圖如圖19(a)。 2）在止點(diǎn)，與桿的夾角為94.6°，CE的距離為185.2mm，桿CA長530mm,以桿的方向?yàn)樗椒较颍瑒t桿受到的拉力 ==80.2 N (21) 由于拉力較小，對于30×15mm的矩形截面，CA桿橫截面上的應(yīng)力可不用計(jì)算。 與桿CA的夾角的銳角 ==87.5° (22) 由正弦定理得 (23) 得=2833.6 N =-=1836.8 N 在CE段截面上的和分別為 =-1.8368 KN (0<<0.1852) =-1.8368 (0≤≤0.1852) EA段截面上的剪力和彎矩分別是 =0.9968 KN (0.1852≤≤0.53) =0.9968-0.5242 (0.1852≤≤0.53) 分段作剪力圖和彎矩圖如圖19(b)。 (a) （b） 圖19 桿CA剪力圖和彎矩圖 Figure 19 Shear force diagrams and bending moment diagram of the rod CA 3.2 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算 凸輪和軸的連接采用單圓頭平鍵連接，平鍵連接通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 ≤ (24) 傳遞的扭矩最大扭矩T=2833.6×12.5×=35.42 Nm (25) k=0.5h=3.5 mm l=20-4=16 mm 得=50.6 Mpa 對于具有輕微沖擊的靜聯(lián)接來說，鋼的為100～120 Mpa，鑄鐵的為50～60 Mpa，故鍵的材料應(yīng)選擇為鋼，其連接強(qiáng)度能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到使用要求。 3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小，=1.5 =0.308 kw =98072 N·mm (26) =147.1 N·m (27) 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選用型號為GY4的凸緣聯(lián)軸器，軸孔直徑Φ23,從動端裝配尺寸軸孔長為44mm,主動端裝配尺寸軸孔長為62mm。 為了滿足各個連桿的定位要求及聯(lián)軸器軸承的安裝，設(shè)計(jì)相應(yīng)軸肩，擬定軸上零件裝配方案如圖20所示。軸的左端用端蓋定位,端蓋用內(nèi)六角螺釘與銷軸安裝在軸上;軸承安裝在支座內(nèi),右側(cè)用端蓋卡緊在支座槽里,端蓋用螺釘安裝在支座上;軸的右端用聯(lián)軸器與減速箱輸出軸相連。 圖20 軸的結(jié)構(gòu) Figure 20 The structure of the shaft 4 機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析 4.1 運(yùn)動模型的建立 通過運(yùn)用NX軟件對設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并裝配，三維模型如圖21所示。然后進(jìn)入運(yùn)動仿真，建立連桿和運(yùn)動副,施加約束、載荷和阻尼,添加追蹤或傳感器并加以解算便可以對運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。比如動畫分析、干涉檢查、圖表輸出等，從而驗(yàn)證運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理和可實(shí)現(xiàn)性。其主要具體步驟結(jié)構(gòu)如圖22所示。 圖21 三維模型 連桿 運(yùn)動副 約束 載荷 解算 圖表輸出 電子表格 NX 常規(guī)運(yùn)動 關(guān)節(jié)運(yùn)動 運(yùn)動目錄 主模型 傳動副 Motion_1 Motion_2 Motion_3 Motion_n 阻尼 動畫輸出 電子表格 Figure 21 Three-dimensional model 圖22 NX運(yùn)動仿真步驟結(jié)構(gòu) Figure 22 NX motion simulation steps structure 4.2 運(yùn)動分析 送料爪工作一個周期為2秒,將360°等分成30步,輸出數(shù)據(jù)如表3,擬合曲線分別如圖23（a）、（b）、(c)所示，其中起點(diǎn)皆為坐標(biāo)起始位置。 表3 輸送爪單周期數(shù)據(jù) Label 3 Displacement, velocity and acceleration single cycle data of the conveying claw Time(s) x-coordinate（mm） Velocity(mm/s) Acceleration(mm/s2) 說明 0.000 -1373.506 0 1536.182 快速返回,反向時先加速后減速接觸工件速度接近于零。 0.067 -1370.514 104.206 1766.813 0.133 -1359.596 223.212 1690.576 0.200 -1341.024 329.515 1377.725 0.267 -1316.306 405.779 936.300 0.333 -1287.311 459.561 538.766 0.400 -1255.991 474.350 13.350 0.467 -1224.700 458.548 -509.447 0.533 -1195.675 407.228 -933.957 0.600 -1170.493 350.362 -796.973 0.667 -1149.323 293.779 43.845 0.733 -1128.590 336.638 2194.234 0.800 -1105.837 312.921 -1792.226 0.867 -1095.761 -29.474 -3186.016 0.933 -1101.373 -117.253 -757.754 開始送料，加速到約0.3m/s的速度近似勻速送料，送料快完成時減速送進(jìn)直到返回進(jìn)行第二次輸送。 1.000 -1110.970 -173.792 -965.015 1.067 -1124.430 -222.481 -351.105 1.133 -1139.846 -239.789 -305.738 1.200 -1156.612 -264.237 -409.195 1.267 -1175.123 -290.948 -392.144 1.333 -1195.415 -317.720 -380.732 1.400 -1217.333 -337.994 -217.899 1.467 -1240.229 -347.185 -64.180 1.533 -1263.404 -346.162 106.203 1.600 -1286.098 -332.917 257.532 1.667 -1307.670 -312.728 393.304 1.733 -1327.506 -280.592 549.860 1.800 -1344.910 -239.629 692.440 1.867 -1359.122 -184.606 956.734 1.933 -1369.180 -113.142 1182.777 2.000 -1373.506 0 1536.182 （a）s-t曲線圖 （b）v-t曲線圖 （c）a-t曲線圖 圖23 輸送爪曲線圖 Figure 23 Displacement, velocity and acceleration curve of the Conveying claw 從s-t曲線可以看出，后送料階段曲線接近于直線，及具有類似s=vt的勻速運(yùn)動函數(shù)關(guān)系式，送料速度穩(wěn)定。另一方面從速度圖象來說，返回階段速度峰值明顯大于送料階段，滿足了快速返回的需求，而送料階段曲線雖然為曲線，但是速度基本穩(wěn)定在1～3m/s，且曲線變化平緩，即工作時速度的變化對工件的沖擊較小。從加速度方面來說，返回階段，加速度在起始階段越來越大，即速度越來越快，同樣滿足快速返回的條件，工作階段加速度穩(wěn)定在0～1m/s2，進(jìn)而有較小的速度變化，達(dá)到了近似勻速送進(jìn)工件的效果。綜上所述，整體機(jī)構(gòu)能滿足使用要求。 5 有限元分析校核 5.1 有限元CAE設(shè)計(jì)的優(yōu)勢 有限元法是現(xiàn)代產(chǎn)品及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工具，它的基本思想是將連續(xù)的物理模型離散為有限個單元體，使其只在有限個指定的節(jié)點(diǎn)上相互連接，然后對每個單元選擇一個比較簡單的函數(shù)，近似模擬該單元的物理量，如單元的位移或者應(yīng)力，并基于問題描述的基本方程建立單元節(jié)點(diǎn)的平衡方程組，再把所有單元的方程組集成為整個結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的整體代數(shù)方程組，最后引入邊界約束條件求解代數(shù)方程組而獲得數(shù)值解，如結(jié)構(gòu)的位移分布和應(yīng)力分布。圖24為現(xiàn)代設(shè)計(jì)中采用CAE技術(shù)的設(shè)計(jì)流程。 ·經(jīng)驗(yàn)確定構(gòu)思 ·借助CAE技術(shù)評估 ·快速確定產(chǎn)品概念 CAD設(shè)計(jì) CAE分析 概念階段 ·由概念確定初步設(shè)計(jì) ·借助CAD構(gòu)建虛擬產(chǎn)品 ·借助CAE進(jìn)行分析和優(yōu)化 ·大大減少樣機(jī)試驗(yàn) ·根據(jù)CAE結(jié)果制造樣機(jī) ·性能測試 驗(yàn)證階段 否 是 定型生產(chǎn) 滿足要求 圖24 有限元仿真設(shè)計(jì)流程 Figure 24 Process of finite element simulation design 可見，從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案對比、樣機(jī)測試到加工制造，可以把有限元仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法貫穿整個產(chǎn)品的全部過程，把傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中的從概念設(shè)計(jì)到樣機(jī)測試，再返回修改的大循環(huán)過程，演化成平行于每一個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)分析及其優(yōu)化，減少了設(shè)計(jì)過程中的缺陷和不足，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，大幅縮減了設(shè)計(jì)時間，降低了產(chǎn)品研發(fā)成本。 UG NX 在有限元分析已經(jīng)作為美國通用原子航空、英國航空航天系統(tǒng)公司等系統(tǒng)分析軟件，以其在有限元方面卓越的成就，本次設(shè)計(jì)采用UG NX 軟件有限元簡單地分 析一下重要零件在受力情況下部分狀態(tài)。 5.2 輸送桿的有限元校核 輸送桿的有限元分析步驟主要如下: 1） 首先腳的建模2）根據(jù)受力位置拆分體3）進(jìn)入U(xiǎn)G高級仿真模塊4）新建FEM和仿真 5）網(wǎng)格配對條件、2D映射網(wǎng)絡(luò)6）3D掃掠網(wǎng)格7）固定約束建立8）施加力9）求解得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)10）分析結(jié)束,25圖看出單元應(yīng)力 圖26看出節(jié)點(diǎn)位移。 圖25 應(yīng)力單元節(jié)點(diǎn) Figure 25 Stress unit node 圖26 節(jié)點(diǎn)位移變形 Figure 26 Deformation of the nodal displacements 5.3 回轉(zhuǎn)軸的有限元校核 主要是對連接在凸輪上的軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸的材料為40Cr，查常用材料的主要力學(xué)性能表，得40Cr ,。 圖27 軸節(jié)點(diǎn)位移變形 max=0.07mm Figure 27 Deformation of Axis nodal displacement max=0.07mm 圖28 軸單元節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力 max=52.17Mpa OK Figure 28 The stress of the shaft element nodes max=14.1Mpa OK 6 結(jié)論 通過設(shè)計(jì)計(jì)算，得出輸送機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)。結(jié)合了平行四邊形機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動，結(jié)合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化了凸輪廓線并對槽型凸輪的加工給出了工藝解釋和CNC加工。另外的，在動力上給出了相關(guān)計(jì)算和傳動選擇。其次根據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)原理得到輸送部件的裝配圖，還從虛擬樣機(jī)的角度實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)動力學(xué)仿真，對工作時位移、速度、加速度規(guī)律做出了詳細(xì)分析，最后還對重要零件進(jìn)行了有限元分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性。 參考文獻(xiàn) [1] 孫 恒，陳作模，葛文杰, 主編.機(jī)械原理（第七版）[M]高等教育出版社,2006. 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Int J Mach.Tools Manuf,2002. 致 謝 過往依舊，時光長流！轉(zhuǎn)瞬間已在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)度過了四個年頭。四年大學(xué)，一個人人生的重要階段，在這寶貴的幾年大學(xué)生活中，首先我要感謝我的導(dǎo)師——陳力航老師，他孜孜授業(yè)，給予我特殊培養(yǎng)，讓我以后的人生有了更廣闊的軌跡?；仡櫵哪陙淼膶W(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。 作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里要感謝我的導(dǎo)師，從最初的選題到資料收集，到寫作、修改再到論文定稿到裝配等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)和無限的幫助。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜且無更多的參考資料，但是陳老師指導(dǎo)下細(xì)心地修改設(shè)計(jì)中的錯誤。，不斷的拓展自己的知識面和考慮問題的全面性，增強(qiáng)了我對實(shí)際問題解決能力。除了敬佩陳老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和不斷學(xué)習(xí)科研精神以及生活方式也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作以及未來的發(fā)展方向。 其次要感謝高英武老師和我的其它專業(yè)課老師在運(yùn)動機(jī)構(gòu)的選擇方面和工藝方面對我無私的幫助。在導(dǎo)師的引導(dǎo)下學(xué)會了UG軟件的應(yīng)用，有了這些我才能順利的完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及動力學(xué)仿真及有限元分析工作，我還要感謝我的母校——湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，給予我大學(xué)四年優(yōu)美的學(xué)習(xí)成長環(huán)境；最后感謝的是實(shí)習(xí)期間山河智能給予我優(yōu)越的辦公環(huán)境讓我完成最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，對于學(xué)院所有老師、母校再說一次謝謝??！ 3