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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者:
3號楷體
學(xué) 號：
3號楷體
學(xué)院(系):
3號楷體
專 業(yè):
3號楷體
題 目:
自動裁線機(jī)
3號楷體
3號楷體
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
3號楷體
3號楷體
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
2015年 6 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
本文主要介紹自動裁線機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，自動裁線機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，自動裁線機(jī)總體方案分析及確定，自動裁線機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容所包含的機(jī)械圖紙的繪制，裁線機(jī)的計(jì)算，自動裁線機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)論與建議。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動機(jī)減速器產(chǎn)生動力通過小帶動將需要的動力傳遞到帶輪上，帶輪帶動主軸，從而帶動整機(jī)裝置運(yùn)動銅導(dǎo)線運(yùn)動,此可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 自動裁線機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 自動裁線機(jī)工作性能分析。
(3)電動機(jī)的選擇。
(4) 自動裁線機(jī)的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行三維建模。
(7)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞： 自動裁線機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維建模；步進(jìn)電機(jī)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
This article mainly introduces the development status of automatic wire cutting machine, automatic wire cutting machine structure design principle, the overall scheme of the automatic wire cutting machine analysis and determine automatic wire cutting machine structure design content includes the mechanical drawing of rendering, the calculation of wire cutting machine, automatic wire cutting machine structural design theory and suggestions.
The whole structure mainly consists of the motor reducer to generate power through the zonule move will require the power delivered to the belt pulley, belt wheel drive shaft, so as to drive the movement of the motion of the whole device of copper wires, which can replace the heavy manual labor, significantly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level of production.
Research content of this thesis:
(1) the overall structure design of the automatic cutting machine.
(2) working performance analysis of automatic cutting machine.
(3) motor selection.
(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the automatic cutting machine.
(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.
(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.
(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.
Keywords: automatic cutting machine, structure design, 3D modeling, stepping motor
目 錄
1 緒 論 6
1.1 選題的背景、意義 6
1.2 國內(nèi)裁線機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 6
1.3 裁線機(jī)的發(fā)展趨勢 7
1.4 本文研究主要內(nèi)容 8
2 自動裁線機(jī)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1 基本結(jié)構(gòu) 9
2.2 設(shè)計(jì)原則 9
2.3 方案分析 9
2.3.1 第一方案 9
2.3.2第二方案 10
2.3.3第三方案 10
2.3.4 最終方案 11
3 裁線機(jī)的機(jī)械計(jì)算 13
3.1電機(jī)的選取 13
3.2 同步帶的概述及計(jì)算 15
3.2.1 同步帶介紹 15
3.2.2 同步帶的特點(diǎn) 16
3.2.3 同步帶傳動的主要失效形式 16
3.2.4 同步帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 19
3.2.5 同步帶分類 19
3.2.6 同步帶計(jì)算選型 19
3.2.7 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 23
3.2.8 同步帶的設(shè)計(jì) 25
3.2.9 同步帶輪的設(shè)計(jì) 25
3.3 軸的設(shè)計(jì) 26
3.4 軸的校核 26
3.5 鍵的校核 27
3.6 軸承的校核 28
4 氣缸元件的計(jì)算 30
4.1氣缸的選擇 30
4.2 氣缸結(jié)構(gòu) 34
4.3 工作原理 35
4.3.1切刀氣缸的計(jì)算 36
4.3.2下壓機(jī)構(gòu)氣缸的計(jì)算 36
4.3.3 其余氣缸的選型 37
總 結(jié) 38
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 40
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第41頁 共41頁
1 緒 論
1.1 選題的背景、意義
隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求日益擴(kuò)大，制造業(yè)對各種金屬導(dǎo)線的質(zhì)量要求也越來越高。線的質(zhì)量好壞、直接關(guān)系到下道工序能否順利進(jìn)行，特別是超細(xì)規(guī)格的線質(zhì)量要求很高；。目前國內(nèi)使用的裁線機(jī)械，卷取主軸多用力矩電機(jī)驅(qū)動，排線機(jī)構(gòu)與主軸采用機(jī)械齒合傳動的硬耦合連接，通過絲杠或光桿帶動導(dǎo)線器左右平移、依靠齒輪或電磁鐵的離合動作實(shí)現(xiàn)換向，達(dá)到往復(fù)排線的工藝要求。這種純機(jī)械耦合機(jī)構(gòu)存在零件加工和裝配復(fù)雜、因頻繁換向?qū)е聶C(jī)械磨損大、噪聲大、排線精度降低[2]。
此外，由于絲線的規(guī)格品種繁多，每次改變品種規(guī)格、都要重新調(diào)整裁線機(jī)的機(jī)械參數(shù)，甚至更換機(jī)械零件，一套排線機(jī)構(gòu)無法同時(shí)滿足對不同規(guī)格絲線的繞排線需要?；诖?，我們提出了本課題的研究。
本文介紹一種新型裁線裝置，利用先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，將裁線主軸的卷取傳動與排線器的往復(fù)傳動機(jī)械解耦，分別用兩只電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動、實(shí)現(xiàn)對裁線與排線軸的柔性連接。兩只電機(jī)的速度控制設(shè)置成主一從方式，即：排線步進(jìn)電機(jī)作為從動機(jī)，其轉(zhuǎn)速跟隨裁線主軸電機(jī)同步運(yùn)行。采用FX2N一32MT可編程序控制器、脈沖測速碼盤及光電傳感器控制，檢測步進(jìn)電機(jī)的工況，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制和柔性化參數(shù)設(shè)置。新系統(tǒng)具有：穩(wěn)定、準(zhǔn)確、靈活、快速的特點(diǎn)，適用于對各種規(guī)格絲線的繞排線控制。
1.2 國內(nèi)裁線機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
目前我國裁線機(jī)行業(yè)處于非常困難的時(shí)期，如何才能使整個(gè)行業(yè)從技術(shù)的互相模仿與殘酷的價(jià)格戰(zhàn)等困境中脫身而出？從業(yè)企業(yè)只有放下急于求成的心態(tài)，從基礎(chǔ)理論、新技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域出發(fā)，一絲不茍地修煉自己的自主創(chuàng)新能力。
裁線機(jī)結(jié)合了機(jī)械、傳動、電氣控制等多方面的技術(shù)，所以基礎(chǔ)理論研究是開發(fā)新技術(shù)的基礎(chǔ)，只有核心技術(shù)的發(fā)展才能推動裁線設(shè)備的進(jìn)步，各方面為技術(shù)開發(fā)做努力，這樣才會使我國的裁線設(shè)備逐步走上自主創(chuàng)新的道路。
?國產(chǎn)的裁線機(jī)自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應(yīng)用于裁線要求相對不高的場合，高端設(shè)備都有日本、瑞士、德國等進(jìn)口設(shè)備占領(lǐng)市場，而國產(chǎn)設(shè)備只能在很小的市場份額里以低價(jià)來爭得客戶， 分析我國裁線機(jī)市場目前處于高速發(fā)展的時(shí)期，相反我國的裁線機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的處境卻相當(dāng)?shù)钠D難，不難看出，極大的市場份額都是進(jìn)口設(shè)備，在國內(nèi)市場獲得高利潤的回報(bào)，在新機(jī)型的開發(fā)上就有了強(qiáng)大的資金保障，而我們國內(nèi)企業(yè)的銷售利潤偏低，去掉銷售環(huán)節(jié)中存在的費(fèi)用，留給企業(yè)的回報(bào)已經(jīng)所剩無及了，所以不斷的提升自主創(chuàng)新能力，才能市場份額較大的中高端市場，來打破目前的艱難局面[4]。
1.3 裁線機(jī)的發(fā)展趨勢
裁線機(jī)是機(jī)械行業(yè)中的主要加工設(shè)備，裁線機(jī)的質(zhì)量、數(shù)量及自動化水平，直接影響整個(gè)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展；裁線機(jī)的自動化水平對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員的體力勞動等方面都起到極為重要的作用。
先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)能在很大程度上提高裁線機(jī)的自動化水平。機(jī)械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個(gè)過程的工程學(xué)科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標(biāo),包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價(jià)格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務(wù)要好、要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)。
（1） PLC在裁線設(shè)備中的應(yīng)用
PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力及高可靠性，這點(diǎn)對裁線設(shè)備非常重要，設(shè)備的穩(wěn)定性很大程度上依賴于電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，PLC和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低了；如今的裁線設(shè)備由于加工特性的關(guān)系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的滿足了設(shè)備的要求，如今功能單元大量出現(xiàn)，使PLC可以同時(shí)應(yīng)用于位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，在研發(fā)裁線設(shè)備時(shí)通常都需要定制控制系統(tǒng)，由于PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短[11]。在裁線設(shè)備中控制系統(tǒng)中PLC的使用情況大致可歸納為如下幾類：
1、開關(guān)量的邏輯控制
? 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。
2、模擬量控制
??在裁線設(shè)備生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如速度、圈數(shù)、排線桿位置等都是模擬量，PLC將以上數(shù)據(jù)采集后加以運(yùn)算。
3、運(yùn)動控制
? 如今的裁線機(jī)都配置有步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，可以通過PLC直接對這些執(zhí)行單元進(jìn)行驅(qū)動控制[5]。
（2） 測試和測量系統(tǒng)在裁線機(jī)中的運(yùn)用
測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。在現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)、老產(chǎn)品改造以及機(jī)電產(chǎn)品全壽命的各個(gè)過程的研究中，實(shí)驗(yàn)研究是必不可少的環(huán)節(jié)。在工程試驗(yàn)中，需要進(jìn)行各種物理量的測量，以得到準(zhǔn)確的定量結(jié)果。當(dāng)然，不僅是各類工程試驗(yàn)需要測量，機(jī)器和生產(chǎn)過程的運(yùn)用監(jiān)測、控制和故障診斷也需要在線測量。這時(shí)，測量系統(tǒng)大多就是機(jī)器和生產(chǎn)線的重要組成部分[6]。
（3） 機(jī)電一體化在裁線機(jī)中的應(yīng)用
機(jī)電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機(jī)械、電子技術(shù)等為主的多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)科學(xué)。性能上，向高精度、高生產(chǎn)效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發(fā)展。通過機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用使得整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)控制智能化、操作性能柔性化。通過測試系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)達(dá)到機(jī)電一體化的目的[7]。
1.4 本文研究主要內(nèi)容
通過利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解裁線機(jī)的相關(guān)知識，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下：
1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，產(chǎn)生裁線機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路；
2、查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊，確定合理的裁線機(jī)結(jié)構(gòu)；
3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來選擇合適的部位；
4、重點(diǎn)對驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究；
5、通過研究國內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)；
6、完成2D裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制，并由此繪制零件圖；
7、編寫設(shè)計(jì)說明書；
8、檢查并完善本設(shè)計(jì)課題。
本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來源廣泛，內(nèi)容充足。
2 自動裁線機(jī)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 基本結(jié)構(gòu)
本課題擬定的是同時(shí)裁斷2根金屬導(dǎo)線，直徑為6MM的。
裁線機(jī)其功能部件(1)由支承體(9)、帶動力裝置的裁線機(jī)切刀部件和包壓線或機(jī)筒等組成。由功能部件(1)，電動機(jī)(8)和機(jī)架（6)等構(gòu)成的裁線機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸(10)的平板直刃式刀片功能部件(下部內(nèi)有能使物料自動卸出，設(shè)有與刀片(15)相對。
2.2 設(shè)計(jì)原則
裁線機(jī)其功能部件(1)由支承體(9)、帶動力裝置的裁線機(jī)切刀部件和包壓線或機(jī)筒等組成。由功能部件，電動機(jī)和機(jī)架(或機(jī)腳)等構(gòu)成裁線機(jī)。在功能部件中的裁線機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的平板直刃式刀片
2.3 方案分析
2.3.1 第一方案
采用平鋪帶式傳送裝置，將金屬導(dǎo)線手工放落在傳送帶上，由電動機(jī)帶動傳送帶將金屬導(dǎo)線送到刀盤處切碎。圓盤處安裝二把刀片，刀片采用直刃刀切割，將送入刀片處的金屬導(dǎo)線進(jìn)行切碎。
此輸送裝置由于需要電機(jī)通過軸帶動輸送帶滾筒轉(zhuǎn)動，故而功率消耗大，成本高，且輸送不連續(xù)，切碎不均勻，需要人力較大。
裁線機(jī)示意圖如下圖所示：
圖2.3.1 臥式裁線機(jī)示意圖
Fig.2.3.1 schematic diagram of horizontal shredding machine
據(jù)上圖2.3.1臥式裁線機(jī)示意圖，不難看出此裁線機(jī)包括2個(gè)電機(jī)，3根軸，滾筒，輸送帶，帶輪，帶輪等等。裁線機(jī)零件眾多，這無疑增加了裁線機(jī)的制造成本與維護(hù)運(yùn)行成本。對于廣大的金屬導(dǎo)線來說，這種臥式裁線機(jī)很顯然不是他們理想的選擇。因此，設(shè)計(jì)出一款小型且制造成本低廉，適用與裁線機(jī)非常必要。
2.3.2第二方案
輸送裝置仍然采用圓管帶式輸送，把金屬導(dǎo)線平鋪在帶上后，隨帶前進(jìn)，但在輸送帶和切碎口之間安裝兩個(gè)喂入輪，喂入輪做相對回轉(zhuǎn)時(shí)，把輸送帶傳送的金屬導(dǎo)線擠壓夾持后，送入到切碎口，但是金屬導(dǎo)線受到喂入輪的擠壓與摩擦，損失了蔬菜水分，使得金屬導(dǎo)線等蔬菜不新鮮，不適合家庭使用。且相比于第一套方案而言，又增加了軸和喂入輪的轉(zhuǎn)動，消耗功率更大，制造成本更高。第一放方案中用直刃刀切割，這里換用凸曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀。凸曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀制造、磨刃均較方便，切割阻力矩變化平緩，但金屬導(dǎo)線有向外推移的現(xiàn)象，刃口磨損也不均勻。而直線型動刀制造、磨刃均比較簡單、強(qiáng)度好，缺點(diǎn)是切割開始時(shí)，往往將金屬導(dǎo)線向外推移，此時(shí)切割點(diǎn)離軸心的距離較大，因而切割阻力矩大大增加，致使切割阻力矩在切割過程中變化劇烈，刃口磨損也不均勻。
根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合制造、清洗、磨刀、成本等方面因素的考慮，切割刀片采用直刃型刀切碎更有利，因此，切碎方式定為直刃型動刀切割。
2.3.3第三方案
經(jīng)過以上兩種方案的分析、研究及比較，最終方案確定如下：
設(shè)計(jì)一種小型的立式裁線機(jī)取代一般的臥式裁線機(jī)既避免了功率消耗大，成本高等缺點(diǎn)；又可讓金屬導(dǎo)線少擠壓與擦傷
參照圖2.1.1、圖2.1.2，立式裁線機(jī)由功能部件(1) 、電機(jī)支架(2)、電磁調(diào)速電機(jī)(3)、螺栓(4)、帶輪(5)、機(jī)架(6)等組成。
功能部件(1)是本實(shí)用新型金屬導(dǎo)線裁線機(jī)的核心，它由帶輪(7)、軸承(8)、支承體(9)、主軸(10)、防污密封軸承端蓋(11)、墊套(12)、機(jī)殼(13)、螺母、刀片（15）、擋板(16)、出料門(17)等構(gòu)成。下端有凸耳與機(jī)架(6)聯(lián)接，內(nèi)部有一斜面A，它與水平面夾角大于物料對它的摩擦角，經(jīng)切割的金屬導(dǎo)線經(jīng)此斜面自動卸下。下端(即支承體下側(cè)面)設(shè)有出料口，與出料門焊接相連。中央是軸承座，用兩套軸承(8)將主軸(10)支承其上。主軸(10)的兩端懸伸，下端懸伸用于安裝帶輪(7)，輸入動力。上端懸伸于機(jī)桶內(nèi)，用以安裝刀片(15)、軸套(12)、軸端擋圈、螺母等零件，構(gòu)成了本裁線機(jī)的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子上安裝直刃刀片時(shí)，采用單刃型直刃刀片時(shí)，每層為1至數(shù)片(一般為1至3片)，可采用下列安裝形式，即利用輪轂與刀片(15)構(gòu)成刀盤安裝在主軸(10)上。刀片層數(shù)及每層刀片數(shù)可根據(jù)需要而定，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，層數(shù)及刀片數(shù)越多，切得越細(xì)，所耗功率也越大。安裝刀片時(shí)，刀刃斜面朝物料行進(jìn)方向，以便對物料有順向推進(jìn)作用。注意各刀片彼此交錯成一定的角度，對軸心呈放射狀均布，以便對物料進(jìn)行充分切割。密封軸承端蓋(11)安裝在軸上最下層刀片與上軸承(8)之間，形成密宮式密封，防止水分與污物進(jìn)入軸承。軸端有軸端擋圈與蓋形螺母，它既能對軸承(8)、刀片(15)等軸上零件實(shí)現(xiàn)軸向壓緊定位，又可保護(hù)軸端螺紋和防止水分進(jìn)入其中。上下兩軸承(8)在支承體(9)中的軸向定位由緊固在中央軸承座兩端的軸承蓋來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)支架(2)可連同電機(jī)(3)一起繞螺栓(4)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動90度后固定在機(jī)架(6)上，使電機(jī)(3)平臥，以便用來驅(qū)動其它臥式機(jī)械，提高電機(jī)的利用率。機(jī)架(6)是功能部件(1)和電動機(jī)(3)的聯(lián)系和支承件。
2.3.4 最終方案
裁線機(jī)其功能部件由支承體、帶動力裝置的裁線機(jī)切刀部件和包壓線或機(jī)筒等組成。由功能部件(1)，電動機(jī)(8)和機(jī)架（6)等構(gòu)成的裁線機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的平板直刃式刀片功能部件(下部內(nèi)有能使物料自動卸出，設(shè)有與刀片)相對。
3 裁線機(jī)的機(jī)械計(jì)算
3.1電機(jī)的選取
（1）粗略計(jì)算驅(qū)動電機(jī)的功率
驅(qū)動功率計(jì)算
則金屬導(dǎo)線受到的摩擦力為：
則移行電機(jī)所需牽引力為：
假設(shè)直徑R=125mm
假設(shè)轉(zhuǎn)速na=61rpm
速度vω=πRna=π×0.125×61=24m/min
設(shè)功率安全系數(shù)為1.2，驅(qū)動裝置的效率為0.8，則需要的驅(qū)動功率為：
2）電動機(jī)至的總效率η
ηb—對滾動軸承效率，ηb=0.99
ηv—帶效率，ηv=0.94
ηcy—效率，ηcy=0。96
估算傳動系統(tǒng)總效率
η=ηvηbηcηcy=0.94×0.99×0.99×0.96=0.88
3） 所需電動機(jī)的功率Pd（kw）
Pd=Pw/η=0.05/0.88=0.06kw
（1） 基于電動機(jī)的以上特點(diǎn)，本文選用作為北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)輸送機(jī)床的驅(qū)動裝置。
圖3.1是北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)。
圖3.1 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
所以根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)選擇110BYG350DH-SAKRMA型號的電機(jī)，圖3.2是110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號說明。
圖3.2 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號說明
110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸，如圖3.3所示。
圖3.3 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸
110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線，如圖3.4所示。
圖3.4 110BYG350DH型電機(jī)矩頻特性曲線
3.2 同步帶的概述及計(jì)算
3.2.1 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(diǎn)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(jìn)行傳動，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)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3.5）時(shí)，傳動比準(zhǔn)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-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。
圖3.5 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(yīng)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(diǎn)。轉(zhuǎn)動時(shí)，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(zhǔn)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(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達(dá)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(jī)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(jī)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(kuò)展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨(dú)立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。
3.2.2 同步帶的特點(diǎn)
(1)、傳動準(zhǔn)確，工作時(shí)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(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長距離傳動，中心距可達(dá)10m以上。
3.2.3 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(yùn)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(dāng)選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖3.6)。
圖3.6 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(xué)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(dāng)增大帶安裝時(shí)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(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3.7）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)：
1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進(jìn)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(yīng)力集中，導(dǎo)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(qiáng)度差。
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)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(yīng)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(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。
圖3.7 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖3.8）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(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3.8 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3.9)
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)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3.9 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)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。
3.2.4 同步帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)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(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)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(yīng)對帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。
3.2.5 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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 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(dāng)，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(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)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。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時(shí)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(yīng)用。
3.2.6 同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表3.2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表3.2 工作情況系數(shù)
2） 確定帶的型號和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計(jì)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。
查表3.3
表3.3 同步帶選型
選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
3) 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(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z1=42故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=42。
故z1=42，z2=42。
4） 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×42/3.14≈107mm
大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×42/3.14≈107mm
5） 驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。
10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定
=()
=719.7mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)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(jì)算
查基準(zhǔn)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(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表3.4 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
3.2.7 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(shí)，其承載繩中心線長度應(yīng)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(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動的中心距已定時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3.5）。
表3.5 帶節(jié)線長度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖3.10所示，同步帶相鄰兩齒對應(yīng)點(diǎn)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(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表3.6。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)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(qiáng)，相應(yīng)就能傳動較大的裁荷。
圖3.10 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表3.6 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)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(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)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(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)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(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
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(jìn)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(shí)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。
3.2.8 同步帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3.7。帶的圖形如圖3.11。
表3.7 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
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖3.11 同步帶
3.2.9 同步帶輪的設(shè)計(jì)
同步帶輪的設(shè)計(jì)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(yīng)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(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)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(xué)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。
3.3 軸的設(shè)計(jì)
3.3.1 材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3.3.2 計(jì)算軸的最小直徑
電機(jī)軸的直徑為14,
由于軸的直徑小于100mm，且由3個(gè)鍵槽，故將軸徑增加15%，即
將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=14mm
3.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、軸的外形結(jié)構(gòu)
2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。
（1）、根據(jù)內(nèi)徑可得d67=30 mm，根據(jù)的寬度可得出L67=20 mm，右側(cè)采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關(guān)系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預(yù)緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d42=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算得出，L42=L1011=40 mm。
至此已經(jīng)確定了軸的各段長度和直徑。
3.4 軸的校核
需要驗(yàn)算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通常可驗(yàn)算傳動軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
：通過受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
3.5 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
3.6 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。
②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
∴
受力
根據(jù)圖3.12受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
圖3.12受力分析和受力圖
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計(jì)算:所以按軸承的受力大小計(jì)算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
4 氣缸元件的計(jì)算
4.1氣缸的選擇
氣缸的選用要根據(jù)以下方面進(jìn)行分析：
1、類型的選擇? ?
根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時(shí)需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。
2、安裝形式? ?
根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運(yùn)動外，還需作圓弧擺動時(shí)，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。
3、作用力的大小
即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。
4、活塞行程
與使用的場合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)按計(jì)算所需的行程增加10～20㎜的余量。
5、活塞的運(yùn)動速度
主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動應(yīng)取大值。氣缸運(yùn)動速度一般為50～800㎜/s。對高速運(yùn)動氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實(shí)現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運(yùn)動平穩(wěn)避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。
圖3.1 氣缸實(shí)物圖
6、氣缸的選型步驟及其類型介紹
程序1：根據(jù)操作形式選定氣缸類型：
氣缸操作方式有雙動，單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式
程序2：選定其它參數(shù)：
1、選定氣缸缸徑大小? ?? ? 根據(jù)有關(guān)負(fù)載、使用空氣壓力及作用方向確定
2、選定氣缸行程? ?? ?? ??工件移動距離
3、選定氣缸系列
4、選定氣缸安裝型式? ?? ? 不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、法蘭型、U型鉤、軸耳型
5、選定緩沖器? ?? ?? ?? 無緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、油壓吸震器
6、選定磁感開關(guān)? ?? ?? ??主要是作位置檢測用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)
7、選定氣缸配件? ?? ?? ??包括相關(guān)接頭
（一）單作用氣缸
? ? 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。其原理及結(jié)構(gòu)見下圖：
圖3.2單作用氣缸
1— 缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；
單作用氣缸的特點(diǎn)是：
? ? 1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小。
? ? 2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
? ? 3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。
? ? 4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過程中是變化的。
? ? 由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。
（二） 雙作用氣缸
? ? 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。
1） 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。
2） 缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動工作臺左右運(yùn)動，工作臺運(yùn)動范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。
活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動工作臺向左或向左運(yùn)動，工作臺的運(yùn)動范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。
圖3.3雙活塞桿雙作用氣缸
a）缸體固定；b）活塞桿固定
1—缸體；2—工作臺；3—活塞；4—活塞桿；5—機(jī)架
雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動力及速度均相等。
(三)?緩沖氣缸
緩沖氣缸對于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見下圖，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動下向右運(yùn)動時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動所具有的全部能量相平衡，即會取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5，推動活塞向左運(yùn)動。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。
圖3.4緩沖氣缸
1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—?dú)饪?
4.2 氣缸結(jié)構(gòu)
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。
SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來決定。滑動部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進(jìn)行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。
4.3 工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：
F：氣缸理論輸出力(kgf)
F′：效率為85％時(shí)的輸出力(kgf)－－(F′＝F×85％）
D：氣缸缸徑(mm)
P：工作壓力(kgf／cm2)
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf／cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
F＝2800kgf；F′＝2300kgf
在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。
4.3.1切刀氣缸的計(jì)算
設(shè)計(jì)時(shí)確定負(fù)載大小為100N?？紤]到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響。在研究氣缸的性能和確定氣缸的缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率β：
由《液壓與氣壓傳動技術(shù)》表3.2：
表2.1 氣缸的運(yùn)動狀態(tài)與負(fù)載率
阻性負(fù)載（靜負(fù)載）
慣性負(fù)載的運(yùn)動速度v
運(yùn)動的速度v=50mm/s，取β=0.60，所以實(shí)際的氣缸缸負(fù)載的大小為：F=F0/β=163N
4.3.1.1氣缸選型
首先，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定氣缸的行程為300mm。
設(shè)定其負(fù)荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查表3.2可知?dú)鈮簞們?nèi)徑為25mm，選型為CM2L25—300。
4.3.2.2氣缸的校核
輸出力的大小為
經(jīng)驗(yàn)算該型可以達(dá)到使用要求。
4.3.2下壓機(jī)構(gòu)氣缸的計(jì)算
4.3.2.1氣缸的選型
估算壓緊力的計(jì)算（50N），其中上壓板的重量為20N。當(dāng)氣缸下壓時(shí)，氣缸只需提供30N的壓力。所以實(shí)際氣缸負(fù)載的大小為30/0.6=50N。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定氣缸的行程為100mm。
設(shè)定其負(fù)荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查下表可知?dú)鈮簞們?nèi)徑為16mm，選型為CM2L16—100。
4.3.2.2氣缸的校核
輸出力的大小為：
回收的時(shí)候
經(jīng)驗(yàn)算，可以達(dá)到使用要求。
4.3.3 其余氣缸的選型
由于其余氣缸所需動力較小，所以選擇缸徑為30mm的氣缸，長度按需要進(jìn)行選擇。其中扇形排布機(jī)構(gòu)推進(jìn)氣缸選擇長度為100mm的氣缸，推進(jìn)氣缸選擇長度為100mm的氣缸。
以下是氣缸運(yùn)動時(shí)序表（一個(gè)循環(huán)內(nèi)）：
表4.1 整體機(jī)構(gòu)氣缸運(yùn)動時(shí)序表
氣缸名稱
速度
T（伸出）/s
T（收回）/s
切刀氣缸
（氣缸1）
24
21-21.5
24.5-25
下壓氣缸
（氣缸2）
25
21-23
23-25
推進(jìn)氣缸
（氣缸5）
2.5
25-27
23-25
總 結(jié)
本文設(shè)計(jì)了一種裁線機(jī)，詳細(xì)地設(shè)計(jì)了移動裁線機(jī)的各個(gè)部分，在全面分析各個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)研究過程中所遇到的一些問題也進(jìn)行了深入的研究。
裁線機(jī)是一種具有很大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景的裁線機(jī)，在不方便操作的地方都扮演著很重要的角色，本次設(shè)計(jì)對裁線機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括機(jī)身、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪，主要工作如下：
l 通過功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，初步制定了裁線機(jī)的總體方案。
l 接下來進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
l