管套壓裝專機設計

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畢業(yè)設計（論文）任務書 2015 屆 機械工程及自動化 專業(yè) 題 目： 管套壓裝專機的設計 子 題： 學生姓名： 班級學號： 指導教師： 職 稱： 所在系（教研室）：機電與信息工程系 下達日期：2014年7月4日 完成日期：2015年6月12日 管套壓裝專機設計說明書 摘要 2 Abstract 3 第一章 緒論 4 1.1 課題的來源與研究的目的和意義............................................................................5 1.2 管套壓裝專機的發(fā)展現(xiàn)狀...........................................................................................6 第二章 管套壓裝專機總體結(jié)構的設計......................................................................10 2.1 管套壓裝專機的總體方案圖 11 2.2 管套壓裝專機的壓裝原理.........................................................................................12 2.3 機械傳動部分的設計計算.........................................................................................12 2.3.1壓裝機構中電機的選型計算...............................................................13 2.3.2V帶傳動的設計計算..............................................................................14 2.3.3滾珠絲桿的選型計算............................................................................17 2.3.4直線導軌的選型計算設計計算...........................................................20 第三章 各主要零部件強度的校核 23 3.1軸承強度的校核與計算 23 3.2絲桿螺母強度的校核計算...............................................................................24 第四章 壓裝專機中主要零件的三維建模 25 4.1滾珠絲桿的三維建模........................................................................................26 4.2直線滑塊的三維建模........................................................................................27 4.3管套固定座的三維建模...................................................................................28 4.4壓裝專機的三維建模........................................................................................29 結(jié)論 30 致謝 31 參考文獻 32 摘 要 在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。管套壓裝專機行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。在新的市場需求的驅(qū)動下，管套壓裝專機的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內(nèi)管套壓裝專機設備生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型經(jīng)濟高效型的管套壓裝專機械設備，在人工裝配過渡到機械設備自動裝配的演變中發(fā)揮著積極作用。一般生產(chǎn)大型管套壓裝專機設備的企業(yè)對設備安全指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設備時，都充分考慮到設備在運行中可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少設備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。 國內(nèi)管套壓裝專機設備的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟、安全穩(wěn)定主題保持一致。加大管套壓裝專機設備新型節(jié)能、高效管套壓裝專機的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎建設發(fā)展的需求。 管套壓裝專機的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。隨著科學技術的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構、新材料、新工藝，目前管套壓裝專機正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 近期對機械行業(yè)中軸、軸承和軸套的使用情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在機械行業(yè)中軸、軸承和軸套是其中的關鍵零配件。自然而然在裝配中它們的安裝也非常平凡。在安裝軸、軸承和軸套時如果使用人工壓配不但勞動強度太大而且相互尺寸不易保證，所以設計一個專用的壓裝機勢在必行。本次的畢業(yè)設計課題的是一臺管軸壓裝專機。 本文介紹了管套壓裝專機的結(jié)構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，該管套壓裝專機的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且安全系數(shù)高，運行平穩(wěn)。采用的總體方案是：在專機上定位兩軸套相對位置，利用電機減速機提供動力，通過皮帶輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動裝有螺母的壓頭移動，將旋轉(zhuǎn)運動化為直線壓入運動。采用牙嵌式安全離合器進行過載保護，壓配后在管子相應位置通過鉆模板鉆孔。 關鍵詞：機械工業(yè)；管套壓裝專機；裝配；高效  Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Fout degrees of freedom. 第一章緒論 1.1課題的來源與研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 1.2 管套壓裝專機的發(fā)展現(xiàn)狀 當今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設備也在不斷地更新，不斷地完善，管套壓裝專機同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的管套壓裝專機是采用人工的形式來壓管套到管子上面，勞動效率低，壓裝精度低下，不適合批量生產(chǎn)的場合?，F(xiàn)代管套壓裝專機是用來代替人工壓配安裝軸、軸承和軸套的一種專用機。隨著機械行業(yè)的大發(fā)展，軸、軸承和軸套的使用也越來越廣泛，而軸與軸承、軸套的配合為過盈配合H8/r7，所需壓入力較大，且隨壓入長度增大而增大。在無縫鋼管二端要均勻壓入二軸套，且要保證二軸套相對位置，軸套壓到底后，在相應位置要鉆攻螺孔。，如果使用人工裝配不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產(chǎn)要求。所以使用一個專用的管套壓裝專機以成為發(fā)展趨勢。 第2章 管套壓裝專機總體結(jié)構的設計 2.1 管套壓裝專機的總體方案圖 本次設計的管套壓裝專機采取的方案是：在專機上定位兩軸套相對位置，利用電機減速機提供動力，通過皮帶輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進而帶動裝有螺母的壓頭移動，將旋轉(zhuǎn)運動化為直線壓入運動。采用牙嵌式安全離合器進行過載保護，壓配后在管子相應位置通過鉆模板鉆孔。具體方案布局圖如下： 2.2 管套壓裝專機的壓裝原理 管套壓裝轉(zhuǎn)專機的工作原理為：采用的原動件為電機—減速機，動力通過皮帶輪傳至執(zhí)行件。二套之間的相對位置可通過定位實現(xiàn)。利用套上φ48凸臺和φ9孔及φ100端面定位，φ9孔裝入菱形銷,φ48凸臺插入定位沉孔,用這樣的類似于一面二銷的六點完全定位方式保證相對位置，其中一只套定位在壓頭上，另一只套定位于固定支座上。由于軸套與軸之間的配合為過盈配合H8/r7，所需壓入力較大，且隨壓入長度增大而增大，當軸套壓到底時，壓入力會瞬間急增，為保護電機，需采用安全離合器進行過載保護，利用其可調(diào)整保護壓力，以限定最大壓入力。管子由V型塊定位，考慮到管、套在壓入前定位的同心度要求很高，否則可能會出現(xiàn)壓不進的現(xiàn)象，故采用高度可調(diào)V型塊，以降低對專機零件加工的精度要求，可使專機裝配、調(diào)試簡單、方便，節(jié)約成本。 2.3 機械傳動部分的設計計算 2.3.1壓裝機構中電機的選型計算 已知整個壓裝機上工件與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，范圍為50mm~200mm，移動速度為1~2r/min。即： 具體的電機設計計算如下: N=＝0.37(KW) G－管套壓裝專機的生產(chǎn)能力，1000kg/h －傳動效率，取0.75 所以根據(jù)N＝0.37kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1選用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4電機的結(jié)構。 2.3.2 V帶傳動的設計計算 1）設計功率 －工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2 P－傳遞的功率 2）選定帶型 根據(jù)和查B1圖8－1－2選取普通V帶B型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1440r/min 3）傳動比 1.76 ＝＝ 4）小帶輪基準直徑（mm） 由B1表8－1－12和表8－1－14選定 ＝100mm>＝75r/min 5）大帶輪基準直徑（mm） 由B3表8－7得=150mm 6）帶速驗算 7）初定軸間距（mm） 8）所需帶的基準長度（mm） ＝ ＝650mm 依B1表8－1－8?。?00mm，即帶型為A－900 9）實際軸間距 10）小帶輪包角 = = 11）單根V帶的基本額定功率 根據(jù)帶型號、和普通V帶查B1表8－1－27（c） 取0.37kw 12）時單根V帶型額定功率增量 根據(jù)帶型號、和查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 13）V帶的根數(shù)Z Z = －小帶輪包角修正系數(shù)查B1表8－1－23,取0.96 －帶長修正系數(shù)查B1表8－1－8，取0.87 14） 單根V帶的預緊力 = =134（N） m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 15）作用在軸上的力 －考慮新帶初預緊力為正常預緊力的1.5倍 16）帶輪的結(jié)構和尺寸 帶輪應既有足夠的強度，又應使其結(jié)構工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應力。 輪槽工作表面應光滑（表面粗糙度）以減輕帶的磨損。 帶輪的材料為HT200。查B1表8－1－10得基準寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準直徑查B1，帶輪的零件圖如下圖所示： 2.3.3滾珠絲桿的選型計算 1）材料選用原則 選材的基本原則是材料在能滿足零件使用性能的前提下，具有較好的工藝性和經(jīng)濟性。 材料的使用性能是指機械零件在正常工作條件下應具備的力學、物理、化學等性能，是保證該零件可靠性的基礎。對一般機械零件來說，選材時主要考慮的是其力學性能；而對于非金屬材料制成的零件，還應該考慮其工作環(huán)境對零件性能的影響。 零件按力學性能選材時，首先應正確分析其工作條件、形狀尺寸及應力狀態(tài)，結(jié)合該類零件出現(xiàn)的主要失效形式，找出其在實際使用中的主要和次要的失效抗力指標，以此作為選材的依據(jù)。 2）絲杠螺母的工作條件、失效形式和技術要求 1、工作條件 由于傳動機構是絲杠螺母副，即螺旋傳動副，而工作時主要是攜帶傳感器進行測量，而非傳遞動力或扭矩。主要承受一定的剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷。 2、主要失效形式 當彎曲載荷較大時，絲杠承受著交變應力；當其表面硬度較低，表面質(zhì)量不良時，會發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生疲勞斷裂。而設計的絲杠所傳遞的動力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨損。通過提高絲杠螺母的表面質(zhì)量和安裝精度可以有效的減少磨損。 3、材料性能要求 根據(jù)絲杠的工作條件和失效形式，要求絲杠材料具備以下主要性能：①電磁鐵參數(shù)測量裝置是對電磁鐵的電磁吸力、磁場強度和線圈溫度進行測量的裝置。為避免電磁鐵的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不銹、鋁合金、銅合金、陶瓷材料或高分子材料。②較高的綜合力學性能.當絲杠正常工作時，要承受一定的交變載荷與沖擊載荷。③絲杠軸頸應具有高的硬度和耐磨性，提高絲杠的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。 根據(jù)絲杠螺母副的工作條件、失效形式和技術要求，考慮材料的綜合性能，絲杠采用淬火鋼，螺母采用鑄造錫青銅。這是由于銅合金材料不僅具有較高的綜合力學性能，而且具有較高硬度和耐磨性。絲杠螺母副的導柱采用不銹鋼，導軌采用鋁合金，聯(lián)結(jié)件采用高分子塑料。 3）絲桿螺旋傳動的類型、特點與應用 絲桿螺旋傳動是利用絲桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。以傳動形式分為兩種：一種是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動；另外一種是將直線運動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運動。梯形絲桿的特點： （1）傳動效率高：梯形絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （2）運動平穩(wěn)：梯形絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 （3）高精度：梯形滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預緊消除軸向間隙和對絲杠進行預拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復定位精度。 （4）高耐用性：鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 （5）同步性好：由于運動平穩(wěn)、反應靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 （6）高可靠性：與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 （7）無背隙與預緊：采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調(diào)整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當?shù)念A緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。 （3）穩(wěn)定性驗算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為 式中G——移動部件自重 S——導程（cm） ——逆?zhèn)鲃有?，由于滾珠絲桿副的正傳動效率和逆?zhèn)鲃有式葡嗟?，因此，一般用正傳動效率代替? N.cm可知110BF004反應式步進電動機帶動絲桿螺母副時不會發(fā)生逆向傳動 （5）軸承的選擇，初選6002，工作時為輕度沖擊，正常工作溫度，預期壽命為5000h，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為Fa=200N.查手冊可知道2002的基本額定負載Cr=4.32kN,基本額定負載荷Cor=2.50Kn。 為了能安裝方便本次設計中6002軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號為UCFU203軸承。 Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38 當量負載的計算P=200N可算得軸承壽命[6] （2.25） 溫度系數(shù)=1，載荷系數(shù)=1，UCFU203軸承座，壽命指數(shù)為=3 得（h） 所以該軸承適合。 4）滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇 滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。 （1）固定---固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度； （2）固定---支承 適用于中等轉(zhuǎn)速、高精度； （3）支承---支承適用于中等轉(zhuǎn)速，中精度； （4）固定---自由 適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，短軸向絲杠。 本次設計中絲桿螺母的固定方式如下所示 5）滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離 1、油潤滑 一般情況下，用于滾動軸承的礦物油都適用。特別是在高轉(zhuǎn)速情況下，以油潤滑比脂潤滑佳，這時滾珠絲杠副的溫升較小。油潤滑的補充潤滑量和間隔，按下表，按表中的油量，至少可以達到8小時的補充潤滑時間。 2、脂潤滑 采用脂潤滑的優(yōu)點可以使?jié)L珠絲杠傳動系統(tǒng)在一段很長時間后才需進行補充。也就是說，在多數(shù)情況下，可以省去一套補充潤滑的裝置。補充潤滑脂的限量為大約填入螺母內(nèi)空間容積的一半?？梢允褂盟懈呒墲L動軸承潤滑脂，但要注意潤滑脂廠家的說明和提示。潤滑脂的補充通常在半年或一年進行更換，更換前應清除舊潤滑脂后才能更換新的潤滑脂 3、防塵與隔離 滾珠螺杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物（切屑碎屑）進入就會很快使它磨耗，成為損壞的原因。困此，必須采用防護裝置（折疊式或伸縮式絲杠防塵罩）將絲杠軸完全防護起來。另外雖沒有別的異物，但有浮塵時要在螺母兩端采用刮屑式防塵圈。 滾珠絲杠副設計使用中應注意的問題： (1) 為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 (2) 防逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動逆效率高，應考慮在電機停電后，因部件自重而產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃?特別是在垂直方向上傳動時)，防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎茫和ｋ娮枣i的電機、蝸輪蝸桿機構、離合器等方式。 (3) 滾珠絲杠副在行程兩端應有行程保護裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 (4) 防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預拉伸、強制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 (5) 細長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導程累積誤差的因素之一，還會使螺母受載不均。設計細長絲杠時，應考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 (6) 防護與密封，塵埃和雜質(zhì)進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，還需要為絲杠選擇防護裝置。 (7) 合理潤滑是減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)，接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 (8) 正確選擇預緊力，滾珠絲杠副出廠時已經(jīng)按要求調(diào)節(jié)好所需要的預緊力，嚴禁自行拆卸滾珠絲杠副的各個部件，以免影響其精度。嚴禁敲擊和拆卸導珠管，以免造成滾珠堵塞，運轉(zhuǎn)不流暢。 (9) 建議采用適應于數(shù)控機床的大接觸軸承以提高傳動剛度。 (10) 用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑d2,否則無法裝配螺母。 (11) 水平位置采用外循環(huán)滾珠絲杠副，最好是插管放置再絲杠軸線上面。 (12) 為便于絲杠加工，絲杠上最大外圓處的直徑最好不要大于絲杠的外徑d1。 2.3.4直線導軌的選型計算設計計算 通過絲桿螺母傳動，帶動整個壓裝裝置水平往復運行，為了要保證平穩(wěn)，需要有導向裝置，這里就需要設計導向光桿和直線軸承配合整個絲桿螺母裝置。 1直線軸承的選擇 POM工程式塑料保持器適用于工作測試；鋼保持器適用于為工作溫度；不銹鋼軸承適合于水、蒸氣、硝酸等腐蝕介質(zhì)及真空工作場合，軸承型號按下述計算公式確定。 硬度系數(shù)FH：硬度HRC58以上，F(xiàn)H=1.0；硬度HRC52-58，F(xiàn)H=0.6-1.0。 溫度系數(shù)FT：工作溫度小于100oC，F(xiàn)T=1.0，工作溫度100oC-125oC，F(xiàn)T=1.0-0.95。 接觸系數(shù)FC： 每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0 每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81 每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72 每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66 載荷系數(shù)FW： 運行速度小于15米/分鐘，無沖擊、無振動，F(xiàn)W=1.0-1.5； 運行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動，F(xiàn)W=1.5-2.0； 運行速度大于60米/分鐘，或有較大沖擊、振動，F(xiàn)W=2.0-5.0。 時間壽命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位單：h小時) L：長度壽命 (萬米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分鐘往復次數(shù) 已知行程L=0.2米，工作溫度60oC，每分鐘往復次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時，試選擇軸承型號。 按以上工作條件： 根據(jù)本次載荷重量為2000N，我們選用兩個導向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承的所受負載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個為可以隨著絲桿螺母上下滑動。六個導向光桿加上絲桿螺母，這樣每個導向光桿的滑動軸承處的所受負載為166N。本次設計中所選擇的滑動軸承為帶法蘭形狀的。 根據(jù)每個滑動軸承的負載承受166N，我們選用滑動軸承為LMF20，軸承中間孔徑為20mm，這樣導向光桿的直徑也為20mm。 2）直線軸承安裝： 軸承座孔公差推薦采用H7、J7級，直線軸公差推薦采用g6、h6級，軸承安裝必須用臺階芯軸壓入；直線軸安裝必須對準軸承孔插入，動作輕緩，軸傾斜插入會導至保持器變型 和鋼球脫落，軸承安裝方向應按照表1所示，可以提高軸承承載能力，延長壽命。 軸承座孔有可能壓縮軸承，引志游隙變小，此時用手轉(zhuǎn)動直線軸，如果軸能接觸鋼球且能輕松轉(zhuǎn)動， 配合游隙為 0～+0.01mm；如果稍加力才能轉(zhuǎn)動， 配合游隙為-0.01～0mm（已過盈） ；如果加力也不能轉(zhuǎn)動，配合游隙已多于0.01mm，這種情況鋼球滾動時可能同時作滑動，會降低軸承和軸的作用壽命，只有在輕載、低速且定心要求高的情況下才可采用。調(diào)整型、開口型軸承內(nèi)、外徑在割口前測量，割口后會有一些彈性變形，配合游隙應裝入軸承座內(nèi)測量（鋼保持器軸承、KH軸承情況類似）。游隙可調(diào)節(jié)的軸承座調(diào)節(jié)方向應和軸承割口方向垂直以保證游隙均勻，直線軸承結(jié)構特點不能作旋轉(zhuǎn)運動，同時要求有良好的導向性，所以直線 軸承一般以二根軸+四套軸承或二根軸+二套加長型軸承為一個組合使用，二根軸安裝要平直，整個組合裝配后，用手推拉必須靈活無阻滯才可安裝傳動機構，傳動動力要足夠克服軸承磨擦阻力，直線軸承磨擦阻力近似為千分之一工作載荷 。 3.直線軸承潤滑和防塵：軸承出廠涂有防銹油，使用時需加潤滑劑。油脂潤滑噪音較低，常用的有2號鋰基脂和低噪音軸承潤滑脂， 填脂量為保持器空隙的三分之一。油潤滑不需清除防銹油， 根據(jù)工作測試采用15#～100#潤滑油， 工作溫度低采用低粘度油， 工作測試高采用高粘度油，常用的有透平油，機械油和錠子油，無密封軸承把油滴在軸上即可，帶密封軸承需把油加到軸承內(nèi)，本公司為用戶準備了帶油孔的軸承和軸承座。對于一些不允許有油（脂）的工作場所，先清除防銹油，干燥后在每列鋼球上噴一些市售的二硫化鉬噴劑，再次干燥后即可使用，帶密封軸承應避免密封圈和軸干磨擦引起密封唇口擠入軸承內(nèi)，造成軸承的非預期損壞。鐵屑會極大地降低軸承壽命，粉塵和臟物會阻塞保持器球道，使鋼球不能回轉(zhuǎn)，引起保持器損壞、鋼球擠膠。帶密封軸承可用于一般帶粉塵工場所，像木工機械、鑄造機械等多粉塵場合，請在軸承兩端另加密封，防止粉塵進入并可減少油脂損耗。 4.軸承的載荷和壽命：軸承運動和換向時承受過大的沖擊負荷，或當軸承靜止時，由于機器振動等因素都會使接觸處形成凹坑。外界硬粒進入軸承內(nèi)，也可在接觸表面形成壓痕，這種永久變形量超過一定限度，就會防礙直線運動平穩(wěn)性，引起振動和噪音，振動會進一步?jīng)_擊凹坑周圍材料，造成惡性循環(huán)，使凹坑面積擴大，這種永久變形量用基本額定靜載荷限定。鋼球和套圈接觸點兩者永久變形量之和等于鋼球直徑的萬分之一時的靜載荷，定義為基本額定靜載荷C0。軸承使用時，沖擊力很難測定，常用選取適當?shù)撵o載荷安全系統(tǒng)來保證軸承靜載荷不超過基本額定靜載荷。選型時使軸承承受的靜載荷P0 C0/FS，不受振動和沖擊場合FS取1.0 1.5，受振動和沖擊工作場合FS取2.0~7.0。 軸承由于反復承受工作載荷，首先在表面下一定深度處，強度較弱部分形成裂紋，繼而發(fā)展到接觸表面，使金屬成片狀剝落下來，這種剝落稱為疲勞剝落。在安裝、潤滑、密封正常的情況下，絕大多數(shù)軸承的破壞是疲勞破壞，一般所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命。直線軸承額定壽命規(guī)定為5萬米， 通過限定基本額定動載荷C來保證。由于軸承壽命具有分散性，即同一批材料、相同工藝生產(chǎn)、相同使用條件下的軸承壽命不相同，所以軸承基本額定動載荷C定義為一批相同的軸承在相同條件下運行5萬米，軸承不生任何疲勞剝落現(xiàn)象所能承受的動載荷。 第三章各主要零部件強度的校核 3.1軸承強度的校核與計算 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于拖拉機減速箱的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 3.2絲桿螺母強度的校核與計算 滾動螺旋傳動主要承受軸向力。由于螺母和螺桿間有較大的滑動摩擦，因而磨損是其主要的失效形式。滾動螺旋的基本尺寸（螺桿的直徑和螺母的高度），通常是根據(jù)耐磨性條件來確定的。受力較大的螺旋傳動，還應校核螺桿危險截面和螺母螺紋牙的強度，以防止發(fā)生塑性變形或斷裂；要求自鎖的螺桿，要求校核其自鎖性；精密的傳導螺桿，應該校核其剛度，以免因受力導致螺距變化引起傳動精度降低；長徑比較大的螺桿，應校核其穩(wěn)定性，以防止軸向受載后失穩(wěn)；高速的長螺桿還應校核起臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動。具體設計時應根據(jù)傳動的類型、工作條件及其失效形式等，選擇不同的設計準則，而不必逐項進行校核。 表2.1螺旋傳動的常用材料 螺旋副 材料牌號 應用范圍 螺桿 Q235、Q275、45、50 材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導螺旋傳動 螺母 ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 （1）滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距離為400mm，，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負荷包括運動部件的重量所引起的進給抗力。應按額定靜載荷選用。 載荷性質(zhì)系數(shù)為1 —動載荷硬度影響系數(shù)， =1 —最大軸向載荷 定靜載荷為C02000N，查表得使用壽命時間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min 由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計算，見表2.6所示： 表2.2 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果（mm） 螺紋滾道 公稱直徑 20 螺 距 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 螺紋滾道法面半徑 偏心距 螺紋升角 螺桿 螺桿外徑 螺桿內(nèi)徑 螺桿接觸直徑 螺母 螺母螺紋外徑 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 螺母長度 Ln 33 （2）傳動效率計算 （2.23） 式中：—摩擦角；—絲桿螺紋升角。 （3）剛度驗算，滾珠絲桿受工作負載P引起的導程的變化量 （2.24） Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算 （N） （cm） () (材料為45鋼) （） 所以 （cm） 絲桿因受扭矩而引起的導程變化量很小，可以忽略。所以導程誤差 查表知C級精度的絲桿允許誤差6，故強度足夠。 第4章 壓裝專機中主要零件的三維建模 4.1滾珠絲桿的三維建模 4.2直線滑塊的三維建模 4.3管套固定座的三維建模 4.4管套壓裝專機的三維建模 結(jié) 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度本文所設計的是管套壓裝專機的設計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。 四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1]張福學編著.管套壓裝專機技術及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠編著.管套壓裝專機的原理及應用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]宋學義著. 管套壓裝專機速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。 [4]陳奎生著. 氣與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。 [5]SMC（中國）有限公司. 管套壓裝專機實用氣動技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [6]徐文燦著. 管套壓裝專機系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。 [7]曾孔庚.管套壓裝專機的發(fā)展趨勢. 機器人技術與應用論壇。 [8]壽慶豐 機械設計1999年第3期，第3卷。 [9]高微,楊中平,趙榮飛等.管套壓裝專機臂結(jié)構優(yōu)化設計. 機械設計與制造2006.1。 [10]孫兵,趙斌,施永輝.管套壓裝專機的研制. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [11]馬光,申桂英.工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2002年。 [12]李如松.管套壓裝專機的應用現(xiàn)狀與展望. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫1994年第4期。 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. IEEE Transactions on Robotics and Automation.Vo1.9.No.1.1993。 本文提出一種無需在每個關節(jié)上設置驅(qū)動器就能控制管套壓裝專機進行作業(yè)的方法。 [19]Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators.IEEE Transactions on Robotics and Automation. Vo1.9.No.4.1993。