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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題目： 自動套環(huán)機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 學 院： 江西農(nóng)業(yè)大學 姓 名： （小二宋體加粗 ） 學 號： （小二宋體加粗 ） 專 業(yè)： （小二宋體加粗 ） 班 級： （小二宋體加粗 ） 指導教師： （小二宋體加粗 ）職 稱：（小二宋體加粗 ） 二0 年 月 目 錄 目 錄 II 摘 要 I Abstract II 1 緒論 3 1.1 課題研究意義 3 1.2自動化設(shè)備應用 3 1.3 自動化設(shè)備 3 1.4 自動化設(shè)備趨勢 4 1.5 自動套環(huán)機的應用 4 2 方案論證 5 2.1 自動套環(huán)機構(gòu)方案 5 2.1.1 步進電機的原理 5 2.1.2.傳動方案傳動時應滿足的要求 5 2.1.3.傳動方案及其分析 5 2.1.4 自動排序進料設(shè)備 6 2.2 方案的比較與選擇 7 2.3 本章小結(jié) 7 3 自動套環(huán)機結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 3.1 自動供料排序機構(gòu)振動盤的設(shè)計 8 3.1.1 供料機構(gòu)的任務基本組成及設(shè)計要求 8 3.1.2 振動盤的介紹 9 3.2 傳動部分的設(shè)計 10 3.2.1 選擇齒輪傳動的類型 10 3.2.2 選擇材料 10 3.2.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 10 3.2.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 10 3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 11 3.2.6 確定齒輪傳動精度 11 3.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.3 電機的選擇及運動參數(shù)的計算 11 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 12 3.4.1 選擇蝸桿傳動類型 12 3.4.2 選擇材料 12 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 12 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 13 3.5.1蝸桿 13 3.5.2 蝸輪 13 3.5.3 校核齒根彎曲疲勞強度 14 3.6 軸的校核與計算 14 3.6.1 畫出受力簡圖 14 3.6.2 畫出扭矩圖 15 3.6.3 彎矩圖 15 3.7 彎矩組合圖 15 3.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 16 3.9 齒輪上鍵的選取與校核 16 3.10 軸承的選用 16 3.10.1 軸承的類型 16 3.10.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 16 3.10.3 滾動軸承的配合 17 3.10.4 滾動軸承的潤滑 17 3.10.5 滾動軸承的密封裝置 17 4 其它元件的選取 17 4.1 整體運動分析 17 4.2動力元件的計算 17 4.2.1進料機構(gòu)氣缸的計算 17 4.2.2 推料機構(gòu)氣缸的計算 18 4.2.3 其余氣缸的選型 19 4.3氣缸的選擇 19 4.3.1機構(gòu)氣缸的選擇 19 4.3.2 送料機構(gòu)氣缸的選擇 19 4.3.3 下壓機構(gòu)氣缸的選擇 20 結(jié)束語 22 致謝 23 參考文獻 24 23 摘 要 本文設(shè)計的是自動套環(huán)機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計,該系統(tǒng)由中心回轉(zhuǎn)機構(gòu)和四周送料氣缸組成。其中中心回轉(zhuǎn)機構(gòu)是以水平方式安裝于主機工作臺面上,工作時,利用主機的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT配套的控制系統(tǒng),完成與主機相協(xié)調(diào)的各種加工的分度回轉(zhuǎn)運動。 它是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，它常被使用于各類數(shù)控銑床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。 氣缸的選型和設(shè)計是全自動動套環(huán)機構(gòu)的重要組成部分。包括固定支架、出料氣缸、撥料氣缸、滑動氣缸等部件，設(shè)計目的是將整個工作機構(gòu)組成一個完整的系統(tǒng)，保證自動套環(huán)該裝置能夠很好的實現(xiàn)自動套環(huán)過程。 關(guān)鍵詞：自動套環(huán)機構(gòu)，回轉(zhuǎn)工作臺,齒輪傳動,蝸桿傳動,間隙消除,蝸輪加緊 Abstract This design is the design of automatic system ring mechanism, the system is composed of a central rotary mechanism and around the feeding cylinder. The center rotating mechanism is installed on the host to the level of work table, when in work, the control system of the host or the special matching, indexing rotary motion to complete a variety of machining in coordination with the host. It is a workbench circumferential feed and indexing movement, it is often used in various types of CNC milling machine and machining center, which can improve the processing efficiency, more technology, it is mainly by the driving force, gear drive, worm drive, workstations and other components, and can eliminate and worm gearing up clearance, is a very useful tool for processing. The selection and design of cylinder is an important part of automatic dynamic ring mechanism. Includes a fixed bracket, a feeding cylinder, a feeding cylinder, a sliding cylinder and other parts, is designed to divide the work mechanism to form a complete system, guarantee the automatic ring the device can realize the automatic ring process is very good. Key Words: automatic ring mechanism, rotary table, gear drive, worm drive, clearance elimination gear up 1 緒論 1.1 課題研究意義 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，大型復雜的自動化設(shè)備更是引人注目。 1.3 自動化設(shè)備 自動化設(shè)備是在一次進行多工序工位的加工。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 自動化設(shè)備趨勢 自動化設(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，自動化設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。 1.5 自動套環(huán)機的應用 該設(shè)備用于將小U管自動套上焊環(huán)，應用于空調(diào)兩器、熱水器等行業(yè)的小U管套環(huán)的全自動生產(chǎn)。 特點：自動化程度高、操作方便、外型美觀、伺服電機分度盤，定位準確、PLC及觸摸屏集中控制、有管口整型工位 2 方案論證 2.1 自動套環(huán)機構(gòu)方案 2.1.1 步進電機的原理 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。? 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復印機、傳真機等。? 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。? 選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。? 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要 2.1.2.傳動方案傳動時應滿足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。 2.1.3.傳動方案及其分析 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大在分度機構(gòu)中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。 同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅(qū)動。 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 2.1.4 自動排序進料設(shè)備 自動化送料機構(gòu)可供散亂的不同型號軸承經(jīng)過定向機構(gòu)，實現(xiàn)定向排序，然后順序地由送料機構(gòu)送到下道工序中。這在自動化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實用的，它不但可把操作人員從重復而繁重的勞動中解脫出來，而且對保證安全生產(chǎn)也是一種行之有效的辦法。 目前，國內(nèi)擁有大量的裝置，如果把它們能改造成半自動或自動的裝置，將會充分發(fā)揮裝置的潛在力量，這是一個具有重大意義的事情。而在裝置上安裝自動送料機構(gòu)便是其中一個主要方面。 軸承是一種具有高度互換性的標準部件，它具有摩擦力小，啟動容易，潤滑簡單，便于更換等優(yōu)點。在機械系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的部件，作為重要的機械基礎(chǔ)件，軸承是各種機械零部件的檢測中，需要人工把被測量零件安放在測試平臺或轉(zhuǎn)軸上，定好位夾緊以后，再進行測量，這樣既影響了測量的效率，又增加了工作人員的勞動強度。為了對以往的進料設(shè)備性能有明顯的改進，設(shè)計了一套高效率、自動化程度高的自動排序進料設(shè)備。 2.2 方案的比較與選擇 通過對介紹,我們不難發(fā)目前比較合理也切實可行的一種設(shè)計方案。為了提高和保證產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)中對一些部件按照一定的工藝要求進行歸類分組是必要的。分選機的功能是對工件進行連續(xù)測量，將被測參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)電路放大、邏輯運算處理后。控制相應的執(zhí)行機構(gòu)，對工件實行自動分選。 2.3 本章小結(jié) 本章主要對幾種進行比較和分析,最終我們選取自動排序進料設(shè)備是目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當中重點介紹。 3 自動套環(huán)機結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 自動供料排序機構(gòu)振動盤的設(shè)計 3.1.1 供料機構(gòu)的任務基本組成及設(shè)計要求 供料機構(gòu)的任務是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來，按照自動機的加工要求，定量、定時、定向地送到加工位置。 供料機構(gòu)主要由四大部分（機構(gòu)、裝置）組成。 (1) 定時裝置 定時裝置主要是按照自動機生產(chǎn)節(jié)拍，使供料機構(gòu)定時工作，準時供料。在定 時裝置設(shè)計中，主要解決工件送料與自動機加工節(jié)奏協(xié)調(diào)一致問題。一般由供料機構(gòu)與相關(guān)的其它機構(gòu)之間的運動鏈來保證，所以供料機構(gòu)的運動循環(huán)必須與自動機工作循環(huán)相協(xié)調(diào)。也可以采用獨立驅(qū)動的供料機構(gòu)，例如電磁振動供料器、供送料機械手，但要由控制系統(tǒng)或設(shè)計諸如閘門等隔離裝置，使供料機構(gòu)停止或送料。 (2) 定量裝置 定量裝置是根據(jù)自動機加工工藝的要求，在每一個工作循環(huán)送出規(guī)定數(shù)量的工 件。定量可以分為量（如重量、體積）和數(shù)（如件、個），例如酒類、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、軸承等主要是定數(shù)，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細鋼棒等物料則是定長度。設(shè)計時根據(jù)供送物料的形、性態(tài)等來確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計數(shù)機構(gòu)等來配合。 （3）定向裝置 保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個關(guān) 鍵問題。定向機構(gòu)一般與糾正、剔除機構(gòu)等配合工作。 （4）其它裝置 例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機構(gòu)、帶狀料的糾偏調(diào)位機構(gòu)不符合要求工件的剔除機構(gòu)、缺料檢測機構(gòu)、計數(shù)機構(gòu)等等。 定位在自動機設(shè)計中也是一個比較重要的問題，送料不到位或有偏差都會影響自動機的正常工作。在設(shè)計中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機構(gòu)中，也可歸到供料機構(gòu)中。 任何供料機構(gòu)必須具有定時定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據(jù)工件及加工要求設(shè)置。 供料機構(gòu)是自動機、自動線中的主要工作機構(gòu)之一，其性能優(yōu)劣及自動化程度直接影響到自動機的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量及其勞動條件。因此，對供料機構(gòu)有如下的一些要求： 1） 根據(jù)自動機的生產(chǎn)節(jié)拍及工位位置，快速、準確、可靠地將工件送到位； 2） 供料過程平穩(wěn)、無沖擊，不能損傷工件； 3） 適應性強，調(diào)整方便； 4） 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。 3.1.2 振動盤的介紹 振動盤是一種自動組裝機械的輔助設(shè)備，能把各種產(chǎn)品有序排出來，它可以配合自動組裝設(shè)備一起將產(chǎn)品各個部位組裝起來成為完整的一個產(chǎn)品。 自動送料振動盤是一種自動定向排序的送料設(shè)備,是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序,有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。 振動盤的工作原理： 振動盤料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序。 振動盤的應用行業(yè)： 振動盤廣泛應用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個行業(yè)，是解決工業(yè)自動化設(shè)備供料的必須設(shè)備。振動盤除滿足產(chǎn)品的定向排序外還可用于分選、檢測、計數(shù)包裝等，是一種現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品。 圖 振動盤 3.2 傳動部分的設(shè)計 3.2.1 選擇齒輪傳動的類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。 3.2.2 選擇材料 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。 3.2.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。 傳遞轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106P1/N1=（9.55X106×0.75/3000）=2.39N.M 載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由表6-6取K=1.2 齒寬系數(shù)ψd:由表6-7取ψd=1 許用接觸壓力［δH］：［δH］=［δH2］=220Mpa 傳動比i:i=3 將以上參數(shù)代入公式 D13≥（671/[δh]）2（6-21）KT1(i+1)/ψdi D1≥32.88mm 3.2.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 1）齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66。 2）模數(shù) m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取標準值m=1.5。 3）中心距 標準中心距 α=m/2(Z1+Z2)=60.5mm 4）其他主要尺寸 分度圓直徑：d1=mZ1=1.5x22=33mm, d2=mZ2=1.5x66=99mm 齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm, da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm 齒寬：b= ψdd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=20。 b2= b1+(5-10)=20-30mm,取b1=20mm。 3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 δF=22KT1YFS/bmd1≤［δF］ 復合齒形系數(shù)Ys：由x=0（標準齒輪）及Z1 Z2查圖6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96則 δf1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x103x4.12/(19.8x1.5x33)=74.6Mpa＜［δF1］δf2=δf1YFS2/YFS1=(74.6x3.96/4.12)Mpa=71.70MPa＜［δF2］ 彎曲強度足夠。 3.2.6 確定齒輪傳動精度 齒輪圓周速度v=d1nπ/(60x1000)=3.14x72.5x970/(600x1000)=3.68m/s 由表6-4確定第Ⅱ公差組為8級。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級，齒厚偏差選HK 3.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 小齒輪 da1 =33mm 采用實心式齒輪 大齒輪 da2 =99mm 采用腹板式齒輪 3.3 電機的選擇及運動參數(shù)的計算 許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達作為執(zhí)行單元。 1）電機電機的選擇 按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。 2）選擇電機的額定功率 馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。 工作所需功率為：Pw=FwVw/1000ηw KW Pw=Tnw/9950ηw KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率ηw=0.97，代入上式得 Pw=150×36/（9950×0.97）=0.56 KW 電機所需的輸出功率為：P0= Pw/η 式中：η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。 由表2.4查得：齒輪傳動的效率為ηw=0.97；一對滾動軸承的效率為ηw=0.99；蝸桿傳動的效率為ηw=0.8。因此， η=η1η23η3=0.97×0.993×0.8=0.75 P0= Pw/η=0.56/0.75=0.747 KW 一般電機的額定功率 Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW 則由表2.1取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。 確定電機轉(zhuǎn)速 按表2.5推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，取： 齒輪傳動比：3-5， 蝸桿傳動比：15-32， 則總的傳動范圍為：i=i1×i2=3×15-5×32=45-160 電機轉(zhuǎn)速的范圍為 N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min 為降低電機的重量和價格，由表2.1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機的安裝和外形尺寸可查表2.2 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機可知T=6.93N.M傳動比設(shè)定為i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。 3.4.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 3.4.2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，則 T2=T*η*i=153.4N.M (3-3) （2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (3-4) （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。 （4）確定接觸系數(shù)Zρ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Zρ=3.12。 （5）確定許用應力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力[σH]‘=268MPA。 因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則 [σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA (3-5) （6）計算中心距 (3-6) 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜Zρ，因此以上計算結(jié)果可用。 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 3.5.1蝸桿 直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角γ=3°11′38″ 蝸桿軸向齒距：PA==3.94mm；(3-7) 蝸桿齒頂圓直徑：(3-8) 蝸桿軸向齒厚：=1.97mm(3-10) 3.5.2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =62，變位系數(shù)Χ=0 驗算傳動比：i=/=62/1=62(3-11) 這是傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12) 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=(3-13) 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5 (3-14) 蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17) 3.5.3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18) 當量齒數(shù) (3-19) 根據(jù)Χ2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù) Yβ=1-γ/140°=0.9773；(3-20) 許用彎曲應力[δF]= KFN [δF]=56×0.72=40.32MPa(3-21) = 2.31×0.9773=4.29MPa(3-22) 所以彎曲強度是滿足要求的。 3.6 軸的校核與計算 3.6.1 畫出受力簡圖 圖 3-1受力簡圖 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 3.6.2 畫出扭矩圖 T=η.i.T電機 =0.36×60×0.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 3.6.3 彎矩圖 M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖 3.7 彎矩組合圖 由此可知軸的最大危險截面所在。 組合彎矩 （3-35） 3.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小 3.9 齒輪上鍵的選取與校核 取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。 （2） 鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力[δp]= 50～60MPa，取其平均值[δp]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：δp=2000T/(kld)=127≤[δp] 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B5×10 GB/T 1096—1979。 3.10 軸承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。 3.10.1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30208。 3.10.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。 3.10.3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。 3.10.4 滾動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 3.10.5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。 4 其它元件的選取 4.1 整體運動分析 主要運動以及順序如下： 1、一階梯臺原始位置打孔穿線（含下壓板壓緊）。2、后工件推前工件，到二階梯臺面上方下沉。3、進料機構(gòu)機構(gòu)運動，。4 出料氣缸推工件。5、完成動作循環(huán) 4.2動力元件的計算 4.2.1進料機構(gòu)氣缸的計算 通過實驗，樣品的穿透負載在100N以內(nèi)。設(shè)計時確定負載大小為100N?？紤]到氣缸未加載時實際所能輸出的力，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，常用到負載率β： 由《液壓與氣壓傳動技術(shù)》表3.2： 表2.1 氣缸的運動狀態(tài)與負載率 阻性負載（靜負載） 慣性負載的運動速度v 運動的速度v=50mm/s，取β=0.60，所以實際的氣缸缸負載的大小為：F=F0/β=163N 1氣缸選型 首先，根據(jù)設(shè)計要求，確定氣缸的行程為300mm。 設(shè)定其負荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查表3.2可知氣壓剛內(nèi)徑為25mm，選型為CM2L25—300。 2氣缸的校核 輸出力的大小為 經(jīng)驗算該型可以達到使用要求。 4.2.2 推料機構(gòu)氣缸的計算 1氣缸的選型 估算壓緊力的計算（50N），其中上壓板的重量為20N。當氣缸下壓時，氣缸只需提供30N的壓力。所以實際氣缸負載的大小為30/0.6=50N。 根據(jù)設(shè)計要求，確定氣缸的行程為100mm。 設(shè)定其負荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查下表可知氣壓剛內(nèi)徑為16mm，選型為CM2L16—100。 2氣缸的校核 輸出力的大小為： 回收的時候 經(jīng)驗算，可以達到使用要求。 4.2.3 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，長度按需要進行選擇。其中扇形排布機構(gòu)推進氣缸選擇長度為100mm的氣缸，推進氣缸選擇長度為100mm的氣缸。 以下是花炮筒扇形排布穿引機的氣缸運動時序表（一個循環(huán)內(nèi)）： 表4.1 整體機構(gòu)氣缸運動時序表 氣缸名稱 速度 T（伸出）/s T（收回）/s 進料機構(gòu)氣缸 （氣缸1） 24 21-21.5 24.5-25 出料氣缸 （氣缸2） 25 21-23 23-25 拉緊氣缸 （氣缸4） 40 24-25 26-27 推進氣缸 （氣缸5） 2.5 25-27 23-25 4.3氣缸的選擇 4.3.1機構(gòu)氣缸的選擇 1、類型的選擇。從本次設(shè)計使用要求來看，要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲，應選輕型缸。因此，選擇SMC系列標準氣缸。 2、安裝形式。由本次設(shè)計安裝位置要求，采用固定式氣缸。 3、氣缸缸徑的選擇。根據(jù)負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。本次設(shè)計氣缸需80N的力，因此選擇缸徑30的氣缸。 4、活塞行程的選擇。由本次設(shè)計工作行程，選取長度50mm的氣缸。 綜上，選用CM2L30—50型氣缸。 4.3.2 送料機構(gòu)氣缸的選擇 1、類型的選擇。從本次設(shè)計使用要求來看，要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲，應選輕型缸。因此，選擇SMC系列標準氣缸。 2、安裝形式。由本次設(shè)計安裝位置要求，采用固定式氣缸。 3、氣缸缸徑的選擇。根據(jù)負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。本次設(shè)計氣缸需100N的力，因此選擇缸徑25的氣缸。 4、活塞行程的選擇。由本次設(shè)計工作行程，選取長度300mm的氣缸。 綜上，選用CM2L25—300型氣缸。 4.3.3 下壓機構(gòu)氣缸的選擇 1、類型的選擇。從本次設(shè)計使用要求來看，要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲，應選輕型缸。因此，選擇SMC系列標準氣缸。 2、安裝形式。由本次設(shè)計安裝位置要求，采用固定式氣缸。 3、氣缸缸徑的選擇。根據(jù)負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。本次設(shè)計氣缸需50N的力，因此選擇缸徑16的氣缸。 4、活塞行程的選擇。由本次設(shè)計工作行程，選取長度100mm的氣缸。 綜上，選用CM2L16—100型氣缸。 圖3.1為SMC公司生產(chǎn)的CM系列標準氣缸實物圖： 圖3.1 CM型標準氣缸實物圖 綜上所述，選擇的氣缸類型分別為（表2.9）： 氣缸名稱 送料氣缸 扇形排布機構(gòu)氣缸 下壓氣缸 品牌及類型 CM2L25—300 CM2L30—50 CM2L16—100 缸徑mm 25 30 16 活塞桿外徑mm 12 15 10 行程mm 300 50 100 受壓面積mm2(押側(cè)/拉側(cè)) 235/317 325/220 245/170 理論輸出力N(押側(cè)/拉側(cè)) 160/98.5 225/238 205/180 表2.9 各機構(gòu)氣缸的規(guī)格 結(jié)束語 本次畢業(yè)設(shè)計將近尾聲，感覺受益匪淺！ 通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅把大學所學到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設(shè)計中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，在處理問題時有了新的認識和方法，并加強了和同學之間進行探討和解決問題的能力。 通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關(guān)信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。 本次畢業(yè)設(shè)計中，我做的是整體設(shè)計部分，通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運用國家標準、機械類手冊和圖冊等工具進行設(shè)計計算分析。這次畢業(yè)設(shè)計還讓我體會到團體的力量，提高自己的團隊意識，遇到問題時和小組成員進行討論和分析或是請教明老師，直到得到滿意的結(jié)果。 致謝 在我進行畢業(yè)設(shè)計的過程中，我的老師和同學們給了我很大的幫助，這里我向他們表示誠摯的敬意。 首先，我要感謝指導教師XX老師，通過這次畢業(yè)設(shè)計他教會了我如何去設(shè)計，怎么去設(shè)計，以及在最初構(gòu)思時，應該注意的各種問題。他嚴謹治學的態(tài)度、不辭辛勞指導我做畢業(yè)設(shè)計，嚴于律己，寬以待人的為人都給我留下了深深的印象。他的熱情，他的執(zhí)著，更是讓我終身難忘。這一切將對我以后的學習和工作有很大的幫助。我還要感謝進行畢業(yè)設(shè)計中期檢查的各位領(lǐng)導和機械工程系的其他老師，他們及時的給我指出了畢業(yè)設(shè)計當中的不足，并且給予我很多完成設(shè)計的便利條件。 在各位老師和同學的大力幫助下，才使我的畢業(yè)設(shè)計得以完成。最后，再次對他們給予我的幫助，表示衷心的感謝！并對論文審閱老師的辛勤勞動表示敬意。 參考文獻 [1]張建民等著：《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》，高等教育出版社，2001年8月第1版. 版社，2005年10月第1版. 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