自動涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 自動涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 近年來，隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化有了非常大的發(fā)展,自動涂膠機(jī)在我國機(jī)械設(shè)備的裝配與維修中得到了廣泛的應(yīng)用，這不僅提高了勞動生產(chǎn)率，同時(shí)也節(jié)省了能源和材料。尤其是在汽車行業(yè)，對汽車零部件的結(jié)合面有一定的密封性要求,其結(jié)合面都需要涂膠，涂膠的精度對于汽車的性能至關(guān)重要，自然的對自動涂膠機(jī)提出了更高的要求。以往涂膠都是靠工人的手工來完成，涂膠效率極低，而且很難保證涂膠的均勻性和膠體的厚度。 自動涂膠機(jī)既能保證涂膠的均勻性而又能有效的節(jié)省材料，從而大大提高了工作效率和工作質(zhì)量，減少工人的勞動強(qiáng)度。因此針對不同的工作需要,自動涂膠機(jī)可以采用框架式機(jī)

2、器人或多自由度機(jī)器人來對結(jié)合面進(jìn)行涂膠，同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也意味著，每天給國家企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。采用自動涂膠機(jī)可以快速準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、清潔地完成涂膠工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：密封；涂膠；框架式機(jī)器人；自動涂膠機(jī) Abstract In recent years, with the development of production and technology, electromechanical integration has made great development, automatic g

3、lue machine in the assembly and maintenance of mechanical equipment has been widely used, not only raised the labor productivity, but also save the energy and materials. The car industry, in particular, to auto parts joint sealing requirements to a certain extent, the joint surface need glue, glue t

4、he accuracy on the performance of the car is essential, natural puts forward higher requirements on automatic glue machine. Before coating is done rely on manual workers in, coating efficiency is extremely low, and it is difficult to guarantee the uniformity of coating and the thickness of the collo

5、id. Automatic glue machine both can guarantee the uniformity of coating and can effectively save materials, greatly improving the work efficiency and work quality, reduce the labor intensity of workers. Therefore in accordance with the need of different jobs, automatic glue machine frame type robot

6、 or more degrees of freedom robot can be used to implement the joint surface for coating, at the same time, the application of this technology means that every day to the state enterprise to bring the huge economic benefits. Adopts automatic glue machine can be done quick, accurate, economic, clean

7、coating process, improve product quality, reduce production costs. Key words：Tight；gluing；Frame type robot；Automatic glue machine 44 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 自動涂膠機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 3 2.2 設(shè)計(jì)要求 3 2.3 自動涂膠機(jī)方案的擬訂 3 2.4 技術(shù)參數(shù) 4 2.5 本章小結(jié) 6 第3章 自動涂膠機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 7 3.1步進(jìn)電機(jī)的選擇

8、7 3.1.1 Z相電機(jī)校核 8 3.1.2 X、Y向電機(jī)校核 9 3.2變速齒輪的設(shè)計(jì) 10 3.2.1傳動齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 3.2.2幾何尺寸的計(jì)算 10 3.3滾動導(dǎo)軌的選擇 11 3.3.1 X向滾動直線導(dǎo)軌副的選取 11 3.3.2滾動體的尺寸和數(shù)量 11 3.3.3滾動導(dǎo)軌的長度 12 3.3.4額定壽命計(jì)算 12 3.3.5滾動直線導(dǎo)軌動載荷計(jì)算 13 3.3.6接觸強(qiáng)度計(jì)算 14 3.3.7 Y向?qū)к壍倪x取 15 3.4 滾珠絲杠副的選擇 15 3.4.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 15 3.4.2滾珠絲杠螺母副類型選擇 16 3.4.3滾珠絲杠

9、副的安裝 16 3.4.4滾珠絲杠副的保護(hù) 17 3.4.5滾珠絲杠副的主要參數(shù) 17 3.4.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3.4.7最大動負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選 18 3.4.8 Z向絲杠的選取 22 3.4.9滾動軸承壽命校核 22 3.5 本章小結(jié) 24 第4章 自動涂膠機(jī)輔助設(shè)計(jì) 25 4.1工件的夾具設(shè)計(jì) 25 4.1.1確定定位方案,設(shè)計(jì)定位元件 26 4.1.2自動夾緊機(jī)構(gòu)的選取 26 4.1.3 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27 4.1.4定位誤差分析計(jì)算 30 4.1.5 氣動夾緊機(jī)構(gòu)的計(jì)算 31 4.2供膠系統(tǒng)中對膠棒夾具的設(shè)計(jì) 33 4.3

10、涂膠彎臂的螺栓強(qiáng)度校核： 34 4.4 本章小結(jié) 35 第5章 硬件及接口電路的設(shè)計(jì) 36 5.1概述 36 5.2控制系統(tǒng)的基本硬件組成 36 5.3 PLC的控制電路組成介紹 36 5.4驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 37 5.5 傳感器的選擇及與PLC接線說明 39 5.5.1 光電傳感器的選擇 39 5.5.2 壓力傳感器的選擇 39 5.5.3 傳感器和PLC的接線說明 40 5.6 本章小結(jié) 40 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 43 第1章 緒論 1.1課題背景及意義 隨著粘接材料、粘接劑施工技術(shù)的發(fā)展，很多產(chǎn)品生產(chǎn)工藝發(fā)生了變革，就以

11、汽車為例，大多數(shù)機(jī)械固定的零件和裝飾件已被改為粘接工藝，例如汽車的車燈罩、內(nèi)飾件、揚(yáng)聲器等裝配，新工藝的采用很好的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 由于粘接技術(shù)的推廣，手工涂膠勞動力密集，勞動率低，涂膠質(zhì)量不穩(wěn)定的問題愈加突出，尤其是在某些要求嚴(yán)格的場合，傳統(tǒng)手工涂膠很難達(dá)到要求，而在競爭愈演愈烈的今天，人們對性能和質(zhì)量的要求越來越高，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們僅有一小部分工作需要采用姿態(tài)靈活的機(jī)器人完成，很大一部分工作則完全采用專用的自動化機(jī)械，專用自動化設(shè)備投資少、效率高，往往能給企業(yè)帶來較大利益回報(bào)，自動涂膠機(jī)便是基于這種分析而研制開發(fā)的。自動涂膠機(jī)是針對大型零件平面自動涂膠的專用設(shè)備，廣泛適用于摩托車、汽

12、車、工程農(nóng)機(jī)及相關(guān)零部件生產(chǎn)領(lǐng)域的平面密封和曲面空間密封粘接。例如，大型柴油機(jī)油底殼或多種工件在一臺機(jī)器上進(jìn)行自動涂膠作業(yè)、汽車前后風(fēng)窗玻璃涂膠粘接等。采用自動涂膠機(jī)可以快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、清潔地完成涂膠工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)電行業(yè)的不斷發(fā)展及對機(jī)器性能的高要求，自動涂膠機(jī)一定會有著更廣泛的應(yīng)用前景。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國外自動涂膠機(jī)的發(fā)展較快，尤其是在歐洲發(fā)達(dá)國家，美國、日本等國家，經(jīng)過上百年的發(fā)展已經(jīng)有了一套較為完整的體系。無論是自動化、精度化還是質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)成本上面都達(dá)到了領(lǐng)先水平,國外的生產(chǎn)商各自推出了自主的涂膠機(jī)，如日本的安川機(jī)器人、莫托曼機(jī)

13、器人、美國ABB機(jī)器人等。 本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一臺自動涂膠的設(shè)備（軸承座與減速器間的密封圈）使它能在實(shí)現(xiàn)日常工作的基礎(chǔ)上，盡量讓機(jī)械結(jié)構(gòu)合理的簡化，降低成本。此機(jī)構(gòu)采用由步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動裝置,X、Y軸聯(lián)動可合成各種平面的各種曲線。保證系統(tǒng)可靠性及涂膠精度的前提下盡量降低造價(jià),提高性能及價(jià)格比。 第2章 自動涂膠機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計(jì)一臺自動涂膠機(jī)，對汽車密封圈進(jìn)行自動涂膠，利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制，保證涂膠的范圍、速度和均勻性。 1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各種標(biāo)準(zhǔn)件的選取。 2、自動涂膠機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3、硬件系

14、統(tǒng)設(shè)計(jì)就是用單片機(jī)及驅(qū)動電路來控制X向、Y向、Z向電機(jī)的正常工作。 4、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是控制程序設(shè)計(jì)，利用MCS-51單片機(jī)控制，采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 2.2 設(shè)計(jì)要求 機(jī)械部分要考慮整體布局，工作行程要能滿足要求，傳動裝置要平穩(wěn)且準(zhǔn)確，還要兼顧速度，另外需考慮經(jīng)濟(jì)性，該設(shè)備要求成本低，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，減少額外的工作量。設(shè)備的使用壽命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小時(shí)，載荷持續(xù)率為90%，需要批量生產(chǎn)。 電路部分主要是芯片的選取和電路的擴(kuò)展連接，及三個電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。由于涂膠屬于輕載荷工作。對電機(jī)功率要求不是太高，所以采用步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)

15、和方向以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 執(zhí)行程序要考慮到不同拐點(diǎn)處涂膠量問題，可通過改變X、Y向運(yùn)動速度調(diào)節(jié)也可單一Z向運(yùn)動調(diào)節(jié)，以保證涂膠均勻，此次設(shè)計(jì)采用后者方式，原因是一個電機(jī)工作方式比較好控制。 2.3 自動涂膠機(jī)方案的擬訂 用步進(jìn)電機(jī)來控制絲杠的傳動不但有可逆行性能靈活的正反運(yùn)行，速度均勻，穩(wěn)定性好；定位精度高和重復(fù)定位精度高；而且可以根據(jù)零件的形狀設(shè)計(jì)編程涂膠軌跡可以是曲面。故在最終的設(shè)計(jì)中采用了步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠的傳動方式。 X軸 電機(jī) 涂膠 軌跡 伺服系統(tǒng) Y軸 電機(jī) 機(jī)械 部分 電路 部分 涂膠量 Z軸步進(jìn)

16、 電機(jī) 圖2.1 總體方案圖 電路部分主要是芯片的選取和電路的擴(kuò)展連接，及三個電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。由于涂膠屬于輕載荷工作。對電機(jī)功率要求不是太高，所以采用步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和方向 以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電氣部分由步進(jìn)電機(jī) 、增量編碼器[7]、I/O接口線路板、各種檢測傳感器等組成。 2.4 技術(shù)參數(shù) 采用奔日硅橡膠平面密封膠。主要用途： 1、用于電器設(shè)備的密封，如汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)零件結(jié)合面、變壓器及通用 機(jī)械、電器設(shè)備的部件平面密封。 2、用于太陽能電池組件邊框的密封，電池組件線盒的粘接及太陽能燈具密封。 可以完全有效的保護(hù)晶

17、片不被污染、氧化。具有卓越的耐紫外線、防雨水臟物、 冰雹沖擊等方面的性能。 ?主要特性 ?型號??????????????????????????????????? T－5601 ?外觀??????????????????????????????????? 白色、細(xì)膩、均勻膏狀物 ?密度（ g/cm2 ）???????????????????????? 1.33 ?擠出性ml/min?????? 200－250 ?彈性恢復(fù)率％????????? 94 ?拉伸模量（MPa）???????? 0.9 ?拉伸強(qiáng)度（MPa）???????? 1.7 ?

18、延伸率（％）????????? 400 ?工作溫度（度）??????? －54～210 ?全固時(shí)間（h）????????? 24 設(shè)計(jì)中軸承座的外型尺寸 圖2.2 sn305型號軸承座。經(jīng)查表a=185mm,w=90mm,b=52mm,u=15mm. 第3章 自動涂膠機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3.1步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電動機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相角位移或線位移的控制電機(jī)。其轉(zhuǎn)子運(yùn)動僅與電信號的頻率有關(guān)，每轉(zhuǎn)一周，都有固定的步數(shù)。在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距角誤差不會長期積累

19、，因此，它適合于在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為驅(qū)動微電機(jī)使用，具有系統(tǒng)簡單，運(yùn)行可靠等明顯優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)床的數(shù)字程序控制及其數(shù)字控制系統(tǒng)中。 步進(jìn)電動機(jī)的種類繁多，按其電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理，可分為三大類：反應(yīng)式（磁阻式）步進(jìn)電動機(jī)；永磁式步進(jìn)電動機(jī)；混合式（永磁感應(yīng)子式）步進(jìn)電動機(jī)。 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選步進(jìn)電機(jī)的型號，并從步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查到步距角，兩種不同脈沖分配方式對應(yīng)有兩種步距角。初選電機(jī)型號時(shí)應(yīng)合理選擇及i，并滿足： （3.1） 根據(jù)上述要求，選擇：Z向選擇:55BF003 脈沖當(dāng)量δ=0.008 I=1.

20、0 X向Y向:70BF003 表3.1 Z向55BF003電機(jī)的參數(shù) 步 距 角 相 數(shù) 電 壓 相 電 流 最大 靜 轉(zhuǎn) 矩 最高 空載 啟動 頻率 質(zhì) 量 外 徑 Φ 長 度 軸 徑 1.5/3 3 24V 3A 0.686N·m 1800HZ 0.83Kg 55mm 70mm 6mm 因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)是對汽車軸承座與減速器間密封圈進(jìn)行自動涂膠，要保證涂膠的范圍、速度和均勻性，所以每次出膠的量不

21、是很多，所以擠膠力不是很大，故選用步距角為1.50/步，扭矩偏小點(diǎn)的便可以滿足要求，經(jīng)過計(jì)算，擠膠的力度一般在1N～25N之間，選用保持轉(zhuǎn)距為0.686N·m的55BF003型步進(jìn)電機(jī)，便可以滿足扭矩要求，所以選擇55BF003型號的步進(jìn)電機(jī)，就能滿足設(shè)計(jì)的要求。 表3.2 X向Y向70BF003電機(jī)參數(shù) 步 距 角 相 數(shù) 電 壓 相 電 流 最大 靜 轉(zhuǎn) 矩 最高 空載 啟動 頻率 質(zhì) 量 外 徑 Φ 長 度 軸 徑 1.5/3 3 24V 3A 0.392N·m 16

22、00HZ 1.2Kg 75mm 65mm 8mm 3.1.1 Z相電機(jī)校核 步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax與步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq的關(guān)系: 即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594 N/cm 步進(jìn)電機(jī)的空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載情況下的啟動。 步進(jìn)電機(jī)所需的空載啟動力矩可按下式計(jì)算： Mkg=Mka+Mkf+M0 （3.2）

23、 Mkg—空載啟動力矩 ； Mka—空載啟動時(shí)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N.CM）； Mkf—空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N.CM）； M0 —由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 初選電機(jī)型號時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩 即：Mkq≤Mmq=λMjmax λ=Mkq/Mjmax=0.866 （三相六拍） 加速力矩 （3.3） =0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N?cm) JΣ —傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm2）；

24、 —電機(jī)最大角加速度（rad/s2）； nmax —運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）； t —運(yùn)動部件從靜止啟動加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s）； vmax—運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度（mm/min）； δp—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）； θb—步進(jìn)電機(jī)的步距角。 空載摩擦力矩： （3.4） =30×0.1×0.2/2л×0.8×1 =0.119(N?cm) G—運(yùn)動部件的總重力（N）； f′—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i—齒數(shù)傳動降速比； η—傳動系數(shù)總效率； 取η=0.7-0.

25、85 L0—滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。 附加摩擦力矩: （3.5） =0.2×(1-0.952)/2л×0.8×1 =0.016(N?cm) FYJ—滾珠絲杠預(yù)加載荷即預(yù)緊力 一般取Fm的1/3； Fm —為進(jìn)給牽引力（N）； η為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率，一般取η0≥0.9； 所以Mkg≤Mmq 符合要求。 3.1.2 X、Y向電機(jī)校核 X向電機(jī)與Y向電機(jī)的校核與Z向原理基本相同，設(shè)計(jì)中只簡單的對其進(jìn)行校核。 Mmq=λMjmax=0.866×0.392=0.3395 N/cm

26、 （3.6） =30×0.1×0.3/2л×0.8×4=0.036(N?cm) i =4 （3.7） =×0.3×(1-0.952)/2л×0.8×4=0.079(N?cm) Mmq=0.3395>Mkf+M0=0.115 故符合設(shè)計(jì)要求. 3.2變速齒輪的設(shè)計(jì) 自動涂膠機(jī)要求傳動效率高、傳動比穩(wěn)定，以保證涂膠的均勻性和穩(wěn)定性。 齒輪傳動具備這些特點(diǎn)且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長故選用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比要求。由于齒輪在制造過程中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此一對嚙合著的齒

27、輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。 3.2.1傳動齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 自動涂膠機(jī)采用一級傳動齒輪變速，可增大傳動的扭矩和平穩(wěn)性. 傳動比為i=720/200=3.6 壓力角α=18o 小齒輪：Z1=18 大齒輪：Z2=65 齒數(shù)互為質(zhì)數(shù) 由于小齒輪作懸臂布置故： Φd=0.6 小齒輪的齒寬 b=Φd×d1=0.6×24=14.4 mm 模數(shù)：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5 齒高：h=2.25×m=3.375mm 3.2.2幾何尺寸的計(jì)算 （1）計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑： d1=Z1×m=1

28、8×1.5=27mm d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm （2）計(jì)算中心距： a=（d1+d2）/2=62.25mm （3）計(jì)算齒輪寬度： b=Φd×d1=0.6×27=16.2mm 圓整后取B1=16mm B2=21mm。 3.3滾動導(dǎo)軌的選擇 因?yàn)闈L動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦因數(shù)小,動靜摩擦因數(shù)差很小,因此,運(yùn)動輕便靈活,運(yùn)動所需功率小,摩擦發(fā)熱少,磨損小,精度保持性好,低速運(yùn)動平穩(wěn)性好,傳動精度和定位精度高.滾動導(dǎo)軌還具有潤滑簡單[13]. 3.3.1 X向滾動直線導(dǎo)軌副的選取 滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、

29、滑塊、鋼球、反向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成的。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊相對運(yùn)動時(shí)，鋼球沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬的滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過反向器進(jìn)入反向孔再進(jìn)入滾道，鋼球就是這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動運(yùn)動，反向器兩端都裝有防塵密封端蓋?；跐L動直線導(dǎo)軌副以下的優(yōu)點(diǎn)： 1.導(dǎo)向精度 2精度保持性 3低速運(yùn)動平穩(wěn)性。 4結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，要便于加工、裝配、調(diào)整和維修。 在設(shè)計(jì)中由于導(dǎo)軌承受的載荷力小故選用了此導(dǎo)軌。導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，成本較低。導(dǎo)軌用淬硬鋼制成，淬硬至60-62HRC。 3.3.2滾動體的尺寸和數(shù)量 增大滾動體直徑,可減少摩擦阻力和接觸應(yīng)力,不易產(chǎn)生滑動。一般選取滾

30、珠直徑6-8mm.設(shè)計(jì)中選用滾珠導(dǎo)軌,滾珠直徑選8mm。 滾動體數(shù)量應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度、剛度等條件選取,每條導(dǎo)軌上一般不少于12-16個,因滾動體太少時(shí),制造誤差將顯著地影響運(yùn)動部件的位置精度。反之若滾動體過多,則增加了負(fù)載在滾動體上分布的不均勻性,使剛度反而下降,合理的滾動體數(shù)目Z,按下式選?。? Z≤≤=18.15 （3.8） 所以選取19個。 Z──滾珠的數(shù)目； W──每條導(dǎo)軌上所承載的重力(N)； 設(shè)計(jì)中導(dǎo)軌的承載重力為50*9.8=490N。 d──滾珠直徑(mm)。 3.3.3滾動導(dǎo)軌的長度 滾動導(dǎo)軌中的滾動體和保持架隨著導(dǎo)軌移動，但

31、它的移動速度只是動導(dǎo)軌移動速度的一半。在圖中3.1，滾動體與保持架的長度LC： 圖3.1 滾珠導(dǎo)軌 LG=Ld+ 式中 Ld－－動導(dǎo)軌長度； l－－－動導(dǎo)軌的行程長度。 支承導(dǎo)軌長度L= LG+，這種形式可保證在動導(dǎo)軌移動到兩端極限位置時(shí)，滾動體剛好移動到支承導(dǎo)軌的邊緣，因而使動導(dǎo)軌在全長上始終與滾動體相接觸，滾動導(dǎo)軌的剛性好。但是，此種導(dǎo)軌由于有的保持架中的滾子始終露在外面，因此必須加強(qiáng)導(dǎo)軌的防護(hù)。 3.3.4額定壽命計(jì)算 當(dāng)行程長度一定時(shí)，由以h為單位的壽命時(shí)間的計(jì)算公式得： （3.9） 式中 LH－－－壽命時(shí)間

32、（h），取15000h。 L－－－額定壽命（km）； LA－－－行程長度，取300mm。 N2－－－每分鐘往復(fù)次數(shù)，取4次。 L=＝2000km 3.3.5滾動直線導(dǎo)軌動載荷計(jì)算 滾動直線導(dǎo)軌副額定壽命的計(jì)算與滾動軸承基本相同。由此公式得動載荷計(jì)算： L= P=Fmax （3.10） 式中 L－－－額定壽命（km）； Ca－－－額定動載荷（KN）； P－－－當(dāng)量動載荷（KN）； Fmax－－－受力最大的滑塊所受的載

33、荷（KN）； －－－指數(shù)，當(dāng)滾動體為滾珠時(shí)，＝3。 K－－－額定壽命單位（km），滾珠時(shí)，K＝50km。 －－－硬度系數(shù) 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇。?。 －－－溫度系數(shù)，經(jīng)查新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第2卷表9.3-45得 工作溫度＜1000C時(shí)＝1。 －－－接觸系數(shù)，經(jīng)查新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第2卷表9.3-46得 每跟導(dǎo)軌上滑塊數(shù)為2時(shí)，＝0.81。 －－－精度系數(shù)，經(jīng)查新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第2卷表9.3-47得 等級為2時(shí)?。?。 －－－載荷系數(shù)，經(jīng)查

34、新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第2卷表9.3-48得 無明顯沖擊或振動的中速運(yùn)動場合 取1.5-2。 Ca= （3.11） ＝＝3.2KN 根據(jù)動載荷選取GGB16AA2P12*500-4型四方等載荷滾動直線導(dǎo)軌副。 圖3.2 滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸圖 表3.3 滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù) 型 號 H W L1 L2 L3 D h d M1 T1 K H1 GGB16AA 24 15.5 58 40.5 30 7.5 5.3 4.5 M5 11 19.4 15 查表知單根導(dǎo)軌最大長度Lm

35、ax為500mm,額定動載荷為6.07KN,額定靜載荷為6.8KN。 3.3.6接觸強(qiáng)度計(jì)算 滾動導(dǎo)軌接觸強(qiáng)度計(jì)算主要是判別受力最大的滾動體處導(dǎo)軌的接觸應(yīng)力是否超過允許值。如果一條導(dǎo)軌上承受一個作用在導(dǎo)軌面重心上的力F和力矩M,則受力最大的滾動體上的載荷為: Fmax=(1+) （3.12） =(1+)=103.6N Z──一條導(dǎo)軌上的滾動體數(shù)目； L──滾動體有效工作長度。 在Fmax作用下，滾動體與導(dǎo)軌接觸面上的接觸應(yīng)力為，對滾珠鋼導(dǎo)軌： σmax=4.58×108 （3.13）

36、=4.58×108×2.75=1.36×109Pa d——滾珠直徑； Fmax——受力最大的滾動體上的載荷； σmax——滾動體上的接觸應(yīng)力，應(yīng)小于允許值，即σmax≤[σ]，[σ]為滾動體的許用應(yīng)力。對于滾珠淬火鋼（HRC60-62）的滾動體的許用應(yīng)力[σ]=1.8×109Pa。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果得，設(shè)計(jì)中選取的數(shù)據(jù)合理滿足要求。 3.3.7 Y向?qū)к壍倪x取 由于Y向?qū)к壦惺艿妮d荷比X向?qū)к壍囊〉亩喙士蛇x用與X向相同的導(dǎo)軌，同樣滿足傳動要求。 3.4 滾珠絲杠副的選擇 在絲杠與螺母旋合螺旋槽之間放置適當(dāng)數(shù)量的滾珠作為中間傳動體，借助滾珠返回通道，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時(shí)，推動滾珠沿

37、著滾道導(dǎo)珠管（或圓形返向器）滾道不斷的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)周而復(fù)始的滾動運(yùn)動。因此，滾動絲杠副的運(yùn)動機(jī)理，就是以滾動摩擦代替滑動摩擦。 3.4.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 滾珠絲杠副具有許多與滾動軸承相似的特征。與滑動絲杠副或液壓缸傳動相比，有以下主要特點(diǎn)[21]： （1）傳動效率高 滾珠絲杠副的傳動效率高達(dá)86%-98%，是滑動絲杠副的2-4倍。 （2）運(yùn)動平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力較小，靈敏度較高，而且摩擦系數(shù)基本與運(yùn)動速度無關(guān)，啟動摩擦力矩與運(yùn)動時(shí)的摩擦力矩的差別非常小，所以滾珠絲杠副運(yùn)動平穩(wěn)，啟動無顫動，低速無爬行。 （3）傳動可逆性 與滑動絲杠副相比，滾

38、動絲杠副突出的特點(diǎn)是具有運(yùn)動的可逆性。滾珠絲桿副具有運(yùn)動的可逆性，但沒有像滑動絲杠副那樣運(yùn)動具有自鎖性。 （4）可以預(yù)緊 通過對螺母施加預(yù)緊力能夠消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向剛度，但摩擦力矩增加卻不大。 3.4.2滾珠絲杠螺母副類型選擇 滾珠絲杠副的類別主要從三個方面考慮：循環(huán)方式、循環(huán)列數(shù)和圈數(shù)、預(yù)緊方式。鋼珠在絲杠與螺母之間滾動是一個循環(huán)閉路。 為了消除間隙和提高滾珠絲杠的剛度，可以預(yù)加載荷，是它在過盈的條件下工作，稱為預(yù)緊。預(yù)緊后的剛度可提高大批為無預(yù)緊時(shí)的二倍。但是，預(yù)加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲杠在出廠時(shí)，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往

39、往與絲杠副的餓額定動載有一定的比例關(guān)系常用的滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊。設(shè)計(jì)中選用了雙螺母螺紋式預(yù)緊. 3.4.3滾珠絲杠副的安裝 滾珠絲杠副所承受的是軸向載荷，它的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此滾珠絲杠副的軸向精度和剛度要求較高。此外滾珠絲杠副的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也不容忽視。設(shè)計(jì)中滾珠絲桿的兩端布置結(jié)構(gòu)形式如圖3-3： 圖3.3 滾珠絲杠副的安裝 此形式是兩端固定，兩端均裝有軸承固定，并經(jīng)調(diào)整預(yù)緊。這種支承結(jié)構(gòu)只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度比一端固定形式要高約4倍無壓杠穩(wěn)定性問題，固有頻率比一端固定的高，可

40、預(yù)拉伸。 3.4.4滾珠絲杠副的保護(hù) 滾珠絲杠副如果在滾道上落入了藏物，或使用不凈的潤滑油，不僅會防礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。因此有效地防護(hù)密封和保持潤滑油的清潔顯得十分必要。對于暴露在外面的絲杠一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒及折疊式防護(hù)罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。這些防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。還出現(xiàn)了一種鋼帶纏卷式絲杠防護(hù)裝置。 3.4.5滾珠絲杠副的主要參數(shù) （1）公稱直徑 公稱直徑即滾珠絲杠的名義直徑，越大，承載能力和剛度越大。 （2）基本導(dǎo)程（螺距） 絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)rad時(shí)，螺母的軸向位移。它按承載能力選取，

41、并與進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量的要求有關(guān)。 （3）精度等級 滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為7個等級，即1，2，3，4，5，7，及10七個精度等級，1級等級最高，其余依次減低，一般選用4級~7級，數(shù)控機(jī)床及精密機(jī)械可選用2級~3級。滾珠絲杠副的精度直接影響定位精度、承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲杠副的主要質(zhì)量指標(biāo)，選用時(shí)要予以注意。 3.4.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算 由設(shè)計(jì)的尺寸和材質(zhì)選取可計(jì)算出Y向傳動滾珠絲杠要帶動重量為100×9.8=980N的重物做水平直線進(jìn)給運(yùn)動，則平均工作載荷Fm=1/3Mg=980/3=326N。絲杠工作長度L=150mm。平均轉(zhuǎn)速nm=200r/min

42、,使用壽命Lh=15000h。 3.4.7最大動負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選 （1）初算導(dǎo)程Ph vmax—絲杠副最大移動速度，取8×102㎜/min； nmax—絲杠副最大相對速度r/min，取200r/min。 滾珠絲杠副導(dǎo)程為 Ph≥vmax/ nmax （3.14） =800/200 =4㎜ （2）當(dāng)最動載荷Fm 滾珠絲杠最大軸向?yàn)镕a＝500； FW—載荷性質(zhì)系數(shù)，取為1； ｆ—摩擦系數(shù)，取為0.04。 滾珠絲杠最大載荷為 Fmax=FW×Fa+f×G (3.15)

43、 =1×500+0.04×5×9.8 =501.96N 滾珠絲杠最小載荷為摩擦為； Fmin ＝f×G ＝0.04×5×9.8 ＝1.96N Fm =1/3（2 Fmax + Fmin） (3.16) =1/3（2×501.96+1.96） =335.29N （3）額定動載荷計(jì)算Cam Cam= (3.17) =1×175(300/4) 1/3/(0.9×0.21) ＝6763.28 FW—載荷性質(zhì)系

44、數(shù)，取為I； FA—精度系數(shù)，取為0.9； FC—可靠性系數(shù)，取為0.21； FE—預(yù)加載荷系數(shù)，取為4.5。 附加載荷為 Cam=FEFMAX (3.18) =4.5×501.96 =2258.28N 取Cam與Cam中較大者為預(yù)期值Cam=2258.28N (4)估算滾珠絲杠允許最大軸向變形m m=(1/3～1/4)重復(fù)定位精度 (3.19) =1/3×0.045 =0.015um m≤（1/4～1/5）定位精度

45、 (3.20) 　　 =（1/4）×0.07 　　 =0.0175um 取　m與m中較小值為m值 m＝0.015um (5)估算滾珠絲杠副徑d2m F0—導(dǎo)軌摩擦為，F(xiàn)0＝uo×G=0.04×5×9.8＝1.96N L—滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離為1.1行程+（10～14）Ph d2m= (3.21) =0.039 =8.66mm 兩端固定或鉸支時(shí),支撐方式系數(shù)，取為0.039。 (6)確定滾珠絲杠副規(guī)格代號 按上述估算的P

46、h,Cam及d2m值從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表12-1-30～表12-1-33中，選出合適的規(guī)格代號及有關(guān)安裝，聯(lián)接尺寸，并使d2≥d2m,Ca≥Cam,但不宜過大，以免增加起動慣量幾何結(jié)構(gòu)尺寸得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑：d0=27.5㎜ 導(dǎo)程：P＝4㎜ 螺旋角：入＝2055、 滾珠直徑：Dw=3.2㎜ 絲杠底徑：d2=25㎜ 額定動載荷：Ca=6763.28N 選擇與之接近的2004-3型號的滾珠絲杠副進(jìn)行校核，此絲杠副有關(guān)數(shù)據(jù)為： 公稱直徑：d0=25㎜ 導(dǎo)程：P＝4㎜ 螺旋角：2055 滾珠直徑：Dn=3.175 絲杠底徑：d2= 24.5㎜ 額定動載荷：Ca=9610

47、N (7)其它尺寸 由尺寸公求計(jì)算滾道半徑： R＝0.52×Dw=0.52×3.175=1.651㎜ 偏心距：　 e=0.07(R-Dw/2)=0.07×(1.651-3.175/2)=0.004445 絲杠內(nèi)徑： d1=d0+2e-2R =(25+2×0.004445-2×1.651)= 21.71㎜ (8)穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于一端軸向固定的絲杠在工作時(shí)可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算，其安全系數(shù)s,其值應(yīng)大于絲杠副傳動機(jī)構(gòu)允許安全系數(shù)[S],查表[S]=2.5～3.3 臨界載荷Fcr(N)按下

48、式計(jì)算: (3.22) (E=206GP，l=290mm，) Ia為絲杠危險(xiǎn)載面的軸慣性矩（m4） =m 則 安全系數(shù)S＝ >[S]故絲杠安全不會失穩(wěn)。 (9)共振驗(yàn)算 要求nmax〈ncr〈ncr為臨界轉(zhuǎn)速 　　　　 ncr=9910 （3.23） 查表知臨界轉(zhuǎn)數(shù)系數(shù)fc=3.927; =2則 ncr足夠大，故不會發(fā)生共振。 （10）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載F和轉(zhuǎn)矩T共同作用下引起的每個導(dǎo)程變形量l（m）為

49、 （3.24） 絲杠載面積A＝1/4; 絲杠極慣性矩Jc＝; G為絲杠切變模量對于鋼取G＝83.3GPa； T為轉(zhuǎn)矩 T＝Fmtan(λ+ （3.25） 取摩擦系數(shù)tan＝0.0025得　　＝ T＝335.29××10-3×tan（4022’+8040”）＝0.968N.m 按最不利的情況?。ㄆ渲蠪＝Fm） （3.26） um 則線杠在工作長度的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 （3.27）

50、通常要求＝0.015㎜＝15m 該絲杠的滿足上式，所以剛度滿足要求。 （11）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動效率為 （3.28） 要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。 故型號2004-3的滾珠絲杠副各項(xiàng)性能均符合要求。 3.4.8 Z向絲杠的選取 由于Z軸控制出膠的量的多少，且需要考慮突然斷電的情況，突然斷電需保證膠棒不漏膠。所以Z軸需要具有自鎖功能。所以我選擇了絲杠螺母傳動系統(tǒng)。使其保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 絲杠螺母的設(shè)計(jì)與自鎖驗(yàn)算： 絲杠螺母的螺距p為4mm 公稱直徑d2為18mm 螺母的高度： H=ψd2=2.5

51、 ψ取2.5 整體式 旋合圈數(shù)： n=H/P=45/4=11.25＜12 螺紋的工作高度： h=0.5P=0.54=2 螺牙根部寬度： b=0.65P=0.65 工作比壓 ： P=F/0.0024MP 自鎖的驗(yàn)算： 導(dǎo)程角： 所以絲杠螺母可以自鎖。 絲杠螺母的效率計(jì)算： 3.4.9滾動軸承壽命校核 軸承額定壽命為=15000h 圖3.4 滾動軸承受力情況 由力分析可知： =×370/420 =300×370/

52、420 =261.2N =- =300-261.2 =38.8N 求兩軸承的計(jì)算軸向力 和 ： =0.4 =0.4×261.2 =104.48N =0.4 =0.4×38.8 =15.52N 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式13-11得： = ± = 300+15.52 =315.52N = =15.52N = + =300+104.48 =404.48N = =104.48N 取其中較大者，則=315.52N，=404.48N。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表13-5進(jìn)行插值計(jì)算，得e=0.47，e=0.43 求軸承當(dāng)量動載荷和： 因?yàn)?

53、 / =315.52/261.2=1.21>e / =104.48/38.8=2.69> e 對于軸承1 =0.44, =1.19 對于軸承2 =0.44, =1.30 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-6, =1.2～1.8，取=1.2, 則： = (+ ) s （3.29） = 1.2(0.44×261.2+1.19×315.52) = 588N = (+

54、 ) (3.30) =1.2(0.44×38.8+1.30×104.48) =183N 驗(yàn)算軸承壽命： 因?yàn)椋? , 所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算 =10/60n(C/) (3.31) =10/60×100×(4610/588) =79092> 所以該軸承壽命滿足要求，可以選用。

55、 第4章 自動涂膠機(jī)輔助設(shè)計(jì) 4.1工件的夾具設(shè)計(jì) 要求對工件進(jìn)行定位夾緊設(shè)計(jì)。在對工件的夾具設(shè)計(jì)中我采用了以下兩種方案：鉸鏈桿的夾緊機(jī)構(gòu)和斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。圖4.1是方案一；圖4.2是方案二。 圖4.1 鉸鏈桿的夾緊機(jī)構(gòu) 圖4.2 斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 方案一和方案二都能實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊，兩種的結(jié)構(gòu)都很簡單。但是設(shè)計(jì)中要求定心、對中夾緊才能保證涂膠的位置準(zhǔn)確。方案一中自鎖性能差很難保證自鎖。并且定位和夾緊這兩種作用是在工件被夾緊的過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，夾具上與工件定位基準(zhǔn)相接處的元件，既是定位元件，也是夾緊元件。難免會出現(xiàn)誤差和偏差相對于所定心或?qū)χ械奈恢?。故此我在設(shè)計(jì)中選擇了

56、一個定位基準(zhǔn)是固定的，利用斜楔的斜面移動時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。保證定位準(zhǔn)確。并且斜楔夾緊機(jī)構(gòu)自鎖性能好。 4.1.1確定定位方案,設(shè)計(jì)定位元件 此工件是要求在自動生產(chǎn)線上定位夾緊，是用機(jī)械手把工件較準(zhǔn)確的放在工作臺夾具體的正確位置。然后進(jìn)行自動夾緊?；谶@種情況，定位元件有V型塊、斜導(dǎo)板、支承釘。V型塊以二斜面與工件的外圓面接觸起定位作用。工件的定位面是外圓柱面，但其定位基準(zhǔn)是外圓軸線。即V型塊也起了定心的作用。并且限制了兩個自由度。而工件的本身有凸緣與平面的夾具體相接觸。起到了平面定位的作用限制了三個自由度。而圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以不用限制。 4.1.2自動夾緊機(jī)構(gòu)的

57、選取 設(shè)計(jì)中采用了氣動夾緊機(jī)構(gòu)對工件進(jìn)行迅速夾緊。氣動原理圖見4-3. 圖4.3 氣動原理圖 1-氣源 2-分水濾氣器 3-減壓閥 4-油霧器 5、9-壓力表 6-換向閥 7-調(diào)速閥 8-氣缸 此氣動夾緊系統(tǒng)由氣源、氣缸、油霧器、減壓閥、單向閥、換向閥、調(diào)速閥、壓力表等元件組成。 1.油霧器－－－由氣源送來的壓縮空氣，先經(jīng)霧化器，使霧化器中的潤滑油被吸上升霧化而隨之進(jìn)入傳動系統(tǒng)，以便利用油霧對傳動系統(tǒng)中的運(yùn)動部件進(jìn)行充分潤滑。 2.減壓閥－－－將氣源送來的壓縮空氣壓力，減至氣動夾緊裝置所要求的工作壓力。 3.單向閥－－－主要起安全保護(hù)作用。防止氣源供氣中斷或壓力突

58、降而使夾緊機(jī)構(gòu)松開。 4.換向閥－－－控制壓縮空氣對氣缸的進(jìn)氣和排氣。 5.調(diào)速閥－－－調(diào)節(jié)壓縮空氣進(jìn)入氣缸的流量，以控制活塞的移動速度。 6.壓力表－－－將壓縮空氣的工作壓力轉(zhuǎn)換為活塞的移動，由此推動夾緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)夾緊動作。 氣動夾緊具有以下特點(diǎn)： 1. 夾緊力基本穩(wěn)定 因?yàn)闅庠磯毫梢钥刂啤? 2. 夾緊動作迅速 氣流的速度很快，氣動速度也就很快。這就有利于縮短輔助時(shí)間。從而提高生產(chǎn)效率。 3. 操作省力 利用氣動夾緊后，操作只需轉(zhuǎn)動換向閥手柄，而不象手動夾緊那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因而大大減輕勞動強(qiáng)度。夾具方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1.3 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中采用的是斜楔氣

59、動夾緊機(jī)構(gòu)。工件是以底面、側(cè)面和端面在夾具的底面、定位V形塊和支承釘上定位的?；钊麠U伸出時(shí)，與活塞桿連接的斜楔的斜面便沿著斜導(dǎo)板移動，由于斜面的作用使斜楔的直面向工件移動直至夾緊工件為止。當(dāng)活塞桿退回時(shí)，斜楔便退出，實(shí)現(xiàn)松夾操作。 1.夾緊力的計(jì)算 斜楔機(jī)構(gòu)夾緊時(shí)，斜楔的受力情況見圖4.4（a）。圖中Q是施加在斜楔上的作用力，J是斜楔受到工件的夾緊反力，F(xiàn)1是斜楔直面（即夾緊工作面）與工件被夾壓面的摩擦阻力（等于Jtg），J與F1的合力為P。N是斜導(dǎo)板對斜楔斜面的反作用力，其方向和斜面垂直，F(xiàn)2是斜導(dǎo)板和斜楔間的摩擦阻力（等于Ntg），N與F2的合力為R0斜楔夾緊時(shí)，此Q、P、R三力應(yīng)處于

60、靜力平衡，見圖4.4。由圖可得出 （a） (b) 圖4.4 斜楔的受力情況 Q=Jtg(a+)+Jtg (4.1) J= (4.2) 式中 J－－－斜楔產(chǎn)生的夾緊力，N Q－－－施加于斜楔上的作用力，N a－－－斜楔傾角 －－－斜楔與工件的摩擦角 －－－斜楔與斜導(dǎo)板間的摩擦角 一般?。剑?0；為了增加行程a角盡量選擇大的a＝。代入上式得 J=＝＝595.24 N 可見斜楔夾緊機(jī)構(gòu)是增力機(jī)構(gòu)，隨著斜角a的減小增力比相應(yīng)增大，但a角受夾緊行

61、程的影響不能太小，因而其增力相應(yīng)的受到限制，此外，a角過小還會造成斜楔退不出的問題。 2.斜楔自鎖條件的計(jì)算 斜楔夾緊后應(yīng)能自鎖，圖4.5表示作用力消失后斜楔保持自鎖的情況，當(dāng)作用力消失后，由于N力的水平分力的影響，斜楔企圖按照虛線箭頭方向退出，此時(shí)系統(tǒng)的摩擦阻力若能克服使斜楔退出的作用力，即能保持自鎖狀態(tài)。摩擦阻力F1和F2的作用力方向應(yīng)和斜楔移動方向相反。N和F2的合力為R。根據(jù)自鎖條件并由圖4.5得 圖4.5 斜楔自鎖條件的分析 F1≥Rsin（a-） (4.3) 但 J=Rc

62、os（a-）， F1= Jtg 代入上式得 tg≥tg（a-） ≥a 這是保證斜楔夾緊自鎖的條件。 一般＝＝60，則a≤120?？紤]到斜角和斜面平直制造誤差等因素，具有自鎖性能和盡量較大的行程，斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的斜楔角取120。 3.夾緊行程的計(jì)算 由于斜楔的夾緊作用是依靠斜楔的軸向移動來實(shí)現(xiàn)，夾緊行程S和相應(yīng)斜楔軸向移動距離L有如下關(guān)系： S＝Ltga (4.4) S＝200×0.21＝42mm 由式可知：要增大斜楔的夾緊行程就應(yīng)相應(yīng)增加L或a。增大移動距離

63、L勢必要增長斜楔的長度，這就受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制；增大a要受自鎖條件的限制。因此斜楔的夾緊行程是較小的。 4.1.4定位誤差分析計(jì)算 V型是一個定心定位元件，定位外圓柱面時(shí)起定心作用。工件的定位面雖然是外圓柱面，但定位基準(zhǔn)是外圓軸線。V型塊體現(xiàn)的涂膠基準(zhǔn)則是V型塊理論圓（它的直徑尺寸等于工件定位外圓直徑的平均尺寸）的軸線。當(dāng)一批工件外圓在V型塊上定位時(shí)，由于外圓直徑的變化引起定位基準(zhǔn)相對于理論圓軸線發(fā)生位置變化E如圖4.6。圖中O是理論圓的中心，其直徑等于d的平均尺寸，和分別是外圓直徑為和時(shí)的圓心位置。由圖得 圖4.6 V型塊定位外圓時(shí)的定位誤差分析計(jì)算 =＝＝

64、 (4.5) 若以理論圓圓心為基點(diǎn)，則 (4.6) 因?yàn)槔碚搱A是一個直徑為常量的圓，所以在定位誤差分析計(jì)算中常常省略它而直接計(jì)算出外圓直徑為最大和最小時(shí)引起的. 4.1.5 氣動夾緊機(jī)構(gòu)的計(jì)算 氣源壓力應(yīng)考慮供氣系統(tǒng)管道的沿程壓力損失和局部壓力損失,氣源壓力應(yīng)高于設(shè)備中最高工作壓力的20%左右,并以此壓力來選空壓機(jī).也可以根據(jù)氣缸的標(biāo)準(zhǔn)型號來確定其使用壓力范圍.設(shè)計(jì)中采用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)型號的氣缸.氣缸類型:雙作用氣缸. 表4.1 10Y-1V LB50N800SAY氣缸經(jīng)查表數(shù)據(jù) 缸徑 最短行程 最大

65、行程 使用壓力范圍 耐壓力 使用速度范圍 50mm 37mm 800mm 0.15-1.0MPa 1.5MPa 50-500 MPa ① 雙作用氣缸輸出壓力 FPU=(0.65-0.4)D2P (4.7) =0.5×0.0025×0.2×106=250N FPU───汽缸輸出壓力N； D───汽缸的內(nèi)徑; P───汽缸工作壓力PA . 同理雙作用氣缸的拉力FPO=(0.6-0.37) D2P=0.4×0.0025×0.2×106=200N ②缸徑的計(jì)算 D=(1.23-1.6)

66、 (4.8) =1.5=52.5mm ③氣缸缸筒承受壓縮空氣的壓力，其壁厚按薄壁公式計(jì)算： δ= (4.9) 但是按公式計(jì)算出的壁厚通常都很薄，加工比較困難，實(shí)際過程中一般都需按照加工工藝要求，適當(dāng)曾加壁厚。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)鋼管或鋁合金管。選鋁合金管，經(jīng)查表壁厚 2.5-3mm。選2.5mm。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比≤1/10. 此設(shè)計(jì)中=≤。故符合要求。 在多數(shù)情況下活塞杠承受的是推力負(fù)載，細(xì)長桿件受壓易產(chǎn)生彎曲變形，必須考慮壓杠穩(wěn)定性。 活塞杠計(jì)算長徑比L/D≤10時(shí)，一般按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑，可按照直桿的抗壓強(qiáng)度條件計(jì)算公式來計(jì)算活塞桿直徑： d≥=1.128 (4.10) L———活塞桿的計(jì)算長度m； d———?dú)飧椎幕钊麠U直徑； ———鋼筒材料的許用應(yīng)力，= ； ———缸筒材料抗拉強(qiáng)度Pa ； n———安全系數(shù)，n=6-8。 經(jīng)查表鋁合金抗拉強(qiáng)度157MPa。 d≥1.128≥3.5mm；所以