生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)和要求
生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)和要求,生產(chǎn)線,裝置,設(shè)計(jì),以及,要求,請求
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
課題名稱 生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)
學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè)
班 級
學(xué) 號(hào)
姓 名
指導(dǎo)教師
定稿日期： 年 月 日
引言
生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動(dòng)所構(gòu)成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動(dòng)對象進(jìn)行不同工藝的加工。。
生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線 ，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動(dòng)化程度，分為自動(dòng)化生產(chǎn)線和非自動(dòng)化生產(chǎn)線。
生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動(dòng)量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
Abstract
Through the production line is the product of the production process route, from raw materials into the production site began, after processing, transportation, assembly, testing and other components of a series of activities of the line production line. Is the production line according to the principle of objects organized, complete a kind of organizational form of production of product process, namely the by product specialization principle, with the production of a product (zero, parts) need of various equipment and various types of workers, responsible for the completion of a certain product (zero, parts) all the manufacturing work, processing different process for the same labor object..
Types of production lines, according to the size range is divided into production line and parts production line, according to the rhythm is divided into flow line production and non production line, according to the degree of automation, divided into automated production lines and non automatic production line.
The proportion of production line is mainly the product or the majority of products of the process route and process the amount of labor, determines a production line with necessary to complete the task of processing certain products machinery and equipment, machinery and equipment arrangement and work arrangement etc.. The production line has great flexibility, can adapt to the needs of the production of many varieties; cannot be employed in the production conditions, organization of production line is an advanced production organization form; in product variety specification is more complex, the number of parts is more, the product yield of each kind of not much, lack of machinery and equipment companies, using the production line can achieve good economic benefit.
目錄
摘 要 1
目 錄 3
第一章 緒論 4
1.1生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的意義 5
1.2生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的概況 6
1.3生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置部件設(shè)計(jì) 9
1.3.1懸臂的作用 9
1.3.2懸臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
1.3.3懸臂力學(xué)分析 10
1.4生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的種類介紹 11
1.4.1按功能分 11
1.4.2按驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 12
1.5 研究的內(nèi)容 12
第二章生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)介紹 12
2.1 明確技術(shù)要求 12
2.2 執(zhí)行元件的配置確定及動(dòng)作順序 12
2.3 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 13
2.3.1 計(jì)算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 13
2.3.2 計(jì)算液壓缸所需流量 14
2.4液壓系統(tǒng)圖的擬定 14
2.4.1制定液壓回路方案 14
2.4.2原理草圖的繪制 15
2.5 元件的選型與設(shè)計(jì) 16
2.5.1 液壓缸的選擇 16
2.5.2液壓控制閥的選擇 17
2.5.3液壓輔助元件及工作介質(zhì)的選擇 18
2.6軸承的選用和計(jì)算 19
2.7電機(jī)的選擇計(jì)算 19
2.8傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
2.9軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
第三章 設(shè)計(jì)中的不足及要注意的問題 20
3.1 設(shè)計(jì)中的不足之處 20
3.2 使用液壓系統(tǒng)要注意的問題 20
參考文獻(xiàn) 21
設(shè)計(jì)總結(jié)
第一章 緒論
一,生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的意義
1.1生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的意義
生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動(dòng)所構(gòu)成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動(dòng)對象進(jìn)行不同工藝的加工。生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動(dòng)化程度，分為自動(dòng)化生產(chǎn)線和非自動(dòng)化生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動(dòng)量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。轉(zhuǎn)位裝置主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使裝置完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為轉(zhuǎn)位裝置的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，轉(zhuǎn)位裝置的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用轉(zhuǎn)位裝置有2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對轉(zhuǎn)位裝置每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。
1.2,生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的概況
本機(jī)構(gòu)是一種具有簡單動(dòng)作功能的機(jī)械手。隨著網(wǎng)絡(luò)技巧的發(fā)展，機(jī)械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機(jī)器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。我國塑料機(jī)械已成為機(jī)械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機(jī)械產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要有以下兩個(gè)大因素：一是對高技術(shù)含量裝備的需求所帶來的設(shè)備更新及陳舊設(shè)備的淘汰;二是海內(nèi)塑料加工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對塑料機(jī)械的需求旺盛。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用
1.3生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置部件設(shè)計(jì)
自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置, 主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分, 根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同, 自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式, 其中以凸輪式用得較多。發(fā)達(dá)國家數(shù)控加工中心的立式自動(dòng)換刀機(jī)械手主要采用凸輪式, 我國加工中心技術(shù)起步較晚, 對自動(dòng)換刀機(jī)械手研究較少。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代后, 北京機(jī)床研究所、大連組合機(jī)床研究所、濟(jì)南第一機(jī)床廠、青海機(jī)床廠以及陜西省的秦川機(jī)床廠都對立式自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行了研究和開發(fā)。迄今為止, 我國制造的加工中心配置的自動(dòng)換刀機(jī)械手大多數(shù)是進(jìn)口的。其主要原因: 一是國內(nèi)生產(chǎn)的換刀機(jī)械手質(zhì)量較差, 成本也不低; 二是進(jìn)口換刀機(jī)械手價(jià)格雖然較高, 但在整個(gè)加工中心中所占份額不大。作為加工中心的配套技術(shù), 自動(dòng)換刀機(jī)械手的研究和開發(fā)將直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高, 從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。
1.3.1懸臂的作用
立式換刀機(jī)械手和臥式換刀機(jī)械手已得到廣泛應(yīng)用20 世紀(jì)90 年代以來, 數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及和發(fā)展, 數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用, 它能縮短產(chǎn)品的制造周期, 提高產(chǎn)品的加工精度, 適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機(jī)床中較為復(fù)雜的加工設(shè)備, 由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應(yīng)用, 其強(qiáng)大的加工能力和效率得益于其配置的自動(dòng)換刀裝置(A u2tomat ic Too l Changer)。
1.3.2懸臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
換刀裝置作為加工中心的重要組成部分, 其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間, 提高生產(chǎn)率, 降低生產(chǎn)成本, 進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。加工中心自動(dòng)換刀裝置是實(shí)現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置, 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制是實(shí)現(xiàn)加工中心設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。加工中心的換刀過程較為復(fù)雜, 動(dòng)作多, 動(dòng)作間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系多, 因而自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低
1.3.3懸臂力學(xué)分析
軍事領(lǐng)域：主要讓機(jī)器人執(zhí)行一些自動(dòng)的偵察與控制任務(wù)，尤其是一些相對較為危險(xiǎn)的任務(wù)，比如，無人偵察機(jī)、拆除炸彈的機(jī)器人及掃雷機(jī)器人等。機(jī)器人還可以代替士兵去完成那些不太復(fù)雜的工程及后勤任務(wù)，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來，去從事更加重要的工作。
娛樂領(lǐng)域：機(jī)器人在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，比如，機(jī)器人足球大賽、機(jī)器人彈鋼琴和機(jī)器人寵物等。
醫(yī)療領(lǐng)域：機(jī)器人主要用來輔助護(hù)士進(jìn)行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運(yùn)送用藥品及自動(dòng)監(jiān)測病房內(nèi)的空氣質(zhì)量，等等。醫(yī)用機(jī)器人還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術(shù)，例如，眼部手術(shù)、腦部手術(shù)等。美國還發(fā)明了一種可以進(jìn)入人體血管的微型機(jī)器人，幫助醫(yī)生在病人的血管內(nèi)滅殺病毒。
1.4，生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的種類介紹
1.4.1按功能分
工業(yè)制造領(lǐng)域：主要讓機(jī)器人在機(jī)械制造業(yè)中代替人完成大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、艦船制造及某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）的制造等?；さ刃袠I(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝等工作，也有部分是由機(jī)器人完成的。
軍事領(lǐng)域：主要讓機(jī)器人執(zhí)行一些自動(dòng)的偵察與控制任務(wù)，尤其是一些相對較為危險(xiǎn)的任務(wù)，比如，無人偵察機(jī)、拆除炸彈的機(jī)器人及掃雷機(jī)器人等。機(jī)器人還可以代替士兵去完成那些不太復(fù)雜的工程及后勤任務(wù)，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來，去從事更加重要的工作。
娛樂領(lǐng)域：機(jī)器人在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，比如，機(jī)器人足球大賽、機(jī)器人彈鋼琴和機(jī)器人寵物等。
醫(yī)療領(lǐng)域：機(jī)器人主要用來輔助護(hù)士進(jìn)行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運(yùn)送用藥品及自動(dòng)監(jiān)測病房內(nèi)的空氣質(zhì)量，等等。醫(yī)用機(jī)器人還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術(shù)，例如，眼部手術(shù)、腦部手術(shù)等。美國還發(fā)明了一種可以進(jìn)入人體血管的微型機(jī)器人，幫助醫(yī)生在病人的血管內(nèi)滅殺病毒。
1.4.2按驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手
機(jī)械手所用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有4種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)用得最多。
1、液壓驅(qū)動(dòng)式
液壓驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。
2、氣壓驅(qū)動(dòng)式
其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。
3、電氣驅(qū)動(dòng)式電力驅(qū)動(dòng)是機(jī)械手使用得最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá)400kg），信號(hào)檢測、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu)（如諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等）。有些機(jī)械手已開始采用無減速機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)（DD）這既可使機(jī)構(gòu)簡化，又可提高控制精度。
4、機(jī)械驅(qū)動(dòng)式
機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。其特點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低，但不易于調(diào)整。其他還有采用混合驅(qū)動(dòng)，即液-氣或電-液混合驅(qū)動(dòng)。
1.5 研究的內(nèi)容
本機(jī)構(gòu)是一種具有簡單動(dòng)作功能的機(jī)械手。隨著網(wǎng)絡(luò)技巧的發(fā)展，機(jī)械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機(jī)器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
第二章，生產(chǎn)線轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)介紹
2.1 明確技術(shù)要求
本設(shè)計(jì)為機(jī)加工中棒料傳送裝置，機(jī)構(gòu)將棒料夾緊，傳送至加工區(qū)域。夾緊過程如下。
圖中1為活動(dòng)夾板，2為固定夾板，3和4為電磁鐵。
在未通電狀態(tài)，2由于重力作用，處于張開狀態(tài)，加上棒料以后，電磁鐵通電，1和2處于閉合狀態(tài)，從而夾緊棒料，當(dāng)棒料到達(dá)指定位置，適當(dāng)翻轉(zhuǎn)以后，斷電， 可以釋放棒料。
本設(shè)計(jì)中要求，轉(zhuǎn)位裝置具有兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)功能，并且對旋轉(zhuǎn)行程有要求。在結(jié)構(gòu)中主要考慮如下因素：
1，水平旋轉(zhuǎn)的方案選擇與設(shè)計(jì)
常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有如下幾種：螺旋式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),凸輪式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),曲柄式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鉸鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機(jī)構(gòu),連桿式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),四桿機(jī)構(gòu)
本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較簡單，可以使用兩岸式旋轉(zhuǎn)，直接由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。需要注意旋轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度，和電機(jī)支撐軸的強(qiáng)度。
如圖所示，1為旋轉(zhuǎn)支架，2為旋轉(zhuǎn)軸，3為電動(dòng)控制部分，4為傳感器
旋轉(zhuǎn)軸與電機(jī)連接，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)支架頭部有環(huán)形槽，槽呈90度狀態(tài)，在槽的兩端裝有傳感器，如圖4. 該傳感器為接觸開關(guān)式傳感器，當(dāng)旋轉(zhuǎn)支架頭部碰到傳感器時(shí)，傳感器處于觸發(fā)狀態(tài)，將電信號(hào)傳送給主，電路板，電路板控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止工作，從而控制旋轉(zhuǎn)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)支架停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.2 執(zhí)行元件的配置確定及動(dòng)作順序
翻轉(zhuǎn)方案采用旋轉(zhuǎn)方式，使機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90度，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的功能。方案可以參考水平方向的旋轉(zhuǎn)方式。
如圖所示，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)齒輪結(jié)合的方式，圖中1為齒輪1 ，2 為齒輪2 ，3為定位架，4為傳感器，5為旋轉(zhuǎn)軸
電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與支架之間有環(huán)形連接，支架上90度圓環(huán)的端部有定位裝置，采用兩個(gè)接觸開關(guān)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸上的軸端部分，碰觸到接觸開關(guān)，接觸開關(guān)將電信號(hào)傳送給電路板，電路板控制電機(jī)，停止工作，從而齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)周停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免發(fā)生碰撞。
2.3 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
本機(jī)構(gòu)中，需要機(jī)構(gòu)有向前后伸縮的功能，結(jié)構(gòu)中采用液壓鋼完成此功能，如下圖所示
1為液壓缸，2為聯(lián)軸器，3為旋轉(zhuǎn)軸，4為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
液壓缸被固定在旋轉(zhuǎn)支架上，通氣工作以后，液壓缸可以，像前后伸縮途中234部分整體向前移動(dòng)，也可以整體向后收縮，這樣就完成了，伸縮的功能
旋轉(zhuǎn)角度限位裝置的設(shè)計(jì)
如圖所示的限位裝置是采用接觸式開開關(guān)，接觸開關(guān)。
2.3.1 計(jì)算和確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測目的。
2.3.2 計(jì)算液壓缸所需流量
電容式接近開關(guān)的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開的”電容器電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。
電源接通時(shí)，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一目標(biāo)朝著電容器的電靠近時(shí)，電容器的容量增加，振蕩器開始振蕩。通過后級電路的處理，將振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體，也能檢測非金屬物體，對金屬物體可以獲得最大的動(dòng)作距離，對非金屬物體動(dòng)作距離決定于材料的介電常數(shù)，材料的介電常數(shù)越大，可獲得的動(dòng)作距離越大。
霍爾開關(guān)的工作原理磁式開關(guān)是接近開關(guān)，它（甚至透過非黑色金屬）響應(yīng)于一個(gè)永久的磁場。作用距離大于電感接近開關(guān)。響應(yīng)曲線與永久磁場的方向有關(guān)。當(dāng)一個(gè)目標(biāo)（永久磁鐵或外部磁場）接近時(shí)，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（線圈的電感量L是由它決定的）變小，線圈的電感量也減小，Q值增加。激勵(lì)振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加。
當(dāng)一個(gè)磁性目標(biāo)靠近時(shí)，磁式傳感器的電流消耗隨之增加。零部件工作強(qiáng)度的校核
.軸I的強(qiáng)度校合
（1）求作用在齒輪上的力
（2）求軸承上的支反力
垂直面內(nèi)：N N
水平面內(nèi)：
（1） 畫受力簡圖與彎矩圖
根據(jù)第四強(qiáng)度理論且忽略鍵槽影響
（，）
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N
N
彎矩M
彎矩M
總彎矩
扭矩T
T=138633N.mm
所以軸的強(qiáng)度足夠
2.校合軸II的強(qiáng)度
（1）求作用在齒輪上的力
3381.30N
1230.69N
水平面內(nèi)：
求得162N
求得-2670N
垂直面內(nèi)：
求得=5646N
求得=7700N
畫受力簡圖與彎矩圖
(4)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
在兩個(gè)軸承處彎矩有最大值，所以校核這兩處的強(qiáng)度
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
=5646N
=7700N
162N-2670N
彎矩M1
彎矩M2
總彎矩M1
總彎矩M2
扭矩T
T=588023N.mm
2.4.1制定液壓回路方案
1）判斷：危險(xiǎn)面為A面與B面
2）對截面III
截面III左側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面A左側(cè)的彎矩M為
截面A左側(cè)的扭矩T為
截面A上的彎曲應(yīng)力
截面A上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。
查表15-1得,,
由 , ，
查得ασ=2.04，ατ=1.60
查得材料的敏性系數(shù)為 qσ=0.82, ατ=0.85
應(yīng)力集中系數(shù)為
kσ=1+qσασ-1=1.853
kτ=1+qτατ-1=1.510
查得表面質(zhì)量系數(shù) βσ=βτ=0.92
查得尺寸系數(shù)為 εσ=0.73；查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 ετ=0.80
計(jì)算得綜合系數(shù)為
Kσ=kσεσ+1βσ-1=2.625
Kτ=kτετ+1βτ-1=1.974
2.4.2原理草圖的繪制精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
取40Cr的特征系數(shù)為
φσ=0.1~0.2，取φσ=0.1
φτ=0.05~0.1，取φτ=0.05
計(jì)算安全系數(shù)
Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=10.43
Sτ=τ-1Kττa+φττm=8.358
Sca=SσSτSσ2+Sτ2=10.43×8.35810.432+8.3582=6.42?S=1.5
2.4.1制定液壓回路方案
滾動(dòng)軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成(圖18-1)。通常內(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈裝在機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)固定不動(dòng)。內(nèi)外圈都制有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿滾道滾動(dòng)。保持架的作用是把滾動(dòng)體沿滾道均勻地隔開，
?滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)HRC61~65，工作表面須經(jīng)磨削和拋光。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，高速軸承多采用有色金屬或塑料保持架。?
?與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，起動(dòng)靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點(diǎn)，所以獲得廣泛應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是抗沖擊能力較差，高速時(shí)出現(xiàn)噪聲，工作壽命也不及液體摩擦的滑動(dòng)軸承。由于滾動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由軸承廠大批生產(chǎn)，所以，使用者的任務(wù)主要是熟悉標(biāo)準(zhǔn)、正確選用。?
給出了不同形狀的滾動(dòng)體，按滾動(dòng)體形狀滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承。滾子又分為長圓柱滾子、短圓柱滾子、螺旋滾子、圓錐滾子、球面滾子和滾針等。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，滾動(dòng)軸承能夠正確安裝，潤滑良好，軸承座或支承結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，軸承的載荷和轉(zhuǎn)速適中。在這些條件下，可以對軸承的分析模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，以便抓住主要矛盾，解決工程中最為關(guān)注的問題。在經(jīng)典的軸承分析中普遍采用剛性套圈假設(shè)，即假定軸承套圈是一個(gè)剛體，滾動(dòng)體與滾道的接觸只會(huì)產(chǎn)生局部的接觸變形而不會(huì)改變套圈的整體形狀和尺寸，這就為套圈的位移和接觸變形分析帶來了很大的方便。其次是忽略滾動(dòng)體與滾道接觸時(shí)產(chǎn)生的摩擦力（包括油膜拖動(dòng)力）以及由于滾動(dòng)體高速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性力（如離心力、陀螺力矩等）。對普通工況下的通用軸承而言，摩擦力和慣性力與滾動(dòng)體的接觸載荷相比一般要小一個(gè)數(shù)量級，因此忽略它們不會(huì)對分析結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。本書在進(jìn)行軸承分析時(shí)也采用了這些假設(shè)。
通用軸承的力學(xué)分析主要是求解接觸力學(xué)問題。滾動(dòng)軸承中的接觸問題可以分為兩類，一類是單個(gè)滾動(dòng)體與滾道的接觸問題，另一類是軸承整體的接觸問題，即確定有多少個(gè)滾動(dòng)體發(fā)生了接觸以及接觸載荷的整體平衡問題。對前一個(gè)問題，早在19世紀(jì)80年代初期，Hertz就完成了點(diǎn)接觸（1881年）與線接觸（1882年）問題的理論解，它們分別構(gòu)成了球軸承和滾子軸承分析的基礎(chǔ)。實(shí)際上，滾子軸承中，不論是圓錐滾子還是圓柱滾子，它們的接觸模型都不完全符合Hertz線接觸理論，因此滾子軸承分析的理論基礎(chǔ)在很長一段時(shí)間內(nèi)是不完備的。直到20世紀(jì)70年代以后，才提出了一些行之有效的數(shù)值計(jì)算方法，比較好地解決了有限長柱體與滾道接觸的問題。
在復(fù)雜受力狀態(tài)下，滾動(dòng)軸承的整體平衡問題最后歸結(jié)為求解一組非線性方程組。在20世紀(jì)60年代之前，受計(jì)算工具的限制，求解這些方程組是比較困難的。因此，人們往往要對計(jì)算方法進(jìn)行簡化，例如將離散的滾動(dòng)體載荷分布簡化為連續(xù)分布載荷，不考慮接觸角變化，忽略滾子端部的應(yīng)力集中，不考慮力矩載荷的影響等。今天，隨著計(jì)算機(jī)的普及以及數(shù)值計(jì)算方法的進(jìn)展，已經(jīng)完全能夠把這些因素考慮在內(nèi)，因而分析結(jié)果也更加符合工程實(shí)際。
2.4.2原理草圖的繪制
滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷是在一定條件下確定的。對向心軸承是指承受純徑向載荷；對推力軸承是指承受軸向載荷。如果作用在軸承上的實(shí)際載荷與上述條件不一樣，必須將實(shí)際載荷換算為和上述條件相同的載荷后，才能和額定動(dòng)載荷進(jìn)行比較。換算后的載荷是一種假定的載荷，稱為當(dāng)量動(dòng)載荷。徑向和軸向載荷分別用R和A表示。
對于向心軸承，徑向當(dāng)量動(dòng)載荷P與實(shí)際載荷R、A的關(guān)系式為
P=XR+YA （18-5）
式中，X為徑向系數(shù)、Y為軸向系數(shù)，可分別按A/R>e或A/Re兩種情況，由表18-11查出。參數(shù)e反映了軸向載荷對軸承承載能力的影響，其值與軸承類型和A/C0有關(guān)，C0是軸承的徑向額定靜載荷。
徑向軸承只承受徑向載荷時(shí)，其當(dāng)量動(dòng)載荷為
P=R （18-6）
推力軸承只能承受軸向載荷，因此其當(dāng)量動(dòng)載荷為
P=A （18-7）
2.5 元件的選型與設(shè)計(jì)
角接觸球軸承和圓錐滾子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在滾動(dòng)體和滾道接觸處存在著接觸角a。當(dāng)它承受徑向載荷R時(shí)，作用在承載區(qū)內(nèi)第i個(gè)滾動(dòng)體上的法向力Qi可分解為徑向分力Ri和軸向分力Si。各滾動(dòng)體上所受軸向分力的和即為軸承的內(nèi)部軸向力S（見圖18-6a中的S1和S2）。軸承的內(nèi)部軸向力可以按表18-12計(jì)算。
圖18-6圓錐滾子軸承的受力
表18-12角接觸球軸承和圓錐滾子軸承內(nèi)部軸向力
軸承類型
角 接 觸 球 軸 承
圓錐滾子軸承
70000C型(a=150°)
70000AC型(a=25°)
70000B型(a=40°)
內(nèi)部軸向力S
0.5R
0.7R
1.1R
R/2Y*
*Y是A/R>e時(shí)的軸向系數(shù)，參見表18-11。
為了使軸承內(nèi)部軸向力得到平衡，通常角接觸球軸承和圓錐滾子軸承都是成對使用的。在計(jì)算軸承所受軸向力A時(shí)，除了考慮外部軸向力FA的作用外，還應(yīng)將由徑向載荷R產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力S1和S2考慮進(jìn)去（見圖18-6b）。
首先按表18-12求得軸承內(nèi)部軸向力S1和S2。如圖18-6c所示，當(dāng)FA+S1>S2，由于軸不能向右移動(dòng)，軸承II承受的軸向力顯然是 A2=FA+S1。若如圖18-6d所示，S2>FA+S1，則軸承II的軸向力是A2=S2。因此軸承II的軸向載荷必然是下列兩值中的較大者。
（18-8）
用同樣的方法分析，可得軸承I的軸向力是下列兩值中的較大者
（18-9）
當(dāng)軸向外力與圖示方向相反時(shí)，應(yīng)取負(fù)值，其他計(jì)算步驟相同。
2.5.1液壓缸的選擇
液壓缸的單缸最大升起的質(zhì)量
升降平臺(tái)的最大起升高度:?
上升速度等于下降速度:?
液壓平臺(tái)上升工況的最大負(fù)載
液壓缸的機(jī)械效率:
液壓缸的工作壓力由表3-1可知
表3-1不同負(fù)載條件下的工作壓力
負(fù)載F/KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力p/MPa
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
3.4.1液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和計(jì)算
1、液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
由公式
（；；；）
解得。
根據(jù)表3-2可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。
表3-2液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm（GB/T 2348-93）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
2、缸筒壁厚和外徑計(jì)算
本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計(jì)手冊液壓缸的外徑D1為95mm,缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度，但為安全起見我們還要進(jìn)行校核。
由于D=80mm，外徑D1=95mm，則，可按第一強(qiáng)度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計(jì)算，則有
式中 ---缸筒壁厚；
---缸筒內(nèi)徑；
---缸筒試驗(yàn)壓力，液壓缸的額定壓力時(shí)的，額定壓力時(shí)的；
---材料許用應(yīng)力。
為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù),,這里取。選用45號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì)，查閱《工程力學(xué)》劉靜香著可知４５號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度，現(xiàn)取，故：
由于液壓缸的工作壓力,故取
所以
因?yàn)?.5mm>0.8mm，故強(qiáng)度足夠。
3.4.2活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算
活塞桿是液壓缸專遞動(dòng)力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。
1、活塞桿直徑的計(jì)算
根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.3～0.5D。
受壓力作用時(shí)：?
P＜5MPa時(shí)，d=0.5～0.55D?
5MPa＜P＜7MPa時(shí)，d=0.6～0.7D
P>7MPa時(shí)，d=0.7D
因?yàn)镻=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm
根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm
表3-3活塞桿直徑系列mm（GB/T 2348-93）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
2、 活塞桿強(qiáng)度校核
（1）按強(qiáng)度條件校核
由公式
式中 d---活塞桿的直徑；
F---活塞桿上的作用力；
---活塞桿材料許用應(yīng)力，，為材料的抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，一般取。
由45號(hào)鋼的許用應(yīng)力，
得 ，而，故活塞桿強(qiáng)度符合要求。
（2） 按彎曲穩(wěn)定性校核
當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。
按材料力學(xué)理論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時(shí)，即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡，稱為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為
式中 ---液壓缸的最大推力；
---液壓缸的臨界受壓載荷；
---穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。
液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計(jì)算如下：
由公式
式中 ---活塞桿的計(jì)算長度；
---端點(diǎn)安裝形式系數(shù)，兩端固定，故；
E---材料的彈性模量，鋼材的 ；
J---活塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)心桿的。
而，，
故，
而（當(dāng)取4時(shí)），
故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。
2.5.3液壓輔助元件及工作介質(zhì)的選擇
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面A左側(cè)的彎矩M為
截面A左側(cè)的扭矩T為
截面上的彎曲應(yīng)力
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
查得σB=640MPa, σ-1=275MPa, τ-1=155MPa
過盈配合處的kσεσ, 查得kσεσ=3.48，并取kτετ=0.8kσεσ=2.78
查得表面質(zhì)量系數(shù) βσ=βτ=0.92
查得尺寸系數(shù)為 εσ=0.73；查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 ετ=0.80
計(jì)算得綜合系數(shù)為
Kσ=kσεσ+1βσ-1=3.567
Kτ=kτετ+1βτ-1=2.867
取40Cr的特征系數(shù)為
φσ=0.1~0.2，取φσ=0.1
φτ=0.05~0.1，取φτ=0.05
計(jì)算安全系數(shù)
Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=6.484
Sτ=τ-1Kττa+φττm=8.923
Sca=SσSτSσ2+Sτ2=6.12×5.366.122+5.362=5.25?S=1.5
2.6軸承的選用和計(jì)算
綜合以上分析，軸強(qiáng)度合格
軸III的強(qiáng)度校合
（1）求作用在齒輪上的力
由前面計(jì)算可知作用在齒輪四上的力的大小等于作用在齒輪三上的力，即：
(2)求軸承上的支反力
垂直面內(nèi)：
求得=1542N =926N
水平面內(nèi)：
求得
畫受力簡圖與彎矩圖
2.7電機(jī)的選擇計(jì)算
用的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有如下幾種：螺旋式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
凸輪式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
曲柄式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
鉸鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
連桿式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
四桿機(jī)構(gòu)
本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較簡單，可以使用兩岸式旋轉(zhuǎn)，直接由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。需要注意旋轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度，和電機(jī)支撐軸的強(qiáng)度。
2.8傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
為限制滾動(dòng)軸承在過載和沖擊載荷下產(chǎn)生的永久變形，應(yīng)按靜載荷作校核計(jì)算。按靜載荷進(jìn)行校核的公式如下：
或 （18-10）
式中，S0為靜載荷安全系數(shù)；C為額定靜載荷；P為當(dāng)量靜載荷；下標(biāo)0為靜載荷；下標(biāo)r為徑向載荷；下標(biāo)a為軸向載荷。
例18-3一機(jī)械傳動(dòng)裝置，采用一對角接觸球軸承，并暫定軸承型號(hào)為7307AC。已知軸承載荷R1=1200 N，R2=2050 N，F(xiàn)A=880 N，轉(zhuǎn)速n=5000 r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中受中等沖擊，預(yù)期壽命Lh=2000 h，試問所選軸承型號(hào)是否恰當(dāng)？
先計(jì)算軸承1、2的軸向力A1、A2（參見圖18-6b）
由表18-12可知70000AC型軸承的內(nèi)部軸向力為
因?yàn)?
所以
而
（2）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量動(dòng)載荷
由表18-11查得70000AC型軸承e=0.68，而
查表18-11可得X1=0.41、Y1=0.87；X2=0.41、Y2=0.87。故徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為
（3）計(jì)算所需的徑向額定動(dòng)載荷C
因兩端選擇同樣尺寸的軸承，而P2＞P1，故應(yīng)以軸承2的徑向當(dāng)量動(dòng)載荷P2為計(jì)算依據(jù)。工作溫度正常，查表18-8得fT=1；按中等沖擊載荷，查表18-9得fF=1.5。
（4）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得7307AC軸承的徑向額定動(dòng)載荷 C=32800 N。因?yàn)?C2＜C，故所選7307AC軸承合適。
2.9軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
一、滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)
為保證軸承在機(jī)器中能正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)，處理好軸承與其周圍零件之間的關(guān)系。也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。
1．軸承的固定
（1）雙支點(diǎn)單向固定
如圖18-7所示，使軸的兩個(gè)支點(diǎn)中每一個(gè)支點(diǎn)都能限制軸的單向移動(dòng)，兩個(gè)支點(diǎn)合起來就限制了軸的雙向移動(dòng)。它適用于工作溫度變化不大的短軸，考慮到軸因受熱而伸長，在軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留出熱補(bǔ)償間隙（圖18-7 b）。
(a) (b)
圖18-7 雙支點(diǎn)單向固定（一）
（2）單支點(diǎn)雙向固定
這種變化適用于溫度變化較大的長軸，如圖18-8所示，在兩個(gè)支點(diǎn)中使一個(gè)支點(diǎn)能限制軸的雙向移動(dòng)，另一個(gè)支點(diǎn)則可作軸向移動(dòng)?？勺鬏S向移動(dòng)的支承稱為游動(dòng)支承，它不承受軸向載荷。圖 a右軸承外圈未完全固定，可以有一定的游動(dòng)量；圖b采用的圓柱滾子軸承，其滾子和軸承的外圈之間可以發(fā)生軸向游動(dòng)。
(a) (b)
圖18-8單支點(diǎn)雙向固定（一）
2．軸承組合的調(diào)整
（1）軸承的調(diào)整
軸承的調(diào)整包括軸承間隙調(diào)整和軸承位置調(diào)整。軸承間隙的調(diào)整是通過調(diào)整墊片厚度、調(diào)整螺釘和調(diào)整套筒等方法完成的。軸承組合位置調(diào)整是使軸上的零件（如齒輪、帶輪等）具有準(zhǔn)確的工作位置。
圖18-9通過調(diào)整軸承端蓋與機(jī)座間墊片厚度實(shí)現(xiàn)軸承間隙的調(diào)整。
圖18-9調(diào)整墊片 圖18-10調(diào)整螺釘
圖18-10為調(diào)整螺釘方法。利用調(diào)整螺釘對軸承外圈的壓蓋進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)軸承的間隙調(diào)整。調(diào)整完畢之后，用螺母鎖緊防松。
圖18-11是調(diào)整套筒。整個(gè)圓錐齒輪軸系安裝在調(diào)整套筒中，然后再安裝在機(jī)座上。通過墊片1調(diào)整套筒與機(jī)座的相對位置，實(shí)現(xiàn)對錐齒輪軸軸向位置的調(diào)整。通過墊片2調(diào)整軸承的間隙。
5.3 電機(jī)的選擇計(jì)算
伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。?伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，??隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：??????⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。??????⑵定子繞組散熱比較方便。??????⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。??????⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。??????⑸同功率下有較小的體積和重量。??
整個(gè)伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱為摪朧只瘮或摶旌鮮綌、撊只瘮?shù)挠来沤涣魉欧到y(tǒng)。
P=9550n/t
負(fù)載程度
空載
負(fù)載
負(fù)載
負(fù)載
滿載
功率因數(shù)
0.2
0.5
0.77
0.85
0.89
效率
0
0.78
0.85
0.88
0.875
由上表中可以看出，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因素是隨著負(fù)載的降低而降低的。也就是說，電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載或接近額定負(fù)載的條件下工作，有較高的效率和功率因素，其運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)的。相反，一個(gè)額定功率極大的電動(dòng)機(jī)，僅僅帶動(dòng)一個(gè)負(fù)載很小的機(jī)械工作，這種“大馬拉小車”的情況是很不經(jīng)濟(jì)、不合理的。
對連續(xù)運(yùn)行的恒定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率可用下列公式計(jì)算：
上述計(jì)算公式的各項(xiàng)參數(shù)分別所指：
P1：生產(chǎn)機(jī)械的功率，可以在生產(chǎn)機(jī)械的銘牌上查取，或者根據(jù)銘牌上的參數(shù)計(jì)算出來；
η1：生產(chǎn)機(jī)械本身的效率；
η2：電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械之間傳動(dòng)效率。
在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，其銘牌上的額定功率值Pe應(yīng)等于或稍微大于計(jì)算所得的實(shí)際所需功率Pe。
5.4傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
齒輪的計(jì)算
5.4.1.工作負(fù)載時(shí)的強(qiáng)度校核
齒輪軸I工作負(fù)載時(shí)的強(qiáng)度校核
5.4.2工作負(fù)載時(shí)的結(jié)構(gòu)及載荷圖見后。
5.4.3傳動(dòng)扭矩：34.33N.m（已計(jì)入效率）
Z1受力：圓周力：Ft1=1142.41N(見前面齒輪計(jì)算)
徑向力：Fr1=Ft1×tan250=415.8N
軸向力：Fx1=Ft1×tanβ=1142.41×tan8.109625=162.8N
軸向力形成的彎矩：Mx1=Fx1×d/2500=4.8N.m (d為分度圓直徑?60.1)
5.4.4垂直方向受力
F1y= Fr1=415.8N
Rby= Fr1×188.75/261.6 =300N
Ray= Fr1- Rby=115.8N
5.4.5水平方向受力
F1z=Ft1=1142.41N
Rbz=F1z×188.75/261.6=824.3N
Raz=F1z- Rbz=318.1N
5.4.6垂直方向彎矩
M1y=Rby×72.85/1000=21.9N.m
5.4.7水平方向彎矩
M1z=Rbz×72.85/1000=60N.m
5.4.8 Z1處的合成彎矩
M1= (M1y2+M1z2)0.5=63.9N.m
考慮軸向力引起的彎矩，軸的合成彎矩圖如圖示.
5.4.9確定危險(xiǎn)截面及進(jìn)行強(qiáng)度校核：
通過以上計(jì)算知，Z1處應(yīng)力最大，為危險(xiǎn)截面。
強(qiáng)度校核：
校核公式（根據(jù)表38.3-3）：
σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W ≤[σ-1]
由于電機(jī)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)引起轉(zhuǎn)應(yīng)力的脈動(dòng)循環(huán)，所以取α=0.7
[σ-1]=0.4[σs]=250 (材質(zhì)：40Cr) d=54.85mm(底徑)
則σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W =30.6MPa≤ [σ-1] W=22.261
該截面強(qiáng)度滿足要求。
5.5危險(xiǎn)截面過載時(shí)強(qiáng)度校核
σ靜＝1.5σ＝1.5×30.6＝45.9Mpa＜[σ-1]
故截面強(qiáng)度滿足要求。
齒輪軸II的強(qiáng)度校核
5.5.1工作負(fù)載時(shí)強(qiáng)度校核
5.5.2齒輪軸II的結(jié)構(gòu)及載荷圖見后
5.5.3傳動(dòng)扭矩：T2=T3=165.6N.m
5.5.4 Z2受力：圓周力：Ft2=Ft1=1142.41N
徑向力：Fr2=Ft2×tan250=415.8N
軸向力：Fx2=Ft2×tanβ=162.8N
軸向力形成的彎矩：Mx2=Fx2×d/2500=4.8N.m
d為分度圓直徑?60.1
5.5.5 Z3受力：圓周力：Ft3=4055.3N
徑向力：Fr3=Ft3×tan250=1476N
軸向力：Fx3= Ft3×tanβ＝4055.3×tan11.595270＝832.1N
軸向力形成的彎矩：Mx3=Fx3×d/2500=33.95N.m
d為分度圓直徑?81.6
垂直方向受力：
F2y=Fr2=415.8N
F3y=Ft3=4055.3N
Rby=[F3y×63.2-F2y×(246.4-58.2)]/246.4=722.6N
Ray= F3y-Rby-F2y =2916.9N
水平方向受力
F2z=Ft2=1142.41N
F3z=Fr3＝1476N
Rbz=[F2z×(246.4-58.2)-(F3z×63.2)]/246.4=494N
Raz=F3z-F2z+Rbz=827.59N
垂直方向彎矩：
M2y=Rby×58.2/1000=42N.m
M3y=Ray×63.2/1000=184.3N.m
水平方向彎矩
M2z=Rbz×58.2/1000=28.75N.m
M3z=Raz×63.2/1000=52.3N.m
Z2和Z3處合成彎矩
M2=(M2y2+M2z2)1/2=50.8N.m
M3=(M3y2+M3z2)1/2=191.6N.m
考慮軸向力引起的彎矩，軸的總合成彎矩圖如圖示
確定危險(xiǎn)截面并校核強(qiáng)度和安全系數(shù)：
通過以上計(jì)算可知，Z2及Z3處應(yīng)力最大，均為危險(xiǎn)截面。
Z2處強(qiáng)度校核 d=60mm
則：σ=10×[M2+(αT)2]1/2/d3 ≤[σ-1]
σ=6.8MPa＜[σ-1]
該截面強(qiáng)度滿足要求。
Z3處強(qiáng)度校核d=72.17mm(齒根圓直徑)
則：σ=10×[M2+(αT)2]1/2/d3 ≤ [σ-1]
σ=6.3MPa＜[σ-1]
該截面強(qiáng)度滿足要求。
過載時(shí)強(qiáng)度校核
Z3處：σ靜＝1.5σ3＝1.5×6.3＝9.45Mpa＜[σ-1]
故截面
收藏