多工位自动夹紧装置的设计

多工位自动夹紧装置的设计 无锡太湖学院 毕业设计(论文) 题目: 多工位自动夹紧装置的设计 工学院 机械工程及自动化 专业 学 号: 1223120 学生姓名: 费佳伟 指导教师: XXX (职称:XXX ) 2016年5月25日 摘 要 在对多工位自动夹紧装置系统结构的设计工作，可以分为 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 方案的定制、传动设备、夹紧构造的设计包括基本部件的设计，最后针对部分设计的效果进行检验。在对多功能自动夹紧装置的设计中设有两个夹具杆，节省了零件下料到夹紧以及放松的时间，减轻人工的负担，更加智能化、人性化，机体结构简单，可适应加工零件的不同厚度。拆卸和装配简单，节省资源。整体机构采用立式布置，结构紧凑，并使用电机作为动力来源，省时省力。在对能源设计方面，重新选择动力来源，改进切削方法，不仅增强了家用切片切丝机的加工能力，还提高了使用的安全性。 关键词:多工位;自动;PLC 2 ABSTRACT In the overall structure of the multi station automatic clamping device design process, including the principle of design, transmission mechanism, a clamping mechanism design of the main components and the structure design and on the part of the design results are checked. In the design of multi function automatic clamping device is provided with two jig rod, saving parts under the expected clamping and relax time, lighten the burden of artificial, more intelligent, humane and body structure simple, adapt to the different thickness of the parts processing. Disassembly and assembly is simple, save resources. The overall mechanism adopts the vertical layout, compact structure, and use the motor as a power source, saving time and effort. In design of energy, re select the source of power, to improve the cutting method, not only to enhance the household slicing and shredding machine processing capacity, but also improve the safety of use. Keywords: automatic cutting machine; PLC; 3 目录 摘 要 ............................................................................................................................. 2 ABSTRACT ........................................................................................... 错误～未定义书签。 第1章 绪论 .................................................................................................................... 5 1.1本课题的研究内容和意义 ..................................................................................... 5 1.2 国内外的发展概况............................................................................................. 5 1.3 本课题应达到的要求 ......................................................................................... 6 第2章 夹紧装置结构设计 ............................................................................................... 6 2.1.产品介绍 ............................................................................................................. 6 2.2多工位自动夹紧装置的工作原理 .......................................................................... 7 2.3 结构方案的选择 .................................................................................................. 8 2.3.1驱动装置 .................................................................................................. 8 2.3.2传动装置 .................................................................................................. 8 第3章 主要结构的设计 ..................................................................................................11 第4章 主要结构的设计 ..................................................................................................15 3.3 主轴部件的设计 ................................................................................................26 3.3.1轴的材料选取和结构图 ............................................................................26 3.3.2计算主轴上的功率、转速、转距 ..............................................................26 3.3.3初定轴的最小直径 ...................................................................................27 3.3.4轴的结构尺寸确定 ...................................................................................28 3.3.5轴承的设计 .............................................................................................28 3.3.6轴的校核 .................................................................................................29 3.6.1 PLC简介 .................................................................................................37 3.6.2光电传感器与PLC ....................................................... 错误～未定义书签。 3.6.3 PLC控制三相异步电动机正反转 ..............................................................38 4 第1章 绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置，用于连续自动压力机的工件送进部分，该辅助设备对生产率的提高、保证产品质量有着重要的作用。自动化生产谁被成为我们生产中非常重要的趋势，自动化在机械工厂的应用中，不仅提高了机械的速度从另一方面也是加快了工厂的运作效率。 机械自动化的发展很不平衡，还比较落后，能独立开发现代机械自动化的企业不多。与国外相比不仅在机械自动化装备上相差甚远，而且在设备的种类、质量、使用也存在着差距。 随着机械技术的发展和实际工程的应用，生产厂家大量地使用机加工的辅助设备替代人类工作的劳动已成为一个发展方向。学生通过该装置的设计，可提高产品设计的能力，掌握理论用于实践的方法和过程有着重要的作用。 同时根据该设计的工程要求，我们需要达到以下几点:1、三个夹紧工位 2、夹紧行程10-100mm 3、夹紧力8000N 4、夹紧速度0.2m/s 5、生产率90件/min 1.2 国内外的发展概况 自动化生产设备已经成为我们生产中非常重要的趋势，自动化在机械工厂的应用中，不仅提高了机械的速度从另一方面也是加快了工厂的运作速率。 相较于国外的机械自动化装备的水平来说，我国在机械自动化的发展上还是比较落后的，能独立开发现代机械自动化的企业不多。同时我们还在设备的种类、质量、使用也存在着差距。 国外在自动装配装置上的主要特点是部件通用化、商品化和设备的柔性化, 5 在配置形式和输送机构上,趋向于型式统一、机构典型,工业机器 人也越来越多的参与到自动装配工作中。进一步扩大自动装配的工艺范围、加强对自动装配基础理论的研究、对自动装配经济效果进行经济分析,控制装置的计算机 化以及发展适应多品种的柔性装配机(线)是国外目前的主要趋势。 1.3 本课题应达到的要求 该课题是根据需要，在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置，用于连续自动压力机的工件送进部分，该辅助设备对生产率的提高、保证产品质量有着重要的作用。 根据工程要求(三个夹紧工位、夹紧行程10-100mm、夹紧力8000N、夹紧速度0.2m/s、生产率90件/min)提出实施运动方案(a;以机构运动简图拟定三个方案，b;综述个方案的可行性，c;评价个方案的特点与创新点选择实施方案) 根据设计需要我们需要先拟定运动方式，传动部分以及选择主要的动力源装置。 第2章 夹紧装置结构设计 2.1 产品介绍 随着飞速发展的经济水平和科学技术，人们的生活水平也飞速提高，人们对方便快捷的日常生活的要求也越来越高。因此，为了应对生产加工中的各种困扰，给人们的生活提供便利，提高效率，节省人力时间，使用自动化机械产品已然成为生产加工中的一种趋势。但是，机械自动化的发展很不平衡，还比较落后，能独立开发现代机械自动化的企业不多。与国外相比不仅在机械自动化装备上相差甚远，而且在设备的种类、质量、使用也存在着差距。因此，该多工位自动夹紧装置应满足以下要求: 要保证切实可行性，要和生产加工相贴近，做到在生产中有必要用，并且切 6 切实实用得到;要和时代主题相适应，尽量做到绿色环保，能耗少;要有一定的工作效率;要确保机械有高的安全性、不发生脱落物料的状况;要能调节所夹紧零件的厚度，确保一定条件下可以使物料充分夹紧。 除此之外，还要有经济性要求 机器的一个综合指标就是经济性，在多工位自动夹紧装置的设计、制造、使用、维修等各个环节均有所体现。总之，经济性就是要求在满足功能要求的前提下，将机器的制造成本降到最低。 安全性要求 在切菜机的设计阶段就必须对机器的使用安全给予足够的重视，因此要在设计过程中特别注意使用者的安全，特别是使用者手的安全。要采用各种防护措施，使运行中的夹具不会与人体直接接触。 可靠性要求 简单的说，可靠性就是多工位自动夹紧装置在使用性能中的稳定性，它是该夹紧装置的一个重要质量指标。可靠性水平越高，说明机器在使用过程发生故障的概率越小，能正常工作的时间就越长。 操作方便要求 夹紧装置是一种给生活带来方便的机械产品。在设计中必须注意操作时要轻便省力;操作机构要适应连续自动压力机的工作条件;夹紧装置的使用噪声要小;防止污染等。此外，还要方便搬运与拆卸维修。设计多工位自动夹紧装置时，在满足基本要求的前提下满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能和保证机器的工作质量。 2.2 多工位自动夹紧装置的工作原理 本机用两个夹紧进行夹紧，零件由送进装置送进，送入至装置夹具出，由该装置自动夹紧，配合连续自动压力机进行加工。将夹具与夹具杆位置固定，调整轮盘在导轨上的位置来实现应对不同厚度零件的夹紧加工。主轴即夹具杆为横向，动力由电动机经齿轮传动，通过电动机功率和转速的选择使获得一定的转矩 7 和转速，夹具由主轴带动进行夹紧。 该装置运转时，零件由自动压力机的自动送料设备送入。设备启动后，由发动机经由圆柱直齿轮传动，通过电动机功率和转速提供相应的转矩和转速，带动轮盘，再由轮盘以曲柄滑块机构的原理带动夹具杆，进行零件的夹紧。当轮盘运动的过程中，由于是以曲柄滑块机构的原理带动夹具杆，当轮盘运动至夹紧位后，将继续运动，此时由杆带动夹具杆来实现放松，同时进料。同时考虑到零件的厚度可能需要调整，所以我们可以改变夹具杆在导轨上的位置来实现应对不同厚度零件的夹紧加工。 所以该机构可以大大提高机械的加工速率，不需要人工进行夹紧，只需要根据零件厚度不同来调整夹紧行程即可。 2.3 结构方案的选择 2.3.1驱动装置 传统夹紧设备的主要动力来源有人和电动机两种。人力的主要特点是:持续时间有限，动力波动较大，耗费时间长，但控制方便，清洁无污染。电动机的主要特点是:动力可靠，稳定性高，工作效率高，占用空间位置不大，消耗电能，需要配套的调速控制装置;但小功率的电机耗能少，但转速过高，转矩不大，普通电机就能满足要求，能耗也较少，利用率较高。考虑到本设计对动力的稳定性及持续性的要求优先考虑使用电机作为动力来源。确定动力源及机构布置形式之后，还需要选择相匹配的传动机构。 2.3.2传动装置 带传动是一种应用很广泛的机械传动。带传动有主动轮、从动轮和适度张紧在两轮上的封闭环形传动带组成。它是利用传动带作为中间的挠性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动的，主动轴的动力通过挠性传动带挠性传递给从动轴。优点是:能缓和载荷冲击;运行平稳无噪声;制造安装精度不想啮合传动那样严格;过载时将引起带在带轮上打滑，因而可以防止其他零件的损坏;可 [3]以增加带长以适应中心距较大的工作条件。 8 图2.1带传动机构 凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件构成，通常选取凸轮作主动件，通过设计凸轮的形状使从动件得到预期运动，从动件的运动主要是直线上的往复运动，因而在本设计中不考虑使用凸轮机构。 图2.2凸轮机构 蜗轮蜗杆传动主要用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合，虽然可以实现本设计的预期目的，但其传动效率低，成本较高，不适宜用在本设计中。 图2.3蜗轮蜗杆 链传动与带传动相类似，是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作为中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。以上两种传动都是实现平行轴间运动和动力的传递，在本设计中如将平行轴竖直布置可实现预期目的。 9 图2.4链传动 连杆机构是由若干构件用低副连接而成，构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，可用于刚体导引、实现已知运动轨迹或运动规律。在本设计中要应用连杆机构将主动构件的转动或直线往复运动转换为实刀具在水平面内的转动，可采用双曲柄机构或者逆向运用曲柄滑块机构。 图2.5连杆机构 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，可以用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力，并可以改变转动速度和传动方向。其优点是:齿轮传动和其他形式的机械传动相比较，传递的功率和圆周速度范围较大，传动效率高，能保证恒定的传动比，工作平稳、安全可靠且使用寿命长，结构紧凑。在本设计 [4]中可以利用齿轮机构或齿轮齿条传动实现所需功能。 图2.6锥齿轮 根据上述分析，带传动、链传动、齿轮传动等都可实现预期目的，但考虑到本设计的整体结构要紧凑，综合考虑机器更易执行转动动作，并能够在动作中给构件施加较大的力，经对比分析之后，选用带传动和直齿圆柱齿轮传动，不仅可 10 实现传递运动及动力的目的，还可使整体结构紧凑。 第3章 主要结构的设计 3.1根据设计要求提出的运动方案: 根据工程要求(该机构需要有三个夹紧工位、夹紧行程为10——100mm、夹紧力需要达到8000N、夹紧速度为0.2m/s、生产率为90件/min)提供以下 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 : 方案一:考虑到其工程要求，需要有三个夹紧工位，以及是在自动流水线上作业的要求，我们考虑了一种方案，可以参考自动切菜机的原理，将其采用曲柄滑块机构以及V带连接我们进行设计 图3.1 特点:该设计我们采用的是传统的曲柄滑块机构以及V带连接的方式实现夹紧，由小带轮连接电机，同时由V带连接到大带轮，由于V带有摩擦力，则小带轮带动大带轮转动。同时大带轮与夹具杆连接。 而且我们利用连杆，将大带轮在两边各放置一个，利用连杆的原理，将两边的带轮连接成为连杆机构，两边同时运转。该设计装置两边都为曲柄滑块机构，这样的话两边同时提供动力来实现夹紧以及放松。 同时我们将一边的放置夹具头的夹具杆直接连接在机构架上，利用上述的联 11 动装置来实现夹紧。 缺点:该装置由于只有单边夹紧，按加工的工程要求来考虑的话，该机构整体机构较大，要实现夹紧行程为10-100mm则需要更大的空间，所以整体机构较大，同时需要的电动机功率以及带轮也更大，不符合节约成本的根本原则。对材料以及动力的损耗较大，所以这种方案不合理。 方案二:考虑到其工程要求，我们还可以采取类似于机械手的机构来进行实现夹紧要求。 图3.2 特点:该设计方案我们采用的是由传统的连杆机构，并配合V型块来实现夹紧。有连接电动机的主轮提供动力，带动偏心轮，通过连接于偏心轮上的连杆，通过主轮的旋转带动连杆，连杆推动V型块，V型块推动连杆2,3，在推动的过程中，杆2,3的角度变小，从而带动连杆4,5，实现夹紧。绕过平衡点后V型块 12 收回，实现放松。 该结构的特点在于结构简单，整体需要的材料较少，成本较低，运动方式简单便于运输以及拆卸，只需要调整V型块即可调节收送的大小，从而实现夹紧行程在10-100mm的要求 缺点:该机构结构简单的基础上，又有相对来说其不好的地方，由于该机构为单边夹紧，从而很容易引起夹紧不完善而导致加工件的脱落，从而影响流水线作业 方案三: 根据我们的工程需要，我们结合前两种提出的方案考虑其需要的可调整以及夹紧的稳定性因素来考虑，我们可以结合曲柄滑块机构，齿轮以及连杆从动机构来实现设计要求 图3.3 特点:该机构由齿轮传动提供动力后到主轮1，由主轮1带动连杆2,3组成 13 一个曲柄滑块机构，实现夹具杆5的上下移动，同时考虑到单边夹紧可能会造成零件的脱落，导致加工过程中的损坏，所以用连杆4连接从动轮6来实现两边同时夹紧。 这种结构的设计可以完美实现设计要求，同时机构简单，制造成本较低，同时拆卸方便，所以选择方案三为设计方案。 3.2夹具总装图的分析 该多工位自动夹紧装置为适应在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置的要求，用于连续自动压力机的工件送进部分，采用上述方案中的方案三进行设计，我们进行了如图3.4的设计 图3.4 多工位夹紧装置总装图 1.机架 11.内六角圆柱头螺钉 21.端盖3 2.端盖 12.v型块 22.小齿轮 3.杆1 13.齿轮挡圈 23.平键 4.轮1 14.大齿轮 5.轴 15.轴端盖 6.轴承座 16.连杆 7.调心球轴承 17.导轨 8.端盖2 18.夹具杆 14 9.调心球轴承 19.导轨滑块 10.键 20.销轴 该机构的整体运动分析可分为两个重要部分，一个是由轮2与主轮连接在一起的V带传动，由轮2连接电动机，然后经由V型带连接，通过摩擦带动主轮。主轮由轴固定于机架上。同时由另一个重要的部分来传递，由夹具杆与杆1以及主轮之间构成的曲柄滑块机构。该夹具杆可看作为曲柄滑块机构中的滑块，有主轮提供的转速，转矩以及力，通过杆1进行传递，从而来推动滑块地运动，即推动夹具杆。 由于该机构为多工位夹紧装置，同时考虑到其加工的工程要求，根据加工原则考虑需要考虑成本的节约以及加工过程中的功耗等，综合考虑我们需要对该机构进行上下一起夹紧的方案更为节约成本。因此我们需要在主轮即大带轮的对称点位置也设置连杆连接下部分的夹具杆，从而实现上下一起夹紧。 同时考虑到单边提供动力进行夹紧，这样的夹紧装置在后期持续的加工作业中容易出现损坏以及损耗，从而在流水线作业中，影响零件的夹紧，所以我们还需要在另一边设置从动装置，而在该设计中我们采取了较为简单的从动装置，在主轮上增加了一根连杆，同时在另一边也复制了该机构的曲柄滑块机构的形式，实现左右上下一起夹紧，这样的夹紧装置可以在满足加工的要求，即在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置，用于连续自动压力机的工件送进部分，该辅助设备对生产率的提高，保证产品质量有着重要的作用。 第4章 主要结构的设计 将结构拆分简化后可分为几个部分:曲柄滑块机构、V带传送机构这两个主要机构为该设计的重要组成部分。 4.1 导轨的选择 15 图4.1 该导轨为滑动导轨，滑动导轨结构简单，刚性好，摩擦阻力大，连续运行磨损快，制造中轨面刮研工序的要求很高。滑动导轨的静摩擦因数与动摩擦因数差别大，因此低速运动时可能产生爬行现象。滑动导轨常用于各种机床的工作台或床身导轨，装配在动轨上的多是工作台、滑台、滑板、导靴、头架等。导轨截面有矩形、燕尾形、V形、圆形等。重型机械中常将几种截面形状组合使用，共同承担导向和支承的作用。 图4.2 该导轨为滚珠导轨，该导轨摩擦阻力小，但承载能力差，刚度低;不能承受大的颠覆力矩和水平力;经常工作的滚珠接触部位，容易压出凹坑，使导轨副丧失精度。这种导轨适用于载荷不超过200N的小型部件。 4.2 曲柄滑块机构 利用解析法对曲柄滑块机构进行分析 图4.3 ???L1 +L2 =Xc 16 l1e^i,，l2e^i,,Xc4.1.1、复数矢量法: (a) e^i,,cos,，isin,(欧拉公式:代入) 实部与虚部分离: Xc,l1cos,，l2cos,实部: (1-1) l1sin,，l2sin,,o,,arcsin(,l1sin,/l2)虚部:? (1-2) 4.1.2、速度分析 l1ω1ie^i,，l2ω2ie^i,,Vc对时间求导: (b) e^,i,,l1ω1sin(,-,),V2cos,两边乘以，展开取实部: Vc,,l1ω1sin(,-,)/cos, (1-3) l1ω1cos,，l2ω2cos,,0展开取虚部: ω2,-l1ω1cos,/l2cos, (1-4) 4.1.3、加速度分析 (b)对时间求导: (c) ,l1ω1^2e^i,，l2a2ie^,i,,l2ω2^2e^ib,ac e^,i,两边乘，展开实部 (1-5) ac,,[(l1ω1^2cos(,-,)，l2ω2^2)/cos,] (c)展开取虚部: (1-6) ac,(l1ω1^2sin,，l2ω2^2sin,)/l2cos, 4.1.4、计算过程及结果 ,,0:，30:，60:？？330:，360:，取代入(1-1)，(1-2)，(1-3)，(1-4)，(1-5)，(1-6) 求得。 Xc,ω1,,,Vc,ω2,ac Sc,Xc,(l2,l1) 根据分析我们得到连杆轮半径为125mm，连杆长500mm 17 图4.4 曲柄滑块分析 图4.5 曲柄滑块速度分析 图4.6 曲柄滑块角速度分析图 18 图4.7 曲柄滑块加速度分析图 图4.8 曲柄滑块加速度分析图 图4.9 曲柄滑块行程分析图 选择电动机 电动机类型和结构形式。 按工作要求和工作条件，选用SEW公司的减速电机R系列。 电动机容量。 A.输出功率Pw Pw,Fv/1000,8000*0.2/1000,1.6(kW) B.电动机输出功率Pd 19 Pd,Pw/η 传动装置的总效率: η,η1*η2^2*η3 式中，η1、η2……为从电动机到夹具杆之间的各传动机构和轴承的效率。由表 η1,0.75η2,0.99η3,0.974.1查得:减速机效率，滚动轴承，圆柱齿轮传动 η,0.75*0.99*0.99*0.97,0.713 Pd,Pw/η,1.6/0.713,2.2kW故 C.电动机额定功率Ped 选择SEW公司的减速电机R系列RF57 450N.m46.69r/min可得转矩为，转速为 4.3 齿轮设计 4.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 由于我们上述可得齿数比为2.4 (1)根据该设计要求，我们可以选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为20?。 (2)参考机械设计选用7级精度。 (3)材料选择。参考机械设计，选择小齿轮材料为40Cr(调质)，齿面硬度280HBS，大齿轮材料为45钢(调质)，齿面硬度240HBS。 z2,uz1,2.4*24,57.6z2,58z1,24(4)选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。 4.3.2按齿面接触疲劳强度设计 (1)失算小齿轮分度圆直径，即 HtHE,,21，1KtuZZZ,3,**^21,,dt ,,φ,,,Hdu,, 1)确定公式中的各参数值 KHt,1.3,试选。 ,小齿轮传递的转矩。 T1,450N.m ,由表4.2选取齿宽系数,d,1。 表4-2 20 装置状况 两支承相对于小齿轮作对称布置 两支承相对于小齿轮作不对称布置 小齿轮做悬臂布置 φd 0.9~1.4(1.2~1.9) 0.7~1.15(1.1~1.65) 0.4~0.6 ZH,2.5?由机械设计查得区域系数。 1/2?由机械设计查得材料的弹性材料的弹性影响系数。 ZE,189.8MPa?计算接触疲劳强度用重合度系数Zε。 * ,,arccos[zcos,/(z，2h)],29.841:a111a * ,,arccos[zcos,/(z，2h)],24.719:a222a '' ,a,[z1(tan,a1,tan,)，z2(tan,a2,tan,)]/2π,1.694 4,,aZ,,,0.877 3 ?计算接触疲劳许用应力。 [,H] 由机械设计查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、,Hlim1,600Mpa 。 ,Hlim2,550Mpa 计算应力循环次数: 9N,60njL,4.147*1011h 9N2,N1/u,1.716，10 KHN1,0.90KHN2,0.95由机械设计查取接触疲劳寿命系数、。 S,1取失效率为1%、安全系数,得 ,KHN1Hlim1,[],,540MpaH1S KHN2,Hlim2[H]2,,523Mpa,S 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 [,H]1[,H]2 [,H],[,H]2,523Mpa 2)试算小齿轮分度圆直径 21 HtHE,2KTu，1ZZZ123d1t,**(),101.550mm d,u[,] (2)调整小齿轮分度圆直径 1)计算实际载荷系数前的数据准备。 ,圆周速度V。 πdn1t1 v,,0.248m/s60，1000 ,齿宽b。 b,,dd1t,101.550mm 2)计算实际载荷系数KH. ,由机械设计手册差的使用系数KA,1。 v,3.0m/sKv,1.02,根据、7级精度，由机械设计手册查得动载系数。 ,齿轮的圆周力。 3Ft1,2T1/d1t,8.863，10N 3KAFt/b,1，8.863，10/101.550N/mm,87.3N/mm,100N/mm 1 KHa,1.2查阅机械手册得持剑载荷分配系数。 ?由机械设计手册用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，得齿向 KH,,1.323载荷分布系数。由此，得到实际载荷系数 KH,KAKvKH,KH,,1，1.02，1.2，1.323,1.62 3)可得按实际载荷系数算得的分度圆直径 HK3td,d,109.279mm11 HtK 及相应的齿轮模数 m,d1/z1,4.553mm 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 (1)试算模数，即 22 FtFasa12KTY,,YY,3t m,,,,2,,,d,,,Fz,,1 1)确定公式中的各参数值 KF1,1.3,试选。 ,计算弯曲疲劳强度用重合度系数。 0.75, Y,0.25，,0.693,a FasaYY,计算。 ,,,F YFa1,2.65YFa2,2.23查得齿形系数、。 Ysa1,1.58Ysa2,1.76查得应力修正系数、。 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为、,Flim1,500Mpa 。 ,Flim2,380Mpa KFN1,0.85KFN2,0.88查得弯曲疲劳寿命系数，。 S,1.4取弯曲疲劳安全系数，得 KFN1,Flim1,,,,303.57MpaF1 ,S KFN2,Flim2,,,,238.86MpaF2 ,S Fa1sa1YY ,0.0138,,,F1 Fa2sa2YY ,0.0164,,,F2 FasaYY因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 ,,,F FasaYY,0.0164 ,,,F 2)试算模数 FtFasa,,2KT1YYY,3tm,,,2.841mm,, 2,,,d,,,Fz,,1 (2)调整齿轮模数 23 1)计算实际载荷系数前的数据准备。 ,圆周速度v。 d1,mtz1,68.184mm d1n1, v,,0.17m/s60，1000 ,齿宽b。 b,,dd1,68.184mm b/h,宽高比。 ** h,(2h，c)mt,6.392mma b/h,10.67 2)计算实际载荷系数KF。 v,0.17m/sKv,1.0,根据，7级精度，查得动载系数。 4KAFt1/b,193N/mm,100N/mm,由Ft1,2T1/d1,1.320，10N，，查得齿间载 KFa,1.0荷分配系数。 KH,,1.315KF,,1.27b/h,10.67,用插值法查得，结合，得。 则载荷系数为 KF,KAKvKFaKF,,1.27 3)按实际载荷系数算得的齿轮模数 FK3m,mt,2.819mm FtK 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.819mm并就近圆整为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值m=3mm，按接触疲劳强度算得的分度圆 d1,68.184mmz1,d1/m,22.728直径，算出小齿轮齿数。 z1,23z2,uz1,55.2z2,55取，则大齿轮齿数，取，Z1与Z2互为质数。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 4.几何尺寸计算 24 (1)计算分度圆直径 d,zm,69mm11 d2,z2m,165mm (2)计算中心距 a,(d1，d2)/2,117 (3)计算齿轮宽度 b,,dd1,69mm 考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽B和节省材料，一般将小齿轮略价款(5~10)mm，即 b1,b，(5~10)mm,74~79mm b1,76mmb2,b,69mm取，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即。 5.元整中心距后的强度校核 以上齿轮副的中心距不利于设计和制造零件。为此，可以通过调整传动比、改变 a',120mm齿数或变位法进行圆整。我们采用变位法调整中心距就近至。在圆整时，以变味系数和不超出机械设计手册推荐的合理工作范围为宜。其他集合参数，保持不变。 齿轮变位后，齿轮副集合尺寸发生变化。应重新校核齿轮强度，以明确齿轮的工作能力。 (1)计算变位系数和 ,计算啮合角、齿数和、变位系数和、中心距变动系数和齿顶高降低系数。 ,,，， a',arccosacosa/a',22.069: Z,,Z1，Z2,23，55,78 X,,X1，X2,(inva',inva)Z,/(2tan,),0.573 y,(a',a)/m,1 ,y,x,,y,,0.427 当前的变位系数和提高了齿轮强度，但重合度有所下降。 ,分配变位系数X1、X2。 25 坐标点位于L11线和L12线之间。按这两条线作射线，(Z,/2,X,/2),(39,0.287) 再从横坐标的Z1、Z2处作垂直线，与射线交点的纵坐标分别是、。 x1,x2,(2)齿面接触疲劳强度校核 ，2KTu1H1 ,,,H,,,,H3ddu,1 齿面接触疲劳强度满足要求，并且齿面接触应力比标准齿轮有所下降。 (3)齿根弯曲疲劳强度校核 ,KTYYYF1Fa1sa12,,F1F1,,,,32,mzd1 KTYYYF1Fa2sa22,,,,F2,,,F232mzd,1 齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮。 6.齿轮零件图 7.主要设计结论 Z1,23Z2,55m,3mm,,20:齿数,,模数，压力角，变位系数，中心距a,120mmb1,76mmb2,69mm，齿宽、。小齿轮使用40型铬，大齿轮使用45型钢。齿轮按照七级硬度进行设计。 4.3 主轴部件的设计 3.3.1轴的材料选取和结构图 选取轴的材料为 45 号钢，调质处理。根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如图: 图4.10轴的结构图 3.3.2计算主轴上的功率、转速、转距 功率 26 P,Pη0 P,2.2，0.96,2.112圆柱齿轮的额定功率选用，于是 η,,,？, 扭动力矩 P T,9550,1056N.m 2n 3.3.3初定轴的最小直径 按照扭转强度来估算直径，公式如下: P3d,C,minn 在上式里，C作为根据轴的构成材料以及受力情况选用的运算系数，按照相关机 [8]C,118~106械 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 可以知道45号钢，，这与受力轴承受的力矩大小还有 C,112一定距离，因此选用;在这时，n选用最小值，此外，转动速率是，0~20rpm选用，代入上计算式里可知: n,19.1pm dmin,53.8mm 考虑到大齿轮加键，需要增大轴径，确定最小轴径是57mm。 在这时，可以基本确认连通大齿轮的轴段的直径d=57mm，据此可确定大齿轮的厚度S=69mm，其详细构造尺寸如下: 图4.11连杆轮结构示意图 轮毂直径 27 ， d,(1.8,2)d21 3取。 ,,T/W,9550，p/0.2dn,,,,MpaT 3.3.4轴的结构尺寸确定 轴的两端分别与连杆轮相连接，因此选用。带轮使用轴肩dd20mm,,1278,, h0.07d,，定位模式，并且定位的高度 。考虑到轴直径的作用，dd25mm,,2367,, 在轴承介绍信息表里选用整体有衬里的滑动型轴承，轴承的大小是dDB303850，，,，，, 因此。根据相关的机械设计规范可知d d30mm,,3456,, [8]关于齿轮啮合，所以 d=57 mm，根据连杆轮的结构可知。LL12mm,,4-51278,,根据轴承的结构，能够确定。按照轴承的拆卸、安装以及方LL47mm,,3456,, 便添加润滑油的实际需求，设置。按照轴的整体结构，L65mm,L66mm,,2367,, 设置。 L105mm,45, 3.3.5轴承的设计 [8] 根据轴的结构可以确定，轴承的直径为30毫米。按照相关机械设计规范采 用操作方便的系统有衬里的滑动型轴承。 表4-2调心球轴承 其装配如图 28 图4.12调心球轴承 3.3.6轴的校核 (1)根据扭转的强度进行计算，可以准确计算传动轴的受力情况，也可以准确计算具有弯矩、扭矩双重作用的轴的受力情况。其强度大小是: 3,,,,T/W,9550，p/0.2dn,,MpaT W,T在上式中，是受力轴的扭动力矩，T是扭动力矩，是受力截面系数，在截面中 33WT,,d/16,0.2d p,,,d是做功功率，是受力轴的旋转速率，是受力轴的直径，是扭力力矩的应n 力。因此，将所有的相关数据带入如下公式，计算可知: 363 ,,T/WT,9.55，106p/0.2dn,9.55，10，2.2/0.2，24，19.1,0.040Mpa [8]因为受力轴的选用了45号钢，因此根据资料表可查，45号钢的扭动力矩是，,,,=25,45MPa ,,,,,。在经过校核之后，确定受力轴满足转矩规定 (2)按弯扭合成强度进行校核 径向力: 29 F,F,sin60,393Nr1Q F,F,cos60,227Nr2Q 1)垂直面的支承反力(图b) F,0F,F,Fyvn1vn2r2由 得 F，75,F，(75，225)M,0vn1vn2A由 得 F,227NF,908Nvn1vn2 ， 2)求水平面的支承反力 F,0F,F,Fxhn1hn2r1由 得 F，75,F，(75，225)M,0hn1hn2A由 得 F,393NF,1572Nhn1hn2 ， 3)绘垂直面的弯矩图 M,0hA， M,F，75，F，225,119N.mhbhn1hn2 M,0hc, 4)绘水平面的弯矩图 同理可得 M,0vA， M,F，75，F，225,206N.mvbvn1vn2 M,0vc, 5)求合成弯矩图 M,0A， 22M,M，M,238Nbhbvb M,0c, 30 Fr2Fvn2Fhn1 Fr1Fhn2Fvn1 Fhn1 Fr1Fhn2 MH Fr2Fvn2 Fvn1 MV M 图4.13 轴的载荷分析图 31 6)求轴传递的转矩 T,14.7N,m由(1)扭矩的校核可得扭矩 7)校核轴的强度 校正系数α=0.6 从上图分析可知，B-B截面危险系数最高，弯矩大小是 22M,M，M,238N,m,238000N,mmbhbvb 3,d3W,,2649mm32 M,,,45MPaW T14700,,,MP,2.8MP aa2W2，2649 22,,,，4(,,),46MPcaa ,,[9],,,caa,1轴材料为45号钢，调质处理，由资料查得许用弯曲应力=60 MP，则 ,,,,1 轴弯曲强度满足条件。完成了轴的弯扭合成强度校核。 4.4 销轴 图4.14 销轴 校核该销轴的强度: 32 轴的校核 (1)根据扭转的强度进行计算，可以准确计算传动轴的受力情况，也可以准 确计算具有弯矩、扭矩双重作用的轴的受力情况。其受力强度是: 3,,T/W,9550，p/0.2dn,,,,MpaT : W,T在上式中，是受力轴的扭动力矩，T是扭动力矩，是受力截面系数，在截面 中 33WT,,d/16,0.2d p,,,d是做功功率，是受力轴的旋转速率，是受力轴的直径，是扭力力矩的应n 力。因此，将所有的相关数据带入如下公式，计算可知: 363因为受,,T/WT,9.55，106p/0.2dn,9.55，10，2.2/0.2，24，19.1,0.040Mpa [8],,,力轴的选用了45号钢，因此根据资料表可查，45号钢的扭动力矩是，=25, 45MPa ,,,,,。在经过校核之后，确定受力轴满足转矩规定 (2)按弯扭合成强度进行校核 径向力: F,F,sin60,393Nr1Q F,F,cos60,227Nr2Q 1)垂直面的支承反力(图b) F,0F,F,Fyvn1vn2r2由 得 F，75,F，(75，225)M,0vn1vn2A由 得 F,227NF,908Nvn1vn2 ， 2)求水平面的支承反力 F,0F,F,Fxhn1hn2r1由 得 F，75,F，(75，225)M,0hn1hn2A由 得 F,393NF,1572Nhn1hn2 ， 33 3)绘垂直面的弯矩图 M,0hA， M,F，75，F，225,119N.mhbhn1hn2 M,0hc, 4)绘水平面的弯矩图 同理可得 M,0vA， M,F，75，F，225,206N.mvbvn1vn2 M,0vc, 5)求合成弯矩图 M,0A， 22M,M，M,238Nbhbvb M,0c, 34 Fr2Fvn2Fhn1 Fr1Fhn2Fvn1 Fhn1 Fr1Fhn2 MH Fr2Fvn2 Fvn1 MV M 图4.15 轴的载荷分析图 6)求轴传递的转矩 35 T,14.7N,m在对(1)扭矩进行校核之后，可以得出扭矩大小 7)校核轴的强度 校正系数α=0.6 根据上图可知，B-B截面危险系数最高，弯矩大小是 22M,M，M,238N,m,238000N,mmbhbvb 3,d3W,,2649mm32 M,,,45MPaW T14700,,,MP,2.8MP aa2W2，2649 22,,,，4(,,),46MPcaa ,,[9],,,caa,1轴材料为45号钢，调质处理，由资料查得许用弯曲应力=60 MP，则 ,,,,1 轴弯曲强度满足条件。完成了轴的弯扭合成强度校核。 4.5 夹具头分析 图4.16 夹具头 36 考虑该设计为自动压力机传送部分的辅助设备，我们考虑夹紧加工零件为轴系零件，所以我们设计为V型块，进行轴系零件的夹紧。同时我们采用螺栓螺钉结构，将其固定于夹具杆上，这样我们可以适应加工不同种零件。应对不同零件的加工我们只需要设计相应的夹具头，进行替换即可。 4.6 PLC 4.6.1 PLC简介 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系 [14]统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。基本构成为: (1)电源，可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。 (2)中央处理 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 (CPU)，中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样， [2]即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 (3)存储器，存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 (4)输入输出接口电路，现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接 37 口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控 [15]制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 (5)功能模块，如计数、定位等功能模块。 (6)通信模块。 图4.17通信模块 4.6.2 PLC控制三相异步电动机正反转 控制电机正反转接法如下，要求电机有两个交流接触器，一个控制正转，一个控制反转，图纸如下 图4.18 PLC线路 说明:在接线之前要把参数和时间调试好，之后再接负载线 38 控制电机正反转的参数如下 图4.19 PLC参数图 每路时间和意义如下: 图4.20 PLC线路意义图 39 第4章 总 结 能够顺利完成本次毕业设计，还是需要花费很多时间精力的，其中，主要的工作都是用在了对系统方案的确定上，每一次系统方案的完善都是建立在不断翻阅各种资料，仔细研读分析，深入思考讨论的基础上。例如，夹紧设计方案的选用，之前仅仅考虑了的两个夹具杆进行夹紧，一边为固定的夹具杆，模仿切菜机的原理进行夹紧，后经老师指导，改为两边同时夹紧，减短了机器的运动的距离，节约能源。 而后在整体机构的传动方案的设计上遇到了问题，经由老师指导我选用了相对来说比较熟知的几个结构进行组合，曲柄滑块机构为夹具杆提供动力，同时选用齿轮传动的方案，将电动机的转速降低传动到机构上，最后用PLC进行控制正方转，整体的设计简单明了很多，方便我更为便捷地进行设计分析。 这是方案的制定过程，其次在画图方面及设计方面自己也遇到了不少的阻力。这也让我充分意识到了自己专业知识的欠缺，以及动手能力的有待提升。在今后的学习生活中，我将逐步提升自己。因为本次设计时间有限，并且我的实际能力一般，在设计过程中多多少少会出现一些问题，在这里，希望各位指导老师给予批评建议。 40 第5章 参考文献 [1]王琛，王进华，陈佰杰，等.甜菜打缨切顶机的研究[J].农机化研究，2013，13(2): 157-159. [2]鲍乐祥，郑明刚，姜志方，等.基于PLC与MCGS的切菜机控制系统[J].机电产品开发与创新， 2011，11(3): 169-170. [3]冯永刚. QC-5001型多用切菜机的研制与开发[J].机械设计，2013，01(3): 85-88. [4]周良墉.YG-8型土豆切丝机[J].湖南农业，2007，42(1) :18,19. [5]周峻雄.新型切菜机和电搅机[J].食品与机械，1992，01(1): 36-39. [6]章军，张念龙.手动豆腐干丝加机设计[J].粮油加工与食品机械，2003，47(4) : 3,4. [7]许晓峰.电机拖动[M].北京:高等教育出版社，2007 :21,23. 机械设计手册[M].北京:机械工业出版社，2004 :112,114. [8]机械设计手册编委会. [9]张伟社.机械原理[M].西安:西北工业大学出版社，2001:121,122. [10]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社，2007:75,78. [11]陈禄庆.萝卜切丝机的设计[D].新疆:新疆工业高等专科学校，2012，08: 75-77. [12]郭俊先，努尔夏提•朱马西，梁勤安.饲用甜菜切丝机的试验研究初探[J].新疆农业大学学报，2004，27(1):65,68. [13]余永江，张惠娟.转鼓式切丝机与平盘式切丝机性能分析[J].广西蔗糖，2007， 47(2) : 31,34. [14]任显云，侯明亮，王益强.多功能块根状蔬菜加工机的研制[J].青岛农业大学学报(自然科学版)，2008，11(1): 61-63. [15]张大可，张冬化.多功能食品加工机的选与用[J].河南科技，2002，18(3): 29-31. [16]战晓林，陶学恒，李玉光.食品机械中自动切割装置的研发[J].包装与食品机械，2011，12(4): 47-50. 41 第6章 致谢 本次毕业设计是在指导老师的耐心辅导以及亲切帮助下顺利完成的。指导老师刻苦钻研的学术态度、勤勤恳恳的工作作风、理论与实践相互结合的工作方法，这一切都给我以深刻的教育和熏陶，使我受益匪浅，在本次毕业设计即将完成的时候，向我的指导老师陈伟明致以我最真诚的感谢～ 最后，感谢所有帮助过我的老师、同学和朋友～ 42 43