自動上袋機(jī)械手

1、學(xué)號畢業(yè)設(shè)計（論文）自動上袋機(jī)械手設(shè)計教學(xué)系：機(jī)電工程系指導(dǎo)教師：黃媛專業(yè)班級：機(jī)電1121班學(xué)生姓名：方繼松二O一六年五月畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名方繼松專業(yè)班級機(jī)電1121班指導(dǎo)教師黃媛工作單位機(jī)電系設(shè)計(論文)題目自動上袋機(jī)械手設(shè)計設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：自動上袋機(jī)械手是自動包裝生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)粉狀物料包裝袋的自動抓取、自動上袋、自動縫合與自動輸送。本課題設(shè)計自動上袋機(jī)械手的抓取及輸送機(jī)構(gòu)，采用負(fù)壓抓取包裝袋，并輸送到下料口。機(jī)械手工作負(fù)荷為2050kg，采用PLC控制動作。要求完成的主要任務(wù)及其時間安排:1 查閱相關(guān)資料并到相關(guān)企業(yè)實(shí)地了解相關(guān)產(chǎn)品及設(shè)備的國內(nèi)外應(yīng)用及生產(chǎn)

2、現(xiàn)狀，提出設(shè)計方案并寫出開題報告；第1-4周2.完成抓取及輸送機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計及論證；第5-6周3.完成總裝圖設(shè)計；第7-9周4.完成關(guān)鍵零部件設(shè)計；第10-11周5.完成氣動原理圖設(shè)計；第12周6.完成PLC電氣控制設(shè)計；第12周7.完成一份設(shè)計計算說明書（論文）第13周必讀參考資料：1徐元昌工業(yè)機(jī)器人中國輕工業(yè)出版社，2.姜培剛，蓋玉先機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械工業(yè)出版社，3.楊公源機(jī)電控制技術(shù)及應(yīng)用電子工業(yè)出版社，2005：1911924.蔡鶴皋機(jī)電一體化技術(shù)手冊(2)機(jī)械工業(yè)出版社，1998：345.吳衛(wèi)榮氣動技術(shù)中國輕工業(yè)出版社，2005：246.龜岡紇一，施昌彥現(xiàn)代稱重技術(shù)最新質(zhì)量計測

3、技術(shù)中國計量出版社，2000：指導(dǎo)教師簽名：黃媛教研室主任簽名：黃安貽畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目自動上袋機(jī)械手設(shè)計1、課題目的及意義課題目的自動上袋機(jī)械手是從包裝生產(chǎn)線上分離出來而發(fā)展起來的，它是針對飼料、肥料、糧食、種子、面粉、添加劑等行業(yè)的1050kg大顆?；蛘叻哿习b而研制的機(jī)械系統(tǒng)。近年來，傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)和計算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出的機(jī)械產(chǎn)品，能極大的提高工業(yè)生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)是必然的發(fā)展趨勢。自動上袋機(jī)械手屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇。工業(yè)機(jī)器人是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手。在我國

4、，包裝機(jī)械始于1958年，主要是自用設(shè)備，屬于革新產(chǎn)品，未進(jìn)入市場。正式包裝生產(chǎn)線起始于七十年代初，“八五”期間呈全方位發(fā)展態(tài)勢，“九五”期間進(jìn)入轉(zhuǎn)型期，逐步成為高科技、高效益、現(xiàn)代化、國防化的產(chǎn)業(yè)。在我國包裝設(shè)備制造業(yè)近三十年的努力下，自動上袋機(jī)在數(shù)量、質(zhì)量、水平方面均有較大的進(jìn)步，為我國建立一個門類齊全、技術(shù)先進(jìn)、水平相當(dāng)、獨(dú)立完善的包裝設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。課題的國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外自動上袋機(jī)械手主要有兩種形式，一種上袋機(jī)的工作原理是：首先氣動滑臺伸出，安裝在氣動滑臺上的真空吸盤擺動機(jī)構(gòu)動作，將真空吸盤送至自動供袋機(jī)構(gòu)第一單元（有三個單元）空袋上方，并由壓緊彈簧將真空吸

5、盤與復(fù)合塑料編織袋或紙袋壓合嚴(yán)密，便于真空吸附，通過真空系統(tǒng)，利用真空吸盤將空袋吸住，擺動機(jī)構(gòu)復(fù)位；同時氣動滑臺縮回復(fù)位，當(dāng)中轉(zhuǎn)臺輸送帶上無包裝袋即空位時，真空吸盤釋放空袋至中轉(zhuǎn)臺輸送帶上。自動取袋機(jī)構(gòu)重復(fù)上述動作，吸取下一個新的包裝袋備用。隨著復(fù)合塑料編織袋或紙袋的減少（即高度的降低），通過真空吸盤上壓緊彈簧的作用，始終能夠保證真空吸盤與復(fù)合塑料編織袋或紙袋正確壓合緊密。另外一種自動上袋機(jī)是由供袋器、吸袋器、傳送帶、接袋器、取袋器等部分組成。生產(chǎn)線上的上袋工作全部由自動上袋機(jī)械手完成，工人只需要將包裝袋放到指定的儲備倉中，當(dāng)袋倉中沒有包裝袋時，送袋機(jī)會自動向袋倉中整摞地輸送包裝袋。供袋器是一

6、個兩工位的板式結(jié)構(gòu)，每一個工位可以儲存300個包裝袋，當(dāng)生產(chǎn)開始時，帶有真空吸盤的吸盤器在供袋器中將包裝袋吸住，然后向上提升到位，之后傳送給傳送器，傳送器將袋子輸送到供袋機(jī)的斜板上。在導(dǎo)向板、接袋器、吸盤和光電開關(guān)的的作用下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀，取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器的作用下包裝袋定位于包裝機(jī)的中心線上等待著裝袋機(jī)將包裝袋取走。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案：基本內(nèi)容該自動上袋機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運(yùn)設(shè)備，它可用于環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁工作的生產(chǎn)場合。自動上袋機(jī)主要由供袋小車、取袋裝置、運(yùn)送裝置、開袋裝置、上袋裝置

7、等部分組成。生產(chǎn)線上的上袋工作全部由自動上袋機(jī)械手完成，工人只需要將包裝袋放到指定的供袋裝置中，當(dāng)袋倉中沒有包裝袋時，機(jī)械手停止工作，等待人工將包裝袋放到供袋裝置上。供袋裝置可以儲存300個包裝袋，當(dāng)生產(chǎn)開始時，上吸袋氣缸下降，之后開始抽真空，使吸盤將包裝袋吸住，然后上吸袋氣缸上升到位，之后，由螺旋傳動機(jī)構(gòu)將上吸袋氣缸和料袋一起運(yùn)送到開袋處，到位后，下吸袋氣缸上升當(dāng)碰到上吸袋氣缸后，下吸盤開始抽真空，抽完真空后，下吸袋氣缸向下運(yùn)動將袋口拉開，最后由上袋機(jī)構(gòu)的氣動手指將袋口邊緣夾住，旋轉(zhuǎn)氣缸逆時針旋轉(zhuǎn)90即運(yùn)送到下料口處。上袋工藝流程如圖所示：圖上袋工藝流程圖2.2 技術(shù)方案自動上袋機(jī)械手是一個

8、典型的機(jī)電一體化設(shè)備，故它大致可以分為機(jī)械系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，傳感檢測系統(tǒng)，控制系統(tǒng)這四個部分。機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)主要是由機(jī)架、氣缸、滾動螺旋傳動部件以及上袋機(jī)構(gòu)等組成，機(jī)座是由鋼板、槽鋼和角鋼通過螺栓連接而成，調(diào)節(jié)高低螺母底座可以保證各機(jī)架水平，是上袋機(jī)械手的載體。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故機(jī)架起支撐和連接作用。氣缸是機(jī)械手的主要組成部分，負(fù)責(zé)吸袋、開袋以及上袋。滾動螺旋傳動的主要功能是將料袋從上袋處運(yùn)送到取袋開袋處。上袋機(jī)構(gòu)主要是將吸開的包裝袋運(yùn)送到下料口處。驅(qū)動系統(tǒng)自動上袋機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動，該自動上袋機(jī)械手主要用于兩位式控制，工作負(fù)荷小，對控制精度以及控制速度要求不高

9、，并且氣壓驅(qū)動成本相比較其他兩種驅(qū)動成本低，而且還具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等特點(diǎn)。氣壓系統(tǒng)由氣缸、電磁閥、氣源處理裝置、真空系統(tǒng)等組成。其中真空系統(tǒng)由真空泵、真空壓力繼電器、真空管路等組成。它是上袋機(jī)的主要部分之一，主要功能是吸袋。滾動螺旋傳動由三相異步電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動。傳感檢測系統(tǒng)傳感檢測系統(tǒng)是自動上袋機(jī)械手的“大腦”，主要是控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，使機(jī)械手按照預(yù)定的順序動作。該自動上袋機(jī)械手用到的主要傳感檢測裝置有行程開關(guān)，光電傳感器以及真空壓力繼電器。行程開關(guān)主要作用是氣缸左右以及上下運(yùn)動的限位。光電傳感器主要是檢測氣動手指是否夾住了料袋的邊緣。真空壓力繼電器是檢測抽

10、真空時是否到達(dá)了真空度的要求。控制系統(tǒng)上袋過程中動作多，運(yùn)動復(fù)雜，而所處的外界環(huán)境含有粉塵，工作環(huán)境惡劣，對控制系統(tǒng)的可靠性要求較高。由于生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，而且PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；應(yīng)用靈活，編程方便；易于調(diào)試和維修；功能完善，適用性強(qiáng)體積小能耗低等特點(diǎn)，故選擇PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。上袋機(jī)的各種動作關(guān)系復(fù)雜，I/O點(diǎn)數(shù)較多，以開關(guān)量控制為主，因此選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC作為控制的核心部件。FX2N系列是FX家族中最先進(jìn)的子系列，其標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)在最大范圍涵蓋了FX其他系列，同時具有執(zhí)行速度更快、通信功能齊全等特點(diǎn)，為工廠自動化應(yīng)用提供了最大的靈活性和控制能力。各系

11、統(tǒng)之間的關(guān)系如圖所示:圖各系統(tǒng)之間的關(guān)系3進(jìn)度安排：完成總體方案設(shè)計與論證；第56周總裝圖設(shè)計；第79周完成關(guān)鍵零部件圖設(shè)計；第1011周完成氣動原理圖設(shè)計；第12周完成PLC電氣控制設(shè)計；第12周編寫設(shè)計說明書；第13周答辯。第14周4 指導(dǎo)老師意見：指導(dǎo)教師簽名：年月日鄭重聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人簽名：日期：目錄摘要 1Abstract 21 緒論 31.1 包裝機(jī)械概述 31.2 包裝機(jī)械的國內(nèi)外現(xiàn)

12、狀 31.3 課題研究的意義及主要內(nèi)容 42 總體方案設(shè)計 62.1 初步方案設(shè)計 6 2.2 機(jī)械手上袋工序 82.3 機(jī)構(gòu)本體設(shè)計 82.3.1 供袋機(jī)構(gòu) 92.3.2 吸袋機(jī)構(gòu) 92.3.3 運(yùn)送機(jī)構(gòu) 102.3.4 開袋機(jī)構(gòu) 112.3.5 上袋機(jī)構(gòu) 113 機(jī)械零部件設(shè)計 123.1 螺旋傳動設(shè)計 123.1.1 螺旋傳動類型選擇 123.1.2 螺紋副的主要幾何尺寸 123.1.3 螺旋副的承載能力計算 133.1.4 螺旋副的校核 163.2 軸承的選型以及壽命計算 183.2.1 軸承的選型 183.2.2 軸承壽命計算 183.3 導(dǎo)軌的選型 203.4 聯(lián)軸器的選型 203

13、.5 電動機(jī)的選型 213.6 上袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計 213.7 機(jī)架的設(shè)計 224 氣動系統(tǒng)設(shè)計 234.1 氣動系統(tǒng)設(shè)計 234.1.1 氣缸選型和耗氣量計算 234.1.2 氣動回路設(shè)計 244.1.3 氣源氣路設(shè)計 244.2 真空系統(tǒng) 285 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 315.1 傳感器的選型 315.1.1 真空壓力開關(guān) 315.1.2 光電傳感器 315.1.3 行程開關(guān) 315.1.4 其他元器件選型 315.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 335.2.1 PLC的選擇以及i/o分配表 335.2.2 PLC程序設(shè)計 336 總結(jié)與展望 376.1 全文總結(jié) 376.2 研究展望 37參考文獻(xiàn) 38

14、附錄39致謝41摘要本文對自動上袋機(jī)械手進(jìn)行了方案論證、機(jī)構(gòu)設(shè)計、氣動系統(tǒng)設(shè)計以及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。其中，在方案論證上參考了我國現(xiàn)有的自動包裝機(jī)械的上袋部分，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。機(jī)構(gòu)設(shè)計方面主要考慮各機(jī)構(gòu)之間運(yùn)動的可行性，用solidworks三維軟件建立系統(tǒng)模型，并進(jìn)行運(yùn)動干涉分析。氣動系統(tǒng)的設(shè)計主要包括元器件的選型、各氣路支路的設(shè)計等。PLC程序設(shè)計，首先對工序流程進(jìn)行分析，然后編寫相應(yīng)的指令程序，這四大部分的集合涵蓋了整個上袋機(jī)械手的硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的完美結(jié)合。關(guān)鍵字：上袋機(jī)械手；氣動系統(tǒng)；PLCABSTRACTIn this paper, the aut

15、omatic bag manipulator for scheme comparison, mechanism design, pneumatic system design and PLC control system design. Among them, on the mechanical scheme comparison reference the bag on the part of existing automatic packing machinery in China, on the basis of the existing was improved. Design asp

16、ects mainly consider the feasibility of movement between the agencies, with solidworks 3d software build system model, and the movement interference analysis. The design of the pneumatic system mainly including components selection, such as design of the gas circuit branch. PLC program design, first

17、 of all, analyze the process flow, and then write the corresponding instruction program, a collection of the four most covers the whole bag of hardware and software of the manipulator system, realized the hardware system. Key word: on a bag of manipulator；pneumatic systems； PLC 1 緒論1.1 包裝機(jī)械概述自動上袋機(jī)械手

18、是從包裝機(jī)械中分離出來的一個獨(dú)立模塊。我國包裝機(jī)械起步較晚，直到上世紀(jì)80年代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、市場需求和政府的重視，我國包裝機(jī)械得到迅猛發(fā)展，逐漸由一度依靠國外進(jìn)口成套設(shè)備走向自主研發(fā)的道路【1】。近5年來，我國包裝工業(yè)的年生產(chǎn)總值每年平均以20%的速度遞增，2015年全國生產(chǎn)總值已上升為世界第二。包裝是產(chǎn)品進(jìn)入市場的必要步驟，包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)自動化的主要手段。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，我國包裝機(jī)械已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)的重要分支。在勞動成本日益上升，自動化設(shè)備的售價卻在下降的今天，包裝機(jī)械顯然已代替人工勞動，成為包裝的主角。包裝機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)如下：（1） 提高生產(chǎn)率。單純的手工包裝所需的人工勞動

19、比較多，屬于勞動密集型行業(yè)，而包裝機(jī)械代替人工勞動，提高了包裝速度，減少了人的勞動強(qiáng)度。同時，包裝機(jī)械的可靠性比較高，可以長期穩(wěn)定的工作，可減少停產(chǎn)時間。（2） 成本降低。包裝機(jī)械往往是流水線作業(yè)，一條生產(chǎn)線可以代替所有員工的工作，從長遠(yuǎn)來看，降低了勞動力成本。對于如今的工廠來說，技術(shù)才是企業(yè)的生命線，而只爭取廉價的勞動力不是長遠(yuǎn)之計。（3） 改善勞動條件。對于重量較大的包裝，包裝機(jī)械可以降低人的勞動強(qiáng)度，有了包裝機(jī)械，人工只需做些輕松的活，如照看機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、控制機(jī)器的啟動、停止等，這大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。（4） 滿足包裝的標(biāo)準(zhǔn)化。包裝機(jī)械的每一步操作都是按照預(yù)定的程序進(jìn)行的，因此每一

20、批的規(guī)格基本相同，而手工包裝很難保證。1.2 包裝機(jī)械的國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，包裝機(jī)器人早已應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)線上。投資回報是工廠考慮的主要問題，隨著機(jī)器人技術(shù)的成熟，設(shè)備價格的降低，越來越多的工廠將會選用包裝機(jī)械來獲得更大的回報。國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀如下：（1） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國的機(jī)器人市場已經(jīng)成熟，應(yīng)用也相當(dāng)普遍，主要集中于焊接、裝配等勞動強(qiáng)度大、對人的傷害大的場合。但是在成套的設(shè)備中大多還是依靠進(jìn)口。特別是一些復(fù)雜的包裝機(jī)器人，大都以高額的價格購買，然后模仿著設(shè)計，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。從這一面可以看出我國的自主研發(fā)實(shí)力還有待提高。目前國內(nèi)自動上袋機(jī)械手主要有兩種形式，一種上袋機(jī)的工作原理是：

21、首先氣動滑臺伸出，安裝在氣動滑臺上的真空吸盤擺動機(jī)構(gòu)動作，將真空吸盤送至自動供袋機(jī)構(gòu)第一單元（有三個單元）空袋的上方，并由壓緊彈簧將真空吸盤與復(fù)合塑料編織袋或紙袋壓合嚴(yán)密，便于真空吸附，通過真空系統(tǒng)，利用真空吸盤將空袋吸住，擺動機(jī)構(gòu)復(fù)位；同時氣動滑臺縮回復(fù)位，當(dāng)中轉(zhuǎn)臺輸送帶上無包裝袋即空位時，真空吸盤釋放空袋至中轉(zhuǎn)臺輸送帶上。自動取袋機(jī)構(gòu)重復(fù)上述動作，吸取下一個新的包裝袋備用。隨著復(fù)合塑料編織袋或紙袋的減少（即高度的降低），通過真空吸盤上壓緊彈簧的作用，始終能夠保證真空吸盤與復(fù)合塑料編織袋或紙袋正確壓合緊密。另外一種自動上袋機(jī)是由供袋器、吸袋器、傳送帶、接袋器、取袋器等部分組成。生產(chǎn)線上的上袋

22、工作全部由自動上袋機(jī)械手完成，工人只需要將包裝袋放到指定的儲備倉中，當(dāng)袋倉中沒有包裝袋時，送袋機(jī)會自動向袋倉中整摞地輸送包裝袋。供袋器是一個兩工位的板式結(jié)構(gòu)，每一個工位可以儲存300個包裝袋，當(dāng)生產(chǎn)開始時，帶有真空吸盤的吸盤器在供袋器中將包裝袋吸住，然后向上提升到位，之后傳送給傳送器，傳送器將袋子輸送到供袋機(jī)的斜板上。在導(dǎo)向板、接袋器、吸盤和光電開關(guān)的的作用下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀，取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器的作用下包裝袋定位于包裝機(jī)的中心線上等待著裝袋機(jī)將包裝袋取走。（2） 國外發(fā)展現(xiàn)狀國外從事包裝行業(yè)比較有實(shí)力的國家有美國、德國、日本以及意大利等國家。美國的包裝機(jī)

23、械技術(shù)含量高，可靠性強(qiáng)，在品種和產(chǎn)量方面均居世界之首。其中上袋、填充、封口等包裝機(jī)械的更新速度最快，開發(fā)出了各種各樣具有靈活性和較多功能的成套設(shè)備。例如，一種上袋機(jī)只需要對源程序稍加修改調(diào)試，就可以實(shí)現(xiàn)對不同型號的料袋進(jìn)行上袋。德國的包裝設(shè)備在制造以及灌裝方面比較有實(shí)力。啤酒飲料的灌裝速度可達(dá)12萬瓶/小時，集制袋、稱重、填充于一體的的茶葉包裝袋可達(dá)350袋/分鐘【2】。日本的包裝機(jī)械大部分是針對于食品行業(yè)，供應(yīng)的主要市場是本國。日本依靠自身雄厚的研發(fā)實(shí)力和獨(dú)特的技術(shù)，在世界的包裝領(lǐng)域穩(wěn)步上升。日本紐朗工業(yè)株式會社在包裝機(jī)、縫紉機(jī)、制袋機(jī)和印刷等方面均有研究。其開發(fā)的3CM一P型全自動包裝機(jī)采

24、用尺寸為380700一450900（寬長，mm）的牛皮紙袋或編織袋，水平3單元自動給袋，有熱封機(jī)和縫紉機(jī)封口多種可選封口方式，裝袋重量為2050kg，其最高速度達(dá)1000袋/小時。如今，包裝機(jī)器人已不再是簡單的單機(jī)運(yùn)行，國際上一些著名的包裝機(jī)械生產(chǎn)商將不同功能的機(jī)械手模塊組合，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需要。發(fā)達(dá)國家的包裝機(jī)械的自動化技術(shù)在包裝生產(chǎn)線上已占到50%以上。目前，國外包裝機(jī)械在設(shè)備可靠性、高效性、品種多樣性等方面已經(jīng)日趨成熟和完善【3】。1.3 課題研究的意義及主要內(nèi)容在包裝行業(yè)，機(jī)器人自動化是一個必然的趨勢。雖然傳統(tǒng)的人工包裝仍然占據(jù)著我國包裝行業(yè)的半壁江山，但是隨著包裝技術(shù)的不斷發(fā)展以及

25、包裝機(jī)械價格的下降，包裝機(jī)械供應(yīng)商必將瞄準(zhǔn)靈活性和穩(wěn)定性更高的包裝機(jī)器人，這樣才能更好地滿足客戶的要求。要使包裝機(jī)械的靈活性更高，這就需要對包裝機(jī)械進(jìn)行模塊化設(shè)計。本論文研究的就是包裝機(jī)械的上袋部分，所以對包裝機(jī)械模塊化有重要意義。我國包裝行業(yè)發(fā)展前景廣闊，落后的技術(shù)現(xiàn)狀以及客戶多樣化的需求，促使我國自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化設(shè)備的研發(fā)，對打破先進(jìn)國家的壟斷地位具有重要意義。本文研制的自動上袋機(jī)械手是從自動包裝機(jī)器人中分離出來的一個模塊，主要是針對2050kg包裝袋的上袋工作，實(shí)現(xiàn)料袋的吸取、運(yùn)送以及上袋過程的自動化。首先在明確本文研究的內(nèi)容上，論證自己的設(shè)計方案，對部分機(jī)構(gòu)的三維模型進(jìn)行分析，同時

26、設(shè)計與硬件配套的氣動系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。本設(shè)計要達(dá)到的技術(shù)性能如表所示。表 1.1 技術(shù)性能指標(biāo)項(xiàng)目參數(shù)備注料袋尺寸長寬：900mm460mm口袋內(nèi)膜貼合完好，袋口整齊，表面平整，袋與袋之間無粘合，非導(dǎo)電，無腐蝕性。料袋材料腹膜編織袋、牛皮紙袋填充物料粉料、顆粒、塊狀物料主要內(nèi)容將在以下章節(jié)展開：第一章：介紹上袋機(jī)器人的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及本課題研究的意義第二章：在對國內(nèi)現(xiàn)有的包裝機(jī)械進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，對包裝機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計。機(jī)構(gòu)本體方面，以不同的工序劃分子系統(tǒng)，對各個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和分析，確定上袋工序流程。第三章：主要是硬件系統(tǒng)的一些零部件的設(shè)計，主要包括滾動螺旋傳動的選型以及上袋機(jī)

27、構(gòu)和機(jī)架的設(shè)計。用solidworks軟件建立上袋機(jī)構(gòu)的三維立體模型檢測是否存在干涉現(xiàn)象。第四章：通過對工序的分析，設(shè)計符合要求的氣動系統(tǒng)和真空系統(tǒng)的氣動原理圖，對系統(tǒng)氣源主回路，以及氣缸吸盤等支路進(jìn)行分析。并對系統(tǒng)的一些元器件進(jìn)行選型。第五章：根據(jù)上袋工藝流程，配合硬件設(shè)計軟件系統(tǒng)，主要包括傳感器的選型，PLC的選用以及程序的編制。第六章：總結(jié)與展望，對論文中的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并針對設(shè)計中存在的問題與不足提出修改意見。2 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計主要是通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足自動上袋機(jī)械手控制功能的機(jī)械系統(tǒng)。主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的擬定、執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計、原動機(jī)的選擇以及傳動系統(tǒng)的設(shè)計等。

28、2.1 初步方案設(shè)計方案1如圖所示，該自動上袋機(jī)械手由供袋裝置、吸袋盤、袋子傳送器、抓袋器等組成的。供袋裝置用于為上袋機(jī)提供包裝袋，工人只需將包裝袋堆放在供袋裝置上，其余動作均由設(shè)備自動完成。包裝袋由供袋裝置供給，在工作開始前，由人工將料袋堆放到供袋裝置上，并擺放整齊，料袋開口朝向后方。由光電傳感器檢測料袋的有無，當(dāng)檢測到?jīng)]有料袋時，向plc發(fā)出信號，停止上袋工作，供袋裝置上料袋的最大儲存量為400條，正常工作時，一般擺放200300條。吸盤1從供袋裝置上吸取料袋并將包裝袋送至袋子傳送器的滾輪處。吸盤向下運(yùn)動碰到包裝袋后，真空裝置對吸盤抽真空，待抽完真空后氣缸1向上提升，到位后給袋氣缸2動作，

29、使吸盤支架旋轉(zhuǎn)一定的角度，將包裝袋送到袋子傳送器的滾筒上，此時吸盤1松開，并回到原位，準(zhǔn)備吸取下一個包裝袋。袋子傳送器的作用是把吸盤送來的包裝袋傳送到分揀器的斜板上，然后慢慢退回，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀，便于抓袋器抓取包裝袋。抓袋器的主要作用是抓取包裝袋，通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將包裝袋上舉，定位在裝袋機(jī)的取袋位置上，等待裝袋機(jī)上的開袋取袋裝置將包裝袋取走。圖2.1 方案1結(jié)構(gòu)原理圖方案2如圖所示。該自動上袋機(jī)由供袋裝置、吸盤、運(yùn)送裝置、開袋裝置、上袋臂、撐袋裝置組成。如方案1一樣人工將包裝袋放到供袋裝置上，氣缸1向下運(yùn)動，到位后抽真空使吸盤吸住料袋，然后氣缸1上升。接著由螺旋傳動機(jī)構(gòu)

30、將吸盤1吸取的包裝袋送到吸盤2、3之間，然后吸盤1釋放真空，返回準(zhǔn)備下一次循環(huán)。氣缸2向下運(yùn)動使吸盤2、3對吸將包裝袋打開，接著上袋臂由下料裝置處逆時針旋轉(zhuǎn)90到達(dá)吸盤2、3之間，由安裝在上袋臂上的氣動手指將包裝袋的袋口夾住，上袋臂順時針旋轉(zhuǎn)90即完成了整個上袋過程。對比方案1、2可以看出方案2 優(yōu)于方案1。原因有以下幾點(diǎn)：1、 方案1通過滾輪將包裝袋傳送到分揀器的斜板上，并保證包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀很難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際過程中很難達(dá)到預(yù)期的效果。2、 方案1中通過吸盤2使袋口在重力作用下自然張開，不能保證每次袋口都張開，比如發(fā)生袋口粘結(jié)問題，也不能保證每次袋口的開度都一樣，故對后續(xù)的開

31、袋取袋裝置的設(shè)計造成一定的困難。3、 方案2中包含有上袋裝置，因此不用像方案1那樣需要另外設(shè)計開袋取袋裝置。圖2.2 方案2結(jié)構(gòu)原理圖由以上分析可知，基本上選定方案2，但是方案2 中把包裝袋傳送到吸盤2、3之間會有困難，并且運(yùn)動部件太復(fù)雜。這里我們進(jìn)行優(yōu)化。方案3如圖所示，吸盤1既充當(dāng)取袋、給袋的功能，也充當(dāng)方案2中的吸盤2 實(shí)現(xiàn)吸袋功能。這不僅大大簡化了給袋機(jī)構(gòu)，而且上袋也比較容易實(shí)現(xiàn)，提高了效率，降低了成本。綜合以上所述，選定方案如下：圖2.3 方案結(jié)構(gòu)原理圖2.2 機(jī)械手上袋工序根據(jù)上述原理圖，說明該自動上袋機(jī)械手的工作過程如下：第一步：取袋上吸袋氣缸向下運(yùn)動，當(dāng)行程開關(guān)被壓下后，氣缸停

32、止向下運(yùn)動，之后由真空發(fā)生器抽真空，抽完真空后氣缸上升，完成吸袋工序。第二步：運(yùn)送由滾動螺旋傳動機(jī)構(gòu)將上吸袋氣缸取到的料袋從工作的左位運(yùn)送到右位，此過程的位置由行程開關(guān)控制。第三步：開袋當(dāng)滾動螺旋傳動機(jī)構(gòu)將料袋運(yùn)送到左位后，下吸袋氣缸向上運(yùn)動，運(yùn)動到位后，由真空發(fā)生器抽真空，抽完真空下吸袋氣缸下降，即完成了開袋工序。第四步：上袋當(dāng)料袋被打開后，上袋機(jī)構(gòu)由下料口位置逆時針旋轉(zhuǎn)90，旋轉(zhuǎn)至開袋處，氣動手指處于袋口邊緣，旋轉(zhuǎn)到位后氣動手指夾緊，上、下吸盤釋放真空，然后上袋臂逆時針旋轉(zhuǎn)90，使料袋處于下料口處等待下料。當(dāng)上、下吸盤釋放完真空后，上吸袋氣缸開始回原位。準(zhǔn)備下一個周期的上袋工作。下面結(jié)合設(shè)

33、計的技術(shù)性能指標(biāo)以及技術(shù)結(jié)構(gòu)原理圖,對上袋機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)本體設(shè)計。2.3 機(jī)構(gòu)本體設(shè)計機(jī)構(gòu)本體設(shè)計是指各零部件尺寸和零部件之間配合問題的設(shè)計，以及各元器件（包括電動機(jī)、傳感器、氣缸、吸盤等等）的選用和設(shè)計。原則上，各機(jī)械手的軌跡范圍不應(yīng)該相互重疊，如因機(jī)構(gòu)設(shè)計需求實(shí)在無法避免時，則應(yīng)該保證任意兩機(jī)械手不會在同一時間內(nèi)到達(dá)同一區(qū)域【4】。由于該上袋機(jī)械手零部件較多，系統(tǒng)比較龐大，為了便于表達(dá)和理解，本文將以機(jī)構(gòu)為單位進(jìn)行設(shè)計和敘述。根據(jù)所選方案以及課題所要求達(dá)到的功能，將整個系統(tǒng)分為供袋機(jī)構(gòu)、上吸袋機(jī)構(gòu)、運(yùn)送機(jī)構(gòu)、開袋機(jī)構(gòu)及上袋機(jī)構(gòu)這五大機(jī)構(gòu)。2.3.1 供袋機(jī)構(gòu)供袋機(jī)構(gòu)主要功能是提供包裝袋。具體包

34、括：給吸袋機(jī)構(gòu)提供包裝袋，能夠自動檢測料位是否有料袋，若無料袋，則停止工作，等待工人填放料袋。因此，主要是對以下三個方面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計：（1） 料框的設(shè)計根據(jù)供袋機(jī)構(gòu)的功能要求，設(shè)計用人工將料袋碼放到料框中。根據(jù)技術(shù)性能指標(biāo)，料框的尺寸為：900mm460mm，料框安放在小車上構(gòu)成供袋小車。（2）料袋信息有無檢測由于該系統(tǒng)能夠自動檢測有無袋料的功能，故需要安裝光電傳感器來檢測料袋的有無情況。光電傳感器對所有類型的物體都能夠響應(yīng)，不管該物體是大還是小，透明還是不透明，發(fā)亮還是暗淡，靜止還是運(yùn)動。它可以檢測幾毫米到100米的距離遠(yuǎn)的物體。光電傳感器一直處于工作狀態(tài)，直到其接收器檢測到它產(chǎn)生的

35、光束。當(dāng)光束被隔斷時，就檢測到了物體的存在。在供袋料位底板中部開一個孔，將光電傳感器安裝在孔的下面，光電傳感器的發(fā)射窗對準(zhǔn)孔口，并安裝在料位框上，這樣既能時刻檢測料袋的有無，又不影響料袋的安放與取用。（3） 料位的定位為了保證料位處于正確的位置，需要對料位的位置進(jìn)行限定，在導(dǎo)軌的兩側(cè)各設(shè)置一個限位開關(guān)，當(dāng)料位到達(dá)準(zhǔn)確的位置后，行程開關(guān)即可檢測到料位是否到位。2.3.2 吸袋機(jī)構(gòu)吸袋機(jī)構(gòu)的主要作用是取袋，即從供袋機(jī)構(gòu)的料袋跺上吸取料袋，提起后通過運(yùn)送機(jī)構(gòu)運(yùn)送到撐袋機(jī)構(gòu)處，與下吸袋吸盤對吸完成撐袋過程，待上袋子系統(tǒng)將料袋取走后返回至初始位置開始下一個周期的取袋工作，因此主要設(shè)計以下三個方面的內(nèi)容：

36、（1）吸盤的設(shè)計真空吸盤分為無動力和有動力兩類：無動力真空吸盤又稱自吸式真空吸盤，它由吊鉤帶動活塞桿抽真空，結(jié)構(gòu)簡單且無噪聲，但是一般只能吸附很輕的物體；有動力真空吸盤通過真空泵或者真空發(fā)生器獲得真空，結(jié)構(gòu)發(fā)雜且有噪聲，但由于其吸附力大可靠性高而被普遍使用【5】。有動力真空吸盤有扁平型、波紋型、和橢圓型三種。扁平型吸盤形狀各異、材料種類眾多，是最為普通的真空吸盤；波紋型真空吸盤在接觸工件時具有良好的緩沖性、吸附剛性好、吸力強(qiáng)，能吸附紙張、食品包裝袋等柔軟的制品；橢圓型吸盤最適合吸附塑料或脆弱的制品。本設(shè)計采用的覆膜編織袋具有一定的柔軟度，且考慮到緩沖性、吸附力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，采用波紋型真空

37、吸盤【6】。考慮到吸盤吸住料袋后，需要保證料袋不掉落，并且吸力主要集中于料袋的開口處，故需要較大的吸力。并且在撐袋過程中與另外一個吸盤對吸時也需較好的配合，故設(shè)計由六個吸盤組成的吸盤組，這六個吸盤形成一個長方形，如圖所示；圖2.4 吸盤組示意圖（2）吸盤位置的確定當(dāng)四個吸盤都接觸到料袋后，應(yīng)使氣缸停止向下運(yùn)動，等待吸盤抽真空。這里主要是設(shè)計一個安裝在吸盤架上的行程開關(guān)，當(dāng)四個吸盤都接觸到料袋后，行程開關(guān)被壓下，發(fā)送信號給PLC，控制上吸袋氣缸停止向下運(yùn)動，并且鎖定當(dāng)前的位置。（3）氣缸的選型根據(jù)吸袋機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計具有雙側(cè)緩沖功能的可調(diào)緩沖氣缸，當(dāng)活塞接近行程終點(diǎn)時，其減速值可根據(jù)需要進(jìn)

38、行調(diào)整。2.3.3 運(yùn)送機(jī)構(gòu)運(yùn)送機(jī)構(gòu)的主要功能是：把吸袋機(jī)構(gòu)吸取的料袋運(yùn)送到撐袋機(jī)構(gòu)處，待上袋完畢后，又將吸袋氣缸運(yùn)送回初始位置，進(jìn)行下一個周期的吸袋。因此，此處只需要設(shè)計運(yùn)送方式。這里選用螺桿螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動機(jī)構(gòu)。它可以變換運(yùn)動的傳遞形式，如將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動（螺旋壓力機(jī)，千斤頂）螺桿螺母機(jī)構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分?；瑒勇輻U螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖。但是其摩擦阻力大傳動效率低（30%40%）。滾動螺桿螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但是摩擦阻力小，傳動效率高（90%98%）?；瑒勇菪齻鲃右话銘?yīng)用于螺旋壓力機(jī)，主要是傳遞較大的動力，因此，這里選用滾動摩擦螺旋傳

39、動。根據(jù)螺桿和螺母的相對運(yùn)動情況，其基本的傳動形式有四種：螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動、螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動、螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動、螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)動并移動，根據(jù)該自動上袋機(jī)的傳動要求選用螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動的傳動形式。螺桿的支撐采用滾動軸承支撐，由于螺桿既承受軸向力又承受徑向力，因此選擇角接觸球軸承。2.3.4 開袋機(jī)構(gòu)開袋機(jī)構(gòu)的作用是將運(yùn)送過來的料袋打開，以便上袋系統(tǒng)的氣動手指夾持料袋的邊緣，進(jìn)行上袋。因此，對開袋機(jī)構(gòu)主要有以下兩個方面的設(shè)計：（1）開袋方式的選擇與取袋方式一樣，這里選擇吸盤開袋，開袋時，由下吸袋氣缸驅(qū)動吸盤2與吸盤1對吸，吸盤1不動，吸盤2向下運(yùn)動，即可完成開袋。吸盤上增加了加強(qiáng)筋，在移

40、動過程中提高了內(nèi)部穩(wěn)定性；采用適應(yīng)性強(qiáng)的密封唇，即使料袋表面有漏氣或輕微變形依然在吸取時有良好的密封性，故選擇真空吸盤吸取料袋。（2）開袋氣缸的選擇由于料袋尺寸的限制，因此對開袋氣缸的行程要進(jìn)行控制。當(dāng)袋口被吸開時，袋口的尺寸為460mm160mm，因此氣缸的行程為160mm左右，過大會導(dǎo)致料袋脫落，過小不便于后面的夾袋操作。2.3.5 上袋機(jī)構(gòu)上袋機(jī)構(gòu)的主要功能是將已經(jīng)撐開的料袋，夾取并運(yùn)送到下料口的位置，該部分主要設(shè)計夾袋裝置，上袋臂以及上袋驅(qū)動裝置。(1) 夾袋裝置夾袋裝置可以設(shè)計四連桿的同步機(jī)構(gòu)將袋口撐開，也可以選擇氣動手指將袋沿夾緊，考慮到同步機(jī)構(gòu)的設(shè)計較為復(fù)雜，而且不便于后續(xù)的下料

41、機(jī)構(gòu)下料，故選用氣動手爪，氣動手爪是模擬人的手指抓緊工件，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動作的氣缸。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為平行氣爪，擺動氣爪、旋轉(zhuǎn)氣爪和三點(diǎn)氣爪，各氣爪圖外形如圖所示。這里選擇擺動手指，這種手指可以同時移動對中，并確保抓取力矩始終恒定。由于料袋的表面比較光滑，為了防止在料袋被夾緊后滑落，故需要在手指上套一層防滑手套。圖2.5 氣爪外形圖（2） 上袋臂要將水平躺置的料袋運(yùn)送到豎直方向，就需要使料袋順時針旋轉(zhuǎn)90，故設(shè)計上袋臂這一零部件，它的一端安裝兩個氣動手指，用來夾住料袋口，另外一端安裝驅(qū)動裝置，當(dāng)氣動手指夾住料袋后繞另外一端旋轉(zhuǎn)90即可將料袋運(yùn)送至下料口的下方。（3）驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置要使上袋臂能旋

42、轉(zhuǎn)90到達(dá)下料裝置的下料口處，可以使上袋臂旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置有步進(jìn)電機(jī)、擺動氣缸等，這里選用擺動氣缸，因?yàn)閿[動氣缸相比步進(jìn)電機(jī)便宜，并且擺動氣缸可以旋轉(zhuǎn)90比步進(jìn)電機(jī)容易控制。3 機(jī)械零部件設(shè)計機(jī)械零部件的設(shè)計主要包括一些零部件的選型以及校核，對于非標(biāo)零件設(shè)計出具體的零件結(jié)構(gòu)圖，這其中還要考慮各零部件的受力、裝配等因素、相關(guān)零件之間的關(guān)聯(lián)性等。本章主要內(nèi)容包括滾動螺旋傳動選型與校核、軸承的選型以及壽命的計算、導(dǎo)軌的選型、聯(lián)軸器的選型、電動機(jī)的選型、上袋機(jī)構(gòu)以及機(jī)架的設(shè)計等。3.1 螺旋傳動設(shè)計3.1.1 螺旋傳動類型選擇螺桿和旋合的螺母的螺紋滾道間置有滾動體，當(dāng)螺桿或螺母轉(zhuǎn)動時，滾動體在螺紋滾道內(nèi)

43、滾動，使螺桿和螺母做相對運(yùn)動時成為滾動摩擦，與滑動摩擦相比，提高了傳動效率和傳動精度。根據(jù)用途不同滾動螺旋副分為兩類:（1）定位滾動螺旋副（P類）通過轉(zhuǎn)角或?qū)С逃靡钥刂戚S向位移量的滾動螺旋副。（2）傳力滾動螺旋副（T類）用于傳遞動力的滾動螺旋副，與轉(zhuǎn)角無關(guān)。本設(shè)計主要是為了傳遞動力，故選擇傳力滾動螺旋副（T類）。根據(jù)螺紋滾道法面截形、鋼球循環(huán)方式、消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊力方法的不同，滾動螺旋副的結(jié)構(gòu)有多種形式。本設(shè)計選用矩形法面截形，這種截形制造容易，接觸應(yīng)力高，承載能力低，只用于軸向載荷小，要求不高的傳動。鋼球的循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)鑲塊式，這種方式的特點(diǎn)是螺母的徑向尺寸小，和滑動螺旋副大致相同。

44、鋼球循環(huán)通道短，有利于減少鋼球數(shù)量，減小摩擦損失，提高傳動效率。返向器回行槽加工要求高，不適于重載傳動。預(yù)緊方式選擇單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊式，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，價廉，但調(diào)整不便，用于中等載荷要求預(yù)緊力不大，無需經(jīng)常調(diào)整間隙的傳動。3.1.2 螺紋副的主要幾何尺寸滾動螺旋副的主要尺寸參數(shù)是其公稱直徑（即鋼球的中心圓直徑）d0和導(dǎo)程Ph，根據(jù)它的標(biāo)準(zhǔn)系列選擇公稱直徑d0=32mm，基本導(dǎo)程Ph=5mm的滾動螺旋副。選擇螺桿采用45鋼，屈服極限s=355Mpa，強(qiáng)度極限b=600Mpa；由于該螺旋傳動的工作速度較低，故螺母采用鋁青銅ZCuAl10Fe3，許用應(yīng)力P=11Mpa。通過查表可知螺紋滾

45、道的接觸角。鋼球直徑：螺紋滾道曲率半徑：偏心距:螺紋升角：螺桿大徑：螺桿小徑：螺桿牙頂圓角半徑：螺母螺紋大徑：螺母螺紋小徑：根據(jù)上述滾動螺旋副的幾何尺寸選擇滾動螺旋副的型號為FBM3205一1一T3。3.1.3 螺旋副的承載能力計算滾動螺旋副的承載能力是以額定靜載荷和額定動載荷來表示的。它包含著滾動螺旋副在靜態(tài)或動態(tài)條件下承受一定的載荷所具備的性能，其中最重要的是基本額定載荷。（1） 基本額定靜載荷滾動螺旋副在轉(zhuǎn)速n10r/min條件下，受接觸應(yīng)力最大的鋼球和滾道接觸面間產(chǎn)生的塑性變形量之和為鋼球直徑的萬分之一時的軸向載荷，定義為基本額定靜載荷。其值可用下式計算：（取整數(shù)）式中為接觸角，即鋼球

46、的合力作用線和螺旋副軸線垂直平面間的夾角；為鋼球直徑；為每圈螺紋滾道內(nèi)鋼球的數(shù)量；為螺母的總工作圈數(shù)，；為滾動螺旋副的公稱直徑，即鋼球中心圓直徑；為螺桿滾道的曲率半徑；為基本額定靜載荷值，與滾道的幾何形狀，材料性能等有關(guān)。根據(jù)上式可計算得：（2）基本額定動載荷一組相同參數(shù)的滾動螺旋副，在相同條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，90%的螺旋副不發(fā)生疲勞剝傷所能承受的純軸向載荷，定義為基本額定軸向載荷?；绢~定動載荷值可用下式計算：式中為接觸角；為每圈螺紋滾道內(nèi)鋼球的數(shù)量；為鋼球直徑；為螺母的總工作圈數(shù)，；為滾動螺旋副的公稱直徑，即鋼球中心圓直徑；為導(dǎo)程；為有效工作行程；為螺母滾道的曲率半徑；為螺桿滾道的曲率

47、半徑；為工作行程系數(shù)；為螺母的適應(yīng)度；為螺桿的適應(yīng)度；為額定動載荷特性值，與滾道的幾何形狀，材料性能等有關(guān)。3.1.4 螺旋副的校核滾動螺旋副的校核主要包括，螺桿壽命的校核、螺桿的強(qiáng)度校核、臨界轉(zhuǎn)速的校核。（1）螺桿的壽命校核螺桿的壽命條件為：式中為工作壽命系數(shù)，這里??；為轉(zhuǎn)速；為軸向載荷；為硬度影響系數(shù)，；為短程系數(shù)，這里??；由上式可計算得：因此，該滾動螺旋副滿足壽命要求。（2）靜載荷計算靜載荷條件為：式中為硬度影響系數(shù),由于硬度大于,故取為。，故滿足靜載荷條件。（3）螺桿的強(qiáng)度校核螺桿的當(dāng)量應(yīng)力可用下式計算：式中為傳遞轉(zhuǎn)矩；為驅(qū)動電機(jī)的額定功率；為轉(zhuǎn)速；為材料的屈服點(diǎn)；螺桿的小徑；為螺桿材

48、料的許用應(yīng)力；由上式可得：因此，滾動螺旋副的螺桿滿足強(qiáng)度要求。（4）校核螺桿的臨界轉(zhuǎn)速對于鋼制螺桿臨界轉(zhuǎn)速的公式為：式中為螺桿兩支承周間的最大距離；為系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)計算可得臨界轉(zhuǎn)速為：應(yīng)使轉(zhuǎn)速，而。故，臨界轉(zhuǎn)速滿足要求。3.2 軸承的選型以及壽命計算3.2.1 軸承的選型軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動載荷。在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷

49、時，可選用推力滾子軸承。當(dāng)軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。這里選用角接觸球軸承，它既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷。選擇一對正裝的7205AC角接觸球軸承，軸承基本額定動載荷。3.2.2 軸承壽命計算由于所有重物估算為50kg，故Fr1=Fr2=250KN，軸承的軸向載荷為Fa=500KN。軸承受力示意圖如圖所示：圖3.1 軸承受力示意圖對于的角接觸球軸承派生軸向力計算公式為：因此，,故軸承1放松軸承2被壓緊。由，故取。由，故取。由于螺桿傳動載荷平穩(wěn)，沒有振動，故取沖擊載荷系數(shù)fP，則當(dāng)量動載荷P的計算公式為：因此，由于P2P1,故只需計算軸承2的壽命。軸承壽

50、命計算公式為：式中，為軸承的基本額定壽命；為軸承的基本額定動載荷；為溫度系數(shù)；為螺桿的轉(zhuǎn)速；為當(dāng)量動載荷；為壽命指數(shù)，球軸承；滾子軸承。在常溫下工作T100,取溫度系數(shù)ft=1，由軸承壽命計算公式(3一25)計算得3.3 導(dǎo)軌的選型滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有許多特點(diǎn)：1、摩擦系數(shù)小，運(yùn)動靈活；2、動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3、可以預(yù)緊，剛度高；4、壽命長；5精度高；6、潤滑方便，可以采用脂潤滑。一次填充，長期使用；7、由專業(yè)廠家生產(chǎn)，可以外購選用。因此滾動導(dǎo)軌副廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)和測量儀器等。本設(shè)計采用滾動導(dǎo)軌是為了實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)動平穩(wěn)無爬行

51、和精確位移。滾動導(dǎo)軌的類型很多，按運(yùn)動軌跡分有直線運(yùn)動導(dǎo)軌和圓運(yùn)動導(dǎo)軌；按滾動體的形式分有滾珠、滾柱和滾針導(dǎo)軌；按滾動體是否循環(huán)分為有滾動體不循環(huán)和滾動體循環(huán)。本設(shè)計選用直線運(yùn)動導(dǎo)軌滾動體為滾珠，滾珠不循環(huán)。滾動直線導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋、以及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊做相對運(yùn)動時，鋼球沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過反向器進(jìn)入反向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動運(yùn)動，反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。鋼球的承載形式，與角接觸球軸承相似，一個滑塊就像是4個直線運(yùn)動的角接觸球軸承，導(dǎo)軌軸的安裝形式可以水平，也可以豎直或傾斜。選擇GGF型號的導(dǎo)軌，這是一種分離型滾動直線導(dǎo)軌副。可以上下左右等載荷，可調(diào)整預(yù)加載荷，適用于組合機(jī)械手。選擇型號為GGF20-2-I1200。3.4 聯(lián)軸器的選型聯(lián)軸器的選型包括選擇聯(lián)軸器的類型和型號。常用聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，一般情況下只需正確選擇聯(lián)軸器的類型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。必要時，可對其易損的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行負(fù)荷能力的校核計算，轉(zhuǎn)速高時，還應(yīng)驗(yàn)算其外緣的離心應(yīng)力和彈性元件的變形，進(jìn)行平衡檢驗(yàn)等。這里選擇剛性聯(lián)軸器，由于上袋機(jī)的功率較小，這里主要依據(jù)螺桿以及電動機(jī)的