主動(dòng)柱齒輪自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與PLC控制說(shuō)明書(shū)1 2

摘要本次所設(shè)計(jì)的課題是:主動(dòng)柱齒輪自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)與PLC控制。零件是長(zhǎng)春一汽底盤(pán)分廠制造的汽車底盤(pán)中減速器里的主動(dòng)柱齒輪，它主要用于載重汽車的底盤(pán)中，起著傳遞轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究上下料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，所要完成的任務(wù)包括：繪制零件圖（A3）、設(shè)計(jì)輸送工件毛坯用的送料機(jī)構(gòu)（A0），設(shè)計(jì)銑端面和打中心孔的起夾緊作用的液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)（A0）、設(shè)計(jì)此套機(jī)構(gòu)的控制部分（主要使用歐姆龍C系列P型機(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)時(shí)，采用液壓缸壓力驅(qū)動(dòng)，鏈條鏈輪、齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳送工件的目的；設(shè)計(jì)液壓夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，采用液壓缸壓力驅(qū)動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)兩側(cè)同時(shí)對(duì)工件夾緊；設(shè)計(jì)控制部分大采用C60P型PLC，對(duì)機(jī)構(gòu)所要求的功能進(jìn)行控制，并注意急停、保護(hù)部分。最后，將送料機(jī)構(gòu)]液壓滑臺(tái)、控制部分及同組同學(xué)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)、機(jī)床總體布局、液壓部分總體規(guī)劃，從而形成一個(gè)完整的機(jī)電一體化的上下料機(jī)構(gòu)，以完成自動(dòng)加工主動(dòng)柱齒輪的第一道工序。關(guān)鍵詞：液壓機(jī)構(gòu)；送料機(jī)構(gòu)；鏈輪鏈條；PLC控制。AbstractTheobjectofthisdesignjustbeforeourgraduationisainitiativepillargearforthecarbed---rocklyinginthedeceleratingdeviceoftheautomobilebed---rocks,whicharemanufacturedbytheFirstCar---ManufacturerofChangchun.Itisprimarilyusedtotransmitthetorsionandtorquesofthebed---rockinsideheavyautomobileandalsocandecelerate.Themainresearchingworkofthisdesigningistostudytheparticularfixtureamongitwhichincluding:drawingthepartdiagram(A3),designingastockfortransmittingthematerialsofworkpiece(A0),designastocktotightthetotaldiagram(A0),designingcontrollingpartofthismachine(mainlyusingOMRONseriousCsizePLCtocontrol).Whendesigningthestockfortransmitting,adoptingliquid,presstorealizegearandrack,wheeltrackandrack’sremoving,thenworkpiececanremoveonetoanother.Whendesigningthepressurestock,adoptingliquidpresstorealizegearandrack’sremoving,thenthestockcantighttheworkpiecebythetwosidesatthesametime.Whendesigningthecontrollingpart,usingC60PsizePLC,toachievethecommandingfunction,andnoticingurgentstopping,protectpart,Finally,designingsendingmachine,pressuremachine,controllingpart,andtheorientationdiagramofmachinetool.Thediagramofwholepartputting,thepressurepartwhichisdesignedbymyclassmateinthesamehard,formingawholemachineforupanddownthematerials,thenthefirstprocessofinitiativepillargearcanbeautoprocessed.KEYWORD:pressuremachine,amaterialfortransmitting,gearandrack’Wheelrackandrack,PLCcontrolling.前言在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域里,材料的搬運(yùn),機(jī)床上下料,整體的裝配等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是十分必要的。在機(jī)械工業(yè)部門,這些程序的費(fèi)用占全部加工費(fèi)用的三分之一以上，所費(fèi)時(shí)間占加工時(shí)間的三分之二以上，且絕大多數(shù)的事故發(fā)生在這些工序.自動(dòng)上下料裝置和工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的。工業(yè)機(jī)械手在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)。它是在自動(dòng)上下料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)械裝置。開(kāi)始主要用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工作,完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化.隨著應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,現(xiàn)已用來(lái)操作工具和完成一定作業(yè)。而本次所設(shè)計(jì)的自動(dòng)上下料專用機(jī)構(gòu),是利用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和電器系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)線的自動(dòng)工作循環(huán)。在成批大量生產(chǎn)中,尤其在要求生產(chǎn)率很高,機(jī)動(dòng)工時(shí)很短的情況下,上下料是一項(xiàng)重復(fù)而繁重的工作,為提高生產(chǎn)率,減輕體力勞動(dòng),保證安全生產(chǎn),采用自動(dòng)上下料裝置是行之有效的方法.而且,實(shí)踐也證明,工業(yè)機(jī)械手在加工主動(dòng)柱齒輪的時(shí)候可以代替人手減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件,提高生產(chǎn)率。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)操作方便,電器系統(tǒng)控制靈活,成本低,工作可靠,完全能滿足我們的工作性能要求。因此本次主動(dòng)柱齒輪自動(dòng)上下料裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)及電器控制的工業(yè)機(jī)械手。伴隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展,自動(dòng)化程度的迅速提高,實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視。自動(dòng)上下料裝置和工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的。一個(gè)好的自動(dòng)上下料裝置應(yīng)該滿足以下條件：(1)提高工人勞動(dòng)生產(chǎn)率,顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；(2)工作穩(wěn)定可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，不會(huì)損傷工人，使用壽命長(zhǎng)；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)化零部件，通用性好，易于制造，成本低。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證,本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)上下料專用機(jī)構(gòu)基本達(dá)到預(yù)期要求。同時(shí)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)也對(duì)自己大學(xué)幾年來(lái)的專業(yè)課知識(shí)作了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，加深了理解。鑒于本人的學(xué)識(shí)能力有限和設(shè)計(jì)時(shí)間短暫，因此難免有一些差錯(cuò)和不足，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。目錄摘要………………………1Abstract…………………2前言……………………3第1章傳動(dòng)方案擬定………………….61.1概述………………61.2傳動(dòng)方案的擬定…………………6第2章自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………82.1傳動(dòng)方案的論證………………82.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………102.2.1液壓缸類型的確定…………102.2.2基本參數(shù)的確定…………102.2.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性校核……………122.2.4計(jì)算流量…………………132.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………132.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………..162.5平鍵的選擇與校核…………….182.6花鍵的選擇與校核……………..192.7齒輪參數(shù)的確定………………..19第3章液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………203.1液壓夾緊滑臺(tái)的整體設(shè)計(jì)……………………213.2液壓滑臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算………21第4章機(jī)構(gòu)的電氣控制部分設(shè)計(jì)…………………..244.1可編程控制器概述……………244.2機(jī)構(gòu)控制部分設(shè)計(jì)……………264.2.1OMRONC系列P型機(jī)簡(jiǎn)介………………264.2.2設(shè)計(jì)所選機(jī)型…………….274.2.3機(jī)構(gòu)的I/O分配………….274.2.4機(jī)構(gòu)控制流程……………284.2.5機(jī)構(gòu)的梯形圖程序………29第5章工藝說(shuō)明工書(shū)………………315.1零件的作用……………………315.2齒輪的毛坯選擇………………315.2.1毛坯的選擇………………315.2.2齒輪的計(jì)算………………315.3齒輪加工工藝分析……………325.3.1工藝過(guò)程分析……………325.3.2定位基準(zhǔn)的確定…………335.3.3齒端加工…………………335.3.4精基準(zhǔn)修正………………33結(jié)論……………………34謝辭……………………35參考文獻(xiàn)………………36第1章傳動(dòng)方案擬訂1.1概述本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的課題是《主動(dòng)柱齒輪自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)與PLC控制》，需要完成的任務(wù)有：繪制零件圖設(shè)計(jì)送料用的送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)夾緊工件用的液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)繪制送料機(jī)構(gòu)及液壓夾緊滑臺(tái)的典型零件圖設(shè)計(jì)此套機(jī)構(gòu)的PLC控制程序完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)其中重點(diǎn)和難點(diǎn)是送料機(jī)構(gòu)，液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)，PLC控制部分的設(shè)計(jì)。本零件是底盤(pán)制造廠制造的汽車減速器的主動(dòng)柱齒輪，它主要用于載重汽車的底盤(pán)中，起著傳遞轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速的作用。該零件需經(jīng)過(guò)毛坯鍛造，銑兩端面“，鉆中心孔等工序，才能夠生產(chǎn)出產(chǎn)品。該零件產(chǎn)量為30000件/年，零件重量約為15kg/件，可知其產(chǎn)量屬于中批量生產(chǎn)。為了提高加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和減少?gòu)U品率，將進(jìn)行部分工序自動(dòng)化，由專用機(jī)床代替工人生產(chǎn)，自動(dòng)進(jìn)行送料，上下料等，既減少了工人工作時(shí)間，又提高了生產(chǎn)效益，因此一個(gè)工人可同時(shí)對(duì)多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行操作，使人員配制更加合理。本著這些目的，進(jìn)行上下料自動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是很必要的，而機(jī)械手的設(shè)計(jì)將為以后的生產(chǎn)線提供廣泛的用途。1.2傳動(dòng)方案的擬訂在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，需要較多的機(jī)械手和送料機(jī)構(gòu)，要求使零件的設(shè)計(jì)和制造滿足產(chǎn)品的“三化”要求——系列化，通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。這樣才能夠使機(jī)構(gòu)不但制造和裝配方便，簡(jiǎn)單，而且維修時(shí)各個(gè)零部件更換容易，故各送料機(jī)構(gòu)和上下料機(jī)構(gòu)機(jī)械手的傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)尺寸都設(shè)計(jì)成基本相同，差別只在于安裝的方向上，因此料道和機(jī)械手是整個(gè)生產(chǎn)線的基本組成單元。工件的傳動(dòng)路線如下：毛坯放置在送料機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈上→送料機(jī)構(gòu)將工件輸送到機(jī)械手能夠接觸到的地方（行程開(kāi)關(guān)控制）→上料機(jī)械手夾持工件，將工件放置在托料架上→托料架動(dòng)作，機(jī)械手回位→液壓夾緊滑臺(tái)夾緊工件→兩床頭橫向相向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行銑端面→兩床頭縱向相向運(yùn)動(dòng)，鉆中心孔→兩床頭反向縱向相背運(yùn)動(dòng)，鉆孔完成→兩床頭反向橫向相背運(yùn)動(dòng)，退出切削，夾具松開(kāi)→托料架上升，工件進(jìn)位→下料機(jī)械手夾持工件，再將工件置于第二道工序的送料機(jī)構(gòu)上，如此反復(fù)，就可以實(shí)現(xiàn)工件的流水線了。在本次設(shè)計(jì)值得注意的是：行程開(kāi)關(guān)，作為位置檢測(cè)元件，在檢測(cè)處定位精度較低，因而往往不單獨(dú)使用，而是輔以定位元件或擋塊等元件定位；使用位置傳感器作為更精密的位置檢測(cè)元件，以檢測(cè)元件是否放對(duì)位置（托料架上）；使用壓力傳感器作為判斷夾緊力的元件，以及判斷工件是否夾緊。由于此次設(shè)計(jì)所涉及的動(dòng)作較多，故需要使用較多的I/O端子的PLC，因此選用OMRON的C系列P型號(hào)C60PPLC，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。第2章自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1傳動(dòng)方案的論證傳動(dòng)方案的確定，在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中起著相當(dāng)重要的作用，傳動(dòng)方案是否合理，這直接影響著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作效率，而合理的傳動(dòng)方案不僅能夠滿足機(jī)器的功能要求，而且還應(yīng)該使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，傳動(dòng)效率高，使用維修方便，以及適應(yīng)各種工作條件等要求，在傳動(dòng)系統(tǒng)中的方案確定過(guò)程中，要同時(shí)滿足這些要求是比較困難的，因此我們要將擬訂的各種傳動(dòng)方案進(jìn)行比較，使傳動(dòng)能夠滿足重點(diǎn)要求的，綜合性能較高的方案就是我們所要的傳動(dòng)方案。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的主要傳動(dòng)要求是能夠?qū)崿F(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，使工件在一個(gè)工件完成加工后再送入到待加工位置。為此我們擬訂了三種傳動(dòng)方案：1.液壓傳動(dòng)；2.氣壓傳動(dòng)；3.電氣傳動(dòng)。方案一的傳動(dòng)特點(diǎn)：液壓傳動(dòng)各執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和力（力矩）是靠液體來(lái)傳動(dòng)的，所以液體的質(zhì)量和清潔度將直接影響到液壓設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀況。在相等功率條件下，液壓傳動(dòng)設(shè)備比機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備體積小，重量輕，運(yùn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)性能好，換向頻率高。其往復(fù)回轉(zhuǎn)動(dòng)作可達(dá)每秒500次，往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)可達(dá)1000次。液壓設(shè)備中，液壓系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)聯(lián)合使用，自動(dòng)化程度高。液壓設(shè)備要保持良好的技術(shù)狀態(tài)就必須做到控制油液污染，控制泄露和控制溫升及吸空等。液壓設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，通用較強(qiáng)的液壓元件組成，故便于設(shè)計(jì)制造和推廣使用。液壓傳動(dòng)設(shè)備具有自我潤(rùn)滑和自動(dòng)防止過(guò)載的保護(hù)能力，故使用起來(lái)安全可靠。由于液壓傳動(dòng)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所傳遞的力，速度，位移可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1：2000），故能迅速適應(yīng)被控制參數(shù)的變化。液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化，系列化的水平較高，故液壓設(shè)備一般比機(jī)械設(shè)備技術(shù)改造投資少，時(shí)間短，并且容易實(shí)現(xiàn)。液壓元件屬于精密零件，因此元件的維修比較困難。液壓設(shè)備的故障有隱蔽性和多樣性，因此故障原因的判斷要比機(jī)械故障的判斷難得多。方案二的傳動(dòng)特點(diǎn)：氣體流動(dòng)時(shí)慣性小，所以氣動(dòng)元件的動(dòng)作快，反映靈敏，在系統(tǒng)中建立起一定壓力和流速所需的時(shí)間短?？諝獾恼承孕。虼嗽诠艿乐辛鲃?dòng)的壓力損失小，便于集中供氣和壓縮空氣的遠(yuǎn)距離傳輸。氣動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)是空氣，因此不存在變質(zhì)，補(bǔ)充和更換問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性好。氣動(dòng)系統(tǒng)中回氣可直接排入大氣，不需要設(shè)置回氣管路，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。氣動(dòng)系統(tǒng)的工作性能對(duì)溫度變化不敏感，幾乎在0~200℃范圍均可工作，并且在高溫下不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。由于工作壓力低，可降低對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度要求?？諝獾娜莘e模量比壓力油小得多，所以氣動(dòng)元件的速度剛度比液壓系統(tǒng)低，低速穩(wěn)定性差。氣壓信號(hào)比電氣信號(hào)傳播速度慢，所以氣動(dòng)系統(tǒng)的快速性和響應(yīng)頻率不如電氣控制系統(tǒng)。與機(jī)械傳動(dòng)相比，也不如機(jī)械傳動(dòng)準(zhǔn)確性高。氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)一定的外泄是允許的，因?yàn)橥庑沟目諝獠粫?huì)污染工作環(huán)境，也不會(huì)影響氣壓傳動(dòng)的質(zhì)量；但由于氣動(dòng)系統(tǒng)本身工作壓力不高，所以要盡可能也減少泄露?？諝鉀](méi)有潤(rùn)滑性能，其中又含水蒸氣，所以氣動(dòng)元件的工作條件比液壓元件差。方案三的傳動(dòng)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，單機(jī)容量大，能實(shí)現(xiàn)高速傳動(dòng)；電力傳動(dòng)中的直流傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的調(diào)速性能，其調(diào)整的范圍也很寬，平滑性好，響應(yīng)速度和頻率高。電動(dòng)機(jī)能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)的容量選擇困難，其容量大小回造成電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境要求較高，需要空氣中不含易燃易爆和防腐蝕的氣體。結(jié)合本送料機(jī)構(gòu)傳遞系統(tǒng)功率不大以及間歇傳動(dòng)的特點(diǎn)，如果選擇氣壓傳動(dòng)，不但會(huì)造成間歇傳動(dòng)中的定位不準(zhǔn)確，而且產(chǎn)生的噪聲也大，是工人的工作環(huán)境變差，并且氣壓系統(tǒng)中的壓力也無(wú)法達(dá)到要求，故不選用氣壓傳動(dòng)。電氣傳動(dòng)結(jié)合本傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，就需要選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，這樣不僅是使用設(shè)備是成本增加，而且還需要另設(shè)置單獨(dú)的控制系統(tǒng)，況且電動(dòng)機(jī)在頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中容易損壞，故不選用電動(dòng)傳動(dòng)方案。因此，我們選用液壓傳動(dòng)方案，這樣不僅可以達(dá)到本系統(tǒng)的要求，而且工作較平穩(wěn)，產(chǎn)生的噪聲相當(dāng)小，在工件傳動(dòng)同時(shí)在一定程度上還避免了上述兩種方案所帶來(lái)的弊端。在工件傳動(dòng)方案的選擇中，由于工件的質(zhì)量和體積較大，形狀比較復(fù)雜，無(wú)法選擇帶式傳動(dòng)。結(jié)合鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)，可用于遠(yuǎn)距離傳輸，鏈條和鏈輪的平均傳動(dòng)比恒定，而且在高溫，油，酸等惡劣環(huán)境下能夠可靠的工作，價(jià)格也比較便宜，傳動(dòng)效率高，故選用鏈傳動(dòng)作為工件的輸送形式。選定液壓驅(qū)動(dòng)方式及采用鏈傳動(dòng)的輸送形式后，如何使兩者能夠聯(lián)接起來(lái)形成一個(gè)整體統(tǒng)一的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。由于本方案中采用的是齒輪齒條傳動(dòng)，它的基本設(shè)計(jì)思路是：設(shè)計(jì)一齒條和齒輪嚙合并有鋸齒的齒輪，并將齒輪安裝在固定的長(zhǎng)軸上。當(dāng)液壓驅(qū)動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)，齒條的往返移動(dòng)帶動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒輪的旋轉(zhuǎn)使鋸齒相互配合，帶動(dòng)另外的帶有鋸齒的齒輪旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)該齒輪（該齒輪與軸的花鍵部分配合）帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)在鏈條上的工件進(jìn)位。在這里值得注意的是，實(shí)際工件的進(jìn)位只能夠是一個(gè)不變的方向，而不是變動(dòng)的。因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們考慮用鋸齒形齒的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)齒條向工件移動(dòng)的相反方向移動(dòng)時(shí)，鋸齒雖然接觸但不產(chǎn)生反作用力，不能夠推動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而工件不動(dòng)，如此就實(shí)現(xiàn)了工件的間歇定向傳動(dòng)。2.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸是液壓系統(tǒng)中的對(duì)外作功元件，它與工作部件直接相聯(lián)接，由于不同工作部件的用途和工作要求并不相同，因此在設(shè)計(jì)前要做好調(diào)查研究，準(zhǔn)備必要的原始材料和設(shè)計(jì)依據(jù)，其中主要有：主機(jī)的用途和工作條件工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，負(fù)載情況，行程大小和動(dòng)作要求液壓系統(tǒng)中的工作壓力和流量有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范2.2.1液壓缸類型由液壓缸工作條件及設(shè)備用途方面考慮，選用雙作用單活塞桿液壓缸。2.2.2基本參數(shù)的確定1.液壓缸工作負(fù)載的確定根據(jù)料道的液壓缸工作特點(diǎn)，其主要外負(fù)載為克服鏈傳動(dòng)中齒輪與支座之間的摩擦，F(xiàn)m，以及運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載Fg，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的摩擦阻力Ff,故F=Fm+Fg+Ff.考慮到在實(shí)際情況中各處動(dòng)力損失較復(fù)雜，故將工作負(fù)載擴(kuò)大50%。Fm=μN(yùn)=0.2×431=86.2N故支座重力（即齒條所受壓力）N=πR2hρg=431N=216NFf根據(jù)工作情況，估算Ff=1500N故F=1500+86.2+216×（1+50%）=2703.3N因此取F=3000N工作速度的確定根據(jù)實(shí)際工作情況，選用GE系列調(diào)節(jié)流量閥，查得最小流量為0.05L/min，由實(shí)際工作中可得Vmin=80cm/min。行程確定液壓缸的工作行程長(zhǎng)度應(yīng)該根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定。由于工作的最大外徑為Φ150min，再加上工件之間應(yīng)該有適當(dāng)距離，故取工件之間的距離為250mm，參照參考資料[3]，取標(biāo)準(zhǔn)值為200mm。液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定根據(jù)參考資料[2]表37.5-3，37.5-5查得，P1=2MPa，P2=0.3MPa。所以D=47mm。根據(jù)參考資料[2]，表37.5-8，取標(biāo)準(zhǔn)值D=50mm。根據(jù)參考資料[2]，37.5-6取d/D=0.5，因此d=0.5×D=25mm。壁厚及外徑計(jì)算液壓缸的壁厚是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處厚度。由于本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的工作壓力較低，屬于中低壓系統(tǒng)，液壓缸的壁厚無(wú)法用公式進(jìn)行計(jì)算，只能按經(jīng)驗(yàn)選取δ=10mm。缸體的外徑D1=D=+2δ=50+2×10=70mm。缸蓋厚度的確定選取液壓缸蓋為平地底缸蓋，缸蓋上根據(jù)需要鉆有進(jìn)油口、出油口和緩沖器作用的沉孔，缸蓋厚度為=17mm。[δ]查閱相關(guān)資料得[δ]=25MPa，Py為最大工作壓力的1.25～1.5倍。圓整取t=18mm，故缸蓋厚度為18mm。7.活塞寬度B和缸體長(zhǎng)度一般B=（0.5～1.0）D，由于系統(tǒng)的壓力較低，取B=0.5D=0.5×50=25。液壓缸內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)是活塞的行程和活塞的寬度之和，故得液壓缸的內(nèi)部長(zhǎng)度為L(zhǎng)=200+25=225mm。缸體的外部長(zhǎng)度除了要考慮內(nèi)部長(zhǎng)度外，還應(yīng)考慮到兩端蓋的厚度，所以液壓缸的外部長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=L=2t=225+2×18=261mm。2.2.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算與穩(wěn)定性校核1.液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)材料力學(xué)的理論，一根受壓的直桿，在其軸向負(fù)載F超過(guò)穩(wěn)定臨界力Fk時(shí)，即失去原有直線狀態(tài)下的平衡，或稱為失穩(wěn)。對(duì)于液壓缸其穩(wěn)定條件為：Nk為穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般Nk取2～4。其中，μ為長(zhǎng)度折算系數(shù)；E為活塞桿材料的縱向彈性模，E取205.9GPa；I為活塞桿斷面的最小慣性矩；r為活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑，。經(jīng)計(jì)算得：Fk=71040N，式中Nk=2。，故液壓歸納感穩(wěn)定。2.活塞桿強(qiáng)度校核用的A系≤[σ][σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力，查參考資料[4]，表2-7查得σs=355MPa，[σ]=σs/n=236.667MPa，式中σs為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，n=1.4～2。實(shí)心活塞桿d1=0。因此=6.115MPa＜[σ]故活塞桿強(qiáng)度足夠。2.2.4計(jì)算在各工作階段液壓缸所需流量直線型運(yùn)動(dòng)液壓缸只有兩種工作狀態(tài)，即工進(jìn)與有退回。速度公式為：流量公式為：Q=VA工進(jìn)時(shí)行程為180mm，所需時(shí)間為2.5s，故工作速度為V退回=（180×10-3×60）/2.5=4.32m/min，Q工進(jìn)=πD2V工進(jìn)/2.5=8.48L/min。退回時(shí)行程為180mm，所需時(shí)間為1.5s，所以V退回=（180×103×60）/2.5=7.2m/minQ退回=π（D2-d2）V退回/4=10.6L/min2.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算鏈傳動(dòng)是應(yīng)用比較廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，特點(diǎn)如下：鏈傳動(dòng)為帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，與帶傳動(dòng)相比，無(wú)滑性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，故能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞圓周力大，張緊力比帶傳動(dòng)小；與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)能吸振和緩和沖擊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低廉，安裝精度要求低，適用于較大中心距的傳動(dòng)，能在惡劣環(huán)境中工作。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比不宜在載荷變化大和急速反向傳動(dòng)裝置中應(yīng)用；工作有噪聲，鏈條鉸鏈易磨損，只能傳遞平行軸間的同向轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。鏈傳動(dòng)在送料機(jī)構(gòu)中是最重要的傳動(dòng)形式，它直接決定著工件能否準(zhǔn)確地被送到需要的位置。本次設(shè)計(jì)中為了使鏈條采購(gòu)方便，采用普遍應(yīng)列套筒滾子鏈，初步選取傳遞功率P0為1.2Kw，鏈輪的轉(zhuǎn)速n0為20r/min，并且為了使工件能夠較好的在水平線上移動(dòng)，因此選取兩鏈輪的直徑大小相同，從而使鏈條在水平線上傳動(dòng)，達(dá)到了使工件平移的目的。初步選取傳動(dòng)比為i=1。1.確定鏈輪齒數(shù)Z1，Z2取奇數(shù)，鏈節(jié)數(shù)Lp為偶數(shù)時(shí)，可使鏈條和鏈輪齒磨損均勻，根據(jù)優(yōu)先選用齒數(shù)，（參考資料[5]中表7-4）選取Z1=25。因?yàn)閕=Z1/Z2，即1=Z2/25。所以Z2=25。即從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為25。2.設(shè)計(jì)功率PdPd=KAPK2（1）式中KA-工況系數(shù)，選取KA=1.0，查閱參考資料[6]表（3-5）。P-傳遞功率，KW；K2-小齒輪數(shù)系數(shù)，K2=1.35。則Pd=1.0×1.2×0.611=0.73KW。3.特定條件下單排鏈條傳遞的功率P0式中：Kz-從動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)，由參考資料[5]選取Kz=1.34，Kp-排數(shù)系數(shù)，選取系數(shù)Kp=1。于是P0=0.90KW。4.鏈條節(jié)數(shù)P為使傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，宜采用小節(jié)矩單排鏈。根據(jù)P0和n，選取ISO鏈號(hào)為20A，節(jié)矩P=31.75（A級(jí)鏈用于重載，高速和重要場(chǎng)合）5.初定中心距a0一般取a0=（30～50）P，無(wú)張緊裝置時(shí)，a０＜２５p，當(dāng)i＝４時(shí)，a０min＝0.2z１(i+1)p，得a０min＝10P．６.以節(jié)距計(jì)算初定中心距a０p(3)所以a０p＝40節(jié)７.鏈條節(jié)數(shù)LP式中，．知Ｋ＝０．則LP＝105為避免使用過(guò)度鏈節(jié),將LP值圓整為偶數(shù),則LP=106.8.鏈條長(zhǎng)度L代入數(shù)據(jù)L=3.37m.9.計(jì)算中心距ac當(dāng)z1=z2時(shí),代入數(shù)據(jù)ac=1285.9mm10.實(shí)際中心距a為了使鏈條松邊有合適的垂度,需將計(jì)算中心距減小(<a).對(duì)于中心距不可調(diào)或無(wú)張緊裝置的傳動(dòng),△a取小值,中心距可調(diào)的取大值,a=ac*△a.一般△a=(0.002～0.004),選△a=0.003ac.11.鏈條速度v代入數(shù)據(jù)v=0.264m/s12.計(jì)算作用在軸上的壓力QF=10000Pd/v=2765NQ=1.3F≈3595N13.計(jì)算鏈傳動(dòng)分度圓直徑=280.97≈281mm=7.2°齒頂圓直徑:da=P(0.54+ctg180°/2)=295.65mm齒根圓直徑:df=d-dr=261.92mmdr為滾子外徑,本次設(shè)計(jì)中滾子外徑dr=19.05mm14.鏈輪材料及熱處理材料:40Cr;齒圈淬火,硬度HRC40～50;σb=980MPa,σs=785MPa.15.選擇潤(rùn)滑方式設(shè)計(jì)中采用開(kāi)式鏈傳動(dòng),只能夠定期拆下用煤油澆洗,即等鏈條干燥后將鏈條浸入70～80℃的潤(rùn)滑油中,待鏈條間隙充滿油液后使用.對(duì)于v≤0.6m/s的低速鏈傳動(dòng),其主要的失效形式是鏈條靜力拉斷,故低速鏈應(yīng)該按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算.設(shè)計(jì)時(shí),可依據(jù)已知條件初選鏈條的型號(hào),然后進(jìn)行校核計(jì)算,滿足靜強(qiáng)度條件即可選用.靜強(qiáng)度應(yīng)滿足下式:≥4～8式中,s—靜強(qiáng)度安全系數(shù);Q’—鏈條的最低破壞載荷,N;(查得Q’min=8670N);F’—有效圓周力,N;KF—載荷系數(shù),取為1.0.由上面計(jì)算可知,F’=F=2765N,Q’=7977N.小、查閱參考資料[6]表5-11,Q’=173500N.所以=173500/2765≥4～8根據(jù)校核計(jì)算可知,選用型號(hào)為20A的套筒滾子鏈?zhǔn)呛线m的.滿足使用要求.由參考資料[6]表5-11可知,鏈號(hào)為20A的滾子尺寸為:節(jié)距P=31.75mm;排距Pt=35.76mm;滾子外徑dr=19.05mm;內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1=18.90mm;內(nèi)鏈節(jié)外寬b2=27mm;外鏈節(jié)內(nèi)寬b3=27.6mm;滾子外徑d1=19mm;套筒內(nèi)徑d3=10mm.2.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩和彎矩是軸的主要承受載荷,軸的常見(jiàn)形式有直軸和彎軸,而根據(jù)本次設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),選擇傳動(dòng)軸為直軸.軸上的傳遞功能,由于要經(jīng)過(guò)鏈輪和鏈條的嚙合,等傳送到軸上時(shí),已經(jīng)損失了一部分的功率,故軸上的傳遞功率近似估計(jì)為1.5KW,軸的轉(zhuǎn)速和鏈輪的轉(zhuǎn)速是相同的,由前計(jì)算可知n=20r/min.因此軸的轉(zhuǎn)矩為T=9.55×106×(p/n)=716250Nm選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力選擇軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)后,再使用.由參考資料[5]表10-1查得:硬度:HBS217～255;屈服強(qiáng)度極限:σs=360MPa;抗拉強(qiáng)度極限σb=650MPa,彎曲疲勞強(qiáng)度極限σ1=300MPa.由表10-3查得[σ-1]b=55MPa.初步確定軸的直徑按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸輸出端直徑由表10-2查得C=107～108由式,得d=(107～108)=44.94～49.56圓整后,得d=45～50,考慮到有鍵槽,將直徑增大5%,則d=(45～50)×(1+5%)=47.25～52.5mm.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的定位、固定、裝配在本次設(shè)計(jì)中,鏈輪安排在粗軸上,并且兩兩對(duì)稱,右端配有矩形齒輪嚙合的花鍵及螺紋,軸做成階梯形,在軸上裝入鏈輪(2個(gè))、軸承、端蓋、齒輪、彈簧等件.確定軸各個(gè)階段直徑和長(zhǎng)度Ⅰ段既裝有鏈輪段,此段因?yàn)槭撬土蠙C(jī)構(gòu)的主要零件,考慮到所傳遞的功率,軸取稍微大些.取為d1=60mm,L1=360mm.初選6012型號(hào)的深溝球軸承(d=60、D=95、B=18),基本額定載荷Cr=31.5KN,基本額定靜載荷Cor=24.2KN,深溝球軸承主要承受徑向載荷,也能承受一定的雙向載荷.Ⅱ段主要是裝齒輪、花鍵、彈簧及起固定作用,再根據(jù)步驟2中所確定的軸的軸徑,選其直徑為d2=50mm,L2=148mm.按照彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度根據(jù)傳動(dòng)情況,可估計(jì)圓周力Ft=3000N,軸向力Fa=600N,徑向力Fr=1000N.繪制軸受力簡(jiǎn)圖軸承支反力=19.23NFRBV=FR+FRAV=1000+19.23=1019.23N.計(jì)算彎矩:截面C右側(cè)彎矩MCV=FRBV×(L/2)=66.25Nm截面C左側(cè)彎矩MCV’=FRAV×(L/2)=1.25Nm繪制水平彎矩圖軸承支反力:FRAH=Ft/2=1500NC處彎矩:MCH=FRAH×(L/2)=97.5Nm繪制合成彎矩圖NmNm繪制轉(zhuǎn)矩圖T=716250Nm繪制當(dāng)量轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化,取α=0.6,截面C處的當(dāng)量彎矩Nm校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度MPa<55MPa故軸的強(qiáng)度足夠.軸的受力圖和彎扭矩圖如下:2.5平鍵的選擇與校核鍵是標(biāo)準(zhǔn)件,常用45鋼,根據(jù)設(shè)計(jì)需要,確定為平鍵,查閱參考資料[4],表4-1.查得使用鍵18×11GB1096-79(圓頭普通平鍵A型b=18mm,h=10mm,l=63mm).抗壓強(qiáng)度條件校核MPa耐磨性校核=33MPa]由參考資料[6]表10-5查得[σ]P=120～150,[P]=50.可見(jiàn)σP<[σ]P,P<[P]故所選平鍵符合要求.上式中,T—轉(zhuǎn)矩,N·mm;d—軸徑,mm;h—鍵的高度,mm;l—鍵的工作長(zhǎng)度,mm;[σ]P—許用擠壓應(yīng)力,N/mm2;[P]—擠壓壓強(qiáng),N/mm2.2.6花鍵的的選擇與校核假設(shè)載荷沿各齒的接觸長(zhǎng)度均勻分布,載荷在各齒上的合力N作用在平均直徑dm處,并且載荷不均勻系數(shù)φ來(lái)估算實(shí)際載荷分布不均勻的影響,φ=0.7～0.8.本次設(shè)計(jì)中所選用的花鍵為8×46×50×9,即N=8mm;d=46mm,D=50mm,B=9mm.抗壓強(qiáng)度條件校核:MPa耐磨性校核:MPa其中,T—轉(zhuǎn)矩,N/mm2;l—齒的工作長(zhǎng)度,mm;h—花鍵齒側(cè)面工作高度,h=(D-d)/2-2c;D—花鍵外徑’D為花鍵內(nèi)徑;C—倒角尺寸,所以h=1.4;dm—花鍵平均直徑;[σ]P—許用擠壓應(yīng)力,N/mm2;[P]—擠壓壓強(qiáng),N/mm2.查表得,[σ]P=80～120N/mm2;[P]=25～40N/mm2;可見(jiàn)σP<[σ]P,P<[P]故所選花鍵符合要求.2.7齒輪參數(shù)的確定根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)查參考資料[5]選取齒輪的參數(shù)為模數(shù)m4齒數(shù)z40分度圓直徑dd=mz160mm齒頂圓直徑dada=d+2ha*m168mm齒根圓直徑dfdf=d-2(ha*+c*)150mm齒距pp=πm12.56mm基圓直徑dbdb=d·cosα152.17mm齒形角α20°第3章液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)是用來(lái)夾緊工件的餓，它的設(shè)計(jì)基本原理是用液壓缸作為動(dòng)力,液壓缸帶動(dòng)V形塊來(lái)夾緊工件,由于夾緊工件是夾在工件的外圓上,因此就需要保證工件的中心和V型塊的中心保持在同一水平面上.為了能夠保證這一設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)一個(gè)托起液壓缸,它的作用是托起工件,通過(guò)調(diào)整它來(lái)使工件和V型塊在同一水平面上.因?yàn)檫@個(gè)液壓缸只要能夠托起工件就可以了,而且工件的重量也只有15Kg左右,重量相對(duì)較輕,所以這個(gè)液壓缸不需要進(jìn)行校核設(shè)計(jì).在設(shè)計(jì)夾緊用的液壓缸時(shí),采用的是活塞固定,而液壓缸移動(dòng)的動(dòng)作方式,活塞桿固定在支架上;支架又與底座相連.由于工件在加工過(guò)程中采用的是兩臺(tái)機(jī)床同時(shí)動(dòng)作對(duì)其進(jìn)行加工,兩臺(tái)機(jī)床使用相同的切削用量,因而工件所承受的軸向力基本上相互抵消(合力為零),故不需要有軸向的夾緊力設(shè)計(jì)計(jì)算;兩臺(tái)機(jī)床加工工件時(shí)轉(zhuǎn)向相反,故徑向力也基本上相互抵消,也不需要對(duì)它進(jìn)行校核計(jì)算.此夾具裝置還設(shè)計(jì)了一個(gè)齒輪齒條機(jī)構(gòu),其作用是當(dāng)夾緊液壓缸是一端滑臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)(假設(shè)),通過(guò)齒輪齒條相互嚙合的作用,使令一端的滑臺(tái)相繼向右運(yùn)動(dòng),這樣的設(shè)計(jì)充分考慮了夾緊用的輔助時(shí)間,使用此夾緊方案可以縮短輔助時(shí)間.同時(shí),這樣也能夠很好的保證在夾緊工件時(shí)工件的中心線與托起液壓缸的V型塊中心線在同一水平面上,從而起到更好的夾緊作用.3.2液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算1.校核連接齒條的螺釘⑴.估算齒條重量齒條材料45鋼,直徑Ф40,長(zhǎng)約30mm,查閱參考資料[4]表1-5,ρ45鋼=7.8g/cm3其質(zhì)量為m=ρv=22Kg,故其重力為G=mg=215.6KN,圓整為220KN.⑵.分析受力在運(yùn)動(dòng)中,齒條所受主要力為齒條與拖槽之間的摩擦力,故螺釘所承受的軸向載荷即為此力;查閱參考資料[4]表1-11,選取摩擦系數(shù)μ=0.1,故Ff=μN(yùn)=22KN,考慮到實(shí)際工況中還有其他軸向載荷,故稍做放大,取Ff=25KN.查參考資料[6],知螺栓受軸向載荷后,螺栓中總拉力F∑為工作壓力與剩余預(yù)緊力F0’之和.即F∑=F+F0’,由表9-3選取F0’,因此連接屬于一般連接且工作載荷穩(wěn)定,故F0’=(0.2～0.6)F.取F0’=0.4F=10KN,故F∑=35KN.⑶.設(shè)計(jì)受軸向外載荷的螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)公式為由參考資料[6]表9-6查得,[σ]=σs/s式中,σs—屈服極限;S—安全系數(shù),S=1.2～1.5,取為1.5;σs查表9-5為355MPa.[σ]=355/1.3=273MPa,∴MPa根據(jù)實(shí)際工況,以及傳動(dòng)中的平穩(wěn)性與聯(lián)接的穩(wěn)定性,將螺釘直徑適當(dāng)擴(kuò)大,故M16符合要求,滿足實(shí)際情況.2.托料架設(shè)計(jì)及V形擋塊設(shè)計(jì)不論定位基面是否經(jīng)過(guò)加工,不論是完整的柱面還是局部圓弧,都可以用V型塊進(jìn)行定位,優(yōu)點(diǎn)是對(duì)中性好,既能使工件的定位基面軸線對(duì)中在V型塊兩斜面的對(duì)稱平面上,而不受定位基面直徑誤差的影響,并且安裝方便.在本次設(shè)計(jì)中,由于零件是一個(gè)多階梯軸,故使用用于較長(zhǎng)的階梯軸定位的V型塊.V型塊又有固定式和活動(dòng)式兩種,根據(jù)工件與V型塊的接觸母線長(zhǎng)度,固定V型筷可以限制兩個(gè)或四個(gè)自由度.V型塊上兩斜面的夾角α,一般選用60°、90°、120°,以90°應(yīng)用最為廣泛,V型塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)V型塊時(shí),主要尺寸:D—V型塊檢驗(yàn)心軸直徑,即工件定位基面直徑,mm;H—V型塊的高度,mm;α—V型塊兩限位基面間夾角;T—V型塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度,即檢驗(yàn)心軸中心高.設(shè)計(jì)步驟如下:確定D:本設(shè)計(jì)中,D已確定,并且V型塊主要用于工件Ф114部分的定位.N與H的確定:本例中選取α=90°;故N=1.41-2α=112一般取α=0.21D=23.94×2≈49查閱資料用于小徑定位時(shí),取H≤1.2D=137考慮到經(jīng)濟(jì)性及工藝性,選取H為68mm.T的計(jì)算,由下圖可知T=H+OE=H+(OB-BE)OB=D/(2sinα/2)=80.6mm,BE=N/(2tgα/2)=56∴T=H+0.707D-0.5N=136.6≈138厚度選為12mm,B=12.依上述步驟可以計(jì)算出V型擋塊各部分尺寸:Ф74D=74mm;α=75°;N=66;H=80mm,B=20mm,T=98mm,厚度為20mm.Ф160D=160mm;α=110°;H=40mm,B=12mm,T=98mm,厚度為20mm.液壓夾緊滑臺(tái)機(jī)構(gòu)的雙聯(lián)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)符號(hào)大齒輪小齒輪模數(shù)M1.251.25齒數(shù)Z7230傳動(dòng)比i11分度圓直徑d9040齒頂圓直徑Da9444齒根圓直徑df8536齒形角α20°20°第4章機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1可編程控制器概述可編程序控制器（ProgrammableLogicController）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置。英文縮寫(xiě)為PC或PLC。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更始得到擁護(hù)的好評(píng)。因而在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)在工業(yè)控制的三大支柱之一。PLC梯形圖的設(shè)計(jì)一般分為以下幾個(gè)步驟：1、對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，確定哪些是輸入量，哪些是輸出量；2、根據(jù)所需的I/O點(diǎn)數(shù)和控制的復(fù)雜程序進(jìn)行PLC造型；3、將輸入量依次分配給輸入繼電器，輸出量依次分配給輸出繼電器，畫(huà)出I/O端子分配圖；4、明確控制對(duì)象的控制要求，根據(jù)控制的特點(diǎn)和復(fù)雜程度進(jìn)行PLC梯形圖的設(shè)計(jì)；5、根據(jù)梯形圖寫(xiě)出指令；6、上機(jī)調(diào)試，模擬運(yùn)行。由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)長(zhǎng)期性，使得PLC在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上具有其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)為了滿足PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)”采用了如下硬件和軟件的措施光電耦合隔離和R-C濾波器，有效地防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入；內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾；采用優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，防止電源線引入的干擾；具有良好的自診斷能力，可以對(duì)CPU等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警；對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行后備，一旦斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失；對(duì)采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和老化，排除了因器件問(wèn)題而造成的故障；采用冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性。通用性強(qiáng)，使用方便現(xiàn)在的TLC產(chǎn)品都系列化和模塊化了，PLC配備有各種各樣品種齊全的I/O模塊和配套部件供用戶使用，可以很方便的組成能滿足不同控制要求的控制系統(tǒng)。程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易學(xué)、易懂PLC是一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其主要的使用對(duì)象是廣大的電氣技術(shù)人員。PLC一般采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語(yǔ)言，學(xué)習(xí)使用這種編程語(yǔ)言十分方便。采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組合靈活方便PLC的各個(gè)部件，包括CPU電源I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際需要自行組合，這樣便可實(shí)現(xiàn)用戶要求合理的性能價(jià)格比。系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是依據(jù)對(duì)象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，這樣大大地縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工程的進(jìn)度。安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小PLC可在各種工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。PLC的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試都可在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，用模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)關(guān)代替輸入信號(hào)，其輸出狀態(tài)就可觀察PLC上的相應(yīng)發(fā)光二極管，模擬調(diào)試好后，在將PLC控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)連機(jī)調(diào)試，既可節(jié)省時(shí)間又方便。由于PLC本身故障率低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障，可根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提高的信息迅速查明原因，這樣提高了維護(hù)的工作效率保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其控制操作的功能是通過(guò)軟件編程來(lái)確定生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變PLC的程序即可PLC硬件結(jié)構(gòu)基本上與微機(jī)相似，但也有特殊的地方，其硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：在上圖中，主機(jī)由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口及電源組成。主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過(guò)總線連接，總線分為：電源總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線。PLC的工作方式采用循環(huán)掃描工作方式，即PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行反復(fù)地循環(huán)掃描，逐條地解釋用戶程序，并加以執(zhí)行。其過(guò)程可用下圖描述：輸入采樣→程序執(zhí)行→輸出刷新→輸入采樣由于PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般只有幾十毫秒，因此可滿足大多數(shù)工業(yè)控制的需要，而且響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制（繼電器動(dòng)作時(shí)間在100ms以上）。4.2機(jī)構(gòu)的控制部分的設(shè)計(jì)4.2.1OMRONC系列P型機(jī)簡(jiǎn)介OMRONC系列P型機(jī)為袖珍型PLC，一般用于小型系統(tǒng)控制系統(tǒng)。它包括主模塊（CPU）、I/O擴(kuò)展模塊和I/O鏈接模塊，I/O點(diǎn)數(shù)一般分為20點(diǎn)、28點(diǎn)、40點(diǎn)和60點(diǎn)。主模塊和I/O擴(kuò)展模塊可根據(jù)實(shí)際需要。再考慮成本和適當(dāng)I/O點(diǎn)冗余來(lái)進(jìn)行選擇和適當(dāng)搭配。注意，擴(kuò)展模塊I/O點(diǎn)數(shù)要小于或等于CPU模塊的I/O點(diǎn)數(shù)。C系列P型機(jī)的的輸入、輸出的內(nèi)部變量單元分為通道和繼電器，通道用CH表示，每個(gè)通道16個(gè)繼電器，編號(hào)為00～15。內(nèi)部輔助繼電器簡(jiǎn)稱MR，共136個(gè)，通道為CH10～CH18，繼電器編號(hào)為1000～1807，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于繼電器接觸器電路中的中間繼電器，不能直接控制外部負(fù)載，保持繼電器及其編號(hào)，之所以稱為保持繼電器，是因?yàn)樵陔娫闯霈F(xiàn)故障時(shí)保持它們?cè)瓉?lái)狀態(tài)。C系列P型機(jī)有16個(gè)保持繼電器，分為10個(gè)通道，每個(gè)通道為16個(gè)點(diǎn)，編號(hào)為HR000～HR915。TIM/CNT及其編號(hào)在C系列P型機(jī)中，有定時(shí)器，高速定時(shí)器，計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器共48個(gè)，編號(hào)為00～47。在同一個(gè)程序中，如果一個(gè)編號(hào)用做定時(shí)器，則不能再做計(jì)數(shù)器使用。除程序中所涉及的繼電器外，C系列P型機(jī)還有專用內(nèi)部輔助繼電器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，暫時(shí)存儲(chǔ)繼電器。4.2.2設(shè)計(jì)選用機(jī)型根據(jù)此次控制部分的設(shè)計(jì)需要，選擇適應(yīng)機(jī)型。由于、所需輸入，輸出端口較多，故選用C60P型。單元名稱電源電壓輸入輸出C60PCPUAC100～240VDC24V32點(diǎn)繼電器2A晶體管1A雙向晶閘管1A28點(diǎn)DC24V2點(diǎn)AC100V130點(diǎn)繼電器2A雙向晶閘管1A4.2.3機(jī)構(gòu)控制I/O分配表如下：開(kāi)關(guān)及按鈕在操作面板上的布置如下圖：4.2.4機(jī)構(gòu)控制流程圖如下：4.2.5梯形圖程序如下：程序分析：?jiǎn)?dòng)：按下總啟動(dòng)按鈕（不在PLC內(nèi)），整個(gè)電路得電，做好準(zhǔn)備。連續(xù)動(dòng)作：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕（SB1）時(shí)，傳送帶開(kāi)始運(yùn)送工件，當(dāng)?shù)轿粫r(shí)，有行程開(kāi)關(guān)（SQ1輸入點(diǎn)0100）進(jìn)行到位指示，并對(duì)下一個(gè)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。當(dāng)工件到位后，機(jī)械手得到由SQ1發(fā)出的信號(hào)，開(kāi)始動(dòng)作，去夾緊工件，當(dāng)夾緊工件后（由傳感器發(fā)出信號(hào)，此傳感器用來(lái)判斷工件是否到位，及是否夾緊，夾緊時(shí)傳感器自帶電動(dòng)按鈕SB2動(dòng)作），液壓升降滑臺(tái)將接受到信號(hào)（SB2閉合），滑臺(tái)將升到預(yù)定位置（此位置由SQ2限位0102）。SQ閉合后，機(jī)械手便得到運(yùn)送工件的指令，由擺動(dòng)液壓缸帶動(dòng)大臂翻90°，小臂再轉(zhuǎn)90°，到為由行程開(kāi)關(guān)SQ3（0102）限位，機(jī)械手便可放開(kāi)工件，使用傳感器判斷工件是否放好，放好后，由傳感器上自帶點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)SB3。0002閉合，機(jī)械手、便可回位，去等待夾緊下一個(gè)工件，回位仍由行程開(kāi)關(guān)SQ4（0103）限位。當(dāng)機(jī)械手回位后，SQ4閉合，齒條快推，但傳動(dòng)鏈不動(dòng)，保持原位，到位后，SQ5動(dòng)作，加工部件便得電，準(zhǔn)備加工。此時(shí)主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)（SB60005，SB100009）到位后，銑端面，延時(shí)30s，退回10s，進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)（SB80007，SB120011）到位后延時(shí)30s，退回（SB90008。SB130012）后，下料機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，基本動(dòng)作相同，在此不做贅述。加工部分急停：（SB50004）當(dāng)加工過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，按下SB5將加工部分停止，其他部分不受影響。機(jī)構(gòu)急停：（ SB160107）當(dāng)在上下料或加工過(guò)程中，出現(xiàn)故障時(shí)，按SB16將使整個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作停止。第5章工藝說(shuō)明書(shū)5.1、零件的作用雙聯(lián)齒輪就是兩個(gè)齒輪連成一體.這種雙聯(lián)齒輪在輪系中(變速器)被稱為滑移齒輪,它的作用就是改變輸出軸的轉(zhuǎn)速或速度.齒輪箱里,有滑移齒輪就可以有多種轉(zhuǎn)速或速度,沒(méi)有滑移齒輪就只有一種轉(zhuǎn)速或速度.5.2、齒輪的毛坯選擇5.2.1毛坯的選擇為了制造出質(zhì)量高，成本低競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的產(chǎn)品，要科學(xué)合理的對(duì)眾多選材進(jìn)行全面分析。材料的使用性能使用性能主要是指在工作條件下，材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，這是選材時(shí)首先應(yīng)予保證的。對(duì)于機(jī)械零件和工程構(gòu)件，最重要的是力學(xué)性能。齒輪在機(jī)器中的主要作用是傳遞功率與調(diào)節(jié)速度。在工作時(shí)，齒輪通過(guò)齒面的接觸傳遞動(dòng)力，周期的受彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。在嚙合的齒面上，還承受強(qiáng)烈的摩擦力和沖擊力等。因此要求齒輪材料具有：較高的彎曲疲勞和接觸疲勞強(qiáng)度；齒面有較高硬度和耐磨性；齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性，所以材料采用40Cr。材料的工藝性能制造每一個(gè)零件都要經(jīng)過(guò)一系列的加工過(guò)程，因此，將材料加工成零件的難易程度，將直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。工藝性能中最突出的問(wèn)題是切削加工性和熱處理工藝性。因此絕大部分材料需經(jīng)過(guò)切削加工和熱處理。材料的經(jīng)濟(jì)性在滿足使用性能的前提下，選用材料時(shí)應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價(jià)格、加工費(fèi)和其他費(fèi)用，有時(shí)甚至還要包括運(yùn)費(fèi)與安裝費(fèi)用。在金屬材料中，非金剛和鑄鐵的價(jià)格都比較低廉，而且加工方便。因此在能夠滿足零件力學(xué)性能與工藝性能的前提下，選用非合金鋼和鑄鐵可降低成本。對(duì)于一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價(jià)鋼種進(jìn)行表面強(qiáng)化處理來(lái)達(dá)到。另外，在考慮材料的經(jīng)濟(jì)性時(shí)不宜單純的以價(jià)格來(lái)比較材料的優(yōu)劣，而應(yīng)以綜合經(jīng)濟(jì)效益來(lái)評(píng)價(jià)材料的經(jīng)濟(jì)性。5.2.2齒輪的計(jì)算5.3齒輪加工工藝分析圓柱齒輪加工工藝過(guò)程常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件不同而采用不同的工藝方案。5.3.1工藝過(guò)程分析零件材料為40Cr，精度為7-6-6級(jí)，齒輪加工工藝過(guò)程大致要經(jīng)過(guò)如下幾個(gè)階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、經(jīng)基準(zhǔn)修正及齒形精加工等。加工的第一階段是齒坯最初進(jìn)入機(jī)械加工的階段。由于齒輪的傳動(dòng)精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時(shí)采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個(gè)階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個(gè)階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對(duì)于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。第二階段是齒形的加工。對(duì)于不需要淬火的齒輪，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)階段也就是齒輪的最后加工階段，經(jīng)過(guò)這個(gè)階段就應(yīng)當(dāng)加工出完全符合圖樣要求的齒輪來(lái)。對(duì)于需要淬硬的齒輪，必須在這個(gè)階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個(gè)階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。加工的第三階段是熱處理階段。在這個(gè)階段中主要對(duì)齒面的淬火處理，使齒面達(dá)到規(guī)定的硬度要求。加工的最后階段是齒形的精加工階段。這個(gè)階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過(guò)淬火后所引起的齒形變形，進(jìn)一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達(dá)到最終的精度要求。在這個(gè)階段中首先應(yīng)對(duì)定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進(jìn)行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均勻會(huì)產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準(zhǔn)進(jìn)行齒形精加工，是很難達(dá)到齒輪精度的要求的。以修整過(guò)的基準(zhǔn)面定位進(jìn)行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確可靠，余量分布也比較均勻，以便達(dá)到精加工的目的。5.3.2定位基準(zhǔn)的確定定位進(jìn)準(zhǔn)的精度對(duì)齒形加工精度有直接的影響。軸類齒輪的齒形加工一般選擇頂尖孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇齒輪軸頸和一端面定位。盤(pán)套類齒輪的齒形加工常采用兩種定位基準(zhǔn)。內(nèi)孔和端面定位選擇既是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)又是測(cè)量和裝配基準(zhǔn)的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，既符合“基準(zhǔn)重合”原則，又能使齒形加工等工序基準(zhǔn)統(tǒng)一，只要嚴(yán)格控制內(nèi)孔精度，在專用芯軸上定位時(shí)不需要找正。故生產(chǎn)率高，廣泛用于成批生產(chǎn)中。外圓和端面定位齒坯內(nèi)孔在通用芯軸上安裝，用找正外圓來(lái)決定孔中心位置，故要求齒坯外圓對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)要小。因找正效率低，一般用于單件小批生產(chǎn)。5.3.3齒端加工齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動(dòng)時(shí)容易進(jìn)入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經(jīng)滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動(dòng)中易崩裂。用銑刀進(jìn)行齒端倒圓，倒圓時(shí)，銑刀在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿圓弧作往復(fù)擺動(dòng)（每加工一齒往復(fù)擺動(dòng)一次）。加工完一個(gè)齒后工件沿徑向退出，分度后再送進(jìn)加工下一個(gè)齒端。齒端加工必須安排在齒輪淬火之前，通常多在滾（插）齒之后。5.3.4精基準(zhǔn)修正齒輪淬火后基準(zhǔn)孔產(chǎn)生變形，為保證齒形精加工質(zhì)量，對(duì)基準(zhǔn)孔必