中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

Ⅰ中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要近來人們對(duì)于筆具的消費(fèi)伴隨著電子信息化與無紙化時(shí)代的到來，受到了較大的影響及沖擊。但中性筆作為目前全球一種主流的書寫工具，在國(guó)內(nèi)外都是具有較大的市場(chǎng)以及發(fā)展的空間。隨之而來對(duì)中性筆裝配設(shè)備就有了較大意義的研究。裝配是影響著產(chǎn)品生產(chǎn)量的一個(gè)極大的影響因素。在對(duì)設(shè)備研究的過程中衍生出了一個(gè)模塊化裝備設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。模塊化的裝備設(shè)計(jì)可以有效的提高自動(dòng)化的程度，就單塊模塊的設(shè)計(jì)不僅方便了設(shè)計(jì)可以減少設(shè)計(jì)的難度及復(fù)雜程度以及設(shè)計(jì)研發(fā)周期，更可以大大的提高模塊機(jī)械的利用率及生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)本著模塊化設(shè)計(jì)的理念就中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。本篇文章主要研究了中性筆自動(dòng)裝配機(jī)的筆芯推送機(jī)構(gòu)。通過相應(yīng)的定位機(jī)制，在保證精度的前提下有凸輪作為一個(gè)動(dòng)力機(jī)構(gòu)。通過直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)來完成筆芯的裝配過程。本次的設(shè)計(jì)還利用Solidworks軟件對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，裝配以及動(dòng)態(tài)仿真。關(guān)鍵詞中性筆；裝配機(jī)；凸輪機(jī)構(gòu)ⅡDESIGNOFPUSHMECHANISMFORPENREFILLOFNEUTRALPENAUTOMATICASSEMBLYMACHINEABSTRACTRecently,people'sconsumptionofwritinginstrumentshasbeengreatlyaffectedandimpactedbythearrivaloftheeraofelectronicinformationizationandpaperless.However,asamainstreamwritingtoolintheworld,thegelpenhasalargemarketandaspacefordevelopmentathomeandabroad.Alongwiththis,thereisagreatresearchonthegelpenassemblyequipment.Assemblyisamajorfactorinfluencingtheproductionofaproduct.Intheprocessofresearchingequipment,adesignideaof??modularequipmentdesignwasderived.Themodularequipmentdesigncaneffectivelyimprovethedegreeofautomation.Thedesignofthesinglemodulenotonlyfacilitatesthedesign,butalsoreducesthedifficultyandcomplexityofthedesignandthedesignanddevelopmentcycle,andcangreatlyimprovetheutilizationrateandproductionefficiencyofthemodule.Thisdesignisbasedontheconceptofmodulardesigntostudythedesignofthepen-pushingmechanismoftheneutralpenautomaticassemblymachine.Thisarticlemainlystudiestherefillmechanismofthegelpenautomaticassemblymachine.Throughthecorrespondingpositioningmechanism,acamisusedasapowermechanismunderthepremiseofensuringaccuracy.Theassemblyprocessoftherefilliscompletedbyadirectactingpushrodcammechanism.ThisdesignalsousesSolidworkssoftwaretomodel,assemble,andsimulatethedesignorganization.KEYWORDSGelpen;assemblymachine;cammechanism

目錄摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ1緒論 緒論1.1課題研究背景及意義自九十年代以后,中國(guó)筆具市場(chǎng)一直保持著進(jìn)、退的踏步狀態(tài)。然而,在這樣的大環(huán)境下中性筆卻是唯一保持著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的筆具。中性筆作為目前市場(chǎng)上主流的一種書寫工具在這種大環(huán)境下，中性筆的生產(chǎn)及相關(guān)裝備就成為了是否能夠占據(jù)市場(chǎng)份額的重要條件之一[1]。近兩年我國(guó)的制筆行業(yè)的業(yè)務(wù)收入都在不斷的下滑，全行業(yè)虧損額在逐步上升。在筆具出口率方面始終沒有較大的突破，但是在進(jìn)口方面我國(guó)的高端筆具進(jìn)口率卻時(shí)高居不下。造成這種情況的原因有很多如裝備技術(shù)、成本費(fèi)用、管理、經(jīng)營(yíng)等。在制約我國(guó)高端筆具發(fā)展的眾多原因中最重要的一個(gè)就是自身的實(shí)力，科技的創(chuàng)新才是推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展的有效動(dòng)力。伴隨著工業(yè)4.0智能制造時(shí)代的來臨，制筆行業(yè)也不得不做一些改變。如何靈活的調(diào)動(dòng)利用資源，按單生產(chǎn)、裝配的業(yè)務(wù)流程，再加上現(xiàn)代筆具構(gòu)造的多樣化，使得筆具的生產(chǎn)技術(shù)，相關(guān)的制造機(jī)械與裝配機(jī)械不得不改革、創(chuàng)新[2]。裝配是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，也是機(jī)械制造過程的最后一步。裝配對(duì)產(chǎn)品成本和生產(chǎn)效率有重要影響。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，零件生產(chǎn)工作的速度比裝配工作快得多，但采用手動(dòng)裝配方法，這一比例仍然有所增加。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，一些典型產(chǎn)品的裝配時(shí)間約占總制造時(shí)間的53％。提高自動(dòng)化裝配和裝配效率，不僅降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。且由于疲勞，疏忽，情緒和技術(shù)無能等因素，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩(wěn)定的情況在自動(dòng)化裝配上就不會(huì)出現(xiàn)。在同樣的生產(chǎn)任務(wù)中自動(dòng)裝配占用的生產(chǎn)區(qū)域比手動(dòng)裝配完成的工作區(qū)域要小得多。在許多情況下裝配作業(yè)需要特殊的環(huán)境人類很難進(jìn)入或非常危險(xiǎn)，只有自動(dòng)裝配才能保證生產(chǎn)安全。本次對(duì)中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是本著模塊化設(shè)計(jì)的理念。通過對(duì)筆芯推送機(jī)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)，研究筆芯在裝配過程中的一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，以及如何對(duì)零件進(jìn)行定位，選用怎樣的動(dòng)力源以及如何完成推送過程。在提高該模塊的工作效率以及降低其故障率的前提下提高該模塊的整體工作效率，進(jìn)而達(dá)到提升整筆裝配流程效率的目的。技術(shù)的進(jìn)步是作為原動(dòng)力推動(dòng)著各個(gè)行業(yè)向前蓬勃發(fā)展，在制筆行業(yè)也不外如是。相關(guān)技術(shù)以及裝備的發(fā)展程度已然作為我國(guó)的制筆行業(yè)是否能夠適應(yīng)國(guó)際上制筆行業(yè)發(fā)展速度的一個(gè)重要依據(jù)。技術(shù)的更新，裝備的升級(jí)進(jìn)步不但能極大的豐富產(chǎn)品的種類，更是促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)量及質(zhì)量的提升。同時(shí)通過本次課題的研究，掌握課題研究過程中所需要的知識(shí)及技能，充分的整合回顧大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)。1.2現(xiàn)階段常見中性筆自動(dòng)裝配機(jī)智能中性筆裝配機(jī)主要用于各類中性筆，圓珠筆的自動(dòng)組裝生產(chǎn)。工作過程：（五個(gè)配件筆）先是自動(dòng)下筆桿，同時(shí)辨別筆桿方向，如果筆桿方向不對(duì)將對(duì)筆桿自動(dòng)掉頭，自動(dòng)灌墨水，自動(dòng)裝棉芯

，自動(dòng)裝尾蓋，自動(dòng)裝筆尖，自動(dòng)裝前蓋，自動(dòng)裝筆尖，自動(dòng)裝前蓋（最后的成品）機(jī)器特性：此機(jī)器采用歐洲高鋼性結(jié)構(gòu)。智能部分：采用高級(jí)高性能PLC配合觸控屏控制，操作更簡(jiǎn)單，采用變頻調(diào)速，節(jié)能。機(jī)械連動(dòng)部分：采用高效的電子凸輪配合，精密機(jī)械凸輪利用統(tǒng)一主動(dòng)力，無鏈條傳動(dòng)。能有效提高工作工作穩(wěn)定性及耐用性。自動(dòng)供料部分：采用震動(dòng)供料方式，有力的提高供料效果。工作速度：60—100支/分鐘圖1-1智能中性筆裝配機(jī)中性筆自動(dòng)組裝機(jī)主要工作內(nèi)容：防滑套、筆芯、筆頭、筆套全自動(dòng)一次性完成裝配；自動(dòng)檢測(cè)物料，當(dāng)有料時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)、無料則停機(jī).；自動(dòng)檢測(cè)并分離不合格產(chǎn)品；自動(dòng)計(jì)數(shù)，可對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行設(shè)定；電氣控制系統(tǒng)采用日本三菱PLC控制；操作界面采用臺(tái)灣威倫彩色觸摸屏；界面功能直觀顯示，操作較為簡(jiǎn)單、操作過程安全；設(shè)有異常報(bào)警機(jī)制，遇到設(shè)備異常自動(dòng)報(bào)警停機(jī)、并顯示異常信息。圖1-2中性筆自動(dòng)組裝機(jī)從現(xiàn)有的設(shè)備來看，不論是裝配效率上來說還是對(duì)于裝配過程的反饋，中性筆的裝配設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)?shù)耐晟?。但是從設(shè)備的設(shè)計(jì)以及制造過程上來講，現(xiàn)有的設(shè)備制造周期長(zhǎng)而且裝配復(fù)雜。其次對(duì)于現(xiàn)有設(shè)備來說其制造成本較為高昂。本次機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在保證中性筆能正常裝配的情況下，采用凸輪機(jī)構(gòu)作為一個(gè)推送機(jī)構(gòu)，不僅降低了制造成本，更簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程以及裝配調(diào)試過程。采用凸輪推送機(jī)構(gòu)，能提供一個(gè)較為穩(wěn)定的一個(gè)輸出能力，在出現(xiàn)問題時(shí)也比較容易進(jìn)行故障排除與維修。凸輪在安裝調(diào)試的時(shí)候也比較容易。1.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求1.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容本次的設(shè)計(jì)內(nèi)容是對(duì)中性筆自動(dòng)裝配機(jī)的筆芯推送機(jī)構(gòu)行研究。對(duì)中性筆裝配過程了解后，就筆芯如何裝配進(jìn)行研究。期間需要考慮到筆芯、筆桿之間如何建立一個(gè)有效的定位關(guān)系；筆芯、筆桿的一個(gè)下料裝置；物料的一個(gè)傳輸；裝配時(shí)采用的動(dòng)力以及裝配方式。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在保證中性筆能正常裝配的情況下，采用凸輪機(jī)構(gòu)作為一個(gè)推送機(jī)構(gòu)，不僅降低了整體機(jī)械的制造成本，更簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程以及裝配調(diào)試過程。采用凸輪推送機(jī)構(gòu)，能提供較為穩(wěn)定的輸出能力，在設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)也比較容易進(jìn)行故障排除與維修。1.3.2設(shè)計(jì)要求查閱資料分析和比較現(xiàn)有的中性筆自動(dòng)裝配機(jī)械裝置，根據(jù)現(xiàn)有的中性筆裝配機(jī)械裝置做出調(diào)整或創(chuàng)新使新設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)達(dá)到中性筆筆芯自動(dòng)裝配的目的。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況計(jì)算所需動(dòng)力，以及各種參數(shù)。在基本計(jì)算完成后需畫出設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的三維圖以及工程圖。2機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)對(duì)于中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)總體上可以劃分成兩個(gè)主要部分1、輸送線輸送線設(shè)計(jì)時(shí)，在機(jī)架組件中首先要考慮到筆芯與筆桿的形狀，選用相應(yīng)的輸送帶。在下料口部分，由于筆芯與筆桿有著方向上的要求，所以應(yīng)當(dāng)選擇對(duì)于導(dǎo)向具有較好引導(dǎo)的V型料斗。接著是對(duì)于電機(jī)的一個(gè)選擇，在對(duì)輸送帶的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)上應(yīng)選擇具有較高準(zhǔn)確度，最終誤差小，操作較為簡(jiǎn)單的步進(jìn)電機(jī)。由于步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)速度和停止位置僅取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，因此不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)與輸送帶的連接采用齒輪直接傳動(dòng)，在本次設(shè)計(jì)中不設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)。通過對(duì)載荷的計(jì)算直接選用相應(yīng)的電機(jī)[3]。2、推送機(jī)構(gòu)在推送機(jī)構(gòu)方面，鑒于凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，且具有較高的可靠性所以易于實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)定位要求較高的自動(dòng)化，且凸輪的位移與時(shí)間是確定的，動(dòng)作具有可疊加性，在一個(gè)動(dòng)作還未結(jié)束時(shí)便可以開始下一個(gè)動(dòng)作，從而縮短循環(huán)所需要的時(shí)間。凸輪機(jī)構(gòu)的特性決定了其故障率也比較低，同時(shí)也決定了它在動(dòng)作變換方面有著較大的不足，在能耗利用率方面也比較低。本次設(shè)計(jì)使用直動(dòng)滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)作為推送機(jī)構(gòu)。推桿在工作過程中具有完全確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，且根據(jù)凸輪的理論廓線的曲率所以選用滾子推桿。3、整體結(jié)構(gòu)整體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2-1，中性筆的筆桿和筆芯從料斗出來后，經(jīng)由輸送帶傳送至兩個(gè)V形塊處，筆芯與筆身在V形塊上完成定位后。電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)連接軸，給凸輪一個(gè)回轉(zhuǎn)力，由凸輪推動(dòng)滾子推桿將筆芯推進(jìn)筆桿內(nèi)完成筆芯與筆桿的裝配過程[4-6]。在這個(gè)過程中有兩個(gè)電機(jī)控制下，物料下落定位與凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件同步進(jìn)行。1料斗；

2輸送帶；

3凸輪；

4連接軸；

5滾子推桿；6筆芯V形塊；7筆身V形塊圖2-1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3主要設(shè)計(jì)組件及三維建模3.1機(jī)架組件機(jī)架組件中，輸送帶主要靠滾輪帶動(dòng)，在輸送帶上方以及兩側(cè)設(shè)計(jì)了擋板。一方面起到一個(gè)較好的導(dǎo)向作用，另一方面更可以保證兩種零件的一個(gè)位置準(zhǔn)確度。輸送帶本身是帶有凹槽的，保證每一個(gè)筆身與筆芯在輸送帶上固定。圖3-1輸送帶3.2下料裝置由于筆芯與筆桿有著方向上的要求，所以應(yīng)當(dāng)選擇對(duì)于導(dǎo)向具有較好引導(dǎo)作用的V型料斗裝置。V形料斗不僅可以對(duì)軸類零件有一個(gè)較強(qiáng)的方向限制作用，更可以控制軸類零件的一個(gè)下料速度。從整體設(shè)計(jì)思路上，凸輪的推送機(jī)構(gòu)從零件定位到凸輪推送，再到凸輪復(fù)位準(zhǔn)備下一次的推送動(dòng)作這個(gè)過程設(shè)置在2s的時(shí)間內(nèi)完成。輸送帶的傳動(dòng)線速度是0.05m/s。則料斗的出料口應(yīng)通過電閥門控制，保證2秒出一次料的狀態(tài)。每一個(gè)物料間隔是10mm。當(dāng)前一組筆芯與筆桿完成裝配后，凸輪復(fù)位準(zhǔn)備開始下一次運(yùn)動(dòng)時(shí)，新的物料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)工位。圖3-2V形料斗圖3-3是整個(gè)機(jī)架組件的模型圖。圖3-3機(jī)架整體設(shè)計(jì)3.3定位組件由于筆芯和筆桿是軸類部件，因此選擇V形塊定位。V形塊主要用于放置圓形工件，如軸，套筒和圓盤，以便找到中心線并畫出中心線。一般來說，V形塊是一對(duì)兩件，兩個(gè)平面V形槽全部在一個(gè)裝置中磨削。精密V形塊的尺寸與垂直度之間的平行度在0.01mm以內(nèi)。V形槽的中心線必須位于V形框架的對(duì)稱平面內(nèi)并平行于底面。同心度和平行度誤差也在0.01mm以內(nèi)，V型槽半角誤差在±30~±1范圍內(nèi)。精密V型塊也可以刻劃，帶有V形塊，用于固定軛架，可以將圓柱形工件牢固地固定在V形塊上并將其翻轉(zhuǎn)到每個(gè)位置。由于筆芯與筆桿的直徑不同，所以設(shè)計(jì)兩種型號(hào)的V形塊，兩種型號(hào)的V形塊上的中心線保持一致進(jìn)而保證筆芯與筆桿的中心軸線一致。在材質(zhì)上選擇45號(hào)鋼材來制作V形塊，為了確保筆芯與筆桿的軸心同軸度選擇精度等級(jí)為高精度，其表面粗超度選擇Ra3.2。圖3-4筆桿定位V形塊圖3-5筆芯定位V形塊3.4推送組件凸輪機(jī)構(gòu)是主要由凸輪，從動(dòng)件和機(jī)架底盤三個(gè)基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)，凸輪是具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，并且通常用作主動(dòng)構(gòu)件。其主要操作模式是執(zhí)行等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)[7]。在本文中，對(duì)于凸輪的設(shè)計(jì)選擇了盤形凸輪結(jié)構(gòu)。根據(jù)凸輪相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，考慮到材料及凸輪自身重量，設(shè)計(jì)了圖3-6中的凸輪圖3-6凸輪凸輪的推桿部分鑒于凸輪理論廓線曲率采用了滾子推桿。根據(jù)推程及凸輪整體機(jī)構(gòu)布局設(shè)計(jì)了圖3-7中的滾子推桿[8]。圖3-7滾子推桿底盤是作為承載凸輪及推桿的一個(gè)部件，它不僅要作為一個(gè)載體，更要對(duì)推桿起到一個(gè)限制作用。根據(jù)總體的布局中凸輪機(jī)構(gòu)的整體裝配情況設(shè)計(jì)圖3-8中的底盤。圖3-8底盤凸輪機(jī)構(gòu)的整體動(dòng)力采用的是步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)，所以還需要設(shè)計(jì)一根連接凸輪與聯(lián)軸器的軸類零件。該軸類零件與凸輪傳動(dòng)連接是通過一個(gè)平鍵來實(shí)現(xiàn)，則根據(jù)軸的直徑設(shè)置一個(gè)5×5的平鍵槽。圖3-9連接軸4筆芯推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)用到的計(jì)算4.1電機(jī)的選擇計(jì)算電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理上來說，可以的把電機(jī)分成直流電機(jī)、同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及異步電機(jī)等。直流電機(jī)能依靠調(diào)整輸入電壓的大小來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而且直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也相對(duì)會(huì)大一些，這是直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一。可以應(yīng)對(duì)當(dāng)轉(zhuǎn)速需要經(jīng)常改變的時(shí)候的場(chǎng)合。與直流電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的部件不如直流電動(dòng)機(jī)那么多，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，這就會(huì)導(dǎo)致異步電機(jī)的單價(jià)也會(huì)比直流電機(jī)低。同步電動(dòng)機(jī)除了能提供對(duì)電網(wǎng)的功率因素進(jìn)行補(bǔ)充之外，還有以下的其他優(yōu)點(diǎn)：（1)對(duì)于轉(zhuǎn)速的掌握比較確切；（2)工作的時(shí)候不會(huì)有太大的波動(dòng)，而且額定電壓瞬間減少至80%時(shí)其勵(lì)磁系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保電機(jī)還能正常的工作；（3)能承受超過設(shè)定的功率能力較大。步進(jìn)電機(jī)的主要功能是每次電機(jī)接收一個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)候?qū)⑦@個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而就會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度，信號(hào)的接受速度就決定了旋轉(zhuǎn)速度。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就是操作較為簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高，最后的誤差很小，電機(jī)的速度和電機(jī)停止的位置僅取決于脈沖信號(hào)的頻率和數(shù)量，并且不受負(fù)載變化的影響。因此在很多機(jī)電控制中會(huì)優(yōu)先考慮使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)工作的首先條件是負(fù)載功率小于輸出功率，其次才開始分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及工作環(huán)境等因素是否符合要求。步進(jìn)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為T=9550Pn（4其中：v=πDn60×1000（4在本次設(shè)計(jì)中需要選用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)是用來作為機(jī)架組件的一個(gè)動(dòng)力源，另一個(gè)則是作為凸輪推送機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源。對(duì)于機(jī)架組件參考同類輸送機(jī)構(gòu)，以及本身實(shí)際情況則有P=200W,V=0.05m/s根據(jù)公式4-1、4-2計(jì)算結(jié)可得n=34r/min,T=56N?m根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為130BYG4503,步角距為0.9/1.8,相數(shù)2/4,驅(qū)動(dòng)電壓120V。對(duì)于凸輪推送機(jī)構(gòu)，凸輪為鋼材制作根據(jù)相關(guān)參數(shù)的質(zhì)量約為1kg，推桿的質(zhì)量約為0.5kg。彈簧需要保證給推桿一個(gè)跟隨凸輪輪廓的力，這個(gè)力的大小約為10N。則可通過公式計(jì)算得凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)最大的扭矩T=25N?m在筆芯推送過程中要求每次完成筆芯推送所用時(shí)間為1s，則對(duì)于凸輪來說從推程開始到結(jié)束需要1s的時(shí)間。通過凸輪的推程可得出，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=30r/min.根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用130BYG5501型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，步角距為0.36/0.72,相數(shù)5,驅(qū)動(dòng)電壓100V。兩個(gè)電機(jī)之間是存在這嚴(yán)格的配合。在輸送帶電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，物料將以每秒0.05m的速度移動(dòng)。下料口每?jī)擅脒M(jìn)行一次下料，第一根物料到達(dá)定位機(jī)構(gòu)時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)的電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。凸輪以每秒0.5rad的速度，推動(dòng)推桿完成推送。從凸輪開始運(yùn)動(dòng)到結(jié)束運(yùn)動(dòng)并復(fù)位，其過程所需時(shí)間為2s。則在凸輪復(fù)位后，下一次物料剛好到達(dá)定位機(jī)構(gòu)，凸輪開始下一次裝配運(yùn)動(dòng)。4.2直動(dòng)滾子推桿凸輪設(shè)計(jì)4.2.1凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角頂尖線性推桿的盤形凸輪機(jī)構(gòu)在推動(dòng)過程中的任何位置受到力分析中，F(xiàn)是推桿上受到的凸輪力；G是推桿上的負(fù)載（包括推桿的重量和彈簧施加到推桿上的壓力）；FR1和FR2分別是在導(dǎo)軌兩側(cè)的內(nèi)壁上施加給推桿的總反力；φ1，φ2是推桿與內(nèi)壁間的摩擦角[9]。經(jīng)過推演可F=Gcosα+φ1其中α是推桿施加的正壓方向與推桿上的點(diǎn)B的速度方向之間的銳角。該角度稱為凸輪機(jī)構(gòu)置于所示位置的壓力角。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在推動(dòng)期間，線性運(yùn)動(dòng)推桿的容許壓力角[α]的值通常設(shè)定為[α]=30°。則通過公式計(jì)算可得凸輪相對(duì)推桿的作用力F==11.5N4.2.2凸輪的基圓半徑在確定形式的凸輪機(jī)構(gòu)中，確定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與凸輪的基圓半徑的大小具有直接關(guān)系。對(duì)于直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，如果在限定的推程壓力角α≤[α]條件下，則可推導(dǎo)出基圓半徑的計(jì)算公式：r0≥dsd在本次設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)中，為了更好的裝配效果以及運(yùn)動(dòng)過程的精準(zhǔn)度。推桿的軸心線與凸輪回轉(zhuǎn)中心處于同一條直線上，所以在這次凸輪設(shè)計(jì)上偏移量（推桿軸心線與凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏移距離）e為0。凸輪在整體運(yùn)動(dòng)過程中的推程距離為130mm。根據(jù)上述公式計(jì)算得基圓半徑r≥0.0549m根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，凸輪的基圓半徑應(yīng)大于54.9mm。為了設(shè)計(jì)時(shí)的便捷，在此選擇80mm作為凸輪的基圓半徑。4.2.3凸輪輪廓曲線凸輪的推程為130mm，通過對(duì)比一些常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度，加速度，躍度，選定等速運(yùn)動(dòng)。選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律后對(duì)凸輪的推程，停止，回程，停止四個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖4-1為凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。將推程與回程分成四個(gè)部分，計(jì)算得每隔27.5°時(shí)凸輪對(duì)應(yīng)角度的輪廓曲線半徑。根據(jù)各段半徑以及凸輪的基圓半徑繪制出圖4-2中的凸輪。圖4-1凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖4-2凸輪輪廓曲線4.2.4滾子推桿滾子半徑當(dāng)使用滾子推桿時(shí)，考慮到各種因素，例如滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度以及凸輪理論輪廓曲線的形狀，選擇滾子半徑。如果凸輪的實(shí)際工作輪廓的曲率半徑等于凸輪理論輪廓的曲率半徑與滾子半徑的總和，則凸輪與滾子在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中有一個(gè)較為順滑的過程。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般凸輪的工作廓線的最小曲率半徑不小于1-5mm。根據(jù)前文對(duì)凸輪的設(shè)計(jì)可以得出滾子半徑選擇5mm是較為符合要求的。4.2.5推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指當(dāng)凸輪角度改變時(shí)推桿的位移量s，位移速度v和推桿的加速度a三者間關(guān)系的規(guī)律。根據(jù)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律中使用的方程，有兩種主要類型：多項(xiàng)式和三角運(yùn)動(dòng)定律。本次設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)主要做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且設(shè)計(jì)時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)為對(duì)心推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。4.3V形塊設(shè)計(jì)根據(jù)圖4-3可求V形塊基本尺寸。首先為了使筆芯與筆身在定位時(shí)能夠同軸心，則兩個(gè)V形塊的h取20mm，V形塊的夾角為90°。在本次設(shè)計(jì)中筆芯D1=4mm，筆身D2=12mm。根據(jù)V形塊在整體設(shè)計(jì)中的位置則H=25mm，由數(shù)學(xué)關(guān)系可得Δ=5mm。圖4-3V形塊根據(jù)公式△=N2?D2×sin則筆芯V形塊有5=N12筆身V形塊有5=N22由計(jì)算數(shù)據(jù)可畫出筆芯與筆身的V形塊如圖4-4,圖4-5圖4-4筆芯V形塊圖4-5筆身V形塊4.4聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是一種機(jī)械裝置，用于連接兩個(gè)桿或軸并旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)，并且在傳動(dòng)過程中不能分開。聯(lián)軸器可以分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器是一種不能補(bǔ)償兩個(gè)軸之間相對(duì)位移的聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器是一種可以適當(dāng)補(bǔ)償兩個(gè)軸之間相對(duì)位移的聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器可分為兩種類型：非柔性撓性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。非彈性元件彈性聯(lián)軸器是沒有彈性阻尼的彈性聯(lián)軸器。柔性構(gòu)件柔性聯(lián)軸器是一種柔性聯(lián)軸器，其利用彈性構(gòu)件的彈性變形來補(bǔ)償兩個(gè)軸之間的相對(duì)位移，以減輕沖擊并吸收振動(dòng)。柔性構(gòu)件聯(lián)接器中的彈性構(gòu)件具有兩種類型的非金屬?gòu)椥詷?gòu)件和非金屬?gòu)椥詷?gòu)件。聯(lián)軸器的選擇包括合理選擇聯(lián)軸器的類型和型號(hào)。聯(lián)軸器類型的選擇應(yīng)根據(jù)工作要求確定。對(duì)于中小型減速器，輸入軸和輸出軸可與彈性銷聯(lián)軸器一起使用。這種類型的聯(lián)接器易于制造并且易于組裝和拆卸，成本較低，能緩沖減振;輸人軸如果與電動(dòng)機(jī)軸相連,轉(zhuǎn)速高,轉(zhuǎn)矩小，也可選用彈性套柱銷聯(lián)軸器;對(duì)中精度不高的低速重載軸的連接，可選用齒式聯(lián)軸器,這種聯(lián)軸器制造成本較高;對(duì)于高溫、潮濕或多塵的單向傳動(dòng)，且有一定角位移時(shí)，可選用滾子鏈聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器的型號(hào)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩并兼顧所連接兩軸的尺寸選定,要求所選聯(lián)軸器允許的最大扭矩不小于計(jì)算的扭矩，并且聯(lián)軸器孔應(yīng)與所連接的兩個(gè)軸的直徑相匹配。兩個(gè)聯(lián)軸器半部可以選擇不同的孔，但必須選擇在這種類型的耦合的孔徑范圍內(nèi)?；谕馆喤c聯(lián)軸器間的軸徑為20mm所以在聯(lián)軸器的選型上選擇GY型凸緣聯(lián)軸器，型號(hào)為GYS2，該型號(hào)的聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.0015，許用轉(zhuǎn)速為10000r/min[10]。5總結(jié)5.1總結(jié)目前，市面上對(duì)于中性筆自動(dòng)裝配機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)相對(duì)完善。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我主要設(shè)計(jì)是筆芯推送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在做此部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)之前，我花了很多的時(shí)間和精力查閱了大量的中性筆裝配機(jī)械的資料。在中性筆筆芯與筆桿的裝配上主要采用的是氣缸推動(dòng)，由PLC系統(tǒng)控制使各個(gè)部件見有一個(gè)準(zhǔn)確的定位。而本設(shè)計(jì)采用的是凸輪裝置作為一個(gè)推送裝置。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中首先要考慮的就是定位裝置，由于物料的一個(gè)裝配特性，選擇對(duì)軸類零件具有較高定位效果的V型塊。V形塊主要用來安放軸，套筒，圓盤等圓形工件，可以很方便的找出中心線。定位的問題解決后就可以開始設(shè)計(jì)推送部分。凸輪作為一個(gè)推送機(jī)構(gòu)，在作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，不僅具有一個(gè)較高的穩(wěn)定性，更可以在一個(gè)動(dòng)作完成的時(shí)候開始下一次動(dòng)作的準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)的過程中我遇到了很多的問題，但是通過與同學(xué)的討論以及老師指導(dǎo)，給了我很大的幫助。經(jīng)過對(duì)自己查閱的資料進(jìn)行篩選、整理、老師的指導(dǎo)，對(duì)其部分機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、計(jì)算以及校核，對(duì)各零件進(jìn)行空間上的進(jìn)行優(yōu)化布置，最終使用Solidworks軟件畫出主要的三維零件圖并對(duì)整體進(jìn)行裝配，最后通過軟件進(jìn)行仿真。5.2展望未來本文提出了中性筆自動(dòng)裝配機(jī)筆芯推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性，為進(jìn)一步的原型設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了必要條件。在充分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前提下，我們是否對(duì)以下的問題有更好的解決或者說設(shè)計(jì)理念(1)對(duì)于物料的定位可以更好的研究，V形塊的定位與推動(dòng)機(jī)構(gòu)間存在這一定的限制。通過研究新的定位方式提高裝配的效率與最終效果。(2)在動(dòng)力機(jī)構(gòu)方面，凸輪機(jī)構(gòu)并非最理想的一個(gè)方式。凸輪機(jī)構(gòu)存在著它的局限性。不僅有較大的噪音，在使用壽命這一塊，與凸輪配合的推桿較容易造成磨損。相對(duì)于氣缸推動(dòng)，穩(wěn)定性并不是恒高。(3)輸送帶方面可以研究是否有更加精確。穩(wěn)定的方式。下料裝置部分，對(duì)于像筆芯這種軸類不規(guī)整的零件是否可以有獨(dú)特的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)陳罡.智能制造