接插件自动检测上料机构设计

本科毕业设计说明书（论文）第1页共37页1绪论在自动化生产线上，工件按一定的节拍和方位送到工作位置，经过加工，装配或包装后再取下。如果工件的供送和取下采用手工操作，不仅体力劳动繁重，而且生产效率也不可能提高。本文介绍的接插件自动检测上料机构生产设备系统，是在电机驱动下通过皮带（同步带）传动将接插件原料输送到汽缸前，在汽缸的推力下进入下料槽，在前面工件进入料槽的同时，后面工件陆续进入料槽，于是实现连续供料。工件必须按要求停放在规定位置，等待搬运站机械手取走工件，于是这里采用了气动装置运送工件。即在工件进入上料装置后，气动推至指定位置，当料被取走后，上料装置复位，等待下一工件进入，如此往复循环完成上料。本动作过程中，工件检测通过光电传感器来实现，位置的控制是依靠行程开关，整个系统由PLC控制。这种上料装置不仪生产率高，且通用性广，适用于各种的接插件例如RJ45等零件的自动上料。该课题来源于生产实际，主要解决生产中人工检测接插件效率低、劳动强度大、误判等问题，为企业设计接插件的自动检测装置，实现接插件检测上料自动化，实现不良品的自动判别和剔除，提升企业生产技术水平，并为同类问题的解决提供参考方案。11自动检测上料现状自动化生产的产品常常是成批大量的，在生产过程中要把工件按一定的节拍和方位送到工作位置。文中针对各种小型柱、套、盖、片等物料的自动上料，如型号为RJ45的接插件，设计完成了上料站总体结构、气动控制系统原理图、PLC控制程序。具有一定的实用价值。为了检测这些产品或者检测生产这些产品的设备，那么急需设计出成本较低，测量精度相对较高，测量速度较快的测量装置。如此才可以满足快速发展的自动化生产线对测量技术的更高要求。国外西欧美日等国家在这方面已经有了长足的发展，各种检测设备已投入市场。但是此类设备成本昂贵，且是针对某一检测范围的各种零件的检测。自动化的迅速进展，广大用户要求快速测量工件的整体形状精度，这已成为该领域近期的发展趋势。所以，高价购买的国外检测设备实属浪费。而我国在检测技术上已达到国际先进水平，只是没有将先进的技术转化为生产力。为解决我国中小企业在检测方面遇到的问题，设计了检测精度、效率都较高的自动检测装本科毕业设计说明书（论文）第2页共37页置。12自动检测上料的意义目前，我国散状原料的上料系统多采用人工目测上料量及手工操作方式，作业条件差、劳动强度大、生产效率和设备利用率低，生产过程的可靠性、稳定性和精确性都较差，这与许多企业已实现的后段工序生产过程自动化状况极不适应因此应用微机技术对上料系统实现自动控制是极为重要的。据资料介绍，德国、日本等工业发达国家已率先研制出微机控制的冲量式流量计，并广泛应用于冶金、矿山等行业自动检测上料系统模块化技术是制造业由传统的单一品种大批量加工模式向多品种、中小批量方式发展的关键技术之一。该项技术研究开创了一种模块化、组合化的自动检测系统,即将整个系统分为几个独立而又互相关联的模块,各个模块具有自身的运动精度和位置精度,它可缩短自动检测系统研制周期及降低设计成本,及时为企业提供所需的自动检测设备。该项目以检测难度大、检测项目多、检测精度要求高、检测批量大等为特点,以油泵油嘴行业的三大精密偶件检测为代表,进行了应用研究。自动检测系统由自动上料定位系统,全自动分选下料系统等五个部分组成,被测工件从上料测量直至下料,皆通过高精度的机械及定位系统准确地传送到指定位置。并在测量工位上全自动测量系统又通过二次定位结构,保证了测量系统的定位精度,同时为根据需求更换测量模块提供了极大方便。模块化自动检测系统适用于小型零件或偶件的自动检测分选,工件或偶件的尺寸范围在303080MM以内可直接应用,有些做少许改动也能适用。应用自动检测模块化技术,研制的小尺寸精密零件及偶件全自动检测与分选设备,发挥了机、电、气、光与计算机一体化的优越性,设计起点高,智能化程度高,使得多种几何量参数或多种综合性能参数能同时自动进行高精度测量并自动分选,该项技术属国内领先水平。并可推广到汽车、轴承、压缩机、液压、气动等行业应用。为某电子接插件产品设计自动检测装置，实现自动上料、卸料，完成对该产品的OPEN检测，完成LED通断检测，并将相应不良品分别剔除。2上料检测机构的构造及其工艺分析21被检测元件的介绍本科毕业设计说明书（论文）第3页共37页211RJ45型网卡接口RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。RJ45是各种不同接头的一种类型（例如RJ11也是接头的一种类型，不过它是电话上用的）；RJ45头跟据线的排序不同的法有两种，一种是橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕；另一种是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕；因此使用RJ45接头的线也有两种即直通线、交插线。10100BASETXRJ45接口是常用的以太网接口，支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，网卡上以及HUB上接口的外观为8芯母插座，如图1、图1接口RJ45接口PC端的，网线为8芯公插头212RJ45型网线插头RJ45型网线插头又称水晶头，共有八芯做成，广泛应用于局域网和ADSL宽带上网用户的网络设备间网线（称作五类线或双绞线）的连接。在具体应用时，RJ45型插头和网线有两种连接方法（线序），分别称作T568A线序和T568B线序。如图2图2接头RJ45型网线插头引脚号的识别方法是手拿插头，有8个小镀金片的一本科毕业设计说明书（论文）第4页共37页端向上，有网线装入的矩形大口的一端向下，同时将没有细长塑料卡销的那个面对着你的眼睛，从左边第一个小镀金片开始依次是第1脚、第2脚、第8脚。213RJ45型网卡接插件规格参数图3接插件规格22上料检测机构的构造本科毕业设计说明书（论文）第5页共37页图4整体结构整个机构的构造如图4所示，主要包括电机，同步带（轮），汽缸，传动轴，卡槽，检测电路，支撑架和底板等。23工艺分析231原始数据及技术要求1装置的设计以某一接插件为例，如RJ45；2检测要求OPEN检测，不良品剔除；SHORT检测，不良品剔除；LED通断检测，不良品剔除。3合格产品直接流入生产流线，装置的总体外形尺寸尽量小。232自动上料模块、下料分选模块的主要技术指标为某电子接插件产品设计自动检测装置，实现自动上料、卸料，完成对该产品的OPEN检测，完成LED通断检测，并将相应不良品分别剔除。1定位精度01MM2下料分组数6组3效率每件2秒4无划伤、碰伤、工件无分离233外部控制本科毕业设计说明书（论文）第6页共37页1同步带要求顺着到所上料仓的上料方向逆起顺停。2同步带控制从属于流程选择方式自动、手动、非常手动。3当同步带带工作机在自动方式时，汽缸、卡槽及推杆根据需要可以工作在手动或非常手动方式。234连锁控制1汽缸在自动、手动、非常手动等上位操作方式下，只要皮带未运行，汽缸不运行。2当所设定的上料量完成后，自动停机。3汽缸在自动、手动操作方式下，当所选择的上料料仓到达汽缸位或卡槽位时，汽缸自动停止。3自动检测上料机构设计方案由以上分析可知，从接插件的运送到自动检测再到最后的判断（合格品流入生产线不合格品被剔除），需要两大条件1理论上的工作节拍。其中包含多个工位，每个工位之间必须紧密联系，相互配合。2实际上的传输系统。这就包含多个传动和输送单元，例如电机，同步带轮，汽缸，卡槽等。以下对各个部分进行具体分析。31拟定设计方案本机构的目的是为了达到接插件检测的自动化，同时又要保证检测，上料，剔除等工序的连续进行，因此必须从电气和力学两方面入手。开始时同步带轮被电机带动，进行匀速转动，从而带动同步带向前移动。被检测的RJ45型接口由人工放置于同步带上。在此，切记一重要步骤即让接口的口部面向着正方向。后面会提到为什么需要这么做。在这里选择同步带结构，如图5所示。本科毕业设计说明书（论文）第7页共37页图5同步带主要考虑到工件的匀速前进，以及工序的连续性。工件通过同步带到达第一个工位，即等待工位。即进入一个横向的流道，这个流道与同步带处于同一平面但互相垂直。这时第一个进入的工件被流道挡板挡住，气缸在PLC电路系统的控制下，把工件推入横向流道，一直推到流道末端，被挡板挡住。此时就进入了第二个工位。即待检测工位。横向流道如图6所示。图6通道接着气缸回复到原位，而同步带在同一时刻把第二个工件已经输送到第一工位，工件同样被挡板挡住，由气缸推入第二工位。而刚才的第一个零件，被一个带有6个等宽和等高槽的卡板卡起，这里槽的宽度与深度，都和工件自身的尺寸相匹配。卡板如图7所示。图7卡板为一带有滑块的薄板。而这块卡板，为整个机构的一个核心运动部件。机构的设计目的，就是要让卡板在同一平面内，作X轴方向的水平运动，以及作Y轴方向的竖直运动。从而形成一个整体运动，这个运动相当于一个往复回路，运动轨迹是一个矩形。而卡板的起始位置，就是这个坐标轴的零点。其运动如图8。本科毕业设计说明书（论文）第8页共37页图8运动简图要实现这个设想，就必须放置一根横向导轨和一根纵向导轨。其中横向导轨的一端，连接另一个纵向滑块，而纵向导轨直接与地面相连接。这样，卡板上的滑块就能在横向导轨上水平方向移动，同时横向导轨上的滑块在纵向导轨上竖直方向移动，就达到了所预期的四方位往复运动。两根导轨如图9所示图9导轨为了让滑块移动，我们在这里采用了2个型号相同的气缸做控制单元。一个设置在横向滑块上，推动滑块进行横向运动。一个设置在纵向滑块上，推动滑块进行纵向运动。气缸的缸头推进部分用螺钉与滑块进行紧固，另一端缸体固定于地面。气缸推动的节拍也全程由PLC系统控制。气缸如图10所示本科毕业设计说明书（论文）第9页共37页图10气缸刚才进入卡板的第一个工件，此时被卡板卡住，向Y轴方向进给一个单位，再向X轴方向进给一个单位。此时的工件进入第三个工位，即检测工位。因为卡板上设置了6个卡槽，我们在这规定，第1，3，5号槽为检测槽，分别进行接插口的OPEN检测，SHORT检测，LED通断检测。第2，4，6号槽为剔除槽，与1，3，5号槽分别对应。在每个槽的缺口处，各用一个气缸与之匹配。其中1，3，5号气缸头安装上检测用RJ45水晶插头，2，4，6号气缸则为剔除气缸。另外，1，3，5号气缸的运作是同步进行的，这样的目的是为了使检测时间缩短，可以同时检测3个接口，从而提高了生产效率。例如第1号槽检测接插口的OPEN为合格，则由卡板运至2号卡槽停留一下再运送到3号卡槽，进行SHORT检测。如果OPEN检测不合格，则运送至2号卡槽后，剔除气缸工作，对工件进行剔除。待3号卡槽检测SHORT为合格，再由卡板运至4号卡槽，停留下再运至5号卡槽进行LED通断检测。若SHORT检测不合格，则在4号卡糟处，由气缸进行剔除。如果LED通断检测为不合格，则在6号卡槽处进行剔除。待3道检测程序都结束后，合格接插口由卡板运送至检测系统末端，直接流入生产线。值得注意的是，卡板在2个控制运动气缸的作用下，全程做着往复运动，使下一个工件也经过刚才的一道道工序，达到完全一样的效果。并且每个工件间是紧密而连续的，其中的检测气缸和剔除气缸的节拍，都由PLC系统负责控制。32设计方案论证为达到从上料到检测再到不合格品的剔除最后到合格品直接流入生产线这一系列的工作，我们必须将整个机构划分为几个大的部分。其相互之间的联系与配合如图11所示，这个框图直接阐明了机构运作的过程。本科毕业设计说明书（论文）第10页共37页接插件同步带助推气缸卡板OPEN检测SHORT检测LED通断检测检测气缸合格品不合格品X，Y轴方位气缸控制图11框图4主要零件的选择及计算41电机的选择为了解决几个工位节拍和配合的问题，本机构将选用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置，只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按图12步进电机设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常生产线剔除气缸剔除本科毕业设计说明书（论文）第11页共37页工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。411分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积小，步进角为75度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为15度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相两相步进角为18度而五相步进角为072度。这种步进电机的应用最为广泛。412基本原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数图13内部结构量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。413步进电机的一些基本参数本科毕业设计说明书（论文）第12页共37页电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为09/18（表示半步工作时为09、整步工作时为18），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为09/18、三相的为075/15、五相的为036/072。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。保持转矩（HOLDINGTORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2NM的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2NM的步进电机。DETENTTORQUE是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENTTORQUE在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENTTORQUE。414步进电机特点1一般步进电机的精度为步进角的35，且不累积。2步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏8090度完全正常。3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组本科毕业设计说明书（论文）第13页共37页的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。415电机的参数计算功率，扭矩与转速计算PM2N/60P2NM/60其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，N为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米P2FM/400半步工作）其中F为每秒脉冲数（简称PPS42同步带传动设计同步带传动早在1900年已有人研究并多次提出专利，但其实用化却是在二次世界大战以后。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件，随着二次大战后工业的发展而得到重视，于1940年由美国尤尼罗尔UNIRAYAL橡胶公司首先加以开发。1946年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传动上。同步带传动的开发和应用，至今仅60余年，但在各方面已取得迅速进展。421分类1按用途分1一般工业用同步带传动即梯形齿同步带传动（图14）。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。2高转矩同步带传动又称HTD带HIGHTORQUEDRIVE或STPD带传动SUPER本科毕业设计说明书（论文）第14页共37页TORQUEPOSITIVEDRIVE。由于其齿形呈圆弧状图62，在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中，如运输机械飞机、汽车、石油机械和机床、发电机等的传动。图14带轮结构3特种规格同步带传动这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动，如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。4特殊用途的同步带传动即为适应特殊工作环境制造的同步带。2按规格制度分1模数制同步带主要参数是模数M与齿轮相同，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。图15齿型PB节距HT齿厚HS带厚2节距制即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。由于节距制来源于英、美，其计量单位为英制或经换算的公制单位。3DIN米制节距DIN米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节距数值不同于ISO节距制，计量单位为公制。在我国，本科毕业设计说明书（论文）第15页共37页由于德国进口设备较多，故DIN米制节距同步带在我国也有应用。随着人们对齿形应力分布的解析，开发出了传递功率更大的圆弧齿同步带，紧接着人们根据渐开线的展成运动，又开发出了与渐开线相近似的多圆弧齿形，使带齿和带轮能更好的啮合，使得同步带传动啮合性能和传动性得到进一步优化，且传动变得更平稳、同步带精确、噪音更小。三种齿形传递能力、噪音水平、打滑扭矩的比较如图图16比较图422同步带传动的优缺点1工作时无滑动，有准确的传动比同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。2传动效率高，节能效果好由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达098。它与三角带传动相比，有明显的节能效果。3传动比范围大，结构紧凑同步带传动的传动比一般可达到L0左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。4维护保养方便，运转费用低由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带伸长很小，不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费比三角带、链、齿轮要低得多。5恶劣环境条件下仍能正常工作本科毕业设计说明书（论文）第16页共37页尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点，但它对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。423同步带的结构和尺寸规格1同步带结构如图65所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。工业用同步带带轮及截面形状如图所示。图17同步带结构1带背2承载绳3带齿4包布带图18常用同步带轮结构ARPP同步带B梯形齿同步带C圆弧齿同步带D梯形齿双面同步带E圆弧齿双面同步带F交错双面齿同步带本科毕业设计说明书（论文）第17页共37页图19常用同步带结构2同步带规格型号根据国标GB/T116161989、GB/T113621989,我国同步带型号及标记方法分别如表61和图68所示。424同步带的设计计算1失效形式和计算准则同步带传动主要失效形式有1承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。表1同步带型号节距型号名称MMINMXLMINIMAEXTRALIGHTXXLEXTRAEXTRALIGHTXLEXTRALIGHTLLIGHTHHEAVYXHEXTRAHEAVYXXHDOUBLEEXTRAHEAVY最轻型超轻型特轻型轻型重型特重型最重型203231755080952512700222253175000801251/802001/403753/8051/208757/8125AB图20同步带标记举例A单面齿同步带标记B双面齿同步带标记2爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。本科毕业设计说明书（论文）第18页共37页3带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。4其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下，保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件下，则应保证带齿的一定耐磨性。同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度2080，V50M/S，P300KW,I10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达110。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。425同步轮简介同步轮,一般由材料45钢,铝合金,铜，尼龙等,材料加工而成广泛用于机床纺织印刷食品包装电线电缆仪器仪表石油化工烟草通讯等各行业的新型机械带传动中。同步轮与同步带配合使用图21同步轮本科毕业设计说明书（论文）第19页共37页同步轮规格梯形齿T型同步带轮HTDSTD同步带轮426同步带轮的计算公式同步带轮的节圆直径计算DPPZ/DP节径Z齿数圆周率同步带轮实际外圆直径计算DEDP2DP节径节顶距同步带轮中心距及同步带节线长计算L近似皮带节线长C两轴的中心距DP大带轮的节径DP小带轮节径中心距的确定BL157DPDPL皮带节线长43气动控制系统设计431气缸的介绍引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动本科毕业设计说明书（论文）第20页共37页化控制、机器人等等。因为系统承受负载不大，而且行程也不长，本装置选用轻巧型CG1系列双作用气缸，缸径为20MM，结构简单，行程可以根据需要选择。采用气缓冲，缸筒为无杆缸盖压成一体，缸筒与杆盖为螺纹连接，缸筒、缸盖和活塞都采用铝合金，轴向尺寸短，重量比其它系列气缸轻10一50。432气缸的种类气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类（见图）。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。单作用气缸仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧图22气缸或自重返回。双作用气缸从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。膜片式气缸用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。冲击气缸这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速1020米秒运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于280。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。433气缸的作用与分类将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。434气缸的结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，其内部结构如图所示本科毕业设计说明书（论文）第21页共37页图23气缸的结构1）缸筒缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到RA08UM。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。SMCCM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。2）端盖端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。3）活塞活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密本科毕业设计说明书（论文）第22页共37页封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。4）活塞杆活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。5）密封圈回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。6）气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑气缸。435气缸的参数计算1气缸作用力的大小根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。下面是气缸理论出力的计算公式F气缸理论输出力KGFF效率为85时的输出力KGFFF85）D气缸缸径MMP工作压力KGF/CM2通常在工程中确定输出力的大小时，可直接查阅经验图24、图25。本科毕业设计说明书（论文）第23页共37页图24图表图25图表在工程设计时选择气缸缸径，可根据其使用压力和理论推力或拉力的大小，从经验表1中查出。2气缸行程的长短气缸的行程与使用场合和机构的行程比有关图13。由图13可看出，不同的安装形式其气缸的行程比不同。图中活塞杆最大计算长度可由经验数据表32本科毕业设计说明书（论文）第24页共37页中查出。在工程设计中由作用力的大小选择出气缸缸径。再根据使用场合的实际行程来验算一下活塞杆的强度是否产生纵向弯曲。理论推力、拉力表表2单位KGF图26机构行程比为活塞杆最大计算长度1铰链铰链1铰链铰链本科毕业设计说明书（论文）第25页共37页3固定铰链4固定固定3活塞或缸的运动速度活塞运动速度与气源压力、负载、摩擦力、进排气管接头通径等有密切关系。其中，以排气速度影响最大。如果要求活塞杆高速运动时，应选用内径较大的进、排气口及导管、通常为了得到缓慢的、平稳的活塞杆运动速度，可选用带节流装置的或气液阻尼装置的气缸。节流调速的方式有当水平安装的气缸去推负载时，推荐用排气节流；如果用垂直安装的气缸举升重物时，则选用带缓冲装置的气缸。从下列的图27“阀的有效截面积及气缸速度”的关系里，可以根据气缸的缸径和使用速度来选择用于控制气缸的控制元件阀的有效截面积，并由此来判断阀的通径大小。使用方法，纵轴上表示气缸的速度，由此引出水平线，找出与计划使用的气缸尺寸的交点，由此交点引垂直线，便可从横轴的交点上得知所需的有效截面积。根据有效载面积选择较适合的阀。上述气缸速度为仅考虑了电磁阀的有效截面积而计算出的数值。这里未考虑调速器、配管、管接头等回路因素和气缸的负荷率等。活塞杆径与活塞杆最大计算长度之间的关系图27运动速度4安装形式的选择由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定式气缸。在需要随同工作机构连续回转时如车床、磨床等应选用回转气缸。在除要求活塞杆做直本科毕业设计说明书（论文）第26页共37页线运动外，又要求缸作较大的圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。仅需要在360或180之内作往复摆动时，应选用单叶片或双叶片摆动气缸，另有特殊要求，应选用相适当的特种气缸和组合式气缸。图28气缸的种类5气缸的空气消耗量空气消耗量是操作费用的一部分，图16系根据以下公式计算的空气消耗。每厘米行程空气消耗量/D活塞或活塞杆直径MM气缸行程此外为常数10MMP操作压力KGF/CM2利用此公式计算的空气消耗量为近似值，因为有时在气缸室内的供应空气，并不完全排放特别是在高速状态下，实际所需消耗量可能稍低于图上所读出的数据。本科毕业设计说明书（论文）第27页共37页436气缸的使用要求1气缸正常的工作条件介质、环境温度一般为2080，工作压力一般为0110P。具体条件见各类气缸技术参数表。2安装前，应在15倍工作压力下进行试验，不应漏气。3安装的气源进口处需设置油雾器，以利工作中润滑。气缸的合理润滑极为重要，往往因润滑不好而产生爬行，甚至不能正常工作。4安装时，要注意动作方向，活塞杆不允许承受偏心负载或横向负载。5负载在行程中有变化时，应使用有足够输出力的气缸，并要附加缓冲装置。6不使用满行程，特别活塞杆伸出时，不要使活塞与缸盖相碰击。否则容易引起活塞和缸盖等零件损坏。437气缸控制部分气缸的运动通过磁铁换向阀控制，根据不同指令控制活塞推出或者拉升，具体控制流程为行程开关SL触发传感器1发出指令使阀的YV1端得电工作，气缸上升撞到行程开关S2传感器2工作发出指令使阀的YV2端得电工作，气缸下降。气动控制原理如图29所示。图29气动原理44气动导轨的设计441导轨的介绍导轨DAOGUIGUIDERAIL金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性本科毕业设计说明书（论文）第28页共37页滑图30导轨线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。442导轨的应用导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、火车的铁轨等等都是导轨的具体应用。还有就是导轨可以用于任何需要带滑动滑动的机器或设备上面，如有用于电梯导轨，还有就是窗帘上有时也会用到它。443导轨的主要型号TH3575导轨、TH3515导轨、G3215导轨、G321512MM导轨、TH1555导轨、TH3570导轨、TH3510导轨、TH3575L导轨、TH3575L15MM导轨、G3215L导轨。444导轨的选用气动导轨运行的设计是本课题研究的核心部分。在此，我们选用燕尾槽导轨来进行设计。其形状如图31所示。图31导轨结构为了使卡板达到上下左右的四方位运动，我们采用了1根横向导轨与2根纵向导轨连接的形式进行设计。如图32所示。图32横轨纵轨本科毕业设计说明书（论文）第29页共37页其中纵向导轨与地面相连接，横向导轨架设在纵向导轨上。为了达到卡板的运动平衡，在横向导轨的两头各架设一根纵向导轨。横向导轨的运动，也就是卡板的纵向运动。445滑块的选用要使导轨发挥其应有的作用，就必须选择与之相匹配的滑块作为运动部件。其选用的注意点如下1、不同品牌的滑块和轨道不能互换，即A牌滑块装在B牌轨上，是不许可的；2、同品牌、同宽度但不同系列的导轨，滑块和轨道是不可图33滑块的导轨，MSA系列为高组装，MSB为低组装，同样是20的导轨，这两个系列的轨道不是同的，故不能互换；3、同品牌、同系列、同尺寸的导轨，如果是普通精度要求，即一般产业机械常用的N级，是可以互换的，包括工厂出货时滑块和轨道都是分开出的，可以随机组装；但是如果精度要求比较高，比如机床上用的精密级的导轨，在原厂对同一平面的导轨组装好滑块后进行配磨处理，以保证同平面的滑块的等高性，严格来讲，是不能互换的，即使都是同样长度的导轨，不同平面的两组导轨，每个平面都会有1个主轨即基准轨，1个或多个副轨即从动轨，主轨和副轨都不允许交叉使用，如把A平面的主轨同B平面的主轨或副轨搭配；当然，在一些特殊情况比如滑块损坏，而生产又不许可停止，只有拿同样尺寸的滑块来临时代替。本课题所用的滑块为燕尾槽形状，与燕尾槽导轨相匹配。如图34所示图34滑块结构图横向导轨上的滑块在纵向导轨上移动，而连接卡板的滑块在横向导轨上移动，合起来就达到了卡板的四方位移动。446助推气缸的选择本科毕业设计说明书（论文）第30页共37页在这里，我们采用2个气缸分别作为横向与纵向移动的动力源。用于控制卡板纵向运动的气缸固定在地面上，气缸头与横轨中心相连接，这样有利于横轨在纵向运动时的平衡性。而用于控制卡板横向运动的气缸直接固定在横轨上，缸头与卡板上的滑块相连接，起到了横向助推的作用。5其它零件的选择及计算51支架的选择支架是支撑整个机构的一种大型部件。支架的形状和材料直接决定了机构的稳定性，寿命等。在本课题中，我们选择L型板作为支架，L型板分前板和后板，前板如图35所示，用于支撑电机，同步带等元件。后板如图36所示，用于支撑护板，卡板等元件。其中后板上开3个等间距方槽，每个方槽位置与剔除气缸相对应，是用于不合格品的剔除窗口。L型板的背面用加强筋加固。图35前板本科毕业设计说明书（论文）第31页共37页图36后板52流道的设计流道也是机构中一个重要的组成部分。它是连接同步带和卡板的输送单元，同时也是推进气缸进行推进的通道。流道的高度和宽度，应比被检测工件略大，同时也要保证气缸能够完全推进。流道的长度，应该与推进气缸的行程相匹配。流道两个侧壁分别开一个槽，槽的大小比被检测工件略大，供工件的流入和流出。前槽连接同步带，后槽连接护板。流道的结构如图37所示。图37流道53护板的选用护板，是位于卡板两侧的2块L型板。其作用相当于一个检测通道，在卡板把被检测工件顶起的过程中，工件由于受力不均匀，易于从卡板上掉落，从而影响了整个检测过程。有了护板的支撑，工件就能平稳向前推进。护板的宽度和高度，比工件略大。长度应该大于整个检测通道。护板板壁上开槽，其位置与6个检测气缸相匹配，供检测气缸的推进。护板如图38所示。本科毕业设计说明书（论文）第32页共37页图38护板6总装配体的设计61总装配图接插件自动检测上料机构的总体结构如图39所示。本科毕业设计说明书（论文）第33页共37页图39总装配图62机构的安装与调试整个机构安置于一块底板上。L型板（前板和后板）用直径为M6的螺钉连接在底板上。在4角上各连接一个螺钉。步进电机放在前板的背面，通过前板上的轴与同步带的主动轮相连接。从动轮连接在前板的另一根轴上。同步带的护板同样用4个直径为M6的螺钉固定于前板上。推进气缸固定于工作台上。气缸头与流道相配合。流道下有圆柱与地面相支撑。流道的出口槽用直径为M6的螺钉和护板相连接。护板的另一头有圆柱支撑。护板的定位在卡板两侧，中间空隙比卡板稍宽以便于卡板在其中做四方位移动。卡板