主动柱齿轮自动上下料专用机构设计【机+电+液+PLC】【14张图纸】【优秀】
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plc
图纸
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主动柱齿轮自动上下料专用机构设计
33页 15000字数+说明书+14张CAD图纸
v型挡块A3.dwg
主动柱齿轮自动上下料专用机构设计说明书.doc
传动齿轮a4.dwg
压块 a3.dwg
双联齿轮4号图纸.dwg
挡块 a4.dwg
机械手液压系统图.dwg
梯形图A1.dwg
液压夹紧滑台.dwg
液压滑台箱体零件图A0.dwg
燕尾块4号图.dwg
电气原理图A1.dwg
程序流程图1号图.dwg
送料机构.dwg
送料机构传动轴a4.dwg
摘 要
本次所设计的课题是:主动柱齿轮自动上下料专用机构.零件是长春一汽底盘分厂制造的汽车底盘中减速器里的主动柱齿轮，它主要用于载重汽车的底盘中，起着传递转矩、降低转速的作用。
本次毕业设计主要研究上下料机构的设计，所要完成的任务包括：绘制零件图（A3）、设计输送工件毛坯用的送料机构（A0），设计铣端面和打中心孔的起夹紧作用的液压夹紧滑台机构（A0）、设计此套机构的控制部分（主要使用欧姆龙C系列P型机进行控制。
设计送料机构时，采用液压缸压力驱动，链条链轮、齿轮齿条传动，实现传送工件的目的；设计液压夹紧机构时，采用液压缸压力驱动，齿轮齿条传动，实现滑台两侧同时对工件夹紧；设计控制部分大采用C60P型PLC，对机构所要求的功能进行控制，并注意急停、保护部分。
最后，将送料机构]液压滑台、控制部分及同组同学所设计的机械手机构、机床总体布局、液压部分总体规划，从而形成一个完整的机电一体化的上下料机构，以完成自动加工主动柱齿轮的第一道工序。
关键词：液压机构；送料机构；链轮链条；PLC控制。
目 录
摘要1
Abstract2
前言3
传动方案拟定.6
1.1 概述6
1.2 传动方案的拟定6
第2章 自动送料机构的设计.8
2.1 传动方案的论证8
2.2 液压缸的设计计算10
2.2.1液压缸类型的确定10
2.2.2 基本参数的确定10
2.2.3 结构强度计算及稳定性校核 12
2.2.4 计算流量 13
2.3 链传动的设计计算13
2.4 传动轴的设计计算16
2.5平键的选择与校核.18
2.6花键的选择与校核19
2.7齿轮参数的确定19
第3章 液压夹紧滑台机构的设计21
3.1 液压夹紧滑台的整体设计21
3.2 液压滑台相关数据计算21
第4章 机构的电气控制部分设计24
4.1可编程控制器概述24
4.2机构控制部分设计26
4.2.1 OMRON C系列 P型机简介26
4.2.2 设计所选机型.27
4.2.3 机构的I/O分配.27
4.2.4机构控制流程28
4.2.5 机构的梯形图程序29
结论.31
谢辞.32
参考文献.33
在自动化生产线中，需要较多的机械手和送料机构，要求使零件的设计和制造满足产品的“三化”要求——系列化，通用化和标准化。这样才能够使机构不但制造和装配方便，简单，而且维修时各个零部件更换容易，故各送料机构和上下料机构机械手的传动原理和结构尺寸都设计成基本相同，差别只在于安装的方向上，因此料道和机械手是整个生产线的基本组成单元。工件的传动路线如下：
毛坯放置在送料机构的传动链上→送料机构将工件输送到机械手能够接触到的地方（行程开关控制）→上料机械手夹持工件，将工件放置在托料架上→支架动作，机械手回位→液压夹紧滑台夹紧工件→两床头横向相向运动，进行铣端面→两床头纵向相向运动，钻中心孔→两床头反向纵向相背运动，钻孔完成→两床头反向横向相背运动，退出切削，夹具松开→托料架上升，工件进位→下料机械手夹持工件，再将工件置于第二道工序的送料机构上，如此反复，就可以实现工件的流水线了。
在本次设计值得注意的是：行程开关，作为位置检测元件，在检测元定位精度较低，因而起往往不单独使用，而是辅以定位元件或挡块等元件定位；使用位置传感器作为更精密的位置检测元件，以检测元件是否放对位置（托料架上）；使用压力传感器作为判断夹紧力的元件，以及判断工件是否夹紧。由于此次设计所涉及的动作较多，故需要使用较多的I/O端子的PLC，因此选用OMRON的C系列P型号C60P PLC，对机构进行控制。
- 内容简介：
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摘 要本次所设计的课题是:主动柱齿轮自动上下料专用机构.零件是长春一汽底盘分厂制造的汽车底盘中减速器里的主动柱齿轮，它主要用于载重汽车的底盘中，起着传递转矩、降低转速的作用。本次毕业设计主要研究上下料机构的设计，所要完成的任务包括：绘制零件图（A3）、设计输送工件毛坯用的送料机构（A0），设计铣端面和打中心孔的起夹紧作用的液压夹紧滑台机构（A0）、设计此套机构的控制部分（主要使用欧姆龙C系列P型机进行控制。设计送料机构时，采用液压缸压力驱动，链条链轮、齿轮齿条传动，实现传送工件的目的；设计液压夹紧机构时，采用液压缸压力驱动，齿轮齿条传动，实现滑台两侧同时对工件夹紧；设计控制部分大采用C60P型PLC，对机构所要求的功能进行控制，并注意急停、保护部分。最后，将送料机构液压滑台、控制部分及同组同学所设计的机械手机构、机床总体布局、液压部分总体规划，从而形成一个完整的机电一体化的上下料机构，以完成自动加工主动柱齿轮的第一道工序。关键词：液压机构；送料机构；链轮链条；PLC控制。Abstract The object of this design just before our graduation is a initiative pillar gear for the car bed-rock lying in the decelerating device of the automobile bed-rocks, which are manufactured by the First Car-Manufacturer of Changchun. It is primarily used to transmit the torsion and torques of the bed-rock inside heavy automobile and also can decelerate.The main researching work of this designing is to study the particular fixture among it which including : drawing the part diagram (A3),designing a stock for transmitting the materials of work piece (A0),design a stock to tight the total diagram (A0),designing controlling part of this machine (mainly using OMRON serious C size PLC to control).When designing the stock for transmitting, adopting liquid, press to realize gear and rack, wheel track and racks removing, then work piece can remove one to another.When designing the pressure stock, adopting liquid press to realize gear and racks removing, then the stock can tight the work piece by the two sides at the same time.When designing the controlling part, using C60P size PLC, to achieve the commanding function, and noticing urgent stopping, protect part,Finally, designing sending machine, pressure machine, controlling part, and the orientation diagram of machine tool. The diagram of whole part putting, the pressure part which is designed by my classmate in the same hard, forming a whole machine for up and down the materials, then the first process of initiative pillar gear can be auto processed.KEY WORD: pressure machine, a material for transmitting, gear and rack Wheel rack and rack, PLC controlling.前 言在现代工业生产自动化领域里,材料的搬运,机床上下料,整体的装配等实现自动化是十分必要的。在机械工业部门,这些程序的费用占全部加工费用的三分之一以上，所费时间占加工时间的三分之二以上，且绝大多数的事故发生在这些工序.自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计的。工业机械手在二十世纪五十年代就已用于生产。它是在自动上下料的基础上发展起来的一种机械装置。开始主要用于实现自动上下料和搬运工作,完成单机自动化和生产线自动化.随着应用范围不断扩大,现已用来操作工具和完成一定作业。而本次所设计的自动上下料专用机构,是利用液压系统驱动和电器系统控制实现自动线的自动工作循环。在成批大量生产中,尤其在要求生产率很高,机动工时很短的情况下,上下料是一项重复而繁重的工作,为提高生产率,减轻体力劳动,保证安全生产,采用自动上下料装置是行之有效的方法.而且,实践也证明,工业机械手在加工主动柱齿轮的时候可以代替人手减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高生产率。因为液压系统操作方便,电器系统控制灵活,成本低,工作可靠,完全能满足我们的工作性能要求。因此本次主动柱齿轮自动上下料装置采用液压驱动及电器控制的工业机械手。伴随着我国工业生产的飞跃发展,自动化程度的迅速提高,实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计的。一个好的自动上下料装置应该满足以下条件：(1)提高工人劳动生产率,显著减轻工人的劳动强度；(2)工作稳定可靠，运转噪声小，不会损伤工人，使用寿命长；(3)结构简单紧凑，最大限度采用标准化零部件，通用性好，易于制造，成本低。经实践验证,本次设计的自动上下料专用机构基本达到预期要求。同时，通过本次设计也对自己大学几年来的专业课知识作了系统的复习，加深了理解。鉴于本人的学识能力有限和设计时间短暂，因此难免有一些差错和不足，敬请各位老师批评指正。目 录摘要1Abstract2前言3第1章 传动方案拟定.61.1 概述61.2 传动方案的拟定6第2章 自动送料机构的设计.82.1 传动方案的论证82.2 液压缸的设计计算102.2.1液压缸类型的确定102.2.2 基本参数的确定102.2.3 结构强度计算及稳定性校核 122.2.4 计算流量 132.3 链传动的设计计算132.4 传动轴的设计计算.162.5平键的选择与校核.182.6花键的选择与校核.192.7齿轮参数的确定.19第3章 液压夹紧滑台机构的设计213.1 液压夹紧滑台的整体设计213.2 液压滑台相关数据计算21第4章 机构的电气控制部分设计.244.1可编程控制器概述244.2机构控制部分设计264.2.1 OMRON C系列 P型机简介.264.2.2 设计所选机型.274.2.3 机构的I/O分配.274.2.4机构控制流程284.2.5 机构的梯形图程序29结论.31谢辞.32参考文献.33第1章 传动方案拟订1.1概述本次毕业设计我的课题是主动柱齿轮自动上下料机构设计，需要完成的任务有：1. 绘制零件图2. 设计送料用的送料机构3. 设计夹紧工件用的液压夹紧滑台机构4. 绘制送料机构及液压夹紧滑台的典型零件图5. 设计此套机构的PLC控制程序6. 完成毕业设计说明书其中重点和难点是送料机构，液压夹紧滑台机构，PLC控制部分的设计。本零件是长春一汽底盘制造厂制造的汽车减速其的主动柱齿轮，它主要用于载重汽车的底盘中，起着传递转矩，降低转速的作用。该零件需经过毛坯锻造，铣两端面“，钻中心孔等15道工序，才能够生产出产品。该零件产量为30000件/年，零件重量约为15KG/件，可知其产量属于中批量生产。为了提高加工质量和劳动生产率，同时降低工人的劳动强度和减少废品率，将进行部分工序自动化，由专用机床代替工人生产，自动进行送料，上下料等，既减少了工人工作时间，又提高了生产效益，因此一个工人可同时对多台机床进行操作，使人员配制更加合理。本着这些目的，进行上下料自动机构的设计是很必要的，而机械手的设计将为以后的生产线提供广泛的用途。1. 2传动方案的拟订 在自动化生产线中，需要较多的机械手和送料机构，要求使零件的设计和制造满足产品的“三化”要求系列化，通用化和标准化。这样才能够使机构不但制造和装配方便，简单，而且维修时各个零部件更换容易，故各送料机构和上下料机构机械手的传动原理和结构尺寸都设计成基本相同，差别只在于安装的方向上，因此料道和机械手是整个生产线的基本组成单元。工件的传动路线如下： 毛坯放置在送料机构的传动链上送料机构将工件输送到机械手能够接触到的地方（行程开关控制）上料机械手夹持工件，将工件放置在托料架上支架动作，机械手回位液压夹紧滑台夹紧工件两床头横向相向运动，进行铣端面两床头纵向相向运动，钻中心孔两床头反向纵向相背运动，钻孔完成两床头反向横向相背运动，退出切削，夹具松开托料架上升，工件进位下料机械手夹持工件，再将工件置于第二道工序的送料机构上，如此反复，就可以实现工件的流水线了。 在本次设计值得注意的是：行程开关，作为位置检测元件，在检测元定位精度较低，因而起往往不单独使用，而是辅以定位元件或挡块等元件定位；使用位置传感器作为更精密的位置检测元件，以检测元件是否放对位置（托料架上）；使用压力传感器作为判断夹紧力的元件，以及判断工件是否夹紧。由于此次设计所涉及的动作较多，故需要使用较多的I/O端子的PLC，因此选用OMRON的C系列P型号C60P PLC，对机构进行控制。第2章 自动送料机构的设计2.1传动方案的论证 传动方案的确定，在传动系统的设计过程中起着相当重要的作用，传动方案是否合理，这直接影响着传动机构的工作效率，而合理的传动方案不仅能够满足机器的功能要求，而且还应该使工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，传动效率高，使用维修方便，以及适应各种工作条件等要求，在传动系统中的方案确定过程中，要同时满足这些要求是比较困难的，因此我们要将拟订的各种传动方案进行比较，使传动能够满足重点要求的，综合性能较高的方案就是我们所要的传动方案。 自动送料机构的主要传动要求是能够实现间歇运动，使工件在一个工件完成加工后再送入到待加工位置。为此我们拟订了三种传动方案：1.液压传动；2.气压传动；3.电气传动。 方案一的传动特点：（1） 液压传动各执行元件机构的动作和力（力矩）是靠液体来传动的，所以液体的质量和清洁度将直接影响到液压设备的运动状况。（2） 在相等功率条件下，液压传动设备比机械传动设备体积小，重量轻，运动惯性小，动态性能好，换向频率高。其往复回转动作可达每秒500次，往复直线运动可达1000次。（3） 液压设备中，液压系统与电气控制系统联合使用，自动化程度高。（4） 液压设备要保持良好的技术状态就必须做到控制油液污染，控制泄露和控制温升及吸空等。（5） 液压设备由标准化程度较高，通用较强的液压元件组成，故便于设计制造和推广使用。（6） 液压传动设备具有自我润滑和自动防止过载的保护能力，故使用起来安全可靠。 （7） 由于液压传动的各个执行机构所传递的力，速度，位移可无级调节（调节范围可达1：2000），故能迅速适应被控制参数的变化。（8） 液压元件标准化，系列化的水平较高，故液压设备一般比机械设备技术改造投资少，时间短，并且容易实现。（9） 液压元件属于精密零件，因此元件的维修比较困难。（10） 液压设备的故障有隐蔽性和多样性，因此故障原因的判断要比机械故障的判断难得多。 方案二的传动特点：（1） 气体流动时惯性小，所以气动元件的动作快，反映灵敏，在系统中建立起一定压力和流速所需的时间短。（2） 空气的粘性小，因此在管道中流动的压力损失小，便于集中供气和压缩空气的远距离传输。（3） 气动系统中的工作介质是空气，因此不存在变质，补充和更换问题，经济性好。（4） 气动系统中回气可直接排入大气，不需要设置回气管路，系统比较简单。（5） 气动系统的工作性能对温度变化不敏感，几乎在0200范围均可工作，并且在高温下不会发生燃烧或爆炸。（6） 由于工作压力低，可降低对气动元件的材料和制造精度要求。（7） 空气的容积摸量比压力油小得多，所以气动元件的速度刚度比液压系统低，低速稳定性差。（8） 气压信号比电气信号传播速度慢，所以气动系统的快速性和响应频率不如电气控制系统。与机械传动相比，也不如机械传动准确性高。（9） 气动系统对一定的外泄是允许的，因为外泄的空气不会污染工作环境，也不会影响气压传动的质量；但由于气动系统本身工作压力不高，所以要尽可能也减少泄露。（10） 空气没有润滑性能，其中又含水蒸气，所以气动元件的工作条件比液压元件差。方案三的传动特点：（1） 结构简单，维护方便，单机容量大，能实现高速传动；（2） 电力传动中的直流传动系统有良好的调速性能，其调整的范围也很宽，平滑性好，响应速度和频率高。（3） 电动机能够输出较大的转矩和转速；（4） 电动机的容量选择困难，其容量大小回造成电动机的工作环境要求较高，需要空气中不含易燃易爆和防腐蚀的气体。 结合本送料机构传递系统功率不大以及间歇传动的特点，如果选择气压传动，不但会造成间歇传动中的定位不准确，而且产生的噪声也大，是工人的工作环境变差，并且气压系统中的压力也无法达到要求，故不选用气压传动。 电气传动结合本传动系统的特点，就需要选择步进电动机，这样不仅是使用设备是成本增加，而且还需要另设置单独的控制系统，况且电动机在频繁的启动和制动的过程中容易损坏，故不选用电动传动方案。因此，我们选用液压传动方案，这样不仅可以达到本系统的要求，而且工作较平稳，产生的 噪声相当小，在工件传动同时在一定程度上还避免了上述两种方案所带来的弊端。在工件传动方案的选择中，由于工件的质量和体积较大，形状比较复杂，无法选择带式传动。结合链传动的特点，可用于远距离传输，链条和链轮的平均传动比恒定，而且在高温，油，酸等恶劣环境下能够可靠的工作，价格也比较便宜，传动效率高，故选用链传动作为工件的输送形式。选定液压驱动方式及采用链传动的输送形式后，如何使两者能够联接起来形成一个整体统一的传动机构，也是一个重要的环节。由于本方案中采用的是齿轮齿条传动，它的基本设计思路是：设计一齿条和齿轮啮合并有锯齿的齿轮，并将齿轮安装在固定的长轴上。当液压驱动齿轮运动，齿条的往返移动带动齿轮的旋转，齿轮的旋转使锯齿相互配合，带动另外的带有锯齿的齿轮旋转，然后通过该齿轮（该齿轮与轴的花键部分配合）带动轴旋转，进而使链条转动，从而推动在链条上的工件进位。在这里值得注意的是，实际工件的进位只能够是一个不变的方向，而不是变动的。因此，在设计的过程中我们考虑用锯齿形齿的配合来实现，即当齿条向工件移动的相反方向移动时，锯齿虽然接触但不产生反作用力，不能够推动轴旋转，从而工件不动，如此就实现了工件的间歇定向传动。2.2 液压缸的设计计算液压缸是液压系统中的对外作功元件，它与工作部件直接相联接，由于不同工作部件的用途和工作要求并不相同，因此在设计前要做好调查研究，准备必要的原始材料和设计依据，其中主要有：（1） 主机的用途和工作条件（2） 工作机构的结构特点，负载情况，行程大小和动作要求（3） 液压系统中的工作压力和流量（4） 有关国家标准和技术规范2.2.1液压缸类型由液压缸工作条件及设备用途方面考虑，选用双作用单活塞杆液压缸。2.2.2 基本参数的确定1.液压缸工作负载的确定根据料道的液压缸工作特点，其主要外负载为克服链传动中齿轮与支座之间的摩擦，Fm，以及运动部件速度变化时的惯性负载Fg，整个传动系统中存在的摩擦阻力Ff,故F=Fm+Fg+Ff.考虑到在实际情况中各处动力损失较复杂，故将工作负载扩大50%。Fm=N=0.2431=86.2N故支座重力（即齿条所受压力）N=R2hg=431N=216NFf 根据工作情况，估算Ff =1500N故 F=1500+86.2+216（1+50%）=2703.3N因此取F=3000N2. 工作速度的确定根据实际工作情况，选用GE系列调节流量阀，查得最小流量为0.05L/min，由实际工作中可得Vmin=80cm/min。3. 行程确定液压缸的工作行程长度应该根据执行机构实际工作的最大行程确定。由于工作的最大外径为150min，再加上工件之间应该有适当距离，故取工件之间的距离为250mm，参照参考资料3，取标准值为200mm。4. 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定根据参考资料2表37.5-3，37.5-5查得，P1=2MPa，P2=0.3MPa。所以D=47mm。根据参考资料2，表37.5-8，取标准值D=50mm。根据参考资料2，37.5-6取d/D=0.5，因此d=0.5D=25mm。5. 壁厚及外径计算 液压缸的壁厚是指缸筒结构中最薄处厚度。由于本次设计中系统的工作压力较低，属于中低压系统，液压缸的壁厚无法用公式进行计算，只能按经验选取=10mm。缸体的外径D1=D=+2=50+210=70mm。6. 缸盖厚度的确定选取液压缸盖为平地底缸盖，缸盖上根据需要钻有进油口、出油口和缓冲器作用的沉孔，缸盖厚度为=17mm。查阅相关资料得=25MPa，Py为最大工作压力的1.251.5倍。圆整取t=18mm，故缸盖厚度为18mm。7.活塞宽度B和缸体长度一般B=（0.51.0）D，由于系统的压力较低，取B=0.5D=0.550=25。液压缸内部的长度应是活塞的行程和活塞的宽度之和，故得液压缸的内部长度为L=200+25=225mm。缸体的外部长度除了要考虑内部长度外，还应考虑到两端盖的厚度，所以液压缸的外部长度为L1=L=2t=225+218=261mm。2.2.3 结构强度计算与稳定性校核1.液压缸的稳定性验算根据材料力学的理论，一根受压的直杆，在其轴向负载F超过稳定临界力Fk时，即失去原有直线状态下的平衡，或称为失稳。对于液压缸其稳定条件为：Nk为稳定性安全系数，一般Nk取24。其中，为长度折算系数；E为活塞杆材料的纵向弹性模，E取205.9GPa；I为活塞杆断面的最小惯性矩；r为活塞杆横断面的回转半径，。经计算得：Fk=71040N ，式中Nk=2。，故液压归纳感稳定。2.活塞杆强度校核 用的A系为活塞杆材料的许用应力，查参考资料4，表2-7查得s=355MPa，= s/n=236.667MPa，式中s为材料的屈服极限，n为安全系数，n=1.42。实心活塞杆d1=0。因此 =6.115MPa故活塞杆强度足够。2.2.4 计算在各工作阶段液压缸所需流量直线型运动液压缸只有两种工作状态，即工进与有退回。速度公式为：流量公式为：Q=VA 工进时行程为180mm，所需时间为2.5s，故工作速度为V退回=（18010-360）/2.5=4.32m/min，Q工进=D2V工进/2.5=8.48L/min。退回时行程为180mm，所需时间为1.5s，所以V退回=（18010360）/2.5=7.2m/minQ退回=（D2-d2）V退回/4=10.6L/min2.3链传动的设计计算 链传动是应用比较广泛的一种机械传动，特点如下：（1） 链传动为带有中间挠性件的啮合传动，与带传动相比，无滑性滑动和打滑现象，故能保持准确的平均传动比，传动效率高，结构紧凑，传递圆周力大，张紧力比带传动小；（2） 与齿轮传动相比，链传动能吸振和缓和冲击，结构简单，加工成本低廉，安装精度要求低，适用于较大中心距的传动，能在恶劣环境中工作。（3） 运转时不能保持恒定的瞬时传动比不宜在载荷变化大和急速反向传动装置中应用；（4） 工作有噪声，链条铰链易磨损，只能传递平行轴间的同向转运动。链传动在送料机构中是最重要的传动形式，它直接决定着工件能否准确地被送到需要的位置。本次设计中为了使链条采购方便，采用普遍应列套筒滚子链，初步选取传递功率P0为1.2Kw，链轮的转速n0为20r/min，并且为了使工件能够较好的在水平线上移动，因此选取两链轮的直径大小相同，从而使链条在水平线上传动，达到了使工件平移的目的。初步选取传动比为i=1。1.确定链轮齿数Z1，Z2取奇数，链节数Lp为偶数时，可使链条和链轮齿磨损均匀，根据优先选用齿数，（参考资料5中表7-4）选取Z1=25。因为i=Z1/Z2，即1=Z2/25。所以Z2=25。即从动链轮的齿数为25。2.设计功率PdPd=KAPK2 （1）式中KA-工况系数，选取KA=1.0，查阅参考资料6表（3-5）。P-传递功率，KW；K2-小齿轮数系数，K2=1.35。则Pd=1.01.20.611=0.73 KW。3.特定条件下单排链条传递的功率P0式中：Kz-从动链轮齿数系数，由参考资料5选取Kz=1.34， Kp-排数系数，选取系数Kp=1。于是P0=0.90 KW。4.链条节数P 为使传动平稳，结构紧凑，宜采用小节矩单排链。根据P0和n，选取ISO链号为20A，节矩P=31.75（A级链用于重载，高速和重要场合） 5.初定中心距a0一般取a0 =（3050）P，无张紧装置时，ap，当i时，amin0.2z(i+1)p，得amin10P.以节距计算初定中心距ap (3)所以ap40节.链条节数LP 式中，知则LP105为避免使用过度链节,将LP值圆整为偶数,则LP=106.8.链条长度L 代入数据L=3.37m.9.计算中心距ac 当z1=z2时, 代入数据ac=1285.9mm10.实际中心距a 为了使链条松边有合适的垂度,需将计算中心距减小(a).对于中心距不可调或无张紧装置的传动,a取小值,中心距可调的取大值,a=ac*a.一般a=(0.0020.004),选a=0.003 ac.11.链条速度v代入数据v=0.264m/s12.计算作用在轴上的压力QF=10000Pd/v=2765NQ=1.3F3595N13.计算链传动分度圆直径=280.97281mm=7.2齿顶圆直径:da=P(0.54+ctg180/2)=295.65mm齿根圆直径:df=d-dr=261.92mmdr 为滚子外径,本次设计中滚子外径dr=19.05mm14.链轮材料及热处理材料:40Cr;齿圈淬火,硬度HRC 4050;b=980MPa,s=785MPa.15.选择润滑方式设计中采用开式链传动,只能够定期拆下用煤油浇洗,即等链条干燥后将链条浸入7080的润滑油中,待链条间隙充满油液后使用.对于v0.6m/s的低速链传动,其主要的失效形式是链条静力拉断,故低速链应该按静强度条件进行计算.设计时,可依据已知条件初选链条的型号,然后进行校核计算,满足静强度条件即可选用.静强度应满足下式:48式中,s静强度安全系数; Q链条的最低破坏载荷,N;(查得Qmin=8670N); F有效圆周力,N; KF 载荷系数,取为1.0. 由上面计算可知,F=F=2765N, Q=7977N.小、查阅参考资料6表5-11, Q=173500N.所以=173500/276548根据校核计算可知,选用型号为20A的套筒滚子链是合适的.满足使用要求.由参考资料6表5-11可知,链号为20A的滚子尺寸为: 节距P=31.75mm;排距Pt=35.76mm;滚子外径dr=19.05mm;内链节内宽b1=18.90mm;内链节外宽b2=27mm;外链节内宽b3=27.6mm;滚子外径d1=19mm;套筒内径d3=10mm.2.4 传动轴的设计 转矩和弯矩是轴的主要承受载荷,轴的常见形式有直轴和弯轴,而根据本次设计中机构的特点,选择传动轴为直轴.轴上的传递功能,由于要经过链轮和链条的啮合,等传送到轴上时,已经损失了一部分的功率,故轴上的传递功率近似估计为1.5KW,轴的转速和链轮的转速是相同的,由前计算可知n=20r/min.因此轴的转矩为T=9.55106(p/n)=716250Nm1. 选择轴的材料并确定许用应力选择轴的材料为45钢,经调质后,再使用.由参考资料5表10-1查得:硬度:HBS217255;屈服强度极限: s=360MPa;抗拉强度极限b=650 MPa,弯曲疲劳强度极限1=300 MPa.由表10-3查得-1b=55 MPa.2. 初步确定轴的直径按照扭转强度估计轴输出端直径由表10-2查得C=107108由式,得d=(107108) =44.9449.56圆整后,得d=4550,考虑到有键槽,将直径增大5%,则d=(4550)(1+5%)=47.2552.5mm.3. 轴的结构设计1. 轴上零件的定位、固定、装配在本次设计中,链轮安排在粗轴上,并且两两对称,右端配有矩形齿轮啮合的花键及螺纹,轴做成阶梯形,在轴上装入链轮(2个)、轴承、端盖、齿轮、弹簧等件.2. 确定轴各个阶段直径和长度段既装有链轮段,此段因为是送料机构的主要零件,考虑到所传递的功率,轴取稍微大些.取为d1=60mm,L1=360mm.初选6012型号的深沟球轴承(d=60、D=95、B=18),基本额定载荷Cr=31.5KN,基本额定静载荷Cor=24.2KN,深沟球轴承主要承受径向载荷,也能承受一定的双向载荷.段主要是装齿轮、花键、弹簧及起固定作用,再根据步骤2中所确定的轴的轴径,选其直径为d2=50mm,L2=148mm.4. 按照弯扭合成强度校核轴的强度根据传动情况,可估计圆周力Ft=3000N,轴向力Fa=600N,径向力Fr=1000N.1. 绘制轴受力简图2. 轴承支反力=19.23NFRBV=FR+FRAV=1000+19.23=1019.23N.计算弯矩:截面C右侧弯矩MCV= FRBV(L/2)=66.25Nm截面C左侧弯矩MCV= FRAV(L/2)=1.25Nm3. 绘制水平弯矩图轴承支反力: FRAH=Ft/2=1500NC处弯矩: MCH= FRAH(L/2)=97.5Nm4. 绘制合成弯矩图NmNm5. 绘制转矩图T=716250Nm6. 绘制当量转矩图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化,取=0.6,截面C处的当量弯矩Nm7. 校核危险截面C的强度MPa55 MPa故轴的强度足够. 轴的受力图和弯扭矩图如下:2.5平键的选择与校核键是标准件,常用45钢,根据设计需要,确定为平键,查阅参考资料4,表4-1.查得使用键1811 GB 1096-79(圆头普通平键 A型 b=18mm,h=10mm,l=63mm).抗压强度条件校核MPa耐磨性校核 =33 MPa由参考资料6表10-5查得P=120150,P=50.可见P P, PP故所选平键符合要求. 上式中,T转矩,Nmm; d轴径,mm; h键的高度,mm; l键的工作长度,mm; P 许用挤压应力,N/mm2; P挤压压强,N/mm2.2.6花键的的选择与校核假设载荷沿各齿的接触长度均匀分布,载荷在各齿上的合力N作用在平均直径dm处,并且载荷不均匀系数来估算实际载荷分布不均匀的影响,=0.70.8.本次设计中所选用的花键为846509,即N=8mm;d=46mm,D=50mm,B=9mm.抗压强度条件校核: MPa 耐磨性校核: MPa 其中,T转矩,N/mm2;l齿的工作长度,mm;h花键齿侧面工作高度,h=(D-d)/2-2c;D花键外径D为花键内径;C倒角尺寸,所以h=1.4;dm花键平均直径; P 许用挤压应力,N/mm2; P挤压压强,N/mm2. 查表得, P=80120 N/mm2; P=2540 N/mm2; 可见P P, PP故所选花键符合要求.2.7 齿轮参数的确定 根据结构设计查参考资料5选取齿轮的参数为模数m4齿数z40分度圆直径dd=mz160mm齿顶圆直径dada=d+2ha*m168mm齿根圆直径dfdf=d-2(ha*+c*)150mm齿距pp=m12.56mm基圆直径dbdb=dcos152.17mm齿形角20第3章 液压夹紧滑台机构的设计3.1 液压夹紧滑台机构的整体设计液压夹紧滑台机构是用来夹紧工件的饿，它的设计基本原理是用液压缸作为动力,液压缸带动V形块来夹紧工件,由于夹紧工件是夹在工件的外圆上,因此就需要保证工件的中心和V型块的中心保持在同一水平面上.为了能够保证这一设计要求,设计一个托起液压缸,它的作用是托起工件,通过调整它来使工件和V型块在同一水平面上.因为这个液压缸只要能够托起工件就可以了,而且工件的重量也只有15Kg左右,重量相对较轻,所以这个液压缸不需要进行校核设计.在设计夹紧用的液压缸时,采用的是活塞固定,而液压缸移动的动作方式,活塞杆固定在支架上;支架又与底座相连.由于工件在加工过程中采用的是两台机床同时动作对其进行加工,两台机床使用相同的切削用量,因而工件所承受的轴向力基本上相互抵消(合力为零),故不需要有轴向的夹紧力设计计算;两台机床加工工件时转向相反,故径向力也基本上相互抵消,也不需要对它进行校核计算.此夹具装置还设计了一个齿轮齿条机构,其作用是当夹紧液压缸是一端滑台向左运动时(假设),通过齿轮齿条相互啮合的作用,使令一端的滑台相继向右运动,这样的设计充分考虑了夹紧用的辅助时间,使用此夹紧方案可以缩短辅助时间.同时,这样也能够很好的保证在夹紧工件时工件的中心线与托起液压缸的V型块中心线在同一水平面上,从而起到更好的夹紧作用.3.2液压夹紧滑台机构的相关数据的计算1.校核连接齿条的螺钉.估算齿条重量齿条材料45钢,直径40,长约30mm,查阅参考资料4表1-5,45钢=7.8g/cm3其质量为m=v=22Kg,故其重力为G=mg=215.6KN,圆整为220KN.分析受力在运动中,齿条所受主要力为齿条与拖槽之间的摩擦力,故螺钉所承受的轴向载荷即为此力;查阅参考资料4表1-11,选取摩擦系数=0.1,故Ff=N=22KN,考虑到实际工况中还有其他轴向载荷,故稍做放大,取Ff=25KN.查参考资料6,知螺栓受轴向载荷后,螺栓中总拉力F为工作压力与剩余预紧力F0之和.即F=F+ F0,由表9-3选取F0,因此连接属于一般连接且工作载荷稳定,故F0=(0.20.6)F.取F0=0.4F=10KN,故F=35KN.设计受轴向外载荷的螺栓联接设计公式为由参考资料6表9-6查得,= s/s式中, s屈服极限;S安全系数,S =1.21.5,取为1.5; s查表9-5为355MPa. =355/1.3=273MPa,MPa根据实际工况,以及传动中的平稳性与联接的稳定性,将螺钉直径适当扩大,故M16符合要求,满足实际情况.2.托料架设计及V形挡块设计不论定位基面是否经过加工,不论是完整的柱面还是局部圆弧,都可以用V型块进行定位,优点是对中性好,既能使工件的定位基面轴线对中在V型块两斜面的对称平面上,而不受定位基面直径误差的影响,并且安装方便.在本次设计中,由于零件是一个多阶梯轴,故使用用于较长的阶梯轴定位的V型块.V型块又有固定式和活动式两种,根据工件与V型块的接触母线长度,固定V型筷可以限制两个或四个自由度. V型块上两斜面的夹角,一般选用60、90、120,以90应用最为广泛, V型块的典型结构和尺寸均已标准化,设计非标准V型块时,主要尺寸:DV型块检验心轴直径,即工件定位基面直径,mm;HV型块的高度,mm; V型块两限位基面间夹角;TV型块的标准定位高度,即检验心轴中心高.设计步骤如下:1. 确定D:本设计中,D已确定,并且V型块主要用于工件114部分的定位.2. N与H的确定:本例中选取=90;故 N=1.41-2=112一般取=0.21D=23.94249查阅资料用于小径定位时,取H1.2D=137考虑到经济性及工艺性,选取H为68mm.3. T的计算,由下图可知T=H+OE=H+(OB-BE)OB=D/(2sin/2)=80.6mm,BE=N/(2tg/2)=56T=H+0.707D-0.5N=136.6138厚度选为12mm,B=12.依上述步骤可以计算出V型挡块各部分尺寸:74 D=74mm; =75; N=66; H=80mm, B=20mm, T=98mm,厚度为20mm. 160 D=160mm; =110; H=40mm, B=12mm, T=98mm,厚度为20mm. 4. 液压夹紧滑台机构的双联齿轮设计计算参数符号大齿轮小齿轮模数M1.251.25齿数Z7230传动比i11分度圆直径d9040齿顶圆直径Da9444齿根圆直径df8536齿形角2020第4章 机械手的PLC控制系统设计4.1 可编程控制器概述可编程序控制器（Programmable Logic Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术、自动化技术、网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。英文缩写为PC或PLC。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更始得到拥护的好评。因而在各种领域中得到了广泛的应用，成为现在工业控制的三大支柱之一。PLC梯形图的设计一般分为以下几个步骤：1、对实际问题进行分析，确定哪些是输入量，哪些是输出量；2、根据所需的I/O点数和控制的复杂程序进行PLC造型；3、将输入量依次分配给输入继电器，输出量依次分配给输出继电器，画出I/O端子分配图；4、明确控制对象的控制要求，根据控制的特点和复杂程度进行PLC梯形图的设计；5、根据梯形图写出指令；6、上机调试，模拟运行。由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得PLC在设计结构上具有其他控制器所无法相比的特点（1） 可靠性高，抗干扰能力强为了满足PLC“专为在工业环境下应用设计”采用了如下硬件和软件的措施 光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入； 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰； 采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰； 具有良好的自诊断能力，可以对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警； 对程序及有关数据用电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失； 对采用的器件都进行了严格的筛选和老化，排除了因器件问题而造成的故障； 采用冗余技术进一步增强了可靠性。（2） 通用性强，使用方便现在的TLC产品都系列化和模块化了，PLC配备有各种各样品种齐全的I/O模块和配套部件供用户使用，可以很方便的组成能满足不同控制要求的控制系统。（3） 程序设计简单、易学、易懂PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC一般采用与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，学习使用这种编程语言十分方便。（4） 采用先进的模块化结构系统组合灵活方便PLC的各个部件，包括CPU电源I/O等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能和规模可根据用户的实际需要自行组合，这样便可实现用户要求合理的性能价格比。（5） 系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，这样大大地缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。（6） 安装简便，调试方便，维护工作量小PLC可在各种工业环境下运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连，系统便可投入运行。PLC的软件设计和调试都可在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态就可观察PLC上的相应发光二极管，模拟调试好后，在将PLC控制系统安装到现场，通过连机调试，既可节省时间又方便。由于PLC本身故障率低，又有完善的自诊断能力和显示功能，一旦发生故障，可根据PLC上的发光二极管或编程器提高的信息迅速查明原因，这样提高了维护的工作效率保证了生产的正常运行。（7） 对生产工艺改变适应性强，保证了生产的正常进行 PLC实质上是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC的程序即可PLC硬件结构基本上与微机相似，但也有特殊的地方，其硬件系统基本结构如下图所示：在上图中，主机由微处理器、存储器、输入/输出模块、外设I/O接口及电源组成。主机内的各个部分均通过总线连接，总线分为：电源总线、控制总线、数据总线和地址总线。PLC的工作方式采用循环扫描工作方式，即PLC对用户程序进行反复地循环扫描，逐条地解释用户程序，并加以执行。其过程可用下图描述：输入采样程序执行输出刷新输入采样由于PLC扫描用户程序的时间一般只有几十毫秒，因此可满足大多数工业控制的需要，而且响应速度远远高于继电器控制（继电器动作时间在100ms以上）。4.2 机构的控制部分的设计4.2.1 OMRON C系列P型机简介OMRON C系列P型机为袖珍型PLC，一般用于小型系统控制系统。它包括主模块（CPU）、I/O扩展模块和I/O链接模块，I/O点数一般分为20点、28点、40点和60点。主模块和I/O扩展模块可根据实际需要。再考虑成本和适当I/O点冗余来进行选择和适当搭配。注意，扩展模块I/O点数要小于或等于CPU模块的I/O点数。1、 C系列P型机的的输入、输出的内部变量单元分为通道和继电器，通道用CH表示，每个通道16个继电器，编号为0015。2、 内部辅助继电器简称MR，共136个，通道为CH10CH18，继电器编号为10001807，内部辅助继电器相当于继电器接触器电路中的中间继电器，不能直接控制外部负载，3、 保持继电器及其编号，之所以称为保持继电器，是因为在电源出现故障时保持它们原来状态。C系列P型机有16个保持继电器，分为10个通道，每个通道为16个点，编号为HR000HR915。4、 TIM/CNT及其编号 在C系列P型机中，有定时器，高速定时器，计数器和可逆计数器共48个，编号为0047。在同一个程序中，如果一个编号用做定时器，则不能再做计数器使用。除程序中所涉及的继电器外，C系列P型机还有专用内部辅助继电器，数据存储器，暂时存储继电器。4.2.2 设计选用机型根据此次控制部分的设计需要，选择适应机型。由于、所需输入，输出端口较多，故选用C60P型。单元名称电源电压输入输出C60P CPUAC 100240VDC24V 32点继电器2A晶体管 1A双向晶闸管 1A28点DC 24V 2点AC 100V 130点继电器 2A双向晶闸管 1A4.2.3 机构控制I/O分配表如下： 开关及按钮在操作面板上的布置如下图：4.2.4 机构控制流程图如下： 4.2.5梯形图程序如下：程序分析：1. 启动：按下总启动按钮（不在PLC内），整个电路得电，做好准备。2. 连续动作：当按下启动按钮（SB1）时，传送带开始运送工件，当到位时，有行程开关（SQ1输入点0100）进行到位指示，并对下一个动作发出信号。当工件到位后，机械手得到由SQ1发出的信号，开始动作，去夹紧工件，当夹紧工件后（由传感器发出信号，此传感器用来判断工件是否到位，及是否夹紧，夹紧时传感器自带电动按钮SB2动作），液压升降滑台将接受到信号（SB2闭合），滑台将升到预定位置（此位置由SQ2限位0102）。SQ闭合后，机械手便得到运送工件的指令，由摆动液压缸带动大臂翻90，小臂再转90，到为由行程开关SQ3（0102）限位，机械手便可放开工件，使用传感器判断工件是否放好，放好后，由传感器上自带点动开关SB3。0002闭合，机械手、便可回位，去等待夹紧下一个工件，回位仍由行程开关SQ4（0103）限位。当机械手回位后，SQ4闭合，齿条快推，但传动链不动，保持原位，到位后，SQ5动作，加工部件便得电，准备加工。此时主轴电机正转（SB6 0005，SB10 0009）到位后，铣端面，延时30s，退回10s，进给电机正转（SB8 0007，SB12 0011）到位后延时30s，退回（SB9 0008。SB13 0012）后，下料机械手运动，基本动作相同，在此不做赘述。3. 加工部分急停：（SB5 0004）当加工过程中出现故障时，按下SB5将加工部分停止，其他部分不受影响。4. 机构急停：（SB16 0107）当在上下料或加工过程中，出现故障时，按SB16将使整个机构动作停止。结 论在本次毕业设计的过程中，我更加熟练的掌握了相关制图软件的应用。
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