毕业设计---全自动轴承内径分选装置整体设计.doc

本科毕业设计(论文) 1 摘要摘要 轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它们广泛应用于工业、农业、交通运 输、国防、航空航天、家用电器、办公机械和高科技等领域，与国计民生息息相关。轴承 产品精度的高低与性能的好坏是靠测量分选来保证的。因此，轴承测量分选技术自身是否 先进，将直接影响到轴承产品质量的准确性、可靠性、效率以及工人劳动强度的大小。 在轴承内径测量分选行业的整体上，设备的设计和制造质量与五、六年前相比有了提 高，但产品的设计和制造的细节仍需要进行改进,尤其在产品的结构设计的细节的处理上 与国外先进公司的产品存在较大的差距。本次毕业设计主要就是在明平美导师的带领下对 全自动轴承内径分选装置整体的设计，我本人主要是负责完成全自动轴承内径分选装置的 总体设计，并与本组的其他两位同学的设计配合组装成一台完整的装置，并且保证装配后 该装置能够很好的实现轴承内径自动测量分选过程。 测量和分选部分是全自动轴承内径分选装置的重要组成部分。测量检测区包括测量平 台、固定支架、测量系统、出料气缸、拨料气缸、滑动气缸等部件，分选部分主要是实现 把不合格轴承和合格轴承分别运送出测量区。所以，我们要根据待检轴承的内径尺寸分析 确定测量区测量平台的长度、宽度等尺寸，选取合适的测量检测系统，根据所需实现的动 作设计气压传动原理图，并设计用于实现不同功能的气缸。 关键词：关键词：轴承内径， 测量， 分选， 气缸， 拨杆 本科毕业设计(论文) 2 abstract bearing is a kind of important modern machinery parts, which is widely applied in industry, agriculture, transportation, aerospace, defense, household appliances and office machinery and high-tech fields, and closed relations with the economy . measuring and sorting is a way of ensuring the bearing products with high precision bearing and good performance .therefore,whether the bearing measurement technology itself is advanced or not will directly affect the bearing products accuracy, reliability and efficiency ,and the size of the workers labour intensity. on the whole of the diameter measurements and sort of bearing industry, equipment design and manufacturing quality compared to five or six years ago has been improved, but the product design and manufacturing details are still need to improve, especially in the structural design of the product,there is still has a wide gap with advanced foreign products.the graduation design of myself is mainly responsible for bearing diameter measuring and sorting part of auto bearing diameter of machine design under the tutor of ming pingmei . and part of the groups two other students responsible for the other assembles of the machine .after design, this device can realize bearing diameter of automatic measurement and sorting process. measuring and sorting is an important part in automatic bearing diameter . measurement test area including measuring platform, brackets, measuring system, discharging cylinder, dial cylinder, sliding cylinder and so on. separating part is mainly used to carry out the unqualified bearings and qualified bearing from measuring area. therefore, we should according to the analysis of the bearing diameter measuring to determine measuring platform areas such as length, width, and the proper size measurement test system, then according to the needs of pneumatic transmission design principle, and design the cylinders which are use to realize the different function. keywords: bearing diameter, measurement, sorting, cylinder, the pole of dial 本科毕业设计(论文) 3 目录目录 前前 言言 .5 1 1 绪论绪论 .5 1.1 国内外轴承内圈内径测量与分选的发展现状7 1.1.1 国外轴承内圈内径测量先进技术 .7 1.1.2 我国轴承内圈内径检测分选的现状 .8 1.2 轴承内圈内径分选装置的自动排序进料设备的发展9 1.3 全自动轴承内圈内径分选装置的研制意义.11 2 2 进料部分与测量部分总体设计进料部分与测量部分总体设计 13 2.1 自动供料排序机构振动盘的设计.13 2.1.1 供料机构的任务基本组成及设计要求 .13 2.1.2 自动机械的特点、分类和应用 .14 2.1.3 振动盘的介绍 15 2.2 测量分选区机械部分的设计.17 2.2.1 设计的已知条件 17 2.2.2 测量分选区测量分选总体方案 17 2.2.3 测量分选原理 18 2.2.4 测量分选区总体布局示意图 18 2.2.5 轴承滑动轨道的设计 19 2.2.6 滑动气缸的轨道及输料槽设计 21 2.2.7 出料挡块弹簧的选择与弹簧刚度的计算 22 3 3 气动回路的总体设计气动回路的总体设计 24 3.1 气动回路的组成.24 3.2 气动回路原理图 25 3.3 气动回路的工作原理及其特点 26 3.3.1 气动回路的工作原理、组成和表示方法 26 3.3.2 气动回路的主要优缺点 27 3.4 气缸的选择.28 3.4.1 气缸类型的选择 .28 3.4.2 气缸的安装形式 28 3.4.3 气缸材料的选择 .29 4 4 机架的总体设计机架的总体设计 30 4.1 机架的概念及分类 30 4.1.1 机架的概念 30 4.1.2 机架按外形分类 30 4.1.3 机架按制造方法和材料分类 30 本科毕业设计(论文) 4 4.1.4 机架按力学模型分类 30 4.2 机架设计的准则 31 4.2.1 工况要求 31 4.2.2 刚度要求 .31 4.2.3 强度要求 .31 4.2.4 稳定性要求 .31 4.2.5 美观 .31 4.2.6 其他 .32 4.3 机架设计的一般要求 32 4.4 机架的设计步骤 32 4.5 机架结构选择的一般原则 33 4.6 机架的设计与计算 34 4.6.1 机架的结构设计 34 4.6.2 机架的受力分析及校核 34 4.7 各类支架和梁的结构简图 36 4.8 机架设计的技术要求 40 5 5 轴承检测方法的选择轴承检测方法的选择 41 5.1 轴承内径检测方法的概述 41 5.2 ccd 光学检测系统的特点 42 5.3 ccd 光学检测系统的工作原理 43 5.3.1 ccd 器件的光电接收内径测量原理 .43 5.3.2 线阵 ccd 成像系统 43 5.3.3 ccd 测内径系统的总体结构 44 5.3.4 数据采集系统 45 结束语结束语 47 致谢致谢 48 参考文献参考文献 49 本科毕业设计(论文) 5 前前 言言 跨入二十一世纪，随着全球经济一体化和贸易自由化的发展，各国轴承工业发展水平 之间存在的差距将会不断缩小，地区存在的成本优势也将不再明显，轴承工业的竞争将更 多地体现在技术竞争上，只有掌握了技术的优势，才能处于领先地位。这将迫使各国不断 加大用于科技开发的资金投入，投资力度将更大。 轴承的整体技术水平，在近 30 年来取得了令人瞩目的进步。高精度、高转速、高可 靠性、长寿命、免维护保养以及标准化、单元化、通用化已成为轴承的基本技术标志。特 别在轴承基础技术进步、通用产品的结构改进、专用轴承单元化和陶瓷轴承的开发等方面 成效最为显著。 在机械行业中，轴承是重要的标准零件之一，其质量好坏在一定程度上影响整个机械 系统的性能。轴承产品精度的高低与性能的好坏是靠仪器、设备来检测和判断的。因此， 轴承检测仪自身是否先进，将直接影响到轴承产品检测的准确性和可靠性。 中国正在逐步成为世界上的产品制造中心，国外的先进制造技术和测控技术日益冲击 着国内的各个行业。目前国内的轴承检测分选装置和试验设备仍然与国外的同类先进企业 存在着较大的差距。 目前，我国轴承企业广泛应用了自动化程度比较高的加工机床，生产效率和产品质量 得到了很大的提高。但是在快速发展的轴承行业里,存在着一个瓶颈问题,那就是对成品轴 承内径检测还是使用很原始的方法,即广泛使用传统的内径千分尺 ,对轴承进行人工测量 分选。这种测量分选方法测量精度低，随机误差大，检测结果比较不稳定,自动化程度低， 工人劳动强度大，已不能满足高精度测量的要求。 为弥补产品测量分选技术领域与国外先进技术方面存在的不足，同时也为了适应轴承 行业，特别是产品出口企业对各项质量指标的有效把握和检测方面的迫切需求，以及从根 本上控制检测分选质量和降低成本，确实提高测量精度和分选效率,降低工人劳动强度,实 现高精度、高效率、高自动化的轴承内径测量并分选过程，就需要我们在各方面都加以改 善，并针对先进制造技术和提高已有产品可靠性和稳定性两个方面齐头并进，进行专项突 本科毕业设计(论文) 6 破，研究制造出一种高精度、自动化程度较高的轴承内径测量分选装置，对于提高轴承内 径的测量效率和减少工人劳动强度，具有重要意义。 总之，针对国内轴承检测分选的现状和实际要求，一些精度高、测速快且又经济实惠 的自动化检测分选装置应尽快研制出来，以满足飞速发展的轴承工业生产的需求。 本文综合论述了研究轴承内径自动检测分选装置的意义、轴承内径测量分选技术的现 状及目前国内外的发展动态。在分析比较了各种常用轴承内径测量分选方法的基础上，结 合轴承测量过程中的特点和工作环境，确定了轴承内径自动检测分选装置的设计方案。 本文设计的轴承内径自动测量分选装置主要包括三个部分：自动进料排序部分、测量 部分及分选部分。测量部分包括测量平台的设计和检测系统的选择，分选部分主要涉及已 检测轴承的出料问题。三个部分有机协调，构成一套完整的轴承内径测量分选装置，完成 轴承内径的自动化测量和分选。 本科毕业设计(论文) 7 1 绪论绪论 1.1 国内外轴承内圈内径测量与分选的发展现状 1.1.1 国外轴承内圈内径测量先进技术 随着应用技术的发展，计算机技术的日趋成熟和完善，国际轴承测量技术已向综合 化、智能化的方向发展，进入了测量、加工、反馈、补偿、统计一体化的时代。目前，国 外轴承测量的先进技术主要有： 1 1、纳米测量技术、纳米测量技术 高速发展的技术经济对机械制造的要求越来越高，特别是计算机技术的飞速发展有力 地促进了机械科技的进步。目前机械加工业已突破了 001um 的进给技术，0olum 圆度 的加工技术和纳米级的粗糙度加工技术。纳米级的加工技术必然对轴承检测提出更高的要 求，已有的仪器检测精度已经不能满足制造业对产品检测的需求。产品精度的纵向延伸同 时也将给国内的仪器制造业带来较大的冲击，从而迫使轴承仪器的生产企业加大研发力度， 紧紧跟踪世界先进技术，将测量技术也提升到与纳米加工相适应的纳米测量。纳米级测量 技术中最引人注目的是进行圆度等微小形状的测量。 2 2、网络仪器的开发应用、网络仪器的开发应用 caqn(computer auto quality net)是运用计算机技术、网络技术、精密检测技术组 建的崭新的质量自动化网络，是信息时代的质量管理与质量控制体系，能够实现质量数据 的自动采集和传递，实现网络化质量监督和管理，实现以预防为主的统计过程控制(spc)。 网络轴承检测仪器是最新的数字网络系统和精密检测技术的有机结合，仪器可以对轴承的 多参数进行测量、工艺能力分析、质量统计分析，达到控制轴承产品质量的目的，完善企 业的现代化质量管理。 3 3、虚拟仪器与智能仪器、虚拟仪器与智能仪器 现代化技术的进步以计算机、信息技术的进步为代表，不断革新的计算机技术从各 本科毕业设计(论文) 8 个层面上影响着、引导着各行各业的技术革新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以 不可逆转的力量推动着测试技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的 测试系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测试系统的传统构造方式的进化。虚拟 仪器系统的概念汇集了各种分散的测试领域，并正在逐步取代传统的测试方法，成为一种 标准的技术规范。 虚拟仪器技术的出现是计算机技术发展的结果，也是用户对仪器品种、功能、精度、 测试速度、实时性、友好性、复杂运算、可存储性等苛求的结果，是测试技术领域的一大 突破。 虚拟仪器因其无比的优越性迅速占领了市场，测试功能设计方面的可自由扩充性、兼 容性以及低廉的成本大大缩短了开发周期。从虚拟仪器概念的提出到产品大量而快速的普 及也仅仅是短短十几年时间，而测试功能的多样性、准确度却达到了前所未有的程度，从 而节约了大量的人力和物力去进行更深层次的研发。 虚拟仪器就是在通用计算机上加一组实现特定功能的软硬件，从而达到甚至超过几 台传统仪器应有的效果和功能，避免了传统仪器不能很好相互兼容的缺点。 智能轴承仪器属于虚拟仪器的范畴，是利用了传统计算机硬件固有的高速运算和存储 能力，以及能进行复杂运算的特征，并利用已有的高效的程序设计平台，结合需要开发的 特定领域，开发出一系列实现特定功能的软硬件和接口。这种特定的软硬件系统联上传统 的计算机软硬件平台，就可完成一套完善的智能测试仪器。国内轴承行业已经开始涉足虚 拟和智能测试领域。20 世纪 90 年代初期，我国成功开发出智能化圆度测量仪、沟曲率测 量仪、旋转精度测量仪、智能轴承多参数测量仪、摩擦力矩测量仪、数字振动测量仪、形 状仪、轮廓仪、机外检测机、模拟试验机等。 1.1.2 我国轴承内圈内径检测分选的现状 由于在应用技术领域和国外存在的差距，以及行业内较多的企业对产品质量和检测、 控制方面认识不够，目前国内的轴承内径的测量分选技术仍然采用手动测量或半自动测量 方式，与国外的同类先进企业存在着较大的差距。 本科毕业设计(论文) 9 目前，我国轴承企业广泛应用了自动化程度比较高的加工机床，生产效率和产品质量 得到了很大的提高。但是在快速发展的轴承行业里,存在着一个瓶颈问题,那就是对成品轴 承内径检测还是使用很原始的方法,即广泛使用传统的内径千分尺 ,对轴承进行人工手检 分选。这种测量方法测量精度低，随机误差大，检测结果比较不稳定,自动化程度低，工 人劳动强度大。随着现代制造业的发展，传统的检测分选技术已不能满足其需要，现代制 造强调高精度、高效率、省时省力、工人劳动强度小，、自动化程度高、适应大批量流水 线生产的轴承检测分选技术。 1.2 轴承内圈内径分选装置的自动排序进料设备的发展 在现代化的轴承分选过程中，消耗于轴承送料的时间损失是检测分选过程的一部 分，它属于辅助时间。我们知道要提高生产率，减少生产中的辅助时间将是非常重要 的一个环节。而想减少辅助时间必须实现生产的自动化，自动化送料机构就是为实现 生产中上料工序自动化而设计的一种专用机构。 自动化送料机构可供散乱的不同型号轴承经过定向机构，实现定向排序，然后顺 序地由送料机构送到下道工序中。这在自动化成批大量的生产中显然是实用的，它不 但可把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之 有效的办法。 目前，国内拥有大量的装置，如果把它们能改造成半自动或自动的装置，将会充 分发挥装置的潜在力量，这是一个具有重大意义的事情。而在装置上安装自动送料机 构便是其中一个主要方面。 随着社会的发展，振动盘科技的进步，经过最近十几年的发展，几乎所有的企业都逐 步步入自动化的流程。传统的手工作业逐步被机械自动化设备所代替。自动化自动送料器 被各行各业所利用起来，自动化自动送料器代替了传统的手工作业,大大节省了间和人力 资源,提高了工作效益,也避免高危机械设备用人来操作时的危险度。用自动化自动送料器 来送料就不需要用人为来摆放，机械功能多元化，高效率节省人力物力降低成本追求卓越 超越自我目前许多轻工机械，电子电器，五金钟表，医药食品，电池，接插件，喷雾阀， 本科毕业设计(论文) 10 等各行业产品自动化或半自动化生产，装配的工件自动排序供料都有用到自动化自动送料 器。 振动盘行业在中国发展了几十年，经过近几年来的高速发展，技术取得了长足的进步。 随着全球化竞争进程的不断深入，作为一个制造大国，未来的发展之路也应该有长远的打 算。 当前我国已成为世界振动盘生产大国，但国内的振动盘行业企业，很多都是在国内的 大市场里淘金。这就导致了振动盘行业对国内政策的依赖性强，当前国家宏观调控政策就 对振动盘行业产生很大的打击。而面对国际大舞台，许多知名的国内企业，竞争起来也力 不从心。因此，我们说振动盘行业的未来之路在于与国际接轨。而实现与国际接轨的过程 并不是一蹴而就的。 现在虽然有很多其他类型的零件给料器可以利用，但是振动盘给料器是应用最为广泛 和最为通用的零件进给设备。本次设计可以采用振动盘的方案来实现自动排序进料，操作 应用也比较简单。在自动装配中，当考虑到零件给料器时，必须记住一点：给料器的零件 输出量总是受被进给机器的限制。机器一般是以严格一致的速率消耗零件。在零件给料器 的设计与测试过程中，当给料器没有和机器接在一起时，常常能方便的观测到进给速率， 在这些条件下的进给速率不能低于机器节拍。 关于适合自动机械的零件给料器，进入到机器的所有零件都必须在同一个方向上。 这就是说，零件必须是正确的定向进给。一些给料器能进给和定向许多类型的零件， 而另外一些给料器能处理的零件形状的范围非常有限。有时要求零件给料器同时还具 有检验作用。畸形零件、碎片等不合格零件将由与给料器相配的机构剔除出来而不会 进给到下道工序，设计这样可靠的给料器时可能的。这是给料器的一个重要特征，因 为如果有缺陷的零件或外来物进给到下道工序，将可能导致机器故障，是整个自动生 产线停止。毫无疑问，零件给料器的可靠性是它的另一个重要的特征。零件给料器应 该设计合理，以保证在给料器中或定向机构中，零件阻塞的概率降到最小或消除阻塞。 零件给料器目前一般可以分为：往复式给料器、回转式给料器、带式给料器和振 本科毕业设计(论文) 11 动式给料器。很明显，当研究对某个特殊应用的可能选择的方法时，零件进给的所有 姿态必须考虑。 轴承是一种具有高度互换性的标准部件，它具有摩擦力小，启动容易，润滑简单，便 于更换等优点。在机械系统中几乎是不可缺少的部件，作为重要的机械基础件，轴承是各 种机械零部件的检测中，需要人工把被测量零件安放在测试平台或转轴上，定好位夹紧以 后，再进行测量，这样既影响了测量的效率，又增加了工作人员的劳动强度。为了对以往 的进料设备性能有明显的改进，设计了一套高效率、自动化程度高的自动排序进料设备。 1.3 全自动轴承内圈内径分选装置的研制意义 针对国内轴承内径检测分选技术的现状和实际要求，为了适应轴承制造业生产批量大、 质量要求严格、检测分选任务繁重的特点以及自动化流水线作业、实现产品快速检测分选 目标的要求，研制出一种全自动轴承内径检测分选装置，对促进轴承行业的快速发展将会 发挥重要作用。 多年来国内各轴承生产厂家及各使用厂家均采用内径千分表或内径百分表，对轴承进 行人工手检配对。这种传统方法虽然有投入成本低、占用地小的优点，但是有个瓶颈就是 对于成品轴承检测还是用很原始的方法，用机械表头大量工人肉眼检测，不仅测点少，而 且精度也低，检测结果比较不稳定。 当前轴承行业发展迅速，考虑到现在的很多厂家对轴承进行测量分选多采用人工完成， 存在的许多弊端，主要由于人工完成，人的主观情绪占很大比重，频繁重复的工作必将引 起疲劳，产生分选误差等，易分错类；另一方面浪费大量的人力，延误生产的自动化。同 时考虑到轴承的测量分选装置虽然做了一些研究，但是轴承的自动分选装置应用并不广泛。 现代化生产要求自动控制生产流程、高质量和高效率，随着科学技术的发展和生产的 需要，全自动轴承内径分选装置为实现高精度、高效率、省时省力、工人劳动强度小，自 动化程度高、适应大批量流水线生产的轴承内径测量分选目标提供了技术保证。 轴承内径自动检测分选具有以下的优点： 本科毕业设计(论文) 12 1采用自动检测系统后，提高了产品的测量精度，提高产品的合格率，有效地保证 产品质量，并降低了成本。 2可以实现测量过程中的自动测量，大大减少测量时间，同时也可以避免由人工测 量所引起的人为误差。 3可与自动化程度较高的生产线相结合，提高产品生产的自动化程度，使得劳动生 产率得以极大的提高，并大大降低工作人员的劳动强度。 本科毕业设计(论文) 13 2 进料部分与测量分选部分方案设计进料部分与测量分选部分方案设计 2.1 自动供料排序机构振动盘的设计 2.1.1 供料机构的任务基本组成及设计要求 供料机构的任务是把待加工的物品（工件）从存料器（料箱）中分离出来，按照自动 机的加工要求，定量、定时、定向地送到加工位置。 供料机构主要由四大部分（机构、装置）组成。 (1)(1) 定时装置定时装置 定时装置主要是按照自动机生产节拍，使供料机构定时工作，准时供料。在定 时装置设计中，主要解决工件送料与自动机加工节奏协调一致问题。一般由供料机构与相 关的其它机构之间的运动链来保证，所以供料机构的运动循环必须与自动机工作循环相协 调。也可以采用独立驱动的供料机构，例如电磁振动供料器、供送料机械手，但要由控制 系统或设计诸如闸门等隔离装置，使供料机构停止或送料。 (2)(2) 定量装置定量装置 定量装置是根据自动机加工工艺的要求，在每一个工作循环送出规定数量的工 件。 定量可以分为量（如重量、体积）和数（如件、个），例如酒类、洗衣粉等物料主要 是定量，螺钉、香皂、轴承等主要是定数，成卷的塑料带、薄铁皮、细钢棒等物料则是定 长度。设计时根据供送物料的形、性态等来确定。定量装置往往需要隔离装置、计数机构 等来配合。 （3 3）定向装置）定向装置 保证工件按照工艺加工的方位要求送出。定向送料在单件物品加工中是一个关 键问题。定向机构一般与纠正、剔除机构等配合工作。 （4 4）其它装置）其它装置 本科毕业设计(论文) 14 例如，定位装置、隔离装置、卷料的矫直机构、带状料的纠偏调位机构不符合要求工 件的剔除机构、缺料检测机构、计数机构等等。 定位在自动机设计中也是一个比较重要的问题，送料不到位或有偏差都会影响自动机 的正常工作。在设计中，可把定位装置归到工艺执行机构中，也可归到供料机构中。 任何供料机构必须具有定时定量装置，而定向和定量装置，而定向和其他装置可根据 工件及加工要求设置。 供料机构是自动机、自动线中的主要工作机构之一，其性能优劣及自动化程度直接影 响到自动机的生产率、加工质量及其劳动条件。因此，对供料机构有如下的一些要求： 1） 根据自动机的生产节拍及工位位置，快速、准确、可靠地将工件送到位； 2） 供料过程平稳、无冲击，不能损伤工件； 3） 适应性强，调整方便； 4） 结构简单，工作可靠。 2.1.2 自动机械的特点、分类和应用 1 1、特点、特点 自动机械的最大特点是自动化程度高、操作人员的劳动强度低、生产效率高。 另外，自动机械所完成的工艺动作一般比较多，所以自动机械往往由多个工艺执行 机构组成，结构也相对复杂。 工农业生产各个部门使用着不同的种类的机械，例如农业机械、重工业机械、轻工业 机械等等，按照自动机械的定义，这些机械都可称之为自动机械，但是不同部门所使用的 机械有各自的特点。 2 2、分类和应用、分类和应用 由于自动机所加工产品的种类繁多、形式多样，工件的尺寸、形状、结构、材料性能 亦不同，因此供料机构的种类庞杂，供料原理、结构形式各不相同。从找出共性、便于讨 论与设计这个主要目的出发，可以按照供料物品的形、性态把供料机构分为：液体料供料 本科毕业设计(论文) 15 机构、粉粒料供料机构、条带及线棒料供料机构、单件及板片料供料机构、特殊结构物料 供料机构。 若按照驱动控制方式分类，则有机械式、电气式、气动式、液压式以及各种驱动方式 的组合。其中机械式供料机构及电磁式振动供料机构应用广泛。 振动是物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量， 振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生 较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失 效。例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。由于现代机械结构日益复 杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。反之，利用振动原理工作的机械设备，则 应能产生预期的振动。在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体 耦合的振动。空气压缩机的喘振，就是一种流体振动。 一般情况下，工件可以利用重力靠滑漕送到需求工位，不过当有的工件在滑漕中有堵 塞等现象时，用直振比较方便。直振一般是电磁式的，内部有一个电磁铁，外面几个倾斜 的弹簧板，利用磁铁吸力是弹簧板发生变形，靠弹簧的变形向前送料。 关于送薄零件叠料、堵料的现象，应该这样处理：首先，直振料道的高度不能太高， 一般为零件厚度的 1.21.5 倍，并且料道上面应该有透明材料（一般用有机玻璃，方便 观察）压住一边或两边，以防料重叠；其次，料道要尽量平滑，与料道接触面较大的零件， 料道下要开避空槽，使零件与料道的接触面积尽量小，减少摩擦力，送料才会更顺畅。 2.1.3 振动盘的介绍 工业自动化设备供料中电磁式振动盘是解决供料排序的必须设备，除满足产品排序之 外，另外还可以用于分选、检测、计数包装，是一种现代化高科技产品，其电磁铁原理： 利用了电磁铁产生交变磁场，振动部分是一个铁片悬浮在电磁铁前方，信号经过电磁铁的 时候会使电磁铁磁场变化，从而使铁片振动发声。振动盘电磁线圈在工作时，斜面受电磁 吸力会产生微小的上下振幅，调整振动盘的工作频率以及间隙就可实现顺利工作。 本科毕业设计(论文) 16 自动送料振动盘是一种自动定向排序的送料设备,是通过振动将无序工件自动有序定 向排列整齐、准确地输送到下道工序,有个脉冲电磁铁，可以使料斗垂直方向振动，由于 弹簧片的倾斜，使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。 振动盘又称自动送料机，是一种把各式固体小零件排队的机器。如：各种药品瓶盖、 胶塞；搓丝机排钉机的钉子排队，输送；铆钉组合机的钉帽钉杆自动排队。电子零件检测、 极性判别、剪脚机、切口机，电容芯子冲压成型。电光源行业的芯柱机喇叭，玻璃管，灯 头，垫的自动排队。彩色映管极杯电镀电解上料及挂架排列。摇头开关组件装配机，喷头 组装自动装配机等均可使用。根据客户不同要求可定制各种送料设备。如提升机、料仓、 料斗（震动盘）、直线送料系统、自动选料机、振动筛分机构、振动平台。质量监测：零 部件全部采用最优质材料，先进的加工工艺手段，以保证精度及使用寿命。每片弹片都要 经过磨床加工各边，提高疲劳强度。 由于输送具有水平、倾斜，又能垂直或者相互组合等优点。适用于各种物料输送，且运行 平衡，节拍可控，结构简单，高传动效率，耐用及维护简易。 图 2.1 振动盘 本科毕业设计(论文) 17 2.2 测量分选区机械部分的设计 2.2.1 设计的已知条件 待测量分选的轴承內圈型号： 6404 ； 公差等级：0 级 ； 偏差：0.010； 基本尺寸：d=20； d =38； b=19； m=0.4kg 2 内圈材料：45 钢 6404 型轴承内圈图如图 8 所示： d d2 b 图 2.2 6404 型轴承 2.2.2 测量分选区测量分选总体方案 在本设计中，测量区包括测量区和测量区，采用水平轨道作为测量平台，轴承内 圈的端面和水平轨道平面作为定位面相接触。水平轨道底部采用空心结构，轨道的宽度比 待测轴承的内径 d 大，比 d 稍小，这样可以保证轴承内圈在水平轨道上稳定定位。用于 2 检测轴承内径的装置选用线阵 ccd 测径系统，该系统主要由平行光源、成像透镜、线阵 ccd 和图像数据采集卡、计算机和图像处理软件等组成。测量区和测量区各使用一套 线阵 ccd 测径装置，水平轨道上的轴承放置 ccd 测径装置的两个透镜之间。测量区和测 量区的平行光源反向，分别测量轴承的两端。测量区共使用四个气缸：两个出料气缸、 一个滑动气缸、一个拨料气缸。每个气缸的活塞杆伸出端焊接有拨杆。出料气缸用于将不 本科毕业设计(论文) 18 合格品推移出去，滑动气缸和拨料气缸配合作用实现将测量区的合格品拨向测量区进 行第二次测量，并实现将测量区的合格品移出测量区。 2.2.3 测量分选原理 本课题主要由振动盘、进料气缸、拨料气缸、滑动气缸、两个出料气缸、两套 ccd 测 径装置及机架组成。 待测轴承由振动盘自动排序进料，排好顺序的轴承由进料气缸控制，待测量 i 区发出 指令给进料气缸，此时进料气缸的活塞杆推动待测轴承到达测量 i 区。经过测量，如果轴 承不合格，由出料气缸 1 的活塞杆将轴承内圈推到废品箱里，此时挡板 i 压缩弹簧并打开， 轴承被推出，弹簧复位，挡板 i 关闭。如果轴承合格，由拨料气缸带动滑动气缸的拨杆使 轴承内圈运动到测量 ii 区（此时进料气缸动作，推动第二个待测轴承到达测量 i 区） ，经 测量，若轴承不合格，由出料气缸 2 动作，把不合格品推出；若轴承合格，由拨料气缸带 动滑动气缸的拨杆使合格品运动到出料轨道上。如此反复动作，依次检测出轴承是否合格。 2.2.4 测量分选区总体布局示意图 测量区的轴承水平轨道、各个气缸及拨杆的总体布局示意图如图 9 所示： 本科毕业设计(论文) 19 滑动气缸 弹簧 轴承滑动轨道 轴承分选区示意图 出料气缸1 出料气缸2 滑动轨道 拨料气缸 轴承内圈 图 2.3 轴承分选区示意图 2.2.5 轴承滑动轨道的设计 1 1、 轨道材料的选择轨道材料的选择 本科毕业设计(论文) 20 轴承端面直接在轨道上定位，ccd 线阵测径系统发出的平行光线和轴承中心线必须保 持平行，即 ccd 线阵测径系统和轨道的垂直度要求很高。所以，轨道的水平度要求精确。 再者，待测轴承在轨道上滑动，二者之间产生摩擦，长期的摩擦会导致轨道的磨损。综合 各方面因素，轨道材料应选择耐磨性较高的材料。 查机械工程材料 杨瑞成，刘昌明，张方主编。-重庆：重庆大学出版社， 2000.7，选择轨道材料为白口铸铁。白口铸铁用于冲击应力不很高、韧性要求不高而对耐 磨性要求较高的零件。在耐磨材料中，白口铸铁占有重要的地位。 白口铸铁的铸态组织是由珠光体和渗碳体型碳化物组成的，w 不超过 3.5，以免渗 c 碳体粗大。这种材料具有较高的耐磨性，可满足设计的要求。 2 2 、轨道的基本尺寸、轨道的基本尺寸 因为待检轴承内圈的基本尺寸是：d=20； d =38； b=19； m=0.4kg，所以 2 轨道的宽度定为 b=40，轨道壁厚=3，轨道壁高 h=9； 轨道上用于移出不合格品的轨道壁体做成合叶式的挡块，其长度为 l=55； 轨道的结构图如图 10 所示： 40 30 33 55 10 55 弹簧 轴承滑动轨道待测轴承 弹簧 测量一区 测量二区 出料挡块 出料挡块 合格品出料轨道 图 2.4 轨道结构 本科毕业设计(论文) 21 2.2.6 滑动气缸的轨道及输料槽设计 由于拨杆要从轨道上缩回,并随着拨料气缸在两个测量区间移动,所以滑动气缸整体上 要能够随着拨料气缸而滑动。 滑动气缸的轨道材料选择 ht150，其平面结构图如图所示： 图 2.5 滑动气缸轨道 输料槽结构简图： 图 2.6 输料槽结构简图 本科毕业设计(论文) 22 2.2.7 出料挡块弹簧的选择与弹簧刚度的计算 查机械设计手册表 11-2-2，选取碳素弹簧钢丝 c 级，c 级弹簧钢丝的强度高，性 能好，适用于中等应力情况。 弹簧刚度 p= n ffn 1 nd gd 3 2 4 8 单圈刚度 p =n p d 3 2 4 8d gd p= d p n 1 由机械设计手册表 11-2-19 选取弹簧基本尺寸如下： d=1.6 中径 d=8 p =126n/ d 节距 t=（0.280.5）d=0.48=3.2 弹簧在轨道及三角支架上安装平面图如图 12 所示： 25 25 l 图 2.7 弹簧 l=2535.3 22 2525 2 本科毕业设计(论文) 23 弹簧圈数: n=11 圈 p=11.45n/ t l 2 . 3 3 . 35 d p n 1 11 126 弹簧抗力: f= pl=11.45 n/35.3=404.2n ； 当弹簧压缩到最短距离时:l=nd=111.6=17.6 ； cos= ；75219 . 0 25252 6 . 172525 222 =41 =90- 41=49； 满足要求，轴承可以从轨道上落下。 本科毕业设计(论文) 24 3 气动回路的总体设计气动回路的总体设计 3.1 气动回路的组成 类似于液压系统，气动回路由以下五部分组成： （1）能源部分 压缩空气发生装置，如空气压缩机，它将机械能转换成气体的压 力能。 （2）控制机构 它们可控制和调节气流的压力、流量及方向，以满足机械工作性 能的要求，是能量控制装置。如压力阀、流量阀、方向阀。 （3）处理机构 气源净化处理装置，如后冷却期、除油器、过滤器、干燥器等。 它们可将压缩空气过滤除油、除尘、干燥出水等。 （4）执行机构 它们将气体的压力能转换为机械能，输出到工作机构上，如气缸、 气马达。 （5）辅助机构 气动辅件，包括元件的连接、润滑、消声及系统的检测、信号转 换如管接头、管件、油雾器、消声器、传感器、转换器。 本科毕业设计(论文) 25 3.2 气动回路原理图 出料气缸1出料气缸2 滑动气缸3进料气缸5 拨料气缸4 图 3.1 气压传动原理图 气动工作原理： 在图示状态下，各三位五通电磁阀处于中位，此时不工作。 充气充气 ： .移动阀 a 开右腔，缸 1 右腔进气，活塞杆缩回； .移动阀 b 开右腔，缸 2 右腔进气，活塞杆缩回； .移动阀 c 开右腔，缸 3 右腔进气，活塞杆缩回； .移动阀 d 开左腔，缸 4 左腔进气，活塞杆伸长； .移动阀 e 开右腔，缸 5 右腔进气，活塞杆缩回； 工作：工作： .移动阀 e 开左腔，缸 5 左腔进气，活塞杆伸长，推动轴承至测量 i 区， 活塞杆复位。 若测量 i 区的轴承不合格，阀 a 开左腔，活塞杆伸长，推下不合格品，重复的动 作； 若测量 i 区的轴承合格，移动阀 c 开左腔，缸 3 左腔进气，活塞杆伸长，移动阀 d 本科毕业设计(论文) 26 开右腔，缸 4 右腔进气，活塞杆带动滑动气缸 3 缩回，把测量 i 区的轴承推到 ii 区，重复的动作； 若测量 ii 区的轴承合格，缸 4 的活塞杆继续缩回，此时，测量 ii 区的合格品移至 出料轨道上，测量 i 区的轴承移至测量 ii 区，重复的动作； 若测量 ii 区的轴承不合格，移动阀 b 开左腔，缸 2 左腔进气，活塞杆伸长，推下 不合格品，使拨料气缸的带动滑动气缸，把测量 i 区的轴承推到 ii 区，重复 的动作。 3.3 气动回路的工作原理及其特点 3.3.1 气动回路的工作原理、组成和表示方法 气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。 气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其他原动机输出的机械能转化为 空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转化为直线 运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。它具有成本 低、效率高、污染少、便于控制等特点，在木工机械、包装机械、修理机械、 轻工机械等设备中广泛应用。气动系统除包括起源装置、执行装置、控制装置 及辅助元件外，还有用于完成一定逻辑功能的气动逻辑元件和传感检测、转换、 处理启动信号的气动传感器及信号处理装置。 气动系统可以用一个分层信号流图来表示，如下： 能源 输入元件 输入信号 处理元件 处理器的信号 末级控制 元件 输出执行 机构 图 3.1 分层信号流 每一层代表相应硬件，总体构成一条控制路径。其信号流向是从信号（输 入）端到工作（输出）端。 本科毕业设计(论文) 27 3.3.2 气动回路的主要优缺点 压缩空气的优点及显著特性： （1）用量：空气到处都有，用量不受限制。 （2）输送：空气不论距离远近，极易由管道输送。 （3）储存：压缩空气可储存在贮气罐内，随时取用。故不需压缩机的连续运转。此外， 贮气罐亦可以运送。 （4）温度：压缩空气不受温度波动的影响，即使在极端温度情况下亦能保证可靠地工 作。 （5）无爆炸危险：压缩空气没有爆炸或着火的危险，因此不需要昂贵的防爆设施。 （6）清洁：未经润滑排出的压缩空气是清洁的。自漏气管道或气压元件逸出的空气不 会污染物体。这一点对食品、木材和纺织工业是极为重要的。 （7）构造：各种工作部件结果简单，管道拆装简单，不需要回气路，系统体积小，与 继电器控制系统相当，所以价格便宜。 （8）速度：压缩空气为快速流动的工作介质，故可获得很高的工作速度。 （9）可调节性：使用各种气动元部件，其速度及出力大小可无限变化。 （10）无过载危险：气动机构与工作部件，可以超载而停止不动，因此无过载的危险， 且防爆性、防尘性、抗磁性、抗腐蚀性等较好。 为了确切地了解气动技术的应用范围，也必须熟悉压缩空气的不利特性。 （1）调理:压缩空气必须有良好的调理，不得含有灰尘和水分。 （2）可压缩性：压缩空气的可伸缩性使活塞的速度不可能总是均匀恒定的，故速度稳 定性较差，控制精度较差。 （3）出力条件：驱动力较小，压缩空气仅在一定的出力条件下使用较为经济。在常规 工作气压 67bar（600700kpa）下，因行程和速度的不同，出力限制在 2000030000n 之间。排气噪声：排放空气的声音很大，需要防止噪音。现在这个问题已因吸音材料和消 音器的发展大部分获得解决。 （4）成本：压缩空气是一种比较昂贵的能量传递方法。但此高成本可为便宜的气动元 本科毕业设计(论文) 28 件及较高的性能所部分补偿。 （5）行程终端的冲击较大，一般需要考虑缓冲。 3.4 气缸的设计 3.4.1 气缸类型的选择 根据总体方案中运动需求，本设计中进料气缸选择单活塞杆双作用普通气缸。 该类气缸的工作原理和特点：活塞的往复运动均由压缩空气来完成，压缩空气驱动活 塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际情况选定，双向作用力和速度可不等。 因为轴承的内圈外径为 d =38 ； 轨道的宽度为 b=40； 2 查机械设计手册第五卷表 19116：选择活塞杆行程 s=40 。 3.4.2 气缸的安装形式 气缸的安装形式有支座式、法兰式、轴销式、脚架式等。本设计中采用前后脚架式安 装。其示意图如图所示： 本科毕业设计(论文) 29 图 3.2 气缸脚架 图 3.3 气缸安装方式 3.4.3 气缸材料的选择 气缸筒常使用的材料有 20 号无缝钢管、铸铁、zl104、zl106 铝合金管。气缸盖材料 多为铸铁，也有焊接件。活塞材料有 ht150、碳钢 35、铝合金 zl106。活塞杆材料常用的 有 45 钢、40cr。 综合考虑多方面因素，本设计中气缸筒材料选用铸铁 ht150，气缸盖材料选用铸铁 ht150，活塞材料选择铸铁 ht150，活塞杆材料选择 45 钢。 本科毕业设计(论文) 30 4 机架的总体设计机架的总体设计 4.1 机架的概念及分类 4.1.1 机架的概念 在机器（或仪器）中支撑或容纳零、部件的零件称为机架。如支撑贮罐的塔架、固 定发动机的机架、容纳传动齿轮的减速器壳体、机床的床身等统称为机架。 4.1.2 机架按外形分类 机架按外形分类包括网架式（如贮罐塔架）、框架式（如柱式压力机机身）、梁柱 式（如钢丝缠绕机架）、板块式（如摇臂钻床底座）、箱壳式（如机械传动箱体）。 4.1.3 机架按制造方法和材料分类 按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓连接或铆接机架。按机架材料 可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素混凝土机座平台、花 岗岩机架、塑料机架或其他材料的机架。铸造机架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。 4.1.4 机架按力学模型分类 杆系结构：由杆件组成，而杆件（直杆或曲杆）长度远大于其他两个方向的尺寸， 如网架式机架、多数框架式和梁柱式机架。 板壳结构：由薄壁构件组成，而薄壁构件（薄板或薄壳）厚度远小于其他两个方向 的尺寸，如多数板块式和箱壳式机架。 实体结构：结构三个方向的尺寸是同一数量级的，如少数板块式、框架式和箱壳式 机架。 本科毕业设计(论文) 31 4.2 机架设计的准则 4.2.1 工况要求 任何机