主动柱齿轮自动上下料机构与PLC控制（全套含CAD图纸）
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1 摘 要 本次所设计的课题是 :主动柱齿轮自动上下料机构与 制。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（ 设计输送工件毛坯用的送料机构（ 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（ 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 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； 制。 2 he of is a in of by It is to of of is to it a of a to of LC to s to to s by at 60P to of of is by my in a up of be a 3 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 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 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 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。 4 目 录 摘要 1 2 前言 3 第 1 章 传动方案拟定 述 6 动方案的拟定 6 第 2 章 自动送料机构的设计 8 传动方案的论证 8 压缸的设计计算 10 压缸类型的确定 10 本参数的确定 10 构强度计算及稳定性校核 12 算流量 13 链传动的设计计算 13 动轴的设计计算 .键的选择与校核 键的选择与校核 .轮参数的确定 . 3 章 液压夹紧滑台机构的设计 20 压夹紧滑台的整体设计 21 压滑台相关数据计算 21 第 4 章 机构的电气控制部分设计 .编程控制器概述 24 构控制部分设计 26 系列 26 计所选机型 机构的 I/O 分配 5 构控制流程 28 构的梯形图程序 29 第 5 章 工艺说明工书 31 件的作用 31 轮的毛坯选择 31 坯的选择 31 轮的计算 31 轮加工工艺分析 32 艺过程分析 32 位基准的确定 33 端加工 33 基准修正 33 结论 34 谢辞 35 参考文献 36 6 第 1 章 传动方案拟订 述 本次毕业设计我的课题是主动柱齿轮自动上下料 机构与 制，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 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， 本零件是底盘制造厂制造的汽车减速器的主动柱齿轮，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 15，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。 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 7 （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托料架动作，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，在检测处定位精度较低，因而往往不单独使用，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/此选用 系列 60P 机构进行控制。 8 9 10 11 12 13 第 2 章 自动送料机构的设计 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。 14 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： 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。 15 （ 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） 空气的容积模量比压力油小得多，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。 16 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。 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 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。 本参数的确定 17 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， 及运动部件速度变化时的惯性负载 个传动系统中存在的摩擦阻力 F=g+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%。 N=431=支座重力（即齿条所受压力） N= g=431N =216N 据工作情况，估算 1500N 故 F=1500+16（ 1+50%） =此取 F=3000N 1. 工作速度的确定 根据实际工作情况，选用 得最小流量为 实际工作中可得 0cm/ 2. 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 150加上工件之间应该有适当距离，故取工件之间的距离为 250照参考资料 3，取标准值为 200 3. 液压缸内径 21 22214 根据参考资料 2表 以 D=47 根据参考资料 2，表 标准值 D=50 根据参考资料 2， d/D=此 d=D=25 4. 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 =10 18 缸体的外径 =+2 =50+2 10=70 5. 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 =17 查阅相关资料得 =25最大工作压力的 。圆整取t=18缸盖厚度为 18 和缸体长度 一般 B=（ D，由于系统的压力较低，取 B=50=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=225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 =2t=225+2 18=261 构强度计算与稳定性校核 根据材料力学的理论，一根受压的直杆，在其轴向负载 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：般 4。 22 其中， 为长度折算系数； E 为活塞杆材料的纵向弹性模， E 取 I 为活塞杆断面的最小惯性矩； 。 经计算得： 1040N 5520，式中 。 故液压归纳感稳定。 19 用的 A 系 2124 为活塞杆材料的许用应力，查参考资料 4，表 2得 s=355 = s/n= 式中 n=2。 实心活塞杆 。 因此24 = 故活塞杆强度足够。 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：量公式为： Q=工进时行程为 180需时间为 工作速度为 V 退回 =（ 180 1060） / Q 工进 = 进 / 退回时行程为 180需时间为 以 V 退回 =（ 180 103 60） / 退回 =（ V 退回 /4=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 20 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 轮的转速 0r/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， 节数 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取 5。 因为 i=2，即 1=5。所以 5。 即从动 链轮的齿数为 25。 d （ 1） 式中 取 阅参考资料 6表（ 3 2 W。 0 P 0式中： 参考资料 5选取 取系数 。 于是 W。 P 为使传动平稳，结构紧凑，宜采用小节矩单排链。根据 n，选取 号为20A，节矩 P=速和重要场合） 般取 （ 30 50） P，无张紧装置时， p，当 i时， a i+1)p，得 a 10P a p 21 0 (3) 所以 a p 40节 P 0021 22 式中， 2212 知 则 105 为避免使用过度链节 ,将 圆整为偶数 ,则 06. 1000代入数据 L= z1= 2代入数据 a 为了使链条松边有合适的垂度 ,需将计算中心距减小 (a) a 取小值 ,中心距 可调的取大值 ,a= a=(选 a=v 100060 11 v=s F=10000Pd/v=2765N Q=3595N 180281 22 2518025180 = 齿顶圆直径 :()=根圆直径 :df=滚子外径 ,本次设计中滚子外径 材料 :40圈淬火 ,硬度 0 50; b=980 s=785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 70 80的润滑油中 ,待链条间隙充满油液后使用 . 对于 v 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 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 : 4 8 式中 ,s 静强度安全系数 ; Q 链条的最低破坏载荷 ,N;(查得 Q670N); F 有效圆周力 ,N; 载荷系数 ,取为 由上面计算可知 ,F =F=2765N, Q =阅参考资料 6表 5Q=173500N. 所以=173500/2765 4 8 根据校核计算可知 ,选用型号为 20满足使用要求 6表 5知 ,链号为 20A 的滚子尺寸为 : 节距 P=距滚子外径 链节内宽 链节外宽 7链节内宽 子外径 9筒内径 0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 23 计中机构的特点 ,选择传动轴为直轴 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 的转速和链轮的转速是相同的 ,由前计算可知 n=20r/因此轴的转矩为 T=106 (p/n)=716250. 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得 :硬度 :255;屈服强度极限 : s=360拉强度极限 b=650 曲疲劳强度极限 1=300 由表 10 -1b=55 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=107 108 由式3 ,得 d=(107 108) 3 整后 ,得 d=45 50,考虑到有键槽 ,将直径增大 5%,则 d=(45 50)(1+5%)=3. 轴的结构设计 . 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 . . 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 01=012 型号的深沟球轴承 (d=60、 D=95、 B=18),基本额定载荷 本额定静载荷 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 02=1484. 按照弯扭合成强度校核轴的强度 24 根据传动情况 ,可估计圆周力 000N,轴向力 00N,径向力 000N. . 绘制轴受力简图 . 轴承支反力 L V 2/2/2 =R+000+计算弯矩 : 截面 (L/2)=面 = (L/2)=. 绘制水平弯矩图 轴承支反力 : t/2=1500N (L/2)=. 绘制合成弯矩图 222 m 222 m . 绘制转矩图 T=716250. 绘制当量转矩图 转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化 ,取 =面 C 处的当量弯矩 222 . 校核危险截面 04 321 dM 5 轴的强度足够 . 轴的受力图和弯扭矩图如下 25 ( 6 )( 5 )( 4 )( 3 )( 2 )( 1 )TM e aF F R B A H B A 2: 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 8 11 096头普通平键 b=18mm,h=10mm,l=63 抗压强度条件校核 3342/2 磨性校核 =33 由参考资料 6表 10 P=120 150,P=50. 可见 P P, PP 故所选平键符合要求 . 上式中 ,T 转矩 ,N d 轴径 , h 键的高度 ,l 键的工作长度 , P 许用挤压应力 ,N/P 挤压压强 ,N/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 26 作 用 在 平均 直 径 ,并 且 载 荷 不均 匀 系 数 来估 算实 际 载 荷分 布不均匀的影响 , =本 次 设 计 中 所 选 用 的 花 键 为 8 46 50 9, 即N=8mm;d=46=50=9抗压强度条件校核 : mp 磨性校核 : 中 ,T 转矩 ,N/l 齿 的 工 作 长 度 ,mm;h 花 键 齿 侧 面 工 作 高度 ,h=(2 花键外径 C 倒角尺寸 ,所以 h=1.4;花键平均直径 ; P 许用挤压应力 ,N/P 挤压压强 ,N/查表得 , P=80 120 N/P=25 40 N/可见 P P, PP 故所选花键符合要求 . 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 m 4 齿数 z 40 分度圆直径 d d=60 27 齿顶圆直径 da da=d+2ha*m 168根圆直径 df df=c*) 150距 p p= m 圆直径 db db=d 形角 20 第 3 章 液压夹紧滑台机构的设计 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 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 为了能够保证这一设计要求 ,设计一个托起 28 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 而且工件的重量也只有 15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 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 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 . 压夹紧滑台机构的相关数据的计算 齿条材料 45钢 ,直径 40,长约 30阅参考资料 4表 1 45 钢 =质量为 m= v=22其重力为 G=整为 220 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取摩擦系数 = N=22虑到实际工况中还有其他轴向载荷 ,故稍做放大 ,取 5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 和 =F+ ,由表 90 ,因此连接属于一般连接且工作载荷稳定 ,故 (0 =0 F =35 6表 9 = s/s 29 式中 , s 屈服极限 ;S 安全系数 ,S =为 55 =355/73 152 7 0 0 d 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 满足实际情况 . 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 根据工件与 固定 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 主要尺寸 : D V 型块检验心轴直径 ,即工件定位基面直径 , V 型块的高度 , V 型块两限位基面间夹角 ;T 即检验心轴中心高 . 设计步骤如下 : 1. 确定 D:本设计中 ,并且 14部分的定位 . 2. 的确定 :本例中选取 =90 ;故 N=112 一般取 =2 49 查阅资料用于小径定位时 ,取 H 37 考虑到经济性及工艺性 ,选取 83. 由下图可知 T=H+(22)=(22)=56 T=H+138 厚度选为 12=12. 依上述步骤可以计算出 30 74 D=74 =75 ; N=66; H=80 B=20 T=98度为 20 160 D=160 =110 ; H=40 B=12 T=98度为 20 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 M 数 Z 72 30 传动比 i 1 1 分度圆直径 d 90 40 齿顶圆直径 4 44 齿根圆直径 5 36 齿形角 20 20 第 4 章 机械手的 制系统设计 编程控制器概述 可编程序控制器（ 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 31 或 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。 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/ 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 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 （ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 为了满足 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 效地防止了干扰信号的进入； 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰一、零件的作用双联齿轮就是两个齿轮连成一体.这种双联齿轮在轮系中(变速器)被称为滑移齿轮,它的作用就是改变输出轴的转速或速度.齿轮箱里,有滑移齿轮就可以有多种转速或速度,没有滑移齿轮就只有一种转速或速度.2、 齿轮的毛坯选择（1） 毛坯的选择 为了制造出质量高，成本低竞争力强的产品，要科学合理的对众多选材进行全面分析。1. 材料的使用性能使用性能主要是指在工作条件下，材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能，这是选材时首先应予保证的。对于机械零件和工程构件，最重要的是力学性能。齿轮在机器中的主要作用是传递功率与调节速度。在工作时，齿轮通过齿面的接触传递动力，周期的受弯曲应力和接触应力。在啮合的齿面上，还承受强烈的摩擦力和冲击力等。因此要求齿轮材料具有：较高的弯曲疲劳和接触疲劳强度；齿面有较高硬度和耐磨性；齿轮心部要有足够的强度和韧性，所以材料采用40Cr。2. 材料的工艺性能制造每一个零件都要经过一系列的加工过程，因此，将材料加工成零件的难易程度，将直接影响零件的质量、生产效率和加工成本。工艺性能中最突出的问题是切削加工性和热处理工艺性。因此绝大部分材料需经过切削加工和热处理。3. 材料的经济性在满足使用性能的前提下，选用材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工费和其他费用，有时甚至还要包括运费与安装费用。在金属材料中，非金刚和铸铁的价格都比较低廉，而且加工方便。因此在能够满足零件力学性能与工艺性能的前提下，选用非合金钢和铸铁可降低成本。对于一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料的经济性时不宜单纯的以价格来比较材料的优劣，而应以综合经济效益来评价材料的经济性。(二)齿轮的计算 3、 齿轮加工工艺分析圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案。（1） 工艺过程分析零件材料为40Cr，精度为7-6-6级，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、经基准修正及齿形精加工等。加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均匀会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。（2） 定位基准的确定定位进准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。1） 内孔和端面定位 选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。2） 外圆和端面定位 齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批生产。（3） 齿端加工齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。用铣刀进行齿端倒圆，倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。（4） 精基准修正 齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。 对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好的效果。 对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。 磨孔时一般以齿轮分度圆定心，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小。四、参考文献实用机械制造工艺设计手册 王凡 主编机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青 主编机械制造技术 王茂元 主编机械制造技术基础 赵艳红 主编工程力学与机械设计基础 李翠海 王俊伟 主编金属工艺学 王英杰 主编五、总结 通过这次的设计，认识到自己的很多不足，自己知识的很多忙点和漏洞，知识和实践的差距，所以说通过这次的设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提高。在这个过程中，遇到了一些困难，但是通过学习和资料查找还是解决了这些难题，随着问题的解决，学习热情高涨。本次设计涉及了金属工艺的大部分知识，还有就是CAD作图和word文档的处理，同时也使我们很好的将课本上的知识与实际结合起来，收获颇多，特别是收集资料和信息的能力，这也是我们大学期间的难得的一次机会，获益匪浅。 毕业设计 (论文 )开题报告 课题名称 主动柱齿轮自动上下料机构设计与 制 课题来源 老师模拟课题 课题类型 导教师 开题报告内容：（调研资料准备情况，设计的目的、要求、思路与预期成果；工作任务分解，各阶段完成的内容及时间分配；完成设计（论文）所具备的条件、存在的问题等。） 调研资料准备情况： 查阅了大量书籍和网络资料，学习了很多 自动上下料机构设计案例，在网络上与机械方面的专家进行沟通，了解自动上下料机构设计的 主要步骤。 设计目的： 本次设计的自动上下料机构是利用液压系统与机械电器相结合 ,实 现自动线的自动工作循环 ,液压系统设计是否合理直接影响自动线的工作性能 谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心 ；培养
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