毕业设计（论文）-板材送料夹钳装置的设计（全套图纸三维）.pdf

毕业设计（论文）毕业设计（论文） 2015 届届 机械工程及自动化机械工程及自动化 专业专业 板材送进夹钳装置的设计板材送进夹钳装置的设计 学生姓名：学生姓名： 班级学号：班级学号： 指导教师：指导教师： 职职 称：称： 所在系（教研室）：所在系（教研室）： 机电工程系机电工程系 下达日期：下达日期：2014 年年 7 月月 4 日日 完成日期：完成日期：2015 年年 6 月月 12 日日 摘摘 要要 本课题来源于当今社会机械工业加工设备的改良和更新换代基础之上，通过 设计出板材送进夹钳装置，从而来满足当今社会板材加工附属设备不足的缺陷。 国内板材送进夹钳装置的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主 题保持一致。近期对机械行业中板材加工设备的使用情况进行了调查，发现在机 械行业中，板材的加工设备很多，但有很多存在了各种各样的缺陷，例如安全方 面，加工效率方面等等，所以设计一个专用的板材送进夹钳装置势在必行。 随着 国民经济的发展和人民生活水平的提高，人民对保健品工业提出了更高的要求。 现代保健品已朝着营养、绿色、方便、功能保健品的方向发展，且功能保健品将 成为新世纪的主流保健品。保健品工业也成为国民经济的支柱产业，作为装备保 健品工业的保健品机械工业发展尤为迅猛。概括说来，现代机械工程有五大服务 领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和 提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提 供各种机械武器。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流 体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产 生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、 设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金 属工艺学和非金属工艺学等等。 本文运用大学所学的知识，提出了板材送进夹钳装置的结构组成、工作原理 以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了板材送进夹 钳装置总的指导思想，从而得出了该板材送进夹钳装置的优点是高效，经济，并 且安全系数高，运行平稳的结论。 关键字：关键字：板材送进夹钳装置，高效经济，工作原理，指导思想 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work. Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Four degrees of freedom. 目目 录录 摘要 . I Abstract . II 1 引言 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 5 1.2 板材送进夹钳装置的发展现状 . 7 1.3 本课题研究的内容 . 7 1.4 Solidworks 设计基础 . 8 1.4.1 草图绘制 . 9 1.4.2 基准特征，参考几何体的创建 . 10 1.4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 12 1.4.4 装配设计 . 13 1.5 夹钳装置概述 . 14 1.5.1 夹钳装置的工作原理 . 14 2 板材送进夹钳装置总体结构的设计 . 15 2.1 板材送进夹钳装置的总体方案图 . 16 2.2 机械传动部分的设计计算 . 17 2.2.1 电机的选型计算 . 19 2.2.2 齿轮齿条传动的设计计算 . 22 2.2.3 直线导杆的选型计算 . 24 2.2.4 油缸的设计计算 . 26 3 各主要零部件强度的校核 . 27 3.1 齿轮强度的校核与计算 . 28 3.2 轴承强度的校核计算 . 28 4 板材送进夹钳装置中主要零件的三维建模 . 29 4.1 伺服电机的三维建模 . 30 4.2 夹钳装置的三维建模 . 31 4.3 齿条的三维建模 . 33 4.4 板材送进夹钳装置的三维建模 . 33 5 三维软件设计总结 . 35 结论 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 1 引言引言 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部， 是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐 用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机 械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术 进步和经济效益有很大的和直接的影响。 机械工业的规模和技术水平是衡量 国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工 业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡 是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。 概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制 和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和 提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流 体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能 的产生、 传导和转换的热力学； 研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、 结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切 削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代 机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的 规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制 造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发 运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是 由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产 批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产 业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波 动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和 经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、 维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在 长期使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备， 以保证机械产品在长期使 用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产 生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代 机械工程的一项特别重要的任务， 而且其重要性与日俱增。 机械的种类繁多， 可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运 机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等； 按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、 开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这 些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如 机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使 机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按 工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、 核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动 力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、 汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。 船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶 动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19 世纪时，机械 工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为 一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进 入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分 解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在 第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业 化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统 观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新 技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专 业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难， 也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋 势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械 工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展 新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净 的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完 成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来 越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和 分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人 脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而 在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更 复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在 人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和 平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系， 其区别仅在 于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操 作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制， 人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平 行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时， 机械工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综 合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。 进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始 分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即 在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业 化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统 观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新 技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专 业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难， 也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋 势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综 合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同 专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解 其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综 合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程 技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自 然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 1.2 板材送进夹钳装置的发展现状 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地 更新，不断地完善，板材送进夹钳装置同样在发展着，传统的板材送进夹钳 装置是采用临时的加工设备加工板材，劳动效率低，加工精度低下，不适合 批量生产的场合。 现代板材送进夹钳装置是用来代替传统的多样的加工设备 的一种专用板材送机夹钳装置。随着机械行业的发展，板材的使用也越来越 广泛，。如果使用传动的临时的加工板材的设备加工板材的话，不但劳动强 度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个 专用的板材送进夹钳装置以成为发展趋势。 1.3 本课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对板材送进夹钳装置进行设计。在设计过 程中，了解 SolidWorks 的各种功能。 SolidWorks 公司成立于 1993 年， 由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总 裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目 标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 SolidWorks 三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事 处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。1997 年， Solidworks 被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场 的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。 由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每 年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项 国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks最佳编辑奖， 以表彰SolidWorks的创新、 活力和简明。 至此， SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现， 不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明 星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元 的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百 万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素 质的专业化公司。SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、 直观式设计技术、 先进的 parasolid 内核 （由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和 设计者使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。 Solidworks 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特点。使得 SolidWorks 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛 选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高 产品质量。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程 比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工 程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世 界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发 展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创 新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统 评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年 起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以 表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和 创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间， 产品快速、高效地投向了市场。由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成 为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险 投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运 作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成 为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内（由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相 关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师 使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每 年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、 斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的 一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、 华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大 学等也在应用 SolidWorks 进行教学。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成 为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减 少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能， 而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且 SolidWorks 公司对中国市 场重点开发，日后 SolidWorks 应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分析，如建模， 装配，工程图，力学分析等。 1.4 Solidworks 设计基础 熟悉 SolidWorks 的工作环境；了解 SolidWorks 的命令，掌握在 SolidWorks 工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。 1.4.1 草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高 级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束； 熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用 草图绘制工具完成草图绘。 1.4.2 基准特征-参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、 参数化思想等概念； 灵活运用各种建立基准点 的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活 运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 1.4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法； 灵活运用旋转特征的概念与建立方法； 掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实 践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用 扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 1.4.4 装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运 用 SolidWorks 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够 在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法； 灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的 方法。 1.5 夹钳装置概述 1.5.1 夹钳装置的工作原理 板材夹钳装置是广泛吸收国内外现有的液压，气压夹钳装置的先进技术基础 上，针对钢板厚 4-10mm，长 3-2mm，宽 300-500mm；钢板翘曲最大 30mm 而开发研 制的。板材的两侧面分别布置 5 个该夹钳装置，并且每个夹钳装置之间的距离是 1000mm。这样能够节省大量的材料，对大批量的板材生产具有降低成本的优点。 该夹钳夹紧力靠油缸夹紧，伸缩采用 SMC 公司的锁紧缸。它具有结构可靠，传动 平稳，节省材料，动作灵敏等优点。 夹钳的作用是夹住工件的侧面，工件放在辊子上，夹钳夹住工件，拖动工件 前行，送到主机进行冲孔加工。一般情况下，采用多个夹钳共同夹住板材，夹钳 口伸入到板侧面 2030mm，即可夹住。众多夹钳并排放在平板上，平板下有滑轨， 由电机驱动齿轮、齿条，即可驱动平板在滑轨上运行。夹钳夹紧力靠油缸夹紧油 缸为单作用油缸，即复位采用油缸弹簧。夹钳伸缩采用 SMC 公司的锁紧缸，此缸 在行程上可在任意位置停止锁紧活塞，使夹钳不窜动。 该装置的动作过程为：当工件位置放好后，夹钳头在汽缸的推动下伸出；当 工件进入夹钳口时，板材侧面接触到感应块时，感应块后退，接近开关得到信号； 控制系统收到接近开关的信号，油缸进油，上钳口下压，压住板材，同时汽缸活 塞锁紧不动；夹紧后，夹钳带着工件在齿轮、齿条驱动下前行，送往主机。然后 当主机对板材冲孔加工后，控制系统得到命令后，油缸卸压，在油缸弹簧的作用 下活塞杆上升，夹头在复位弹簧的作用下回到初始位置。同时锁紧气缸拉动油缸 回到原位置，至此整个动作结束。工作原理图如图 21 所示。 图 2-1 送进夹钳工作原理图 2 板材送进夹钳装置总体结构的设计板材送进夹钳装置总体结构的设计 2.1 板材送进夹钳装置的总体方案图 本次设计的板材送进夹钳装置采取的方案是：当工件位置放好后，夹钳头在 汽缸的推动下伸出；当工件进入夹钳口时，板材侧面接触到感应块时，感应块后 退，接近开关得到信号；控制系统收到接近开关的信号，油缸进油，上钳口下压， 压住板材，同时汽缸活塞锁紧不动；夹紧后，夹钳带着工件在齿轮、齿条驱动下 前行，送往主机。然后当主机对板材冲孔加工后，控制系统得到命令后，油缸卸 压，在油缸弹簧的作用下活塞杆上升，夹头在复位弹簧的作用下回到初始位置。 同时锁紧气缸拉动油缸回到原位置，至此整个动作结束。具体方案布局图如下： 2.2 机械传动部分的设计计算 2.2.1 电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为150Kg，往复移动 速度为12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- A，此无刷直流步进 电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号 为 92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.37KW，额定转矩为 75N.m，最大转矩 为 80N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下： 外形尺寸 140 x1400 x435，电机输出轴径为 30mm。 2.2.2 齿轮齿条传动的设计计算 1）齿轮的设计 （1）选择材料及确定需用应力 小齿轮选用 45 号钢，调质处理，HB236 由机械零件设计手册查得 lim1lim2 580,370SHlim 1.0 HaHa MPMP=， 25. 1,320,450 lim2lim1lim = FaFaF SMPMP （2） 确定各种参数 齿轮按 8 等级精度制造 由于原动机为电动机，载荷平稳，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计 基础得： 取 K=1.3 查机械设计基础114 取： 区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=188.0 查机械设计基础教取：齿宽系数错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 由 a H H H MP S 580 1 580 lim 1lim 1 = a H H H MP S 370 1 370 lim 2lim 2 = a F F F MP S 360 5.21 450 lim 1lim 1 = （3）按齿面接触强度设计计算 )(43.296/37.597. 02 . 19550/9550 111 mNnPT= 3 3 2 2 1.0 296.43 101 1188.0 2.5 0.42370 44.56mm （） + = = 齿数取 Z1=24 故实际传动比由于是齿轮齿条传动则 i=1 模数 错误！未找到引用源。 我们取 m=1.5 齿宽 错误！未找到引用源。8 .1756.444 . 01=db d ， 取 b=18mm （4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数 YFa1=2.56，YSa1=1.63 YFa2=2.24，YSa2=1.76 由式 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。，安全。 （5）计算齿轮圆周转速 v 并选择齿轮精度 () 1 1 3.14 36 293.42 2.3/ 60 100060 1000 = d n vm s 此速度合适 其他计算从略。 所得小齿轮的基本参数如下： (1)分度圆直径 d1 d1=m*z1=1.5*24=36mm (2)齿顶高 ha1 ha1=ha*m=1*1.5=1.5mm (3)齿根高 hf1 hf1=(ha+c)*m=(1+0.2)*1.5=1.8mm (4)齿高 h1 h1=ha1+hf1=1.5+1.8=3.3mm (5)齿顶圆直径 da1 da1=d1+2*ha1=36+2*1.5=39mm (6)齿根圆直径 df1 df1=d1- 2*hf1=36- 2*1.8=32.4mm (7)基圆直径 db1 db1=d1*cos()=36*0.939693=33.83mm (8)齿顶圆压力角 a1=arcos(db1/da1)=arcos(33.8289/39)=29.84 (9)端面重合度 =1/2/*(z1*(tan(a1)- tan()+z2*(tan(a2)- tan() =1/2/ *(24*(0.573659- 0.36397)+60*(0.457418- 0.36397)=1.69 (10)纵向重合度=0 (11)总重合度 =1.69 2）齿条的设计 齿轮作回转运动，齿条作直线运动，齿条可以看作一个齿数无穷多的齿轮的 一部分，这时齿轮的各圆均变为直线，作为齿廓曲线的渐开线也变为直线。齿条 直线的速度v与齿轮分度圆直径d、转速n之间的关系为 v=(/ ) 60 dn mm s 本次设计中 V=50mm/s 式中 d齿轮分度圆直径，mm；小齿轮分度圆直径为 36mm n齿轮转速， minr 。齿轮转速为 37.5r/min 其啮合线 12 N N 与齿轮的基圆相切 1 N ，由于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿 条基圆的切点 2 N 在无穷远处。 齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装（齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆 与齿条的分度圆相切），其啮合角 恒等于齿轮分度圆压力角，也等于齿条的 齿形角；齿轮的节圆也恒与分度圆重合。只是在非标准安装时，齿条的节线与分 度线不再重合。 齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧 直线的垂直距离，即 coscos b PPm= 。 齿轮与齿条的实际啮合线为 12 B B ，即齿条顶线及齿轮齿顶圆与啮合线 12 N N 的交点 2 B 及 1 B 之间的长度。 齿轮齿条传动的几何尺寸计算 齿轮与齿条传动的尺寸计算见表 表 齿轮齿条传动的几何尺寸计算 项目名称 计算公式及代号 转90齿轮齿条数 值 齿轮齿数 1 z 24 模数 m 1.5mm 螺旋角 0 基本齿 廓 压力角 20 齿顶高 系数 * a h 1 顶隙系 数 * C 0.25 齿轮变位系数 1 x 0 尺宽 齿轮 1 b 18mm 齿条 2 b 20mm 齿条长度 L 450mm 项目名称 计算公式及代号 转齿轮齿条数值 齿轮分度圆直径 11 cosdmz= 36mm 齿顶高 齿轮 () * 111aa hhx m=+ 1.5mm 齿条 * 21aa hhm= 1.5mm 齿根高 齿轮 * 112 () fa hhcx m=+ 1.88 齿条 * 21 () fa hhc m=+ 1.88mm 齿高 齿轮 af hhh=+ 3.38mm 齿条 齿轮中心到齿条 中心距 1 1 2 d Hx m=+ 18mm 齿距 n pm= 4.71mm 齿条齿数 2 0.5 n L z p =+ 96 2.2.3 直线导杆的选型计算 1 直线轴承的选择 POM 工程式塑料保持器适用于 2080CC工作测试；钢保持器适用于为 4080CC工作温度；不锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作 场合，轴承型号按下述计算公式确定。 硬度系数 FH：硬度 HRC58 以上，FH=1.0；硬度 HRC52- 58，FH=0.6- 1.0。 温度系数 FT：工作温度小于 100oC，FT=1.0，工作温度 100oC- 125oC， FT=1.0- 0.95。 接触系数 FC： 每根轴装一套轴承，FC=1.0 每根轴装二套轴承，FC=0.81 每根轴装三套轴承，FC=0.72 每根轴装四套轴承，FC=0.66 载荷系数 FW： 运行速度小于 15 米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0- 1.5； 运行速度小于 60 米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5- 2.0； 运行速度大于 60 米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0- 5.0。 时间寿命 Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h 小时) L：长度寿命 (万米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分钟往复次数 已知行程 L=0.1 米，工作温度 60oC，每分钟往复次数 n1=20，微小冲击，轴承 工作载荷 PC=200Kg，硬度大于 HRC60，期望寿命 Lh=5000 小时，试选择轴承型 号。 按以上工作条件： 1.0,1.0,0.81 =1 0.2 10=2m/min = 运行速度， 属于一般冲击，选取FW 2.0 = FHFTFC V 根据本次载荷重量为 2000N，我们选用两个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑 动轴承的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆 盘，两边轴承座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向 光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为 166N。本次设 计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。根据每个滑动轴承的负载承受 166N，我 们选用滑动轴承为 LMF20，轴承中间孔径为 20mm，这样导向光杆的直径也为 20mm。 2.直线轴承安装： 轴承座孔公差推荐采用 H7、J7 级，直线轴公差推荐采用 g6、h6 级，轴承安 装必须用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插 入会导至保持器变型 和钢球脱落，轴承安装方向应按照表 1 所示，可以提高轴承 承载能力，延长寿命。 轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能 接触钢球且能轻松转动， 配合游隙为 0+0.01mm；如果稍加力才能转动， 配合 游隙为- 0.010mm（已过盈）；如果加力也不能转动，配合游隙已多于 0.01mm， 这种情况钢球滚动时可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、 低速且定心要求高的情况下才可采