铣切薄木板微波烘烤上料装置设计

I 毕 业 设 计 说 明 书 III 摘 要 目前，我 们生活中用的木板越来越多 ， 而大量 薄木板原材料搬运作业多采用人工操作。人工上料 劳动强度大，环境恶劣 ,危险系数大，而且搬运效率低下，不能适应快速 制造业的发展 ；随着现代机械工业的 进步 ，对 薄木板原材料 搬运 的工作效率和产品质量的要求也同时提高。 该 薄木板微波烘烤上下料装置设计 目的是设计一种带上下料装置的传送装置。它通过控制气缸实现料架定位和上料。气缸通过外部的接口安装在支架上。传送装置采用履带式输送机，履带的链板上均匀安装隔箱。当隔离箱口正对着上料装置时， 通过单 片机控制 电机和 电磁阀，实现 传送装置暂停和两个气缸联合动作，从而实现 自动上料作业。 基于气动机器人原理设计的 自动上料装置 与人工 上料 相比，它的主要优点是：简化了操作工艺，提高了运输效率，改善了劳动条件，节省了作业人员，保障了生产安全。自动摘挂钩搬运钢管机械手的 市场潜力很大 ， 市场前景比较乐观。 关键词： 履带；输送机；气缸；单片机；电机 IV The Design of the device of Milling thin board microwave heat up ABSTRACT At present,more and more thin wood are used in lour daily lives ,but a lot of thin board raw materials are handled by manual operation which needs intensive labor. it is in harsh environment and with big risk coefficient, low handling efficiency., and can not adapt to the rapid development of manufacturing industry. With the advances in modern machine-building industry, it improves the request of work efficiency and product quality of conveying steel at the same time. The milling boards and microwave heating system is designed on a take out of the device, it can be achieved through the inlet control located on the tape movement and material. the cylinder by external feet interface installation in transmitting device. a transporter, too, has its crawler track tracked in on the installation of the links in isolation from the box. when was the case of the material devices, through monolithic integrated circuits to control motor and air valve for a transfer devices and the two cylinder joint action Key words: manipulator； the hooks picking and linking； cylinder； single-chip - 1 - 前 言 1.1 我国自动输送装置的发展状况 1.1.1 我国自动化制造业的发展现状 我国的机械制造业自动化技术的发展与应用起步较晚。 50 年代初期 ,国家建设了一批大型现代化骨干企业，首先从研制自动化装备开始发展机械自动化技术。随着科学技术的进步和我国工业化的发展，我国的制造自动化技术水平不断发展与提高， 50年来已取得了很大的成就。 1各种机械化与自动化输送机愈来愈多地替代 了人工操作的运输。经过“七五”和“八五”期间的不懈努力，研制、开发的系列成套自动化设备基本上满足了国内生产的需要，部分改变了依赖进口的被动局面。 2 各种辅助机械化与全自动化装置及技术也得到了发展，多自由度转胎架、变位器、机械手等设备研制成功，并先后用于传送生产过程。 3自动化传送装置已逐渐发展为现代完全自动化技术。在汽车、焊管、包装、工程机械和重型机械等企业中，发展为无需人力操作的生产流水线。 但就自动化控制精度而言，我国输送生产自动化技术与工业发达国家相比差距仍较大。 1 国产自动和半自动运输设备的使 用性能、品种和质量还不能完全满足国内大多数用户的需求，品种构成不适应生产工艺的需要，运输精度低。 2 机械化自动化专用成套制造设备、控制系统设计、制造技术落后，生产能力低，产品的使用性能和质量与国外同类产品相比差距较大。 3不同行业、不同地区、不同企业的机械化自动化技术发展应用不平衡，且差距很大，相当多的企业传送机构生产仍以手工操作为主，机械化与自动化程度极低。 4科研力量不足 ,既懂制造技术又会计算机应用技术的人员缺乏，发展应用现代设备自动化最新技术 (计算机控制、逆变、信息传感、参数控制等 ) 滞后，开 发出的计算机软硬件技术实用性和商品化程度差。 1.1.2 我国输送装置的发展现状 我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在 “ 八五 ” 期间，通过国家一条龙“ 日产万吨综采设备 ” 项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾 - 2 - 角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以 PLC为核心的可编程 电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表 2所示。 表 1-2 国内带式输送机的主要技术指标 Tab.1-2 The main technical parameters of the belt conveyer in China 主参数 顺槽可伸缩带式输送机 大巷与斜井固定式强力带式输送机 运距 /m 20003000 3000 带速 /m.s-1 3.5 4 45，最高达 8 输送量 /t.h-1 2500 3000 3000 4000 驱动总功率 /kW 1200 2000 1500 3000，最大达10100 图 1.1 顺槽可伸缩带式输送机 1.1.3 国内外带式输送机技术的差距 1 .大型带式输送机的关键核心技术上的差距 - 3 - 带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取 n=10 左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送 带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能 简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数 n=5 6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力 ，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度 0.3 0.1 m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大 功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率 500 kW 时，可控 CST 软起动显示出优越性 4-10。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达 98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。 2. 技术性能上差距 我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输 送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。 - 4 - 装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为 4 250 kW，国外产品可达 4 970 kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的 30% 40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。 运输能力 我国带式输送机最大运量为 3000 t/h，国外已达 5500 t/h。 最大输送带宽度 我国带式输送机为 1400 mm，国外最大为 1830 mm。 带速 由于受托辊转速的限制，我国带式 输送机带速为 4m/s，国外为 5m/s 以上。 工作面顺槽运输长度 我国为 3000 m，国外为 7300m。 自移机尾 随着高产高效工作面的不断出现，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口，主要有 2 种：（ a）随转载机一起移动的由英国 LONGWALL 公司生产的自移机尾装置。（ b）德国 DBT 公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸，后者则有 2个推进油缸。 LONGWALL 公司生产的自称机尾用于在国内带宽 1.2 m 的输送机上，缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小，纠偏 能力弱，刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者，水平、垂直 2 个方向均有调偏油缸，纠偏能力强。因此，前者还需完善，后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送机正常工作时防滑的要求，又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移 11-18。 高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送 带有易跑偏，不会出现脱轨现象。 输送机品种 机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（ +25）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。 3 . 可靠性、寿命上的差距 输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为 2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为 4000 N/mm，国外为 7000 N/mm。 输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的 50% 65%，国外达母带的70% 75%。 - 5 - 托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为 2万 h，国外托辊寿命 5 9万 h，国产托辊寿命仅为国外产品的 30%40%。 输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命 2万 h，国外减速器寿命 7 万 h。 带式输送机上下运行时可靠 性差 19-21。 4 . 控制系统上差距 驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如 BOSS 系统、 CST 可控传动系统等，控制精度较高。 监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器 PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没 有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。 输送机保护装置 国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。 1.2 课题任务及要求 1.2.1 课题背景和研究意义 随着科学技 术的进步，我国传送装置制造行业有了长足的进步。传送装置的成套性，自动化程度，定位精度和整体质量都明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定了拉动内需的政策以后，传送装置制造业加快了发展。在我国，工厂内流水 - 6 - 线生产方式还不完善，其主要原因是在自动化生产过程中，存在准确性低，控制不稳定，夹紧装置设计不合理等问题，在生产线上一般需要人工管理，影响到生产进度。虽然传送装置系统设计在制造业中不是核心技术问题，但对我国生产流水线技术的进步起着举足轻重的作用。可以预计，今后 10 年内，随着世界制造业中心逐步向中国转移，我 国的传统制造业必将按照现代化的标准加快技术改造。大量采用高度自动化的加工设备是工业现代化的必然趋势，并将促进我国制造业发生根本性的变革。 目前，低成本高自动化传送装置已成为制造行业发展的一种趋势。它明显区别于传统的人工操作和先进的导轨式传送装置 ，采用 高精度、 高效 率、自动化高的传送设备 技术 5,6。在传送过程中上料装置给输送机自动上料，在此过程中定位可靠，总偏移量小于 1cm，并且在传输烘烤过程中无需人工管理，实现全自动化，运作性能稳定可靠，提高了劳动生产率 ，节约能源等方面均有明显的经济效益。 从长远来看，自动 化的应用将在各行各业得到飞速的发展。 1.2.2 课题任务 1.设计一台可应用在微波干燥机上的薄板上料装置。该装置所上的材料为厚度2mm，长度 800mm，宽度 300mm 的薄木板； 2.该装置的上料效率为每小时 4000 片； 3.木板被上料前的状态为摞在一起的堆垛状态； 4.机械手应用单片机或 PLC 控制。 1.2.3 课题所完成的主要工作 1.总体方案设计； 2.各子系统的设计； 3.各零部件计算与设计； 4.标准件的选用； 5.控制系统的电路原理图。 2 总体方案的设计 2.1 总体方案的确定 方案 是采用履带式运输机构，可以连续的进行传送运输作业，并且在运输过程中进行烘烤处理，同时在履带链板均匀安装隔离盒子，把木料放在隔离盒子里进行传送，使木板在传送过程中更好的烘烤和方便上料，当料盒口水平并到达上料位时，单片机 - 7 - 根据不同的信号调用不同的子程序，来控制相应的交流伺服电机的运转，控制履带链的运动与停止。当履带链停止时，单片机控制电磁阀动作，水平气缸伸出，完成上料。上料结束后，单片机控制电磁阀水平气缸缩回的同时控制另一个电磁阀把料架提升到上料位。上料动作完成后，单片机控制电机使履带链运动。当料箱到达下料位，料 箱倾斜，木料自动滑下。 更好的实现自动化，上料机构 如下图 2.1 所示 。 传送装置如下图 2.2 所示 。 图 2.1 上料机构 图 2.2 传送机构 2.2 驱动系统选择 目前机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动、电机驱动等多种方式，各种 - 8 - 驱动方式有其自身的特点，在工业中液压和气压驱动应用很广泛，有些场合则同时采用多种驱动方式，这都视不同工作的特点和要求所定。比较这些驱动方式的特点，从中选出适合 上料装置和传送装置 的驱动方式。 一 液压驱动 液压驱动的特点有 : 1)驱动力和驱动力矩较大，臂力可达 100 公 斤 ； 2)速度反应性较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液的容积变化，所以当不考虑油液的温度变化时，被驱动系统的滞后也几乎没有，而且液压机构的适量轻、惯性小，因此它的速度反应性较好 ； 3)调速范围较大，而且可以无级调速，易于适应不同的工作要求 : 4)传动平稳，能吸收冲击力，可以实现较频繁而平稳的换向 ； 5)在产生相同驱动力条件下，液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯性小 ； 6)定位精度比气动高，但比电机低 ； 7)液压系统的泄漏对机构的工作稳定性有一定的影响 ； 8)油液中如果混入气体，将降低传 动机构的刚性，影响定位精度 (产生爬行 )； 9)油液的温度和粘度变化影响传动性能。 液压驱动机械手多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。 二 气压驱动 气动驱动的特点有 : 1)通过调节气流，就可实现无级变速 ； 2)由于压缩空气粘性小，流速大，因此气压驱动的机械手动作速度快 ； 3)压缩空气可从大气中吸取，故动力源获得方便、价格低廉，而且废气处理方便 ； 4)由于压缩空气粘度小，因此在管路中的压力损失也很小，一般其阻力损失不到油液在油路中损失的千分之一 ；故压缩空气可以集中供应，远距离输送 ； 5)压缩空气的 压缩性较大，因此使机械手的运动平稳性较差，定位精度较低， 而且压缩空气排到大气中时噪声较大，另外还须考虑润滑和防锈等 ； 耐压缩空气的工作压力较低，致使机械手结构较大。 因此，气压驱动的机械手，常用于臂力小于 30公斤、运动速度较快以及高温、 低温、高粉尘等工作条件较恶劣的场合。 三 电机驱动 - 9 - 电机驱动系统按电机的功能可分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多态电机驱动系统等。各种电机系统的工作原理有很大的区别，性能上也存在着较大的差异。在这里，不对这些电机系统 作一一介绍。只是把电机驱动与液压和气压驱动做一个比较，从中得到结论。 电动机根据运行距离及电机的脉冲当量算出脉冲数，将数据输入计算机，可达到非常高的位姿准确度，这些都是电机驱动的优点。相对的，液压与气压驱动系统组成机构繁琐，维护不方便，液压源和气压源装置体积大，对于 上料装置 来说也是一个无法实现的问题，对于 上料装置 所要求的速度精度，液压和气压驱动也很难满足。 在 减速 电机的选型上，考虑到 减速 电机品种规格较多，仔细分析它们的特点，来恰到好处的选择。 常见减速电机的种类 及特点 1） 蜗轮蜗杆减速机的主要特 点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 2） 谐波减速电机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。 3） 行星减速电机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。减速电机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机 .内燃机或其它高速运转的动力通过减速电机的 输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速电机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比 。 减速箱（或叫齿轮箱）的用途有 : 1.加速减速 ,就是常说的变速齿轮箱 . 2.改变传动方向 ,例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴 . 3.改变转动力矩 .同等功率条件下 ,速度转的越快的齿轮 ,轴所受的力矩越小 ,反之越大 . 4.离合功能 : 我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮 ,达到把发动机与负载分开的目的 .比如刹车离合器等 . 5.分配动力 .例如我们可以用一台发动机 ,通过齿轮箱主轴带动多个从轴 ,从而实现一 - 10 - 台发动机带动多个负载的功能 . 齿轮箱的工作原理： 齿轮箱是用来变速的，减速箱或者减速电机多是通过齿轮变速，原理一说白了就是一个大齿轮带齿轮或小齿轮带大齿轮 从上面介绍可以看出：减速电机变比一旦选好速比，就不能改变， 减速箱可以变速和改变传动方向。 综上所述，根据设计任务提出的要求，本文 上料机构 选择气动驱动方式 ，传送机构选择电机驱动方式。 2.3 机械结构选择 2.3.1 传送机构选择 方案一 本 方案采用刮板式输送机，该结构坚实， 能经受住煤炭、矸石或其他物料的冲、撞、砸、压等外力作用。能适应采煤工作面底板不平、弯曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向的曲。输送机机身矮，便于安装。 但该输送机自动上料实现困难。 图 2.3 刮板式输送机 方案二 本方案采用带式输送机， 带式输送机（皮带输送机）是功能齐全的输送机种，既可直线输送，又可倾斜、转弯输送，它是运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的货物，但带式输送机的 耐 酸碱、耐油、阻燃等各种性能 比较差 ，并耐高、低温 均 需要进行 特殊 制造 ，所以不适合微波烘烤装置。 图 2.4 带式输送机 - 11 - 方案三 本方案采用特殊制造的链板式输送机 ，利用固接在牵引链上的一系列板条在水平或倾斜方向输送物料的输送机，以单片钢板铰接成环带作为运输机的牵引和承载构件承载面具有横向隔片置于槽箱中驱动环带借隔片将煤刮运输出。它由驱动机构、张紧装置、牵引链、板条、驱动及改向链轮、机架等部分组成。在冶金、煤炭、化工、电力、机械制造及国民经济的其他工业部门中均得到了广泛的应用。 其特点如下： 1、适用范围广。除 粘度特别大的物料外，一般固态物料和成件物均可用它输送； 2、输送能力大。特别是鳞板链板式输送机（一般称为双链有挡边波浪型链板式输送机）的生产能力可高达 1000t/h； 3、牵引链的强度高，可用作长距离输送； 4、输送线路布置灵活。与带式输送机相比，链板式输送机可在较大的倾角和较小的弯曲半径的条件下输送，因此布置的灵活性较大。 该 输送机的倾角可达 30 -35，弯曲半径一般约为 5-8m； 5、在输送过程中可进行分类、干燥、冷却或装配等各种工艺加工； 6、运行平稳可靠。 图 2.4 履带式输送机 总述以上方 案，最终选定方案三，该方案简洁有效，结构紧凑，机械原理和机械设计设计比较简单，且比较适合自动上料。 2.3.2 上料机构选择 方案一 本方案的主要特点是由链条传动。当物料从上料机构上面到达上料机构前端时，电机运转，链条带动上料机构往前运动，把物料送到下一个工位。本方案的特点是物料必须有上面到达上料位置。 - 12 - 图 2.5 链条上料机构 图 2.6 气缸对重式上料机构 方案二 本方案的主要特点是由两个气缸协调动作来完成上料。当上一个物料通过水平气缸送出完成时，迅速把上料机构收回，垂直气缸通过滑轮组把料架 拉到下一个上料位。如此循环动作实现自动化。 3 总体 计算 3.1 气缸的选择 3.1.1 垂直 气缸选择 对重 气缸选择型号为 CA240-U1I07-400，其具体参数为： 活塞直径： 40mm 最大行程： 400 mm 压力范围： 0.1-4.2MP 受力计算：根据设计要求，垂直气缸 最大负重可达 120Kg,料架 重约为 15Kg 建立上部夹紧机构的力学模型：（图 3-1） 符号说明： f：摩擦力 Fn:气缸提供的推力 - 13 - Fn :圆杆的支反力 Mg:机构自身重力 F 机构负重 本计算采用简化算法， 其中将机器人的重力作用 点移到图示位置 . 图 3-1 受力分析图 在垂直方向建立平衡方程 ； fFM g (3-1) 所以： )(13 238.9)1512 0( Nf (3-2) 单侧所受摩擦力 5.661213232 ； ff(3-3) 又： nFuf 查表得摩擦系数 u=0.5 )(1 3 2 35.0 5.6 6 1 NufFF nn (3-4) 对气缸进行受力分析 （图 3-2） ： 其中， )(1323 NFFnn (3-5) 图 3-2 气缸受力分析 建立平衡方程： aa FSPSPn 其中 S=0.02x0.02=0.0004 2M ， P 为大气压强 1.01x 510 Pa 所以： 0 0 0 4.0 1 3 2 30 0 0 4.01001.15S FSPP aan3.4Mpa4.2Mpa (3-6) 符合设计要求，型号选择正确。 - 14 - 图 3.3 脚架固定气缸的型式、尺寸和质量 3.1.2 水平 气缸选择 水平上料 气缸选用 MB20x50 该气缸自身带导杆，增强了机构的稳定性。为了防止系统因气缸偏置而产生扭转应力，所以采用两个气缸双侧布置。气缸主要参数如下： 活塞直径： 20mm 最大行程： 50 mm 压力范围： 0.1-0.7MP 计算当气缸达到极限压力时（ P=0.7MPa）所产生的最大提升力 : ）（ NPSF 56002.0107.022 26 (3-7) 设计要求为 450N,符合设计要求。 3.2 导向杆的加工 安装在基板上的垂直气缸驱动 V 型定位架上下移动，但是由于钢管的重量和 V 型定位架的重量都比较重，为了使垂直气缸的活塞杆不因受偏载荷而弯曲变形，在垂直气缸的两侧分别设计一个导向杆，起到保证轴向定位作用。导向杆的直径为 20，材料45 号钢，加工工艺路线为锻造 热处理 机加 热处理 精加工。 第一次热处理应该是正火处理或者是调质处理 ,应用较多的是调质处理 .其主要作用是提高材料的机械性能 ,获得综合机械性能良好的索氏体组织 ,可提高工件的使用性能 ；如果是 正火处理其主要作用是改善组织 ,细化晶粒 。 第二次热处理应该是淬火处理 .一般的轴类 - 15 - 工件选用中频淬火机床进行表面感应淬火处理 ,其主要作用是提高表面硬度 ,提高轴的耐磨性 ,提高使用寿命 .一般不选用常规热处理 ,因为其处理后的变形量大 ,不利于进行精加工 . 3.3 轴承的校核 为了简便计算使用机械设计手册（软件版） V3.0 进行轴承设计，其校核过程如下表 表 1 6314 轴承的校核过程表 设计 参数 选择轴 承型号 计算轴 承受力 计算当 量动载荷 校核轴 承寿命 Fr=0 N Fa=0N Ft=165N d1=70mm n=40r/min Lh=15000h L=860mm L1=245mm La=150 mm ft=1 润滑方式为油润滑 d=70 mm D=150 mm B=35mm C=12800 N Co=6650N nlimy=18000 r/min Fr1=82.5 N Fa1=0 N Fr2=82.5 N Fa2=0 N P1=123.75N P2=123.75 N 轴承工作温度 T=120 轴承寿命 L10=1106609 (106 转 ) 轴承寿命 Lh=461087177h 经校核可知 6314可以满足要求。 3.4 直线轴承的选择 直线轴承是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的磨擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动 （图 3-6） 。 直线轴承 是与淬火 导向轴 配合使用。作无限直线运动的系统 负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，容许载荷较小，但直线运动时，摩擦阻力最小，精度高，运动快捷。 直线轴承广泛用于电子设备，拉力试验机及数字化三维坐标测 量设备等精密设备，以及多轴机床、冲床、工具磨床、自动气割机、打印机、卡片分选机、食品包装机等工业机械的滑动部件。 根据导向杆的尺寸，设计选用了 LM20L 32 80 型号的直线轴承，直线轴承内径为 20，外径为 32，长度为 80， 直线轴承是用在在轴上做轴向运动减少摩擦力的 。 - 16 - 图 3.4 LM 直线轴承 3.5 钢丝绳的计算 在工作时钢丝绳所受的力为 F=mgu F=240N 钢丝绳直径由最大工作静拉力确定，取钢 丝绳公称抗拉强度 1550t M P a d C S = mm44.10 9 3.02 4 0 查机械设计手册 取最小破断力为 7.49KN，公称直径为 3mm 的钢丝绳 3.6 减速电机的选择 电机的种类很多，本设计的控制需要有一定的精度，采用蜗轮减速电机作为动力源可以很方便的实现控制。程序也容易实现。且蜗轮减速电机的转速可以控制，结合本设计的动作不需要很大的转速，选用较大的蜗轮减速电机来达到功率的要求。 电机轴通过联轴器与 主动轴相连，主动轴带动整个传送系统。通过控制电机的起停，配合上料装置实现全自动。 1)选择电动机类型和结构形式。按工作条件和要求，选用蜗轮减速 电机。 2） 选择电动机的容量。 本设计为实体设计，可以考虑适当增加所需要的实际转矩，工作所需的 转矩 Tw=200N.m.则电动机所需的功率为 - 17 - 0 WTT 从电动机至 门转动 轴之间的传动装置的总效率 为 =轴 承 联 轴 器 由机械设计课程设计第二篇第十一章查得 轴 承=0.99， 联 轴 器=0.99 则： = 0.98 020 . 2 0 . 4 . 0 . 9 8WTT N m N m T0=TW/ =200/0.98=204N.M 选取 蜗轮减速 电动机，使 Tm (1 1 3) To 表 2 电机的 型号及安装尺寸 根据蜗轮减速电机型号表，选取 YWG80-1.5-30型号的蜗轮减速电机。 由 安装尺寸设计电机的安装支撑 。电机的外形图如图 3.5所示 - 18 - 图 3.5 电机的外形图 3.7 立柱强度校核 问题描述： 由于整个传送装置和上料装置是靠 立柱的支撑而悬在空中，所以立柱的强度影响着整个系统的安全性。将立柱的材料选为 Q235，利用 SolidWorks2004 进行校核分析。 简化模型： 图 3.5 立柱力学模型 该立柱主要是支撑起整个传送装置和上料装置的重量，其主要受到压应力。由于立柱是 100 100 8 的方形钢管，所以校核强度还是十分有必要的。在下图，经过分析可以看到，立柱所受的最大应力在与导轨的接触面上，最大应力为 9.627e+005N/m2， - 19 - 而材料的屈服应力为 2.206e+008 N/m2，所以可以看出材料还没有达到屈服极限， 所以应该说材料的强度还是足够的。另外从图 3.4-3（立柱应变分析图），也可以看到立柱的最大变形为 2.649e-003mm，所以说变形很小，几乎可以忽略不计。 图 3.6 立柱应力分析图 图 3.7 立柱应变分析图 - 20 - 4 控制系统设计 4.1 控制系统的选择 控制器目前应用较为广泛的有 PC 机、 PLC 和单片机。以下为几种方案的比较： 方案一： PC 机 PC 机控制简单，控制可容易实现闭环控制，达到很高的精度，且处理器反应时间短，但与其它两种控制方式相比较，价格最高，考虑到本次设计所需的精度要求， 选用 PC机的性价比最差。 方案二： PLC PLC 的编程方便，现场可修改程序，维修方便，采用模块化结构，可靠性高于继电器控制装置，体积小于继电器控制器，数据可直接输入管理计算机，成本可与继电器装置竞争，扩展方便，输入可以是交流 115V。 方案三：单片机 单片机具有小巧、低功耗、控制功能强、价格低廉的优点，特别适合于机电产品的控制，可以作为独立的控制单元应用于自动设备。 单片机是在一块硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入、输出接口，这样一块芯片具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机。由于 单片机的硬件结构与指令系统的功能都是按工业控制要求而 设计的 ，常 用在工 业的检 测、 控制装 置中 ，因而 也称 为微控 制器（ Micro-Controller）或者嵌入式控制器（ Embedded-Controller）。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其他芯片无法比拟的 。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能用指令，内部含有存储器，可以存储一些程序和数据。这也是单片机的到广泛应用的原因。本身带有常用的 I/O 口，方便数据信息和控制信号的进、出。 综上所述，控制器选用单片机，其控制 简单可靠，且价位最低，空间尺寸小。 4.2 总体设计思路 本设计欲采用实物按钮控制，一是为了操作方便，二是经济方面的考虑，因为本设计主要是为 工厂设计的，属于工业机械领域 。本设计要实现的动作有： 水平气缸 的伸缩， 垂直气缸的 伸缩和 电机起停 等六个动作，在控制的部分就需要有六个按钮来实现 其人工操作和调整此外还需设置一个全自动化按钮 ， 每个按钮独立，这样编写程序框架会很清楚明了。 - 21 - 本设计 用到 一个 电机，电源为