高精度自动金属粉末分装机结构设计（全套含CAD图纸）
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目录1绪论111国内外包装机械的现状与发展趋势112研究的目的和内容2121研究目的2122研究内容32粉末充填机的选型设计321粉末充填机的设计要求322粉末充填机的设计选型3221螺旋推进器3222重力流动系统4223振动进料器4224输送带进料器4225净重式充填机5226毛重式充填机523给料装置结构的设计6231给料方式的选择与设计6232给料装置磨损问题的处理6233螺旋的计算与电机的选择724小结93搅拌机构的设计1031搅拌机构的作用1032搅拌机构的设计10321搅拌机构安装方式的选择10322搅拌机构安装支承形式的选择10323搅拌棍棒结构的设计10324搅拌机构电机的选择1133小结114带式输送装置的设计1241带式输送装置的结构与特点1242带式输送装置的设计12421输送带的设计12422输送带装置电机的选择计算13423输送带装置滑动轴承的选择与校核13424输送带装置轴的设计校核15425键的校核1643小结165隔料装置的设计1751隔料器的作用与类型介绍17511隔料器的作用17512上料器兼作隔料器17513杆式隔料器17514鼓轮式隔料器1752隔料器的设计1853转位机构的设计18531转位机构的设计要求18532转位机构的设计19533步进电机的选择计算20534联轴器的选择2054小结206定位机构的设计2161定位机构作用与要求21611定位机构作用21612定位机构的设计要求2162定位机构的设计21621机械手的简介21622机械手的分类21623机器人末端执行器的设计要求22624机器人末端执行器的分类与设计22625电磁铁的选用2363小结237结论23谢辞25参考文献261绪论随着国家工业化的不断发展，企业用工成本的提高，机械化和自动化将慢慢地取代劳动密集型的生产模式。桂林特邦公司在利用金属粉末进行冶金制造零件时，需要对金属粉末进行精确称量，也遇到了相应的问题，急需能够实现自动称量的自动化设备。目前市场上也有各种各样的粉末分装机，但多数分装机都是只能实现普通粉末的自动称量，桂林特邦公司的金属粉末的分装，称量的量小且对机构磨损太大，分装速度也有较高的要求，市场上的各种分装机目前还不能完全达到公司的要求。本论文设计的分装机主要就是为了满足桂林特邦公司的特殊要求。11国内外包装机械的现状与发展趋势本文设计的粉末分装机是粉末包装机部分机械结构。因而我们在这里所说的分装机的发展现状实际上就是包装机的发展现状。与其他机械行业的发展进行对比的过程中，我们发现包装机械工业的发展是比较晚的。20世纪初期，当时世界上技术发达的欧美等国家才开始发展包装机械。到了第二次世界大战快要结束的时候，也就是在1945年以前，医学药物、食物产品和卷烟等已经可以把包装作业的机械化变成现实。又经过了50年代和60年代的技术的引进和应用，包装机械已经可以做到初步的自动化以及在专用的包装生产线方面也可以达到自动化的水平。经过了70年代10年的不断发展，微电子技术被人们引入到了包装生产过程当中，计算机已经能够对包装生产过程做到了有效的控制。90年代开始，柔性自动包装线的技术得到了不断地改进和发展，与此同时无人自动包装车间也已经初具规模。美国的包装机械工业发展历史较为悠久，基础扎实，再加上雄厚的经济实力和大量的人才资源，以及国家对行业的重视，无论是在品种还是在数量上，都遥遥领先于世界各个国家。日本在二战后开始发展包装机械工业，通过对其他国家的包装机械进行了引进、消化、吸收和创新等各种工作以后，在后来相当短的时间里就已经迅速地发展起来了。在对包装工业总产值的统计排序和比较中，我们可以看到的是日本是排在美国之后的第二大的国家。日本重点发展了中小型独立的包装机，因而日本的包装机械也到达了世界上先进的水准。德国包装机械在本国销量很大，同时出口到其他国家的量更大，也就是出口比例非常的大，出口到其他国家总的额数在世界上的各个国家中排到了第一位。德国以严谨认真的态度，在计量、制造、技术性能等方面做得非常好，稳定性和可靠性特别高。意大利、英国、瑞士等欧洲其他国家根据本国的实际情况，充分发挥各自的优势发展包装机械，各国在不同的领域有自己的竞争优势。总体上，欧洲的产品畅销全球。我国的包装工业的发展相对与其他国家来说开始得比较迟，开始时技术水平的起点也不高，整个工业的基础很薄弱。解放前，只有几个大城市有进口的灌装机和一些卷烟的小包装机。受当时国际环境和国内环境等因素的影响和制约，在后来的30年里，包装机械工业的发展都相当的缓慢。50年代末期，国内才开始对外国的包装机进行引进和改造，这时才渐渐地具备了小规模的生产能力，但直到70年代末国内依然没有形成包装机械的工业体系。在改革开放大背景的影响下，我国国家人民的经济得到了不断的发展，同时速度也快速，随着对外贸易产品数量和种类的不断增加，人民的生活水平在持续的上升，社会对包装机械的需求量不停地上升，对包装机械的质量要求也是慢慢变得严格起来，因而人们开始慢慢地关心起包装机械，关注它的现状，关心它的发展，重视它未来的趋势。相应的，中国包装技术协会在迫切的需求下以及时机的成熟条件下成立了，中国包装总公司在后来不久也成立了，他们的先后成立进一步促进和规范了包装机械工业的发展。通过对以前遗留下来的陈旧设备有计划的改造，同时采用引进、消化、吸收国外先进技术的方法，国内企业的研制和生产水平得到了很大的提高。在国家层面上，成立了专门研究包装机械的研究机构同时建立了用于收集国内外包装机械发展情况的情报机构，在一些大学本科、大学专科等学校学院开设了包装工程专业为社会培养包装机械工业方面的高素质人才，以上各种有利的条件使得我国的包装机械工业的不断向前发展有了非常有利的技术保障。我国的包装机械在改革开放以后，尽管说发展是很迅速的，取得的成果也是相当的丰硕，但是从全局来看，在与世界先进水平做比较以后我们发现，我们的产品的品种相对较为单一的、技术水平也是比较的低，各种产品的质量也是存在着很大的差距，在国民经济中依然较为薄弱。根据国家目前的包装机械工业的基本国情，它在未来的发展趋势如下1进一步扎实基础，建立和扶持一批包装机械企业，通过对国外技术的引进、消化和吸收，实现缩短与世界先进技术水平的差距的目标。2重点发展中小型包装机，不断提高机械的稳定性和可靠性，同时不断地提高和完善自动化程度和配套能力，稳扎稳打地扩大市场占有率。3重视重点商品的包装，大量引进高新技术，努力提高技术含量，不断研发包装机械的新品种。12研究的目的和内容121研究目的通过对粉末分装机的各个部件进行研究，然后实现对各个结构进行选型设计，通过INVENTOR三维软件进行建模和装配，设计出一款能够实现对金属粉末进行高精度自动化分装的机构，满足桂林特邦公司对每件产品物料的称量重量的精度要求，有效地改善了产品产出的质量情况，减少了对生产产品的所需要的原始材料的使用数量，提高了生产线上的工人的劳动工作效率，减少了劳动人员的数量，大幅度地减少了支付给工人的总工资，实现其对粉末冶金过程当中对金属粉末称量的机械化以及自动化的目标。122研究内容通过学习研究已有的包装机械的搅拌机构、给料机构和传送机构等各种机构部件，实现对相应机构的选型和设计。通过三维软件对各个零部件进行建模装配，最后完成总装图的装配，综合考虑传感器、电控等安装的前提下，对各个组成的机构放置位置进行合理的整体布局，最后得到合适的方案。2粉末充填机的选型设计21粉末充填机的设计要求首先，桂林特邦公司的需要分装的是一种混合的金属粉末，里面含有金刚石粉末，对机械机构的磨损特别大。因而，设计的充填机的第一个要求是能够解决磨损问题。其次，该公司的需要分装的金属粉末质量为10克，测量误差为02克，所以设计的第二个要求是微量和高精度。第三，称量速度为5次/分钟，即12秒/次。因而设计要达到的第三的要求是分装效率高。最后，分装过程自动化，同时机构尽量简单轻巧。22粉末充填机的设计选型根据粉末分装机的设计要求，下面对各类主要的充填系统和对应的充填机进行介绍、对比和选型。221螺旋推进器螺旋推进能够实现物料的均匀进给，合适使用在可以实现流动自由或者流动有阻碍的粉末形状、片状的、小颗粒以及其它形状等的物料。这种推进器可以根据需要实现垂直、水平和倾斜三种安装方式的安装。因为在物料的旋转区内有可能出现“鼠洞”，如果安装一个旋转搅拌器，就可以使物料顺利地进入旋转区。在不同的使用场合，推进器需要设计的形式也是不一样的，我们有间歇式推进或者连续式推进这两种形式可以选择。通过得到的反馈来控制电机的转动速度的快慢就可以控制螺旋的转动速度，实现物料的大批进给和细流进给的两种给料方式，还有一种方法就是采用双推进器来实现物料的大批进给和细流进给。有一种叫做螺杆式充填机械的充填机就是根据螺旋推进器的原理来设计的。图21为螺杆式充填机的结构。因为金属粉末细小且松散，垂直式和倾斜式安装的旋转搅拌器就算它的计量螺杆不转动，物料也会掉落下来，水平式旋转搅拌器虽然可以克服上述缺陷，但计量还是达不到精度的要求，因而这种计量充填方法不适宜使用在本次设计中，但水平放置的螺杆式给料方式是可以使用的。本论文选择使用的给料装置就是水平放置的螺旋推进器。图21螺杆式充填机图图22量杯式充填机1料仓2插板3水平螺旋给料器1料仓2刮板3上量杯4料位检测器5搅拌器4下量杯5容器6输送带6垂直螺旋给料器7阀门8凸轮9底门10料盘8容器9输出导管222重力流动系统重力流动系统中，物料依靠的是自身的重力自由地流动到计量容器内，然后靠刮板等装置去除多余的物料。这样的一种流动系统同样也是可以同时实现大批进给和细流进给的两种给料方式。与重力流动系统相对的充填机械是量杯式充填机，图22所示的量杯式充填机的结构，但是它的计量精度在2到3，达不到我们所需要的高精度的要求，同时金属粉末对这种充填机械的机械结构磨损是很大的，且它的机械结构磨损后更换不方便、成本又高。223振动进料器对于能够实现自由地流动和流动性不好的物料，振动进料系统在这方面有很大的应用市场。通过变化一定时间内振动进料器振动的次数或振动的幅度就能够控制物料的进料速度。但是对于粉末来说，振动容易造成粉末四处飞扬，会给生产线上的工人带来肺病等呼吸道职业病。更重要的一点是混合粉末各成分的密度不一样，摩擦系数也不一样，振动的产生的效果往往是输送了金属粉末的部分成分，这样的给料方式对生产出来的产品的质量有明显的影响。224输送带进料器输送带进料器适合用在流动性好、不能是实现自由地流动、质地疏松和有粘稠性的物料的输送进给。桂林特邦公司的金属粉末称量的质量很小，输送带的运输方式很难控制输送进给量，同时这种给料方式的粉末很容易撒落到输送带外面和混入空气中，对材料造成浪费的同时也危害到了生产线工人的身体健康。225净重式充填机净重充填法，第一步是先把物料用称称量好，第二步再把已经称量好的物料放入到盛料容器当中。由于称量的时候，盛料容器的重量对称量结果不构成任何的影响，因而净重式称量的精度非常的高，这种充填方式得到的结果最准确。如图23所示的是净重式充填机的结构。图23净重式充填机图24毛重式充填机1储料斗2进料器3计量斗1储料斗2进料器3落料斗4称量机构5落料斗4称量机构5传送带6包装件7传送带226毛重式充填机毛重式充填法就是直接把盛料器置于秤量器上，然后把物料充填到盛料器中，当物料和盛料器的总质量达到预设的质量以后，进料机构停止进料，在这个过程当中，没有了开斗的机构，所以所称得的重量是毛重。毛重式充填法的计量精度没有净重充填法的精度高，原因是这种称量方法的盛料容器不断地改变，但各个盛料容器的质量并不相同。如果所选用的盛料容器它们自身的质量大小基本相同，它们的误差控制在合理的区间，减去所有容器质量的平均数值以后，还是可以达到大多数物料对精度的基本要求。如果采用的是自动去皮重的方法，就可以把称量的精度进一步地提高，达到更高精度的要求。如图24所示的是毛重式充填机的结构。综合上述介绍，采用螺旋推进器作为给料装置，采用毛重式充填机，用自动去皮重的方法提高充填机械计量精度，设计出来的给料机构就可以达到机械构造简单，控制方便又可靠的要求。23给料装置结构的设计在前面选型时，已经确定了选用水平放置的螺旋推进器，下面对螺旋给料装置进行详细设计说明。图25是本次设计的给料装置结构图。图25给料装置结构1搅拌电机2搅拌电机基座3、8联轴器4料斗5螺旋电机6钻套7螺旋杆9给料电机231给料方式的选择与设计如前所述，螺旋式推进器可以设计为间歇式或连续式两类的给料方式。根据我们对金属粉末分装的需求，当检测到分装的粉末达到10克时，需要将盛料器换走，如果采用连续式给料的方式，在新的盛料器还没到达盛料位置之前，将需要设计其它机构，或者说是开斗机构，盛接下落的粉末。我们知道，结构越多，机械的稳定性和可靠性将越低，所以在能够通过选用可靠的方式，避免稳定性和可靠性降低的情况下，选择合适的方式解决问题是最好的方法。所以，本设计选择的给料方式为间歇式的螺旋推进。为了提高生产效率，有两种方法可以达到减少给料时间，提高给料速度的目的。第一种是采用双推进器，即推进器中有大小两个螺旋，开始时大小螺旋同时给料，当达到一定的量以后，直径较大的大螺旋停止旋转不再给料，只是依靠直径较小的小螺旋做最后的微量调整，这样一种大小螺旋相互配合的给料方式，明显地提高了给料的速度，同时又不影响给料的精度。双推进器适合粉末分装量大的场合。第二种方式是通过反馈控制电机的转速，从而控制螺旋的转动速度，实现物流的大批进给和细流进给，前期的大批进给提高了给料的速度，后期的细流进给提高了给料的精度。对于10克的金属粉末来说，这是一个非常小的量，控制电机转速的方法即可实现，没有必要采用双螺旋推进器，这样的给料结构也会简便轻巧。232给料装置磨损问题的处理桂林特邦公司的金属粉末在传送过程中对传送机构有较大的磨损，对靠摩擦来实现传送物料的传送机构的磨损更大。在设计中，从结构上已经无法避免磨损的产生，那么如何有效地减少磨损，方便快捷的处理磨损后的零部件是我们需要解决的问题。选择使用适合的材料是一种人们解决磨损的常用方法。目前有一种已经研究出来的叫做超高分子量聚乙烯的新型材料，它的另一个名字叫做UHMWPE材料，这种材料是一种新型的耐磨材料。在目前所有的耐磨材料中，UHMWPE材料对钢材的磨损系数实最低的，磨耗量也最小。超高分子量聚乙烯可以在某些领域里面换掉钢铁材料，作为一类性能相当全面的理想耐磨材料。该材料目前已经在带式运输机中有了一定的应用，接受料漏斗、导料槽各种结构的内壁已经使用了UHMWPE材料，所以本设计中的给料结构也是可以使用UHMWPE材料制造。采用钻头与钻套两者相互配合的方式可以实现方便快捷地处理磨损后的零部件。钻套有四种形式，分别是普通的固定式钻套、较为常用的可以更换的钻套、在部分场合中经常可以看到的快换式钻套和特殊钻套。固定式钻套的存在拆换困难或无法拆换，快换钻套设计的目的是能够实现频繁的更换目的。因为本论文设计的钻套采用的是超高分子量聚乙烯材料，像前面所述的耐磨性，该钻套需要更换但并不需要频繁的更换，所以选用可换钻套的形式是最好的。钻套的设计，有效地将给料基座和磨损的部分分离，避免给料基座因部分的磨损而报废，不仅节省了材料成本，还节省了更换磨损零部件的时间，是一个很好的方式方法。图26钻套与螺旋杆的装配示意图1钻套2轴承3螺旋杆233螺旋的计算与电机的选择（1）确定生产率已知条件最大称量为10克，速度为12秒/次设备；动作逻辑是第一次转位、下料称量、第二次转位。每次转位花费的时间是2秒种，两次转位花费的时间总共是4秒钟，下料称量的花费的时间总共是8秒钟。（2）确定螺旋的直径金属粉末是一种具有粘性的物料，该物料在施加的力不大的情况下，也可以轻易地压实，在设备输送物料的过程中，需要对物料进行松散，所以选用齿式螺旋叶片是最合适的。式中螺旋输送机的生产效率；D_DD_Z；D_DD_D_DD_D_DD_D_DD_计算得圆整后，取（3）确定螺旋转速式中物料的容重，金属粉的堆积密度为计算得最终取。（4）验算螺旋转速螺旋转速满足要求。（5）验算机槽的填充系数经过前面的计算，得到了填充系数_D_DD_（6）计算驱动功率式中_D_DD_D_DD_D_DD_倾斜传送的时候物料向上的提升高度；计算得（7）验算水平螺旋输送机的生产率计算得8计算转矩综合以上的计算，螺旋的直径为D_DD_Z_24小结在这一章节里，主要介绍了充填机给料系统的类型以及典型的充填机结构，结合金属粉末的特点，对充填机的各种类型进行了优缺点的比较和选择，最终确定选择水平放置的螺旋给料系统进料，通过控制步进电机的转速实现物料的大批进给和细流进给达到提高粉末分装效率的目的，选用毛重式充填机对物料进行称量，采用去皮重的方法提高充填机的称量精度。本章还设计了钻头与钻套式的结构解决了给料系统容易磨损的问题，同时对给料系统中的螺旋类型进行了选择以及对它的尺寸的计算校核，最后还计算和选择了给料系统所需要的步进电机。3搅拌机构的设计31搅拌机构的作用因为螺旋推进器在它的物料旋转区内有可能出现“鼠洞”，如果没有外力作用的话，将会影响到物料的输送，这时候在物料旋转区安装一个旋转搅拌器，就可以使物料顺利地进入旋转区。32搅拌机构的设计321搅拌机构安装方式的选择搅拌机构的安装方式通常情况下有立式以及卧式两种。立式安装方式在本次设计当中存在着很多的缺点（1）立式安装要求在料斗上方外设一个支架安装电机，结构比较大，不符合结构轻巧的要求。（2）搅拌机构立式安装会在给进料仓加料的时候带来不便。（3）立式安装在旋转时，进料仓的形状最好是圆形或者长度和宽度基本一致，但给料装置的基座为狭长形，适合卧式安装搅拌，而不适合立式安装搅拌。（4）经初步实验，在消除螺旋推进器物料旋转区出现的“鼠洞”时，立式安装的搅拌效果没有卧式安装的效果好。参考前面的描述，本次设计的搅拌机构采用卧式安装方式。322搅拌机构安装支承形式的选择搅拌机构安装时，安装形式有对称式，非对称式和悬挂式三种。搅拌机构在搅拌的过程中受力不大，没有多大的变形，理论上上面的三种安装形式都是可以采用的。下面介绍采用对称式安装形式的原因（1）遵循产品设计中安全稳定可靠的原则，采用对称式的安装形式是最好的。（2）从产品的生产制造来说，对称的结构在划线定位或编写加工程序时都更为准确、方便。（3）从产品的外观方面，对称的结构显得更为美观舒适。323搅拌棍棒结构的设计搅拌棍棒的结构设计主要有两种，常用的方式为将搅拌棍棒焊接在套筒上，再将套筒安装在旋转轴上，在这里称这种安装方式为套筒式安装。另外的一种安装的方式就是直接地将搅拌棍棒安装在旋转轴上。套筒式安装与直接安装的优劣势分析如下（1）旋转轴上安装固定套筒有键连接和螺钉螺母连接两种方式。套筒短并且套筒的壁厚比较薄，不适合再在套筒上开槽使用键连接进行连接。（2）套筒短并且壁厚较薄还存在着第二个缺点，就是焊接棍棒不方便，焊接上去以后也不太稳固。（3）套筒的存在会使搅拌轴的直径相对变小，影响轴的刚度。综合考虑，本次设计采用的是把搅拌棍棒直接地安装在旋转轴上的方法安装搅拌棍棒。本设计的搅拌棍棒设计为U型的结构，用螺钉螺母直接将它固定在旋转轴上。相对于采用套筒式安装固定方式，直接安装的方式使得搅拌旋转轴的轴径刚度大，结构简单，拆装方便。图31U型搅拌棍棒图32搅拌棍棒与轴的安装324搅拌机构电机的选择搅拌机构需要持续不断地搅拌，只要电机的功率和转速能够满足负载的基本要求即可。所以，只需要选择普通的直流电机，使它与搅拌轴相联，按照设定的转速旋转就可以了。下面介绍的是搅拌机构电机的计算和选型的具体过程。（1）电机受力电机受到的力基本上与搅拌棍棒受到的力是一致的，根据经验，搅拌棍棒的平均受力为（2）计算搅拌的速度搅拌的速度/，所以搅拌的最大线速度是（3）计算电机的功率（4）计算电机的转矩综合上面的计算所得的参数，选用的电机的具体参数是，型号_33小结本章详细介绍了搅拌机构的作用，同时结合了本次设计分装机进料仓的结构狭长的特点，对立式和卧式两种安装方式进行了优劣势的比较，最终采用了卧式的安装方式；紧接着对搅拌机构支承形式的优缺点进行了对比，最终选择了结构稳定的对称形式；然后对搅拌棍棒的安装方式进行了比较选择，设计了U型结构的搅拌棍棒；最后对搅拌机构所需的电机进行了计算和选择。4带式输送装置的设计41带式输送装置的结构与特点带式输送装置有多种安装方式，如串联，并联，水平或倾斜。为了防止输送带因重力作用造成过度下垂，需要安装一定的装置将输送带支承起来，在输送带需要承受的载荷较轻，物料输送的距离较短时，基本上都是使用托板支承，对于重载或长距离的输送可将托板换成托辊式支承。带式输送装置的特点是，结构简单，价格低廉，稳定可靠，因而大多数包装生产线都广泛应用带式输送装置。如在卷烟生产的过程当中，卷烟需要输送和包装，它的自动线使用的就是带式输送装置；另外在饼干生产包装过程中，它的生产线也基本上都是使用带式输送装置。42带式输送装置的设计421输送带的设计图41为带式输送装置的总体结构图。对于输送带的宽度，主要依照盛料器的直径来选择设计。为了工人拿放盛料器以及倒出金属粉末时的方便，同时考虑到盛装的粉末质量是10克，因而设计的盛料器外径为30毫米，所以输送带的宽度设计为30毫米。根据称量速度为5次/分钟的要求，输送带上可同时放置6个左右的盛料器即可，所以输送带的总长选择在500毫米左右。厚度一般取为2毫米。图41带式输送装置1联轴器2电机支座3电机4盛料器5皮带6支承托板7托盘支撑柱8末端防掉栏杆9两侧防掉栏杆10滚筒11圆螺母12滑动轴承13轴承支座14张紧调节螺栓15张紧支座16底板422输送带装置电机的选择计算表41与输送带相关的参数输送皮带的速度输送皮带与工作物的总共的质量输送皮带与工作物间的滑动面摩擦系数安装输送皮带的滚筒直径安装输送皮带的滚筒质量输送皮带和滚筒的机械效率施加在输送皮带的外力移动方向与和水平轴的夹角安全系数（1）计算输送带的最低速度（2）计算电机转速（3）计算电机轴向负载根据经验皮带张紧力取，所以电机轴的受力只需要考虑张紧力即可，即电机轴的受力为（4）计算电机轴负载转矩（5）必须转矩（6）计算电机最小输出功率根据计算，选择的电机参数为电压范围D_DD_Z423输送带装置滑动轴承的选择与校核（1）验算轴承的平均压力（单位为）式中电机轴向负载与输送带张紧力的合力_D_D_DD_代入数据，经过计算得查表得，轴瓦材料的许用应力D_DD_，经过验算，选用的轴承合格。（2）验算轴承的（单位为）滑动轴承的发热量和轴承在单位面积上摩擦力做功的功率消耗/_式中电机轴向负载与输送带张紧力的合力，即；_D_DD_代入数据，经过计算得查表可知，轴承材料的许用值，经过验算，选用的轴承合格。（3）验算滑动速度，（单位为）前面计算有，；查表得，许用滑动速度,经过验算，选用的轴承合格。滑动轴承应使用恰当的配合，一般可选、和。在这里的配合精度不需要太高，所以选用即可。424输送带装置轴的设计校核图42轴的载荷分析图由分析图可知，这根轴有两个需要校核地方，即在输送带与电机安装的轴在安装带轮轴段的中点，受到的弯矩和扭矩是最大的，所以需要校核；另外与电机轴相联的轴末端，轴径最小且受到扭矩作用，也是需要校核的轴段。轴的弯扭合成强度校核公式式中轴所承受到的弯矩，；D_DD_Z轴所承受到的扭矩，_；_（1）滚筒作用在轴上的合力（2）轴两端受到滑动轴承的支持力（3）轴所承受到的弯矩（4）轴所承受到的扭矩（5）计算安装带轮轴段的中点处的轴抗弯截面系数代入数据_/（6）计算电机轴相联的轴末端抗弯截面系数代入数据_/D_（7）校核安装带轮轴段的中点处的轴弯扭合成强度（8）校核电机轴相联的轴末端的轴弯扭合成强度经过计算，这根轴的尺寸设计合格。425键的校核普通平键连接的强度校核（1）计算传递的转矩（2）键与轮毂键槽的接触高度（3）代入数据，键的工作长度，轴的直径；查表得，键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力经过校核，选用的键，符合要求。43小结本章对介绍选择了结构简单的带式输送装置，进而根据盛料器的尺寸和分装机的工作效率设计了宽度为30MM，长度为500MM的传送带，然后输送装置的相关参数计算最后对电机的参数进行了确定，紧接着分别对滑动轴承、输送带轴和平键进行了计算和校核。5隔料装置的设计51隔料器的作用与类型介绍511隔料器的作用隔料器的作用是，将原本放在料仓里等待加工的毛胚分开，有时需要分开一个，有时需要分开几个，然后让毛胚自动进入到上料器内，或者由隔料器直接把毛胚送到指定的加工地方，这时候的隔料器同时具备了上料器的功能。512上料器兼作隔料器如图51这样一种类型的隔料器它的构造是最为简单的。当上料器把毛胚送到指定加工地方的时候，上料器的过道被它的上表面堵住，上料器在上料的同时起到了隔料的作用。这种类型的隔料的方法有不足的地方，阻隔物料的时候上料器的上表面承受了剩余的全部毛胚的重力，致使上料器的运动阻力很大，并且容易造成磨损。图51上料器兼作隔料器图52杆式隔料器513杆式隔料器如图52隔料器通过每做一个来回直线的运动或者来回摇摆的运动，就会有一个待加工的物料从料仓中隔离出来，上料器把隔离出来的待加工物料带走。相对于第一种隔料器来说，如果使用了杆式隔料器，上料器将减少对待加工物料的承受作用。如果是生产效率不高不低的条件状况，也就是在五十到七十件每分钟，通常使用杆式隔料器。在生产效率要求很高的状况下，隔料器做一次循环运动的时间不会太长，在惯性的作用影响下，物料大多数情况下不能到达隔料的地方，因而隔料器无法实现它应有的功能。514鼓轮式隔料器鼓轮式隔料器由鼓轮或者带有成形槽圆盘做成，毛胚从送料装置进入圆盘的成形槽内，通过转动圆盘将其送到上料器。鼓轮或者圆盘的外圆面对送料槽中其他待加工的物料起到了隔离的作用。图53在圆盘上可以做很多个成形槽，这样圆盘每转一周就可以送出很多毛胚。所以这种隔料器在速度慢的条件下做到工作很平稳，同时可以保证相当高的生产效率以及避免毛胚因为受到冲撞击打的作用而遭到损坏。图54的隔料器，按一定的次序交替地旋转隔料器，能够实现交替地将毛胚送到下面的送料槽中，这样两种毛胚在送料槽中就做到按一定次序排列得效果。图53鼓轮式隔料器图54鼓轮式隔料器52隔料器的设计根据上面类型的介绍，鼓轮式隔料器能够很好地把输送带上空的盛料器送到盛料称量的位置，将已经盛好料的盛料器从称量的位置转移到下料位，同时很好地将其他空的盛料器隔离开。鼓轮式隔料器在实现上料和隔料的功能的同时其结构相对简单，控制也很方便，还安全可靠。特别是在对盛料器进行定位时，我们还需要一定的空间安装机械手，使用带有成形槽圆盘的鼓轮式隔料器也就给安装机械手提供了足够的安装空间。图55就是本次设计的带有成形槽圆盘隔料上料器。图55带有成形槽转盘53转位机构的设计531转位机构的设计要求在自动化生产线中我们经常需要按照加工工艺要求，实现周期脉动式的转位传送，也就是实现转位停止转位停止的四个动作的循环往复运动。为确保生产线中确定的工位上动作的实现，对转位运动有下面几个要求（1）转位位置必须准确。也就是每次转位的动程大小要基本相同。工作台做周期脉动回转转位，每次转位的动程角为，它决定于工艺要求。为了保证停息位置达到准确，用动程角的大小是可以达到目标的一种方式，如果有需要，还可加设定位装置来确保转位位置准确。（2）转位过程当中要平稳、无冲击。特别是高速工作的自动包装机，如果它的转位部件质量较大，为达到减小其惯性负荷的目的，转位运动开始和终止瞬间的加速度以及转位过程的加速度变化都要求尽可能地小，这样转位过程就可以达到平稳，转位动、停瞬间就很少出现冲击。合理地选择合适的高速转位机构及其运动规律是保障转位过程平稳、无冲击的前提。（3）转位过程花费的时间要尽可能短。在周期脉动式自动机械中，许多的加工都是在转位后的停息中进行，所以转位运动时间是属于辅助加工时间，从提高自动包装机的生产效率的方面讲，转位运动使用的时间应需要尽量缩短。但是转位过程中加速度就有可能增大，转位中的动负荷也将增大，所以需要正确选择转位机构。（4）转位机构结构要求简单、适用、耐用。周期脉动式多工位自动机械的转位机械装置一般都是步进式运动机构，原动机输出连续回转运动，转位机构把连续回转运动转换成需要的周期脉动式运动，也就是所谓的转位停息转位停息循环运动，并且其他的运动规则也应该需要达到自动机械工作和转位运动的需求。能够实现周期转位的步进运动机构有很多。常用的有棘轮式转位机构、摩擦自锁式转位机构、槽轮转位机构、凸轮式转位机构、不完整齿轮及星形转轮机构等。转位机械装置的驱动有机械式、液压式、气动式和电磁铁驱动式等。532转位机构的设计选用步进电机，将步进电机直接连接隔料器，控制每次旋转的角度，能够做到准确定位。步进电机的直接连接，省去很多的机械结构，控制方便容易。图56所示的是转位机构结构安装图。图56转位机构结构示意图1底板2轴承座支承柱3防掉板支承柱4转盘电机5电机支座6联轴器7防掉板8盛料器9圆盘隔料上料器10机械手11转位机构连接轴12推力轴承13称重传感器14传感器支座533步进电机的选择计算1计算转盘的受力2计算转矩3转盘的转动速度4计算转盘的线速度5计算电机功率6驱动负载所选步进电机参数，转速D_DD_534联轴器的选择前面设计的4根轴需要与电机相连，与电机相联轴段的直径都在_D_DD_D_D计算扭矩式中工作情况系数，查表得，；表51联轴器校核与选择型号表输出轴公称转矩计算扭矩联轴器型号螺旋轴搅拌轴输送带轴转位机构轴54小结本章首先说明了隔料器的作用，然后通过比较各种隔料器，结合自动分装机的设计要求，选用和设计了有成形槽的转盘作为隔料器，它具有隔料器和上料器的功能。紧接着介绍了在生产线上对转位的要求，利用步进电机的精确转位省去了中间的各种机械结构。最后对步进电机进行了选择计算，并对整个分装机用到的联轴器进行了选择计算。6定位机构的设计61定位机构作用与要求611定位机构作用当工作机需要在多个工位自动地完成周期脉动式工作时，它的各个机械部件是按照工位式来配置的，自动机有一个转位工作台，它在转位的过程当中循序不断地将等待加工的物品运输至各个指定的工位来加工生产。绝大多数的加工都是在工作台转位后的停息的阶段里进行的。工作机构完成对物料的生产加工得满足两个基本条件首先，工作台旋转以后能够正好停在要求的地方，第二，工作机在加工物料的时候，施加到物料上的力不能超过一定的限度，被加工物品仍能保持在准确位置上。因而就必须在转位后进行定位，定位精度以及可靠性对加工质量有重要影响。612定位机构的设计要求定位机构有三个设计要求（1）定位要求准确、可靠，保证工作台在转位以后要停在要求位置上；（2）持久定位精度要求高，也就是说要求定位机构耐磨、耐用，有高使用寿命；（3）结构要求简单且易于制造。62定位机构的设计在称量过程中，为了避免承接粉末的盛料器与转盘的接触影响称量的精度，需要将盛料器与转盘隔离开，使得盛料器独立放置在称重传感器上，这时候我们需要一个定位机构对盛料器做一次简单的定位。机械手来对盛料器进行定位，定位完成后松开，这样盛料器既不与转盘接触，在机械手松开后也不与机械手接触，从而避免了外部的接触对称量精度的影响。621机械手的简介机械手按照人们设定的或编写好的固定程序，通过对人的手以及手臂一部分动作的模仿，达到抓紧、传送东西或者操作工具的目的，实现加工过程当中的自动化以及智能化的目标。机械手能在恶劣的条件下工作，人们远离了危险的环境，避免了自己的生命受到威胁，所以在工厂或一些研究机构中有大量的使用。622机械手的分类根据驱动形式，机械手的类型基本上能够有液压式、气动式、电动式以及机械式三种；根据适合使用的区域能够分为在特定的场合使用的专用机械手与在一般的场合可以普遍应用的通用机械手两种形式；根据机械手运动轨迹的控制类型能够分为点位控制以及连续轨迹控制两种。机械手一般被当作附属部分加装在其他的机械上，正常情况下是没有单独属于自己的控制装置。主从式机械手可以应用在原子能部门中，由人直接操作机械手实现对危险物品的操持。机械手应用在锻造工业中能够有效地提高锻造设备的生产能力，极大地减轻生产工人的劳动强度，改善热与累等劳动的条件。623机器人末端执行器的设计要求（1）不管是用来夹持物体还是靠吸引力来吸住物体，末端执行器必须要满足两个要求，第一个是作用力一定要能够把物体牢牢地抓稳，第二就是执行器与物体接触的地方一定是在我们所允许的范围内。（2）末端执行器在结构上一定要做到非常的简单，设计得越小越紧凑就越成功，为了让手臂承受的作用力更小，总体的重量就不能太重。对于为了实现某一个功能而特意设计的末端执行器，要求就会更加的严格了，组成它的结构部件就应该越少，只要实现了相应的功能就行了，高效率地工作才是设计它的最终目的。如果要求末端执行器能够完成各种各样的作业，那么它的结构将会变得复杂，生产加工费用昂贵，因此在设计末端执行器的时候，要求其能够快速地更换，具备系列化和通用化的要求。624机器人末端执行器的分类与设计在工业机器人当中，我们最常看到的就是机械式的夹持器，这种夹持器基本上都是双指头爪式。而它的手指运动的方式有两种基本的类型，一种是能够在导轨的作用下平稳的按照直线来运动的平移型，另一种是绕着支点旋转的回转型。回转型的手爪，根据旋转支点的个数又能够分为两种不同的类型，只有一个支点的叫做单支点回转型，如果有两个支点那就叫做双支点回转型。根据夹持物体的方式来分类，又能够分为两种，一种是两个力的方向是向外面的就称为外夹式夹持器；如果两个力都是向着物体内部那就称为内撑式夹持器。按照驱动方式可以有电动（或电磁）式、液压式和气动式。下面的内容将对常见的结构进行介绍分析。回转型夹持器对于其它类型来说，最大的特点就是结构特别的简单，但是它有一个比较的缺陷就是假如他要夹持的物体的直径发生了改变，那物体的轴心就不在原来的那个地方了。这个偏移量被称为支持误差。和回转型不一样的是，直线型夹持器不会产生支持误差，不管物体的直径怎么变，它的轴心始终保持在原来的地方，不过，这种夹持器也是有缺点的，它的结构就没有回转型的那么简单，体积也会更加的大，在制造和装配的时候它的精度也比其他的类型要求得高。当我们在设计机械式夹持器的时候，如果已经达到了物体在定位的时候它的精度要求，我们就没有必要采用直线型的夹持器，选择结构越简单的类型对我们越有利。综合前面对机械手以及它的末端执行器的介绍和比较，我需要选择和设计一个结构既要简单，又要轻巧，安装空间要足够的小，控制又要简单可靠的机械手。吸附式是在第一时间被淘汰，首先磁场力对金属粉末会有影响；其次盛料器在定位后，又与末端执行器相接触，还是影响了称量的精度。然后内撑连杆杠杆式在本次设计中无法安装放置，也被排除。单支点回转型再配合四杆机构的使用，安装空间小，在这次设计中非常实用。选用电磁铁做执行机构，使得整个定位机构轻巧灵活，成本较低。图61所示的是用于做定位机构的机械手。图61机械手1电磁铁主体2复位弹簧3电磁铁推拉杆4连杆5圆盘隔料上料器6手爪回转中心点支柱7手爪8盛料器9防掉板10皮带625电磁铁的选用本设计选取推拉式电磁铁作为机械手的驱动元件。这种类型的电磁铁的主要作为执行元器件，使用在自动控制的电路当中，它有一个复位弹簧安装在铁心与基座之间，这样在电磁铁失电以后，弹簧在压缩的状态下产生的弹力就可以把铁心迅速复位主要性能参数如下（1）工作电压DC12；（2）行程5MM；（3）吸力5N；（4）外形安装尺寸推拉杆加上衔铁全部的长度为DDD63小结在这一章节当中，主要是为了设计出一个简单灵活、价格合理的机械手作为盛料器的定位机构。在一系列的介绍和比较后，最终设计了以电磁铁作为驱动机构，通过四杆机构对力传递，选用了单支点回转型的末端执行器作为执行结构的简单的机械手。7结论本论文完成了对搅拌机构、给料机构、传送机构和定位机构的设计，实现了高精度称量以及整个分装过程的自动化。下面介绍本论文完成任务的情况第一，完成了充填机械的最终设计。采用去皮重的毛重式称量方式，设计了卧式安装的螺旋推进器作为给料装置，通过控制步进电机的转动速度控制给料的速度，实现了金属粉末大批进给和细流进给的结合，提高了给料的速度和给料的精度。在此过程中，设计了钻头钻套式的结构，使用新型的材料解决给料过程中的磨损问题。第二，完成了搅拌机构的设计。设计了U型的搅拌棍棒，使用螺钉螺母连接固定在搅拌轴上，采用卧式和对称的安装方式，使得整个搅拌机构稳定实用。第三，完成了输送带装置的设计。采用结构简单的输送带装置运送盛料器，完成了输送带、轴承、电机、轴和平键的设计计算；同时还设计了带成形槽的转盘作为隔料上料器，很好地实现了盛料器的上下料。第四，使用机械手完成定位作用。在对机械手及其末端执行器分析研究后，设计了以电磁铁作为驱动装置，结合四杆机构对力的传递，使用单支点回转型末端执行器对盛料器进行直接定位。在电磁铁先得电再失电后，使得盛料器独立地置于电子秤上，避免了接触对称量精度的影响。鉴于设计时间仓促、结构的复杂程度、个人能力不足等原因，大多数的方案只是做了研究和简单的验证，用INVENTOR画出了三维图，而没能完整地把实物做出来，这是一个遗憾。在整个设计中存在一些不足和需要改进的地方第一，对给料装置的基座进行重新设计，在保证机构简单的情况下，尝试把搅拌机构设计为立式的安
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