U型管O型圈组合件自动排列与拾取装置设计说明书.doc
U型管O型圈组合件自动排列与拾取装置设计-装配装置含15张CAD图
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U型管O型圈组合件自动排列与拾取装置设计-装配装置含15张CAD图,组合,自动,排列,拾取,装置,设计,装配,15,CAD
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IU 型管 O 型圈板接件自动装配装置U 型管 O 型圈组合件自动排列与拾取装置 摘摘 要要 U型管O型圈板接件作为冷凝器上的主要部件，目前三件的连接均为人工完成。由于冷凝器广泛使用于制冷系统，随着制冷系统的普及使用，导致冷凝器的用量极大，依靠人工完成此类重复工作容易使人疲劳，导致生产效率低下，板接件的质量更难以保证。基于此，本文设计了一套结构简单，送料过程全自动化的U型管O型圈组合件自动排列与拾取装置。设计方案为采用桨叶式料斗承载物料，电动机通过减速器和一组槽轮机构间歇地带动桨叶从料斗中抄出物料，并送到倾斜料槽上，物料依靠自身重力在料槽上滑动，最后用直线往复插板式隔料机构实现物料的分离、供送到加工部位。整体设计方案主要考虑了物料的间歇输出和效率问题；结构设计中主要考虑了安装拆卸的方便和制造成本的节省；此外，避免了物料在料槽上滑动时脱离料槽的情况，关键部件必须满足强度和寿命要求。关键词：关键词：间歇机构；自动送料；结构设计 IIABSTRACTU-shaped tube o-rings plate joint as the main components of the condenser, now done three connections are artificial. Due to the condenser is widely used in refrigeration system, with the popularity of the refrigeration system is used, leading to the dosage of the condenser is great, rely on artificial repeat work done easily fatigue, leading to the production efficiency is low, the quality of the plate joint is more difficult to guarantee.Based on this, this paper designs a set of simple structure, automatic feeding process of u-shaped tube o-rings assembly automatic arrangement and pick up device. Design for the blade type hopper bearing materials, motor through the gear reducer and a set of slot wheel mechanism intermittently drives the blade copy out the material from the hopper, and send to the inclined chute, material depend on its own gravity sliding on the chute, linear reciprocating plate every other institution in the final realization of material separation, for to the machining parts. The overall design mainly considers the intermittent output of material and efficiency; Main consideration in the design of structure and easy installation and removal of manufacturing cost savings; In addition, to avoid the material on the chute when sliding out of the situation of the chute, key components must meet the requirements of strength and life.Keywords: Intermittent mechanism; Automatic feeding; The structure design i目目 录录第一章 绪论 .11.1 自动机械的研究现状.11.2 自动供料机构的研究现状.11.3 自动供料机构的特点.21.4 自动供料机构的技术现状.31.5 自动供料机构形式及分类.31.6 设计内容与技术要求.4第二章 自动供料机构总体方案 .52.1 技术背景.52.2 总体方案介绍.62.2.1 总体方案.62.2.2 总体结构及工作原理.62.2.3 本方案的特色.7第三章 自动供料机构设计与计算 .93.1 原始资料.93.2 料斗的设计计算.93.3 料槽的设计计算.113.4 槽轮机构的设计计算.123.5 轴的设计计算.183.5.1 桨叶上轴的设计.183.5.2 槽轮上轴的设计.193.5.3 拨盘上轴的设计.203.6 键的强度校核.213.6.1 第一轴上键的强度校核.213.6.2 第二轴上键的强度校核.223.7.2 气缸的选择.233.8 箱体的设计.243.8.1 轴承端盖的设计.243.8.2 箱体的设计.25第四章 结论与展望 .274.1 结论.274.2 不足之处及未来展望.27致谢 .28参考文献 .29 1第一章第一章 绪论绪论1.1 自动机械的自动机械的研究现状研究现状人类在工农业生产活动中，发明和创造了各式各样的机器（机械） ，用于代替人力完成各种各样的生产活动，这也使得机器与人类组成了一个“人机”系统。由于在制品的物性、加工要求、加工工艺原理以及所用机器的功能、结构的不同，有些动作需要人来完成，有些动作是靠机器来完成，人尽可能少地参与上述动作，这是人类设计机器所追求的目标。自动机械是一个相对的概念，在“人机”系统中，如果人参与的程度高，则机器的自动化程度低；反之，则机器的自动化程度高。现代制造技术的不断发展，为社会生产力带来了巨大飞跃。自80年代柔性制造系统进入实用阶段以来，使机械加工的面貌发生了质的变化。零件制造、金属成型、切削加工等日臻综合自动化，并随着柔性制造技术、计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全盘自动化的时代。 随着国际竞争的日益激烈，产品生产周期不断缩短、种类日益增加、质量要求更高、相应的产品交货时间要求宜短、劳动力成本增加。人工操作在生产中作为一个生产元素出现，已经不能与当前的社会经济条件相适应。所以，机械自动化是制造工业中需要解决的关键技术。自动化水平的高低，早已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。目前，一些发达国家已经及早地将注意力转向自动机械领域，并取得了卓越的成果。而我国工业生产中的自动化程度仍然不高，生产效率亦较低。造成这种局面的原因是多方面的，一方面我国人口众多、劳动力便宜，企业不愿将有限的资金投入到自动化生产的研究中去；另一方面，自动化生产的研制成本较高且适用面窄，国内很多企业虽然有需求但是资金不足以供应于自动化生产的研究中。但是随着我国经济市场体制的建立和完善，国内外竞争日益激烈，企业对自动化生产的需求越来越大，我国的自动化生产技术的研究逐渐起步发展。随着计算机软硬件技术的发展，机械设计制造及其自动化系统在社会各个领域中的应用日渐广泛，而对于O型圈与U型圈自动装配的研究，更是需要涉猎到自动机械设计的各个方面。主要内容包括自动机械设计原理、自动机械的总体设计、驱动系统的设计、自动机械传动系统的设计、执行机构的运动规律及机构选型、间歇运动机构、自动机械供料机构的设计、常用的现代设计方法、自动机械的控制。 21.2 自动供料机构自动供料机构的的研究现状研究现状 在竞争激烈的世界贸易市场中，工业产品要是不能实现高质量低成本，就很难站的住脚。近几年来，由于工人工资的不断增加，很多企业都出现招工难的问题，这样就迫使企业要更新和改造设备，提高设备的自动化程度，从而降低用工成本。因此设计本自动供料装置有着重要的现实意义。与国外送料机厂家 70 年代就起步相比，国内送料机生产企业起步要晚很多，虽然后期发展迅速，但很多技术、经验相比而言有很大的欠缺，使得目前国内整体送料机行业正处在多而不精，大而不强的发展状态，一方面，由于众多国外送料机品牌向国内的迈进，国内企业为了抢占市场，打起了价格战，为了缩小成本，科研、新品送料机开发方面的投入都处于停滞状态，市场存在着综合制造经验不够；另一方面，制造行业不景气，使市场需求有很大的下降，冲压市场上送料机供大于求，很多低端设备累积在仓库。因此，导致国内不少送料机企业属于停滞状态，产品档次不高，质量、安全、技术、效率等方面都不够到位。随着需求的减小和竞争的加剧，送料机等冲压设备行业的整体利润在近三年内都持续下滑，产业发展急剧变缓。因此，靠低端、靠追求销售量的粗放经济是目前冲压行业的最大制约，送料机行业需要稳住发展脚步，注重产业结构的调整和设备的升级更新。以免掺杂的冲压设备市场以及设备质量参差不齐等问题对冲压设备长久稳定的发展造成阻碍。送料机设备在提高产品的技术含量时同时应提高其附加值，保持设备在市场上的竞争力。未来国内送料机行业的发展势头将更加猛劲，走自主创新之路由中国制造向中国创造的发展模式是必然。送料机生产厂家需站在新的起点上去审视和解决问题，转变发展关键，增强研发、生产实力，进一步提高加工工艺和精度，以更加完美的外观和更加稳定的精度的制造水平，在市场上稳步前行。1.3 自动供料机构自动供料机构的特点的特点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.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（如工艺执行机构）之间的运动传动链（内联传动链）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.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 3要是定量，螺钉、香皂、香烟等主要是定数，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.定向装置保证工件按照工艺加工的方位要求送出。定向供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.其它装置 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。1.4 自动供料机构的技术自动供料机构的技术现状现状在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SDOR11的结构由冲床上的曲轴输出轴。通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构役有将料夹紧，定位不正，增加废品率，使用也不安全。1.5 自动供料机构形式及分类自动供料机构形式及分类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，可按照供料物品的形、性态把供料机构分为：液体料供料机构、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 4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最广泛。对供料机构的设计一般有以下要求：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。1.6 设计内容与设计内容与技术技术要求要求设计内容：根据工件的特点选择合适的自动供料机构；选择合适的方案；完成自动供料系统的结构设计与计算；对关键部件进行强度和寿命校核；根据作业对象（工件）实现生产率60件/min；完成向下30mm竖直夹持、向上复位，平移30mm，向下35mm插入连接板；向上复位，平移复位；批量生产，一人操作。技术要求：自动供料机构要尽可能简单合理；结构设计时应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；送料要灵活，送料过程中不能出现卡死现象；找到保证自动机械精度的措施；保证振动与噪声不对生产造成影响；找到保证可靠度，疲劳破坏和提高疲劳强度的措施；自动机械传动系统的设计；确定自动机械的原始运动参数和运动原理图；确定原动机的运动和动力参数类型型号；关键部件满足强度和寿命要求；完成零件图和装配图。 5第二章第二章 自动供料机构自动供料机构总体方案总体方案2.1 技术背景技术背景目前，U 型管 O 型圈板接件作为冷凝器上的主要部件，三件的连接均为人工完成，由于冷凝器广泛使用于制冷系统，使 U 型管 O 型圈板接件的用量极大，依靠人工完成此类重复工作有以下缺陷：1、由于冷凝器广泛使用于制冷系统用量极大，依靠人工完成此类重复工作容易疲劳生产力低，质量难以保证。 ；2、由于近几年来，由于工人工资的不断增加，很多企业都出现招工难的问题，而且巨大的人工工资提升了加工成本，生产效率又低下，容易使企业在竞争激烈的世界贸易市场中遭受淘汰；3、纯手工的制造工艺，成本高，效率底迫使企业要更新和改造设备，提高设备的自动化程度，从而降低用工成本；4、人工装配技工费用太高。所以，由于上述弊端的存在，设计一台 U 型管 O 型圈板接件自动装配装置极为迫切，本文所研究的是该装置中的 U 型管 O 型圈板接件自动排列送料装置。完成 U 型管与 O 型圈及连接板三件自动装配，将会对冷凝器在未来的市场发展起到重要的推动作用，也会降低冷凝器的制造费用，提高生产效率，为机械行业的发展带来便利。 对于自动供料机构总体方案的提出过程步骤如下：1、初步确定主要结构和尺寸。 2、确定自动机构的总体方案。包括选择自动机构的控制方案，绘制控制装置系统原理图，进行总体方案可行性分析等。 3、 确定自动机构的总体布局。包括主要组成部分之间的相互关系，联系方式和联系尺寸，确定操纵机构、操作部位、联锁关系与安全保护装置；确定润滑方式和润滑系统，最后确定外形尺寸。 4、进行自动机械技术经济指标的初步估算以验证设计方案的先进合理性。 5、具体结构设计。包括部件装配图、总装配图、零件工作图的设计，然后整理与编制各种明细表，说明书等技术文件。 以上各项程序所包括的工作内容是相互联系与交错的，有时可平行或穿插进行。在设计中当技术资料不全或不完全适用时，则应通过必要的工艺或结构原理实验，以便确定工艺原理和结构参数。设计的图纸，在制造、装配、调试过程中必须随时修改，设计工作只有在自动机械调试成功，投入生产后，方能结束。 62.2 总体方案介绍总体方案介绍2.2.1 总体方案总体方案本课题中所设计的 U 型管 O 型圈板接件自动排列送料装置，考虑到板接件的形状尺寸因素，使用桨叶式料斗来承载工件以及抓取工件，桨叶式料斗要实现往复间歇运动，即：桨叶在把 U 型管 O 型圈板接件从料仓里拾取起来时，在与料槽对接位置得停留一段时间，使得 U 型管 O 型圈板接件有一定的时间从桨叶扇臂上滑入到料槽中去。要实现往复间歇运动，可由槽轮机构来解决，具体研究方案见正文。由于 U 型管 O 型圈板接件与桨叶只有三点接触，为了保证工件成功从料斗中捞取并在桨叶上滑动而不重新掉入料斗，设计专门针对此工件的桨叶，具体见正文。当 U 型管 O 型圈板接件从料斗中被拾取出来落入料槽中后，由料槽矫正 U 型管的位置，使其正确进入下一个工位，同时料槽设计也将保证工件稳定地在料槽上滑动。料槽后面是一个直线往复插板式隔料器，在设计隔料器的时候需要注意：每次只有一个 U 型管 O 型圈板接件能落入隔料器的凹槽内，并要保证隔料器做匀速间歇运动，这样才能使 U 型管 O 型圈板接件平稳地落入下一个工位中去。考虑到紫铜 U 型管的实际大小，这里要实现向下平移 30mm，如果使用专用夹具，则容易损坏 U 型管；而且要实现工作效率为 60 件/min，夹具的上下移动频率太高，容易发热，造成卡死等现象，寿命较低。由于 30mm 距离不是很长，故这里直接设计一个管道，保证一定的间隙，使 U 型管能直接平稳掉落到下一个工位，从而完成二通 U 型管的自动排列与送料。2.2.2 总体结构及工作原理总体结构及工作原理图 2-1 自动送料机构总体结构图在上图中，电机 1 通过减速器 2 驱动轴 5 带动拨盘 4 转动，拨盘 4 转速 40 转/min， 7拨盘 4 每转动一圈，将带动槽轮 3 转动二分之一圈，因此，槽轮转速 20 转/min，槽轮转动，槽轮上的轴 6 通过联轴器 7 带动轴 8 转动，轴 8 带动桨叶 9 转动，桨叶 9 从料斗中抄出 U 型管 O 型圈板接件，槽轮机构将使桨叶在对准轨道 10 时停留一段时间，使工件全部划入轨道 10。经过轨道 10 矫正的工件沿着倾斜轨道划入上料槽 11 中，气缸 12 带动滑块做往复间歇运动，将上料槽 11 中堆积的工件一个一个推入下料槽中，工件沿着下料槽进入下一个工位，从而完成整个自动送料过程。2.2.3 本方案的特本方案的特色色1.由以前的纯手工插接转变成了零件的自动排列与送料，解放了劳动力，提高了生产效率，提高了企业的竞争力。2.采用新型的给料输送机构，用槽轮机构跟直线往复式插板隔料器巧妙实现了连续间歇运动、往复间歇运动。 8 9第三章第三章 自动供料机构设计与计算自动供料机构设计与计算U 型管与 O 型圈组合件的自动供料机构的设计与计算包括传动件（槽轮机构） ，轴（主动轴，从动轴） ，轴承，键，等设计选型及计算，以及桨叶，料斗，料槽，隔料装置和箱体的设计。 3.1 原始资料原始资料本机构输送对象是 U 型管与 O 型圈组合件，如图 3-1 所示。该工件是冷凝器上的主要部件，市场需求极大。过去由于三件连接全由手工完成，生产效率低下，质量难以保证，远远不能适应市场的需求。为此，设计本自动供料机构，生产任务为生产效率大于60 件/min。R6.5R155图 3-1 U 型管 O 型圈组合件3.2 料斗的设计计算料斗的设计计算待输送工件为 U 型管与 O 型圈的组合件，是有两个对称面的板件料，生产率要求大于 60 件/min，综合上述因素，故选用桨叶式料斗来储料和送料。如图 3-2 所示，转动的拾料桨叶 2 从料斗 1 中捞取 U 型管 O 型圈组合件（桨叶在旋转过程中将姿势正确的 U 型管 O 型圈组合件从料堆中分离出来，因此叶轮具有定向器和筛选器的双重作用） ，随着桨叶的继续转动，挂在桨叶上的 U 型管沿两个桨叶间的圆弧滑动，当桨叶对住料槽 3 时，U 型管就由桨叶滑入料槽上再送出（由自动机械设计得到经验数据桨叶式的供料率 Q 在 120-140 件/min） 。 类比摇摆插板式料斗计算平均供料率 Q(件/min)： （3-1）lLkznQ/8 . 0式（3-1）中 n-桨叶转数，一般 n=8-20（r/min） ； z-拾料桨叶数，本设计取 z=4 k-上料系数，k=0.2-0.5 10 图 3-2 桨叶式料斗工作图 L-拾料桨叶的有效工作长度，一般 L=250400mm； 对于光轴，L=（3-12）l； 盘、环、带肩类，L=（8-12）d； d-零件与拾料桨叶接触部分的宽,d=14mm(约等于 14mm) l-零件与拾料桨叶接触部分的长,l=7mm(实际小于 7mm)由于只有经验数据，所以为了实际生产效率，这里将 k 选择 0.2，n 选择20r/min，L=8d=112mm。则 (3-2)min/4 .10214/1122 . 04208 . 0/8 . 0件lLkznQ符合任务书的设计要求拾料桨叶如图 3-3 所示，由于 d=14mm，取实际宽为 12.4mm，留有间隙方便滑动，拾料桨叶轮的直径 220mm。桨叶轮的体积，材料选择 45 钢，质量。3.149920 mmV gm87.2176转动惯量： (3-3)22/015. 02mkgmrJ作用在桨叶上的扭矩：mmNmgrT2 .4089等效桨叶轮转动所需要的功率 P 由公式：推出得：nPT9550kwnTP31024.129550 11图 3-3 拾料桨叶3.3 料槽的设计计算料槽的设计计算3.3.13.3.1 料槽的基本类型料槽的基本类型无论是料槽式、管式还是斗式料仓，物品最后都是由料槽送出。料槽起着导向及滑道作用。料槽可垂直、水平或倾斜布置成直线、曲折、曲线或者空间螺旋状。在料槽中的物品可靠自重下滑、强制推送（如推板、弹簧推板、重锤推板） 、气吹、料槽振动等方式进行送进，本设计要求推送的工件规则，尺寸小，选用靠自重下滑。3.3.23.3.2 料槽的倾斜角料槽的倾斜角当料槽倾斜布置并靠物品自重下滑时，料槽工作面（即物品滑移面）与水平面之间的夹角称为料槽的倾斜角，用 表示。 的大小要通过受力分析来确定，一般当物品在料槽中滚动时，物品表面光滑时取小，反之取大；当物品在料槽中滑动时，157。本设计取工件在料槽上滑动的方案，料槽倾斜角 25 303.3.33.3.3 料槽的稳定设计料槽的稳定设计当工件在料槽上靠自重滑动时，因工件侧面只与料槽有两个接触点，有可能滑出料槽外，对此设计了如图 3-4 所示的沟槽，当工件滑动时，工件上的 O 型圈将进入沟槽中，保证工件在料槽上平稳下滑。 12图 3-4 料槽3.4 槽轮机构的设计计算槽轮机构的设计计算许多自动机械在进行产品生产时，根据生产工艺的要求，需要它们的执行机构做周期性的运动和停歇，即间歇运动，这样可以对正在生产中的产品在不同工位上同时实现不同的加工或其它操作。自动机械的简谐运动在形式上分为间歇转位运动（分度运动）和直线间歇间歇进给运动两类，又可分为周期性和非周期性两类。自动机械中的常用的简谐运动机构有：棘轮机构；槽轮机构；分度凸轮结构；不完全齿轮机构；星轮机构；曲柄导杆机构。在设计简谐运动机构的设计时，应满足一下要求：停歇位置准确可靠，换位迅速平稳，调节性能好，定位精确能够长期保持。在桨叶式料斗中的桨叶转动到对住料槽时，为了保证桨叶上的料槽全部滑到料槽轨道上，应该在此处停留一段时间，因此我选择槽轮机构来使桨叶做间歇运动。3.4.13.4.1 槽轮机构的基本类型槽轮机构的基本类型槽轮机构又称为马尔他机构，亦称为马氏机构或马氏盘。它是自动机械中应用很广泛的一种间歇运动机构，常见的槽轮机构主要有平面外槽轮机构、平面内槽轮机构和空间球面槽轮机构三种基本结构形式。其中用得最普遍的是平面外槽轮机构。本次设计采用平面外槽轮机构。3.4.23.4.2 槽轮机构的工作原理槽轮机构的工作原理 13图3-5 槽轮机构工作原理简图如图 3-4 所示，当拨销盘上的转臂 3 转过一定的角度，转臂上的拨销 2 拨动槽轮 1 转过一个分度角，由图(a)所示的位置转到图(b)所示的位置时，拨销退出径向槽，此后，转臂空转，直至拨销进入槽轮的下一个槽内，才又重复上述的循环。这样，转臂(主动件)的等速(或变速)连续(或周期)运动，就转换为槽轮(从动件)时转时停的间歇运动。槽轮机构常采用锁紧弧定位，即利用拨盘上的外凸圆弧锁紧弧 A 与槽轮上的内凹圆弧定位弧 B 的接触锁住槽轮。图(a)所示为拨销开始进入径向槽时的位置关系，这时外凸圆弧面的端点 F 点离开凹面中点，槽轮开始转动。图(b)所示为拨销刚要离开径向槽时的位置关系，这时外凸圆弧面的另一端点 E 刚好转到内凹圆弧面的中点，转臂继续转动，E 点越过凹面中点，槽轮被锁住。图(c)为拨销退出径向槽以后的情况，这时，外凸圆弧面与内凹圆弧面密切接触，槽轮被锁住而不能向任何方向转动.由上述工作过程的要求，拨盘上的外凸圆弧缺口应对称于拨杆轴线。3.4.33.4.3 槽轮机构的特点及应用槽轮机构的特点及应用槽轮机构的特点可归纳如下：结构简单、紧凑，工作可靠；转位迅速，效率高；能平稳地改变从动件的角速度；槽轮机构运动规律不能选择，调节性能差，在拨销进入和脱出槽轮时会产生有限的二次冲击；当精度要求较高时需另加定位装置，制造、装配精度要求较高。3.4.43.4.4 主要几何尺寸的设计公式主要几何尺寸的设计公式图 3-5 为槽轮机构主要尺寸关系图。图中 O1 为拔盘中心，O2 为槽轮中心，L1 为拨销的轨迹半径；L2 为槽轮半径；L3 为中心距，h 为槽轮槽深，rb 为拨销半径， 为间隙。 14图 3-6 槽轮机构主要几何尺寸关系图图 3-7 槽轮机构主要几何尺寸计算关系图 15设拔盘轴的直径为 d，为避免槽轮在起动和停歇时发生刚性冲击，圆销开始进入和离开轮槽时，轮槽的中心线应和圆销中心的运动圆周相切，从而决定了槽轮机构主要尺寸之间的关系，根据图 3-6 所示槽轮机构的设计计算公式如下：已知参数： 槽轮槽数 z ， 拨盘上圆销数目 m ，中心距 C=，21OO 拨盘上圆销半径 ， 拨盘转速 TR1n(2) 槽轮运动角： z/22(3) 拨盘运动角： 22(4) 拨盘上圆销数目：)2/(2zzm(5) 圆销中心轨迹半径： sin1 CR(6) 槽轮外径： 2/1222)sin(TRCR(7) 槽轮深度： TRCRRh21(8) 拨盘回转轴直径： )(221RCd(9) 槽轮轴直径： )(212TRRCd(10) 拨盘上锁止弧所对中心角：)/(2M(11) 锁止弧半径：TRbRR10(12) 槽轮每循环运动时间：1/30/ )2(nzztf(13) 槽轮每循环停歇时间: 1/30)/()2(2(nmzzmztd(14) 槽轮机构的动停比 k：)2(2/()2(zmzzmk(15) 圆销中心轨迹半径 R1 与中心距 C 的比 ：)/sin(/1zCR(16) 槽轮角位移： )cos1/(sin arctg(17) 槽轮角速度： )cos21/()(cos212(18) 槽轮角加速度： 222212)cos21/()sin) 1(z(19) 槽轮最大角速度所在位置：o0 一般 的取值范围为 3-6mm。3.4.53.4.5 槽轮机构方案设计槽轮机构方案设计要求槽轮机构的动停比 k=1/1设：槽轮槽数 Z=4 拨销 m=2 中心距 C=90mm 拨销半径 mmRT2销与槽底间隙 =3 槽齿宽 b=5求解槽轮机构的尺寸参数： 16(1)槽轮运动角： 242/22z(2) 拨盘运动角： 222(3) 拨盘上圆销数目： 248)2/(22zzm(4) 圆销中心轨迹半径： 64.63sin1CR(5) 槽轮外径： 67.63464.63sin21221222TRCR(6) 槽轮深度： 3 .42329067.6364.6321TRCRRh(7) 拨盘回转轴直径： 66.5267.63902)(23021RCd(8) 槽轮轴直径： 72.423264.63902)(22012TRRCd(9) 拨盘上锁止弧所对中心角：2)/(2m(10) 锁止弧半径：64.562564.6310TRbRR(11) 槽轮机构的动停比 k： 1/148/4)2(2/()2(zmzzmk(12) 圆销中心轨迹半径 R1 与中心距 C 的比 ：707. 0)/sin(/1zCR3.4.63.4.6 槽轮机构的配合和表面粗糙度槽轮机构的配合和表面粗糙度参照刀尖圆角来设计工件圆角，未注倒角 C0.20.8，未注圆角 R0.20.8。表面粗糙度配合面和滑动面 Ra12.5，可见加工痕迹，一般用于没有相对运动的配合面。其它表面 Ra25，为达到一般容许公差而切削后自然得到的表面，接触状态要求稳定的面，常见用手接触的面。Ra6.3（微见加工痕迹）和 Ra3.2（不见加工痕迹）用于相对运动速度不高的接触面，要精车、精铰、精镗和精铣。拨盘和槽轮孔与轴低速旋转，拨销与槽低速相对运动，用间隙配合 H8/f7。没有相对运动的配合，因受力较小，用小的过盈配合 H7/h6。槽轮外轮廓与拨盘凹弧的配合是 H9/e9，大的间隙配合。中心距公差是0.02 到0.03。3.4.73.4.7 槽轮机构图纸槽轮机构图纸 17图 3-8 槽轮部分图 3-9 拨盘部分 183.5 轴的设计计算轴的设计计算3.5.1 桨叶上桨叶上轴的设计轴的设计1、由桨叶设计可知：轴上所受的功率，扭矩为，kwP311024.12mmNT2 .40891桨叶跟轴相连，转速为：min/201rn 2、初步确定轴的最小直径先按机械设计式（15-2）初步估算轴的最小直径。选轴的材料为40Cr调质处理。根据机械设计表15-3，取，于是得，由1060AmmnPAd9 . 820012. 010633110min于开了一个键槽，所以mmd6 . 9)07. 01 (9 . 8min轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使轴的直径和联轴器的孔径相适应，故需同时选联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查机械设计表14-1取，又1TKTAca3 . 1AK，代入数据得mmNT2 .40891mNTca316. 5查机械设计课程设计手册表8-5（GB/T4323-2002），选用LT1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径d=10mm,所以，半联轴器与轴mNT3 . 6mmd1012配合的毂孔长度mmL2213、轴的结构设计图3-10 第一轴（1）根据轴向定位的要求确定轴上各段直径和长度1）为了满足联轴器的轴向定位要求，在12段的右边需制出一轴肩，所以。mmd1323半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在mmL201轴的端面上，所以长度应取短些，先取。mmL15122）初步选取轴承，因只是受到径向力的作用，故选用角接触球轴承，根据轴的结构和最小轴的直径大小查机械设计课程设计手册表6-6（GB/T 292-1994）中选用71902AC型轴承所以，故。mmmmmmBDd72815mmd15343）右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由机械设计课程设计手册上查得71902AC型轴承的定位轴肩高度，因此，取。mmddha5 . 1215182mmd18674）取安装桨叶处的轴段；桨叶的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知mmd2045桨叶的宽度为12.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧桨叶，此轴段应略短于桨叶轮的宽度，故取。桨叶的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴肩mml1245dh07. 0mmh1 19处的直径。轴肩宽度，取。mmd2256hb4 . 1mml2565）根据料仓内壁的距离为117.3mm以及安装71902AC型角接触球轴承的要求，可得。套筒长为102.9mm。mml3 .110346）轴承的端盖的总宽度为7mm,取端盖的外端面与半联轴器的距离为6mm，所以23段的长。mmL1367237）考虑到料仓的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一段距离，又由于离箱体内壁距离为95.3mm，所以取。mms6mml3 .101678）已知滚动轴承，则。mmB7mmdmml15,778783.5.2 槽轮上槽轮上轴的设计轴的设计1、由槽轮设计可知：轴上所受的功率，扭矩为槽kwP321023. 1mmNT61.18462轮上轴与桨叶上轴相连，转速相同，为：min/202rn 2、初步确定轴的最小直径先按机械设计式（15-2）初步估算轴的最小直径。选轴的材料为40Cr调质处理。根据机械设计表15-3，取，于是得，由1060AmmnPAd0 . 9200123. 010633220min于开了一个键槽，所以mmd63. 9)07. 01 (9 . 8min轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使轴的直径和联轴器的孔径相适应，故需同时选联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查机械设计表14-1取，又TKTAca3 . 1AK，代入数据得mmNT61.18462mNTca40. 2查机械设计课程设计手册表8-5（GB/T4323-2002），选用LT1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径d=10mm,所以，半联轴器与轴mNT3 . 6mmd1012配合的毂孔长度mmL2213、轴的结构设计图3-11 第二轴（1）根据轴向定位的要求确定轴上各段直径和长度1）为了满足联轴器的轴向定位要求，在12段的右边需制出一轴肩，所以。mmd1423半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在mmL221 20轴的端面上，所以长度应取短些，先取。mmL18122）初步选取轴承，因只是受到径向力的作用，故选用角接触球轴承，根据轴的结构和最小轴的直径大小查机械设计课程设计手册表6-6（GB/T 292-1994）中选用71902AC型轴承所以，故。mmmmmmBDd72815mmd15343）右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由机械设计课程设计手册上查得71902AC型轴承的定位轴肩高度，因此，取。mmddha5 . 1215182mmd18674）取安装槽轮处的轴段；槽轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知mmd2045槽轮的宽度为5.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧槽轮，此轴段应略短于槽轮的宽度，故取。槽轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴肩处mml545dh07. 0mmh5 . 1的直径。轴肩宽度，取。mmd2356hb4 . 1mml4565）根据箱体宽度为108mm以及安装71902AC型角接触球轴承的要求，可得。套筒长为41mm。mml48346）轴承的端盖的总宽度为7mm,取端盖的外端面与半联轴器的距离为3mm，所以23段的长。mmL1037237）考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一段距离，又由于离箱体内壁距离为32mm，所以取。mms8mml40678）已知滚动轴承，则。mmB7mmdmml15,778783.5.3 拨盘上拨盘上轴的设计轴的设计1、由槽轮设计可知：槽轮转速，槽轮与拨盘动停比为1:1，所以拨盘转min/202rn 速为：，拨盘功率，扭矩为min/403rn kwP331082. 5mmNT84.265632、初步确定轴的最小直径先按机械设计式（15-2）初步估算轴的最小直径。选轴的材料为40Cr调质处理。根据机械设计表15-3，取，于是得，由1060AmmnPAd0 .1240058. 010633330min于开了一个键槽，所以mmd84.12)07. 01 (12min轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使轴的直径和联轴器的孔径相适应，故需同时选联轴器的型号。联轴器的计算转矩，查机械设计表14-1取，又TKTAca3 . 1AK，代入数据得mmNT84.26563mNTca45. 3查机械设计课程设计手册表8-5（GB/T4323-2002），选用LT1型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径d=14mm,所以，半联轴器与轴mNT3 . 6mmd1412配合的毂孔长度mmL321 213、轴的结构设计图3-12 第三轴（1）根据轴向定位的要求确定轴上各段直径和长度1）为了满足联轴器的轴向定位要求，在12段的右边需制出一轴肩，所以。mmd1523半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在mmL321轴的端面上，所以长度应取短些，先取。mmL30122）初步选取轴承，因只是受到径向力的作用，故选用角接触球轴承，根据轴的结构和最小轴的直径大小查机械设计课程设计手册表6-6（GB/T 292-1994）中选用71902AC型轴承所以，故。mmmmmmBDd93720mmd20343）左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由机械设计课程设计手册上查得71902AC型轴承的定位轴肩高度，因此，取。mmddha5 . 2220252mmd25454）取安装拨盘处的轴段；拨盘的右端与右轴承之间采用套筒定位。已知mmd3067拨盘的宽度为12.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧拨盘，此轴段应略短于拨盘的宽度，故取。拨盘的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴肩mml1267dh07. 0mmh2处的直径。轴肩宽度，取。mmd3256hb4 . 1mml5565）根据箱体宽度为108mm以及安装71902AC型角接触球轴承的要求，可得。套筒长为34mm。mml43786）轴承的端盖的总宽度为7mm,取端盖的外端面与半联轴器的距离为1mm，所以23段的长。mmL817237）考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一段距离，又由于离箱体内壁距离为28mm，所以取。mms7mml35458）已知滚动轴承，则。mmB9mmdmml20,934343.6 键的键的强度校核强度校核3.6.1 第一轴上键的第一轴上键的强度校核强度校核1键的选择由于斜面需轴向固定良好，此处选用圆头平键，根据轴的直径d=20mm从表机械设计6-1中查的键的截面尺寸为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=36mm 222校核键连接的强度键，轴和轮毂的材料都是钢，查得许用应力取其平均值， ,120100MPap ,110MPap键的工作长度l=L-b=36-6=30mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5 6=3mm， MPaMPakldTp1101 .10620303100049.9521023故所选键符合设计要求。3.6.2 第二轴上键的第二轴上键的强度校核强度校核1键的选择同一轴此处选用圆头平键，根据轴的直径 d=35mm 从表机械设计6-1 中查的键的截面尺寸为：宽度 b=10mm，高度 h=8mm，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L=22mm。2校核键连接的强度键，轴和轮毂的材料都是钢，查得许用应力 ,120100MPap取其平均值， ,110MPap键的工作长度 l=L-b=22-10=12mm，键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h=0.5 10=5mm，得MPaMPakldTp11039.8635125100071.9021023故所选键符合设计要求。3.7 隔料器的设计隔料器的设计3.7.1 隔料器的选择隔料器的选择 为了实现工件的分离，控制工件单个地从料槽进入下一工位，自动供料系统需要设置一个隔料器来实现上述功能。常见的隔料器有直线往复插板（销）式隔料器、摇摆插板式隔料器、旋转式隔料器、拨轮式隔料器和螺旋式隔料器。为了实现向下 30mm 竖直夹持，平移 30mm，向下 35mm 插入连接板的操作，这里选择直线往复插板式隔料器，如图 3-13 所示。 23图3-13 隔料装置工件从轨道 1 上滑下进入上料槽 2 堆积，气缸 5 推动插板插入隔料器 3，将工件推入下料槽 4 中，同时插板挡住上料槽 2 中堆积的工件完成隔料。3.7.2 气缸气缸的的选择选择气缸是在气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有做往复直线运动和做往复摆动两类。1、类型的选择根据工作要求，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。由上述方案设计，本隔料器应选取薄型、轻型、带有导杆、具有缓冲和锁紧功能的不回转气缸，因为隔料器要求横向负载而且具有较高精度的气缸，同时为了减少噪声污染和便于安装拆卸应选择轻型缓冲气缸。2、活塞行程活塞行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加 1020的余量。根据安装尺寸及所需推动的距离，气缸的行程为 30mm。3、活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为 50800/s。对高速运动气缸，应选择大内径的 24进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。根据要达到的设计要求，隔料器的工作效率为 60 件/min，所以只要求气缸每分钟来回
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