【《某去核机器装置的执行机构设计计算过程案例分析》4800字（论文）】

第一章前言某去核机器装置的执行机构设计计算过程案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u25803某去核机器装置的执行机构设计计算过程案例分析 1298901.1曲柄滑块机构 1290171.1.1曲柄滑块机构的运动分析 2308021.1.2滑块位移和曲柄转角的关系 298811.1.3滑块速度和曲柄转角关系 3260811.1.4滑块机构的力学分析 4201291.2槽轮机构设计 5209301.2.1槽轮机构运动 5155341.2.2槽轮机构运动参数 6229581.3冲头的设计 7310601.1.1参数确定 7180791.4直线导轨滑块设计 727001（1）计算滑块工作受力载荷及其选型    829296（2）计算额定寿命    83561（3）导轨滑块尺寸选择 914228（4）润滑与防护 9104331.5传动机构设计 1090541.6带轮主轴选型计算设计 10161381.6.1轴的材料选择 10101601.6.2初步预估轴径 10246231.6.3轴的结构设计 11120491.6.4轴的强度验算 11108131.7带轮从动轴选型计算设计 12200841.7.1轴的材料选择 12309891.7.2初步估算轴径 12271921.7.3轴的结构设计 12245151.7.4轴的强度验算 1341381.8轴承选用与校核 14182531.8.1求比值: 1457741.8.2轴承轴向载荷 148640故所选用的6307轴承，轴承校核合理。 151.1曲柄滑块机构电机是以旋转运动为驱动力，冲针需要作直线往复运动，因此需要一套装置将电机的旋转运动转换为直线往复运动[11]。如下图的曲柄滑块机构是这项工作的重要组成部分。图3-1曲柄机构简图根据这张图可知，使用一组曲柄连杆，并且对滑块只有一个力点的作用，因此，它通常被称为点式曲柄。曲轴中心到曲轴轴颈中心的距离通常称为曲轴半径，即曲轴压力机的一个重要参数。1.1.1曲柄滑块机构的运动分析去核机构由曲柄滑块机构的运动来实现，点为连杆与曲轴的连接点，点为连杆与滑块的连接点。代表连杆长度，为滑块位移，为曲柄旋转角。曲柄底部（相当于下死点处的滑块）的计算方向与曲柄旋转方向相反。1.1.2滑块位移和曲柄转角的关系滑块位移与曲柄角度的关系表达式如下所示：（3-1）而QUOTEsinβ=RsinaL令QUOTERL=λ,则QUOTEsinβ=λsina而QUOTEcosβ=1-sin所以代入QUOTEs=(R+L)-(Rcosa+Lcos（3-3）QUOTEs=R[(1+cosa)+1λ是连杆系数。QUOTEλ一般在0.1~0.2范围内。整理得:（3-4）在式中：s滑块的运动距离.(从下死点处算起)A曲柄旋转角度,从下死点算起,与曲柄旋转方向相反者为正.R曲柄半径连杆系数L连杆的长度(当可调时取最短时数值)[12]当曲柄半径R和连杆系数已知，可由上述公式得到相应的非线性值。相同角度A的S值用余玄定理知:（3-5）1.1.3滑块速度和曲柄转角关系计算滑块位移与曲轴旋转角度，得到位移s与时间t的关系式。再求出滑块的速度V。即：QUOTEv=dsdt=dsda•dadt（3-7）（3-8）而QUOTEdadt=ωdadt所以QUOTEv=ωRsina+λ2sin2av=ωRsina式中——滑块的速度QUOTEωω——曲柄的周转速度又因为QUOTEω=πn30=0.105n所以v=0.105nRsina+λ2sin2aQUOTE式中n——每分钟曲柄的转数根据以上可知，曲柄角a变化，滑块速度V变化，当时，。随着曲柄角a的增大，滑块速度V显著增大；而当曲柄角a介于，V几乎不变，曲柄转角滑块的速度通常被认为是最大速度。用QUOTEVmax表示，即：（3-11）根据上述公式可以看出，n、R与成比例，当n、R越大，滑块转速越大。最大滑块速度为：（3-12）为了确定曲柄滑块机构是否能满足去核加工的要求，检查曲柄滑块机构的强度是非常重要的。在检查强度之前，必须对曲柄和滑动机构的主要部件进行正确的机械分析。1.1.4滑块机构的力学分析图3-2滑块机构力学分析当零件摩擦力和重量忽略考虑的时候，如上图为滑块的受理情况分析。P1产生反作用力，N导轨产生抑制滑块的反作用力，对滑块反作用力，这三种力与B相互作用，形成一个平衡的汇交力系统。由力的平衡原理，从力的三角形中可以求出、、的表达关系如下：QUOTEPab=P1/cosβ,QUOTEN=P由上式知QUOTESinβ=SinaSinβ=Sina,当QUOTEa=900a=900时，QUOTEββ取到最大值.一般曲柄压力系数，QUOTEλ<0.3λ<0.3，当负载达到额定压力时，曲轴角度仅约为30度。因此可以认为：Cosβ=1QUOTECosβ=1,tanβ=sinβ=λsinaQUOTEtanβ=sin由上面的两个公式得：QUOTEPab≈P1Pab≈P1计算额定压力角时，通过齿轮传递到曲轴的扭矩。在时,滑块可承受的最大载荷为160吨，因此坯料对变形的反作用力p1也可达到该值即：，QUOTEλ=0.0874≈0.09λ=0.0874≈0.09可查表2-2得QUOTEsinθ+λ2sin齿轮传动的扭矩为（不考虑摩擦时）:根据上述公式，在对连杆、曲轴和滑块力分析所需要的扭矩时，不考虑每个运动部件的摩擦。该方法简化了连杆与滑块力分析的计算公式，误差很小，可以应用。但在计算曲轴传递的扭矩时，如果不考虑摩擦力，则会产生较大的误差。因此必须在计算的时候要考虑摩擦力带来的扭矩。本次设计中不考虑摩擦力。1.2槽轮机构设计槽轮机构将主动轴的平稳连续匀速旋转转化为传动轴的间歇周期运动，槽轮机构结构简单、紧凑、可靠；转动时间与静止时间的比值是固定的，这样从动件的角速度就可以平稳地变化；槽轮上下运动相对稳定,但槽轮旋转角度无法调整，当精度较高时，需要增加定位装置。[2]1.2.1槽轮机构运动图3-3槽轮转位简图如图3-3所示，最常见的定位方法是圆弧面定位。图3-3（a）销轮滚轮刚刚进入径向槽；图3-3<b）滚轮即将离开径向槽；图3-3（c）槽轮被圆弧面a和b锁定，以便在无法转动时定位。使槽轮2在轴肩转动和停止转动时的瞬间角速度为零，以防止滚轮A和槽轮碰撞，滚轮A进入或离开径向槽时的瞬间，径向槽的中心线必须与销的中心线相切，即垂直。设Z是均匀分布的径向槽的数量，当槽轮2转过弧度时，拔盘1对应转过的角度为:[2]（3-13）一个运动循环即驱动拨盘转动一周。在一个运动循环内，槽轮运动时间与驱动拨盘运动时间T的比值称为槽轮机构的运动系数。拨盘以恒定速度旋转时，角度比可以表示其运动时间的比值。即运动系数：[13]（3-14）根据公式（2）可以看出，每个槽轮的角度与槽轮的槽数量Z有关，运动系数不等于或小于零，所以径向槽的数量应大于或等于3。1.2.2槽轮机构运动参数在槽轮设计过程中，由公式（2）确定槽数、圆盘销数等主要参数，从公式（2）可以看出，槽轮的运动系数始终小于0.5，即槽轮的运动时间始终小于停止时间。因，，槽轮在工作过程中的角速度和角加速度变化较大，当销进出径向槽时，槽轮的角加速度突然变化，冲击力较大。因为，槽轮机构可以使用更多圆销，设圆销数为R，槽轮在一个运动周期内的运动时间是单圆销的R倍，故。又因为，故，此外，时，R取1-5；时，R取1-3；当时，R取1-2。因此根据作用在机构上的力和所占空间来确定圆销的半径R和中心距a。1.3冲头的设计1.1.1参数确定根据现有的去核机构装置和小枣的形状结构，工作头由支架、冲头、导向支架和套筒构成。前后导向装置设计在冲头上。冲孔针为阶梯形轴向排列。不仅提高了冲头的强度和刚度，而且大大提高了冲头的运动精度。工作冲头的行程为，冲头的极限位置距工作板。工作台停止时，冲头向下移动，与工作板内小枣接触，冲头继续向下移动，完成对小枣的加工。完成后运动回到极限位置处完成冲核，工作轮转动到下一个工作位置，冲针重复该动作。1.4直线导轨滑块设计在冲头的另一侧，为了避免冲头位置的位移，保证去核的工作精度，设计中增加了直线滑块导向机构，减小了去核误差。对于垂直运动、承受运动载荷和自身的重量可以采用直线导轨。滚珠丝杠与直线导轨组合，将摩擦完全转化为滚动摩擦，大大降低摩擦系数，降低驱动扭矩，传动效率大大提高，保证每一次精确地重复复位。滚珠丝杠和直线导轨的运动以钢球为介质，接触面积大大减小，需要严格和定期的内部润滑。本设计选用HG系列直线轨道。下图可以看出HG系列--重负荷型滚珠直线滑轨滑块组合外形及结构。图3-4滑轨滑块组合（1）计算滑块工作受力载荷及其选型   如果工作量过载会直接对直线导轨副的使用产生影响。所以在工作时，每个滑块都应承受垂直于轨道表面的工作载荷，让滑块获得最大垂直载荷量。有，（z轴上下运动时产生的冲击），得最大工作载荷768N。查有关手册，选择直线导轨副的型号为HGH15Cb，导轨副的额定静载荷QUOTECa=13.6KNCa=13.6KN，其额定动载荷QUOTEC0a=20.3KNC0a=20.3KN。直线导轨副必须选择标准长度，选取长度为。滑轨长度螺栓孔间距离螺栓孔至端面距离螺栓孔数QUOTEL=n-1×P+2×E=3×60+2×30=240mm（2）计算额定寿命   导轨副选取4级精度。查相关设计手册可得。额定寿命L：额定动负荷C：计算负载：QUOTEfH硬度系数温度系数QUOTEfC接触系数接触系数负荷系数温度系数QUOTEL=fHfTfCfRf已知每天开机8小时，每年300天，行程0.24m，每分钟往返8次年导轨副符合其使用要求。（3）导轨滑块尺寸选择HGH20CA四方形滑块，导轨宽度为，可以应用在多种自动化机械中，下图1.5为它的基本尺寸选择。图3-5滑块的尺寸（4）润滑与防护润滑:润滑系统可以采用油管注油脂润滑，这样使用简单方便。图3-6滑块导轨模型图1.5传动机构设计传动机构采用同步带传动，滚轮传动系统由曲柄滑动机构和两套皮带轮组成。曲柄滑块装置有曲柄、连杆和滑块构成。曲柄与第一组皮带轮连接，皮带轮组与减速器连接，连杆与曲柄滑块连接。该装置将减速器的旋转运动转换为滑块的直线运动；进料模块包括输送带、进料杯和料斗，可以使用螺丝将料斗固定在机架上。辅助模块筛选板置于料斗内，小枣放入料斗内的进料筛板上。料斗侧面设有轴承座，用于放置辅助模块的搅拌轴，提高产品性能，保证产品的去核效率和完整性是非常重要的。同时，保证了去核机执行机构的工作精度和小枣去核的定位精度。1.6带轮主轴选型计算设计1.6.1轴的材料选择此设计对轴无其他要求，该轴选用45钢调质处理230-280，查相关表得。1.6.2初步预估轴径（3-17）取轴径d=20mm。1.6.3轴的结构设计先对轴径和轴相关零件的部位进行简单预估，然后开始轴的结构设计，确定轴与传动盘连接键的截面尺寸为，配合为H7/R6。滚动轴承的内圈和抽之间的装配使用基孔制。轴的尺寸公差为M6，轴两端为倒角。轴的详细尺寸如图3-7所示。图3图3-7主轴1.6.4轴的强度验算(1)主轴间歇轮上的作用力的大小:转矩：（3-18）圆作用直径：圆周力：（3-19）径向力：（3-20）轴向力：（3-21）(2)竖直面上轴承的承载反力及弯矩计算：（3-22）（3-23）截面弯矩为:左（3-24）右（3-25）(4)根据弯扭组合应力进行轴强度的校核校核轴的强度时，只校核轴上承受的最大弯矩和扭矩截面的强度，由公式：（3-26）在式中：——应力折算系数；——轴上危险截面处的当量弯矩，；——轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，；——轴对称循环中允许的弯曲张力，，见表11-1；——轴上危险截面处直径，。当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%；有两个键槽时，应加大7%。取，计算截面上的应力：（3-27）根据前面选择，轴为45钢材质，调质处理，由表11-1查得，由，故安全。1.7带轮从动轴选型计算设计图3-12从动轮轴1.7.1轴的材料选择此设计对轴无其他要求，所以选用45钢调质处理230-280，查表得。1.7.2初步估算轴径（3-28）取轴。1.7.3轴的结构设计先对轴径和轴相关零件的部位进行简单预估，再开始对轴的结构设计，确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为配合为H7/r6。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差m6。在轴的两端均制成倒角。轴的详细尺寸如图3-12所示。1.7.4轴的强度验算(1)主轴间歇轮上的作用力的大小转矩：（3-29）圆作用直径：（3-30）圆周力：（3-31）径向力：（3-32）轴向力：（3-33）(2)竖直面上轴承的承载反力及弯矩计算：（3-34）（3-35）截面C处弯矩为:（3-36）（3-37）(3)水平面上轴承的承载反力及弯矩计算：（3-38）截面C处弯矩为：（3-39）(4)截面C处垂直和水平的合成弯矩（3-40）（3-41）(5)轴强度的校核根据弯扭组合应力，进行轴强度校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：（3-42）式中：应力折算系数；轴上危险截面处的当量弯矩，；轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，；轴对称循环中允许的弯曲张力，，见表机械设