多工位自动夹紧装置的设计讲解Word文档格式.docx
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第1章绪论5
1.1本课题的研究内容和意义5
1.2国内外的发展概况5
1.3本课题应达到的要求6
第2章夹紧装置结构设计6
2.1.产品介绍6
2.2多工位自动夹紧装置的工作原理7
2.3结构方案的选择8
2.3.1驱动装置8
2.3.2传动装置8
第3章主要结构的设计11
第4章主要结构的设计15
3.3主轴部件的设计26
3.3.1轴的材料选取和结构图26
3.3.2计算主轴上的功率、转速、转距26
3.3.3初定轴的最小直径27
3.3.4轴的结构尺寸确定28
3.3.5轴承的设计28
3.3.6轴的校核29
3.6.1PLC简介37
3.6.2光电传感器与PLC错误!
3.6.3PLC控制三相异步电动机正反转38
第1章绪论
1.1本课题的研究内容和意义
在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置,用于连续自动压力机的工件送进部分,该辅助设备对生产率的提高、保证产品质量有着重要的作用。
自动化生产谁被成为我们生产中非常重要的趋势,自动化在机械工厂的应用中,不仅提高了机械的速度从另一方面也是加快了工厂的运作效率。
机械自动化的发展很不平衡,还比较落后,能独立开发现代机械自动化的企业不多。
与国外相比不仅在机械自动化装备上相差甚远,而且在设备的种类、质量、使用也存在着差距。
随着机械技术的发展和实际工程的应用,生产厂家大量地使用机加工的辅助设备替代人类工作的劳动已成为一个发展方向。
学生通过该装置的设计,可提高产品设计的能力,掌握理论用于实践的方法和过程有着重要的作用。
同时根据该设计的工程要求,我们需要达到以下几点:
1、三个夹紧工位2、夹紧行程10-100mm3、夹紧力8000N4、夹紧速度0.2m/s5、生产率90件/min
1.2国内外的发展概况
自动化生产设备已经成为我们生产中非常重要的趋势,自动化在机械工厂的应用中,不仅提高了机械的速度从另一方面也是加快了工厂的运作速率。
相较于国外的机械自动化装备的水平来说,我国在机械自动化的发展上还是比较落后的,能独立开发现代机械自动化的企业不多。
同时我们还在设备的种类、质量、使用也存在着差距。
国外在自动装配装置上的主要特点是部件通用化、商品化和设备的柔性化,在配置形式和输送机构上,趋向于型式统一、机构典型,工业机器人也越来越多的参与到自动装配工作中。
进一步扩大自动装配的工艺范围、加强对自动装配基础理论的研究、对自动装配经济效果进行经济分析,控制装置的计算机化以及发展适应多品种的柔性装配机(线)是国外目前的主要趋势。
1.3本课题应达到的要求
该课题是根据需要,在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置,用于连续自动压力机的工件送进部分,该辅助设备对生产率的提高、保证产品质量有着重要的作用。
根据工程要求(三个夹紧工位、夹紧行程10-100mm、夹紧力8000N、夹紧速度0.2m/s、生产率90件/min)提出实施运动方案(a;
以机构运动简图拟定三个方案,b;
综述个方案的可行性,c;
评价个方案的特点与创新点选择实施方案)根据设计需要我们需要先拟定运动方式,传动部分以及选择主要的动力源装置。
第2章夹紧装置结构设计
2.1产品介绍
随着飞速发展的经济水平和科学技术,人们的生活水平也飞速提高,人们对方便快捷的日常生活的要求也越来越高。
因此,为了应对生产加工中的各种困扰,给人们的生活提供便利,提高效率,节省人力时间,使用自动化机械产品已然成为生产加工中的一种趋势。
但是,机械自动化的发展很不平衡,还比较落后,能独立开发现代机械自动化的企业不多。
与国外相比不仅在机械自动化装备上相差甚远,而且在设备的种类、质量、使用也存在着差距。
因此,该多工位自动夹紧装置应满足以下要求:
要保证切实可行性,要和生产加工相贴近,做到在生产中有必要用,并且切切实实用得到;
要和时代主题相适应,尽量做到绿色环保,能耗少;
要有一定的工作效率;
要确保机械有高的安全性、不发生脱落物料的状况;
要能调节所夹紧零件的厚度,确保一定条件下可以使物料充分夹紧。
除此之外,还要有经济性要求机器的一个综合指标就是经济性,在多工位自动夹紧装置的设计、制造、使用、维修等各个环节均有所体现。
总之,经济性就是要求在满足功能要求的前提下,将机器的制造成本降到最低。
安全性要求在切菜机的设计阶段就必须对机器的使用安全给予足够的重视,因此要在设计过程中特别注意使用者的安全,特别是使用者手的安全。
要采用各种防护措施,使运行中的夹具不会与人体直接接触。
可靠性要求简单的说,可靠性就是多工位自动夹紧装置在使用性能中的稳定性,它是该夹紧装置的一个重要质量指标。
可靠性水平越高,说明机器在使用过程发生故障的概率越小,能正常工作的时间就越长。
操作方便要求夹紧装置是一种给生活带来方便的机械产品。
在设计中必须注意操作时要轻便省力;
操作机构要适应连续自动压力机的工作条件;
夹紧装置的使用噪声要小;
防止污染等。
此外,还要方便搬运与拆卸维修。
设计多工位自动夹紧装置时,在满足基本要求的前提下满足这些特殊要求,以提高机器的使用性能和保证机器的工作质量。
2.2多工位自动夹紧装置的工作原理
本机用两个夹紧进行夹紧,零件由送进装置送进,送入至装置夹具出,由该装置自动夹紧,配合连续自动压力机进行加工。
将夹具与夹具杆位置固定,调整轮盘在导轨上的位置来实现应对不同厚度零件的夹紧加工。
主轴即夹具杆为横向,动力由电动机经齿轮传动,通过电动机功率和转速的选择使获得一定的转矩
和转速,夹具由主轴带动进行夹紧。
该装置运转时,零件由自动压力机的自动送料设备送入。
设备启动后,由发动机经由圆柱直齿轮传动,通过电动机功率和转速提供相应的转矩和转速,带动轮盘,再由轮盘以曲柄滑块机构的原理带动夹具杆,进行零件的夹紧。
当轮盘运动的过程中,由于是以曲柄滑块机构的原理带动夹具杆,当轮盘运动至夹紧位后,将继续运动,此时由杆带动夹具杆来实现放松,同时进料。
同时考虑到零件的厚度可能需要调整,所以我们可以改变夹具杆在导轨上的位置来实现应对不同厚度零件的夹紧加工。
所以该机构可以大大提高机械的加工速率,不需要人工进行夹紧,只需要根据零件厚度不同来调整夹紧行程即可。
2.3结构方案的选择
2.3.1驱动装置
传统夹紧设备的主要动力来源有人和电动机两种。
人力的主要特点是:
持续时间有限,动力波动较大,耗费时间长,但控制方便,清洁无污染。
电动机的主要特点是:
动力可靠,稳定性高,工作效率高,占用空间位置不大,消耗电能,需要配套的调速控制装置;
但小功率的电机耗能少,但转速过高,转矩不大,普通电机就能满足要求,能耗也较少,利用率较高。
考虑到本设计对动力的稳定性及持续性的要求优先考虑使用电机作为动力来源。
确定动力源及机构布置形式之后,还需要选择相匹配的传动机构。
2.3.2传动装置
带传动是一种应用很广泛的机械传动。
带传动有主动轮、从动轮和适度张紧在两轮上的封闭环形传动带组成。
它是利用传动带作为中间的挠性件,依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动的,主动轴的动力通过挠性传动带挠性传递给从动轴。
优点是:
能缓和载荷冲击;
运行平稳无噪声;
制造安装精度不想啮合传动那样严格;
过载时将引起带在带轮上打滑,因而可以防止其他零件的损坏;
可以增加带长以适应中心距较大的工作条件[3]。
图2.1带传动机构
凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件构成,通常选取凸轮作主动件,通过设计凸轮的形状使从动件得到预期运动,从动件的运动主要是直线上的往复运动,因而在本设计中不考虑使用凸轮机构。
图2.2凸轮机构
蜗轮蜗杆传动主要用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作
的场合,虽然可以实现本设计的预期目的,但其传动效率低,成本较高,不适宜用在本设计中。
图2.3蜗轮蜗杆
链传动与带传动相类似,是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成,以链作为中间挠性件,靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。
以上两种传动都是实现平行轴间运动和动力的传递,在本设计中如将平行轴竖直布置可实现预期目的。
图2.4链传动
连杆机构是由若干构件用低副连接而成,构件运动形式多样,可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动,可用于刚体导引、实现已知运动轨迹或运动规律。
在本设计中要应用连杆机构将主动构件的转动或直线往复运动转换为实刀具在水平面内的转动,可采用双曲柄机构或者逆向运用曲柄滑块机构。
图2.5连杆机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构,可以用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力,并可以改变转动速度和传动方向。
其优点是:
齿轮传动和其他形式的机械传动相比较,传递的功率和圆周速度范围较大,传动效率高,能保证恒定的传动比,工作平稳、安全可靠且使用寿命长,结构紧凑。
在本设计中可以利用齿轮机构或齿轮齿条传动实现所需功能。
[4]
图2.6锥齿轮根据上述分析,带传动、链传动、齿轮传动等都可实现预期目的,但考虑到本设计的整体结构要紧凑,综合考虑机器更易执行转动动作,并能够在动作中给构件施加较大的力,经对比分析之后,选用带传动和直齿圆柱齿轮传动,不仅可
10
实现传递运动及动力的目的,还可使整体结构紧凑
第3章主要结构的设计
3.1根据设计要求提出的运动方案:
根据工程要求(该机构需要有三个夹紧工位、夹紧行程为10——100mm、夹紧力需要达到8000N、夹紧速度为0.2m/s、生产率为90件/min)提供以下设计
方案一:
考虑到其工程要求,需要有三个夹紧工位,以及是在自动流水线上作业的要求,我们考虑了一种方案,可以参考自动切菜机的原理,将其采用曲柄滑块机构以及V带连接我们进行设计
特点:
该设计我们采用的是传统的曲柄滑块机构以及V带连接的方式实现夹紧,由小带轮连接电机,同时由V带连接到大带轮,由于V带有摩擦力,则小带轮带动大带轮转动。
同时大带轮与夹具杆连接。
而且我们利用连杆,将大带轮在两边各放置一个,利用连杆的原理,将两边的带轮连接成为连杆机构,两边同时运转。
该设计装置两边都为曲柄滑块机构,这样的话两边同时提供动力来实现夹紧以及放松。
同时我们将一边的放置夹具头的夹具杆直接连接在机构架上,利用上述的联
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动装置来实现夹紧
缺点:
该装置由于只有单边夹紧,按加工的工程要求来考虑的话,该机构整体机构较大,要实现夹紧行程为10-100mm则需要更大的空间,所以整体机构较大,同时需要的电动机功率以及带轮也更大,不符合节约成本的根本原则。
对材料以及动力的损耗较大,所以这种方案不合理。
方案二:
考虑到其工程要求,我们还可以采取类似于机械手的机构来进行实现夹紧要求。
图3.2
该设计方案我们采用的是由传统的连杆机构,并配合V型块来实现夹紧。
有连接电动机的主轮提供动力,带动偏心轮,通过连接于偏心轮上的连杆,通过主轮的旋转带动连杆,连杆推动V型块,V型块推动连杆2,3,在推动的过程中,杆2,3的角度变小,从而带动连杆4,5,实现夹紧。
绕过平衡点后V型块
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收回,实现放松
该结构的特点在于结构简单,整体需要的材料较少,成本较低,运动方式简单便于运输以及拆卸,只需要调整V型块即可调节收送的大小,从而实现夹紧行程在10-100mm的要求
该机构结构简单的基础上,又有相对来说其不好的地方,由于该机构为单边夹紧,从而很容易引起夹紧不完善而导致加工件的脱落,从而影响流水线作业
方案三:
根据我们的工程需要,我们结合前两种提出的方案考虑其需要的可调整以及夹紧的稳定性因素来考虑,我们可以结合曲柄滑块机构,齿轮以及连杆从动机构来实现设计要求
图3.3
该机构由齿轮传动提供动力后到主轮1,由主轮1带动连杆2,3组成
13一个曲柄滑块机构,实现夹具杆5的上下移动,同时考虑到单边夹紧可能会造成零件的脱落,导致加工过程中的损坏,所以用连杆4连接从动轮6来实现两边同时夹紧。
这种结构的设计可以完美实现设计要求,同时机构简单,制造成本较低,同时拆卸方便,所以选择方案三为设计方案。
3.2夹具总装图的分析
该多工位自动夹紧装置为适应在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置的要求,用于连续自动压力机的工件送进部分,采用上述方案中的方案三进行设计,我们进行了如图3.4的设计
图3.4多工位夹紧装置总装图
1.机架
11.内六角圆柱头螺钉
21.端盖3
2.端盖
12.v型块
22.小齿轮
3.杆1
13.齿轮挡圈
23.平键
4.轮1
14.大齿轮
5.轴
15.轴端盖
6.轴承座
16.连杆
7.调心球轴承
17.导轨
8.端盖2
18.夹具杆
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该机构的整体运动分析可分为两个重要部分,一个是由轮2与主轮连接在一起的V带传动,由轮2连接电动机,然后经由V型带连接,通过摩擦带动主轮。
主轮由轴固定于机架上。
同时由另一个重要的部分来传递,由夹具杆与杆1以及主轮之间构成的曲柄滑块机构。
该夹具杆可看作为曲柄滑块机构中的滑块,有主轮提供的转速,转矩以及力,通过杆1进行传递,从而来推动滑块地运动,即推动夹具杆。
由于该机构为多工位夹紧装置,同时考虑到其加工的工程要求,根据加工原则考虑需要考虑成本的节约以及加工过程中的功耗等,综合考虑我们需要对该机构进行上下一起夹紧的方案更为节约成本。
因此我们需要在主轮即大带轮的对称点位置也设置连杆连接下部分的夹具杆,从而实现上下一起夹紧。
同时考虑到单边提供动力进行夹紧,这样的夹紧装置在后期持续的加工作业中容易出现损坏以及损耗,从而在流水线作业中,影响零件的夹紧,所以我们还需要在另一边设置从动装置,而在该设计中我们采取了较为简单的从动装置,在主轮上增加了一根连杆,同时在另一边也复制了该机构的曲柄滑块机构的形式,实现左右上下一起夹紧,这样的夹紧装置可以在满足加工的要求,即在自动压力机的自动送料辅助设备中需要一种多工位自动夹紧装置,用于连续自动压力机的工件送进部分,该辅助设备对生产率的提高,保证产品质量有着重要的作用。
第4章主要结构的设计
将结构拆分简化后可分为几个部分:
曲柄滑块机构、V带传送机构这两个主要机构为该设计的重要组成部分。
4.1导轨的选择
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图4.1
该导轨为滑动导轨,滑动导轨结构简单,刚性好,摩擦阻力大,连续运行磨损快,制造中轨面刮研工序的要求很高。
滑动导轨的静摩擦因数与动摩擦因数差别大,因此低速运动时可能产生爬行现象。
滑动导轨常用于各种机床的工作台或床身导轨,装配在动轨上的多是工作台、滑台、滑板、导靴、头架等。
导轨截面有矩形、燕尾形、V形、圆形等。
重型机械中常将几种截面形状组合使用,共同承担导向和支承的作用。
图4.2
该导轨为滚珠导轨,该导轨摩擦阻力小,但承载能力差,刚度低;
不能承受大的颠覆力矩和水平力;
经常工作的滚珠接触部位,容易压出凹坑,使导轨副丧失精度。
这种导轨适用于载荷不超过200N的小型部件。
4.2曲柄滑块机构
利用解析法对曲柄滑块机构进行分析
图4.3
→→→
L1+L2=Xc
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(欧拉公式:
e^icosisin代入)实部与虚部分离:
实部:
Xcl1cosl2cos虚部:
l1sinl2sino→arcsin(l1sin/l2)
4.1.2、速度分析
对时间求导:
l1ω1ie^il2ω2ie^iVc两边乘以e^i,展开取实部:
l1ω1sin(-)V2cos
Vcl1ω1sin(-)/cos
展开取虚部:
l1ω1cosl2ω2cos0
ω2-l1ω1cos/l2cos
4.1.3、加速度分析
(b)对时间求导:
l1ω1^2e^il2a2ie^il2ω2^2e^ibac两边乘e^i,展开实部
ac[(l1ω1^2cos(-)l2ω2^2)/cos]
(c)展开取虚部:
ac(l1ω1^2sinl2ω2^2sin)/l2cos
4.1.4、计算过程及结果
取0,30,60330,360,代入(1-1),(1-2),(1-3),(1-4),(1-5),
求得Xc,ω1,,Vc,ω2,ac。
ScXc(l2l1)根据分析我们得到连杆轮半径为125mm,连杆长500mm
1-1)
1-2)
(b)
1-3)
1-4)
(c)
1-5)
1-6)
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图4.4曲柄滑块分析
图4.5曲柄滑块速度分析
图4.6曲柄滑块角速度分析图
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图4.7曲柄滑块加速度分析图
图4.8曲柄滑块加速度分析图
图4.9曲柄滑块行程分析图
选择电动机电动机类型和结构形式。
按工作要求和工作条件,选用SEW公司的减速电机R系列电动机容量。
A.输出功率Pw
PwFv/10008000*0.2/10001.6(kW)
B.电动机输出功率Pd
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PdPw/η
传动装置的总效率:
ηη1*η2^2*η3式中,η1、η2⋯⋯为从电动机到夹具杆之间的各传动机构和轴承的效率。
由表
4.1查得:
减速机效率η10.75,滚动轴承η20.99,圆柱齿轮传动η30.97
η0.75*0.99*0.99*0.970.713
故PdPw/η1.6/0.7132.2kW
C.电动机额定功率Ped选择SEW公司的减速电机R系列RF57可得转矩为450N.m,转速为46.69r/min
4.3齿轮设计
4.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数由于我们上述可得齿数比为2.4
(1)根据该设计要求,我们可以选用直齿圆柱齿轮传动,压力角取为20°
。
(2)参考机械设计选用7级精度。
(3)材料选择。
参考机械设计,选择小齿轮材料为40C(r调质),齿面硬度280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度240HBS。
(4)选小齿轮齿数z124,大齿轮齿数z2uz12.4*2457.6,取z258。
4.3.2按齿面接触疲劳强度设计
1)失算小齿轮分度圆直径,即
2KHtt1u1
ZHZEZ
3
φdu
H
d1t
1)确定公式中的各参数值试选KHt1.3。
小齿轮传递的转矩。
T1450N.m
由表4.2选取齿宽系数d1
表4-2
20
装置状况
两支承相对于小齿轮作对称布置
两支承相对于小齿轮作不对称布置
小齿轮做悬臂布置
φd
0.9~1.4(1.2~1.9)
0.7~1.15(1.1~1.65)
0.4~0.6
④由机械设计查得区域系数ZH2.5。
⑤由机械设计查得材料的弹性材料的弹性影响系数ZE189.8MPa1/2。
⑥计算接触疲劳强度用重合度系数Zε。
a1arccos[z1cos/(z12h*a)]29.841
*
a2arccos[z
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