自動涂膠機機械系統(tǒng)設(shè)計

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1、 自動涂膠機機械系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 近年來，隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機電一體化有了非常大的發(fā)展,自動涂膠機在我國機械設(shè)備的裝配與維修中得到了廣泛的應(yīng)用，這不僅提高了勞動生產(chǎn)率，同時也節(jié)省了能源和材料。尤其是在汽車行業(yè)，對汽車零部件的結(jié)合面有一定的密封性要求,其結(jié)合面都需要涂膠，涂膠的精度對于汽車的性能至關(guān)重要，自然的對自動涂膠機提出了更高的要求。以往涂膠都是靠工人的手工來完成，涂膠效率極低，而且很難保證涂膠的均勻性和膠體的厚度。 自動涂膠機既能保證涂膠的均勻性而又能有效的節(jié)省材料，從而大大提高了工作效率和工作質(zhì)量，減少工人的勞動強度。因此針對不同的工作需要,自動涂膠機可以采用框架式機

2、器人或多自由度機器人來對結(jié)合面進行涂膠，同時，這項技術(shù)的應(yīng)用也意味著，每天給國家企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。采用自動涂膠機可以快速準確、經(jīng)濟、清潔地完成涂膠工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：密封；涂膠；框架式機器人；自動涂膠機 Abstract In recent years, with the development of production and technology, electromechanical integration has made great development, automatic g

3、lue machine in the assembly and maintenance of mechanical equipment has been widely used, not only raised the labor productivity, but also save the energy and materials. The car industry, in particular, to auto parts joint sealing requirements to a certain extent, the joint surface need glue, glue t

4、he accuracy on the performance of the car is essential, natural puts forward higher requirements on automatic glue machine. Before coating is done rely on manual workers in, coating efficiency is extremely low, and it is difficult to guarantee the uniformity of coating and the thickness of the collo

5、id. Automatic glue machine both can guarantee the uniformity of coating and can effectively save materials, greatly improving the work efficiency and work quality, reduce the labor intensity of workers. Therefore in accordance with the need of different jobs, automatic glue machine frame type robot

6、 or more degrees of freedom robot can be used to implement the joint surface for coating, at the same time, the application of this technology means that every day to the state enterprise to bring the huge economic benefits. Adopts automatic glue machine can be done quick, accurate, economic, clean

7、coating process, improve product quality, reduce production costs. Key words：Tight；gluing；Frame type robot；Automatic glue machine 44 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 自動涂膠機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.1 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 3 2.2 設(shè)計要求 3 2.3 自動涂膠機方案的擬訂 3 2.4 技術(shù)參數(shù) 4 2.5 本章小結(jié) 6 第3章 自動涂膠機機械部分設(shè)計 7 3.1步進電機的選擇

8、7 3.1.1 Z相電機校核 8 3.1.2 X、Y向電機校核 9 3.2變速齒輪的設(shè)計 10 3.2.1傳動齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 10 3.2.2幾何尺寸的計算 10 3.3滾動導軌的選擇 11 3.3.1 X向滾動直線導軌副的選取 11 3.3.2滾動體的尺寸和數(shù)量 11 3.3.3滾動導軌的長度 12 3.3.4額定壽命計算 12 3.3.5滾動直線導軌動載荷計算 13 3.3.6接觸強度計算 14 3.3.7 Y向?qū)к壍倪x取 15 3.4 滾珠絲杠副的選擇 15 3.4.1滾珠絲杠副的特點 15 3.4.2滾珠絲杠螺母副類型選擇 16 3.4.3滾珠絲杠

9、副的安裝 16 3.4.4滾珠絲杠副的保護 17 3.4.5滾珠絲杠副的主要參數(shù) 17 3.4.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 17 3.4.7最大動負載C的計算及主要尺寸初選 18 3.4.8 Z向絲杠的選取 22 3.4.9滾動軸承壽命校核 22 3.5 本章小結(jié) 24 第4章 自動涂膠機輔助設(shè)計 25 4.1工件的夾具設(shè)計 25 4.1.1確定定位方案,設(shè)計定位元件 26 4.1.2自動夾緊機構(gòu)的選取 26 4.1.3 夾緊機構(gòu)的設(shè)計 27 4.1.4定位誤差分析計算 30 4.1.5 氣動夾緊機構(gòu)的計算 31 4.2供膠系統(tǒng)中對膠棒夾具的設(shè)計 33 4.3

10、涂膠彎臂的螺栓強度校核： 34 4.4 本章小結(jié) 35 第5章 硬件及接口電路的設(shè)計 36 5.1概述 36 5.2控制系統(tǒng)的基本硬件組成 36 5.3 PLC的控制電路組成介紹 36 5.4驅(qū)動電路的設(shè)計 37 5.5 傳感器的選擇及與PLC接線說明 39 5.5.1 光電傳感器的選擇 39 5.5.2 壓力傳感器的選擇 39 5.5.3 傳感器和PLC的接線說明 40 5.6 本章小結(jié) 40 結(jié) 論 41 參考文獻 42 致 謝 43 第1章 緒論 1.1課題背景及意義 隨著粘接材料、粘接劑施工技術(shù)的發(fā)展，很多產(chǎn)品生產(chǎn)工藝發(fā)生了變革，就以

11、汽車為例，大多數(shù)機械固定的零件和裝飾件已被改為粘接工藝，例如汽車的車燈罩、內(nèi)飾件、揚聲器等裝配，新工藝的采用很好的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 由于粘接技術(shù)的推廣，手工涂膠勞動力密集，勞動率低，涂膠質(zhì)量不穩(wěn)定的問題愈加突出，尤其是在某些要求嚴格的場合，傳統(tǒng)手工涂膠很難達到要求，而在競爭愈演愈烈的今天，人們對性能和質(zhì)量的要求越來越高，在實際生產(chǎn)中，我們僅有一小部分工作需要采用姿態(tài)靈活的機器人完成，很大一部分工作則完全采用專用的自動化機械，專用自動化設(shè)備投資少、效率高，往往能給企業(yè)帶來較大利益回報，自動涂膠機便是基于這種分析而研制開發(fā)的。自動涂膠機是針對大型零件平面自動涂膠的專用設(shè)備，廣泛適用于摩托車、汽

12、車、工程農(nóng)機及相關(guān)零部件生產(chǎn)領(lǐng)域的平面密封和曲面空間密封粘接。例如，大型柴油機油底殼或多種工件在一臺機器上進行自動涂膠作業(yè)、汽車前后風窗玻璃涂膠粘接等。采用自動涂膠機可以快速、準確、經(jīng)濟、清潔地完成涂膠工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。隨著數(shù)控技術(shù)、機電行業(yè)的不斷發(fā)展及對機器性能的高要求，自動涂膠機一定會有著更廣泛的應(yīng)用前景。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國外自動涂膠機的發(fā)展較快，尤其是在歐洲發(fā)達國家，美國、日本等國家，經(jīng)過上百年的發(fā)展已經(jīng)有了一套較為完整的體系。無論是自動化、精度化還是質(zhì)量、經(jīng)濟成本上面都達到了領(lǐng)先水平,國外的生產(chǎn)商各自推出了自主的涂膠機，如日本的安川機器人、莫托曼機

13、器人、美國ABB機器人等。 本次設(shè)計的目標是設(shè)計一臺自動涂膠的設(shè)備（軸承座與減速器間的密封圈）使它能在實現(xiàn)日常工作的基礎(chǔ)上，盡量讓機械結(jié)構(gòu)合理的簡化，降低成本。此機構(gòu)采用由步進電機作為驅(qū)動裝置,X、Y軸聯(lián)動可合成各種平面的各種曲線。保證系統(tǒng)可靠性及涂膠精度的前提下盡量降低造價,提高性能及價格比。 第2章 自動涂膠機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計一臺自動涂膠機，對汽車密封圈進行自動涂膠，利用步進電機進行驅(qū)動控制，保證涂膠的范圍、速度和均勻性。 1、機械系統(tǒng)設(shè)計包括機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和各種標準件的選取。 2、自動涂膠機的控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計。 3、硬件系

14、統(tǒng)設(shè)計就是用單片機及驅(qū)動電路來控制X向、Y向、Z向電機的正常工作。 4、軟件系統(tǒng)設(shè)計就是控制程序設(shè)計，利用MCS-51單片機控制，采用匯編語言進行程序設(shè)計。 2.2 設(shè)計要求 機械部分要考慮整體布局，工作行程要能滿足要求，傳動裝置要平穩(wěn)且準確，還要兼顧速度，另外需考慮經(jīng)濟性，該設(shè)備要求成本低，盡量選用標準件，減少額外的工作量。設(shè)備的使用壽命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小時，載荷持續(xù)率為90%，需要批量生產(chǎn)。 電路部分主要是芯片的選取和電路的擴展連接，及三個電機控制電路的設(shè)計。由于涂膠屬于輕載荷工作。對電機功率要求不是太高，所以采用步進電機。設(shè)計電路控制電機的運轉(zhuǎn)

15、和方向以達到設(shè)計要求。 執(zhí)行程序要考慮到不同拐點處涂膠量問題，可通過改變X、Y向運動速度調(diào)節(jié)也可單一Z向運動調(diào)節(jié)，以保證涂膠均勻，此次設(shè)計采用后者方式，原因是一個電機工作方式比較好控制。 2.3 自動涂膠機方案的擬訂 用步進電機來控制絲杠的傳動不但有可逆行性能靈活的正反運行，速度均勻，穩(wěn)定性好；定位精度高和重復定位精度高；而且可以根據(jù)零件的形狀設(shè)計編程涂膠軌跡可以是曲面。故在最終的設(shè)計中采用了步進電機帶動絲杠的傳動方式。 X軸 電機 涂膠 軌跡 伺服系統(tǒng) Y軸 電機 機械 部分 電路 部分 涂膠量 Z軸步進

16、 電機 圖2.1 總體方案圖 電路部分主要是芯片的選取和電路的擴展連接，及三個電機控制電路的設(shè)計。由于涂膠屬于輕載荷工作。對電機功率要求不是太高，所以采用步進電機。設(shè)計電路控制電機的運轉(zhuǎn)和方向 以達到設(shè)計要求。電氣部分由步進電機 、增量編碼器[7]、I/O接口線路板、各種檢測傳感器等組成。 2.4 技術(shù)參數(shù) 采用奔日硅橡膠平面密封膠。主要用途： 1、用于電器設(shè)備的密封，如汽車、摩托車、內(nèi)燃機零件結(jié)合面、變壓器及通用 機械、電器設(shè)備的部件平面密封。 2、用于太陽能電池組件邊框的密封，電池組件線盒的粘接及太陽能燈具密封。 可以完全有效的保護晶

17、片不被污染、氧化。具有卓越的耐紫外線、防雨水臟物、 冰雹沖擊等方面的性能。 ?主要特性 ?型號??????????????????????????????????? T－5601 ?外觀??????????????????????????????????? 白色、細膩、均勻膏狀物 ?密度（ g/cm2 ）???????????????????????? 1.33 ?擠出性ml/min?????? 200－250 ?彈性恢復率％????????? 94 ?拉伸模量（MPa）???????? 0.9 ?拉伸強度（MPa）???????? 1.7 ?

18、延伸率（％）????????? 400 ?工作溫度（度）??????? －54～210 ?全固時間（h）????????? 24 設(shè)計中軸承座的外型尺寸 圖2.2 sn305型號軸承座。經(jīng)查表a=185mm,w=90mm,b=52mm,u=15mm. 第3章 自動涂膠機機械部分設(shè)計 3.1步進電機的選擇 步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相角位移或線位移的控制電機。其轉(zhuǎn)子運動僅與電信號的頻率有關(guān)，每轉(zhuǎn)一周，都有固定的步數(shù)。在不丟步的情況下運行，其步距角誤差不會長期積累

19、，因此，它適合于在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為驅(qū)動微電機使用，具有系統(tǒng)簡單，運行可靠等明顯優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于機床的數(shù)字程序控制及其數(shù)字控制系統(tǒng)中。 步進電動機的種類繁多，按其電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理，可分為三大類：反應(yīng)式（磁阻式）步進電動機；永磁式步進電動機；混合式（永磁感應(yīng)子式）步進電動機。 根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選步進電機的型號，并從步進電機技術(shù)參數(shù)表中查到步距角，兩種不同脈沖分配方式對應(yīng)有兩種步距角。初選電機型號時應(yīng)合理選擇及i，并滿足： （3.1） 根據(jù)上述要求，選擇：Z向選擇:55BF003 脈沖當量δ=0.008 I=1.

20、0 X向Y向:70BF003 表3.1 Z向55BF003電機的參數(shù) 步 距 角 相 數(shù) 電 壓 相 電 流 最大 靜 轉(zhuǎn) 矩 最高 空載 啟動 頻率 質(zhì) 量 外 徑 Φ 長 度 軸 徑 1.5/3 3 24V 3A 0.686N·m 1800HZ 0.83Kg 55mm 70mm 6mm 因為此設(shè)計是對汽車軸承座與減速器間密封圈進行自動涂膠，要保證涂膠的范圍、速度和均勻性，所以每次出膠的量不

21、是很多，所以擠膠力不是很大，故選用步距角為1.50/步，扭矩偏小點的便可以滿足要求，經(jīng)過計算，擠膠的力度一般在1N～25N之間，選用保持轉(zhuǎn)距為0.686N·m的55BF003型步進電機，便可以滿足扭矩要求，所以選擇55BF003型號的步進電機，就能滿足設(shè)計的要求。 表3.2 X向Y向70BF003電機參數(shù) 步 距 角 相 數(shù) 電 壓 相 電 流 最大 靜 轉(zhuǎn) 矩 最高 空載 啟動 頻率 質(zhì) 量 外 徑 Φ 長 度 軸 徑 1.5/3 3 24V 3A 0.392N·m 16

22、00HZ 1.2Kg 75mm 65mm 8mm 3.1.1 Z相電機校核 步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax與步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq的關(guān)系: 即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594 N/cm 步進電機的空載啟動是指電機在沒有外加工作負載情況下的啟動。 步進電機所需的空載啟動力矩可按下式計算： Mkg=Mka+Mkf+M0 （3.2）

23、 Mkg—空載啟動力矩 ； Mka—空載啟動時部件由靜止升速到最大快進速度，折算到電機軸上的加速力矩（N.CM）； Mkf—空載時折算到電機軸上的摩擦力矩（N.CM）； M0 —由于絲杠預緊，折算到電機軸上的附加摩擦力矩。 初選電機型號時應(yīng)滿足步進電機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩 即：Mkq≤Mmq=λMjmax λ=Mkq/Mjmax=0.866 （三相六拍） 加速力矩 （3.3） =0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N?cm) JΣ —傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm2）；

24、 —電機最大角加速度（rad/s2）； nmax —運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（r/min）； t —運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間（s）； vmax—運動部件最大快進速度（mm/min）； δp—脈沖當量（mm/脈沖）； θb—步進電機的步距角。 空載摩擦力矩： （3.4） =30×0.1×0.2/2л×0.8×1 =0.119(N?cm) G—運動部件的總重力（N）； f′—導軌摩擦系數(shù)； i—齒數(shù)傳動降速比； η—傳動系數(shù)總效率； 取η=0.7-0.

25、85 L0—滾珠絲杠的基本導程（cm）。 附加摩擦力矩: （3.5） =0.2×(1-0.952)/2л×0.8×1 =0.016(N?cm) FYJ—滾珠絲杠預加載荷即預緊力 一般取Fm的1/3； Fm —為進給牽引力（N）； η為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，一般取η0≥0.9； 所以Mkg≤Mmq 符合要求。 3.1.2 X、Y向電機校核 X向電機與Y向電機的校核與Z向原理基本相同，設(shè)計中只簡單的對其進行校核。 Mmq=λMjmax=0.866×0.392=0.3395 N/cm

26、 （3.6） =30×0.1×0.3/2л×0.8×4=0.036(N?cm) i =4 （3.7） =×0.3×(1-0.952)/2л×0.8×4=0.079(N?cm) Mmq=0.3395>Mkf+M0=0.115 故符合設(shè)計要求. 3.2變速齒輪的設(shè)計 自動涂膠機要求傳動效率高、傳動比穩(wěn)定，以保證涂膠的均勻性和穩(wěn)定性。 齒輪傳動具備這些特點且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長故選用齒輪傳動副來達到一定的降速比要求。由于齒輪在制造過程中不可能達到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此一對嚙合著的齒

27、輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。 3.2.1傳動齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 自動涂膠機采用一級傳動齒輪變速，可增大傳動的扭矩和平穩(wěn)性. 傳動比為i=720/200=3.6 壓力角α=18o 小齒輪：Z1=18 大齒輪：Z2=65 齒數(shù)互為質(zhì)數(shù) 由于小齒輪作懸臂布置故： Φd=0.6 小齒輪的齒寬 b=Φd×d1=0.6×24=14.4 mm 模數(shù)：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5 齒高：h=2.25×m=3.375mm 3.2.2幾何尺寸的計算 （1）計算大、小齒輪分度圓直徑： d1=Z1×m=1

28、8×1.5=27mm d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm （2）計算中心距： a=（d1+d2）/2=62.25mm （3）計算齒輪寬度： b=Φd×d1=0.6×27=16.2mm 圓整后取B1=16mm B2=21mm。 3.3滾動導軌的選擇 因為滾動導軌的最大優(yōu)點是摩擦因數(shù)小,動靜摩擦因數(shù)差很小,因此,運動輕便靈活,運動所需功率小,摩擦發(fā)熱少,磨損小,精度保持性好,低速運動平穩(wěn)性好,傳動精度和定位精度高.滾動導軌還具有潤滑簡單[13]. 3.3.1 X向滾動直線導軌副的選取 滾動直線導軌副是由導軌、

29、滑塊、鋼球、反向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成的。當導軌與滑塊相對運動時，鋼球沿著導軌上的經(jīng)過淬硬的滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過反向器進入反向孔再進入滾道，鋼球就是這樣周而復始地進行滾動運動，反向器兩端都裝有防塵密封端蓋?；跐L動直線導軌副以下的優(yōu)點： 1.導向精度 2精度保持性 3低速運動平穩(wěn)性。 4結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，要便于加工、裝配、調(diào)整和維修。 在設(shè)計中由于導軌承受的載荷力小故選用了此導軌。導軌結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，成本較低。導軌用淬硬鋼制成，淬硬至60-62HRC。 3.3.2滾動體的尺寸和數(shù)量 增大滾動體直徑,可減少摩擦阻力和接觸應(yīng)力,不易產(chǎn)生滑動。一般選取滾

30、珠直徑6-8mm.設(shè)計中選用滾珠導軌,滾珠直徑選8mm。 滾動體數(shù)量應(yīng)根據(jù)強度、剛度等條件選取,每條導軌上一般不少于12-16個,因滾動體太少時,制造誤差將顯著地影響運動部件的位置精度。反之若滾動體過多,則增加了負載在滾動體上分布的不均勻性,使剛度反而下降,合理的滾動體數(shù)目Z,按下式選?。? Z≤≤=18.15 （3.8） 所以選取19個。 Z──滾珠的數(shù)目； W──每條導軌上所承載的重力(N)； 設(shè)計中導軌的承載重力為50*9.8=490N。 d──滾珠直徑(mm)。 3.3.3滾動導軌的長度 滾動導軌中的滾動體和保持架隨著導軌移動，但

31、它的移動速度只是動導軌移動速度的一半。在圖中3.1，滾動體與保持架的長度LC： 圖3.1 滾珠導軌 LG=Ld+ 式中 Ld－－動導軌長度； l－－－動導軌的行程長度。 支承導軌長度L= LG+，這種形式可保證在動導軌移動到兩端極限位置時，滾動體剛好移動到支承導軌的邊緣，因而使動導軌在全長上始終與滾動體相接觸，滾動導軌的剛性好。但是，此種導軌由于有的保持架中的滾子始終露在外面，因此必須加強導軌的防護。 3.3.4額定壽命計算 當行程長度一定時，由以h為單位的壽命時間的計算公式得： （3.9） 式中 LH－－－壽命時間

32、（h），取15000h。 L－－－額定壽命（km）； LA－－－行程長度，取300mm。 N2－－－每分鐘往復次數(shù)，取4次。 L=＝2000km 3.3.5滾動直線導軌動載荷計算 滾動直線導軌副額定壽命的計算與滾動軸承基本相同。由此公式得動載荷計算： L= P=Fmax （3.10） 式中 L－－－額定壽命（km）； Ca－－－額定動載荷（KN）； P－－－當量動載荷（KN）； Fmax－－－受力最大的滑塊所受的載

33、荷（KN）； －－－指數(shù)，當滾動體為滾珠時，＝3。 K－－－額定壽命單位（km），滾珠時，K＝50km。 －－－硬度系數(shù) 由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇。?。 －－－溫度系數(shù)，經(jīng)查新版機械設(shè)計手冊 第2卷表9.3-45得 工作溫度＜1000C時＝1。 －－－接觸系數(shù)，經(jīng)查新版機械設(shè)計手冊 第2卷表9.3-46得 每跟導軌上滑塊數(shù)為2時，＝0.81。 －－－精度系數(shù)，經(jīng)查新版機械設(shè)計手冊 第2卷表9.3-47得 等級為2時?。?。 －－－載荷系數(shù)，經(jīng)查

34、新版機械設(shè)計手冊 第2卷表9.3-48得 無明顯沖擊或振動的中速運動場合 取1.5-2。 Ca= （3.11） ＝＝3.2KN 根據(jù)動載荷選取GGB16AA2P12*500-4型四方等載荷滾動直線導軌副。 圖3.2 滾動導軌結(jié)構(gòu)尺寸圖 表3.3 滾動導軌結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù) 型 號 H W L1 L2 L3 D h d M1 T1 K H1 GGB16AA 24 15.5 58 40.5 30 7.5 5.3 4.5 M5 11 19.4 15 查表知單根導軌最大長度Lm

35、ax為500mm,額定動載荷為6.07KN,額定靜載荷為6.8KN。 3.3.6接觸強度計算 滾動導軌接觸強度計算主要是判別受力最大的滾動體處導軌的接觸應(yīng)力是否超過允許值。如果一條導軌上承受一個作用在導軌面重心上的力F和力矩M,則受力最大的滾動體上的載荷為: Fmax=(1+) （3.12） =(1+)=103.6N Z──一條導軌上的滾動體數(shù)目； L──滾動體有效工作長度。 在Fmax作用下，滾動體與導軌接觸面上的接觸應(yīng)力為，對滾珠鋼導軌： σmax=4.58×108 （3.13）

36、=4.58×108×2.75=1.36×109Pa d——滾珠直徑； Fmax——受力最大的滾動體上的載荷； σmax——滾動體上的接觸應(yīng)力，應(yīng)小于允許值，即σmax≤[σ]，[σ]為滾動體的許用應(yīng)力。對于滾珠淬火鋼（HRC60-62）的滾動體的許用應(yīng)力[σ]=1.8×109Pa。 根據(jù)計算結(jié)果得，設(shè)計中選取的數(shù)據(jù)合理滿足要求。 3.3.7 Y向?qū)к壍倪x取 由于Y向?qū)к壦惺艿妮d荷比X向?qū)к壍囊〉亩喙士蛇x用與X向相同的導軌，同樣滿足傳動要求。 3.4 滾珠絲杠副的選擇 在絲杠與螺母旋合螺旋槽之間放置適當數(shù)量的滾珠作為中間傳動體，借助滾珠返回通道，當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，推動滾珠沿

37、著滾道導珠管（或圓形返向器）滾道不斷的循環(huán)，從而實現(xiàn)周而復始的滾動運動。因此，滾動絲杠副的運動機理，就是以滾動摩擦代替滑動摩擦。 3.4.1滾珠絲杠副的特點 滾珠絲杠副具有許多與滾動軸承相似的特征。與滑動絲杠副或液壓缸傳動相比，有以下主要特點[21]： （1）傳動效率高 滾珠絲杠副的傳動效率高達86%-98%，是滑動絲杠副的2-4倍。 （2）運動平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力較小，靈敏度較高，而且摩擦系數(shù)基本與運動速度無關(guān)，啟動摩擦力矩與運動時的摩擦力矩的差別非常小，所以滾珠絲杠副運動平穩(wěn)，啟動無顫動，低速無爬行。 （3）傳動可逆性 與滑動絲杠副相比，滾

38、動絲杠副突出的特點是具有運動的可逆性。滾珠絲桿副具有運動的可逆性，但沒有像滑動絲杠副那樣運動具有自鎖性。 （4）可以預緊 通過對螺母施加預緊力能夠消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向剛度，但摩擦力矩增加卻不大。 3.4.2滾珠絲杠螺母副類型選擇 滾珠絲杠副的類別主要從三個方面考慮：循環(huán)方式、循環(huán)列數(shù)和圈數(shù)、預緊方式。鋼珠在絲杠與螺母之間滾動是一個循環(huán)閉路。 為了消除間隙和提高滾珠絲杠的剛度，可以預加載荷，是它在過盈的條件下工作，稱為預緊。預緊后的剛度可提高大批為無預緊時的二倍。但是，預加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲杠在出廠時，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預加載荷，并且預加載荷往

39、往與絲杠副的餓額定動載有一定的比例關(guān)系常用的滾珠絲杠副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊。設(shè)計中選用了雙螺母螺紋式預緊. 3.4.3滾珠絲杠副的安裝 滾珠絲杠副所承受的是軸向載荷，它的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此滾珠絲杠副的軸向精度和剛度要求較高。此外滾珠絲杠副的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也不容忽視。設(shè)計中滾珠絲桿的兩端布置結(jié)構(gòu)形式如圖3-3： 圖3.3 滾珠絲杠副的安裝 此形式是兩端固定，兩端均裝有軸承固定，并經(jīng)調(diào)整預緊。這種支承結(jié)構(gòu)只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度比一端固定形式要高約4倍無壓杠穩(wěn)定性問題，固有頻率比一端固定的高，可

40、預拉伸。 3.4.4滾珠絲杠副的保護 滾珠絲杠副如果在滾道上落入了藏物，或使用不凈的潤滑油，不僅會防礙滾珠的正常運轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。因此有效地防護密封和保持潤滑油的清潔顯得十分必要。對于暴露在外面的絲杠一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒及折疊式防護罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。這些防護罩的一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。還出現(xiàn)了一種鋼帶纏卷式絲杠防護裝置。 3.4.5滾珠絲杠副的主要參數(shù) （1）公稱直徑 公稱直徑即滾珠絲杠的名義直徑，越大，承載能力和剛度越大。 （2）基本導程（螺距） 絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)rad時，螺母的軸向位移。它按承載能力選取，

41、并與進給系統(tǒng)的脈沖當量的要求有關(guān)。 （3）精度等級 滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為7個等級，即1，2，3，4，5，7，及10七個精度等級，1級等級最高，其余依次減低，一般選用4級~7級，數(shù)控機床及精密機械可選用2級~3級。滾珠絲杠副的精度直接影響定位精度、承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲杠副的主要質(zhì)量指標，選用時要予以注意。 3.4.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 由設(shè)計的尺寸和材質(zhì)選取可計算出Y向傳動滾珠絲杠要帶動重量為100×9.8=980N的重物做水平直線進給運動，則平均工作載荷Fm=1/3Mg=980/3=326N。絲杠工作長度L=150mm。平均轉(zhuǎn)速nm=200r/min

42、,使用壽命Lh=15000h。 3.4.7最大動負載C的計算及主要尺寸初選 （1）初算導程Ph vmax—絲杠副最大移動速度，取8×102㎜/min； nmax—絲杠副最大相對速度r/min，取200r/min。 滾珠絲杠副導程為 Ph≥vmax/ nmax （3.14） =800/200 =4㎜ （2）當最動載荷Fm 滾珠絲杠最大軸向為Fa＝500； FW—載荷性質(zhì)系數(shù)，取為1； ｆ—摩擦系數(shù)，取為0.04。 滾珠絲杠最大載荷為 Fmax=FW×Fa+f×G (3.15)

43、 =1×500+0.04×5×9.8 =501.96N 滾珠絲杠最小載荷為摩擦為； Fmin ＝f×G ＝0.04×5×9.8 ＝1.96N Fm =1/3（2 Fmax + Fmin） (3.16) =1/3（2×501.96+1.96） =335.29N （3）額定動載荷計算Cam Cam= (3.17) =1×175(300/4) 1/3/(0.9×0.21) ＝6763.28 FW—載荷性質(zhì)系

44、數(shù)，取為I； FA—精度系數(shù)，取為0.9； FC—可靠性系數(shù)，取為0.21； FE—預加載荷系數(shù)，取為4.5。 附加載荷為 Cam=FEFMAX (3.18) =4.5×501.96 =2258.28N 取Cam與Cam中較大者為預期值Cam=2258.28N (4)估算滾珠絲杠允許最大軸向變形m m=(1/3～1/4)重復定位精度 (3.19) =1/3×0.045 =0.015um m≤（1/4～1/5）定位精度

45、 (3.20) 　　 =（1/4）×0.07 　　 =0.0175um 取　m與m中較小值為m值 m＝0.015um (5)估算滾珠絲杠副徑d2m F0—導軌摩擦為，F(xiàn)0＝uo×G=0.04×5×9.8＝1.96N L—滾珠絲杠兩軸承支點間距離為1.1行程+（10～14）Ph d2m= (3.21) =0.039 =8.66mm 兩端固定或鉸支時,支撐方式系數(shù)，取為0.039。 (6)確定滾珠絲杠副規(guī)格代號 按上述估算的P

46、h,Cam及d2m值從《機械設(shè)計手冊》表12-1-30～表12-1-33中，選出合適的規(guī)格代號及有關(guān)安裝，聯(lián)接尺寸，并使d2≥d2m,Ca≥Cam,但不宜過大，以免增加起動慣量幾何結(jié)構(gòu)尺寸得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑：d0=27.5㎜ 導程：P＝4㎜ 螺旋角：入＝2055、 滾珠直徑：Dw=3.2㎜ 絲杠底徑：d2=25㎜ 額定動載荷：Ca=6763.28N 選擇與之接近的2004-3型號的滾珠絲杠副進行校核，此絲杠副有關(guān)數(shù)據(jù)為： 公稱直徑：d0=25㎜ 導程：P＝4㎜ 螺旋角：2055 滾珠直徑：Dn=3.175 絲杠底徑：d2= 24.5㎜ 額定動載荷：Ca=9610

47、N (7)其它尺寸 由尺寸公求計算滾道半徑： R＝0.52×Dw=0.52×3.175=1.651㎜ 偏心距：　 e=0.07(R-Dw/2)=0.07×(1.651-3.175/2)=0.004445 絲杠內(nèi)徑： d1=d0+2e-2R =(25+2×0.004445-2×1.651)= 21.71㎜ (8)穩(wěn)定性驗算 由于一端軸向固定的絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算，其安全系數(shù)s,其值應(yīng)大于絲杠副傳動機構(gòu)允許安全系數(shù)[S],查表[S]=2.5～3.3 臨界載荷Fcr(N)按下

48、式計算: (3.22) (E=206GP，l=290mm，) Ia為絲杠危險載面的軸慣性矩（m4） =m 則 安全系數(shù)S＝ >[S]故絲杠安全不會失穩(wěn)。 (9)共振驗算 要求nmax〈ncr〈ncr為臨界轉(zhuǎn)速 　　　　 ncr=9910 （3.23） 查表知臨界轉(zhuǎn)數(shù)系數(shù)fc=3.927; =2則 ncr足夠大，故不會發(fā)生共振。 （10）剛度驗算 滾珠絲杠在工作負載F和轉(zhuǎn)矩T共同作用下引起的每個導程變形量l（m）為

49、 （3.24） 絲杠載面積A＝1/4; 絲杠極慣性矩Jc＝; G為絲杠切變模量對于鋼取G＝83.3GPa； T為轉(zhuǎn)矩 T＝Fmtan(λ+ （3.25） 取摩擦系數(shù)tan＝0.0025得　?。? T＝335.29××10-3×tan（4022’+8040”）＝0.968N.m 按最不利的情況?。ㄆ渲蠪＝Fm） （3.26） um 則線杠在工作長度的彈性變形所引起的導程誤差為 （3.27）

50、通常要求＝0.015㎜＝15m 該絲杠的滿足上式，所以剛度滿足要求。 （11）效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 （3.28） 要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。 故型號2004-3的滾珠絲杠副各項性能均符合要求。 3.4.8 Z向絲杠的選取 由于Z軸控制出膠的量的多少，且需要考慮突然斷電的情況，突然斷電需保證膠棒不漏膠。所以Z軸需要具有自鎖功能。所以我選擇了絲杠螺母傳動系統(tǒng)。使其保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 絲杠螺母的設(shè)計與自鎖驗算： 絲杠螺母的螺距p為4mm 公稱直徑d2為18mm 螺母的高度： H=ψd2=2.5

51、 ψ取2.5 整體式 旋合圈數(shù)： n=H/P=45/4=11.25＜12 螺紋的工作高度： h=0.5P=0.54=2 螺牙根部寬度： b=0.65P=0.65 工作比壓 ： P=F/0.0024MP 自鎖的驗算： 導程角： 所以絲杠螺母可以自鎖。 絲杠螺母的效率計算： 3.4.9滾動軸承壽命校核 軸承額定壽命為=15000h 圖3.4 滾動軸承受力情況 由力分析可知： =×370/420 =300×370/

52、420 =261.2N =- =300-261.2 =38.8N 求兩軸承的計算軸向力 和 ： =0.4 =0.4×261.2 =104.48N =0.4 =0.4×38.8 =15.52N 按《機械設(shè)計》教材式13-11得： = ± = 300+15.52 =315.52N = =15.52N = + =300+104.48 =404.48N = =104.48N 取其中較大者，則=315.52N，=404.48N。 由《機械設(shè)計》教材表13-5進行插值計算，得e=0.47，e=0.43 求軸承當量動載荷和： 因為

53、 / =315.52/261.2=1.21>e / =104.48/38.8=2.69> e 對于軸承1 =0.44, =1.19 對于軸承2 =0.44, =1.30 因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按《機械設(shè)計》表13-6, =1.2～1.8，取=1.2, 則： = (+ ) s （3.29） = 1.2(0.44×261.2+1.19×315.52) = 588N = (+

54、 ) (3.30) =1.2(0.44×38.8+1.30×104.48) =183N 驗算軸承壽命： 因為，> , 所以按軸承1的受力大小驗算 =10/60n(C/) (3.31) =10/60×100×(4610/588) =79092> 所以該軸承壽命滿足要求，可以選用。

55、 第4章 自動涂膠機輔助設(shè)計 4.1工件的夾具設(shè)計 要求對工件進行定位夾緊設(shè)計。在對工件的夾具設(shè)計中我采用了以下兩種方案：鉸鏈桿的夾緊機構(gòu)和斜楔夾緊機構(gòu)。圖4.1是方案一；圖4.2是方案二。 圖4.1 鉸鏈桿的夾緊機構(gòu) 圖4.2 斜楔夾緊機構(gòu) 方案一和方案二都能實現(xiàn)對工件的夾緊，兩種的結(jié)構(gòu)都很簡單。但是設(shè)計中要求定心、對中夾緊才能保證涂膠的位置準確。方案一中自鎖性能差很難保證自鎖。并且定位和夾緊這兩種作用是在工件被夾緊的過程中同時實現(xiàn)的，夾具上與工件定位基準相接處的元件，既是定位元件，也是夾緊元件。難免會出現(xiàn)誤差和偏差相對于所定心或?qū)χ械奈恢?。故此我在設(shè)計中選擇了

56、一個定位基準是固定的，利用斜楔的斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。保證定位準確。并且斜楔夾緊機構(gòu)自鎖性能好。 4.1.1確定定位方案,設(shè)計定位元件 此工件是要求在自動生產(chǎn)線上定位夾緊，是用機械手把工件較準確的放在工作臺夾具體的正確位置。然后進行自動夾緊。基于這種情況，定位元件有V型塊、斜導板、支承釘。V型塊以二斜面與工件的外圓面接觸起定位作用。工件的定位面是外圓柱面，但其定位基準是外圓軸線。即V型塊也起了定心的作用。并且限制了兩個自由度。而工件的本身有凸緣與平面的夾具體相接觸。起到了平面定位的作用限制了三個自由度。而圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的自由度根據(jù)設(shè)計要求可以不用限制。 4.1.2自動夾緊機構(gòu)的

57、選取 設(shè)計中采用了氣動夾緊機構(gòu)對工件進行迅速夾緊。氣動原理圖見4-3. 圖4.3 氣動原理圖 1-氣源 2-分水濾氣器 3-減壓閥 4-油霧器 5、9-壓力表 6-換向閥 7-調(diào)速閥 8-氣缸 此氣動夾緊系統(tǒng)由氣源、氣缸、油霧器、減壓閥、單向閥、換向閥、調(diào)速閥、壓力表等元件組成。 1.油霧器－－－由氣源送來的壓縮空氣，先經(jīng)霧化器，使霧化器中的潤滑油被吸上升霧化而隨之進入傳動系統(tǒng)，以便利用油霧對傳動系統(tǒng)中的運動部件進行充分潤滑。 2.減壓閥－－－將氣源送來的壓縮空氣壓力，減至氣動夾緊裝置所要求的工作壓力。 3.單向閥－－－主要起安全保護作用。防止氣源供氣中斷或壓力突

58、降而使夾緊機構(gòu)松開。 4.換向閥－－－控制壓縮空氣對氣缸的進氣和排氣。 5.調(diào)速閥－－－調(diào)節(jié)壓縮空氣進入氣缸的流量，以控制活塞的移動速度。 6.壓力表－－－將壓縮空氣的工作壓力轉(zhuǎn)換為活塞的移動，由此推動夾緊機構(gòu)，實現(xiàn)夾緊動作。 氣動夾緊具有以下特點： 1. 夾緊力基本穩(wěn)定 因為氣源壓力可以控制。 2. 夾緊動作迅速 氣流的速度很快，氣動速度也就很快。這就有利于縮短輔助時間。從而提高生產(chǎn)效率。 3. 操作省力 利用氣動夾緊后，操作只需轉(zhuǎn)動換向閥手柄，而不象手動夾緊那樣費時費力，因而大大減輕勞動強度。夾具方案選擇及夾緊機構(gòu)設(shè)計 4.1.3 夾緊機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計中采用的是斜楔氣

59、動夾緊機構(gòu)。工件是以底面、側(cè)面和端面在夾具的底面、定位V形塊和支承釘上定位的。活塞桿伸出時，與活塞桿連接的斜楔的斜面便沿著斜導板移動，由于斜面的作用使斜楔的直面向工件移動直至夾緊工件為止。當活塞桿退回時，斜楔便退出，實現(xiàn)松夾操作。 1.夾緊力的計算 斜楔機構(gòu)夾緊時，斜楔的受力情況見圖4.4（a）。圖中Q是施加在斜楔上的作用力，J是斜楔受到工件的夾緊反力，F(xiàn)1是斜楔直面（即夾緊工作面）與工件被夾壓面的摩擦阻力（等于Jtg），J與F1的合力為P。N是斜導板對斜楔斜面的反作用力，其方向和斜面垂直，F(xiàn)2是斜導板和斜楔間的摩擦阻力（等于Ntg），N與F2的合力為R0斜楔夾緊時，此Q、P、R三力應(yīng)處于

60、靜力平衡，見圖4.4。由圖可得出 （a） (b) 圖4.4 斜楔的受力情況 Q=Jtg(a+)+Jtg (4.1) J= (4.2) 式中 J－－－斜楔產(chǎn)生的夾緊力，N Q－－－施加于斜楔上的作用力，N a－－－斜楔傾角 －－－斜楔與工件的摩擦角 －－－斜楔與斜導板間的摩擦角 一般?。剑?0；為了增加行程a角盡量選擇大的a＝。代入上式得 J=＝＝595.24 N 可見斜楔夾緊機構(gòu)是增力機構(gòu)，隨著斜角a的減小增力比相應(yīng)增大，但a角受夾緊行

61、程的影響不能太小，因而其增力相應(yīng)的受到限制，此外，a角過小還會造成斜楔退不出的問題。 2.斜楔自鎖條件的計算 斜楔夾緊后應(yīng)能自鎖，圖4.5表示作用力消失后斜楔保持自鎖的情況，當作用力消失后，由于N力的水平分力的影響，斜楔企圖按照虛線箭頭方向退出，此時系統(tǒng)的摩擦阻力若能克服使斜楔退出的作用力，即能保持自鎖狀態(tài)。摩擦阻力F1和F2的作用力方向應(yīng)和斜楔移動方向相反。N和F2的合力為R。根據(jù)自鎖條件并由圖4.5得 圖4.5 斜楔自鎖條件的分析 F1≥Rsin（a-） (4.3) 但 J=Rc

62、os（a-）， F1= Jtg 代入上式得 tg≥tg（a-） ≥a 這是保證斜楔夾緊自鎖的條件。 一般＝＝60，則a≤120?？紤]到斜角和斜面平直制造誤差等因素，具有自鎖性能和盡量較大的行程，斜楔夾緊機構(gòu)的斜楔角取120。 3.夾緊行程的計算 由于斜楔的夾緊作用是依靠斜楔的軸向移動來實現(xiàn)，夾緊行程S和相應(yīng)斜楔軸向移動距離L有如下關(guān)系： S＝Ltga (4.4) S＝200×0.21＝42mm 由式可知：要增大斜楔的夾緊行程就應(yīng)相應(yīng)增加L或a。增大移動距離

63、L勢必要增長斜楔的長度，這就受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制；增大a要受自鎖條件的限制。因此斜楔的夾緊行程是較小的。 4.1.4定位誤差分析計算 V型是一個定心定位元件，定位外圓柱面時起定心作用。工件的定位面雖然是外圓柱面，但定位基準是外圓軸線。V型塊體現(xiàn)的涂膠基準則是V型塊理論圓（它的直徑尺寸等于工件定位外圓直徑的平均尺寸）的軸線。當一批工件外圓在V型塊上定位時，由于外圓直徑的變化引起定位基準相對于理論圓軸線發(fā)生位置變化E如圖4.6。圖中O是理論圓的中心，其直徑等于d的平均尺寸，和分別是外圓直徑為和時的圓心位置。由圖得 圖4.6 V型塊定位外圓時的定位誤差分析計算 =＝＝

64、 (4.5) 若以理論圓圓心為基點，則 (4.6) 因為理論圓是一個直徑為常量的圓，所以在定位誤差分析計算中常常省略它而直接計算出外圓直徑為最大和最小時引起的. 4.1.5 氣動夾緊機構(gòu)的計算 氣源壓力應(yīng)考慮供氣系統(tǒng)管道的沿程壓力損失和局部壓力損失,氣源壓力應(yīng)高于設(shè)備中最高工作壓力的20%左右,并以此壓力來選空壓機.也可以根據(jù)氣缸的標準型號來確定其使用壓力范圍.設(shè)計中采用國內(nèi)標準型號的氣缸.氣缸類型:雙作用氣缸. 表4.1 10Y-1V LB50N800SAY氣缸經(jīng)查表數(shù)據(jù) 缸徑 最短行程 最大

65、行程 使用壓力范圍 耐壓力 使用速度范圍 50mm 37mm 800mm 0.15-1.0MPa 1.5MPa 50-500 MPa ① 雙作用氣缸輸出壓力 FPU=(0.65-0.4)D2P (4.7) =0.5×0.0025×0.2×106=250N FPU───汽缸輸出壓力N； D───汽缸的內(nèi)徑; P───汽缸工作壓力PA . 同理雙作用氣缸的拉力FPO=(0.6-0.37) D2P=0.4×0.0025×0.2×106=200N ②缸徑的計算 D=(1.23-1.6)

66、 (4.8) =1.5=52.5mm ③氣缸缸筒承受壓縮空氣的壓力，其壁厚按薄壁公式計算： δ= (4.9) 但是按公式計算出的壁厚通常都很薄，加工比較困難，實際過程中一般都需按照加工工藝要求，適當曾加壁厚。盡量選用標準鋼管或鋁合金管。選鋁合金管，經(jīng)查表壁厚 2.5-3mm。選2.5mm。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比≤1/10. 此設(shè)計中=≤。故符合要求。 在多數(shù)情況下活塞杠承受的是推力負載，細長桿件受壓易產(chǎn)生彎曲變形，必須考慮壓杠穩(wěn)定性。 活塞杠計算長徑比L/D≤10時，一般按強度條件計算活塞桿直徑，可按照直桿的抗壓強度條件計算公式來計算活塞桿直徑： d≥=1.128 (4.10) L———活塞桿的計算長度m； d———氣缸的活塞桿直徑； ———鋼筒材料的許用應(yīng)力，= ； ———缸筒材料抗拉強度Pa ； n———安全系數(shù)，n=6-8。 經(jīng)查表鋁合金抗拉強度157MPa。 d≥1.128≥3.5mm；所以