【正文】 設(shè)計(jì)； 。機(jī)電一體化 系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng) (機(jī)構(gòu) )、電子信息處理系統(tǒng) (計(jì)算機(jī) )、動(dòng)力系統(tǒng) (動(dòng)力源 )、傳感檢測(cè)系統(tǒng) (傳感器 )、執(zhí)行元件系統(tǒng) (如電機(jī) )等五大子系統(tǒng)組成 。控制部分主要由日本 FANUC公司研制的 FANUC 0 數(shù)控系統(tǒng)組成 。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，均同時(shí)進(jìn)行報(bào)警 ； 工作臺(tái)未回歸原點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)行啟動(dòng) ， 膠槍未回歸上限位置時(shí)進(jìn)行啟動(dòng) ， 工件沒(méi)有定位時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)；工作臺(tái)超出行程；系統(tǒng)供電電源嚴(yán)重過(guò)壓或欠壓等 。 方案（ a） 方案（ b） 方案（ c） 方案的確定 區(qū)別：方案（ a）與方案（ b）的區(qū)別是一個(gè)用鏈條傳動(dòng)，一個(gè)用皮帶傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)： 1. 只能用于平行軸間的傳動(dòng)； 2. 瞬時(shí)速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不如皮帶傳動(dòng)平穩(wěn)； 3. 不宜在載荷變化較大和急促反向的傳動(dòng)中使用； 4. 有噪聲； 5. 制 造費(fèi)用比皮帶傳動(dòng)高。 5. 定位精確 ，不易發(fā)生故障設(shè)備尺寸，且受溫度影響小。步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ω =176。 圖 31 間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖 首先是傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)，常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、 高速帶傳動(dòng)以及各種非線性傳動(dòng)部件等。機(jī)械傳動(dòng)部件對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別 是其傳動(dòng)類(lèi)型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度 、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。減小沖擊、降低能耗。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，并且具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度高、耐用性好、可靠性高等特點(diǎn)，符合上述機(jī)電一體化產(chǎn)常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 7 品對(duì)傳動(dòng)部件的要求，因而這里選用滾珠絲杠這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 利用 它可以組成一個(gè)簡(jiǎn)單的全數(shù)字化伺服系統(tǒng)，不需要反饋信號(hào)，所以在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中獲得了極其成功的應(yīng)用。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。 通過(guò)上面可知，步距角為 176。 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 8 選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇絲杠的公稱(chēng)直徑 d0和基本導(dǎo)程 l0。 3. 滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊的選擇 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。 對(duì)于該雙擠膠覆涂系統(tǒng)，采用 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式的方法。 對(duì)該該雙擠膠覆涂系統(tǒng)，采用雙推－雙推式，兩端裝止推軸承及向心軸承的組合，并施加預(yù)緊 力，使其剛度最高。主要用于承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。 2. 深溝球軸承一般采用一件由兩部分合成的鋼板沖壓保持架，但大尺寸或高速軸承則采用實(shí)體保持架，這種保持架同沖壓保持架一樣由球引導(dǎo)，高速深溝球軸承的保持架通常常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 9 由內(nèi)圈或外圈擋邊引導(dǎo)。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家電、機(jī)床、電機(jī)、水泵、農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械等諸多領(lǐng)域。 雙 擠膠輥機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 擠膠輥機(jī)構(gòu)是由動(dòng)輥和定輥兩輥組成，動(dòng)輥可以在水平方向的導(dǎo)軌上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)水平方向的位移，保證了機(jī)構(gòu)間隙的可調(diào)節(jié)。電機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)兩個(gè)相同規(guī)格的外嚙合齒輪傳動(dòng)，可以使兩軸相向轉(zhuǎn)動(dòng)。 45鋼體積 V1： LdLdV 21211 )2 20()2( ??? ?? 算得 V1=3x106mm3； 塑料膠的體積 V2： LdLdV 222 )2 20()2( ??? ?? 算得 V2=； 45鋼的重量 m1： 111 Vm ?? 算得 m1=24kg； 塑料膠的重量 m2： 222 Vm ?? 算得 m2=30kg； 總質(zhì)量 m總： 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 10 21 mm ??總m 算得 m總 =54kg； 橡膠 摩擦系數(shù)μ =，重力加速度 g=10N/kg，則正壓力： g總mFN ? 算得 FN=540N； 摩擦力 F摩： ?NF?摩F 算得 F摩 =270N； 轉(zhuǎn)動(dòng)膠輥所需功率 P： 1000V摩FP? （設(shè)計(jì) 要求的速度是 ～ ，取 V=10m/s） 算得 P=； 鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率η 鏈 =，聯(lián)軸器的效率η 聯(lián) =，直齒圓柱齒輪的效率η 齒=，則電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)間的總效率為 鏈聯(lián)齒總 ???? ? 算得η 總 =； 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 總?PP?0 算得 P0=； 選取電動(dòng)機(jī)的額定功率 Ped=4kw。 轉(zhuǎn)速計(jì)算為： ： 總nn?1 ，算得轉(zhuǎn)速為 1400r/min； ： inn 12? ，算得轉(zhuǎn)速為 500r/min； ： 23 nn? ，算得轉(zhuǎn)速為 500r/min； ： 34 nn ? ，算得轉(zhuǎn)速為 500r/min。 m； ：333 9550n pT ，算得轉(zhuǎn)矩為 鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有滑動(dòng)；工況相同時(shí)，傳動(dòng)尺寸比較緊湊；不需要很大的張緊力 ，作用在軸上的載荷較?。恍瘦^高，可以達(dá)到 98%；能在溫度較高，濕度較大的環(huán)境中使用等；如果有需要，軸間距離可以變大。 目前，最大傳遞功率達(dá) 5000kw。齒數(shù)太少時(shí)，（ 1）增加傳動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷；（ 2）增加鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角，從而增大功率消耗；（ 3）增加鏈的工作拉力（當(dāng)小鏈輪轉(zhuǎn)速 n常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 12 轉(zhuǎn)矩 T1和節(jié)距 p 一定時(shí)，齒數(shù)少時(shí)鏈輪直徑小，鏈的工作拉力增加），從而加速鏈和鏈輪的損壞。 Pd PKP Ad ? KA— 工況系數(shù)（見(jiàn)下表 32），若工作情況特別惡劣時(shí)， KA值應(yīng)比表值大得多； P— 傳遞功率（取 P=） 表 32 工況系數(shù) AK 載荷種類(lèi) 輸入動(dòng)力種類(lèi) 內(nèi)燃機(jī) 液力傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 機(jī)械傳動(dòng) 平穩(wěn)載荷 中等沖擊載荷 較大沖擊載荷 取 KA=，則 Pd=3kw； P0 pzdKKPP ?0 Kz— 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，見(jiàn)下表 33； Kp— 排數(shù)系數(shù)，見(jiàn)下表 34； 表 33 小鏈輪齒數(shù)系數(shù) KZ 1Z 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ZK 0． 719 ,ZK 1Z 19 21 23 25 27 29 31 33 35 ZK ,ZK 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 13 表 34 多排鏈系數(shù) KP 排數(shù) 1 2 3 4 5 6 PK 1 1． 7 算得 P0=（ Kz=， Kp=1） ； p 根據(jù) P0和 n1由機(jī)械手冊(cè)圖 1221 選取 p=，鏈號(hào)為 08A。 L 1000pLL p? 算得 L=； v 100060 11?? pnzv 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 14 算得 v=； Ft v pFt 1000? 算得 Ft=； F tAFKF ? 算得 F=； 鏈條靜強(qiáng)度計(jì) 算式： pfctA nFFFK Qn ???? 式中 n— 靜強(qiáng)度安全系數(shù)； Q— 鏈條極限拉伸載荷（抗拉載荷）， N，見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1221； Ft— 有效圓周力， N； Fc— 離心力引起的力， N， 2qvFc ? ； q— 鏈條質(zhì)量， kg/m,見(jiàn)表 35； v— 鏈條速度， m/s； Ff— 懸垂力， N，在 Ff， 和 Ff， 二者中取最大值； 100, qaKF ff ? 1 0 0 )s in(, qaKF tf ??? Kf— 系數(shù)，見(jiàn)圖 32 a— 鏈傳動(dòng)中心距， mm； θ — 兩輪中心連線對(duì)水平面傾角； np— 許用安全系數(shù)， np=4～ 8，取 np=6。 綜上， 滾子鏈參數(shù)為：鏈號(hào)、節(jié)距 08A ，中心距 a=500mm，鏈條節(jié)數(shù) Lp=128。 圖 33 齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力 圖 34 齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 由于要獲得兩輥相向轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)。初選 模數(shù) m=10； 6. 確定 齒數(shù) 。 mm， 算得 [σ ]h=。 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 19 表 310 齒向載荷分配系數(shù) Kα 公差等級(jí)（Ⅱ組） 5 6 7 8 9 直齒輪 未經(jīng)表面硬化 經(jīng)表面硬化 接觸 ??Z 彎曲 ??? 斜齒輪 未經(jīng)表面硬化 經(jīng)表面硬化 os 2 ??? b??? ? ??? ? 6～ 12 為齒輪公差等級(jí) 圖 37 動(dòng)載荷系數(shù) Kv 圖 38 齒向載荷分布系數(shù) Kβ 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 20 許用彎曲應(yīng)力為 FFNF SY lim][ ?? ? YN— 壽命系數(shù)，由圖 39可得， YN=； SF— 安全系數(shù)，查表 38可得， SF=； 算得 [σ ]F=160Mpa； 圖 39 抗彎強(qiáng)度壽命系數(shù) Yε 1— 結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵 2— 滲碳硬化鋼 3— 氣體氮化鋼 4— 鋼調(diào)質(zhì)后液體氮化 所設(shè)計(jì)齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為： bmd YYKTY SFF ?? 2? YF— 齒形系數(shù)，查圖 310可得， YF=； YS— 應(yīng)力修正系數(shù)，查圖 311 得， YS=； Yε — 重合度系數(shù)，查圖 312，得 Yε =； b— 齒寬， b=φ d 齒輪的參數(shù)： 1) 分度圓直徑 d=410mm,模數(shù) m=10； 齒頂高： mhh aa ?? ，算得齒 頂高為 10mm； 2) 齒根高： mchh af )( ?? ?? ，算得齒根高為 ； 3) 全齒高： fa hhh ?? ，算得全齒高為 ； 4) 頂隙： nmcc ?? ，算得頂隙為 ； 5)齒頂 圓直徑： aa hdd 2?? ，算得齒 頂 圓直徑為 430mm； 6)齒根圓直徑： ff hdd 2?? ，算得齒根圓直徑為 385mm。 鏈輪軸 及齒輪軸 的設(shè)計(jì) 鏈輪軸 及齒輪軸 的傳遞功率 P1=，轉(zhuǎn)速 n1=500r/min，齒輪分度圓直徑d=410mm，齒輪寬度 b=164mm，轉(zhuǎn)矩 T1=53670N （ 1）軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 313a 所示。 （ 2）軸段 1 的設(shè)計(jì) 軸段 1 安裝軸承，考慮鏈輪只受徑向力，所以選用深溝球軸承。 選用 110 JB/ZQ 46061997。 （ 6）軸段 5 的設(shè)計(jì) 軸段 5 是用來(lái)對(duì)齒輪的軸向固定，取 d5=200mm，取長(zhǎng)度 L5=25mm。 （ 3）彎矩計(jì)算 在水平面上為 1lRM AHFr ? 算得 MFr= mm， 合成彎矩為 22 QVQHQ MMM ?? 算得 MQ= 其抗彎截面系數(shù)為 3232dW ?? 算得 W=， 抗扭截面系數(shù)為 1632dWT ?? 算得 WT=， 常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 27 最大彎曲應(yīng)力為 WMQA ?? 算得 σ A=， 扭剪應(yīng)力為 TWT1?? 算得τ =， 按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)于單項(xiàng)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，故取折合系數(shù)α =，則當(dāng)量應(yīng)力為 22 )(4 ???? ?? Ae 算得σ e=， 由表 311查得 45 鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉 強(qiáng)度極限σ B=650Mpa，由表 314 用插值法查得軸的許用彎曲應(yīng)力 [σ 1b]=60Mpa。軸承在 100℃以下工作，由表 316 查得 fT=1，由表 317 查得載荷系數(shù) fP=。 m，所以選用 SWC315CH1 型號(hào)的十字式萬(wàn)向聯(lián)軸器，參數(shù)為：疲勞轉(zhuǎn)矩： 63N m。 PLC 通過(guò)對(duì)設(shè)定膠量與當(dāng)前間隙的比較，發(fā)脈沖信號(hào)給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，然后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)作間隙調(diào)整。 PLC 編程思路流程及程序 編程思路流程 首先，位移傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際間隙傳送給 PLC， PLC 通過(guò)比較觸摸屏設(shè)定的間隙與實(shí)際間隙，發(fā)出脈沖給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整。因?yàn)閷?shí)際的機(jī)械控制中做不到絕對(duì)的 0，如果設(shè)定為一個(gè)點(diǎn)，則調(diào)整機(jī)構(gòu)會(huì)在 0 的兩端左右震蕩，而到不了 0，這樣會(huì)使機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，效率很低，所以實(shí)際結(jié)束的標(biāo)志設(shè)定為一個(gè)區(qū) 間，當(dāng)