【正文】 、制造容易、成本低、維修方便、壽命長(zhǎng)、泄露少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但膜片的變形量有限，其行程較短。中蓋與缸筒固定，它和活塞把氣缸分割成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞桿腔。 ⑤擺動(dòng)氣缸 擺動(dòng)氣缸是由一個(gè)雙作用葉片式馬達(dá)和一個(gè)普通雙作用氣缸組成。 氣缸的活塞上裝有一個(gè)永久磁環(huán)，用行程開(kāi)關(guān)可對(duì)氣缸直線行程位置進(jìn)行檢測(cè)。之間無(wú)級(jí)可調(diào)，氣缸行程范圍為 1100mm。 擺動(dòng)氣缸的活塞桿有中空雙活塞桿型的，可用于真空、噴射等。按結(jié)構(gòu)形式可分為：葉片式、活塞式、齒輪式等?；钊綒怦R達(dá)在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械，如起重機(jī)、絞車(chē)絞盤(pán)、拉管機(jī)等。額定轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿资D(zhuǎn)到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。 ⑥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易 ⑦輸出功率相對(duì)較小，最大只有 20KW左右。 ①手指氣缸 手指氣缸俗稱(chēng)抓手，是目前氣動(dòng)機(jī)械手在抓取技術(shù)中應(yīng)用最普遍的方式之一。因此，它是一種十分經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的真空系統(tǒng)，尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空吸盤(pán)最小吸力為 ，最大吸力可達(dá) 606N。 20176。 氣動(dòng)機(jī)械手在抓取物體時(shí)，究竟是選抓手，還是選真空吸盤(pán)，是沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定的，一般根據(jù)具體工況而定。 16 （如 Z軸）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 可選擇齒輪齒條缸或擺動(dòng)氣缸，但擺動(dòng)氣缸一般是用作氣動(dòng)機(jī)械手的手臂，在其上連接氣動(dòng)手指，而本方案的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，考慮到齒輪齒條缸定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，于是選用齒輪齒條缸。考慮到工件的形狀是圓柱體，宜采用手指氣缸，手指氣缸里平行手指氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能明確，兩個(gè)手指夾持圓柱形工件的兩個(gè)端面，接觸面積大，抓取穩(wěn)定，于是采用兩手指的闊形氣動(dòng)手指氣缸。 ?、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。普通氣缸有圓柱形的活塞桿 ，并且其動(dòng)力的輸出也是通過(guò)活塞桿與外界相連來(lái)實(shí)現(xiàn)的，于是普通氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算選型有它的一整套的流程： ①由工況來(lái)確定氣缸的實(shí)際負(fù)載： ②由氣缸的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)確定氣缸負(fù)載率 ? ； ③由公式?負(fù)載率氣缸的實(shí)際負(fù)載氣缸的理論輸出力 FF 0 ?算出氣缸的理論輸出力； ④由公式pFD ? 04?計(jì)算出氣缸的缸徑； ⑤查表按推薦值取活塞桿的直徑。 m,M3= m,M3=48N齒輪齒條 缸只需克服摩擦力和摩擦力矩等 。以下分別介紹氣缸各種基本密封以及本方案的選擇。 ②活塞的密封 活塞有兩處地方需要密封：一處是活塞與缸筒間的動(dòng)密封，除了用 O 型密封圈 27 和唇形圈外，也有用 W形密封圈，它是把活塞與橡膠硫化成一體的一種密封結(jié)構(gòu)， W形密封是雙向密封，軸向尺寸小。本方案里選用的是 O 形密封圈和防塵組合密封圈。 （ 4）動(dòng)作時(shí)間計(jì)算 stttstsatsmsa2002/2211222???????????????? （ 5）緩沖性能校核 氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到行程終端位置時(shí)，為避免活塞與缸蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞而造成機(jī)件變形、損壞及極強(qiáng)的噪聲，氣缸必須采用緩沖裝置。在活塞高速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞右腔的空氣經(jīng)缸蓋柱塞孔和進(jìn)排氣口排向大氣。改變節(jié)流閥的開(kāi)度，就可以調(diào)節(jié)緩沖速度。 29 軸的 支承采用一對(duì)滑動(dòng)軸承，由于軸既承受軸向載荷，又承受徑向載荷，而角接觸球軸承正好能夠承受這種載荷，并且采用一對(duì)角接觸球軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)，故本方案里采用了一對(duì)角接觸球軸承，并且采取反裝的安裝形式，為了避免兩個(gè)軸承之間同心的問(wèn)題，選取了兩個(gè)大小不同軸承，一個(gè)是 7206C,一個(gè)是7207C。所以，在此過(guò)程中，軸并沒(méi)有傳遞有效功率。初始條件為：傳遞功率 P=，轉(zhuǎn)速n=，齒輪的齒寬 B=36mm，齒數(shù) Z=30，模數(shù) m=3mm，軸端裝有法蘭。參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可確定軸的各段尺寸，又為便于裝拆方便與軸的生產(chǎn)加工，初步確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖 軸的結(jié)構(gòu)尺寸 31 圖 軸的結(jié)構(gòu)尺寸 （ 4）按彎扭合成校核 ①畫(huà)出受力簡(jiǎn)圖（如圖 12 軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖） 畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖，求出支反力，對(duì)于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩（因軸上零件如齒輪、法蘭等均有寬度）可當(dāng)作集中力作用于 軸上零件的寬度中點(diǎn)。 aa 處的當(dāng)量彎矩為 mmNM aca ?? 157003 bb 處的當(dāng)量彎矩為 mmNRM Bbca ????? 1 1 7 0 3 1)( 強(qiáng)度校核：查表得， ? ? ? ?bbcabacabbcabcaaacaacabaM P aM P aWMM P aM P aWMcmdWcmdW11333333,32323232???????????????????????????? 所以，軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 軸承的軸向載荷為 ? ?? ?N170gmmmm?????????????? 軸連垂直氣缸水平氣缸手指工件 mmF A 34 圖 軸承部件受載荷示意圖 以下是壽命校核的過(guò)程： 軸承 1： 30207，軸承 2： 30206 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》滾動(dòng)軸承樣本得， NCNC NCNC rr rr 15000,23000:30206 20210,30500:30207 00 ?? ?? 由《機(jī) 械設(shè)計(jì)》表 88查得， ? ??pf ①計(jì)算派生軸向力 S1,S2 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 89查得 30200 型軸承派生軸向力 S=，則可求得軸承 1，2的派生軸向力為： NNFS NNFS rr 22 11 ???? ???? ②計(jì)算軸承所受的軸向載荷 因?yàn)? ????? AFS 并由圖 分析知，軸承 2 被“壓緊”，軸承 2 被“放松”。 所有機(jī)械手的動(dòng)作均由氣壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手臂的伸出、回縮、提升、下降等動(dòng)作的轉(zhuǎn)換時(shí)在電磁閥換向閥和限位開(kāi)關(guān)的控制下進(jìn)行的。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升 /下降按鈕，機(jī)械手在滿(mǎn)足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng) 作，其它動(dòng)作以此類(lèi)推。 該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將 其工作方式選擇開(kāi)關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。當(dāng)電磁線圈 4Y1 的電視主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到 4QS1 處，旋轉(zhuǎn)停止，反轉(zhuǎn)即使 4Y1 得電，到 4QS2 處時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)。以免發(fā)生錯(cuò)誤和危險(xiǎn)。如果此時(shí)機(jī)械手不在原位， M0 將被復(fù)位，初始步不為活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在單步，單周期，連續(xù)方式下工作。程序梯形圖如下圖 所示： 43 手動(dòng)程序 （ 3）自動(dòng)程序 自動(dòng)程序由控制單周期、連續(xù)、和單步的程序組成。 M9 變?yōu)?ON，機(jī)械手松開(kāi)和上升，知道達(dá)到限位位置處。 在本次設(shè)計(jì)中，我們有大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，于是圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)成了我很好的助手。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。還有很多工作要做。從接到課題到項(xiàng)目的最終完成，唐老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。我學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的實(shí)踐知識(shí)，尤其對(duì)電路設(shè)計(jì)有了更深刻的理解，了解了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和調(diào)試技術(shù)。是他們教會(huì)我做人做事的道理，他們的諄諄教導(dǎo)是 .我前進(jìn)的強(qiáng)大動(dòng)力和堅(jiān)實(shí)后盾。還是寢室里的歡聲笑語(yǔ)，都留下了我們最美好的回憶。唐老師的言傳身教我將謹(jǐn)記遵循，他淵博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度將是我收益終生。 當(dāng)然，這里更要感謝的是唐老師，他是我這次 畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師。 感謝我的同學(xué)。 在此有無(wú)數(shù)感謝。在此向唐老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 49 六 . 致 謝 本設(shè)計(jì)及論文是在我的指導(dǎo)老師唐老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。我們學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益非淺。 回原位程序梯形圖圖下圖 所示： 回原位程序 48 五 . 工作總結(jié) 在本次課程設(shè)計(jì)中，采用了 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，完成了控制電路設(shè)計(jì)，在PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的過(guò)程中根據(jù)控制系統(tǒng)的控制電路完成了 PLC 梯形圖控制程序，在課程設(shè)計(jì)中還繪制了系統(tǒng)工作流程圖。 單步與非單步的區(qū)分：系統(tǒng)工作在連續(xù)或者單周期工作方式時(shí)， X11 的常閉觸點(diǎn)接通是輔助繼電器 M12 接通，串聯(lián)在各步電路中的 M12 的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的 M11 復(fù)位，否則系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式然后又返回自動(dòng)方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤動(dòng)作。左限位開(kāi)關(guān) X上限位開(kāi)關(guān) X2 的常開(kāi)觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開(kāi)的 Y1的常閉觸點(diǎn)的電路接通是，表示“原為條件”的輔助繼電器變?yōu)?ON。 FX2n48MR 輸入輸出皆有 24個(gè)點(diǎn)，滿(mǎn)足控制要求而又節(jié)約成本， I/O 口端子接線圖如圖 所示： 40 圖 I/O口端子接線圖 輸入輸出觸點(diǎn)分配及使用如圖標(biāo)注所示。 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖 所示： 39 圖 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安排圖 1：手動(dòng)截止閥 2：儲(chǔ)氣缸 3：分水濾氣器 4：減壓閥 5： 油霧器 9：節(jié)流閥加單向閥 1 1 13：雙電兩位三 通電控閥 工作方式伸縮，上下，夾緊與旋轉(zhuǎn)部分： 電磁線圈 3Y2 得電，手臂伸出。 單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。 37 四 . 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 . 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作 過(guò)程 圖 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程 如圖 所示由夾緊，升降兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，夾緊缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，升降缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；伸縮缸實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。軸承的受力平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速 n=。 ②軸受力分析 軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩 mmNnPT ??????? 66 齒輪的圓周力 NdTF t 3995908988222 ???? ③計(jì)算作用于軸上的支反力 32 NFRRNFRtABtA3 1 4 63 9 9 57 1 4 17 1 4 13 9 9 ??????????? ④計(jì)算軸的彎矩，并畫(huà)出彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖（如圖 軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖） ⑤計(jì)算并畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖 圖 軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖 ⑥校核軸的強(qiáng)度 一般而言，軸的強(qiáng) 度是否滿(mǎn)足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面校核即可，而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。 （ 1）選擇軸的材料 選擇軸的材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 61查得：? ? M P a M P aM P aM P aM P ab sb 60 46?？傊?，在此，為校核 軸的強(qiáng)度，可設(shè)定軸上傳遞的功率P=。其中，齒輪是齒輪齒條缸的一部分，是與齒條相嚙合的。 5．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及軸承的壽命校核 在本方案里軸是起立柱的作用，將齒輪齒條缸產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)通過(guò)軸傳給垂直氣缸，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作，首先必須實(shí)現(xiàn)齒輪齒條缸的齒輪與軸的連接，以及軸和垂直氣缸的連接，其次就是軸的支承。于是，封閉在活塞和缸蓋之間的環(huán)形腔室內(nèi)的空氣只能通過(guò)節(jié)流閥排向大氣。由于本方案里所選擇的氣缸的缸徑大于 16mm，故所采用的是氣墊緩沖結(jié)構(gòu)。這種緩沖專(zhuān)用密封的性能比前者好。本方案里活塞與缸筒間的動(dòng)密封選用 U 形密封圈，活塞與活塞桿連接處的靜密封選用 O形密封圈。有時(shí) 也采