【文章內(nèi)容簡介】 5mm。 總體方案 固定式螺絲裝配設(shè)備通俗 的講就是用自動(dòng)化裝配完成一個(gè)擰緊螺絲的工作，該裝備其實(shí)就是代替 手臂的作用，進(jìn)行螺釘輸送，送到指定位置，再擰緊。由此可以看出該設(shè)備主要由兩大部分組成。一個(gè)是送螺絲機(jī)構(gòu)，一個(gè)是擰緊螺絲機(jī)構(gòu)。 本 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是識 別螺釘?shù)轿慌c否并進(jìn)行擰緊動(dòng)作。擰緊 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由電批完成 ，但是 還要有下降的動(dòng)作才能完成擰緊，因此還要設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成電批頭的下降動(dòng)作。通過資料參考，決定設(shè)計(jì)方案以 PLC 為核心，通過各種感應(yīng)開關(guān)識別螺釘?shù)轿慌c否，再通過一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)下降電批完成擰緊工作。 但是考慮到，電批頭的下降運(yùn)動(dòng)要符合擰緊螺釘?shù)男谐?，因此還要設(shè)計(jì)一緩沖環(huán)節(jié)來 時(shí)限電批下降速度與螺釘擰入速度之間的緩沖讓其 行進(jìn)的速度距離符合螺絲的擰緊，通過實(shí)驗(yàn)論證，最終選擇用一彈簧來完成緩沖作用。 總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如 下 圖 所示。 圖 總體運(yùn)動(dòng)簡圖 方案可行性分析 首先從技術(shù)上分析，本設(shè)計(jì)所采用的零件或者選取的部件都是我們所常見的，并且在裝配上都是簡單的連接，并沒有什么技術(shù)難題，而再從經(jīng)濟(jì)上考慮，所用到的東西都 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁 是市場上大量存在的，并且沒有十分昂貴的東西，也是我們可以承受的。因此總體來說，本次設(shè)計(jì)的總體方案是可行的。 電批下降 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 經(jīng)分析，明確電批下降所需要的運(yùn)動(dòng)方式為直線上 的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而對于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) 可以由電、液壓或氣壓幾種 傳動(dòng) 方式 。電傳動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，機(jī)電一體化，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)方式；液壓是以液體為工作介質(zhì)，利用液體的 壓力能來提供動(dòng)力輸出；氣壓則是以空氣作為工作介質(zhì)，以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源的傳動(dòng)方式。這幾種傳動(dòng)方式在不同場合有著不同的應(yīng)用。 下面就這幾種 傳動(dòng) 方式 在本設(shè)計(jì)中 的利弊進(jìn)行分析并 從中選取最適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式： 機(jī) 電傳動(dòng) 機(jī)電傳動(dòng)（又稱電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng)） 顧名思義就是 以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī) ， 驅(qū)動(dòng) 生產(chǎn)機(jī)器的 系 統(tǒng)總體概括。 [1]他的任務(wù) 是將 傳來的 電能 通過能量轉(zhuǎn)換為我們所需要的機(jī)械能 ，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 機(jī)器的開始、停車 以及 運(yùn)動(dòng)快慢的 調(diào)節(jié)，滿足 種種我們所需要的生產(chǎn)要求來完成生產(chǎn)，保證各項(xiàng)生產(chǎn)過程能夠順利的進(jìn)行 。 一般情況，機(jī)電傳動(dòng) 都是用來對大功率的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)力輸出。而本設(shè)計(jì)中，只是驅(qū)動(dòng)電批的小行程、低功率的動(dòng)作輸出，沒有必要選取機(jī)電傳動(dòng)。況且，對于機(jī)電傳動(dòng)來說，還要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)等器件的選取，體積大、占地面積多，不利于本機(jī)構(gòu)的簡化。再從經(jīng)濟(jì)上考慮，一般電動(dòng)機(jī)都比較昂貴，也會增加設(shè)計(jì)的成本。因此，綜合考慮，不選取機(jī)電作為電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式。 液壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)是 以液體為工作介質(zhì)的流體運(yùn)動(dòng)， 其主要是利用液體的壓力能的液體傳動(dòng)[2]。液壓傳動(dòng)與機(jī)電傳 動(dòng)相比具有大致以下優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)的各種元件可以依靠我們的需要，空間的局限等要求 來自由安放，靈活性大； 他的體積不大，從而重量也很輕，占用空間小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度較其他傳動(dòng)方式較快；操縱控制方便，調(diào)速范圍可達(dá)2020:1；同時(shí)依據(jù)他自身的優(yōu)越性，可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；一般采用礦物油為介質(zhì)，相對運(yùn)動(dòng)可自行潤滑，使用壽命長；很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；同時(shí)他還可以很容易的 實(shí)現(xiàn)遙控[2]。但 是由于流體 流失的阻力損失和泄露較大，他的傳 動(dòng)效率低，如果處理不當(dāng)，還會發(fā)生爆炸和火災(zāi)事故，因此安全系數(shù)低。另外 工作性能容易受到 溫度變化的影響，不易在很高或者很低的溫度下工作，工作條件要求高。對于本設(shè)計(jì)，安全性作為首 要考慮因素，再 從經(jīng)濟(jì) 等 方面考慮，液壓傳動(dòng)價(jià)格昂貴，還需要較高的維修技術(shù)水平。 因此，綜 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁 上所述，液壓也不是本設(shè)計(jì)的最佳傳動(dòng)方案。 氣壓 傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng)簡稱氣動(dòng)， 他的動(dòng)力來源是空氣壓縮機(jī)。以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量和信號傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要手段之一 [2]。氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是空氣，流動(dòng)損失小，空氣取之不盡，適應(yīng)遠(yuǎn)距離輸送。廢氣排放處理簡單，無污染，成本低。同時(shí)他的壓力等級低，使用安全，氣動(dòng)執(zhí)行元件響應(yīng)速度快，反應(yīng)動(dòng)作靈敏，能很好的適應(yīng)沖擊負(fù)載，工作環(huán)境要求低 。但是他也有定位精度低、信 號傳遞速度慢，不易用于傳遞速度高的復(fù)雜控制系統(tǒng)、輸出力小、輸出功率小等缺點(diǎn)。 根據(jù)自己的需要，對于要設(shè)計(jì)的固定式自動(dòng)螺絲自動(dòng)裝配設(shè)備來說，所需要的運(yùn)動(dòng)方式為直線運(yùn)動(dòng)，完成四個(gè)螺釘?shù)臄Q緊過程所要求的輸出力與輸出功率也不是很大，同時(shí)考慮到安裝復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、占用空間等方面，最終選取氣動(dòng)方案。 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 第三章 各部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 總體布局 設(shè)計(jì) 氣缸放在最上端驅(qū)動(dòng)電批上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 完成擰螺絲所需要的進(jìn)給。電批需要加長機(jī)構(gòu)，加長的電批機(jī)構(gòu)用兩個(gè)滑動(dòng)架來進(jìn)行軸向固定 。 由于每兩個(gè)螺 紋孔的間距僅為21mm，而電批直線排列不能滿足要求，又要保證完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即滿足軸不在同一直線上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此要用到萬向聯(lián)軸器來完成。 整個(gè)過程氣缸的伸縮運(yùn)動(dòng)用 PLC 來進(jìn)行控制 。 萬向節(jié)部分總體設(shè)計(jì) 萬向節(jié)部分 主要是用來延長電批，實(shí)現(xiàn)軸線不在同一條直線上得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并有行程緩沖環(huán)節(jié)，能保證電批頭的行程與螺釘擰進(jìn)的行程一致。經(jīng)過設(shè)計(jì)，萬向節(jié)部分主要由電批、連接軸 十字萬向聯(lián)軸器連接軸、連接軸 彈簧、套筒、滑動(dòng)軸 電批頭 等組成。其結(jié)構(gòu)如下圖 。 螺釘經(jīng)送料裝置送到指定位置時(shí)，傳感器檢測信號 ， PLC 發(fā)送信號 控制 氣缸和電批 的動(dòng)作 ，氣缸驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)部分整體向下運(yùn)動(dòng)，電批負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過彈 簧這一緩沖環(huán)節(jié)，將氣缸伸縮的距離緩沖成擰緊螺釘需要的行程與距離。螺釘擰緊后 ，再通過 PLC 發(fā)送信號給氣缸與電批，氣缸收縮，電批停止旋轉(zhuǎn)。 1電批 ； 2連接軸 1； 3十字萬向聯(lián)軸器 ； 4連接軸 2； 5套筒 ； 6壓縮彈簧 ； 7銷釘 ； 8滑動(dòng)軸； 9電批頭 圖 萬向節(jié)部分裝配體 萬向節(jié)部分軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 8 頁 該部分的軸組要承載扭轉(zhuǎn)力，所以 主要根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 螺釘為 M4，螺距 2mm左右，擰進(jìn) 25mm，初步計(jì)算所需要的扭轉(zhuǎn)力為 m 根據(jù)軸的強(qiáng)度校核公式 [3]： ? ?TTT d nPWT ?? ???9 5 5 0 0 0 0 （ ） 式中： T? — 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa T— 軸所受的扭矩， N mm WT— 軸的抗扭截面系 數(shù) n— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min P— 軸傳遞的功率 d— 計(jì)算截面處軸的直徑， mm ??T? — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa 再由： TW 316d?? （ ） 由上公式可以導(dǎo)出 ： ?d 316??TT （ ） 根據(jù)材料參數(shù)，選用 45號鋼， ??T? =30MPa,帶入數(shù)據(jù)可得許用直徑為： mmd ? 因考慮到，軸的一部分會以空心形式存在，因此初步定軸的直徑為 10mm。設(shè)空心部分直徑為 6mm。進(jìn)行強(qiáng)度校核。同樣由上公式，但是軸的截面系數(shù)公式不同，如下： [4] TW )1(16 43 ?? ?? D （ ） 帶入數(shù)值計(jì)算得結(jié)果 ： ? ?TMPa ?? ?? 因此強(qiáng)度有保證。 再根據(jù)彎扭條件進(jìn)行校核： 對于連接軸 2，其直徑 10mm，長度 100mm,進(jìn)行彎扭結(jié)合強(qiáng)度校核： 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁 他的扭矩圖如下圖（ ） ： 圖 連接軸 2的扭矩圖 其彎矩可進(jìn)行估算得，并畫出彎矩圖如下圖 （ ） ： 圖 連接軸 2的彎 矩圖 根據(jù)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，如下式： ? ???? 221 TMW () 可得 221 TMW ? =。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用力 ??? =85MPa，因此強(qiáng)度足夠。 而對于套筒與滑動(dòng)軸部分，其只受到扭轉(zhuǎn)力的作用，彎曲力的作用可以忽略不計(jì)，因此由扭轉(zhuǎn)力矩計(jì)算出的軸滿足彎曲強(qiáng)度。 對于套筒與滑動(dòng)軸 的長度，主要跟氣缸桿的伸縮相關(guān)聯(lián)。氣缸伸縮的行程不能太長也不能過短。如果太長，那么將會造成較大的緩沖 行程，需要很長的軸來進(jìn)行緩沖，這樣會給整體機(jī)構(gòu)帶來不協(xié)調(diào)，造成細(xì)長軸，浪費(fèi)材料。但是，也不能過短。如果過于短，那么將會沒有足夠行程來保證擰緊螺釘，有可能造成螺釘擰的不緊，螺釘 松動(dòng)，產(chǎn)生次品，這樣也會造成成本的提高。因此綜上分析，再根據(jù)一般氣缸的行程，決定選取氣缸的行程在 150mm 左右，因而， 滑動(dòng)軸 與套筒相滑動(dòng)的部分為 150mm，因而 滑動(dòng)軸 定為270mm(因?yàn)檫€一部分要安裝電批頭 ),套筒定為 200mm。 十字萬向聯(lián)軸器的選取 為了完成不同軸線的旋轉(zhuǎn)問題，本設(shè)計(jì)采取加用十字萬向聯(lián)軸器，根據(jù)上邊軸的尺寸的計(jì)算，最終選取結(jié)果為 WSD1 類型的十字萬向聯(lián)軸器。 [3] 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁 氣缸的選取與計(jì)算 、校核 氣缸的選取 氣缸一般可分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等。下圖 為一般普通氣缸的零件組成。 1組合防塵圈； 2前端蓋； 3軸用 YX 密封圈； 4活塞桿； 5缸筒； 6活塞； 7孔用 YX 密封圈； 8緩沖調(diào)節(jié)閥； 9后端蓋 圖 單作用氣缸一般可分為 活塞式與膜片式兩大類，而活塞式又可分為單活塞與雙活塞兩類，單活塞又可分為有桿氣缸跟無桿氣缸兩類，其中有桿氣缸又分為單作用與雙作用之分，同樣雙活塞桿也是有這兩種。而膜片式一般有平膜片、滾動(dòng)膜片、皮囊三類。 單作用氣缸一般 都是通過對空氣的壓縮驅(qū)動(dòng)活塞或者柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其中活塞式是靠 如重力等外界力量復(fù)位，活塞式跟薄膜式氣缸還可以借助彈簧等復(fù)位。柱塞式氣缸擁有較好的負(fù)載穩(wěn)定性 ，但是輸出力小，主要用于小直徑氣缸。當(dāng)活塞式氣缸借助彈簧復(fù)位時(shí) 。概括而言，單作用氣缸總體適用短行程，小直徑。擁有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。 雙作用氣缸通俗的講就是通過壓縮空氣能夠驅(qū)動(dòng)活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。有的安裝有緩沖裝置來對活塞接近終點(diǎn)時(shí)進(jìn)行 降速調(diào)節(jié) ， 以免過大載荷的沖擊。 調(diào)節(jié)的就叫做可調(diào)緩沖氣缸，不可調(diào)節(jié)緩沖 降 速數(shù)值的就為不可調(diào)緩沖氣缸。 特殊氣缸種類很多，常見的有串聯(lián)氣缸、差動(dòng)氣缸、增壓氣缸、伸縮氣缸、雙活塞氣缸、沖擊式氣缸 、多為氣缸等等。 通過對氣缸資料的參考，本設(shè)計(jì)所需要?dú)飧昨?qū)動(dòng)完成的運(yùn)動(dòng)為上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 再從經(jīng)濟(jì)性、可行性、安裝復(fù)雜性、通用性考慮等，最終決定 選取一個(gè)普通的雙作用氣缸就