【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相近的不同工件時(shí)只需要更換定向機(jī)構(gòu)。 （ a） （ b） (c) 1 料盤(pán)； 2 彈簧； 3 電磁振動(dòng)器； 4 底盤(pán)； 5 減振底腳 圖 31 振動(dòng)上料器外形及結(jié)構(gòu)示意圖 動(dòng)料斗由料斗、定向機(jī)構(gòu)、支承彈簧、電磁鐵和底座等組成。料斗多數(shù)為圓盤(pán)式 (也有直槽式 )，圓盤(pán)內(nèi)側(cè)有螺旋上升的斜料槽。定向機(jī)構(gòu)設(shè)置在料槽近出口處，工件經(jīng)過(guò)出口時(shí)沿斜料槽進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)。支承彈簧通常為 3或 4根板彈簧， 9 傾斜安裝。電磁鐵作為振動(dòng)源，接交流電源或通以半波整流的脈動(dòng)電流。銜鐵裝在料斗底部，氣隙可以調(diào)節(jié)。通電后，電磁鐵以一定頻率吸放銜鐵，于是帶動(dòng)料斗在傾斜安裝的支承彈簧支撐下往復(fù)扭轉(zhuǎn)和上下振動(dòng)。有的振動(dòng)料斗不用電磁鐵激振，而用凸輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu)或偏心塊等機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)作用。其外形圖如圖31所示。 振動(dòng)送料的原 理是借助料槽的微小振動(dòng)使工件依靠慣性力和摩擦力的綜合作用沿料槽斜坡向前向上移動(dòng)。當(dāng)料斗作扭轉(zhuǎn)和上下振動(dòng)時(shí) ,斗內(nèi)工件靠離心力向外貼著料斗壁進(jìn)入螺旋上升的斜料槽底部。斜料槽連同工件在向左運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還稍微向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)工件與料槽表面的摩擦阻力減小（甚至瞬時(shí)騰空），工件慣性力克服摩擦阻力，工件相對(duì)料槽向前爬坡滑動(dòng)。當(dāng)工件向右時(shí)還稍微向上運(yùn)動(dòng) ,工件與料槽表面的摩擦力加大 ,摩擦力克服慣性力，工件在斜料槽上并不或僅少許向后滑動(dòng)。這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，工件便在料斗扭轉(zhuǎn)和上下振動(dòng)的過(guò)程中沿著斜料槽一步步爬坡前進(jìn)。中小型振動(dòng)料斗的 工件移動(dòng)速度 v＝ 2～ 8 米 /分，主要與料槽振動(dòng)斜角 β 和料槽升角 α 有關(guān)，一般 β ＝ 10176?！?25176。， α ＝ 10176?！?5176。料斗振動(dòng)系統(tǒng)的自振頻率 f0應(yīng)稍大于電磁鐵的激振頻率 f， f0=(～ )f 。f0 決定于支承彈簧的剛度和振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量。為了增加容納量而又不過(guò)多地改變自振頻率，可安裝固定的附加料斗，使工件不全壓在振動(dòng)料斗上。 瓶蓋的定向 在后續(xù)的工序中，要求瓶蓋的瓶口必須朝上，這是這里必須解決的一個(gè)問(wèn)題。我采用在螺旋形供蓋處加個(gè)小設(shè)計(jì)。瓶蓋在料斗的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，瓶蓋會(huì)呈現(xiàn)四個(gè)姿勢(shì)，如圖 32所示。 圖 32 瓶蓋在料斗的姿勢(shì)圖 其中的三種姿勢(shì)，即 b， c， d 都不符合要求，必須剔除。姿勢(shì) b， c 從圖中就可以看出，側(cè)立著，必然不能保持平衡，自動(dòng)會(huì)掉落到原料中。對(duì)于姿勢(shì) d我在螺旋道上加一個(gè)“ E”形口，如圖 33所示。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 10 圖 33 螺旋形供蓋上的“ E”形缺口 從圖中很明顯可以看出瓶口朝下的瓶蓋在經(jīng)過(guò) E形口的時(shí)候會(huì)掉回原料中。 瓶蓋在理蓋機(jī)軌道上的運(yùn)動(dòng)分析 在離心力的作用下，運(yùn)動(dòng)到螺旋 形供蓋軌道上的瓶蓋會(huì)一邊靠到料斗的內(nèi)壁上，一邊向上移動(dòng)：因瓶蓋與料斗的內(nèi)壁是“線接觸”，摩擦力很小，所以，在下面的運(yùn)動(dòng)分析中就沒(méi)有考慮該摩擦力對(duì)瓶蓋的運(yùn)動(dòng)的影響。另外，“受力和運(yùn)動(dòng)分析”是只截取一小段滑道進(jìn)行的。 電磁鐵斷電時(shí)瓶蓋的受力分析：料斗受電磁鐵和支撐板彈簧的交替作用，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，在彈簧的力作用下，料斗內(nèi)壁上的滑道以加速度 a1 向右上方運(yùn)動(dòng)，這是的瓶蓋受力情況如圖 34所示。 圖 34 電磁鐵斷電時(shí)瓶蓋的受力情況 由此可得瓶蓋的受力平衡方程組為： Nm g co ssinma NFm g sinco sma 1 ?? ??? ?? ???1 式中 m—— 瓶蓋的質(zhì)量 a1—— 滑道的加速度 ? —— 滑道的振動(dòng)升角或瓶蓋的拋射角 11 ? —— 滑道的升角 F—— 瓶蓋與滑道之間的摩擦力 μ —— 摩擦系數(shù) N—— 滑道對(duì)瓶蓋的反作用力 電磁鐵通電時(shí)瓶蓋的受力分析：當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，滑道在電磁力的作用下，以加速度 2a 向左下方運(yùn)動(dòng)。此時(shí)（即電磁鐵通電瞬間），瓶蓋的受力情況如圖 35所示。 圖 35電磁鐵通電時(shí)瓶蓋的受力分析 由此得到瓶蓋的受力方程組為： ???? c o ss in s inc o s22 mgNma Fmgma ?? ?? 瓶蓋在滑道上的運(yùn)動(dòng)分析：在彈簧的作用力下，滑道以加速度 1a 向右上方運(yùn)動(dòng)時(shí)，也帶動(dòng)瓶蓋向上運(yùn)動(dòng)，而在電場(chǎng)力的吸引下，滑道以加速度 2a 向左下方加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，瓶蓋在慣性力的作品用下脫離滑道，繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)（即做瞬時(shí)微小的向前跳躍）。當(dāng)瓶蓋脫離滑道時(shí)， N =0，由式可得： ?? c o ss in2 mgma ? ， 所以，瓶蓋產(chǎn)生向前跳躍的條件為 ： ??singcosa ?2 送蓋機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)述 送蓋機(jī)構(gòu)作為一個(gè)中間的機(jī)構(gòu)，可以看出它是將上面整理出來(lái)的瓶蓋，更加精確的整理成一排緊密連接，具有確定位置的隊(duì)列。作為中間機(jī)構(gòu)，它又必須為后面的加工提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。所以它要提供瓶蓋前進(jìn)的動(dòng)力。并且本課題研醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 12 究的是雙排式的進(jìn)蓋機(jī)構(gòu)，于是，送蓋的軌道就有了簡(jiǎn)單的初始模型，其大致的瓶蓋前進(jìn)的過(guò)程示意圖如圖 36所示。 圖 36 瓶蓋前進(jìn)的過(guò)程示意圖 圖中黑色的圓圈代表瓶蓋，水平方向的線條代表軌道壁。從圖中就可以看出，瓶蓋的排列形式。 瓶蓋在送蓋軌道上大的運(yùn)動(dòng)與定位 由于振動(dòng)料斗理蓋機(jī)的出口比較高，所以瓶蓋是從軌道的高處滑下。因?yàn)槠可w是塑料的，并且軌道是金屬材料的，摩擦力將會(huì)比較小，這樣瓶蓋就會(huì)前進(jìn)一段路程。但這樣不能完全保證瓶蓋的穩(wěn)定前進(jìn)，如果會(huì)停止不前，將會(huì)給后面的加工帶來(lái)很大的麻煩。還有一個(gè)問(wèn)題就會(huì)后面的加工必須要有一個(gè)準(zhǔn)確的定位，這樣沖裁出來(lái)的鋁箔 片才會(huì)準(zhǔn)確掉入瓶蓋中。于是這里我就加入了一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，一種簡(jiǎn)單的卡輪。其外形和工作原理如圖 37所示。 圖 37 卡輪外形結(jié)構(gòu)圖 因?yàn)橐髢蓚€(gè)卡輪的轉(zhuǎn)速一樣，所以采用兩個(gè)型號(hào)一樣的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。每旋轉(zhuǎn) 90176。的圓心角，這個(gè)送蓋機(jī)構(gòu)就向前推了一排 (2 個(gè) )瓶蓋。旋轉(zhuǎn)一整周，將有 4 排 (8 個(gè) )瓶蓋經(jīng)過(guò)特型齒輪， 13 往前推進(jìn)，周而復(fù)始。該機(jī)構(gòu)不但能給瓶蓋自口進(jìn)以足夠的推力，而且能保證瓶蓋在進(jìn)入沖 裁位置時(shí)排列整齊，起到定位功能。這個(gè)定位功能是通過(guò)驅(qū)動(dòng)卡輪的電機(jī)與沖裁的電機(jī)一起協(xié)調(diào)所完成的。 由于加工的對(duì)象是塑料瓶蓋，其總重量在 20克左右，而且摩擦力也是較小，其產(chǎn)生的扭矩也就非常的小。雖然卡輪是塑料制造的，但也不會(huì)使卡輪受太大的扭矩而斷裂，這里就不用計(jì)算受力校核了。 送蓋機(jī)構(gòu)軌道的設(shè)計(jì) 對(duì)于現(xiàn)在復(fù)雜繁多的瓶蓋，要設(shè)計(jì)好軌道，這里可以有必要強(qiáng)調(diào)一下關(guān)于柔性制造的重要性。柔性制造可以表現(xiàn)為兩個(gè)方面：第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量；第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi) 部變化的能力，可用在有干擾情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來(lái)衡量?！叭嵝浴笔窍鄬?duì)于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但設(shè)備價(jià)格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件，難于應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替代，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否有能力在很短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出成本低，質(zhì)量高的不同品種產(chǎn)品 的能力。 本課題面對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品型號(hào)，最新設(shè)計(jì)一種大小可調(diào)的軌道。它可以適用與多種的瓶蓋，這樣就側(cè)面的減低了產(chǎn)品加工的成本，在市場(chǎng)劇烈的競(jìng)爭(zhēng)中，可以適應(yīng)復(fù)雜多變的市場(chǎng)，無(wú)形中提高的企業(yè)的生存能力。 一般的軌道設(shè)計(jì)如下圖 38所示。從圖中可以看出這種軌道只能適應(yīng)一種瓶蓋的加工，非常不符合現(xiàn)在復(fù)雜多變的市場(chǎng)。 圖 38 傳統(tǒng)的軌道結(jié)構(gòu)圖 從圖中可以看出，傳統(tǒng)的導(dǎo)軌只適合一種型號(hào)的瓶蓋。忘了適應(yīng)市場(chǎng)的要求，一定會(huì)生產(chǎn)不同的型號(hào)的瓶蓋，也就是說(shuō)，要更換 設(shè)備才能適應(yīng)。這樣就會(huì)加大生產(chǎn)的成本。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 14 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)的導(dǎo)軌。其結(jié)構(gòu)圖如圖 39所示。 圖 39 可調(diào)節(jié)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖 從圖中可以看出，本課題的導(dǎo)軌只是把兩邊的導(dǎo)軌壁和導(dǎo)軌底面分離開(kāi)來(lái)，然后用螺栓固定在導(dǎo)軌底面。并且這個(gè)螺栓連接是可調(diào)的，并沒(méi)有被卡死。當(dāng)要求加工新型號(hào)的產(chǎn)品時(shí)，只要松開(kāi)螺栓，調(diào)節(jié)好導(dǎo)軌的寬度，在擰緊螺栓就可以了。因?yàn)閷?dǎo)軌在水平面上收到的力可以忽略不計(jì)，螺栓也就不用計(jì)算強(qiáng)度，更加不用強(qiáng)度校核。 送蓋機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析與電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)必須為卡輪提供足夠的轉(zhuǎn)矩，來(lái)克服 (1)卡住的瓶蓋和軌道的摩擦力； (2)卡輪本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； (3)卡輪位置之后瓶蓋列和軌道的磨擦力。 才能保證送蓋機(jī)構(gòu)能推動(dòng)瓶蓋在軌道上前進(jìn)。 卡輪送蓋過(guò)程中，瓶蓋和金屬材質(zhì)軌道底以及軌道壁產(chǎn)生摩擦阻力，但是因?yàn)槠可w質(zhì)量太輕 (約 12克 )的緣故，磨擦力幾乎可以忽略不計(jì)。 卡輪材料為聚四氟乙烯，其質(zhì)量較輕 (大約 269)，其本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也很?。? 瓶蓋在送到卡輪位置之前，傾斜的軌道能給瓶蓋下滑提供動(dòng)力。在卡輪位置之后的軌道很短 (大約 3~4個(gè)瓶蓋直徑的長(zhǎng)度 )，雖然瓶蓋列完 全依賴卡輪的撥動(dòng)才能前進(jìn)，但是瓶蓋列的和軌道底的摩擦阻力也非常小。 15 圖 310 42BYGH250A型四相步進(jìn)電機(jī) 由于扭矩實(shí)在太小，不可能超過(guò)軸的材料承受范圍，因此無(wú)需對(duì)卡輪的傳動(dòng)軸進(jìn)行校核。直接選取上海固若金電子有限公司型號(hào)為 42BYGH250A 的四相步進(jìn)電機(jī)，其外形如圖 310所示。他的參數(shù)為：額定電壓 12V，保持轉(zhuǎn)矩 ，額定電流 ，定位轉(zhuǎn)矩， ，電阻 30Ω，步矩角 176。電感 37mH，運(yùn)行矩頻特性分別為 、 、 。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究 16 4 送鋁箔片機(jī)構(gòu) 傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本設(shè)備所用的墊片材料，是單面鍍金屬膜的紙條，有一定厚度和硬度。初始狀態(tài)是卷在軸筒上，就如同日常生活所用卷筒紙。但是在紙條到達(dá)沖裁機(jī)構(gòu)時(shí)，事先要拉直攤平，再傳送到排列好的瓶蓋正上方?？紤]到在裁減之后，紙條中間會(huì)有規(guī)則排列的圓形孔洞，如果在沖裁機(jī)構(gòu)后面用拉的方式送紙，可能會(huì)因?yàn)槭芰c(diǎn)過(guò)小而將紙條拉斷。所以本課題擬在沖裁機(jī)構(gòu)之前，用兩個(gè)圓形滾筒來(lái)送紙。如圖 41 所示，主動(dòng)滾筒由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)。只要滾筒 間距適當(dāng)，能產(chǎn)生足夠的摩擦力，而帶動(dòng)滾筒的電機(jī)功率足夠，滾筒送紙還能有將原本卷曲的紙條壓直的效用。 圖 41 鋁箔片傳送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核 滾筒軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或者扭轉(zhuǎn)變形，若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)械應(yīng)有的工作性能。 1． 主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 [17]為： ? ?T3TT nPWT ?? ??? 95500 （ 41） 其中 T? 和 [T? ]分別表示扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位 MPa： T表示軸所受扭矩，單位為 N． mm； WT表示軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 3mm ； n表示軸的轉(zhuǎn)速，單位 r/min； P 表示軸傳遞功率，單位 Kw； d 表示計(jì)算截面處軸的直徑，單位mm。 17 由上式可得軸的直徑必須滿足條件： ? ? ? ? 3033 T3 T P955000 0d ????? ?? （ 42） 送紙滾筒軸承材料為 45鋼， [T? ]=2545MPa，則 Ao=103～ 126，取 Ao=103。又直徑 d ≤ IOOmm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 5%～ 7％。滾筒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為轉(zhuǎn) 135176。角停一次，總共 耗時(shí)大概 1 秒鐘，轉(zhuǎn)速 n =45? r/min。據(jù)此計(jì)算軸不會(huì)被扭斷的最小直徑為 6mm，而設(shè)計(jì)用軸直徑為 15mm，因此送紙滾筒的主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度足可滿足要求。 P =100N fF =50N F2=50N