【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)的設(shè)計，進(jìn)一步鞏固與深化學(xué)生對理論課程及實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能來分析和解決相關(guān)專業(yè)問題，以及收集、整理、分析、利用資料的能力，使學(xué)生受到工程師工作能力的綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的獨(dú)立工作能力與綜合素質(zhì)。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 第 2 章 整體 方案 設(shè)計 設(shè)計 參數(shù)與技 術(shù)要求 包裝規(guī)格為 5 號電池， 電池包裝的基本要求： 2 節(jié)電池為一袋，一分鐘包裝 20 袋 。 電池包裝機(jī)的傳動原理 圖 21 電池包裝機(jī)整體方案 五號 電池包裝 機(jī)的總 體 傳動方案如上圖 21 所示，它 由 1 個電池集料槽、 4 個電池通道、 4 個推桿、 1 個真空吸盤、 1 把切斷刀、膠輥、包裝袋托架 等組成。 集料槽下端出口處傾斜能夠使電池自動滑入軌道 ， 由集料槽出來的電池進(jìn)入一號通道 ，寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 通道的寬度剛好能容納兩節(jié)縱向放置電池，由 伺服電 動機(jī)正轉(zhuǎn)帶動 絲杠正轉(zhuǎn)，從而帶動一號通道的 推桿 （即絲杠螺母）沿著一號通道向前移動， 將電池推到 二號通道 指定的位置 后 ，電動機(jī)反轉(zhuǎn) 使 推桿回到原位。此時的電池 已經(jīng) 進(jìn)入 二 號通道， 二號通道的 電動推桿將橫放的電池推入到由吸盤吸起的包裝袋內(nèi)（ 吸盤由電磁閥通電控制工作，上 吸盤 和切斷刀連接在另一 電磁閥 推桿上，上 吸盤 及切斷刀 能 隨電磁閥推桿 上下運(yùn)動 ，推桿向下運(yùn)動時 帶著切刀 將 包裝袋切斷， 推桿向上運(yùn)動時 吸 盤 提 起包裝袋向上提升 2 厘米）， 第三 通道的 推桿將縱向的含在包裝袋里的電池推入到 四號 通道，最后由第 四號通道的 推桿將電池推送到傳送帶 ， 傳送帶 由 一步電動機(jī)控制，傳送帶上有等間距的 小格，每一小格能容納兩節(jié)五號電池 ，每次工作時格子底部與電池底部在同一水平面 ， 電池經(jīng)傳送帶送入高溫箱 ， 出來冷卻 即 達(dá)到包裝效果。 每次包裝袋切斷后由電動機(jī)帶動膠輥將放在托架上的包裝袋輸送到吸盤處。 對于本 五號電池 傳動方案 ： 結(jié)構(gòu)簡單，制造調(diào)試方便， 由于采用了四個伺服電動機(jī)及兩個電磁閥，因此要對協(xié)調(diào)控制要求較高。 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 第 3 章 傳動設(shè)計 與計算 電動 推桿設(shè)計 計算 電動推桿如下圖 31 所示，由伺服電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動使通道中的滑塊 做直線 移動 。 圖 31 電動推桿傳動方案 伺服電機(jī)的選擇 1）機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則 現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動，這對電機(jī)的動力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負(fù)載要求的電動機(jī)，然后再從中按價格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī)。 （ 1）傳統(tǒng)的選擇方法 這里只考慮電機(jī)的動力問題，對于直線運(yùn)動用速度 v(t)，加速度 a(t)和所需外力 F(t)表示，對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用角速度 ? (t)，角加速度 ? (t)和所需扭矩 T(t)表示，它們均可以表示為時間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然，電機(jī)的最大功率 P 電機(jī)，最大 應(yīng)大于工作負(fù)載所需的峰值功率 P 峰值 ，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實(shí)際的傳動機(jī)構(gòu)中它們是受限制的。用 ? 峰值 ， T 峰值 表示最大值或者峰值。電機(jī)的最大速度決定了減速器減速比的上限， n 上限 =? 峰值，最大 /? 峰值 ，同樣，電機(jī)的最大扭矩決定了減速比的下限， n 下限 =T 峰值 /T 電機(jī)，最大 ，如果 n 下限 大于 n上限 ，選擇的電機(jī)是不合適的。反之，則可以通過對每種電機(jī)的廣泛類比來確定上下限寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機(jī)的原則是不充分的，而且傳動比的準(zhǔn)確計算非常繁瑣。 （ 2）新的選擇方法 一種新的選擇原則是將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅(qū)動裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較更方便，另外 ，還提供了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負(fù)載情況；將負(fù)載和電機(jī)的特性分離開；有關(guān)動力的各個參數(shù)均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機(jī)。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機(jī)是否能夠驅(qū)動某個特定的負(fù)載。 在電機(jī)和負(fù)載之間的傳動比會改變電機(jī)提供的動力荷載參數(shù)。比如，一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運(yùn)動，電機(jī)就得以較高的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機(jī)需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個傳動比 n， 它會把電機(jī)與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。一是，從電機(jī)得到的最大速度小于電機(jī)自身的最大速度 ? 電機(jī)，最大 ；二是，電機(jī)任意時刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機(jī)額定扭矩 M 額定 。 2）選擇 伺服電機(jī) （ 1） 推桿 移動速度 SV t? S—— 推桿移動距離 其中 第一通道推桿移動距離 1S =， 第二通道推桿移動距離 2S =，第三通道推桿移動距離 3S =117mm，第四通道推桿移動距離 4S =。 t—— 時間 ，包裝頻率為每分鐘 20 個，則每包裝一個的時間為 3 秒， 則推桿推動 運(yùn)動 過程所用時間不超過 3 秒，現(xiàn)令推桿推動時間為 1 秒， 退回時間為 1 秒，停頓 秒， 所以 1 0 .0 8 5 5 6 0 5 .1 31SV t ?? ? ?m/min 2 0 .0 9 0 7 5 6 0 5 .4 51V ???m/min 3 0 .1 1 7 6 0 7 .0 21V ???m/min 電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 4 0 .1 4 3 2 5 6 0 8 .60 .5V ???m/min （ 2）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)選擇首先依據(jù) 推桿 快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 3m a x m a x10hVunnP ?? ? ? 式中， maxn 為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（ rpm）； n 為 移動 時電機(jī)的轉(zhuǎn)速（ rpm）； ma xV 為直線運(yùn)行速度（ m/min）； u 為系統(tǒng)傳動比， u=n 電機(jī) /n絲杠 =1； hP 絲杠導(dǎo)程（ mm） ， 4hP mm? 。 所以 31 5 . 1 3 1 1 0 1 2 8 2 . 5 / m in4nr?? ? ? 32 5 . 4 5 1 1 0 1 3 6 2 . 5 / m in4 ?? ? ? 33 7 . 0 2 1 1 0 1 7 5 5 / m in4nr?? ? ? 34 8 . 0 6 1 1 0 2 0 1 5 / m in4 ?? ? ? 所以， 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速選為 3000r/ ECMAC30602ES。 3)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機(jī) 根據(jù)伺服電機(jī)的工作曲線，負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：當(dāng) 設(shè)備 作空載運(yùn)行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即在工作曲線的連續(xù)工作區(qū) ；最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期及過載時間應(yīng)在特性曲線的允許范圍內(nèi)。加在電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以折算出加到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 CL TLFT ??? ??2 式中， LT 為折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ）； F 為軸向移動 滑塊 時所需的力（ N）；L 為電機(jī)每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量（ m） L=； CT 為絲杠軸承等摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ） ， ? ； ? 為驅(qū)動系統(tǒng)的效率。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 cF F W??? 式中， cF 為 推桿 反作用力（ N） ， cF =5N； W 為工作臺工件等滑動部分總重量（ N） ，1. 53 9. 8 15W ? ? ?N； ? 為摩擦系數(shù) ， ?? 。 所以 5 15 8cF F W N?? ? ? ? ? ? 計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點(diǎn)應(yīng)特 別注意。 （ a） 由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩。 （ b） 由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。 （ c） 切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點(diǎn)與承受驅(qū)動力的點(diǎn)通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加。當(dāng)計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，由 于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮。 （ d） 摩擦轉(zhuǎn)矩受進(jìn)給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物 (滑塊，滾珠，壓力 )，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值。 （ e） 通常，即使在同一臺的機(jī)械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機(jī)械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。 所以 8 0 .0 1 2 0 .0 12 2 3 .1 4 0 .8LCFLTT????? ? ? ??? = 所以，臺達(dá)伺服電機(jī) ECMAC30602ES，額定轉(zhuǎn)矩 ，轉(zhuǎn)速為 3000r/min， 滑動螺旋副的計算 1） 螺旋傳動的材料 絲杠 螺桿要有足夠的強(qiáng)度，較高的耐磨性和良好的工藝性，一般采用 45 或 50 剛，電池包裝機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 較重要的螺桿可采用 40Cr 等合金鋼 ，本絲杠采用 45 鋼 。 推桿（ 螺母 ） 應(yīng)該具有較低的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性，一般可選用鑄造青銅，如ZCuSn10P ZCuSn5Pb5Zn5 及 ZCuAl10Fe3，要求較低 時可采用耐磨鑄鐵 ，本推桿要求不高，采用 球墨 鑄鐵 QT40017。 2）耐磨性的計算 設(shè)螺母高為 H，螺距為 P，螺紋中徑為 2d ，螺紋工作高度為 h，則螺紋承載圈數(shù)Z=H/P， 螺旋總軸向載荷為 QF ，每一圈螺紋承受的軸向載荷為 zFQ/ ,其成 載 面積 2A d h?? 。因此。螺紋工作面上的壓強(qiáng)為 cp ,己耐磨性條件為： 2 []ccF F PppZA d h H?? ? ? 表 31 滑動螺旋副材料的許用壓強(qiáng) [ cp ] 螺桿材料 螺母材料 滑動速度（ m/s） 許用壓強(qiáng) 鋼 青銅 低速 18～ 25 鋼 鋼 ～ 13 鋼 鑄鐵 ＜ 13～ 18 鋼 青銅 ＜ 11～ 18 鋼 鑄鐵 ～ 4～ 7 鋼 耐磨鑄鐵 6～ 8 鋼 青銅 7～ 10 設(shè) 2/dH?? ，則 2dH ?? ，代入上式并整理后可得： 2 []QcFPd hp??? 對于鋸齒螺紋， h=，由上表 31，選取 [ cp ]=6Mpa 則 280