【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)的設(shè)計，進一步鞏固與深化學生對理論課程及實踐性教學環(huán)節(jié)中所學知識的理解，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎(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，使學生受到工程師工作能力的綜合訓練，提高學生的獨立工作能力與綜合素質(zhì)。 電池包裝機送料機構(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 。 電池包裝機的傳動原理 圖 21 電池包裝機整體方案 五號 電池包裝 機的總 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入一號通道 ，寧波大紅鷹學院畢業(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 ，電動機反轉(zhuǎn) 使 推桿回到原位。此時的電池 已經(jīng) 進入 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 上下運動 ，推桿向下運動時 帶著切刀 將 包裝袋切斷， 推桿向上運動時 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 達到包裝效果。 每次包裝袋切斷后由電動機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。 電池包裝機送料機構(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 伺服電機的選擇 1）機電領(lǐng)域中伺服電機的選擇原則 現(xiàn)代機電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動裝置是許多機電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟指標選擇最適合的電機。 （ 1）傳統(tǒng)的選擇方法 這里只考慮電機的動力問題，對于直線運動用速度 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)，與其他因素無關(guān)。很顯然，電機的最大功率 P 電機，最大 應(yīng)大于工作負載所需的峰值功率 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，但在實際的傳動機構(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，電機的最大扭矩決定了減速比的下限， n 下限 =T 峰值 /T 電機，最大 ，如果 n 下限 大于 n上限 ，選擇的電機是不合適的。反之，則可以通過對每種電機的廣泛類比來確定上下限寧波大紅鷹學院畢業(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的原則是不充分的，而且傳動比的準確計算非常繁瑣。 （ 2）新的選擇方法 一種新的選擇原則是將電機特性與負載特性分離開，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：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開；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。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅(qū)動某個特定的負載。 在電機和負載之間的傳動比會改變電機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運轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運動，電機就得以較高的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機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， 它會把電機與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。一是，從電機得到的最大速度小于電機自身的最大速度 ? 電機，最大 ；二是，電機任意時刻的標準扭矩小于電機額定扭矩 M 額定 。 2）選擇 伺服電機 （ 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 電池包裝機送料機構(gòu)設(shè)計 9 4 0 .1 4 3 2 5 6 0 8 .60 .5V ???m/min （ 2）電機的最高轉(zhuǎn)速 電機選擇首先依據(jù) 推桿 快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 3m a x m a x10hVunnP ?? ? ? 式中， maxn 為電機的額定轉(zhuǎn)速（ rpm）； n 為 移動 時電機的轉(zhuǎn)速（ rpm）； ma xV 為直線運行速度（ m/min）； u 為系統(tǒng)傳動比， u=n 電機 /n絲杠 =1； hP 絲杠導程（ 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， 電機最高轉(zhuǎn)速選為 3000r/ ECMAC30602ES。 3)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機 根據(jù)伺服電機的工作曲線，負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：當 設(shè)備 作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機的連續(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)。加在電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩可以折算出加到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。 CL TLFT ??? ??2 式中， LT 為折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（ ）； F 為軸向移動 滑塊 時所需的力（ N）；L 為電機每轉(zhuǎn)的機械位移量（ m） L=； CT 為絲杠軸承等摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（ ） ， ? ； ? 為驅(qū)動系統(tǒng)的效率。 寧波大紅鷹學院畢業(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，螺母的預加載，以及絲杠的預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與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負載也增加。當計算切削期間的轉(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，即使在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當計算負載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數(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，臺達伺服電機 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，電池包裝機送料機構(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 [ cp ] 螺桿材料 螺母材料 滑動速度（ m/s） 許用壓強 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