【正文】 小于導(dǎo)向輪的2/3。由已知得，導(dǎo)向輪的高度為20mm，則換向塊的高度不得小于202/3=，且為了使換向輪工作的更加穩(wěn)定，換向塊與導(dǎo)向輪的重合高度越大越好，最好完全重合。但換向塊的高度值也不能取得過(guò)大，因?yàn)檫@樣會(huì)使換向塊的質(zhì)量過(guò)大，不利于系統(tǒng)的快速性。綜合這兩方面的原因，取換向塊的高度為d3=25mm。寬度：在氣缸的選擇中，氣缸的額定負(fù)載為1kg，這要求換向塊及其上面的附件的質(zhì)量之和不能大于1kg。如圖55所示： 圖55 換向塊的寬度選取在A點(diǎn)，其位置參數(shù)為：t=0s時(shí)，X=0 mm，Y=20 mm；以及在C點(diǎn)的位置參數(shù)為：t=，X=124 mm，Y= mm；則換向塊的A、(20)=，由換向塊工作邊曲線模型得，長(zhǎng)邊CK的寬度值為D+.估算換向塊的質(zhì)量為：M={[D+(D+)] 124247。2}251 (kg)則：D但在機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)中，在換向塊上相對(duì)于重心對(duì)稱(chēng)布置了兩個(gè)導(dǎo)向桿，考慮到換向塊和導(dǎo)向桿之間采用螺紋聯(lián)接，為了保證滿足換向塊在剛度上的要求，換向塊的寬度不能太窄。換向塊安裝在與固定分揀道岔相交的直線導(dǎo)軌下方，由于直線導(dǎo)軌的限制作用，換向塊的寬度也不能太大。綜上所述，換向塊最短邊的寬度值取為40mm。則較長(zhǎng)邊的寬度值為40+=。此時(shí)，換向塊的質(zhì)量為:M={[40+] 124247。2}25= 換向塊與氣缸的連接設(shè)計(jì)a、螺栓組的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)中，氣缸與換向塊之間采用了一組螺紋連接，如圖33所示。連接螺紋布置于換向塊的重心位置。氣缸桿為外螺紋，換向塊為內(nèi)螺紋。 b、螺栓組的受力分析1）在總載荷的作用下，螺栓組連接承受以下各力和傾覆力矩的作用：軸向力（的垂直力作用于螺栓中心，垂直向下）換向塊在工作時(shí)，氣缸動(dòng)作推動(dòng)換向塊向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)所受的軸向力包括換向塊的自身重量和換向塊和換向輪之間的摩擦力。其中換向塊于換向輪的摩擦力較小，在計(jì)算時(shí)可將換向塊的質(zhì)量乘以一個(gè)大于1的系數(shù)作為估算。則軸向力：橫向力（的水平分力，作用于換向塊的工作邊上，水平向右）換向塊在工作時(shí)，在水平方向上的受力主要是換向塊和換向輪之間的摩擦力，但此摩擦力較小。在計(jì)算時(shí)可采用和上面相同的辦法進(jìn)行處理。則橫向力為：傾覆力矩:在換向塊剛開(kāi)始工作的一瞬間，換向塊最右端受到橫向力作用，所以在下面的計(jì)算時(shí)不加以考慮。2）在軸向力的作用下，螺紋所受的工作拉力為：3)螺紋連接所需的預(yù)緊力查看相關(guān)資料得 其中f=，并取=，則=；取防滑系數(shù)=，則： 4)螺栓組所受的總拉力為 c、螺栓組的直徑校核在氣缸的選擇中，氣缸桿的直徑D為10mm。下面對(duì)其進(jìn)行校核：氣缸桿的材料為，換向塊的材料為聚砜塑料，所以在計(jì)算時(shí)，應(yīng)取換向塊的屈服強(qiáng)度為=75MPa，取安全系數(shù)S=，則螺栓材料的需用應(yīng)力為 。根據(jù)相關(guān)資料，求得螺栓的理論直徑為： 故螺栓的直徑符合要求。d、校核螺栓所需的預(yù)緊力是否合適參考相關(guān)資料，對(duì)聚砜塑料PSU/PSF，要求 ,已知 ，取預(yù)緊力的下限：所以預(yù)緊力合符要求。 連接螺紋在換向塊上的位置確定理論上氣缸桿和換向塊之間的連接螺紋應(yīng)該設(shè)在換向塊的重心上，這樣換向塊在工作是才更為穩(wěn)定。除此之外，為了減少外力對(duì)氣缸活塞桿的徑向沖擊，還必須在換向塊上連接兩個(gè)導(dǎo)向桿。運(yùn)用pro/e對(duì)換向塊進(jìn)行分析得，換向塊的重心為于圖410的O點(diǎn)上。其中O點(diǎn)的坐標(biāo)為（，），代加工的內(nèi)螺紋為M10，=。此壁厚較為合適，不會(huì)使換向塊在工作時(shí)因壁厚過(guò)薄而影響換向塊的剛度，從而也保證了換向塊的工作壽命。 氣缸的固定 在換向塊的設(shè)計(jì)中，我們選擇了型號(hào)為ADVU2520PA的雙動(dòng)氣缸，查看FESTO公司的《自動(dòng)化產(chǎn)品及系統(tǒng)》得，氣缸的直徑為25mm，標(biāo)準(zhǔn)行程為20mm；結(jié)合本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在鏈板的下面設(shè)有安裝擋板，故選擇如下圖所示的安裝形式： 圖56：氣缸的連接示意圖下面對(duì)氣缸的連接螺栓進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓組為4個(gè)，它們相對(duì)與氣缸桿對(duì)稱(chēng)布置。 螺栓受力分析1) 從上圖得，螺栓組連接只受軸向力和傾覆力距的作用。（橫向力也存在，他是由換向輪和換向塊之間的摩擦所引起的，很小，所以在這里不加以考慮。）軸向力（,作用于氣缸桿的中心上，垂直向下）已知ADVU2520PA雙動(dòng)氣缸的最大推力為295N,氣缸的自重較小，為了計(jì)算方便，在這里我們?nèi)∑錇?5N。則螺栓組的軸向力為： 傾覆力距:氣缸的軸向力作用與氣缸桿的中心上，它將分別在左右兩對(duì)連接螺栓組上產(chǎn)生一個(gè)傾覆力距，左邊的為順時(shí)針?lè)较?，右邊的為逆時(shí)針?lè)较?，但兩者的大小相等? 在軸向力的作用下，各個(gè)螺栓所受的工作拉力為： 在傾覆力距的作用下，螺栓組所受的載荷為：故螺栓所受的軸向工作載荷為：為了使螺栓連接的更為緊密，在螺栓組上需加一定的預(yù)緊力: 式中的為螺栓組所受的橫向力，其值較小，不加以考慮。取連接面的摩擦系數(shù)、則、防滑系數(shù). 則預(yù)緊力為：5)每個(gè)螺栓組所受的總拉力 螺栓直徑校核在氣缸的選擇中，氣缸與安裝擋板的連接螺栓直徑為5mm，材料為。查看相關(guān)資料，材料的屈服強(qiáng)度為，取安全系數(shù)為。故材料的需用應(yīng)力為螺栓危險(xiǎn)截面上的理論直徑值為： 由D=10mm，故螺栓的直徑滿足強(qiáng)度方面的要求。 校核螺栓所需的預(yù)緊力是否適當(dāng)對(duì)碳素鋼，要求： 已知、取預(yù)緊力下限：故預(yù)緊力滿足要求。 導(dǎo)向桿設(shè)計(jì) 氣缸桿的撓度校核 在氣缸的選擇中，我們選用的是德國(guó)FESTO公司的型號(hào)為ADVU2520APA的雙動(dòng)氣缸。其氣缸桿的直徑D為8mm，長(zhǎng)度L為100mm，L/D=100/8=，故氣缸桿屬于細(xì)長(zhǎng)桿。氣缸在工作是的最大推力較大，所以有必要對(duì)其進(jìn)行撓度方面的校核。a、氣缸桿模型的建立氣缸桿在工作時(shí)，與活塞連接的一端是固定在活塞上的，屬于固定連接。另一端與換向塊連接，也屬于固定連接，但換向塊可以上下滑動(dòng)。所以在模型的建立時(shí)，可以將氣缸桿抽象為如下模型： 圖57 氣缸桿的撓度模型b、臨界力的計(jì)算根據(jù)材料力學(xué)的知識(shí)，這種兩端固定的模型，其撓度的臨界力為：。其中，氣缸桿為鋼制實(shí)心圓柱體，其橫截面的最小慣性，彈性模量。所以，臨界力c、撓度的校核為了使氣缸桿工作穩(wěn)定，取工作安全系數(shù)為，則需用的臨界力為：在氣缸的選擇時(shí)，氣缸的最大推力為，故氣缸桿在撓度上符合要求。 導(dǎo)向桿的設(shè)計(jì) 在上面我們對(duì)氣缸在撓度方面進(jìn)行了校核，但在氣缸桿的實(shí)際工作中，氣缸桿和安裝擋板之間有一定的間隙，這將會(huì)使氣缸桿在工作時(shí)可能小幅度的左右擺動(dòng)。 如下圖所示，換向塊在工作時(shí)，當(dāng)導(dǎo)向輪位于A點(diǎn)時(shí)，換向輪在氣缸的推動(dòng)下，向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)向輪將給換向塊一個(gè)向下的摩擦力，作用于氣缸桿上，由于氣缸桿和擋板之間有一定的間隙，這時(shí)氣缸桿必然會(huì)向左有一定的擺動(dòng)，這將嚴(yán)重影響換向塊的工作性能。同樣，當(dāng)分揀完成時(shí)，這時(shí)換向塊工作在B點(diǎn)，換向塊向下運(yùn)動(dòng)必將受到換向輪向上的作用力，該作用力也必將會(huì)是氣缸桿向左有輕微的擺動(dòng)。為了解決此問(wèn)題，可在換向塊上相對(duì)與換向塊重心對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)導(dǎo)向桿。圖58 導(dǎo)向桿的必要性分析1直線導(dǎo)軌 2導(dǎo)向輪 3換向塊 4固定分揀道岔a、導(dǎo)向桿材料的選擇在換向塊上面設(shè)置導(dǎo)向桿是為了保證氣缸桿在工作時(shí)能夠運(yùn)行的更為平穩(wěn)，只起到導(dǎo)向的作用，所以換向塊對(duì)材料在強(qiáng)度上的要求不高。另外，為了保證系統(tǒng)的快速性，要求導(dǎo)向桿的質(zhì)量要輕。結(jié)合工作實(shí)際，選擇與換向塊相同的材料即為：聚砜塑料PSU/PSF。b、導(dǎo)向桿形狀的確定長(zhǎng)度：為了保證換向塊工作的平穩(wěn)性，導(dǎo)向桿的長(zhǎng)度必須大于換向塊到安裝擋板的距離與氣缸的工作行程之和。在這里取導(dǎo)向桿的長(zhǎng)度值為70mm。直徑：導(dǎo)向桿在工作時(shí)雖然受到一定的軸向力，但氣值非常小，所以這里的設(shè)計(jì)中不需要對(duì)導(dǎo)向桿進(jìn)行撓度方面的考慮。取導(dǎo)向桿的直徑為10mm。 導(dǎo)向桿與換向塊之間的螺紋連接設(shè)計(jì)a、螺紋類(lèi)型導(dǎo)向桿工作時(shí)，螺紋的受力較小，對(duì)連接螺紋在強(qiáng)度方面的要求較低。為了便于加工，選擇螺紋的類(lèi)型為60度牙型角的普通細(xì)牙螺紋，這種螺紋自鎖性好，強(qiáng)度也較高，完全可以滿足系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)向桿的要求。b、螺紋的預(yù)緊與防松為了增強(qiáng)螺紋連接的可靠性和緊密性，防止受載后換向塊和導(dǎo)向桿間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，必須對(duì)它們之間的連接螺紋進(jìn)行預(yù)緊與防松處理。在上面的螺紋類(lèi)型的設(shè)計(jì)中，選擇了60度的牙形角的普通細(xì)牙螺紋，此螺紋連接雖然有一定的自鎖性能，為了進(jìn)一步的保證導(dǎo)向桿工作的可靠性，可在導(dǎo)向桿上加一預(yù)緊螺母。c、連接螺紋在換向塊上的位置確定為了使換向塊工作使更加平穩(wěn)，導(dǎo)向桿應(yīng)該相對(duì)與換向塊的重心對(duì)稱(chēng)布置，根據(jù)ADVU2520APA雙動(dòng)氣缸的外形尺寸圖可知，導(dǎo)向桿外圓輪廓與氣缸活塞桿中心向的距離必須大于： 這樣，導(dǎo)向桿才不會(huì)與氣缸體發(fā)生干涉。我們選用了直徑為10mm的圓柱體為導(dǎo)向桿，則他與氣缸活塞桿的中心距必須大于。另外，導(dǎo)向桿也不能太靠近換向塊兩邊，以保證兩側(cè)壁厚是剛度足夠。綜上所述，我們選擇導(dǎo)向桿與氣缸活塞桿中心距為32mm。由此可分別做出換向塊和導(dǎo)向桿的零件圖如圖5圖510所示： 圖59 換向塊零件圖 圖510 導(dǎo)向桿零件圖 導(dǎo)向桿的質(zhì)量計(jì)算在上面的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)向桿選用的材料為聚砜塑料PSU/PSF，其相對(duì)密度為 由 氣缸負(fù)載校核因?yàn)檫x用的AKVU2520APA雙動(dòng)氣缸的最大負(fù)載為1kg，所以需要校核一下?lián)Q向塊及其附件（兩個(gè)導(dǎo)向桿、三個(gè)螺母）的總質(zhì)量是否滿足這一條件。在前面的設(shè)計(jì)中，我們已經(jīng)求得換向塊和導(dǎo)向桿的質(zhì)量分別為M=、。下面計(jì)算單個(gè)螺母的質(zhì)量。已知螺母的材料為鋼材，其密度為，螺母的大小為M10，查看有關(guān)手冊(cè)得： 則氣缸的總載荷為： 1kg由此可見(jiàn)，前面的設(shè)計(jì)是滿足氣缸的負(fù)載小于1kg的要求。綜上所述，道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝配圖如下：圖511 道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配圖 6 計(jì)算機(jī)仿真在設(shè)計(jì)的最后階段，應(yīng)當(dāng)制造一部樣機(jī)以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，但這樣既費(fèi)時(shí)有費(fèi)錢(qián)，所以在制造樣機(jī)之前我們先運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。下面結(jié)合韓勇同學(xué)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)推塊式分揀機(jī)固定道岔與固定道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真之前，先運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)各個(gè)相關(guān)零件進(jìn)行三維實(shí)體造型如下： 圖 61導(dǎo)軌三維實(shí)體圖 圖62 換向塊三維實(shí)體圖 圖63 導(dǎo)向桿三維實(shí)體圖 圖64 鏈板三維實(shí)體圖 圖65 氣缸三維實(shí)體圖 圖66 推塊三維實(shí)體圖圖67 道岔機(jī)構(gòu)裝配三維實(shí)體圖圖68 道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配三維實(shí)體圖完成各個(gè)相關(guān)零件的三維實(shí)體造型后，運(yùn)用三維仿真軟件可完成下面的三維仿真，在這里由于缺乏相關(guān)的三維仿真軟件，我們不再進(jìn)行下面的工作。 結(jié) 束 語(yǔ)本次設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，在論文的開(kāi)始部分先對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了必要的介紹，隨后進(jìn)一步介紹了自動(dòng)分揀機(jī)的分類(lèi)。在文章后面部分分別進(jìn)行了推塊式分揀機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的確定、推塊式分揀機(jī)固定分揀道岔數(shù)學(xué)模型建立的熟悉與了解、推塊式分揀機(jī)道岔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、 進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論研究的正確性。在進(jìn)行三維仿真的時(shí)候，由于缺乏相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件，所以未能完成這部分內(nèi)容。這是文章的不足之處。致 謝本文要特別感謝王曉梅老師的傾力輔導(dǎo)以及同組同學(xué)韓勇的輔助！參考文獻(xiàn)【1】.張曉萍等．現(xiàn)代生產(chǎn)物流及仿真．北京：清華大學(xué)出版社，1998【2】.劉湘明．物流——經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的“黑暗大陸”．IT經(jīng)濟(jì)世界．2000．【3】.. 1990年 北京:機(jī)械工業(yè)出版社【4】.. 2002年 貴陽(yáng)普天通信機(jī)械廠【5】.. 2000年【6】. . 2001年【7】.潘安定等. 物流技術(shù)與設(shè)備. 2005年 華南理工大學(xué)出版社【8】.張曉萍 北京：清華大學(xué)出版社【9】.魯曉春 吳志強(qiáng). 物流設(shè)施與設(shè)備. 2005年 清華大學(xué)出版社【10】.朱顯榮等. 推式懸掛郵件分揀系統(tǒng)的氣動(dòng)控制 2002年 上海市液壓氣動(dòng)控制研究所【11】.GBI公司 Types of Sorters（各類(lèi)分揀機(jī)）【12】.申永勝. 機(jī)械原理教程 1998年 清華大學(xué)出版社【13】.濮良玉、（第七版） 2002年 高等教育出版社【14】.劉鴻文。材料力學(xué)（第四版） 1979年 高等教育出