【導(dǎo)讀】本論文主要分為兩大部分。第一部分對(duì)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。我國(guó)沖壓技術(shù)水平的不斷提高，各種沖壓自動(dòng)化裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍?，F(xiàn)在，自動(dòng)模的自動(dòng)化裝置已向機(jī)械手方向發(fā)展。升降和回轉(zhuǎn)兩大部分組成，擺桿最大回轉(zhuǎn)角度θ=120°，并且擺桿長(zhǎng)度可在950～1250mm. 一系列的液壓機(jī)，故實(shí)用性比較強(qiáng)，有一定的市場(chǎng)價(jià)值。設(shè)計(jì)的方法和步驟，以及在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。

　　

【正文】 對(duì)嚙合的最高點(diǎn)，位于大齒輪的齒頂面上。同一齒面往往齒根面先發(fā)生點(diǎn)蝕，然后才擴(kuò)展到齒頂面，亦即齒頂面比齒根面具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，雖然此時(shí)接觸應(yīng)力大，但對(duì)大齒輪不一定會(huì)構(gòu)成威脅。大齒輪在節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力較大，同時(shí)，大齒輪單廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 對(duì)齒嚙合的最低點(diǎn)處接觸應(yīng)力也較大。按理應(yīng)分別對(duì)小輪和大輪節(jié)點(diǎn)與單對(duì)齒嚙合的最低點(diǎn)處進(jìn)行接觸強(qiáng)度計(jì)算。但對(duì)按單對(duì)齒嚙合 的最低點(diǎn)計(jì)算接觸應(yīng)力比較麻煩，并且當(dāng)小齒輪齒數(shù) Z≥ 20 時(shí)，按單對(duì)齒嚙合的最低點(diǎn)所計(jì)算得的接觸應(yīng)力與按節(jié)點(diǎn)嚙合計(jì)算得的接觸應(yīng)力極為相近。為了計(jì)算方便，通常只以節(jié)點(diǎn)嚙合為代表進(jìn)行齒面的接觸強(qiáng)度計(jì)算。 由文獻(xiàn) [21]查得齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件式為 1 []tH H E HKF u ZZb d uss+=? 式中， Hs —— 計(jì)算所得齒面接觸疲勞應(yīng)力， [Mpa]； []Hs —— 接觸疲勞許用應(yīng)力 ， [Mpa]； K—— 載荷系數(shù)，一般 K=～ ； Ft—— 齒輪所受圓周力， [N]； b—— 齒寬， [mm]； d—— 分度圓直徑， [mm]； u—— 傳動(dòng)比； ZH—— 區(qū)域系數(shù)； ZE—— 彈性影響系數(shù)， [Mpa1/2]。 由于齒輪轉(zhuǎn)速較慢，故取彎曲疲勞壽命系數(shù) KHN=1。又取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1。由文獻(xiàn) [21]式（ 10— 12）得接觸疲勞許用應(yīng)力 l i m 1 5 5 0[ ] 5 5 01H N HH K M p aSss 180。= = = 因?yàn)閲Ш辖?α =20176。，所以區(qū)域系數(shù) 22 2 . 5s in c o s s in 2 0 c o s 2 0H ooZ aa= = = 又由文獻(xiàn) [21]表 10— 6 查得 ZE=，在此取 K=，則 1 2 . 0 1 2 0 0 1 12 . 5 1 8 9 . 8 5 3 4 . 74 5 8 4 1tH H EKF u Z Z M p ab d us +?== 創(chuàng) ?180。[]Hs 故得結(jié)論：合格。 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度 的校核可知，模數(shù) m=8，齒數(shù) Z=21 的標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒齒輪（淬火，齒面硬度為 40～ 45HRC）完全符合所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的傳 動(dòng)要求。 校核完齒輪強(qiáng)度后，便可計(jì)算得出齒輪齒條各幾何尺寸（見(jiàn)表 21）。因?yàn)闄C(jī)械手臂的最大回轉(zhuǎn)角度 θ =120176。，則最小齒條長(zhǎng) m i n 11 3 . 1 4 8 4 8 7 . 9 233L d m mp== 創(chuàng) = 考慮到實(shí)際情況，取齒條長(zhǎng) L=150mm。 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 表 21：齒輪齒條各幾何尺寸 項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 數(shù)值 原始數(shù)據(jù) 齒輪齒數(shù) Z1 21 模數(shù)（ GB/T1375— 200） m 4mm 螺旋角 β 0176。 基本齒廓 （ GB/T1356— 2021） 壓力角 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒根圓角半徑系數(shù) α *ah *c *fr 20176。 1 齒寬 齒輪 b1 45mm 齒條 b2 40mm 齒條基準(zhǔn)面至齒頂高的距離 J 36mm 齒條長(zhǎng)度 L 150 mm 主要幾何參數(shù)計(jì)算 序號(hào) 項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 數(shù)值 1 齒輪分度圓直徑 d=mz1/cosβ 84mm 2 齒頂高 齒輪 ha= *ah m 4mm 齒條 3 齒根高 齒輪 hf=( *ah + *c )m 5mm 齒條 4 齒高 齒輪 h= ha+ hf 9mm 齒條 5 齒輪中心到齒條中線的距離 H=d/2 41mm 6 齒距 pn= mp 7 齒條齒數(shù) Z2= nLp + ，取整數(shù) 13mm 四、 齒輪軸的設(shè)計(jì) 及軸承的選用 考慮到 齒輪軸 強(qiáng)度要求較高，故 材料采用 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，查有關(guān)資料可得 45 鋼的彎曲許用應(yīng)力 [σ ]=100Mpa。 對(duì)齒輪軸進(jìn)行受力分析可知其受到力 F=1200N 的作用，受力點(diǎn)到固定點(diǎn)的距離L=85mm，故力矩 M = FL = 1200 = 102 N m， 則根據(jù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式有 m a xm a x []MWss=? 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 即 63m in102 100 1032Dp ４ 3m i n 61 0 2 3 2 0 . 0 2 2 2 23 . 1 4 1 0 0 1 0D m m m180。蕹 ?創(chuàng)，取 Dmin=25mm。 根據(jù)實(shí)際情況，齒輪軸設(shè)計(jì)成如圖 28 所示結(jié)構(gòu)。 圖 28 齒輪軸結(jié)構(gòu)示意圖 因?yàn)辇X輪是以齒輪軸為回轉(zhuǎn)中心來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的，齒輪軸安裝在旋轉(zhuǎn)支撐板上，而旋轉(zhuǎn)支撐板是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以在齒輪軸與旋轉(zhuǎn)支撐板的裝配處安裝滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是依靠其主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，它具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。 在此，根據(jù)齒輪軸直徑及其受力情況，由文獻(xiàn) [20]表 — 8 選用 7205AC型角接觸球軸承（ α =25176。 ）。 五 、 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 氣動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的是普通雙作用單活塞桿式氣缸 ，其設(shè)計(jì)計(jì)算 方法 一般是在已知?dú)飧棕?fù)載大小和氣缸行程的條件下 按如下步驟計(jì)算 。 氣缸作用力 氣缸活塞桿的推力 F1和拉力 F2分別為 21 4DFpp h= 222 ()4DdFpp h= 式中， D—— 氣缸內(nèi)徑， [mm]； d—— 活塞桿直徑， [mm]； p—— 氣缸工作壓力， [Pa]； η —— 負(fù)載率。 其中，負(fù)載率 η與氣缸工作壓力 p有關(guān)，且綜合反映活塞的快速作用和氣缸的效率。文獻(xiàn) [9]表 13— 2列出了傳輸氣缸η與 p的關(guān)系。 在該機(jī)械手系統(tǒng)中，設(shè)定 p=，根據(jù)文獻(xiàn) [9]表 13— 2取η =。 氣缸內(nèi)徑 D 與活塞桿直徑 d 的計(jì)算 （ 1）升降氣缸 （行程 S1=200mm） 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 由于系統(tǒng)有自重，下降時(shí)無(wú)需很大拉力，故只需根據(jù)上升時(shí)的推力計(jì)算即可。 設(shè)上升時(shí)的推力 F1=2021N，則 根據(jù)前述條件可計(jì)算得 氣缸內(nèi)徑 11 64 4 2 0 0 0 0 . 1 1 0 03 . 1 4 0 . 5 1 0 0 . 5 0FD m m mpph 180。= = ?創(chuàng) ? 一般取 活塞桿直徑與氣缸內(nèi)徑的比值 d/D=～ ，在此取 d/D=，則活塞桿直徑 d1== 100=25mm （ 2）回轉(zhuǎn)氣缸（行程 S2=88mm） 由前述條件可知?dú)飧自诠ぷ鲿r(shí)活塞桿的推力比拉力大，故應(yīng)按活塞桿的推力來(lái)進(jìn)行計(jì)算。取推力 F2=1000N，則氣缸內(nèi)徑 22 64 4 1 0 0 0 0 . 0 7 1 7 13 . 1 4 0 . 5 1 0 0 . 5 0FD m m mpph 180。= = ?創(chuàng) ?，取 D2=80mm 活塞桿直徑 d2== 80=20mm 氣缸的選用 根據(jù)前面計(jì)算所 得氣缸內(nèi)徑 的值 ，查文獻(xiàn) [17]，決定選用奉化威泰氣動(dòng)有限公司生產(chǎn)的 QGA 系列 普通 氣缸，升降氣缸采用前法蘭型，回轉(zhuǎn)氣缸采用腳架型 ， 它們的 尺寸參數(shù) 分別如表 2表 23 所示。 圖 29 前法蘭型氣缸 示意圖 表 22：前法蘭型氣缸各尺寸參數(shù) 代號(hào) f B f MM KK AM ZJ W MF 數(shù)值 50 25 M20 40 135 17 18 代 號(hào) G E R UF TF TV f FB 數(shù)值 34 114 85 200 170 89 14 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 圖 210 腳架型氣缸示意圖 表 23：腳架型氣缸各尺寸參數(shù) 代號(hào) f B f MM KK AM ZJ VD WH 數(shù)值 46 25 M20 40 135 18 33 代號(hào) G C f D AT AO f AB SA 數(shù)值 34 50 8 5 13 15 210 六、固定立柱的設(shè)計(jì) 圖 211 固定立柱結(jié)構(gòu)圖 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 機(jī)械手在工作時(shí)，應(yīng)有可靠的固定，以保證整個(gè)系統(tǒng)在平穩(wěn)的狀態(tài)下進(jìn)行工作，這樣不僅可以提高機(jī)械手的使用壽命，而且也能有效地防止安全事故的發(fā)生。所以，如何安裝固定機(jī)械手，是一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮和多次修改后，固定立柱設(shè)計(jì) 成如圖所示結(jié)構(gòu)（圖中左圖為固定立柱的主視圖，右圖為俯視圖）。圖中， 1 是導(dǎo)套座固定板，通過(guò) 4 個(gè)公稱直徑為 16mm的六角頭螺釘將導(dǎo)套座固定，這樣就實(shí)現(xiàn)了升降氣缸的固定； 2 是立柱，根據(jù)液壓機(jī)的工作臺(tái)高度確定立柱高為 800mm； 4 是立柱固定板，通過(guò) 4 個(gè)公稱直徑為 16mm 的地腳螺栓將立柱固定在地基礎(chǔ)上； 3 是氣缸托板，用于支撐升降氣缸，減小導(dǎo)套座固定板的負(fù)載，可提高系統(tǒng)的安全強(qiáng)度。在氣缸托板與立柱之間還設(shè)有直徑為 10mm 的圓柱形支撐棒，其目的也是為了提高系統(tǒng)的安全強(qiáng)度。這幾個(gè)零件之間都是采用焊接的方式進(jìn)行聯(lián)接。 七、 其它零部件的設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 經(jīng)過(guò)計(jì)算與校核， 其它零部件的 結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)零件圖，標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格型號(hào)也由機(jī)械手的總裝圖標(biāo)出，在此不再多述。 參考文獻(xiàn) [1] 彭建聲，秦曉明編著 .模具技術(shù)問(wèn)答（第 2 版） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [2] 薛啟翔等編著 .沖模制造實(shí)用技能 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [3] 薛啟翔等編著 .沖壓模具設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)與竅門 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [4] 郝濱海編著 .沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [5] 王孝培主編 .沖壓手冊(cè) （第 2 版） . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [6] 王新華，袁聯(lián)富編 .沖模結(jié)構(gòu)圖冊(cè) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [7] 翁其金，徐新成主編 .沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [8] 何玉林，沈榮輝，賀元成主編 .機(jī)械制圖 .重慶：重慶大學(xué)出版社， 2021 廣西工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 [9] 何存興，張鐵華主編 .液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2021 [10] 林忠欽等著 . 車身覆蓋件沖壓成形仿真 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [11] 肖祥芷編著 . 沖壓工藝與模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) [M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1996 [12] 權(quán)修華，劉成剛編著 . 沖壓自動(dòng)化與壓力機(jī)改造 . 合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社， 1992 [13] 陸祥生，楊秀蓮編 . 機(jī)械手 —— 理論及應(yīng)用 [M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社， 1985 [14] 鄭家賢編著 .沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [15] 夏巨諶，李志剛主編 .中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典（電子版） [16] 吳宗澤主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [17] 無(wú)錫氣動(dòng)研究所編 .氣動(dòng)元件產(chǎn)品樣本 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [18] 劉鴻文主編 .材料力學(xué) .北京：高等教育出版社， 2021 [19] SMC(中國(guó) )有限公司編 . 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [20] 張松林主編 .軸承手冊(cè) .南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社， 2021 [21] 濮良貴，紀(jì)名剛主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) . 北京：高等教育出版社， 2021