【正文】 導(dǎo)軌低，承載能力強，加工、檢驗、維修都較方便，因此被廣泛使用，例如數(shù)控機床的導(dǎo)軌副。雙矩形導(dǎo)軌承載面和導(dǎo)向面是分開的，存在側(cè)向間隙，必須用鑲條調(diào)節(jié)。如圖2一2(a)所示，用兩外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距大、熱變形大、間隙大，因而導(dǎo)向精度低、承載能力大。如圖22(b)所示，以內(nèi)外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距小、熱變形小、間隙小，因而導(dǎo)向精度高、易獲得較高的平行度。如圖2一2(c)所示，用兩內(nèi)側(cè)面做導(dǎo)向面時，由于導(dǎo)軌面對稱分布在導(dǎo)軌中部，當(dāng)傳動件位于對稱中心線上時，避免了由于牽引力與導(dǎo)向中心線不合而引起的偏轉(zhuǎn)，不致在改變運動方向時引起位置誤差，故導(dǎo)向精度高。3)三角形與矩形組合。如圖23(a)和圖23(b)所示，三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有三角形導(dǎo)軌的良好導(dǎo)向性及矩形導(dǎo)軌的制造方便、剛性好等優(yōu)點，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。其缺點是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)軌磨損快，易造成磨損不均勻，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補償，故對位置精度有影響。三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高等諸多優(yōu)點，因此被廣泛使用，例如車床、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機、坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。4)雙燕尾形導(dǎo)軌。如圖2一4(a)所示，它的高度較小，可以承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)。間隙調(diào)整方便，用一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。這種導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗、維修都不大方便，適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的場合，例如牛頭刨床和插床的滑枕導(dǎo)軌、升降臺銑床的床身導(dǎo)軌、車床刀架導(dǎo)軌副和儀表機床導(dǎo)軌等。5)矩形與燕尾形導(dǎo)軌組合。如圖2一4(b)所示，由于它兼有調(diào)整方便、能承受較大力矩的優(yōu)點，故多用于橫梁、立柱和搖臂的導(dǎo)軌副。6)雙圓柱導(dǎo)軌組合。圓柱導(dǎo)軌具有制造方便、不宜積存較大切屑的優(yōu)點，但間隙難以調(diào)整，磨損后一也不易補償，因此適用于移動件只受軸向力的場合，例如攻螺紋機、機械手的導(dǎo)軌副等。(3)通過計算選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。1)計算額定動載荷Ca’(單位N)。式中: KW—負(fù)荷系數(shù)，按表2一3選取。KH硬度系數(shù)，按表2一4選取。KT—溫度系數(shù)，按表2一5選取。KC—接觸系數(shù)，按表2一6選取。K—壽命系數(shù)，一般取K=50。2)依據(jù) 的原則，選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)其他參數(shù)選擇。1)導(dǎo)軌材料選擇。鑄鐵耐磨性好，熱穩(wěn)定性高，減振性好，成本低，易于加工，在滑動導(dǎo)軌中應(yīng)用廣泛。淬硬的鋼導(dǎo)軌耐磨性好。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好，動、靜摩擦系數(shù)接近，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗振性好，抗撕傷能力強，工作范圍廣，成本低等諸多優(yōu)點。在選材時，支撐導(dǎo)件與運動件應(yīng)選不同的材料，其熱處理的方式一也有所不同。2)調(diào)整裝置。導(dǎo)軌工作時會產(chǎn)生間隙，間隙過小會增加摩擦阻力，間隙過大會降低導(dǎo)向精度，所以應(yīng)選擇合適的調(diào)整裝置進行調(diào)整。例如滑動導(dǎo)軌副采用壓板和鑲條兩種方法調(diào)整。①鑲條。鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面能正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。平鑲條如圖2一5所示，它是靠調(diào)整螺釘1移動鑲條2的位置來調(diào)整間隙的，圖2一5(c)所示為在間隙調(diào)整好后，再用螺釘3將鑲條2緊固。平鑲條調(diào)整方便，制造容易，圖2一5(a)和圖2一5(b)所示的鑲條較薄，而且只在與螺釘接觸的幾個點上受力，容易變形，剛度較低，日前較少使用。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個面分別與動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。楔形鑲條的斜度為1 : 100一1:40,鑲條越長，斜度應(yīng)越小，以免兩端厚度相差太大。如圖2一6(a)所示的調(diào)整方法是用調(diào)節(jié)螺釘1帶動鑲條2做縱向移動以調(diào)節(jié)間隙。鑲條上的溝槽a在刮配好后加工，這種方法構(gòu)造簡單，但螺釘頭凸肩和鑲條上溝槽之間的間隙會引起鑲條在運動中竄動。圖2一6(b)所示為從兩端用螺釘3和5調(diào)節(jié)，避免了鑲條4的竄動，性能較好。圖2一6(c)所示為通過螺釘6和螺母7調(diào)節(jié)，鑲條8上的圓孔在刮配好后加工，這種調(diào)節(jié)方法方便，且能防止鑲條8的竄動，但其縱向尺寸較長。②壓板。壓板用來調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受的顛覆力矩，如圖2一7所示。 已知作用在單滑座上的最大載荷Fmax，滑座數(shù)M=4，工作臺受到進給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Ff= 1 401 N，工作臺受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)Fn= 337 N ,工作臺受到垂直方向的載荷(與工作臺面垂直)Fe=512 N，移動部件總重量G =736 N。單滑塊所受的最大垂直 要求該導(dǎo)軌副每天開機6h，每年工作300個工作日，且工作8年以上，則額定工作時間壽命: 要求單向行程長度LS = ，每分鐘往返次數(shù)為3，則額定行程長度系數(shù): ’(單位為N)要求工作溫度不超過120 0C，工作速度為40 m/min，滾道表面硬度取60 HRC。由前面的計算結(jié)果得額定工作時間壽命Th = 14 400 h。則:表2一7為JSA一KL型直線滾動導(dǎo)軌副(寬型螺孔)尺寸參數(shù)，圖2一8所示為其外形圖。表28 JSAZL型直線滾動導(dǎo)軌副尺寸參數(shù)表29項目實施過程記錄表表210項目評價表項目三 簡易機電產(chǎn)品設(shè)計與制作一方面，在保證產(chǎn)品完成規(guī)定功能的前提下，通過對構(gòu)成各子系統(tǒng)的方案進行優(yōu)化組合，降低成本，使系統(tǒng)功能平穩(wěn)、準(zhǔn)確、快速，以滿足用戶的要求。機電一體化產(chǎn)品的主要特征是自動化操作，功能是產(chǎn)品的生命，只有功能可靠，產(chǎn)品才具有價值。另一方面，要使功能達到最佳，機械子系統(tǒng)、電子信息處理子系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)5部分構(gòu)成要素的匹配、相互協(xié)調(diào)和相互補充也極為重要。而通過降低成本，并且使系統(tǒng)功能達到穩(wěn)、準(zhǔn)、快，又增強了產(chǎn)品的市場競爭力。一個全新的機電一體化產(chǎn)品的正向設(shè)計和開發(fā)過程大體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段。產(chǎn)品規(guī)劃包括需求分析、市場預(yù)測和技術(shù)可行性分析，最后確定設(shè)計參數(shù)及設(shè)計制約條件，提出設(shè)計要求，并將其作為設(shè)計、評價和決策的依據(jù)。(1)需求分析。需求分析從需求識別開始，認(rèn)識需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計人員應(yīng)深人實際，細(xì)致觀察，敏銳捕捉市場的需求，并及時完成產(chǎn)品的開發(fā)和試制工作。(2)市場預(yù)測。市場預(yù)測是產(chǎn)品的前期調(diào)研工作，調(diào)研內(nèi)容主要有以下三方面: 1)面向用戶的產(chǎn)品市場調(diào)研:主要有產(chǎn)品銷售對象的可能銷售量，用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、使用維護、包裝及價格等方面的要求。此外，還應(yīng)了解競爭產(chǎn)品的種類、優(yōu)缺點和市場占有率等情況。2)面向產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)調(diào)研:主要有行業(yè)和專業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，相關(guān)理論的研究成果和新材料、新器件的發(fā)展動態(tài)，競爭企業(yè)、競爭產(chǎn)品的技術(shù)特點分析等。此外，還要了解本單位的生產(chǎn)基礎(chǔ)條件。3)面向產(chǎn)品生命周期的社會環(huán)境調(diào)研:主要有產(chǎn)品生產(chǎn)和目標(biāo)市場所在地的經(jīng)濟技術(shù)政策(如產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護及安全法規(guī)等)，產(chǎn)品的種類、規(guī)模及分布，社會的風(fēng)俗習(xí)慣，社會人員構(gòu)成狀況及消費水平、消費心理和購買能力等。通過調(diào)研應(yīng)確定開發(fā)產(chǎn)品的必要性、種類和生命周期，預(yù)測產(chǎn)品的技術(shù)水平、經(jīng)濟效益和社會效益等，確定用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、外觀和價格等方面的要求，即形成產(chǎn)品的初步概念，然后進行技術(shù)可行性分析。(3)技術(shù)可行性分析。技術(shù)可行性分析包括以下幾個方面: 1)關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)線路:研究本產(chǎn)品需要的關(guān)鍵技術(shù)，指明產(chǎn)品實現(xiàn)的技術(shù)路線和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，一個新概念汽車，采用什么樣的發(fā)動機、什么樣的控制總線和什么樣的人機接口等。所使用的關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)該是比較成熟的、成本和技術(shù)風(fēng)險容易控制的。如果要采用比較前沿的新技術(shù)，則需要在市場和成本方面多做考慮。2)可選技術(shù)方案:同樣的產(chǎn)品可能有多種技術(shù)方案可選擇，設(shè)計人員必須根據(jù)一定的準(zhǔn)則從中選擇一個最合適的方案或?qū)⑦@些方案進行綜合處理。3)主要性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格的可行性:產(chǎn)品的性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格對產(chǎn)品的成本和市場競爭力至關(guān)重要。性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)格越高，產(chǎn)品的成本就越高，價格也就越高。但市場競爭力不完全由技術(shù)性能決定，還與其價格、品牌等許多因素有關(guān)。用戶往往追求性價比高的產(chǎn)品。因此制定產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)需要綜合考慮各方面的因素，突出產(chǎn)品的特色，力爭做到高性能、低價格。在制定主要產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)時還要充分參考競爭對手的產(chǎn)品及發(fā)展趨勢，制定最合理的參數(shù)。4)主要技術(shù)風(fēng)險:綜合分析產(chǎn)品功能、技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)實現(xiàn)的可能性，分析產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)中可能存在的各種問題和風(fēng)險，以及這些問題與風(fēng)險的解決和規(guī)避方法。如果不充分考慮這些問題和風(fēng)險，產(chǎn)品開發(fā)時間則可能拖延，從而錯過市場最佳時機，使產(chǎn)品的成本過高、質(zhì)量和成品率低或者大規(guī)模地更換生產(chǎn)設(shè)備等。因此，必須提前對這些問題進行充分的評估，使產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)能順利進行。5)成本分析:根據(jù)所制定的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和技術(shù)路線，綜合分析產(chǎn)品成本，包括技術(shù)成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，為產(chǎn)品的立項提供決策支持。6)結(jié)論和建議:根據(jù)產(chǎn)品的成本分析和技術(shù)風(fēng)險分析，對產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)和市場定位等參數(shù)提出修改建議，確定產(chǎn)品是否立項。產(chǎn)品立項應(yīng)給出生產(chǎn)設(shè)計要求表，表中所列要求分為特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)和尋常指標(biāo)，各項要求應(yīng)盡可能量化，并按重要程度分出等級。在概念設(shè)計階段輸人生產(chǎn)設(shè)計要求表，輸出總體方案。該方案主要包括產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案、產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分以及設(shè)計目標(biāo)、各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計等三個方面，并制訂詳細(xì)設(shè)計任務(wù)書、驗收規(guī)范及進度計劃。(3)，而帶輪最小許用齒數(shù)Z min可查表3一3獲得。當(dāng)帶速和安裝尺比寸允許時，Z1盡可能選用較大值，初步選取Z1=12。(4)確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2(5)初選中心距久ao、帶的節(jié)線長度Lop、帶的齒數(shù)Zb。根據(jù)表94選取接近標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)線長度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)Zb= 40。(6)計算實際中心距a。設(shè)計同步帶傳動時，中心距a應(yīng)該可以調(diào)整，以便獲得適當(dāng)?shù)膹埦o力。(7)校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)Zm 嚙合齒數(shù):(8)計算基準(zhǔn)額定功率P0(9)確定實際所需的同步帶寬度bs。式中bs0—選定型號的基準(zhǔn)寬度，由表95可查得bs0 = 。Kz—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表96可查得K, = 。10)帶的工作能力驗算。根據(jù)下式計算同步帶額定功率P的精確值，若結(jié)果滿足 率)，則帶的工作能力合格。帶的設(shè)計功同步帶傳動示意簡圖如圖39所示。(11)結(jié)果整理。同步帶:選用L型同步帶，訂購型號為150 L100最后，經(jīng)過廠家訂購與協(xié)商，確定帶輪及帶，零件如圖3一圖3一11所示，同步帶傳動效果如圖3一12所示。(1)確定齒輪材料及精度等級。錐齒輪材料選擇45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~225 HBS。 m/s，查表3一8可確定錐齒輪精度等級為7級)(2)確定模數(shù)及齒數(shù)。(3)計算相關(guān)參數(shù)。根據(jù)以上尺寸畫出小錐齒輪零件(見圖3一13)和大錐齒輪零件圖(見圖3一14)。錐齒輪傳動嚙合部分三維造型如圖3一15所示。 在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進行自動計數(shù)，以便統(tǒng)計產(chǎn)量或為計算機管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進行計數(shù)的，有直射式和反射式兩種。直射式的發(fā)射、接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時發(fā)射器的紅外線反射到接收器上，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理使之沒有信號輸出，有工件經(jīng)過時擋住光路，接收機失去紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有反射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號則沒有輸出。有工件經(jīng)過時，其將擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號反射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。本項目的設(shè)計日的是每推一個料，計數(shù)器顯示一個數(shù)，逐次遞增。整體方案是:通過傳感器(光電開關(guān)或磁性開關(guān))檢測到推桿動作，將信號傳到單片機，單片機輸出，并令數(shù)碼管顯示推出工件個數(shù))其結(jié)構(gòu)如圖3一16所示。本設(shè)計是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。本設(shè)計中的計數(shù)器、光電開關(guān)、磁性開關(guān)均需外購，其外形如圖3一18所示。(1)使學(xué)生具備一般機電產(chǎn)品方案的設(shè)計能力。(2)熟練掌握同步帶設(shè)計方法。(3)學(xué)會查《機械設(shè)計手冊》。每組學(xué)生自行設(shè)計同步帶系統(tǒng)和計數(shù)系統(tǒng)。(1)電腦若干(二維設(shè)計軟件、三維設(shè)計軟件必有)。(2)《機械設(shè)計手冊》若干。(1)學(xué)生分組設(shè)計方案。(2)兩位指導(dǎo)教師及各組組長審核方案。(3)方案通過后，具體設(shè)計，學(xué)生將項目實施過程填入記錄表39中。項目的整體評價見表3一10。圖3一1機電一體化系統(tǒng)設(shè)計流程圖3一2常用電子類組裝工具圖3一4方案一草圖圖3一5風(fēng)能供料裝置結(jié)構(gòu)示意圖3一6風(fēng)能供料裝置主要部件示意圖3一7同步帶表31同步帶載荷修正系數(shù)KA表3一3帶輪最小許用齒數(shù)Zmin表3一4同步帶節(jié)線長度L P表35同步帶在基準(zhǔn)帶寬下的許用工作拉力和線密度表3一6小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)圖39同步帶傳動示意簡圖圖3一10小帶輪零件圖3一11大帶輪零件圖3一12同步帶傳動效果表310項目評價表