【正文】 整個工作過程機械手包括以下動作。圖 21是某以生產線上機械手的工作示意圖 。 機械手機械結構 以軸承裝配為例：軸承裝配是軸承生產過程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié)，而軸承壓蓋機則是裝配先上較為復雜的部分。 9 控制系統(tǒng) 的功能要求 傳統(tǒng)的機械手采用繼電氣控制，由于其線路復雜、維護困難、可靠性差等缺點，無法滿足機械手控制的需求。 （ 5）可擴展性 在現(xiàn)代工業(yè)生產中 PLC 的可擴展性也顯的非常重要。在編制 PLC 程序時，需要用到大量的寄存器來存放變量、中間結果、保持數據、定時計數、模塊設置和各種標志位等信息。通常用 k 來表示。 （ 3）掃描速度數 掃描速度數是指 PLC 掃描 1k（ 1k=1024）字用戶程序所需的時間，通常以 ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。用戶編制的程序完成的控制任務，取決于 PLC指令的多少，指令功能越多，編程越簡單和方便，完成一定的控制任務越容易。衡量指令功能強弱可看兩個方面：一是指令條數多少；二是指令中有多少綜合性指令。 現(xiàn)在功能圖語言的使用有上升趨勢。 PLC 的主要技術指標 PLC 的性能指標較多，主要介紹與組成 PLC 控制系統(tǒng)關系較直接的幾個。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程 序，完成閉環(huán)控制。 （ 4）過程控制 過程控制是指對連續(xù)變化的量進行控制。從控制機構配置來說，早期直接用開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數字量（ Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。 可編程控制器的應用領域 PLC 在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)的應用也越來越廣泛，主要可以歸納為以下幾類： （ 1）開關量的邏輯控制 可編程控制器可實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。使得 PLC 的重量越來越輕、功耗也越來越少?，F(xiàn)代集成電路技術的廣泛應用，功耗僅數瓦。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制提供了方便。在工業(yè)現(xiàn)場，可以使用手持編程器或筆記本對 PLC進行編程。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)， PLC 通訊能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合，并能完成決大多數的工業(yè)控制任務。從 PLC 的機 外電路來說， PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障率也就大大降低。 PLC 由于采用大規(guī)模集成電路技術、嚴格的生產工藝，內部電路采取了輸入輸出信號的光電隔離、濾波、電源的屏蔽、穩(wěn)壓和保護、故障診斷等先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性，它能在高粉塵、高噪音、強電磁干擾和溫暖變化劇烈的環(huán)境下正常工作。目前，可編程控制器在機械制造、 石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都的到了長足的發(fā)展。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產 品系列化。 20世紀 80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應用。20 世紀 70年代中末期，可編程控制 器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。 20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。也就是說，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計算機，如單片機工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應用在各種場合。它能控制各種類型的工業(yè)設備及生產過程。為了能控制機械或生產過程，它要能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，這些都是個人計算機無法比擬的。它是為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，工業(yè)環(huán)境一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別。 PLC 及其有關的外圍設備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，容易擴展其功能的。 8 PLC 概述 PLC 的定義 可編程控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC，它具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能，所以美國電氣制造商協(xié)會將其正式命名為可編程控制器（ Programmable Controller） ,簡稱 PC。 7004C角接觸球軸承校核 由前面可知主動軸的軸向力 Fa= 所受徑向力 Fr=200/2=100N 0. 41 0. 87 0. 41 10 0 0. 87 86 .0 91 10 2. 3 NraP F F? ? ? ? ? ? ? 6 339。 表 載荷系數 Table coefficient of load 載荷性質 pf 舉例 無沖擊或細微沖擊 電動機 汽輪機 通風機 水泵等 中等沖擊 車輛 動力機械 起重機 造紙機 冶金機械等 強烈沖擊 破碎機 軋鋼機 鉆探機 振動篩等 10 aFC ? ， 按表， 10aFC 在 之間， e 應在 之間取值； 線性插值得 ( 0 . 4 3 0 . 4 0 ) ( 0 . 0 5 8 0 . 0 2 9 )0 . 4 0 0 . 4 2 70 . 0 8 7 0 . 0 3 1e ? ? ?? ? ?? 114 8 9 . 6 70 . 5 97 2 0 . 1 1arF eF ? ? ? 由此得 1 ? ， 1Y 在 之 間 線形插值得 1 ( 1 . 4 0 1 . 3 0) ( 0 . 0 5 8 0 . 0 2 9) 1 10 . 0 5 8 0 . 0 2 91 .3 0 1 .3 8 9Y ? ? ??? ? ? （ 82） 22 arFF ? ，由教材 《機械設計》查得： X2 =， Y2 = 由教材《機械設計》表如上可知： ??，取 ? 1 1 1 1 1( ) 5 3 2 .7 1 Np r aP f X F Y F? ? ? （ 83） 2 1 2 2( ) 4 3 9 .2 3 Np r aP f X F Y F? ? ? 計算軸承的基本額定壽命 11000000 ( ) 8 4 2 5 .9 26 0 4 2 0h CLhP ???? （ 84） 式中： ε— 軸承壽命指數。 計算軸承的徑向載荷 . 由計算得知軸承的支反力 ? ， ? ，故軸承的徑向 載荷 1 AVFR?? ， 2 B VFR?? 。 蝸輪蝸桿的計算及校核 由于蝸輪的端面模數和螺桿的軸向模數相等， m 模數去標準值首先按照強度要求計算 , ? ?2 21221 .5 3 FaFKTm d Y Yz ??? （ 76） 利用強度計算： 1d =， m=， i=50， a=94mm， 1 1z? , 2 50z ? 螺輪螺桿的常用材料 20MnVB 螺旋線升角 ? ： 1 1a r c ta n a r c ta n ? ? ? ? 螺桿分度圓直徑： 1 td mq? 得到： 1 3 5 .5 3 .1 51 1 .2 7t dm q? ? ? （ 77） 3. 15 10 m mtpm??? ? ? （ 78） 22 50 md m z? ? ? ? （ 79） 7 軸承選取與壽命計算 蝸桿有軸向力和徑向力，故擬采用角 圓錐滾子 軸承，根據 軸直徑 ? 20，由《機械設計手冊》查得軸承型號 7004C。的鍵槽時為 。 軸上有一個鍵槽時為 ，在同一斷面內 有兩個互成 90176。 （ 1）對于空心軸： 441 .2 3 ( )()f Nl r a dn D d?? ? （ 74） 式中 D—— 軸的外徑 cm； d —— 軸的內徑，實心軸時 d=0cm； N —— 軸傳遞的額定功率 KW； N f —— 軸的計算轉速（ r/min）。 軸的疲勞強度是根據差事能夠器作用在軸上的最大變載荷進行校核計算。當該式不能滿足時，應改進軸的結構以降低應力集中，其主要措施可參見表。 截面 D 左側面校核： 抗彎截面系數 W 為： W===2700mm3 抗扭截面系數 WT為： WT===3125mm3 彎矩 M 及彎曲應力為 : M=35939 mmN? a35939 1 2 .8 M P3125b MW? ? ? ? 扭矩 T3及扭轉應力 T? 為： T3= Nmm? T? =TWT3 = = （ 64） 根據《機械設計》 [2]用插入法求得軸上鍵槽處的有效應力集中系數： 0???, ??? 由《機械設計》 [2]得尺寸系數 ??? 由《機械設計》 [2] 得扭轉尺寸系數 1??? 軸按磨削加工，由《機械設計》 [3]得表面質量系數為 ?? = ?? = 軸未經表面強化處理，即 1?q? ，則按《機械設計》 [2] ，得綜合系數值為： K? =???? ??1 1=0+ ? = （ 65） K? =???? +??1 1= + ? = （ 66） 計算安全系數： S? =maK ????? ???1 = 2750 .0 9 1 7 3 .5 0 .1 0 .9? ? ?= S? =maK ????? ???1 = 15533 .7 33 .71. 63 0. 0522? ? ?= Sca=22 ?? ?? SSSS ? = 22 ?? =S= 軸的疲勞強度安全系數校核 由《材料力學》可知 T TTW? ? ???? （ 67） 式中： T —— 軸傳遞的轉矩 Nmm； TW —— 軸的抗扭截面模量 3mm ； P —— 軸的傳遞功率 KW， n —— 軸的轉速（ r/min）， n =210r/min； τ—— 軸的許用扭轉剪應力 MPa。 截面 C 右側面校核 ， 抗彎截面系數 W 為 W===2700mm3 抗扭截面系數 WT為 WT===5400mm3 彎矩 M 及彎曲應力為 M=86145 mmN? b? =WM =861452700 = （ 58） 扭矩 T3及扭轉應力 T? 為 T3 ＝ ?mm T? =TWT3 = = （ 59） 軸的材料為 45 號鋼，調質處理， B? =640MPa, 1?? =275MPa, 1?? =155MPa。 求軸上的載荷 12 m m 8m mbl? ? ??，由機械設計手冊查得， ? ? ? ?221122016 3 7 N /m m , 3 5 3 N /m m ,2 6 8 N /m m , 1 5 5 N /m m ,9 8 N /m m , 5 9 N /m mbs????????????? （ 46） （ 1）計算外力 取三維坐標系 oxyz，將嚙合力分解為水平方向的徑向力和豎直方向的切向力：分別平行 y 軸和 z 軸，再將兩個切向力分別向齒輪中心平移，在平移的同時必須加以附加力偶：由 11 2czDm ?? （ 47） 22 2DzDm ?? （ 48） 1 312 1 3 5 2 2 1 0 5 . 2 6 N1 2 8 . 2 5 1 0cZ mP D ??? ? ?? （ 49） 2 22 1 3 5 2 6 0 0 N0 .4 5Dy mP D ?? ? ? （ 50） 切向力和徑向力由圖中可知 11 t a n 2 0 2 1 0 5 . 2 6 t a n 2 0 7 6 6 . 3