【正文】 ，因而， 滑動(dòng)軸 與套筒相滑動(dòng)的部分為 150mm，因而 滑動(dòng)軸 定為270mm(因?yàn)檫€一部分要安裝電批頭 ),套筒定為 200mm。 [3] 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁(yè) 氣缸的選取與計(jì)算 、校核 氣缸的選取 氣缸一般可分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等。 1組合防塵圈； 2前端蓋； 3軸用 YX 密封圈； 4活塞桿； 5缸筒； 6活塞； 7孔用 YX 密封圈； 8緩沖調(diào)節(jié)閥； 9后端蓋 圖 單作用氣缸一般可分為 活塞式與膜片式兩大類(lèi)，而活塞式又可分為單活塞與雙活塞兩類(lèi)，單活塞又可分為有桿氣缸跟無(wú)桿氣缸兩類(lèi)，其中有桿氣缸又分為單作用與雙作用之分，同樣雙活塞桿也是有這兩種。 單作用氣缸一般 都是通過(guò)對(duì)空氣的壓縮驅(qū)動(dòng)活塞或者柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其中活塞式是靠 如重力等外界力量復(fù)位，活塞式跟薄膜式氣缸還可以借助彈簧等復(fù)位。當(dāng)活塞式氣缸借助彈簧復(fù)位時(shí) 。擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。有的安裝有緩沖裝置來(lái)對(duì)活塞接近終點(diǎn)時(shí)進(jìn)行 降速調(diào)節(jié) ， 以免過(guò)大載荷的沖擊。 特殊氣缸種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有串聯(lián)氣缸、差動(dòng)氣缸、增壓氣缸、伸縮氣缸、雙活塞氣缸、沖擊式氣缸 、多為氣缸等等。 這種氣缸也是應(yīng)用最為廣泛的一中氣缸，相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)比較成熟。 根據(jù)如下公式： ?? pDF 4 21 ? （ ） ?? pdDF 4 )( 222 ?? （ ） 其中 1F 為 活塞桿的推力 (N)， 2F 為 活塞桿的拉力 (N)， D 為 活塞直徑 (m)， d 為 活塞桿直徑 (m)， p 為 氣缸工作壓力 (Pa)， ? 為負(fù)載率 。 表 負(fù)載率 ? 與氣缸工作壓力 p的關(guān)系 P（ MPa） ~1 ? ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ? 的最佳值為 ~，氣缸高速運(yùn)轉(zhuǎn)取 ? =，低速時(shí)取 ，根據(jù)本設(shè)計(jì)安裝要求 ，氣缸低速運(yùn)轉(zhuǎn)，氣缸工作壓力為 ,所以選取 ? = 。 由于氣缸垂直安裝，所以往回的拉力 F2大于推力 F1，所以要根據(jù)拉力來(lái)進(jìn)行計(jì)算 。當(dāng)用公式 進(jìn)行計(jì)算時(shí)，活塞桿的直徑可以先估定，一般取缸徑的四 分之一。再根據(jù)活塞直徑為缸徑的四分之一左右，因此活塞直徑定位 8mm。 表 系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 25 28 32 40 45 50 56 63 70 80 氣缸筒壁厚 ? 的計(jì)算： 一般情況下，氣缸壁厚與缸徑的比值小于十分之一時(shí)，可按下公式 （ ） 進(jìn)行計(jì)算： ? = ???2sDp （ ）其中： ? ? nb??? （ ） D 為氣缸內(nèi)直徑； ps 為實(shí)驗(yàn)壓力 ，一般取 ps 為工作壓力的 倍， ??? 為缸筒材料的許用應(yīng) 力， b? 為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度， n 為安全系數(shù)，一般取 n=6~8。但是缸筒兩端會(huì)有端蓋等其他零件，所以一般缸筒都不會(huì)很薄。經(jīng)過(guò)對(duì)氣缸廠家的搜索，資料查詢(xún)，老師推薦等 綜合考慮，最終選取了 SMC 公司所生產(chǎn)的的一種標(biāo)準(zhǔn)型單桿雙作用氣缸，具體型號(hào) 為 CG1BN32150ZW，樣式如圖 。因此 主要根據(jù)彎曲強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行軸徑的設(shè)計(jì)計(jì)算并進(jìn)行校核。同時(shí)又考慮到材料解約，避免裝置過(guò)于笨重等原因，可采用空心處理。 下面進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校 核： 根據(jù)公式 [4]： ? ??? ?? WM m a xm a x () 現(xiàn)根據(jù)計(jì)算，算出該軸所受的彎矩并作出彎矩圖如下圖 。遠(yuǎn)小于材料 45 號(hào)鋼的許用力 ??? =100MPa,強(qiáng)度足夠。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式我們知道，主要為直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此軸承類(lèi)型選擇直線軸承。 一般可分為標(biāo)準(zhǔn)型、開(kāi)口型、加長(zhǎng)型、通用型等，也可以根據(jù)法蘭分為 圓法蘭型、方法蘭型、橢圓法蘭型、導(dǎo)向圓法蘭型、導(dǎo)向方法蘭型、導(dǎo)向橢圓法蘭型、加長(zhǎng)圓法蘭型 等。 接觸系數(shù) :FC 每根軸裝一套軸承， FC= 每根軸裝二套軸承 FC= 每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C= 每根軸裝四套軸承， FC= 載荷系數(shù) :FW 運(yùn)行速度小于 15米 /分鐘，無(wú)沖擊、無(wú)振動(dòng)， FW=； 運(yùn)行速度小于 60米 /分鐘，微小沖或振動(dòng)， FW=； 運(yùn)行速度大于 60 米 /分鐘，或有較大沖擊、振動(dòng)， FW= 由本設(shè)計(jì)內(nèi)容可定個(gè)項(xiàng)系數(shù)值如下 ： FH=1 ， C=160kg, PC=5kg,FT=,FC=,FW= 可得結(jié)果： L=(10km) 再由公式： 602 )1 0 00 0( 1 ??? ?? nL LL sh （單位：小時(shí)） （ ） 其中： L 長(zhǎng)度壽命（萬(wàn)米）； Ls 工作行程； N1每分鐘往返次數(shù) 帶入數(shù)據(jù)可得： Ls=10000(小時(shí) )，滿(mǎn)足要求。具體型號(hào)參數(shù)如下： （實(shí)物見(jiàn)圖 ） 型號(hào)： TLF3000 電源： 24V DC 圖 電批 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁(yè) 扭力輸出范圍 (kgfcm)： ~ 無(wú)負(fù)載轉(zhuǎn)速 ()： HI,1000。 電批頭的選取 電批頭選 司力速電批頭，規(guī)格為PH240100E4 具 體參數(shù)為 : ldP ?? = ?? ，樣式為右圖（ ）： 圖 傳感器的選取 本設(shè)計(jì)中，要自動(dòng)檢測(cè)工件是否到位、螺釘是否到位、氣缸的伸縮運(yùn)動(dòng)要有極限位置等等，這些功能可借助傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 首先，要對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，也就是說(shuō)，要檢測(cè)工件是否到位，如果到位，那么進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，如果 沒(méi)到位則繼續(xù)等待。將光電傳感器放在工件夾具的兩端， 當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí) ，傳感器收到信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)給 PLC， PLC 來(lái)輸出命令進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。最終選 取上海藍(lán)寶所生產(chǎn)的一種對(duì)射式傳感器，型號(hào)為： PSF 分為一發(fā)射器與接收器。 主要 技術(shù) 參數(shù)為 如下： 電源電壓： 24V DC 響應(yīng)時(shí)間：小于 1ms 最大測(cè)力距離： 5m 光源 :紅外 LED880nm 重復(fù)精度：小于 5% 圖 LHU050傳感器外形尺寸 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 其次要對(duì)螺釘是否到位進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)闄z測(cè)距離較小，因此選取槽型光電傳感器就可以。產(chǎn)品見(jiàn)下圖 。 為了避免選取過(guò)多種類(lèi)的傳感器，給生產(chǎn)制造帶來(lái)不必要的麻煩，所以決定選取同檢測(cè)工 件一樣的傳感器，但是要并排兩個(gè)，形成一個(gè)面的對(duì)射面即可。主要參數(shù)如下： 電源電壓 ： 24V DC 光源 : 紅外線 LED(調(diào)制 ) 檢測(cè)物體Φ 2mm 以上不透明物體 外形尺寸如圖 。當(dāng)檢測(cè)到電批的電流發(fā)生較大升高時(shí)，則表明螺絲已經(jīng)擰緊或者出現(xiàn)螺絲卡死等情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)停止運(yùn)動(dòng)，氣缸收回。因此 可設(shè)計(jì)出上下滑動(dòng)架子的大致結(jié)構(gòu) 如右 圖 。 圖 上滑動(dòng)架 螺釘輸送導(dǎo)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于這部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，查閱很多資料，再通過(guò)與老師的溝通交流得知，這以機(jī)構(gòu)主要用手指式結(jié)構(gòu)居多，并且這種方式可靠性好，因此，本設(shè)計(jì)同樣選用手指式結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)圖如下圖 ： 手指式結(jié)構(gòu) 機(jī)架設(shè)計(jì) 機(jī)架制造方式的選取 機(jī)架是用來(lái)放裝 備的，所有設(shè)計(jì)的零件都在機(jī)架上。 鑄造在 機(jī)械工程的制造方面應(yīng)用十分的普及，在如今各種各樣的的機(jī)械裝置中，如車(chē)床、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī) 等 中，鑄造的地位舉足輕重 。通過(guò)鑄造能夠制造出很復(fù)雜的造型，鑄造件相比焊接來(lái)說(shuō)，有較強(qiáng)的抗震效果，但是鑄造也有很多缺點(diǎn)跟不足，如鑄件 成分內(nèi)部晶體粗大不細(xì)膩、成分均勻性不足 、質(zhì)量不穩(wěn)定、 笨重 、 不易修改制造、 廢品率高等。焊接同樣廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造。相比鑄造件來(lái)說(shuō)，焊接具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、材料 利用率高、成本低、強(qiáng)度剛度好等優(yōu)點(diǎn)，但是焊接也有很多缺點(diǎn)，如某些材料難以焊接、焊接產(chǎn)生材料變形、吸收震動(dòng)效果差等。再考慮經(jīng)濟(jì)等因素，相對(duì)來(lái)說(shuō)焊接方法容易制造，成型快、成本低節(jié)省材料，因此最后選定以焊接方式來(lái)制造機(jī) 架。所以，為了增加機(jī)架的承載能力，必須采取措施來(lái)增大機(jī)架的強(qiáng)度與剛度。所以基本結(jié)構(gòu)如 圖 。 概括來(lái)說(shuō)，整機(jī)采用電批來(lái)驅(qū)動(dòng)電批頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用氣動(dòng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電批的直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用彈簧、套筒等設(shè)計(jì)來(lái)完成行程速度的控制。設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)螺釘裝配的運(yùn)動(dòng)。具體的說(shuō)就是，先檢測(cè)工件與螺絲的到位情況，若都到位，則控制氣缸帶動(dòng)電批下降，同時(shí)電批接通 旋轉(zhuǎn)。機(jī)器同時(shí)具有安全保護(hù)功能。具體分配見(jiàn)下表 ： 表 I/O分配 PLC 的選取 由本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析可以知道，該機(jī)構(gòu)的輸出端主要由兩個(gè)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)氣缸往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電批的旋轉(zhuǎn) ， 而氣缸主要通過(guò)電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng) ，同時(shí)還可以適當(dāng)增加指示燈環(huán)節(jié)的輸出以便系統(tǒng)更加完善。普輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 名稱(chēng) 輸入點(diǎn)編號(hào) 名稱(chēng) 輸入點(diǎn)編號(hào) 啟動(dòng)按鈕 SB1 電磁閥（氣缸伸縮運(yùn)動(dòng)） YC1 停止按鈕 SB2 電批開(kāi)關(guān) YC2 上限位傳感器 工作指示燈 YC3 下限位傳感器 停止指示燈 YC4 檢測(cè)螺釘傳感器 檢測(cè)工件傳感器 安全防護(hù)傳感器 急停開(kāi)關(guān) SB3 湖南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè) 通的 PLC 即可。 該主機(jī)由 14 個(gè)輸入端， 10 個(gè)數(shù)字量輸出 。兩種類(lèi)型供電電壓分別提供~ 85~264V交流電壓。 圖 S7200 PLC 電磁閥的選取 電磁閥是用來(lái)控制氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)中，氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，因此選擇普通的二位四通電磁閥控制即可。 具體參數(shù)如下： 流通介質(zhì)：水液、空氣、油等無(wú)腐蝕性液體 介質(zhì)溫度： ≤60 ℃ （不凍結(jié)） 允許溫升： 85℃ 工作壽命： 60萬(wàn)天 電源電壓： AC220V DC24V 消耗功率： 20W 左右 電源模塊的選取 由 于 上面一些器材的選取后，用到的電壓主要為 DC24V，因此， 系統(tǒng)中 需要用 到一個(gè)將 220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?24V 直流的電源模塊，因此選擇了 深圳市奧普源科技有限公司提供的一種 開(kāi)關(guān)電源。在機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了電批作為擰緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源。與此同時(shí)，在電批頭的行程速度控制上，采 用了彈簧、套筒等部件來(lái)進(jìn)行控制。 總的來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，但是在整機(jī)的精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)方面做的還不夠好。因此，這一方面是本次設(shè)計(jì)所需加強(qiáng)改進(jìn)的地方。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，顏老師不僅在設(shè)計(jì)上給了我很大的幫助，同時(shí)在心態(tài)上，學(xué)習(xí)方式等各個(gè)方面都給與了誠(chéng)懇的指導(dǎo)，讓自己這幾個(gè)月的時(shí)間里 學(xué)到了很多知識(shí)，無(wú)論是在專(zhuān)業(yè)知識(shí)還是在學(xué)習(xí)方法、思考方式。 最后感謝湖南大學(xué)，給了我們這么好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、給我們分配了這么多負(fù)責(zé)人的老師、給與了自己一個(gè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)！讓自己在這么短 的時(shí)間里學(xué)到了這么多