排釘機設計

排釘機設計,排釘機,設計 自動排釘機結構設計 院 系 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 負責教師 I 摘 要 自動裝配技術是機械自動化的關 鍵技術。本文對基于機 械自動化的鐵釘自動排 序進行了詳細研究。 自動排釘機構的設計是個 非常重要的工作，這項工作的 目標是實現(xiàn)鐵釘?shù)淖詣?排序，從而提高工作效率，減少 時間、人力和財力的消耗。 首先，考察了國內(nèi)鐵釘?shù)母鞣N形狀并總結了 它們的共同特征，提出了在理想情 況下鐵釘?shù)臉邮?，并基?此進行了自動排釘機構的設計 ；其次，查找了各種資料， 比較了各種電動和氣動設 備，從中選擇了比較理想的驅 動方式；第三，查找了目前 較為流行的 SolidWorks 軟件資料， 并在此基礎上建立了本次設 計中較為重要的部分 ——定向控制部分的 三維模型；第四，采用 AutoCAD 軟件對驅動部分和裝配圖進 行了繪制。 在設計過程中，充分考慮了設計的“虛擬 裝配”問題，并在指導老師的幫助下， 運用 SolidWorks 軟件對所設計的零件進行了裝配。 關鍵詞 ：自動裝配；排序；鐵釘；虛擬裝配 II Abstract It is the key technology of mechanical automation to assemble technology automatically. The paper is based on the nail’s automatic order of mechanical concentratively, and has detailedly designed. It is an important job to design the nail’s order-automatic machine. That is to make nails orderly, to raise working efficiency, and to reduce the expenses of time, manpower and financial resources. First of all, I observe present different forms of nails and have summarized their common character, also design machine of nail’s automatic order under the ideal cases of the patterns of nails. Secondly, I look up various kinds of materials and compare various kinds of the equipment while being kind and being electronic, and choose the ideal form from them. Thirdly, I look up the software of SolidWorks which is very popular currently, and I use it to draw the most important part in the design--order_control part. Lastly, I use AutoCAD to draw the expel-part and assemble-drawing. During drawing, I consider adequately the “assembling fictitiously” that has already existed, and with the help of my guide-teacher, I have made parts assembled under Solidorks. Keywords: Automatic assembling; order; nail; assembling fictitiously III 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................... 1 1.1 課題背景 .................................................................................................................... 1 1.2 裝配自動化簡介 ........................................................................................................ 2 1.2.1 裝配自動化的概念 .............................................................................................. 2 1.2.2 裝配自動化系統(tǒng)的類型及其選擇 ...................................................................... 2 1.2.3 裝配自動化系統(tǒng)應具備的條件 .......................................................................... 3 1.2.4 國外裝配自動化發(fā)展概況 .................................................................................. 6 1.2.5 國內(nèi)裝配自動化發(fā)展概況 .................................................................................. 7 1.3 本文主要研究的內(nèi)容 ................................................................................................ 7 2 自動供料及輸送的方案設計 ........................................................................................... 8 2.1 機械加工自動化的三種形式 .................................................................................... 8 2.2 不宜采用自動供料的情況 ........................................................................................ 8 2.3 幾種具有代表性的供料器 ........................................................................................ 8 2.3.1 回轉式料斗供料器（滾筒式） （ A） ................................................................. 9 2.3.2 回轉式料斗供料器（滾筒式） （ B） ............................................................... 10 2.3.3 提升式料斗供料器 ............................................................................................ 10 2.3.4 帶有固定導向刃的料斗式供料器 .................................................................... 11 2.4 自動供料器選擇方案的確定 .................................................................................. 11 3 給料傳送機構的設計 ..................................................................................................... 12 3.1 傳動總論 .................................................................................................................. 12 3.1.1 傳動裝置在機器中的應用 ................................................................................ 12 3.1.2 傳動裝置的分類 ................................................................................................ 13 3.1.3 傳動方案確定 .................................................................................................... 13 3.2 V 帶傳動的設計 ........................................................................................................ 14 3.2.1 V 帶輪的設計 ..................................................................................................... 14 3.2.2 確定 V 帶的型號 ............................................................................................... 15 3.2.3 驗算帶的速度 .................................................................................................... 15 3.2.4 確定中心距 a 和 V 帶的長度 Ld...................................................................... 16 IV 3.2.5 確定 V 帶的根數(shù) z............................................................................................ 17 3.3 主要傳動軸的設計 .................................................................................................. 17 3.3.1 計算軸所受的初拉力 0 F .................................................................................. 17 3.3.2 初算軸徑 ............................................................................................................ 18 3.4 齒輪的設計 .............................................................................................................. 19 3.4.1 系統(tǒng)傳動圖 ........................................................................................................ 19 3.4.2 齒輪模數(shù)的初步計算 ....................................................................................... 20 3.4.3 計算齒輪的具體結構尺寸 ............................................................................... 21 3.5 電動機的選擇 .......................................................................................................... 23 4 定向控制機構的設計 ..................................................................................................... 24 4.1 輸送管道的設計 ...................................................................................................... 24 4.2 定向機構的設計 ...................................................................................................... 24 4.3 凸輪機構的設計 ...................................................................................................... 24 4.3.1 凸輪機構的分類 ................................................................................................ 25 4.3.2 凸輪從動件的運動規(guī)律 ................................................................................... 25 4.3.3 凸輪機構確定 .................................................................................................... 26 4.4 定向控制機構設計過程簡介 .................................................................................. 26 5 定向控制機構的虛擬裝配及有限元分析 .................................................................... 27 5.1 虛擬制造技術 .......................................................................................................... 27 5.2 定向控制機構零件三維造型實例 .......................................................................... 28 5.3 零件的裝配 .............................................................................................................. 31 5.3.1 裝配體工具部分功能簡介 ............................................................................... 31 5.3.2 子裝配體的展示 ................................................................................................ 36 5.3.3 總裝配體的展示 ................................................................................................ 39 5.3.4 總裝配體爆炸視圖的展示 ............................................................................... 39 5.4 軸的校核 ................................................................................................................... 40 5.4.1 有限元分析插件簡介 ........................................................................................ 40 5.4.2 軸受力的有限元仿真 ........................................................................................ 40 5.4.3 結果分析 ............................................................................................................. 47 結 論 ................................................................................................................................. 48 參考文獻 ............................................................................................................................. 49 V 致 謝 ................................................................................................................................. 51 1 1 緒論 1.1 課題背景 目前國內(nèi)射釘槍用射釘最常用的 結構形式有六種，而這六種形式之中最最常用 的有二三種，此次設計就 選擇了其中最常用中的一種。 現(xiàn)今國內(nèi)生產(chǎn)的射釘槍多為單發(fā)，這樣既耗 時又費力，為提高工作效率，需設 計出一種連發(fā)機構，因此，就需要一種自動 排序鐵釘?shù)臋C構，只有這樣，才能很好 地把鐵釘整齊包裝，用于連發(fā)機構，但是在 一般情況下，由于鐵釘很不規(guī)則，因此 在排序方面會出現(xiàn)較大的困難。所以， 在此需要尋求一個最佳方案，在某種意義上 能夠使鐵釘規(guī)則化?，F(xiàn)在 對六種鐵釘做一個綜合分析， 根據(jù)鐵釘都有大端這樣一個 共同特點來出發(fā)考慮問題 。六種鐵釘結構類型如圖 1.1 所示： 圖 1.1 常見的六種鐵釘類型 2 1.2 裝配自動化簡介 1.2.1 裝配自動化的概念 裝配就是按照技術要求將零件進 行組合連接成部件、復合件或成品的過程。裝 配工藝過程是指裝配的方法、路線及內(nèi)容的 安排。其中包括裝配、調(diào)整、檢測和試 驗等工作。裝配工藝規(guī)程是指將裝配工藝過 程按一定的格式以文件 的形式固定下來 的過程。 裝配自動化是指將對某種 產(chǎn)品用某種控制的方法和手段 ，通過執(zhí)行機構，使其 按預先規(guī)定的程序自動進行裝配 ，而無需人直接干預的過程 [1] 。 1.2.2 裝配自動化系統(tǒng)的類型及其選擇 （ 1）裝配自動化系統(tǒng)的類型 [2] 裝配自動化的類型如果按 照其系統(tǒng)的裝配對象是否可換 ，是否在一定范圍內(nèi)可 調(diào)，可以分為柔性自動裝配和剛性自動裝配 ?？勺儞Q裝配對象，在一定范圍內(nèi)可調(diào) 的為柔性自動裝配，反之 ，就是剛性自動裝配。 （ 2）裝配自動化類型的選擇 裝配自動化類型的選擇原 則是根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領和生 產(chǎn)類型。產(chǎn)品是大量大 批生產(chǎn)類型的要考慮選擇自動化裝配，如 果是單件小批量生 產(chǎn)類型要選擇柔性自動 化裝配。 零件生產(chǎn)綱領是包括備品 和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領不同，生產(chǎn)規(guī)模也不 同。人們按照產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領，投入生產(chǎn)的 批量或生產(chǎn)的連續(xù)性，把它分為三種生 產(chǎn)類型：大量生產(chǎn)、批生產(chǎn)和單件生 產(chǎn)。批生產(chǎn)的類型又分為：大批、中批和小批 3 生產(chǎn)。生產(chǎn)類型支配著裝配工作而各具特色 ，如組織形式、裝配方法、工藝裝配等 各方面各有不同 [3] 。 大批大量生產(chǎn)類型其裝配 工藝主要是采取完全互換法裝 配。而單件及小批量生 產(chǎn)類型其裝配工藝主要是 采取修配法及選配法裝配。 因此， 如果考慮采用自動化裝配的方式， 大量大批生產(chǎn)應采用剛性自動化裝配。 對于單件及小批生產(chǎn)類型其裝配 工藝只能是選配法，所采 用的裝配方式為柔性自動 化裝配方式。 如果對于單件小批生產(chǎn)中對那些只能 采用修配法的裝配一般實行人工裝配。 以上方案的選擇除技術原因外（如修 配法裝配很難實現(xiàn)自動化，但不等于絕對 不能實現(xiàn)，要以經(jīng)濟損失為代價）， 主要是從經(jīng)濟效益為原則考慮的。圖 1.2 表示 不同裝配方式下的產(chǎn)量和 裝配成本的關系曲線。由圖中 可見：當生產(chǎn)批量不大時， 柔性自動化裝配的單件成本低于 剛性自動化裝配。但大批 量生產(chǎn)時，剛性自動化裝 配單件成本最低。而人工裝配的單件 成本基本上不隨年產(chǎn)量的變化而變化 [4] 。 圖 1.2 產(chǎn)量與裝配成本的關系曲線 1.2.3 裝配自動化系統(tǒng)應具備的條件 裝配系統(tǒng)的裝配功能主要 包括零件的傳輸、抓取和裝配 。為了實現(xiàn)裝配的自動 4 化，對零件、裝配工具和傳輸機構等都要提 出相關的要求，使裝配工作得以順利進 行。 （ 1）對零部件的結構工藝性的要求 采用自動裝配時，對零部件的結 構工藝性提出以下要求： 零件幾何形狀盡量規(guī)則，結構要便于 自動傳輸、自動上料和定向識別。 零件結構要便于夾持，其剛度要滿足夾持力 的要求，受力后的變形應該在彈性 范圍內(nèi)，而且變形量 不應給裝配帶來困難。 零件結構設計時應考慮避免采用在自 動上料時相互鑲嵌等不易順利分開的結 構。 設計者應考慮零件初始連接時易 于導入，如設計倒角，錐面等。 零部件間的定位銷，從易 于裝配考慮盡量采用錐銷 [5] 。 應盡量采用便于裝配的聯(lián)接方式，而 且，盡可能的減少零件的數(shù)量。 零件的設計盡量做到標準化、 通用化和系列化， 這樣可以減少裝配工裝的種類。 設計時應盡量考慮統(tǒng)一的裝配方 向，減少翻轉裝配的次數(shù)。 （ 2）對裝配工具的要求 裝配工具是自動裝配的執(zhí)行機構，裝配效率 的高低、質(zhì)量的好壞與裝配工具有 直接關系，所以，對裝配 工具提出以下要求： 根據(jù)總體布局、零件結構 尺寸和幾何形狀及重量、經(jīng)濟 性等合理選擇機械手、 機器人還是其他結構裝置 抓取或推進零件裝配。 5 機械手或機器人的手腕夾爪的夾緊力 要與零件的允許變形量和零件表面的精 度的要求相匹配。應盡量 避免抓取零件精加工表面， 如果無法避免時，不得損壞零 件表面精度，并且夾爪要采取保護措施 [6] 。 在計算裝配工具對零件的 夾緊力時，應考慮裝配力和零 件的重力，其裝配力與 零件的配合種類有直接關系。 機械手或機器人手腕 移動時一定要平穩(wěn)， 注意慣性力， 接近裝配位置時要減速。 零件初始裝入時，裝配工具在裝配力 的作用下應有一定的柔性，發(fā)生異常應發(fā) 報警信號。 （ 3）對傳輸機構和整體布局的要求 為滿足自動裝配，對傳輸機構和 整體布局提出以下要求： 設計傳輸機構時要方 便零件的傳輸和定向。 零件傳輸?shù)窖b配位置時， 要有準確的定位系統(tǒng)及安全保 護系統(tǒng)，不到位不能發(fā) 生裝配指令。 如果采用柔性自動化裝配，應考慮傳 輸系統(tǒng)設計時的柔性，以適應零件種類規(guī) 格的變換。 零件的傳輸和自動上料機構設計 時，要盡量減少振動和噪聲。 在考慮自動化裝配線時， 應該考慮裝配中的自動檢測 、清理、不合格零件的自 動識別和剔除、故障診斷和報警等 [7] 。 總體平面布置時充分利用現(xiàn)有面積、 計算好裝配的節(jié)拍和設 備及工位的數(shù)量。 6 對于單件小批生產(chǎn)的柔性 自動化裝配的選配法，應該做 好分組選配的裝配方式 的設計，分組選配即 是組內(nèi)的完全互換法 [1] 。 1.2.4 國外裝配自動化發(fā)展概況 隨著國際關系多極化、消費多樣化、經(jīng)濟 全球化和貿(mào)易的自由化，促使世界各 國更加重視制造業(yè)的社會地位和作用，重 新審視生產(chǎn)方式，對制造業(yè)的發(fā)展提出更 高的要求，加速了自動化的進程。 然而，由于加工技術遠遠超前于裝配技術， 目前大多數(shù)產(chǎn)品還都是傳統(tǒng)的手工 裝配，所以說裝配工藝已成為現(xiàn)代生產(chǎn)的薄 弱環(huán)節(jié)，必須加大力度進行裝配自動化 技術的研究工作。 裝配自動化比加工自動化 實現(xiàn)起來難度大，它是一項更 為復雜的生產(chǎn)過程，具 有很多特殊性。在某些裝配情況下，施力的 大小、推進的速度、安裝的姿態(tài)等需要 感知、需要判斷、需要決策、需要經(jīng)驗， 這一切屬于智能的要求，所以人工操作較 多。但是人工操作已經(jīng)難以適應現(xiàn)代制造技 術發(fā)展的要求，因為這 樣難以保證產(chǎn)品 質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性 [8-10] 。 自動化水平的高低，已成 為一個國家科技水平的重要標 志之一。一些發(fā)達國家 在自動裝配技術和柔性裝 配技術的研究方面都取得了卓 越的成果，有的已經(jīng)成功的 在生產(chǎn)中得以運用。如美 國的克羅斯公司除從事小型產(chǎn) 品、汽車發(fā)動機及有關部件 的自動裝配機的研制外， 還從事裝配機器人、集成裝配 系統(tǒng)、裝配單元等方面的研 究。該公司從 1986 年到 1990 年間開發(fā)制造了 30 條左右自動裝配機和生產(chǎn)裝配線。 另外，日本的小汽車柔性裝配線；瑞士成功研制的手表自動裝配線；比利時 New 7 Lachaussee 公司研制的具有模塊化工 作的雷管自動裝配線；美國的 King Sburg 公司 研制的全自動或半自動裝配系統(tǒng)，可用于家 用冰箱壓縮機、汽車主動轉向泵、汽車 自動化變速器和減振器以及制動 器等多種產(chǎn)品的裝配。美國政府 1980 年撥款由倫 敦 BRSL 公司用 8 年時間對柔性裝配系統(tǒng) （ FAS） 作了可行性研究， 研究出一種 FAS, 能對質(zhì)量小于 15 千克，體積小于 0.03 米 3 的電器、電子和機械產(chǎn)品進行柔性裝配， 年產(chǎn)量可達 20~30 萬套，更換產(chǎn)品的調(diào)整時間僅為 1~2 小時 [11,12] 。 1.2.5 國內(nèi)裝配自動化發(fā)展概況 我國在裝配自動化技術的 研究方面還很少，這里面既有 觀念問題，也有客觀需 求不夠迫切的問題。但是 從現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的總趨勢看 ，裝配自動化技術研究的盡 快開展是具有戰(zhàn)略意義的一項工作。 1.3 本文主要研究的內(nèi)容 本文內(nèi)容是有關自動排釘機構的設計，重 點內(nèi)容是機構的核心部件控制器—— 定向機構的設計。所要研 究的主要內(nèi)容包括： 1. 自動供料及輸送的方案設計； 2. 給料傳送機構的設計； 3. 定向控制機構的設計； 4. 定向控制機構的虛擬 裝配及有限元仿真； 5. 繪制二維工程圖。 8 2 自動供料及輸送的方案設計 2.1 機械加工自動化的三種形式 機械加工自動化可分為半自動、 全自動及完全自動化三種類型。 1. 半自動化加工系指被加工零件的裝 夾及卸料憑靠人手進行，僅僅加工過程是 自動進行的。 2. 全自動化加工又稱為滑道式自動化 加工或稱料倉式自動化加工，它僅利用人 手將被加工的零件裝入滑道或者是料 倉，而零件的裝夾、加工、卸料全部都由 機器自動完成。 3. 完全自動化加工是指利用具有定向 能力的供料器、料斗等設備向滑道或者料 倉供給被加工零件的自動化加工，這 種機械允許一次向供料器和料斗投放較多 的零件 [1] 。 2.2 不宜采用自動供料的情況 有下列情況時，不宜采用自動供 料，應該考慮采用半自動化供料： 1．零件的生產(chǎn)綱領偏低； 2．零件品種繁多； 3．不希望零件外表有毛疵、碰傷等缺陷； 4．切屑纏繞在工裝設備上面將導致故障時； 5．零件形狀復雜或者是不宜采 用簡單的方法對零件定向時； 6．自動機制造經(jīng)費不足時； 7．在剛開始搞自動化工作而經(jīng)驗不足時。 2.3 幾種具有代表性的供料器 具有代表性的供料器是有 螺旋槽的圓盤式振動供料器。此外，還有其他形式的 9 供料器，這些供料器對于 各種不同的零件通用性較差， 但是當供料器的特性與零件 的特性相適應時，可以高 效的完成定向及供料等工作。 振動供料器對供應的零件 損傷較輕，適用于多種零件， 堪稱為供料器中的第一 流設備，其缺點是有噪音（由零件碰撞引起 ），不過，其它一些供料器有的噪音和 它一樣大，有的甚至比它還要大。 通常的供料器可以分為振動式、回轉式 、往復式、皮帶傳動式、氣動式、氣泡 式等 [2] 。 2.3.1 回轉式料斗供料器（滾筒式）（ A） 圖 2.1 為回轉式料斗供料器，當零件沒有完 全落入滑道時，料斗不能轉動，所 以，料斗應作間歇轉動，若將滑道做成雙導 軌時，可以對帶有凸緣的零件進行定向 供料。這種供料器送料量比較大，但是料筒 與零件、零件與零件間的摩擦較大，因 而，零件表面的碰傷比較嚴重。 圖 2.1 回轉式料斗供料器（A） [2] 10 2.3.2 回轉式料斗供料器（滾筒式）（ B） 當被提起的零件落到滑道上，零件滑 出的形態(tài)與滑道的形狀吻合時，零件就可 沿滑道送出，料斗可以連續(xù)轉動，但是速度 不宜太高，否則離心力太大?；赖男?狀可以做成吊頭形、 鞍形、槽形等，如圖 2.2 所示。 圖 2.2 回轉式料斗供料器（B） [2] 2.3.3 提升式料斗供料器 提升式料斗是一個圓弧板 圍繞一點在料斗內(nèi)做上下往復 擺動。根據(jù)圓弧板上的 軌道形式可以分為兩種：一可對 圓柱型的零件進行定向送料 ；二則能對帶頭的零件 進行定向送料（例如：木釘、螺釘、鉚 釘?shù)龋?。軌道的形狀應與工件的形狀相吻合。 與回轉式供料器相比， 這種供料器對零件的損傷較小， 但是損傷仍然是難免的。 有些零件的形狀使其不易落入滑 道，可以在滑道的入口處設 置一個小轉輪，使其轉 動，將不合適的零件剔回料斗。 11 2.3.4 帶有固定導向刃的料斗式供料器 圖 2.3 為帶有固定導向刃的料斗，底盤是轉 動的，由于底盤的回轉及固定導向 刃的作用，將零件逼靠外 圈，并送入導向滑道。 調(diào)節(jié)底盤的轉速，可以改 變供料器的供料速度。 2.4 自動供料器選擇方案的確定 本課題所選擇的釘子本身 具有大端和小端， 釘子總長 50mm， 大端直徑 D=7mm， 小端直徑 d=4mm，表面進行了淬火處理。利用 這些特點，可以設計定向機構；又釘 子本身是圓柱形，從而選擇出供料器。 圖 2.3 帶有固定導向刃的料斗式供料器 [2] 根據(jù)所選的釘子的特點，選圖 2.3 所示供料器模板， 對其作進一步的改進處理， 去除固定導向刃，轉動的 底盤改裝設計成圓錐形，當 它以一定速度旋轉的時候，工 件（鐵釘）自動靠在料斗壁上，然后 被送入滑道，進而輸送到下一個機構。 12 3 給料傳送機構的設計 給料傳送機構是把原料（鐵釘）輸送到定向 機構以及把由定向機構出來后整齊 排序的鐵釘輸出的機構。因此，本節(jié) 主要是論述鐵釘如何實現(xiàn)傳送的問題。 3.1 傳動總論 3.1.1 傳動裝置在機器中的應用 機器一般都有傳動裝置， 它是將原動機的運動和動力傳 給工作機的中間裝置， 它常起以下的作用： （ 1）減速 (或者增速 )。工作機速度往往和原動機速度 不一致，用傳動裝置可以 達到改變速度的目的。 （ 2）調(diào)速。許多工作機的轉速需要能根據(jù) 工作要求進行調(diào)整，而依靠原動機調(diào) 速往往不經(jīng)濟，甚至不可能，而用傳 動裝置很容易達到調(diào)速的目的。 （ 3）改變運動形式。原動機的輸出軸常用 等速回轉運動，而工作機要求的運動 形式則是多種多樣的，如直線運動、 螺旋運動、間歇運動等，靠傳動裝置可以 實現(xiàn)運動形式的改變。 （ 4） 增大轉矩。 工作機需要的轉矩往往是原動機輸出 轉矩的幾倍甚至是幾十倍， 通過減速裝置可實現(xiàn)增大轉矩的要求。 （ 5）動力和運動的傳遞和分配。一臺原動 機常要帶動若干個不同速度、不同負 載的工作機，這時傳動裝置還起 到分配動力和運動的作用。 顯然，傳動裝置是機器的重要組成部分， 機器質(zhì)量的好壞常與傳動裝置的質(zhì)量 密切相關，機器的成本也常取決于傳動裝置 的造價，因此，合理的設計傳動裝置是 機械設計工作的重要組成部分。 13 3.1.2 傳動裝置的分類 （ 1）傳動裝置按工作原理分類如下： 機械傳動，包括摩擦傳動（如摩擦輪傳動、 V 帶傳動、繩傳動）和嚙合傳動（如 齒輪傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動 、鏈傳動、同步帶傳動）。 流體傳動，包括液力傳動和氣力傳動。 電力傳動，包括交流電力 傳動和直流電力傳動。 （ 2）機械傳動按改變傳 動比可能性分類如下： 定傳動比傳動，如帶、鍵 、摩擦輪、齒輪、蝸桿傳動。 變傳動比傳動，包括有級變速傳動（如齒 輪變速箱、塔輪傳動）、無級變速傳 動（如各種機械無級變速器）、按周期性規(guī) 律變化傳動（如非圓齒輪、凸輪、連桿 機構）。 3.1.3 傳動方案確定 如前所述，機器的工作性能很大程度取決于 傳動裝置的性能、質(zhì)量及設計布局 的合理性，因此，合理擬定傳動方案具有重 要的意義。對傳動方案的要求最主要是 能實現(xiàn)工作部分的工作要 求，另外還要求結構簡單、效率高、尺寸緊湊、工作可靠、 成本低、使用維護方便等，應針對各 種可能的方案結合各種 傳動形式的主要特點和 性能，分析比較，合理選擇。 傳動方案選擇時?？紤]以下情況： （ 1）大功率、高速度、長期工 作的工況，宜用齒輪傳動。 （ 2）低速、大傳動比，可用單級蝸桿傳動 和多級齒輪傳動，也可采用帶—齒輪 14 傳動；帶—齒輪—鏈傳動；但是 帶宜放在高速級，鏈放在低速級。 （ 3）帶傳動多用于平行軸傳動，鏈傳動只 能用于平行軸傳動，齒輪可用于各向 軸線傳動，蝸桿常用于空 間垂直交錯軸傳動。 （ 4）帶傳動可以緩沖吸振，同時還有過載 保護作用，但是因摩擦生電，不宜用 于易燃、易爆的場合。 （ 5）鏈傳動、閉式齒輪傳動和蝸桿傳動，可用于高溫、潮濕、粉塵、易燃、易 爆的場合。 （ 6）有自鎖要求的時候宜用螺 旋傳動或者是蝸桿傳動。 （ 7）改變運動形式的機構（連桿、凸輪等） 應布置在運動系統(tǒng)的末端或者是低 速級。 （ 8） 一般外廓尺寸較大的傳動 （如帶傳動） 和傳動能力較低的傳動 （如錐齒輪） ， 分配給較小的傳動比。 （ 9）小功率的機械宜用結構簡單的、標 準化高的傳動，如減速器、液壓缸、帶 傳動、鏈傳動等。 由上面可以知道，在本次設計中，采 用的傳動類型是皮帶傳 動與齒輪傳動的混 合型。 3.2 V 帶傳動的設計 本文設計的要求是釘子輸出量 ≥ 3枚／秒，由于設計時分料輪采用了 12 等分 圓周的設計，所以，釘子每分鐘輸出 180 枚，亦即軸的轉速 n = 180/12 = 15 r/min。 假設轉速可提高十倍，即最大轉速為 n = 150 r/min [10] 。 3.2.1 V 帶輪的設計 由于本設計需要降速， 而且降速比也不大， 從而根據(jù)經(jīng)驗以及指導老師的推薦， 初步設計大、小帶輪的直徑尺寸如下： 15 大帶輪直徑： 2 d d =160mm，為孔板輪； 小帶輪直徑： 1 d d =75mm，為實心輪。 3.2.2 確定 V 帶的型號 在本設計中選用 A 型 V 帶，因為 A、 B 型為傳動時最常用的 V 帶，此處又沒 有特殊要求，所以選用 A 型 V 帶。 3.2.3 驗算帶的速度 由 P=Fv／ 1000 可知，傳遞一定功率時，帶速愈 高，圓周力越小，所需帶的根 數(shù)就愈少，但是帶速過大，帶在單位時間繞 過帶輪的次數(shù)就增加，使疲勞壽命降低。 同時，增加帶速會顯著地增大帶的離心力 ，減少帶與帶輪之間的接觸壓力。當帶速 達到某一數(shù)值后，不利因素將大 于有利因素，致使設計功率 Pd 降低，設計時應使 v≤v max ，一般在 v = 5～ 25m/s 之間選擇，以 v＝ 20～ 25 最有利 [3] 。 驗算公式為 v = 100060 1 1 × nd d π (3.1) 式中 1 d d —小帶輪直徑（ mm） ; 1 n —小帶輪轉速（ r/min）。 因為 1 d d ＝ 75mm， 1 n ＝ 150 × （ 160／ 75）＝ 320r/mim，所以，由式（ 3.1）有 V 帶的速度為 v = 100060 32075 × ××π ＝ 1.256≤25m/s 16 故 V 帶符合要求。 3.2.4 確定中心距 a 和 V 帶的長度 Ld 中心距小，可以使傳動結構緊湊，但 是也會因帶的長度小，使得帶在單位時間 內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)增多，降 低帶的壽命。同時，在傳動比 i 和小帶輪直徑 1 d d 一定的 情況下，小帶輪包角 1 α 減小，傳動能力降低。中心距大則反之。其次，中心距過大， 當帶速高時，易引起帶在工作時抖動。 在設計時，考慮到各種情 況，可在下列范圍內(nèi)選取 0 a 0.7（ 1 d d ＋ 2 d d ） ≤ 0 a ≤2( 1 d d ＋ 2 d d ) (3.2) 初選 0 a 后，可按下面第一式計算帶的基準長度 d L ，根據(jù)初算的 0 d L 再選取接近 的標準基準長度 d L ，然后按下面第二式 近似的計算中心距。 0 d L =2 0 a + π （ 1 d d ＋ 2 d d ） /2+（ 1 d d － 2 d d ） 2 /（ 4 0 a ） (3.3) a = 0 a +（ 1 d d － 2 d d ） /2 (3.4) 式中 0 d L —帶的初算基準長度（ mm）； 0 a —初選的中心距（ mm）； d L —標準基準長度（ mm）； 從而，在 1 d d =75mm， 2 d d =160mm 的情況下，由式（ 3.2）算得： 164.5≤ 0 a ≤470 因為要求結構緊湊，故取偏低值 0 a =200mm； 17 再根據(jù)式（ 3.3）計算 V 帶基準長度 0 d L 0 d L =2 × 200+ π （ 160+75） +（ 160－ 75） 2 /（ 4 × 200） =723mm； 從而，查得標準 V 帶基準長度 d L =800mm； 于是，再由式（ 3.4）算得實際中心距 a a =200+（ 160－ 75） /2=242.5mm； 3.2.5 確定 V 帶的根數(shù) z 在轉距一定的條件下，速度越高，功率越大 ，如果想輸送更多的工件，可提高 輸出帶的速度，加大功率，就可以輸出較多 的工件，而轉矩不變，由此可以根據(jù)具 體的需要增加 V 帶的根數(shù)，此處在保持一定的輸送條 件下，又不需要更高的轉速， 取 V 帶 1～ 2 根。此處 V 帶輪設計為兩根槽，既能保證傳動，又可以在比較廣闊的 范圍內(nèi)變速，以致通過實 驗取得最佳進給速度，此處 V 帶根數(shù) z＝ 2。 3.3 主要傳動軸的設計 3.3.1 計算軸所受的初拉力 0 F 0 F =500 d p （ 2.5 － a k ） /（ v z a k ）＋ m 2 v (3.5) 式中 m—普通 V 帶每米長度的質(zhì)量；這里 m＝ 0.1kg/m; z — V 帶根數(shù)；這里 z＝ 2； a k —包角修正系數(shù)；這里 a k ＝ 0.9； v— V 帶的速度；這里 v＝ 1.256m/s； 18 d p —設計功率； d p ＝ nT/9550＝ 15 × 2/9550＝ 0.00314kw 從而，初拉力 0 F ： 0 F ＝ 500 × 0.00314 × （ 2.5－ 0.9） /(1.256 × 2 × 0.9)+0.1 × 1.2562 2 =1.269N 由于最大轉速 n＝ 150r/min，故而當此轉速達到時， v ’＝ 10v＝ 12.56m/s, d p ’ ＝ 10 d p ＝ 0.0314kw。從而，此時的初拉力 0 F ’ 0 F ’＝ 500 × 0.0314 × （ 2.5－ 0.9） /(12.56 × 2 × 0.9)+0.1 × 12.562 2 ＝ 16.9N 由于考慮安全，取值 可以稍微大一些，即 0 F ’＝ 20N。 3.3.2 初算軸徑 由材料力學可知，軸受轉矩作用 的時候，其強度條件為： d ≥ [ ] 33 6 /)2.0/(1055.9 npCnp =× τ mm (3.6) 式中 p —軸傳遞的功率， kw；這里 p ＝ 0.0314kw； n—軸的轉速， r/min；這里 n＝ 150r/min； []τ —許用扭轉剪應力， MPa； C—有扭轉剪應力確定的系數(shù)；這里 C＝ 106； 從而，由式（ 3.6）有： d ≥ 106 3 150/0314.0 ＝ 6.294mm 19 按扭矩初算的直徑太細， 考慮剛度問題， 也為了避免再次按剛度校核軸的直徑， 此處確定軸的最細端為 d min ＝ 10mm。 3.4 齒輪的設計 3.4.1 系統(tǒng)傳動圖 本課題無需精密的傳動比，只要料斗 的轉速大于傳送帶的速度，使得給料機構 能供應充足的工件，以免在傳送帶上 出現(xiàn)空位即可。因此，在設計時分料輪的線速 度與傳送帶的線速度完全一致， 二者之間需要精確的傳動關 系，因此需要求傳送帶 必須是類似同步帶式樣的傳送。而在 去料斗的傳送線上應該設計升速傳動。 具體的傳動系統(tǒng)圖如圖 3.1 所示： 圖 3.1 傳動系統(tǒng)圖 20 3.4.2 齒輪模數(shù)的初步計算 一般同一變速組中的齒輪取同一 個模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪，按簡化的接 觸疲勞強度公式（ 3.7）進行計算： j m =16338 [ ] 3 2 1 )/()1( jjmd nuZNu σ?± （ mm） （ 3.7） 式中 j m —按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（ mm）； d N —驅動電動機功率（ kw）； j n —計算齒輪的計算轉速（ r/min）； u —大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比 u ≥1，外嚙合取“＋”號，內(nèi)嚙合取 “－”號； Z 1 —小齒輪齒數(shù)； m ? —齒寬系數(shù)， m ? ＝ B /m （ B 為齒寬， m 為模數(shù)）； ][ j σ —許用接觸應力（ MPa）。 （ 1）計算通往料斗傳送線上的齒輪的模數(shù) 由于 u ＝ 3， d N ＝ 0.56， m ? ＝ 10， Z 1 ＝ 30， j n ＝ 45， ][ j σ ＝ 630，且齒輪是外嚙 合的，則由式（ 3.7）有 j m j m ＝ 16338 3 22 )3456303010/(56.0)13( ×××××+ ＝ 2.726 所以，取 j m ＝ 3 21 （ 2）計算通往分料輪和傳送帶 傳送線上的齒輪模數(shù) 由于 u ＝ 1， d N ＝ 0.0613， m ? ＝ 10， Z 1 ＝ 44， j n ＝ 15， ][ j σ ＝ 630，且齒輪是外 嚙合的，則由式（ 3.7）有 ' j m ' j m ＝ 16338 3 22 )1156304410/(0613.0)11( ×××××+ ＝ 1.668 所以，取 ' j m ＝ 2 3.4.3 計算齒輪的具體結構尺寸 （ 1）齒頂高 1a h ＝ * a h ' j m ＝ 1 × 2＝ 2mm 2a h ＝ * a h j m ＝ 1 × 3＝ 3mm （ 2）齒根高 1f h ＝（ * a h ＋ * c ） ' j m ＝（ 1＋ 0.25） × 2＝ 2.5mm 2f h ＝（ * a h ＋ * c ） j m ＝（ 1＋ 0.25） × 3＝ 3.75mm （ 3）計算各個齒輪的具體尺寸如下： 1 d ＝ j m Z 1 ＝ 3 × 80＝ 240mm； 1a d ＝ 1 d ＋ 2 2a h ＝ 240＋ 2 × 3＝ 246mm； 1f d ＝ 1 d － 2 2f h ＝ 240－ 2 × 3.75＝ 232.5mm； 2 d ＝ j m Z 2 ＝ 3 ×