管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置機(jī)電系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

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1、 管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置機(jī)電系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 1.1 本課題設(shè)計(jì)的目的 自動(dòng)送料系統(tǒng)的研究是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，當(dāng)下我國(guó)許多行業(yè)仍屬于勞動(dòng) 力密集型，因此自動(dòng)化的使用已經(jīng)越來越重要。本課題涉及一種用于加工管材 的自動(dòng)分料裝置，是一種把一定數(shù)量的管材依次送入生長(zhǎng)線的自動(dòng)化供料裝置，本裝置的進(jìn)一步目的在于提供一種能適用于多種長(zhǎng)度尺寸規(guī)格，且調(diào)節(jié)幅度更 大的管料自動(dòng)送料裝置，作用在于能夠很好的提高生產(chǎn)效率降低勞動(dòng)強(qiáng)度 [1] 。 1.2 選題背景

2、 現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，為社會(huì)生產(chǎn)力帶來了巨大飛躍，自 80 年代柔性 系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)用階段以來，使機(jī)械加工的面貌發(fā)生了質(zhì)的變化。零件制造、金屬 成型、切削加工等日臻綜合自動(dòng)化，伴隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展， 當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)將進(jìn)入全盤自動(dòng)化的時(shí)代。 然而，由于加工技術(shù)超前于送料技術(shù)許多年，目前送料環(huán)節(jié)多數(shù)仍處于手 動(dòng)階段，兩者形成了明顯反差。雖然對(duì)于許多塊狀及板狀原料的加工開始了自 動(dòng)送料的研究，并已取得了不錯(cuò)的成果，但管類材料的加工自動(dòng)化給料仍處于 較大的空白階段，故而希望設(shè)計(jì)成功管料的自動(dòng)存儲(chǔ)粉料裝置。 1.3 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和

3、發(fā)展趨勢(shì) 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題，我國(guó)現(xiàn)有的管材加工中，在沒有實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)的情況下，工件的分料、提升及定位主要依靠 人工完成。多品種、小批量、加工時(shí)間較長(zhǎng)的零件，上下料在整個(gè)生產(chǎn)周期里所占的時(shí)間較少，采取人工上下料是切實(shí)可行的。但對(duì)于大批量零件加工且沒有實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)的場(chǎng)合，采取人工上下料，既增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，又增加了輔助時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率，應(yīng)該采取可靠、高效的自動(dòng)上下料方式。而現(xiàn)有的管料自動(dòng)存儲(chǔ)供料系統(tǒng)中，在流水線生產(chǎn)中將大批管料工件分離多采用鏈輪鏈條和棘輪棘爪等分料機(jī)構(gòu)，此類機(jī)構(gòu)存在分料時(shí)噪音大、容

4、易卡料且占地面積大等缺陷。 自動(dòng)化水平的高低，早已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志之一。目 [2] 前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已將注意力像自動(dòng)送料方向加強(qiáng)，并獲得了一定的成果 。這一方面，由于我國(guó)人口眾多、勞動(dòng)力便宜，企業(yè)不愿意加強(qiáng)投資，但是隨著 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的完善，國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)全面自動(dòng)化需求也會(huì)日趨增長(zhǎng)。從近來發(fā)展趨勢(shì)來看，新型自動(dòng)管料送料裝置的出現(xiàn)已經(jīng)是不可或缺的，同時(shí)，要求也更加嚴(yán)格。不但需要保證供料的穩(wěn)定性、快捷性，還要求自動(dòng)裝置能夠更好地便于控制及占地小等必須條件。使用自動(dòng)存儲(chǔ)分料系統(tǒng)的目的在于減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加必要的安全性，這就要求了新型自動(dòng)供

5、料系統(tǒng)便于操作的必然性，而且要提高自動(dòng)化水平，加強(qiáng)控制精度，以便于能夠更好地加工機(jī)械供應(yīng)原料，從而提高生產(chǎn)效率。我相信管料自動(dòng)分料裝置在我國(guó)得到全面的應(yīng)用將在不久的將來逐一實(shí)現(xiàn)。 1.4 本課題的優(yōu)勢(shì)及基本原理 特點(diǎn)及相關(guān)優(yōu)勢(shì) 自動(dòng)分料機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)坯料、工件或產(chǎn)品傳送到相應(yīng)的加工、裝配或測(cè)試、 分類等操作工位上的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。正確選用和設(shè)計(jì)好送料機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)自 動(dòng)化，建立自動(dòng)化生產(chǎn)線的基本條件之一。 本課題是管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及機(jī)加工設(shè)備領(lǐng)域， 是一種分料提升機(jī)構(gòu)，具體地說，是一種管料分料提升裝置，可實(shí)現(xiàn)管料的分

6、料，并提升到固定位置的裝置，這樣極提高了整個(gè)料倉(cāng)中管料的輸送速度，可 以保證管料始終處在和加工機(jī)械在同一水平面上，很大程度上節(jié)省了管料的傳 遞時(shí)間。同時(shí)在本裝置的分料口處添加了管料定位裝置，更好地保證了送料位 置的精確性，提高了加工精度減少了機(jī)械加工部分的再調(diào)整環(huán)節(jié)。此外，本裝 置載料板取用傾斜式，使管料在自身重力下，直接頂靠在分料口，便于分料。分料口處利用撥叉式機(jī)構(gòu)分料，增加了自動(dòng)分料裝置的靈活性。相對(duì)于其它分料裝置，本裝置靈活性更高，送料效率更好，并能為多種加工機(jī)械提供不同尺寸長(zhǎng)度的管料自動(dòng)存儲(chǔ)和送料，優(yōu)勢(shì)十分明顯。

7、 基本工作原理 本發(fā)明包括底座、料倉(cāng)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的分料撥叉、垂直升降機(jī)構(gòu)、自動(dòng)對(duì)正 裝置以及必要的液壓裝置等部分組成，其通過料倉(cāng)底部液壓缸提供動(dòng)力，利用 齒條齒輪機(jī)構(gòu)改變動(dòng)力的傳動(dòng)方向，經(jīng)過傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩側(cè)鏈條升降，從而使料 倉(cāng)底部的載料板能夠自由上升和下降，當(dāng)料倉(cāng)中管料位置略高于出料口時(shí)，停 止載料板的移動(dòng)，保證能夠順利送料。載料板采用傾斜式設(shè)計(jì)，使管料在自身 重力下可以直接停靠在擋料板上，便于出料。本裝置的出料部分采用撥叉式機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)，利用旋轉(zhuǎn)撥叉來帶動(dòng)管料的運(yùn)送，結(jié)構(gòu)靈活簡(jiǎn)易，便于操作。同時(shí)本 裝置在管料出料口增加了管料的對(duì)正設(shè)計(jì)，減少

8、了某些自動(dòng)化加工機(jī)械因給料 偏差而出現(xiàn)廢品的幾率，相對(duì)于普通加工機(jī)械也減少了管料的調(diào)整時(shí)間。因而 本發(fā)明操縱方便、實(shí)用可靠，占地面積小。 1.5 設(shè)計(jì)的基本要求及主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)的基本要求，該管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置應(yīng)能適用于絕大多數(shù)管狀材 料，管料直徑在Φ 89～Φ 189 之間，管料最長(zhǎng)長(zhǎng)度可達(dá) 6000mm，管材的重量在 3 噸左右，料倉(cāng)底部載料板可以自由升降，且該管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置可適用于 多數(shù)管料加工機(jī)械的自動(dòng)送料。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，完成總體的運(yùn)動(dòng)方案選擇，設(shè)計(jì)相關(guān)驅(qū)動(dòng)方法，即升降 部件、調(diào)整部件和分料部件。同時(shí)完成電氣控

9、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括電氣原理圖、 液壓原理圖、控制面板、 I/O 分配、 PLC梯形圖等。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)方案 該裝置是把成捆的管型材料統(tǒng)一存放在管料艙，然后實(shí)現(xiàn)管料單根出料的 自動(dòng)化分粉料裝置，集自動(dòng)存儲(chǔ)和分料于一體。 本裝置的基本要求，該管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置應(yīng)能適用于絕大多數(shù)管狀材 料，管料直徑在Φ 89～Φ 189 之間，管料最長(zhǎng)長(zhǎng)度可達(dá) 6000mm，管材的重量在 3 噸左右，料倉(cāng)底部載料板可以自由升降，且該管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置可適用于

10、多數(shù)管料加工機(jī)械的自動(dòng)送料。根據(jù)本裝置的要求，主要涉及升降、調(diào)整管料位置及出料幾個(gè)基本動(dòng)作。總體方案如圖 2-1 所示 [3] 圖 2-1 總體設(shè)計(jì)方案 調(diào)整部分設(shè)計(jì)方案 管料的調(diào)整需要保證左右的位置對(duì)中，所以采用兩端前法蘭式液壓缸來保 證中心，此方案的好處是位置控制精確，便于操作。如圖 2-2 所示

11、 圖 2-2 調(diào)整設(shè)計(jì)方案 翻料部分設(shè)計(jì)方案 擋料板處的分料裝置設(shè)計(jì)，在擋料板處控制管料的分料裝置需要把管材繼 續(xù)向前傳遞且不斷重復(fù)此過程，決定采用液壓缸驅(qū)動(dòng)撥叉旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，液 [4] 壓缸 1 推動(dòng)連桿 2 繞轉(zhuǎn)動(dòng)副 C 旋轉(zhuǎn)，使其向上擺動(dòng)從而將管料送出 。 圖 2-3

12、翻料設(shè)計(jì)方案 升降部分設(shè)計(jì)方案 載料板的升降設(shè)計(jì)，在管料自動(dòng)分料的過程中，料倉(cāng)底部的載料板需要往 復(fù)的做升降動(dòng)作，并且需要承擔(dān)管料本身的自重，故決定采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，同 時(shí)利用齒條齒輪裝置來改變動(dòng)力的傳動(dòng)方向，使其由水平方向作用變?yōu)樨Q直方 向作用。利用鏈條式升降方式實(shí)現(xiàn)載料板的上下移動(dòng)。液壓缸 1 推動(dòng)齒條齒輪 機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，利用傳動(dòng)軸 3 帶動(dòng)鏈輪 4，經(jīng)鏈輪 5、6 傳動(dòng)到鏈輪 7、8 處，利用鏈條帶動(dòng)載料板升降。如圖 2-4 所示

13、 圖 2-4 升降部分設(shè)計(jì)方案 2.2 電控部分設(shè)計(jì)方案 本課題采用可編程控制器控制，可編程控制器 ( 簡(jiǎn)稱 PLC)是發(fā)展極為迅速、 應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備中有大量的開關(guān)量、數(shù)字量、 脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機(jī)的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)， 溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等。 PLC是在固定接線式老裝置顯然不能適應(yīng)這 種要求的情況下，按照成熟有效的繼器控制理念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的

14、 新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。 目前國(guó)際上生產(chǎn)可編程控制器的廠家很多，它們主要分布在美國(guó)、日本、 歐洲各國(guó)。無論哪個(gè)廠家的產(chǎn)品，就其技術(shù)而言小異，可概括有如下特點(diǎn)：可 靠性高，抗抗干擾能力強(qiáng)（平均無故障時(shí)間一般可達(dá) 3—5 萬小時(shí)）；維修方便 靈活；功能完善；接線簡(jiǎn)單；編程簡(jiǎn)單，使用方便。 可編程序控制器的性能： 1、工作環(huán)境，一般 PLC的工作的溫度為 0 設(shè)施度到 55 設(shè)施度，最高為 60 設(shè)施度，存儲(chǔ)溫度為 -20 設(shè)施度之 +85 設(shè)施度；相對(duì)溫度為 5%~95%。（空氣條件，周圍不

15、能混有可然性，易爆性和腐蝕性氣體） 。 2、耐振動(dòng)，沖擊性能強(qiáng)，一般 PLC能承受振動(dòng)和沖擊頻率為 10~55HZ，振幅為 0.5mm加速度為 2g，沖擊為 10g 3、循環(huán)掃描，一周期掃描時(shí)間為 10ms左右，因此 PLC故障率低，不易壞， 可靠性高。 本設(shè)計(jì)采用 OMRON的 CP1L系列 PLC，其特點(diǎn)是具有豐富的 CPU單元；獨(dú)具 變頻器簡(jiǎn)易定位功能；覆蓋小規(guī)模機(jī)器控制的需求；最大  180 點(diǎn) I/O  擴(kuò)展能力； 最大程序容量  10k 字，最大數(shù)據(jù)容量  32k  字；脈沖輸出  1

16、00kHz×2  軸；高速計(jì) 數(shù)相位差方式 50kHz× 2 軸；單相 100kHz× 4 軸；最大 2 個(gè)串行通訊接口 （ RS232/RS485任選）；標(biāo)準(zhǔn)配置 USB編程接口；支持 FB/ST 編程； LCD選件板 [5] 提供豐富的顯示 / 監(jiān)控功能 。 第三章 升降部分設(shè)計(jì) 3.1 液壓缸選擇 液壓缸需要提供能夠升起 3T 重的管材加上載料板的總重量，經(jīng)計(jì)算推力 。 選取工作壓力為 45MPa 由，得 由 得

17、 [7] 選活塞直徑，液壓缸型號(hào)選取冶金用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，由表 23.6-73 得活塞桿 直徑。 系統(tǒng)實(shí)際工作壓力為 3.2 齒輪齒條傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 齒輪齒條設(shè)計(jì) 已知 1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) (1 ）選用直齒圓柱齒輪齒條傳動(dòng)。 (2 ）該設(shè)備為液壓驅(qū)動(dòng)，速度不高，故選用 8 級(jí)精度（ GB 10095-88）。 (3 ）材料選擇。由表 10-1 [6] 選擇齒輪齒條材料均為 45 號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)），小齒輪硬 度為 250HBS，大齒輪硬度為 220HBS，二者材料硬度相差 30H

18、BS。 2、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 （3-1 ） 代入 得 (3-2) (1) 確定公式各計(jì)算數(shù)值 1) 載荷系數(shù) K [6] ①使用系數(shù)，由表 10-2 查得，傳動(dòng)均勻平穩(wěn)的液壓驅(qū)動(dòng)取 [6] ③齒間載荷分配系數(shù)，由表 10-3 查得，直齒圓柱齒輪 所以 2）初取 3）齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) [6] 由表 10-5 查得 ， (3-3) 代入數(shù)據(jù)得 （ 2）計(jì)算 1）取模數(shù)

19、2）計(jì)算齒輪相關(guān)參數(shù) （ 3）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 1）載荷系數(shù) K t 1.3 。 [6] 1 查得材料的彈性影響系數(shù) Z E 189.8MPa 2 2）由表 10-6 3）區(qū)域系數(shù) 4）由圖 10-21d [6] 查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H lim MPa 550 5）由圖 10-19 [6] 取接觸疲勞壽命系數(shù) K HN 0.90 6）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取

20、時(shí)效概率為 1%，安全系數(shù) S 1.5，則 （3-4 ） 代入數(shù)據(jù)得 7）校核接觸強(qiáng)度公式 （3-5 ） 代入數(shù)據(jù)得 故齒輪接觸疲勞強(qiáng)度校核合格 主傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 1、傳動(dòng)軸受力分析 傳動(dòng)軸受力分析如圖 3-1 所示 圖 3-1 傳動(dòng)軸受力 2、初步確定軸的最小直徑 [8] 利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì) （3-6 ） 代入數(shù)值得 查表 15-3 [7] 得，

21、 3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）擬定軸上零件的裝配方案裝配方案如圖 3-2 所示 圖 3-2 裝配方案圖 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求， 1 軸段右端需制出一軸肩，結(jié)合軸的最小直徑要求，故取，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度， 1-2 段長(zhǎng)度應(yīng)比轂孔長(zhǎng)度略短一些，現(xiàn)取。 1-2 軸右端需制出軸肩，故取。 2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承受較大徑向力和較小的軸向力的作用，故選用角 接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取

22、0 基本游隙組、 標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承 7000 型 02 系列 7213C 軸承，查得其尺寸為 d D B 65 120 23 故根據(jù)結(jié)構(gòu)和距離要求取。 3）根據(jù)齒輪的安裝要求，取安裝齒輪處的軸段的直徑，由齒輪厚度及及結(jié)構(gòu)要 求，取齒輪段軸的長(zhǎng)度。 4）為滿足齒輪的軸向定位要求，需在 3-4 段上用軸肩定位，故取。長(zhǎng)度為。 5） 6-7 段需要安裝軸承，型號(hào)與前軸承相同，所以取 6)7-8 段裝配聯(lián)軸器，型號(hào)與前面相同，故， 。  ，長(zhǎng)度 （ 3）軸上的周向定位 1）聯(lián)軸器的周向定位采用平鍵連接，按表

23、6-1 查得平鍵截面尺寸，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 110mm，同時(shí)為保證聯(lián)軸器與軸有良好的對(duì)中性，選取聯(lián)軸 器與軸的配合為 H 7 。 m 6 [8] 2）圓柱齒輪的周向定位采用平鍵連接，由表 6-1 查得平鍵截面尺寸，鍵槽用 鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 63mm，同時(shí)為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選 擇齒輪輪轂與軸的配合為 H 7 。 k 6 3）滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的， 此處選軸的尺寸公差為 k6。 4、通過彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主

24、要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。計(jì)算步驟如下：（ 1）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的，將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其 作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水 平分力和垂直分力，如圖 3-3a 所示。 （ 2）做出彎矩圖 根據(jù)上述簡(jiǎn)圖， 分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩， 并按計(jì)算結(jié)果 分別做出水平面上的彎矩圖（圖 3-3b ）和垂直面上的彎矩圖（圖 3-3c ），然后 [10] 計(jì)算出總彎矩

25、并作出 M圖，如圖 3-3d 。 （ 3）做出扭矩圖 扭矩圖如圖 3-3e 所示 圖 3-3a 計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖 3-3b 垂直方向彎矩圖 圖 3-3c 水平方向

26、彎矩圖 圖 3-3d 彎矩合成圖 圖 3-3e 扭矩圖 表 3-1 彎矩、扭矩表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反 力 F 彎矩 M 總彎 矩

27、 扭矩 T （ 4）校核軸的強(qiáng)度 按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 (3-7) 則軸的彎扭合成強(qiáng)度為 選定軸材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得 [11] 。因此，故安全。 3.2.3 鍵的強(qiáng)度校核 該鍵為與齒輪配合的鍵，鍵為普通平鍵，尺寸。鍵與軸的材料為 45 鋼查得 許用應(yīng)力 [ p ] 100 ~ 120MPa ，取 [ p ] 110MPa [9] 鍵與軸所受扭矩 因此，鍵的擠壓強(qiáng)度為

28、 （3-8 ） 代入數(shù)據(jù)得 所以鍵的強(qiáng)度合格。 3.3 雙列鏈輪部件設(shè)計(jì) 鏈的選擇 1、鏈傳動(dòng)的失效形式 鏈傳動(dòng)的失效形式包括：鏈的疲勞破壞、鏈條鉸鏈的磨損以及鏈條鉸鏈的膠合。 2、選取傳動(dòng)鏈 根據(jù)需要傳動(dòng)的拉力 由表 13-2-1  選取抗拉載荷  的單排滾子鏈  08A，節(jié)距 3、相關(guān)尺寸 [9] 查表 13-2-1 得，鏈的相關(guān)尺寸如圖 3-4 所示 （ 1）

29、滾子直徑 （ 2）銷軸直徑 （ 3）空套直徑 （ 4）鏈節(jié)寬 （ 5）鏈節(jié)外寬 （ 6）鏈節(jié)寬 圖 3-4 鏈?zhǔn)疽鈭D 鏈輪設(shè)計(jì) 1、鏈輪齒數(shù)的選擇 雙列鏈輪是鏈傳動(dòng)中的主動(dòng)輪，同時(shí)也是大鏈輪。當(dāng)給定磨損量，即鏈節(jié)的長(zhǎng)增長(zhǎng)量一定時(shí)，鏈輪的齒數(shù)越多，鏈輪上一個(gè)鏈節(jié)所對(duì)應(yīng)的圓心角就越小，鉸鏈所在圓的直徑的增加量越大，鉸鏈會(huì)更接進(jìn)齒頂，從而增大了跳鏈和脫鏈的機(jī)會(huì)。因此，鏈輪的齒數(shù)不宜過多，通常限制鏈輪

30、的最大齒數(shù)。取2、鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸，如表 3-2 所示 表 3-2 基本尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 數(shù)值（ mm） 分度圓直徑d 230 齒頂圓直徑 238 齒根圓直徑 222 12.4 齒高 25.2 續(xù)表 齒寬 8 凸緣直徑 115 輪轂長(zhǎng)度 l 50 鏈輪如圖 3-4 所示

31、 圖 3-4 鏈輪示意圖 鏈輪軸設(shè)計(jì) 1、初步確定軸的最小直徑 利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì) （3-9 ） 代入數(shù)值得 [6] 查表 15-3 得， 所以，軸的直徑 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）擬定軸上零件的裝配方案裝配方案如圖 3-5 所示 圖 3-5 裝配方案圖 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）

32、初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承受較大徑向力和較小的軸向力的作用，故選用角 接觸球軸承。結(jié)合軸的最小直徑要求，取，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承 7000 型 02 系列 7212C 軸承，查得其尺寸 為 d D B 65 120 23mm故根據(jù)結(jié)構(gòu)和距離要求取。 2）根據(jù)鏈輪的安裝要求， 取安裝鏈輪處的軸段的直徑， 由鏈輪寬度及結(jié)構(gòu)要求， 取齒輪段軸的長(zhǎng)度。 3） 3-4 段需要安裝軸承，型號(hào)與前軸承相同，所以取， 4）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求， 4-5 軸段左端需制出一

33、軸肩，結(jié)合軸的最小直徑要求，故取，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度， 4-5 段長(zhǎng)度應(yīng)比轂孔長(zhǎng)度略短一些，現(xiàn)取。 （ 3）軸上的周向定位 1）聯(lián)軸器的周向定位采用平鍵連接，按表 6-1 查得平鍵截面尺寸，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 110mm，同時(shí)為保證聯(lián)軸器與軸有良好的對(duì)中性，選取聯(lián)軸 器與軸的配合為 H 7 。 m 6 2）鏈輪的周向定位采用平鍵連接，由表 6-1 查得平鍵截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為 110mm，同時(shí)為鏈輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇鏈輪輪轂 與軸的配合為 H 7 。 k 6 3）滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保

34、證的， 此處選軸的尺寸公差為 k6。 3、計(jì)算軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3-5 計(jì)算其彎矩、扭矩。彎矩圖、扭矩圖如圖 3-6 所示 圖 3-6a 計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖 3-6b 彎矩圖 圖 3-6c 扭矩圖

35、計(jì)算得，， 4、校核軸的強(qiáng)度 按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 則軸的彎扭合成強(qiáng)度為 選定軸材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得。因此，故安全。 3.4 單列鏈輪部分設(shè)計(jì) 單列鏈輪設(shè)計(jì) 1、鏈輪齒數(shù)的選擇，選取。 2、鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸，如表 3-3 所示 表 3-3 基本尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 數(shù)值（ mm） 分度圓直徑 d 117 齒頂圓直徑 124 齒根圓直徑 110 續(xù)表

36、 8.5 齒高 15.2 齒寬 0.9 8 凸緣直徑 100 輪轂長(zhǎng)度 l 1.6( 32 鏈輪軸設(shè)計(jì) 1、初步確定軸的最小直徑 利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì) （3-10 ） 代入數(shù)值得 查表 15-3 得， 所以，軸的直徑 2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）擬定軸上零件的裝配方案 [12] 裝配方案如圖 3-6 所示

37、 圖 3-6 軸裝配示意圖 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承受較大徑向力和較小的軸向力的作用，故選用角 接觸球軸承。結(jié)合軸的最小直徑要求，取，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本 游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承 7000 型 02 系列 7208C 軸承，查得其尺寸 [13] 為 d D B 40 80 18mm故根據(jù)結(jié)構(gòu)和距離要求取。 2）為了滿足軸承的軸向定位要求， 3-4 軸段左端需制出一軸肩，故取， 。 3）法蘭部分長(zhǎng)度

38、 第四章 調(diào)整及翻料部分設(shè)計(jì) 4.1 調(diào)整部分設(shè)計(jì) 本裝置的一大優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)是在管料出料口增加了管料的調(diào)整設(shè)計(jì)，減少了某 些自動(dòng)化加工機(jī)械因給料偏差而出現(xiàn)廢品的幾率，相對(duì)于普通加工機(jī)械也減少 了管料的調(diào)整時(shí)間。 調(diào)整部分的主要結(jié)構(gòu)是在出料口處安裝一對(duì)自動(dòng)對(duì)正液壓缸，液壓缸采用 前法蘭式安裝，極節(jié)省了所需要的占用的空間，提高了靈活性，同時(shí)利用兩側(cè) 同步液壓缸，很好的保證了管料再出料后的加工中心 [14] 。 對(duì)正液壓缸的選擇 對(duì)正只需要克服一根管料自重所

39、產(chǎn)生的摩擦力，不需太大驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)滿 [7] 足行程要求即可，所以選擇液壓缸型號(hào) YGC40125 。 4.2 翻料部分設(shè)計(jì) 本裝置的出料部分采用撥叉式機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用旋轉(zhuǎn)撥叉來帶動(dòng)管料的運(yùn)送，結(jié)構(gòu)靈活簡(jiǎn)易，便于操作。即利用液壓缸帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)形成繞軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)軸上固定的翻料板旋轉(zhuǎn)，使管料順著翻料板翻出。 翻料液壓缸的選擇 翻料缸需要提供的驅(qū)動(dòng)力最大約為 1350N，結(jié)合作圖所得行程要求，查表 23.6-85 選取液壓缸型號(hào) Y-HG1-C40125Z3。 翻料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 翻料板不只需要把管料翻出， 同時(shí)還必

40、須 達(dá)到擋料的目的， 在未翻料前擋住管材， 使管 材不至于滾落。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 4-1 所示 圖 4-1 翻料板 第五章 電控部分設(shè)計(jì) 該裝置是一種用于加工管材的自動(dòng)分料裝置，是一種把一定數(shù)量的管材依 次送入生長(zhǎng)線的自動(dòng)化供料裝置。裝置主要由底座、料倉(cāng)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的分料撥 叉、垂直升降機(jī)構(gòu)、自動(dòng)對(duì)正裝置以及必要的液壓裝置等部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)管料的分料，并提升到固定位置的裝置，這樣極提高了整個(gè)料倉(cāng)中管料的輸送 速度，很大程度上節(jié)省了管料的傳遞時(shí)間。自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置的簡(jiǎn)

41、圖如圖 5-1 所示。 圖 5-1 電氣控制簡(jiǎn)圖 工作過程：通過料倉(cāng)底部液升降壓缸提供動(dòng)力，利用齒條齒輪機(jī)構(gòu)改變動(dòng) 力的傳動(dòng)方向，經(jīng)過傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩側(cè)鏈條升降，從而使料倉(cāng)底部的載料板能夠 自由上升和下降，當(dāng)料倉(cāng)中管料位置略高于出料口時(shí)，管料滾出，碰到上升終止開關(guān)停止上升。同時(shí)啟動(dòng)對(duì)中液壓缸，運(yùn)行到對(duì)中終止位后返回對(duì)中液壓缸

42、到對(duì)中開始位。啟動(dòng)分料液壓缸，運(yùn)行到分料上位，停止分料返回到分料下位，然后開始下降，直到觸碰到回程終止開關(guān)。 5.1 液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 本裝置的驅(qū)動(dòng)部分均采用液壓驅(qū)動(dòng)，畫出液壓原理圖，如圖 5-2 所示 [4] 圖 5-2 液壓原理圖 5.2 控制面板設(shè)計(jì)及 PLC輸入輸出分配 控制面板設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)

43、話面板如圖 5-3 所示，各按鈕功能如表 5-1 所示。 圖 5-3 控制面板 表 5-1 各按鈕功能 面板按鈕 說明 電源燈 HL0 表示電控柜已經(jīng)上電 系統(tǒng)上電燈 HL1 表示系統(tǒng)已經(jīng)上電 自動(dòng)指示燈 HL2 表示設(shè)備工作在自動(dòng)狀態(tài) 手動(dòng)指示燈 HL3 表示設(shè)備工作在手動(dòng)狀態(tài) 就緒燈 HL4

44、 表示設(shè)備處于原位 報(bào)警燈 HL5 表示設(shè)備處于危險(xiǎn)報(bào)警狀態(tài) 系統(tǒng)上電按鈕 SB11 系統(tǒng)工作前給系統(tǒng)上電 系統(tǒng)斷電按鈕 SB1 系統(tǒng)斷電，停止工作 自動(dòng)、手動(dòng)按鈕 SA1 為功能選擇按鈕 續(xù)表 停止按鈕 SB9 系統(tǒng)在工作狀態(tài)下停止其動(dòng)作 啟動(dòng)按鈕 SB8 為自動(dòng)工況下的操作 管料上升按鈕 SB2 為手動(dòng)工況下使載料板上升 管料下降按鈕 SB3 為手動(dòng)工況下使載料板下降 對(duì)中前進(jìn)按鈕 SB4 為手動(dòng)工況下對(duì)中缸前進(jìn) 對(duì)中返回按鈕 SB5 為手動(dòng)工況下對(duì)中缸返回 翻料前進(jìn)按鈕 S

45、B6 為手動(dòng)工況下翻料缸前進(jìn) 翻料返回按鈕 SB7 為手動(dòng)工況下翻料缸返回 急停按鈕 SB10 停止一切運(yùn)行狀態(tài) 復(fù)位按鈕 SB12 使系統(tǒng)回到初位 的 I/O 分配表 輸入部分包括兩部分：面板控制按鈕、指令開關(guān)和表示位置的行程開關(guān)， 輸出部分包括面板上的被控指示燈和執(zhí)行動(dòng)作的線圈，輸入輸出分配見表 5-2 。 表 5-2 輸入輸出分配表 現(xiàn)場(chǎng)器件 地址 說明 SA2 0.01 自動(dòng)按鈕 SB8 0.02 啟動(dòng)按鈕 SB9 0.03 停止按鈕 SB12 0.04

46、 復(fù)位按鈕 SB2 0.05 管料上升按鈕 輸入 SB3 0.06 管料下降按鈕 共 16 個(gè)輸入 SB4 0.07 對(duì)中前進(jìn)按鈕 點(diǎn) SB5 0.08 對(duì)中返回按鈕 SB6 0.09 翻料前進(jìn)按鈕 SB7 0.10 翻料返回按鈕 續(xù)表 SQ1 0.11 上升止位行程開關(guān) SQ2 1.00 對(duì)中始位行程開關(guān) SQ3 1.01 對(duì)中止位行程開關(guān) SQ4 1.02 翻料始位行程開關(guān) SQ5 1.03 翻料止位行

47、程開關(guān) SQ6 1.04 下降止位行程開關(guān) HL2 100.00 自動(dòng)指示燈 HL3 100.01 手動(dòng)指示燈 HL4 100.02 原位就緒指示燈 YA1 100.03 上升線圈 輸出 100.04 下降線圈 共 YA2 10 個(gè)輸出 100.05 對(duì)中前進(jìn)線圈 點(diǎn) YA3 YA4 100.06 對(duì)中后退線圈 YA5 100.07 翻料前進(jìn)線圈 YA6 101.00 翻料后退線圈 YA7 101.01 卸荷線圈

48、 根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)預(yù)留  15-20%的要求，  PLC實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)不少于  20 個(gè)，輸 出點(diǎn)數(shù)不少于  12 個(gè)。 根據(jù)產(chǎn)品樣本，選用  OMRON的  CP1L—M60型  PLC，其輸入點(diǎn)為  36 點(diǎn)，輸出 [15] 點(diǎn)為  24 點(diǎn)  。 5.3 PLC 梯形圖 PLC梯形圖如圖 5-4 所示 圖 5-4 PLC 控制梯形圖

49、 5.4 工作時(shí)序圖 [16] 分析裝置的的工作過程作出如圖 5-5 所示時(shí)序圖 圖 5-5 工作時(shí)序圖 5.5 繪制電氣原理圖 控制線路采用 24DCV電源供電，設(shè)有系統(tǒng)急停開關(guān)， PLC與系統(tǒng)上電指示燈有一個(gè)空氣開關(guān)作短路保護(hù)，五個(gè)指示燈、七個(gè)線圈分別由三個(gè)空氣開關(guān)作短 [16] 路保護(hù)。輸入模塊的電源亦由 24DCV直流提供。如圖 5-6 所示

50、 圖 5-6 電氣原理圖 第六章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的題目是“管料自動(dòng)存儲(chǔ)分料裝置機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 。涉及機(jī)加工設(shè)備領(lǐng)域，是一種分料提升機(jī)構(gòu)，具體地說，是一種管料分料提升裝置，可實(shí)現(xiàn) 管料的分料，并提升到固定位置的裝置，這樣極提高了整個(gè)料倉(cāng)中管料的輸送速度，很大程度上節(jié)省了管料的傳遞時(shí)間。同時(shí)在本裝置的分料口處添加了管料定位裝置，更好地保證了送料位置的精確性，提高了加工精度減少了機(jī)械加工部分的再調(diào)整環(huán)節(jié)。此外，本裝置載料板取用傾斜式，使管料在自身重力下，直接頂靠在分料口，便于分料。分料口

51、處利用撥叉式機(jī)構(gòu)分料，增加了自動(dòng)分料裝置的靈活性。相對(duì)于其它分料裝置，本裝置靈活性更高，送料效率更好，并能為多種加工機(jī)械提供不同尺寸長(zhǎng)度的管料自動(dòng)存儲(chǔ)和送料，優(yōu)勢(shì)十分明顯。 本文共分為五章，第一章緒論主要了介紹了本設(shè)計(jì)的目的、選題背景及國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)說明了本設(shè)計(jì)的基本原理和工作方式。第二章主要介紹了總 體方案的選取，確定采用各部分的驅(qū)動(dòng)方式、基本結(jié)構(gòu)和 PLC 控制；第三章主要介紹了升降部分的設(shè)計(jì)，包括液壓缸的選擇，齒輪齒條傳動(dòng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，主 [17] 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，鏈輪傳動(dòng)相關(guān)部分的設(shè)計(jì) ；第四章主要調(diào)整以及翻料部分的 設(shè)計(jì)，包括調(diào)整液壓缸、翻料液壓缸的選取，翻

52、料板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及翻料傳動(dòng) 軸；第五章主要介紹了電控設(shè)計(jì)，選擇了 OMRON的 CP1L—M60型 PLC。最終經(jīng)過 設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制出管料自動(dòng)存儲(chǔ)裝置的總裝圖、升降部件圖、調(diào)整部件圖、翻 料部件圖、電氣原理圖、液壓原理圖、控制面板圖、 I/O 分配、 PLC梯形圖等。 參考文獻(xiàn) [1] 志強(qiáng)，素娟編 . 工件自動(dòng)定向傳送技術(shù)及有關(guān)設(shè)計(jì)[M]. 自動(dòng)化技術(shù)， 1979 [2] Craig JJ. Introduction to Roborics[J]. New York: Addi

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