机械设计制造及自动化毕业论文-生产线转位装置设计

毕业设计论文课题名称生产线转位装置设计学院机械学院专业班级学号姓名指导教师定稿日期：年月日开题报告1选题背景及其意义生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。转位装置主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使装置完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为转位装置的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，转位装置的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用转位装置有2～3个自由度。控制系统是通过对转位装置每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）本机构是一种具有简单动作功能的机械手。随着网络技巧的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。工业机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。3研究内容本课题的研究生产线转位装置的结构、工作原理，在现有工业运用装置的基础上，设计一款具有转位功能的运用于某生产线的装置。.具体研究内容如下：1）研究现有设备的结构、生产工艺，提出设计方案；本课题通过参考现有工厂流水线机械手结构，工作原理里；2）动力及传动系统确定；3）驱动方式的选取；4）重要零部件的设计和选取；5）完成生产线转位装置的设计和二维装配图与零件图的绘制；6）整理相关资料，编写说明书。4研究方案本课题在熟悉了解现有工厂机械手的基础上，参考和创新性的设计出生产线转位装置。目前市面，工厂中很多上产线都有机械手，这是工业先进水平的象征。机械手，顾名思义，其具有类似于人手的某些功能，在工业领域，主要体现在传动和转动等方面。本课题与之十分相似，可以说本课题涉及的生产线转位装置就是一款简单的机械手，所有，可以在现有各种机械手结构，功能方面进行研究。来帮助完成本次设计。4.1动力及驱动系统确定机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。1、液压驱动式液压驱动式机械手通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力（高达几百千克以上），其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。2、气压驱动式其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。3、电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400kg），信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机（AC）为主要的驱动方式。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动（DD）这既可使机构简化，又可提高控制精度。4、机械驱动式机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。其他还有采用混合驱动，即液-气或电-液混合驱动。4.2旋转结构的确定本设计中要求，转位装置具有两个方向的旋转功能，并且对旋转行程有要求。在结构中主要考虑如下因素：1，水平旋转的方案选择与设计2，翻转的方案设计3，两者的有机结合4，旋转角度限位装置的设计5，零部件工作强度的校核本设计旋转限位装置初步确认如下方案：改方案中，分别包括驱动部分，旋转部分，限位部分。5进度计划2015年2月~2015年3月：收集资料，确定设计系统总体方案，撰写开题报告及开题报告答辩。

2015年3月~2014年4月：设计计算、图纸绘制、毕业设计论文初稿。

2015年4月~2014年5月：论文修改，图纸修改。

2015年5月~2014年6月：准备毕业答辩。

设计目录1生产线转位装置设计的意义2生产线转位装置设计的概况3生产线转位装置设计的种类介绍3.1按功能分3.2按驱动系统4生产线转位装置设计的设计要点介绍5生产线转位装置设计的设计计算5.1传动方式选择分析5.2轴承的选择5.3电机的选择计算5.4传动部件的设计计算6总结7参考文献参考文献1）《工业机械手设计》作者:李允文主编出版社:北京市：机械工业出版社出版日期:19962）《工业机器人的操作机设计》作者:马香峰，余达太，许纪倩，刘鸿飞页数:215出版社:北京市：冶金工业出版社出版日期:1999.103）《工业机器人的操作机设计》作者:马香峰，余达太，许纪倩，刘鸿飞页数:215出版社:北京市：冶金工业出版社出版日期:1999.104）《工业机器人的操作机设计》作者:马香峰等著页数:211出版社:北京市：冶金工业出版社出版日期:19965）《工业机械手》作者:重庆市科技局，第一机械工业部第三设计院编辑页数:391出版社:重庆市科技局第一机械工业部第三设计院出版日期:19776）《工业机械手课程设计》作者:李允文等编毕业设计任务书课题来源来源于企业课题的目的、意义在自动生产线中，为了提高生产效率、降底劳动强度、使得工件的装卸、夹紧定位、工件在工序间的输送等均能自动地进行，需要设计专门的生产线转位装置。转位装置可以用于工件的转位也可以用于随行夹具的转位。该课题的主要工作是设计生产线转位装置机械结构和驱动机构，同时也需要对整个驱动系统选型及有关参数作计算。该课题涉及到机械原理、机械设计、机械制图、液压与气动伺服技术、机床电器控制技术等各方面的知识，是对学生前期所学知识的全面考察，可以培养学生综合运用所学知识解决具体工程项目的能力。通过本次毕业设计，培养学生调查研究、检索中外文献资料的能力；综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力；设计方案的制定、论证与比较的能力；计算机运用能力与绘图能力；文字（含外文）及语言表达能力等。要求课题的主要技术要求：1．承载能力：最大800Kg；2．水平回转：90度；3．垂直翻转：90度；4．上下位置变化：500mm；5．水平位置变化：500mm；位置准确、过程平稳无振荡、结构简单。课题工作量要求：完成包括总装配图、部件图、主要零件图在内的图纸不少于2张A0,主要零件图总图幅不少于一张A1；设计计算说明书不少于1.5万字；课题主要内容及进度课题主要内容：收集、研读目前已有的转位装置方面的技术资料，特别是结构设计方面的技术资料；根据技术要求拟定设计方案，包括整体结构，机械传动方案；设计详细结构，画出总装配图、部件图并完成相应的设计计算；挑选部分典型零件设计零件工作图；撰写设计计算说明书。工作进度：2014.11收集、研究资料；2014.12开题，拟订总体设计方案；2015.1-2修改、完善开题报告；2015.3.1-2015.3.31系统有关设计计算，系统设备的选型；2015.4.1-2015.4.20绘制总装配图2015.4.21-2015.5.5绘制主要零件的零件施工图2015.5.6-2015.5.20撰写设计计算说明书2015.5.21-2015.5.25修改及准备答辩摘要生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。。生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。AbstractThroughtheproductionlineistheproductoftheproductionprocessroute,fromrawmaterialsintotheproductionsitebegan,afterprocessing,transportation,assembly,testingandothercomponentsofaseriesofactivitiesofthelineproductionline.Istheproductionlineaccordingtotheprincipleofobjectsorganized,completeakindoforganizationalformofproductionofproductprocess,namelythebyproductspecializationprinciple,withtheproductionofaproduct(zero,parts)needofvariousequipmentandvarioustypesofworkers,responsibleforthecompletionofacertainproduct(zero,parts)allthemanufacturingwork,processingdifferentprocessforthesamelaborobject..Typesofproductionlines,accordingtothesizerangeisdividedintoproductionlineandpartsproductionline,accordingtotherhythmisdividedintoflowlineproductionandnonproductionline,accordingtothedegreeofautomation,dividedintoautomatedproductionlinesandnonautomaticproductionline.Theproportionofproductionlineismainlytheproductorthemajorityofproductsoftheprocessrouteandprocesstheamountoflabor,determinesaproductionlinewithnecessarytocompletethetaskofprocessingcertainproductsmachineryandequipment,machineryandequipmentarrangementandworkarrangementetc..Theproductionlinehasgreatflexibility,canadapttotheneedsoftheproductionofmanyvarieties;cannotbeemployedintheproductionconditions,organizationofproductionlineisanadvancedproductionorganizationform;inproductvarietyspecificationismorecomplex,thenumberofpartsismore,theproductyieldofeachkindofnotmuch,lackofmachineryandequipmentcompanies,usingtheproductionlinecanachievegoodeconomicbenefit.目录摘要 1目录 3第一章绪论 41.1生产线转位装置设计的意义 51.2生产线转位装置设计的概况 61.3生产线转位装置部件设计 91.3.1悬臂的作用 91.3.2悬臂的结构设计 101.3.3悬臂力学分析 101.4生产线转位装置设计的种类介绍 111.4.1按功能分 111.4.2按驱动系统 121.5研究的内容 12第二章生产线转位装置设计的设计要点介绍 122.1明确技术要求 122.2执行元件的配置确定及动作顺序 122.3确定液压系统主要参数 132.3.1计算和确定液压缸的主要结构尺寸 132.3.2计算液压缸所需流量 142.4液压系统图的拟定 142.4.1制定液压回路方案 142.4.2原理草图的绘制 152.5元件的选型与设计 162.5.1液压缸的选择 162.5.2液压控制阀的选择 172.5.3液压辅助元件及工作介质的选择 182.6轴承的选用和计算 192.7电机的选择计算 192.8传动部件的设计计算 192.9轴的设计计算 19第三章设计中的不足及要注意的问题 203.1设计中的不足之处 203.2使用液压系统要注意的问题 20参考文献 21设计总结第一章绪论一,生产线转位装置设计的意义1.1生产线转位装置设计的意义生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。转位装置主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使装置完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为转位装置的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，转位装置的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用转位装置有2～3个自由度。控制系统是通过对转位装置每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。1.2,生产线转位装置设计的概况本机构是一种具有简单动作功能的机械手。随着网络技巧的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。工业机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用1.3生产线转位装置部件设计 自动换刀装置是数控加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置,主要由刀库、机械手和驱动装置几部分组成。机械手和驱动装置是两个关键部分,根据驱动装置的不同,自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式,其中以凸轮式用得较多。发达国家数控加工中心的立式自动换刀机械手主要采用凸轮式,我国加工中心技术起步较晚,对自动换刀机械手研究较少。进入20世纪90年代后,北京机床研究所、大连组合机床研究所、济南第一机床厂、青海机床厂以及陕西省的秦川机床厂都对立式自动换刀机械手进行了研究和开发。迄今为止,我国制造的加工中心配置的自动换刀机械手大多数是进口的。其主要原因:一是国内生产的换刀机械手质量较差,成本也不低;二是进口换刀机械手价格虽然较高,但在整个加工中心中所占份额不大。作为加工中心的配套技术,自动换刀机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平的提高,从经济上、技术上考虑都是十分必要的。1.3.1悬臂的作用 立式换刀机械手和卧式换刀机械手已得到广泛应用20世纪90年代以来,数控加工技术得到迅速的普及和发展,数控机床在制造业得到了越来越广泛的应用。带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用,它能缩短产品的制造周期,提高产品的加工精度,适合柔性加工。加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备,由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用,其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置(Au2tomaticToolChanger)。1.3.2悬臂的结构设计 换刀装置作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,提高生产率,降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置,其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。加工中心的换刀过程较为复杂,动作多,动作间的相互协调关系多,因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低1.3.3悬臂力学分析军事领域：主要让机器人执行一些自动的侦察与控制任务，尤其是一些相对较为危险的任务，比如，无人侦察机、拆除炸弹的机器人及扫雷机器人等。机器人还可以代替士兵去完成那些不太复杂的工程及后勤任务，从而使战士从繁重的工作中解脱出来，去从事更加重要的工作。娱乐领域：机器人在娱乐领域的应用十分广泛，比如，机器人足球大赛、机器人弹钢琴和机器人宠物等。医疗领域：机器人主要用来辅助护士进行一些日常的工作，比如，帮助医生运送用药品及自动监测病房内的空气质量，等等。医用机器人还可以协助医生完成一些难度较高的手术，例如，眼部手术、脑部手术等。美国还发明了一种可以进入人体血管的微型机器人，帮助医生在病人的血管内灭杀病毒。1.4，生产线转位装置设计的种类介绍1.4.1按功能分工业制造领域：主要让机器人在机械制造业中代替人完成大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、舰船制造及某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）的制造等。化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装等工作，也有部分是由机器人完成的。军事领域：主要让机器人执行一些自动的侦察与控制任务，尤其是一些相对较为危险的任务，比如，无人侦察机、拆除炸弹的机器人及扫雷机器人等。机器人还可以代替士兵去完成那些不太复杂的工程及后勤任务，从而使战士从繁重的工作中解脱出来，去从事更加重要的工作。娱乐领域：机器人在娱乐领域的应用十分广泛，比如，机器人足球大赛、机器人弹钢琴和机器人宠物等。医疗领域：机器人主要用来辅助护士进行一些日常的工作，比如，帮助医生运送用药品及自动监测病房内的空气质量，等等。医用机器人还可以协助医生完成一些难度较高的手术，例如，眼部手术、脑部手术等。美国还发明了一种可以进入人体血管的微型机器人，帮助医生在病人的血管内灭杀病毒。1.4.2按驱动系统按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。1、液压驱动式液压驱动式机械手通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力（高达几百千克以上），其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。2、气压驱动式其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。3、电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400kg），信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机（AC）为主要的驱动方式。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动（DD）这既可使机构简化，又可提高控制精度。4、机械驱动式机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。其他还有采用混合驱动，即液-气或电-液混合驱动。1.5研究的内容本机构是一种具有简单动作功能的机械手。随着网络技巧的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。工业机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。第二章，生产线转位装置设计的设计要点介绍2.1明确技术要求本设计为机加工中棒料传送装置，机构将棒料夹紧，传送至加工区域。夹紧过程如下。图中1为活动夹板，2为固定夹板，3和4为电磁铁。在未通电状态，2由于重力作用，处于张开状态，加上棒料以后，电磁铁通电，1和2处于闭合状态，从而夹紧棒料，当棒料到达指定位置，适当翻转以后，断电，可以释放棒料。本设计中要求，转位装置具有两个方向的旋转功能，并且对旋转行程有要求。在结构中主要考虑如下因素：1，水平旋转的方案选择与设计常用的旋转机构有如下几种：螺旋式旋转机构,凸轮式旋转机构,曲柄式旋转机构铰链式旋转机构,连杆式旋转机构,四杆机构本设计旋转结构比较简单，可以使用两岸式旋转，直接由电机带动转动轴旋转。需要注意旋转轴的强度，和电机支撑轴的强度。如图所示，1为旋转支架，2为旋转轴，3为电动控制部分，4为传感器旋转轴与电机连接，电机转动带动旋转支架旋转，旋转支架头部有环形槽，槽呈90度状态，在槽的两端装有传感器，如图4.该传感器为接触开关式传感器，当旋转支架头部碰到传感器时，传感器处于触发状态，将电信号传送给主，电路板，电路板控制旋转电机停止工作，从而控制旋转轴停止转动，旋转支架停止转动。2.2执行元件的配置确定及动作顺序翻转方案采用旋转方式，使机构中旋转轴旋转90度，实现翻转的功能。方案可以参考水平方向的旋转方式。如图所示，翻转机构采用电机齿轮结合的方式，图中1为齿轮1，2为齿轮2，3为定位架，4为传感器，5为旋转轴电机带动齿轮旋转，齿轮带动旋转轴旋转，旋转轴与支架之间有环形连接，支架上90度圆环的端部有定位装置，采用两个接触开关，当旋转轴上的轴端部分，碰触到接触开关，接触开关将电信号传送给电路板，电路板控制电机，停止工作，从而齿轮停止转动，旋转周停止转动，避免发生碰撞。2.3确定液压系统主要参数本机构中，需要机构有向前后伸缩的功能，结构中采用液压钢完成此功能，如下图所示1为液压缸，2为联轴器，3为旋转轴，4为旋转机构液压缸被固定在旋转支架上，通气工作以后，液压缸可以，像前后伸缩途中234部分整体向前移动，也可以整体向后收缩，这样就完成了，伸缩的功能旋转角度限位装置的设计如图所示的限位装置是采用接触式开开关，接触开关。2.3.1计算和确定液压缸的主要结构尺寸电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。2.3.2计算液压缸所需流量电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。霍尔开关的工作原理磁式开关是接近开关，它（甚至透过非黑色金属）响应于一个永久的磁场。作用距离大于电感接近开关。响应曲线与永久磁场的方向有关。当一个目标（永久磁铁或外部磁场）接近时，线圈铁芯的导磁性（线圈的电感量L是由它决定的）变小，线圈的电感量也减小，Q值增加。激励振荡器振荡，并使振荡电流增加。当一个磁性目标靠近时，磁式传感器的电流消耗随之增加。零部件工作强度的校核.轴I的强度校合（1）求作用在齿轮上的力（2）求轴承上的支反力垂直面内：NN水平面内：画受力简图与弯矩图根据第四强度理论且忽略键槽影响（，）载荷水平面H垂直面V支反力FNN弯矩M弯矩M总弯矩扭矩TT=138633N.mmQUOTE197179.742+0.6×1145702所以轴的强度足够2.校合轴II的强度（1）求作用在齿轮上的力QUOTEFt3=2Td=1230.69N水平面内：求得QUOTEFNV1162N

求得QUOTEFNV2-2670N垂直面内：求得=5646N求得=7700N画受力简图与弯矩图(4)按弯扭合成应力校核轴的强度在两个轴承处弯矩有最大值，所以校核这两处的强度QUOTE<σ-1=70MPa载荷水平面H垂直面V支反力F=5646N=7700NQUOTEFNV1162NQUOTEFNV2-2670N弯矩M1弯矩M2总弯矩M1总弯矩M2扭矩TT=588023N.mm2.4.1制定液压回路方案 1）判断：危险面为A面与B面2）对截面III截面III左侧抗弯截面系数QUOTEW=01d3=0.1×523抗扭截面系数截面A左侧的弯矩M为QUOTEM=398047.2×110-71110=141125.8N∙mm截面A左侧的扭矩T为截面A上的弯曲应力截面A上的扭转切应力轴的材料为40Cr，调质处理。查表15-1得QUOTEσB=640MPa,QUOTEσ-1=275MPa,QUOTEτ-1=155MPa由,QUOTEDd=6052=1.154查得ασ=查得材料的敏性系数为qσ=应力集中系数为kk查得表面质量系数β查得尺寸系数为εσ=计算得综合系数为KK2.4.2原理草图的绘制精确校核轴的疲劳强度取40Cr的特征系数为φσ=φτ=0.05~计算安全系数SSS2.4.1制定液压回路方案滚动轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成(图18-1)。通常内圈随轴颈转动，外圈装在机座或零件的轴承孔内固定不动。内外圈都制有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿滚道滚动。保持架的作用是把滚动体沿滚道均匀地隔开，

滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢制造，经热处理后硬度可达HRC61~65，工作表面须经磨削和抛光。保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承多采用有色金属或塑料保持架。

与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点，所以获得广泛应用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。由于滚动轴承已经标准化，并由轴承厂大批生产，所以，使用者的任务主要是熟悉标准、正确选用。

给出了不同形状的滚动体，按滚动体形状滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为长圆柱滚子、短圆柱滚子、螺旋滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针等。在大多数实际应用中，滚动轴承能够正确安装，润滑良好，轴承座或支承结构具有足够的刚度，轴承的载荷和转速适中。在这些条件下，可以对轴承的分析模型进行适当的简化，以便抓住主要矛盾，解决工程中最为关注的问题。在经典的轴承分析中普遍采用刚性套圈假设，即假定轴承套圈是一个刚体，滚动体与滚道的接触只会产生局部的接触变形而不会改变套圈的整体形状和尺寸，这就为套圈的位移和接触变形分析带来了很大的方便。其次是忽略滚动体与滚道接触时产生的摩擦力（包括油膜拖动力）以及由于滚动体高速运转而产生的惯性力（如离心力、陀螺力矩等）。对普通工况下的通用轴承而言，摩擦力和惯性力与滚动体的接触载荷相比一般要小一个数量级，因此忽略它们不会对分析结果产生显著影响。本书在进行轴承分析时也采用了这些假设。通用轴承的力学分析主要是求解接触力学问题。滚动轴承中的接触问题可以分为两类，一类是单个滚动体与滚道的接触问题，另一类是轴承整体的接触问题，即确定有多少个滚动体发生了接触以及接触载荷的整体平衡问题。对前一个问题，早在19世纪80年代初期，Hertz就完成了点接触（1881年）与线接触（1882年）问题的理论解，它们分别构成了球轴承和滚子轴承分析的基础。实际上，滚子轴承中，不论是圆锥滚子还是圆柱滚子，它们的接触模型都不完全符合Hertz线接触理论，因此滚子轴承分析的理论基础在很长一段时间内是不完备的。直到20世纪70年代以后，才提出了一些行之有效的数值计算方法，比较好地解决了有限长柱体与滚道接触的问题。在复杂受力状态下，滚动轴承的整体平衡问题最后归结为求解一组非线性方程组。在20世纪60年代之前，受计算工具的限制，求解这些方程组是比较困难的。因此，人们往往要对计算方法进行简化，例如将离散的滚动体载荷分布简化为连续分布载荷，不考虑接触角变化，忽略滚子端部的应力集中，不考虑力矩载荷的影响等。今天，随着计算机的普及以及数值计算方法的进展，已经完全能够把这些因素考虑在内，因而分析结果也更加符合工程实际。2.4.2原理草图的绘制滚动轴承的额定动载荷是在一定条件下确定的。对向心轴承是指承受纯径向载荷；对推力轴承是指承受轴向载荷。如果作用在轴承上的实际载荷与上述条件不一样，必须将实际载荷换算为和上述条件相同的载荷后，才能和额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定的载荷，称为当量动载荷。径向和轴向载荷分别用R和A表示。对于向心轴承，径向当量动载荷P与实际载荷R、A的关系式为P=XR+YA （18-5）式中，X为径向系数、Y为轴向系数，可分别按A/R>e或A/Re两种情况，由表18-11查出。参数e反映了轴向载荷对轴承承载能力的影响，其值与轴承类型和A/C0有关，C0是轴承的径向额定静载荷。径向轴承只承受径向载荷时，其当量动载荷为P=R （18-6）推力轴承只能承受轴向载荷，因此其当量动载荷为P=A （18-7）2.5元件的选型与设计角接触球轴承和圆锥滚子的结构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角。当它承受径向载荷R时，作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Qi可分解为径向分力Ri和轴向分力Si。各滚动体上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴向力S（见图18-6a中的S1和S2）。轴承的内部轴向力可以按表18-12计算。图18-6圆锥滚子轴承的受力表18-12角接触球轴承和圆锥滚子轴承内部轴向力轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承70000C型(=150)70000AC型(=25)70000B型(=40)内部轴向力S0.5R0.7R1.1RR/2Y**Y是A/R>e时的轴向系数，参见表18-11。为了使轴承内部轴向力得到平衡，通常角接触球轴承和圆锥滚子轴承都是成对使用的。在计算轴承所受轴向力A时，除了考虑外部轴向力FA的作用外，还应将由径向载荷R产生的内部轴向力S1和S2考虑进去（见图18-6b）。 首先按表18-12求得轴承内部轴向力S1和S2。如图18-6c所示，当FA+S1>S2，由于轴不能向右移动，轴承II承受的轴向力显然是A2=FA+S1。若如图18-6d所示，S2>FA+S1，则轴承II的轴向力是A2=S2。因此轴承II的轴向载荷必然是下列两值中的较大者。 （18-8）用同样的方法分析，可得轴承I的轴向力是下列两值中的较大者 （18-9）当轴向外力与图示方向相反时，应取负值，其他计算步骤相同。2.5.1液压缸的选择液压缸的单缸最大升起的质量升降平台的最大起升高度:

上升速度等于下降速度:

液压平台上升工况的最大负载液压缸的机械效率:液压缸的工作压力由表3-1可知表3-1不同负载条件下的工作压力负载F/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力p/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥53.4.1液压缸缸筒的设计和计算1、液压缸内径D的计算由公式（；；；）解得。根据表3-2可知，圆整成标准值后，得液压缸内径D=80mm。表3-2液压缸内径尺寸系列mm（GB/T2348-93）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）5002、缸筒壁厚和外径计算本设计的内径D为80mm,查液压设计手册液压缸的外径D1为95mm,缸壁的厚度为7.5mm。一般按正规的方法选取液压缸壁厚都能满足其强度，但为安全起见我们还要进行校核。由于D=80mm，外径D1=95mm，则，可按第一强度理论，即按照薄壁圆筒的中径公式计算，则有式中缸筒壁厚；缸筒内径；缸筒试验压力，液压缸的额定压力时的，额定压力时的；材料许用应力。为材料的抗拉强度，n为安全系数,,这里取。选用45号钢，并且调质，查阅《工程力学》刘静香著可知４５号钢的抗拉强度，现取，故：由于液压缸的工作压力,故取所以因为7.5mm>0.8mm，故强度足够。3.4.2活塞杆的设计与计算活塞杆是液压缸专递动力的主要零部件，它要承受拉力、压力、弯力和震动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。1、活塞杆直径的计算根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。受压力作用时：

P＜5MPa时，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa时，d=0.6～0.7DP>7MPa时，d=0.7D因为P=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm根据下表可知活塞杆直径d=40mm表3-3活塞杆直径系列mm（GB/T2348-93）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400活塞杆强度校核（1）按强度条件校核由公式式中d活塞杆的直径；F活塞杆上的作用力；活塞杆材料许用应力，，为材料的抗拉强度，为安全系数，一般取。由45号钢的许用应力，得，而，故活塞杆强度符合要求。按弯曲稳定性校核当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到液压缸支撑点之间的距离时，应进行稳定性校核。按材料力学理论，当一根受压直杆的轴向载荷超过临界受压载荷时，即可能失去原有直线状态的平衡，称为失稳，其稳定条件为式中液压缸的最大推力；液压缸的临界受压载荷；稳定安全系数，一般取。液压缸临界受压载荷与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度以及两端支撑状况有关。的相关计算如下：由公式式中活塞杆的计算长度；端点安装形式系数，两端固定，故；E材料的弹性模量，钢材的；J活塞杆的横截面转动惯量，实心杆的。而，，故，而（当取4时），故活塞杆弯曲稳定性符合要求。2.5.3液压辅助元件及工作介质的选择抗弯截面系数QUOTEW=01d3=0.1×603抗扭截面系数QUOTEWT=0.2d3=0.2×截面A左侧的弯矩M为QUOTEM=398047.2×110-39110=256921.4N∙mm截面A左侧的扭矩T为QUOTET=T2=514600N∙mm截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。查得σB=640MPa,过盈配合处的kσεσ,查得查得表面质量系数β查得尺寸系数为εσ=计算得综合系数为KK取40Cr的特征系数为φσ=φτ=0.05~计算安全系数Sσ=S2.6轴承的选用和计算综合以上分析，轴强度合格轴III的强度校合（1）求作用在齿轮上的力由前面计算可知作用在齿轮四上的力的大小等于作用在齿轮三上的力，即：(2)求轴承上的支反力垂直面内：求得QUOTEFNV1=1542N=926N水平面内：求得QUOTEFNH2=5965.6N画受力简图与弯矩图2.7电机的选择计算用的旋转机构有如下几种：螺旋式旋转机构凸轮式旋转机构曲柄式旋转机构铰链式旋转机构连杆式旋转机构四杆机构本设计旋转结构比较简单，可以使用两岸式旋转，直接由电机带动转动轴旋转。需要注意旋转轴的强度，和电机支撑轴的强度。2.8传动部件的设计计算为限制滚动轴承在过载和冲击载荷下产生的永久变形，应按静载荷作校核计算。按静载荷进行校核的公式如下： 或 （18-10）式中，S0为静载荷安全系数；C为额定静载荷；P为当量静载荷；下标0为静载荷；下标r为径向载荷；下标a为轴向载荷。例18-3一机械传动装置，采用一对角接触球轴承，并暂定轴承型号为7307AC。已知轴承载荷R1=1200N，R2=2050N，FA=880N，转速n=5000r/min，运转中受中等冲击，预期寿命Lh=2000h，试问所选轴承型号是否恰当？先计算轴承1、2的轴向力A1、A2（参见图18-6b）由表18-12可知70000AC型轴承的内部轴向力为因为 所以 而（2）计算轴承1、2的当量动载荷由表18-11查得70000AC型轴承e=0.68，而查表18-11可得X1=0.41、Y1=0.87；X2=0.41、Y2=0.87。故径向当量动载荷为 （3）计算所需的径向额定动载荷C因两端选择同样尺寸的轴承，而P2＞P1，故应以轴承2的径向当量动载荷P2为计算依据。工作温度正常，查表18-8得fT=1；按中等冲击载荷，查表18-9得fF=1.5。（4）由机械设计手册查得7307AC轴承的径向额定动载荷C=32800N。因为C2＜C，故所选7307AC轴承合适。2.9轴的设计计算一、滚动轴承的组合设计为保证轴承在机器中能正常工作，除合理选择轴承类型、尺寸外，还应正确进行轴承的组合设计，处理好轴承与其周围零件之间的关系。也就是要解决轴承的轴向位置固定、轴承与其他零件的配合、间隙调整、装拆和润滑密封等一系列问题。1．轴承的固定（1）双支点单向固定如图18-7所示，使轴的两个支点中每一个支点都能限制轴的单向移动，两个支点合起来就限制了轴的双向移动。它适用于工作温度变化不大的短轴，考虑到轴因受热而伸长，在轴承盖与外圈端面之间应留出热补偿间隙（图18-7b）。(a) (b)图18-7双支点单向固定（一）（2）单支点双向固定这种变化适用于温度变化较大的长轴，如图18-8所示，在两个支点中使一个支点能限制轴的双向移动，另一个支点则可作轴向移动。可作轴向移动的支承称为游动支承，它不承受轴向载荷。图a右轴承外圈未完全固定，可以有一定的游动量；图b采用的圆柱滚子轴承，其滚子和轴承的外圈之间可以发生轴向游动。 (a) (b)图18-8单支点双向固定（一）2．轴承组合的调整（1）轴承的调整轴承的调整包括轴承间隙调整和轴承位置调整。轴承间隙的调整是通过调整垫片厚度、调整螺钉和调整套筒等方法完成的。轴承组合位置调整是使轴上的零件（如齿轮、带轮等）具有准确的工作位置。图18-9通过调整轴承端盖与机座间垫片厚度实现轴承间隙的调整。 图18-9调整垫片 图18-10调整螺钉图18-10为调整螺钉方法。利用调整螺钉对轴承外圈的压盖进行调整以实现轴承的间隙调整。调整完毕之后，用螺母锁紧防松。图18-11是调整套筒。整个圆锥齿轮轴系安装在调整套筒中，然后再安装在机座上。通过垫片1调整套筒与机座的相对位置，实现对锥齿轮轴轴向位置的调整。通过垫片2调整轴承的间隙。5.3电机的选择计算伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，

随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：

⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。

⑵定子绕组散热比较方便。

⑶惯量小，易于提高系统的快速性。

⑷适应于高速大力矩工作状态。

⑸同功率下有较小的体积和重量。

整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。P=9550n/t负载程度空载负载负载负载满载功率因数70.850.89效率00.780.850.880.875由上表中可以看出，电动机的效率和功率因素是随着负载的降低而降低的。也就是说，电动机在额定负载或接近额定负载的条件下工作，有较高的效率和功率因素，其运行时经济的。相反，一个额定功率极大的电动机，仅仅带动一个负载很小的机械工作，这种“大马拉小车”的情况是很不经济、不合理的。对连续运行的恒定负载，电动机的实际功率可用下列公式计算：上述计算公式的各项参数分别所指：P1：生产机械的功率，可以在生产机械的铭牌上查取，或者根据铭牌上的参数计算出来；η1：生产机械本身的效率；η2：电动机和生产机械之间传动效率。在选择电动机时，其铭牌上的额定功率值Pe应等于或稍微大于计算所得的实际所需功率Pe。5.4传动部件的设计计算齿轮的计算5.4.1.工作负载时的强度校核齿轮轴I工作负载时的强度校核5.4.2工作负载时的结构及载荷图见后。5.4.3传动扭矩：34.33N.m（已计入效率）Z1受力：圆周力：Ft1=1142.41N(见前面齿轮计算)径向力：Fr1=Ft1×tan250=415.8N轴向力：Fx1=Ft1×tanβ=1142.41×tan8.109625=162.8N轴向力形成的弯矩：Mx1=Fx1×d/2500=4.8N.m(d为分度圆直径Ø60.1)5.4.4垂直方向受力F1y=Fr1=415.8NRby=Fr1×188.75/261.6=300NRay=Fr1-Rby=115.8N5.4.5水平方向受力F1z=Ft1=1142.41NRbz=F1z×188.75/261.6=824.3NRaz=F1z-Rbz=318.1N5.4.6垂直方向弯矩M1y=Rby×72.85/1000=21.9N.m5.4.7水平方向弯矩M1z=Rbz×72.85/1000=60N.m5.4.8Z1处的合成弯矩M1=(M1y2+M1z2)0.5=63.9N.m考虑轴向力引起的弯矩，轴的合成弯矩图如图示.5.4.9确定危险截面及进行强度校核：通过以上计算知，Z1处应力最大，为危险截面。强度校核：校核公式（根据表38.3-3）：σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W≤[σ-1]由于电机带动轴旋转引起转应力的脉动循环，所以取α=0.7[σ-1]=0.4[σs]=250(材质：40Cr)d=54.85mm(底径)则σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W=30.6MPa≤[σ-1]W=22.261该截面强度满足要求。5.5危险截面过载时强度校核σ静＝1.5σ＝1.5×30.6＝45.9Mpa＜[σ-1]故截面强度满足要求。齿轮轴II的强度校核5.5.1工作负载时强度校核5.5.2齿轮轴I