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XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
課 題 全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)
年 級(jí) 2009級(jí)
姓 名 學(xué) 號(hào)
指 導(dǎo) 教 師 （簽字）
學(xué) 院（系）院長(zhǎng)（簽字）
年 月 日
摘 要
本文闡述了自動(dòng)化供料及出料的發(fā)展歷史，國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的供料及出料設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算；
在分析國(guó)內(nèi)外智能研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)結(jié)構(gòu)——將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，在兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使供料及出料可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。建立了供料及出料的準(zhǔn)靜態(tài)模型，進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)分析，從而獲得供料及出料在步態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)各部件的受力狀況。
關(guān)鍵詞：全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)，供料及出料；工業(yè)；傳動(dòng)；強(qiáng)度
III
Abstract
This paper describes the automatic feeding and the development history, application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the concrete material feeding and discharging the design requirements and the specific structure design, calculation of overall scheme design;In the analysis of domestic and foreign intelligence information and basic research on the current situation, this paper designed a new type of feeding and discharging structure -- will drive system of combined mechanism, the drive two motors, through some simple transmission mechanism, the material feeding and discharging can be implemented to run. Establishment of the feeding and quasi static model material, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the feeding and the stress state of material in the gait motion components.
Keywords: gait, feeding and discharging; industrial; transmission; strength
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1. 2包裝的分類(lèi)及作用 1
1.3包裝機(jī)發(fā)展方向 2
1.4國(guó)內(nèi)包裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 3
2 全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 5
2.1機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 5
2.2機(jī)構(gòu)方案論述 6
3 自動(dòng)供料排序機(jī)構(gòu)振動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì) 7
3.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求 7
3. 2 振動(dòng)盤(pán)的介紹 8
3.3 包裝機(jī)牽拉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4 橫封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11
4.1高頻加熱式橫封器 11
4.2數(shù)據(jù)計(jì)算 11
4.2.1主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 12
4.2.2選擇電動(dòng)機(jī) 12
4.2.3確定直齒輪的參數(shù) 13
4.3 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)和校核 14
4.4 鍵的校核 22
4.5凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 23
4.6 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計(jì) 25
4.7凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 27
5 縱封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
6 輸送裝置設(shè)計(jì) 30
6.1同步帶的概述 30
6.1.1同步帶介紹 30
6.1.2同步帶傳動(dòng)的主要失效形式 31
6.2 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 33
6.3同步帶分類(lèi) 33
6.4同步帶傳動(dòng)計(jì)算 33
6.4.1同步帶計(jì)算選型 33
6.4.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 36
6.5同步帶的設(shè)計(jì) 38
6.6同步帶輪的設(shè)計(jì) 38
7 氣動(dòng)原理設(shè)計(jì) 39
8 控制部分設(shè)計(jì) 41
8.1 可編程序控制器的選擇及工作過(guò)程 41
8.1.1 可編程序控制器的選擇 41
8.1.2 可編程序控制器的工作過(guò)程 41
8.2 可編程序控制器的使用步驟 42
8.3可編程序控制器控制方案 43
8.3.1 控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 43
8.3.2.控制要求 43
8.4 PLC控制原理圖設(shè)計(jì) 44
總結(jié)與展望 46
參 考 文 獻(xiàn) 47
致 謝 48
1 緒論
1.1 課題研究意義
制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家.根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在主要的生產(chǎn)國(guó)家中，中國(guó)排名為世界第五位。但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平:即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少?lài)?guó)產(chǎn)滯銷(xiāo)積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。
1. 2包裝的分類(lèi)及作用
包裝的分類(lèi)方法很多，按包裝產(chǎn)品的流通領(lǐng)域分類(lèi)，有工業(yè)產(chǎn)品包裝和商業(yè)產(chǎn)品包
裝，按產(chǎn)品包裝的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，有內(nèi)包裝和外包裝；還可以按包裝材料或包裝容器的品種類(lèi)別分類(lèi)以及按包裝對(duì)象即包裝物品的名稱(chēng)分類(lèi)等等。其中按包裝的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)比較有意義，內(nèi)包裝是一種基本的包裝結(jié)構(gòu)形式，它包括直接包裝和中間包裝。直接包裝是用包裝材料或容器直接裹包產(chǎn)品或裝載的包裝形式；包裝材料或容器與被包裝物品間保持著直接觸，是最小的包裝單元。直接包裝時(shí)，必須根據(jù)被包裝物品的物理性能，按包裝要求，選擇包裝材料或容器，制定包裝工藝，選擇或設(shè)計(jì)包裝機(jī)械設(shè)備。中間包裝是以一定數(shù)量的直接包裝品經(jīng)組合后再作一次包裝的包裝形式。如物品裝瓶或裝袋后的裝盒包裝；卷煙小包包裝后的條包包裝；牙膏類(lèi)物品的裝管封尾后的裝盒包裝等。
隨著消費(fèi)者需要的多樣化，尤其是超級(jí)市場(chǎng)的發(fā)展，內(nèi)包裝突出日益重要的地位。完成內(nèi)包裝所需的機(jī)器設(shè)備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。 外包裝是以一定數(shù)額的、經(jīng)內(nèi)包裝后的產(chǎn)品裝裁到包裝箱的包裝結(jié)構(gòu)形式。包裝箱現(xiàn)在多用瓦楞紙板箱。內(nèi)包裝的主要目的，在于促進(jìn)銷(xiāo)售，并為消費(fèi)者提供使用上的方便，在包裝設(shè)計(jì)中，除保證包裝內(nèi)容物質(zhì)和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。外包裝的主要目的，是為流通儲(chǔ)運(yùn)提供保障，要求包裝堅(jiān)固牢實(shí)。
包裝是對(duì)被包裝物所采取的一種保護(hù)性措施，包裝的主要目的在于保護(hù)產(chǎn)品的使用價(jià)值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運(yùn)輸、裝卸、存貯保管和銷(xiāo)售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷(xiāo)的作用。包裝加工是產(chǎn)品在生產(chǎn)中的最后環(huán)節(jié)，是提高產(chǎn)品的商品價(jià)值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
1.3包裝機(jī)發(fā)展方向
目前，國(guó)外包裝和機(jī)械水平高的國(guó)家主要是美國(guó)、德國(guó)、日本、意大
利和英國(guó)。而德國(guó)的包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)、制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位，
2002年德國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)值達(dá)34億歐元，其產(chǎn)量的77 %為出口產(chǎn)品。最近幾年，這些國(guó)家包裝和機(jī)械設(shè)備發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢(shì)。
德國(guó)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)?
????德國(guó)與美國(guó)、日本、意大利均為世界包裝機(jī)械大國(guó)。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位。德國(guó)包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)是依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研及市場(chǎng)分析結(jié)果進(jìn)行的，其，目標(biāo)是努力為客戶，尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿足客戶要求，德國(guó)包裝機(jī)械制造廠商和設(shè)計(jì)部門(mén)采取了諸多措施：?
????(1)工藝流程自動(dòng)化程度越來(lái)越高，以提高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。采用機(jī)械手完成復(fù)雜的動(dòng)作。操作時(shí)，在由電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下，機(jī)械手按電腦指令完成規(guī)定動(dòng)作，確保包裝的質(zhì)量。?
????(2)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。德國(guó)包裝機(jī)械以飲料、啤酒灌裝機(jī)械和包裝機(jī)械見(jiàn)長(zhǎng)，具有高速、成套、自動(dòng)化程度高和可靠性好等特點(diǎn)。其飲料灌裝速度高達(dá)12萬(wàn)瓶/h，小袋包裝機(jī)的包裝速度高達(dá)900袋／min。?
????(3)使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝，以提高生產(chǎn)效率。如德國(guó)生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設(shè)備，就是由一個(gè)系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問(wèn)題。?
????(4)適應(yīng)產(chǎn)制品變化，具有良好的柔性和靈活性。由于市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短。如化妝品生產(chǎn)三年一變，甚至一個(gè)季度一變，生產(chǎn)量又都很大，因此要求包裝機(jī)械具有良好的柔性和靈活性，使包裝機(jī)械的壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期，這樣才能符合經(jīng)濟(jì)性的要求。?
????(5)普遍使用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。隨著新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度不斷加快，德國(guó)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍采用了計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期。?
????包裝機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟(jì)性。所謂經(jīng)濟(jì)性不完全是機(jī)械設(shè)備本身的成本，更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因?yàn)樵O(shè)備折舊費(fèi)只占成本的6％～8％，其他的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本。
1.4國(guó)內(nèi)包裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發(fā)展。已成為機(jī)械工業(yè)中的10大行業(yè)之一，無(wú)論是產(chǎn)量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國(guó)包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前，我國(guó)已成為世界包裝機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)之一。?
????包裝機(jī)械作為一種產(chǎn)品，它的含義不僅僅是產(chǎn)品本身的物質(zhì)意義，而是包括形式產(chǎn)品、隱形產(chǎn)品及延伸產(chǎn)品3層含義。形式產(chǎn)品是指包裝機(jī)本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產(chǎn)品是指包裝機(jī)給用戶提供的實(shí)際效用；延伸產(chǎn)品是指包裝機(jī)的質(zhì)量保證、使用指導(dǎo)和售后服務(wù)等。所以包裝機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)該包括：市場(chǎng)調(diào)研、原理圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、使用說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)及售后服務(wù)預(yù)案等。?
????包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的類(lèi)別主要有：測(cè)繪仿制設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、改進(jìn)性設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)。如啤酒灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為1．6～4萬(wàn)瓶/h，其中灌裝機(jī)的灌裝閥工位數(shù)從48個(gè)、60個(gè)、90個(gè)到120個(gè)就屬于系列化設(shè)計(jì)。?
????由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)就屬于改進(jìn)、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。對(duì)于中低速運(yùn)行的包裝機(jī)，目前我們基本上可以進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。而高速運(yùn)行的包裝機(jī)，特別是一些先進(jìn)機(jī)型，大多是測(cè)繪、仿制國(guó)外的同類(lèi)機(jī)型，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設(shè)計(jì)人員還沒(méi)有真正掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如高速包裝機(jī)械的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法等，對(duì)高速工況下機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)精度分析等問(wèn)題還不能模擬解決；(2)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時(shí)地在實(shí)際設(shè)計(jì)中運(yùn)用，設(shè)計(jì)人員缺乏及時(shí)的技術(shù)培訓(xùn)；(3)整個(gè)行業(yè)缺乏宏觀調(diào)控的力度，優(yōu)勢(shì)資源不能得到合理的配置與調(diào)整。?
????在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)人員仍沿用以前的設(shè)計(jì)方法：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)尋找同類(lèi)機(jī)型作為樣機(jī)；(2)參考樣機(jī)制定各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)及使用范圍；(3)設(shè)計(jì)工作原理圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖；(4)設(shè)計(jì)關(guān)鍵零件，部件；(5)設(shè)計(jì)總裝圖方案和動(dòng)作循環(huán)圖；(6)設(shè)計(jì)部件圖、總裝圖和零件圖；(7)對(duì)主要部件中的關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核；(8)設(shè)計(jì)控制原理圖、施工圖等。?
????而今，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)的設(shè)計(jì)軟件，可以對(duì)包裝機(jī)中常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，其開(kāi)發(fā)的凸輪連桿機(jī)構(gòu)CAD／CAM軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進(jìn)行凸輪連桿機(jī)構(gòu)自主設(shè)計(jì)的能力，但在實(shí)際包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)中應(yīng)用還不普遍。?
????新型包裝機(jī)械往往是機(jī)、電、氣一體化的設(shè)備。充分利用信息產(chǎn)品的最新成果，采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等分離傳動(dòng)技術(shù)，可使整機(jī)的傳動(dòng)鏈大大縮短，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，工作精度和速度大大提高。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用了多電機(jī)拖動(dòng)的同步控制技術(shù)。其實(shí)掌握這種技術(shù)并不很難，只是一些設(shè)計(jì)人員不了解包裝機(jī)械的這一發(fā)展趨勢(shì)。如果說(shuō)以前我國(guó)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)是仿制、學(xué)習(xí)階段，那么現(xiàn)在我們應(yīng)該有創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意識(shí)
我國(guó)包裝業(yè)技術(shù)與機(jī)械近些年所取得的成績(jī)是顯著的，其起步于20世紀(jì)70年代末，剛起步時(shí)年產(chǎn)值僅七、八千萬(wàn)元，產(chǎn)品品種僅100 余種，技術(shù)水平也較低。在20紀(jì)80年代中期至20世紀(jì)年代中期十余年的時(shí)間里，才得到快速發(fā)展，年增長(zhǎng)率達(dá)到20%—30% ，到1999年底和包裝機(jī)械達(dá)40 大類(lèi)，品種達(dá)1700種，到2000年產(chǎn)值增加到300億元，且技術(shù)水平也上了個(gè)臺(tái)階，開(kāi)始出現(xiàn)了規(guī)?；?、自動(dòng)化趨勢(shì)，傳動(dòng)復(fù)雜、技術(shù)含量高的設(shè)備也開(kāi)始出現(xiàn)，許多包裝機(jī)械如液體灌裝機(jī)等設(shè)備已開(kāi)始成套出口。
49
2 全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
題目?jī)?nèi)容：
全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)能對(duì)螺絲等五金品的定量包裝。
主要參數(shù)：
單位包裝量 5件(GB/T 5783-2000六角頭螺栓-全螺紋M3)
包裝速度 40包/分鐘
袋長(zhǎng)范圍 6050mm
制袋型式 三邊封
外形 長(zhǎng)800×寬700×高1550mm（大體差不多就行）
電源 220V
工作量：
1）全自動(dòng)螺絲包裝機(jī)總裝圖 1張 A0
2）零件圖 2張 A2
3）氣壓系統(tǒng)原理圖 1張 A1
4）電氣控制原理圖 1張 A1
5）程序流程圖 1張 A1
6）撰寫(xiě)15000字畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一份(計(jì)算說(shuō)明書(shū))
2.2機(jī)構(gòu)方案論述
負(fù)載大小的確定主要是考慮沿供料及出料各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作業(yè)對(duì)象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)可初估本次設(shè)計(jì)屬于小負(fù)載。
驅(qū)動(dòng)方式
由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型供料及出料等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)
（三）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
供料及出料傳動(dòng)裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積小，在傳動(dòng)鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高供料及出料的運(yùn)動(dòng)和位置控制精度。在供料及出料中常采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)和鋼帶傳動(dòng)等，由于齒輪傳動(dòng)具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實(shí)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動(dòng)。
（四）工作范圍
工作范圍是根據(jù)工業(yè)供料及出料作業(yè)過(guò)程中操作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)確定，用工作空間來(lái)表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響供料及出料的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇
3 自動(dòng)供料排序機(jī)構(gòu)振動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)
3.1供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)基本組成及設(shè)計(jì)要求
供料機(jī)構(gòu)的任務(wù)是把待加工的物品（工件）從存料器（料箱）中分離出來(lái)，按照自動(dòng)機(jī)的加工要求，定量、定時(shí)、定向地送到加工位置。
供料機(jī)構(gòu)主要由四大部分（機(jī)構(gòu)、裝置）組成。
(1) 定時(shí)裝置
定時(shí)裝置主要是按照自動(dòng)機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍，使供料機(jī)構(gòu)定時(shí)工作，準(zhǔn)時(shí)供料。在定
時(shí)裝置設(shè)計(jì)中，主要解決工件送料與自動(dòng)機(jī)加工節(jié)奏協(xié)調(diào)一致問(wèn)題。一般由供料機(jī)構(gòu)與相關(guān)的其它機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)鏈來(lái)保證，所以供料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)必須與自動(dòng)機(jī)工作循環(huán)相協(xié)調(diào)。也可以采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的供料機(jī)構(gòu)，例如電磁振動(dòng)供料器、供送料機(jī)械手，但要由控制系統(tǒng)或設(shè)計(jì)諸如閘門(mén)等隔離裝置，使供料機(jī)構(gòu)停止或送料。
(2) 定量裝置
定量裝置是根據(jù)自動(dòng)機(jī)加工工藝的要求，在每一個(gè)工作循環(huán)送出規(guī)定數(shù)量的工
件。定量可以分為量（如重量、體積）和數(shù)（如件、個(gè)），例如酒類(lèi)、洗衣粉等物料主要是定量，螺釘、香皂、軸承等主要是定數(shù)，成卷的塑料帶、薄鐵皮、細(xì)鋼棒等物料則是定長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)供送物料的形、性態(tài)等來(lái)確定。定量裝置往往需要隔離裝置、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等來(lái)配合。
（3）定向裝置
保證工件按照工藝加工的方位要求送出。定向送料在單件物品加工中是一個(gè)關(guān)
鍵問(wèn)題。定向機(jī)構(gòu)一般與糾正、剔除機(jī)構(gòu)等配合工作。
（4）其它裝置
例如，定位裝置、隔離裝置、卷料的矯直機(jī)構(gòu)、帶狀料的糾偏調(diào)位機(jī)構(gòu)不符合要求工件的剔除機(jī)構(gòu)、缺料檢測(cè)機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等等。
定位在自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中也是一個(gè)比較重要的問(wèn)題，送料不到位或有偏差都會(huì)影響自動(dòng)機(jī)的正常工作。在設(shè)計(jì)中，可把定位裝置歸到工藝執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，也可歸到供料機(jī)構(gòu)中。
任何供料機(jī)構(gòu)必須具有定時(shí)定量裝置，而定向和定量裝置，而定向和其他裝置可根據(jù)工件及加工要求設(shè)置。
供料機(jī)構(gòu)是自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)線中的主要工作機(jī)構(gòu)之一，其性能優(yōu)劣及自動(dòng)化程度直接影響到自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量及其勞動(dòng)條件。因此，對(duì)供料機(jī)構(gòu)有如下的一些要求：
1） 根據(jù)自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍及工位位置，快速、準(zhǔn)確、可靠地將工件送到位；
2） 供料過(guò)程平穩(wěn)、無(wú)沖擊，不能損傷工件；
3） 適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)整方便；
4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。
3. 2 振動(dòng)盤(pán)的介紹
振動(dòng)盤(pán)是一種自動(dòng)組裝機(jī)械的輔助設(shè)備，能把各種產(chǎn)品有序排出來(lái)，它可以配合自動(dòng)組裝設(shè)備一起將產(chǎn)品各個(gè)部位組裝起來(lái)成為完整的一個(gè)產(chǎn)品。
自動(dòng)送料振動(dòng)盤(pán)是一種自動(dòng)定向排序的送料設(shè)備,是通過(guò)振動(dòng)將無(wú)序工件自動(dòng)有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序,有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動(dòng)，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。
振動(dòng)盤(pán)的工作原理：
振動(dòng)盤(pán)料斗下面有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動(dòng)，由傾斜的彈簧片帶動(dòng)料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。料斗內(nèi)零件，由于受到這種振動(dòng)，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通過(guò)振動(dòng)將無(wú)序工件自動(dòng)有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序。
振動(dòng)盤(pán)的應(yīng)用行業(yè)：
振動(dòng)盤(pán)廣泛應(yīng)用于電子、五金、塑膠、醫(yī)藥、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各個(gè)行業(yè)，是解決工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備供料的必須設(shè)備。振動(dòng)盤(pán)除滿足產(chǎn)品的定向排序外還可用于分選、檢測(cè)、計(jì)數(shù)包裝等，是一種現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品。
圖 振動(dòng)盤(pán)
3.3 包裝機(jī)牽拉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1- 支撐板；2-卷筒；3-支架
供膜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使薄膜卷轉(zhuǎn)動(dòng)，薄膜在張緊輥，調(diào)整輥的作用下連續(xù)正確的送至成型器及充填筒外，薄膜經(jīng)過(guò)萬(wàn)能枕型器自動(dòng)卷成枕形，包圍在充填管外面，縱封機(jī)構(gòu)縱封枕型縫。接著由滾輪牽拉機(jī)構(gòu)牽拉枕型薄膜，接著經(jīng)橫封器，底部封口器從前后封合，制成袋子的底封。液料經(jīng)液壓泵仍通過(guò)充填管填入，同時(shí)將袋子拉下。裝料，拉袋結(jié)束后頂部橫封器就開(kāi)始封接，制出袋子的頂封和下一個(gè)袋子的底封。封接器中間裝有一把切斷刀，在每次封接的同時(shí)，從封口的中部位切斷袋子，然后前后封口器分開(kāi)袋子落下，封口器空行程返回。
4 橫封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1高頻加熱式橫封器
1，3 封合電極 2，彈性?shī)A板 4，加熱切刀
上圖所示為高頻加熱式橫封器的截面圖。它左右兩只電極，即封合電極。其間通入高頻電流進(jìn)行加熱。在電極兩外側(cè)各配置一對(duì)彈性?shī)A板，以利于減少電極合攏時(shí)的剛性沖擊和對(duì)封口縫的拉力。電極表面膠粘著環(huán)氧板及聚四氟乙烯編織物作為耐熱，絕緣，防粘材料，與薄膜偶爾被熱穿時(shí)可以防止高頻加熱切刀與封合電極直接接觸而產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象。
4.2數(shù)據(jù)計(jì)算
包裝速度：40袋/min
見(jiàn)主傳動(dòng)示意圖，設(shè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，無(wú)級(jí)調(diào)速裝置輸出軸的轉(zhuǎn)速為，主軸的轉(zhuǎn)速為，二軸的轉(zhuǎn)速為，帶動(dòng)縱封滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的軸的轉(zhuǎn)速為，無(wú)級(jí)調(diào)速裝置的傳動(dòng)比為，蝸輪減速器的傳動(dòng)比為，主軸與二軸之間齒輪的傳動(dòng)比為。其中：；；；
為兩橫封凸輪之間的間隔時(shí)間，（；為兩凸輪之間的夾角，該設(shè)計(jì)中，即）
故
縱封滾輪的角速度；
線速度（為縱封滾輪的半徑）
包裝袋的袋長(zhǎng)
由上式可以看出：包裝袋的袋長(zhǎng)取決于和，牽拉滾輪的半徑 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中是個(gè)定值，所以要想改變包裝袋的袋長(zhǎng)尺寸必須改變傳動(dòng)比。該設(shè)計(jì)采用一對(duì)雙聯(lián)滑移齒輪來(lái)改變的值。
袋長(zhǎng)取120和180兩種尺寸規(guī)格進(jìn)行計(jì)算，牽拉滾輪的半徑取定值，則
當(dāng)時(shí)，
當(dāng)時(shí)，
4.2.1主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
該包裝機(jī)時(shí)采用間歇縱封機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)縱封，牽拉滾輪實(shí)現(xiàn)連續(xù)牽拉，橫封裝置連續(xù)工作實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝袋的橫封和切斷，所以包裝機(jī)工作的時(shí)候其包裝速度取決橫封機(jī)構(gòu)橫封的間隔時(shí)間，間隔時(shí)間越長(zhǎng)每分鐘包裝的袋子就越少，又知橫封器的間隔時(shí)間又與主軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)，主軸轉(zhuǎn)速越高，橫封機(jī)構(gòu)橫封之間的間隔時(shí)間就越短。
由設(shè)計(jì)參數(shù)知該包裝機(jī)的包裝速度為40袋/min，即橫封器的間隔時(shí)間為3－4s/袋。主軸旋轉(zhuǎn)一周包裝機(jī)完成1次包裝，所以主軸的轉(zhuǎn)速為7.5－10r/min
4.2.2選擇電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)一般由專(zhuān)業(yè)工廠按標(biāo)準(zhǔn)系列成批大量生產(chǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)工作載荷，工作要求，工作環(huán)境，安裝要求及尺寸，重量有無(wú)特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式，容量和轉(zhuǎn)速，并確定其具體的型號(hào)。生產(chǎn)單位一般采用三相交流電源，如果沒(méi)有特殊要求通常采用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的容量主要根據(jù)運(yùn)行時(shí)發(fā)熱條件決定，額定功率是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱不超過(guò)許用溫度的最大功率，滿載轉(zhuǎn)速是指負(fù)荷相當(dāng)于額定功率時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，同一類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)按額定功率和轉(zhuǎn)速的不同具有一定的型號(hào)
選取電機(jī)的功率為800W;同時(shí)電機(jī)要能變速所以選擇伺服電機(jī)，最終選擇SGMAH-08A伺服電機(jī)（安川公司）。
4.2.3確定直齒輪的參數(shù)
在整個(gè)行走裝置中，直齒輪的作用，主要是傳遞動(dòng)力。根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸限制，同時(shí)為了減少零件的個(gè)數(shù)和降低成本，才用兩個(gè)完全相同的直齒輪，齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。齒數(shù)z=40，模數(shù)。其具體參數(shù)如下：
⑴分度圓直徑：
⑵齒 頂 高：
⑶齒 根 高：
=3.125
b=25mm
=100mm
=2.5
=3.125
⑷全 齒 高：=2.5+3.125=5.625
⑸齒頂圓直徑：
=100+2×2.5
=105mm
⑹齒根圓直徑：
=100-2×3.125
=93.75mm
⑺齒 厚：
⑻齒 根 寬：
⑼中 心 距：
⑽頂 隙：
4.3 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)和校核
1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，初步估計(jì)軸徑：
其中=110，查機(jī)械設(shè)計(jì)（P362）表15-3可得。
代入上面得值，計(jì)算可得：
由于軸上有一鍵槽，所以：，取軸的最小直徑為：d=20mm。
2. 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
3. 按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核
①做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖
軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，做出其受力簡(jiǎn)圖如下圖所示：
b=25mm
d=20mm。
① 計(jì)算齒輪的嚙合力：
A: 直齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=685.9 N
直齒輪：
685.9 N
2.齒輪徑向力：
B: 錐齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=914.533 N
2. 齒輪徑向力：
=202.634 N
3. 齒輪軸向力：
=
=264.078 N
② 求水平面的支反力和做出彎矩圖:
1. 其受力分析圖如下圖所示:
錐齒輪：
=914.533N
=202.634 N
=264.078 N
2. 對(duì)A點(diǎn)求矩：
則有：
=372.848 N
3. 對(duì)B點(diǎn)求矩：
則有：
=
= -144.216 N
4. 根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，畫(huà)出彎矩圖。
=372.848 N
③ 求垂直面內(nèi)的支反力，并作出彎矩圖
1. 受力分析如圖所示：
2. 對(duì)A點(diǎn)求矩：
則有：（其中）
= -8.590 N
2. 對(duì)D點(diǎn)求矩：
則有：
= -8.590 N
= -38.423 N
3. 做出對(duì)應(yīng)彎矩圖
⑥ 求支反力
=149.246 N
=312.965 N
⑦ 合成彎矩圖
=2889.432 N
=25774.198 N
=23238.956 N
⑧ 根據(jù)已知條件，做出扭矩
⑨ 校核危險(xiǎn)截面
綜上所知，C面為危險(xiǎn)截面：
(其中，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取，T=36100)
=31767.982
(其中
=1251.74)
C截面圖
= ，軸滿足要求。
(其中=55查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程P261-表11-13得)
下頁(yè)附：彎矩圖
1251.74
4.4 鍵的校核
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于平鍵的制作方便，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性比較好，所以能采用平鍵的情況下，都采用平鍵。平鍵的主要失效形式為工作面被壓潰；嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，可能出現(xiàn)鍵被剪斷。所以，通常情況下只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
由于在軸01上的鍵 825 其結(jié)構(gòu)尺寸最小，受力較大。在這里就只校核該鍵，其余可以不予與校核。
普通平鍵的強(qiáng)度條件：
其中 T ---傳遞扭矩： ；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度：
---鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵為：
---軸的直徑
=42.47
由于鍵的材料為45，同時(shí)其載荷性質(zhì)為輕微沖擊，查機(jī)械設(shè)計(jì)（P-106）表6-2可得：
所以 ，鍵滿足要求。
4.5凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律
基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律
從動(dòng)件位移s隨凸輪轉(zhuǎn)角φ的變化情況如圖2-3所示，圖中橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角φ，縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移s、速度v和加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角φ的變化規(guī)律稱(chēng)為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律又可分為基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律有以下幾種：
圖2-3
等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無(wú)窮大，產(chǎn)生無(wú)窮大的慣性力，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊，稱(chēng)為剛性沖擊，次類(lèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律只使用于低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生較大的加速度和慣性力，由此而引起的沖擊稱(chēng)為柔性沖擊，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用與中速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度皆連續(xù)，但在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生柔性沖擊，因而也只適用中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。
正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度和加速度皆連續(xù)無(wú)突變，避免了剛性沖擊和柔性沖擊，可以用于高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
在工程實(shí)際中，為使凸輪機(jī)構(gòu)獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之以其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律與其組合，從而獲得組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)采用不用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合成改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，它們?cè)谶B接點(diǎn)處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等；這就是兩運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合時(shí)必須滿足的邊界條件。
常用的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：改進(jìn)性等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改進(jìn)性正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律和改進(jìn)性梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
基本的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程如表2-1：
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)位移方程
運(yùn)動(dòng)規(guī)律
從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程
推程0°≤δ≤δ1
回程0°≤δ`≤δ3
等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律
S=hδ1δ
S=h-hδ3δ
等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律
0°≤δ≤δ12
S=2hδ12δ2
0°≤δ`≤δ32
S=h- 2hδ32δ2
δ12≤δ≤δ1
S=h-2hδ12(δ1-δ)2
δ32<δ≤δ3
S=2hδ32δ3-δ2
余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律
S=h21-cosπδ1δ
S=h21+cosπδ3δ
正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律
S=hδδ1-12πsin2πδ1δ
S=h1-δδ3+12πsin2πδ3δ
表2-1
4.6 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計(jì)
凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì),而凸輪的輪廓曲線形狀取決于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的形式通常有多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用的等速(加速度a=0)、等加速等減速(加速度為常數(shù),即a=c)、簡(jiǎn)諧(又稱(chēng)余弦加速度規(guī)律)、擺線(又稱(chēng)正弦加速度規(guī)律)等4種形式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線之前,必須首先根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求選定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后,通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真就可以得到凸輪的精確輪廓線。
以擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)為例。圖2-4為擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)性凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
其中C(Xc,Yc)為凸輪理論輪廓線上的任意一點(diǎn)，N（Xn,Yn）、N`Xn`，Yn`分別為外緣和內(nèi)緣凸輪工作輪廓上與點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，DXd,Yd、D`Xd`,Yd`分別為加工N點(diǎn)和N`點(diǎn)時(shí)刀具中心的位置， 圖2-4
RD為刀具半徑，Rr為滾子半徑，Rb為基圓半徑，SO為擺桿初始角（SO=csc-1L2+l2-Rb22Ll),S為擺角增量，θ為凸輪轉(zhuǎn)角，L為擺心距，l為擺桿長(zhǎng)，ω為角速度。
在圖2-4直角坐標(biāo)系中，由三角形的函數(shù)關(guān)系可以得到凸輪任一時(shí)刻理論輪廓直角坐標(biāo)為xc=Lsinθ-lsinS+S0+θ (2-1)
yc=Lcosθ-lcosS+S0+θ (2-2)
工作輪廓坐標(biāo)為：
XN=xc?Rr-Lsinθ+lS`θ+1sinS+S0+θ/? (2-3)
YN=ycμRrLcosθ+lS`θ+1cosS+S0+θ/? (2-4)
?=L2+l2S`θ+12-2LlS`θ+1cosS+S0 (2-5)
當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)為外緣型時(shí)，工作輪廓坐標(biāo)中的±和μ取上方的符號(hào)，為內(nèi)緣型時(shí)取下方的符號(hào)。計(jì)算刀具中心軌跡坐標(biāo)時(shí)，將Rr以-RD-Rr代入工作輪廓坐標(biāo)即可。
設(shè)凸輪以等角速度ω逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基園半徑Rb、滾子半徑rr，導(dǎo)路和凸輪軸心間的相對(duì)位置及偏距e，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律S=Sφ，如圖2-5。
(1)理論輪廓線方程BX，Y
圖2-6
x=S0+Ssinφ+ecosφy=S0+Scosφ-esinφ 圖2-5
其中S0=r02-e2
(2)實(shí)際輪廓方程B`X`,Y`如圖2-6
x`=x?rcosθy`=y±rsinθ (2-6)
tanθ=-dxdy=dxdφ-dydφ=sinθcosθ
dxdφ=dsdφ-esinφ+S0+Scosφ
dydφ=dsdφ-ecosφ-S0+Ssinφ
sinφ=dxdφdxdφ2+dydφ2
cosφ=-dydφdxdφ2+dydφ2
4.7凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定
凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值
(1)壓力角：從動(dòng)件于凸輪在接觸點(diǎn)處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對(duì)速度方向之間所夾的銳角即為壓力角。如圖2-7所示
tanφ=PDBD=OP?es0+s=dsdφ?er02-e2+s
(2)許用壓力角：為了改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況，提高機(jī)械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角α。
αmax≤α
推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：
直動(dòng)從動(dòng)件：α=30°~40°
擺動(dòng)從動(dòng)件：α=35°~45°
回程（空回行程）α=70°~80°
(3)基圓半徑的確定：
根據(jù)公式： r0≥dsdφ?etanα-s2+e2 圖2-7
為保證凸輪機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中均能滿足αmax≤α,應(yīng)選取計(jì)算結(jié)果中的最大值作為凸輪的基圓半徑。
5 縱封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)于氣缸，選擇筆型氣缸，氣缸的輸出力滿足打孔力。經(jīng)試驗(yàn)該打孔力為F=10N。
根據(jù)計(jì)算要求氣缸選用筆型氣缸PB-1640（ISO6432標(biāo)準(zhǔn)），理論出力計(jì)算公式是：
F=PA+
式中：F——?dú)飧桌碚撦敵隽Γ∟）
P——工作壓力(MPa)
A——活塞受力面積（）
——彈簧復(fù)位力（N）
系統(tǒng)壓力為0.30.5MPa，選用復(fù)動(dòng)型氣缸時(shí)，=0 N，取系統(tǒng)壓力極小值時(shí)(按拉側(cè)受力面積)，推出：
F=PA+=51.81N
顯然滿足要求。
參照（ISO6432標(biāo)準(zhǔn)），選用缸徑為16mm，行程為40mm的亞德客筆型氣缸，代號(hào)為PB-1640。
選擇擇亞德客筆型氣缸PB-1080。
根據(jù)理論出力計(jì)算公式
F=PA+
系統(tǒng)壓力為0.30.5MPa，選用復(fù)動(dòng)型氣缸時(shí)，=0 N，取系統(tǒng)壓力極小值時(shí)(按押側(cè)受力面積)，推出：
F=PA+=21.55N
兩個(gè)氣缸，故可承受的壓力為2F=47.1N,顯然滿足要求。
參照（ISO6432標(biāo)準(zhǔn)），氣缸3選用缸徑為10mm，行程為80mm的亞德客筆型氣缸，代號(hào)為PB-1080。
圖2.10 AIRTAC超薄氣缸
參照傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)，又下擺動(dòng)關(guān)節(jié)的沖壓力Pz=8.6 N，選擇的氣缸類(lèi)型分別為（表2.4）：
氣缸名稱(chēng)
上模板氣缸
下壓氣缸
品牌及類(lèi)型
AIRTAC ACQ-25X12
AIRTAC ACQ-40X50
缸徑mm
25
40
活塞桿外徑mm
9
14
行程mm
10
40
受壓面積mm2(押側(cè)/拉側(cè))
421/298
1057/756
理論輸出力N(押側(cè)/拉側(cè))
117.3/103.3
337.0/216.7
6 輸送裝置設(shè)計(jì)
6.1同步帶的概述
6.1.1同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新塑傳動(dòng)帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動(dòng)過(guò)程中節(jié)線長(zhǎng)度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動(dòng)過(guò)程中投有滑動(dòng)，從而保證主、從動(dòng)輪間呈無(wú)滑差的間步傳動(dòng)。
同步帶傳動(dòng)（見(jiàn)圖3-1）時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。
圖3.1 同步帶傳動(dòng)
同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)帶齒與輪的齒槽相嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力。 同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。 本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車(chē)等各行業(yè)各種類(lèi)型的機(jī)械傳動(dòng)中。同步帶的使用，改變了帶傳動(dòng)單純?yōu)槟Σ羵鲃?dòng)的概念，擴(kuò)展了帶傳動(dòng)的范圍，從而成為帶傳動(dòng)中具有相對(duì)獨(dú)立性的研究對(duì)象，給帶傳動(dòng)的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。
2 同步帶的特點(diǎn)
(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。
6.1.2同步帶傳動(dòng)的主要失效形式
在同步帶傳動(dòng)中常見(jiàn)的失效形式有如下幾種：
(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承載繩斷裂損壞是常見(jiàn)的失效形式。失效原因是帶在傳遞動(dòng)力過(guò)程中，在承載繩作用有過(guò)大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當(dāng)選用的主動(dòng)撈輪直徑過(guò)小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會(huì)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見(jiàn)圖3-2)。
圖3.2 同步帶承載繩斷裂損壞
(2)、同步帶的爬齒和跳齒
根據(jù)對(duì)帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號(hào)所決定的許用圓周力。
2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。
3、適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開(kāi)。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(3)、帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過(guò)程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見(jiàn)圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)：
1、同步帶與帶輪問(wèn)有較大的節(jié)距差，使帶齒無(wú)法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過(guò)大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。
2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過(guò)少，使嚙合帶齒承受過(guò)大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。
3、同步帶的基體材料強(qiáng)度差。
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。
圖3.3 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見(jiàn)圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過(guò)大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少?lài)Ш蠒r(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3.4 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會(huì)產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)
生龜裂的原因如下，
1、帶基體材料的老化所引起；
2、帶長(zhǎng)期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。
圖3.5 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
6.2 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
據(jù)對(duì)同步帶傳動(dòng)失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動(dòng)的主要失效形式為如下三種；
(1)同步帶的承載繩疲勞拉斷；
(2同步帶的打滑和跳齒；
(3)同步帶帶齒的磨損。
因此，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。
6.3同步帶分類(lèi)
同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類(lèi)，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱(chēng)HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱(chēng)為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡(jiǎn)稱(chēng)為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對(duì)稱(chēng)齒型（代號(hào)DA)和交錯(cuò)齒型(代號(hào)DB〕。
梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國(guó)采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動(dòng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過(guò)程中齒的干涉。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤(rùn)滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車(chē)、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
6.4同步帶傳動(dòng)計(jì)算
6.4.1同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類(lèi)型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.5；
表3-3.工作情況系數(shù)
確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來(lái)確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=4.5kw，n1=960/15.027=64 rpm。查表3-4
表3-4
選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z(mì)1=21故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。
故z1=21，z2=21。
確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1= d2=Pbz1/π=8.00×21/3.14≈53.5mm
驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s，
確定帶長(zhǎng)和中心矩
現(xiàn)在選取軸間間距為取1350mm
10、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=2866.4mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表3-5 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量
6.4.2同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度
同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱(chēng)此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱(chēng)長(zhǎng)皮，稱(chēng)為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過(guò)大過(guò)小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見(jiàn)表3-6）。
表3-6 帶節(jié)線長(zhǎng)度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱(chēng)為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來(lái)區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過(guò)鑄造模具來(lái)加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見(jiàn)表3-5。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖3.7 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表3-7 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過(guò)大，過(guò)大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過(guò)大，否則亦會(huì)減少帶齒與