金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì),金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì),金屬,自動(dòng),清洗,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
作 者:
3號(hào)楷體
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學(xué)院(系):
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專(zhuān) 業(yè):
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題 目:
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
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指導(dǎo)者：
(姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))
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(姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))
2015年 6 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
本文主要介紹金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)總體方案分析及確定，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容所包含的機(jī)械圖紙的繪制，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的計(jì)算，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)論與建議。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)減速器產(chǎn)生動(dòng)力通過(guò)小帶輪將需要的動(dòng)力傳遞到大帶輪上，帶輪帶動(dòng)主軸，從而帶動(dòng)整機(jī)裝置運(yùn)動(dòng),此可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行三維建模。
(7)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞： 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維建模；步進(jìn)電機(jī)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
This mainly introduced in this paper metal comb automatic cleaning machine, the current situation, metal comb automatic cleaning machine structure design principle, metal comb automatic cleaning machine overall scheme analysis and determination, metal comb automatic cleaning machine structure design content contained in the mechanical drawing of rendering, metal comb automatic calculation of washing machine, metal comb automatic cleaning machine structure design of the conclusions and recommendations.
Whole structure mainly consists of the motor reducer to generate power through a small pulley will need the power is transferred to the big belt wheel, belt wheel drive shaft, so as to drive the motion of the whole device, which can replace the heavy manual labor, significantly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level of production.
Research content of this thesis:
(1) overall structure design of metal comb automatic cleaning machine.
(2) working performance analysis of metal comb automatic cleaning machine.
(3) motor selection.
(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the metal comb automatic cleaning machine.
(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.
(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.
(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.
Key words: metal comb automatic cleaning machine structure design 3D modeling stepper motor
目 錄
1 緒 論 1
1.1 選題的背景、意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4 本文研究主要內(nèi)容 3
2 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 基本結(jié)構(gòu) 4
2.2 設(shè)計(jì)原則 4
2.3 方案分析 4
2.3.1 第一方案 4
2.3.2第二方案 5
2.3.3第三方案 5
2.3.4 最終方案 6
3 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的機(jī)械部分計(jì)算 7
3.1電機(jī)的選取 7
3.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
3.2.1 選擇帶型 10
3.2.2確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 11
3.2.3確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 11
3.2.4確定帶的根數(shù)z 12
3.2.5確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 12
3.2.6確定帶的張緊裝置 13
3.3 軸的校核 15
3.4 鍵的校核 15
3.5 軸承的校核 16
3.6 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算 17
3.6.1 風(fēng)機(jī)計(jì)算 17
3.6.2 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇 18
4 毛刷工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.1 電機(jī)的選型 19
4.2 毛刷主軸的設(shè)計(jì) 20
4.2.1 確定毛刷主軸最小直徑 20
4.2.2 求軸上的載荷 21
4.2.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 22
4.2.4 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 22
5 氣缸元件的計(jì)算 26
5.1氣缸的選擇 26
5.2 氣缸結(jié)構(gòu) 30
5.3 工作原理 31
5.3.1下壓機(jī)構(gòu)氣缸的計(jì)算 32
5.3.2 其余氣缸的選型 32
總 結(jié) 33
致 謝 34
參考文獻(xiàn) 35
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第36頁(yè) 共41頁(yè)
1 緒 論
1.1 選題的背景、意義
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求日益擴(kuò)大，制造業(yè)對(duì)各種金屬梳的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。線的質(zhì)量好壞、直接關(guān)系到下道工序能否順利進(jìn)行，特別是超細(xì)規(guī)格的線質(zhì)量要求很高；。目前國(guó)內(nèi)使用的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)械，卷取主軸多用力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，排線機(jī)構(gòu)與主軸采用機(jī)械齒合傳動(dòng)的硬耦合連接，通過(guò)絲杠或光桿帶動(dòng)金屬梳器左右平移、依靠齒輪或電磁鐵的離合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)換向，達(dá)到往復(fù)排線的工藝要求。這種純機(jī)械耦合機(jī)構(gòu)存在零件加工和裝配復(fù)雜、因頻繁換向?qū)е聶C(jī)械磨損大、噪聲大、排線精度降低[2]。
此外，由于絲線的規(guī)格品種繁多，每次改變品種規(guī)格、都要重新調(diào)整金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的機(jī)械參數(shù)，甚至更換機(jī)械零件，一套機(jī)構(gòu)無(wú)法同時(shí)滿足對(duì)不同規(guī)格絲線的清洗機(jī)需要?；诖?，我們提出了本課題的研究。
本文介紹一種新型清洗機(jī)裝置，利用先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，將主軸送進(jìn)傳動(dòng)與切斷，分別用不動(dòng)的動(dòng)力獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗機(jī)連接。采用FX2N一32MT可編程序控制器、脈沖測(cè)速碼盤(pán)及光電傳感器控制，檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的工況，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制和柔性化參數(shù)設(shè)置。新系統(tǒng)具有：穩(wěn)定、準(zhǔn)確、靈活、快速的特點(diǎn)，適用于對(duì)各種規(guī)格絲線的繞排線控制。
1.2 國(guó)內(nèi)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
目前我國(guó)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)行業(yè)處于非常困難的時(shí)期，如何才能使整個(gè)行業(yè)從技術(shù)的互相模仿與殘酷的價(jià)格戰(zhàn)等困境中脫身而出？從業(yè)企業(yè)只有放下急于求成的心態(tài)，從基礎(chǔ)理論、新技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域出發(fā)，一絲不茍地修煉自己的自主創(chuàng)新能力。
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)合了機(jī)械、傳動(dòng)、電氣控制等多方面的技術(shù)，所以基礎(chǔ)理論研究是開(kāi)發(fā)新技術(shù)的基礎(chǔ)，只有核心技術(shù)的發(fā)展才能推動(dòng)清洗機(jī)設(shè)備的進(jìn)步，各方面為技術(shù)開(kāi)發(fā)做努力，這樣才會(huì)使我國(guó)的清洗機(jī)設(shè)備逐步走上自主創(chuàng)新的道路。
?國(guó)產(chǎn)的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)自動(dòng)化水平低、控制手段落后是普遍存在的問(wèn)題。只能應(yīng)用于清洗機(jī)要求相對(duì)不高的場(chǎng)合，高端設(shè)備都有日本、瑞士、德國(guó)等進(jìn)口設(shè)備占領(lǐng)市場(chǎng)，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備只能在很小的市場(chǎng)份額里以低價(jià)來(lái)爭(zhēng)得客戶(hù)， 分析我國(guó)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)市場(chǎng)目前處于高速發(fā)展的時(shí)期，相反我國(guó)的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的處境卻相當(dāng)?shù)钠D難，不難看出，極大的市場(chǎng)份額都是進(jìn)口設(shè)備，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)獲得高利潤(rùn)的回報(bào)，在新機(jī)型的開(kāi)發(fā)上就有了強(qiáng)大的資金保障，而我們國(guó)內(nèi)企業(yè)的銷(xiāo)售利潤(rùn)偏低，去掉銷(xiāo)售環(huán)節(jié)中存在的費(fèi)用，留給企業(yè)的回報(bào)已經(jīng)所剩無(wú)及了，所以不斷的提升自主創(chuàng)新能力，才能市場(chǎng)份額較大的中高端市場(chǎng)，來(lái)打破目前的艱難局面[4]。
1.3 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)是機(jī)械行業(yè)中的主要加工設(shè)備，金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的質(zhì)量、數(shù)量及自動(dòng)化水平，直接影響整個(gè)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展；金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的自動(dòng)化水平對(duì)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員的體力勞動(dòng)等方面都起到極為重要的作用。
先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)能在很大程度上提高金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的自動(dòng)化水平。機(jī)械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工制造、銷(xiāo)售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個(gè)過(guò)程的工程學(xué)科,是以提高質(zhì)量、效益、競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo),包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價(jià)格要合理、外形要美觀、自動(dòng)化程度要高、售后服務(wù)要好、要滿足人們?cè)絹?lái)越高的要求,就必須采用先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)。
（1） PLC在清洗機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用
PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力及高可靠性，這點(diǎn)對(duì)清洗機(jī)設(shè)備非常重要，設(shè)備的穩(wěn)定性很大程度上依賴(lài)于電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，PLC和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低了；如今的清洗機(jī)設(shè)備由于加工特性的關(guān)系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的滿足了設(shè)備的要求，如今功能單元大量出現(xiàn)，使PLC可以同時(shí)應(yīng)用于位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，在研發(fā)清洗機(jī)設(shè)備時(shí)通常都需要定制控制系統(tǒng)，由于PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短[11]。在清洗機(jī)設(shè)備中控制系統(tǒng)中PLC的使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)：
1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制
? 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。
2、模擬量控制
??在清洗機(jī)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如速度、圈數(shù)、排線桿位置等都是模擬量，PLC將以上數(shù)據(jù)采集后加以運(yùn)算。
3、運(yùn)動(dòng)控制
? 如今的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)都配置有步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，可以通過(guò)PLC直接對(duì)這些執(zhí)行單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制[5]。
（2） 測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)在金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)中的運(yùn)用
測(cè)試技術(shù)是測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。在現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)、老產(chǎn)品改造以及機(jī)電產(chǎn)品全壽命的各個(gè)過(guò)程的研究中，實(shí)驗(yàn)研究是必不可少的環(huán)節(jié)。在工程試驗(yàn)中，需要進(jìn)行各種物理量的測(cè)量，以得到準(zhǔn)確的定量結(jié)果。當(dāng)然，不僅是各類(lèi)工程試驗(yàn)需要測(cè)量，機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)用監(jiān)測(cè)、控制和故障診斷也需要在線測(cè)量。這時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)大多就是機(jī)器和生產(chǎn)線的重要組成部分[6]。
（3） 機(jī)電一體化在金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)中的應(yīng)用
機(jī)電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機(jī)械、電子技術(shù)等為主的多門(mén)技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興邊緣技術(shù)科學(xué)。性能上，向高精度、高生產(chǎn)效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發(fā)展。通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用使得整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)控制智能化、操作性能柔性化。通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)達(dá)到機(jī)電一體化的目的[7]。
1.4 本文研究主要內(nèi)容
通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書(shū)館的書(shū)籍和各類(lèi)期刊、雜志查閱了解金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的相關(guān)知識(shí)，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下：
1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程，產(chǎn)生金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路；
2、查閱各類(lèi)機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)，確定合理的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)；
3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來(lái)選擇合適的部位；
4、重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究；
5、通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)；
6、完成2D裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制，并由此繪制零件圖；
7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
8、檢查并完善本設(shè)計(jì)課題。
本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來(lái)源廣泛，內(nèi)容充足。
2 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 基本結(jié)構(gòu)
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)其功能部件(1)由支承體(9)、帶動(dòng)力裝置的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)等組成。由功能部件(1)，電動(dòng)機(jī)(8)和機(jī)架（6)等構(gòu)成的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)，下圖是該機(jī)器的工作原理圖。
2.2 設(shè)計(jì)原則
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)其功能部件(1)由支承體(9)、帶動(dòng)力裝置的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)切刀部件和包壓線或機(jī)筒等組成。由功能部件，電動(dòng)機(jī)和機(jī)架(或機(jī)腳)等構(gòu)成金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)。在功能部件中的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有使毛刷
2.3 方案分析
2.3.1 第一方案
采用平鋪帶式傳送裝置，將金屬梳手工放落在傳送帶上，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶將金屬梳送到毛刷。
此輸送裝置由于需要電機(jī)通過(guò)軸帶動(dòng)輸送帶滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)示意圖如下圖所示：
圖2.3.1 臥式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)示意圖
Fig.2.3.1 schematic diagram of horizontal shredding machine
據(jù)上圖2.3.1臥式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)示意圖，不難看出此金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)包括2個(gè)電機(jī)，3根軸，滾筒，輸送帶，帶輪，帶輪等等。金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)零件眾多，這無(wú)疑增加了金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的制造成本與維護(hù)運(yùn)行成本。對(duì)于廣大的金屬梳來(lái)說(shuō)，這種臥式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)很顯然不是他們理想的選擇。因此，設(shè)計(jì)出一款小型且制造成本低廉，適用與金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)非常必要。
2.3.2第二方案
輸送裝置仍然采用圓管帶式輸送，把金屬梳平鋪在帶上后，隨帶前進(jìn)，但在輸送帶之間安裝兩個(gè)喂入輪，做相對(duì)回轉(zhuǎn)時(shí)，把輸送帶傳送的金屬梳擠壓夾持后，送入到切碎口，曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀制造、磨刃均較方便，清洗阻力矩變化平緩，但金屬梳有向外推移的現(xiàn)象，刃口磨損也不均勻。而直線型動(dòng)刀制造、磨刃均比較簡(jiǎn)單、強(qiáng)度好，缺點(diǎn)是清洗開(kāi)始時(shí)，往往將金屬梳向外推移，此時(shí)清洗點(diǎn)離軸心的距離較大，因而清洗阻力矩大大增加，致使清洗阻力矩在清洗過(guò)程中變化劇烈
2.3.3第三方案
經(jīng)過(guò)以上兩種方案的分析、研究及比較，最終方案確定如下：
設(shè)計(jì)一種小型的立式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)取代一般的臥式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)既避免了功率消耗大，成本高等缺點(diǎn)；又可讓金屬梳少擠壓與擦傷
參照?qǐng)D2.1.1、圖2.1.2，立式金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)由功能部件(1) 、電機(jī)支架(2)、電磁調(diào)速電機(jī)(3)、螺栓(4)、帶輪(5)、機(jī)架(6)等組成。
功能部件(1)是本實(shí)用新型金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的核心，它由帶輪(7)、軸承(8)、支承體(9)、主軸(10)、防污密封軸承端蓋(11)、墊套(12)、機(jī)殼(13)、螺母、毛刷、擋板(16)、出料門(mén)(17)等構(gòu)成。電機(jī)支架(2)可連同電機(jī)(3)一起繞螺栓(4)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)90度后固定在機(jī)架(6)上，使電機(jī)(3)平臥，以便用來(lái)驅(qū)動(dòng)其它臥式機(jī)械，提高電機(jī)的利用率。機(jī)架(6)是功能部件(1)和電動(dòng)機(jī)(3)的聯(lián)系和支承件。
2.3.4 最終方案
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)其功能部件由支承體、帶動(dòng)力裝置的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)毛刷部件和機(jī)筒等組成。由功能部件(1)，電動(dòng)機(jī)(8)和機(jī)架（6)等構(gòu)成的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的毛刷功能部件(下部?jī)?nèi)有能使物料自動(dòng)卸出，設(shè)有與刀片)相對(duì)。
3 金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的機(jī)械部分計(jì)算
3.1電機(jī)的選取
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)在工作時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好（保障運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的條件：有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的儲(chǔ)備功率和較靈敏的調(diào)速器）的條件下，其功率總耗用N 由兩部分組成：一部分用于克服空轉(zhuǎn)而消耗的功率（占總功率消耗的5%-7%），一部分用于克服脫粒阻力而消耗的功率（占總功率消耗的93%-95%），所以裝置的功率消耗為：
N =+ （kW ） (4) 1)其中空轉(zhuǎn)功率消耗: =+
式中：——系數(shù)，為克服軸承及傳動(dòng)裝置的摩擦阻力的功率消耗，
B——系數(shù)，為克服滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的空氣迎風(fēng)阻力而消耗的功率， .
其中消耗:這個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜，
清洗裝置消耗的功率由下式可求得：
(6)
其中：——單位時(shí)間進(jìn)入清選裝置的質(zhì)量（）；
——單位脫出物質(zhì)量清選篩所需的功率（）
——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。
由于計(jì)算較為復(fù)雜，初步采用估算的方法，擬采用Y132M-4電動(dòng)機(jī)。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
選擇，其銘牌如下表2-1：
表2-1 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率 KW
滿載轉(zhuǎn)速 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量 Kg
Y132M-4
7.5
同步轉(zhuǎn)速1500 r/min,4級(jí)
1440
2.2
2.2
81
（a）
（b）
圖2-3 電動(dòng)機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖
表2-2 電動(dòng)機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù)
中心高/mm
外型尺寸/mm
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝
尺寸A×B
地腳螺栓 孔直徑K
軸伸尺
寸D×E
裝鍵部位
尺寸F×GD
132
515× 345× 315
216 ×178
12
38× 80
10 ×43
3.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸出功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
表3-1 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類(lèi)
ⅱ類(lèi)
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4，
取KA＝1.1。即
3.2.1 選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297圖13－11選取。
圖3-1 帶型圖
根據(jù)算出的Pd＝8.25kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
3.2.2確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=90mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3-2 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=250mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
3.2.6確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計(jì)算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝133.46N，上面已得到=153.36o，z=8，則
對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱(chēng)為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見(jiàn)表7-3。裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱(chēng)為輪幅（腹板），用來(lái)聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表3-5 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖3-2a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時(shí))，如圖3-2b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖3-2c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時(shí))，如圖3-2d。
（a） （b） （c） （d）
圖3-2 帶輪結(jié)構(gòu)類(lèi)型
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
3.3 軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類(lèi)型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見(jiàn)【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
：通過(guò)受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
3.4 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
3.5 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。
②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
∴
受力
根據(jù)圖3.12受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
圖3.12受力分析和受力圖
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計(jì)算:所以按軸承的受力大小計(jì)算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
3.6 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算
3.6.1 風(fēng)機(jī)計(jì)算
(1）風(fēng)機(jī)葉輪葉輪的外徑D1
(2)
其中為壓力系數(shù)，一般取=0.35。
代入上式得：23.61(m/s)
==60/(3.14×650)×23.61=0.69m
取=0.70m。
(2）風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口的直徑=(0.65～0.8)，?。?.70×0.70=0.50m。
(3）風(fēng)扇寬度Ｂ
，取B=0.50m。
(4）風(fēng)機(jī)出風(fēng)口高度S
，取0.28m。
(5)風(fēng)扇功率
(6)葉輪內(nèi)徑
＝,?。剑?4×0.70=0.28m
(7）葉片數(shù)的確定
,取片。
3.6.2 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇
本設(shè)計(jì)中的風(fēng)機(jī)采用的是機(jī)械中廣泛采用的農(nóng)用型風(fēng)機(jī),葉片采用直葉,外形為切角的矩形,以改善風(fēng)機(jī)出口氣流的不均勻性,殼體為蝸殼形外殼,據(jù)試驗(yàn)懸浮速度為之間,比重/cm3,選取風(fēng)機(jī)的風(fēng)速為。
(1)假設(shè)輕質(zhì)夾雜物的質(zhì)量為，
——輕質(zhì)雜質(zhì)量與空氣量之比的系數(shù)，通常，
則空氣的流量為=0.050/0.25=0.20 m3/s
(2)風(fēng)機(jī)的全壓力為：
=+=2/2+15=72×0.1+15=19.9/2
4 毛刷工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 電機(jī)的選型
（1） 基于電動(dòng)機(jī)的以上特點(diǎn)，本文選用作為北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)作為毛刷驅(qū)動(dòng)裝置。
圖3.1是北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)。
圖3.1 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
所以根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)選擇110BYG350DH-SAKRMA型號(hào)的電機(jī)，圖3.2是110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)說(shuō)明。
圖3.2 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)說(shuō)明
110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸，如圖3.3所示。
圖3.3 110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸
110BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線，如圖3.4所示。
圖3.4 110BYG350DH型電機(jī)矩頻特性曲線
4.2 毛刷主軸的設(shè)計(jì)
4.2.1 確定毛刷主軸最小直徑
（1）先按課本式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本，取，于是得
＝112×10.23
根據(jù)切削機(jī)床主軸的設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，前面章節(jié)已經(jīng)做了說(shuō)明，在此不具體說(shuō)明，
擬定軸的結(jié)構(gòu)如下圖，
軸的受力情況如下圖：
圖6.3 軸的受力圖
4.2.2 求軸上的載荷
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面Ｃ是軸的危險(xiǎn)截面。計(jì)算步驟如下：
＝＝＝4 966.34 N
＝＝＝3 960.59 N
＝＝＝2 676.96 N
＝＝3 356.64-2 676.96＝679.68 N
＝＝4 966.34×57.1＝283 578.014
＝＝2 676.96×57.1＝152 854.416
＝＝679.68×71.6＝486 65.09
＝＝＝322 150.53
＝＝＝287 723.45
表6.5 軸設(shè)計(jì)受力參數(shù)
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力
＝4 966.34 N，＝3 960.59 N
＝2 676.96 N，＝679.68 N
彎矩M
＝283 578.014
＝152 854.416
＝486 65.09
總彎矩
＝322 150.53 ,＝287 723.45
扭矩T
1 410 990
4.2.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)課本式(15-5)及表7.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取＝0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝＝ MPa＝12.4 MPa
前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得[]＝60MP。因此〈 []，故此軸安全。
4.2.4 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1）判斷危險(xiǎn)截面
截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A,Ⅱ,Ⅲ,B均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅳ和Ⅴ處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，從受載來(lái)看，截面C上的應(yīng)力最大。截面Ⅴ的應(yīng)力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但是截面Ⅴ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但是應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大,故截面C也不必校核，截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必要校核。由課本第3章的附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中較系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而，該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。
（2）截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝61 412.5
抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝122 825
截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為
＝90 834.04
截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990
截面上的彎曲應(yīng)力
＝1.48 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
＝11.49 MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表15-1查得
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按課本附表3-2查取。因
，
經(jīng)插值后查得
＝1.9，＝1.29
又由課本附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為
，＝0.88
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式(課本附表3-4）為
＝1.756
由課本附圖3-2的尺寸系數(shù)；由課本附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸為經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為
又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
，取
，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得
S＝＝＝65.66
S＝＝＝16.92
＝＝＝16.38≥S＝1.5
故可知其安全。
1. 截面Ⅳ右側(cè)
抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝72 900
抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝145 800
截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為
＝90 834.04
截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990
截面上的彎曲應(yīng)力
＝1.25 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
＝9.68 MPa
過(guò)盈配合處的，由課本附表3-8用插值法求出，并取＝0.8，于是得
＝3.24 ＝0.8×3.24＝2.59
軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸為經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為
＝3.33
＝2.68
又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
，取
，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得
S＝＝＝66.07
S＝＝＝16.92
＝＝＝11.73≥S＝1.5
故該軸的截面Ⅳ右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本軸因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束。
5 氣缸元件的計(jì)算
5.1氣缸的選擇
氣缸的選用要根據(jù)以下方面進(jìn)行分析：
1、類(lèi)型的選擇? ?
根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類(lèi)型。要求氣缸到達(dá)行程終端無(wú)沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動(dòng)精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無(wú)污染時(shí)需要選用無(wú)給油或無(wú)油潤(rùn)滑氣缸等。
2、安裝形式? ?
根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車(chē)床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運(yùn)動(dòng)外，還需作圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷(xiāo)式氣缸。有特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。
3、作用力的大小
即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來(lái)確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過(guò)小，輸出力不夠，但缸徑過(guò)大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。
4、活塞行程
與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)按計(jì)算所需的行程增加10～20㎜的余量。
5、活塞的運(yùn)動(dòng)速度
主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)取大值。氣缸運(yùn)動(dòng)速度一般為50～800㎜/s。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對(duì)于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實(shí)現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動(dòng)負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。
圖3.1 氣缸實(shí)物圖
6、氣缸的選型步驟及其類(lèi)型介紹
程序1：根據(jù)操作形式選定氣缸類(lèi)型：
氣缸操作方式有雙動(dòng)，單動(dòng)彈簧壓入及單動(dòng)彈簧壓出等三種方式
程序2：選定其它參數(shù)：
1、選定氣缸缸徑大小? ?? ? 根據(jù)有關(guān)負(fù)載、使用空氣壓力及作用方向確定
2、選定氣缸行程? ?? ?? ??工件移動(dòng)距離
3、選定氣缸系列
4、選定氣缸安裝型式? ?? ? 不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、法蘭型、U型鉤、軸耳型
5、選定緩沖器? ?? ?? ?? 無(wú)緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、油壓吸震器
6、選定磁感開(kāi)關(guān)? ?? ?? ??主要是作位置檢測(cè)用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)
7、選定氣缸配件? ?? ?? ??包括相關(guān)接頭
（一）單作用氣缸
? ? 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。其原理及結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：
圖3.2單作用氣缸
1— 缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；
單作用氣缸的特點(diǎn)是：
? ? 1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小。
? ? 2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
? ? 3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。
? ? 4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過(guò)程中是變化的。
? ? 由于以上特點(diǎn)，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運(yùn)動(dòng)速度均要求不高場(chǎng)合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長(zhǎng)行程、高載荷的場(chǎng)合。
（二） 雙作用氣缸
? ? 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類(lèi)氣缸使用最為廣泛。
1） 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。
2） 缸體固定時(shí)，其所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。
活塞桿固定時(shí)，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺(tái)）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進(jìn)入氣缸兩腔，使缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左或向左運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。
圖3.3雙活塞桿雙作用氣缸
a）缸體固定；b）活塞桿固定
1—缸體；2—工作臺(tái)；3—活塞；4—活塞桿；5—機(jī)架
雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當(dāng)輸入壓力、流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)力及速度均相等。
(三)?緩沖氣缸
緩沖氣缸對(duì)于接近行程末端時(shí)速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會(huì)以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動(dòng)和損壞機(jī)件。為了使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設(shè)緩沖裝置，一般稱(chēng)為緩沖氣缸。緩沖氣缸見(jiàn)下圖，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當(dāng)活塞在壓縮空氣推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過(guò)節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運(yùn)動(dòng)所具有的全部能量相平衡，即會(huì)取得緩沖效果，使活塞在行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開(kāi)度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱(chēng)緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開(kāi)單向閥5，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。如節(jié)流閥6閥口開(kāi)度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱(chēng)為不可調(diào)緩沖氣缸。
圖3.4緩沖氣缸
1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—?dú)饪?
5.2 氣缸結(jié)構(gòu)
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。
SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱(chēng)為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱(chēng)為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部分免潤(rùn)滑氣缸。
5.3 工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：
F：氣缸理論輸出力(kgf)
F′：效率為85％時(shí)的輸出力(kgf)－－(F′＝F×85％）
D：氣缸缸徑(mm)
P：工作壓力(kgf／cm2)
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf／cm2時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點(diǎn)，得：
F＝2800kgf；F′＝2300kgf
在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗(yàn)表1－1中查出。
5.3.1下壓機(jī)構(gòu)氣缸的計(jì)算
估算壓緊力的計(jì)算（50N），其中上壓板的重量為20N。當(dāng)氣缸下壓時(shí)，氣缸只需提供30N的壓力。所以實(shí)際氣缸負(fù)載的大小為30/0.6=50N。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定氣缸的行程為100mm。
設(shè)定其負(fù)荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查下表可知?dú)鈮簞們?nèi)徑為16mm，選型為CM2L16—100。
4.3.2.2氣缸的校核
輸出力的大小為：
回收的時(shí)候
經(jīng)驗(yàn)算，可以達(dá)到使用要求。
5.3.2 其余氣缸的選型
由于其余氣缸所需動(dòng)力較小，所以選擇缸徑為30mm的氣缸，長(zhǎng)度按需要進(jìn)行選擇。其中扇形排布機(jī)構(gòu)推進(jìn)氣缸選擇長(zhǎng)度為100mm的氣缸，推進(jìn)氣缸選擇長(zhǎng)度為100mm的氣缸。
以下是氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)序表（一個(gè)循環(huán)內(nèi)）：
表4.1 整體機(jī)構(gòu)氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)序表
氣缸名稱(chēng)
速度
T（伸出）/s
T（收回）/s
切刀氣缸
（氣缸1）
24
21-21.5
24.5-25
下壓氣缸
（氣缸2）
25
21-23
23-25
推進(jìn)氣缸
（氣缸5）
2.5
25-27
23-25
總 結(jié)
本文設(shè)計(jì)了一種金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)，詳細(xì)地設(shè)計(jì)了移動(dòng)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的各個(gè)部分，在全面分析各個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)研究過(guò)程中所遇到的一些問(wèn)題也進(jìn)行了深入的研究。
金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)是一種具有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)，在不方便操作的地方都扮演著很重要的角色，本次設(shè)計(jì)對(duì)金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括機(jī)身、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪，主要工作如下：
l 通過(guò)功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，初步制定了金屬梳自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案。
l 接下來(lái)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
l 重要零部件的受力分析與校核。
l 電機(jī)
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