3824 振動式螺母輸送機設計

3824 振動式螺母輸送機設計,振動,螺母,輸送,設計 xxxxx畢業(yè)設計說明書題 目：振動式螺母輸送機設計 學 院： xxxxx 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： xxxxx 姓 名： xxxxx 指導教師： xxxxx 完成日期： 2012 年 5 月 28 日 xxxxx畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 振動式螺母輸送機設計 學號： xxxxx 　 姓名： 肖 衛(wèi) 　　　 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： xxxxx 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求1、主要內(nèi)容及設計參數(shù)：內(nèi)容設計一個每分鐘自動輸送 30-40 個 M6 螺母的六角凸焊振動式螺母輸送機 2、提交材料：（1）翻譯一篇不少于 3000 字的外文翻譯 （2）機械系統(tǒng)總裝配圖 （3）系統(tǒng)主要零部件圖紙 （4）畢業(yè)設計論，要求不少于 8000 字 二、重點研究的問題1、掌握振動式螺母輸送機的工作原理 2、明確計算過程和所需數(shù)據(jù)及器件的選型方向 3、確定系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 4、進行各項參數(shù)計算 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 收集資料 第一周2 總體方案確定 第二周3 主要零部件的計算 第三周——第五周4 系統(tǒng)主要零部件的設計 第六周——第十二周5 撰寫畢業(yè)論文 第十三周——第十四周6 準備答辯 第十五周78四、應收集的資料及主要參考文獻在圖書館和網(wǎng)上搜集關于振動式螺母輸送機、振動上料器等設計方面的書籍和論文，查詢機械設計手冊，并參考國內(nèi)外最新關于振動式螺母輸送機的研究. 主要參考文獻： ［1］詹啟賢主編.自動機械設計.輕工業(yè)出版社.1987. ［2］濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）.北京：高等教育出版社，2007. ［3］徐灝主編.機械設計手冊（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2004. ［4］成大先主編.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004. ［5］吳戰(zhàn)國，武東主編.造型技巧.北京：機械工業(yè)出版社，2004. ［6］聞邦椿主編.振動機械的理論與動態(tài)設計方法.北京：機械工業(yè)出版社，2001. ［7］孫桓，陳作模主編.機械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. ［8］周良德，朱泗芳等編著.現(xiàn)代工程圖學. 湖南:湖南科學技術出版社，2000. ［9］肖剛，王秋成.圓盤式電磁振動上料器.組合機床與自動加工技術，1997，第六期，P8-P10.［10］林述溫，范揚波主編.機電裝備設計.北京：機械工業(yè)出版社：2002. xxxxx畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 xxxxx 姓名 xxxxx 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 振動式螺母輸送機設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評評閱人： xxxxx畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： xxxxx 姓名： xxxxx 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 53 頁 圖 表 14 張論文（設計）題目： 振動式螺母輸送機設計 內(nèi)容提要： 螺母輸送機的全稱為：振動式自動螺母輸送設備。一般與焊接設備配套使用，例如汽車制造廠需要在鋼板上焊接螺母，如果是用人手輸送的話，首先效率較低，最重要的是會因操作失誤是產(chǎn)生重大的安全事故，如還沒完全松開手時就進行焊接，這時很容易把手指打斷。為了提高生產(chǎn)效率和杜絕此類的安全隱患，用能快速準確的螺母輸送機來代替人手方式裝配則是一個很好的。價 年 月 日指導教師評語指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目錄摘要第一章 引言 ...........................................................................................1第二章 運動原理分析及總體方案確定 ................................................32.1 振動式螺母輸送機的一般組成 ...............................................................................32.2 振動式螺母輸送機的工作原理 ..................................42.3 振動式螺母輸送機的輸送原理 ...............................................................................62.4 振動式螺母輸送機與旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機的比較 ...................142.5 輸送對象的介紹 .......................................................................................................16第三章 振動式螺母輸送機的設計及參數(shù)計算 ................................173.1 物料運動狀態(tài)的選擇和機械指數(shù)的確定 ..........................................................173.2 振動式螺母輸送機的料槽傾角 及振動方向角 的確定 ..............................173.3 振動次數(shù) n 和振幅 A1 的確定 ..............................................................................183.4 彈簧安裝角 β ...............................................193.5 輸送機輸送速度的估算 .......................................193.6 料盤料斗的基本結(jié)構(gòu)尺寸 .....................................203.7 彈簧參數(shù)的確定 .......................................................................................................223.8 二次定性裝置的選擇與計算 ...................................283.9 出料槽的尺寸確定 ...........................................31參考文獻 ....................................................................................................32致謝 ..........................................................................................................33附錄 1 譯文 .........................................................................................34附錄 2 英文原文 .........................................45振動式螺母輸送機設計摘要：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，振動式螺母輸送機的應用越來越廣泛，一般作為點焊機的配套設備使用。與其他螺母輸送方式相比，具有效率高，成本低，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。振動式螺母輸送機是將電磁鐵的吸附運動轉(zhuǎn)化為工件的螺旋線運動，并通過二次定向裝置輸出符合要求的螺母。本文通過對振動式螺母輸送機力學模型的分析進行方案選擇與參數(shù)計算，滿足每分鐘輸送 30-40 個螺母的設計要求。關鍵詞：振動式輸送機，二次定向，扭轉(zhuǎn)運動The design of vibratory nut conveyor Abstract: With the development of modern technology, vibratory nut conveyor is widely applied, generally as a supporting equipment of spot welding machine. Compared with other nuts in modes of transport, it is high efficiency, low cost, smooth and simple structure. Vibrating conveyor is to transform the adsorption movement into the spiral motion artifacts, and through the second directional device to output the nuts that is required. Based on the analysis of mechanical model of the vibratory nut conveyor, this article includes the selection of program and calculation of parameter to meet the design requirements that to output 30-40 nuts per minute.Keyword: vibratory conveyor, the second directional device, Torsional motion1第一章 引言螺母輸送機的全稱為：振動式自動螺母輸送設備。一般與焊接設備配套使用，例如汽車制造廠需要在鋼板上焊接螺母，如果是用人手輸送的話，首先效率較低，最重要的是會因操作失誤是產(chǎn)生重大的安全事故，如還沒完全松開手時就進行焊接，這時很容易把手指打斷。為了提高生產(chǎn)效率和杜絕此類的安全隱患，用能快速準確的螺母輸送機來代替人手方式裝配則是一個很好的解決方案。圖 1-1 螺母輸送機 螺 母 輸 送 機 實 際 是 為 國 標 螺 母 輸 送 所 使 用 的 標 準 螺 母 輸 送 設 備 ， 對 于 不符 合 標 準 的 螺 母 支 持 不 好 ， 容 易 卡 螺 母 。 當 然 非 標 的 螺 母 一 樣 可 以 輸 送 但 要求 為 ： 螺 紋 孔 與 周 邊 距 離 偏 差 ， 螺 母 兩 平 面 誤 差 及 螺 母 周 邊 尺 寸 誤 差 最 大不 能 超 過 0.2mm。 對 于 自 動 化 機 械 標 準 來 說 這 已 經(jīng) 是 非 常 的 寬 松 了 。 除 標 準以 外 的 螺 母 一 樣 可 以 輸 送 ， 也 稱 為 特 殊 型 螺 母 (帶 法 蘭 盤 的 螺 母 等 )對 這 樣螺 母 的 輸 送 一 樣 擁 有 標 準 范 圍 ， 這 需 要 使 用 企 業(yè) 與 生 產(chǎn) 企 業(yè) 進 行 技 術 協(xié) 商 。 2關 于 螺 母 輸 送 機 ， 比 較 成 熟 的 有 中 國 的 深 利 昌 (SLC)， 韓 國 的chowell， 日 本 的 矢 島 （ 在 中 國 叫 電 溶 機 電 ） ， 德 國 的 KWOLL， 美 國 的welpart， 其 中 國 產(chǎn) 的 螺 母 輸 送 機 價 格 相 比 國 外 的 較 為 低 廉 ， 且 質(zhì) 量 、 穩(wěn) 定性 等 方 面 與 外 國 牌 子 有 得 一 拼 ， 而 且 某 些 關 鍵 部 件 方 面 還 比 進 口 的 牌 子 要 好 ，推 薦 選 用 國 產(chǎn) 的 。隨 著 螺 母 國 標 的 普 及 重 視 ， 螺 母 輸 送 機 越 來 越 受 歡 迎 。 對 于 使 用 點 焊 機的 企 業(yè) 操 作 工 人 及 企 業(yè) 更 是 樂 意 使 用 ， 這 樣 的 自 動 化 機 械 ， 人 性 化 的 產(chǎn) 品 ，對 于 保 護 企 業(yè) 員 工 的 安 全 ， 企 業(yè) 的 形 象 ， 工 作 流 程 的 標 準 制 定 ， 消 除 安 全 事故 隱 患 及 減 少 不 必 要 的 費 用 開 支 ， 起 到 了 積 極 正 面 的 作 用 。通常螺栓和螺母的焊接工作大都是采用固定式點（凸）焊機來完成的。凸焊螺母或螺栓則一般是由操作工人用手放入工件，然后再實施焊接.這種手工放置螺母或螺栓的操作方式存在的主要缺點： 1 無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；2 生產(chǎn)效率低：由于存在著安全隱患，操作人員在放置螺母或螺栓時，肯定會格外小心謹慎，這必然就會影響到生產(chǎn)效率；3 安全性差：大家知道，在用固定式點（凸）焊機進行螺母或螺栓的凸焊時，一般焊接時的加壓力在 300 kg 以上。而在用手放置螺母或螺栓時，極有可能因誤操作而導致焊機啟動，導致上電極迅速往下運動，稍有不慎，就會使手壓傷甚至殘廢.特別是在大批量生產(chǎn)時，操作人員免不了會產(chǎn)生疲勞而思想不集中，每年許多企業(yè)都會發(fā)生這類安全事故。為解決傳統(tǒng)焊接設備的不足，提高生產(chǎn)效率和杜絕此類的安全隱患，用能快速準確的螺母輸送機來代替人手方式裝配則是一個很好的解決方案。只需將螺母輸送機的接線簡單的接入焊接控制器，工人只需進行一次操作即國產(chǎn)先進螺母輸送機可完成把螺母送進定位銷，然后焊接的工序.既快捷又安全，已經(jīng)得到眾多車廠的廣泛使用。3第二章 運動原理分析及總體方案確定2.1 振動式螺母輸送機的一般組成振動式螺母輸送機就其原理來說屬于振動上料器的一種，振動上料器是一種高效的上料裝置，工作可靠平穩(wěn)，工件間互相摩擦小，不易損傷物料， （特別是對脆性材料和薄壁零件） ，通用性好，蓋換品種方便，供料速度容易調(diào)節(jié)；上料過程中，可以利用擋板、缺口或偏重等方法對零件進行定向整理，分離篩選厚供料；也可以在高溫、低溫或真空狀態(tài)下進行操作，它被廣泛應用于輕工，電子產(chǎn)品的自動加工、裝配機械和糧食、商品的自動稱量，包裝機械等部門中。振動上料器從結(jié)構(gòu)上分為直線料槽往復式和圓盤料斗扭轉(zhuǎn)式兩類。直槽式一般作為不需定向整理的粉粒狀物料的供給器，或用于對物料進行清洗、篩選、烘干、加熱或冷卻的操作機；圓盤式一般作為需要定向整理的上料器，多用于具有一定形狀和尺寸的物料的場合。以下為兩種送料器的實物及簡單原理圖。直線送料器圖 2-1 直線送料器 圖 2-2 直線送料器 圓盤式上料器4圖 2-3 圓盤式送料器 圖 2-4 圓盤式送料器如果從激振方式方式來區(qū)分，振動上料器還可以分為電磁激振式，機械激振式及氣動激振式等。電磁激振式多用于圓盤式振動上料器和部分中小型直槽式振動上料器。一般對所使用的電磁鐵采用半波整流供電（激振頻率為 50HZ）或交流供電（激振頻率為 100HZ） ，而機械激振式或氣動激振式多用于大中型直槽式振動上料器，一般激振頻率為 10-25HZ；機械激振源可以采用偏心輪、凸輪或曲柄連桿機構(gòu)來實現(xiàn)。為了是振動上料器的工作穩(wěn)定，一般用調(diào)壓電源或調(diào)速電機驅(qū)動，以便于實現(xiàn)自動控制。振動式螺母輸送機一般包括 4 個部分：（1）槽體部分 包括內(nèi)壁有螺旋槽的料斗，固定在料斗底部連接件上的支撐彈簧，銜鐵；（2）電磁鐵 包括電磁鐵和氣隙調(diào)整裝置；（3）減震部分 包絡底座和橡膠減震器；（4）定向整理裝置 包括篩選機構(gòu)和出料槽。2.2 振動式螺母輸送機的工作原理圖 2-5 為振動式輸送機的工作原理圖。5圖 2-5（圖中 1-工件 2-銜鐵 3-支撐彈簧 4-料槽 5-電磁鐵）物料 1 放在片彈簧 3 支撐的供料槽體 4 上，工作時，將交流電經(jīng)半波整流厚，接通電磁鐵 5，吸力最大是銜鐵被吸向下，是料斗壓著片簧向下振動，而在吸力減小為零時，片簧向上彈推，迫使料斗向上振動。這樣一吸一推，使料斗產(chǎn)生伴隨著扭動的的上下垂直振動。當振動系統(tǒng)采用不用參數(shù)（振幅，頻率，振動角，傾角）時，物料就在槽體工作面上出現(xiàn)不同形式的運動。物料的基本運動形式有以下 4 種：①相對靜止 物料隨著工作面一起運動。②正向滑動 物料與工作面保持接觸，同時沿輸送方向?qū)ぷ髅嬗邢鄬瑒?。③反向滑? 物料與工作面保持接觸，同時逆輸送方向?qū)ぷ髅嬗邢鄬瑒印＂軖仈S運動 物料在工作面上被輕微拋起，騰空沿工作面向前做拋物線運動。上述 4 種形式中，相對靜止不能供應物料，反向滑動對供應物料沒有直接意義，從理論上來說，只有正向滑行和拋擲運動才有實用意義。但由于運動參數(shù)的某些限制，在實際工作中上述幾種運動形式可能有各種不同的組合形式。輕工業(yè)中的振動輸送機一般都是采用拋擲運動形式來工作的，所以下面的分析是以拋擲運動為主的。62.3 振動式螺母輸送機的輸送原理物料在槽體中的輸送如圖 2-6 所示圖 2-6 物料在槽體中的輸送圖中 a 為料槽傾角，φ 為振動方向角，槽體在電磁力作用下沿 S 方向作簡諧振動，則槽體沿 S 方向的位移可表示為（1-1） 式中 A 1-------槽體沿 S 方向的單振幅ω-------振動圓頻率將槽體振動位移 S1分解到 X 方向（平行于工作面）和 Y 方向(垂直于工作面)，便得到槽體在 X 和 Y 方向的分位移：（1-2）（1-3）依次求上式對時間的一階導數(shù)和二階導數(shù)，便得到沿 X 方向和 Y 方向的速度分量及加速度分量：（1-74）（1-5）（1-6）（1-7） 因此可以做出槽體運動曲線如下圖圖 2-7 槽體運動曲線物料在槽體中受到的力有重力，慣性力，摩擦力（未拋起時） ，物料的受力狀況如下圖 2-8 所示。8圖 2-8 物料的受力狀況圖中為主振彈簧與鉛垂線夾角，Q 為工件質(zhì)量，可分解為:（1-8）（1-9）（1-10）式中 N-----物料對工作面的正壓力；F0-----槽體對物料的摩擦力；“-”號對應于正向供料；f0-----物料與工作面間的靜摩擦系數(shù)。式中 μ 0 ------靜摩擦角假設物料對于工作面的相對位移為 Δx 和 Δy；相對速度為 Δx'，ΔY '；相對加速度為 ΔX ‘’和 ΔY ‘’。1.正向滑動當物料沿 X 方向滑動是，物料顆粒沿 X 方向的合力應為零，即9（1-11）正向滑動開始瞬間，物料對于工作面的相對加速度 ΔX ‘’=0，則上式即成為（1-12）物料沿 y 方向?qū)ぷ髅娴恼龎毫椋?-13）因物料沒有拋擲運動，故相對加速度 Δy"=0，則上式即成為（1-14）將（1-6）,（1-7）,（1-14）代入式（1-12）可得 （1-15）化簡整理后得（1-16）取機械系數(shù) ，K---機械指數(shù)（振動強度） ，DK—正向滑行指數(shù)則（1-17）當正向滑行指數(shù) DK1，滿足這一條件時的 ωt 為正向滑始角 Ψ K。由于絕大多數(shù)振動輸送機的 μ 0-φ=-90 0～90 0,μ 0+α=0～180 0 ,所以 cos(μ 0-φ)和sin(μ 0+α)均為正值，這時的正向滑始角 Ψ K必在 0～180 0范圍內(nèi)，稱此區(qū)間為正向起滑區(qū)；當反向滑動時，摩擦力與坐標正向一致，F(xiàn) 0=fN，同樣可推導反向滑始角在 1800～360 0范圍內(nèi)，如下圖所示圖 2-9 正向起滑區(qū)和反向起滑區(qū)當槽體向前向上加速運動時，物料由于慣性對底板的正壓力較大，故摩擦力較大，物料不能發(fā)生相對運動。當槽體做減速運動時，物料由于慣性減小了對槽體的正壓力，致使摩擦力減小，物料就有可能發(fā)生正向相對滑動。當處于滑行運動狀態(tài)時，為了使物料出現(xiàn)比較好良好的滑行運動和較大的輸送速度，選取的正向滑行指數(shù) Dk遠大于 1，通常 Dk=2-3。2. 拋擲運動物料在槽體內(nèi)出現(xiàn)拋擲運動時，槽體受到的物料的正壓力 N=0，并且在開始出現(xiàn)拋擲運動的瞬時相對加速度 Δy"=0，因此由式（1-13） ， （1-17）可得：(1-18)則由機械指數(shù) ，拋擲指數(shù)則11(1-19)當拋擲指數(shù) D>1 時，ωt 有解，因此出現(xiàn)拋擲運動的條件是 D>1，滿足此條件的 為拋始角 Ψ α 。由于振動輸送機的 Ψ 和 α 均在 0～90 0范圍內(nèi)，因此拋始角 Ψ α 必在 0～180 0范圍內(nèi)，此范圍稱為拋始區(qū)，如下圖所示圖 2-10 y 方向拋擲速度及加速度曲線因為振動圓頻率 ，并將式（1-19）代入（1-18）后可得：（1-20）式中 n----振動輸送機振動次數(shù)， （次/min） 。當激振頻率 ω，拋擲指數(shù) D 以及 α，φ 都已選定時，則可利用次式求出槽體單振幅 A1。物料拋離工作面后，對工作面的正壓力 N=0，但 Δy"=0，仍應用式（1-13）可得式中相對加速度 Δy"對相對時間 t 積分兩次即可求得物料對工作面在 y方向的相對位移 12（1-21）當物料在 y 方向?qū)ぷ髅娴孟鄬ξ灰?重新等于零時，拋擲運動結(jié)束，物料落到工作面上，此時的 ωt 為拋止角 Ψ Z,拋止角 Ψ Z與拋始角 Ψ α 之差為拋離角θ α ，這是物料的騰空時間。（1-22）將 ， 及式（1-22）代入（1-21）可得：（1-23）所以（1-24）又因 (1-25）所以 (1-26)物料在 Ψ α 時被拋起，經(jīng)過 θ α 后在 Ψ α 時與工作面接觸，假設每個振動周期內(nèi)物料被拋起一次，則拋離一次的騰空時間與一個振動周期之比成為拋離系數(shù)13i，它與拋離角 Ψ α 有以下關系：（1-27）拋擲指數(shù) D 與拋離系數(shù)的關系為(1-28)根據(jù)上式可以做出下圖所示的 D 與 i 的關系曲線，由所定的拋擲指數(shù)可以求出跳躍系數(shù) i 或可由 i 求出 D。圖 2-11 D-i 關系曲線當 i=0 時 D=1，由（1-27）得 θ α =0，說明物料沒有起跳而是隨著槽體一起運動，這種狀態(tài)下無法實現(xiàn)物料輸送，所以不可取。當 i=1 時 D=3.3，可知 θ α =2π，說明物料拋離時間恰好與振動周期相等，也即物料剛落到工作面上同時又被重新拋起。當 i=2 時，D=6.36，可知 θ α =4π，物料拋起后騰空飛躍了兩個周期厚才落到工作表面上，同時又被重新拋起。14絕大多數(shù)振動輸送機通常取 1gcosα，所以落下后馬上又開始第二次拋擲運動，但其拋擲運動的初速度與前一次拋擲運動的初速度不同，所以后一次的炮制周期與前一次的周期不同，是非周期性拋擲運動。2.4 振動式螺母輸送機與旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機的比較有關振動式螺母輸送機的輸送原理已在上一部分進行了詳細敘述，這里主要介紹旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機的原理及其與振動式的比較。旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機的工作過程:螺母在料斗中跟隨溝槽作旋轉(zhuǎn)運動，在溝槽料斗中基本排成我們所需要的方向，但也有某些不合要求。由于前面選擇的是溝槽式料斗，而凸焊螺母如果四個凸點朝下就會比四個凸點朝上的螺母高度要矮一些。我們在出料口設一適當高度的擋板，經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)整后，只有靠近擋板側(cè)且方向正確的螺母可以通過篩選機構(gòu)，一旦遇到方向不正確的螺母則電機繼續(xù)向前運動，螺母回到料斗中重新進行篩選。旋轉(zhuǎn)式輸送機與振動式輸送機的比較：一般情況下，振動式料斗中的毛坯的定向裝置較其它形式的都要簡單，同時毛坯也不會受到擠壓而損傷，工作安全可靠便于通用化和標準化，因而在各種中小型自動線和單機自動化中應用廣泛。如果用于螺母輸送，其主要用于三凸點螺母。而旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機結(jié)構(gòu)復雜，控制難度較大，工作不夠平穩(wěn)，一般用于 4 角凸焊螺母的輸送。下圖為旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機15圖 2-12 旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機圖 2-13 旋轉(zhuǎn)式螺母輸送機162.5 輸送對象的介紹本課題要求輸送的螺母為六角法蘭面焊接螺母，如下圖：圖 2-14 六角法蘭面焊接螺母如圖 2-14 所示，可得螺母尺寸為lP=20mmhp=10mm其底面有三個凸點，可在料盤的出口附近加裝二次定向裝置進行篩選，使其螺母面朝下輸出，二次定向裝置的設計將在后面介紹附近加裝二次定向裝置進行篩選，使其螺母面朝下輸出，二次定向裝置的設計將在后面介紹。17第三章 振動式螺母輸送機的設計3.1 物料運動狀態(tài)的選擇和機械指數(shù)的確定物料做滑行運動的特點是物料不離開工作面向前滑動，因此物料與工作面不相互沖擊。它的優(yōu)點是噪聲小，對易碎性物料有較好的適應性，缺點是工作面較易磨損。要想獲得較高的輸送速度，必須采用較大的振幅，但電磁振動輸送機的振幅大小受電磁鐵工作的限制不可能很大，因此振動式輸送機幾乎均不采用滑行這種方式。物料做拋擲運動時物料與槽體工作面接觸時間很短，大部分時間呈跳離狀態(tài)，所以它的優(yōu)點是工作面磨損較小，并能獲得較高輸送速度，缺點是當出現(xiàn)較強烈的拋擲時物料易被損壞，而且提高對機體強度的要求。所以一般振動式螺母輸送機都采用中速拋擲運動，拋擲指數(shù)的選擇范圍為 D=2.5-3.3。根據(jù)本課題設計要求，所輸送螺母為金屬制品，故選擇 D=3.3，i=1。機械指數(shù) K 的選擇主要受機體材料強度及物體剛度限制，通常取 K=4-6，本輸送機無特殊要求，取機械指數(shù)為 5.5。3.2 振動式螺母輸送機的料槽傾角 及振動方向角 的確定（一）料槽傾角 αα 角由于料槽升程及中徑大小確定，料槽傾角的大小影響上料速度，α 角太大會降低上料速度，甚至無法上料。α 角小些，則上料速度提高，但升程減小，一般取 α=1～3 0。對摩擦系數(shù)大的工件，如橡膠制品等，α 可取大些（4～5 0）由于所輸送的工件為六角法蘭面焊接螺母，取 α 角為 30。（二）振動方向角 φ振動方向角的選擇有兩個原則，一是要盡量提高輸送速度，二是要考慮物料性質(zhì)的要求。在振動次數(shù)確定的情況下（即 K 值固定）物料輸送速度 是隨著振動方向角18的變化而變化的，對應于最大輸送速度的 Ψ 角成為最佳振動方向角，當選擇有拋擲運動工作狀態(tài)時，槽體在不同傾角下對應于每一個機械指數(shù) K 有一個最佳振動方向角 。下圖為不同傾角 α 下最佳振動方向角 Ψ 與機械指數(shù) K 的關系曲線圖 3-1 α、Ψ、K 的關系曲線由傾角 α=3 0,機械指數(shù) K=5.5，可從圖上查出對應的最佳振動方向角為 250 3.3 振動次數(shù) n 和振幅 A1 的確定振動次數(shù) n 一般根據(jù)電磁鐵的激磁方式?jīng)Q定，本輸送機采用 220V 交流電，頻率為 50HZ，故振動次數(shù)為 n=3000 次/min。槽體振幅 A1根據(jù)式（1-20）求出， 0.8mm193.4 彈簧安裝角 β當向上傾斜輸送時彈簧安裝角 β=Ψ+α=28 03.5 輸送機輸送速度的估算振動式輸送機的輸送速度一般用工件在料槽上運動的平均速度來估算。它不但取決于料槽的傾角 、振動方向角 和工件形狀、尺寸及二者之間的摩擦系數(shù)還同電磁鐵的激振頻率 f 和料槽方向振幅 A1的大小有關：由理論平均速度 ；其中i----跳躍系數(shù)；D----拋擲指數(shù)；A1-------單振幅；ω----振動圓頻率；Ψ----振動方向角；故振動式輸送機的給料速度可由下式估計： 其中η--充滿系數(shù)，即料槽全場上工件占有位置的百分數(shù)，形狀簡單而表面光滑的工件 η=0.7～0.9，復雜而又帶毛刺的工件 n=0.4～0.5；γ—篩選系數(shù)，輸送出的螺母在進入篩選機構(gòu)前得狀態(tài)有凸點向上，凸點向下和傾斜三種，故其系數(shù)為 1/3lP---工件的長度；將上述各值代入后可得估算輸送速度為 150 件/min，本來課題的設計要求是達到 30-40 個/min，可由傳感器控制機器的工作，故此方案滿足設計要求。203.6 料盤料斗的基本結(jié)構(gòu)尺寸振動輸送機的型式確定后，料斗料盤的基本尺寸主要取決于工件的形狀，尺寸，料槽的整理要求，以及兩者之間的摩擦系數(shù)，供料速度等因素。由下圖可得料盤的各項尺寸：圖 3-2 料盤的各項尺寸（1）螺旋槽間距 tt=5hp+s （mm） ；故 t=53mm；（2）螺旋槽板厚度 s車制螺旋槽 s=3-5mm；鈑金螺旋槽 s=1-2mm；取 s=3mm； (3)料槽中徑 D 中由機械設計公式 （機械設計 P64） 得 （mm） ；21故 D 中 =322mm（4）料斗寬度 BB=bP+2～3 （mm） ；對所輸送螺母， b P =lP，故 B=22mm；（5）料斗壁厚 e車制料斗 ：e=3-5mm；鈑金料斗 ：e=1-2mm；故取 e=3mm；（6）料斗外徑 D 外（mm） ；由所取數(shù)據(jù)得： D 外 =354mm；（7）料斗內(nèi)徑 D 內(nèi)（mm） ； 故 D 內(nèi) =300mm；（8）料斗高度 HH=（0.2-0.4）D 外 ，一般保證 H=(1.5-3)t；故 H=0.4 D 外 =138mm；（9）料斗材料選擇鋁 2024 T4 含有多量的 Cu，耐蝕性不佳，但強度高，可作為構(gòu)造用材使用，鍛造品亦可適用，航空器、齒輪、油、壓組件、輪軸。本裝置振動原理是由電磁鐵提供激振力，為了防止電磁鐵的磁力線穿透料斗底部而磁化工件，故料斗采用鋁合金制造。其質(zhì)量輕，強度高，耐磨性好。（10）料盤盤底設計22圖 3-3 料盤盤底料盤盤底應能使工件在振動輸送機工作時向料盤邊緣運動，故其應具有一定的傾角，如圖所示，取料盤底的傾角為 3o，并對料盤中與盤底接觸的螺旋槽進行加工，使其與盤底能夠完全貼合圖 3-4 振動輸送機工作時的傾角3.7 彈簧參數(shù)的確定（1）彈性元件的選擇23振動式輸送機的彈性元件包括主振彈簧和減震彈簧，根據(jù)工作需要可選用板彈簧，圓柱螺旋彈簧或橡膠彈簧。板彈簧是由單片或多片優(yōu)質(zhì)彈簧鋼（如 60Si2Mn）板疊裝而成的。其片數(shù)可以增減，以此改變固有頻率達到給定的頻率比。板彈簧增減方便，易于調(diào)諧，結(jié)構(gòu)簡單，但因受到板簧參數(shù)的限制，此類激振器的相對振幅不能過大，一般A<2mm，而且彈簧總質(zhì)量較大。圓柱螺旋彈簧是用彈簧鋼絲繞制厚經(jīng)過熱處理而成的，其剛度為一定值不能調(diào)整，此類激振器只能通過增減配重來進行調(diào)諧。因螺旋彈簧允許有較大的變形，故允許的振幅較大，一般為 A=2.5-3mm。橡膠彈簧是近年來出現(xiàn)的彈簧類型，由于彈簧充填劑和制造工藝的不同，此類彈簧分為許多種且性能也各不相同。橡膠彈簧的特點是質(zhì)量輕，內(nèi)阻大，振幅穩(wěn)定，但因橡膠彈簧的振幅較小，只適用于中小型振動輸送機且大多用于作為減震彈簧。由于本裝置的振幅較小(0.4-1mm),故考慮選用板彈簧作為主振彈簧，而橡膠彈簧作為減震彈簧。（2）主振彈簧計算為使料盤產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，需將板彈簧以料盤圓心為對稱點均勻放置，這樣可使料盤整體的振幅均勻。為減化結(jié)構(gòu)，取支撐彈簧數(shù)量為 3 根，分布在底面呈 120o夾角的三條半徑上。彈簧片安裝圓半徑 r≤D 中 /2=161mm；為使料盤結(jié)構(gòu)緊湊，取 r=120mm；一般彈簧厚度取 h=2~3mm；彈簧寬度取 b=15-25mm；故取 h=2.5mm，b=25mm24圖 3-5 主震彈簧25圖 3-6對于板簧可按兩端安全緊固的梁來計算截面，有材料力學可知：；對于矩形截面板彈簧截面慣性矩， 。彈簧的截面尺寸已經(jīng)在上面確定；彈簧的最小長度應該以它所承受的最大應力不超過許用對稱循環(huán)彎曲疲勞應力[]為準，故最大應力26式中 M----最大彎曲力矩，；Y----彈簧撓度，可由下式?jīng)Q定：Y=0.8A1(1+m1/m2)m1為系統(tǒng)上質(zhì)量，包括料斗，銜鐵，工件，m 2為系統(tǒng)下質(zhì)量，包括底座，電磁鐵等；在 solidedge 中建模選材后得 m1/m2=0.2W----抗彎截面模量，板彈簧。由上式可得查機械機械設計手冊得 ：60Si2Mn 的彈性模量 E=206Gpa (機械設計手冊第三卷 第 11 篇 P11);[σ -1]為 441Mpa （機械手冊第三卷 第 11 片 P112）;綜合以上數(shù)據(jù)可得：Lmin=104mm；為使整體比例協(xié)調(diào)，取 L=150mm；（3）隔振彈簧設計計算振動式輸送機料斗如果直接安裝在主機上，則由于振動慣性力的傳遞，將影響主機及其他機械設備的正常工作。因此為了隔振又是把振動輸送機安裝在巨大的剛性基礎上，以減小振動慣性力的傳遞，但這不可靠，也很不經(jīng)濟。最簡單有效的減震方法，將振動系統(tǒng)支撐在隔振塊 m2（如下圖所示）上，再通過隔振彈簧或橡膠隔振器與機箱相連接。只要隔振器塊得質(zhì)量 m2和隔振他黃或橡膠的彈簧常數(shù) K2適當選擇，就可以是傳遞到機座上的慣性力減小到直接連接的千分之幾。圖 3-7 隔振塊隔振系統(tǒng)選用以下參數(shù)為宜：27（1）γ=m 1/m2=0.2 隔振塊的質(zhì)量 m2是主振動系統(tǒng)質(zhì)量的 5 倍左右；（2）β=k 1/k2=0.1~0.2 隔振彈簧的彈簧常數(shù)大約是主振系統(tǒng)彈簧常數(shù)的0.1-0.2 倍。隔振彈簧的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖 3-8 隔振彈簧的結(jié)構(gòu)如果用圓柱彈簧可任意調(diào)整，適應大，而且彈簧剛度以保持長久，不像有機材料（橡膠，軟木等）易受環(huán)境污染的影響。但由于橡膠內(nèi)摩擦較大，當振動式輸送機在共振區(qū)工作時，不易產(chǎn)生浪涌現(xiàn)象，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于組合改變隔振器的彈簧剛度，故應用廣泛。由以前數(shù)據(jù)可知 =197192N/m故 =45.8N/mm設載荷 p，隔振座數(shù)為 n，則橡膠隔振座的變形為：又 ；橡膠材料彈性模量 E=600N/cm2；28隔振座數(shù)目 n=3；可得 D=50mm，d=30mm，h=50mm。3.8 二次定性裝置的選擇與計算二次定向裝置一般都是根據(jù)工件的特征面而專門設計的，其形式非常多，以下為集中常用的二次定向裝置。表 3-1 常用二次定向裝置2930本課題所要求輸送的為六角法蘭面焊接螺母，一面為標準螺母，在另一法蘭面上有 3 個均布的凸點，可根據(jù)次特征面來設計二次定向裝置。由上表可知選用第一種定向裝置即可，由螺母數(shù)據(jù)作圖圖 3-9 作圖圖中的正三角形即為法蘭面三個凸點的位置，由分析可知，在圖示位置時，螺母凸點在直徑方向上距離螺旋槽邊緣最遠，故取一圓，使其半徑與兩個凸點均相交即可使兩凸點落在圓形缺口內(nèi)，這就使螺母通過缺口時至少有一個凸點落在缺口內(nèi)，隨后螺母會沿缺口的圓周掉入料盤內(nèi)重新進入螺旋槽。這個設計可以使輸出的螺母只有凸點向上的一種，方便隨后的點焊加工。二次定向裝置與料盤的連接采用焊接的方法。裝配后如下圖：31圖 3-10 裝配3.9 出料槽的尺寸確定出料槽在應能使螺母單一排列的通過，并盡量減少卡死螺母的情況，故應在螺母與出料槽間留出一定的間隙，具體尺寸如下：圖 3-11 尺寸確定32參考文獻［1］詹啟賢主編.自動機械設計.北京：輕工業(yè)出版社.1987. ［2］濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2007. ［3］徐灝主編.機械設計手冊（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. ［4］成大先主編.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004. 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Al2O3/TiB2/SiCw)陶瓷刀具在連續(xù)車削淬硬鋼和鎳基合金鋼的加工性能和磨損機理。結(jié)果表明，在車削淬硬鋼同樣的條件下進行，Al2 O3/TiB2/SiCw工具刀面的耐磨性比 工具要低，該232/TiBAl機械裝置形成的原因是SiC和鐵之間的原子鍵強有力的連接，必須從以Al2O3/TiB2/SiCw 為母體的陶瓷刀具中拔出。在連續(xù)車削Inconel 718合金，Al2O3/TiB2/SiCw的刀具相比Al2O3/TiB2工具在刀面磨損阻力方面有很大的改善，粘附和磨料磨損被發(fā)現(xiàn)是主要磨損機制，粘附和擴散是加速鎳鉻鐵合金的刀具前刀面磨損率。1998 Elsevier科學有限公司版權(quán)所有關鍵詞：陶瓷刀具，磨損性能，磨損機理，切削性能導言陶瓷硬，耐磨，而且化學性質(zhì)穩(wěn)定，陶瓷刀具在通常表現(xiàn)得更好高速加工和加工的高工件材料的硬度比較高高速鋼和硬質(zhì)合金刀具。然而，陶瓷切削工具的靈活性限制了他們的使用，例如作為其低的斷裂韌性和低的抗熱沖擊。此外，陶瓷對微小缺陷非常敏感。因此，陶瓷刀具常常在刀口處開裂，由于刀具的破裂而導致無法預料的和災難性的后果。低的斷裂韌性導致脆性斷裂，低導熱系數(shù)和高的熱膨脹各向異性導致陶瓷較大的溫度梯度和熱微裂紋在刀片的刃口。因此，斷裂韌性和熱沖擊是限制陶瓷切削刀具應用的最大障礙參數(shù)，特別是單片氧化鋁刀具。改善力學性能前必須實現(xiàn)的潛力陶瓷能獲得充分實現(xiàn)。直到約1970年，陶瓷刀具有顯著改善。這些改進的主要原因是：（1）微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)完善，通過控制和改進生產(chǎn)工藝;（2）增韌機制已經(jīng)制定，如晶須增韌和變增韌，從而提高斷裂韌性的陶瓷刀具，同時時間減少易感性的熱沖擊;（3）新的陶瓷成分已被開發(fā)適合切削刀具的應用，特別是在高速加工;和（4）表面一直受制于消除裂縫，違規(guī)行為，和殘余應力。這些事態(tài)發(fā)展已使陶瓷刀具，用35于加工各類鋼，鑄鐵，和非鐵金屬，如黃銅，青銅，和鎳基合金耐火材料在高速切削中。使用各種不同的顆粒和晶須增添了陶瓷基提供了巨大的改善，力學性能。例如，增加的TiB2顆粒對Al2O3基提高斷裂韌性，硬度、強度比單片Al2O3和提供方面的優(yōu)勢磨損和斷裂行為當作為切削刀具材料。此外改進綜合已通過補充SiC w的設計者。的目的，本次調(diào)查是比較磨損性能及磨損機理研究Al2O3/TiB2和Al2O3/TiB2/SiCw氧化鋁基陶瓷刀具用于車削鎳基合金和淬火鋼實驗程序材料制造單片氧化鋁（平均粒徑0.8微米）被用來作為基準物質(zhì)。加成TiB2的粒子（平均粒徑1毫米）和SiC晶須（ dia. 1-3微米，長度20-80微米）增加了Al2O3基根據(jù)組合表1，該材料是采用膠體和超聲波處理技術。壓濾被用來鞏固多元料漿進入坯體約60毫米直徑和10毫米厚.接著干燥，最后通過致密的過濾器凝結(jié)是通過熱壓以35兆帕的壓力在氫氣環(huán)境中10-60分鐘產(chǎn)生陶瓷粉塊。這些程序的細節(jié)和具體的工藝參數(shù)描述在其他地方。試件3x4x36毫米準備從這些粉塊中用金剛石砂輪切割和磨削，用于測量彎曲強度、硬度和斷裂韌性.微硬度測量是由硬度測試儀使用維克斯鉆石代購商.代購商提供100 N的申請10號三點式彎曲模式是用來衡量彎曲強度超過30毫米的跨度在十字頭速度0.5毫米每分鐘 。斷裂韌性的測定，采用壓痕微方程KIC ??0.203 Hvac23???????特征尺寸的對角斜線和徑向裂縫長度通過光學顯微鏡慎重來壓痕。表1 組成 /TiB2和 /TiB2/SiCw陶瓷刀具材料32OAl32Al綜合 商品名 成分 Al2O3 TiB2 SiCwAl2O3/TiB2 LP1 80 20 0Al2O3/TiB2/SiCw LP2 72 18 1036抗彎強度、硬度和斷裂韌性的數(shù)據(jù)集成五個實例。結(jié)果，斷裂韌性，抗彎強度和硬度的兩個復合材料列于表 2?？梢钥闯觯喜⒑笤黾拥?TiB2 陶瓷顆粒和SiC 晶須對氧化鋁導致改善硬度和斷裂韌性比 Al2O3/TiB2 復合材料，尤其是在斷裂韌性有所提高。然而，抗折強度的復合材料 LP2 相比 LP1 要差一點。圖 1 顯示形貌的斷裂面 LP1 和 LP2 ?？梢钥闯觯?LP1 組合顯示出一個平面的斷裂面，由于晶內(nèi)斷裂模型而引起的。斷裂表面粗糙 LP2 綜合比前，留心觀察，突出的胡須和晶須被提出之前注意到， 。這些證據(jù)表明晶須可以拔出和橋接，斷裂模型在晶體內(nèi)和之間混合存在。切斷檢驗切斷測試在刀架上裝有負傾角 5 度的組合刀具的 CA6140 車床上進行。切削工具將根據(jù)ISO SNGN150608 做好插入準備。工件材料為鎳基合金，其化學成分列于表 3 。比較試驗還上執(zhí)行 45＃淬火鋼的硬度，硬度 50 。工具刀面磨損量使用 ax10 可選系統(tǒng)通過傳感器相連的數(shù)字讀出。所有試驗用進給量 0.15 毫米每旋轉(zhuǎn)一圈和1.5 毫米切削深度。沒有冷卻用。壽命限制適用標準的測試有 8 條：（1）平均刀面磨損 0.3 毫米; （2）最高刀面磨損 0.6 毫米;（3）最大的磨損 0.14 毫米; （4）工具邊緣裂縫;（5）前刀面剝落。結(jié)果和討論刀具壽命和失效模式圖 2 和圖 3 顯示了刀具壽命和生命極限每個工具的因素時，加工淬火鋼和鉻鎳鐵合金在不同的切割速度。減少生活中的工具被看作是切削速度上升為所有切割工具。在大多數(shù)情況下，過多的刀面磨損是負責限制刀具壽命。加工時淬火鋼在更高的速度，展出的 LP2 工具磨損嚴重的彈坑。當在高速加工鉻鎳鐵合金用 LP1 刀具時，刀具斷裂。37表 2 剛玉陶瓷刀具材料的力學性能綜合 硬度 斷裂韌性 抗彎強度(GPa) (MPa.m1/2) (MPa)LP1 21.3 5.1 820LP2 22.5 7.8 750圖 1LP1 和 LP2 的掃描電子顯微鏡的斷裂面圖表 3 鉻鎳鐵合金的化學成分成分 Ni Cr Fe Nb Mo Al Ti Si C Mn38含量（%） bal 19 18.5 5.1 3.0 0.5 0.9 0.3 0.04 0.2刀具壽命（分鐘）切削速度圖 2 不同切削速度的刀具壽命刀具壽命（分鐘）切削速度圖 3 見圖 2 標題和文字刀具刀面磨損在同樣的條件下的速度在 100 米和 200 米/分鐘中進行連續(xù)車削淬火鋼 ，LP139和 LP2 刀面磨損的切削時間如圖所示，圖 4 可以看出， LP2 工具展出較低刀面的耐磨性比 LP1 工具在切割速度 100 米/min 。實驗在切削速度的 250 米/min發(fā)現(xiàn)類似趨勢。側(cè)翼磨損 LP1 沒有顯著差異，在較低的切割速度快，然而， LP2 遭受嚴重磨損的切削速度是 250 米/min.車削時間（min）圖 4 LP1 和 LP2 工具刀面磨損圖 5 見圖 4 標題和文字圖 5 顯示 LP1 和 LP2 工具的刀面磨損時，連續(xù)車削鉻鎳鐵合金在相同的條件下進行速度為 80 和 200 米/m