自動(dòng)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)

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自動(dòng)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)(機(jī)械+PLC)說(shuō)明書(shū).doc

齒輪.dwg

自 動(dòng) 堆 垛 機(jī) 設(shè) 計(jì)

目 錄

摘 要 13

第1章 緒論 16

第2章 堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì) 17

2.1 堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 17

2.2 堆垛機(jī)的工藝流程 18

2.3 堆垛機(jī)平面示意圖 18

2.4 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19

2.5 堆垛機(jī)總體尺寸 19

2.6 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇 19

2.7 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) 19

2.8 升降機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) 20

2.9 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 21

第3章 齒輪與軸的設(shè)計(jì) 22

3.1齒輪的設(shè)計(jì) 22

3.1.1 選擇齒輪精度等級(jí)，材料，熱處理方式及齒數(shù) 22

3.1.2齒輪的基本參數(shù) 22

3.1.3小齒輪的基本尺寸計(jì)算 24

3.1.4 輪齒所受的圓周力 24

3.1.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 25

3.1.6齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 25

3.6.7 齒輪接觸強(qiáng)度校核 26

3.3 軸的設(shè)計(jì) 27

3.3.1 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 27

3.3.2 軸的材料 27

3.3.3小齒輪軸上的受力 28

3.3.4 計(jì)算軸的最小直徑 28

3.3.5 確定軸的各段尺寸和長(zhǎng)度 29

3.3.6聯(lián)軸器的選擇 29

3.3.7軸上零件的軸向定位 30

3.3.8確定軸上的圓角和倒角的尺寸 30

3.3.9確定軸上的載荷 30

第4章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 32

4.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 32

4.2 控制系統(tǒng)的性能要求 32

4.3 傳感器的選擇 33

4.3.1 位置檢測(cè)裝置 33

4.3.2 滑覺(jué)傳感器 33

4.3.3 視覺(jué)傳感器 33

4.4 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 34

4.4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 34

4.4.2 PLC種類及型號(hào)選擇 36

4.4.3 I/O點(diǎn)數(shù)分配 37

4.4.5 堆垛機(jī)控制原理 37

4.5 PLC程序設(shè)計(jì) 38

4.5.1 總體程序框圖 38

4.5.2  初始化及報(bào)警程序 39

4.5.3 手動(dòng)控制程序 40

4.5.4 自動(dòng)控制程序 40

結(jié) 論 42

參考文獻(xiàn) 44

摘 要

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒(méi)有專門(mén)的自動(dòng)堆垛設(shè)備。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當(dāng)前迫切需要進(jìn)行的技術(shù)改造之一。不管是采用人工堆垛、半機(jī)械化堆垛還是全自動(dòng)堆垛，首先要進(jìn)行型鋼的垛型設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的型鋼自動(dòng)堆垛機(jī)性能良好、動(dòng)作靈活、操作方便、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。

本此設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)是一種用于對(duì)成型鋼材自動(dòng)打捆的設(shè)備。機(jī)械部分由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和垛臺(tái)升降及壓緊機(jī)構(gòu)等8個(gè)子機(jī)構(gòu)，和PLC控制部分組成的成型鋼材自動(dòng)打捆生產(chǎn)線。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，從而提高堆垛機(jī)的堆垛效率，這也是現(xiàn)今鋼材堆垛打捆和以后發(fā)展的趨勢(shì)。堆垛機(jī)的制造成本較低，這對(duì)任何企業(yè)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)很重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵字：堆垛機(jī)；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；PLC；智能控制

Abstract

In this paper, the traditional domestic steel production line are generally not specialized automatic stacking device. With the market economy, the increasing demand for steel products, steel stacking of the traditional steel production has become an urgent need for the technological transformation of one. Whether artificial stacking, semi-mechanized stacking or automatic stacking, we must first section steel pile design. The design of the beam performance of the automatic stacker, flexible movement, convenient operation, low failure rate, easy maintenance, to meet production needs。

The stacker of this design is an automatic bundling equipment forming steel. Mechanical parts of the roller by a single pass, call the steel bodies, and eight sub-agency of the shift steel bodies, grouping institutions, locating agencies, translation agencies, the tilting mechanism and stack units lift and pressed institutions and PLC control section consisting of forming steel to play automatically bundle production line. Its main advantage lies in the automatic control of the entire production line, thereby improving the stacking efficiency of the stacker, the modern steel stacking bundling and future development trends. Stacker, lower manufacturing costs, this is a very important reference for any business.

Keywords: stacking machine; tilting mechanism; PLC; Intelligent Control

第1章 緒論

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒(méi)有專門(mén)的自動(dòng)堆垛設(shè)備。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當(dāng)前迫切需要進(jìn)行的技術(shù)改造之一。不管是采用人工堆垛、半機(jī)械化堆垛還是全自動(dòng)堆垛，首先要進(jìn)行型鋼的垛型設(shè)計(jì)。

本課題的研究對(duì)象為自動(dòng)堆垛機(jī)，重點(diǎn)研究自動(dòng)堆垛機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)分析自動(dòng)堆垛機(jī)的工作原理，完成自動(dòng)堆垛機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選擇和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本課題成果形式為設(shè)計(jì)類論文，內(nèi)容包括自動(dòng)堆垛機(jī)工作原理的分析、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選擇和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。需要根據(jù)自動(dòng)堆垛機(jī)工藝特點(diǎn)確定PLC I/O分配表，設(shè)計(jì)PLC控制流程等。

第2章 堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì)

堆垛機(jī)的總體設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員在根據(jù)工廠所需要的成型鋼材堆垛機(jī)，對(duì)堆垛機(jī)作出的初步的、總體的設(shè)計(jì)。堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì)主要包括：確定堆垛機(jī)的工藝流程、堆垛機(jī)平面示意圖的初步確定、主要機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體尺寸的確定、堆垛機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的確定和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.1 堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

⑴堆垛機(jī)堆垛的型鋼為：

20槽鋼，根據(jù)（GB 707—88）結(jié)構(gòu)參數(shù)圖2-1：

結(jié) 論

堆垛機(jī)是軋鋼工廠眾多生產(chǎn)平臺(tái)中的最后一個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)。如果堆垛型鋼的效率低，將直接影響到整個(gè)軋鋼工廠的生產(chǎn)的效率，簡(jiǎn)單的說(shuō)假設(shè)一個(gè)軋鋼工廠每天能軋鋼百噸，可打捆的輸送鋼僅是1噸，可以想象這個(gè)軋鋼工廠的效益是怎么樣的。在該設(shè)計(jì)中針對(duì)20槽鋼詳細(xì)的闡述了堆垛機(jī)的總體設(shè)計(jì)、撥鋼機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整個(gè)堆垛機(jī)的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

在本次課題工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有不少值得改進(jìn)的地方。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí),因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識(shí)到這點(diǎn),我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.

在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。

在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開(kāi)始對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺(jué)。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對(duì)于專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)本次設(shè)計(jì)還使我更深切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)。可以說(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識(shí)，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力。同時(shí)也跨出了我的工程師之路的第一步。

致 謝

為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計(jì)，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中一直幫助我支持我的老師。我要感謝指導(dǎo)老師，老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我的影響很大，設(shè)計(jì)過(guò)程中的很多個(gè)難點(diǎn)都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的，還有老師大親切和善也是我在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中感受最深的。也因?yàn)檫@樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無(wú)，我也就大方的有問(wèn)題就問(wèn)，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并解決問(wèn)題。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的專業(yè)知識(shí)，誨人不倦教學(xué)精神，在學(xué)術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時(shí)我還要感謝跟我一起參與設(shè)計(jì)的同學(xué)，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問(wèn)題，并互相提出解決的方法，設(shè)計(jì)能夠順利完成，也因?yàn)樗麄兊膸椭?/p>

結(jié)束代表著新的開(kāi)始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)將會(huì)成為我今后工作，學(xué)習(xí)生活中的一份堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也將成為我們?cè)诮窈笊畹缆飞系囊还P財(cái)富，挫折永遠(yuǎn)是前進(jìn)道路上所必須面對(duì)的，相信我們的未來(lái)會(huì)走的更好，也可以讓我們大學(xué)的老師放心。真心的感謝在大學(xué)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們，再次感謝你們！

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[18]  Lawrence S. Gould. Solid Modelers Are Doing More of the Manual Design Work

自 動(dòng) 堆 垛 機(jī) 設(shè) 計(jì) 目 錄 摘 要 .............................................................................................................. 13 第 1 章 緒論 ................................................ 15 第 2 章 堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì) ...................................... 16 垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) ................................................... 16 垛機(jī)的工藝流程 ................................................... 17 垛機(jī)平面示意圖 ................................................... 17 垛 機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................... 18 垛機(jī)總體尺寸 ..................................................... 18 動(dòng)系統(tǒng)的選擇 ..................................................... 18 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) ................................................. 18 降機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) ................................................. 19 動(dòng)電機(jī)的選擇 ..................................................... 20 第 3 章 齒輪與軸的設(shè)計(jì) ...................................... 21 .......................................................... 21 擇齒輪精度等級(jí)，材料，熱處理方式及齒數(shù) ...................... 21 ................................................ 21 ...................................................................................... 23 齒所受的圓周力 ............................................................................................. 23 根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 ..................................................................................... 24 度校核 ...................................................................................... 24 輪接觸強(qiáng)度校核 ............................................................................................. 25 的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 26 的結(jié)構(gòu)工藝性 ................................................................................................. 26 的材料 ............................................................................................................. 26 .............................................................................................. 27 算軸的最小直徑 ............................................................................................. 27 定軸的各段尺寸和長(zhǎng)度 ................................................................................. 28 ...................................................................................................... 28 .......................................................................................... 29 .......................................................................... 29 .................................................................................................. 29 第 4 章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) .................................. 31 制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 31 制系統(tǒng)的性能要求 .................................................................................................... 31 感器的選擇 ................................................................................................................ 32 置檢測(cè)裝置 ..................................................................................................... 32 覺(jué)傳感器 ......................................................................................................... 32 覺(jué)傳感器 ......................................................................................................... 32 制系統(tǒng) 選型及控制原理 ................................................................................ 33 .......................................................................... 33 .......................................................................................... 35 。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當(dāng)前迫切需要進(jìn)行的技術(shù)改造之一。不管是采用人工堆垛 、半機(jī)械化堆垛還是全自動(dòng)堆垛，首先要進(jìn)行型鋼的垛型設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的型鋼自動(dòng)堆垛機(jī)性能良好、動(dòng)作靈活、操作方便、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。 本此設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)是一種用于對(duì)成型鋼材自動(dòng)打捆的設(shè)備。機(jī)械部分由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和垛臺(tái)升降及壓緊機(jī)構(gòu)等8 個(gè)子機(jī)構(gòu)，和 制部分組成的成型鋼材自動(dòng)打捆生產(chǎn)線。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，從而提高堆垛機(jī)的堆垛效率，這也是現(xiàn)今鋼材堆垛打捆和以后發(fā)展的趨勢(shì)。堆垛機(jī)的制造成本較低，這對(duì)任何企業(yè)來(lái)說(shuō) 都是一個(gè)很重要的參考依據(jù)。 關(guān)鍵字： 堆垛機(jī)；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 能控制 n of an of or we of of to of is an of by a of LC of to in of of is a 1 章 緒論 本文針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒(méi)有專門(mén)的自動(dòng)堆垛設(shè)備。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當(dāng)前迫切需要進(jìn)行的技術(shù)改造之一。不管是采用人工堆垛、半機(jī)械化堆垛還是全自 動(dòng)堆垛，首先要進(jìn)行型鋼的垛型設(shè)計(jì)。 本課題的研究對(duì)象為自動(dòng)堆垛機(jī)，重點(diǎn)研究自動(dòng)堆垛機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)分析自動(dòng)堆垛機(jī)的工作原理，完成自動(dòng)堆垛機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選擇和 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本課題成果形式為設(shè)計(jì)類論文，內(nèi)容包括自動(dòng)堆垛機(jī)工作原理的分析、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選擇和 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。需要根據(jù)自動(dòng)堆垛機(jī)工藝特點(diǎn)確定 ，設(shè)計(jì) 制流程等。 第 2 章 堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)的總體設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員在根據(jù)工廠所需要的成型鋼材堆垛機(jī)，對(duì)堆垛 機(jī)作出的初步的、總體的設(shè)計(jì)。堆垛機(jī)總體設(shè)計(jì)主要包括：確定堆垛機(jī)的工藝流程、堆垛機(jī)平面示意圖的初步確定、主要機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體尺寸的確定、堆垛機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的確定和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 垛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) ⑴ 堆垛機(jī)堆垛的型鋼為： 20 槽鋼，根據(jù)（ 07— 88）結(jié)構(gòu)參數(shù)圖 2 圖 2線密度為 2 5 . 7 7 7 /k g m? ?線；型鋼長(zhǎng)度為 8～ 10m。 ⑵ 堆垛速度約為 4 分鐘／捆； ⑶ 班垛能力為 450～ 470 噸 /班； ⑷ 堆垛成捆的型鋼作到一頭齊，符合國(guó)家堆垛包括標(biāo)準(zhǔn) 89； 本堆垛機(jī)堆垛方式是槽鋼是 6 根 /層，每層分為上下正反兩排如圖 2垛的型鋼型號(hào)為 20 槽鋼 ,定尺長(zhǎng)度范圍 8～ 10 米。 圖 22)工藝參數(shù) 槽鋼 1)G=0*3=）電磁鐵 306*4=1224 ）電磁鐵邊距軸心 L=1065 4）其它重為 200）傳遞的扭距 T=0*（ 224+200） =m 垛機(jī)的工藝流程 軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到堆垛機(jī)上，再由撥鋼機(jī)構(gòu)將鋼材撥到移鋼機(jī)構(gòu)的鏈條上，然后由移鋼機(jī)構(gòu)將鋼材輸送到定位機(jī)構(gòu)，中途有分組機(jī)構(gòu)將鋼材分為 3 根一組，分好組的鋼材到定位機(jī)構(gòu)后被精確的定位后，再由平移機(jī)構(gòu)送至垛臺(tái)上，下一組分好組的鋼材被定位機(jī)構(gòu)定位后，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) ?180 送至垛臺(tái)上，垛臺(tái)上的鋼材排成了形如圖 2后垛臺(tái)下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相 等。經(jīng)過(guò) 4 次循環(huán)后，垛臺(tái)上的鋼材就排成了 6 根 /層，共 4 層的形狀。然后由壓緊機(jī)構(gòu)把鋼材壓緊，到此堆垛過(guò)程結(jié)束，再由垛臺(tái)輸送輥道將堆垛號(hào)的鋼材輸送出去。堆垛機(jī)按這個(gè)順序再進(jìn)行下一輪的堆垛。 垛機(jī)平面示意圖 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求、堆垛機(jī)的工藝流程和其他同類設(shè)備初步確定堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)分布如圖 2— 3 所示。該堆垛機(jī)相當(dāng)于簡(jiǎn)單的流水生產(chǎn)線，槽鋼進(jìn)入單傳輥道依次通過(guò)撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)（或翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）最后到垛臺(tái)升降機(jī)構(gòu)及壓緊機(jī)構(gòu)最后結(jié)束堆垛任務(wù)。 圖 2垛機(jī)結(jié)構(gòu)分布圖 垛機(jī)的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)上述工藝過(guò)程和圖 2— 3 可得，該設(shè)備由以下主要機(jī)構(gòu)組成：?jiǎn)蝹鬏伒?、撥鋼機(jī)構(gòu)、移鋼機(jī)構(gòu)、分組機(jī)構(gòu)（槽鋼分組機(jī)構(gòu)）、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和垛臺(tái)升降機(jī)構(gòu)及壓緊機(jī)構(gòu)。 垛機(jī)總體尺寸 由現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)要求和同類設(shè)備可以初步確定堆垛機(jī)的總體尺寸約為： 長(zhǎng)×寬×高1 2 6 0 0 7 3 0 0 3 1 0 0m m m m m m? ? ?。 動(dòng)系統(tǒng)的選擇 考慮到以上各種傳動(dòng)的特點(diǎn)各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式選擇如下： 由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)特性和參考同類設(shè)備，該三部分均道選取三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。由 于單傳輥道與撥鋼機(jī)構(gòu)的交錯(cuò)布置且傳動(dòng)距離較長(zhǎng)（約 6m），其選擇分布式驅(qū)動(dòng)，而撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)之間平行布置并且驅(qū)動(dòng)功率不太大，撥鋼機(jī)構(gòu)需要頻繁啟動(dòng)，因此選擇分別集中驅(qū)動(dòng)。如圖 2— 3 所示，撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)分布方式，撥鋼機(jī)構(gòu)是將電動(dòng)機(jī)布置在一端，而移鋼機(jī)構(gòu)是將電動(dòng)機(jī)布置在兩根輸出軸的一端。撥鋼過(guò)程中撥抓只需克服單根槽鋼與滾筒之間的滑動(dòng)摩擦，因此載荷較小需要傳遞的最大扭矩也較小，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)其他結(jié)構(gòu)的布置情況將電動(dòng)機(jī)布置在傳動(dòng)軸的一端。移鋼機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，由于傳動(dòng)距離較大 (約 且載荷較撥鋼大的多 ，軸較長(zhǎng)，最大扭矩較大，因此將電動(dòng)機(jī)布置在兩根軸的中間，這樣單根軸所承受的最大扭矩要小得多。 而分組、定位、平移和垛臺(tái)升降及壓緊動(dòng)作較簡(jiǎn)單（多為直線運(yùn)動(dòng)），且載荷不太大這里選擇液壓驅(qū)動(dòng)。用液壓缸的伸縮來(lái)完成分組、定位、翻轉(zhuǎn)和垛臺(tái)升降及壓緊，用液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)平移。各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置 ,不需要復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的動(dòng)力系統(tǒng)的主要要求為低速可調(diào)，交流電動(dòng)機(jī)不能滿足要求，直流電動(dòng)機(jī)雖然有低速可調(diào)的性能，但是直流電動(dòng)機(jī)價(jià)錢(qián)昂貴，也不能選取，液壓傳動(dòng)的鮮明特點(diǎn)就是低速可調(diào) ，所以我們最后選液壓傳動(dòng)作為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源。 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是將三根型鋼反扣到垛臺(tái)上。這是一個(gè)低速運(yùn)行的機(jī)構(gòu)。相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還要考慮時(shí)間因素。 計(jì)的基本要求 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電磁鐵要滿足能吸住 3 根鋼材所要求的磁力；軸要滿足翻轉(zhuǎn)臺(tái)自重和鋼材自重所產(chǎn)生的扭矩；齒輪要能承受傳遞扭矩所產(chǎn)生的力；液壓缸要能產(chǎn)生出機(jī)構(gòu)所需要的力，并滿足相應(yīng)的強(qiáng)度條件。 計(jì)的基本思路 軸根據(jù)機(jī)構(gòu)所需要的扭矩和型鋼的長(zhǎng)度來(lái)確定軸的具體尺寸，并根據(jù)彎扭強(qiáng)度校核來(lái)校核軸。齒輪根據(jù)要 傳遞的力來(lái)確定具體尺寸，并對(duì)齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核和接觸強(qiáng)度校核。液壓缸根據(jù)所需要產(chǎn)生出的力來(lái)確定液壓缸的基本尺寸，從而選出液壓缸的型號(hào)，并對(duì)液壓缸的桿進(jìn)行穩(wěn)定性和強(qiáng)度校核。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的時(shí)間因素由 制來(lái)調(diào)節(jié)處理。最終設(shè)計(jì)如圖 2 圖 2轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 降機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì) 升降機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)最后堆垛的一個(gè)平臺(tái)。鋼材分為 6 根一層堆垛在垛臺(tái)上，然后垛臺(tái)下降一定的高度讓下一層的鋼材跟上一層的鋼材處于同一高度進(jìn)行堆垛。他的基本組成有垛臺(tái)、升降液壓缸 。 計(jì)的基本要求 垛臺(tái)能承受 24 根鋼材的重量；液壓缸能承受 24 根鋼材和垛臺(tái)的自重所需要的力。 計(jì)的基本思路 根據(jù)簡(jiǎn)直梁的原理對(duì)垛臺(tái)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。根據(jù)液壓缸所要求的力來(lái)計(jì)算液壓缸的具體尺寸，從而選出液壓缸的型號(hào)，并對(duì)液壓缸的桿進(jìn)行穩(wěn)定性和強(qiáng)度校核。 動(dòng)電機(jī)的選擇 首先，在選用電動(dòng)機(jī)前應(yīng)當(dāng)考慮以下問(wèn)題： (1)在機(jī)械與電氣方面對(duì)反復(fù)起動(dòng)停止的操作都應(yīng)有充分的耐久性； (2)應(yīng)完全適合負(fù)載的速度與轉(zhuǎn)矩特性； (3)速度的可控性良好； (4)慣性矩小，體積小而且重量輕； (5)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu)； 通過(guò)分析水平運(yùn)行電機(jī)的各種運(yùn)行狀況，帶載加速功率應(yīng)當(dāng)是最大值，其計(jì)算如下： 0/ 0 0)1 0 0 0/()(P m a ???????? ??對(duì)于垂直運(yùn)行電機(jī)，其功率的計(jì)算如下： P=m3×g×1000×η)=1000×1000× 通過(guò)計(jì)算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)，堆垛機(jī)工作方向的運(yùn)動(dòng)較水平方向?qū)τ陔妱?dòng)機(jī)的功率要求更高，因此只要把垂直方向的電機(jī)功率選擇好，就可以滿足其它運(yùn)動(dòng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率的要求。考慮到可能發(fā)生的過(guò)載情況，對(duì)于垂直電機(jī)的選取，我們選擇 電動(dòng)機(jī)。而對(duì)于水平電機(jī)和貨叉電機(jī)，選擇同樣的電機(jī)也是完全滿足要求的。因此，本設(shè)計(jì)所選擇的電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)如下，圖 2動(dòng)機(jī)型號(hào)： Y 型 132定功率： 定轉(zhuǎn)速： 440 額定電流： 2電機(jī)示意圖 第 3 章 齒輪與軸的設(shè)計(jì) 輪的設(shè)計(jì) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的齒輪是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，所以根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 擇齒輪精度等級(jí)，材料，熱處理方式及齒數(shù) 對(duì)與低速輕載荷的齒輪，主要失效方式是齒面磨損，需有一定的機(jī)械性能，可選用中碳鋼或灰鑄鐵或球墨鑄鐵，這里為單件小批量生產(chǎn)，所以大小齒輪均為 45 號(hào)鋼，其中小齒輪為調(diào)質(zhì)處理，硬度為 250扇形齒輪為正火，硬度為 210 根據(jù)傳動(dòng)比要求，這里的傳動(dòng)比要求為 ，開(kāi)式齒輪齒面易磨損，欲讓齒厚些，適當(dāng)取大些模數(shù)，因此去少些齒數(shù)，初擬小齒輪數(shù)是 2，則大齒輪數(shù)為 98。選用精度等級(jí)為 8 級(jí)。 輪的基本參數(shù) 尺寬系數(shù)d?的選取 考慮為開(kāi)式齒輪，且小齒輪為兩支承不做對(duì)稱分布，大小齒輪均為硬齒面時(shí)，齒寬系數(shù)d?應(yīng)取表中偏下限值。由機(jī)械設(shè)計(jì)中表 10定 8.0?d?。 齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10可查出齒形 系數(shù)： 彎曲疲勞壽命系數(shù)的選取 由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖 10可查出彎曲疲勞壽命系數(shù)，由應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 很小，所以取 彎曲疲勞強(qiáng)度極限的選取 由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖 10c）中按齒面硬度查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 801? 。 計(jì)算許用應(yīng)力 取安全系數(shù)為 ，由計(jì)算公式計(jì)算得： ? ? i ??? ?? 確定載荷系數(shù) K 計(jì)算載荷系數(shù) K 的公式：?? A ????由機(jī)械設(shè)計(jì)表 210? 得使用系數(shù) K , 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 810? 得動(dòng)載系數(shù) K, 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 310? 得齒間載荷分配系數(shù) K, 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 410? ，并結(jié)合小齒輪的齒寬系數(shù)d?和齒寬 b 得齒向載荷分布系數(shù) K 。 綜合各系數(shù)的值得出 ?????????? 4 92/1 ?? ? ?3 21 12 F ? ??(3式中： 1T 的單位式 ? ?F? 的單位為 N 代入數(shù)據(jù)得 。 根據(jù)機(jī)械原理表 10柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（ 1357— 1987）中模數(shù)系列，我們選用 m=8圖 3 圖 3輪 齒輪的基本尺寸計(jì)算 分度圓直徑： 7 682211 ???? (3基圓直徑： ???? ??(3齒全高： ? ? ? ?12 2 2 1 0 . 2 5 8 1 8ah h h c m m m??? ? ? ? ? ? ? ?(3齒厚： 8 1 2 . 622ms m m?? ?? ? ?(3這里的齒輪是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，所以 m ， ? ， h? ， c? 均為標(biāo)準(zhǔn)值， 其值為 8m? ， 20???，1h?? ， ? 。 齒所受的圓周力向力向載荷由軸的安裝結(jié)構(gòu)可知，小齒輪所承受的扭矩是兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臺(tái)的扭矩，所以 8 4 9 . 821 1 7 0 0 . 6 7 5 /1 ?? 則： t 6 6 4 7 5101 3 2 4 9211 ????? ? 1 2 7 220t 4 7 5t ???? ?? 0 7 9 320c o 4 7 5c o s ??? ?? 式中： 1T —— 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， 1d —— 小齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑， ? —— 嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪， ??20? 根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 分析：輪齒在受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此，齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)齒輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)齒嚙合區(qū)，此時(shí)彎矩的力臂雖然最大，但力并不是最大，因此彎矩并不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)該按載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來(lái)計(jì)算。以下便是對(duì)齒輪齒根的抗彎曲疲勞強(qiáng)度的校核過(guò)程。 由式（ 10－ 4） ][? ?? ???? 對(duì)小齒輪校核。 根 據(jù)已知條件齒數(shù) 22?z ， 查表 510? 得： M P ? ?????由前面的數(shù)據(jù)可知： ?? 。 即： ][ ? ? 則小齒輪的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。 根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 分析：輪齒在受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此，齒根處的彎 曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)齒輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)齒嚙合區(qū)，此時(shí)彎矩的力臂雖然最大，但力并不是最大，因此彎矩并不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)該按載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來(lái)計(jì)算。以下便是對(duì)齒輪齒根的抗彎曲疲勞強(qiáng)度的校核過(guò)程。 由機(jī)械設(shè)計(jì)式（ 10 ][0 ?? ?? ?????? 對(duì)此齒輪進(jìn)行校核，由已知齒輪齒數(shù) 33Z? ，查表 510? ，得出齒形系 數(shù) 扇形齒輪的受力和小齒輪受力的大小是一樣的。 則 6475?。 代入數(shù)據(jù)得： M P .? ?????所以 M 28][ ?? ?? 。 即扇形齒輪的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。 輪接觸強(qiáng)度校核 可以由機(jī)械設(shè)計(jì)式 )610( ? 校核接觸強(qiáng)度： [] ????? ? ? ? (3式中： ??—— 嚙合齒面上嚙合點(diǎn)的綜合曲率半徑， ?Z—— 彈性影響系數(shù)， 21 22 0 06 6 4 7 5 ??? 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，節(jié)圓就 是分度圓，得 2? d?(32? d?(3節(jié)點(diǎn)嚙合的綜合曲率：21111 ??? ???(3代入數(shù)據(jù)得： 1 8 i 8 4 120s i 6 1s i i ??????? ???得 ? 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 610? 得彈性影響系數(shù) ? 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10d）得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ? ?H? 取 ? ? 170?? 代入數(shù)據(jù)得： M P 2 ???? 由 ? ? M 170?? ?? 所以扇形齒輪和 小齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度均滿足強(qiáng)度要求。 的設(shè)計(jì) 根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)一共有 4 根軸，位于兩邊的軸的扭矩最大為中間兩軸的兩倍，屬于重要的軸，所以在此設(shè)計(jì)位于兩邊的軸。 的結(jié)構(gòu)工藝性 在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能使軸的形式簡(jiǎn)單，并有良好堵塞加工和裝配工藝性能，以減少勞動(dòng)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低應(yīng)力集中。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 的臺(tái)階數(shù)越少越好，相鄰兩段的過(guò)度臺(tái)階應(yīng)滿足軸肩的要求。 位。 頭、軸徑的端部都應(yīng)有倒角，當(dāng)軸上需開(kāi)橫孔時(shí)，孔端也應(yīng)有倒角，一般用 #45 。 徑、圓半徑、倒角、鍵槽等尺寸應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。 周半徑、倒角、中心孔等尺寸應(yīng)盡量取同樣尺寸。 必要時(shí)可以設(shè)置砂輪越程槽和退刀槽，以便于磨削加工或切制螺紋。 的材料 根據(jù)工作要求可知此軸為傳動(dòng)軸。 軸的材料主要是碳綱和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性 較底，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故用碳鋼制造軸優(yōu)先考慮，其中最常用的是 45 鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，但價(jià)格比較貴。因此傳遞大動(dòng)力，并要求減少尺寸與重量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫下的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 0200C ）時(shí)，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，因此在選擇鋼的種類和確定鋼的熱處理方法時(shí)，根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎矩或扭矩剛度。 但也應(yīng)當(dāng)注意，在即 定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的方法來(lái)提高軸的剛度。 根據(jù)以上可以選軸的材料選為 45 鋼。 齒輪軸上的受力 前面我們已經(jīng)求出作用在小齒輪上的力，同時(shí)這些力也作用在小齒輪軸上。 即： t 6 6 4 7 5101 3 2 4 9211 ????? ? 1 2 7 220t 4 7 5t ???? ?? 0 7 9 320c o 4 7 5c o s ??? ?? 算軸的最小直徑 我們是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算軸的最小直徑，這種方法只按軸的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度：如果還受不大的彎矩時(shí)，則用降低需用扭 轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法來(lái)初步估算軸的直徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后的計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： ? ?T ?? ?? (3式中： T? —— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， T —— 軸所受的扭矩， ； — 軸的抗扭截面系數(shù)， 3 ? ?T? —— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15常用幾種材料的 ? ?T? 及0 45 號(hào)鋼的 ? ? 5?? 。 由 軸 的 工 作 情 況 可 知 ， 安 裝 齒 輪 的 軸 所 受 的 扭 矩 最 大 ， 其 大 小 為 ：??? 4 2 42 。 軸的抗扭截面系數(shù)為：163 (3由以上的公式得：? ?3 16 ?? ?? T 代入數(shù)據(jù)得： 4 91636 ????? 考慮軸上要安裝鍵，為安全起見(jiàn)，我們?nèi)。? 10? 軸的最小直徑顯然在軸端安裝軸承處，為了使所選的軸直與軸承的孔徑需同時(shí)選取軸承型號(hào)。查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，由 列圓錐滾子軸承選取 7622E。 定軸的各段尺寸和長(zhǎng)度 上面的計(jì)算得出該端軸的直徑為 110小齒輪寬 200機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)得軸承的寬度為 時(shí)查出軸承擋圈和軸承端蓋的長(zhǎng)度，總計(jì)為 37后取該段軸的總長(zhǎng)為 337 個(gè)軸承，同時(shí)配合型鋼的長(zhǎng)度要求，我們?nèi)≡摱屋S的長(zhǎng)為 997于軸的定位肩的高度 h 一般取為（ d，取軸的直徑為 130時(shí)我們將與軸配合的軸承選取出來(lái)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，得出軸承選用 27326E。 度取 814徑取 140 直徑為 130度的選取根據(jù)后面的聯(lián)軸器的選取得出為 212 軸器的選擇 由于機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩算公式為： ?(3式中： T —— 公稱轉(zhuǎn)矩， — 工作情況系數(shù)。 選取工況系數(shù)為 K ，由軸上的轉(zhuǎn)矩為 ? 得 ??? 8 2 取 聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩 ? ? ? 8000 。從而 ? ? ，滿足設(shè)計(jì)要求。 又因?yàn)?12以前面我們?nèi)〉谒亩屋S的長(zhǎng)度為 212 上零件的軸向定位 齒輪，半連軸器的周向定位均采用平鍵連接。由第一段的軸的直徑為 110于鍵長(zhǎng)不宜超過(guò)（ d，所以取 20? 。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 6— 1 查得平鍵截面201628 ????? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，選取齒輪輪彀與軸的配合為67連軸器選用平鍵為 8 01628 ????? ，半連軸器與軸的配合為67動(dòng)軸承與軸的軸向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 6m 。 定軸上的圓角和倒角的尺寸 根據(jù)《機(jī)械設(shè) 計(jì)》表 15零件倒角 c 與圓角半徑 R 的推薦值選出端倒角： ??453 ，圓角為： 。 定軸上的載荷 軸上的受力如圖所示： 由前面計(jì)算得： 6475?， 1272? 。 翻轉(zhuǎn)臺(tái)的總重： G=5492N。 各段的長(zhǎng)度如圖所示。 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 這里只校 核危險(xiǎn)截面 a 的強(qiáng)度，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》以及上表中的數(shù)據(jù)，我們?nèi)? 。 計(jì)算軸的 a 點(diǎn)出的抗彎截面系數(shù)： 33 1 3 3 1 0 032 a ?? ? (3則，軸的計(jì)算應(yīng)力： 0 1)( 212 ??? ?? (3由于前面已經(jīng)選定軸的材料為 45 號(hào)鋼，調(diào) 制處理。查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15用彎曲應(yīng)力 ? ? 1801 ??? 因此 ? ?1??故 設(shè)計(jì)符合要求。 第 4 章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高堆垛機(jī)整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開(kāi)發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前堆垛機(jī)廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及 出了采用 控制方法。 制 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 堆垛機(jī)的控制部分可分為 4 個(gè)部分：堆垛機(jī)及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。堆垛機(jī)是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過(guò)感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測(cè)和信息交互；環(huán)境即指堆垛機(jī)所處的周圍環(huán)境；任務(wù)是指堆垛機(jī)要完成的操作，它需要適當(dāng)?shù)某绦蛘Z(yǔ)言描述，并把它們存入控制機(jī)中，隨著系統(tǒng)的不同，任務(wù)的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當(dāng)于堆垛機(jī)的大腦，它以計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鬟\(yùn)行程序的方式來(lái)完成給定的任務(wù)。 控制系統(tǒng)的硬件一般包括 3 個(gè)部分： (1)感知部分 用來(lái)收集堆垛 機(jī)的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受堆垛機(jī)的本體狀態(tài)，而視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器可感受堆垛機(jī)的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。 (2)控制裝置 用來(lái)處理各種信息，完成控制過(guò)程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)相應(yīng)的接口等。 (3)驅(qū)動(dòng)部分 為了使堆垛機(jī)完成操作及移動(dòng)功能，堆垛機(jī)各關(guān)節(jié)可選用氣動(dòng)、液動(dòng)、電氣等方式驅(qū)動(dòng)。 制系統(tǒng)的性能要求 對(duì)于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏離平衡點(diǎn)恢復(fù)到原平衡點(diǎn)狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動(dòng)控制必須滿足的基本要求 ，對(duì)穩(wěn)定性的研究是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)基本問(wèn)題。 (2)過(guò)渡過(guò)程性能 描述過(guò)渡過(guò)程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)時(shí)具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間表示系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說(shuō)明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或 者小于某個(gè)允許的限制值。 感器的選擇 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、滑覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)堆垛機(jī)動(dòng)作是否到位，滑覺(jué)傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺(jué)傳感器是為了完成堆垛機(jī)對(duì)物料的識(shí)別。 置檢測(cè)裝置 在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)堆垛機(jī)執(zhí)行左旋 /右旋，前伸 /回縮，上升 /下降等動(dòng)作時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否 到位，常用的位置檢測(cè)裝置是行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān)，是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開(kāi)關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)式、滾輪式、微動(dòng)式和組合式。 本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)堆垛機(jī)動(dòng)作是否到位，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，碰到行程開(kāi)關(guān)，終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。 覺(jué)傳感器 堆垛機(jī)吸取物體時(shí)按吸力的大小可分為硬吸取 和軟吸取。硬吸取是吸盤(pán)用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤(pán)使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時(shí)吸力不夠時(shí)被吸物體會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，滑覺(jué)傳感器就是為了檢測(cè)滑動(dòng)而設(shè)計(jì)的，可以檢測(cè)垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達(dá)到修正吸力，防止吸取物的滑動(dòng)?；瑒?dòng)傳感器主要用于檢測(cè)物體接觸面直接的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應(yīng)用多大的吸力等。 覺(jué)傳感器 堆垛機(jī) 視覺(jué)的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識(shí)別，本堆垛機(jī)采用顏色傳感器，根 據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對(duì)一種顏色的物料進(jìn)行揀出。 目前，用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類型：（ 1）色標(biāo)傳感器，它使用一個(gè)白熾燈光源或單色 源；（ 2） 綠藍(lán)）顏色傳感器，它檢測(cè)物體的對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有： 電器和模擬輸出。 制系統(tǒng) 選型及控制原理 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 一、 選擇 原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 (2) 確定合理的 安裝方式 （ 3) 滿足 相應(yīng)的功能 要求 (4) 滿足 響應(yīng)速度 要求 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 (6) 機(jī)型 盡量 統(tǒng) 一 二、 確定 量 1）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)由 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 停按鈕 臂復(fù)位按紐 色 傳感器旋極限傳感器 旋極限傳感器 升限位傳感器 降限位傳感器手臂縮回 限位傳感器 臂伸出 限位傳感器 上升 限位傳感器 下降 限位傳感器 左旋 限位傳感器 右旋 限位傳感器 伸出 限位傳感器縮回 限位傳感器 工件檢測(cè)傳感器 統(tǒng)的自動(dòng) /手動(dòng)控制開(kāi)關(guān) 右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ 為個(gè)輸入繼電器的外部控制點(diǎn)，共有 28個(gè)輸入點(diǎn)。 2）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動(dòng)作，報(bào)警指示燈、原位指示燈及 自動(dòng) /手動(dòng)指示燈工作，一 共 12個(gè)輸出點(diǎn)。 3）確定應(yīng)選擇 點(diǎn)數(shù) ／ 此應(yīng)該合理選用 ／ 滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的 I／ 必須留有一定的裕量。 通常 I／ 出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上 10％ 到 15％的裕量來(lái)確定。 本系統(tǒng)的輸入、輸出實(shí)際需要 40個(gè)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的 出點(diǎn)數(shù)定為 48點(diǎn)比較合適，但輸入和輸出各應(yīng)留有 裕量 。 4）確定系統(tǒng)同時(shí)接通輸入 /輸出點(diǎn)的數(shù)量 對(duì)于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32 點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 ) ，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。 對(duì)同時(shí)接通的輸 /入輸出點(diǎn)的制約， 此系統(tǒng)是可以滿足的。 (1)系統(tǒng) 存儲(chǔ)容量 的選擇 ／ 很大程序上反映了 此可在 I／ 下式估算存儲(chǔ)容量后，再加 20％ 到 30％的裕量。 存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開(kāi)關(guān)量 I／ 10 ＋ 模擬量 I／ 100 A=40*10+0*100 =400（字節(jié)） 三、 確定 ／ 一般 I／ ／ ／ 擬量 I／ 同的 I／ 電路及功能也不同，直接影響 當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。 根據(jù)本課題要求，不需要用到模擬量 I／ 所以只需要對(duì) 開(kāi)關(guān)