固定式多头自动螺丝装配设备的设计_毕业设计(编辑修改稿)

固定式多头自动螺丝装配设备的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

5mm。 总体方案 固定式螺丝装配设备通俗 的讲就是用自动化装配完成一个拧紧螺丝的工作，该装备其实就是代替 手臂的作用，进行螺钉输送，送到指定位置，再拧紧。 由此可以看出该设备主要由两大部分组成。 一个是送螺丝机构，一个是拧紧螺丝机构。 本 设计的主要任务是识 别螺钉到位与否并进行拧紧动作。 拧紧 的旋转运动主要由电批完成 ，但是 还要有下降的动作才能完成拧紧，因此还要设计传动机构完成电批头的下降动作。 通过资料参考，决定设计方案以 PLC 为核心，通过各种感应开关识别螺钉到位与否，再通过一定的传动机构下降电批完成拧紧工作。 但是考虑到，电批头的下降运动要符合拧紧螺钉的行程，因此还要设计一缓冲环节来 时限电批下降速度与螺钉拧入速度之间的缓冲让其 行进的速度距离符合螺丝的拧紧，通过实验论证，最终选择用一弹簧来完成缓冲作用。 总体机构运动简图如 下 图 所示。 图 总体运动简图 方案可行性分析 首先从技术上分析，本设计所采用的零件或者选取的部件都是我们所常见的，并且在装配上都是简单的连接，并没有什么技术难题，而再从经济上考虑，所用到的东西都 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 5 页 是市场上大量存在的，并且没有十分昂贵的东西，也是我们可以承受的。 因此总体来说，本次设计的总体方案是可行的。 电批下降 传动方案的设计 经分析，明确电批下降所需要的运动方式为直线上 的 往复运动。 而对于直线往复运动 可以由电、液压或气压几种 传动 方式。 电传动是以电动机为原动机，机电一体化，驱动生产机械的传动方式；液压是以液体为工作介质，利用液体的 压力能来提供动力输出；气压则是以空气作为工作介质，以空气压缩机为动力源的传动方式。 这几种传动方式在不同场合有着不同的应用。 下面就这几种 传动 方式 在本设计中 的利弊进行分析并 从中选取最适合本设计的传动方式： 机 电传动 机电传动（又称电力传动或电力拖动） 顾名思义就是 以电动机为原动机 ， 驱动 生产机器的 系 统总体概括。 [1]他的任务 是将 传来的 电能 通过能量转换为我们所需要的机械能 ，能实现生产 机器的开始、停车 以及 运动快慢的 调节，满足 种种我们所需要的生产要求来完成生产，保证各项生产过程能够顺利的进行。 一般情况，机电传动 都是用来对大功率的设备进行动力输出。 而本设计中，只是驱动电批的小行程、低功率的动作输出，没有必要选取机电传动。 况且，对于机电传动来说，还要进行电动机等器件的选取，体积大、占地面积多，不利于本机构的简化。 再从经济上考虑，一般电动机都比较昂贵，也会增加设计的成本。 因此，综合考虑，不选取机电作为电批上下往复运动传动方式。 液压传动 液压传动是 以液体为工作介质的流体运动， 其主要是利用液体的压力能的液体传动[2]。 液压传动与机电传 动相比具有大致以下优点：液压传动的各种元件可以依靠我们的需要，空间的局限等要求 来自由安放，灵活性大； 他的体积不大，从而重量也很轻，占用空间小、运动惯性小、反应速度较其他传动方式较快；操纵控制方便，调速范围可达2020:1；同时依据他自身的优越性，可以实现过载保护；一般采用矿物油为介质，相对运动可自行润滑，使用寿命长；很容易实现直线运动；同时他还可以很容易的 实现遥控[2]。 但 是由于流体 流失的阻力损失和泄露较大，他的传 动效率低，如果处理不当，还会发生爆炸和火灾事故，因此安全系数低。 另外 工作性能容易受到 温度变化的影响，不易在很高或者很低的温度下工作，工作条件要求高。 对于本设计，安全性作为首 要考虑因素，再 从经济 等 方面考虑，液压传动价格昂贵，还需要较高的维修技术水平。 因此，综 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 6 页 上所述，液压也不是本设计的最佳传动方案。 气压 传动 气压传动简称气动， 他的动力来源是空气压缩机。 以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递的工程技术，是实现传动与控制的重要手段之一 [2]。 气压传动的工作介质是空气，流动损失小，空气取之不尽，适应远距离输送。 废气排放处理简单，无污染，成本低。 同时他的压力等级低，使用安全，气动执行元件响应速度快，反应动作灵敏，能很好的适应冲击负载，工作环境要求低。 但是他也有定位精度低、信 号传递速度慢，不易用于传递速度高的复杂控制系统、输出力小、输出功率小等缺点。 根据自己的需要，对于要设计的固定式自动螺丝自动装配设备来说，所需要的运动方式为直线运动，完成四个螺钉的拧紧过程所要求的输出力与输出功率也不是很大，同时考虑到安装复杂性、经济性、安全性、占用空间等方面，最终选取气动方案。 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 7 页 第三章 各部分设计与计算 总体布局 设计 气缸放在最上端驱动电批上下往复运动， 完成拧螺丝所需要的进给。 电批需要加长机构，加长的电批机构用两个滑动架来进行轴向固定。 由于每两个螺 纹孔的间距仅为21mm，而电批直线排列不能满足要求，又要保证完成旋转运动，即满足轴不在同一直线上的旋转运动，因此要用到万向联轴器来完成。 整个过程气缸的伸缩运动用 PLC 来进行控制。 万向节部分总体设计 万向节部分 主要是用来延长电批，实现轴线不在同一条直线上得旋转运动，并有行程缓冲环节，能保证电批头的行程与螺钉拧进的行程一致。 经过设计，万向节部分主要由电批、连接轴 十字万向联轴器连接轴、连接轴 弹簧、套筒、滑动轴 电批头 等组成。 其结构如下图。 螺钉经送料装置送到指定位置时，传感器检测信号 ， PLC 发送信号 控制 气缸和电批 的动作 ，气缸驱动万向节部分整体向下运动，电批负责旋转运动，经过弹 簧这一缓冲环节，将气缸伸缩的距离缓冲成拧紧螺钉需要的行程与距离。 螺钉拧紧后 ，再通过 PLC 发送信号给气缸与电批，气缸收缩，电批停止旋转。 1电批 ； 2连接轴 1； 3十字万向联轴器 ； 4连接轴 2； 5套筒 ； 6压缩弹簧 ； 7销钉 ； 8滑动轴； 9电批头 图 万向节部分装配体 万向节部分轴的设计计算 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 8 页 该部分的轴组要承载扭转力，所以 主要根据扭转强度 进行设计计算。 螺钉为 M4，螺距 2mm左右，拧进 25mm，初步计算所需要的扭转力为 m 根据轴的强度校核公式 [3]：  TTT d nPWT  9 5 5 0 0 0 0 （ ） 式中： T — 扭转切应力， MPa T— 轴所受的扭矩， N mm WT— 轴的抗扭截面系 数 n— 轴的转速， r/min P— 轴传递的功率 d— 计算截面处轴的直径， mm T — 许用扭转切应力， MPa 再由： TW 316d （ ） 由上公式可以导出 ： d 316TT （ ） 根据材料参数，选用 45号钢， T =30MPa,带入数据可得许用直径为： mmd  因考虑到，轴的一部分会以空心形式存在，因此初步定轴的直径为 10mm。 设空心部分直径为 6mm。 进行强度校核。 同样由上公式，但是轴的截面系数公式不同，如下： [4] TW )1(16 43   D （ ） 带入数值计算得结果 ：  TMPa   因此强度有保证。 再根据弯扭条件进行校核： 对于连接轴 2，其直径 10mm，长度 100mm,进行弯扭结合强度校核： 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 9 页 他的扭矩图如下图（ ） ： 图 连接轴 2的扭矩图 其弯矩可进行估算得，并画出弯矩图如下图 （ ） ： 图 连接轴 2的弯 矩图 根据第三强度理论进行强度校核计算，如下式：   221 TMW () 可得 221 TMW  =。 远远小于材料的许用力  =85MPa，因此强度足够。 而对于套筒与滑动轴部分，其只受到扭转力的作用，弯曲力的作用可以忽略不计，因此由扭转力矩计算出的轴满足弯曲强度。 对于套筒与滑动轴 的长度，主要跟气缸杆的伸缩相关联。 气缸伸缩的行程不能太长也不能过短。 如果太长，那么将会造成较大的缓冲 行程，需要很长的轴来进行缓冲，这样会给整体机构带来不协调，造成细长轴，浪费材料。 但是，也不能过短。 如果过于短，那么将会没有足够行程来保证拧紧螺钉，有可能造成螺钉拧的不紧，螺钉 松动，产生次品，这样也会造成成本的提高。 因此综上分析，再根据一般气缸的行程，决定选取气缸的行程在 150mm 左右，因而， 滑动轴 与套筒相滑动的部分为 150mm，因而 滑动轴 定为270mm(因为还一部分要安装电批头 ),套筒定为 200mm。 十字万向联轴器的选取 为了完成不同轴线的旋转问题，本设计采取加用十字万向联轴器，根据上边轴的尺寸的计算，最终选取结果为 WSD1 类型的十字万向联轴器。 [3] 湖南 大学毕业设计 (论文 ) 第 10 页 气缸的选取与计算 、校核 气缸的选取 气缸一般可分为单作用气缸、双作用气缸和特殊气缸等。 下图 为一般普通气缸的零件组成。 1组合防尘圈； 2前端盖； 3轴用 YX 密封圈； 4活塞杆； 5缸筒； 6活塞； 7孔用 YX 密封圈； 8缓冲调节阀； 9后端盖 图 单作用气缸一般可分为 活塞式与膜片式两大类，而活塞式又可分为单活塞与双活塞两类，单活塞又可分为有杆气缸跟无杆气缸两类，其中有杆气缸又分为单作用与双作用之分，同样双活塞杆也是有这两种。 而膜片式一般有平膜片、滚动膜片、皮囊三类。 单作用气缸一般 都是通过对空气的压缩驱动活塞或者柱塞向一个方向运动，其中活塞式是靠 如重力等外界力量复位，活塞式跟薄膜式气缸还可以借助弹簧等复位。 柱塞式气缸拥有较好的负载稳定性 ，但是输出力小，主要用于小直径气缸。 当活塞式气缸借助弹簧复位时。 概括而言，单作用气缸总体适用短行程，小直径。 拥有结构简单等优点。 双作用气缸通俗的讲就是通过压缩空气能够驱动活塞向两个方向运动。 有的安装有缓冲装置来对活塞接近终点时进行 降速调节 ， 以免过大载荷的冲击。 调节的就叫做可调缓冲气缸，不可调节缓冲 降 速数值的就为不可调缓冲气缸。 特殊气缸种类很多，常见的有串联气缸、差动气缸、增压气缸、伸缩气缸、双活塞气缸、冲击式气缸 、多为气缸等等。 通过对气缸资料的参考，本设计所需要气缸驱动完成的运动为上下往复运动， 再从经济性、可行性、安装复杂性、通用性考虑等，最终决定 选取一个普通的双作用气缸就。