自动涂胶机设计【精选】

自动涂胶机设计【精选】内容摘要：

Z 向是用来控制 胶头上下移动的 ， 因为涉及到胶头会离工件很近，为了防止传动误差所导致 胶头和工件的碰撞使胶头被破坏或者涂胶的失败，所以 要求传动平稳 、精确 ， 因此 选 择 丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁 的功能 ， 用来保证胶头和工件的距离以及 保证涂胶的厚度和均匀性。 通过改变 Z向 电机的转向 ， 来控制 Z 轴的升降， 而 达到 工件所需 涂胶的要求。 考虑到会有比较大型的传感器，那样 导向机构 就会 承载 比较 大， 并 需要 传动 平稳，所以 X 、 Y向 我选择了 滚动导轨，灵敏度高，且其动摩擦与静摩擦系数相差甚微，因而运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象。 定位精度高，重复定位精度可达 m。 摩擦阻力小，移动轻便，磨损小、精度保持性好。 涂 胶原理：压缩空气送入胶 桶 ，将胶压进与 胶管 室相连的进给管中， 然后进入与胶头相连的胶管中，因为要求出胶的量比较精准，所以在与胶头相连的胶室中再设置一个气压装置，当胶室的胶充到一定的量的时候再选择胶室中的气压装置进行涂胶，用 PLC 控制它们的转换。 特点： 效率高、涂布均匀、质量有保证。 优势：可提高涂胶速度，改 良 涂胶环境，提高涂胶质量。 自动涂胶机整体结构设计 自动 涂胶机装置传递要求精度很高，滚珠丝杠增加了紧 固 螺钉，消除了轴向间隙，同时与键配合下也消除了周向间隙 ， 为了使涂胶机的结构简单，齿轮间隙的调整采用 偏心轴套进行消隙。 具体结构框架如下图： 图 涂胶机结构框架 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 23 页 电机的选取 Z 向电机的选取 电机的选取原则是满足精度要求即步距角，满足输出功率要求即转矩问题。 步距角：   其中： 1）脉冲当量 δ = i= 表 电机参数 因为 胶头的质量不大，胶室也不会存有很多的胶，还有传感器每次需要的涂胶量不是很多， 故选用步距角为 ，扭矩偏小点 的便可以满足要求，经过计算，选用保持转距为 m 的55BF003 型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择 55BF003 型号的步进电机，就能满足设计的要求。 Z 向连轴器的选取： 结构简单且拆装方便 ，所以 z 向电机的输出轴的轴径 选为 Φ 6，故采用过盈配合套筒 联 轴器，采用高压油膨胀的方式使 V型套筒发生轴向窜动使两轴连接在一起，具体结构如图所示： 图 联轴器 X 向电机的选取 中拖板和上拖 板 加上涂胶装置总重量  50Kg,则滚珠丝杠上的平均工作 载荷为 Fm=490/3N， 取螺旋角偏大点，设 螺旋升角 λ = 则受力分析如下图： 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 23 页 λ Fm Fn x 图 滚珠丝杠受力分析 设周向分力为 x N,则： NF m a n3/4 9 0t a n   m0 .1 3 7 N=9 .1 3103 0 / 2=/ 2 )(D 30  以上取值都是取最 大可能值，实际值一定比 m小得多，为了安全起见，故选用 70BF003型号，保持转距为 m 的步进电机。 Y 向电机的选取也 必须 满足扭矩的大小， 用来 保证丝杠的正常运转，可选 取 同一型号的电机。 且更有利于电路的控制，程序的编制也更加方便。 滚珠丝杠及丝杠螺母的选取 传动机构要满足传动精度的要求，还要满足高速、低噪声和可靠性。 所以我选择了滚珠丝杠。 因为滚珠丝杠具有 摩擦损失小 、 传动效率高 、 精度高 、 轴向刚度高 、 不可自锁具有传动可逆性 、使用寿命长的特点。 X 向滚珠丝杠的选取 通过 设 计的尺寸和材质选取 ， 计算出传动滚珠丝杠要带动重量为 : mK =50 =490N,重物做水平直线进给运动，平均工作载荷 :Fm=1/3Mg=490/ 丝杠工作长度 L=nm=200r/min,使用寿命 hL =15000h，滚珠 丝杠 的 材料为 rWMnC 钢 ， 传动精度要求： σ =177。 mm。 （ 1）则计算载荷 cF ： )( c NKKKK mahf  上述表达式中： fK —— 载荷性质系数，取 介于无冲击，平稳运转和一般运转之间。 hK —— 滚道实际硬度 HRC≥58HRC 取。 aK —— 精度等级 取。 (2) 额定动载荷计算值： 3  hmc LnFC 上述表达式中： hL —— 额定寿命 （一般机床 hL 为 15000h） mn —— 平均转速 通过查表可得到： NLnFa hmc 3 2 7  (3) 根据 Ca39。 选择滚珠丝杠副，假设选用 FC1型号， 按滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca 等于或大于 Ca39。 的原则，故选以下型号规格： 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 23 页 FC1— 2020— 和 FC1— 2020— 考虑到各种因素，最后选用： FC1— 2020— FC1— 2020— 滚珠丝杠副数据为： 1）公称直径 D0=20mm 2）螺旋角 334  3）导程 P=5mm 4）滚珠直径 d0= 5）滚道半径 R== 6）丝杠内径 d1=D0+2e2R= 7）偏心距 e=(Rd0/2)= (4) 稳定性验算 1)临界载荷： 安全系数 mcr FF /S [S],所以 丝杠是安全的，不会失稳。 2)临界转速 822cr )/(9 9 1 0n  uldlfc r/min maxcr nn  所以丝杠不会 产生 共振。 3)此外丝滚珠丝杠还受 D0n 值的限制 D0n=20200=4000mmr/min70000 mmr/min 因此 丝杠副工作稳定。 (5) 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 η 为 ： η= )(/t tgg =tg （ 4o33ˊ ） /tg （ 4o33ˊ +4o40ˊ ） =% 上述表达式中：  —— 摩擦角 根据上述计算得： 各项性能均符合要求，可选用。 Y 向滚珠丝杠的选取 由于 Y向滚珠丝杠的工作载荷要比 X向滚珠丝杠小些，故用同一型号滚珠丝杠能满足传动要求。 Z 向滚珠丝杠的选取 由于 Z 轴控制出胶的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证胶棒不漏胶所以Z 轴需要具有自锁功能。 所以我选择了丝杠螺母传动系统。 使其保证系统的稳定性。 丝杠螺母的设计与自锁验算： 丝杠螺母的螺距为 2mm 公称直径为 18mm 螺母的高度为 H=ψd2=18=45,ψ 取 整体式 旋合圈数 n=H/P=45/4=12 螺纹的工作高度： h==4=2 ㎜ 螺牙根部宽度 b==4= ㎜ 工作比压 M P ahnFP 0 0 2  ππ 自锁的验算 ：  4 .7 3/2c o s 3 0a r c t g 0 .0 8 /a/2a r c t g f / c o s1 导程角   a r c tgda r c tg s 丝杠螺母可以自锁 ，所以螺母适用。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 23 页 丝杠螺母的效率计算： ％)(/)(/  tgtgrtg v 滚动导轨的选取 X 向导轨的选取 （ 1） 行程长度寿命 Ts Ts=2Lsn60Th/1000=2460 410 / 310 =1960Km 上述表达式中 ： Ls—— 工作单行程长度（ m）取 300mm n—— 往复次数 取 300mm Th—— 工作时间寿命取 15000h （ 2） 计算动载荷 NffmfKTsFfC hctw 43 )/(a  上述表达式中： F—— 作用在滑座上的载荷 m —— 滑座个数 K—— 寿命系数一般取 K=50Km cf —— 接触系数取 （每根导轨上的滑块数为 2） ft —— 温度系数取 1（工作温度低于 100 摄氏度） hf —— 硬度系数取 1 wf —— 负载系数取 （ 无明显冲击或振动的中速运动场合取 ~2） 根据 查表得 动载荷选取 GDA20 型滚动导轨 ， 外形参数： Ah1L =703780 Y 向导轨的选取 由于 Y 向导轨所承受的载荷比 X向导轨的要小的多故可选用与 X 向相同的导轨，既能满足传动要求。 电机的校核 电机方面的校核以 Z 相电机校核 为例： 步进电机最大径转矩 maxMj 与步进电机的名义启动转矩 mqM 的 关系即： mqM =λ maxMj == N/cm 步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。 步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： kgM =  kfka MM M0 上述表达式中： kgM — 空载启动力矩 kaM — 空载启动时部件由静止升速 至 最大快进速度， 经计算转换 到电机轴上的加速力矩（ ） kfM — 空载时 经计算转换 到电机轴上的摩擦力矩（ ） M0 — 因为 丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩 刚开始选择 电机型号时 需要 满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机 额定 启动转矩。 即： kgM ≤ mqM =λ maxMj λ= mqM / maxMj = （三相六拍） 加速力矩 kaM =J∑ε=J∑2 )(0 4 6   上述表达式中： JΣ — 传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（ ）  — 电机最大角加速度（ rad/s2） 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 23 页 nmax — 运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（ r/min） t — 运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（ s） vmax— 运动部件最大快进速度（ mm/min） δ p— 脉冲当量（ mm/脉冲） θ b— 步进电机的步距角 空载摩擦力矩： Mkf=Gf180。 L/2лηi=301=(N•cm) 上述表达式中： G— 运动部件的总重力（ N） i— 齿数传动降速比 f180。 — 导轨摩擦系数 η — 传动系数总效率。 取 η = L— 滚珠丝杠的基本导程（ cm） 附加摩擦力矩 :M0=FYJL0(1η 0178。 )/2лηi=100* *(178。 )/2л**1=(N•cm) 上述表达式中： FYJ— 滚珠丝杠预加载荷即预紧力 基本 取 Fm 的 1/3 Fm — 为进给牵引力（ N） η 为滚珠丝杠未预紧时的传动效率， 基本 取 η 0≥ 所以 Mkg≤ Mmq 符合要求 X 轴的 电机与 Y 轴 电机的校核与 Z 轴 基本相同， 下面 只简单的对 它 进行校核。 Mmq=λMjmax== Mkf= Gf180。 L0/2лηi=200****4=(N•cm) i =4 M0=FYJL0(1η0178。 )/2лηi=250(178。 )/2л4=(N•cm) Mmq=Mkf+M0= 符合设计要求 所选步进电机型号参数合理。 涂胶 机 弯臂螺栓强度 的 校核 A220F 图 弯臂螺栓受力分析图 先分析剪切力， 因为 4 个螺栓 全部 是对称分布的， 所以 剪切力可以认为均分。  mg  Fs 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 23 页 M P arFsAFs   MPa75][  ][ d=12mm 这个尺寸 完全可以符合要求。 弯臂 要 受到扭转力的作用， 它的 扭矩为： mNLFM  (1） 计算截面惯性矩： 533  hbI Z (2）在截面的上 、 下边缘，分别 对其 作用有最大拉应力和最大压应力：  MpIM ZB  取 [ ]=75Mpa 《 [ ] ， d=12mm 这个尺寸 满足设计要求。 变速齿轮的设计 自动涂胶机 需要 传动效率高且传动比 非常 稳定， 用来 保证涂胶的均匀性和稳定性。 齿轮传动具有所有的 这些特点 而 且结构紧凑、工作 很 可靠、寿 命 比较长，所以 选用齿轮传动进行变速。 (1) 齿轮传动系统设计 自动涂胶机 用 一级传动齿轮变速， 用来 增大传动的扭矩和平稳性 传动比为 i=720/200= 压力角 α =。