第一章前言某去核機(jī)器裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u25803某去核機(jī)器裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程案例分析 1298901.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 1290171.1.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 2308021.1.2滑塊位移和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 298811.1.3滑塊速度和曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 3260811.1.4滑塊機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析 4201291.2槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5209301.2.1槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 5155341.2.2槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù) 6229581.3沖頭的設(shè)計(jì) 7310601.1.1參數(shù)確定 7180791.4直線導(dǎo)軌滑塊設(shè)計(jì) 727001（1）計(jì)算滑塊工作受力載荷及其選型??? 829296（2）計(jì)算額定壽命??? 83561（3）導(dǎo)軌滑塊尺寸選擇 914228（4）潤(rùn)滑與防護(hù) 9104331.5傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1090541.6帶輪主軸選型計(jì)算設(shè)計(jì) 10161381.6.1軸的材料選擇 10101601.6.2初步預(yù)估軸徑 10246231.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11120491.6.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 11108131.7帶輪從動(dòng)軸選型計(jì)算設(shè)計(jì) 12200841.7.1軸的材料選擇 12309891.7.2初步估算軸徑 12271921.7.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12245151.7.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 1341381.8軸承選用與校核 14182531.8.1求比值: 1457741.8.2軸承軸向載荷 148640故所選用的6307軸承，軸承校核合理。 151.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)電機(jī)是以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為驅(qū)動(dòng)力，沖針需要作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此需要一套裝置將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)[11]。如下圖的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是這項(xiàng)工作的重要組成部分。圖3-1曲柄機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)這張圖可知，使用一組曲柄連桿，并且對(duì)滑塊只有一個(gè)力點(diǎn)的作用，因此，它通常被稱為點(diǎn)式曲柄。曲軸中心到曲軸軸頸中心的距離通常稱為曲軸半徑，即曲軸壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。1.1.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析去核機(jī)構(gòu)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)為連桿與曲軸的連接點(diǎn)，點(diǎn)為連桿與滑塊的連接點(diǎn)。代表連桿長(zhǎng)度，為滑塊位移，為曲柄旋轉(zhuǎn)角。曲柄底部（相當(dāng)于下死點(diǎn)處的滑塊）的計(jì)算方向與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反。1.1.2滑塊位移和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系滑塊位移與曲柄角度的關(guān)系表達(dá)式如下所示：（3-1）而QUOTEsinβ=RsinaL令QUOTERL=λ,則QUOTEsinβ=λsina而QUOTEcosβ=1-sin所以代入QUOTEs=(R+L)-(Rcosa+Lcos（3-3）QUOTEs=R[(1+cosa)+1λ是連桿系數(shù)。QUOTEλ一般在0.1~0.2范圍內(nèi)。整理得:（3-4）在式中：s滑塊的運(yùn)動(dòng)距離.(從下死點(diǎn)處算起)A曲柄旋轉(zhuǎn)角度,從下死點(diǎn)算起,與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正.R曲柄半徑連桿系數(shù)L連桿的長(zhǎng)度(當(dāng)可調(diào)時(shí)取最短時(shí)數(shù)值)[12]當(dāng)曲柄半徑R和連桿系數(shù)已知，可由上述公式得到相應(yīng)的非線性值。相同角度A的S值用余玄定理知:（3-5）1.1.3滑塊速度和曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系計(jì)算滑塊位移與曲軸旋轉(zhuǎn)角度，得到位移s與時(shí)間t的關(guān)系式。再求出滑塊的速度V。即：QUOTEv=dsdt=dsda?dadt（3-7）（3-8）而QUOTEdadt=ωdadt所以QUOTEv=ωRsina+λ2sin2av=ωRsina式中——滑塊的速度QUOTEωω——曲柄的周轉(zhuǎn)速度又因?yàn)镼UOTEω=πn30=0.105n所以v=0.105nRsina+λ2sin2aQUOTE式中n——每分鐘曲柄的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)以上可知，曲柄角a變化，滑塊速度V變化，當(dāng)時(shí)，。隨著曲柄角a的增大，滑塊速度V顯著增大；而當(dāng)曲柄角a介于，V幾乎不變，曲柄轉(zhuǎn)角滑塊的速度通常被認(rèn)為是最大速度。用QUOTEVmax表示，即：（3-11）根據(jù)上述公式可以看出，n、R與成比例，當(dāng)n、R越大，滑塊轉(zhuǎn)速越大。最大滑塊速度為：（3-12）為了確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是否能滿足去核加工的要求，檢查曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度是非常重要的。在檢查強(qiáng)度之前，必須對(duì)曲柄和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部件進(jìn)行正確的機(jī)械分析。1.1.4滑塊機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析圖3-2滑塊機(jī)構(gòu)力學(xué)分析當(dāng)零件摩擦力和重量忽略考慮的時(shí)候，如上圖為滑塊的受理情況分析。P1產(chǎn)生反作用力，N導(dǎo)軌產(chǎn)生抑制滑塊的反作用力，對(duì)滑塊反作用力，這三種力與B相互作用，形成一個(gè)平衡的匯交力系統(tǒng)。由力的平衡原理，從力的三角形中可以求出、、的表達(dá)關(guān)系如下：QUOTEPab=P1/cosβ,QUOTEN=P由上式知QUOTESinβ=SinaSinβ=Sina,當(dāng)QUOTEa=900a=900時(shí)，QUOTEββ取到最大值.一般曲柄壓力系數(shù)，QUOTEλ<0.3λ<0.3，當(dāng)負(fù)載達(dá)到額定壓力時(shí)，曲軸角度僅約為30度。因此可以認(rèn)為：Cosβ=1QUOTECosβ=1,tanβ=sinβ=λsinaQUOTEtanβ=sin由上面的兩個(gè)公式得：QUOTEPab≈P1Pab≈P1計(jì)算額定壓力角時(shí)，通過(guò)齒輪傳遞到曲軸的扭矩。在時(shí),滑塊可承受的最大載荷為160噸，因此坯料對(duì)變形的反作用力p1也可達(dá)到該值即：，QUOTEλ=0.0874≈0.09λ=0.0874≈0.09可查表2-2得QUOTEsinθ+λ2sin齒輪傳動(dòng)的扭矩為（不考慮摩擦?xí)r）:根據(jù)上述公式，在對(duì)連桿、曲軸和滑塊力分析所需要的扭矩時(shí)，不考慮每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦。該方法簡(jiǎn)化了連桿與滑塊力分析的計(jì)算公式，誤差很小，可以應(yīng)用。但在計(jì)算曲軸傳遞的扭矩時(shí)，如果不考慮摩擦力，則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此必須在計(jì)算的時(shí)候要考慮摩擦力帶來(lái)的扭矩。本次設(shè)計(jì)中不考慮摩擦力。1.2槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)將主動(dòng)軸的平穩(wěn)連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)軸的間歇周期運(yùn)動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間與靜止時(shí)間的比值是固定的，這樣從動(dòng)件的角速度就可以平穩(wěn)地變化；槽輪上下運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定,但槽輪旋轉(zhuǎn)角度無(wú)法調(diào)整，當(dāng)精度較高時(shí)，需要增加定位裝置。[2]1.2.1槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖3-3槽輪轉(zhuǎn)位簡(jiǎn)圖如圖3-3所示，最常見(jiàn)的定位方法是圓弧面定位。圖3-3（a）銷輪滾輪剛剛進(jìn)入徑向槽；圖3-3<b）滾輪即將離開(kāi)徑向槽；圖3-3（c）槽輪被圓弧面a和b鎖定，以便在無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)定位。使槽輪2在軸肩轉(zhuǎn)動(dòng)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬間角速度為零，以防止?jié)L輪A和槽輪碰撞，滾輪A進(jìn)入或離開(kāi)徑向槽時(shí)的瞬間，徑向槽的中心線必須與銷的中心線相切，即垂直。設(shè)Z是均勻分布的徑向槽的數(shù)量，當(dāng)槽輪2轉(zhuǎn)過(guò)弧度時(shí)，拔盤(pán)1對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為:[2]（3-13）一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)即驅(qū)動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)撥盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)間T的比值稱為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)。撥盤(pán)以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，角度比可以表示其運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比值。即運(yùn)動(dòng)系數(shù)：[13]（3-14）根據(jù)公式（2）可以看出，每個(gè)槽輪的角度與槽輪的槽數(shù)量Z有關(guān)，運(yùn)動(dòng)系數(shù)不等于或小于零，所以徑向槽的數(shù)量應(yīng)大于或等于3。1.2.2槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)在槽輪設(shè)計(jì)過(guò)程中，由公式（2）確定槽數(shù)、圓盤(pán)銷數(shù)等主要參數(shù)，從公式（2）可以看出，槽輪的運(yùn)動(dòng)系數(shù)始終小于0.5，即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間始終小于停止時(shí)間。因，，槽輪在工作過(guò)程中的角速度和角加速度變化較大，當(dāng)銷進(jìn)出徑向槽時(shí)，槽輪的角加速度突然變化，沖擊力較大。因?yàn)椋圯啓C(jī)構(gòu)可以使用更多圓銷，設(shè)圓銷數(shù)為R，槽輪在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是單圓銷的R倍，故。又因?yàn)?，故，此外，時(shí)，R取1-5；時(shí)，R取1-3；當(dāng)時(shí)，R取1-2。因此根據(jù)作用在機(jī)構(gòu)上的力和所占空間來(lái)確定圓銷的半徑R和中心距a。1.3沖頭的設(shè)計(jì)1.1.1參數(shù)確定根據(jù)現(xiàn)有的去核機(jī)構(gòu)裝置和小棗的形狀結(jié)構(gòu)，工作頭由支架、沖頭、導(dǎo)向支架和套筒構(gòu)成。前后導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)在沖頭上。沖孔針為階梯形軸向排列。不僅提高了沖頭的強(qiáng)度和剛度，而且大大提高了沖頭的運(yùn)動(dòng)精度。工作沖頭的行程為，沖頭的極限位置距工作板。工作臺(tái)停止時(shí)，沖頭向下移動(dòng)，與工作板內(nèi)小棗接觸，沖頭繼續(xù)向下移動(dòng)，完成對(duì)小棗的加工。完成后運(yùn)動(dòng)回到極限位置處完成沖核，工作輪轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)工作位置，沖針重復(fù)該動(dòng)作。1.4直線導(dǎo)軌滑塊設(shè)計(jì)在沖頭的另一側(cè)，為了避免沖頭位置的位移，保證去核的工作精度，設(shè)計(jì)中增加了直線滑塊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，減小了去核誤差。對(duì)于垂直運(yùn)動(dòng)、承受運(yùn)動(dòng)載荷和自身的重量可以采用直線導(dǎo)軌。滾珠絲杠與直線導(dǎo)軌組合，將摩擦完全轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，大大降低摩擦系數(shù)，降低驅(qū)動(dòng)扭矩，傳動(dòng)效率大大提高，保證每一次精確地重復(fù)復(fù)位。滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)以鋼球?yàn)榻橘|(zhì)，接觸面積大大減小，需要嚴(yán)格和定期的內(nèi)部潤(rùn)滑。本設(shè)計(jì)選用HG系列直線軌道。下圖可以看出HG系列--重負(fù)荷型滾珠直線滑軌滑塊組合外形及結(jié)構(gòu)。圖3-4滑軌滑塊組合（1）計(jì)算滑塊工作受力載荷及其選型???如果工作量過(guò)載會(huì)直接對(duì)直線導(dǎo)軌副的使用產(chǎn)生影響。所以在工作時(shí)，每個(gè)滑塊都應(yīng)承受垂直于軌道表面的工作載荷，讓滑塊獲得最大垂直載荷量。有，（z軸上下運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊），得最大工作載荷768N。查有關(guān)手冊(cè)，選擇直線導(dǎo)軌副的型號(hào)為HGH15Cb，導(dǎo)軌副的額定靜載荷QUOTECa=13.6KNCa=13.6KN，其額定動(dòng)載荷QUOTEC0a=20.3KNC0a=20.3KN。直線導(dǎo)軌副必須選擇標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，選取長(zhǎng)度為?；夐L(zhǎng)度螺栓孔間距離螺栓孔至端面距離螺栓孔數(shù)QUOTEL=n-1×P+2×E=3×60+2×30=240mm（2）計(jì)算額定壽命???導(dǎo)軌副選取4級(jí)精度。查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)可得。額定壽命L：額定動(dòng)負(fù)荷C：計(jì)算負(fù)載：QUOTEfH硬度系數(shù)溫度系數(shù)QUOTEfC接觸系數(shù)接觸系數(shù)負(fù)荷系數(shù)溫度系數(shù)QUOTEL=fHfTfCfRf已知每天開(kāi)機(jī)8小時(shí)，每年300天，行程0.24m，每分鐘往返8次年導(dǎo)軌副符合其使用要求。（3）導(dǎo)軌滑塊尺寸選擇HGH20CA四方形滑塊，導(dǎo)軌寬度為，可以應(yīng)用在多種自動(dòng)化機(jī)械中，下圖1.5為它的基本尺寸選擇。圖3-5滑塊的尺寸（4）潤(rùn)滑與防護(hù)潤(rùn)滑:潤(rùn)滑系統(tǒng)可以采用油管注油脂潤(rùn)滑，這樣使用簡(jiǎn)單方便。圖3-6滑塊導(dǎo)軌模型圖1.5傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)，滾輪傳動(dòng)系統(tǒng)由曲柄滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和兩套皮帶輪組成。曲柄滑塊裝置有曲柄、連桿和滑塊構(gòu)成。曲柄與第一組皮帶輪連接，皮帶輪組與減速器連接，連桿與曲柄滑塊連接。該裝置將減速器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線運(yùn)動(dòng)；進(jìn)料模塊包括輸送帶、進(jìn)料杯和料斗，可以使用螺絲將料斗固定在機(jī)架上。輔助模塊篩選板置于料斗內(nèi)，小棗放入料斗內(nèi)的進(jìn)料篩板上。料斗側(cè)面設(shè)有軸承座，用于放置輔助模塊的攪拌軸，提高產(chǎn)品性能，保證產(chǎn)品的去核效率和完整性是非常重要的。同時(shí)，保證了去核機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作精度和小棗去核的定位精度。1.6帶輪主軸選型計(jì)算設(shè)計(jì)1.6.1軸的材料選擇此設(shè)計(jì)對(duì)軸無(wú)其他要求，該軸選用45鋼調(diào)質(zhì)處理230-280，查相關(guān)表得。1.6.2初步預(yù)估軸徑（3-17）取軸徑d=20mm。1.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先對(duì)軸徑和軸相關(guān)零件的部位進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)估，然后開(kāi)始軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸與傳動(dòng)盤(pán)連接鍵的截面尺寸為，配合為H7/R6。滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和抽之間的裝配使用基孔制。軸的尺寸公差為M6，軸兩端為倒角。軸的詳細(xì)尺寸如圖3-7所示。圖3圖3-7主軸1.6.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)主軸間歇輪上的作用力的大小:轉(zhuǎn)矩：（3-18）圓作用直徑：圓周力：（3-19）徑向力：（3-20）軸向力：（3-21）(2)豎直面上軸承的承載反力及彎矩計(jì)算：（3-22）（3-23）截面彎矩為:左（3-24）右（3-25）(4)根據(jù)彎扭組合應(yīng)力進(jìn)行軸強(qiáng)度的校核校核軸的強(qiáng)度時(shí)，只校核軸上承受的最大彎矩和扭矩截面的強(qiáng)度，由公式：（3-26）在式中：——應(yīng)力折算系數(shù)；——軸上危險(xiǎn)截面處的當(dāng)量彎矩，；——軸上危險(xiǎn)截面處的抗彎矩截面系數(shù)，；——軸對(duì)稱循環(huán)中允許的彎曲張力，，見(jiàn)表11-1；——軸上危險(xiǎn)截面處直徑，。當(dāng)此段軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，直徑應(yīng)加大3%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)加大7%。取，計(jì)算截面上的應(yīng)力：（3-27）根據(jù)前面選擇，軸為45鋼材質(zhì)，調(diào)質(zhì)處理，由表11-1查得，由，故安全。1.7帶輪從動(dòng)軸選型計(jì)算設(shè)計(jì)圖3-12從動(dòng)輪軸1.7.1軸的材料選擇此設(shè)計(jì)對(duì)軸無(wú)其他要求，所以選用45鋼調(diào)質(zhì)處理230-280，查表得。1.7.2初步估算軸徑（3-28）取軸。1.7.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先對(duì)軸徑和軸相關(guān)零件的部位進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)估，再開(kāi)始對(duì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸上與傳動(dòng)盤(pán)聯(lián)接鍵截面尺寸為配合為H7/r6。滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸的尺寸公差m6。在軸的兩端均制成倒角。軸的詳細(xì)尺寸如圖3-12所示。1.7.4軸的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)主軸間歇輪上的作用力的大小轉(zhuǎn)矩：（3-29）圓作用直徑：（3-30）圓周力：（3-31）徑向力：（3-32）軸向力：（3-33）(2)豎直面上軸承的承載反力及彎矩計(jì)算：（3-34）（3-35）截面C處彎矩為:（3-36）（3-37）(3)水平面上軸承的承載反力及彎矩計(jì)算：（3-38）截面C處彎矩為：（3-39）(4)截面C處垂直和水平的合成彎矩（3-40）（3-41）(5)軸強(qiáng)度的校核根據(jù)彎扭組合應(yīng)力，進(jìn)行軸強(qiáng)度校核時(shí)，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，由公式：（3-42）式中：應(yīng)力折算系數(shù)；軸上危險(xiǎn)截面處的當(dāng)量彎矩，；軸上危險(xiǎn)截面處的抗彎矩截面系數(shù)，；軸對(duì)稱循環(huán)中允許的彎曲張力，，見(jiàn)表機(jī)械設(shè)