風(fēng)機(jī)筒形零件成型專用設(shè)備總體結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計論文

1、<p>　題 目：風(fēng)機(jī)筒形零件成型專用設(shè)備總體結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　國內(nèi)有很多生產(chǎn)大型風(fēng)機(jī)的企業(yè)，風(fēng)機(jī)主要是在大型電廠、礦山以及鍋爐里用來排除氣體、煙塵以及往鍋爐里通入空氣的設(shè)備。本次畢業(yè)設(shè)計主要任務(wù)是通過自己所學(xué)的知識，完成風(fēng)機(jī)的一個筒形零件的成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。</p&g

2、t;<p>　　通過分析工件的變形情況，工作的過程，設(shè)計出工作部分的各個部件，包括工作部分和夾緊部分的設(shè)計，同時還要分析工作情況設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的系統(tǒng)，并且完善對整個設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 風(fēng)機(jī) ；筒形；專用設(shè)備</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　There

3、are many large-scale production of domestic enterprises Air blower, Air blower mainly in large-scale power plants, mines and boiler, used to rule out the gas, dust and to the boiler into the air in the equipment this gra

4、duation project primary mission is a knowledge which studies through oneself, completes the air blower tubular components to take shape the equipment structural design as well as the control system design. </p>&l

5、t;p>　　Through the analysis work piece distortion situation, the work process, designs the effective range each part, and clamps partially including the effective range designs, meanwhile must analyze the working cond

6、ition to design can realize the automatic control system, and consummates to the entire equipment optimized design.</p><p>　　Key words: Air blower，Tubular，Special purpose equipment</p><p><

7、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 立題依據(jù)：1</p><p>　　1.2 研究目

8、標(biāo)：1</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容：1</p><p>　　1.4 解決的關(guān)鍵問題：1</p><p>　　1.5 總體進(jìn)度：2</p><p>　　第2章 工件分析3</p><p>　　2.1 工件的分析及輥?zhàn)拥拇_定3</p><p>　　2.1.1 工件分析：

9、3</p><p>　　2.1.2輥?zhàn)拥脑O(shè)計：5</p><p>　　第3章 工作部分7</p><p>　　3.1 方案的確定7</p><p>　　3.2工作部分結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計：8</p><p>　　3.2.1工作軸的設(shè)計：8</p><p>　　3.2.2 工作軸箱的設(shè)計校核

10、：11</p><p>　　3.2.3導(dǎo)軌設(shè)計：11</p><p>　　3.2.4 工作部分床身的設(shè)計：14</p><p>　　3.2.5 工作部分設(shè)計總結(jié)：15</p><p>　　第4章 夾緊部分設(shè)計17</p><p>　　4.1 夾緊部分設(shè)計的方案：17</p><p&

11、gt;　　4.1.1定位機(jī)構(gòu)方案：17</p><p>　　4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)方案設(shè)計：17</p><p>　　4.2 夾緊部分結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計：18</p><p>　　4.2.1 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計：18</p><p>　　4.2.2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計：20</p><p>　　4.2.3 夾緊部分總體

12、設(shè)計：26</p><p>　　第5章 設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計28</p><p>　　第6章 控制系統(tǒng)的設(shè)計29</p><p>　　6.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案：29</p><p>　　6.2 工作過程的分析以及流程圖：29</p><p>　　6.3 PLC選型以及PLC地址分配：30</p&g

13、t;<p>　　6.4 PLC的程序編寫以及接線：31</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p>　　附錄1錯誤!未定義書簽。</p>&l

14、t;p>　　附錄2錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 立題依據(jù)：</p><p>　　風(fēng)機(jī)主要是在大型電廠、礦山以及鍋爐里用來排除氣體、煙塵以及往鍋爐里通入空氣的設(shè)備。圓臺筒形零件是連接排氣孔與煙筒或排氣通道的一個零件，一般這個零件都是雙曲面形的，這樣符合氣體流動學(xué)的原理

15、。本次業(yè)設(shè)計就是設(shè)計一種加工這種零件的成型設(shè)備。（如圖1-1）：</p><p>　　圖1-1 加工零件示意圖</p><p>　　1.2 研究目標(biāo)：</p><p>　　現(xiàn)在公司里還是用傳統(tǒng)的手工方法加工，主要是加熱工件后再用棍子壓制加工成型。效率低、成品率低，而且工人勞動條件差。本次設(shè)計目的就是設(shè)計出一種近似于小型旋壓設(shè)備，常溫下完成零件的成型加工即冷軋機(jī)。&

16、lt;/p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是完成成型設(shè)備的總體結(jié)鉤設(shè)計及控制系統(tǒng)自動化的設(shè)計，大大提高生產(chǎn)效率，減輕工廠加工的工作量，將工人從繁重的工作中解脫出來，對于工業(yè)化進(jìn)程具有重大的促進(jìn)作用。</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容：</p><p>　　通過分析零件的形狀，設(shè)計加工用的滾子。完成加工過程設(shè)計，加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計。考慮到零件要加緊所以要設(shè)計加緊機(jī)構(gòu)

17、，包括定位設(shè)計和加緊設(shè)計，同時完成加緊機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的裝配。要提高加工效率，減輕勞動量，設(shè)計自動控制系統(tǒng)完成加工。</p><p>　　1.4 解決的關(guān)鍵問題：</p><p>　　本設(shè)計是實(shí)際工廠中所遇到的問題，零件的成型加工就是旋壓的生產(chǎn)過程。工件的變形很大而且是不同尺寸系列，這樣對加工設(shè)備的要求很多（如圖1-2）。工件加工過程最大的變形量達(dá)70，最高的工件與最低工件高度差是300，最

18、小直徑與最大直徑差1500，這樣在一個設(shè)備上完成加工對設(shè)備的尺寸及控制要求很高。同時加工過程中褶皺，撕裂等還有許多未知因素。這樣都是設(shè)計中的難題。同時本設(shè)計是機(jī)床類設(shè)計，在設(shè)計中的要求是能完成工作過程前提下可以適當(dāng)放大設(shè)計安全系數(shù)，保證安全。</p><p>　　圖1-2 工件變形圖</p><p>　　1.5 總體進(jìn)度：</p><p>　　分析零工件選擇合適的

19、加工工序，設(shè)計滾子的形狀（查閱小型軋制裝備），選擇滾子的支撐機(jī)構(gòu)（查閱機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)機(jī)及小型軋制機(jī)械裝備），設(shè)計工作機(jī)構(gòu)，設(shè)計加緊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析工作過程完成自動控制。</p><p><b>　　第2章 工件分析</b></p><p>　　2.1 工件的分析及輥?zhàn)拥拇_定</p><p>　　2.1.1 工件分析：</p>

20、;<p>　　圖2-1 工件變形應(yīng)力圖</p><p>　　如圖2-1所示，本工作過程是將一個圓筒形的薄板壓制成雙曲面形的零件，分析它的受力：</p><p>　　應(yīng)力的大小應(yīng)當(dāng)是在大于彈性變形而小于塑性變形的范圍內(nèi)，這樣保證加工過程實(shí)現(xiàn)并且安全。但是輥?zhàn)拥氖芰Ψ秶蠹s是一條曲線，所以很難有準(zhǔn)確的計算公式或經(jīng)驗公式計算來測算出這個力，也不可能采用實(shí)驗來實(shí)地測量這個力。<

21、/p><p>　　這樣查找類似的書籍《環(huán)件軋制理論和技術(shù)》得到與此很相似的加工過程公式,這樣來計算工件在加工過程中的受力：</p><p><b>　　軋制受力的分析：</b></p><p><b>　　如圖2-2：</b></p><p>　　圖2-2 軋制變形受力分析圖</p>&l

22、t;p>　　環(huán)形軋制力能參數(shù)計算方法：</p><p>　　公式: p=nσsbl (2-1)</p><p>　　M=M輾 +M形+M摩 (2-2)</p><p><

23、b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p>

24、<p>　　這樣得出 ： p=18.3KN約20KN；</p><p>　　F=3.8KN 約4KN；</p><p>　　P-------------------軋制力；</p><p>　　F-------------------徑向力。</p><p>　　這是最大的工件受力，而且是在工件變形最大的時候受力最大

25、，如果對此工件加工安全那么所有的工件都會安全，因此以后的所有零件的設(shè)計、校核都是按照此力計算的。</p><p>　　2.1.2輥?zhàn)拥脑O(shè)計：</p><p>　　輥?zhàn)拥耐拱记蕬?yīng)當(dāng)和工件的曲率形狀差不多，這樣才能完成工件的成型加工，但是同時輥?zhàn)拥那蕬?yīng)當(dāng)比工件的曲率大一些，這樣以抵消一部分彈性變形產(chǎn)生的形變反彈（如圖2-3）。</p><p><b>　　

26、R1<R2</b></p><p>　　圖2-3 輥?zhàn)有螤顖D</p><p>　　輥?zhàn)邮芰χ饕氖菈毫Χ殷w積很大，根據(jù)工作的狀況以及查閱資料分析，常用的軋輥材料有合金、鍛鋼、合金鑄鋼和鑄鐵等。根據(jù)我國《金屬機(jī)械材料標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定JB/ZQ4289-86標(biāo)準(zhǔn)中列出了熱軋和冷軋軋輥用鋼。熱軋為55Mn2、55Cr、60CrMNMO、60Si MnMO等。冷軋有9Cr、9CrV

27、、60CrMNV等</p><p>　　《軋鋼生產(chǎn)新技術(shù)600問》冶金工業(yè)出版社出版一書中提到“一般用于薄板、中板、中型、型鋼札機(jī)的精軋機(jī)及四輥機(jī)支撐輥為肖氏硬度為60-85的硬面輥；肖氏硬度約為85-100的特硬輥用于冷軋機(jī)?！?lt;/p><p>　　分析本畢業(yè)設(shè)計的加工過程為類似于冷軋的加工過程，并且工件為薄板形的，但是工件的厚度很薄為6mm,所以選擇輥?zhàn)佑貌牧蠜]有必要為特硬面，選用肖氏

28、硬度為60-85的鉻合金鋼既可以達(dá)到工作的要求。</p><p>　　同時考慮由于工件的高度不是唯一的，而是一系列的，所以輥?zhàn)右彩且幌盗械?。同時還要壓住輥?zhàn)?，所以還設(shè)計一些壓塊，保證完成所有工件的加工。</p><p><b>　　如圖2-4：</b></p><p><b>　　圖2-4 壓塊圖</b></p>

29、;<p><b>　　第3章 工作部分</b></p><p><b>　　3.1 方案的確定</b></p><p>　　工件是圓筒形的,而且加工過程在轉(zhuǎn)動的情況下進(jìn)行成型加工的，那么加工方式可以是工件橫著放置（臥式）也可以是工件豎著放置（立式），這是兩種不同的設(shè)計方案。如圖3-1（豎放）、圖3-2（橫放）。</p>

30、<p>　　分析以上兩種方案，第一種方案占地面積小，加緊部分空間位置合適而且簡單，但是輥?zhàn)影惭b更換很不方便，工件安裝不方便，同時夾緊機(jī)構(gòu)即不能滿足所有系列的而且實(shí)際上根本不能實(shí)現(xiàn)夾緊工作。第二種方案設(shè)計出來占地面積大并且加緊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是便于工件安裝，輥?zhàn)痈鼡Q，而且很容易完成各個系列工件的加工。綜合以上兩種方案，考慮到實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)際，這種大型工件的生產(chǎn)設(shè)備可以不太計較空間的大小，而且是大批量的生產(chǎn)，所以選定第二種方案作為本

31、畢業(yè)設(shè)計的最終方案。</p><p><b>　　圖3-1 方案1</b></p><p><b>　　圖3-2 方案2</b></p><p>　　3.2工作部分結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計：</p><p>　　3.2.1工作軸的設(shè)計：</p><p>　　圖3-3 軸受力圖<

32、/p><p>　　分析軸上所受到的力，首先受到很大的彎扭組合力，同時加工用的輥?zhàn)蛹拜S又有很大的重力（如圖3-3），這樣采用上端為深溝球軸承，下端為圓錐滾子軸承（壓力角250）。同時考慮到軸向要固定，上端采用單向推力球軸承。同時為了安裝與更 換輥?zhàn)臃奖?，軸與輥?zhàn)优浜系牡胤綖榉叫?，上邊用螺母擰緊。以下為軸的各部分校：</p><p><b>　　軸的校核：</b><

33、/p><p>　　圖3-4 工作軸彎矩扭矩圖</p><p>　　軸受到彎扭組合力加上輥?zhàn)蛹拜S自身重力產(chǎn)生的壓力，壓力對軸的安全性影響很小，故此軸只要進(jìn)行彎扭組合產(chǎn)生的應(yīng)力校核就行，而且工件要求的精度不高，變形不必考慮：如圖3-4</p><p>　　Mmax=20000X0.250=5000NM</p><p>　　Tmax=4000X0.25

34、0=1000NM</p><p>　　軸的最細(xì)端為110mm</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　W=0.1d3 wT=0.2 d3 </p><p>　　這樣求出 </p><p>　　另外一段只有彎矩而且直徑為80mm為扭轉(zhuǎn)校核</

35、p><p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　所以整根軸都是安全的。</p><p><b>　　3.軸承的校核：</b></p><p><b>　　深溝球軸承：</b></p><p>　　P=30KN C=238KN 查《機(jī)械設(shè)

36、計手冊》</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　所以軸承安全。</b></p><p><b>　　角接觸滾子軸承：</b></p><p>　　輥?zhàn)雍洼S的質(zhì)量估算為2噸=20KN</p><p>　　Fa=20KN

37、=2000N</p><p>　　Fr=10000N </p><p>　　所以 X=0.41 Y=0.87</p><p>　　P=XFr+YFa=21500N C=438KN</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>

38、;　　所以軸承安全。</b></p><p>　　以上所有的計算都是在最大的工件加工和在最大的受力情況下計算校核的，在這種情況下安全的話，那么在所有情況下應(yīng)當(dāng)都會安全，所以軸以及軸承這樣設(shè)計確定安全。</p><p>　　3.2.2 工作軸箱的設(shè)計校核：</p><p>　　軸箱完全是根據(jù)軸以及軸承的尺寸，同時考慮工作過程進(jìn)行設(shè)計。</p>

39、<p><b>　　如圖3-5:</b></p><p>　　圖3-5 工作軸箱圖</p><p>　　軸箱的徑向尺寸是根據(jù)軸承制定的，軸承已經(jīng)是安全的了，軸箱是不轉(zhuǎn)動的只受到壓力的作用，所以應(yīng)當(dāng)是安全的，而且這也只是暫時的尺寸，加上導(dǎo)軌及機(jī)床床身其他部分，尺寸應(yīng)當(dāng)比這個大許多，根據(jù)開始的設(shè)計理念，應(yīng)當(dāng)安全可靠。</p><p>

40、　　3.2.3導(dǎo)軌設(shè)計： </p><p>　　輥?zhàn)右约拜S的重量很大，而且最大的工件加工用的輥?zhàn)芋w積很大，這樣整個軸箱加上輥?zhàn)有螤钍穷^大腳輕的整體，這樣一般的機(jī)床上的定位導(dǎo)軌很不穩(wěn)定。</p><p>　　采用大寬度的燕尾槽，這樣工作過程中穩(wěn)定性好，并且加工過程中要求的精度不高，所以這樣完全可以滿足要求。同時考慮為了便于床身的加工，設(shè)計燕尾槽的不是一個整體的，而是由兩塊壓塊組成的，一邊是固

41、定的，另一邊是可以有很大的間隙調(diào)節(jié)的，這樣既方便加工又方便安裝。同時工作時便與滴入潤滑油，更加方便加工。 </p><p><b>　　如圖3-6：</b></p><p><b>　　圖3-6 導(dǎo)軌圖</b></p><p>　　固定塊是很大的鑄鐵，這樣需要校核的是固定的螺栓，現(xiàn)在選擇的是M24的長螺栓，以下是螺栓的校核

42、：</p><p><b>　　導(dǎo)軌及螺栓的校核：</b></p><p>　　在工作過程中，由于進(jìn)給方向的摩擦力相對于軋制力很小，并且受力方向與軋制力相同，所以可以忽略不計。這樣實(shí)際上在工作過程中只受到翻轉(zhuǎn)力矩，如圖3-7：</p><p><b>　　圖3-7 受力圖</b></p><p>　

43、　Mmax=20KNX0.3m=6KNm</p><p>　　其實(shí)際上三角形分布受力在處總體力之和。</p><p>　　F軌X2/3X0.426/2=Mmax </p><p><b>　　F軌=42253N</b></p><p>　　校核導(dǎo)軌螺栓受力： Fx=42253N </p><p

44、>　　Fy=42253N </p><p>　　M=8450.6NM</p><p>　?。?）確定受力最大螺栓軸向工作載荷：</p><p>　　首先確定在Fx作用下每個螺栓受到的軸向工作載荷</p><p>　　在M作用下每個螺栓受到的工作載荷</p><p><b>　　（3-5）</

45、b></p><p>　　Fmax=17604+5281=22885N</p><p>　　（2）確定螺栓的預(yù)緊力：</p><p><b>　　8f=KsPy </b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　（3-7）

46、</b></p><p>　　Py=42253N </p><p><b>　　Fp=22885N</b></p><p><b>　　f=0.15</b></p><p><b>　　Ks=1.2</b></p><p>　　計算

47、 （3-8）</p><p><b>　?。?）確定d1:</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　=360 </b></p><p>　　所以 </p&

48、gt;<p>　　所以取M24是安全的</p><p>　　根據(jù)最大工件的變形量為75mm，以及安裝工件拆卸工件的要求進(jìn)給量為變行量的3倍，選擇導(dǎo)軌的長度為為726mm，進(jìn)給的行程為300mm,這樣導(dǎo)軌就能符合工作的要求了。</p><p>　　3.2.4 工作部分床身的設(shè)計：</p><p>　　綜合以前的工作軸箱和進(jìn)給的設(shè)計尺寸，以及最大輥?zhàn)影纪?/p>

49、模的尺寸，考慮留出以后設(shè)計加緊機(jī)構(gòu)的空間，同時考慮傳動系統(tǒng)中有錐齒輪轉(zhuǎn)換方向，軸和齒輪所占的空間，軸及軸承安裝的空間，以及減速器傳入機(jī)床轉(zhuǎn)動的連軸器空間，這樣就可以設(shè)計出床身總體的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　如圖3-8：</b></p><p><b>　　圖3-8 床身圖</b></p><p>　　由于整個機(jī)床

50、的重量很大，而且考慮到震動對工件加工的影響不大，而且電機(jī)和減速器都是在外邊安裝的，所以整個機(jī)床可以直接放在工作車間里，不必固定在地面上。</p><p>　　考慮液壓缸的安裝，以及液壓回路接線接管的考慮，留出一部分空間來安裝驅(qū)動的元器件，這樣機(jī)床床身就可以設(shè)計出來了。</p><p>　　3.2.5 工作部分設(shè)計總結(jié)：</p><p>　　綜合以上的各個部分設(shè)計，

51、選擇各個部分的零件，標(biāo)準(zhǔn)件，加工件，以及參考驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，進(jìn)給液壓缸的選擇，現(xiàn)在可以把各個部分組合起來，把工作部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計出來，參看裝配圖；</p><p><b>　　如圖3-9：</b></p><p>　　圖3-9 工作部分裝配圖</p><p>　　工作的過程是先把工件放到加工的位置，然后液壓缸快速進(jìn)給，把工件夾緊。然后在加緊部分工

52、作完成后進(jìn)行成型加工，成型加工過程中液壓缸微量，同時電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動工件轉(zhuǎn)動，完成工件整周的成型加工。同時在工作過程中液壓缸、電機(jī)可以隨時暫停工作便于隨時檢查工件的加工情況。當(dāng)檢測到工件加工的尺寸達(dá)到要求時液壓缸、電動機(jī)停止工作，等到夾緊機(jī)構(gòu)松開以后，液壓缸快速退回到起始位置，這樣便是工作部分的工作過程。</p><p>　　第4章 夾緊部分設(shè)計</p><p>　　4.1 夾緊部分設(shè)計的

53、方案：</p><p>　　夾緊部分分為定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)兩部分，首先確定定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)的方法和機(jī)構(gòu)。</p><p>　　4.1.1定位機(jī)構(gòu)方案：</p><p>　　首先確定定位機(jī)構(gòu)，工件的加工過程是水平，而且要求工件在工作過程中轉(zhuǎn)動以便于整周加工均勻。這樣參照工廠里薄板卷板生產(chǎn)設(shè)備中的定位機(jī)構(gòu)，采用大平面定位方法，同時考慮到加工過程中工件要轉(zhuǎn)動，采用滾子在

54、下邊隨著工件轉(zhuǎn)動，這樣既可以滿足定位要求又可以減少摩擦。</p><p>　　4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)方案設(shè)計：</p><p>　　確定夾緊機(jī)構(gòu)的方案，首先要確定夾緊的位置，有3種選擇。</p><p><b>　　如圖4-1</b></p><p>　　圖4-1 加緊位置示意圖</p><p>　

55、　從圖上可以看出有A、B、C 3個地方可以夾緊， 在A的地方夾緊結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。但是只能實(shí)現(xiàn)工件比輥?zhàn)痈叩墓ぜ庸?，不能?shí)現(xiàn)隨意系列工件加工，而且沒有空間安裝夾緊機(jī)構(gòu)，所以這種方案不行。在B處夾緊是一種方案，這樣空間上允許，結(jié)構(gòu)更加簡單，而且可以對任意尺寸的工件夾緊，但是在這個位置夾緊對于整個工作工程根本沒有什么作用，所以這種方案也不行。在C處夾緊，兩個對稱的位置施力，這樣完全可以夾緊，而且可以滿足所有工件工作要求，而且還有足夠得空

56、間來安裝夾緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　　這樣確定夾緊部分的最終方案，定位機(jī)構(gòu)為大平面，夾緊機(jī)構(gòu)用滾子夾住。</p><p>　　4.2 夾緊部分結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計：</p><p>　　4.2.1 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　根據(jù)前面確定的方案，定位機(jī)構(gòu)采用大平面定位，根據(jù)工作部分和最小最大工件的位置確定定位機(jī)構(gòu)的大小選擇。最小的工件

57、直徑700mm，最大的工件直徑2000mm,按照最大的直徑設(shè)計確定大平面的大體面積，同時考慮到還要留出夾緊機(jī)構(gòu)位置,現(xiàn)在先設(shè)計定位用的滾子。</p><p>　　從傳動系統(tǒng)計算出來的夾緊力為2000N，在底面上最少有3個滾子同時工作，考慮工作過程中有震動以及其他的因素影響，安全系數(shù)取[S]=1.5，這樣分到每個滾子上的力為1000N，同時滾子要在工件轉(zhuǎn)動時隨著工件轉(zhuǎn)動，以減少摩擦力這樣用滾動軸承支撐滾子，這樣設(shè)計

58、出滾子的結(jié)構(gòu)；</p><p><b>　　如圖4-2：</b></p><p>　　圖24-2 定位滾子圖</p><p>　　滾子及軸承的校核：單個滾子受到的最大的力為1000N,當(dāng)滾子最危險的時候是作用力在滾子最中間的時候，那樣滾子中間受到最大的彎矩，而且變形最大。在這里變形對工件的加工影響不大，所以不用校核撓度。當(dāng)作用力作用在軸承位置時

59、，軸承受到最大力1000N，這樣是軸承最危險的時候，這樣校核軸承的安全性.</p><p><b>　　如圖4-3：</b></p><p>　　圖4-3 定位滾子受力圖</p><p>　　滾子軸的校核：軸受到彎矩和扭矩，扭矩是由于摩擦產(chǎn)生的，在整個加工過程中相對于彎矩可以忽略不考慮，所以軸的校核只進(jìn)行彎曲校核。如圖4-4</p>

60、<p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　所以滾子的軸是安全的。</p><p>　　軸承校核：最危險的時候是作用力作用在軸承上的時候力為1000N</p><p>　　P=1KN C=4.7KN fT=1.5 fC=1.2</p><p><b>　?。?-2

61、）</b></p><p>　　n=2000/50=40 </p><p>　　圖4-4 定位滾子彎扭力圖</p><p><b>　　所以說軸承絕對安全</b></p><p>　　同時支撐整個滾子軸、軸承的支架都是受到壓力，軸和軸承已經(jīng)安全了，那么支架也是安全的。連接定位機(jī)構(gòu)和定位平板的螺釘基本上不

62、受到力，所以不用校核，這樣定位機(jī)構(gòu)設(shè)計完成。</p><p>　　4.2.2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　根據(jù)先前確定夾緊機(jī)構(gòu)位置的方案，選擇夾緊位置為在兩邊的側(cè)面，這樣的夾緊位置既可以滿足工作的需要，又可以滿足不同工件的夾緊要求，同時還可以有足夠的空間來安放加緊機(jī)構(gòu)。但是考慮到有兩個夾緊位置，兩個夾緊機(jī)構(gòu)要同時到達(dá)夾緊位置同時加緊，這樣就要設(shè)計一個同步進(jìn)給機(jī)構(gòu)。采用絲杠帶動導(dǎo)塊

63、，到塊上有一根棍子，同時帶動兩個夾緊機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)軌方向進(jìn)給。設(shè)計出工作原理簡圖，如圖4-5：</p><p>　　圖4-5 夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)給圖</p><p>　　由于工件是轉(zhuǎn)動的，所以夾緊的部件也要隨著工件轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，這樣才能減少摩擦力，保證工作順利。這樣夾緊部件必須是能滾動的，所以采用圓柱形的壓緊滾子。同時要隨著工件轉(zhuǎn)動，滾子要和軸作成一體的，這樣才能同時轉(zhuǎn)動，同時軸要轉(zhuǎn)動必須有軸承來支撐

64、，采用深溝球軸承。加工的工件是一系列的，最大工件夾緊時只要移動很少的距離很小，最小的工件高度很低，夾緊時要移動很大的距離。這樣夾緊最少移動300mm以上，這樣必須采用導(dǎo)軌使加緊能夠移動，這樣夾緊滾子必須是獨(dú)立的，于是采用獨(dú)立的一個箱體來安裝滾子，</p><p><b>　　如圖4-6：</b></p><p>　　圖4-6 夾緊滾子箱體</p>&l

65、t;p>　　以下是對軸以及軸承的校核：</p><p>　　滾子軸最危險的時候是力離軸承最遠(yuǎn)端時候，夾緊力為1000N，安全系數(shù)為[3]，這樣計算載荷為3000N，這樣對軸及軸承校核。</p><p><b>　　分析受力如圖4-7</b></p><p>　　4-7 夾緊滾子受力圖</p><p><b&

66、gt;　?。?-3）</b></p><p><b>　　F=3000N </b></p><p>　　軸的校核:軸最細(xì)端為70mm ，最危險的地方是軸承的位置。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p&

67、gt;<p><b>　　所以軸是安全的。</b></p><p>　　軸承校核：上邊計算到P=10.704KN C=60KN</p><p>　　工作時溫度基本上不會升的很高，所以fT=1.0 </p><p>　　工作時有震動這樣fP=1.5</p><p>　　采用的是深溝球軸承，所以 轉(zhuǎn)動

68、速度n=2000/70=30</p><p><b>　　這樣計算出 </b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　這樣軸承絕對安全。</b></p><p>　　接下來是夾緊進(jìn)給問題，夾緊結(jié)構(gòu)以及箱已經(jīng)設(shè)計完成，那么怎樣完成夾緊的進(jìn)給

69、設(shè)計，依然參照工作部分設(shè)計的方法，采用大的燕尾槽形的結(jié)構(gòu)，用液壓缸驅(qū)動他進(jìn)行工作，這樣設(shè)計導(dǎo)軌和安裝液壓缸的位置。</p><p><b>　　如圖4-8：</b></p><p>　　在工作過程中，由于進(jìn)給方向的摩擦力相對于軋制力很小，并且受力方向與軋制力相同，所以可以忽略不計。這樣實(shí)際上在工作過程中只受到翻轉(zhuǎn)力矩。一切都是按照工作部分進(jìn)行設(shè)計的。</p>

70、;<p>　　導(dǎo)軌受到壓力，整體都是受到壓力，而且零件都是鑄鐵的，能夠承受到很大的壓力，并且夾緊零件的體積比燕尾槽的體積大多了，所以只要進(jìn)行螺栓的校核就行了。以下就是螺釘?shù)男：耍?lt;/p><p>　　圖4-8 夾緊機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌圖</p><p><b>　　F=3000N </b></p><p>　　Mmax=3KNX0.3m=9

71、00Nm=0.9KN</p><p>　　其實(shí)際上三角形分布受力在處總體力之和。</p><p>　　F軌X2/3X0.170/2=Mmax </p><p><b>　　F軌=15882N</b></p><p><b>　　校核導(dǎo)軌螺栓受力</b></p><p>　　

72、Fx=15882N </p><p>　　Fy=15882N </p><p>　　M=635.28NM</p><p>　?。?）確定受力最大螺栓軸向工作載荷。</p><p>　　首先確定在Fx作用下每個螺栓受到的軸向工作載荷</p><p>　　在M作用下每個螺栓受到的工作載荷</p>

73、<p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　Fmax=15882+620=16400N</p><p>　　（2）確定螺栓的預(yù)緊力</p><p>　　16f=KsPy </p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b&

74、gt;　?。?-8）</b></p><p>　　Py=15882N </p><p>　　Fp=16400N </p><p><b>　　f=0.15 </b></p><p><b>　　Ks=1.2</b></p><p>　　計算

75、 </p><p><b>　?。?）確定d1</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　[S]=3</b></p><p>　　所以: </p><p>　　所以取M20的螺釘是安全的。&l

76、t;/p><p>　　同時有兩個夾緊機(jī)構(gòu)要移動到工作位置，根據(jù)設(shè)計原理中采用絲杠帶動導(dǎo)向塊在工作方向進(jìn)給，導(dǎo)向塊上固定導(dǎo)向棍隨著導(dǎo)向塊一起進(jìn)給，導(dǎo)向棍帶動夾緊機(jī)構(gòu)沿著45度方向移動到要夾緊的位置。這樣夾緊機(jī)構(gòu)要沿著一個軌跡移動，還有夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)給的導(dǎo)軌設(shè)計，進(jìn)給時需要很小的力就能，所以都采用直線軸承，這樣摩擦力很小。這樣導(dǎo)軌就采用雙直線棍子，如圖4-9：</p><p>　　圖4-9 進(jìn)給導(dǎo)軌圖

77、</p><p><b>　　導(dǎo)軌校核：</b></p><p>　　夾緊機(jī)構(gòu)的重量為1.036X0.5X0.2X7.9X103=800Kg，重量對應(yīng)的重力為8000N,這樣作用在每根導(dǎo)軌上的重力為4000N,最危險的時候是在中間的時候，這時候彎矩最大，變形最大。</p><p>　　P=4000N Mmax4000X0.6=1200Nm&

78、lt;/p><p>　　導(dǎo)軌的直徑為60mm,這樣校核導(dǎo)軌的安全性能。</p><p><b>　　軸的強(qiáng)度足夠了。</b></p><p>　　撓度 （4-10）</p><p>　　x=a=0.6m p=4000N E=210Gp </p&

79、gt;<p>　　這樣算出來是3mm，工件允許的變形范圍是5mm，所以整個導(dǎo)軌系統(tǒng)都是安全的。絲杠以及導(dǎo)塊都是進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計，同時導(dǎo)軌里都是用的直線滾珠軸成，都是標(biāo)準(zhǔn)件而且受到的力很小，所以都是安全的。這樣夾緊系統(tǒng)設(shè)計完成夾緊部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p><b>　　如圖4-10</b></p><p>　　圖4-10 加緊機(jī)構(gòu)總裝圖</p>

80、;<p>　　4.2.3 夾緊部分總體設(shè)計：</p><p>　　現(xiàn)在已經(jīng)把定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計完成，以下的任務(wù)是把定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)組合起來，并且還要和工作部分組合起來成為一部完整的機(jī)床。</p><p>　　這樣采用定位機(jī)構(gòu)在上邊，把定位機(jī)構(gòu)都安裝在一塊大平板上，這樣所有的定位機(jī)構(gòu)就形成一個大的平面，把工件平放到上邊，這樣工件定位完成。夾緊機(jī)構(gòu)安裝在定位機(jī)構(gòu)的下邊，也

81、是有一個大的平板，這樣夾緊機(jī)構(gòu)和驅(qū)動夾緊機(jī)構(gòu)的絲杠、電機(jī)以及減速器都可以安裝在這個平板上。同時定位機(jī)構(gòu)的平板留出一部分空間，夾緊機(jī)構(gòu)從下邊的平板驅(qū)動，穿過定位機(jī)構(gòu)的平板在上邊完成夾緊工作。這樣夾緊部分實(shí)際上是由兩層組成的，兩層之間的支撐采用柱子樣式。</p><p><b>　　如圖4-11：</b></p><p>　　圖4-11 夾緊部分總裝圖</p>

82、<p>　　同時還要與工作臺配合完成整體的工作，這樣支撐就是兩個階梯形的圓柱柱子。下邊的階梯支撐來承受加緊部分的重量，上邊的階梯來承受定位機(jī)構(gòu)的重量。整個夾緊部分的面積很大，這樣平板的中間部分有可能會向下彎曲，這樣在中間的位置也加上支撐，這樣有5個支撐整個夾緊部分不會有向下塌陷的問題。夾緊部分和工作部分的連接采用螺釘連接，工作部分已經(jīng)固定了，加緊部分也是固定穩(wěn)定的，而且工作部分和夾緊部分的重量很大，不會再水平方向上有很大的

83、作用力，采用螺栓連接是安全的。夾緊部分的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　夾緊部分的工作方式，當(dāng)工作部分夾緊完成的時候，夾緊部分的夾緊機(jī)構(gòu)開始沿著導(dǎo)軌向工件移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)工件一定的距離時，傳感器測量到信號，便把夾緊機(jī)構(gòu)停止，然后液壓缸拉動滾子到要夾緊的位置，等到夾緊了液壓缸保持恒壓然后工作部分開始正式的工作。等到成型加工完成以后，液壓缸上升到最高位置停止不動，然后加緊機(jī)構(gòu)開始后退到最開始的位置，這樣就完成的夾緊工作的整個

84、過程。</p><p>　　第5章 設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　整個設(shè)備的工作部分和夾緊部分都已經(jīng)設(shè)計完成，這樣設(shè)備的總體設(shè)計自然水到渠成，把工作部分和夾緊部分安裝起來就是設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　如圖5-1</b></p><p><b>　　圖5-1 總裝圖</b&g

85、t;</p><p>　　第6章 控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　6.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案：</p><p>　　分析工作過程，有夾緊過程和工作過程兩部分組成，在工作部分液壓缸要實(shí)現(xiàn)快速夾緊慢速工作進(jìn)給然后快速松開，夾緊部分是2維控制的傳感器很多，這樣至少有8個被控制量而且信息量也有10個以上的信號，這樣多的檢測信息和控制量選擇PLC控制是最簡單而且相對便宜

86、的方法，所以整個控制過程選用PLC控制。</p><p>　　6.2 工作過程的分析以及流程圖：</p><p>　　工作過程是：開始時點(diǎn)擊夾緊給與信號工作部分液壓缸快速進(jìn)給，夾緊工件時輸出信號，過一小段時間夾緊部分的夾緊機(jī)構(gòu)開始進(jìn)給，到達(dá)工件一定距離時傳感器發(fā)出信號，再過一段時間夾緊機(jī)構(gòu)的液壓缸收縮，當(dāng)液壓缸夾緊輸出信號這樣夾緊工作完成；工作時點(diǎn)擊工作按鈕時電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動工件轉(zhuǎn)動，同時液壓

87、缸進(jìn)給，點(diǎn)擊暫停時，工作部分停止隨時檢查工件是否加工合格，這是工作部分；當(dāng)工件加工合乎要求時，點(diǎn)擊松開按鈕開始松開工件，先是夾緊機(jī)構(gòu)的液壓缸松開，到了最頂上的時候傳感器輸出信號液壓缸停止運(yùn)動，過一段時間夾緊機(jī)構(gòu)開始退回，到達(dá)初始位置時輸出信號停止運(yùn)動，過一段時間工作部分的液壓缸縮回到初始位置時停止工作。這是工件加工的全過程，詳細(xì)過程參看流程圖。 </p><p><b>　　如圖6-1：</b&g

88、t;</p><p><b>　　圖6-1 流程圖</b></p><p>　　6.3 PLC選型以及PLC地址分配：</p><p>　　輸入輸出信號都有10多個，那么選擇PLC為 OMR6N PLC CPM2A 20端子的型號這樣可以滿足控制的信號數(shù)量了。</p><p>　　表6-1 地址分配表</p&g

89、t;<p>　　傳感器1：工作部分夾緊時液壓回路流量開關(guān)輸出的信號。</p><p>　　傳感器2：夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)給到合適位置距離傳感器輸出的信號。</p><p>　　傳感器3：夾緊機(jī)構(gòu)液壓缸夾緊時液壓回路流量開關(guān)輸出的信號。</p><p>　　傳感器4：夾緊機(jī)構(gòu)液壓缸松開到達(dá)最頂端時液壓回路里流量開關(guān)的輸出信號。</p><p&g

90、t;　　傳感器5：夾緊機(jī)構(gòu)退回是到達(dá)初始位置距離傳感器輸出的信號。</p><p>　　傳感器6:工作部分液壓缸退回到初始位置時液壓回路里流量開關(guān)的輸出信號。</p><p>　　夾 緊 1：工作部分液壓缸快速進(jìn)給閥的控制。</p><p>　　夾 緊 2：夾緊機(jī)構(gòu)快速進(jìn)給的電機(jī)繼電器的控制。</p><p>　　夾 緊 3：夾緊機(jī)構(gòu)液壓缸夾

91、緊工件的控制。</p><p>　　工 作：工作部分液壓缸慢速高壓進(jìn)給和工作電機(jī)繼電器同時工作。</p><p>　　松 開 1：夾緊機(jī)構(gòu)液壓缸快速伸開夾緊松開液壓閥的控制。</p><p>　　松 開 2：夾緊機(jī)構(gòu)回到初始位置運(yùn)動電機(jī)繼電器控制。</p><p>　　松 開 3：工作部分液壓缸快速回到初始位置液壓閥的控制。</p&

92、gt;<p>　　6.4 PLC的程序編寫以及接線：</p><p>　　PLC的程序編寫主要是梯形圖，通過開關(guān)量來控制輸出開關(guān)量。在編寫程序時主要是最簡單的通、斷開關(guān)加上時間和計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)對整個設(shè)備的控制，既能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制又能實(shí)現(xiàn)時間上的步進(jìn)的控制量。程序參看附錄圖。</p><p>　　PLC的接線是實(shí)現(xiàn)每個信號量的回路電路，這樣就能實(shí)現(xiàn)控制了，PLC的COM端接負(fù)

93、極，PLC端子輸出的的是正電平，這樣PLC控制需要形成一個單獨(dú)的回路，這樣才能完成一個端子的控制，控制原理圖以及接線圖參考附錄圖。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過四個月的畢業(yè)設(shè)計，完成了風(fēng)機(jī)圓臺筒形零件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制設(shè)計。論文的主要研究工作如下：</p><p>　　（1）完成了工件的變形分析，通過

94、分析工件的變形計算出軋制力和徑向力，為總體設(shè)計打下基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）通過加工過程的分析，設(shè)計出工作過程中帶動輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動的軸，繼而設(shè)計出承載軸的軸箱，根據(jù)工作過程設(shè)計出導(dǎo)軌形狀，設(shè)計出工作部分得床身，綜合以上設(shè)計以及傳動系統(tǒng)設(shè)計出工作部分。</p><p>　?。?）分析工件要求的定位位置，設(shè)計出定位機(jī)構(gòu)，同時選擇夾緊位置，設(shè)計出夾緊機(jī)構(gòu)，綜合定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計出夾緊部分。

95、</p><p>　?。?）綜合工作部分和夾緊部分，將兩部分組合起來對整個設(shè)備進(jìn)行總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　?。?）對工作過程進(jìn)行分析，選擇PLC實(shí)現(xiàn)對整個設(shè)備的控制，分析各個控制量，完成PLC的地址分配以及接線，并且對工作整個過程進(jìn)行程序的編寫。</p><p>　　（6）對整個設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　本次設(shè)計的成

96、型設(shè)備大大提高生產(chǎn)效率，減輕工廠加工的工作量，將工人從繁重的工作中解脫出來，對于工業(yè)化進(jìn)程具有重大的促進(jìn)作用。通過此次設(shè)計也提高了自己的分析和設(shè)計理念，更多地掌握現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展方向。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 許廖，王淑英.電器控制與

97、PLC控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2006:1-200</p><p>　　[2] 余廣業(yè)，李景學(xué).可編程控制器原理與應(yīng)用.電子工業(yè)出版，2004:25-69</p><p>　　[3] 梁愛生，孫武煜，李玉貴，楊曉明.軋鋼生產(chǎn)新技術(shù)600問.冶金工業(yè)出版社，2003:56-85</p><p>　　[4] 《小型鋼連扎生產(chǎn)工藝與設(shè)備》編寫組 小型鋼連扎生產(chǎn)工

98、藝與設(shè)備.冶金工業(yè)出版社，2001:1-300</p><p>　　[5] 趙元國.軋鋼生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備操作與自動化控制技術(shù)實(shí)用手冊. 中國科技文化出版社，2005 </p><p>　　[6] 康永林.軋制工程學(xué).冶金工業(yè)出版社，2004:5-45</p><p>　　[7] 中國紡織大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計圖冊.上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979

99、:1-200</p><p>　　[8] 吳余澤.機(jī)械零件設(shè)計手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，2001:25-65</p><p>　　[9] 摩具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書編委會.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社， 2001:1-55</p><p>　　[10] 李少珍.機(jī)械制圖.機(jī)械工業(yè)出版社，2003:6-85</p><p>　　[11] 石

100、森森.固體潤滑技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2002:8-125</p><p>　　[12] 龐志成.液體靜壓軸承.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1988</p><p>　　[13] M.J.Usher and D.A .Keating. Sensors and Tranducers, Second Edition . London: MACHILLAN PRESS LTD . 2004<

101、/p><p>　　[14] Joseph E Shigley , Charles R Mischke . Mechanical Engineering Design .McGraw-Hill Companies , Inc . 2001</p><p>　　[15] Processding of the 44th National conference on Fluid Power ,1