机械毕业设计1531旋转式方形螺母输送机Word格式文档下载.docx
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1）输送物料：
螺母
2）装载螺母数量：
800-1000
3）配套设备：
焊接设备
螺母输送机实际是为国标螺母输送所使用的标准螺母输送设备，对于不符合标准的螺母支持不好，容易卡螺母。
当然非标的螺母一样可以输送但要求为：
螺纹孔与周边距离偏差，螺母两平面误差及螺母周边尺寸误差最大不能超过0.2mm。
对于自动化机械标准来说这已经是非常的宽松了。
除标准以外的螺母一样可以输送，也称为特殊型螺母（带法兰盘的螺母等）对这样螺母的输送一样拥有标准范围，这需要使用企业与生产企业进行技术协商。
图1-1
1.2传统螺母输送机的缺点
1
传统焊接设备的缺点
目前，在汽车制造业企业中，螺栓和螺母的焊接工作大都是采用固定式点（凸）焊机来完成的。
凸焊螺母或螺栓则一般是由操作工人用手放入工件，然后再实施焊接。
这种手工放置螺母或螺栓的操作方式存在着3大缺点：
安全性差：
大家知道，在用固定式点（凸）焊机进行螺母或螺栓的凸焊时，一般焊接时的加压力在300
kg以上。
2
生产效率低：
由于存在着安全隐患，操作人员在放置螺母或螺栓时，肯定会格外小心谨慎，这必然就会影响到生产效率。
3
无法实现自动化生产。
由此可见，这3大缺点严重地阻碍着现代汽车及零部件制造行业中实现安全、高效及自动化生产的要求，迫切需要有相关的产品和解决方案来解决这些实际问题。
4
应用范围及特点
为解决传统焊接设备的不足，江阴豪精焊接设备有限公司开发出了系列的适合于自动化生产的产品，为用户提供了最佳的解决方案。
现分别来认识一下其“庐山真面目”。
1.3现行螺母输送机存在的不足及国内外现状
当前的螺母输送机存在以下几个缺点：
不能实现螺母的自动计数；
无法保证在软管和输送前端之间只有一个螺母；
当输送前端无螺母对，不能停止电焊机的动作。
另外，当前的螺母输送机采用传统的继电器装置来进行控制，存在着所用继电器的数量多、体积大、线路庞杂、可靠性差、检修困难等缺点。
关于螺母输送机，比较成熟的有中国的深利昌（SLC），韩国的chowell，日本的矢岛（在中国叫电溶机电），德国的KWOLL，美国的welpart，其中国产的螺母输送机价格相比国外的较为低廉，且质量、稳定性等方面与外国牌子有得一拼，而且某些关键部件方面还比进口的牌子要好，推荐选用国产的。
1.4螺母输送机的组成
组成：
机身、振动盘、输送枪体、输送管（料管），分配器，气缸及控制器（包括程序）等所组成。
料斗
约有800-1000个左右的螺母可预放在料斗中，随着料斗里圆盘的转动而被带入筛选机构的入口处。
圆盘做工的低速旋转运动是由电动机通过减速机构来实现的。
考虑到万一转盘被异物强行卡住将会导致机械零件受损的情况，该机构特设有安全装置，可使转盘与减速机构暂时脱离，当故障排除后便能自动恢复工作。
筛选机构
焊接螺母上一般有3~4个凸点，在焊接时，螺母上的凸点应朝向被焊工件，这就对输送到工件上的螺母有方向上的要求。
筛选机构就是对螺母的方向进行筛选的，经过适当的调整后，只有方向正确的螺母可以通过筛选机构，而方向不正确的螺母则继续向前运动重新回到料斗中。
储存通道
方向正确的螺母在通过筛选机构后，便进入储存通道依次排队。
当达到一定数量后，有一检测装置便会发出信号，使电要暂停工作；
而当螺母数量不够时，电机又能自动运行，继续使料斗向存储通道提供方向正确的螺母。
在工作时，每启动一次，储存通道便会释放出一个螺母进入输送装置。
输送装置
该装置通过一个万能支架，安装在固定式点（凸）焊机上，其安装角度和位置可任意进行调整，以适应各种形状的工件。
从储存通道出来的螺母，经过一个柔性软管由压缩空气送入输送装置，螺母则被一输送轴快速顶出而准确地送到工件上。
控制系统
螺母被输送到工件上全过程的各个动作，均由控制系统进行顺序控制，且各动作间的时间还能够做适当调整，以满足客户的特殊需要。
在进行设备调试时，可用控制面板上的各按钮对各动作进行单独调试，还可通过选择开关来选择是和固定点焊机连动，还是让固定点焊机单独工作。
1.5螺母输送机的工作原理
螺母输送机中，筛选机构是重点，其原理是：
螺母在料斗中跟随沟槽作旋转运动，在沟槽料斗中基本排成我们所需要的方向，但也有某些不合要求。
由于前面选择的是沟槽式料斗，而凸焊螺母如果四个凸点朝下就会比四个凸点朝上的螺母高度要矮一些。
我们在出料口设一适当高度的挡板，经过适当的调整后，只有靠近挡板侧且方向正确的螺母可以通过筛选机构，一旦遇到方向不正确的螺母则电机继续向前运动，螺母回到料斗中重新进行筛选。
1.6螺母输送机的动作分析
螺母输送机的动作分为两部分。
即螺母筛选及预存和螺母输送：
螺母筛选及预存分为四个步骤，如下所示：
（1）启动料斗工作电机．料斗转动，螺母通过筛选机构进入L形通道。
（2）储存通道中螺母数量判断（电感式接近开关lsO）：
该电感式接近开关有两方面的作用。
若储存通道已满，则接通电磁气阀1YA，从侧面向螺母吹气．将进入L形通道中的螺母吹出预送导轨：
否则，进人U形储存通道。
若储存通道未满，且is内无螺母通过电感式接近开关1SQ，说明料斗当前槽中无螺母或首个螺母方向反向，则给出信号．使步进电机的驱动信号作用，驱动电机转过一角度，从下一条槽中输人螺母。
（3）u形储存通道中螺母数量判断（电感式接近开关2SQ）=若储存通道中的螺母数量小于一定值，说明料斗中螺母数量太少．则发出报警信号（指示灯【L】）由操作人员进行处理：
若1rain内，报警信号没有消除，则关闭螺母输送机（接触器KM）。
（4）对螺母进行正反方向判断（电感式接近开关3sQ）。
在筛选机构处已对螺母进行正反方向判断，但为了确保方向正确，在储存通道出口处再进行一次正反判断若反向，则发出报警信号（指示灯2L），由操作人员作出相应处理。
螺母的输送过程如下所示：
（1）输送通道前端螺母有无判断（电感式接近开关4SQ）。
若输送通道前端有螺母，且接收到焊接启动信号时，则电磁气阗7YA动作，输送气缸活塞前伸。
若输送通道前端无螺母，而接收到焊接启动信号时，则执行第5步、6步后，7YA动作。
（2）活塞运行到下限位时（磁感应接近开关6SQ），电磁气阀7YA关闭，延时0．1s使螺母掉在定位销上后，电磁气阀8YA打开，活塞复位。
（3）PLC计数一次。
当已焊接螺母数量达到单件螺母个数时，发出计数器复位信号（指示灯3L）。
当按下复位按钮时，焊接工件数量加1，同时PLC重新开始计数。
当复位按钮未按下时，焊机不工作。
在此处，设一开关2K．只有当开关按下时，PLC才计数。
这样，能避免出现意外（如螺母未掉在定位销上）时，计数器重复计数。
（4）活塞运行到上限位时（磁感应接近开关5SQ），关闭电磁气阀8YA。
输出一高电平信号给点焊机，表示可开始焊接螺母。
（5）当接收到输送气缸活塞复位的信号时（磁感应接近开关5SQ），电磁气阀2YA动作，气缸2活塞复位，释放一个螺母。
延时0．1s，电磁气阀3YA动作，气缸2活塞伸出；
同时，电磁气阀4YA动作，气缸1活塞复位，释放一个螺母进入储存通道底部，等待进入输送通道。
延时0．1s。
电磁气阀5YA动作，气缸1活塞伸出。
（6）电磁气阀6YA接通，使螺母送到输送通道前端。
第二章总体方案的设计
2.1输送对象的介绍
首先我们在设计之前对螺母输送机所输送的对象进行分析，有所了解后才能有的放矢地一步一步地进行设计。
本螺母输送机输送的是方形凸焊螺母，其型号是M6。
但是它有两种不同地类型，即A型和B型，如下图所示。
对输送对象介绍完了，我们再来进行后面的设计。
本系统中所用的螺母为B型，M6型螺母的基本尺寸如下：
D=6mm
Dc＝11mm
Ds＝10mm
h1＝2mm
m＝5mm
δ＝2mm
2.2设计方案分析
方形凸焊螺母的形状比较怪异，用普通的输送方法似乎不太现实，而且焊机对螺母在方向上也有要求，即需要对螺母的方向进行筛选。
在形状上，螺母有4个凸点，于是选择沟槽式料斗。
沟槽式料斗在输送的过程中是不间断运行的，故而选择步进电机作为执行元件。
由于螺母要求准确定位到工件的表面，则螺母到达工件表面时的速度要很小，如果速度很大则螺母由于惯性就会飞溅出去。
这就要求输送有急速缓冲功能。
2.3工作原理
螺母输送机的工作要求：
方形凸焊螺母上一般有4个凸点，在焊接时，螺母上的凸点应朝向被焊接工件，这就对输送到工件上的螺母有方向上的要求。
筛选机构就是对螺母的方向进行筛选的。
筛选机构对螺母在方向上进行了筛选后，我们只要剔除掉筛选出来的方向不正确的螺母就行了。
旋转式筛选机构的工作过程:
方向正确的螺母储存在储存通道中，等到焊机发出信号后，则释放气缸放出一个螺母，经过吹气口的吹气，将螺母运送到输送气缸所处的位置，然后输送气缸将螺母准确地定位在工件表面上。
2.4振动式和旋转式的比较
前面已经讲过，本设计主要是对旋转式螺母输送机的研究，为了更加深刻地认识螺母输送机，在整体上我们对旋转式螺母输送机和振动式螺母输送机进行比较。
振动式筛选的工作过程（其原理图如下）：
振动式筛选机构采用的是振动式料斗，其为一种典型的自动上料装置，其料斗为筒形，料斗内设有螺旋上升的轨道，当料斗下面的振动器开始振动后，料斗里的螺母便沿着螺旋轨道依次向前运行。
螺母在轨道上的位置形状是任意的，在前进过程中，筛选机构将运行位置不符合要求且凸点朝下的螺母一一排除掉，最终到达出口的螺母当然便是方向正确的螺母。
图2-1振动式输送装置
旋转式输送机与振动式输送机的比较：
一般情况下，振动式料斗中的毛坯的定向装置较其它形式的都要简单，同时毛坯也不会受到挤压而损伤，工作安全可靠便于通用化和标准化，因而在各种中小型自动线和单机自动化中应用广泛。
如果用于螺母输送，其主要用于三凸点螺母。
旋转式螺母输送机与振动式螺母输送机的性能基本相同，两者都能达到输送螺母的目的，但振动式螺母输送机有一个无法避免缺点是：
在振动时会发出振动的声音，而旋转式螺母输送机则无此缺点。
第三章机械系统的设计
3.1螺母输送机的机械结构
旋转式螺母输送机主要由机械系统、控制系统、气动系统三大部分组成。
机械系统和气动系统主要完成螺母的筛选和运输。
控制系统主要完成机械动作的控制以及各动作的协调和安全防护措施。
其组成方框图如下所示：
图3-2螺母输送机的组成方框图
3.2电机驱动方案的确定
在电动机的选择上有两种方案。
方案一：
用伺服电机带动。
伺服电机在控制系统中用作执行元件将电信号转换为轴上的转角或转速，当有控制信号输入时，伺服电机就转动；
没有控制信号输入，则停止转动。
改变控制电压的大小和相位，就可改变伺服电动机的转速和转向。
它与普通电机比较有如下特点：
（1）调速范围宽广，转速随控制电压改变，能在宽广范围内连续调节；
（2）转子惯性小。
能实现迅速启动、停转；
（3）控制功率小，过载能力强可靠性好
方案二：
用步进电机带动。
步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。
每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度。
这个角度称为步距角。
脉冲一个一个的输入，电动机便一步一步转动，它的位移量与输入的脉冲数严格成正比。
步进电机广泛应用于数字控制系统中。
本系统螺母输送机的料斗在运行的过程中是不连续运动的，当它前进一步时，即便停下一定的时间，等待料斗槽中的螺母掉入到储存通道中，当传感器检测到槽中的螺母已经完全掉入储存通道时则发送信号让电机重新动作，即进入下一个动作循环。
如果采用伺服电机，那么只能利用它的准确启停特性，每隔转角θ，伺服电机停一下等待螺母的掉入。
这样的话工作效率肯定就低，而且电机将频繁的启动和停止，大大减少机械寿命，累积误差也很大。
而采用步进电机只需记录脉冲数便可计算出工件的旋转角度θ，便可连续运输螺母而不需频繁地启动和停止。
同功率地电机，在价格上步进电机也有优势。
综上所述，在本系统中采用步进作执行元件。
3.3步进电机的选择
螺母输送机在运行的过程中，只需带动料斗和其中的螺母运转，所需的功率和转矩不大。
螺母的料斗中约有1000个螺母粗略估计每个螺母重5ɡ，则螺母的总重量为：
m＝1000×
5＝5㎏。
料斗的半径为160mm，而钢与钢的静摩擦系数为0.15，故T=0.15×
5×
0.160×
10=1.2N·
M，考虑到传动比为3，则电机静转矩大约为1/3即0.4N·
M，考虑到料斗本身的重量及其它额外的因素，我选用2.5N·
M的步进电机。
螺母输送机在输送的过程中，停止的时候，料斗不能有转动。
一旦有转动，则料斗中的沟槽不能对准储存通道，则妨碍机器的正常运转。
反应式步进电机是我国步进电机发展的主要类型，具有较好的技术性能指标。
但是它断电后无定位转矩，使用中需自锁定位。
由于反应式的步进电机无定位转矩，需要自锁才能定位，而混合式步进电机则不需要自锁就能定位，它似乎是反应式的和永磁式步进电机的结合，它能够做成和反应式步进电机一样的小步距角，又具有永磁式控制功率小的特点。
而且断电后具有一定的定位转矩。
综上所述，查资料选定步进电机的型号为86BYG250A,其主要参数如下：
表4-186BYG250A号步进电机系统参数
驱动电压
AC220V
重量
3Kg
最大静转矩
4N·
M
电动机的轴径
Фd＝12mm
最大空载启动速度
270r/min
线电流
2.1A
其形状及基本安装尺寸如图所示：
第四章传动方案的确定与设计
在本方案的设计过程中，我发现如果要达到螺母输送机的输送要求，在料斗的中央设一挡块，而在正中央设一输送管道作为料斗中螺母的出口处，这就要求中央的挡块和输送管道都静止不动。
在一般的情况下，我们都是利用了轴承的内圈转动而固定轴承的外圈，在这种情况下，我利用了轴承的外圈运动，而让轴承的内圈固定，以便能够使挡块和输送管道固定在它的上面已达到设计要求。
减速装置的选择：
我们常见的减速装置有带传动、链传动、和齿轮传动等几种减速结构。
由于本装置要求精确定位，故不能选择带传动。
齿轮传动和链传动都能满足要求，但是，与齿轮传动的比较：
链传动的制造精度和安装精度要求较低，成本低廉。
故而选择链传动。
4.1链传动的特点
链传动是一种应用较为广泛的机械传动，它是由链条和主、从动轮所组成，链轮上制有特殊的齿，依靠链轮和链齿和链节的啮合来传递运动和动力。
链传动是属于带有中间性件的啮合运动。
与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象。
因而能保持准确的平均传动比，传动效率高。
又因链条不要象带那样张得很紧，所以作用于轴上得径向压力较小；
在同样得使用条件下，链传动得结构紧凑。
同时链传动能在高温及速度较低得情况下工作。
主要缺点：
在两根平行轴间只能用于同向回转间的传动；
运转时不能保持恒定的瞬时传动比；
磨损后易发生跳齿；
工作时有噪声；
不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。
4.2链传动的设计
由于螺母输送机与其配套的固定式点焊机的工作效率要求是30~40个螺母每分钟，既要求螺母输送机每分钟输送30个以上的螺母。
而料斗中每条沟槽中能存有9的个螺母，假设每道沟槽的有效螺母数量平均为4个，即在一分钟内料斗至少要前进8个沟槽所占据的角度。
预计料斗开20道槽，每个沟槽转到下一个沟槽需要转过18°
，即至少要转过142°
。
根据以上的数据，步进电机的转速是270转/分，故其都能满足工作要求。
4.2.1传动比的确定
由于在速度上并无其它要求，故传动比可一任意确定。
料斗的转动速度主要有控制部分控制脉冲信号来确定。
链传动的传动比i≦7，最佳时i=2～3.5。
但低速时传动比可达到10。
本系统属于低速系统，参考其它条件，选定传动比为i＝3。
4.2.2小、大齿轮齿数（Z1）的确定
一般情况下，小链轮齿数Z1少，可减小外廓尺寸，但齿数少，会增加运动的不均匀性和动载荷；
链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，链传动圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。
Z1越大，链条的总拉力下降，多边形效应减小，磨损小，但结构重量增加。
链轮的最少齿数为9，一般Z1≥17。
根据下表，本设计中取
表4-2链条齿数选取表
链速（m/s）
低速
v≦0.6
中速
v=0.6～8
中高速
v≧8
高速
v≧25
Z1
≧12～15
≧17～19
≧19～35
≧35
Z1=17，则
Z2=iZ1=17×
3=51
实际传动比
＝Z2/Z1=3
由于传动比存在相对误差
则齿轮齿数选择合理
4.2.3传递功率及计算功率
P=2πnM÷
60=245.34W
M=8.68
n=270
1.8°
步距角脉冲频率40hz
Pac=KaKzP/Kp
其中Ka为工矿系数，查表9-6为Ka=1
Kz为主动链轮齿数系数Kz=1.2
Kp为多排链系数，Kp=1
P为传递功率，P=0.245KW
由此计算得Pac=0.294KW
由Pac=0.294KWn1=270r/min
由《机械设计》图9-11，选定05B的滚子链
其节距p=8
链号
节距p/mm
排距p1/mm
滚子外径d1/mm
内链节链宽b1/mm
销轴直径d2/mm
内链板高度h2/mm
极限拉伸载荷（单排）Q/N
每米质量（单排）q/（kg/m）
05B
06B
08A
08B
10A
12A
16A
20A
24A
28A
32A
40A
48A
8.00
9.525
12.70
15.875
19.05
25.40
31.75
38.10
44.45
50.80
63.50
76.20
5.64
10.24
14.38
13.92
18.11
22.78
29.29
35.76
45.44
48.87
58.55
71.55
87.93
5.00
6.35
7.95
8.51
10.16
11.91
15.88
22.23
28.58
39.68
47.63
3.00
5.72
7.85
7.75
9.40
12.57
15.75
18.90
25.22
31.55
37.85
47.35
2.31
3.28
3.96
4.45
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