TK型弹簧开关的自动贴胶机设计[全套机械毕业设计含图纸].rarTK型弹簧开关的自动贴胶机设计[全套机械毕业设计含图纸].rar

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编号:20190918064409201885    类型:共享资源    大小:8.44MB    格式:RAR    上传时间:2019-09-18
  
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全套机械毕业设计含图纸 TK 弹簧 开关 自动 贴胶机 设计 全套 机械 毕业设计 图纸

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XXXX 大学 本科毕业设计(论文) 题目:TK 型弹簧开关的自动贴胶机设计 系 别: 机电信息系 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 1230203 学 生: XXXX 学 号: 123020330 指导教师: XXXX 2011 年 05 月 毕业设计(论文)任务书 系别 机电信息系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 1230203 姓名 XXXX 学号 123020330 1.毕业设计(论文)题目: TK 型弹簧开关的自动贴胶机设计 2.题目背景和意义:弹簧开关在工业产品中得到广泛应用,而对产品进行手动贴标耗费的 人力和时间都较多,甚至会影响产品的交货期。而本课题的提出就是为了解决产能不足的 问题。该机台的产能可达每小时 1K 以上,可以全天工作,正常运转的情况下每可完成 20K 以上,相当于 4 到 6 个手工操作人员的日产能。 本次通过这一具体的设计旨在锻炼学生的实际操作能力,学会运用一些基本原理、技术 和方法解决实际工作中的问题,在整体上培养学生着眼全局,逐步细化,独立思考和创新的能 力,克服设计中种种困难,全面了解贴胶机构设计的基本则、方法。提高自己的分析能力、 理论与实际相结合和自学的能力。并能较为熟练的使用 AutoCAD 软件进行设计,提高自己的 绘图能力,为今后从事设计工作打下坚实的基础。 3.设计(论文) 的主要内容(理工科含技术指标):Tk 型弹簧贴标机技术指标要求如下:底 座的长宽均为 5mm,胶带的宽度为 4.95mm,切下的胶带长度一般为 4.60mm。要求:胶带左右 不能超出底座 0.05mm(单边 2.5mm),切断前后不能露出弹片,胶带不能有毛边。 该机构采用步进电机带动滚珠丝杠螺母副配和齿轮齿条和单向轴承实现高精度定长的 材料移送,是整个贴胶机的核心部分。 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点): (1) 1-2 周 资料,搜集于课题相关信息,完成开题报告 (2) 3-6 周 结开题中问题并解决之。然后进行方案设计,绘制装配图,成外文翻译 ,准 备中期答辩。 (3) 7-9 周 完成全部技术设计,绘制零件图并对装配图进行修改。 (4) 10-11 周 撰写毕业论文,检查所有的文字及技术资料。 (5) 12 周 答辩前准备。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 ①、实验(时数)或实习(天数): 上机 100 小时以上 ②、论文(字数): 1.5 万字以上 ③、图纸(幅面和张数): 完成至少折合三张 A0 图纸,其中至少有一张 A0 图纸 ④、外文翻译(字数):一篇且不少于 3000 字 ⑤、参考文献(篇数):中文不少于 15 篇,外文不少于 3 篇 负责指导教师: 指 导 教 师: 接受设计论文任务并开始执行日期: 学生签名: 说明:本表一式三份。一份同课题申报审核表交院(系)存档,一份交学生,一份教 师自留。 I TK 型弹簧开关的自动贴胶机设计 摘 要 当前,电子产品随着新技术、新材料、新工艺的不断出现和应用,有着向微 小型化和高精度化发展的趋势。现在,国外微电路的制造已普遍采用了 0.8~1.0 纳米技术,国内也已经达到 2~3 纳米水平。在电子工业日趋激烈的竞 争中,谁的产品质量稳定、供货及时,谁就能在竞争中脱颖而出。 自动贴胶机的设计就是为了提高产量,并保证质量要求而提出的。该套设 备主要应用于自动生产线上,主要动作是通过可编程控制器配合几种传感器来 控制一系列气缸来完成动作的。该设备就是气压传动的在实际应用中的一个典 型范例。整个自动生产线的设备由放料机、贴胶机、测试机、成型包装机组成, 其中贴胶机正是整条自动线的核心,而贴胶机构则是贴胶机的核心部件。整个 贴胶机构是由一个步进电机通过皮带传动来带动滚珠丝杠螺母副拨动齿条,使齿 轮轴转动。齿轮轴上装有一个单向轴承,通过单向轴承来限定齿轮轴只能向一 个方向转动,再与其它的两个单向轴承配合实现单向定长送料。 关键词:步进电机;滚珠丝杠螺母副;单向轴承;可编程控制器 II The automatic adhesive machine design of TK Spring switch Abstract At present, electronic products with new technologies, new materials, new technology and emerging applications, have to micro and small and the development trend of high-precision. Now, foreign micro-circuit manufacturing has generally been used by 0.8 to 1.0 nanometer technology, China has already reached 2 to 3 nanometer level. In the electronics industry increasingly fierce competition, whose product quality and timely supply, who will be able to come to the fore in the competition. The design of automatic adhesive is to increase production and quality assurance requirements by copies of the major equipment moves through the PLC with several sensors to control a series of moves to complete the cylinder. The device is the pressure in the transmission of practical applications in a typical example. The equipment from discharge machines, plastic stickers machines, test machines, packaging machines molding, composed of gum paste the entire machine is the core of the automatic line, and paste the plastic body is affixed plastic components of the core. Gum paste the entire body by a stepper motor to drive through the belt driven ball screw nut Vice Boding rack so that the gear shaft rotation. Gear shaft equipped with a one-way bearing, through one-way gear shaft bearings to qualify only one direction to the rotation, with the other two one-way bearing with one-way to achieve the long feed. Key Words:Stepper motor;Vice ball screw nut; One-way bearing;PLC 目 录 1 绪论 1 III 1.1 前言 .1 1.2 课题背景 6 1.3 主要研究内容 7 2 产品简介 .8 3 设计方案的拟定 .9 3.1 本文主要研究内容 .9 3.2 对机器功能的分析 .9 3.3 方案的提出 .9 3.4 对方案的评价、决策 .11 3.4.1 技术分析 .11 3.4.2 经济分析 .12 3.4.3 劳动保护和环境保护分析 .12 3.4.4 可靠性分析 .12 3.4.5 方案决策 .12 4 技术设计 .14 4.1 传动部分的设计 14 4.1.1 步进电机的选择 14 4.1.2 步进电机的一些基本参数 .15 4.1.3 步进电机的一些特点 16 4.1.4 步进电机动态指标及术语 .16 4.1.5 滚珠丝杠螺母副的选择 17 4.1.6 齿轮齿条的设计 18 4.2 机械手的设计 19 4.3 胶带剥离机构的设计 .20 4.4 气缸的选用 .20 4.5 控制部件的选用 21 5 对设计结果的分析和评价 23 5.1 功能分析 23 IV 5.2 经济分析 23 5.3 劳动保护和环境保护 .24 6 结束语 25 致 谢 26 参考文献 27 毕业设计(论文)知识产权声明 .28 毕业设计(论文)独创性声明 29 主要符号表 V CR----------------------产品阻值 T----------------------时间 ρ----------------------密度 m -------------------质量 V---------------------体积 χ---------------------湿空气的绝对湿度 χb ---------------------饱和绝对湿度 φ-------------------该温度下相对湿度 A---------------------受力部位的横截面积 h---------------------高度尺寸 t----------------------厚度尺寸 Φmax----------------外圆最大直径 Φmin-----------------外圆最小直径 R-------------------------圆孔的半径 F----------------------受力表示 P----------------------工作时所受的压强 f ----------------------工件运动时的摩擦阻力 ∆----------------------零件表面光洁度 δ-----------------------断面收缩率 1 绪论 1 1 绪论 1.1 前言 空气在我们的生活中无处不在,最常见,但却是我们生活所必需的。同样 在工业生产中,它也发挥着巨大的作用。特别是在转动上,气压传动也是一种 常见而重要的传动方式。本课题研究的自动贴胶机所在的自动生产线主要的动 作大多数就是采用气压传动来实现的。 气压传动简称气动,是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号, 控制和驱动各种机械和设备,以实现生产过程机械自动化的一门技术。它是流 体传动及控制学科的一个重要分支,因为以压缩空气为工作介质,具有防火、 防爆、防电磁干扰、抗振动、冲击、辐射,无污染,结构简单,工作可靠等特 点,所以气动技术与液压,机械、电气和电子技术一起,互相补充,已发展成 为实现生产过程自动化的一个重要手段,在机械工业、轻纺食品工业、化工、 交通运输、航空航天、国防建设等各个部门已得到广泛的应用。 与其它传动方式相比,气压传动有其独到之处。其主要优点表述如下: a.空气随处可取,取之不尽,节省了购买、贮存、运输介质的费用和麻烦; 用后的空气直接排入大气,对环境无污染,处理方便,不必设置回收管路,因 而也不存在介质变质、补充和更换等问题。 b.因空气粘度小(约为液压油的万分之一),在管内流动阻力小,压力损 失小,便于集中供气和远距离输送。即使有泄漏,也不会像液压油一修养污染 环境。 c.与液压相比,气动反应更快,动作迅速,维护简单,管路不易堵塞。 d.气动元件结构简单,制造容易,适于标准化、系列化、通用化。 e.气动系统对工作环境适应性好,特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐 射、振动等劣工作环境中工作时,安全可靠性优于液压、电子和电气系统。 f.空气具有可压缩性,使气动系统能够实现过载自动保护,也便于贮气罐 存能量,以备急需。 g.排气时气体因膨胀而温度降低,因而气动设备可以自动降温,长期运行 也不会发生过热现象。 事物的存在都是矛盾的,有好的一面就必然有不足之处。同样,气压传动 在具有上述优点的同时,其缺点也很明显。具体表现在以下几个方面: 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 2 a.空气具有可压缩性,当载荷变化时,气动系统的动作稳定性差,但可以 采用气液联动装置决此问题。 b.工作压力较低(一般为 0.4-0.8MPa),又因结构尺寸不宜过大,因而输 出功率较小。 c.气信号传递的速度比光、电子速度慢周而复始不宜用于要求高传递速度 的复杂回路中,但对一般机械设备,气动信号的传递速度是能够满足要求的。 d.排气噪声大需加消声器。 气动与其它几种传动控制方式的性能比较见表 1.1。 表 1.1 几种传动控制方式性能比较表 比较项目 传动控制方 式 操 作 力 动 作 快 慢 环境 要求 构 造 负载变 化影响 远距 离 操纵 无级 调速 工作 寿命 维护 价格 气动 中 等 较 快 适应 性好 简 单 较大 中距 离 较好 长 一般 便宜流体 液压 最 大 较 慢 不怕 振动 复 杂 有一些 短距 离 良好 一般 要求 高 稍贵 电气 中 等 快 要求 高 稍 复 杂 几乎没有 远距 离 良好 较短 要求 较高 稍贵电 电子 最 小 最 快 要求 特高 最 复 杂 没有 远距 离 良好 短 要求 更高 很贵 机械 较 大 一 般 一般 一 般 没有 短距 离 较困 难 一般 简单 一般 典型的气压传动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四 个部分组成,其各组成部分的结构及其功用如下: a.气压发生装置 气压发生装置简称气源装置,是获得压缩空气的能源装置,其主体部分是 空气压缩机,加外还有气源净化设备。空气压缩机将原动机供给的机械能转化 为空气的压力能;而气动设备较多的厂矿常将气源装置集中在压气站(俗称空 压站)内,由压气站再统一向各用气(分厂、车间和用气设备等)分配供就压 缩空气。 b.执行元件 执行元件是以压缩空气为工作介质,并将压缩空气的压力能转变为机械能 的能量转换装置。包括作直线往复运动的气缸,作连续回转运动的气马达和作 不连续运动的摆动马达等。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 3 c.控制元件 控制元件又称操纵、运算、检测元件,是用来控制压缩空气流的压力、流 量和流动方向等,以便合执行机构完成预定运动规律的元件。包括各种压力阀、 方向阀,流量阀,逻辑元件、射流元件、行程阀、转换器和传感器等。 d.辅助元件 辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接所需要的一些装 置。包括分水滤气哭、油雾器以及各种管路附件等。 要更深入的了解气动的相关知识就必然会涉及到气动中最基本的组成部分 即系统的介质—空气。关于空气的基本性质,因为不是本文的重点,所以只做 简单的论述。 空气由多种气体混合而成。其主要成分是氮和氧,其次是氩和少量的二氧 化碳及其它气体。空气可分为干空气和湿空气两种形态,以是否含水蒸汽为区 分标志;不含有水蒸汽的空气称为干空气,含有水蒸气的空气称为湿空气。 a.空气的性质 (1)空气的密度; 单位体积内空气的质量,称为空气的密度,以 ρ 表示,即 ρ=m/v (2)空气的粘性; 空气粘性受压力变化的影响极小,通常可忽略。空气粘性随温度变化,温 度升高,粘性增加;反之亦然。粘度阻塞温度的变化如表 1.2 所示。 表 1.2 空气的运动粘度与温度的关系(一个大气压时) t/℃ 0 5 10 20 30 40 60 80 100 v/㎡ .s-1 0.000 0133 0.000 0142 0.000 0147 0.000 0157 0.000 0166 0.000 0176 0.000 0196 0.000 021 0.000 0238 (3)气体的易变特性; 气体的体积受压力和温度变化的影响极大,与液体和固体相比较,气体的 体积是易变的,称为气体易变特性。例如,液压油在一定的温度下,工作压力 为 0.2Mpa,若压力增加 0.1Mpa 时,体积将减少 1/20000;而空气压力增加 0.1Mpa 时, 体积减少 1/2,空气和液压油体积变化相差 10000 倍。 湿度的表示方法有两种:绝对湿度和相对湿度。 1)绝对湿度; 单位体积的湿空气中所含水蒸汽的质量,称为湿空气的绝对湿度,用 χ 表示,即 χ=Ms/V (kg/ m3) 或由气体状态方程导出 χ=Ps/(RsT)= ρs (kg/ m3) 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 4 式中,Ms 湿空气中水蒸汽的质量( kg);V 为湿空气的体积( m3);Ps 为水蒸汽的分压力(Pa); T 为绝对湿度(K);ρs 为水蒸汽的密度(kg/ m3);Rs 为水蒸汽的气体常数,Rs=462.05[J/(kg﹒K)]. 2)饱和绝对湿度; 湿空气中水蒸汽的分压力达到该温度下水蒸汽的饱和压力,则此时的绝对湿 度称为饱和绝对湿度,用 χ b 表示,即 χb =Pb(RsT)=ρb ( kg/ m3) 式中,Pb 为饱和湿空气中水蒸汽的分压力(Pa); 为饱和湿空气中水蒸汽的 密度㎏/ m3 3)相对温度; 在一定温度和压力下,绝对温度和饱和绝对温度之比称为该温度下相对温 度,用 φ 来表示,即 φ=χ/χb×100%= Ps/ Pb×100% 或中,χ 为绝对温度(kg/ m3);χb 为饱和绝对温度(kg/ m3);Ps 为水 蒸汽的分压力(Pa);Pb 为饱和水蒸汽的分压力( Pa)。 空气绝对干燥时,Ps=0, φ=0; 空气达到饱和时,Ps= Pb,φ=100%; 湿空气的 φ 值在 0-100%之间变化,通常空气的?值在 60%—70%范围内人 体感到舒适,气动技术规定各种阀的相对温度不得超过 90%—95%。 (2).含湿量; 含湿量分为质量湿量和容积含量两种。 1) 质量含湿量; 单位质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量,称为质量含湿量,用 d 表示, 即 d=ms/mg 式中,ms 为水蒸气(kg ;m g 为干空气质量(kg) 2) 容积含湿量; 单位体积的干空气中所混合的水蒸汽的质量,称为容积含湿量,用 d′表 示,即 d′ =ms/Vg=dmg/ Vg=dρ 式中,ρ 为干空气的密度(kg/ m3)。 空气中水蒸汽的含水量是随温度而变的。当气湿下降时,水蒸汽的含量下 降;当气湿升高时,其含量增加。若要减少进入气动设备中空气的水分,必须 降低空气的温度。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 5 表 1.3 为在大气压力作用下,饱和空气作用下,饱和空气中水蒸汽含量与 温度的关系; 表 1.3 含湿量与湿度的关系 温度 /℃ 饱和水蒸 汽分压力 Pb/ MPa 容积含湿 量 d′/ ( kg/ m3) 温度 /℃ 饱和水蒸 汽分压力 Pb/ MPa 容积含湿 量 d′/ ( kg/ m3) 100 0.1013 0.597 21 0.0025 0.0183 80 0.0473 0.2929 20 0.0023 0.0173 70 0.0312 0.1979 19 0.0022 0.0163 60 0.0199 0.1301 18 0.0021 0.0154 50 0.0123 0.0832 17 0.0019 0.0145 40 0.0074 0.0512 16 0.0018 0.0137 39 0.0070 0.0488 15 0.0017 0.0128 38 0.0066 0.0463 14 0.0016 0.0121 37 0.0063 0.044 13 0.0015 0.0114 36 0.0059 0.0418 12 0.0014 0.0107 35 0.0056 0.0396 11 0.0013 0.010 34 0.0053 0.0376 10 0.0012 0.0094 33 0.005 0.0357 8 0.0011 0.00837 32 0.0048 0.0338 6 0.0009 0.0073 31 0.0045 0.032 4 0.0008 0.0064 30 0.0042 0.0304 2 0.0007 0.0056 29 0.0040 0.0287 0 0.0006 0.00485 28 0.0038 0.0272 -2 0.0005 0.00423 27 0.0036 0.0258 -4 0.0004 0.0035 26 0.0034 0.0244 -6 0.00037 0.0030 25 0.0032 0.0230 -8 0.0003 0.0026 24 0.0030 0.218 -10 0.00026 0.0022 23 0.0028 0.0203 -16 0.00015 0.0013 22 0.0026 0.0194 -20 0.00010 0.0009 另外,气动系统对压缩空气的品质是有一定要求的。由空气压缩机排出的 压缩空气虽然可以满足气动系统工作时的压力和流量要求,但其温度高达 170∘C, 且含有汽化的润滑油,水蒸气和灰尘等污染物, 这些污染物将对气动系统造成下列 不利影响: a.混在压缩空气中的油蒸气可能聚集在贮气罐,管道,气动元件的容腔里形成 易然物, 有爆炸危险。另外润滑油被汽化后形成一种有机酸,使气动元件, 管道内 表面腐蚀, 生锈 ,影响其使用寿命。 b.压缩空气中含有的水分,在一定压力温度条件下会饱和而析出水滴,并聚集 在管道内形成水膜,增加气流阻力;如遇低温(T ≦0 ∘C)或膨胀排气降温等,水滴会结 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 6 冰而阻塞通道,节流小孔, 或使管道附件胀裂 ;游离的水滴形成冰粒后 ,冲击元件内 表面而使元件遭到损坏。 c.混在空气中的灰尘等污染物沉积在系统内,与凝聚的油分,水分混合形成胶 状物质, 堵塞节流孔和气流通道, 使气动信号不能正常传递。气动系统工作不稳定;同 时还会使配合运动部件产生研磨磨损,降低元件的使用寿命。 压缩空气温度过高,会加速气动元件中各种密封件,膜片和软管材料等和老化, 且 温差过大, 元件材料会发生胀裂, 降低系统用寿命。 因此,由空气压缩机排出的压缩空气必须经过降温,除油, 除水,除尘和干燥,使 之品质达到一定要求后,才能使用。 1.2 课题背景 .产品质量是企业生存之本,发展之本,品牌之本,是企业其它一切的基础。 我国政府已经充分认识到,产品质量与国家竞争力密切相关,质量兴则国势昌, 质量弱则国势衰;一方面也提醒人们,我国产品质量整体水平还不是很高,这 既是影响我国经济效益的一个重要原因,也是我国经济发展过程中长期存在的 一个相当普遍的问题。 实现产品质量整体水平的提高,不是哪一个人、哪一个企业、哪一个政府 部门的事,而是全社会都必须重视和努力的事。当然,产品来自于企业,企业 是经济发展的主体,在提高产品质量的过程中,企业无疑发挥着主体性和基础 性的作用。与企业生产尤其是与产品质量密切相关的政府职能部门,在提高产 品质量的过程中所体现的监督、服务和指导的作用也极其重要。广大消费者可 以通过消费行为和消费意见,直接或间接地影响质量水平的提高,也发挥着不 可忽视的作用。 需要强调的是,要提高产品质量,必须在全社会营造良好的质量诚信氛围, 这是决定产品质量的关键因素。 由于公司的该型产品定单较大,交货期短,而要手工完成的话耗费的人力 和时间都较多,甚至会影响产品的交货期。而本课题的提出就是为了解决产能 不足的问题。该机台的产能可达每小时 1K 以上,可以全天工作,正常运转的 情况下每可完成 20K 以上,相当于 4 到 6 个手工操作人员的日产能。 1.3 主要研究内容 本设计主要是通过对 TK 型弹簧开关的自动贴胶机的设计为例,利用 AUTOCAD 进行系统化机械设计,能够全面的了解机械设计的基本原则、方法。提 高自己的分析能力、理论与实际相结合和自学能力。并能较为熟练的使用 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 7 AUTOCAD 软件进行机械设计,提高自己的绘图能力。为今后从事设计工作打下了 坚实的基础。根据产品要求,以及客户的要求,进行机械流程分析,确定相关 材料的工艺参数。根据传动参数与行程选择合适的马达与气缸。由所学知识对 被设计对象进行全面分析,再根据所给定的要求以及本公司的实际情况对 TK 型 弹簧开关的自动贴胶机进行总体设计。 具体内容如下: a.分析产品结构及要求拟定初步机械流程和方案 b.根据计算参数选择合适的马达与气缸 c.设计方案的进一步拟订,包括:a)确定马达与气缸的型号 b)确定传 动机构(如皮带和丝杆) c)确定各零件的配合尺寸 d)确定各加工件的材 料与尺寸 d.绘出机构三维实体 e.绘出加工件零件图与机台装配图 利用 AUTOCAD 软件,创建给定机台实体,提供了方便实用的三维环境下机 台设计与分析工具。利用工具,由机台的三维实体模型生成二维工程图,并建 立起机构装配模型,从而方便、快速、准确地完成 TK 型弹簧开关的自动贴胶机 的机构核心部件的设计。 2 产品简介 8 2 产品简介 TK 型弹簧开关的自动贴胶机主要所在自动生产线是完成包括底座装弹片、 贴胶、CR 与 OF/CK 的测试、成型包装等工作。而该机台生产的产品主要是由三 部分组成:底座、弹片和胶带。 该型产品的底座的长宽均为 5mm,胶带的宽度为 4.95mm,切下的胶带长度一 般为 4.60mm。要求:胶带左右不能超出底座 0.05mm(单边 0.025mm),切断前后不 能露出弹片,不能超出底座,胶带不能有毛边。而弹片直径为 3.51mm 到 3.55mm,而且将弹片从料带上切下时的断口毛边不能超过 0.02mm(单边 0.01mm) 。而且弹片不能有切伤。 弹片断口毛边以及弹片切伤,都会造成产品在测试时因 OF/CK 异常而被排 除掉。OF 是指成品的按压时的最大回弹力,它是保证产品具有良好手感(对按 压式产品而言)的重要参数。一般而言,荷重 OF 较高会有较好的触感。CK 是 一个比值,其计算公式为: CK=(OF-OD)/OF×100% OD 是操作力的下死点。CK 是保证产品使用性能的一个重要参数。对于 TK-4 型产品,其 OF 值一般在 145gf 到 195gf 之间,CK 值在 35 到 65 之间。 而另外的一个重要参数 CR 主要是为了检测产品导通是否正常。当弹片被下 压时,底座三凸点经弹片(弹片的材质一般是不锈钢或磷青铜,TK-4 型的弹片 为不锈钢)而导通,而 CR 就是导通时的电阻值。它是影响产品性能的一个重要 参数。对于 TK-4 型产品其 CR 一般在 5mΩ 到 40mΩ 之间。 3 设计方案的拟定 9 3 设计方案的拟定 3.1 本文主要研究内容 本课题主要是研究 TK 型弹簧开关的自动贴胶机 的核心部分—自动贴胶机 构。该机构主要实现的功能是在把弹片放到底座上之后用胶带将弹片覆盖住。 而且,在生产中,对所贴胶带是有一定规范。这就要求设计出来的机构实现把 胶带切下再贴在底座上功能而且切下的胶带有一定的要求,并且胶带贴覆时也 有一定的精度要求(详见 2 产品简介) 。在设计时,这些产品要求就是要重点考 虑和满足的。 本课题主要是解决胶带定长移送和剥离。 3.2 对机器功能的分析 经过对产品的实际生产情况的充分学习和了解,接合其生产工序的特点, 再由任务书的基本要求和技术指标,可以知道该型产品贴胶机构的设计难点在 于怎样实现胶带的剥离和定长移送。 至此便可很清晰的得出机器的主要功能。它主要由 3 大功能部分组成:1) 移送部分;2)剥离部分;3)胶带吸头部分。 现在对机器的功能进行详细的分析和描述。在整个机构设置上,主要就是 设计出合理可行的机构来实现上述功能,并合理安排它们之间的相互位置及运 动关系。 移送部分就是要实现胶带的定长送料。要求每次移送的胶带长度保证在一 定的范围之内。而且它的重复精度要高。而剥离部分主要是把胶带从底料上剥 离下来,使胶带在切下后能顺利的被胶带吸头部分吸起并移送到底座上实现底 座贴胶的动作。显然,胶带吸头部分的主要功能是把胶带移放到合适的位置。 3.3 方案的提出 整个机构的结构见图 3.3(a)所示。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 10 图 3.3(a)贴胶机机构简图 在经过对现有设备的了解,提出了两重方案。 方案一: 采用步进电机带动滚珠丝杠螺母副,齿条与螺母相对静止,由齿轮轴陪合 单向轴承实现定长送料,结构图如图 3.3(b)所示。 图 3.3(b)胶带移送机构 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 11 胶带的剥离是由三个单向轴承配合实现,其中两个单向轴承表面有凹槽或 凹坑来增大摩擦,另外一个为光轮。由一个表面有凹槽或凹坑的单向轴承和一 个表面光滑的单向轴承相互挤压实现胶带的剥离。胶带的贴覆是由气动带动胶 带吸头来实现的。胶带吸头的结构如图 3.3(c)所示。 图 3.3(c)胶带吸头的结构 方案二: 采用步进电机加棘轮来实现定长拉料,而胶带的剥离采用一个单向轴承 (表面有凹槽)和一个橡胶轮相互摩擦挤压来实现的。其结构原理与方案一类 似。而胶带的贴覆也与方案一类似,采用胶带吸头机构来实现。 3.4 对方案的评价、决策 3.4.1 技术分析 方案一:大部分自动线的贴胶机构均采用与其类似的形式,技术较为成熟, 整体机构紧簇,占用的空间较少。而且整机的稳定性较好,机构的操作调修也 较为方便。 方案二:整体机构比方案一简单,布置的比较分散,而且一般都是直线分 部,会占用较大的空间。而且采用棘轮来拉料就要该变胶带的结构,不仅要加 宽胶带还要在两边打上有一定精度要求的小孔。而且,该机构的胶带剥离的效 果,以及拉料的精度会比方案一差。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 12 3.4.2 经济分析 方案一:用到了一个步进电机和滚珠丝杠螺母副,一副啮合的齿轮齿条以 及不同型号的四个气缸。 方案二:用到了一个步进电机和棘轮,两个不同型号的气缸。 单从经济的角度来考虑,方案二要优于方案一。 3.4.3 劳动保护和环境保护分析 两种方案都符合劳动保护法的要求,可以为操作者提供方便和安全的条件。 因为这属于自动化机器的一部分,所有控制部分都集中在人机界面上,操作都 简单易懂,经过简单的指导和培训便可合格上岗。同时也符合环境保护法的要 求,它用的是气压和电力驱动,不会对环境造成任何污染,只会有气缸动作和 压力气体排出时产生轻微的噪声,但是对周围环境和操作人员不会产生大的影 响。 3.4.4 可靠性分析 由于方案一的技术较为成熟,而且有一些类似的机构在运作,可以预知它 的稳定性及工作精度是有保证的。而方案一虽然整体的经济性较好,但是它在 功能上有一定的缺陷,如胶带的定长移送和剥离。并且还会涉及到胶带结构的 变更,可操作性差,实现起来较为困难。 3.4.5 方案决策 经上述分析,可得出表 3.1,将影响方案决策的各个因素列出,根据其影 响程度的不一,给出权数。 表 3.1 影响方案的各个因素 给定权数 ( 1) 方案一 ( 100%) 方案二 ( 100%) 方案一 方案二 技术分析 0.35 90 70 31.5 24.5 经济分析 0.3 70 90 21 27 劳动与环境分析 0.15 90 90 13.5 13.5 可靠性分析 0.2 90 70 18 14 总 分 1 83.5 79 从上面各个角度的分析和综合评价,方案一比方案二有更多的优点,技术 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 13 和可考性分析尤其明显。因此现在确定方案一为本设计的最终方案。 4 技术设计 14 4 技术设计 本机构主要是用来实现产品底座的贴胶。而传动部分是机构的一个保证, 本章设计的机构的传动部分,包括步进电机的选择,滚珠丝杠螺母副的选择, 齿轮齿条的设计,机械手的设计,胶带剥离机构的设计,气缸的选择,控制 部件的选用等。 4.1 传动部分的设计 机构的转动部分主要是由步进电机、滚珠丝杠螺母副、齿轮齿条副组成。 4.1.1 步进电机的选择 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超 载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而 不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这 一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使 得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交 流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系 统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算 机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自 动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱 增,在各个国民经济领域都有应用。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到 一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步 距角”) ,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个来控 制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电 机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用 的特种电机,利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点,广泛应用于各种开环 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 15 控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR) 、永磁式步进电机 (PM) 、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为 7.5 度 或 15 度; 反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为 1.5 度, 但噪声和振动都很大。反应式步进电机数的转子磁路由软磁材料制成,定子上 有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相: 两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用 最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 4.1.2 步进电机的一些基本参数 a.电机固有步距角 电机固有步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。 电机出厂时给出了一个步距角的值,如 86BYG250A 型电机给出的值为 0.9° /1.8°(表示半步工作时为 0.9°、整步工作时为 1.8°) ,这个步距角可以称 之为‘电机固有步距角’ ,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步 距角和驱动器有关。 b.步进电机的相数 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四 相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角 为 0.9°/
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