机械结构

机械结构（通用12篇）

机械结构 篇1

0 引言

随着我国经济的迅速发展, 人们的生活水平不断提高, 我国的城市化程度也不断上升, 而经济和社会的迅速发展使得土地资源越来越紧缺。在这种情况下, 我国各地的高层建筑层出不穷, 而除此之外, 商场、办公楼、医院、学校和居民住宅等建筑的楼层也逐渐提高。这使得电梯的使用成为了必然[1]。而只有电梯的正常运行才能保证人们日常生活的水平和质量。因此, 探讨电梯的机械装置与结构就十分的必要, 而这也将会为整个电梯系统的运行以及节能优化提供依据。

1 电梯

在我们的日常生活中, 电梯的使用随处可见, 不管是商场的扶梯, 住宅楼的电梯还是地铁站的扶梯, 都属于本文所说的电梯。为对电梯进行深入的了解, 本文首先介绍电梯的基本概念和分类。

1.1 电梯的基本概念

由于电梯在我们的生活中随处可见, 不同的人会对电梯有不同的理解, 根据电梯的用途和特性理解, 电梯的概念有广义和狭义的两种。狭义的来说, 电梯是指建筑内在不同楼层之间, 有动力驱动的运送人员或货物的机械装置[2]。

但是从广义的方面进行理解, 电梯是由动力驱动的沿固定轨道运行的, 在两个位置之间能够运送货物, 人员等的装置。狭义的电梯概念不包括扶梯和电动人行道。而广义的电梯则包含了所有具有上述功能的机械装置。举例来说, 广义的电梯还应包括缆车和传送带, 而这两种装置显然不属于我们传统意义上理解的电梯。

1.2 电梯的分类

由于广义概念上的电梯种类繁多, 为便于理解, 我们需要对其进行分类。按照电梯的运行速度可将其分为4个层次, 分别是超高速, 高速, 快速和低俗。低俗指的是运行速度在1m/s以下的电梯, 这种电梯的速度较慢, 但是载重可以相应的增加, 因而一般用于载货电梯;快速电梯的速度在1—2m/s之间, 这种电梯的速度一般, 因而一般用于层数较少的建筑中, 且大多是载客用途;高速电梯的速度范围是2—4m/s, 这种电梯速度较快, 用于一般地高层建筑, 如商场和办公楼里。最后, 超高速电梯的速度在4m/s以上, 常用于高层建筑指定楼层的载客梯, 例如, 楼层数较多的办公大楼里将整个大楼的楼层划分成几组, 规定每组使用一个或几个电梯, 这就使得电梯的运行和使用更为高效, 为人们提供更快捷的服务。

除了电梯速度, 还可以根据电梯的用途进行分类。常用的几种分类有, 载客电梯, 观光梯, 载货梯, 医用电梯还有施工电梯等等。

2 电梯的组成系统

电梯是一个高度自动化和集成化的机械装置, 而电梯结构有时有几个系统组成, 只有这几个系统之间能够相互配合, 电梯系统才能够正常运行。下文将主要介绍轿厢式电梯结构的组成系统[3]。

2.1 门系统

电梯的门系统的主要功能就是把轿厢内空间和外界隔开, 并保证电梯的乘坐人员和施工维修人员的安全。为保证这一目标, 必须要确保在电梯的运行过程中, 电梯的各道门是关闭的状态, 并且当电梯门打开时, 必须确保内层们先开, 外层们后开, 而且还需要注意的是电梯的轿厢如果不在某一楼层, 或者是电梯的轿厢位置没有和外部楼层对准, 那么这层的外门绝对不能打开, 以免发生坠亡或夹断人员的伤亡事故的发生。

此外, 门系统还要安装有感应装置, 当有遮挡是电梯门不能关闭, 防止发生意外。

2.2 曳引系统

曳引系统是指在电梯井内牵引轿厢来回运动到达指定楼层的系统, 包括了导向部分, 限速部分, 动力部分和钢索。其中, 动力部分是有牵引电机提供动力, 经过导向轮或牵引轮等由钢索拉动并牵引轿厢在电梯井内上下运动。曳引系统是整个电梯结构的动力部分。

2.3 轿厢系统

轿厢是电梯运行中人员和货物所在的位置, 它受曳引系统的拉动进行运动。轿厢内部结构可分为厢顶, 箱体和厢底。厢顶要安装有照明装置, 通风空调装置等。而厢底要安装有重量感应装置, 一旦超重, 要有警报声, 防止因超重在电梯运行过程中发生意外。厢体除了要有楼层选择装置还要有求救装置, 一旦电梯发生意外, 有人员被困, 可以通过求救装置对外求救。此外, 电梯轿厢的厢体的强度还要达到要求, 并且在运行过程中要保证水平。

2.4 导向系统

导向系统要保证轿厢在电梯井内能够正确按照预定路线平稳运行, 减少厢体的震动。并且当电梯运行发生意外时, 还要能够把轿厢及时卡死, 避免轿厢突然坠落发生危险, 保证乘客安全。

2.5 重量平衡系统

重量平衡装置的作用是在电梯运行过程中对电梯以及乘客或者货物的重量进行平衡, 保证电梯的平稳运行。配重系统的重量要和电梯的最大负重匹配, 达到最优化的效果。而且当楼层太高时, 由于钢索的自身重量的存在, 还需要有补偿重量进行重量的补偿。

电梯结构的各个系统不仅要能够保证自身的正常运行, 他们之间还要相互配合, 进行最优化的组合, 达到最优化效应。

3 电梯的机械装置

电梯作为经常运送人员的机械装置, 人员的安全性必须保证, 为达到这一目的, 除了以上的系统, 还需要有辅助的机械装置。

为了避免电梯运行过程中发生突然坠落等安全事故, 电梯必须要安装限速减速装置以及卡钳。当电梯的速度太大, 超过一定数值时, 限速减速装置就要发挥作用, 此时卡钳要把厢体固定在钢索轨道上。当安全警报解除时, 这些装置的作用才会接触。当所有的装置已经没用时, 缓冲装置就要发挥最后一道保护, 尽量耗散掉坠落过程中的能量, 减少坠落或者冲顶中的伤亡率。

4 总结

根据本文以上的探讨与研究, 我们可以看出电梯的机械结构虽然在外行人看来并不复杂, 但是电梯的实际应用中使用的自动化技术都比较先进, 其机电化的程度很高, 对控制水平的要求较高。虽然电梯在我国的使用已有多年, 但是电梯运行发生意外造成人员伤亡的事故时有发生, 而且在日常生活中电梯的故障也经常发生, 给我们的日常工作和生活带来了不便。因此, 我们要对这些问题采取相应的应对措施, 不断改善和优化电梯的机械装置和结构, 保证电梯的安全运行和可靠性, 在保证乘客的人身生命财产安全的基础上, 为人们的生活提供便利。

摘要：随着我国经济的迅速发展, 我国的城市化步伐不断加快, 高层建筑的建造越来越常见。而除此之外, 由于土地资源的紧张, 无论是办公建筑, 商业建筑还是居民住宅的层数都越来越高, 因此电梯的使用也就越来越显得重要。在这种情况下, 对电梯的了解也就越来越重要。本文将简要介绍电梯的基本概念与分类, 电梯结构中的各组成系统, 以及其机械装置与结构, 这将为电梯系统的研究与优化提供依据。

关键词：电梯,机械装置,结构

参考文献

[1]段九君.浅谈电梯的机械结构及相关问题[J].科技创新与应用.2014 (33) .

[2]霍汝东.浅议电梯的机械装置及机械结构[J].装备制造技术.2010 (07) .

[3]沈强.电梯的机械结构及其相关问题分析[J].科技创新与应用.2013 (23) .

机械结构 篇2

职责：

1、根据两轮车的整车安全性要求，制作后平叉与电机外壳结构件的设计标准，确保后平叉制作与电机固定在在理论上的可行性。

2、独立设计两轮车的后平叉及电机外壳连接，出具工程图纸与3D图，确保工程图纸与设计效果图相匹配;

3、结合现有的车架，对电机与后平叉的结构设计改动。确保方案的可靠性，符合改进结果并通过验证;

4、制作后平叉与电机外壳的三维数据，检验车架与零部件的匹配并进行改进;

5、根据样车车体在试装过程中遇到的问题，参与整车试装评审工作;

6、实时了解车架振动路试等验证工作，分析在此过程中所出现的各类问题，以最终确定车架工程设计图纸;

7、协调车架厂进行焊台设计、制作，确保车架样品能及时出样;

8、负责与外协车架厂技术对接，协调解决车架制作问题，共同完成车架制作并确保品质

9、上级领导交办的其他事项

任职要求：

1、___年以上电动车、摩托车等制作企业，结构研发、具有后平叉与电机外壳结构设计工作经验;

2、精通CAD使用，掌握UG、CATIA、PRO/E、SolidWorks等三维软件中的一款，熟练使用Office办公软件;

3、具备计划、沟通协调、分析预测能力，有较强的责任心与执行力;

4、从事过摩托车及电动车技术开发工作的优先录用。

机械结构工程师的职责2

职责：

1：负责产品设计，根据产品开发计划按时完成工作内容;

2：负责图纸的输出及技术文件编制，产品机械结构方面图纸的起草，出BOM清单，解决生产中及售后的技术问题;

3：负责产品的改进及优化设计，具有较强动手能力;

4：善于沟通、思路清晰，具有良好的团队精神。

任职资格：

1：机械或机电相关专业，硕士学历___年以上工作经验;

2：能看懂英文图纸，具有钣金加工行业技术工作经验;

3：熟练使用Solidworks及Auto

CAD等制图软件，能够独立完成3D＼2D图纸的输出;

:

熟悉GB机械制图标准，熟悉钣金加工机械工艺流程。

机械结构工程师的职责3

职责：

负责产品结构研发设计，根据产品设计需求，完成产品结构设计;

负责产品结构设计的三维出图，零件图出图;

负责样件加工过程中进度的跟进及问题的沟通协商;

负责产品样机组装、测试、改进、质量提升、定型等工作;

负责工艺流程的优化、试生产的指导等工作;

负责生产工艺文件、检验标准、验证方案的编写;

参与产品设计开发各阶段的策划及评审工作;

参与质量体系的建立及维护工作，协助建立和完善产品研发设计开发流程。

任职要求

本科以上学历，机械设计、模具、机电一体化等相关专业，至少具有___年以上结构设计工作经验，能够独立完成复杂产品的结构设计;

熟练掌握AutoCAD、ProE、SolidWorks等设计软件及office办公软件;

熟练使用二维及三维软件进行2D平面效果图、3D建模渲染制作等工作;

对钣金、CNC加工、注塑、压铸等工艺等有一定的了解;

具备较强的创新能力，知识面宽，思路活跃。善于沟通与协作，具备良好的敬业精神和团队合作精神;

具有医疗器械产品开发经验，熟悉有医疗器械相关法律法规者优先考虑。

机械结构工程师的职责4

职责

1.线架与爬行器机械系统结构设计;根据产品设计要求，完成机械结构零部件设计、动力元器件及传感器选型;

2.负责项目可实现性的评审，完成符合功能性能要求和质量标准的设计任务;

3.负责完成设计资料;包含：(零部件图、装配工艺流程、BOM表、包装)，并参与生产技术支持;

4.设计文档编制、归档和产品生命周期中技术文件的维护;

5.配合、参与设计开发各个阶段的评审工作;

6.参与生产导入和产品生命周期维护;

7.参与机械设计规范与设计开发标准文件的编制;

8.领导安排的其它相关结构设计方面的工作。

任职要求

1.机械类本科及以上学历;

2.熟悉机械传动原理，熟悉常用工程材料特性及其性能等;

3.熟练应用Pro/E，Auto

CAD，Solidwords等设计软件;

4.___年以上机械设计经验;熟练钣金，机架，机械传动结构设计，有仿真、模拟经验;熟知产品结构开发设计流程，独立完成设计;

5.熟悉激光，数冲，机加工，折弯，焊接工艺;表面处理工艺和热处理工艺;有生产、加工、安装调试技术支持及产品装配的工作经验;

6.责任心强，善于沟通，工作严谨，极积主动。

机械结构工程师的职责5

职责：

1、负责公司产品结构设计相关工作。

2、研发新产品，进行详细结构设计及评审。产品尺寸的确认及改善方法是制定。

3、模具试模跟进，物料成型、涂装、组装等跟进，现场解决各种突发事件。

4、对验证部门提出的实验、外观、组装性等问题进行分析、解决及验证。对手板进行手工加工，验证改善方案的正确性。

5、试产组装跟进并现场解决组装问题。

6、研发和生产过程的相关技术和流程文档输出。

岗位要求：

1、机械相关专业本科及以上学历，___年以上机械结构与注塑开模产品设计工作经验，有小型可运动复杂产品的机械结构设计经验优先。

2、熟悉机械结构动作原理、机械加工工艺，产品表面的处理要求;基础知识扎实，思路清晰，对产品开发流程熟悉。

3、熟练使用绘图软件;

熟悉钣金、胶件、传动设计，对塑胶件、钣金件模具有一定了解;

4、对消费类电子产品需要进行的各种实验标准和方法有清晰的了解，并能够提前规避可能出现的问题或提出多种解决方案。

机械结构 篇3

关键词：数控机床；上下料机械手；机械结构设计

随着科技的发展，社会对于生产活动的生产效率和生产过程的安全性都提出了更高的要求。机械手在数控机床上的有效应用，不仅大大的提高了生产效率和生产活动的安全性，同时还形成了一条完全自动化和无人化的生产线。对于机械手的结构设计的研究和应用一直以来也是人们关注的重点。

一、数控机床机械手发展现状

在我国，人们越来越重视对于新技术的研究和开发，对于数控机床机械手的机械结构设计的研究力度也在不断的加大。现阶段我国的数控机床机械手的发展现状大致可以总结为以下四点：

第一，现阶段我国的机械架构正在向模块化和可重构化发展；第二，作为机械手体系发展的一个主要方向，PC机的开放型控制器的研发也在不断研究和革新中，其发展也将使数控机床的机械手得到进一步完善，不断的向网络化和标准化发展，并强化器件集成度，使架构设计更为精巧，模块化架构也得以很好的应用，这些进展也将使数控机床的机械手体系的安全性和可靠性得到大幅度的提升，也会使机械手的维修和防护变得更为的便捷易操作；第三，是对机械手的传感器进行了完善和更新，传感器对于机械手整个体系而言十分的重要，当下，除了运用传统的速度传感器、位置传感器，先进的视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器也被引进机械手整个体系当中，使机械手的智能化程度越来越高；第四，是机械手装配、焊接方面的发展，模块化、系统化和标准化是其发展和推进的方向。

二、机械手的结构设计

工业机械手的结构形式主要有4种：直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构和关节型结构。

圆柱坐标机械手需要依靠1个回转运动及2个直线运动来实现它的空间运动，圆柱状的工作空间是其主要的特点。相对而言，这种机械手构造简单、精确度较高，经常被用来做搬运之用。图1为机械手模拟工作布局图，该机械手可以根据实际操作的需要进行3种不同的运动，其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动，另一个为手臂的回转运动，因此其自由度数目为3。综合考虑，为满足数控机床的设计要求，我们选择圆柱坐标式机械手，原因在于圆柱坐标机械手结构简单，精确度较高，且工作范围相对较大。

三、机械手各部件的设计

（一）机械手手爪结构设计

手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用手爪等。机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要具有体积小、重量轻、结构紧凑、通用性强等特点，同时要便于安装和维修，易于实现计算机控制。结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式手爪。连杆杠杆式手爪在活塞的推力作用下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动。由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力，其通常与弹簧联合使用。手爪的具体结构形式如图1所示。

图1 机械手末端执行手爪结构图

（二）机械手手腕结构设计

机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪作空间运动，完成所需要的作业动作。因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。一根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对作业的适应能力也愈强。但自由度的增加，必然会使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。因此，手腕的自由度数应根据实际作业要求来确定。为保证工作时力的傳递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度。要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全性和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。具体的手腕（手臂、手爪连接梁）结构如图2所示。

图2：手腕（手臂、手爪连接梁）结构

（三）机械手手臂结构设计

机械手手臂在工作时要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，其工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度、手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应满足其工作空间要求。同时，为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量；为提高机械手手臂运动的响应速度、减小电机负载，机械手手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡；还要尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴则要尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。由于机械手手臂运动为直线运动，且考虑到搬运工件重量、机械手动态性能及运动的稳定性、安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式。液压驱动方式是利用液压系统进行控制，传动刚度大！可实现连续位置控制。其通过液压缸直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，因此不用再额外设计执行件。液压缸可实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因控制和具体工作的要求，机械手手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的直径来提高刚度，是不能满足系统刚度要求的。所以，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了2个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量提高其刚度；大臂增设了4个导杆，呈正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。增设导杆能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，较好地解决了结构稳定性的问题。

（四）机械手手臂的平衡机构设计

关节机械手手臂一般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，缩短启动时间。弹簧平衡机构简单、造价低、工作可靠、平衡效果好、易维修，应用广泛。本机械手采用圆柱坐标式结构，而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。若实际工作中平衡结果不满意，则设置弹簧平衡机构进行平衡。

结束语

保作为机械手的重要组成部分，机械手的机械结构的设计对于机械手的工作性能、用途和经济性都有不同程度的影响。因此必须重视机械手的机械结构的设计工作，并进行深入的研究，确保能够更为科学合理的对机械手进行结构设计。

参考文献：

[1] 吕鹏飞.浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].机电信息，2013.

机械密封结构设计研究 篇4

机械密封是根据设备输送的物料性质, 压力, 粘度, 温度和设备的转速来设计的, 高温, 有毒物质可设计双端面机械密封。机械密封系统最常用的材料为不锈钢、无氧铜与铝材质, 使用不锈钢法兰配上无氧铜垫圈来作为接合密封方法, 是最简单且可靠的方式。通常先加热烘烤机械密封系统至约200°C, 维持4小时以上, 加热烘烤时, 使用粗抽帮助与涡轮分子帮助抽气, 降温后改以离子帮助抽气, 可达10-10Torr.的机械密封气压值。但在使用有铝合金法兰或非圆形法兰的场合时, 就要特别注意小心相关锁紧扭力与安装步骤, 否则易有漏气现象。使用铝合金法兰在降温时, 因铝的热膨胀系数大且散热快, 此时最易导致漏气现象。而非圆形法兰最常使用于大型的矩形开口机械密封系统, 由于矩形开口面积大, 真空力大, 法兰面易有变形产生, 且不像圆形法兰的加工纹路沿圆周方向, 大型的矩形开口比较容易有漏路径产生, 造成漏气现象。本文主要介绍应用于机械密封系统体常用的密封方式, 特别是有铝法兰或大型矩形开口机械密封系统的情形下, 目前比较实用的密封方法。

1 机械密封的结构设计的类型

1.1 不锈钢机械设备腔体

就不锈钢机械设备腔体而言, 使用ConFlat型式的不锈钢法兰是最常用的密封方式, 通常称呼CF法兰。两个不锈钢CF法兰配上中间使用OFHC平垫片, 烘烤温度通常加热至200°C左右, 持续加温几小时, 从4小时到72小时均有人使用, 这和腔体干净度与需求的最后真空度有关, 如无特别需求, 可最高温持续8小时。另一种判断方式是最高温持续4小时以上, 此时再根据真空气压是否已经持续下降1小时以上, 且均在10-6Torr.以下, 通常能达到机械密封状态。

由于一般表面的摩擦系数约0.1~0.2, 可见在同样的锁紧扭力下, 螺丝所承受的张力有两倍的差异。较准确的锁紧方式是CF法兰刀口压入OFHC平垫片的深度, 但实务上较不实际, 使用锁紧扭力以上即可实现上述要求。虽然比某些厂商提供的锁紧扭力小, 但仍可满足密封的需求, 螺丝的应力也大约维持在降伏强度范围, 当然上述所提的计算的摩擦系数是指螺丝有加上垫片的情况。另外, 螺丝锁紧的顺序也会影响密封品质, 约需3次以上渐进增加扭力至所需扭力值, 且须对称锁螺丝, CF厂商型录均有说明, 不在此赘述。常用SUSCF法兰/OFHC平垫片/SUSCF法兰的组合, 可重复烘烤至250°C不会有漏气。

1.2 铝合金机械设备腔体

铝合金机械设备腔体使用铝CF法兰对接时, 因为铝材较软, 铝刀口部分须镀一层碳化钛 (TiC) 或氮化铬 (CrN) 等, 以加强硬度, 并使用软质的铝垫片, 螺丝也必须以例Al2XXX系列高强度材质的铝螺丝, 锁紧扭力较不锈钢螺丝锁紧力低。烘烤150°C降温至接近室温时需再锁紧, 否则易漏气, 可降温至约50°C时, 此时建议扭力再锁紧一次螺丝。由于目前制造厂商太少, 取得较不易, 不建议此种方式。, 由于Bi-Metal法兰方式是由铝与不锈钢爆接而成, 因此即可根据前述不锈钢CF法兰的使用方式来实现密封。

2 机械密封结构设计的方式

2.1 铝法兰与不锈钢法兰的密封方式

铝合金机械设备腔体有时受到限制, 无法使用Bi-Metal法兰方式, 此时可考虑铝法兰与不锈钢法兰接合的密封方式, 垫片可使用Helicoflex或Diamonds hapegasket。然而, Helicoflex价格较高, 使用Helicoflex除表面加工要Ra 0.4~0.8μm的粗糙度外, 平坦度 (flatness) 最好也要1/1000以下, 也不可有径向刮纹, 虽可重复使用, 但法兰面若未处理好, 比较难密封。使用Diamonds hapegasket, 刀尖采用90度角, 相关接触面的表面粗糙度Ra 0.4~0.8μm, 价格经济且可靠性良好。Al2xxxx系列法兰、Diamonds hape铝6xxxx系列垫片与SUS法兰的组合, 相对硬度包括HB130、HB55、HB150, 可重复烘烤150°C不会有漏气。Al6xxxx系列法兰、Diamondshape铝1050垫片与SUS法兰的组合, 相对硬度包括HB95、HB32、HB150, 需烘烤150°C降温至接近室温时需再锁紧, 否则易漏气, 如烘烤至200°C。需注意的是, 烘烤过程中会出现铝垫片易有黏在法兰上现象, 这是由于铝1050-H14垫片太软, 但如使用较硬的铝垫片时, 也有可能伤到铝法兰表面。

2.2 大型矩形开口机械设备的密封方式

大型矩形开口机械密封系统虽可使用Helicoflex等前面所提到的方式, 但因非圆形, 转角处加工技术要求较高, 且加工开口大, 受真空力时, 法兰面易有变形产生, 容易产生漏气现象。目前最经济简单的方式是采用Wire的方式, 采用四条纯铝线, 在四个角落处, 铝线交叉重叠即可。

使用这种纯铝Wire的步骤为:法兰接合表面粗糙度Ra 0.4~0.8μm;腔体长边先拉紧固定Wire;腔体短边再拉紧固定Wire;盖上法兰时, 注意wire很轻、软, 位置不可偏离密合面;用手稍微锁紧螺丝;从10Nm扭力开始锁螺丝, 每锁完一轮螺丝后, 增加5Nm扭力继续锁下一轮;前两轮采用锁圆形法兰的对称锁方式;第三轮起, 先顺时针顺序锁螺丝, 再逆时针顺序锁螺丝, 依此类推, 最终达到50Nm扭力, 不可超过55Nm扭力;检查四个角落的法兰间隙, 如和中间的法兰间隙差太多;先测漏, 如角落有漏气现象, 可再锁四个角落的那一个螺丝, 边锁紧边测漏。

3 结束语

法兰的密封接触表面, 其表面粗糙度以Ra 0.4~0.8μm为佳, 但有些铝CF法兰厂商加工至Ra 0.2μm以下, 甚至Ra 0.02μm, 加工痕迹需沿垫片圆周方向。Al/SUS法兰或SUS/SUS法兰对接, 只要有一侧是铝法兰, 密封垫片就要使用铝垫片, 但只要有一侧是不锈钢法兰, 螺丝就必须使用不锈钢螺丝。只要有使用铝材的密封组合, 烘烤的高温以150°C为准, 降温至接近室温时, 最好再检查锁紧一次。法兰尽量使用不锈钢材质, 铝合金机械密封系统体最好也搭配使用Bi-MetalAl/SUS法兰使用。

螺丝的锁紧扭力是以所使用的垫片材质来决定, 因摩擦系数影响法兰密合力道很大, 一般均需用螺丝垫片以避免锁紧扭力差距太大, 且不能光以扭力扳手施予建议的扭力即保证密封力道正确, 有时还是要辅以垫片压缩的情形来判定。铝螺丝只使用于铝法兰对铝法兰的情形下, 可使用高强度铝合金Al2024-T4制造铝螺丝, 特别是表面要再电镀处理, 以减少摩擦力。Diamonds hape铝垫片是经济与可靠的应用方式, 特别使用于铝合金机械密封系统无法用特别处理的铝法兰或Bi-Metal法兰的情况。铝Wire则是目前经济、简单与可靠的密封大型机械设备密封系统的采用方式。

摘要：机械密封结构的设计对于机械设备的安全运行具有十分重要的作用, 文章首先对机械密封结构设计的相关理念进行了概述, 进而探讨了机械密封结构设计的类型与方式。

关键词：机械,密封,结构设计,要项,方式

参考文献

[1]蒋伟华.基于O形橡胶圈密封的高压容器设计和研究[D].浙江大学, 2006.

[2]王保森.基于ANSYS的油封唇口接触压力的有限元分析[D].北京化工大学, 2006.

[3]谭晶, 杨卫民, 丁玉梅, 杨维章, 鲁选才, 唐斌.O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析[J].润滑与密封, 2006 (9) .

机械结构设计员岗位职责 篇5

2.完成机床结构、机械零部件、配套产品、专用设备、工装夹具、外包围以及测试平台等的设计及现有产品的工艺改进工作。

3.协助完成新产品试制和项目测试平台的设计工作，配合测试人员制订测试计划、方案，协助完成项目调试、测试工作。

4.配合其他项目组完成研发任务。

5.编制项目工艺文件的技术标准、技术推广文件样稿，配合工艺人员制定产品工艺文件、作业指导书。

6.对相关部门和人员提供技术支持和技术培训。

7.参与所负责的新产品的市场推广工作，跟踪、分析用户反馈对产品持续改进。

8.组织编写、整理项目最终形成的技术和通用文件并转交相关人员。

机械零件制造结构设计的探究 篇6

关键词：机械零件；结构设计；方法；工艺性

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0001-02

机械制造业的不断发展，随之而来的是对机械零件结构设计要求的不断提高，因此，对于机械零件的设计需要在满足机械设计原则的基础上不断创新，改变原来的设计方法，根据机械产品的功能充分发挥创造力，综合运用先进的技术，借鉴优秀的研究成果，在全新的设计理念和基本设计原则的指导下，创造出更具有价值的机械零件。

1 机械零件结构设计方法

应用正确的基本原理和已有的实践经验来创造发展新事物或改造旧事物，这就是设计的基本概念，对于机械零件的结构设计同样也符合这一概念，零件设计的方法有以下几种。

1.1 理论设计

理论设计主要以人们已掌握的合乎规律的理论和实践知识为基础，结合理论力学、材料力学、机械原理、金属学等理论知识进行机械零件的结构设计。根据零件的整体载荷情况，运用理论计算公式确定零件的几何尺寸。零件的尺寸计算必须满足载荷情况、材料性能、零件工作情况和应力分布规律等方面的条件。运用计算公式初步确定机械零件的尺寸及形状后，再利用校核计算对零件危险剖面的安全系数计算值进行校核。这个过程多用于应力分布规律复杂，但又能用材料力学公式表示出来的零件设计，同时也适用于应力分布规律简单但必须已知零件尺寸的情况，如轴和弹簧的设计。在进行机械零件的结构设计时，一些具有足够实践经验的设计工作者也常为了简化计算过程，在粗略的估算和相关资料的基础上直接进行结构设计，然后采用校核计算。

理论设计的基础是熟知机械零件的材料性能和应力分布规律，是经过大量感性知识而总结出来的设计规律，因此是一种具有一定科学性和先进性的设计方法，值得广泛采用。但是任何一种理论都存在不完善的地方，所以不应把理论设计当作完美的机械零件机构设计方法。

1.2 经验设计

根据零件已有的设计和使用经验或设计者自身的设计经验，采用类比的方法进行的设计就叫经验设计。经验设计相比于理论设计，没有足够理论化的科学分析作为设计基础，但是根据经验形成的公式本身就已具备一定的科学统计性，所以经得起实践的考验，具有很大的实用价值。

经验设计通常用于外形复杂、载荷情况不明且无法用理论分析的机械零件设计中，如机架、变速箱体的设计，也多用于对价值不高的零件的设计。经验设计往往运用在理论设计薄弱的地方，从某种意义上来说，经验设计和理论设计存在一定的互补关系。

1.3 模型实验设计

模型实验设计主要针对一些尚无法运用理论知识进行详细分析的大型的、结构复杂且具有一定重要性的机械零件进行结构设计。具体来说，就是对零件作出初步设计，形成模型，对模型进行反复试验，再根据实验结果加以修改。这种设计方法同样也是对理论不足的一种弥补，同时也有效地避免了经验设计中缺乏科学性的成分。模型实验设计决定了大型复杂零件中的工作应力分布情况和零件的极限承受能力，是将经验设计转化为理论设计的途径之一。

2 合理的结构设计体现的优势

2.1 保证了工艺性和实用性

对机械零件合理化的结构设计能体现出很大的优势。机械零件设计中，设计计算所占的工作量只是一部分，剩下的一部分就是对于机械零件的结构设计。结构设计需要考虑到机械零件的形状、尺寸、尺寸之间的配合以及零件制造精度，从工艺、使用、检修、维护等方面的要求出发，保证设计出的零件在用料、成本、制造装配难度等方面都实现最优化目标。因此，对机械零件的结构设计是保证零件良好工艺性及实用性的决定性阶段。

2.2 有效地提高零件强度

强度是所有机械零件和机器必须具备的基本条件，机器运行时，零件将承受一定程度的载荷，在这样的工作条件下，机械零件不能发生任何形式的断裂，也不能出现超出容许范围的变形。所以，除了对高强度材料的选择外，还可以从结构设计上提高机械零件的强度。通过结构设计降低力对零件的作用，同时也可以降低由于零件形状而引起的应力集中因素，达到提高零件强度的目的。

3 机械零件工艺性结构设计的基本原则

机械零件是组成机器的基本要素，通常对机械零件的结构设计需体现一定的工艺性。所谓零件结构工艺性，是指设计出来的零件在满足使用要求的前提下，实现零件最大的使用价值和最高的经济效益。结构工艺性好的零件，不仅能减少生产过程的阻碍，而且零件在质量上具有优势，成本低，市场竞争力强。机械零件的结构设计是一个涉及多方面因素的综合性问题，为体现零件的工艺性，在零件的材料、毛坯成形方法、质量技术指标、生产条件及生产批量方面都需要遵循一定的基本原则。

3.1 与所选材料相适应

不同的零件材料在受力程度、工艺性、物理化学性能方面具有不同的效果，因此，针对产品材料进行零件的结构设计时，所选材料的工艺性能是需要首先考虑的条件。从某种意义上说，材料的工艺性能就决定了零件结构设计的基本形式。若某产品选用铸铁作为零件材料，由于铸铁在铸造方面的性能较好，所以该零件一般采用铸造生产，零件结构设计应符合铸造工艺的要求，采用薄壁结构形式。同一种材料，采用不同的结构设计所形成的成本和加工费用也不一样，所以为了最大程度上体现经济性，机械零件的结构工艺性必须与所选材料一致。

3.2 与毛坯成形方法相适应

毛坯的成形工艺与毛坯的结构形状相适应，同时也对机械零件的结构具有至关重要的作用。一般来说，对零件的造型设计，形式多样，变化灵活，因此，零件的结构设计往往具有一定复杂性，特别是多变的芯子制造，更大程度地保证了零件的复杂性。采用铸造方法成形的零件，可以根据工作和使用条件将零件的结构设计得相对复杂一点，通过中空结构的设计来达到提高零件刚性、减少材料用量的目的。合适的毛坯成形方法可以有效控制生产成本，同时也能提高零件结构的工艺性。

3.3 与生产批量相适应

不同生产批量采用的生产工艺不同，对于机械零件机构设计的工艺性要求也不一样，为了实现生产的最高效率和经济效益的最大化，对机械零件的结构设计必须与生产批量相适应。

3.4 与质量技术指标相适应

由于机械零件是机器产品的基本组成要素，因此对零件质量的要求十分严格，但质量技术指标越高，用在零件设计和制造上的成本和时间也越多，当质量技术指标达到要求时，再添加其它的要求势必会导致工时和成本急剧增加，生产效率明显下降。在这样的条件下，生产出来的零件将无法实现最理想的经济效益。因此，在对机械零件的结构进行设计时，零件的结构工艺性必须在满足使用条件的前提下与质量技术指标相适应，实现机械零件最高的实用性和最大的经济效益。

3.5 具体生与产条件相适应

机械零件的生产具有一定的条件，因此，零件的结构设计随着生产条件的变化也必须做出相应的改变。

4 结 语

机械零件的结构设计是一个涉及诸多因素的综合性问题，无论从设计方法还是设计原则上都需要设计工作者具有非常丰富的经验，才能保证设计出的零件产品能最大限度地实现实用价值和经济效益。因此，随着机械制造业的不断发展，对于机械零件的结构设计的研究仍然具有很大的空间。

参考文献：

[1] 马玉成.机械零件制造结构设计的研究[J].中国科技纵横，2010，（7）.

[2] 张磊.小议机械零件结构设计的方法及重要性[J].城市建设理论研究，2012，（12）.

机械零件结构设计研究 篇7

机械零件设计过程中,需对其强度进行科学的计算,对零件的几何结构、联接方式等进行优化,充分考虑该机械零件加工、表面处理工艺的要求,只有这样才能确保结构设计的科学性、实用性。

1机械零件结构设计概述

对于机械零件而言,根据不同的设计方法生产出来的结构也不尽相同,比如在材料、毛坯选择上,应当根据材料价值和特性进行选择,充分利用机械零件材料自身的性能;同时,还要注意利用代用材料。如果只是制造毛坯,则制造难度就会明显降低;切削加工过程中,选用切削加工费用低的方法;机械零件结构设计过程中,要求结构应当便于装夹和定位,并且适用于标准刀具以及量具,适合标注尺寸等。

2机械零件结构设计中存在的问题

在机械零件结构设计过程中,存在着多方面的影响因素,这在很大程度上增大了设计难度。现以螺栓、螺杆的结构设计为例,具体分析如下:

(1)在设计螺栓联接结构的过程中,没有留出相应的安装空间,如图1所示。在机械零件结构设计过程中,应当重点考虑操作的简便性、安全可靠性,图1所示结构因留存的螺栓安装空间相对较小,实际装拆操作过程中,严重影响了螺栓的装入、拔出,给装配人员操作施工带来了难度。

(2)螺杆结构受弯矩时,荷载就会落在螺纹上。为确保螺纹连接质量及其性能的有效发挥,螺纹连接主体受弯矩时,应当注意改善结构设计方案,以此来保证机械零件设计的安全实用性。然而,实际设计过程中也存在着一些误差或者不足,如图2所示,螺纹荷载过大时,会对螺纹产生影响,进而影响装配性能。

3机械零件结构设计原则

基于以上对机械零件结构设计内容、存在问题的分析,笔者认为在实际设计过程中,应当坚持以下几个方面的原则:

(1)应当满足机械零件的应用要求。在结构设计过程中,机械零件应当可以有效实现预定的指标;同时,还要确保设计出来的机械零件可有效完成任务,满足强度、刚度、精确度以及使用寿命的要求,同时还要确保该机械零件结构在使用过程中的安全可靠性。

(2)应当有效满足经济性要求。对于机械零件结构设计而言,其经济性实际上是一个综合性的指标,全面体现在设计、制造和应用全过程。其中,设计与制造经济性,主要体现在设计、制造过程中的成本有效控制;应用过程中的经济性,主要表现在高生产率、高效率等方面,同时还要求维护费用较低。这些都是设计过程中应当充分考虑的问题。

(3)应当关注机械设备操作人员的安全。机械零件结构设计过程中,应当注意技术安全问题,最大限度地去改善操作人员的劳动条件、强度;同时,还要注意机械零件结构外形的美观度,并能有效满足特殊要求,比如机床在长期应用中的精度、大型机械的运输方便性等。

4机械零件结构设计方法

在机械零件结构设计过程中,可采取以下几种方法:

(1)理论设计法。主要是根据现有的、已掌握的理论和实践经验,进行创造性设计的方法。在此过程中,会用到理论力学、机械原理、材料力学和金属学等方面的知识。应用理论设计法进行机械零件结构设计时,首先要进行设计计算,即在机械零件尺寸最终决定前,以载荷情况为基础,通过计算公式得出零件几何尺寸。在设计计算过程中,主要需了解荷载状况、零件工作情况以及材料的性能,同时也要把握好应力分布规律。比如,受拉伸载荷直杆剖面面积计算过程中,可引用材料力学方面的知识和公式:

式中,F为直杆剖面面积;P为直杆承受拉伸载荷;[σ]p为直杆材料许用拉伸应力。

校核计算通常应用于应力分布规律相对比较复杂但可以用材料力学公式表示出来的机械零件结构设计过程中,也可应用于应力分布规律虽简单但计算数据需在零件尺寸已知情况下才能决定的情况。比如,轴、弹簧设计过程中,有经验的设计者虽然已经具备设计计算条件,但为简化计算程序,通常也根据现有资料进行粗略估计、结构设计,采用校核法进行计算。实践中可以看到,由于理论设计法是在材料性能、应力分布规律已经阐明和确定的条件下所进行的设计活动,所以可以视其为一种较为科学、先进的设计方法。

(2)经验设计法。即实际设计过程中,根据某类机械零件现有设计、应用经验,总结出经验公式,根据设计人员自身的设计经验,选一类比法进行设计。虽然该种方法没有较为详尽的理论科学分析依据,但也具有科学统计性特点,因此应用价值也比较大。实践中可以看到,因该种方法是基于通过实践总结出来的经验,所以它经得起实践检验。比如,机架以及变速箱设计过程中,经验设计法便可在理论设计的基础上加以应用和实现,实际上它是理论设计的初级方法。

(3)模型实验设计法。结构设计过程中,对于巨大、结构相对比较复杂的机械零件而言,目前的理论知识和技术尚难以对其进行详尽分析,此时建议采用模型实验设计法。即将初步设计的机械零部件制作成模型,通过实验对其进行适当的修改。从实践来看,该种设计方法可借助实验来弥补理论之不足,并且可消除经验设计法中的不科学、不合理之处。在此过程中,需要强调的是,该种设计方法是理论和实践相结合的具体体现,设计人员进行的是创造性的工作,必须与科学分析紧密联系在一起;任何脱离实际或是忽视理论的设计,都会给设计工作带来不良影响,甚至造成不可挽回的损失。

5结语

菠萝采摘机械手结构设计 篇8

关键词：菠萝,采摘机械手,仿真分析

0 引言

水果是人类生存不可或缺的重要食物, 菠萝是水果中的优品。菠萝因营养丰富、品质优异、香气诱人而深受人们喜爱, 其需求量在不断增大。然而菠萝的采收却是一项繁重的工作。水果采摘是农产品生产链中最费力、最耗时的环节之一, 采摘作业季节性强、耗时费力、费用高, 因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是果农增收的重要途径。由于水果采摘的复杂性, 我国采摘自动化程度仍然很低, 目前基本上都是人工进行, 其费用约占成本的50%~70%, 并且采摘时间较为集中[1]。

自20世纪80年代美国成功研制第一台西红柿采摘机器人以来, 采摘机器人的研制和开发得到了快速发展。荷兰、法国等国家相继立项研制了采摘柑橘、苹果、西红柿和西瓜等智能机器人[2]。近年来, 日本在收获机器人的研究方面进展很快, 但技术不太成熟, 还没有真正实现商业化应用。我国在农业机器人领域的研究始于20世纪90年代中期, 上海交通大学机器人研究所刘成良等人完成了智能化联合收割机样机的研制。2001年, 张瑞合等人运用双目立体视觉的方法, 研究了番茄收获中果实的精确定位问题[3]。南京农业大学沈明霞和浙江工业大学张立斌等人正在进行农业机器人视觉方面的研究。2008年, 江苏大学周小军等人已开发出柑橘采摘机器人障碍物识别技术。但是果蔬采摘机器人的智能水平还很有限, 无法将其推向市场, 离实用化、商品化应用还有一定的距离。在菠萝采摘机中, 采摘机械手起着至关重要的作用。

1 菠萝的物理特性

1.1 测定菠萝果实的相关参数

菠萝果实呈椭圆球状, 纵向直径较长 (约为20~26 cm) , 横向直径较短 (为18~24 cm) , 果实平均质量为1.28 kg/个, 资料显示, 菠萝植株高为0.7~1.0 m[4], 与果实连接处的果柄直径为3~6 cm。随机选取10个菠萝进行测试, 测出菠萝果实直径、果柄直径和质量。

菠萝果实的相关测试结果见表1。

1.2 菠萝的物理机械特性测定实验

菠萝与果柄相邻, 切断果柄的作用力关系到采摘机构的采摘效果及采摘效率。切断力过大, 会增加功率损耗;切断力过小, 无法实现采摘菠萝的效果, 因此测定菠萝果柄的切断力成为设计的重要依据。为获取菠萝与植株的连接力数值, 随机选取10个带植株的菠萝, 在剪切力测试机上对其进行测试, 获得10次测试的平均值为30.8 N。另外, 切断果柄的作用力与刃口锋利程度、功率消耗等因素有关。在设计过程中, 需将测定的切断力放大, 放大系数设定为1.2。因此, 设计所用切断力为:30.8N×1.2=36.96N。

2 采摘机械手工作原理

采摘原理示意见图1。

1-固定架;2-液压杆;3, 4-拉杆;5, 6-连杆;7, 8-夹具;9-菠萝果实;A, B, C, D, E-铰链

采摘机械手机由固定架1固定液压缸, 固定架1通过铰链A、B分别连接连杆5、6, 连杆5、6连接夹具7、8, 液压杆通过铰链E连接拉杆3、4, 拉杆3、4分别通过铰链C、D连接连杆5、6。当固定架1定准位后, 液压杆2向上运动, 通过拉杆3、4带动连杆5、6和夹具7、8合并, 夹具7、8下端设置锋利刀具, 切断菠萝果柄, 套住菠萝果实9, 完成采摘。

3 抓取机构动力分析

3.1 采摘机械手极限位置分析

根据图1, 当拉杆3、4处于水平位置时, 液压缸处于伸出状态极限位置, 机械手的夹具7、8处于张开的最大尺寸;当液压缸缩回到极限位置时, 夹具7、8处于闭合的极限位置。在设计过程中, 拉杆的行程设计为62 mm, 夹具便可从最大极限位置回到闭合极限位置。

3.2 切断力反作用力分析

线性驱动初始设置见图2。

基于Solidworks中的Motion分析, 在虚拟3D模型中, 当夹具处于线性张开最大时, 设置线性驱动运动62 mm, 如图2线性驱动初始设置, 可以得到刀具刃口在果柄径向方向上的线性位移曲线图。

刃口线性位移见图3。

由图3可知, 夹具刃口在果柄径向方向上的线性位移为541-451=90 mm。根据表1可知果柄的平均直径为43.8 mm, 则当夹具刃口在果柄径向方向上的线性位移为 (90-43.2÷2) =68.1 (mm) 时, 刀具刃口开始与果柄接触;当刀具刃口至541-68.1=472.9 (mm) 时, 刃口开始与果柄接触, 因此由图3可知, 当刃口开始果柄接触时, 即是3.8 s。

3.3 采摘机械手动力设置

机械手动力设置见图4, 切断力反作用力见图5。

基于Solidworks中的Motion进行动力分析, 需对模型进行动力设置。机械手动力设置:液压杆拉力作为线性驱动 (红色) , 刀具接触到果柄时产生的切断力反作用为36.96 N, 且其在时间上的大小设置如图5切断力反作用力 (蓝色) 、重力 (绿色) 、液压杆与固定架的摩擦力 (无显示) 。各个铰链的摩擦力忽略不计。

最后模型进行运算求解, 在这些作用力的环境下, 设置生成的线性马达即是液压杆负载力曲线变化图。

液压缸负载力曲线见图6。

4结论

本文主要对菠萝采摘机械手进行设计。运用Solidworks软件, 对采摘机械手进行了虚拟建模, 运用Motion对其进行动力分析。结果表明, 只要液压杆的负载力能够达到181N, 便可实现机械手的使用。机械手结构简单, 安全可靠, 制造成本和运行成本低, 并保证了采摘过程中菠萝不受损伤, 为菠萝采摘机的进一步优化设计与推广利用奠定了基础。

参考文献

[1]《工业机械手图册》编写组.工业机械手图册[M].北京:机械工业出版社, 1978.

[2]张日红, 施俊侠, 张瑞华.菠萝自动采摘机的结构设计[J].安徽农业科学, 2011 (16) :9861-9863.

[3]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M]. (第八版) .北京:高等教育出版社, 2006.

气动机械手的结构设计 篇9

1 机械手结构设计

为了使该机械手在实际应用中有着更强的通用性, 这里将该机械手设计为可更换式手部结构, 以期在实际应用中能够按照实际需要更换结构。

1.1 小臂升降设计

小臂升降模块的作用是将模拟刀具从刀架槽中插入或提出。对其的设计需要考虑气缸内径、气缸的耗气量以及小臂升降气缸计算三个重点部分。

1.1.1 气缸内径的确定

由初始工作压力以及工作载荷的相对关系, 可以根据式 (1) 将缸径D计算出来。

其中, D为气缸的内径, F代表活塞推力, P代表初始压力, 通常情况下P= (0.46-1) MPa, η=0.29-0.51, 取值与速度呈相反的趋势。对于气缸的动态性能则没有特殊严格苛刻的要求。

1.1.2 气缸耗气量

气缸的耗气量与气缸的行程S、直径D、换向阀到气缸管道的容积和缸的动作时间有关。一般情况下, 忽略气缸管道自身的容积, 那么气缸在单位时间内用掉的空压可以根据式 (2) 得出。

其中, Q代表每秒钟消耗的压缩空气量, Q1、Q2分别代表气缸有、无进气时消耗的压缩空气量, D与d分别代表缸的内径以及活塞杆直径, M则代表气缸的行程。

1.1.3 小臂升降气缸计算

按照换刀机械手在实际生产中的最基本要求, 气缸吸住载荷时要求的力F≤15N, 所走的路程为30s, 剩余的时间为0.3s。其主要尺寸的确定如下。

缸径D的计算:取d/D为0.5, 取P为0.5MPa, η=0.3来进行计算, 可以得到D=16.6mm。

按照文献报道, 取SMC标准缸径为20mm, 取活塞杆的直径为d=8mm, 行程S取30mm, 如图1所示。

1.2 手腕结构的设计

实现机械手手臂手腕运动的机构形式是多种多样的。本文机械手的一切气动元件全部购买SMC标准气动件。

气缸的理论输出力矩为:

其中, M代表气缸所受到实际的力矩, η代表负载率, 且η≤0.3。

如果工作压力处于0.5MPa, 则输出的扭矩会达到0.53N·m, 可以得出允许动能大约在0.40J左右。除此以外, 摆动角度可以达到90°, 可调角度也能够精确到在±5°, 摆速也能够控制在0.2~1.0s/90°, 使用气压可以从0.1MPa一直到0.99MPa。

2 结束语

本文对气动机械手进行研究, 对小臂升降以及手腕进行详细设计, 给出了各个参数的定量计算, 为下一步的机械手自动化控制提供了有力的机械基础。

参考文献

[1]刘明保, 吕春红, 张春梅.机械手的组成机构及其技术指标的确定[J].河南高等专科学校学报, 2004, (1) :18-20.

[2]李超.气动通用上下料机械手的研究与开发[D].西安:陕西科技大学, 2003.

车床机械结构的数控化改造探讨 篇10

数控车床的改造包含主传动部分改造、进给传动部分改造和辅助部件改装(如电动刀架、电动尾座、液压卡盘、防护罩等)三部分。对于经济型数控车床,最重要的是进给传动部分改造。这一部分改造直接影响改造后机床的几何精度与运动精度。

本文以CA6140车床为例探讨车床机械结构的数控化改造,该机床长度为750mm。数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高,为简化结构、降低成本,故采用步进电动机经齿轮减速再传动滚珠丝杠螺母副。

1 车床数控改造方案组成框图

该系统由SIEMENS802S系统、接口电路、驱动线路及步进电动机等组成。另外还配有自动转塔刀架、主轴变频调速器及主轴编码器等,系统属开环控制系统。车床数控改造方案配置图如图1所示。

2 CA6140型车床机械部分改造设计方案

(1)主传动系统

1)保留原有的主传动系统和变速操纵机构。改造后使主运动和进给运动分离,主电动机的作用仅为主轴旋转。

2)如果要提高车床的自动化程度,或者所加工工件的直径相差较大、批量相对集中,需在加工过程中自动变换切削速度,可用双速或者四速电动机替代原车床的主电动机。改造后的主传动系统如图2所示。

加工螺纹或丝杠时,为保证主轴每转一周,刀具准确移动一个导程,须配置主轴脉冲编码器作为主轴位置信号的反馈元件。脉冲编码器的安装,通常采用同轴安装和异轴安装两种方式。脉冲编码器可直接安装在主轴的后方,与主轴同轴安装,如图3所示。脉冲编码器也可装在主轴箱内或主轴箱后端上,并通过一对传动比为1∶1的齿轮或同步齿形带与主轴联系起来,即异轴安装。如图4所示。主轴脉冲发生器从传动连接方面分为刚性连接和柔性连接。所谓刚性连接就是指常用的轴套方式连接。柔性连接就是主轴与主轴脉冲编码器之间用弹性元件连接,常用的元件为波纹管和橡胶管,意在实现角位移信号传递的同时,又能吸收车床主轴的部分振动,从而使主轴脉冲发生器转动平稳,传递信号准确。其连接方式如图5所示。

主轴脉冲编码器安装时必须注意:(1)小心轻放,不能有较大的冲击和振动,以防损坏光栅盘;(2)车床主轴的转速必须小于主轴脉冲编码器的最高允许转速,以免损坏脉冲编码器。

(2)纵横向进给系统

经济型数控车床适用步进电动机来执行机床的进给运动。步进电动机与丝杠的连接有两种:一种是与丝杠直接连接;另一种是步进电动机输出轴端配置减速器,使减速器输出轴通过连接套与丝杠直接连接在一起。一般改造采用后一种连接方式。原机床挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。

1)步进电动机作为驱动元件,经一级齿轮减速转矩增大后,由滚珠丝杠传动纵向进给机构。纵向步进电动机为130BF05A,步距角0.3°。滚珠丝杠仍用原丝杠位置,其螺母副通过托架安装在床鞍底部,滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承,与床身尾部步进电动机相连接。其结构如图6所示。

2)横向进给机构。横向步进电动机110BF003,步距角0.45°。进给保留原手动机构,在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后,步进电动机及减速器安装在溜板后方。

(3)将原光杠拆除并脱开全部走刀齿轮。

(4)自动电动刀架

经济型数控车床上大都使用四方、五方或六方自动转位刀架。按其工作原理可分为:螺旋转位刀架、十字槽转位刀架、凸台棘爪式转位刀架、电磁式转位刀架、液压式转位刀架。目前使用最多的是螺旋转位刀架。

改造时将卧式车床上的原刀架拆下,专门设计一自动电动刀架作为由一个三相异步电动机带动的可自动转换选择的四方刀架。拆除原手动刀架和小溜板,安装由微机控制的四工位电动刀架。根据车床型号及主轴中心高度,选用LD4-I型四工位电动刀架。安装时,去掉车床小溜板,置刀架于中溜板上,卸掉电动机风罩,逆时针方向转动电动机,或转动轴承盖处之内六角螺孔,使刀架转到45°左右时,装上螺钉,然后固定刀架即可。安装时注意自动刀架刀台的两侧面应与车床纵向、横向的进给方向平行。电动刀台与系统连接沿横向工作台侧面先走线到车床后面,再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线走线到系统,以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线。

(5)选用80C31单片机微机控制系统。

(6)在刀架的纵向和横向运动中,设置安全超程限位保护装置。

(7)从上面的方案可知,改造的主要内容是车床的进给系统及电动刀架部分,具体说明如下。

1)脉冲当量的选择。脉冲当量决定进给的精度和脉冲频率,对于该车床(CA6140型)选择的脉冲当量:Z轴为0.01mm,X轴为0.005mm(半径)。

2)X向、Z向进给传动设计。要获得预定的脉冲当量,必须选用合适的传动机构。X向(横向)进给传动设计如图7所示,Z向(纵向)进给传动设计如图8所示。

X向和Z向均选用110BF003型步进电动机,其励磁运行分配方式为三相六拍,步距角θ为0.75°。X向和Z向的齿轮减速装置结构相似,为简化结构,均采用一级齿轮传动,其从动齿轮与丝杠轴颈相配合,主动齿轮孔与步进电动机输出轴相配合,步进电动机用固定板安装在机床上。

X向齿轮减速装置中传动齿轮齿数的确定:步进电机每转一周所需的步数为:360°÷0.75°=480步/周,则主动齿轮与从动齿轮之比为:

主动齿轮齿数/从动齿轮齿数=(步/周)×脉冲当量/丝杠螺距=480×0.005/5=48/100。

故图7中A齿轮取48齿,B齿轮取100齿。

Z向齿轮减速装置中传动齿轮齿数的确定:

主动齿轮齿数/从动齿轮齿数=(步/周)×脉冲当量/丝杠螺距=480×0.01/12=40/100。

故图8中C齿轮取40齿,D齿轮取100齿。

3)电动刀架设计。为了实现自动换刀,需专门设计出四工位电动刀架,刀架上装4把刀,通过电动刀架控制器,由“手动-自动”转换开关可实现“手动”操作和“自动”转位两种工作方式。刀架采用三相交流异步电动机驱动,通过蜗杆、蜗轮传动,实现刀架自动转位夹紧。其工作过程为:当微机发出换刀指令后,交流异步电动机带动蜗杆、蜗轮转动,刀架上升到位后,刀架转动到预定位置,霍尔元件发出到位信号,交流异步电动机反转,刀架下降锁紧,转位结束,此时电动刀架控制器发出回答信号,系统继续下一个数控程序。

3 结束语

通过以上的分析与设计,以CA6140为例了阐述了车床机械结构的数控化改造的内容、步骤、方法和要点。采用步进电动机进行对进给传动系统加以改造以简化结构实现自动控制,加装自动电动刀架实现自动换刀,安装主轴脉冲编码器以实现螺纹加工,采用滚珠丝杠螺母副以提高机床的精度和平稳性。

摘要：以CA6140车床为例探讨了车床机械结构的数控化改造,重点阐述了主传动系统的改造、步进电动机的选取、进给传动系统的改造、自动电动刀架的加装、主轴脉冲编码器的安装和滚珠丝杠螺母副的选用。

新构型数控车床传动机械结构设计 篇11

活塞是内燃机重要的组成部件，其精度直接影响内燃机的性能。基于活塞的特殊性，依据非圆活塞的加工工艺特点，本文设计了一台采用倒T字布局的数控机床，在实践中不仅保证了加工精度而且还提高了生产效率。

1、机床的性能指标及其结构

非圆活塞作为内燃机的重要组成部分直接影响内燃机的性能，因此对该活塞的加工精度有着较高的要求。文本针对活塞加工工艺的特点，完成了非圆活塞数控加工车床的设计。

1.1 数控车床整体方案

本文所设计的车床采用倒T字布局结构。采用卧式后置的主轴箱和前置双刀架。该布局可以实现：仅需一次装夹，便可以完成活塞外圆粗精加工、环形槽和中凸变椭圆截面加工。

主轴旋转同时带动工件作Z轴方向进给，刀塔作X轴左进给是通过伺服电机、滚珠丝杠传动方式来实现的，其X轴的右进给是通过伺服电机、滚珠丝杠、直线电机的传动来实现的。在刀塔的X轴右进给传动结构中，上层采用直线电机驱动实现高速小位移非圆截面车削的进给运动，下层采用伺服电机及滚珠丝杆螺母机构用作所加工活塞直径变化的调整。

2、数控车床传动系统设计

2.1 主传动系统设计

主轴前端采用三套一组的三联精密角接触球轴，后端采用一组双列圆柱滚子轴承支承；采用三相交流异步伺服电机通过刚性联轴器与主轴箱中的主轴直接连接，并为主轴提供动力。主轴结构图如图2.1所示：

1、主轴 2、轴承 3、主轴箱 4、主轴伺服电机 5、轴承

图2.1 主轴结构图

主轴伺服电机的功率计算：主轴系统伺服电机的功率的选取不仅要参考机床的切削功率，还要参考机床的传动效率。

式中：PE为机床电机功率，PC为机床车削功率，ηm为机床传动效率，VC为机床切削速度，FC为机床切削力，Ff为机床的进给力，f为机床的进给量，nw为工件的转速，CFc为工件材料和切削条件对切削力的影响系数，ap为背吃刀量，xFc为背吃刀量对切削力的影响指数；yFc进给量厂对切削力的影响指数；KFc为实验条件与经验公式中切削条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之乘积。

2.2 Z轴进给系统设计

如图2.2 Z轴结构图所示，其驱动电机固定在床身上，并通过刚性联轴器带动滚珠丝杠旋转，从而带动主轴箱在Z轴方向做往复定位和运行。

1、机床本体 2、Z轴伺服电机 3、联轴器 4、轴承

5、丝杠螺母 6、滚珠丝杠 7、末端轴承

图2.2 Z轴结构图

滚珠丝杠的设计与计算

1）疲劳寿命计算

式中：L为修正后的额定寿命，Fm为丝杠的轴向当量载荷，ft为温度因数，Ca额定轴向动负载，fk为负荷性质因数，fa为精度因数，fw为可靠性因数，Px为Z轴切削力，μ为车削系数，Pz为垂直切削力。

2）强度计算

滚珠丝杠副导程：

式中：Ph滚珠丝杠副的导程，Vmax工作台最高移动速度，nmax为丝杠转速，i为传动比。

3）效率计算

η=tgγ/tg（γ+β）

4）刚度度验算

丝杠在工作负载作用下的变形量：

ΔL1=±FmLn/EF

3、传动系统电机的选择

根据2.1节的方法计算主轴电机功率，所选电机功率应大于等于该值，并根据该电机的特性选取合适的变频器。为实现电机的闭环控制，选用增量式光电编码器作为反馈元件。同理可选取各轴的电机。在直线电机选取时，应满足以下三个条件：Fmin≥Fv；Fmax≥F1；Vmax≥V1式中：Fmin Fmax分别为直线电机在有效速度范围内的最小和最大推力，Fv F1分别为伺服进给单元的有效平均推力和最大推力，Vmax V1分别为直线电机运动的最大速度和伺服进给单元要求运动所到达的最大速度。

结论

通过对传动系统的计算提出了其伺服电机的选用方法。依据本文方法设计的机床在实践中极大的提高非圆活塞的加工效率和精度。

浅谈农业机械化结构调整 篇12

随着我国农村经济的发展, 农业机械化水平在不断地提高, 农机保有量急剧增加, 出现了前所未有的良好发展态势。但在发展过程中, 也暴露出结构性矛盾突出和有效供给不足的问题, 主要表现在以下几个方面:一是农机动力多, 配套机具少;小型机具多, 大中型农机具跟不上发展需要;小麦机械化水平较高, 水稻播 (插) 、收获以及玉米收获机械化水平低;粮食作物机械化水平较高, 经济作物、养殖业、农产品加工机械化水平低;农机品种规格多, 质量性能不稳定, 技术储备和研制开发力度不够, 有效供给不足, 存在农机作业的薄弱甚至空白环节。另外, 机具老化严重, 技术水平不高, 更新投入不足等, 不适应农业和农村经济结构战略性调整的需要。

对农机化结构进行战略性调整要着重抓好以下三个环节:一是优化提高粮食生产机械化。重点向稻谷、玉米、大豆和优质、专用、高效粮豆生产机械化和产业化经营倾斜。在结构调整中, 要积极引导农业机械化增长方式的转变, 从过去主要侧重于农业机械保有量的增长转变为“量”和“质”的双重提高;由侧重于农机动力增长转变为向增加作业机具、配套农具倾斜;由侧重于小型农机具增加转变为向大中型农机具倾斜;由单项作业机具的增长转变为向复式作业机具倾斜。二是积极推进经济作物、畜牧、养殖和农副产品加工机械化。重点向推进优质高效经济作物机械化倾斜;向推进设施农业机械化倾斜;向推进规模养殖、畜牧业等集约化、产业化、现代化倾斜。三是加大农产品的国际竞争力, 增加对出口创汇的农业机械化的支持力度。为提高农产品国际竞争力, 增加出口创汇, 农机化的着力点要向种子工程、优质饲料工程、疫病防治工程、保鲜储运工程、质量检测和卫生安全工程的农机化及其信息服务网络现代化建设倾斜。