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畢 業(yè) 設 計 (論 文)
USB接口元件整理機設計
系 名：
專業(yè)班級：
學生姓名：
學 號：
指導教師姓名：
指導教師職稱：
年 月
目錄
摘 要 II
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.2課題設計意義 1
1.3課題設計內(nèi)容 1
第二章 總體方案設計 3
2.1USB接口元件特征分析 3
2.2方案選擇 3
2.2.1總體方案構(gòu)思 3
2.2.2USB橫向放置裝置 4
2.2.3傳送機構(gòu) 4
2.2.4擋隔裝置 5
2.2.5整理裝置 5
2.3總體方案確定 6
第三章 傳動機構(gòu)設計 7
3.1傳送電動機的選擇 7
3.1.1電動機類型的選擇 7
3.1.2電動機容量的選擇 7
3.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 7
3.2運動及動力參數(shù)計算 8
3.2.1傳動比計算 8
3.2.2各軸的轉(zhuǎn)速 8
3.2.3各軸的輸入功率 8
3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 8
3.3蝸輪蝸桿的設計計算 9
3.3.1選擇蝸桿傳動類型 9
3.3.2選擇材料 9
3.3.3按齒面接觸疲勞強度進行設計 9
3.3.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 10
3.3.5校核彎曲疲勞強度 11
3.4軸的設計計算 11
3.4.1軸的材料的選擇 11
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)尺寸設計 12
3.4.2軸的校核計算（以軸Ⅱ為例） 13
3.5軸承的選擇與校核 14
3.6鍵的選擇與校核 15
3.7聯(lián)軸器的選用 16
第四章 擋隔裝置設計 17
4.1擋隔開關(guān)選擇 17
4.2擋隔氣動系統(tǒng)設計 17
4.3推料氣缸設計 17
4.3.1系統(tǒng)參數(shù)確定 17
4.3.2氣缸主要尺寸的確定 18
4.3.3氣缸的結(jié)構(gòu)設計 23
4.4推料撥叉設計 26
第五章 橫向放置及整理裝置設計 27
5.1橫向放置裝置 27
5.2整理裝置 27
總 結(jié) 28
參考文獻 29
致 謝 30
摘 要
在大批量工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)線上，很多細小的機械、電子元件的裝配是由自動化設備來完成。這些元件制造出來時，一般處于雜亂無章狀態(tài)，需要進過整理、排序、固定、包裝成管式或卷帶式元件匣倉，才能提供給自動化設備使用。本設計旨在完成USB接口元件整理機的設計。本次設計的USB接口元件整理機主要由：橫向放置裝置、傳送機構(gòu)、擋料裝置、整理裝置等組成。
本次設計首先，通過對設計要求及USB接口元件特性進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了USB接口元件整理機總體方案構(gòu)思和各主要裝置的設計方案；然后，對各主要裝置的組成零部件進行了設計與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了USB接口元件整理機裝配圖及主要零部件圖。
通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：USB接口；整理；傳送；氣缸
Abstract
In a large volume industrial production line, many small assembly machinery, electronic components by automated equipment to complete. When these elements are produced, generally in disorganized state, we need to enter through the finishing, sorting, fixed, packaged in a tube or tape for the magazine-style elements to provide automation equipment. This design is intended to complete the USB interface element finishing machine design. The design of the USB interface element finishing machine is mainly composed of: horizontal placement device, the transmission mechanism, gauge means finishing devices and other components.
The design First, analyze the design requirements and USB interface element characteristics, the analysis presented in this design USB interface element finisher overall program concept and on the basis of the principal means; then, on the constituent parts of the main unit Design and Verification carried out; and finally, through AutoCAD drawing software to draw the USB interface element finishing machine assembly drawing and major components Fig.
Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.
Keywords: USB interface; Finish; Transfer; Cylinder
31
第一章 緒論
1.1課題背景及目的
在大批量工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)線上，很多細小的機械、電子元件的裝配是由自動化設備來完成。這些元件制造出來時，一般處于雜亂無章狀態(tài)，需要進過整理、排序、固定、包裝成管式或卷帶式元件匣倉，才能提供給自動化設備使用。本設計旨在完成USB接口元件整理機設計，作為元件匣倉生產(chǎn)的前置工序，實現(xiàn)將大量無序輸入的USB接口元件，按照確定的方位要求，有序輸出。
本次畢業(yè)設計的課題要求我們學生綜合力學、機械等理論基礎(chǔ)知識，靈活運用工程軟件（Auto CAD、UG、ADAMS）從事機械產(chǎn)品設計和開發(fā)，以培養(yǎng)我們的工程應用能力。
1.2課題設計意義
通過對本課題進行設計，綜合考慮實際情況，我們能夠?qū)⒄n本上學到的力學、機械等理論知識更好地應用到專業(yè)領(lǐng)域當中去，同時更有針對性的進行方案設計，靈活運用工程軟件（Auto CAD、UG、ADAMS）從事機械產(chǎn)品設計和開發(fā)，掌握一個產(chǎn)品的設計研發(fā)過程，培養(yǎng)我們的工程應用能力，有益于我們?nèi)蘸蟮膶W習工作。此外我們還可以鞏固所學到的知識，并在設計當中學到新的東西。此次設計全部要求我們采用電腦作圖、電腦制作畢業(yè)論文，更接近現(xiàn)代設計方法，為我畢業(yè)后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。
1.3課題設計內(nèi)容
（1）課題名稱：電子元件分選機設計
（2）課題研究方法
設計自動化機械應以滿足使用要求和保證高生產(chǎn)率為前提，做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，制造方便，安全可靠，一般應具有以下性能：①、使用性能。②、技術(shù)性能。③、經(jīng)濟性能[1]。
自動機械的設計過程可分為四個階段：初步設計階段；技術(shù)設計階段；工作圖設計階段；安裝調(diào)試階段。在整個設計過程中可按以下幾個程序進行：
①、熟悉設計任務書明確加工對象的材料、性能及要求，自動機械的使用范圍、生產(chǎn)率要求等。②、確定自動機械的加工循環(huán)時間。③、確定自動機械的運動參數(shù)，擬定傳動原理圖，繪制傳動系統(tǒng)圖。④、決定自動機械的運動特性，選擇執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律，進行運動分析和動力分析。⑤、選擇自動機械的執(zhí)行機構(gòu)，繪制機構(gòu)運動簡圖，進行執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖和自動機械工作循環(huán)圖的設計。⑥、初步確定主要結(jié)構(gòu)和尺寸。⑦、確定自動機構(gòu)的總體方案。包括選擇自動機械的控制方案，繪制控制系統(tǒng)原理圖，進行總體方案可行性分析等。⑧、確定自動機械的總體布局。⑨、進行自動機械技術(shù)經(jīng)濟指標的初步估算以驗證設計方案的先進合理性。⑩、具體結(jié)構(gòu)設計[1]。
（3）課題設計構(gòu)成及研究內(nèi)容
本次論文構(gòu)成主要有：①、前置部分。其中包括封面、扉頁、中文摘要、英文摘要、目錄等；②、正文部分。其中主要包括緒論、正文主體、結(jié)論、致謝參考文獻；③、附錄部分；④、附件部分。
本次畢業(yè)設計論文的研究內(nèi)容如下：
①、根據(jù)分選的要求選定所需要的電動機。②、擬定傳動原理圖，繪制傳動系統(tǒng)圖。③、通過蝸輪蝸桿減速，根據(jù)電機功率，計算蝸輪蝸桿的參數(shù)。④、通過槽輪的間歇運動，使轉(zhuǎn)盤在達到槽輪停歇時間時停止運動，檢測頭開始進行檢測，同時擋料機構(gòu)開始上料。計算出槽輪的運動參數(shù)。⑤、計算齒輪的運動參數(shù)。使跟小齒輪固連在一起的槽輪轉(zhuǎn)過90度時轉(zhuǎn)盤只轉(zhuǎn)過30度。⑥、設計計算凸輪的運動參數(shù)。凸輪運動時帶動四桿機構(gòu)運動，使轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動過程中時停止送料，轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動時開始送料。
（4）課題的設計任務
要求完成一臺USB接口元件整理機的結(jié)構(gòu)設計，此設備能夠?qū)⒋罅繜o序輸入的USB接口元件，按照確定的方位要求，有序輸出。
主要設計內(nèi)容包括：
（1）原理和方案設計：通過分析元件特征，確定元件篩選排序方案。
（2）運動計算：按照設計指標，完成運行邏輯圖設計，計算傳動系統(tǒng)的運動參數(shù)。
（3）動力計算：計算與動力和能量相關(guān)的參數(shù)。
（4）靜態(tài)結(jié)構(gòu)設計：分析設備組成，完成各功能部件總體布置設計，完成靜態(tài)結(jié)構(gòu)設計。
（5）運動結(jié)構(gòu)設計：完成運動零部件設計。
（6）關(guān)鍵零件強度、剛度計算校核。
（7）最終提交：
（a）不少于15000字的設計說明書；
（b）工程圖若干張，其中1張裝配圖（A2以上）、等零件圖。
第二章 總體方案設計
2.1USB接口元件特征分析
下圖為對USB接口元件實物測量的結(jié)構(gòu)及尺寸，可以看出USB接口元件，長×寬×厚：20mm×12mm×4mm且在一端有一個5mm長的缺口。
圖2-1 USB接口元件結(jié)構(gòu)尺寸
2.2方案選擇
2.2.1總體方案構(gòu)思
初步設想本次設計的USB接口元件整理機主要由進料漏斗、橫向放置裝置、傳送帶、擋隔裝置、整理裝置組成。
圖2-2 USB接口元件整理機方案構(gòu)思
從上圖2-2可以看出橫向放置裝置、擋隔裝置、整理裝置屬于三個未知暗箱，各暗箱需要實現(xiàn)的功能為：
暗箱一：橫向放置裝置，使落入到傳送帶的USB接口元件通過暗箱一后全部橫向放置。
暗箱二：擋隔裝置，四種不同狀態(tài)的USB接口元件通過暗箱2后，只有一種狀態(tài)被保留下進入下一工序，其余三種狀態(tài)會被彈開落入落料筒后被人工再次送入漏斗。
暗箱三：整理裝置，把排列有序但是間距不一的USB接口元件一個貼著一個排列好。
為了滿足這三個暗箱的功能，下面對處在暗箱中的三個裝置進行詳細的設計。
2.2.2USB橫向放置裝置
由于USB接口元件長度和寬度不相同，因此可以利用該結(jié)構(gòu)特點設計出如下圖2-3所示漏斗出料口結(jié)構(gòu)，使得USB接口元件從在重力作用下從漏斗落入傳送帶時便是橫向放置的。
圖2-3 USB橫向放置裝置
2.2.3傳送機構(gòu)
本次采用傳送帶傳送待整理及整理好的USB接口元件，在傳送帶與電動機之間需要增加減速機構(gòu)。
如果直接把電機連接到執(zhí)行機構(gòu)上，那么執(zhí)行機構(gòu)的速度會非常大，這肯定是不滿足設計要求的，所以需要設計一個減速機構(gòu)，要實現(xiàn)電機的減速有多種方法，現(xiàn)討論兩種方案，如圖2-4（a）（b）所示。方案一：通過蝸輪蝸桿減速。方案一與其他方案相比，能實現(xiàn)大的傳動比、機構(gòu)很緊湊、沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)、噪聲低、具有自鎖性等特點，因此是比較符合這次設計的。方案二：通過一對直齒輪和一對錐齒輪減速。齒輪傳動具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比穩(wěn)定等特點。但是與方案一相比，所占空間位置較大。綜合以上考慮，選擇方案一。
（a） 蝸桿減速機構(gòu) （b）齒輪減速機構(gòu)
1－電機；2－蝸桿；3－蝸輪 1－電機；2－直齒輪；3－錐齒輪
圖2-4 減速機構(gòu)簡圖
2.2.4擋隔裝置
為了確保其他三種狀態(tài)的USB接口元件被快速準確的彈出，本次采用如下圖2-5所示氣缸驅(qū)動推料爪的裝置，其動作原理是：氣缸通過接觸式傳感器控制伸縮，當USB接口元件帶缺口的一端朝向傳感器側(cè)時由于缺口的存在USB接口元件可以順利通過，其他狀態(tài)時USB接口元件會觸及到接觸式傳感器使其發(fā)出信號給氣動系統(tǒng)的電磁換向閥使得氣缸伸縮快速推動推料爪把USB推出傳送帶落入傳送帶下方的落料桶內(nèi)。
圖2-5 USB擋隔裝置
2.2.5整理裝置
USB接口元件整理裝置就是在傳送帶末端加入一帶導向功能的靜止平臺，USB接口元件從傳送帶被后一個元件推著進入平臺內(nèi)，后一個又被再后一個推動進入平臺，就這樣USB接口元件一個緊貼一個的進入平臺，其結(jié)構(gòu)如下圖2-6所示。
圖2-6 USB整理裝置
2.3總體方案確定
匯總上述各裝置得到USB接口元件整理機總體方案如下圖2-7所示：
圖2-7 USB接口元件整理機總體方案
第三章 傳動機構(gòu)設計
3.1傳送電動機的選擇
3.1.1電動機類型的選擇
電動機是標準部件。因為室內(nèi)工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。
3.1.2電動機容量的選擇
取USB接口元件傳送帶抗運行阻力：F=400N
USB接口元件傳送過程中，速度應選擇合適，速度過大USB接口元件容易被甩出且，速度過小生產(chǎn)率小，因此在保證USB接口元件不被甩出的情況下盡量選取大的運行速度，通常USB接口元件切口機運行速度為0.2~0.25m/s，本次選用USB接口元件傳送速度為：v=0.23m/s
則，工作機所需功率為：
——電動機至滾筒軸的傳動裝置總效率。
取蝸桿傳動效率，聯(lián)軸器傳動效率，軸承效率，電動機至滾筒軸的傳動裝置總效率為：
電動機的輸出功率為
電動機額定功率只需略大于即可，查《機械設計手冊》表19-1選取電動機額定功率為550W。
3.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇
為使USB接口元件整理機結(jié)構(gòu)緊湊性，本次取傳送帶主動輪分度圓直徑為：
傳送帶主動軸工作轉(zhuǎn)速：
蝸桿的傳動比為：
所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為750、1000、1500r/min。
綜合考慮傳動裝置機構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速1500r/min的電機。
由電機轉(zhuǎn)速查表選擇全封閉自散式籠型三相異步電動機：Y系列型號為Y801-4。
其額定功率：P=0.55KW；轉(zhuǎn)速：N=1390 r/min.。同步轉(zhuǎn)速：1500r/min。
3.2運動及動力參數(shù)計算
3.2.1傳動比計算
滿載轉(zhuǎn)速。故總傳動比為：
取
3.2.2各軸的轉(zhuǎn)速
電機軸
傳送帶主軸；
3.2.3各軸的輸入功率
電機軸 ；
傳送帶主軸；
3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機軸 ；
傳送帶主軸；
整理列表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
電機軸
0.55
3.78
1390
31
傳送帶主軸
0.396
84.34
44.84
3.3蝸輪蝸桿的設計計算
3.3.1選擇蝸桿傳動類型
因為蝸輪蝸桿傳動的特點，并考慮到傳動系統(tǒng)空間的布置，和嚙合等特點選擇為圓柱蝸桿傳動。并根據(jù)GB/T 10085-1998 的推薦，在此傳動系統(tǒng)中采用漸開線蝸桿（ZI蝸桿）。
3.3.2選擇材料
因為考慮到蝸桿傳動的功率不大，速度只是中等，所以蝸桿用45鋼；又因希望效率高些，耐磨性好些，所以蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度選為45-55 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，用金屬模鑄造。并且為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，但輪芯用灰鑄鐵HT100 制造。
3.3.3按齒面接觸疲勞強度進行設計
從根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，首先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由《機械設計》中式（11-12），傳動中心距為：
（3.1）
（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T1
按z1=1，故取效率η=0.8，則
T1=9.55×106p1/n1=9.55×106pη/(n/i12)=9.55×106×N.mm=8.245×104N·mm
（2）確定載荷系數(shù)K
因為工作載荷較穩(wěn)定，故載荷分布不均勻系數(shù)Kβ=1;由表11-5選取使用系數(shù)KΑ=1.15；由于轉(zhuǎn)速一般不高，沖擊載荷也不大，可取動載荷系數(shù)Kv=1.05；則
K=KΑKβKv=1.05×1.15×1=1.21
（3）確定彈性影響系數(shù)ZE
因為選用的蝸輪材料是鑄錫磷青銅，蝸桿材料是45號鋼，因此彈性影響系數(shù)ZE=160MPa1/2
（4）確定接觸系數(shù)Zp
我們先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值為d1/a=0.35，因此我們可以從《機械設計》圖11-18中可查到：Zp=2.9。
(5)、確定許用接觸應力[σH]
因為根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，因此我們可以從《機械設計》表11-7中查到蝸輪的基本許用應力是：[σH]'=268MPA。
(6)、計算循環(huán)次數(shù)：
N=60jn1Lh=60×1×1390/20×12000=5.004×107
(7)、壽命系數(shù):
KHN==0.8177
則：[σH] = KHN × [σH]'=0.8177×268MPA=219MPA
(8)、計算中心距
==76.5mm
考慮到本次設計中傳動系統(tǒng)的空間布局，渦輪轉(zhuǎn)速較低，所需功率較低的特殊性，因此為了設計的合理性選取中心距a=80，因為傳動比為：i=31，因此我們可以從《機械設計》表11-2中取模數(shù)m=4，蝸桿分度圓直徑：d1=40mm。這時d1/a=0.4，從《機械設計》圖11-18中可查得接觸系數(shù)Z'p=2.74，所以Z'p
50
工作壓力/MPa
<0.81
1.52
2.53
34
45
≥5
表3-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
設備
類型
機 床
農(nóng)業(yè)機械或中型
工程機械
氣動機、重型
機械等
磨床
組合
機床
龍門
刨床
拉床
工作壓力
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
由于推動USB接口元件的推力非常小，設定氣缸推力為10N，其它工況時的負載都相對較低，參考表3-1和表3-2按照負載大小或按照氣動系統(tǒng)應用場合來選擇工作壓力的方法，初選氣缸的工作壓力。
（2）氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動連接滿足快進速度的要求，且往復快速運動速度相等，這樣就給氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了的關(guān)系。由此求得氣缸無桿腔面積為:
活塞桿直徑可以由值算出，由計算所得的D與d的值分別按表3-4和表3-5圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。
表3-4 氣缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值
表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
由GB/T2348-1980查得標準值為D=20mm，d=8mm。
4.3.2氣缸主要尺寸的確定
氣缸工作壓力主要根據(jù)氣動設備的類型來確定，對不同用途的氣動設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設計時，可用類比法來確定。
氣缸的工作壓力MPa，缸筒內(nèi)徑 D=20mm，活塞桿外徑d=8mm。
（1）氣缸壁厚和外徑的計算
氣缸的壁厚由氣缸的強度條件來計算。
氣缸的壁厚一般指氣缸中最薄處的厚度。從材料力學可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分別規(guī)律因為壁厚的不同而各異。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
氣缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的氣缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計算
≥
式中 ——氣缸壁厚（m）。
D——氣缸內(nèi)徑（m）。
——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.5 MPa。
——缸筒材料的許用應力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。
在中低壓氣動系統(tǒng)中，按上式計算所得氣缸的壁厚往往很小，使得氣缸的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起氣缸工作過程卡死或者漏油。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式公式進行校核。
對于D/＜10時，應該按材料力學中的厚壁圓筒公式進行壁厚的計算。
對于脆性材料以及塑性材料
≥
式中的符號意思與前面相同。
氣缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為
≥ +
式中值應該按無縫鋼管標準，或者按有關(guān)標準圓整為標準值。
在設計中，取試驗壓力為最大工作壓力的1.5倍，即 = 1.5×0.2MPa =0.3MPa。而缸筒材料許用應力取為= 100 MPa。
應用公式 ≥ 得， ≥
下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + = 20+2×4.06mm =28.12mm。在氣動傳動設計手冊中查得選取標準值 = 30mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計算壁厚， = = mm = 5mm。
（2）氣缸工作行程的確定
氣缸工作行程長度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并且參照表4-1中的系列尺寸來選取標準值。
表4-1氣缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
注：氣缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。
由已知條件知道最大工作行程為80mm,參考上表系列Ⅱ，取氣缸工作行程為80mm。
（3）缸蓋厚度的確定
一般氣缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強度要求可以用下面兩式進行進似計算。
無孔時：
有孔時：
式中 ——缸蓋有效厚度（m）。
——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。
——缸蓋孔的直徑（m）。
在此次設計中，利用上式計算可取t=5mm
（4）最小導向長度的確定
當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面的距離H稱為最小導向長度（圖3-2）。如果導向長度過小，將使氣缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，從而影響氣缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定得最小導向長度。
對于一般的氣缸，最小導向長度H應滿足以下要求
式中 ——氣缸的最大行程。
——氣缸的內(nèi)徑。
為了保證最小導向長度H，如果過分增大和B都是不適宜的，必要時可以在缸蓋和活塞之間增加一個隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即
在此設計中，氣缸的最大行程為80mm，氣缸的內(nèi)徑為20mm，所以應用公式的 =mm =14mm。
活塞的寬度B一般取得B =（0.6~1.0）D；缸蓋滑動支撐面的長度，根據(jù)氣缸內(nèi)徑D而定。
當D＜80mm時，取；
當D＞80mm時，取。
活塞的寬度B = （0.6~1.0）D =12~20mm，取15mm
（5）缸體長度的確定
氣缸缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般氣缸缸體長度不應該大于內(nèi)徑的20~30倍。缸體長度L = 80+15mm=95mm。
（6）固定螺栓得直徑
氣缸固定螺栓直徑按照下式計算
式中 F——氣缸最大負載。
Z——固定螺栓個數(shù)。
k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。
根據(jù)上式求得
= = 2.3mm
（7）氣缸強度校核
1）缸筒壁厚校核：
。
。
前面已經(jīng)通過計算得：D = 20mm, = 5mm。則有＜10，所以為厚壁缸。
= 5mm≥ = = 4.12mm
可見缸筒壁厚滿足強度要求。
2）活塞桿穩(wěn)定性的驗算：
活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力F不能超過使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞氣缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長度以及氣缸的安裝方式等因素有關(guān)。活塞桿的穩(wěn)定性的校核依照下式（穩(wěn)定條件）進行
式中 ——安全系數(shù)，一般取=24。
當活塞桿的細長比＞時
=
當活塞桿的細長比≤時，且 = 20120時，則
=
式中 ——安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)。
——活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。
——柔性系數(shù)。
——由氣缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。
E——活塞桿材料的彈性模量，對剛?cè) = 。
J——活塞桿橫截面慣性矩，A為活塞桿橫截面積。
f——由材料強度決定的實驗值。
根據(jù)驗算，氣缸滿足穩(wěn)定性要求。
4.3.3氣缸的結(jié)構(gòu)設計
氣缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結(jié)構(gòu)設計。主要包括：氣缸缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、以及氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件的不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇。
（1）缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋常見連接方式有法蘭連接式、半環(huán)連接式 、螺紋連接式 、拉桿連接式 、焊接式連接等。
圖4-1 常見的缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)
圖4-1所示為常見的缸蓋和缸筒連接形式。圖4-1a 為法蘭式連接結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，容易加工，便于裝卸，強度較大，能夠承受高壓。但是外形尺寸較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。
圖4-1b 為半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)，這種連接分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩者形式。它們的缸筒壁部由于開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要增加壁厚。它容易加工和裝卸、重量較輕，半環(huán)連接是一種應用較為普遍的連接結(jié)構(gòu)，常用于無縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。
圖4-1c、f 為螺紋連接形式，這種連接分為外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩者形式。它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜，外徑加工必須要求同時保證內(nèi)外徑同心，裝卸要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，常常用于無縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。
圖4-1d 為拉桿式連接形式，這種連接結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好、通用性強、易于裝拆，但是端蓋的體積和重量都非常大，拉桿在受力后容易拉伸變長，從而影響密封效果，僅適用于長度不大的中低壓缸。
圖4-1d 為焊接式連接，這種連接形式強度高，制造簡單，但是焊接時容易引起缸筒的變形。
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。通過綜合考慮，在此設計中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。
（2）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式有很多，常見的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖4-2所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復雜，裝卸不便，但是工作可靠。
圖4-2 活塞桿與活塞的結(jié)構(gòu)
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但是它只能適應于尺寸較小的場合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實心的，大多用鋼料制造。經(jīng)過綜合考慮，在此設計中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖4-3所示。
圖4-3 活塞桿與活塞的連接形式
這種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸，成本低廉，但是在震動的過程中容易松動，所以加了防松裝置，應用范圍較廣。
（3）活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結(jié)果可以做成端蓋整體式直接導向，也可以做成與端蓋分開的導向套導向結(jié)構(gòu)。后者導向套磨損后便于更換，所以應用比較普遍。導向套的位置可以安裝于密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以安裝于密封圈的外側(cè)。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)測的結(jié)構(gòu)，有利于導向套的潤滑；而壓油機常采用裝在外測的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時，使得密封圈由足夠的油壓將唇邊張開，以提高系統(tǒng)的密封性能。
活塞桿處的密封形式由O型、V型、Y型和型密封圈。為了清除活塞桿處外漏部分粘附的灰塵，保證油液清潔以及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。此設計經(jīng)過綜合考慮，采取端蓋直接導向。
（4）密封裝置
氣缸中常見的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。
間隙密封依靠運動件間的微笑間隙來防止泄露。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面制造出幾條微小的環(huán)形槽，用以增大油液通過間隙時的阻力。它結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，可以耐高溫，但是泄露大，加工要求高，磨損后無法恢復原有能力，只有在尺寸小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。
摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露。這種材料密封效果好，摩擦阻力較小并且穩(wěn)定，可以耐高溫，磨損后有自動補償能力，但是加工要求高，裝拆不方便，適用于缸筒和活塞之間的密封。
油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它利用橡膠或者塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄露。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。
（1）O形密封圈（如圖4-4）
O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨用于油缸運動密封。
圖4-4 O形密封圈
（2）V形密封圈（如圖4-5）
V形圈的截面為V形，如圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應面向壓力高的一側(cè)。
圖4-5 V形密封圈
（3）Y形密封圈（如圖4-6）
Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈(Lip Seal)。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應用普遍。Y形圈主要用于往復運動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，圖所示為寬斷面Y形密封圈。
圖4-6 Y形密封圈
對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入氣缸，使油液受到污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并且放在向著活塞桿外伸的一段。
4.4推料撥叉設計
推料撥叉結(jié)構(gòu)如下，其由尼龍材料加工而成：
第五章 橫向放置及整理裝置設計
5.1橫向放置裝置
由于USB接口元件長度和寬度不相同，因此可以利用該結(jié)構(gòu)特點設計出如下圖5-1所示漏斗出料口結(jié)構(gòu)，使得USB接口元件從在重力作用下從漏斗落入傳送帶時便是橫向放置的。
圖5-1 USB橫向放置裝置
5.2整理裝置
USB接口元件整理裝置就是在傳送帶末端加入一帶導向功能的靜止平臺，USB接口元件從傳送帶被后一個元件推著進入平臺內(nèi)，后一個又被再后一個推動進入平臺，就這樣USB接口元件一個緊貼一個的進入平臺，其結(jié)構(gòu)如下圖5-2所示。
圖5-2 USB整理裝置
總 結(jié)
這次畢業(yè)設計幾乎用到了我們大學所學的所有專業(yè)課程,可以說是我們大學所學專業(yè)知識的一次綜合考察和評定.通過這次畢業(yè)設計,使我們對以前所學的專業(yè)知識有了一個總體的認識與融會貫通.例如我們在設計過程當中需要用到所學的工程制圖、材料力學、機械工程材料、機械設計、極限配合與公差以及CAD計算機輔助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識.在做畢業(yè)設計的過程中,不僅使我們熟悉了舊的的知識點,還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細節(jié)問題,而這些細節(jié)問題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在.
此外,我感覺兩個月的畢業(yè)設計極大的豐富了我們的知識面,使我學到了許多知識,不僅僅局限于多學的專業(yè)知識.在做設計的過程中,由于需要用到課本外的知識,這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料.例如在設計傳動方案時就需要我們對提升裝置的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選擇合適的傳動方式.由于以前沒有注意此方面的問題,所以必須通過實踐認識和查閱資料才能做到更好.
總之，通過畢業(yè)設計，我深刻體會到要做好一個完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對待要解決的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來充實自己。
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