二维搬运平台及其PLC控制系统设计任务书

机电综合技术

课程设计说明书

题 目 二维搬运平台及其PLC控制系 统设计

一 机械系统设计

1 机械设计要求

能满足预期功能，性能好，效率高，成本低，在预定范围内安全可靠，维修简单，整体尺寸搭配合理，选型美观

2 气缸的选择

气缸的选择主要是根据所加负载机运动行程，工作条件来确定，以选型过程中主要参考气缸选型手册进行，依次确定气缸的内径和最大行程

1） 查阅相关资料，可得标准型的双向工作式气缸的理论推理和拉力的计算公式为：F推??4?D2?P?10-2 F拉??4?（D2-d2）?P?10-2

根据设计要求，工件质量为10.2kg,预计抓手机辅助质量为2kg，初选缸径为20mm，杆径为8mm，工作压力为0.5Mp，

则计算推力及拉力：F推??4?D2?P?10-2

F拉??4?（D2-d2）?P?10-2

=131.88N >122.2N

富余9.68N，因此能够满足使用要求，故可以选择标准气缸CDM2B20-100。

2）气缸行程的选择

行程的选择取决于机构相对于传送带高度，需要夹爪将物块提升100mm左右，故可以选CDM2B20-100型号的气缸。

3）气缸的安装

根据整体结构的设计（见三维示意图），气缸的安装是轴向脚座型，或是杆侧法兰型（选用的是杆侧法兰型）。

3 导轨的设计

1）选择导杆直径：一方面尽量选整数，另一方面其导杆直径应比活塞杆直径大一些以便更好的起到导向作用和保持稳定。已知气缸伸

I

出杆径为8mm，考虑到负载大小，可选用 Φ10?600，选择太敬公司系列的产品，直线光轴为SFC10?600 2）选择直线轴承LMF-10

为了与直线光轴配合，只要选择尺寸合适的直线轴承即可，选择的是配套的溢圆型法兰式轴承LMF-10。 4 丝杠的选择

1） 丝杠负载的质量来源气缸1kg，物体+夹爪12.2kg，托架估计总重

量为17.5kg，即共30.7kg。负载总共受轴向力，惯性力：W=307N,初选太敬丝杠FKB0802A，有螺纹部分为600mm。 2） 基本计算

已知初选的太敬丝杠FKB0802A，丝杠外径为Φ8，导程2mm，基本额定负载为额定负载Ca=1300N，静额定负载Coa?2300N。 由于丝杠启动时主要克服负载时静载荷才c，静载荷比动载荷大得多，初选的FKB0802A的Coa?2300N，大于丝杠负载总重惯性力W=307N。此条件匹配。 丝杠螺旋升角：tan??Ph02??0.08 ?d03.14?8受切向力：Q?W?tan??307?0.08?24.56N 受摩

切擦

向

力

力

矩矩

：：

T?Q?R?24.56?4?98.24N?mm?0.09824N?m

Tf??mg?R?0.1?307?4?122.8N?mm?0.128N?m （式中摩擦因子??0.1，是因为考虑到滚珠死港府的自身摩擦系数?1?0.01；丝杠螺母的预紧使得摩擦系数变大，此外还将轴端的安装支撑所带来的摩擦影响考虑在内，故取??0.1是合理的。） 3） 丝杠的安装

设计中没有用减速器对电机的输出进行调速，而是直接用点击电机驱动丝杆，故对丝杠两端的安装形式有一定要求，是丝杠的有效最高转速尽量高。

根据以上的要求，可选择两端固定的安装方式，而且一端支撑单元BK6，另一端支撑单元BF6.（尺寸取决于丝杠轴端的安装尺寸。）

5 电机的选择

1） 电机的选择原则 功率匹配

II

转矩匹配：电机的额定转矩要满足负载拖动的要求：

速度匹配：电机的额定转速满足执行器（丝杠）的速度指标要求。

惯量匹配：负载的传动系统折算到电机上惯量与电机转子惯量的比值要满足

一定的范围（3~10）。

比值过小：电机拖动自身转子消耗能量过多，能量利用率低；一般而言，惯性越大的电机价格也越高；增大电机的负载。

比值过大：负载惯量在系统总惯量中的比例过大：加大了负载波动时对系统惯的影响，使系统鲁棒性降低。

2） 根据丝杠计算初选电机，转矩匹配。 已知丝杠带动负载总的力矩为： 选电机的安全系数S=1.5 选择电机额定转矩： 故选择DCM5X207,(雷赛直流伺服电机)

DCM5X207：额定转矩：0.35N*m,符合，满足转矩匹配 额定转速：3600r/min (60r/s) 转子惯量：4.73 3） 惯性匹配

负载转化到轴上的惯性量：J1?m'R2

?umgR2

?0.03?22.5?9.8?16?10^?6

?1.08?10^?5kg?m211丝杠转动惯量：J2??mR2??19.6?16?10?6?15.7?10?5kg?m2

22共有负载转动惯量：

J?J1?J2?1.08?15.7?16.8?10?5kg?m2

按照选择电机的惯量匹配原则：负载及传动系统折算到电机上的转动惯量与电机转子的比值：16.8/4.73=3.55，符合3~10的既定范围。 4） 转速匹配

直流伺服电机的最佳转速为3000~9000r/min,初选电机为DCM5X207的转速为3600r/min。

太敬滚珠丝杠两端的固定方式的最高允许转速为4000r/min（取决于安装方式和安装伸出轴的长度）。

转速匹配条件满足。

6 联轴器的选择

主要根据两个安装端的尺寸来确定联轴器的型号。

雷赛直流伺服电机DCM5X207的伸出端的外径是?8；太敬滚珠丝杠的连接端径为?6。根据联轴器选型系列可知，太敬SRB-19C?8X?6满足条件。 所选太敬SRB-19C?8X?6为一弹性联轴器。 7 主导轨的设计 1） 与丝杠平行的导轨副包括两根直线光轴，两端的固定支撑及箱式滑动单元。它主要用于承重和导向。安装时要保证两根直线光轴与丝杠的平

III

T'T?

行度。

考虑到负载需在极短时间内停下来，产生的倾覆力矩的影响，适当将直线光轴直径估选较大一些。故初选为太敬?16的直线光轴。 对?16的直线光轴进行强度分析：

Mmax32?mg?L0.155?10?22.5?32???1.4Mpa W2??d23.14?0.0162 最大正应力远小于轴所用钢的许用应力，还可将?16的直径光轴变小。 2) 轴支座的选择

已选定的直线光轴后，即可根据尺寸选定太敬SK（立式）轴端支撑。SK=16（SK:三益轴支座，16：轴径） 滑动单元的选择

3）滑动单元的选择

为了减小滑动单元的个数，同时又能保证托板能够安装平稳，故选择易于通过螺栓安扎un个于工作平台上的箱式单元。

根据尺寸选择铝制箱式单元—亚洲标准:SC16-B 型号说明：SC;箱式单元 16: 外径； 主要技术参数： 基本额定动载荷C: 770N 额定静载荷Ca : 1170N 重量 ：189gf 8、其他板件及连接件的设计

示意图中上下两块托板的设计主要是根据安装丝杠与支撑和立式支座的孔的位置及整车尺寸合适即可。

连接杆的设计必须考虑到气缸的工作行程和气缸及下部分的导杆是否和整个安装平台的底部相干涉，需要留出足够的空间。

工作台的高度则要结合传送带的高度、气缸夹爪抓取物体上升的高度等，加上地脚螺钉，定出合适的高度。 二、控制系统设计

1、电磁换向阀的选择

电磁线圈通过，静铁芯对动铁芯产生电磁吸引力，利用电磁力使阀芯切换，以改变气流方向的阀，成为电磁换向阀。

根据实际情况，电磁阀造型的过程中需考虑到气缸的缸径以及极限工作压力。

1） 现已确定所使用气缸的缸径（?20）和较低速使气缸动作。

气缸的速度程度 低速 中等 高速 超高速

最大正应力：?max?理论基准速度 2）

250 500 750 1000 由表 IV