張玉修

（沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司， 遼寧 沈陽 110117）

0 引言

齒輪自動甩油設(shè)備是齒輪單元內(nèi)自動化的一部分，需要與機(jī)器人對接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動上下料，因此要考慮兼容多種工件問題，各機(jī)構(gòu)間的配合問題等，本文介紹機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)和選型，目的是能夠?qū)崿F(xiàn)甩油臺的全自動甩油功能。

1 總體結(jié)構(gòu)介紹

齒輪自動甩油設(shè)備除了考慮機(jī)器人對接，實(shí)現(xiàn)自動上下料外，還要兼容尺寸不同的工件， 達(dá)到自動夾緊，自動旋轉(zhuǎn)，自動開關(guān)門的功能， 根據(jù)功能需求，本次設(shè)計(jì)甩油臺包括以下幾部分：甩油臺框架，自動門組件，翻轉(zhuǎn)護(hù)罩組件和卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4 部分，見圖1。

圖1 甩油臺總體結(jié)構(gòu)

2 甩油臺框架

甩油臺框架由上、中、下三部分組成，下部分是鋼管焊件，上部分是由鋁合金型材的玻璃框架組成，在甩油過程中起到防止油液噴濺的作用。 中間是隔板，定位翻轉(zhuǎn)護(hù)罩組件和卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，隔板上設(shè)計(jì)有排液孔，工件甩出的液體通過管子從甩油臺隔板底部排出。 下部是下部框架，裝有可調(diào)地腳，主要起到調(diào)節(jié)臺面高度、支撐和定位作用。

3 自動門組件結(jié)構(gòu)

自動門組件主要防止在甩油過程中液體噴濺出設(shè)備外部， 并對工件由于夾持不好等原因可能存在甩出設(shè)備的安全隱患具有阻擋作用。 自動門的結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 自動門組件

3.1 氣缸選型

根據(jù)自動門的質(zhì)量11kg，選擇缸徑為40mm 的氣缸， 行程是1070mm，氣源在0.5MPa 下，根據(jù)公 式F=S×P=πR2*P=3.14×22×0.5×10=628N[1]。其中，F(xiàn)—作用在活塞上的壓力；S—活塞橫截面積；P—?dú)庠磯毫Α?因此氣缸的輸出壓力為628N， 大于自動門的重力110N。

3.2 導(dǎo)軌選擇

選擇光軸導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌平行度較差的情況下，有利于門組件在軌道上運(yùn)行平順，避免出現(xiàn)卡滯、阻塞等現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)選擇導(dǎo)軌直徑為16mm，長度為2.25m，材料為鋁合金，表面處理本色陽極化。裝配流程是將四個滑塊安裝在導(dǎo)軌上，再將門框通過螺栓固定在四個滑塊上。

3.3 護(hù)罩翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

護(hù)罩翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在甩油時起到保護(hù)作用， 防止液體噴濺到甩油臺外部。由于空間布置有限，與伸縮氣缸連接的曲柄長度為60mm，而護(hù)罩的懸臂長為265mm，根據(jù)力矩平衡，需要更大的力克服護(hù)罩的重力才能將護(hù)罩翻轉(zhuǎn)，為了減輕重量，護(hù)罩選取鋁合金材料，表面安裝2mm 厚度的聚氨酯薄膜。

工作原理是氣缸伸出， 通過曲柄拉動護(hù)罩落下到水平狀態(tài)，甩油完成后，氣缸推動曲柄使護(hù)罩旋轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)。護(hù)罩以及連接件的重力是120N，懸臂長265mm，可得力矩為M=F×L=120×265=31800N·mm， 其中，M—護(hù)罩的力矩；F—護(hù)罩的重力；L—護(hù)罩的懸臂長。選用缸徑50 的氣缸在0.5MPa 時的推力為F=S×P=πR2×P=982N， 可得力矩為M=F×L=60×982=58920N·mm，大于護(hù)罩及其連接件的力矩31800N·mm。 護(hù)罩翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)見圖3。

圖3 護(hù)罩翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

4 卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是甩油設(shè)備的核心部件，用于實(shí)現(xiàn)對工件的夾取和旋轉(zhuǎn)功能， 包括電機(jī)，同步帶，回轉(zhuǎn)氣缸，氣動卡盤以及夾指等結(jié)構(gòu)，以下介紹各部件的選型過程：

4.1 電機(jī)選型

電機(jī)為負(fù)載提供旋轉(zhuǎn)動力， 負(fù)載除了包括齒輪工件外，還有同步帶，同步帶輪，回轉(zhuǎn)氣缸和氣動卡盤。負(fù)載總質(zhì)量M 為68kg，旋轉(zhuǎn)半徑R=0.25m，其中，TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩；ML—負(fù)載質(zhì)量；R—旋轉(zhuǎn)半徑[2]。當(dāng)前選取扭矩為2.55Nm，轉(zhuǎn)動慣量為26kg·cm2，機(jī)座號為90L 的電機(jī)進(jìn)行以下試算：

求得n=347（r/min），即當(dāng)n≤347r/min 時可以起動負(fù)載。

上式中：TL-M—折算到電機(jī)側(cè)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；TM—電機(jī)轉(zhuǎn)矩；P—選型電機(jī)的功率；R減—減速比， 本次設(shè)計(jì)比值為3；η—同步帶效率；n—被動帶輪轉(zhuǎn)速；V—負(fù)載旋轉(zhuǎn)線速度；R—負(fù)載半徑。

4.2 同步齒形帶選型

選擇高扭矩同步齒形帶，齒距為8mm，周長為960mm，齒數(shù)為120，背面和吃面保護(hù)層材質(zhì)為氯丁橡膠，芯線材質(zhì)為玻璃纖維，底布材質(zhì)為尼龍織布。電機(jī)側(cè)主動輪齒數(shù)為24，負(fù)載側(cè)被動輪齒數(shù)為72。 本次設(shè)計(jì)選擇免鍵同步帶輪與普通帶輪相比具有安裝方便，對軸損傷小，具有過載保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。

4.3 回轉(zhuǎn)氣缸選型

回轉(zhuǎn)氣缸是為卡盤夾緊或松開工件提供動力， 氣缸底部有回轉(zhuǎn)接頭，可實(shí)現(xiàn)氣管輸入端保持靜止?fàn)顟B(tài)，回轉(zhuǎn)接頭上方氣缸與卡盤同步旋轉(zhuǎn)， 為卡盤在旋轉(zhuǎn)時提供夾緊工件的動力［3］。 本次設(shè)計(jì)選擇活塞行程20mm，最大推拉力15.4kN，極限轉(zhuǎn)速3500r/min。

4.4 氣動卡盤選型

由于不同種工件直徑不同， 為了適應(yīng)機(jī)器人自動上下料，要考慮一個設(shè)備兼容不同種工件的問題，因此選擇了連桿式控制夾爪開閉的較大行程的卡盤， 單邊行程可達(dá)16mm，最大轉(zhuǎn)速3000r/min，最大夾持力17.5kN。

4.5 夾指設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)不同盤齒輪內(nèi)徑的變化，設(shè)計(jì)了階梯夾指，對于內(nèi)徑小的齒輪， 使用上部的階梯夾指， 對于內(nèi)徑大的齒輪，則落到了下部的階梯夾指。實(shí)現(xiàn)了不同尺寸工件的兼容性。 卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)見圖4。

圖4 卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

5 結(jié)論

以上是甩油臺機(jī)械結(jié)結(jié)合工件特點(diǎn)和用戶需求，也要考慮零件加工，裝配工藝等， 才能使甩油臺按照用戶的需求運(yùn)行，達(dá)到齒輪自動化甩油的要求。 其中的氣動元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣缸選型，電機(jī)的型號選擇計(jì)算， 傳動部件的受力計(jì)算等是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，另外與機(jī)器人對接的空間開敞性問題，兼容多種工件的問題也需要綜合考慮。