多功能氣動壓力機的設(shè)計

1、    多功能氣動壓力機的設(shè)計    金樟源摘要：設(shè)計一種多功能氣動壓力機，該機通過plc控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與工作原理，說明主要零部件的設(shè)計，并利用pro/e軟件完成整機裝配與檢驗。關(guān)鍵詞：壓力機；氣動；pro/e；優(yōu)化設(shè)計：th138.9 ：a ：1674-1161（2014）01-0026-04目前我國的鉚接設(shè)備大多采用簡易氣體驅(qū)動方式，其中最典型的是氣動壓力機?，F(xiàn)有氣動壓力機精度低、輸出力有限、功能單一且安全度不高，工人在操作時工作強度較大、易疲勞、有一定的危

2、險。為此，對簡易氣動壓力機進行改進，設(shè)計一種多功能氣動壓力機。在功能方面進行強化，以實現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時，在結(jié)構(gòu)上加入plc控制面板，以實現(xiàn)對氣動壓力機的實時控制，并在plc內(nèi)加入計數(shù)器，便于工人計算產(chǎn)量。1 多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與原理多功能氣動壓力機主要由支架、驅(qū)動氣缸、連桿1、連桿2和標準直線滾動導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當氣缸桿伸出時，氣缸接頭推動連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動連桿1。連桿1與連接螺栓之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動連接螺栓作直線運動，實現(xiàn)圓柱

3、面的過盈聯(lián)接。圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。2 主要零部件的設(shè)計2.1 連桿連桿是多功能氣動壓力機的主要零件，它是組成機構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。2.2 氣缸機構(gòu)運動簡圖如圖5所示。計算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時的輸出力為f0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動手冊得出。例如，設(shè)計時選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊，在0.6 mpa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力f0為1 510 n。2） 設(shè)機構(gòu)工作時構(gòu)件2的壓力為f1，以構(gòu)件1為分析對象，在氣缸輸出力f0及構(gòu)件2推力f1的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計算出：f1=a

4、×f0sin/b×sin（+）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時輸出力為f2，以構(gòu)件3為分析對象，在構(gòu)件2壓力f1及負載f2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：f2=a×f0sincos/b×sin（+）。設(shè)計條件下a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當=1°時，機構(gòu)的輸出力f2高達136 353 n。在極限位置=0時，機構(gòu)的輸出力理論上為無窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機構(gòu)工作點。在該位置機構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實現(xiàn)自鎖。同時，在設(shè)計氣缸的安裝尺寸時，使該位置=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直

5、于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動壓力機采用sc標準氣缸。sc標準氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修方便、使用壽命長等諸多優(yōu)點，調(diào)速和啟動特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動裝置。本設(shè)計中sc標準氣缸的工作壓力為0.6 mpa，型號為100×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。2.3 回路氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動回路來實現(xiàn)。氣動回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向閥可控制氣體流動方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當兩位三通電磁換向閥

6、左位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當兩位三通電磁換向閥右位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。2.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計為plc控制。通過plc控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制t型圖來達到控制電磁閥換向的目的，且可以通過plc編程改善其功能和安全性；cu端有脈沖輸入時，計數(shù)器當前值自增1，當前值達到預(yù)設(shè)值pv時，計數(shù)器置1。本設(shè)計選用高速計數(shù)器預(yù)設(shè)值pv=7fff=32767，不會溢出。復(fù)位輸入r有效，計數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當前計時器值清零。t型圖如圖8所示。定義i0.0為電源總開關(guān)，m0.0為plc內(nèi)部中間繼電器，i0.1和i0.2為兩個啟動按鈕，q0.0為電磁閥，i0.3

7、為自動開關(guān)，i0.4為清除計數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，i0.6為停止開關(guān)，c0為增計數(shù)器。當電源總開關(guān)通電后，中間繼電器m0.0通電并自鎖，同時按住i0.1和i0.2的按鈕使q0.0得電（同時按住兩個按鈕可起到保護作用），q0.0得電會使電磁閥到左位，氣缸伸出，壓頭對工件進行鉚接，同時計數(shù)器加1，數(shù)字顯示在面板上（如果需要清除增計數(shù)器數(shù)據(jù)需要按下i0.4）。松開按鈕i0.1和i0.2后q0.0失電，q0.0失電會使電磁閥到右位，氣缸縮回，壓頭跟著縮回，結(jié)束工作。依次反復(fù)。按下停止開關(guān)i0.6氣缸即停止工作。2.5 工作臺為配合鉚接工作，將工作臺置于支架底板上，通過螺釘安裝在支架上。工作臺采用燕尾槽設(shè)計

8、，可以把夾具用螺栓固定在燕尾槽導(dǎo)軌下。工作臺如圖9所示。2.6 導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置（如圖10所示）采用直線滾動導(dǎo)軌副進行導(dǎo)向，并設(shè)有調(diào)整螺母，用于調(diào)整導(dǎo)軌副的間隙。2.7 支架支架（如圖11所示）的作用是安置氣缸、連桿、導(dǎo)向裝置、plc面板、工作臺等重要零件。作為主要承力構(gòu)件，支架承受的是彎曲應(yīng)力，在機構(gòu)工作時支架極容易產(chǎn)生彎曲變形而直接影響機構(gòu)工作精度，而本設(shè)計采用的氣缸運動方式使機構(gòu)工作時支架承受拉伸應(yīng)力，避免了該問題的出現(xiàn)。2.8 后蓋與上蓋后蓋（如圖12所示）的作用是方便氣缸的安裝和安裝好后將氣缸固定在支架上。上蓋（如圖13所示）的作用是方便連桿的安裝，上蓋上還留有行程粗調(diào)螺孔。3 整機

9、裝配利用pro/e軟件將多功能氣動壓力機的零部件圖組裝在一起，完成整機裝配三維建模（如圖14所示）。并通過裝配爆炸（如圖15所示）來進一步檢驗各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，能否滿足裝配要求，能否順利裝配在一起。4 結(jié)論多功能氣動壓力機在機構(gòu)上設(shè)計巧妙，具有精度高、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、制造成本低等特點，同時還增加了計算產(chǎn)量的功能，并設(shè)置了安全旋鈕，提高了安全性，完全可以替代現(xiàn)有的壓力機，具有廣闊的市場前景。 摘要：設(shè)計一種多功能氣動壓力機，該機通過plc控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與工作原理，說明主要零部件的設(shè)

10、計，并利用pro/e軟件完成整機裝配與檢驗。關(guān)鍵詞：壓力機；氣動；pro/e；優(yōu)化設(shè)計：th138.9 ：a ：1674-1161（2014）01-0026-04目前我國的鉚接設(shè)備大多采用簡易氣體驅(qū)動方式，其中最典型的是氣動壓力機?，F(xiàn)有氣動壓力機精度低、輸出力有限、功能單一且安全度不高，工人在操作時工作強度較大、易疲勞、有一定的危險。為此，對簡易氣動壓力機進行改進，設(shè)計一種多功能氣動壓力機。在功能方面進行強化，以實現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時，在結(jié)構(gòu)上加入plc控制面板，以實現(xiàn)對氣動壓力機的實時控制，并在plc內(nèi)加入計數(shù)器，便于工人計算產(chǎn)量。1 多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與

11、原理多功能氣動壓力機主要由支架、驅(qū)動氣缸、連桿1、連桿2和標準直線滾動導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當氣缸桿伸出時，氣缸接頭推動連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動連桿1。連桿1與連接螺栓之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動連接螺栓作直線運動，實現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接。圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。2 主要零部件的設(shè)計2.1 連桿連桿是多功能氣動壓力機的主要零件，它是組成機構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。2.2 氣缸機構(gòu)運動簡圖如圖5所示。計算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時的輸出

12、力為f0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動手冊得出。例如，設(shè)計時選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊，在0.6 mpa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力f0為1 510 n。2） 設(shè)機構(gòu)工作時構(gòu)件2的壓力為f1，以構(gòu)件1為分析對象，在氣缸輸出力f0及構(gòu)件2推力f1的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計算出：f1=a×f0sin/b×sin（+）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時輸出力為f2，以構(gòu)件3為分析對象，在構(gòu)件2壓力f1及負載f2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：f2=a×f0sincos/b×sin（+）。設(shè)計條件下

13、a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當=1°時，機構(gòu)的輸出力f2高達136 353 n。在極限位置=0時，機構(gòu)的輸出力理論上為無窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機構(gòu)工作點。在該位置機構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實現(xiàn)自鎖。同時，在設(shè)計氣缸的安裝尺寸時，使該位置=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動壓力機采用sc標準氣缸。sc標準氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修方便、使用壽命長等諸多優(yōu)點，調(diào)速和啟動特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動裝置。本設(shè)計中sc標準氣缸的工作壓力為0.6 mpa，型號為100

14、×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。2.3 回路氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動回路來實現(xiàn)。氣動回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向閥可控制氣體流動方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當兩位三通電磁換向閥左位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當兩位三通電磁換向閥右位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。2.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計為plc控制。通過plc控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制t型圖來達到控制電磁閥換向的目的，且可以通過plc編程改善其功能和安

15、全性；cu端有脈沖輸入時，計數(shù)器當前值自增1，當前值達到預(yù)設(shè)值pv時，計數(shù)器置1。本設(shè)計選用高速計數(shù)器預(yù)設(shè)值pv=7fff=32767，不會溢出。復(fù)位輸入r有效，計數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當前計時器值清零。t型圖如圖8所示。定義i0.0為電源總開關(guān)，m0.0為plc內(nèi)部中間繼電器，i0.1和i0.2為兩個啟動按鈕，q0.0為電磁閥，i0.3為自動開關(guān)，i0.4為清除計數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，i0.6為停止開關(guān)，c0為增計數(shù)器。當電源總開關(guān)通電后，中間繼電器m0.0通電并自鎖，同時按住i0.1和i0.2的按鈕使q0.0得電（同時按住兩個按鈕可起到保護作用），q0.0得電會使電磁閥到左位，氣缸伸出，壓頭對工件進行

16、鉚接，同時計數(shù)器加1，數(shù)字顯示在面板上（如果需要清除增計數(shù)器數(shù)據(jù)需要按下i0.4）。松開按鈕i0.1和i0.2后q0.0失電，q0.0失電會使電磁閥到右位，氣缸縮回，壓頭跟著縮回，結(jié)束工作。依次反復(fù)。按下停止開關(guān)i0.6氣缸即停止工作。2.5 工作臺為配合鉚接工作，將工作臺置于支架底板上，通過螺釘安裝在支架上。工作臺采用燕尾槽設(shè)計，可以把夾具用螺栓固定在燕尾槽導(dǎo)軌下。工作臺如圖9所示。2.6 導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置（如圖10所示）采用直線滾動導(dǎo)軌副進行導(dǎo)向，并設(shè)有調(diào)整螺母，用于調(diào)整導(dǎo)軌副的間隙。2.7 支架支架（如圖11所示）的作用是安置氣缸、連桿、導(dǎo)向裝置、plc面板、工作臺等重要零件。作為主要承

17、力構(gòu)件，支架承受的是彎曲應(yīng)力，在機構(gòu)工作時支架極容易產(chǎn)生彎曲變形而直接影響機構(gòu)工作精度，而本設(shè)計采用的氣缸運動方式使機構(gòu)工作時支架承受拉伸應(yīng)力，避免了該問題的出現(xiàn)。2.8 后蓋與上蓋后蓋（如圖12所示）的作用是方便氣缸的安裝和安裝好后將氣缸固定在支架上。上蓋（如圖13所示）的作用是方便連桿的安裝，上蓋上還留有行程粗調(diào)螺孔。3 整機裝配利用pro/e軟件將多功能氣動壓力機的零部件圖組裝在一起，完成整機裝配三維建模（如圖14所示）。并通過裝配爆炸（如圖15所示）來進一步檢驗各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，能否滿足裝配要求，能否順利裝配在一起。4 結(jié)論多功能氣動壓力機在機構(gòu)上設(shè)計巧妙，具有精度高、輸出力大

18、、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、制造成本低等特點，同時還增加了計算產(chǎn)量的功能，并設(shè)置了安全旋鈕，提高了安全性，完全可以替代現(xiàn)有的壓力機，具有廣闊的市場前景。 摘要：設(shè)計一種多功能氣動壓力機，該機通過plc控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與工作原理，說明主要零部件的設(shè)計，并利用pro/e軟件完成整機裝配與檢驗。關(guān)鍵詞：壓力機；氣動；pro/e；優(yōu)化設(shè)計：th138.9 ：a ：1674-1161（2014）01-0026-04目前我國的鉚接設(shè)備大多采用簡易氣體驅(qū)動方式，其中最典型的是氣動壓力機?，F(xiàn)有氣動壓力機精度低、輸出力有限、功

19、能單一且安全度不高，工人在操作時工作強度較大、易疲勞、有一定的危險。為此，對簡易氣動壓力機進行改進，設(shè)計一種多功能氣動壓力機。在功能方面進行強化，以實現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時，在結(jié)構(gòu)上加入plc控制面板，以實現(xiàn)對氣動壓力機的實時控制，并在plc內(nèi)加入計數(shù)器，便于工人計算產(chǎn)量。1 多功能氣動壓力機的結(jié)構(gòu)與原理多功能氣動壓力機主要由支架、驅(qū)動氣缸、連桿1、連桿2和標準直線滾動導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當氣缸桿伸出時，氣缸接頭推動連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動連桿1。連桿1與連接螺栓

20、之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動連接螺栓作直線運動，實現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接。圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。2 主要零部件的設(shè)計2.1 連桿連桿是多功能氣動壓力機的主要零件，它是組成機構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。2.2 氣缸機構(gòu)運動簡圖如圖5所示。計算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時的輸出力為f0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動手冊得出。例如，設(shè)計時選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊，在0.6 mpa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力f0為1 510 n。2） 設(shè)機構(gòu)工作時構(gòu)件2的壓力為f1，以構(gòu)件1為分析對象，在氣缸輸出力f0及構(gòu)件2推力f1

21、的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計算出：f1=a×f0sin/b×sin（+）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時輸出力為f2，以構(gòu)件3為分析對象，在構(gòu)件2壓力f1及負載f2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：f2=a×f0sincos/b×sin（+）。設(shè)計條件下a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當=1°時，機構(gòu)的輸出力f2高達136 353 n。在極限位置=0時，機構(gòu)的輸出力理論上為無窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機構(gòu)工作點。在該位置機構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實現(xiàn)自鎖。同時，在設(shè)計氣缸的安

22、裝尺寸時，使該位置=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動壓力機采用sc標準氣缸。sc標準氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修方便、使用壽命長等諸多優(yōu)點，調(diào)速和啟動特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動裝置。本設(shè)計中sc標準氣缸的工作壓力為0.6 mpa，型號為100×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。2.3 回路氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動回路來實現(xiàn)。氣動回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向

23、閥可控制氣體流動方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當兩位三通電磁換向閥左位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當兩位三通電磁換向閥右位得電時，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。2.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計為plc控制。通過plc控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制t型圖來達到控制電磁閥換向的目的，且可以通過plc編程改善其功能和安全性；cu端有脈沖輸入時，計數(shù)器當前值自增1，當前值達到預(yù)設(shè)值pv時，計數(shù)器置1。本設(shè)計選用高速計數(shù)器預(yù)設(shè)值pv=7fff=32767，不會溢出。復(fù)位輸入r有效，計數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當前計時器值清零。t型圖如圖8所示。定義i0.0為電源總開關(guān)，m0.0為plc內(nèi)部中間繼電器，i0.1和i0.2為兩個啟動按鈕，q0.0為電磁閥，i0.3為自動開關(guān)，i0.4為清除計數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，i0.6為停止開關(guān)，c0為增計數(shù)器。當電源總