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大蒜播种机详细设计 凸轮转移机构


蒜爪转移机构
设计文档

西安巨丰湛青科技有限公司 二零一五年五月

0 文档环境
1.1 内容边界
本文说明在考虑本项目技术条件边界下,实现将运载蒜爪完成抓蒜,避让,移动,插蒜, 回归等功能相关的机构、动力提供、支撑提供、泥土清除等机构的方案设计、概要设计、实 施方式、设计思想、边界耦合分析等内容,以及实现

本部件的评估,价值,后续工作,测试 方案等。是实现大蒜转移机构的主要依据。

1.2 词语解析
蒜爪:指本设备运载的一种将大蒜抓住并随本设备一起运动,在指定地点放开的一种执 行机构。 凸轮机构是由凸轮,从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线 外轮廓或凹槽的构件,一般为主动件,作等速回转运动或而从动件做往复直线运动,提供一 种限定了的带时间变化的直线运动机构。 蒜爪转移机构:在大蒜播种机上,运载蒜爪完成取蒜,避让,移动,插蒜,回归等一系 列运动的机构,是本节设计的目标。 四连杆机构:一种运动机构,能够将独立的两个方向的运动合成到一个二维空间的运动, 并且运动之间保持独立,同时对驱动运动有放大作用。 前后及上下:大蒜种植机运动的方向为前,否则为后,上下符合日常生活理解。

1.3 目标读者
本部分的目标读者为机械设计中,设计者和管理者,在设计,制造,测试及使用服务中 均可能需要使用本文档

1.4 其他说明
本文中所有引用本部件指“蒜爪转移机构” 由于采用迭代设计,因而在设计中,可能部分地方出现前面引用后面的定义结果的情况。

1.5 版次及相关信息
版本号;V1.1 设计者:何文华 封闭日期:2015-05-28

1 修订记录
序号 01 修订原因 1.1 版本封闭 修订记录 执行人 时间 0528

目录
0 文档环境.......................................................................... 2
1.1 内容边界 ......................................................................................................................................................2 1.2 词语解析 ......................................................................................................................................................2 1.3 目标读者 ......................................................................................................................................................2 1.4 其他说明 ......................................................................................................................................................2 1.5 版次及相关信息 ..........................................................................................................................................2

1 修订记录.......................................................................... 3 2 定义条件......................................................................... 13
2.1 实现的目标 ................................................................................................................................................ 13 2.1.1 正确完成所有的位置和运动 ............................................................................................................. 13 2.1.2 空间上不干涉 ..................................................................................................................................... 13 2.1.3 整体性强 ............................................................................................................................................. 13 2.1.4 保证适当的寿命 ................................................................................................................................. 13 2.1.5 环境适应性 ........................................................................................................................................ 13 2.1.6 美观性要求 ......................................................................................................................................... 13 2.1.7 稳定性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.8 易用性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.9 低成本 ................................................................................................................................................ 14 2.2 外部依赖 ................................................................................................................................................... 14 2.2.1 农艺限制 ............................................................................................................................................ 14 2.2.2 土壤环境 ............................................................................................................................................ 14 2.2.3 整机 .................................................................................................................................................... 15 2.2.4 蒜盒 .................................................................................................................................................... 15 2.2.5 输送带 ................................................................................................................................................ 15 2.2.6 蒜爪 .................................................................................................................................................... 15 2.2.7 气候条件 ............................................................................................................................................ 15 2.2.8 设计余量 ............................................................................................................................................ 16 2.2.9 驱动 .................................................................................................................................................... 16 2.3 关键需要保证的技术点 ........................................................................................................................... 16 2.3.1 响应速度 ............................................................................................................................................ 16 2.3.2 稳定性和使用寿命 ............................................................................................................................ 16 2.3.3 抗冲击能力,泥土影响 .................................................................................................................... 16 2.4 引用相关标准 ........................................................................................................................................... 16

3 方案设计......................................................................... 18
3.1 概述 ............................................................................................................................................................ 18 3.1.1 定义 .................................................................................................................................................... 18 3.1.2 采用的主要结构方式 ......................................................................................................................... 18 3.1.3 设计考虑的因素 ................................................................................................................................ 19 3.2 关键设计 ................................................................................................................................................... 19 3.2.1 参数及说明 ........................................................................................................................................ 19

3.2.2 运动控制分析 .................................................................................................................................... 22
3.2.2.1 综合运动原理及解析 .................................................................................................................................. 22 3.2.2.2 垂直运动原理及解析 .................................................................................................................................. 23 3.2.2.3 株向运动原理及解析 .................................................................................................................................. 24

3.2.3 四连杆机构运动分析 ........................................................................................................................ 25 3.3 方案设计 ................................................................................................................................................... 26 3.3.1 机构示意图 ......................................................................................................................................... 26 3.3.1 功能需求 ............................................................................................................................................. 26 3.3.3 结构组成 ............................................................................................................................................ 27
3.3.3.1 垂直运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.2 水平运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.3 综合运动机构 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.4 固定机构...................................................................................................................................................... 28 3.3.3.5 盖体.............................................................................................................................................................. 28 3.3.3.6 动力传入机构 .............................................................................................................................................. 28 3.3.3.7 传感器及固定结构 ...................................................................................................................................... 28 3.3.3.8 清土机构...................................................................................................................................................... 29

3.3.4 行为分析 ............................................................................................................................................ 29
3.3.4.1 传递蒜爪的行为分析 .................................................................................................................................. 29 3.3.4.2 传感器行为分析 .......................................................................................................................................... 29 3.3.4.3 清土机构行为分析 ...................................................................................................................................... 29 3.3.4.4 动力传入机构行为分析 .............................................................................................................................. 30

3.3.5 适应性分析 ........................................................................................................................................ 30
3.1.5.1 正确完成所有的位置和运动 ....................................................................................................................... 30 3.1.5.2 空间上的不干涉 .......................................................................................................................................... 30 3.1.5.3 整体性强....................................................................................................................................................... 30 3.1.5.4 保证适当的寿命 ........................................................................................................................................... 30 3.1.5.5 环境适应性.................................................................................................................................................. 30 3.1.5.6 美观性要求 ................................................................................................................................................... 31 3.1.5.7 稳定性.......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.8 易用性.......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.9 低成本.......................................................................................................................................................... 31

4 部件设计......................................................................... 32
4.1 垂直运动凸轮 ........................................................................................................................................... 32 4.1.1 限制曲线: ........................................................................................................................................ 32
4.1.1.1 时间转换为角度 .......................................................................................................................................... 32 4.1.1.2 段运动曲线.................................................................................................................................................. 32 4.1.1.3 控制曲线...................................................................................................................................................... 33 4.1.1.4 运动学分析-速度 ........................................................................................................................................ 33 4.1.1.5 运动学分析-加速度..................................................................................................................................... 33 4.1.1.6 光顺.............................................................................................................................................................. 33 4,.1.1.7 曲线绘制方式 ............................................................................................................................................. 33

4.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则 ................................................................................................................ 34 4.1.3 重量控制 ............................................................................................................................................ 34

4.1.4 导轨轮 ................................................................................................................................................ 35 4.1.5 从动设计 ............................................................................................................................................ 36

6 指标尺寸 ......................................................................... 37
4.1.6 润滑 .................................................................................................................................................... 37 4.1.7 安装保证 ............................................................................................................................................ 37 4.1.8 时间设计 ............................................................................................................................................ 37 4.2 水平运动凸轮 ........................................................................................................................................... 38 4.2.1 限制曲线: ........................................................................................................................................ 38
4.2.1.1 时间转换为角度 .......................................................................................................................................... 38 4.2.1.2 段运动曲线.................................................................................................................................................. 38 4.2.1.3 控制曲线...................................................................................................................................................... 38 4.2.1.4 运动学分析-速度 ........................................................................................................................................ 39 4.2.1.5 运动学分析-加速度..................................................................................................................................... 39 4.2.1.6 光顺.............................................................................................................................................................. 39 4,.2.1.7 曲线绘制方式 ............................................................................................................................................. 39

4.2.2 凸轮及相关尺寸控制准则 ................................................................................................................. 39 4.2.3 重量控制 ............................................................................................................................................ 39 4.2.4 导轨轮 ................................................................................................................................................ 40 4.2.5 从动设计 ............................................................................................................................................ 40 4.2.6 润滑 .................................................................................................................................................... 40 4.2.7 安装保证 ............................................................................................................................................ 40 4.2.8 时间设计 ............................................................................................................................................ 40 4.3 综合运动机构 ............................................................................................................................................ 40 4.3.1 定义及概述 ........................................................................................................................................ 40 4.3.2 四连杆机构的示意及说明 ................................................................................................................ 41 4.3.3 组成 .................................................................................................................................................... 41
4.3.3.1 传递力机构.................................................................................................................................................. 42 4.3.3.2 四连杆机构本体 .......................................................................................................................................... 42 4.3.3.3 姿态控制...................................................................................................................................................... 42 4.3.3.4 蒜爪固定机构 .............................................................................................................................................. 43

4.3.4 连接关系 ............................................................................................................................................ 43 4.3.5 行为 .................................................................................................................................................... 43 4.3.6 尺寸和位置 ........................................................................................................................................ 43 4.3.7 终端位置控制及 ? 的选择................................................................................................................ 44 4.3.8 安装控制 ............................................................................................................................................ 45 4.3.9 润滑 .................................................................................................................................................... 45 4.4 盖子 ............................................................................................................................................................ 45 4.4.1 定义 .................................................................................................................................................... 45 4.4.2 示意图 ................................................................................................................................................ 46 4.4.3 组成 .................................................................................................................................................... 46 4.4.4 安装关系 ............................................................................................................................................ 46 4.4.5 尺寸相关 ............................................................................................................................................ 46 4.5 固定结构 ................................................................................................................................................... 47 4.5.1 定义 .................................................................................................................................................... 47

4.5.3 结构示意图 ........................................................................................................................................ 47 4.5.2 相关的固定 ........................................................................................................................................ 48 4.5.4 组成 .................................................................................................................................................... 48 4.4.5 与其他的连接 .................................................................................................................................... 48 4.5.6 强度考虑 ............................................................................................................................................ 48 4.4.7 其他 .................................................................................................................................................... 49 4.6 动力传输 ................................................................................................................................................... 49 4.6.1 装配形式 ............................................................................................................................................ 50 4.6.2 从地面轮开始 .................................................................................................................................... 50 4.6.3 皮带的形式 ......................................................................................................................................... 51 4.6.4 凸轮驱动轮的安装 ............................................................................................................................ 51 4.6.5 株距的适应 ........................................................................................................................................ 51 4.6.6 行为 .................................................................................................................................................... 52 4.7 传感器 ....................................................................................................................................................... 52 4.8 尘土罩 ....................................................................................................................................................... 52 4.9 其他技术设计 ........................................................................................................................................... 52 4.9.1 润滑 .................................................................................................................................................... 52 4.9.2 紧固 .................................................................................................................................................... 53 4.9.3 表面防护 ............................................................................................................................................ 53

5 概要设计......................................................................... 54
5.1 关键设计 ................................................................................................................................................... 54 5.1.1 坐标系统 ............................................................................................................................................. 54 5.1.2 时间确定 ............................................................................................................................................. 54 5.1.3 运动量及凸轮曲线关键尺寸定义 ..................................................................................................... 55 5.1.3 四边形连杆机构的运动核算 ............................................................................................................ 56 5.1.4 总体布局 ............................................................................................................................................ 57
5.1.4.1 影响总体布局的因素 .................................................................................................................................. 57 5.1.4.2 基本尺寸分析 .............................................................................................................................................. 58 5.1.4.3 布局示意图.................................................................................................................................................. 59

5.1.5 配合 .................................................................................................................................................... 60
5.1.5.1 第一类配合:可调节直径与已知或未知直径之间的紧固连接 ............................................................... 60 5.1.5.2 第二类配合 两个已知尺寸之间的松配合 ................................................................................................. 60 5.1.5.3 第三类配合 未知尺寸和已知尺寸之间的紧配合 ..................................................................................... 60 5.1.5.4 第四类配合 两已知尺寸之间的紧配合 ..................................................................................................... 60

5.2 垂直凸轮设计 ........................................................................................................................................... 61 5.2.1 总体设计 ............................................................................................................................................. 61
5.2.1.1 装配示意图及说明 ...................................................................................................................................... 61 5.2.1.2 高度分析...................................................................................................................................................... 62 5.2.1.2 位置分配...................................................................................................................................................... 62 5.2.1.4 装配及调整.................................................................................................................................................. 63 5.2.1.5 株距适应的分段 .......................................................................................................................................... 64 5.2.1.6 配合.............................................................................................................................................................. 64

5.2.2 凸轮轮体 ............................................................................................................................................ 64 5.2.3 螺栓滚轮滚针轴承 ............................................................................................................................ 66

5.2.4 轴支座 ................................................................................................................................................. 66 5.2.5 直线轴承 ............................................................................................................................................ 67 5.2.6 四连杆机构固定用轴支座 ................................................................................................................ 67 5.2.7 四连杆机构固定轴承 ........................................................................................................................ 68 5.2.8 固定块 ................................................................................................................................................ 68 5.2.9 导杆轴 ................................................................................................................................................ 68 5.2.10 键...................................................................................................................................................... 69 5.2.11 螺丝 .................................................................................................................................................. 69 5.3 水平凸轮设计 ........................................................................................................................................... 69 5.2.1 总体设计 ............................................................................................................................................. 69
5.3.1.1 位置分配...................................................................................................................................................... 69 5.3.1.2 装配及调整.................................................................................................................................................. 70 5.3.1.3 装配示意图及说明 ...................................................................................................................................... 71 5.3.1.4 株距适应的分段 .......................................................................................................................................... 71 5.2.1.5 高度分析...................................................................................................................................................... 72 5.3.1.6 配合.............................................................................................................................................................. 72

5.3.2 水平凸轮轮体 .................................................................................................................................... 72 5.3.3 螺栓滚轮滚针轴承 ............................................................................................................................ 73 5.3.4 轴支座 ................................................................................................................................................ 73 5.3.5 直线轴承 ............................................................................................................................................ 73 5.3.6 四连杆机构固定用轴支座 ................................................................................................................ 73 5.3.7 四连杆机构用固定轴承 .................................................................................................................... 73 5.3.8 固定块 ................................................................................................................................................ 73 5.3.9 导杆轴 ................................................................................................................................................ 73 5.3.10 键...................................................................................................................................................... 74 5.3.11 螺丝 .................................................................................................................................................. 74 5.4 四连杆机构的设计 ................................................................................................................................... 74 5.4.1 总体设计 ............................................................................................................................................. 74
5.3.1.1 装配示意图及说明 ...................................................................................................................................... 74

5.4.2 四连杆机构连接部分 ........................................................................................................................ 75
5.4.2.1 四连杆传力机构组成 .................................................................................................................................. 75 5.4.2.2 配合.............................................................................................................................................................. 75 5.4.2.3 安装.............................................................................................................................................................. 76 5.4.2.4 四连杆传力轴支座 ...................................................................................................................................... 76 5.4.2.5 垂直导杆连接板 .......................................................................................................................................... 77 5.4.2.6 水平导杆连接板 ........................................................................................................................................... 77 5.4.2.7 四连杆滚动轴承 .......................................................................................................................................... 78 5.4.2.8 垂直四连杆固定连接杆 .............................................................................................................................. 79 5.4.2.9 水平四连杆连接轴 ...................................................................................................................................... 79 5.3.3.10 弹垫............................................................................................................................................................ 80 5.3.3.11 盖帽螺母 .................................................................................................................................................... 80 5.4.2.12 垫片............................................................................................................................................................. 80

5.4.3 四连杆机构 ........................................................................................................................................ 81
5.4.3.1 接头设计...................................................................................................................................................... 81

5.4.3.2 干涉分析...................................................................................................................................................... 83 5.4.3.3 四连杆机构组成 .......................................................................................................................................... 84 5.4.3.4 BF 杆............................................................................................................................................................. 86 5.4.3.5 AB 杆 ............................................................................................................................................................ 86 5.4.3.6 ED 杆 ............................................................................................................................................................ 87 5.4.3.7 CD 杆 ............................................................................................................................................................ 87 5.4.3.8 接头块.......................................................................................................................................................... 88 5.4.2.9 四连杆连接轴 .............................................................................................................................................. 88 5.4.2.10 用于 C 点的轴 ........................................................................................................................................... 88 5.4.2.10 四连杆滚动轴承 ........................................................................................................................................ 89 5.4.2.11 弹垫 ............................................................................................................................................................ 89 5.4.2.12 盖帽螺母.................................................................................................................................................... 89

5.4.4 姿势保持机构 .................................................................................................................................... 89
5.4.4.1 结构组成...................................................................................................................................................... 90 5.4.4.2 水平轴承座.................................................................................................................................................. 91 5.4.4.3 滚动轴承....................................................................................................................................................... 91 5.4.4.5 自润滑杆端轴承 .......................................................................................................................................... 91 5.4.4.6 调节杆 1....................................................................................................................................................... 91 5.4.4.7 调向板........................................................................................................................................................... 92 5.4.4.8 调向固定杆 ................................................................................................................................................... 93 5.4.4.9 弹垫.............................................................................................................................................................. 93 5.4.5.10 盖帽螺母.................................................................................................................................................... 93 5.4.4.11 调节杆 2 ..................................................................................................................................................... 93

5.4.4 蒜爪固定头 ........................................................................................................................................ 94 5.5 固定部分 ................................................................................................................................................... 94 5.5.1 固定部分总体设计 ............................................................................................................................ 94 5.5.2 总骨架设计 ........................................................................................................................................ 94 5.5.3 垂直凸轮及动力固定 ......................................................................................................................... 95 5.5.4 动力部分的固定 ................................................................................................................................ 96 5.5.5 水平凸轮的固定 ................................................................................................................................ 97 5.5.6 蒜爪凸轮的固定 ................................................................................................................................ 97 5.5.7 固定轴承座垫块 ................................................................................................................................ 98 5.5.8 传感器的固定 .................................................................................................................................... 98 5.5.9 隔离刷的固定 .................................................................................................................................... 98 5.5.10 泥土刷的固定 .................................................................................................................................. 99 5.6 机箱部分 ................................................................................................................................................... 99 5.6.1 后盖 .................................................................................................................................................... 99 5.6.2 底盖 .................................................................................................................................................... 99 5.6.3 主盖 .................................................................................................................................................. 100 5.6.4 毛刷部分 .......................................................................................................................................... 100 5.7 传感器部分 ............................................................................................................................................. 100 5.8 动力传递部分 ......................................................................................................................................... 101 5.8.1 动力传递部分示意图及主要安装尺寸 .......................................................................................... 101 5.8.2 传力路径 .......................................................................................................................................... 101

5.8.2.1 轴 ............................................................................................................................................................... 101 5.8.2.2 键 ............................................................................................................................................................... 102 5.8.2.3 轴承............................................................................................................................................................ 102 5.8.2.4 螺栓............................................................................................................................................................ 103 5.8.2.5 端盖.............................................................................................................................. 错误!未定义书签。

5.8.2 链轮 .................................................................................................................... 错误!未定义书签。 5.8.3 链条 .................................................................................................................... 错误!未定义书签。 5.9 其他设计 ................................................................................................................................................. 103 5.9.1 紧固设计 .......................................................................................................................................... 103 5.9.2 润滑设计 .......................................................................................................................................... 103 5.9.3 表面防护设计 .................................................................................................................................. 104 5.10 测试设计 ............................................................................................................................................... 104 5.10.1 基本功能测试 ................................................................................................................................ 104 5.10.2 耗能测试 ........................................................................................................................................ 104 5.10.3 扭矩均匀度的测试 ........................................................................................................................ 105 5.10.4 使用寿命证实测试:....................................................................................................................... 105 5.10.5 润滑测试 ........................................................................................................................................ 105 5.10.6 冲击测试 ........................................................................................................................................ 106 5.10.7 紧固测试 ........................................................................................................................................ 106 5.11 成本设计 ............................................................................................................................................... 106 5.11.1 物料及加工成本表 ........................................................................................................................ 106 5.11.2 成本评价 ........................................................................................................................................ 107 5.12 重量控制 ............................................................................................................................................... 107 5.12.1 部件重量及控制 ............................................................................................................................ 107 5.12.2 重量控制评估 ................................................................................................................................ 108

6 失效分析........................................................................ 109
6.1 故障 ......................................................................................................................................................... 109 6.1.1 凸轮轴顶端固定失控 ...................................................................................................................... 109 6.1.2 凸轮固定失控 .................................................................................................................................. 109 6.1.3 凸轮跟动轮脱落 .............................................................................................................................. 109 6.1.4 凸轮从动杆滑块松动 ...................................................................................................................... 109 6.1.5 四连杆关节脱落 .................................................................................................................................. 110 6.2 失效 ......................................................................................................................................................... 110 6.2.1 动力带断 .......................................................................................................................................... 110 6.2.2 四连杆失态 ...................................................................................................................................... 110

7 一般性评估...................................................................... 111
7.1 机构的合理性 ......................................................................................................................................... 111 7.2 机构差异 ................................................................................................................................................. 111 7.3 稳定性影响因素及评估 ......................................................................................................................... 111 7.4 未确定之关键技术问题 ......................................................................................................................... 112 7.4.1 四连杆机构的受力情况的好坏........................................................................................................... 112 7.4.2 四连杆机构连接的稳定性 .................................................................................................................. 112 7.5 评价 ......................................................................................................................................................... 112

8 附录............................................................................ 114
8.1 AUTOCAD 绘制凸轮轨迹线的方法.......................................................................................................... 114 8.1.1 代码 .................................................................................................................................................. 114 8.1.2 运行方法 .......................................................................................................................................... 115 8.2 零件表 ..................................................................................................................................................... 115 8.3 设计依据 .................................................................................................................................................. 116 8.3.1 内螺纹自润滑杆端轴承 .................................................................................................................. 116 8.3.2 轴支座 .............................................................................................................................................. 117 8.3.3 螺栓滚轮滚针轴承 .......................................................................................................................... 117
8.3.3.1 螺栓滚轮滚针轴承实物图 ........................................................................................................................ 117 8.3.3.2 螺栓滚轮滚针轴承尺寸图 ......................................................................................................................... 118 8.3.3..3 螺栓滚轮滚针轴承规格表 ........................................................................................................................ 118

8.3.4 直线轴承 .......................................................................................................................................... 119
8.3.4.1 直线轴承实物图 ........................................................................................................................................ 119 8.3.4.2 直线轴承滚珠数与内径公差 .................................................................................................................... 119 8.3.4.3 直线轴承尺寸示意图 ................................................................................................................................ 120 8.3.4.4 型号规格.................................................................................................................................................... 120

8.3.4 直线轴承 .......................................................................................................................................... 120

9 执行层.......................................................................... 122
9.1 采购信息 ................................................................................................................................................. 122 9.2 加工信息 ................................................................................................................................................. 123 9.2.1 螺栓滚轮滚针固定块 ...................................................................................................................... 123 9.2.2 垂直固定四连杆机构块 .................................................................................................................. 124 9.2.3 BF 杆 ................................................................................................................................................. 124 9.2.4 AB 杆 ................................................................................................................................................. 125 9.2.5 ED 杆 ................................................................................................................................................ 125 9.2.6 CD 杆 ................................................................................................................................................ 125 9.2.7 接头块 .............................................................................................................................................. 126 9.2.8 水平四连杆连接轴攻丝 .................................................................................................................. 126 9.2.9 垂直四连杆连接轴攻丝 .................................................................................................................. 126 9.2.10 用于 C 点的轴 ............................................................................................................................... 127 9.2.11 用于四连杆其他的轴 .................................................................................................................... 127 9.2.12 调节杆 1 ......................................................................................................................................... 127 9.2.13 调向固定杆 ..................................................................................................................................... 127 9.2.14 调节杆 2 ......................................................................................................................................... 128 9.2.16 水平固定四连杆机构块 ................................................................................................................ 128 9.2.18 凸轮轮体 ........................................................................................................................................ 128 9.2.17 四连杆姿态调向板 ........................................................................................................................ 129 9.2.19 骨架杆 ............................................................................................................................................ 130 9.2.20 垂直凸轮及动力固定 ..................................................................................................................... 130 9.2.21 动力部分的固定 ............................................................................................................................ 131 9.2.22 水平凸轮的固定 ............................................................................................................................ 131 9.2.23 固定轴承座垫块 ............................................................................................................................ 132

9.2.23 蒜爪凸轮的固定 ............................................................................................................................ 132 9.3 焊接装配信息 ......................................................................................................................................... 133 9.3.1 BF 杆 ................................................................................................................................................. 133 9.3.2 ED 杆 ................................................................................................................................................ 133 9.3.3 焊接垂直导杆 .................................................................................................................................. 134 9.3.4 焊接水平导杆 .................................................................................................................................. 134 9.3.5 CD 杆 ................................................................................................................................................ 134 9.3.6 焊接调向板 ...................................................................................................................................... 135

2 定义条件
2.1 实现的目标
本文档涉及到的设计部件需要满足下列条件

2.1.1 正确完成所有的位置和运动
凸轮转移机构能依据蒜盒位置,蒜爪位置和尺寸等环境下,能按农艺要求,正确实现搭 载蒜爪实现取蒜,插蒜的运动过程,运动位置符合实际要求。

2.1.2 空间上不干涉
在同一插播行内,本部件与同一插播行的其他部件之间没有空间干涉 不同插播行之间,本部件不影响其他插播行部件的存在和运动。

2.1.3 整体性强
必须能使本件作为一个完整的整体,可以不依赖于其他部件的拆卸,安装和位置精度控 制盒调整。

2.1.4 保证适当的寿命
通过润滑机构实现润滑来减少工耗,磨损,既而提高大蒜转移机构的寿命 通过适当的结构设计、材料、制造工艺,保证大蒜转移机构的寿命 通过表面处理以提高大蒜转移机构整体寿命

2.1.5 环境适应性
能够抵抗生产环境的灰尘,太阳照射,高温,下雨,设备整地的振动,设备局部的跳动, 不受设计控制的外界撞击等,使设备在系统设定的广泛的工作环境下正常工作。

2.1.6 美观性要求
在保证功能的前提下,使整个机构具有一定的美观性,如对所有可包装的部分进行包装

等。

2.1.7 稳定性
通过合理的结构设计和紧固件设计以提高设备的强度和稳定性

2.1.8 易用性
在保证行为目标和运动精度的前提下,安装、拆卸、维修本部件方便

2.1.9 低成本
在设计上,必须使材料和加工成本价格,维护成本,技术支持成本很低。尽量采用标准 配件,尽量不要涉及生偏的结构等,选择合适的材料,以降低本部件的各种成本

2.2 外部依赖
本设计依赖下列外部条件进行设计

2.2.1 农艺限制
大蒜播种的农艺要求: 1 按行种,行之间保持一定的距离 2 同一行中,两株之间保持一定的距离 3 种子插入土壤中,种子鳞牙必须朝上,且与垂直方向保持一定的锥角之内 4 浅插 即大蒜插入一定的深度 5 覆土:插入完成后,在插入表面覆盖一层土

2.2.2 土壤环境
土壤在进入蒜爪插入时,已经进行了下列行为,这些行为所造成的状态将影响凸轮转移 机构的受力 1 土壤已经被平整,具有一定的平面度 2 土壤已经被细化,其粒度小于一定的尺寸 3 可能出现大的土块

2.2.3 整机
本播种机设定的播种速度为 2pcs/s 整机地板相对于地面的高度差 提供动力来源 采用链轮形式 整机局部单点颠簸大小为 50mm

2.2.4 蒜盒
蒜盒运动到取蒜位置时,其中心相对与本件固定板的位置,包括: 大蒜在蒜盒中插入的最大深度【S001】 高度:蒜盒取蒜点相对于输送带表面的高度[S002] 水平距离; 蒜盒中心相对于固定板边沿的距离

2.2.5 输送带
输送带上水平表面相对于固定板底端的高度差[S003] 输送带轮半径为[S003]

2.2.6 蒜爪
1 蒜爪时间 蒜爪行为时间是指蒜爪执行动作所消耗的时间,包括 收缩时间[S006] 蒜爪合拢需要的时间 放开时间[S007] 蒜爪放开所需要的时间 考虑到爪子半径,以及爪子下去速度太快,流有宽向工艺预留[S005],工艺预留至少要比 爪子半径大

2.2.7 气候条件
温度:10-25 度 湿度:无概念 下雨:不支持 太阳暴晒:有 灰尘:很大 泥土: 有

2.2.8 设计余量
考虑到这一设计为农业机械,因而保证适应性余量为 2mm

2.2.9 驱动
外部驱动来源于行走轮传递的动力,可以通过一定的齿比,控制株距。

2.3 关键需要保证的技术点 2.3.1 响应速度
指蒜爪准确执行完成工作需要的时间,如果时间太长则使整体设备的运行效率太低,从 而不具备经济性。 响应速度同时影响植入时,蒜爪在地面的拖动时间,因而对蒜爪的结构受力造成不利影 响。

2.3.2 稳定性和使用寿命
设备的不稳定将带来用户的购买意愿的影响,而设备寿命又影响设备的技术经济性,进 而影响设备的市场

2.3.3 抗冲击能力,泥土影响
在农业作业条件下,冲击是很难避免的,泥土的混入也是不可避免的,需要能处理这一 环境。

2.4 引用相关标准
1 凸轮设计标准 2 轴设计标准 3 键槽设计标准 4 滚珠轴承标准 5 直线轴承标准 6 链轮标准 7 链条标准

8 端盖标准 9 轴承座标准 10 螺栓连接标准 11 机械设计标准 1 13 金属材料标准

3 方案设计
3.1 概述 3.1.1 定义
蒜爪转移机构在整个在整个单条插播线中,属于插播部分,即最终完成从蒜盒中取出蒜 后,驱动蒜爪,到达插播位置,并重新返回到取蒜点,这是一个时间周期,并且不停重复这 一周期。 其主要功能为: 1 蒜爪处于静止状态,等待蒜爪夹住大蒜; 2 将蒜爪在抓住大蒜后抬起,以免后续水平运动时,碰到蒜爪侧柱; 3 将蒜爪水平向前运行一段距离,以免后续垂直向下运动时,碰到蒜爪; 4 水平和垂直一起运动,将大蒜带到插播地点上方; 5 垂直下行,将大蒜插入到突然中,同时水平向后运动以避免在蒜爪在土壤中拖动; 6 机构处于等待状态,此时蒜爪打开 7 待蒜爪打开后,垂直上行,带动蒜爪上来,避免与土壤碰撞,同时水平向后运动以避 免在蒜爪在土壤中拖动 8 水平和垂直一起运动,将蒜爪带到蒜盒附近 9 水平运行一段距离,到蒜盒上方 10 垂直下行一段距离,到取蒜点 这是一个周期运动中的一个周期,在以后不停重复本周期所执行的动作。

3.1.2 采用的主要结构方式
蒜爪转移机构采用双轨迹凸轮及四连杆机构,其中采用双轨迹凸轮,在两个凸轮的控制 下,实现可控制轨迹的目标端轨迹。 1 凸轮机构可以实现复杂的平面运动:采用凸轮机构,可以将旋转运动转换成任意的平面 运动轨迹,因而比较好地解决了插播机构运动的复杂性和驱动数量要求,特别是采用双轨迹 凸轮,可以实现插播器复杂的平面运动 2 该改变运动轨迹时,只需要更换凸轮轮体,其他机构均无需更换 3 凸轮可以减少驱动所需要的动力源,降低空间尺寸和机构的复杂性,特别是增强系统 的稳定性 4 凸轮使用寿命长,稳定,可应用于工况条件非常差的农业机械上及农业机械的使用上; 5 成本低;采用凸轮可以降低设备的成本,方便大规模化生产。

采用四连杆机构,有下列优点 1 可以将整个机体做得比较小,空间布局比较合理 2 在设计改变或者插播位置变化时,本结构及布局变化不太大,不至于造成颠覆性的设 计变化 3 有这方面应用经验 4 制造简单,成本低,方便大规模生产 5 结构简单,稳定,适合在农机上使用

3.1.3 设计考虑的因素
设计大蒜转移机构的运动轨迹,需要从空间,时间,机械运动,设备效率等多个方面考 虑

空间:
要求避开相关运动可能产生的碰撞 降低蒜爪在地面拖拽的距离 考虑蒜盒的空间 考虑蒜盒传递机构的控件 考虑农艺要求,包括植入深度 考虑种子的高度

设备效率
保证与设备其他部分协调运动 保证设备的运行周期与设计周期一致

机械运动
保证符合要求的时间和位置

成本
保证设备的成本不高于 500 元

3.2 关键设计 3.2.1 参数及说明
1 H1:将大蒜从蒜盒中抽取高度
向上运动的距离,并能在后续的运动中,避开蒜盒,本设计请参见文档《设计过程条件》 之 3.1.1.1 变量名为【S301】

2 H2:水平避蒜距离
水平运动,以避开大蒜,并能在后续的运动中,避开蒜盒,本设计请参见文档《设计过 程条件》之 3.1.1.2 变量名为【S302】

3 H3:垂直到插入点
垂直运动到插入点,本设计请参见文档《设计过程条件》之 3.1.1.3 变量名为【S303】

4 H4:水平到插入点
水平运动到插入点,本设计请参见文档《设计过程条件》之 3.1.1.4 变量名为【S304】

5 H5:插蒜点下行距离
蒜爪在插蒜点下行距离,本设计请参见文档《设计过程条件》之 3.1.1.5 变量名为【S305】

6 t1:抓蒜时间[S121]
t1 是指蒜爪合拢的最后时间点 抓蒜时间不宜过小,否则因冲击力太大,对于尺寸比较大的大蒜,将其表面压伤

7 t2:垂直向上运动时间[S311]
t2 是指蒜爪在蒜盒上垂直向上运动的最后时间点,这一运动主要是避免蒜爪水平运动时, 蒜爪侧柱对大蒜下部损害

8 t3:水平运动时间[S312]
t3 是指后续蒜爪在水平运动之前, 将蒜爪向外移动一定的距离, 避免此时的复合运动使大 蒜碰到蒜盒侧柱 本时间受到水平运动速度和从蒜根中心到盒边沿的距离的限制

9 t4:水平垂直复合运动时间[S313]
t4 是指水平方向从蒜盒附近点到栽种点中心运动时的最后时间点, 在完成本运动时, 蒜爪 同时向下运动以提高效率

10 t5:蒜爪下行时间[S314]
t5 是指蒜爪从栽种点中心位置最上部到最下部 [H2]运动所消耗的最后时间点,在该时间 内,蒜爪同时向后运动,以抵消整机向前运动时,带来的一系列问题。

11 t6:蒜爪放开时间[S122]
t6 是指蒜爪在土壤中放开的最后时间点 一般而言,不可以令 t6= t1,因为大蒜抓住时间需要相对比较长,以避免损害大蒜,而放 开时,需要的时间可以相对比较短,在实际的行为中,设置该时间为 0,因为这部分时间可以 和抬起的时间重合。

12 t7:蒜爪抬起时间[S315]

t7 是指蒜爪从栽种点中心位置最下部到最上部[H2]运动的最后时间点,在该时间内,蒜爪 同时向后运动,以抵消整机向前运动时,带来的一系列问题。 一般而言,可以令 t7= t5

13 t8:复合反向运动时间[S316]
t8 是指水平方向从栽种点中心到算盒中心运动时的最后时间点, ,在完成本运动时,蒜爪 同时向下运动以提高效率 一般而言,可以令 t8= t4

14 t9:蒜爪在到蒜盒附近水平反向运动时间 [S317]
t9 是指蒜爪蒜盒附近水平运动到蒜盒中心点的运动最后时间点 一般而言,可以令 t9= t3

15 t10:蒜盒下行时间[S319]
t8 是指在蒜盒上垂直下行最后的时间点,该时间点为整个运动周期时间点 一般而言,可以令 t10= t2

16 S307:垂直凸轮的基园半径
转移机构垂直凸轮的最小圆的半径

17 S309:水平凸轮的基园半径
转移机构水平凸轮的最小圆的半径

18 S308:垂直凸轮的重量控制
转移机构垂直凸轮的限制重量

19 S310:水平凸轮的重量控制
转移机构水平凸轮的限制重量

20 H6:蒜爪在插入点下行时的水平运动距离【S30B】
垂直下行时,蒜爪水平后行的距离,本设计请参见文档《设计过程条件》之 3.1.1.6 变量 名为【S30B】

21 H7:蒜爪在插入点上行时的水平运动距离【S30C】
垂直上行时,蒜爪水平后行的距离,本设计请参见文档《设计过程条件》之 3.1.1.7 变量 名为【S30C】

3.2.2 运动控制分析
3.2.2.1 综合运动原理及解析
1 夹住大蒜,由于本机构不存在空间上的变化,因而在本图无法表现,本行为到时间点 t1 2 开始位置到蒜盒之上,使水平前动时避开蒜盒,运动量 H1,本行为从时间点 t1 到时间点 t2 3 水平运动,运动距离 H2,此过程是因为后面的运动带有向下运动部分,本行为从时间点 t2 到时间点 t3 4 水平和垂直的复合运动,此时,水平前动,垂直下动,水平和垂直都到插蒜点,本运动水 平运动距离 H4 垂直运动距离-H3 本行为从时间点 t3 到时间点 t4 5 垂直下行,将蒜插入到土壤中,运动量-H5,本行为从时间点 t4 到时间点 t5,同时,为保证 蒜爪不在土壤中拖动,蒜爪向后运行 H6 6 放开大蒜,由于本机构不存在空间上的变化,因而在本图无法表现,本行为从时间点 t5 到 时间点 t6,在时间安排上不占用本分析的时间 7 垂直上行,避开土壤,运动量 H5,本行为从时间点 t6 到时间点 t7,为保证蒜爪不在土壤中 拖动,蒜爪向后运行 H7 8 水平和垂直的复合运动,此时,水平后动,垂直上动,水平和垂直都到蒜盒附近,本运动 水平运动距离-(H4+ H6+ H7)垂直运动距离 H3 本行为从时间点 t7 到时间点 t8 9 水平运动,运动距离-H2,此时运动到蒜盒上方,本行为从时间点 t8 到时间点 t9 10 垂直下行,到夹蒜位置,运动量-H1,本行为从时间点 t9 到时间点 t10

图 3-1 插播运动关系 说明:1 本设计中去线和回线中,在蒜盒处垂直向下及垂直向上和水平向下及水平向上 是重合的; 2 本图由于是 X,Y 之间的关系,因而无法表达时间信息,在开始的和插播的时 候,均存在一个静止行为,这是,X,Y 方向均不发生任何变化;

3 本图未按比例绘出。

3.2.2.2 垂直运动原理及解析

图 3-2 垂直运动控制凸轮运动曲线 运动时间长度,时间点,运动位置及方向等垂直运动详细解析如下: 1: 等待蒜爪抓住大蒜,本时间长度为 t1,无上下行; 2: 机构上行,将大蒜从蒜盒中拔出,上行距离为 H1,本时间长度为 t2- t1; 3: 位置不变,等待水平位置发生变化,以便避开蒜盒,等待时间为 t3- t2; 4: 插播器向下运动,本时间时间点为 t4,时间长度为 t4- t3,下行高度为 H3,本运动将大蒜 移动到离地面高度比较近的地方,以提高大蒜转移机构的效率,同时,水平方向亦进行运动 以保证运动完成后,蒜爪在可插播处; 5: 插播器向下运动,本时间点为 t5,时间长度为 t5- t4,下行高度为 H5,本运动将大蒜送入 到地面以下,为防止蒜爪在地面下拖动,在完成本运动的同时,水平方向亦进行了运动,这 样的运动,基本上抵消了蒜机前行带来的拖动; 6: 等待蒜爪放开大蒜,本时间点为 t6,时间长度为 t6- t5,无上下行,也无水平运动; 7: 插播器向上运动,运动高度-H5,回到插入时蒜爪的高度,本时间点为 t7,时间长度为 t7- t6,在完成本运动的同时,水平方向亦进行了运动,这样的运动,基本上抵消了蒜机前行 带来的拖动; 8: 插播器向上运动,本时间长度为 t8,上行高度为-H3,此时,蒜爪的高度到插播器插下 时的高度; 9:位置不变,等待株向位置发生变化,蒜爪回到蒜盒中心位置,等待时间点为 t9,时间长 度为 t9- t8; 10:插播器向下运动,到取蒜位置,此时的运动时间点为 t10,运动距离为-H1,时间长度

为 t10- t9; 。 其详细的时间,运动距离示意图如下 在该图中,没有标注距离的大小 在该图中,曲线没有按比例绘制

3.2.2.3 株向运动原理及解析

图 3-3: 株向运动控制凸轮运动曲线 运动时间长度,时间点,运动位置及方向等水平运动信息详细解析如下: 1: 株向不运动,等待蒜爪抓住大蒜和蒜爪垂直上行,本时间长度点到 t2,时间长度为 t2; 2: 水平运动避开蒜盒,运动距离为 H2,运动时间点为 t3,时间长度为 t3-t2;此时垂直方 向不发生运动; 3: 插播器水平向后运动,本时间时间点为 t4,时间长度为 t4- t3,下行高度为 H4,本运动将 大蒜移动到离水平方向比较接近插播点的地方,为提高大蒜转移机构的效率,同时,垂直方 向亦进行运动以保证运动完成后,蒜爪在可插播处; 4: 插播器向后运动,本时间点为 t5,时间长度为 t5- t4,下行高度为 H6,本运动将大蒜送入 到地面以下,主要是防止蒜爪在地面下拖动,在完成本运动的同时,垂直方向亦进行了运动, 这样的运动,基本上抵消了蒜机前行带来的拖动; 5: 等待蒜爪放开大蒜,本时间点为 t6,时间长度为 t6- t5,无上下行,也无水平运动; 6: 插播器水平继续向后运动,主要是为了继续防止蒜爪水平拖动,运动距离为 H7,运动 同时垂直运动,回到插入时蒜爪的高度,本时间点为 t7,时间长度为 t7- t6; 7: 插播器向前运动,本时间点为 t8,时间长度为 t8- t7,下行距离为-(H4+ H6+ H7),本运动 将蒜爪送到蒜盒附近,在完成本运动的同时,垂直方向亦进行了运动,这样的运动,基本上 蒜爪到了蒜盒周围; 8:垂直位置不变,水平向前运动,以达到蒜盒水平中心位置,等待时间点为 t9,时间长

度为 t9- t8; 9:等待时间,此时插播器向下运动,到取蒜位置,此时的运动时间点为 t10,时间长度为 t10- t9; 。 其详细的时间,运动距离示意图如下 在该图中,没有标注距离的大小 在该图中,曲线没有按比例绘制

3.2.3 四连杆机构运动分析
在分析设计中,由于凸轮机构的特点,要实现上述水平和垂直运动,需要将两种运动综 合起来,这种综合机构不宜复杂,并且能独立控制。 水平运动距离和垂直运动距离均超出了 100mm,考虑到凸轮必须实现这一运动, 那么凸轮 上的差有 2 被之多,在直线运动部分,这部分的运动又被重新 2 倍化,这样实际上需要的高 度至少要达到 400 毫米大小,这还不包括其他结构带来的尺寸,这样结构将造成前后和上下 尺寸很大,特别上上下尺寸,影响比较大 而采用四连杆机构后,四连杆机构的尺寸主要表现为前后,所以对整体干涉并不大,空 间易于布置,在尺寸方面,垂直方向均可缩小若干倍,这样整体尺度就比较小,并且保留有 足够的空间,方便行程的继续加大而不改变整体布局

图 3-4: 四连杆机构运动基本 依据相关的分析,四连杆机构,特别是符合某种特定尺寸比例的四连杆机构,能够有下 列特点 1 水平和垂直分别进行运动距离大小的放大,其中水平放大 N 倍的话,垂直则放大 N-1 倍; 2 独立与驱动发生关系,互相不干扰; 3 发生关系成比例关系,而不是其他复杂的关系;

4 垂直运动的方向发生关键性变化,即改变原有的垂直运动方向,取其相反的方向运动; 在本设备中,采用四连杆机构进行水平和垂直运动的合成。

3.3 方案设计 3.3.1 机构示意图

图 3-5: 蒜爪转移机构

3.3.1 功能需求
蒜爪转移机构是一个运动的载体,其除必须执行在 3.1.1 中定义的 1-10 种连续的运动及

周期重复外,该载体还承担下列辅助功能及保证该载体的相关机构部分 1 固定:保证该载体是稳定的 2 动力传递部分,保证该载体的动力源 3 清刷机构,将可能出现在本载体上的泥土清除掉 4 传感器:将蒜爪转移机构的运动信息传递到相关部分,以便整个大蒜种植机的单元协 调工作 5 凸轮机构,将动力传递来的运动转化为直线运动,其中包括水平凸轮机构和垂直凸轮 机构,每一凸轮机构又包括凸轮和从动件 6 运动合成机构 将水平和垂直的凸轮运动合成到一个运动点同时具有这两个方面的运 动。 本机构示意图中,主要关注核心部分,未包括固定部分,动力部分。 本图示是一个示意性的图,因为其中凸轮为 2 个,如果用一个,则运动区域太大,整个 盘子额度重量太大。

3.3.3 结构组成
本部件由以下几个部分组成

3.3.3.1 垂直运动凸轮
用于驱动蒜爪做垂直运动,其上包含控制运动特性的导轨,相关机构在其上跟动时,将 使从动机构按一定的规律做时序垂直运动,包含凸轮轮体,跟动机构,滑杆及固定结构等多 个组成部分,垂直运动凸轮固定于整体固定结构上,凸轮轮体安装于与动力系统相同的轴上, 在轴的驱动下,做旋转运动,而此时,凸轮从动滑杆做直线运动。

3.3.3.2 水平运动凸轮
用于驱动蒜爪做水平运动,和垂直运动凸轮一样,其上也包含控制运动特性的导轨,相 关机构在其上跟动时,将使从动机构按一定的规律做时序垂直运动,包含凸轮轮体,跟动机 构,滑杆及固定结构等多个组成部分,垂直运动凸轮固定于整体固定结构上,凸轮轮体安装 于与动力系统相同的轴上,在轴的驱动下,做旋转运动,而此时,凸轮从动滑杆做直线运动。

3.3.3.3 综合运动机构
采用四连杆结构,可以实现独立运动控制和运动放大,整个机构包括四连杆机构体,固 定部分,姿态矫正机构和蒜爪安装机构。其分别连接于垂直运动从动滑杆和水平运动滑杆, 另一端连接蒜爪,在垂直运动和水平运动机构的控制下,实现设计意图的运动轨迹。

3.3.3.4 固定机构
固定机构将所有的需要固定的物体固定于结构上,其固定的部分包含包括两个驱动轮, 两个驱动轮的从动件的固定部分,动力驱动部分,蒜爪毛刷部分,传感器部分,盖体部分等, 与这些部分采用各种固定方式通过螺钉进行固定,固定的结构需要依据各部分的功能位置进 行适应。

3.3.3.5 盖体
盖体结构将整个设备包容与一个盖子里,并与整机协调安装在一起,其与蒜爪转移机构 的固定机构通过螺丝固定 盖体起对环境的适应性的功能,对灰尘进行隔离,防止下雨和太阳晒,同时起对破坏力 的缓冲作用。 盖体上部分区域未封口,该区域用于四连杆机构伸出,在未封口部分,通过毛刷将外部 灰尘进行屏蔽。

3.3.3.6 动力传入机构
动力传入机构将外部动力传递到蒜爪转移机构,实现蒜爪转移机构的运动从而达到将蒜 爪按需要的时间和空间进行转移 动力传入机构包括链条,链轮,轴,端盖及键和键槽等多个部分,其与凸轮同轴,通过 键槽的配合将力传递给凸轮,其力量的传入是通过外部轮和链轮之间的链条进行传递的。外 部轮之间保持和地面行走距离之间保持一定的比例关系。 动力传入系统固定于固定机构上。

3.3.3.7 传感器及固定结构
传感器用于感知蒜爪转移机构的运动状态,主要是在时间点上的运动位置和来回状态, 用于单条大蒜播种线的时间之间的匹配。 蒜爪转移机构的时序是受到地面轮控制的,而蒜盒是受到 PLC 控制的一套时序控制的, 两种机构之间必须保持时序匹配,否则,相互之间无法保证时序的一致性,而完成时序的匹 配是通过传感器获取蒜爪转移机构的时间信息,再通过 PLC 对蒜盒传输机构的时序进行控制 实现的。 一套蒜爪转移机构包括两个传感器,通过固定结构进行固定,其信号线路通过隔离的方 式来完成连接,以保证整个蒜爪转移机构的独立性。

3.3.3.8 清土机构
清土机构用于将蒜爪上可能带来的泥土从蒜爪上清除,保持蒜爪的干净程度,防止因泥 土出现的工作实效。 清土机构通过毛刷来实现的,其必须安装在蒜爪经过的地方 清土机构通过其固定部分安装于固定部分,需要保持一定的可调整性。

3.3.4 行为分析
3.3.4.1 传递蒜爪的行为分析
1 位于整体机器上的轴旋转 2 轴旋转带动其上的链轮旋转 3 链轮的选择带动链条的运动 4 链条带动位于蒜爪转移机构的链轮运动 5 本部分链轮通过键槽拨动轴 6 轴的旋转带动与带轮同轴的两个凸轮旋转 6 凸轮旋转时,受到凸轮上的曲线控制的从动轮旋转 7 从动轮旋转可能带来从动杆的运动 8 从动杆在滑块的约束下单向运动 9 这一单向运动造成四连杆机构的运动 10 四连杆机构的运动造成杆端的运动 11 杆端的运动造成固定在其上的蒜爪运动 12 控制蒜爪方向的连杆在主杆运动时,也协调保证蒜爪与水平平行。 指定的曲线和时序是通过凸轮上的曲线来实现的

3.3.4.2 传感器行为分析
两个传感器将到位信号传递到 PLC,PLC 通过分析其到位的时间差异,决定如下行为 1 在什么时候将蒜盒送到取蒜地点 2 是否终止当前行为 3 选择链条上的哪一个蒜盒

3.3.4.3 清土机构行为分析
在蒜爪从清土机构上经过时,清土机构的毛刷将土从蒜爪的可能的藏有土的地方将土清 扫出来 本机构是否充分,是否需要安装一个气吹机构,以更大的力度来进行清扫泥土,是在定

型产品设计阶段需要考虑的事情

3.3.4.4 动力传入机构行为分析
链条从整机的链轮上,取出动力,传递到本部件的链轮上,链轮通过键将力传递到轴, 轴又通过键将力传递到凸轮,完成一个完整的力的传递过程。

3.3.5 适应性分析
3.1.5.1 正确完成所有的位置和运动
本节通过两个凸轮的轨道线,分析实现了保证运动的轨迹,并通过相关章节的设计,保 证了尺本设计的规定的尺寸的有效性,通过相关的机构保证了运动轨迹的精度和空间的可接 受性。因而设计的轨迹

3.1.5.2 空间上的不干涉
本节中和其他部件的空间干涉问题在插蒜部分总控制中说明,本部件最容易干涉的主要 是其中的三个凸轮合并在一起进行控制,其中的水平运动控制部分可能与蒜爪的运动的从动 件在空间上发生干涉,需要在概要设计时注意

3.1.5.3 整体性强
本机构设计成一个整体,通过其结构的主骨架安装在单条大蒜播种线上,设计时,考虑 了整体的可拆卸性和安装的可控制性。

3.1.5.4 保证适当的寿命
通过润滑机构实现润滑来减少工耗,磨损,既而提高大蒜转移机构的寿命 通过适当的结构设计、材料、制造工艺,保证大蒜转移机构的寿命 通过表面处理以提高大蒜转移机构整体寿命

3.1.5.5 环境适应性
在设计中充分采取在动作入口用毛刷隔离灰尘的方式,采用整体壳体能防止太阳照射和 下雨及不受设计控制的外界撞击,高温不影响设备的性能,因为采用的是金属,除热涨外, 其他不影响,而热涨在所有部件的误差范围内,对此做过相关的设计,设备整地的振动,设 备局部的跳动等只要不大量影响和蒜盒的相对位置就可,而其相对位置在整体设计中,通过

一定的刚度来保证了。所以本设备能在广泛的工作环境下正常工作。

3.1.5.6 美观性要求
箱体包容,在注意空间尺寸干涉和功能的前提下,尽量使箱体符合一定美学要求的长宽 高比

3.1.5.7 稳定性
1 紧固件经过了特别的设计,保证了最大程度不影响结构的稳定性 2 通过相关部件,特别是整体骨架的强度设计,保证了其稳定性和内部不发生非设计的 大变形。

3.1.5.8 易用性
1 整体性好 2 打开盖子就可以全部进行操作 3 整体在机体外,因而操作方便

3.1.5.9 低成本
所有的设备在设计上,尽量保证了低成本 部分构件因为考虑到设备的稳定性,采用了一些高价值的设计,如导轨等,没有采用简 单导轨设计,因为该处涉及到稳定性,同样涉及到稳定性的还有,所有的连接处均采用滚珠 轴承,以降低摩擦力和保证设备长周期有效使用。

4 部件设计
4.1 垂直运动凸轮 4.1.1 限制曲线:
4.1.1.1 时间转换为角度
θ=ti/T*360 令其中 360/C 为 K

4.1.1.2 段运动曲线
1 对于距离没有发生变化的部分,采用园曲线,其半径不发生变化 2 对于距离发生变化的,采用正弦曲线,即 S=H*Sin(α ),其中相关参数说明; 2.1α 角度范围: 上升部分从 ? 为? 2.3 S 在目标曲线的高度 3 对于角度从 A 到 B,且上升了 R,那么对应的参数为

?
2



? ? 3? ,下降部分采用 到 ,区间角度范围 2 2 2

2.2 H 单边高度,于目标升降的高度的一半

??

?
B? A

(? ? A) ?

?
2

H=0.5*R

? 从A到B
4 对于角度从 A 到 B,且下降了 R,那么对应的参数为

??

?
B? A

(? ? A) ?

?
2

H=0.5*R

? 从A到B
5 正弦曲线的优点 1 多阶连续,其中表示位置,速度和加速度的 0 次,1 次,2 次均连续 2 和园连接,只要 0 阶连续,后续阶均连续 3 速度和加速度均比较均匀,不存在比较大的图标

4.1.1.3 控制曲线
控制曲线是凸轮从动杆轴的运动轨迹,其采用不同分段按下列列出进行 4.1.1.2 所示的参 数 曲线 1 段: θ 在 0- t1K 度 R=R0,半径保持于 R0 曲线 2 段: θ 在 t1K- t2K 度 R->R0-H1,半径下降 H1 曲线 3 段: θ 在 t2K- t3K 度 R= R0-H1 半径保持于 R0-H1 曲线 4 段: θ 在 t3K- t4K 度 R-> R0-H1+H3,半径上升 H3 曲线 5 段: θ 在 t4K- t5K 度 R-> R0-H1+H3+H5 半径上升 H5 曲线 6 段: θ 在 t5K- t6K 度 R= R0-H1+H3+H5 半径保持于 R0+H1+H3+H5 曲线 7 段: θ 在 t6K- t7K 度 R->R0-H1+H3 半径下降 H5 曲线 8 段: θ 在 t7K- t8K 度 R->R0-H1 半径下降 H3 曲线 9 段: θ 在 t8K- t9K 度 R=R0-H1 半径保持于 R0-H1 曲线 10 段: θ 在 t9K- t10K 度 R->R0 半径上升 H1 说明:θ 指其变化角度,若发生 R=R0+H1 表示在该角度内不发生高度的变化,R->R0 表 示在该角度内发生高度的变化 采用与 4.1.1.2 的方式生成变化的曲线 采用园形生成不变的曲线 所有的角度均应加 90 度,保证是从最高点开始的。 本轨迹已经考虑到了采用四连杆机构带来的驱动方向的变化,但没有考虑到带来的运动 量的变化,因为运动量的变化在确定合理的放大倍数之前还是不确定的。

4.1.1.4 运动学分析-速度
正弦曲线,无需进行运动速度分析

4.1.1.5 运动学分析-加速度
正弦曲线,无需进行运动加速度分析,在相关理论书上有论述

4.1.1.6 光顺
正弦曲线,无需进行曲线的光顺

4,.1.1.7 曲线绘制方式
1 依据上述定义的曲线,绘制其曲线,采用附录定义的宏程序,控制开始角度和结束角 度及曲线变化(依据具体的每条曲线的参数) 2 采用偏移命令,对中心线进行向内和向外进行偏移

则该线作为加工的依据

4.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则
1 基部半径
基部影响所有曲线的,为使整个结构合理,我们取其中蒜爪到最大位置作为基园尺寸, 对应的物理尺寸为 50mm

2 最大半径
最大半径是在基半径的基础上,加入最大的蒜爪下行运动量,这个半径由于是比较重要 的尺寸

3 厚度
从整个机构上来看,宜采用 12mm

4 轴孔直径
采用 20mm 的轴,与之配套的孔也是 20mm

5 键槽尺寸
键槽尺寸与动力部分关于键的设计配套

4.1.3 重量控制
在本问题的尺度下,凸轮的重量将很大,而作为影响结构强度和变形的设备,其重量对 这些因素影响很大,所以确定重量和控制重量时很重要的,下面就重量的计算和控制处理

1 重量计算
凸轮的重量将由下列公式确定 M=Ρ π r*r*C 一个钢制的圆盘,厚度为 12mm,半径为 120mm,其重量为 4.2kg

2 重量目标
本项目期待的目标重量为 1kg

3 减重方式
可以在避开凸轮轨道曲线的地方开花孔。

4.1.4 导轨轮
导轨轮受到凸轮上的导轨的限制,运动时,其旋转,并保持与导轨壁的接触,采用导轨 轮,可以降低整个系统的摩擦力,提高凸轮的使用寿命。 导轨轮安装于从动件上,驱动从动件做直线运动

1 轴承结构示意图

图 4-1:跟动轴承结构示意图

2 连接关系
滚珠轴承的连接关系在此不表 滚珠轴承外表与凸轮轨道的两侧表面接触,依靠两侧表面的制约,使轴承中心位置沿理 论轨道线运动 内部有两个台阶,一个受到从动杆的约束,一个受到螺钉的作用,使内部固定于从动杆 上

3 行为
滚珠轴承外表随导轨轨道设计的位置运动 力传递到轴承内套,内套做与外套相同的运动 力传递到第二台阶,第二台阶做与外套相同的运动 力传递到从动杆,从动杆做与外套相同的运动

4 尺寸
导轨轮的尺寸与导轨轨道宽度设计一致,在公差上约小 0.1mm 轴承第一台阶可控制在 2mm 以内 轴承第二台阶与从动杆的厚度尺寸匹配一致,比其小 1mm 左右

4.1.5 从动设计
1 定义
从动件是在主动件的驱动下,进行运动的部件,从动件包括 3 个部分,可调节导轨部分, 导轨部分,导轨轨道部分,在导轨轮的作用下,与导轨轮做相同的运动,其两侧导轨轨道的 限制,使整个杆的侧向运动保持在一定的误差要求范围内,在另一端,则带动四连杆机构, 驱动其,使其在这个节点发生与导轨轮一致的运动,本部分不说明四连杆机构及其紧固于此 的结构

2 图示

图 4-2:从动结构示意图

3 部件
从动杆,与凸轮轨道连接,其上有通孔槽,用于从动杆从动杆 从动主杆:通过螺钉固定于从动杆上,位置可调,其侧向受到导轨固定的限制。 导轨固定固定于整体结构上,使其能限制从动主杆的侧向运动 螺丝分别用于固定多个地方

4 连接关系
从动杆固定于导轨轮上,与其同步运动 从动主杆通过螺丝固定于从动杆上,通过调节螺丝在从动杆上槽的位置,来调整从动杆 的位置 从动杆被导轨固定,使其无法侧向运动,而只能单向运动 四连杆机构固定在从动主杆的一端,随其运动

5 行为

导轨轮随动,与凸轮轨道一致 驱动从动主杆上下运动 从动杆驱动从动杆运动 从动杆驱动固定于其上的控制四连杆机构运动的固定处运动 侧向受到导轨固定的限制,无法运动

6 指标尺寸
一般性指标包括: 1 轨道的宽度和厚度:受到强度限制 2 导轨的长度,宽度,高度:受到强度及侧向精度的限制 3 从动杆的宽度和厚度:受到强度限制及其开孔的限制 4 螺丝大小,分别受到相应的限制 5 轨道轮距从动杆顶端的距离:受强度,开孔位置及空间尺寸的限制 6 开孔深度:全深 7 开孔宽度:受强度及空间位置限制 关键指标包括 1 轨道的长度:与从动杆一起受到功能限制,空间限制 2 从动杆的长度:与轨道一起,受到功能限制,空间限制 3 开孔长度:受到本件可调整高度的限制,设计为 15mm

4.1.6 润滑
润滑设计的依据是,发生相对运动处均应进行润滑,主要的润滑点有凸轮轨道,轨道轮 轴,轨道表面。

4.1.7 安装保证
无特别的安装保证项目

4.1.8 时间设计
时间设计是本设计中的关键,因为时间的分配,除保证制定的时间完成外,还负责有优 化设备的稳定性的问题,在时间设计上,我们需要考虑的特点是: 1 采用加速度均衡的方式,也就是说,不同的运动之间的时间联系标准为,加速度一致 2 蒜爪的控制采用的是另一个凸轮,也就是说,蒜爪的控制时间可以与本设备的时间重 叠 3 蒜爪的开闭均可以在考虑空间结构的前提下,进行一定量的提前,以便保证在指定的 时间内完成任务,而且时间消耗最小,并且蒜爪张开是受弹簧控制的,由于弹簧的运动的未

知性,我们需要把这个问题变成没有问题,即采用时间重叠下的时间分配。

1 均衡加速度下的时间分配
在加速度一定的情况下,距离与时间的平方成正比,因而时间与距离的 0.5 次方成正比 考虑均衡加速度,由于垂直运动占用的时间最长,因而以此为基准

2 蒜爪合上时间和张开时间可以不考虑
由于蒜爪在张开时,已经处于蒜盒上方,有足够的空间来重叠时间,而在蒜爪张开时, 瞬间被处理。 当然这一时间依然是存在的,只是在时间分配上不考虑而已 需要将张开时间降低到最短,我们可以采用增强弹簧性能来实现

3 在泥土中拖动的距离不大
蒜爪在插入泥土时,其在泥土中的拖动时间太大,可能带来一系列的问题 1 大蒜在泥土中姿势改变 2 蒜爪皮部带入大量的泥土 3 对蒜爪损伤比较严重,造成蒜爪使用寿命大大降低

4.2 水平运动凸轮 4.2.1 限制曲线:
4.2.1.1 时间转换为角度
请参考 4.1.1.1 部分相应内容

4.2.1.2 段运动曲线
请参考 4.1.1.2 部分相应内容

4.2.1.3 控制曲线
水平控制曲线控制运动机构水平方向的运动 曲线 1 段: θ 在 0- t1K 度 R=R0,半径保持于 R0 曲线 2 段: θ 在 t1K- t2K 度 R=R0,半径保持于 R0 曲线 3 段: θ 在 t2K0- t3K 度 R= R0-H2,半径下降 H2 曲线 4 段: θ 在 t3K0- t4K 度 R-> R0-H2-H4,半径继续下降 H4 曲线 5 段: θ 在 t4K0- t5K 度 R-> R0-H2-H4-H6,半径继续下降 H6

曲线 6 段: θ 在 t5K0- t6K 度 R= R0-H2-H4-H6,半径保持于 R0-H2-H4-H6 曲线 7 段: θ 在 t6K0- t7K 度 R-> R0-H2-H4-H6-H7,半径继续下降 H7 曲线 8 段: θ 在 t7K0- t8K 度 R->R0-H2,半径上升 H4+H6+H7 曲线 9 段: θ 在 t8K0- t9K 度 R->R0,半径上升 H2 曲线 10 段: θ 在 t9K0- t10K 度 R=R0,半径保持于 R0 说明:θ 指其变化角度,若发生 R=R0+H1 表示在该角度内不发生高度的变化,R->R0 表示 在该角度内发生高度的变化,且注意哪些是基部,哪些是变化部 采用与 4.1.1.2 的方式生成变化的曲线 采用园形生成不变的曲线 所有的角度均应加 180 度,保证是向左运动。 本轨迹已经考虑到了采用四连杆机构带来的驱动方向的变化,但没有考虑到带来的运动 量的变化,因为运动量的变化在确定合理的放大倍数之前还是不确定的。 本表达式序列中 R0 与垂直凸轮的该值一样,不表示这一值在两个凸轮之间是相同的,只 是分别表示某一值。

4.2.1.4 运动学分析-速度
速度部分设计请参考 4.1.1.4

4.2.1.5 运动学分析-加速度
加速度部分设计请参考 4.1.1.5

4.2.1.6 光顺
光顺部分设计请参考 4.1.1.6

4,.2.1.7 曲线绘制方式
曲线绘制部分设计请参考 4.1.1.7

4.2.2 凸轮及相关尺寸控制准则
尺寸部分设计请参考 4.1.2

4.2.3 重量控制
重量部分的相关信息请参考 4.1.3

4.2.4 导轨轮
导轨轮部分的设计请参考 4.1.4

4.2.5 从动设计
导轨轮部分的设计请参考 4.1.5

4.2.6 润滑
润滑部分设计请参考 4.1.6

4.2.7 安装保证
润滑部分设计请参考 4.1.7

4.2.8 时间设计
时间设计与 4.1.8 部分协调设计,参考 4.1.8 部分。

4.3 综合运动机构 4.3.1 定义及概述
综合运动机构是将水平和垂直凸轮的运动独立传递到蒜爪的结构部分,作为这一部分, 需要保证两个关键点,一个就是独立,也就是说,如果水平凸轮发生位移,那么,蒜爪只能 表现为水平位移,垂直凸轮亦然,混合时,虽然两个方向都发生了位移,但是仍然是受到独 立控制的,也就是说,相互之间不干涉;另一个关键点是相关,也就是说,当凸轮发生的位 移量,与蒜爪的位移量存在某种函数关系,采用这种方式,将减轻凸轮曲线的设计。 可以采用直接的方式来实现,但采用直接的方式,会使整个机构的尺寸大大变大,使整 个的安装和调试不方便,由于在工程上没有采用该种方式过,因而需要选择一种其他的结构 来进行综合运动机构的设计。 四连杆机构是一种比较好的解决方案,我们在机器人项目中知道: 1 当机器人水平丝杠发生位移时,抓住物体的机械手也发生水平位移,而垂直理论上不 发生任何位移,垂直和混合运动亦然; 2 当水平电机控制轴发生位移 时,在机械手端发生

? ? x 时, ?? 在机械手端水平发生 x 的位移, 在垂直端发生 y

?(? ?1)? y

的位移,其中 ? 是一个比例系数,这个系数只与机构的构成

有关,一当机构构成固定,那么,该值就是一个定值。 从上述内容可以看出,我们可以采用四连杆机构来实现综合运动机构 采用四连杆机构实现综合运动的优点: 1 结构并不复杂,虽然结构比直接传递要稍复杂,但比较其优势,还是值得的 2 我们在码垛机器人上成功应用过该种结构,对其结构特点,实现的难度,稳定性等有 充分的认识 3 能实现独立运动 4 能保持个自独立的运动驱动端和接收端保持有效的关系 5 能将运动放大 6 能使凸轮机构的空间减少

4.3.2 四连杆机构的示意及说明

图 4-3:四连杆机构基本运动方式

4.3.3 组成
由于实施者对这一结构非常清晰,因而只对其机构做概念性的说明,并且在上图中,没 有说明姿态控制部分 四连杆机构包括四个组成部分 1 传递力的连接:本件分别连接到水平机构和垂直运动机构 2 四连杆机构本体:实现四连杆机构运动的部分 3 姿态控制机构:用于控制终端机构,使其保持水平状态 4 外部连接器:连接外部需要运动的部件

4.3.3.1 传递力机构

1 水平和垂直固定结构
水平和垂直固定端分别固定于水平从动杆中间部分和垂直主从动杆中间部分,其作用是 将从动杆的运动驱动四连杆机构,使其发生运动。

2 水平和垂直固定处轴承
与固定结构连接的支撑轴承,将与之向连接的杆均固定于此

4.3.3.2 四连杆机构本体

1 垂直杆
连接于垂直运动端的作用杆

2 动作杆
连接于蒜爪的杆

3 动作约束杆
约束动作杆,并在杆端用轴承以减少摩擦力

4 垂直约束杆
约束垂直杆,并在杆端用轴承以减少摩擦力

4.3.3.3 姿态控制

1 姿态控制水平固定
将姿态控制器固定于此,以作为一个基点,并且与水平一起运动

2 姿态控制杆一
连接杆

3 姿态控制盘
控制方向的期间

4 姿态控制杆二
控制姿态的杆

5 姿态控制端

控制姿态的端

4.3.3.4 蒜爪固定机构
连接蒜爪的结构点,是一种机构

4.3.4 连接关系
水平和垂直固定结构分别固定在水平主从动杆端和垂直主从动杆端,其另一端分别连接 和固定水平和垂直固定轴。 水平和垂直固定轴承一端分别于与水平和垂直固定结构连接,其中水平固定轴承上安装 有水平杆约束杆和垂直杆约束杆。 垂直杆一端连接于垂直固定轴承上,一端固定于运动杆上,其中间有轴承,以便与垂直 杆约束杆连接 运动杆一端连接于垂直杆,一端固定于蒜爪固定机构上,其中间与运动杆控制杆连接, 是通过轴承连接的; 运动约束杆一端与运动杆通过轴承连接,一端与水平运动轴承连接; 垂直约束杆一端与垂直杆通过轴承连接,一端与水平运动轴承连接; 蒜爪连接机构与 3 个部分连接,一个是蒜爪,蒜爪固定于其上,一个是运动杆,通过轴 承连接,还有一个是姿势控制杆 姿态控制水平固定固定于水平固定处,一端与姿态控制杆连接 姿态控制杆一与姿态控制盘连接,一端与姿态控制水平固定机构连接,用于控制器方向 姿态控制盘用于控制姿态,两端分别连接两根姿态控制杆 姿态控制端是位于蒜爪连接机构上的一种连接机构,其最终实现对蒜爪的姿态控制,使 蒜爪始终保持垂直方向。

4.3.5 行为
本机构行为比较复杂, 在相关的文章中有介绍, 该文章为<四连杆机器人运动学分析.pdf> 位于参考资料目录

4.3.6 尺寸和位置
1 用于计算的图示

图 4-4:四连杆空间位置计算依据

2 基本约束
在上图中,必须保证 1 CD=BE 2 BC=DE

EF BF BC 4 ?? AB
3 ??

3 材料尺寸
材料采用相同的尺寸,虽然强度有富裕,但是加工和管理成本低 所有的轴承采用相同规格的轴承 水平和垂直固定机构采用相同的固定机构方式

4.3.7 终端位置控制及 ? 的选择
1 坐标原点定义
原点位于凸轮轴心,其中 X 方向为正常 X 方向的反方向,Y 方向为正常 Y 方向

2 终端位置(杆端位置),标准位置
1 基本条件 设垂直端轴承中心离垂直杆中心距离为 h1 水平端离轴中心离水平端中心距离为 h2 垂直杆长度为 S1,在图上是 BF 动作杆长度为 S2,在图上是 AB 则动作端的位置为

X= h1 +S1 Y=

? ?1 * S 2 ? h2 ?

3 终端位置(杆端位置),任意位置
X= h1 +S1+ ?? x Y=

? ?1 * S 2 ? h 2 ?(? ?1)? y ?

4 λ 的选择
λ 越大,其对误差的放大倍数越大,空间尺寸范围越大,从本案例考虑,可以采用λ =3 作为选择的λ

4.3.8 安装控制
在本机构上,存在大量的连接,其采用的固定方式将构成本件的稳定性的依据。

4.3.9 润滑
所有的关键点,也就是说,采用轴承固定或者是有相对运动的付,均需要润滑,以减少 摩擦力,增强设备的稳定性,减少抖动。

4.4 盖子 4.4.1 定义
盖子是为了保证整个部件对环境的抵抗的一种部件,其包括主盖,后盖,底盖 3 个部分, 能使本机构抵抗包括下雨,太阳,灰尘等恶劣环境,也能抵抗大的不可预知的外力冲击,盖 子上需要考虑几点 1 作为整体部分,固定于整条线上 2 在其上安装位置传感器,并引入线到外部 3 凸轮轴上的传动机构的外露

4.4.2 示意图

图 4-5:机箱体示意图 后盖和底盖因结构简单,没有绘制出

4.4.3 组成
1 主盖:
主盖是一个 U 形的结构体,在一个侧面开有用于避开外露凸轮轴反 U 形孔,并在其同侧 开有固定传感器引入线的孔,在需要的地方,开有用于固定的螺孔

2 后盖
与后部协调的长方形板,在相应的地方开有用于固定的螺孔

3 底盖
与底部协调的长方形板,在相应的地方开有用于固定的螺孔

4.4.4 安装关系
1 主盖从顶端装入,避开凸轮轴,然后用螺钉固定 2 后盖,贴到后部,用螺钉固定 3 低盖:贴到底部,用螺钉固定

4.4.5 尺寸相关
1 主盖:与整体形式一致,并留有大型覆盖件的余量预留 2 后盖,与整体形式一致 3 低盖:与整体形式一致

4 板厚:0.5mm

4.5 固定结构 4.5.1 定义
固定结构将本部件中的所有物体连接在其上或者是通过连接其上的物体连接在上, 这里还包括连接在其上的蒜爪,蒜爪运动控制机构,蒜爪泥刷,并最后固定到整条线的固定 结构处,成为一个整体。

4.5.3 结构示意图

图 4-6:固定示意图

4.5.2 相关的固定
1 需要固定在上的物体
1 凸轮轴 2 垂直运动从动件导轨 3 水平运动从动件导轨 4 蒜爪泥刷

2 通过相关结构固定在其上的
1 蒜爪 2 镭射刹车线 3 四连杆 4 驱动轮 5 驱动轮皮带

4.5.4 组成
主梁:两根主要的支撑梁,有两根,机箱固定在其上 凸轮固定处;圆孔,用于固定凸轮轴 垂直导轨规定处;在比较高的端,用于固定垂直导轨 水平导轨固定处:比较低端,用于固定水平导轨

4.4.5 与其他的连接
本部分与其他的连接主要考虑与单条大蒜播种线的主支撑部分的连接,在上图中,连接 点在远端 考虑到连接的可调整性,也就是说,本结构固定在单条插蒜线上的主结构上的位置需要 调整,因为加工和安装精度问题。这个可调整量约为平面 5mm. 在前后方向和上下方向的两个调整是通过垂直和水平凸轮的从动杆来实现的,其调整范 围均超出 5mm,宽度方向的调整需要在主支撑上加入。 通过 4 个螺钉连接到大蒜播种机单元上。分别在其四角

4.5.6 强度考虑
本部分要固定于主体上,比较细长,因而对其变形的控制使很重要的,并且重量部分和 支撑部分隔得比较远,因而相当于一个悬臂梁,所以悬臂梁的刚度是很重要的,这点在概要 设计中需要复核

图 4-7:变形计算 可以认为本问题的结构形式为集中载荷的悬臂梁,其载荷点的变形为

??
公式中,F:力的单位,N, l:作用点离支撑点长度,单位米

Fl 3 3EI

E:弹性模量 计量单位为 Pa 为 N/平方米 I 惯量:单位为米的 4 次方 本结构是一个 4 个悬出的悬臂梁结构, 其重心大致在支撑点外 0.35m 处, 总计重量 200N, 支撑截面为 20*15mm,使用的是钢材,结构形式应是上图的第一种,属于最远端点载荷的载 荷形式 查相关资料:这种材料的 E= E =2.1x10^6 kg/cm^2=210X10^9N/M^2 I=5.49=5.49X10^-8 依据本公式计算得到变形为 0.25mm 按 4 根承受,则为 0.06mm

4.4.7 其他
其他细节问题,将在相关概要设计中详细设计

4.6 动力传输
动力传输部分将在整个大蒜播种机上的运动动力传输到本凸轮机构,实现对凸轮机构的

动力驱动,采用将用例机构传递到凸轮有两个好处,一个是可以节省动力源,减少系统的复 杂性和空间占用,另一方面,可以使大蒜播种机的运行距离和插播的株距保持一定的关系, 保证播种距离的精确性。 动力的来源取自设备的主运动轴。 动力传输部分包括 4 个部分,分别是主动轮,皮带,从动轮,从动轮轴,其中主动轮位 于大蒜播种机的机架处,从动轮及从动轮轴位于凸轮转移机构处,皮带将两者之间连接起来, 用于传递动力。 位于从动轮上的轴将动力传递给轴上的键,并通过健将动力传递给凸轮。

4.6.1 装配形式

图 4.8:动力传输系统 整个部件采用轴将这些链接起来,部件包括:轴,凸轮,轴承座,轴承,同步带轮,同步 带及轴承端盖

4.6.2 从地面轮开始
假设地面轮直径为 D1,机架驱动轮直径为 D2,位于机架上的凸轮主动轮直径为 D3,凸 轮驱动轮(从动轮)直径为 D4,那么

1 机架角速度
? D1v1 ? ? D2v2
则 v2 ?

D1 v1 D2

其中, v1 为地面轮角速度, v 2 为机架角速度

2 凸轮主动轮角速度
凸轮主动轮的位于同一轴上,因而其角速度一致,假设凸轮主动轮的角速度为

v3 ,那么

v3 = v 2

3 凸轮角速度
设凸轮的角速度为

v4 ,而凸轮驱动轮和凸轮主动轮之间保持线速度一致

? D4v4 ? ? D3v2
则 v4 ?

D3 v2 D4 D1 D3 v1 D2 D4

代入 则 v4 ?

4.6.3 皮带的形式
皮带选用同步带,虽然可能引起价格上的增加,但其能保证运动不失真外,更重要的是 可以大大降低失效概率,带规格和长度依据后续设计确定。

4.6.4 凸轮驱动轮的安装
1:凸轮从动轮安装于盖子外部,以便调整株距时替换轮子的大小,在安装和维护时,无 需打开盖子 2:,要注意对轴的终端限制以保证凸轮从动轮在轴向不滑动 3 安装顺序:先安装凸轮,再安装轴承和轴承座,再安装轮和端盖,最后将轴承座安装于 固定架上

4.6.5 株距的适应
依据对相关资料的分析表面,全国各地对大蒜栽种的株距,差异是比较大的,一般而言, 株距小于 10 的大蒜栽培,是用大蒜植株作为商品,而株距大于 10 的,是用大蒜鳞茎作为商 品,而在本设计中,我们需要适应 100-170 毫米的距离的大蒜株距。 改变这 4 种轮子的直径,都能改变栽种株距,但是替换与凸轮机构相关的主动轮和从动 轮工作量比较大,因为在一台大蒜播种机上,有多达从 4 到 12 个播种单元,而每一个播种单 元上都有两个轮,这样换轮子工作量比较大。 合适的方式是,改变地面轮的直径。依据计算上的适应,保持选择的地面轮,使凸轮达 到指定的角速度。 改变地面轮会造成一些问题 1 地面轮作为调整整个机架的一个支撑点,对所有的部件相对于地面的位置有重要的控 制性,改变改点将使所有机构相对于地面的高度发生变化。进行全面调试时可能的,但工作 量太大,可以在地面轮上加入高度调整部件,这样只调整地面轮的高度,就可以保持机架的

高度,进而保持各部件相对于地面的高度 2 改变地面轮,可能非直接相关地改变了大蒜播种机行进速度控制参数,这需要在相关 部分进行控制,以保持整机的速度与大蒜播种机的能力速度一致(因无速度控制机构)。

4.6.6 行为
1 大蒜播种机主轴运转 2 带动其上凸轮从动轮以相同的角速度旋转 3 皮带以一定的速度运动 4 凸轮主动轮以一定的速度运转 5 凸轮在键的作用下,与主动轮相同的角速度运转 6 带动整个机构的其他部分做相应的运动

4.7 传感器
传感器用于传递凸轮机构的运动,以便保持与传输机构的一致性 传感器的具体指标将在相关控制系统章节中描述 传感器在本机构中安装两个,以便计算出其运动情况和运动速度 传感器需要安装于合适的位置 传感器需要有外部接口,采用接触的方式,以便将本凸轮传输机构作为一个整体拆换, 使使用和维护方便 传感器的外部接口处必须要能防水和防止太阳暴晒

4.8 尘土罩
尘土刷是用来阻止灰尘进入本箱体的,在机箱前部,因为考虑到运动需要,这部分是没 有盖子的,这样带灰尘的空气会进入到本机,干扰整个机体的运转 灰尘罩安装与运动部分 灰尘罩安装不应与运动机构碰撞 灰尘罩可大大降低空气向机箱内流动的可能性和速度

4.9 其他技术设计 4.9.1 润滑
通过经常性的润滑,以降低所有关节点的阻力,可以达到 1 将低阻力,减少工耗

2 减少摩擦力,增加使用时间 本机构的所有运动付均需要定期润滑,这是本机构的基本原则,详细的实现方式在概要 设计中说明。

4.9.2 紧固
在所有的连接上实施合适的紧固,以保证整个系统不试销,在连续使用时,至少要保证 手工一周紧固一次(具体的数量请实验证明) 所有的紧固处必须有独立的设计,在设计上必须说明采用何种方式,及其原因

4.9.3 表面防护
表面防护主要是为了防止表面腐蚀,本表面设计与全机采用相同的防护措施,没有特别 的防护需要

5 概要设计
5.1 关键设计 5.1.1 坐标系统
本设计采用独立的坐标系统,定义如下 X 轴:从凸轮到插入机构为正,与传统相反,凸轮轴中心为 X 原点 Y 轴:世界坐标系统的垂直轴为 Y 轴,向上为正,凸轮轴中心为 Y 原点 Z 轴:轴向为 Z 轴,其中指向动力传入部分为正,蒜爪开闭凸轮的中心为 Z 轴原点。

5.1.2 时间确定
1 时间确定的计算条件
1.1 假设阶段 1 运动量为 A1,依此类推,阶段 n 运动量为 An 1.2 如果符合运动,也就是说,两个轴都动,那么我们可以选择其中运动量比较大的作为 运动量 1.3 考虑到蒜爪的张开和合并时间可以与这两个凸轮的时间重叠,因而认为其不分配时 间,也就是说 t1,t6 不参与时间分配 1.4 蒜爪在栽蒜点应快速下行和快速上行, 以减少蒜爪在泥土中的拖动时间, 缩短蒜爪在 泥土中的拖动距离,提高蒜爪的使用寿命。 1.5 蒜爪在栽蒜时, 由于要克服土壤的阻力, 因而需要分配的时间比从土中拔出分配的时 间比较多

2 时间计算的理论分析
设时间分配比例系数 K,每一阶段的时间为 K*C

? KS

0.5 i

?T

我们从前面知道,在保持加速度一致的条件下,时间和距离的平方根成正比

3 计算表
运动量 25 25 40 40 时间参数 5 5 6.32455532 6.32455532 总时间参数 52.84812052 52.84812052 52.84812052 52.84812052 占比 0.094610744 t2 0.094610744 T10 0.119674177 t3 0.119674177 t9 时间代号

102 25 25 102

10.09950494 5 5 10.09950494

52.84812052 52.84812052 52.84812052 52.84812052

0.191104335 t4 0.094610744 t5 0.094610744 t7 0.191104335 t8

表 1 采用理论公式计算的结果

4 确定后的时间分配
运动量 时间参数 总时间参数 25 25 5 52.84812052 5 52.84812052 占比 0.094610744 0.094610744 0.119674177 0.119674177 0.191104335 0.094610744 0.094610744 0.191104335 时间代号 确定比例 t2 T10 t4 t9 t4 t5 t7 t8 0.09 0.09 0.12 0.12 0.20 0.09 0.09 0.20 结果

40 6.32455532 52.84812052 40 6.32455532 52.84812052 102 10.09950494 52.84812052 25 25 5 52.84812052 5 52.84812052

102 10.09950494 52.84812052

0.09 0.09 0.12 0.12 0.2 0.1 0.08 0.2

表 2 经过规格化后的结果和对拖拽距离修正后的结果

5 时间的复核
由于已经从结构上采取了降低株距拖动的影响的措施,那么蒜爪在泥土中拖动的距离变化 为,其中 S 为误差株距 2*S* t7 如果株距差为 40,考虑到 2 个方向的误差分布,实际用于计算的株距差为 20,那么拖动 的距离为 3.6mm,误差最大实际值为 3.6mm。 考虑到蒜爪向土中运行和从土中拔出的阻力不同,对这两个时间也进行了在总量一致的 基础上的分配。 在表 2 已经按这些考虑重新进行了修正。

5.1.3 运动量及凸轮曲线关键尺寸定义
由于采用了四边形连杆机构,所以在蒜爪上的运动量,在凸轮上的运动就得到大大降低, 在本机构中,取λ =3.2,那么相关的运动量的值变动为 序号 1 2 3 4 5 6 变量 H1 H2 H3 H4 H5 H6 原始值 25 40 102 50 25 0.10*株距 垂直/水 平 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 11.3636 12.5 46.3636 15.625 11.3636 最大 6.4 蒜爪在蒜盒上上下行 蒜爪在蒜盒附近水平 垂直运动到插蒜点 水平运动到插蒜点 在插蒜点上下运动 在插入之前向后运动 变化后 意义

7

H7

0.08*株距

水平

最大 4.25

在插入之后向后运动

表 3 通过四连杆机构后的凸轮运动量表 从上述来看,凸轮基园半径为 35.3 垂直凸轮最低点半径为 34.3,最高点半径为 92,加上 轨道的空间,跟动轴承半径为 8mm,这两个值分别修正为 29.3 和 97,可活动的最短杆长部分 为 57.7,轮半径采用 100mm 水平凸轮最低点半径为 50,最高点半径为 75,加上轨道的空间,这两个值分别修正为 45 和 80,,可活动的最短杆长部分为 25mm,轮半径采用 100mm 此时,水平凸轮由剩余空间 19.8mm,而在上表中,H6+ H7 为 0.2*株距/3,假设最大株距为 200 毫米,H6+ H7 为 13.33mm,也能覆盖这部分尺寸。所以统一选用 100mm 是可支持的。

5.1.3 四边形连杆机构的运动核算

图 5-1:四连杆机构空间范围尺寸图 在局部坐标系统中,可运行范围是一个长方向,其中

1 基本信息
左上角度坐标(-453.6,-69.26) 右下角度坐标(-335.2,-196.2)

2 水平信息:
水平前点(-146,70)

水平后点(-183,70) 水平杆长度 137mm 水平从动运动范围 37mm 蒜爪水平方向运动距离 118.4

3 垂直信息信息:
垂直近点(-60,133.3) 垂直远点(-60,191) 垂直杆长度 166mm 垂直从动运动范围 57.7mm 蒜爪垂直方向运动距离 132.71

4 自我碰撞校核
最小的角度为 50 度 依据四连杆机构的内部碰撞设计,角度不能小于 43 度,因此是安全的

5 蒜爪安装后的运动碰撞校核
从图上可以看出,安装后,在活动范围,水平方向不与蒜爪发生干涉,并且水平方向是 可以在一定范围内延展的,因而水平方向是成功的,箱体-247,运动位置-318,保留 69 毫米 的距离,这要求设计的蒜爪宽度不得超出 71mm 这个值 垂直方向的支撑点最高为-69,其离箱体底部为 31mm 高,这里还包括入地的 20mm 的高 度,因而实际离箱体底部高度为 51 为保证垂直方向不因为运动范围限制,蒜爪在垂直方向的尺寸必须大于 51,从相关设计 可以知道这一高度大于 181mm,因而箱体离地大约 131mm 高,实际上蒜爪底部入地最多 10, 所以对地面高度为 141,这个高度对箱体的底部来说是安全的,并可以安装其他器件。

5.1.4 总体布局
5.1.4.1 影响总体布局的因素
由于相关尺寸和位置影响了具体布局,因而在此需要确定总体布局 总体布局考虑的因素: 1 箱体的可放置位置 2 箱体相对于蒜盒的相对位置 3 四边形连杆机构是否能达到蒜盒位置 4 大蒜播种机的驱动的位置 5 四连杆机构相关的长度

5.1.4.2 基本尺寸分析

1 箱体高度
轮中心为 0, 轮半径 100 轮到前轴承座距离为 10,总 110 前轴承座 14,总 124 垂直固定机构半高度为 7,总体 131 运动距离 53mm,可加为 55mm,总 186 垂直固定机构半高度为 7,总体 193 后轴承座厚度为 14,总体 207 外露运动距离 55(已包含直线导轨露出的高度),总体 262mm 外部箱体厚度 1mm 及空隙 1mm,总体 264 下部凸轮高度 100mm,总体 364 外部箱体厚度 1mm 及空隙 3mm,总体 368

2 箱体宽度
轮中心为 0, 轮半径 100 轮到前轴承座距离为 10,总 110 前轴承座 14,总 124 最前位置 146,总体 146 最后位置 186,总体 186 垂直固定机构半高度为 7,总体 193 后轴承座厚度为 14,总体 207 外露运动距离 40(已包含直线导轨露出的高度),总体 247mm 外部箱体厚度 0mm 及空隙 0mm,总体 247 右部凸轮高度 100mm,总体 347 外部箱体厚度 1mm 及空隙 3mm,总体 351

3 箱体厚度
箱体厚度设计涉及到株距的问题,在系统中,株距的最小值不能低于 120mm,,因而 箱体的厚度不能大于该值,并且为了保证设备的美观,箱体厚度应该越小越好 采用的技术方式是,将所有能向中心安装的部件,向中间安装,这样整个部件的厚 度小 设计的凸轮厚度为 10mm,3 个凸轮的厚度为 30mm.假设采用的边钢材在本部分的厚 度为 20mm,则整体厚度为 70mm,为了保证使用顺利,在该厚度上加入 10mm.使整个厚度 为 80mm,这部分厚度用于容纳错误设计造成的影响。

加上链轮 10mm 的宽度和端盖 10mm 的厚度,整体的占用厚度为 100mm

4 箱体尺寸和整体尺寸
箱体尺寸为: 高 368mm 宽 351mm 厚 80mm 整体占地尺寸(包括运动部分)为 高 368mm 宽 472mm 厚 100mm

5 主支架位置 6 外部安装位置
5.1.4.3 布局示意图

图 5-2:四连杆机构布局示意图

5.1.5 配合
5.1.5.1 第一类配合:可调节直径与已知或未知直径之间的紧固连接
有些部件,如轴承座,其直径可以进行调整,可以通过螺栓来调节其孔直径的大小,从 而达到不因与之配合的轴类的加工问题造成轴不可用 这类配合的特点是,孔的直径是可调整的,能适应比较大范围的直径的轴,一般而言, 只要不加工离谱,轴基本上都能在孔调整的范围。 这类连接要求孔与被约束的对象配合紧密,压力越大越好。 但是压力太大可能造成对轴类零件的变形过大,而散失其功能 本类零件的问题是,压力多大是合适的,是否有理论说法。 轴承座和其固定的直线导轨属于本类连接。 轴承座和其固定的轴承也属于本类连接。

5.1.5.2 第二类配合 两个已知尺寸之间的松配合
像直线轴承和轴之间的直线运动配合,属于本类配合 这一配合要求比较松的配合,但非越松越好,太送造成晃动量比较大,造成机构受力的 复杂性,太紧造成摩擦力太大,问题和在于多松是比较合适的,或者是尺寸的公差范围,有 没有相应的标准 这一问题的解决的优点是,商业的东西很多,可以用商业的东西组装起来,这些东西基 本上遵守很多经验的配合值,只要采购,即可以完整解决这类问题,除非两家的产品不合格

5.1.5.3 第三类配合 未知尺寸和已知尺寸之间的紧配合
将直线轴承固定在板的孔上,是这一问题的表现形式 其特点是,由于直线导轨是买来的,其尺寸范围是已知的,而加工的板孔,要控制到相 应的尺寸,是很难的和成本很高昂的,这类配合失效的可能比较大,要么太送,直线轴承掉 下来,要么太紧,压伤直线轴承 这类配合比较费劲,需要有比较好的经验的人员。

5.1.5.4 第四类配合 两已知尺寸之间的紧配合
像轴承座固定轴承,属于本类配合 这一配合要求比较紧的配合,但非越紧越好,这类连接要求孔与被约束的对象配合紧密, 压力越大越好。 但是压力太大可能造成对轴类零件的变形过大,而散失其功能 本类零件的问题是,压力多大是合适的,是否有理论说法。

问题也在于多松是比较合适的,或者是尺寸的公差范围,有没有相应的标准 这一问题的解决的优点是,商业的东西很多,可以用商业的东西组装起来,这些东西基 本上遵守很多经验的配合值,只要采购,即可以完整解决这类问题,除非两家的产品不合格

5.2 垂直凸轮设计 5.2.1 总体设计
5.2.1.1 装配示意图及说明

图 5-3:垂直凸轮装配关系示意图

1 本机构包括下列部分:
1 凸轮轮体:主驱动部分 2 螺栓滚轮滚针轴承:用于跟踪凸轮轮廓线 3 前后轴支座,用于固定轴 4 前后直线轴承 用于固定轴的径向运动,使轴只能沿长度方向运动 5 轴:从运动杆,包括用于固定螺栓滚轮滚针轴承的固定块 6 四连杆固定轴承:用于将四连杆机构固定于轴上 7 四连杆机构固定轴承座:用于固定四连杆固定轴承

8 键:用于将凸轮固定于凸轮轴上 9 螺栓:用于固定所有的轴承座

2 装配
1 跟动轴承沿凸轮轮体上的轮廓线运动 2 跟动轴承固定于轴上伸出部分 3 轴通过前后两个轴承固定 4 每个轴承座中有一个直线轴承,用于限制其径向运动 5 四连杆机构的固定轴承固定于轴上,该轴承是滚动轴承,不可以长度方向运动,但可 以绕轴旋转。

5.2.1.2 高度分析

图 5-4 用于分析安装的尺寸示意图 依据上述图形和分析,得到下列结论: 1 固定轴承座垫块的厚度 固定轴承座垫块的厚度=轴心到边的距离 61-骨架宽度 15-轴承座心到底部高度 23=23mm 2 对边干涉 轴承座处有骨架: 轴心到边的距离 19-骨架宽度 15-轴承座心到顶部高度(37.5-23)14.5=-10.5 轴承座处无骨架:轴心到边的距离 19-轴承座心到顶部高度(37.5-23)14.5=-5.5 所以,在本部分必须保证轴承座对面没有骨架

5.2.1.2 位置分配
1 从轮心开始,向上 100mm 为轮体边沿 2 向外 10mm,作为空间,本空间已经包含直线轴承伸出部分,总长 110mm 3 轴支座:14mm, 总长 124mm 4 固定四连杆机构的全宽 14mm,总宽度 138mm

5 保留 62 作为在两个轴支座之间的运动空间,总长 200mm 6 轴承座宽度 14mm,总长度 214mm 7 外留 50mm 作为轴运动空间,总长 264mm 结论; 1 从凸轮轮心开始,向外 268mm 处,部件完成安装,也就是说,轴最远处能离凸轮 轴心 264mm 2 轴长为 164mm

5.2.1.4 装配及调整

1 装配尺寸设计

图 5-5 用于分析安装的尺寸示意图,长度 分析 1 本图状态为拉到最远处 2 离轴焊接点 84mm 处,是紧固四连杆机构固定处 3 紧固后的四连杆机构固定支座,在极限范围离后支座 2mm,离前支座 2.3mm,这一 位子在全局上位置为 126.3 和 198,转化为理论中心位置为 133.3-191mm

2 装配
1 先将四连杆机构轴承固定 2 再将前后两个轴承穿入

3 调整
本项目下无调整, 所有的调整为凸轮转移机构和蒜爪安装完成后与蒜盒之间位置的调整。

5.2.1.5 株距适应的分段
本凸轮不涉及到与株距相关的分级

5.2.1.6 配合
本配合包括三类配合,第一,二,四类配合,其中前后轴承座和直线轴承之间的配合属于 第一类配合,直线轴承和导杆之间的配合属于第二类配合,轴承座和轴承之间的紧配合为第 一类配合,而轴承和杆之间的配合为第四类配合,相关陈述请参见 5.1.5 相应部分,由于上述部 件均为采购,除慎重设计外,一般不存在太大的技术问题。其中的关键配合是轴承和导杆之 间的摩擦力,因为要受到比较大的杆向力,所以选择合适的轴承和采用合适的是其中的关键 之一

5.2.2 凸轮轮体
1 凸轮轮体尺寸示意图

图 5-6:垂直凸轮轮体尺寸图

2 尺寸设计

1 轴孔直径 15mm 2 凸轮外沿半径为 100 3 键截面尺寸为 5X3mm,依据 GB-T1567-1979,从半径为 15 的圆边沿开始,切入深度为 1.4mm 4 凸轮轮体厚度为 10mm 5 凸轮轮廓深度为 8mm(是否合理) 说明: 1 轴孔与轴配合,轴尺寸为 15mm,请注意配合问题 2 轴孔与轴之间采用键传递扭矩,本部件扭矩不太大 3 轴孔与轴采用紧配合,以限制轴向运动 4 如何加工和安装防止键的松动 5 凸轮键槽为 3 个凸轮定位基点,但其太靠近中心,角度误差造成的位置误差太大,是 否需要在三个凸轮上均每个添加三个定位孔,并且靠近外沿,不影响凸轮槽

2 材料
采用何种材料可以增加增加材料的硬度,以便增加材料的耐磨性(有说采用合金结构钢渗 碳和球墨铸铁渗碳的)

3 热处理
采用何种工艺(如热处理)可以增加增加材料的硬度,以便增加材料的耐磨性

4 加工
采用比 8 略大的刀具,一次沿轮廓线加工

5 轮廓线
下面是用于绘制这些曲线的控制参数: 角度 半径 序号 曲线形式 开始 结束 从 到 01 0 32.4 正弦曲线 45.64 34.28 02 32.4 75.6 圆 34.28 34.28 03 75.6 147.6 正弦曲线 34.28 80.64 04 147.6 183.6 正弦曲线 80.64 92 05 183.6 212.4 正弦曲线 92 80.64 06 212.4 284.4 正弦曲线 80.64 34.28 07 284.4 327.6 圆 34.28 34.28 08 327.6 360 正弦曲线 34.28 45.64 表 4 垂直凸轮轮廓线制造控制参数 本角度在实际执行中均需要加 180 度 轨道 高度 10 10 10 10 10 10 10 10 轨道高度 最小 最大 29.28 50.64 29.28 39.28 29.28 85.64 75.64 97 75.64 97 29.28 85.64 29.28 39.28 29.28 50.64 方式 大->小 不变 小->大 小->大 大->小 大->小 不变 小->大

5.2.3 螺栓滚轮滚针轴承
1 品名:螺栓滚轮滚针轴承 2 规格:KR10 3 外径:10 4 厚度:7 5 螺纹:M3× 0.5× 5(螺纹直径,螺牙距,螺纹长度) 6 安装长度(加螺纹):9 7 生产厂家:丽水恒大轴承科技有限公司 8 联系方式:0578 2527585 9 联系人:张一平 10 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1132654491.html?spm=0.0.0.0.9CbXx3 11 生产方式;采购 12 材料 原件材料 13 数量 1 个

5.2.4 轴支座
1 品名:轴支座 2 规格:SK12 3 内孔直径:12 4 厚度:14 5 高度 37.5 6 底部宽度 42mm 7 从孔心到底面的距离 23 8 螺孔距 32 9 螺孔 5.5 10 生产厂家:丽水万科轴承有限公司 11 联系方式:XXX 12 联系人:蔡王军 13 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1040788205.html 14 生产方式;采购 15 材料 原件材料 16 数量 2 个

5.2.5 直线轴承
1 品名:直线轴承 2 规格:LBP61219 3 外径:12 4 外径公差:-11um 5 内径:6 6 长度;19 7 生产厂家:丽水海特轴承有限公司 8 联系方式:0578 2520637 9 联系人:徐瑞海 10 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1271626844.html 11 生产方式;采购 12 材料 原件材料 13 数量 2 个

5.2.6 四连杆机构固定用轴支座
1 品名:轴支座 2 规格:SK13 3 内孔直径:13 4 厚度:14 5 高度 37.5 6 底部宽度 42mm 7 从孔心到底面的距离 23 8 螺孔距 32 9 螺孔 5.5 10 生产厂家:丽水万科轴承有限公司 11 联系方式:XXX 12 联系人:蔡王军 13 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1040788205.html 14 生产方式;采购 15 材料 原件材料 16 数量 1 个

5.2.7 四连杆机构固定轴承
1 品名:深沟球轴承 2 规格:628/6 3 标准;GB/T276-1994 4 轴孔直径 6 5 宽度:5 6 外径 13 7 生产厂家:台州腾远轴承有限公司 8 联系方式:XXX 9 联系人:陈建军 10 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1090387323.html?spm=0.0.0.0.inlMnn 11 生产方式;采购 12 材料 原件材料 13 数量 1 个

5.2.8 固定块
说明: 1 本图为连接垂直杆和导杆轮 2 厚度 3mm 3 图中孔通孔,直径用于穿 M3 螺钉,不一定是直径 3.2 4 材料为普通结构钢 5 离孔距离远的一端用于焊接到轴上

图 5-7:固定块

5.2.9 导杆轴
1 品名:轴 2 规格:S6 3 标准;GB/T1569-1990 4 直径 6 5 长度:164

6 生产厂家:丽水豪滚轴承有限公司 7 联系方式:XXX 8 联系人:刘海丽 9 信息来源 http://detail.1688.com/offer/44356029634.html?spm=0.0.0.0.oV2xDl 10 生产方式;采购 11 材料 原件材料 12 数量 1 根

5.2.10 键
键将在传动系统中设计

5.2.11 螺丝
第一部分:用于固定所有的轴支座 支座的剩余高度 6 1 剩余到底高度(51-23)=28,总长 34 2 螺纹高度 5mm 以上 3 螺帽高度不限制 4 带配套螺母 第二部分:用于固定从动杆到四连杆支座 支座的剩余高度 6 1 垂直板板高度=14,总长 20 2 螺纹高度 5mm 以上 3 螺帽高度不限制 4 带配套螺母

5.3 水平凸轮设计 5.2.1 总体设计
5.3.1.1 位置分配
1 从轮心开始,向上 100mm 为轮体边沿 2 向外 10mm,作为空间,本空间已经包含直线轴承伸出部分,总长 110mm 3 轴支座:14mm, 总长 124mm 4 固定四连杆机构的运动终止位置为 182,加半宽 7,总宽度 189mm

5 保留 4 作为在两个轴支座之间的运动间隙,总长 193mm 6 轴承座宽度 14mm,总长度 207mm 7 外留 30mm 作为轴运动空间,总长 237mm 结论; 1 从凸轮轮心开始,向外 237mm 处,部件完成安装,也就是说,轴最远处能离凸轮 轴心 237mm 2 轴长为 137mm

5.3.1.2 装配及调整

1 装配尺寸设计

图 5-8 用于分析安装的尺寸示意图,长度 分析 1 本图状态为拉到最远处 2 离轴焊接点 84mm 处,是紧固四连杆机构固定处 3 紧固后的四连杆机构固定支座,理论中心位置为 146-182mm,全运动距离为 36mm

2 装配
1 先将四连杆机构轴承固定 2 再将前后两个轴承穿入

3 调整
本项目下无调整, 所有的调整为凸轮转移机构和蒜爪安装完成后与蒜盒之间位置的调整。

5.3.1.3 装配示意图及说明

图 5-9:水平凸轮装配示意图

5.3.1.4 株距适应的分段
采用分级来设置部分参数,其分析参数为 轮号 201 202 203 204 205 标准株距 60 100 140 180 220 株距范围 最小 40 80 120 160 200 最大 80 120 160 200 240 H6 6 10 14 18 22 参数 H7 4.8 8 11.2 14.4 17.6 最大拖 拽距离 4 4 4 4 4 四连杆后参数 H6 1.875 3.125 4.375 5.625 6.875 H7 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5

表 5 分级后对凸轮曲线部分参数的影响 本轮选择其中 203 号轮作为设计,其平均株距为 140,最小株距 120,最大株距 160,设 4 个档,分别为 125,135,145,155 4 种株距,连杆修正后的 H6=4.375H7=3.5

1 本机构包括下列部分:
与 5.2.1.1 相应部分说明完全一致

2 连接
与 5.2.1.1 相应部分说明完全一致

5.2.1.5 高度分析
参见 5.2.1.3 相应部分,与之完全相同。

5.3.1.6 配合
参见 5.2.1.5 相应部分,与之完全相同。

5.3.2 水平凸轮轮体
1 水平凸轮参数
其所有项目与垂直凸轮一致,只是其轮廓线不一致,轮廓线的参数为: 角度 半径 轨道高度 轨道 序号 曲线形式 高度 开始 结束 从 到 最小 最大 01 0 32.4 圆弧 56 56 10 51 61 02 32.4 75.6 正弦曲线 56 68.5 10 51 73.5 03 75.6 147.6 正弦曲线 68.5 84.125 10 63.5 89.125 04 147.6 183.6 正弦曲线 84.125 88.5 10 79.125 93.5 05 183.6 212.4 正弦曲线 88.5 92 10 83.5 97 06 212.4 284.4 正弦曲线 92 68.5 10 63.5 97 07 284.4 327.6 正弦曲线 68.5 56 10 51 63.5 08 327.6 360 圆 56 56 10 51 51 表 6 水平凸轮轮廓线控制参数 其中 H6,H7 没有考虑,需要后续制造时,依据轮号,计算 H6,H7,再重新计算 本角度在实际执行中,均需要加 90 度 方式 不变 小->大 小->大 小->大 小->大 大->小 大->小 小->大

2 蒜爪凸轮用复合参数
1 爪子闭合时间 按 0.08T 先计算,重叠到向下的时间中 2 爪子开时间 按 0.08T 计算,重叠到爪子下行时间中 3 运动的距离 4 采用本数据进行直接加工,暂不处理偏置线的问题 角度 半径 轨道 序号 曲线形式 高度 开始 结束 从 到 01 0 32.4 正弦曲线 43 36.75 10 02 32.4 183.6 圆 36.75 36.75 10 05 183.6 212.4 正弦曲线 36.75 43 10 08 212.4 360 正弦曲线 43 43 10 表 7 蒜爪凸轮轮廓线制造控制参数 轨道高度 最小 最大 48 31.75 41.75 31.75 31.75 48 38 48

方式 大->小 不变 小->大 不变

5.3.3 螺栓滚轮滚针轴承
与 5.2.3 同

5.3.4 轴支座
与 5.2.4 同

5.3.5 直线轴承
与 5.2.5 同

5.3.6 四连杆机构固定用轴支座
与 5.2.6 同

5.3.7 四连杆机构用固定轴承
与 5.2.7 同

5.3.8 固定块
与 5.2.8 同

5.3.9 导杆轴
1 品名:轴 2 规格:S6 3 标准;GB/T1569-1990 4 直径 6 5 长度:137 6 生产厂家:丽水豪滚轴承有限公司 7 联系方式:XXX 8 联系人:刘海丽 9 信息来源 http://detail.1688.com/offer/44356029634.html?spm=0.0.0.0.oV2xDl 10 生产方式;采购 11 材料 原件材料

12 数量 1 根

5.3.10 键
与 5.2.11 同

5.3.11 螺丝
与 5.2.10 同

5.4 四连杆机构的设计 5.4.1 总体设计
5.3.1.1 装配示意图及说明

1 装配示意图

图 5-11:导杆轴装配示意图

2 本机构包括下列部分:
1 四连杆机构连接部分,在 5.4.2 中说明 2 四连杆机构本体,在 5.4.3 中说明 3 姿态保持机构,在 5.4.4 中说明 4 蒜爪爪子安装机构,在 5.4.5 中说明

3 连接
1 本机构之水平和垂直分别连接到水平和垂直凸轮机构的运动导杆上 2 机构本体之末端连接蒜爪爪子 3 姿态保持机构一端连接在水平座上,一端连接蒜爪爪子

5.4.2 四连杆机构连接部分
5.4.2.1 四连杆传力机构组成

图 5-12:四连杆与凸轮之间的连接装配图 上图下部已在从动机构中表达 垂直和水平结构一致,只是四连杆机构固定板厚度不一致 上部包括 1 四连杆机构固定板 2 四连杆机构轴承座 3 四连杆机构轴承 4 四连杆机构轴杆 5 固定轴杆的螺母 6 专用垫片

5.4.2.2 配合

1 轴承座与滚动轴承

轴承座与滚动轴承的配合要求紧密,压力越大越好,对轴承座可以通过调节螺丝来得到 这一结果,问题是其力的理论依据在哪里,力太大可能破坏直线轴承的结构

2 直线轴承与导杆之间的配合
这一配合也要求比较紧,但是不能调整螺栓,问题是轴的尺寸是否能加工成合适呢,既 不至于压不进去,又不至于太松导杆自动脱下去,这是一个问题。

5.4.2.3 安装

图 5-13:水平连接安装 垂直安装和水平安装比较类似,只是由于少了焊接件,中间采用垫片垫起

5.4.2.4 四连杆传力轴支座
1 品名:轴支座 2 规格:SK13 3 内孔直径:13 4 厚度:14 5 高度 37.5 6 底部宽度 42mm 7 从孔心到底面的距离 23 8 螺孔距 32 9 螺孔 5.5 10 生产厂家:丽水万科轴承有限公司

11 联系方式:XXX 12 联系人:蔡王军 13 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1040788205.html 14 生产方式;采购 15 材料 原件材料 16 数量 5 个,分别用于水平和垂直的固定两端及姿态控制端

5.4.2.5 垂直导杆连接板
用于连接垂直的采用厚度 14 材料:普通铝材 A:用于连接垂直四连杆传力轴承座 B:用于连接垂直四连杆固定轴承座 数量 1 件 全部孔为通孔,直径为 5.5

图 5-14:垂直导杆连接板

5.4.2.6 水平导杆连接板
用于连接垂直的采用厚度 24 材料:普通铝材 A:用于连接水平四连杆传力轴承座 B:用于连接水平四连杆固定轴承座 数量 1 件 全部孔为通孔,直径为 5.5

图 5-15:水平导杆连接板 垂直和水平导杆连接块形位及尺寸一致,只是厚度不一致 用于连接水平的采用厚度 15 用于连接垂直的采用厚度 5 材料:普通结构钢 A:用于连接水平或垂直四连杆传力轴承座 B:用于连接水平或垂直四连杆固定轴承座 数量 2 件,分别用于连接水平部分和垂直部分,其厚度不一致

5.4.2.7 四连杆滚动轴承
1 品名:深沟球轴承 2 规格:628/6 3 标准;GB/T276-1994 4 轴孔直径 6 5 宽度:5 6 外径 13 7 内圈直径:7.9 8 轴承直径 11 9 生产厂家:台州腾远轴承有限公司 10 联系方式:XXX 11 联系人:陈建军 12 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1090387323.html?spm=0.0.0.0.inlMnn 13 生产方式;采购 14 材料 原件材料

15 数量 5 个,分别用于水平和垂直的固定的两端及姿态姿态控制

5.4.2.8 垂直四连杆固定连接杆

图 5-16:四连杆关节轴尺寸图 1 品名:轴 2 规格:直径 6 3 标准;GB/T1569-1990 4 直径 6 5 长度:63 6 两端各攻 6mm M6 螺纹 7 生产厂家:丽水豪滚轴承有限公司 8 联系方式:XXX 9 联系人:刘海丽 10 信息来源 http://detail.1688.com/offer/44356029634.html?spm=0.0.0.0.oV2xDl 11 生产方式;采购 12 材料 结构钢杆 13 数量 1 根,用于垂直

5.4.2.9 水平四连杆连接轴

图 5-16:四连杆关节轴尺寸图 1 品名:轴 2 规格:S6 3 标准;GB/T1569-1990 4 直径 6 5 长度:69 6 两端各攻 6mm M6 螺纹 7 生产厂家:丽水豪滚轴承有限公司 8 联系方式:XXX 9 联系人:刘海丽 10 信息来源 http://detail.1688.com/offer/44356029634.html?spm=0.0.0.0.oV2xDl 11 生产方式;采购

12 材料 结构钢杆 13 数量 1 根,用于垂直

5.3.3.10 弹垫
依据 GBT93-1997 定义,采用规格为 6 的弹垫 其内径为 6.1 外径为 11.2 正常厚度为 2.6 压实厚度为 1.3 数量为 4

5.3.3.11 盖帽螺母
依据 GBT923-88 定义,采用规格为 M6 的盖帽螺母 螺纹直径为 6 螺纹长度为 5

5.4.2.12 垫片
1 品名:轴承垫片 2 规格: 6 3 标准;GB/T848-1985 4 标称内孔直径:6 5 执行内孔范围 6.4-6.62 6 外径范围:10.57-11 7 标称厚度:1.6 8 实际厚度范围:1.4-1.8 9 生产厂家:常标五金机械有限公司 10 联系方式:13761062988 11 联系人:XXX 12 信息来源 http://www.cnpdq.com/news/detail-101.htm 13 生产方式;采购 14 材料 原件材料 15 数量 10 个

5.4.3 四连杆机构
5.4.3.1 接头设计

1 第一类接头:非焊接接头

图 5-17:第一类接头结构示意图 本类接头说明: 1 直接将材料加工成上述形式 2 孔直径 13 3 材料宽度为 20,厚度为 10 4 头上圆弧和孔同心 5 孔内用于安装轴承外部 6 轴承外安装专用垫片 7 轴承外沿与孔紧配合 8 轴承内部与与之连接的杆连接,通过专用垫片保持两者之间的隔离

2 第二类接头:焊接接头

图 5-18:第二类接头结构示意图 本类接头说明: 1 将厚度为 3mm 的板加工成下图右边形式 2 板宽度 20mm 3 孔直径为 5mm 4 从孔中心到焊接处高度为 25mm 5 焊接部分 10mm 6 内沿各比焊接的杆宽 1mm,以避免和安装的杆之间的碰撞 7 突出圆弧与空同心,且半径为 10mm 8 孔内用于安装轴,其直径为 5 9 在轴承和本结构之间安装外安装专用垫片 10 轴外沿与孔紧配合 11 焊接高度为 10mm 12 本图未按比例绘制出

3 1 类与 2 类接头的装配形式
接头接法说明: 1 轴承位于 1 类接头内,外沿与杆紧连接 2 轴与轴承配合 3 轴承和 2 类接头之间双边采用专用垫片,以防止俩杆之间的接触 4 采用螺母固定两端的轴 5 螺母和 2 类接头之间有垫片

图 5-19:第一二类接头连接示意图

4 2 类接头与轴承孔之间的装配形式
轴与轴承孔的装配形式和参考低 3 部分,1 类和 2 类的装配关系图 只是其中的焊接部分成 90 度垂直,2 类杆可以无限延长

5 1 类接头与轴承孔之间的装配形式
轴与轴承孔的装配形式和参考低 3 部分,1 类和 2 类的装配关系图 只是其中的焊接部分成 90 度垂直,2 类杆可以无限延长

5.4.3.2 干涉分析

1 干涉角度分析

图 5-20:用于分析碰撞示意图 当两个链接运动到角度小于一定的程度时,在铰接处可能就发生干涉,本节设计在不同

高度下的干涉角度

15 L 15 ? L Tgβ = H
Cos β = L=15/Cosβ H=15(1+1/Cosβ )cosβ /Sinβ =15(1+Cosβ )/ Sinβ 角度(度) 20 30 40 50 43.604 表 7 不同角度需要的 H 高度 我们取其中 H=25,那么角度应为 43 度,依据相关分析,其最小角度为 69 度,所以一般 可以采用 H=25,重叠部分(指焊接部分)为 10mm 角度(弧度) 余弦 0.349066 0.523598 0.698131 0.872664 0.761033 0.939693 0.866026 0.766045 0.642788 0.724124 正弦 0.34202 0.5 0.642787 0.766044 0.68967 高度 56.71287 37.32054 27.4748 21.44509 24.99928

2 姿态范围内的角度
水平 最前 最后 最前 最后 说明: 1 在极限状态下角度没有小于 43 度的,即没有超出范围,可用 2 在任意状态,其角度介于是极限状态的之间,所以,也不可能角度小于 43 度,即 也没有超出范围,可用 垂直 最下 最下 最上 最上 D 68 93 130 103 B=D 68 93 130 103 C=180-D 112 87 50 77 E=C 112 87 50 77

表 8 不同极限之态下的杆间角度

5.4.3.3 四连杆机构组成

1 四连杆机构示意图
上部包括 1 BF 段 2 ED 段 3 CD 段 4 AB 段 共 4 段,4 根杆 其中的连接用的螺纹,专用垫片及轴承和轴已经在四连杆机构中的连接部分中进行了说

明,本地只描述其连接类型

图 5-21:四连杆机构杆体示意图

2 长度构成
依据定义 CD//BF DE//AB 且 1 CD=BE 2 BC=DE

EF BF BC 4 ?? AB
3 ?? 在设计中取 ? ? 3 .2 在相关设计中,我们得到 EF=100mm ED=90 那么四杆的长度分别为 1 BF 段=320mm 2 ED 段=90mm 3 CD 段=220mm 4 AB 段=288mm

3 连接方式构成
1 AB 段 A 点,采用 1 类接头与轴承之间的连接方式,其中 A 点为 1 类接头 C 点 采用 1 类和 2 类的连接方式,其中,在 AB 段上的 C 点为 1 类接头,并且只有孔

B 点 采用 1 类接头和 2 类的连接方式,其中,在 AB 段上的 B 点为 1 类接头,并且是完 整的 1 类接头 2 ED 段 E 点 采用 1 类和 2 类的连接方式,其中,在 ED 段上的 E 点为 2 类接头 D 点 采用 1 类和轴承座,其中,在 CD 段上的 D 点为 1 类接头 3 CD 段 C 点 采用 1 类和 2 类的连接方式,其中,在 CD 段上的 C 点为 2 类接头 D 点 采用 2 类和轴承座的连接方式,其中,在 CD 段上的 D 点为 2 类接头 4 BF 段 F 点,采用 1 类和轴承座,其中 F 点为 1 类接头 E 点 采用 1 类和 2 类的连接方式,其中,在 BF 段上的 E 点为 1 类接头,并且只有孔 B 点 采用 1 类接头和 2 类的连接方式,其中,在 BF 段上的 B 点为 2 类接头,并且是完整 的 2 类接头

4 材料
全部采用 20mm*10mm 的结构钢进行制造

5 重量及控制
依据分析,本部分总计重量为 1.4kg,可以控制到 1.2kg 重量控制方法:在杆上开花孔的方式 在提交下料之前,将开孔方案一并提出,注意避让接头部分,不要到接头部分开花孔

5.4.3.4 BF 杆

图 5-22:BF 杆尺寸图 长度 320mm-25 (二类需要减少) =295mm 高度 20 厚度 10 E 点及 F 点开直径为 13mm 孔,安装轴承 B 2 类接头,焊接接头 E 点:轴承孔:直径 13 F 点:1 类接头

5.4.3.5 AB 杆
长度 288mm+10 (1 类需增加)+10(1 类需增加)=308mm

高度 20 厚度 10 在从 B 到 C 90mm 处,开 13mm 孔,安装轴承 A 和 B 处分别为直径 13 的孔,用于安装轴承 B 1 类接头,非焊接接头 C 点:轴承孔:直径 13 A 点:1 类接头

图 5-23:AB 杆尺寸图

5.4.3.6 ED 杆

图 5-24:ED 杆尺寸图 长度 90mm+10 (1 类需增加)-25 (2 类需减少)=75 高度 20 厚度 10 E:二类接头 D: 一类接头

5.4.3.7 CD 杆

图 5-25:CD 杆尺寸图 长度 220mm-25 (2 类需减少) -25 (2 类需减少)=170 高度 20 厚度 10 E:二类接头 D: 二类接头

5.4.3.8 接头块

图 5-26:接头块尺寸图 说明: 1 圆弧部分半径为 10 2 本件厚度为 3,红色部分厚度为 4 3 数量:共 8 件 4 本件用于焊接到杆上,形成 2 类接头,其接头形式参见 5.4.3.1

5.4.2.9 四连杆连接轴

图 5-27:四连杆关节轴尺寸图 其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:采购专用轴,再加工 数量 2,分别用于 E 点和 B 点

5.4.2.10 用于 C 点的轴

图 5-28:四连杆关节轴尺寸图 其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:采购专用轴,再加工 数量 1

5.4.2.10 四连杆滚动轴承
1 品名:深沟球轴承 2 规格:628/6 3 标准;GB/T276-1994 4 轴孔直径 4 5 宽度:5 6 外径 13 7 内圈直径:7.9 8 轴承直径 11 9 生产厂家:台州腾远轴承有限公司 10 联系方式:XXX 11 联系人:陈建军 12 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1090387323.html?spm=0.0.0.0.inlMnn

5.4.2.11 弹垫
依据 GBT93-1997 定义,采用规格为 6 的弹垫 其内径为 6.1 外径为 11.2 正常厚度为 2.6 压实厚度为 1.3 数量为 6

5.4.2.12 盖帽螺母
依据 GBT923-88 定义,采用规格为 M6 的盖帽螺母 螺纹直径为 6 螺纹长度为 5 数量 6

5.4.4 姿势保持机构
姿势保持机构,在合理调节位置的基础上,能使在 CD 杆旋转时,位于 A 端的蒜爪固定 头始终处于水平状态,这样的好处可以保证蒜爪始终向下 姿态保证机构的原理等在原理设计中没有说明,在本节中将也不说明,因为其理论上是 成熟的,在实践上,码垛机器人项目上有过实践,并且证明是正确的,如需,请查找相应资 料

姿态控制机构由四部分组成,水平杆及固定,调向板,操作控制杆及固定

5.4.4.1 结构组成

1 本机构包括下列部分:
1 A 端轴承座 2 A 端轴杆 3 4 个自润滑杆端轴承 4 一段杆 5 调向板 6 二段杆 7 D 端轴杆 8 相应的螺母

2 姿态保持机构示意图

图 5-29:姿态保持机构示意图

2 连接
1 本机构之轴承座,通过螺栓连接到水平四连杆机构固定板上 1 本机构之自润滑杆端轴承,通过轴连接到轴承座上 3 轴承座自润滑杆端轴承,连接到一段杆的一端,采用螺纹连接 4 一段杆的另一端,连接到自润滑杆端轴承 5 一段杆的另一自润滑杆端轴承,通过轴与调向板连接 6 调向板的另一端,通过轴接另一端自润滑杆端轴承 7 二段自润滑杆端轴承与二段杆通过螺纹连接 8 二段杆通过螺纹与下部的自润滑杆端轴承连接 9 下部的自润滑杆端轴承通过轴与蒜爪连接

5.4.4.2 水平轴承座
同 5.4.2.4 数量 1

5.4.4.3 滚动轴承
同 5.4.2.7 数量 2,一个用于支座,一个用于调向板

5.4.4.5 自润滑杆端轴承
1 品名:自润滑杆端轴承 2 规格:SI6E 3 标准;GB/T9163-2001 4 螺杆螺母直径为 6 5 有效螺纹长 11mm 6 从中心开始杆长 30 7 宽度为 6 8 螺纹接口处直径 13 9 材料:采购件本身材料 10 生产厂家:丽水威尔轴承有限公司 11 联系方式:0578-3352676 12 联系人:黄强强 13 信息来源 http://detail.1688.com/offer/1212239815.html?spm=0.0.0.0.yPc7je 14 数量 4

5.4.4.6 调节杆 1

图 5-30:四连杆关节轴尺寸图 本杆用于传递力,其主要参数为: 1 长度 130mm(220CD 长-30(自)-30(自)-40 调板伸出+10 两端螺纹重叠部分) 2 螺纹规格 M6 3 螺纹长度 两端各 10mm 螺纹

4 粗细:6mm 5 数量 1 根 6 材料:采购标准轴用钢 螺纹方向是否有说法,实际执行看

5.4.4.7 调向板
调向板负责改变方向。其一角连接从水平支撑座来的杆,一角连接从蒜爪固定机构来的 杆,其本身固定于四连杆机构的 C 点 1 厚度 10mm 2 材料 普通结构钢 3 焊接:伸出端各焊接调向固定杆一根 4 连接:两伸出部分各连接自润滑杆端轴承 6 数量 1 件 7 本件连接:本件中心孔与轴承装配,再通过轴承孔与四连杆机构的轴在 C 点与四 连杆机构连接 8 加工方法,直线下料成主要形式,在通过焊接及其他装配完成整体的安装

图 5-31:调向板尺寸图

5.4.4.8 调向固定杆
本件用于将其无螺纹部分插入到调向板伸出端的孔中,并焊接,再通过垫片隔离,将润 滑杆端轴承固定于其上,最后通过垫片和螺母进行固定

图 5-32:调向固定杆尺寸图 说明: 1 直径 6mm 2 材料 采购标准轴用钢 3 焊接:伸出端焊接于调向板伸出孔中 4 数量 2 件

5.4.4.9 弹垫
依据 GBT93-1997 定义,采用规格为 6 的弹垫 其内径为 6.1 外径为 11.2 正常厚度为 2.6 压实厚度为 1.3 数量为 2

5.4.5.10 盖帽螺母
依据 GBT923-88 定义,采用规格为 M6 的盖帽螺母 螺纹直径为 6 螺纹长度为 5 数量 2

5.4.4.11 调节杆 2

图 5-33:调节杆 2 尺寸图 本杆用于传递力 长度 108mm(198CD 长-30(自)-30(自)-40 调板伸出+10 两端螺纹重叠部分)

其中两端各攻 10mm 螺纹,螺纹采用 M6 粗细:6mm 共1根 材料:采购标准轴用钢 螺纹方向是否有说法,实际执行看

5.4.4 蒜爪固定头
本部分在蒜爪部分合并

5.5 固定部分 5.5.1 固定部分总体设计
1 重量控制
固定部分合并的重量大约在本件 12kg 左右,需要将其控制在 3kg 左右,可以在材料适当 的部位开花孔,开花孔的基本原则是 1 所有有安装部位不开 2 越靠近右边,可除去的重量越大

2 材料
普通结构钢

3 连接
1 所有的杆件之间采用焊接进行连接 2 用于固定水平凸轮的杆与垂直杆之间通过凹槽定位后焊接

4 未说明的尺寸
所有为说明尺寸的材料,即只说明了其长度的材料,均采用 20 宽 10 高

5.5.2 总骨架设计
骨架共 12 根,其中长度方向,宽度方向,高度方向各四根 采用焊接方式,将其焊接成长方体形式

1 高度方向
1 长度 374(总高度)-40=334 2 侧向尺寸为 10mm,前后向尺寸为 20mm

2 宽度方向
1 长度 80(总高度)-2*10=60mm 2 前后尺寸为 10mm,高度向尺寸为 20mm

3 长度方向
1 长度 345=345mm 2 侧向尺寸为 10mm,高度向尺寸为 20mm

图 5-34:调向板尺寸图

5.5.3 垂直凸轮及动力固定
说明: 1 本图为固定动力部分及垂直凸轮用 2 左侧凹槽无用,只是和对面一致 3 垫块固定位置只是为了表面该处用于固定垫块,实际上无特征 4 本图未按比例绘出,按提供的尺寸制作 5 固定垂直凸轮处开 5mm 深,直径为 10.4 的孔,用于做螺母避让孔 6 内部通孔Ф 5.5 7 厚度 10mm 8 材料为普通结构钢

图 5-35:垂直和动力固定

5.5.4 动力部分的固定

图 5-36:垂直固定尺寸图 说明: 1 本图为固定动力部分,和垂直凸轮固定一起固定 2 本图未按比例绘出,按提供的尺寸制作 3 厚度 10mm 4 材料为普通结构钢 5 凹槽为固定水平凸轮的固定杆用 6 板下部焊接于下部骨架上 7 高度比较小时避免安装的垂直导轨对面碰到板,会引起干涉

5.5.5 水平凸轮的固定
说明: 1 本图为固定水平凸轮用 4 本图未按比例绘出,按提供的尺寸制作 5 固定垂直凸轮处开 5mm 深,直径为 10.4 的孔,用于做螺母避让孔 6 内部通孔Ф 5.5 7 厚度 10mm 8 材料为普通结构钢,方便焊接

图 5-37:调向板尺寸图

5.5.6 蒜爪凸轮的固定
说明: 1 本图为固定水平凸轮用 4 本图未按比例绘出,按提供的尺寸制作 5 固定垂直凸轮处开 8mm 深,直径为 8 的孔,用于做螺母避让孔 6 内部通孔Ф 4

7 厚度 15mm 8 材料为普通结构钢

图 5-38:调向板尺寸图

5.5.7 固定轴承座垫块

图 5-39:固定垂直和水平固定轴承座垫块尺寸图 说明: 1 本图为固定垂直和水平固定轴承座垫块的尺寸图,因为其轴承座长度不够 2 2 孔直径为 4,通孔 3 厚度为 9mm 4 数量 8 5 材料为普通结构钢

5.5.8 传感器的固定
最后确定

5.5.9 隔离刷的固定
最后确定

5.5.10 泥土刷的固定
最后确定

5.6 机箱部分
以下部分材料均为 1mm

5.6.1 后盖

图 5-40:调向板尺寸图

5.6.2 底盖

图 5-41:调向板尺寸图

5.6.3 主盖

图 5-42:调向板尺寸图

5.6.4 毛刷部分
毛刷部分高度为箱体的高度 宽度(加上底座)为箱体宽度一半-15(预留空余,用于四连杆机构的运动 厚度大于或等于 20

5.7 传感器部分
关于传感器,我们将在蒜盒传输系统中,详细描述 本地只是在固定一节描述其安装支架及其固定

5.8 动力传递部分 5.8.1 动力传递部分示意图及主要安装尺寸
动力传递部分包括下列部分: 1 不锈钢钢管 2 轴承 3 键 4 连接螺杆 5 连接杆

图 5-43:凸轮固定及动力传递

5.8.2 传力路径
5.8.2.1 轴管
长度 140mm 粗细:外径:25 厚度:6 共1根 材料:精密无缝钢管(GB/T17395-1998) 图中离管端 10mm 处孔直径为 6.5,两端各 1,对称分布

图 5-44:轴管尺寸及加工图

5.8.2.2 轴承
采用深沟球轴承,依据 GB/T276-1994,选择其中 61805 型号,其主要尺寸为: 1 型号: 61805 2 轴孔直径 25 3 宽度:7 4 外径 37 5 数量 2 6 材料 采购件材料 7 本件采购

5.8.2.3 键
依据 GB/T1096-2003,选择的普通圆头平键,其主要尺寸如下: 1 宽度 5mm 2 高度 5mm 3 长度 20mm 材料:普通结构钢 本件采购 数量 1 本件用于 3 个凸轮的传力

5.8.2.4 连接杆
长度 80mm 粗细:外径:12 共1根 材料:钢丝(GB/T342-1997) 图中离管端 10mm 处孔直径为 6.5,每隔 10mm 一个孔,用于可调地连接轴管

行距可以从 120mm-200mm

图 5-45:轴管尺寸及加工图

5.8.2.5 螺杆
螺柱尺寸: M6 长度:30 材料:采购件材料 数量:1 套 本件采购 本件用于固定 2 个轴承座

5.9 其他设计 5.9.1 紧固设计
从后面的分析来看,在完成结构设计后,最大可能出现问题的只有两个点,一个是疲劳 损伤,一个是紧固失效。如果出现产品责任问题,基本上是由于紧固引起的,所以本节设计 非常重要,一定要从紧固理论开始,到失效形式,产生原因,解决方式等进行完全的紧固设 计,并在设计阶段避免可能的紧固问题。

5.9.2 润滑设计
润滑油选择:采用最便宜标号的润滑油 润滑周期:每天开机润滑一次 润滑方式:自动润滑 润滑点: 1 限制曲线 1 手工润滑 2 限制曲线 2 手工润滑 3 垂直滑杆 自动润滑,实验阶段手工润滑

4 水平滑柑 5 双向滑杆

自动润滑,实验阶段手工润滑 自动润滑,实验阶段手工润滑

5.9.3 表面防护设计
所有暴露表面均需要防护 防护手段和全机一致,采用相同颜色和标号的油漆,一般性表面处理即可

5.10 测试设计 5.10.1 基本功能测试
测试目的:测定运动情况,是否在时序和位置上符合要求 测试级别:一级 测试条件: 带蒜盒 测试要求: 1 运行一个周期 2 连续录像 测试指标:位置和时间 测试结果记录:每一阶段的时间点以及位置点 测试结果分析要点:位置和时间误差是否在范围内

5.10.2 耗能测试
测试目的:对本器件的功耗进行测定 测试级别:二级,非现在必须型 测试条件: 无 测试要求: 1 本测试不带蒜爪进行测试 2 本测试方法采用测试扭矩的方法 3 每秒运行 3 个周期 测试指标:功率 测试结果记录:扭矩 测试结果分析要点:总耗能量,也许基本上不影响整体耗能 测试知识: 功率与扭矩速度的关系 功率 (瓦)=转速 (弧度/秒)x 转矩 (牛顿.米)

按每秒 3 圈,则转速为 3*2*3.14159 P=10/(6*3.14149)=0.53NM

5.10.3 扭矩均匀度的测试
测试目的:扭矩的均匀性 测试级别:二级,非现在必须型 测试条件: 伺服电机及控制器 测试要求: 1 采用低速测试 测试指标:功率 测试结果记录:扭矩 测试结果分析要点:总耗能量,也许基本上不影响整体耗能 测试基本知识见上一节

5.10.4 使用寿命证实测试:
测试目的:测试在指定的寿命周期内,本件是否能完好 测试级别:一级 测试条件: 电机,普通即可 测试要求: 1 测试时间 11 天,连续不间断 2 每秒运行 2 个周期 3 定期润滑,每 12 小时 1 次 测试指标:完好状况 测试结果记录:位置的一致性,手动感觉稳定性 测试结果分析要点:如果不稳定或者位置不一致,说明寿命达不到要求

5.10.5 润滑测试
测试目的:测试润滑对性能的影响 测试级别:二级,非立即测试 测试条件: 电机,普通即可 测试要求: 1 测试时间 10 小时,连续不间断 2 每秒运行 2 个周期 3 开始时润滑 测试指标:扭矩比值,就是测试结束时的相应扭矩和测试开始时的相应扭矩比值

测试结果记录:扭矩,开始和结束时 测试结果分析要点:10:小时后如果扭矩平均值不高于刚润滑的 130%

5.10.6 冲击测试
测试目的:测试结构的抵抗冲击的能力,是破坏性试验 测试级别:二级,非立即测试 测试条件: 无 测试要求: 1 用 30KG 力,作用于箱体 2 作用之前,运行,并记录位置(照相法) 3 作用后,运行,并记录位置 测试指标:位置差及拆开查看机构有无损坏 测试结果记录:位置差及设备状态 测试结果分析要点:无

5.10.7 紧固测试
本测试主要测试相关紧固是否牢靠 测试和寿命测试同时进行 测试完成后,检查所有的紧固,包括螺连接和导轨连接,凸轮轨道,是否牢靠

5.11 成本设计 5.11.1 物料及加工成本表
序号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 全局 垂直凸轮轮体 跟动轴承 前、后轴支座 直线轴承 轴 四连杆固定轴承座 四连杆固定轴承 螺丝 固定块 水平凸轮轮体 跟动轴承 前、后轴承座 数量 1 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 2 材料 5 4 3.5 2.5 2 4 2 0.1 1 5 4 3.5 加工 40 0 0 0 0 0 0 0 0 40 0 0 合计成本 45 4 7 5 1 4 2 0 1 45 4 7 水平凸轮 属于部分 垂直凸轮 小计 45 49 56 61 62 66 68 68 69 114 116 123

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 30 30 32

直线轴承 轴 四连杆固定轴承座 四连杆固定轴承 螺丝 固定块 传力轴承座(用于水 平及垂直 水平连接板 垂直连接板 轴 轴承 垫片 螺栓 2 类接头 AB BF CD DE 轴杆 螺母 轴承座

2 1 1 1 2 1 5 1 1 2 2 10 4 7 1 1 1 1 6 12

2.5 1 4 2 0.1 1 3.5 1 1 1 1 0.1 0.1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 0 2 5 5 5 5 5 2

5 1 4 2 0 1 14 4 4 2 2 1.2 1 42 6 6 6 6 18 12 四-四本 体 四-传力 机构

128 129 133 135 135 136 150 154 158 160 162 163 164 276

300 318 330

5.11.2 成本评价
预计单套成本不高于 300 元

5.12 重量控制 5.12.1 部件重量及控制
序号 01 02 03 04 05 06 部分 水平凸轮机构 垂直凸轮机构 四连杆机构固定 四连杆机构 姿态调整机构 固定部分 理论重量 2.55 2.55 X 1.45 X 12 设计目标 1.2 1.2 X 1.2 X 7 重量来源 凸轮轮体 2.45 凸轮轮体 2.45 X 杆体 1.4 X 骨架 解决方式 凸轮轮体上开孔 凸轮轮体上开孔 X 杆上开孔 X 开孔

5.12.2 重量控制评估
01,02 上开孔比较容易,可以在轮上大面积开孔 04 在连杆上开孔,但减重目标比较小,容易实现 06 减少的重量多,实现比较困难

6 失效分析
6.1 故障
本类问题为现场可以通过调整或者操作解决的问题,在寿命之外,如果通过现场调整或 者操作能解决的话,采用该部分方式解决,否则的话,就需要按失效来处理,并且不是设计 的责任问题。

6.1.1 凸轮轴顶端固定失控
凸轮轴两端限制失效,使整个凸轮和轴一起两边串动 问题产生:固定出现问题 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是紧固分析不到位,产生因振动产生的紧固失效

6.1.2 凸轮固定失控
凸轮两端限制失效,使整个凸轮两边串动 问题产生:固定出现问题 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是紧固分析不到位,产生因振动产生的紧固失效

6.1.3 凸轮跟动轮脱落
现象;凸轮跟动轮(固定于凸轮边沿或者是凸轮轨道上)从轨道上脱落 问题产生:凸轮跟动轮固定出现问题 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是紧固分析不到位,产生因振动产生的紧固失效

6.1.4 凸轮从动杆滑块松动
现象:蒜爪位置偏差大,并且无法完成按设计的路径进行 问题产生:凸轮从动杆滑块出现松动,造成从动杆与四连杆机构接触的点没有按凸轮规 定的动作去进行运动,如果前后出现偏差比较大的话,是水平从动杆上的滑块出现松动,垂 直亦然,如果发生两个方向的问题,则两个方向的滑块均出现问题。

在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是紧固分析不到位,产生因振动产生的紧固失效

6.1.5 四连杆关节脱落
现象:蒜爪位置偏差大,并且无法完成按设计的路径进行 问题产生:四连杆关节脱落,造成四连杆无法按设定的路径运动,现无法分析每一个关 节点的脱落对整体造成的影响,也就是说,现象是笼统的。没有从现象的表象分析出产生问 题是有哪一关节脱落。 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是紧固分析不到位,产生因振动产生的紧固失效

6.2 失效
本类问题为不可现场调整或者操作解决的问题

6.2.1 动力带断
现象:动力传入点运动,但整个机构不运动 问题产生:皮带断裂,动力未传入凸轮机构,造成前段蒜爪不运动。 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 如果不是设计动力带出现指标错误和性能错误的话,就是供应商产品质量有问题。

6.2.2 四连杆失态
现象:蒜爪下垂,无法保证位置偏差大,并且无法完成按设计的路径进行 问题产生:四连杆杆断裂,造成蒜爪位置失控,也无法依据现象分析出是哪一根连杆发 生故障。 在设计上不应该出现,如果出现了,在使用寿命之外,是正常现象,在使用寿命之内, 应该是设计的尺寸不到位,或者是疲劳设计分析不到位,因长期运转造成连杆的断裂。

7 一般性评估
本评估采用在实际应用中的方式进行评估,一部分采用理性评估,主要是考虑设备的全 局面上的合理性

7.1 机构的合理性
类似的凸轮机构在修鞋机上使用,从其修配上来看,是不可能出现比较大频率的问题的, 因为维修成本与购买成本太不一致了,所以,从性能指标来看和稳定性来看,是不存在问题 的,况且这些机器的使用频率和速度也是比较快的,同样的原理被很多高速机械使用,所以 不应该出现问题; 四连杆机构在机器人上使用,从其稳定性来看,如果将关节受力控制好,这部分也不应 该发生问题; 通过链轮和链条传递动力,这种方式被广泛使用,在农机中,是主力动力传递的方式, 只要设计不出现问题,这一结构就不会出现问题 通过结构固定传感器,毛刷,泥土刷等以及整体的固定,这种方式是主要的固定方式, 不涉及到失效的技术点,只是紧固可能造成问题。 结构紧固,如果不出现愚蠢的问题的话,是不会有问题的。

7.2 机构差异
1 凸轮采用 3 个合并在一起公共受力和运动,在实践上没有见到过 2 大速度的四连杆机构运动,由于四连杆机构受力复杂,关节多,在速度比较快时,特 别是频率比较高时,是否会出现关节问题,尚不得而知 没有发生过问题,需要在本文中再仔细研究一下出现稳定影响的因素,从其性能指标上 来看,应该不会构成问题。这部分主要是与工作状态下的长度和角度有比较大的关系,可能 在这部分出现问题,但目前没有相关的资料来分析,等待出现故障后,再分析

7.3 稳定性影响因素及评估
1 震动影响
振动主要影响头到位的问题,所以在整机结构中应注意 1 应该与输送带系统处于同一个参考系统,以便使其基础的振动差异一致 2 从参考系统到本件的刚性应够,这只是使用材料的问题,这点一定要注意,舍得花成 本使用大量的材料。

3 应特别注意对连接和紧固的设计,避免因时间带来的松动。

2 温度影响
温度对这一机构应无影响

3 冲击问题
由于有外壳,因而不会构成失效的原因

7.4 未确定之关键技术问题 7.4.1 四连杆机构的受力情况的好坏
依据在平度实验结果,证明四连杆机构在指定机构方式后,在一部分受力情况非常不好, 这可能和下列因素有关 1 垂直节点的位置 2 水平节点的位置 3 目标位置指(X,Y) 4 各杆的长度 5 杆的长度比例 6 润滑情况 实际上可以通过结构和紧固克服的,但更好的方法是优化这些参数的设计,可以通过受 力分析计算得到结果的,由于计算分析的麻烦性,暂不予以处理,待第一轮设计完成后,再 进行相应的分析

7.4.2 四连杆机构连接的稳定性
由于四连杆机构采用高速运动,相关关节处受力就成了关键点,其中特别是与其他部分 的接口处的受力,下列部位的设计好坏可能造成一定的寿命和失效性影响 1 与运动机构,水平或垂直的运动机构紧固的好坏,可能造成连接部分沿从动机构杆方 向运动; 2 D 点和 F 点,此地是主要受力处,但其设计的连接方式似乎不太好。

7.5 评价
1 本部分没有采用致命的新的技术,所有部件在原理上,应用上,使用强度和速度上, 远远高于本机构产品,因而理论上不应该出现实践上的可否问题; 2 在设计上,将所有的关节,紧固考虑好,润滑问题等考虑好,应该能得到一定程度的 完备率;

3 在使用上,如出现问题,有两种解决方式 3.1 多准备备件;为生产现场多准备备件,这些备件如果采用合适的方式,是可以重 复使用的 3.2 积极的分析改进;对发现的问题,应从理论上,实践上等多个方面进行工作,保 证尽早形成完备的产品 4 通过不停的使用,和反复快速的迭代,尽快形成成熟的产品部件。

8 附录
8.1 Autocad 绘制凸轮轨迹线的方法 8.1.1 代码
Sub jkx() Dim n_BasR As Double '基础圆直径 Dim n_Height As Double '变化直径 Dim n_StartAngle As Double '开始角度 Dim n_EndAngle As Double '结束角度 Dim n_Step As Double '步长度 n_BasR = 100 n_Height = 141.4 n_StartAngle = 0 n_EndAngle = 90 * 3.14159 / 180 n_Step = 3.14159 / 180 '1 度 Dim n_Pnt1(2) As Double Dim n_Pnt2(2) As Double Dim n_PntLst() As Double Dim n_N As Integer Dim n_DestRadius As Double Dim n_Ai As Double n_Ai = n_StartAngle n_Pnt1(0) = n_BasR * Cos(Ai) n_Pnt1(1) = n_BasR * Sin(Ai) n_N = 1 ReDim Preserve n_PntLst(n_N * 2 - 1) n_PntLst(n_N * 2 - 2) = n_Pnt1(0) n_PntLst(n_N * 2 - 1) = n_Pnt1(1) For Ai = n_StartAngle + n_Step To n_EndAngle Step n_Step n_DestRadius = n_BasR + n_Height * (Ai - n_StartAngle) / (n_EndAngle - n_StartAngle) n_Pnt1(0) = n_PntLst(n_N * 2 - 2) n_Pnt1(1) = n_PntLst(n_N * 2 - 1) n_Pnt2(0) = n_DestRadius * Cos(Ai) n_Pnt2(1) = n_DestRadius * Sin(Ai) ThisDrawing.ModelSpace.AddLine n_Pnt1, n_Pnt2 n_N = n_N + 1 ReDim Preserve n_PntLst(n_N * 2 - 1) n_PntLst(n_N * 2 - 2) = n_Pnt2(0)

n_PntLst(n_N * 2 - 1) = n_Pnt2(1) Next If n_N > 1 Then ThisDrawing.ModelSpace.AddLightWeightPolyline n_PntLst End If End Sub

8.1.2 运行方法
1.进入菜单:工具>宏>visual Basic 编辑器; 2.在编辑器中选菜单:插入>模块; 3.把这部分程序拷贝到(代码)窗口中; 4.选择菜单:运行>运行子过程用户窗体; 5.在 AutoAcad 绘图界面中可以看到结果.

8.2 零件表
序号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 全局 垂直凸轮轮体 跟动轴承 前、后轴承座 直线轴承 轴 四连杆固定轴承座 四连杆固定轴承 螺丝 固定块 水平凸轮轮体 跟动轴承 前、后轴承座 直线轴承 轴 四连杆固定轴承座 四连杆固定轴承 螺丝 固定块 传力轴承座(用于水 平及垂直 四连 杆机 传力 SK13 SK12 628/6 M4 水平凸轮 CF3 KR10 SK12 LBP61219 SK12 628/6 M4 41-5(4) M4 - 5(2) 分类 凸轮 子分类 垂直凸轮 CF3 KR10 SK12 LBP61219 规格 数量 1 1 2 2 1 1 1 6 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 5 材料 凸轮用钢 原件材料 原件材料 原件材料 导杆用材 原件材料 原件材料 原件材料 结构钢 凸轮用钢 原件材料 原件材料 原件材料 导杆用材 原件材料 原件材料 原件材料 结构钢 原件材料 加工方式 加工 采购 采购 采购 采购加工 采购 采购 采购 加工 加工 采购 采购 采购 采购加工 采购 采购 采购 加工 采购

20 21 22 23 24 25 26 24 25 26 27 28 29 30 30

水平连接板 垂直连接板 水平用轴 垂直用轴 轴承 垫片 螺栓 2 类接头 AB BF CD DE 轴杆 螺母 轴承座

构 S6 S6 626/6 6 M5 长 四连杆本 体 7 1 1 1 1 6 12

1 1 1 1 3 12 4对

普通铝材 普通铝材 原件材料 原件材料 原件材料 原件材料 原件材料 普通钢 普通钢 普通钢 普通钢 普通钢 普通钢 原件材料

加工 加工 采购 采购 采购 采购 采购 加工 加工 加工 加工 加工 加工 采购

8.3 设计依据 8.3.1 内螺纹自润滑杆端轴承

图 8-1 自润滑杆端轴承规格表

8.3.2 轴支座

图 8-2 轴承座尺寸示意图

图 8-3 可用产品的规格

8.3.3 螺栓滚轮滚针轴承
8.3.3.1 螺栓滚轮滚针轴承实物图

图 1 螺栓滚动滚针轴承实物图

8.3.3.2 螺栓滚轮滚针轴承尺寸图

图 2 螺栓滚轮滚针轴承尺寸示意图

8.3.3..3 螺栓滚轮滚针轴承规格表

图 3 螺栓滚轮滚针轴承规格表

8.3.4 直线轴承
8.3.4.1 直线轴承实物图

8.3.4.2 直线轴承滚珠数与内径公差

8.3.4.3 直线轴承尺寸示意图

8.3.4.4 型号规格

8.3.4 直线轴承
依据标准 GB/T848-1985

9 执行层
9.1 采购信息
序号 01 02 03 04 全局 螺栓滚轮滚 针轴承 轴支座 直线轴承 轴支座 规格 CF3 KR10 SK12 LBP61219 SK13 数量 2 4 4 7 材料 原 原 原 原 水平 1 垂直 1 水平 2 个 垂直 2 个 水平 2 垂直 2 水平从动 1 垂直从动 1, 水平四连杆连接 2 垂直四连杆连接 2 水平姿态 1 水平从动固定 1 垂直从动固定 1 四连杆连接水平 2 四连杆连接垂直 2 姿态支座 1 四连杆内 4 关节各 1 姿态调向板 1 垂直从动杆 水平从动杆 垂直四连杆 水平四连杆 四连杆 2 节点 四连杆 C 点 姿态调节杆 1 调向固定杆 1 姿态调节杆 2 凸轮固定 凸轮固定 用于需要用之处 姿态矫正 4 处 凸轮固定 垂直从动 4 水平从动 4 来源 参考 4 3.5 2.5 3.5 供应商 丽水恒大 丽水万科 丽水海特 丽水万科 8 22 32 53 合价

05

轴承

628/6

12



1

丽水万科

59

06 07 08 09 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21

轴 轴 结构钢杆 结构钢杆 结构钢杆 结构钢杆 结构钢杆 结构钢杆 结构钢杆 轴 键 垫片 自润滑杆端 轴承 轴承 螺栓

S6 164 长 S6 137 长 S6 63 长 6mm 69 长 S6 28 长 S6 38 长 S6 130 长 S6 25 长 S6 108 长 S15 100 长 5 5 20 848 6 SI6E 618002 M4 杆长 34 螺纹 5 以上,

1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 30 4 2 8

原 原 原 原 原 原 原 原 原 原 原 原 原 原

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.5 1

丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 丽水豪滚 XX 丽水威尔

60 61

螺帽高度不 限制,包括配 套螺母 22 螺栓 M4 杆长 20 螺纹 5 以上, 螺帽高度不 限制,包括配 套螺母 M4 杆长 30 螺纹 5 以上, 螺帽高度不 限制,包括配 套螺母 6 2 垂直从动固定 4 连 杆2个

23

螺栓

2

水平从动固定 4 连 杆2个

24

弹垫

12

水平固定板 2 垂直固定板 2 其他 3 个节点共 6 蒜爪在其他部分 姿态调向板 2 水平固定板 2 垂直固定板 2 其他 3 个节点共 6 蒜爪在其他部分 姿态调向 2

25

盖帽螺母

M5

12

螺栓滚轮滚 针 轴 承 KR10 3 个*11 轴支座 SK12 4 个*5=20 轴 支座 SK13 7 个 *5=35 轴 6mm 2 米 *17=34 轴 15mm 1 米 *27=27 不含运费价 格

9.2 加工信息 9.2.1 螺栓滚轮滚针固定块
1 厚度 3mm

2 图中孔通孔,直径用于穿 M3 螺钉,不一定是直径 3.2 3 材料为普通结构钢 4 离孔距离远的一端用于焊接到轴上 5 数量 2, 水平从动固定 1, 垂直从动固定 1

9.2.2 垂直固定四连杆机构块
厚度 14 材料:普通铝材 数量 1 件 全部孔为通孔,直径为 5.5

9.2.3 BF 杆

高度 20 厚度 10

E 点和 F 点开直径为 13mm 孔,安装轴承 数量 1

9.2.4 AB 杆
高度 20 厚度 10 在从 A,B,C 处分别开直径 13 孔,安装轴承 数量 1

9.2.5 ED 杆

图 5-22:ED 杆尺寸图 高度 20 厚度 10 数量 1

9.2.6 CD 杆
高度 20 厚度 10 数量 1

图 5-23:CD 杆尺寸图

9.2.7 接头块

图 5-24:接头块尺寸图 说明: 1 圆弧部分半径为 10 2 本件厚度为 3,虚线部分厚度为 4 3 数量:共 8 件

9.2.8 水平四连杆连接轴攻丝

其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:结构钢杆 数量 1

9.2.9 垂直四连杆连接轴攻丝

其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:结构钢杆 数量 1

9.2.10 用于 C 点的轴

其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:采购专用轴,再加工 数量 1

9.2.11 用于四连杆其他的轴

其中两端各攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:采购专用轴 数量 2

9.2.12 调节杆 1

其中两端各攻 10mm 螺纹,螺纹采用 M6 材料:采购专用轴 数量 1

9.2.13 调向固定杆

单端攻 6mm 螺纹,螺纹采用 M6 数量 2

9.2.14 调节杆 2

两端各攻 10mm 螺纹,螺纹采用 M6 数量 1

9.2.16 水平固定四连杆机构块

厚度 24 材料:普通铝材 数量 1 件 全部孔为通孔,直径为 5.5

9.2.18 凸轮轮体
1 材料:普通结构钢 2 数量:2 3 凸轮轨迹及偏置线需要等 CAD 图(AutoCAD 图)出来后,采用 VB 宏绘制,在图上 无法表达,这 2 个凸轮上分别包含垂直凸轮,水平凸轮和蒜爪凸轮,其中的水平凸轮和蒜 爪凸轮共用一个轮体,所以实际上是 2 个凸轮轮体 4 请加对位孔,最好 3 个,对称,以便对位加工

9.2.17 四连杆姿态调向板
材料:普通结构钢 数量 1 厚度 10 所有孔均为通孔

9.2.19 骨架杆
1 长度 334 4 根 2 长度 60 4根 3 长度 345 4 根 上述材料描述如下 1 宽度 20 2 高度 10 3 普通结构钢

9.2.20 垂直凸轮及动力固定
1 本图为固定动力部分及垂直凸轮用 2 固定垂直凸轮处开 5mm 深,直径为 10.4 的孔,用于做螺母避让孔 3 内部通孔 M5 4 厚度 10mm 5 材料为普通结构钢,有利于焊接 6 数量 1

9.2.21 动力部分的固定

图 5-18:调向板尺寸图 说明: 1 本图为固定动力部分,和垂直凸轮固定一起固定 3 厚度 10mm 4 材料为普通结构钢 5 凹槽为固定水平凸轮的固定杆用 6 板下部焊接于下部骨架上 7 数量 1

9.2.22 水平凸轮的固定
1 固定垂直凸轮处开 5mm 深,直径为 10.8 的孔,用于做螺母避让孔 2 内部通孔Ф 5.5 3 厚度 10mm 4 材料为普通结构钢,方便焊接 5 数量 1

9.2.23 固定轴承座垫块

1 厚度为 9mm 2 数量 8 3 材料为普通结构钢

9.2.23 蒜爪凸轮的固定
说明: 1 本图为固定水平凸轮用 4 本图未按比例绘出,按提供的尺寸制作 5 固定垂直凸轮处开 8mm 深,直径为 8 的孔,用于做螺母避让孔 6 内部通孔Ф 4 7 厚度 15mm 8 材料为普通结构钢

9.3 焊接装配信息 9.3.1 BF 杆

1 由 9.2.3 描述 BF 杆和 XXX 描述 XXX 接头块焊接而成 2 重叠部分 10mm 3 两端均重叠 4 E,F 点安装轴承

9.3.2 ED 杆

1 由 9.2.5 描述 ED 杆和 XXX 描述 XXX 接头块焊接而成,焊接于无孔端 2 重叠部分 10mm 3 D 点安装轴承

9.3.3 焊接垂直导杆
1 本件将 5.2.8 和 5.2.9 中描述的部件进行焊接 2 固定块离螺孔距离远的一端进行焊接 3 导杆长度为 164

9.3.4 焊接水平导杆
1 固定块离螺孔距离远的一端进行焊接 2 导杆长度为 137 同图 9.3.4

9.3.5 CD 杆

1 由 9.2.6 描述 CD 杆和 XXX 描述 XXX 接头块焊接而成,两侧焊接 2 重叠部分 10mm

9.3.6 焊接调向板

1 在两个直径为 6 处,将 2 根调向杆分别插入,螺纹冲上,底部平齐,焊接底部


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