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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目 仿形數(shù)控切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系 別 工程技術(shù)系
學(xué)生姓名 陳東輝
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào) 05211523
指導(dǎo)教師 楊運(yùn)強(qiáng)
職 稱(chēng) 教授
2015年 4 月 20日
摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和專(zhuān)業(yè)化程度的提高，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來(lái)越大。采用手動(dòng)切割、半自動(dòng)切割的常用切割方式不能很好地滿足其生產(chǎn)要求。
數(shù)控仿形切割機(jī)的出現(xiàn)不但可以切割出多種多樣形狀不同的工件，而且切割起來(lái)相當(dāng)方便，同時(shí)也能解決某些工件的產(chǎn)量大的問(wèn)題，另一方面由于其輕巧而且移動(dòng)方便，特適合野外作業(yè)。如今，該切割機(jī)廣泛的用于各種工廠企業(yè)。
機(jī)械設(shè)計(jì)的目的就是從社會(huì)的需求出發(fā)；創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出具有特定功能的新機(jī)械或者改進(jìn)原有機(jī)械的性能，以此來(lái)滿足人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)之中的需要。
通過(guò)本畢業(yè)課題設(shè)計(jì)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，培養(yǎng)完善的設(shè)計(jì)思路，鍛煉分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，特別是掌握總體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)的的方法與技巧。機(jī)械的綜合運(yùn)用和機(jī)械原理的目的就是讓我們?cè)谌粘５纳a(chǎn)生活中合理的分析和解決問(wèn)題，做到實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步鞏固自己所學(xué)到的知識(shí)。
關(guān)鍵詞:仿形切割； 設(shè)計(jì)； 生產(chǎn)
ABSTRACT
With the development of science and technology and to improve the degree of specialization, many companies are increasing product yield. Manual cutting, cutting methods used semi-automatic cutting can not satisfy their production requirements.
CNC profile cutting machine appears not only can easily cut a variety of shapes of the workpiece, is more suitable for mass production, but also especially suitable for field work and for play, medium and small plants.
The purpose of the mechanical design is starting from the needs of the community; creative design of new machinery has a specific function or improve the mechanical properties of the original, in order to meet people's needs in life and production among.
Through this graduation design issues, the general method of mechanical design mastery, training perfect design ideas, exercise to analyze problems, problem-solving skills, especially methods and techniques to master the overall design and components designed for. Integrated use of mechanical design and principles and other relevant expertise to analyze and solve problems in life and work, so that theory with practice, to further consolidate their acquired knowledge.
Keywords: design； production； profile cutting
目 錄
1緒論 1
1.1 仿形切割機(jī)的概況 1
1.2仿形切割機(jī)的特點(diǎn)與簡(jiǎn)介 1
2仿形切割機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 2
2.1總體方案的確定 3
2.2.1機(jī)械傳動(dòng)部分的計(jì)算的選用與選型 3
3仿形切割機(jī)各個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)部分的算 4
3.1 機(jī)架的選材及設(shè)計(jì) 4
3.1.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 4
3.1.2機(jī)架的分類(lèi) 4
3.1.3力的基本類(lèi)型 4
3.2機(jī)架的材料及制造方法 6
3.2.1立柱的選擇 7
3.2.2軸的設(shè)計(jì) 8
3.2.3精確的校核該軸的疲勞強(qiáng)度 9
3.2.4軸的支撐座的設(shè)計(jì) 10
3.2.5機(jī)臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
3.2.6對(duì)本設(shè)計(jì)的機(jī)臂進(jìn)行強(qiáng)度校核 12
3.3割炬 12
3.3.1管道的設(shè)計(jì) 13
4結(jié)論 15
參考文獻(xiàn) 16
致 謝 17
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2015年畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒 論
1.1 仿形切割機(jī)的概況
機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)是從社會(huì)生產(chǎn)的需求方面出發(fā)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新機(jī)械有某些特定功能或改進(jìn)了原有的機(jī)械設(shè)計(jì)，以此來(lái)滿足人們?cè)谌粘Ｉ钪兄鸩皆龃蟮纳詈蜕a(chǎn)方面的需要；機(jī)械的功能取決于設(shè)計(jì)的機(jī)械的質(zhì)量。機(jī)械的性能和成本也主要是在設(shè)計(jì)之初的階段決定的；而該機(jī)械的出現(xiàn)，就是要實(shí)現(xiàn)制造它時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。
本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課程題目是仿型數(shù)控切割機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該仿形切割機(jī)是一種靠模版生產(chǎn)的半自動(dòng)氣割機(jī)器，從字面上來(lái)理解該切割機(jī)就和配鑰匙的原理一樣，并且對(duì)各種形狀都能夠做到很方便的切割。適用于批量生產(chǎn),類(lèi)似于CG2-150型切割機(jī)。
該仿形切割機(jī)機(jī)不僅體積較小，自身重量輕，而且切割范圍大，尤其是適合在野外工作；它廣泛地被大中小型工廠使用。
該切割機(jī)的最顯著的特點(diǎn)是切割厚度大，切割方便在相同的工作量下與其他氣割相比較如手動(dòng)切割，能夠縮短的工時(shí)將近手動(dòng)切割時(shí)間的2倍，并且有效的克服了以前用氣割來(lái)割不同工件時(shí)的切割面不光滑平整的現(xiàn)象，以此造成的材料浪費(fèi)和尺寸誤差大的問(wèn)題，而且有時(shí)候會(huì)因氧氣回火出現(xiàn)操作人員受傷的現(xiàn)象等弊端，給電氣焊工方面帶來(lái)了很大地方便。
1.2仿形切割機(jī)的特點(diǎn)與簡(jiǎn)介
??（1）調(diào)速系統(tǒng)：
??? a、能在規(guī)定的范圍內(nèi)均勻調(diào)整切割速度，且電動(dòng)機(jī)的性能不會(huì)發(fā)生變化，能夠很好的對(duì)切割速度進(jìn)行控制而且控制平穩(wěn)。
?? b、可以通過(guò)對(duì)電壓的調(diào)姐直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制能的損耗很小。
c、電氣系統(tǒng)部分的溫度的提升對(duì)電動(dòng)機(jī)影響很小，其壽命長(zhǎng)，且方便維修。
d、由于其采用了集成電路控制器，在控制方面具有優(yōu)越性。
??（2）割炬位于基臂下面，當(dāng)基臂沿著樣板移動(dòng)時(shí)，割炬可以正確地割出與樣板相同的割件。
??? a、機(jī)體小巧，而且重量輕，不僅移動(dòng)方便而且其操作更簡(jiǎn)潔。
??? b、主軸固定在機(jī)座上，可以作為主臂的支點(diǎn)，因?yàn)樵O(shè)有平衡裝置?？墒乖谠试S的切割幅度限度內(nèi)任意移動(dòng)且保持平衡狀態(tài)。
??? c、采用滾動(dòng)軸承作為機(jī)器的傳動(dòng)部分，可以使機(jī)器平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
??? d、機(jī)座下部裝有螺柱的固定套筒，可以固定機(jī)身并且移動(dòng)機(jī)身的高度。
??（3）電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)采用的直流伺服電動(dòng)機(jī)為永磁型，采用三級(jí)減速器傳動(dòng)，傳動(dòng)的速度比為：1/175。
??（4）直徑為10毫米永久磁鐵磁滾輪。
??（5）壓力開(kāi)關(guān)是自動(dòng)開(kāi)閉系統(tǒng)中不可缺少的，當(dāng)切割氣流過(guò)時(shí)，電器陸續(xù)被接通，使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
??
其外形結(jié)構(gòu)如下圖：
2仿形切割機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
本人主要側(cè)重于該切割機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。
任何的仿形切割機(jī)都會(huì)有轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，模板是固定在主軸上的型臂上，磁滾輪的吸力大于16N，可以很好地吸附在模板上，磁滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)由直流伺服電機(jī)通過(guò)三級(jí)減速器而帶動(dòng)，當(dāng)磁滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)沿著模板的周邊形狀移動(dòng)，而割炬就會(huì)隨著其運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)割出同樣的工件?；枪潭ㄖ鬏S的，也是整個(gè)機(jī)身的指點(diǎn)，同時(shí)會(huì)設(shè)有平衡裝置。
主軸固定在機(jī)座上，作為基壁地支點(diǎn)；設(shè)有平衡裝置，與主壁上安裝地磁滾輪，割炬保持平衡運(yùn)動(dòng)，底座下部裝有螺桿可以在垂直方向調(diào)節(jié)割炬地升降位置，在垂直的方向上對(duì)機(jī)臂進(jìn)行調(diào)節(jié)。型臂是套裝在軸的上端，而且其可以在水平和垂直兩方面進(jìn)行調(diào)節(jié)。
技術(shù)參數(shù)
表2-1
名稱(chēng)
仿形切割機(jī)
氣割鋼板厚度范圍
8-60mm
氣割最大圓周直徑
600mm
氣割最大正（長(zhǎng)方形）
500*500mm 400×900mm 450×750mm；
氣割最大長(zhǎng)度
1200mm
氣割速度
50-750mm/min
電動(dòng)機(jī)
ZYT261/A5 DC110V24W 3600R/min
輸入電壓
AC220V/50HZ
表 2-2
型號(hào)
150型
機(jī)器外型尺寸
1190*335*800mm
凈重
52kg
2.1總體方案的確定
2.2.1機(jī)械傳動(dòng)部分的計(jì)算的選用與選型
1) 減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以后，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置。為此決定采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。
2) 伺服電動(dòng)機(jī)的選用 選用任務(wù)書(shū)規(guī)定的電動(dòng)機(jī)。
3) 選用的外形與cg2-150型切割機(jī)的外形設(shè)計(jì)大體一致。
4) 對(duì)于該機(jī)械的受力分析與材料的選擇，并計(jì)算過(guò)程。
3仿形切割機(jī)各個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)部分的算
3.1 機(jī)架的選材及設(shè)計(jì)
3.1.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
機(jī)架是眾多機(jī)械地基本部件，它的最基本作用是支撐整個(gè)機(jī)體。機(jī)架的第二個(gè)作用是基準(zhǔn)作為基準(zhǔn)，以此來(lái)保證機(jī)械各零部件之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確，并且使整個(gè)機(jī)器組成一個(gè)整體。其次在工件本身的重量，而且足夠的強(qiáng)度是重中之重，而且要最大的保證機(jī)器的任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須要考慮大保證機(jī)器的特定工作要求。其次在保證了特定的外形條件情況下，剛度應(yīng)該是對(duì)機(jī)架最主要的要求，對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架，只要?jiǎng)偠冗_(dá)到了要求，對(duì)于強(qiáng)度的要求也就達(dá)到了。
對(duì)于那些重載設(shè)備的強(qiáng)度，必須要引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何一點(diǎn)受到的應(yīng)力值都不得大于允許值。此外，還應(yīng)該滿足疲勞強(qiáng)度的要求。再者還應(yīng)該考慮到機(jī)架的阻尼，熱變形性，尺寸穩(wěn)定性，疲勞強(qiáng)度等等。還有對(duì)于移動(dòng)式機(jī)器的機(jī)架則要求重量輕；而且對(duì)于不同的工作環(huán)境要有想對(duì)應(yīng)的抗性，來(lái)保證機(jī)器的正常運(yùn)行?
目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。
3.1.2機(jī)架的分類(lèi)
按機(jī)架外形分類(lèi)：網(wǎng)架式、框架式、梁柱式、板塊式、箱殼式
按材料分類(lèi)：金屬機(jī)架、非金屬機(jī)架
a、金屬機(jī)架分：鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架、組合機(jī)架
b、非金屬機(jī)架分：花崗巖機(jī)架、混凝土機(jī)架、塑料機(jī)架、碳素纖維機(jī)架和其他機(jī)架。
本此設(shè)計(jì)的機(jī)架按照機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則選擇金屬板塊式單立柱鑄造機(jī)架。由于本設(shè)計(jì)要求重量輕，強(qiáng)度高，通過(guò)材料查找采用了具有高強(qiáng)度的鋁錠合金材料。
單立柱式的選擇與CG2-150型切割機(jī)一樣，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作時(shí)零件所受到的彎矩大。
3.1.3力的基本類(lèi)型
由于機(jī)架是眾多機(jī)械地基本部件所以機(jī)架上能夠承受各種各樣的力和力矩，但基本可以分為幾類(lèi)，如下：
工藝力：是最基本的，也是最重要的力。它是在工藝過(guò)程中產(chǎn)生的，如切削力，軋制力，軋制力矩和鍛壓件塑性成型力等。
對(duì)于同一臺(tái)機(jī)器；由于完成的工藝不同，工藝力也是會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)變化。
在同一道工序中，變形力會(huì)隨著工作行程變化而變化，鍛件的厚度與變形力是成反比的，如圖3-1所示：
圖3-1
在眾多機(jī)械中，工藝力會(huì)隨著各種因素的變化而變化。因此，額定負(fù)載是機(jī)架進(jìn)行受力分析主要考慮的。超過(guò)此負(fù)荷時(shí)相應(yīng)的保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)就要起到作用，以此來(lái)防止事故的發(fā)生。此外還應(yīng)該注意，由于工藝力作用點(diǎn)的位置或作用的方式不同，機(jī)架所承受的力情況也會(huì)隨之而改變。
預(yù)緊力：預(yù)緊力與工作載荷不是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系，在工作載荷的作用下，預(yù)緊力會(huì)減少。
輔助工藝力：這是指工件在主要的工藝完成過(guò)程之中所需的主要輔助動(dòng)作產(chǎn)生的力量。
重力：當(dāng)然是指工件和機(jī)器部件自身的重量。
慣性力：機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)或多或少的會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的慣性力，并作用于機(jī)架上。
沖擊或振動(dòng)干擾力：從外部而來(lái)的撞擊，旋轉(zhuǎn)部件的離心力，以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生的慣性沖擊，等都會(huì)對(duì)機(jī)架產(chǎn)生干擾力。如圖3-2
圖3-2
3.2機(jī)架的材料及制造方法
在選擇機(jī)架的材料時(shí)我選擇碳素鋼，以下就對(duì)此材料進(jìn)行分析。由于構(gòu)件壁的疲勞強(qiáng)度在實(shí)際中比實(shí)驗(yàn)室的尺寸要大的多，所以疲勞極限和表面系數(shù)都可以在機(jī)械工程手冊(cè)中查大對(duì)于鋼材的對(duì)于鋼，β值可參考下圖3-3：
圖3-3表面系數(shù)
1 拋光 2 磨削 3 精車(chē) 4 粗車(chē) 5 軋制加工表面 6 淡水腐蝕表面 7 海水腐蝕表面
3.2.1立柱的選擇
本次設(shè)計(jì)中，立柱我選用一根主軸，其連接機(jī)臂，使整個(gè)機(jī)械工作部分全靠此軸固定在基座上。接下來(lái)我們對(duì)該軸進(jìn)行受力分析如圖3-4：
圖3-4
1、主壁 2、基壁 3、立柱 4、底座
設(shè)該軸的橫截面為m-m以截面的形心O為原點(diǎn)
選取坐標(biāo)系如上圖
∑Fy=0，F(xiàn)+Fn=0 （公式3-1）
∑Mo=0，F(xiàn)a-M=0 （公式3-2）
由此可以求出該立柱所受的內(nèi)力Fn和M
Fn=F,
M=Fa=F(a+b)
F是機(jī)臂的自重與受到的外界的最大力的和
3.2.2軸的設(shè)計(jì)
設(shè)機(jī)臂大致的重量為m小=12kg，m大=15kg
由于本設(shè)記的軸材料使用的是鋼材，而鋼材的穩(wěn)定系數(shù)為1.5-3.0之間。所以我在確定機(jī)架最大高度時(shí)，必須要首先計(jì)算出穩(wěn)定安全數(shù)：
查表得立柱穩(wěn)定系數(shù)為 η=7.87
立柱穩(wěn)定安全系數(shù)公式 η=P0/P>=η0 (材料穩(wěn)定系數(shù))
所以： η>=η0 即7.87>=1.5-3.0
圖3-5
平臺(tái)臨界載荷P0=ηEl/L2=100kg
Fi=Pl3/3EL=42mm
Fd=(1+ √1+2L/Fd )Fi=64mm
平臺(tái)得最大高度 hmax=Pl/W=fd/fi=800mm
由于材料為鋼材選用常見(jiàn)的45鋼，其σs=350MPa,σp=280Mpa,E=210Gpa。長(zhǎng)度L=800mm，直徑d=64mm，最大載荷 P0=100kg，安全因數(shù)為nst=8～10。
由于 λ1=π√￣E/σp （公式3-3）
所以 λ1=π√￣E/σp=π√￣210×109Pa/280×106Pa=86.0
該軸簡(jiǎn)化成兩段鉸支桿，μ=1。截面為圓形，i=√￣I/A=d/4.
柔度為 λ=μl/i=μl/d/4=62.5
λ﹤λ1
所以不能用歐拉公式來(lái)計(jì)算臨界壓力。為確定λ2，查表得優(yōu)質(zhì)碳鋼的a和b分別為:a=461Mpa,b=2.568Mpa.由式λ2=a-σs/b得，
λ2=a-σs/b=（461-350）Mpa/2.568Mpa=43.2 （公式3-4）
可見(jiàn)該桿為中等柔度壓桿。由直線公式求出臨界力為
σcr=a-bλ=(461MPa)-(2.568MPa) ×62.5=301Mpa （公式3-5）
臨界壓力是
Fcr=σcrA=(301×106Pa) ×π/4（45×10-3m）2=478kN （公式3-6）
該桿的工作安全系數(shù)為
n=Fcr/Fmax=11.7﹥nst
所以滿足穩(wěn)定要求
此支柱已經(jīng)滿足了穩(wěn)定要求，所以我將此立柱設(shè)計(jì)為軸的設(shè)計(jì)，并且其與機(jī)臂的鏈接選用滾動(dòng)軸承來(lái)完成。下面進(jìn)行該軸的計(jì)算。
已知的該軸一段的直徑為R2=64mm，所以可以初步選擇滾動(dòng)軸承，以此來(lái)連接機(jī)臂與該軸。該設(shè)計(jì)的軸所在的軸承應(yīng)該承受的力為徑向力和軸向力，所以選用推力球軸承。根據(jù)軸的直徑d=65mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取的軸承型號(hào)為51213，其尺寸為 65×100×27
由于機(jī)臂的高度較高為175mm，所以我選用兩個(gè)軸承，上端軸承的端蓋總寬度為20mm，由于軸的直徑為 d=64mm，所以其孔的直徑為 65mm.因?yàn)檩S承的定位軸肩高度h=7mm，因此軸的L2處直徑為78mm。長(zhǎng)度定為長(zhǎng)為200mm，該軸的最寬處可以作為套筒使用，又因?yàn)長(zhǎng)2=78mm,所以選擇的第二軸承型號(hào)為51216，其尺寸為80×115×28
所以，軸各部分長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=400mm，L2=145,L3=200
按彎扭合成應(yīng)力校核的強(qiáng)度，只校核該軸上承受的最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，取ɑ=0.6，計(jì)算
σca=√￣M12+(ɑT3)3/W=1.86MPa （公式3-7）
前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，且查表得
σca?≤[σ-1]=60mpa，
所以安全。
3.2.3精確的校核該軸的疲勞強(qiáng)度
由于該軸只有兩部分，所以較細(xì)的部分屬于危險(xiǎn)部分，所以只校核細(xì)軸部分。
截面左側(cè)
抗彎截面系數(shù) W=0.1d3=0.1×653=27463mm3 （公式3-8）
抗扭截面系數(shù) WT=0.2d3=0.2×653=54925mm3 （公式3-9）
界面上的扭矩 T3=14000N.mm （公式3-10）
截面上的彎曲應(yīng)力
σb=M/W=24500N.mm/27463=0.892mpa （公式3-11）
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
τT=T3/WT=14000/54925=0.255MPa （公式3-12）
軸的材料選的為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。所以查表得
σb=640mpa，σ-1=275mpa，τ-1=155mpa
截面上的理論應(yīng)力系數(shù)為ɑσ和ɑτ查表可得
r/d=2.0/65=0.031、D/d=70/65=1.08
經(jīng)插值后可得
ɑσ=2.0，ɑτ=1.31，
又因?yàn)檩S的敏性系數(shù)為 qσ=0.82，qτ=0.85
所以，有效應(yīng)力集中系數(shù)為 kσ=1.82，kτ=1.26
查的尺寸系數(shù)為0.67;扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為0.82
軸安磨削加工，所以其表面質(zhì)量系數(shù)為0.92
由于軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理于是計(jì)算安全系數(shù)sca值為10.2>>1.5
所以該軸是安全的。
3.2.4軸的支撐座的設(shè)計(jì)
圖3-6
如圖3-6軸的支撐座的材料選擇HT150，上緣壁厚為δ=10mm，由經(jīng)驗(yàn)公式得
D13=D8=D9=86mm,
H選取150mm，
D12=85+20=106mm
底座的直徑為
D10=130mm。
3.2.5機(jī)臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
圖3-7
如圖3-7，該款仿形切割機(jī)的機(jī)臂可以看做為懸臂梁結(jié)構(gòu)。所以在x的截面上的彎矩為
M=qx2/2+px （公式3-13）
因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的機(jī)臂結(jié)構(gòu)為T(mén)型結(jié)構(gòu)，所以見(jiàn)圖
圖3-8
因?yàn)榻孛鎥腹板的高度為h1；其厚度為b；hz為型芯軸高度。
所以他們的關(guān)系為
A0（h1-hz）+b（h1-h）2/2=A1hz+bh2z/2 （公式3-14）
hz=(bh12+2 A0h1)/2(bh1+A0+A1) （公式3-15）
參考彈性力學(xué)可以推導(dǎo)出在x處的切應(yīng)力最大為：
M=2σ(A1hz+bh2z/0.3) （公式3-16）
σ=(qx2+2px)/(A1hZ+bhz2/0.3) （公式3-17）
因?yàn)閔Z的變化通常比較小，所以設(shè)其為常數(shù)，對(duì)（1）求導(dǎo)得：
σ，=(qx+p)/2(A1hZ+bhz2/0.3)>0 （公式3-18）
所以此機(jī)械臂的最大應(yīng)力應(yīng)該產(chǎn)生在根部。
已知去q，A1,b，p均為已知數(shù)據(jù)（根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的大概值）。
通常情況上x(chóng)的跨距比hz大4倍以上所以在p=0時(shí)
X=h1(1+A0/bh1+A0) （公式3-19）
將數(shù)據(jù)帶入以上公式可以求出該機(jī)械臂的h=175mm。
3.2.6對(duì)本設(shè)計(jì)的機(jī)臂進(jìn)行強(qiáng)度校核
由彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件Mmax≤[σ]W
可知,機(jī)臂能夠承受的Mmax與抗彎截面系數(shù)W成正比，為了使該機(jī)械臂有很好的抗彎能力我選用工字型截面。
由材料力學(xué)可知懸臂梁的最大彎矩產(chǎn)生在其最左端的截面處
由重力產(chǎn)生的彎矩 M1=ql2/2 （公式3-20）
外界給與的載荷產(chǎn)生的彎矩為 M2=pl （公式3-21）
所以 該段機(jī)臂所受的彎矩為 M=ql2/2+pl （公式3-22）
又因?yàn)?
σmax=MMAX/wz≤[σ] （公式3-23）
WZ=bh2/6 （公式3-24）
本機(jī)臂采用的材料為鋁合金其額定拉壓強(qiáng)度為[σ]=310MPa
主臂的質(zhì)量m小=12kg（含電動(dòng)機(jī)和減速器的質(zhì)量）
副臂的質(zhì)量m大=15kg
所以大臂的受力載荷為q=375N/m，p=120N，l=0.4m，b=0.008m，h=0.175m
由公式20-24得
WZ=bh2/6=0.008×(0.175)2/6=4.083×10-5m3
M=ql2/2+pl=78N.m
σmax=MMAX/wz≤[σ]=310MPa
所以滿足強(qiáng)度要求
小臂的校核同大臂校核一樣
q=285.7N/m，p=20N，l=0.35m，b=0.008m，h=0.045m
由公式20-24得
WZ=bh2/6=0.008×(0.045)2/6=2.7×10-6m3
M=ql2/2+pl=24.5N.m
σmax=MMAX/wz≤[σ]=310MPa
所以滿足強(qiáng)度要求
3.3割炬
割炬部分是由乙炔調(diào)節(jié)閥，預(yù)熱氧調(diào)節(jié)閥，切割氧調(diào)節(jié)閥，壓力開(kāi)關(guān)，夾遲器，管子，火口螺母和割嘴組成，
當(dāng)點(diǎn)火時(shí)氧氣和乙炔是在由管道來(lái)到火口，從而火口出產(chǎn)生一定的壓力，如果壓力在到達(dá)一定程度時(shí)，可可以通過(guò)調(diào)節(jié)壓力開(kāi)關(guān)來(lái)釋放氣體，點(diǎn)燃，產(chǎn)生高溫氣鋒，以此來(lái)切割鋼板。
基壁、主壁的氣割范圍：
基壁：400mm之內(nèi)可實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)。
主壁：350mm之內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)。
3.3.1管道的設(shè)計(jì)
管子：在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等，由于本人從管子不受壓力和彎曲的情況下，按經(jīng)濟(jì)價(jià)格來(lái)選用銅管。
圖3-9管道
膠管：膠管的彎曲半徑不宜過(guò)小，一般不應(yīng)小于（表3-1）
表3-1
膠管內(nèi)徑
4
6
8
10
13
19
22
膠管外徑
13
15
17
19
23
29
32
最小彎曲半徑
90
100
110
130
190
260
320
從膠管的長(zhǎng)度來(lái)考慮，膠管在通入氣體后會(huì)沿著長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生變形，一般為收束力其變形長(zhǎng)度為管長(zhǎng)的3-4%。因此膠管安裝時(shí)應(yīng)該留出少許的長(zhǎng)度。
膠管在安裝時(shí)應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，有時(shí)候?yàn)榉奖惆惭b可以以不同的色彩或圖形來(lái)區(qū)分，以便檢查。
管子內(nèi)徑的計(jì)算：管子的內(nèi)徑D，按流速選取
d≥√（1130 Q/V） mm
式中：Q-氣體流量 m3/s
V-流速m/s薦用流速，一般選取V=2-3m/s
d≥√（ 1130 q/2）=30mm
金屬管子壁厚
δ≥pd/2[δ]m
式中——工作壓力MPa
D——管子的內(nèi)徑mm
[δ]——許用壓力MPa，
對(duì)于鋼管
[δ]=δb/s（δ0——抗拉強(qiáng)度MPa，S——安全系數(shù)，當(dāng)P<7MPa時(shí)，S=8，當(dāng)P<=17.5MPa時(shí)，S=6，當(dāng)P>17.5MPa時(shí)，S=4）。
對(duì)于銅管 [δ]<=25MPa
由于零件是銅管，所以[δ]選擇25MPa。
δ≥Pd/2[δ]mm≥p*30/2*25≥1.5 （P根據(jù)壓力來(lái)選擇）。
4結(jié)論
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我收獲了許多，首先把我在大學(xué)里所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更加深刻的進(jìn)一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所掌握知識(shí)，獨(dú)立解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用周邊的工具查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與老師同學(xué)共同討論問(wèn)題。這對(duì)我以后的工作將會(huì)有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。
經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。這些問(wèn)題有時(shí)使得我束手無(wú)措，不過(guò)在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。
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致 謝
本設(shè)計(jì)是在我尊敬的楊運(yùn)強(qiáng)老師悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益匪淺。在此，我首先向楊運(yùn)強(qiáng)老師表示誠(chéng)摯的感謝!在課題的研究和開(kāi)發(fā)階段，得到了韓老師的大力支持和悉心細(xì)心的幫助，為我提供了許多有關(guān)機(jī)械手的資料，在此一并向他們表示衷心的感謝。在日常生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)校的各位老師，以及全體同學(xué)給與我大力支持和幫助，我們學(xué)院的老師對(duì)我們每一名學(xué)生都十分認(rèn)真負(fù)責(zé)，在此我向他們表示衷心的感謝。
最后我由衷地感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我的幫助，讓我以一名機(jī)制專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生而感到驕傲自豪。
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