電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計-支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計【含13張CAD圖帶外文翻譯】

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I電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計-支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計摘要：電梯平衡補償鏈是一種用來平衡電梯橋箱與鋼絲繩側(cè)重量的重要物件。本機器人主要用來將包裹了 PVC、還處于溫熱柔軟狀態(tài)的補償鏈，按照跑道形軌跡進行堆疊，便于冷卻定型。要實現(xiàn)這一目的，需要很多部分的裝置進行協(xié)調(diào)配合。由于補償鏈自重較重，本課題支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計，主要是配合拖拽系統(tǒng)，保證導入盤繞機器人的補償鏈始終與摩擦輪入口一致，并能托住摩擦輪前面的補償鏈，以防其因自重下墜。支撐輪及托輥系統(tǒng)包括支撐輪系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、托輥系統(tǒng)幾個部分。主要對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵零部件的選型計算。關(guān)鍵詞：電梯、補償鏈、托輥、支撐輪；IIElevator Balanced Compensation Chain Coiling Robot Design - Support Wheels and Roller System DesignAbstract: The elevator balance compensation chain is an important item used to balance the weight of the elevator bridge box and the wire rope side. The robot is mainly used to wrap the PVC, is still in the soft and soft state of the compensation chain, according to the track-shaped track for stacking, easy to cool and shape. To achieve this goal, many parts of the device need to be coordinated.Due to the heavy weight of the compensation chain, this subject supports the design of the wheel and the idler system, mainly with the drag system, ensuring that the compensation chain introduced into the coiling robot is always consistent with the friction wheel inlet, and can support the compensation chain in front of the friction wheel to Prevent it from falling due to its own weight.The support wheel and the roller system include several parts of the support wheel system, the guide system and the idler system. Mainly for its structural design and key component selection calculations.Keywords: Elevator, compensation chain, idler, support wheel;目 錄摘要 .................................................................................................................................I目 次 .............................................................................................................................II緒論 ................................................................................................................................1III1.1 電梯平衡補償鏈簡介 .......................................................................................11.2 課題背景及意義 ...............................................................................................11.3 國內(nèi)外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀 .......................................................................................31.4 本設(shè)計的主要工作 ...........................................................................................42 本機器人的方案原理介紹 .........................................................................................52.1 本機器人的總體方案 ......................................................................................52.2 本課題完成的設(shè)計方案介紹 ...........................................................................62.2.1 課題總體方案介紹 .................................................................................62.2.2 支撐導向系統(tǒng) ........................................................................................72.2.3 托輥系統(tǒng) ................................................................................................83 課題裝置零部件設(shè)計 ..............................................................................................103.1 支撐輪系統(tǒng) .....................................................................................................113.1.1 支撐輪支架 ...........................................................................................123.1.2 支撐輪與萬向節(jié)連接板 .......................................................................123.1.3 支撐輪中心軸 .......................................................................................133.1.4 支撐輪軸承端蓋 ...................................................................................143.1.5 支撐輪 ...................................................................................................143.2 導向系統(tǒng)。 .....................................................................................................143.2.1 導向套杯 ...............................................................................................153.2.2 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸 ...................................................................................163.2.3 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承上端蓋 ...........................................................................173.2.4 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承下端蓋 ...........................................................................183.2.5 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承固定板 ...........................................................................193.2.6 軸承內(nèi)圈固定套筒 ...............................................................................193.2.7 萬向節(jié)與導軌連接板底板 ...................................................................193.2.8 導向限位板 ...........................................................................................203.2.9 支撐輪與導軌連接蓋板 .......................................................................213.3 托輥系統(tǒng) .........................................................................................................223.3.1 托輥軸承座滑塊連接板 .......................................................................233.3.2 托輥滾筒 ...............................................................................................243.3.3 托輥連接軸 ...........................................................................................253.3.4 托輥防撞塊 ...........................................................................................253.3.5 托輥軸承蓋板 .......................................................................................263.3.6 托輥軸承墊圈 .......................................................................................26IV3.3.7 托輥連接桿 ...........................................................................................273.3.8 托輥斜撐固定座 ...................................................................................273.3.9 基座與桿連接板 ...................................................................................283.3.10 滑塊 .....................................................................................................293.3.11 托輥橫梁 .............................................................................................293.3.12 托輥架支撐座 .....................................................................................303.3.13 托輥軸承支座 .....................................................................................314 相關(guān)零部件的選型與計算 .......................................................................................324.1 支撐輪及托輥系統(tǒng)零部件選型 .....................................................................324.1.1 牛筋桿的選用 .......................................................................................324.1.2 直線路軌的選用 ...................................................................................324.1.3 魚眼軸承 ...............................................................................................334.2 支撐輪中心軸計算與校核 .............................................................................334.2.1 確定軸轉(zhuǎn)速 ...........................................................................................334.2.2 確定軸的最小直徑 ...............................................................................334.2.3 中心軸最小直徑估算 ..........................................................................344.2.4 軸的校核 ...............................................................................................344.3 軸承的選擇與校核 .........................................................................................364.3.1 初選軸承型號 .......................................................................................364.3.2 軸承壽命校核 .......................................................................................364.4 鍵的選擇 .........................................................................................................374.4.1 鍵的類型選擇 .......................................................................................374.4.2 鍵的校核 ...............................................................................................37設(shè)計小結(jié) ......................................................................................................................38參考文獻 ......................................................................................................................39致謝 ..............................................................................................................................40第 1 頁 共 37 頁緒論1.1 電梯平衡補償鏈簡介隨著中國樓房的快速發(fā)展，電梯的發(fā)展也越來越迅速，市面上的電梯基本上有曳引式的和液壓式的電梯。每一種電梯，通常必須有幾個比較重要的組成機構(gòu)像橋箱、補償鏈、對重等。如圖 1-1 所示： [1]1— 曳引鋼絲繩 2—對重 3—補償鏈 4—轎廂 5—隨行電纜圖 1-1 電梯組成部件示意圖電梯在運行層數(shù)比較低的時候，電梯的平穩(wěn)性幾乎不會有太大的影響。但是當電梯運行的層數(shù)較高，此時如果沒有電梯平衡補償鏈的話，電梯晃動的幅度會比較的大，電梯的平穩(wěn)性和安全性會大大降低，并且會對電梯的使用使用壽命產(chǎn)生較大的影響 [3]。對于乘坐電梯的人們來說，舒適度會大大折扣，并且留有很大的安全隱患。因此在樓層建的比較高的時候，也就是電梯運行的距離比較大的時候，就需要電梯平衡補償鏈去平衡這種變化所帶來的影響，這就是電梯平衡補償鏈的作用 [3]。 電梯平衡補償鏈的判斷標準有：補償鏈的柔韌性、耐寒性、鏈條外裹層是否會開裂、強度、耐氣候性、耐腐蝕性、在電梯整體的運行測試中是否可以使電梯運行安全平穩(wěn)、達到靜音舒適的效果等幾個方面。電梯平衡補償鏈通常有穿繩型、包塑型、全塑型、裹纖維型這幾種常見的類型 [4]。1.2 課題背景及意義在 21 世紀以來，中國的改革開放程度越來越大，各種十分高的樓房層出不窮，而作為高層樓房的標配的電梯就得到了十分迅速的發(fā)展。根據(jù)調(diào)查研究顯示在 2010 年以后，電梯的增長速度持續(xù)增高，并且現(xiàn)在中國的電梯數(shù)量已經(jīng)占據(jù)了世界電梯總數(shù)量的一半以上，所以電梯行業(yè)的發(fā)展將有十分廣闊的空間 [5]。第 2 頁 共 37 頁而電梯數(shù)量再增加，人們對于電梯的舒適性，安全性也是非常的關(guān)心，我們在坐不同電梯的感受是不一樣的，有的非常的平穩(wěn)舒適，而且速度非常的快，有的電梯就感覺有一些晃動。這里就有一個電梯平衡補償鏈在發(fā)揮十分重要的作用，在有近千億的市場的情況下，并且中國在電梯制造出口不斷增加的情況下，電梯平衡補償鏈也將會有更大的市場空間 [6]。 使用電梯平衡補償鏈能夠有效減小驅(qū)動電機的運動負載，因此在電梯運行的時候能夠保證其運行的穩(wěn)定性。電梯在速度上可以分成低速電梯、中速電梯、高速電梯和超高速電梯?，F(xiàn)在的中速電梯和高速電梯在平衡補償鏈上都用在外端包一層 PVC 的復合橡膠材料的補償鏈，是在機器擠出的時候，在其溫度還比較高的同時包裹成型。如圖 1-2 所示，全塑橡膠型的補償鏈具有很多的優(yōu)點，具有強度高，柔性好、彈性好、耐疲勞、壽命長和阻燃等優(yōu)點 [10]。在中速電梯和高速電梯中應(yīng)用的非常廣闊。除了強度高等性能優(yōu)點外，錨鏈條的能夠隨著電梯的運動而運動，而且錨鏈條之間的每一個鏈扣之間的獨立運動性好。不過如果錨鏈條制造的不夠的筆直的話，那么在電梯的運行中就會出現(xiàn)很多問題。比如人們在乘坐電梯時的最直接的感受就是，電梯晃動的十分的厲害，而且伴隨著較大的噪聲，讓乘坐的人沒有舒服的感覺。而最重要的是這會大大的降低電梯的使用壽命，并且伴隨著安全隱患，補償鏈如果不直的話在運行的時候就會有特別大的扭矩，上升的高度越高，速度快，扭矩就越大。所以在生產(chǎn)補償?shù)臅r候盡可能保證他的直線度 [8]。圖 1-2 全塑型平衡補償鏈要想確保全塑性電梯平衡補償鏈的平直品質(zhì)的要點，就是在在機器擠出補償鏈的同時讓處于一定溫度情況下的補償鏈按照規(guī)定軌跡進行堆疊，然后在室溫的下冷定成型。通過綜合考慮場地利用及輸送等因素及實踐驗證，按跑道型軌跡堆放效果最好，圖 1-3 為理想的高精度盤繞堆放效果 [11]。第 3 頁 共 37 頁圖 1-3 理想的高精度盤繞狀況圖隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，樓房的建造數(shù)量也越來越多，高層建筑更是如雨后春筍般的拔地而起。隨著而來的就是要求，配套電梯的數(shù)量也必須越來越多，因而電梯的主要部件之一的，電梯平衡補償連的生產(chǎn)量也就必須大大提高。電梯補償鏈的生產(chǎn)效率，生產(chǎn)品質(zhì)的要求也就越來越重要。目前，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家都是通過人工拖拽的方式進行補償鏈的堆疊，如圖 1-4 所示，不僅生產(chǎn)效率低，冷定型后平直性精度不高，而且因為勞動強度大，工作環(huán)境差致使很難招到工人 [13]。1-4 人工盤繞狀況圖本課題所設(shè)計的電梯平衡補償鏈盤繞機器人是目前國內(nèi)唯一的用于補償鏈生產(chǎn)冷定型工藝中的高精度智能化專用盤繞裝備，無需人工校準盤繞，避免了來自擠出機的熱成型后的高溫補償鏈的 PVC 等復合材料所釋放的有害氣體對校準盤繞工人健康的損害，保護了職業(yè)健康。提高了盤繞精度，保證了自然冷卻定型后的補償鏈產(chǎn)品具有良好的平直性品質(zhì)，提高了高速電梯運行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性；一般盤繞的速度是一個普通工人的三到四倍，不僅僅大大提高了產(chǎn)生效率，而且為電梯及電梯配件產(chǎn)業(yè)集群的技術(shù)進步和核心競爭力的提升提供了良好的技術(shù)支撐，具有良好的經(jīng)濟和應(yīng)用前景 [8]。第 4 頁 共 37 頁1.3 國內(nèi)外生產(chǎn)研究現(xiàn)狀按照電梯的分類，電梯在中速和高速時，并且電梯的運行高度達到 30M 以上的情況下，根據(jù)實際測試的數(shù)據(jù)顯示，在這種情況下，電梯就必須安裝平衡補償鏈。電梯在實際運行中的各種條件，都不相同。并且電梯的型號，能夠承載的人數(shù)的數(shù)量，所使用的場合標準也都不盡相同。所以在在電梯的選用電梯的時候，不能只考慮經(jīng)濟性，而必須注重的是電梯運行的安全性能 [12]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示中國在 2018 年以后，電梯的需求量將會進一步增加，不僅僅是中國全球的建筑行業(yè)都在蓬勃發(fā)展，所以電梯的市場將會進一步增大。而根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)上的數(shù)據(jù)顯示來看，中國這幾年國內(nèi)電梯的產(chǎn)量就已經(jīng)快翻了兩番，而出口電梯的數(shù)量更是穩(wěn)步增長。雖然中國電梯的生產(chǎn)數(shù)量越來越多，但是電梯平衡補償鏈的生產(chǎn)方式，卻始終沒有較大的改善。根據(jù)電梯相關(guān)專利顯示，中國目前生產(chǎn)補償鏈的廠家，都是用傳統(tǒng)人工堆疊的方式進行補償鏈的堆疊，不僅僅不能夠保證生產(chǎn)的速度，更是無法保證補償鏈的質(zhì)量。根本無法滿足電梯平衡補償連要求所要達到的直線度 [5]。并且市面上幾乎沒有代替人工堆疊的設(shè)備，而且大部分的公司都把生產(chǎn)和研發(fā)的中心，放在電梯平衡補償鏈的結(jié)構(gòu)以及補償鏈包裹的材料上 [3]。1.4 本設(shè)計的主要工作電梯平衡繩是電梯的重要組成部分,本課題的研究方向是在提高電梯平衡補償鏈的生產(chǎn)效率情況下，盡可能的實現(xiàn)補償鏈的自動化生產(chǎn)。設(shè)計出一套能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工堆疊的，能夠改善工作環(huán)境、條件的機器人設(shè)備，從而能夠降低動人工作的勞動強度，減少電梯補償鏈生產(chǎn)的成本，提高補償鏈生產(chǎn)效率 [7]。主要的工作是在自己查閱相關(guān)文獻資料以后，了解補償鏈的相關(guān)信息。在了解了補償鏈的作用和生產(chǎn)輕的條件下，設(shè)計出滿足機械結(jié)構(gòu)輕巧、方便維護保養(yǎng)、自動化高、成本低的高可靠性的支撐及托輥系統(tǒng)。然后按照這個要求構(gòu)思、分析、確定支撐論及托輥系統(tǒng)的設(shè)計方案，完成有關(guān)的機械設(shè)計校核計算。然后完成相關(guān)的機構(gòu)的裝配圖和零件圖的繪制。最后完成計算說明書的書寫 [9]。第 5 頁 共 37 頁2 本機器人的方案原理介紹2.1 本機器人的總體方案本小組主要研究的目標是如何將從擠出機出來的具有既軟又重、受力易變形、定位易扭轉(zhuǎn)等物理特性的全塑性電梯平衡補償鏈按指定跑道型軌跡進行堆放，以保證其冷定型后的平直品質(zhì)，給電梯提供一種理想的、可平穩(wěn)運行的平衡補償鏈 [4]。以及研究如何實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的智能化，高效率化，減少工作人員數(shù)量和勞動強度 [18]。圖 2-1 電梯平衡補償鏈盤繞機器人的機構(gòu)模型1-機架， 2-補償鏈， 3-支撐輪，4- 托輥，5-X 向路軌，6-X 向小車，7-Y 向橫梁，8-Y 向路軌，9-Y 向小車，10-摩擦輪系統(tǒng)，11-變層系統(tǒng)，12-機械指系統(tǒng)。本設(shè)計電梯平衡補償鏈盤繞機器人的機械機型如圖 2-1 所示，共有以下幾個部分構(gòu)成： 機架 1、用于拖曳補償鏈的摩擦輪系統(tǒng) 10、牽引補償鏈按定軌跡堆放的 X 向運動系統(tǒng)（5、6）和 Y 向運動系統(tǒng)（7、8、9） 、變層系統(tǒng) 11、強制偏離的補償鏈復位的機械指系統(tǒng) 12、支撐導向系統(tǒng) 3 以及承托補償鏈防其下墜的托輥系統(tǒng) 4 等部分組成。分成六個系統(tǒng) 1）X 方向運動系統(tǒng)設(shè)計；2）Y 方向運動系統(tǒng)設(shè)計;3) Z 方向變層運動系統(tǒng)設(shè)計; 4)端部機械手及導鏈環(huán)設(shè)計;5)平衡鏈拖曳系統(tǒng)設(shè)計; 6)支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計 [18]。第 6 頁 共 37 頁2.2 本課題完成的設(shè)計方案介紹2.2.1 課題總體方案介紹根據(jù)對電梯平衡補償鏈的調(diào)查研究，電梯補償鏈是在錨鏈外端包一層 PVC材料，現(xiàn)在在我們國家生產(chǎn)堆疊補償鏈依舊是人工操作。由于補償鏈的重量，以及如果不按照要求要堆疊補償鏈的話，會對補償鏈的使用質(zhì)量造成很大的影響。電梯平衡補償鏈會折彎，并且在安裝到電梯以后電梯會有很大的噪聲，影響電梯的使用壽命和電梯的平衡性。人工堆疊補償鏈還有一個很大的問題，就是在體力消耗十分大的情況下生產(chǎn)效率也十分的低下，同時還無法保證裝質(zhì)量。本設(shè)計是整套機器人的其中一個部分，主要的作用就是在補償鏈從生產(chǎn)設(shè)備出來以后，由支撐導向系統(tǒng)承載補償鏈，并且能夠?qū)崿F(xiàn)補償鏈在一定的角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而不會讓補償鏈滑出支撐輪，并且通過托輥系統(tǒng)在協(xié)助其他部分，讓補償鏈按照規(guī)定的堆疊運動的同時，盡可能的減少補償鏈運行過程中摩擦力的損耗 [8]。本課程設(shè)計是電梯平衡補償鏈盤繞機器人設(shè)計-支撐輪及托輥系統(tǒng)設(shè)計，主要的工作要求是：讓剛剛加工好的處于溫熱柔軟狀態(tài)，摩擦輪系統(tǒng)將位于地面的鏈條先提升到一定高度，再水平沿著指定的跑道型軌跡行走拖曳。支撐輪托輥系統(tǒng)又分為：支撐論系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、托輥系統(tǒng)。托輥系統(tǒng)的主要作用是：在電梯補償連，隨著導向系統(tǒng)和 Y 向小車系統(tǒng)在運行的時候，并且 X 向小車遠離導向輪的時候而支撐下落的比較長的補償鏈。在支撐補償鏈的同時，能夠保證其支撐的間距也會變化，從而能夠保證補償鏈的平直和具有良好的彎曲特性。在補償鏈運行過程中，托輥系統(tǒng)則主要保證補償鏈所損失的摩擦力達到最小，從而能夠輔助機器人設(shè)備按照要求完成相關(guān)的堆疊任務(wù)。本課程設(shè)計主要包括兩根連接桿,一對第一支座和一對頂端支座,若干對中間支座和若干根托輥,若干條長度相等的具有奇數(shù)個鏈環(huán)的錨鏈條,以及兩根直線導軌和若干個滑塊。本設(shè)計能夠較好地滿足設(shè)備所需的支撐要求,并具有結(jié)構(gòu)簡單,重量較輕,工作平穩(wěn),安裝方便的特點 [18]。支撐系統(tǒng)和導向系統(tǒng)的主要作用是：在電梯平衡托起過程中起到支撐撐導向的過渡作用。在萬向節(jié)連接底板的下面，連接著導向裝置的套杯，套杯內(nèi)部有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸，與軸相配套的軸承選用圓錐滾子軸承，并且在討杯的外面安裝導向限位板。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)在水平方向的旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)的角度又不會太大，因為如果旋轉(zhuǎn)的角度太大的話，支撐輪與機器人的其他部分的相對位置關(guān)系就會被破壞，從而容易使補償鏈從支撐輪中脫落，不能夠讓補償鏈平穩(wěn)的運行。而支撐裝置則是通過下連接板與導向系統(tǒng)連接在一起，然后連接支撐輪支架，支撐輪支架中間連接支撐輪中心軸，軸上安裝支撐輪，主要時承載補償鏈的作用，并且自身能夠轉(zhuǎn)動，以減小在在補償鏈運行過程中摩擦力的損失，并且支撐輪通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸可以按照補償鏈運行的需要，在水平面內(nèi)做一第 7 頁 共 37 頁定角度的旋轉(zhuǎn)運動。這樣在保證不會因旋轉(zhuǎn)角度過大，而影響補償鏈的穩(wěn)定運行。因為如果旋轉(zhuǎn)角度過大，則補償鏈支撐輪與 Y 向的送鏈裝置的，相對應(yīng)的位置關(guān)系會遭到破壞，從而補償鏈就與支撐輪之間的摩擦力會增大，并且不穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)角度的限制就使得機器人設(shè)備能夠連續(xù)的運行 [18]。 圖 2-6 支撐輪及托輥系統(tǒng)裝配圖2.2.2 支撐導向系統(tǒng)由于從擠出機出來的補償鏈處于溫熱柔軟狀態(tài)，摩擦輪系統(tǒng)將位于地面的鏈條先提升到一定高度，再水平沿著指定的跑道型軌跡行走拖曳。本系統(tǒng)起到支撐撐導向的過渡作用，并能在一定角度范圍轉(zhuǎn)動，能夠?qū)碜詳D出機的補償鏈連續(xù)導入到摩擦輪槽，保證連續(xù)盤繞的需要 [18]。本裝置固定安裝在盤繞裝備 Y 向?qū)挾鹊恼形恢?，如圖 2-1 所示。在盤繞最底層（或下面幾層）外圈的離擠出機較近的圓弧段軌跡時，摩擦輪將運動到盤繞裝備的最左或最右邊（或較左或較右靠邊）的位置。此時，位于先摩擦輪上和位于導向裝置的導向輪上的補償鏈，被拉成與盤繞軌跡的直線方向的偏角最大（或較大） ，如果導向裝置不能繞鉛垂線水平轉(zhuǎn)動，或?qū)蜓b置繞鉛垂線水平轉(zhuǎn)動的角度過大，都會使補償鏈同時與導向輪和前摩擦輪相切的位置關(guān)系遭受破壞，導致補償鏈從導向裝置的導向輪槽中或從先摩擦輪槽滑出，使盤繞不能連續(xù)進行。第 8 頁 共 37 頁本裝置可以繞鉛垂線靈活地水平轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動角可以根據(jù)需要被限制，能很好地使補償鏈始終保持與導向輪和前摩擦輪相切的位置，保證補償鏈不會從導向裝置的導向輪槽中或從先摩擦輪槽滑出，其結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示 [18]。圖 2-7 支撐導向系統(tǒng)2-補償鏈； 3-1-導向輪；3-2-擋輥； 3-3 導向輪支架固定板； 3-4-限位長螺栓；3-5-限位板 ;；3-6-- 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上連接板；3-7-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯；3-8-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸；3-9-導向輪支架如圖 2-7 所示，本裝置包括導向輪 3-1、導向輪機架 3-9、3-3 導向輪支架固定板、水平旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（3-8、3-9） 、擋輥 3-2、兩個限位長螺 3-4、限位板 3-5 和3-6--旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上連接板。導向輪 3-1 和擋輥 3-2 固定在導向輪機架 3-9 上，導向輪機架固定板 3-3 下方連接導向輪機架，上面固定旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸 3-6，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯 3-7 與上連接板相 3-6 固連；與導向輪機架固定板 3-3 連接的所有部件都同步繞水平旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸可以作 360 度的水平旋轉(zhuǎn)。通過在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套杯 3-7 的外圓柱面上設(shè)置限位板 3-5，在限位板上不與墊塊接觸的下部制有兩螺紋通孔與兩個限位長螺栓相配合的辦法，可限制導向輪繞通過其輪寬中線的鉛垂軸轉(zhuǎn)動所需的最大角度 90 度，以避免導向輪繞通過其輪寬中線的鉛垂軸軸向左或向右的轉(zhuǎn)角過大，使補償鏈同時導向輪和先摩擦輪相切的位置關(guān)系遭受破壞，影響盤繞的連續(xù)性。在導向輪的前上方設(shè)置擋輥，可進一步防止補償鏈離開導向輪時從導向輪槽滑出，在導向輪的后下方設(shè)置導鏈環(huán)，可進一步使來自擠出機的補償鏈能夠順利進入導向輪槽 [18]。第 9 頁 共 37 頁2.2.3 托輥系統(tǒng)如圖 2-8 為托輥系統(tǒng)模型，當摩擦輪 10 按預定軌跡遠離擠出機時，其與支撐導向輪 3 之間的一段電梯平衡補償鏈，會因自重下墜，托輥系統(tǒng)就是用于承托該段鏈條，起到減少摩擦輪拉力損耗的作用。托輥系統(tǒng)與 X 向小車 6 通過連接桿 4-6 固定連接，托輥滾筒 4-5 之間用柔性鏈 4-4 連接，托輥滾筒固定在滑塊 4-2 上；當 X 向小車 6 駛離擠出機時，托輥滾筒 4-5 帶著滑塊沿直線路軌 4-1 依次拉開；當 X 向小車 6 駛近擠出機時，托輥滾筒依次靠近，托輥間所設(shè)的防撞塊 4-2 接觸。該裝置結(jié)構(gòu)合理，能夠伸縮自如 [18]。圖 2-8 托輥系統(tǒng)6-X 小車， 10-摩擦輪，4-1-直線路軌，4-2-滑塊，4-3-防撞塊，4-4-柔性鏈，4-5-托輥滾筒，4-6-連接桿第 10 頁 共 37 頁3 課題裝置零部件設(shè)計本課題總體裝置共分成三個部分分別是支撐輪系統(tǒng)、托輥系統(tǒng)、導向系統(tǒng)，其總體裝配圖如 3-1 所示。第 11 頁 共 37 頁圖 3-1 支撐輪托輥系統(tǒng)裝配圖3.1 支撐輪系統(tǒng)支撐輪系統(tǒng)包括支撐輪支架、支撐輪與萬向節(jié)連接板板、支撐輪中心軸、支撐輪軸承端蓋、支撐輪五個部分組成。起到的作用是：在從上產(chǎn)設(shè)備中剛剛第 12 頁 共 37 頁出來的補償鏈，并且保持一定的溫度的情況下，能夠通過支撐輪系統(tǒng)先將補償鏈提升到一定的高度以后再按照要求的運行軌跡運行。本系統(tǒng)起到支撐撐導向的過渡作用，并能在一定角度范圍轉(zhuǎn)動，能夠?qū)碜詳D出機的補償鏈連續(xù)導入到摩擦輪槽，保證連續(xù)盤繞的需要，和導向系統(tǒng)配合在一起。如圖 3-2 所示。圖 3-2 支撐輪系統(tǒng)裝配圖各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹如下：3.1.1 支撐輪支架支撐輪支架與支撐輪中心軸連接，用于固定住支撐輪中心軸兩端的軸承，保證支撐輪的相對轉(zhuǎn)動，共有兩件且起到支撐支撐輪的作用。材料為 Q235A，第 13 頁 共 37 頁因為在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中需要一直支撐著支撐輪，所有技術(shù)要求上有焊接后退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，支撐論支架如圖 3-3 所示。圖 3-3 支撐輪支架3.1.2 支撐輪與萬向節(jié)連接板主要是將支撐輪支架與萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸，連接在一起，是支撐輪系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的連接橋梁，保證萬向節(jié)在按水平轉(zhuǎn)動角度的時候，支撐輪系統(tǒng)也能跟隨轉(zhuǎn)動。材料為 Q235A，因為在工作過程中需要承受較大的扭矩，所以同樣需要進行焊后退火，消除應(yīng)力；銳棱倒鈍；發(fā)黑的等相應(yīng)的處理。連接板如圖 3-4 所示。第 14 頁 共 37 頁圖 3-4 支撐輪與萬向節(jié)連接板3.1.3 支撐輪中心軸支撐輪中心軸用于放置支撐輪可以和支撐輪通過配合的軸承做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。同時中心軸也起到支撐支撐輪的作用，并且能夠承受扭轉(zhuǎn)的作用力，中心軸如圖 3-5 所示。圖 3-5 支撐輪中心軸第 15 頁 共 37 頁3.1.4 支撐輪軸承端蓋軸承端蓋的作用是:在軸向固定圓錐滾子軸承，避免軸承沿著軸向滑動。在限制軸承滑動的同時還能起到，密封作用，讓灰塵雜質(zhì)等會損害軸承壽命的物質(zhì)無法進入到軸承內(nèi)部。還有一個作用就是防止?jié)櫥瑒┑男孤叮屳S承在旋轉(zhuǎn)的時候有足夠的潤滑，從而不會影響其使用壽命，軸承端蓋如圖 3-6 所示。 圖 3-6 支撐輪軸承端蓋3.1.5 支撐輪主要用于支撐補償鏈，讓補償鏈隨著支撐輪旋轉(zhuǎn)，從而達到減少摩擦力損耗的目的。并且能和補償鏈繞旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸做一定范圍內(nèi)的水平旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)簡單，強度高，材料是 Q235A，支撐論如圖 3-7 所示。圖 3-7 支撐輪3.2 導向系統(tǒng)。導向系統(tǒng)包括導向套杯、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承上端蓋、旋轉(zhuǎn)關(guān)第 16 頁 共 37 頁節(jié)軸承下端蓋、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承墊片、軸承墊圈、萬向節(jié)與導軌連接板底板、導向限位板、支撐輪與導軌連接蓋板組成。起支撐導向的過渡作用，并能在水平范圍內(nèi)按照一定角度轉(zhuǎn)動，能較好地滿足本機器人，所要求的由于 X 向小車和Y 向小車運行軌跡的變化，能夠隨時的做出相應(yīng)的角度的而變化。并且旋轉(zhuǎn)的角度，也可以通過導向限位板進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)角度的時候，只需要旋動兩個長螺栓就能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度范圍的變化。始終讓支撐輪內(nèi)槽和 Y 向小車上的摩擦輪的內(nèi)槽在一條直線上。從而讓補償鏈能夠始終的平穩(wěn)運行，本設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單,重量較輕,工作平穩(wěn),安裝方便的特點。導向系統(tǒng)如圖 3-8、3-9 所示。圖 3-8 導向系統(tǒng)二維裝配圖圖 3-9 導向系統(tǒng)三維裝配圖各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹如下：3.2.1 導向套杯套杯是導向系統(tǒng)的基體，上端連接在下連接萬向節(jié)與導軌連接板底板,用來支撐整個支撐導向系統(tǒng)， 在套杯上安裝有導向限位板，導向限位板上裝有兩個第 17 頁 共 37 頁上的螺釘，兩個螺釘旋入兩不同則限制的角度就不同。下端連接支撐輪與萬向節(jié)連接板，用來連接支撐輪系統(tǒng)。材料是 45 鋼，具有結(jié)構(gòu)強度高、質(zhì)量輕、拆裝方便的特點。導向套杯如圖 3-10 所示。圖 3-10 導向套杯3.2.2 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸主要是讓導向裝置能夠，在滿足按照規(guī)定的軌跡堆放補償鏈的情況下，并且保證穿過支撐輪的補償鏈不會因為，后續(xù)裝置的運動而滑出支撐輪，從而達到讓該機器人能夠持續(xù)平穩(wěn)的運行，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸如圖 3-11 所示。第 18 頁 共 37 頁圖 3-11 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸3.2.3 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承上端蓋軸承端蓋的作用是:在軸向固定圓錐滾子軸承，避免軸承沿著軸向滑動。在限制軸承滑動的同時還能起到，密封作用，讓灰塵雜質(zhì)等會損害軸承壽命的物質(zhì)無法進入到軸承內(nèi)部。還有一個作用就是防止?jié)櫥瑒┑男孤叮屳S承在旋轉(zhuǎn)的時候有足夠的潤滑，從而不會影響其使用壽命，上端蓋如圖 3-12 所示。第 19 頁 共 37 頁圖 3-12 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承上端蓋3.2.4 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承下端蓋作用與軸承上端蓋作用相同，但因為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸上下連接有些區(qū)別，所以在尺寸上有些改變，下端蓋如圖 3-13 所示。圖 3-13 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承下端蓋第 20 頁 共 37 頁3.2.5 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承固定板因為選用圓錐滾子軸承，墊片與軸承內(nèi)圈相連接，起到固定軸承的作用。調(diào)整軸承端蓋與軸承之間的距離，讓軸在旋轉(zhuǎn)的過程中更加的穩(wěn)定。而且軸承固定板還能起到密封作用，讓軸承里面的潤滑劑不會泄露，讓軸承和外界隔離，防止灰塵等雜質(zhì)進入到軸承內(nèi)部，保證軸承的使用壽命，軸承固定板如圖 3-14所示。 圖 3-14 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸承墊片3.2.6 軸承內(nèi)圈固定套筒軸承內(nèi)圈固定套筒是放在杯套里面，與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸相配合，起到固定軸承內(nèi)圈的作用，軸承內(nèi)圈固定套筒如圖 3-15 所示。圖 3-15 軸承墊圈3.2.7 萬向節(jié)與導軌連接板底板主要與導軌配合，是將支撐輪導向系統(tǒng)懸掛在導軌上的必要零件，與支撐輪與導軌連接蓋板配合也是將支撐輪導向裝置放置到導軌上并固定住，讓支撐輪系統(tǒng)和導向系統(tǒng)只按照要求做水平轉(zhuǎn)動，而不會有其他水平旋轉(zhuǎn)運動動，連第 21 頁 共 37 頁接底板如圖 3-16 所示， 。圖 3-16 萬向節(jié)與導軌連接板底板3.2.8 導向限位板安裝在套杯的外端，限位板的下端和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸的下端對其，在限位板上安裝兩個用于限制導向裝置水平旋轉(zhuǎn)角度的螺栓。需要進行角度調(diào)節(jié)的時候，只需要旋轉(zhuǎn)兩個對應(yīng)的長螺栓即可，如果旋轉(zhuǎn)的角度不合適，還可以在限位板和套杯之間增加墊塊，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，限位板如圖 3-17 所示。第 22 頁 共 37 頁圖 3-17 導向限位板3.2.9 支撐輪與導軌連接蓋板將支撐輪系統(tǒng)和導向系統(tǒng)與導軌連接起來的零件，主要作用是將支撐輪導向裝置放置到導軌上并固定住，讓支撐輪系統(tǒng)和導向系統(tǒng)只按照要求做水平轉(zhuǎn)動，而不會有其他水平旋轉(zhuǎn)運動動。材料為 45 鋼，連接蓋板如圖 3-18 所示。第 23 頁 共 37 頁圖 3-18 支撐輪與導軌連接蓋板3.3 托輥系統(tǒng)在從設(shè)備中出來的補償鏈，通過支撐輪后隨著和 Y 向小車運行的過程中，按照預定軌跡遠離支撐輪的時候，此時的 Y 向小車和支撐輪之間的距離較大，并且 X 向小車遠離導向輪的時候而支撐下落的比較長的補償鏈。在支撐補償鏈的同時，能夠保證其支撐的間距也會變化，從而支撐起這部分的補償鏈，讓補償鏈能夠保證補償鏈的平直和具有良好的彎曲特性。在補償鏈運行過程中，托輥系統(tǒng)則主要保證補償鏈所損失的摩擦力達到最小，從而能夠輔助機器人設(shè)備按照要求完成相關(guān)的堆疊任務(wù)，托輥系統(tǒng)如圖 3-19、3-20 所示。第 24 頁 共 37 頁圖 3-19 托輥系統(tǒng)二維裝配圖3-20 托輥系統(tǒng)三維裝配圖3.3.1 托輥軸承座滑塊連接板連接板上面安裝軸承支撐座和托輥防撞塊，下面安裝滑塊，共同組成支座基體，所述支座基體的下部與所述滑塊及錨鏈條相連接,其上部與所述滾動軸承及軸承支撐座相連接，在 X 向小車運動過程中帶動滑塊移動而連接板則起到帶動托輥系統(tǒng)上的托輥橫梁在 X 向上的移動，起到過度作用，連接板如圖 3-21 所示。第 25 頁 共 37 頁圖 3-21 托輥軸承座滑塊連接板3.3.2 托輥滾筒是一組平行于 Y 向的同體，和兩端較短的的連接軸相配合。主要是在補償鏈在 X 向移動時因自重下落時，支撐下落的補償鏈并和補償鏈在 X 向做一定距離的移動。自身也能夠獨立的轉(zhuǎn)動，從而降低補償鏈在移動過程中的摩擦力。讓補償鏈能夠平穩(wěn)運行，托輥滾筒如圖 3-22 所示。圖 3-22 托輥滾筒第 26 頁 共 37 頁3.3.3 托輥連接軸托輥連接軸的一端與筒體的一端固定連接,另一端與所述滾動軸承配合連接，主要在補償鏈運送過程中，能夠讓托輥滾筒旋轉(zhuǎn)從而由滑動摩擦變成滾動摩擦，以達到減少摩擦力讓補償鏈平穩(wěn)運行的效果。由于托輥連接軸非常的短，所以托輥滾筒的重量比較輕，結(jié)構(gòu)也很簡單，托輥連接軸如圖 3-23 所示。圖 3-23 托輥連接軸3.3.4 托輥防撞塊防撞塊是由一塊 L 型板，在上面增加一塊圓柱形牛筋桿構(gòu)成。安裝在托輥軸承座基體上，主要是在托輥系統(tǒng)沿著 X 向運動時，防止兩個基體之間的碰撞。在一個基體上裝有兩個防撞塊，并且兩個防撞塊之間以軸中心線在基體上對稱放置。在防撞塊上裝有牛筋桿，而牛筋桿兩輛相對，且中性線在一條直線上，牛筋桿的長度略大于基體的邊緣，這樣在運動過程中基體之間距離最小的時候也不會發(fā)生碰撞，托輥防撞塊如圖 3-24 所示。 圖 3-24 托輥防撞塊第 27 頁 共 37 頁3.3.5 托輥軸承蓋板安裝在托輥軸承軸承座上，主要用于軸承外圈的軸向定位、防塵和密封，除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達到密封的作用，托輥軸承蓋板如圖 3-25 所示。圖 3-25 托輥軸承蓋板3.3.6 托輥軸承墊圈軸承墊圈的作用：與軸承蓋板配合在一起，與起到與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定軸相配合，起到類似的“ 支承” 作用，減少軸的摩擦，從而提高軸的使用壽命，托輥軸承墊圈如圖 3-26 所示。圖 3-26 托輥軸承墊圈第 28 頁 共 37 頁3.3.7 托輥連接桿連接杄由一根長的圓柱桿體和在其兩端增加兩個相配合的小圓柱體，在小圓柱體上打上螺紋孔用來和魚眼軸承相配合。兩個魚眼軸承一段和托輥斜撐固定座相連，另一端和基座與桿連接板相連接，其作用是保證托輥在沿著X 向移動時的軸線，能夠始終和 Y 軸平行。在托輥滾筒和 Y 軸不平行時，可以直接調(diào)節(jié)連接桿兩端的魚眼軸承，這樣就可以保證托輥系統(tǒng)在移動時不會出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，托輥連接桿如圖 3-27 所示。圖 3-27 托輥連接桿3.3.8 托輥斜撐固定座一端與 X 向小車相連，另外一端與托輥連接桿連接在一起，主作用是：在X 向小車在電機的作用下在導軌上運動時，斜撐固定座連接托輥連接桿帶動整個托輥系統(tǒng)在 X 向運動，托輥斜撐固定座如圖 3-28 所示。第 29 頁 共 37 頁圖 3-28 托輥斜撐固定座3.3.9 基座與桿連接板一段和第一支座相連接，另一端連接托輥連接桿上的連接螺釘，連接桿在小車的帶動下做 X 向的移動，連接桿通過連接板連接第一基座做 X 向的移動，然后第一基座通過錨鏈條帶動中間支座和頂端支座做 X 向的運動，基座與桿連接板如圖 3-29 所示。圖 3-29 基座與桿連接板第 30 頁 共 37 頁3.3.10 滑塊滑塊放在導軌上，導軌的上端放置基座，讓托輥系統(tǒng)做 X 向的移動，而且滑塊與導軌之間是滾動摩擦可以減小托輥系統(tǒng)在運動過程中的摩擦力，從而讓補償鏈平穩(wěn)運行，滑塊如圖 3-30 所示。圖 3-30 滑塊3.3.11 托輥橫梁是一根平行于 Y 向的的長方體空心桿，主要是支撐整個支撐輪導向系統(tǒng)將其固定住，并且確保支撐輪導向輪的位置，托輥橫梁如圖 3-31 所示。第 31 頁 共 37 頁圖 3-31 托輥橫梁3.3.12 托輥架支撐座左右對稱用于支撐 X 向的托輥導軌共 10 件，確保導軌在承受托輥系統(tǒng)自身的重量和補償鏈重量的情況下，不會發(fā)生形變。因此托輥支撐架的材料選擇45 號鋼并且進行調(diào)制熱處理，托輥架支撐座如圖 3-32 所示。第 32 頁 共 37 頁圖 3-32 托輥架支撐座3.3.13 托輥軸承支座主要是放置托輥軸承，是支座的一部分，在托輥系統(tǒng)在 X 向運動時帶動托輥滾筒一起運動，當 X 向小車離的最遠的時候，能夠保證托輥滾筒做旋轉(zhuǎn)運動，從而讓補償鏈在運動中的摩擦力損失最小，托輥軸承支座如圖 3-33 所示。圖 3-33 托輥軸承支座第 33 頁 共 37 頁4 相關(guān)零部件的選型與計算4.1 支撐輪及托輥系統(tǒng)零部件選型4.1.1 牛筋桿的選用在基體支座上主要有托輥防撞塊、托輥軸承蓋板、托輥軸承座滑塊連接板、托輥軸承支座組成。在基體上裝有兩個防撞塊，在防撞塊圓柱桶內(nèi)裝有兩個牛筋桿，兩個基體上的防撞塊兩輛對應(yīng)，兩個牛筋桿的外露量都大于托輥滾筒的半徑。當后支座碰撞前支座的時,其碰撞面為兩牛筋桿的端面,同時,由于牛筋材料縣有較好的彈性和強度,以及小筋桿只有適當?shù)闹睆胶烷L度,能較好地緩沖和減小相鄰支座之間的碰撞力,使托輥系統(tǒng)有較好的作平穩(wěn)性，牛筋桿如圖 4-1 所示。圖 4-1 牛筋桿4.1.2 直線路軌的選用直線路軌是支撐滑塊的部件，在路軌和滑塊之間用滑動連接的方式，并且在路軌上方涂抹潤滑劑，可以進一步減小摩擦力。同時支撐滑塊上的基體，按照直線路軌的軌跡做往復運動。路軌的