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1、变速箱翻转机机械及电气系统设计摘 要：翻转机是变速箱生产线的关键设备，其性能直接影响到变速箱生产水平。本课题就是设计变速箱翻转机的机械和电气系统，了解低压电气控制原理，设计变速箱翻转机的控制系统，选择合适的电气元件，以完成整个翻转机的设计。该课题基本上实现了模块化设计，通过不同的组合，用来实现用户不同的要求，结构紧凑，使用方便，易于进行调整。操作过程对用户员工要求极其简单，基本上实现了一键通的效果。使用翻转机可以提高装配效率，使员工处于更加安全的地位，并且省时省力，降低了员工的劳动强度。关键词： 翻转机 低压电气控制 模块化设计 装配效率。Abstract ：Inversion machine
2、 is the key device of production line of gearbox, its performance will influence production level of gearbox. The topic is to design machine and electrical systems of inversion machine of gearbox, and learn the working principle of variable frequency motor principle. In addition, design control syst
3、em of inversion machine of gearbox, choose appropriate electrical components，in order to complete the design of inversion machine. The machine has achieved modular design basically, by different portfolio, to achieve different requirements of users. Its frame is compact, convenient and easy to adjus
4、t. Its operation is very easy to users, it has “one key” affection. Use it can improve the efficiency of assembly, make staffs more safe, save time and labor and release labor force of staffs.Key words: inversion machine, variable frequency motor，modular design assembly efficiency。1 引言变速箱作用是在多轴驱动的汽车
5、上，可以 将输出的动力分配给各驱动桥。变速箱一般都设有高低档，以进一步扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。变速箱工作时变速箱各轴均用两个圆锥滚子轴承支承，其轴承松紧度用相应的调整垫调整。越野汽车在良好道路行驶时，为减小功率消耗及传动系机件和轮胎磨损，一搬要切断通前桥动力。在越野行驶时，若需低速档动力，则为了防止后桥和中桥超载，应使低速档动力由所有驱动桥分担。为此，对变速箱操纵机构有如下要求：非先接上前桥不得挂上抵速档，非先退出低速档，不得摘下前桥。而由于变速箱比较笨重，在装配时若人工翻转很不方便且劳动强度大，故自动翻转机械应运而生。为提高生产效率，降低成本，装配线的应用越来越广泛。福特（H
6、. Ford）就是因为首先引用了装配线的观念，因而促成汽车大量生产的开端。事实上，根据史料记载，早在十六世纪就已经有大量生产的实例，当时是把一百艘战舰分段解体，等到需要的时候，就可以在较短的时间内装配成舰，以便投入战场迎敌。不过，也有人说，真正的大量生产，恐怕是起源於十九世纪时，惠特尼（E. Whitney）及寇特（S. Colt）的大量制造枪械。不论是谁最先实际引用大量生产装配线的观念，至少可以肯定的是，装配线的设立是现代企业发展的必然途径之一。而汽车的零件真可说是成千上万。如果全部的零件都要母厂独力生产，那就可能会拖垮了这个母厂，这种大手笔也根本不符合经济生产量的原则。因此，大多数的母厂都
7、会将大部分的零件外包给各卫星工厂来承造，只保留少数关键性的零件由自己来设计制造。其中，对於母厂而言，最重要的是要存在一条或多条高效率的装配线，以求能达於经济产量，降低单位成本，进而增强竞争的能力。20世纪70年代中末期，随着可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控
8、制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。2 总体设计思路和方案变速箱翻转机主要功能是实现变速箱的在线翻转工作，即当变速箱工件在生产线上传过来时，由翻转机把变速箱翻转180度后进行加工，因此变速箱翻转机的机械系统应该包括机架、横梁升降机构、夹紧机构、移动式回转机械臂与护网等部件。机架方案：整台机床放于机床垫铁之上，由圆头螺钉放入锥形槽中，便于调整螺钉使翻转机处于水平位置。翻转机机架作为整台机床的支撑构架，应保持回转轴线水平度，其他机构都直接或间接悬挂在机架之上。横梁升降机构方案：主要由气缸拖动机械臂底板
9、，做上升或下降运动，在机架两边装有两条平行直线导轨，方便机械臂底板上下运动及限制它的其他自由度。在上极限位置和下极限位置各装一个线性开关，使其限定机械臂底板的上下位置。夹紧机构方案：主要由两只同步气缸带动两个机械臂左右相对运动，气缸的活塞都带有磁环，可接磁性开关，用来检测气缸的极限位置。机械臂受到气缸拉力或压力后可在机械臂底板上的两条平行直线导轨上滑动，从而做夹紧或松开工件的动作。移动式回转机械臂方案：在机械臂上装置气压缸，带动齿轮齿条，传动到安装在机械手臂上的左右两个卡爪上使之发生转动。护网方案：布置在翻转机架外面保护翻转机运动机构，也保护工作人员以免发生碰伤危险。护网主要由网状隔板和型材构
10、成。翻转机动作原理：翻转机在三个自由度方向上有运动动作，上下方向以气缸上下位移动力来源，来提升或降落工件的高度；在左右方向上以压缩空气作为动力来源，用于夹紧或放松工件；还有一个绕水平轴翻转的自由度，主要用于工件的翻转，此过程主要以气缸翻转动力来源。系统的三部分动作都需要有接近开关、磁性开关或者压力继电器控制。所以可以使用如下方案：当本工位有工件时，按一下运行开关，由气缸带动横梁及横梁上的移动式机械臂下降，降至低位接近开关发信时停止并制动；移动式机械手臂气缸收缩电磁铁得电，手臂收拢并通过夹紧机构夹紧变速箱体。夹紧到位后，由接近开关和压力继电器联合发信，升降气缸将机械臂连同变速箱体提升至高位，接近
11、开关发信升降气缸停止并制动，设置在机械手臂上的翻转气缸得电，通过齿条带动齿轮旋转，从而使变速箱同步回转过180，磁性开关发信，翻转气缸停止，升降气缸带动机械臂下降至低位后停止。移动式机械手臂张开电磁铁得电手臂打开，原位接近开关发信，升降机构带动手臂上升至高位、发信、停止。，翻转气缸得电使夹具反转180，磁性开关开关发信、停止，待命下一循环。 3 机械部分该翻转机主体通过型材框架搭建，包括底座、框架结构、配重块、提升机构、翻转机构、夹紧机构几部分组成。提升机构、翻转机构、夹紧机构都是通过气缸以及气缸与齿轮齿条配用来实现相关动作，位置通过死档块来限位。接近开关检测相关位置到信号。其机械结构图如下：
12、3.1 机架设计变速箱的相关参数如下：长：800，宽：600，高：600，质量：300Kg，为了满足机械手臂的上下、左右及翻转运动，设定机架的长宽高分别为1470、1900、2650。见零件图。3.2 升降气缸选型首先估算溜板、机械手、夹具等重量。假设以上部件都为实体，占据体积为800*600*10000.48，则根据 质量=体积*密度，查机械零件手册常用材料密度，取=7.0t/*0.48=3.36t=3.36*kg。G=mg=3.36*N。取变速箱重量为=0.3*N，则=3.36*+0.3*=3.66*N。所以气缸所需压力F=G总=3.66*N=PS,工业生产，取P=0.6MPa，S=F/P
13、=3.66*N/0.6*Pa=6.1*。则r=0.139m140mm。查机械设计手册气压传动表22-4-16，22-4-17取CDS1GN140-900-273S型。3.3 翻转气缸选型这一部分的机械传动部件所要完成的任务是带动夹具和变速箱旋转，而我们所学的传动机构主要有: 齿轮（齿条）机构、螺旋机构、带传动及链传动、连杆机构、凸轮机构。表1就列举了几种常见传动机构，将其基本特性做个比较。传动形式主要优点主要缺点带传动和摩擦轮传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动；传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；用作变速传动时，传动比调节简单 有滑动，传动比不
14、能保持恒定，传动精度低；外廓尺寸大，结构不紧凑；磨损较快，寿命较短（通常为3500h5000h）；由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方；船东效率低 链传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动；在高温、油、酸等恶劣条件下能可靠工作；轴和轴承上的作用力小；平均传动比准确，特殊链可用于传送物料虽然平均速比恒定，但运转时瞬时速度不均匀，有冲击、振动和噪音，寿命较低（一般为5000h15000h）有振动冲击，有多边形效应齿轮（齿条）传动外廓尺寸小，结构紧凑；传动比恒定，传动精度高；效率高，寿命长；圆周速度及功率范围广，适宜于短距离传动制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音制造精度
15、要求高蜗杆传动外廓尺寸小，单级传动比大，结构紧凑；传动比恒定，传动平稳，无噪音；可实现反向自锁，用于空间交错轴传动，传动平稳传动过程中相对滑动速度高，磨损较大，传动效率低，易在传动中出现发热和温度升高现象；传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜，制造精度要求高，刀具费用高表1 常用传动机构的基本特性显然在上述的几种传动的方案中都有其各自的优缺点，但能否选择一种传动方案具有上述几种的传动机构的优点来满足我们的设计需要呢？那就是齿轮齿条传动。齿轮齿条传动综合了齿轮传动与链条传动、皮带传动的诸多优点，是一种传动比精度高的传动方式。其传动原理是气缸推动齿条做水平直线运动从而带动齿轮的旋转运动。齿条与齿
16、轮的线速度相同。气缸能保证齿条运动速度保持稳定，不产生冲击。吸振性能好，噪音小；传动装置重量轻，热量积累少，因此传动比较准确，可以获得98以上的高效率；功率范围可从几W到几百KW；轴上的压力轻，轴的弯曲变形减小，可延长轴承的使用寿命；结构简单、紧凑，适宜于多轴传动及中心距较大的传动。下面通过计算分别确定轴、齿轮、齿条的尺寸，从而选择合适的气缸。当变速箱被夹具夹紧之后，两夹具爪之间确定一水平中心线，由于变速箱形状不规则，质量部均匀，其集合中心与重心不重合，使得变速箱重心偏离了机械手臂轴心线，产生了扭矩，初步确定偏离最大径向距离为0.05m，则所需最大扭矩T=3000*0.05N.m=150N.m。3.3.1 .XXXXXXXXXXXXX
