金樟源

摘要：設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)，該機(jī)通過PLC控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，說(shuō)明主要零部件的設(shè)計(jì)，并利用PRO/E軟件完成整機(jī)裝配與檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：壓力機(jī)；氣動(dòng)；PRO/E；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH138.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）01-0026-04

目前我國(guó)的鉚接設(shè)備大多采用簡(jiǎn)易氣體驅(qū)動(dòng)方式，其中最典型的是氣動(dòng)壓力機(jī)?，F(xiàn)有氣動(dòng)壓力機(jī)精度低、輸出力有限、功能單一且安全度不高，工人在操作時(shí)工作強(qiáng)度較大、易疲勞、有一定的危險(xiǎn)。為此，對(duì)簡(jiǎn)易氣動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)。在功能方面進(jìn)行強(qiáng)化，以實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上加入PLC控制面板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)壓力機(jī)的實(shí)時(shí)控制，并在PLC內(nèi)加入計(jì)數(shù)器，便于工人計(jì)算產(chǎn)量。

1 多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)主要由支架、驅(qū)動(dòng)氣缸、連桿1、連桿2和標(biāo)準(zhǔn)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當(dāng)氣缸桿伸出時(shí)，氣缸接頭推動(dòng)連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動(dòng)連桿1。連桿1與連接螺栓之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動(dòng)連接螺栓作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接。

圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。

2 主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1 連桿

連桿是多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的主要零件，它是組成機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。

2.2 氣缸

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

計(jì)算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時(shí)的輸出力為F0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動(dòng)手冊(cè)得出。例如，設(shè)計(jì)時(shí)選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊(cè)，在0.6 MPa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力F0為1 510 N。2） 設(shè)機(jī)構(gòu)工作時(shí)構(gòu)件2的壓力為F1，以構(gòu)件1為分析對(duì)象，在氣缸輸出力F0及構(gòu)件2推力F1的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計(jì)算出：F1=a×F0sinβ/b×sin（θ+α）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時(shí)輸出力為F2，以構(gòu)件3為分析對(duì)象，在構(gòu)件2壓力F1及負(fù)載F2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：F2=a×F0sinβcosα/b×sin（θ+α）。

設(shè)計(jì)條件下a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當(dāng)θ=1°時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力F2高達(dá)136 353 N。在極限位置θ=α=0時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力理論上為無(wú)窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機(jī)構(gòu)工作點(diǎn)。在該位置機(jī)構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實(shí)現(xiàn)自鎖。同時(shí)，在設(shè)計(jì)氣缸的安裝尺寸時(shí)，使該位置β=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。

根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動(dòng)壓力機(jī)采用SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸。SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速和啟動(dòng)特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)中SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸的工作壓力為0.6 MPa，型號(hào)為100×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。

2.3 回路

氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。

截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向閥可控制氣體流動(dòng)方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當(dāng)兩位三通電磁換向閥左位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當(dāng)兩位三通電磁換向閥右位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為PLC控制。通過PLC控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制T型圖來(lái)達(dá)到控制電磁閥換向的目的，且可以通過PLC編程改善其功能和安全性；CU端有脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值自增1，當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值PV時(shí)，計(jì)數(shù)器置1。本設(shè)計(jì)選用高速計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值PV=7FFF=32767，不會(huì)溢出。復(fù)位輸入R有效，計(jì)數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當(dāng)前計(jì)時(shí)器值清零。

T型圖如圖8所示。定義I0.0為電源總開關(guān)，M0.0為PLC內(nèi)部中間繼電器，I0.1和I0.2為兩個(gè)啟動(dòng)按鈕，Q0.0為電磁閥，I0.3為自動(dòng)開關(guān)，I0.4為清除計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，I0.6為停止開關(guān)，C0為增計(jì)數(shù)器。

當(dāng)電源總開關(guān)通電后，中間繼電器M0.0通電并自鎖，同時(shí)按住I0.1和I0.2的按鈕使Q0.0得電（同時(shí)按住兩個(gè)按鈕可起到保護(hù)作用），Q0.0得電會(huì)使電磁閥到左位，氣缸伸出，壓頭對(duì)工件進(jìn)行鉚接，同時(shí)計(jì)數(shù)器加1，數(shù)字顯示在面板上（如果需要清除增計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)需要按下I0.4）。松開按鈕I0.1和I0.2后Q0.0失電，Q0.0失電會(huì)使電磁閥到右位，氣缸縮回，壓頭跟著縮回，結(jié)束工作。依次反復(fù)。按下停止開關(guān)I0.6氣缸即停止工作。

2.5 工作臺(tái)

為配合鉚接工作，將工作臺(tái)置于支架底板上，通過螺釘安裝在支架上。工作臺(tái)采用燕尾槽設(shè)計(jì)，可以把夾具用螺栓固定在燕尾槽導(dǎo)軌下。工作臺(tái)如圖9所示。

2.6 導(dǎo)向裝置

導(dǎo)向裝置（如圖10所示）采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副進(jìn)行導(dǎo)向，并設(shè)有調(diào)整螺母，用于調(diào)整導(dǎo)軌副的間隙。

2.7 支架

支架（如圖11所示）的作用是安置氣缸、連桿、導(dǎo)向裝置、PLC面板、工作臺(tái)等重要零件。作為主要承力構(gòu)件，支架承受的是彎曲應(yīng)力，在機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架極容易產(chǎn)生彎曲變形而直接影響機(jī)構(gòu)工作精度，而本設(shè)計(jì)采用的氣缸運(yùn)動(dòng)方式使機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架承受拉伸應(yīng)力，避免了該問題的出現(xiàn)。

2.8 后蓋與上蓋

后蓋（如圖12所示）的作用是方便氣缸的安裝和安裝好后將氣缸固定在支架上。上蓋（如圖13所示）的作用是方便連桿的安裝，上蓋上還留有行程粗調(diào)螺孔。

3 整機(jī)裝配

利用PRO/E軟件將多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的零部件圖組裝在一起，完成整機(jī)裝配三維建模（如圖14所示）。并通過裝配爆炸（如圖15所示）來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，能否滿足裝配要求，能否順利裝配在一起。

4 結(jié)論

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)在機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)巧妙，具有精度高、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、制造成本低等特點(diǎn)，同時(shí)還增加了計(jì)算產(chǎn)量的功能，并設(shè)置了安全旋鈕，提高了安全性，完全可以替代現(xiàn)有的壓力機(jī)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

摘要：設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)，該機(jī)通過PLC控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，說(shuō)明主要零部件的設(shè)計(jì)，并利用PRO/E軟件完成整機(jī)裝配與檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：壓力機(jī)；氣動(dòng)；PRO/E；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH138.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）01-0026-04

目前我國(guó)的鉚接設(shè)備大多采用簡(jiǎn)易氣體驅(qū)動(dòng)方式，其中最典型的是氣動(dòng)壓力機(jī)?，F(xiàn)有氣動(dòng)壓力機(jī)精度低、輸出力有限、功能單一且安全度不高，工人在操作時(shí)工作強(qiáng)度較大、易疲勞、有一定的危險(xiǎn)。為此，對(duì)簡(jiǎn)易氣動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)。在功能方面進(jìn)行強(qiáng)化，以實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上加入PLC控制面板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)壓力機(jī)的實(shí)時(shí)控制，并在PLC內(nèi)加入計(jì)數(shù)器，便于工人計(jì)算產(chǎn)量。

1 多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)主要由支架、驅(qū)動(dòng)氣缸、連桿1、連桿2和標(biāo)準(zhǔn)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當(dāng)氣缸桿伸出時(shí)，氣缸接頭推動(dòng)連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動(dòng)連桿1。連桿1與連接螺栓之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動(dòng)連接螺栓作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接。

圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。

2 主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1 連桿

連桿是多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的主要零件，它是組成機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。

2.2 氣缸

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

計(jì)算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時(shí)的輸出力為F0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動(dòng)手冊(cè)得出。例如，設(shè)計(jì)時(shí)選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊(cè)，在0.6 MPa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力F0為1 510 N。2） 設(shè)機(jī)構(gòu)工作時(shí)構(gòu)件2的壓力為F1，以構(gòu)件1為分析對(duì)象，在氣缸輸出力F0及構(gòu)件2推力F1的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計(jì)算出：F1=a×F0sinβ/b×sin（θ+α）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時(shí)輸出力為F2，以構(gòu)件3為分析對(duì)象，在構(gòu)件2壓力F1及負(fù)載F2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：F2=a×F0sinβcosα/b×sin（θ+α）。

設(shè)計(jì)條件下a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當(dāng)θ=1°時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力F2高達(dá)136 353 N。在極限位置θ=α=0時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力理論上為無(wú)窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機(jī)構(gòu)工作點(diǎn)。在該位置機(jī)構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實(shí)現(xiàn)自鎖。同時(shí)，在設(shè)計(jì)氣缸的安裝尺寸時(shí)，使該位置β=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。

根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動(dòng)壓力機(jī)采用SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸。SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速和啟動(dòng)特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)中SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸的工作壓力為0.6 MPa，型號(hào)為100×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。

2.3 回路

氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。

截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向閥可控制氣體流動(dòng)方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當(dāng)兩位三通電磁換向閥左位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當(dāng)兩位三通電磁換向閥右位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為PLC控制。通過PLC控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制T型圖來(lái)達(dá)到控制電磁閥換向的目的，且可以通過PLC編程改善其功能和安全性；CU端有脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值自增1，當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值PV時(shí)，計(jì)數(shù)器置1。本設(shè)計(jì)選用高速計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值PV=7FFF=32767，不會(huì)溢出。復(fù)位輸入R有效，計(jì)數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當(dāng)前計(jì)時(shí)器值清零。

T型圖如圖8所示。定義I0.0為電源總開關(guān)，M0.0為PLC內(nèi)部中間繼電器，I0.1和I0.2為兩個(gè)啟動(dòng)按鈕，Q0.0為電磁閥，I0.3為自動(dòng)開關(guān)，I0.4為清除計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，I0.6為停止開關(guān)，C0為增計(jì)數(shù)器。

當(dāng)電源總開關(guān)通電后，中間繼電器M0.0通電并自鎖，同時(shí)按住I0.1和I0.2的按鈕使Q0.0得電（同時(shí)按住兩個(gè)按鈕可起到保護(hù)作用），Q0.0得電會(huì)使電磁閥到左位，氣缸伸出，壓頭對(duì)工件進(jìn)行鉚接，同時(shí)計(jì)數(shù)器加1，數(shù)字顯示在面板上（如果需要清除增計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)需要按下I0.4）。松開按鈕I0.1和I0.2后Q0.0失電，Q0.0失電會(huì)使電磁閥到右位，氣缸縮回，壓頭跟著縮回，結(jié)束工作。依次反復(fù)。按下停止開關(guān)I0.6氣缸即停止工作。

2.5 工作臺(tái)

為配合鉚接工作，將工作臺(tái)置于支架底板上，通過螺釘安裝在支架上。工作臺(tái)采用燕尾槽設(shè)計(jì)，可以把夾具用螺栓固定在燕尾槽導(dǎo)軌下。工作臺(tái)如圖9所示。

2.6 導(dǎo)向裝置

導(dǎo)向裝置（如圖10所示）采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副進(jìn)行導(dǎo)向，并設(shè)有調(diào)整螺母，用于調(diào)整導(dǎo)軌副的間隙。

2.7 支架

支架（如圖11所示）的作用是安置氣缸、連桿、導(dǎo)向裝置、PLC面板、工作臺(tái)等重要零件。作為主要承力構(gòu)件，支架承受的是彎曲應(yīng)力，在機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架極容易產(chǎn)生彎曲變形而直接影響機(jī)構(gòu)工作精度，而本設(shè)計(jì)采用的氣缸運(yùn)動(dòng)方式使機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架承受拉伸應(yīng)力，避免了該問題的出現(xiàn)。

2.8 后蓋與上蓋

后蓋（如圖12所示）的作用是方便氣缸的安裝和安裝好后將氣缸固定在支架上。上蓋（如圖13所示）的作用是方便連桿的安裝，上蓋上還留有行程粗調(diào)螺孔。

3 整機(jī)裝配

利用PRO/E軟件將多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的零部件圖組裝在一起，完成整機(jī)裝配三維建模（如圖14所示）。并通過裝配爆炸（如圖15所示）來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，能否滿足裝配要求，能否順利裝配在一起。

4 結(jié)論

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)在機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)巧妙，具有精度高、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、制造成本低等特點(diǎn)，同時(shí)還增加了計(jì)算產(chǎn)量的功能，并設(shè)置了安全旋鈕，提高了安全性，完全可以替代現(xiàn)有的壓力機(jī)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

摘要：設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)，該機(jī)通過PLC控制內(nèi)部氣缸的伸縮狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭的上、下伸縮，完成沖孔、鉚合、軸承壓入等作業(yè)。介紹多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，說(shuō)明主要零部件的設(shè)計(jì)，并利用PRO/E軟件完成整機(jī)裝配與檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：壓力機(jī)；氣動(dòng)；PRO/E；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH138.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）01-0026-04

目前我國(guó)的鉚接設(shè)備大多采用簡(jiǎn)易氣體驅(qū)動(dòng)方式，其中最典型的是氣動(dòng)壓力機(jī)?，F(xiàn)有氣動(dòng)壓力機(jī)精度低、輸出力有限、功能單一且安全度不高，工人在操作時(shí)工作強(qiáng)度較大、易疲勞、有一定的危險(xiǎn)。為此，對(duì)簡(jiǎn)易氣動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種多功能氣動(dòng)壓力機(jī)。在功能方面進(jìn)行強(qiáng)化，以實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接（可壓入軸承、沖孔、鉚合等）；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上加入PLC控制面板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)壓力機(jī)的實(shí)時(shí)控制，并在PLC內(nèi)加入計(jì)數(shù)器，便于工人計(jì)算產(chǎn)量。

1 多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)主要由支架、驅(qū)動(dòng)氣缸、連桿1、連桿2和標(biāo)準(zhǔn)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副等構(gòu)件組成（如圖1所示）。當(dāng)氣缸桿伸出時(shí)，氣缸接頭推動(dòng)連桿2。由于連桿2、氣缸與支架之間是固定鉸鏈連接，連桿2與連桿1之間、接頭和連桿2之間為鉸鏈連接，因此連桿2可推動(dòng)連桿1。連桿1與連接螺栓之間也為鉸鏈連接，所以連桿1可以推動(dòng)連接螺栓作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓柱面的過盈聯(lián)接。

圖1中的氣缸為縮回狀態(tài)。氣缸伸出狀態(tài)如圖2所示。

2 主要零部件的設(shè)計(jì)

2.1 連桿

連桿是多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的主要零件，它是組成機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。連桿1和連桿2的形狀尺寸如圖3和圖4所示。

2.2 氣缸

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

計(jì)算氣缸的輸出力：1） 設(shè)氣缸工作時(shí)的輸出力為F0，其大小可以根據(jù)氣缸的缸徑查詢相關(guān)氣動(dòng)手冊(cè)得出。例如，設(shè)計(jì)時(shí)選用缸徑為80 mm的氣缸，查閱相關(guān)手冊(cè)，在0.6 MPa壓縮空氣壓力下氣缸的工作輸出力F0為1 510 N。2） 設(shè)機(jī)構(gòu)工作時(shí)構(gòu)件2的壓力為F1，以構(gòu)件1為分析對(duì)象，在氣缸輸出力F0及構(gòu)件2推力F1的作用下構(gòu)件1處于平衡狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理可以計(jì)算出：F1=a×F0sinβ/b×sin（θ+α）。3） 設(shè)構(gòu)件在鉚接位置時(shí)輸出力為F2，以構(gòu)件3為分析對(duì)象，在構(gòu)件2壓力F1及負(fù)載F2的作用下構(gòu)件3處于力學(xué)平衡狀態(tài)，根據(jù)力學(xué)的平衡原理得出：F2=a×F0sinβcosα/b×sin（θ+α）。

設(shè)計(jì)條件下a=110 mm，b=37 mm，c=50 mm，當(dāng)θ=1°時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力F2高達(dá)136 353 N。在極限位置θ=α=0時(shí)，機(jī)構(gòu)的輸出力理論上為無(wú)窮大，所以應(yīng)選擇該位置作為機(jī)構(gòu)工作點(diǎn)。在該位置機(jī)構(gòu)不僅具有非常大的工作輸出力，而且還能實(shí)現(xiàn)自鎖。同時(shí)，在設(shè)計(jì)氣缸的安裝尺寸時(shí)，使該位置β=90°，即氣缸的輸出力方向近乎垂直于構(gòu)件1的力臂，這樣可使氣缸的工作效率最高。

根據(jù)上述結(jié)果，確定多功能氣動(dòng)壓力機(jī)采用SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸。SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修方便、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速和啟動(dòng)特性好，被廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)中SC標(biāo)準(zhǔn)氣缸的工作壓力為0.6 MPa，型號(hào)為100×75。氣缸的三維示意圖如圖6所示。

2.3 回路

氣缸的工作狀態(tài)有伸和縮兩種，這兩種狀態(tài)都需要通過氣動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)回路主要由氣壓源、截流閥、兩位三通電磁換向閥、氣缸等零件組成（如圖7所示）。

截流閥可以調(diào)節(jié)氣體的流速，從而調(diào)節(jié)氣缸的伸縮速度。兩位三通電磁換向閥可控制氣體流動(dòng)方向，即控制氣缸的伸縮狀態(tài)。當(dāng)兩位三通電磁換向閥左位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為伸出；當(dāng)兩位三通電磁換向閥右位得電時(shí)，氣缸的工作狀態(tài)為縮回。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為PLC控制。通過PLC控制電磁換向閥的得失電子，從而控制電磁閥的工作狀態(tài)；通過編制T型圖來(lái)達(dá)到控制電磁閥換向的目的，且可以通過PLC編程改善其功能和安全性；CU端有脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值自增1，當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值PV時(shí)，計(jì)數(shù)器置1。本設(shè)計(jì)選用高速計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值PV=7FFF=32767，不會(huì)溢出。復(fù)位輸入R有效，計(jì)數(shù)器狀態(tài)復(fù)位，當(dāng)前計(jì)時(shí)器值清零。

T型圖如圖8所示。定義I0.0為電源總開關(guān)，M0.0為PLC內(nèi)部中間繼電器，I0.1和I0.2為兩個(gè)啟動(dòng)按鈕，Q0.0為電磁閥，I0.3為自動(dòng)開關(guān)，I0.4為清除計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)的開關(guān)，I0.6為停止開關(guān)，C0為增計(jì)數(shù)器。

當(dāng)電源總開關(guān)通電后，中間繼電器M0.0通電并自鎖，同時(shí)按住I0.1和I0.2的按鈕使Q0.0得電（同時(shí)按住兩個(gè)按鈕可起到保護(hù)作用），Q0.0得電會(huì)使電磁閥到左位，氣缸伸出，壓頭對(duì)工件進(jìn)行鉚接，同時(shí)計(jì)數(shù)器加1，數(shù)字顯示在面板上（如果需要清除增計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)需要按下I0.4）。松開按鈕I0.1和I0.2后Q0.0失電，Q0.0失電會(huì)使電磁閥到右位，氣缸縮回，壓頭跟著縮回，結(jié)束工作。依次反復(fù)。按下停止開關(guān)I0.6氣缸即停止工作。

2.5 工作臺(tái)

為配合鉚接工作，將工作臺(tái)置于支架底板上，通過螺釘安裝在支架上。工作臺(tái)采用燕尾槽設(shè)計(jì)，可以把夾具用螺栓固定在燕尾槽導(dǎo)軌下。工作臺(tái)如圖9所示。

2.6 導(dǎo)向裝置

導(dǎo)向裝置（如圖10所示）采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副進(jìn)行導(dǎo)向，并設(shè)有調(diào)整螺母，用于調(diào)整導(dǎo)軌副的間隙。

2.7 支架

支架（如圖11所示）的作用是安置氣缸、連桿、導(dǎo)向裝置、PLC面板、工作臺(tái)等重要零件。作為主要承力構(gòu)件，支架承受的是彎曲應(yīng)力，在機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架極容易產(chǎn)生彎曲變形而直接影響機(jī)構(gòu)工作精度，而本設(shè)計(jì)采用的氣缸運(yùn)動(dòng)方式使機(jī)構(gòu)工作時(shí)支架承受拉伸應(yīng)力，避免了該問題的出現(xiàn)。

2.8 后蓋與上蓋

后蓋（如圖12所示）的作用是方便氣缸的安裝和安裝好后將氣缸固定在支架上。上蓋（如圖13所示）的作用是方便連桿的安裝，上蓋上還留有行程粗調(diào)螺孔。

3 整機(jī)裝配

利用PRO/E軟件將多功能氣動(dòng)壓力機(jī)的零部件圖組裝在一起，完成整機(jī)裝配三維建模（如圖14所示）。并通過裝配爆炸（如圖15所示）來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，能否滿足裝配要求，能否順利裝配在一起。

4 結(jié)論

多功能氣動(dòng)壓力機(jī)在機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)巧妙，具有精度高、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、制造成本低等特點(diǎn)，同時(shí)還增加了計(jì)算產(chǎn)量的功能，并設(shè)置了安全旋鈕，提高了安全性，完全可以替代現(xiàn)有的壓力機(jī)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。