机械设计说明书—旋转仓自动供弹装置-取弹机构设计

第一章 绪论第一章 绪论1 绪论1.1 研究的背景、目的及意义在现代高技术战争中空袭兵器的种类、作战方式有了很大的改变，所使用的武器的作战效能都有很大的提升，空袭成为贯穿战争始终、达成战略目的的一种重要手段。自海湾战争以来，空袭兵器和战法发展迅速，主要表现在：(1)各种飞机的作战能力越来越强。现在世界各国的飞机种类越来越多，分工越 来越明确，作战性能越来越好，采用大量隐身技术以提高超低空突防能力，采用大量新 电子技术以提高对抗能力，采用大量新武器以提高攻击能力；而且更注重联合作战，采 取不同类型的飞机搭配成机群，各司其职，形成高、中、低空结合，侦查、预警、对地、 对空攻击相结合的作战模式，对地面战场的威胁越来越大。(2)无人机等新型航空器的出现和发展迅速，改变了传统的作战模式。现在的无 人机能攻、能防，飞行距离能够达到几千公里，滞空时间长，且能携带攻击武器，具有 全天侯作战的能力，能够执行侦察、预警和空中精确打击等多种任务，并且是远距离遥 控指挥，降低了对人的要求，在实施战场侦查和对地攻击、争夺战场主动权方面具有固 定翼飞机和直升机不可比拟的优势。(3)攻击武器种类繁多，精确程度越来越高。随着巡航导弹、精确制导炸弹等武 器的广泛使用，空袭的有效性得到大大的提高。现在的巡航导弹、战役战术导弹等不但 精度高，而且打击距离远，能实施远距离、大纵深、高精度的对地攻击；精确制导炸弹、 集束炸弹、反辐射导弹等高、精、尖武器已经代替传统的炸弹，越来越多的运用于空袭 作战中，大大提高了空袭的命中精度和毁伤能力，有的还能够实现超视距攻击，改变了 “短兵相见的近战方式。由此可见，反空袭作战必然成为现代战争的重要组成部分，我国地缘辽阔，反空袭作战也是我国必须面对和研究的重中之重。结合国情军情，我国未来的防空作战主要是以城市防空和要地防空为主，采取地空导弹和高炮相结合的方式，建立远、中、近程防空武器结合，高、中、低空全方位覆盖的防空火力配系。但目前我国的武器装备水平还远达不到低空、超低空主要靠高炮和低空近程防空导弹，中、高空靠地空导弹的模式，现役的地空导弹大多采用主动雷达辐射控制，在强电磁干扰下作用会大幅降低；高炮大多是小口径，有效射程都在60000m以下，有效射高都在3000m以下大多，防空武器的数、质量尚不能满足控制中、高空的要求，特别是在3000一6000m高度这一“投篮空域“缺乏有效的制空武器，手段比较单一，制空能力难以到达实战的要求。综上所述，在未来相当长的一段时间内，我国还是要走靠高炮和地空导弹来控制中空的路，因此发展自动化程度较高的中口径高炮是一个比较适合我国国情和军情，能够有效加强中、低空防空力量的方案。此外，我国国土面积大，需要的防空火力多，防空作战光依靠防空导弹从经济方面来考虑也难以实现。发展高炮显然要比防空导弹经济得多，一发最昂贵的高炮炮弹的价格也不过一枚最低廉的防空导弹而价格的几十分之一甚至几百分之一，即便是达到相同的毁歼概率所需要的费用，高炮也远低于防空导弹，而且随着技术的不断发展，高炮的性能有了质的飞跃，许多高炮武器系统在目标识别、打击精度、毁歼概率等方面部都有很大的提高，逐步接近于防空导弹系统。例如，瑞士GDF系列双35毫米高炮系统，能够自动识别、选择目标，而且所配弹药具有反导功能，能够精确打击，其系统毁歼概率已达50。因此发展中口径高炮也是比较经济实惠的一种方案。综上所述，研究中口径高炮既符合我国国情军情，又能够有效提高在中、低空的防空能力。研究中口径高炮，必然要研究其自动化的问题，提高火炮自动化水平，本课题正是在这样的背景之下，开展了对某中口径高炮的自动供弹机方案的研究和分析，解决其自动供弹问题，这样不仅能提高火炮的自动化水平，减少人为因素对火跑得影响，而且能够使火炮的整体性能有巨大的飞跃。本文主要针对某型中口径高炮来设计其自动供弹机的方案，主要目的是为了满足该炮自动化供弹的需求。通过对该炮自动供弹机方案的设计论证和仿真分析，使该炮的自动供弹机达到火炮总体设计所需的要求，实现自动供弹、快速供弹，以达到既节省时间、空间又提高效率的目标。本文通过对该型高炮自动供弹过程的分析，对其结构和运动方案进行设计，使弹仓能够实现自动化供弹、安全存取弹，摆弹机能够准确的将炮弹送到输弹线。在此基础上，通过弹仓自动供弹和摆弹臂自动摆弹的有效结合，形成该炮的炮弹自动化传输系统，可以提高该炮的自动化程度和射速，节省了时间、空间，更有利于武器装备充分发扬火力，使该炮性能产生巨大的飞跃，对提高部队战斗力和改善我国防空火力配系都具有很现实的意义。1.2 国内外中口径高炮自动供弹机的研究现状进入2l世纪，随着战争手段的不断发展，作战模式的不断变化，高炮武器系统也有着大幅的发展和变化，在未来防空作战中发挥越来越明显的重要作用。现代空袭作战时间短、精确度高、打击距离远，对防空火力的要求更高，要能够在短时间内发挥更强的威力，为更好地发挥武器系统、包括弹药的作战效能，保证战役战术行动的顺利推进，必须使防空火力拥有先进的全自动供弹系统。传统的弹药装填是由半自动化结合人工进行装弹，这样的弹药补给方式首先浪费时间，没有形成流水线式的补给方式，而是分段进行，从而使得每一个步骤的进行都需要时间的保证，尤其是人工装弹时间难以精确控制。其次是所用人员多，需要一定数量的人员，否则很难在短时间内完成任务。再次是精细化程度不高，在炮弹传输和人工装弹过程中容易出现安全问题。为提高高炮的射速和自动化程度，各个国家都在弹药装填方式上加强研究。目前自行高炮的炮弹自动化传输技术正日趋成熟，许多国家都发展出了自己的自行高炮武器系统，都能够实现自动化供弹，与其相关的一些课题的研究进展也比较顺利，从各国的重视程度可以预见，自动化供弹技术在战场上发挥的作用一定会越来越大。目前世界上自动供弹技术比较成熟的高炮有：(1)意大利oT076自行高炮。0T076是由意大利海军7662式舰炮改进而成， 结构紧凑，重量轻，自动化程度高，对空中快速目标的跟踪性能好，其自动供弹机供弹 速度为120发分。供弹机位于主甲板下方，由供弹装置、扬弹装置、弹鼓组成，采用 电机和液压控制。供弹时，炮弹程直立状随弹鼓旋转，螺旋扬弹机位于火炮左侧，负责 接收弹鼓中的炮弹并将其提升到炮塔平台的两个摆弹臂上，由摆弹臂交替将炮弹送入进 弹机，最后由进弹机将炮弹送至输弹器内，完成自动供弹过程。(2)瑞士GDF系列双35毫米高炮。由瑞士厄利空一康特拉夫斯公司研制，是一种 自动化程度较高的高炮，近年来，随着需求的牵引和技术的推动， “百尺竿头，更进 一步，又得到了新的发展。该炮自动供弹机采用前日本陆军研制的11年式轻型机 枪的供弹原理，外能源由电机带动弹簧马达提供，后续供弹采取电液控制，供弹 可靠性高，柔性好，不仅减少了操作的人手，而且提高了射速，能够达到looO发(3)俄罗斯ZSU一234-希尔卡高炮。“希尔卡”的主炮是4门23毫米自动炮，在大 箱型炮塔前部成正方形的四角位置并排配置。该炮的自动供弹机采用导气式自动供弹方 式，由长行程活塞气压控制，配合垂直闭锁机和弹链完成自动供弹，其理论射速为4 (8001000)发分，实际射速为4200发分。(4)俄罗斯AKl76M型76毫米舰炮。该炮是俄罗斯海军装备的舰炮中主要的防空 火炮，侧重于对空攻击，采用全封闭式遥控控制，采用双路供弹系统，左右分系统均由 一个摆弹臂、链式扬弹机和弹鼓构成，每个弹鼓可装弹75发，也可以采用单路供弹完 成扬、供弹操作，从而达到射速可变的效果。炮弹从弹鼓进入扬弹机后，在托弹装置和 推弹装置的带动下向上扬进入炮塔，由左右摆弹臂将炮弹交替摆动至压弹机入口处。该 炮持续供弹能力强，供弹方式多，适应能力好，理论射速为120130发分，采用 单路供弹后也可按60发分、30发分进行射击，在自动供弹机故障时还能采用人工 供弹，速率为30发分。图1.1 俄罗斯AKl76M型76毫米舰炮(5)美国M163式“伏尔康”自行高炮(又称“火神”)。该炮1968年研制成功并装备 部队，主炮为6管20毫米机关炮，供弹机采用了无弹链鼓式弹舱结构，供弹速度和装 弹量都有很大提高，简化了自动机结构，降低了故障，提高了火力密度和命中概率，其 对空射击时的最大射速可达3000发分。目前我国的高炮配套系统中供弹系统仍不能满足全自动装填的要求。在小口径自行高炮自动供弹机的研制方面技术日趋成熟，先后研制了80式双57、88式双37、95式及改进的04式425等小口径的自行高炮，并借鉴国外经验研制出了双35自行高炮；但在中口径自行高炮自动供弹机的研制方面跟国外的相比仍有很大差距，目前主力中口径高炮还只有从俄罗斯引进并经过国产化改装的AKl76型76舰炮，陆基中口径自行高炮的研制还处于空白阶段，国内一些单位目前已经认识到这一问题的重要性，在这方面也开始做相关的研究工作，国内某些武器装备配套的供弹机构也比以前有了很大的提高，而且在实践中得到了检验。1.3 论文主要内容和研究思路本文主要是使用IDEAS软件做出自动供弹机的结构模型，在此基础上进行动力学仿真和分析，预估结构设计及其改进后的动力特性，对其进行动态的优化设计，既可以减少错误，节省时间，又可以避免浪费，最后得到合适的结构。在此之前，还要对所查阅的资料，进行系统的学习，扩大视野，通过筛选，在仿真之前确定目标方案，提高工作效率，保证按照规定的时间完成本次设计任务。第一章主要论述本文的背景、意义以及目的，并对目前国内外对中口径高炮自动供弹机发展的现状进行介绍。第二章主要介绍某中口径高炮自动供弹机的方案设计和工作原理。结合所研究机构的工作原理，进行整体方案的结构建模。并针对自动供弹机总体模型，通过分析其运动规律，提出主要技术指标。 第三章确定自动供弹机传动方式和传动元件的选择与计算。本设计采取机电传动，分别计算自动化弹仓和自动摆弹装置所需要的滚子链、齿轮、电机等传动元件的主要参 数，选择合适的传动元件。第四章介绍动力学仿真分析的有关理论基础和基本算法，并分自动化弹仓和自动摆弹臂两个部分分别建立虚拟样机模型，进行动力学仿真，对结果进行分析，对结构设计进行改进。第五章介绍摆弹臂位置控制的控制器PID算法和控制系统的动力学求解，并对得出的结果进行分析，对控制方法进行改进。第六章对全文进行总结，概括全文的工作和最后的结论，进一步阐明本文的主要设计思想、特点及下步研究努力的方向。根据上面所列的论文的主要内容，利用现有软硬件条件，本文将按照下面的过程，来逐步完成上面的设计思路：(1)做出弹仓的结构设计，满足一定的装弹量和炮塔内的空间要求。要符合紧凑 可靠原则，能够将炮弹按照固定的路线和规定的时间安全可靠的送至摆弹装置上。(2)研究自动化弹仓的传动方案，保证炮弹按照规定的轨迹运动。对弹仓的动力装置采用电能驱动，利用滚子链带动夹弹盘转动，从而实现炮弹的运动。(3)做出自动摆弹装置的结构设计方案，保证摆弹装置能够迅速、准确的将炮弹输送到位。(4)研究摆弹装置的控制方法，按给定的规律进行定点定位运动，对摆弹装置进行准确的运动控制，实现不同射角下弹药的准确定位。(5)对自动供弹机分两个部分分别进行仿真分析。通过分析验证设计的合理性，并提出改进措施。(6)进行总结。认真整理设计工作，对自动供弹机设计方案进行总结，形成一套完整资料。- 5 -第二章 自动供弹机的结构方案2 自动供弹机的结构方案2.1结构设计的基本要求自动供弹机应能够提高火炮系统的射速，缩短反应时间，提高效率，简化操作，提高火炮的战斗力和生存能力。其基本设计要求：(1)结构简单，性能可靠，维修方便，能够迅速、准确、及时的输弹到位。(2)具有较大的携弹量，能够达到较高的供输弹速度。(3)具有优化的弹药供输路径，炮弹由弹仓到入膛的中间环节少。(4)具有较强的抗冲击能力。(5)强调系统的整体性能和结构优化，采用模块化设计技术进行设计。 对本设计来讲，要满足下面的技术指标：(1)理论射速：120发分。(2)携弹量80100发。(3)可以在任意高低、方位角下进行自动化供弹，不会妨碍身管的高低运动和炮 塔的360。回转。(4)可处理所有当前和未来的炮弹，包括制导炮弹。(5)尽量减少重量，减小动力要求，减小体积和尺寸，适合于火炮炮塔与车体的 实际状况。(6)易操作、使用、训练和维修。(7)保证乘员安全。2.2 作自动供弹机工流程规划(1)火炮射击的流程本文所研究的某自行高炮是一个整体的武器系统，其发射装置完成一次射击的流程为：击发一后坐一开闩一抛壳一复进一输弹一关闩击发。(2)供弹的工作流程作为高炮武器系统的一个分系统，自动供弹过程实质是在高炮武器系统总体的约束之下，多个构件在规定的时间和空间内按照射击循环要求完成各种规定的动作。其工作流程为：启动装填一弹仓选弹一向接弹装置托弹盘推入一摆弹装置摆弹一输弹一闭锁在左右弹仓轮流供弹的情况下，供弹过程中的某些动作可以同时进行，所需时间可以部分或全部重叠，需要设计过程中进行周密的计算。(3)设计中需要考虑的其他因素火炮系统的射击循环时间决定了自动供弹机的工作循环时间，炮闩结构、炮尾开口方向等决定了摆弹装置摆弹的位置；战斗室空间的分配决定了自动供输弹机的总体布局，影响自动供弹机占有的空间、运动轨迹和时序等；火炮总体设计分配给供输弹系统的质量和时间决定了自动供弹机的基本设计性能。2.2.1总体方案结合前面的设计要求，本设计包括自动化弹仓和自动摆弹装置两个部分。图21所示的是自动供弹机的总体结构组成：图2.1 总体结构组成从上图可以看出，自动供弹机总体结构包括自动化弹仓和自动摆弹装置两部分，其中自动化弹仓由弹仓、夹弹盘、抓弹装置组成，自动摆弹装置由接弹装置、摆弹装置、炮弹固定装置组成。本文将分别对这两大部分进行重点研究，设计内容包括炮弹排列运动方案设计、炮弹运动导轨设计、弹仓结构设计、摆弹装置的结构设计、摆弹装置的运动方案设计。图2.2 主装配图2.2.2接弹机构机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加口工中心”附属的自动换刀机械手。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按驱动方式分1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。(三)按控制方式分1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2、连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数，目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。故该机械手主参数定为10公斤，高速动作时抓重减半。使用吸盘式手部时可吸附5公斤的重物。2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求，设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。该机械手最大移动速度设计为1.2m/s，最大回转速度设计为1200/s，平均移动速度为lm/s，平均回转速度为900/s。机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在，用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面，因为平均速度与行程有关，故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径，必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。根据统计和比较，该机械手手臂的伸缩行程定为600mm,最大工作半径约为1500mm，手臂安装前后可调200mm。手臂回转行程范围定为2400(应大于180否则需安装多只手臂)，又由于该机械手设计成手臂安装范围可调，从而扩大了它的使用范围。手臂升降行程定为150mm。定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0.5lmm图2.3 机械手2.2.3输送机构因为是精密运动，要求精确度高，所以采用滚珠丝杠及滚动导轨。因为滚动丝杠及滚动导轨摩擦阻力小，传动效率高，经过预紧之后，可以得到很好地定位精度和重复定位精度，是本次设计的最合理选择。驱动方面采用混合式步进电机驱动，运动速度曲线为矩形，最大速度为10mm/s。(1) 右旋磨制丝杠根据要求设计丝杠的最长长度为：L=2200mm 丝杠的最大行程 l=1850mm丝杠的固定方式为丝杠支撑两端固定。 丝杠设计为精度5级，可靠性90%。(2)最大载荷的计算机械手的有效负载的最大质量为，故按最大负载计算丝杠的各项参数。（重力加速度取） 所以得出丝杠轴向载荷N预设丝杠最高转速r/mim机械手移动最高速度mm/s允许的最大转速r/min所以初步计算丝杠的导程mm 所以丝杠的导程取mm螺纹公称直径mm钢球直径mm圈数列数螺杆滚道曲率 表2-1 各类机械预期工作寿命机械类型 备注普通机械普通机床数控机床精密机床测试机械航空机械50001000010000150002000020000150001000250（天）16（h）10（年）0.5（开机率）=20000因为为精密机械手，可按精密机床来选择，故选择寿命 由表得表2-2 载荷系数载荷性质无冲击平稳时一般运行有冲击和振动KF1-1.2 1.2-1.51.5-2表2-3 硬度系数硬度系数大于等于585550KH1.01.111.56表2-4 精度系数精度系数1、2、34、57KA1.00.90.8由上表分析，取 载荷系数；选择动载荷硬度系数;选用转速系数，式中n为丝杆转速；取短行程系数。额定动载荷下限值 式中 为外加在丝杠副上的轴向最大载荷。查询机械手册表格得，可用精度系数查询机械手册相关表格得，可取可靠性系数查询机械手册相关表格得，可取载荷性质系数查询机械手册相关得，可取预加载荷系数所以，最后的出动载荷下线值（3）丝杠静载荷的计算由机械手册得，其中式中 根据计算结果选择滚珠丝杠副的型号：决定选用的是用外循环导珠管埋入式SFU01004-2.5 型号滚珠丝杠副3。180mm的重量0.18kg。为其中，。满足承载能力要求。计算预紧力： - 29 -第三章 自动供弹机的驱动方案图2.4 丝杠机构3 自动供弹机的驱动方案3.1 伺服电机电机的选型图3.1 电机类型选择表伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中，用作执行元件，把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。 步进电机和伺服电机的区别在于:1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同;一个是开环控制，一个是闭环控制。3、低频特性不同;步进电机在低速时易出现低频振动现象，当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点便于系统调整。4、矩频特性不同;步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，交流伺服电机为恒力矩输出。5、过载能力不同;步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。6、运行性能不同;步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。7、速度响应性能不同;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。分类结果的电机：初选转速W=30/sn=1/6转/秒=10转/分由于齿轮i=3减速器i=30所以n=10330=900转/分选择Y90L-6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。180ST-M24020电动机技术数据所示： 图3.2 伺服电机二维图3.2三相异步电机自动化弹仓传动方案由于产宋代整体自重较小而且负载也都是重量较小的纽扣电池，而且在设计过程中电机和传送带的速度传动比为1:1，考虑到整体机构的稳定性所以在选择电机方面只需选择低速的直流电电机即可。经过查询资料，采用混合式步进电机。因为Z轴运动模块的运动速度曲线为矩形，最大速度为20mm/s，所以按最大运动速度计算。所以丝杠的工作功率：3.2.1电机所需基本参数驱动最大负载质量m=6kg 丝杆最大平移速度v=0.1m/s 加速度a=0.2m/ s2 =0.15 ，g=9.8N/kg外负载力计算：Fw=mgu=9N惯性负载力 ：Fj=ma=1.2N折算到电动机轴上的负载力矩为：Tm=(1/i)(l0/2)(Fw+Fj)=0.5Nm i=1. 折算到电动机轴上的转动惯量： Jm，=(1/i2)(l0/2)2m=0.00243kgm23.2.2运动所需功率 3.3.3计算丝杠转矩Nmm 上网查询有关混合式步进电机的相关资料，经过分析，只要功率大于1.8w，输出转矩大于0.006N*m即可。确定，选择型号其基本参数如下表:这里选择的是冠顺电机，型号为5IK90A-CF图3.3 三相异步电机示意图第五章 总结与展望4 整体机构稳定性校核4.1 基本原则4.1.3丝杠静载荷的计算由机械手册得，其中式中 根据计算结果选择滚珠丝杠副的型号：决定选用的是用外循环导珠管埋入式SFU01004-2.5 型号滚珠丝杠副3。180mm的重量0.18kg。为其中，。满足承载能力要求。计算预紧力： （2-5）4.1.4 丝杠副dn值的校验查询机械手册得 故结果符合要求，所设计的滚珠丝杠副工作系统稳定。4.1.5 丝杠临界转速进行校核丝杠在高速转动的时候，可能会引起机械共振，所以需要进行丝杠临界转速的校核4。 r/min Lc是计算它的许用转速nc所需要用到的安装距离，下表是Lc计算依据的选择依据。表4-1 Lc的选择符号意义及用处b1丝杠螺纹左端到左轴承的距离b1b2丝杠螺纹右端到右端轴承的距离b2Le余程LeLa安全行程La=(1-2)PhLxLx机械最大行程Ln螺母长度LnL1丝杠螺纹长度L1=2Le+2La+Lx+LnLu有效行程Lu=L1-LeLz左右端轴承之间的距离lz+b1+b2L2L2=b1+Le+La+Ln/2L3L3=L2+LxL4L4=Lz-L2L5L5=b+Le+La+Lx+Ln/2因为设计为两端固定，故选Lc=L5式中，通过查询机械手册得，计算得mm故转速已经满足要求4.1.6螺杆强度校核螺杆材料为45号钢，经过调质处理，且查表得其许用应力MPa当前设计的螺杆的当量应力 （2-8） 故所设计的丝杠强度符合设计要求。4.1.7刚度的校核因为存在工作负载F，也存在转矩T，所以丝杆的导程会产生变形量。 上式中，A为丝杠的截面面积，。 丝杠的极惯性矩为，。 G为丝杠的弹性模量，T为丝杠的转矩。所以丝杠在工作行程长度上所会引起的导程误差为um 本次设计的丝杠的传动精度为2mm。丝杠所允许的导程误差要求小于传动精度的1/2，即um 由上面计算可以得出故设计符合的丝杠刚度符合要求，可以安装使用。4.1.8丝杠的效率校核 效率要求在90%-95% 之间，经计算得出的结果符合要求。对于丝杠运动副，为了保持精度和延长使用寿命，应该定期对其进行润滑等保养。4.2滚动轴承的选择与校核本次设计的为精密丝杠传动的精密机械手，要求传动精度高，摩擦力小，故选择滚动轴承。因为机械手既有有轴向载荷又有径向载荷，所以在设计时一般选用角接触球轴承11。不过还有另一种选择，那就是选用圆锥滚子轴承，这种轴承也符合要求。本次设计，从二中选一，我选用的是角接触球轴承。参考机械设计教科书，表13-1，初选轴承为a=25o的角接触球轴承11。滚动轴承与丝杠的配合，配合采用基孔制配合，配合公差选用。4.2.1径向外载荷的计算Fr N 上式中，取负载移动阻力系数 负载移动阻力；动摩擦系数u取0.05为有效负载质量，为丝杠运动副的总体质量。 mm/s2 所以径向外载荷N4.2.2计算轴向外载荷FaN （2-18）4.2.3轴承支反力的计算N4.2.4计算角接触轴承的派生轴向力 查机械设计课本，并计算得：N4.2.5轴承所受轴向载荷因 则NN4.2.6计算轴承所受当量载荷Pr表4-2 轴承70000AC的计算参数因轴承工作时有冲击，经过查机械设计手册表载荷系数为，因 （2-19）所以中轴承所受到的当量载荷N （2-20）4.2.7基本额定动载荷CN （2-22） 轴承预期计算寿命，h 寿命指数，当h时，fh=2.0Ft： 温度系数，ft =1.04.2.8选定轴承根据基本额定载荷C，查找机械手册表5-5-22，采用了GB/T70-2000型号的角接触轴承，其参数如下表：表4-3 GB/T70-2000轴承的基本参数d DB aCr10mm26mm8mm 8.2mm4.75KNda DarasCor12.4mm23.6mm0.32.12KN4.2.9轴承寿命Ln的校核h （2-23） LhL,h=20000h 且CCr 因此，轴承70000AC的选择符合设计要求，合格。4.3联轴器的选择与校核联轴器有刚性联轴器与挠性联轴器两种。设计精密机械手，优先考虑精度，故一定要选择弹性联轴器。经过查询机械设计手册，可用的有弹性元件的挠性联轴器有很多种，本次选择用的是梅花联轴器。其实物图如下图：图4.1 梅花联轴器因为是精密机械手结构设计，所以要选择精密零件。经查询资料，发现MISUMI公司生产的精密联轴器符合设计要求，故采用其联轴器，型号为GB/T5272-1985。其参数如图中的表所示：图4.2 梅花联轴器参数图5 总结与展望5.1工作展望由于时间有限，加之本人理论知识特别是专业理论知识和软件操作基础比较薄弱，考虑问题不够全面，在本设计中只对自动供弹机的设计方案进行了初步的研究和分析，还有许多问题研究的不够全面系统：(1)对总体结构方案进行改进：对自动化弹仓的选弹进行更深一步的研究，使其 具有自动选弹功能，减少人工选弹的繁琐程序，提高自动化水平；对接弹装置的取弹、 送弹过程进一步细化，结合摆弹装置摆弹进行研究，增强稳定性；摆弹到位后的输弹过 程进一步延伸，对炮弹的解脱和摆弹装置复位进行分析研究；(2)建立完整的左右双路自动供弹机模型，对其在不同工作状态、不同工作条件 下的结构性能、传动稳定性和可靠性进行全系统、综合性的仿真和分析，结合分析结果 对自动供弹机的结构设计、构件的尺寸位置、传动机构的选择与设计进行优化，寻求最 佳方案；(3)利用ADAMSF1ex柔性体模块对自动供弹机各个部件进行柔性化处理，使得到 的仿真结果更加符合实际情况，更有针对性；(4)对自动供弹机的完整控制系统设计方案进行研究，选择合适的控制方案，使 其能够对系统实现自动化控制，增强迅速性和有效性，减少人工操作带来的错误。以上的研究能够使自动供弹机系统的设计更加合理、有效，自动化程度更高，更能适应现代战争环境对中口径高炮的作战需求。参考文献参考文献1 任嘉卉主编.公差配合手册.北京：机械工业出版社，1994年2 杜文丰编著.autoCAD2004中文版机械制图.北京：北京大学出版社，2003年3 徐灏. 机械设计师手册 第三卷 北京：机械工业出版社 1991年4陈经斗等主编.画法几何及机械制图.天津：天津大学出版社，1998年5机械设计/邱宣怀等编著。北京：高等教育出版社， 2003年6 廖念钊. 互换性与测量技术基础 北京：中国计量出版社 2005年7 吴宗泽.机械设计师手册.北京：机械工业出版社，2002年8 郑文纬，吴克坚. 机械原理,北京：高等教育出版社 2003年9江耕华主编.机械传动设计手册.北京：煤炭工业出版社，1992年10邹慧君主编.机械运动方案设计手册.上海：上海交通大学出版社，1994年11李学志主编.机械CAD技术基础.北京：清华大学出版社，2004年12赵志刚等.材料力学.天津：天津大学出版社，2001，58页91页13 邱宣怀等.机械设计.北京：高等教育出版社，2003年致谢致谢毕业论文即将完成，我在天津商业大学的大学生活也将告一段落了。从一个懵懵懂懂的少年到如今已经成功的独立完成很多项目的大学生，我对自己的成长感到骄傲。也借此机会，我要对四年来帮助过我的人表示深深的感谢。大学四年是我这一生中最重要的一段时光，在这四年里我的专业知识水平得到了很大的提高，人生观、世界观和价值观都得到了更高的进步，这些都将会成为我人生中的最宝贵的财富。在此，再次对大学四年中所有在学习与生活上给予我帮助的老师、同学和朋友表示最诚挚的感谢。毕业设计是大学学习中一个不可或缺的重要组成部分，是对大学四年学习的总结和提高。通过毕业设计我们把之前学习过的基础学科及专业知识串联起来，对专业有了系统的认识。在毕业设计过程中，我熟悉并掌握了检测贴胶包装一体机总体结构设计过程，对机械类工程软件（PRO/E、AutoCAD）的运用得到进一步加强。同时。在整个毕业设计过程中，也遇到了很多的问题，有些问题是自己加以摸索得到解决，有些是通过查阅有关数据与资料得到答案，而我自己无法解决的问题则是请教老师得到了问题的解决途径。通过本次设计，我还学到了很多新的知识，锻炼了我很多的新的能力。我学会了使用学术文献库寻找自己需要的资料，学会了运用软件使设计工作流程化，也让我对office软件的掌握更上一个层次。我想，我先这些对我以后的学习与工作都将有很大的帮助。本论文的研究与撰写，是在乔志霞老师的悉心指导和帮助下完成的。毕业设计过程中的每一个工作无不倾注了老师大量的心血，设计过程中的很多难题都是在老师的耐心指导与讲解下一一解决的。乔老师渊博的专业知识、严谨的治学态度以及对学生的认真负责的态度都使我受益匪浅，在此，谨向乔志霞老师的辛勤培养和关心表示衷心的感谢。同时在本次设计过程中存在的欠缺之处，我将在以后的学习过程中加以改进，以取得更好的成果。富上峰2017年6月5日附件一 旋转仓自动供弹装置-取弹机构设计 设计图纸附件一 旋转仓自动供弹装置-取弹机构设计 设计图纸图纸目录1. 旋转仓自动供弹装置-取弹机构设计 -12. 弹药运输机械手 -23. 装弹架 -34. 尾座 -45. 直线轨道 -56. 轨道滑块 -6图纸统计表毕设选题旋转仓自动供弹装置-取弹机构设计作者富上峰共完成图纸6张导师乔志霞其中总装图1张专业机械设计制造及其自动化其中零件图5张备注另附有大尺寸图纸