JM系列标记机气动滑台设计

　　JM系列激光和气动标记机是一种新型专用标记设备,主要用在钢厂和汽车大件流水生产线上,在钢板和汽车车架等大件上打上各种技术标记.设备由计算机实行自动控制,工作完全自动化,是一种高技术含量的机电一体化产品.标记机整体结构如图1所示.气动滑台是其中的一个重要部件,主要用于实现水平方向的大幅度直线往复运动.本文主要介绍它的结构设计和主要计算.

　　1　原始参数

　　根据用户要求和现场勘测,对气动滑台的主要设计要求是:采用压缩空气作为动力源,气动滑台工作行程为400 mm,往复时间不能超过3 s,复位时,外伸端离机柜最近距离为300 mm,前端悬挂的执行部件重量约50 kg,挠度应控制在0.5mm以内.

　　2　结构设计

　　经过方案论证和经验总结,确定气动滑台主要结构型式如图2所示.其中气缸和两根直线导轨为外购件,其余为加工件.底板由厚度为15mm的钢板加工成型,用它与机柜联接.滑枕焊接加工成型,其主体是用厚度为8mm的钢板焊接的U形梁,其截面形状和尺寸如图3所示.法兰被焊接在滑枕上,用它和前端执行部件相联.

　　图2　气动滑台结构示意图　

　　图3　滑枕截面图

　　3　滑枕刚度校核计算[1]

　　在气动滑台中,滑枕是运动件.它的设计原则是:在满足强度和刚度的情况下,应尽量减少质量,以便能提高运动速度,降低对缓冲的要求.滑枕主要作用载荷是前端执行部件和自身重量,强度极易满足,因此设计计算主要是对刚度进行校核.

　　3.1　力学模型

　　根据受力情况和装配特点,将滑枕简化为图4悬臂梁,其中执行部件重量W1=500 N,至固定端距离为750mm,是悬挂部分重心点至直线导轨前滑块中点距离.滑枕自身重量W2=200 N,其重心至固定端距离为160mm.由于滑枕设计为等截面梁,固定端处所受弯矩最大,故取固定端处为危险截面.

　　3.2　校核计算

　　按图3所示截面计算惯性矩,下面式中各参数意义如图中括号内注明,另有:b=B-a=110-16=94 mm,则

　　用叠加法计算挠度如下,材料弹性模量E=200 GPa,得

　　计算挠度比许用挠度要小,因此满足刚度要求.

　　4　直线导轨的寿命计算

　　直线导轨是外购件,根据厂家产品说明书《直线滚动导轨副》,选用型号为GGB25AA2P2×820-4,并按所提供的计算式,计算导轨载荷和寿命如下.

　　4.1　载荷计算

　　按图5所示计算作用在导轨滑块上的集中载荷,其中W1和W2意义同前.全部载荷按两根导轨平均分配计算.由图5知R1值较大,故取为计算载荷Wc.