如以带入上式可得：

式中分别为质体1和质体2的振幅。

质量料盘+物料+上底座+衔铁+板弹簧折算质量

       =4.6kg+6kg+2.5kg+0.9kg+0.1kg=14.1kg

质量下底座+电磁铁+板弹簧折算质量+橡胶减震座

       =13.4kg+2.1kg+0.1kg=15.6kg

折算质量

主振弹簧刚度：

式中    ——角频率（rad/s）；

         z——调谐系数（z取0.9）；

         M——计算质量（kg）。

得：        k=900753.58（N/m)

把简化为单质量的强迫振动系统，其方程式为：

方程的特解为：    

其中   ，取b=0.05-0.07

式中    x——相对位移（m）；

        F——激振力幅（N）；

       ——共振放大系数；

       ——激振力之后位移的相位角；

        Z——调谐系数；

        B——衰减系数。

激振力为板弹簧最大变形与弹簧刚度之积：

取b=0.07，则：

式中    A——相对振幅（m）；

        z——调谐系数（z取0.9）；

        b——衰减系数；

        K——板弹簧刚度（N/m）。

则电磁铁吸力为：          

所以选择功率为96W 震动重量为12kg的电磁铁。

                             图2-5

2.6振动输送参数的选择

机械指数K的确定

设备的机械指数K主要受机械零件强度和结构刚度限制。输送距离长，输送量大的振动输送机，为提高设备利用系数，使设备不过于庞大复杂并能长期工作。通常动力系数K=4-6,。在选用振动次数n与振幅时，应满足振动强度【K】的要求。【K】一般为5-10，所以按照下式验算振动盘的振动强度：

所以机械系数K取5。

抛掷系数的选择

对于各种振动机械，抛掷系数的选择范围是不相同的。对于大多数长距离大产量的振动输送机，抛掷系数通常为1.4-2.5；对于振动盘，由于长度较短，为了获得较大的输送速度，抛掷系数的选择范围为2.5-3.3。物料在抛掷状态下运动，由于物料与料槽底部接触时间较短，大部分时间处于空中运行状态，所以对槽体磨损较小。振动盘采用中速抛掷状态，在这种状态下，振动输送率较高，能耗少，对机体强度和刚度要求不太高。

第3章 振动盘的结构设计

3.1料盘基本参数的确定

    料斗的结构形式最常用的有螺旋槽的圆柱形料斗和圆锥形料斗两种 ,圆柱形料斗因其结构工艺性好应用比较广泛 ,料斗的基本尺寸如图所示 。

                           图3-1

    (1)料斗直径D。料斗直径就是指料斗圈直径,它的大小取决于件料尺寸和件料的装载量,一般希望D小一些,从而使料斗结构紧凑些,但不宜过小，过小将影响装载量和较长件料的上料,一般取Dmin=(8～12)L料(L料为件料的最大外形尺寸mm;料斗圈的壁厚也尽可能薄一些,一般壁厚多为1～3 mm ,对塑料料斗也尽可能小于8～10mm )。取D=400mm。

（2）螺旋槽结构形式和主要参数。螺旋槽与料壁所构成的料斗圈通常有整体或和镶焊式两种 ,整体式是料斗壁与螺旋槽原为同一坯料加工制出 ,而镶焊式则是将螺旋槽镶入料斗壁上切成的螺旋凹槽中焊牢,也可直接将螺旋槽焊在料斗圈的光滑内壁上。螺旋槽的截面形状 ,根据件料的结构形状和定向方法有所不同 ,,常见的有如图所示的几种

                               图3-2

斜角γ是便于件料输送和定向用的。螺旋槽的螺旋升距t:当料斗直径一定时 , t的变化将影响螺旋槽的螺旋升角λ的变化,故在决定t时应同时考虑λ的变化 , 另外还要注意不要使两个重叠在一起的件料同时在槽上行进,一般取t = 1. 5 h料+δ(h料-件料在螺旋槽中的定向高度 mm,δ-螺旋槽的厚度mm ) 。

螺旋槽的螺旋升角λ:λ的大小影响件料的沿螺旋向上行进的难易程度 ,在一定程度上也影响着送料速度 ,一般取λ在1°～3°范围内。升距t、升角λ及料斗直径 D 三者之间具有如下的几何关系 ,即tgλ = t/πD。当其中两个参数确定后 , 即可算出另外一个参数 ,通常在图纸上只标注D和t,而不标λ。取λ=1。

螺旋槽的宽B:B的大小影响料斗在一定容量条件下的尺寸,自然也影响着料斗的重量 ,一般不宜太宽 ,通常为B= b料+ ( 2～5) mm ,式中b料为件料在螺旋槽上定向送出的宽度或直径。取B=25mm。

螺旋圈数n:n的选取主要应考虑件料由料斗底部爬上螺槽后,在螺旋槽上定向所需的长度,当需要多次定向时,螺旋槽的长度应长一些,另外,还应考虑件料倒入料斗后堆积的件料对料斗底部的影响,螺旋槽的螺旋圈数建议取为1. 5 ～3. 5 圈。螺旋槽的表面应光滑平整,无凹壳凸起及毛刺,以利于件料在其上行进。特别是料槽起始处与料斗底板相接的地方应修整平滑,使之无缝隙,无凹壳凸台,否则件料不易爬上螺旋槽而影响料斗的送料率。取n=3.

    （3）料斗高度H料斗高度H 的大小,主要决定于所选取的螺旋槽升距t,螺旋槽的圈数n以及出料口的高度等。一般宜小于三到四倍螺旋槽升距,即H<(3～4) t。取H=155mm

3.2 振动盘的定向方法

在振动式料斗中，是以剔除法来进行定向的。一般都在螺旋料道的最上一层，根据工件的形状特性和定向要求，安装一些剔除构件，或将某一段料道开出缺口、槽子，或做出斜面等，将不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而让正确定向的工件通过。这样的结果就能满足都干的定向问题。

               图3-3

在振动式料斗中，是以剔除法来进行定向的。一般都在螺旋料道的最上一层，根据工件的形状特性和定向要求，安装一些剔除构件，或将某一段料道开出缺口、槽子，或做出斜面等，将不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而让正确定向的工件通过。

图(a)为凸缘定向分选结构，通过在料斗内壁适当位置设置一段凸缘，容许大头向下的正立物品顺利通过，倒立、侧卧者则被剔除并落回料斗，实现定向分选。图(b)和图(c)适用于王冠瓶盖及有凸缘瓶盖的定向分选。图(b)为限制板结构，限制板与螺旋输送道间的距离只容许一个瓶盖自由通过，重叠的盖受阻并被分隔开，下面的盖从限制板下通过，上面的盖受限制板的阻挡而落回料斗，未能分离开的重叠盖都落回料斗。图(c)是拱桥结构，一般设置在限制板结构之后，适用于盖口向上的送料场合，方位合乎要求的盖通过拱桥结构继续前进，不合要求的盖从剔除孔落回料斗。图(d)和图(e)为缺口结构，适用于小杯、小盖、小盒等的定向分选，通常直接在输送槽或道上开设特定形状的缺口，盖口朝上者可通过，盖口朝下者剔除回料斗。图(f)为凸块结构，适用于高度大于直径的圆柱或圆筒形盖、塞的分选。在螺旋输送道上高度大于物件直径但小于物件高度的位置处设置特殊形状的凸块，物件直立者输送至凸块处即被推倒或剔除回料斗。为使圆柱形物品沿输送道前进时，其中心线与输送道中心线方向一致，将设置凸块结构之后的螺旋输送道逐步减小宽度，这样，不符合定向的又被除，实现二次定向分选

挡条是常用于保证零件单项纵向的机构，剔除静置其他零件之上的零件。它还用于剔除那些直立方向上移动的零件。如果零件楔形挤入挡条下，使用这种机构将会出现阻塞，这种阻塞机构与零件的几何结构有关。据曲线图可以确定最大可接受挡条斜角，它与由阻塞角表示的零件几何结构有关。

通过的零件层与挡条之间的最大间隙近似等于零件的厚度。可以确定其最小间隙，它是输送速度的函数。当值达时，对进给速度的影响可以忽略不计。

2.8板弹簧的设计

振动器板弹簧一般有优质弹簧钢65Mn材料制成的板弹簧片叠装而成。板弹簧经过淬火后，要求硬度HRC=40-42，热处理后板弹簧不允许有扭曲、裂纹、夹渣、锤痕等缺陷；表面脱碳层厚度不得超过板弹簧厚度的1/100；

板弹簧叠片两端用螺栓压紧，其中一端与底盘用螺栓连接，另一端与上底盘连接。当振动时，板弹簧两端有相对平移，所以在计算弹簧刚度时应考虑压不紧系数。有材料力学弯曲变形知识可知，若忽略板弹簧本身质量，视两端为固定梁，两端受一对大小相同，方向相反的力，其挠度为

    式中：

      P——作用力（N）

      I——板弹簧的有效长度（m）

      E——钢的拉伸弹性系数，  

      J——惯性矩（）

      b——板弹簧宽度（m）

      h——板弹簧的厚度（m）

弹簧刚度：

由弹簧叠片，并考虑到压紧系数，则弹簧板束总刚度为：

式中：

      k——弹簧片总刚度（N/m）

     ——压紧系数，与弹簧板厚度和片数有关，一般

板弹簧的有线长度为140mm，宽度20mm，厚度2mm。

主振弹簧刚度：

    为不压紧系数，取=1.25，

取板弹簧片数为12片。

2.9橡胶减震胶垫的设计

在振动设备的设计中，橡胶或橡胶金属零件可用作减震器或者激振器的主弹簧。它与金属弹簧相比有以下的特点：可以塑模成所需的形状和尺寸；可以随意选择三个方向的弹簧刚度；改变橡胶弹簧的内部构造，可以大幅度地改变弹簧刚度；此外由于相较具有较大的内摩擦，在共振或者近共振工作时，其振幅不易出现浪涌现象。

使用实心圆柱橡胶减震座，  

则：           

则压缩方向上的弹簧刚度为：

上式中： ——受力面积（）

         ——自由面积（）

            s——受力面积与自由面积之比，称为形状因素

           ——形状系数

           ——竖直方向的橡胶弹簧系数

            E——橡胶静态弹性系数

减震橡胶的挠曲量一般取15%，其静力挠曲量为：

             （mm）

                             橡胶的邵氏硬度

    当邵氏硬度取时，所需减震器荷重为：

动载的挠曲量为：

2.10振动盘给料量控制器的设计

振动盘的振幅就是调节她得给量，所谓振动盘的调节特性就是指改变点参数引起给料量变化的特性。

振动盘调节给料量的方法有两种，一是改变激振力，二是改变激振频率。

1.改变激振力

随着电压的变化给料量变化很大，这是因为振幅正比于电压的平方，对于要求给料量稳定的系统不可不注意电流电压波动的影响。可控硅调节器也属于这一类型，通过改变可控硅整流器的开放角度就可以调节振幅。由于这个办法简单可行，而且调节范围广，所以得到广泛的应用。

2.改变激振电源频率调节物料量

利用变频电源改变激振频率。由于频率增加使得单个物料的跳跃次数增加，振幅不变时输送量也会增加。在激振力幅值不变时由于调谐指数的变化也会使振幅有所增加。应当注意变频电源为保证激振力不变，需保持电压与频率的比值不变。

振幅调节器的几种类型

1.调压型振幅调节器

如图所示，利用调压器调节电压，经过半波整流供给振动盘。由于调压容器的限制，只用于小型振动盘。这种调节器比较简单，调节范围大，但是不宜实现自动控制。

                                 图3-4

2.可变电阻调节器

如图所示，通过改变电阻值，改变电振机线圈输入电压，从而调节振幅，这种调节器的损耗比较大，一般用于小型振动盘。

3.可变电感调节器

本调解器调节特性平滑，损耗小，但是功率因数低.

4.可变电容调节器

本调节器特性均匀性差，但功率引因数高，只用于微型振动盘。

5.可控硅整流调节器

利用可控硅半波整流调节器控制方案是比较理想的。其优点：

（1）调节范围大，可以从零调到额定值。

（2）能实现闭环自动控制，大大简化自动控制系统，并且可以达到很高的精度。

（3）成本低，体积小。

     所以选用可控硅整流调节器。

第4章 振动盘的使用和维护

4.1振动盘的使用

振动盘虽然运转安全、使用可靠、操作容易、维护简单，但实践证明，一旦出了故障，若不及时停机并予以排除，也会在短时间内损坏。因此，工作人员和维护人员需要掌握振动盘的性能，严格执行操作规程，做到及时维护，才能保证振动盘长期正常运转。

1.开机前注意事项

 （1）检查振动盘周围是否有影响振动的因素，一旦发现，应立即排除。

 （2）检查振动盘身情况是否正常：所有螺母是否紧固（弹簧紧固螺母尤为重要）；焊缝等有无裂纹等等；振动盘是否放置水平。

 （3）检查各种控制装置的完整性、灵敏性和可靠性。

 （4）检查出料口和料盘内情况是否符合要求。

2.开机时注意事项

 （1）启动是否正常，启动时电压调整按钮应调制0档。

 （2）开机后有无不正常噪音和振动异常现象。

 （3）给料状态是否均匀、连续、松散、准确。

3.运转时注意事项

 （1）观察振动是否正常。

 （2）观察给料是否稳定。

 （3）检查螺母有无松动，有无异常噪音。

 （4）检查电磁铁是否唱过允许温升。

4振动盘的使用

（1）接通振动盘的转换开关，信号灯亮，振动盘接入电网，振动盘启动后调节电压控制器，便可以调节给料量到需要值，并开始稳定工作。通常电位器在启动前都是振幅最小甚至在零工位，然后逐渐增加到需要值，也可以直接在需要值工位启动，或者在需要值工位停机。新投产的振动盘，工作一段时间后，应再次检查各个需要紧固的螺母是否紧固。

（2）向电子秤等定量给料时，可在电气线路上设计成以时间继电器控制先进行约80%-95%的大流量粗给料，然后切换为小流量的精给料，直至大道需要值，发出信号指令，自动停机。

（3）采用在料盘设置传感器，在料空或者假空料停机时，及时发出料空信号。

4.2振动盘的常见故障

振动盘作为作为工业自动化中进行自动化排序，然后自动化加工装配的必备品，有着十分广泛的应用。当振动盘发生故障时必然会影响工作效率。

振动盘常见故障不工作的原因可能有：
     1.电源电压不足
    2.线圈烧断
    3.控制器保险丝烧断
    4.线圈与骨架间隙过小或过大
    5.有零件卡在线圈与骨架间
    6.振动盘与控制器间的连线断裂
    7.振动盘抵住硬物，顶盘或底盘碰到其他设备

振动盘常见振动乏力或过慢，零星地或不规则地送料，可能是由于：

1.弹簧断裂
    2.电网波动
    3.机器节奏过快导致零件从振盘滑落。
    4.台面不水平
    5.盘与底座紧固螺丝不紧或位置不对。
    6.线圈气隙应尽可能小
    7.盘内有杂物
    8.控制器需要重新调整以适应电网波动。
    9.底板过薄
    10.零件问题：超差、弯曲、含油等
    11.安装台面有缺陷，缺少硬度。如果悬吊于设备台面，会造成振动过弱，台面厚度应该至少达到1-1/2"，这样才不会吸振，圆柱式撑脚必须配备三角支撑片。
    12.底盘调整不当
    13.物料变更，应当重新修整盘面并重调底盘
    14.零件过多
4.3振动盘的维护

1.在振动盘投入运转的第一周内，所有的紧固装置都必须重新拧紧。若电源装置在工作周期内有变化，则电磁铁与衔铁之间气隙需要重新调整。

在投入运转的第二周内，必须重复检查2-3次，以后则定期进行周期性的重复检查.

2.振动盘在运行时，铁芯与衔铁不得有碰撞，长期碰撞将会使铁芯、衔铁、线圈以及其他机件损坏。发现碰撞现象应及时调节电位器降低电流，直到不碰撞为止。

3.在运行中，如发现噪声突然增大或者有尖叫声，应及时检查铁芯是否发生碰撞，板弹簧是否断裂。更换板弹簧时，所更换的新弹簧必须与原弹簧规格一致。

4.在运行中，不允许以超过运送物料的能力所需要的振动强度进行振动，以免造成机件损坏。

5.振动盘在无负荷状态下，不要长期以最大振幅运行。

第5章 推料装置和料仓的气缸选择

5.1气压传动的优缺点

    气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。由此可知，气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是：

(1)气源装置  是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；   

    (2)控制元件  是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环，它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；

(3)执行元件  是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马在等；

(4)辅助元件  是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。

二、气压传动的优缺点

气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现，它们在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特点。

1、气压传动的优点

(1)工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用之后可将其随时排人大气中，不污染环境；

(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能；

 (3)空气的粘度很小(约为液压油的万分之一)，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送；

 (4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0．02～0．3s就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为1～5m／s，而气体的流速最小也大于10m／s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速；

 (5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变；

 (6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行2000～4000万次；

    (7)工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越；

(8)气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。

2、气压传动的缺点

(1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，外载变化时，对工作速度的影响较大；

(2)由于工作压力低，气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于10—40kN；

(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的；

(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。

(5)由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。

(6)<, span style="line-height: 150%; font-family: 宋体; font-size: 12pt;">因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN。

(7)气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。

气动技术发展趋势  社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是气压气动技术继续努力的永恒目标，也是气压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。
    由于气压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的气压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。

3.2气缸的选择

气缸的选择步骤如下：

    1.选择缸径
    2.预选行程
    3.选择磁性开关
    4.选择安装方式
    5.选择其他附件

本设计中选择的气缸型号为SMC CM2L25 50 和 SMC CM2L25 100 如图所示：

                                        图5-1

 实物图如下：

                                              图5-2

结  论

经过以上的分析和计算，确定了轴套双面自动切端面倒角机——自动上料装置的基本机构。最终根据设计图进行加工以及制造，可以按照一定的速度进行给料。

自动上料装置分成三部分：

1.料仓装置。用来储存物料，主要有料仓、气缸以及支架构成。

2.振动盘。对物料进行定向、选择，以及自动上料，主要由料盘、上底座、衔铁、电磁铁、板弹簧以及下底座构成。

3.推料装置。把物料推送到夹具中，来完成最后的上料过程。主要由气缸、推杆以及底座构成。

致   谢

 首先，我要感谢重庆理工大学对我四年的培养，让我学到了许许多多的知识，感谢各位老师在这四年里对我的关怀与照顾，在此致以我深深的谢意。

本论文从选题到最后定稿成文，本校罗宏老师一直给予了悉心指导，罗老师那种严谨求实的作风，广博深邃的洞察力，孜孜不倦的开拓精神和敬业精神令我深受启迪和教益，谨向我的指导老师罗宏老师致以深深的谢意。

我国古代有句成语叫做“管中窥豹，略见一斑”，本文也正是从实际生产需求出发，代表了这个年代对机械设备的一种需求。但是，由于本人水平有限，在理论的描述、资料的运用等方面难免有不当、不深，不周之处，有些观点也尚欠成熟，敬请各位老师批评指正。 

    最后，我还要向所有曾经帮助过我的同学和朋友们致敬。你们的鼓励和帮助永远是我前进的动力。

参 考 文 献

[1] 成大先.《机械设计手册》1-3卷.2002年 化学工业出版社

[2] 张佩勤.《自动装配与柔性装配技术》.1998年 机械工业出版社

[3] 杰弗里布思罗伊德.《装配自动化与产品设计》（第2版）.2009年

机械工业出版社

[4] 裘愉.《组合机床》.1995年 机械工业出版社

[5] 关慧贞.《机械制造装备设计》.2010年 机械工业出版社

[6] 杨裕根.《现代工程图学》.2008年 北京邮电大学出版社

[7] 电磁振动给料编写组.《电磁振动给料机》.1972年 机械工业出版社

[8] 杨曙东.《液压传动与气压传动》（第三版）.2007年 华中科技大学出版社