左煒旸，韓繼光

(江蘇師范大學機電工程學院，江蘇徐州 221116)

鏈條是由若干組件(元件)以鉸鏈的形式串接起來的撓性件，按不同的用途和功能區(qū)分為傳動鏈、輸送鏈、曳引鏈和專用特種鏈4種。鏈條作為國民經濟中不可或缺的重要機械基礎件產品，廣泛應用于各行各業(yè)，日常生活中處處可見鏈條的存在［1］。正因為其有如此廣泛的應用，所以針對鏈條加工制造的研究也越來越引起人們的重視。我國鏈條行業(yè)雖起步較晚，但發(fā)展很快，不過與發(fā)達國家相比，我國的鏈條制造技術仍顯落后，其中鏈條生產設備水平的差距尤為明顯［2］。我國傳統(tǒng)的鏈條裝配方式先后經歷了手工裝配、專用模具裝配、成條裝配的發(fā)展歷程，通常在裝配后再進行預拉跑合。20世紀70年代開始，我國在引進吸收國外先進技術經驗的基礎上，研制了新的生產線，具有液壓鉚頭、跑合預拉、零件漏檢和自動拆節(jié)等功能［3］，不過仍存在可靠性與生產效率不高的缺點。因此對國內一些鏈條生產廠家現(xiàn)有設備進行改進，以提高鏈條裝配機的可靠性和生產效率，就是一個很好的突破口。

1 鏈條裝配機的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，國內一些鏈條生產廠家引進或自主研制了一批技術水平較高的鏈條裝配機，改進了裝配工藝，大大提高了鏈條的裝配效率，并且完善了很多功能。圖1所示為某公司2009年引進的高速板式鏈自動裝配機。該鏈條裝配專機采用凸輪機構傳動，使用繼電器和行程開關配合來控制、調節(jié)、保護電路，用傳統(tǒng)機械控制按鈕和指示燈作為操作顯示終端，使得專機體積龐大笨重，現(xiàn)代化程度并不高。另外，由于采用了凸輪機構驅動，使得整臺設備的柔性較低，一旦凸輪形狀確定，若需要進行工序上的改進，幾乎是不可能完成的任務。

圖1 某公司2009年引進的高速板式鏈自動裝配機

圖2 所示機構為送片機構，也稱為抱鉗。其作用是遞送鏈板到需要裝配的工位，等待壓頭將鏈板壓入銷軸。它像一個夾子一樣，夾住一定數(shù)目的鏈板，在夾頭的下方有一個可以伸縮的小鐵片，使被夾住的鏈板在送到位時保持水平，實際上起到了定位作用，防止由于鏈板傾斜導致壓頭擠壓時鏈板迸出造成危險。抱鉗和壓頭的動作都是靠凸輪驅動的。

2 對于現(xiàn)有結構的一些改進

2.1 送片定位機構設計

圖2 抱鉗

為克服凸輪驅動機構柔性較差的缺點，可以用氣缸代替凸輪機構進行驅動，實現(xiàn)送料、移鏈等動作。通過計算壓出力大小，即可確定所選氣缸的型號［4］。用PLC配合磁力開關、接近開關取代傳統(tǒng)繼電器配合行程開關的組合，其中PLC體積小、質量輕，卻具有強大的功能、很強的適應性、較高的可靠性和較強的抗干擾能力。其系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，易于改造，可以簡化線路，并能提高設備的可靠性和精度［5－6］。

新研制的裝配機如果使用氣缸驅動，還需針對一些機構進行改進設計，限于篇幅，本文僅以抱鉗及定位機構為例(如圖3所示)。

圖3 新設計的送片、定位機構

其工作過程是:首先，排列好的鏈板從2處落料，2處擋板的高度可調，從而可以改變每次出片的數(shù)量，以適應不同規(guī)格鏈條的裝配。然后鏈板推板1由氣缸推桿驅動將鏈板推出與定位推板4接觸，定位推板4由于受到彈簧拉力影響與1配合，緊緊地“抱”住了鏈板，相當于起到了抱鉗的作用，使鏈板水平到達預定位置，方便壓頭壓下。4的前端呈半圓弧形，這樣壓頭壓下時，4還會進一步退讓，3是與彈簧相連的螺栓，在安裝調試時要根據(jù)需要調節(jié)松緊。

2.2 運板設計

舊式裝配機的運板由凸輪機構驅動，一旦設計定型，再想要改變動作的次序或時間，幾乎是不可能的。由于運板的運動軌跡是矩形，根據(jù)這一特點設計了新的運板機構，有大小兩塊運板組成:大運板在下，由氣缸驅動，負責縱向運動(移鏈、復位);小運板在上，由氣缸驅動，負責橫向運動(夾緊、放松)。具體如圖4所示。

圖4 新設計的送片、定位機構

2.3 鏈條裝配壓入力計算

計算鏈條裝拆力的公式［4］如下:

壓入力:

壓出力:

式中:Pfmax為傳遞載荷所需的最大結合壓強，N/mm2;δmax為最大過盈量，mm;df為結合直徑;lf為結合長度;Ca，Ci分別為包容件與被包容件的剛性系數(shù)，查表可得;E為彈性模量，MPa，查表可得;μ為縱向過盈的摩擦系數(shù)，查表可得。

某公司的AL544型板式鏈，其鏈板材料一般為40Mn或40Cr，前者是一種優(yōu)質碳素結構鋼，后者是一種中碳調質鋼，銷軸的材料一般為30CrMnTi，是一種合金結構鋼，通過公式結合查表，即可計算出裝配壓入力［4］。

首先確定最大過盈量δmax為0.02mm;結合長度lf即鏈板厚度為2mm;結合直徑df即銷軸直徑為5.08mm;查表時會用到的泊松比 νa，νi均為0.3，其中下角標a代表包容件，νa即為鏈板材料的泊松比，下角標i代表被包容件，νi即為銷軸材料的泊松比;根據(jù)直徑比可查表得 Ca=1.681，Ci=0.7;鏈板與銷軸材料的彈性模量Ea，Ei查表可知均為200 000～235 000MPa，計算時可取平均值，即220 000MPa。

最大結合壓強:

壓入力:

壓出力:

根據(jù)鏈條的結構形式可知，總的壓入力為4倍的單個壓入力:

2.4 導軌疲勞強度校核

作用在導軌上的交變應力中，最小應力σmin=0，則應力比，此種應力循環(huán)為脈動循環(huán)。在應力比保持一定的條件下，疲勞強度條件應滿足［7］:

式中:nσ為計算安全系數(shù);nf為設計安全系數(shù);σ-1為材料在對稱循環(huán)交變應力下的疲勞極限;σm，σa分別為構件危險點處所承受的平均應力和應力幅;Kσ，εσ和β分別為有效應力集中系數(shù)、尺寸系數(shù)和表面質量系數(shù);?σ代表材料對于應力循環(huán)非對稱性的敏感系數(shù)，可查相關手冊。

導軌的材料為CrWMn，是一種合金工具鋼，硬度高，耐磨性好。由于總的壓出力為4.18kN，可選輸出力為5kN的氣液增壓缸，導軌實際受壓面積近似等于兩片鏈板(底片)面積之和，約為680mm2，則 σa=7.4MPa，σm=3.7MPa，σ-1=0.35σb，其他系數(shù)查手冊代入，得安全系數(shù)如下:

計算結果遠大于nf(一般值為1.5～2.5)，故完全滿足設計需求。

3 結束語

現(xiàn)有的板式鏈自動裝配機，體積相對比較龐大，故障率高。采用成本低、結構簡單的氣缸代替凸輪驅動機構，并且使用PLC進行開關量邏輯控制，不僅大大增強了設備的柔性，滿足多品種產品的生產需要，還提高了設備的可靠性，且便于檢修和維護。鏈條自動裝配機的發(fā)展趨勢應該是操作終端為工業(yè)觸摸屏與PLC結合，使工人操作起來簡單方便;整鏈裝配結束后與后面的設備相連，完成液壓鉚頭、跑合預拉、鏈板漏檢和自動拆節(jié)等步驟，實現(xiàn)“一條龍”的生產。

當然，要想實現(xiàn)以上要求，需要改進的地方還有很多，本文只是從送料、定位方面提出了一點改進意見。鏈條的市場需求越來越大，不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，更重要的是在質量上具有競爭優(yōu)勢，而要提高產品質量，首先還是要從生產設備上下功夫，提高整個行業(yè)的技術水平。

［1］ 楊剛.我國鏈傳動行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.通用機械，2005(9):21－22.

［2］ 李健，黃開亮，楊剛.機械工業(yè)技術發(fā)展史(鏈條)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［3］ 楊剛.我國鏈條行業(yè)的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.農業(yè)機械學報，2007，38(5):187 －189.

［4］ 徐灝.機械設計手冊:第3分冊［M］.2版.北京:機械工業(yè)出版社，2000:153－159.

［5］ 袁向平.簡述PLC的特點及發(fā)展［J］.無線互聯(lián)科技，2011(7):58－59.

［6］ 汪建業(yè)，焦志剛，韓政達.PLC在多工位自動裝配機中的應用［J］.沈陽理工大學學報，2008，27(3):12 －15.

［7］ 單輝祖.材料力學［M］.北京:高等教育出版社，2004:320－333.