超声清洗机吊运机械手的设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 超声清洗机吊运机械手设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计 超声清洗机吊运机械手设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 超声清洗机吊运机械手设计 2、专题 二、课题来源及选题依据般工业超声波清洗机清洗包括车辆、轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业超声波清洗机清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密超声波清洗机清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的。根据超声波清洗机清洗方法的不同，也可以分为物理超声波清洗机清洗和化学超声波清洗机清洗。利用力学、声学、光学、电学、热学的原理，依靠外来能量的作用，如机械摩擦、超声波、负压、高 压冲击、紫外线、蒸汽等去除物体表面污垢的方法叫物理清洗；依靠化学反应的作用，利用化学药品或其它溶剂清除物体表面污垢的方法叫化学清洗，如用各种无机或有机酸去除物体表面的锈迹、水垢，用氧化剂去除物体表面的色斑，用杀菌剂、消毒剂杀灭微生物并去除霉斑等。物理清洗和化学清洗都存在着各自的优缺点，又具有很好的互补性。在实际应用过程中，通常都是把两者结合起来使用，以获得更好的超声波清洗机清洗效II果。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。 工作 时定位准确，启停无冲击。 工作 时噪音小， 发热较小，工作可靠 四、接受任务学生：机械 91 班 姓名 宋 波 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日III摘 要这片论文主要是围绕超声波清洗机的原理和结构分析、吊运机械手部分的设计及电气部分的设计。通过这篇论文可以很清楚的了解到超声波清洗机的设计过程以及达到的清洗效果。第1章“绪论”中主要介绍了本设计的一些内容，包括课题的来源，意义。第二章“超声波清洗”则是详细阐述了超声波清洗的原理、影响因素、特点及其在国内的发展 。第三章“超声波清洗机的结构设计”中是介绍了清洗机的总体结构，传动设计、前后脚架、脚轮等一些零部件的设计选择。第四章超声波清洗机结构校核主要介绍了机架强度校核。关键词：超声波清洗；结构设计；强度校核；电气元件IVAbstractThis paper mainly principle and structure analysis, the ultrasonic cleaning machine lifting design and part of the electrical part of manipulator. Through this paper can design process is very clear understanding to the ultrasonic cleaning machine and cleaning effect achieved. The first chapter is Introduction mainly introduces some contents of this design, including the source of the subject, significance. The second chapter cleaning is the principle, influence factors, the characteristics of ultrasonic cleaning and its development in china. The third chapter structure design ultrasonic cleaning machine is introduced the overall structure of cleaning machine, choose the design of transmission design, before and after the tripod, casters and some other parts of the. The fourth chapter of ultrasonic cleaning machine structure checking mainly introduces the frame strength checkKey word: ultrasonic-cleaning；designing configuration；intension checking ；Electrical element V目 录 摘 要 .IIIAbstract.IV目 录 .V1 绪论 .11.1 课题的来源及其意义 .12 超声波清洗 .32.1 超声波清洗 .33 超声波清洗机的结构设计 .103.1 清洗机总体结构的设想 .103.2 传动部分的设计 .113.3 气压系统设计 .133.4 槽体部分设计 .133.5 其它一些部件的实体建模 .153.6 气动系统工作原理 .163.7 此设计的几大优点 .174 超声波清洗机的结构校核计算 .184.1 清洗机主体结构概述 .184.2 机架强度校核 .184.3 气动部分的计算 .204.4 后法兰气缸连接螺栓校核 .224.5 气缸其他部件 .234.6 生产本设备过程中需注意的问题 .254.7 导轨运动系统的故障原因与对策 .255 超声波清洗机的槽体介绍 .265.1 联轴器选用 .265.2 电动机选用 .265.3 水泵的选用 .275.4 过滤器的选用 .276 总结 .29致谢 .30参考文献 .31超声清洗机吊运机械手设计11 绪论1.1 课题的来源及其意义1.1.1 课题的来源本课题由生产厂家提出，能达到实际加工要求。超声清洗机吊运装置是用于物料输送的专用设备，设备的传动将由机械系统完成，电气控制由 PLC 完成。本课题既能达到锻炼学生设计能力，且为机电综合的设计水平，特别是机械及电控的设计制造。又能熟悉如何从图纸到实际工作完成的整个过程，并经实际的动手完成真正能正常工作的设备。1.1.2 课题的意义工业生产劳动过程中涉及到的超声波清洗机清洗都属于工业清洗的范畴：食品工业、纺织工业、造纸工业、印刷工业、石油加工业、交通运输业、电力工业、金属加工业、机械工业、汽车制造、仪器仪表、电子工业、邮电通讯、家用电器、医疗仪器、光学产品、军事装备、航空航天、原子能工业等都大量应用到超声波清洗机清洗技术。一般工业超声波清洗机清洗包括车辆、轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业超声波清洗机清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密超声波清洗机清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的。根据超声波清洗机清洗方法的不同，也可以分为物理超声波清洗机清洗和化学超声波清洗机清洗。利用力学、声学、光学、电学、热学的原理，依靠外来能量的作用，如机械摩擦、超声波、负压、高压冲击、紫外线、蒸汽等去除物体表面污垢的方法叫物理清洗；依靠化学反应的作用，利用化学药品或其它溶剂清除物体表面污垢的方法叫化学清洗，如用各种无机或有机酸去除物体表面的锈迹、水垢，用氧化剂去除物体表面的色斑，用杀菌剂、消毒剂杀灭微生物并去除霉斑等。物理清洗和化学清洗都存在着各自的优缺点，又具有很好的互补性。在实际应用过程中，通常都是把两者结合起来使用，以获得更好的超声波清洗机清洗效果。根据超声波清洗机清洗媒介的不同，又可以分为湿式清洗和干式清洗。一般将在液体介质中进行的清洗称为湿式超声波清洗机清洗，在气体介质中进行的清洗称为干式超声波清洗机清洗。传统的清洗方式大多为湿式清洗，而人们比较容易理解的干式清洗也就是吸尘器。但近年来，干式清洗发展迅速如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗等，在高、精、尖工业技术领域得到快速发展。近年来，新技术也不断地被应用于清洗技术之中，如随着生物技术的发展，越来越多的酶和微生物在超声波清洗机清洗技术中被使用，这利用的是生物化学反应，在空气净化和水处理过程中，活性炭的使用也越来越普及，这利用的是吸附作用。另外，还有电解清洗等。因此将清洗简单地分为几类。已经不能完全涵盖当前清超声波清洗机洗技术飞速发展的现实状况工业超声波清洗机清洗与各种工业活动密切相关，有的是产品生产工艺的一个组成部分。清洗不提供最终的产品，而是许多工业生产过程中的一个局部工序、工艺或辅助活动。在一无锡太湖学院学士学位论文2些传统工业中，清洗已经被 人们看作是一个简单的过程或常识，往往不被人们重视，但清洗的好坏却决定最终产品的性能和质量。特别是在当今的高科技产业中，超声波清洗机清洗技术的作用尤为突出。新型的超声波清洗机清洗技术和设备逐步得到开发和应用，如真空清洗，等离子清洗、紫外臭氢清洗，激光清洗。干冰清洗等崭露头角，展示了良好的效果和应用前景。超声清洗机吊运机械手设计32 超声波清洗2.1 超声波清洗2.1.1 超声波简介超声波是频率在人耳听觉范围上限（16KHz-20KHz）以上的声波，超声波因其频率高，方向性强，穿透本领大，尤其是在液体中能产生空化现象等特点，已被广泛应用到许多领域。超声波应用技术很多，主要分为检测超声，医学超声，功率超声及高频超声等，超声波清洗技术是功率超声应用最广泛的一种。超声波清洗技术有时被称为“无刷清洗” ，把工件放入超声清洗机中，无需任何刷，搓，滚动等清洗动作，污物“自动”从工件表面脱落，一会儿就干净如新，看起来非常神奇。2.1.2 超声波清洗的原理超声波清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡（空化核）在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到清洗件表面净化的目的。 超声波的两个主要参数： 频率 20KHz 33KHz 功率密度=发射功率 (W)/发射面积(CM2) 2.1.3 影响超声波清洗效果的因素及选择超声清洗的主要机理是超声空化作用超声空化的强弱与声学参数、清洗液的物理化学性质及环境条件有关，所以要得到良好的清洗效果 必须选择适当的声学参数和清洗液。（1）声强或声压的选择在清洗液中只有交变声压幅值超过液体的静压力时才会出现负压。而负压要超过液体的强度才能产生空化。使液体产生空化的最低声强或声压幅值称为空化阈。各种液体具有不同的空化阈值，在超声清洗槽中的声强要高于空化阈值才能产生超声空化。对于一般液体，空化阈值约为每平方厘米13瓦(声压的千方正比于声强)。声强增加时，空化泡的最大半径与起始半径的比值增大，空化强度增大，即声强愈高，空化愈强烈。有利于清洗作用。但不是声功率越大越好，声强过高，会产生大量无用的气泡，增加散射衰减，形成声屏障，同时声强增大也会增加非线性衰减，这样都会削弱远离声源地方的清洗效果。对于一些难清洗干净的污物，例如金属表面的氧化物，化纤喷丝板孔中污物的清洗，则需要采用较高的声强，此时被清洗面应贴近声源，这时大多不采用槽式清洗器，无锡太湖学院学士学位论文4而用棒状聚焦式换能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面进行清洗。（2）频率的选择超声空化阈值和超声波的频率有密切关系。频率越高，空化阈越高，换句话说，频率越高，在液体中要产生空化所需要的声强或声功率也越大；频率低，空化容易产生，同时在低频情况下，液体受到的压缩和稀疏作用有更长的时间间隔使气泡在崩溃前能生长到较大的尺寸，增高空化强度，有利于清洗作用。目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段；低频超声清洗(20-50KHz)， 高频超声清洗(50200KHz)和兆赫超声清洗 (700KHz一1MHz以上)。低频超声清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合强度高的场合。频率的低端，空化强度高。易腐蚀清洗件表面，不适宜清洗表面光洁度高的部件，而且空化噪声大。40KHz左右的频率，在相同声强下，产生的空化泡数量比频率为20KHz时多，穿透力较强，宜清洗表面形状复杂或有盲孔的工件，空化噪声较小，但空化强度较低，适合清洗污物与被清洗件表面结合力较弱的场合。高频超声清洗适用于计算机、微电子元件的精细清洗，如磁盘、驱动器、读写头、液晶玻璃及平面显示器、微组件和抛光金属件等的清洗。这些清洗对象要求在清洗过程中不能受到空化腐蚀，要能洗掉微米级的污物。兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及簿膜等的清洗。能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤，因为此时不产生空化。其清洗机理主要是声压梯度，粒子速度和声流的作用。特点是清洗方向性强，被清洗件一般置于与声束平行的方向。本台清洗机所用的频率即为25KH在。（3）清洗液的物理化学性质对清洗效果的影响清洗剂的选择要从两个方面来考虑：一方面要从污物的性质来选择化学作用效果好的清洗剂；另一方 面要选择表面张力、蒸汽压及粘度合适的清洗剂，因为这些特性与超声空化强弱有关。液体的表面张力大则不容易产生空化，但是当声强超过空化阈值时，空化 泡崩溃释放的能量也大，有利于清洗。高蒸汽压的液体会降低空化强度，而液体的粘滞度大也不容易产生空化。因此蒸汽压高和粘度大的洁洗剂都不利于超声清洗。此外，清洗液的温度和静压力都对清洗效果有影响，清洗液温度升高时。空化核增加，对空化的产生有利，但是温度过高，气泡中的蒸汽压增大，空化强度会降低，所以温度的选择要同时考虑对空化强度的影响，也要考虑清洗液的化学清洗作用每一种液体都有空化活跃的温度，水较适宜的温度是60C，此时空化最活跃。清洗液的静压力大时，不容易产生空化，所以在密闭加压容器中进行超声清洗或处理时效果较差。 （4）超声波清洗的功率选择 超声波的功率密度是指单位面积的声功率，它直接影响清洗效率。通常在保证发生空化作用的情况下，功率密度越大，空化作用越强，清洗效果越好。水溶液在声波强度为 03wcm2 时就能产生空化。但功率密度也不能过高，否则，会因空化作用太强致使制件表面发生空化腐蚀，甚至引起饱和使清洗无效。一般对油垢严重、几何形状复杂的制件或清洗液浓度较大的情况下，应选较大的功率密度，反之小些。 （5）清洗液的温度的选择温度选择要从两方面考虑，方面清洗液的温度与空化作用有关，温度升高有利于超声清洗机吊运机械手设计5空化，因为化学溶剂的活动能力是随温度增加而增加，且某些污物在一定的温度以上才溶解得比较快。另一方面蒸汽压随清洗液温度增加也相应增加，超过一定的温度反而使空化作用降低。因此，必须将温度控制在最佳点附近。对于不同的溶剂最佳的清洗温度也不同。对于水来讲，当水温达到水沸点时，产生气泡，会对声波有阻抗，使清洗效果下降，清洗液的最佳点在 60左右。本次设计的清洗机规定清洗液的温度即为 60。（6）影响超声清洗效果的其它因素清洗液的流动速度对超声清洗效果也有很大影响。最好是在清洗过程中液体静止不流动，这时泡的生长和闭合运动能够充分完成。如果清洗液的流速过快，则有些空化核会被流动的液体带走有些空化核则在没有达到生长闭合运动整过程时就离开声场，因而使总的空化强度降低。在实际清洗过程中有时为避免污物重新粘附在清洗件上，清洗液需要不断流动更新，此时应注意清洗液的流动速度不能过快，以免降低清洗效果。被清洗件的声学特性和在清洗槽中的排列对清洗效果也有较大的影响。吸声大的清洗件，如橡胶，布料等清洗效果差，而对声反射强的清洗件，如金属件，玻璃制品的清洗效果好。清洗件面积小的一面应朝声源排放，排列要有一定的间距。清洗件不能直接放在清洗槽底部，尤其是较重的清洗件以免影槽底板的振动，也避免清洗件擦伤底板而加速空化腐蚀。清洗件最好是悬挂在槽中，或用金属罗筐盛好悬挂。但须注意要用金属丝做成，并尽可能用细丝做咸空格较大的筐，以减少声的吸收和屏蔽。清洗液中气体的含量对超声波清洗效果也有影响。在清洗液中如果有残存气体(非空化核)会增加声传播损失，此外在空化泡运动过程中扩散到泡中的气体，在空化泡崩溃时会降低冲击波强度而削弱清洗作用。因此有些超声清洗设备具有除气功能，在开机时先进行低于空化阈值的功率水平作振动，以脉冲或间歇方式振动进行除气。然后功率加到正常清洗的功率水平进行超声清洗；有些超声清洗设备附有抽气装置（所谓真空脱气)，其目的同样是减少清洗液中的残存气体。驻波的影响。清洗槽是有限空间，超声波由声源向液面传播时。在液体和气体的交界面会反射回来而形成驻波，驻波的特征是在液体空间的某些地方声压最小，而在另外一些地方声压最大，这样会造成清洗不均匀的现象。要减少驻波的影响，有时清洗槽特意做成 不规则的形状以避免驻波的形成，有时在超声电源方面采取扫频的工方式，使声压最小处不固定在一个地方而是不断地移动以达到较均匀的清洗。超声波清洗形式的影响。超声波清洗形式是针对清洗对象来确定的。 槽内清洗式：它是将被清洗对象浸入盛有清洗液的超声波清洗槽内，由超声波换能器产生的超声振动传至清洗液内进行清洗。适于中小型制件。 局部清洗式：它有两种方式，一种是将制件局部依次浸入清洗液中进行清洗，直至全部洗遍。另一种是根据大型制件的形状和局部清洗的部位要求，将超声波换能器设计成特殊形状的专用超声波清洗机进行清洗，适于外形尺寸及重量方而对清洗槽来说均较大的制件。 分槽清洗式：就是采用几种不同的清洗液分槽依次清洗，亦可与其它清洗方法配合清洗。如，先用加热浸洗，再用超声波清洗。此方法适于清洁度要求高的制件。 无锡太湖学院学士学位论文6超声波清洗的时间 超声波清洗的效果和质量与清洗时间有关，时间太短达不到清洗的质量要求，时间太长不但效率低，同时还会发生空化腐蚀影响制件的表面质量。形状复杂、污物严重的制件，清洗时间宜长些，反之短一些，具体清洗时间的确定须经过实验而定。2.1.4 超声波清洗的特点（1）超声波清洗机理超声波清洗可达到比较理想的清洗效果，这点可从它的清洗机理来解释。超声波的发源是从声频方面开始的。超声波清洗机实质上是一个超声振动的能源，它是由超声波发生器和超声波清洗器两大部份组成。超声波发生器是一个产生超声频电讯号的功率源，它供给清洗器中的换能器工作时所必需的超声频电功率，换能器将这个超声频电功率转换成超声波能量，即将高频电能转换成机械能，产生超声振动。清洗液在超声振动作用下出现稀疏、密集状态，在密集状态时液体受正压力作用，在稀疏状态时液体受拉力作用，即负压力作用。清洗液在超声振动的作用下产生许多微气泡，溶于液体中和附着在固体表面上。在稀疏状态时气泡增长，并吸收液体中更多的气泡，而当密集状态时气泡缩小。在此过程中液体质点运动速度是与逐渐缩小的气泡半径成反比。当液体质点运动在气泡闭合时突然停止，集中在微小容积内的动能就要迅速释放出来，就会从闭合的气泡中心向外传播一个球形冲击波，在这点上的压力就有数千个大气压，即发生空化作用。空化作用的次数与超声波频率相同，如超声波频率为80KHz，则空化作用将以每秒钟2万次的冲击力轰击物体表面。在这个压力作用下，驱动清洗液流入制件，足以使固体表面的污物被剥离，尤如把强有力的刷子将制件上各处脏物冲刷出来，特别是手不可及的盲孔、沟槽处污物也被冲洗干净，这就是空化的侵蚀作用。同时，空化作用使液液相界面互相加速，互相分散和在气泡附近产生高速的微冲流，使沾附在制件表面上的污物更易脱离掉，这分别是空化的乳化作用和搅拌作用。（2）超声换能器在早期，超声换能器的材料主要采用石英。在60年代，为了满足功率大，机械强度高的要求，同时也为了适于做成几十千赫频率范围的换能器，大量采用了金属磁致伸缩材料，而到了如今，则利用PZT压电陶瓷片的夹心式超声换能器。由于其效率较高，价格较低，来源丰富，已大量发展应用，基本上取代了其他换能器而占主导地位。在电功率发生器方面，早期大都采用电子管型的电功率放大器，但是到了目前，已经发展采用一般晶体管型的，场效应管型的，可控硅型的等各种新型电路，从而使这类电发生器的效率更高，重量更轻，使用更方便。但目前的情况是，尽管一台电功率发生器可以做到几千瓦的量级，但是单个超声换能器的容量一般仍只限于几十瓦到上百瓦的范围，对大功率超声清洗设备来说，只能由多个换能器联合工作，有时很不方便，所以更大功率的超声换能器的研究，发展，仍然是目前引起很多人重视的一个问题，对于超声换能器和电功率发生器的这种发展情况来说，在其他一些超声处理应用项目中，例如，超声焊接，超声加工等等，似乎也经历着颇为雷同的过程。超声换能器结构的选择超声清洗机吊运机械手设计7在低超声频段(20100KHz)，目前工业上绝大多数是采用单螺钉夹紧的夹心式压电换能器( 复合换能器) ，结构上的差别主要在于辐射体(与不锈钢板粘接的铝块)的形状，一种是锥体喇叭；另一种直棒形状。如图 2.1 和 2.2 所示。图 2.1 锥体喇叭形 图 2.2 直棒形状较大的声功率，而消耗在换能器上的电功率较少，因而换能器的发热也低。当输入换能器的电功率相同时，由于喇叭辐射面的面积比棒状换能器大，所以辐射面的声强较低，与其粘结的不锈钢板表面空化腐蚀小。清洗槽(或浸入式换能器）的寿命延长。所以在一般情况下采用喇叭状换能器较好，为进一步提高声辐射效率、展宽频带，采用半穿孔结构的宽频带超声清洗换能器，如图 1-2 所示。这种换能器尤其在较高频段（40KHz 以上），其优点更为突出喇叭状换能器的声辐射效率比棒状换能器高，即同样的输入电功率。在清洗槽中得到。因为它可以削弱横向振动所带来的不良影响由于频带较宽，也有利于扫频清洗。图 2.3 半穿孔结构的宽频带超声清洗换能器换能器在清洗槽中的分布及粘结问题一般选用功率强度每平方厘米低于1.5瓦为宜(按粘有换能器的钢板面积计算)。如果清洗槽较深，除槽底粘有换能器外，在槽壁上也应考虑粘结换能器。换能器与清洗槽的粘无锡太湖学院学士学位论文8结质量对超声清洗机整机的质量影响很大不但要粘牢，而且要求胶层均匀、不缺胶和不允许有裂缝，使超声能量最大限度地向清洗液中传输，以提高整机效率和清洗效果。目前有些清洗设备为避免换能器从清洗槽上掉下来。采取螺钉加粘胶的固定方式，这种连接方式虽然换能器不会掉下来，但是存在许多隐患。如果螺钉焊接质量差，例如不垂直于不锈钢板表面，则胶层不均匀，甚至有裂痕或缺胶，能量传输会削弱；另一方面如果焊接不好也会影响不锈钢表面的平整，导致加速空化腐蚀，缩短使用寿命判断粘结质量的方法之一，是在清洗槽装水并开机工作一段时间后，测量换能器的温升。如果在众多的换能器中某个换能器温升特别快，则表明该换能器可能粘结不好因为此时声辐射不好，电能量大部分消耗在换能器上而发热。另一个方法是在小信号条件下逐个测量 换能器的电阻抗大小来判别粘结质量。目前在超声波清洗机的性能方面还存在一些模糊的认识：认为功率越大，换能器数目越多其性能越好，价值越高，甚至以此论价这种认识是不全面的如上述，换能器布得过密，功率密度过大，不但清洗效果不好，而且槽底易空化腐蚀。另一方面，目前超声 波清洗机商品所标的功率大多是电功率而不是声功率，如果所标是指消耗工频功率，则超声波清洗机质量的优劣应该由效率来判断。如果效率低，在同样清洗效果时则耗电大，反而增加了用户的费用。超声清洗机的效率包括两部分一是超声频电源的效率即输入换能器的 高频电功率与消耗工频电功率之百分比；另一部分是电声转换效率，即进入清洗液中的声功率与输入换能器的电功率之百分比目前我国在工业生产中还没有一种简便的方法和设备来测量电声转换效率。各厂家所标的超声波清洗机的功率是含糊不清的，亟需有行业的统一标准相比其他多种的清洗方式，超声波清洗机显示出了巨大的优越性，尤其在专业化、集团化的生产企业中，已逐渐用超声波清洗机取代了传统的浸洗、刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸气清洗等工艺方法，超声波清洗机的高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击疚，所以很容易将带有复杂外形，内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍，甚至几十倍，清洁度也能达到高标准，这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，更突出地显示了用其它处理方法难以达到或不可取代的结果。（3）各种液相清洗方法的比较目前，机械行业常见的液相清洗方法大致可分为：加热进入清洗，加压喷淋清洗，毛刷清洗，超声波清洗。加热进入清洗，加压喷淋清洗的清洗原理是利用液体在之间表面上的强制流动冲走赃物的。而毛刷清洗则是通过毛刷制件表面揭揩擦玻璃赃物，液体带走赃物来实现的。上述三种方法决可讲经各种加工下来的之间清晰的比较干净，但对于制件表面粘附力很强的污垢，微颗粒， ，研磨膏等杂质则很难完全清洗干净，对盲孔、窄沟槽、小孔处的污物清洗是困难的。而超声波清洗对于上述问题有着很好的解决。表2-1各种清洗方法效果比较清洗方法 清洗后剩余污物（%）超声清洗机吊运机械手设计9超声波清洗法 0.5-1人工刷子清洗法 8液体强迫流动法 70按清洗介质分类，可分为水剂清洗和油剂清洗两大类型，按清洗的方式分，可分为：人工强制式：即将产品套入专用销柱，用人手把持，然后使柱销旋转，达到清洗要求，或者将产品放入专用槽中，使槽做上下运动，进行清洗。机械强制式：即将产品套在专用链条上通过强制旋转，达到清洗的目的。流动旋转式：即利用液体喷头水柱冲向轴承一侧，使其旋转，然后再冲向另一侧，进行反向旋转，达到清洗目的。对于以上几种清洗方式，均存在一个共同的缺点：就是在清洗中，清洗零件由于受到强制旋转或受液体推动的离心力的作用，产生相互的“辗压” 作用，致使尘粒“划伤”零件的工作表面，降低产品寿命。由上面的对比可以看出，超声波清洗的质量远远高于其他清洗，所以超声波清洗已成为了清洗行业的必然。归纳其优点如下： 1清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致。 2清洗速度快，提高生产效率。 3不须人手接触清洗液，安全可靠。 4对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。 5节省溶剂、热能、工作场地和人工等。2.1.5 超声波清洗技术在我国的发展及现状利用超声波清洗原理清洗制件，在国外五十年代初就开始了，近些年有了飞跃的发展。现在，登月火箭箱需用超声波清洗机清洗，名牌手表英钠格的麦壳上专门注有“ULTRASONIC”的字样，用以说明该厂的手表零件是经过超声波清洗处理后组装的。可见，国外对超声波清洗给予了高度的重视。 我国在六十年代就掌握了超声波清洗技术，但直到七十年代末才引起各个行业的高度重视。目前，很多厂家都引进了国外的超声波清洗设备和技术，国内已开始起步生产超声波清洗机。 超声波清洗在我国还是一门新兴起的清洗工艺，应用还不普遍，多数还限于小容量的格式清洗，适宜大批量、范围广、效率高的超声波清洗机还不成熟。 从以上可以看出，我国已经意识到了超声波清洗的必要性，也已开始了相关研究。但是，就现况而言，不论是清洗的流程还是清洗机的种类都相对贫乏。我们这次设计就是在原有的轨道式清洗机的基础上进行改进，以期提高生产效率，促进该行业的发展。由于清洗对象品种较多，数量较少，清洗工艺多年来一直停留于手工作业。随着工业向产业化方向发展，手工作坊式的清洗方法从质量到数量上都难于满足生产实际的需要，因此采用能用于批量生产的自动化清洗机的问题就提到了议事日程。我们希望避开无锡太湖学院学士学位论文10广泛采用的节拍式自动清洗机模式，制造一台自动化程度高、灵活性强、适用于清洗的自动化去油清洗设备。该机的使用，使除去油污的清洗工艺从手工操作变为程控、量化的作业，稳定了清洗工艺过程，提高了清洗质量，同时这种技术也为多种程序能同时进行作业的清洗模式适应多品种小批量的科研提供一定的技术前提。超声清洗机吊运机械手设计113 超声波清洗机的结构设计3.1 清洗机总体结构的设想清洗机主体一般由机架、清洗槽、上下料装置、机械手部件、吹风区等组成。清洗机主体机构设计时应考虑以下几点基本原则：（1）尽可能满足工艺要求，便于操作；（2）具有合理的强度，刚度及运动部分的导向精度，实用可靠，不易发生故障。（3）具有良好的经济性，制造简单，维修方便。其中，工艺要求是最主要的影响因素。由于在清洗机上进行的进行工作的要求，清洗机槽所采用的材料应该有良好的防锈性。其次清洗机工序较多，槽体较多，清洗机机体很长。要求机架刚度要强。我们这次设计的清洗机机架采用的是方形型钢制造横梁及立柱，主要支撑及安装导轨和清洗槽。整机的图如下所示：图 3.1 超声波清洗机总装配图无锡太湖学院学士学位论文123.2 传动部分的设计3.2.1 方案选择（1）方案一：平移和升降的传动部分采用机械传动：平移用齿轮齿条传动，升降用链轮链条传动优点：1链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；2需要的张紧力小，作用在轴上的压力小，可减少轴承的摩擦损失 ；3工作可靠，效率高；4结构紧凑，传递功率大，过载能力强；5能在高温，有油污等恶劣环境下工作；6制造和安装精度较低，中心距较大时其传动结构简单；缺点： 瞬时转速和瞬时传动比不是常数，传动的平稳性较差，有一定的冲击和噪声。因此，链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行，且距离较远，功率较大，平均传动比准确的场合。（2）方案二：平移和升降的传动部分均采用气压传动。气压传动的优点以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一） ，其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点因工作压力低（一般为0.31.0MPa） ，又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于1040kN。噪声较大，在高速排气时要加消声器。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。（3）方案三：平移部分采用机械的齿轮齿条传动，升降采用气压传动。相互对比后，气缸更适全本次设计，所以选择方案二即平移部分和升降部分均用气缸来实现。上下升降：通过气缸动作，来达到清洗篮框的上下移动。气缸的行程为 850mm，选超声清洗机吊运机械手设计13用前法兰气缸。左右平移：通过两组气缸组合带动被清洗工件的左右移动来实现更换工件工位的目的，组合为行程为 100mm 的前后支承气缸和行程为 900mm 的后法兰气缸组成。每次气缸运动的距离均为气缸的行程，以便宜控制位置的目的。3.2.2 传动部分一些部件的实体建模（1）前后脚架气缸实体建模图 3.2 脚架汽缸实体建模图（2）脚轮的实体建模图 3.3 脚轮实体建模图（3）机架的实体建模无锡太湖学院学士学位论文14图 3.4 机架实体建模图3.3 气压系统设计3.3.1 气动系统设计影响因素此气动系统在设计时考虑到了以下几点因素：（1）确定气缸种类考虑到该系统的工作对象为轴承且轴承质量不是很大，故竖直运动的气缸工作载荷是所有气缸中受载荷最大的，水平运动的几支气缸所受的载荷只有横向摩擦力，但是轴承的质量不是很大，所以选用 QGB 系列有缓冲普通气缸，并采用拉杆式组装方式。因为这种气缸最为常见，价格较低，性能又好，能够满足使用要求，降低成本。（2）换向方式选择本系统采用的均为电磁阀双向换接，他的特点是换向简单，进气和回气回路简单，安装时统一。但换向时的转接平稳性较差。但是气缸内的缓冲结构提高换向平稳性，所以此种换接方法可以被采用。3.3.2 双级定位气缸的设计在气缸做水平运动时，由于前法兰气缸要实现零件清洗工位的转移，所以只用一支气缸推动会造成定位不准确。在本清洗机中使用两个横向推缸，进行双级推动，第一级仅实现一个工位的距离的移动，第二级实现的是吊钩继续前移，以使吊钩脱掉吊篮轴。这样的二级进阶系统可以实现精确的定位，这是限位开关所达不到的。因为气体有很大的压缩性，如果仅用限位开关，使气缸活塞运动到限位开关就停止，这时气体在气缸内泄漏或气压不稳定都会造成气缸活塞的晃动，以致定位不准确。用了此系统，就很好的解决了这个问题。双级定位气缸的实体造型如下：图 3.5 双机定位汽缸实体造型图3.4 槽体部分设计超声清洗机吊运机械手设计153.4.1 方案确定本课题中的主要运动在于工件篮的旋转，如何这一动力装置是本次设计的一个基本要求。在电机动力源和工件体的连接部分现主要有 2 种方式，一种是通过带连接，另一种则是通过齿轮连接。至于为什么最后选用齿轮连接，是因为厂家要求的工件篮的重量在30Kg 左右，属于重量轻的范围，同时考虑到工件篮在旋转的过程中噪音相对要尽量小以及能够使设备的使用寿命尽量长。综合上面的各种原因和要求在这我们采用齿轮传动装置来实现。3.4.2 清洗机槽体设计清洗机共有五个槽，以工序方向为顺序，第 1.2.3 个槽均为超声波清洗槽，槽内有超声波换能器；第 4 个槽内是脱水装置；第 5 个槽为防锈处理槽。在超声波清洗槽中装有超声波换能器，为了保持清洗液的清洁，槽体下部有过滤装置。过滤装置主要是过滤器，但是在清洗液没有进入过滤器前我们设计了一个油水分离器（见下图） ，其采用的是连通器的原理：当上清洗槽的污水流到 1 槽时，由于污水中的水和油的密度不同，水自动流到了下方，经槽 1 与槽 2 之间的孔流到槽 2，同时高出水面的油经过槽 1 的左侧流出。槽 3 的右侧也开有孔，其作