毕业设计（论文）-高尔夫球杆喷漆烘干生产线设计（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计（论文） 题 目 高尔夫球杆喷漆烘干输送线的设计 学 院 工业制造学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称 年 月 日 目 录 摘要摘要 . 4 Abstract . 6 第一章、绪论第一章、绪论 . 7 1.1 课题的研究背景和历史意义. 8 1.2 高尔夫球喷漆烘干线的发展现状及应用 . 10 第二章、高尔夫球喷漆烘干线总体结构的设计第二章、高尔夫球喷漆烘干线总体结构的设计 . 12 2.1 高尔夫球喷漆烘干线的工作原理 . 13 2.2 机械传动部分的设计计算 . 14 2.2.1 电机的选择 . 15 2.2.2 减速器的设计计算 . 16 2.2.3 V 带传动设计计算 . 16 2.3.4 轴的设计计算 . 16 2.2.5 轴承选择 . 16 2.2.6 键的选择 . 17 第三章、机架的设计第三章、机架的设计 . 17 3.1 机架设计一般要求 . 18 3.2 支撑结构 . 20 第四章、第四章、PLC 控制系统的设计控制系统的设计 . 19 4.1 PLC 简介 . 19 4.1.1 PLC 的定义 . 20 4.1.2 PLC 的用途 . 23 4.2 PLC 控制系统在烘干线里的实现 . 23 第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核 . 22 5.1 轴承强度的校核 . 23 5.2 方管强度的校核 . 23 5.3 传动轴强度的校核 . 24 第六章、结构设计及三维建模第六章、结构设计及三维建模 . 25 6.1 电机的三维建模 . 25 6.2 立柱的三维建模 . 26 6.3 风机的三维建模 . 27 6.4 方管的三维建模 . 28 6.5 高尔夫球喷漆烘干线的三维建模 . 29 第七章、三维软件设计总结第七章、三维软件设计总结 . 31 结论结论 . 32 致谢致谢 . 33 参考文献参考文献 . 34 摘 要 高尔夫球杆是高尔夫球运动中的基本装备,由球头、杆身、握把组成。按球杆的 不同用途，和球杆被设计成不同的杆头形状和杆身长度，这样高尔夫球杆大致可分 为木杆、铁杆、挖起杆以及推杆，还有一种介于铁杆和木杆之间的球杆，叫混合杆， 又叫铁木杆。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 木杆最早是以红柿木制成的。因为木头遇水会膨胀，早期雨天击球球杆使用后 都会送到 pro shop 保养；后来才演变使用不同的材质制造。铁、不锈钢、炭纤维、 钛金属都有使用到。 目前最流行的球杆材质应是钛金属。除了不须费时保养外，钛金属的反弹效益 较强，可打较远，现今许多球场因无法增加长度距离，因此对职业选手选用木杆的 反弹系数有一定的规格，USGA 规定反弹系数不大于 0.83。除开球用的 1 号木杆外， 球道木杆尚有 3、4、5、7、9。对女生而言 3、4 木较难打，所以才会推出仰角更高 的 7 号或 9 号木出现。铁木杆是介于铁杆和木杆之间的球杆，叫混合杆，又叫铁木 杆。 铁杆分长中短杆，长铁杆通常指的是 3 号 4 号，5、6、7 为中铁杆，短铁杆则 为 8、9、10。近来使用长铁杆的人越来越少，多数改以小鸡腿代替。长铁杆通常不 容易打高，容易产生右曲球。长铁杆因为角度小，碰上大逆风时，就派得上用场。 高尔夫球杆的表面处理有很多种，其中最主要的是涂装处理，涂装的前处理和 后处理，预处理部分主要是脱脂，水洗，表调，磷化，等部位，如果需要的工件表 面层的效果是好的，会有的电泳过程，但制造成本会变得非常高，一般的高尔夫俱 乐部都不太可能使用这个过程。前处理后处理，以提高质量的油漆的效果，因此， 后处理步骤一般是两油漆和涂料干燥工序。 根据技术要求的不同，高尔夫俱乐部俱 乐部后处理步骤也可以使用喷雾喷粉烤漆，电镀取代，但电镀装饰效果不强，他们 仍然需要喷清漆，以提高其审美效果。 关键词：关键词：高尔夫球杆、烘干、喷漆、装饰效果 absraote With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarilytoreasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.Th e inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non- linear, strong- coupling, fleet and absolutely instable.It is representative as an ideal model t o prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum c an effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow- up and track, therefore.This paper studies a control method of double inverted pendulum . First of all, the mathematical model of the double inverted pendulum is establ ished, then make a control design to double inverted pendulum on the mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by using genet ic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. Finally, the simulation of the system is made by .After several test matrix value the results are not satisfactory response, then we optimize matrix by using Genetic Algorithm. Si mulation results show: The system response can meet the design requirements effec tively after Genetic Algorith. Key word: Golf shaft； cylinder； pneumatic loop；.system strucer 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的研究背景和历史意义课题的研究背景和历史意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费 品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械 工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很 大的和直接的影响。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不 能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越 来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。机械工业的规模和技术 水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机 械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产 的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制 和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种 服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学； 研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和 转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的 机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金 属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产 品，以适应当前和将来的需要。 机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度； 编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加 工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和 管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的 制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全 部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。 因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研 究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的 可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的 可靠性和经济性。 研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源 过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务， 而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如： 按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机 械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。 另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不 同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支 系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工 程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的 热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、 燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机 工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力 机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核 动力装置等等。 19 世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土 木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。 进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆 续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在第二次世界大战 结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必 不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大 规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整 体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭， 考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自 20 世 纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领 域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济 性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源 消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分 子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技 手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还 将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复 杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整 个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能 的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应 速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个 限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的 层次上开始新的一轮大发展。目前的涂漆方式是手工刷涂，效率低，操作环境恶劣， 涂覆质量差，急需改进，实现自动或半自动喷涂。 高尔夫球杆喷漆烘干输送线是一种流水线作业的典型设备，通过人工放置待喷 漆的高尔夫球杆在固定的吊具上面，而后随着输送链的移动，高尔夫球杆随着输送 线依次进入喷漆和烘干工序，然后随着输送线运动到装有凸轮解锁机构的位置，喷 漆烘干好后的高尔夫球杆自动落料。 1.2 高尔夫球杆喷漆烘干输送线的发展现状及应用高尔夫球杆喷漆烘干输送线的发展现状及应用 目前，国外已大量应用流水线综合作业技术，自动喷漆烘干生产线成套装备已 成为国内高尔夫球杆喷漆、烘干工艺的主流以及未来各种需表面处理的产品的发展 方向。 当今社会，高尔夫球杆喷漆烘干输送线已经成为对各种材质高尔夫球表面处 理技术系统的重要的组成部分。为了更好的研究高尔夫球杆喷漆烘干输送线的工作 组成原理，发现及改进其不足之处，本课题所研究的是高尔夫球杆喷漆烘干输送线 的设计。此次研究的主要问题在于系统的传动结构布局、喷漆和烘干的问题。高尔 夫球杆喷漆烘干输送线循环运送高尔夫球杆时，其驱动电机的运行工矿有别于一般 的高尔夫球杆喷漆烘干输送线。由于运转上的需要，在结构上有特点，控制上有特 殊要求。高尔夫球杆喷漆烘干输送线的制动装置及其控制技术尤为关键。若制动装 置设计的不合理，很容易发生漏喷，错喷事件，从而对产品的不良率造成影响，给 高尔夫球杆的生产的其他部门带来影响。如何实现喷涂和烘干工艺的合理性，逐渐 向智能化、自动化、人性化方向发展，是目前高尔夫球杆喷漆烘干输送线的发展方 向，也是本课题的研究目的和意义所在。相信随着课题的不断深入，对高尔夫球杆 喷漆烘干输送线将会有更深入的了解，为以后的学习也能打下夯实的基础。 第二章、高尔夫球杆喷漆烘干输送线总体结构的设计第二章、高尔夫球杆喷漆烘干输送线总体结构的设计 2.1 高尔夫球杆喷漆烘干输送线控制系统的控制原理高尔夫球杆喷漆烘干输送线控制系统的控制原理 高尔夫球杆喷漆烘干输送线是一种流水线作业的典型设备， 通过人工放置待喷漆 的高尔夫球杆在固定的吊具上面，而后随着输送链的移动，高尔夫球杆随着输送线 依次进入喷漆和烘干工序，然后随着输送线运动到装有凸轮解锁机构的位置，喷漆 烘干好后的高尔夫球杆自动落料。其结构布局图如下： 2.2 机械传动部分的设计计算机械传动部分的设计计算 2.2.1 电机的选择电机的选择 已知整个高尔夫球杆喷漆烘干输送线设备系统中高尔夫球杆与零件的重量，我 们取总重量为 100Kg，输送线移动速度为 12r/min。即： smmXXDnV NXmgG / 5 . 17401 . 014 . 3 100010100 = = 具体的电机设计计算如下: N= WG 3.7(KW) G电机的负载 传动效率，取 0.75 所以根据 N0.18kw，n1500r/min，查 B1 表 10-4-1 选用 Y112M-4，再查 B1 表 10-4-2 得 Y112M-4 电机的结构。 2.2.2 减速减速器器的设计计算的设计计算 电机转速 3000r/min，链条运动速度 17.5MM/S， 由公式 100060 11 = nd v min/109 5 . 17 10001 . 060 rn= = 总传动比 5 . 27 109 3000= =i 一般链传动的传动比为不大于 30 在这里合适，我们算得减速器的减速比为大致为 1:20-1:50 之间。 本次设计选用减速器我们选用蜗轮蜗杆减速器，厂家为珠江减速器。 2.2.3 V 带带传动设计计算传动设计计算 1）设计功率 d P kwP A K d P0 . 142 . 1= A K 工况系数，查 B1 表 8122 ，取 A K 1.2 P传递的功率 2）选定带型 根据 d p 和 1 n 查 B1 图 812 选取普通 V 带 A 型， 1 n 小带轮转速，为 1440r/min 2.2.3 传动比 = 0 i 1.76 2 n i n1 min/818018 76 . 1 1440 r= 3）小带轮基准直径 1 d d （mm） 由 B1 表 8112 和表 8114 选定 1 d d 100mm min d d 75r/min 4）大带轮基准直径 2 d d （mm） cmdid dd 17610076 . 1 12 = 由 B3 表 87 得 2 d d =180mm 5）带速验算 smvsm nd v d /3025/54 . 7 100060 1440100 100060 max 1 1 = = = 6）初定轴间距 0 a （mm） mmdda dd 280)(2 21 0 =+= 7）所需带的基准长度 0 d L （mm） 0 2 0 4 )( )( 2 2 12 210 a dd ddaL dd ddd += 2804 80 280 2 2802 2 + 886mm 依 B1 表 818 取 d L 900mm，即带型为 A900 8）实际轴间距 a mm LL aa dd 287 2 886900 280 2 0 0 += + 9）小带轮包角 1 oo 3 . 57180 12 1 = a dd dd = oo 3 . 57 287 80 180 = o 164 10)单根 V 带的基本额定功率 1 p 根据带型号、 1 d d 和 1 n 普通 V 带查 B1 表 8127（c） 取 1.32kw 11) 1i 时单根 V 带型额定功率增量 1 P 根据带型号、 1 n 和i查 B1 表 8127（c） 取 0.15kw 12)V 带的根数 Z Z = 49 . 3 87 . 0 96 . 0 )15 . 0 32. 1 ( 8 . 4 )( 11 = + = + La d kkpp P a k 小带轮包角修正系数查 B1 表 8123,取 0.96 L k 带长修正系数查 B1 表 818，取 0.87 13)单根 V 带的预紧力 0 F 2 0 ) 1 5 . 2 (500mv Zv P k F d a += = 2 54 . 7 1 . 0 54 . 7 4 8 . 4 ) 1 96 . 0 5 . 2 (500+ =134（N） mV 带每米长的质量（kg/m）查 B1 表 8124，取 0.1k/gm 14)作用在轴上的力 F )(106182sin41342 2 sin2 1 0 NZFF= = o )(159282sin41343 2 sin3 1 0max NZFF= = o max F 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1.5 倍 2.3.4 轴轴的设计计算的设计计算 轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴上 才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较小， 制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选用材料 45#，传动轴最大外圆直径 30，热处理为对轴进行调质处理。 主传动轴大致图形如下： 2.2.5 轴承轴承选择选择 轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑 到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额 定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷 的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于 球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小， 而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为 调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴 承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用深沟球轴承带防尘罩，型号 为 6206。 2.2.6 键的选择键的选择 键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其中有 类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结， 传动轴上主要的零件主要是通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用 常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点 表 5-3-15 选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的 bh 根据 径来确定。 轴和带轮的联结，d=30mm, 参考资料 2P5-194 表 5-3-18 (GB/T1095-1979) 选用 B1025 普通 A 型平键，键长为 25 。 第三章、机架的设计第三章、机架的设计 机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。其中，刚度是评定大多数机架 工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据 机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强 度，有时还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都 需要从静态和动态两方面来考 虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构 件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。稳定性是保证机架正 常工作的基本条件，必须要注意。 3.1 机架设计的一机架设计的一般般要要求求 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；抗振性好；由于 内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；结构力求便于安装与调整，方便理和 更换零部件； 初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在 它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取 决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求， 多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力 强，所以应用最广。由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥 筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不 会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周 期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸 钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右 端机架采用型钢结构，主要由槽钢，矩形方管，和钢板焊接而成，重量轻，成本底， 材料利用充分。焊接时应注意以下几点： 材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考虑 到材料的可焊性选用 25 钢；合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能力 大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短， 主要焊线要连续；提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高 的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收固定；合理选择截面形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊 缝尺寸。 3.2 支撑机构支撑机构 在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、 桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。按机架分类所用材料分类，圆锥筛 采用的是金属焊接机架。主要是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且 可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。强度、刚度、 稳定性是机架设计的主要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机 架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。设计机架通过了以下几个设计步骤： （1）初定机架的形状和尺寸 机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零 件和部件的 形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决与所受载荷、 运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定 出机架的结构形状和尺寸。由于在小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图 可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由 钢板、型钢、铸钢焊接而成的机架。机架的大致尺寸为长 6500 、宽 1560 ，高 540mm,要考虑具体形状和电机、立柱的安装还有电机的固定位置。 （2）机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到 矩形方管的等边性把矩形方管用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子，两边 矩形方管分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单 轻便。同样矩形方管上面是四块矩形方管焊接的一个长方形用来支撑板，板在矩形 方管上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接 部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。而下面是由两个空心钢来支撑电机下的板，空 心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象。 （3）作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应 力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的 距离 相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和 需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断， 主要焊缝联系。减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理 等。 （4）尽可能采用标准型材，板材，减少加工量。机架主要由空心钢、矩形方管、 钢板等型钢焊接拼而成，它们性能的好坏直接决定着机架整体性联结结构的刚度直 接影响机器的工作性能。为保证机架刚度应注意改善联结部位的受力状况、合理提 高接触表面的平面度公差等级及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右对称布置。 整个机架设计完以后，既要注意满足强度、刚度、稳定性的要求，又要注意外形的 美观和人机工程性，方便操作。造型好，使其既适用经济，又美观大方。 第四章、第四章、PLC 控制系统的设计控制系统的设计 4.1 PLC 简介简介 4.1.1 PLC 的的定定义义 PLC 即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算机 技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee 颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义;PLC 英文全 称 Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是： 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编 程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算 术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生 产过程。PLC 是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体 方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 PLC。 PLC 的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条 件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数 据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC 最基本 最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制， 顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑 机，印刷机，订书机，智能窗帘，磨床，包装等。目前，PLC 在国内外已广泛应 用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环保 及文化娱乐等各个行业，使用广泛。 随着应用领域的日益扩大，PLC 技术及其 产品仍在继续发展，主要朝着以下的方面发展。 1）微型化、网络化、开放性； 2）智能模块化； 3）编程语言的标准化和高级化； 4）网络通信功能标准化。 5.7PLC 的选型及硬件配备 根据上述控制特点，采用小型 PLC 即可满足功能要求。由于西门子 S7-200 系列属于小型 PLC，其许多功能达到大、中型 PLC 的水平，而价格却和小型 PLC 的一 样。特别是 S7-2000PU22*系列 PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择， 所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 PLC 网络。可用梯形图、语句表 和功能图三种语言来编程。 且指令功能强， 易于掌握、 操作方便。 近年来， S7-200PLC 已在工业各领域得到了广泛的应用。S7-200 CPU22*系列 PLC 共有五种 CPU 模块其 各自的技术指标见表 3.2。，由于存在模拟量输入输出，需要增加模拟量输入输出模 块，在西门子 S7-200 系列 PLC 中有专门的模拟量 I/O 扩展模块。 4.1.2 PLC 的用途的用途 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控 制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速 度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和 数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于 开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用 16 路的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家 的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、智能窗帘、机器人、电梯等场 合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统 中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功 能模块。PID 处理一般是运行 16 路的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、 锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 4.2 PLC 控制系统在烘干线里的实现控制系统在烘干线里的实现 此次设计的高尔夫球输送线通过中控系统 （PLC 控制系统控制） 整个机械的动作。 其具体控制过程为：人工将高尔夫球杆装上专用的高尔夫球杆夹具上面，该夹具通 改过气缸驱动三爪卡盘，通过调节气缸的行程，可以针对6010 直径的高尔夫球 杆进行夹紧。气缸旁边装有接近开关，当传感器感应到高尔夫球杆，就会反馈信号 给 PLC，PLC 就通过电磁阀控制气缸动作，从而实现高尔夫球杆的夹紧。同时，PLC 控制系统控制电机转动，一次进入喷漆、烘干工位。喷漆，烘干装置前面入口处都 装有光电传感器，当感应到高尔夫球杆的到来，喷漆、烘干装置开始动作，接着高 尔夫球杆随着输送带继续运行，直到预定的下料位置，当传感器感应到了球杆的到 来，通过反馈型号给 PLC 系统控制电磁阀从而来控制气缸松开高尔夫球杆，高尔夫 球杆自动落下，掉入指定的位置。 第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核第五章、高尔夫球喷漆烘干线各部分强度的校核 5.1 轴承轴承强度的校核强度的校核 轴承的选用在以上的说明中已经给出，选用的是深沟球滚子轴承，型号为 6205， 其基本参数为主要是额定载荷： Cr=240000N， 0r C =322000N，e=0.23,Y1=2.5, 2 4.4Y = ，假定轴承的寿命为 3 年，每 天工作 10 小时，一年工作 300 天，所以轴承的基本额定动载荷可按一下公式进行计 算： C= 0 hmd r nt f f f PC f f 其中：C基本额定动载荷计算值，N； P当量动载荷，按式 ra pXFYF=+ 计算， r F 为轴承所受径向载荷， 轴向动载荷，X 为径向动载荷系数，Y 为轴向动载荷系数； h f 寿命因数，按表 7-2-8 选取； n f 速度因数，按表 7-2-9 选取； m f 力矩载荷因数，力矩较小时 m f =1.5,力矩较大时 m f =2; d f 冲击载荷因数,按表 7-2-10 选取; T f 温度系数,按表 7-2-11 选取; 0r C 轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷; 由表查得 h f =1.19, n f =0.366, m f =1.5, d f =1.2（中等冲击）, T f =;1.0； 因为轴向载荷 a F =0，即 / ar FFe ，所以当量动载荷 1 0 r PXYF= + 即 1r PYF= ， 2.5 2436860920P = ， 1.19 1.5 1.2 60920309228.26 0.366 hmd nt f f f CP f f = 0r C ,所以此轴承选的合适,能满 足要求。 5.2 方管方管强度的校核强度的校核 根据方管承载力计算公式： M=Pac/L(M：弯矩，P 集中力，a 集中力距支座距离，c 集中力距另一支座 距离，L 跨度，L=a+c) bhhh W= 12 （仅用于矩形截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。 M=Pac/L=11960 xL，本次设计初定 L 为 1000mm 则 M=13456N.M bhhh W= 12 ， 初定方管为40 x40 x3的方管和40 x40 x3， 计算W得出 2 10.42cm 46 2 M13456 f=1212.35 10a=12.12 10a W10.42cm 由于 N PP 折算后位 12Mpa； 查的普通碳素结构钢 Q235A 的抗拉强度为 375500Mpa，由于 12Mpa 远远 小于 375Mpa，所以初定方管 40 x40 x3 满足要求。 由计算得出可以使用 4