毕业设计（论文）-超声波清洗机改型与设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第 1 页 共 78 页 1 目 录 引言 2 1 超声波清洗机理 3 2 设计思想 4 3 清洗剂与超声波发生器的选择 5 3 1 清洗剂的选择 5 3 2 超声波发生器 5 4 机械手系统设计 6 4 1 传动方案的分析拟定 6 4 2 电动机选型 9 4 3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 11 4 4 链轮与链条的选择计算 12 4 4 1 升降部分 12 4 4 2 横移部分 14 4 4 3 链轮的设计 16 4 5 减速器的选型 19 4 6 滚动轴承及其座的选型 20 4 7 轴的设计 21 4 7 1 减速器输出轴 21 4 7 2 导轨两端的轴 23 4 7 3 横移部分的滚轮轴 24 5 进出料机构的设计 24 5 1 传动方案的拟定 24 5 2 传动部件的选项计算 25 5 2 1 电动机的选型 25 5 2 2 链轮与链条的选型计算 26 5 2 3 其他重要部件的选型 30 5 2 4 输送系统的其他机械结构设计 30 6 清洗系统 30 6 1 工件清洗篮的设计 31 6 2 槽 1 2 及其储液箱的设计 32 6 2 1 槽体设计 32 6 2 2 储液箱的设计 34 6 3 槽 3 喷淋槽 及其储液箱的设计 36 6 3 1 槽体的设计 36 全套图纸加扣 3012250582 第 2 页 共 78 页 2 6 3 2 喷淋嘴的设计 36 6 3 3 储液箱的设计 37 6 4 槽 4 5 超声波漂洗槽 的设计 38 6 4 1 槽体的设计 38 6 4 2 预热箱的设计 39 6 4 3 各个管道的连接设计 40 6 5 6 槽 抖动切水槽 的设计 41 6 5 1 槽体的设计 41 6 5 2 抖动机构的设计 41 6 5 3 气动系统的设计 42 6 6 槽 7 8 循环热风烘干槽 的设计 43 6 6 1 槽体的设计 43 6 6 2 不锈钢钢盖自翻动设计 43 6 6 3 烘干系统的设计 45 6 7 泵循环过滤系统的设计 47 6 7 1 泵的选型 47 6 7 2 过滤器的选择 49 6 7 3 管道布置 49 7 控制系统 49 7 1 PLC 选型及其特点 49 7 2 触摸屏控制系统 50 7 2 1 触摸屏界面简述 50 7 2 2 各功能按钮使用说明 50 7 2 3 系统参数设置方法 51 7 3 设备控制及其接线示意图 55 7 4 PLC 控制程序设计 59 8 其他结构设计 73 8 1 支撑架的设计 73 8 2 外罩的设计 73 8 3 排风装置的设计 73 9 结论 74 谢 辞 75 参考文献 76 附 录 77 引言 随着社会经济的发展 汽车越来越普及 汽车空调的质量和效率也越来越受到重 全套图纸加扣 3012250582 第 3 页 共 78 页 3 视 其中的冷凝器是汽车空调最关键的换热设备 它的性能 指标直接影响到汽车空 调的制冷效果和节能减排 根据美国 PhilipKotz 机构的研究数据 由于铝件污垢以及 水质原因 当汽车空调冷凝管内污垢厚度达到 0 9 时 此时热交换损失将达到 44 耗能量也将增加 31 如果污垢不断增厚 那么能耗也将不断增值 即污垢厚度的减少 与热损失的大小成正比关系 汽车空调主机的制冷量通常都是在系统清洁的情况下标定的 与经过一定时间运 行的主机的情况有比较大的差别 由于冷却水系统直接向大气散热 其被污染比较厉 害 中央空调主机运行一段时间后 即在冷凝器换热管内表面将会结下一层污垢 如 果热交换管装配前存在较多污垢的话 将会增加大气污染的严重程度 将加大影响机 组正常换热 从而降低机组能效比 增加中央空调主机的耗电量 这时主机的耗电率 就增大了 同时也减少设备的使用寿命 另外 由于给冷凝器降温的冷却水一般都采 取开放的降温方式 而且水温适中 如果交换管存在较多污垢 将更容易从空气中吸 收浮沉 并适宜藻类菌类的生长 这些污垢和污泥阻碍了换热管的热交换 降低了热 交换效率 提高冷凝温度 使整套制冷系统的效率因为冷凝温度的提高而降低 即在 产生相同的冷量的情况下 大大增加了电量的消耗 所以及时清除冷凝器铝件的污垢 提高清洁度 可以有效地减小热交换损失 减小耗电量 冷凝器铝件的清洁度主要是通过装配前的清洗和使用过程中的清洗实现 而装配 前的清洗是起着至关重要的作用的 根据现有行业的上所应有的清洗设备 按清洗介 质分类 可分为水质清晰和油质清洗两大类型 按清洗方式分 可分为人工强制式 全套图纸加扣 3012250582 第 4 页 共 78 页 4 机械强制式和流动旋转式 这几种清洗方式均存在一个共同的缺点 冷凝器的集液管 管道内表面的污垢均不能彻底清洗干净 且清洗效果也不够理想 而超声波清洗作为 一种优良的新工艺 能实现铝件的全方位的清洗 取得更高的清洁度 因此 超声波 清洗工艺在工业生产中越来越普及 1 超声波清洗机理 一般来说 人能听到的声音是频率在 20 20kHz 的声波信号 高于 20kHz 的声波称 为超声波 超声波清洗装置主要由超声波发生器 包括超声电源和超声换能器 和清 洗槽组成 如图 1 所示 超声电源将 50Hz 的交流电转换成超声频 比如 40kHz 电振 荡信号后 通过输出电缆将其输送给液槽底部的超声换能器 由换能器将超声频电振 荡信号转换成超声频机械振动并传至清洗液中 图 1 1 简单超声波清洗机结构示意图 清洗的超声波应用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 清洗液中除有空化效应外 由于超声振动的引入 加速了清洗液的乳化作用和增 溶作用 使污垢微细地扩散于清洗液中 加速清洗过程 所以 超声清洗过程实际上 是多方面综合作用的结果 超声波清洗与其它清洗相比具有洗净率高 残留物少 见表 1 1 清洗时间短 清 洗效果好的优点 见图 1 2 凡是能被液体浸到的被清洗件 超声对它都有清洗作用 不受清洗件表面形状限制 例如深孔 狭缝 凹槽 都能得到清洗 由于超声波发生 器采用 D 类工作放大 换能器的电声效率高 因此超声清洗具有高效节能的特点 是 一种真正高速 高质量 易实现自动化的清洗技术 全套图纸加扣 3012250582 第 5 页 共 78 页 5 表 1 1 洗净效果比较 图 1 2 超声波清洗效果图比较 2 设计思想 1 清洗剂选用国际通用的水溶性清洗剂 碱性或中性清洗剂 2 托盘上料 洗剂超声粗洗 洗剂超声精洗 喷淋洗 超声漂洗 超声漂洗 抖 动切水 循环热风烘干 循环热风烘干 托盘下料 3 传动部分 装载零件的吊篮升降 横移运动 均采用链传动 4 控制部分 由可编程控制器 PLC 控制 发生机械 电气故障时 能自动停机 报警 并转换成手动状态 5 采用电加热的方式进行加热 液温 干燥温度可根据需要设定 根据以上设计思想 设计制造出的清洗机如图 2 1 所示 500 600 500 500 3870 2860 560 150 1300600 400 400 400 过滤器过滤泵 600 2 600 2 466450 50 450 50 550 50 450 50 450 1300 6750 5700 24053295 清洗篮 气动缸盖 500 500 400 600 5700 加热器 排水管 进料托盘 超声波发生器 出料托盘 审核 图号 设计 核对 机型 部件名称 生产编号 零件名称 共 页 件数 材料 第 页 热风发生器 拖链导槽 储液箱 三色指示灯 电气控制箱 封闭罩 机械臂 电源线拖链 机械手导轨 喷淋泵 振动气缸 500 提升电机 横移电机 封闭罩抽气风机 预热箱 CLA 8200TSF 超声波清洗机 250 水 电 气用量 1 总用电量 79Kw 三相四线制 2 总用水量 约1吨 小时 自来水 3 总用气量 0 5立方 小时 5公斤 平方厘米 触摸屏控制显示 电源关电源开方向控制 排水气照明备用 启动 复位 备用 图 2 1 8 槽全自动清洗机结构示意图 如图 2 1 所示 本机主要由控制系统 清洗系统 输送系统 烘干系统 泵循环 过滤系统 排风系统 清洗通道等组成 其中清洗系统 输送系统 控制系统为本机 的设计难点 全套图纸加扣 3012250582 第 6 页 共 78 页 6 3 清洗剂与超声波发生器的选择 3 1 清洗剂的选择 超声清洗的主要机理是超声空化作用 而超声空化的强弱与声学参数 清洗剂的 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 必须选择适当的清洗剂 和声学参数 清洗剂的选择要从以下几个方面来考虑 首先是从污物的性质来选择去 污能力强的清洗剂 其次是清洗剂产生空穴的能力要强 再次是清洗剂要符合人体安 全和环境保护的要求 本机清洗的工件主要是汽车空调配件冷凝器铝件 所以选用国际通用的水溶性清 洗剂 碱性或中性清洗剂 列出清洗液名称 简单介绍一下它的成分 特点 3 2 超声波发生器 液体的空化阀值与超声波频率有密切关系 频率越高 空化阀也越高 即频率越 高 在液体中产生空穴所需的声强或声功率也越大 而超声波频率低时 容易产生空 穴 同时在低频率情况下 液体受到的压缩与稀释作用之间有更长的时间间隙 使气 泡在破裂前能长到较大尺寸 使崩溃时空化强度增高有利于清洗作用 因此对于质量 和体积较大的物体 一般选用较低频率的超声波清洗机 对于小巧 形状较复杂的零 件 清洗时则选用较高频率的超声波清洗机 一般采用的频率范围是 20 50kHz 本机 清洗的零件是集液器等铝件 最大尺寸 1200mm 长度 30mm 属于后者 故选用 28kHz 3KW 的超声波 发生器选用深圳超力的他激式超声波发生器 该发生器结构简 单 数显并可调 价格合理 图 3 1 超声波发生器的结构框图 该发生器由整流电路 高频逆变电路 驱动电路 匹配网络 换能器 功率稳定 和频率跟踪电路及相关的信号处理电路组成 如图 3 1 所示 220V 市电经全控整流电路产生直流电压 提供给高频逆变电路 以得到满足功率 要求的高频电压 高频逆变电路是超声波发生器的核心 采用全桥网络结构 匹配网 络使超声波发生器输出效率最高 并向换能器输出额定的电功率 使电路工作在谐振 状态 驱动电路产生特定频率的信号 推动逆变电路中功率管工作 频率跟踪电路提 供频率反馈信号 使超声波发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的谐振频率点 让 全套图纸加扣 3012250582 第 7 页 共 78 页 7 发生器工作在最佳状态 功率稳定电路是通过功率管驱动波形的移相角来改变发生器 的输出功率 以达到设定的功率 换能器将超声波发生器输出的电信号转化为机械输 出 完成清洗功能 本机共有四个槽体需要进行超声清洗 故选用四套该型号超声波发生器 4 机械手系统设计 一般工作机器通常由原动机 传动装置和工作装置三个基本职能部分组成 传动 装置传送原动机的动力 变换其运动 以实现工作装置预定的工作要求 它是机器的 主要组成部分 实践证明 传动装置的重量和成本通常在整台机器中占有很大的比重 机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能 质量及设计布局 的合理性 由此可见 在机械设计中合理拟定传动方案具有重要意义 4 1 传动方案的分析拟定 传动方案的选择分析可以从以下三个表格开始 表 5 1 传递连续回转运动常用机构的性能和适用范围 全套图纸加扣 3012250582 第 8 页 共 78 页 8 表 5 2 实现其他特定运动常用机构的特点与应用 表 5 3 常用减速器的型式 特点及应用 另外 传动系统应有合理顺序和布局 除必须考虑各级传动机构所适应的速度范 围外 还要考虑到以下几点 1 带传动承载能力较低 在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大 但带传动平 稳 能缓冲吸震 应尽量置于传动系统的高速级 全套图纸加扣 3012250582 第 9 页 共 78 页 9 2 一般滚子链传动运转不均匀 有冲击 宜布置在低速级 3 蜗杆传动的传动比大 承载能力较齿轮低 常布置在传动系统的高速级 以获 得较小的结构尺寸 同时 由于有较高的齿面相对滑动速度 易于形成液体动 压润滑油膜 也有利于提高承载能力及效率 4 轮 特别是大模数锥齿轮 的加工比较困难 一般宜置于高速级 以减小其直径 和模数 但需注意 当锥齿轮的速度过高时 其精度也需相应提高 此时还应 考虑能否达到所需制造精度以及成本问题 5 斜齿轮传动较直齿轮传动平稳 相对应用于高速级 6 开式齿轮传动一般工作环境较差 润滑条件不良 外廓紧凑性可低于闭式传动 应布置在低速级 7 制动器通常设在高速轴 传动系统中位于制动装置后面不应出现带传动 摩擦 传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置 8 为简化传动装置 一般总是将改变运动形式的机构 如连杆机构 凸轮机构 布 置在传动系统的末端或低速处 对于许多控制机构一般也尽量放在传动系统的 末端或低速处 以免造成大的累积误差 降低传动精度 9 传动装置的布局应使结构紧凄 匀称 强度和刚度好 并适合车间布置情况和 工人操作 便于装拆和维修 10 在传动装置总体设计中 必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和人 员工伤 可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置 11 如一台机器中各工作构件的运动彼此无需协调配合 则可由多台原动机分别驱 动 亦可共用一台原动机通过传动链并联分支驱动各个工作构件 综上所述 本机的传递方案如简图所示 采用电动机 涡轮蜗杆减速器 链传动的组 合方案 图 5 1 机械手升降方向简图 图 5 2 机械手横移方向上简图 4 24 2 电动机选型 原动机是机器中运动和动力的来源 其种类很多 有电动机 内燃机 蒸汽机 水轮机 汽轮机 液动机等 电动机构造简单 工作可靠 控制简便 维护容易 一 般生产机械上大多数均采用电动机驱动 全套图纸加扣 3012250582 第 10 页 共 78 页 10 电动机已经系列化 通常由专门工厂 按标准系列成批或大量生产 机械设计中 应根据工作载荷 大小 特性及其变化情况 工作要求 转速高低 允差和调速要求 起动和反转频繁程度 工作环境 尘土 金属屑 油 水 高温及爆炸气体等 安装 要求及尺寸 重量有无特殊限制等条件 从产品目录中选择电动机的类型和结构型式 容量 功率 和转速 确定具体型号 1 电机的发热 工作温度 室温 标准环境温度 40 需要保证电机的实际最高工作温度等于 会小于电机的绝缘材料允许的最高温度 2 电机的工作方式 电机运行时的发热情况不仅取决于负载的大小 也和负载持续时间的长短密切相 关 这是选择电机额定功率时必须考虑的 根据发热情况可分为 连续工作方式 短 时工作方式 断续周期性工作方式 本机的电机属于连续工作方式 连续周期性变化 负载 3 额定电压 取决于供电电网的电压和电动机容量的大小 本机的生产车间属于一般车间 额 定电压为 380V 220V 380V 380V 660V 4 额定功率的计算 N P 机械手运行转速 本机技术要求 清洗节拍 8 10 分钟 篮 每篮 30 个工件 所谓生产节拍是指 机 械手将 8 槽工件清洗篮送到下料出口台上 然后再将 7 槽的清洗篮送到 8 槽中 接着 将 6 槽的清洗篮送到 7 槽中去 而后将 5 槽的清洗篮送到 6 槽中去 最后将上料口 台上的清洗篮送到 1 槽中 结合设计的设备图纸 通过计算有机械手的横移总距离约为 20685mm 升降总距 离约为 48600mm 那么机械手的一个节拍的行程 20685 48600 69285 mmLLL 横移升降 机械手运行的平均速度是 144 3 mm s 69285 8 60 L v T 考虑横移过程的定位及工件清洗篮速度太快会被甩出去等问题 所以横移的速度不 能太快 而升降时这种问题不明显 于是我们选择横移速度小于提升的速度 假设 130mm s 150mm s hy v sj v 功率计算 直线运动机械 最后计算时要绘制受力图 尤其是滑轮的受力图 1 1 1 1000 Fv P 全套图纸加扣 3012250582 第 11 页 共 78 页 11 2 10 20 50 15 2 10 1 0 264 50 20 15 10 0 5 0 125 0 1 1234 1000 fsj GF v 0 130 1000 0 90 0 75 0 90 0 99 0 343KW 其中 电动机 1 功率 KW 负载力 G 是机械手臂 滑块及清洗篮的重力 1 P 1 F 是由于滑块扭距产生的摩擦力 N 机械手升降运动速度 m s 传动效 f F sj v 率 润滑良好的链传动效率可达 90 甚至 93 是蜗轮蜗杆减速器的传动效率是 1 2 75 82 是链条传动效率 90 93 是滚动轴承的传动效率是 99 3 4 240 10 0 07 90 10 536 6 50 10 159 22 2 1000 F v P 2 123 1000 hy F v 1393 0 07 0 140 1000 0 90 0 75 0 99 0 039KW 其中 电动机 2 功率 KW 作用力 N 机械手横移运动速度 m s 2 P 2 F hy v 传动效率 润滑良好的链传动效率可达 90 甚至 93 是蜗轮蜗杆减速器的 1 2 传动效率是 75 82 是滚动轴承的传动效率是 99 3 4 又电机的余量系数 K 1 5 温升增减率 0 08 则最终的 0 343 1 5 1 08 0 56KW 0 039 1 5 1 08 0 06KW 1 P 2 P 注意注意 链传动中的链条饶链轮过程中由于自身的摩擦作用而损耗的那部分功率是无 法计算的 电机的启动时需要时间的 清洗机机械手的控制电机的在 X 横移 或 Y 升 降 做单方向运动的时间很短 在那么短的时间内并不能完全达到额定的功率和转速 的 5 电动机转速的确定 额定功率相同的同类型电动机有若干种转速可供设计选用 电动机转速越高 则 磁极越少 尺寸及重量越小 一般说价格也越低 但是由于所选用的电动机转速越高 当工作机械低速时 减速传动所需传动装置的总传动比必然增大 传动级数增多 尺 寸及重量增大 从而使传动装置的成本增加 因此确定电动机转速时应同时兼顾电动 机及传动装置两者加以综合分析比较确定 电动机选用最多的是同步转速为 1000r min 及 1500r min 两种 如无特殊要求 一般不选用低于 750r min 的电动机 本设备的机械手运动的平均速度为 144 3mm s 采用涡轮蜗杆减速器和链传动 故 可以初选 1500r min 的额定转速 综上所述 对照手册可查的所需的电机型号是 Y2 802 4 Y2 712 4 具体参数见手册 具体参数见手册 p1437 4 3 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 1 传动装置的总传动比 wm nni 通过估算我们初选分度圆直径为 69mm 的链轮 则链轮平均转速 40r min w n 全套图纸加扣 3012250582 第 12 页 共 78 页 12 平均总传动比 1440 40 36 m w n i n 2 传动比分配 在分配传动比的时候我们充分考虑到以下几点 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取 对减速传动尽可能不超过其允许的 最大值 见表 5 1 其中单级链传动传动比推荐值为 2 5 单级蜗杆传动的推荐 值为 7 40 最大 80 应注意使传动级数少 传动机构数少 传动系统简单 以提高传动效率和减少 精度的降低 应使各传动的结构尺寸协调 匀称及利于安装 绝不能造成互相干涉 应使传动装置的外廓尺寸尽可能紧凑 总传动比分配还应考虑载荷性质 对平稳载荷 各级传动比可取简单的整数 对周期性变动载荷 为防止局部损坏 各级传动比通常取为质数 对传动链较长 传动功率较大的减速传动 一般按 前小后大 的原则分配传动 比 但是本设备电机与执行机构距离很多 而且传动的功率比较小 又由本机 的设计 可知 横移过程要求有一定的定位精度 而升降过程定位要求较低 所以横移速度应 小于升降速度 则对于升降运动 可以选用减速比为 40 的减速器以及传动比为 1 的链 传动装置 对于横移运动 则可以选择减速比为 30 的减速器以及传动比为 1 的链传 动装置 这样就可以很好地满足设备的传动系统的要求 另外 注意到减速器与链传动之间的传动设计是为了预防由于设备突然出现卡死 现象而导致电机烧坏的情况 具体安装结构如设计图纸所示 4 4 链轮与链条的选择计算 4 4 1 升降部分 1 使用条件 使用的机械 清洗机 链条输送机 冲击种类 轻微冲击 原动机 BMA8024 0 75KW 轴间距 270mm 滚子链链轮的轴面两侧齿形为圆弧或直线 以利链节的啮入和啮出 根据链轮的 使用场合和分类 本设计使用滚子链链轮 2 选择链条与链轮齿数 补偿传动力 F 0 75X1 0 2 0 375 KW 链轮转速 1400 30 46 7 r min 由表 可知交点比 17T 大 比 23T 小 且比较靠近 17T 选择 17T 全套图纸加扣 3012250582 第 13 页 共 78 页 13 由于要求精度不高 由传动方案 采用同样齿数的链轮即能满足要求 并且考虑 到负载特性 选用双排链条 另外 小链轮与链条的卷绕角度应为 120 以上 图 5 3 简易链轮选型 3 节距选择以及链轮直径的校核 由上文知道小链轮的齿数为 17 齿 又传动比为 1 即 17 所以所以另一个 21 ziz 链轮的齿数亦是 17 齿 即同齿数 设计效率 0 65KW A d Zm K P P K K 1 3 0 75 0 887 1 7 KW 其中是工作情况系数 由机械实用手册表得 1 3 是小链轮齿数系数 由表得 A K A K Z K 0 887 是多排链排书系数 由表得 1 7 Z K m K m K 根据 Pd Pd P0 和小链轮转速 n1 查手册图选用合适的节距 p 注 为了保证传 动平稳 结构紧凑 特别是高速下 宜选用节距较小的链条 图 5 4 单排滚子链的额定功率曲线 由图可知 Pd 与 n1 的交点位于 08A 与 10A 为获得噪音更小 传动更平滑 应 全套图纸加扣 3012250582 第 14 页 共 78 页 14 选择较小节距链条 因而选择 08A 节距为 12 7mm 又 链轮分度圆直径 d 12 7 sin 180 17 69 1mm 180 sin p z 这里的分度圆直径校核了之前的链轮直径的假设 4 初定中心距 mm 0 a 设计不采用张紧轮 并且考虑安装空间 有 0 2 i 1 p 86 36mm 01min a 1 z 故初定取 25p 317 5mm 01 a 注 a0 计算式可保证小链轮上包角大于 120 且大小链轮不会相碰 5 链节数 节 p L 2 317 5 12 7 17 17 2 0 67 2 01221 0 2 22 azzzzp Lp pa 注 取整数并宜取偶数 故取 68 6 链条长度 68 12 7 1000 0 84m 1 1000 p L P L 7 理论中心距 a 当 z1 z2 z 时 12 7 2 68 17 323 85mm 1 2 p aLpz 8 实际中心距 a aaa 通常 0 002 0 004 aa 设计中中心距可以调整 取最大值a 所以 323 85 0 004 323 85 322 6mm aaa 9 链速 17 47 12 7 60 169mm s 1 122 6060 z n pz n p v 10 验算小链轮轮毂孔径 即轴孔直径 maxkk dd 由支承轴的设计确定 k d 链轮轮毂孔的最大许用直径 查表 8 2 10 P1134 得 34mm maxk d 11 有效圆周力 F 1000 0 75 0 169N 4437 9N 1000P F v 12 作用在轴上的力 1 60000v z p 水平传动和倾斜传动 1 15 1 2 QA FK F 全套图纸加扣 3012250582 第 15 页 共 78 页 15 接近垂直传动 1 05 1 0 4437 9 N 4659 8 N1 05 QA FK F 13 润滑方式 根据节距与链速 及图 5 5 可选择 人工定期润滑 图 5 5 推荐的润滑方式 4 4 2 横移部分 1 使用条件 使用的机械 清洗机 链条输送机 冲击种类 平滑传动 原动机 BMA7124 0 37KW 轴径 31mm 转速 42r min 28mm 34r min 2 选择链条与链轮齿数 补偿动力 F2 0 37 1 3 2 0 2405KW 转速比 1 40 得到转速 35r min 电机型号 BMA7124 补偿动力为 0 2405KW 由图 5 3 可知 很接近 13T 又横移载荷不大 性质稳定 故采用单排链条即可 选择节距较小的链条 CHE40 安装场所有空间限制 轴间距较小 并且想尽可能 减小链轮外径 另外 小链轮与链条的卷绕角度应为 120 以上 3 节距选择以及链轮直径的校核 设计功率 1 3 0 37 0 887 1 0 54KW A d Zm K P P K K 其中是工作情况系数 由机械实用手册表得 1 3 是小链轮齿数系数 由表 A K A K Z K 得 0 887 是多排链排书系数 由表得 1 Z K m K m K 由图 5 4 可知 10A 节距 p 15 875mm 全套图纸加扣 3012250582 第 16 页 共 78 页 16 d 66 1mm 180 sin p z 这里的分度圆直径校核了之前的链轮直径的假设 4 初定中心距 mm 0 a 设计不采用张紧轮 并且考虑安装空间 故取 10p 158 75mm 02 a 有min 82 55mm 02 a 注 计算式可保证小链轮上包角大于 120 且大小链轮不会相碰 0 a 5 链接数 Lp 节 2 158 75 15 875 13 33 取偶 34 2 01221 2 0 2 22 P azzzzp L pa 注 取整数并宜取偶数 6 链条长度 0 524m 22 1000 p p LL 7 理论中心距 a 当 z1 z2 z 时 15 875 2 34 13 166 69mm 2 2 p aLpz 8 实际中心距 a aaa 通常 0 002 0 004 aa 设计中中心距可以调整 取最大值a 所以 166 69 0 004 166 69 166mm aaa 9 链速 13 35 15 875 60 120 4mm s 1 122 6060 z n pz n p v 10 验算小链轮轮毂孔径 即轴孔直径 maxkk dd 由支承轴的设计确定 k d 链轮轮毂孔的最大许用直径 查表 8 2 10 P1134 得 30mm maxk d 11 有效圆周力 F 1000 0 37 0 120N 3803 3N1000 P F v 12 作用在轴上的力 Q F 水平传动和倾斜传动 1 15 1 2 QA FK F 横移运动 1 0 则 1 17 3803 3 4449 86 N A K Q F 全套图纸加扣 3012250582 第 17 页 共 78 页 17 接近垂直传动 1 05 QA FK F 13 润滑方式 根据节距与链速 及图 5 5 可选择 人工定期润滑 总之链条型号分别为 升降 08A 2 68 GB T1243 1997 横移 10A 1 34 GB T1243 1997 4 4 3 链轮的设计 1 链轮材料的选择 链轮轮齿应有足够的接触强度和耐磨性 常用材料为中碳钢 c35 45 钢 不重 要场合用 Q235A Q275A 钢 高速重载时采用合金钢 低速时大链轮可采用铸铁 由于 小链轮的啮合次数多 小链轮的材料应优于大链轮 并进行热处理 在本机中 由场 合和速度可选用 45 钢 2 链轮尺寸计算 17Z 链轮的设计数据见以下表格 表 5 4 链轮的基本参数和主要尺寸 mm 名称符号计算公式说明 链轮参数z17查表 8 2 5基 本 参 数 配用链 条的 节距 排距 滚子外 径 p t p 1 d 12 7mm 14 38mm 7 92mm 查表 8 2 2 分度圆直径 d 69 12mm 180 sin p d z 齿顶圆直径 a d 77mm max1 1 25 a ddpd 66 2mm min1 1 6 1 a ddpd z 在两值之间取 76mm 齿根圆直径 f d 61 2mm 1f ddd 分度圆弦齿高 a h 4 5mm max1 0 8 0 625 0 5 a hpd z 2 38mm min1 0 5 a hpd 最大齿根距离 x L 奇数齿 61 2mm 1 90 cosLxdd z 偶数齿 1f Lxddd 主 要 尺 寸 齿侧凸缘 或排间 槽 直径 g d 54 6mm 2 180 cot1 040 76 g dph z 为内链扳高 2 h 度 查表 8 2 2 全套图纸加扣 3012250582 第 18 页 共 78 页 18 表 5 5 链轮轴向齿廓尺寸 mm 计算公式名称符号 12 7p 12 7p 说明 齿宽单排 双排 三 排 1f b 1 0 93b 7 1mm 1 0 91b 1 0 95b 1 0 93b 为 1 7 85bmm 内链节宽 查表 8 2 2 0 06 a bp 公称 适用于 081 083 084 规 格链条 齿侧倒角 a b 1 65mm0 13 a bp 公称 适用于其余 A 或 B 系列链条 齿侧半径 x r 12 7mm rp x公称 齿侧凸缘 或排间槽 圆角半径 a r 0 51mm0 04 a rp 时可31 75pmm 取为 1 5mm a r 齿全宽 fm b 22 02mm 1 1 fmtf bmpb 排数m 排拒 查表 t p 8 2 2 倒角深 h0 5hp 仅适用于 B 型 表 5 6 整体式钢制小链轮主要尺寸 mm 名称符号结构尺寸 参考 轮毂厚度 h 3 2 25 6 0 01 12 7 7 5mm0 01 6 k d hKd 在此 25mm k d 常数 K d150 K3 24 86 49 5 轮毂长度 l 24 75mm3 3lh min 2 6lh 轮毂直径 齿宽 h d f b 25 2 7 5 40mm2 hk ddh 见表 8 2 16 maxhg dd 见表 8 2 20 13 Z 链轮的设计数据见以下表格 表 5 7 链轮的基本参数和主要尺寸 mm 名称符号计算公式说明 全套图纸加扣 3012250582 第 19 页 共 78 页 19 链轮参数z13查表 8 2 5基 本 参 数 配用链 条的 节距 排距 滚子外 径 p t p 1 d 15 875mm 18 11mm 10 16mm 查表 8 2 2 分度圆直径 d 66 1mm 180 sin p d z 齿顶圆直径 a d 75 8mm max1 1 25 a ddpd 56 8mm min1 1 6 1 a ddpd z 在两值之间取 75mm 齿根圆直径 f d 55 94mm 1f ddd 分度圆弦齿高 a h 5 8mm max1 0 8 0 625 0 5 a hpd z 4 857mm min1 0 5 a hpd 最大齿根距离 x L 奇数齿 55 94mm 1 90 cosLxdd z 偶数齿 1f Lxddd 主 要 尺 寸 齿侧凸缘 或排间 槽 直径 g d 43 5mm 2 180 cot1 040 76 g dph z 为内链扳高 2 h 度 查表 8 2 2 表 5 8 链轮轴向齿廓尺寸 mm 计算公式名称符号 12 7p 12 7p 说明 齿宽单排 双排 三排 1f b 1 0 93b 1 0 91b 8 7mm 1 0 95b 1 0 93b 为内 1 9 4bmm 链节宽 查表 8 2 2 0 06 a bp 公称 适用于 081 083 084 规 格链条 齿侧倒角 a b 2 1mm0 13 a bp 公称 适用于其余 A 或 B 系列链条 齿侧半径 x r 15 875mmrp x公称 齿侧凸缘 或排间槽 圆角半径 a r 0 64mm0 04 a rp 时可31 75pmm 取为 1 5mm a r 齿全宽 fm b 8 7mm 1 1 fmtf bmpb 排数m 排拒 查表 t p 8 2 2 倒角深 h0 5hp 仅适用于 B 型 全套图纸加扣 3012250582 第 20 页 共 78 页 20 表 5 9 整体式钢制小链轮主要尺寸 mm 名称符号结构尺寸 参考 轮毂厚度 h 3 2 25 6 0 01 15 875 10 6mm0 01 6 k d hKd 在此 25mm k d 常数 K d150 K3 24 86 49 5 轮毂长度 l 35mm3 3lh min 2 6lh 轮毂直径 齿宽 h d f b 46 2mm2 hk ddh 见表 8 2 16 maxhg dd 见表 8 2 20 另外 在机械手的升降部分中 还有一个与机械手滑块相连的链轮链条传动 它 的设计计算与上述的算法相同 且选择的链轮链条型号也是一样的 但是唯一不同点 是该链传动的执行机构的执行机构是一个滑块 联动着机械手的运动 运动距离是机械 手在垂直方向上的提升高度 即 1350mm 则这一传动的链轮中心距是 2120mm 4 5 减速器的选型 减速器是在原动机和工作机之间的独立传动部件 减速器多用来作为原动机与工作 机械之间的减速传动 根据传动型式 减速器可分为齿轮 蜗杆和齿轮 蜗杆减速器 根据形状不同 可分为圆柱 圆锥和圆锥 圆柱齿轮减速器 根据传动级数 可分为 单级和多级减速器 减速器的选型一般从以下几方面考虑 1 总体布置的要求 当传动比比较大 要求结构紧凑时 适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和 动力 可以选用蜗杆传动 2 传动的主要参数 已知 P 减速器传动功率 n1 输入轴转速 i 总传动比 则可按减速器样本 选定减速器的型式 在这个减速器系统中 平均的传动比等于 36 因考虑到在横向的 速度不能太高 不然机械手的挂钩上的洗篮可能有被甩出去的危险 所以横移速度要 小于升降速度 即横移的减速传动比要比升降减速传动比要大 升降 P1 0 75KW n1 1400r min i 30 则 NMRV63 横向 P2 0 37KW n2 1400r min i 40 则 NMRV50 3 圆弧圆柱蜗杆减速器选择计算 圆弧圆柱蜗杆机械强度计算公式 或 1121j PPf fP 2122j TTf fT 是计算输入功率 KW P 是实际输入功率 KW 是额定 许用 输入功率 KW 是计 1j P 1 P 2 j T 全套图纸加扣 3012250582 第 21 页 共 78 页 21 算输出转距 NM T 是实际输出转距 NM 是额定 许用 输出转距 NM 是工况系数 2 T 1 f 由表查得 1 是启动频率系数 由表查得 1 2 1 f 2 f 2 f 则 0 75 1 1 2KW 0 9KW 1 015KW 112j PPf f 圆弧圆柱蜗杆热极限强度计算公式 或 134561j PPj j j jP 234562j TTf f f fT 对采用循环油冷却或水冷却等专门冷却措施的蜗杆减速器 温升可以限制在允许 范围以内 不必进行热极限强度计算 热极限强度计算系数 小时负荷绿系数 0 95 环境温度系数 1 33 减速器型 3 f 4 f 式系数 1 热损耗系数 1 5 f 6 f 则 0 75 0 95 1 33 1 1KW 0 95KW 1 015KW 13456j PPj j j j 尖峰载荷计算公式 对于持续时间短的尖峰载荷 或当 Jc很小时 还需要计算尖峰载荷强度 1max1 2 5PP 2max2 2 5TT 式中是最大尖峰输入功率 KW 是最大尖峰输出转距 NM 1max P 2max T 1 P 是额定输入功率和输出转距 Jc是小时负荷率 即每小时工作 min 分钟 60 若 1 T 每小时减速器工作 20 次 每次 2 分钟 则 Jc 2 20 60 66 7 减速器输出轴端许用载荷 圆弧圆柱涡杆减速器输出轴端许用径向载荷和许用轴向载荷 按下式计算 R F A F 或 RL Ff R AL Ff A 式中的是速度系数 0 58 R 是径向载荷系数 R 5300N N A 是轴向载荷 L f L f 系数 A 5300N N 4 6 滚动轴承及其座的选型 1 类型的选择 轴承承受的载荷 主要依据 链轮轴承 2 10 20 50 15 2 10 1 0 264 50 20 15 3 2 f GF F 10 0 5 0 125 0 1 2 795 5N 滚轮轴承 F4 240 10 2 1200N 载荷较小 可以选择球轴承 方向 垂直向下 垂直向下 可能有轴向力 但是轴向力很小 只有几十 N 所 以可以选择深沟球轴承 性质 载荷冲击小 轴承转速 由前面可知 47r min 35r min 转速低 1 n 2 n 轴承的调心性能 全套图纸加扣 3012250582 第 22 页 共 78 页 22 轴承允许的空间 轴承的安装和拆卸 综上 我可以考虑采用外球面球轴承 特点是它的外圈外径表面为球面 可以 配入轴承座相应的凹球面内起到调心的作用 在本设备中 机械精度及安装定位的要求不高 且通轴刚度差绕度比较大 所 以可以选择带顶丝的外球面球轴承 该轴承还有一个特点 两面带密封圈 能严 密防止污物侵入 出厂时 已装填适量的润滑剂 安装前不需清洗 不需补加润滑剂 2 公差等级选择 对于一般的机械的支承 0 即公差轴承即可满足要求 另外 同精度的轴承中 深沟球轴承的价格最低 因此 我们结合生产实际 升 降轴承选用带座轴承 UCFL205 横移轴承选用 UCF204 各两副 四个 4 7 轴的设计 4 7 1 减速器输出轴 1 轴的类型和功用 阶梯轴 转轴 传递扭矩又承受弯矩 2 轴的材料 45 碳素钢 特点 具有较好的综合力学性能 价格便宜 没满足本设备要求 热处理方法 调质或正火处理 轴的毛坯 圆钢 直径较小而又不太重要时 3 轴的结构设计 1 设计成阶梯轴 此轴的装配简单 先右后左 形状如设计图纸所示 另外 为 便于轴上零件装拆 在轴的设计时考虑在轴的两头加工倒角 45 各键槽设计在同 一圆柱母线上 且尽量选用同一截面尺寸的键 2 轴上零件的定位 轴向定位 轴肩 特点 结构简单 定位可靠 可承受较大的轴向力 轴端挡板 特点 可承受剧烈振动和冲击 周向定位 键 共有定位 紧定螺钉 注意 轴肩或轴环圆角半径 R 必须小于相配零件的倒角 C1 或圆角半径 R1 轴肩定位 轴环定位 套筒定位 弹性挡圈定位 螺母定位高度大于相配零件 的倒角 C1 或圆角半径 R1 对于标准件的定位尺寸要查标准件标准 4 减速器轴轴段直径和长度的确定 各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关 初步求出的直径作为承受扭矩的轴段 全套图纸加扣 3012250582 第 23 页 共 78 页 23 的最小直径 dmin 然后再按轴上零件的装配方案和定位要求 从 dmin 处起逐一确定各 段轴的直径 110 0 75 0 7 46 7 1 3 24 65mm 6 11 333 11 11 9 55 10 0 2 T PP dA nn 110 0 219 21 44mm 6 22 333 22 22 9 55 10 0 2 T PP dA nn P 功率 n 转速 A 材料系数 查手册取标准直径 d1 25mm d2 22mm 则这两个直径即为链轮轮毂部的轴径 而在链轮设计时查表知轮毂的孔径必须小 于 34mm 所以满足要求 而选用的减速器的出轴孔径为 25mm 也符合要求 再由轴肩 的高度规则我们选用 30mm 的过渡轴 考虑到加工和装配等问题 我们采用同样轮毂孔径的链轮 也就是说 减速器 2 伸出轴与链轮轮毂联接部的轴径亦是 25mm 极限偏差为 j6 根据减速器的尺寸参数可知 伸出轴的装配孔长度分别为 112mm 和 92mm 再由以 上的原则可以设计与减速器装配的长度分别为 110 和 90mm 又链轮的轮毂孔长度分别 为 40mm 和 25mm 则与链轮装配的轴长分别为 38mm 和 23mm 而由链轮之间的装配空间 可知 链轮的右侧距离减速器出轴断面 70mm 和 37mm 则中间轴的长度分别为 37mm 和 12mm 形状及其结构尺寸如图纸所示 5 轴的受力分析及其校核 减速器效率计算 蜗杆分度圆滑动速度 1 675 m s 11 1 22 4 1400 cos19100cos19100cos10 07 29 s vd n v 查表可得 3 30 v 0 178 0 24 0 74 1 tg tg v 所以 0 74 0 99 0 97 0 71 123 5 116 N m 1 1 1 0 75 95509550 1400 P T n 5 116 30 0 71 108 N m 21 TTi 则 456 8 N 1 12 1 2000 ta T FF d 2562 65N 121att FFF ctg 对于减速器 1 伸出轴 我们从减速器的结构图可知 该伸出轴为传动轴 故 2562 65 30 10 3 76 88 N m 2 2 2 et d MTF 全套图纸加扣 3012250582 第 24 页 共 78 页 24 校核轴的强度 76680 0 1 253 49 2 Mpa 60 Mpa W Me e 3 22 1 0 d TM 故直径 25mm 的轴能满足强度要求 同理 对于减速器 2 伸出轴 有 2 52 N m 3 3 3 0 37 95509550 1400 P T n 2 52 40 0 71 71 68 N m 43 TTi 2000 2 52 22 4 225 N 3 34 3 2000 ta T FF d 225 5 61 1263 N 343att FFF ctg 1263 30 10 3 37 89 N m 4 4 2 et d MTF 37890 0 1 253 24 25 Mpa 60 Mpa W Me e 故此轴的轴径满足强度要求 4 7 2 导轨两端的轴 根据选用的轴承 UCFL205 可知轴承与轴结合处轴径为 25mm 长度 37mm 导轨间的轴径可以选择 30mm 长度 96mm 而侧端联接链轮处的轴径由轴肩选用原 则可以选用 22mm 长度 40mm 形状结构图纸所示 对于这两轴 分析其负载不难发现 只需要校核中间联接链轮部的轴径强度即可 如下 由前述知 负载 1581N F 链轮的分度圆直径 69mm d 则 1581 69 2 54544 5 N mmTFr