【JX441】4-10Kg汽配活塞自动化浇注系统取液装置设计[RW+FY]【2A0】
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【JX441】4-10Kg汽配活塞自动化浇注系统取液装置设计[RW+FY]【2A0】,jx441,10,kg,汽配,活塞,自动化,浇注,系统,装置,设计,rw,fy,a0
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湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 4配活塞自动化浇注系统取液装置设计 学号： 2008963237 姓名： 曾令雄 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周友行 教授 系主任： 周友行 教授 一、主要内容及基 本要求 主要内容： 1、熟悉自动浇注系统工作装置的结构特点和工作原理，并分析总结自动浇浇注系统工作装置的性能要求以及设计原则。 2、根据自动浇注系统性能参数设计和计算工作装置的作业范围（包括最大 降落 深度，最大上升高度，最大提升力等）。 3、对工作装置进行运动学分析以及结构设计，画出二维图纸，并校核。 4、用 建立梁、立柱、浇注桶的三维模型。 基本要求： 1、 设计说明书一份，要 8000 字以上。 2、提交 纸（浇注系统装配图、工作装置主要构件的 装 配图）。 3、提交 三维模型。 二、重点研究的问题 通过查找与整理大量自动浇注系统工作装置三个主要构件（梁、立柱、浇注桶）的 资料，查阅相关文献资料了解自动浇注系统过程和设计参数，在此基础上设计出一套自动浇注系统。进一步熟练使用 其他三维制图软件，设计三模型，得到自动浇注 系统结构设计部分的装配图和若干关键零件的 设计图。合理确定钢板厚度以保证工作 装置各构件能满足强度和刚度要求。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 查阅相关资料 第一周 2 查阅浇注系统工作装置相关论文及书籍 第二周 3 整理所查阅的工作装置资料 第三、四周 4 确定大致总体设计方案 第五周 5 工作装置基本尺寸确定 第六、七周 6 三维建模 第八周 7 纸绘制 第九到十一周 8 制作设计说明书 第十二周 9 答辩 第十三周 四、应收集的资料及主要参考文献 1保克坦、高尔宾科、卡士林等 M986. 2李魁盛、马顺龙、王怀林 M2006. 3鲍风雨 M2007. 4张建明 第 3 版 M2010. 5落迎社 M2007. 6濮梁贵、纪明刚 M2010. 7孙桓、陈作 模 M2010. 8成大先 M2004. 9成大先 M2004. 10成大先 M2004. 11成大先 M2004. 1 An of an of In to it of in of so is to of in to be to II of to is II be to he is is in of 1、 n to of to a in a of of of is a of of to of to AD is to to in to of by to a is to of of in to of is in a a is is a It a as is in in of an it is a et a al is a as is to of an FE is in is a of G, FD is to et In to an 3 of is a a of is to be a As an of of so is to of of to by it is on of of or to In on A to of of to of of in to a In to 2、 of of is to to a of of of to a be to or to of be of on In of to of in to on a as in is a of In to of of of in a or is a of is be to it is to or to to of of be we a is by of an of to of of of of a of of to 0 , in to of of be If is no it be of an or a of in be of as In be a to in of in it be in or to a is a is to to to to to is of it It of of is to to of on of In in to a of et is On of of is to a in of In to of of to be of of of of et so he is a to is an of in to et be it of in in is In it is an to In on is to 3.A a in of is in of a of 9 m. of be In an , 9 1 - 2 - 3 - 4 - -, 6 - 7 8 - 9 - 10 - of 11 - 12 - of 13 - to 14 - of 15 of 16 - of 17 - 18 - 19 - be to of 1of it to of to of is to to of by to to of of of of to of 3 18 of of of 个针对复杂机械结构的多目标优化集成方法（译文） 徐冰 ，陈南，车华军 东南大学机械工程学院，中国南京 211189 摘要： 现在已经有人提出了一个针对复杂机械结构的多目标优化集成方法，这种方法集成了原型建模，有限元分析和优化。为了探索它相对于传统方法的优势，在混合模式高空作业车（ 的机械手已经采用了这种优化，这样做的目的是增加其工作领域，在足够的强度前提下降低成本，将设计变量的几何尺寸，并且几何尺寸能够参数设计， 综合应用去获得最佳解决方案。结果显示这种集成方法比穷举搜索算法更有效率 。 可以接近全球前沿技术，而 者的相对误差是微不足道的。因此，这种集成方法是有效的，并在工程应用领域显示了其潜力 。 1 引言 为了提高产品的市场竞争力 ,结构设计、分析以及优化就像同步工程一样已经被整合进入概念发展阶段的过程。科学文献里有设计一个新产品各种各样的技术 ,其中计算机编程越来越流行，因为，伴随着计算机能力和软件技术革命的前进，编程的优越性已经在效率和精度上体现了出来。 传统的计算机编程是这样的：首先，工程师绘制产品的草图；其次，使用计算机辅助设计 (软 件建立几何模型，随后，大部分工程师将这个 后，由 这个方向已经有许多重要的进步，一些研究人员利用国产研究工具 绍了关于 且已经被两个实例证实了。最近， 据精细的有限元模型开发了一个多级优化程序，也就是说第一步用发展找略优化拓扑参数，第二步 应用 过简化了边界条件。虽然以这种方式做出了许多努力，但是由于传统优化算法的禁锢，解决方案仍然被困在现在的某个区域，并且忽视了许多非线性因素以致于这种方案还不精确。 这种新奇的方法是一种同步的将有限元软件集成到优化程序的方法。它采用随机搜索算法做为优化方法 ,这不仅可以防止优化器被困住在当地的区域，并且可以达到全球精确的最优方案。许多优化工具已经在文学领域进行开发， 现得比较早 ,它是一个模块扩展有限元程序。 et 出了 着 et 及 有软件 用 FE 个软件被广泛用于德国的汽车行业。 它包括广泛的经典和非经典的优化方法 ,如实验设计 (近似交换技术，多标准分析和质量工程方法。 功将 且实验设计 (用于设计 来， et 成到 管许多优化工具已经被广泛开发，但是对复杂机械结构的多目标优化仍然是个挑战。 在这项研究中 ,一个完整的设计方法和多目标结构优化是先进的。用 且详细的证实了这些集成过程。作为一个应用的例子，多目标优化的机械手得到了开发，这样做的目的是扩大其使用范围 ,同时在足够强度的前提下通过优化几何尺寸减轻其质量。无论是基于变化率的古典算法还是现在的进化算法都被采纳来取得最佳方案。 在第二部分中 , 探讨了包含有限元模型的集成程序，仿真过程 ,和优化算法。在第三部分中，混合模式高空作业车（ 的机械手作为一个研究实例被提了出来。应用接触单元模拟连接，来验证有限元分析的结果， 开发试验应力分析。并且采纳 较两种算法的优化结果。而且，为了验证对最佳方案的影响，对 第四部分中，做结论并且让将来的学者去研究讨论。 2 并行方法的集成程序 结构优化的关键是有没有能力自动生成各种设计的虚拟样机模型。为实现并行设计和优化，四个基本步骤必须验证参数化模型。 可以用来自动化相同的任务甚至建立数学模型等方面的参数。因此 ,自动网格文件和计算有可 能定义 并且渗碳层深度逆问题求解也可以得到分析结果。此外 ,运用有限元分析软件运行处理模式 ,即图形用户接口 (不会出现并编制相应的计算程序，只是在后台运行命令。 和输出文件包括约束和目标 ,优化控制文件仅能整合这两个文件 ,实现并行基于有限元分析的优化。 11 图一阐述了同步设计和优化过程，如图所示的过程是一个循环的过程。它控制着有限元分析和优化的性能。在这个模拟过程中，有限元分析和优化能够在没有人工操作的情况下执行。因此 ,这一过程可 以提高其优化效率 ,扩大变量的设计空间。 图一 集成优化过程流程图 有限元分析模 型 文本的编译器能够生成 而且 式或批处理模式中定义任何完成的命令。那里是一个层级的分类 ,即几何量是顶部的等级 ,然后表面 ,然后线 ,此两种建模方法可以应用于无论是从上到下还是从下到上。在本研究中 ,方法采用从下到顶部被定义的基础 ,因为要协调 ,并且他们的位置可参数化的很容易。 当我们在界定了可能产生的几何元素特殊的元素类型。 而 但 证了该质量的元素 ,许多条款需要检查 ,他们是长宽比偏离 90 ,在平行相对边缘的偏离度 ,最大值在度12 角而且定制的值可以被定义用户。如果没有警告和错误出现 ,它表明所有这些条款都满意 ,和计算可以开始了。当解决方案已经完成 ,结果即可从渗碳层深度逆问题求解 ,阅读和写进一个输出文件 ,该文件将提供约束和目标函数优化。 真过程 仿真在计算机工作站上运行，并且要占用许多计算资源。仿真过程是 :首先 ,给设计变量分配初始值，然后用 批量模型中执行有限元分析； 其次 ,设计变量提取 而约束和目标函数提取的输出文件到 且保存 ;第三 ,证明该算法的收敛性 ,如果持平这个程序将被终止 ,而不是融合。优化算法用于修改价值观的设计变量和有限元分析和优化是重复的 ,直到持平问题。优化接近最优解，这一系列的问题的解决方案为单目标优化问题，且是一个单一的最优的解决方案。 化算法 对于多目标优化，最好的方法是不存在，这里有的仅仅是一系列方法。当只考虑一个因素时，这个方案比其他方案都要优越，但是考虑到另一个因素时这个方案就比其他方案要差一些 了。这些方案作为最佳 案而著名。 在文献中可以知道许多算法被开发出来用于获得最佳 案。 一般来说 ,他们可以分为两种 ,一种是列举搜索 ,包括贪心算法 ,爬山算法 ,分枝定界算法 ,深度优先搜索等 ,这些算法在给定的设计一些领域中搜索答案 ,他们可以解决实际应用中出现的问题。但却无法被应用在多个尺度或复杂的非线性问题 ,因为要花费巨大的计算成本。另一种是随机搜索算法 ,包括随机漫步 ,禁忌搜索、模拟退火算法、蒙特卡罗算法 ,进化算法等 ,这些算法原本要解决的问题 ,评价功能不规则的需要定义直接搜索而解 决问题。相比以列举搜索 ,随机搜索能较好地解决复杂问题。 遗传算法 (其中一个最突出的随机检索方法，并且目前它已得到了广泛的应用。它来源于自然遗传学的原则和自然选择。一些遗传学的基本原理被借用来人工构建需求最小量问题信息的健康算法。 绍了基因算法（ 基本理论和工作原理。 近年来，为了寻找最佳 案，有人开发了各种基因算法的新版本， 出了 et 出了 且用于实践。另一方面 ，改进人口成员种类的无标记概念，并命名为 分组之前，所有无标记成员被编排到一个压健康小组中，并且这个小组中每一个单独的成员具有同样的生殖潜能。为了维护人口的多样性，编组成员的健康值被共享。随后，编排另一组无标记个体， 一直编排下去直到所有人都分好组。结果，第一层成员的健康值最大，并且比其他人口有13 更大的生殖能力。 et 组必须一遍又一遍的重复进行，所以他觉得 率并不高。显然，用一种效率更高的方式获得相同的结果是非常有可能的。 作为一个高级的 本，为 了提高计算效率， et ，每一个方案必须测定它命名的方案有多少， 估在人口中特殊方案周围的密度，事实上，这个密度是两点间的平均距离。 需要和其他 样的外部存储器。此外，因为它是一个创新的机构，所以它的效率比以前的版本高，而且由于它的性能非常好以至于在最近它非常受欢迎。 一些研究人员成功应用到工程问题上。在这次研究中， 混合模式高空作业车（ 的机械手也采用了它来优化结构尺寸。 3. 实例研究： 混合模式高空作业车（ 的机械手 一种在工程机械领域的顶级机械产品，目前广泛应用于电力行业、市政工程、消防部门等。它的工作范围内可以达到大约 19 米高度。因为操作员工作在没有其他保护设施的操作室里面，必须要保证机械装置的安全，所以结构设计必须是绝对可靠的。在这次研究中，介绍了一种集成了设计、强度分析以及结构优化的方法。 图 2： 混合模式高空作业车 14 图 3： 延伸状态 如图 2 所示， 19 个部件组成，其中： 12345手臂， 67891011121341516171819些工作台可以根据运动情况分成两部分：一是包括 1折叠部分，二是包括 11延伸部分。因此，混合模型工作台集成了折叠和延伸的两种优点。当它工作时，液压系统控制每一个部件的运动，主液压缸控制折叠部分的运动。这和第一手臂与辅助第一手臂之间的平行运动比较相 似，第二手臂和辅助第二手臂也遵循同样的运动规律。能量通过拖棒从第一手臂传递到第二手臂。当收缩液压缸控制第二收缩手臂的时候，主收缩液压缸控制延伸部分的运动。利用链条控制第三收缩手臂， 13分控制操作室的平衡，图 3 展示了该作业车的一个工况。 目 录 摘要 . 2 . 3 第一章 绪论 . 错误 !未定义书签。 动浇注系统的发展现状 . 错误 !未定义书签。 自动浇注系统工作装置简介 . 错误 !未定义书签。 械手设计方案 . 错误 !未定义书签。 液装置方案设计 . 错误 !未定义书签。 第二章 总体方案设计 . 错误 !未定义书签。 工作装置构成及工作原理 . 错误 !未定义书签。 工作装置各部分方案选择 . 错误 !未定义书签。 拉升装置种类选择 . 错误 !未定义书签。 滚动螺旋传动主要特点 . 错误 !未定义书签。 液压控制系统的优缺点 . 错误 !未定义书签。 气动控制系统的优缺点 . 错误 !未定义书签。 滑动螺旋传动主要特点 . 错误 !未定义书签。 上升装置布置方案选择 . 错误 !未定义书签。 丝杠的优缺点 . 错误 !未定义书签。 设计基本参数以及设计作业范围 . 错误 !未定义书签。 第三章 机架设计 . 错误 !未定义书签。 机架的结构设计 . 错误 !未定义书签。 梁的形状尺寸 . 错误 !未定义书签。 用正应力强度条件选择工字梁的型号 . 错误 !未定义书签。 校核梁的剪应力强度 . 错误 !未定义书签。 浇注杯大小计算 . 错误 !未定义书签。 第四章 齿轮齿条设计计算 . 错误 !未定义书签。 齿轮设计计算 . 错误 !未定义书签。 选定精度等级、材料及齿数 . 错误 !未定义书签。 按齿面接触疲劳强度设计 . 错误 !未定义书签。 按齿根弯曲强度设计 . 错误 !未定义书签。 齿轮几何尺寸的计算 . 错误 !未定义书签。 第五章 轴的设计 . 错误 !未定义书签。 初步确定轴的最小轴径 . 错误 !未定义书签。 轴的结构设计 . 错误 !未定义书签。 轴的强度校核 . 错误 !未定义书签。 求轴上载荷 . 错误 !未定义书签。 按弯扭合成强度条件校核轴的危险面 . 错误 !未定义书签。 轴承寿命计算 . 错误 !未定义书签。 总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 4 10配活塞自动化浇注系统取液装置 摘要 ： 针对目前自动浇注的现状，根据现代机械控制系统的技术，提出了自动浇注系统方案；为了使自动浇注系统和铸型机相匹配，并达到熔体低氧化的目标，对浇筑系统进行了各方面的考虑，分别是系统的功能设计，机械传动机构设计；系统操作简便，自动化程度较高。 本文根据 自动浇注系统 装置的结构特点 ,工作原理以及对典型工况的分析，总结了 自动浇注系统 装置性能要 求和设计原则 ，然后对其各主要构件进行了方案选择，并确定各铰点之间的距离，用 件绘出其连杆模型。接着根据连杆模型并结合其他机械设计知识画出工作装置的二维图纸，最后根据图纸上的具体结构尺寸对工作装置的主要部件进行校核 。 关键词 :自动浇注系统 ；工作装置；运动学分析；结构设计 of to In to of of of of he of to a of on of of of of to AD to in to of of of to of on 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 4配活塞自动化浇注系统 取液装置设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008963237 姓 名： 曾 令 雄 指导教师： 周友行 教授 完成日期： 2012 年 5 月 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2008963237 姓名： 曾令雄 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 33 页 图 表 8 张 论文（设计）题目： 4配活塞自动化浇注系统取液装置设计 内容提要： 机械机构完成了以下动作：首先，从熔炉顶部下降到底部的垂直方 向的运动，此 距离大约为 ，可采用天线式的伸缩臂完成；另外，要完成容器舀进熔液的过程， 此过程为机构的旋转运动。机械手需要完成的动作：首先要与机械机构完成交换动作， 用夹紧装置，然后整个机械手臂作旋转运动，旋转至浇铸口的上方（此高度为已经调节 好的浇铸高度，不需要完成上下移动过程）；接着完成浇铸液的倾倒过程，采用与舀熔 液时的同样的旋转机构完成。 根据任务要求，应设计出一个自动浇注系统。立柱的升降 通过齿轮齿条传动实现，用电机带动齿轮的转动而通过齿条变成直线运动从而可以让机 构上升下降。浇 注杯一端用连接杆吊起来同时可以实现转动，另一端通过拉杆实现浇注 杯的倾倒和盛液过程；拉杆是通过滚珠丝杆把转动转化为直线运动，电机通过联轴器带 动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆就将转动变成杆的上下直线运动。这样可以简化整个过程， 维修也更容易，用两个不同电机实现把铝液从熔炉里面盛出来，再通过机械手将液体倾 倒到浇注模里面。 指导教师评语 曾令雄同学在本次毕业设计过程中，态度端正，并对毕业设计任务作了认真的理解与分析，查阅了自动浇注系统相关资料，提出了一个可行的方案。在此基础 上，基本完成了自动浇注系统机构的设计。其主要工作有：一，查阅资料确定总体方案；二，撰写设计说明书，确定自动浇注系统的机构等各方面设计细节；三，绘制二维以及三维图纸。在设计过程中，其理论知识稍有欠缺，图纸质量一般 ,工作量较大， 论文立论正确，论述清楚 。 同意参加答辩。建议评定成绩为中等。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为 答辩委员会主任： 年 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 4配活塞自动化浇注系统取液装置设计 学号： 2008963237 姓名： 曾令雄 专业： 机械 设计制造及其自动化 指导教师： 周友行 教授 系主任： 周友行 教授 一、主要内容及基本要求 主要内容： 1、熟悉自动浇注系统工作装置的结构特点和工作原理，并分析总结自动浇浇注系统工作装置的性能要求以及设计原则。 2、根据自动浇注系统性能参数设计和 计算工作装置的作业范围（包括最大 降落 深度，最大上升高度，最大提升力等）。 3、对工作装置进行运动学分析以及结构设计，画出二维图纸，并校核。 4、用 建立梁、立柱、浇注桶的三维模型。 基本要求： 1、 设计说明书一份，要 8000 字以上。 2、提交 纸（浇注系统装配图、工作装置主要构件的 装 配图）。 3、提交 三维模型。 二、重点研究的问题 通过查找与整理大量自动浇注系统工作装置三个主要构件（梁、立柱、浇注桶）的 资料，查阅相关文献资料了解自动浇注系统过程和设计参数，在此基础上设计出一套自动浇注系统。进一步熟练使用 其他三维制图软件，设计三模型，得到自动 浇注 系统结构设计部分的装配图和若干关键零件的 设计图。合理确定钢板厚度以保证工作 装置各构件能满足强度和刚度要求。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 查阅相关资料 第一周 2 查阅浇注系统工作装置相关论文及书籍 第二周 3 整理所查阅的工作装置资料 第三、四周 4 确定大致总体设计方案 第五周 5 工作装置基本尺寸确定 第六、七周 6 三维建模 第八周 7 纸绘制 第九到十一周 8 制作设计说明书 第十二周 9 答辩 第十三周 四、应收集的资料及主要参考文献 1保克坦、高尔宾科、卡士林等 M986. 2李魁盛、马顺龙、王怀林 M2006. 3鲍风雨 M2007. 4张建明 第 3版 M2010. 5落迎社 M2007. 6濮梁贵、纪明刚 M2010. 7孙桓、陈作模 M2010. 8成大先 M2004. 9成大先 M2004. 10成大先 M2004. 11成大先 M2004. 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2008963237 姓名 曾令雄 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 4配活塞自动化浇注系统取液装置设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练 的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具文献查阅、资料综合归纳整理能力一般，在设计中能够较熟练运用所学知识，设计方案可行，工作量较大，论文质量中等。 同意参加答辩。 评阅人： 2012 年 5 月 日 目 录 摘要 . 1 . 2 第一章 绪论 . 3 动浇注系统的发展现状 . 3 自动浇注系统工作装置简介 . 4 械手设计方案 . 4 液装置方案设计 . 6 第二章 总体方案设计 . 7 工作装置构成及工作原理 . 7 工作装置各部分方案选择 . 8 拉升装置种类选择 . 8 滚动螺旋传动主要特点 . 8 液压控制系统的 优缺点 . 9 气动控制系统的优缺点 . 9 滑动螺旋传动主要特点 . 9 上升装置布置方案选择 . 11 丝杠的优缺点 . 11 设计基本参数以及设计作业范围 . 12 第三章 机架设计 . 14 机架的结构设计 . 14 梁的形状尺寸 . 15 用正应力强度条件选择工字梁的型号 . 17 校核梁的剪应力强度 . 17 浇注杯大小计算 . 20 第四章 齿轮齿条设计计算 . 21 齿轮设计计算 . 21 选定精度等级、材料及齿数 . 21 按齿面接触疲劳强度设计 . 21 按齿根弯曲强度设计 . 23 齿轮几何尺寸的计算 . 25 第五章 轴的设计 . 26 初步确定轴的最小轴径 . 26 轴的结构设计 . 26 轴的强度校核 . 26 求轴上载荷 . 28 按弯扭合成强度条件校核轴的危险面 . 28 轴承寿命计算 . 29 总结 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 1 4 10配活塞自动化浇注系统取液装置 摘要 ： 针对目前自动浇注的现状，根据现代机械控制系统的技术，提出了自动浇注系统方案；为了使自动浇注系统和铸型机相匹配，并达到熔体低氧化的目标，对浇筑系统进行了各方面的考虑，分别是系统的功能设计，机械传动机构设计；系统操作简便，自动化程度较高。 本文根据 自动浇注系统 装置的结构特点 ,工作原理以及对典型工况的分析，总结了 自动浇注系统 装置性能要求和设计原则 ，然后对其各主要构件进行了方案选择，并确定各铰点之间的距离，用 件绘出其连杆模型。接着根据连杆模型并结合 其他机械设计知识画出工作装置的二维图纸，最后根据图纸上的具体结构尺寸对工作装置的主要部件进行校核 。 关键词 :自动浇注系统 ；工作装置；运动学分析；结构设计 2 of to In to of of of of he of to a of on of of of of to AD to in to of of of to of on 3 第一章 绪论 动浇注系统 的发展现状 最近十几年，国内外铸造生产自动化有了较快的发展。各种自动检测装置、调节装置、自动记录装置、打印显示等已经在铸造生产中广泛应用，尤其是自动线也不断涌现。 机械人与浇注系统尽管实行了平台战略、系列制造、组件家族以及标准化，但是在汽车制造业中，许多构件仍有很多不 同的种类，这些组件需要经济合算地进行制造，并应几十供货到位。位于慕尼黑附近属于 车公司的加兴市 司也面临这样的问题，该公司是砂箱铸铝的专业厂家。迄今位置，液态金属都是从贮料炉中经浇注斜槽进入砂箱。当需要转换到别的砂箱时改装的时间相对较长。只有经验丰富的铸造工人才能对浇注斜槽和所需要的溶液进行正确的调整。而且，浇注时助手们必须监视浇注过程，并反复清理浇注斜槽。但是浇注斜槽上的功能故障和维护工作又影响制造的经济效益、生产率和灵活性。另一方面，浇注斜槽的功能取决于人的因素， 这也很容易影响到铸件的质量。国外有 注系统，加兴人在 模型和铸造设备上的工作就灵活多了，经济效益也有很大的提升。这种浇注系统是 司的专家们研制的。该系统是由一个曲臂结构的机器人将所需要的溶液浇注到型箱里。根据尺寸的大小不同，为此设置的浇注勺可盛液态金属，并且可以借助快速夹紧系统进行快速更换。 注系统浇注轴保护温度敏感的部件，如用于驱动回转运动的伺服电机，可以保护它不被炽热的溶液所损 坏。此外，它还负责将浇注勺精确回转到从保温炉中提取液态金属以及将液态金属浇注到型箱中的位置上。借助于两根连杆和偏心轴，运动过程几乎与温度无关，而且毫无间隙。运动的精确到位以及定位和计量德高精度都与此紧密相联。可以测到的误差小雨 1%。其次，连杆传动装置的刚性很强，可以长时间无需维护并且没有磨损。传动装置持续润滑，并且用钢制外壳加以保护，使之不受外界环境温度的影响。因此即使在恶劣的环境影响下，也可以可靠的进 行工作。利用工业机器人进行浇注有许多优点。首先它保证了高度的灵活性。机器人的运动借助一套为此而研发的软件 进行编程和控制。这些软件是由 4 司的专家们编制的。该公司有员工 30 人，主要从事铸造车间手工操作和自动化技术方案的研究。这些软件可以不需要具备编程知识就能使铸造过程参数化。在一个键盘敏感的图形屏幕上，只需要输入用于工业机器人运动的参数就可以了。除了起动位置之外，其中还包括浇注勺进入到溶液的深度，回转的速度以及浇注勺在浇注型箱是的角度位置。控制装置将一次性调好的参数作为数据组保存在数据库里。这样，数据在重复使用时就可以通过按键自动调出和接收。这样就将机器人的安装费 用减少到最小程度，并确保了浇注时的高度灵活性。此外，浇注机器人好可以同另一台机器人连接，这太机器人可以在型砂中钻出浇口和进斜口。了解这一过程就可以减少模型和浇注设备的安装的时间，一旦更换到别的铸件上时，浇注机器人会自动接收浇口的位置，这样就避免了转移错误。结果是达到了高度的过程安全性，而且即使浇口和进斜口发生变化时过程也非常安全。数据精活网络保存在中央数据库和浇注机器人的控制装置里面，然后由机器人自动纠正浇注溶液的位置。这样就保证了参与浇注的所有设备部件都能按当前的数据进行工作。这就避免了浇注错误和设备停工 停产。加兴市的型砂铸铝工以这样的方式获得了灵活性，同时也大大提高了过程的安全性以及铸造的质量。 国内大多数金属浇注件仍然采用人工的方式，其劳动强度大，生产效率低，成本高，产品质量参次不齐，已经严重的影响我国浇注件的发展。 我国 部分企业也尝试采用浇注自动化系统进行生产加工， 其中也包括铸造生产广泛采用了电子计算机、机械手、机器人，显著的扩大了人们对自动化对象的认识，以及对这些对象直接控制的可能性， 但是尚未有一套成熟的浇注工艺可循，因此有必要对浇注方式进行改进，关键是通过自动化完成劳动强度高、精度控制要求 高的环节。降低生产成本，提高产品的精度。因此有必要设计一套具有布局合理、自动化程度高、合金元素烧损少、成品质量高 、性价比 等特点的浇注系统。 自动浇注系统 工作装置简介 械手设计方案 本设计采用独立的两个机械 部分 ，分两道工序完成整个的浇铸过程（如下图）： 5 首先采用 机械 装置，将浇铸液从熔炉中舀出来，提升到与熔炉顶部相同的高度，然后与机械手进行换手操作，机械手（自设计）装置则来完成剩余的浇铸任务，所有动作根据 程来完成，可控制运动轨迹与运动的精度。 其中浇铸的机械手可 有 以下 两个 方案 设计： 图 1械手一 图 1机械手二 6 液装置方案设计 图 1取液装置 各机械 装置 的功能实现： 取液装置一 需要完成的动作：首先机械 机构 要完成 升降杆 的动作，要保证 上升 时的位置精度，可靠性；其次，从熔炉顶部 下降到底部的垂直方向的运动，此距离大约为 ，可采用伸缩臂完成；另外，要完成容器舀进熔液的过程，此过程为 勺 的旋转运动。机械手需要完成的动作：首先要与机械手一完成换手动作，采用同样的夹紧装置，然后整个机械手臂作旋转运动，旋转至浇铸口的上方（此高度为已经调节好的浇铸高度，不需要完成上下移动过程）；接着完成浇铸液的倾倒过程。 7 第二章 总体方案设计 工作装置构成及工作原理 图 2作装置组成图 其中 1 2 3 456 789101112图 1 为 自动浇注系统 工作装置基本组成及传动示意图，如图所示 拉升 工作装置由 小型电动机、联轴器、滚珠丝杆、套筒、直线轴承 等组成。 立杆固定在地面上，齿轮通过轴、轴承固定在平台上，整个机构的上升下降通过齿轮齿条的运动来实现，为了在齿条下面装一个感应器当要超出的时候控制电机停止上升，拉升装置通过电机连接联轴器再通过滚珠丝杆将旋转运动变为直线运动，最后实现对浇注杯倾倒和盛液过程。 8 工作装置各部分方案选择 拉升装置 种类选择 拉升装置 是 自动浇注系统 工作装置的主要部件，一般可以 采用 滚动螺旋、液压装置、气动装置 和 滑动螺旋传动。 各种方式的优缺点如下： 滚动螺旋传动主要特点 1）传动效率高达 均为滑动螺旋的 23 倍，可节省动力 1/23/4,有利于主机的小型化及减轻劳动强度； 2）摩擦力矩小，接触刚度高，使温升及热变形减少，有利于改善主机的动态特性和提高工作精度； 3）工作寿命长，平均可达滑动螺旋的 10 倍左右； 4）传动无间隙，无爬行，运动平稳，传动精度高； 5）具有良好的高 速性能，其临界转速之 （ d 为轴径， n 为转速， r/达 400000 以上，可实现线速度 120m/高速驱动； 6）具有传动的可逆性，既可以把选装运动变成直线运动，也可以把直线运动变成旋转运动，且逆传动效率与正传动效率相近； 7）已经实现系列尺寸标准化，并出现了冷轧滚珠丝杠，提供了多用途的廉价产品，应用与精度要求不很高的场合，节能并延长寿命； 8）不能自锁； 9）抗冲击振动性能较差； 10）承受径向载荷的能力差； 11）结构复杂，成本较高（但结构比静压螺旋简单且维修 简单）。 9 液压控制系统的优缺点 1）液压控制用油液作为工作介质，故能把由于功率的损耗而产生的热量，从发生的地方带到别处，这样在一定的功率情况下，可以大大减小部件的尺寸； 2）从负载的影响看，液压系统具有机械上的刚性，用在闭环系统中，定位刚度较大，位置误差较小； 3）与机械机构相比，液压执行器的响应速度较高，能高速启动、制动与反向，同时其力矩 惯量比也较大，因而其加速能力较强； 4）液压传动易实现无级调速，具有自身润滑等优点。 5）容易漏油，因而会影响运动的平稳性，并使 效率降低； 6）油液被尘埃或流体截止中其他杂质污损后，会造成液控系统发生故障； 7）油液具有易燃性，有引起爆炸的危险； 8）液体粘度受温度影响，使供油量和执行机构的运动速度不稳定； 9）油液中有空气会引起工作机构的不均匀跳动； 10）就处理小功率信号的数学运算、误差检测、放大、测试与补偿等功能而言，液压装置不如电子或机电装置那样灵活、线性、准确和方便，因而在控制系统的小功率部分，一般不宜采用，主要应用于系统的动力部分。 气动控制系统的优缺点 1）气动控制与 液压控制相比，动作迅速、方便； 2）使用的元件和工作介质成本低，便于现有机器设备的自动化改装，近年在国际上得到很大发展，成为热点之一。 3）运动不平稳； 4）有噪音； 滑动螺旋传动主要特点 1）结构简单，加工方便，成本低廉； 2）当螺纹升角小于摩擦角时，能自锁； 10 3）传动平稳； 4）摩擦阻力大，效率较低，仅在 间，自锁时低于 在 5）螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度及轴向刚度较差； 6）磨损快； 7）低速微调时可能出现爬行。 滑动螺旋传动计算： 选螺杆转动，螺母作直线运动，使用梯形螺纹 F/ 取 = , F=160N 螺母高度： 据梯形螺纹（ P=2; 螺母高度 H=43=合圈数 n=H/P=合上述各种方案的比较，选取滚动螺旋传动符合设计 要求。 11 图 2动螺旋传动 上升装置 布置方案选择 上升装置 是 自动浇注系统 工作装置的主要部件，一般可以 采用齿轮齿条传动、丝杆传动 和 液压系统传动。 1、 齿轮齿条优缺点： 1） 齿轮齿条，承载力大，传动精度较高 ， 可达 2)可无限长度对接延续，传动速度可以很高， 2m/s; 3)若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。 4)典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达 30 层楼高 。 丝 杠 的优缺点 1）普通梯形丝杠可以自锁，这是最大优点 ; 2） 传动效率低下，所以不适合高速往返传动 ； 12 3） 时间久了传动间隙大，回程精度差，用在垂直传动较合适 ； 4） 滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音低，适合高速往返传动 ； 5） 水平传动时跨距大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不可太大，要么改用丝母旋转丝杠不动，但还是不能太长，要么就用齿轮齿条 ； 6） 典型用途：数控机床，小版面数控切割机 。 综上所述选取齿轮齿条传动符合自动浇注系统的要求 。 图 2轮齿条传动 设计基本参数以及设计作业范围 基本参数为： （ 1)浇铸平台概况：总工作台长度约 13 米，宽度约 6 米，高度 ，浇铸熔炉与浇铸模具分别位于浇铸平台两侧，分别有四个，前端有一个两浇铸口的模具。机械手工作半径大概 3 米，预设计机械手管两个浇铸熔炉与模具之间的浇铸，一个浇铸平台上预计安装两套工作装置。 （ 2）机器手的性能参数，机械大臂长度尺寸 ，小臂与 ，设计转动半径 ，机械手下降高度稍小于熔炉深度，约为 ；大臂与中臂总垂直上升高度为 ，机械手换手以后能够完成熔液倾倒的功能，旋转角度设计为 60 度。 （ 3）浇铸容器参数，容器预设计为 杯 状，容器大小可完成 8 公斤的熔液体积， 13 可设计通用容器，按照铝的密度 算， 8 公斤铝的体积约为 3 升，故设计容器体积为 6 升 。 （ 4）机械手夹紧力与电机功率参数，此参数根据容器的大小，以及所要铸造的活塞的质量来决定，现在以最大的情况来分析。从舀出熔液到完成浇铸的过程，时间应控制在 15 秒以内，而垂直高度最大约为三米，两个机 器手臂旋转角度分别设计为 180，上下运动速度，旋转速度将在方案落实以后进行设计计算 。 14 第三章 机架设计 机架的结构设计 设计的一般要求： （ 1） 机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 （ 2） 结构合理，便于制造。 （ 3） 结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。 （ 4） 结构设计合理，工艺性好，还应该使机架的本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 （ 5） 抗振性能好。 （ 6） 耐腐蚀，使机架结构在服务期内尽量少修。 根据设计要求和准则初步确定机架结构的形状和尺寸 图 3机架结构 15 梁的形状尺寸 图 3工字梁结构尺寸 梁的设计和计算 铝液的质量 m 铝 =8动机的质量 m 电 =8升装置质量 m 拉 =8他杆件质量 m 杆 =6构的受力情况： 根据外力平衡公式和力矩平衡公式有： b=G=（ m 杯 +m 铝 ） g 0 而 0( ( 600/3(N ) 000/3(N) b+G 电 =2000/3+80 10 1500(N） 均布载荷 q=(c)/L =(1500+600)/1400(N/ 16 扭矩 M=1/21/2=1/2 1400 ( =2850(图 3 钢架的弯矩图 图 3 钢架的弯矩图 17 用正应力强度条件选择工字梁的型号 选择热轧槽工字钢 许用应力 =160 =100的最大弯矩如图： 图 3 梁的弯矩图 梁的正应力强度条件 z 可求得槽钢量的抗弯截面模量为 =285/1600 106=178材料力学 型钢表知，选 20a 工字梁，其 37 校核梁的剪应力强度 当截面上剪应力最大时，最大剪应力为 A=P 查材料力学 型钢表可知 20a 工字钢的腹板 d=7z*= Q/(d z*) =103/(1010= 因此，选择 20a 工字钢是合适的 。 计算螺栓直径 在横向载荷 P 的作用下，梁的横截面上的剪力 Q=P，截面中性轴上的最大 18 剪应力可由公式求得： 000323 4m a x 据剪应力互等定理，中性层上亦必有与值相等的剪应力 。因此，中性层上的剪力为
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