智能糖画机的设计

智能糖画机的设计摘要：本设计利用数控自动化控制系统和编写好的图案数控程序来进行糖画制作。糖画机通过机器的电磁系统把糖经过高温熔化为糖稀，由机器的电脑芯片系统读取机器中存储的各种糖画图形，绘制出各种各样的人物、动物、风景的造型；然后通过机器的温度控制系统冷却糖画使得糖稀完全凝固。该智能糖画机的设计包括出糖嘴传动系统的设计，电机的选择，糖画台的设计，出糖嘴的结构设计以及控制系统的选择。该设计解决了出糖不均以及夏天糖画不能及时凝固的问题。关键词：智能糖画机，传动系统的设计，出糖嘴IThedesignoftheintelligentsugarpaintingmachineAbstract：ThisdesignmakessugarpaintingproductionwiththesystemwhichisunderthenumericalcontrolandautomationcontrolandwelldesignedNCprogramofdrawing.Sugarpaintingmachinemeltthesugarintosyrupinhightemperaturebytheelectromagneticsystemsinthemachine.Byreadingvariouskindsofstoredsugarpaintingthroughcomputerchipsinthemachine,itcandrawlandscapemodelingofallkindsofpeople,animalsandscenery.Thenthemachinecurdlethesugarsyrupcompletelybythetemperaturecontrolsysteminthemachine.Thedesignofintelligentsugarpaintingmachineincludingthedrivesystemdesigningofsugarmouth,thechoiceofmotor,thedesignofthesugarpaintingworkbench,thestructuraldesignofthesugarmouthandthechoiceofcontrolsystem.Thedesignsolvestheproblemoftheunevensugarpainting,andtheinabilitytofrozenintimeinthesummer.Keywords:Intelligentsugarpaintingmachine,designofTransmissionsysterm，outofsugarmouth目录1前言.11.1智能糖画机的特点.11.2传动系统的设计.11.2.1传动系统的组成.11.2.2糖画机的工作原理.21.2.3糖画机数控系统的主要工作过程.22智能糖画机传动设计.32.1传动系统.32.1.1须满足的设计要求.32.1.2出糖嘴传动系统的传动方式.32.2糖画机传动系统的设计.42.2.1拟定传动方案.42.2.2选择电机.52.2.3传动图.62.3轴系部件的结构设计.72.3.1I轴结构设计.72.3.2II轴结构设计.112.3.3电磁摩擦离合器的计算和选择.162.3.4轴承配置型式.223智能糖画机结构设计.253.1出糖嘴的设计.253.1.1出糖嘴结构设计.253.1.2出糖嘴.253.1.3出糖嘴组件的性能要求.263.2出糖嘴组件设计.273.3糖画台条件的确定.284智能糖画机控制系统的选择.295总结.30参考文献.31致谢.3201前言智能糖画机是使用自动化控制系统、电磁系统,机电一体化来实现与糖画民用机器生产的糖画设计。操作员不需要美术基础,由糖画机自动绘画,取代了手工糖画。我国智能糖画机的发展分为四个阶段：第一阶段：由普通刻字机改装成的皮带传动机器；第二阶段：开发版控制的糖画机；第三阶段：雕刻机手柄控制器的糖画机；第四阶段：双八核微电脑控制的终级版糖画机。1.1智能糖画机的特点糖画机是由微电脑控制器、步进电机、步进电机驱动器、齿轮齿条、电磁系统、记录系统、中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据通路/总线和外部资源接口等一系列软、硬件来实现全自动制作糖画的民用设备。1.2传动系统的设计1.2.1传动系统的组成包括控制介质、数控装置、伺服机构和糖画机本体（机械部件）组成，糖化加工简单，也不需要考虑精度问，采用开环控制系统。（1）控制介质控制介质是储存数控加工糖画所需要的全部动作和出糖嘴对于糖画位置信息的媒介物，它记载着糖画的加工程序。（2）数控装置计算技术数控装置，利用通用的小型计算机或者微信计算机加工软件。它是糖画机的核心，一般由输入装置、控制器、运算器和输出装置等组成。这些控制信息中最基本的信号是：根据已经提前输入好的程序经过选择后输出个坐标的进给速度、1进给方向和位移量指令、送伺服驱动系统驱动执行部件做进给运动；主要部件的变换、换向和启停信息；选择出糖嘴指令信息；控制冷却、糖画的拿取等辅助指令信号。（3）伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成并与糖画机上的执行部件和机械部件组成智能糖画机的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移，每个做进给运动的执行部件都配有一套伺服系统，该伺服系统属于开环系统。（4）机械部件运动部件，进给执行部件，如出糖嘴、齿条、齿轮、立柱等支撑部件，此外还有工糖画台、熔糖器等。1.2.2糖画机的工作原理智能糖画机它工作原理是通过微电脑来控制机器的的熔糖器按照图案编好的程序运行，同时控制电磁系统把糖经过糖画机的熔糖器熔化的糖稀，由机器的电脑芯片系统读取机器中存储的几百种糖画图形，绘制出各种各样的造型。然后通过机器的温度控制系统冷却糖画使得糖稀完全凝固成为可观可食的糖画。1.2.3糖画机数控系统的主要工作过程数控系统的主要任务是进行糖嘴与糖稀之间相对运动的控制。糖画机通电源后，微机数控装置和可编程控制器都将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态。当数控系统具备了正常工作的条件时，开始进行加工控制信息的输入。22智能糖画机传动设计2.1传动系统传动系统具有一定的变速范围，因为它是用来实现智能糖画机出糖嘴运动的传动系统，智能糖画机传动系统主要包括出糖嘴传动系统、电动机和主轴部件。和普通糖画机的主传动系统相比，智能糖画机在结构上比较简单，原因是变速功能全部或大部分是由糖浆漏斗电机来承担的，这样省去了复杂的齿轮变速机构。一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如出糖嘴、工作台），以及开停、换向和制动机构等组成。2.1.1须满足的设计要求（1）满足糖画机的使用性能要求；（2）糖画机传递动力要求；（3）糖画机工作性能要求；（4）产品设计经济性要求；糖画机的操作和控制要灵活、安全可靠、噪声小、准修方便。机床的制造要方便，成本要低。2.1.2出糖嘴传动系统的传动方式传动系统的全部传动和变速机构集中装在同一个箱体内，称为集中传动方式。其特点是结构方便，然而其缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量会使出糖嘴产生变形，使出糖嘴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。出糖嘴最大回转直径:;10m横向最大行程(X轴):,纵向最大行程(Z轴):880m3最大作画长度:;X,Z轴的最小设定单位为:290m0.1m快速进给速度:纵向:,横向:15/in8/in2.2糖画机传动系统的设计2.2.1拟定传动方案智能糖画机需要自动变速，,出糖嘴必须通过自动变速，以维持作画速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选择理想的作画速度，这样有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。无级调速有机械、液压和电气等多种形式，智能糖画机采用由直流步进电机机作为驱动源的电气无级变速。由于智能糖画机的主运动的调速范围较大，而且调速电机的功率扭矩特性也难于直接与糖画机的功率和转矩要求相匹配。所以智能糖画机出糖嘴传动变速系统常常在无级变速电机之后串联机械有级变速传动，以满足糖画机要求的调速范围和转矩特性。为简化出糖嘴箱体结构，本方案仅采用二级机械变速机构，运动方案如图2.1：图2.1出糖嘴传动电磁离合器图选择出糖嘴驱动系统将在价格与性能之间找出一种理想的折衷。表2.1简要给4出了用户所期望的出糖嘴驱动系统的性能。下面将对各种交流出糖嘴系统进行对比、分析表2.1理想出糖嘴驱动系统性能项目内容高性能低速区要有足够的转矩宽恒功率范围,并在高速范围内保持一定转矩高旋转精度高动态响应高加减速,起制动能力具有强鲁棒性,能适应环境条件和参数变化高效率,低噪声低价格低购买价格,低维护价格,低服务价格通用要求耐用性,可维护性,安全可靠性步进直流电机驱动系统是当前商用智能糖画机出糖嘴驱动系统的主流，其功率范围从零点几个kW到上百kW，广泛地应用于智能糖画机上。经过对比分析本设计中决定采用直流步进电机。可实现智能糖画机的各项要求。2.2.2选择电机（1）选择步进电机步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。选择混合式步进电机，因为该步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。而且这种步进电机的应用也是最广泛的。5（2）步进电机驱动器步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。步进电机驱动器的原理，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图2.2是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图2.2四项反应式步进电机工作原理示意图2.2.3传动图初定智能糖画机的传动图,如图2.3.6图2.3传动图2.3轴系部件的结构设计2.3.1I轴结构设计I轴上的零件主要是齿轮1。一端用凸台定位,另一端用紧定螺钉定位。（1）选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数根据选定的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动.本次设计属于金属切削机床类,一般齿轮传动,故选用6级精度.材料选择.选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS.选小齿轮齿数大齿轮齿数135,z23570z（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式(10-9a)进行试算,即(2.1)21312.()tEtdHKTZud确定公式内的各计算数值7试选载荷系数3.1tK计算小齿轮传递的转矩由上文可知为40.82NmA选取齿宽系数5d查得材料的弹性影响系数2/18.9MPaZE按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强;601limPaH度极限;PaH502lim计算应力循环次数(2.2)9199267461502.410.0/2.hNnjL计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得(2.3)1lim2li20.96540.528HNKMPaS（3）计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值1tdH(2.4)5221331.4082189.12.().()96047tEdKTZudtmm计算圆周速度v(2.5)13.496.073.5/601tdnms计算齿宽b(2.6)10.596478.02dtA计算齿宽与齿高之比/h模数(2.7)1/96.4732.ttmdzm8齿高(2.8)2.5.2746.15thmm(2.9)/48.0/6.1.8b计算载荷系数根据，6级精度，查得动载系数；3.75/vs1.07vK直齿轮，假设。查得；10/AtKFbNm2HF查得使用系数；.2查得6级精度，小齿轮悬臂支承时，(2.10)231.08(6.7)0.15Hdb将数据代入得；(2.11)23.(.5).4.01.237K由，得；故载荷系数/78,137Hbh18FK(2.12).0.27.985AV按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得(2.13)331/96.471.85/.1.60ttdm计算模数m(2.14)1/0./.dz（4）按齿根弯曲强度设计得弯曲强度的设计公式为(2.15)132()FaSdYKTmz（5）确定公式内的各计算数值查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限50EMP；2380FEMPa查得弯曲疲劳寿命系数1.82FNK计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得(2.16)10.259.64FNEMPaS9计算载荷系数K(2.17)1.2507.18.94AVF查取齿形系数查得；。12.45FaY2.4Fa查取应力校正系数查得；。1.6Sa21.7Sa计算大小齿轮的并加以比较FY(2.18)12.4560.1389FaS2.4750.631FaSY大齿轮的数值大。（6）设计计算53221.894.01.692.4mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.46并就近圆整为标准值，按接触强度算2.5m得的分度圆直径，算出小齿轮齿数10.6dm./254z大齿轮齿数18zu这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算10计算分度圆直径142.510dzmm28计算中心距12()/(102)/165ad计算齿轮宽度1.5dbm取。21,60B验算51.47280tTFNd，合适。.28/.14/0/AtKmNmb2.3.2II轴结构设计（1）轴上零件的轴向定位II轴上的主要零件主要有三对直齿圆柱齿轮及其中两直齿圆柱齿轮对应的电磁离合器。滚子轴承的左端靠在端盖上，右端用轴肩定位。与电机轴上齿轮相啮合的齿轮左轴的最小尺寸，3min0PdA式中，由表153，可取得110，故0min1.6.7dm取35mm。由于取值较计算值大的多，所以不用再按弯扭合成强度条iind件计算和进行疲劳强度校合。轴的零件图如图2.5.11图2.5中间轴零件图齿轮的设计选定齿轮的精度等级和材料，初选齿数本智能糖画机的运行速度较低，精度等级选择6级精度；小齿轮齿数初选为24，1z21z3i48/72按齿面接触强度进行设计按式试算，21312.()tEtdHKTZud确定公式内的各计算值：初选载荷系数Kt1.6；计算小齿轮传递的转矩由前文可知小齿轮传递的转矩为271.39;可选定齿宽系数0.4；d查得材料的弹性影响系数189.8；EZ1/2aMP按齿面接触硬度查得小齿轮的接触疲劳强度650MPa；大齿轮的接limH触疲劳强度600MPa；lim2H查得接触疲劳寿命系数=0.9,=0.95;1HNK2N计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数s1。=0.9650/1585MPa1H1limNHKS=0.95600/1=570MPa22li将以上参数代入公式进行计算12试算小齿轮分度圆直径d1t，代入H-中较小的值3231.6271.908/719.()17.85450tdm计算圆周速度v14.53/2./60610tnmss计算齿宽1.27.8.dtb计算齿宽与齿高之比齿轮模数1/.5/4.327ttmz齿高2.53271986thm/4/986.b计算载荷系数K查得动载系数；1.0V查得;2HF查得使用系数1.25；A小齿轮精度为6级，相对支撑作对称分布。HK23d1.08.150b3.150.1452（+4）由b/h4.27，=1.15,查图1013，得1.12，HFK故，动载系数1.2506.15.829AVK计算模数由实际得载荷系数校正所算得的分度圆直径，得331/127.85.9/1.63.8tTdKm所以模数为1/.6/4.mz(2)按齿根弯曲强度设计弯曲疲劳的设计公式为13132()FaSdYKTmz以下确定式中各参数的值：查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限520MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度1FE极限440MPa；2FE查得弯曲疲劳寿命系数0.82，0.87；1FNK2N计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.3，得0.82520/1.3328MPa1F1NFE0.87440/1.3294.46Mpa2F2FEKS计算载荷系数K1.2506.12.78AVF查取齿形系数查得。12.65;.8FaFaY查取应力校正系数查得；。1.Sa21.73Sa计算大、小齿轮的并加以比较FY12.6580.1273FaSY2.34946FaS大齿轮数值大，将用于以下计算。将以上参数代入进行计算1453221.78.410.34.8mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而由齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度所算得的模数，按接触强度算得的分度圆直径3.5m，算出小齿轮齿数13.68dm1/3./8z279u(3)几何尺寸计算计算分度圆直径138.513dzmm297.计算中心距12()/(39.5)/236.ad计算齿轮宽度10.4.dbm取。216,5B(4)验算31/7.40/481.2tFTdN，合适。08.25.6tAKb第二对齿轮的模数可取得比齿轮1小，3。由于这两齿轮得中心距与4m齿轮1和2的中心距相等，故,.326.5/210z49/165z四个齿轮的尺寸参数如表2.3所示。15表2.2齿轮尺寸参数参数齿轮1234模数m3.53.533齿数z389710056中心距a236.25分度圆直径d133339.5300168齿顶圆直径a140346.5306174齿根圆直径f124.25330.75292.5160.5全齿高h7.8756.75齿宽b60545560压力角20202020基圆直径bd125319282158传动比i18/79/16齿轮宽B6560707516齿宽系数d0.40.150.20.2轮毂宽706585902.3.3电磁摩擦离合器的计算和选择(1)规格计算其规格选择计算的基本原则是使其计算转矩小于或等于其薄弱环节的失效条cT件限制而允许其传递的许用转矩T，即(2.19)maxacnTT其中-理论转矩-计算转矩cT-公称转矩n-许用转矩-最大转矩max-许用最大转矩T-许用转速n计算转矩由于各类联轴器，离合器实际工况不同，在确定计算转矩时应将理论转矩cT乘以不同系数KT本智能糖画机承受长期平稳载荷，故(2.20)cT式中，-分别为离合器的计算转矩，公称，许用转矩，；cTnNmA-离合器理论转矩，；NmAK离合器工况系数，见下表所示。本文中为金属切学机床，取K=1.4，从而得到(2.21)1.427.39.46TcA17综上选取的牙嵌式离合器的规格为DLY5-40A，相关尺寸由表中查取。(2).牙嵌式离合器的设计计算离合器的外径计算（经验公式）(2.22)33502.8502.879.4610.9()cDTm牙的外径：(2.23)1.ZDm表2.3离合器工况系数机械类型K机械类型K金属切削机床1.3-1.5轻纺机械1.2-2曲柄式压力机械1.1-1.3农业机械2-3.5汽车,车辆1.2-3挖掘机械1.2-2.5拖拉机1.5-3钻探机械2-4船舶1.3-2.5活塞泵,通风机,压力机1.3起重运输机械在最大载荷下结合1.35-1.5活塞泵(单缸),大型通风机,压缩机,木材加工机械1.7在空载下结合1.25-1.5冶金矿山机械1.8-3.2牙的内径：(2.24)0.7.160.92.4ZZDm牙的平均直径：(2.25)5()5(1.9)36.5mm牙的宽度：(2.26).24ZZb牙的高度：(2.27)06247hb牙的个数：(2.28)0/()ntA式中-主，从动半离合器的转速差nA18(2.29)601/(),/minnvDrAA-牙齿接合圆周速度差，一般取v(0.78)/vs-离合器允许结合时间，一般机床，取t5t本文中取，则可以得到0.7/msA0.1ts61(34659)8/innr/(98.)z牙间压紧力(2.30)112tan()cdmuQTFD近似可取(2.31)2tan()cdmTQFD式中-牙形角，一般取30-摩擦角，钢与钢接触，取79-牙的平均直径m-弹簧推力，一般取dF305dFN本课题中取，30,8,4从而，(2.32)279.6tan(308)42.515Q(3).磁路结构设计磁轭铁心截面积(2.33)2.5/()ABm式中，-磁感应强度，一般取B1.4T-牙间压紧力，N。Q19取，1.3BT222.5/.45/1.3()AQBm线圈槽内径（内铁心外径）(2.34)22././.45.ndd式中-离合器轴径。线圈槽外径（外铁心内径）(2.35)22.3/160.9.354/.160.5wdDAm线圈槽宽度(2.36)()/(.)/7.()nwnbd励磁磁势41.60()IWBVA式中，-气隙中中磁感应强度，一般取B.507T-工作气隙，近似取牙的高度。-气隙系数，一般取V2.53V取，则0.6BT3(2.37)431.05.6730.145.IWA线圈槽高度(2.38)23()nsHIWhmftA式中，-线圈槽高宽比，/46;nb-传热系数。线圈散热良好时，；s80.56stA线圈散热不良时，；7.4203stA-填充系数，按导线直径查得；Hfd20-温升，K，按技术要求确定；tA-电阻系数，可取；210.17mA取查得，得4,8.56.,st0.7Hf(2.39)23243300.17(45.)15.()86nsHIWhmftA导线直径(2.40)30.68/0.17045.1/2.94()mddIU式中，-线圈的平均直径，()(605103,mwnddm-电源电压，一般取24V线圈匝数(2.41)2204/()453.70./(314.9)76.nHWbhfd磁轭底部厚度(2.42)2/176./(23.45)0.63()hAdm磁轭高度：，一般取.2.1nhA23mA衔铁厚度20.632.()xbhA衔铁内径由轴径根据结构确定，外径xdxDm(4)磁路验算线圈总磁势(2.43)61(8096)083.5167.10()nKRIWHLBA式中，-气隙，磁轭，衔铁等各部分的磁均强度与磁路长度,21气隙磁场强度(2.44)3/(8096)45.10/(9.6)83.5()BIWT电磁吸力(2.45)225.4.8.1()QAN（5）.轴承的选择可选轴承的型号和其他参数，如表2-7所示：（6）键和圆螺母的选择可选择键的尺寸如下表2.5：表2.4键的尺寸参数参数键公称尺寸bh长度L轴深度t孔深度1t与离合器配合的键149505.53.8圆螺母选用M351.5。表2.5轴承尺寸参数轴承参数型号内径d外径D轴承宽B安装尺寸1安装尺寸3D1073562144157轴两端的支撑轴承7307C7307AC358021447122与齿轮配合的轴承7308C7308AC40902349812.3.4轴承配置型式本课题中智能糖画机的转速较低，要求径向刚度好，所以轴承的配置型式选择为刚度速度型13。前轴承采用双列角接触球轴承，接触角为25，它们通过套筒背靠背配置，以减少出糖嘴悬伸量。后轴承采用双列短圆柱滚子轴承，以承受较大的传动力。如下图所示：图2.6出糖嘴支承型式（1）主要参数的确定出糖嘴的主要参数是指：出糖嘴平均直径D（或主轴前轴颈直径）；出糖嘴1D内孔直径；出糖嘴悬伸量a和主轴支承跨距。这些参数直接影响出糖嘴的工作性dl能，但为简化问题，主要是由静刚度条件来确定这些参数，即选择D、d、a、l使出糖嘴获得最大静刚度，同时兼顾其它要求，如高速性、抗振性等。出糖嘴前轴颈直径的确定1D出糖嘴平均直径对出糖嘴部件刚度影响较大。加大直径，可减少出糖嘴本身1弯曲变形引起的出糖嘴轴端位移和轴承弹性变形引起的轴端位移，从而提高出糖嘴部件刚度。但加大直径受到轴承dn值的限制，同时造成相配零件尺寸加大、制造困难、结构庞大和重量增加等，因此在满足刚度要求下应取较小值。按智能糖画机主电动机功率来确定，可取。190Dm出糖嘴内孔直径d的确定确定孔径的原则是，为减轻出糖嘴重量，在满足对出糖嘴孔颈要求和最小壁厚要求以及不削弱出糖嘴刚度的要求下，应取较大值。23对于智能糖画机，本课题中出糖嘴上端需要安装皮带轮，轴径/0.65dD较小，故取16，即。/.5m出糖嘴悬伸量的确定a出糖嘴悬伸量是指出糖嘴的上端面到支承径向反力作用中点的距离，它对出糖嘴部件的刚度和抗振性影响很大。因此在满足结构要求的前提下尽可能取小值。减小的常见措施有：a尽量采用短锥法兰式出糖嘴端部结构。推力轴承配置在前支承时，应安装在径向轴承的内侧而不是外侧。合理设计前支承的调整结构和密封装置形式。尽量采用出糖嘴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置。采用向心推力轴承来代替向心轴承。成对安装的圆锥滚子轴承，应采取滚锥小端相对的形式；成对安装的向心推力轴承应采取背对背或面朝外的同方向排列形式。本课题中主轴前端的一对向心推力轴承正是采用这种安装形式。改变轴端工夹具的结构形式来减小a值。（2）支承跨距的确定l支承跨距是指相邻两支承的支承反力作用点之间的距离。合理确定是获得主l轴部件最大静刚度的重要条件之一。当时，出糖嘴部件具有最大刚度，即为0l0出糖嘴部件的最佳跨距。在具体设计时，往往由于结构上的限制而使，这就造l成出糖嘴部件的刚度损失。合理跨距,通常取。因为D、a(.751)ratll0ratl一定时，越大，轴承的径向跳动对主轴前端的径向跳动影响越小，且加大可较小ll振动。当需要远大于时，可采用三支承结构。0l（3）出糖嘴头的选用如前文所述，采用短锥法兰式出糖嘴端部结构有利于减小出糖嘴悬伸量。本课a题选用B型法兰式出糖嘴端部，代号为6。（4）轴承型号的选择选择轴承型号及其尺寸如表2.7所示：表2.6出糖嘴轴承尺寸参数24型号内径d外径D轴承宽B安装尺寸1D安装尺寸2安装尺寸4D安装尺寸5前轴承362189016030103147后轴承31821147011030801031023智能糖画机结构设计3.1出糖嘴的设计3.1.1出糖嘴结构设计(1)分液漏斗分液漏斗轴承参数25分液漏斗的颈部有一个活塞，这是它区别于普通漏斗及长颈漏斗的重要原因，因为普通漏斗和长颈漏斗的颈部没有活塞，不能灵活控制液体。因为分液漏斗的这一特质我想将出糖嘴也设计成分液漏斗的形状，但是因为糖稀温度高，所以该形状似分液漏斗的出糖嘴的材料选择铝制材料，又轻便又经济。（2）电热式水龙头电热式水龙头又称电热水龙头，即热水龙头或快热水龙头，该产品具有很多优点：第一，快速加热，只要3-5秒钟就出热水；第二，方便，即不需要专人安装、即开即热、冷热两用、温度流量可调；第三，安全，具有无水自动断电、水电分离设置；第四，节能环保，即省水省电、无污）；而且美观小巧功能多。3.1.2出糖嘴我所设计的出糖嘴正是分液漏斗与电热式水龙头的结合体，分液漏斗的活塞不用普通活塞，而是改用电热式水龙头作为活塞，将两者的优点结合，完全可以解决普通智能糖画机出糖不利的缺点。3.1.3出糖嘴组件的性能要求出糖嘴组件是智能糖画机的主要部件之一，它的性能对整机性能由很大的影响。出糖嘴直接承受切削力，转速范围又很大，所以对出糖嘴组件的主要性能特提出如下要求：（1）回转精度出糖嘴组件的旋转精度,它是指出糖嘴旋转精度。当出糖嘴做旋转运动,线速度零点的附件被称为出糖嘴回转中心线。回转中心的空间位置,理想情况下应该是固定的。事实上,由于各种因素的影响在出糖嘴组件,回转中心每时每刻线的空间位置变化,平均空间位置的瞬时转动中心行成为理想回转中心线。瞬时旋转中心线相对于理想回转中心线的位置在空间距离、出糖嘴回转误差,回转误差的范围是出糖嘴旋转精度。（2）刚度通常通过一个出糖嘴前单元位移、位移方向施加的力的大小。出糖嘴26组件的刚度越大,出糖嘴轴承的变形越小。出糖嘴组件的刚度不足,切削力等力的作用下,出糖嘴会产生较大的弹性变形,不仅影响工件的加工质量,会扰乱正常的工作条件,齿轮、轴承和使它加速磨损,精度较低。出糖嘴部件和出糖嘴结构的刚度大小与出糖嘴结构尺寸,轴承型号和配置类型,轴承间隙的调整,出糖嘴上元件的位置等等有关。（3）抗振性出糖嘴组件的抗振性是指作画加工时，出糖嘴保持平稳地运行没有振动的能力。（4）温升出糖嘴组件操作,温度过高会导致两个后果:一是主要的组件和套管变形由于热彭上升,智能糖画机出糖嘴回转中心线和其他部件的相对位置变化,直接影响到加工精度;二是轴承组件由于高温而改变调制好的间隙和破坏正常润滑条件,影响轴承的正常工作。（5）耐磨性出糖嘴组件必须有足够的耐磨性，以能长期保持精度。出糖嘴上易磨损的地方是出糖口或糖嘴的安装部位以及移动式出糖嘴的工作部位。以上这些要求，基本是不矛盾的。例如高刚度和低速，低速与低温升，低速与低精度等。这就要具体问题具体分析。3.2出糖嘴组件设计出糖嘴爱组件是糖画机的重要部件之一，它是智能糖画机的执行件。它的功用是支撑并带动出糖嘴作画。出糖嘴组件由出糖嘴及其支撑和安装在出糖嘴上的出糖口、密封件等组成，并与熔糖器连接在一起。(1)出糖嘴的材料和热处理主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。(2)滚珠丝杠副的选用及其支承形式滚珠丝杠副有如下特点：系统刚性好；传动效率高；传动精度高；运动具有可逆性；27可进行预紧和调隙；不会自锁；使用寿命长。齿差调隙式（该形式调整精度很高，工作可靠，但是结构复杂，加工和装配工艺性能差），其调整时，先取下两端的内齿圈，使两螺母产生相对角位移，相对地产生轴向的相对位移，从而两螺母中的滚道中的滚珠分别贴在螺旋滚道的两个相反侧面上，然后将内齿圈复位固定，故而达到消除间隙，产生算紧的目的。调整间隙：=S12kpz(3)联轴器的选着联轴器的使用可以大大简化出糖嘴的结构，缩短传动链，提高了传动精度。同时有效地提高了出糖嘴部件的刚度。（4）轴承的选着在满载设计机构传动装配时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼的要求，所以设计时要遵守缩短传动链的选择原则，这样可以提高系统传动的传动刚度，减少传动链误差，同时可以通过预紧方式提高传动精度。3.3糖画台条件的确定根据糖画机的机身大小700600900mm，该糖画机能够加工的最大面积为200210，最大容纳糖稀量为500g，所以留出装夹的尺寸后糖画台应该设计为2m280290，并且考虑到糖画最重100g左右，所以我选糖画台厚度为4mm，材料选铝塑板。因为铝塑板是由经过表面处理并用涂层烤漆的3003铝锰合金、5005铝镁合金板材作为表面，PE塑料作为芯层，高分子粘结膜经过一系列工艺加工复合而成的新型材料。它既保留了原组成材料（铝合金板、非金属聚乙烯塑料）的主要特性，又克服了原组成材料的不足，进而获得了众多优异的材料性质。选用7039铝板作为糖画机作画的糖画板，因为7039的化学组成有硅（Si）0.30，铁（Fe）0.40，铜（Cu）0.1，锰（Mn）0.10-0.4，镁(Mg)0.23-0.33，铬（Cr）0.15-0.25，锌（Zn）3.5-4.5，钛（Ti）0.10等，所以7039的制冷效果非常好，这正好解决了普通智能糖画机夏天糖画不能及时凝固的问题。284智能糖画机控制系统的选择该智能糖画机的控制系统选用单片机+PC联合作用的控制系统。因为单片机的成本低、轻便，也更能灵活的嵌入硬件切割机内。但单片机的最大缺点是处理能力不够强大,所以很多很复杂的控制程序必须要单片机结合PC来共同完成,所以我们选用单片机+PC的控制系统，不但解决了单片机处理能力不够强大的缺陷，还还汲取了单片机低成本等优点，也就是说该控制系统的选择很适合该智能糖画机。295总结经过三个月的奋战，我的毕业设计终于完成了。在指导老师的指导下，对此课题进行了思考和探究，这次的毕业设计相对于以前的课程设计，不但多了很多时间当然也多了很多思考，使我受益良多。毕业设计不仅是对以前所学知识的一种检测，更是对自己实践能力的一种提高。通过这次毕业设计，使我看清楚自己原来还有很多需要学习的东西。这次毕业设计要求设计智能糖画机，自行设计对于我们来说是非常困难的，只能借助目前现有作品，并且在此基础上作一些改造，这对我来说是也是一种很大的挑战，同样是一种考验。而我正好喜欢挑战自我，所以我查阅了各种关于智能糖画机的期刊、资料，