管类零件喷涂跟踪设计 精品.doc

目 录摘 要Abstract1绪 论6 1.1喷涂机构在管类零件生产中的意义6 1.2 跟踪机构在喷涂机构中的意义6 1.3方案实现分析7 1.4三维建模软件应用7 1.5主要设计内容82管类零件喷涂跟踪机构总体结构方案设计9 2.1管类零件喷涂跟踪设计目标9 2.2管类零件喷涂跟踪机构的原理9 2.3管类零件喷涂跟踪机构的主要运动9 2.4跟踪机构的主要零件的选择11 2.4.1跟踪喷涂机构往复摆动运动零件的选择12 2.4.2跟踪喷涂机构往复运动零件的选择12 2.5管类零件喷涂跟踪机构的总体设计13 2.6总体设计方案优点13 2.7管类零件喷涂跟踪机构主要运动分析14 2.7.1摆动凸轮的运动分析14 2.7.2圆柱凸轮的运动分析16 2.7.3摆动凸轮和圆柱凸轮运动的联系17 2.8总结183管类零件喷涂跟踪机构的总体设计19 3.1圆柱凸轮设计及相应配件的设计19 3.1.1圆柱凸轮19 3.1.2假轮毂的设计22 3.2齿轮的设计22 3.3摆动凸轮及相应其配件的设计243.3.1摆动凸轮设计25 3.3.2摆动凸轮配件的设计28 3.4导杆的设计29 3.5微调器的设计30 3.6总结314 三维软件建模32 4.1建模软件介绍32 4.2圆柱凸轮三维模型34 4.3盘形摆动凸轮三维模型34 4.4导杆三维模型35 4.5齿轮三维模型37 4.6微调器三维模型38 4.7轴三维模型40 4.8机架、支架、摆杆、轴承及其他配件40 4.9管类零件喷涂跟踪机构三维模型44 4.10总结455 使用安装、维护及总结46 5.1 使用安装、维护46 5.1.1 管类零件喷涂跟踪机构的安装方法46 5.1.2 管类零件喷涂跟踪机构的维护46 5.2 总结466展望487 致谢49参考文献501 绪论管类零件在我们生活中非常常见，它们在生活和生产中的应用更举不胜数，对人类的文明、社会的进步做出了巨大贡献。它们与人们的日常生活密切相关，任何人都离不开它们。管类零件在各个不同的行业中都有大量的应用，例如：供水行业。供油行业，建筑行业等等。因此管类零件作为一种基础建设中大量需要的零件，在我国的产量非常巨大。管类零件生产工业不仅本身创造了经济效益，而且为推动本国他国家的经济发展，促进商业销售，对内对外交流做出了重要贡献。在我国管类零件生产工业正蓬勃发展地向前发展，有着广阔的前景。1.1喷涂机构在管类零件生产中的意义 随着经济的发展和人们生活水平以及审美要求的提高，对管类零件的要求也有所提高，我们对管类零件的外表和内壁都有了更高的要求。所以要对管类零件内外壁进行喷涂加工。喷涂机械是涂装系统不可缺少的重要设备，随着时代进步和电子技术的不断发展，喷涂设备也由最简单的喷涂机发展到现在的喷涂生产线，涂装生产线主要是用在家用电器、汽车、摩托车、钢木家具、建筑五金工具、仪器仪表外壳等金属属件、塑料件的表面处理。涂装系统主要有粉末涂装系统、自动喷漆系统、工业单机喷涂设备及汽车特种喷涂设备等；设备主要有线处理生产线、睡莲喷漆室、自动喷粉准装置、喷粉机器人、烘道、烘房、自动喷淋装置悬挂物料输送设备等。喷涂作为制品表面处理的一种方法和手段，其发展方兴未艾。目前，国内喷涂设备主要有水平往复自动喷涂机，垂直往复自动喷涂机、旋转喷涂机、多轴顶喷机、喷涂机器人等，可用于外表面较大物件的自动喷涂。而对于透明或单色瓶、杯、管类零件等小尺寸的物件，如在其内表面进行喷涂，可用起到防锈防腐蚀还可以改善观赏、装饰美观性。因此带动了物件内壁喷涂的全自动喷涂机的发展。在物件内壁喷涂的全自动喷涂机中喷涂跟踪机构占有不可或缺的地位。管类零件喷涂跟踪机构用于在管类零件连续输送过程中，对管类零件内壁喷涂塑料薄膜的机构。因此管类零件喷涂机构有着非常重要的意义。 1.2 跟踪机构在喷涂机构中的意义 就管类零件内壁喷涂机而言，可将其组成大致归纳为三个大部分，输送部分、喷涂部分、输出部分。图1-1 管类零件内壁喷涂机的组成 在喷涂部分中，最重要的就是喷涂跟踪机构。喷涂机的喷涂速度、喷涂精度以及管类零件的质量与喷涂跟踪机构密切相关。如果喷涂跟踪机构运动不当，就会出现管类零件喷涂不均匀，喷枪与管类零件内壁不接触，甚至无法喷涂，因此，喷涂跟踪机构的选择和设计至关重要。1.3方案实现分析管类零件喷涂跟踪机构是一种自动化程度很高的机构，而在各种机械中，特别是自动机和自动控制装置中，广泛采用凸轮机构，所以在设计管类零件喷涂跟踪机构时也采用了凸轮机构来控制运动。齿轮机构是应用最为广泛的传动机构，所以在传动方面采用了齿轮机构。控制喷枪的往复运动中，采用了花键轴来导向。并且通过一个微调器来控制喷枪头对准管类零件内部的准确度。通过齿轮进行传动，凸轮机构控制运动，微调器来控制准确度就可以让本方案得以实现。1.4三维建模软件应用 建模的软件有很多种，最常用的是UG和Pro/E。 proe是PTC公司旗下的产品Pro/Engineer的简称。Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件。 UG是Unigraphics的缩写，UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品，这是一个交互式CAD/CAM(与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。 来自Siemens PLM 的 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于、工程和制造全范围的开发过程。如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。 NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个的技术创新， NX 的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。 因此鉴于UG的功能强大和使用人性化等因素，本次设计使用了UGNX 4.0来进行建模。1.5主要设计内容 本次设计的内容及工作量是确定管类零件喷涂跟踪机构的总体方案设计，总体结构及其组成，掌握跟踪机构的工作原理，完成主要机械部分设计。并且对所设计的机构和零件进行三维建模，建模后进行机构装配。此外还包括设计说明书的编写，外文资料的翻译工作。图纸的绘制工作。包括：总体装配图1张；齿轮零件图1张；摆动凸轮零件图1张；圆柱凸轮零件图1张；导杆零件图1张。 2管类零件喷涂跟踪机构总体结构方案设计引言本章针对喷涂跟踪机构的设计与研究，建立了一种能够自动跟踪管类零件并且可以同时进行喷涂的机构，这种机构可以各种零件来完成预定运动过程来实现。2.1管类零件喷涂跟踪设计目标 管类零件喷涂跟踪机构设计出来后，将实现管类零件在连续输送过程中，对管类零件内壁喷涂塑料薄膜的机构。减少人工喷涂的塑料薄膜的不均匀和工人的工作强度。提高管类零件喷涂的质量和生产率。2.2管类零件喷涂跟踪机构的原理 管类零件喷涂跟踪机构用于在管类零件连续输送过程中，对管类零件内壁喷涂塑料薄膜的机构。管类零件等间距的安装在特制的链带上，链带由链轮带动，沿顺时针方向转动。在旋转过程中，喷枪徐徐插入壳内进行喷塑，完成后又迅速退回原始位置，再插入下一管类零件重复前述动作。2.3管类零件喷涂跟踪机构的主要运动 为了实现管类零件喷涂跟踪机构中喷枪的跟踪喷塑目的，我们就要选择适当的零件来控制它的运动。喷枪的主要运动如下： 可以从图中看出喷枪的主要运动就是二个。第一个：因为管类零件是等间距安装在特制的链轮上的，链带由链轮带动，喷枪要跟随管类零件进行运动，对一个管类零件喷涂完成后又迅速退出，然后对下一个零件进行喷涂，于是要求喷枪要有往复摆动。 图2-2喷枪的往复摆动第二个：因为喷枪要对管类零件内壁进行喷涂，所以喷枪徐徐插入管类零件内部进行喷涂，这就要求喷枪需要往复运动，伸入管类零件内部，然后再抽出。 图2-3喷枪的往复运动2.4跟踪机构的主要零件的选择为了实现喷枪的跟踪喷涂的目的，我已经知道了喷抢的二个主要运动，即喷枪的往复运动和喷枪的往复摆动。采用什么方式和零部件来实现这个二个运动呢？在翻阅大量资料后，我们发现凸轮机构非常适合本次设计的需要。在各种机械，特别是自动机和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构。凸轮机构是由凸轮、从动件、机架组成的高副机构。凸轮机构有如下的优点：1、从动件的运动规律可以任意拟定，凸轮机构可用于对从动件运动规律要求严格的地方，也可以用于要求从动件作间隙运动的地方，其运动时间与停歇时间的比例以及停歇次数都可以任意拟定。可以高速启动，动作准确可靠。2、只要设计相应的凸轮轮廓，就可以使从动件按拟定的规律运动。3、由于数控机床及计算机的广泛应用，特别是近年来可以实现计算机辅助设计与制造，使凸轮轮廓加工并不十分困难。其最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且相应快速，机构简单紧凑。正因如此，凸轮机构不可被数控、电控等装置完全代替。由于凸轮机构和包含凸轮机构的各种组合机构能够再现各种预期的运动规律，凸轮机构在工程中获得了广泛的应用。诸如在各种半自动和全自动金属切削机床、内燃机、矿石破碎机、模锻机、冷镦机、钢管冷轧机、自动包装机、织机、家用和工业用缝纫机、自动绕线机、点焊机、印刷机以及多种农业机械等，均采用了凸轮机构。在许多自动化仪表中。也采用凸轮机构作为输出执行机构。由于凸轮机构是由从动件、凸轮组成的高副机构，因此可按照凸轮的形状、从动件的形状和运动形式、凸轮与从动件维持高副接触的方式等特点对凸轮机构进行分类。按照凸轮的形状分类（1）盘形凸轮：凸轮是一个变曲率半径的盘形构件。（2）移动凸轮：具有曲线形状的作往复直线运动的构件。（3）圆柱凸轮：在圆柱体上开出曲面轮廓的凹槽或在其端面上做出曲面形状轮廓。盘形凸轮和移动凸轮与从动件的运动在同一平面内，称为平面凸轮机构。圆柱凸轮机构属空间凸轮机构。按照从动件的形状分类（1）尖顶从动件：该种从动件与凸轮之间为点接触，可以与任意复杂形状的凸轮轮廓保持接触，但尖顶容易磨损，一般用于传递动力较小的低速凸轮机构中。（2）滚子从动件：滚子的转动把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少凸轮机构的磨损，并且可以传递较大的动力，因此应用较为广泛。（3）平底从动件：这种从动件的受力较为平稳，容易形成油膜，因此在高速凸轮中应用较广。（4）曲底从动件：这种从动件具有尖顶与平底从动件的双重优点，但制造困难。 按照从动件的运动形式分类为直动和摆动从动件两大类。按照维持凸轮与从动件高副接触的方式分类力封闭（又称锁合）和形封闭两种形式。力封闭凸轮机构:是依靠重力弹簧力等外力维持凸轮与从动件之间的高副接触。形封闭凸轮机构:是其依靠凸轮或从动件特殊的几何形状来维持高副接触。等宽凸轮机构:两高副接触点之间的距离b保持不变。2.4.1跟踪喷涂机构往复摆动运动零件的选择就本机构而言先前我们分析了所设计的机构的运动。因为管类零件时安装在一个圆盘链传动上的。我们假设上面有n个管类零件，并且每个管类零件都是均布分布，它们之间的夹角=360/n；管类零件是内壁喷涂，在这一过程中我们必须保证喷枪和管类零件一起运动，所以喷枪在一个方向上的角速度跟链传动的圆盘的角速度应该一致。经过筛选我选用了滚子摆动从动动件盘形凸轮，因为喷枪与摆杆相连接通过设计相应的轮廓线，凸轮会带动喷枪也进行往复摆动。这种设计结构简单方便，并且符合喷枪运动要求。2.4.2跟踪喷涂机构往复运动零件的选择 在进行喷涂时需要喷枪从上而下均匀喷涂 当喷涂结束后，喷枪应该快速向上收回并且回到最初的原点迎接下一个管类零件。所以在喷枪的轴向方向上，我们不能采用平面凸轮了，因此我对空间凸轮进行研究发现，我们采用圆柱凸轮可以实现喷枪的往复运动。因为设计相应的轮廓曲线，我们可以使喷枪在进入喷涂时缓慢而均匀而在离开管类零件时快速的抽出，从而节约时间并且为下次加工做好准备。喷枪往复的运动中，选择的摆杆凸轮通过摆杆的来回摆动控制喷枪的往复运动进而实现滑块支座带动喷枪作反复摆动。通过摆杆凸轮和圆柱凸轮的相互协调，就可以使设计的机构完成所需要的运动。2.5管类零件喷涂跟踪机构的总体设计管类零件是安装在特制的链带上，链带是由链轮带动，沿顺时针方向转动。链轮连在主轴上，主轴通过减速器与电动机相连。主轴上又安装有齿轮来带动圆柱凸轮和摆动凸轮的运动，通过摆杆凸轮和圆柱凸轮的相互协调，就可以使设计的机构完成所需要的运动。机构原理图如下：图2-4机构原理图管类零件等间距的安装在特制的的链传动带上，主轴通过减速器与电动机相连，在旋转过程中，喷枪插入管内进行喷涂，完成后又迅速推出。图中链轮4沿箭头方向旋转，传动轴带动齿轮10，圆柱凸轮14和齿轮11，凸轮6旋转，进而带动摆杆5和导杆13，喷枪组件3，喷枪 ，喷枪构件由滚子12嵌在圆柱凸轮14的槽内构成 。当传动轴9旋转时，凸轮14和6的轮廓曲线满足喷枪一方面做轴向往复移动，另一方面又作往复摆动，从而实现喷枪的跟踪喷塑的目的。2.6总体设计方案优点通过设计凸轮与圆柱凸轮的协调性动作，能够实现喷枪的往复移动和往复摆动的一致性，并使每一次喷塑完后，喷枪能够回到原位置，以实现下一次的动作过程。经过如此的连续运动，就实现了在管类零件连续输送过程中，喷枪的跟踪喷塑。并且由于凸轮的运用，有了急回特性，从而提高了生产效率。传动轴9转动，带动齿轮10和圆柱凸轮14一起转动。圆柱凸轮的转动使支座小球沿凹槽运动，实现喷枪的移动。齿轮10同时又带动齿轮11作反向运动，齿轮11带动凸轮6转动，凸轮的转动带动摆杆摆动，摆杆又带动导杆绕传动轴9转动，从而使滑块支座带动喷枪作反复摆动。这样就实现了喷枪的往复移动与往复摆动的协调一致性动作。2.7管类零件喷涂跟踪机构主要运动分析 喷涂跟踪机构的主要运动就是往复摆动运动和往复运动，这二个运动分别是由摆动凸轮和圆柱凸轮来控制的。相应的摆动凸轮和圆柱凸轮有其各自的运动规律。2.7.1摆动凸轮的运动分析 在本次设计中摆动凸轮是来控制喷枪的往复摆动运动的。滚子摆动从动平面凸轮是由滚子、凸轮组成的。在往复运动中喷枪要随着管类零件一起运动，如图： 图2-5 为了使生产更方便和规范，我们设圆盘链传动上有六个管类零件，并且设管类零件为均布分布所以每个零件之间的夹角=60；假设圆盘的角速度为那么喷枪的速度也是只有这样才能保证喷枪和管类零件运动一致，当喷枪和管类零件在A点正好对准并且开始喷涂，当管类零件运动到B点时（B点为二个零件夹角的一半及=o/2），此时管类零件运动了S=R（R为圆盘链传动的半径）;相应的喷枪也运动了S=R。如果此时喷枪依旧跟着管类零件继续运动则不能在下一个管类零件到达时回到原点A，从而不能对下一个零件进行喷涂，这样就会造成到对接不起。所以凸轮要控制喷枪在它们之间夹角的一半处开始让喷枪回程，只有这样才能使喷枪在下个时间段相互结合。由此设计出摆盘形凸轮的从动件运动规律如图2-6图2-6摆动凸轮运动规律（1） OA段是喷枪跟随管类零件进行喷涂的阶段；（2） AB段是喷枪喷涂完毕后回到原点的阶段；电动机通过减速器带动传动轴转动，传动轴带动齿轮10转动，齿轮10 带动齿轮11反向转动，齿轮11带动盘形凸轮转动。我们设齿轮10和齿轮11为等比传动则传动轴做等速转动，因此盘形凸轮也做等速转动，且盘形凸轮转速与齿轮转速一致。设；链传动的圆盘转速为0；链传动的圆盘的半径为R；齿轮的转速为1；则盘装凸轮的角速度为2t；圆柱凸轮的速度为3；圆柱凸轮的半径为R1;我们设在圆形链上的二个管类零件之间的夹角为；喷枪工作的行程为h；进过设计我们可以得到盘形凸轮的从动件运动规律如下图图2-7由【1】公式（9-3a）、（9-3b）可得摆动滚子推杆盘装凸轮的从动件运动规律S=(/2)1 (01 )S=-(/2)( 1 2)2.7.2圆柱凸轮的运动分析 在轴向方向上，我们要控制的是喷枪的往复移动，在这方面喷枪要在链传动转过o/2的时间内完成一个运动循环，及深入管类零件内部然后在抽出，为了喷涂均匀和喷涂质量较好我认为喷枪进入管类零件内部时应该是匀速的并且所占喷涂时间的比例应该是比较大的。喷枪抽出后，喷枪就应该进入一段近休止等到链传动把下个管类零件送到，这个时间是由链传动决定的。并且喷枪的往复移动还要配合好摆动滚子推杆盘装凸轮的运动，只有这二个结合好才能实现。所以在摆动滚子推杆盘装凸轮转过时。往复移动就要完成一个循环运动，我们上面提到喷涂的时间应该大于喷枪抽回去的时间，我设喷涂时间为滚子直动从动动件圆柱形凸轮转过5/6时，喷枪开始抽回。则其运动规律如图2-8 图2-8（1） OA阶段圆柱凸轮带动喷枪伸入管类零件内部（2） AB阶段圆柱凸轮带动喷枪快速从管类零件内部收回（3） BC阶段圆柱凸轮带动喷枪准备迎接下一个零件设；链传动的圆盘转速为0；链传动的圆盘的半径为R；齿轮的转速为1；则盘装凸轮的角速度为2t；圆柱凸轮的速度为3；圆柱凸轮的半径为R1;我们设在圆形链上的二个管类零件之间的夹角为；喷枪工作的行程为h；进过设计我们可以得到圆柱凸轮的从动件运动规律如下图2-9图2-9由【1】中（9-3a）、（9-3b）可得圆柱凸轮的从动件运动规律S=(6s/5)2 (025/6)S=6h(1-2/) (5/62)S=0 (22 )2.7.3摆动凸轮和圆柱凸轮运动的联系 滚子直动从动动件圆柱形凸轮与摆动滚子推杆盘装凸轮之间的相互联系如图2-10图2-10二个凸轮运动的规律图可以清晰的展现出，当管类零件进入到原点位置后，喷枪由摆动凸轮带动与管类零件一起以同样的速度进行运动，同时喷枪由圆柱凸轮带动伸入管类零件内部进行喷涂，然后在过5/6后，喷枪被快速抽出管类零件的内部，此时摆动凸轮带动喷枪做回程运动。2.8总结 本章先详细阐述了管类零件喷涂跟踪机构的原理以及主要运动，并且对运动进行了分析，然后选择了圆柱凸轮和盘形凸轮机构为主要运动的实现部件，这二种机构能最大限度的实现题目要求的主要运动，3 管类零件喷涂跟踪机构的总体设计引言 本章主要介绍管类零件喷涂跟踪机构的参数设计。有齿轮设计、摆动凸轮设计、圆柱凸轮设计、导杆设计、微调器设计。3.1圆柱凸轮设计及相应配件的设计 本设计中圆柱凸轮是控制喷枪的轴向的往复运动，所以是主要运动的控制零件。圆柱凸轮属于空间凸轮机构，从动件的运动方式有往复直动和往复摆动两种。从动件与凸轮轮廓的接触方式大都采用滚子接触，也可采用尖底接触。机构的工作周期为凸轮一整转的倍数时，必须采用曲线状的导向块接触（例如绕线机上的从动件与圆柱凸轮沟槽的接触）。由于空间凸轮的轮廓曲面上包含内凹部分，因此不能采用平底型从动件。从动件与凸轮的锁合方式也可分为力锁合型和几何锁合型两类。凸轮的轮廓曲面可在圆柱体上直接加工而成，也可将轮廓曲面制成允许装拆的瓦状块，用螺钉固定在凸轮基体上，以便调整和更换。空间凸轮的轮廓是复杂的空间曲面，欲由从动件的运动规律计算轮廓曲面的空间坐标是比较繁复的工作。从制造的角度看，没有必要按空间曲面的坐标施工。因此，就常规的空间凸轮机构而言，为了简化空间凸轮轮廓的设计和制造过程，通常将圆柱凸轮上的圆柱面展开成矩形平面，然后按平面凸轮轮廓曲线的设计方法求得展开面上的轮廓曲线坐标。3.1.1圆柱凸轮对本机构而言，根据【3】表7-2凸轮副常用材料及热处理方法，可以选择圆柱凸轮的材料为QT450-10，及选择凸轮材料为球磨铸铁，其材料的特点为减少摩擦、抗振。多用于低速、中载、较大尺寸的凸轮或从动件。根据【3】表7-4凸轮的制造公差及表面粗糙度，选择精度的档次为一般，轮廓向径偏差为0.1-0.3mm;表面粗糙度为1.6-3.2；基准孔公差为H8,H7；位置公差级别为7-8。理论分析和生产实际都充分证明，凸轮副的工作表面过于粗糙是导致早期磨损失效的主要原因，因此选择圆柱凸轮外表面的粗糙度为3.2，而与假轮毂接触的位置粗糙度为1.6，与滚子接触的位置的粗糙度是最为关键的，粗糙度太大会加大磨损导致凸轮失效，所以此处选择粗糙度为0.8，降低凸轮与从动件之间的磨损。根据二个轴之间的中心距设计圆柱凸轮的直径为300mm，根据整个尺寸要求，色设计圆柱凸轮的高位240mm。如果设计的为一个直径300mm、高为240mm的实心铸铁圆柱凸轮，可以想象其质量是很大。为了减轻重量和节约材料，圆柱凸轮设计为空心的结构。通过假轮毂安装到轴上，而假轮毂则通过螺钉和圆柱凸轮连接，这里选择了12个螺钉M1029（GB/T65），均布分布在凸轮的二个与假轮毂接触面上，并且假轮毂与圆柱凸轮的接触面上还有H7的配合，使假轮毂与圆柱凸轮连接更加紧密。圆柱凸轮的滚子从动件通常直接采用标准的深沟球轴承、滚子轴承或滚针轴承，也可采用滑动摩擦滚子。滚子与从动件本体的连接方式有简支梁式和悬臂式两种，简支梁式适用于平面外凸轮、圆柱端面凸轮和圆锥端面凸轮。而对平面内凸轮、各种沟槽式凸轮和凸缘式凸轮，只能采用悬臂式滚子结构。为了减轻振动和降低噪音，可在滚动轴承的外圈上再压配一个套圈，该套圈采用有吸振特性的材料制成，套圈磨损后可以更换。由于受到距离和空间所制，这里就不采用滚动轴承再加套圈这种形式，而是采用最为简单的直接采用深沟球轴承当滚子。这里用的深沟球轴承为629（GB/T 276-1994），其内径d=9mm，外径D=26mm，宽度为B=8mm，轴承与轴的配合为k6。并且使用了两个轴承并列安装，中间使用套筒使其间隔，轴端使用轴用弹性挡圈9（GB894.1-1986）进行固定和限位。因此圆柱凸轮的凹槽的宽度为26mm，并且与轴承的配合为H7。滚子直动从动件圆柱凸轮机构中，从动件的运动方向与凸轮回转轴线平行。设从动件上的滚子与凸轮的轮廓工作面得接触宽度为b，在b/2处所对应的凸轮圆柱面半径为凸轮的平均圆柱半径，称为基圆半径，仍用Rb表示。凸轮槽深度H的大小应保证滚子的端部与槽底之间留有足够的间隙。若凸轮轮廓采用划线方法加工，则应取凸轮的外圆柱面作为基圆柱面。圆柱涂料的基圆柱面展开后，得展开的平面移动凸轮轮廓。滚子中心的相对运动轨迹为理论轮廓曲线，凸轮工作面的两条展开轮廓曲线，即实际轮廓曲线。显然，展开的理论轮廓曲线与从动件的位移曲线具有一致性。而从2.7.2中我们已经知道了圆柱凸轮的从动件的运动轨迹和规律，因此我就可以根据从动件的运动的轨迹图来作出凸轮的曲线。设计圆柱凸轮的高度为240mm，从动件在凸轮回转轴线上的运动距离为190mm。则设计出圆柱凸轮的曲线。其整个圆柱面上的曲线运动长度由公式可以算出为最终圆柱凸轮如图3-1 图3-13.1.2假轮毂的设计假轮毂是用于连接圆柱凸轮和轴的总要部件。为了减轻圆柱凸轮的质量和节约材料，所以采用了空心的圆柱凸轮，这就需要通过假轮毂来使凸轮和转轴连接。经过设计假轮毂示意图如图3-2所示 图3-2 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、契键连接和切向键连接。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，所以这里使用了平键连接。图3-2（1）使用键B1890（GB/T1096-20XX）、图3-2（2）使用键B1863（GB/T1096-20XX）。 为了防止假轮毂的滑动，所以在其侧面设计了紧定螺钉来使其固定。如图3-2（1）所示，这里使用的是紧定螺钉M1024（GB/T71）。3.2齿轮的设计 齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并且有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。本机构中齿轮可以参见图2-4，传动轴带动齿轮10，而齿轮10带动齿轮11，从而使圆柱凸轮14和凸轮6旋转。由于是简单的机构，并且传递的力并不是很大，所以选择了45钢作为材料，并且通过调质热处理，使其硬度达到230-250HBS，可以足够应付工作条件了。一对齿轮的传动比是指该两齿轮的角速度之比，而轮系的传动比，则是指轮系中首、末两构件的角速度之比。设本机构中用一对外啮合齿轮来实现转动反向。设定传动比为i1/i2=1/2=z2/z1=1,则可以知道两个齿轮传动比一样。所以设计完一个另一就雷同。（1） 压力角选择 由【2】p204可知我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。（2） 模数m的选择 由【1】表10-1圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T1357-1987）第一系列中选择了m=2.5。（3） 齿数z的选择 自行设二个齿轮中心间距a=210mm，由【1】表10-2中标准中心距 a=m(z1+z2),我们设计二个齿轮为相同的齿数，所以可以算出z=84。(4) 齿宽的选择 由于本机构的齿轮承载能力很小，所以不用公式和规定值而使用自定值，为了减少机构质量和减少空间，选择齿宽为30mm.(5) 分度圆直径由【1】公式（10-10）d=mz可以知道分度圆直径d为210mm。（6）齿顶圆直径由【1】表10-2中公式da1=(z1+2ha*)m可知齿轮的齿顶圆直径为215mm（7） 齿根圆直径由【1】表10-2中公式df1=(z1-2ha*-2c*)m可知齿轮的齿根圆直径为203.75mm由此可以设计出如图3-3的齿轮 由图可以看出齿轮和转轴是通过键连接的，这里选用键B1032（GB/T1096-20XX）。本齿轮为中度精度，尺寸不大并且生产批量也不大，参照【4】表11-2，确定其检验指标如下。第公差组为Fr和Fw，由【4】表11-11、表11-10查得：Fr=50um，Fw=36um.第公差组ff和fp,由【4】表11-14，11-16查得：ff=13um,fp=14um.第公差组F，由【4】表11-17查得F=11um。加工精度选择的是七级精度。中心距极限偏差fa,由表11-19查得fa=17.5um。3.3摆动凸轮及相应其配件的设计 设计平面凸轮机构的凸轮轮廓时，需要给定的原始数据有从动件运动规律参数（直动从动件的位移、类速度、类加速度，或摆动从动件的角位移、类角速度、类角加速度）和凸轮机构基本尺寸。其中基本尺寸参数是随从动件的形式而异，因此，凸轮轮廓设计应按从动件的形式分类进行。其设计方法分为作图法绘制凸轮轮廓曲线和解析法计算凸轮轮廓坐标。对设计精度要求较低的凸轮，还有一些圆弧凸轮，用作图法设计可满足工作要求。对凸轮设计者来说，要尽可能应用计算机辅助设计。以便提高凸轮机构的设计水平，获得优良的设计方案和精确的设计数据。凸轮机构设计的基本任务，是根据工作要求选定合适的凸轮机构的形式、推杆的运动规律和有关的基本尺寸，然后根据选定的推杆运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。推杆运动规律的选择，关系到凸轮机构的工作质量。当凸轮旋转时，推杆在凸轮轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置，推杆运动的这一个过程称为推程，而相应的凸轮转角称为推程运动角。推杆处于最高位置静止不动，这一个过程叫远休止，与之相应的凸轮转角称为远休止角。当推杆又由最高位置回到最低位置，这一过程称为回程，相应的凸轮转角称为回程运动角。推杆在最低位置静止不动这个过程称为近休止，相应的凸轮转角位近休止角。推杆在推程或回程过程中移动的距离h称为推杆的行程。所谓推杆的运动规律，是指推杆的位移s，速度v和加速度a随时间变化的规律。又因凸轮一般为等速运动，所以推杆的运动规律更常表示为推杆的运动参数随凸轮转角变化的规律。根据推杆运动规律所用数学表达式的不同，常用的主要有多项式运动规律和三角函数运动规律两大类。3.3.1摆动凸轮设计本机构设中滚子摆动从动件平面凸轮的作用是控制喷枪的往复摆动。根据【3】表7-2 凸轮副常用材料及热处理方法，选择摆动凸轮的材料为45钢，热处理方式为调质，这样处理后凸轮副的综合性能较好，适用于中低速、中载的凸轮或从动件。凸轮轮廓的几何形状精度是指经加工后所获得的凸轮轮廓曲线与设计求得的凸轮实际轮廓曲线之间的误差值。通常，设计求得的凸轮实际轮廓曲线以极坐标方式给出，因此误差值是在同一展角方向上度量向径的差值。对一般低速轻载的外力锁合凸轮机构，只要加工时能保证凸轮轮廓表面光滑连续，即使向径有一定的误差，仍能满足正常工作的要求。通常应控制在0.02mm以下。由【3】表7-4可以得出选择位置公差级别为7级，选择精度的档次为一般，轮廓向径偏差为0.1-0.3mm;表面粗糙度为1.6-3.2；基准孔公差为H8,H7；位置公差级别为7-8。理论分析和生产实践都充分证明，凸轮副的工作表面过于粗糙是导致早期磨损失效的主要原因。因此在摆动凸轮轮廓与滚子接触面，设计的粗糙度为0.8.而其他表面不是工作表面，所以选择了表面粗糙度为6.3.这样可以降低制造难度和工艺要求。凸轮与转轴的连接形式大多跟齿轮与转轴的连接形式相似。当凸轮实际轮廓的最小向径比轴的半径稍大时，若采用配合连接，凸轮的最小壁厚不够。为此可在轴上直接加工出涂料的实际轮廓曲线，例如内燃机中的配气凸轮就采用这种形式。通常是凸轮与轴采用键连接，并用轴肩、衬套或紧定螺钉实现轴向定位。但这种方式的缺点是凸轮的周向位置不能调整。因此要求键槽和销孔德位置必须经过准确的计算，并按照规定的角度及公差要求加工，这无疑会增加加工的难度。而本设计中采用的凸轮周向位置可调的结构，及法兰盘连接。轴与法兰盘是通过键连接，在法兰盘上制出月牙孔，使凸轮可作周向有限角度的调整，调整到位后用螺钉固定在法兰盘上。凸轮机构设计中，设计凸轮的基圆半径为60mm， 摆杆臂长201mm。摆杆中与凸轮中心的中心距为210mm。推杆的运动规律前面已经分析过了，其规律如图2-7所示。前面已经说明，在根据工作要求和结构条件选定凸轮结构型式、基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向后，就可以进行凸轮的曲线设计了。凸轮轮廓曲线的设计主要有作图法和解析法。对于摆动滚子推杆盘形凸轮机构取摆动推杆的轴心与凸轮轴心之连线为坐标系的y轴，在反转运动中，当推杆相对于凸轮转过角时，摆动推杆处于一个位置，其角位移为，则摆杆的端点坐标由【1】（9-19）式可以知道 其中为推杆的初始位置角，其值为虽然我们用了解析法来进行设计凸轮轮廓曲线，但解析法比较繁琐。所以利用我们常用的Excel和Auto CAD来绘制盘形凸轮的轮廓曲线。首先打Excel软件，建立一个新的表格。将A列设为凸轮的转动角度，每5设置一个值（此值设得越小，算出的坐标值越多，则描绘出来的凸轮轮廓曲线就越精确，当然相对花费的时间也就越多）共72个值，A1输入标题，A2、A3分别输入0、5二值后同时选中A2、A3二个单元格，将鼠标指向选中单元格的右下角的十字光标，按住鼠标左键往下拖到A73单元格后松开鼠标即输入完所需要的数据。将B列设为F（），B1中输入标题F（），从B2开始按从动杆的运动规律分段输入运动规律函数，将鼠标指向输入函数的单元格右下角的十字光标，按住鼠标左键分段往下拖动即计算完并显示出所需数据。将C列设为X，将D列设为Y，着将X、Y的函数公式输入相应的单元格，重复上述步骤就可得到相应的X，Y的值，即凸轮的轮廓曲线的极坐标值。如图3-4图3-4此方法的好处在于设不同凸轮轮廓曲线时只需将从动杆的运动规律函数F（）改变一下，其它地方均无需改变，即可得出另一个凸轮轮廓曲线上各点的直角坐标值了。然后打开Auto CAD,输入样条曲线命令，在命令行中输入用Excel工作表算出来的值，输完及可得到盘形凸轮轮廓曲线图了。如果是滚子从动件凸轮，则先按上述方法绘制出理论轮廓曲线图后，利用Auto CAD中的偏置功能进行绘图，及可以生成所需要的凸轮轮廓曲线图了。利用这一方法设计出本机构的凸轮如图3-5所示 图3-5 3.3.2摆动凸轮配件的设计 摆动凸轮与转动轴是通过一个法兰盘相连接的。轴与法兰盘是键连接，在法兰盘上制出月牙孔，使凸轮可作周向有限角度的调整，选择的角度为40。调整到位后用螺钉M6x30来固定在法兰盘上。如图3-6所示图3-63.4导杆的设计导杆是连接喷枪的总要部件，盘型凸轮通过摆杆和圆柱凸轮通过滚子来控制导杆的运动。导杆通过一个特制套筒如图3-7所示来与深沟球轴承连接，深沟球轴承是圆柱凸轮的滚子，这样圆柱凸轮就可以控制导杆的往复运动。而导杆的一部分做成花键轴，盘形凸轮通过摆杆，摆杆的一头为内花键。花键连接是由外花键和内花键组成。花键连接在强度、工艺和使用方面有如下优点：（1）因为在轴上和毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故连接受力较为均匀；（2）因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；（3）齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；（4）轴上零件与轴的对中性好（这对高速及精密机器很重要）；（5）导向性较好（这对动连接很重要）；（6）可用磨削的方法提高加工精度及连接质量。本机构选用了矩形花键连接。按齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸在标准中规定了两个系列，即轻系列和中系列。轻系列的承载能力较小，多用于静连接或轻载连接；中系列用于中等载荷的连接。矩形花键的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。其特点是定心精度高，定心的稳定性好，能用磨削的方法消除热处理引起的变形。矩形花键连接应用广泛。本设计用的花键配合的内外花键。设计的花键部分长270mm，完全满足喷枪在轴向方向上的往复移动。而特制套筒和轴的接触是采用过盈配合的方式，用s6的配合关系，并且轴上的表面粗糙度为0.8。而在其他不是工作面得表面采用了3.2的粗糙度。特制套筒的一端用轴用弹性挡圈14（GB894.1-1998）来进行固定，另一端用轴肩进行定位。导杆的材料选用了45钢，调质处理217-255HBS。导杆设计出来如图3-8所示。 图3-7 图3-83.5微调器的设计 在喷枪对管类零件进行喷涂时候喷枪安装在微调器上，而微调器同过螺钉固定在支架上，而支架又是通过螺钉固定在特殊的轴套上，轴套安装在导杆上。微调器的作用在这里就是让喷枪枪口对准管类零件。在每次开机运转前，用微调器控制喷枪枪口对准零件，然后再开始进行开机运动。这里设计微调机构是由二个滑块和二个U型块来控制喷枪的水平面X、Y方向的。固定在支架上的U型块称为B型，它是控制喷枪在水平面Y方向的，而固定在B型滑块上的U型块称为A型，它是控制喷枪在水平面得X方向的。这样通过二个简单的装置就可以实现喷枪在水平面的微动。微调器全部采用45钢为材料。其表面粗糙度为3.2。滑块由螺栓M525（GB/T582）来固定到U型块上而U型A型则是通过焊接连接固定到U型B型上的。通过调节滚花手轮，然后螺栓带动滑块的移动就可以调节喷枪在水平中的X、Y轴方向上的的移动了，设计出来的微调器如图3-9所示。图3-93.6总结 本章利用上章对管类零件喷涂跟踪机构的主要运动分析，设计出圆柱凸轮和盘形摆动凸轮，计算出它们的设参数。然后设计出相应的辅助机构和零件，并且计算和设计了它们的参数。 4 软件建模 引言 本章利用UG NX 4.0对所设计的零件和机构进行建模，最终装配为整体。4.1建模软件介绍 Unigrphics，简称UG，是美国EDS公司推出的功能强大、闻名遐迩的CAD/CAE/CAM一体化软件。它的内容博大精深，涉及到平面工