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- 内容简介：
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单吊杆式镀板系统设计摘 要在的高温镀液中进行PVC板(4005003)上镀铜实验，是比较危险的一项工作，因为高温镀液会散发出有毒气体，所以采用封闭操作是必要的，这里应用一楼电镀，二楼装卸比较安全。考虑电镀质量情况，要求电镀过程中镀板必须有450的旋转摆动和来回直线平动，同时注意水温的控制、溶液浓度变化和阳极铜块的充分，以达到全自动化的操作目的。本设计的完成对于电镀板件质量的研究有着重大的制导意义。通过本设计，可以得出全面提高镀板质量，提高生产效率，和镀件在溶液中的运动方式以及运动时间有很大关系。必须保证PVC板能快速、准确的和镀液充分接触，在规定时间内达到特定的要求。这就要求我们设计出高效、合理的运动装置。为了设计高效、合理的运动装置，我们必须掌握现代化的设计思想，先进的设计理论，正确的设计方法方能设计出符合要求的电镀系统。关键词：单吊杆式； PVC板；镀铜；自动化控制Designing of Single Suspenders Plating Board Bystem AbstractIn the high-temperature bath for PVC plates (4005003), copper plating experiments is the more dangerous one, since high-temperature bath will generate toxic gases and the use of closed operation is necessary. Application of the first floor here electroplating and second relatively safe handling. Consider the quality of electroplating and called electroplating plating process must have 450 plate rotating and oscillating between straight translation, pay attention to the control temperature, solution concentration and anode copper block to the full and to achieve a fully automated purpose of the operation. The completion of the design for electroplating plates quality of the research is of great significance to the guidance. Through the design, it can be comprehensively improve plating plate quality, increase production efficiency, and the plating solution in the movement patterns and movement has much time. PVC plates must ensure rapid, accurate and bath full access, in a specified time to meet specific requirements. This requires us to design efficient and reasonable movement devices. To design efficient, reasonable exercise device, we must grasp modern design ideas, advanced design theory, proper design method can meet the design requirements of the electroplating system.Keywords : single-Suspenders; PVC sheet; Copper; Automation control.目 录引言1第1章 绪论21.1 论文研究的背景与内容21.2 论文研究的重要意义2第2章 镀板系统总体方案的设计32.1 设计的任务和要求32.1.1 设计的主要任务32.1.2 设计的要求32.2 设计的综述32.3 设计步骤32.3.1 根据目的功能确定产品规格、性能指标42.3.2 系统功能部件、功能要素的划分52.3.3 接口的设计52.3.4 综合评价52.3.5 可靠性复查62.3.6 试制与调试62.4 传动装置的选择62.4.1 传动装置选择时应考虑的因素62.4.2 传动装置选择的原则62.5 运动参数的设计72.5.1 实现镀板上下运动的参数设计72.5.2 实现镀件左右平动的参数设计172.5.3 实现镀件摆动的参数设计 1、设计方案的确定21第3章 零部件的润滑和密封253.1 零部件的润滑253.2 零部件的密封26第4章 自动化控制系统的设计284.1 液面自动控制装置气动系统的设计284.2温度传感器28第5章 控制电路的设计305.1 控制电路的设计30结论与展望31致 谢33参考文献34附录A：引用的英文文献及其译文35附录B：主要参考文献摘要47插图清单图 21机电一体化系统（或产品）（以工作机为主）的设计步骤4图 22链轮传动10图 23链板形状规格13图24齿轮齿条传动17图25气缸的外形24图 41液面控制系统图28图 5-1控制电路图30表格清单表 2-1滚子链的主要尺寸和极限拉伸载荷8表 2-2 齿轮传动机构的分类9表 2-3小链轮齿数Z111表 2-4工作情况系数表12表 2-5排数系数12表 2-6节距系数C216表 2-7单排滚子链质量16表 2-8齿轮弹性系数19表 2-9安全系数20表 2-10滑动摩擦系数表22表 2-11气缸的缸筒内径尺寸系列表23表 2-12气缸壁厚参考值23- V -安徽工程科技学院毕业设计（论文）引言近几年来，随着社会的进步和先进科学技术的出现，镀铜生产线及其清洗系统也随之发展起来，主要是朝自动控制方向发展，比如PLC程序控制，可以保证运动的平稳、准确、迅速。 本设计的题目是单吊杆式镀板系统设计。本设计主要包括市场需求的调查，资料的收集，总体方案的提出、对比、确定，传动零部件的设计等阶段。 采用单吊杆式镀板是目前国内外比较先进的电子线路板处理工艺，相比国外，我国电镀系统的设计水平、设计方法还是有一定的差距，许多先进的设计理论、方法和技术还掌握的不够。设计水平和生产设备的落后必然导致我们设计不出高质量、高性能的电镀系统。落后只属于过去，但落后也是事实，面对现实，我们要多多地借鉴国外相关的先进技术、知识，接受现代设计的思想，掌握现代设计的方法。单吊杆式镀板系统设计，经分析其实质是要实现镀板的上下运动，左右平动和在镀液中的摆动。为了达到这种目的，就要求设计出具有良好的工艺性能、经济性能，能满足市场需求的电镀系统。本文主要叙述了单吊杆式镀板系统的设计过程，包含总体方案的选择，各零部件的设计、校核及选择，控制电路的设计和控制元器件的选取。第1章 绪论1.1 论文研究的背景与内容 本毕业设计的题目是自动化程序控制的单吊杆镀板式系统设计，本课题的性质属科研开发性项目。通过这次设计，可以培养我们这群未来的设计者的机械创新设计能力。机械设计人员的能力或是设计水平都将直接影响我们产品的性能、质量、成本和企业的经济效益。随着社会需求的不断变化和工业生产力的发展，企业之间的年竞争日益激烈，企业为了获得较高市场占有率，不仅要保证产品的质量、性能，还要不断的革新、改进产品，这是一个企业耐以生存的法宝。 随着社会的进步和先进科学技术的出现，电镀生产线及其清洗系统也随之发展起来，主要是朝自动控制方向发展，比如PLC程序控制，可以保证运动的平稳、准确、迅速。 在单吊杆式镀板系统为了保证安全和快捷，我们要求采用电气系统的全自动化操作。考虑目前国内外上最新的动态，应在节省成本的前提下最大限度的提高生产效率。清洗过程还要考虑对环境的影响，比如水蒸气、液体的泄露等问题，总而言之，尽量减小污染的程度甚至无污染的生产条件。1.2 论文研究的重要意义 毕业设计是培养我们学生机械设计创新能力的重要阶段，也是大学生涯中的一个重要的实践环节。通过毕业设计，我们学会了综合运用机械设计课程和其它在大学里所修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力；学会从设计的要求出发，合理选择传动机构，制定设计方案，正确计算零部件的工作能力，确定它的尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全问题，培养机械设计创新能力；而且要学会应用CAD绘图软件，充分使用网上的资源，运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，重点培养简单机械零部件的设计能力和掌握现代的设计思想。 目前我国的机械产品的设计水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，特别是设计方法的落后，设计的产品很难打入国际市场。这就要求我们必须不断学习新知识、先进的科学理论，不断的去实践、钻研，努力使自己向一名优秀的机械设计人员标准靠近。 通过本次设计，我们也发现了设计中应注意的问题：在设计中，要综合考虑多种因素，采取多种办法进行分析、比较和选择，来确定方案、尺寸和结构。计算和画图要交叉进行，边画图、边计算、反复修改以完善设计；利用以有的资料，学习前人的经验，根据具体条件和要求，大胆创新，方能设计出经济性良好，质量高的产品；设计中运用标准和规范时，要将计算所得到的尺寸圆整为标准数列或优先数列。通过本次对单吊杆式镀板系统的设计，使自己掌握解决设计问题的一般规范和方法。这次设计培养了自己的创新意识和严肃认真的、一丝不苟、实事求是的科学作风，树立做专业技术工作所必备的全局观念、技术观念和经济观念。它也培养和提高自己进行调查研究、查阅技术文件、图书资料、标准、手册、以及进行设计、计算、绘制图样及撰写科技论文和技术文件的能力，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力。第2章 镀板系统总体方案的设计2.1 设计的任务和要求2.1.1 设计的主要任务为了在有毒的高温镀液中进行PVC板（4005003）上镀铜实验，采用封闭实验是必要的。这里应用一楼电镀，二搂装卸是比较安全的。考虑电镀质量情况，要求电镀过程中镀板必须能够左右平动和45度旋转摆动。同时注意水温的控制，溶液浓度的变化和阳极铜块的充分，以达到全自动化的操作目的。2.1.2 设计的要求1.考虑目前国际上最新的动态，在节省成本的前提最大限度的提高生产效率；2.电镀过程中要考虑对环境的影响（比如水蒸气，液体的泄露等）；3.装卸时要采用自动化操作；4.管路部分可以化设计（如流量计、过滤等可以不考虑）；5.考虑人身安全因素，要求整个操作在封闭的环境下进行；6.设计控制电路图要求：（1）安全控制；（2）液体浓度控制；（3）液体高度控制；（4）时间控制（以铜膜厚度为参考）。7.设计全部的机械设计图纸（不得少于3张零号图纸量）并撰写详细的设计说明书（不得少于40页）。2.2 设计的综述本课题系科研开发性项目，单件试验镀板在电镀时，由于镀液温度较高并散发大量有毒气体，所以整个电镀系统在封闭环境中上层楼中对其控制进行，就要求镀件能够上下运动便于安装；同时要保证镀板质量，必须要求其充分电镀，那么镀件就要在镀液中能够左右平动和旋转运动。本设计的完成对于电镀板件质量的研究有重大的指导意义。2.3 设计步骤单吊杆镀板系统设计系科研开发性课题，在设计过程中主要考虑的有以下几点：（1）镀件的装卸要求镀件能够上下运动；（2）镀件的电镀要求镀件能够左右平动；（3）镀件的充分电镀即质量保证要求镀件能够在镀液中实现45度以上的旋转摆动。同时注意水温的控制、溶液浓度的变化和阳极铜块的充分，以达到全自动化的操作目的。根据设计要求和目前国际上最新动态（在节省成本的前提下最大限度的提高生产效率），所以该设计必须采取机电一体化系统（或产品）的设计步骤。机电一体化系统（或产品）（以工作机为主）的设计步骤如图2-1： 图21 机电一体化系统（或产品）（以工作机为主）的设计步骤2.3.1 根据目的功能确定产品规格、性能指标工作机的目的功能，不外乎是用来表示物质的形状、状态、位置尺寸或特性，归根到底必须实现一定的运动，并提供必要的动力。其基本性能指标主要是实现运动的自由度数、轨迹、行程、精度、速度、动力、稳定性和自动化程度。用来评价机电一体化产品质量的基本指标，是那些为了满足使用要求而必须具备的输出参数：运动参数用来表征机器工作运动的轨迹、行程、方向和起止位置正确性的指标；动力参数用来表征机器输出动力大小的指标，如力、力矩和功率等；品质参数用来表征运动参数和动力参数品质的指标，如运动轨迹和行程的精度（如重复定位精度）、运动行程和方向的可变性，运动速度的高低和稳定性，力和力矩的可调性或稳定性等。以上基本性能指标通常要根据工作对象的性质、用户的要求，有时还要通过实验研究才能确定。因此，要以满足用户使用要求为度，不需要追求过高的要求，在满足基本性能指标的前提下，还要考虑如下一些指标。工艺性指标，对产品结构提出的方便制造和维修的要求，要做到容易制造和便于维修。“人-机工程学”指标，考虑人和机器的关系，针对人类在生产和生活中所表现出来的卫生、体型、生理和心理等方面提出的综合性要求。例如操作方便。噪音小等。美学指标，对产品的外部性质，如仪容、风格、匀称、和谐、色泽，以及与外部环境的协调等方面提出的要求。标准化指标，即组成产品的元、部件的标准化程度。2.3.2 系统功能部件、功能要素的划分工作机必须具备适当的结构才能满足所需性能。要形成具体结构，要以各构成要素及要素之间的接口为基础来划分功能部件、或功能子系统。复杂机器的运动常由若干直线或回转运动组合而成，在控制上形成若干自由度。因此也可以按运动的自由度划分若干功能子系统，再按子系统划分功能部件。这种功能部件可能包括若干组成要素。各功能部件的规格要求，可根据整机的性能指标确定。功能要素或功能子系统的选用或设计是指特定机器的操作（执行）机构和机体，通常必须自行设计，而执行元件、检测传感元件和控制器等功能要素即可自行设计也可选购市售的通用产品。2.3.3 接口的设计接口问题是各构成要素见的匹配问题。执行元件和执行机构之间、检测传感元件和执行元件之间通常是机械接口，机械接口有两种形式，一种是执行元件和执行机构之间的联轴器和传动轴，以及直接将检测传感元件与执行机构联结在一起的联轴器（如波纹管、十字接头）、螺钉、铆钉等，直接联接时不存在任何运动和运动变换。另外一种是机械传动机构，如减速器、丝杠、螺母等；控制器与执行元件之间的驱动接口、控制器与检测传感元件之间的转换接口，是电子传输、转换电路。因此，接口设计问题也就是机械技术和电子技术的具体应用问题。2.3.4 综合评价根据我们所学的知识，对机电一体化系统（或产品）的综合评价主要是对其实现目的功能的性能、结构进行评价。机电一体化的目的是提高产品（或系统）的附加价值，而附加价值的高低必须以衡量产品性能和结构质量的各种定量指标为依据。不同的评价指标可选用不同的评价方法。具体设计时，常采用不同的设计方案来实现产品的目的功能、规格要求和性能指标。因此，必须对这些方案进行综合评价，从中找出最佳方案。关于评价和优化的具体方法，可参考现代设计方法中的有关具体内容。2.3.5 可靠性复查机电一体化产品（或系统）既可能产生电子故障、软件故障又可能产生机械故障，而且容易受到电噪声的干扰，因此，可靠性问题显得格外突出，也是用户最关心的问题之一。在产品设计中，除采用可靠性设计方法外，还必须采取必要的可靠性措施，在产品设计初步完成之后，还需要进行可靠性复查和分析，以便发现问题及时改进。2.3.6 试制与调试样机试制是检验产品设计的制造可行性的重要阶段，并通过样机调试来验证各项性能指标是否符合设计要求。这个阶段也是最终发现设计中的问题以便及时修改和完善产品设计的必要阶段。计算机辅助设计（CAD）是设计机电一体化产品（或系统）的有力工具。用来设计一般机械产品的CAD的研究成果，包括计算机硬件和软件，以及图象仪和绘图仪等外围设备，都可以用于机电一体化产品的设计，需要补充的不过是有关机电一体化产品设计和制造的数据、计算方法和特殊表达的形式而已。应用CAD进行一般机电一体化产品设计时，都要涉及机械技术、电子技术和信息技术的有机结合问题，从这种意义上来说，CAD本身也是机电一体化技术的基本内容之一。2.4 传动装置的选择2.4.1 传动装置选择时应考虑的因素选择传动装置时所依据的主要指标是：高效率、经济成本低、外廓尺寸小、重量轻、运动性能良好及便于加工制造和维修，既能满足生产条件又安全可靠。具体地说选择传动装置时应考虑如下的因素： （1）原动机的工况与工作机工况相匹配，即它们的工作点接近各自的最佳工况，而且工作点尽可能稳定。原动机和传动装置在起动、制动、调速性能、机械特性、反向和空载等方面能符合工作机的要求； （2）对传动的尺寸、重量和布置方面应做到紧凑、轻巧、合理，同时又要便于安装和维修； （3）能适应工作环境和条件，如多尘、高温、低温、潮湿、腐蚀、易燃、易爆等恶劣环境、噪声的限度等； （4）经济成本低，即工作寿命长、传动效率高、初始费用、运转费用和维修费用低； （5）操作和控制方式简便；（6）必须符合国家的技术政策，现场的技术条件和环境保护等其他要求。2.4.2 .传动装置选择的原则 （1）对于大功率传动，应优先选用高效率的传动，以节约能源； （2）当工作机要求与原动机同步时，不宜采用摩擦传动，而应采用无滑动的传动装置； （3）传动装置应尽可能采用标准化、系列化产品，便于互换从而降低初始和维修费用； （4）当载荷变化频繁，而且可能出现过载时，不宜采用啮合传动而采用摩擦传动、流体传动，或在传动装置中配备过载保护装置； （5）为了降低初始费用，在满足使用要求前提下，尽可能选择结构简单的传动装置，即简化和缩短传动链；（6）若原动机的调速速比能与工作机的变速要求想适应，可就直接连接或采用定传动比的传动装置，当工作机要求的变速范围大，原动机的调速措施不能满足其机械特性和经济要求时，应采用变传动比的传动。通常从降低成本角度出发尽量采用有级变速，只有工作机生产工艺需要连续变速时，才选用无级变速传动。此外，在传动装置中传动比的分配应合理。2.5 运动参数的设计2.5.1 实现镀板上下运动的参数设计1.设计方案的对比：因为有很多的机械传动装置都可以实现镀板的上下运动，但是每个机械传动装置都有自己的优缺点，所以必须要选择合理的方案。实现此运动的机械装置有气缸、液压缸、链、齿轮齿条等，以下我们把这几个传动装置进行对比，选择合理的最佳方案。（1）气缸气缸属于气压传动系统，它的原理和特点如下：气压传动与控制技术简称气动技术，是指以压缩空气为工作介质来进行能量与信号的传递，实现生产过程机械化自动化的一门技术，它是流体传动与控制学科的一个重要组成部分。从广义上看，气动技术范畴，除空气压缩机、空气净化器、气动马达、各类控制阀及辅助装置以外，还包括真空发生装置、真空执行元件以及各种气动工具等。优点：A：对于传动形式而言，气缸作为线性驱动器可在空间的任意位置组建它所需的运动轨迹，安装维护简单；B：工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。压力等级低，使用安全；C：气缸动作速度一般为50-500mm/s,比液压和电气方式的动作速度快，其间，通过单向节流阀，可使气缸速度无级调节。近代气动技术发展，气缸可在3mm/s平行运动，高速可达3m/s，甚至高达8m/s（具有长行程，最新展览指标可达17m/s），对于高速气缸必须设有效缓冲；D：可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为数百万次，而进口的一般电磁阀的寿命大约3000万次，小型阀超过1亿次；E：利用空气的可压缩性，可存储能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击载荷和过载荷有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保护能力；F：全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用；G：由于空气损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。缺点：A：由于空气具有压缩性，气缸的动作速度易受载荷的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷；B：气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸；C：虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。气动系统的应用范围：现代气动技术结合了液压、机械、电气和电子技术的众多优点，并与它们相互补充，成为实现生产过程自动化的一个重要手段，在机械、冶金、纺织、食品、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各个部门都有广泛的应用。（2） 链链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作中间桡性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。在链传动中，按链条结构的不同主要有滚子链传动和齿形链传动两种类型。A：滚子链传动它由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。滚子链已标准化，分为A、B两种系列。A系列用于重载、高速或重要传动；B系列用于一般传动。表 2-1滚子链的主要尺寸和极限拉伸载荷链号链节距P滚子外径D1销轴直径D2内链节内宽B1内链节外宽B2内链板高度H2排距Pt单排每米质 量 q/(kg/m)单排链极限拉伸载荷Flim/N08A12.7007.953.967.8511.1812.0714.380.61380010A15.87510.165.089.4013.8415.0918.111.02177012A19.05011.915.9412.5717.7518.0822.781.53118016A25.40015.887.9215.8822.612401329.292.65559020A31.75019.059.5318.9027.4630.1835.763.88677024A38.10022.2311.1025.2235.4636.2045.445.612459028A44.45025.4012.7025.2237.1942.2448.877.516902032A50.80028.5814.2731.5545.2148.2658.5510.1022235040A63.50039.6819.8437.8554.8060.3371.5516.10346860B：齿形链传动齿形链传动是利用特定齿形的链板与链轮相啮合来实现传动的。它是彼此用铰链连接起来的齿形链组成，链板两工作侧面间的夹角为60 度，相邻链节的链板左右错开排列，并用销轴，轴瓦或滚柱将链板连接起来。按铰链结构不同，分为圆销铰链式、轴瓦铰链式和滚柱铰链式三种。与滚子链相比，齿形链具有工作平稳、噪音较小、允许链速较高、承受冲击能力较好和轮齿受力较均匀等特点；但结构复杂、装卸困难、价格较高、重量较大并且对安装和维护的要求也较高。C：链传动的特点和应用链传动和带传动比较,具有以下主要特点：1）无滑动，可以得到较准确的传动比（平均传动比）；2）传动效率高，可达到98；3）不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；4）可以在比较恶劣的环境中（如高温、多尘、湿度大等）使用；5）瞬时速度不均匀，传动平稳性较差，有噪音；6）与齿轮相比，链传动的制造和安装要求较低，中心距较大时其传动结构简单。链传动广泛应用于各种机械的传动中。目前，链传动最大的传动功率达到3600kw，最高速度达到40m/s，最大传动比达到15，最大中心距达到8m。一般的链传动使用范围是：传动功率小于100kw，速度小于12-15m/s，传动比小于8。(3)齿轮齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。齿轮传动的主要优点是：传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长、传动比准确。但是齿轮传动也有如下缺点：制造及安装精度要求高，价格较贵，不宜用于两轴间距离较大的场合。齿轮传动机构的分类见表如下。若同时考虑按轴线相对位置和齿线相对于齿轮母线方向，常用齿轮传动机构的类型见下图。表 2-2 齿轮传动机构的分类按轴的相对位置平行轴齿轮传动机构相交轴齿轮传动机构、交错轴齿轮传动机构按齿线相对齿轮体母线相对位置直齿、斜齿、人字齿、曲线齿按齿廓曲线渐开齿线、摆齿线、圆弧齿按齿轮传动机构的工作条件闭式传动、开式传动、半开式传动按齿面硬度软齿面（）、硬齿面（）A：平行轴齿轮传动机构又称为平面齿轮传动机构；B：相交轴齿轮传动机构和交错轴齿轮传动机构统称为空间齿轮传动机构；C：闭式传动的齿轮封闭在箱体内，润滑良好；开式传动的齿轮是完全外露的，不能保证良好润滑，；半开式传动的齿轮浸在油池内，装有防护罩，不封闭。在齿轮传动机构的研究、设计和生产中，一般要满足以下两个基本要求；A：传动平稳，在传动中保持瞬间传动比不变，冲击、振动及噪声尽量小。B：承载能力大，在尺寸小、重量轻的前提下，要求齿轮的强度高、耐磨性好及寿命长。（4）液压缸的主要优点：A：由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长，出现泄露的可能较小，节约能源； B：换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； C：采用标准元件组合而成，不要进行个别元件的个别设计，同时液压缸的种类和型号齐全，方便选择使用；D：可随机器的需要，液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制因，用液压传动实现直线运动比机械传动简单；E：体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；可以利用过载溢出装置入压力阀来保护确保工作的柔性；F：运转平稳可靠，噪音小，产生震动小；G：操纵控制简便，自动化程度高。和电气电子设备结合使用时，借助各种控制阀可实现机器运动自动化，与电器控制元件组成的电液复合系统，是机电一体化的核心部分，不但可实现远距离遥控，而且可实现高程度的自动控制。（5）液压传动的主要缺点：A：用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患。B：使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；工作时受温度变化影响较大；油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。C：液压元件的制造工艺水平要求较高，价格较高；且使用维护需要较高技术水平。2、设计方案的确定根据以上对各个方案的对比以及该设计的环境要求，我选择链传动来实现镀板的上下运动以达到装卸的目的。考虑到平衡问题，我采用对称结构分布，链轮传动如图2-2所示：图 22链轮传动3、链传动的设计计算因为镀件的上下运动速度要求不是很高，所以我选择用11，n970r/min的电动机，型号是21606，（根据机械设计手册电机的选用）再通过减速器把电动机的输出转速变为100r/min，考虑到电动机的功率损失，在计算过程中，我把电动机的功率定为10。采用PLC控制电动机的同步运转。（1） 传动比i一般链的传动比i7，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到10。如传动比过大，则链条在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合。通常包角最好不小于120度，推荐传动比i23.5。在本设计中，链轮主要是使镀件上下运动，为了保证运动平稳，这里我选择的传动比i1。（2）链轮齿数Z1和Z2首先应合理选择小链轮齿数Z1。小链轮齿数不宜过少，过少时传动不平稳，动载荷及链条磨损加剧，摩擦消耗功率增大，铰链的比压加大及链的工作拉力增大。但是1不能太大，因为Z1大，Z2更大，不仅增大传动尺寸，而且铰链磨损后容易引起脱链，将缩短链的使用寿命。因为若链条的的铰链发生磨损，使链条的节距变长、链轮节圆d向齿顶移动。节距增长量p与节圆外移量d的关系可由下式导出： （2.1）由此可知P一定时，齿数越多节圆外移量d就越大，也就越容易发生跳齿和脱链现象。小链轮齿数Z1按下表的范围选择，Z19，推荐Z129-2i。大链轮齿数Z2按Z2iZ1120选择。表 2-3小链轮齿数Z1传动比i12233445566Z13127272525232521211717由于链节数最好选用偶数，考虑到均匀磨损，所以链轮齿数最好选用奇数或不能整除链节数的数，并应优先选择以下数列：17，19，21，23，25，38，57，76，95，114。我选择的Z1=25。则Z2=iZ1=125=25，取Z2=25。实际传动比i=2525=1，误差为0，远小于5%，故在允许误差范围之内。（3）链条节数初定中心距a0=40p由下式 （2.2）=2=105取链节数为偶数，所以选取L104（4）链条节距取工作情况系数KA=1.0，由下表可查。表 2-4工作情况系数表Ka工作机特性原动机特性平稳运转（如电动机、气轮机、燃气轮机、装有液力耦合器的内燃机）轻微冲击（如六缸或六缸以上内燃机装机械式联轴器）中等冲击（如六缸以下内燃装机械式联轴器）平稳运转（例如离心泵、风机、印刷机、均匀给料的带式输送机、自动扶梯、液体搅拌机等）1.01.11.3中等冲击（例如多缸泵、压缩机、水泥搅拌机、非均匀载荷输送机等）1.41.51.7严重冲击（例如轧机、石油钻床、电铲、剪床、刨煤机、单缸或双缸泵机1.81.92.1齿轮系数KZ=1.1。由机械设计P275的图12.14可得。采用单排链，Km=1.0，由下表可查。表 2-5排数系数Km排数m1234Km11.752.53.3则当n=100r/min，由机械设计P274的图12.13可知24A链条能传递需要的功率，其的节距P=38.100mm。链板形状规格如图2-3所示：图 23链板形状规格(5) 实际中心距 =1505mm（6）选择润滑方式按24A链和V=1.59m/s，由机械设计P279的图12.17查的应采用滴油润滑（2区）。（7）作用在轴上的压力由机械设计手册可得FQ=1.151.3F，取FQ=1.3FF=1000FQ=1.3F=1.36289=8176N（8）链轮主要尺寸分度圆直径：= 齿顶圆直径：max=d1+1.25P-d=304+1.25*38.1-22.23=329mmmin=d1+(1-1.6/Z1)P-d=304+(1-1.6/23)*38.1-22.23=317mm=320mm其中d为滚子外径，根据前面表格，24A的外径为22.23mm。齿根圆直径：齿侧凸缘直径：Pcot(180/Z1)-1.04h2-0.76=38.100cot(180/25)-1.04*36.20-0.76=258mm4、滚子链的耐疲劳工作能力计算当滚子链的链条传递功率超过额定功率，链条的使用寿命要求小于15000小时，其疲劳寿命的近似计算方法如下：设P0为链板疲劳强度限度的额定功率，P0为滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率，P为要求的传递功率，则铰链在不发生胶合的前提下对已知链传动进行疲劳寿命计算如下：当 时T= （2.3）当P0P0/时则T=15000(式中: T 使用寿命，h；小链轮齿数；小链轮转速；Kp多排链排数系数；Ka工况系数；LP链长，以节数表示。又因为P0=0.003=0.003=19.7KW P0= =2.18KW由前面的表可知： 所以P0P0/，则19.7102.18则T=15000(=28080h1500h经以上的校核可知此滚子链的耐疲劳工作能力合格。5、滚子链的耐磨损工作能力计算当工作条件要求链条的磨损伸长率（即相对伸长量）明显小于3%或润滑条件不符合机械设计手册P12-109的图12-2-8的规定要求方式而有所恶化时，可按下列公式进行滚子链的磨损寿命计算：T=91500( （2.4）式中 T 磨损使用寿命，h；LP 链长，以节数表示；取128；V 链速，m/s; 取1.46；Z1 小链轮齿数；取25；i 传动比；取1； 许用磨损伸长率，按具体条件确定，一般取3%；d2 滚子链销轴直径，mm；取11.1；C1磨损系数，见手册P12-109图12-2-4；取5；C2节距系数，见下表；取1.19；C3齿数-速度系数，见手册P12-110图12-2-5；取1；铰链的压强，Mpa。表 2-6节距系数C节距P/mm9.52512.715.87519.0525.431.7538.144.4550.863.5系数C21.481.441.391.341.271.231.191.151.111.03铰链的压强Pr可按下式计算： (Mpa) （2.5）式中KA工况系数，见前面的表；取1；FT有效拉力（即有效圆周力）；取6289N；FC离心力引起的拉力。其中FC=qv2，v=1.59m/s，q由下表可知：q=5.6kg.m-1 表 2-7 单排滚子链质量节距P/mm8.009.52512.715.87519.0525.4031.7538.1044.4550.8063.5076.20质量q/kg.m-1 0.180.400.601.001.502.603.805.607.5010.1016.1022.60由以上可知：FC =5.6X1.59X1.59=14.2NFf悬垂拉力；Ff= Ff= （2.6）因为是两个中取大的，而，所以取第二个式子。其中是系数，取1。a链传动中心距，取1505mm。=168.56N169NA铰链承压面积；d2, b2前面铰链规格可知；A= d2b2 =11.10 X35.46=394mm2=17.5Mpa=91500 =88841h经校合满足要求。6、滚子链静强度计算因为规格为24A的单排链的抗拉载荷=124.6KN，所以=因为np=48所以满足要求。以上就是滚子链传动的设计计算以及校合的全过程。2.5.2 实现镀件左右平动的参数设计1、设计方案的确定根据前面的上下运动的方案对比和该运动的实际情况，我选择的方案是由齿轮齿条来实现镀件的左右平动。齿轮齿条传动如图2-4所示：图24齿轮齿条传动2、齿轮齿条的设计计算在电镀的过程中，我们要求镀件充分电镀，所以我们把镀件在镀液中的时间初定为10分钟，在这10分钟里让镀件在镀液中共进行左右移动五次，则齿条向一个方向（如左）平动一次所需时间为1分钟。在电镀过程中，为了保证镀件和镀液充分接触，所以镀件的速度不能太快，初定镀件的速度是1/6m/s，即齿条的运动速度是1/6m/s。电动机仍然按照前面链传动的方法，选择一样的电机再经减速器把它的速度变为100r/min。根据机械设计手册机械传动P13-32的表13-1-19得：分度圆直径与齿条运动速度关系是又因为d=mz，则m=32/20=1.6，取m=3假定z=20 ，即齿轮的齿数是20。根据画法几何P188得：分度圆直径d=mz=60mm齿顶高系数和顶隙系数:在正常齿制时，当mmm 时； C*=0.25；当m 1mm ； C*=0.35。短齿制时,则齿顶高：；齿根高：hf =1.25齿顶圆直径： 齿根圆直径：齿距：P=齿轮中心到齿条基准线距离：H =30mm基圆直径：分度圆压力角,a=齿顶圆压力角： 31.9端面重合度： =1.8纵向重合度： 总重合度1.83、校合齿面接触疲劳强度（1）确定载荷系数使用系数KA 即11页的工作情况系数，取为1.0；动载荷系数KV估计齿轮圆周速度V=1/6m/s，则由机械设计P193的图9.44可得KV =1；齿向载荷分布系数预先估计齿宽b/h=40，则由机械设计P195的表9.13可得=1.17；初取b/h=6，再由P196的图9.46可得=1.13；齿间载荷分配系数由机械设计P194的表9.12可得=1.1。则载荷系数为：K= KAKV= 1.24。(2) 确定各系数材料弹性系数由下表可得ZE=189.8表 2-8齿轮弹性系数材料大齿轮钢铸钢球墨铸铁灰铸铁小齿轮E/MPa206000202000173000126000钢206000189.8188.9181.4165.4铸钢202000188.0180.5161.4球墨铸铁173000173.9156.6灰铸铁126000146.0重合度系数由机械设计P198的图9.49可得： =0.87；（3）许用接触应力试验齿轮的齿面接触疲劳极限=3000Mpa；寿命系数由图9.56可得ZN1=0.87，ZN2=0.89；工作硬化系数ZW=1；尺寸系数由图9.57可得ZX=1；安全系数SH=1.05，由下表可得：表 2-9安全系数使用要求高可靠度1.501.602.00轻高可靠度1.251.301.60一般可靠度1.001.101.25低可靠度0.851.00则许用接触应力=2485MPa取4、校核齿面接触强度 （2.7）其中b= d=18按非对称分布，由表9.13可得=0.6而由那=1996.6MpaCO等。3.2 活化阶段 为了增加ABS的表面吸收量，将浓度为0.5-2g/L的4-羟基-3-甲氧加入胶体溶液中7。芳香醛可以保护钯/锡胶体并能阻止他们在盐溶液中成块或凝结。图2和图3显示了含有4-羟基-3-甲氧的胶体。图2 不同的钯胶体分散度的UV-vis的吸收光谱 图3 不同分散度的立体显微镜图象在准备的过程中，加入Sn2+时溶液的颜色从黄色变成深绿色最后经过加热又变成黑褐色，这种变化由金属钯粒子的形式造成的。在减速反应完成之后将用UVvis光谱进行测量。图2显示了不同的分散度具有不同的吸收量。在UVvis的光谱区内Pd胶体显示了它具有宽阔的吸收峰值。 吸收量与粒子大小之间的关系则不是很明确。Van der Putten et al8发现很小的黄金微粒（ d15nm）在=515nm处的最大吸收光谱会慢慢变宽，而微粒的直径则会减小直至消失。微粒越小，分散度就会越高，因此吸收峰值将会显著变宽，如图2和图3所示。 为了研究在减少Sn2+时的Pd胶体的形成过程，在加热到65C之前利用UV-vis光谱进行观测，在加热到65C保持30分钟后再进行一次观测，如图4。Pd2+的第一的峰值位置在470.9nm处。在642.1nm处的第二个峰值是PdSn6Cl14，是一绿色线。峰值在299.8nm处消失，我们可以得出结论就是PdCl42已不存在。溶液颜色在加热并保持在65C之前变成了深绿色是因为此时溶液中含有金属Pd胶体和 PdSn6Cl14的混合物。 图4 Pd胶体的UV-vis的吸收光谱：（1）绿色Pd胶体；（2）在65C加热保持半小时 在65C是由于过量的Sn2+，PdSn6Cl14的反应如下：PdSn6Cl14Pd0+Sn4+5Sn2+14Cl （1）Sn2+有两种功能：（1）减速剂，它拥有在酸性或弱酸性环境中抑制Pd2+向Pd0转化的能力；（2）胶体保护剂，过量的Sn2+对于阻止小胶体成块是必须的。而且有报道称，加热保温具有增加Pd胶体活性的作用。3.3 加速阶段加速的目的是将胶体溶液中的Sn2+从Pd0的周围去除。通常将盐酸溶液或氢氧化钠溶液加入加速溶液。直接镀铜中的碱性溶液含有铜离子和Sn2+络合剂。在加速溶液中加入铜离子被认为在侧向增殖速度上具有显著的促进作用。在这种情况下，对Cu2O的形成和铜晶体的生成的解释如下：当稳定的Cu(II)络合物的含量下降时，在碱性溶液中的Cu(I)将以Cu2O的形式形成。公式如下：CuL42-Cu2+4L- （2）2 Cu2+ Sn2+2Cu+ Sn4+ （3）2Cu+2OHCu2O+H2O （4）这里L代表的是络合剂，可以同Sn4+形成络合物。该络合物能促进反应过程。之后在酸性的镀铜过程中进行的Cu2O的反应如下： Cu2O+H2OCu+Cu2+2OH （5）3.4 镀铜的速率由于量子的大小的原因，最初沉积的铜层是黑色的。当沉积的铜层的厚度超过CuPd粒子的高度时，表面的颜色将变为铜的金属色泽。在镀铜过程中，铜层一开始是在与导电体连接的地方形成的，之后再扩展到整个ABS塑料表面。当整个基体的表面都覆盖上铜层时，镀层的厚度约为1.5m,因此可以估算出沉积速率约为2.0105mm/s。而在当前条件下直接镀铜的速率是0.07mm/s，约为前者的3500倍。直接将这种解释运用于当前的情况是很困难的，因为条件有很大的不同：在不同成分的酸性溶液中进行的电镀。然而，铜层前移的条件要求必须是非常高的，因为这需要很高的电流密度。例如，溶液中的浓度、pH和温度都必须改变。Pd是很多反应的催化剂，所以它也可能是镀铜反应的催化剂。因此在直接镀铜过程中在表面吸收了Pd的地方增殖速率要远高于沉积生成速率。沉积时的厚度是均匀的，厚度误差在0.1m内（如图5）。当表面全被覆盖上铜时，镀铜就和普通镀铜的方法一样了。 图5 铜层厚度分布3.5 XRF分析 所镀铜层具有金属色泽，晶体细小，如图6所示。XRF技术用于对元素及在在沉积层中的含量进行分析，如表2和图7所示。图6 沉积铜的显微镜图象表2 铜层中的元素 图7 对沉积铜中的元素进行的XRF成像图7显示了活化后的所有元素。直接镀铜中早活化后Pd和Sn的含量要高于无电极镀铜，这也建立了形成导电层的基础。如表1所示，活化后Pd的含量为10.64%，Sn的含量则为39.29%。而S的生成则是因为在蚀刻阶段使用了CrO3和H2SO4从而发生硫化反应，这些反应还生成了亲水的基团-SO3H。X射线荧光技术是一种薄镀层厚度的新方法。XRF技术的理论基础是：当一个层非常薄时，并具有恒定的密度和成分，它的强度将达到最大强度。测定该层的辐射强度就可知它的厚度。用XRF技术测定的铜层厚度与用重力法得到的厚度一致。X射线可以穿透沉积层，并捕捉到一些基团如S、O、Cr、Pd和Sn等，所有这些元素含量都较低。Rh线是通过将Rh设为目标得到的。4.结论（1） 接镀铜中预处理过程的机制作了解释。在这种新的蚀刻过程中会产生一些极性基团，这些基团对于从胶体溶液中吸收更多的Pd是必须的。（2） Pd/Sn胶体催化剂具有良好的分散度和很小的微粒尺寸（直径为320nm），这让它具有更好的催化作用。微粒越小，分散度就越高，因此就具有更好的催化作用。（3）u2+的碱性加速溶液有利于在ABS塑料的表面形成导电层。在加速反应后，当稳定的Cu2+络合物的含量降低时，碱性溶液中的Sn2+被Cu2+氧化，同时生成了Cu2O。之后Cu2O的反应将会继续，而在Pd微粒处则生成了金属铜，因此增加了ABS表面的导电性。铜微粒在镀铜增殖的均匀性上起到重要作用。（4）所镀铜层中的微粒非常均匀且细小。运用XRF技术对原子浓度和铜层厚度进行分析得到良好效果。附录B：主要参考文献摘要1 王成焘. 现代机械设计思想与方法M. 上海.上海科学技术文献出版社，1999.摘要：本书旨在从总体角度系统地向学生讲授现代机械设计基本思想和方法。本书的最大特点是将现代机械设计思想和方法归纳为四大部分，即：设计哲学，设计准则和方法，广义优化理论和方法，现代设计制造技术。2 王积伟，章宏甲，黄谊. 液压与气压传动M. 北京.机械工业出版社，2005.摘要：本书将液压部分与气动部分有机地融合在一起编写，内容包括：流体力学基础、能源装置及辅件、执行元件、控制元件、密封件、基本回路、系统应用与分析、系统设计与计算等。3 成大先. 机械设计课程设计手册M.北京.化学工业出版社，2000.摘要：本手册是根据机械设计和机械设计基础课程教学基本要求编写的，可供学习这两门课程及其课程设计时使用。手册中包括机械设计常用减（变）速器、电机与电器，机械传动，气压传动等几个部分。4 朱辉等.画法几何及工程制图M.上海.东华大学，2002.摘要：本书主要介绍画法几何和工程图的基本原理及工程制图的一般方法，工程制图的基础，零件图和装配图的画法，以及计算机制图的方法，展开图和焊接图的表示方法。5 邹慧君.机械原理课程设计手册M. 北京.高等教育出版社，2003摘要：本手册主要介绍机械设计常用的标准和规范，零部件的装配连接，润滑和密封，极限配合和形状，位置公差，齿轮传动和链传动的公差，以及电动机的选择原则。在手册的附录中还介绍了机械设计课程设计指导书的写法。6 郑萍. 现代电气控制技术M. 重庆.重庆大学出版社，2001.摘要：本书在介绍传统的低压电器、典型的控制线路以及设计方法的基础上，系统地介绍了现代电气控制系统的构成和特点。7 秦曾皇.电工学电工设计M. 北京.高等教育出版社，1998.摘要：本书内容为低压电器及继电器控制系统；可编程序控制器及其应用；直流电动机调速控制系统；交流电动机调速系统等。8 Higuchi A, Saitoh Y, Process of direct copper plating on ABS plasticsJ.Vehicle System Dynamics, 1993, 22(5-6): 397-410.Abstract :The p
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