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箱体类零件清洗机设计,箱体,零件,清洗,设计
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箱体类零件清洗机设计 指导老师： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 摘要在影响箱体类质量和寿命的诸多因素中，由于箱体类安装过程中的不清洁而造成磨损或毁坏的情况占较大的比重。为此在发达国家，箱体类在安装前有严格的清洗工序，对重要部位的箱体类在各加工工序之间也进行清洗。进行各零部件的清洗，大大挺高了产品的质量。长期在零件清洗领域占据主导地位的ODS类清洗工艺由于由于破坏臭氧层而被禁用。随之，出现一些新型清洗工艺如氯代烃清洗剂、水基清洗剂和碳氢溶剂均有各自的缺点阻碍了国内清洗工业的发展。为此，针对零件清洗中的以上问题，本文对碳氢溶剂超声波及真空干燥工艺进行分析研究。本文的主要工作包括一下几方面：1、对箱体类零件国内外清洗行业现状进行了较为详尽的调查，对碳氢溶剂做了较为详尽的分析，并通过清洗对比试验分析温度、外加物理力和清洗时间等因素对碳氢清洗效果的影响。2、设计一台工业清洗机，主要应对箱体类的部件，需要有可转动180度的转台，转台可以在在垂直于转台轴线方向移动500mm，有鼓气喷头，气源压力为2 Mpa。清洗槽长宽高为1200x1000x800 mm，有吹干功能，气源温升：室温至80度，工作台承载力为1000kg。 3、制定箱体类零件清洗工艺流程，依此设计开发了箱体类零件清洗机。在清洗机的研制过程中，根据碳氢溶剂的性质设计了真空系统对箱体类零件进行蒸气清洗和真空干燥。同时，提高超声波作用的效果，设计了真空脱气装置。4、根据清洗机的控制要求，设计了PLC控制系统，编写PLC控制程序。对清洗机进行调试，确定其运行参数，保证清洗质量。研究工作证明，将碳氢溶剂与真空技术相结合可以更加充分发挥清洗优势。本文的研究成果已经用于生产实际，箱体类零件清洗机比过去采用热风干燥工艺清洗机的清洗时间提高60%以上。同时，本研究成果还可以推广应用到其他零件的清洗中。关健词:清洗工艺;箱体类零件;碳氢;真空干燥;设计Abstract In many factors that affect the quality and longevity of the box-type , the situation due to the box-type installation process of wear or damage caused by dirty accounted for a large proportion . To do this in the developed world , boxlike before installing a strict cleaning process , an important part of the class among cabinet manufacturing processes were also cleaned. Washing the components , the quality of the product considerably pricey . Long dominated the field of ODS class parts cleaning cleaning process due to the destruction of the ozone layer due to be disabled. Following this, some new cleaning processes such as chlorinated hydrocarbon cleaning agents, water-based cleaning agent and a hydrocarbon solvent, have their own shortcomings hinder the development of the domestic cleaning industry. To this end, for parts cleaning in the above problems , this paper hydrocarbon solvent ultrasound and vacuum drying process were analyzed. The main work includes about several aspects : 1 , the status box parts cleaning industry at home and abroad for a more detailed investigation of hydrocarbon solvents do a more detailed analysis , and analysis of comparative tests by washing temperature , plus physical force and cleaning time on the hydrocarbon cleaning effect of. 2 , an industrial cleaning machines designed primarily to deal with box-type parts , need to have a 180-degree rotatable turret , turret can be moved in the vertical axis of the turntable 500mm, with a drum gas nozzle , air pressure is 2 Mpa. Cleaning tank length and breadth of 1200x1000x800 mm, there is drying function , air temperature : room temperature to 80 degrees , the table bearing capacity of 1000kg. 3, the development box parts cleaning process, so the design and development of the box-type parts cleaning machine. In the development process of the washing machine , according to the nature of the hydrocarbon solvents designed vacuum system for prismatic parts for steam cleaning and vacuum drying . Meanwhile , the effect of improving ultrasonic designed vacuum degassing apparatus . 4 , washing machine according to the control requirements , the design of PLC control system, PLC control program writing . Washing machine for debugging , to determine its operating parameters to ensure the quality of cleaning . Studies demonstrated that the hydrocarbon solvent and vacuum technology combines the advantages can be more fully cleaned . Results of this study have been used in actual production , box-type parts cleaning machine cleaning time than in the past using the washing machine hot air drying process increased by more than 60%. Meanwhile, the results of this study can also be applied to other parts of the cleaning .Key words: cleaning process; auto bearing parts; hydrocarbon; vacuum drying; design1 绪论1.1 箱体类清洗背景与课题意义随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，正从一种少数人才能拥有的奢侈品逐渐进入普通百姓的生活。中国市场十分巨大，吸引了国际巨头及国有及民营资本的加入，工业成为了我国的一项支柱产业，使科学技术发展水平得到了显著的提高。然而，在生产和维修保养过程中需要清洗各类零部件。箱体类被称为“的关节”，一个国家箱体类工业发展水平的高低，往往代表和制约着工业及其他相关产业的发展水平。然而，上的箱体类都是工作在十分恶劣的条件下，箱体类在机械加工和运输过程中，其表面都附有许多无机和有机物，若不清洗干净，会严重的影响成品质量或是运行的平稳性，甚至会磨损腐蚀箱体类内外圈或滚珠，产生故障，给人们的生产生活带来诸多不便。过去，为了保证运输安全，大批箱体类被更换报废，已求得刚质量箱体类运转，但随着当代科学技术的不断进步和发展，为保证正常的运输业务不受影响，往往建立维修点，对箱体类进行必要的定期的清洗和修复，以期延长箱体类的使用寿命，减少箱体类的资金损耗，从而获得最大的经济效益。因此，箱体类的清洁度是是箱体类质量的关键问题之一，箱体类的清洗虽不能直接提高箱体类的精度、寿命及其各项性能指标，但清洁度将直接影响这些指标，也是箱体类精度、寿命、各项性能得以保持的必要条件，随着对箱体类质量要求的提高，箱体类清洗技术显得十分重要。我国加入WTO后，国外越来越多的厂家已经落户中国，产品质量竞争和箱体类的开发、应用也势在必行，提高箱体类清洁度也可促进和改善现有箱体类的清洗技术和工艺管理水平，同时也是提高我国箱体类行业国际竞争力的有效手段之一。此外，为了保护臭氧层，我国政府于1989年9月加入了保护臭氧层的维也纳公约，1991年6月正式加入了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书（伦敦修正案），至2010年完成主要ODS（Ozone Depleting Substance 臭氧层消耗物质）生产领域和消费领域的淘汰。而多年以来一直以ODS物质为清洗剂的清洗行业，做为5个最大的ODS消费行业之一，也面临着淘汰臭氧层消耗物质的任务和挑战。从2003年开始，中国近20年的履约活动已经到了国家履约阶段（2003-2011），由于中国清洗设备的制造起步较晚，上个世纪90年代全国仅有几家小型的清洗设备制造企业。这些企业不仅生产加工设备简陋，而且对替代ODS清洗新工艺的了解和掌握也不够全面。因此，需要开始使用非ODS清洗剂的新型清洗设备。在箱体类行业迅速发展，对箱体类的质量要求越来越高，淘汰ODS清洗技术势在必行的条件下，本课题旨在研究以最新的超声波技术和非ODS碳氢溶剂为清洗介质的箱体类清洗工艺，通过实验找出最佳的工艺参数，并将之应用到新型的清洗设备开发中，以实现较高的清洗水平，较低的劳动强度，环保以及合理的设备价格。综上所述，本课题具有一定的实际意义，并具有广泛的市场需求。1.2 箱体类清洗技术国内外研究现状由于传统的箱体类清洗操作简单，只是作为依附于生产过程中的一道工序，因此没有引起广泛的关注。20世纪80年代以来，随着经济的快速发展，清洗这一古老而年轻的工艺得到快速发展。20世纪90年代，中国明确产生了清洗行业这一新概念。进入21世纪，制造业的高速发展促进了清洗设备和清洗剂等企业的快速发展。在我国对超声清洗技术的研究和应用始于上世纪五十年代，几乎与国外同步进行。当时超声清洗设备的核心部件是采用磁致伸缩换能器，超声频电源则是电子管器件。到了七十年代，这种换能器逐渐由高率且制作方便的压电换能器取代，并出现晶体管和晶闸管超声频电源，设备的效率大大提高而体积却缩小很多。但是，所生产的设备大多是台式、单槽式的超声清洗机，使用的清洗介质大多是水基清洗液。随着技术的进步，超声波清洗技术的成熟以及新型环保清洗剂的开发，越来越多的企业开始采用新的多缸超声波清洗技术来取代旧的清洗方式和清洗设备。截至到上世纪80年代前期，我国的使用超声清洗箱体类的单位还为数不多。上世纪80年代以后，特别是90年代开始，随着国民经济的发展，以及科技的不断进步，尤其是先进制造技术的要求，超声清洗技术的研究与超声清洗设备的研制得到了迅速发展研制队伍不断壮大，研制单位不断增多。90年代后期，国内箱体类清洗已得到箱体类行业的普遍重视，但各箱体类厂清洗设备多是品种繁杂的自制专机，从装筐分槽浸洗到箱式链传动沐浴式清洗机，由于喷淋压力较低，大部分只喷淋箱体类一侧，且清洗机的过滤尚未很好解决，故清洗的清洁度无法控制。近几年，新开发的清洁设备一般都配设传动系统的过载保护、温控显示和超温调节、喷淋系统的液位自控、净化系统的污塞报警及自净化等能力，并推广应用PLC控制，以提高清洗机工作的可靠性。对清洗机剂的选择，由于国内替代ODS物质的工作已经步入了实施阶段。近年来由于政府的强烈干预，各地一些企业开始充分重视替代ODS物质和有毒害物质的工业清洗剂。国内部分企业摒弃传统的ODS清洗剂，采用水剂清洗技术，但是水剂清洗需要解决水剂清洗机和脱水防锈机组成连线的问题，同时，要适应脱水防锈剂的机理和特点，保证箱体类在倾斜脱水过程中，内、外圈相对移动数圈，保持架和内外滚道无水剂存留。因此采用水剂清洗技术的清洗设备需要采用脱水机构，使得机器结构复杂。此外，使用水剂清洗还存在废液处理的问题。国外箱体类生产中，对清洗十分重视，每道工序间及成品都有清洗设备。21世纪初，清洗技术大致分为四种：喷淋式清洗：这种清洗方法是压力清洗液通过不同的喷嘴喷淋到工件上，以达到清洗效果。根据压力不同，分为一般清洗和高压清洗，高压清洗可对工件进行脱漆、去毛刺处理。根据水温的不同，还可分为常温清洗和高温清洗。沉浸式清洗：这种清洗方法是将工件放在清洗液中，通过清洗液的循环流动或清洗液的大流量喷射，对工件进行清洗。超声波清洗：该方法是将工件放在清洗液中，用超声波发生器对清洗液产生激发作用，达到对工件的清洗。由于卤化烃清洗液易污染环境，现在采用水基清洗剂。蒸发脱脂清洗：此方法采用卤化烃清洗液，使其蒸发，用其蒸汽达到对工件脱脂的目的。(5)组合式清洗:把各种清洗方式组合起来清洗，例如，超声波清洗与蒸汽清洗组合，超声波清洗与浸洗组合，喷淋清洗与浸洗组合等等。目前，国际社会对环保的重视，国外对超声波清洗技术的研究多数集中在寻找可以替代传统的ODS清洗剂的清洗介质，并根据新的清洗介质的特性，开发合适的清洗装置。ODS替代技术存在两种主要发展趋势，一种是以欧美所倡导的使用低破坏臭氧层系数的清洗剂为主的替代技术，但是其产品价格比较昂贵。二是以日本一些公司推崇的碳氢清洗技术。主要技术路线是，碳氢溶剂捆绑碳氢清洗设备共同使用，这种模式已经被日资企业所普遍接受国内一些企业也正在逐步推广这种技术。1.3清洗介质使用现状清洗介质基本上可以分为两大类，即有机溶剂类和水基类。在箱体类清洗行业，常用到的有机溶剂类清洗介质有汽油、煤油，其价格便宜，清洗技术比较成熟，并且对箱体类制造中常用的油、脂等污染物有良好的溶解、清除能力，所以应用范围很广;常用到的水基类清洗介质主要是水基清洗剂，根据其添加剂的不同，分为酸性、碱性、表面活性剂类、乳化类、酶类、水类等六类清洗剂，它同样具有价格便宜、清洗技术成熟的优点，并且对水溶性类污染物有比较好的溶解能力。目前，国际社会对环保的重视，国外对超声波清洗技术的研究多数集中在寻找可以替代传统的ODS清洗剂的清洗介质，并根据新的清洗介质的特性，开发合适的清洗装置。ODS替代技术存在两种主要发展趋势，一种是以欧美所倡导的使用低破坏臭氧层系数的清洗剂为主的替代技术，但是其产品价格比较昂贵。二是以日本一些公司推崇的碳氢清洗技术。主要技术路线是，碳氢溶剂捆绑碳氢清洗设备共同使用，这种模式已经被日资企业所普遍接受国内一些企业也正在逐步推广这种技术。1.4 研究内容本文依照当前国内清洗业状况和箱体类制造商的需求，查阅了大量的国内外文献，并据此将研究重点放在寻求更经济、更高效、更安全的清洗方式上。本文着重分析了箱体类清洗及干燥工艺，对碳氢溶剂在不同温度下的清洗力进行了试验对比研究，并根据研究结果设计制造了清洗机，就箱体类零件清洗工艺和清洗机的重要内容作了阐述，主要工作如下:(l)对箱体类清洗业国内外现状进行详细调查，并针对箱体类零件的污染物对碳氢溶剂清洗能力做出重点分析。(2)对碳氢清洗工艺作出分析，制定了清洗工艺流程。(3)利用上述结果，及通过分析清洗装置的现场控制需求为箱体类设计了一套基于PLC的控制系统机电一体的自动清洗机。(4)，重点对其中的机械结构进行了设计计算及校核。2箱体类清洗机设计的总体方案2.1设计要求：设计一台工业清洗机，主要应对箱体类的部件，需要有可转动180度的转台，转台可以在在垂直于转台轴线方向移动500mm，有鼓气喷头，气源压力为2 Mpa。清洗槽长宽高为1200x1000x800 mm，有吹干功能，气源温升：室温至80度，工作台承载力为1000kg。2.2总设计方案2.2.1、主要工作原理：本次清洗机设计为紧凑的单槽清洗，槽长宽高为1200x1000x800 mm，将工件放置并固定在工作台上后分三步进行清洗；第一、前后左右四个圆柱清洗刷旋转对工件进行洗刷，洗刷夜为谈情碳氢溶剂；第二、停止洗刷，用清水对工件进行冲洗；第三、喷气嘴吹出80度暖风将工件吹干；如此为清洗完成。2.2.2、工作过程中的关键动作： (1)工件旋转180度，（2）转台可以在在垂直于转台轴线方向移动500mm，（3）四个圆柱清洗刷的旋转。其中工件旋转180度，也就是转台旋转180度，此动作的执行元件：摆式液压缸和推力球轴承；转台移动500mm，此动作的执行元件：滚珠丝杠和滑动导轨；四个圆柱请洗刷的旋转，此动作的执行元件：调速电机，减速器及调速器。2.23、工作过程： (1)将工件放置并固定到工作台上（2）单手拨动按钮（3）挡水门自动关闭（4）圆柱清洗刷开始转动，并有碳氢清洗液喷出到刷子和箱体上（5）工作台开始缓慢匀速向右移动（6）工作台移动到有端一固定的位置停止并旋转180度，同时往回移动（7）工作台回到初始位置，圆柱清洗刷停止转动，喷头喷出清水，对工件的每个部位冲洗（8）冲洗完成，开始吹干，吹风温度80度（9）清洗完成，自动门打开（10）取下工件2.2.4设备要求 （1）清洗机采用小范围移动，封闭清洗，配备多个喷水口和喷气口（2）四个圆柱请洗刷，清洗槽的四个壁各一个（3）设备自动挡水门为透明的，开门后不滴水（4）清洗过程全部由PLC控制，控制面板上有工件计数器（可清零），温度压缩空气压力表，清洗液压力表（5）清洗液的过滤采用不锈钢的滤网，过滤精度20-40um，清洗卸污用带式去油装置自动动除。（6）加热装置，30分钟内清洗液从20度加热到50度，同时设备上加冷凝装置3 清洗液碳氢溶剂的选择及主要机构的设计计算3.1清洗液碳氢溶剂的选择碳氢溶剂主要成份为高纯度烷烃碳氢化合物。以前曾简单地将原油蒸馏得到的煤油馏分直接作为清洗剂，由于它有臭味，易燃以及难于干燥等缺点目前己逐渐不再使用。现在使用的大多数碳氢溶剂是化学合成品或经过高级精炼处理后得到的产品。液态的碳氢化合物作为传统ODS清洗剂的一种替代品在日本及其他发达国家己经应用较多(大约始于上世纪八十年代)，而在我国的应用还处于起步阶段。碳氢溶剂的组分从其化学结构上可以分为正构烃系、异构烃系、环烷烃和芳香烃四类烃类化合物。(l)正构烷烃:是结构式为CnH2n+2的饱和链烃。直链烷烃的稳定性好、臭味小。一般是将煤油馏分经过分子筛萃取及蒸馏调整沸点得到的产品。 (2)异构烷烃:也是结构式为CnH2n+2的饱和链烃。与直链的正构烷烃相比，异构烷烃具有支链结构，大多通过合成制得的产品。 (3)环烷烃:是结构式为CnH2n+2的具有环状结构的饱和烃，是单纯环状或含有侧链结构的烷烃。从性能上看它比饱和链烃的溶解性能好，但在安定性、臭味方面较差。(4)芳香烃:是含有苯环结构的碳氢化合物，对油污溶解力强，由于其对人体毒性较大所以现在已较少使用。经过研究和实践证明在选择使用碳氢溶剂时一般采用馏程范围在170195 ，闪点范围在5075的正构烷烃(CnH2n+2)较为科学，其安全性和干燥得到了优化。正构烷烃的粘度最低，有微弱气味，对人体安全，因此最适合做清洗剂。同时由于其化学结构稳定，连续加热蒸馏回收后不会破坏化学结构，对铁、铜、铝、锌等金属产生的腐蚀远远低于环烷烃、芳香烃、卤代烃，而且碳氢溶剂多次蒸馏仍然可以使用，为碳氢溶剂重复利用奠定了物质条件。图2.1为碳氢溶剂的蒸气压力曲线图，为真空干燥工艺的研究提供了前提保障。由图可知碳氢溶剂在大气压下（0.1MPa)的沸点为170左右，在减压状态下(0.0133MPa)的沸点为110左右。而三氯乙烯等卤代烃溶剂经过几次蒸馏后就不能够再使用，其原因就在于卤代烃中的卤素原子的活性很大，容易被其他原子或原子团所取代，例如氯离子被氧离子替代，而发生了酸败反应，反复蒸馏使用后洗净力下降，还会对金属产生腐蚀作用。 2.3.2 碳氢溶剂的优缺点为了便于研究，现将碳氢溶剂作为清洗剂的优点归纳如下:(l)清洗性能好。碳氢清洗剂与大多数的润滑油、防锈油、机加工油等油脂同为非极性的石油馏分，碳氢清洗剂清洗这些矿物油的的效果要好于水基清洗剂。(2)蒸发损失小。碳氢清洗剂沸点一般在150以上，在使用保管过程中挥发损失要比沸点在4080的卤代烃小得多，对包装物和设备的密封要求很低。(3)无毒。经毒理试验，碳氢清洗剂的吸入毒性、经口毒性和皮肤接触毒性均为低毒，且不属于致癌物质，与卤代烃相比对清洗操作人员更安全。(4)材料相容性好。碳氢清洗剂中不含水分和氯、硫等腐蚀物，对各种金属材料不会产生腐蚀和氧化，对大部分塑料和橡胶没有溶解、溶胀和脆化作用，适于清洗带有保护层或绝缘表面的零件。(5)可彻底挥发，挥发后没有残迹。碳氢清洗剂是非常纯净的精制溶剂，在常温和加温状态下均可完全挥发，没有任何残留。(6)环保。碳氢清洗剂可以自然降解，清洗废液可以放入燃煤或燃油锅炉中焚烧，焚烧的生成物主要为CO2和水，对空气没有污染。碳氢清洗剂中不含氯和氟元素，对臭氧的破坏系数为零。尽管碳氢清洗剂有诸多优点，但与ODS清洗剂相比，其沸点高而闪点低，使得清洗液温度提升受到较大的限制。更为严重的是，使清洗后零件的干燥速度大大降低，清洗剂的蒸馏再生变得困难。较低的闪点也提高了清洗、干燥和蒸馏再生中的防火要求，常用清洗溶剂沸点和闪点的比较见表2.1。因此科学的箱体类零件清洗工艺的制定需要解决上述问题，而真空干燥技术的使用很好的弥补了碳氢溶剂的上述缺点。2.3.3 碳氢溶剂清洗能力分析非水系清洗剂的清洗力依赖于溶解作用，碳氢溶剂对油脂或油性污染的溶解性的脱脂机理是相似相溶原则。例如汽油、煤油等碳氢化合物容易溶解重油污垢，其它低分子的烃类溶剂则易与其结构相近的卤代烃(四氯化碳、三氯乙烷等)互溶。水能与具有与水相似结构的物质相溶，如水与含有轻基(OH)梭基(COOH)的化合物如R-COOH(低级脂肪酸)、R-OH(低级醇)等互溶也是基于此。但实际情况是很复杂的，不同种液体间的溶解性还与表面张力、界面张力有密切关系。碳氢溶剂的清洗性能通常用以下指标来衡量:(l)苯胺点。苯胺是一种极性有机物，溶剂越易与苯胺相溶，说明溶剂溶解极性有机物的能力越强，衡量石油类碳氢溶剂对极性有机物的溶解能力，苯胺点越低表示溶剂对极性有机物溶解能力越强。(2)KB值。是对树脂类物质溶解力的性能指标，KB值越大说明溶剂溶解树脂的能力越强。作为清洗用溶剂溶解力的判别曾以犬刀值作为指标，但犬召值是指对树脂类物质的溶解性，与对油性污垢的清洗力并无直接关系因而难于作为基准使用。(3)溶解度参数SP值。SP值用下式表示: 式中，E为蒸发能;V为摩尔体积。SP值相近的物质具有相近的凝集能，因而易于互相溶解，此现象即相似相溶的经验规则的理论基础。一般碳氢清洗剂的SP值为78，此值因与机械加工油、润滑油等油类的SP值(78)一致，因此易于将加工后残留的油污溶解，并且具有很高的清洗力，但它又与树脂的SP值相距甚远，不易侵蚀被清洗部件上的塑料、涂料等材料，因而碳氢溶剂对清洗箱体类零件是极为有利的。 3.2 旋转液压缸的设计由设计要求可知，工作台承载力为1000KG，这里转速我选择20r/min，取工件直径为600mm，材料为铸铁，则可得出转动惯量为回转液压缸的驱动力矩计算采用的回转缸是单叶片回转液压缸，它的原理如图4-2所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把气腔分隔成两个.当油液从孔a进入时，推动输出轴作逆时4回转，则低压腔的油从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶液压缸的压力P驱动力矩M的关系为: 或 4.2.3回转缸的尺寸及其校核a.尺寸设计气缸长度设计为,气缸内径为=96mm,半径,轴径=26mm,半径,气缸运行角速度=，加速度时间=0.1s, 压强, 则力矩：b.尺寸校核（1）工件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：设工作台的质量为10,质量分布于长的圆盘上，那么转动惯量： 设计尺寸符合使用要求，安全。3.2 滚珠丝杠计算校核 因为本设计为清洗机，所以这里滚珠丝杠外置，再用连杆倒入工作台，具体倒入方式图中会表达出来。选取的滚珠丝杠转动系统为： 磨制丝杠(右旋)轴承到螺母间距离(临界长度) ln = 1100mm固定端轴承到螺母间距离 Lk = 1100mm设计后丝杠总长 = 1500mm最大行程 = 1100mm工作台最高移动速度 Vman = 0.5（m/min）寿命定为 Lh = 24000工作小时。= 0.1 （摩擦系数）电机最高转速 nmax = 6000 （r/min）定位精度：最大行程内行程误差 = 0.035mm300mm行程内行程误差 = 0.02mm失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定支承)W = 200kg （工作台重量+载物重量）g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (电机至丝杠的传动比)Fw=W g = 0.12009.8 196N(摩擦阻力) Fa - 轴向载荷 （N） F - 切削阻力 （N） Fw - 摩擦阻力 （N）从已知条件得丝杠编号：此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠）计算选定编号 导程 = 500/50=10mm选择导程：Pho =12(mm) 平均转速 Nm=8.3mm/s时间寿命与回转寿命=240005060=72000000转次额定动载荷以普通运动时确定fw取 1.4Ca=Fm*fw*3L106=1141.5N得：额定动载荷 Ca1141.5以Ca值从FDG系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表）中查出适合的类型为： 公称直径： d0=32mm 丝杠底径： d0=27.3mm 导程：Pho=10mm 循环圈数：3 额定动载荷为：25700N。 丝杠编号： FFZD3210-3预紧载荷Fao = Fmax/3=900/3 300 N丝杠螺纹长度Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le=1100+240=1180mm丝杠螺纹长度不得小于1180mm加上螺母总长一半84mm(从系列表中查出螺母总长168mm)。 得丝杠螺纹长度 1264m。 在此取丝杠螺纹长度 L1=1300mm 则轴承之间的距离Ls=1300mm丝杠公称直径公称直径由允许工作转速与工作容许轴向载荷来推算得出。临界转速及允许工作转速：nkper0.8nk nk nkper/0.8以安装形式确定fnk 取18.9。nk=fnk*d2Ln2*107=d2=nk*Lnfnk*107=5000*1100218.9*107=0.32可知丝杠螺母底径大于 0.32；当Pho=10(mm)、最高转速达到50（r/min） 时，系列表中适合的公称直径d00.32mm 。上述由额定动载荷Ca 求得的公称直径 d0=32mm0.32 ，满足条件，否则公称直径还应加大。丝杠编号：FFZD3210-3滚珠丝杠传动系统刚度选定初始条件：失位量 = 0.045mm。滚珠丝杠系统之间各元部件（丝杠、螺母、支承轴承），在此设为：0.04mm。此时滚珠丝杠系统各元部件单边弹性变形量为：0.02mm。 此时轴向载荷900N。丝杠刚度当Ls1=Lk，Rs 为最小，一般情况下计算最小刚度值。Rs=900*(d0-0.707Dw)2Ls1=900*(32-0.707*7.144)21100=594N/m = Fa/Rs =900/5941.5m 螺母刚度在此预紧载荷为额定动载荷的10%，螺母刚度从表中查出 R=2128N/m从表中查出额定动载荷Ca=25700N,在此取0.1Rnu=0.8*R*(Fao*Cu)1/3Rnu=0.8*2128*(3000.1*25700)1/3=832N/mnu=Fa/Rnu=900/832 1.08m支承刚度支承轴承刚度RaL可从轴承生产厂产品样本中的查出。在此RaL=1020N/mRaL=Fa/aLaL=Fa/RaL= 900/1020 0.99m轴向总刚度1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL=1/594 + 1/832 + 1/1020Rtot263N/m总弹性变形量(单边)tot = s + nu + aL=1.5 +1.08+0.88=3.46m 20m，合格。从丝杠轴向总刚度的问题上来讲，丝杠的刚度有时比螺母的刚度重要，最佳提升刚性的方法是提高丝杠的刚度，而不是在螺母上施加太重的预紧载荷(预紧载荷最高为额定动载荷的10%)，如果将丝杠的安装方式改为（固定-固定）式，轴向总刚度的最小刚度Rtot305N/m 、总弹性变形量(单边)s=6.7m 。电机的选定驱动转矩 Fa为匀速情况下轴向载荷900N。Mta=Fa*Pho2000*=900*102000*0.9=15.9NmFa为最大加速情况下轴向载荷900N。Mta=Fa*Pho2000*=900*102000*0.9=15.9Nm由预加载荷而产生的转矩在此 Kp 取 0.18Mte=Fa*Pho*Kp2000*=300*10*0.182000*0.9=0.095Nm在精确设计中要考虑各方面的转矩(如：加速度时之负载转矩及马达所负荷的总惯性矩等)。 I = 1 （电机至丝杠的传动比）平均速度时最大驱动转矩Mt1=Mta+Mte=15.9+0.09516Nm在此马达转速最高设计为50r/min电机功率最大为W=FV=900*0.083=75w这里为了更安全选择功率为90w，最高转速为6000的可调速电机则选用电机型号为GV-28-550-3-S且加调速器，最后设置为能使速度在0到100转之间任意调节检校丝杠理论容许轴向载荷以安装形式确定fFk 取20.4Fk=fFk d24/Lk2 104 =20.427.34/11002104 93647N丝杠工作容许轴向载荷Fkzul = Fk/2 =93647/246823N最大轴向载荷25700小于丝杠工作容许轴向载荷，合格。临界转速 以安装形式确定取18.9nk=fnkd/ Ln2 107 =18.927.3/ 110021074264.2r/min允许工作转速 nkper 0.8 nk =0.8 4264，2 3411 r/min 最大运动转速50小于允许工作转速，合格。 4 箱体类清洗机控制系统的设计4.1气动系统设计气压传动及控制亦称气动技术，是指以压缩空气为动力源和工作介质来进行能量和信号曲传递，从而实现生产过程自动化的一门技术，目前己被全球各个工业部门所接受并得到广泛应用。气压传动具有以下优点:(l)以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气可排到大气中，处理方便，不必设置回收空气的容器和管道。(2)由于空气的粘度很小(约为液压油动力粘度的万分之一)，其流动阻力损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。(3)与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。(4)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、震动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。(5)成本低，过载能自动保护。同时气压传动又具有一下缺点:工作平稳性稍差;工作压力较低(一般为0.31.0MPa);噪声较大，在排气时应加消音器;气动装置中的气信号传递速度在声速以内，比电子及光速慢，因此气动控制系统不宜于元件级数过多的复杂回路。通过以上对气压传动的特点分析，根据箱体类零件清洗机防火防爆的要求，选择安全性强、无污染危害、价格合理的气压传动作为清洗机执行部件的动力源是比较理想的。4.1.2气缸的选用气缸是根据主机需要进行选用的，设计时应尽量选用标准气缸。(l)安装形式的选择:安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。本课题采用的气缸用固定式安装方式:前法兰(MF1式)、后法兰(MF2式)。(2)气缸的输出力:根据工作机构所需力的大小，考虑气缸载荷率确定活塞杆上的推力和拉力，从而确定气缸内径。对于普通双作用气缸无杆腔为工作腔时理论拉力F0为: 式中，D缸径(m); P气缸的工作压力(Pa)。普通双作用气缸有杆腔为工作腔时理论拉力F0为: 式中，d一一活塞杆缸径(m)。在考虑到活塞杆和活塞本身的摩擦力影响的情况下，实际输出力要以气缸效率来修正，若气缸动态参数要求较高，且工作频率高，其载荷率一般取=0.30.5，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷可取=0.70.85。(3)气缸行程:气缸(活塞)行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于加紧等机构，为保证加紧效果，必须按计算行程多加1020mm的行程余量。(4)气缸的运动速度:主要有所驱动的工作机构的需要来确定。要求速度缓慢、平稳时，宜采用气液阻尼缸或采用节流调速。根据以上设计要点及各自工作的工况，选择所需要的气缸见表4.1: 4.2 PLC控制系统的设计4.2.1 控制需求设备要实现既定的功能，就需要与之相匹配的控制系统。基于箱体类零件清洗工艺设计的清洗机PLC控制系统属单机控制系统，PLC的主要作用是用软件和内部逻辑取代了继电器控制系统中的定时器、记数器和其他单个设备。箱体类零件在清洗时需要经过刷洗，冲洗，吹干等多个工序，每个工序都有各自的动作，而且在各工序之间有相互联系，于是就涉及到各个工位动作的控制，另外，由于碳氢溶剂的特点，需要对各清洗槽的温度，储液箱的液位、温度进行监视和控制。同时，清洗液循环泵及超声波的工作状态、自动消防系统的启动等多个方面都需要控制系统的参与。具体来说控制系统需要实现:(l)气动系统的动作控制:由于使用碳氢溶剂有防火防爆的要求，所以清洗机的内部动作的实现，是由气动系统来完成的。气动系统主要用以实现零件清洗的节拍控制，工位动作的实现及工位间的转换，这些目的是通过对各个气缸、等待时间以及位移距离的控制来实现的，对气动系统的控制是控制系统的主要任务之一。 (2)液位控制:各储液箱对碳氢清洗液的液位有要求，需用液位计来实时检测，一旦液位低于或者高于设定值，控制系统要立即发出指令，进行相应的补液或者排液操作，必要时停掉相关器件。(3)温度控制:碳氢溶剂在加热蒸馏时需要对导热油温度和蒸气温度进行监控;另外，各储液箱由于碳氢蒸气冷凝后温度较高，在冷却系统冷却的同时需要控制系统的监控来将清洗液控制在适宜温度，一般在35以下;在超声波空化作用下，清洗液的温度会有所升高，所以也需要对其进行控制。(4)故障自动监测:当清洗过程中某一环节出现故障时，控制系统要立即通过灯塔、报警器作出报警提示，并视危险程度来采取相应措施，较轻微的故障仅对操作者提示，指导其排除故障即可;对于较严重的故障要停止对故障环节的输出;对于非常严重的故障来说，需要作出复位机器或者停机等处理。(5)手动调试控制:为了方便调试和故障检测，需要对机器增加手动调试部分。因此，控制系统要实现对气动系统部分的手动调试。4.2.2 控制器的选择本机选择可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。归纳起来，PLC主要特点有:可靠性高，抗干扰能力强;适应性强，应用灵活;编程方便，易于使用;功能强，扩展能力强;PLC控制系统设计、安装、调试方便;维修方便，维修工作量少;PLC体积小，易于实现机电一体化，适合非标设备的开发。4.2.3 传感器的选择设备的自动控制离不开先进的传感技术，传感器作为自动控制的重要部分，有着不可或缺的作用。传感器的需求主要集中在两个方面:设备运行控制的需求和设备安全控制的需求，出于控制的需要，有些传感器需要同时满足这两个需求。(l)设备运行控制所需传感器设备运行过程中，气缸、传送带动作的控制离不开传感器的作用。在动作控制方面，主要用到的传感器为磁传感器、光纤传感器。磁传感器主要用于气缸方面，也叫磁性开关，主要用来检测气缸是否到位，PLC根据磁传感器的信号来决定电磁换向阀的通断，从而控制气缸的动作。光纤传感器通过确定清洗筐是否到位，控制入料、出料传送装置的运停，此外，光纤传感器的信号与气缸是否动作有直接关系，只有在光纤传感器确认入料到位或者出料到位后，气缸才可以动作，否则会出现空抓或者压筐等现象。(2)设备安全需求所需传感
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