3006015-冯诚诚-自动喷漆设备设计

1、1 前言要实现喷漆系统的完整功能必须有相应的喷漆设备，用电机控制相应设备的动作，通过其传动系统利用相应的传动形式完成动作。在生产过程中，尤其是在汽车生产线上，喷漆设备应用的越来越广泛，人工喷漆已不能满足生产的需要，这就迫使自动喷漆设备的出现。自动喷漆设备就意味着在无人工或在人工很少干预的情况下自动完成对工件的喷漆工艺。这就需要机器有很高的精度还需要精度较高的相对运动。自动喷漆设备有如下的优点。（1）柔性大。工作范围大，升级可能性大；可实现多种品种的混线生产。（2）提高喷涂质量和材料使用率。仿形喷涂轨迹精确，提高涂膜的均匀性等外观喷涂质量；降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料利用率。（3）易操

2、作和维护。可离线编程，大大缩短现场调试时间；接插件结构和模块化的设计，可实现快速安装和更换元器件，极大缩短了维修的时间；所有部件的维护可接近性好，便于维护保养。（4）设备利用率高。往复式自动喷涂机利用率一般仅为40%-60%；人工喷涂:由于存在喷涂操作距离远近、高低位置波动及人的情绪不稳定等主客观因素，油漆的额外耗损无疑是不可避免的。自动喷涂:在相同的客观条件前提下，与人工喷涂相比,由于自动喷枪正交于喷涂面,油漆雾粒含稀释剂量固定、均距、均次、均速、均匀重复涂饰,可较好解决上述因素造成喷涂质量的影响，其光泽性、平坦性、垂流(即“挂泪”) 、针孔、气泡亦易于控制。随着科技的进步，尤其是控制技术和

3、计算机软件水平的不断提高，自动喷漆机也必将在性能上有进一步的提高。2自动喷漆机总体设计方案本次设计的任务是完成自动喷漆机的机械结构部分的设计，机械结构部分是机器的重要组成部分，是实现机器各个动作的本体，虽然一台自动程度比较高的机械的电气控制部分决定着它的高科技程度，但还必须与机械系统相匹配，相辅相成，组成一个完整的系统。本课题要求设计一台自动喷漆机械结构设计，主要对中、大型起重机的横梁进行喷漆。该设备能够实现自行走，能够完成起重机横梁的多面、多角度喷漆。按照设计要求，该机采用龙门式机构。该机的机械结构部分由往复横移机构、上下移动机构、喷头升降机构、走行机构、喷头旋转机构组成；机械部分是设备动作

4、的执行机构，主要是由链条实现往复横移运动，由丝杠螺母机构实现喷头升降，由电机带动走行机构在导轨上行走。本次设计的喷漆机设计总体方案如图2.1所示。123424 1走行机构 2上下移动机构 3机械手部分 4往复移动机构行走机构行走机构采用Y系列（IP44）三相异步电动机，经摆线针轮减速器直接驱动龙门架，如图2.2所示，行走时4 轮可完全接触在轨道上,线性启动、运行平稳、无抖动、跳动现象。Y系列（IP44）三相异步电动机为一般用途全封闭自扇冷式龙型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的的特点。并且效率高，耗电少，性能好，噪声小，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便；摆线

5、针轮减速器具有传动比大，传动效率高，结构紧凑，相对体积小，重量轻的特点；并且通用于中小功率，适用性广，运转平稳，噪声低，适用于连续工作制，允许正、反向运转，满足使用要求。2212321联轴器 2减速器 3电动机上下移动机构及往复运动机构往复机构是自动喷漆机的重要组成部分。其结构原理如图所示。链条借助与电动机传给的动力，驱动链轮做定向的循环往复运动。由于走形装置被固定在链条上，这样被安装在走形装置上的喷枪便实现了自动喷涂；其次链条链轮机构能实现匀速运动，能实现均匀喷漆。图2.3上下移动机构结构图2.3.1喷头伸缩机构和喷头旋转机构机械手是由1个伸缩液压缸，1个摆动缸以及一个四杆铰链机构实现要求的

6、动作的。喷漆手臂结构如图2-3所示。通过最左侧的液压缸的伸缩来适应工件的不同宽度变化，此缸下方的导杆起导向作用，并且防止活塞杆端部的安装板晃动旋转。机械手中部的是实现喷头俯仰运动的四杆铰链机构，最右侧是摆动缸，可以实现喷涂起重机梁侧板的喷涂。22222旋转装置232走形装置走形装置沿着导轨往复运动，使喷头实现自动喷漆，因此导轨的平行度、平滑性和耐磨性是影响往复机构走形性能的重要因素，因此导轨的选择很重要，本机采用四滚道型滚动直线导轨副，它的轨道两侧各有互成45度的两列承载滚珠。垂直向上、下和左右水平额定载荷相同。额定载荷大，刚性好，运行在低高速，可靠性较高，可以承受冲击机重载，满足要求。125

7、23242221机身 2工作台 3导轨 4 滚珠 5滑块图2.5走形装置3222121-工作台 2连接板 3-链条图2.26连接部分结构图3 零部件的设计计算 链条的设计链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条链接的啮合来传递运动和动力；链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合；链条按用途不同分为传动链、输送链和起重链，输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，在一般机械中常用的是传动链；传动链又可分为短节距精密滚子链、齿形连等类型，其中滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在100kw以下，链速不超过15m/s，

8、推荐使用的最大传动比imax=8。.1链条的选择初步选用参数：设计喷漆机的输送链，传动平稳，结构紧凑，选用小节距单排链，传递功率P=、链速v=、小链轮转速n1=30r/min、中心距a=、链条水平布置、转动比为i=1。小齿轮齿数Z1=27，大齿轮齿数Z2=iZ1=27。由表13-2-3查得工矿系数f1=1，由图13-2-1查得小齿轮齿形系数f2=，修正功率Pc=f1f2P=1*0.55= kw (3.1)根据修正功率Pc=0.kw和小链轮转速n1=30r/min查图13-2-2选用节距12A，查表13-2-2，链条节距p=mm。初定中心距a0=183p=3500mm，因为a080p，应有张紧装

9、置或托板以节距计的初定中心距aop=ao/p= (3.2) 相应的链长节数为 (3.3)取Lp=290394节。计算中心距，ac=p（Lp-z1）/2=mm，实际中心距a=ac（1-0.003）=mm5.计算链条长度链条长度L=pLp/1000=7.505mv，以确定润滑方式v=z1n1p/(60*1000)=0.257 m/s (3.4)由v=0.257m/s和链号12A，查图13-2-9可知采用滴油润滑。Fp有效圆周力：Ft=1000P/v=N (3.5)链轮水平布置时压轴力系数，则压轴力为F=1F=N (3.6).2滚子链的静强度计算由表13-2-1(参考文献5)查得链条极限拉伸载荷Q=

10、31100N，由表13-2-6查得链条质量q=1.5Kg/m，由图13-2-4查得Kf=45，np安全系数取3，又f1=1，有效圆周力Ft=N，离心力引起的拉力 (3.8)悬垂拉力Ff=Kfqa/100=453485/100=N， 链条静强度安全系数n=Q/(f1Ft+Fc+Ff)=31100/（1+）=3 (3.9) 可以安全使用。往复运动机构上电动机、减速器的选择及其轴的设计.1电动机的选择由于喷漆环境恶劣，而Y系列（IP44）三相异步电动机为一般用途全封闭自扇冷式龙型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的的特点；并且效率高，耗电少，性能好，噪声小，振动小，体积小，重

11、量轻，运行可靠，维修方便，所以这里选用Y系列三相异步电动机。电动机的初选功率为工作机所需输入功率 (3.10) 工作机所需输入功率，kW；f工作机的阻力，N；V工作机的线速度，m/s；工作机的效率；对链条受力分析：1MMM22MMMM2321重物 2链轮 3链条链条重力，走行机构的重量G2=309.8=294N，总摩擦力f=（N1+N2），Pw，设计方案的总效率w，工作机所需输入功率Pw(3.11)所选电机满足条件。链条转速n=30r/min,在该系统中选用一级摆线针轮减速机，存在传动比i1，其他传动比都为1，又摆线针轮传动比范围为11-87，所以nd=i1nw=11,87nw(3.12)所以

12、nd的范围是（330,2610）r/min,初选同步转速为的1500r/min电动机。由表17-1-35查的，选用Y801-4电动机，额定功率为，转速为1500r/min,质量为25kg。322减速器的选择由于工作机需要往复运动，需要正反转；而摆线针轮减速器的传动比大；传动效率高；结构紧凑，相对体积小，重量轻；通用与中小功率，适用性广，运转平稳，噪声低。结构复杂，制造精度较高，适用于连续工作制，允许正、反向运转，广泛用于动力传动中。这里选用直连型摆线针轮减速器。（1）已知条件a从动机：匀速运动的链条。b工作时间：8-10h/日c低速轴转速n=30r/mind电机频率为50Hze输出轴链接方法：

13、联轴器（无轴向力）（2）选型a使用系数：查表16-2-148，。b输出转速30r/min，电机频率50Hz，计算传动比1500/30=50，选传动比为51，实际输出转速为29.4r/minc电机功率d按表16-2-138选型号为8115-51W323轴的设计以知条件：链条运动平稳，以摆线针轮减速器作为减速装置，输入轴与电动机相连，输出轴与工作机相连。以知电动机功率P=kW，转速n1=1500r/min，链轮轴的转速n1=30r/min，链轮的有效圆周力(1)选择轴的材料选择轴的材料为45钢，调制处理。由表6-1-1查得：b=590MPa，s=295MPa，-1=255MPa，-1=140MPa

14、(2)输出轴的功率P3，转速n3和转矩T3若减速器的传动效率，则(3.13)又 (3.14)于是T3=9550 000P3/n3=142 925Nmm (3.15)(3)初步确定轴端直径取A=120(按表6-1-19选取)。轴的输入端直径 d= A0 =mm(3.16)考虑轴有键槽，轴径应增大4%-5%，取d=30mm为了安全考虑，轴的直径取38mm条件：采用两根水平滚动直线导轨，每根有两个滑块，总载荷P约为200N，单向行程，每分钟往返次数，每日开机8h，要求使用5年以上。图按每年300个工作日计算，Lh=53008=12000h每个滑块上的计算载荷Pc=150N。代入式12000m。每根导

15、轨使用两个滑块，从表7-3-7，可取fc=1；工作温度低于100，由表7-3-6得fr=1；工作中有中等冲击但速度小于15m/min，由表7-3-8，可取fw=1.5，导轨副原件硬度在58HRC以上，取fH=1，带入下式可得=kN(3.17)可由表7-3-19选两轨道型GGC7BA，KnKn,大于表7-3-9的静态安全系数fs的要求、减速器及轴设计.1电机的选择假设整个龙门架及其上面的东西质量为600kg，喷漆喷漆机的行进速度v=16m/min，喷漆机行走机构的小轮的直径，周长S=2。所以小轮转速n=16/0.785=20r/min小车的牵引力：F= F+ F (3.18) 式中：G参与运动的

16、零部件所受的重力（包括工件重量）（N）；g重力加速度，取/s；由静止加速到常速的变化量（m/s），此处取/s；启动过程的时间（s），一般取0.010.5s，此处取0.2s；摩擦系数，此处取为0.3。由公式： (3.19)得： （320） 式中：从电动机到驱动轴的传动效率的总和。 传动轴所需的总功率。链条转速n=20r/min,在该系统中选用一级摆线针轮减速机，存在传动比i1，其他传动比都为1，又摆线针轮传动比范围为11-87，所以nd=i1nw=11,87nw所以nd的范围是（220,1740）r/min,初选同步转速为的1500r/min电动机。查表17-1-35选电机Y90L-4，额定功率

17、为，转速为1500r/min,质量为27kg。.2减速器的选择由于工作机需要往复运动，需要正反转；而摆线针轮减速器的传动比大；传动效率高；结构紧凑，相对体积小，重量轻；通用与中小功率，适用性广，运转平稳，噪声低。结构复杂，制造精度较高，适用于连续工作制，允许正、反向运转，广泛用于动力传动中。所以此处仍选用摆线针轮减速器。在这里选直连型减速器（1）已知条件a从动机：匀速运动的链条。b工作时间：8-10h/日c低速轴转速n=30r/mind电机频率为50Hze输出轴链接方法：联轴器（无轴向力）（2）选型a使用系数：查表16-2-148，。b输出转速20r/min，电机频率50Hz，计算传动比150

18、0/20=75，选传动比71，实际输出转速为c电机功率d按表16-2-138选型号为.3轴的设计及校核以知条件：以摆线针轮减速器作为减速装置，输入轴与电动机相连，输出轴与工作机相连。以知电动机功率，转速n1=1500r/min，车轮轴的转速n1=20r/min，(1)选择轴的材料选择轴的材料为45钢，调制处理。由表6-1-1查得：b=590MPa，s=295MPa，-1=255MPa，-1=140MPa(2)输出轴的功率P3，转速n3和转矩T3若减速器的传动效率，则(3.21)又(3.22)于是mm(3.23)(3)初步确定轴端直径取A=120(按表6-1-19选取)。轴的输入端直径 d= A

19、0 =m(3.24)考虑轴有键槽，轴径应增大4%-5%，取d=50mm（4）主动轴的校核估算喷漆机的总体质量为600Kg，共有四根轴所以每根承受的重力为1500N，轴的载荷分布图见图3-2。由于心轴固定，考虑到启动、停车等的影响，弯矩在轴截面上引起的应力可视为脉动循环变应力，故取值为0.6。TMMMM2MMMMM2 3.2轴的载荷分布图由图3.2间截面是轴的危险截面，A,B两点的支反力为750N，所以B截面的弯矩M=50Nm，扭矩T=9549Nm （） （3.26） （3.27）所以，由弯扭合成强度公式： （3.28）得：前边选定轴的材料为45钢，调质处理，可查得-1=60MPa。因此ca-1

20、，故安全。从动轴承受弯距和主动轴相同，承受扭矩远远小于后者，所以从动轴也安全3.5滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。其主要失效形式是螺纹磨损。因此滑动螺旋的基本尺寸，通常是根据耐磨性条件确定的。对于受力较大的传力螺旋，还应校核螺杆危险截面以及螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；对于要求自锁的螺杆应该校核其自锁性；对于精密的传导螺旋应该校核螺杆的刚度，以避免受力后由于螺距的变化引起传动精度降低；对于长径比很大的螺杆，应校核其稳定性，以防止螺杆受压后失稳；对于高速的长螺杆还应该校核其临界转速，以防止产生过度的横

21、向振动等。在设计时，应根据螺旋传动的类型、工作条件及其失效形式等，选择不同的设计准则，而不必逐项进行校核。由于所选的螺旋传动的最大长度为，需要双面传动，因此查文献9得：=360N/mm2；由手册表可得：= (3-1)=12072 N/mm2取=100 N/mm2。根据螺母材料，由表12-1-10可得：=4060 N/mm2，取50 N/mm2；=3040 N/mm2，取35 N/mm2；由于进给速度为3m/s，所以由表12-1-9查得许用比压取=1 0N/mm2，则可以根据文献10，进行下列计算：耐磨性的计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面的粗糙度以及润滑状态等因素有关。

22、其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大，螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力P，使其小于材料的许用压力。假设作用于螺杆的轴向力为F（单位为N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（单位为），螺纹中径为（单位为），螺纹工作高度为（单位为），螺纹螺距为P（单位为），螺母高度为H（单位为），螺纹工作圈数为，则螺纹工作面上的耐磨性条件为： P= (3-2)上式可以作为校核用。为了导出计算公式，令，则代入上式整理后得 (3-3)对于矩形和梯形螺纹，则 (3-4)对于30度的锯齿形螺纹，则 (3-5)由于所选择的螺纹为梯

23、形螺纹，所选的螺旋传动的最大长度为，需要双面传动，因此查得：=360N/mm2，由手册表可得=12072 N/mm2，取=100 N/mm2根据螺母材料，由表12-1-10可得：=4060 N/mm2，取50 N/mm2；根据=3040 N/mm2，取35 N/mm2；由于进给速度为3m/s，所以由表12-1-9查得许用比压取=1 0N/mm2，则可以进行下列计算。由表12-1-4：取=3则：d2= (3-6)=查表5-1-5，取d2=16mm选d=46，p=5，d2=40=D2，D4=48，d3=35，D1=38，中等精度；螺母高度 (3-7)则H=340=120mm式中：为材料的许用压力，

24、单位为M，可以查得；值一般取1.23.5。对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.23.5；对于部分螺母和兼做支承的螺母，可取=2.53.5；只有传动精度较高，载荷较大，要求寿命较长时，才允许=4。根据公式算得螺纹直径后，应该按国家标准选取相应的公称直径及螺距。螺纹工作圈数不宜超过10圈。由于是单头螺纹，导程s=p=10则螺纹圈数n=L/P (3-8)=120/10=12螺纹升角为43 (3-9)螺纹几何参数确定后，对于有自锁性要求的螺旋副，还应该校核螺旋副是否满足自锁性条件，既 (3-10)式中：为螺纹升角为43；为螺旋副的当量摩擦系数；f为摩

25、擦系数，f=0.080.10，取f=0.09，为牙型角，则取为30，则算得=518，则，故自锁可靠。螺母、螺纹的强度计算受力较大的螺杆需进行强度计算。因为螺母材料低于螺杆，故只计算螺母、螺纹强度既可由表12-1-4得牙根宽度 bp (3-11)10=基本牙型高H1=0.5p=5mm，则N/mm2 (3-12)22，所以动片选择的合适。（2） 确定缸体的厚度由公式： 3-12得： =10mm式中：p Pa；强度系数，此处取=0.8； C计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准值，此处取C=2mm； D液压缸的内径；缸体材料的许用应力，此液压缸体的材料为铸铁，故取=60MPa。 3.9联轴器的

26、选择这里采用凸缘式联轴器，它构造简单，成本低，可用于传递较大扭矩，因此可以用于低速的时候；凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用普通平键分别与相连，然后用螺栓把两个联轴器连成一体，以传递运动和扭矩。5 结 论通过此次的毕业设计我收获了以下几点:一个好的设计依赖于前期的资料收集，资料收集的越全面后期的思路越多资料收集的途径有期刊、专利、书籍等参 考 文 献1荆恒恩,荆园园. HYPERLINK :/elib /grid2008/detail.aspx?filename=ZGTW199909012&dbname=cjfd1999&filetitle=%e9%92%a2%e7%bd%90%e5%86

27、%85%e5%a3%81%e8%87%aa%e5%8a%a8%e5%96%b7%e7%a0%82%e9%99%a4%e9%94%88%e5%92%8c%e8%87%aa%e5%8a%a8%e5%96%b7%e6%bc%86%e8%a3%85%e7%bd%ae t _top 钢罐内壁自动喷砂除锈和自动喷漆装置J. 中国调味品, 1999, (09)：15-16.2 温俊帆. HYPERLINK :/elib /grid2008/detail.aspx?filename=GDJC200508010&dbname=CJFD2005&filetitle=%e8%87%aa%e5%8a%a8%e5%96

28、%b7%e6%bc%86%e4%ba%a7%e5%93%81%e7%9a%84%e7%a0%94%e7%a9%b6%e4%b8%8e%e5%88%b6%e5%a4%87 t _top 自动喷漆产品的研究与制备J. 广东建材, 2005, (08):17-18.3 黄耀文. HYPERLINK :/elib /grid2008/detail.aspx?filename=GCKJ199803011&dbname=CJFD1998&filetitle=%e7%ba%a2%e5%a4%96%e7%ba%bf%e8%b7%9f%e8%b8%aa%e6%8e%a7%e5%88%b6%e8%87%aa%e5%8a%a8%e5%96%b7%e6%bc%86%e8%a3%85%e7%bd%ae%e5%88%b6%e4%bd%9c t _top 红外线跟踪控制自动喷漆装置制作J. 广船科技, 1998, (03):21-23.4 大连理工大学工程画教研室. 机械制图（第四版）M. 高等教育出版.1993:2-260.5 成大先.机械设计手册.中国有色设计