智能刷鍍_噴涂機(jī)噴槍橫移機(jī)構(gòu)(同步帶)課件

1、摘 要汽車工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，“十五”期間，轎車生產(chǎn)將成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。但長期以來我國轎車研發(fā)能力十分薄弱，其中覆蓋件模具的設(shè)計(jì)和制造一直是制約我國轎車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，發(fā)展汽車覆蓋件模具制造技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題“智能刷鍍噴涂機(jī)伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”是大型板料沖壓模具快速制造關(guān)鍵設(shè)備“一體化智能刷鍍噴涂機(jī)”的一部分。本文根據(jù)噴涂機(jī)的工作域及其運(yùn)動性能要求，針對噴槍橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對噴槍橫移機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和動力計(jì)算，設(shè)計(jì)出橫移機(jī)構(gòu)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，選擇合適驅(qū)動電機(jī)，并對傳動零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終完成橫移機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，以滿足噴槍的運(yùn)動性能指標(biāo)。關(guān)鍵字：金屬

2、電弧噴涂，機(jī)器人，伺服機(jī)構(gòu)ABSTRACTAuto industry is one of Pillar industries in our country. During the States Tenth Five-Year Plan period, the car produces will became the focal point of the automobile industrial development of our country. The market potential of cars of our country is enormous, but the researc

3、hes and developments ability of cars are very weak. For many years, in the development of the new style, the design and manufacture of the covering mould has been the bottleneck restraining development of car industry of our country all the time. The automobile body punching mould import total amoun

4、t of money is about 200 million dollars in our country in 1999. During the States Tenth Five-Year Plan period, the annual demand of market value of the large-and middle-scaly automobile covering moulds is about 2 billion, but at present, the satisfied rate is 53.4%. So, covering moulds and other mou

5、lds rapid manufacture technology of automobiles contain enormous social value and economic value. The subject, intelligence brush plate-spraying machine servomechanism design, is one part of the integrated intelligence brush plate-spraying machine which is the key device of the automobile mould rapi

6、d manufacture. By analyzing the performance index of the movement of the intelligence brush plate-spraying machine servomechanism, in this paper, analysts and calculations related with motion control, servomechanism design and the elective of electrical machineries are involved, then the Optimum sch

7、eme is selected by comparing all the schemes.KEY WORDS: 目 錄第1章 緒論.()11 選題意義 .()12 發(fā)展現(xiàn)狀 .()13 本文的主要任務(wù).()第2章 噴涂機(jī)構(gòu)總體要求)21 噴涂工作域.()22 噴槍運(yùn)動自由度.()23 運(yùn)動特性.()第3章 噴槍橫移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).()31 主梁結(jié)構(gòu)初定.()32 橫移機(jī)構(gòu)運(yùn)動和動力計(jì)算.()321 噴槍橫移運(yùn)動計(jì)算.()322 噴槍橫移動力計(jì)算.()33 噴槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).()331 同步帶設(shè)計(jì).()332 橫移驅(qū)動電機(jī)、減速器選擇.()333 傳動零件設(shè)計(jì).()334 絲桿螺母傳動.()第4章 方

8、案評優(yōu).()第5章 結(jié)論.()致謝 .()參考文獻(xiàn) .,()附錄 .()第1章 緒 論1.1選題意義汽車行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，“十五”期間，轎車生產(chǎn)將成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。我國轎車市場潛力巨大，但轎車開發(fā)能力十分薄弱。加入WTO后，我國汽車關(guān)稅將從目前的80%100%降低到25%，進(jìn)口車對我國汽車市場的沖擊將更加巨大，這意味著我國汽車工業(yè)和汽車模具制造行業(yè)將面臨進(jìn)一步激烈的國際競爭的考驗(yàn)。要想在激烈的國際競爭中占有一席之地，我國汽車企業(yè)必須逐步掌握汽車開發(fā)制造的關(guān)鍵技術(shù)，自主成為研究和開發(fā)的主體，逐步擺脫對技術(shù)引進(jìn)的依附。多年來，在新車型開發(fā)過程中，覆蓋件模具的設(shè)計(jì)和制造一直是制約我

9、國轎車工業(yè)的瓶頸?！笆濉逼陂g，汽車大中型覆蓋件模具的年需求市值在20億元左右，而目前國內(nèi)滿足率只有53.4%。因此，汽車覆蓋件模具以及其它汽車模具快速制造技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題研究的“電刷鍍-電弧噴涂復(fù)合成型模具快速制造技術(shù)”和“一體化智能刷鍍-噴涂機(jī)”將為轎車覆蓋件模具和轎車車身開發(fā)提供一種重要的支持手段，用此方法制造樣車模具或作為模具開發(fā)的試制手段可以節(jié)約大量的資金和時間，使汽車制造企業(yè)和汽車模具制造企業(yè)成為該技術(shù)的主要用戶，并從中受益。1.2發(fā)展現(xiàn)狀金屬電弧噴涂屬于熱噴涂技術(shù)之一。與其它熱噴涂技術(shù)，如等離子噴涂、火焰噴涂等相比，它具有設(shè)備投資低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高

10、、節(jié)約能源、對基體熱輸出小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛重視。西安交通大學(xué)IAMT研究所在電弧噴涂制模工藝和材料方面作了大量的研究工作，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，在光滑表面模型上直接噴涂中碳鋼、高碳鋼、不銹鋼、銅等高熔點(diǎn)金屬比較困難。類似Zn-Al偽合金那樣，采用不同熔點(diǎn)金屬一起噴涂形成偽合金的工藝方法在涂層硬度和噴涂工藝性兩方面一般能取得較好的效果，通過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)把Zn絲和Al-Cu合金絲一起噴涂形成Zn-Al-Cu偽合金能顯著提高涂層硬度。專利查新結(jié)果未見到相同材料報(bào)道。目前對這種材料的噴涂工藝還掌握得不夠好，有待進(jìn)一步研究。直接電弧噴涂制模的方法對于大中型模具制造在周期和成本方面具有很大的優(yōu)勢，但

11、由于涂層硬度太低，嚴(yán)重影響了噴涂模具適用范圍。針對這種情況，本課題提出電刷鍍/電鑄電弧噴涂復(fù)合成型模具快速制造技術(shù)，目前還未見到這方面的公開報(bào)道和專利保護(hù)。特別是電刷鍍電弧噴涂復(fù)合成型制模方法，可以快速低成本地實(shí)現(xiàn)大型模具制造，且模具表面硬度能夠達(dá)到HV700以上，完全可用于中小批量的轎車覆蓋件沖壓試生產(chǎn)。目前還未見到電刷鍍技術(shù)用于模具制造的報(bào)道，主要是因?yàn)殡娝㈠儾荒苌商竦腻儗?。電刷鍍用于模具表面?qiáng)化和模具修復(fù)的例子比較多見，如東風(fēng)汽車公司車身廠采用電刷鍍工藝在大型覆蓋件拉延模具表面刷鍍20微米厚的Ni-W(D)鍍層，使模具單次修模壽命提高10倍以上，而商品化的電弧噴涂設(shè)備和電刷鍍設(shè)備自動

12、化程度非常低，還不能滿足大型模具制作要求。電刷鍍工藝過程比電弧噴涂要繁瑣的多，要實(shí)現(xiàn)電刷鍍過程自動化更為困難，目前看到的文獻(xiàn)和專利資料報(bào)道的所謂自動電刷鍍機(jī)都只能實(shí)現(xiàn)平面和圓柱面的自動刷鍍，不能滿足模具型面要求。由于工藝過程過分繁瑣，編程困難較大，還沒有見到有關(guān)機(jī)器人在電刷鍍作業(yè)中應(yīng)用的報(bào)道。在人工電刷鍍作業(yè)中，刷鍍筆運(yùn)動速度以及刷鍍筆與基體之間的壓力都不能保持穩(wěn)定，這將直接導(dǎo)致金屬離子沉積速率和刷鍍電流的波動，造成鍍層不均勻，甚至出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。另外電刷鍍的勞動強(qiáng)度比電弧噴涂更大，操作人員難以適應(yīng)大面積刷鍍作業(yè)。所以，要保證電刷鍍電弧噴涂復(fù)合成型模具表面質(zhì)量，要使該技術(shù)得以推廣應(yīng)用，必須開發(fā)針

13、對大型模具型面自動電刷鍍和自動電弧噴涂設(shè)備?？紤]到刷鍍筆和噴槍在模具型面上的運(yùn)動形式基本相同，本課題擬開發(fā)一種一體化智能刷鍍噴涂機(jī)，使用同一臺設(shè)備即可完成電刷鍍和電弧噴涂兩種作業(yè)。專利查新結(jié)果未見到相似設(shè)備。1.3本文的主要任務(wù)本文根據(jù)噴涂機(jī)的工作域及其運(yùn)動性能要求，針對噴槍橫移機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對噴槍橫移機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和動力計(jì)算，設(shè)計(jì)出橫移機(jī)構(gòu)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，選擇合適驅(qū)動電機(jī)，并對傳動零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終完成橫移機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，以滿足噴槍的運(yùn)動性能指標(biāo)。第2章 噴涂機(jī)構(gòu)總體要求2.1噴涂機(jī)工作域 根據(jù)對西安秦川汽車有限公司的模具結(jié)構(gòu)尺寸的調(diào)查，F(xiàn)layer微型轎車最大模具是車身外側(cè)為模具

14、，左右兩側(cè)共8套模具。其中一套模具，上下模合模后模架尺寸為：36652010998.5，總重量17.8T。另一套，上下模合模后模架尺寸為：36201999999.4，總重量21.7T。用于沖壓的沖壓機(jī)臺面尺寸：40002200500。在以上調(diào)查基礎(chǔ)上，噴槍有效噴涂工作區(qū)域，3500mm2000mm500mm。22 噴槍運(yùn)動自由度XYZ圖2-1 噴涂機(jī)整體結(jié)構(gòu)噴槍可做5自由度運(yùn)動，其中X，Y，Z方向運(yùn)動確定噴槍位置。噴槍自身有U，W兩個運(yùn)動自由度用來調(diào)節(jié)其姿態(tài)，其中U為垂直面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（以后稱為擺動），W為繞Z方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（以后稱為轉(zhuǎn)動），并保持噴涂方向與模具型面垂直（允許有20偏差）。23

15、 運(yùn)動特性X方向運(yùn)動：運(yùn)動范圍3500mm；X方向最大運(yùn)動速度500mm/s；X方向最大運(yùn)動加速度500mm/s。Y方向運(yùn)動：運(yùn)動范圍2000mm；Y方向最大運(yùn)動速度500mm/s；Y方向最大運(yùn)動加速度500mm/s。Z方向運(yùn)動：運(yùn)動范圍500mm，同時要求噴槍處于運(yùn)動最低點(diǎn)時噴口離地面距離在一定范圍內(nèi)（視具體車身而定）；Z方向最大運(yùn)動速度500mm/s；Z方向最大運(yùn)動加速度500mm/s。噴槍擺動： 運(yùn)動范圍以X方向?yàn)槌跏挤较?，噴槍擺動范圍為70；噴槍擺動最大角速度40rpm；噴槍擺動最大角加速度15/s。噴槍轉(zhuǎn)動： 運(yùn)動范圍以X方向?yàn)槌跏挤较?，噴槍轉(zhuǎn)動范圍為90；噴槍轉(zhuǎn)動最大角速度40rp

16、m；噴槍轉(zhuǎn)動最大角加速度15/s。第三章 噴槍橫移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)31 主梁結(jié)構(gòu)初定采用槽形型鋁作為主梁，以便減輕整個結(jié)構(gòu)的重量，兩端與鋁鑄件焊接構(gòu)成整體橫梁構(gòu)件。鋁鑄件是用來使整個機(jī)構(gòu)可以在X方向上移動。如圖(3-1)所示。圖(3-1)主梁結(jié)構(gòu)32 橫移機(jī)構(gòu)運(yùn)動和動力計(jì)算321 噴槍橫移運(yùn)動計(jì)算運(yùn)動計(jì)算采用“三點(diǎn)法”，計(jì)算原理如圖（3-1）所示。設(shè)運(yùn)動體，前1/n時間勻加速，中間(n-2)/n是間勻速運(yùn)動，后1/n時間勻減速。給定極限運(yùn)動行程S和總運(yùn)動時間T，確定最大運(yùn)動速度V和加速度a。由S=21/2V1/nT+V(n-2)/nT=(n-1)/nVT得V=n/(n-1)S/T (3-1)a=V/(

17、T/n)=n/(n-1)S/T (3-2)采用“三點(diǎn)法”，從運(yùn)動行程上看，前1/2(n-1)行程勻加速運(yùn)動，中間(n-2)/(n-1)行程勻速運(yùn)動，最后1/2(n-1)行程勻減速運(yùn)動。當(dāng)n=3時，V=1.5S/T； a= V/(T/n)=4.5S/ T；當(dāng)n=4時，V=1.3S/T； a= V/(T/n)=5.3S/ T；當(dāng)n=5時，V=1.25S/T； a= V/(T/n)=6.25S/ T； V SV S S t t 1/3t 2/3t 1/3t 2/3t圖（3-1）運(yùn)動計(jì)算原理示意圖噴槍Y方向運(yùn)動行程H=2000mm,極限運(yùn)動時間T=4s。由公式(3-1),(3-2)得噴槍升降運(yùn)動參數(shù)(

18、n=5)： V=1.252000/4=625mm/s=0.625m/s， a =6.252000/4=781mm/s=0.781m/s。322 噴槍橫移動力計(jì)算橫移機(jī)構(gòu)總重量如下：升降機(jī)構(gòu)重量，40kg；升降步進(jìn)電機(jī)重量，8.4kg；橫移小車重量，10kg；絲材重，30kg。(以上數(shù)據(jù)參見噴槍升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì))總重量：W=40+8.4+10+30=88.4kg，考慮不定因素，取W=100kg。橫移運(yùn)動需要的總驅(qū)動力：F=Wa+Wgf=1000.78+1009.80.01=88.8N，考慮不定因素，取F=100N。那么，橫移驅(qū)動功率為：P=FV=1000.625=62.5W，取P=100W。33 噴

19、槍橫移驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為使噴槍移動，必須將電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€移動。方案一：考慮到機(jī)構(gòu)簡單，方便維修，運(yùn)行噪聲低，成本低等優(yōu)點(diǎn)，采用同步齒形帶傳動。331 同步帶設(shè)計(jì)(1) 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 Pd(kW) Pd=(K+K+K)P，其中，K為工況系數(shù)，K為張緊輪影響系數(shù)，K為增速傳動系數(shù)，P為傳遞功率?，F(xiàn)取K=1.5 (按每天8-10小時工作)，K=0 (張緊輪安裝在同步帶松邊內(nèi)周)，K=0 (增速比i1,1.24)，P=100W，則 Pd=(1.5+0+0)100=0.15kW。(2) 帶輪節(jié)圓直徑(mm)由帶速 V=Dn1/(601000)V=0.625, 得 D82.31,取D=82mm。(3

20、) 帶輪齒數(shù)Z1應(yīng)當(dāng)滿足Z1Z( Z見表13-1-61)。在帶速V和安裝尺寸允許時，Z1盡可能取用較大值，且D=PbZ1/,取Z1=26。(4) 節(jié)距Pb和模數(shù)m(mm) 根據(jù)Pd和n1(n1為轉(zhuǎn)速,n1=2V/D=145rpm)，按圖13-1-8和13-1-9分別選取節(jié)距和模數(shù)，同步帶型號為T10,則Pb=10mm,帶寬bs=50mm,模數(shù)為m3。(5) 制定節(jié)線長及齒數(shù)由工作條件，L=5060mm，Z=506(6) 計(jì)算中心距a=(LD)/2=(50603.1482)/2=2400mm，考慮到安裝張緊輪因素，中心距取a=2395mm。綜上所述，選用寧波伏龍膠帶廠T105060同步齒形帶，其

21、基本參數(shù)為：節(jié)線長L=5060mm，節(jié)距p=10mm，齒數(shù)Z=506，帶高h(yuǎn)=4.5mm，帶厚t=2mm，承載能力為250N/mm。(以上的圖表均參見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三卷)332 橫移驅(qū)動電機(jī)、減速器選擇比較各種電機(jī)的性能、特性，結(jié)合本設(shè)計(jì)的具體情況，考慮選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號變成角位移或是直線位移的執(zhí)行元件，由專用的電源給電脈沖。沒輸入一個脈沖，電動機(jī)前進(jìn)一步，所以又稱脈沖電動機(jī)。其一般性能為位移量與脈沖數(shù)成正比，速度與脈沖頻率成正比，在負(fù)載能力范圍內(nèi)，不同電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化，可以在寬廣的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速起動、反轉(zhuǎn)和制動，在一相繞組長期

22、通電時具有自鎖能力。步進(jìn)電機(jī)的種類有永磁式、磁阻式和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)三種。比較各種形式的特點(diǎn)，考慮選用永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，其特點(diǎn)為有小的步距角，有較高的運(yùn)行和起動頻率，需要正負(fù)脈沖供電，消耗功率小，又定位轉(zhuǎn)距。又反應(yīng)式和永磁式兩者優(yōu)點(diǎn)的一種步進(jìn)電動機(jī)，但其結(jié)構(gòu)和制造都比較復(fù)雜。步距角、最大靜轉(zhuǎn)矩、起動頻率和運(yùn)行頻率以及傳速比是選擇步進(jìn)電機(jī)具體規(guī)格和驅(qū)動電源的主要參考。步距角的大小與相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，選擇步距角時，必須考慮脈沖當(dāng)量和機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳速比；最大靜轉(zhuǎn)矩是控制繞組通過以額定勵磁電流時，矩角特性的最大轉(zhuǎn)矩T，它反映步進(jìn)電動機(jī)的負(fù)載能力和工作的快速性；起動頻率是指步進(jìn)電機(jī)正常起動所

23、能加的最高控制脈沖頻率，當(dāng)電動機(jī)帶動一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩起動時，作用在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)距與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩越小，電機(jī)就越不容易起動，只有當(dāng)每步有較長的加速時間，既有較低的脈沖頻率時，電機(jī)才可以起動。另外，在一定的脈沖周期內(nèi)，隨著電機(jī)及負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的增加，轉(zhuǎn)子速度增加不大，而要電機(jī)起動，也需要較長的脈沖周期使電機(jī)加速，即要求降低脈沖頻率。步距角越小，最大靜轉(zhuǎn)距越大，控制繞組時間長數(shù)越小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量越小，則起動頻率較高；運(yùn)行頻率是步進(jìn)電機(jī)帶一定負(fù)載正常起動后，連續(xù)緩慢提高脈沖頻率直到步進(jìn)電機(jī)不丟失運(yùn)行的最高頻率，也稱連續(xù)運(yùn)行頻率。其值為，為步距角，n為轉(zhuǎn)速，根據(jù)負(fù)載

24、所需要的最大角速度，以及前面考慮的傳動比。影響運(yùn)行頻率的因素與影響起動頻率的因素基本上相同，只是轉(zhuǎn)動慣量的影響不像對起動頻率的影響那么明顯。當(dāng)頻率升高時，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩會隨之下降。主要原因是控制繞組的電感影響。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時，某項(xiàng)控制繞組通電，由于控制繞組具有電感，所以其電流不能瞬時上升到穩(wěn)態(tài)值，而有一定的上升過程。上升的速度取決于通電回路的電磁時間常數(shù)和外施電壓。當(dāng)控制脈沖使通電相繞組斷電時，該繞組中的電流也不是瞬時降到零，而是經(jīng)過一定的下降過程。下降的速度取決于放電回路的電磁時間常數(shù)和外施反向電壓。當(dāng)輸入控制脈沖的頻率比較低時，繞組通電和端電的周期較長。頻率升高，周期縮短，電

25、流I來不及上升到穩(wěn)態(tài)值就開始下降。于是，電流的幅值降低，因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也減小，致使帶負(fù)載的能力下降。 在本設(shè)計(jì)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩：M=FD/2=10082/2=4.1Nmm；最大轉(zhuǎn)速：=2V/D=2625/82=145rpm；負(fù)載等效轉(zhuǎn)動慣量：J=W(D/2)=100(82/2)=1712kgcm；負(fù)載等效轉(zhuǎn)動慣量比較大，考慮到慣量匹配，選用大的減速比來降低折算電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量。選減速比I=8，則電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量：J=J/I=1712/8=26.75 kgcm；電機(jī)驅(qū)動力矩M=M/I=4.1/8=0.51N；轉(zhuǎn)速=I=8145=1160rpm。權(quán)衡步距角、最大靜轉(zhuǎn)矩、起動頻率和運(yùn)行頻

26、率以及傳動比，選取四通公司110BYG460C-SAHRHT-0601步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動力矩為1000rpm以下10Nm，1500rpm以下7.5Nm，轉(zhuǎn)動慣量為14.31 kgcm，重量8.4kg，相數(shù)為4，步距角1.5，靜態(tài)電流6A，相電感1.67mH，保持轉(zhuǎn)距14Nm，定位轉(zhuǎn)距0.8Nm，空載起動頻率1.5KHz。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的機(jī)電元件。它必須采用專門的驅(qū)動電源供電，其系統(tǒng)的方框圖如下：功率放大器環(huán)形分配器脈沖發(fā)生器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路主要由脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和功率放大器三部分組成。其主要功能：(1)按一定順序接通和關(guān)斷步進(jìn)電機(jī)的控制繞組，使其按要求起動、運(yùn)轉(zhuǎn)和停止；(2)供給步進(jìn)電

27、機(jī)足夠的功率，使其能帶動負(fù)載；(3)提高步進(jìn)電機(jī)的快速性和平衡性。本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動器選用四通公司兩相高壓高速雙極恒流驅(qū)動器SH-22206，驅(qū)動電壓為220VAC。為了完成橫移功能，選用長沙晨光特種減速機(jī)有限公司的BS2變速軸承減速器和同步齒形帶實(shí)現(xiàn)減速和傳動功能。其參數(shù)為：額定輸入轉(zhuǎn)速1500rpm，減速比I=8，輸入功率370W，輸出轉(zhuǎn)矩19.2Nm，重量2.2kg。333 傳動零件設(shè)計(jì)1 齒輪設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)中采用減速器，且減速器的輸出足以滿足橫移機(jī)構(gòu)運(yùn)動上的要求，所以選用齒輪的同級傳動，則i=1(1) 選取齒輪材料：參考表3-4，一般用途減速器，無特殊要求，選取45號鋼；(2) 選擇熱處理方

28、法及齒面硬度：考慮生產(chǎn)批量少，為便于加工，采用軟齒面，熱處理及硬度選取(參閱表3-4)，選擇正火處理，HB=200300；(3) 齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T=T=4.1Nm，n=n=145rpm；(4) 初取載荷系數(shù)：因齒輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù)K無法準(zhǔn)確確定，需先預(yù)取，一般可在K=1.71.9范圍內(nèi)選取，在確定齒輪參數(shù)后，再進(jìn)行校核。預(yù)取K=1.8；(5) 選取齒寬系數(shù)：=0.35；(6)初取重合度系數(shù)：一般直齒輪傳動，在1.71.9之間，可初取Z=0.85；(7) 確定許用接觸應(yīng)力： 接觸應(yīng)力變化總次數(shù)(按每年300個工作日，每班8小時，壽命5年),N= N=60ant=60114512000=1

29、.0410510，壽命系數(shù)Z= Z=1(圖3-30)； 工作硬化系數(shù)Z=1(兩軟齒面)； 接觸疲勞極限應(yīng)力=450Mpa(圖3-28(b)； 許用接觸應(yīng)力=ZZZ/S=450Mpa；(8) 齒數(shù)比：=1；(9) 按齒面接觸強(qiáng)度初步計(jì)算中心距a：a(+1)=(1+1)42mm；考慮到電機(jī)尺寸及其安裝尺寸，對中心距進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟛⑷∑錁?biāo)準(zhǔn)值，a=125mm；(10) 初取齒寬：b=a=0.35125=43.75mm；(11) 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：取m=2；(12) 確定齒數(shù)：a=m(Z+Z)/2，Z/ Z=1，得 Z= Z=62.5，取Z=Z=62；(13) 確定載荷系數(shù)K： 使用系數(shù)K，按表3-6 K=

30、1； 動載荷系數(shù)K，齒輪圓周速度 v=Dn/60000=0.94m/s；齒輪精度，參考表3-7取為8級，按圖3-10，vZ/100=0.15，K=1.07； 齒向載荷分布系數(shù)K，按圖3-15，軟齒面，非對稱布置，=b/D=43.75/622=0.35，K=1.02； 齒間載荷分配系數(shù)K，端面重合度，按式(3-5), =1.78，取K=1.26，K= KKKK=11.071.021.2=1.31，KK，偏于安全；(14) 確定重合度系數(shù)Z：Z=0.86；(15) 確定齒寬b：由于KK，因而取b=50mm，b=55mm，(b為減速器輸出齒輪)；(16) 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度： 齒形系數(shù)，按圖3-19，

31、Y=Y=2.32； 應(yīng)力修正系數(shù)，按圖3-20，Y=Y=1.75； 重合度系數(shù)，Y=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.78=0.67； 彎曲疲勞極限應(yīng)力，按圖3-21(a)，=190Mpa； 壽命系數(shù)，N=N=N=N=1.0410310，按圖3-23，Y=Y=1； 尺寸系數(shù)，按圖3-24，Y=1； 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，Y=2； 最小安全系數(shù)，按表3-8，是小概率低于1/100，S=1； 許用彎曲應(yīng)力，=YYY/ S=380Mpa； 輪齒彎曲應(yīng)力，=2000KT/(bdm)YYY=20001.314.12.321.750.67/(401242)=2.94Mpa，

32、同理，=2.35Mpa，所以，輪齒彎曲強(qiáng)度足夠。(17) 設(shè)計(jì)結(jié)果： 中心距 a=125mm；模數(shù)m=2；齒數(shù)Z=Z=62；分度圓直徑 d=d=124mm；齒寬b=40mm，b=45mm；齒輪精度：8級；齒輪材料：45號鋼，正火，HB=200230。(以上圖表參見機(jī)械設(shè)計(jì)第一版)2 軸的設(shè)計(jì)：根據(jù)本機(jī)構(gòu)電機(jī)，齒輪外形尺寸及其安裝位置，軸的支點(diǎn)跨距和軸上零件安裝位置按結(jié)構(gòu)要求初步確定如下(圖3-4)。軸的材料選為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 F F F F R R 55 55 47 R 200 R 100圖3-4 軸的受力分析圖(1) 計(jì)算軸上作用力： 齒輪上圓周力：F=2000T/d=20004.1/

33、82=102N；C齒輪上徑向力：F=tga=102tg20=37N；D齒輪上圓周力：F=2000T/d=68N；D齒輪上徑向力：F= Ftga=25N； 軸在水平面內(nèi)支反力：R= (FL+ FL)/L=(68247+102302)/200=238N；R= F+ FR=68N； 軸在垂直面內(nèi)支反力：R= (FL+ FL)/L=(25247+37302)/200=87N；R= F+FR=25N；(2) 作軸的水平面內(nèi)彎矩圖：A,B,C,D截面處的水平彎矩M= RL=68200=13600Nmm；同理，M=0；M=1155Nmm；M= RLRL=2384768247=5610Nmm；彎矩圖如圖3-5

34、(a)所示。(3) 作軸的垂直面內(nèi)彎矩圖：A,B,C,D截面處的垂直彎矩M= RL=25200=5000Nmm；同理，M=0；M=0；M=51Nmm；M=2035Nmm；M=2086Nmm；彎矩圖如圖3-5(b)所示。(4) 作軸的合成彎矩圖：A,B,C,D截面處的合成彎矩M=14490Nmm；M=0；M=Nmm；同理，M=1156Nmm；M=5968Nmm；M=5985Nmm；合成彎矩圖如圖3-5(c)所示。(5) 作軸的轉(zhuǎn)矩圖：A,B,C,D截面處的轉(zhuǎn)矩T=T=4100Nmm，T=T=0；轉(zhuǎn)矩圖如圖3-5(d)所示。(6) 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸的各段直徑：由表7-1查得=637Mpa，(4

35、5號鋼調(diào)質(zhì))查表7-4并插值得=637Mpa時的和，=58.7Mpa，=100.6Mpa，=/=0.58；A截面處的軸徑：d()=13.5mm；B截面處的軸徑：d0mm；C截面處的軸徑：d(10)=7.7mm，C截面處需開一個鍵槽，軸徑增大4%，則d=7.7(1+4%)8mm；D截面處的軸徑：d(10)=10.3mm，D截面處需開一個鍵槽，軸徑增大4%，則d=10.3(1+4%)10.7mm；根據(jù)軸上安裝大齒輪，并考慮使軸具有一定的剛度，最后取d= d=20mm，d=30mm，d=25mm。為便于加工，第二根軸也作如此設(shè)計(jì)。(以上各表參見機(jī)械設(shè)計(jì)第一版)-1155-5610(a)2086 -1

36、360051 2035 -5000 (b) 144905985 (c) 5968 1155 4200 (d)圖3-5 軸各截面處彎扭圖方案二：除同步帶傳動之外，也可考慮采用大導(dǎo)程絲桿螺母傳動。334 絲桿螺母傳動1 絲桿導(dǎo)程為s=25mm，則對應(yīng)的轉(zhuǎn)動速度，加速度，力矩分別為： 1500rpm； 31.5r/s；負(fù)載在絲桿上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：=16kgcm；需要的驅(qū)動力矩為： =31.36Ncm=0.3Nm，考慮到不定因素，取M=0.5Nm。2 螺旋傳動的主要參數(shù)選擇 螺旋傳動的主要參數(shù)有：螺紋的牙形，螺矩，螺紋頭數(shù)，螺桿的公稱直徑以及螺桿螺母的其他結(jié)構(gòu)尺寸。(1)常用的螺紋牙形有四種：三角形

37、，矩形，梯形和鋸齒形。為了達(dá)到較高的傳動效率，傳動螺旋多采用梯形螺紋或鋸齒形螺紋。本設(shè)計(jì)中采用梯形螺紋。(2)螺距的確定：螺距的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，因而只能從標(biāo)準(zhǔn)中選取。因?yàn)椴捎么髮?dǎo)程的螺旋傳動，如選用單頭螺紋，則相對應(yīng)的公稱直徑太大，可能會發(fā)生干涉，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)由于位移很大，故可選取多頭螺紋。螺距p，導(dǎo)程s，頭數(shù)z三者的關(guān)系如下： s=pz。噴槍在某一位置工作時，機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠自鎖，現(xiàn)對其自鎖性驗(yàn)算如下：螺桿材料選用45號鋼，螺母材料選用ZcuAl10F3，由表12-1-7鋼和青銅配合時，f=0.080.10。在電機(jī)輸出軸處因加一聯(lián)軸器將輸出軸與絲桿相連，考慮到電機(jī)輸出軸尺寸和聯(lián)軸器的型

38、號，查GB5796.3-86，取公稱直徑d=24mm，中徑d=21.5mm，大徑D=24.5mm，小徑d=18.5mm，D=19mm，取p=5mm，則z=5。螺紋升角為：；=4.73；，故自鎖可靠。(3)螺桿長度確定：螺桿長度根據(jù)要求的工作行程來確定，但受到L/d(稱為長徑比)的限定，長徑比過大會使螺桿的剛度減小，在加工或使用過程中會出現(xiàn)因變形產(chǎn)生的誤差。此外，螺母厚度一般取(1.52)d。 由于絲桿的角速度接近于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，所以不必考慮再添加減速裝置。第四章 方案評優(yōu)在本設(shè)計(jì)中，采用了兩種設(shè)計(jì)方案來滿足噴槍的橫移運(yùn)動性能。方案一是同步齒形帶傳動方案。齒形帶傳動是綜合了帶傳動、齒輪傳動優(yōu)點(diǎn)

39、的新型傳動，由具有輪齒的傳動輪及齒形帶組成。齒形帶由強(qiáng)力層和基體兩部分組成，工作表面制有帶齒，強(qiáng)力層由鋼絲繩或玻璃纖維制成，能承受較大的拉力，可以用來傳遞載荷，并能保持齒形帶的周節(jié)不變?；w包括帶背和帶齒，帶背用來粘接強(qiáng)力層，帶齒可與帶輪輪齒嚙合。齒形帶內(nèi)表面由尖角凹槽，以增加帶的柔性，改善彎曲疲勞性能?；w具有耐磨、耐老化、強(qiáng)度高、彈性好等優(yōu)點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于：(1)帶與輪之間沒有相對滑動，故傳動比準(zhǔn)確；(2)允許線速度高，故傳動比范圍大；(3)齒形帶較薄，帶輪值徑小，結(jié)構(gòu)緊湊；(4)預(yù)張緊力小，帶輪的軸上所受載荷小；(5)強(qiáng)力層強(qiáng)度高，低速時仍能傳遞相當(dāng)大的轉(zhuǎn)矩。方案二是絲桿螺母的螺旋傳動方案。螺旋傳動通過螺母與螺桿之間的相對運(yùn)動將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)傳遞力和運(yùn)動的功