機械畢業(yè)設計論文不銹鋼水槽焊接夾具設計全套圖紙

1、摘要二十一世紀的制造業(yè)面臨著顧客需求驅動、不可預測、快速多變和來自全球不斷增加的市場競爭,而且競爭不斷加劇。市場的不斷變化要求制造系統(tǒng)加工的產品品種能夠快速變換以滿足市場需求。夾具在機械制造中占有重要地位。專用夾具是在夾具零部件高度標準化、規(guī)格化、系列化的基礎上發(fā)展起來的，使用專用夾具可節(jié)約夾具設計制造工時和材料、縮短生產準備周期、保證產品質量和提高競爭力。本文就是介紹了在已知一定技術要求的情況下對不銹鋼水槽焊接夾具設計的方法與步驟。關鍵詞專用夾具不銹鋼水槽焊接夾全套圖紙，加153893706AbstractThe 21st century manufacturing facescustome

2、rs demand-driven and the market competition which is unpredictable and rapid changeable, and the competition is growing more and more.Changing market demand manufacturing systems to rapidly changing product processing products to meet market needs.Jig occupy an important position in the manufacture

3、of machinery.Dedicated jig is developed on the basis of Jig parts highly standardized, mass production, using dedicated jig could save jig design manufacturing hours and materials、short production cycle ready、ensure product quality and competitiveness. This article introduces the methods and steps f

4、or designing stainless steel tanks welding jig according a known technical requirement.Keywords dedicated jig stainless steel tanks welding目錄第1 章緒論 11.1 課題研究的背景11.2 設計任務與要求 3設計題目 3設計內容及工作量 3第2 章結構方案42.1 方案的提出4方案擬定42.3 方案的確定 5第3 章結構設計63.1 動力源選擇 6電動機的選擇 6變頻器的選擇 8部件的選擇10滑動螺旋副（絲杠螺母）的選擇10減速機構的選擇11傳感器的選擇1

5、2第4 章設計計算19橢圓柱的受力估算19絲杠的計算20根據(jù)耐磨性計算絲杠各項參數(shù)20絲杠的穩(wěn)定性計算21由絲杠是受力設計蝸輪蝸桿減速器21減速器傳動零件設計22蝸輪蝸桿設計23蝸輪蝸桿的計算23減速器箱體結構計算26軸的校核計算27氣壓組件設計29氣壓傳動的作用及特點29氣缸的原理30氣缸的確定31真空裝置的選擇33真空裝置的發(fā)展與展望33真空吸盤的選擇34第5 章控制系統(tǒng)設計36控制系統(tǒng)組成36控制系統(tǒng)方案36第6 章系統(tǒng)評價38系統(tǒng)評價38系統(tǒng)工作時會出現(xiàn)的問題和解決辦法38系統(tǒng)改進建議38畢業(yè)設計結論39致謝40參考文獻41第1章緒論課題研究的背景制造業(yè)是國家經(jīng)濟中一個關鍵性的工業(yè)部門

6、，它在建設國家強大的社會物質技術基礎中起著十分重要的作用。國家實力的增強和經(jīng)濟的繁榮同制造業(yè)所能提供的產品和服務的競爭力密切相關。因此，每個工業(yè)化國家都給予制造業(yè)以足夠的重視，把制造同科學與技術并列為國家經(jīng)濟發(fā)展確保的三大研究主題。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智慧、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度達到±5m，夾具支承面的垂直度達到001mm300mm，平行度高達001mm500mm。高效為了

7、提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用12秒，夾具結構簡化，為機床進行多任務位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。模塊，組合夾具組件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具組件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立組件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)

8、化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與組件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。通用、經(jīng)濟夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。機床夾具按夾具特點分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、拼裝夾具、通用可調夾具、成組夾具，可重構夾具等。機床夾具裝配夾具焊接夾具檢驗夾具夾 具按工藝過程分類通用夾具一次性使用夾具可多次重復使用夾具專用夾具組合夾具可調整夾具可重構夾具按適用范

9、圍和特點分類圖11 夾具組成其中通用夾具已經(jīng)標準化，在一定范圍內可用于加工不同工件，如車床上的三爪卡盤和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。組合夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先制造好的標準組件和部件組裝而成，用完之后可以拆卸存放，或供重新組裝新夾具時使用，故具有組裝迅速、周期短、能反復使用的特點，適用于小批量生產或新產品試制。拼裝夾具是由標準化、系列化的夾具組件，直接按專用夾具的裝配方法裝配成的專用夾具，適用于多品種、小批量生產;通用可調夾具是指根據(jù)不同尺寸或種類的工件，調整或更換個別定位組件或夾緊組件而形成的專用夾具，其加工對象不確定，通用范圍較

10、大，適用于多品種、小批量生產。成組夾具是指專為加工成組工藝中某一族(組)零件而設計的可調夾具，加工對象明確，適用于成組加工。專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設計的夾具，具有結構緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點。通常由使用廠根據(jù)要求自行設計和制造，適用于產品固定且批量較大的生產?，F(xiàn)代的專用夾具是伴隨著大批大量生產的發(fā)展而發(fā)展出現(xiàn)的，特別是和汽車工業(yè)的發(fā)展密切相關。專用夾具的使用，一方面縮短了工序時間，降低了加工成本:另一方面，夾具本身的設計制造工時、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何種生產條件下使用哪種類型的夾具才是經(jīng)濟合理的，也就是夾具的經(jīng)濟性，一直都是夾具結構發(fā)展和設計的一個主

11、要問題。專用夾具的費用分擔在大批量生產的每一個工件上是極小的，所以，從事大批量生產的企業(yè)都采用專用夾具，在某些領域專用夾具還占有重要的位置。1.2 設計任務與要求設計題目1名稱：不銹鋼水槽焊接夾具2用途:本夾具可用于加工橢圓柱筒形工件3測量參數(shù)：（1）圓柱筒規(guī)格300-500mm（2）壁厚 1（3）橢圓長短軸比 1：2（4）立式結構，快速更換產品4技術要求及技術指標技術要求生產水槽的規(guī)格是300，350，400，450，500，在生產各個規(guī)格中需要限制夾具的下降距離，生產時夾具下降距離是82mm,生產時夾具下降距離102mm,生產夾具下降118mm,生產時夾具下降132mm,生產時夾具下降14

12、6mm。設計內容及工作量1.設計內容及進度安排：2.工作量A0圖紙4張，可包括裝配圖、零件圖和控制原理圖（最多一張A0）；設計說明書2萬字；開題報告3-5千字，譯文5000漢字；計算程序不少于100條語句。第2 章結構方案2.1 方案的提出該設備為機電一體化設備，機電一體化系統(tǒng)是由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調控制的，用于完成包括機械力，運動和能量流等動力學任務的機械和機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)，其核心是由PLC控制的，包括機械，電力，電子，氣壓，光學等技術的伺服系統(tǒng)，它的主要功能是完成一系列的機械運動。每一個機械運動可單獨由控制電機，傳動機構和執(zhí)行機構組成的機械子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由PLC協(xié)調和控制

13、，以完成其功能要求。因此機電一體化系統(tǒng)的設計要考慮產品的總體布局，機構選型，機構造型的合理化和最優(yōu)化。依據(jù)機電一體化產品的設計原則，擬定以下總體設計布局：PLC變頻電機驅動電源降速機構執(zhí)行機構傳感器圖21 傳動設計布局2.2 方案的擬定通過在長春客車有限公司調研和多處查閱資料，并通過與指導老師討論，對本夾具提出以下方案：方案一：采用電機驅動，用聯(lián)軸器連接減速器，減速器采用兩級錐齒圓柱齒輪減速，經(jīng)減速器后輸出動力，減速器與絲杠連接，由絲杠運動對工件進行加工。方案二：采用電機驅動，用聯(lián)軸器聯(lián)結減速器，減速器采用單級蝸桿減速，經(jīng)減速器后輸出動力，減速器與絲杠連接，由絲杠運動對工件進行加工。方案三，采

14、用電機驅動，用聯(lián)軸器連接減速器，減速器采用兩極錐齒輪圓柱齒輪減速，經(jīng)減速器后輸出動力，采用液壓傳動對工件進行加工。方按四，采用電機驅動，用聯(lián)軸器連接減速器，減速器采用單級蝸桿減速，經(jīng)減速后輸出動力，再連接液壓機構對工件進行加工。2.3 方案確定方案一的優(yōu)缺點：減速器采用兩級錐齒圓柱齒輪減速，傳動效率較單級蝸桿高，但是結構較復雜，尺寸大。方案二的優(yōu)缺點：減速器采用單級蝸桿減速，傳動比大，結構緊湊，但傳動效率低，用于中小功率。方案三和四的優(yōu)缺點：采用液壓機構與減速器連接是結構比較復雜，而且液壓機構本身也比較復雜，對于整個系統(tǒng)的控制也不方便，會使整個夾具本身不夠經(jīng)濟。通過方案的比較，考慮該設備的使用

15、要求，應選用第二種方案。此結構原理示意圖電動機蝸輪蝸桿減速器絲杠執(zhí)行機構PLC圖22 傳動方案第3章結構設計動力源選擇本夾具采用電動和汽壓兩種方式，受力的圓筒靠絲杠的運動給力。絲杠的運動由電動機通過蝸輪蝸桿減速器提供。電動機的選擇1.電動機的類型選擇本夾具所需的運動是需要變速的所以一般的三相異步電動機不能滿足調速要求，而如果在傳動中加入變速箱會是試驗臺結構變的復雜；如果采用直流電動機雖然能夠獲得很好的調速效果但對電網(wǎng)的要求過高會使成本提高。綜合考慮功能和成本的因素確定，選擇變頻調速電動機最為合理，既能滿足功能要求又不會造成成本過高。2.電動機容量的選擇電動機的容量（額定功率）選得合適與否，對電

16、動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量小于工作要求，則不能保證機器正常工作，或使電動機長期超載、發(fā)熱而過早損壞；容量過大，則電動機價格高，能力又不能充分利用，由于經(jīng)常不在滿載下運行，效率和功率因子都較低，造成很大浪費。電動機的容量主要根據(jù)運行時發(fā)熱條件決定。額定功率是連續(xù)運轉下電動機發(fā)熱不超過許用溫度的最大功率，滿載轉速是指負荷相當于額定功率時的電機轉速，同一類型電動機，按額定功率和轉速的不同，具有一系列型號。對于長期連續(xù)運行的機械，要求所選擇電動機的額定功率Ped應大于等于電動機實際工作時的功率Pd,即PedPd。通?？刹槐匦ｒ灠l(fā)熱和啟動力矩。電動機所需的輸出功率為：Pd=Pw/kW式中，Pw為工

17、作機要求的輸入功率，kw，為由電動機至工作機的總效率。工作機要求功率Pw，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得，通常由設計中給定的參數(shù)，按下式計算： Pw或 PkW式中：F為工作機的阻力，；v為工作機的線速度，m/s；T為工作機的阻力矩，N·m；為工作機的轉速，r/min；為工作機的效率。由上面公式估算得Pd29kW。根據(jù)汽車變速箱實際工況的考慮，選擇轉速n（04000r/min）以適應不同的試驗要求。根據(jù)上述條件選擇YVP系列變頻調速三相異步電動機具體參數(shù)如下：3使用條件（1）海撥不超過1000m；（2）環(huán)境溫度不超過40；（3）電機防護等級IP44；（4）相對濕度：不超過90%（2

18、0以下時）；（5）工作制：SI連續(xù)；（6）絕緣等級：B（或F）級；圖31 電動機（7）電動機的額定電壓380V，頻率為50HZ，也可根據(jù)用戶要求確定額定點的電壓和頻率。4主要技術性能和技術參數(shù)對電網(wǎng)頻率為50Hz（或60Hz）的電源，其調速范圍一般為5Hz100Hz（或6Hz120Hz）（1：20）。電動機在5Hz50Hz（或6Hz60Hz）輸出額定轉矩，為恒轉矩運行區(qū)，在50Hz100Hz（或60Hz120Hz）時輸出額定功率，為恒功率運行區(qū)。如圖32。圖32 電壓和轉矩特性用變頻電源供電在低頻時，電動機的起動轉矩與額定轉矩之比可達倍。5具體選擇參數(shù)如下：型  號：YVP200L1

19、標稱功率（ kW）：30標稱電流（A）：額定轉矩（）：恒轉矩變頻范圍（H恒功率調頻范圍（Hz）：50-100堵轉轉矩/額定轉矩：2 轉電流/標稱電流：10最大轉矩/額定轉矩：2.8 最小轉矩/額定轉矩：變頻器選擇變頻器的應用范圍及其市場分析變頻器主要用于交流電動機(異步電機或同步電機)轉速的調節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。變頻器主要用于交流電動機(異步電機或同步

20、電機)轉速的調節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)以及公用工程（中央空調、供水、水處理、電梯等）中，變頻器都在發(fā)揮著重要作用。(1)變頻器與節(jié)能變頻器產生的最初用途是速度控制，但目前在國內應用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，60-70

21、為動力電，而在總容量為億千瓦的電動機總容量中，只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機至少有億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調速技術。應用變頻調速，可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉速下運行。以風機水泵為例，根據(jù)流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電機一般按最大需求來生產電動機的容量，故設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調速，可大大提高輕載運行時的工作效

22、率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應用于電力、冶金、石油、化工、市政、中央空調、水處理等行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內部電耗成為電廠關注焦點，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。研究顯示，僅電力行業(yè)，2003年的變頻器市場規(guī)模就達到了億元。因此，變頻器的節(jié)能應用前景非常廣泛。（2）變頻器與工藝控制（速度控制）目前，中國的設備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設備控制水平至關重要。由于變頻調速具有調速范圍廣、調速精度高、動態(tài)響

23、應好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質量和生產效率的顯著作用。以紡織行業(yè)為例，中國具有世界最大的紡織產品生產能力，市場范圍遍及全球，產業(yè)規(guī)模龐大。紡織與化纖行業(yè)也是變頻器應用最多、使用密度最高的行業(yè)。在最常見的化纖機械設備中，選用變頻器的設備有螺桿擠出機、紡絲機和后加工機等。選用變頻器較多的棉紡設備主要有細紗機、粗紗機、精梳機等。這些設備都要求精確速度控制、多單元同步傳動或比例同步(牽伸)傳動等，應用變頻器可以提高工藝要求、提升產品質量，同時減輕了人工的勞動強度、提高了生產效率，可以說，變頻器是紡織行業(yè)增強國際競爭能力的重要裝備。市場調查顯示，2003年變頻器在

24、紡織與化纖行業(yè)的市場規(guī)模超過了10億元。此外，在食品、飲料、包裝、造紙、機床、電梯等行業(yè)，國內的企業(yè)需要擴大生產規(guī)模，提高生產技術，因此變頻器的應用前景和發(fā)展?jié)摿Χ疾豢尚∮U。（3）變頻家電除了工業(yè)相關行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等受到越來越多的關注，變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場和應用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。目前，中國是世界上最主要的家電供應國，但家電采用變頻器的比例很低，而在日本，90以上的家電是變頻控制。據(jù)調查，2003年，中國的變頻家電同比增長超過200，但體現(xiàn)在市場中的變頻

25、家電并不多見，因此，變頻家電具有非常好的發(fā)展?jié)摿Γ?）前景廣闊的中國變頻器市場中國擁有龐大的產業(yè)群，并保持著持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展；與國際接軌，眾多的企業(yè)需要提升國際競爭力；人們生活質量不斷提高等。這些都是變頻器市場的增長驅動力和更廣泛應用的基礎。變頻器的確定根據(jù)變頻調速電動機的要求選擇合適的變頻調速器，國產BPTS系列交流電動機變頻調速器可廣泛用于機械、輕工、紡織、化工、冶金、石油等部門的風機、水泵等控制系統(tǒng)的交流電動機變頻調速。該產品采用數(shù)字PWM變頻電路系統(tǒng)，控制參數(shù)由觸摸式開關設定，并具有抗干擾保護措施。所以選用國產BPTS系列通用型交流電動機變速調速器完全可以滿足要求。具體參數(shù)如下：型號：B

26、PTS-E50額定容量/KVA：50適配電機功率/kW：30額定工作電流/A：58輸入：電壓/V：3相 380±10%圖33 變頻器頻率/Hz：50/60輸出：調制方式：正弦脈寬調制（SPWM）電壓：3相 380V最大頻率范圍/Hz：125頻率精度/%：設定：頻率：4段電壓/頻率：8調曲線U1U8升降速時間/s：80保護功能：過電壓、過電流、短路、失速顯示：四位LED安裝方式：掛壁式冷卻方式：強制風冷3.2 部件的選擇滑動螺旋副（絲杠螺母）的選擇絲杠螺紋的選擇常用的螺紋類型主要有普通螺紋，管螺紋，梯形螺紋和矩形螺紋。普通螺紋牙形為三角形牙型角=60，內外螺紋旋合后留有徑向間隙。自鎖性

27、好。管螺紋牙型為等腰三角形，牙型角=55，適用于管頭，管接頭等。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角=30，內，外螺紋以錐面貼緊不易松動。傳動效率略低，但梯形螺紋是最長用的傳動螺紋。矩形螺紋牙型角為=0，傳動效率高但牙根強度弱。對于此夾具的傳動采用梯形螺紋傳動。減速機構的選擇常用的減速器的形式，特點及應用1） 單級圓柱齒輪減速器：傳動比：46 最大：10特點：轉齒可為直齒，斜齒或人字齒。箱體常用鑄鐵制造，支撐多采用滾動軸承，只有重型或特高速時才采用滑動軸承2） 兩極展開式圓柱齒輪減速器：傳動比：840 最大：60特點：是兩級減速器中應用最廣泛的一種。齒輪相對與軸承不對稱，要求軸具有較大的剛度。輸入輸

28、出軸上的齒輪常布置在遠離軸輸入輸出端的一邊，以減少因彎曲變形所引起的載荷沿齒寬分布不均。高速級常用斜齒，低速級可用斜齒或直齒。建議用于載荷平穩(wěn)場合。3） 兩級分流式圓柱齒輪減速器：傳動比：840 最大：60特點：低速軸上的齒輪相對于軸承為對稱分布，載荷沿齒寬分布較均勻。中間軸危險斷面上的轉矩是傳遞轉矩的一半。高速級常用斜齒，同一軸上齒輪一邊右旋，另一邊左旋，軸向力可抵消，結構復雜，許多用一對齒輪，軸向尺寸較大。建議用于變載荷場合。4） 三級展開式圓柱齒輪減速器：傳動比：10200 最大：400特點：傳動比大，其余與兩級展開式相同5） 單級錐齒減速器傳動比：15 最大：10特點：用于輸入軸與輸出

29、軸相交的傳動6） 兩級錐齒-圓柱齒輪減速器傳動比：815 最大：40特點：用于輸入軸與輸出軸相交的傳動比較大的傳動。錐齒輪應在高速級。以減少錐齒輪的尺寸，利于加工，輪齒可制成直齒或斜齒。7） 單級蝸桿減速器傳動比：740 最大：80特點：傳動比大，結構緊湊，但傳動效率低，用于中小功率，輸出軸與輸入軸垂直交錯的傳動。下置式蝸桿減速器潤滑條件較好，應優(yōu)先選用。當蝸桿圓周速度太高時，攪油損失大，應用上置式蝸桿。此時蝸桿齒浸油潤滑，但蝸桿軸承潤滑較差。8） 兩級蝸桿減速器傳動比：300800 最大：3600特點：傳動比很大，結構緊湊，但效率很低，用于小功率，傳動比大而結構緊湊的場合。9） 蝸桿-齒輪減

30、速器傳動比：6090 最大：480特點：傳動比較單級蝸桿減速器大，較兩級蝸桿減速器小，但效率較兩級蝸桿減速器高。綜合本設備的特點選用單級蝸桿減速器。傳感器的選擇熱電阻式傳感器是利用金屬導體（或半導體）的電阻值隨溫度變化而變化的特征，通過測量其電阻值而得出被測介質的溫度。傳感器是將被測的某一物理量（或信號）按一定規(guī)律轉換為另一種（或同種）物理量（或信號）輸出的裝置。即是說，傳感器就是用來對所測的量產生響應并提供可用的信號的器件。近年來，隨著測量，控制及信息技術的發(fā)展，特別是計算機的智能化賦予傳感器，不僅擴大了傳感器的功能，同時也改善了對測量值的處理技術。深入研究傳感器的原理和應用及研制新型傳感器

31、，對工業(yè)生產和科研發(fā)展都具有重要的意義。目前幾種常用的傳感器：1）電阻式傳感器電阻式傳感器是一種把被測量轉換為電阻變化的傳感器。按轉換原理可分為電位器式，電阻應變式和熱電阻式。（1）電位器式電阻傳感器電位器式電阻傳感器是被測的機械位移（直線位移和角位移）轉換成電阻的變化。它是根據(jù)導體的電阻與其電阻率成正比，與其長度成正比，與其截面積成反比的關系。電位器式電阻傳感器的優(yōu)點是結構簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。由于受電阻絲的直徑限制，其分辨率不高，如需提高分辨率得用更細的電阻絲，但繞制又困難。（2）電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是測量物體受力變形產生應變的一種傳感器。它可以用來測量應變、拉（壓）力、彎

32、（扭）矩、加速度等參數(shù)，具有動態(tài)響應快、分辨率高、使用簡便和價格低廉等特點。（3）熱電阻式傳2.電容式傳感器電容式傳感器是以可變參數(shù)電容作為傳感組件，將被測物理量轉換為電容量變化的裝置。它具有結構簡單、輕巧、靈敏度高、動態(tài)響應好、能在高低溫及強輻射的惡劣環(huán)境中工作。它的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通和關斷。這種接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)的物體時，可以順時針調節(jié)多圈電位器（位于開關后部）來

33、增加感應靈敏度，一般調節(jié)電位器使電容式的接近開關在的位置動作。工作流程方框圖：震蕩電路F/V變換信號處理開關量輸出 被測物體感應電極圖34 電容式傳感器工作流程2）電感式傳感器電感式傳感器是基于電磁感應原理工作的，它是將被測量（位移、壓力等）轉化成為電感量變化的一種裝置。在自動控制系統(tǒng)中應用十分廣泛。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬物體。感應磁罐高頻震蕩電路整形

34、檢波信號處理開關量輸出被測金屬物體圖34 電感式傳感器工作流程3）光電式傳感器光電傳感器是利用紅外線技術感器，紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光波是380nm-780nm，發(fā)射波長為780nm-1mm的長射線稱為紅外線，浙江省洞頭縣光電開關廠生產的紅外線光電開關優(yōu)先使用的是接近可見光波長的近紅外線。紅外線光電開關（光電傳感器）屬于光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關可分為：（1）漫反射式光電開關漫反射光電開關是一種集發(fā)射器和

35、接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。（2）鏡反射式光電開關鏡反射式光電開關亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡，反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。（3）對射式光電開關對射式光電開關包含在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體是不透明時，對射式光

36、電開關是最可靠的檢測模式。（4）槽式光電開關槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。槽式光電開關比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。4）光纖式光電開關光纖式光電開關采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。本設計采用慢反射式光電開關（光電傳感器），工作示意圖如下所示：引起理想漫反射的光度分布局部較強漫反射時的光度分布圖35 光電傳感器工作圖傳感器的確定該設備考慮到工作環(huán)境和工作方式，采用光電式

37、傳感器比較合適，而且經(jīng)濟，易實現(xiàn)。光電傳感器需要確定的參數(shù)：（1）檢測距離: 動作距離是指檢測體按一定方式移動時，從基準位置（光電開關的感應表面）到開關動作時測得的基準位置到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。（2）回差距離：動作距離與復位距離之間的絕對值。（3）響應頻率：按規(guī)定的1秒的時間間隔內，允許光電開關動作循環(huán)的次數(shù)。圖36 傳感器位置測量圖圖37 傳感器工作示意圖（4）反射率：對于漫反射式光電開關發(fā)出的光線需要被檢測物表面將足夠的光線反射回漫反射開關的接受器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將是決定接受器接收到光線的強度大小，粗糙的表面反射回的光線必將小于光

38、滑表面反射回的強度，而且，被檢測物體的表面必須垂直于光電開關的發(fā)射光線。 10.環(huán)境特性：GDKG光電開關應用的環(huán)境亦是影響其長期工作可靠性的重要條件。當光電開關工作于最大檢測距離狀態(tài)時，由于光學透鏡會被環(huán)境中的污物粘住，甚至會被一些強酸性物質腐蝕，以至降低使用參數(shù)特性，這些變量盡管已列入我們的產品設計考慮范圍之內，但它終究是造成可靠性降低的最大因子，其較簡便的解決方法是根據(jù)GDKG傳感器的最大檢測距離（Sn）降額使用來確定最佳工作距離。采用慢反射式光電傳感器，C型M3075 NPN三線常開檢測距離：漫反射型：80cm，可調節(jié)，鏡反射型：5m ，實際在20m以上。安裝尺寸:

39、圖38 傳感器安裝尺寸回差值：10%響應頻率：DC；100Hz ，AC：25Hz應用光電開關時注意事項：1.紅外線傳感器漫反射型的產品，所采用的標準檢測體為平面的鋼板尺。2紅外線光電開關在環(huán)境照度高的情況下都能穩(wěn)定工作，但原則上應回避將傳感器光軸正對太陽光等強光源。3當使用感性負載（如燈、電動機等）時，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線的光電開關，在這種情況下，請經(jīng)過交流繼電器作為負載來轉換使用。4.紅外線光電開關的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學品，以免永久損壞塑料鏡。5針對現(xiàn)場的實際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場合，所生產的光電開關在靈敏度的選擇上增加

40、了50%，以適應長期使用中延長光電開關的維護周期。6光電開關均為SMD工藝生產制造，并經(jīng)嚴格的測試合格后才出廠，在一般情況下使用均不會出現(xiàn)損壞。為了保證意外性發(fā)生，必須在接通電源前檢查接線是否正確，核定電壓是否為額定值。圖39 傳感器安裝注意事項示意圖圖310 傳感器安裝注意事項示意圖平行安裝時相對安裝時埋入式安裝時非埋入式安裝時圖311 傳感器安裝注意事項示意圖本設計根據(jù)安裝尺寸采用非埋入式安裝。第4章設計計算4.1 橢圓柱的受力估算對于所要加工的水槽是由圓柱筒加工而成的，在加工過程中必須對工件受力進行分析，防止工件被壓壞，對工件應力集中表面進行應力分析。加工工件受力示意圖：假設所要加工的橢

41、圓筒的長軸為2a，短軸為2b，在加工過程中對工件施加均布應力其方向垂直于橢圓筒的長軸，既在遠處=。對于這個問題，最好用正交曲線坐標（圖42）表示應力分量。用橢圓坐標（）表示時，橢圓的方程為：，式中對于半軸為（a,b）的橢圓，可得：a=ccosh b=csinh，可見，在0的極限情況下，橢圓孔成為裂紋（高為零而長為2a=ac的橢圓）。由于有這種情況，因此可用有橢圓孔的板中應力的解來研究有長為2a的狹裂紋的板中應力。用復位勢法求得橢圓孔的板中彈性應力分布。當單軸應力垂直于橢圓孔長軸時，應力分量，由于孔邊上的應力=0，因此根據(jù)方程可得孔邊上（）的應力為：，式中，為橢圓坐標（在孔邊上），而根據(jù)方程a=

42、ccosh b=csinh可得tanh = ，為橢圓的半長軸，而b為其半短軸。因此，根據(jù)方程，的最大值為（當和；這出現(xiàn)在長軸的兩端）：（最大）=，可見，的最大值隨著0即半短軸b與a之比值愈來愈小而無限地增加。根據(jù)幾何計算，橢圓在長軸端部的曲率半徑為，式中（a,b）分別為半長軸和半短軸的長度。因此根據(jù)方程（最大）=和可得：，此外根據(jù)方程可得，=（在短軸的兩端，此處）。圖42 橢圓坐標當對加工的工件時，由公式，175MPa，可得=35MPa，工作面積mm，所以，給工件的力為。4.2 絲杠的計算根據(jù)耐磨性計算絲杠各項參數(shù)選擇絲杠螺距P=8mm,旋合圈數(shù)Z=10-12，取Z=10，所以H=80mm（螺

43、母高度）。在設計時值選擇整體式螺母取，由H=得：=，取螺桿中徑=55mm.螺紋的工作高度h=0.5p=4mm,工作壓力F=4640N工作壓強P=。導程L=nP=28n=16mm（n線數(shù)）梯形螺紋牙行角=30，當量摩擦角=arctan=84937 (-螺旋副材料摩擦系數(shù))。螺紋升角=arctan= arctan=51735。絲杠的穩(wěn)定性計算：I螺桿危險截面的軸慣性矩，I=I螺桿危險截面的慣性半徑i=L螺桿最大工作長度 L=150mmA螺桿危險截面面積 A=, F=在壓力下穩(wěn)定。絲杠抗剪強度抗剪強度滿足。絲杠抗彎強度抗彎強度滿足。由絲杠的受力設計蝸輪蝸桿減速器絲杠受力F=4640N , 速度v=/

44、s=6cm/min, 功率P=Fv=4640絲杠螺距P=8mm/r, n=45r/min梯形螺紋的螺旋傳動的傳遞效率其中，由螺旋運動轉成直線運動時tan，帶入上試得。蝸輪傳動的功率為P=，蝸輪的轉速為n=45r/min,蝸桿轉速,選擇蝸桿的頭數(shù)為=31，傳動比為i=31,蝸輪，蝸桿傳動的總效率為，嚙合摩擦損耗，軸承摩擦損耗。蝸桿功率為 P=，T=9550=。載荷平穩(wěn)，雙向間斷運轉，預期使用壽命20000h.減速器傳動零件設計傳動零件是各種機械傳動裝置的核心部分，軸，箱體，蝸輪，蝸桿等其它起支撐，聯(lián)接作用零件的尺寸和結構將決定于傳動零件的大小和數(shù)量。在傳動裝置總體設計完成后，為了給裝配圖的繪制準

45、備條件，應先進行傳動件的設計計算，確定各級傳動零件的參數(shù)和主要尺寸，然后才能根據(jù)運動簡圖繪制裝配草圖，計算出軸，箱體等其它零件。先對減速器傳動零件的設計計算，傳動零件的參數(shù)和結構尺寸的確定，要本著由粗到精的原則，分階段完成，對等于蝸輪蝸桿傳動，主要確定模數(shù)，齒數(shù)，螺旋角，分度圓，齒頂圓和齒根圓，中心距，蝸桿頭數(shù)等。傳動零件其它部分尺寸，應留在裝配草圖或零件圖設計過程中確定。對于計算結果，應分不同情況進行取標準值，圓整或保持其精度數(shù)值，對于蝸桿直徑必須取標準值，而輪轂長度，齒寬，蝸桿長度等結構尺寸，為了便于制造和測量，應加以圓整。對于分度圓和齒頂圓直徑，螺旋角等嚙合尺寸則應求出精確值。尺寸應精確

46、到小數(shù)點后2-3位，角度應精確到秒。選擇結構方案和計算主要結構尺寸1減速器箱體的結構減速器箱體有部分式，整體式，鑄造式和焊接式，臥式和立式等，選用鑄造的臥式部分箱體，以利于制造，裝配和傳動件的潤滑。根據(jù)焊接夾具的傳動結構，箱體的形狀采用圓形結構。2軸承類型及潤滑方式閉式蝸輪蝸桿減速器中傳動件草用油欲潤滑，但此結構中蝸輪蝸桿的運動速度小，而且運動時間短的間歇運動，所以潤滑采用定期加油而不采用油欲潤滑。軸承v2m/s，采用油潤滑比較困難，所以采用脂潤滑。3. 蝸桿的結構蝸桿為鋼制，并與軸制成一體。蝸桿上安裝滾動軸承處的軸肩或軸環(huán)的高度應符合滾動軸承標準中安裝尺寸要求。4為了繪制蝸桿和軸承部件的結構

47、，確定蝸桿的支撐距離和作用力的位置，需先初估蝸桿軸徑和選擇聯(lián)軸器。軸徑先按許用扭轉剪應力的計算方法估算，估算公式：，即：,此軸徑應與聯(lián)軸器相連接，取d=22mm,取d=27mm，d至d的變化是為了零件的軸向定位與固定，設計出定位軸肩，其變化應該大一些，為了緩和應力集中和不影響裝配，軸肩處圓角取R=1，蝸輪蝸桿設計傳動機構用于對運動和力進行交換和傳遞。在試驗臺中，步進電機作旋轉運動輸出轉矩，而執(zhí)行機構為直線運動。用于將旋轉運動轉換成直線運動的傳動機構主要有齒輪齒條機構、蝸輪蝸桿機構和絲杠螺母。前兩者可獲得較大的傳動比和較高的傳動效率，所能傳遞的力也比較大，但高精度的齒輪齒條制造困難且為消除傳動間

48、隙而結構復雜。后者結構簡單，制造容易，應用廣泛。1.蝸桿簡介蝸桿傳動用于傳遞空間交錯軸間的動力和運動，常用的軸交角為90 °。根據(jù)蝸桿形狀不同，蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。常用的為圓柱蝸桿傳動，根據(jù)蝸桿齒廓曲線形狀，又可分為阿基米得蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿。阿基米得蝸桿加工及測量方便，應用廣泛。但此種蝸桿難于磨削，因而達不到高精度。當蝸桿導程角較大時，加工困難。法向直廓蝸桿的法向齒廓為直線，軸向齒廓為曲線。垂直于軸線的剖面與齒廓交線為延伸漸開線，故也稱為延伸漸開線蝸桿。漸開線蝸桿有較高的制造精度，適用于成批生產和大功率高速傳動，所以在本次設計

49、中采用的就是此種蝸桿。蝸桿傳動的主要優(yōu)點是可以獲得較大的單級傳動比。傳動比范圍一般在5-80，對非動力可達1000或更大。由于傳動比大，零件數(shù)目少，因而結構緊湊。由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪齒的嚙合是逐漸進入或退出嚙合，因而傳動平穩(wěn)，振動和噪聲小。另外，不需其它輔助機構即可獲得傳動的自鎖性。蝸桿傳動的主要缺點是效率低，故不宜在大功率連續(xù)運轉條件下工作。蝸桿傳動的失效形式和齒輪相似，有齒面點蝕、輪齒折斷、齒面磨損和膠合等。由于材料和結構上的原因，蝸桿螺旋齒的強度總是高于蝸輪輪齒的強度，所以失效常發(fā)生在蝸輪上。在閉式傳動中，由于蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，致使?jié)櫥驼扯认陆担瑵櫥Ч儾?，容易發(fā)

50、生膠合或點蝕。在開式傳動中，蝸輪輪齒的主要失效形式是磨損。至于蝸輪輪齒的折斷，只是在模數(shù)過小，蝸輪材料強度過低，或是由于過度磨損使輪齒使輪齒過薄時才產生。對閉式傳動，通常按齒面接觸疲勞強度設計，必要時驗算齒根彎曲強度；對開式傳動，只需按齒根彎曲疲勞強度設計。蝸輪蝸桿的計算1. 選擇蝸輪，蝸桿材料，確定許用應力（1）選擇材料選擇蝸桿材料為40Cr,表面淬火，硬度4550HRC；蝸輪齒圈材料為ZCuSn10Pb,金屬模鑄造。（2）確定許用應力應力循環(huán)次數(shù)N=60nL=604520000=4.5查表的，。2. 取Z=1，Z=29，實際傳動比i=3. 按齒面接觸疲勞強度設計 md查得，由于較低，估計小

51、于3m/s,取，因載荷平穩(wěn)取，載荷系數(shù)K=，T=Ti，T=9.55 。查得，將以上數(shù)值代入接觸強度計算公式，求md=9 ，按接觸強度要求md，查表可得，選出m=4，d=40mm，Z=1，q=10，Z=31，r=111836。中心距a=mmd=m Z= ，a=82不是標準中推薦的中心距，如取推薦的中心距a=80，蝸輪變位系數(shù)x 。本設計不采用變位，取a=82。驗算齒根彎曲疲勞強度=，蝸輪當量齒數(shù)Z，由Z=43時齒形系數(shù)=。=10MPa，彎曲強度滿足。5. 熱平衡計算計算所需箱體散熱面積A，取環(huán)境溫度t=20C，潤滑油工作溫度t=15w/m，所需散熱面積A= ，根據(jù)草圖計算箱體面積。6. 蝸輪，蝸

52、桿幾何尺寸計算蝸桿齒頂圓直徑d=d+2h= d+2hm=40+214=48mm，蝸桿齒根圓直徑d=。蝸桿齒寬，取=57mm。蝸輪喉圓直徑。蝸輪齒根圓直徑mm。蝸輪咽喉母圓直徑=102-=16mm。蝸輪齒寬為不損傷齒寬，為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑，=140mm.蝸輪蝸桿基本尺寸中心距 a=82mm蝸桿頭數(shù) z1=1蝸輪齒數(shù) z2=31壓力角 n=20°模數(shù) m=4傳動比 i=31蝸桿直徑系數(shù) q=10蝸桿軸向齒距 pa=m=4蝸桿導程 pz=mz=4蝸桿分度圓直徑 d1=40mm蝸桿齒頂圓直徑 da1=48mm蝸桿齒根圓直徑 df1=30mm頂隙 c=c*m=蝸桿基圓直徑 db1=d

53、1tg/tgb=蝸桿齒頂高 ha1=2蝸桿齒根高蝸桿齒高 h1=ha1+hf1=8mm蝸桿導程角 =arctg(mz1/d1)蝸桿基圓導程角 b=arccos(cos·cosn)=22.32°蝸桿齒寬 b1=28mm蝸桿軸向齒厚 sa=1/2m=2mm蝸桿法向齒厚 sn=sacos=6mm蝸桿節(jié)圓直徑 d1´=d1+2x2m=56mm蝸輪變位系數(shù) x2=0蝸輪分度圓直徑 d2=124mm蝸輪喉圓直徑 da2=132mm蝸輪齒根圓直徑 df2=114mm蝸輪齒頂高 ha2=2mm蝸輪齒根高 hf2=蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2da2=蝸輪齒寬 b2=d1sin=30