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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： EG-6203 四通道超聲波軸承 清洗機送料機構設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923242 學生姓名： 馬佳富 指導教師： 范圣耀 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） EG-6203 四 通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 是本人在導師的指導下獨 立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中 特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文） 不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 95 學 號： 0923242 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學院 信 機系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 由于我在一家軸承制造廠家進行實習，在軸承的清洗過程中涉 及到軸承的清洗，而軸承的清洗機在市場上有很多種，本人實習的 公司用的是先進的超聲波軸承清洗機，所以我就選取超聲波軸承清 洗機上的一個機構送料機構進行設計。 超聲波清洗(簡稱超聲清洗)是將超聲波的振動加人到洗滌液中 用以清洗固體表面的方法?，F(xiàn)在，超聲清洗以其獨特的清洗效果泛 地應用于機械、電子、電腦、輕工、醫(yī)療、化工、五金、儀表、電 鍍等行業(yè)。軸承制造業(yè)是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的配 套工業(yè)。現(xiàn)階段，我國新一輪的工業(yè)化改造逐步展開，新興工業(yè)迅 速發(fā)展，對軸承的需求量迅速增加，軸承制造業(yè)蓬勃發(fā)展，某些地 區(qū)如雨后春筍般出現(xiàn)了許多家新的軸承制造企業(yè)。 II 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 熟悉超聲波清洗技術的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來提出的對 于軸承進行的全自動的清洗技術。 熟練掌握超聲波清洗設備的分類，超聲波清洗時的工藝流程等。 了解超聲波清洗機的內(nèi)部主要器件及其作用，對超聲波清洗機的 送料機構各個零件進行分析，掌握各構件的作用及校核； 對 PLC 技術在超聲波清洗裝備中的應用，使設備能夠進行全自動 清洗。 四、接受任務學生： 機械 95 班 姓名 馬佳富 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所 所長簽名 III 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益嚴格和國際上對環(huán)保要求力度的加強，我國精密零 件清洗工業(yè)受到極大的挑戰(zhàn)，長期在精密零件清洗領域占據(jù)主導地位的 ODS 類清洗工藝 由于破壞臭氧層而被禁止使用，作為代替品出現(xiàn)的一些氯代烴清洗劑，水基清洗劑和碳 氫溶劑由于分別具有毒性，水處理繁瑣，清洗效果較差以及不易干燥，安全性較差等缺 點。阻礙了國內(nèi)清洗工業(yè)的發(fā)展。 本文主要對EG-6203型的軸承的生產(chǎn)中的清洗的工序的清洗設備的設計，它也是利用 當今的科技超聲波清洗代替了原來的機械清洗，工作過程如下：將要清洗的軸承放入自 動上料機構的上料圓盤，上料圓盤在減速電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，通過離心力的作用，軸承 在擋料板的作用下，推料進入導歸軌，再依次進入推料氣缸的位置，在感應接觸開關控 制氣缸在送料之前，上料臺的導軌下有退磁器將軸承的磁性去掉，然后進入超聲波清洗 槽，然后是甩干槽，最后進入注脂包裝生產(chǎn)線。本次設計的EG-6203型軸承超聲波清洗機 是PLC控制的全自動超聲波清洗機。其具備了自動送料、自動感應退磁、自動記數(shù)、全程 清洗噴淋風干、全程監(jiān)控報警的功能。為現(xiàn)在的軸承制造業(yè)大大提高效率，使產(chǎn)品合格 率大大提升。 關鍵詞：超聲波；軸承清洗機；上料機構；自動控制。 IV Abstract With the market increasingly stringent requirements on product quality and the strengthening of the international requirements of environmental protection. Our precision parts cleaning industry is facing a great challenge. For the destruction of the ozone layer , the ODS class cleaning crafts are prohibited from using which has dominated for a long time in the field of precision parts cleaning. As a substitute for the emergence of some chlorinated hydrocarbon cleaning agents, Water-based cleaning agent and hydrocarbon solvents are toxic, water treatment is cumbersome. Besides, cleaning effect is less effective and hard to dry, whats more, the security is low and other shortcomings. All those shortcomings have hindered the development of the domestic cleaning industry. This paper focuses on the cleaning apparatus of the cleaning step in the production of the type EG-6203 bearings design. It uses current technology ultrasonic cleaning instead of the original mechanical cleaning, work processes are as follows: we take the bearing which has been cleaned in the automatic feed mechanism feeding disc, The feeding disc were rotated by the gear motor. Through the effects of Centrifugal force, and bearing in the role of a blocking plate Pusher are putted into the rail. And then turn into the pusher cylinder position. Sensor contact switch control cylinder before feeding back porcelain magnetic bearing is removed, and then into the ultrasonic cleaning tank, and then drying tank, and finally into the greasing packaging production line, feed station on the rail. The design of the EG-6203 bearing ultrasonic cleaning machine is PLC controlled automatic ultrasonic cleaning machine. With automatic feeding, auto- sensing demagnetization, automatic counting, the entire cleaning spray dried, monitor the entire alarm function. Now bearing manufacturing greatly improve efficiency, greatly enhance the rate of qualified products. Key words: Ultrasonic wave；Bearing cleaning machine；Feeding mechanism；Automatic control. V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題來源 ...............................................................................................................................1 1.2 課題意義 ...............................................................................................................................1 1.2.1 超聲波清洗的特點 ........................................................................................................1 1.2.2 現(xiàn)代超聲波在軸承清洗中的發(fā)展趨勢 ........................................................................2 1.3 超聲波的分類及其主要工作器件 ........................................................................................2 1.3.1 通用超聲波清洗機 ........................................................................................................3 1.3.2 超聲清洗機用的超聲波發(fā)生器 ....................................................................................3 1.3.3 專用超聲波清洗機 .......................................................................................................................5 2 總體方案設計 .............................................................................................................................7 2.1 總體方案設計的綜述 ...........................................................................................................7 2.2 超聲波發(fā)生器 .......................................................................................................................8 2.2.1 超聲波發(fā)生器的簡述 ....................................................................................................8 2.2.2 超聲波發(fā)生器的原理 ...................................................................................................................8 2.3 清洗槽 ...................................................................................................................................8 2.4 自動送料機構 .....................................................................................................................10 3 清洗槽的具體設計 ...................................................................................................................12 3.1 導軌的結構 .........................................................................................................................12 3.2 清洗油泵、風機的設計 .....................................................................................................12 3.3 油噴針和風噴嘴設計 ........................................................................................................................14 4 自動送料機構的設計 ...............................................................................................................15 4.1 原理、結構及工作過程 ......................................................................................................15 4.2 軸的設計及校核 ..................................................................................................................15 4.3 軸承的設計和校核 ..............................................................................................................18 4.4 擋料板的設計 ......................................................................................................................20 4.5 齒輪的校核 ..........................................................................................................................20 4.5.1 齒輪的失效形成 ..........................................................................................................20 4.5.2 齒輪設計的要求 ..........................................................................................................21 4.5.3 齒輪的設計及校核 ......................................................................................................21 5 自動控制電路 .............................................................................................................................................25 VI 5.1 PLC 簡介 ..............................................................................................................................25 5.1.1 下列為 I/O 分配表 .......................................................................................................26 5.1.2 下列為本設計的程序符號注釋表 ..............................................................................27 5.1.3 人機界面控制 ..............................................................................................................30 5.1.4 本程序的梯形圖..........................................................................................................................30 6 結論與展望 ...............................................................................................................................32 6.1 結論 ......................................................................................................................................32 6.2 不足之處及未來展望 ..........................................................................................................32 致 謝 ...........................................................................................................................................33 參考文獻 .......................................................................................................................................34 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 1 1 緒論 1.1 課題來源 由于我在一家軸承制造廠家進行實習，在軸承的清洗過程中涉及到軸承的清洗，而 軸承的清洗機在市場上有很多種，本人實習的公司用的是先進的超聲波軸承清洗機，所 以我就選取超聲波軸承清洗機上的一個機構送料機構進行設計。 人類對蝙蝠做實驗并第一次發(fā)現(xiàn)超聲波的時間是在 1900 年，第一次創(chuàng)造出超聲波是 1930 年，首次創(chuàng)造出聲強和聲波頻率都可以控制的超聲波裝置是在 1918 年,超聲波清洗 機在 1951 年首次出現(xiàn)的。超聲清洗，是利用超聲波的振動，加到洗滌液中，產(chǎn)生共振， 從而用來洗去固體表面污漬的方法。當今,超聲清洗憑借它獨特的清洗效果，廣泛地應用 于各個行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，軸承制造業(yè)也相應的快速發(fā)展起來。當前的階段， 隨著改革開放，我國加入世貿(mào)組織，我國逐步展開的工業(yè)化改造，迅速發(fā)展的新興工業(yè)， 快速增加的軸承需求，軸承制造業(yè)也隨之蓬勃的發(fā)展起來，隨著改革的深入，某些地區(qū) 更為突出，出現(xiàn)了很多新的軸承制造企業(yè)。例如南通地區(qū)，過去幾乎沒有軸承制造廠， 而近幾年已迅速發(fā)展到 100 余家，并且增長沒有放緩，繼續(xù)上升。隨著該行業(yè)的快速的 發(fā)展，競爭也相應的變得更加的激烈，隨之對清洗軸承的標準也變的高了，所以關于軸 承清洗設備的需求數(shù)量變大。 1.2 課題意義 在市場經(jīng)濟的環(huán)境下，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，許多企業(yè)在產(chǎn) 品生產(chǎn)過程中，將采用清洗工藝來提高產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。當前在 一些工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，超聲波清洗的優(yōu)點是價格經(jīng)濟，洗凈效果良好，特別是在國 際社會對于環(huán)境要求更加苛刻的條件下，有利于環(huán)保。超聲清洗機可以應用于清洗體形 大小不一，形狀復雜，清潔度要求高的工件。例如可用于清洗手機零件、飛機零件、電 腦零件、動車發(fā)動機零件、精密軸承零件、花鍵、墊片、車刀、鋸片、鉆石、注射器和 各種顯微鏡鏡頭等；還可以用于清洗電路板、晶片及超導器件、電子顯象管內(nèi)的精密零 件、電磁性元件、硅片、插座、相關的核材料、電極引線等電子類產(chǎn)品。 我國加入WTO后，國外越來越多的廠家已經(jīng)落戶中國，產(chǎn)品質(zhì)量競爭和靜音軸承的 開發(fā)、應用也勢在必行，提高軸承潔凈度水平也可促進和改善現(xiàn)有軸承的清洗技術和工 藝管理水平，同時也是提高我國軸承行業(yè)國際競爭力的有效手段之一。 1.2.1 超聲波清洗的特點 超聲波清洗與其它清洗相比具有洗凈率高、殘留物少,清洗時間短,清洗效果好，凡是 能被液體浸到的被清洗件，超聲對它都有清洗作用。不受清洗件表面形狀限止，例深孔、 狹縫、凹槽。都能得到清洗。由于超聲波發(fā)生器采用 D 類工作放大,換能器的電聲效率高， 因此超聲清洗具有高效節(jié)能。它是一種真正高速、高質(zhì)量、能易實現(xiàn)自動化的清洗技術。 若清洗劑采用非 ODS 清洗劑則具有綠色環(huán)保清洗作用。超聲清洗對玻璃、金屬等反射強 的物體其清洗效果好，而不適宜紡織品、多孔泡沫塑料、橡膠制品等聲吸收強的材料。 電子材料加工成型后的清洗：如晶片、硅片、壓電陶瓷片等電子材料是供給元器件 廠家的產(chǎn)品，其產(chǎn)品出廠前必須清洗，特別是做出口業(yè)務的廠家，其產(chǎn)品清洗成為一大 無錫太湖學院學士學位論文 2 難題，超聲波清洗是最有效的途徑。以下是超聲波清洗技術的具體應用范圍： (1) 機械行業(yè)：防銹油脂的去除；量具的清洗；機械零部件的除油除銹；發(fā)動機、化 油器及汽車零件的清洗；過濾器、濾網(wǎng)的疏通清洗等。 (2) 表面處理行業(yè)：電鍍前的除油除銹；離子鍍前清洗；磷化處理；清除積炭；清除 氧化皮；清除拋光膏；金屬工件表面活化處理等。 (3) 儀器儀表行業(yè)：精密零件的高清潔度裝配前的清洗等。 (4) 電子行業(yè)：印刷線路板除松香、焊斑；高壓觸點等機械電子零件的清洗等。 (5) 醫(yī)療行業(yè)：醫(yī)療器械的清洗、消毒、殺菌、實驗器皿的清洗等。 (6) 半導體行業(yè)：半導體晶片的高清潔度清洗。 (7) 鐘表首、飾行業(yè)：清除油泥、灰塵、氧化層、拋光膏等。 (8) 化學、生物行業(yè)：實驗器皿的清洗、除垢。 (9) 光學行業(yè)：光學器件的除油、除汗、清灰等。 (10) 紡織印染行業(yè)：清洗紡織錠子、噴絲板等。 (11) 石油化工行業(yè)：金屬濾網(wǎng)的清洗疏通、化工容器、交換器的清洗等。 1.2.2 現(xiàn)代超聲波在軸承清洗中發(fā)展趨勢 軸承在當今的國民生產(chǎn)的應用是非常廣泛的。中國是軸承生產(chǎn)大國，清洗是軸承的 合套后的一道重要的工序。清洗的好壞決定了軸承的合格率。軸承的內(nèi)外圈在加工打磨 之后就產(chǎn)生了細小的顆粒和磁性。在自動化之前，直至現(xiàn)在一些小廠還沿用獨立的退磁 機去磁然后用機械式的液體壓力清洗。這樣大大浪費勞動力和減少工作效率。在超聲波 的出現(xiàn)后，現(xiàn)在采用的超聲波清洗，由發(fā)生器輸出超音頻振蕩電功率，經(jīng)換能器將電功 率換成超聲機械振動，清洗液在超聲振動下，產(chǎn)生具有數(shù)千萬個大氣壓的微核波，形成 液面與被清洗面間的高速核氣流，使粘附被清洗件表面的各類污物剝落使產(chǎn)品合格率大 大提升，同時提高效率，減少勞動力。 本次畢業(yè)設計的四通道超聲波軸承清洗機是采用 PLC 控制的全自動的超聲波清洗機。 在 PLC 自動控制器的控制下自動送料、自動感應退磁、自動記數(shù)、全程清洗噴淋風干、 全程監(jiān)控報警在現(xiàn)代化的制造加工。 生產(chǎn)過程中，消耗于送料的時間損失是組成零件單件加工時間的一部分，它屬于輔 助時間。要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時間將是非常重要的一個環(huán)節(jié)。而要想減 少輔助時間，就必須提高生產(chǎn)的自動化程度。自動送料機構就是為實現(xiàn)生產(chǎn)中送料工序 自動化而設計的一種專用機構。在以前的軸承清洗中的清洗、退磁都分開進行的，在如 今全自動的生產(chǎn)中大大節(jié)約了時間，節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時還按用戶特殊要求研制、開 發(fā)、生產(chǎn)了用于清洗軟磁器件、精密軸承零件的專用超聲波清洗設備，在生產(chǎn)中發(fā)揮了 良好的作用加之超聲波清洗和自動送料和退磁、清洗同步進行使如今的軸承的制造清洗 的效率大大提高，減少勞動力，也使產(chǎn)品合格率大大提升。 1.3 超聲波的分類及其主要工作器件 我們可以根據(jù)超聲波清洗的機理，可選擇最佳的狀態(tài)，并得到最好的清洗效果。但 是我們還應要選擇適合的聲強。如果聲強過高，則會產(chǎn)生大量的氣泡，在聲波表面會形 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 3 成屏障，所有的液體空間就不容易被聲波所輻射，在遠離聲源的地方，工件的清洗度不 夠。同時，聲強過高，過大的氣泡膨脹，在聲波壓縮相內(nèi)，氣泡閉合不及時。聲強范圍 為 10Wcm220Wc m2。對于一些塑料表面難于清洗的污垢，則應采用較高的聲強進 行清洗。 超聲清洗設備一般可被分兩類，即通用和專用兩種機型清洗設備。如圖 1-1 所示: 圖 1-1 超聲波清洗機大致的結構分布圖 1.3.1 通用超聲波清洗機 超聲電源和清洗器合為一體或分開布局是超聲波清洗機結構一般的兩種形式，一般 的小功率(200W 以下)，清洗機用一體式結構，但是分體式結構運用于大功率清洗機。 分體式結構超聲波清洗機由清洗缸，換能器，發(fā)生器三大主要部分構成，如下圖 1-2 所示： 圖 1-2 分體式超聲波清洗器 超聲波清洗機的清洗缸：超聲波清洗機的清洗缸是用來裝載被清洗工件和清洗液的 容器，材料一般為不銹鋼。一般可在網(wǎng)狀框架內(nèi)先裝工件，再放到缸內(nèi)，一起進行清洗 工作。 超聲波發(fā)生器：對于超聲波發(fā)生器，從使用的元器件種類大致可以分 為三類：1.可控硅式，2.電子管式，3.晶體管式。隨著科技的進步，當前已經(jīng)發(fā)展到 “功率模塊”的方式，也就是用大的輸出功率，其功率范圍是幾十瓦到幾千瓦不等，相 應的工作頻率也從 15kHz40kHzo 都有。 1.3.2 超聲清洗機用的超聲波發(fā)生器 超聲波清洗機所用的超聲波發(fā)生器，有以下的特點： (1)隨著清洗液深度的改變，換能器的共振頻率和阻抗變化很大，并且不易調(diào)節(jié)。不 過實踐證明，當槽內(nèi)放進適量清洗物后，改問題可以解決。 (2)一般來說，由于清洗負載變動較小，可以不要求復雜的頻率自動跟蹤電路。 無錫太湖學院學士學位論文 4 (3)實用超聲波發(fā)生器，大多數(shù)采用大功率自激式反饋振蕩器。 超聲波換能器：超聲 波清洗機用的換能器主要有以下幾種： 磁致伸縮換能器 國內(nèi)用的磁致伸縮換能器大多數(shù)是用鎳片疊成的窗口型換能器， 將它銀焊在清洗缸底部，然后用導線在窗口上繞一定卷數(shù)而成。此種換能器能承受較大 功率，且可靠性好，使用壽命長。缺點為效率較壓電換能器低，原材料鎳片價格貴，如 圖 1-3 所示: 圖 1-3 磁致伸縮換能器 壓電式換能器 目前國內(nèi)外大多數(shù)超聲清洗設備，用的是該種換能器，勘 L 形結如 圖 1-4 所示： 圖 1-4 壓電式換能器簡圖 這種壓電式換能器，一般由兩片壓電陶瓷晶片所構成。一個清洗設備會用多個換能 器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部，經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接，才組成一臺清洗機的換能器。換能器基 元之間距對于頻率 20kH4 一般在 510mm，如果變大了，容易發(fā)生彎曲振動的情況，而 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 5 且振動板受到腐蝕的同時輻射面相對會變得少了。 通用超聲波清洗設備，清洗零件的適用性廣，已應用于核材料、指針、化學、物理、 鏡片、航海、分子工業(yè)、軍事器械等許多的行業(yè)。 1.3.3 專用超聲波清洗機 該清洗設備主要安裝在某些特定物件清洗的生產(chǎn)流水線上。超聲清洗設備的主要參 數(shù)：（1）頻率，（2）清洗介質(zhì)，（3）功率密度，（4）超聲波頻率，（5）清洗溫度。 圖 1-5 為常見的的軟磁器件超聲清洗設備，在清洗工件時，被清洗物件從進料口，可 傳動的不銹鋼專用網(wǎng)帶送到超聲清洗槽進行清洗，再經(jīng)過噴淋、烘干等工序后出料，實 現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫。工藝流程：進料 前噴淋 超聲波清洗 后通 噴淋 風刀吹劈 熱風烘干 冷風 出料。 圖 1-5 軟磁器件專用超聲波清洗設備 各工序簡要說明如下： 進料:物件進料可采用半自動進料。 除油:包含乳化液、防銹油、超聲波清洗機光滑油等。適宜于各種油泵油嘴和航空軸 承等精細機械零件、汽車零件電子元器件、機車零件、電鍍零件、藥芯焊絲帶鋼、磁 性資料、收縮機零件線路板、半導體資料、液壓件、化纖滌綸過濾芯（板）、光學玻 璃、鐘表首飾以及兵器零件等。 除銹除氧化皮:采取超聲波清洗，并輔以先進的清洗工藝，以弱酸代替強酸，既可保 障對各種外形尺寸的工件型材（如各種碳鋼和不銹鋼板材、盤圓等）實行疾速、徹底、 少凈化地除去銹蝕或氧化皮，效力高、質(zhì)量好有的還適于大工業(yè)在線解決。 烘干：是使軸承表面的水分脫離軸承，防止軸承在空氣中生銹。 出料：物件出料可采用半自動出料。 本次畢業(yè)設計的四通道超聲波軸承清洗機是采用 PLC 控制的全自動的超聲波清洗機。 在 PLC 自動控制器的控制下自動送料、自動感應退磁、自動記數(shù)、全程清洗噴淋風干、 全程監(jiān)控報警在現(xiàn)代化的制造加工。 其中軟磁器件專用超聲波清洗設備的原理圖如圖 1-6 所示： 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 1-6 軟磁器件專用超聲波清洗設備的原理圖 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 7 2 總體方案設計 2.1 總體方案設計的綜述 超聲波清洗機的構成：超聲波清洗機主要由超聲波清洗槽和超聲波發(fā)生器兩部分構 成。超聲波清洗槽采用堅固、彈性好、耐腐蝕的優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，底部安裝有超聲波換 能器振子；超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻高壓，通過電纜連接線傳導給換能器，換能器與振動 板一起產(chǎn)生高頻共振，從而使清洗槽中的溶劑受超聲波作用對污垢進行洗凈。 本次設計的主要是清洗 6203 型號的全自動超聲波清洗機。對于 6203 這種最大直徑 40 的小型的軸承的清洗，如果采用機械清洗則達不到要清洗的效果。圖 2-1 就體現(xiàn)了超 聲波清洗與機械清洗的效果對比。所以針對 6203 這樣小型軸承的清洗就采用超聲波清洗。 圖 2-1 超聲波清洗效果圖 超聲波清洗的原理 把液體裝入清洗槽內(nèi)，給槽內(nèi)作用超聲波。由于超聲波與聲波一 樣是一種疏密的振動波，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對液體中某一確定點進行觀察， 這點的壓力如圖 2-2 曲線 A 所示。以靜壓(一般一個大氣壓 )為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若 依次增強超聲波的強度，則壓力振幅也隨著增加，像圖 2-2 曲線 B。 圖 2-2 清洗槽內(nèi)液體的某一點受壓情況 無錫太湖學院學士學位論文 8 所謂負壓，但實際上負的壓力是不存在的,這是在液體中產(chǎn)生撕裂的力。且形成真空 的空泡，并被后面的壓縮力壓擠而破滅。這種在聲場作用下的振動，當聲壓達到超聲波 清洗一定值時，氣泡將迅猛增長，然后又突然閉合，在氣泡閉合時，由于液體間相互碰 撞產(chǎn)生強大的沖擊波，在其周圍化作用的沖擊波，其清洗過程中由下列四個因素作用所 引起產(chǎn)生上千個大氣壓的壓力。這也就是所說的用了空化作用的沖擊波。 2.2 超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器，通常稱為超聲波電箱、超聲波發(fā)生源、超聲波電源。它的作用是把 我們的市電（220V 或 380V，50 或 60Hz）轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信 號。從放大電路形式，可以采用線性放大電路和開關電源電路，大功率超聲波電源從轉(zhuǎn) 換效率方面考慮一般采用開關電源的電路形式。線性電源也有它特有的應用范圍，它的 優(yōu)點是可以不嚴格要求電路匹配，允許工作頻率連續(xù)快速變化。從目前超聲業(yè)界的情況 看，超聲波主要分為自激式和它激式電源。 2.2.1 超聲波發(fā)生器的簡述 超聲波發(fā)生器采用世界領先的他激式震蕩線路結構，較以前的自激式震蕩線路結構 在輸出功率增加 10%以上，電氣性能符合甲方提供銷的技術標準（出廠標準）。 2.2.2 超聲波發(fā)生器的原理 發(fā)生器的原理是首先由信號發(fā)生器來產(chǎn)生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正 弦信號，也可以是沖信號，這個特定頻率就是換能器的頻率，一般應用在超聲波設備中 的超聲波頻率為 20KHz、 25KHz、28KHz、33KHz 、40KHz 、60KHz、100KHz 或以上尚 未大量使用。但隨著以后精密清洗的不斷發(fā)展,相信使用面會逐步擴大。超聲波發(fā)生器電 原理如圖 2-3 所示： 圖 2-3 超聲波發(fā)生器電原理圖 2.3 清洗槽 軸承主要是通過清洗機的自動上料盤上料經(jīng)過二個超聲波清洗噴淋槽、一個風機風 干槽。所以機器的清洗槽就是有三個槽組成。如圖2-4總體示意： EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 9 圖 2-4 超聲波軸承清洗槽 1-.自循環(huán)入液口 2-溢流進液口 3.通風口 4. 冷卻水出液接口 5. 冷卻水出液接口 6. 自循環(huán)入液口 7. .溢流出液口 8. 超聲波振子 無錫太湖學院學士學位論文 10 由于采用浸沒式換能器（圖 2-5）獨立的超聲波振板工作。這種換能器一般有兩片壓 電陶瓷晶片組成。一臺清洗機用多個換能器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接 組成一臺清洗機的換能器。換能器基元之間距(對于頻率 20kH4 一般在 510mm 為佳， 太大了容易產(chǎn)生彎曲振動，且振動板受到腐蝕，同時輻射面相對減少。所以這種換能器 是粘接在 2.5mm 的 304 型鋼材的箱體內(nèi)。 圖 2-5 浸沒式換能器 超聲波換能器的工作溫度最好為 30-50。而且超聲波的工作環(huán)境必須是在液體環(huán)境 中，所以在導軌的下放放置振板的必須是能盛液體的容器，這樣才能正常工作。而在噴 淋槽內(nèi)要盛足夠的清洗液（柴油）。所以整個箱體是個容器。 2.4 自動送料機構 本機器的軸承清洗是在導軌上一一推進的，由于軸承的清洗是要時間得充足，本機 構采用PLC控制氣缸推進，可以設定氣缸的推動的間隙。 只有把軸承依次送到氣缸推動器口才能依次推進導軌才能清洗槽。 采用離心力的作用使軸承在擋料板的作用下，使軸承一一推進如圖2-6所示： 圖 2-6 上料機構 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 11 上料機構的上料圓盤在定方案時是沒有錐型圓臺的，在多次實驗后發(fā)現(xiàn)沒有中間圓 臺時會斷料，軸驅(qū)動是采用獨立的調(diào)速減速電機，這樣可以控制進料的速度。 在上料盤的導軌下面放置獨立的退磁器，退磁器是通過在推料氣缸上方的接近感應 開關來使退磁器工作，這樣節(jié)約能源。 在當今自動化的控制自然少不了PLC自動控制器，PLC的配套控制器熱電偶，接近感 應開關，油限位是自然少不了的元氣件。同時采用觸摸屏替代了原始的按鈕開關，電路 帶有故障報警的功能。下圖2-6為機器的電路圖。 圖 2-6 總電路圖 無錫太湖學院學士學位論文 12 3 清洗槽的具體設計 3.1 導軌的結構 導軌的設計十分繁雜，在經(jīng)過多次實驗最后，決定了以下的方案：該清洗機導軌的 作用是讓軸承在清洗槽上順利的依次經(jīng)過，擬訂的方案是在一排支架上安裝小滾軸，這 樣軸承就能順利的通過，但為了清洗的效果，還在導軌的下方安裝了噴針，最后設定如 圖3-1所示，導軌則是成對制作成對使用的，左右導軌是分別記有L、R的英文字母標記。 導軌的材料為1Cr18Ni9Ti。 導軌的制作一定要精密。與導軌配套制作的是導軌的安裝支 架，如圖3-2 所示 圖 3-1 導軌的示意圖 圖 3-2 導軌支架 3.2 清洗油泵、風機的設計 油泵、風機都是清洗機的核心部件。噴淋、風干也是清洗的必要步驟。噴油和出風 一定要讓 6203 軸承的內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)起來的要求?？紤]到所需的工作條件，圖 3-3 為所選的油 泵的型號； 圖 3-3 油泵的型號 該油泵的適用范圍：2CY 系列齒輪油泵適用于輸送不含顆粒纖維，無腐蝕性，溫度 不高于 200，粘度不大于 1500CST 的重油、柴油、機械油，以及性質(zhì)類似的其它液體， EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 13 可作為傳輸，增壓，燃油噴射，液壓以及潤滑泵，不銹鋼齒輪泵適于輸送不含固體腐蝕 介質(zhì)。 該油泵的用途： 1.在輸油系統(tǒng)中可用作傳輸，增壓泵。 2.在燃油系統(tǒng)中可用作輸送，加壓，噴射的燃油泵。 3.在液壓系統(tǒng)中可用作提供液壓動力的液壓泵。 4.在一切工業(yè)領域中，均可作潤滑油泵用。 結構特點： 2CY 系列齒輪泵是有泵體、泵蓋、齒輪、軸承套以及軸端密封等零部件組成。 齒輪均經(jīng)氮化處理，有較高的硬度和耐磨性，與軸一同安裝在軸套內(nèi)。泵內(nèi)所有 運轉(zhuǎn)部件均利用其輸送的介質(zhì)潤滑。泵內(nèi)四個軸承套在泵體內(nèi)安裝，隨工作壓力 大小自動調(diào)整端面間隙，因此泵的壓力穩(wěn)定，輸出流量脈動小，容積率高。 圖 3-4 2CY 型泵油泵 圖 3-5 2CY 型泵外形及安裝尺寸 無錫太湖學院學士學位論文 14 2CY 系列齒輪油泵,該系列齒輪油泵結構簡單緊湊，使用維護方便，適應性強， 效率高。 2CY 型臥式離心泵的電機為 380 級 4KW.流量為 2.17-127.78L/S 的功率足以應付像 6203 型的軸承的力量.為了以后清洗更大的軸承欲留。而在風機方面,因為其工作不太嚴 密,所以就選用電機為 380 級 4KW 的風機。如圖 3-4 為 2CY 型泵油泵，圖 3-5 為 2CY 型 泵外形及安裝尺寸。 3.3 油噴針和風噴嘴設計 噴針是采用有機材料 50*50*200 的中心打通在鉆上傾斜細孔,傾斜主要是為了讓軸承 內(nèi)圈容易旋轉(zhuǎn).風噴也是同樣的原理采用空心的鍍鋅管尺寸直徑 8 毫米.采用支架定位。 其中噴針的構造如圖 3-6 所示，風噴嘴如圖 3-7 所示。 圖 3-6 噴針的構造圖 圖 3-7 風噴嘴 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 15 4 自動送料機構的設計 4.1 原理、結構及工作過程 由于的結構的特殊性,所以自動上料機構則采用旋轉(zhuǎn)離心力的作用將軸承送進預定好 的送料汽缸位置.該機構有上料圓盤 、擋料板、推料汽缸、接近開關組成。圖 4-1 為該機 構的結構。 圖 4-1 上料機構 4.2 軸的設計及校核 送料機構中一共使用了 1 根軸，軸是主要是連接減速電機與上料圓盤的中間機構。 在這根軸中，承受負載波動，重量大的慣性離心力，軸受離心力作用，故需要進行嚴格 的校核。提供轉(zhuǎn)動中心的作用。上軸結構簡單，只起固定輥軸，提供轉(zhuǎn)動中心的作用， 故不作校核現(xiàn)對中軸進行校核計算，如下： 軸的材料無特殊要求，因為 45 剛是最常用的材料，故選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，查表得強度 極限 b=640Mpa , 屈服極限 s=355MPa。軸的計算步驟如下： 設計軸的結構如圖 4-2 所示： 圖 4-2 軸的結構 無錫太湖學院學士學位論文 16 軸的工作能力計算指的是軸的強度剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算，多數(shù)情況下軸 的工作能力取決于軸的強度，所以在此只對軸的強度進行校核；軸的受力如圖 4-3 所示： 圖 4-3 軸的受力簡圖 轉(zhuǎn)矩 由上面計算可知 4,150/minpkwnr 由公式 195/iTr 取 32N 圓周力 13256tFd 4t 徑向力 antan0r154rFN 計算支撐反力 水平面反力 1rrpFlPl 將數(shù)據(jù)代入公式有 42584161498r 2r 230rFN a) 水平面受力及彎矩圖如圖 4-4 所示 圖 4-4 軸在水平面的受力分析圖 b) 垂直面受力及彎矩圖如圖 4-5 所示 1ttFFll EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 17 730N 15420816tF1tF 圖 4-5 垂直面受力及彎矩圖 同樣由公式得 926N215480156tF2tF c)合成彎矩圖如圖 4-6 所示 圖 4-6 軸的合成彎矩圖 應力校正系數(shù) 的選取 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的不同引入應力校正系數(shù) (1) 單向旋轉(zhuǎn)載荷穩(wěn)定，切應力接近不變，r=+1 0.31b (2) 單向旋轉(zhuǎn)載荷不穩(wěn)定，切應力接近脈沖循環(huán)，r=0 0.60b (3) 連續(xù)正反轉(zhuǎn)，載荷不穩(wěn)定，切應力接近對稱循環(huán),r=-1 =11 對于固定心軸，考慮啟動停車等影響，彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循 環(huán)變應力，所以取 =0.6 轉(zhuǎn)矩圖如圖 4-7 所示 無錫太湖學院學士學位論文 18 圖 4-7 軸的轉(zhuǎn)矩圖 ， 如圖 4-7 0.67420Nm ， 如圖 4-7 13219 根據(jù)第三強度理論計算該軸的大小 2MTW32dmax1b 根據(jù)轉(zhuǎn)矩圖得出 26mm 40mm 31min056.d 19mm 26mm 32min409.6d 經(jīng)校核，軸無嚴重過載，且各危險截面都能達到要求，所以該軸合格。 4.3 軸承的設計和校核 本設計中的送料裝置中一共使用兩種軸承，其中上輥軸使用的軸承所承受的軸承應 力比較小，故不做校核，現(xiàn)對中滾軸的軸承進行校核。 軸承 1 選用 6002 型深溝球軸承，軸承 2 選用 6005 型深溝球軸承，軸承數(shù)據(jù)如表 4-1 所示： 表 4-1 軸承的數(shù)據(jù) 軸承型號 d（mm） D(mm) Cr（N） （N）rC0 6002 15 32 5580 2850 6005 25 47 10000 5850 軸承1的校核如表4-2所示 表4-2 軸承1的校核 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 軸承1的徑向載荷 rF12211498730rxyF184rFN 軸承轉(zhuǎn)速 n由以上可知， min/51rmin/5 軸向載荷 a1由以上計算可知， =0 Na=0 Na1rCF0/ =0/9420raCF0/ =0rCF0/ EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機送料機構設計 19 e e=0.16raF/ =0/844raF/ 0
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