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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： EG-6203 四通道超聲波軸承 清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923242 學(xué)生姓名： 馬佳富 指導(dǎo)教師： 范圣耀 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） EG-6203 四 通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中 特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 95 學(xué) 號(hào)： 0923242 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jìn)行實(shí)習(xí)，在軸承的清洗過程中涉 及到軸承的清洗，而軸承的清洗機(jī)在市場(chǎng)上有很多種，本人實(shí)習(xí)的 公司用的是先進(jìn)的超聲波軸承清洗機(jī)，所以我就選取超聲波軸承清 洗機(jī)上的一個(gè)機(jī)構(gòu)——送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 超聲波清洗(簡(jiǎn)稱超聲清洗)是將超聲波的振動(dòng)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(dú)特的清洗效果泛 地應(yīng)用于機(jī)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)?，F(xiàn)階段，我國(guó)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(duì)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(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉超聲波清洗技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來提出的對(duì) 于軸承進(jìn)行的全自動(dòng)的清洗技術(shù)。 ② 熟練掌握超聲波清洗設(shè)備的分類，超聲波清洗時(shí)的工藝流程等。 ③了解超聲波清洗機(jī)的內(nèi)部主要器件及其作用，對(duì)超聲波清洗機(jī)的 送料機(jī)構(gòu)各個(gè)零件進(jìn)行分析，掌握各構(gòu)件的作用及校核； ④對(duì) PLC 技術(shù)在超聲波清洗裝備中的應(yīng)用，使設(shè)備能夠進(jìn)行全自動(dòng) 清洗。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)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(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)〕 簽名 III 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格和國(guó)際上對(duì)環(huán)保要求力度的加強(qiáng)，我國(guó)精密零 件清洗工業(yè)受到極大的挑戰(zhàn)，長(zhǎng)期在精密零件清洗領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)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(diǎn)。阻礙了國(guó)內(nèi)清洗工業(yè)的發(fā)展。 本文主要對(duì)EG-6203型的軸承的生產(chǎn)中的清洗的工序的清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)，它也是利用 當(dāng)今的科技超聲波清洗代替了原來的機(jī)械清洗，工作過程如下：將要清洗的軸承放入自 動(dòng)上料機(jī)構(gòu)的上料圓盤，上料圓盤在減速電機(jī)的帶動(dòng)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(jìn)入導(dǎo)歸軌，再依次進(jìn)入推料氣缸的位置，在感應(yīng)接觸開關(guān)控 制氣缸在送料之前，上料臺(tái)的導(dǎo)軌下有退磁器將軸承的磁性去掉，然后進(jìn)入超聲波清洗 槽，然后是甩干槽，最后進(jìn)入注脂包裝生產(chǎn)線。本次設(shè)計(jì)的EG-6203型軸承超聲波清洗機(jī) 是PLC控制的全自動(dòng)超聲波清洗機(jī)。其具備了自動(dòng)送料、自動(dòng)感應(yīng)退磁、自動(dòng)記數(shù)、全程 清洗噴淋風(fēng)干、全程監(jiān)控報(bào)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(guān)鍵詞：超聲波；軸承清洗機(jī)；上料機(jī)構(gòu)；自動(dòng)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, what’s 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 bearing’s 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(diǎn) 1 1.2.2 現(xiàn)代超聲波在軸承清洗中的發(fā)展趨勢(shì) 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(jī) 3 1.3.2 超聲清洗機(jī)用的超聲波發(fā)生器 3 1.3.3 專用超聲波清洗機(jī) .5 2 總體方案設(shè)計(jì) .7 2.1 總體方案設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(dòng)送料機(jī)構(gòu) .10 3 清洗槽的具體設(shè)計(jì) .12 3.1 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) .12 3.2 清洗油泵、風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì) .12 3.3 油噴針和風(fēng)噴嘴設(shè)計(jì) 14 4 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .15 4.1 原理、結(jié)構(gòu)及工作過程 15 4.2 軸的設(shè)計(jì)及校核 15 4.3 軸承的設(shè)計(jì)和校核 18 4.4 擋料板的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)的要求 21 4.5.3 齒輪的設(shè)計(jì)及校核 21 5 自動(dòng)控制電路 .25 VI 5.1 PLC 簡(jiǎn)介 25 5.1.1 下列為 I/O 分配表 .26 5.1.2 下列為本設(shè)計(jì)的程序符號(hào)注釋表 27 5.1.3 人機(jī)界面控制 30 5.1.4 本程序的梯形圖30 6 結(jié)論與展望 .32 6.1 結(jié)論 32 6.2 不足之處及未來展望 32 致 謝 .33 參考文獻(xiàn) .34 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 課題來源 由于我在一家軸承制造廠家進(jìn)行實(shí)習(xí)，在軸承的清洗過程中涉及到軸承的清洗，而 軸承的清洗機(jī)在市場(chǎng)上有很多種，本人實(shí)習(xí)的公司用的是先進(jìn)的超聲波軸承清洗機(jī)，所 以我就選取超聲波軸承清洗機(jī)上的一個(gè)機(jī)構(gòu)——送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 人類對(duì)蝙蝠做實(shí)驗(yàn)并第一次發(fā)現(xiàn)超聲波的時(shí)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(qiáng)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(jī)在 1951 年首次出現(xiàn)的。超聲清洗，是利用超聲波的振動(dòng)，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(dāng)今,超聲清洗憑借它獨(dú)特的清洗效果，廣泛地應(yīng)用 于各個(gè)行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，軸承制造業(yè)也相應(yīng)的快速發(fā)展起來。當(dāng)前的階段， 隨著改革開放，我國(guó)加入世貿(mào)組織，我國(guó)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(zhǎng)沒有放緩，繼續(xù)上升。隨著該行業(yè)的快速的 發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)也相應(yīng)的變得更加的激烈，隨之對(duì)清洗軸承的標(biāo)準(zhǔn)也變的高了，所以關(guān)于軸 承清洗設(shè)備的需求數(shù)量變大。 1.2 課題意義 在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下，對(duì)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(jì)效益。當(dāng)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(diǎn)是價(jià)格經(jīng)濟(jì)，洗凈效果良好，特別是在國(guó) 際社會(huì)對(duì)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(jī)可以應(yīng)用于清洗體形 大小不一，形狀復(fù)雜，清潔度要求高的工件。例如可用于清洗手機(jī)零件、飛機(jī)零件、電 腦零件、動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)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(guān)的核材料、電極引線等電子類產(chǎn)品。 我國(guó)加入WTO后，國(guó)外越來越多的廠家已經(jīng)落戶中國(guó)，產(chǎn)品質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)和靜音軸承的 開發(fā)、應(yīng)用也勢(shì)在必行，提高軸承潔凈度水平也可促進(jìn)和改善現(xiàn)有軸承的清洗技術(shù)和工 藝管理水平，同時(shí)也是提高我國(guó)軸承行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。 1.2.1 超聲波清洗的特點(diǎn) 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(shí)間短,清洗效果好，凡是 能被液體浸到的被清洗件，超聲對(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的清洗技術(shù)。 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(duì)玻璃、金屬等反射強(qiáng) 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(qiáng)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(wù)的廠家，其產(chǎn)品清洗成為一大 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)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(shù)的具體應(yīng)用范圍： (1) 機(jī)械行業(yè)：防銹油脂的去除；量具的清洗；機(jī)械零部件的除油除銹；發(fā)動(dòng)機(jī)、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(diǎn)等機(jī)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(shí)驗(yàn)器皿的清洗等。 (6) 半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)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(xué)、生物行業(yè)：實(shí)驗(yàn)器皿的清洗、除垢。 (9) 光學(xué)行業(yè)：光學(xué)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(shì) 軸承在當(dāng)今的國(guó)民生產(chǎn)的應(yīng)用是非常廣泛的。中國(guó)是軸承生產(chǎn)大國(guó)，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(xì)小的顆粒和磁性。在自動(dòng)化之前，直至現(xiàn)在一些小廠還沿用獨(dú)立的退磁 機(jī)去磁然后用機(jī)械式的液體壓力清洗。這樣大大浪費(fèi)勞動(dòng)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(jī)械振動(dòng)，清洗液在超聲振動(dòng)下，產(chǎn)生具有數(shù)千萬個(gè)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(shí)提高效率，減少勞動(dòng)力。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的四通道超聲波軸承清洗機(jī)是采用 PLC 控制的全自動(dòng)的超聲波清洗機(jī)。 在 PLC 自動(dòng)控制器的控制下自動(dòng)送料、自動(dòng)感應(yīng)退磁、自動(dòng)記數(shù)、全程清洗噴淋風(fēng)干、 全程監(jiān)控報(bào)警在現(xiàn)代化的制造加工。 生產(chǎn)過程中，消耗于送料的時(shí)間損失是組成零件單件加工時(shí)間的一部分，它屬于輔 助時(shí)間。要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時(shí)間將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而要想減 少輔助時(shí)間，就必須提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)就是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中送料工序 自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的一種專用機(jī)構(gòu)。在以前的軸承清洗中的清洗、退磁都分開進(jìn)行的，在如 今全自動(dòng)的生產(chǎn)中大大節(jié)約了時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時(shí)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(shè)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(dòng)送料和退磁、清洗同步進(jìn)行使如今的軸承的制造清洗 的效率大大提高，減少勞動(dòng)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(jī)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(yīng)要選擇適合的聲強(qiáng)。如果聲強(qiáng)過高，則會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，在聲波表面會(huì)形 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 成屏障，所有的液體空間就不容易被聲波所輻射，在遠(yuǎn)離聲源的地方，工件的清洗度不 夠。同時(shí)，聲強(qiáng)過高，過大的氣泡膨脹，在聲波壓縮相內(nèi)，氣泡閉合不及時(shí)。聲強(qiáng)范圍 為 10W／cm2—20W／c m2。對(duì)于一些塑料表面難于清洗的污垢，則應(yīng)采用較高的聲強(qiáng)進(jìn) 行清洗。 超聲清洗設(shè)備一般可被分兩類，即通用和專用兩種機(jī)型清洗設(shè)備。如圖 1-1 所示: 圖 1-1 超聲波清洗機(jī)大致的結(jié)構(gòu)分布圖 1.3.1 通用超聲波清洗機(jī) 超聲電源和清洗器合為一體或分開布局是超聲波清洗機(jī)結(jié)構(gòu)一般的兩種形式，一般 的小功率(200W 以下)，清洗機(jī)用一體式結(jié)構(gòu)，但是分體式結(jié)構(gòu)運(yùn)用于大功率清洗機(jī)。 分體式結(jié)構(gòu)超聲波清洗機(jī)由清洗缸，換能器，發(fā)生器三大主要部分構(gòu)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(jī)的清洗缸：超聲波清洗機(jī)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(jìn)行清洗 工作。 超聲波發(fā)生器：對(duì)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(jìn)步，當(dāng)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(yīng)的工作頻率也從 15kHz—40kHzo 都有。 1.3.2 超聲清洗機(jī)用的超聲波發(fā)生器 超聲波清洗機(jī)所用的超聲波發(fā)生器，有以下的特點(diǎn)： (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(shí)踐證明，當(dāng)槽內(nèi)放進(jìn)適量清洗物后，改問題可以解決。 (2)一般來說，由于清洗負(fù)載變動(dòng)較小，可以不要求復(fù)雜的頻率自動(dòng)跟蹤電路。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 (3)實(shí)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(jī)用的換能器主要有以下幾種： ①磁致伸縮換能器 國(guó)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(dǎo)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(zhǎng)。缺點(diǎn)為效率較壓電換能器低，原材料鎳片價(jià)格貴，如 圖 1-3 所示: 圖 1-3 磁致伸縮換能器 ②壓電式換能器 目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)超聲清洗設(shè)備，用的是該種換能器，勘 L 形結(jié)如 圖 1-4 所示： 圖 1-4 壓電式換能器簡(jiǎn)圖 這種壓電式換能器，一般由兩片壓電陶瓷晶片所構(gòu)成。一個(gè)清洗設(shè)備會(huì)用多個(gè)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(tái)清洗機(jī)的換能器。換能器基 元之間距對(duì)于頻率 20kH4 一般在 5—10mm，如果變大了，容易發(fā)生彎曲振動(dòng)的情況，而 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 且振動(dòng)板受到腐蝕的同時(shí)輻射面相對(duì)會(huì)變得少了。 通用超聲波清洗設(shè)備，清洗零件的適用性廣，已應(yīng)用于核材料、指針、化學(xué)、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(jī) 該清洗設(shè)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(shè)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(shè)備，在清洗工件時(shí)，被清洗物件從進(jìn)料口，可 傳動(dòng)的不銹鋼專用網(wǎng)帶送到超聲清洗槽進(jìn)行清洗，再經(jīng)過噴淋、烘干等工序后出料，實(shí) 現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫。工藝流程：進(jìn)料 前噴淋 超聲波清洗 后通 噴淋 風(fēng)刀吹劈 熱風(fēng)烘干 冷風(fēng) 出料。 圖 1-5 軟磁器件專用超聲波清洗設(shè)備 各工序簡(jiǎn)要說明如下： ① 進(jìn)料:物件進(jìn)料可采用半自動(dòng)進(jìn)料。 ② 除油:包含乳化液、防銹油、超聲波清洗機(jī)光滑油等。適宜于各種油泵油嘴和航空軸 承等精細(xì)機(jī)械零件、汽車零件電子元器件、機(jī)車零件、電鍍零件、藥芯焊絲帶鋼、磁 性資料、收縮機(jī)零件線路板、半導(dǎo)體資料、液壓件、化纖滌綸過濾芯（板）、光學(xué)玻 璃、鐘表首飾以及兵器零件等。 ③ 除銹除氧化皮:采取超聲波清洗，并輔以先進(jìn)的清洗工藝，以弱酸代替強(qiáng)酸，既可保 障對(duì)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(shí)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。 ④ 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。 ⑤ 出料：物件出料可采用半自動(dòng)出料。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的四通道超聲波軸承清洗機(jī)是采用 PLC 控制的全自動(dòng)的超聲波清洗機(jī)。 在 PLC 自動(dòng)控制器的控制下自動(dòng)送料、自動(dòng)感應(yīng)退磁、自動(dòng)記數(shù)、全程清洗噴淋風(fēng)干、 全程監(jiān)控報(bào)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(shè)備的原理圖如圖 1-6 所示： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 1-6 軟磁器件專用超聲波清洗設(shè)備的原理圖 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 總體方案設(shè)計(jì)的綜述 超聲波清洗機(jī)的構(gòu)成：超聲波清洗機(jī)主要由超聲波清洗槽和超聲波發(fā)生器兩部分構(gòu) 成。超聲波清洗槽采用堅(jiān)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(dǎo)給換能器，換能器與振動(dòng) 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(duì)污垢進(jìn)行洗凈。 本次設(shè)計(jì)的主要是清洗 6203 型號(hào)的全自動(dòng)超聲波清洗機(jī)。對(duì)于 6203 這種最大直徑 40 的小型的軸承的清洗，如果采用機(jī)械清洗則達(dá)不到要清洗的效果。圖 2-1 就體現(xiàn)了超 聲波清洗與機(jī)械清洗的效果對(duì)比。所以針對(duì) 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(dòng)波，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對(duì)液體中某一確定點(diǎn)進(jìn)行觀察， 這點(diǎn)的壓力如圖 2-2 曲線 A 所示。以靜壓(一般一個(gè)大氣壓 )為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若 依次增強(qiáng)超聲波的強(qiáng)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(diǎn)受壓情況 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 所謂負(fù)壓，但實(shí)際上負(fù)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(chǎng)作用下的振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到超聲波 清洗一定值時(shí)，氣泡將迅猛增長(zhǎng)，然后又突然閉合，在氣泡閉合時(shí)，由于液體間相互碰 撞產(chǎn)生強(qiáng)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(gè)因素作用所 引起產(chǎn)生上千個(gè)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(hào)。從放大電路形式，可以采用線性放大電路和開關(guān)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(guān)電源的電路形式。線性電源也有它特有的應(yīng)用范圍，它的 優(yōu)點(diǎn)是可以不嚴(yán)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(jiǎn)述 超聲波發(fā)生器采用世界領(lǐng)先的他激式震蕩線路結(jié)構(gòu)，較以前的自激式震蕩線路結(jié)構(gòu) 在輸出功率增加 10%以上，電氣性能符合甲方提供銷的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（出廠標(biāo)準(zhǔn)）。 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(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以是正 弦信號(hào)，也可以是沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率就是換能器的頻率，一般應(yīng)用在超聲波設(shè)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(huì)逐步擴(kuò)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(jī)的自動(dòng)上料盤上料經(jīng)過二個(gè)超聲波清洗噴淋槽、一個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng) 干槽。所以機(jī)器的清洗槽就是有三個(gè)槽組成。如圖2-4總體示意： EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 圖 2-4 超聲波軸承清洗槽 1-.自循環(huán)入液口 2-溢流進(jìn)液口 3.通風(fēng)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 由于采用浸沒式換能器（圖 2-5）獨(dú)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(tái)清洗機(jī)用多個(gè)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(tái)清洗機(jī)的換能器。換能器基元之間距(對(duì)于頻率 20kH4 一般在 5—10mm 為佳， 太大了容易產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，且振動(dòng)板受到腐蝕，同時(shí)輻射面相對(duì)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(dǎo)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(gè)箱體是個(gè)容器。 2.4 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) 本機(jī)器的軸承清洗是在導(dǎo)軌上一一推進(jìn)的，由于軸承的清洗是要時(shí)間得充足，本機(jī) 構(gòu)采用PLC控制氣缸推進(jìn)，可以設(shè)定氣缸的推動(dòng)的間隙。 只有把軸承依次送到氣缸推動(dòng)器口才能依次推進(jìn)導(dǎo)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(jìn)如圖2-6所示： 圖 2-6 上料機(jī)構(gòu) EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 上料機(jī)構(gòu)的上料圓盤在定方案時(shí)是沒有錐型圓臺(tái)的，在多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)沒有中間圓 臺(tái)時(shí)會(huì)斷料，軸驅(qū)動(dòng)是采用獨(dú)立的調(diào)速減速電機(jī)，這樣可以控制進(jìn)料的速度。 在上料盤的導(dǎo)軌下面放置獨(dú)立的退磁器，退磁器是通過在推料氣缸上方的接近感應(yīng) 開關(guān)來使退磁器工作，這樣節(jié)約能源。 在當(dāng)今自動(dòng)化的控制自然少不了PLC自動(dòng)控制器，PLC的配套控制器熱電偶，接近感 應(yīng)開關(guān)，油限位是自然少不了的元?dú)饧?。同時(shí)采用觸摸屏替代了原始的按鈕開關(guān)，電路 帶有故障報(bào)警的功能。下圖2-6為機(jī)器的電路圖。 圖 2-6 總電路圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 清洗槽的具體設(shè)計(jì) 3.1 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)十分繁雜，在經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)最后，決定了以下的方案：該清洗機(jī)導(dǎo)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(dǎo)軌的下方安裝了噴針，最后設(shè)定如 圖3-1所示，導(dǎo)軌則是成對(duì)制作成對(duì)使用的，左右導(dǎo)軌是分別記有L、R的英文字母標(biāo)記。 導(dǎo)軌的材料為1Cr18Ni9Ti。 導(dǎo)軌的制作一定要精密。與導(dǎo)軌配套制作的是導(dǎo)軌的安裝支 架，如圖3-2 所示 圖 3-1 導(dǎo)軌的示意圖 圖 3-2 導(dǎo)軌支架 3.2 清洗油泵、風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì) 油泵、風(fēng)機(jī)都是清洗機(jī)的核心部件。噴淋、風(fēng)干也是清洗的必要步驟。噴油和出風(fēng) 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(hào)； 圖 3-3 油泵的型號(hào) 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(jī)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(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 可作為傳輸，增壓，燃油噴射，液壓以及潤(rùn)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(dòng)力的液壓泵。 4.在一切工業(yè)領(lǐng)域中，均可作潤(rùn)滑油泵用。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 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(yùn)轉(zhuǎn)部件均利用其輸送的介質(zhì)潤(rùn)滑。泵內(nèi)四個(gè)軸承套在泵體內(nèi)安裝，隨工作壓力 大小自動(dòng)調(diào)整端面間隙，因此泵的壓力穩(wěn)定，輸出流量脈動(dòng)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 2CY 系列齒輪油泵,該系列齒輪油泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，使用維護(hù)方便，適應(yīng)性強(qiáng)， 效率高。 2CY 型臥式離心泵的電機(jī)為 380 級(jí) 4KW.流量為 2.17-127.78L/S 的功率足以應(yīng)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(fēng)機(jī)方面,因?yàn)槠涔ぷ鞑惶珖?yán) 密,所以就選用電機(jī)為 380 級(jí) 4KW 的風(fēng)機(jī)。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(fēng)噴嘴設(shè)計(jì) 噴針是采用有機(jī)材料 50*50*200 的中心打通在鉆上傾斜細(xì)孔,傾斜主要是為了讓軸承 內(nèi)圈容易旋轉(zhuǎn).風(fēng)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(gòu)造如圖 3-6 所示，風(fēng)噴嘴如圖 3-7 所示。 圖 3-6 噴針的構(gòu)造圖 圖 3-7 風(fēng)噴嘴 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 4 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1 原理、結(jié)構(gòu)及工作過程 由于的結(jié)構(gòu)的特殊性,所以自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)則采用旋轉(zhuǎn)離心力的作用將軸承送進(jìn)預(yù)定好 的送料汽缸位置.該機(jī)構(gòu)有上料圓盤 、擋料板、推料汽缸、接近開關(guān)組成。圖 4-1 為該機(jī) 構(gòu)的結(jié)構(gòu)。 圖 4-1 上料機(jī)構(gòu) 4.2 軸的設(shè)計(jì)及校核 送料機(jī)構(gòu)中一共使用了 1 根軸，軸是主要是連接減速電機(jī)與上料圓盤的中間機(jī)構(gòu)。 在這根軸中，承受負(fù)載波動(dòng)，重量大的慣性離心力，軸受離心力作用，故需要進(jìn)行嚴(yán)格 的校核。提供轉(zhuǎn)動(dòng)中心的作用。上軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只起固定輥軸，提供轉(zhuǎn)動(dòng)中心的作用， 故不作校核現(xiàn)對(duì)中軸進(jìn)行校核計(jì)算，如下： 軸的材料無特殊要求，因?yàn)?45 剛是最常用的材料，故選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，查表得強(qiáng)度 極限 b=640Mpa , 屈服極限 s=355MPa。軸的計(jì)算步驟如下：?? 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如圖 4-2 所示： 圖 4-2 軸的結(jié)構(gòu) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度剛度和震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算，多數(shù)情況下軸 的工作能力取決于軸的強(qiáng)度，所以在此只對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核；軸的受力如圖 4-3 所示： 圖 4-3 軸的受力簡(jiǎn)圖 轉(zhuǎn)矩 由上面計(jì)算可知 4,150/minpkwnr? 由公式 ??195/iTr 取 32N? 圓周力 13256tFd?? 4t 徑向力 antan0r??154rFN? 計(jì)算支撐反力 水平面反力 1rrpFlPl??? 將數(shù)據(jù)代入公式有 4258416?1498r? 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(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 730N 15420816tF???1tF? 圖 4-5 垂直面受力及彎矩圖 同樣由公式得 926N215480156tF???2tF? c)合成彎矩圖如圖 4-6 所示 圖 4-6 軸的合成彎矩圖 應(yīng)力校正系數(shù) 的選取? 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的不同引入應(yīng)力校正系數(shù) (1) 單向旋轉(zhuǎn)載荷穩(wěn)定，切應(yīng)力接近不變，r=+1 0.3??1b?????? (2) 單向旋轉(zhuǎn)載荷不穩(wěn)定，切應(yīng)力接近脈沖循環(huán)，r=0 0.6?0b (3) 連續(xù)正反轉(zhuǎn)，載荷不穩(wěn)定，切應(yīng)力接近對(duì)稱循環(huán),r=-1 =1?1?? 對(duì)于固定心軸，考慮啟動(dòng)停車等影響，彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力可視為脈動(dòng)循 環(huán)變應(yīng)力，所以取 =0.6? 轉(zhuǎn)矩圖如圖 4-7 所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4-7 軸的轉(zhuǎn)矩圖 ， 如圖 4-7 0.67????420Nm???? ， 如圖 4-7 13219 根據(jù)第三強(qiáng)度理論計(jì)算該軸的大小 2MTW???32d????max1b?? 根據(jù)轉(zhuǎn)矩圖得出 26mm 40mm 31min056.d??? 19mm 26mm 32min409.6d??? 經(jīng)校核，軸無嚴(yán)重過載，且各危險(xiǎn)截面都能達(dá)到要求，所以該軸合格。 4.3 軸承的設(shè)計(jì)和校核 本設(shè)計(jì)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(yīng) 力比較小，故不做校核，現(xiàn)對(duì)中滾軸的軸承進(jìn)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(hào) 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(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承1的徑向載荷 rF12211498730rxyF??184rFN? 軸承轉(zhuǎn)速 n由以上可知， min/51r?min/5 軸向載荷 a1由以上計(jì)算可知， =0 Na=0 Na1rCF0/ =0/9420raCF0/ =0rCF0/ EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 e e=0.16raF/ =0/844raF/ 0e 續(xù)表4-2 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 X、Y X=1，Y=0 沖擊載荷系數(shù) df =1.2df 當(dāng)量動(dòng)載荷P ()1.2840draPfXFY???P=1060.8N 軸承預(yù)期使用壽命 hL=hLht =24000hhL 計(jì)算額定動(dòng)載荷 ''33256.170170rnCP??'4261rCN? 基本額定動(dòng)載荷 r 由上表可知 =13200Nr 由于 ，故選用6002型深溝球軸承可以滿足軸承壽命的要求'4261rCN?r 軸承2的校核如表4-3所示： 表4-3 軸承2的校核 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 軸承2的徑向載荷 rF222231095rxyF???2976rFN? 軸承轉(zhuǎn)速 1n由以上可知， min/4r?min/451 軸向載荷 a2由以上計(jì)算可知， =0Na2 =0Na2raCF0/ =0/9420raCF0/ =0rCF0/ e e=0.16ra/ =0/952ra/ 0e X、Y X=1，Y=0 沖擊載荷系數(shù) df =1.2df 當(dāng)量動(dòng)載荷P ()1.2(9760)draPfXFY?????P=1171.2N 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 軸承預(yù)期使用壽命 hL=hLht240?=24000hhL 計(jì)算額定動(dòng)載荷 ''334517.66rnCP?'470rCN? 續(xù)表 4-3 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 基本額定動(dòng)載荷 rC由上表可知 =13200NrC 由于 ，故選用 6005 型深溝球軸承可以滿足 軸承壽命的要求。'470rN?r 4.4 擋料板的設(shè)計(jì) 雖然擋料板只是一個(gè)很小的配件，但是擋料板也有自己的作用，并且擋料板的好壞， 直接影響進(jìn)料的清洗。由于擋料板的重要性，所以不同廠家的清洗機(jī)的擋料機(jī)構(gòu)各種各 樣，但本臺(tái)機(jī)器的擋料機(jī)構(gòu)還是很合理，實(shí)踐得到了證實(shí)。下圖 4-8 是擋料板的結(jié)構(gòu)和軸 承的運(yùn)動(dòng)軌跡。 圖 4-8 擋料板與軸承運(yùn)行軌跡 4.5 齒輪的校核 4.5.1 齒輪的失效形式 齒輪最重要的部分為輪齒。它的失效形式主要有四種：輪齒折斷、齒面磨損、齒面 點(diǎn)蝕、和齒面膠合。 1．輪齒折斷 齒輪折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷。因?yàn)樵谳嘄X受載 時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根的過度部分的截面突變及加工刀痕等引起 的應(yīng)力集中的作用，當(dāng)齒輪重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使齒輪 疲勞折斷。輪齒因短時(shí)過載或沖擊過載而引起的突然折斷，稱為過載折斷。用淬火鋼或 鑄鐵等脆性材料制成的齒輪，容易發(fā)生這種斷齒。 2．齒面磨損 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 在齒輪的傳動(dòng)中，齒面隨著工作條件的不同會(huì)出現(xiàn)多種不同的磨損形式。例如當(dāng)嚙 合齒面間落入墜物（如沙粒，鐵屑等）時(shí)，齒面即被磨損而致報(bào)廢，這種磨損稱為磨粒 磨損，它是開式齒輪的主要失效形式之一，改用閉式齒輪是防止該失效的有效方法之一。 3．齒面點(diǎn)蝕 輪齒工作時(shí)，其工作表面產(chǎn)生的接觸壓應(yīng)力由零增加到一最大值，即齒面接觸應(yīng)力 是按脈動(dòng)循環(huán)變化的。在過高的接觸應(yīng)力的多次重復(fù)作用下，齒面表層就會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的 疲勞裂紋裂紋的蔓延擴(kuò)展使齒面的金屬微粒剝落下來而形成凹坑，即疲勞點(diǎn)蝕，繼續(xù)發(fā) 展以致輪齒嚙合情況惡化而報(bào)廢。實(shí)踐表明，疲勞點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。 齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力也越強(qiáng)。 軟齒面 （HBS≤350）的閉式齒輪傳動(dòng)常因齒面點(diǎn)蝕而失效。在開式傳動(dòng)中，由于齒面磨損較快， 點(diǎn)蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展即被磨掉，所以一般看不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 可以通過對(duì)齒面接觸疲 勞強(qiáng)度的計(jì)算，以便采取措施以避免齒面的點(diǎn)蝕；也可以通過提高齒面硬度和光潔度， 提高潤(rùn)滑油粘度并加入添加劑、減小動(dòng)載荷等措施提高齒面接觸強(qiáng)度。 4．齒面膠合， 在高速重載傳動(dòng)中，常因嚙合溫度升高而引起潤(rùn)滑失效，致使兩齒面金屬直接接觸 并相互粘聯(lián)。當(dāng)兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕裂出現(xiàn)溝紋，這種現(xiàn)象 稱為膠合。在低速重載傳動(dòng)中，由于齒面間不易形成潤(rùn)滑油膜也可能產(chǎn)生膠合破壞。提 高齒面硬度和光潔度能增強(qiáng)抗膠合能力。低速傳動(dòng)采用粘度較大的潤(rùn)滑油；高速傳動(dòng)采 用含抗膠合添加劑的潤(rùn)滑油，對(duì)于抗膠合也很有效。 4.5.2 齒輪設(shè)計(jì)的要求 齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè) 工作壽命期間不至失效。因此，針對(duì)齒輪工作情況及失效形式，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè) 計(jì)準(zhǔn)則。但是對(duì)于齒輪面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際而且行之有 效的計(jì)算方法，及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按保證齒根 彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒輪面接觸強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于高速大功率的齒輪傳動(dòng)（如 航空發(fā)電機(jī)主傳動(dòng)、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)等），還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì) 算。至于抵抗其他的失效能力，目前雖然不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取相應(yīng)的措施，以增強(qiáng)齒 輪抵抗這些失效的能力。 4.5.3 齒輪的設(shè)計(jì)及校核 1. 選用齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。 (1) 由傳動(dòng)方案得，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 (2) 送料機(jī)作為一般工作機(jī)器，速度不高，顧選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。 (3) 材料選擇。選擇齒輪材料為40Cr（調(diào)制），硬度為280HBS。 (4) 選齒輪齒數(shù) 取124z?2.345.2z??256z? 2. 按齒輪接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 ??1213()2.Et dHKTuZd????? (1) 確定各公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值 1) 選取載荷系數(shù) =1.3 t 2) 已知小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 =33200N mm1T? 3) 由機(jī)械設(shè)計(jì)書本10-7 選取齒寬系數(shù) d? 4) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =EZ1289.MPa 5) 由圖 10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限和大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 極限分別為 lim160HMPa??lim250H?? 6) 由式 10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9160960(2835)4.17hNnjL????9924.170.2613N?? 7) 由圖 10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 20HNK?0.5H? 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12得 ??132()FaSdTYmZ??????2li0.9552.HNKMPaS???? (2) 計(jì)算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中1d??10.830.574FNEKPMaS?? 較小的值 ??412 2313 .9.9.2.() ()6.135tEtdHKTuZd m???????? 2) 計(jì)算圓周轉(zhuǎn)速v 165.0/.9/60tnvmss???? 3) 計(jì)算齒輪寬度b 1.39.6dtb?? 4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 h65.0.713? 5) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù) 3.29/vms? 1.2vK? EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 直齒輪 ;1HFK?? 由表10-2 查得使用系數(shù) A 由表10-4 得用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置 1.423HBK? 由 =10.67， 查圖10-13得 ,bh.423HB 1.35FK?? 所以載荷系數(shù) 24.9AVHK??? 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 311.536.96.tdm? 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算校核 由彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式 ??132()FaSdKTYmZ???? (1) 確定各公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值 1) 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲的強(qiáng)度極限150FEMP?2380FEMPa?? 2) 查圖，取彎曲疲勞系數(shù) 12.8,.8NNK 3) J計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，求得 172Bm???20.83.64FNEKPaaS???? 4) 計(jì)算載荷系數(shù)K AVFK?? 5) 查詢齒形系數(shù) 12.65FaY2.aY 6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 8S?1764S? 7) 計(jì)算大小齒輪的 并加以比較??F?12.50.3937aSY???2.6.4.168FaS?? 大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 4321.59.10.61.9mm????? 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模 數(shù)，由于齒輪的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決 定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)可由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.99 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 算出小齒輪齒數(shù)169.5d? 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 134dzm?? 大齒輪的齒數(shù) 2.3478z??? 這樣設(shè)計(jì)的出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊避免浪費(fèi)。 4. 幾何尺寸計(jì)算 (1) 計(jì)算分度圓直徑 134268dzm??2715 (2) 計(jì)算中心距 1am?? (3) 計(jì)算齒輪寬度 168db??? 取 ，2B172 (4) 計(jì)算齒根圓半徑 *1 340.563fadzmhc m?????2 781??? (5) 計(jì)算齒頂圓直徑 *122168472aaz??2 50dh?? (6) 齒距 .Pm???? (7) 齒厚 23.14s (8) 齒槽寬 .2em??? (9) 頂隙 *0.5.c? EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 5 自動(dòng)控制電路 5.1 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 控制程序作為整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制的核心,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的好壞具有重要的作用。PLC 即 可編程控制器是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 電源 O N 內(nèi)部處理 輸入處理 （ 輸入傳送 、 遠(yuǎn)程 I / O ） 通信服務(wù)外設(shè) 、 C P U 、 總線服務(wù) 更新時(shí)鐘 、 特殊寄存器 運(yùn)行方式 執(zhí)行程序 輸出處理 自行診斷 S T O P P L C 正常 存放自診斷結(jié)果 致命錯(cuò)誤 C P U 強(qiáng)制為 S T O P Y N 圖 5-1 PLC 工作的全過程 在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Committee)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)章案中 對(duì) PLC 做了如下定義 : PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller,中文全稱為可編程邏 輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的“ 它采用 一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算 術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程， PLC 的中文意思 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，可以說有半導(dǎo) 體的地方就有 PLC 的運(yùn)用 ，所以，其在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用,。PLC 是一種電子裝 EG-6203 四通道超聲波軸承清洗機(jī)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 置，是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作，可以編制程序的存儲(chǔ)器是用來 在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過 數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍 設(shè)備，都應(yīng)該按易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體。其 特點(diǎn)如下: (1) 體積不大,重量適中,能耗比較小，價(jià)格方面容易接受； (2) 系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)建造相對(duì)簡(jiǎn)單,維護(hù)容易,容易更改； (3) 容易學(xué)，容易用,工程技術(shù)人員比較喜歡； (4) 適用性高，配套全面,功能全； (5) 可靠，抗干擾能非常的強(qiáng)，不易受外部的影響。 關(guān)于 PLC 分類，世界上 PLC 產(chǎn)品可分成三大主要的流派，分別是美國(guó)產(chǎn)品,歐洲產(chǎn)品 和日本產(chǎn)品，美國(guó)和歐洲的 PLC 技術(shù)，在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的,因此我們可以 看到，美國(guó)和歐洲的 PLC 技術(shù)的差異很明顯，而日本的 PLC 技術(shù)，主要是由美國(guó)引進(jìn)的, 對(duì)美國(guó)的 PLC 技術(shù)有一定的繼承性,日本主要發(fā)展小型 PLC 設(shè)備上的技術(shù)，美國(guó)和歐洲則 是以大中型 PLC 設(shè)備技術(shù)而聞名，日本則以小型 PLC 著稱。根據(jù) PLC 結(jié)構(gòu)形式的不同, PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)量分小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。PLC 工作的全過程可用圖 5-1 的運(yùn)行框圖來表示。 整個(gè)運(yùn)行可以分為上電處理、掃描過程、出錯(cuò)處理三部分。 本設(shè)計(jì)中的電路采用現(xiàn)在自動(dòng)控制器PLC全程控制、監(jiān)控。同時(shí)采用觸摸屏代替原始 的按鈕控制，使用觸摸屏可以直觀的控制、監(jiān)控機(jī)器工作。下圖為PLC控制圖（詳見圖紙） 。本設(shè)計(jì)采用的是OMORN SYSMAC SPM2A PLC。 5.1.1 下列為I/O分配表 0.00 啟動(dòng) 0.01 停止 0.02 急停 0.03 手/自動(dòng) 0.04 1#液位 0.05 2#液位 0.06 3#液位 0.07 1#泵故障 0.08 2#泵故障 0.09 3#泵故障 0.10 風(fēng)機(jī)故障 0.11 1#上料開關(guān) 1.00 2#上料開關(guān) 1.01 3#上料開關(guān) 1.02 4#上料開關(guān) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 1.03 溫控 TIM000 1#上料位推