汽車輪轂跳動檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計

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汽車輪轂跳動檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計（CATIA） 摘 要 汽車輪轂決定汽車能否更安全和更舒適的高速運(yùn)行，作為一個起著決定性的汽車零件，其質(zhì)量的優(yōu)劣性可直接影響整車的運(yùn)行性能。所以輪轂跳動檢測是一件非常重要且精密的工作。 本設(shè)計內(nèi)容主要對其輪轂跳動進(jìn)行檢測，其中細(xì)致劃分工作步驟，對每一步工作狀態(tài)分解。大致可分為三步,第一步是對其進(jìn)行搬運(yùn)，第二步是對其進(jìn)行檢測，最后一步是對其進(jìn)行分揀,最重要的部分是檢測裝置。裝夾過程中必須保證減小至最小誤差。為了實現(xiàn)這一目的,裝夾工具使用電磁脹套，這一裝置既滿足了跳動誤差，又方便對其進(jìn)行快速裝夾，也提高了檢測效率。檢測完畢后又需進(jìn)行分揀，該設(shè)計又巧妙利用開關(guān)門這一機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，整體方案合理且完整。 關(guān)鍵詞 輪轂、圓跳動、傳動機(jī)構(gòu) Abstract: Car wheels determine whether the car is safer and more comfortable to run at high speed. As a decisive part of the automobile, the quality of its quality can directly affect the running performance of the vehicle. So the wheel beat detection is a very important and precise work. The design of the main content of the device design, which detailed division of work steps, the state of each step of the decomposition of the work. Generally it can be divided into three steps, the first step is to carry it, the second step is to detect it, the last step is to sort them, but the most important part is the detection device. The clamping process must be guaranteed to minimize the error. In order to achieve this goal, the clamping tool is used to use electromagnetic expansion sleeve, which not only meets the beating error, but also convenient to carry out the fast clamping, and also improve the detection efficiency. After testing and sorting, the design and the use of this mechanism to achieve the switch door, the overall program is reasonable and complete. Keyword: Wheel boss, Circular Runout, Driving mechanism 前 言 汽車輪轂決定汽車能否更安全和更舒適的高速運(yùn)行，作為一個起著決定性的汽車零件，其質(zhì)量的優(yōu)劣性可直接影響整車的運(yùn)行性能。我國汽車發(fā)展的科技水平也可以通過汽車車轂的研發(fā)和生產(chǎn)加以體現(xiàn)和突出，我們也可以這樣客觀的講汽車車轂的優(yōu)劣可以某一層面代表汽車的優(yōu)劣。如果汽車車輪輪轂加工不合理的話，很容易發(fā)生卡胎爆胎的現(xiàn)象，這對于高速行駛的汽車和機(jī)動車而言是非常危險的[1]。 科學(xué)研究表明，汽車輪轂會產(chǎn)生徑向跳動和軸向跳動，由于兩種不平衡的跳動會使車輪產(chǎn)生離心力，此離心力隨著車輪變化方向而變化，導(dǎo)致車輪上下跳動和左右搖擺。緊接著就會從發(fā)動機(jī)傳至方向盤使其抖動，從而對汽車產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，車速越高，離心力越大，越影響汽車的正常運(yùn)行。汽車輪轂跳動是一個非常重要的性能指標(biāo)，它影響汽車運(yùn)行時的平穩(wěn)性和安全性。從而可以看出，汽車輪轂的軸向和徑向的形狀起著決定性左右，加工設(shè)計和精度要更高，因為它可直接影響到機(jī)動車的安全運(yùn)行。因此汽車對軸向和徑向跳動指標(biāo)的品質(zhì)要求越高，我們的檢測難度也就越大。綜上所述，對輪轂跳動量檢測具有現(xiàn)實意義[2]。 1 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 1 1.1 課題的來源及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究概況 1 1.3 汽車輪轂檢測的發(fā)展趨勢 1 1.4 本文主要工作 2 1.5 本章總結(jié) 2 第二章 總體方案設(shè)計 3 2.1 設(shè)計思想 3 2.2 設(shè)計參數(shù)的確定 3 2.3 設(shè)備總體加工流程圖 3 2.4 總體方案設(shè)計 4 2.4.1 傳送臺設(shè)計 4 2.4.2 檢測臺設(shè)計 5 2.4.3 揀選臺設(shè)計 5 2.5 本章總結(jié) 6 第三章 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 3.1 簡介 7 3.2 技術(shù)要求 7 3.3 檢測部分的設(shè)計 7 3.3.1 圓跳動的設(shè)計原則 7 3.3.2 檢測臺設(shè)計步驟 7 3.3.3 檢測臺的設(shè)計思路 8 3.3.4 檢測臺部分的計算 9 3.4 氣動部分的設(shè)計 9 3.4.1 氣缸的選型原則 9 3.4.2 氣缸的選型 10 3.5 檢測臺系統(tǒng)的設(shè)計 11 3.5.1 主旋轉(zhuǎn)減速機(jī)選擇 11 3.5.2 電磁脹套的設(shè)計 12 3.5.3 升降臺的設(shè)計 14 3.6 傳感器的設(shè)計 16 3.7 直線導(dǎo)軌的參數(shù)和選型 20 3.7.1 工作載荷的計算 21 3.7.2. 距離額定壽命的計算 22 3.7.3 小時額定壽命的計算 23 3.7.4.聯(lián)軸器的選用 23 3.7.5 電機(jī)的選擇與計算 26 3.7.6步進(jìn)電機(jī)的選用 27 3.8 框架的設(shè)計 30 3.8.1 材料的選擇 30 3.8.2 框架的設(shè)計 31 3.9 輸送機(jī)的設(shè)計與選型 31 3.9.1 帶式輸送機(jī) 31 3.9.2 布置方式 33 4.0 本章總結(jié) 31 總結(jié)與展望 38 參考文獻(xiàn) 39 致 謝 40 第一章 緒論 迄今為止，針對傳統(tǒng)輪轂跳動量檢測設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、檢測結(jié)果精度低的缺點(diǎn),對傳統(tǒng)輪轂跳動量檢測機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測方法進(jìn)行了研究,分析了基于諧波分析法實現(xiàn)輪轂跳動量檢測的原理,提出了一種基于DSP控制技術(shù)的輪轂跳動量檢測系統(tǒng)。根據(jù)檢測原理設(shè)計了以DSP芯片為核心的檢測系統(tǒng)的測試平臺,并利用該測試平臺進(jìn)行了實驗。實驗結(jié)果表明,基于DSP的新型輪轂跳動量檢測機(jī)簡化了系統(tǒng),實現(xiàn)檢測系統(tǒng)集成化,同時提高了檢測系統(tǒng)的檢測精度,為進(jìn)一步實現(xiàn)自動化檢測奠定了良好的基礎(chǔ)。 1.1 課題的來源及意義 隨著中國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，以及汽車零部件不斷走出國門，各個輪轂生產(chǎn)廠市場前景廣闊。車輪是機(jī)車運(yùn)動中極為重要的部件，輪轂的跳動量是一個非常重要的性能指標(biāo)，它影響著汽車運(yùn)行的平穩(wěn)性及安全性。汽車輪轂的徑向跳動和軸向跳動會產(chǎn)生不平衡慣量，對車輛前后橋會施加周期性沖擊，使車輪產(chǎn)生離心力。此離心力的方向隨車輪的轉(zhuǎn)動而變化，導(dǎo)致車輪上下跳動和左右搖擺，繼而通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳至方向盤使其抖動，從而對車輛的動、靜態(tài)特性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，車速越高此現(xiàn)象越明顯。因此，輪轂跳動量檢測勢必采用高精度的技術(shù)手段。綜上所述，對輪轂跳動量檢測具有重要意義。 1.2 國內(nèi)外研究概況 國外采用高精度的傳感器和無損檢測技術(shù)如光柵及激光傳感技術(shù)，檢測精度要求以達(dá)到微米級，并能夠計算四次諧波。其輪轂跳動量的主流是采用嵌入式處理核心和上位機(jī)相連的數(shù)據(jù)通信方法。目前國際上的跳動測量機(jī)是日本KOKUSAI測量機(jī)，德國MAKRA測量機(jī)采用手動輪轂裝卡，測量誤差認(rèn)為是由產(chǎn)生。日本的是自動裝卡其成本太高[3]。 1.3 汽車輪轂檢測的發(fā)展趨勢 自動控制、光柵技術(shù)的應(yīng)用: 光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對溫度、應(yīng)變等物理量的直接測量。由于光纖光柵波長對溫度與應(yīng)變同時敏感，即溫度與應(yīng)變同時引起光纖光柵耦合波長移動，使得通過測量光纖光柵耦合波長移動無法對溫度與應(yīng)變加以區(qū)分。因此，解決交叉敏感問題，實現(xiàn)溫度和應(yīng)力的區(qū)分測量是傳感器實用化的前提。通過一定的技術(shù)來測定應(yīng)力和溫度變化來實現(xiàn)對溫度和應(yīng)力區(qū)分測量。這些技術(shù)的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應(yīng)變響應(yīng)靈敏度的光纖光柵構(gòu)成雙光柵溫度與應(yīng)變傳感器，通過確定2個光纖光柵的溫度與應(yīng)變響應(yīng)靈敏度系數(shù)，利用2個二元一次方程解出溫度與應(yīng)變。區(qū)分測量技術(shù)大體可分為兩類，即，多光纖光柵測量和單光纖光柵測量。 多光纖光柵測量主要包括混合FBG/長周期光柵（long period grating）法、雙周期光纖光柵法、光纖光柵／F-P腔集成復(fù)用法、雙FBG重疊寫入法[4]。各種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)我國企業(yè)正在不斷增強(qiáng)自主研發(fā)能力。輪轂檢測設(shè)備因為沒有現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品做參照，而且要滿足用戶的特定需要，就要求設(shè)計人員既能準(zhǔn)確把握客戶的訴求，又不能一味迎合客戶，而是要考慮到實用性和成本效益。如果不能把握客戶訴求，那設(shè)計的產(chǎn)品必然無法讓客戶滿意，企業(yè)的訂單也無法達(dá)成。但是一味的按照客戶的思路走，設(shè)計的產(chǎn)品往往在技術(shù)上不成熟，在實用性上也不令人滿意，產(chǎn)品投產(chǎn)出現(xiàn)問題的話，依然會導(dǎo)致客戶不滿。作為該行業(yè)的設(shè)計人員，要從專業(yè)角度和客戶角度出發(fā)，尋求能得到兩者平衡的設(shè)計方案，這樣才能為企業(yè)贏得效益和口碑。提高對產(chǎn)品質(zhì)量的控制，加強(qiáng)產(chǎn)品的后期服務(wù)[5]。作為工裝夾具機(jī)械設(shè)備，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性在很大程度上取決于制造廠商的人員水品和素質(zhì)。企業(yè)要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，就必須在設(shè)備的設(shè)計、組裝和加工階段都把好質(zhì)量關(guān)。在設(shè)備設(shè)計階段，技術(shù)人員要經(jīng)常與設(shè)備使用者聯(lián)系，說明設(shè)計的進(jìn)展?fàn)顩r，對于方案不清楚的地方要及時溝通，搞清楚對方的要求。圖紙完成后，技術(shù)人員要和使用方的人員進(jìn)行技術(shù)交底，雙方要在整體設(shè)計、關(guān)鍵部件和工藝要求上面達(dá)成共識。在設(shè)備制作的加工階段，要派專人監(jiān)督，在加工進(jìn)度、外購件質(zhì)量、關(guān)鍵組件加工等方面都要把好關(guān)。在設(shè)備組裝完成后，要對設(shè)備的整體組裝質(zhì)量進(jìn)行檢測，確認(rèn)設(shè)備是否達(dá)到了應(yīng)有的技術(shù)要求，根據(jù)檢測情況盡快對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。在此期間，要對每一次的檢測和改進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)記錄。技術(shù)研發(fā)的投入和技術(shù)人才的培養(yǎng)。企業(yè)從事非標(biāo)機(jī)械設(shè)備的制造，要想不斷做大做強(qiáng)，就必須要不斷加大技術(shù)研發(fā)的投入。當(dāng)前該行業(yè)的市場需求正處于一個迅猛發(fā)展期，從事該行業(yè)的企業(yè)數(shù)量眾多，但是單個企業(yè)規(guī)模不大，產(chǎn)品的技術(shù)含量也不是很高。有時候企業(yè)會因為自身技術(shù)達(dá)不到而錯失大的訂單。隨著行業(yè)的發(fā)展，一些實力較強(qiáng)的企業(yè)會越來越重視技術(shù)研發(fā)的工作，通過不斷努力提高自身的核心技術(shù)水平。同時，企業(yè)要獲得持續(xù)性發(fā)展就必須注重技術(shù)人才的培養(yǎng)和留用。技術(shù)人員可以說是非標(biāo)機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)的骨干，企業(yè)才能在競爭中擁有核心競爭力。 1.4 本文主要工作 本項目為省級科研項目，本設(shè)計針對某汽車輪轂端徑的專用測量裝置，輪輞直徑：（12″~18″），輪輞寬度：（3″~8″），檢測節(jié)拍7件/分鐘（8-9秒/件），設(shè)計精度要求：1)旋轉(zhuǎn)連接部件系統(tǒng)誤差應(yīng)滿足：軸向、徑向跳動量小于0.05mm。（按16 ″產(chǎn)品的最大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)測量盤為準(zhǔn)）；2)工件重復(fù)測量誤差不得大于0.1mm。(以16″產(chǎn)品的最大檢測尺寸為準(zhǔn))；3)主軸精度，端徑跳動不大于0.02mm。 1.5 本章總結(jié) 在國外有很多輪轂方面的檢測，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)的地方有很多，尤其是在汽車研究的方向。本課題是對汽車輪轂跳動的檢測。汽車輪轂跳動是一個非常重要的性能指標(biāo)，它影響汽車運(yùn)行時的平穩(wěn)性和安全性。從而可以看出，汽車輪轂的軸向和徑向的形狀起著決定性左右，加工設(shè)計和精度要更高，因為它可直接影響到機(jī)動車的安全運(yùn)行。因此汽車對軸向和徑向跳動指標(biāo)的品質(zhì)要求越高，我們的檢測難度也就越大。 第二章 總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計思想 由于產(chǎn)品零件需要進(jìn)行傳輸，所以需要一個傳輸臺，輪轂需要從右側(cè)傳輸臺運(yùn)行至輸送臺最左端，然后定位開關(guān)閉合，使擋板1，2.同時閉合。機(jī)械手通過氣缸至輪轂正上方，同時手抓與輪轂配合，擋板2下降，機(jī)械手把輪轂托至檢測臺上，機(jī)械手收回，檢測臺下降，至輪轂到主轉(zhuǎn)軸上，電磁臟套工作，使輪轂夾緊，倆個傳感器通過電推缸1，2將探頭與輪轂指定位置接觸，通過主軸旋轉(zhuǎn)測量輪轂的跳動，檢測完畢如果合格，揀選臺氣缸處在上傳送臺。與此同時檢測臺上升至初始狀態(tài)，通過下一個被檢測輪轂，將以檢測完畢的輪轂推送至揀選臺。一次檢測完畢。 2.2 設(shè)計參數(shù)的確定 詳見下圖2.2所示： 圖2.2 車輪總成 2.3 設(shè)備總體加工流程 2.4 總體方案設(shè)計 詳見圖2.4 方案設(shè)計： 圖2.4 方案設(shè)計 2.4.1 傳送臺設(shè)計 由于某個輪轂在傳輸過程中需要停止，同時其他輪轂還需要繼續(xù)進(jìn)行。所以選用滾筒傳輸臺，圖2.4-1為本次設(shè)計的傳送臺。滾筒輸送機(jī)之間易于銜接過濾，可用多條滾筒線及其它輸送設(shè)備或?qū)C(jī)組成復(fù)雜的物流輸送系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要?？刹捎梅e放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用維護(hù)方便。滾筒輸送機(jī)適用于底部是平面的物品輸送，主要由傳動滾筒、機(jī)架、支架、驅(qū)動部等部分組成。具有輸送量大，速度快，運(yùn)轉(zhuǎn)輕快，能夠?qū)崿F(xiàn)多品種共線分流輸送的特點(diǎn)[6]。 圖2.4-1 傳送臺 結(jié)構(gòu)形式：從驅(qū)動形式上分為有動力、無動力、電動滾筒等，按布局形式分為水平輸送，傾斜輸送和轉(zhuǎn)彎輸送。 尺寸規(guī)格：滾筒輸送機(jī)內(nèi)寬度由客戶指定，可按客戶需求制作，轉(zhuǎn)彎滾線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑為300、600、900、1200mm等，也可按客戶需求采用其它特殊規(guī)格。直段滾筒所用的滾筒直徑有38、50、60、76、89mm等。轉(zhuǎn)彎滾筒的錐度我們會根據(jù)輸送物體的重量、外形尺寸、線速度等來設(shè)計。 機(jī)架材質(zhì)：碳鋼噴塑，不銹鋼，鋁型材。 動力方式：減速電機(jī)驅(qū)動，電動滾筒驅(qū)動等形式。 傳動方式：單鏈輪、雙鏈輪、O型皮帶、平面摩擦傳動帶、同步帶等。調(diào)速方式：變頻調(diào)速，無級變速等。設(shè)備特點(diǎn)：滾筒輸送機(jī)之間易于銜接過濾，可用多條滾筒線及其它輸送設(shè)備或?qū)C(jī)組成復(fù)雜的物流輸送系統(tǒng)以及分流合流系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要。可采用積放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用維護(hù)方便，動力滾筒線考慮鏈條抗拉強(qiáng)度，最長單線長度一般不超過10米。 2.4.2 檢測臺設(shè)計 定位方式選用雙氣缸進(jìn)行定位，好處是機(jī)動性強(qiáng)，能夠限制水平自由度，且能夠通過plc進(jìn)行控制，實現(xiàn)自動化。當(dāng)加工零件到達(dá)指定位置時，氣缸將夾具頂住，使夾具無法移動，且使用雙氣缸進(jìn)行定位，還會避免翻轉(zhuǎn)。 2.4.3 揀選臺設(shè)計 使用皮帶傳送。皮帶輸送機(jī)工作原理，輸送帶是一條首尾相接的膠帶，形成封閉環(huán)，套在輸送機(jī)的驅(qū)動滾筒和尾部的改向滾筒上。在輸送帶中部有許多托輥將其支承，使之保持一定的形狀與狀態(tài).輸送機(jī)一端的上方有一裝料裝置，將物料送到輸送帶上，另一端有一卸料裝置，物料經(jīng)卸料裝置卸下。在碎石生產(chǎn)運(yùn)輸中，卸料一般就在輸送機(jī)的端部。 圖2.4-2、2.4-3分別為揀選臺樣例及本設(shè)計的揀選臺。 驅(qū)動滾筒由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)帶動后，依靠滾簡與輸送帶之間的摩擦力，拖動輸送帶作循環(huán)運(yùn)動。經(jīng)裝料裝置落到輸送帶上的物料隨著帶的運(yùn)動而被運(yùn)走。 1.皮帶輸送機(jī)主要構(gòu)造 皮帶輸送機(jī)的主要工作元件是輸送帶，由輸送帶的運(yùn)動來運(yùn)輸物料。固定式帶式輸送機(jī)由輸送帶、驅(qū)動裝置、托輥、裝料裝置、張緊裝置等零部件所組成。 2.皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1)輸送能力大，功率消耗小。帶式輸送機(jī)工作時，輸送帶與物料之間沒有相對運(yùn)動，這樣，不會因提高運(yùn)輸速度而造成大的磨損。由于與物料無摩擦，其功率消耗就較小。 2)輸送距離大，易于布置。輸送帶是撓性構(gòu)件，具有輸運(yùn)坡度適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，便于布置為彎曲的形狀，在作業(yè)場地高低不平時，很容易布置。帶式輸送機(jī)的裝料與排料很容易設(shè)置，在任何位置都可設(shè)置裝料與排料接口。 3)構(gòu)造簡單，使用方使。帶式輸送機(jī)中沒有結(jié)構(gòu)尺寸大且制造精度高的零件，其金屬結(jié)構(gòu)件也很簡單。這使得使用、維護(hù)、制造都極為有利。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，皮帶輸送機(jī)還具有制造成本低，工作時噪聲低，能吸收裝料時的沖擊等特點(diǎn)。故選用傳送帶。 圖2.4-2 樣例 圖2.4-3 揀選臺 2.5 本章總結(jié) 在設(shè)計的過程中，遇到了很多問題。在選取設(shè)計主軸旋轉(zhuǎn)設(shè)備中走了很多的彎路，為了理清楚設(shè)計思路，我們多其他很多旋轉(zhuǎn)設(shè)備拿來進(jìn)行對比研究，最終選定了設(shè)計方案，由機(jī)械手拿取，再由主揀選臺升降至主軸上。其中輪轂需要由傳輸機(jī)傳輸至靠近檢測臺旁邊?？紤]到很多細(xì)節(jié)問題，最終選取了傳輸滾筒這款設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)將在下一章節(jié)體現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備檢測完畢后，要有一個分揀的過程，在這里巧妙的運(yùn)用開關(guān)門這一裝置。實現(xiàn)了分揀。 第三章 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 簡介 根據(jù)設(shè)備的技術(shù)要求和功能要求，大體把設(shè)備分為傳送部分，手抓部分，檢測部分，分揀部分。其中檢測部分相對比較重要的部分。 3.2 技術(shù)要求 針對某汽車輪轂端徑的專用測量裝置，輪輞直徑：（12″~18″），輪輞寬度：（3″~8″），檢測節(jié)拍7件/分鐘（8-9秒/件），設(shè)計精度要求：1)旋轉(zhuǎn)連接部件系統(tǒng)誤差應(yīng)滿足：軸向、徑向跳動量小于0.05mm。（按16 ″產(chǎn)品的最大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)測量盤為準(zhǔn)）；2)工件重復(fù)測量誤差不得大于0.1mm。(以16″產(chǎn)品的最大檢測尺寸為準(zhǔn))；3)主軸精度，端徑跳動不大于0.02mm。 3.3 檢測部分的設(shè)計 3.3.1 圓跳動的設(shè)計原則 圓跳動分徑向端面和斜向三種。跳動的名稱是和測量相聯(lián)系的，測量時零件繞基準(zhǔn)軸線回轉(zhuǎn)，測量用指示表的測頭接觸被測要素，回轉(zhuǎn)時指示表指針的跳動量就是圓跳動的數(shù)值。指示表測頭指在圓柱面上為徑向圓跳動，指在端面為端面圓跳動，垂直指向圓錐素線上為斜向圓跳動[7]。 徑向圓跳動只是在某一橫剖面測量的跳動量，端面圓跳動只是在端面某一半徑上測量的跳動量。（1）實用性原則。 實用性是指工裝夾具的使用功能，它既表現(xiàn)為技術(shù)性能好，能滿足裝配焊接工藝要求，同時也表現(xiàn)為整個工裝系統(tǒng)與人體相適應(yīng)，操作方便，安全省力，符合人體的生理和心理特征，使人機(jī)系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最佳狀態(tài)。 3.3.2 檢測臺設(shè)計步驟 根據(jù)任務(wù)書，經(jīng)審批后就可以進(jìn)行設(shè)計。由于工裝夾具設(shè)計就是機(jī)械設(shè)計，所以完全可以按通常機(jī)械設(shè)計的程序和方法進(jìn)行，即采用方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計三階段設(shè)計法。擬訂裝備的結(jié)構(gòu)方案時，使裝備具有所需的功能，如裝夾、定位、平移等外，還要滿足裝配工藝特點(diǎn)所提出的各項技術(shù)要求。設(shè)計方案確定，可以運(yùn)用工程力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、機(jī)械制圖等理論和知識進(jìn)行后兩個階段的設(shè)計和計算。 1）準(zhǔn)備 ： 1.機(jī)械裝備設(shè)計任務(wù)書； 2.產(chǎn)品的圖樣及技術(shù)要求； 分析研究上述原始資料，可了解對裝備的基本要求，從而明確設(shè)計任務(wù)。在此基礎(chǔ) 上可到市場、同類工廠、用戶和科技情報部門進(jìn)行調(diào)研和搜集有關(guān)技術(shù)資料。技術(shù)資料 包括夾具零、部件標(biāo)準(zhǔn)、夾具結(jié)構(gòu)圖冊、產(chǎn)品樣本等。 2）方案設(shè)計： 1.裝備的機(jī)械化程度和自動化水平； 2.通用性，即確定是設(shè)計專用裝備還是萬能裝備，并確定其適用范圍； 3.為實現(xiàn)所需功能，擬采用的原理和相應(yīng)的機(jī)構(gòu)； 4.裝備的基本構(gòu)成和總體布局，主要零、部件的基本結(jié)構(gòu)形式； 5.初步確定主機(jī)、主要元件或構(gòu)件的基本參數(shù)和技術(shù)性能，如功率、承載、速度、行程或調(diào)節(jié)幅度、外形尺寸等。 3）繪制總裝配圖 根據(jù)經(jīng)審定的設(shè)計方案進(jìn)行總裝配圖設(shè)計。在繪制過程中須進(jìn)行必要的計算，如幾何關(guān)系計算、初步誤差分析、夾緊力計算、傳動計算、受力元件的強(qiáng)度和剛度計算等。 在總裝配圖上要標(biāo)注各部分尺寸和技術(shù)要求。凡是影響精度的尺寸都應(yīng)標(biāo)注公差。技術(shù)要求的內(nèi)容主要是位置精度要求，以及在視圖上無法表達(dá)的有關(guān)裝配、調(diào)整、檢驗、潤滑、維護(hù)等方面的要求。 4）繪制裝備的零件圖 主要繪制裝備中的非標(biāo)準(zhǔn)零件的工作圖。 5）編制裝備設(shè)計計算書和使用說明書。 3.3.3 檢測臺的設(shè)計思路 1. 由于圓度的形狀誤差只是表達(dá)一個表面形狀，而跳動給這個形狀規(guī)定了一個基準(zhǔn)即中心軸線。圓度是任一正截面上半徑差為某一數(shù)值的兩個同心圓區(qū)域，它的實際尺寸不能走超出給定的尺寸公差范圍，實效尺寸就是零件的最大實體尺寸，這就是通常所說的尺寸公差控制形狀誤差。而圓跳動是有基準(zhǔn)軸線的，任一截面的圓表面位置在半徑差為某一數(shù)值的兩個同心圓里，且圓心在基準(zhǔn)軸線上，而圓度的圓心是變化的，圓度的實效邊界是零件最大實體尺寸加上跳動公差。圓柱度是兩個同心圓柱面，相當(dāng)于圓度和直線度的組合。全跳動相當(dāng)于在長度方向上所有圓跳動的組合。在實際應(yīng)用中往往采用相關(guān)原則中的最大實體原則來保證裝配的互換性。 2. 初步設(shè)計臺面長1300mm，寬900mm，高1730mm。 3.3.4 檢測臺部分的計算 如下圖3.3-4是主旋轉(zhuǎn)軸。 圖3.3-4 主旋轉(zhuǎn)頭 如下圖3.3-5所示，檢測臺及產(chǎn)品零件： 圖3.3-5 檢測臺及產(chǎn)品零件 3.4 氣動部分的設(shè)計 氣動部分需要六個氣缸，兩個氣缸（5，6號氣缸）用于擋停，防止加工倒序，夾具竄回上一工序，兩個氣缸用于限位，將夾具部分準(zhǔn)確定位，，檢測完畢后，一個氣缸（4號氣缸）升出，手抓（2號氣缸）移動缸（1號氣缸）帶動下一個輪轂進(jìn)行平移。然后通過揀選缸（3號氣缸）升出，使得合格的輪轂到上揀選臺。詳見圖3.4。 圖3.4氣動 3.4.1 氣缸的選型原則 (1) 氣缸的選擇 1、 類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應(yīng)選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；要求制動精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。 2、 安裝形式 根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運(yùn)動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應(yīng)選擇相應(yīng)的特殊氣缸。 3、 作用力的大小 即缸徑的選擇。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負(fù)載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的外形尺寸。 4、 活塞行程 與使用的場合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。 5、活塞的運(yùn)動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動應(yīng)取大值。氣缸運(yùn)動速度一般為50～800㎜/s。對高速運(yùn)動氣缸，應(yīng)選擇大內(nèi)徑的進(jìn)氣管道；對于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負(fù)載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運(yùn)動平穩(wěn)避免沖擊時，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。 ①首先，根據(jù)操作形式選定氣缸類型： ②選定根據(jù)有關(guān)負(fù)載、使用空氣壓力及作用方向確定氣缸缸徑大小。 ③根據(jù)工件移動距離氣缸行程 ④選定氣缸安裝型式 ⑤選定緩沖器 ⑥選定磁感開關(guān) 3.4.2 氣缸的選型 (1) 擋停氣缸的選型 5，6號氣缸只需要進(jìn)行擋停，選擇普通氣缸；氣缸無需負(fù)載過大的力，空氣壓力要求0.5mpa，選擇氣缸缸徑32mm；氣缸需要連接定位銷，所以氣缸行程選擇100mm；氣缸側(cè)面安裝在無桿缸上；不需要緩沖主要做用是限位擋停，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)。所以選擇的氣缸型號為SMC DNC-32-100。 (2) 升降氣缸的選型 4號氣缸需負(fù)載過大的力，空氣壓力要求0.5mbar，選擇氣缸缸徑63mm；氣缸需要連接定位銷，所以氣缸行程選擇200mm；氣缸側(cè)面安裝在氣缸連接底座上；需要緩沖；主要作用是帶動檢測臺移動，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)。所以選擇的氣缸型號為SMC 10A-5_GT_10A-5_63_200。 3號氣缸需要揀選臺進(jìn)行升降；氣缸需負(fù)載過大的力，空氣壓力要求0.5mbar，選擇氣缸缸徑32mm；氣缸需要連接定位銷，所以氣缸行程選擇125mm；所以選擇的氣缸型號為SMC 10A-5_GT_10A-5_32_125。 (3) 搬運(yùn)臺氣缸的選型 1，2號氣缸是用來帶動手抓及其輪轂平移；需負(fù)載大的力，空氣壓力要求0.5mbar，選擇氣缸缸徑50mm；氣缸需要連接定位銷，所以氣缸行程選擇125mm,500mm；氣缸兩側(cè)側(cè)面安裝在平臺上；需要單側(cè)緩沖主要做用是帶動夾具移動，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)。所以選擇的氣缸型號為SMC 10A-5_GT_10A-5_50_500和SMC 10A-5_GT_10A-5_50_125。 3.4.3 作業(yè)順序： 1 .6號5號氣缸伸出 2. 1號氣缸伸出 3 .2號氣缸伸出 4 .5號氣缸收回 5 .1號氣缸收回 6 .4號氣缸收回5號氣缸伸出6號氣缸收回 7 .2號氣缸收回 8. 4氣缸伸出 9 .1號氣缸收回，3號氣缸伸出 3.5 檢測臺系統(tǒng)的設(shè)計 3.5.1 主旋轉(zhuǎn)減速機(jī)選擇 由要求知主軸精度，端徑跳動不大于0.02mm檢測節(jié)拍7件/分鐘（8-9秒/件）故在選擇減速機(jī)的時候及其重要，由于國外一些精密減速器的昂貴價格，故選取國內(nèi)的精密伺服行星減速機(jī)，該系列減速器具有性價比高，精度中等、高鋼性、高負(fù)載、高效率、低慣性、低振動、低噪音、低溫升、外觀及結(jié)構(gòu)設(shè)計輕小等特點(diǎn),模塊化的法蘭和軸襯設(shè)計,適用與檢測輪轂[8]。故選用上海卓大精密行星減速機(jī)，型號：ZBR115-50-P2-S2，如下圖3.5所示： 圖3.5 上海卓大精密行星減速機(jī) 安裝方法如下圖3.5-1所示 圖3.5-1 安裝方法 3.5.2 電磁脹套的設(shè)計如下圖3.5-2所示 由于主軸在旋轉(zhuǎn)過程中必須要求同軸度好，并且要求裝夾便利，故選取脹套作為關(guān)鍵零件，其優(yōu)點(diǎn)是脹套聯(lián)結(jié)可以承受多重負(fù)載，其結(jié)構(gòu)可以做成多種式樣。根據(jù)安裝負(fù)載大小，還可以多個脹套串聯(lián)使用。聯(lián)軸器脹套在超載時，將失去聯(lián)結(jié)作用，可以保護(hù)設(shè)備不受損害。脹套的使用壽命長，強(qiáng)度高。脹套依靠摩擦傳動，對被聯(lián)結(jié)件沒有鍵槽削弱，也無相對運(yùn)動，工作中不會產(chǎn)生磨損。 聯(lián)軸器脹套拆卸方便，且具有良好的互換性。由于脹套能把較大配合間隙的軸轂結(jié)合起來，拆卸時將螺栓擰松，即可使被聯(lián)結(jié)件容易拆開。脹緊時，接觸面緊密億貼合不銹蝕，也便于拆開。使用脹套使主機(jī)零件制造和安裝簡單。聯(lián)軸器安裝脹套的軸和孔的加工不像過盈配合那樣要求高精度的制造公差。脹套安裝時無須加熱、冷卻或加壓設(shè)備，只須將螺栓按要求的力矩擰緊即可。且調(diào)整方便，可以將輪轂在軸上方便地調(diào)整到所需位置。脹套也可以用來聯(lián)結(jié)焊接性差的零件[9]。 （1）脹套的使用壽命長，強(qiáng)度高。脹套依靠摩擦傳動，對被聯(lián)結(jié)件沒有鍵槽削弱，也無相對運(yùn)動，工作中不會產(chǎn)生磨損。 （2）脹套拆卸方便，且具有良好的互換性。由于脹套能把較大配合間隙的軸轂結(jié)合起來，拆卸時將螺栓擰松，即可使被聯(lián)結(jié)件容易拆。脹緊時，接觸面緊密貼合不易銹蝕，也便于拆開。 （3）脹套聯(lián)結(jié)可以承受多重負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)可以做成多種樣式。根據(jù)安裝負(fù)荷大小，還可以多個脹套串聯(lián)使用。 （4）使用脹套使主機(jī)零件制造和安裝簡單。安裝脹套的軸和孔的加工不像過盈配合那樣要求高精度的制造公差。脹套安裝時無須加熱，冷卻或加壓設(shè)備，只需將螺栓按要求的力矩擰緊即可。且調(diào)整方便，可以將輪轂在軸上方便地調(diào)整到所需位置。脹套也可用來聯(lián)結(jié)焊接性差的零件。 （5）脹套在超載時，將失去聯(lián)結(jié)作用，可以保護(hù)設(shè)備不受損害。但是考慮到裝夾的過程要快速的完成，所以選擇一個快速的裝夾機(jī)構(gòu)。 圖3.5-2 電磁脹套 1為固定軸，它始終與聯(lián)軸器相連，2為脹套在自然狀態(tài)下由3彈簧致使2為收縮狀態(tài)，這樣方可輪轂自然下落到其上。當(dāng)輪轂落到2上時，通過線圈通電將2吸下去，至2脹開夾緊輪轂。通過主軸旋轉(zhuǎn)帶動輪轂檢測。 3.5.3 升降臺的設(shè)計 本次設(shè)計中的升降臺如圖3.5-3所示。 圖3.5-3 升降臺 3.5.3.1 升降臺的作用 升降臺的主要做用是用來升降輪轂被檢測，方便快速的測量。 （1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖3.5-3-1 圖3.5-3-1 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 1為底座，2為端盤面，3為端盤座，4為導(dǎo)軌滑塊，5為導(dǎo)軌，6為氣缸，7為氣缸座。 （2） 固定座材料的選擇 因為對于固定座強(qiáng)度要求很高，不能使用較軟的材料，且固定座應(yīng)該是一個整體，不能使用螺絲進(jìn)行機(jī)械裝配，否則不能保證整體接過的穩(wěn)定性及精度，所以所選擇的材料必須適合進(jìn)行焊接。綜上所述，固定座材料選擇q235低碳鋼。 Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱作A3板。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服極限，后面的235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235MPa左右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小，由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。優(yōu)點(diǎn)是q235是低碳鋼，具有良好的塑性和焊接性能成型能力很好，所有很多型材（如角鋼、圓鋼、工字鋼、槽鋼等材質(zhì)很多為q235），并具有一定的強(qiáng)度，適合于橋梁、建筑等工程結(jié)構(gòu)，實用性能好，價格相對也很便宜，性價比高。所以選擇q235鋼。 （3） 固定座的結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖3.5-3-2所示 首先固定座必須要有一個固定減速機(jī)用來安裝，因為根據(jù)設(shè)計要求，固定在上方不動所以這個固定座頂板不能太長且要有一定的厚度，來承載氣液增壓缸，保證在工作運(yùn)動中不變形。固定座頂板長度取155mm，厚度取30mm。 固定座立板的長度很重要，既不能太長，根據(jù)杠桿原理，太長易變形，也不能太短，需要足夠整個壓接的距離，同時也需要一定的厚度來保持自身的穩(wěn)定性，不易變形。所以固定座立板長度取390mm，厚度取30mm與固定座頂板一致，保證美觀性?；売捎谡麄€固定座需要進(jìn)行焊接，所以在加工過程中需要留出焊縫，以供焊接所需。 固定座的底板主要的作用是將整個焊接好的固定座安裝在臺面上，為保證精度，留出2個銷子孔，用銷子進(jìn)行定位。固定座底板整體是用螺絲安裝在臺面上，但是不能用沉頭孔，選用用m10的螺絲，足夠大，能保證穩(wěn)定性。在固定座底板長度取210mm。厚度取30mm。 固定座的整體結(jié)構(gòu)就如上文所訴，單是僅僅只有這個結(jié)構(gòu)的框架，不能保證固定座的穩(wěn)定性，固定座底板安裝在臺面上，固定座頂板安裝氣液增壓缸，這樣在氣液增壓缸工作時，固定座立板還是會變形，所以需要在固定座的框架中焊接一些加強(qiáng)肋來完善整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。我選擇用兩個厚度為20mm的加強(qiáng)肋安裝在固定座頂板和固定座立板的兩端，一個厚度相同的加強(qiáng)肋安裝在固定座立板和固定座底板的中間。兩端的加強(qiáng)肋較短，長度為180mm，中間的較長，長度為360mm。 圖3.5-3-2 固定座 3.6 傳感器的設(shè)計 （1） 傳感器的定義 信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯[10]。 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:InternationalCommittee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 圖3.6 傳感器系統(tǒng)框圖 傳感器系統(tǒng)的原則框圖如上圖3.6所示，進(jìn)入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。德國和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號成形器的電路部分。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。圖3.6-1為簡單的介紹傳感器的作用。 圖3.6-1 傳感器作用 1 （2） 接觸式厚度傳感器 通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍耳式位移傳感器等（見位移傳感器）進(jìn)行接觸式厚度測量。為了連續(xù)測量移動著的材料的厚度，常在位移傳感器的可動端頭上安裝滾動觸頭，以減少磨損。還常采用兩個相同的位移傳感器分別安裝于被測材料的上下兩面，將兩個傳感器的測量值平均，以提高測量精度。接觸式厚度傳感器可測量移動速度較低（小于5米／秒）的材料,精度可達(dá)0.1～1％[11]。 非接觸式厚度傳感器 它的特點(diǎn)是適于連續(xù)快速測量，按工作原理可分為電渦流厚度傳感器、磁性厚度傳感器、電容厚度傳感器、超聲波厚度傳感器、核輻射厚度傳感器、X射線厚度傳感器、微波厚度傳感器等。在選擇過程中首選接觸式傳感器?；魇课灰苽鞲衅鳌Ｈ缦聢D3.6-2~圖3.6-2-1~圖3.6-2-2所示 圖3.6-2 基恩士位移傳感器 18 圖3.6-2-1 基恩士位移傳感器型號選擇 圖3.6-2-2 位移傳感器型號選擇 圖3.6-3 電推缸檢測設(shè)備 1檢測筆，2調(diào)節(jié)座，3定位螺釘，4電推缸座，5電推缸 （3）傳感器較脆弱，故不能太激烈的碰撞。所以選取電推缸檢測設(shè)備如上圖3.6-3所示。 電推缸優(yōu)點(diǎn) 1)閉環(huán)伺服控制，控制精度達(dá)到0.01mm;精密控制推力，增加壓力傳感器，控制精度可達(dá)1%;很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運(yùn)動控制。噪音低，節(jié)能，干凈，高剛性，抗沖擊力，超長壽命，操作維護(hù)簡單。伺服電動缸可以在惡劣環(huán)境下無故障，防護(hù)等級可以達(dá)到IP66。長期工作，并且實現(xiàn)高強(qiáng)度，高速度，高精度定位，運(yùn)動平穩(wěn)，低噪音。所以可以廣泛的應(yīng)用在造紙行業(yè)，化工行業(yè)，汽車行業(yè)，電子行業(yè)，機(jī)械自動化行業(yè)，焊接行業(yè)等。 2)低成本維護(hù)：伺服電動缸在復(fù)雜的環(huán)境下工作只需要定期的注脂潤滑，并無易損件需要維護(hù)更換，將比液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)減少了大量的售后服務(wù)成本。 液壓缸和氣缸的最佳替代品：伺服電動缸可以完全替代液壓缸和氣缸，并且實現(xiàn)環(huán)境更環(huán)保，更節(jié)能，更干凈的優(yōu)點(diǎn)，很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運(yùn)動控制。 3)配置靈活性：可以提供非常靈活的安裝配置，全系列的安裝組件：安裝前法蘭，后法蘭，側(cè)面法蘭，尾部鉸接，耳軸安裝，導(dǎo)向模塊等;可以與伺服電機(jī)直線安裝，或者平行安裝;可以增加各式附件：限位開關(guān)，行星減速機(jī)，預(yù)緊螺母等;驅(qū)動可以選擇交流制動電機(jī)，直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)。 圖3.6-3-1 電推缸 3.7 直線導(dǎo)軌的參數(shù)和選型 當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，壓接系統(tǒng)會豎直向下運(yùn)動，隨意需要一個直線導(dǎo)軌，來保證運(yùn)動豎直。直線導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、便于安裝和預(yù)緊、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和測量儀器等。其缺點(diǎn)是抗振性較差、成本較高。 直線滾動導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌和滑塊兩部分組成，如圖所示。一般滑塊中裝有兩組滾珠，當(dāng)滾珠從工作軌道滾到滑塊端部時，會經(jīng)端面擋板和滑塊中的返回軌道返回，在導(dǎo)軌和滑塊之間的滾道內(nèi)循環(huán)滾動。裝配時常將兩根導(dǎo)軌固定在支承件上，每根導(dǎo)軌上一般有兩個滑塊，滑塊固定在移動件上。若移動件較長，可在一根導(dǎo)軌上裝兩個以上的滑塊；若移動件較寬，可選用兩根以上的導(dǎo)軌。兩根導(dǎo)軌中，一根為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，另一根為從動導(dǎo)軌，基準(zhǔn)導(dǎo)軌上有基準(zhǔn)面A，其上滑塊有基準(zhǔn)面B。安裝時先固定基準(zhǔn)導(dǎo)軌，之后以基準(zhǔn)導(dǎo)軌校正從動導(dǎo)軌，達(dá)到裝配要求時再緊固從動導(dǎo)軌。直線滾動導(dǎo)軌副的裝置如下圖3.7所示 圖3.7 直線滾動導(dǎo)軌副的裝配 3.7.1 工作載荷的計算 工作載荷是影響導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。對于水平布置的十字工作臺，多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。常見的工作臺受力情況如圖所示，任一滑塊所受到的工作載荷可由以下公式[1]計算： 式中 ——滑塊上的工作載荷，單位為kN； F ——垂直于工作臺面的外加載荷，單位為kN； G ——工作臺的重力，單位為kN；如圖工作臺受力示意圖 ——距離尺寸，單位為mm 圖3.7-1 工作臺受力示意圖 根據(jù)計算 3.7.2. 距離額定壽命的計算 直線滾動導(dǎo)軌副的壽命計算，是以在一定載荷下行走一定距離后，90％的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個載荷稱為額定動載荷Ca該行走距離稱為距離額定壽命。滾動體不同時，距離額定壽命L的計算公式也不同。 滾動體為球時： 滾動體為滾子時： 式中 L ——距離額定壽命，單位為km ——額定動載荷，單位為kN； P ——滑塊上的工作載荷，單位為kN； ——硬度系數(shù); ——溫度系數(shù); ——接觸系數(shù); ——精度系數(shù); ——載荷系數(shù); 3.7.3 小時額定壽命的計算 根據(jù)距離額定壽命，可以計算出導(dǎo)軌副的小時額定壽命，計算公式為： 式中 ——壽命時間，單位為h； L ——距離額定壽命，單位為km； S ——移動件行程長度，單位為m； ——移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)。 3.7.4. 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器是一種常用的機(jī)械傳動裝置，主要用來聯(lián)接軸與軸（或連接軸與其它回轉(zhuǎn)零件）以傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。此外，聯(lián)軸器還具有補(bǔ)償兩軸相對位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能。由于制造及安裝誤差等的影響，通?？筛鶕?jù)對各種相對位移有無補(bǔ)償能力，將聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩類[12]。 (1) 剛性套筒式聯(lián)軸器 下圖3.7-4-1為套筒式聯(lián)軸器的幾種結(jié)構(gòu)。套筒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，但裝拆困難，且要求兩軸軸線嚴(yán)格對中，使用受到一定限制。其中圖a結(jié)構(gòu)簡單，但錐銷防松不太可靠。圖b加工、安裝均容易，但消除周向間隙不可靠。圖c完全靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，但傳遞轉(zhuǎn)矩不大。 圖3.7-4-1 套筒式聯(lián)軸器 a）錐銷聯(lián)接式：1—圓錐銷 2—套筒 3—軸 b）鍵聯(lián)接式：1—軸 2—鍵 3—緊定螺釘 4—套筒 c）螺栓緊固聯(lián)接式：1—軸 2—內(nèi)六角螺栓 3—套筒 4—壓塊 (2) 撓性聯(lián)軸器 如下圖3.7-4-2所示的無鍵聯(lián)接撓性聯(lián)軸器，是機(jī)床進(jìn)給傳動中廣泛采用的一種無間隙傳動聯(lián)軸器。它不僅可簡化聯(lián)接結(jié)構(gòu)，降低噪音，而且對消除傳動間隙，提高傳動剛度都有利，主要用于傳遞較大轉(zhuǎn)矩的場合。 當(dāng)傳遞小轉(zhuǎn)矩時，如電動機(jī)與光電編碼器之間的聯(lián)接，可選用小型的聯(lián)軸器。如長春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的小型撓性聯(lián)軸器，其參數(shù)如表所示。 圖3.7-4-2 撓性聯(lián)軸器 1—壓圈 2—聯(lián)軸器具 3，5—球面墊圈 4—柔性片 6—錐環(huán) (3) 聯(lián)軸器選用 一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結(jié)構(gòu)形式。在選型時主要考慮以下幾點(diǎn)： 1) 選擇聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對緩沖和振動的要求，參考各類聯(lián)軸器的特點(diǎn)，選擇適用的聯(lián)軸器類型。 2) 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T(Nm)可用下式[2]計算： T=9550XP/N =9550x0.75/100 =72Nm 式中 P ——傳遞的功率(kW)； N ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。 實際計算時,應(yīng)將公稱轉(zhuǎn)矩T乘以工作情況系數(shù)KA，得到計算轉(zhuǎn)矩Tca=KAT。工作情況系數(shù)KA 如表3-44所示。 3) 確定聯(lián)軸器的型號 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩Tca及所選的聯(lián)軸器類型，在聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)中按照 Tca ≤ [ T ] (3-37) 的條件確定聯(lián)軸器的型號。式中，[ T ]為所選型號聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。 4) 校核最高轉(zhuǎn)速 聯(lián)軸器工作過程中的最高轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過其允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，即：n ≤ nmax 5) 協(xié)調(diào)軸孔直徑 多數(shù)情況下，每一型號聯(lián)軸器適用軸的直徑均有一個范圍，被聯(lián)接兩軸的直徑應(yīng)當(dāng)在此范圍之內(nèi)。 另外，還要根據(jù)所選聯(lián)軸器允許的軸的相對位移偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度。使用有非金屬彈性元件的聯(lián)軸器時，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不要超過該材料所允許的最高溫度。 3.7.5 電機(jī)的選擇與計算 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移信號的執(zhí)行元件，每接收一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個步距角。步進(jìn)電機(jī)爪子的角位移與輸入脈沖數(shù)的個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖數(shù)的頻率成正比，轉(zhuǎn)向取決于繞組的通電相序，因此，只要控制好輸入電脈沖的數(shù)量，頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。 步進(jìn)電機(jī)按照其工作原理分可以分為：反應(yīng)式，永磁式，和混合式步進(jìn)電機(jī)三種類型。 (1) 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)： 步進(jìn)電機(jī)是用脈沖供電，且按照一定工作方式輪流作用各項磁線圈上，輸出角與輸入脈沖嚴(yán)格成比例，且時間上同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角不收各種因素的干擾。如電壓的大小，電流的數(shù)值，波形等。速度控制是靠改變冒充的頻率實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)子的速度主要取決于脈沖信號的頻率，總的位移量則取決于脈沖總數(shù)。 轉(zhuǎn)子慣量小，啟停時間短，在通電脈沖內(nèi)使勵磁線圈的電流能快速建立，而在斷電時能快速消失。 輸出轉(zhuǎn)角精度高，無積累誤差。步進(jìn)電機(jī)實際步距角與理論步距角總有一定的誤差，且誤差可以累積，但是每次當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一周后，總的誤差又回到零步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠給各相勵磁線圈通電順序的變化來實現(xiàn)的，可以正反轉(zhuǎn)和啟動停止。能量效率低，存在失步現(xiàn)象。 (2) 步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)及選擇。 步距角α 步距角是在沒有減速齒輪的情況下，在一個脈沖信號的作用下轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度。也就是定子控制的通電方式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。同一臺步進(jìn)電機(jī)，如果通電方式不同，運(yùn)行時步距角也不同，步進(jìn)電機(jī)的步距角α與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、通電方式K有關(guān)。公式如下[5] ==,= 式子中：--------齒距角，; K--------通電方式； M--------定子繞組的相數(shù)； -------轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 當(dāng)通電方式為單拍或者雙拍時，K=1；當(dāng)通電方式為單一雙拍時K=2. 1) 最大靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角 在空載狀態(tài)下，給步進(jìn)電機(jī)通電，則轉(zhuǎn)子齒的中心線和定子齒的中心線重合，使磁路中的磁阻最小，轉(zhuǎn)子上沒有轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電機(jī)軸上外加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子會偏離平衡位置向負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度，轉(zhuǎn)子相對于定子按照一定方向轉(zhuǎn)過一個角度，產(chǎn)生一個抗衡負(fù)載的電磁力矩。該角度稱為失調(diào)角。 2) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的步距角和通電頻率確定后，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速計算公式為：n=α/360*60f 式中：f--------控制脈沖的頻率（） 3) 定位轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)在沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)斷電時不具備自鎖能力，所以沒有定位轉(zhuǎn)矩。 4) 啟動轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩稱為最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。它是指步進(jìn)電機(jī)單相繞組勵磁是所能帶動的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 5) 啟動頻率、運(yùn)行頻率和矩頻特性 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于零的條件下，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動，不失步的進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)允許的最高頻率稱為啟動頻率，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動后，維持步進(jìn)電機(jī)不失步的最高頻率，稱為運(yùn)行頻率。運(yùn)行頻率會隨著負(fù)載的增加而下降。啟動頻率與機(jī)械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩有光關(guān)。 3.7.6 步進(jìn)電機(jī)的選用 選用步進(jìn)電機(jī)的時候，首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖，計算機(jī)械傳動裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，然后分別計算各種工況下所需的等效負(fù)載力矩。在根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩和啟動、運(yùn)行頻率特性等選擇合適的步進(jìn)電機(jī)，具體步驟如下； （1）齒輪傳動比i的計算： 在傳動系統(tǒng)中贏加一對齒輪降速傳動。即減速器。根據(jù)已知條件，電動機(jī)步距角α=0.75 ，脈沖當(dāng)量=0.01， 滾珠絲杠的導(dǎo)程=4㎜，計算齒輪傳動比：I=αp/360αp。 本次設(shè)計沖并不使用減速器所以i=1.等效轉(zhuǎn)動慣量的計算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動慣量的計算為： = 式中：、、、--------折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪、鏈條1、從動輪2、等效轉(zhuǎn)動慣量； --------電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。 計算大小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量， 本次設(shè)計步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠直接通過聯(lián)軸器連接，并沒采用減速機(jī)構(gòu)，所以， ==0 計算電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ===0.0115（kg） 計算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 ==0.22584（kg） 即折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量=0.22584（kg） （2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下是不同的，一種是工作負(fù)載為0是 快速空載啟動所承受的轉(zhuǎn)矩，另一種是最大工作負(fù)載是的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 下面分別計算： 計算快速空載啟東市的電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； = 式中：--------快速空載啟東市折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩（Nm）； --------移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩（Nm）； --------鏈條預(yù)緊后折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩（Nm）； == 式中：--------折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量； ---------電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度； --------電動機(jī)的轉(zhuǎn)速； --------電動機(jī)加速所用的時間，一般在0.3~1s之間選取。 其中：=， 設(shè)步進(jìn)電機(jī)從靜止到加速到所需要的時間為0.4秒，傳動效率=80%，則； ==0