清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院自動(dòng)化零件清洗線設(shè)計(jì)論文文本

1、清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 自動(dòng)化零件清洗線設(shè)計(jì) 姓 名： Mr Li 系 別： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 2012級(jí)1班 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)教師： * 2016年 6 月 27日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得清華大學(xué)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（

2、設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)清華大學(xué)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日2目 錄摘 要Abstract1 緒 論11.1 研究目的和意義

3、11.2 選題背景11.3 本課題研究內(nèi)容22 方案選擇與論證32.1 提出方案32.2 工作原理比較分析32.3 方案選擇43 湍流清洗機(jī)理以及影響清洗效果因素53.1 湍流清洗機(jī)理53.2 影響清洗效果因素分析54 機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)64.1 機(jī)械手傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)64.2 主要技術(shù)參數(shù)的確定64.3 機(jī)械手的配置和工作原理75 上下料機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)85.1 上下料機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)85.2 上下料機(jī)械手手部設(shè)計(jì)85.3 手臂方案設(shè)計(jì)155.4 機(jī)械手橫移系統(tǒng)設(shè)計(jì)215.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)226.清洗線工位設(shè)計(jì)256.1 清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)256.2 干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)267 結(jié) 論27參考文獻(xiàn)2

4、8致 謝293零件清洗線設(shè)計(jì)摘 要機(jī)械設(shè)備在裝配前、維修過程中均需要將零件進(jìn)行清洗，以保證零件潔凈，從而為設(shè)備的裝配提供保證。但在目前，由于市場(chǎng)上超聲清洗較貴重，在一些小型生產(chǎn)廠家和維修企業(yè)，一般沒有專用的清洗設(shè)備。這些廠家大多采用人工清洗，其結(jié)果是生產(chǎn)質(zhì)量得不到可靠保證。本課題設(shè)計(jì)的是一種清洗設(shè)備，用于小型零部件的清洗。本文根據(jù)零件清洗的一般流程，對(duì)零件清洗線的總體設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能作了設(shè)計(jì)。清洗線主要由清洗槽體、懸掛機(jī)械手裝置、清洗系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、熱風(fēng)吹干系統(tǒng)、金屬橫梁和框架以及控制系統(tǒng)等構(gòu)成。各個(gè)工位之間的零件的換位操作是通過機(jī)械手裝置完成的，機(jī)械手的移動(dòng)是靠齒輪和齒條的嚙合運(yùn)行的。清

5、洗線能安全、可靠地完成零部件各部位的清洗功能，同時(shí)操作方便且對(duì)環(huán)境的污染少。零件清洗線的應(yīng)用使工廠便于自動(dòng)化，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，從而提高勞動(dòng)效率和提高經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞： 清洗線 零部件 自動(dòng)化 4Design of Cleaning Line for Spare PartsAbstract Before assembly and in the process of maintenance, mechanical equipment all need cleaning parts in order to ensure the clean spotless and providi

6、ng assurance for the parts assembley performance. But at the moment, ultrasonic cleaning is expensive in the market which lead that there is no special cleaning equipment in some small manufacturers and maintenance enterprise. Mostly using artificial cleaning, the result is that their production qua

7、lity cant get reliable guarantee. This topic designs a simple cleaning equipment used to clean small parts. According to the general process of the parts cleaning, this thesis designs the overall design of the automatic cleaning line as well as its mechanical structure and functions.Cleaning line is

8、 consist of washing tub, the suspended mechanical arm, clean system, filtering system, dry system, the frame and control system. The parts conversion between each station is completed by the mechanical arm whose remove is completed by the cooperation between gear and rack. This cleaning line is used

9、 to clean each place of the parts safely and reliably, considering of operating easily and reducing pollution to the environment. For the factory, the cleaning line is used for automation, reducing the labor intensity and production cost and then increasing the work efficiency and economic benefits.

10、 Keywords: cleaning line; spare parts; automation 5清華大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒 論1.1 研究目的和意義 機(jī)械設(shè)備裝配前、維修過程中均需要將零件進(jìn)行清洗，以保證零件潔凈，從而為設(shè)備的裝配性能提供保證。在各個(gè)行業(yè)中有很多的零器件均需要清洗，需要清洗的種類和環(huán)節(jié)也很多，例如：在機(jī)械工業(yè)中清洗軸承、齒輪、軸、過濾器、油泵、閥門及其他機(jī)械零件；在機(jī)械工業(yè)中，清洗軸承、齒輪、軸、過濾器、油泵、閥門及其他機(jī)械零件1。研究目的：目前，在一些小型生產(chǎn)廠家和維修企業(yè)，一般沒有專用的清洗設(shè)備，大多采用人工清洗，其結(jié)果是生產(chǎn)質(zhì)量得不到可靠保證。面對(duì)這一問題這

11、次便設(shè)計(jì)一種簡易清洗設(shè)備，用于小型零部件的清洗。研究意義：科技發(fā)展迅速的今天，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響下，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。在生產(chǎn)過程中工廠為了保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，大多數(shù)工廠使用清洗工藝來提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，這樣做出的產(chǎn)品能夠很好的符合國家標(biāo)準(zhǔn)和人民需求?，F(xiàn)代化的工廠為了提高生產(chǎn)效率，一般采用機(jī)械流水線的清洗模式進(jìn)行清洗，這樣可以大大節(jié)約空間，大大提高清洗效率。零件清洗線綜合以上優(yōu)點(diǎn)，對(duì)工廠便于用于自動(dòng)化，提高勞動(dòng)效率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等。1.2 選題背景我國的清洗技術(shù)已經(jīng)取得了較好的成果?！熬唧w在以下方面：一是機(jī)械零部件在涂漆前的洗滌以及在電鍍之前后的洗滌，機(jī)

12、器零部件的洗滌，具體要求是要高級(jí)清洗度，比如齒輪、齒輪軸、制動(dòng)器件、油泵的油嘴、閥門零部件、過濾器的洗滌。二是醫(yī)療方面，清洗各種針管和手術(shù)器具；以及醫(yī)用、制藥、食品、化學(xué)科學(xué)等所用的各種器具瓶罐的清洗。三是個(gè)人家庭日常使用工具、高精度元器件、高精密塑料器件、鏈接管線、收藏品以及首飾工藝品等的清洗”2。目前國內(nèi)外水清洗裝置大多采用：1）蒸汽清洗2）噴淋式清洗3）振動(dòng)清洗4）超聲波清洗等。隨著科技發(fā)展用的最多的是超聲波清洗，我國現(xiàn)有各類超聲波清洗設(shè)備制造企業(yè)數(shù)十家左右，大部分在珠江三加州等地區(qū)。根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，我國東部沿海的公司占全國總數(shù)的85左右，由此可知我國相對(duì)經(jīng)濟(jì)主要地區(qū)的公司對(duì)超聲波清洗

13、這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的廣泛使用。而且從另一方面講超聲波清洗技術(shù)在我國欠發(fā)達(dá)的中西部身份有很大的拓展前景。雖然中國在清洗方面已經(jīng)有了一定的發(fā)展，但總體而言還遠(yuǎn)不如歐美等國家和地區(qū)，這些還遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)日益增長的工業(yè)及民用清洗的需求，我們現(xiàn)在需要認(rèn)清現(xiàn)狀，發(fā)展清洗事業(yè)，迎頭趕上發(fā)達(dá)國家。目前，由于市場(chǎng)上超聲清洗較貴重，在一些小型生產(chǎn)廠家和維修企業(yè)，一般沒有專用的清洗設(shè)備，大多采用人工清洗，其結(jié)果是生產(chǎn)質(zhì)量得不到可靠保證。綜上面對(duì)這一問題這次便設(shè)計(jì)一種清洗設(shè)備，用于小型零部件的清洗。在本課題的設(shè)計(jì)零件清洗線，將要解決這一問題。1.3 本課題研究內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)的是一種清洗設(shè)備，用于小型零部件的清洗。設(shè)計(jì)

14、設(shè)備能安全、可靠地完成零部件各部位的清洗功能，操作方便、可靠，并考慮減小對(duì)環(huán)境的污染。本課題的特色與創(chuàng)新點(diǎn)：（1）零件清洗線特色體現(xiàn)在“線”上，多工位自動(dòng)。（2）成本較比市場(chǎng)的低，體積也較小，適合小工廠使用。2 方案選擇與論證2.1 提出方案根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，現(xiàn)提出兩種設(shè)計(jì)方案。方案布局簡圖如下，并根據(jù)實(shí)際需要以及可實(shí)現(xiàn)程度論證這兩種方案，最后得出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。圖2-1 方案之一圖2-2 方案之二2.2 工作原理分析比較2.2.1 方案一工作原理如方案之一圖所示，整體采用箱體式，被清洗的物件可從進(jìn)料口可輸送到不銹鋼專用網(wǎng)帶之后送入清洗槽漂洗，然后在經(jīng)過清洗、烘干等工序后物件從出料口被送

15、出。當(dāng)中有另外的控制箱來操控整個(gè)過程的運(yùn)轉(zhuǎn)和進(jìn)程。2.2.2 方案二工作原理如方案二圖所示，清洗線主要由清洗槽體、懸掛機(jī)械手裝置、清洗系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、熱風(fēng)吹干系統(tǒng)、金屬橫梁和框架以及控制系統(tǒng)等組成。各個(gè)工位之間的零件的換位操作是通過機(jī)械手裝置完成的，以及最后送入滾筒輸送鏈。機(jī)械手機(jī)構(gòu)用擺線馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪再加上一個(gè)齒條，兩者嚙合運(yùn)行，整個(gè)機(jī)械手一邊做一個(gè)導(dǎo)向滾輪，來做為導(dǎo)向工具，使機(jī)械手不發(fā)生偏移沿著即定路線運(yùn)行從而達(dá)到間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)；2.3 方案選擇本設(shè)計(jì)采用第二種方案，第二種方案靈活性高，便于觀察運(yùn)轉(zhuǎn)過程以及發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)維修。清洗過程方便排水以及清理水槽，而且成本較第一方案低，符合小廠家使

16、用要求且方案具有新穎性。清洗過程使用湍流清洗，清洗分為清洗液清洗和清水漂洗兩個(gè)過程，成本低而且清洗效果也很好。干燥區(qū)使用感應(yīng)式熱吹風(fēng)機(jī)，節(jié)約能源。機(jī)械手使用的是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，上下提升和抓取動(dòng)作的完成依賴于兩個(gè)液壓油缸的緊密配合動(dòng)作完成，中心控制單元使用PLC可編程邏輯控制器來進(jìn)行直接的操控。3 湍流清洗機(jī)理以及影響清洗效果因素3.1 湍流清洗原理湍流被定義為流體的一種流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很大的時(shí)候，流線會(huì)混合不清，流場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生許多小漩渦，這時(shí)層流將被破壞，相鄰層流動(dòng)層之間不但有滑動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，而卻還混合現(xiàn)象的發(fā)生。如果流速稍大時(shí)，流體的流線會(huì)開始出現(xiàn)波浪狀的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)的頻率和幅值隨流速的增大而增大的

17、現(xiàn)象。當(dāng)流體的流速很小，流體將會(huì)分層流動(dòng)，互不混合，稱之為層流；當(dāng)流速很大時(shí)，流體為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)裝態(tài)，將會(huì)有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象稱為湍流或紊流。湍流清洗就是采用高壓噴水與浸泡相結(jié)合形成湍流，在被清洗物品的表面上形成“刷洗作用”的原理來清洗設(shè)備零部件的。3.2影響清洗效果因素分析清洗效果包含清洗質(zhì)量和清洗效率。湍流清洗的影響效果因素有湍流強(qiáng)度、清洗液性質(zhì)、環(huán)境條件等。另外湍流強(qiáng)度越高則就會(huì)在零件表面刷洗的更加頻繁和細(xì)致，對(duì)細(xì)小部位能進(jìn)行有效清洗，當(dāng)湍流強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后，清洗效果會(huì)達(dá)到飽和。清洗液的選擇需要考慮待清洗零件的材料、油污種類、污染程度以及機(jī)械雜質(zhì)等。“應(yīng)選擇低粘

18、度的液體，從而利于形成湍流；考慮到對(duì)環(huán)境的污染程度要小，清洗時(shí)采用水基清洗劑，并有針對(duì)的添加穩(wěn)定劑、助溶劑以及消泡劑等添加劑”3。環(huán)境溫度的影響主要是對(duì)清洗液的影響。清洗物在清洗槽中的擺設(shè)安排對(duì)清洗效果也有很大影響作用。清洗物品的擺放規(guī)則是是有一定的間距排列懸掛在槽中或用金屬網(wǎng)筐裝好懸掛為最好3。影響清洗效果的因素有清洗時(shí)間和被清洗物的污染狀況。延長清洗時(shí)間幫助促進(jìn)清洗質(zhì)量，時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致零件表面的腐蝕，降低生產(chǎn)效率。在清洗時(shí)根據(jù)清洗狀況分開清洗較好3。10清華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)4.1 機(jī)械手傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械手的四種運(yùn)動(dòng)方式分類：1、 球坐標(biāo)式2、直角坐標(biāo)式3、圓柱坐標(biāo)

19、式4、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式另外直角坐標(biāo)式的優(yōu)點(diǎn)為：（1）在剛性聯(lián)結(jié)的自動(dòng)生產(chǎn)線中使用懸掛式機(jī)械手是很有用的一種方式，機(jī)械手可以在各工位間輸送工件，各臂均懸掛在生產(chǎn)線上方的橫梁上，把工件從一個(gè)工位移動(dòng)到下一個(gè)工位，可以減少隨行夾具和其他裝置，提高自動(dòng)化程度4。（2）懸掛式機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效利用工廠的寶貴空間資源。（3）懸掛式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，成本底。 其中零件清洗線上的送料機(jī)械手需要采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行，PLC進(jìn)行控制，使用液壓驅(qū)動(dòng)有如下兩點(diǎn)好處：（1）使用液壓驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速調(diào)節(jié)，定位精度高，系統(tǒng)固有頻率小，壓力、容量調(diào)節(jié)容易的優(yōu)點(diǎn)。（2）使用液壓驅(qū)動(dòng)有壓力高，可以實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)力量，而且機(jī)構(gòu)

20、可以設(shè)計(jì)的很輕小，緊湊致密等優(yōu)點(diǎn)。4.2 主要技術(shù)參數(shù)確定機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)包括抓重、自由度、定位精度、重復(fù)定位精度、工作范圍、最大速度及承載能力4。主要參數(shù)如下：抓重： 20kg自由度： 2個(gè)工作范圍： 上下升降：350mm-600mm橫移：2000mm驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)控制方式： PLC控制緩沖方式： 節(jié)流回路4.3 機(jī)械手的配置和工作原理 圖4-1 上下料機(jī)械手簡圖 本清洗線的送料機(jī)械手設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)上下升降、抓取零件和橫移運(yùn)動(dòng)等精確地動(dòng)作。（上下料機(jī)械手簡圖如圖一）上下升降、抓取零件是各自的伸縮油缸帶動(dòng)的，橫移運(yùn)動(dòng)是用擺線馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪再加上一個(gè)齒條，兩者嚙合進(jìn)行有效轉(zhuǎn)動(dòng)。在生產(chǎn)過程中

21、產(chǎn)品的工序是按照加工順序（一般是從左向右）依次排列加工進(jìn)行的。如圖二所示：圖4-2 零件清洗線機(jī)械手配置圖 該送料機(jī)械手的動(dòng)作順序?yàn)椋涸幌陆担ㄗチ希┥仙蛴覚M移下降（放料）上升向右橫移下降（放料）上升向右橫移下降（放料）上升向右橫移下降（放料）上升向左橫移原位 5 上下料機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)5.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)方案主要組成部分如下：（1） 橫移系統(tǒng)及其滾輪機(jī)構(gòu)；（2） 動(dòng)作油缸零部件；（3） 手臂支撐件；（4） 執(zhí)行零部件（手臂部分）；（5） 輔助系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手共使用2個(gè)油缸,即:手臂的升降運(yùn)動(dòng),用往復(fù)直線油缸來完成；手指的開合,是由一個(gè)單向直線油缸驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作。整個(gè)機(jī)械手的橫向

22、移動(dòng)用擺線馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪再加上一個(gè)齒條，兩者嚙合運(yùn)行。整個(gè)機(jī)械手一邊做一個(gè)導(dǎo)向滾輪，來做為導(dǎo)向工具，使機(jī)械手不發(fā)生偏移沿著即定路線運(yùn)行；一邊加上一個(gè)支撐滾輪，與導(dǎo)軌大面積接觸，這樣起到很好的支撐作用。5.2 上下料機(jī)械手手部設(shè)計(jì)“手部機(jī)構(gòu)是機(jī)械手直接用于抓取和握緊或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，是主要的執(zhí)行動(dòng)作機(jī)構(gòu)，它安裝于機(jī)械手前端”4。5.2.1 上下料機(jī)械手手部設(shè)計(jì)基本要求由所夾持的對(duì)象，機(jī)械手采用鉗爪式手部設(shè)計(jì)方案：（1）應(yīng)具有足夠的開閉范圍由于在工作環(huán)境中，鉗爪說抓取的對(duì)象各式各樣，為了滿足設(shè)計(jì)使用需求，鉗爪應(yīng)該有足夠大的閉合尺度范圍，并且定位誤差要小，夾緊力的影響因素包括方位和安全系數(shù)

23、、工況系數(shù)等 計(jì)算時(shí)需要充分考慮這種影響因素。（2）應(yīng)具有足夠的的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力工件的移動(dòng)依靠鉗爪的抓取而移動(dòng)，在移動(dòng)過程中，鉗爪應(yīng)該有較大的加緊力才能避免在抓取和移動(dòng)的過程中導(dǎo)致工件脫落等不必要的損失。（3）應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度“鉗爪在工作過程中受到被夾持工件的反作用”8。因此對(duì)于受力較大的鉗爪應(yīng)進(jìn)行必要的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。（4）應(yīng)能保證工件在手指的夾持精度“鉗爪的定位應(yīng)該根據(jù)具體的抓取對(duì)象來選用與其相適應(yīng)的爪型與之配套定位，這樣才能滿足較為精確地位置精度，達(dá)到使用要求”8。要適應(yīng)工作位置的狀況：若工作位置較窄小可用薄片形鉗爪，若工件的形狀為圓柱形，機(jī)械手的形狀可以采用“V”來與之配套抓取。

24、5.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)（1）手指式夾持器的執(zhí)行動(dòng)作過程由抓緊放松這兩個(gè)基本動(dòng)作組成；（2）零件20kg。5.2.3 上下料機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2.3.1 夾緊裝置設(shè)計(jì)（1）夾緊力計(jì)算 機(jī)械手的加緊力計(jì)算方法如下： 9 公式 （5-1） 式中：安全系數(shù)，一般范圍是1.22.0，常采用1.5； 工件情況系數(shù)，計(jì)算公式如下：，加速度a計(jì)算公式如下：。 方位系數(shù)，根據(jù)手指與被夾持物位置不同以及手指與被夾持物的形狀來進(jìn)行選定； ，為摩擦系數(shù)，為V型手指半角，此處采用。 被抓取工件所受的重力（N）計(jì)算以上數(shù)據(jù)求得夾緊力如下：選用整數(shù)得：1294N。（2）驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之計(jì)算公式6： 公式（5-

25、2） 式中：c滾子至銷軸之間的距離，根據(jù)設(shè)計(jì)要求初定64mm； b爪至銷軸之間的距離，根據(jù)設(shè)計(jì)要求初定102mm； 楔塊的傾斜角，根據(jù)設(shè)計(jì)要求初定。則：N 公式（5-3）此處得出的F為理論計(jì)算值，但我們一般選用液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于這個(gè)理論計(jì)算值，機(jī)械效率取0.88這個(gè)系數(shù)作為計(jì)算值，計(jì)算如下： 公式（5-4）為滿足安全性，取。（3） 液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算設(shè)計(jì)中液壓缸為單作用缸設(shè)計(jì)方式，手抓設(shè)為常開式夾緊裝置，推力計(jì)算公式12： 公式（5-5） 計(jì)算公式： -活塞直徑； - 驅(qū)動(dòng)壓力；，已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力，且，由于，工作壓力P=0.8Mpa10據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑： ， 公式（5-6）這里采用整數(shù)作

26、為計(jì)算結(jié)果：D=50mm?；钊麠U直徑d，計(jì)算公式為，這里選用26mm作為計(jì)算結(jié)果；活塞厚B，取厚度B=20mm，與活塞桿為螺紋連接；活塞行程，當(dāng)抓取100mm工件時(shí)，即手爪從張開140mm減小到100mm，楔塊向前移動(dòng)大約40mm。取液壓缸行程；缸筒L的設(shè)計(jì)長度計(jì)算公式為L>B+S=40+24=64mm；其中L取整數(shù)70 mm；壁厚（0.20.3）D，取12mm。（4） 選用夾持器液壓缸液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)如下圖：5.2.3.2 手爪夾持誤差及分析手爪的夾持需有較高的精準(zhǔn)度，通常情況使夾持誤差不超過。 5.2.3.3 計(jì)算楔塊尺寸數(shù)據(jù)其力的分析如下圖5-1所示：圖5-1 杠桿手指受力分析圖圖中

27、斜楔角，時(shí)有增力作用；滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角。d為轉(zhuǎn)軸直徑，D為滾子外徑，滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角是計(jì)算結(jié)果如下：。支點(diǎn)至斜面垂線與杠桿的夾角；杠桿驅(qū)動(dòng)端桿長；杠桿夾緊端桿長；杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率；滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù)，計(jì)算公式為。（1）傳動(dòng)效率計(jì)算公式如下傳動(dòng)效率9： （5-7） （5-8） 在計(jì)算過程中取0.85，取0.1，取0.5；則可得=，選取是15。（2） 動(dòng)作范圍分析圖中陰影部分范圍角度：。若，則楔面對(duì)杠桿有沿著桿身方向的力，這個(gè)力將會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生，應(yīng)該大于。此外，若時(shí)，杠桿將會(huì)與斜面平行，杠桿同鞋面會(huì)保持水平交接狀態(tài)，并且同回轉(zhuǎn)支點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生干涉作用，即為手指動(dòng)作的理論極限位置

28、。動(dòng)作范圍見圖5-2：圖5-2 杠桿活動(dòng)范圍分析圖（3） 斜楔驅(qū)動(dòng)行程和手指開閉范圍在斜楔工作過程中，其在最開始動(dòng)作點(diǎn)到裝夾工件的點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)行程為L是沿兩斜面對(duì)稱中心線方向的距離，相應(yīng)的杠桿手指由轉(zhuǎn)到，L計(jì)算公式如下9： 公式（5-9） 杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為： 公式（5-10） 通常狀態(tài)下，選取，由實(shí)際張開的角度來確定。已知，可得。有如圖5-3的關(guān)系：圖5-3 斜楔驅(qū)動(dòng)行程關(guān)系圖可知：楔塊下邊為45mm，支點(diǎn)O距中心線25mm，且有，得：。（4） 與的確定斜楔傳動(dòng)比的公式： 由分配距離為：。（5）楔塊確定為沿斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程，有下圖5-4中關(guān)系：圖5-4 楔塊尺寸分析圖

29、取，楔塊上邊長取44mm。5.2.3.4 材料及連接件選擇10螺紋圓柱銷，d=8mm，數(shù)量是2個(gè)；使用材料是鋼材。使用螺紋連接的楔塊、活塞桿，螺紋的公稱直徑是30mm，螺距p=2，旋合長度為20mm。 5.3手臂方案設(shè)計(jì)5.3.1 手臂設(shè)計(jì)概況手臂在設(shè)計(jì)過程中要注意以下幾點(diǎn)4：（1）手臂的設(shè)計(jì)需要本身的重量小，剛度適中，其抓取時(shí)要經(jīng)得住工件的重量 合理布置作用力的位置和方向，注意簡化結(jié)構(gòu)，盡量使結(jié)構(gòu)簡單的設(shè)計(jì)方案。（2）臂部速度要高，慣性要小 方案設(shè)計(jì)時(shí)，臂部的質(zhì)量要小，以及較小的動(dòng)作尺寸。（3）經(jīng)濟(jì)性和壽命的要求，以及人身保護(hù)要好。5.3.2 手臂方案設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)形式要全面分析手臂的受刀情

30、況，并合理的分配給手臂的各部位，避免不利的受力狀態(tài)出現(xiàn)。采用單出桿雙作用液壓缸，手臂豎直升起時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于垂直安置的手臂抓取重量為20公斤，還要完成工件夾緊、提升等動(dòng)作，安裝的機(jī)構(gòu)多，考慮到手臂是垂直放置的，主要承受拉伸力，采用雙導(dǎo)桿導(dǎo)向。采用電液換向閥，控制伸縮方向。下圖為雙導(dǎo)桿機(jī)械手簡圖5-5： 圖5-5 雙導(dǎo)桿機(jī)械手簡圖設(shè)計(jì)方案參數(shù)如下：（1）伸縮尺度：300mm-600mm；（2）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊。（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）單方向伸縮時(shí)間：1.52.5s；5.3.3 手臂結(jié)

31、構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.3.1 豎直伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算1、液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算：受力分析，如圖5-6： 圖5-6 升降油缸受力圖驅(qū)動(dòng)力計(jì)算12： 上升階段公式： 公式（5-12） 下降階段公式：公式（5-13） 在計(jì)算公式中，G 臂部運(yùn)動(dòng)部件的重量(N)。大約估計(jì)數(shù)值工件：20；手部：15；伸縮缸：20kg；剩余的均為15kg；總重量大約：70kg 取總重量M為80，則G=80×9.8=784N、 起動(dòng)的慣性力(N)的計(jì)算：可按如下近似計(jì)算： 公式（5-14） 式中，V速度變化量（m/s），又V最大為200/s，t啟動(dòng)過程的時(shí)間（s），一般為0.010.15s；t對(duì)于輕載低速部件取小值，當(dāng)重載高

32、速部件可以選用較大數(shù)值，本設(shè)計(jì)方案選用t=0.08s。因此：。、油缸回腔低壓油液所造成的阻力計(jì)算：=0.05G計(jì)算如下， 公式（5-15）、 各支承處的摩擦力(N)計(jì)算：受力分析如圖5-7： 圖5-7升降油缸受力分析當(dāng)量摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)，銅對(duì)青銅：；鋼對(duì)鑄鐵：，??；則。升降導(dǎo)向立柱不自鎖，必須,由平衡條件：FR1 =FR2 ，G×R= FR2×h，解得：h0.32R。H取10，滿足不自鎖條件， 公式（5-16）計(jì)算以上結(jié)果為：油缸上升時(shí)的驅(qū)動(dòng)力公式如下： 公式（5-17）油缸下降時(shí)的驅(qū)動(dòng)力公式如下： 。 公式（5-18）2、液壓缸的直徑計(jì)算根據(jù)雙作用油缸的計(jì)算

33、公式12: 公式（5-19）dD/2 公式（5-20）其中:P油缸工作壓力，Pa；由于驅(qū)動(dòng)力小于5KN，故可令p=1MPa； F1活塞桿伸出時(shí)的推力；d活塞直徑； F2活塞桿縮入時(shí)的拉力；液壓缸機(jī)械效率，取0.7；計(jì)算數(shù)據(jù)得:當(dāng)推力做功時(shí) = ； 公式（5-21）當(dāng)拉力做功時(shí)； 公式（5-22）計(jì)算取整后，。3、活塞桿及缸筒參數(shù)設(shè)計(jì)（1）活塞桿材料：選擇45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度10；活塞桿直徑：，?。唬?）缸筒材料：選取45號(hào)碳素鋼，其抗拉強(qiáng)度10；（4）缸筒壁厚及校核：取， 根據(jù)校核條件： ， 屬于普通壁厚12。校核公式9： 公式（5-24） 式中：缸筒內(nèi)最高工作壓力，取為7Mpa10；

34、 材料的許用應(yīng)力，；為材料安全系數(shù)，。則： 公式（5-25）所取符合要求。（5）缸筒外徑D1：；（6）活塞厚度B：取B=12mm，與活塞桿為螺紋連接12。5.3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用內(nèi)外套筒式結(jié)構(gòu)，對(duì)稱布置，極限伸縮長度應(yīng)與伸縮臂的極限長度基本相同或略長，取700mm；套筒內(nèi)徑即導(dǎo)桿直徑選取35mm，套筒壁厚選取2.5mm，則套筒外徑為40mm。套筒和導(dǎo)桿材料選擇45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼，抗拉強(qiáng)度。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通過螺紋旋合連接在豎直手臂支撐板上，螺紋直徑M35，導(dǎo)桿軸線與豎直伸縮臂軸線保持平行，并以伸縮臂軸線為中心線保持左右對(duì)稱，導(dǎo)桿軸線與豎直伸縮臂軸線間距150mm。5.3.3工業(yè)機(jī)械手的平穩(wěn)性

35、和定位精度緩沖裝置是為了保證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和降低震動(dòng)11。沖擊有兩種：一種是液壓系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的沖擊（電磁換向閥的換向），這種沖擊作用于管路之中，仍會(huì)引起機(jī)械手振動(dòng)，要靠改進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決。另外一種是機(jī)械沖擊，它是在臂部運(yùn)動(dòng)中與定位裝置相碰撞產(chǎn)生的，用可靠緩沖裝置來消除11。以下是相關(guān)影響因素4：（1）慣性力影響:機(jī)械手速度突變，加速度不連續(xù)，會(huì)產(chǎn)生巨大慣性沖擊力，致使工件滑移，部件松動(dòng)，零件破裂。應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特性，選擇適宜的控制系統(tǒng)，使加速度按照所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化。同時(shí)，在保證剛度前提下降低機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。（2）結(jié)構(gòu)剛性影響:零件結(jié)構(gòu)剛性底，配合間隙及整機(jī)固有頻率低時(shí)，受較

36、小慣性沖擊就發(fā)生震動(dòng)。（3）定位方法影響:電氣開關(guān)定位的精度最低,機(jī)械擋塊定位的精度最高。（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)影響：液壓、氣壓、電壓及油溫波動(dòng)都會(huì)降低平穩(wěn)性和定位精度，必要時(shí)，用蓄能器、穩(wěn)壓器等穩(wěn)定壓力和電壓，用加熱器及冷卻器控制油溫。5.4 機(jī)械手橫移系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4.1橫移系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械手在導(dǎo)軌的橫向移動(dòng)是用擺線馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪再加上一個(gè)齒條，兩者嚙合運(yùn)。整個(gè)機(jī)械手一邊做一個(gè)導(dǎo)向滾輪，來做為導(dǎo)向工具，使機(jī)械手不發(fā)生偏移沿著即定路線運(yùn)行，一邊加上一個(gè)支撐滾輪，與導(dǎo)軌大面積接觸，這樣起到很好的支撐作用。5.4.2橫移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.4.2.1橫梁和導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得，橫梁材料選用HT500，采用

37、工字梁。如圖5-8所示：圖5-8 工字梁 橫梁上安裝導(dǎo)軌，采用螺紋連接。導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)一邊采用三角形導(dǎo)軌，使導(dǎo)向滾輪沿其滾動(dòng)；一邊采用矩形導(dǎo)軌，使支撐滾輪沿其滾動(dòng)。導(dǎo)軌截面如圖5-9所示：圖5-9 導(dǎo)軌截面5.4.2.2 橫移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫向移動(dòng)采用擺線馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪再加上一個(gè)齒條，兩者嚙合運(yùn)行。如圖5-10所示：圖5-10 橫移機(jī)構(gòu)5.4.2.3 滾子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)一邊采用三角形導(dǎo)軌，一邊采用矩形導(dǎo)軌，滾子機(jī)構(gòu)應(yīng)與之配合設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)如圖5-11所示： 1V型導(dǎo)軌 2.導(dǎo)向滾子 3.支撐滾子 4.矩形導(dǎo)軌 圖5-11 滾子結(jié)構(gòu)圖5.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.5.1 確定液壓系統(tǒng)基本方案本設(shè)計(jì)方案采用

38、具有2個(gè)移動(dòng)自由度直角坐標(biāo)形式。同時(shí)考慮機(jī)械手的工作載荷和工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)機(jī)械手布局以及定位精度的具體要求。本設(shè)計(jì)橫移動(dòng)作采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，升降和夾持動(dòng)作采用單活塞液壓缸控制。設(shè)計(jì)要求：（1）滿足工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作順序要求。（2）機(jī)械手伸縮臂連接升降大臂上，前段安裝夾持器。按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)環(huán)衛(wèi)工作。設(shè)計(jì)應(yīng)重視的問題：（1）液壓缸設(shè)計(jì)；在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件。 （2）定位點(diǎn)的緩沖與制動(dòng)：因機(jī)械于手臂的運(yùn)動(dòng)慣顯較大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該加裝緩沖與制動(dòng)機(jī)構(gòu)。5.5.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)油箱的作用是儲(chǔ)油和散熱。其容量不能過小，通常根據(jù)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作壓力和油泵的流量

39、來確定。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。在油泵吸油管口處裝置粗濾油器，以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)；在其油液人口處裝置精濾油器，能使局部油液經(jīng)過精濾，以保證高靈敏元件的正常工作，能保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物。在工作環(huán)境中，由于液壓設(shè)備有溫度需求，所以應(yīng)該采用一定措施進(jìn)行保護(hù)如下：（1）夾持器采用單出桿雙作用缸，保證滑動(dòng)過程中不使零件下掉。（2）機(jī)械手的橫移運(yùn)動(dòng)采用液壓馬達(dá)帶動(dòng)齒輪沿齒條運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)采用BM4型。液壓原理圖如圖5-10所示：1、三位四通電磁換向閥 2、單向節(jié)流閥 3液控單向閥5、壓力閥 6、調(diào)速閥 4、二位四通電磁換向閥7、擺線馬達(dá) 8、比例換向閥9、溢流閥10、單向閥11、液

40、壓泵12、濾油器13、換向閥14、壓力表圖5-10液壓系統(tǒng)圖6 清洗線工位設(shè)計(jì)清洗線包括上下料滾筒式輸送帶、清洗槽、漂洗槽、干燥槽等，還有水泵、過濾系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)、加熱器等。清洗線制作成桌子形狀，清洗槽、漂洗槽和干燥槽在清洗臺(tái)的上半部；水泵、過濾系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)以及空氣加熱器均在里面的各自工位水槽下方安置。總體布局如圖6-1： 圖6-1 清洗工位布局6.1清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)清洗槽分為內(nèi)槽和外殼，內(nèi)槽槽內(nèi)盛清洗液。內(nèi)壁上制作一些孔，好讓高壓噴水的管道進(jìn)入水槽中，高壓噴水和槽內(nèi)的水形成湍流來清洗零件。水槽底部安放支架使網(wǎng)筐懸在清洗液中。采用水基清洗液，控制好水的溫度：50±5，清洗時(shí)間在五分鐘之內(nèi)以

41、防零件發(fā)生點(diǎn)蝕。清洗槽設(shè)為矩形槽，考慮液面高度要滿足被清洗件浸入液面下，設(shè)計(jì)其槽尺寸為440×400×380mm，壁厚四壁20mm，底部設(shè)計(jì)25mm。清洗槽采用強(qiáng)度高，能抗化學(xué)腐蝕的不銹鋼材料制成。清洗槽四壁小洞尺寸直徑20mm，布置如圖6-2所示：圖6-2 清洗槽小洞布置圖為了節(jié)約水資源清洗槽下部設(shè)置了過濾系統(tǒng)過濾循環(huán)泵、球閥、不銹鋼過濾器等。當(dāng)工件出槽時(shí)，經(jīng)過過濾的液體可以再次清洗零件表面粘附的油污。6.2 干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)清洗后的零件進(jìn)行烘干處理，包括鼓風(fēng)機(jī)、干燥加熱器、管道、干燥槽。其工作原理為：在通電后，鼓風(fēng)機(jī)把空氣吹送到加熱器里，使空氣以適宜的速度從噴吹管噴出到清

42、洗后的零件上。出風(fēng)口處安裝送風(fēng)溫度監(jiān)控回路，主要由溫度檢測(cè)器、溫控儀、溫控閥和執(zhí)行裝置組成。在出風(fēng)口安裝溫度檢測(cè)器，通風(fēng)機(jī)可利用風(fēng)量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)吹送空氣的風(fēng)量大小。干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-3所示：圖6-3 干燥系統(tǒng)圖7 總 結(jié) 本論文對(duì)零件清洗進(jìn)線進(jìn)行了總體的方案設(shè)計(jì)，也將其基本原理概述簡介，具體工作總結(jié)起來有如下幾點(diǎn)：(1) 本次論文的寫作，基本了解和掌握了零件清洗線的原理和結(jié)構(gòu)形式。(2) 通過本次的零件清洗線設(shè)計(jì)，初步了解的國內(nèi)企業(yè)的清洗線生產(chǎn)狀況。(3)零件清洗線大致清洗流程；上下料流程、清洗流程、干燥流程、零件轉(zhuǎn)移流程。(3)在部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，熟悉和掌握了一些機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及其特點(diǎn)。零件清洗線能夠幫助企業(yè)提高效能，長期使用可以有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)贏得產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，大大減輕企業(yè)的負(fù)擔(dān)，零件清洗線設(shè)計(jì)合理，使用相當(dāng)?shù)目煽?，是一個(gè)很好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但金無足赤，本產(chǎn)品還有部分不足之處，有待進(jìn)一步優(yōu)化提高和改善，具體在以下幾個(gè)方面有待改進(jìn)：（1） 本