毕业设计（论文）-自动绒毛率测试仪设计开发.doc

理工学院毕业设计学生姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化题目：自动绒毛率测试仪设计开发指导教师：评阅教师：2015年6月河北科技大学毕业设计成绩评定表姓名刘通学号11L0551188成绩专业机械设计制造及其自动化题目自动绒毛率测试仪设计开发指导教师评语及成绩指导教师：年月日评阅教师评语及成绩评阅教师：年月日答辩小组评语及成绩答辩小组组长：年月日答辩委员会意见学院答辩委员会主任：年月日注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕毕业业设设计计中中文文摘摘要要绒毛率是普遍存在于每件纺织品中的。在纺织品坯布加工过程中，坯布绒毛率是反映布面质量的重要指标，绒毛率的高低直接关系到产品的质量、档次、生产效率以及后续加工的顺利进行。为了保证纺织品的质量，人们通过测量纺织品表面的绒毛率鉴定纺织品。因为绒毛只有几微米的长度十分细小，无法用一般的测量仪器鉴定，因此本课题提出了“自动绒毛率测试仪设计开发”任务。本课题的利用CREO软件系统，进行了自动绒毛率测试仪的总体设计及其零部件三维设计，该仪器可完成布面的自动装夹、张紧、移动、定位功能以及仪器外观设计；再配合CCD机器视觉系统，可以完成布面绒毛率快速、精确、客观测定的任务。该仪器的开发对布面绒毛率的测量提供了很好的工具。关键词绒毛率视觉检测三维设计仿真毕毕业业设设计计外外文文摘摘要要TitleDesignanddevelopmentofautomaticvilliratetesterAbstractVillirateiscommonineachpieceoftextiles.IntheprocessoftextilefabricgreyhairsrateisanimportantindexofreflectingtheclothqualityThequalityoftheproductisdirectlyrelatedtothequalityoftheproductthegradetheproductionefficiencyandthesmoothprogressofthefollow-up.Inordertoguaranteethequalityoftextilespeoplebymeasuringtherateofvillionthesurfaceofthetextiletoidentificationoftextiles.BecauseonlyafewmicronslengthofthevilliisverysmallcannotbeidentifiedwithgeneralmeasurementinstrumentThereforethispaperproposedthe“designanddevelopmenttaskoftheautomaticratetester”.ThistopicusingCREOsoftwaresystemdoingtheoveralldesignofautomaticvilliratetesteranditsspareparts3ddesign.TheinstrumentcanbecompletedautomaticclampingtensioningmovementpositioningandinstrumentdesigncoupledwithCCDmachinevisionsystemscanbefinishedclothvillirateisrapidaccurateobjectivemeasurementtask.Thedevelopmentoftheinstrumenteasuringclothvillirateprovidesagoodtooltomeasureclothvillirate.KeyWordRateofhairsVisualinspectionThethreedimensionaldesignsimulation本本科科毕毕业业设设计计第I页共页目目录录1绪论.11.1布面绒毛检测的概述.11.2选题背景及意义.21.3国内外发展概况.21.4课题研究的内容.31.5绒毛率检测仪设计原始参数.32绒毛检测仪开发方案确定.42.1布滚卷布测量方案分析.42.2圆形导轨带布测量方案分析.52.3双层导轨带布测量方案分析.62.4方案确定.63关键部件的参数选择.73.1电机型号选择.73.2CCD摄像头型号选择.113.3滚珠螺旋副型号选择.113.4导轨副型号选择.163.5轴承型号选择.174测试仪结构设计.184.1弹簧夹布机构设计.184.2布匹传动机构设计.194.3布匹张紧机构设计.194.4待测布匹角度成形机构设计.204.5背板移动机构设计.214.6布夹横向移动结构设计.215测试仪零部件装配、渲染、运动仿真.22本本科科毕毕业业设设计计第II页共页5.1零部件材质灯光渲染.225.2整机材质及渲染.245.3整机三维动态序列装配.245.4图解整机工作原理.275.5机械运动仿真.28结束语.34致谢.35参考文献.36本本科科毕毕业业设设计计第1页共36页11绪论绪论1.11.1布面绒毛检测的概述布面绒毛检测的概述衣是人类生活的必须品，我国纺织发展源远流长，其技术演进和质量发展在世届纺织界上占有十分重要的位置1。伴随着人们生活质量的提高以及社会的快速发展，人们对纺织品的需求从只是一个简单的功能，更多关注其安全性和卫生、绿色环保和自然生态。在今天的人们崇尚自然、绿色消费，纺织品安全问方面被越来越多的人的注意，纺织品对人体是否有伤害已经成为人们除了食物，药物，领域的关键问题。纺织品是指天然纤维和化学纤维为原料，经过纺纱，织造，染整等工艺加工或重新缝制，并采用复合技术的其他产品。包括服装纺织，装饰用纺织品，工业纺织品。衣着用纺织品包括：（1）各种服装；（2）制作服装用的各种纺织品而料；（3）里料、垫料、填充料、装饰线、缝纫线等纺织辅料。装饰用纺织品包括：（1）室内用品-帷幔(窗帘、门帘）、餐用纺织品(餐巾、餐桌布）、家具用纺织品(布艺沙发、家具套）、室内装饰物(床饰、地毯）；（2）床上用品(床罩、被罩、枕套、枕巾等）；（3）户外用品(帐篷、幽伞等）。产业用纺织品包括土工布、医疗卫生用品(医用日罩、医用脱脂纱布、医用脱脂棉）、妇婴保健用品、劳保用品(手套、矿工服）等。纺织品质量性能主要指标有：1.粘和衬部位剥离强度：西服、大衣、衬衣类产品中，而料覆有一层无纺粘介衬或有纺粘介衬，使而料具有相应的平挺度和回弹性，同时使消费者在穿着和容易变形，走样的过程中，起着“骨架”服装的作用。同时，有必要保持衬里的粘合介质，并保持其密合性的材料。2.起球：起球是指织物经摩擦后起球的程度。织物起球后外观明显变差，自接影响美观。3.耐磨性：是指织物抵抗磨损的程度，磨损是织物损坏的一个主要方而，它自接影响织物的耐用性2。4.绒毛率：是指织物表面一层几微米长的绒毛表层中绒毛含量。在纺织品坯布加工过程中，坯布绒毛率是反映布面质量的重要指标，绒毛率的高低直接关系到产品的质量、档次、生产效率以及后续加工的顺利进行。因次为了保证本本科科毕毕业业设设计计第2页共36页纺织品质量，需要对纺织品进行绒毛率检测。1.21.2选题背景及意义选题背景及意义绒毛率是普遍存在于每件纺织品中的。在纺织品坯布加工过程中，坯布绒毛率是反映布面质量的重要指标，绒毛率的高低直接关系到产品的质量、档次、生产效率以及后续加工的顺利进行。为了保证纺织品的质量，人们通过测量纺织品表面的绒毛率鉴定纺织品。因为绒毛只有几微米的长度十分细小，无法用一般的测量仪器鉴定，因此“自动绒毛率测试仪设计开发”课题的提出主要是希望设计一种机械装置，完成布面的自动装夹、张紧、移动、定位功能以及仪器外观设计；再配合CCD机器视觉系统，完成布面绒毛率快速、精确、客观测定的任务。通过自动绒毛率测试仪对纺织品的检测，能够更好的确定纺织品质量的好坏，从而也能够让人们拥有更高质量的纺织品。1.31.3国内外发展概况国内外发展概况1.3.1国内研究机器视觉和计算机视觉是指物体或场景由非接触式光学传感器成像和图像分析得到的信息对象或场景3。机器视觉的主要目的是让计算机理解环境的视觉传感器获取的信息。通常需要低水平图像处理方法来提高图像质量和使用高级模式识别和图像分析方法识别图像中的特征。研究机器视觉已近50年的历史。然而，在过去的20年中，由于成像技术和计算机技术的迅速发展，机器视觉技术也有相当大的进步。机器视觉技术应用程序对象变得越来越多样化，如产品视觉检测、车辆自动导航、文档自动翻译、认证、指纹识别、人脸识别和遥感影像分析4。目视检查的产品是机器视觉的一个重要应用领域，并且已经有很多成功的应用在这个领域。机器视觉检测技术具有非接触、在线实时、快速、适当的精度，抗干扰能力强，可以实现“零浪费”的目标生产机械产品，满足现代制造业的进步和发展，在现实中显示了广阔的应用前景。机器视觉检测系统的机械制造工业视觉检测系统基于CCD(电荷耦合）装置，使用CCD尺寸测量技术是非常有效的非接触检测技术，广泛应用在处理各种各样的在线检测和高精度，高速度检测。近年来，国内研究成果的应用CCD视觉检测是重要的，比如清华大学和北京机床本本科科毕毕业业设设计计第3页共36页研究所联合开发机器视觉检测系统可用于工业领域和发动机连杆大小的位移检测，使用CCD阵列访问链接配置文件大小信息；天津大学使用CCD线阵列作为测量传感器，用于在线测量透明玻璃管直径和壁厚5；对线阵列CCD为核心的玻璃管尺寸的测量和控制仪器，实时监控的玻璃管直径和壁厚尺寸，并根据测试结果来控制生产过程，为了提高合格产品率；高精度二维位置测量6使用两线阵列CCD；大小测量7拼接技术的线性数组疾病预防控制中心；实时动态和静态大小和位置检测等应用CCD钢铁工业，制造业和其他工业领域。目前，在视觉检测使用亚像素技术可以控制1-5um之间的表面尺寸的测量精度，使用自动聚焦技术基于高程测量精度可以控制在10-20um8。1.3.2国外研究国外在CCD视觉检测应用较早，如日本的“长岛出世与CCD相机检测点主要方面如角，前角和后角，然后与测量和人工测量显微镜，高精度的结果比较，可以达到10-2度，快速，方便和易于使用的9-10；巴西的学者将CCD视觉检测系统是用来研究刚体的11运动；美国学者应用CCD高精度机械位移和应变测量系统12。日本三菱电气公司和东燃管内表面视觉检测系统联合开发的异物沉淀引起的腐蚀和管道检测，其分辨率可达正负0.lmm，检查速度可达30毫米秒13。机器视觉检测技术在国外在机械制造业中的使用起步早，已经出现了很多成熟的产品；才开始在国内应用，还需要国人涉猎更多的范畴。1.41.4课题研究的内容课题研究的内容“自动绒毛率测试仪设计开发”课题的提出主要是希望设计一种机械装置，完成布面的自动装夹、张紧、移动、定位功能以及仪器外观设计；再配合CCD机器视觉系统，完成布面绒毛率快速、精确、客观测定的任务。1.51.5绒毛率检测仪设计原始参数绒毛率检测仪设计原始参数1、绒毛率检测仪所测布匹尺寸长200mm，宽50mm。2、下导轨移动的精度为0.02mm。本本科科毕毕业业设设计计第4页共36页22绒毛检测仪开发方案确定绒毛检测仪开发方案确定自动绒毛率测试仪是基于机器视觉及图像处理的纺布绒毛率测试仪器。考虑其工作环境、占地等情况，自动绒毛率测试仪属于轻型、小型自动化设备，结构简单紧凑总体尺寸不宜过大。因此作为被检测的布匹尺寸也应该比较小，同时也应该考虑到布匹的厚度问题。其工作原理是通过对布面的自动装夹、张紧、移动、定位，再配合CCD机器视觉系统，完成布面绒毛率快速、精确、客观测定的任务。因此测试仪主要由CCD视觉系统、X-Y-Z三维移动工作台、自动装夹装置、张紧装置、传送装置和精准定位装置组成。（1）三维移动工作台工作台作为所有装置的支撑，同时将CCD视觉体统安装在工作台的Y向工作台上，通过控制系统的操控，视觉系统可以在空间任意移动。考虑到CCD视觉系统有许多线路连接，频繁的移动可能导致检测系统的损坏，因此考虑将CCD视觉系统固定在Y坐标轴上不动，通过移动其他装置来检测绒毛率。（2）自动装夹装置自动装夹装置是将测试胚布放在传送装置上，装夹装置自动将胚布夹住，并伴随传送装置一起移动。装夹装置可以采用液压夹紧装置或者机械夹紧装置。（3）张紧装置张紧装置是通过压力传感器检测被测的布条的张紧程度，目的是将胚布拉紧平铺在传送装置上，便于检测。（4）定位装置被测胚布需要通过CCD视觉系统拍照测试，每一块胚布需要被测试三组数据，因此就需要有精准的定位，而定位装置就是通过传感器将胚布定位到需要的位置进行测试。（5）传送装置传送装置是带动被测胚布移动，达到检测的目的。传送装置常用的有皮带传送，链板传动等，考虑到检测部位的刀口只有0.3mm左右，采用皮带传送。2.12.1布滚卷布测量方案分析布滚卷布测量方案分析本本科科毕毕业业设设计计第5页共36页图2-1布滚方案结构简图此方案的工作原理是将被测布匹一端夹在三角布滚的一个平面上另一端平铺在导轨上，通过加载重物使布匹具有一定的张力，通过旋转布滚使布匹被卷起来的同时测量绒毛率。具体的工作过程为在三角布滚的一个平面上挖一个布宽的凹槽，将布匹嵌入凹槽中，在选择相同尺寸的磁铁通过吸力将布匹固定在布滚上，另一端平铺在传送带上，同时在布的尾端加载重物，形成一定的张力，重物的设计选择相同的质量，根据布的要求可以增加和较少重物的质量。测量的时候电机带动布滚的旋转，当布滚其中一个角转到CCD摄像头与背景板在同一条直线的时候，CCD摄像头就进行一次测量，然后通过底端X-Y工作台的横向移动，可以使CCD摄像头横向测量若干次，然后布滚接着滚动到下一个角的位置，又可以测量若干次数据。测量结束后，电机反转到初始位置，将布匹取下来进行第二次实验布匹的测量。2.22.2圆形导轨带布测量方案分析圆形导轨带布测量方案分析图2-2圆形导轨方案结构简图该方案的设计结构是：布夹与皮带固定在一起，使用电机与皮带轮进行定位销连本本科科毕毕业业设设计计第6页共36页接然后转动，皮带与布夹一起移动。将CCD摄像头水平安放在两道轨之间。背景板固定在指定位置，薄钢板通过齿轮齿条可以上下移动。具体的工作过程是布夹停留在如图所示位置，将待测布匹夹在两个布夹之间，电机转动，皮带轮带动布夹沿导轨方向移动。布夹1向左移动到背景板水平位置，此时布匹搭在背景板上，然后通过齿轮齿条的传送，薄钢板向下移动到如图位置，CCD摄像头进行一次测量，然后通过底端X-Y工作台的横向移动，可以使CCD摄像头横向测量若干次，然后电机转动布夹再向前移动一定距离，CCD摄像头进行一次测量，通过电机的多次转动，使得布匹进行多次测量。测量结束后，布夹转到原来位置，将布匹取下来进行第二次待测布匹的检测。2.32.3双层导轨带布测量方案分析双层导轨带布测量方案分析图2-3双层导轨方案图该方案如图2-3所示，测量布料绒毛率时将布条两端分别夹在左右夹具上，接通电源后夹具一可在导轨上向下运动，然后沿导轨向右运动，此时夹具一位置低于钢板，在钢板的支撑下布形成一薄棱，可为后续测量做准备。在夹具一带动布移动时夹具二在弹簧的作用下可使布产生一定预紧力，可以在弹簧处安装压力传感器，控制夹具二处夹具架的运动，当布料达到一定预紧力时，夹具架才能在导轨上移动，如此可以保证测量的准确性。测量时，背板上移到指定位置，布在夹具带动下沿x轴运动，装置除背板及CCD测量头外可沿z轴移动，如此可测量布任意位置绒毛率。测量完成后，背板下移让位，两夹具运动到初始位置，即可取下布料。2.42.4方案确定方案确定三个方案的优缺点对比如下：布夹2布夹1CCD摄像头导轨板弹簧夹具架背板钢板本本科科毕毕业业设设计计第7页共36页布滚卷布测量方案优点：设备简单，操作方便缺点：设备所占空间比较大，而且由于设计的是三角布滚，形成的角度比较大，所测得数据不会很准确。圆形导轨带布测量方案优点：检测角度是180度，所测数据精准，所用空间较小，操作简单。缺点：设备比较复杂双层导轨带布测量方案优点：检测精度高便于操作缺点：设备所占空间较大由于所设计的设备主要的要求是精度高。因此，通过对三个方案的综合分析对比，本次设计最终选用圆形导轨带布测量方案。33关键部件的参数选择与计算关键部件的参数选择与计算3.13.1电机型号选择电机型号选择自动绒毛率测试仪设计一共使用了五部电机，分别是X向移动电机，带动被测布匹移动的皮带轮电机，使布匹形成被测角度的推拉电机，控制薄钢板的电机，控制张力传感器的电机。3.1.1X向移动电机传动计算按照设计方案的需求，仪器精度为0.02mm，选用脉冲当量为0.01mmHz，丝杠导程为4mm，又由于方案中不用减速箱，而用联轴器直接将电动机与丝杠连接，所以取减速比为i=1算的电机步距角：=360iPb=0.9步进电机的计算及选型1）步进电机的转轴总惯性矩的计算。总转动惯量J包括转子的惯性，滚珠丝杆的惯性和惰性的电机轴的转动惯量。、滚珠丝杠的转动惯量J由数控机床系统设计中P134式5-28得：4120.7710JDL本本科科毕毕业业设设计计第8页共36页式中：D为丝杠公称直径D=30mmL为丝杠长度=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）=315mm代入数据得1J=0.773031510=2.0104kg.412、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量由数控机床系统设计中P134式5-29得：262()102sJM其中M为工作台的（包括工件）的质量M=100kgS为丝杠螺距S=5mm代入数据，得：25622.kg103.61010025Jm、初选常州宝马前杨电机电器有限公司的90BYG2502型混合式步进电动机，可知其转子的转动惯量=3Jm1044N所以=2.00104+6.310+410=6.6310Nm123dJJJJ544检查电机轴的惯量，惯量比应控制在一定的范围内，不能太小也不能太大，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理的配合，一般比值控制在141之间，=0.65123JJJ根据公式:，可知满足惯量匹配的要求。123JJ114J(J3)2）步进电动机的初选。根据最大等效负荷M考虑一定的安全系数，取=2.5，最大静转矩步进电机应该满足：Nmmax32.52.05.0jTM根据所选的电机型号参数知道，最大转矩6jmaxTNm，所选电动机型号正好满本本科科毕毕业业设设计计第9页共36页足。图3-1电机型号与安装尺寸图3-2电机接线图3.1.2皮带轮电机选型负载力矩的计算公式)cos(sin.2i2kgumFAFcmkgfiFDDFTLmNTL53.0其中：为皮带轮的传动效率0.9D为皮带轮的直径96mm本本科科毕毕业业设设计计第10页共36页考虑到种种因素，所选电机最大扭矩大于0.53，根据表格可选电机型号mN图3-3电机型号图3-4电机安装尺寸与接线方式使布匹形成被测角度的推拉电机，控制薄钢板的电机，控制张力传感器的电机。图3-5电机型号这三部电机的选择要满足齿条的升降能力，因为齿条的运动不用特别快，而且齿条质量不重，所以轴转动所需要的力矩不需太多，大部分电机都能满足，因为理论分析本本科科毕毕业业设设计计第11页共36页无法得到电机所需力矩的精确值，所以电机的力矩范围只能靠估算，因此这三部电机中张力传感器电机和薄钢板电机可以选择相同型号，选择UI2457-51-28-04A型号，推拉电机选择UI2457-41-1604A型号。本课题中选取电机型号的各个参数如图35所示。3.23.2ccdccd摄像头型号选择摄像头型号选择考虑到设备的结构紧凑性，选择如下尺寸的CCD摄像头。图3-6CCD摄像头表3-1CCD摄像头尺寸123456直径（边长）mm504038382012812长度mm3070605040203.33.3滚珠螺旋副型号选择滚珠螺旋副型号选择3.3.1主要类型采用滚珠在螺母中内循环方式，选择垫片预紧方式来消除丝杠螺母副轴向的间隙3.3.2主要参数及代号1、滚珠丝杠副的主要参数公称直径，数控机床常用的进给丝杠的公称直径为至，但mdmdmm30mm80是本次设计所选用的下导轨上面所受力只有重力，没有其他额外的载荷，因此不用md太大，初选30mmd0。基本导程(螺距)，由步距角、脉冲当量和传动比0L9.0b脉冲01.0mmPi=1确定。mmiLbp436002、滚珠丝杠副的标注123456本本科科毕毕业业设设计计第12页共36页为了满足设计要求，初步选择滚珠丝杠副为SFU03204-4，导轨面的硬度为5864HRC。根据资料查得其具体参数如下：表3-2滚珠丝杠副规格规格代号公称直径0D公称导程0hD滚珠直径wD螺旋升角循环列数额定动载荷)(KNCa额定静载荷)(KNCoa接触刚度)(mNKc3204-43242.3334031.294.838513.3.3最大工作载荷滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在横向移动设备时滚珠丝杠轴向所)(NFm受的力。采用实验公式计算，对于三角形或综合导轨mF)(GFfKFFVLm式中：为工作台纵向进给方向载荷，为工作台垂直进给方向载荷，G为移动部件LFVF的重力（N），K和分别为考虑颠覆力距影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，对于f三角形或综合导轨K1.15，滚动导轨，取。所以：005.00025.0f004.0fNGFfKFFVL4)10100(004.0)(m3.3.4最大动载C的计算及主要尺寸初选滚动丝杠承受的动载荷由公式得：mmFfLC3式中：L为使用寿命，单位为，；r61061060ntL为运转状态系数，无冲击取0.81.0，普通状况取1.01.2，冲击状态下取mf1.22.0；为滚珠丝杠工作载荷（N）。mF选择滚珠丝杠副的尺寸，滚珠丝杠副的额定动载荷不得小于最大动载荷C；aC。CCa取，而工作台进给速度，则工作寿命：1.1mfmin)(126mmvL)10(35.28410150001266010100060106066066rLvtntL则NFfLCmm4.1341.135.2833因为CKNCa29.1，所以选择的丝杠螺母副满足设计要求。3.3.5传动效率计算本本科科毕毕业业设设计计第13页共36页滚珠丝杠副的传动效率为：)tan(tan其中，为丝杠螺旋升角，可由。806.03014.34arctanarctan00dL，为摩擦角，滚动摩擦系数，摩擦角约等于。004.0003.0f10%5.87)10806.0tan(806.0tan%100)tan(tan滚珠丝杠传动效率比较高，一般在0.80.9之间，我们可以看到，计算的结果满足要求。3.3.6刚度验算丝杠的拉压变形量1滚珠丝杠计算满载时拉压变形量：EALFm1其中：是在工作载荷作用下丝杠总长度的拉伸或压缩变形量，为丝1mF)(mmmF杠的工作载荷，L为滚珠丝杠在轴承支架的受力长度，mmL300，E为材料)(N)(mm弹性模量，对于钢材，A是按丝杠内径确定的截面积，MpaE4106.20)(2mm22265.593)25.27(14.3)2(mmdA，“+”指丝杠被拉伸，“-”指丝杠被压缩。则mmEALFm44110098.065.593106.203004滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2变形量与滚珠排列、螺母内圈有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。有预紧时，可以使用下式计算：)(0013.0322mmZFDFYJwm其中：是滚珠直径，是滚珠总数量，Z是丝杠一wD)(mmZ列数圈数ZZ圈拥有的滚珠个数，是丝杠的公称直径，是预)(3)(0内循环wDdZ0d)(mmYJF紧力，是丝杠的工作载荷)8.91(Nkgfkgf，mF)8.91(Nkgfkgf，本本科科毕毕业业设设计计第14页共36页查表可得381.2wD36.583-302.383.14)(3)(0内循环WDdZ2192336.58Z列数圈数Zkgfkgf4.0410Fm，kgfkgfFFmYJ12.0104.03131017.021912.038.24.00013.0Z0013.032322YJWmFDF由于当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的13时，值可减少一半2左右。滚珠丝杠副刚度的验算丝杠的总变形量不应超过变形允许量。一般不大于一半的机床进给系21统的定位精度指定值。根据资料查得机床的定位精度为0.023mm，mmmm0115.00085.02017.010098.0421。由上式可知选择的滚珠丝杠副刚度满足设计要求。3.3.7压杆稳定性验算滚珠丝杠长度确定根据经验公式其余行程lLll其中L由3204-04丝杠副中取L=44mm.故=300+44+104=448mm圆整=448mmxLxL滚珠丝杠一般是受到轴向力的细长杆，如果所受的轴向力过大，丝杠将会失去稳定从而产生纵向屈曲，也就是失去稳定性。失稳时的载荷为：KF2LEIfFzK其中：E为丝杠材料弹性模量，对钢，I为截面惯性矩，对丝杠MpaE4106.20圆截面444163.39740643014.364mmdI，（丝杠的支撑方式选用一0.2zf端固定，一段简支的方式）则较验较长的丝杠：NLEIfFxzK42421062.2544839740106.2014.32本本科科毕毕业业设设计计第15页共36页临界载荷与丝杠工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果稳定性安全系数KFmFkn大于额定的稳定安全系数，那么滚珠丝杠就不会失去稳定性。所以，滚珠丝杠的压杆稳定条件为：4104.641062.2544kmKknFFn综上的计算，选择的丝杠满足要求。3.3.8滚珠丝杠螺母副安装连接尺寸在确定滚珠丝杠副类型及型号及进行了传动效率、刚度和稳定性校核后，还应该考虑另外一些设计事项。例如：防止丝杠暴漏在外面；滚珠丝杠保持润滑；丝杠螺母副中螺栓的安装尺寸等。根据下表内循环滚珠丝杠副可查，滚珠螺母的安装、连接尺寸：图3-7滚珠螺母的安装尺寸本本科科毕毕业业设设计计第16页共36页3.43.4导轨副导轨副型号选择型号选择3.4.1工作载荷的计算工作载荷是影响导轨副寿命的重要因素，本次设计的X向导轨工作台采用双导轨，四个滑块的支承方式，对于四个滑块所承受的负载分担到每个滑块上承受的载荷是：max4GFF其中，移动部件重量G=1000N，外加载荷NFFe4得最大工作载荷KNF254.0小时额定工作寿命的计算预期工作台的工作寿命为4年，取工作时间为360天，每天工作8小时，因此得到小时额定工作寿命11520hLh3.4.3根据设计寿命计算导轨副的距离额定寿命由公式，从而得到310260hLLnS326010hLnSL式中：为额定工作寿命。hLn为移动件每分钟往复次数（46）取5S为移动件行程长度代入数据得：L=2073.6km.3.4.4根据动载荷和距离寿命关系式计算动载荷当滚动体为球时，由公式50)(3FCfffffLaWRCTH式中：为额定动载荷，单位是km；aCL为距离工作寿命，由上式可知为2073.6kmF为滑块的工作载荷，由上式可知为4NHf硬度系数Tf温度系数Cf接触系数Rf精度系数本本科科毕毕业业设设计计第17页共36页Wf载荷系数代入数据得：=1.21KNaC3.4.5产品选型根据设计要求，选择滚动导轨，根据导轨生产商北京盛凯砾通科技的低组装四方型直线导轨，查得安装尺寸如图38。图3-8导轨尺寸可知额定动载荷为14.7KN，大于1.21KN，所以满足要求。3.53.5轴承型号选择轴承型号选择轴承的选择主要依据轴承所受力的方向，如果轴承只受轴向力，选用推力滚子轴承或者推力轴承，只受径向力的话，选用深沟球轴承圆柱滚子轴承或者滚针轴承。对于既受轴向力，痛还是有径向力的轴承，一般选用圆锥滚子轴承或者角接触球轴承。本设备一共使用了三组轴承，其中两组安装在皮带轮中的轴承只收到径向载荷，因此选用深沟球轴承，而对于下导轨中的一组轴承中，靠近电机的支承轴承受到轴向载荷与径向载荷，选用角接触球轴承，远离电机的支承轴承只受到径向载荷，选用深沟球轴承。44测测试试仪结构设计仪结构设计4.14.1弹簧夹布机构设计弹簧夹布机构设计弹簧布夹是设备能够完成布匹测量的第一步也是最关键的一步，设计布夹的时候布夹杆布夹杆布夹布夹本本科科毕毕业业设设计计第18页共36页首先要考虑的是布夹的夹紧力，如果夹紧力不够大，布匹在移动的过程中有可能会掉落。最初的设计思路是利用杠杆原理在运动的过程中使布夹顶段与设计的导轨接触，布夹杆比导轨长一定的高度，在布夹杆与导轨接触的同时，布夹恰好与布板接触，此时布匹被夹紧，随着皮带运动。夹布机构初步设计为自动夹布装置。图4-1导轨夹布机构考虑到设计的设备结构简单性，加工可行性，虽然以上设计是自动夹布装置，但是设备加工比较复杂，装配比较繁琐，而且占用空间大，不符合设计初定义的轻型、小型自动化设备，结构简单紧凑，因此将夹布机构设计成手动夹布。工作的时候，用手将布杆拉开，把待测布匹平铺在布板上，松手之后布夹在弹簧的拉力作用下夹紧布匹。图4-2弹簧夹布机构4.24.2布匹传动机构设计布匹传动机构设计绒毛检测仪设计最终确定方案为圆形导轨带布检测，可以选择链条传动，皮带传送。链传动的特点：导轨布板布夹弹簧布板本本科科毕毕业业设设计计第19页共36页没有弹性滑动平均透射比是精确的所需的张力小，轴上的负载小，可以降低轴承的摩擦损失瞬时速度和瞬时传动比不恒定时，传输不稳定工作有一定的影响和噪声它不适合应用程序的负载变化和快速反向传播带传动的特点：瞬时传动比恒定。灵活，能减缓震动吸收，传动平稳。超过额定负载，皮带就会打滑，能够起到保护作用。结构简单、成本便宜。考虑到布匹在传动的过程中传送的平稳性以及恒定的传动比，同时考虑设备的结构简单，成本低廉问题。选用皮带传送。而且在皮带上安装两个挡板用来带动夹子的移动。图4-3带传送机构其中电机通过联轴器与皮带轮链接，两个皮带轮之间通过简单轴连接，起到同步转动的作用。4.34.3布匹张紧机构设计布匹张紧机构设计考虑到前面的布夹在运动到圆形导轨处，由于两布夹之间的直线距离小于在直线位置的距离，所以布匹会有一部分的余量，此时在测量绒毛率的时候不没有处于紧绷状态所测数据会有所偏差，因此需要在布匹的上方添加张紧装置。而奔放所设计的张紧装置是在齿条的一段添加张力传感器，齿条与通过电机的齿轮啮合，传感器根据布匹挡板皮带皮带轮本本科科毕毕业业设设计计第20页共36页的张紧状态通过控制器传出的数据使电机进行正向或者反向转动增加或者减少布匹的张力。图4-4张力传感装置图4-5张力装置在设备中的位置4.4.44待测布匹角度成形机构设计待测布匹角度成形机构设计绒毛率测试仪的检测原理是通过CCD摄像头对布匹的一条边进行拍照，摄像头对应着背景板，本方案的设计中在布夹移动到固定的圆形导轨的位置，被测布匹会搭在背景板上，但是无法形成180度的角度，因此无法进行测量，而待测布匹角度成形机构的设计完美的解决了这个问题。布匹到达指定位置后，薄钢板会通过齿轮齿条的传动下降到指定位置进行测量。压力传感器齿条齿轮电机本本科科毕毕业业设设计计第21页共36页图4-6薄钢板成形机构4.54.5背板移动机构设计背板移动机构设计作为绒毛率测试仪能够成功检测的前提，背板移动机构是必不可少的一部分。当角度成形机构运动到指定位置后，待测布匹只有一端符合检测要求，另一侧因为没有达到垂直的效果，导致所测结果会有所偏差，而添加背板移动机构则轻松解决该问题。考虑到设备的结构紧凑性，选择丝杠螺母的连接方式使推拉板前后移动。图4-7背板移动机构4.64.6布夹横向移动结构设计布夹横向移动结构设计应测试要求，检测布匹绒毛率的时候需要纵向测试若干次，同时横向测试若干次。解决纵向测试可以通过皮带轮的传送进行，而横向测试就无法进行。最初的设计是将CCD摄像头竖直放置在被测区域上方，但是考虑到CCD摄像头的长度问题，所占空间比较大，因此将CCD摄像头平躺在两导轨之间。因为CCD摄像头尾端连接的线路比较复杂，如果选择左右移动CCD摄像头，可能会造成摄像头线路短路等一系列问题，综上考虑，将CCD摄像头固定不动，通过横向移动整个导轨装置，使布匹进行横向移动进而测量同一直线上不同位置的绒毛率数据。横向移动装置采用XY工作台原理，只采用推拉板推拉丝杠本本科科毕毕业业设设计计第22页共36页X向工作台，整个导轨设备利用丝杠螺母副进行横向移动。图4-8下导轨55测试仪零部件装配、渲染、运动仿真测试仪零部件装配、渲染、运动仿真5.15.1零部件材质灯光渲染零部件材质灯光渲染渲染是通过灯光与材质互相作用产生的画面，再进行三维设计的时候，最后的步骤就是渲染，通过渲染是使设计的产品与实际产品产成相同的视觉效果。本次设计中的绒毛率测试仪一共由三部分组成，有下导轨，底板支撑，圆形导轨以及电机支撑组成。创建下导轨材质灯光渲染步骤为：单击命令群组中的【渲染】按钮，打开渲染界面，在如图所示的命令群组中选择要进行的操作。图5-1渲染窗口单击【场景】进行配置模型渲染设置并应用光、房间外观和环境效果。本本科科毕毕业业设设计计第23页共36页图5-2场景窗口经过场景与外观库等命令的操作最终形成的下导轨渲染的结果图5-3下导轨渲染图其他部分的灯光渲染和下导轨操作过程相同。图5-4导轨渲染图图5-5导轨渲染图本本科科毕毕业业设设计计第24页共36页图5-6支撑板渲染图5.25.2整机材质及渲染整机材质及渲染整机材质渲染是指将各部分零部件静态装配完成，通过【场景】进行配置模型渲染设置并应用光、房间外观和环境效果。图5-7整机渲染图5.35.3整机三维整机三维动态序列装配动态序列装配爆炸图就是将三维装配图拆解成单个的零件，这样可以更好的反映出各个装配体中的单一零件在子装配和总装配体中的约束及装配关系，同时便于观察设备内部结构和组装的先后顺序。爆炸图创建步骤本本科科毕毕业业设设计计第25页共36页单击命令群组中的【管理视图】，体统弹出视图管理器对话框。图5-8管理视图图5-9视觉管理器选择分解命令，单击新建创建一个新的区域“baozhatu”按鼠标中键确定，单击【关闭】。单击【编辑位置】命令，图5-10编辑命令弹出如下对话框图5-11分解工具命令接下来就是将各个零件依次拖动到合适的位置。本本科科毕毕业业设设计计第26页共36页图5-12整机爆炸图图5-13导轨爆炸图本本科科毕毕业业设设计计第27页共36页图5-14下导轨爆炸图图5-15底板爆炸图5.45.4图解整机工作原理图解整机工作原理自动绒毛率测试仪的工作原理是布夹停在初始位置将待测布匹手工夹在布夹两侧，然后接通电源，皮带轮电机带动皮带轮电机旋转，从而皮带旋转，因为皮带上安装挡板，因此布夹跟随皮带一块移动。当布夹移动到位置1时，电机停止转动，支撑板上的薄钢板通过齿轮齿条传动下降到指定位置，推拉板通过丝杠螺母副传送到指定位置，使被测布匹形成180度的被测角度，然后张力传感器通过齿轮齿条传动下降合适的位本本科科毕毕业业设设计计第28页共36页置，使布匹具有一定的张力，然后CCD摄像头进行测量数据。测量之后，通过底板下侧的X导轨工作台横向移动一定的距离进行第二次测量。采用相同的方式测量3至4次。之后薄钢板，推拉板，和张力传感器回到初始位置，皮带轮电机带动布夹继续移动一定距离，重复以上相同步骤对布匹进行多次测量。测量完之后皮带带着布夹通过圆形导轨转到上布位置，这时，一次系统的测量完成。将布匹取出，放上另一条待测布匹进行测量。图5-16整机工作原理5.5.55机械运动仿真机械运动仿真位置1薄钢板张力传感器本本科科毕毕业业设设计计第29页共36页在Creo2.0中，打开需要做运动仿真的装配图，然后单击【应用程序】中的“机构”选项，进入该装配图中模块环境设计。图5-17应用程序命令运动仿真可以使设计的静态三维图以运动的形式展现在人们面前，可以让人们更清楚地了解设备的工作原理，运动过程，运动方式。为了实现运动仿真的效果，在装配零部件的时候必须有多个过程的相互配合，其中包括连接的创建，伺服电机的创建，运动环境的创建，制度分析，测量。5.5.1创建连接方式1.连接类型在装配环境中，选择连接类型创建一个连接的机制，它是一个运动仿真设计的重要组成部分，它直接影响到运动模拟操作设置影响。连接就是元件与元件、元件与组件通过一定的约束集装配在一起，并限制两者的自由度，进行连接操作是建立该设备运动仿真的必要条件。2.仿真“连接”选择Creo中提供了齿轮、凸轮、3D接触和带四种连接方式，根据装配组件中各零件的约束关系，选择合适的连接，这次设计主要是齿轮与齿条之间的传动。单击【齿轮】命令出现如下对话框，分别选择齿轮和齿条的运动轴，并定义两个齿轮间的运动参数。单击【拖动元件】，把零件拖至仿真运动最原始的状态，拍照，作为后面机构运行时的初始位置。本本科科毕毕业业设设计计第30页共36页图5-18齿轮副定义5.5.2创建伺服电机单击【伺服电动机】，进入伺服电机定义对话框进入对话框中选择需要的操作。首先与电机装配的齿轮连接应该是选择销钉连接，这样通过设置就可以是齿轮通过电机轴旋转。图5-19伺服电机命令选择【轮廓】选项卡，可以确定电机的位置，速度加速度的变化。图5-20伺服电机定义5.5.3创建运动环境根据选项中的弹簧，重力，质量属性等设置，来模拟不同状态下的运动仿真情况。本本科科毕毕业业设设计计第31页共36页图5-21【机构】命令5.5.4运动分析与测量单击【机构分析】进入“分析定义”对话框，通过选择不同的类型可以使设备进行不同的运动。可以从这些运动中选择我们需要进行的运动。在“初始配置”中，点击“Snapshot”，选择之前定义的快照，点击“运行”，可以看出机构的仿真动画。图5-22分析定义测量新建位置、速度、加速度等类型并选择点或运动轴单击结果集，出现结果参数选择各个测量，分别绘制测量图形打勾点击左上角出现结果图形.本本科科毕毕业业设设计计第32页共36页图5-23测量定义图5-24测量结果运动仿真示意图如下图本本科科毕毕业业设设计计第33页共36页图5-25运动仿真示意图本本科科毕毕业业设设计计第34页共36页结束语结束语在学校、院系领导的安排下，我们进行了为期三个多月的毕业设计，这也是我们大学生涯里的最后一次设计，看这三个月来所做的紧张而有序的设计工作，禁不住生出很多感想，也就有一种总结的冲动。在这段时间里，有欢笑的时刻，也有愁眉不展的时刻。我永远也不会忘记我们小组的成员热烈讨论设计方案，相互帮助的情形。更不会忘记指导老师杨老师看每个同学画的图时那认真仔细的模样和她的谆谆教诲。毕业设计是对四年所学专业技能的全面考验，不仅涉及的知识面广，难度也比课程设计的大。这次毕业设计，不仅使我掌握了很多以前不了解的专业知识，还让我懂得了很