毕业设计（论文）-水泥砖块测量机总体设计（全套图纸）.doc

水泥砖测量机总体设计摘 要 本课题是设计在线自动测量水泥砖三维尺寸的测量机，以提高水泥砖测量的精度和速度。根据测量仪器设计的一般方法、步骤及基本原理，首先对课题进行了分析，根据测量的要求拟定了测量的基本方案，然后进行总体结构方案论证。从机器系统组成、总体结构、定位夹紧方法、工件上下料、动作控制、测量计算及可靠性，稳定性，灵活性要求等多方面考虑，提出了多种方案进行论证，最后确定采用气动上下料、下部气动定位夹紧、测量头自上而下进入测量位置、利用PLC进行动作控制、单片机测量计算的方案。对总体结构进行详细设计，特别是传动系统的设计和定位夹紧机构的设计，传动部分采用了齿轮，齿条机构及气缸系统；测量系统采用电感式位移传感器。还对机架、测头夹持与调整、定位夹紧机构等辅助部件进行设计。在结构设计中进行了相关计算与校核，合理选择材料。本机器具有通用性强、测量准确可靠、数据处理方便、测量速度快等优点，满足了设计要求。关键词：三维测量；齿轮齿条传动；气动；传感器；测控系统全套图纸加153893706前 言进入70年代以来，以大规模集成电路和微型电子计算机为代表的微电子技术，迅速地被应用到机械工业中，出现了种类繁多的计算机控制的机械，仪器和设备，以及具有柔性功能的自动化生产线，车间或工厂，这就大幅度地提高了产品质量和生产率，适应了市场对产品多样化的要求，丰富了人类的物质文明，使传统机械工业的生产面貌焕然一新，出现了人类梦想“机械文明新时代”，即机电一体化时代，推动了机械工业和电子工业相互促进，紧密结合，共同发展的新局面。水泥砖三维测量机的设计也是一次机电一体化应用的实践，了解机器的设计要求，其设计范围广：包括机械传动的部分，定位部分，气压部分和单片机部分，以及线路集成。本课题着重机械部分设计。能让我们对机电一体化设计有个整体的认识，并掌握机械设计的方法，扩大知识面。一、机电一体化系统的概述：（一）.机电一体化系统的功能原理设计功能原理设计的宗旨是根据系统的目的和要求寻求各种（现有的或新的）物理原理来实现主功能或其他功能的增加技术方案或技术路线，而不是具体的设计，因而更具有灵活性和创造性。采用功能原理设计方案时，不但现有技术的综合集成，而是一个创新的过程，一般具有下列特征：a） 采用新的物理原理，使主动能发生根本性的变化，开发新的产品。例如，激光加工机床，微波炉和石英电子表都是典型的例子。b） 采用创新思维和技术成果。新思路，新构思通常与新技术，新能源，新材料，新工艺等有密切的联系。例如：激光加工是利用产生激光束的特殊材料；微波炉是用磁控管产生微波来烹饪食物；石英电子表是用石英晶体震荡器控制的电磁摆代替机械游丝摆制成的；采用炭纤维增强的复合材料可以做成自行车的车架或工业机器人的手臂等。c） 机电一体化产品的一个主要特征是采用微电子装置来取代机械控制装置及其原来执行信息处理机构，这种微电子装置不但具有自动地星星信息处理，调节和控制功能；还有自动检测，显示，记录或打印，以及自动诊断和保护等各种功能，而且具有速度快，可靠性和精度高等一系列特点。另一特征是微电子控制装置通常是在软件支持下工作的，从而具有柔性自动化功能。因此在设计中应充分考虑到这种微电子硬件和软件结合装置的优越功能，构成一个完善的真正的机电一体化系统。综上所叙，机电一体化系统的功能设计原理，不仅是现有技术综合集成过程；也是一个创新构思的过程，这取决与设计者的知识，经验，才能，灵感以及坚定的创新开拓精神，并通过实际工作磨练才能成功。1.机电一体化系统的技术评价机电一体化系统的价值，通常是指系统内部功能的有关参数来进行的评价。此外机电一体化系统是一种多功能，高性能，高效率，节能，节材的高附加值的产品。系统内部功能的优化及趋势均可用图来概括。显然这种高质量，高效率的最终目标是智能机械或具有人工智能的机电一体化系统。2.广义接口机电一体化系统中，最重要的是系统和个要素之间的“广义接口”这个概念。众所周知，仅有机械或电子的系统，接口的概念并不太突出，但在不同技术的复合过程中，接口技术是重点。与系统不一样，接口是由物质，能量和信息的输入-输出功能和参数变换与调整功能两部分功能组成的。3.软件在控制系统中的作用在机电一体化系统中，除了机械装置，电子设备（计算机及接口电路）和软件（计算机程序），它是由操作类型(如按钮开关，功率计和话筒)和指示器，（如指示灯，显示器，警铃，语音提示或报警器）等组成，具有操作启停和监视系统正常运行的功能。 a) 对于产品所需的功能的均衡，可通过移动边界来改变，特殊情况也可通过机械电子系统与操纵器来协调解决。 b） 系统内部功能由机械，电子和程序之间分支来实现 c） 在上述条件下，系统的控制功能就可由操纵器，机械，电子逻辑电路和程序来共同承担，弹药考虑所需软件的总量，然后再分配上述四部分。 此外在计算机程序中，有两类信息：功能控制程序（如伺服电动机的控制规律）和处理程序。任何一个程序层次上的处理信息和控制信息均可作为下一个层次上使用，并可相互交换。总之在机电一体化系统实际中，要巧妙地运用综合集成技巧。即尽可能地采用现有专业生产的机，电元部件，子系统和接口。然后根据系统组成的原理构成以功能模块为单位的系统；实现没有的或改进的，再自行开发和研制。同时采用“软硬结合”的技巧来处理具有控制作用的信息，以利于简化系统的结构和程序。机电一体化系统涉及到多学科的融合，各子系统的功能原理，技术方案和具体的结构是非常复杂和丰富的，需要进行创造性的工作。4.目的和任务通过大学四年的学习，我们对基础知识，专业知识有了一定的理论认知，因此在参加工作之前有必要进行有指导的设计研究。更进一步地加深对专业知识的了解与掌握；培养综合分析与解决问题的能力；并切实掌握生产设计技术工作，科学研究的一般程序与方法；具备全局观，生产观经济观。本次设计研究的是某工程中的“水泥砖测量机总体”的设计。其主要针对水泥砖尺寸300mm200mm150mm规格进行检测，具有特殊的环境要求和任务。既要保证工件测量的可靠性，稳定性，灵活性，又要注重流水线工作的工作环境，工作效率，经济成本，稳定性及工作人员的劳动强度，适应性。技术要求如下：a 测量对象：300mm200mm150mm砖块b 测量精度0.5mmc 在线测量，测量速度取重合系数=0.7， 螺旋角系数=0.86齿轮模数 (4-8) =mm =4.46mm计算圆周速度V=0.32m/s (4-9)取=1，根据V=0.32m/s，7级精度得=1.01，斜齿轮传动取=1.2；得=1.24载荷系数K=1*1.01*1.2*1.24=1.508 (4-10)校正并确定模数=4.52mm；取=5mm (4-11)根据下表计算齿轮参数 得：分度圆直径d1=200mm；齿顶圆直径=210mm；齿根圆直径=187.5mm；齿宽b=160mm；机构如图所示： 图4-1齿轮结构图 齿条强度校核：齿轮齿条接触疲劳强度极限 =980Mpa接触疲劳寿命系数：=0.89；=0.92取安全系数=1，则：=0.89*980Mpa=872.2 Mpa (4-12)=0.92*980Mpa=901.8 Mpa=（872.2+901.8）/2=887Mpa (4-13)节点区域系数=2.44重合度系数=0.8螺旋角系数=0.98 (4-14)材料系数=189.8齿面接触疲劳强度： (4-15) =2.44*198.8*0.8*0.98* =590.86Mpa 所以,接触疲劳强度满足要求 齿条的设计按=5；齿数为80；齿顶高系数=1；齿形角=设计如图： 图4-2 齿条示意图4.2 轴的设计1轴的设计主要解决相互联系的两个方面问题：1）设计计算，2）校核与结构调整。4.2.1 轴的材料：45钢，经调质处理。机构如图： 图4-3轴结构图4.2.2 轴径初步设计，按扭转强度： (4-16) mm (4-17)式中： :轴剖面中最大扭转剪应力，Mpa; p:轴传递的功率，KW； n:轴的转速 r/min :许用扭转剪应力Mpa，45号钢，3040； c:由确定的系数（106118之间） d:轴的直径。取轴的C值为112；则=112mm=36.4mm (4-18)取d=40mm。齿轮的分度圆直径=200mm,圆周力=2*1.2*/200N=1200N (4-19)径向力=1200*=356N (4-20)轴向力=1200*=163N (4-21)对轴心产生的弯矩=163*200/2=16300N.mm (4-22)齿宽中心距左支点距离L1=295mm 齿宽中心距右支点距离L2=155mm左支点支反力=155*1200/450N=413N (4-23)右支点支反力=295*1200/450=787N左支点垂直面支反力=159N (4-24)右支点垂直面支反力=270N绘制弯矩图和扭距图知受应力最大在齿轮中心截面C。对该截面进行受力分析确定是否符合要求。截面C水平面弯矩=413*295N.mm=121835N.mm (4-25)截面C垂直面弯矩=159*295N.mm=46905N.mm (4-26) =270*155N.mm=41850N.mm截面C合成弯矩 =63285N.mm (4-27) =61589N.mm考虑启动，停机的影响，扭距为脉动循环应变力，=0.6， =N.mm =68394N.mm (4-28)应力=68394/0.1*Mpa=4.2Mpa (4-29)45钢调质处理则=60Mpa弯扭合成强度满足要求由于受力最大在齿轮处截面C，接近C的两端截面最危险，而右截面不受扭矩作用，不需校核，只要校核左截面。其左侧强度校核：抗弯截面系数：W=0.1=0.1*=11059 (4-30)抗扭截面系数=22108 (4-31)左侧弯距M=63285*60/85N.mm=44672N.mm (4-32)截面上的弯曲应力=44672/11059=4Mpa (4-33)截面上的扭转切应力=1.2*/22108=5.2Mpa (4-34)弯曲正应力为对称循环弯应力，扭转切应力为脉动循环变应力，平均应力=5.2/2Mpa=2.6Mpa (4-35)应力幅 4Mpa (4-36) 2.6Mpa (4-37)45号钢调质， =640Mpa =275Mpa =155Mpa由r/d=1/48=0.032 ,D/d=50/48=1.04 ,得轴肩理论应力集中系数=2Mpa =1.31Mpa由r=1.5mm ,=640Mpa得材料的敏感系数=0.82 =0.85有效应力集中系数=1+0.82(1.5-1)=1.41 (4-38) =1+0.85(1.31-1)=1.26 (4-39)由h=3mm ,48mm，尺寸及截面形状系数=0.58由D=48mm 扭转剪切尺寸系数=0.76轴按磨削加工，由 知表面质量系数=0.92轴未经表面强化处理，因而表面强化系数=1疲劳强度综合影响系数=1.41/0.58+1/0.92-1=2.45 =1.26/0.76+1/0.92-1=1.68 (4-40)等效系数 45钢取=0.1 =0.05仅有弯曲正应力时的计算安全系数 (4-41) =275/(2.45*4+0.1*0)=28.06仅有扭转切应力时的计算安全系数 (4-42) =155/(1.68*2.6+0.05*2.6) =34.2弯扭联合作用下的计算安全系数 = =21.3 (4-43) 材料均匀，载荷与应力计算精确时；设计安全系数S=1.3-1.5，取S=1.5疲劳强度安全系数校核 左侧疲劳强度合格。 同理计算右侧面强度得 右侧面疲劳强度合格。 4.2.3 安装要求：a) 装拆方便做成阶梯轴 ；b) 轴的形状和尺寸尽可能简单，便于加工；c) 设有退刀槽等加工工艺。 4.3 联轴器的选择联轴器为轴与轴之间的连接件。可分为固定式和移动式。典型的固定式有刚性凸缘联轴器和套筒联轴器两种；可移动式分为弹性圈柱销联轴器，齿轮联轴器，万向联轴器等数种。这里我们选用凸缘联轴器，根据电动机的外径，转距选择连轴器YL3；根据轴，轴的C值为112；则=112mm=33.4mm， 取d=36mm。轴转距T=9.55*=9.55*0.55*0.82/35 (4-44)=1.2*N.mm联轴器的转距=*T=1.3*1.2*=1.56*N.mm (4-45)选择，YLD8。其材料为钢。4.4 减速机的选择 选择二级圆柱齿轮减速机，其传动比为i=20其机构如图： 图4-4减速机结构示意图其特点： 减速机的长度较短，但轴向尺寸及重量较大。两对齿轮侵入油中深度不同，要求大轴端高于小轴端。中间轴承润滑困难，轴的刚性差，载荷沿齿宽分布不均。五、定位夹紧装置设计在机械加工过程中，一般都要对工件进行夹紧。这是因为工件在加工过程中将会受到切削力，惯性力，离心力等外力作用，若不夹紧，则无法保证在外力作用下工件仍能保持确定的工作位置，从而产生位移，工件位移可能造成测头的损坏。一般夹紧装置是有力源装置，传力机构和夹紧元件三部分组成，本设计中力源装置采用气缸动力装置。对夹紧机构和装置有下列基本要求：a)夹紧过程中，工件应保持在既定位置，在夹紧过程中工件不应离开定位支撑。b)要有适当的夹紧力，使工件在加工过程中产生位移及振动，又不会造成工件的损伤和变形。c)夹紧操作安全，方便，省力。d)夹紧机构的自动化和复杂程度与工件的产量和批量相适应。夹紧机构按作用原理分有以下几种：a) 斜锲夹紧机构 b）螺旋夹紧机构c）螺旋夹紧机构 d）偏心夹紧机构e）铰链夹紧机构 f）端面凸轮夹紧机构g）定心夹紧机构 h）联动夹紧机构本设计采用了铰链夹紧机构如图所示： 图5-1 定位夹紧装置示意图六、其它零部件设计及精度校核本课题机体与底座都采用铸造体，其机构刚度比焊接体要好，且制造成本低。在机体上开一门便于安装与维修，机体构造如图所示： 图6-1机架 图6-2下箱体 其它零部件的设计，如 导 杆 见零件图 CLJ-00.03.02 工作台 见零件图 CLJ-00.03.04 轴承架 见零件图 CLJ-00.06 轴套筒 见零件图 CLJ-00.06.04 套 筒 见零件图 CLJ-00.07 端 盖 见零件图 CLJ-00.08 气缸架 见零件图 CLJ-00.106.1 电动机的选择 由测量机架大约100千克。知：P=FV/10000.95=10000.1/950=0.1KW根据设计功率需求，选择了Y801-4系列的三相异步电动机，净重17kg，功率0.55kw，转速1390n/min.6.2 传感器的选择 电感测头是由位移转换和电感传感器两部分组成，这里最关键的是如何有效的把位移量转化为电感量。 首先选择了有滚轮和被测件接触，先把被测件固定，通过相对测量的位移量转化为电感量，这种装置提高了电感位移测量的测试精度。测量精度为0.02mm。选择型号为PY-2电感位移传感器.6.3 测量机械的精度校核由于传感器精度为0.02mm，可以得知：位移传感器的最大精度误差为0.06mm。测量机架的装测偏离角度大约为5度。根据阿贝误差原理可得其精度为：xi=x0+ =0.06+0.018+0.02 =0.098mm0.5mm所以符合设计要求。结束语毕业设计是一项理论联系实践的工作，可以让学生把书本上学来的东西融会到实践中去，是检验学生对理论知识的掌握程度和动手能力的有效手段。面对一个新的课题，才体会到“书到用时方恨少”！经过近两个月的努力终于圆满完成了课题任务，本次设计是在没有参考的情况下完成的，设计以简单，方便为出发点，机械相对比较简单，但经过校核，各部件均符合要求。测量系统也相当方便，能满足大批量生产测量。本产品测量砖块，首先由运输带将砖块运送到测量台附近，再由气缸把砖块送到测量台上，然后测量机架进行测量，合格砖块再由输送带输出使用，不合格的由气缸推出。对课题我已经付出在学校的所学，并通过查阅各种资料使其完善，但由于本人水平有限，错误在所难免，希望老师和同学批评指正。参考文献1 徐锦康主编.机械设计M.北京：高等教育出版社，2004.2 黄继昌，徐巧鱼等主编.实用机械机构图册M.人民邮电出版社，1996.3 郑文纬，吴克坚主编.机械原理M.北京：高等教育出版社，1998.4 汪琪，李钧主编.机械设计计算M.北京：致公出版社，1998.5 王恒杰，刘自然主编.机械检测技术M.北京：科学技术出版社，1998.6 陈秀宁、施高义编. 机械设计课程设计M. 浙江： 浙江大学出版社，1995.7 徐灏主编. 新编机械设计师手册M. 北京： 机械工业出版社， 1995.8 胡家秀主编. 机械零件设计实用手册M. 北京： 机械工业出版社， 1999.9 李益民. 机械制造工艺设计设计手册M. 北京： 机械工业出版社， 1995.10 张耀宸主编. 机械加工工艺设计手册M. 北京： 航空工业出版社， 1987.11 卜炎主编. 机械传动装置设计手册M. 北京： 机械工业出版社， 1998.12 颉赤鹰,陈少克,.三坐标测量机测头半径补偿