涂胶设备的结构设计.doc

毕业设计（说明书）2015届题目涂胶设备的结构设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名： 学号指导教师论文字数完成日期原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院求真学院。本人完全了解湖州师范学院求真学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院求真学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院求真学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院求真学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 涂胶设备的结构设计摘要：本文设计了一款用于圆形工件涂胶的涂胶系统。首先对涂胶目前常见的产品进行了介绍；其次对所设计的涂胶工位系统的整体布局设计进行了介绍；并介绍了本涂胶工位系统的工作原理：此涂胶系统通过伺服电机带动工件转动，而胶液喷头固定不动，实现圆形涂胶；接着详细讲解了所设计了保障工件定位精确的夹具和止动气缸，来保障涂胶质量；同时设计了同步带输送系统来输送固定了工件的夹具；设计了方便调节喷头相对于工件位置的夹具，可根据工件涂胶半径的不同来调节喷头位置，实现了适应同类工件的不同定位；最后提出涂胶工位系统所不足之处，以方便后续的设计优化。关键词：涂胶；涂胶设备；调节定位；结构设计The structure of the coating equipment designAbstract：This paper designed a model for circular workpiece glue coating system. First of all to glue the common products are introduced; By design of the second coating JiaoGong introduces the overall layout design of a system; And introduces the coated JiaoGong a working principle of the system：This coating system through the workpiece rotation driven by servo motor, and adhesive liquid nozzle fixed, to realize circular glue; Then explains in detail the designed artifacts to guarantee the position accuracy of fixture and locking cylinder. To ensure quality of coating; Synchronous belt conveying system is designed to transport also fixed the workpiece fixture; Design a convenient adjusting nozzle position relative to the workpiece fixture. According to the different of work-piece coating radius to regulate nozzle position. Implemented to adapt to the different positioning of similar artifacts. Finally proposed JiaoGong a system deficiencies, to facilitate subsequent design optimization.Keywords：Glue; Coating equipment ; Adjust positioning; The structure design目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 研究内容4第2章 总体布局设计62.1 涂胶工位的工装原理设计62.2 涂胶工位的整体布局设计72.3 主动辊驱动电机转速的确定8第3章 主要零部件的结构设计103.1 支架的结构设计103.2 输送系统的结构设计113.2.1 输送轴的结构设计113.2.2 轴强度的校核123.2.3 轴承座的选择133.2.4 同步带传动的设计133.3 定位系统的结构设计173.3.1 工件的夹具设计173.3.2 喷头的夹具设计203.4 涂胶旋转系统的结构设计20第4章 结论24参考文献25湖州师范学院求真学院本科毕业论文第1章 绪论1.1 概述随着社会制造行业快速地发展，制造工艺也迅速地不断地推陈出新，传统的密封圈、密封垫结构已经或正在逐渐地被化学品类的密封胶剂代替。而化工行业的发展使得各类型的密封胶类化学品剂如雨后春笋般的展现、引进、渗透到制造行业中来。而反之各种胶类稳定、良好的性能以及其方便的包装、运输形式也使得它们在制造业的更广泛的领域里，越来越被广泛的使用1。随着生产自动化的迅速发展，生产现场的手工涂胶操作者们不得不逐渐放下自己的简陋武器2。快速性、一致性、均匀性、自动无人监守等一系列优良的性能使得专用计算机系统或者多轴机器人系统控制的自动涂胶机代替了落后的手工操作，让各需要施胶密封的行业的生产力得到了快速有效的提高3。传统的涂胶方式人们利用比较原始的手工涂胶，纵然有许多的弊端，手工涂胶劳动率低，劳动力密集，涂胶质量不稳定的问题越来越突出，尤其在某些要求严格的场合，手工涂胶几乎无法达到要求的质量，而在市场竞争日趋激烈地今天，人们对质量和性能要求越来越高，企业已不能降低要求来减少废品及废品费用，采用技术先进的自动化涂胶设备成为企业的唯一选择4。经过 30 多年的发展，目前，可编程序控制器已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱(可编程序控制器、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位5。企业为了提高生产效率，不得不采用具有较大柔性的涂胶手段，但在涂胶过程中又涉及重多注意细节，比如涂胶要均匀，不断胶、不堆积；粘贴后，两模片不错片，无缝隙。还有对胶头的要求也很严格，移动速度要迅速，转弯时胶会被甩开6；直线时胶会被拉细，甚至断胶不可取，也不能太慢，太慢影响效率都是我们要注意的细节7。整个涂胶工位采用全自动控制，其工作逻辑是:工件进入各孔依次涂胶工件流出8，首先将工件从工件输送架上举起，然后通过气缸将涂胶头移动到工件的涂胶点上，转动工件即可完成涂胶9。在很多领域都有涂胶装备的应用。1）汽车制造业。汽车行业紧固件品种多、要求高、用量大,手工涂胶无法满足生产、装车的需要,因而使用高效率涂胶设备已成为应用涂胶工艺的必然需求和发展趋势。2）生产制造鞋子行业。随着当今制鞋行业竞争的加剧以及人们对鞋类产品质量要求的不断提高,制鞋企业在生产技术方面不断地面临新的挑战。制造装备的落后及经济环境的恶劣,使很多制鞋企业面临着生存危机，结合制鞋涂胶工艺,提出了采用工业机器人进行涂胶操作,以代替手工涂胶,节约生产成本及提高涂胶质量。3）用于玻璃的涂胶。普通型玻璃涂胶机由供胶泵、输胶软管和涂胶枪组成，主要用于装配车间的自然温度常年不低于15的汽车生产企业。4）电视机彩色PDP封接涂胶。随着社会经济的飞速发展,数字化电视和高清晰度电视广泛推广和应用,人们对电视机提出了大屏幕、高分辨率、优画质、纯平面、薄形化、无X射线等一系列更高的要求，彩色PDP进入实际应用已经成为可能。5）瓦楞纸板涂胶贴面机。涂胶贴面机是瓦楞纸板生产线贴面机组中的核心设备，它在展示包装物精美造型的彩色纸和与纸箱的生产中起着重要的作用，为了保证瓦楞纸板涂胶均匀，粘合强度好，同时又满足该设备的工艺要求，对该设备的结构各项参数加以精心设计和计算，特别是在涂胶辊与定厚辊之间、涂胶辊与加压托辊之间根据不同的性能和要求设计了不同的线速度以达到擦抹涂胶均匀的作用，得到了良好的效果。6）用于建筑装潢业的钉牌加工。全自动钉牌涂胶机可以完成自动上料、双面刷胶、自动输送、切断的全部功能，是一个自动化程度较高的生产设备，该设备的应用可以提高生产效率、提高产品质量，减少污染，对于该行业生产水平的提高有很大的意义，也算填补了该技术领域的缺陷11。7）育苗容器制作机的涂胶。可降解蜂窝育苗容器制作设备由展料装置、分切热封装置、涂胶装置、牵引叠合装置等组成。可降解蜂窝状塑料薄膜育苗容器制作需进行两次涂胶，第一次涂胶是条状涂胶，把平行运行的多条窄幅筒膜按要求粘合在一起成为复合片，以利于下道工序的叠合成型。第二次涂胶是全面涂胶，即在复合片上表面除两面留边以外其余全面涂上胶层，使复合片叠合在一起时相互粘合成一整体。国外自动涂胶首次应用于白车身是1980年在德国大众的Kassel分厂。当时该厂生产PassatB2轿车，在前、后盖生产线上引入了该技术，使用的是VW的K15机器人，并采用气液流量控制装置10。1985年起Kassel分厂在K15机器人上改用液压控制的中间流量控制装置，装有带抽吸装置的外置阀，可避免初始污染。1986年又首次在机器人自动涂胶设备上试装了DfeiBond公司的粘胶流量控制仪11。1987年随着B3 Passat车型在德国大众的投入生产，前盖生产线和门生产线上使用的机器人自动涂胶设备都装上了上述流量控制仪12。与国外相比，国内机器人自动涂胶应用于轿车行业尚无先例13。另外国外的涂胶设备也处于不断完善、成熟的过程之中。因此在使用进口涂胶设备时,要根据设备的工作原理、生产需要、实际技术状况作出适当和必要的调整。例如第二汽车制造厂标准件厂使用的ROTOMAX型和DRI一LOC型涂胶机，在开箱调试过程中发现原机的聚乙烯刮板和可调节刮胶轮无法实施质量符合要求的涂胶动作，涂胶质量很差，出现了刮板卡零件、刮胶不匀、刮胶轮工作边脱离零件、刮胶轮粘出零件螺纹中的胶液等严重问题14。经分析发现，上述问题的产生是由于原机设计时对涂胶零件及卡具精度要求过高、适应面小、刮胶轮间隙调整机构不合理、某些零件质量差引起的15。因此改用了精度和尺寸均有所改变的软橡胶刮板取代原聚乙烯刮板，投入生产后，涂胶零件质量稳定,达到了技术要求。另外根据原情况,对一次性涂胶喷嘴、限位开关拔动钢丝、润滑部位与润滑剂等进行了改造,实现了稳定的涂胶生产16。目前以BTL型热熔胶涂布机为代表的专用涂布设备在国内已销售30台,并出口外销到巴基斯坦等国家17。加上国内80年代以来引进的热熔胶涂布机，预计1996年全年生产热熔压敏胶(主要是热熔压敏胶带和商标标签,不包才舌妇女卫生巾、尿布等制品)产量将达到3000吨的水平。与1994年的年产量1200吨相比,产量增加一倍以上。从使用的厂家调查情况看,使用国产热熔胶涂布机(大型设备进行配套制胶)生产热熔压敏胶胶粘制品的开机率和制品质量均达到较高水平,取得了良好的经济效益。奥地利EVG集团在3月1719日举行的“SEMICON 中国 2004”博览会上介绍了该公司最新一代EVG150全自动原片喷雾涂胶系统。该改进后的系统提高了胶的涂覆能力，特别适用于圆片表面复杂图形结构的涂覆，为微机电系统、先进的圆片级封装、化合物半导体及薄膜技术市场开拓了新的应用。新的EVG150使用OmniSpray涂胶技术，是1998年以来的第三代产品，表明了圆片涂胶设备在不断完善，此涂胶系统是基于表面具有复杂图形结构如沟槽的圆片涂胶而设计的，非常适合于小的、不规则的基片18。由于社会行业分类很多，大家对胶的处理与使用方法也不同，虽然叫做涂胶机的设备很多，但其同名下也有根本的区别，而最明显的区别在于它们所涂出的胶的形式不同，我们这里所说的自动涂胶机严格意义上应当叫做“线形轨迹涂胶机”就是靠自动控制系统或者机器人控制系统带动涂胶头根据设定编制好的固定轨迹运动，对涂胶头所走过的轨迹中需要施胶的部分进行施胶，这样的轨迹可以是平面内的直线、圆弧、点，也可以是立体空间工件上的直线、圆弧、点。而同样叫做涂胶机而用在板材、胶布等上面进行辊子式面形涂胶形式的不在今天我们的概念之中。当然，具有类似的线形轨迹涂胶的设备也因行业的不同而叫法各异，比如电子行业的小型涂电子板上的微型涂胶机在许多地方叫做点胶机，其他地方随着地方叫法不同也有打胶机、上胶机、滴胶机、胶水机等。但最根本的叫法我们还是叫做涂胶机，或者自动涂胶机，或者智能涂胶机。涂胶机根据各具体使用行业不同，各设计开发厂家的开发理念不同而不同，所以分类方法也是各异：按照涂胶工件而分：发动机涂胶机、汽车灯具涂胶机、电子板涂胶机等。根据控制系统而分：机器人涂胶机、数控系统涂胶机、单片机控制涂胶机等。根据控制轴数而分：2轴涂胶机、2.5轴涂胶机、3轴涂胶机、多轴涂胶机等。根据所涂胶类而分：厌氧胶涂胶机、硅胶涂胶机、聚氨脂胶涂胶机等。根据胶的配比而分：单组分胶涂胶机、双组分胶涂胶机等。根据涂胶头数而分：单头涂胶机、双头涂胶机、多头涂胶机等。根据外形结构而分：在线涂胶机（配合生产线运转）、线边涂胶机、微型台式涂胶机、标准台式涂胶机。涂胶机由于使用场合的不同，国内外出现了各种形式，无论哪种形式，都是为了完成涂胶的功能，所以涂胶机的结构一般由电气控制系统、供胶系统、运动行走机构、工装机体系统以及气动系统组成。控制系统是自动涂胶机的核心部分，它如同一个人的大脑，里面存储着所有轨迹的数据，所有外部的动作一般都由它来发号施令。我们公司目前可以制造各种形式的涂胶机，如小台式电子或微型件目小范围涂胶机、2/3轴数控系统自动涂胶机、多轴自由度机器人涂胶机。所用系统均为可靠的国际知名品牌，如德国西门子系统、韩国ROBOSTAR机器人系统、韩国多司机器人系统、日本IAI机器人系统、安川机器人等系统。控制系统这个大脑性能的好坏，决定了你的涂胶机存储程序的多少，操作性能的优良，使用稳定性如何，以及最后涂胶效果的好坏等，是保证所涂产品密封性能的最基本的保障。目前一般来说，用于涂胶机的供胶系统是根据胶的包装形式来区别的，胶一般有小针筒式、300ml小胶桶包装式、5GAL/20KG包装以及55GAL特大桶包装。一般中间2种多，300ml小胶桶包装选用气压小泵供胶，节约成本又实用，5GAL可摆脱频繁换胶的烦琐，但要多用个柱塞泵，成本大大提高。我们选用英国的300ml供胶系统、日本YAMADA或美国GRACO的柱塞泵系统来实现低/高压力下的胶的传送19。而另外一端涂胶阀的选用也是很关键的元件，对于小胶筒、黏度低采用低压供胶的胶来说，基本上使用进口或者国产或者某些设备厂家自己设计制造的涂胶阀都没有太大的问题，可能随着使用时间的长短不同更换相应的密封件就可以再次使用，但对于高压供胶的涂胶阀来说则不同，需要涂胶阀有着可耐受供胶压力的能力，还要有快速开阀与快速关断的能力，否则会出现不尽人意的麻烦。我们公司选用的都是在各自场合下安全可靠的可迅速开关的、且具有良好密封性能的进口胶阀，可以满足各种场合下各种胶的使用。该机构就如同人的双腿一般，也就是各厂家所说的工业机器人。一般是由伺服电机作为动力源，根据控制系统发送来的指令进行轨迹的行走，来完成速度与位移的变化。伺服驱动系统是一个闭环或半闭环的系统，所以其定位精度相对比较高，成本造价也比较高，但其运动速度与响应能力强。但在一些要求简单的场合，有些小的设备可以采用步进电机来完成，这种驱动源虽不如伺服效果好，但也可以完成一定速度下的定位轨迹行走，但成本低廉。一般选用国内国际品牌如HIWIN直线导轨、MAX线性导轨、松下、安川等伺服驱动等来组配等，或采用韩国进口一体化机器人成套系统等20。工装机体与外观选择就要与用户协作，根据用户的使用场所与所涂工件的大小、重量等来进行设计适合于用户的外观形状，根据用户工件的具体来设计工件的定位形式工装夹具等。气动系统在整个涂胶机内是个辅助系统，主要完成工装夹具的夹紧与释放，涂胶阀的开、关以及供胶系统的气源使用等。1.2 研究内容本文设计了一款用于圆形涂胶的涂胶系统。此涂胶系统通过伺服电机带动工件转动，而胶液喷头固定不动，实现圆形涂胶。本文设计了保障工件定位精确的夹具和止动气缸，来保障涂胶质量；同时设计了同步带输送系统来输送固定了工件的夹具；设计了方便调节喷头相对于工件位置的夹具，可根据工件涂胶半径的不同来调节喷头位置，实现了适应同类工件的不同定位；并设计了固定整个系统的支架。30第2章 总体布局设计为实现全自动化涂胶工艺，本文设计了涂胶自动化流水线中最重要的工位涂胶工位，实现涂胶的自动化，不但可以保障涂胶质量，并且提高效率，节省劳动力，降低成本。图2.1是所假设工件样子。其凹槽即需涂胶位置，需涂胶量：72924.22mm3。图2.1 假设工件2.1 涂胶工位的工装原理设计其主要工作原理是：第一步，将工件固定在工装夹具上；第二步，将带有工件的夹具放置在支架的输送带上，通过夹具两侧的限位块，限制了夹具在横向上的移动，通过夹具与输送带之间的摩擦力，实现夹具的输送；第三步，当夹具接近涂胶工位时，先由接近开关感知夹具即将到达工位，驱动主动辊的电机停转，传送带停转，与此同时，止动气缸伸长，挡在夹具前面，将夹具定位；第四步，夹具所静止停泊的位置为涂胶工位，工装正下方的行程气缸伸长，在接触工装时，气缸顶端的磁铁通电，具有磁性，即吸住铁材质的夹具，继续将夹具顶起，在与原位置距离20mm位置时，行程气缸不再伸长，即到达涂胶喷头位置；第五步，止动气缸缩短，恢复原始长度，在行程气缸的下方的电机通电转动，电机带动行程气缸和夹具一起转动，在转动一圈后停止，同时，控制涂胶量的气缸活塞下冲程，将胶液压入与气缸相连的喷头内，胶液受压力，从喷头口挤出，随工件转动，胶液涂在工件凹槽内，即完成工件的涂胶；第六步，磁铁断电，无磁性，行程气缸缩短，将夹具放回传送带上，行程气缸恢复原始长度，主动辊电机通电转动，将涂胶好的工件运到下一工位，这样便是一个循环结束。工作原理图如下图2.2涂胶设备的工作原理所示。1伺服电机；2行程气缸；3工件；4轴承座；5轴；6夹具；7输送带；8胶头支架；9胶头；10减速电机；11同步带图2.2 涂胶设备工作原理2.2 涂胶工位的整体布局设计涂胶工位主要有支架，输送系统，定位系统和涂胶旋转系统组成。如图2.2所示。支架主要起到支撑整个工位系统的作用，高低参考一般流水线高度，适合人观察和管理。支架采用角钢焊接而成，即可节省成本，也可保障整个工位在运行过程中的稳定性。输送系统主要作用是将夹具不断向前输送，实现夹具在工位上位置的变化，得意实现涂胶和进行下一工位的工艺。输送系统直接安装在支架上。输送系统包括：主动辊，从动棍，传送带，同步带，同步带轮和减速电机。定位系统是实现工件在系统中的定位，得以保证涂胶的质量和速度。首先先将工件定位在夹具上，在水平任何方向上不能相对夹具而产生位移。夹具放置在传送带上，通过夹具两侧的限位块与传送带侧面接触，实现在横向上的定位，当固定在支架上的止动气缸伸出时，可实现夹具在纵向单方向的限制，止动气缸保障夹具到达指定的顶起位置。涂胶旋转系统是实现工件转动的部件，可固定于传送带下方的支架上。涂胶旋转系统由电机带动，行程气缸固定在电机上，而行程气缸可将夹具顶起，顶到涂胶头涂胶位置。这样当电机转动时，电机可带动行程气缸及夹具转动，实现涂胶。而夹具与行程气缸之间通过通电磁铁连接，当通电时，通电磁铁具有磁性，可吸住夹具，使得夹具与气缸之间连为一体，当断电时，通电磁铁失去磁性，夹具和气缸可分离。1支架；2输送系统；3喷头夹具；4工件；5止动气缸；6涂胶旋转系统图2.3 涂胶工位整体布局设计2.3 主动辊驱动电机转速的确定主动辊通过同步带与电机相连。输送工件的输送带单位时间（秒）内前进距离为30mm，所以输送带速度为40mm/s，即主动辊的角速度： （2-1） 主动辊角速度；主动辊轴半径；因为主动辊与同步带同轴，所有二者角速度相同；又因为同步带传动，两同步带外圆线速度相同，所以： （2-2）传动比为： （2-3）Z电小轮齿数；Z主大轮齿数；电机轴角速度；所以， 所以电机的转速为： 假设工件间距为A=150mm，则： 公式中t1 其中t1为工件被输送到指定的涂胶工位所需的时间。第3章 主要零部件的结构设计涂胶工位主要有支架，输送系统，定位系统和涂胶旋转系统四部分组成。各部分共同作用，相互支撑，实现自动化涂胶功能。3.1 支架的结构设计支架主要起到支撑整个工位系统的作用，高低参考一般流水线高度，适合人观察、操作和管理。本文所设计的涂胶设备重量较小，故支架采用GB/T9787-198热轧等边角钢40403焊接而成，即可节省成本，也可保障整个工位在运行过程中的稳定性。图3.1 等边角钢图3.2 角钢焊接状态支架通过长短不同的角钢焊接而成，支架结构尺寸请参考下图模型。图3.3 涂胶支架3.2 输送系统的结构设计输送系统主要作用是将夹具不断向前输送，实现夹具在工位上位置的变化，得意实现涂胶和进行下一工位的工艺。输送系统直接安装在支架上。输送系统包括：主动辊，从动棍，传送带，同步带，同步带轮和减速电机。输送系统由主动轴，从动轴，传送带，同步带，带轮和减速电机组成。3.2.1 输送轴的结构设计根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足：轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度；轴和轴上零件必须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有良好的加工工艺性；节省材料等。主动轴与减速电机连接，减速电机通过同步带提供动力，主动轴和从动轴共同作用，通过相连接的皮带，实现输送功能。输送带上放置工装夹具，这样一个接一个的夹具便可以输送，从上一个工位输送至下一个工位。所设计的轴两端安装有轴承，轴通过轴承实现转动，主动轴一侧最外端设计与大轮安装位置，大轮与轴通过平键连接，实现方便拆卸和安装简单。轴中间位置设计了2个凹槽，是用来传送输送带之用。输送带在凹槽内传动，保证了其轴向的定位，实现工件在输送过程中不会偏离原有轨迹位置，保证涂胶质量。从动轴在结构上与主动轴类似，只是少了大轮的安装轴径位置。主动轴和从动轴都属于阶梯轴。主动轴和从动轴的材料都选用40Cr，后期都需进行调质处理，提高其刚度和强度。根据结构需求，所设计的轴结构如图3.4主动轴。图3.4 主动轴主动轴为了精确输送夹具，需用到2条输送，这样2条输送带可以支撑夹具。在主动轴和从动轴的结构上，做了保证输送带精确传动的输送带轨道，轨道宽度与输送带宽度配合，单边大1mm。图3.5 从动轴3.2.2 轴强度的校核在机械系统中，金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。强度校核就是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，如抗冲击强度，抗弯曲强度等，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为前提。强度的校核研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。常用的轴的强度校核计算方法如下：进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于传动轴应按扭转强度条件计算；对于心轴应按弯曲强度条件计算；对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。涂胶设备中用到的轴由减速电机驱动，受到大轮的扭矩和输送带的扭矩。根据实心轴的扭转强度条件为： （3-1）为扭转切应力，MPa；T为轴多受的扭矩，Nmm；WT为轴的抗扭截面系数，mm3；n为轴的转速，r/min；P为轴传递的功率，KW；d为计算截面处轴的直径，mm；为许用扭转切应力，Mpa；由上式可得轴的直径为 （3-2） （3-3） A0值按轴的不同材料选取，涂胶设备所设计的轴材料为40Cr，调质处理。所以查机械手册可知A0=110N.mm。电机的效率为76%，同步带传动效率98%，轴承效率为99%。所以，3.2.3 轴承座的选择主动轴和从动轴通过轴承安装在机架上，所使用的轴承为外球面球轴承，通过直接采购带轴承座外球面球轴承UCF202，如图3.6 UCF202外球面球轴承图和图3.7带轴承座外球面球轴承所示。图3.6 UCF202外球面球轴承图 图3.7 带轴承座外球面球轴承外球面球轴承即外球面轴承，其隶属于深沟球轴承，里面的滚动体为钢球。带座外球面球轴承由两面带密封的外球面球轴承和铸造的（或钢板冲压的）轴承座组成。带座外球面球轴承的内部结构与深沟球轴承相同，但此种轴承的内圈宽于外圈。外圈具有截球形外表面，与轴承座的凹球面相配能自动调心。通常此种轴承的内孔与轴之间有间隙，用顶丝，偏心套或紧定套将轴承内圈固定在轴上，并随轴一起转动。带座轴承结构紧凑，装卸方便，密封完善，适用于简单支承，常用于采矿、冶金、农业、化工、纺织、印染、输送机械等。外球面球轴承较一般的深沟球轴承使用方便其特点主要为装卸简单、可以调心，外球面球轴承的标准公差为：内加外减，内径采取加公差从而保证了与轴配合时的轻盈；每一套外球面球轴承都不是单独来使用的，他都必须配到轴承座内部整体装机，而外球面轴承座有各种形状因此整体配合后适合多种结构位置使用。外球面球轴承按照与轴的配合方式来分可以分为三大类：1、带顶丝外球面球轴承其代号为：UC200系列（轻型系列）、UC300系列（重型系列）、及变形产品UB(SB)200系列，如果使用环境符合较小，一般选择UC200系列，反之则选用UC300系列。一般外球面球轴承上的顶丝都是有两个，其夹角为120，其特点就是与轴配合时是用顶丝来顶在轴上，从而起到固定作用的，但是其配合的环境要求必须振动范围小。这种外球面球轴承比较普遍，广泛用于纺织机械、陶瓷机械等各制造行业。2、带锥度外球面球轴承其代号为：UK200系列、UK300系列。此类外球面球轴承内径为1：12比例的锥度内孔，使用时要与紧定套配合使用，这类外球面球轴承的特点为：可以承受比带顶丝外球面球轴承更大的负荷。因为与其配合的紧定套同型号的内径要比带顶丝外球面球轴承小一些，比如带顶丝外球面球轴承UC209的内径为45mm，与其相配合使用的轴的直径为45mm,而如果若是换成带锥度外球面球轴承的话，只能选择内径为45mm的紧定套，而与45mm的紧定套配合的带锥度外球面球轴承就只有UK210了（当然如果负荷更高的话可以选择UK310的）。由此，UK210所承受的负荷当让要比UC209的要大的多了。3、带偏心套外球面球轴承其代号为:UEL200系列、UEL300系列、SA200系列。此类外球面球轴承主要特点为轴承上一端有一定的偏心度，有同样偏心度的偏心套与其配合。此类轴承也可以说是专用轴承，因为其主要是在农机（收割机、秸秆还田机、脱粒机等）上使用，此类外球面球轴承主要使用于跳动比较猛烈的结构上，偏心结构的配合可以有效的减少猛烈的跳动。通过对外球面球轴承的研究，本文所选用的是UCF202带座轴承，其外端有顶丝，在轴安装后，轴一侧与轴承座一侧配合，实现限位，而另一侧则依靠顶丝拧紧，压住轴。外球面球轴承可以实现自动调心，不会因安装精度要求，导致轴旋转跳动。其安装拆卸较方便、价格合理，是用于涂胶设备的最合适选择。3.2.4 同步带传动的设计同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和具有相应齿的带轮所组成，运转时，带的凸齿与带轮齿槽相啮合，来传递运动和动力。与其他传动粗比，同步带传动具有如下优点: 1、工作时无滑动，有准确的传动比同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。2、传动效率高，节能效果好由于同步带 作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达0. 98。它与三角带传动相比，有明显的节能效果，可用如下实例作证明。从以上数例看出，同步带传动在节能上有很大潜力，因此采用同步带传动可获得较高的经济效益。3、传动比范围大，结构紧凑同步带传动的传动比一般可达到10左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减少。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。4、维护保养方便，运转费用低由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带仲长很小，不需要像三角带、链等经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费用比三角带、链、齿轮要低碍多。5、恶劣环境条件下能正常工作 在具有灰尘杂质、水及腐蚀介质的恶劣工作条件下，链条易生锈、磨损，三角带会产生打滑，而同步带传动却能适应这些条件。由于它是啮合传动，在有雨水情况下不会打滑，而且水是橡胶良好的润滑剂，反而可减少带的磨损。在有灰尘杂质时，由于同步带带齿进入带轮轮槽时，带齿将挤压原留在轮槽内的空气，使受压的空气向轮槽两侧排出，这种空气挤压将同时起到清理啮合表面、带走灰尘杂质的作用，从而减少了同步带的磨损。此外同步带有较高的耐腐蚀性，耐热性，在高温、有腐蚀气体情况下仍能正常工作。所以本文选用同步带传动，正是因为同步带可以实现传动精准、平稳、可以保证恒定的传动比，带传动效率较高。本文所选用的同步带为H型540H075，同步带宽度19.05mm，节距Pb=12.7mm。前面已确定了小轮的转速为140r/min，大轮的转速为39r/min。通过查表可以确定小带轮的齿数为7。所以，小轮的节圆直径： （3-4）小轮直径；小轮齿数；小轮节距； 计算得：根据传动比，可以确定大轮的齿数： （3-5）所以，大轮齿数为25。大轮的节圆直径： （3-6）大轮直径；大轮齿数；大轮节距；通过计算得：根据公式： （3-7）大小轮轴间距。这样计算得， 所以，选取轴间距为170mm。同步带带长的确定： （3-8）计算得： 图3.8 大、小轮和同步带 选用的电机是齿轮减速电机。减速电机通过电机固定架固定在支架上。根据之前确定的转速，选用TTmotor有刷直流减速电机。其参数如下表3.1所示。减速电机的输出转速为140r/min。表3-1 TTmotor有刷直流减速电机参数表电压扭矩转速效率功率12V0.7Nm32147r/min76%0.08W图3.9 齿轮减速电机TTmotor图3.10 齿轮减速电机固定架涂胶设备的输送系统如下图所示。减速电机带动小轮，通过同步带带动大轮，大轮与主动轴连接在一起。图3.11 涂胶输送系统3.3 定位系统的结构设计定位系统是实现工件在系统中的定位，得以保证涂胶的质量和速度。首先先将工件定位在夹具上，在水平任何方向上不能相对夹具而产生位移。夹具放置在传送带上，通过夹具两侧的限位块与传送带侧面接触，实现在横向上的定位，当固定在支架上的止动气缸伸出时，可实现夹具在纵向单方向的限制，止动气缸保障夹具到达指定的顶起位置。3.3.1 工件的夹具设计一、工装夹具设计制作的基本要求： （1）良好的工艺性 （2）焊接操作的灵活性 （3）工装夹具应具备足够的强度和刚度 （4）夹紧的可靠性 （5）便于焊件的装卸二、夹具设计的基本原则有：1.满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；2.有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；3.满足装夹过程中的简单与快速操作；4.易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；5.满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；6.尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；7.尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；8.满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；9.设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则；10.形成公司内部产品的系列化和标准化。三、工件夹具的结构设计被涂胶件为圆柱型，故夹具采用三点定位。如下图所示。图3.12 定位原理夹具由底板、固定块，顶块等组成。将工件放置在底板上，工件与两侧的固定块接触，实现定位，最后通过顶丝GB/T70.1-2000 M620，在工件对角线上顶住工件，实现工件在水平方向上的全约束。通过夹具的定位，保障工件相对于夹具是定位的。为后续夹具顶起和旋转提供预约束的作用。底板上攻有螺纹孔，通过螺栓固定限位块。所用螺栓均为GB/T70.1-2000类型圆头内六角螺栓。图3.13 底板图 图3.14 夹具限位图3.15定位块 图3.16 顶位块图3.17 工件夹具夹具的两侧设计了2个夹具限位，通过螺栓固定在底板上。当夹具放置在输送带上后，夹具限位可限制住夹具在输送带横向上的位移。如下图所示。图3.18 夹具在传送带上限位当工件夹具在输送带上输送，当触碰接触开关后，接触开关指令止动气缸伸出，即可挡在工件夹具的前面，对夹具进行定位。定位情况如下图所示。图3.19 止动气缸图3.20 止动气缸定位夹具3.3.2 喷头的夹具设计喷头夹具包括喷头支架和喷头支架定向两部分组成。喷头支架通过螺栓固定在架子上，而所设计的喷头支架定向，一端固定在喷头支架上，另一端连接涂胶喷头。支架定向的两端开缺口，当涂胶喷头插入缺口内，通过螺栓拧紧，将喷头加紧固定。图3.21 喷头支架图 3.22 喷头支架定向图3.23 喷头夹具3.4 涂胶旋转系统的结构设计涂胶旋转系统是实现工件转动的部件，可固定于传送带下方的支架上。涂胶旋转系统由伺服电机带动，行程气缸固定在伺服电机上，而行程气缸可将夹具顶起，顶到涂胶头涂胶位置。这样当电机转动时，伺服电机可带动行程气缸及夹具转动，实现涂胶。而夹具与行程气缸之间通过通电磁铁连接，当通电时，通电磁铁具有磁性，可吸住夹具，使得夹具与气缸之间连为一体，当断电时，通电磁铁失去磁性，夹具和气缸可分离。伺服电机固定于伺服电机固定架上，伺服电机固定架支撑着整个涂胶旋转系统，电机固定在支架后，将气缸连接在伺服电机上，这样气缸即在电机的带动下可实现旋转。图3.24 涂胶旋转支架焊接图3.25 伺服电机固定架 图3.26 伺服电机连接板 图3.27 SDA气缸32-30伺服电机轴连接伺服电机连接板，连接板连接着气缸。涂胶旋转系统装配后，如下图所示。图3.28 涂胶旋转系统涂胶设备整机的装配模型如下图所示。图3.29 涂胶旋转系统图3.30 涂胶旋转系统第4章 结论本文设计了一款用于圆形工件涂胶的涂胶系统。首先对涂胶目前常见的产品进行了介绍；其次对所设计的涂胶工位系统的整体布局设计进行了介绍；并介绍了本涂胶工位系统的工作原理：此涂胶系统通过伺服电机带动工件转动，而胶液喷头固定不动，实现圆形涂胶；接着详细讲解了所设计了保障工件定位精确的夹具和止动气缸，来保障涂胶质量；同时设计了同步带输送系统来输送固定了工件的夹具；设计了方便调节喷头相对于工件位置的夹具，可根据工件涂胶半径的不同来调节喷头位置，实现了适应同类工件的不同定位；最后提出涂胶工位系统所不足之处，以方便后续的设计优化。参考文献1 王朝伟,冯久平. 全自动涂胶机