金屬梳自動清洗機的設計
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本科畢業(yè)設計（論文）
開題報告
金屬梳自動清洗機的設計
專 業(yè)： 機械設計及其自動化
指導教師：
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學 號：
畢業(yè)時間：
一、課題的目的及意義
隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，國民經(jīng)濟各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求日益擴大，制造業(yè)對各種金屬梳的質(zhì)量要求也越來越高。線的質(zhì)量好壞、直接關(guān)系到下道工序能否順利進行，特別是清洗機械質(zhì)量要求很高。目前國內(nèi)使用的清洗機械，主軸多用力矩電機驅(qū)動，輸送機構(gòu)與主軸采用機械傳動的耦合連接，通過帶傳動依動作實現(xiàn)換向，達到工藝要求。這種純機械耦合機構(gòu)存在零件加工和裝配復雜、因頻繁換向?qū)е聶C械磨損大、噪聲大、精度降低[2]。
此外，由于規(guī)格品種繁多，每次改變品種規(guī)格、都要重新調(diào)整清洗機的機械參數(shù)，甚至更換機械零件，一套機構(gòu)無法同時滿足對不同規(guī)格絲線的清洗需要?；诖?，我們提出了本課題的研究。
本文介紹一種新型清洗裝置，利用先進的數(shù)字控制技術(shù)，將主軸送進傳動與切斷，分別用不動的動力獨立驅(qū)動、實現(xiàn)對清洗連接。采用FX2N一32MT可編程序控制器、脈沖測速碼盤及光電傳感器控制，檢測步進電機的工況，實現(xiàn)了計算機數(shù)字控制和柔性化參數(shù)設置。新系統(tǒng)具有：穩(wěn)定、準確、靈活、快速的特點，適用于對各種規(guī)格控制。
此畢業(yè)設計題目來源于生產(chǎn)實際，主要完成對確定自動清洗機的傳動機構(gòu)設計。對于生產(chǎn)的順利進行及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的精度保證起著至關(guān)重要的作用。因此，設計一種高精度的自動清洗機具有較大的實用價值。
二、課題的主要內(nèi)容和要求
目前我國清洗機行業(yè)處于非常困難的時期，如何才能使整個行業(yè)從技術(shù)的互相模仿與殘酷的價格戰(zhàn)等困境中脫身而出？從業(yè)企業(yè)只有放下急于求成的心態(tài)，從基礎理論、新技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域出發(fā)，一絲不茍地修煉自己的自主創(chuàng)新能力。
清洗機結(jié)合了機械、傳動、電氣控制等多方面的技術(shù)，所以基礎理論研究是開發(fā)新技術(shù)的基礎，只有核心技術(shù)的發(fā)展才能推動清洗設備的進步，各方面為技術(shù)開發(fā)做努力，這樣才會使我國的清洗設備逐步走上自主創(chuàng)新的道路。
國產(chǎn)的清洗機自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應用于清洗要求相對不高的場合，高端設備都有日本、瑞士、德國等進口設備占領(lǐng)市場，而國產(chǎn)設備只能在很小的市場份額里以低價來爭得客戶， 分析我國清洗機市場目前處于高速發(fā)展的時期，相反我國的清洗機生產(chǎn)企業(yè)的處境卻相當?shù)钠D難，不難看出，極大的市場份額都是進口設備，在國內(nèi)市場獲得高利潤的回報，在新機型的開發(fā)上就有了強大的資金保障，而我們國內(nèi)企業(yè)的銷售利潤偏低，去掉銷售環(huán)節(jié)中存在的費用，留給企業(yè)的回報已經(jīng)所剩無及了，所以不斷的提升自主創(chuàng)新能力，才能市場份額較大的中高端市場，來打破目前的艱難局面[4]。
清洗機是機械行業(yè)中的主要加工設備，清洗機的質(zhì)量、數(shù)量及自動化水平，直接影響整個機械行業(yè)的發(fā)展；清洗機的自動化水平對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員的體力勞動等方面都起到極為重要的作用。
先進的機械制造技術(shù)能在很大程度上提高清洗機的自動化水平。機械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標,包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術(shù)。機電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機械、電子技術(shù)等為主的多門技術(shù)學科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)科學。性能上，向高精度、高生產(chǎn)效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發(fā)展。通過機電一體化技術(shù)的運用使得整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)控制智能化、操作性能柔性化。通過測試系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)達到機電一體化的目的[7]。
三、工作基礎
清洗機其功能部件由支承體、帶動力裝置的清洗機切刀部件和機筒等組成。由功能部件，電動機和機架等構(gòu)成的清洗機，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有平面垂直于主軸的毛刷功能部件。
通過圖書館、中國知網(wǎng)查閱文獻資料和購買圖書資料等多種途徑，為開題報告的撰寫和論文的正式寫作做了較為充分的準備。其中，主要著作包括：機械設計,工藝設計手冊, 機電一體化手冊, 機床設計, 機床圖冊,機電一體化實例分析等。
四、課題的研究方法、步驟和措施
在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)自動清洗機設計理論及相關(guān)知識的資料和文獻基礎上，綜合考慮自動清洗機結(jié)構(gòu)特點、具體作業(yè)任務特點以及自動清洗機的推廣應用，分析確定使用自動清洗機實現(xiàn)自動化目的。
為了實現(xiàn)上述目標，本文擬進行的研究內(nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和自動清洗機本身的結(jié)構(gòu)特點，確定自動清洗機設計方案。
2 確定自動清洗機的性能參數(shù)，對初步模型進行靜力學分析，根據(jù)實際情況選擇電機。
3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā)，完成自動清洗機各零部件的結(jié)構(gòu)設計；
4 完成主要零部件強度與剛度校核。
五、 課題的預期成果
1、查閱資料、結(jié)合所學專業(yè)課程，產(chǎn)生清洗機結(jié)構(gòu)設計的基本思路；
2、查閱各類機械機構(gòu)手冊，確定合理的清洗機結(jié)構(gòu)；
3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來選擇合適的部位；
4、重點對驅(qū)動機構(gòu)及控制機構(gòu)進行設計研究；
5、通過研究國內(nèi)外情況，確定本設計課題的重點設計；
6、完成2D裝配圖的設計和繪制，并由此繪制零件圖；
7、編寫設計說明書；
8、檢查并完善本設計課題。
本設計采用的方法是理論設計與經(jīng)驗設計相結(jié)合的方案，所運用的資料來源廣泛，內(nèi)容充足。
六、參考文獻
[1] 王安岑，武吉梅.畫法幾何與機械制圖[M].西安:陜西科學技術(shù)出版社[M]，2001
[2] 尚久浩. 《自動機械設計》[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社,2006．
[3] 顧曉勤.工程力學ⅠⅡ[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2008．
[4] 盧秉恒.機械制造技術(shù)基礎[M] ．北京：機械工業(yè)出版社,2008．
[5] 單輝祖. 材料力學[M]．北京：高等教育出版社， 2010．
[6] 吳琰琨. 液壓與氣動技術(shù)[M] ．北京：人民郵電出版社,2008．
[7] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計[M].高等教育出版社，2001（2）：45～49.
[8] 馮開平，左宗義.畫法幾何與機械制圖[M].華南理工大學出版社，200（3）：51～60.
[9] 顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西科學技術(shù)出版社，1999（6）：11.
[10] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].高等教育出版社，2002（4）：79～83.
[11] 華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學．機床設計圖冊[S]．上海科學技術(shù)出版社．1979（5）：15～21.
[12] 機械設計手冊編寫組．機械設計手冊[S]．機械工業(yè)出版社．1986（6）：12～18.
[13] 邱宣懷．機械設計[M]．高等教育出版社．2004（2）：49～51.
[14] 李華，李煥峰．機械制造技術(shù)[M]．機械工業(yè)出版社出版．2003（5）：33～37
[15] 葉偉昌 ，林崗副．機械工程及自動化簡明設計手冊[S]．機械工業(yè)出版社出版．2008（2）：56～62.
[16] ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. TheInt.
Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1998,91-100.
[17]SoedelW.Design and mechanics of compressor valves[M].Purdue University，West Lafayette，IN 47907，1984
[18]Graham T. Smith.CNC machining technology[M].London: Springer-Verlag， 1993：105-144.
[19]Machine tool design handbook[M].New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd.，1982：114-136.
七、論文寫作安排
2015年1月1日—2014年1月7日：收集資料，選題總體方案設計參考文獻，完成開題報告
2015月1月7日—2015年2月7日：完成所有結(jié)構(gòu)設計和進行相關(guān)內(nèi)容的計算
2015年2月7日—2015年3月7日：根據(jù)計算結(jié)果畫出要求的圖紙草圖
2015年3月7日—2015年4月7日：根據(jù)結(jié)構(gòu)設計和設計計算撰寫設計說明書
2015年4月7日—2015年5月7日：整理說明書；
2015年5月7日—2015年5月31日：圖紙和說明書的修改，形成畢業(yè)設計全部文件，準備答辯
2015年6月：畢業(yè)答辯
八、審核意見
指導教師意見：
1、通過 2、完善后通過 3、未通過
指導教師（簽字）
年 月 日
系部（專業(yè)）意見：
1、通過 2、完善后通過 3、未通過
負責人（簽字）
年 月 日
金屬梳自動清洗機的設計文獻綜述
1.摘要
金屬梳自動清洗機是能實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程自動清洗機的一種機器體系，
通過采用一套能自動進行加工、 檢測、裝卸、運輸 的機器設備,組 成高度連續(xù)的、完 全自動化
的生產(chǎn)線，來實現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而提高工作效率。降低生產(chǎn)成本、提高加工質(zhì)
量、快速更換產(chǎn)品，是機械制造業(yè)競爭和發(fā)展的基礎，也是機械制造業(yè)技術(shù)水平
的標志，它的發(fā)展趨勢是提高可調(diào)性，擴大工藝范圍，提高加工精度和自動化程
度，同計算機結(jié)合實現(xiàn)整體自動化車間與自動化工廠[1] 。
關(guān)鍵字：生產(chǎn)線；自動化；控制；管理
[2]
2.前言
目前中國的工業(yè)運營和生產(chǎn)企業(yè)面臨越來越多的挑戰(zhàn)。企業(yè)需要提高生產(chǎn)效
率，符合環(huán)保要求，并降低運營成本，以便在當今競爭激烈的全球市場上取得成
功 。智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)和自動化技術(shù)能幫助企業(yè)應對這些挑戰(zhàn)，并改善工業(yè)績
效。
現(xiàn)在科學技術(shù)日新月異，在工業(yè)生產(chǎn)中自動化生產(chǎn)技術(shù)也使用得非常的普遍
了，并且在電子和機械制造等領(lǐng)域已經(jīng)研究并生產(chǎn)出許多各種類型的自動生產(chǎn)線，
正是因為這些自動生產(chǎn)線的飛速發(fā)展和廣泛使用，提高了我們的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品
的質(zhì)量、改善了工作的條件、降低了能源的損耗、節(jié)約了材料等等，在各方各面
都獲得了顯著的效果[3] 。
3.正文
3.1 自動清洗機的發(fā)展現(xiàn)狀
過去長久以來，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是與信息化發(fā)展隔離開的，自動化控制和信
息系統(tǒng)列為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化范圍，信息化則重點放在網(wǎng)絡、通信等概念和產(chǎn)業(yè)上。
實際上，信息化和傳統(tǒng)工業(yè)之間有著相互提高和依存的關(guān)系。信息化和電子技術(shù)
的應用可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)自動檢測水平和執(zhí)行精確度與速度等，達到優(yōu)化裝
置和過程的效果；網(wǎng)絡通信技術(shù)應用可以把整個企業(yè)的資金、物流、生產(chǎn)裝置狀
態(tài)、生產(chǎn)效率和能力信息等準確、全面、系統(tǒng)地提供給企業(yè)，為企業(yè)決策者和管
理者提供實時性和準確性的決策，給用戶提供管理和控制一體化系統(tǒng)和服務。信
息化和工 業(yè)化的結(jié)合 必然為工 業(yè)自動化產(chǎn) 品制造和應 用帶來了 很大的發(fā) 展市場
空間。
自動清洗機是現(xiàn)代工業(yè)的生命線，機械制造、電子信息、石油化工、輕工
紡織、食品制藥、汽車生產(chǎn)以及軍工業(yè)等現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展都離不開自動化生產(chǎn)
線的主導和支撐作用，其對整個工業(yè)及其他領(lǐng)域也有著重要的地位和作用。
生產(chǎn)線是由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機床和輔助設備按照工藝
順序聯(lián)結(jié)起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)。自動生產(chǎn)線是在
流水線的基礎上逐漸發(fā)展起來的，它不僅要求線體上各種機械加工裝置能自動地
完成預定的各道工序，達到相應的工藝要求，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，為了能夠?qū)崿F(xiàn)
這個目標，可以采用自動輸送和其他一些輔助裝置，根據(jù)工藝順序把不同的機械
加工裝置組成一個整體，各個部件之間的動作是通過氣壓系統(tǒng)和電氣制動系統(tǒng)組
合起來的，使它能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的程序而進行自動工作，這種自動工作的機械裝置
系統(tǒng)被我們稱為自動生產(chǎn)線 。
自動清洗機能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，是由于它是綜合了傳感技術(shù)、驅(qū)動技
術(shù)、機械技術(shù)、接口技術(shù)、計算機技術(shù)等技術(shù)，自動生產(chǎn)線在各國有著各種生產(chǎn)
的需要，有效的綜合及組織，來優(yōu)化整體的設備，自動生產(chǎn)線雖然是源于傳統(tǒng)的
流水生產(chǎn)線，但它的功效是遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)流水生產(chǎn)線，并且還有著多種顯著的區(qū)
別，其主要的特點是自動生產(chǎn)線有非常高的自動化控制，還有傳統(tǒng)流水生產(chǎn)線所
沒有的精密的生產(chǎn)節(jié)奏，它是一個統(tǒng)一的自動控制系統(tǒng)，其工作要按照規(guī)定的工
序順序來完成。
3.2 自動清洗機的控制
在各個不同的應用領(lǐng)域，不同種類的自動線的結(jié)構(gòu)不同，大小也不同，功能
也不同，它們基本都包含檢測、機械本體、信息處理、輸入、輸出接口部分以及
執(zhí)行機構(gòu)等五部分。但是不論哪種自動生產(chǎn)線，在功能上都必須能實現(xiàn)控制、運
轉(zhuǎn)、驅(qū)動和檢測等，并且控制功能是電子裝置來完成的。自動生產(chǎn)線在生產(chǎn)中，
所有傳感器用來檢測信號，控制裝置再運算、變換、存儲其檢測信號，再通過其
接口電路向執(zhí)行機構(gòu)給出指令來實現(xiàn)相應的工作。傳感器檢測生產(chǎn)線上位置、溫
度、壓力、流量等信號，來讓信息處理部件分析處理，驅(qū)動功能是液壓缸電動機、
電磁閥、氣壓閥、機械手等執(zhí)行部件實現(xiàn)的。其機械部分是自動生產(chǎn)線的主體部
分。
自動清洗機 是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng) 過的路線，即從 原料進入生產(chǎn)現(xiàn) 場開始，
經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構(gòu)成的路線。為便于協(xié)
調(diào)整個生產(chǎn)線的全程控制，系統(tǒng)設置了一個主站總控制臺，主站總控制臺是整個
裝配生產(chǎn)線連續(xù)運行的指揮調(diào)度中心，其主要功能是實現(xiàn)全程運行的總體控制，
完成全系統(tǒng)的通訊連接等?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備自動生產(chǎn)線的最大特點是它的
綜合性和系統(tǒng)性?？删幊炭刂破饕云淇煽啃愿?、抗干擾能力強、性能強、價格低
以及編程簡單而在現(xiàn)代化自動生產(chǎn)設備中普遍使用，并且充當生產(chǎn)線的大腦微處
理單元。
典型自動清洗機一般由八個模塊式的工作單元組成。每個工作單元的電氣
控制板上都配備有一個控制器，分別控制每一個工作單元的執(zhí)行功能。在各個單
元之間一般通過網(wǎng)絡通信線路連接起來。生產(chǎn)線中的各個單元可自成一個獨立的
系統(tǒng)運行，同時也可以通過網(wǎng)絡互聯(lián)構(gòu)成一個分布式的整機控制系統(tǒng)運行。此時，
各個運行設備之間能自動協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了自動清洗機整機穩(wěn)定有序地運行。
自動清洗機的各個子單元并不是獨立的系統(tǒng)，是一個通過現(xiàn)場總線技術(shù)將
各個子單元連接起來?，F(xiàn)場總線技術(shù)的實質(zhì)是現(xiàn)場設備間的串行通信，是工業(yè)現(xiàn)
場控制級的通信網(wǎng)絡。由于計算機技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，許多傳感器、執(zhí)行
機構(gòu)、驅(qū)動裝置等現(xiàn)場設備內(nèi)置了 CPU，并增加了串行通信接口， 控制器可以
按現(xiàn)場設備規(guī)定的協(xié)議，通過串行通信方式而非 I/O 方式完成對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。
如果現(xiàn)場設備都具有串行通信接口并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信
電纜就可以把分散的現(xiàn)場設備連接起來，完成對所有現(xiàn)場設備的監(jiān)控，構(gòu)成現(xiàn)場
總線控制系統(tǒng)。
自動線的控制系統(tǒng)主要用于保證線內(nèi)的機床、工件傳送系統(tǒng)，以及輔助設備
按照規(guī)定的工作循環(huán) 和聯(lián)鎖要求正常工 作，并設有故障尋 檢裝置和信號裝置 [5] 。
為適應自動線的調(diào)試和正常運行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整、半自
動和自動。在調(diào)整狀態(tài)時可手動操作和調(diào)整，實現(xiàn)單臺設備的各個動作；在半自
動狀態(tài)時可實現(xiàn)單臺設備的單循環(huán)工作；在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作。
控制系統(tǒng)有“預?！笨刂茩C能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完
成一個工作循環(huán)、各機床的有關(guān)運動部件都回到原始位置后才停車。自動線的其
他輔助設備是根據(jù)工藝需要和自動化程度設置的，如有清洗機工件自動檢驗裝置、
自動換刀裝置、自動捧屑系統(tǒng)和集中冷卻系統(tǒng)等。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須
保證自動線的工作可靠性。影響自動線工作可靠性的主要因素是加工質(zhì)量的穩(wěn)定
性和設備工作可靠性 。自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈
活性。為適應多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。
自動生產(chǎn) 線由工件傳 送裝置連 接起來具 有統(tǒng)一控制 裝置的連 續(xù)生產(chǎn)的 自動
化機械系統(tǒng)。在自動生產(chǎn)線上，生產(chǎn)過程無人參與操作。人的使命僅在于監(jiān)督、
周期性調(diào)整和更換切削工具。自動生產(chǎn)線已在機械工業(yè)許多方面得到應用，它可
以完成零件的機械加工，還可以完成毛坯加工、金屬熱處理、焊接、表面處理、
產(chǎn)品裝配和包裝等生產(chǎn)過程。采用自動生產(chǎn)線能使全部生產(chǎn)過程保持高度連續(xù)性，
并顯著地縮短生產(chǎn)周期，減少工序間的在制品數(shù)量和簡化計劃編制工作，使產(chǎn)品
的運輸線路達到最短的限度。
自動化生 產(chǎn)線的產(chǎn)生 離不開控 制系統(tǒng)， 目前的生產(chǎn) 線控制系 統(tǒng)一般都 選用
PLC 作為自動清洗機的控制核心。隨著科技的不斷進步，PLC 的性能也飛速增
強，其應用和研究現(xiàn)狀主要在以下方面體現(xiàn):
1.控制規(guī)模的擴大，控制大型機的規(guī)模越變越大，開關(guān)量高的達到了幾萬。
2.組成模塊的增多，現(xiàn)在 PLC 己經(jīng)新增了很多模塊，如 PDI 控制、溫度以及
運動模塊等等。
3.開放性和互操作性大大發(fā)展，在 PLC 的發(fā)展過程中，制造商為了壟斷和擴
大各自市場，都各自發(fā)展自己的標準，開放是發(fā)展的一個趨勢，各廠商都意識到
這一點，并形成了長時期的妥協(xié)與競爭，這一過程還將繼續(xù)。
4.工作速度的提高可以對系統(tǒng)實現(xiàn)實時控制。
5.聯(lián)網(wǎng)的能力增強，由于通信、信息及控制技術(shù)的大力發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)也得到了
的發(fā)展，己經(jīng)可以實現(xiàn)的遠程控制[7] 。
正是由于這些性能、使得工業(yè)系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程化、自動化、控制信息化及
智能化?，F(xiàn)在應用在不斷前進,尤其在運動控制、模擬量控制及驅(qū) 動控制上廣泛
使用，已經(jīng)成為現(xiàn)在系統(tǒng)工作自動化中最有效的工具之一了。
3.3 自動清洗機的管理
自動清洗機監(jiān)控管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要包括設備監(jiān)控管理系統(tǒng)、過程監(jiān)
控系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)等三部分，隨著現(xiàn)代化的監(jiān)控管理技術(shù)的廣泛應用和
日益增長的企業(yè)生產(chǎn)功能需求，監(jiān)控管理技術(shù)受到了越來越多的重視，自提出以
來就持續(xù)快速的發(fā)展。早期的遠程監(jiān)控管理技術(shù)主要運用與醫(yī)療系統(tǒng)中并已逐漸
完善。機械行業(yè)雖然也大量應用了監(jiān)控管理系統(tǒng)，但是仍然發(fā)展緩慢?，F(xiàn)在的自
動化生產(chǎn)線都有遠程監(jiān)控系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線技術(shù)的使用，利用信息采集裝置對
生產(chǎn)現(xiàn)場信息進行采集和管理，并運用局域網(wǎng)連接形成的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，將生產(chǎn)信
息傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)中。通過對企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的運用，充分利用網(wǎng)絡技術(shù)的高實時和
易交互的特點，使現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置在生產(chǎn)線上采集的實時生產(chǎn)信息能夠快速
的傳遞到遠程終端，并彼此共享，遠程監(jiān)控人員和維護專家根據(jù)對生產(chǎn)信息進行
分析和處理后，判斷設備的運行狀態(tài)，對故障的類型和程度進行判斷并提出維護
方案，輸入生產(chǎn)管理指令并下發(fā)，指令通過網(wǎng)絡也可以快速傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場 ，對
現(xiàn)場生產(chǎn)進行反饋，指導現(xiàn)場工作人員進行操作，實現(xiàn)監(jiān)控和管理的集成。遠程
操作人員也可以通過系統(tǒng)的操作對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，以方便維護設備的正常運
營，為企業(yè)節(jié)省維護資本。
目前企業(yè)生產(chǎn)線上的生產(chǎn)節(jié)奏快且銜接緊湊，一旦出現(xiàn)故障容易迅速擴大造
成嚴重后果，不但會降低產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)行為，更有
可能造成生產(chǎn)線秩序混亂，甚至引發(fā)事故威脅工人的操作安全，中斷生產(chǎn)導致經(jīng)
濟損失，因此對自動清洗機進行監(jiān)控是很有必要的[8] 。
（1）設備監(jiān)控管理系統(tǒng)
根據(jù)自動清洗機體系結(jié)構(gòu)的劃分，自動清洗機的監(jiān)控管理系統(tǒng)可分為以
下幾個部分：設備監(jiān)控管理系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)。
設備監(jiān)控管理系統(tǒng)通過采集設備的實時信息來進行基于狀態(tài)的設備維修，將數(shù)據(jù)
檢測和自動化結(jié)合起來，實現(xiàn)設備的監(jiān)管一體化。本部分主要可分為對生產(chǎn)狀態(tài)
的檢測和對設備的維修管理。
通過對實時狀態(tài)信息的監(jiān)控，將調(diào)整的生產(chǎn)計劃和工藝指令發(fā)送給生產(chǎn)過程
監(jiān)控系統(tǒng)，使工藝參數(shù)的及時調(diào)整，實現(xiàn)設備狀態(tài)實時控制，確定維修計劃，對
生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)計劃進行制定，利用智能化儀表信息的實時掌握，并對設備進行
動態(tài)維護管理，預防故障發(fā)生。
（2）過程監(jiān)控系統(tǒng)
過程監(jiān)控系統(tǒng) 通過將數(shù)學模型和智 能控制結(jié)合對生 產(chǎn)線設備運行進 行控制，
保證產(chǎn)品質(zhì)量和設備的正常狀態(tài)。
設備監(jiān) 控管理 系統(tǒng)接收 到了生 產(chǎn)線設 備的實 時數(shù)據(jù) 后會將 其傳送到 過程監(jiān)
控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進行識別和檢驗，
并將過程監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理分析后設定的新指令傳送到設備監(jiān)控管理系統(tǒng)，進
行生產(chǎn)控制；軋件跟蹤子系統(tǒng)用于對軋件的跟蹤，判斷實際位置并保存，能夠根
據(jù)工藝要求進行自動控制；過程監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)⑸霞壪到y(tǒng)接收到的實時生產(chǎn)數(shù)
據(jù)通過畫面顯示出來，以供操作人員觀看，并能夠?qū)ο到y(tǒng)檢測到的設備故障進行
診斷和存放。
（3）生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)
生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)通過掌控的實時生產(chǎn)信息輔助生產(chǎn)動態(tài)調(diào)度，按照其管理
范圍分為生產(chǎn)任務管理、技術(shù)信息管理和質(zhì)量管理。生產(chǎn)任務管理系統(tǒng)接收上級
系統(tǒng)下發(fā)的任務訂單和產(chǎn)品工藝要求，制定生產(chǎn)計劃，確定工藝流程，對生產(chǎn)線
進行質(zhì)量管理。技術(shù)信息管理系統(tǒng)的任務是對生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)控制系統(tǒng)的信息進
行收集和整理，通過對這些數(shù)據(jù)的分析處理，制定生產(chǎn)線的工作數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工
藝的優(yōu)化，并對各類數(shù)據(jù)進行存儲為今后對比使用。上級管理系統(tǒng)將實時生產(chǎn)數(shù)
據(jù)傳輸給質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過質(zhì)量管理系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和技術(shù)標準的對比、判定
產(chǎn)品質(zhì)量并返回結(jié)果，將調(diào)整的生產(chǎn)指令送回現(xiàn)場，控制產(chǎn)品質(zhì)量 。
監(jiān)控管理系統(tǒng)的信息交互
（1）監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交互平臺的體系結(jié)構(gòu)
監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交互平臺能夠覆蓋企業(yè)的生產(chǎn)、服務、管理等環(huán)節(jié)，通過
網(wǎng)絡技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)對企業(yè)制造過程的實時信息交互，使各設備和系統(tǒng)間信
息共享，同時可以對制造設備的性能進行監(jiān)控，實現(xiàn)企業(yè)、客戶、供應商的整體
集成。監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交互平臺需要將制造設備和上級系統(tǒng)連接，制造設備之
間互相連接，設備層和應用系統(tǒng)實時信息交互，對設備優(yōu)化管理和利用。
（2）信息交互平臺的信息流
監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交互平臺通過提高各生產(chǎn)部門之間的協(xié)作，將物質(zhì)、資金、
信息統(tǒng)一，增加企業(yè)職能部門的橫向溝通，提高響應速度，增強生產(chǎn)柔性。監(jiān)控
管理系統(tǒng)信息交互平臺有效的改善企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務環(huán)節(jié)，節(jié)約信息交流浪費的時間
和費用，提高信息交互效率，形成完整的信息流閉環(huán)過程。監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交
互平臺的主要作用為控制產(chǎn)品的制造，并對其生產(chǎn)信息進行監(jiān)控。對信息的合理
劃分能夠加強企業(yè)部門間的信息集成共享，方便對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息進行統(tǒng)計分析，
為生產(chǎn)的效率質(zhì)量比較提供依據(jù)。
（3）信息集成框架中的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)通常將以太網(wǎng)應用于上層管理系統(tǒng)和制造執(zhí)行子系統(tǒng)間，設
備通過專用軟件進行控制，其低開放度嚴重影響了信息的集成交互和系統(tǒng)的維護
管理。制造企業(yè)生產(chǎn)線上的相關(guān)人員需要對企業(yè)的實時生產(chǎn)信息、監(jiān)控信息全部
了解，這需要一個統(tǒng)一的對信息集成的網(wǎng)絡平臺的支持。監(jiān)控管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)
構(gòu)是其交互平臺信息集成的基礎，其開放性、標準化、多功能集成的特點能夠充
分利用先進的計算機技術(shù)，提高系統(tǒng)靈活性，有效節(jié)約企業(yè)維護和運行成本。
企業(yè)中的監(jiān)控管理設備通過集成多種現(xiàn)代化技術(shù)和信息交互終端的應用，可
以有效的解決企業(yè)信息集成，方便制造車間和設計層之間的交互，促進產(chǎn)品的數(shù)
字化設計，提高企業(yè)生產(chǎn)制造的響應速度，改變車間生產(chǎn)環(huán)境，提升企業(yè)綜合競
爭力。
（1）與信息 終端連接的現(xiàn)場 設備可以對相關(guān)人員 提供多種生產(chǎn)實 時信息，
并且擁有人機交互能力，能夠在數(shù)據(jù)庫中對車間的生產(chǎn)狀況和數(shù)據(jù)進行保存，并
以供日后查看和調(diào)用，通過的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，能夠有效的對生產(chǎn)狀態(tài)進行判
斷，方便對生產(chǎn)調(diào)度，改善質(zhì)量 。
（2）管理人 員能夠在聯(lián)網(wǎng)的 終端上對生產(chǎn)過程實 時遠程監(jiān)控，通 過對等網(wǎng)
絡觀察現(xiàn)場生產(chǎn)信息，并通過網(wǎng)絡信息共享，將生產(chǎn)活動信息傳送到 ERP 中，
使 CAD/CAM 和 ERP/計劃系統(tǒng)間的集成加強，同時可以加強多企業(yè)間的車間協(xié)
同管理和控制，節(jié)約資源提升效率。用戶可以通過開放性技術(shù)實現(xiàn)用戶化功能特
征，使系統(tǒng)按用戶的需求進行集成，拓展功能。
（3）當檢測裝置發(fā)現(xiàn)機床故障或者判斷機床可能故障時，通過 Email 對相
關(guān)人員傳送信息，進行警報并告知狀態(tài)，能夠?qū)υO備的維修提出指導和建議，從
而使設備更快速的修復，縮短停機時間，減少企業(yè)損失。
（4）將企業(yè) 制造車間設備層 的所有設備作為組成 動態(tài)的網(wǎng)絡化制 造系統(tǒng)的
部分，實現(xiàn)制造系統(tǒng)的可重配。
通過監(jiān)控管理系統(tǒng)信息交互平臺來實現(xiàn)監(jiān)控管理的目標，強化上層應用系統(tǒng)
與設備層制造信息間的連接和信息共享，促進企業(yè)信息的無縫連接。
傳統(tǒng)管理往往 是先確定管理體制， 然后設計組織結(jié) 構(gòu)圖，再確定部 門職責。
現(xiàn)代化管理的組織是在確定業(yè)務流程之后產(chǎn)生的。建立管理信息系統(tǒng)后，有了統(tǒng)
一的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)可以共享，信息傳遞的速度加快，傳統(tǒng)需要幾步或經(jīng)過幾個部
門完成的工作，利用現(xiàn)代化管理方式可能一次就能同時完成。用最少的環(huán)節(jié)、最
快的速度、最低的成本和最高的效率完成整個生產(chǎn)過程 。
4.總結(jié)
采用自動線進行生產(chǎn)的產(chǎn)品應有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設計和工藝應先進、穩(wěn)
定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提
高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低
生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟效益。
自動生 產(chǎn)線在 無人干預 的情況 下按規(guī) 定的程 序或指 令自動 進行操作 或控制
的過程，其目標是“穩(wěn)、準、快”。自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學
研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動生產(chǎn)線不僅可以把
人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而
且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界
的能力 。未來自動清洗機將朝著提高可調(diào)性，擴大工藝范圍，提高自動化程
度，同時與計算機結(jié)合實現(xiàn)整體自動化車間與自動化工程。隨著計算機科學技術(shù)
的進一步發(fā)展，工業(yè)自動化水平也將不斷提高，計算機控制技術(shù)在自動清洗機
上的應用，將更加智能化。
5.參考文獻
[1]. 王海 珍 ；彭 梅 香. 一 種 基于
2011.7(13):52- 53.
PLC
的柔 性 自 動化 生 產(chǎn)線 系 統(tǒng) . 企業(yè) 技 術(shù)開 發(fā)
[2].URL:http://w1.siemens.com.cn/manu facturing-management- zh/manufacturing-ma
nagement.html?stc=cnccc020951
[3].張篤增.現(xiàn)代液壓技術(shù)在機械自動化生產(chǎn)中的應用 . 機電息.2013.7(21):96-97
[4] 王曉飛.李月強.基于 PLC 的汽車生產(chǎn)線管理系統(tǒng).儀器儀表學報.2004.8（4）：
93-95
[5].URL: http://www.busnc.com/flash/jichuang/zid ongshengchanxian.htm
[6]. 華中工學院 機械制造教研室 .機床自動化與自 動線[M].機械工業(yè)出版 社.1981：
32-33
[7].郭澤宜. PLC 在工業(yè)自動化中的應用.科技資訊.2009(21):86
[8].李健鴻. 關(guān)于新建超大型船舶生產(chǎn)線管理模 式的設想[J]. 2006 中國大連國際
海事論壇論文集.2006.10（9）:382-385
[9].黃創(chuàng).鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)研究[D].武漢.武漢科技大學，2012
[10].郭兵.PLC&FA.生產(chǎn)過程管理自動化系統(tǒng)信息平臺建設[J].2005.10:3-13
[11].李健鴻. 關(guān)于新建超大型船舶生產(chǎn)線管理模式的設想[J]. 2006 中國大連國際
海事論壇論文集.2006.10（9）:382-385
[12].URL:http://baike. baidu.co m/link ?url=dFR-Wmur XRbYo WmUwPUt3 itd3UYStZ
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畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者:
3號楷體
學 號：
3號楷體
學院(系):
3號楷體
專 業(yè):
3號楷體
題 目:
金屬梳自動清洗機的設計
3號楷體
3號楷體
指導者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)
3號楷體
3號楷體
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)
2015年 6 月
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
本文主要介紹金屬梳自動清洗機的發(fā)展狀況，金屬梳自動清洗機結(jié)構(gòu)設計原理，金屬梳自動清洗機總體方案分析及確定，金屬梳自動清洗機結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容所包含的機械圖紙的繪制，金屬梳自動清洗機的計算，金屬梳自動清洗機的結(jié)構(gòu)設計結(jié)論與建議。
整機結(jié)構(gòu)主要由電動機減速器產(chǎn)生動力通過小帶輪將需要的動力傳遞到大帶輪上，帶輪帶動主軸，從而帶動整機裝置運動,此可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 金屬梳自動清洗機總體結(jié)構(gòu)設計。
(2) 金屬梳自動清洗機工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4) 金屬梳自動清洗機的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設計。
(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。
(6)運用計算機輔助設計，對設計的零件進行三維建模。
(7)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。
關(guān)鍵詞： 金屬梳自動清洗機，結(jié)構(gòu)設計，三維建模；步進電機
36
畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
This mainly introduced in this paper metal comb automatic cleaning machine, the current situation, metal comb automatic cleaning machine structure design principle, metal comb automatic cleaning machine overall scheme analysis and determination, metal comb automatic cleaning machine structure design content contained in the mechanical drawing of rendering, metal comb automatic calculation of washing machine, metal comb automatic cleaning machine structure design of the conclusions and recommendations.
Whole structure mainly consists of the motor reducer to generate power through a small pulley will need the power is transferred to the big belt wheel, belt wheel drive shaft, so as to drive the motion of the whole device, which can replace the heavy manual labor, significantly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level of production.
Research content of this thesis:
(1) overall structure design of metal comb automatic cleaning machine.
(2) working performance analysis of metal comb automatic cleaning machine.
(3) motor selection.
(4) the transmission system, the execution parts and the frame design of the metal comb automatic cleaning machine.
(5) design and calculation of the design parts for calculation and verification.
(6) the use of computer-aided design, the design of three-dimensional modeling of parts.
(7) drawing the assembly drawings and important parts of the assembly drawings and parts drawings of the design parts.
Key words: metal comb automatic cleaning machine structure design 3D modeling stepper motor
目 錄
1 緒 論 1
1.1 選題的背景、意義 1
1.2 國內(nèi)金屬梳自動清洗機的發(fā)展狀況 1
1.3 金屬梳自動清洗機的發(fā)展趨勢 2
1.4 本文研究主要內(nèi)容 3
2 金屬梳自動清洗機機構(gòu)總體方案設計 4
2.1 基本結(jié)構(gòu) 4
2.2 設計原則 4
2.3 方案分析 4
2.3.1 第一方案 4
2.3.2第二方案 5
2.3.3第三方案 5
2.3.4 最終方案 6
3 金屬梳自動清洗機的機械部分計算 7
3.1電機的選取 7
3.2 帶傳動設計 9
3.2.1 選擇帶型 10
3.2.2確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 11
3.2.3確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 11
3.2.4確定帶的根數(shù)z 12
3.2.5確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 12
3.2.6確定帶的張緊裝置 13
3.3 軸的校核 15
3.4 鍵的校核 15
3.5 軸承的校核 16
3.6 風機參數(shù)的選擇和計算 17
3.6.1 風機計算 17
3.6.2 風機參數(shù)的選擇 18
4 毛刷工作機構(gòu)設計 19
4.1 電機的選型 19
4.2 毛刷主軸的設計 20
4.2.1 確定毛刷主軸最小直徑 20
4.2.2 求軸上的載荷 21
4.2.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應力校核軸的強度 22
4.2.4 精確校核軸的疲勞強度 22
5 氣缸元件的計算 26
5.1氣缸的選擇 26
5.2 氣缸結(jié)構(gòu) 30
5.3 工作原理 31
5.3.1下壓機構(gòu)氣缸的計算 32
5.3.2 其余氣缸的選型 32
總 結(jié) 33
致 謝 34
參考文獻 35
本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第36頁 共41頁
1 緒 論
1.1 選題的背景、意義
隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，國民經(jīng)濟各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的需求日益擴大，制造業(yè)對各種金屬梳的質(zhì)量要求也越來越高。線的質(zhì)量好壞、直接關(guān)系到下道工序能否順利進行，特別是超細規(guī)格的線質(zhì)量要求很高；。目前國內(nèi)使用的金屬梳自動清洗機械，卷取主軸多用力矩電機驅(qū)動，排線機構(gòu)與主軸采用機械齒合傳動的硬耦合連接，通過絲杠或光桿帶動金屬梳器左右平移、依靠齒輪或電磁鐵的離合動作實現(xiàn)換向，達到往復排線的工藝要求。這種純機械耦合機構(gòu)存在零件加工和裝配復雜、因頻繁換向?qū)е聶C械磨損大、噪聲大、排線精度降低[2]。
此外，由于絲線的規(guī)格品種繁多，每次改變品種規(guī)格、都要重新調(diào)整金屬梳自動清洗機的機械參數(shù)，甚至更換機械零件，一套機構(gòu)無法同時滿足對不同規(guī)格絲線的清洗機需要。基于此，我們提出了本課題的研究。
本文介紹一種新型清洗機裝置，利用先進的數(shù)字控制技術(shù)，將主軸送進傳動與切斷，分別用不動的動力獨立驅(qū)動、實現(xiàn)對清洗機連接。采用FX2N一32MT可編程序控制器、脈沖測速碼盤及光電傳感器控制，檢測步進電機的工況，實現(xiàn)了計算機數(shù)字控制和柔性化參數(shù)設置。新系統(tǒng)具有：穩(wěn)定、準確、靈活、快速的特點，適用于對各種規(guī)格絲線的繞排線控制。
1.2 國內(nèi)金屬梳自動清洗機的發(fā)展狀況
目前我國金屬梳自動清洗機行業(yè)處于非常困難的時期，如何才能使整個行業(yè)從技術(shù)的互相模仿與殘酷的價格戰(zhàn)等困境中脫身而出？從業(yè)企業(yè)只有放下急于求成的心態(tài)，從基礎理論、新技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域出發(fā)，一絲不茍地修煉自己的自主創(chuàng)新能力。
金屬梳自動清洗機結(jié)合了機械、傳動、電氣控制等多方面的技術(shù)，所以基礎理論研究是開發(fā)新技術(shù)的基礎，只有核心技術(shù)的發(fā)展才能推動清洗機設備的進步，各方面為技術(shù)開發(fā)做努力，這樣才會使我國的清洗機設備逐步走上自主創(chuàng)新的道路。
?國產(chǎn)的金屬梳自動清洗機自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應用于清洗機要求相對不高的場合，高端設備都有日本、瑞士、德國等進口設備占領(lǐng)市場，而國產(chǎn)設備只能在很小的市場份額里以低價來爭得客戶， 分析我國金屬梳自動清洗機市場目前處于高速發(fā)展的時期，相反我國的金屬梳自動清洗機生產(chǎn)企業(yè)的處境卻相當?shù)钠D難，不難看出，極大的市場份額都是進口設備，在國內(nèi)市場獲得高利潤的回報，在新機型的開發(fā)上就有了強大的資金保障，而我們國內(nèi)企業(yè)的銷售利潤偏低，去掉銷售環(huán)節(jié)中存在的費用，留給企業(yè)的回報已經(jīng)所剩無及了，所以不斷的提升自主創(chuàng)新能力，才能市場份額較大的中高端市場，來打破目前的艱難局面[4]。
1.3 金屬梳自動清洗機的發(fā)展趨勢
金屬梳自動清洗機是機械行業(yè)中的主要加工設備，金屬梳自動清洗機的質(zhì)量、數(shù)量及自動化水平，直接影響整個機械行業(yè)的發(fā)展；金屬梳自動清洗機的自動化水平對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員的體力勞動等方面都起到極為重要的作用。
先進的機械制造技術(shù)能在很大程度上提高金屬梳自動清洗機的自動化水平。機械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標,包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術(shù)。
（1） PLC在清洗機設備中的應用
PLC具有很強的抗干擾能力及高可靠性，這點對清洗機設備非常重要，設備的穩(wěn)定性很大程度上依賴于電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，PLC和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低了；如今的清洗機設備由于加工特性的關(guān)系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的滿足了設備的要求，如今功能單元大量出現(xiàn)，使PLC可以同時應用于位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，在研發(fā)清洗機設備時通常都需要定制控制系統(tǒng)，由于PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短[11]。在清洗機設備中控制系統(tǒng)中PLC的使用情況大致可歸納為如下幾類：
1、開關(guān)量的邏輯控制
? 這是PLC最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。
2、模擬量控制
??在清洗機設備生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如速度、圈數(shù)、排線桿位置等都是模擬量，PLC將以上數(shù)據(jù)采集后加以運算。
3、運動控制
? 如今的金屬梳自動清洗機都配置有步進電機或伺服電機，可以通過PLC直接對這些執(zhí)行單元進行驅(qū)動控制[5]。
（2） 測試和測量系統(tǒng)在金屬梳自動清洗機中的運用
測試技術(shù)是測量和實驗技術(shù)的統(tǒng)稱。在現(xiàn)代機電設備的研發(fā)和創(chuàng)新設計、老產(chǎn)品改造以及機電產(chǎn)品全壽命的各個過程的研究中，實驗研究是必不可少的環(huán)節(jié)。在工程試驗中，需要進行各種物理量的測量，以得到準確的定量結(jié)果。當然，不僅是各類工程試驗需要測量，機器和生產(chǎn)過程的運用監(jiān)測、控制和故障診斷也需要在線測量。這時，測量系統(tǒng)大多就是機器和生產(chǎn)線的重要組成部分[6]。
（3） 機電一體化在金屬梳自動清洗機中的應用
機電一體化是隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，在以機械、電子技術(shù)等為主的多門技術(shù)學科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)科學。性能上，向高精度、高生產(chǎn)效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發(fā)展。通過機電一體化技術(shù)的運用使得整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)控制智能化、操作性能柔性化。通過測試系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)達到機電一體化的目的[7]。
1.4 本文研究主要內(nèi)容
通過利用網(wǎng)絡工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解金屬梳自動清洗機的相關(guān)知識，確定本設計符合要求，滿足需要。具體設計方法如下：
1、查閱資料、結(jié)合所學專業(yè)課程，產(chǎn)生金屬梳自動清洗機結(jié)構(gòu)設計的基本思路；
2、查閱各類機械機構(gòu)手冊，確定合理的金屬梳自動清洗機結(jié)構(gòu)；
3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來選擇合適的部位；
4、重點對驅(qū)動機構(gòu)及控制機構(gòu)進行設計研究；
5、通過研究國內(nèi)外情況，確定本設計課題的重點設計；
6、完成2D裝配圖的設計和繪制，并由此繪制零件圖；
7、編寫設計說明書；
8、檢查并完善本設計課題。
本設計采用的方法是理論設計與經(jīng)驗設計相結(jié)合的方案，所運用的資料來源廣泛，內(nèi)容充足。
2 金屬梳自動清洗機機構(gòu)總體方案設計
2.1 基本結(jié)構(gòu)
金屬梳自動清洗機其功能部件(1)由支承體(9)、帶動力裝置的金屬梳自動清洗機等組成。由功能部件(1)，電動機(8)和機架（6)等構(gòu)成的金屬梳自動清洗機，下圖是該機器的工作原理圖。
2.2 設計原則
金屬梳自動清洗機其功能部件(1)由支承體(9)、帶動力裝置的金屬梳自動清洗機切刀部件和包壓線或機筒等組成。由功能部件，電動機和機架(或機腳)等構(gòu)成金屬梳自動清洗機。在功能部件中的金屬梳自動清洗機轉(zhuǎn)子上裝有使毛刷
2.3 方案分析
2.3.1 第一方案
采用平鋪帶式傳送裝置，將金屬梳手工放落在傳送帶上，由電動機帶動傳送帶將金屬梳送到毛刷。
此輸送裝置由于需要電機通過軸帶動輸送帶滾筒轉(zhuǎn)動
金屬梳自動清洗機示意圖如下圖所示：
圖2.3.1 臥式金屬梳自動清洗機示意圖
Fig.2.3.1 schematic diagram of horizontal shredding machine
據(jù)上圖2.3.1臥式金屬梳自動清洗機示意圖，不難看出此金屬梳自動清洗機包括2個電機，3根軸，滾筒，輸送帶，帶輪，帶輪等等。金屬梳自動清洗機零件眾多，這無疑增加了金屬梳自動清洗機的制造成本與維護運行成本。對于廣大的金屬梳來說，這種臥式金屬梳自動清洗機很顯然不是他們理想的選擇。因此，設計出一款小型且制造成本低廉，適用與金屬梳自動清洗機非常必要。
2.3.2第二方案
輸送裝置仍然采用圓管帶式輸送，把金屬梳平鋪在帶上后，隨帶前進，但在輸送帶之間安裝兩個喂入輪，做相對回轉(zhuǎn)時，把輸送帶傳送的金屬梳擠壓夾持后，送入到切碎口，曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀制造、磨刃均較方便，清洗阻力矩變化平緩，但金屬梳有向外推移的現(xiàn)象，刃口磨損也不均勻。而直線型動刀制造、磨刃均比較簡單、強度好，缺點是清洗開始時，往往將金屬梳向外推移，此時清洗點離軸心的距離較大，因而清洗阻力矩大大增加，致使清洗阻力矩在清洗過程中變化劇烈
2.3.3第三方案
經(jīng)過以上兩種方案的分析、研究及比較，最終方案確定如下：
設計一種小型的立式金屬梳自動清洗機取代一般的臥式金屬梳自動清洗機既避免了功率消耗大，成本高等缺點；又可讓金屬梳少擠壓與擦傷
參照圖2.1.1、圖2.1.2，立式金屬梳自動清洗機由功能部件(1) 、電機支架(2)、電磁調(diào)速電機(3)、螺栓(4)、帶輪(5)、機架(6)等組成。
功能部件(1)是本實用新型金屬梳自動清洗機的核心，它由帶輪(7)、軸承(8)、支承體(9)、主軸(10)、防污密封軸承端蓋(11)、墊套(12)、機殼(13)、螺母、毛刷、擋板(16)、出料門(17)等構(gòu)成。電機支架(2)可連同電機(3)一起繞螺栓(4)沿逆時針方向轉(zhuǎn)動90度后固定在機架(6)上，使電機(3)平臥，以便用來驅(qū)動其它臥式機械，提高電機的利用率。機架(6)是功能部件(1)和電動機(3)的聯(lián)系和支承件。
2.3.4 最終方案
金屬梳自動清洗機其功能部件由支承體、帶動力裝置的金屬梳自動清洗機毛刷部件和機筒等組成。由功能部件(1)，電動機(8)和機架（6)等構(gòu)成的金屬梳自動清洗機，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的毛刷功能部件(下部內(nèi)有能使物料自動卸出，設有與刀片)相對。
3 金屬梳自動清洗機的機械部分計算
3.1電機的選取
金屬梳自動清洗機在工作時，在運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好（保障運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的條件：有足夠的轉(zhuǎn)動慣量；發(fā)動機有足夠的儲備功率和較靈敏的調(diào)速器）的條件下，其功率總耗用N 由兩部分組成：一部分用于克服空轉(zhuǎn)而消耗的功率（占總功率消耗的5%-7%），一部分用于克服脫粒阻力而消耗的功率（占總功率消耗的93%-95%），所以裝置的功率消耗為：
N =+ （kW ） (4) 1)其中空轉(zhuǎn)功率消耗: =+
式中：——系數(shù)，為克服軸承及傳動裝置的摩擦阻力的功率消耗，
B——系數(shù)，為克服滾筒轉(zhuǎn)動時的空氣迎風阻力而消耗的功率， .
其中消耗:這個過程比較復雜，
清洗裝置消耗的功率由下式可求得：
(6)
其中：——單位時間進入清選裝置的質(zhì)量（）；
——單位脫出物質(zhì)量清選篩所需的功率（）
——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。
由于計算較為復雜，初步采用估算的方法，擬采用Y132M-4電動機。
查《機械設計課程設計手冊》得：
選擇，其銘牌如下表2-1：
表2-1 Y系列三相異步電動機
電動機型號
額定功率 KW
滿載轉(zhuǎn)速 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量 Kg
Y132M-4
7.5
同步轉(zhuǎn)速1500 r/min,4級
1440
2.2
2.2
81
（a）
（b）
圖2-3 電動機的安裝及外形尺寸示意圖
表2-2 電動機的安裝技術(shù)參數(shù)
中心高/mm
外型尺寸/mm
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝
尺寸A×B
地腳螺栓 孔直徑K
軸伸尺
寸D×E
裝鍵部位
尺寸F×GD
132
515× 345× 315
216 ×178
12
38× 80
10 ×43
3.2 帶傳動設計
輸出功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
表3-1 工作情況系數(shù)
工作機
原動機
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機；離心式水泵；通風機和鼓風機（）；離心式壓縮機；輕型運輸機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動小
帶式運輸機（運送砂石、谷物），通風機（）；發(fā)電機；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動較大
螺旋式運輸機；斗式上料機；往復式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動很大
破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查《機械設計》P296表4，
取KA＝1.1。即
3.2.1 選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機械設計》P297圖13－11選取。
圖3-1 帶型圖
根據(jù)算出的Pd＝8.25kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應選取A型V帶。
3.2.2確定帶輪的基準直徑并驗證帶速
由《機械設計》P298表13－7查得，小帶輪基準直徑為80～100mm
則取dd1=90mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3-2 V帶帶輪最小基準直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機械設計》P295表13-4查“V帶輪的基準直徑”，得=250mm
① 誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
3.2.6確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計算壓軸力
由《機械設計》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝133.46N，上面已得到=153.36o，z=8，則
對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表3-5 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項目
符號
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對應的基準直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖3-2a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖3-2b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖3-2c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖3-2d。
（a） （b） （c） （d）
圖3-2 帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
3.3 軸的校核
需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差<%3）.
當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側(cè)擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。
：通過受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
3.4 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：
3.5 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。
②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
∴
受力
根據(jù)圖3.12受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
圖3.12受力分析和受力圖
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
3.6 風機參數(shù)的選擇和計算
3.6.1 風機計算
(1）風機葉輪葉輪的外徑D1
(2)
其中為壓力系數(shù)，一般取=0.35。
代入上式得：23.61(m/s)
==60/(3.14×650)×23.61=0.69m
取=0.70m。
(2）風扇進風口的直徑=(0.65～0.8)，取＝0.70×0.70=0.50m。
(3）風扇寬度Ｂ
，取B=0.50m。
(4）風機出風口高度S
，取0.28m。
(5)風扇功率
(6)葉輪內(nèi)徑
＝,?。剑?4×0.70=0.28m
(7）葉片數(shù)的確定
,取片。
3.6.2 風機參數(shù)的選擇
本設計中的風機采用的是機械中廣泛采用的農(nóng)用型風機,葉片采用直葉,外形為切角的矩形,以改善風機出口氣流的不均勻性,殼體為蝸殼形外殼,據(jù)試驗懸浮速度為之間,比重/cm3,選取風機的風速為。
(1)假設輕質(zhì)夾雜物的質(zhì)量為，
——輕質(zhì)雜質(zhì)量與空氣量之比的系數(shù)，通常，
則空氣的流量為=0.050/0.25=0.20 m3/s
(2)風機的全壓力為：
=+=2/2+15=72×0.1+15=19.9/2
4 毛刷工作機構(gòu)設計
4.1 電機的選型
（1） 基于電動機的以上特點，本文選用作為北京和利時電機技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進電機作為毛刷驅(qū)動裝置。
圖3.1是北京和利時電機技術(shù)有限公司部分110BYG系列混合式步進電機的技術(shù)數(shù)據(jù)。
圖3.1 110BYG系列混合式步進電機的技術(shù)數(shù)據(jù)
所以根據(jù)計算所得數(shù)據(jù)選擇110BYG350DH-SAKRMA型號的電機，圖3.2是110BYG系列混合式步進電機的型號說明。
圖3.2 110BYG系列混合式步進電機的型號說明
110BYG系列混合式步進電機的外形尺寸，如圖3.3所示。
圖3.3 110BYG系列混合式步進電機的外形尺寸
110BYG系列混合式步進電機的矩頻特性曲線，如圖3.4所示。
圖3.4 110BYG350DH型電機矩頻特性曲線
4.2 毛刷主軸的設計
4.2.1 確定毛刷主軸最小直徑
（1）先按課本式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本，取，于是得
＝112×10.23
根據(jù)切削機床主軸的設計相關(guān)知識，前面章節(jié)已經(jīng)做了說明，在此不具體說明，
擬定軸的結(jié)構(gòu)如下圖，
軸的受力情況如下圖：
圖6.3 軸的受力圖
4.2.2 求軸上的載荷
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面Ｃ是軸的危險截面。計算步驟如下：
＝＝＝4 966.34 N
＝＝＝3 960.59 N
＝＝＝2 676.96 N
＝＝3 356.64-2 676.96＝679.68 N
＝＝4 966.34×57.1＝283 578.014
＝＝2 676.96×57.1＝152 854.416
＝＝679.68×71.6＝486 65.09
＝＝＝322 150.53
＝＝＝287 723.45
表6.5 軸設計受力參數(shù)
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力
＝4 966.34 N，＝3 960.59 N
＝2 676.96 N，＝679.68 N
彎矩M
＝283 578.014
＝152 854.416
＝486 65.09
總彎矩
＝322 150.53 ,＝287 723.45
扭矩T
1 410 990
4.2.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)課本式(15-5)及表7.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，?。?.6，軸的計算應力
＝＝ MPa＝12.4 MPa
前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得[]＝60MP。因此〈 []，故此軸安全。
4.2.4 精確校核軸的疲勞強度
（1）判斷危險截面
截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將消弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面A,Ⅱ,Ⅲ,B均無需校核。
從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處過盈配合引起的應力集中最嚴重，從受載來看，截面C上的應力最大。截面Ⅴ的應力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但是截面Ⅴ不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面C上雖然應力最大，但是應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大,故截面C也不必校核，截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必要校核。由課本第3章的附錄可知，鍵槽的應力集中較系數(shù)比過盈配合的小，因而，該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。
（2）截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝61 412.5
抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝122 825
截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為
＝90 834.04
截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990
截面上的彎曲應力
＝1.48 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應力
＝11.49 MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表15-1查得
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按課本附表3-2查取。因
，
經(jīng)插值后查得
＝1.9，＝1.29
又由課本附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為
，＝0.88
故有效應力集中系數(shù)按式(課本附表3-4）為
＝1.756
由課本附圖3-2的尺寸系數(shù)；由課本附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸為經(jīng)表面強化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為
又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
，取
，取
于是，計算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得
S＝＝＝65.66
S＝＝＝16.92
＝＝＝16.38≥S＝1.5
故可知其安全。
1. 截面Ⅳ右側(cè)
抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝72 900
抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝145 800
截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為
＝90 834.04
截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990
截面上的彎曲應力
＝1.25 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應力
＝9.68 MPa
過盈配合處的，由課本附表3-8用插值法求出，并?。?.8，于是得
＝3.24 ＝0.8×3.24＝2.59
軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸為經(jīng)表面強化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為
＝3.33
＝2.68
又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)
，取
，取
于是，計算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得
S＝＝＝66.07
S＝＝＝16.92
＝＝＝11.73≥S＝1.5
故該軸的截面Ⅳ右側(cè)的強度也是足夠的。本軸因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此，低速軸的設計計算即告結(jié)束。
5 氣缸元件的計算
5.1氣缸的選擇
氣缸的選用要根據(jù)以下方面進行分析：
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。要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導桿氣缸；要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；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。在需要隨工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應選擇相應的特殊氣缸。
3、作用力的大小
即缸徑的選擇。根據(jù)負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，使設備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設計時，應盡量采用擴力機構(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。如用于夾緊機構(gòu)等，應按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。
5、活塞的運動速度
主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進排氣口大小及導管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應取大值。氣缸運動速度一般為50～800㎜/s。對高速運動氣缸，應選擇大內(nèi)徑的進氣管道；對于負載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，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載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應選用帶緩沖裝置的氣缸。
圖3.1 氣缸實物圖
6、氣缸的選型步驟及其類型介紹
程序1：根據(jù)操作形式選定氣缸類型：
氣缸操作方式有雙動，單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式
程序2：選定其它參數(shù)：
1、選定氣缸缸徑大小? ?? ? 根據(jù)有關(guān)負載、使用空氣壓力及作用方向確定
2、選定氣缸行程? ?? ?? ??工件移動距離
3、選定氣缸系列
4、選定氣缸安裝型式? ?? ? 不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、法蘭型、U型鉤、軸耳型
5、選定緩沖器? ?? ?? ?? 無緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、油壓吸震器
6、選定磁感開關(guān)? ?? ?? ??主要是作位置檢測用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)
7、選定氣缸配件? ?? ?? ??包括相關(guān)接頭
（一）單作用氣缸
? ? 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。其原理及結(jié)構(gòu)見下圖：
圖3.2單作用氣缸
1— 缸體；2—活塞；3—彈簧；4—活塞桿；
單作用氣缸的特點是：
? ? 1）僅一端進（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小。
? ? 2）用彈簧力或膜片力等復位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力。
? ? 3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。
? ? 4）氣缸復位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進過程中是變化的。
? ? 由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。
（二） 雙作用氣缸
? ? 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現(xiàn)雙向運動的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。
1） 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。
2） 缸體固定時，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進入氣缸兩腔（一腔進氣另一腔排氣），活塞桿帶動工作臺左右運動，工作臺運動范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設備上。
活塞桿固定時，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔，使缸體帶動工作臺向左或向左運動，工作臺的運動范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設備。
圖3.3雙活塞桿雙作用氣缸
a）缸體固定；b）活塞桿固定
1—缸體；2—工作臺；3—活塞；4—活塞桿；5—機架
雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等，故活塞兩側(cè)受力面積相等。當輸入壓力、流量相同時，其往返運動力及速度均相等。
(三)?緩沖氣缸
緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸，不采取必要措施，活塞就會以很大的力（能量）撞擊端蓋，引起振動和損壞機件。為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在氣缸兩端加設緩沖裝置，一般稱為緩沖氣缸。緩沖氣缸見下圖，主要由活塞桿1、活塞2、緩沖柱塞3、單向閥5、節(jié)流閥6、端蓋7等組成。其工作原理是：當活塞在壓縮空氣推動下向右運動時，缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔4及缸蓋上的氣孔8排出。在活塞運動接近行程末端時，活塞右側(cè)的緩沖柱塞3將柱塞孔4堵死、活塞繼續(xù)向右運動時，封在氣缸右腔內(nèi)的剩余氣體被壓縮，緩慢地通過節(jié)流閥6及氣孔8排出，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡，即會取得緩沖效果，使活塞在行程末端運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生沖擊。調(diào)節(jié)節(jié)流閥6閥口開度的大小，即可控制排氣量的多少，從而決定了被壓縮容積（稱緩沖室）內(nèi)壓力的大小，以調(diào)節(jié)緩沖效果。若令活塞反向運動時，從氣孔8輸入壓縮空氣，可直接頂開單向閥5，推動活塞向左運動。如節(jié)流閥6閥口開度固定，不可調(diào)節(jié)，即稱為不可調(diào)緩沖氣缸。
圖3.4緩沖氣缸
1—活塞桿；2—活塞；3—緩沖柱塞；4—柱塞孔；5—單向閥
6—節(jié)流閥；7—端蓋；8—氣孔
5.2 氣缸結(jié)構(gòu)
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：
1）缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應達到Ra0.8um。對鋼管缸筒，內(nèi)表面還應鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。
SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設有緩沖機構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部分長度來決定?；瑒硬糠痔?，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉(zhuǎn)或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。
5.3 工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。
氣缸
下面是氣缸理論出力的計算公式：
F：氣缸理論輸出力(kgf)
F′：效率為85％時的輸出力(kgf)－－(F′＝F×85％）
D：氣缸缸徑(mm)
P：工作壓力(kgf／cm2)
例：直徑340mm的氣缸，工作壓力為3kgf／cm2時，其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少?
將P、D連接，找出F、F′上的點，得：
F＝2800kgf；F′＝2300kgf
在工程設計時選擇氣缸缸徑，可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小，從經(jīng)驗表1－1中查出。
5.3.1下壓機構(gòu)氣缸的計算
估算壓緊力的計算（50N），其中上壓板的重量為20N。當氣缸下壓時，氣缸只需提供30N的壓力。所以實際氣缸負載的大小為30/0.6=50N。
根據(jù)設計要求，確定氣缸的行程為100mm。
設定其負荷率為0.7，使用壓力0.5MPa，與氣壓缸出力163N，查下表可知氣壓剛內(nèi)徑為16mm，選型為CM2L16—100。
4.3.2.2氣缸的校核
輸出力的大小為：
回收的時候
經(jīng)驗算，可以達到使用要求。
5.3.2 其余氣缸的選型
由于其余氣缸所需動力較小，所以選擇缸徑為30mm的氣缸，長度按需要進行選擇。其中扇形排布機構(gòu)推進氣缸選擇長度為100mm的氣缸，推進氣缸選擇長度為100mm的氣缸。
以下是氣缸運動時序表（一個循環(huán)內(nèi)）：
表4.1 整體機構(gòu)氣缸運動時序表
氣缸名稱
速度
T（伸出）/s
T（收回）/s
切刀氣缸
（氣缸1）
24
21-21.5
24.5-25
下壓氣缸
（氣缸2）
25
21-23
23-25
推進氣缸
（氣缸5）
2.5
25-27
23-25
總 結(jié)
本文設計了一種金屬梳自動清洗機，詳細地設計了移動金屬梳自動清洗機的各個部分，在全面分析各個系統(tǒng)的基礎上，對系統(tǒng)研究過程中所遇到的一些問題也進行了深入的研究。
金屬梳自動清洗機是一種具有很大的研究價值和應用前景的金屬梳自動清洗機，在不方便操作的地方都扮演著很重要的角色，本次設計對金屬梳自動清洗機的結(jié)構(gòu)進行了設計，包括機身、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪，主要工作如下：
l 通過功能和設計任務的分析，初步制定了金屬梳自動清洗機的總體方案。
l 接下來進行了結(jié)構(gòu)的設計。
l 重要零部件的受力分析與校核。
l 電機
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