毕业设计（论文）-微型轴承外环外圆直径自动检测装置设计.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计全套CAD图纸等， 153893706第1章 绪 论1.1 课题研究的目的意义轴承是一个支承轴的零件，它可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的零件，轴承可分为：滚动轴承和滑动轴承。一般来说的轴承是滚动轴承。滚动轴承是一种具有高度互换性的标准件，它具有摩擦力小，启动容易，润滑简单，便于更换等优点，在机械结构中几乎是不可缺少的部件。作为重要的机械基础件，滚动轴承是各种机械中传递运动和承受载荷的重要支承零件。 随着工业的发展，对滚动轴承的性能，寿命和可靠性提出了更高的要求。滚动轴承的性能，寿命和可靠性，取决与设计，制造和检测。检测是提高轴承性能的重要一环。科学技术发展到了今天，人们对自然界的认识在很大程度上借助于检测仪器。工程、医学、科学试验等领域的发展与进步，都与检测技术的发展有着密切的关系。例如在工业生产中，为了正确的知道生产操作，保证生产安全，保证产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中各个有关参数。又例如在科学技术的发展中，新的发明和突破很多都是以检测性质的试验为基础的。1916年爱因斯坦提出了广义相对论，由于当时不具备验证的试验条件，而在将近50年的时间中没有得到很快的发展，后来天文学上的发现和许多精确的技术对这个理论进行了成功的验证，才使得广义相对论得到了重新的认识和发展，这一事实说明了检测技术和科学技术之间的密切关系。从某种意义上来说，检测技术是所有科学技术的基础，同时检测技术又是科学技术的重要分支，是具有特殊性的专门科学和专门技术。随着科学技术的迅速发展，检测技术也在迅速发展之中，反过来检测技术的发展又进一步促进了科学技术的发展和进步。当前，轴承检测的竞争非常激烈，而许多企业的自动化的程度普遍不高，在轴承的检测方面自动化程度明显不足。由于微型轴承的生产是大批量的，而要求的精度又是相对较高，如果不能实现检测的自动化，检测工作不仅需要大量的人力参与，导致劳动成本的大幅增加，效果却并不一定好。这必将制约企业的发展。所以在微型轴承行业进行自动化检测的技术改造是一项非常迫切的工作。为了应对精密机械制造技术的飞速发展和产品精度的日益提高，更加精密检测装置的设计改进和创新势在必行。一般的轴承检测方法还在用半自动化与手工相结合的阶段，需要大量人力参与，轴承的检测47质量也难以保证。本课题在现有轴承自动检测装置的基础上，设计和改进出更加精密化和自动化的检测装置 。1.2 国内外研究状况精密机械制造技术的飞速发展和产品精度的日益提高，有力地促进了测试技术和试验技术的发展，使其呈现出多态性和超精密的特性。轴承加工技术的进步和轴承产品精度的提高，促进了轴承检测仪器及实验技术的发展，纳米测量、智能仪器、虚拟仪器、网络仪器等开始在轴承行业先进企业应用。中国正在逐步成为世界的产品制造中心，国外的先进制造技术和测试技术日益冲击着国内的轴承行业。由于在应用技术领域和国外存在的差距，目前国内的轴承检测仪器设备仍然与国外的同类先进企业存在着较大的差距。为了满足轴承行业的需要，轴承仪器要跟踪世界先进水平，开发新仪器，改变过去高精度检测仪器或设备只能从国外进口的局面。改革开放以后，生产检测逐步的走向自动化。可是我们许多厂基本还处于半自动化与手工相结合的阶段，需要大量的人力的参与，轴承的检测质量也难以得到保证。目前，我国的各个企业间的竞争日益激烈，轴承行业亦是如此。如何提高产品的质量成了企业在竞争中取胜的关键因素。考虑到加入世贸组织带来的冲击，想要和外国的产品相抗衡，轴承的质量必须有大幅度的提高。这需要投入大量的资金对设备进行改造。在生产条件一定的前提下，通过对轴承进行检测，将轴承区分为合格品、次品、废品等不同的质量等级，也不失为一种提高轴承精度的经济有效的方法。从最初的游标卡尺人工手动测量的原始方法，发展到现在的基于微处理器最新设计的机器状态监测仪器，具备有振动检测，轴承状态分析和红外线温度测量功能。其操作简单，自动指示状态报警，非常适合现场设备运行和维护人员监测设备状态，及时发现问题，保证设备正常可靠运行。简单易用、测试快速、数据可靠、低廉的价格和极高的性价比。应用范围极广，适用于各种工矿企业的现场操作人员，车间级设备巡检人员，点检站点检人员，熟习或不熟习状态监测技术的设备管理人员。但是在科研单位却需要更加精细的检测装置，需要一套机械装置完成，而非仪表形式的，需要保证精度误差。在轴承检测中也可以应用到图像处理技术。利用图像处理技术对轴承表面质量的检测进行研究,研究的内容应包含各种可能出现的质量问题，如裂损、麻点、剥离、腐蚀、烧附、热变色等。2007年，宁波工程学院的陈廉清等对微小轴承的表面质量检测研究有了新的进展。在检测微小轴承无刻印文字表面的缺陷时，首先对轴承端面进行图像采集，分割出密封盖端面，然后再对图像进行分割并提取缺陷的边缘，最后对其进行缺陷分析。模式识别在轴承检测中也占据一定地位。模式识别是研究一种自动技术，依靠这种技术，机器将自动地(或尽量少地干涉)把待识别模式分配到各自的模式类中去。将模式识别应用到机械中，可以很好地满足现代制造业对检测的需求，如零件外形尺寸测量、零件的缺陷检查、零件装配、零件的识别等。基于模式识别的轴承在线检测系统利用模式识别的理论对待检轴承进行实时在线检测，最终经识别判断分检出轴承的级别。该系统代替人工对轴承进行检测，有较大的市场前景。1.3 设计内容本课题以旋转机械中应用最广泛的滚动轴承在线实时状态检测，质量检测为研究方向。开发出一套能够自动检测轴承外环外圆直径的自动检测线。自动流水线主要实现待测轴承的上料，夹紧，分类等全自动流水线动作，本设计是轴承尺寸测量装置的机械部分的设计。生产要求工作的生产节拍是8s。所要检测的微型轴承的型号是80035，如表1.1及图1.1所示： 表1.1 轴承参数孔外圆宽带盖宽型号对照旧型号新型号5196680035635ZZ 图1.1 80035微型轴承 自动检测装置由自动上料机构、输送机、机械手三大部分组成。轴承由上料机构沿上料机送至输送带上。输送带将微型轴承输送至机械手所在位置，机械手开始动作，抓取微型轴承，连接在机械手部分的电涡流式传感器就会对微型轴承进行自动检测，数据将会显示在机械手控制系统部分的显示器上。 带式输送机是现代物料连续输送的重要设备，随着工业和技术的发展，具有长距离、高带速、大运量特征的大型带式输送机已成为带式输送机发展的主流。带式输送机是一个复杂的机电系统，它是由闭环的承载输送带、托辊、驱动装置、拉紧装置、改向滚筒构成的系统。输送带运行的驱动力由驱动装置提供：拉紧装置给系统提供必要的拉紧力；改向滚筒给输送带导向；托辊的作用是减小输送带的挠度。在输送机系统的起、制动过程中主要影响因素是：输送带的力学性质。输送机的运行阻力。驱动装置的机械特性及其控制方法。输送机的起、制动的工况。拉紧装置的动力响应。输送机的线路和载荷状况。送料机采用同步可控式自动上料机。主要设计内容包括：（1）回转隔离器的选择（2）传动装置设计。 机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、液压缸等机械零部件组成。技术要求：生产节拍：（1）生产要求工作的生产节拍是8s（2）输送带步距3001700mm（3）装料高度850mm机械手高度900mm。要建立完善的轴承检测体系，必须掌握轴承的标准。对轴承进行检测的主要依据有三个： （1）滚动轴承检测的国家标准，这是轴承检测的主要依据。国家标准对轴承检测的规定有三条：GB3071-84滚动轴承的公差，GB3072-84滚动轴承 公差的测量方法，GB3073-84滚动轴承的一般技术要求等。 （2）颁布标准，专用标准和统一企业标准。如JB/CQ13-87球轴承及其零件补充技术要求，JB/CQ14-88滚子轴承及其零件补充技术要求等。 （3）用户对轴承质量的特殊要求。这三条标准详细规定了轴承的检测参数和检测条件。轴承的检测包括外圆的检测，内圈的检测，刚球的检测及保持架的检测和成品的检测等。其中对轴承内外套圈的检测包括热处理检测，表面质量的检测，外形尺寸的检测等。对轴承套圈外形尺寸的检测又包括与宽度有关的检测和与直径有关的参数检测等。最终都是为了确定轴承外圈直径的确切尺寸。由于轴承直径的测量是通过采用V形块定位来实现测量的。因此可以满足尺寸比较接近真实尺寸。利用微机进行对数据的采集，分析，和整理。目前我国关于轴承测量的仪器也有，只是在价格上都比较昂贵，难以让一些 中小企业接受，所以企业在多方寻找不能找到满足他们心仪的检测设备情况下，希望通过与高校合作开发出一套轴承外圆参数测量仪器。厂家提出的检测要求是：检测精度要求高，要求达到m级别的检测精度；实现在线测量，测量的速度要跟上生产节拍，即每8秒钟要检测一个轴承；较低的开发费用。第2章 轴承的检测轴承使机械机构中的重要构件，它的检测内容合检测方法已经由国家标准及其企业标准做了规定。评价轴承是否合格，需要按照国家标准对轴承检测的有关规定进行检测，将检测结果与国家标准规定的偏差范围相比较，才能得出结论。所以进行系统设计之前，需要知道国家标准对轴承家测的有关检测参数、检测条件的规定，才能正确的进行设计。在这一章我们首先介绍了轴承的一些基本概念，接着介绍了国家标准对轴承检测的内容的一些相关规定，最后提出了我们这套轴承检测系统的检测内容及其检测原理。2.1 轴承的基本结构 轴承是一种支撑或导向装置，它决定机械的运动部件相对与其他部件的位置。在大多数情况下，轴承是支承旋转轴的机械零件，它能够保证轴的准确位置并承受轴传递的负荷。轴承按照运动时的摩擦原理可分为滑动轴承和滚动轴承两大类型。滚动轴承又包括滚珠轴承、滚子轴承等，它的基本结构如下图所示：图2.1 轴承结构图滚动轴承的基本结构是由外圈、内圈、滚动体（钢球或滚子）和保持架四个零件组成。习惯上称为轴承的“四大件”。1.内圈（又称为内套或内环）通常固定在轴颈上，大多数情况下，内圈与轴一起旋转。内圈外表面上有供钢球或滚子滚动的沟槽，称为内沟或者内滚道。2外圈（又称为外套或外环）通常固定在轴承座或机器的壳体上起支承滚动体的作用。外圈内表面上也有供钢球或滚子滚动的沟槽，外沟或外滚道。3滚动体（钢球或滚子）每套轴承都配有一组或者几组滚动体，装在内圈和外圈之间，起滚动和传递力的作用。滚动体是承受负荷的零件，其形状、大小和数量决定了轴承承受载荷的能力和高速运转的性能。4保持架（又称隔离器）将轴承中的滚动体均匀的相互隔开，使每个滚动体在内圈和外圈之间正常地滚动。此外，保持架还具有引导滚动体运动，改善轴承内部润滑条件，以及防止滚动体脱离等作用。当然，轴承根据不同的需要，可以有不同的形式，并不局限于上述结构，例如为了提高轴承的承载能力，增加滚动体数量而省略了保持架；为减少机械部件设计的空间而选用无外圈或者无内圈的轴承等。“四大件”不齐全（必须有滚动体），但都为基本结构的变形。2.2 轴承检测的内容和检测条件2.2.1轴承检测的标准 轴承的检测是个全面的系统化的过程，它包括很多方面的内容和要求。它的检测必须符合相关的轴承检测标准。对轴承质量进行检测的标准主要有两个：（1）滚动轴承检测的国家标准，这是轴承检测的主要依据。如GB307.1-84滚动轴承公差GB307.2-84滚动轴承公差的测量方法、GB307.3-84滚动轴承的一般技术要求等。（2）颁标准、专用标准和统一企业标准。如JB/CQ13-87球轴承及其零件补充技术要求、JB/CQ14-88滚子轴承及其零件补充技术要求等。2.2.2轴承检测的内容和检测条件1.用户对轴承质量的特殊要求：轴承包括外圈、内圈、钢球和保持架四部分，相应轴承的检测也包括外圈的检测，内圈的检测，钢球的检测以及保持架的检测四部分。四个单项都合格并不能表明轴承是合格的，最后，轴承装配好了以后，还要进行轴承的成品检测。2.轴承检测的条件国家标准不仅对轴承检测的内容作了规定，而且对轴承检测时应满足的条件足额作了规定。在设计轴承检测仪器以及进行轴承检测时，应当尽量符合国家标准的规定。下面介绍轴承检测时应满足的条件。 （1）测量温度测量的标准温度为20C。但由于被测轴承与标准件用相同的材料制造，因此，测量时只要使被测轴承。标准件或量块以及测量用的仪器处于同一温度，即使温度不等于20C，也不会对测量结果产生大的影响。 （2）测量的尺寸基准国家标准GB307.2-84滚动轴承 公差的测量方法中规定的尺寸公差，当用相对测量法进行测量时，作为比较测量的尺寸基准时标准件或量块。量块必须符合JB1078-67量块的规定，标准件必须符合行业或者轴承制造厂主管部门的规定。 （3）测量仪表测量时，所使用的仪表必须经过校准，并且具有与所测轴承相适应的精度及放大比。 （4）测量误差测量过程中产生的测量误差原则上为公差值的10以下。测量中一定要按被测量轴承的公差范围来选择适当的精度的仪表以及环境条件等，使测量误差控制在一定的范围之内。 （5）测量的基准面测量的基准面应该是轴承制造厂主管设计部门规定的可作为测量基准的端面。一般指套圈的非打印端面。对角接触球轴承和圆锥滚子轴承是指承受力的端面。 （6）仪器的测点和支点的材料和表面粗糙度仪器测点和支点的材料以及测量表面的粗糙度应根据被测表面而定，一般可采用硬质合金制作。对于终加工后的套圈和滚动体的工作表面，仪器的测点和支点不允许采用硬质合金制造，应采用玛瑙制作，其测量表面的表面粗糙度应小于0.16微米。3.检测方法 根据检测信号不同,常用的诊数据手段有:机械检测:包括振动检测、噪声检测、超声波检测、激光检测、转速所压检测等多种检测方法。油质检测：包括光谱检测、铁谱检测、法污染检测和粘度检测等。温度检测：点温检测、红外成像检测等。电器检测：包括绝缘检测、介质损耗检测等。本课题研究对象滚动轴承的检测手段根据轴承的失效形式不同而不同，文3中提出主要使用的检测方法有振动及噪声检测法等。其中以振动检测法使用得最为广泛，基本上可以使用于所有的失效形式，本课题的研究也是基于振动检测法的。2.3 测量用电涡流式传感器 金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。电涡流式传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的。要形成涡流必须具备下列二个条件：存在交变磁场；导电体处于交变磁场之中。因此，涡流式传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和置于线圈附近因而处于交变磁场中的金属导体两部分组成。金属导体也可以是被测对象本身。 如图,采用非接触式电涡流传感器：图2.2 电涡流传感器示意图2.4 本章小结本章主要描述了微型轴承的主要结构，外圈、内圈、滚动体和保持架构成。微型轴承检测的内容以及检测的基本要求，本课题研究对象滚动轴承的检测手段根据轴承的失效形式不同而不同，文3中提出主要使用的检测方法有振动及噪声检测法等。其中以振动检测法使用得最为广泛，基本上可以使用于所有的失效形式，本课题的研究也是基于振动检测法的。简单对检测用传感器做出介绍。第3章 微型轴承自动检测线设计3.1 内容简介 1. 工件自动输送线 工件输送装置是生产线的一个重要组成部分，它将被加工工件从一个工序传送到下一个工序。为保证生产线按规定节拍连续工作提供条件，并从结构上把生产线上众多加工设备连接成为一个整体，生产线的总体布局和结构形式往往取决于工件的输送方式以及对工件输送装置的基本要求。在设计和选择工件的输送装置时，除考虑要满足结构简单、工作可靠和便于布置外，还应注意以下几点：（1） 、输送速度适宜，尽量减少生产线的辅助时间；（2） 、输送装置的工作精度要满足工件（或随行夹具）的定位要求；（3） 、输送过程中要严格保持工件预定的方位；（4） 、输送装置应与生产线的总体布局和结构形式相适应。2.搬用机械手工业机器人（通用及专用）一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。3.2总体方案的确定3.2.1方案选择本课题以旋转机械中应用最广泛的滚动轴承在线实时状态检测，质量检测为研究方向。目标是开发出一套能够自动检测轴承外环外圆直径的自动检测线。自动流水线主要实现待测轴承的上料，夹紧，测试，分类等全自动流水线动作，设计工作涉及气动，机械设计等方面的知识，由计算机控制系统作整个系统动作的核心部分，整体设计涉及到计算机软件设计，模拟电子线路设计，控制理论以及数字信号处理等多方面的知识，整个系统是融合了机，电，气等多领域的数字控制系统。此次设计的是轴承直径测量装置的机械部分的设计。方案一：图3.1 总体框图1图3.1 总体框图1自动检测装置由自动上料装置、输送机、机械手三大部分组成。轴承由上料机构沿上料机送至输送带上。输送带将微型轴承输送至机械手所在位置，机械手开始动作，抓取微型轴承，然后伸向电涡流式传感器所在的部位，电涡流式传感器对轴承进行自动检测，数据将会显示在机械手控制系统部分的显示器上。方案二：流水线具有自动送料，自动检测功能，执行机构均为气缸，可靠且无污染。（软件通过卡控制继电器开断，从而控制气缸的动作。当流水线动作进行到加压气缸将待测轴承顶到旋转轴上的时候，测头由气缸驱动下移，顶在轴承的外圈，使得轴承外圈不动，内圈旋转，在等待一定时间后，计算机进入信息采集程序模块。在计算机采样的过程中，所有的气缸都处于静止状态，以免对轴承振动的检测带来影响拨杆机构（控制拨杆上下左右移动）传送带推送气缸去废气缸推送气缸去废气缸导轨区区送料气缸有无料开关有无料开关翻身气缸成品存放处图3.2 总体框图2流水线示意如图3.2所示：流水线的工作流程：首先由传送带带动要测试的轴承，计算机读取有料信号，判断有料，由送料气自缸推紧送料，计算机读取送料气缸到位信号，到位则送出翻身气缸动作信号，翻身缸将轴承送上导轨，杆下移，右移，将待测轴承送到A区工位，推送气缸推送轴承上轴，测头下压，进入测量程序，测量完毕后推送轴承退位，杆右移，进入去废工序，计算机根据轴承振动信号程序处之后得到的轴承合格与否来控制去废气缸，如果合格，则翻身气缸将轴承翻转180度以后，进入B区进行与A区工序类似的过程。在测试过程中，线上最多同时可以有6个轴承在各自工位，这六个工位分别是送料工位，A区待测式位，A区去废工位，翻身工位，B区待测工位，B区去废工位。经过上述工序，如果轴承还在线上则进入合格品区存放。两个方案各自都有自己的优点，但第二种方案用多个气缸控制较复杂，比较后选择第一种。3.2.2设计要求 微型轴承80035外环外圆直径自动检测线，检测节拍为8秒，采用电涡流传感器检测，工件自动输送，自动定位，用微机进行控制。在机械产品的生产过程中，为保证产品质量，提高生产率和降低成本，往往把加工装备按工件的加工工艺顺序依次排列，并用一些输送装置与辅助装置将它们连接成为一个整体，被加工工件按其工艺规程顺序地经过各台加工装备，完成工件的全部加工过程。检测线由输送装备、辅助装备、控制系统、检测系统所组成。由于是单一零件的检测，故采用单一产品固定节拍检测线，其特点是：（1）这种自动检测线由自动化程度比较高的输送装备和辅助装备所组成，监测单一的产品，检测线率高。由于这类线的专用性强，较难进行改造以适应其它产品，故这样的输送线属于大量生产类型，精度稳定性要求高，可持续生产多年。（2）输送线所有设备的工件节拍等于或成倍于生产线的生产节拍。工作节拍成倍于生产线生产节拍的设备需要配置多台并行工作，以满足每个生产节拍完成一个工件的检测任务。（3）生产线的检测装备按产品的工艺流程布局，工件沿固定的路线，采用自动化的物流输送装置，严格按检测线的检测节拍，强制地从一台设备输送到下一台设备。（4）由于工件的输送和检测严格的按检测节拍运行，如果检测线上发现废品，可以运用特殊装置将其剔除。3.2.3各个联系尺寸的确定1.生产节拍：生产要求工作的生产节拍是8s。2.输送带步距的确定 输送带步距L是指输送带上两个工件之间的距离。既要考虑机床间有足够的距离，又要尽量缩短自动线的长度。一般通用的输送线的步距取3001700mm，按图3.3来进行确定：图3.3 输送带步距的确定根据实际要求和设计中的时间分配，为了避免机械手在取回前一个轴承之后以及再次伸展抓取之前不能对下一个轴承很好的抓取，所以特地留取了一定的裕量。机械手开始伸展时，让轴承中心和机械手抓取的中心线留取32mm，机械手用0.4s的时间完成这个动作。最终我们根据留取的裕量计算出带的速度80mm/s，因为生产的节拍是4s，所以每两个轴承之间的距离就可以计算出来是320mm。这样的话，我们就可以选择输送装置的行程长度L320mm；3.装料高度的确定 选择装料高度，应考虑操作人员看管、调整和维修设备的方便性，一般取8001200mm为宜。设计中由于需要，装料高度应取低一些，我们取850mm。4.机械手高度的确定 根据装料高度，可以大致确定机械手的高度，约900mm左右。3.2.4输送线工作循环周期生产线工作循环周期表反映了生产线各台设备及辅助装置的动作顺序、动作时间、节拍时间、工作循环和各机构的一部分互锁要求，是电气、液压、系统设计的重要依据。1.工作循环周期的确定（1）根据所制定的输送线的工艺和结构方案，定出各机构的动作顺序及互锁要求，计算出各机构的动作时间。（2）在周期表上，以横坐标表示时间，以min为单位；纵坐标表示各机构的动作，并按动作顺序排列。用箭头表示控制信号的发出和动作顺序，粗实线表示动作时间长短，通过箭头使其首尾相接起来，即为一个完整的工作循环。2.输送线主要机构互锁要求输送线各机构的动作是按一定的顺序进行的，它们之间有着严格的互锁要求。输送带向前，即生产线开始工作，应具备的条件为：（1）夹具必须处于松开拔销状态；（2）各运动部件，例如上料装置、机械手、圆锥推销等，必须处于原位。3.输送线基本工艺时间和辅助时间计算 （1）基本工艺时间：8s （2）工件夹紧时间：一般取0.030.1min 4.工作循环周期输送机与回转隔离器的运动是通过单片机的控制来实现的，回转隔离器检测到有料时运转90度，将料传送到输送带上，输送带间隔运动，在机械手的中心线位置有一个传感器，当轴承的中心线与机械手的中心线重合时，输送带停止4s,机械手进行伸缩与抓取运动，将其输送到涡流传感器位置进行检测，检测完毕后机械手将轴承输送到初始位置，机械手返回原来状态。3.2.5电动机选择 考虑到轴承的间隔抓取，这里选用步进电动机，步进电动机是一种将脉冲信号变换成角位线（或线位移）的电磁装置，步进电动机的角位移与输入脉冲个数成正比，在时间上与输入脉冲同步。因此只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于自锁状态。 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。a.步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。这里要求的精度相对要求比较高，所以我们选用0.36度/0.72度（五相电机）。b.静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）c.电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：图3.4 电动机选择步骤根据手册2表22-3-67选160BF1-3，=0 .75/1.5。3.3 本章小结 本章主要讲述了微型轴承检测线的基本内容，由输送线和机械手构成。确定了检测方案以及要满足的设计要求，确定了检测线的循环周期。最后对电动机进行选择，根据需求选择步进式电动机，步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。第4章 输送机设计4.1 带式输送机简介4.1.1输送机的发展带式输送机的产生已有150年的历史，早期的输送带是用皮革之类材料制成，后来用皮革家纤维织物制造。1795年在美国费城DLiver Evans将输送带描述为：在一个框或着槽里的两个滚筒上旋转的博而柔软的宽环皮带或帆布带。1858年ST.Pmake 取得织物增强的橡胶输送带的专利权。1863年D.C.Dodge关于处理谷物的输送带被授予美国专利。1892年Thomas Robins发明的槽型结构的带式输送机在矿物工程中应用。此后随着物料输送量的增大，带式输送机取得了巨大的发展，出现了大量新型结构和新型带式输送机。诸如：大倾角带式输送机（包括：深槽带，花纹带，波纹挡边以及压带式输送机），管状带式输送机，气垫带式输送机等。带式输送机已成为最重要的散状物料连续输送设备，它不仅应用于企业内部的运输，也拓展到企业外部输送，广泛应用于冶金，矿山码头，粮食和湖工等领域。4.1.2输送机工作原理图4.1 输送机结构图带式输送机以输送带作为牵引结构，同时它又是承载构件，如上图输送带1经过传动滚筒2和改向滚烫3形成环带，上下输送带有拖辊4支承，拉紧装置5给输送带以正常的张力，驱动装置驱动传动滚筒，通过传动滚筒和输送带的摩擦力带动输送带的运动。4.1.3带式输送机的优点 带式输送机与其它类型的输送设备相比，具有优良的性能，在连续的情况下能连续运输，生产率高，运行平稳可靠，输送连续均匀，工作过程中噪声小，结构简单，能量消耗小，运行维护费用低，维修方便，易于实现自动控制及确定方操作等优点，因此，我们选用带式输送机。三维造型效果图： 图4.2 输送机三维图4.2 输送机各部分的设计 4.2.1 机架的设计 带式输送机的机架形式的选择取于地形天气安全环保等条件以及输送物的性质，服务年限，移动或固定运输方式是否有冲击，辅助设备等因素。钢铁厂，矿山和发电厂的输送机的机架与化工厂，食品厂的机架尽管看似相同，而在实际设计中有很大的差别。因而在设计中应注意他们的区别。输送带式输送机机架可以分为头架，尾部和中间架。梁架的结构形式，它是用角钢或槽钢作为横梁，用固定到地面的型钢或管作为它的支腿。这样输送机机架非常简单是经济上最合理的形式，其固定或广泛应用于钢铁厂发电厂化工厂矿山等领域。对于需要移动的输送机可以将其支腿固定在枕木上以使其具有移动性，对于梁架的结构需要注意的是在固定的情况下横梁和支腿之间的连接是因为输送及运行过程中有震动有可能使螺栓的松动而发生事故。梁选用槽钢。4.2.2 带的选择胶带是带式输送机重要的部件之一，它既是承载件，又是传力件。在带式输送机运转过程中，胶带受各种大小和性质不同的载荷作用，处在极其复杂的应力状态下。同时，它的费用约占整个带式输送机费用的一半，在经济上起着举足轻重的作用。 胶带按结构可分为织物芯胶带和钢丝绳芯胶带。织物芯胶带包括普通帆布芯、维尼纶芯及尼龙芯胶带等类型，它由带芯和上厂覆盖殿组成。带芯内用经线和纬线编织的布层做成、其作用是承受载荷、传递牵引力以及装卸点物料对胶带的冲击力。初步选择普通运输带，根据主要用于通用固定式小倾斜的带式输送机采用单点或多点驱动的的特点，我们这里的输送机对带的要求主要是考虑到带的摩镲力，使得微型轴承在带上有良好的位置精度。图4.3 皮带示意图根据下表初选输送带为： 表4.1 输送带型号初选NN-100（锦纶尼龙帆布芯） 覆盖胶代号：NR（天然橡胶）或PVI（聚氯乙烯）扯断强度：=100（N/mm）层输送带的层数Z初选Z=2输送带的芯层每层厚度dz 芯层每层质量Zw按照2表4-2 dz=1.00 Zw=1.02kg/m3输送带上覆盖胶的厚度Ao 上覆盖胶质量Aw按照输送运输设计手册表42规定取：Ao=1.5mm Aw=1.70kg/m3输送带下覆盖胶厚度Bo 下覆盖胶质量Bw按照输送运输设计手册表42规定取Bo=1.5mm Bw=1.70kg/m2计算输送带的厚度d:d =Zdz +Ao+Bo=5mm计算选用输送带每米长度的质量qBqB=(zZw + aw + bw)B=0.68kg/m4.2.3 驱动装置的设计1.驱动装置介绍驱动装置是带式输送机的动力来源，电动机通过联轴器与滚筒传动，依靠滚筒和输送带之间的摩擦力使输送带运动，一般来说：使用最少数量的设备的简单驱动装置是最好的驱动装置，然而驱动装置有时还可能配置一些特殊用途设备，用来改善输送机的启动和制动性能。2.带式输送机对系统驱动装置的基本要求：（1）驱动装置应该具有良好的启动性能，具有大的启动力矩以使输送机具有有载启动。（2）启动过程中具有足够小合理的加速度以减少各承载部件载荷。（3）多电动机驱动使各电动机负荷均匀。（4）电动机启动时对电网的冲击小，最好使电动机无载荷启动。（5）驱动装置应该具有很高的传动效率。（6）启动时和稳定运行阶段有可靠的过载保护能力。（7）驱动装置应该具有良好的可靠性 控制启动 停车时速度 加减速度（8）尽量使电动机空载荷启动，错开启动时各电动机的启动时间：减少电动机的启动次数，有可能时可在输送机停止时不必停电机。（9）装备包括自监控，自诊断功能的控制器。3.电动机的选择计算（1）首先计算输送机总阻力 （4.1） K在改向滚筒，装载点和其他特点上的总的局部阻力系数，K=0.9。输送机水平投影长度。=2000mm。托辊转动部分的线载荷。上，下托辊阻力系数。由1表2-35根据工作环境：少量尘埃，正常湿度，屋内，所以选。输送带线载荷。被输送物料的线载荷。输送带线载荷： （4.2）Z胶带垫层数。取Z=3。带衬垫厚度。取。分别为上下覆盖面胶厚度。=47托辊转动部分的线载荷： 分别为有载，无载分支上，下托辊转动部分的质量。分别为上，下托辊间距。； 。被输送物料的线载荷 Q输送量。个。输送机总阻力 ：（2） 传动滚筒功率 （3）输送带的最大张力计算 （4.3） 取包角，选光面滚筒，环境干燥。 由表2-391选 所以：电动机的功率：4.2.4 拉紧装置的选择设计张紧装置主要是保证输送带有足够的张紧力，使驱动滚筒产生足够的摩擦力，使输送带向前运动。张紧装置可分为螺旋式、车式和重锤式。一般情况下采用螺旋式和车式张紧。装置放在输送机尾部，也可放在其他适当部位；重锤式放在其他合适的部位。在本设计中综合设备生产成本和确保设备的安全运行，就采用尾部螺旋式拉紧，其拉紧力可根据工人经验调试但必须保证设备轻盈运转和安全。在本设计中采用的是螺杆拉紧方式具有简单，易调试等优点。根据带宽120mm,由此选择型号DT01D1，具体参数详见2图DTD-1。4.2.5 滚筒设计1.滚筒的结构滚筒组是带式输送机的主要部件，按照在输送机中所起的作用，滚筒可分为传动滚筒和改向滚筒两大类，传动滚筒的作用是将驱动装置提供的扭矩传到输送带上，改向滚筒包括用于输送带在输送机端部的改向，增加传动滚筒包角的导向滚筒，拉紧滚筒和用于拉紧导向滚筒。滚筒组有滚筒轴，轴承座，轮毂，辐板，筒壳等部分组成，有的滚筒还有轮毂和滚筒轴连接件，轮和毂辐板连接件。一般地，传动滚筒的表面覆盖有橡胶或陶瓷以增大驱动滚筒与输送带间的摩擦系数。滚筒的轴承一般用球面调心滚子轴承。滚筒包胶的主要优点是表面摩擦系数大，保证传动的精确性，包胶是在光面钢制滚筒上表面上用冷粘或硫化一层橡胶。传动滚筒是传递带式输送机功率的圆柱形筒，而改向滚筒仅作为引导输送带改变方向的圆柱形筒。改向交通筒不承担转矩，结构比较简易。传动滚筒和驱动装置相联，是带式输送机最重要的部件，驱动功率的大小往往取决于传动滚筒表面同输送带之间的磨擦系数和输送带在该滚筒上的包角，所以值得深入研究。滚筒的宽度决定于带宽。滚筒宽度大于胶带宽度的原因是考虑到胶带在滚筒上可以容许的跑偏。2.滚筒的直径传动滚筒表面有裸露光钢面，人字形，菱形花纹橡胶覆面。小功率、小带宽及环境干燥时可采用裸露光钢面滚筒。最小传功滚筒直径可按下式选取： Dcd （mm） （4.4）式中d为芯底厚度或钢绳直径；C为系数，棉织物80，尼龙90，聚酪108，钢绳芯145初步计算出直径为120mm。滚筒直径系列值如表4.2所示：表4.2 标准滚筒直径系列谱（m）0.100.250.63（1.40）0.1250.3150.801.600.160.401.00（1.80）0.200.501.252.00根据1取滚筒外径为125mm.宽度为125+（100250）取220mm。其结构图4.5所示：图4.5 滚筒结构图3.连接轴径选择计算联轴器功率 轴承功率 =0.99输出轴的最小直径是安装联轴器。根据4表8-2选凸缘联轴器。安装轴承处直径为30选轴承7206AC。安装胀套处直径为36mm。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑指润滑。滚筒的结构是轮毂与轴用胀套连接，铸焊辐板与筒壳，胀套结构是国际上广泛运用机械连接结构，是一种先进基础部件。胀套结构如图：1.辅助螺钉 2.前压环 3.外环 4.后压环 5.内环 6.紧定螺钉 图4.6 胀套结构图其原理：当旋转紧定螺钉6时，前压环2和后压环4相互靠近，迫使带开口的外环胀大，内环5缩小，从而使轴与轮毂形成过盈配合达到连接的目的。胀套的传递负载是通过胀套外环所产生的压力和摩擦力来实现的采用账套连接的优点是：容易实现高精度的定位，可传递大的扭矩和轴向力；可连接不可焊材料，可从外部安装拆卸，并可重复利用避免了滚筒在轴向的攒动，降低了孔和轴的加工精度和加工费用。4.2.6托辊的选择1.托辊的介绍托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一，约占整机重量的3040 ， 占整机价格的2530。在带式输送机中，托辊用于支承输送带和货载，并且保证输送带的垂度在设计限定的范围内。在带式输送机的设计中，托辊的选择和选用数量对于带式输送机的正常使用、稳定运行、维护费用、功率消耗、整机价格有重要影响。2.托辊主要尺寸的确定物料主要装载于胶带中部，考虑到文撑胶带的托辊尽量离开装线量多的地方和不致使胶带中部垂度过大，取托辊内侧因为： d0.55D (mm) (4-5)式中D带宽，mm。查表2取d=63.5mm，长度则根据带宽选择为220mm 托辊直径、轴径和总长度等其他尺寸与普通回程托辊相同，以便于代换。3.托辊间距的确定 托辊间距应满足两个条件：滚子轴承的承载能力及输送带的下垂度，托辊间距应配合考虑该处的输送带张力，使输送带获得合适的垂度。综合各方面因素选择为上托辊间距为221mm,下托辊间距为450mm。4.3本章小结本章开始对带式输送机的发展史做出简单讲述，式输送机已成为最重要的散状物料连续输送设备，它不仅应用于企业内部的运输，也拓展到企业外部输送，广泛应用于冶金，矿山码头，粮食和湖工等领域。叙述了带式输送机的工作原理及其优点，并对带式输送机进行设计。包括带的选择、驱动装置、拉紧装置、滚筒和托辊的设计。第5章 上料装置设计5.1概述上料装置的作用是实现轴承的自动上料，这里用一个回转隔离器来实现，利用回转隔离器的旋转将轴承拨送到传送带上，回转隔离器是间歇运动的，当传送带停止以方便机械手抓取轴承的时候，上料装置转动90度角，将轴承运输到带上，整个过程利用控制来实现，所用的电动机是步进电机。5.2上料装置的设计5.2.1电动机的选择按照输送机电机的选择方法，根据2手册22-3-67选150BF002，参数间下表：表5.1 150BF电动机参数项目型号相数步矩角/电压/V相电流/A最大静转矩/Nm空载起重频率/Hz运行频率/Hz150BF00250.38/0.76801313.7280080005.2.2轴的设计1.材料的选择轴的材料选45钢，调质处理。其为学性能由5表8-1查得，。求输出轴的功率，输出转速及转矩。2.估轴径和选择联轴器型号为了绘制轴和轴承部件的结构，确定轴的支撑距离和作用力的位置，先初估轴径和选用连轴器型号。（1）轴径估计轴径估计公式为： （5-1）查手册可取A0110 则 ；水平轴取A0110 则 ；因为此两轴均有键槽，应增大3%，则立轴d1=1.0325.6=26.37mm 圆整为 d1=27mm；水平轴d2=1.0319.2=19.78mm 圆整为 d2=20mm；（2）选择联轴器根据初估轴径d2=20mm，根据4水平轴选用 型联轴器，与电机相配合。所以水平轴的最小直径为22mm。（3）确定阶梯轴各段直径及长度水平轴：与联轴器配合处取轴径为30mm,长度为56mm，与轴承配合处轴径为35mm,长度为16mm，轴承中间轴径为40mm,长度为102mm，与齿轮配合处轴径为32mm,长度为52mm。立轴：与轴承配合处轴径为40mm,长度为12mm，轴承中间轴径为42mm,长度为485mm，与齿轮配合处轴径为46mm,长度为53mm。 5.2.3齿轮的设计主齿轮输入功率P=0.05KW,转速n1=9.4r/min,传动比i=2.5,载荷平稳，每天一班工作，单向传动，使用寿命15年。1.选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数齿轮采用锻钢制造，采用用软齿面齿轮，选用45钢。先切齿，小齿轮调质，齿面硬度220230HBS;大齿轮正火，齿面硬度190200 HBS。精度为6级。2.选择齿轮等级、齿数、齿宽系数因是保证准确的转位，选用6级精度。闭式齿轮传动，选择z1=23,z2=58。u=z2/z1=2.5。锥齿轮推荐齿宽系数R=0.250.3，齿轮悬臂布置，取R=0.26。3.确定相关参数， ， 当量齿数：Zv1=25 Zv2=156 当量齿轮端面重合度=1.88-3.2（1/ Zv1+1/ Zv2）=1.734.按齿根弯曲疲劳强度设计闭式齿轮传动，按齿根弯曲强度设计，式子 （5-2）确定式中各项数值：因载荷平稳，转速不高，可初选载荷系数Kt=1.1;由式， 由图查取，按Zv1，Zv2查的： YFa1=2.66，YFa2=2.02 YSa1=1.59，YSa2=1.86 由式，由图查得 YN1=0.96，YN2=0.98；由表选取 SFmin=2.00；按小齿轮齿面硬度均值225HBS，在ML线上,查取Flim1=538.00 MPa，同理，Flim2=441.60 MPa。所以： ；取， 设计齿轮模数。将确定后的数值代入设计式，求得修正m:查取KA=1.00；按，精度等级5级查取KV值，Kv=1.01；查取K=1.08，查取K=1.00；选取齿轮大端标准模数m=4mm。5.确定锥齿轮传动主要几何参数d1=mz1=4x23=92mm d2=4x58=232mmmm,取齿宽B1=B2=33mm 5.2.4各部分零件的校核1.轴的强度校核步骤（1）定出轴的支撑距离及轴上零件作用力的位置，如图5.1（2）轴的简化与校核图5.1 轴示意图2.轴的校核计算：直齿锥齿轮是以大端参数为标准值的。载强度计算中，则以齿宽中点处的当量齿轮作为设计的依据。因而锥齿轮1的平均分度圆直径为：其中，为锥齿轮的大端直径，为齿轮传动比的齿宽系数，通常取。于是 (1) 计算齿轮受力齿轮所受转矩为齿轮作用力圆周力：径向力：，且轴向力：，且轴的受力大小与方向如图5-2所示(2) 计算轴承反力水平面(如图5-2b) 图5-2 轴的载荷分析图垂直面(如图5-2c) （3）绘制弯矩图水平面弯矩图（图5-2d） 垂直面弯矩图（图5-2e） 合成弯矩图（4）绘制扭矩图（图5-1f）由前可知又根据又根据，查手册得和，故，（5）绘制当量弯距图(图5-2g)对于截面d：对于截面a和b、c：3.滚动轴承的寿命校核 （1）轴承的选择根据装轴承处的轴径,且受到较小的轴向载荷，所以选择7207C型角接触球轴承。 （2）两处轴承的径向载荷A处轴承：C处轴承：看出C处轴承径向载荷较大，所以对C处轴承进行校核。 （3）滚动轴承的寿命校核a) 当量动载荷的计算对于角接触球轴承，当量动载荷P为：P=查得=1.2 ，所以b) 寿命校核寿命校核公式为： （5-4）轴承的寿命（单位为h）;n轴承的转速r/min n=9 r/min;C基本额定动载荷, 查得7207C型角接触球轴承的C=27000N;P当量动载荷 ，P=3216N；取4.键联接的强度校核和立轴键的强度校核 （1）选择键联接的类型和尺寸选用圆头普通平键（A型）。 根据d=46,选用键：宽度b=14mm,高度h=9mm.。由轮毂宽度并参考键长系列，取键长L=32mm故选用键的型号为 ：键149GB1096-1979。 （2）键的强度校核键的强度校核公式为： （5-5）T传递的转矩 T=53.1 N.mK键与轮毂键槽的接触高度。K=0.59=4.5mm键的工作长度 =L-b=14-9=5mmd轴的直径 d=46mm查得许用挤压应力120Mpa，取其平均值MPaMpa所以，键可以正常工作。键的型号为：键149 GB1096-2003。5.3本章小结 本章内容是介绍自动上料机构的设计。微型轴承自动检测线中提供送料的装置，根据时间间隔要求利用旋转隔离器将轴承逐个的运送到输送带上。包括电动机的选择，一些轴以及齿轮的设计，并对一些零件进行校核。对个别轴、齿轮和键进行校核，并绘制弯矩扭矩图等。第6章 机械手的设计机械手的结构主要有两个液压缸组成，由一个液压缸控制对轴承的抓取，另一个液压缸控制机械手的行程。6.1 概述液压缸是将液压能转换为机械能的一种执行元件，主要用于要求实现往复直线运动或往复摆动运动的场合。液压缸按其结构形式，可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活塞缸、柱塞缸实现往复运动，输出力和速度；摆动缸实现小于360度的往复运动，输出转矩和角速度。它按作用原理可分为两大类：单作用缸和双作用缸。单作用缸利用液体压力产生的推力推动活塞（或缸体）向一个方向运动，活塞反向运动靠外力或自重来实现。双作用缸利用液体产生的推力推动活塞（或缸体）产生正反两个方向的运动。本设计中综合考虑多方面因素，采用双作用活塞缸。具体的设计步骤如下：1.根据主机的运动要求，按表1343.6-32选择液压缸的类型为双作用液压缸。2.根据机构的结构要求，按表43.6-33选择液压缸的安装方式为尾部法兰型。3.根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力，速度，作用时间，内径，选种及活杆直径等。4