汽车轮毂跳动检测机构设计

汽车轮毂跳动检测机构设计（CATIA）摘 要汽车轮毂决定汽车能否更安全和更舒适的高速运行，作为一个起着决定性的汽车零件，其质量的优劣性可直接影响整车的运行性能。所以轮毂跳动检测是一件非常重要且精密的工作。本设计内容主要对其轮毂跳动进行检测，其中细致划分工作步骤，对每一步工作状态分解。大致可分为三步,第一步是对其进行搬运，第二步是对其进行检测，最后一步是对其进行分拣,最重要的部分是检测装置。装夹过程中必须保证减小至最小误差。为了实现这一目的,装夹工具使用电磁胀套，这一装置既满足了跳动误差，又方便对其进行快速装夹，也提高了检测效率。检测完毕后又需进行分拣，该设计又巧妙利用开关门这一机构实现，整体方案合理且完整。关键词轮毂、圆跳动、传动机构Abstract: Car wheels determine whether the car is safer and more comfortable to run at high speed. As a decisive part of the automobile, the quality of its quality can directly affect the running performance of the vehicle. So the wheel beat detection is a very important and precise work.The design of the main content of the device design, which detailed division of work steps, the state of each step of the decomposition of the work. Generally it can be divided into three steps, the first step is to carry it, the second step is to detect it, the last step is to sort them, but the most important part is the detection device. The clamping process must be guaranteed to minimize the error. In order to achieve this goal, the clamping tool is used to use electromagnetic expansion sleeve, which not only meets the beating error, but also convenient to carry out the fast clamping, and also improve the detection efficiency. After testing and sorting, the design and the use of this mechanism to achieve the switch door, the overall program is reasonable and complete.Keyword: Wheel boss, Circular Runout, Driving mechanism前 言汽车轮毂决定汽车能否更安全和更舒适的高速运行，作为一个起着决定性的汽车零件，其质量的优劣性可直接影响整车的运行性能。我国汽车发展的科技水平也可以通过汽车车毂的研发和生产加以体现和突出，我们也可以这样客观的讲汽车车毂的优劣可以某一层面代表汽车的优劣。如果汽车车轮轮毂加工不合理的话，很容易发生卡胎爆胎的现象，这对于高速行驶的汽车和机动车而言是非常危险的1。 科学研究表明，汽车轮毂会产生径向跳动和轴向跳动，由于两种不平衡的跳动会使车轮产生离心力，此离心力随着车轮变化方向而变化，导致车轮上下跳动和左右摇摆。紧接着就会从发动机传至方向盘使其抖动，从而对汽车产生严重的影响，车速越高，离心力越大，越影响汽车的正常运行。汽车轮毂跳动是一个非常重要的性能指标，它影响汽车运行时的平稳性和安全性。从而可以看出，汽车轮毂的轴向和径向的形状起着决定性左右，加工设计和精度要更高，因为它可直接影响到机动车的安全运行。因此汽车对轴向和径向跳动指标的品质要求越高，我们的检测难度也就越大。综上所述，对轮毂跳动量检测具有现实意义2。1目 录前 言1第一章 绪论11.1 课题的来源及意义11.2 国内外研究概况11.3 汽车轮毂检测的发展趋势11.4 本文主要工作21.5 本章总结2第二章 总体方案设计32.1 设计思想32.2 设计参数的确定32.3 设备总体加工流程图32.4 总体方案设计42.4.1 传送台设计42.4.2 检测台设计52.4.3 拣选台设计52.5 本章总结6第三章 设备机械结构设计73.1 简介73.2 技术要求73.3 检测部分的设计73.3.1 圆跳动的设计原则73.3.2 检测台设计步骤73.3.3 检测台的设计思路83.3.4 检测台部分的计算93.4 气动部分的设计93.4.1 气缸的选型原则93.4.2 气缸的选型103.5 检测台系统的设计113.5.1 主旋转减速机选择113.5.2 电磁胀套的设计123.5.3 升降台的设计143.6 传感器的设计163.7 直线导轨的参数和选型203.7.1 工作载荷的计算213.7.2. 距离额定寿命的计算223.7.3 小时额定寿命的计算233.7.4.联轴器的选用233.7.5 电机的选择与计算263.7.6步进电机的选用273.8 框架的设计303.8.1 材料的选择303.8.2 框架的设计313.9 输送机的设计与选型313.9.1 带式输送机313.9.2 布置方式334.0 本章总结31总结与展望38参考文献39致 谢40第一章 绪论迄今为止，针对传统轮毂跳动量检测设备系统复杂、检测结果精度低的缺点,对传统轮毂跳动量检测机的机械结构、检测方法进行了研究,分析了基于谐波分析法实现轮毂跳动量检测的原理,提出了一种基于DSP控制技术的轮毂跳动量检测系统。根据检测原理设计了以DSP芯片为核心的检测系统的测试平台,并利用该测试平台进行了实验。实验结果表明,基于DSP的新型轮毂跳动量检测机简化了系统,实现检测系统集成化,同时提高了检测系统的检测精度,为进一步实现自动化检测奠定了良好的基础。1.1 课题的来源及意义随着中国汽车行业的迅猛发展，以及汽车零部件不断走出国门，各个轮毂生产厂市场前景广阔。车轮是机车运动中极为重要的部件，轮毂的跳动量是一个非常重要的性能指标，它影响着汽车运行的平稳性及安全性。汽车轮毂的径向跳动和轴向跳动会产生不平衡惯量，对车辆前后桥会施加周期性冲击，使车轮产生离心力。此离心力的方向随车轮的转动而变化，导致车轮上下跳动和左右摇摆，继而通过转向机构传至方向盘使其抖动，从而对车辆的动、静态特性产生严重的影响，车速越高此现象越明显。因此，轮毂跳动量检测势必采用高精度的技术手段。综上所述，对轮毂跳动量检测具有重要意义。1.2 国内外研究概况国外采用高精度的传感器和无损检测技术如光栅及激光传感技术，检测精度要求以达到微米级，并能够计算四次谐波。其轮毂跳动量的主流是采用嵌入式处理核心和上位机相连的数据通信方法。目前国际上的跳动测量机是日本KOKUSAI测量机，德国MAKRA测量机采用手动轮毂装卡，测量误差认为是由产生。日本的是自动装卡其成本太高3。 1.3 汽车轮毂检测的发展趋势自动控制、光栅技术的应用:光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用2个二元一次方程解出温度与应变。区分测量技术大体可分为两类，即，多光纤光栅测量和单光纤光栅测量。 多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅（long period grating）法、双周期光纤光栅法、光纤光栅F-P腔集成复用法、双FBG重叠写入法4。各种方法各有优缺点我国企业正在不断增强自主研发能力。轮毂检测设备因为没有现有的标准和产品做参照，而且要满足用户的特定需要，就要求设计人员既能准确把握客户的诉求，又不能一味迎合客户，而是要考虑到实用性和成本效益。如果不能把握客户诉求，那设计的产品必然无法让客户满意，企业的订单也无法达成。但是一味的按照客户的思路走，设计的产品往往在技术上不成熟，在实用性上也不令人满意，产品投产出现问题的话，依然会导致客户不满。作为该行业的设计人员，要从专业角度和客户角度出发，寻求能得到两者平衡的设计方案，这样才能为企业赢得效益和口碑。提高对产品质量的控制，加强产品的后期服务5。作为工装夹具机械设备，其运行的稳定性和可靠性在很大程度上取决于制造厂商的人员水品和素质。企业要保证产品的质量，就必须在设备的设计、组装和加工阶段都把好质量关。在设备设计阶段，技术人员要经常与设备使用者联系，说明设计的进展状况，对于方案不清楚的地方要及时沟通，搞清楚对方的要求。图纸完成后，技术人员要和使用方的人员进行技术交底，双方要在整体设计、关键部件和工艺要求上面达成共识。在设备制作的加工阶段，要派专人监督，在加工进度、外购件质量、关键组件加工等方面都要把好关。在设备组装完成后，要对设备的整体组装质量进行检测，确认设备是否达到了应有的技术要求，根据检测情况尽快对设备进行改进和调整。在此期间，要对每一次的检测和改进进行详细记录。技术研发的投入和技术人才的培养。企业从事非标机械设备的制造，要想不断做大做强，就必须要不断加大技术研发的投入。当前该行业的市场需求正处于一个迅猛发展期，从事该行业的企业数量众多，但是单个企业规模不大，产品的技术含量也不是很高。有时候企业会因为自身技术达不到而错失大的订单。随着行业的发展，一些实力较强的企业会越来越重视技术研发的工作，通过不断努力提高自身的核心技术水平。同时，企业要获得持续性发展就必须注重技术人才的培养和留用。技术人员可以说是非标机械设备制造企业的骨干，企业才能在竞争中拥有核心竞争力。1.4 本文主要工作本项目为省级科研项目，本设计针对某汽车轮毂端径的专用测量装置，轮辋直径：（1218），轮辋宽度：（38），检测节拍7件/分钟（8-9秒/件），设计精度要求：1)旋转连接部件系统误差应满足：轴向、径向跳动量小于0.05mm。（按16 产品的最大尺寸的标准测量盘为准）；2)工件重复测量误差不得大于0.1mm。(以16产品的最大检测尺寸为准)；3)主轴精度，端径跳动不大于0.02mm。1.5 本章总结在国外有很多轮毂方面的检测，我们应该学习的地方有很多，尤其是在汽车研究的方向。本课题是对汽车轮毂跳动的检测。汽车轮毂跳动是一个非常重要的性能指标，它影响汽车运行时的平稳性和安全性。从而可以看出，汽车轮毂的轴向和径向的形状起着决定性左右，加工设计和精度要更高，因为它可直接影响到机动车的安全运行。因此汽车对轴向和径向跳动指标的品质要求越高，我们的检测难度也就越大。第二章 总体方案设计2.1 设计思想由于产品零件需要进行传输，所以需要一个传输台，轮毂需要从右侧传输台运行至输送台最左端，然后定位开关闭合，使挡板1，2.同时闭合。机械手通过气缸至轮毂正上方，同时手抓与轮毂配合，挡板2下降，机械手把轮毂托至检测台上，机械手收回，检测台下降，至轮毂到主转轴上，电磁脏套工作，使轮毂夹紧，俩个传感器通过电推缸1，2将探头与轮毂指定位置接触，通过主轴旋转测量轮毂的跳动，检测完毕如果合格，拣选台气缸处在上传送台。与此同时检测台上升至初始状态，通过下一个被检测轮毂，将以检测完毕的轮毂推送至拣选台。一次检测完毕。2.2 设计参数的确定详见下图2.2所示：图2.2 车轮总成 2.3 设备总体加工流程2.4 总体方案设计详见图2.4 方案设计：图2.4 方案设计 2.4.1 传送台设计由于某个轮毂在传输过程中需要停止，同时其他轮毂还需要继续进行。所以选用滚筒传输台，图2.4-1为本次设计的传送台。滚筒输送机之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送设备或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。滚筒输送机适用于底部是平面的物品输送，主要由传动滚筒、机架、支架、驱动部等部分组成。具有输送量大，速度快，运转轻快，能够实现多品种共线分流输送的特点6。 图2.4-1 传送台 结构形式：从驱动形式上分为有动力、无动力、电动滚筒等，按布局形式分为水平输送，倾斜输送和转弯输送。 尺寸规格：滚筒输送机内宽度由客户指定，可按客户需求制作，转弯滚线标准转弯内半径为300、600、900、1200mm等，也可按客户需求采用其它特殊规格。直段滚筒所用的滚筒直径有38、50、60、76、89mm等。转弯滚筒的锥度我们会根据输送物体的重量、外形尺寸、线速度等来设计。机架材质：碳钢喷塑，不锈钢，铝型材。 动力方式：减速电机驱动，电动滚筒驱动等形式。 传动方式：单链轮、双链轮、O型皮带、平面摩擦传动带、同步带等。调速方式：变频调速，无级变速等。设备特点：滚筒输送机之间易于衔接过滤，可用多条滚筒线及其它输送设备或专机组成复杂的物流输送系统以及分流合流系统，完成多方面的工艺需要。可采用积放滚筒实现物料的堆积输送。滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便，动力滚筒线考虑链条抗拉强度，最长单线长度一般不超过10米。2.4.2 检测台设计定位方式选用双气缸进行定位，好处是机动性强，能够限制水平自由度，且能够通过plc进行控制，实现自动化。当加工零件到达指定位置时，气缸将夹具顶住，使夹具无法移动，且使用双气缸进行定位，还会避免翻转。2.4.3 拣选台设计使用皮带传送。皮带输送机工作原理，输送带是一条首尾相接的胶带，形成封闭环，套在输送机的驱动滚筒和尾部的改向滚筒上。在输送带中部有许多托辊将其支承，使之保持一定的形状与状态.输送机一端的上方有一装料装置，将物料送到输送带上，另一端有一卸料装置，物料经卸料装置卸下。在碎石生产运输中，卸料一般就在输送机的端部。 图2.4-2、2.4-3分别为拣选台样例及本设计的拣选台。驱动滚筒由电机经减速机带动后，依靠滚简与输送带之间的摩擦力，拖动输送带作循环运动。经装料装置落到输送带上的物料随着带的运动而被运走。 1.皮带输送机主要构造 皮带输送机的主要工作元件是输送带，由输送带的运动来运输物料。固定式带式输送机由输送带、驱动装置、托辊、装料装置、张紧装置等零部件所组成。 2.皮带输送机结构特点 1)输送能力大，功率消耗小。带式输送机工作时，输送带与物料之间没有相对运动，这样，不会因提高运输速度而造成大的磨损。由于与物料无摩擦，其功率消耗就较小。 2)输送距离大，易于布置。输送带是挠性构件，具有输运坡度适应性较强的特点，便于布置为弯曲的形状，在作业场地高低不平时，很容易布置。带式输送机的装料与排料很容易设置，在任何位置都可设置装料与排料接口。 3)构造简单，使用方使。带式输送机中没有结构尺寸大且制造精度高的零件，其金属结构件也很简单。这使得使用、维护、制造都极为有利。除了上述优点外，皮带输送机还具有制造成本低，工作时噪声低，能吸收装料时的冲击等特点。故选用传送带。图2.4-2 样例 图2.4-3 拣选台 2.5 本章总结 在设计的过程中，遇到了很多问题。在选取设计主轴旋转设备中走了很多的弯路，为了理清楚设计思路，我们多其他很多旋转设备拿来进行对比研究，最终选定了设计方案，由机械手拿取，再由主拣选台升降至主轴上。其中轮毂需要由传输机传输至靠近检测台旁边。考虑到很多细节问题，最终选取了传输滚筒这款设备，其优点将在下一章节体现。当设备检测完毕后，要有一个分拣的过程，在这里巧妙的运用开关门这一装置。实现了分拣。第三章 设备机械结构设计3.1 简介根据设备的技术要求和功能要求，大体把设备分为传送部分，手抓部分，检测部分，分拣部分。其中检测部分相对比较重要的部分。3.2 技术要求针对某汽车轮毂端径的专用测量装置，轮辋直径：（1218），轮辋宽度：（38），检测节拍7件/分钟（8-9秒/件），设计精度要求：1)旋转连接部件系统误差应满足：轴向、径向跳动量小于0.05mm。（按16 产品的最大尺寸的标准测量盘为准）；2)工件重复测量误差不得大于0.1mm。(以16产品的最大检测尺寸为准)；3)主轴精度，端径跳动不大于0.02mm。3.3 检测部分的设计3.3.1 圆跳动的设计原则圆跳动分径向端面和斜向三种。跳动的名称是和测量相联系的，测量时零件绕基准轴线回转，测量用指示表的测头接触被测要素，回转时指示表指针的跳动量就是圆跳动的数值。指示表测头指在圆柱面上为径向圆跳动，指在端面为端面圆跳动，垂直指向圆锥素线上为斜向圆跳动7。径向圆跳动只是在某一横剖面测量的跳动量，端面圆跳动只是在端面某一半径上测量的跳动量。（1）实用性原则。实用性是指工装夹具的使用功能，它既表现为技术性能好，能满足装配焊接工艺要求，同时也表现为整个工装系统与人体相适应，操作方便，安全省力，符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能达到最佳状态。3.3.2 检测台设计步骤根据任务书，经审批后就可以进行设计。由于工装夹具设计就是机械设计，所以完全可以按通常机械设计的程序和方法进行，即采用方案设计、技术设计和施工图设计三阶段设计法。拟订装备的结构方案时，使装备具有所需的功能，如装夹、定位、平移等外，还要满足装配工艺特点所提出的各项技术要求。设计方案确定，可以运用工程力学、机械原理、机械零件、机械制图等理论和知识进行后两个阶段的设计和计算。1）准备 ：1.机械装备设计任务书；2.产品的图样及技术要求；分析研究上述原始资料，可了解对装备的基本要求，从而明确设计任务。在此基础上可到市场、同类工厂、用户和科技情报部门进行调研和搜集有关技术资料。技术资料包括夹具零、部件标准、夹具结构图册、产品样本等。2）方案设计： 1.装备的机械化程度和自动化水平；2.通用性，即确定是设计专用装备还是万能装备，并确定其适用范围；3.为实现所需功能，拟采用的原理和相应的机构；4.装备的基本构成和总体布局，主要零、部件的基本结构形式；5.初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。3）绘制总装配图 根据经审定的设计方案进行总装配图设计。在绘制过程中须进行必要的计算，如几何关系计算、初步误差分析、夹紧力计算、传动计算、受力元件的强度和刚度计算等。在总装配图上要标注各部分尺寸和技术要求。凡是影响精度的尺寸都应标注公差。技术要求的内容主要是位置精度要求，以及在视图上无法表达的有关装配、调整、检验、润滑、维护等方面的要求。4）绘制装备的零件图 主要绘制装备中的非标准零件的工作图。5）编制装备设计计算书和使用说明书。3.3.3 检测台的设计思路1. 由于圆度的形状误差只是表达一个表面形状，而跳动给这个形状规定了一个基准即中心轴线。圆度是任一正截面上半径差为某一数值的两个同心圆区域，它的实际尺寸不能走超出给定的尺寸公差范围，实效尺寸就是零件的最大实体尺寸，这就是通常所说的尺寸公差控制形状误差。而圆跳动是有基准轴线的，任一截面的圆表面位置在半径差为某一数值的两个同心圆里，且圆心在基准轴线上，而圆度的圆心是变化的，圆度的实效边界是零件最大实体尺寸加上跳动公差。圆柱度是两个同心圆柱面，相当于圆度和直线度的组合。全跳动相当于在长度方向上所有圆跳动的组合。在实际应用中往往采用相关原则中的最大实体原则来保证装配的互换性。2. 初步设计台面长1300mm，宽900mm，高1730mm。3.3.4 检测台部分的计算如下图3.3-4是主旋转轴。图3.3-4 主旋转头 如下图3.3-5所示，检测台及产品零件：图3.3-5 检测台及产品零件 3.4 气动部分的设计气动部分需要六个气缸，两个气缸（5，6号气缸）用于挡停，防止加工倒序，夹具窜回上一工序，两个气缸用于限位，将夹具部分准确定位，检测完毕后，一个气缸（4号气缸）升出，手抓（2号气缸）移动缸（1号气缸）带动下一个轮毂进行平移。然后通过拣选缸（3号气缸）升出，使得合格的轮毂到上拣选台。详见图3.4。图3.4气动 3.4.1 气缸的选型原则(1) 气缸的选择 1、 类型的选择根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。 2、 安装形式根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。 3、 作用力的大小即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。 4、 活塞行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加1020的余量。 5、活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50800/s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。 首先，根据操作形式选定气缸类型：选定根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定气缸缸径大小。根据工件移动距离气缸行程选定气缸安装型式 选定缓冲器选定磁感开关3.4.2 气缸的选型(1) 挡停气缸的选型5，6号气缸只需要进行挡停，选择普通气缸；气缸无需负载过大的力，空气压力要求0.5mpa，选择气缸缸径32mm；气缸需要连接定位销，所以气缸行程选择100mm；气缸侧面安装在无杆缸上；不需要缓冲主要做用是限位挡停，要求气缸内置磁环。所以选择的气缸型号为SMC DNC-32-100。(2) 升降气缸的选型4号气缸需负载过大的力，空气压力要求0.5mbar，选择气缸缸径63mm；气缸需要连接定位销，所以气缸行程选择200mm；气缸侧面安装在气缸连接底座上；需要缓冲；主要作用是带动检测台移动，要求气缸内置磁环。所以选择的气缸型号为SMC 10A-5_GT_10A-5_63_200。3号气缸需要拣选台进行升降；气缸需负载过大的力，空气压力要求0.5mbar，选择气缸缸径32mm；气缸需要连接定位销，所以气缸行程选择125mm；所以选择的气缸型号为SMC 10A-5_GT_10A-5_32_125。(3) 搬运台气缸的选型1，2号气缸是用来带动手抓及其轮毂平移；需负载大的力，空气压力要求0.5mbar，选择气缸缸径50mm；气缸需要连接定位销，所以气缸行程选择125mm,500mm；气缸两侧侧面安装在平台上；需要单侧缓冲主要做用是带动夹具移动，要求气缸内置磁环。所以选择的气缸型号为SMC 10A-5_GT_10A-5_50_500和SMC 10A-5_GT_10A-5_50_125。 3.4.3 作业顺序：1 .6号5号气缸伸出2. 1号气缸伸出3 .2号气缸伸出4 .5号气缸收回5 .1号气缸收回6 .4号气缸收回5号气缸伸出6号气缸收回7 .2号气缸收回8. 4气缸伸出9 .1号气缸收回，3号气缸伸出3.5 检测台系统的设计3.5.1 主旋转减速机选择由要求知主轴精度，端径跳动不大于0.02mm检测节拍7件/分钟（8-9秒/件）故在选择减速机的时候及其重要，由于国外一些精密减速器的昂贵价格，故选取国内的精密伺服行星减速机，该系列减速器具有性价比高，精度中等、高钢性、高负载、高效率、低惯性、低振动、低噪音、低温升、外观及结构设计轻小等特点,模块化的法兰和轴衬设计,适用与检测轮毂8。故选用上海卓大精密行星减速机，型号：ZBR115-50-P2-S2，如下图3.5所示：图3.5 上海卓大精密行星减速机 安装方法如下图3.5-1所示图3.5-1 安装方法3.5.2 电磁胀套的设计如下图3.5-2所示由于主轴在旋转过程中必须要求同轴度好，并且要求装夹便利，故选取胀套作为关键零件，其优点是胀套联结可以承受多重负载，其结构可以做成多种式样。根据安装负载大小，还可以多个胀套串联使用。联轴器胀套在超载时，将失去联结作用，可以保护设备不受损害。胀套的使用寿命长，强度高。胀套依靠摩擦传动，对被联结件没有键槽削弱，也无相对运动，工作中不会产生磨损。联轴器胀套拆卸方便，且具有良好的互换性。由于胀套能把较大配合间隙的轴毂结合起来，拆卸时将螺栓拧松，即可使被联结件容易拆开。胀紧时，接触面紧密亿贴合不锈蚀，也便于拆开。使用胀套使主机零件制造和安装简单。联轴器安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差。胀套安装时无须加热、冷却或加压设备，只须将螺栓按要求的力矩拧紧即可。且调整方便，可以将轮毂在轴上方便地调整到所需位置。胀套也可以用来联结焊接性差的零件9。（1）胀套的使用寿命长，强度高。胀套依靠摩擦传动，对被联结件没有键槽削弱，也无相对运动，工作中不会产生磨损。 （2）胀套拆卸方便，且具有良好的互换性。由于胀套能把较大配合间隙的轴毂结合起来，拆卸时将螺栓拧松，即可使被联结件容易拆。胀紧时，接触面紧密贴合不易锈蚀，也便于拆开。（3）胀套联结可以承受多重负荷，其结构可以做成多种样式。根据安装负荷大小，还可以多个胀套串联使用。（4）使用胀套使主机零件制造和安装简单。安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差。胀套安装时无须加热，冷却或加压设备，只需将螺栓按要求的力矩拧紧即可。且调整方便，可以将轮毂在轴上方便地调整到所需位置。胀套也可用来联结焊接性差的零件。（5）胀套在超载时，将失去联结作用，可以保护设备不受损害。但是考虑到装夹的过程要快速的完成，所以选择一个快速的装夹机构。图3.5-2 电磁胀套 1为固定轴，它始终与联轴器相连，2为胀套在自然状态下由3弹簧致使2为收缩状态，这样方可轮毂自然下落到其上。当轮毂落到2上时，通过线圈通电将2吸下去，至2胀开夹紧轮毂。通过主轴旋转带动轮毂检测。3.5.3 升降台的设计本次设计中的升降台如图3.5-3所示。图3.5-3 升降台 3.5.3.1 升降台的作用升降台的主要做用是用来升降轮毂被检测，方便快速的测量。（1） 结构设计如下图3.5-3-1图3.5-3-1 结构设计图 1为底座，2为端盘面，3为端盘座，4为导轨滑块，5为导轨，6为气缸，7为气缸座。（2） 固定座材料的选择因为对于固定座强度要求很高，不能使用较软的材料，且固定座应该是一个整体，不能使用螺丝进行机械装配，否则不能保证整体接过的稳定性及精度，所以所选择的材料必须适合进行焊接。综上所述，固定座材料选择q235低碳钢。Q235普通碳素结构钢又称作A3板。Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。优点是q235是低碳钢，具有良好的塑性和焊接性能成型能力很好，所有很多型材（如角钢、圆钢、工字钢、槽钢等材质很多为q235），并具有一定的强度，适合于桥梁、建筑等工程结构，实用性能好，价格相对也很便宜，性价比高。所以选择q235钢。（3） 固定座的结构设计如下图3.5-3-2所示首先固定座必须要有一个固定减速机用来安装，因为根据设计要求，固定在上方不动所以这个固定座顶板不能太长且要有一定的厚度，来承载气液增压缸，保证在工作运动中不变形。固定座顶板长度取155mm，厚度取30mm。固定座立板的长度很重要，既不能太长，根据杠杆原理，太长易变形，也不能太短，需要足够整个压接的距离，同时也需要一定的厚度来保持自身的稳定性，不易变形。所以固定座立板长度取390mm，厚度取30mm与固定座顶板一致，保证美观性。滑轨由于整个固定座需要进行焊接，所以在加工过程中需要留出焊缝，以供焊接所需。固定座的底板主要的作用是将整个焊接好的固定座安装在台面上，为保证精度，留出2个销子孔，用销子进行定位。固定座底板整体是用螺丝安装在台面上，但是不能用沉头孔，选用用m10的螺丝，足够大，能保证稳定性。在固定座底板长度取210mm。厚度取30mm。固定座的整体结构就如上文所诉，单是仅仅只有这个结构的框架，不能保证固定座的稳定性，固定座底板安装在台面上，固定座顶板安装气液增压缸，这样在气液增压缸工作时，固定座立板还是会变形，所以需要在固定座的框架中焊接一些加强肋来完善整体结构的稳定性。我选择用两个厚度为20mm的加强肋安装在固定座顶板和固定座立板的两端，一个厚度相同的加强肋安装在固定座立板和固定座底板的中间。两端的加强肋较短，长度为180mm，中间的较长，长度为360mm。图3.5-3-2 固定座 3.6 传感器的设计（1） 传感器的定义 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显10。 最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:InternationalCommittee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。图3.6 传感器系统框图 传感器系统的原则框图如上图3.6所示，进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。德国和俄罗斯学者认为传感器应是由二部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分。传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。图3.6-1为简单的介绍传感器的作用。图3.6-1 传感器作用 1（2） 接触式厚度传感器通常采用电感式位移传感器、电容式位移传感器、电位器式位移传感器、霍耳式位移传感器等（见位移传感器）进行接触式厚度测量。为了连续测量移动着的材料的厚度，常在位移传感器的可动端头上安装滚动触头，以减少磨损。还常采用两个相同的位移传感器分别安装于被测材料的上下两面，将两个传感器的测量值平均，以提高测量精度。接触式厚度传感器可测量移动速度较低（小于5米秒）的材料,精度可达0.1111。非接触式厚度传感器它的特点是适于连续快速测量，按工作原理可分为电涡流厚度传感器、磁性厚度传感器、电容厚度传感器、超声波厚度传感器、核辐射厚度传感器、X射线厚度传感器、微波厚度传感器等。在选择过程中首选接触式传感器。基恩士位移传感器。如下图3.6-2图3.6-2-1图3.6-2-2所示图3.6-2 基恩士位移传感器 18图3.6-2-1 基恩士位移传感器型号选择 图3.6-2-2 位移传感器型号选择图3.6-3 电推缸检测设备 1检测笔，2调节座，3定位螺钉，4电推缸座，5电推缸（3）传感器较脆弱，故不能太激烈的碰撞。所以选取电推缸检测设备如上图3.6-3所示。 电推缸优点1)闭环伺服控制，控制精度达到0.01mm;精密控制推力，增加压力传感器，控制精度可达1%;很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单。伺服电动缸可以在恶劣环境下无故障，防护等级可以达到IP66。长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。所以可以广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。 2)低成本维护：伺服电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。 液压缸和气缸的最佳替代品：伺服电动缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。 3)配置灵活性：可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件：安装前法兰，后法兰，侧面法兰，尾部铰接，耳轴安装，导向模块等;可以与伺服电机直线安装，或者平行安装;可以增加各式附件：限位开关，行星减速机，预紧螺母等;驱动可以选择交流制动电机，直流电机，步进电机，伺服电机。图3.6-3-1 电推缸 3.7 直线导轨的参数和选型当设备运行时，压接系统会竖直向下运动，随意需要一个直线导轨，来保证运动竖直。直线导轨具有摩擦系数小、不易爬行、便于安装和预紧、结构紧凑等优点，广泛应用于精密机床、数控机床和测量仪器等。其缺点是抗振性较差、成本较高。直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，如图所示。一般滑块中装有两组滚珠，当滚珠从工作轨道滚到滑块端部时，会经端面挡板和滑块中的返回轨道返回，在导轨和滑块之间的滚道内循环滚动。装配时常将两根导轨固定在支承件上，每根导轨上一般有两个滑块，滑块固定在移动件上。若移动件较长，可在一根导轨上装两个以上的滑块；若移动件较宽，可选用两根以上的导轨。两根导轨中，一根为基准导轨，另一根为从动导轨，基准导轨上有基准面A，其上滑块有基准面B。安装时先固定基准导轨，之后以基准导轨校正从动导轨，达到装配要求时再紧固从动导轨。直线滚动导轨副的装置如下图3.7所示图3.7 直线滚动导轨副的装配 3.7.1 工作载荷的计算工作载荷是影响导轨副使用寿命的重要因素。对于水平布置的十字工作台，多采用双导轨、四滑块的支承形式。常见的工作台受力情况如图所示，任一滑块所受到的工作载荷可由以下公式1计算：式中滑块上的工作载荷，单位为kN； F 垂直于工作台面的外加载荷，单位为kN； G 工作台的重力，单位为kN；如图工作台受力示意图距离尺寸，单位为mm图3.7-1 工作台受力示意图 根据计算3.7.2. 距离额定寿命的计算 直线滚动导轨副的寿命计算，是以在一定载荷下行走一定距离后，90的支承不发生点蚀为依据。这个载荷称为额定动载荷Ca该行走距离称为距离额定寿命。滚动体不同时，距离额定寿命L的计算公式也不同。滚动体为球时：滚动体为滚子时：式中 L 距离额定寿命，单位为km 额定动载荷，单位为kN； P 滑块上的工作载荷，单位为kN； 硬度系数; 温度系数; 接触系数; 精度系数; 载荷系数;3.7.3 小时额定寿命的计算根据距离额定寿命，可以计算出导轨副的小时额定寿命，计算公式为： 式中寿命时间，单位为h；L 距离额定寿命，单位为km；S 移动件行程长度，单位为m； 移动件每分钟往复次数。3.7.4. 联轴器的选用联轴器是一种常用的机械传动装置，主要用来联接轴与轴（或连接轴与其它回转零件）以传递运动和转矩。此外，联轴器还具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能。由于制造及安装误差等的影响，通常可根据对各种相对位移有无补偿能力，将联轴器分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两类12。(1) 刚性套筒式联轴器下图3.7-4-1为套筒式联轴器的几种结构。套筒式联轴器结构简单，径向尺寸小，但装拆困难，且要求两轴轴线严格对中，使用受到一定限制。其中图a结构简单，但锥销防松不太可靠。图b加工、安装均容易，但消除周向间隙不可靠。图c完全靠摩擦力传递转矩，结构简单，安装容易，但传递转矩不大。图3.7-4-1 套筒式联轴器 a）锥销联接式：1圆锥销 2套筒 3轴b）键联接式：1轴 2键 3紧定螺钉 4套筒c）螺栓紧固联接式：1轴 2内六角螺栓 3套筒 4压块(2) 挠性联轴器如下图3.7-4-2所示的无键联接挠性联轴器，是机床进给传动中广泛采用的一种无间隙传动联轴器。它不仅可简化联接结构，降低噪音，而且对消除传动间隙，提高传动刚度都有利，主要用于传递较大转矩的场合。当传递小转矩时，如电动机与光电编码器之间的联接，可选用小型的联轴器。如长春光机数显技术有限责任公司生产的小型挠性联轴器，其参数如表所示。图3.7-4-2 挠性联轴器 1压圈 2联轴器具 3，5球面垫圈 4柔性片 6锥环(3) 联轴器选用一般联轴器的选用依据是其工作条件和结构形式。在选型时主要考虑以下几点：1) 选择联轴器的类型根据传递的转矩大小和转速高低，以及对缓冲和振动的要求，参考各类联轴器的特点，选择适用的联轴器类型。2) 计算联轴器的转矩传动轴上的公称转矩T(Nm)可用下式2计算：T=9550XP/N =9550x0.75/100 =72Nm式中 P 传递的功率(kW)；N 轴的转速（r/min）。实际计算时,应将公称转矩T乘以工作情况系数KA，得到计算转矩Tca=KAT。工作情况系数KA 如表3-44所示。3) 确定联轴器的型号根据计算转矩Tca及所选的联轴器类型，在联轴器的标准中按照 Tca T (3-37) 的条件确定联轴器的型号。式中， T 为所选型号联轴器的许用转矩。4) 校核最高转速联轴器工作过程中的最高转速n，不应超过其允许的最高转速nmax，即：n nmax5) 协调轴孔直径多数情况下，每一型号联轴器适用轴的直径均有一个范围，被联接两轴的直径应当在此范围之内。另外，还要根据所选联轴器允许的轴的相对位移偏差，规定部件相应的安装精度。使用有非金属弹性元件的联轴器时，还应注意联轴器所在部位的工作温度不要超过该材料所允许的最高温度。3.7.5 电机的选择与计算步进电机步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移信号的执行元件，每接收一个电脉冲信号，步进电机转过一个步距角。步进电机爪子的角位移与输入脉冲数的个数成正比，转速与输入的脉冲数的频率成正比，转向取决于绕组的通电相序，因此，只要控制好输入电脉冲的数量，频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速、转向。步进电机按照其工作原理分可以分为：反应式，永磁式，和混合式步进电机三种类型。(1) 步进电机的特点：步进电机是用脉冲供电，且按照一定工作方式轮流作用各项磁线圈上，输出角与输入脉冲严格成比例，且时间上同步。步进电机的步距角不收各种因素的干扰。如电压的大小，电流的数值，波形等。速度控制是靠改变冒充的频率实现的。转子的速度主要取决于脉冲信号的频率，总的位移量则取决于脉冲总数。转子惯量小，启停时间短，在通电脉冲内使励磁线圈的电流能快速建立，而在断电时能快速消失。输出转角精度高，无积累误差。步进电机实际步距角与理论步距角总有一定的误差，且误差可以累积，但是每次当步进电机转过一周后，总的误差又回到零步进电机正反转是靠给各相励磁线圈通电顺序的变化来实现的，可以正反转和启动停止。能量效率低，存在失步现象。(2) 步进电机的主要参数及选择。步距角步距角是在没有减速齿轮的情况下，在一个脉冲信号的作用下转子所转过的机械角度。也就是定子控制的通电方式，转子转过的角度。同一台步进电机，如果通电方式不同，运行时步距角也不同，步进电机的步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数、通电方式K有关。公式如下5=,=式子中：-齿距角，; K-通电方式； M-定子绕组的相数； -转子的齿数。当通电方式为单拍或者双拍时，K=1；当通电方式为单一双拍时K=2.1) 最大静转矩和失调角在空载状态下，给步进电机通电，则转子齿的中心线和定子齿的中心线重合，使磁路中的磁阻最小，转子上没有转矩输出，转子处于静止状态。当电机轴上外加一个负载转矩后，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度，转子相对于定子按照一定方向转过一个角度，产生一个抗衡负载的电磁力矩。该角度称为失调角。2) 电机的转速当步进电机的步距角和通电频率确定后，步进电机的转速计算公式为：n=/360*60f式中：f-控制脉冲的频率（）3) 定位转矩步进电机的定位转矩是指步进电机在没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩，反应式步进电机断电时不具备自锁能力，所以没有定位转矩。4) 启动转矩步进电机的启动转矩称为最大负载转矩。它是指步进电机单相绕组励磁是所能带动的极限负载转矩。5) 启动频率、运行频率和矩频特性在负载转矩等于零的条件下，步进电机由静止状态突然启动，不失步的进入正常运行状态允许的最高频率称为启动频率，当步进电机启动后，维持步进电机不失步的最高频率，称为运行频率。运行频率会随着负载的增加而下降。启动频率与机械系统的等效转动惯量、电机转子的转动惯量以及负载转矩有光关。3.7.6 步进电机的选用选用步进电机的时候，首先根据机械结构草图，计算机械传动装置及负载折算到电机轴上的等效转动惯量，然后分别计算各种工况下所需的等效负载力矩。在根据步进电机的最大静转矩和启动、运行频率特性等选择合适的步进电机，具体步骤如下；（1）齿轮传动比i的计算：在传动系统中赢加一对齿轮降速传动。即减速器。根据已知条件，电动机步距角=0.75 ，脉冲当量=0.01， 滚珠丝杠的导程=4，计算齿轮传动比：I=p/360p。本次设计冲并不使用减速器所以i=1.等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转矩的转动惯量的计算为：=式中：、-折算到步进电机轴上的齿轮、链条1、从动轮2、等效转动惯量； -电动机转子的转动惯量。计算大小齿轮的转动惯量，本次设计步进电机与滚珠丝杠直接通过联轴器连接，并没采用减速机构，所以，=0计算电动机转子转动惯量=0.0115（kg）计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量=0.22584（kg）即折算到步进电动机轴上的等效负载转动惯量=0.22584（kg）（2）等效负载转矩计算步进电机转轴上所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的，一种是工作负载为0是 快速空载启动所承受的转矩，另一种是最大工作负载是的负载转矩下面分别计算：计算快速空载启东市的电动机转轴所承受的负载转矩；=式中：-快速空载启东市折算到电动机转轴上的最大加速转矩（Nm）； -移动部件运动时折算到电动机轴上的摩擦转矩（Nm）； -链条预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩（Nm）；=式中：-折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量； -电动机转轴的角加速度； -电动机的转速； -电动机加速所用的时间，一般在0.31s之间选取。其中：=，设步进电机从静止到加速到所需要的时间为0.4秒，传动效率=80%，则；=0