微型軸承外環(huán)外圓直徑自動(dòng)檢測裝置設(shè)計(jì)

微型軸承外環(huán)外圓直徑自動(dòng)檢測裝置設(shè)計(jì),微型軸承外環(huán)外圓直徑自動(dòng)檢測裝置設(shè)計(jì),微型,軸承,外環(huán)外圓,直徑,自動(dòng)檢測,裝置,設(shè)計(jì) 微型軸承外環(huán)外圓直徑自動(dòng)檢測裝置設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 1.1 課題研究的目的意義 軸承是一個(gè)支承軸的零件，它可以引導(dǎo)軸的旋轉(zhuǎn)，也可以承受軸上空轉(zhuǎn)的零件，軸承可分為：滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。一般來說的軸承是滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是一種具有高度互換性的標(biāo)準(zhǔn)件，它具有摩擦力小，啟動(dòng)容易，潤滑簡單，便于更換等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中幾乎是不可缺少的部件。作為重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，滾動(dòng)軸承是各種機(jī)械中傳遞運(yùn)動(dòng)和承受載荷的重要支承零件。 隨著工業(yè)的發(fā)展，對滾動(dòng)軸承的性能，壽命和可靠性提出了更高的要求。滾動(dòng)軸承的性能，壽命和可靠性，取決與設(shè)計(jì)，制造和檢測。檢測是提高軸承性能的重要一環(huán)。 科學(xué)技術(shù)發(fā)展到了今天，人們對自然界的認(rèn)識在很大程度上借助于檢測儀器。工程、醫(yī)學(xué)、科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步，都與檢測技術(shù)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。例如在工業(yè)生產(chǎn)中，為了正確的知道生產(chǎn)操作，保證生產(chǎn)安全，保證產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)地檢測出生產(chǎn)過程中各個(gè)有關(guān)參數(shù)。又例如在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，新的發(fā)明和突破很多都是以檢測性質(zhì)的試驗(yàn)為基礎(chǔ)的。1916年愛因斯坦提出了廣義相對論，由于當(dāng)時(shí)不具備驗(yàn)證的試驗(yàn)條件，而在將近50年的時(shí)間中沒有得到很快的發(fā)展，后來天文學(xué)上的發(fā)現(xiàn)和許多精確的技術(shù)對這個(gè)理論進(jìn)行了成功的驗(yàn)證，才使得廣義相對論得到了重新的認(rèn)識和發(fā)展，這一事實(shí)說明了檢測技術(shù)和科學(xué)技術(shù)之間的密切關(guān)系。從某種意義上來說，檢測技術(shù)是所有科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)檢測技術(shù)又是科學(xué)技術(shù)的重要分支，是具有特殊性的專門科學(xué)和專門技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，檢測技術(shù)也在迅速發(fā)展之中，反過來檢測技術(shù)的發(fā)展又進(jìn)一步促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。 當(dāng)前，軸承檢測的競爭非常激烈，而許多企業(yè)的自動(dòng)化的程度普遍不高，在軸承的檢測方面自動(dòng)化程度明顯不足。由于微型軸承的生產(chǎn)是大批量的，而要求的精度又是相對較高，如果不能實(shí)現(xiàn)檢測的自動(dòng)化，檢測工作不僅需要大量的人力參與，導(dǎo)致勞動(dòng)成本的大幅增加，效果卻并不一定好。這必將制約企業(yè)的發(fā)展。所以在微型軸承行業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化檢測的技術(shù)改造是一項(xiàng)非常迫切的工作。 為了應(yīng)對精密機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品精度的日益提高，更加精密檢測裝置的設(shè)計(jì)改進(jìn)和創(chuàng)新勢在必行。一般的軸承檢測方法還在用半自動(dòng)化與手工相結(jié)合的階段，需要大量人力參與，軸承的檢測 46 質(zhì)量也難以保證。本課題在現(xiàn)有軸承自動(dòng)檢測裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和改進(jìn)出更加精密化和自動(dòng)化的檢測裝置 。 1.2 國內(nèi)外研究狀況 精密機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品精度的日益提高，有力地促進(jìn)了測試技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，使其呈現(xiàn)出多態(tài)性和超精密的特性。軸承加工技術(shù)的進(jìn)步和軸承產(chǎn)品精度的提高，促進(jìn)了軸承檢測儀器及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，納米測量、智能儀器、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)儀器等開始在軸承行業(yè)先進(jìn)企業(yè)應(yīng)用。 中國正在逐步成為世界的產(chǎn)品制造中心，國外的先進(jìn)制造技術(shù)和測試技術(shù)日益沖擊著國內(nèi)的軸承行業(yè)。由于在應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域和國外存在的差距，目前國內(nèi)的軸承檢測儀器設(shè)備仍然與國外的同類先進(jìn)企業(yè)存在著較大的差距。為了滿足軸承行業(yè)的需要，軸承儀器要跟蹤世界先進(jìn)水平，開發(fā)新儀器，改變過去高精度檢測儀器或設(shè)備只能從國外進(jìn)口的局面。 改革開放以后，生產(chǎn)檢測逐步的走向自動(dòng)化?？墒俏覀冊S多廠基本還處于半自動(dòng)化與手工相結(jié)合的階段，需要大量的人力的參與，軸承的檢測質(zhì)量也難以得到保證。目前，我國的各個(gè)企業(yè)間的競爭日益激烈，軸承行業(yè)亦是如此。如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量成了企業(yè)在競爭中取勝的關(guān)鍵因素?？紤]到加入世貿(mào)組織帶來的沖擊，想要和外國的產(chǎn)品相抗衡，軸承的質(zhì)量必須有大幅度的提高。這需要投入大量的資金對設(shè)備進(jìn)行改造。在生產(chǎn)條件一定的前提下，通過對軸承進(jìn)行檢測，將軸承區(qū)分為合格品、次品、廢品等不同的質(zhì)量等級，也不失為一種提高軸承精度的經(jīng)濟(jì)有效的方法。 從最初的游標(biāo)卡尺人工手動(dòng)測量的原始方法，發(fā)展到現(xiàn)在的基于微處理器最新設(shè)計(jì)的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測儀器，具備有振動(dòng)檢測，軸承狀態(tài)分析和紅外線溫度測量功能。其操作簡單，自動(dòng)指示狀態(tài)報(bào)警，非常適合現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)人員監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，保證設(shè)備正?？煽窟\(yùn)行。簡單易用、測試快速、數(shù)據(jù)可靠、低廉的價(jià)格和極高的性價(jià)比。應(yīng)用范圍極廣，適用于各種工礦企業(yè)的現(xiàn)場操作人員，車間級設(shè)備巡檢人員，點(diǎn)檢站點(diǎn)檢人員，熟習(xí)或不熟習(xí)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的設(shè)備管理人員。但是在科研單位卻需要更加精細(xì)的檢測裝置，需要一套機(jī)械裝置完成，而非儀表形式的，需要保證精度誤差。 在軸承檢測中也可以應(yīng)用到圖像處理技術(shù)。利用圖像處理技術(shù)對軸承表面質(zhì)量的檢測進(jìn)行研究,研究的內(nèi)容應(yīng)包含各種可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，如裂損、麻點(diǎn)、剝離、腐蝕、燒附、熱變色等。2007年，寧波工程學(xué)院的陳廉清等對微小軸承的表面質(zhì)量檢測研究有了新的進(jìn)展。在檢測微小軸承無刻印文字表面的缺陷時(shí)，首先對軸承端面進(jìn)行圖像采集，分割出密封蓋端面，然后再對圖像進(jìn)行分割并提取缺陷的邊緣，最后對其進(jìn)行缺陷分析。 模式識別在軸承檢測中也占據(jù)一定地位。模式識別是研究一種自動(dòng)技術(shù)，依靠這種技術(shù)，機(jī)器將自動(dòng)地(或盡量少地干涉)把待識別模式分配到各自的模式類中去。將模式識別應(yīng)用到機(jī)械中，可以很好地滿足現(xiàn)代制造業(yè)對檢測的需求，如零件外形尺寸測量、零件的缺陷檢查、零件裝配、零件的識別等。基于模式識別的軸承在線檢測系統(tǒng)利用模式識別的理論對待檢軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，最終經(jīng)識別判斷分檢出軸承的級別。該系統(tǒng)代替人工對軸承進(jìn)行檢測，有較大的市場前景。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題以旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的滾動(dòng)軸承在線實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測，質(zhì)量檢測為研究方向。開發(fā)出一套能夠自動(dòng)檢測軸承外環(huán)外圓直徑的自動(dòng)檢測線。自動(dòng)流水線主要實(shí)現(xiàn)待測軸承的上料，夾緊，分類等全自動(dòng)流水線動(dòng)作，本設(shè)計(jì)是軸承尺寸測量裝置的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。生產(chǎn)要求工作的生產(chǎn)節(jié)拍是8s。所要檢測的微型軸承的型號是80035，如表1.1及圖1.1所示： 表1.1 軸承參數(shù) 孔 外圓 寬 帶蓋寬 型號對照 舊型號 新型號 5 19 6 6　 80035 635ZZ 圖1.1 80035微型軸承 自動(dòng)檢測裝置由自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)、機(jī)械手三大部分組成。軸承由上料機(jī)構(gòu)沿上料機(jī)送至輸送帶上。輸送帶將微型軸承輸送至機(jī)械手所在位置，機(jī)械手開始動(dòng)作，抓取微型軸承，連接在機(jī)械手部分的電渦流式傳感器就會(huì)對微型軸承進(jìn)行自動(dòng)檢測，數(shù)據(jù)將會(huì)顯示在機(jī)械手控制系統(tǒng)部分的顯示器上。 帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代物料連續(xù)輸送的重要設(shè)備，隨著工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，具有長距離、高帶速、大運(yùn)量特征的大型帶式輸送機(jī)已成為帶式輸送機(jī)發(fā)展的主流。帶式輸送機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，它是由閉環(huán)的承載輸送帶、托輥、驅(qū)動(dòng)裝置、拉緊裝置、改向滾筒構(gòu)成的系統(tǒng)。輸送帶運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)裝置提供：拉緊裝置給系統(tǒng)提供必要的拉緊力；改向滾筒給輸送帶導(dǎo)向；托輥的作用是減小輸送帶的撓度。在輸送機(jī)系統(tǒng)的起、制動(dòng)過程中．主要影響因素是：①輸送帶的力學(xué)性質(zhì)。②輸送機(jī)的運(yùn)行阻力。③驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械特性及其控制方法。④輸送機(jī)的起、制動(dòng)的工況。⑤拉緊裝置的動(dòng)力響應(yīng)。⑥輸送機(jī)的線路和載荷狀況。 送料機(jī)采用同步可控式自動(dòng)上料機(jī)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1）回轉(zhuǎn)隔離器的選擇（2）傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、液壓缸等機(jī)械零部件組成。技術(shù)要求：生產(chǎn)節(jié)拍：（1）生產(chǎn)要求工作的生產(chǎn)節(jié)拍是8s（2）輸送帶步距300～1700mm（3）裝料高度850mm機(jī)械手高度900mm。 要建立完善的軸承檢測體系，必須掌握軸承的標(biāo)準(zhǔn)。對軸承進(jìn)行檢測的主要依據(jù)有三個(gè)： （1）滾動(dòng)軸承檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)，這是軸承檢測的主要依據(jù)。國家標(biāo)準(zhǔn)對軸承檢測的規(guī)定有三條：GB3071-84《滾動(dòng)軸承的公差》，GB3072-84《滾動(dòng)軸承 公差的測量方法》，GB3073-84《滾動(dòng)軸承的一般技術(shù)要求》等。 （2）頒布標(biāo)準(zhǔn)，專用標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如JB/CQ13-87《球軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求》，JB/CQ14-88《滾子軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求》等。 （3）用戶對軸承質(zhì)量的特殊要求。 這三條標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了軸承的檢測參數(shù)和檢測條件。軸承的檢測包括外圓的檢測，內(nèi)圈的檢測，剛球的檢測及保持架的檢測和成品的檢測等。其中對軸承內(nèi)外套圈的檢測包括熱處理檢測，表面質(zhì)量的檢測，外形尺寸的檢測等。對軸承套圈外形尺寸的檢測又包括與寬度有關(guān)的檢測和與直徑有關(guān)的參數(shù)檢測等。最終都是為了確定軸承外圈直徑的確切尺寸。 由于軸承直徑的測量是通過采用V形塊定位來實(shí)現(xiàn)測量的。因此可以滿足尺寸比較接近真實(shí)尺寸。利用微機(jī)進(jìn)行對數(shù)據(jù)的采集，分析，和整理。 目前我國關(guān)于軸承測量的儀器也有，只是在價(jià)格上都比較昂貴，難以讓一些 中小企業(yè)接受，所以企業(yè)在多方尋找不能找到滿足他們心儀的檢測設(shè)備情況下，希望通過與高校合作開發(fā)出一套軸承外圓參數(shù)測量儀器。廠家提出的檢測要求是：檢測精度要求高，要求達(dá)到μm級別的檢測精度；實(shí)現(xiàn)在線測量，測量的速度要跟上生產(chǎn)節(jié)拍，即每8秒鐘要檢測一個(gè)軸承；較低的開發(fā)費(fèi)用。 第2章 軸承的檢測 軸承使機(jī)械機(jī)構(gòu)中的重要構(gòu)件，它的檢測內(nèi)容合檢測方法已經(jīng)由國家標(biāo)準(zhǔn)及其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定。評價(jià)軸承是否合格，需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)對軸承檢測的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的偏差范圍相比較，才能得出結(jié)論。所以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，需要知道國家標(biāo)準(zhǔn)對軸承家測的有關(guān)檢測參數(shù)、檢測條件的規(guī)定，才能正確的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這一章我們首先介紹了軸承的一些基本概念，接著介紹了國家標(biāo)準(zhǔn)對軸承檢測的內(nèi)容的一些相關(guān)規(guī)定，最后提出了我們這套軸承檢測系統(tǒng)的檢測內(nèi)容及其檢測原理。 2.1 軸承的基本結(jié)構(gòu) 軸承是一種支撐或?qū)蜓b置，它決定機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件相對與其他部件的位置。在大多數(shù)情況下，軸承是支承旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械零件，它能夠保證軸的準(zhǔn)確位置并承受軸傳遞的負(fù)荷。軸承按照運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦原理可分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類型。滾動(dòng)軸承又包括滾珠軸承、滾子軸承等，它的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2.1 軸承結(jié)構(gòu)圖 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)是由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體（鋼球或滾子）和保持架四個(gè)零件組成。習(xí)慣上稱為軸承的“四大件”。 1.內(nèi)圈（又稱為內(nèi)套或內(nèi)環(huán)） 通常固定在軸頸上，大多數(shù)情況下，內(nèi)圈與軸一起旋轉(zhuǎn)。內(nèi)圈外表面上有供鋼球或滾子滾動(dòng)的溝槽，稱為內(nèi)溝或者內(nèi)滾道。 2．外圈（又稱為外套或外環(huán)） 通常固定在軸承座或機(jī)器的殼體上起支承滾動(dòng)體的作用。外圈內(nèi)表面上也有供鋼球或滾子滾動(dòng)的溝槽，外溝或外滾道。 3．滾動(dòng)體（鋼球或滾子） 每套軸承都配有一組或者幾組滾動(dòng)體，裝在內(nèi)圈和外圈之間，起滾動(dòng)和傳遞力的作用。滾動(dòng)體是承受負(fù)荷的零件，其形狀、大小和數(shù)量決定了軸承承受載荷的能力和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的性能。 4．保持架（又稱隔離器） 將軸承中的滾動(dòng)體均勻的相互隔開，使每個(gè)滾動(dòng)體在內(nèi)圈和外圈之間正常地滾動(dòng)。此外，保持架還具有引導(dǎo)滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)，改善軸承內(nèi)部潤滑條件，以及防止?jié)L動(dòng)體脫離等作用。 當(dāng)然，軸承根據(jù)不同的需要，可以有不同的形式，并不局限于上述結(jié)構(gòu)，例如為了提高軸承的承載能力，增加滾動(dòng)體數(shù)量而省略了保持架；為減少機(jī)械部件設(shè)計(jì)的空間而選用無外圈或者無內(nèi)圈的軸承等?！八拇蠹辈积R全（必須有滾動(dòng)體），但都為基本結(jié)構(gòu)的變形。 2.2 軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 2.2.1軸承檢測的標(biāo)準(zhǔn) 軸承的檢測是個(gè)全面的系統(tǒng)化的過程，它包括很多方面的內(nèi)容和要求。它的檢測必須符合相關(guān)的軸承檢測標(biāo)準(zhǔn)。 對軸承質(zhì)量進(jìn)行檢測的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)： （1）滾動(dòng)軸承檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)，這是軸承檢測的主要依據(jù)。如GB307.1-84《滾動(dòng)軸承公差》GB307.2-84《滾動(dòng)軸承公差的測量方法》、GB307.3-84《滾動(dòng)軸承的一般技術(shù)要求》等。 （2）頒標(biāo)準(zhǔn)、專用標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如JB/CQ13-87《球軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求》、JB/CQ14-88《滾子軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求》等。 2.2.2軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 1.用戶對軸承質(zhì)量的特殊要求： 軸承包括外圈、內(nèi)圈、鋼球和保持架四部分，相應(yīng)軸承的檢測也包括外圈的檢測，內(nèi)圈的檢測，鋼球的檢測以及保持架的檢測四部分。四個(gè)單項(xiàng)都合格并不能表明軸承是合格的，最后，軸承裝配好了以后，還要進(jìn)行軸承的成品檢測。 2.軸承檢測的條件 國家標(biāo)準(zhǔn)不僅對軸承檢測的內(nèi)容作了規(guī)定，而且對軸承檢測時(shí)應(yīng)滿足的條件足額作了規(guī)定。在設(shè)計(jì)軸承檢測儀器以及進(jìn)行軸承檢測時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。下面介紹軸承檢測時(shí)應(yīng)滿足的條件。 （1）測量溫度 測量的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20oC。但由于被測軸承與標(biāo)準(zhǔn)件用相同的材料制造，因此，測量時(shí)只要使被測軸承。標(biāo)準(zhǔn)件或量塊以及測量用的儀器處于同一溫度，即使溫度不等于20oC，也不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生大的影響。 （2）測量的尺寸基準(zhǔn) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB307.2-84《滾動(dòng)軸承 公差的測量方法》中規(guī)定的尺寸公差，當(dāng)用相對測量法進(jìn)行測量時(shí)，作為比較測量的尺寸基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)件或量塊。量塊必須符合JB1078-67《量塊》的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)件必須符合行業(yè)或者軸承制造廠主管部門的規(guī)定。 （3）測量儀表 測量時(shí)，所使用的儀表必須經(jīng)過校準(zhǔn)，并且具有與所測軸承相適應(yīng)的精度及放大比。 （4）測量誤差 測量過程中產(chǎn)生的測量誤差原則上為公差值的10％以下。測量中一定要按被測量軸承的公差范圍來選擇適當(dāng)?shù)木鹊膬x表以及環(huán)境條件等，使測量誤差控制在一定的范圍之內(nèi)。 （5）測量的基準(zhǔn)面 測量的基準(zhǔn)面應(yīng)該是軸承制造廠主管設(shè)計(jì)部門規(guī)定的可作為測量基準(zhǔn)的端面。一般指套圈的非打印端面。對角接觸球軸承和圓錐滾子軸承是指承受力的端面。 （6）儀器的測點(diǎn)和支點(diǎn)的材料和表面粗糙度 儀器測點(diǎn)和支點(diǎn)的材料以及測量表面的粗糙度應(yīng)根據(jù)被測表面而定，一般可采用硬質(zhì)合金制作。對于終加工后的套圈和滾動(dòng)體的工作表面，儀器的測點(diǎn)和支點(diǎn)不允許采用硬質(zhì)合金制造，應(yīng)采用瑪瑙制作，其測量表面的表面粗糙度應(yīng)小于0.16微米。 3.檢測方法 根據(jù)檢測信號不同,常用的診數(shù)據(jù)手段有: 機(jī)械檢測:包括振動(dòng)檢測、噪聲檢測、超聲波檢測、激光檢測、轉(zhuǎn)速所壓檢測等多種檢測方法。 油質(zhì)檢測：包括光譜檢測、鐵譜檢測、法污染檢測和粘度檢測等。 溫度檢測：點(diǎn)溫檢測、紅外成像檢測等。 電器檢測：包括絕緣檢測、介質(zhì)損耗檢測等。 本課題研究對象滾動(dòng)軸承的檢測手段根據(jù)軸承的失效形式不同而不同，文[3]中提出主要使用的檢測方法有振動(dòng)及噪聲檢測法等。其中以振動(dòng)檢測法使用得最為廣泛，基本上可以使用于所有的失效形式，本課題的研究也是基于振動(dòng)檢測法的。 2.3 測量用電渦流式傳感器 金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器就是在這種渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立起來的。要形成渦流必須具備下列二個(gè)條件：①存在交變磁場；②導(dǎo)電體處于交變磁場之中。因此，渦流式傳感器主要由產(chǎn)生交變磁場的通電線圈和置于線圈附近因而處于交變磁場中的金屬導(dǎo)體兩部分組成。金屬導(dǎo)體也可以是被測對象本身。 如圖,采用非接觸式電渦流傳感器： 圖2.2 電渦流傳感器示意圖 2.4 本章小結(jié) 本章主要描述了微型軸承的主要結(jié)構(gòu)，外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架構(gòu)成。微型軸承檢測的內(nèi)容以及檢測的基本要求，本課題研究對象滾動(dòng)軸承的檢測手段根據(jù)軸承的失效形式不同而不同，文[3]中提出主要使用的檢測方法有振動(dòng)及噪聲檢測法等。其中以振動(dòng)檢測法使用得最為廣泛，基本上可以使用于所有的失效形式，本課題的研究也是基于振動(dòng)檢測法的。簡單對檢測用傳感器做出介紹。 第3章 微型軸承自動(dòng)檢測線設(shè)計(jì) 3.1 內(nèi)容簡介 1. 工件自動(dòng)輸送線 工件輸送裝置是生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成部分，它將被加工工件從一個(gè)工序傳送到下一個(gè)工序。為保證生產(chǎn)線按規(guī)定節(jié)拍連續(xù)工作提供條件，并從結(jié)構(gòu)上把生產(chǎn)線上眾多加工設(shè)備連接成為一個(gè)整體，生產(chǎn)線的總體布局和結(jié)構(gòu)形式往往取決于工件的輸送方式以及對工件輸送裝置的基本要求。 在設(shè)計(jì)和選擇工件的輸送裝置時(shí)，除考慮要滿足結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和便于布置外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1） 、輸送速度適宜，盡量減少生產(chǎn)線的輔助時(shí)間； （2） 、輸送裝置的工作精度要滿足工件（或隨行夾具）的定位要求； （3） 、輸送過程中要嚴(yán)格保持工件預(yù)定的方位； （4） 、輸送裝置應(yīng)與生產(chǎn)線的總體布局和結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)。 2.搬用機(jī)械手 工業(yè)機(jī)器人（通用及專用）一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。 3.2總體方案的確定 3.2.1方案選擇 本課題以旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的滾動(dòng)軸承在線實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測，質(zhì)量檢測為研究方向。目標(biāo)是開發(fā)出一套能夠自動(dòng)檢測軸承外環(huán)外圓直徑的自動(dòng)檢測線。自動(dòng)流水線主要實(shí)現(xiàn)待測軸承的上料，夾緊，測試，分類等全自動(dòng)流水線動(dòng)作，設(shè)計(jì)工作涉及氣動(dòng)，機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作的核心部分，整體設(shè)計(jì)涉及到計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)，模擬電子線路設(shè)計(jì)，控制理論以及數(shù)字信號處理等多方面的知識，整個(gè)系統(tǒng)是融合了機(jī)，電，氣等多領(lǐng)域的數(shù)字控制系統(tǒng)。此次設(shè)計(jì)的是軸承直徑測量裝置的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。 方案一： 圖3.1 總體框圖1 圖3.1 總體框圖1 自動(dòng)檢測裝置由自動(dòng)上料裝置、輸送機(jī)、機(jī)械手三大部分組成。軸承由上料機(jī)構(gòu)沿上料機(jī)送至輸送帶上。輸送帶將微型軸承輸送至機(jī)械手所在位置，機(jī)械手開始動(dòng)作，抓取微型軸承，然后伸向電渦流式傳感器所在的部位，電渦流式傳感器對軸承進(jìn)行自動(dòng)檢測，數(shù)據(jù)將會(huì)顯示在機(jī)械手控制系統(tǒng)部分的顯示器上。 方案二：流水線具有自動(dòng)送料，自動(dòng)檢測功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)均為氣缸，可靠且無污染。（軟件通過ＩＯ卡控制繼電器開斷，從而控制氣缸的動(dòng)作。當(dāng)流水線動(dòng)作進(jìn)行到加壓氣缸將待測軸承頂?shù)叫D(zhuǎn)軸上的時(shí)候，測頭由氣缸驅(qū)動(dòng)下移，頂在軸承的外圈，使得軸承外圈不動(dòng)，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，在等待一定時(shí)間后，計(jì)算機(jī)進(jìn)入信息采集程序模塊。在計(jì)算機(jī)采樣的過程中，所有的氣缸都處于靜止?fàn)顟B(tài)，以免對軸承振動(dòng)的檢測帶來影響 撥桿機(jī)構(gòu)（控制撥桿上下左右移動(dòng)） 傳送帶 推送氣缸 去廢氣缸 推送氣缸 去廢氣缸 導(dǎo)軌 Ａ區(qū) Ｂ區(qū) 送料氣缸 有無料開關(guān) 有無料開關(guān) 翻身氣缸 成品存放處 圖3.2 總體框圖2 流水線示意如圖3.2所示： 流水線的工作流程：首先由傳送帶帶動(dòng)要測試的軸承，計(jì)算機(jī)讀取有料信號，判斷有料，由送料氣自缸推緊送料，計(jì)算機(jī)讀取送料氣缸到位信號，到位則送出翻身氣缸動(dòng)作信號，翻身缸將軸承送上導(dǎo)軌，桿下移，右移，將待測軸承送到A區(qū)工位，推送氣缸推送軸承上軸，測頭下壓，進(jìn)入測量程序，測量完畢后推送軸承退位，桿右移，進(jìn)入去廢工序，計(jì)算機(jī)根據(jù)軸承振動(dòng)信號程序處之后得到的軸承合格與否來控制去廢氣缸，如果合格，則翻身氣缸將軸承翻轉(zhuǎn)180度以后，進(jìn)入B區(qū)進(jìn)行與A區(qū)工序類似的過程。在測試過程中，線上最多同時(shí)可以有6個(gè)軸承在各自工位，這六個(gè)工位分別是送料工位，A區(qū)待測式位，A區(qū)去廢工位，翻身工位，B區(qū)待測工位，B區(qū)去廢工位。經(jīng)過上述工序，如果軸承還在線上則進(jìn)入合格品區(qū)存放。 兩個(gè)方案各自都有自己的優(yōu)點(diǎn)，但第二種方案用多個(gè)氣缸控制較復(fù)雜，比較后選擇第一種。 3.2.2設(shè)計(jì)要求 微型軸承80035外環(huán)外圓直徑自動(dòng)檢測線，檢測節(jié)拍為8秒，采用電渦流傳感器檢測，工件自動(dòng)輸送，自動(dòng)定位，用微機(jī)進(jìn)行控制。 在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本，往往把加工裝備按工件的加工工藝順序依次排列，并用一些輸送裝置與輔助裝置將它們連接成為一個(gè)整體，被加工工件按其工藝規(guī)程順序地經(jīng)過各臺加工裝備，完成工件的全部加工過程。檢測線由輸送裝備、輔助裝備、控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)所組成。 由于是單一零件的檢測，故采用單一產(chǎn)品固定節(jié)拍檢測線，其特點(diǎn)是： （1）這種自動(dòng)檢測線由自動(dòng)化程度比較高的輸送裝備和輔助裝備所組成，監(jiān)測單一的產(chǎn)品，檢測線率高。由于這類線的專用性強(qiáng)，較難進(jìn)行改造以適應(yīng)其它產(chǎn)品，故這樣的輸送線屬于大量生產(chǎn)類型，精度穩(wěn)定性要求高，可持續(xù)生產(chǎn)多年。 （2）輸送線所有設(shè)備的工件節(jié)拍等于或成倍于生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。工作節(jié)拍成倍于生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的設(shè)備需要配置多臺并行工作，以滿足每個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍完成一個(gè)工件的檢測任務(wù)。 （3）生產(chǎn)線的檢測裝備按產(chǎn)品的工藝流程布局，工件沿固定的路線，采用自動(dòng)化的物流輸送裝置，嚴(yán)格按檢測線的檢測節(jié)拍，強(qiáng)制地從一臺設(shè)備輸送到下一臺設(shè)備。 （4）由于工件的輸送和檢測嚴(yán)格的按檢測節(jié)拍運(yùn)行，如果檢測線上發(fā)現(xiàn)廢品，可以運(yùn)用特殊裝置將其剔除。 3.2.3各個(gè)聯(lián)系尺寸的確定 1.生產(chǎn)節(jié)拍：生產(chǎn)要求工作的生產(chǎn)節(jié)拍是8s。 2.輸送帶步距的確定 輸送帶步距L是指輸送帶上兩個(gè)工件之間的距離。既要考慮機(jī)床間有足夠的距離，又要盡量縮短自動(dòng)線的長度。一般通用的輸送線的步距取300～1700mm，按圖3.3來進(jìn)行確定： 圖3.3 輸送帶步距的確定 根據(jù)實(shí)際要求和設(shè)計(jì)中的時(shí)間分配，為了避免機(jī)械手在取回前一個(gè)軸承之后以及再次伸展抓取之前不能對下一個(gè)軸承很好的抓取，所以特地留取了一定的裕量。機(jī)械手開始伸展時(shí)，讓軸承中心和機(jī)械手抓取的中心線留取32mm，機(jī)械手用0.4s的時(shí)間完成這個(gè)動(dòng)作。最終我們根據(jù)留取的裕量計(jì)算出帶的速度80mm/s，因?yàn)樯a(chǎn)的節(jié)拍是4s，所以每兩個(gè)軸承之間的距離就可以計(jì)算出來是320mm。這樣的話，我們就可以選擇輸送裝置的行程長度L＝320mm； 3.裝料高度的確定 選擇裝料高度，應(yīng)考慮操作人員看管、調(diào)整和維修設(shè)備的方便性，一般取800～1200mm為宜。設(shè)計(jì)中由于需要，裝料高度應(yīng)取低一些，我們?nèi)?50mm。 4.機(jī)械手高度的確定 根據(jù)裝料高度，可以大致確定機(jī)械手的高度，約900mm左右。 3.2.4輸送線工作循環(huán)周期 生產(chǎn)線工作循環(huán)周期表反映了生產(chǎn)線各臺設(shè)備及輔助裝置的動(dòng)作順序、動(dòng)作時(shí)間、節(jié)拍時(shí)間、工作循環(huán)和各機(jī)構(gòu)的一部分互鎖要求，是電氣、液壓、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 1.工作循環(huán)周期的確定 （1）根據(jù)所制定的輸送線的工藝和結(jié)構(gòu)方案，定出各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序及互鎖要求，計(jì)算出各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間。 （2）在周期表上，以橫坐標(biāo)表示時(shí)間，以min為單位；縱坐標(biāo)表示各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，并按動(dòng)作順序排列。用箭頭表示控制信號的發(fā)出和動(dòng)作順序，粗實(shí)線表示動(dòng)作時(shí)間長短，通過箭頭使其首尾相接起來，即為一個(gè)完整的工作循環(huán)。 2.輸送線主要機(jī)構(gòu)互鎖要求 輸送線各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是按一定的順序進(jìn)行的，它們之間有著嚴(yán)格的互鎖要求。輸送帶向前，即生產(chǎn)線開始工作，應(yīng)具備的條件為： （1）夾具必須處于松開拔銷狀態(tài)； （2）各運(yùn)動(dòng)部件，例如上料裝置、機(jī)械手、圓錐推銷等，必須處于原位。 3.輸送線基本工藝時(shí)間和輔助時(shí)間計(jì)算 （1）基本工藝時(shí)間：8s （2）工件夾緊時(shí)間：一般取0.03～0.1min 4.工作循環(huán)周期 輸送機(jī)與回轉(zhuǎn)隔離器的運(yùn)動(dòng)是通過單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的，回轉(zhuǎn)隔離器檢測到有料時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)90度，將料傳送到輸送帶上，輸送帶間隔運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械手的中心線位置有一個(gè)傳感器，當(dāng)軸承的中心線與機(jī)械手的中心線重合時(shí)，輸送帶停止4s,機(jī)械手進(jìn)行伸縮與抓取運(yùn)動(dòng)，將其輸送到渦流傳感器位置進(jìn)行檢測，檢測完畢后機(jī)械手將軸承輸送到初始位置，機(jī)械手返回原來狀態(tài)。 3.2.5電動(dòng)機(jī)選擇 考慮到軸承的間隔抓取，這里選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號變換成角位線（或線位移）的電磁裝置，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因此只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在無脈沖輸入時(shí)，在繞組電源激勵(lì)下，氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置而處于自鎖狀態(tài)。 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。 a.步距角的選擇 ??電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。這里要求的精度相對要求比較高，所以我們選用0.36度/0.72度（五相電機(jī)）。 b.靜力矩的選擇 ??步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸） c.電流的選擇 ??靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） 綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟： 圖3.4 電動(dòng)機(jī)選擇步驟 根據(jù)手冊[2]表22-3-67選160BF1-3，β=0 .75/1.5。 3.3 本章小結(jié) 本章主要講述了微型軸承檢測線的基本內(nèi)容，由輸送線和機(jī)械手構(gòu)成。確定了檢測方案以及要滿足的設(shè)計(jì)要求，確定了檢測線的循環(huán)周期。最后對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇，根據(jù)需求選擇步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。 第4章 輸送機(jī)設(shè)計(jì) 4.1 帶式輸送機(jī)簡介 4.1.1輸送機(jī)的發(fā)展 帶式輸送機(jī)的產(chǎn)生已有150年的歷史，早期的輸送帶是用皮革之類材料制成，后來用皮革家纖維織物制造。1795年在美國費(fèi)城DLiver Evans將輸送帶描述為：在一個(gè)框或著槽里的兩個(gè)滾筒上旋轉(zhuǎn)的博而柔軟的寬環(huán)皮帶或帆布帶。1858年ST.Pmake 取得織物增強(qiáng)的橡膠輸送帶的專利權(quán)。1863年D.C.Dodge關(guān)于處理谷物的輸送帶被授予美國專利。1892年Thomas Robins發(fā)明的槽型結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)在礦物工程中應(yīng)用。此后隨著物料輸送量的增大，帶式輸送機(jī)取得了巨大的發(fā)展，出現(xiàn)了大量新型結(jié)構(gòu)和新型帶式輸送機(jī)。諸如：大傾角帶式輸送機(jī)（包括：深槽帶，花紋帶，波紋擋邊以及壓帶式輸送機(jī)），管狀帶式輸送機(jī)，氣墊帶式輸送機(jī)等。帶式輸送機(jī)已成為最重要的散狀物料連續(xù)輸送設(shè)備，它不僅應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部的運(yùn)輸，也拓展到企業(yè)外部輸送，廣泛應(yīng)用于冶金，礦山碼頭，糧食和湖工等領(lǐng)域。 4.1.2輸送機(jī)工作原理 圖4.1 輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖 帶式輸送機(jī)以輸送帶作為牽引結(jié)構(gòu)，同時(shí)它又是承載構(gòu)件，如上圖輸送帶1經(jīng)過傳動(dòng)滾筒2和改向滾燙3形成環(huán)帶，上下輸送帶有拖輥4支承，拉緊裝置5給輸送帶以正常的張力，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒，通過傳動(dòng)滾筒和輸送帶的摩擦力帶動(dòng)輸送帶的運(yùn)動(dòng)。 4.1.3帶式輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 帶式輸送機(jī)與其它類型的輸送設(shè)備相比，具有優(yōu)良的性能，在連續(xù)的情況下能連續(xù)運(yùn)輸，生產(chǎn)率高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，輸送連續(xù)均勻，工作過程中噪聲小，結(jié)構(gòu)簡單，能量消耗小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，維修方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及確定方操作等優(yōu)點(diǎn)，因此，我們選用帶式輸送機(jī)。 三維造型效果圖： 圖4.2 輸送機(jī)三維圖 4.2 輸送機(jī)各部分的設(shè)計(jì) 4.2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 帶式輸送機(jī)的機(jī)架形式的選擇取于地形天氣安全環(huán)保等條件以及輸送物的性質(zhì)，服務(wù)年限，移動(dòng)或固定運(yùn)輸方式是否有沖擊，輔助設(shè)備等因素。鋼鐵廠，礦山和發(fā)電廠的輸送機(jī)的機(jī)架與化工廠，食品廠的機(jī)架盡管看似相同，而在實(shí)際設(shè)計(jì)中有很大的差別。因而在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意他們的區(qū)別。輸送帶式輸送機(jī)機(jī)架可以分為頭架，尾部和中間架。 梁架的結(jié)構(gòu)形式，它是用角鋼或槽鋼作為橫梁，用固定到地面的型鋼或管作為它的支腿。這樣輸送機(jī)機(jī)架非常簡單是經(jīng)濟(jì)上最合理的形式，其固定或廣泛應(yīng)用于鋼鐵廠發(fā)電廠化工廠礦山等領(lǐng)域。對于需要移動(dòng)的輸送機(jī)可以將其支腿固定在枕木上以使其具有移動(dòng)性，對于梁架的結(jié)構(gòu)需要注意的是在固定的情況下橫梁和支腿之間的連接是因?yàn)檩斔图斑\(yùn)行過程中有震動(dòng)有可能使螺栓的松動(dòng)而發(fā)生事故。梁選用槽鋼。 4.2.2 帶的選擇 膠帶是帶式輸送機(jī)重要的部件之一，它既是承載件，又是傳力件。在帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，膠帶受各種大小和性質(zhì)不同的載荷作用，處在極其復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下。同時(shí)，它的費(fèi)用約占整個(gè)帶式輸送機(jī)費(fèi)用的一半，在經(jīng)濟(jì)上起著舉足輕重的作用。 膠帶按結(jié)構(gòu)可分為織物芯膠帶和鋼絲繩芯膠帶?？椢镄灸z帶包括普通帆布芯、維尼綸芯及尼龍芯膠帶等類型，它由帶芯和上廠覆蓋殿組成。帶芯內(nèi)用經(jīng)線和緯線編織的布層做成、其作用是承受載荷、傳遞牽引力以及裝卸點(diǎn)物料對膠帶的沖擊力。 初步選擇普通運(yùn)輸帶，根據(jù)主要用于通用固定式小傾斜的帶式輸送機(jī)采用單點(diǎn)或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的的特點(diǎn)，我們這里的輸送機(jī)對帶的要求主要是考慮到帶的摩镲力，使得微型軸承在帶上有良好的位置精度。 圖4.3 皮帶示意圖 根據(jù)下表初選輸送帶為： 表4.1 輸送帶型號 初選NN-100（錦綸尼龍帆布芯） 覆蓋膠代號：NR（天然橡膠）或PVI（聚氯乙烯） 扯斷強(qiáng)度：σ=100（N/mm）層 輸送帶的層數(shù)Z初選Z=2 輸送帶的芯層每層厚度dz 芯層每層質(zhì)量Zw 按照[2]表4-2 dz=1.00 Zw=1.02kg/m3 輸送帶上覆蓋膠的厚度Ao 上覆蓋膠質(zhì)量Aw 按照輸送運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊表4—2規(guī)定?。? Ao=1.5mm Aw=1.70kg/m3 輸送帶下覆蓋膠厚度Bo 下覆蓋膠質(zhì)量Bw 按照輸送運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊表4—2規(guī)定取 Bo=1.5mm Bw=1.70kg/m2 計(jì)算輸送帶的厚度d: d =Zdz +Ao+Bo=5mm 計(jì)算選用輸送帶每米長度的質(zhì)量qB qB=(zZw + aw + bw)B=0.68kg/m 4.2.3 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 1.驅(qū)動(dòng)裝置介紹 驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力來源，電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與滾筒傳動(dòng)，依靠滾筒和輸送帶之間的摩擦力使輸送帶運(yùn)動(dòng)，一般來說：使用最少數(shù)量的設(shè)備的簡單驅(qū)動(dòng)裝置是最好的驅(qū)動(dòng)裝置，然而驅(qū)動(dòng)裝置有時(shí)還可能配置一些特殊用途設(shè)備，用來改善輸送機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。 2.帶式輸送機(jī)對系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的基本要求： （1）驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)該具有良好的啟動(dòng)性能，具有大的啟動(dòng)力矩以使輸送機(jī)具有有載啟動(dòng)。 （2）啟動(dòng)過程中具有足夠小合理的加速度以減少各承載部件載荷。 （3）多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)使各電動(dòng)機(jī)負(fù)荷均勻。 （4）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊小，最好使電動(dòng)機(jī)無載荷啟動(dòng)。 （5）驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)該具有很高的傳動(dòng)效率。 （6）啟動(dòng)時(shí)和穩(wěn)定運(yùn)行階段有可靠的過載保護(hù)能力。 （7）驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)該具有良好的可靠性 控制啟動(dòng) 停車時(shí)速度 加減速度 （8）盡量使電動(dòng)機(jī)空載荷啟動(dòng)，錯(cuò)開啟動(dòng)時(shí)各電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間：減少電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)，有可能時(shí)可在輸送機(jī)停止時(shí)不必停電機(jī)。 （9）裝備包括自監(jiān)控，自診斷功能的控制器。 3.電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 （1）首先計(jì)算輸送機(jī)總阻力 （4.1） K——在改向滾筒，裝載點(diǎn)和其他特點(diǎn)上的總的局部阻力系數(shù)，K=0.9。 ——輸送機(jī)水平投影長度。=2000mm。 ——托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分的線載荷。 ——上，下托輥?zhàn)枇ο禂?shù)。由[1]表2-35根據(jù)工作環(huán)境：少量塵埃，正常濕度，屋內(nèi)，所以選。 ——輸送帶線載荷。 ——被輸送物料的線載荷。 輸送帶線載荷： （4.2） Z——膠帶墊層數(shù)。取Z=3。 ——帶襯墊厚度。取。 ——分別為上下覆蓋面膠厚度。。 =47 托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分的線載荷： ——分別為有載，無載分支上，下托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量。 ——分別為上，下托輥間距。 ； 。 被輸送物料的線載荷 Q——輸送量。個(gè)。 輸送機(jī)總阻力 ： （2） 傳動(dòng)滾筒功率 （3）輸送帶的最大張力計(jì)算 （4.3） 取包角，選光面滾筒，環(huán)境干燥。 由表2-39[1]選 所以： 電動(dòng)機(jī)的功率： 4.2.4 拉緊裝置的選擇設(shè)計(jì) 張緊裝置主要是保證輸送帶有足夠的張緊力，使驅(qū)動(dòng)滾筒產(chǎn)生足夠的摩擦力，使輸送帶向前運(yùn)動(dòng)。張緊裝置可分為螺旋式、車式和重錘式。一般情況下采用螺旋式和車式張緊。 裝置放在輸送機(jī)尾部，也可放在其他適當(dāng)部位；重錘式放在其他合適的部位。在本設(shè)計(jì)中綜合設(shè)備生產(chǎn)成本和確保設(shè)備的安全運(yùn)行，就采用尾部螺旋式拉緊，其拉緊力可根據(jù)工人經(jīng)驗(yàn)調(diào)試但必須保證設(shè)備輕盈運(yùn)轉(zhuǎn)和安全。在本設(shè)計(jì)中采用的是螺桿拉緊方式具有簡單，易調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)帶寬120mm,由此選擇型號DTⅡ01D1，具體參數(shù)詳見[2]圖DTⅡD-1。 4.2.5 滾筒設(shè)計(jì) 1.滾筒的結(jié)構(gòu) 滾筒組是帶式輸送機(jī)的主要部件，按照在輸送機(jī)中所起的作用，滾筒可分為傳動(dòng)滾筒和改向滾筒兩大類，傳動(dòng)滾筒的作用是將驅(qū)動(dòng)裝置提供的扭矩傳到輸送帶上，改向滾筒包括用于輸送帶在輸送機(jī)端部的改向，增加傳動(dòng)滾筒包角的導(dǎo)向滾筒，拉緊滾筒和用于拉緊導(dǎo)向滾筒。滾筒組有滾筒軸，軸承座，輪轂，輻板，筒殼等部分組成，有的滾筒還有輪轂和滾筒軸連接件，輪和轂輻板連接件。一般地，傳動(dòng)滾筒的表面覆蓋有橡膠或陶瓷以增大驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)。滾筒的軸承一般用球面調(diào)心滾子軸承。 滾筒包膠的主要優(yōu)點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)大，保證傳動(dòng)的精確性，包膠是在光面鋼制滾筒上表面上用冷粘或硫化一層橡膠。 傳動(dòng)滾筒是傳遞帶式輸送機(jī)功率的圓柱形筒，而改向滾筒僅作為引導(dǎo)輸送帶改變方向的圓柱形筒。改向交通筒不承擔(dān)轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)比較簡易。傳動(dòng)滾筒和驅(qū)動(dòng)裝置相聯(lián)，是帶式輸送機(jī)最重要的部件，驅(qū)動(dòng)功率的大小往往取決于傳動(dòng)滾筒表面同輸送帶之間的磨擦系數(shù)和輸送帶在該滾筒上的包角，所以值得深入研究。滾筒的寬度決定于帶寬。滾筒寬度大于膠帶寬度的原因是考慮到膠帶在滾筒上可以容許的跑偏。 2.滾筒的直徑 傳動(dòng)滾筒表面有裸露光鋼面，人字形，菱形花紋橡膠覆面。小功率、小帶寬及環(huán)境干燥時(shí)可采用裸露光鋼面滾筒。最小傳功滾筒直徑可按下式選取： D＝cd （mm） （4.4） 式中d為芯底厚度或鋼繩直徑； C為系數(shù)，棉織物＝80，尼龍＝90，聚酪＝108，鋼繩芯＝145 初步計(jì)算出直徑為120mm。滾筒直徑系列值如表4.2所示： 表4.2 標(biāo)準(zhǔn)滾筒直徑系列譜（m） 0.10 0.25 0.63 （1.40） 0.125 0.315 0.80 1.60 0.16 0.40 1.00 （1.80） 0.20 0.50 1.25 2.00 根據(jù)[1]取滾筒外徑為125mm.寬度為125+（100～250）取220mm。 其結(jié)構(gòu)圖4.5所示： 圖4.5 滾筒結(jié)構(gòu)圖 3.連接軸徑選擇計(jì)算 ——聯(lián)軸器功率 ——軸承功率 =0.99 輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器。根據(jù)[4]表8-2選凸緣聯(lián)軸器。 安裝軸承處直徑為30選軸承7206AC。安裝脹套處直徑為36mm。滾筒軸承座全部采用油杯式潤滑指潤滑。 滾筒的結(jié)構(gòu)是輪轂與軸用脹套連接，鑄焊輻板與筒殼，脹套結(jié)構(gòu)是國際上廣泛運(yùn)用機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，是一種先進(jìn)基礎(chǔ)部件。 脹套結(jié)構(gòu)如圖： 1.輔助螺釘 2.前壓環(huán) 3.外環(huán) 4.后壓環(huán) 5.內(nèi)環(huán) 6.緊定螺釘 圖4.6 脹套結(jié)構(gòu)圖 其原理：當(dāng)旋轉(zhuǎn)緊定螺釘6時(shí)，前壓環(huán)2和后壓環(huán)4相互靠近，迫使帶開口的外環(huán)脹大，內(nèi)環(huán)5縮小，從而使軸與輪轂形成過盈配合達(dá)到連接的目的。脹套的傳遞負(fù)載是通過脹套外環(huán)所產(chǎn)生的壓力和摩擦力來實(shí)現(xiàn)的采用賬套連接的優(yōu)點(diǎn)是：容易實(shí)現(xiàn)高精度的定位，可傳遞大的扭矩和軸向力；可連接不可焊材料，可從外部安裝拆卸，并可重復(fù)利用避免了滾筒在軸向的攢動(dòng)，降低了孔和軸的加工精度和加工費(fèi)用。 4.2.6托輥的選擇 1.托輥的介紹 托輥是影響輸送機(jī)使用效果的關(guān)鍵部件之一，約占整機(jī)重量的30％～40％ ， 占整機(jī)價(jià)格的25％～30％。在帶式輸送機(jī)中，托輥用于支承輸送帶和貨載，并且保證輸送帶的垂度在設(shè)計(jì)限定的范圍內(nèi)。在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中，托輥的選擇和選用數(shù)量對于帶式輸送機(jī)的正常使用、穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用、功率消耗、整機(jī)價(jià)格有重要影響。 2.托輥主要尺寸的確定 物料主要裝載于膠帶中部，考慮到文撐膠帶的托輥盡量離開裝線量多的地方和不致使膠帶中部垂度過大，取托輥內(nèi)側(cè)因?yàn)椋? d＝0.55D (mm) (4-5) 式中D——帶寬，mm。 查表[2]取d=63.5mm， 長度則根據(jù)帶寬選擇為220mm 托輥直徑、軸徑和總長度等其他尺寸與普通回程托輥相同，以便于代換。 3.托輥間距的確定 托輥間距應(yīng)滿足兩個(gè)條件：滾子軸承的承載能力及輸送帶的下垂度，托輥間距應(yīng)配合考慮該處的輸送帶張力，使輸送帶獲得合適的垂度。綜合各方面因素選擇為上托輥間距為221mm,下托輥間距為450mm。 4.3本章小結(jié) 本章開始對帶式輸送機(jī)的發(fā)展史做出簡單講述，式輸送機(jī)已成為最重要的散狀物料連續(xù)輸送設(shè)備，它不僅應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部的運(yùn)輸，也拓展到企業(yè)外部輸送，廣泛應(yīng)用于冶金，礦山碼頭，糧食和湖工等領(lǐng)域。敘述了帶式輸送機(jī)的工作原理及其優(yōu)點(diǎn)，并對帶式輸送機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括帶的選擇、驅(qū)動(dòng)裝置、拉緊裝置、滾筒和托輥的設(shè)計(jì)。 第5章 上料裝置設(shè)計(jì) 5.1概述 上料裝置的作用是實(shí)現(xiàn)軸承的自動(dòng)上料，這里用一個(gè)回轉(zhuǎn)隔離器來實(shí)現(xiàn)，利用回轉(zhuǎn)隔離器的旋轉(zhuǎn)將軸承撥送到傳送帶上，回轉(zhuǎn)隔離器是間歇運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)傳送帶停止以方便機(jī)械手抓取軸承的時(shí)候，上料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)90度角，將軸承運(yùn)輸?shù)綆希麄€(gè)過程利用控制來實(shí)現(xiàn)，所用的電動(dòng)機(jī)是步進(jìn)電機(jī)。 5.2上料裝置的設(shè)計(jì) 5.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 按照輸送機(jī)電機(jī)的選擇方法，根據(jù)[2]手冊22-3-67選150BF002，參數(shù)間下表： 表5.1 150BF電動(dòng)機(jī)參數(shù) 項(xiàng)目 型號 相數(shù) 步矩角/° 電壓/V 相電流/A 最大靜轉(zhuǎn)矩/N·m 空載起重頻率/Hz 運(yùn)行頻率/Hz 150BF002 5 0.38/0.76 80 13 13.7 2800 8000 5.2.2軸的設(shè)計(jì) 1.材料的選擇 軸的材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理。其為學(xué)性能由[5]表8-1查得，，。 求輸出軸的功率，輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩。 2.估軸徑和選擇聯(lián)軸器型號 　為了繪制軸和軸承部件的結(jié)構(gòu)，確定軸的支撐距離和作用力的位置，先初估軸徑和選用連軸器型號。 　?。?）軸徑估計(jì) 軸徑估計(jì)公式為： （5-1） 　　　查手冊可取A0＝110 則 ； 水平軸　　取A0＝110 則 ； 因?yàn)榇藘奢S均有鍵槽，應(yīng)增大3%，則 立軸　　d1=1.03×25.6=26.37mm 圓整為 d1=27mm； 水平軸　d2=1.03×19.2=19.78mm 圓整為 d2=20mm； 　?。?）選擇聯(lián)軸器 根據(jù)初估軸徑d2=20mm， 根據(jù)[4]水平軸選用 型聯(lián)軸器，與電機(jī)相配合。 所以水平軸的最小直徑為22mm。 （3）確定階梯軸各段直徑及長度 水平軸：與聯(lián)軸器配合處取軸徑為30mm,長度為56mm，與軸承配合處軸徑為35mm,長度為16mm，軸承中間軸徑為40mm,長度為102mm，與齒輪配合處軸徑為32mm,長度為52mm。 立軸：與軸承配合處軸徑為40mm,長度為12mm，軸承中間軸徑為42mm,長度為485mm，與齒輪配合處軸徑為46mm,長度為53mm。 5.2.3齒輪的設(shè)計(jì) 主齒輪輸入功率P=0.05KW,轉(zhuǎn)速n1=9.4r/min,傳動(dòng)比i=2.5,載荷平穩(wěn)，每天一班工作，單向傳動(dòng)，使用壽命15年。 1.選擇齒輪材料和熱處理、精度等級、齒輪齒數(shù) 齒輪采用鍛鋼制造，采用用軟齒面齒輪，選用45鋼。先切齒，小齒輪調(diào)質(zhì)，齒面硬度220~230HBS;大齒輪正火，齒面硬度190~200 HBS。精度為6級。 2.選擇齒輪等級、齒數(shù)、齒寬系數(shù) 因是保證準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位，選用6級精度。 閉式齒輪傳動(dòng)，選擇z1=23,z2=58。u=z2/z1=2.5。 錐齒輪推薦齒寬系數(shù)ψR=0.25~0.3，齒輪懸臂布置，取ψR=0.26。 3.確定相關(guān)參數(shù) ， ， 當(dāng)量齒數(shù)：Zv1=25 Zv2=156 當(dāng)量齒輪端面重合度 =1.88-3.2（1/ Zv1+1/ Zv2）=1.73 4.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 閉式齒輪傳動(dòng)，按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，式子 （5-2） 確定式中各項(xiàng)數(shù)值： 因載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不高，可初選載荷系數(shù)Kt=1.1; ; 由式， 由圖查取，按Zv1，Zv2查的： YFa1=2.66，YFa2=2.02 YSa1=1.59，YSa2=1.86 由式， 由圖查得 YN1=0.96，YN2=0.98；由表選取 SFmin=2.00； 按小齒輪齒面硬度均值225HBS，在ML線上,查取σFlim1=538.00 MPa，同理， σFlim2=441.60 MPa。 所以： ； ； 取， 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)。 將確定后的數(shù)值代入設(shè)計(jì)式，求得 修正m: 查取KA=1.00； 按，精度等級5級查取KV值，Kv=1.01； 查取Kβ=1.08，查取Kα=1.00； ； 選取齒輪大端標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm。 5.確定錐齒輪傳動(dòng)主要幾何參數(shù) d1=mz1=4x23=92mm d2=4x58=232mm mm,取齒寬B1=B2=33mm 　　 5.2.4各部分零件的校核 1.軸的強(qiáng)度校核步驟 （1）定出軸的支撐距離及軸上零件作用力的位置，如圖5.1 （2）軸的簡化與校核 圖5.1 軸示意圖 2.軸的校核計(jì)算： 直齒錐齒輪是以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值的。載強(qiáng)度計(jì)算中，則以齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。因而錐齒輪1的平均分度圓直徑為： 其中，為錐齒輪的大端直徑，為齒輪傳動(dòng)比的齒寬系數(shù)，通常取。 于是 (1) 計(jì)算齒輪受力 齒輪所受轉(zhuǎn)矩為 齒輪作用力 圓周力： 徑向力：，且 軸向力：，且 軸的受力大小與方向如圖5-2所示 (2) 計(jì)算軸承反力 水平面(如圖5-2b) 圖5-2 軸的載荷分析圖 垂直面(如圖5-2c) （3）繪制彎矩圖 水平面彎矩圖（圖5-2d） 垂直面彎矩圖（圖5-2e） 合成彎矩圖 （4）繪制扭矩圖（圖5-1f） 由前可知 又根據(jù)又根據(jù)，查手冊得和，故， （5）繪制當(dāng)量彎距圖(圖5-2g) 對于截面d： 對于截面a和b、c： 3.滾動(dòng)軸承的壽命校核 （1）軸承的選擇 根據(jù)裝軸承處的軸徑,且受到較小的軸向載荷，所以選擇7207C型角接觸球軸承。 （2）兩處軸承的徑向載荷 A處軸承： C處軸承： 看出C處軸承徑向載荷較大，所以對C處軸承進(jìn)行校核。 （3）滾動(dòng)軸承的壽命校核 a) 當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 對于角接觸球軸承，當(dāng)量動(dòng)載荷P為：P= 查得=1.2 ，所以 b) 壽命校核 壽命校核公式為： （5-4） —軸承的壽命（單位為h）; n—軸承的轉(zhuǎn)速r/min n=9 r/min; C—基本額定動(dòng)載荷, 查得7207C型角接觸球軸承的C=27000N; P—當(dāng)量動(dòng)載荷 ，P=3216N；取 4.鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核和立軸鍵的強(qiáng)度校核 （1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)d=46,選用鍵：寬度b=14mm,高度h=9mm.。由輪轂寬度并參考鍵長系列，取鍵長L=32mm故選用鍵的型號為 ：鍵14×9GB1096-1979。 （2）鍵的強(qiáng)度校核 鍵的強(qiáng)度校核公式為： （5-5） T——傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=53.1 N.m K——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。K=0.5×9=4.5mm ——鍵的工作長度 =L-b=14-9=5mm d——軸的直徑 d=46mm 查得許用擠壓應(yīng)力120Mpa，取其平均值MPa ≤Mpa 所以，鍵可以正常工作。鍵的型號為：鍵14×9 GB1096-2003。 5.3本章小結(jié) 本章內(nèi)容是介紹自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。微型軸承自動(dòng)檢測線中提供送料的裝置，根據(jù)時(shí)間間隔要求利用旋轉(zhuǎn)隔離器將軸承逐個(gè)的運(yùn)送到輸送帶上。包括電動(dòng)機(jī)的選擇，一些軸以及齒輪的設(shè)計(jì)，并對一些零件進(jìn)行校核。對個(gè)別軸、齒輪和鍵進(jìn)行校核，并繪制彎矩扭矩圖等。 第6章 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要有兩個(gè)液壓缸組成，由一個(gè)液壓缸控制對軸承的抓取，另一個(gè)液壓缸控制機(jī)械手的行程。 6.1 概述 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種執(zhí)行元件，主要用于要求實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的場合。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可分為活塞缸、柱塞缸和擺動(dòng)缸三類?；钊?、柱塞缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出力和速度；擺動(dòng)缸實(shí)現(xiàn)小于360度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。它按作用原理可分為兩大類：單作用缸和雙作用缸。單作用缸利用液體壓力產(chǎn)生的推力推動(dòng)活塞（或缸體）向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，活塞反向運(yùn)動(dòng)靠外力或自重來實(shí)現(xiàn)。雙作用缸利用液體產(chǎn)生的推力推動(dòng)活塞（或缸體）產(chǎn)生正反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)中綜合考慮多方面因素，采用雙作用活塞缸。具體的設(shè)計(jì)步驟如下： 1.根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，按表[13]43.6-32選擇液壓缸的類型為雙作用液壓缸。 2.根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，按表43.6-33選擇液壓缸的安裝方式為尾部法蘭型。 3.根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力，速度，作用時(shí)間，內(nèi)徑，選種及活桿直徑等。 4.根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)