【正文】 背景下產(chǎn)生的。 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)廠方給的要求和相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計，零件設(shè)計，設(shè)計出比較優(yōu)良的機(jī)械裝置，能較好的完成噴涂任務(wù)。另外，對自動控制進(jìn)行大致的原理性設(shè)計。 軟件概述 在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的時候，本設(shè)計使用了 AutoCAD 2020 工程軟 件進(jìn)行輔助設(shè)計。 Auto CAD 是目前國內(nèi)外最為廣泛使用的計算機(jī)設(shè)計繪圖軟件包，它的發(fā)行開創(chuàng)了繪圖和設(shè)計領(lǐng)域的一個新紀(jì)元。為工程設(shè)計帶來了翻天覆地的革命，使設(shè)計人員甩掉了繪圖板，大大減少了重復(fù)的機(jī)械勞動，提高了工作效率，從而使工作人員把精力轉(zhuǎn)移到了設(shè)計本身而非制圖。如今，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子等各領(lǐng)域。 AutoCAD 2020 基于 HOOPS 技術(shù)的現(xiàn)代化三維幾何算法，具有豐富的可視化、硬拷貝和圖像處理能力。另外針對 32 位的 Windows 操作系統(tǒng)， AutoCAD 2020 已經(jīng)完全優(yōu)化，它還能識別 Web 網(wǎng)上的信息。 AutoCAD 2020 在它強(qiáng)大的技術(shù)平臺框架之上又結(jié)合了許多用戶所追求的特性，構(gòu)成了充滿活力而又輕松易用的設(shè)計環(huán)哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 境。通過創(chuàng)新的、智能化的輕松設(shè)計環(huán)境， AutoCAD 2020 使在設(shè)計過程中變得更透明，使用戶能將精力更集中于設(shè)計本身。 AutoCAD 2020 軟件功能的主要表現(xiàn)在平面繪圖，并且，它對許多機(jī)械上常用的零件和圖框等進(jìn)行了模板化，方便了設(shè)計，大大的節(jié)省了設(shè)計時間。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械結(jié)構(gòu)是本設(shè)備的最主要的部分，本章的任務(wù)就是設(shè)計一個合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其能更好的完成噴漆工作，并 且在滿足性能要求的前提下，我們還應(yīng)該盡量考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等諸多方面的因素。盡量做到各方面因素的最佳結(jié)合。 本章主要分為三大部分：第一部分，立式往復(fù)升降機(jī)的總體方案設(shè)計。第二部分，立式往復(fù)升降機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。第三部分，具體的零件圖設(shè)計。主要的設(shè)計思路是，首先確定關(guān)鍵部分應(yīng)該采取的結(jié)構(gòu)、方式；然后對機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分總體進(jìn)行構(gòu)思；最后才逐個進(jìn)行具體的零件設(shè)計。 總體方案設(shè)計 傳動類型的選擇 通常用傳動方式主要有齒輪傳動、蝸輪、蝸桿傳動、鏈傳動、帶傳動等。 根據(jù)廠方提供的基本要求，由于該設(shè)備為立 式往復(fù)升降機(jī)。按其垂直方向的行程規(guī)格的不同，要提供 米， 米， 米三種規(guī)格。垂直行程較大，若采用齒輪傳動，則整體結(jié)構(gòu)就顯得笨重，并且這樣成本就比較高，不符合經(jīng)濟(jì)性。并且由于要安裝噴涂設(shè)備，結(jié)構(gòu)不易安排，所以齒輪傳動不可取。 考慮蝸輪、蝸桿傳動，同樣的，由于該設(shè)備要求的垂直方向的行程較大，若采用蝸輪、蝸桿傳動，那么成本就很高，并且結(jié)構(gòu)顯得龐大，結(jié)構(gòu)不易設(shè)計。所以排除采用蝸輪、蝸桿傳動。 再考慮帶傳動。考慮垂直方向的行程，帶傳動可以滿足要求，并且結(jié)構(gòu)可以安排得比較緊湊，只要選擇 V 帶傳動就可以（因為平 帶在垂直安裝下太容易打滑）。但是考慮到 V 帶要帶動噴涂設(shè)備，這樣即便 V 帶也容易造成打滑現(xiàn)象出現(xiàn)，雖然比平帶要好得多，并且 V 帶摩擦損失較大。這與該設(shè)備的基本特性要求不相容。因為其往復(fù)噴涂運動要求連續(xù)性，否則噴涂不均勻或不連續(xù)，噴涂功能就無從談起了。所以帶傳動也不可取。 考慮鏈傳動。首先，鏈傳動效率較高，運動連續(xù)。這些特性正好適合本設(shè)備。但鏈傳動噪音較大，并且極不適合急速換向運動。不過，由于本設(shè)備在低速條件下運行的，所以鏈傳動的缺點不成大礙。采用鏈傳動基本能符合要求，故初步選擇鏈傳動。 考慮功率消耗 根據(jù)該設(shè)備的噴涂要求知，垂直往復(fù)運動十分頻繁，所以鏈的損耗很大，功率消耗也較大。傳統(tǒng)的常用的保護(hù)方法是進(jìn)行潤滑保護(hù)，以減少摩擦損失，達(dá)到哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 保護(hù)鏈和節(jié)省功率的目的。但是，只是這樣仍然不夠，功率損耗依然很大。并且，噴涂設(shè)備往上運動時消耗的功率和往下運動時消耗的功率一致或者相近。 通常在這樣的情況下，采用配重。通常配重是根據(jù)與之配合部分的重量以用設(shè)備形狀尺寸來確定的。本設(shè)備中，配重質(zhì)量等于噴涂部分的質(zhì)量，其形狀根據(jù)設(shè)備尺寸確定。這樣就可以基本消除沖擊載荷，并且能極大的減小功率消耗和磨損。 導(dǎo)柱形狀選擇 導(dǎo)柱形狀可以選擇為圓形或多邊形，通常選用圓形或者正方形。若采用圓形導(dǎo)柱，那么導(dǎo)輪的固定不容易操作，定位也很難固定。因為如果采用圓形的導(dǎo)柱，則定位、支承件都要采用環(huán)型的。而采用正方形導(dǎo)柱，定位精準(zhǔn)，并且固定和夾緊容易操作。采用角鐵支架配合螺栓軸的方式進(jìn)行定位與夾緊。 關(guān)于各連接件的聯(lián)接與配合 由于各類機(jī)械配置，不論屬什么類型的，只要是一個完整的產(chǎn)品，其必然有許多的零件。而零件相互間的配合較多。就機(jī)械而言，更多的是螺栓或螺釘聯(lián)接。這就關(guān)系到螺紋孔、通孔的配合、位置問題。在零件較多的情況下，這一設(shè)計較為繁瑣。因為，一旦改動某些零件，那么必須按照聯(lián)接關(guān)系逐一進(jìn)行。為了避開這一情況。本設(shè)計中在一些這樣的配合中采用配鉆方式，即先設(shè)計較為重要的或變動較少的零件的尺寸，這樣與配合的件上的通孔或螺紋孔就不用再設(shè)計了，直接配鉆就可以。這樣就更方便設(shè)計的修整，也節(jié)省了很多時間和精力。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 傳動小車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 傳小車滾動部分設(shè)計 如圖 21 所示，小車安裝在正方形的導(dǎo)柱上。根據(jù)廠方所給數(shù)據(jù)，取方管為99 99mm 2 。上、下各安置 8 個 尼龍輪，尼龍輪中裝有軸承。如 所述，小車的定位與夾緊由支架和螺栓軸完成。如圖 21。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 21 導(dǎo)柱配合圖 采用三個小支架和一個大支架，在用 4 2=8 個螺栓軸鎖緊。選用一大個支架是為了給鏈條一個空間，以及安裝掛板。支架兩端都設(shè)計為封閉。所以其豎起方向中部應(yīng)該設(shè)計一個孔，讓鏈條通過?？椎奈恢糜涉溳喼睆揭约跋嚓P(guān)的螺栓配合尺寸。 關(guān)于鎖緊，由于每個四上都有兩個導(dǎo)輪，其間需要一定的間隙。所以在設(shè)計螺栓軸的時候要考慮這一點，讓兩導(dǎo)輪間間隔的一固 定的距離。綜合各方而把因素和經(jīng)驗，有兩種方案可以選擇。一是采用軸套，二是采用階梯軸。采用軸套，那就要 24 個軸套，這樣零件就顯得太多。增加了安裝的工作量和難度。采用階梯軸，可以減少零件數(shù)，但是需要軸為兩端均為螺紋并且采用階梯軸比采用軸套節(jié)省材料，成本也相對低些。所以采用第二種方案。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 22 掛板示意圖 噴涂部分 噴涂裝置的噴槍聯(lián)接在小車上。為了安裝噴涂裝置，設(shè)計二掛板。掛板通過四螺栓軸聯(lián)接在支架上，從而達(dá)到定位和鎖緊。如圖 22 所示，螺栓軸分別布置在大支架和與之相鄰的二小支架上，每側(cè)各二個螺栓軸。然后在由掛板確定的平面上安裝一連接板。這樣在連接板上就可以安裝部分的裝置。掛板的定位單是螺栓軸還是不夠的。所以設(shè)計軸套進(jìn)行定位和夾緊。掛板應(yīng)該設(shè)計在軸的中間位置。連接板和掛板配合的孔進(jìn)行配鉆。 底部設(shè)計 為了方便操作以及工作需要， 立式往復(fù)升降機(jī) 需要一定的水平位移。所以在噴涂機(jī)底部設(shè)計二條平行的角鐵導(dǎo)軌，用以實現(xiàn)水平方向的運動。為了與此配合，需要設(shè)計地輪及其需要的一些安裝零件，比如地輪架等等。 電機(jī)箱的設(shè)計首先要確定電機(jī)的功 率。一般情況下，電機(jī)功率能滿足本設(shè)備的要求（負(fù)重不是很大），主要是考慮經(jīng)濟(jì)問題和電機(jī)的安裝尺寸。這樣才可以確定電機(jī)箱的機(jī)構(gòu)尺寸。由于電機(jī)工作時發(fā)熱，需采用散熱裝置，所以在電機(jī)箱兩側(cè)各開一散熱口。 導(dǎo)向柱的安裝 在該設(shè)備中對導(dǎo)向柱的位置要求較高，因為噴涂裝置安裝在移動小車上，而小車又依靠導(dǎo)向柱而運動。所以設(shè)計應(yīng)該滿足導(dǎo)向柱的垂直度需要。即設(shè)計應(yīng)使其位置十分穩(wěn)靠。導(dǎo)向柱立著安裝，下端安裝在電機(jī)箱上，中間有基板；上端安裝在上基板上。為了保證導(dǎo)向柱在工作中不動，在其兩端設(shè)計螺紋孔，使用螺釘堅固。與之配合 的上板和基板上則需要焊接一方鐵，以布置孔和導(dǎo)向柱配合。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 前后殼的配合 由于要求密封性，所以最理想的方法是前后殼封閉，形成腔體。但是，由于掛板和裝置，不可能采用這種方法。后殼設(shè)計較為容易，只要在考慮尺寸的情況下能蓋住小車部分就可以；而前殼在小車之前掛板之后，所以必然的前后殼體之間有一定的間距，不可能密封。在本設(shè)計中，主要考慮的問題在于防塵。采用彈簧油紙即可達(dá)到要求。 零件設(shè)計 電機(jī)選擇和導(dǎo)向柱 電機(jī)選擇 根據(jù)廠方的要求，升降的最高速度為 。本設(shè)計中采 用三相異步電機(jī)驅(qū)動。由于鏈條線速度低，而電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，所以需要設(shè)計一個變速器。常用的變速器有齒輪變速和蝸輪、蝸桿變速器。考慮安裝尺寸，若采用齒輪變速，則結(jié)構(gòu)較為龐大，而采用蝸輪、蝸桿變速則小得多。再考慮安裝方式，若采用齒輪變速，那么電機(jī)必須和鏈輪軸同向。采用蝸輪、蝸桿則電機(jī)軸和鏈輪軸交錯。綜合考慮，選擇蝸輪、蝸桿變速器。電機(jī)軸和蝸桿聯(lián)接，而蝸輪軸通過聯(lián)軸器和鏈輪軸聯(lián)接。電機(jī)軸和變速器及鏈輪之間的配合關(guān)系如圖 23 所示。 圖 23 變速器與鏈輪的 配合示意圖 在本設(shè)計中考慮功率，由于在低速下運行，所以，在電機(jī)選擇時，轉(zhuǎn)速一般都能滿足，主要慮電機(jī)負(fù)載。又由于設(shè)計有配重，鏈條受力均衡，所以電機(jī)負(fù)載很小?？茧姍C(jī)軸受 3 個方向的力軸向力、切向力、和法向力，如圖 24。主要考慮切向力。在這里，我們估計 F=300N。對鏈輪尺寸進(jìn)行估計，取 R=50mm，電機(jī)軸r=10mm,則公式 P=F V （ 21） 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 有 kwp 00 ????? 考慮損失系數(shù)η 取η = 則 kwpp η ??? （ 22） 所以選電機(jī) Y90L6 重量為 27kg， 其功率為 。它的安裝尺寸為： L=330mm,HD=195mm,AC=175mm,AD=155mm,H=90mm,D=24mm,E=50mm FrFtFaW=0 .75 1 0/Rrad/s 圖 24 電機(jī)受力圖 選用 NMRV（帶輸入 法蘭式減速成機(jī)）系列渦輪蝸桿變速器。減速比為 1：10， DZ， 其與電機(jī)配合如圖 25. 圖 25 NMRV 系列蝸輪減速器 導(dǎo)向柱 根據(jù)廠方的原始要求，取導(dǎo)向柱為 99 99 2mm ，材料為 45 鋼。由于導(dǎo)向柱基本不受水平方向力，并且其垂直方向的負(fù)載也不是很大，所以取其厚度為 3mm，確定其長度尺寸。由于要求升降機(jī)的往復(fù)行程要求為： 米、 2 米、 米。取導(dǎo)向柱長度為 2500mm。如前所述，導(dǎo)向柱在其兩端應(yīng)布置螺紋孔以保證其在工作中不產(chǎn)生晃動。具體布置如圖 26 所示，在方管的每側(cè)各設(shè)四個螺紋孔，方管兩端各二，對稱分布?？椎奈恢萌鐖D，孔中心離導(dǎo)向柱端面距離為 20mm，到與孔所在面哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 較近面的距離為 25mm。導(dǎo)向柱是方管，棱角進(jìn)行倒圓角 R3。 導(dǎo)向柱上安裝有移動小車，而移動小車和導(dǎo)向柱之間是通過 16 個導(dǎo)輪來配合的。導(dǎo)輪在導(dǎo)向柱上滾動從而實現(xiàn)小車的垂直運動。為了保障小車運動的精度，即小車運動需要垂直，需要對導(dǎo)向柱進(jìn)行表面處理。因為和導(dǎo)輪接觸的表面摩擦損失相對較大，所以我們采用在外表面噴涂聚四氯乙烯。在這里，影響小車運動精度的主要是表面粗糙度。該表面的粗糙度取為 ，其余部分相對而言沒這么重要，取粗糙度為 。 3050 2520250099993 圖 26 導(dǎo)向柱 小車結(jié)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)輪、支架及掛板 首先選擇導(dǎo)輪，這樣才能方便設(shè)計。選用塑脂輪 Φ6030Φ10， 60 為外徑，30 為導(dǎo)輪寬， 10 為導(dǎo)輪內(nèi)徑。 在移動小車結(jié)構(gòu)中，采用支架結(jié)構(gòu)用于定位和鎖緊。定位和鎖緊是通過支架和螺栓軸的配合來實現(xiàn)的。先分析支架間的配合關(guān)系。首先，支架要鎖緊導(dǎo)輪，如前面所敘述的，上下各需要 4 螺栓軸，即每個支架的兩端各有 2 孔，每側(cè)一個。關(guān)于孔位置的安排，在一般機(jī)械裝置中都采用對齊對稱的布局， 但是考慮到本裝置中尺寸較小，若對齊對稱安裝，可能會產(chǎn)生干涉，所以將孔錯開一定距離，以確保安裝方便。另外支架還支承掛板，這一功能由大支架和相鄰的兩小支架來實哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 現(xiàn)。因為掛板要支承噴涂部分的裝置，受力相對較大，所以設(shè)計其支承軸外徑為16mm，設(shè)計掛板寬度 135 mm，取其厚度為 5mm，材料為 45 鋼，如圖 27 所示。由于掛板從大支架兩側(cè)伸出，并形成平面以安裝連接板，所以它中間拐角必須為135 度。與連接板配合部分的尺寸設(shè)計如圖 27。 135105177。0.552xM88080115135176。2035202x Φ 16+ 圖 27 掛板 兩 螺栓孔中心距為 105mm，與連接板配合的兩個孔中心距設(shè)計為 80，配合寬度為 35mm。 所以，支承掛板的支架上也必須有 Φ16mm 孔。設(shè)計支架長度為 350mm，厚度為 3mm，材料為 45 鋼?？椎乃椒较虻奈恢萌鐖D 28。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）