目 次 1 緒論 1 1 . 1 研究目的 1 1.2 研究背景和意義 2 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 . 3 . 1 國(guó)內(nèi) 3 1 . 3 . 2 國(guó)外 4 1 . 4 研究方法 5 2 總 體 設(shè)計(jì) 5 2.1 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 5 2.2 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案 5 2.2. 1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.2.2 控制部分設(shè)計(jì) 8 2.2. 3 軟件部分設(shè)計(jì) 9 2.3 設(shè)計(jì)與分析方法 9 2.3. 1 力學(xué)分析方法 9 2.3.2 可靠性分析方法 11 2.4 該種設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 12 3 相關(guān)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)、分析 13 3.1 工作平臺(tái)及導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 13 3.1.1 工作平臺(tái)及 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)要求 13 3.1.2 平臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方案 討論 13 3.2 夾具 設(shè)計(jì) 16 3.3 撥針 16 3.3.1 使用撥針的必要性 16 3 . 3. 2 撥針的設(shè)計(jì) 17 3.3.3 撥針的安裝 18 3.4 檢測(cè)平臺(tái)的投料裝置、出料裝置設(shè)計(jì) 18 3.4.1 投料裝置的設(shè)計(jì) 18 3.4.2 出料 裝置的設(shè)計(jì) 19 3.5 工作臺(tái)安裝設(shè)計(jì) 19 4 關(guān)重件的受力分析、可靠性分析 21 4.1 撥針?lè)胖梦恢煤徒嵌鹊目尚行苑治?21 4 .1. 1 撥針受力情況建模 21 4.1.2 內(nèi)夾具銷耳與導(dǎo)槽之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)地測(cè)定 25 4 .1 . 3 銷耳能夠平順通過(guò)轉(zhuǎn)位最高點(diǎn)的可能性 26 4.2 傳動(dòng)系 統(tǒng)的平穩(wěn)性分析 26 4.2.1 平臺(tái)上外夾具與同步齒形帶嚙合的緊密程度 27 4.2.2 保護(hù)板內(nèi)外夾具與同步齒形帶嚙合地緊密程度 29 5 檢測(cè)平臺(tái)的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及改進(jìn)措施 29 5.1 同步帶的安裝 30 5.2 滑塊旋轉(zhuǎn)部分 30 5.3 皮帶太長(zhǎng)，不能夠預(yù)緊 31 5.4 滑 塊翻轉(zhuǎn)功能不 可靠 31 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 摘要 空氣調(diào)節(jié)機(jī)的滑塊厚度精度要求很高，相比傳統(tǒng)的手工測(cè)量方法，采用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可極大地降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)效率，并能大大地減少檢測(cè)出錯(cuò)率。 滑塊厚度綜合檢測(cè)平 臺(tái)的設(shè)計(jì)由機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三部分組成。介紹了檢測(cè)平臺(tái)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提出了滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)及論證；對(duì)導(dǎo)軌平臺(tái)、夾具、撥針、投料和自動(dòng)分料口的設(shè)計(jì)及工作臺(tái)的安裝進(jìn)行了重點(diǎn)分析；對(duì)于非常重要的撥針的受力情況及傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性作了比較詳細(xì)的計(jì)算和分析；在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及所作的改進(jìn)在這里也有一定的說(shuō)明。 關(guān)鍵詞 厚度 檢測(cè)平臺(tái) 機(jī)構(gòu) 受力分析 可靠性 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title A integrative platform for measuring slippers sickness mechanical section Abstract The slipper , which is one of the important accessories of an air condition , has high dimensional precision requirements. In order to improve the efficiency, decrease the error effectively and reduce the intensity of measuring work, it is important to develop an automatic measuring system to substitute for traditional hand work. The design of the integrative platform for measuring slippers sickness is composed of mechanical section、 automatic controlling system and software programming concerning the project. The design of mechanical section is introduced on this paper. we come up with the platforms overall scheme and testified our assumption； Also, we analyzed some important units by emphases, such as guiding groove、 clamp facility、 dialing needle、import and export, as well as the fixing of workbench； Whats more, we did detailed calculation and analysis about dialing needles force reception and transmission systems reliability； the problem we come across during debugging and our improvements were briefly explained on the paper. Keywords sickness, platform for measuring, mechanical section 1 緒論 電子技術(shù)越來(lái)越多地融入機(jī)械工程領(lǐng)域使得機(jī)械產(chǎn)品的性能和控制方式發(fā)生了翻天覆地的變化，并且極大的降低了成本、簡(jiǎn) 化了結(jié)構(gòu)。該滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)正是這兩者的有機(jī)統(tǒng)一體。作為現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備，激光測(cè)量、離子篩測(cè)量等非接觸式測(cè)量方法無(wú)疑在精度方面更有它的優(yōu)勢(shì)，但高額的成本使得中小批量測(cè)量顯得既不經(jīng)濟(jì)又不實(shí)用。而該滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)采用的是同步齒形帶傳動(dòng)、 PLC 控制、探頭接觸式測(cè)量，并且采用流水線工作方式，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的檢測(cè)設(shè)備。這也是我們研究開(kāi)發(fā)的原因。 1.1 研究目的 活塞（滑塊）是空氣調(diào)節(jié)機(jī)中的關(guān)鍵部件之一（其外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1.1），其 幾何尺寸、表面粗糙度、形位公差等精度的高低 直接關(guān)系到空氣調(diào)節(jié)機(jī)性能的好壞，所以對(duì)它的精度要求相當(dāng)?shù)馗摺榱藱z驗(yàn)滑塊的加工是否符合要求，并確定哪些是廢品、哪些可以返工修復(fù)，需對(duì)其各個(gè)尺寸進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并分類。用傳統(tǒng)手工測(cè)量方法效率很低（每人每天可檢測(cè)的數(shù)量不過(guò)上千個(gè)），而且容易出錯(cuò)。本文設(shè)計(jì)的測(cè) 量滑塊厚度 d的自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)需要完成設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試四個(gè)步驟。為了能夠 大大提高檢測(cè)效率，降低生產(chǎn)成本， 減少出錯(cuò)率，并 為企業(yè)帶來(lái)更大的效益， 檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)具有適應(yīng)性強(qiáng)、智能化自動(dòng)化程度高、移植性、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 圖 1.1 滑塊外形結(jié)構(gòu)圖 1.2 研究背景和意義 本文介紹的滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)研究工作是非常有意義的。 首先這臺(tái)滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)系南京理 工大學(xué)受寧波市科技局委托研制的，因此這項(xiàng)研究是來(lái)自于社會(huì)生產(chǎn)的需要，并且這臺(tái)設(shè)備研究在國(guó)內(nèi)還屬首例。這臺(tái)滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)由檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)組成，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)滑塊厚度，將測(cè)量結(jié)果處理送至控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)發(fā)出 7種不同的信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)根據(jù)這 7種不同的信號(hào)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角 度，最后滑塊從 7個(gè)不同的出料口被推出。采用這套自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備不僅可以縮短時(shí)間，使得測(cè)量速度與生產(chǎn)節(jié)拍相吻合，提高生產(chǎn)率，而且可以提高測(cè)量精度，節(jié)省人力，消除人 為誤差，避免重復(fù)單調(diào)的勞動(dòng)操作，減少費(fèi)用，還便于顯示及 反饋相關(guān)參數(shù)信息等。 再者這臺(tái)滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)是自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)有著非常重要的意義： 1）采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)有利于提高生產(chǎn)效率并降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與自動(dòng)機(jī)械當(dāng)然密不可分。所謂自動(dòng)機(jī)械，是指在沒(méi)有操作人員直接參與下，組成機(jī)器的各個(gè)結(jié)構(gòu)（裝置）能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)動(dòng)作，在規(guī) 定的時(shí)間內(nèi)完成循環(huán)的機(jī)器。在該測(cè)量滑塊的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，為了減少時(shí)間損失并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，使送料分類等輔助工作與被測(cè)件的運(yùn)送、檢測(cè)工作重合起來(lái)。工作中，首先啟動(dòng)機(jī)器，人工完成將被測(cè)滑塊送至檢測(cè)系統(tǒng)中，自動(dòng)定位、夾緊，然后滑塊隨同步齒形帶移動(dòng)并完成測(cè)量，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、分類并從不同的出料口滑處。我們據(jù)上可以看出：整個(gè)測(cè)量過(guò)程工人僅需要把被測(cè)件放到進(jìn)料口，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。 2）自動(dòng)檢測(cè)的控制元件可以保證足夠的測(cè)量精度，從而確保測(cè)量分類的可靠性。在機(jī)械行業(yè)中，質(zhì)量是生命。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的過(guò)程中，自 動(dòng)檢測(cè)的作用和重要意義是不言而喻的。作為裝備有行程開(kāi)關(guān)和反饋裝置的測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到比較高的測(cè)量精度。測(cè)量過(guò)程中如要保證動(dòng)態(tài)測(cè)量精度，需要研究適合于動(dòng)態(tài)或準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的測(cè)試設(shè)備，甚至能集成到加工設(shè)備中的特殊測(cè)試設(shè)備，做到實(shí)時(shí)測(cè)試。設(shè)備制造出來(lái)后，再根據(jù)調(diào)試結(jié)果對(duì)一些環(huán)節(jié)作適當(dāng)?shù)男薷?，從而保證了測(cè)量分類結(jié)果的可靠性。 3）自動(dòng)檢測(cè)是測(cè)量學(xué)和自動(dòng)機(jī)械兩者緊密結(jié)合的有機(jī)整體。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外在這兩個(gè)領(lǐng)域的研究已經(jīng)比較成熟，便于我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)參考或直接利用。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā) 展，測(cè)量學(xué)朝著更廣、更精的方向發(fā)展。眾所周 知， 三峽水利樞紐工程 巨大，技術(shù)要求高。僅監(jiān)測(cè)一項(xiàng)就耗資巨大，對(duì) 變形監(jiān)測(cè)和庫(kù)區(qū)地殼形變、滑坡、巖崩以及水庫(kù)誘發(fā)地震監(jiān)測(cè)，不僅采用目前國(guó)內(nèi)外最成熟最先進(jìn)的儀器、技術(shù)，在實(shí)踐中也在不斷發(fā)展新的技術(shù)和方法，如對(duì)滑坡體變形與失穩(wěn)研究的計(jì)算機(jī)智能仿真系統(tǒng)；擬進(jìn)行研究的三峽庫(kù)區(qū)滑坡泥石流預(yù)報(bào)的 3S工程等，都涉及到精密工程測(cè)量。隔河巖大壩外部變形觀測(cè)的 GPS實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置精度達(dá)到了亞毫米。 自動(dòng)機(jī)械方面，自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)不斷的引進(jìn)技術(shù)，改善生產(chǎn)，這方面的進(jìn)步是顯而易見(jiàn)的。數(shù)控機(jī)床， 流水生產(chǎn)線等等無(wú)一 不是自動(dòng)機(jī)械的應(yīng)用。而在以下四個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)中我們?nèi)孕杌ù罅?、下大功夫。?1）如何才能改善機(jī)器的動(dòng)態(tài)性能：使之在高速工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，降低振動(dòng)與噪聲；（ 2）如何才能提高系統(tǒng)工作可靠性，降低故障率，提高機(jī)器設(shè)備的利用率；（ 3）提高機(jī)械效率，減少磨損和摩擦，提高精度保持性。對(duì)于如何設(shè)計(jì)一部自動(dòng)機(jī)械，前人已經(jīng)總結(jié)了一套方案。設(shè)計(jì)過(guò)程可分為初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段、工作圖設(shè)計(jì)階段、安裝調(diào)試階段。 第三，這設(shè)備將會(huì)給高度測(cè)量、寬度測(cè)量提供重要的參考。一個(gè)滑塊的完整尺寸測(cè)量包括厚度、高度和寬度三個(gè)方向的尺寸。為提高工作 效率，在工作時(shí)這三臺(tái)設(shè)備應(yīng)該并行工作的。在這三個(gè)尺寸中，厚度的測(cè)量的定位設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)單的，在平臺(tái)上位置的保持是最可靠的，對(duì)其首先進(jìn)行研制可以減少工作量，提高成功的可能性。在這臺(tái)設(shè)備完成后，有了第一臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，高度和寬度測(cè)量就是在原有基礎(chǔ)上的補(bǔ)充了。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在自動(dòng)測(cè)量方面，國(guó)內(nèi)外已生產(chǎn)出了相關(guān)產(chǎn)品可供我們參考借鑒。 1.3.1 國(guó)內(nèi) 北 京靈和公司生產(chǎn)的大慣量超精密氣浮平臺(tái) 1） 工作條件 平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮對(duì)不同尺寸的多種氣足結(jié)構(gòu)形式特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的要求，所以不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大慣量氣浮平臺(tái) 的設(shè)計(jì)方法、控制理論及氣膜厚度和壓力分布特性的研究，還為氣浮軸承共性的理論方面的研究成果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源共享。為準(zhǔn)確研究光刻機(jī)在工作過(guò)程的真實(shí)的特性，需實(shí)現(xiàn)大慣量氣足沿 XY 方向運(yùn)動(dòng)。為保證大慣量氣足的穩(wěn)定性，在大慣量氣足旁邊加一副氣足，兩氣足均采用真空預(yù)載方式。由該平臺(tái)所得出的氣浮導(dǎo)軌和大慣量氣足工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和超精密控制方法能夠真實(shí)的反映光刻機(jī)實(shí)際工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。 2） 技 術(shù)要求 （ 1）技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)指標(biāo) 最大運(yùn)動(dòng)加速度： 1.62.0g 定位精度： 0.52.0m 最大穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)速 度： 600mm/s 運(yùn)動(dòng)行程 300mm氣浮導(dǎo)軌：氣膜剛度 8N/um 大慣量氣足 :承載大于 40Kg 氣泵：最大持續(xù)供氣壓力 8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 （ 2）配置 直線電機(jī) 3個(gè)，最大持續(xù)推力 450N峰值電流 7A 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 3個(gè)，提供最大驅(qū)動(dòng)電流 7A 運(yùn)動(dòng)控制卡 1個(gè)，可進(jìn)行多軸聯(lián)控 光柵尺 2個(gè)，分辨率 0.5um 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 1個(gè) 氣浮導(dǎo) 6個(gè)，氣膜剛度 8N/um 大慣量氣足 1個(gè)，承載大于 40Kg 氣泵 1個(gè)，最大持續(xù)供氣壓力 8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 氣浮隔振平臺(tái) 1個(gè)，最大沖擊偏離系數(shù) 10.3 1.3.2 國(guó)外 德國(guó)生產(chǎn)的 銦瓦線尺測(cè)距 儀 DISTINVAR，應(yīng)變儀 DISTERMETER ISETH，石英伸縮儀，各種光學(xué)應(yīng)變計(jì)，位移與振動(dòng)激光快速遙測(cè)儀等。采用多譜勒效應(yīng)的雙頻激光干涉儀，能在數(shù)十米范圍內(nèi)達(dá)到 0.01m的計(jì)量精度，成為重要的長(zhǎng)度檢校和精密測(cè)量設(shè)備；采用 CCD線列傳感器測(cè)量微距離可達(dá)到百分之幾微米的精度，它們使距離測(cè)量精度從毫米、微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)世界。 1.4 研究方法 這臺(tái)滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)由檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)組成。本 文主要完成檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法為： 1）采用流水線測(cè)量方式測(cè)量，提高測(cè)量效率。 2）每個(gè)面需要測(cè)多個(gè)點(diǎn)，并且這些點(diǎn)能夠測(cè)量一個(gè)平面的厚度?，F(xiàn)擬采用測(cè)兩對(duì)角線上不同點(diǎn)的厚度，然后對(duì)不同點(diǎn)的數(shù)據(jù)值進(jìn)行處理，以此來(lái)判定滑塊厚度是否滿足要求；通過(guò)工作臺(tái)導(dǎo)軌的約束使被測(cè)件旋轉(zhuǎn)。 3）為保證測(cè)量的可靠性，分別以滑塊的兩個(gè)面為定位基準(zhǔn)，測(cè)得兩個(gè)面的兩組數(shù)據(jù)。為改變定位面，使被測(cè)件隨同步帶翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)這一功能。 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 據(jù)協(xié)議，所設(shè)計(jì)的滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： 1）檢測(cè)誤差允許范圍為 0.1um。 2）每臺(tái)機(jī)器在一人操作的情況下一日工作 量為 2萬(wàn)個(gè)。 3）分別以滑塊的兩個(gè)面為定位基準(zhǔn)，測(cè)兩組數(shù)據(jù)。 4）每個(gè)面需要測(cè)兩條對(duì)角線上 5個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 5）能夠自動(dòng)處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，并按照要求把其分成七類，從七個(gè)不同的出口滑出。 6）系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)能力，即使出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類，也不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類等現(xiàn)象。 2.2 滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案 2.2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按協(xié)議要求，（ 1）首先，滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)能完成預(yù)期的工作要求。即快速的比較精確地檢測(cè)出滑塊的厚度，并且根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果自動(dòng)分類。（ 2）其次，在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中 ，滑塊測(cè)量的定位面要發(fā)生改變。（ 3）每個(gè)面上要測(cè)兩條對(duì)角線上的數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)這樣功能，要么測(cè)頭不動(dòng)，滑塊旋轉(zhuǎn)；要么測(cè)頭可動(dòng)，滑塊不動(dòng)。要保證準(zhǔn)確測(cè)量的精度，測(cè)頭應(yīng)固定在一個(gè)位置為好。故采用測(cè)頭不動(dòng)滑塊旋轉(zhuǎn)的方案。根據(jù)功能要求，設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有以下幾個(gè)部分。 首先是機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部件。機(jī)械結(jié)構(gòu)是整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)的基體。要進(jìn)行測(cè)量，首先要有一個(gè)測(cè)量用的定位基準(zhǔn)面；要根據(jù)處理數(shù)據(jù)將滑塊進(jìn)行分類，需要一個(gè)分類結(jié)構(gòu)裝置；整個(gè)裝置需要一個(gè)支架；要實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，一個(gè)可行的測(cè)量方式需要機(jī)械結(jié)構(gòu)作為載體；另外還要有一些減振和消振裝置來(lái) 保證動(dòng)態(tài)測(cè)量的精度要求。作為多傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，采用何種傳動(dòng)方式是能否滿足測(cè)量精度要求的關(guān)鍵。機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)思想如圖 2.1所示，對(duì)該圖作以下說(shuō)明：（ 1）系統(tǒng)安裝有四個(gè)接觸式探頭，上下各兩個(gè)，用于測(cè)量四條對(duì)角線上的厚度值， 在上下?lián)茚樚幓瑝K分別逆時(shí)針、順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 76至在同一平臺(tái)的另一條對(duì)角線處；當(dāng)滑塊通過(guò)滑塊保護(hù)板后，滑塊平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)。系統(tǒng)安裝有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī) 1控制同步帶的傳動(dòng)；電機(jī) 2 控制分類轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 2）采用同步齒形帶 9，一面與相應(yīng)類型的帶輪 2 配合、另一 面的齒槽中套接滑塊外夾具 4 的長(zhǎng)柄，外夾具隨同步帶一起移動(dòng)?；瑝K內(nèi)夾具 5 與外夾具間隙配合，其中間開(kāi)孔放置被測(cè)滑塊 6，內(nèi)夾具的兩個(gè)銷耳 7 在導(dǎo)軌槽道 8中滑動(dòng)以限制內(nèi)夾具的方向，這樣內(nèi)夾具、滑塊一面隨外夾具移動(dòng)，一面隨兩條導(dǎo)軌槽的距離變化發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。槽道的形狀與尺寸需要設(shè)計(jì)和計(jì)算的。 圖 2.1 整體結(jié)構(gòu)圖 （ 3）夾具布滿整個(gè)工作導(dǎo)軌，并隨傳動(dòng)帶循環(huán)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑塊從入料口進(jìn)入時(shí)，在某一時(shí)刻必定有一內(nèi)夾具與之配合，滑塊即進(jìn)入測(cè)量循環(huán)軌道，測(cè)量完畢，通過(guò)長(zhǎng)軌道進(jìn)入自動(dòng)分料系統(tǒng)。 （ 4）自 動(dòng)分料系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)圖 2.2 所示 ，帶開(kāi)口的勻質(zhì)圓盤 2 可繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在開(kāi)口槽的兩側(cè)沿圓周方向均勻分布 7 個(gè)出口。在圓盤槽處安裝一吸力電磁鐵。圓盤開(kāi)口裝有一個(gè)感應(yīng)器（記為 I1.1），七個(gè)出口處也裝有一個(gè)感應(yīng)器（分別記為I0.1I0.7）。其工作原理為： I1)當(dāng)滑塊從傳動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)滑出，經(jīng)過(guò)一段斜坡的加速后便進(jìn)入圓盤的槽道內(nèi)，行程開(kāi)關(guān)將滑塊到達(dá)信號(hào)送至控制 PLC。 I2)CPU 給出命令，控制電機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度（由數(shù)據(jù)處理后的分類信號(hào)決定），此時(shí)電機(jī)停，電磁鐵失電。 I3)滑塊被電磁鐵從某個(gè)出口 k 彈出。 I4)感應(yīng)器 I0.K 接 受到滑塊彈出信息，并給 CPU 發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)至初始位置。 圖 2.2 自動(dòng)分料系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ V）整個(gè)工作過(guò)程如下： 進(jìn)入 下一 循環(huán) 圖 2.3 系統(tǒng)工作流程圖 如何實(shí)現(xiàn)滑塊在流水線上的旋轉(zhuǎn)，需通過(guò)設(shè)計(jì)彎曲導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)。在流水線上，要將滑塊平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度是相當(dāng)困難的，皮帶只起到傳動(dòng)作用，并不能控制滑塊的方位。要想使滑塊旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，只能夠改變導(dǎo)軌形狀了。擬設(shè)計(jì)成如圖 2.4形狀： 滑塊從入料口進(jìn)入內(nèi)夾具中 經(jīng)過(guò)某一傳感器時(shí)，滑塊某一直線上厚度被測(cè) 槽道位置尺寸變化，滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)相 應(yīng)角度 滑塊在帶的拐角處翻轉(zhuǎn) 在下側(cè)軌道上測(cè)出另外兩條直線段上的厚度 滑塊從出料口漏出，夾具隨帶進(jìn)入上軌道 圖 2.4 導(dǎo)軌曲線部分示意圖 2.2.2 控制部分設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)的大腦。主要包括工控機(jī)、 PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢測(cè)傳感器和各控制及執(zhí)行元件。其中 PLC 是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，直接完成對(duì)各部件動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制以及各運(yùn)動(dòng)位置的檢測(cè)。 PLC 與工控機(jī)通過(guò)通信口進(jìn)行通信，工控機(jī)讀取 PLC的通信口識(shí)別整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機(jī)上的控制軟件上顯示?？刂葡到y(tǒng)有以下幾點(diǎn)功能： 1）控制系統(tǒng)完成滑塊在流水線上的穩(wěn)定傳送。 2）控制系統(tǒng)必須能夠及時(shí)反饋檢測(cè)信號(hào)并作出反應(yīng)； 3）完成滑塊的正確分類?？刂聘鞑糠职凑?預(yù)定的軌跡、動(dòng)作完成滑塊 厚度檢測(cè)的全過(guò)程。 4)具有一定的容錯(cuò)能力。即使是出現(xiàn)滑塊卡位、不能完成正確分類也不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)明確指出錯(cuò)誤來(lái)自哪個(gè)方位，即使不能指明錯(cuò)誤來(lái)源，也能檢測(cè)到流水線的某個(gè)大致位置，以方便維護(hù)，及時(shí)排除故障。其工作流程如下： （ 1）初始化，系統(tǒng)自檢，各部件是否正常。主要判斷 I0.2I1.0 有無(wú)信號(hào) ,初始化各寄存器 ,響應(yīng)工控機(jī)等，如果正常 ,通過(guò) RS485 向工控機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)。 （ 2）自檢成功后，復(fù)位電機(jī) 2 讀通信口，依據(jù)通信口的命令選擇工作方式。測(cè)試方式狀 態(tài)下，由工控機(jī)控制 PLC 的運(yùn)行，進(jìn)而控制電機(jī) 的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)。正常分類狀態(tài)下，起動(dòng)傳送電機(jī) 1。 （ 3）掃描 I1.3I1.6，如有信號(hào)則分別啟動(dòng)相應(yīng)探頭。 （ 4）判斷位置傳感器 8 檢測(cè)有無(wú)滑塊，如有，檢查工業(yè)控制機(jī)傳來(lái)的產(chǎn)品分類狀態(tài)， 判斷產(chǎn)品分類，并控制電機(jī) 2 旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。如無(wú)，則等待。 （ 5）電機(jī) 2 帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照產(chǎn)品的分類轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度 i。 （ 6）到位后，電磁鐵 Q0.3 失電，彈出滑塊。 （ 7）判斷感應(yīng)傳感器 1.7 檢測(cè)出滑塊分類到位信號(hào)，與所對(duì)應(yīng)分類是否一致，如不一致，則報(bào)警，一致則驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2 帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)位。判斷定位 信號(hào)，是否復(fù)位成功，如否，則啟動(dòng)定位程序。 （ 8）判斷 I2.1 是否停機(jī)，如是，則切斷電源。如否，轉(zhuǎn)至 (4)。 注：急停信號(hào)用于特殊情況強(qiáng)制停機(jī) ,不管分類是否完成 ,只要 I11 有效，則立即強(qiáng)制停機(jī) .直至重新啟動(dòng)。 2.2.3 軟件部分設(shè)計(jì) 主要為控制系統(tǒng)編寫(xiě)相應(yīng)功能的程序，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并分成七類，并將分類信號(hào)送至 PLC。編程需要考慮檢測(cè)平臺(tái)的傳動(dòng)、測(cè)量和控制方式。傳動(dòng)方式：同步齒形帶傳動(dòng)的流水線工作方式；測(cè)量方式：探頭接觸式測(cè)量；控制方式： PLC 控制。 2.3 設(shè)計(jì)與分析方法 2.3.1 力學(xué)分析方法 對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的校核及驗(yàn)證，力學(xué)分析是必不可少的。力學(xué)分析及校核包括動(dòng)力學(xué)分析，疲勞失效分析，振動(dòng)及噪聲控制等多方面，本文重點(diǎn)講述動(dòng)力學(xué)分析方法。動(dòng)力學(xué)分析的一般過(guò)程如下： 1)建立動(dòng)力學(xué)模型 建立動(dòng)力學(xué)模型是動(dòng)力學(xué)分析的第一步，也是實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)化的關(guān)鍵一步。首先根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)各構(gòu)件之間的連接關(guān)系畫(huà)出系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。再根據(jù)解題需要提出假設(shè)，簡(jiǎn)化模型。然后根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征分析系統(tǒng)的自由度，根據(jù)參考文獻(xiàn) 15，自由度 HL ppNn 23 ，其中 N表示構(gòu)件數(shù)目 ， pL、 pH表示低、高 副的數(shù)目。 2)建立坐標(biāo)系，設(shè)廣義坐標(biāo) qi（ i=0、 1 n） 這里的廣義坐標(biāo)可以是絕對(duì)坐標(biāo)也可以是相對(duì)坐標(biāo)，視解決問(wèn)題的方便而定。 3)建立運(yùn)動(dòng)微分方程 建立運(yùn)動(dòng)微分方程常有兩種方法： 法一：將系統(tǒng)中每個(gè)構(gòu)件與其他構(gòu)件隔離開(kāi)來(lái)單獨(dú)進(jìn)行受力分析，并用牛頓第二 定律（ iii amF ）列方程。 法二：用拉氏函數(shù)法，分析步驟如下： （ 1)計(jì)算出系統(tǒng)的動(dòng)能 T、勢(shì)能 V，并用廣義坐標(biāo)表示 T= ),( 21 nqqqT 、V= ),( 21 nqqqV （ 2)拉氏函數(shù) L=T-V （ 3)由變分法得第二類拉格朗日方程（見(jiàn)參考文獻(xiàn) 16）： 0)(11 qLqLdtd 0)(22 qLqLdtd 0)( nn qLqLdtd (2.1) 可得到運(yùn)動(dòng)微分方程的通用表達(dá)形式： )( tfxKxCxM (2.2) 其中 M、 C、 K 分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣， f（ t） 為系統(tǒng)工作時(shí)階段性沖擊力。 4） 微分方程求解 簡(jiǎn)單微分方程可直接求解，而對(duì)于自由度較高的系統(tǒng)常采用模態(tài)分析法，分析過(guò)程如下：引入模態(tài)矩陣 1 n ，因?yàn)槟B(tài)矩陣關(guān)于質(zhì)量矩陣和剛度矩陣是正交的（證明過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn) 10， Page124126），即 0 MT 、 0 KT 。令 MM Tn KK Tn CC Tn )(tfF Tn (2.3) Mn， Kn， Cn， Fn(t)分 別表示第 n 階振型的廣義質(zhì)量、廣義剛度、廣義阻尼和廣 義載荷。因?yàn)?nTCCC 1 nTMMM 1 nTKKK 1 (2.4) 引入實(shí)模態(tài)變換 (2.5) (2.6) 對(duì) (2.5)求二階導(dǎo)數(shù)，得 YX (2.7) 將 (2.5)， (2.7)代入 (1.2)中，等式兩邊左乘 T 得如下統(tǒng)一形式： )(tFYKYCYM nnnnnnn (2.8) 引入阻尼比 (2.9) 得 nnnnnnnn M tFYPYPY )(2 2 (2.10) 根據(jù) (2.10)和 初始條件可求出計(jì)算模型的模態(tài)響應(yīng)（略）。 上述只是解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般步驟，在解題時(shí)我們應(yīng)當(dāng)靈活運(yùn) 用，適當(dāng)簡(jiǎn)化。 2.3.2 可靠性分析方法 產(chǎn)品可靠性定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。這種能力以概率形式表示，故可靠性又稱作可靠度?？煽啃苑治鍪菣C(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞及評(píng)價(jià)必須經(jīng)過(guò)可靠性分析。可靠性分析常有兩種方法：一種是傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，但這種設(shè)計(jì)方法存在一些問(wèn)題：取值有很大主觀性；把安全系數(shù)取成定值，忽略了環(huán)境和結(jié)構(gòu)本身的變化；另外一種是概率分析方法，又稱應(yīng)力 強(qiáng)度分析方法。這里的“應(yīng)力”和“強(qiáng)度”是廣義的，應(yīng)力是指凡是使機(jī)械系統(tǒng)或零件趨于失效的各種環(huán)境 因素；而強(qiáng)度是指凡是能阻止結(jié)構(gòu)或零件實(shí)效的因 素。 本系統(tǒng)要分析的是滑塊旋轉(zhuǎn)部分和翻轉(zhuǎn)過(guò)渡部分。 2.4 該種設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 1）步進(jìn)電機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)最大的特點(diǎn)就是傳送平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，并可以工作狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。電機(jī)工作振動(dòng)小，噪聲小。 2）傳 動(dòng)方式是同步齒形帶傳動(dòng) 同步齒形帶綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)，帶的凸齒與帶輪外緣上的齒槽進(jìn)行嚙合運(yùn)動(dòng)。由于抗拉層受載后變形小，能保持同步齒形帶的周節(jié) Pb不變，故帶與帶輪之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，從而保證了同步傳動(dòng)。本系統(tǒng)選的是兩條帶型號(hào)為1200DAH075。 采用同步齒形帶的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）無(wú)滑動(dòng)，能保證固定的傳動(dòng)比；（ 2）預(yù)緊力小，軸和軸承上所受的載荷小；（ 3）帶的厚度小，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量小；（ 4）帶的柔度小，故所用帶輪的直徑可以較小。 2）采用 PLC 控制方式 PLC 控制方式是現(xiàn)代最流行的控制機(jī)制。采用 PLC 控制有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，在 I/O環(huán)節(jié)， PLC 采用了光電隔離、濾波等多種措施。一般 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)。 3）成本低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用 雖然作為現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備，激光測(cè)量、離子篩測(cè)量等非接觸測(cè)量方法無(wú)疑在精度方面更有它的優(yōu)勢(shì)，但高額的成本使的中小批量 測(cè)量顯得既不經(jīng)濟(jì)又不實(shí)用。 該檢測(cè)平臺(tái)成本比較低廉，在方案設(shè)計(jì)階段，考慮充分了這一問(wèn)題。價(jià)格昂貴的接觸測(cè)頭用了盡可能少的四個(gè)。還有就是兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)價(jià)格高一點(diǎn)了。 3 相關(guān)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)、分析 3.1 工作平臺(tái)及導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 3.1.1 工作平臺(tái)及導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)要求 工作平臺(tái)及導(dǎo)軌是整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的核心元件。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： 1）平臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)應(yīng)滿足測(cè)量多數(shù)據(jù)要求，如能夠?qū)崿F(xiàn)工件在工作平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。 2）工作平臺(tái)應(yīng)滿足測(cè)量精度要求。 3）工作 平臺(tái)工作面應(yīng)盡可能小，以降低加工成本 并保證加工精度 。 4）滑塊在導(dǎo)軌上應(yīng)按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng) ，從而保證被測(cè)工件實(shí)現(xiàn)對(duì)角測(cè)量。 平臺(tái)應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度，保證測(cè)量的精度 。 5） 平臺(tái)的表面處理方式和熱處理方式也應(yīng)該正確對(duì)待，良好的熱處理可保證工作平臺(tái)既具有一定的硬度、耐磨，還不會(huì)劃傷工件。 3.1.2 平臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方案討論 內(nèi)夾具銷耳與平臺(tái)導(dǎo)軌發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)導(dǎo)軌首先應(yīng)了解夾具。夾具尺寸如下： 圖 3.1 內(nèi)外夾具示意圖 方案一：導(dǎo)軌形狀如圖 3.2（ a）所示：兩銷耳與軌道線始終垂直，兩銷耳之間距離始終為 78mm；滑塊放置在內(nèi)夾具中，滑塊的一條對(duì)角線與軌道線平行。兩個(gè)探頭分別安裝在直軌和斜軌上?；瑝K及夾具隨傳送帶向右移動(dòng)，探頭只能上下移動(dòng)。在 d0 ( ( 軌道上可測(cè)出一條對(duì)角線上的厚度尺寸；在拐角處，兩銷耳發(fā)生同步轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)計(jì)拐角角度可實(shí)現(xiàn)滑塊轉(zhuǎn)動(dòng) 78角，此時(shí)另外一條對(duì)角線與 X軸方向平行。在長(zhǎng)斜軌道上可完成另一對(duì)角線上的厚度測(cè)量。軌道角度和長(zhǎng)度計(jì)算如下： 斜軌與直軌夾角： =arctg(28/36)=76；斜軌長(zhǎng)度： L=45.6/(cos76 )=188.5mm. 圖 3.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方案示意圖 分析：采用方案一的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)弊端： （ 1）斜軌道太長(zhǎng)，整個(gè)平臺(tái)要加工的尺寸太大，精度不易保證且加工成本高。 （ 2）斜軌道太長(zhǎng)，外夾具外伸部分太長(zhǎng)，剛度下降。若視兩銷耳為兩個(gè)支持銷，可將夾具滑塊建為簡(jiǎn)支梁模型（如圖 3.3）。夾具中心受力變形： EIlql4831 =EIfWl483 =5.4 m (3.1) 其中： q：摩擦力在平臺(tái)寬度方向分布力； 1l ：平臺(tái)寬度尺寸 (1l =160mm) l：兩傳送帶中心距離 (l =300mm)； E：外夾具材料的彈性模量 (E=210Gpa) I：外夾具的慣性矩 (I=bh3/12=0.0044 0.0033/12 =9.9 10-12) f：夾具與平臺(tái)之間的摩擦系數(shù) (f=0.1)； W：滑塊夾具重（ W=170g） 圖 3.3 夾具受力簡(jiǎn)化模型 方案二：軌道形狀如圖 3.2（ b）所示：初始條件下，內(nèi)夾具銷耳 連線與軌道線垂直（即 d0=78mm），如果在加工時(shí)在與內(nèi)夾具一對(duì)角線垂直且相距 78mm 與中心等距位置安裝一對(duì)銷耳，當(dāng)夾具系統(tǒng)移動(dòng)到測(cè)頭位置時(shí)，可測(cè)出一條對(duì)角線上的厚度；當(dāng)兩條軌道之間距離逐步減小時(shí)，銷耳便會(huì)受到 Y 方向的力從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力偶而使夾具系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)兩軌道之間的距離，使滑塊轉(zhuǎn)動(dòng) 76，然后就可測(cè)出另一對(duì)角線上的厚度。旋轉(zhuǎn)過(guò)程見(jiàn)圖 3.4： 圖 3.4 滑塊在平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)過(guò)程演示 在圖 3.2（ b）中 d0=56mm， d1=56sin（ 14） =13.55mm。而導(dǎo)軌槽道寬為 3.5mm，則兩條導(dǎo)軌槽道之間的最小距離為 13.55-3.5=10.05mm。加工這樣的導(dǎo)軌很困難，而且在內(nèi)夾具銷耳 Y方向力的作用下，槽道很容易發(fā)生變形，從而影響了功能的實(shí)現(xiàn)。 對(duì)方案二地改進(jìn)：采用如圖 3.2（ c）的軌道，初始位置內(nèi)夾具銷耳與 Y方向已有一角度，在這種狀態(tài)下測(cè)出一條對(duì)角線上的厚度，銷耳隨著兩條導(dǎo)軌之間距離的變化而變化，最后同樣完成了使銷耳順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 78的要求。但在當(dāng)兩銷耳連線處于 Y方向時(shí)（即導(dǎo)軌最高點(diǎn)），這是一個(gè)力學(xué)上的隨遇平衡點(diǎn)，兩銷耳可能出現(xiàn)兩種可能的轉(zhuǎn)向。 在該處若用一撥針輕輕施力于一內(nèi)夾具銷耳，可使其輕松越過(guò)這一臨界點(diǎn)，并使其按預(yù)定的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)軌槽道的尺寸設(shè)計(jì)（改進(jìn)方案）： 內(nèi)、外夾具尺寸如圖3.1，外夾具 X 方向中心距為 74mm，設(shè)計(jì) X 方向移動(dòng)時(shí)間為 2s/個(gè)。擬設(shè)計(jì)導(dǎo)軌槽道尺寸，使滑塊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到終了位置，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度： =76 /2=38 /s。內(nèi)夾具的幾何中心仍隨傳送帶勻速移動(dòng)，移動(dòng)速度 =74/2=37mm/s。以 X軸上與兩導(dǎo)軌間距最大時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系： 上軌道設(shè)計(jì)為： x= t+28sin( t)； y=28cos( t) (3.2) 下軌道設(shè)計(jì)為： x= t-28sin( t)； y=28cos( t) (3.3) 每隔 0.05s 取一個(gè)點(diǎn) ,計(jì)算出導(dǎo)軌坐標(biāo)值，將這些點(diǎn)描成曲線，如圖 3.5： 各點(diǎn)坐標(biāo)如表 3.1所示： 最高點(diǎn) 表 3.1 導(dǎo)軌上所取點(diǎn)的坐標(biāo) 點(diǎn) 坐標(biāo) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 0 5.92 11.9 17.88 23.91 29.95 37.8 43.85 49.9 55.93 Y 25.5 26.3 26.9 27.3 27.67 27.9 28 27.94 27.75 27.45 X 0 2.48 4.92 7.32 9.69 12.05 15.0 17.36 19.72 22.09 Y 25.5 26.3 26.9 27.3 27.67 27.9 28 27.94 27.75 27.45 點(diǎn) 坐標(biāo) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 X 61.9 67.9 73.9 79.74 85.57 91.37 97.0 102.6 108.2 117.3 Y 27.0 26.5 25.8 25.04 24.15 23.16 22.1 20.87 19.59 17.25 X 24.5 26.9 29.4 31.88 34.45 39.08 39.8 42.56 45.41 50.42 Y 27.0 26.5 25.8 25.04 24.15 23.16 22.1 20.87 19.59 17.25 3.2 夾具設(shè)計(jì) 夾具有內(nèi)、外兩個(gè)夾具組成，內(nèi)、外夾具形狀見(jiàn)圖 3.1 所示。外夾具與同步齒形帶嚙合，主要作用是控制滑塊在平臺(tái)上隨同步帶移動(dòng)；內(nèi)夾具嵌在外夾具內(nèi)圓孔中，而其內(nèi)部方形槽與滑塊形狀相 似，內(nèi)夾具主要作用是約束滑塊的方位。 3.3 撥針 3.3.1 使用撥針的必要性 為方便簡(jiǎn)述，擬建立一坐標(biāo)系。 X： 平臺(tái)上同步帶移動(dòng)方向； Y：平臺(tái)上垂直于 X的方向； ：軌跡與 X 方向之間的夾角； ：傳送帶方向速度； y： Y 方向速度；m: 內(nèi)夾具和滑塊在每個(gè)銷耳上的當(dāng)量質(zhì)量。 在上述方案二改進(jìn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們仔細(xì)思考一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中有一點(diǎn)問(wèn)題。銷耳之間 Y 方向的距離是由兩導(dǎo)軌的導(dǎo)槽約束決定的。因此內(nèi)夾具兩銷耳在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩銷耳始終受到垂直于導(dǎo)軌指向中軸線的力（如圖 3.5），這使得在兩銷耳 Y 方向距離未到達(dá)最大之前 始終受一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧ε?。那么?dāng)兩銷耳 Y 方向到達(dá)最大dmax 的瞬間，銷耳會(huì)按照我們的設(shè)計(jì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？ 位置1位置2 位置3我們先將這一問(wèn)題做些簡(jiǎn)化，在兩銷耳 Y 方向未到達(dá)最大之前（見(jiàn)位置 1） ytg yy ymymFy (3.4) 圖 3.5 旋轉(zhuǎn)過(guò)程內(nèi)夾具銷耳的受力分析 此時(shí)內(nèi)銷耳有一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧ε?，即出現(xiàn)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；在位置 2 時(shí)，正好是導(dǎo)軌曲線的拐點(diǎn)（ y =0），即 Fy=0，這時(shí)候，在力學(xué)上我們稱作系統(tǒng)處于隨遇平衡狀態(tài)，那就意味著下一時(shí)刻內(nèi)夾具有可能順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)也有可能逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)候我們用撥針給下銷耳一微小擾動(dòng)，使其具有順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，那么即可讓內(nèi)夾具按照我們?cè)O(shè)計(jì)的軌跡運(yùn)動(dòng)了；在位置 3，銷耳受力合成的力偶使內(nèi)夾具有順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。因此撥針的作用必不 可少。 3.3.2 撥針的設(shè)計(jì) 撥針作為該系統(tǒng)中非常重要的輔助元件，要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)最基本的功能。 (1) 要使內(nèi)夾具的銷耳在通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)要受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧ε肌?(2)撥針的存在不能影響到內(nèi)外夾具及滑塊地順利通過(guò)。擬設(shè)計(jì)的撥針結(jié)構(gòu)如圖 3.6： 當(dāng)內(nèi)夾具銷耳與撥針接觸，由于彈簧受壓撥針?biāo)旖o予銷耳一個(gè)阻力 f1，即內(nèi)夾具的銷耳在通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)要受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧ε?，從而使夾具系統(tǒng)越過(guò)隨遇平衡點(diǎn)并按設(shè)計(jì)的軌跡運(yùn)動(dòng)。撥針 1 與內(nèi)夾具的銷耳接觸，通過(guò)支1.撥針， 2.支座， 3.直線彈簧， 4.蓋板， 5.支撐軸，6.螺釘 圖 3.6 撥針結(jié)構(gòu)示意圖 撐軸 5 將力傳到直線彈簧 3 上，直線彈簧 3 受壓變形，撥針 1 繞支撐軸 5 轉(zhuǎn)動(dòng)。于是撥針 沒(méi)有影響到夾具系統(tǒng)地順利通過(guò)。 3.3.3 撥針的安裝 撥針的安裝是決定系統(tǒng)可靠性的一個(gè)非常重要的方面。撥針安裝主要要調(diào)節(jié)撥針在平臺(tái)上安裝的位置及撥針與 Y 方向的角度。撥針位置調(diào)節(jié)是為了在銷耳觸及圖 3.5位置 2（后文稱最高點(diǎn)）時(shí)使撥針能夠適當(dāng)觸及銷耳，起到使銷耳正確旋轉(zhuǎn)的目的，又不妨礙夾具滑塊向前移動(dòng)；撥針角度調(diào)節(jié)是為了使撥針受到內(nèi)夾具銷耳的力轉(zhuǎn)動(dòng)到與 Y 軸平行的位置，此時(shí)撥針彈簧給予銷耳一個(gè)大小合適的力，使滑塊順利準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn) 76。現(xiàn)采用理論分析和實(shí)驗(yàn)兩種途徑?jīng)Q定撥針在導(dǎo)軌上安裝的位置和角度。理論分析方法見(jiàn)第 四章；實(shí)驗(yàn)法過(guò)程：手推一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)夾具通過(guò)導(dǎo)軌時(shí)正確轉(zhuǎn)位（包括不發(fā)生卡位）的百分率來(lái)決定。因?yàn)樵摍z測(cè)平臺(tái)的整體可靠性要求很高，所以該處地正確轉(zhuǎn)位的百分率要求應(yīng)在 99%以上。 3.4 檢測(cè)平臺(tái)的投料裝置、出料裝置設(shè)計(jì) 對(duì)檢測(cè)平臺(tái)的投料口、出料口進(jìn)行設(shè)計(jì)有利于提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)效率，減少工人地勞動(dòng)強(qiáng)度。 3.4.1 投料裝置的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想：使工人只需在一個(gè)位置投料，無(wú)需測(cè)量、校準(zhǔn)。投料的速度不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)效率帶來(lái)任何影響，見(jiàn)圖 3.7。為使滑塊順利進(jìn)入內(nèi)夾具孔中，不出現(xiàn)未入孔就隨夾具滑出投料裝置的 情況，安裝時(shí)有如下技術(shù)要求： h0hg，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì) g2=0.05 下面用極大似然估計(jì)法對(duì) s2 進(jìn)行估計(jì)。所謂“極大似然估計(jì)法”，就是固定樣本觀察值 x1、 x2 xn，在 s2 取值范圍內(nèi)挑選使概率 L(x1、 x2 xn, s2)達(dá)到最大的參數(shù) 2s，作為 s2 的估計(jì)值，即取 2s使得 L(x1、 x2 xn, 2s)=maxL(x1、 x2 xn, s2)。 本題中， 似然函數(shù) L( 2s)=)(2 1e x p 2 1 221 2sx isni s ni isssxnnL1222 )(2 1)l n (2)2l n (2ln (4.15) 令 0)(ln2 sdLd 則 0)()(212 21222 sxn ni iss 所以有 nsxniis 122)( (4.16) 我們對(duì)所購(gòu)的十條同 步齒形帶的齒槽深度進(jìn)行測(cè)量，得到十組數(shù)據(jù)。即 x1、 x2 xn 依次為 2.29、 2.26、 2.28、 2.29、 2.30、 2.30、 2.27、 2.31、 2.30、 2.27； n=10 代入 (4.16)，得到 00025.02 s 由 (4.14)，22gsgsZ = 446.005.00 0 0 2 5.0 19.229.2 查正態(tài)分布表，見(jiàn)附錄 B， R=（ ） =0.6736 4.2.2 保護(hù)板內(nèi)外夾具與同步齒形帶嚙合地緊密程度 翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，最可能導(dǎo)致夾具跳出齒槽可能有兩個(gè)原因 ： 1）兩個(gè)導(dǎo)輪之間是一條公切線段，并非圖紙上設(shè)計(jì)的理想圓弧，假設(shè)帶與圓弧上最遠(yuǎn)距離為 d1。 2）滑塊夾具經(jīng)過(guò)下半圓弧時(shí)，夾具由于受自身重力作用，會(huì)與同步帶齒槽脫離，掉下的距離記為 d2（見(jiàn)圖 4.8）。 圖 4.8 滑塊通過(guò)下半保護(hù)板夾具與齒槽脫離 夾具與齒槽脫離距離 d=d1+d2=3.39+2.29=5.68 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) d2=0.05 由式 (4.14)，2 2dsdsZ = 66.1005.00 0 0 2 5.0 68.529.2 查正態(tài)分布表，見(jiàn)附錄 B， R=（ ） =0 由上述分析可見(jiàn)，在滑塊旋轉(zhuǎn)不跳出齒槽可能性只有 67.36%，而在滑塊進(jìn)入滑塊保護(hù)板的下半部分時(shí)，滑塊幾乎不可能不跳齒卡位，這需要我們?cè)谡{(diào)試時(shí)作一些改進(jìn)。 5 檢測(cè)平臺(tái)的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及改進(jìn)措施 安裝調(diào)試是機(jī)械設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)地綜合檢測(cè)。 在安裝過(guò)程中，我們遇到了比較多的問(wèn)題，有設(shè)計(jì)方面的原因還有加工方面的。我們作了一些改進(jìn)，使系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地運(yùn)行并準(zhǔn)確地測(cè)量。 外夾具 導(dǎo)輪 齒槽 圖 4 - 1同步帶鉚釘5.1 同步帶的安裝 在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我們認(rèn)為同步帶是可拆卸的，可是訂購(gòu)的同步帶是一條條整帶且不可拆卸的，那么同步帶的安裝是一個(gè)大問(wèn)題了。我們認(rèn)為有解決兩種方案：一種是將帶在某個(gè)齒處斷開(kāi)，然后用鉚釘聯(lián)結(jié)（見(jiàn)圖 5.1）；另一種是將框架用砂輪割斷，將帶放入，用角鐵將割斷的部位連接好（見(jiàn)圖 5.1）。仔細(xì)分析一下，用第一種方案不好，因?yàn)樵跀嚅_(kāi)處很容易形成應(yīng)力集中，從而極大降低了同步帶的壽命。只能采用第二種方案。 這也說(shuō)明設(shè)計(jì)上存在問(wèn)題，在以后的設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)。 圖 5.1 對(duì)同步帶安裝提出的兩種方案圖 5.2 滑塊旋轉(zhuǎn)部分 盡管在前述章節(jié)已將撥針?lè)胖玫淖罴呀嵌仍O(shè)計(jì)并調(diào)好了，但正確旋轉(zhuǎn)的可靠性仍不能達(dá)到 100%。究其原因，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)方法和加工技術(shù)不夠先進(jìn)。在導(dǎo)軌上 117.32長(zhǎng)度范圍選取 20 個(gè)點(diǎn)用數(shù)控編程的方法加工的，并且由于設(shè)備的限制，加工精度也不夠。現(xiàn)作以下改進(jìn)措施： 1）將銷耳的直徑從 3mm 減小到 2mm，提高了轉(zhuǎn)位時(shí)的靈活性，從而使得正確轉(zhuǎn)位的可靠度顯著提高。 2）用內(nèi)夾具在導(dǎo)軌槽中不停的實(shí)驗(yàn)，磨去加工時(shí)的誤差和毛刺 （此方法太笨，效率太低，只能作為實(shí)驗(yàn)存在） 。 5.3 皮帶太長(zhǎng)，不能夠預(yù)緊 綜觀整個(gè)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)框架是焊接起來(lái)的；帶輪軸連接于滑塊保護(hù)罩座上。這樣可調(diào)節(jié)的只能調(diào)整固定在結(jié)構(gòu)框架上的 8 個(gè)帶輪支撐座的位置?？刹扇〉姆桨福?方案一：割斷皮帶 方案二：割斷結(jié)構(gòu)框架 角鐵 腰形槽1）在帶輪支撐座下方墊墊片，調(diào)整帶輪高度。 2）將連接孔改成腰形槽孔，可調(diào)整帶輪支撐座的位置和方位（圖 5.3）。 圖 5.2 皮帶預(yù)緊措施 5.4 滑塊翻轉(zhuǎn)功能不可靠 就像 4.2.2 所述，滑塊在經(jīng)過(guò)保護(hù)板下半圓弧段時(shí)，很難保證夾具不掉出齒 槽，除此以外還有以下一些原因?qū)е路D(zhuǎn)功能難以實(shí)現(xiàn)。 1）滑塊保護(hù)架是由多段車削的圓弧焊接得到的，曲率半徑在圓弧各點(diǎn)并非均相等，在加上安裝時(shí)預(yù)應(yīng)力，使得保護(hù)板的變形很大，兩板之間 9 的間隙很難得到保證（見(jiàn)圖 5.3）。 2）理想狀況下，翻轉(zhuǎn)部分是半圓形，而實(shí)際上是一段段折線段組成的，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，外夾具肯定會(huì)掉下來(lái)卡住的。 圖 5.3 滑塊保護(hù)板由于繞度太大發(fā)生局部變形 對(duì)上述情況，我們可采取下列改進(jìn)措施： 1）通過(guò)調(diào)整保護(hù)板上腰形槽盡量將內(nèi)、外保護(hù)板間的間隙調(diào)均勻。 2）間隙小的部位可用銼刀挫去多余棱 角。 3）如果前兩種方案仍不行，需將外夾具與帶黏結(jié)起來(lái)，防止夾具與同步齒形帶脫離 （或用整塊鋼板加工得到，而不用焊接的方式加工） 。 4）用加強(qiáng)肋提高滑塊保護(hù)板的剛度。 結(jié)論 本文對(duì)滑塊厚度綜合檢測(cè)的設(shè)計(jì)作了比較詳細(xì)的介紹。 全文共分為五章，第一章為緒論，講述課題研究的目的、意義背景及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；第二章講述了該滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案及本文將要使用的方法；第三章是對(duì)相關(guān)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)和分析， 重點(diǎn)講述了工作平臺(tái)及導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)方案和撥針的設(shè)計(jì)及安裝。 第四章用力學(xué)分析方法對(duì)撥針?lè)胖玫奈恢煤徒嵌冗M(jìn)行了計(jì)算 ，并且對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性作了詳細(xì)分析；第五章是對(duì)設(shè)備的調(diào)試及改進(jìn)措施。 該檢測(cè)平臺(tái)要測(cè)正反兩面共四條線段上的厚度值，對(duì)于滑塊在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)的原理、計(jì)算和分析本文講的很具體。 由于工作臺(tái)受環(huán)境溫度的影響會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮，因此檢測(cè)平臺(tái)要求在 20 恒溫條件下工作。在調(diào)試結(jié)束后，該滑塊厚度綜合檢測(cè)平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常。傳動(dòng)系統(tǒng)在一定預(yù)緊力作用下，傳動(dòng)比較可靠；各部分受力沒(méi)有超過(guò)它的強(qiáng)度極限；檢測(cè)的精度基本符合了要求，工作效率比較高，并且實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確分類。 由于設(shè)計(jì)原因，該檢測(cè)平臺(tái)存在一些缺陷。比如，投料時(shí)工人師傅先得在 投料槽口放入 45 個(gè)滑塊，