《焊機焊縫跟蹤裝置的結構設計-控制設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《焊機焊縫跟蹤裝置的結構設計-控制設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】（35頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 湘潭大學 畢業(yè)設計說明書 題目： 焊機焊縫跟蹤裝置的結構設計 院 （系）： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2014年 5月 25日 湘 潭 大 學 畢業(yè)論文（設計）任務書 設計（論文）題目： 焊機焊縫跟蹤裝置 設計 學 號： 學生姓名 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 系主任 ： 1、檢索 國外焊機焊縫跟蹤裝置設計 的發(fā)展動態(tài)，分析國 內(nèi)的現(xiàn)狀； 2、完成 焊機焊縫跟蹤裝置系統(tǒng) 方案 選擇 ； 3、完成 系統(tǒng)中焊機焊縫跟蹤裝置結構 設計； 4、完成 系統(tǒng)中焊機焊縫跟蹤裝置控制功能 設計； 5、完成 系統(tǒng)中抗干擾設計 ； 6、總結 系統(tǒng) 設計的體會和收獲； 7、完成畢業(yè)論文的文稿工作，要求：總字數(shù)不低于一萬字，使用 輯及打印裝訂成冊； 8、技術圖紙： 零件圖 1張 （ 0號） 、裝配圖 1張 （ 0號） 、 系統(tǒng)控制原理圖 1張（ 0號）、系統(tǒng)程序流程圖 1張（ 0號） 9、翻譯英文技術資料：翻譯國 外焊機焊縫跟蹤裝置系統(tǒng) 的 （或相關課題）開發(fā)及研究的英文資料。 要求： 3000單詞，復印原稿與翻譯 (打印 )稿同冊裝訂。 二、重點研究的問題： 1、 系統(tǒng)中焊機焊縫跟蹤裝置結構 設計； 2、 系統(tǒng)中焊機焊縫跟蹤裝置控制功能 設計； 3、 系統(tǒng)中抗干擾設計。 三、進度安排 各階段完成的內(nèi)容 起止時間 1 資料檢索、查詢 2014年 2月 20日 ～ 3月 5日 2 系統(tǒng)總體方案構思及設計 2014年 3月 6日 ～ 3月 15日 3 完成系統(tǒng)方案選擇設計 2014年 3月 16日 ～ 3月 31日 4 完成 結構部分設計； 2014年 4月 1日 ～ 4月 15日 5 完成 系統(tǒng)控制部分設計； 2014年 4月 16日 ～ 4月 30日 6 畢業(yè)設計論文撰寫和編輯 2014年 5月 1日 ～ 5月 8日 7 交畢業(yè)設計 說明書和圖紙 ，答辯準備 2014年 5月 9日 ～ 5月 15日 四 、應收集的資料及主要參考文獻 [1]陳武柱 ,王勇 ,林青松 ,焊縫自動跟蹤技術的現(xiàn)狀及新發(fā)展 , 焊管， 15(5)(1992)， 1～ 10。 [2]陳強 ,路井 榮 ,孫振國等，弧焊機器人焊炬姿態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)的 研究，第三屆計算機在焊接中的應用技術交流會論文集，上海， 2000， 198～ 203。 [3]岳宏 ,孫立新 ,李慨等，基于結構光焊縫跟蹤系統(tǒng)的研究， 河北工業(yè)大學學報， )(1999),21～ 24 [4]姜煥中，焊接方法及設備（第一分冊），機械工業(yè)出版社， 北京， 1981。 [5]潘際鑾，現(xiàn)代弧焊控制，機械工業(yè)出版社，北京，（ 2000）， 171～ 172。 [6]陳丙森主編，計算機輔助焊接技術（第一版），機械工業(yè) 出版社，北京，（ 1999）， 243～ 245。 湘潭大學畢業(yè)論文（設計）評閱表 學 號 姓 名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 焊機焊縫跟蹤裝置結構設計控制設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選 題 現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 量是否適當。 能 力 合歸納資料的能力； 究方法和手段的運用能力； 論文質量 述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 無觀點提煉，綜合概括能力如何； 無創(chuàng)新之處。 工作量 工作量是否飽滿，含論文篇幅、圖紙等是否達到規(guī)定要求。 綜 合 評 價 評閱人姓名（職稱）： 年 月 日 湘 潭 大 學 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學 號： 學生姓名： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 74 頁 圖 表 3 張 論文（設計）題目： 焊機焊縫跟蹤裝置機構及控制設計 內(nèi)容提要： 本文介紹了一種 小車 結構的、以單片機為控制核心的 焊機焊縫跟蹤裝置的數(shù)據(jù)采 樣、硬件 結構和軟件設計 本文首先從國內(nèi)外現(xiàn)狀出發(fā)，及煤炭行業(yè)的發(fā)展狀況，對 焊機焊縫控制 制系統(tǒng)提 出了新的要求。再對幾種 焊縫控制系統(tǒng) 的比較選擇，從中選取最合適、最經(jīng)濟的作為 研究對象。并分析了其市場需求，對其可行性進行了研究，在此基礎上設計出了 焊機 焊縫跟蹤裝置的結構與控制系統(tǒng) 這一 焊縫跟蹤裝置 的計算機控制系統(tǒng)主要是以單片機技術為核心，通過分析其 。 工作原理、掌握其硬件結構和軟件而設計出來的。 本文主要設計是以 位單片機 8051為主控制芯片，通過對上下 焊縫跟蹤系統(tǒng) 的硬件系統(tǒng)設計 ，對 焊縫跟蹤 控制系統(tǒng)進行了全方面的改進，使其控制 能力強，性能穩(wěn)定可靠，操作方便 。 抗干擾能力強，并以系統(tǒng)的可靠性進行了研究， 最后提出了有關不足和改進的建議。 指導教師評語 指導教師姓名（職稱）： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 目錄 摘要 22222222222222222222222222222222 2222 1 2222222222222222222222222222222 22 2 第一章 緒 論 2222222222222222222222222222222 1 第一節(jié) 焊縫跟蹤裝置研究的現(xiàn)實意義 2222222222222222222 1 第二節(jié) 國內(nèi)外研究動態(tài) 2222222222222222222222222 1 第二章 電動機的選擇 2222222222222222222222222222 3 第一節(jié) 電動機型號的選擇 222222222222222222222222 3 第二節(jié) 步進電機的工作原理 22222222222222222222222 3 第三節(jié) 步進電機的詳細參數(shù) 22222222222222222222222 4 第三章 焊接小車的結構設計 2222222222222222222222222 5 第一節(jié) 小車的工作原理 2222222222222222222222222 6 第二節(jié) 渦輪蝸桿減速器的設計計算 22222222222222222222 7 第三節(jié) 傳動齒輪的設計計算 2222222222222222222222 11 第四節(jié) 小車車廂及其他零件的設計 2222222222222222222 14 第四章 單片機控制系統(tǒng) 2222222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 第一節(jié) 硬件系統(tǒng)配置裝置 2222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 第二節(jié) 傳感器線路 2222222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 第三節(jié) 22222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 第四節(jié) 步進電機驅動電路 2222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 第五章 總結與展望 2222222222222222222222222222 24 第一節(jié) 總結 22222222222222222222222222222 25 第二節(jié) 展望 22222222222222222222222222222 25 附錄 1： 英文資料 2222222222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 附錄 2： 英文資料翻譯 22222222222222222222 錯誤 !未定義書簽。 1 焊機焊縫跟蹤裝置 結構及控制系統(tǒng)設計 摘要 :長 直軌道焊接在工業(yè)焊接技術中的十分常見， 但是 焊接小車在焊接系統(tǒng)中是 不可缺少 的設備，其啟動性能如何 和 運行速度 是不是 平穩(wěn)直接影響 到 焊接質量。 本文設計的是一臺應用于實際焊接場所的基于單片機控制的焊接小車，此設備主要應用于長直軌道的焊接場所中。該焊接系統(tǒng)采用了單片機和外部硬件電路相結合的控制方式， 當中 單片機是該系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)首先通過控制電路輸出模擬信號， 然后 經(jīng)模數(shù)轉換器將其轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號接到單片機相應的接口，通過編程對整個系統(tǒng)進行控制，電機前安排了驅動 電路， 作用于 驅動步進電機，電機經(jīng) 過 減速器把轉矩輸送到小車的輪軸上。 在 焊接自動化系統(tǒng)中，焊接小車速度的控制直接影響著焊件的焊接質量，本系統(tǒng)對焊接速度的控制十分精確， 十分精確 地解決了這個問題。本文提出的采用單片機控制步進電機的方案，可 依據(jù)設計需要， 通過 控制電路的三個相應開關實現(xiàn)對焊接小車的轉速、正反轉、停止及啟動等工作狀態(tài)進行控制，具有實時性 以及 交互性的特點， 從而 提高了焊接生產(chǎn)效率。 關鍵詞 ： 焊接小車，單片機控制系統(tǒng)，步進電動機 2 in in in is to on a is a on of in s in a of of CM is of by DC to CU of of a to as to s n. on of of of of is to CM as to of as 1 第一章 緒 論 一、焊縫跟蹤裝置研究的現(xiàn)實意義 依照國家統(tǒng)計局發(fā)布的《 2012年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，我國 2012年粗鋼產(chǎn)量為 噸，按照我國焊接用鋼量為 30%的比率計算 ,焊接結構的鋼材量接近 噸。在工業(yè)發(fā)達國家，焊接用鋼量基本達到其鋼材總量 59%專家預測，我國可能在今后的 5到 10年時間內(nèi)達到 60%的水平，這就形成了對焊接生產(chǎn)效率和勞動力的可觀需求。 焊接生產(chǎn)效率的需求急需提高焊接過程的自動化和智 能化水平，焊接也是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作，雖然這樣，目前我國的焊接加工基本上停留在手工、半自動焊接和有軌道的機械化生產(chǎn)的水平。依照相關資料，按熔敷金屬計算， 2002年我國焊接機械化、自動化率僅僅才能達到 40%，而世界工業(yè)發(fā)達國家一般都在 60%多以上，由此可知我國的焊接生產(chǎn)總體上說自動化和智能化水平比較低，跟歐美、日本等一些發(fā)達國家相比存在較大差距。 通過焊接技術的發(fā)展來看，焊接自動化、機器人化以及智能化已成為一種趨勢。在市場競爭日益激烈的今天，依靠手工焊接不能夠滿足焊接質量和生產(chǎn)規(guī) 模的要求，研究和發(fā)展焊接過程的自動化方面特別是具有先進技術、低成本的自動化焊接從而獲得比手工焊更高質量的焊縫，因此提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件是現(xiàn)代焊接技術發(fā)展的方向。 手工焊接場合主要依靠人的眼睛和手的配合來跟蹤焊縫，但是自動焊接的場合就需要解決焊接熔池（或電弧）一直對準待焊焊縫的問題。由此可見，隨著現(xiàn)代生產(chǎn)焊接的自動化程度越來越高和機器人焊接技術的發(fā)展，對焊縫的自動跟蹤技術的需求也越來越迫切，這主要表現(xiàn)在三個方面。第一該技術可以提高焊縫質量，第二它可以改善焊接工人工作條件，第三焊縫自動跟蹤技術能夠提高 生產(chǎn)效率。 二、國內(nèi)外研究動態(tài) 焊接生產(chǎn)時候自動焊接裝置或機器人焊接系統(tǒng)對焊縫的自動、實時跟蹤已經(jīng)成為自動化焊接和智能化焊接的重要內(nèi)容。近十年來，焊縫跟蹤技術的研究、應用得到了突飛猛進的發(fā)展，特別是在焊縫傳感技術己從簡單的機械接觸、電磁感應轉變?yōu)樾畔⒘扛?、精確度更高的電弧傳感、光電（視覺）傳感等方式，同時計算機信息處理也成為必不可少的輔助手段。 焊縫自動跟蹤是焊接生產(chǎn)機械化、自動化的關鍵?；趯嵺`生產(chǎn)的需要， 50 多年來我國在焊縫自動跟蹤方面有了長足發(fā)展，技術水平不斷提高，并取得了許多應用成果。 2 我國 已發(fā)展了各種類型的傳感器技術，控制坐標已從單坐標和雙坐標發(fā)展到了多坐標。50～ 60 年代的時候大多采用接觸跟蹤，西安交通大學和三橋機車車輛廠是中國從事接觸跟蹤和電磁跟蹤研究比較早的單位。到了 60～ 70 年代后期，發(fā)展了電磁跟蹤、光電跟蹤、電弧跟蹤、激光跟蹤等非接觸跟蹤技術。華中理工大學與湖北造船廠共同合作研制成功全位置電磁跟蹤氣體保護焊機，跟蹤精度達± 1南理工大學還與廣州造船廠共同研制的電磁立焊縫自動跟蹤焊機，應用在萬噸輪的焊接上。天水電氣傳動研究所和上海造船工藝研究所合作，研制的光電跟蹤裝置用于螺 旋管焊接和船舶的焊接生產(chǎn)中。哈爾濱焊接研究所與遼陽鋼廠合作研制的激光跟蹤裝置用于螺旋管焊接自動生產(chǎn)線等。 80 年代后期，微機跟蹤和電視跟蹤技術得到了迅速發(fā)展，從而為傳統(tǒng)焊接自動化向現(xiàn)代焊接的自動化發(fā)展奠定了基礎。 70 年代末開始，清華大學潘際鑾院士對電弧傳感焊縫跟蹤做了大量的研究。到了80 年代末，潘院士在電弧傳感器結構及控制方面進行了新的研究，研制出了一種空心馬達式高速旋轉的掃描電弧傳感器，對一種無道軌的自動小車成功的進行跟蹤控制，獲得了專利此外．哈爾濱工業(yè)大學成功研制了單片機控制高精度激光跟蹤系統(tǒng)。 同時西北工業(yè)大學成功研制微處理機控制熔化極脈沖窄間隙焊縫自動跟蹤系統(tǒng)等，都獲得了較好的自動控制效果。此外計算機圖像法控制技術在 80 年代研究成功，如水電部電力建設研究所成功研制 態(tài)圖像的傳感器進行焊縫跟蹤的裝置。 近年來，我國的各大高校、科研機構對焊縫跟蹤技術的研究非常活躍，研究人員采用各種傳感方法，對不同焊接對象的焊縫跟蹤技術進行了研究?？傮w來說，我國焊接研究人員對各種焊縫跟蹤的方法進行研究，并在有些特定的應用中獲得了成功。但是，因為各種因素，我國的焊縫跟蹤技術大部分還停留在實驗室中，在生 產(chǎn)中應用的絕大部分還是針對特定焊接對象、工藝和焊接狀況的焊縫跟蹤系統(tǒng)，真正成為商業(yè)化的產(chǎn)品非常少見，而這也正是我國在焊縫跟蹤領域與一些發(fā)達國家的最大差距。 3 第二章 電動機的選擇 一、電動機型號的選擇 正是因為 步進電動機性能優(yōu)越、控制精度高等性能，以及結合本課題中選用單片機作為我們設計控制核心的特點；又因為本控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機具有適合應用于開環(huán)控制系統(tǒng)，所以電動機的類型我們就選擇步進電動機。步進電機是一種將電脈沖轉換成相應角位移或線位移的電磁機械裝置，也是一種能把輸出機械 位移增量和輸入數(shù)字脈沖對應的驅動器件。步進電機具有快速啟動能力，只要電機的負荷沒有超過它所提供的動態(tài)轉矩，就可以通過其輸入脈沖來控制它在一瞬間啟動和停止，步進電機的步距角和轉速只與輸入的脈沖頻率有關，和氣壓、環(huán)境溫度、振動以及沖擊無關，也不受電網(wǎng)電壓的波動和負載變化的影響，它每轉一周都具有固定的參數(shù)。步進精確和步距誤差也不會長期積累。因此，步進電機在需要精確定位的場所應用十分廣泛。依據(jù)已知國內(nèi)焊接小車的大致尺寸，初步選定電動機的型號為 55 1、步進電機的工作原理 步進電機 作為一種控制用的特種電機 , 旋轉是以固定的角度一步一步運行的 , 它的特點是沒有積累誤差 (精度為 100%), 所以廣泛使用于各種開環(huán)控制。步進電機的運行一定要有一個電子裝置對其進行驅動 , 這種裝置就是步進電機驅動器 , 它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉變?yōu)椴竭M電機的角位移 , 也可以說 : 控制系統(tǒng)每發(fā)出的一個脈沖信號 , 通過驅動器就能夠使步進電機旋轉一步距角。因此步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所以，只要控制步進脈沖信號的頻率，就可以對電機精確調速；只要控制步進脈沖的個數(shù)，就可以對電機進行精確定位；步進電機是機 電控制中一種經(jīng)常被使用的執(zhí)行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，簡單地說：當步進驅動器接收一個脈沖信號，它就驅動步進電機按照事先設定的方向轉動一個固定的角度。通過控制脈沖的個數(shù)就可以控制角位移量，從而達到準確得定位；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速。 常見的步進電機分三種：永磁式（ 反應式（ 混合式（ 永磁 4 式步進一般是兩相，轉矩和體積都比較小的，步進角一般為 或 15度；反應式步進一般是三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般是 是噪聲 和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家 80 年代就已經(jīng)被淘汰了；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它分為兩相和五相：兩相步進角一般是 種步進電機在市場的應用最為廣泛。 三相反應式步進電機定子上均勻地有 6個磁極分布，相鄰兩個磁極的夾角為 60o，線圈繞過相對的兩個磁極構成一相（ 以及 。此外各個磁極上還有 5個分布均勻的矩形小齒。電機轉子上沒有繞組，上面有 40個矩形小齒分布均勻在圓周上，兩個相鄰小齒之間的夾角為 9o。 當其中有一相繞組通電時，相應的兩個 磁極就分別形成 而產(chǎn)生磁場，并與轉子形成磁路。如果這時候定子上的小齒與轉子上的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉子將轉動，使轉子齒與定子齒對齊，因此使步進電機向前“走”一步 。 2、步進電機的詳細參數(shù) 型號 相數(shù) 步距角 電流 電壓 保持轉矩 空載啟動頻率 運行頻率 接線圈 55 3° 3 27 800 1 表 2機參數(shù) 型號 D D h d E L D 55 32 25 62 205 70 40 4 2初步計算所選步進電動機的轉速 取額定頻率 f=63 10定轉矩 m。 當定子控制繞組按著一定的順序不斷地輪流通電時，步進電機就持續(xù)不斷地旋轉。如果電脈沖的頻率為 f（通電頻率），步距角用弧度表示，則步進電動機的轉速為： 5 {n} ={β }2 {f}2 60/2Π =63 1033 60/2Π =86 r/6 第三章 焊接 小車的結構設計 一、 小車的工作原理 1、基本要求及主要問題 自動焊接小車機構的基本要求是結構緊湊、自重輕以及可控性強，主要實現(xiàn)焊條的兩個運動： （ 1） 焊接運動，即焊條的移動（ X 向），速度大小決定了焊縫尺寸。速度過大的話，焊縫斷面就小，達不到焊接要求且易出現(xiàn)未焊透等缺陷：速度過慢的話形成大斷面焊縫，造成焊料堆積浪費且易出現(xiàn)燒穿等缺陷：因此合理的焊接速度能得到整齊美觀的焊縫。 （ 2）焊條上下運動（ 作用是引弧和維持所需電弧的穩(wěn)定長度，電弧的長短直接影響焊接質量和焊接電流。薄板長直焊縫焊接宜采用短 弧，快速直線焊接，焊條不作擺動，以得到小熔池和整齊的焊接表面。 薄板焊接存在的缺點主要是容易燒穿，變形較大和焊縫成形不良等。自動焊接小車需要達到的基本要求是準確控制焊接速度、焊接位置、焊接電流和穩(wěn)定焊接電弧，能根據(jù)實際需要在焊接全過程中實施調節(jié)，維持適宜的電弧長度和保持合理的焊接速度可較好地提高焊接質量和焊接效率。 2、 工作原理 如圖所示，步進電動機的控制指令發(fā)出，步進電機 1運轉，通過蝸桿渦輪運動服（ 2、3）減速，渦輪 2與齒輪 14同軸，齒輪 14與齒條 15構成移動副帶動自動焊接小車 對焊接運動的方向、速度、位置實施控制：步進電機 5運轉，由于同步齒形帶 6，絲桿螺母移動副 7，帶動焊槍 8在 焊條上下運動的方向、位置實施控制、速度。絲桿螺母移動副 7傳動比愈大，若果焊條 板焊接焊條就可以不作橫向擺動的要求，但在小車設計中仍然要考慮。自動焊接小車由兩對支撐平臺 12 上沿 撐平臺固定在薄板焊接機的床身上。焊接小車示意圖如下： 7 1、步進電機 2、渦輪 3、蝸桿 4、小車箱體 5、步進電機 6、同步齒形帶 7、絲桿螺母 8、焊槍 9、焊接薄板 10、支撐滾輪 11、絲桿螺母 12、支撐平臺 13、支撐滾輪 14、齒輪 15、齒條 二、 渦輪蝸桿減速器的設計計算 1、傳動零件的設計計算 （ 1）、選擇渦輪蝸桿的精度，類型，材料 蝸桿材料選用 45 鋼，整體調質，表面淬火，齒面硬度 45~屬模鑄造，滾銑后加載跑合， 8級精度標準。來保證側隙 c （ 2）、計算步驟 ① 設計公式： 221223 . 2 5()[] d k T m ㈠ 、選， 查表 2 =/=2/8 在 30~64之間，故符合要求。 初估 n= 、渦輪轉矩 = ㈢ 、載荷系數(shù) K 因載荷平穩(wěn)，查表 = 、材料系數(shù) =155a ㈤ 、許用接觸應力 查表 取許用接觸應力為 220=60=8 7788 41 0 1 0 0 . 8 0 31 0 . 6 0 6 4 1 0ZN n? ? ??㈥ 、 2 2 212 23 . 2 5 3 . 2 5 1 5 6( ) 1 . 1 1 3 2 9 7 6 8 ( ) 4 8 2 2 . 7[ ] 2 2 0 5 4d k T z? ?? ? ? ? ??㈦ 、初選、的值 查表 m=8,d=80 ㈧ 、導程角 r=m/=880= r= ㈨ 、滑動速度 =/60=801460/=s ㈩ 、嚙合效率由 ==1° 16′ =r/r+(11)、傳動效率 n 取軸承效率 =油效率 =n=2=m (12)、檢驗 值 選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強度要求 ② 、 蝸桿尺寸 分度圓直徑 0頂圓直徑 ==(40+24)=48根圓直徑 =4032程角 r= 右旋 軸向齒距 m=輪部分長度 1+ 60 、蝸 輪尺寸 分度圓直徑 d2=m=724=168 9 齒頂高 =m=1=根高 =(+)=(1+=頂圓直徑 ==168+根圓直徑 程角 r= 右旋 軸向齒距 x1=m=輪齒寬 0 齒寬角 b2/0/40=輪咽喉母圓半徑 2=15 蝸輪各參數(shù)如下表 法向模數(shù) 齒數(shù) 壓力角 螺旋角 齒寬 齒頂高系數(shù) 齒底隙系數(shù) 變位系數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 7 24 20 16 30 1 168 桿各參數(shù)如下表 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 導程角 軸向齒距 螺旋長度 40 48 32 60 ④ 、熱平衡計算 （ 1）估算散熱面積 A A=2) 驗算油的工作溫度 溫 :通常取 20 散熱系數(shù) t=1000(11/A+= 油溫未超過界限 （ 3）潤滑方式 根據(jù) m/s，查表 用侵油潤滑，油的運動粘度為 220 ⑤ 、蝸輪軸的設計 （ 1）選擇軸的材料 選取 45鋼，調質，硬度 30，強度極限為 600表查得其許用彎曲應力為 10 55 《機械設計基礎》表 1010 2）最小直徑估算 c 械設計》表 c=120 0 根據(jù)《機械設計》表 0 d1=a=30+22=34 a=(.1)d2=1~5)=30+4=34 d3=a+34+2=39 a=(o.1)d2 d4=7 械設計》表 3）結構設計 (a)軸上零件的定位、固定和裝配 單級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由肩軸定位，而其右面用套筒軸固定，周向固定靠平鍵和過渡配合，兩軸承分別以肩軸和套筒定位，但是周向則采用過渡配合或過渡配合來固定，聯(lián)軸器以軸肩向定位，右面用軸端向固定。 鍵聯(lián)接作軸向固定，其軸做成階梯形，左軸承做從左面裝入，將齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器一次右面裝到軸上。 （ b）確定軸各段直徑和長度 Ⅰ段 5 0段直徑 0 a(.1)符合氈圈密封標準軸徑 Ⅲ段考慮選用 30214 圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為 30度為 24Ⅲ段直徑0考慮到小車的左右對稱性，Ⅳ ,Ⅴ段的長度和直徑分別與Ⅱ，Ⅰ段的長度和直徑對應，分別為 04=405=155=15c) 按彎扭合成應力校核軸的強度 繪出軸的計算簡圖 ②繪制垂直面的彎矩圖 b =2/5=2/0=11 =承支反力 =(/2)/L=()/+=算彎矩 M=L/2==m M′ =L/2==m ⑥ 、蝸桿軸的設計 （ 1）軸的材料選擇 選取 45 鋼，調質處理，硬度 30，強度極限為 650服極限為360曲疲勞極限為 300 切疲勞極限為 15 對稱循環(huán)變應力時的許用應力為 60 （ 2）初步估算軸的最小直徑 最小直徑的估算 203=23 (3)軸的結構設計 按軸的結構和強度要求選取軸承處的軸徑 d=30選軸承型號為 30210圓錐滾子軸承（ 297— 94） ,采用蝸桿軸結構，其中，齒根圓直徑 d=分度圓直徑 =80頂圓直徑 d=96度尺寸根據(jù)中間軸的結構進行具體的設計，校核的方法與渦輪軸的校核類似，經(jīng)過具體的設計與校核，得該蝸桿軸的結構式符合要求的，是安全的。 三、 傳動齒輪的設計計算 1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) (1) 按焊接 小車運轉的實際需要，選用斜齒圓柱齒輪傳動 (2) 焊接小車為一般工作機，速度不高，故選用 7級精度（ 88） (3) 材料選擇。由《機械設計》表 100質 )，硬度為 280(4) 兩傳動齒輪的齒數(shù)都選定為 20 (5) 選取螺旋角為 =16° 2、按齒面接觸強度設計 按式試算，即 12 21 1 131 2 1[] Z ? ? ? ????? ????（ 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 試選 ② 由《機械設計》圖 10③ 由圖 10 1 20 . 7 8 , 0 . 8 7 , 1 . 6 5? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?④ 許用接觸應力 12[ ] [ ] 5 4 0 5 2 2 . 5[ ] 5 3 1 . 2 522 P a M P a??? ? ?? ? ?（ 2） 計算 ① 試算齒輪分度圓直徑1計算公式 2431 2 1 . 6 9 . 9 4 8 1 0 2 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8 1231 1 . 6 5 1 5 3 1 . 2 5td m m m m? ? ? ???? ? ? ???? ??② 計算式圓周速度 11 1 2 3 8 6 / 0 . 5 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s m s? ?? ??? ? ??? ③ 計算齒寬 1 0 . 4 8 1 2 3 6 0d m m m m?? ? ? ?11c o s 1 2 3 c o s 1 6 620m m m ?? ? ? 2 . 2 5 2 . 2 5 6 1 3 . 5m m m m m? ? ? ?60 4 h ??④ 計算縱向重合度 10 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 0 . 4 8 2 0 t a n 1 6 3d Z???? ? ? ? ? ? ? ?⑤ 計算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù)，根據(jù)速度，精度等級，由《機械設計》圖 10得動載系數(shù) 由表 10圖 10K=K 按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式（ 10 13 3311 2 . 2 11 2 3 1 3 6 . 51 . 6? ? ?⑦ 計算模數(shù)o s 1 3 6 . 5 0 . 9 6 6 . 5 520z ? ?? ? ? 3、按齒根彎曲強度設計 由式（ 10 213 212 c o s[]F a S Y Y ????? ?(1)確定計算 參數(shù) ① 計算載荷系數(shù) 1 1 . 1 1 1 . 4 1 . 3 5 2 . 1A V F K K K??? ? ? ? ? ?② 根據(jù)縱向重合度??=圖 10得螺旋角影響系數(shù) = 計算當量齒數(shù) 11 3324 2 7 . 2 7c o s c o s 1 6v ? ? ??④ 查取應力校正系數(shù) 由表 10 查取齒形系 由表 10 計算齒輪的[]] 2 . 5 9 2 1 . 5 9 6 0 . 0 1 3 6 33 0 3 . 5 7? ?⑦ 設計計算 423 22 2 . 1 0 9 . 9 4 8 1 0 0 . 8 8 ( c o s 1 4 ) 0 . 0 1 6 4 2 1 . 8 21 2 4 1 . 6 5nm m m? ? ? ? ? ? ?????對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算 的法面模數(shù)大于按齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取，已可滿足彎曲強度。但為力同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸 14 疲勞強度算的分度圓直徑1d=是 由 1 c o s 6 4 . 1 7 c o s 1 6 1 0 . 26m ? ?? ? ? 取 Z=10，由 2Z= 2 1 0 2 0 ? ? 4、幾何尺寸的計算 （ 1）計算中心距 12() ( 2 0 2 0 ) 6 1 2 4 . 8 42 c o s 2 0 . 9 6nz z ma m m?? ??? ? ??將中心距圓整為 1252)按圓整后的中心距修正螺旋角 12() ( 2 0 2 0 ) 6a r c c o s a r c c o s 1 62 2 1 2 5nz z ? ??? ? ? ??因β值沒改變，故參數(shù) ,,?等不必修正 (3)計算分度圓直徑 11 2 0 6 125c o s c o s 1 6m m? ?? ? ??（ 4）計算齒輪寬度 1 0 . 4 8 1 2 3 5 9 . 0 4? ? ? ?=605)結構設計 因齒輪齒頂圓直徑小于 500選用腹板式結構為宜。其他有關尺寸及斜齒輪的零件圖見圖紙。 四、 小車車廂及其他零件的設計 1、小車車廂鑄造箱體的主要結構尺寸 （ 1） 車廂長為 為 150 150 2） 渦輪蝸桿減速箱箱體壁厚： 0 3 8 ,a? ??取 ? =中 a=232 15 （ 3） 車廂底座的凸緣厚度： 111 . 5 1 8 . 4 2 , 1 . 5 1 5 . 6 5 7? ? ? ?（ 4） 聯(lián)軸器的選擇與計算 高速軸輸入端的聯(lián)軸器 計算轉矩表 ,1T K T?= 6 2 1 . 6 3 2 4 3 2 . 4 5 ? ?，查表選用彈性 套柱校型聯(lián)軸器，材料為 35鋼，許用轉矩 [ ] 7 1 0T N m? ，許用轉速 [ ] 3 0 0 / m 標記 軸器 42114 (選鍵 ，裝聯(lián)軸器處的軸徑為 30選用鍵 12 ? 7079 對鍵的強度進行校核，鍵同樣采用 45鋼。鍵的工作長度 7 0 1 2 5 8 , 42 b m m k m m? ? ? ? ? ? ?，按公式的擠壓應力 332 1 0 2 1 2 6 6 . 5 1 0 1 0 5 . 6 [ ]4 5 8 4 2 P ak l d??? ? ?? ? ? ???合格。所以高速級選用的聯(lián)軸器為 2? 114 84，所用的聯(lián)結鍵為 12? 70 79 低速軸輸出端的聯(lián)軸器 根據(jù)低速軸的結構尺寸以及轉矩，選用聯(lián)軸器 軸器 63? 114 4，所用的聯(lián)軸鍵為 18? 90 79，經(jīng)過校核計算，選用的鍵是符合聯(lián)結的強度要求的，具體的計算過程與上面相同。 （ 5） 小車車輪幾何尺寸的設計 根據(jù)焊接小車在實際場合的應用以及結合小車車廂的幾何尺寸，確定小車后輪的直徑大小 為 30輪的直徑大小為 110(6) 蝸輪蝸桿減速器的潤滑 減速器中渦輪和軸承都需要良好的潤滑，起主要目的是減少摩擦磨損和提高傳動效率，并起冷卻和散熱的作用，另外，潤滑油還可以鋼制零件銹蝕和降低減速器的噪聲和振動等。 本設計選取潤滑油溫度 t=40° 輪采用浸沒潤滑，浸油深度約為 1 個螺牙高，但油面不應高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心。 16 第四章 單片機控制系統(tǒng) 按照安裝位置和控制功能，可以講設計 分為五部分：傳感器線路， 進電機驅動電路，光線控制線路和電源。傳感器線路和光線系統(tǒng)一起構成本系統(tǒng)的傳感器，其他部分在控制臺內(nèi)。整個系統(tǒng)采用兩個單片機進行控制，及在傳感器線路和 031系統(tǒng)。他們各自獨立工作，通過串行口進行數(shù)據(jù)通訊和協(xié)調動作，由于在協(xié)調動作時，以傳感器線路中的 8031為主，所以稱之為主機，所以另一片 8031為從機。省去從機并不影響主機的動作，只是當主機查詢到從機不存在時，自己輸出步進電機控制信號。 17 系統(tǒng)配置裝置 傳感器 控制臺 硬件系統(tǒng)配置裝置示意圖 光 源 傳 感 器 線 路 光源 控制 線路 示及 控制線路 （可選項） 電 源 步進 電機 驅動 電路 步進電機 1 步進電機 2 18 2. 傳感器線路 傳感器線路是硬件中的關鍵部分，它的好壞，直接影響著跟蹤的總體質量。它的主要作用是用來 完成信息的采集、處理、顯示 (示 )、系統(tǒng)監(jiān)控和操作輸入等工作。當未選用 示及控制部分時，它還會自動輸出步進電機控制信號。圖 主要由下述的四部分電路組成 :主機 8031小系統(tǒng)、 其驅動電路、信號預處理電路和外設接口及外設電路。 19 光源控制信號輸出 控 制線 訊線 控制線 （當不采用從機時，此為步進電機信號輸出口） 傳感器線路框圖 031 系統(tǒng) 333 D D 及 驅 動 電 路 信 號 預 處 理 電 路 I /O 接口 及 處 理 電 路 20 031小系統(tǒng) 這部分是整個跟蹤系統(tǒng)的指揮中心，而且還承擔著信息的采集處理等工作。我們選用了 80配以 162成了一個 8031小系統(tǒng)。 其驅動電路 電荷禍合器件 ( 稱 1970年在 藝基礎上發(fā)展起來的新型半導體器件，它與以前在熱平衡狀態(tài)下工作的雙極和單極的半導體器件相反，是一種在非平衡狀態(tài)下依靠勢井轉移電荷信息的，具有獨特工作機構的器件，主要有三個方面的用途 :攝像、信息處理、信息存儲。下面就簡要介紹一下它作為攝像器件時的工作原理。簡單說來， 一種金屬一氧化物一半導體 (構，是由 為數(shù)眾多的 透鏡將來自景物的光聚焦到 荷包的大小與景物的光照強度成正比。此時，若在 么就會在半導體和絕緣層的界面上造成“深井”一“勢井”。此時，光生信號電荷包就滾入“勢井”中存儲起來。若在相鄰電極上施加適當?shù)臅r鐘電壓，在該電極下又會出現(xiàn)不同深度的“勢井”，于是光生電荷包就會從原來的勢井中轉移到這個勢井中。依次類推，電荷包就從 在 置，這種經(jīng) 而得到一副與原來景物相同的畫面，于是完成了攝像過程。因此，將轉換后的信號電荷作短暫存儲后再轉移的新型模擬移位寄存器。 光敏單元的排列上可分 為線陣 面陣 們采用的是硅襯底的線陣 的光譜響應范圍為 近紅外光有較好的響應性，可以很好地利用有效光。 動電路 我們選用的是國產(chǎn) 256陣 于生產(chǎn)單位提供的驅動電路較為復雜，器件多，體積大 ，而且與其它線路及計算機的協(xié)調動作也有一定的困難，不適移植到本系統(tǒng)中，所以我們專門設計了 動 六個時時鐘脈沖是 :轉移時鐘。 x、復位時鐘中 R、三相傳輸驅動時鐘 (中 1、中 2、中 3)以及胖零時鐘。 i。我們設計的 個時鐘脈沖由 8031的軟件發(fā)生、 輸出。經(jīng)過芯片 74動能力放大后，送去驅動 慮到不同芯片的差異性和為了使 21 ＋ 5v ＋ 5v 動電路 S- ＋ 5v ＋ 5v 1111111 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 745 6 7 8 G 3 S Φ X I R 3 2 1 ＋ 5v 22 4. 步進電機驅動電路 步進電機驅動電路，是主要用來放大來自控制系統(tǒng)的步進電機控制信號，使之達到驅動步進電機要求的電路。在功率放大中，采用了 外，為了提高系統(tǒng)