機(jī)械電子工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-軸管類零件超聲探傷裝置上料與烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　軸管類零件超聲探傷裝置上料與烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的

2、指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 軸管類零件超聲探傷裝置

3、上料與烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)一臺可以自動實(shí)現(xiàn)軸管類零件的探傷系統(tǒng)。它可以自動的將放在料倉內(nèi)的零件通過液壓缸送到指定的位置，然后通過托手座伸縮缸把零件取下放到水箱里，通過滾輪帶動零件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，探針通過滾動導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，從而完成對零件的探傷。然后通

4、過卸料架把工件送到烘干室對工件進(jìn)行烘干。實(shí)現(xiàn)軸管類零件的自動上料、探傷和烘干功能。本畢業(yè)設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)上料和烘干系統(tǒng)。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　（1）通過廣泛調(diào)研、查閱文獻(xiàn)，了解和掌握軸管類零件超聲探傷裝置上料與烘干系統(tǒng)的重要作用，研究現(xiàn)狀、基本類型、設(shè)計(jì)方法等，明確選題的意義。（2）綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識對軸管類零件超聲探傷裝置上料與烘干系統(tǒng)

5、進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。（3）由所學(xué)力學(xué)知識對關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。（4）按時完成畢業(yè)論文。要求論文論述清楚、文理通順、圖表規(guī)范、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、內(nèi)容完備。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]岳彥芳，張新聚，楊松林.軸管類零件超聲波探傷機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，液壓與氣動，2008年第7期</p><p>　　[2]沈

6、岱亞，張守玉,等.超聲波探傷原理及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.2.3</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　軸管類零件超聲探傷裝置上料與烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：自動上下料裝置是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣。作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)

7、業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。超聲波檢測是一種應(yīng)用廣泛、性能優(yōu)越的無損檢測方法，對材料或工件表面和內(nèi)部缺陷有很強(qiáng)的檢測能力。 </p><p>　　在經(jīng)過超聲探傷裝置檢測后，由于是在水下檢測，所以軸管類零件需要進(jìn)行烘干操作。因此，論文還設(shè)計(jì)了烘干裝置，烘干裝置是紅外線輻射，最后將烘干的零件由翻板送到指定位置。</p><p>　　關(guān)鍵詞：軸管類零件，上料裝置，超聲檢測，

8、烘干</p><p>　　Shaft tube parts and drying system of ultrasonic flaw detection device design</p><p>　　Abstract: Automatic feeding device from top to bottom is the most typical of the mechanical-ele

9、ctrical integration of digital equipment ,high value-added technology ,a wide range of applications ,as the support of advanced manufacturing technology and information society of the new industries will be the future o

10、f production and social development play a more to the more important role . Presently，Ultrasonic testing is a widespreadly used nondestructive inspection method ,which has powerful cap</p><p>　　After ultras

11、onic flaw detection device, because be in underwater detection, so the shaft tube parts need for drying operation. Therefore, the thesis also designs the drying device, drying device is the infrared radiation, finally wi

12、ll dry parts of the frame to the specified location.</p><p>　　Key words: shaft-part，feeding device，ultrasonic detection technology，drying</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

13、;b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 軸管類零件超聲波自動探傷的意義1</p><p>　　1.1.1 軸管類零件缺陷檢測的必要性1</p><p>　　1.1.2 對軸管類零件進(jìn)行超聲波探傷的內(nèi)容、目的及意義1</p><p>　　1.2 超聲波檢測技術(shù)2</p><p&g

14、t;　　1.2.1 超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展2</p><p>　　1.2.2 超聲波檢測的特點(diǎn)和適用范圍3</p><p>　　1.2.3 超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展方向3</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案的選擇5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　2.1.1 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則

15、及要求5</p><p>　　2.1.2 總體布局的基本原則及要求5</p><p>　　2.1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則5</p><p>　　2.1.4 自動機(jī)器的主要要求6</p><p>　　2.1.5 任務(wù)要求6</p><p>　　2.2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)7</p><p>

16、;　　2.2.1 上料系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.2 探傷系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2.3 烘干系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3 上料系統(tǒng)的選型與校核12</p><p>　　3.1 料倉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 常用槽式料倉的型式12<

17、;/p><p>　　3.1.2 槽形料倉的傾角12</p><p>　　3.1.3 料槽滑道的寬度12</p><p>　　3.2 擋板的校核設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1 強(qiáng)度準(zhǔn)則15</p><p>　　3.2.2 剛度準(zhǔn)則15</p><p>　　3.3 水平液壓缸的設(shè)計(jì)

18、17</p><p>　　3.3.1 初選液壓缸工作壓力18</p><p>　　3.3.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸18</p><p>　　3.4 豎直液壓缸的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.4.1 初選液壓缸工作壓力20</p><p>　　3.4.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸20</p><

19、p>　　3.5 滾動光軸的校核22</p><p>　　3.5.1 滾動光軸的設(shè)計(jì)計(jì)算22</p><p>　　4 烘干系統(tǒng)的選型26</p><p>　　4.1 水平液壓缸的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.1 初選液壓缸工作壓力26</p><p>　　4.1.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸26<

20、;/p><p>　　4.2 豎直液壓缸的設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.2.1 初選液壓缸工作壓力28</p><p>　　4.2.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸28</p><p>　　4.3 液壓缸的安裝和使用注意事項(xiàng)31</p><p>　　4.3.1 液壓缸的安裝注意事項(xiàng)31</p><p&

21、gt;　　4.3.2液壓缸的使用注意事項(xiàng)及故障排除方法31</p><p>　　4.4 電熱板的選型與安裝32</p><p>　　4.4.1 電熱板的一般要求32</p><p>　　4.4.2 電熱板的基本結(jié)構(gòu)32</p><p>　　4.4.3 電熱板安裝和使用注意事項(xiàng)33</p><p>　　結(jié)論..

22、................................................................. 34</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　1 前言</b></p>

23、<p>　　1.1 軸管類零件超聲波自動探傷的意義</p><p>　　大型回轉(zhuǎn)件是國家重大工程裝備的核心構(gòu)件。國內(nèi)重大裝備的制造企業(yè), 軸管類零件通常在其鍛壓和粗加工之后、精加工之前進(jìn)行超聲波檢測。這一加工階段的大型回轉(zhuǎn)件帶有一定的軸向圓錐度和徑向橢圓度,很難在車床上利用刀架實(shí)現(xiàn)探頭自動定位。國外生產(chǎn)類似產(chǎn)品和研究的公司主要有美國的泛美 ( PANAMETRICS) 公司、加拿大的R /D TEC

24、H公司, 德國的K-K公司, 但是有關(guān)超聲波自動檢測大型回轉(zhuǎn)件的技術(shù)還處于保密階段。國內(nèi)少數(shù)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)最近幾年相繼開展了超聲波自動探傷的研究,重點(diǎn)是各類數(shù)字化超聲波檢測設(shè)備和超聲波發(fā)射/采集卡, 但未見針對上述大型回轉(zhuǎn)件的超聲波在線自動檢測系統(tǒng)的研究報道[1]。</p><p>　　1.1.1 軸管類零件缺陷檢測的必要性</p><p>　　隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,用戶對棒材使用的可靠

25、性和安全性的要求越來越高,提出了對于材料內(nèi)部的危害性缺陷進(jìn)行在線超聲波自動探傷系統(tǒng)的研制的要求。</p><p>　　對棒材的檢測有多種手段,主要有射線探傷、超聲探傷、磁粉探傷和滲透探傷。相對于其他的探傷方法,超聲波探傷方法簡單、成本低、對人體無害,并且檢測效果好,因而得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　傳統(tǒng)的超聲探傷是用手工進(jìn)行的,操作人員憑經(jīng)驗(yàn)對探傷儀上顯示的波形予以判斷,帶有主觀

26、性和局限性。這些經(jīng)驗(yàn)是可貴的,但是效率低,容易發(fā)生漏檢和誤檢,并且無法對超聲信號進(jìn)行諸如概率統(tǒng)計(jì),圖像識別,頻率分析和數(shù)字濾波等的處理和變換,不能用這些領(lǐng)域中的理論和方法來揭示和提取缺陷信號特征。近年來,很多國家將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)和超聲原理結(jié)合,研制各種自動化超聲無損探傷的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng),以提高探傷的精度、重復(fù)性、可靠險和直觀性[2]。</p><p>　　1.1.2 對軸管類零件進(jìn)行超聲波探傷的

27、內(nèi)容、目的及意義</p><p>　　利用A型脈沖反射式超聲探傷儀一定的頻率發(fā)射電脈沖,該脈沖加到換能器(探頭)上,激發(fā)換能器發(fā)出超聲波,當(dāng)超聲波進(jìn)入棒材時,超聲波除了在棒材的表面發(fā)生反射外,如果棒材中存在缺陷(不連續(xù)性),超聲波將會在該處發(fā)生反射,反射波被換能器接收后,轉(zhuǎn)換成電信號,顯示在熒光屏上。實(shí)踐證明,反射波的波幅大小與缺陷的大小成正比,通過觀察反射波的波幅,就可以判斷是否有缺陷,以及缺陷的大小[3]。&

28、lt;/p><p>　　如果僅用探傷儀和探頭,也可以進(jìn)行棒材的探傷,但是,對于批量的棒材來說,手工檢測不但效率太低,而且容易發(fā)生漏檢和誤檢?？紤]可以設(shè)計(jì)專用的機(jī)械掃描裝置,對棒材進(jìn)行掃描,在掃描的同時,用數(shù)據(jù)采集卡采集相應(yīng)超聲回波信號,并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,達(dá)到檢測過程的自動化，這樣既提高了檢測效率,又提高了可靠性。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),棒材的主要缺陷有在中心部位的縮孔和夾雜物,還有在軋制過程中以這些缺陷為起點(diǎn)而產(chǎn)生的裂紋

29、等。本文研制的自動超聲探傷儀能準(zhǔn)確地檢測出棒材的這些缺陷,并能對缺陷進(jìn)行定位，以便讓工作人員對不合格的棒材進(jìn)行處理。</p><p>　　1.2 超聲波檢測技術(shù)</p><p>　　1.2.1 超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　超聲波檢測是利用超聲波對材料和工件進(jìn)行檢驗(yàn)和測量,是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的檢測方法之一。</p><p>　

30、　超聲波探傷技術(shù)已經(jīng)有幾十年的歷史了。最早利用超聲波探測物體內(nèi)部缺陷和結(jié)構(gòu)是由原蘇聯(lián)的薩卡洛夫(Sokolov)于1929年提出來的。1931年德國人在專利中提出了工業(yè)應(yīng)用方案。在二次世界大戰(zhàn)中,由于雷達(dá)技術(shù)和脈沖技術(shù)的發(fā)展以及戰(zhàn)爭的需要,大大促進(jìn)了超聲檢測技術(shù)的發(fā)展,1944年美國的F.A.Firestone發(fā)表采用超聲脈沖法的探傷儀的報告,1946年英國D.0.Spruoel制成A型脈沖反射式超聲波探傷儀,并用于鋼材的探傷。到了本世

31、紀(jì)50年代，A型脈沖反射式超聲波探傷儀已廣泛應(yīng)用于先進(jìn)國家的鋼鐵、機(jī)械制造和造船工業(yè)領(lǐng)域。1964年前聯(lián)邦德國Kruatkarmer公司研制成功小型超聲探傷儀,其主要性能指標(biāo)取得了突破性進(jìn)展,標(biāo)志著跨入了近代超聲探傷技術(shù)階段[4]。</p><p>　　在本世紀(jì)七八十年代,由于超聲全息、回波頻譜分析、超聲探頭和大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,使得數(shù)字化、自動化、智能化超聲檢測和超聲成像技術(shù)變成了熱點(diǎn)。另一方

32、面,由于各種新型材料,特別是高性能功能材料的發(fā)展(如先進(jìn)復(fù)合材料、功能陶瓷材料、微電子材料等),使得超聲檢測廣泛地應(yīng)用于材料的物性評價和工程壽命評估,超聲檢測技術(shù)與斷裂力學(xué)和材料科學(xué)發(fā)生了更加深入密切的聯(lián)系,在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣闊的應(yīng)用。</p><p>　　1.2.2 超聲波檢測的特點(diǎn)和適用范圍</p><p>　　超聲波檢測可探測厚度較大的材料,且具有檢測速度快、費(fèi)用低并能對缺陷進(jìn)行定位

33、和定量、對人體無害以及對危害性較大的面積型缺陷的檢測靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)[5]。因此,超聲波檢測已經(jīng)發(fā)展成一種很重要的無損檢測方法,在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　超聲波被用于無損檢測,主要是因?yàn)橛幸韵聨讉€特性:①超聲波在介質(zhì)中傳播時,遇到界面會發(fā)生反射;②超聲波指向好,頻率愈高,指向性愈好;③超聲波傳播能量大,對各種材料的穿透力較強(qiáng);④再有超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性,為超聲波的應(yīng)用提供

34、了豐富的信息,也成為超聲波廣泛應(yīng)用的條件。超聲波是超聲振動在介質(zhì)中的傳播,它的實(shí)質(zhì)是以波動形式在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動,其頻率在20Hkz以上。</p><p>　　超聲波檢測有一定的局限性,主要表現(xiàn)為：超聲波檢測的記錄性差,它不能像射線檢測及其他檢測方法那樣,可得出射線照相底片或顯示痕跡,以比較直觀地判斷缺陷的幾何形狀、尺寸和性質(zhì);超聲波檢測技術(shù)難度較大,其效果和可靠程度往往受到操作人員的責(zé)任心、工作時的精神

35、狀態(tài)及技術(shù)水平高低的影響。</p><p>　　超聲波檢測是現(xiàn)代工業(yè)無損檢測中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。就無損檢測而言超聲波適用于各種尺寸的鍛件、軋制件、焊縫和某些鑄件,無論是鋼鐵、有色金屬和非金屬,都可以采用超聲波進(jìn)行檢驗(yàn)。各種機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件、電站設(shè)備、船體、鍋爐、壓力容器等,都可以采用超聲波進(jìn)行有效的檢測。檢測的方法有的采用手動方式,有的可采用自動化方式。就物理性能檢測而言,用超聲波可以無損檢測厚度、材料硬度

36、、淬硬層深度、晶粒度、液位和流量、殘余應(yīng)力和膠接強(qiáng)度等[6]。</p><p>　　1.2.3 超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展方向</p><p>　　到目前為止,超聲波探傷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟,并且在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,目前超聲波探傷技術(shù)正在向自動化以及超聲探傷設(shè)備的數(shù)字化、智能化方向發(fā)展,同時和其他學(xué)科相結(jié)合,大大拓寬了超聲波的應(yīng)用范圍。</p><p>　　近年來

37、,國內(nèi)外在超聲探傷技術(shù)方面的研究與應(yīng)用有如下趨勢:</p><p>　?、儆啥ㄐ蕴絺蚨刻絺椭苯语@示缺陷的圖像發(fā)展。經(jīng)過上個世紀(jì)的科研積累,以及計(jì)算機(jī)圖像科學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)在由定性地判斷缺陷的有無發(fā)展為對缺陷的位置、大小、形狀、性質(zhì)進(jìn)行定量判斷,并且利用各種成像技術(shù)直接顯示缺陷的二維、準(zhǔn)三維圖像。</p><p>　?、诎研盘柼幚眍I(lǐng)域的新成果引入到超聲信號的處理中,如各種快速計(jì)算技術(shù),分離

38、譜處理,小波分析等方法,使得超聲探傷的準(zhǔn)確性和快速性大大提高。</p><p>　?、郯殉曁絺夹g(shù)與自動化技術(shù)與人工智能相結(jié)合,向在線自動探傷和儀器的智能化發(fā)展,其中非接觸超聲探傷技術(shù)得到了突破性進(jìn)展。</p><p>　　④超聲探傷和斷裂力學(xué)相結(jié)合,對于重要工程構(gòu)件的壽命進(jìn)行評價。</p><p>　?、莩曁絺筒牧系奈镄栽u價相結(jié)合,在新材料的設(shè)計(jì)、加工和工程

39、應(yīng)用中得到迅速發(fā)展。</p><p>　?、夼U(kuò)大超聲波的應(yīng)用范圍,已取得了新的進(jìn)展。</p><p>　　其中,最明顯的就是超聲信號圖像處理技術(shù),以及超聲技術(shù)與其他學(xué)科的融合。</p><p>　　超聲探傷設(shè)備的工作原理如下：對于軸、管類零件，為了查出被測零件任意部位可能存在的缺陷，需將零件按要求的角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并使探頭沿其母線進(jìn)行掃查，同時記錄零件的位置坐標(biāo)

40、，與探傷儀的探傷信號匹配形成掃描探傷圖像，完成對零件的檢測。為了獲得清晰的掃描圖像，工件需要浸在水中完成探傷過程。同時，探傷機(jī)必須滿足不同直徑的零件探傷，因此，探傷托座需要在豎直方向具有自動調(diào)整裝置。</p><p>　　應(yīng)用于軍工、高壓容器、大型橋梁等關(guān)鍵領(lǐng)域的軸、管類零件在裝配之前均需進(jìn)行無損探傷。超聲檢測是目前常用的無損探傷方法之一，因此，開發(fā)軸管類零件超聲探傷儀具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。</p&

41、gt;<p>　　本課題針對企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)軸管類零件的自動上料、探傷和烘干功能。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是根據(jù)這些要求展開的，從而解決這些問題。通過這次設(shè)計(jì)我們應(yīng)該達(dá)到的目的是：設(shè)計(jì)一臺可以自動實(shí)現(xiàn)軸管類零件的探傷系統(tǒng)。人工將軸管類零件放入料倉。它可以自動的將放在料倉內(nèi)的零件通過液壓缸送到指定的位置，然后通過托手座伸縮缸把零件取下放到水箱里，通過滾輪帶動零件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，探針通過滾動導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，從而完成對零件的探傷。然

42、后通過卸料架把工件送到烘干室對工件進(jìn)行烘干。在查閱有關(guān)資料的基礎(chǔ)上了解相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀，選定總體方案；繪制總裝配圖和分部結(jié)構(gòu)裝配圖；設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)并繪制重點(diǎn)零部件圖，進(jìn)行必要的分析計(jì)算。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉自己的工程設(shè)計(jì)和分析問題與解決問題的能力。</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><

43、p>　　2.1.1 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則及要求</p><p>　　a）明確化：總體結(jié)構(gòu)方案應(yīng)明確地體現(xiàn)出原理方案、工藝性方案設(shè)計(jì)的方方面面，并能做出必要的、合理的補(bǔ)充。</p><p>　　b）可行性：設(shè)計(jì)的自動機(jī)能保證實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)功能，能制造出來并能夠正常工作。</p><p>　　c）簡單化：所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案應(yīng)在滿足功能以及其他要求的前提下，結(jié)構(gòu)

44、最簡單化，組成系統(tǒng)的零件數(shù)目盡可能少，傳動鏈最短，幾何形狀要簡單、規(guī)則，操作方法及程序簡明、簡要、簡便。</p><p>　　d）安全可靠：功能可靠性；使用安全性；環(huán)境適應(yīng)性；構(gòu)件的可靠性。</p><p>　　e）標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用，在設(shè)計(jì)中要貫徹始終。</p><p>　　2.1.2 總體布局的基本原則及要求</p>&

45、lt;p>　　a）功能合理：以實(shí)現(xiàn)功能要求為最基本原則，各分功能既易于實(shí)現(xiàn)又便于實(shí)現(xiàn)總功能。</p><p>　　b）保證工藝過程的連續(xù)和流暢：在布置工作部件的位置時，應(yīng)保證前后動作的連續(xù)和流暢，能量流、物質(zhì)流和信息流的流動途徑合理，各部件之間的相對運(yùn)動不發(fā)生干涉。</p><p>　　c）保證設(shè)計(jì)精度、剛度以及抗振性等要求。</p><p>　　d）充分考慮

46、產(chǎn)品系列化和發(fā)展要求。</p><p>　　e）操作、維修、調(diào)整方便。</p><p>　　f）結(jié)構(gòu)緊湊，層次分明，比例協(xié)調(diào)，造型美觀。</p><p>　　2.1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　強(qiáng)度準(zhǔn)則：要求機(jī)械零件的工作應(yīng)力σ不超過許用應(yīng)力[σ]，即σ[σ]。</p><p>　　剛度準(zhǔn)則：要求機(jī)械零

47、件在載荷作用下的彈性變形y在允許的極限值[y]以內(nèi)，即y[y]。</p><p>　　振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則：對于高速運(yùn)動的機(jī)械零件，就避免發(fā)生振動。要求其激振源的頻率與零件的固有頻率錯開。</p><p>　　可靠性準(zhǔn)則：對于重要的機(jī)械零件要求計(jì)算其可靠度，作為可靠性的性能指標(biāo)。</p><p>　　此外，還有壽命準(zhǔn)則、耐熱性準(zhǔn)則等。</p><p&g

48、t;　　2.1.4 自動機(jī)器的主要要求</p><p>　　a）使用性能。要保證及其運(yùn)動的平穩(wěn)性和可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、加工精度的保持性、對環(huán)境的適應(yīng)性以及力求使用維修方便，操作簡單安全可靠。</p><p>　　b）技術(shù)性能。自動機(jī)械應(yīng)具有一定的靈活性，能適應(yīng)產(chǎn)品的規(guī)格、品種在一定范圍變化的要求；具有合理的自動.化程度，要根據(jù)需要和可能性來綜合考慮，不能脫離具體條件而盲目追求先進(jìn)性；

49、貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。</p><p>　　c）經(jīng)濟(jì)性能。自動機(jī)械的結(jié)構(gòu)要簡單，制造容易、成本低、生產(chǎn)率高、能耗少，還要節(jié)約材料。</p><p>　　d）自動機(jī)械的設(shè)計(jì)初衷是減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，同時在設(shè)計(jì)時還要講求人機(jī)工程學(xué)，創(chuàng)造文明的生產(chǎn)條件。要留有發(fā)展的余地，要有可能改進(jìn)而不至于造成全機(jī)的廢棄。自動機(jī)械的設(shè)計(jì)過程主要包括明確加工對象的特點(diǎn)、確定循環(huán)時間以及運(yùn)動參數(shù)

50、、確定自動機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和總體方案以及進(jìn)行自動機(jī)械技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的初步估算以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)合理性。以上各項(xiàng)程序所包括的工作內(nèi)容是相互聯(lián)系與交錯的，有時可平行或穿插進(jìn)行。在設(shè)計(jì)中當(dāng)技術(shù)資料不全或是不完全使用時，則應(yīng)通過必要的工藝或結(jié)構(gòu)原理試驗(yàn)，以便確定工藝原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)。</p><p>　　2.1.5 任務(wù)要求</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：完成一臺軸管類零件超聲探傷裝置的

51、總體設(shè)計(jì)、探傷系統(tǒng)和機(jī)體的設(shè)計(jì)。對其技術(shù)要求如下：</p><p>　　1)設(shè)備能完成自動上料、探傷、烘干和卸料等工藝動作。</p><p>　　2)測頭移動距離可調(diào)，范圍為：0.5米--3.0米。</p><p>　　2.2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成對大型軸管類零件的超聲波探傷。由于要完成的是這些大型零

52、件的自動化探傷，需要設(shè)計(jì)上料系統(tǒng)、探傷系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。其工藝流程如圖2.1所示。</p><p>　　圖2-1 工藝流程圖</p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動液壓缸，輸送工件到達(dá)探傷位置，通過超聲波探傷儀完成對零件的檢測。然后，通過的托手座，將工件托出水面，托手座翻轉(zhuǎn)，工件滑到烘干工位，利用陶瓷紅外線輻射電熱板進(jìn)行加熱烘干，最后用液壓缸把工件從烘干室里滾出來

53、，完成一個工作周期。</p><p>　　2.2.1 上料系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　單件物品供料機(jī)構(gòu)根據(jù)人工參與程度，可分為料倉式供料機(jī)構(gòu)和料斗式供料機(jī)構(gòu)兩種。料倉式供料機(jī)構(gòu)是由人工將物品整理定向后，裝入按物品形體特征設(shè)計(jì)的料倉中，在料倉中成隊(duì)列的物品一次由供料機(jī)構(gòu)取出，分離，供送到指定的工位，完成供料任務(wù)。斗式供料機(jī)構(gòu)是由人工定期將物品倒入料斗中，在料斗中成堆的物品由供料機(jī)構(gòu)自

54、動定向，取出并供送到指定的工位，所以是一種自動供料機(jī)構(gòu)，適宜于重量輕，體積小，外形結(jié)構(gòu)簡單等物品的供料。但是要求的軸管類零件最大重量能達(dá)到一千多千克，如果將工件成堆的放在料斗中待供料機(jī)構(gòu)自動對其選取定向，這樣就對供料機(jī)構(gòu)的動力部分提出了很高的要求。因此在本次設(shè)計(jì)中選用槽式料倉供料機(jī)構(gòu)，使工件依靠自身的重力實(shí)現(xiàn)供給。這樣不僅充分利用了加工工件的外形特征，而且還大大簡化了機(jī)器的結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料和能源。由于設(shè)計(jì)要求此機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)軸管類零件長短

55、可以從0.5米到3米長的范圍內(nèi)變化，所以要把料倉設(shè)計(jì)成可以變化的。另外，為防止零件在下落時飛出去，本設(shè)計(jì)采用了在前面焊接一塊板來防止零件飛出。如圖2-2所示。</p><p><b>　　圖2-2 料倉</b></p><p>　　2.2.2 探傷系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　探傷的零件需要繞軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，速度為1轉(zhuǎn)/分鐘。由于減速比

56、太大所以選擇了減速電機(jī)。另外，要求測頭水平方向移動速度為：1米/分鐘。由于要求精度較高，所以要選擇具有高精度的導(dǎo)軌。滾珠絲桿的特點(diǎn)：a)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3；在省電方面很有幫助。b)高精度的保證 滾珠絲桿是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生

57、產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。c）微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。d)無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加預(yù)壓,由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)

58、)。e)高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)</p><p>　　圖2-3 滾珠絲杠</p><p><b>　　液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）功率密度大。液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動機(jī)的12%-13%。目前，液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)是發(fā)電

59、機(jī)和電動機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W。</p><p>　?。?）可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。通過調(diào)節(jié)閥的開口面積或變量泵、變量馬達(dá)的排量，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1:2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　?。?）傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。</p><p>　?。?）空間布置靈活。由于液壓傳動是

60、用油管連接各元件的，所以改變油管的連接方式可以方便靈活的布置傳動機(jī)構(gòu)。由于液壓缸的推力很大且極易布置，在某些設(shè)備上已取代了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。</p><p>　　（5）液壓裝置易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。通過設(shè)置溢流閥等方法可以限制系統(tǒng)的最高壓力，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。</p><p>　?。?）液壓傳動容易實(shí)現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別

61、是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。</p><p>　?。?）液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。</p><p>　　根據(jù)以上液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、加工效率以及加工零件重的特點(diǎn)等諸方面的因素，選定液壓傳動作為供料機(jī)構(gòu)的外加動力源和探傷的上下料、翻轉(zhuǎn)的外加動力源。液壓缸的安裝示意圖如圖2.4所示

62、。</p><p><b>　　圖2-4 液壓缸</b></p><p><b>　　液壓驅(qū)動動作分析：</b></p><p>　　針對某一個工作實(shí)例，設(shè)備工作過程如下：驅(qū)動系統(tǒng)帶動槽輪運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送工件到達(dá)探傷位置，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動工件繞其軸心線回轉(zhuǎn)，同時，探傷儀探頭沿工件母線方向進(jìn)行掃查，記錄零件的位置坐標(biāo)，與探傷儀的探傷

63、信號匹配形成掃描探傷圖像，完成對零件的檢測。然后，通過卸料裝置的托手座，將工件托出水面，托手座翻轉(zhuǎn)，工件滑到烘干工位，利用陶瓷紅外線輻射電熱板進(jìn)行加熱烘干，完成一個工作周期?？紤]到檢測零件重量較重，在設(shè)備工作循環(huán)中，以下動作應(yīng)該采用液壓驅(qū)動來完成：</p><p>　　(１)檢測零件進(jìn)出水面；</p><p>　　(２)檢測完成后，托手座翻轉(zhuǎn)，工件由檢測工位向烘干工位輸送動作；</p

64、><p>　　(３)工件烘干完成以后，推離烘干工位的動作。</p><p>　　液壓傳動的發(fā)展概況：</p><p>　　自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史，但直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地應(yīng)用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)

65、結(jié)束后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機(jī)及自動生產(chǎn)線。</p><p>　　20世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。當(dāng)前，液壓技術(shù)正向高速、高壓、大功率、高效、低噪聲、長壽命、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（CDC）、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動

66、及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。</p><p>　　我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。隨著國外液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)以及自身設(shè)計(jì)制造水平的提高，現(xiàn)在我國生產(chǎn)的液壓元件已經(jīng)從低壓到高壓形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。</p><p>　　2.2.3 烘干系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)</p><p>　

67、　由于零件要在水下探傷，所以等零件探傷完以后要進(jìn)行烘干。一般說來，熱的傳送有三種方法：即對流﹑傳導(dǎo)與幅射，而借幅射的方式，能量可被傳送穿過某一空間,卻不致有太大的損失。輻射能是以電磁波的型能將能量自熱源（發(fā)射體）傳送至接收物（吸收體），以這這種傳送方式時,應(yīng)稱呼其為輻射能，而非以 "熱" 的型能來進(jìn)行的。 " 熱" 是物體吸收了輻射能之后所產(chǎn)生的結(jié)果，對某一物體或物質(zhì)而言，若輻射能穿過它或自其表面

68、反射掉，則此一物體或物質(zhì)完全不起作用;反之若其吸收了輻射能，則起作用，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬男?，因而使物質(zhì)提高了溫度。因此，輻射能有直接使物升溫而不需使該物體周圍升溫之特性，故與對流或傳導(dǎo)之方式大大不同，因后者必須借介質(zhì)物，諸如固體﹑液體或氣體等才能將能量傳導(dǎo)給目的物。根據(jù)以上陶瓷紅外線輻射的優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、加工效率等諸方面的因素，選定陶瓷紅外線輻射為加熱源[7]。如圖2.5所示。</p><p>　　圖2-

69、5 陶瓷紅外線輻射加熱板</p><p>　　3 上料系統(tǒng)的選型與校核</p><p>　　3.1 料倉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 常用槽式料倉的型式</p><p>　　圖3.1為常用的槽形料倉結(jié)構(gòu)型式。a)為矩形料倉，適用于桿形或圓盤物料,左邊為閉式，其上面有包邊，用于料倉垂直的或傾角大于10°～15°

70、的場合，也可用于料倉較長，在送料時，有把物品向上擠出之危險的場合；右邊一種是開式的，其上面沒有包圍物料的包邊，適用于與上述相反的場合，物品在矩形料倉中移動是滾動方式。b)是兩種槽形料倉，用來輸送有肩的零件。c)是兩種雙軌式料倉。d)是兩種單軌式料倉[8]。</p><p>　　圖3.1 常用的槽式料倉</p><p>　　3.1.2 槽形料倉的傾角</p><p>

71、;　　槽形料倉的傾角,是指料倉與水平面之間的夾角。對于滾動送進(jìn)的物料，如其表面質(zhì)量較光潔，則A> 7°～ 10°；工件表面質(zhì)量較粗糙,則A> 10°～ 15°。對滑動送進(jìn)的物料，一般采用A> 25°[9]。</p><p>　　3.1.3 料槽滑道的寬度</p><p>　　靠自重送料的槽形料倉，在設(shè)計(jì)時應(yīng)正確的計(jì)算滑道的

72、寬度，對有圓弧拐彎的滑道，還應(yīng)計(jì)算滑道圓弧處的寬度及其外側(cè)半徑。</p><p>　　由圖3.2 可知 B= L + e (mm )</p><p>　　式中： B ——滑道寬度(mm )</p><p>　　L ——工件長度(mm </p><p>　　e ——工件端面與滑道內(nèi)壁之間的間隙(mm )</p><p&g

73、t;　　圖3.2 滑道寬度計(jì)算圖 </p><p>　　間隙e 的大小應(yīng)以工件能順利通過，而又不失去定向?yàn)闇?zhǔn)。由于有間隙存在，工件在滑動過程中難免傾斜轉(zhuǎn)動(如圖中虛線所示)。這時產(chǎn)生一個由反作用力N 與力臂A組成的力矩，使工件有繞O 點(diǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)動的趨勢。如果e 值增大，則轉(zhuǎn)角也越大。當(dāng)工件對角線C 接近或小于滑道寬度B時，工件有被卡住或失去定向的危險，因此必須使工件對角線C 與水平線的夾角H

74、大于摩擦角Q。</p><p>　　根據(jù)圖3.2 的幾何關(guān)系可得出：</p><p><b>　　(mm)</b></p><p>　　許可的最大間隙應(yīng)根據(jù)H=Q的極限情況計(jì)算， 因而：</p><p>　　式中: f ——工件與側(cè)壁間的滑動摩擦系數(shù)，其值為0. 1～ 0. 5。</p><p>

75、　　D ——工件直徑，其它符號意義同前。 </p><p>　　由上式可知：與工件長徑比L/D及f有關(guān)。值隨L/D的增大而減小，當(dāng)L/D> 3～ 4時，物料靠自重的輸送就不太可靠。如果工件端面的倒角較大或成球型，則輸送可靠性更差，這時，我們可將摩擦系數(shù)加大1.2倍。</p><p>　　此外，還應(yīng)滿足下式要求：≥+△L+△B (mm )</p><p>　　

76、式中：—— 最小間隙，根據(jù)清潔條件好壞，在H9/h9或H11/h11 配合公差中選取(mm )</p><p>　　△L——工件長度公差(mm ) </p><p>　　△B——滑道寬度制造誤差(mm )</p><p>　　綜合上面的論述，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的軸管類零件的長度在0.5-3m范圍內(nèi)，所以料倉的寬度必須可以調(diào)整才能滿足要求，為防止零件在下落時飛出去，本設(shè)計(jì)采

77、用了在前面焊接一塊板來防止零件飛出。如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 料倉結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由圖中可以看到料倉中間有3個方形孔，其作用是用來放置擋板，讓零件一個一個按秩序進(jìn)行下料。</p><p>　　3.2 擋板的校核設(shè)計(jì)</p><p>　　3米長的軸管的重量為G=pvg=7800*π*0.3*0.3*3*10=

78、66162N，擋板受到的壓力為F=9208N，所以初先擋板的尺寸為長386mm寬300mm厚26mm。</p><p>　　擋板的主要受力部分是與軸的接觸部分，所以該部分應(yīng)有一定的抗疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度是指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。為保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件能安全、可靠地工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，應(yīng)確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。不同的零件或相同的零件在差異較大的環(huán)境中工作

79、，都應(yīng)有不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的確定應(yīng)該與零件的失效形式緊密地聯(lián)系起來。一般來講，主要有以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：</p><p>　　3.2.1 強(qiáng)度準(zhǔn)則</p><p>　　強(qiáng)度準(zhǔn)則就是指零件中的應(yīng)力不得超過允許的限度。例如：對一次斷裂來講，應(yīng)力應(yīng)不超過材料的強(qiáng)度極限；對疲勞破壞來講，應(yīng)力應(yīng)不超過零件的疲勞極限；對殘余變形來講，應(yīng)力應(yīng)不超過材料的屈服極限。即滿足了強(qiáng)度要求，符合了強(qiáng)度計(jì)算的準(zhǔn)則。

80、其表達(dá)式為</p><p>　　考慮到各種偶然性或難以精確分析的影響，上式右邊要除以設(shè)計(jì)安全系數(shù)(簡稱為 安全系數(shù))S，即</p><p>　　3.2.2 剛度準(zhǔn)則</p><p>　　零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y(它廣義地代表任何形式的彈性變形量)，小于或等于機(jī)器工作性能所允許的極限值(即許用變形量)，就叫做滿足了剛度要求，或符合了剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。其表達(dá)式為&

81、lt;/p><p>　　彈性變形量y可按各種求變形量的理論或?qū)嶒?yàn)方法來確定，而許用變形量則應(yīng)隨不同的使用場合，根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)來確定其合理的數(shù)值。</p><p>　　所以在滿足它的抗疲勞強(qiáng)度的同時，還應(yīng)滿足剛度要求，這樣在工作時才不至于發(fā)生擠壓變形。</p><p>　　a)零件的強(qiáng)度理論計(jì)算</p><p>　　根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)

82、數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)計(jì)算，稱為理論設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)時強(qiáng)度計(jì)算按公式或</p><p>　　式中：F — 作用于拉桿上的外載荷；</p><p>　　A — 拉桿橫截面面積；</p><p>　　— 拉桿材料的極限應(yīng)力；</p><p><b>　　S — 安全系數(shù)。</b></p><p>　　對上式的

83、運(yùn)算過程，可以通過不同的推理方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。</p><p>　　1)由公式可直接求出桿件必需的橫截面尺寸A，即</p><p><b>　　2)校核計(jì)算</b></p><p>　　在按其他辦法初步設(shè)計(jì)出桿件的橫截面尺寸后，可選用下列四式之一進(jìn)行校核計(jì)算：</p><p>　　式中的為安全系數(shù)計(jì)算值，或稱為

84、計(jì)算安全系數(shù)。</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算多用于能通過簡單的力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的零件；校核計(jì)算則多用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力分布較復(fù)雜，但又能用現(xiàn)有的應(yīng)力分析方法(以強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時)或變形分析方法(以剛度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時)進(jìn)行計(jì)算的場合。</p><p>　　圖3.4 材料極限應(yīng)力圖</p><p>　　在工程應(yīng)用中，圖3.4所示的雙直線極限應(yīng)力圖就是一種常用的近似替代材料

85、的極限疲勞曲線圖。通常是求出對稱循環(huán)的疲勞極限或，其中為對稱循環(huán)疲勞極限，為脈動循環(huán)疲勞極限。由于對稱循環(huán)疲勞極限變應(yīng)力的平均應(yīng)力，應(yīng)力幅等于最大應(yīng)力，所以對稱循環(huán)疲勞極限在圖中以縱坐標(biāo)軸上的點(diǎn)來表示, 脈動循環(huán)變應(yīng)力的平均應(yīng)力及應(yīng)力幅均為，所以脈動循環(huán)疲勞極限以由原點(diǎn)O所做射線上的點(diǎn)來表示。連接、得直線。直線上任何一點(diǎn)都代表了一定應(yīng)力此時的疲勞極限。橫軸上任何一點(diǎn)都代表應(yīng)力幅等于零的蠻力，即靜應(yīng)力。取C點(diǎn)的坐標(biāo)值等于材料的屈服極限，并

86、且C點(diǎn)做一直線與直線CO成的夾角，交的延長線于，則上任何一點(diǎn)均代表的變應(yīng)力狀況。于是，零件材料的極限應(yīng)力曲線即為拆線。材料中發(fā)生的應(yīng)力若處于區(qū)域以內(nèi)，則表示不發(fā)生破壞；若在此區(qū)域以外，則表示一定要發(fā)生破壞；若正好處于折線上，則表示工作應(yīng)力狀況正好達(dá)到極限狀態(tài)[10]。</p><p><b>　　圖3.5 上料裝置</b></p><p>　　此圖為軸管類零件的上料裝

87、置。人工將零件放入料倉，通過液壓缸伸縮缸帶動隔料板整體運(yùn)動，當(dāng)液壓缸的活塞桿縮短時，隔料板整體下降，靠近下面的隔料板的一個零件順著料倉滾到送料倉中，而左隔料板下降又將后面的零件擋住，防止后面的零件下落。這個裝置保證了零件的依次按順序被輸送到送料倉，進(jìn)而通過滾輪帶動導(dǎo)軌將零件送到探傷裝置中，進(jìn)行超聲波探傷。</p><p>　　3.3 水平液壓缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓缸缸筒與端蓋的

88、連接方式很多，其結(jié)構(gòu)形式和使用的材料有關(guān)，一般工作壓力p<10Mpa時使用鑄鐵，10Mpa≤p<20Mpa使用無縫鋼管，p≥20Mpa時使用鑄鋼和鍛鋼。</p><p><b>　　各連接方式如下：</b></p><p>　　（a）法蘭連接式：容易加工和裝拆，但外形尺寸和重量較大，一般用于鑄鐵制作的缸筒。</p><p>　?。╞

89、）螺紋連接式：外形較小，重量較輕，但端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸要用專門工具，常用于無縫鋼管或鑄鋼制作的缸筒。</p><p>　?。╟）半環(huán)連接式：結(jié)構(gòu)簡單，易裝卸，但因?yàn)殚_了環(huán)形槽從而削弱了缸筒壁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所以缸壁厚要增加，常用于無縫鋼管或鍛鋼制作的缸筒。</p><p>　　（d）拉桿連接式：缸筒易加工和裝拆，結(jié)構(gòu)通用性大，外形尺寸較大，重量較重，常用于較短的液壓缸。</p>

90、<p>　　（e）焊接連接式：其結(jié)構(gòu)簡單， 尺寸小，但無法拆卸，缸筒常產(chǎn)生焊接變形，且缸底內(nèi)徑不易加工[11]。</p><p>　　3.3.1 初選液壓缸工作壓力</p><p>　　考慮液壓缸工作時的最大外負(fù)載力66162N，初選液壓缸的工作壓力P1=10Mpa，背壓力P2=7Mpa。</p><p>　　3.3.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸</p&g

91、t;<p>　　a) 液壓缸直徑計(jì)算</p><p>　　鑒于送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動及結(jié)構(gòu)簡單，承受雙向輕負(fù)載，因此，考慮選用選單桿雙作用活塞桿式液壓缸，無桿腔為工作腔。</p><p><b>　　列力學(xué)平衡方程：</b></p><p><b>　　①</b></p><p>　　式中

92、 ——最大外負(fù)載，=66162N；</p><p>　　——液壓缸機(jī)械效率，一般取0.9—0.97，取0.97。</p><p>　　根據(jù)前面所述，本系統(tǒng)對液壓缸無具體速度要求，綜合考慮，初選d=0.7D。工作腔、回油腔有效作用面積為： ② ③ 由①②③式，可以解得直徑D=116mm。</p><p>　　考慮送料行程，則液壓缸缸筒的長度必大于1700mm

93、，參考有關(guān)資料，一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。經(jīng)過市場調(diào)查，一般液壓缸生產(chǎn)廠家的液壓缸規(guī)格，最小缸徑為D=120mm。在滿足負(fù)載性能的情況下，考慮生產(chǎn)成本因素，查手冊液壓缸缸筒直徑系列，取缸筒直徑D=120mm，由d=0.7D，得d=81.35mm。故液壓缸規(guī)格為12082。</p><p>　　b) 活塞桿直徑強(qiáng)度</p><p><b>　　活塞桿直徑應(yīng)滿足<

94、/b></p><p>　　式中 ——活塞桿直徑；</p><p>　　——液壓缸的最大推力, =66162N；</p><p>　　——材料的屈服強(qiáng)度，45號鋼的屈服強(qiáng)度=355Mpa；</p><p>　　——安全系數(shù)，一般取=2—4，取3。</p><p>　　帶入數(shù)值計(jì)算=82mm>=26.68m

95、m，所以d=82mm滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　c) 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由于送料行程=1700mm，查活塞桿行程系列，初選活塞桿長度=2000mm，則==2000mm，d=82mm，= 2000mm>10d=820mm。</p><p>　　所以，須進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p>　　按

96、歐拉公式計(jì)算， 則 </p><p>　　式中 ——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界載荷；</p><p>　　——活塞桿材料的彈性模數(shù)，45鋼彈性模量=210GPa；</p><p>　　——活塞桿橫截面慣性矩，圓截面；</p><p>　　——活塞桿最大工作負(fù)載，=66162N；</p><p>　　——安裝及導(dǎo)向系數(shù)；&

97、lt;/p><p>　　——安裝距，=2000mm；</p><p>　　——安全系數(shù)，一般取=3.5。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，為一端固定，一端自由的形式，查手冊得其安裝及導(dǎo)向系數(shù)=2。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得=903180N且66162N==258051N</p><p>　　所以，D=120mm，d=

98、82mm滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.4 豎直液壓缸的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 初選液壓缸工作壓力</p><p>　　壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，

99、壓力選的太高，對泵和、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選的低一些，行走機(jī)械重型設(shè)備壓力要選的高一些[12]。</p><p>　　對于本機(jī)床液壓系統(tǒng)來說，考慮液壓缸工作時的最大外負(fù)載力為400N，初選液壓缸的工作壓力p1=1Mpa，背壓力p2=1Mpa。</p><p>　　3.4.2 計(jì)算液壓缸主要尺寸<

100、;/p><p>　　a) 液壓缸直徑計(jì)算</p><p>　　鑒于送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動及結(jié)構(gòu)簡單，且承受單向較輕負(fù)載，因此，考慮選用選單桿雙作用活塞桿式液壓缸，無桿腔為工作腔。</p><p><b>　　列力學(xué)平衡方程：</b></p><p>　　式中 、——液壓缸工作腔、回油腔壓力；</p><p>

101、;　　、——工作腔、回油腔有效作用面積；</p><p>　　D ——液壓缸內(nèi)徑；</p><p>　　d ——活塞桿直徑；</p><p>　　F ——最大外負(fù)載，F(xiàn)=400N；</p><p>　　——液壓缸機(jī)械效率，一般取0.9—0.97，取0.97。</p><p>　　表3.1 液壓缸桿徑比與速度比關(guān)系<

102、;/p><p>　　上升時為空程，采用較大速度可以節(jié)省工作時間，但過大會發(fā)生沖擊，故取i1.61。當(dāng)活塞桿受拉力作用時，d=（0.3—0.5）D；當(dāng)受壓力作用時，若5Mpa，取d=(0.5—0.55)D，若5MPa7Mpa，取d=(0.6—0.7)D，當(dāng)7Mpa時，取d=0.7d。由于本系統(tǒng)對液壓缸無速度要求，且綜合考慮以上所述，初選d=0.55D。</p><p>　　工作腔、回油腔有效作用

103、面積為：=，=</p><p><b>　　力學(xué)平衡方程為：</b></p><p><b>　　則 =20mm</b></p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，活塞桿伸出時無輔助導(dǎo)向元件，故應(yīng)使活塞桿直徑稍大一些，以保證剛度和穩(wěn)定性。并且考慮送料行程=300mm，則液壓缸缸筒的長度必大于300mm，且參考有關(guān)資料，一般缸筒的長

104、度最好不超過內(nèi)徑的20倍，且d=0.55D，則d最好不小于11mm。</p><p>　　查手冊液壓缸缸筒直徑系列,初選缸筒直徑D=25mm。由d=0.55D=13.75mm>11mm。</p><p>　　b) 活塞桿直徑強(qiáng)度</p><p>　　活塞桿受軸向載荷F=400N，活塞桿直徑應(yīng)滿足</p><p>　　式中 ——活塞桿

105、直徑；</p><p>　　——液壓缸的最大推力；</p><p>　　——材料的屈服強(qiáng)度，45號剛得屈服強(qiáng)度=355Mpa；</p><p>　　——安全系數(shù)，一般取=2—4,取3。</p><p>　　帶入數(shù)值經(jīng)計(jì)算=13.75mm>=2.07mm，所以d=13.75mm滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　c

106、) 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　當(dāng)活塞桿全部伸出時，活塞桿端和負(fù)載的連接點(diǎn)到液壓缸支撐點(diǎn)間的距離假設(shè)為，當(dāng)10d時，活塞桿須進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性計(jì)算。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由于送料行程=400mm，查活塞桿行程系列，初選活塞桿長度L=500mm，則==500mm，d=13.75mm，=500mm>10d=137.5mm。</p><p>　

107、　所以，須進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p>　　按歐拉公式計(jì)算，，則 </p><p>　　式中 ——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界載荷；</p><p>　　——活塞桿材料的彈性模數(shù)，45鋼彈性模量=210GPa；</p><p>　　——活塞桿橫截面慣性矩，圓截面；</p><p>　　——活塞桿最大工作負(fù)載，=400

108、N；</p><p>　　K——安裝及導(dǎo)向系數(shù)；</p><p>　　——安裝距，=500mm；</p><p>　　——安全系數(shù)，一般取=3.5。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，液壓缸為一端固定，一端自由的形式（前支撐，無導(dǎo)向），查手冊得其安裝及導(dǎo)向系數(shù)K=2。</p><p>　　圖3.6 活塞桿受力圖<

109、;/p><p>　　經(jīng)計(jì)算得，=11424.8N且400N==3264.2N</p><p>　　所以，D=25mm，d=13.75mm滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.5 滾動光軸的校核</p><p>　　3.5.1 滾動光軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　a) 軸設(shè)計(jì)的的主要內(nèi)容</p><

110、;p>　　軸的設(shè)計(jì)也和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。 </p><p>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)中主要考慮的問題：軸的結(jié)構(gòu)、軸的強(qiáng)度及剛度[1

111、3]。</p><p>　　b) 加工和裝配工藝性</p><p>　　進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，除考慮前面的各種因素外，同時還應(yīng)考慮便于軸的加工、測量和維修，通常還考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1）考慮加工工藝所必需的結(jié)構(gòu)要素，（如中心孔，螺紋退刀槽，砂輪越程槽等）；</p><p>　　2）合理確定軸與零件的配合性質(zhì)，加工精度和表面粗糙

112、度；</p><p>　　3）配合直徑一般應(yīng)按GB/T 2822-1981圓整為標(biāo)準(zhǔn)值；</p><p>　　4）確定各軸段的長度時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還應(yīng)保證零件所需的滑動距離、裝拆或調(diào)整所需空間，并注意轉(zhuǎn)動零件不得與其它零件相撞；</p><p>　　5）為了便于導(dǎo)向和擦傷配合面，軸的兩端及有過盈配合的臺階處應(yīng)制成倒角；</p><p&

113、gt;　　6）為了減少刀具的種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上的倒角、圓角、鍵槽應(yīng)盡可能取相同的尺寸，避免或盡量減少不同尺寸的倒角、圓角、鍵槽數(shù)量[14]。</p><p><b>　　c) 軸的材料</b></p><p>　　軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用扎制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化