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Currently has been widely used in electronic industry, semiconductor device, cleaning tube parts and printing circuit, relays, switches and filter; etc. Mechanical industry for the cleaning gears, bearings, diesel oil, fuel filter, valves and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used for washing various aspects lens, glasses and frame, glassware, medical and surgical instruments, etc.;The system is the integrated use of mechatronics technology, mainly used in the electronic control PLC control, PLC has high reliability, strong anti-interference ability, good flexibility, easy programming, the overall system of the original complex action into a fairly simple operation, the electrical system with Mitsubishi PLC control, control electronics are made of new materials or imported brand-name components, durable, low noise, reliability and operability of the system are improved. Key words: ultrasonic, Cleaner,PLC. 目錄 摘 要 III Abstract IV 目錄 V 1 緒論 1 1.1 課題的來源及其意義 1 1.1.1 課題的來源 1 1.1.2 課題的意義 1 2 超聲波清洗 3 2.1.1 什么是超聲波？ 3 2.1.2 超聲波清洗的原理 3 2.1.3 影響超聲波清洗效果的因素及選擇 3 2.1.4 超聲波清洗的特點 6 2.1.5 超聲波清洗技術(shù)在我國的發(fā)展及現(xiàn)狀 10 3 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.1 清洗機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 11 3.2 傳動部分的設(shè)計 12 3.2.1 方案的選擇 12 3.2.1 電機(jī)的選擇 13 3.2.2 鏈輪的設(shè)計選擇 14 3.2.3齒輪齒條的選擇和校核 15 3.3 機(jī)械手執(zhí)行件的設(shè)計 18 3.3.1 提升架的設(shè)計 18 3.3.2 其它零部件的設(shè)計 19 3.4 其它部件說明 21 3.4.1技術(shù)參數(shù)說明 21 3.4.2 設(shè)備主要裝置 26 4 電氣部分設(shè)計 27 4.1 電器元件 27 4.1.1 增量式編碼器 27 4.1.2 溫控器 27 4.1.3 變頻器 28 4.1.4 觸摸屏 29 4.2 PLC控制系統(tǒng)簡介 29 4.3 PLC的安裝，調(diào)試，及系統(tǒng)的維護(hù) 31 4.4 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 33 4.3.1 控制流程的擬訂 33 4.3.2 PLC控制電路元器件的選用及電氣原理圖的繪制 34 4.3.3 PLC程序的編制 34 5 總結(jié) 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 1 1 緒論 1.1 課題的來源及其意義 1.1.1 課題的來源 本課題由生產(chǎn)廠家提出，能達(dá)到實際加工要求。超聲清洗機(jī)吊運裝置是用于物料輸送的專用設(shè)備，設(shè)備的傳動將由機(jī)械系統(tǒng)完成，電氣控制由PLC完成。本課題既能達(dá)到鍛煉學(xué)生設(shè)計能力，且為機(jī)電綜合的設(shè)計水平，特別是機(jī)械及電控的設(shè)計制造。又能熟悉如何從圖紙到實際工作完成的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 1.1.2 課題的意義 工業(yè)清洗的范疇包括工業(yè)生產(chǎn)勞動過程中涉及到的超聲波清洗機(jī)清洗：造紙業(yè)、印刷業(yè)、紡織業(yè)、交通運輸業(yè)、石油加工業(yè)、金屬加工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、汽車制造、電子工業(yè)、儀器儀表、郵電通訊、醫(yī)療儀器、光學(xué)產(chǎn)品、軍事裝備、航空航天、家用電器、原子能工業(yè)等都涉及運用到超聲清洗機(jī)清洗技術(shù)。 一般工業(yè)超聲波清洗機(jī)清洗包括車輛、飛機(jī)、輪船表面的清洗，一般僅僅能去除較大的污垢；超精密超聲清洗機(jī)清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對電子元件、光學(xué)部件機(jī)械零件、等的超精密清洗，以清除超微小污垢顆粒為目的；精密工業(yè)超聲清洗機(jī)清洗包括設(shè)備表面的清洗和各種材料，各種產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗等，以去除微小的污垢粒子為目的。根據(jù)超聲清洗機(jī)清洗方法的不同，還可以分為物理超聲清洗機(jī)清洗和化學(xué)超聲清洗機(jī)清洗。利用聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)的原理，憑借外在能量的作用，如機(jī)械摩擦、高壓沖擊、超聲波、紫外線、負(fù)壓、蒸汽等除去物體表面污垢的方法叫物理清洗超聲清洗機(jī)清洗；憑借化學(xué)反應(yīng)的作用，利用化學(xué)藥品或其它溶劑除去物體表面污垢的方法叫化學(xué)超聲清洗機(jī)清洗，如用各類有機(jī)酸或無機(jī)去除物體表面的水垢、銹跡，用氧化劑去除物體表面的色斑，用消毒劑、殺菌劑殺滅微生物并去除霉斑等。物理清洗和化學(xué)清洗都各有優(yōu)缺點，同樣還具有很好的互補(bǔ)性的特點。實際生活應(yīng)用過程，一般都是把兩者有機(jī)的結(jié)合起來，以達(dá)到更好的超聲波清洗機(jī)清洗效果。 根據(jù)超聲波清洗機(jī)清洗媒介的不同，又可以分為干式清洗和濕式清洗。一般在氣體介質(zhì)中進(jìn)行的清洗稱為干式超聲波清洗機(jī)清洗，將在液體介質(zhì)中進(jìn)行的清洗稱為濕式超聲波清洗機(jī)清洗。通常的清洗方式大多為濕式清洗，而人們比較容易接觸的干式清洗也就是吸塵器。但隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，干式清洗發(fā)展飛速．如干冰清洗紫、外線清洗、激光清洗、離子清洗等，在高端工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展。近幾年，新技術(shù)也不斷得被開發(fā)于清洗技術(shù)之中，例如生物技術(shù)的領(lǐng)域，越來越多的微生物和酶在超聲波清洗機(jī)清洗技術(shù)中被利用，這結(jié)合的是生物化學(xué)反應(yīng)；在水和空氣凈化處理過程中，活性炭的使用也越來越普遍，這利用的是吸附作用；另外電解清洗也同樣被利用等?，F(xiàn)在，清洗涵蓋當(dāng)前清超聲波清洗機(jī)洗技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)實狀況．工業(yè)超聲波清洗機(jī)清洗與各類工業(yè)活動聯(lián)系緊密，有些只是產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的一個構(gòu)件，清洗不創(chuàng)造最終的產(chǎn)品，而是許多工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個部分工序、輔助活動或工藝。在一些基礎(chǔ)工業(yè)中，清洗已經(jīng)被大家簡單的看作是小過程或常識，往往被人們忽視，事實上清洗的優(yōu)劣決定最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。尤其是在當(dāng)代的高科技發(fā)展中，超聲清洗機(jī)清洗技術(shù)的作用特別明顯。 新型的超聲波清洗機(jī)清洗技術(shù)和設(shè)備漸漸得到開發(fā)和應(yīng)用，如等離子清洗、真空清洗、紫外／臭氫清洗，激光清洗等初現(xiàn)優(yōu)勢，展示了良好的用途和未來前景。  超聲清洗機(jī)吊運機(jī)械手設(shè)計 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 超聲清洗機(jī)吊運機(jī)械手設(shè)計 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 　　　0923048　　　　 學(xué)生姓名： 周　 劍 指導(dǎo)教師： 　 林承德 （職稱：教授） （職稱： ） 2013年5月25日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 超聲清洗機(jī)吊運機(jī)械手設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械91 學(xué) 號： 0923048 作者姓名： 周劍 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院 　信 機(jī)　系 　機(jī)械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目　　 超聲清洗機(jī)吊運機(jī)械手設(shè)計 　　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題由生產(chǎn)廠家提出，能達(dá)到實際加工要求。超聲清洗機(jī)吊運裝置是用于物料輸送的專用設(shè)備，設(shè)備的傳動將由機(jī)械系統(tǒng)完成，電氣控制由PLC完成。本課題既能達(dá)到鍛煉學(xué)生設(shè)計能力，且為機(jī)電綜合的設(shè)計水平，特別是機(jī)械及電控的設(shè)計制造。又能熟悉如何從圖紙到實際工作完成的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 3、 本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1．達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定要求，滿足實際工作需要。 2．PLC全自動控制，要有較高的工作可靠性；安全性。 3．主機(jī)部件需作有限元應(yīng)力分析，以及相應(yīng)的運動學(xué)分析。 4．工作時定位準(zhǔn)確，啟停無沖擊。 5．工作時噪音小，發(fā)熱較小，工作可靠。實習(xí)地點：無錫。 主要技術(shù)指標(biāo)： 滿足用戶提出的書面技術(shù)要求。 工作量要求： 1．.總裝圖：機(jī)械手裝配圖0#；整機(jī)裝配圖0#。 2.主要部裝圖：設(shè)備動作流程圖2#，電氣原理圖0#， 重要零件圖：電氣布置圖1#；。 3.重要零件的應(yīng)力應(yīng)變分析; 整機(jī)三維裝配圖，機(jī)械手三維裝配圖，動作流程模擬動畫仿真，PLC程序的編制 4．完整的設(shè)計及使用說明書（電氣選型；PLC程序）。 5．必要的技術(shù)資料翻譯（8000字符）。 四、接受任務(wù)學(xué)生 機(jī)械91 班 　　姓名 周 劍 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學(xué)科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12 摘 要 超聲波清洗始于20世紀(jì)50年代初，隨著科技的發(fā)展應(yīng)用日益擴(kuò)大?，F(xiàn)在已普遍用于電器領(lǐng)域、電子管零件、清洗半導(dǎo)體器件、繼電器、印刷電路、濾波器和開關(guān)等；機(jī)械領(lǐng)域中用于清洗軸承、齒輪、燃油過濾器、油泵油嘴偶件、閥門和他機(jī)械零件，小到手表零件，大到發(fā)動機(jī)和導(dǎo)彈部件；再如醫(yī)療器械方面和光學(xué)用于清洗眼鏡及框、各種透鏡、醫(yī)用針管玻璃、器皿等。該系統(tǒng)是綜合運用了機(jī)電一體化技術(shù)，在電控方面主要用到PLC進(jìn)行控制，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，靈活性好，編程方便等特點，總的系統(tǒng)使原來復(fù)雜的動作變成相當(dāng)簡單操作，電氣系統(tǒng)采用三菱PLC控制，控制電子元件均采用新材料或進(jìn)口名牌元件，經(jīng)久耐用，噪音低，系統(tǒng)的可靠性和可操作性都有所提高。 關(guān)鍵詞：超聲波；清洗機(jī)；PLC。 Abstract Ultrasonic cleaning began in the early 1950s, with the development of technology application widening. Currently has been widely used in electronic industry, semiconductor device, cleaning tube parts and printing circuit, relays, switches and filter; etc. Mechanical industry for the cleaning gears, bearings, diesel oil, fuel filter, valves and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used for washing various aspects lens, glasses and frame, glassware, medical and surgical instruments, etc.;The system is the integrated use of mechatronics technology, mainly used in the electronic control PLC control, PLC has high reliability, strong anti-interference ability, good flexibility, easy programming, the overall system of the original complex action into a fairly simple operation, the electrical system with Mitsubishi PLC control, control electronics are made of new materials or imported brand-name components, durable, low noise, reliability and operability of the system are improved. Key words: ultrasonic, Cleaner,PLC. 目錄 摘 要 III Abstract IV 目錄 V 1 緒論 1 1.1 課題的來源及其意義 1 1.1.1 課題的來源 1 1.1.2 課題的意義 1 2 超聲波清洗 3 2.1.1 什么是超聲波？ 3 2.1.2 超聲波清洗的原理 3 2.1.3 影響超聲波清洗效果的因素及選擇 3 2.1.4 超聲波清洗的特點 6 2.1.5 超聲波清洗技術(shù)在我國的發(fā)展及現(xiàn)狀 10 3 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.1 清洗機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 11 3.2 傳動部分的設(shè)計 12 3.2.1 方案的選擇 12 3.2.1 電機(jī)的選擇 13 3.2.2 鏈輪的設(shè)計選擇 14 3.2.3齒輪齒條的選擇和校核 15 3.3 機(jī)械手執(zhí)行件的設(shè)計 18 3.3.1 提升架的設(shè)計 18 3.3.2 其它零部件的設(shè)計 19 3.4 其它部件說明 21 3.4.1技術(shù)參數(shù)說明 21 3.4.2 設(shè)備主要裝置 26 4 電氣部分設(shè)計 27 4.1 電器元件 27 4.1.1 增量式編碼器 27 4.1.2 溫控器 27 4.1.3 變頻器 28 4.1.4 觸摸屏 29 4.2 PLC控制系統(tǒng)簡介 29 4.3 PLC的安裝，調(diào)試，及系統(tǒng)的維護(hù) 31 4.4 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 33 4.3.1 控制流程的擬訂 33 4.3.2 PLC控制電路元器件的選用及電氣原理圖的繪制 34 4.3.3 PLC程序的編制 34 5 總結(jié) 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 V 1 緒論 1.1 課題的來源及其意義 1.1.1 課題的來源 本課題由生產(chǎn)廠家提出，能達(dá)到實際加工要求。超聲清洗機(jī)吊運裝置是用于物料輸送的專用設(shè)備，設(shè)備的傳動將由機(jī)械系統(tǒng)完成，電氣控制由PLC完成。本課題既能達(dá)到鍛煉學(xué)生設(shè)計能力，且為機(jī)電綜合的設(shè)計水平，特別是機(jī)械及電控的設(shè)計制造。又能熟悉如何從圖紙到實際工作完成的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 1.1.2 課題的意義 工業(yè)清洗的范疇包括工業(yè)生產(chǎn)勞動過程中涉及到的超聲波清洗機(jī)清洗：造紙業(yè)、印刷業(yè)、紡織業(yè)、交通運輸業(yè)、石油加工業(yè)、金屬加工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、汽車制造、電子工業(yè)、儀器儀表、郵電通訊、醫(yī)療儀器、光學(xué)產(chǎn)品、軍事裝備、航空航天、家用電器、原子能工業(yè)等都涉及運用到超聲清洗機(jī)清洗技術(shù)。 一般工業(yè)超聲波清洗機(jī)清洗包括車輛、飛機(jī)、輪船表面的清洗，一般僅僅能去除較大的污垢；超精密超聲清洗機(jī)清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對電子元件、光學(xué)部件機(jī)械零件、等的超精密清洗，以清除超微小污垢顆粒為目的；精密工業(yè)超聲清洗機(jī)清洗包括設(shè)備表面的清洗和各種材料，各種產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗等，以去除微小的污垢粒子為目的。根據(jù)超聲清洗機(jī)清洗方法的不同，還可以分為物理超聲清洗機(jī)清洗和化學(xué)超聲清洗機(jī)清洗。利用聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)的原理，憑借外在能量的作用，如機(jī)械摩擦、高壓沖擊、超聲波、紫外線、負(fù)壓、蒸汽等除去物體表面污垢的方法叫物理清洗超聲清洗機(jī)清洗；憑借化學(xué)反應(yīng)的作用，利用化學(xué)藥品或其它溶劑除去物體表面污垢的方法叫化學(xué)超聲清洗機(jī)清洗，如用各類有機(jī)酸或無機(jī)去除物體表面的水垢、銹跡，用氧化劑去除物體表面的色斑，用消毒劑、殺菌劑殺滅微生物并去除霉斑等。物理清洗和化學(xué)清洗都各有優(yōu)缺點，同樣還具有很好的互補(bǔ)性的特點。實際生活應(yīng)用過程，一般都是把兩者有機(jī)的結(jié)合起來，以達(dá)到更好的超聲波清洗機(jī)清洗效果。 根據(jù)超聲波清洗機(jī)清洗媒介的不同，又可以分為干式清洗和濕式清洗。一般在氣體介質(zhì)中進(jìn)行的清洗稱為干式超聲波清洗機(jī)清洗，將在液體介質(zhì)中進(jìn)行的清洗稱為濕式超聲波清洗機(jī)清洗。通常的清洗方式大多為濕式清洗，而人們比較容易接觸的干式清洗也就是吸塵器。但隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，干式清洗發(fā)展飛速．如干冰清洗紫、外線清洗、激光清洗、離子清洗等，在高端工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展。近幾年，新技術(shù)也不斷得被開發(fā)于清洗技術(shù)之中，例如生物技術(shù)的領(lǐng)域，越來越多的微生物和酶在超聲波清洗機(jī)清洗技術(shù)中被利用，這結(jié)合的是生物化學(xué)反應(yīng)；在水和空氣凈化處理過程中，活性炭的使用也越來越普遍，這利用的是吸附作用；另外電解清洗也同樣被利用等?，F(xiàn)在，清洗涵蓋當(dāng)前清超聲波清洗機(jī)洗技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)實狀況．工業(yè)超聲波清洗機(jī)清洗與各類工業(yè)活動聯(lián)系緊密，有些只是產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的一個構(gòu)件，清洗不創(chuàng)造最終的產(chǎn)品，而是許多工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個部分工序、輔助活動或工藝。在一些基礎(chǔ)工業(yè)中，清洗已經(jīng)被大家簡單的看作是小過程或常識，往往被人們忽視，事實上清洗的優(yōu)劣決定最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。尤其是在當(dāng)代的高科技發(fā)展中，超聲清洗機(jī)清洗技術(shù)的作用特別明顯。 新型的超聲波清洗機(jī)清洗技術(shù)和設(shè)備漸漸得到開發(fā)和應(yīng)用，如等離子清洗、真空清洗、紫外／臭氫清洗，激光清洗等初現(xiàn)優(yōu)勢，展示了良好的用途和未來前景。 2 超聲波清洗 2.1 超聲波清洗 2.1.1 什么是超聲波？ 超聲波是人耳聽不到聲波，頻率在20KHz以上的聲波。超聲波具有頻率高，方向性強(qiáng)，穿透能力大，特別是在液體中能產(chǎn)生空化現(xiàn)象等特點，被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)。超聲波生活應(yīng)用技術(shù)很多，主要包括醫(yī)學(xué)超聲，檢測超聲，高頻超聲和功率超聲等，超聲波清洗技術(shù)是最普遍的一種功率超聲應(yīng)用。超聲波清洗技術(shù)有時也被叫做稱無刷清洗，把工件放入超聲清洗機(jī)中，無需任何清洗動作，污物“自動”從工件表面脫離，很快就煥然一新，讓人嘆為觀止。 超聲波的兩個主要參數(shù)： 頻率20KHz～33KHz 功率密度=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(CM2) 2.1.2 超聲波清洗的原理 超聲波清洗的原理：超聲波發(fā)生器發(fā)射高頻振蕩信號，通過換能器將聲能轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)——清洗液中超聲波在清洗液中向前輻射，使液體振動而產(chǎn)生上萬的微小氣泡，在聲波的作用下振動，當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)受到壓力到達(dá)一定程度時候，氣泡就會迅速膨脹，然后又突然閉合，使氣泡周圍產(chǎn)生1012-1013pa的壓力及局調(diào)溫，所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于清洗液中，能夠破壞污物，除去或削弱邊界污層，增加攪拌、擴(kuò)散作用，加速可溶性污物的溶解，強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用。 2.1.3 影響超聲波清洗效果的因素及選擇 超聲清洗的主要利用超聲空化作用．超聲空化和聲學(xué)參數(shù)、清洗液的物化性質(zhì)及環(huán)境條件有密切的關(guān)系，因此，良好的清洗效果取決于恰當(dāng)?shù)穆晫W(xué)參數(shù)和清洗液。 （1） 超聲波聲強(qiáng)或聲壓的選擇 在清洗液中當(dāng)交變聲壓幅值超過液體的靜壓力時才會出現(xiàn)負(fù)壓，在超聲清洗槽中的聲強(qiáng)高于空化閥值才能產(chǎn)生超聲空化。各種液體具有不同的空化閾值，在超聲清洗槽中的聲強(qiáng)要高于空化閾值(使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值稱為空化閾)才能產(chǎn)生超聲空化。就一般液體而言，空化閾值約為每平方厘米1／3瓦。聲強(qiáng)增加時，空化泡的最大半徑與起始半徑的比值越大，空化強(qiáng)度越大，即聲強(qiáng)與空化成正比，清洗效果越明顯。但是，不是聲功率越大越好，聲強(qiáng)過高的話，會產(chǎn)生出很多無用氣泡，強(qiáng)化散射衰減的效果，形成聲屏障，同時聲強(qiáng)增大也會加強(qiáng)非線性衰減，兩者都對遠(yuǎn)離聲源地方的清洗效果打折。對于難清洗的污物，例如化纖噴絲板孔中污物，金屬表面的氧化物，則需要采用高聲強(qiáng)，被清洗面應(yīng)該貼近聲源，不選擇槽式清洗器，而選擇棒狀聚焦式換能器直接插入清洗液貼近清洗件表面進(jìn)行清洗。 （2） 超聲波清洗的頻率的選擇 頻率的選擇取決于超聲空化閾值。頻率越高，空化閾值越高，也就是說，頻率越高，液體中產(chǎn)生空化所需要的聲強(qiáng)或聲功率也越大；頻率低，空化易發(fā)生，另外處低頻情況下，液體受到的稀疏作用和壓縮擁有較長的時間差。使氣泡在崩潰前能膨脹到較大尺寸，增加空化強(qiáng)度，強(qiáng)化清洗效果。目前根據(jù)超聲波清洗機(jī)的工作頻率分，大致分為三個頻段；低頻超聲波清洗（20-50KHz)， 高頻超聲波清洗(50—200KHz)，兆赫超聲波清洗(700KHz一1MHz以上)。低頻超聲波清洗普遍用于大部件污物和清洗件表面結(jié)合強(qiáng)度高或者表面的部件。頻率低，空化強(qiáng)度高，易腐蝕清洗件表面，不適喝清洗表面光潔度高的零部件，特別是空化噪聲大。40KHz的頻率，在相同聲強(qiáng)下，產(chǎn)生的空化泡數(shù)量多于頻率為20KHz，穿透力較強(qiáng)，宜清洗表面有盲孔或形狀復(fù)雜的工件，空化噪聲小，但空化強(qiáng)度低，適用于清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的部件。高頻超聲清洗適用于微電子元件、計算機(jī)的精細(xì)清洗，如磁盤、驅(qū)動器、讀寫頭、液晶玻璃及平面顯示器、微組件和拋光金屬件等的清洗。這些清洗部件在清洗過程中不僅不能受到空化腐蝕，而且要能洗掉微米級的污物。兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、薄膜和硅片等的清洗，能去除微米、亞微米級的污物而對清洗件沒有任何損傷，不能產(chǎn)生空化作用，其清洗機(jī)理主要是粒子速度，聲壓梯度和聲流的作用，優(yōu)勢在清洗方向性強(qiáng)，被清洗件通常置于與聲束平行的方向。本臺清洗機(jī)所用的頻率即為25KH。 （3） 清洗液的物化性質(zhì)對清洗效果的影響 從兩個方面考慮清洗劑的選擇：一方面，根據(jù)污物的性質(zhì)來選擇化學(xué)效果好的清洗劑；另一方面，要選擇蒸氣壓、表面張力和粘度較好的清洗劑，理由這些特性與超聲空化有密切關(guān)聯(lián)。液體的表面張力大則不易發(fā)生空化，然而當(dāng)聲強(qiáng)超過空化閾值時，空化泡崩潰釋放的能量大，利于清洗。高蒸氣壓的液體會減小空化強(qiáng)度，而液體的粘滯度大也不易產(chǎn)生空化，因此粘度大和蒸氣壓高的清洗劑都不利于超聲清洗。另外，清洗液的靜壓力和溫度都對清洗效果有影響，清洗液溫度升高，空化核增加，利于空化的產(chǎn)生，但是溫度過高，氣泡中的蒸氣壓增大，空化強(qiáng)度會減小，所以溫度的選擇要同時考慮對空化強(qiáng)度的影響，也要考慮清洗液的化學(xué)清洗時每一種液體的適宜空化活躍的溫度，水較適宜的溫度是60°C到80°C，此時空化最活躍。 清洗液靜壓力大時，不易產(chǎn)生空化現(xiàn)象，所以在密閉加壓容器中進(jìn)行超聲清洗或處理時效果較差。 （4） 超聲波清洗的功率選擇 超聲波的功率密度是指單位面積的聲功率，它直接影響清洗效率。通常在保證發(fā)生空化作用的情況下，功率密度越大，空化作用越強(qiáng)，清洗效果越好。水溶液在聲波強(qiáng)度為0．3w／cm2時就能產(chǎn)生空化。但功率密度也不能過高，否則，會因空化作用太強(qiáng)致使制件表面發(fā)生空化腐蝕，甚至引起飽和使清洗無效。一般對油垢嚴(yán)重、幾何形狀復(fù)雜的制件或清洗液濃度較大的情況下，應(yīng)選較大的功率密度，反之小些。 （5） 清洗液的溫度的選擇 溫度選擇要從兩方面考慮，—方面清洗液的溫度與空化作用有關(guān)，溫度升高有利于空化，因為化學(xué)溶劑的活動能力是隨溫度增加而增加，且某些污物在一定的溫度以上才溶解得比較快。另一方面蒸汽壓隨清洗液溫度增加也相應(yīng)增加，超過一定的溫度反而使空化作用降低。因此，必須將溫度控制在最佳點附近。對于不同的溶劑最佳的清洗溫度也不同。對于水來講，當(dāng)水溫達(dá)到水沸點時，產(chǎn)生氣泡，會對聲波有阻抗，使清洗效果下降，清洗液的最佳點在60℃左右。本次設(shè)計的清洗機(jī)規(guī)定清洗液的溫度即為60℃。 （6） 影響超聲波清洗效果的其它因素 清洗液的流動速度的影響。最理想的情況是理想清洗過程中液體靜止不流動，此時泡的生長和閉合運動能最充分完成。當(dāng)清洗液的流速過快，部分空化核會被流動的液體拖走，這些空化核就在沒有達(dá)到生長閉合運動過程時就離開聲場，會使空化強(qiáng)度降低。在現(xiàn)實清洗過程中，有時為避免污物不斷粘附在清洗件上，清洗液需要不斷流動換新，同時應(yīng)考慮清洗液的流動速度不能過快，以防弱化清洗效果。 在清洗槽中的布列和被清洗件的聲學(xué)特性對清洗效果也有影響。吸聲大的清洗件，如布料，橡膠等清洗效果差；對聲反射強(qiáng)的清洗件，如玻璃，金屬件的清洗效果好。清洗件面積小的一面應(yīng)朝聲源排放，排列要有間距。清洗件不能直接放在清洗槽底部，特別對于較重的清洗件．以避免影槽底板的振動，也避免清洗件損耗底板而加快空化腐蝕。清洗件最好是用金屬架吊起懸掛，但要注意要用金屬絲做成，并盡可能用細(xì)的做縫隙最大化的筐，以避免部分聲的吸收和屏蔽。 駐波的影響對清洗效果的影響。清洗槽空間有限，超聲波由聲源向液面?zhèn)鞑r，在液體和氣體的交界面反射回來而形成駐波，駐波的特點是在液體空間的波節(jié)處聲壓最小，而在波腹聲壓最大，這樣會影響清洗的均勻性。方法一，清洗槽做成不規(guī)則的形狀以防止駐波的形成。方法二，在超聲電源方面采取掃頻的工作方式?？杀ＷC使聲壓最小處不斷地移動，以達(dá)到較均勻的清洗目的。 清洗液中氣體含量的影響。如果在清洗液中存在多余氣體(非空化核)會造成聲傳播損失，另外在空化泡運動過程中擴(kuò)散到泡中的氣體，在空化泡崩潰時會降低沖擊波強(qiáng)度而減弱清洗作用。因此一些超聲清洗設(shè)備具有除氣功能，在啟動時先進(jìn)行低于空化閾值的功率水平作振動，通過間歇方式振動或脈沖進(jìn)行除氣，然后在正常清洗的功率水平進(jìn)行超聲清洗；有些超聲清洗設(shè)備帶有抽氣裝置(真空脫氣)，作用減少清洗液中的殘存氣體。 超聲波清洗形式的影響。超聲波清洗形式是針對清洗對象來確定的。 槽內(nèi)清洗式 它是將被清洗對象浸入盛有清洗液的超聲波清洗槽內(nèi)，由超聲波換能器產(chǎn)生的超聲振動傳至清洗液內(nèi)進(jìn)行清洗。適于中小型制件。 局部清洗式 它有兩種方式，一種是將制件局部依次浸入清洗液中進(jìn)行清洗，直至全部洗遍。另一種是根據(jù)大型制件的形狀和局部清洗的部位要求，將超聲波換能器設(shè)計成特殊形狀的專用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，適于外形尺寸及重量方而對清洗槽來說均較大的制件。 分槽清洗式 就是采用幾種不同的清洗液分槽依次清洗，亦可與其它清洗方法配合清洗。如，先用加熱浸洗，再用超聲波清洗。此方法適于清潔度要求高的制件。 超聲波清洗的時間 超聲波清洗的效果和質(zhì)量與清洗時間有關(guān)，時間太短達(dá)不到清洗的質(zhì)量要求，時間太長不但效率低，同時還會發(fā)生空化腐蝕影響制件的表面質(zhì)量。形狀復(fù)雜、污物嚴(yán)重的制件，清洗時間宜長—些，反之短一些，具體清洗時間的確定須經(jīng)過實驗而定。 2.1.4 超聲波清洗的特點 （1） 超聲波清洗機(jī)理 超聲波清洗可達(dá)到比較理想的清洗效果，這點可從它的清洗機(jī)理來解釋。 超聲波的發(fā)源是從聲頻方面開始的。超聲波清洗機(jī)實質(zhì)上是一個超聲振動的能源，它是由超聲波發(fā)生器和超聲波清洗器兩大部份組成。超聲波發(fā)生器是一個產(chǎn)生超聲頻電訊號的功率源，它供給清洗器中的換能器工作時所必需的超聲頻電功率，換能器將這個超聲頻電功率轉(zhuǎn)換成超聲波能量，即將高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生超聲振動。清洗液在超聲振動作用下出現(xiàn)稀疏、密集狀態(tài)，在密集狀態(tài)時液體受正壓力作用，在稀疏狀態(tài)時液體受拉力作用，即負(fù)壓力作用。清洗液在超聲振動的作用下產(chǎn)生許多微氣泡，溶于液體中和附著在固體表面上。在稀疏狀態(tài)時氣泡增長，并吸收液體中更多的氣泡，而當(dāng)密集狀態(tài)時氣泡縮小。在此過程中液體質(zhì)點運動速度是與逐漸縮小的氣泡半徑成反比。當(dāng)液體質(zhì)點運動在氣泡閉合時突然停止，集中在微小容積內(nèi)的動能就要迅速釋放出來，就會從閉合的氣泡中心向外傳播一個球形沖擊波，在這—點上的壓力就有數(shù)千個大氣壓，即發(fā)生空化作用?？栈饔玫拇螖?shù)與超聲波頻率相同，如超聲波頻率為80KHz，則空化作用將以每秒鐘2萬次的沖擊力轟擊物體表面。在這個壓力作用下，驅(qū)動清洗液流入制件，足以使固體表面的污物被剝離，尤如—把強(qiáng)有力的刷子將制件上各處臟物沖刷出來，特別是手不可及的盲孔、溝槽處污物也被沖洗干凈，這就是空化的侵蝕作用。同時，空化作用使液——液相界面互相加速，互相分散和在氣泡附近產(chǎn)生高速的微沖流，使沾附在制件表面上的污物更易脫離掉，這分別是空化的乳化作用和攪拌作用。 （2） 超聲換能器 在早期，超聲換能器的材料主要采用石英。在60年代，為了滿足功率大，機(jī)械強(qiáng)度高的要求，同時也為了適于做成幾十千赫頻率范圍的換能器，大量采用了金屬磁致伸縮材料，而到了如今，則利用PZT壓電陶瓷片的夾心式超聲換能器。由于其效率較高，價格較低，來源豐富，已大量發(fā)展應(yīng)用，基本上取代了其他換能器而占主導(dǎo)地位。在電功率發(fā)生器方面，早期大都采用電子管型的電功率放大器，但是到了目前，已經(jīng)發(fā)展采用一般晶體管型的，場效應(yīng)管型的，可控硅型的等各種新型電路，從而使這類電發(fā)生器的效率更高，重量更輕，使用更方便。但目前的情況是，盡管一臺電功率發(fā)生器可以做到幾千瓦的量級，但是單個超聲換能器的容量一般仍只限于幾十瓦到上百瓦的范圍，對大功率超聲清洗設(shè)備來說，只能由多個換能器聯(lián)合工作，有時很不方便，所以更大功率的超聲換能器的研究，發(fā)展，仍然是目前引起很多人重視的一個問題，對于超聲換能器和電功率發(fā)生器的這種發(fā)展情況來說，在其他一些超聲處理應(yīng)用項目中，例如，超聲焊接，超聲加工等等，似乎也經(jīng)歷著頗為雷同的過程。 （3） 超聲換能器結(jié)構(gòu)的選擇 超聲清洗的換能器有兩種類型：磁致伸縮換能器和壓電換能器。磁致伸縮換能器這種換能器的電聲效率比較低。而且金屬鎳材料價格昂貴，制造工藝復(fù)雜，所以目前很少采用。還有一種用鐵氧體材料做成的磁致伸縮換能器，雖然其電聲效率比較高，但機(jī)械強(qiáng)度低，所能承受的電功率容量小，因而目前我國也很少應(yīng)用。 目前我國主要采用壓電換能器采（單螺釘夾緊的夾心式壓電換能器），因為這種換能器的電聲轉(zhuǎn)換效率高。原材料價格便宜，而且便于制造不同的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的清洗要求。壓電換能器有很多種種，如，一種是錐體喇叭；另一種直棒形狀。如圖2-1a和2-1b所示。 喇叭狀換能器的聲輻射效率較高，同樣的輸入電功率，在清洗槽中獲得大的聲功率，而且在換能器上的電功率消耗會較少，因此換能器的發(fā)熱也低。當(dāng)輸入換能器的電功率相同時，輻射面的聲強(qiáng)較低，與連接的不銹鋼板表面空化腐蝕小，清洗槽或浸入式換能器的使用時間延長。所以普遍采用喇叭狀換能器較好，為了提高展寬頻帶、聲輻射效率，選擇半穿孔結(jié)構(gòu)的寬頻帶超聲清洗換能器，如圖2-1c所示。這種換能器在較高頻段（40KHz以上），優(yōu)勢明顯。因為它可以削弱橫向振動所帶來的不良影響，也便于掃頻清洗。 圖2-1a 錐體喇叭形 圖2-1b 直棒形狀 圖2-1c半穿孔結(jié)構(gòu)的寬頻帶超聲清洗換能器 （4） 換能器在清洗槽中的粘結(jié)及分布問題 假如清洗槽較深，槽底可粘換能器，槽壁上也可粘結(jié)換能器。換能器與清洗槽的粘結(jié)質(zhì)量對超聲清洗機(jī)的質(zhì)量有巨大影響。要求粘牢，膠層均勻、不缺膠、無裂縫，使聲能最大有效地向清洗液中傳輸，有助于提高整機(jī)效率和清洗效果。對于一些清洗設(shè)備為防止換能器從清洗槽上脫落，采用螺釘加粘膠的固定方式，這種連接方式雖然能讓換能器不脫落，但是存在許多缺陷。一方面，螺釘焊接質(zhì)量低，如不垂直于不銹鋼板表面，則膠層不均勻，甚至有裂痕的現(xiàn)象，能量傳輸會減弱弱；另一方面．如果焊接不好，也會影響不銹鋼表面的平整性，加速空化腐蝕，減小使用壽命。判斷粘結(jié)質(zhì)量的好壞：一種方法，在清洗槽裝水并開機(jī)工作一段時間后，測量換能器的溫度變化。在換能器中某個換能器溫升特別快，則說明該換能器可能粘結(jié)不好，因為聲輻射不好，電能量大部分消耗在換能器上而發(fā)熱；方法二，在小信號條件下一個一個測量換能器的電阻抗大小來判斷粘結(jié)質(zhì)量。對于超聲波清洗機(jī)的性能方面不完善的認(rèn)識：覺得功率大，換能器數(shù)目多．性能也就好，價值會高，導(dǎo)致片面估計。 與其他清洗方式，超聲波清洗機(jī)展現(xiàn)巨大的優(yōu)勢，尤其在大型，高科技的生產(chǎn)企業(yè)中，己漸漸用超聲波清洗機(jī)取代了傳統(tǒng)清洗工藝方法，超聲波清洗機(jī)的高效率，高清潔度，特點在于其聲波在介質(zhì)中傳播時具有穿透性，無孔不入，因此很易于將復(fù)雜外形，內(nèi)腔和細(xì)空的部件清洗干凈，對于簡單的清洗工藝過程，在超聲波作用下僅僅只需兩三分鐘即可完成，其速度快，清潔度高，對于產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)率要求較高的領(lǐng)域，突出地顯示了超聲清洗機(jī)的強(qiáng)大優(yōu)勢。 （5） 各種液相清洗方法的比較 目前，機(jī)械行業(yè)常見的液相清洗方法大致可分為：加熱進(jìn)入清洗，加壓噴淋清洗，毛刷清洗，超聲波清洗。 加熱進(jìn)入清洗，加壓噴淋清洗的清洗原理是利用液體在之間表面上的強(qiáng)制流動沖走贓物的。而毛刷清洗則是通過毛刷制件表面揭揩擦玻璃贓物，液體帶走贓物來實現(xiàn)的。上述三種方法決可講經(jīng)各種加工下來的之間清晰的比較干凈，但對于制件表面粘附力很強(qiáng)的污垢，微顆粒，，研磨膏等雜質(zhì)則很難完全清洗干凈，對盲孔、窄溝槽、小孔處的污物清洗是困難的。而超聲波清洗對于上述問題有著很好的解決。 各種清洗方法效果比較 表2-1 清洗方法比較圖 清洗方法 清洗后剩余污物（%） 超聲波清洗法 0.5-1 人工刷子清洗法 8 液體強(qiáng)迫流動法 70 高壓噴淋法 88 按清洗介質(zhì)分類，可分為水劑清洗和油劑清洗兩大類型，按清洗的方式分，可分為：①人工強(qiáng)制式：即將產(chǎn)品套入專用銷柱，用人手把持，然后使柱銷旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗要求，或者將產(chǎn)品放入專用槽中，使槽做上下運動，進(jìn)行清洗。②機(jī)械強(qiáng)制式：即將產(chǎn)品套在專用鏈條上通過強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗的目的。③流動旋轉(zhuǎn)式：即利用液體噴頭水柱沖向軸承一側(cè)，使其旋轉(zhuǎn)，然后再沖向另一側(cè)，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗目的。 對于以上幾種清洗方式，均存在一個共同的缺點：就是在清洗中，清洗零件由于受到強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)或受液體推動的離心力的作用，產(chǎn)生相互的“輾壓”作用，致使塵?！皠潅绷慵墓ぷ鞅砻妫档彤a(chǎn)品壽命。 由上面的對比可以看出，超聲波清洗的質(zhì)量高于其他清洗，很明顯超聲波清洗將逐漸代替清洗行業(yè)。 超聲清洗機(jī)的優(yōu)點如下： 1　 清洗干凈，清潔度高、一致。 2　 清洗速度快，方便。 3　 環(huán)保，安全可靠。 4　 對復(fù)雜工件亦可清洗干凈。 5　 節(jié)省人力，物力等。 2.1.5 超聲波清洗技術(shù)在我國的發(fā)展及現(xiàn)狀 利用超聲波清洗原理清洗制件，在國外五十年代初就開始了，近些年有了飛躍的發(fā)展?，F(xiàn)在，登月火箭箱需用超聲波清洗機(jī)清洗，名牌手表英鈉格的麥殼上專門注有“U—LTRASONIC”的字樣，用以說明該廠的手表零件是經(jīng)過超聲波清洗處理后組裝的?？梢?，國外對超聲波清洗給予了高度的重視。 我國在六十年代就掌握了超聲波清洗技術(shù)，但直到七十年代末才引起各個行業(yè)的高度重視。目前，很多廠家都引進(jìn)了國外的超聲波清洗設(shè)備和技術(shù)，國內(nèi)已開始起步生產(chǎn)超聲波清洗機(jī)。 超聲波清洗在我國還是一門新興起的清洗工藝，應(yīng)用還不普遍，多數(shù)還限于小容量的格式清洗，適宜大批量、范圍廣、效率高的超聲波清洗機(jī)還不成熟。 從以上可以看出，我國已經(jīng)意識到了超聲波清洗的必要性，也已開始了相關(guān)研究。但是，就現(xiàn)況而言，不論是清洗的流程還是清洗機(jī)的種類都相對貧乏。我們這次設(shè)計就是在原有的軌道式清洗機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以期提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。 由于清洗對象品種較多，數(shù)量較少，清洗工藝多年來一直停留于手工作業(yè)。隨著工業(yè)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，手工作坊式的清洗方法從質(zhì)量到數(shù)量上都難于滿足生產(chǎn)實際的需要，因此采用能用于批量生產(chǎn)的自動化清洗機(jī)的問題就提到了議事日程。我們希望避開廣泛采用的節(jié)拍式自動清洗機(jī)模式，制造一臺自動化程度高、靈活性強(qiáng)、適用于清洗的自動化去油清洗設(shè)備。該機(jī)的使用，使除去油污的清洗工藝從手工操作變?yōu)槌炭亍⒘炕淖鳂I(yè)，穩(wěn)定了清洗工藝過程，提高了清洗質(zhì)量，同時這種技術(shù)也為多種程序能同時進(jìn)行作業(yè)的清洗模式適應(yīng)多品種小批量的科研提供一定的技術(shù)前提。  3 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 清洗機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 清洗機(jī)主體一般由機(jī)架、清洗槽、上下料裝置、機(jī)械手部件、吹風(fēng)區(qū)等組成。 清洗機(jī)主體機(jī)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾點基本原則： （1） 盡可能滿足工藝要求，便于操作； （2） 具有合理的強(qiáng)度，剛度及運動部分的導(dǎo)向精度，實用可靠，不易發(fā)生故障。 （3） 具有良好的經(jīng)濟(jì)性，制造簡單，維修方便。 其中，工藝要求是最主要的影響因素。由于在清洗機(jī)上進(jìn)行的進(jìn)行工作的要求，清洗機(jī)槽所采用的材料應(yīng)該有良好的防銹性。其次清洗機(jī)工序較多，槽體較多，清洗機(jī)機(jī)體很長。要求機(jī)架剛度要強(qiáng)。 我們這次設(shè)計的清洗機(jī)機(jī)架采用的是[1]方形型鋼制造橫梁及立柱，主要支撐及安裝導(dǎo)軌和清洗槽。 整機(jī)的圖如下所示： 圖3-1 超聲波清洗機(jī)總裝配圖 3.2 傳動部分的設(shè)計 3.2.1 方案的選擇 （1） 方案一：平移和升降的傳動部分采用機(jī)械傳動[2]：平移用齒輪齒條傳動，升降用鏈輪鏈條傳動 優(yōu)點： 1　 鏈輪傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比； 2　 所需張緊力較小，作用在軸上的壓力小，可降低軸承的摩擦損耗 ； 3　 工作可靠，效率高； 4　 結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，過載能力強(qiáng)； 5　 能在高溫，惡劣環(huán)境下工作； 6　 對于制造，安裝精度低，中心距較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單； 缺點： 瞬時轉(zhuǎn)速和傳動比不是常數(shù)，傳動平穩(wěn)性差，有沖擊和噪聲的缺陷。 因此，鏈傳動多用在不宜采用帶傳動與齒輪傳動，而兩軸平行，且距離較遠(yuǎn)，功率較大，平均傳動比準(zhǔn)確的場合。 （2） 方案二：平移和升降的傳動部分均采用氣壓傳動。 氣壓傳動的優(yōu)點[3] 1　 以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。 2　 因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。 3　 與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。 4　 工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。 5　 成本低，過載能自動保護(hù)。 氣壓傳動的缺點 1　 工作速度穩(wěn)定性較差，但采用氣液聯(lián)動裝置會提高穩(wěn)定性。 2　 結(jié)構(gòu)尺寸不宜較大，總輸出力必須小于10～40kN。 3　 噪聲較大，高速排氣時需加消聲器。 4　 氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。 （3） 方案三：平移部分采用機(jī)械的齒輪齒條傳動，長降采用氣壓傳動。 （4） 相互對比后，鏈傳動更適全本次設(shè)計，所以選擇方案一即傳動部分選擇鏈傳動和齒輪傳動來實現(xiàn)機(jī)械手的上下升降和左右平移。 上下升降：通過電機(jī)動作，來達(dá)到清洗籃框的上下移動。剎車電機(jī)功率750W,升降速度7m/min。 左右平移：通過電機(jī)的運動帶動被清洗工件的左右移動來實現(xiàn)更換工件工位的目的。剎車電機(jī)功率370W，平移速度1m/min。 3.2.1 電機(jī)的選擇 （1） 電動機(jī)選用的一般原則 1　 在選擇電動機(jī)的類型時要根據(jù)工作機(jī)的要求來選取。不需要調(diào)速的機(jī)械，包括長期工作制，短期工作制和反復(fù)短期工作制機(jī)械，應(yīng)采用異步電動機(jī)。負(fù)荷平穩(wěn)且無特殊要求的長期工作制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠型異步電動機(jī)。波動負(fù)荷的長期工作機(jī)械，在帶飛輪和啟動條件沉重時，應(yīng)采用繞線型異步電動機(jī)。重復(fù)短期工作機(jī)械，應(yīng)采用交流電動機(jī)在發(fā)熱，開啟制動特性等一些方面不能滿達(dá)到需要或者技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低時，應(yīng)采用直流電動機(jī)。而周期性沖擊負(fù)荷的機(jī)械，采用同步電動機(jī)。需對于連續(xù)調(diào)速的機(jī)械，須看調(diào)速要求采用直流電動機(jī)或交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)然，首當(dāng)考慮交流電動機(jī)調(diào)速。 2　 電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式，防護(hù)式，封閉式和防爆式，應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求及環(huán)境條件進(jìn)行選擇。 3　 選用電動機(jī)的類型，除滿足工作機(jī)械的要求外，還需要滿足電網(wǎng)的要求。如啟動時能維護(hù)電網(wǎng)電壓水準(zhǔn)，保持功率因數(shù)在合理的范圍內(nèi)等。 4　 電動機(jī)功率應(yīng)有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?。如采用的額定功率小于工作機(jī)要求的功率，則不能保證工作機(jī)正常工作，甚至因長期過載而使電動機(jī)過早的損壞；如采用的額定功率比工作機(jī)要求的功率大得多，則因容量未能充分利用而造成成本提高，同時電機(jī)價格亦高。通常對在變載荷作用下，長期穩(wěn)定連續(xù)運行的機(jī)械，所選用的電動機(jī)額定功率應(yīng)稍大于工作機(jī)的功率。 （2） 電機(jī)的選擇 1　 上下升降電機(jī)的選擇 已知[4]鏈傳動速度v=10m/min，清洗籃m≤40㎏，零件m≤300㎏。 所以 鏈條受力 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)下 鏈輪軸所需功率： 根據(jù)電機(jī)選擇原則[5]，選擇額定功率0.75KW，轉(zhuǎn)速為1450的電機(jī)。由于電機(jī)停機(jī)時帶有慣性，不能夠及時準(zhǔn)確地停止轉(zhuǎn)動，所以本設(shè)計選用帶剎車的減速電機(jī)：P=0.75KW，減速比i=30，輸出轉(zhuǎn)矩T=751N·m，輸出轉(zhuǎn)速n=46.7rpm。 2　 左右平移電機(jī)的選擇[6] 已知左右平移速度v=10m/min，機(jī)械手部件重力M=500kg，滑塊與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)f=0.15（查機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊表1-10）。齒輪所受徑向力Fr=Mgf=500×9.8×0.15=735N 減速電機(jī)輸出軸功率 根據(jù)電機(jī)選擇原則，先選用額定功率0.37KW，轉(zhuǎn)速為1450的電機(jī)。由于電機(jī)停機(jī)時帶有慣性，不能夠及時準(zhǔn)確地停止轉(zhuǎn)動，所以本設(shè)計選用帶剎車的減速電機(jī)：P0=0.37KW，減速比i0=50，輸出轉(zhuǎn)矩T0=115N·m，輸出轉(zhuǎn)速n0=27.6rpm。 3.2.2 鏈輪的設(shè)計選擇 上下移動距離=480㎜ 電機(jī)鏈輪與從動輪的傳動比取1.3，二級鏈傳動的傳動比取1。二級傳動鏈輪與從動鏈輪的結(jié)構(gòu)一樣，如圖3-2電機(jī)鏈輪和圖3-2鏈輪。 （1） 選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2 已知鏈速v=10m/min<3m/s，由表9-8選取電機(jī)鏈輪齒數(shù)z1=13；選取傳動比i=1.3，從動鏈輪z2=iz1=1.3×13≈17。 電機(jī)鏈輪的轉(zhuǎn)速為n=46.7rpm，額定功率K0=0.75KW，根據(jù)圖9-13，得鏈號為12A，查表9-1得：節(jié)距p=19.05㎜ 根據(jù)表9-3得電機(jī)鏈輪的分度圓直徑d1=79.6㎜；其它鏈輪的分度圓直徑d1=d2=d3=103.7㎜。 （2） 短鏈條（電機(jī)鏈輪上的）的選擇 根據(jù)機(jī)械手部件的設(shè)計，鏈輪的中心距a0≥258㎜，取a0=260㎜。 鏈節(jié)數(shù) 鏈長L=pLP=19.05×42=800㎜ （3） 長鏈條的選擇 根據(jù)機(jī)械手部件的設(shè)計[7]，鏈輪的中心距a0≥993㎜，取a0=993㎜。長鏈條是不封閉的，應(yīng)減去提升架的高度，則 鏈節(jié)數(shù) 鏈長L=pLP=19.05×98=1867㎜ 圖3-2電機(jī)鏈輪 圖3-2鏈輪 （4） 鏈條的張緊設(shè)計 長時間的使用，鏈條會變松，在本次設(shè)計中我使用了如圖3-2所示的張緊方法[8] 圖3-2 鏈輪的張緊 3.2.3齒輪齒條的選擇和校核 左右平移時，采用的是齒輪齒條嚙合傳動。 （1） 查表10-1[9][10]選擇齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度280HBS，σB=700MPa，σS=500MPa；齒條用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度240HBS，σB=650MPa，σS=360MPa；兩者材料硬度差為40HBS，精度8級。 齒輪模數(shù)m=4，齒數(shù)z=40，齒寬b=30㎜；齒條模數(shù)m=4，齒數(shù)z=605,齒寬b=40㎜ （2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 由設(shè)計計算公式校核： 齒條的分度圓直徑趨于∞，所以，則 1　 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： T1=95.5×105P1/n1=95.5×105×0.37/27.6=1.28×105N·㎜ Ft=2T1/d1=2×1.28×105/160=1600N 2　 齒輪懸空布置時，查表10-7得φd=0.5； 3　 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2； 4　 由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限； 5　 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=60×27.6×1×（2×8×300×15）=1.19×10 N2=1.19×108/（605/40）=7.9×106 6　 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95；KHN2=1.18 7　 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 8　 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1，由式得 9　 根據(jù)v=10m/min，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)KV=1.08； 直齒輪，KAFt/b=1600/30=53.3N/㎜<100N/㎜。由表10-3查得KHα=KFα=1.2； 由表10-2查得使用系數(shù)KA=1.0； 由表10-4查得8級精度、齒輪懸空布置時，KHβ=1.28； 由b/h=3.33，KHβ=1.28，查圖10-13得KFβ=1.18；故載荷系數(shù) K=KAKVKHαKHβ=1.0×1.08×1.2×1.28=1.659 則 所以接觸疲勞強(qiáng)度安全 （3） 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式： 1　 查表10-5得齒輪齒形系數(shù)，齒條齒形系數(shù)。齒輪應(yīng)力修正系數(shù)，齒條應(yīng)力修正系數(shù)； 2　 載荷系數(shù)K=KAKVKFαKFβ=1×1.08×1.2×1.18=1.529 3　 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力公式： 4　 由圖10-20c查取齒輪材料彎曲疲勞強(qiáng)度極限： ， 5　 由圖10-18查得彎曲疲勞強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)： 取S=1.4 ，應(yīng)按齒條校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 因此，彎曲疲勞強(qiáng)度足夠大。 （4） 齒頂圓>160㎜，齒輪做成腹板式結(jié)構(gòu)[8]（如圖3-2） 圖3-2 3.3 機(jī)械手執(zhí)行件的設(shè)計 3.3.1 提升架的設(shè)計 選擇由方鋼焊接而成，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。考慮其強(qiáng)度和穩(wěn)固性，將提升架設(shè)計成三角架的形狀。以下是對其進(jìn)行的應(yīng)力分析[11]： 下面圖3-3a與3-3b是提升架的應(yīng)力分布 圖3-3a 圖3-3b 由圖3-3a、圖3-3b可以看出，提升架的應(yīng)力分布比較均勻。基本上沒有應(yīng)力特別集中的部位。最大應(yīng)力產(chǎn)生在提升架的左上方，最大應(yīng)力為1.32e+008。提升架的其它部位的應(yīng)力基本上約為零。 3.3.2 其它零部件的設(shè)計[12][13][14] （1） 吊鉤 選材：不銹鋼 圖3-3 吊鉤 （2） 電機(jī)安裝板 根據(jù)各零件之間的位置關(guān)系及各零件自身的安裝參數(shù)，設(shè)計電機(jī)安裝板如圖3-3 圖 3-3 機(jī)械手部件總體圖如圖3-3 圖3-3機(jī)械手立體圖 3.4 其它部件說明 3.4.1技術(shù)參數(shù)說明[15] （1） 上料區(qū)： 1　 功 能：把清洗籃由裝料區(qū)送至上料工位。 2　 通過電機(jī)帶動鏈條的運行來實現(xiàn)清洗籃的移動，鏈條運行速度為2m/min左右，PLC自動控制,光電取樣。電機(jī)功率375W。 （2） 酸洗槽： 1　 功 能：通過加熱及酸洗把工件表面附著的污物清洗干凈。 2　 .超聲功率：1800w，超聲頻率：28KHz,超聲功率可調(diào)。 3　 振 動：考慮到此槽為酸洗槽，超聲波采用外槽隔離水振動，否則超聲波發(fā)射面將很容易損壞。 4　 酸洗槽內(nèi)振動架上設(shè)有導(dǎo)向裝置，可以使清洗籃自動定位。 5　 加熱溫度：室溫～60℃，自動可調(diào)，加熱功率： 5KW。加熱管材質(zhì)316L。 6　 清洗介質(zhì)：磷酸。 7　 耐酸堿泵功率：0.37KW，水泵流量： 6 m3/h，水泵揚(yáng)程：6m。 8　 不銹鋼過濾器，過濾精度≤25um。 9　 溢流口裝置：水槽及儲液箱上部設(shè)有溢流口，能將液面的油污與多余槽液從溢流口流出。 10　 循環(huán)裝置：設(shè)有獨立的儲液箱。儲液箱具有油水分離功能（比重原理），并通過循環(huán)，把清洗槽內(nèi)浮在液體表面的油污經(jīng)溢流口流出，防止被清洗工件的二次污染。 11　 酸洗槽內(nèi)設(shè)有下液位控制器，以保護(hù)加熱器、超聲波振動盒、水泵的安全。 12　 說明：當(dāng)清洗籃進(jìn)入清洗槽后停止時超聲波開始工作。清洗籃被提升時超聲波停止工作，以延長超聲振盒的使用壽命。 13　 酸洗槽設(shè)有數(shù)位式PH計一只。 14　 酸洗槽上部設(shè)抽氣槽，將酸洗槽內(nèi)酸性氣體排出。 15　 設(shè)有振動功能,在清洗時使清洗籃上下擺動增加清洗效果。 （3） 水洗： 1　 功能：通過水洗把酸洗過程中所產(chǎn)生的附在工件表面的污水及酸清洗掉。 2　 清洗介質(zhì)：市水。 3　 加熱功率約：5KW,加熱管材質(zhì)316L。 4　 加熱溫度：室溫～60℃自動可調(diào)。 5　 水洗槽內(nèi)振動架上設(shè)有定位裝置，可以使清洗籃自動定位。 6　 溢流口裝置：水槽及儲液箱上部設(shè)有溢流口，能將液面的油污與多余槽液從溢流口流出。 7　 水槽內(nèi)設(shè)有下液位控制器，以保護(hù)加熱器等的安全。 8　 為了保證清洗槽內(nèi)清洗液的清潔度,需要不斷地向清洗槽內(nèi)加入干凈的市水,流量 由流量計控制。 9　 安裝鼓泡裝置，增強(qiáng)清洗效果（壓縮空氣自備） 10　 設(shè)有振動功能,在清洗時使清洗籃上下擺動增加清洗效果。 （4） 酸洗槽： 1　 功 能：通過加熱及酸洗把工件表面附著的污物清洗干凈。 2　 超聲功率：1800w，超聲頻率：28KHz,超聲功率可調(diào)。 3　 振 動：考慮到此槽為酸洗槽，超聲波采用外槽隔離水振動，否則超聲波發(fā)射面將很容易損壞。 4　 酸洗槽內(nèi)振動架上設(shè)有導(dǎo)向裝置，可以使清洗籃自動定位。 5　 加熱溫度：室溫～60℃，自動可調(diào)，加熱功率： 5KW。加熱管材質(zhì)316L。 6　 清洗介質(zhì)：磷酸。 7　 耐酸堿泵功率：0.37KW，水泵流量： 6 m3/h，水泵揚(yáng)程：6m。 8　 不銹鋼過濾器，過濾精度≤25um。 9　 溢流口裝置：水槽及儲液箱上部設(shè)有溢流口，能將液面的油污與多余槽液從溢流口流出。 10　 循環(huán)裝置：設(shè)有獨立的儲液箱。儲液箱具有油水分離功能（比重原理），并通過循環(huán)，把清洗槽內(nèi)浮在液體表面的油污經(jīng)溢流口流出，防止被清洗工件的二次污染。 11　 酸洗槽內(nèi)設(shè)有液位控制器，以保護(hù)加熱器、超聲波振動盒、水泵的安全。 12　 說明：當(dāng)清洗籃進(jìn)入清洗槽后停止時超聲波開始工作。清洗籃被提升時超聲波停止工作，以延長超聲振盒的使用壽命。 13　 酸洗槽設(shè)有數(shù)位式PH計一只。 14　 酸洗槽上部設(shè)抽氣槽，將酸洗槽內(nèi)酸性氣體排出。 15　 設(shè)有振動功能,在清洗時使清洗籃上下擺動增加清洗效果。 （5） 酸洗槽： 1　 功 能：通過加熱及酸洗把工件表面附著的污物清洗干凈。 2　 超聲功率：1800w，超聲頻率：28KHz,超聲功率可調(diào)。 3　 振 動：考慮到此槽為酸洗槽，超聲波采用外槽隔離水振動，否則超聲波發(fā)射面將很容易損壞。 4　 酸洗槽內(nèi)振動架上設(shè)有導(dǎo)向裝置，可以使清洗籃自動定位。 5　 加熱溫度：室溫～60℃，自動可調(diào)，加熱功率： 5KW。加熱管材質(zhì)316L。 6　 清洗介質(zhì)：磷酸。 7　 耐酸堿泵功率：0.37KW，水泵流量： 6 m3/h，水泵揚(yáng)程：6m。 8　 不銹鋼過濾器，過濾精度≤25um。 9　 溢流口裝置：水槽及儲液箱上部設(shè)有溢流口，能將液面的油污與多余槽液從溢流口流出。 10　 循環(huán)裝置：設(shè)有獨立的儲液箱。儲液箱具有油水分離功能（比重原理），并通過循環(huán)，把清洗槽內(nèi)浮在液體表面的油污經(jīng)溢流口流出，防止被清洗工件的二次污染。 11　 酸洗槽內(nèi)設(shè)有液位控制器，以保護(hù)加熱器、超聲波振動盒、水泵的安全。 12　 說明：當(dāng)清洗籃進(jìn)入清洗槽后停止時超聲波開始工作。清洗籃被提升時超聲波停止工作，以延長超聲振盒的使用壽命。 13　 酸洗槽設(shè)有數(shù)位式PH計一只。 14　 酸洗槽上部設(shè)抽氣槽，將酸洗槽內(nèi)酸性氣體排出。 15　 設(shè)有振動功能,在清洗時使清洗籃上下擺動增加清洗效果。 （6） 水洗： 1　 功能：通過水洗把酸洗過程中所產(chǎn)生的附在工件表面的污水及酸清洗掉。 2　 清洗介質(zhì)：市水。 3　 加熱功率約：5KW,加熱管材質(zhì)316L。 4　 加熱溫度：室溫～60℃自動可調(diào)。 5　 水洗槽內(nèi)振動架上設(shè)有定位裝置，可以使清洗籃自動定位。 6　 溢流口裝置：水槽及儲液箱上