固定式喷漆设备设计论文本科论文.docx

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固定式喷漆设备设计论文本科论文

1前言.

1.3喷漆设备的研究现状

喷漆设备是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成喷漆作业，程序可按需要变动，所以适合多品种小批量生产。

在二十世纪五、六十年代我国喷漆是在旧中国的作坊式喷漆的基础上按照当时苏联模式发展起来的流水式喷漆方法，其主要特征是串联式的布置，以喷、浸方法为主，采用普通悬挂式和杆式运输链输送被喷件。

在六十至七十年代先后开发、采用阳极电泳涂装和静电涂装，自改革开放以来，经历了多次技术的变革，我国的喷漆也逐渐向国际化靠拢，无论在喷涂工艺，设备及辅助用具，还是在涂装材料和技术管理方面，都有飞速变化[1]。

由于自动喷漆设备未普及，所以很多的公司都还是采用人工进行喷漆工作，油漆是有机溶剂，对人的伤害太大，人若长时间吸入有机溶剂之蒸气将会引起慢性中毒的现象，但短时间暴露高浓度有机溶剂蒸气之下，也会有急性中毒致命的危险。

在工业卫生上，有机溶剂对人体之危害与溶剂的挥发性具有密切的关系。

在常温下，低挥发性溶剂在空气中不易造成危险。

其他对人体危害有关系者尚有溶剂之脂溶性，反应性、含杂质情形、人体吸收之方式及途径、人体之代谢速率、累积情形、个体感受及敏感性、暴露时间之长短等[2]。

喷漆机器人的应用，要求产品设计、生产工艺、生产设备及辅助设备条件甚至生产组织和管理都要与之相适应，如果这些条件不具备，就会制约喷漆机器人的广泛使用[3]。

在我国发展喷漆机，前景非常广阔，据目前来看，我国大部分喷漆作业靠人工来实现，经过实习和查看资料发现喷漆工人工作环境非常恶劣。

（1）自动喷漆设备和传输链的速度必须同步，以保证喷枪和物体的相对正确位置。

要保证传输链突然停止和再启动时，能保证剩余部分的喷涂，还要避免流挂或漏喷现象的产生。

（2）喷枪轨迹是凭工人的经验和大量实验获得的,由于喷涂效果（如漆膜厚度的均匀性、喷涂时间等）与物体表面形状及喷枪参数等诸多因素有关,因此单凭经验无法选择出最佳喷涂路径,所以“人工示教法”编程产生的喷涂效果最多只是“人工水平”。

（3）大量的喷涂费时、费力,油漆的大量消耗亦加重了环境污染,这在喷涂大面积工件时,表现得尤其突出[4]。

1.4喷漆设备研究的目的及意义

本课题所设计的喷漆设备适合我国喷漆生产线的要求，能够达到喷涂质量好、工作性能稳定的目的。

当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，喷漆设备作为自动化生产线上的主要成员，逐渐被企业所认同并采用。

油漆中对人体危害最大的是苯和苯系物和聚酯漆里的甲苯二已氢酸脂。

降低其危害最好的办法就是采用自动化的喷漆设备代替人工操作，目前已有很多的大大小小企业都在逐渐转为自动化设备的操作。

采用自动喷漆设备还有的好处就是，产品喷涂均匀，喷涂质量提高，而且产能大大增长等等很多的好处。

虽然一次性投入会稍微要大一些，但是总体下来就非常的超值了，即保证了工人的安全，也保证了产品的质量和数量。

喷漆设备可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善工作条件，提高劳动生产率和自动化水平[5]。

2喷漆设备总体设计

本课题所设计的喷漆设备包括悬臂机架以及位于机架上方和左侧的喷枪架还有左右移动的机架立柱，其中左右两个喷枪架上的喷枪可以旋转，工件的输送装置。

横梁可以上下运动从而完成对不同高度横梁的喷漆，在横梁上有喷枪架，可以完成对横梁上表面的喷漆。

此外还要考虑到工件的宽度变化，因此横梁上的喷枪架要能够左右运动，为了满足横梁宽度的喷漆范围要求，齿条要足够长能够满足对横梁上表面的完全喷漆[6]。

立柱上有可以运动喷枪架，为了能够对横梁左侧面和斜面的喷漆，要求枪架能够上下运动而且枪架还能够旋转一定角度从而完成对横梁左侧面和斜面的喷漆。

由于横梁高度不同因此枪架上下移动能够对不同高度的横梁进行喷漆。

可移动机架通过液压传动可以左右运动从而可以完成对不同宽度横梁的喷漆。

在此机架上也装有同立柱上相同的的可以上下运动并能够旋转的喷枪架从而完成对右侧面和斜面的喷漆。

根据横梁宽度不同，可以通过液压缸改变机架的进退距离。

机架在液压机构有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等特点因此机架的左右运动采用液压驱动[7]。

位于机架下方有工件输送装置。

工件输送装置是由电机提供动力通过链条带动圆柱辊道转动，工件在辊道上做间歇进给移动。

可旋转喷枪架由电机带动喷枪夹具可以旋转不同角度，喷完侧面后喷枪架旋转带动喷枪改变方向能够对横梁侧面进行喷漆，结构简单，工作效率高。

根据设计要求，所设计的固定喷漆设计结构见图1.1。

图1.1固定式喷漆设备结构简图

1-电动机2-横梁3-电动机4-可旋转喷枪架5-立柱底座

6-液压缸7-可移动机架8-输送装置9-电动机10-齿条11-机枪架子

2.1喷枪架的横移升降机构设计

在横梁上面有电机和变速器，电机带动齿轮与齿条啮合[9]，使喷枪架能够左右运动从而达到对工件顶面的喷漆效果。

将两升降齿条与两机架立柱外侧面焊接起来，动力设施装在横梁上。

电动机经过变速器带动齿轮与升降齿条相啮合，这样就可以带动自动喷漆机的枪架做升降运动从而达到能够改变喷漆的高度范围并且喷枪架可以旋转不同角度达到了对工件两侧面和斜面的喷漆的目的。

2.2横梁输送装置和材料选用

辊子输送机根据其使用条件，辊子采用不同的材料，而成为各种辊子输送机。

钢制辊子输送机：

适用面广，轻载重载均适用。

铝制辊子输送机：

使用经过加工的铝材，在保证强度的同时又具有重量轻、美观的特点,适用于轻载。

不锈钢辊子输送机：

使用不锈钢制辊子，具有耐水、耐药蚀的性能。

SUO料制辊子输送机：

使用硬质的辊子，具有重量轻、美观的特点，主要用于食品行业。

橡胶制输送机。

在钢制辊子外，裹套上橡胶以保护输送送物品或者工件[8]。

本设备的送料机构是由电机带动双链轮辊道组成，每条辊道长度为10.5m。

辊子之间相隔50厘米，辊道长度可以根据零件的长度而改变，辊道高度为50cm。

两个辊道之间有一米多的距离来安装喷漆立柱和可移动立柱。

综上所诉该喷漆设备选用钢制辊子输送机。

2.3可移动立柱的设计

立柱采用手工移动方式使立柱在直线方向上做进退运动，两根导轨主要起导向和固定作用。

立柱固定选择螺栓旋紧固定，立柱上有一个螺栓孔，在导轨上面有孔槽，螺栓旋入立柱中可以跟随立柱移动。

滑动导轨所选用的材料要求如下：

（1）滑动导轨由于需要相对滑动，但润滑困难，所以要求所选用的材料要求必须是含炭量较高，或加有其它润滑材料。

（2）滑动导轨由于会受外界作用的力，故在两个滑块之间会有一个很大的摩擦力，所以要求所选用的材料必须使摩擦系数相对较小的材料，以克服外界附加力所带来的影响。

（3）滑动导轨必须加密封装置，防止外界灰尘和杂质进入，从而延长滑块的使用寿命。

（4）滑动导轨必须具有较高的耐磨系数相对较轻的材料做成，同时也要考虑经济性，以及厂家所能承受的限度。

3喷漆设备部件的设计及计算

3.1辊道的设计计算

若干个辊子按一定间距架在固定支架上来输送成件物品的输送机。

固定支架一般由若干个直线或曲线的分段按工作需要拼成。

辊子输送机不仅可以单独使用，还可在流水线上与其他输送机或工作机械配合使用，具有结构简单、工作可靠、安装拆卸方便、便于维修、线路布置灵活等优点。

这种输送机按辊子是否具有驱动装置，可以分为无动力式和动力式两大类。

无动力式辊子输送机又叫辊道。

有长辊道和短辊道两种。

长辊道辊子表面的形状有圆柱形、圆锥形和曲面形几种，使用最广的使圆柱形长辊道。

辊道的曲线段采用圆锥形辊子或双排圆柱形辊子，可使物品转弯。

短辊道可以缩短辊子的间距，自重较轻。

辊道一般稍微向下倾斜，当物品较重、传送线路较长时，为了推动物品时比较省力，斜度可选择1～1.5％。

如要使物品自滑，斜度可增大到2～3％。

影响自滑斜度大小的因素有很多，大多可以通过实验来确定合适的角度。

当传送线路长度小于10m、货物或者工件轻于200kg时，可以布置成水平线路。

自滑式辊道不易控制货物或者工件下滑速度，因此长度一般不算太长。

辊道的宽度比物品宽度长100～150mm。

曲线段最小曲率半径为辊道宽度的3～4倍。

辊子间距为输送物品长度的1/3～1/4，当物品输送的平稳性要求较高时。

间距可取输送货物或者工件长度的1/4～1/5。

辊子直径由载荷得大小决定。

动力式辊子输送机常用于水平的或稍微向上倾斜的输送路线。

驱动装置将动力传给辊子，使其旋转，通过辊子表面的滚筒与输送货物或者工件表面之间的摩擦力输送物品。

按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分。

前者的每个辊子都配有单独的驱动装置，以便于拆卸。

后者是若干辊子作为一组，由一个驱动装置驱动，以降低设备造价。

成组驱动的传动方式有齿轮传动、链传动和带传动。

动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动，根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动。

综上所诉本设备选用的动力式链传动辊子，其简单的基本结构见下图3.1和图3.2。

图3.1辊子结构图

图3.2辊道图

（1）辊道轴的计算

由于辊道主要受压力故主要考虑辊子受到的压力估算横梁自身重力：

（N）

辊道每0.45M就有一个辊子，故每根辊子承受的压力为：

（N）

故每根辊道所受的弯矩为：

（

）

（3.1）

根据强度条件设计计算

将

代入式后可得：

故取

（mm）

（2）链轮的设计计算

图3.3链轮

链轮（见图3.3）是传动的主要零件，链轮的齿形已经标准化。

链轮的设计主要是确定其结构和尺寸。

链轮的基本参数是配用链条的节距P，套筒的最大外径

排距

以及齿数Z。

分度圆直径：

（3.2）

查表可得：

p=31.75mm，z=21

（mm）

齿顶圆直径：

（mm）（3.3）

齿根圆直径：

（mm）（3.4）

3.2齿轮齿条的设计计算

3.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1.选用直齿圆柱齿轮直齿条传动。

2.喷枪架速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。

3.齿轮齿条材料选用45钢。

3.2.2齿轮的计算

电动机的最高转速为16r/min。

齿轮的分度圆直径、转速与齿条速度之间的关系为：

d=60V/πn，mm（3.5）

（mm）

式中V——齿条速度，mm/s；此处为喷枪架的移动速度，所以取V=125mm/s

n——齿轮转速，r/min。

此处n=16r/min。

齿轮的设计计算参考文献[9]。

（1）齿轮齿顶圆直径

（mm）（3.6）

（2）齿轮齿根圆直径

（mm）（3.7）

式中m——模数，m=3；

Z——齿轮齿数，Z=50。

齿轮的结构见图3.4。

图3.4齿轮

3.2.3齿条的计算

标准齿条的几何尺寸计算公式见参考文献[9]。

（1）齿顶高

（mm）；（3.8）

（2）齿根高

（mm）（3.9）

（3）齿全高

（mm）（3.10）

式中m——模数，m=3；

；

。

齿条的结构见图3.5，3.6。

图3.5齿条

图3.6齿条剖视图

3.2.4几何尺寸计算

1.计算中心距

（mm）（3.11）

（mm）

2.计算齿轮齿条宽度

（mm）

取齿轮B2=20（mm），齿条B1=30（mm）。

4喷漆设备辅助部件的选用

4.1辊道各部件的选用

4.1.1辊道电动机的选用

电动机额定转速是根据生产设备的要求而选定的。

在确定电动机额定转速时，必须要考虑设备减速机构的传动比值，两者相互配合，经过技术、经济全面比较才能最终确定。

电动机转速不低于500r/m，因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，而且效率也比较低。

对于本喷漆设备的驱动系统，因不需调速，可选用相应转速的电动机不经机械减速机构直接传动。

工件的行进速度v=18m/min=0.3m/s，辊子的直径为D=0.108m，周长S=

D=0.785m。

所以辊子的转速n=18/0.785=23r/min

辊子的牵引力：

F=

=

=20000（N）

式中：

G——参与运动的零部件所受的重力（包括工件重量）（N）；

——摩擦系数，此处取为0.05。

由公式：

得：

式中：

——从电动机到驱动轴的传动效率的总和。

——传动轴所需的总功率。

综合考虑以上几点：

选用型号为YZR160M1-6的YZR系列三相异步电动机，功率为

=7.5kW，满载转速为n

=910r/min。

4.1.2轴承的选择

滚动轴承是一种标准部件。

按照其承受载荷的不同，滚动轴承可以分为推力球、推力滚子轴承（主要承受轴向载荷）；深沟球类、圆柱滚子类、调心球类轴承（主要承受径向载荷）和圆锥滚子轴承、角接触球轴承（同时承受径向和轴向负荷的向心轴承）。

辊道的轴承选用：

根据受力分析可知，辊道受力主要为径向力并且力较大，所以需要轴承能自动调心处理，因此选用的轴承为调心球轴承。

根据设计尺寸可以选择的型号为1220，尺寸参数为：

d=100，D=180，B=34,极限转速为3200r/min，润滑方式选择脂润滑。

4.2喷漆部件的选用

喷漆是产品生产中的重要环节，是用于保护零件表面，防止零件表面腐蚀的一种常用的方法，但是在传统的喷漆工艺方面，许多企业还在采用手工的方法，工人完全凭经验进行喷涂由于工人的熟练程度和生产经验的差异，再加上疲劳程度和工作状态的影响，难以保证喷涂质量的稳定，劳动生产率也不高另外，油漆含有大量的有毒物质，如果大量的排放到外界，将会对环境造成严重污染因此利用高新技术设计出一种合理又可靠的喷漆自动控制系统是非常有必要的，它既减少了对外界的污染，又可节约大量的生产成本[10]。

本设计是专门为中小型起重机的横梁喷漆而设计的，起重机横梁由于更换周期较长，因而必须保证其使用寿命，其表面的油漆层的喷涂质量也就有较高的要求，所以不易采用传统工艺的喷漆方法和喷枪设备。

本设计拟采用微型空气式静电喷漆枪，来完成喷漆作业。

微型空气式静电喷漆枪是由电源箱、内壁装有导线的风带、空气静电喷枪组成，微小到和普通气动喷枪一样，静电发生器和倍压盒都是安装在喷枪上的，电源线是用风带内壁传来的，所以该静电喷漆枪下面就是一根带，与普通气动喷漆一样，使用非常方便。

它可节省油漆30--60%，提高工件表面光洁度25%，附着力25%，提高工效1-1.5倍，喷漆时没有尾气，减少了对喷漆工人和环境空气的伤害。

4.3喷枪架电机的选用

具体参数见参考文献[11]。

由于喷枪架移动所需要的功率不高而且要求，因此选择BXM230A-A圆轴型电动机，输出功率为30W。

该电动机有以下特点：

（1）广泛的速度控制范围，均匀转矩

在30r/min—3000r/min广泛的范围之间，发挥低速至高速的均匀转矩，通过更高的启动转矩可以在启动和停止时，使用较大的转矩。

（2）很好的速度稳定性

实现了较高精度的速度控制，可以抑制因为负载而引起的速度变动。

（3）上下驱动时速度可以控制

使用带电磁制动电动机进行上下驱动时，仍稳定的控制速度。

另外，在

电源关闭的同时，电动机会瞬时停止并保持负载，可以通过驱动器的启动和关闭运行指令自动控制电磁制动。

5零件的校核

5.1平键的校核

平键的较核见参考文献[11]。

键是一种标准件，通常用来实现轴与齿轮之间的轴向固定来传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向作用。

键的联接主要类型有：

平键联接、楔键联接、半圆键联接、切向键联接等。

平键联接时，键的两侧面是工作面，平键联接有结构简单、装拆方便和对中性好等优点。

对于常用的材料和按标准选取尺寸的普通平键连接（静连接），其主要的失效形式是工作面被压溃。

因此，通常只按工作面上的挤压强度校核计算。

假定载荷在键的工作面上均匀分布，则普通平键连接的强度条件为：

（5.1）

因为键传递的扭矩由公式：

T=9550P/n,带入参数计算可得到

T=90.284（Nm）

所以有：

（Mpa）

式中：

T为键传递的转矩，Nm；

k为键与轮彀键槽的接触高度，k=0.5h，h为键的高度，此处键的h=9mm，所以k为4.5mm；

l——键的工作长度，圆头平键l=L-b，b为键的宽度，此处L=50mm，b=14mm;

d为轴的直径（mm），此处d=48mm；

[

]为键、轴、彀三者中最弱材料的许用压力。

查表得：

[

]=40MPa，显然，

<[

]，故此键是安全的。

5.2轴的校核

轴是组成喷漆设备驱动系统的主要零件，链轮需要安装在轴上才能进行转动及动力的传递。

该驱动轴的主要功能是支承链轮及传递运动和力。

轴的计算通常