1、 1 天津广播电视大学 本科毕业论文 智能采水分析装置研制 分校（学院）：滨海学院 专业：机械设计制造及其自动化 入学时间： 2015 年 9 月 学号： 1512001257514 姓名： 李财斌 指导教师： 王岩 论文完成日期 : 2017 年 10 月 目录 摘要 . 4 一、 绪论 . 5 （一） 研究背景 . 5 （二） 功能突出点 . 5 二、 智能采水部分的制作 . 6 （一） 机械结构与制作方案 . 6 三、 3 齿轮齿条的设计 . 12 （一） 齿轮传动设计 . 12 （二） 齿轮齿条设计与校核 . 13 四、 轴系零件的设计 . 16 （一） 轴的设计计算 . 16 五、
2、滚珠丝杠设计与校核 . 18 （一） 概述 . 18 （二） 计算 . 18 六、 轴承校核 . 20 （一） 轴上轴承的寿命计算与校核 . 20 七、 联轴器的选用 . 21 八、 导轨导向装置 . 23 九、 其余部件设计 . 24 （一） 大箱体、水箱及配电箱 . 24 （二） 采水装置 . 24 十、 智能采水分析装置使用说明 . 26 （一） 操作过程 . 26 （二） 注意事项 . 26 十一、 结束语 . 27 十二、 参考文献 . 27 3 天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 4 摘要 本课题是：智能采水分析装置研制，是基于“智能移动天 车装置”的基础上设计的一种智
3、能的对水质量称重研发系统，结构比较简单。该机构是由两大部分组成，一部分为供水装置，另一部分为水采集和称重系统。供水系统是由一个 1L 的水箱构成，在水箱下端钻了 7000 多个直径为 0.8mm 的孔，水的流量是由一个直流可调节泵控制。采集水系统是可在一个可控平面内沿 X、 Y 轴任意移动的水箱，在水箱底部安放称重传感器，传感器将信号传递给放大器，最后在计算机上可直接显示出水的重量，称重结束后由直线电机打开水箱放水口，放出箱内水，然后进入下一个称重位置。所以该设备研发有助于来自测试上压力缓解，对以 后各行各业在产品改进、设备的改良等方面的发展起助推的作用。 关键词 ： 空中吊车轨道；直流电机；
4、智能分析装置 ；传感器：驱动装置 天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 5 一、 绪论 在化学医药等行业中，化学原料的配重比例是至关重要的。比重的不同，多多影响了它的作用以及疗效。因此，检测是相当重要的，相对于人工抽查检测即显得繁琐又需要大量的时间和经历作为付出，这样不但增加了附加值，而且检测误差也比较大。为了解决这些问题，研制一种智能的设备 智能采水分析装置来替代人力劳动，不但可以减少劳动量，而且效率也相应的提高。同时符合了科学技术的一个发展趋势：高（速度 、智能）化、高可靠 (化 )性。 智能采水分析装置是根据“智能移动天车装置”的基础上设计的一种智能水物质质量称重研发系统，结构
5、比较简单。该机构是由两大部分组成，一部分为供水装置，另一部分为采集水和称重系统。供水系统是由一个 1L 的水箱构成，在水箱下端钻了7000 多个直径为 0.8mm 的孔，水的流量是由一个直流可调节泵控制。采集水系统是可在一个可控平面内沿 X、 Y 轴任意移动的水箱，在水箱底部安放称重传感器，传感器将信号传递给放大器，最后在计算机上可直接显示出不同时刻、不同位置采集水的重量，从而分析比较实际生产当 中的液体输送进给是否正确、满足比例要求。称重结束后由直线电机控制打开水箱放水口，放出箱内已收集的水，然后进入其他个称重点。依次进行比较已采集的水质量 (m)大小。 （一） 研究背景 针对直径较大的分离
6、、反应设备，如果要利用智能采水分析装置检查它的均匀性，其中怎么样在现场更加直观地测试设备均匀程度却成了有些部门最为头疼的问题，或许，他们可以间接地得到想要的数据，可是怎么样才能保证可靠的和真实的呢 ?比如体积、重量、流量等来衡量，但与现场测试以及检测的效果、能力、程度规范要求、检测装置的适应性做比较，可以看出在诸许多面有着 大的完善空间。所以我们结合企业要求的信息与美好广阔的市场前景来设计出检测 精度高、自动化、使用范围大而强、处理方面效率高地智能移动称重装置是可行的。此设备的研制将缓解企业检测方面的需求 ，为企业的产品完善和企业设备的改进提供基础与保障，同时增强了企业竞争能力，也为各化工企业
7、生产效率的升速起到助推的作用，保证了在世界范围内的化工企业占据地位。 （二） 功能突出点 1.智能机构采用多传感点布置单向扫描的方式，移动模块为横向、纵向和竖直方向分别用三个电机同步控制，其中两个移动电机上安放编码器自动反馈移动信号，使天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 6 移动信号更加精 准。 2.在称重装置的基础上采取压力传感器，这样称重会更加精准，另外加装测量水的体积传感器在已知液体的比重前提下便可计算出液体的重量起到了双向保险的作用，很大程度地改善了设备本身的精度以及可靠性等。 传动部分由可调电机驱动，由中央处理器控制，然后在行程两端可装上能够起限位作用的开关设备。 3.测
8、取得数据通过某分析库归纳总结然后经有关显示设备，能够行成某种相对直接的曲线或者表格状态趋势的表达形式，来判断其能够达到的能力。 控制部分由触屏装置构成，可以有选择性的采集样本，方便快捷，实现了人机互动的优越性能。 二、 智 能采水部分的制作 （一） 机械结构与制作方案 机械结构设计 智能移动、测重装置的机械结构设计是：在移动天车装置总体设计功能的基础上，根据初步确定的试验原理和方案，确定并绘出具体的零件图、装配图纸，将抽象的工作原理通过构件、零部件的组合来实现，综合考虑确定结构件的材料、形状样式、尺寸大小、公差配合的范围、热效处理方案、表面状况的同时，也考虑零件的加工和工艺方法即强度、刚度、精
9、度在每一个零件相互种的重要性问题。一般情况，结构设计地直接产物为技术图纸，图纸表达的是设计方案的一门语言，综合性的技术具体化是设计上一项基本内容 。本次设计采用的是自下向上设计的方法，先设计总体结构，用UG 建模、装配，检查机械结构是否合理，结合老师的意见进行修改，最终定型 ,制定加工工艺卡片，按制定的工艺加工各个零件，完成装配工作，如图 2-1 所示： 天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 7 图 2-1 整体三维结构 设计 图 1-电脑 2-配电箱 3-导轨 4-电机 1（实现 X 方向的移动） 5-滑块 6-电机 2（实现 Y 方向的移动） 7-齿轮齿条 8-滑轨 9-箱体 1
10、0-采水装置 11-液压密封元件 12-管路 13-采水箱 选择原则 1.选择扭矩，也就是电机所称的 “功率”，步进电机的结构区别于交流、直流的电机，他的输出功率是可以变化的。一般情况下根据需要的转矩大小（扭矩）来选择与之匹配的电机型号，通常情况下，当扭力在 0.8N.m 左右的时候，选择机身直径或者方度（ mm）为 20、 28mm、 35mm、 39mm、 42mm 扭力在 1N.m 下，初步定为 57的，也不能排除扭力更大的情行，也有 86、 110、 130 等大小不同规格类型型号。 2.选择转速，对于电机输出似的转矩来说，它与电机的转速成反比，电机在低速旋转的时候，输出的转矩往往比再
11、高速状态下输出的转矩要小很多。 3.启动频率（ 空载启动），为选择电机的参数依据的指标。当机器瞬间启动、停止的次数频繁，而且转速要求也高的情况下，我们要作以考虑。 4.电机相数，在不相等的相数电机，它的工作效果也是不经相同的，其原理为：天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 8 步距角越小，相数却变多，振动量也减小。第五，使用环境：是否需要防水、防油，在一些情况特殊场合下的工作。 5.根据我们使用的要求采取自行定制。 步进电机特性 对于定子绕组给电的状态每转变一次，他的转子也会跟着转过一定的角，与输入的脉冲数量成正比例关系。 转子转动的快慢与否，是由定子绕组通电状态的速度改变觉定的，当
12、加快给电状态 的速度时，转子上对应旋转速度也跟着发生变化 正比关系。 转子旋转的方向跟定子通电顺序一致，有自锁能力，当定子通电状态不变时，其电机位置是停留不变的。 步距角、定子、相数、转子的齿数、通电状态满足下面关系： mzka360 m-相数， -步距角， z-转子上的齿数， k-为通电方式。 电机的计算选择 本设计预将 X、 Y 方向的进给采用相同型号的步进电机对其设备进行动力的输送，可以排除一些干扰因素，比如，两个电机的功率大小导致 X、 Y 方向的进给不能以相 同的速度运动； Z 轴电机采用伸缩电机，推动水箱底部开关，实现水箱自动排水的功能。电机通过静转矩、步距角（涉及相数）、电流等参
13、数构成。一般情况之下，我们要根据三大要素一一逐步的确定，通过这些参数的查对有关电机规格表，确定电机规格型号。 步距角由与它联接的负载决定 是将负载的分辨率（最小）转换到电机轴，计算出电机转动对应角度。注意的是步距角应不大于此时的角度值。市场现有电机的步距角有以下几种规格： 36.0 / 72.0 （五相电机） 9.0 / 8.1 （二和四相电机） 5.1 / 3 （三相电机）等。在这里设计选用步距角为 8.1 的直流步进电机。 步电机的动力矩在短时间内难以定下来，通常第一步计算它的静力矩数值。静力矩的依据源于载荷，也就是所说的负载（惯性、摩擦二种类型）。两者不可单独存在，天 津广播电视大学 2
14、015 届本科生毕业设计 9 直起时（一般由低速）时以二种负载的均匀性作为参考，准备加速起动时要以惯性负载为主，稳定的速度过程中摩擦负载是考虑范畴。一般地，静力矩为摩擦负载的（ 23）倍，在定下静力矩确定的情况下，相应的也就知道了电机机座长度规格以及整个电机型号。 本装置一般为连续运转 ,属于载荷不变的变化，所以采用直流低压电源对其进行电力供 电。 水箱质量 M=5kg，螺距 mmBP 2 ,丝杆传动比 i=1, 效率 9.0 ,在垂直方向的力矩 : )(54.3219.014.32 25212LT MNiBPM 折算到电机轴上 54.312 imgDLT得 D=0.144 实际当中太小 ,圆
15、整取为D=8mm。则有电机功率数据如表 2-1 所示。 同时结合圆柱齿轮传动比范围为（ 3 5），总传动比范围为（ 9 25），综合以上述参数，故电动机转速范围为在（ 107.5 298.5） r/min 职中；综合考虑以上参数因素，决定采用两相四线 42BYGH403AA混合式直流步进电机，其信息参数如下表 2-2所示。 表 2-1 电机功率数据 公式 值 输出转速 D vwn 4106 m i n/94.11814.3 0 0 5.06 0 0 0 rwn 输出功率 1000wVwFwP kwwP 4105.21 0 0 00 0 5.050 传动系 2221 922.0298.0298.0 天 津广播电视大学 2015 届本科生毕业设计 10 表 2-2 电机参数信息表 注： 42 为机座尺寸、 BYG 为混合式名称、 4-两相 4 线 ,其电机实体如图 2-2： 图 2-2 电机实体图 电机二维尺寸结构，如图 2-3 所示 : 统效率 实际输出功率 /wPdP kwdP 41071.29 2 2.0 4105.2 电动机型号 额定功率 (kw) 同步转速 额定转速 重量 输出直径 42BYGH403AA 2108.2 min/330rmin/108r500g 8mm
