1、 1 清华大学机械工程学院 本科生毕业论文（设计） 题 目： 自动化零件清洗线设计 姓 名： Mr Li 系 别： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2012级 1 班 学 号： * 指导教师： * 2016 年 6 月 27 日 2 毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得清华大学大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的
2、说明并表示了谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权清华大学大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时， 单位署名为清华大学机械工程学院。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日3 目 录 摘 要 . Abs
3、tract . 1 绪 论 . 6 1.1 研究目的和意义 . 6 1.2 选题背景 . 6 1.3 本课题研究内容 . 7 2 方案选择与论证 . 8 2.1 提出方案 . 8 2.2 工作原理比较分析 . 8 2.3 方案选择 . 9 3 湍流清洗机理以及影响清洗效 果因素 . 10 3.1 湍流清洗机理 . 10 3.2 影响清洗效果因素分析 . 10 4 机械手的总体方案设计 . 6 4.1 机械手传动方案设计 . 6 4.2 主要技术参数的确定 . 6 4.3 机械手的配置和工作原理 . 7 5 上下料机械手机械结构方案设计 . 8 5.1 上下料机械手总体结构 . 8 5.2 上下
4、料机械手手部设计 . 8 5.3 手臂 方案 设计 . 15 5.4 机械手横移系统设计 . 21 5.5 液压传动系统设计 . 22 6.清洗线工位设计 . 25 6.1 清洗系统设计 . 30 6.2 干燥系统设计 . 26 7 结 论 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 29 4 零件清洗线设计 摘 要 机械设备在装配前、维修过程中均需要将零件进行清洗，以保证零件洁净，从而为设备的装配提供保证。 但在目前，由于市场上超声清洗较贵重，在一些小型生产厂家和维修企业，一般没有专用的清洗设备。这些厂家大多采用人工清洗，其结果是生产质量得不到可靠 保证 。 本课题设计的是一种清洗设备，用于小
5、型零部件的清洗 。 本文根据零件清洗的一般流程，对零件清洗线的总体设计和机械结构及功能作了设计。 清洗线主要由清洗槽体、悬挂机械手装置、清洗系统、过滤系统、热风吹干系统、金属横梁和框架以及控制系统等构成。各个工位之间的零件的换位操作是通过机械手装置完成的，机械手的移动是 靠齿轮和齿条的啮合运行的。 清洗线能安全、可靠地完成零部件各部位的清洗功能，同时操作方便且对环境的污染少。零件清洗线的应用使工厂便于自动化，能降低劳动强度和生产成本，从而提高劳动效率和提高经济效益。 关键词 ： 清洗线 零部件 自动化 5 Design of Cleaning Line for Spare Parts Abst
6、ract Before assembly and in the process of maintenance, mechanical equipment all need cleaning parts in order to ensure the clean spotless and providing assurance for the parts assembley performance. But at the moment, ultrasonic cleaning is expensive in the market which lead that there is no specia
7、l cleaning equipment in some small manufacturers and maintenance enterprise. Mostly using artificial cleaning, the result is that their production quality cant get reliable guarantee. This topic designs a simple cleaning equipment used to clean small parts. According to the general process of the pa
8、rts cleaning, this thesis designs the overall design of the automatic cleaning line as well as its mechanical structure and functions. Cleaning line is consist of washing tub, the suspended mechanical arm, clean system, filtering system, dry system, the frame and control system. The parts conversion
9、 between each station is completed by the mechanical arm whose remove is completed by the cooperation between gear and rack. This cleaning line is used to clean each place of the parts safely and reliably, considering of operating easily and reducing pollution to the environment. For the factory, th
10、e cleaning line is used for automation, reducing the labor intensity and production cost and then increasing the work efficiency and economic benefits. Keywords: cleaning line; spare parts; automation 清华大学本科毕业设计（论文） 6 1 绪 论 1.1 研究目的和意义 机械设备装配前、维修过程中均需要将零件进行清洗，以保证零件洁净，从而为设备的 装配性能提供保证。 在各个行业中有很多的零器件均需
11、要清洗，需要清洗的种类和环节也很多，例如：在机械工业中清洗轴承、齿轮、轴、过滤器、油泵、阀门及其他机械零件；在机械工业中，清洗轴承、齿轮、轴、过滤器、油泵、阀门及其他机械零件 1。 研究目的： 目前，在一些小型生产厂家和维修企业，一般没有专用的清洗设备，大多采用人工清洗，其结果是生产质量得不到可靠保证。 面对这一问题这次便设计一种简易清洗设备，用于小型零部件的清洗。 研究意义：科技发展迅速的今天，在 市场经济的 影响 下，对产品质量 的 要求 也 越来越高。 在生产过程中工厂 为 了 保证产品 的生产 质量， 大多数工厂使用 清洗工艺来提高产品 生产 质量， 这样做出的产品能够很好的符合国家标
12、准和人民需求。 现代化的工厂为了提高生产效率，一般采用机械流水线的清洗模式进行清洗，这样可以大大节约空间，大大提高清洗效率。 零件清洗线综合以上优点，对工厂便于用于自动化，提高劳动效率、降低工人的劳动强度以及降低生产成本、提高经济效益等 。 1.2 选题背景 我国的清洗技术已经取得了较好的成果。“具体在以下方面：一是机械零部件在涂漆前的洗涤以及在电镀之前后的洗涤，机器零部件的洗涤，具体要求是要高级清洗度，比如齿轮、齿 轮轴、制动器件、油泵的油嘴、阀门零部件、过滤器的洗涤。二是医疗方面，清洗各种针管和手术器具；以及医用、制药、食品、化学科学等所用的各种器具瓶罐的清洗。三是个人家庭日常使用工具、高
13、精度元器件、高精密塑料器件、链接管线、收藏品以及首饰工艺品等的清洗” 2。 目前国内外水清洗装置大多采用： 1）蒸汽清洗 2）喷淋式清洗 3）振动清洗 4）超声波清洗等。 随着科技发展用的最多的是超声波清洗，我国现有各类超声波清洗设备制造企业数十家左右，大部分在珠江三加州等地区。根据现有资料显示，我国东部沿海的公司占全国总数的 85左右，由 此可知我国相对经济主要地区的公司对超声波清洗这项先进技术清华大学本科毕业设计（论文） 7 的广泛使用。而且从另一方面讲超声波清洗技术在我国欠发达的中西部身份有很大的拓展前景。 虽然中国在清洗方面已经有了一定的发展，但总体而言还远不如欧美等国家和地区，这些还
14、远不能满足现代社会日益增长的工业及民用清洗的需求，我们现在需要认清现状，发展清洗事业，迎头赶上发达国家。 目前，由于市场上超声清洗较贵重，在一些小型生产厂家和维修企业，一般没有专用的清洗设备，大多采用人工清洗，其结果是生产质量得不到可靠保证。 综上面对这一问题这次便设计一种清洗设备，用于小 型零部件的清洗。 在本课题的设计 零件清洗线，将要解决这一问题。 1.3 本课题研究内容 本课题设计的是一种清洗设备，用于小型零部件的清洗 。 设计设备能安全、可靠地完成零部件各部位的清洗功能，操作方便、可靠，并考虑减小对环境的污染。 本课题的特色与创新点： （ 1）零件 清洗线特色体现在“线”上，多工位自
15、动。 （ 2）成本较比市场的低，体积也较小，适合小工厂使用。 清华大学本科毕业设计（论文） 8 2 方案选择与论证 2.1 提出方案 根据本课题的设计任务要求，现提出两种设计方案。方案布局简图如下，并根据实际需要以及可实现程度论证这两种 方案，最后得出最优设计方案。 图 2-1 方案之一 图 2-2 方案之二 2.2 工作原理分析比较 2.2.1 方案一工作原理 如方案之一图所示，整体采用箱体式， 被清洗 的 物件 可 从进料口可 输送到 不锈钢专用网带 之后 送 入 清洗槽 漂 洗， 然后在 经 过清洗 、烘干等工序后 物件从 出 料口被送出。当中有另外的控制箱来操控整个过程的运转和进程。
16、2.2.2 方案二工作原理 清华大学本科毕业设计（论文） 9 如方案二图所示，清洗线主要由清洗槽体、悬 挂机械手装置、清洗系统、过滤系统、热风吹干系统、金属横梁和框架以及控制系统等组成。各个工位之间的零件的换位操作是通过机械手装置完成的，以及最后送入滚筒输送链。机械手机构 用摆线马达转动齿轮再加上一个齿条，两者啮合运行，整个机械手一边做一个导向滚轮，来做为导向工具，使机械手不发生偏移沿着即定路线运行 从而达到间歇步进运动的目标 ； 2.3 方案选择 本设计采用第二种方案，第二种方案灵活性高，便于观察运转过程以及发现故障及时维修。清洗过程方便排水以及清理水槽，而且成本较第一方案低，符合小厂家使用
17、要求且方案具有新颖性。 清洗过程使用湍流清洗，清洗分为清洗液清洗和清水漂洗两个过程，成本低而且清洗效果也很好。 干燥区使用感应式热吹风机，节约能源。 机械手使用的是马达驱动，上下提升和抓取动作的完成依赖于两个液压油缸的紧密配合动作完成，中心控制单元使用 PLC 可编程逻辑控制器来进行直接的操控。 清华大学本科毕业设计（论文） 10 3 湍流清洗机理以及影响清洗效果因素 3.1 湍流清洗原理 湍流 被定义为 流体 的一种流动状态。当流速很大 的时 候 ，流线 会混合不清 ，流场中 会产生 许多小漩涡， 这时 层流 将 被破坏，相邻层 流动层之 间不但有滑动 现象发生 ，而却 还混合 现象的发生
18、。 如果流速稍大时 ，流体的流线 会 开始出现波浪状的 旋转 现象 ，旋转 的 频率 和 幅值 随流速的增 大 而增 大的现象。当流体的 流速很小，流体 将会 分层流动，互不混合，称 之为 层流 ； 当流速很大时， 流体 为 不规则运动 装态 ， 将会 有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动 现象 称为湍流或 紊流 。 湍流清洗就是采用高压喷水与浸泡相结合形成湍流， 在被清洗物品的表面上形成 “ 刷洗作用 ” 的原理来清洗设备零部件的 。 3.2 影响清洗效果因素分析 清洗效果包含清洗质量和清洗效率。湍流清洗的影响效果因素有湍流强度、清洗液性质、环境条件等。 另外湍流强度越高则就会在零件表
19、面刷洗的更加频繁和细致，对细小部位能进行有效清洗，当湍流强度达到一定强度后，清洗效果会达到饱和。 清洗液的选择需要考虑待清洗零件的材料、油污种类、污染程度以及机械杂质等。“应选择低粘度的液体，从而利于形成湍流；考虑到对环境的污染程度要 小，清洗时采用水基清洗剂，并有针对的添加稳定剂、助溶剂以及消泡剂等添加剂” 3。 环境温度的影响主要是对清洗液的影响。 清洗物在清洗槽中的摆设安排对清洗效果也有很大影响作用。清洗物品的摆放规则是是有一定的间距排列悬挂在槽中或用金属网筐装好悬挂为最好 3。 影响清洗效果的因素有清洗时间和被清洗物的污染状况。延长清洗时间帮助促进清洗质量，时间过长会导致零件表面的腐蚀，降低生产效率。在清洗时根据清洗状况分开清洗较好 3。
