1、畢 業 設 計（論 文）設計（論文）題目：汽車摩擦片缺陷檢測流水線設計 學 院 名 稱： 機械工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制 姓 名： 學 號 指 導 教 師： 職 稱 定稿日期： 年 月 日摘 要由于目前面臨很高的通脹壓力，企業越來越多的選擇提高生產效率降低生產成本使自己的商品更加擁有市場競爭力。設計了一種自動汽車摩擦片缺陷檢測流水線，主要由上料裝置、缺陷檢測裝置、分揀裝置組成。設計過程包括流水線機械結構設計計算、各重要機械結構設計計算和標準件的選用。最后進行了實際試驗的可行性驗證，證明了方案的可行性和合理性。關鍵詞：汽車摩擦片；流水線；缺陷檢測；abstract

2、to make their products more competitive in the market, faced with the high inflationary pressure, enterprises are more likely to improve production efficiency to reduce production cost.a flaw inspection production line for car brake pad is design, mainly composed of a feeding unit, a flaw inspection

3、 unit and a sorting unit. the whole designing procedure include structure design calculation of the flaw inspection production line, structure design calculation of each important unit and choosing of the standard component. at last, a series of experiments are carried out, the feasibility of this m

4、achine is proved.key words：car brake pad；production line；flaw inspection；目 錄1 引 言11.1 流水線的概念及分類11.2 目前流水線發展的現狀11.3 本設計的目的和意義11.4 本設計主要解決的問題22 系統設計32.1 設計任務32.2 總體方案確定32.2.1系統的驅動32.2.2 分揀機構32.3設計方案的比較33 主體機械結構設計43.1 流水線整體尺寸估算43.2 主要構件的設計選擇43.2.1 滾筒選擇43.2.2 電機選擇43.2.3 鏈輪設計43.2.5 鏈條選擇63.2.4 鍵的選擇73.2.5

5、軸承的選用73.2.6 皮帶的選用83.2.7 型材的選用94 分揀機構設計104.1 凸輪的設計104.1.1 周期中運動的分配104.1.2 曲線方程的設計114.2電機的選擇124.2.1 步進電機扭矩估算124.2.2 型號選擇124.3 聯軸器選擇124.4 步進電機的控制134.4.1 分析系統，確定i/o點數134.4.2 分配i/o地址134.4.3 外部接線圖144.4.4 plc程序設計145.料桶設計155.1 材料選擇155.2 結構設計155.2.1 桶徑計算155.2.2 底部設計16結 論17致 謝18參考文獻191 引 言1.1 流水線的概念及分類生產流水線是在

6、一定的線路上連續輸送貨物搬運機械，又稱輸送線或者輸送機。按照輸送系列產品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數鏈線、插件線、網帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構件、驅動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應用十分廣泛。1.2 目前流水線發展的現狀我國流水線設備技術起步晚，市場上低端產品很多而且存在不良競爭，但經過不斷的發展已經達到了很高的水平。未來三年，全球流水線設備市場的發展潛力依然很大。據中國電子元件行業協會信息中心預測，到2010年，流水線設備產量將達到468億只，市場規模將達到515億元，年均

7、增長率將分別為17%和15%。可見，即使在金融危機的陰影籠罩下，流水線設備市場依然有著強大的發展潛力。中國在全球流水線設備市場中的份額將加繼續大。市調機構bishopandassociates的報告稱，2007年中國流水線設備市場就以16.8%的增長率位列全球第一，遠超過全球流水線設備市場的平均增長率7.2%。而近兩年國外市場的持續低迷，也使國外流水線設備廠商加緊在中國的布局，從而加速中國流水線設備市場的發展。隨著我國的各個行業的不斷發展，我國對流水線設備的技術要求也是非常高的，面對流水線設備的市場和技術變化，中國流水線設備廠商應逐步擺脫在中低端產品類型的同質化競爭，積極跟蹤流水線設備的前沿技

8、術，學習流水線設備的新技術新工藝，不斷研發出新產品，拓展高端產品線。隨著我國的各個行業的不斷發展，我國對流水線設備的技術要求也是非常高的，面對流水線設備的市場和技術變化，中國流水線設備廠商應逐步擺脫在中低端產品類型的同質化競爭，積極跟蹤流水線設備的前沿技術，學習流水線設備的新技術新工藝，不斷研發出新產品，拓展高端產品線。1.3 本設計的目的和意義目前中小企業生產成本上升幅度較大。從2007年初開始，國家確定了以“兩防”（防過熱、防通脹）為主導的宏觀調控政策走向，使產品市場逐步萎縮，價格逐步下降。而包括能源在內的原材料，則呈上升趨勢。加之人民幣匯率上升，以及勞動合同法的頒發布實施，更增加了成本上

9、升的幅度。其中后兩項屬于硬成本，企業是不能消化的。這就大大增加了企業控制成本的難度。更嚴重的是，中小企業生產成本上升，完全達到了侵蝕利潤的程度，由此造成大批中小企業虧損，導致部分外資企業外移的同時，丟掉了一些產品的國際市場。同時由于自身資金和技術水平所限，基礎薄弱的中小企業只能有選擇地進入門檻較低的行業，其產品還主要集中在中低端，而且越是低端產品，廠商越多。由于進入行業過于集中，行業之間產品同質性明顯，且都屬于競爭性行業，故相互之間競爭異常激烈。在這樣的大環境下，中小企業想在市場上占領一席之地必須使自己的產品具有競爭力。本次設計是為一家中小企業設計剎車片缺陷檢驗流水線，之前的檢驗都是由人工完成

10、的，不僅速度慢容易存在檢驗的疏漏，同時花費大量的財力導致生產成本提高，使產品本身的競爭力下降。1.4 本設計主要解決的問題（1）流水線如何準確實現剎車片在流水線上的等距傳送；（2）流水線如何準確實現剎車片的分揀。2 系統設計2.1 設計任務完成汽車剎車片缺陷檢驗流水線結構設計，要求能完成大小不同的剎車片是否存在缺陷的檢驗。設計參數：流水線長3m；檢測零件直徑210470mm；檢測速度：3s/個。2.2 總體方案確定2.2.1系統的驅動流水線是長時間持續工作的系統但其功率不是很大，故運動通過一個兩項交流電機驅動，電機的調速通過一變頻器控制輸入交流電頻率實現。2.2.2 分揀機構由于剎車片太薄，而

11、且要求檢測速度為3s/個，用氣缸分揀整個過程耗時過長，同時氣缸與皮帶表面距離很小容易刮傷皮帶表面。故設計了機械分揀裝置，該裝置采用機構按凸輪曲線做周期運動的原理實現，經分析，理論上能很好的滿足需求。2.3設計方案的比較方案優點缺點氣缸分揀結構簡單、好控制可靠性低、易劃傷皮帶機械分揀機構可靠性高機構復雜通過兩種方案的比較，選擇了可靠性高的機械分揀機構。3 主體機械結構設計3.1 流水線整體尺寸估算長：根據要求，流水線總長3000mm。寬：由于剎車片最大直徑為470mm，故，流水線寬度選擇550mm。高：按照現有流水線高度，流水線臺面高度設計為750mm。3.2 主要構件的設計選擇3.2.1 滾筒

12、選擇一般情況下滾筒長度采用“輸送物+50mm”即，470+50=520，圓整為550mm驅動輥：根據經驗選擇140mm從動滾筒：選擇60mm3.2.2 電機選擇目前流水線使用的都是單相220v減速電機，功率選擇方面：由于整個機構運動比較平穩，故按電機的靜功率計算，故有：p=0.2479kw （3.1）m為滾筒的計算轉矩：m=f*r=70n/m （3.2）f為皮帶傳輸時主動滾筒受到的切向力根據經驗估值為1000n。(其中包括約重8kg的產品)，r0.07m。n為滾筒的轉速：n=30v帶/（r）=22.74r/min為效率：=齒輪*鏈輪*軸承*滾筒=0.6724齒輪：八級精度的一般傳動0.97（減

13、速電機的兩級齒輪）鏈輪：0.96（一對）軸承：0.99（共5對）滾筒：0.96（共5個）綜上，選擇了nhy-28減速電機。有關參數如下：電機型號額定電壓（v）額定電流(a)額定功率(kw)滿載轉速(r/min)傳動比nch282202.130.417201:503.2.3 鏈輪設計1.鏈條類型的確定傳動鏈可分為短節距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈常用于傳動系統的低速級，一般傳遞的功率在100kw以下，鏈速不超過15m/s，推薦使用傳動比imax=8。齒形鏈應用較少。故本設計使用滾子鏈，又因傳動功率較小用單排鏈即可。2.鏈輪材料的選擇鏈輪輪齒要具有足夠的耐磨性和強度。由于大小鏈輪的齒數一樣

14、，故選擇的材料也一樣，選擇了采用的材料40#，經淬火和回火熱處理，熱處理后硬度4050hrc。3.鏈輪的結構小直徑的鏈輪可制成整體式如下圖所示：圖 3.14.設計計算由于電機的輸出軸徑為28mm，所以設計鏈輪軸徑也為28mm。電機額定功率為0.4kw。（1）.選擇鏈輪齒數z1=z2=17,故：i=z1/z2=1（2）.計算當量單排鏈的計算功率pcapca=0.372kw （3.3）ka為工況系數，查表9-6為1.0；kz主動鏈輪齒數系數，見圖9-13為1.52；kp多排鏈系數，本設計為單排鏈故為1.0;p傳遞的功率0.2479kw。（3）.確定鏈條型號和節距p鏈條根據當量的單排鏈的計算功率pc

15、a和主動鏈輪的轉速n1由圖9-11為6b。然后由表9-1確定鏈條節距p=9.525mm。（4）.計算鏈節數和中心距出選中心距a0=30p=285.75mm，按下式計算出鏈節數：lp0=2+2=73 （3.4）將其圓整為74。（5）.計算鏈速v，確定潤滑方式平均鏈速按9-1計算v=0.09386m/s （3.5）根據鏈速v，由圖9-14選擇合適的潤滑方式為定期潤滑。（6）.計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力fp壓軸力可近似的取為fpkfpfe=1150n （3.6）式中：fe有效圓周力1000n（經驗估算） kfe壓軸力系數，水平傳動取1.155.參數確定名稱符號計算公式及結果（mm）分度圓直徑dd=

16、51.8齒頂圓直徑dada=d+1.25p-d1=57.3齒根圓直徑dfdf=d-d1=45.45齒高haha=0.625p-0.5d1+=3.226確定的最大凸緣直徑dgdg=p-1.04h2-0.76=41.6其中：d1為滾子直徑，查表為6.35mm；h2為內鏈板高度，查表為8.26。3.2.5 鏈條選擇根據所設計的鏈輪，對應選擇相應的鏈條。選擇類型為滾子鏈，具體參數如下：iso鏈號節距p滾子直徑d1max內鏈節內寬b1min銷軸直徑d2max內鏈板高度h2max排距p1單排抗拉載荷minmmkn06b9.5256.355.723.288.265.644.43.2.4 鍵的選擇1.鍵的選擇

17、根據電機輸出軸的直徑28由表6-1選擇普通平鍵8*7*20。2.鍵強度的校核假定載荷在鍵的工作表面均勻分布，普通平鍵連接的條件為p=71.43mp lh即，所選軸承符合設計要求。3.2.6 皮帶的選用流水線的皮帶選擇是本設計的關鍵，因為此流水線要求對每個剎車片進行拍照檢測，拍照時要求流水線的反光程度較小，反光太大會影響照片的處理，從而影響檢測的結果。故，選擇流水線皮帶式選擇了反光程度小的綠色pvc帶。它具有不易燃性、高強度、耐氣侯變化性以及優良的幾何穩定性。 pvc對氧化劑、還原劑和強酸都有很強的抵抗力。設計流水線寬度為550mm，所以所選的皮帶寬度也是550mm；皮帶厚度為兩毫米。長度估算：

18、l=23000+2r2+250+r1+l=7510mm （3.11）式中：l為流水線皮帶總長；r1為驅動滾筒半徑，為70mm； r2為從動滾筒半徑，為30mm； l為曾加長度，為100mm。同時，其中一從動滾筒水平位置可以調節能始終保持流水線處于適當張緊狀態。3.2.7 型材的選用目前，國內已經形成了工業鋁型材產業鏈，現在流水線的鋁型材都已標準化，它是鋁棒通過熱熔、擠壓、從而得到不同截面形狀的鋁材料。鋁型材的生產流程主要包括熔鑄、擠壓和上色三個過程。其中，上色主要包括：氧化、電泳涂裝、氟炭噴涂、粉末噴涂、木紋轉印等過程。只需選擇合適的率形成即可。為了安裝的方便選擇了如下圖所示的工業鋁型材。其牌

19、號為6005型（6005擠壓型材與管材，用于要求強高大于6063合金的結構件，如梯子、電視天線等）。圖 3.4圖上圖所示，其規格為130*22*2，兩側槽寬均為12槽深10，可以容納m6螺栓的頭部，由此可以將其他部件連接在一起。4 分揀機構設計本設計中有缺陷產品的分揀是通過機械機構實現的，基本原理是通過變化的凸輪曲線實現分揀架在整個圓周上完成重復的分揀運動。4.1 凸輪的設計4.1.1 周期中運動的分配按要求，毎3s鐘檢測一個產品，設計的分揀機構做圓周運動，在半個圓周里面完成一次分揀，即將分揀時間縮短了一半提高了分揀效率。運動的具體分配如下圖：圖 4.1上圖中，起始位置從流水線的帶邊開始進入凸

20、輪的上升曲線，經過15上升到凸輪的遠休止弧段。遠休止弧段為102.5此段分揀架抬起為了防止碰到流水線上的產品。過后，進入下降段，下降段也為15，分揀架快速下降到離流水線臺面高度為2mm的地方，進入近休止弧段，從而將有缺陷產品播到分揀料斗中，實現分揀。下圖為凸輪的曲線圖：圖 4.24.1.2 曲線方程的設計為了消除凸輪的剛性沖擊，凸輪的上升和下降曲線均采用的是二次曲線，曲線方程為：s=5-10(15-)2/152 （4.1）下圖是其速度和加速度曲線：圖 4.3下圖為三維造型的凸輪：圖 4.44.2電機的選擇步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執行元件。每輸入一個脈沖電機轉

21、軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩mjmax大的電機，負載力矩大。由于分揀機構要實現固定位置的準停，所以電機應選擇步進電機。但由于只需180的位置準停，所以對步進電機的步距角無較高要求。4.2.1 步進電機扭矩估算摩擦片最大質量為1kg，摩擦片與流水線皮帶的摩擦系數用橡膠和木頭的摩擦系

22、數近似替代。查得橡膠與木頭的摩擦系數約為0.3，故分揀時產品與流水線產生的阻力大約為：fr=mg=3(n) （4.2）阻力力矩m等于：m=frl=0.93(n/m) （4.3）式中：l為分揀架的臂長為0.31m。則電機的輸出扭矩為：t=m/=0.95(n/m) （4.4）式中：為從電機到分揀機構總的效率，=聯軸承=0.990.99=0.98若不考慮啟動時運動部件慣性的影響取安全系數為0.3，則啟動力矩tq=3.16 (n/m) （4.5）4.2.2 型號選擇查資料選取86byg250-80，具體參數如下表：相數工作電壓（v）工作電流（a）靜轉矩（n.m）軸徑（mm）步距角（）224801.54

23、.0141.84.3 聯軸器選擇對于已標準化和系列化的聯軸器，選定合適類型后，可按轉矩、軸直徑和轉速等確定聯軸器的型號和結構尺寸。聯軸器的計算轉矩：tca=kkzktkwt=3.95（n.m） （4.6）式中：k為工作系數，查表近似看做自動自動升降機為1.25； kz為啟動系數，查表為1.0；（z120） kt為溫度系數，查表為1.0；（-2030） kw為動力機系數，查表為1.0。（：電動機類）故選擇了hl彈性套柱銷聯軸器。許用扭矩16n/m tca。4.4 步進電機的控制一般說來步進電機的控制可以用單片機控制也可以用plc控制。不同廠家的plc有相同的工作原理，類似的功能和指標，有一定的互

24、換性，質量有保證，編程軟件正朝標準化方向邁進。這正是plc獲得廣泛應用的基礎。而單片機應用系統則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質量參差不齊，學習、使用和維護都很困難。所以采用plc控制選擇型號為三菱fx2n。4.4.1 分析系統，確定i/o點數為了控制步進電機運動需要一個輸入啟動信號，即檢測到缺陷產品的信號；一個停止信號；一個電機運動的輸出信號。4.4.2 分配i/o地址表 4-1 外部信號與plc的i/o接點地址編號對照表輸入信號名稱功能i/o編號 sb0啟動x000sb1停滯x001輸出信號名稱功能i/o編號km0步進電機轉動y0004.4.3 外部接線圖圖 4.54.4.4 plc

25、程序設計plc程序主要連接檢測到分揀機構的運動。當剎車片經過檢測裝置下方時開始檢測，當檢測到是廢品時，檢測裝置發出一個脈沖，即下圖的x000，此時x000閉合，接通定時器t251、中間繼電器m01同時重置計數器c0。（由于檢測機構距離分揀機構中心約為1米，檢測速度1/6m/s。故有定時器定時為6s。又，選擇的定時器為100ms積算型，故參數即為k600）中間繼電器m01的常開觸點閉合，使此回路自鎖；等到計時器t251計時結束，其常開觸點閉合接通y000，同時y000回路自鎖，步進電機開始旋轉，機構開始執行分揀動作。其另一個常開觸點接通計數器c0，當c0計數到100時將其常開觸點斷開，即步進電機

26、旋轉結束，結束分揀動作。圖 4.65.料桶設計為了方便有產品的搬運減少不必要的人力， 與此同時設計了專用的料桶。5.1 材料選擇考慮到料桶屬于圓柱形，所適合的生產工藝為拉升，所以選擇的材料要求具有較好的延展性，其次料桶還應具有很長的壽命。所以選擇奧氏體不銹鋼1cr18ni9，這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好，用來制作耐酸設備，如耐蝕容器及設備襯里、輸送管道、耐硝酸的設備零件等。奧氏體不銹鋼一般采用固溶處理，即將鋼加熱至10501150，然后水冷，以獲得單相奧氏體組織。5.2 結構設計5.2.1 桶徑計算如圖5.1所示，假設料桶放在離料斗口下方50

27、mm右邊離其100mm處，同時假定產品從料斗滑落至料桶過程中速度很快，直到完全脫離料斗時也沒發生翻轉。最大產品直徑470mm，有勾股定理有：d=50+（4702-470sin16）+s600mm （5.1）式中：d表示桶徑；圖 5.1 s表示產品到桶壁的間隙。5.2.2 底部設計由于剎車片質量叫重，為了方便搬運，所以在同的底部設計了兩個槽。此槽用兩節槽鋼焊接而成。目前槽鋼已經標準化，所以只需選擇合適的槽鋼進行切割焊接即可。所選槽鋼規格為8#-80*43*5.0。結 論汽車剎車片缺陷檢驗流水線整個設計分為兩大塊：一、 流水線的設計整個流水線的結構設計是基于現有流水線結構。流水線型材的選擇使得整個

28、流水線的安裝和調整大為簡便，也使得其結構布局得到了很好的優化。皮帶的選擇則是流水線能否成功的關節，其結果直接影響檢測結果。選擇的綠色pvc皮帶反光較少有利于圖像采集，提高了圖像分析的準確性。二、 分揀機構的設計由于剎車片很薄，最大厚度不足4mm。普通的分揀機構只能分揀體積較大的物品。設計之初，嘗試了用氣缸進行分揀，但是由于氣缸推桿前段容易劃傷流水線，且存在回程滯后等問題，所以設計了專用的分揀機構。機構利用凸輪曲線控制分揀架運動實現產品分揀，機構用步進電機驅動和準停，整個機構理論上可行。當然本設計中還存在著諸多缺陷，如：上料部分為實現自動化，分揀機構的可行性等問題有待解決。致 謝經過了一個學期的鏖戰，畢業設即終于完成了。這次