旋轉(zhuǎn)電弧傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過(guò))

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 1 引言 . （ 01） 1.1 選課的依據(jù)和意義 . （ 01） 1.2 當(dāng)代焊縫跟蹤傳感器 . （ 01） 1.2.1 附加式傳感器概述 . （ 01） 1.2.2 電弧傳感器概述 . （ 02） 1.3 電弧傳感器工作原理 . （ 03） 1.3.1 電弧傳感器的基本原理 . （ 03） 1.3.2 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原理 . （ 06） 1.4 課題任務(wù) . （ 10） 2 課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 . （ 11） 2.1 電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定 . （ 11） 2.1.1 空心軸電機(jī) . （ 11） 2.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . （ 12） 2.1.3 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) . （ 13） 2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . （ 14） 2.2.1 各功能部分的軸向分配 . （ 14） 2.2.2 徑向空間的分配 . （ 15） 2.3 導(dǎo)電桿部件的設(shè)計(jì) . （ 16） 2.3.1 導(dǎo)電桿部件的總體設(shè)計(jì) . （ 16） 2.3.2 軸承的選用與安裝 . （ 16） 2.4 檢測(cè)裝置的選定與安裝 . （ 17） 2.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法 . （ 17） 2.4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器 . （ 18） 2.5 偏心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . （ 19） 2.5.1 偏心方案的確定 . （ 19） 2.5.2 偏心機(jī)構(gòu)的平衡 . （ 22） 2.6 外殼的設(shè)計(jì) . （ 23） 2.6.1 外殼總體設(shè)計(jì) . （ 23） 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.6.2 通水方式 . （ 24） 2.6.3 通氣方式 . （ 25） 2.7 絕緣與密封設(shè)計(jì) . （ 26） 2.7.1 絕緣設(shè)計(jì) . （ 26） 2.7.2 密封設(shè)計(jì) . （ 27） 2.8 其它零部件的設(shè)計(jì) . （ 28） 2.8.1 集線蓋與接地裝置 . （ 28） 2.8.2 安裝設(shè)計(jì) . （ 30） 2.8.3 修配方案設(shè)計(jì) . （ 30） 2.9 設(shè)計(jì)參數(shù) . （ 31） 3 結(jié)論 . （ 32） 3.1 課題設(shè)計(jì)過(guò)程總結(jié) . （ 32） 3.2 課題設(shè)計(jì)的缺陷與后續(xù)工作 . （ 32） 參考文獻(xiàn) . （ 34） 致 謝 . （ 36） 附 錄 . （ 37） 買(mǎi)文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1 引言 1.1 選課的依據(jù)和意義 現(xiàn)代焊接誕生至今僅百余年， 但 已 顯示出生命力 ，焊接在近代工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的重要作用。 焊接不僅是一種重要的基礎(chǔ)工藝，而且已發(fā)展成為一種新興的綜合工業(yè)技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于造船、壓力容器制造，石油化工等鋼結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域。從某種意義上講，工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家莫不以焊接技術(shù)先進(jìn)作為其現(xiàn)代化的顯著標(biāo)志之一。焊接技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中日益重要的作用，也是當(dāng)代焊接技術(shù)發(fā)展的 個(gè)重要特點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)手工焊接對(duì)操作人員的技術(shù)要求高，并且在操作過(guò)程中往往對(duì)操作人員的身體產(chǎn)生不可避免的危害。因此，自動(dòng)化控制焊接過(guò)程應(yīng)運(yùn)而生。 人們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了各種 焊接傳感器以滿足日益提 高的焊接質(zhì)量要求 。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器脫穎而出。然而，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器仍然存在減振、小型化等問(wèn)題期待解決。此外，諸如偏心方式、冷卻方式、密封、絕緣等設(shè)計(jì)問(wèn)題也亟待更為完善的方案。 在本課題中，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的小型化設(shè)計(jì)需求，要求設(shè)計(jì)人員必須在有限的機(jī)構(gòu)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)各功能部件的合理分配。 1.2 當(dāng)代焊縫跟蹤傳感器 焊接是一個(gè)結(jié)合了光、電、熱、力的綜合加工過(guò)程，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量會(huì)使焊接工件產(chǎn)生較大的熱變形，從而產(chǎn)生焊接位置偏差。為了克服這種偏差的影響，目前有 2 種方法，其一是采用夾具定位，普通 的夾具無(wú)法滿足要求，為了確保精度，必須采用更為精確的夾具。方法之二是采用傳感器進(jìn)行焊縫跟蹤，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，采用跟蹤的方法比采用精確的夾具經(jīng)濟(jì)得多 。 所以焊縫自動(dòng)跟蹤是焊接自動(dòng)化的關(guān)鍵之一。 焊接傳感器根據(jù)傳感方式的不同可以分為附加式傳感器和電弧傳感器兩大類(lèi)。 1.2.1 附加式傳感器概述 附加式傳感器是目前焊縫跟蹤傳感器的常用形式，即在焊炬上固定一個(gè)附加的機(jī)械、電磁或光學(xué)裝置，用于檢測(cè)焊縫的相對(duì)位置。其原理、特點(diǎn)分述如下： 1）接觸式傳感器。典型的接觸式傳感器依靠在焊縫坡口中滑動(dòng)或滾動(dòng)的觸指將充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 焊炬與焊縫之間 的位置偏差反映到檢測(cè)器內(nèi)，并利用檢測(cè)器內(nèi)裝的微動(dòng)開(kāi)關(guān)判斷偏差的極性。一般應(yīng)用于長(zhǎng)、直焊縫的單層焊及角焊。此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，缺點(diǎn)是：對(duì)不同形式的坡口需要不同形式的探頭；探頭磨損大，易變性；不適于高速焊接。 2）電磁傳感器。適用于對(duì)接、搭接和角焊，其體積較大，使用靈活性差，且對(duì)磁場(chǎng)干擾和工作裝配條件比較敏感。一般應(yīng)用于對(duì)精度要求不甚嚴(yán)格的場(chǎng)合。 3）光學(xué)傳感器。光學(xué)傳感器近年來(lái)有了很大發(fā)展，其裝置的種類(lèi)和原理的門(mén)類(lèi)很多，根據(jù)其檢測(cè)原理、對(duì)象、光源種類(lèi)等因素，大致可以分為：?jiǎn)吸c(diǎn)光電式、光切割圖像處理方式、 光電掃描式、焊縫直觀圖像處理方式（ CCD 跟蹤傳感器）。光學(xué)傳感器精度高、再現(xiàn)性好，不僅可以用于焊縫跟蹤，而且可以用于檢測(cè)坡口形狀、寬度和截面，為焊接參數(shù)的自適應(yīng)控制提供依據(jù)。因此，光學(xué)傳感器是焊縫跟蹤系統(tǒng)中比較理想的傳感器形式。 1.2.2 電弧傳感器概述 雖然附加式傳感器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是 這類(lèi)傳感器都在焊炬上固定一個(gè)附加的機(jī)械、電磁或光學(xué)裝置，用于檢測(cè)焊縫的相對(duì)位置，其共同的問(wèn)題就是傳感器與電弧是分離的，有復(fù)雜的附加裝置，應(yīng)用起來(lái)不方便，效果也不夠理想。而電弧傳感器利用電弧本身作為傳感器，根據(jù)焊接電弧的 基本特性提取焊接過(guò)程中的電流或電壓變化量作為傳感器信號(hào)。因此，與附加式傳感器相比，電弧傳感器有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 。 與其他傳感器相比，電弧傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)檢測(cè)點(diǎn)就是焊接點(diǎn)，不存在傳感器先行的問(wèn)題，是完全實(shí)時(shí)的傳感器。 (2)焊接機(jī)頭周?chē)恍枰b備其他特別的裝置，焊槍的可達(dá)性好。 (3)由于電弧本身作為傳感器，所以不受焊絲彎曲和磁偏吹等引起電弧偏移的影響。 (4)不僅可以跟蹤傳感，保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定，而且還可以改善焊縫的成形效果。 (5)抗光、電磁、熱的干擾，使用壽命長(zhǎng)。 目前電弧傳感器作為一種焊接傳感 手段倍受各國(guó)重視，國(guó)外許多焊接設(shè)備研究和制造機(jī)構(gòu)都在努力開(kāi)發(fā)這一領(lǐng)域。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早，已研制多種電弧掃描形式的電弧傳感器，如雙絲并列、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等，適合于埋弧焊、 TIG 和 MIG MAG 等不同的焊接方法。有些已成功地應(yīng)用于焊接生產(chǎn)。早期的電弧傳感器多采用擺動(dòng)式，后來(lái)又開(kāi)發(fā)了雙絲并列的電弧傳感器和旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。 下面，將對(duì)電弧傳感器，尤其是旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的工作原理進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.3 電弧傳感器工作原理 1.3.1 電弧傳感器的基本原理 1.3.1.1 電弧傳感器的跟蹤原理 以電或機(jī)械方法使焊 接電弧擺動(dòng)，檢測(cè)焊接電流、電壓的變化，來(lái)判斷擺動(dòng)中心是否偏離坡口中心，并進(jìn)行修正。使電弧擺動(dòng)的方法有機(jī)械式、電磁式和射流式。擺動(dòng)軌跡可分為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在使用雙絲并列焊接時(shí)，也可不作擺動(dòng)。 圖 1 為焊槍導(dǎo)電嘴與工件表面距離變化引起焊接參數(shù)變化的過(guò)程。圖中， E 為電源外特 性， C 為等熔化曲線， l 為電弧靜特性曲線。以平外特性電源、等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，在穩(wěn)定焊接狀態(tài)時(shí)，電弧工作點(diǎn)為 A，弧長(zhǎng) l，干伸長(zhǎng)隨之變化，對(duì)應(yīng)的等熔化曲線為 C，電流為 I。當(dāng)焊槍與工件表面距離發(fā)生階躍變化增大到 H時(shí)，弧長(zhǎng)突然被拉長(zhǎng)為 l，此時(shí)干伸長(zhǎng)還來(lái)不及變化，電弧隨即在新的工作點(diǎn)燃燒，電流突變?yōu)?I。但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的電弧自調(diào)節(jié)作用后，弧長(zhǎng)逐漸變短，干伸長(zhǎng)增大，最后電弧穩(wěn)定在一個(gè)新的工作點(diǎn) A、弧長(zhǎng) l上，對(duì)應(yīng)的等熔化曲線 C、電流 I，結(jié)果是干伸長(zhǎng)和弧長(zhǎng)都比原來(lái)增加。在上述變化中，有兩個(gè)狀態(tài)過(guò)程即 調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化 (Id)和新的穩(wěn)定點(diǎn)建立后的靜態(tài)變化 (Is)。動(dòng)態(tài)變化的原因是焊絲熔化速度受到限制，不能跟隨焊炬高度的突變，靜態(tài)變化的原因是由于電弧的自身調(diào)節(jié)特充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 性。 由以上所述，當(dāng)電弧沿著焊縫的垂直方向掃描，焊接電流將隨著掃描引起的焊矩高度變化而變化，從而獲得焊縫坡口信息，達(dá)到傳感的目的。 1.3.1.2 各種主要電弧傳感器的特點(diǎn) 與上下跟蹤類(lèi)似，左右跟蹤也是利用其變化信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制的。但其具體實(shí)現(xiàn)方案多種多樣，主要分為擺動(dòng)掃描方式、雙絲并列方式與旋轉(zhuǎn)掃描方式。 （ 1） 擺動(dòng)掃描式電弧傳感器 擺動(dòng)掃描式電弧傳感器是目前應(yīng)用最廣的一種焊接電弧傳感器，這種電弧傳感器需要一套擺動(dòng)裝置，在焊縫的橫向方向來(lái)回?cái)[動(dòng)而實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。用在弧焊機(jī)器人上的擺動(dòng)電弧傳感器不需要擺動(dòng)裝置，通過(guò)機(jī)器人手臂帶動(dòng)焊槍作橫向擺動(dòng)即可。但受機(jī)器人結(jié)構(gòu)因素的影響，機(jī)器人的擺動(dòng)頻率一般在 10Hz 以下 ， 如圖 1-1（ a） 。在高速焊接和焊縫弧度大的情況下，其跟蹤效果會(huì)受到影響。 M KODAMA 發(fā)明了一種電磁高速擺動(dòng)電弧傳感器，這種電弧傳感器的兩側(cè)分別有永磁鐵和激勵(lì)線圈，當(dāng)激勵(lì)線圈通過(guò)一定頻率的直流電流時(shí)，導(dǎo)電桿便會(huì)產(chǎn)生一定 頻率的擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)焊縫的跟蹤。這種高速擺動(dòng)的電弧傳感器的擺動(dòng)頻率一般可在 0 40Hz 之間可調(diào)，擺幅 0 4mm可調(diào)，最大焊接速度 400mm/秒。其特點(diǎn)是體積小，重量在 1Kg 以下 ， 如圖 1-1（ b） 。 圖 1-1 （ 2） 雙絲并列電弧傳感器 這種電弧傳感器利用兩個(gè)彼此獨(dú)立的并列電弧對(duì) 工件進(jìn)行施焊，其左右兩焊絲的焊接電流（電壓）差值提供兩個(gè)電弧之間的中心線是否偏離焊縫的信息，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。根據(jù)兩個(gè)電弧參數(shù)和參考值比較的差值也可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電嘴與工件表面間距充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 離的調(diào)整。這種傳感方式是利用電弧靜態(tài)特性參數(shù)的變化作為傳感信號(hào)，同時(shí)要用兩個(gè)參數(shù)相同的獨(dú)立回路電源并列進(jìn)行坡口焊接，焊槍結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)上有一定的困難，所以實(shí)用上受到限制。 （ 3） 旋轉(zhuǎn) 掃描 電弧傳感器 這種電弧傳感器以旋轉(zhuǎn)電弧的方式代替了擺動(dòng)電弧，其旋轉(zhuǎn)頻率高達(dá) 100Hz。二十世紀(jì)八十年代，日本 NKK 公司發(fā)明了一種旋轉(zhuǎn)式電弧 傳感器，并應(yīng)用到窄間隙焊縫中，其原理如圖 1-2 所示：導(dǎo)電桿作為圓錐的母線，繞圓錐軸線旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），而并不繞導(dǎo)電桿自身軸線旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)），并且在錐頂處運(yùn)動(dòng)的幅度很小，這種結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)掃描直徑的方法是調(diào)節(jié)園錐頂角，傳感器需用一級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)較大，影響了焊炬的可達(dá)性。這種技術(shù)在 NKK 公司的船舶、鍋爐及結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得以應(yīng)用，且取得了顯著的成效。 圖 1-2 圖 1-3 韓國(guó)的 C-H Kim 制作了一種高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器，如圖 1-3 所示，這種傳感器依靠導(dǎo)電嘴的偏心來(lái)實(shí)現(xiàn)電弧的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)電嘴的偏心度就是電弧的旋轉(zhuǎn)半徑。雖然它的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 、緊湊，但其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，焊絲在導(dǎo)電嘴中必須以同樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這就加劇了導(dǎo)電嘴的損耗。 雙絲并列方式與擺動(dòng)掃描方式的優(yōu)缺點(diǎn) 雙絲并列方式從工藝成形和控制電路兩方面都較為容易實(shí)現(xiàn)，但要求導(dǎo)電嘴通過(guò)雙絲，并相互絕緣，使導(dǎo)電嘴尺寸較大，限制了焊炬的可達(dá)性；要求雙絲的送絲速度必須完全一致，也使得送絲機(jī)構(gòu)變得極為復(fù)雜和難以控制。擺動(dòng)掃描方式避免了這兩個(gè)缺點(diǎn)，但擺動(dòng)與成形存在相互關(guān)系，使得焊炬使用的通用性降低；各種擺動(dòng)掃描方充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 式的研究表明，擺動(dòng)頻率不宜過(guò)高，一般在 5Hz 以下，使得擺動(dòng)動(dòng)作很小，往往無(wú)法滿足掃描要求。此外， 雙絲并列方式與擺動(dòng)掃描方式還存在著一個(gè)共同的缺陷，即在焊接路徑非直線時(shí)，需要對(duì)其并列方向或擺動(dòng)方向進(jìn)行修正，如圖 1-4 所示，并且修正值必須在焊接前預(yù)設(shè)，這明顯降低了焊接的自動(dòng)化程度，尤其是當(dāng)焊接路徑曲線較為復(fù)雜時(shí)，修正將帶來(lái)額外的誤差，并直接影響焊接的質(zhì)量。 圖 1-4 擺動(dòng)掃描方式的擺動(dòng)方向修正 1.3.2 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原理 1.3.2.1 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器概述 旋轉(zhuǎn)掃描方式主要是針對(duì)擺動(dòng)式掃描頻率低的缺點(diǎn)提出的一種新的電弧掃描方式。在此方式中，電弧和焊絲的伸出端圍繞焊炬中心線作圓周運(yùn)動(dòng)，其電弧軌跡如 圖1-5 所示。當(dāng)電弧旋轉(zhuǎn)的速度與電弧行走速度（焊速）之比足夠大時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是電弧在垂直于焊縫的方向上的掃描，與擺動(dòng)掃描的作用相似。 圖 1-5 旋轉(zhuǎn)掃描方式下的電弧軌跡示意圖 采用旋轉(zhuǎn)掃描方式工作的電弧傳感器稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。旋轉(zhuǎn)電弧傳感器是一種特殊的焊槍?zhuān)诮Y(jié)構(gòu)上雖比擺動(dòng)式電弧傳感器復(fù)雜，但具有突出的優(yōu)越性：高速旋轉(zhuǎn)增加了焊槍位置偏差的檢測(cè)靈敏度，極大地提高了跟蹤精度；高速旋轉(zhuǎn)提高了快速響應(yīng)特性，適用于高速焊接和薄板搭接的焊縫跟蹤，在弧焊過(guò)程自動(dòng)控制領(lǐng)域占有重要的地位。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.3.2.2 旋轉(zhuǎn)電 弧傳感器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和應(yīng)用現(xiàn)狀 旋轉(zhuǎn)電弧焊是 1959 年蘇聯(lián)研究成功的，但進(jìn)行這種焊接所用的焊機(jī)直到 70 年代才出現(xiàn)。焊機(jī)包括電源、高頻引弧或輔助電極引弧裝置夾具 (電極 )、激磁線圈和加壓機(jī)構(gòu) (液壓、機(jī)械或手動(dòng)加壓 )等部分。影響焊接質(zhì)量的主要工藝參數(shù)有電功率、磁場(chǎng)強(qiáng)度、管子裝配間隙、電弧旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間、頂鍛力和頂鍛速度。旋轉(zhuǎn)電弧焊的生產(chǎn)效率較高，與閃光對(duì)焊 (見(jiàn)電阻焊 )和摩擦焊相比，設(shè)備體積、耗電量、坯料損耗、焊縫毛刺等都小得多。 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用首見(jiàn)于日本 NKK 公司關(guān)于窄間隙焊接的報(bào)道中。雖 然這種技術(shù)在 NKK 公司的船舶、鍋爐及結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得以應(yīng)用，且取得了顯著的成效，但是由于這種旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜、體積大、振動(dòng)大、調(diào)節(jié)不方便，因此限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。 研究與應(yīng)用表明，旋轉(zhuǎn)方案的選定是旋轉(zhuǎn)電弧傳感器實(shí)現(xiàn)其突出功能的關(guān)鍵。日本 NKK 公司的窄間隙焊接首先使用的是野村博一的導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動(dòng)方案，如圖 1-6 所示。該方案中，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動(dòng)，利用導(dǎo)電嘴上的偏心孔使焊絲端頭和電弧旋轉(zhuǎn)。由于導(dǎo)電桿是處于高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。焊接電纜與導(dǎo)電桿之間無(wú)法直接相連，需要有一個(gè)類(lèi)似電刷的石墨滑塊將數(shù)百安培的焊接電流傳送到 導(dǎo)電桿上。這對(duì)于焊炬的設(shè)計(jì)、加工和壽命都是不利的。并且，由于導(dǎo)電桿和導(dǎo)電嘴轉(zhuǎn)動(dòng)而通過(guò)導(dǎo)電嘴的焊絲并不轉(zhuǎn)動(dòng)，致使導(dǎo)電嘴與焊絲之間存在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，大大增加了導(dǎo)電嘴的磨損。此外，導(dǎo)電嘴與導(dǎo)電桿的冷卻也難以保證。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 1-6 野村博一的導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動(dòng)方案 1 在我國(guó)，從八十年代末期開(kāi)始，以清華大學(xué)潘際鑾院士為首的課題組，在旋轉(zhuǎn)電弧傳感器方面做了大量的研究工作，并取得了有價(jià)值的科研成果。 1993 年，清華大學(xué)博士生廖寶劍在博士生費(fèi)躍農(nóng)的研究成果的基礎(chǔ)上，研制成功了一種空心軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)掃描傳感器，并獲得了國(guó)家專(zhuān)利 ，如圖 1-7 所示。這種高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器采用了空心軸設(shè)計(jì)，以空心馬達(dá)作為原動(dòng)機(jī)，導(dǎo)電桿斜穿過(guò)馬達(dá)空心軸。在空心軸上端，通過(guò)同軸安裝的調(diào)心軸承支撐導(dǎo)電桿，該位置處導(dǎo)電桿偏心量為零，調(diào)心軸承可安裝在電機(jī)軸上或機(jī)殼上。在空心軸的下端，外偏心套安裝在軸上，內(nèi)偏心套安裝于外偏心套內(nèi)孔中，調(diào)心軸承安裝于內(nèi)偏心套內(nèi)孔中，導(dǎo)電桿安裝于軸承內(nèi)孔中。該處導(dǎo)電桿偏心量由內(nèi)外偏心套各自偏心量及內(nèi)偏心套相對(duì)外偏心套轉(zhuǎn)過(guò)的角度而決定。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下調(diào)心軸承將撥動(dòng)導(dǎo)電桿作為圓錐母線繞電機(jī)軸線作公轉(zhuǎn)，或稱(chēng)為圓錐擺動(dòng)。 圖 1-7 近幾年，南昌大學(xué)江西省機(jī)器人與焊接自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在此基礎(chǔ)上對(duì)這種高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器在小型化和減振等方面進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，并作了進(jìn)一步的改進(jìn)，制作了樣機(jī)，樣機(jī)安裝在弧焊機(jī)器人上成功地進(jìn)行了實(shí)時(shí)焊縫跟蹤，圖1-8 為安裝在機(jī)器人上的空心軸旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 1-8 1.3.2.3 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的發(fā)展方向 1）小型化。電弧傳感器一般用于自動(dòng)化程度高的場(chǎng)合，即裝置于弧焊機(jī)器人的手臂上?；『笝C(jī)器人的手臂承受的重量有限，運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度也較快，這就要求高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器在保證強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)等要求的前提下重量越輕越好。當(dāng)電弧傳感器質(zhì)量較大時(shí)慣性也較大，即使弧焊機(jī)器人的手 臂能夠支承，也會(huì)對(duì)其運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)。另一方面，電弧傳感器的體積，尤其是靠近導(dǎo)電嘴部分的徑向尺寸，直接影響焊炬的可達(dá)性。 2）減振。高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器在工作時(shí)的振動(dòng)很大，原因在于高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器偏心機(jī)構(gòu)的重心偏離了旋轉(zhuǎn)中心。振動(dòng)和較大的負(fù)荷會(huì)影響弧焊機(jī)器人焊接時(shí)的焊縫質(zhì)量和焊縫跟蹤精度。因此，有必要在高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器的設(shè)計(jì)中充分考慮這一因素，諸如使偏心量、旋轉(zhuǎn)頻率能更方便準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而逐步解決這一問(wèn)題。 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。從前文所介紹的各種旋轉(zhuǎn)電弧傳感器中不難發(fā)現(xiàn)，盡管其具有突出 優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，這主要是由于在焊炬中必須包含電機(jī)、偏心機(jī)構(gòu)、供水供氣裝置等功能部件，并且需要考慮絕緣與密封。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的思路之一是將各功能部件集成，但這又將使零件難于制造。另一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的方案是以電磁感應(yīng)方式使電弧旋轉(zhuǎn)，取代電機(jī)驅(qū)動(dòng)。目前這種方式的電弧傳感器正在研制當(dāng)中，已有部分定性研究成果以論文、專(zhuān)利的形式公布。充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.4 課題任務(wù) 本設(shè)計(jì)采用二維設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，使用 AutoCAD 軟件繪制旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的裝配圖。 同時(shí)，本設(shè)計(jì)任務(wù)要求對(duì)各零件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，保證旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的順利裝配與正常使用。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2 課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 2.1 電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定 2.1.1 空心軸電機(jī) 在上文所述眾多電弧旋轉(zhuǎn)方案中，空心軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)電弧傳感器具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)損耗小、電機(jī)功耗低、焊槍小巧靈活、機(jī)械振動(dòng)小、焊接可達(dá)性好等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的主要研究方向。 本設(shè)計(jì)同樣采用空心軸電機(jī)作為電弧旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源。由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上滿足要求的成品難于找到，重新設(shè)計(jì)訂貨生產(chǎn)的成本高、周期長(zhǎng)，因此依舊沿用在 RAT- 研制過(guò)程中采取的選擇合適電動(dòng)機(jī)改裝的方法。 普通直流電動(dòng)機(jī)換向片處直徑小且轉(zhuǎn)子上有繞組，限制了軸空的擴(kuò)大；直流力矩電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)子和換向片處直徑較大，但轉(zhuǎn)速過(guò)小，且成本較高，不適合用于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。 普通軸流風(fēng)機(jī)用單相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)換向片，鼠籠式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子可以方便地鉆孔擴(kuò)孔，電機(jī)軸本身即是空心軸，原本是用于安裝風(fēng)扇，使氣流通過(guò)空心軸。這些條件都使普通軸流風(fēng)機(jī)用單相交流電動(dòng)機(jī)成為旋轉(zhuǎn)電弧傳感器空心軸電機(jī)改裝最為合適的原型電機(jī)。 由于導(dǎo)電桿與電機(jī)之間應(yīng)該絕緣，用以保證焊接電流不影響電機(jī)的正常工作，空心軸電機(jī)的軸內(nèi)壁不能與導(dǎo)電桿接觸?？紤]導(dǎo)電桿的最大外徑為 10mm（不包括安裝軸承用的軸肩部分），以及偏心量因素，并且充分考慮空心軸 內(nèi)徑擴(kuò)大致使機(jī)構(gòu)尺寸擴(kuò)大這一因素，確定空心軸內(nèi)徑為 14mm。 參考若干種現(xiàn)行的軸流風(fēng)機(jī)、軸流泵及空心軸電機(jī)的幾何尺寸與工作參數(shù)，設(shè)計(jì)出通過(guò)改型加工可以獲得并適用于本設(shè)計(jì)的空心軸電機(jī)，如圖 2-1 所示。該電機(jī)采用小型軸流泵用電機(jī)改制，外徑 40mm， 厚度 26mm，空心軸內(nèi)徑 14mm，外徑 18mm，長(zhǎng)度根據(jù)裝配要求而定，額定轉(zhuǎn)速 2700 r/min，額定電壓 36V，額定功率 40W。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2-1 空心軸電機(jī)示意圖 1-空心軸 2-軸承 3-端蓋 4-定子 5-外殼 6-轉(zhuǎn)子 7-端蓋 8-軸承 2.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在選定空心軸電機(jī)之后，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本形式可確定為如圖 2-2 所示，在空心軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，導(dǎo)電桿（部件 2）以 A 為頂點(diǎn)，以電機(jī)軸線為中心線，做圓錐擺動(dòng)，稱(chēng)為導(dǎo)電桿的公轉(zhuǎn)。 圖 2-2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度： 3453 4 52 , 1 , 1 , 1 , 2 , 16 3 4 5 6 2 3 1 4 1 5 1 2 1 1n p p p p FF n p p p p F 其中，虛約束為運(yùn)動(dòng)副 C 與運(yùn)動(dòng)副 B 重復(fù)約束的部件 3 沿自身軸線方向移動(dòng)的自由度，以及運(yùn)動(dòng)副 A 與運(yùn)動(dòng)副 B 重復(fù)約束的部件 2 沿自身徑向移動(dòng)的自由度。局部自由度為部件 2 繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。 此機(jī)構(gòu)方案中，運(yùn)動(dòng)副 B 采用圓柱副， 當(dāng)偏心量調(diào)節(jié)時(shí)，其傾斜量會(huì)發(fā)生變化，若增設(shè)傾斜量的調(diào)節(jié) /鎖緊裝置則會(huì)增加機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度與體積。因此將機(jī)構(gòu)中的圓柱副 B 改為如圖 2-3 所示的球面副。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2-3 修改后的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度： 35352 , 2 , 1 , 1 , 16 3 5 6 2 3 2 5 1 1 1 1n p p p FF n p p p F 其中，虛約束為兩球面副 A和 B重復(fù)約束的部件 2沿自身軸線方向移動(dòng)的自由度；局部自由度為部件 2 繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。 在實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)中，球面副 A 與球面副 B 可以采用調(diào)心球軸承方便地實(shí)現(xiàn) 。 2.1.3 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 導(dǎo)電桿繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的局部自由度，稱(chēng)為導(dǎo)電桿的 自轉(zhuǎn)，會(huì)造成導(dǎo)電桿與焊絲之間的摩擦，大大減少導(dǎo)電桿的使用壽命，必須以一個(gè)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)加以限制。由于導(dǎo)電桿需要偏心公轉(zhuǎn)，防轉(zhuǎn)擋塊與導(dǎo)電桿之間不能夠緊密接觸，必須留有一定間隙，但這樣也造成了導(dǎo)電桿的自轉(zhuǎn)無(wú)法完全約束的問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)的解決辦法如圖 2-4 所示，在導(dǎo)電桿高速公轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)電桿自身由于擋塊的限制而無(wú)法回轉(zhuǎn)，而只能在小角度內(nèi)作不確定的擺動(dòng)，這就要求防轉(zhuǎn)擋塊能夠承受導(dǎo)電桿的碰撞，并且最好是能夠減振的。同時(shí)，防轉(zhuǎn)擋塊是與機(jī)架固定的，需要與導(dǎo)電桿絕緣。因此需要選用一種沖擊韌性高、耐熱絕緣的非金屬材料作為防轉(zhuǎn)擋塊的材料 ，在本設(shè)計(jì)中，初步選定為聚四氟乙烯樹(shù)脂。考慮到應(yīng)盡量減小擺動(dòng)量、減小間隙，將防轉(zhuǎn)擋塊安裝在緊靠 A 點(diǎn)的位置。 圖 2-4 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1-擋塊 2-導(dǎo)電桿 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器除了要實(shí)現(xiàn)電弧的旋轉(zhuǎn)以外，與普通焊炬一樣，還需要實(shí)現(xiàn)冷卻、通入保護(hù)氣體等功能。而其外形尺寸又受到嚴(yán)格限制。首先，外形一般為圓柱形。這主要是為了適應(yīng)在弧焊機(jī)器人手臂上的安裝。其次，外徑必須足夠小，以達(dá)到一定的焊接可達(dá)性。 2.2.1 各功能部分的軸向分配 基于上述考慮，本設(shè)計(jì)將各主要功能部件進(jìn)行了劃分，并沿軸向分配， 如圖 2-5所示，自左向右分別為上蓋部分、主腔體、偏心機(jī)構(gòu)腔、冷卻水腔、保護(hù)氣腔。 圖 2-5 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器各功能部分軸向分配 上蓋部分主要安裝作為導(dǎo)電桿圓錐擺頂點(diǎn)的調(diào)心球軸承以及防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其內(nèi)徑尺寸取決于軸承外徑；主腔體內(nèi)主要安裝空心軸電機(jī)與檢測(cè)裝置，其內(nèi)徑尺寸取決于空心軸電機(jī)外徑以及檢測(cè)裝置外徑；偏心機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)主要安裝偏心機(jī)構(gòu)，其內(nèi)徑尺寸取決于偏心機(jī)構(gòu)的尺寸以及額定偏心量的大??；冷卻水腔用于導(dǎo)電桿的冷卻，并需要保證保護(hù)氣體順利通過(guò)此腔體到達(dá)保護(hù)氣腔；保護(hù)氣腔及其保護(hù)氣罩則主要用于保證保護(hù)氣體能夠均勻通 達(dá)電弧部分。 各功能部件必須按照一定的順序。根據(jù)已經(jīng)確定的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上蓋部分、主腔體、偏心機(jī)構(gòu)腔的順序不能打亂。冷卻裝置的主要作用是降低導(dǎo)電桿的溫度，而導(dǎo)電桿靠近電弧部位的溫度最高，冷卻水腔應(yīng)盡量靠近導(dǎo)電桿電弧部分。同樣地，保護(hù)氣體用于對(duì)電弧進(jìn)行氣體保護(hù)，保護(hù)氣腔也應(yīng)盡量靠近導(dǎo)電桿電弧部分。從中可以發(fā)現(xiàn)，存充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 在兩種軸向分配方案，問(wèn)題的焦點(diǎn)在于冷卻水腔與保護(hù)氣腔哪個(gè)應(yīng)更靠近電弧部分。 冷卻水腔需要使導(dǎo)電桿得到充分冷卻，就必須具有一定的體積與軸向長(zhǎng)度；保護(hù)氣腔的設(shè)計(jì)主要考慮氣體的均勻分配，其體積要求較冷卻腔體低。 同時(shí)，為了達(dá)到焊接可達(dá)性要求，越是靠近導(dǎo)電嘴的部分，其徑向尺寸應(yīng)越小。綜合考慮之后可得，如圖 2-5 的軸向分配最為合理。 2.2.2 徑向空間的分配 顯然，僅僅對(duì)各功能部件進(jìn)行軸向分配無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。首先，軸向分配忽略了各功能部件之間的連接，其次是導(dǎo)電桿的因素與通水通氣管路的因素。因此，需要對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧傳感器進(jìn)行徑向空間的分配。 上蓋部分、主腔體、偏心機(jī)構(gòu)腔的徑向空間分配如圖 2-6（ a） 所示。冷卻水與保護(hù)氣需要通過(guò)外殼中的管道到達(dá) 冷卻水腔與保護(hù)氣腔。同時(shí)，使用 4 個(gè) M6 螺釘穿入外殼將上蓋部分、主腔體以及偏心機(jī) 構(gòu)腔連接起來(lái)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的主體部分。冷卻水腔與保護(hù)氣腔構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的下腔部分。導(dǎo)電桿始終處于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的中心部位，并且，除了與軸承配合部分之外，和各功能部件之間保持一定的間隙。 冷卻水腔與保護(hù)氣腔部分的徑向空間分配如圖 2-6（ b）所示。冷卻水腔與保護(hù)氣腔的內(nèi)壁應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，以便使冷卻水與保護(hù)氣帶走更多的熱量。 圖 2-6 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器徑向空間分配 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.3 導(dǎo)電桿部件的設(shè)計(jì) 2.3.1 導(dǎo)電桿部件的總體設(shè)計(jì) 導(dǎo)電桿是焊炬的核心部件之一，主要作用是引導(dǎo)焊絲，并對(duì)焊絲通電，使其形成穩(wěn)定的 焊接電弧。由于導(dǎo)電嘴需要經(jīng)常更換，市場(chǎng)上也容易購(gòu)買(mǎi)到現(xiàn)成的導(dǎo)電嘴零件，一般均采取與導(dǎo)電桿主體螺紋連接，并將靠近螺紋部分的外表面加工為六角形，利用扳手很容易實(shí)現(xiàn)有效的緊固并且拆裝方便。同時(shí)，導(dǎo)電嘴的材料一般采用工業(yè)純銅，以達(dá)到理想的導(dǎo)電性能。由于導(dǎo)電嘴與導(dǎo)電桿的螺紋連接中，不適合加裝彈簧墊圈等防松裝置，導(dǎo)電桿宜采用與導(dǎo)電嘴相同的材料。這樣，具有相同膨脹系數(shù)的材料在預(yù)緊后不會(huì)由于熱膨脹而發(fā)生松動(dòng)甚至脫落。另一方面，工業(yè)純銅的機(jī)械性能與加工性能不如黃銅，但導(dǎo)電桿部件的力學(xué)性能要求不高，故可以采用。導(dǎo)電桿內(nèi)需要通過(guò) 焊絲，并使其精確到達(dá)焊接點(diǎn)，因此將導(dǎo)電桿部件的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為由大到小的階梯孔，并在交接處采用圓錐過(guò)渡。此外，在本設(shè)計(jì)中，導(dǎo)電桿部件需要與兩個(gè)調(diào)心球軸承配合。因此，將導(dǎo)電桿部件設(shè)計(jì)成由上導(dǎo)電桿、下導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴組成，如圖 2-7 所示。 圖 2-7 導(dǎo)電桿及相關(guān)零部件裝配 1-上調(diào)心球軸承 2-上軸承套 3-防轉(zhuǎn)擋塊 4-上導(dǎo)電桿 5-下調(diào)心球軸承 6-下軸承套 7-防塵蓋 8-下導(dǎo)電桿 9-導(dǎo)電嘴 2.3.2 軸承的選用與安裝 考慮導(dǎo)電桿受力較小，但存在振動(dòng)。由于本設(shè)計(jì)中，軸系為非傳統(tǒng)軸系，選用調(diào)心 球軸承也是為了實(shí)現(xiàn)圓錐擺動(dòng)，并非按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中，滾動(dòng)軸承特性表所述，用于承受載荷作用下彎曲較大的傳動(dòng)軸 25。因此，軸承的壽命校核無(wú)法采用傳統(tǒng)的校核公式。根據(jù)已有的類(lèi)似機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 319，選用中載系列調(diào)心球軸承， 1200 (GB/T 281-1994)。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 兩個(gè)調(diào)心球軸承均與上導(dǎo)電桿配合，并用軸肩定位，由于兩軸承之間的導(dǎo)電桿部分需要穿過(guò)空心軸，故采取如圖 2-7 所示的軸肩設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，上調(diào)心球軸承的軸向定位軸肩還作為防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一部分。 由于選用的軸承為普通金屬部件，而導(dǎo)電桿與外殼之間又需要絕緣 ，需要在軸承外圈使用絕緣材料。在眾多絕緣材料中，尼龍 -MC 具有良好的絕緣耐熱性能與機(jī)械性能，因此，在本設(shè)計(jì)中，直接采用尼龍 -MC 制造兩調(diào)心軸承的軸承套。上調(diào)心球軸承的軸承套外徑可以與外殼直接配合；下調(diào)心球軸承的軸承套與偏心機(jī)構(gòu)固定。 由于兩軸承工作溫度較高，并且在結(jié)構(gòu)上又不適合采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，故采用具有一定耐熱性能的鈉基潤(rùn)滑脂。相比較而言，下調(diào)心球軸承的工作條件更為惡劣，因此，在下調(diào)心球軸承靠近導(dǎo)電嘴的一端安裝一個(gè)防塵蓋，這一設(shè)計(jì)借鑒了南昌大學(xué) 設(shè)計(jì)的一種帶擋塵蓋的旋轉(zhuǎn)掃描焊炬的實(shí)用新型專(zhuān)利 17。焊接時(shí)， 焊接點(diǎn)的高溫與相對(duì)溫度較低的傳感器內(nèi)部產(chǎn)生較大溫差，形成上升氣流，往往會(huì)夾帶焊接過(guò)程中產(chǎn)生的微小鐵珠與灰塵。防塵蓋則可以有效防止微小鐵珠與灰塵隨著上升氣流進(jìn)入調(diào)心球軸承，從而大大延長(zhǎng)軸承壽命。另一方面，防塵蓋宜采用沖壓件，其表面粗糙度較低，能夠反射一部分熱輻射。改善軸承的工作條件。防塵蓋安裝于上導(dǎo)電桿與下導(dǎo)電桿之間，同時(shí)還具有軸承內(nèi)圈軸向限位的作用。 2.4 檢測(cè)裝置的選定與安裝 2.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所達(dá)角度位置決定焊炬掃描所達(dá)的橫向位置，該位置信號(hào)的檢測(cè)對(duì)傳感器的信號(hào)處理非常 重要，而轉(zhuǎn)速的測(cè)定則能夠保證旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。 最早計(jì)劃用于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的檢測(cè)裝置是電位器與整角機(jī)，但效果極為不理想，并未真正采用。一般傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置采用光電碼盤(pán)與光耦，如圖 2-8 所示。這種檢測(cè)裝置包括一個(gè)編碼盤(pán)和兩個(gè)光耦。其中，編碼盤(pán)外圈銑出矩形齒槽，其中一個(gè)齒槽較其它齒槽更深。兩個(gè)光耦安裝在外殼內(nèi)，光耦的光路可以通過(guò)所有齒槽，光耦的光路只能通過(guò)深齒槽。編碼盤(pán)安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒形將交替阻擋/允許由光耦的發(fā)光管通往光敏接收管的光路，光敏管則輸出一串信號(hào)，經(jīng)過(guò)外部電路的調(diào)制后可得一串脈沖信號(hào)，稱(chēng)為 分度脈沖信號(hào)，從兩個(gè)光耦獲得的分度脈沖信號(hào)分別稱(chēng)為信號(hào)與信號(hào)。信號(hào)的周期即轉(zhuǎn)過(guò)一齒的時(shí)間，從中可獲得旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度。信號(hào)的周期即回轉(zhuǎn)周期，將上一次光耦的光路通過(guò)齒槽起的時(shí)間除以這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)的平均周期即上一次光耦的光路通過(guò)齒槽后轉(zhuǎn)過(guò)的角度。由此，通過(guò)充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 對(duì)兩光耦輸出信號(hào)的分析，便可以得到旋轉(zhuǎn)的速度與角位移量，從而使電弧傳感器根據(jù)該數(shù)據(jù)對(duì)焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤。 圖 2-8 傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置 1-光耦 2-編碼盤(pán) 3-光耦 2.4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器 傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置具有體積小、安裝方便的 優(yōu)點(diǎn)，然而也存在明顯的缺點(diǎn)。首先，光耦元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其輸出信號(hào)還是模擬信號(hào)，需要通過(guò)外部電路調(diào)制；其次，模擬信號(hào)極易收到干擾，容易造成信號(hào)的丟失與誤讀。因此，需要尋找一種新的替代方法以解決這些問(wèn)題。 隨著編碼器技術(shù)的日益發(fā)展，選用一款現(xiàn)成的旋轉(zhuǎn)編碼器是解決上述問(wèn)題的方式之一。當(dāng)前存在眾多旋轉(zhuǎn)編碼器供貨廠家，其產(chǎn)品種類(lèi)繁多，總體上分為機(jī)床用編碼器與電機(jī)用編碼器，其中機(jī)床用編碼器體積較大，很少有空心軸型號(hào)，且空心軸型號(hào)的孔徑都較小，這種旋轉(zhuǎn)編碼器能承受較大轉(zhuǎn)矩，檢測(cè)精度很高，適用于精度要求高的數(shù)控機(jī)床。電機(jī)用編 碼器尺寸較小，一般外徑在 50mm 以?xún)?nèi)，形式多樣，適用于多種有一定檢測(cè)精度要求的場(chǎng)合。 本設(shè)計(jì)采用一款分體式安裝的電機(jī)用旋轉(zhuǎn)編碼器，如圖 2-9 所示。選用一款現(xiàn)有分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器 21改裝而成。其中，編碼器部分不需要改裝，只需要增大編碼盤(pán)孔徑，使其能夠與空心軸裝配。這種編碼器包含模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由八個(gè)引腳直接輸出數(shù)字信號(hào)。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2-9 分體式安裝的編碼器 1-編碼盤(pán) 2-編碼器 同時(shí)，分體式的設(shè)計(jì)使分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器可以采用與傳統(tǒng)檢測(cè)裝置類(lèi)似的方法安裝，唯一不同的是編碼盤(pán)與編碼器之間的位置精度要求 較傳統(tǒng)檢測(cè)裝置高。在這一點(diǎn)上，產(chǎn)品本身已經(jīng)提供了解決方法。編碼器在其需要裝配平面上的定位類(lèi)似于“一面兩短銷(xiāo)”定位方式，編碼器的裝配表面上有兩個(gè)短圓柱突起，與兩圓柱孔配合即可完成定位，再用螺釘緊固即可完成裝配。編碼盤(pán)與編碼器的軸向定位可以在編碼盤(pán)與空心軸的裝配時(shí)進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.5 偏心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.5.1 偏心方案的確定 偏心機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電桿圓錐擺動(dòng)的重要部件，要求能夠?qū)崿F(xiàn)偏心量的調(diào)節(jié)與鎖定。本設(shè)計(jì)采用螺釘調(diào)節(jié)、彈簧復(fù)位、螺釘緊定的方法。如圖 2-10 所示，在調(diào)心球軸承的軸承套上設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)式滑槽，與滑塊形 成移動(dòng)副；滑塊通過(guò)緊定螺釘安裝在空心軸電機(jī)的空心軸上；偏心機(jī)構(gòu)蓋安裝在軸承套上，構(gòu)成軸承套部件，限制軸承的軸向自由度；調(diào)節(jié)螺釘通過(guò)頂塊、鋼球緊定在滑塊上，緊定螺釘直接緊定在滑塊上；滑塊及偏心機(jī)構(gòu)蓋在與鋼球接觸的位置上都加工有圓弧槽，限制鋼球沿電機(jī)軸方向的自由度。 偏心量的調(diào)節(jié)方法為： 1）增大偏心量。先松開(kāi)緊定螺釘，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，則調(diào)節(jié)螺釘通過(guò)頂塊、鋼球使軸承套部件沿移動(dòng)副向下移動(dòng)，從而增大偏心量；到達(dá)所需位置后，再將緊定充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 螺釘擰緊。 2）減小偏心量。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，由于在彈簧力的作用下，鋼球、頂塊 與調(diào)節(jié)螺釘始終接觸，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘退出，彈簧使軸承套部件沿移動(dòng)副向上移動(dòng)，從而減小偏心量；到達(dá)所需位置后，將緊定螺釘擰緊。 圖 2-10 偏心機(jī)構(gòu) 1-調(diào)節(jié)螺釘 2-偏心機(jī)構(gòu)蓋 3-頂塊 4-鋼球 5-滑塊 6-電機(jī)軸 7-調(diào)心球軸承 8-平衡塊 9-緊定螺釘 10-彈簧 11-導(dǎo)電桿 12-軸承套 圖 2-11 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖 圖 2-11 為 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖。部件 1 為滑塊、部件 3 為軸承套部件。 計(jì)算自由度： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1）調(diào)節(jié)時(shí)的機(jī)構(gòu)自由度 1 2 51 2 53 , 1 , 2 , 2 , 1 , 36 2 5 6 3 1 2 2 5 2 1 3 1n p p p p FF n p p p p F 其中，虛約束為部件 1與部件 3重復(fù)約束的部件 2沿垂直紙面方向移動(dòng)的自由度，局部自由度為部件 2 繞自身中心的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副 D 與運(yùn)動(dòng)副 E 為級(jí)副，圖中未注。 2）鎖緊時(shí)的機(jī)構(gòu)自由度 當(dāng)偏心機(jī)構(gòu)鎖緊時(shí)，相當(dāng)于部件 3 也成為機(jī)架。于是，有 1 2 51 2 52 , 1 , 2 , 1 , 1 , 36 2 5 6 2 1 2 2 5 1 1 3 0n p p p p FF n p p p p F 符合鎖緊要求。 偏心機(jī)構(gòu)的可調(diào)節(jié)性校核計(jì)算： 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受力圖如圖 2-12 (a) (b) 所示， Fl 為調(diào)節(jié)螺釘對(duì)鋼球的作用力， Fk為彈簧力。為使計(jì)算方便，將軸承套部件定為機(jī)架。 圖 2-12 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 受力圖 1）當(dāng)滑塊向下移動(dòng)時(shí)，受力情況如圖 2-12（ a） 所示，查摩擦系數(shù)表 22，取最大靜摩擦系數(shù)均為 0.25 。得方程 1111s i n 3 0 / s i n 3 0l k k lF N F F F NfN 調(diào)節(jié)螺釘退出過(guò)程中，可視為 Fl = 0 ，于是 1 1 1c o s 3 0 c o t 3 0 3 0 . 2 5 0kF f N N 機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)。 2）當(dāng)滑塊向上移動(dòng)時(shí)，受力情況如圖 2-12 (b) (c) 所示。先分析鋼球（滾動(dòng)摩擦忽略），得 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 112 1 2s i n 4 5 / s i n 4 5c o s 4 5l N N lN N N lF F F FF F F F 分析滑塊，得 21 2 122s i n 3 0c o s 4 5 s i n 3 0c o s 4 5kN k NFNF F N FfN 于是 12c o s 4 5 c o s 3 0NkF f F 222s i n 3 0 c o s 3 030 . 7 5 0 . 52kkkF N N FNF