小零件热浸镀锌自动卸料机构的设计.doc

摘要
本项目研究的卸料机构的设计可解决传统的手工作业方式下工人劳动强度大、生产效率低等问题。本项目的研究成果有着良好的推广应用价值和前景。
本文的是小零件热浸镀锌自动卸料机构的设计。它是根据热镀锌的工艺要求而设计的，并且具备自动卸料机构的功能。它主要设计目标是能够完成自动卸料机构功能，并且可以很好的符合在可以在较大的镀锌池中热浸镀锌工艺过程中完成自动卸料的作用。本文主要从几个方面来完成本课题的设计。
对小零件在热浸镀锌工艺的系统构成、工作原理及卸料处的设计理论进行全面的了解和分析。本文的目的是设计出一种能够将吊篮中的镀锌件倾斜一定的角度后倒出，但是吊篮不得取下，且吊篮中的镀锌件倒出后，吊篮又能够回到原位继续工艺的工程的自动卸料机构，提升机构大多采用省力的方式，主要用钢丝绳滑轮组作为执行构件的，所以有很大的提升范围机械式。
关键词：小零件，热浸镀锌，卸料机构，吊篮；
Abstract
This project studies the design of unloading mechanism can solve the traditional manual operation mode problem of workers labor intensity and low production efficiency. The objective of the research results have good application value and prospect. Small parts of this article is the design of hot dip galvanized self-dumping mechanism. It is designed according to the requirements of the hot galvanizing technology, and have the function of the automatic unloading mechanism. Its main design goal is to be able to complete the automatic unloading mechanism function, and can well meet the can in large galvanized pool in the process of hot dip galvanizing technology to complete the function of automatic unloading. This article mainly from several aspects to complete the design of this topic. For small parts in hot dip galvanizing technology system structure, working principle and discharging place to conduct a comprehensive understanding of the design theory and analysis. The purpose of this paper is to design a can hanging basket.
Key words: Small parts;hot dip galvanized;discharging;hanging basket;

目录
第1章 引言 1
1.1热镀锌概述 1
1.1.1 热镀锌简介 1
1.1.2 金属防护的目的和方法 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 选题背景 2
第2章 运动机构简介 3
2.1 机构的基本组成 3
2.1.1 机构的原理 3
2.1.2平面机构 3
2.2 机构选择 3
2.2.1 确定是否符合机构的条件 3
2.2.2 确定自由度 3
2.2.3 确定机构类型 3
2.3 平面四杆机构 3
2.3.1 平面四杆机构的组成 3
2.3.2 铰链四杆机构条件和判别 4
2.3.3 曲柄滑块机构 4
2.3.4曲柄导杆机构 5
2.3.5 曲柄摇块机构 5
2.3.6 移动导杆机构 5
2.4 应用特点 6
2.5 定卸料机构 6
第3章 运动机构的确定 7
3.1 零件热浸镀锌自动卸料机构构型 7
3.2 卸料机构的机构布置形式 8
3.3 卸料机构电动机类型的选择 10
第4章 机构分析统 12
4.1 行程速比系数 12
4.2 压力角和传力角 12
4.3 死点位置 13
第5章 小零件的计算与校核 14
5.1 曲柄摇杆机构各杆长度的确定 14
5.2 小零件的校核 14
5.2.1 六角头螺栓GB5782M24的校核 14
5.2.2 六角头螺栓GB5782M4的校核 15
第6章 总结与展望 17
参考文献 18
致谢 19

18

第1章 引言
1.1热镀锌概述
1.1.1 热镀锌简介
在我们的日常生活和各种行业当中的一些需要用到金属作为框架的设施上，那金属的防腐该如何解决呢，通常我们采用将没有生锈或是除掉锈的金属浸泡在500℃左右的锌溶液当中，使得材料表面附着锌层，从而起到防腐的作用，这种办法被叫做热镀锌。热镀锌过程:完成酸洗-水加上帮助解决方案-干燥-镀-冷却-药物-清洗-抛光-热浸镀锌完成，该工艺发展已有一百七十多年的历史，已广泛用于何种行业，随着改革开发的变革该途径被广泛应用。
1.1.2 金属防护的目的和方法
我们都知道很多金属都会遭遇腐蚀的过程，腐蚀主要是由于金属和其周围的环境发生一系列的反应如化学反应和电化学反应等，如空气中的水二氧化碳和氧气等进行反应，通常是一个逆反应的过程，据了解每年因为金属与周围的环境发生的腐蚀现象造成高达8000亿美元的损失，在我们国家每年因金属腐蚀造成的损失也是非常大的。每年因为腐蚀还会造成个损失和人员伤忙的情况。基于以上原因每年在此项研究上都会有很多人去研究以规避腐蚀带来的损失，目前治理腐蚀常用的方法还是使用分离机理和腐蚀介质使其达到腐蚀的效果。
1.2 国内外研究现状
当前在科技技术日益飞速发展的今天热镀锌依然被广泛用免维护性于钢材的防腐蚀，依然是当今最简洁有效的方法。此项技术来源于18世纪的热镀锡的工艺发展来的。热镀锌工艺以其电化学保护性涂层密度、涂料耐久性,维护自由、涂料、涂层与底物、和经济和热镀工艺对钢形状、大小的适应性,生产效率比不上其他过程,独特的优势。 热浸镀锌,作为一个传统行业,由于其技术简单、适应性强和良好的涂层耐蚀性,因此,尽管二百年，依然受欢迎。目前从事热镀锌产业的企业越来越多，由于该项技术投入资金较少，门槛较低市场需求较大，以至于近年来此行业开始火爆。由于近年生产线的引进使得钢材的热镀锌摒弃了以往的溶剂法镀锌的传统工艺，进而向节能、节锌方面开始大力发展。目前我国的新建产线大多使用欧式和日式而其他较早的企业依然采用传统的模式。欧洲生产线的特点是工件悬挂在特殊的悬挂,悬挂装置,一般由大槽钢焊接,一批小单点吊夹具垂直悬挂,一批大型倾向于双侧挂在悬挂装置,与两端挂在双驱动,通过运动和训练来实现工件的电动葫芦提升碱性清洗、酸、水冲洗、涂料、电镀、冷却和钝化过程传输技术和操作。 其优点是效率高、连续、保存工作。 因为欧洲生产线很简单,机械化程度高,劳动强度低,工件转移方便,工件在每个流程的操作总是挂在悬挂装置,适用于大型工件批镀锌。 日本生产线的特点是工件之前驾驶操作每个工序和工件之间的转移。它的优点是
1、可以在相同锌锅不同工件的同时,在另一个进程(锌浸渍时间、提升角度,提升速度)。
2、可以随意来调整吊角。
3、可以通过使用锌锅。
4、的有效面积，操作效率高。
适用于小批多种规格,多种镀锌操作。 工件是次要缺点是操作。 传统的生产线大部分主要还是以生产小零件为主而且自动化生产更是基本以手工为主，这就造成较大劳动力需求和需要人较高的劳动强度与其带来的一些列环境问题和安全问题，但是在中国其仍是我过主要的模式，至于这种情况我们很多新的企业开始着手于改革，引进新的生产线忙着其中就于日本和欧洲的为主，主要以散装的自动生产线，至于小型的生产线几乎没有。
1.3 选题背景
随着现代化的进程进一步加快，自动化生产已经是时代所需，但是在小零件热浸镀锌工艺过程中工人劳动强度大，效率低下，已经不能满足现代化的生产需求，而自动卸料机构的设计就是卸料过程重要的一步。
本课题研究的目标是小零件在热浸镀锌之后从锌池尾部能通过我们设计的自动卸料机构完美的完成把吊篮中的小零件卸出，另外装小零件的吊篮在卸出小零件后能够自动回到原位，继续下一次小零件的热浸镀锌工艺，循环下去。
研究内容包括，机构的确定，零件图和装配图的绘制，原理的设计，卸料方式的分析，传动方式的分析。
第2章 运动机构简介
2.1 机构的基本组成
2.1.1 机构的原理
机构是由两个或两个以上的组件通过活动连接到组件系统,它必须确定相对运动。 每个组件平面机制指的是所有在同一固定或平行平面机构运动。
2.1.2平面机构
链式四杆机构——曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构（连杆架，连杆，曲柄，摇杆）曲柄滑块机构导轨机构摇块和定块机构否则称为空间机构。目前常见的为平面机构。
2.2 机构选择
2.2.1 确定是否符合机构的条件
如果需要机构可以自由运动，那么机构的自由度就必须大于零。因为机构的自由度的数目就是机构的数量，所以只有所具有的机构数目个自由度数目一样的情况下，才能确定其运动。
2.2.2 确定自由度

自由度为F，活动构件数为n=N-1，为低副，为高副
2.2.3 确定机构类型
各种构件的尺寸的相对大小与机构中的曲柄有一定的联系，以及那个机架等都有关系。假如不能满足铰链四杆机构在看看是否符合曲柄滑块机构，导轨机构以及摇块奇偶股和定块机构。
2.3 平面四杆机构
2.3.1 平面四杆机构的组成
一个平面内的几个机构平行运动且是由组成的构件组成，这些构件就是平面四杠机构。构件可以分为三类。如图所示2.1（1为曲柄 2为连杆 3为连杆架4为机架）

图2.1 平面四杆机构
表2.1 平面四杆机构的组成

平面四杆机构
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
含有移动副的四杆机构
曲柄滑块机构
曲柄导杆机构
曲柄摇块机构

2.3.2 铰链四杆机构条件和判别
条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。
条件二：连杆架或机架最少有一根是最短杆。
当以最短杆为机架，则双曲柄机构。
当以最短杆的邻边为机架，则曲柄摇杆机构。
当以最短杆的对边为机架，则双摇杆机构。
假如都不满足的话为双摇杆机构。
2.3.3 曲柄滑块机构
如图所示连杆架AB绕相邻机架4做整周转动是曲柄，另一连杆架在移动滑块中沿机架滑动。当A点和C点在一条直线上时，为对心曲柄滑块机构，当A点和C点不在一条直线上时，为偏置曲柄滑块机构。

图2.2 曲柄滑块机构
2.3.4曲柄导杆机构
如图所示即把构件1固定为机架，此时构件4可引导滑块移动的作用。

图2.3 曲柄导杆机构
2.3.5 曲柄摇块机构
取与滑块铰接的构件b作为机架，当构件a的长度小于构件b的长度时，则构件a可以绕ab中间那个点做整周运动，滑块c与机架组成转动副而绕c点转动。

图2.4 曲柄摇块机构
2.3.6 移动导杆机构
取滑块c作为机架，称为定块，构件d相对于定块c做往复直线运动。如下图所示。

图2.5 移动导杆机构
2.4 应用特点
连杆机构是机构中最常用最重要的基本机构之一,其本身有许多特点,有如下几个方面可实现任意轨迹曲线连杆机构在运动中,连杆上任意点的运动轨迹曲线叫做连杆曲线。如图2.6所示

图2.6 连杆曲线
2.5 定卸料机构
由上述四杆机构的特点及本课题的要求，由于吊篮与卸料滑板的导杆和滑板都需要做一定角度的转动，分析上述机构，可以确定卸料机构为曲柄摇杆机构。
第3章 运动机构的确定
3.1 零件热浸镀锌自动卸料机构构型
根据热浸镀锌工艺知道当篮子转动到卸料的位置时，使篮子倾斜，将篮子中的零件倒出来，可以有以下两种方式：
(1)气动执行机构的机构简图如图2.7所示。

图3.1 气动执行机构
气动执行机构在用以卸料机构所具有的特点：
在执行过程中可以通过气体压力的调节，使执行机构实现“快进—工进—快退”的工作过程，提高卸料效率；
气动执行机构需要提供一定量的压缩空气，如空气压缩机、分水滤气器、油雾气等外置设备增加，所需的费用很高。应用在小零件热浸镀锌卸料机构上所需的成本相当高；
机构复杂；
安装极不方便；
气动装置不适合用在高温环境中。
用曲柄摇杆机构实现
这种方案以曲柄为原动件，将曲柄的连续运动转换为摇杆的往复摆动，以实现零件的卸料。即当篮子停在卸料的位置时，电机带动曲柄转动，从动杆带动卸料杆推动篮子倾斜，在此同时，卸料杆拉动卸料槽，倒出的零件通过卸料槽进入离心桶，卸料机构在极限位置停留，暂停时间到后回到原来的位置。其卸料机构运动简图如图2.9所示。

图3.2 连杆推动篮子翻转的原理图
曲柄摇杆机构的优点有：
1）运动副组成有低副，高副。一般为面接触，在压力个承载能力和润滑好磨损小等情况下，加工制造有利。在机构的基础上,原来的移动部件的运动规律,可用的成员的相对长度变化来得到不同的从动件的运动规律;
2）机构的连杆上的每个点跟踪各种不同形状的曲线,它的形状像相对长度变化与各种组件的变化,因此,各种形式的连杆曲线,可以用来满足需要的有关具体工作。
同时曲柄摇杆机构也存在着一些缺点：
1）机构在传动时传动效率较低，由于其在传动中路线较长，且需经过传递性传递。
2）曲柄摇杆机构可以用于高温环境下，卸料过程的速度较为稳定，工作可靠。所以选用曲柄摇杆机构作为卸料装置。卸料过程：当篮子停在卸料位置时，电机带动曲柄做圆周运动，连杆2在圆弧轨道3中滑动，同时带动卸料杆和卸料槽一起运动，卸料杆推动篮子翻转将零件倒入卸料槽，再回到原来的位置。在此方案中，连杆2的圆弧轨道圆心必须与篮子的转动中心重合，才能使卸料杆推动篮子顺利的翻转。
3.2 卸料机构的机构布置形式
对于结构布置的方案分析，是在满足功能要求方面和在保证其成本的前提下，尽量的做到受力合理，同时合理的受力形式会使所用的轴径减小。使其成本再次在结构布置上有所降低。
曲柄摇杆机构与卸料杆连接方式分为：
1）悬臂梁支撑；
2）对称式支撑。其结构如图2.10所示。

图3.3 机构布置方式(上：悬臂梁支撑，下：对称式支承)
两种布置形式的优缺点在表3.1中列出。
表3.1 两种布置方式的优缺点

A悬臂梁式
B对称式
特点
悬臂梁支撑, 承受扭距和弯距，电机易损坏
连轴器连接,对称布置支撑,电机轴只承受扭距,电机不易损坏
可选方案
不可选
可选
梁悬臂布置时的弯矩图如图3.4所示。

对称布置的实物图如图3.5所示。

图3.5 对称布置
对称布置的弯矩图如图3.6所示。

图3.6 对称布置的弯矩图
由以上弯矩图可以看出，采用悬臂梁布置时的危险截面远比对称布置时危险截面的弯矩大，在设计轴时所要设计的截面就要大，这样就浪费材料。
3.3 卸料机构电动机类型的选择
计算小电机的工作拉力：
已知上下料的时间为28s，设定曲柄摇杆机构推动料斗从一个极限位置翻转到下一个极限位置后停留时间为3s，曲柄摇杆机构所转过的角度为95°，所以计算出角速度为：

电机的输出功率通过联轴器直接传给驱动连杆的轴

选取小功率电机YS系列（IP44）三相异步电动机_IMB34型，机座号为45，额定功率。数据如表3.2，3.3所示。
表3.2 IMB34型电动机的安装尺寸
机座号
A
B
C
D
E
F
G
H
K
45
71
56
28
9
20
3
7.2
45
4.8
机座号
M
N
P
R
S
T
AB
AC
AD
45
45
32
60
0
M5
2.5
90
100
90
机座号
HD
L

45
115
150

表3.3 IMB34技术数据
型号
铁心
极数
功率（W）
电流（A）
转速（r/min）
效率
功率因素
IMB34
1
4
10
0.12
1400
28%
0.45
确定电动机位置：由于主动轴是CD杆，所以电动机应该实在CD杆上
如图所示。

第4章 机构分析系统
4.1 行程速比系数

如图所示的曲柄摇杆机构, AB曲柄与连杆每周两次旋转过程中重叠,图B1AC1 AB2C2和位置。 这个时候摇臂位置C1D和汇集称为极限位置。 C1D C2D角称为最大摆角。 曲柄在极地AB1和AB2急性角θ称为极限位置角。 曲柄顺时针运动,其AB1 AB2,所需的时间t1。 AB2 AB1(的观点),所需的时间。 相应的C点在摇臂和路线C1C3电弧C2C1,C点的线速度,显然t1 > t2,回报率大于在推进速度,急回特性研究和K的比率可以用来描述急回特性,时间比K
即
也可以由2-1可得极位夹角

当θ=0时。K=1此时机构就没有急回特性了。
4.2 压力角和传力角
曲柄摇杆机构ABCD中，曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件。假设AB为不计构件质量、摩擦力的二力构件，作用于从动件上的力与该作用点的速度方向所夹的锐角为压力角，压力角的余角为, 如图所示。
由图2-4对C点受力分析可知，连杆BC传递到从动摇杆的力F肯定沿着连杆的轴线而作用于C点 。但是由于摇杆绕着D点作摆动，所以它上面的C点的速度方向垂直于摇杆CD.力F与速度方向的分力和沿CD方向的分力。Ft是推动摇杆的有效分力；而Fn是铰链的正压力，产生摩擦力，是不利于机构的有害力。可以得知越小，越大，Fn越小，Ft越大，则性能越好。
由于机构在运动过程中，压力角和传力角的大小随机构的位置的不同而改变。为了保证机构在每一瞬时都具有良好的传力性能，通常应使传动角的最小值 大于或者等于其许用值。传力角的许用值需要根据机构的受力情况、运动副间隙的大小、摩擦、速度等等因素而定。但是一般采用=。
4.3 死点位置
如图所示的曲柄摇杆机构中，如以CD为主动，则当BC与从动曲AB共线的两个位置时，传动角为零，即连杆对动曲柄的力刚好通过回转中心A,不能推动曲柄转动。机构的这种位置就称为死点位置。

第5章 小零件的计算与校核
5.1 曲柄摇杆机构各杆长度的确定
根据热浸镀锌工艺工程中吊篮的尺寸 垂直方向最大尺寸为420mm 水平方向最大尺寸为430mm，如图所示
AB=√420^(2)+(430/2)^(2)=471.832 mm

已知曲柄摇杆机构各尺寸AB=471.832mm ，CD=446mm，BC=860mm.如图所示。

图5.1 曲柄摇杆机构
根据行程速度变化系数确定设计摇杆机构
5.2 小零件的校核
5.2.1 六角头螺栓GB5782M24的校核
六角头螺栓GB5782M24的受力模型如下图所示。

挤压强度的校核公式：

抗剪强度校核公式：
剪应力
式中为受到的横向载荷，单位为N；为螺栓的受到剪切部分的直径，通常取值为螺纹的小径，单位为mm；为受挤压的高度，取中的较小的值，单位为mm；m为受剪面的个数。
已知选用的螺栓材料为钢，钢的挤压强度和受剪强度如下表所示。

表中的指材料的屈服极限。
5.2.2 六角头螺栓GB5782M4的校核
六角头螺栓GB5782M4的受力模型如下图所示。

预紧力的计算:

应力校核公式：

许用应力计算：
以上公式中为横向载荷，单位为N；为螺栓预紧力，单位为N；为可靠系数，取值在1.1到1.3之间。m为接和面的个数；f为接和面摩擦因素，此处取0.15；为螺纹小径，可查表获得；为螺栓屈服强度，由螺栓的材料决定，单位为MPa；为安全系数，根据下表选取。
螺栓预紧连接安全系数

每一个模块的控制源程序编好后，再进行编译运行，查看错误并改正。躲过工程代码语法有错误，通过编译可以提示错误的原因和改正的方向。如图5.2所示是编译调试的错误提示界面窗口。当每个模块都成功完成功能后，把每一个模块的C语言程序组合到一个总工程文件中再进行联调，完成系统的总体调试。三大模块的协调合作编译链接成一个整体工程，就是最终需要下载到芯片内部的二进制文件。到此便完成了此次基于单片机的无线话筒的设计。
第6章 总结与展望
本论文首先考虑了热浸镀锌工艺的工体进程，然后考虑卸料方式的可行性及热浸镀锌工艺工程中选用的吊篮装置。根据已知的条件分析卸料机构的选用，在确定卸料机构后，分析曲柄摇杆机构的压力角和传力角，最后确定卸料机构位置的布置，最后考虑发动机的位置及发动机的选择。
总的来说，本论文一定程度上可以确定设计卸料机构的步骤和设计工程中需要考虑的问题，但是论文也仅仅有限的说明了设计过程中的每一个细节。由于热浸镀锌工艺过程的不透明，所以导致一些数据方面依旧存在一定的问题，但是小零件热浸镀锌自动卸料工程基本具体明了。
最后我们可以看到本设计采用的是曲柄摇杆机构，其中发动机带动主动杆运动进而带动从动件做一定的转动，篮子被提起来，而篮子及卸料滑板也可以看做是一个曲柄摇杆机构，篮子的转动是主动件，带动滑板从动件作一定的转动。
参考文献
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致谢
在这里，我对指导老师表示衷心的感谢，我感谢你给了我在学习上极大关怀及帮助，同时，也感谢支持和帮助我的其他老师及关心我的同学和朋友们。

刘堂志
2015年5月4日