電鍍機器人抖振器設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要: 電鍍工作壞境惡劣，人工完成作業(yè)會影響工作效率，而且對工作人員身體健康有很大危害。為了改善工作條件，工業(yè)機器人廣泛被應(yīng)用于電鍍。本文作者設(shè)計了一種用于電鍍的工業(yè)機器人，主要完成在電鍍槽池中的裝料和卸料，夾持在電解液中的零件，以及在完成金屬鍍層循環(huán)之后抖動零件，清除電鍍液的工作任務(wù)。為清除零件上附著的電鍍液，作者設(shè)計了一種機械式專用抖振器。

關(guān)鍵詞: 電鍍工業(yè)機器人 機械系統(tǒng)設(shè)計 抖振器

1.電鍍概述

電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積，形成鍍層的一種表面加工方法。鍍層性能不同于基體金屬，具有新的特征。鍍層根據(jù)功能可分為防護性鍍層、裝飾性鍍層及其它功能性鍍層。電鍍工作壞境惡劣，人工完成作業(yè)會影響工作效率，而且對工作人員身體健康有很大危害，為了改善工作條件，電鍍工業(yè)機器人在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

2.電鍍機器人機械系統(tǒng)設(shè)計

2.1機械設(shè)計的原則與方式方法

機械系統(tǒng)總體設(shè)計是機械設(shè)計過程中極其重要的一步，對機械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量與生產(chǎn)成本具有重大的影響。總體設(shè)計應(yīng)盡可能考慮人機關(guān)系、環(huán)境條件，以及與加工裝配、運行管理系統(tǒng)等的聯(lián)系，使機械系統(tǒng)與外部系統(tǒng)協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以求設(shè)計更加完善。機械系統(tǒng)的總體設(shè)計主要包括:總體方案的設(shè)計、總體布置的設(shè)計、主要參數(shù)的確定等內(nèi)容。機械設(shè)計的基本要求:滿足社會需求;可靠性的要求;經(jīng)濟性要求;安全性要求。本文針對電鍍掛件零件進行了設(shè)計。

2.2水平移動系統(tǒng)設(shè)計

如圖1操作機運動示意圖所示:所有操作機的組成單元固定在由鋁合金澆鑄而成的平臺上，自動操作機在四個輪子的驅(qū)動下沿導(dǎo)軌橫梁移動:主動輪由雙速電動機和蝸輪減速器驅(qū)動，用聯(lián)軸器—圓盤連接，制動器對聯(lián)軸器進行制動，雙速電動機保證操作機高、低兩種速度，從高速度過渡到低速度和停止運動由程序指令裝置控制，位置的控制由非接觸式行程開關(guān)和擋塊進行控制。當操作機與障礙物相碰時，帶傳感器的緊急停車裝置動作，傳感器斷開，雙速電機接通制動器，使水平移動停止。

2.3提升裝置系統(tǒng)設(shè)計

如圖1操作機運動示意圖所示:負載提升機構(gòu)由帶載重鏈的鏈輪和相互鉸接的杠桿系統(tǒng)所組成，在杠桿上部以扇形齒輪結(jié)尾，在下部以齒輪結(jié)尾，它們相互嚙合，保證位置的準確性。齒輪和杠桿的下端剛性連接在軸承中旋轉(zhuǎn)的軸上，軸承都裝在機體上，以齒輪和扇形齒輪結(jié)尾的杠桿系統(tǒng)促使橫梁和夾持器向上和向下平行運動。為使夾持器在上、中、下三位置準確停止，采用停止機構(gòu)，利用無觸點行程開關(guān)進行控制。零件上附著電鍍液由抖振器機構(gòu)進行清除。

2.4抖振器設(shè)計

2.4.1抖振器工作原理

2.4.1.1鏈傳動設(shè)計

鏈傳動的特點和應(yīng)用:鏈傳動由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力。鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比;需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失;結(jié)構(gòu)緊湊;能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。鏈傳動的運動分析:實際上，由于鏈傳動為多邊形效應(yīng)，瞬時鏈速和瞬時傳動比都是變化的。

2.4.1.2鏈傳動的張緊布置

鏈傳動中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動，所以鏈傳動張緊的目的和帶傳動不同，張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。

張緊的方法很多，最常見的是移動鏈輪以增大兩輪的中心矩。但如中心距不可調(diào)時，也可以采用張緊輪張緊(如圖2鏈傳動的裝緊裝置)，張緊輪應(yīng)裝在靠近主動鏈輪的松邊上。不論是帶齒的還是不帶齒的張緊輪，其分度圓直徑最好與小鏈輪的分度圓直徑相近。

2.4.1.3凸輪機構(gòu)的應(yīng)用

凸輪機構(gòu)的組成:凸輪機構(gòu)一般由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件組成。其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運動時，通過高副接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運動。

凸輪機構(gòu)的優(yōu)點是:只需設(shè)計適當?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹玫饺我獾念A(yù)期運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。凸輪機構(gòu)的缺點是:凸輪與從動件間為點或線接觸，易磨損，只宜用于傳力不大的場合;凸輪輪廓精度要求較高，需用數(shù)控機床進行加工;從動件的行程不能過大，否則會使凸輪變得笨重。

查閱機械設(shè)計資料，由凸輪機構(gòu)從動件位移線圖可知，隨著凸輪的循環(huán)周期轉(zhuǎn)動，從動件的位移、速度都隨之變化，利用此特征，可設(shè)計凸輪式的抖振器鏈輪花盤。

2.4.2抖振器設(shè)計

由圖3抖振器裝置示意圖可見，在抖振器機體中安置鏈輪1和花盤2，在花盤2中有兩個在自身軸上自由旋轉(zhuǎn)的凸輪3。此外，在機體上裝有在自身軸上擺動的杠桿4。在杠桿上端固定滾輪5，而在下端固定鏈輪6，與鏈條保持嚙合。

在鏈輪1按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，提升負載。凸輪3在鏈輪每轉(zhuǎn)中兩次干擾鏈條的均勻運動，因此負載有時迎著鏈條運動方向自由下落，然后突然停止，速度發(fā)生突變從而產(chǎn)生負載的抖動。

在鏈輪1按順時針方向旋轉(zhuǎn)，負載下降時，凸輪3的非工作表面與滾輪5相接觸，被它放置在花盤腔中，鏈條不在引開方向，速度保持基本恒定，則負載將不再產(chǎn)生抖動。從而實現(xiàn)在提升負載時抖動清除零件附著電鍍液，下降時不發(fā)生抖動，保持勻速。

2.4.3抖振器鏈輪(花盤配置)與鏈條設(shè)計計算

選用鏈條:鏈號08A;節(jié)距p=12.7mm;滾子直徑d=7.92mm。

鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸如下:

鏈輪齒數(shù)z:z=38;配用鏈條的節(jié)距p:p=12.7mm;

配用鏈條的滾子外徑d:d=7.92mm;配用鏈條的排距p:p=2。

鏈輪主要尺寸如圖4所示:

(1)分度圓直徑d

d===158.75≈160mm (1)。

(2) 齒頂圓直徑d

d=d+1.25p-d=160+1.25×12.7-7.92=167.9mm (2)，

d=d+(1-)p-d=160+(1-)×12.7-7.92=164.2mm，

最終選取d=165mm。

(3)齒根圓直徑d

d=d-d=160-7.92=152.08≈152mm (3)。

(4)分度圓弦齒高h

h=(0.625+)p-0.5d=(0.625+)×12.7-0.5×7.92=4.24mm (4)，

h=0.5(p-d)=0.5(p-d)=0.5×(12.7-9.2)=2.39mm。

最終選取h=3.5mm。

(5)齒側(cè)凸緣(或排間槽)直徑d

d≤pcot-1.04h-0.76

=12.7×10-1.04×3.5-0.76=124.14mm≈125.0mm (5)。

根據(jù)鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸對鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸、軸面齒廓尺寸進行設(shè)計計算，經(jīng)校核滿足使用要求。

起重鏈鏈條經(jīng)計算選用鏈號08A;節(jié)距p=12.7;滾子直徑d=7.92mm，查表得雙排抗拉載荷Q為27.6kN，經(jīng)校核鏈條滿足工作要求。

3.結(jié)語

在電鍍生產(chǎn)中要大量使用強酸、強堿、鹽類和有機溶劑等化學(xué)藥品，在作業(yè)過程中會散發(fā)出大量有毒有害氣體，給工作人員的身體健康帶來巨大危害。隨著工業(yè)機器人的飛速發(fā)展，電鍍專用機器人必將在工業(yè)生產(chǎn)中得到推廣普及。電鍍工段的全面自動化流水線工作毫無疑問成為電鍍工業(yè)最重要的發(fā)展方向。隨著自動生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，它會越來越成熟，其潛力無限。

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