超声清洗机吊运机械手设计（含全套CAD图纸） .doc

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1、编号无锡太湖学院 毕业设计（论文）题目： 超声清洗机吊运机械手设计 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 超声清洗机吊运机械手设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械91 学 号： 0923048 作者姓名： 周剑 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设

2、计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 超声清洗机吊运机械手设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 本课题由生产厂家提出，能达到实际加工要求。超声清洗机吊运装置是用于物料输送的专用设备，设备的传动将由机械系统完成，电气控制由PLC完成。本课题既能达到锻炼学生设计能力，且为机电综合的设计水平，特别是机械及电控的设计制造。又能熟悉如何从图纸到实际工作完成的整个过程，并经实际的动手完成真正能正常工作的设备。 三、 本设计（论文或其他）应达到的要求： 1达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。2PLC全自动控制，要有较高的工作可靠性；安全性。3主机部件需作有限元应力分析，以及相应的运动学分析。

3、4工作时定位准确，启停无冲击。5工作时噪音小，发热较小，工作可靠。实习地点：无锡。主要技术指标： 满足用户提出的书面技术要求。 工作量要求： 1.总装图：机械手装配图0#；整机装配图0#。2.主要部装图：设备动作流程图2#，电气原理图0#，重要零件图：电气布置图1#；。3.重要零件的应力应变分析; 整机三维装配图，机械手三维装配图，动作流程模拟动画仿真，PLC程序的编制4完整的设计及使用说明书（电气选型；PLC程序）。5必要的技术资料翻译（8000字符）。 四、接受任务学生 机械91 班 姓名 周 剑 五、开始及完成日期：自2012年11月12日 至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或

4、顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月12摘 要 超声波清洗始于20世纪50年代初，随着科技的发展应用日益扩大。现在已普遍用于电器领域、电子管零件、清洗半导体器件、继电器、印刷电路、滤波器和开关等；机械领域中用于清洗轴承、齿轮、燃油过滤器、油泵油嘴偶件、阀门和他机械零件，小到手表零件，大到发动机和导弹部件；再如医疗器械方面和光学用于清洗眼镜及框、各种透镜、医用针管玻璃、器皿等。该系统是综合运用了机电一体化技术，在电控方面主要用到PLC进行控制，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，灵活性好，编程方便等特点，总的系统使原来复杂的动作变成相当简

5、单操作，电气系统采用三菱PLC控制，控制电子元件均采用新材料或进口名牌元件，经久耐用，噪音低，系统的可靠性和可操作性都有所提高。 关键词：超声波；清洗机；PLC。 AbstractUltrasonic cleaning began in the early 1950s, with the development of technology application widening. Currently has been widely used in electronic industry, semiconductor device, cleaning tube parts and printi

6、ng circuit, relays, switches and filter; etc. Mechanical industry for the cleaning gears, bearings, diesel oil, fuel filter, valves and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used for washing various a

7、spects lens, glasses and frame, glassware, medical and surgical instruments, etc.;The system is the integrated use of mechatronics technology, mainly used in the electronic control PLC control, PLC has high reliability, strong anti-interference ability, good flexibility, easy programming, the overal

8、l system of the original complex action into a fairly simple operation, the electrical system with Mitsubishi PLC control, control electronics are made of new materials or imported brand-name components, durable, low noise, reliability and operability of the system are improved.Key words: ultrasonic

9、, Cleaner,PLC.目录摘 要IIIAbstractIV目录V1 绪论1 1.1 课题的来源及其意义11.1.1 课题的来源11.1.2 课题的意义12 超声波清洗32.1.1 什么是超声波？32.1.2 超声波清洗的原理32.1.3 影响超声波清洗效果的因素及选择32.1.4 超声波清洗的特点62.1.5 超声波清洗技术在我国的发展及现状103 超声波清洗机的结构设计113.1 清洗机总体结构的设计113.2 传动部分的设计123.2.1 方案的选择123.2.1 电机的选择133.2.2 链轮的设计选择143.2.3齿轮齿条的选择和校核153.3 机械手执行件的设计183.3.1

10、提升架的设计183.3.2 其它零部件的设计193.4 其它部件说明213.4.1技术参数说明213.4.2 设备主要装置264 电气部分设计274.1 电器元件274.1.1 增量式编码器274.1.2 温控器274.1.3 变频器284.1.4 触摸屏294.2 PLC控制系统简介294.3 PLC的安装，调试，及系统的维护314.4 PLC 控制系统的设计334.3.1 控制流程的拟订334.3.2 PLC控制电路元器件的选用及电气原理图的绘制344.3.3 PLC程序的编制345 总结36 致谢37参考文献 38 1 绪论1.1 课题的来源及其意义 1.1.1 课题的来源本课题由生产厂

11、家提出，能达到实际加工要求。超声清洗机吊运装置是用于物料输送的专用设备，设备的传动将由机械系统完成，电气控制由PLC完成。本课题既能达到锻炼学生设计能力，且为机电综合的设计水平，特别是机械及电控的设计制造。又能熟悉如何从图纸到实际工作完成的整个过程，并经实际的动手完成真正能正常工作的设备。 1.1.2 课题的意义 工业清洗的范畴包括工业生产劳动过程中涉及到的超声波清洗机清洗：造纸业、印刷业、纺织业、交通运输业、石油加工业、金属加工业、电力工业、机械工业、汽车制造、电子工业、仪器仪表、邮电通讯、医疗仪器、光学产品、军事装备、航空航天、家用电器、原子能工业等都涉及运用到超声清洗机清洗技术。 一般工

12、业超声波清洗机清洗包括车辆、飞机、轮船表面的清洗，一般仅仅能去除较大的污垢；超精密超声清洗机清洗包括精密工业生产过程中对电子元件、光学部件机械零件、等的超精密清洗，以清除超微小污垢颗粒为目的；精密工业超声清洗机清洗包括设备表面的清洗和各种材料，各种产品加工生产过程中的清洗等，以去除微小的污垢粒子为目的。根据超声清洗机清洗方法的不同，还可以分为物理超声清洗机清洗和化学超声清洗机清洗。利用声学、电学、热学、力学、光学的原理，凭借外在能量的作用，如机械摩擦、高压冲击、超声波、紫外线、负压、蒸汽等除去物体表面污垢的方法叫物理清洗超声清洗机清洗；凭借化学反应的作用，利用化学药品或其它溶剂除去物体表面污垢

13、的方法叫化学超声清洗机清洗，如用各类有机酸或无机去除物体表面的水垢、锈迹，用氧化剂去除物体表面的色斑，用消毒剂、杀菌剂杀灭微生物并去除霉斑等。物理清洗和化学清洗都各有优缺点，同样还具有很好的互补性的特点。实际生活应用过程，一般都是把两者有机的结合起来，以达到更好的超声波清洗机清洗效果。 根据超声波清洗机清洗媒介的不同，又可以分为干式清洗和湿式清洗。一般在气体介质中进行的清洗称为干式超声波清洗机清洗，将在液体介质中进行的清洗称为湿式超声波清洗机清洗。通常的清洗方式大多为湿式清洗，而人们比较容易接触的干式清洗也就是吸尘器。但随着技术的飞速发展，干式清洗发展飞速如干冰清洗紫、外线清洗、激光清洗、离子

14、清洗等，在高端工业技术领域得到快速发展。近几年，新技术也不断得被开发于清洗技术之中，例如生物技术的领域，越来越多的微生物和酶在超声波清洗机清洗技术中被利用，这结合的是生物化学反应；在水和空气净化处理过程中，活性炭的使用也越来越普遍，这利用的是吸附作用；另外电解清洗也同样被利用等。现在，清洗涵盖当前清超声波清洗机洗技术飞速发展的现实状况工业超声波清洗机清洗与各类工业活动联系紧密，有些只是产品生产工艺的一个构件，清洗不创造最终的产品，而是许多工业生产过程中的一个部分工序、辅助活动或工艺。在一些基础工业中，清洗已经被大家简单的看作是小过程或常识，往往被人们忽视，事实上清洗的优劣决定最终产品的质量和性

15、能。尤其是在当代的高科技发展中，超声清洗机清洗技术的作用特别明显。新型的超声波清洗机清洗技术和设备渐渐得到开发和应用，如等离子清洗、真空清洗、紫外臭氢清洗，激光清洗等初现优势，展示了良好的用途和未来前景。2 超声波清洗 2.1 超声波清洗 2.1.1 什么是超声波？ 超声波是人耳听不到声波，频率在20KHz以上的声波。超声波具有频率高，方向性强，穿透能力大，特别是在液体中能产生空化现象等特点，被广泛应用于许多行业。超声波生活应用技术很多，主要包括医学超声，检测超声，高频超声和功率超声等，超声波清洗技术是最普遍的一种功率超声应用。超声波清洗技术有时也被叫做称无刷清洗，把工件放入超声清洗机中，无需

16、任何清洗动作，污物“自动”从工件表面脱离，很快就焕然一新，让人叹为观止。超声波的两个主要参数： 频率20KHz33KHz 功率密度=发射功率(W)/发射面积(CM2) 2.1.2 超声波清洗的原理 超声波清洗的原理：超声波发生器发射高频振荡信号，通过换能器将声能转换成高频机械振荡而传播到介质清洗液中超声波在清洗液中向前辐射，使液体振动而产生上万的微小气泡，在声波的作用下振动，当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡就会迅速膨胀，然后又突然闭合，使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局调温，所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于清洗液中，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅

17、拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。 2.1.3 影响超声波清洗效果的因素及选择 超声清洗的主要利用超声空化作用超声空化和声学参数、清洗液的物化性质及环境条件有密切的关系，因此，良好的清洗效果取决于恰当的声学参数和清洗液。（1） 超声波声强或声压的选择 在清洗液中当交变声压幅值超过液体的静压力时才会出现负压，在超声清洗槽中的声强高于空化阀值才能产生超声空化。各种液体具有不同的空化阈值，在超声清洗槽中的声强要高于空化阈值(使液体产生空化的最低声强或声压幅值称为空化阈)才能产生超声空化。就一般液体而言，空化阈值约为每平方厘米13瓦。声强增加时，空化泡的最大半径与起始半径的

18、比值越大，空化强度越大，即声强与空化成正比，清洗效果越明显。但是，不是声功率越大越好，声强过高的话，会产生出很多无用气泡，强化散射衰减的效果，形成声屏障，同时声强增大也会加强非线性衰减，两者都对远离声源地方的清洗效果打折。对于难清洗的污物，例如化纤喷丝板孔中污物，金属表面的氧化物，则需要采用高声强，被清洗面应该贴近声源，不选择槽式清洗器，而选择棒状聚焦式换能器直接插入清洗液贴近清洗件表面进行清洗。（2） 超声波清洗的频率的选择频率的选择取决于超声空化阈值。频率越高，空化阈值越高，也就是说，频率越高，液体中产生空化所需要的声强或声功率也越大；频率低，空化易发生，另外处低频情况下，液体受到的稀疏作

19、用和压缩拥有较长的时间差。使气泡在崩溃前能膨胀到较大尺寸，增加空化强度，强化清洗效果。目前根据超声波清洗机的工作频率分，大致分为三个频段；低频超声波清洗（20-50KHz)， 高频超声波清洗(50200KHz)，兆赫超声波清洗(700KHz一1MHz以上)。低频超声波清洗普遍用于大部件污物和清洗件表面结合强度高或者表面的部件。频率低，空化强度高，易腐蚀清洗件表面，不适喝清洗表面光洁度高的零部件，特别是空化噪声大。40KHz的频率，在相同声强下，产生的空化泡数量多于频率为20KHz，穿透力较强，宜清洗表面有盲孔或形状复杂的工件，空化噪声小，但空化强度低，适用于清洗污物与被清洗件表面结合力较弱的部

20、件。高频超声清洗适用于微电子元件、计算机的精细清洗，如磁盘、驱动器、读写头、液晶玻璃及平面显示器、微组件和抛光金属件等的清洗。这些清洗部件在清洗过程中不仅不能受到空化腐蚀，而且要能洗掉微米级的污物。兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、薄膜和硅片等的清洗，能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤，不能产生空化作用，其清洗机理主要是粒子速度，声压梯度和声流的作用，优势在清洗方向性强，被清洗件通常置于与声束平行的方向。本台清洗机所用的频率即为25KH。（3） 清洗液的物化性质对清洗效果的影响从两个方面考虑清洗剂的选择：一方面，根据污物的性质来选择化学效果好的清洗剂；另一方面，要选择蒸气压、表面张

21、力和粘度较好的清洗剂，理由这些特性与超声空化有密切关联。液体的表面张力大则不易发生空化，然而当声强超过空化阈值时，空化泡崩溃释放的能量大，利于清洗。高蒸气压的液体会减小空化强度，而液体的粘滞度大也不易产生空化，因此粘度大和蒸气压高的清洗剂都不利于超声清洗。另外，清洗液的静压力和温度都对清洗效果有影响，清洗液温度升高，空化核增加，利于空化的产生，但是温度过高，气泡中的蒸气压增大，空化强度会减小，所以温度的选择要同时考虑对空化强度的影响，也要考虑清洗液的化学清洗时每一种液体的适宜空化活跃的温度，水较适宜的温度是60C到80C，此时空化最活跃。清洗液静压力大时，不易产生空化现象，所以在密闭加压容器中

22、进行超声清洗或处理时效果较差。 （4） 超声波清洗的功率选择 超声波的功率密度是指单位面积的声功率，它直接影响清洗效率。通常在保证发生空化作用的情况下，功率密度越大，空化作用越强，清洗效果越好。水溶液在声波强度为03wcm2时就能产生空化。但功率密度也不能过高，否则，会因空化作用太强致使制件表面发生空化腐蚀，甚至引起饱和使清洗无效。一般对油垢严重、几何形状复杂的制件或清洗液浓度较大的情况下，应选较大的功率密度，反之小些。 （5） 清洗液的温度的选择温度选择要从两方面考虑，方面清洗液的温度与空化作用有关，温度升高有利于空化，因为化学溶剂的活动能力是随温度增加而增加，且某些污物在一定的温度以上才溶

23、解得比较快。另一方面蒸汽压随清洗液温度增加也相应增加，超过一定的温度反而使空化作用降低。因此，必须将温度控制在最佳点附近。对于不同的溶剂最佳的清洗温度也不同。对于水来讲，当水温达到水沸点时，产生气泡，会对声波有阻抗，使清洗效果下降，清洗液的最佳点在60左右。本次设计的清洗机规定清洗液的温度即为60。（6） 影响超声波清洗效果的其它因素清洗液的流动速度的影响。最理想的情况是理想清洗过程中液体静止不流动，此时泡的生长和闭合运动能最充分完成。当清洗液的流速过快，部分空化核会被流动的液体拖走，这些空化核就在没有达到生长闭合运动过程时就离开声场，会使空化强度降低。在现实清洗过程中，有时为避免污物不断粘附

24、在清洗件上，清洗液需要不断流动换新，同时应考虑清洗液的流动速度不能过快，以防弱化清洗效果。在清洗槽中的布列和被清洗件的声学特性对清洗效果也有影响。吸声大的清洗件，如布料，橡胶等清洗效果差；对声反射强的清洗件，如玻璃，金属件的清洗效果好。清洗件面积小的一面应朝声源排放，排列要有间距。清洗件不能直接放在清洗槽底部，特别对于较重的清洗件以避免影槽底板的振动，也避免清洗件损耗底板而加快空化腐蚀。清洗件最好是用金属架吊起悬挂，但要注意要用金属丝做成，并尽可能用细的做缝隙最大化的筐，以避免部分声的吸收和屏蔽。驻波的影响对清洗效果的影响。清洗槽空间有限，超声波由声源向液面传播时，在液体和气体的交界面反射回来

25、而形成驻波，驻波的特点是在液体空间的波节处声压最小，而在波腹声压最大，这样会影响清洗的均匀性。方法一，清洗槽做成不规则的形状以防止驻波的形成。方法二，在超声电源方面采取扫频的工作方式。可保证使声压最小处不断地移动，以达到较均匀的清洗目的。清洗液中气体含量的影响。如果在清洗液中存在多余气体(非空化核)会造成声传播损失，另外在空化泡运动过程中扩散到泡中的气体，在空化泡崩溃时会降低冲击波强度而减弱清洗作用。因此一些超声清洗设备具有除气功能，在启动时先进行低于空化阈值的功率水平作振动，通过间歇方式振动或脉冲进行除气，然后在正常清洗的功率水平进行超声清洗；有些超声清洗设备带有抽气装置(真空脱气)，作用减

26、少清洗液中的残存气体。 超声波清洗形式的影响。超声波清洗形式是针对清洗对象来确定的。 槽内清洗式 它是将被清洗对象浸入盛有清洗液的超声波清洗槽内，由超声波换能器产生的超声振动传至清洗液内进行清洗。适于中小型制件。 局部清洗式 它有两种方式，一种是将制件局部依次浸入清洗液中进行清洗，直至全部洗遍。另一种是根据大型制件的形状和局部清洗的部位要求，将超声波换能器设计成特殊形状的专用超声波清洗机进行清洗，适于外形尺寸及重量方而对清洗槽来说均较大的制件。 分槽清洗式 就是采用几种不同的清洗液分槽依次清洗，亦可与其它清洗方法配合清洗。如，先用加热浸洗，再用超声波清洗。此方法适于清洁度要求高的制件。 超声波

27、清洗的时间 超声波清洗的效果和质量与清洗时间有关，时间太短达不到清洗的质量要求，时间太长不但效率低，同时还会发生空化腐蚀影响制件的表面质量。形状复杂、污物严重的制件，清洗时间宜长些，反之短一些，具体清洗时间的确定须经过实验而定。2.1.4 超声波清洗的特点（1） 超声波清洗机理超声波清洗可达到比较理想的清洗效果，这点可从它的清洗机理来解释。超声波的发源是从声频方面开始的。超声波清洗机实质上是一个超声振动的能源，它是由超声波发生器和超声波清洗器两大部份组成。超声波发生器是一个产生超声频电讯号的功率源，它供给清洗器中的换能器工作时所必需的超声频电功率，换能器将这个超声频电功率转换成超声波能量，即将

28、高频电能转换成机械能，产生超声振动。清洗液在超声振动作用下出现稀疏、密集状态，在密集状态时液体受正压力作用，在稀疏状态时液体受拉力作用，即负压力作用。清洗液在超声振动的作用下产生许多微气泡，溶于液体中和附着在固体表面上。在稀疏状态时气泡增长，并吸收液体中更多的气泡，而当密集状态时气泡缩小。在此过程中液体质点运动速度是与逐渐缩小的气泡半径成反比。当液体质点运动在气泡闭合时突然停止，集中在微小容积内的动能就要迅速释放出来，就会从闭合的气泡中心向外传播一个球形冲击波，在这点上的压力就有数千个大气压，即发生空化作用。空化作用的次数与超声波频率相同，如超声波频率为80KHz，则空化作用将以每秒钟2万次的

29、冲击力轰击物体表面。在这个压力作用下，驱动清洗液流入制件，足以使固体表面的污物被剥离，尤如把强有力的刷子将制件上各处脏物冲刷出来，特别是手不可及的盲孔、沟槽处污物也被冲洗干净，这就是空化的侵蚀作用。同时，空化作用使液液相界面互相加速，互相分散和在气泡附近产生高速的微冲流，使沾附在制件表面上的污物更易脱离掉，这分别是空化的乳化作用和搅拌作用。（2） 超声换能器在早期，超声换能器的材料主要采用石英。在60年代，为了满足功率大，机械强度高的要求，同时也为了适于做成几十千赫频率范围的换能器，大量采用了金属磁致伸缩材料，而到了如今，则利用PZT压电陶瓷片的夹心式超声换能器。由于其效率较高，价格较低，来源

30、丰富，已大量发展应用，基本上取代了其他换能器而占主导地位。在电功率发生器方面，早期大都采用电子管型的电功率放大器，但是到了目前，已经发展采用一般晶体管型的，场效应管型的，可控硅型的等各种新型电路，从而使这类电发生器的效率更高，重量更轻，使用更方便。但目前的情况是，尽管一台电功率发生器可以做到几千瓦的量级，但是单个超声换能器的容量一般仍只限于几十瓦到上百瓦的范围，对大功率超声清洗设备来说，只能由多个换能器联合工作，有时很不方便，所以更大功率的超声换能器的研究，发展，仍然是目前引起很多人重视的一个问题，对于超声换能器和电功率发生器的这种发展情况来说，在其他一些超声处理应用项目中，例如，超声焊接，超

31、声加工等等，似乎也经历着颇为雷同的过程。（3） 超声换能器结构的选择 超声清洗的换能器有两种类型：磁致伸缩换能器和压电换能器。磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低。而且金属镍材料价格昂贵，制造工艺复杂，所以目前很少采用。还有一种用铁氧体材料做成的磁致伸缩换能器，虽然其电声效率比较高，但机械强度低，所能承受的电功率容量小，因而目前我国也很少应用。目前我国主要采用压电换能器采（单螺钉夹紧的夹心式压电换能器），因为这种换能器的电声转换效率高。原材料价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不同的清洗要求。压电换能器有很多种种，如，一种是锥体喇叭；另一种直棒形状。如图2-1a和2-1b所示。喇叭状换

32、能器的声辐射效率较高，同样的输入电功率，在清洗槽中获得大的声功率，而且在换能器上的电功率消耗会较少，因此换能器的发热也低。当输入换能器的电功率相同时，辐射面的声强较低，与连接的不锈钢板表面空化腐蚀小，清洗槽或浸入式换能器的使用时间延长。所以普遍采用喇叭状换能器较好，为了提高展宽频带、声辐射效率，选择半穿孔结构的宽频带超声清洗换能器，如图2-1c所示。这种换能器在较高频段（40KHz以上），优势明显。因为它可以削弱横向振动所带来的不良影响，也便于扫频清洗。 图2-1a 锥体喇叭形 图2-1b 直棒形状 图2-1c半穿孔结构的宽频带超声清洗换能器（4） 换能器在清洗槽中的粘结及分布问题 假如清洗槽

33、较深，槽底可粘换能器，槽壁上也可粘结换能器。换能器与清洗槽的粘结质量对超声清洗机的质量有巨大影响。要求粘牢，胶层均匀、不缺胶、无裂缝，使声能最大有效地向清洗液中传输，有助于提高整机效率和清洗效果。对于一些清洗设备为防止换能器从清洗槽上脱落，采用螺钉加粘胶的固定方式，这种连接方式虽然能让换能器不脱落，但是存在许多缺陷。一方面，螺钉焊接质量低，如不垂直于不锈钢板表面，则胶层不均匀，甚至有裂痕的现象，能量传输会减弱弱；另一方面如果焊接不好，也会影响不锈钢表面的平整性，加速空化腐蚀，减小使用寿命。判断粘结质量的好坏：一种方法，在清洗槽装水并开机工作一段时间后，测量换能器的温度变化。在换能器中某个换能器

34、温升特别快，则说明该换能器可能粘结不好，因为声辐射不好，电能量大部分消耗在换能器上而发热；方法二，在小信号条件下一个一个测量换能器的电阻抗大小来判断粘结质量。对于超声波清洗机的性能方面不完善的认识：觉得功率大，换能器数目多性能也就好，价值会高，导致片面估计。与其他清洗方式，超声波清洗机展现巨大的优势，尤其在大型，高科技的生产企业中，己渐渐用超声波清洗机取代了传统清洗工艺方法，超声波清洗机的高效率，高清洁度，特点在于其声波在介质中传播时具有穿透性，无孔不入，因此很易于将复杂外形，内腔和细空的部件清洗干净，对于简单的清洗工艺过程，在超声波作用下仅仅只需两三分钟即可完成，其速度快，清洁度高，对于产品

35、表面质量和生产率要求较高的领域，突出地显示了超声清洗机的强大优势。（5） 各种液相清洗方法的比较目前，机械行业常见的液相清洗方法大致可分为：加热进入清洗，加压喷淋清洗，毛刷清洗，超声波清洗。加热进入清洗，加压喷淋清洗的清洗原理是利用液体在之间表面上的强制流动冲走赃物的。而毛刷清洗则是通过毛刷制件表面揭揩擦玻璃赃物，液体带走赃物来实现的。上述三种方法决可讲经各种加工下来的之间清晰的比较干净，但对于制件表面粘附力很强的污垢，微颗粒，研磨膏等杂质则很难完全清洗干净，对盲孔、窄沟槽、小孔处的污物清洗是困难的。而超声波清洗对于上述问题有着很好的解决。各种清洗方法效果比较 表2-1 清洗方法比较图清洗方法

36、清洗后剩余污物（%）超声波清洗法0.5-1人工刷子清洗法8液体强迫流动法70高压喷淋法88按清洗介质分类，可分为水剂清洗和油剂清洗两大类型，按清洗的方式分，可分为：人工强制式：即将产品套入专用销柱，用人手把持，然后使柱销旋转，达到清洗要求，或者将产品放入专用槽中，使槽做上下运动，进行清洗。机械强制式：即将产品套在专用链条上通过强制旋转，达到清洗的目的。流动旋转式：即利用液体喷头水柱冲向轴承一侧，使其旋转，然后再冲向另一侧，进行反向旋转，达到清洗目的。对于以上几种清洗方式，均存在一个共同的缺点：就是在清洗中，清洗零件由于受到强制旋转或受液体推动的离心力的作用，产生相互的“辗压”作用，致使尘粒“划

37、伤”零件的工作表面，降低产品寿命。由上面的对比可以看出，超声波清洗的质量高于其他清洗，很明显超声波清洗将逐渐代替清洗行业。超声清洗机的优点如下： 清洗干净，清洁度高、一致。 清洗速度快，方便。 环保，安全可靠。 对复杂工件亦可清洗干净。 节省人力，物力等。2.1.5 超声波清洗技术在我国的发展及现状利用超声波清洗原理清洗制件，在国外五十年代初就开始了，近些年有了飞跃的发展。现在，登月火箭箱需用超声波清洗机清洗，名牌手表英钠格的麦壳上专门注有“ULTRASONIC”的字样，用以说明该厂的手表零件是经过超声波清洗处理后组装的。可见，国外对超声波清洗给予了高度的重视。 我国在六十年代就掌握了超声波清

38、洗技术，但直到七十年代末才引起各个行业的高度重视。目前，很多厂家都引进了国外的超声波清洗设备和技术，国内已开始起步生产超声波清洗机。 超声波清洗在我国还是一门新兴起的清洗工艺，应用还不普遍，多数还限于小容量的格式清洗，适宜大批量、范围广、效率高的超声波清洗机还不成熟。 从以上可以看出，我国已经意识到了超声波清洗的必要性，也已开始了相关研究。但是，就现况而言，不论是清洗的流程还是清洗机的种类都相对贫乏。我们这次设计就是在原有的轨道式清洗机的基础上进行改进，以期提高生产效率，促进该行业的发展。由于清洗对象品种较多，数量较少，清洗工艺多年来一直停留于手工作业。随着工业向产业化方向发展，手工作坊式的清

39、洗方法从质量到数量上都难于满足生产实际的需要，因此采用能用于批量生产的自动化清洗机的问题就提到了议事日程。我们希望避开广泛采用的节拍式自动清洗机模式，制造一台自动化程度高、灵活性强、适用于清洗的自动化去油清洗设备。该机的使用，使除去油污的清洗工艺从手工操作变为程控、量化的作业，稳定了清洗工艺过程，提高了清洗质量，同时这种技术也为多种程序能同时进行作业的清洗模式适应多品种小批量的科研提供一定的技术前提。3 超声波清洗机的结构设计3.1 清洗机总体结构的设计清洗机主体一般由机架、清洗槽、上下料装置、机械手部件、吹风区等组成。清洗机主体机构设计时应考虑以下几点基本原则：（1） 尽可能满足工艺要求，便

40、于操作；（2） 具有合理的强度，刚度及运动部分的导向精度，实用可靠，不易发生故障。（3） 具有良好的经济性，制造简单，维修方便。其中，工艺要求是最主要的影响因素。由于在清洗机上进行的进行工作的要求，清洗机槽所采用的材料应该有良好的防锈性。其次清洗机工序较多，槽体较多，清洗机机体很长。要求机架刚度要强。我们这次设计的清洗机机架采用的是1方形型钢制造横梁及立柱，主要支撑及安装导轨和清洗槽。整机的图如下所示： 图3-1 超声波清洗机总装配图3.2 传动部分的设计 3.2.1 方案的选择（1） 方案一：平移和升降的传动部分采用机械传动2：平移用齿轮齿条传动，升降用链轮链条传动优点： 链轮传动没有弹性滑

41、动和打滑，能保持准确的平均传动比； 所需张紧力较小，作用在轴上的压力小，可降低轴承的摩擦损耗 ； 工作可靠，效率高； 结构紧凑，传递功率大，过载能力强； 能在高温，恶劣环境下工作； 对于制造，安装精度低，中心距较大时其传动结构简单；缺点： 瞬时转速和传动比不是常数，传动平稳性差，有冲击和噪声的缺陷。因此，链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行，且距离较远，功率较大，平均传动比准确的场合。（2） 方案二：平移和升降的传动部分均采用气压传动。气压传动的优点3 以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。 因空气的粘度很小

42、（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。 与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。 工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。 成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点 工作速度稳定性较差，但采用气液联动装置会提高稳定性。 结构尺寸不宜较大，总输出力必须小于1040kN。 噪声较大，高速排气时需加消声器。 气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。（3） 方案三：平移部分采用机械的齿轮齿条传动，长降采用气压传

43、动。（4） 相互对比后，链传动更适全本次设计，所以选择方案一即传动部分选择链传动和齿轮传动来实现机械手的上下升降和左右平移。上下升降：通过电机动作，来达到清洗篮框的上下移动。刹车电机功率750W,升降速度7m/min。左右平移：通过电机的运动带动被清洗工件的左右移动来实现更换工件工位的目的。刹车电机功率370W，平移速度1m/min。3.2.1 电机的选择（1） 电动机选用的一般原则 在选择电动机的类型时要根据工作机的要求来选取。不需要调速的机械，包括长期工作制，短期工作制和反复短期工作制机械，应采用异步电动机。负荷平稳且无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼型异步电动机。波动负荷的长期工

44、作机械，在带飞轮和启动条件沉重时，应采用绕线型异步电动机。重复短期工作机械，应采用交流电动机在发热，开启制动特性等一些方面不能满达到需要或者技术经济指标较低时，应采用直流电动机。而周期性冲击负荷的机械，采用同步电动机。需对于连续调速的机械，须看调速要求采用直流电动机或交流电动机调速系统，当然，首当考虑交流电动机调速。 电动机的结构有开启式，防护式，封闭式和防爆式，应根据防护要求及环境条件进行选择。 选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还需要满足电网的要求。如启动时能维护电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内等。 电动机功率应有适当的备用容量。如采用的额定功率小于工作机要求的功率，则不能

45、保证工作机正常工作，甚至因长期过载而使电动机过早的损坏；如采用的额定功率比工作机要求的功率大得多，则因容量未能充分利用而造成成本提高，同时电机价格亦高。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。（2） 电机的选择 上下升降电机的选择已知4链传动速度v=10m/min，清洗篮m40，零件m300。所以 链条受力稳定运转下链轮轴所需功率： 根据电机选择原则5，选择额定功率0.75KW，转速为1450的电机。由于电机停机时带有惯性，不能够及时准确地停止转动，所以本设计选用带刹车的减速电机：P=0.75KW，减速比i=30，输出转矩T=751Nm，输出转速n=46.7rpm。 左右平移电机的选择6已知左右平移速度v=10m