旋轉(zhuǎn)電弧傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言（01）</b></p><p>　　1.1 選課的依據(jù)和意義（01）</p><p>　　1.2 當(dāng)代焊縫跟蹤傳感器（01）</p><p>　　1.2.1 附加式傳感器概述（01）</p>

2、<p>　　1.2.2 電弧傳感器概述（02）</p><p>　　1.3 電弧傳感器工作原理（03）</p><p>　　1.3.1 電弧傳感器的基本原理（03）</p><p>　　1.3.2旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原理（06）</p><p>　　1.4 課題任務(wù)（10）</p><p>　　2

3、課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（11）</p><p>　　2.1電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定（11）</p><p>　　2.1.1 空心軸電機(jī)（11）</p><p>　　2.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（12）</p><p>　　2.1.3 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（13）</p><p>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（14）</p>&

4、lt;p>　　2.2.1 各功能部分的軸向分配（14）</p><p>　　2.2.2 徑向空間的分配（15）</p><p>　　2.3導(dǎo)電桿部件的設(shè)計(jì)（16）</p><p>　　2.3.1 導(dǎo)電桿部件的總體設(shè)計(jì)（16）</p><p>　　2.3.2 軸承的選用與安裝（16）</p><p>　　

5、2.4檢測(cè)裝置的選定與安裝（17）</p><p>　　2.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法（17）</p><p>　　2.4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器（18）</p><p>　　2.5偏心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（19）</p><p>　　2.5.1 偏心方案的確定（19）</p><p>　　2.5.2 偏

6、心機(jī)構(gòu)的平衡（22）</p><p>　　2.6外殼的設(shè)計(jì)（23）</p><p>　　2.6.1 外殼總體設(shè)計(jì)（23）</p><p>　　2.6.2 通水方式（24）</p><p>　　2.6.3 通氣方式（25）</p><p>　　2.7絕緣與密封設(shè)計(jì)（26）</p><p&g

7、t;　　2.7.1 絕緣設(shè)計(jì)（26）</p><p>　　2.7.2 密封設(shè)計(jì)（27）</p><p>　　2.8其它零部件的設(shè)計(jì)（28）</p><p>　　2.8.1 集線蓋與接地裝置（28）</p><p>　　2.8.2 安裝設(shè)計(jì)（30）</p><p>　　2.8.3 修配方案設(shè)計(jì)（30）<

8、/p><p>　　2.9設(shè)計(jì)參數(shù)（31）</p><p><b>　　3 結(jié)論（32）</b></p><p>　　3.1課題設(shè)計(jì)過(guò)程總結(jié)（32）</p><p>　　3.2課題設(shè)計(jì)的缺陷與后續(xù)工作（32）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)（34）</b></

9、p><p>　　致 謝（36）</p><p>　　附 錄（37）</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 選課的依據(jù)和意義</p><p>　　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

10、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。</p><p>　　人

11、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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.2 當(dāng)代焊縫

12、跟蹤傳感器</p><p>　　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。</p

13、><p>　　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。</p><p>　　1.2.1 附加式傳感器概述</p><p>　　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：</p><p>　　1）接觸式傳感器。典型的接觸式傳感器

14、依靠在焊縫坡口中滑動(dòng)或滾動(dòng)的觸指將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。</p><p>　　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

15、。</p><p>　　3）光學(xué)傳感器。光學(xué)傳感器近年來(lái)有了很大發(fā)展，其裝置的種類和原理的門類很多，根據(jù)其檢測(cè)原理、對(duì)象、光源種類等因素，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。&l

16、t;/p><p>　　1.2.2 電弧傳感器概述</p><p>　　雖然附加式傳感器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是這類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

17、器相比，電弧傳感器有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　與其他傳感器相比，電弧傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(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)頭周圍不需要裝備其他特別的裝置，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

18、的成形效果。(5)抗光、電磁、熱的干擾，使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　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

19、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。</p><p>　　1.3 電弧傳感器工作原理</p><p>　　1.3.1 電弧傳感器的基本原理</p><p>　　1.3.1.1 電弧傳感器的跟蹤原理</p><p>　　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

20、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)。</p><p>　　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A０，弧長(zhǎng)l０，干伸長(zhǎng)隨之變化，對(duì)應(yīng)的等熔化曲線為C０，電流為I０。

21、當(dāng)焊槍與工件表面距離發(fā)生階躍變化增大到H１時(shí)，弧長(zhǎng)突然被拉長(zhǎng)為l１，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)镮１。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)A２、弧長(zhǎng)l２上，對(duì)應(yīng)的等熔化曲線 C２、電流I２，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(ΔId)和新的穩(wěn)定點(diǎn)建立后的靜態(tài)變化(ΔIs)。動(dòng)態(tài)變化的原因是焊絲熔化速度受到限制

22、，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。</p><p>　　1.3.1.2各種主要電弧傳感器的特點(diǎn)</p><p>　　與上下跟蹤類似，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

23、列方式與旋轉(zhuǎn)掃描方式。</p><p>　?。?）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

24、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）。 </p

25、><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　（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離的調(diào)整。這種傳感方式是利用電弧

26、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

27、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。</p><p>　　圖1-2 圖1-3</p><p>　　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

28、-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。</p><p>　　雙絲并列方式與擺動(dòng)掃描方式的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　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

29、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

30、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。</p><p>　　圖1-4 擺動(dòng)掃描方式的擺動(dòng)方向修正</p><p>　　1.3.2旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的原理</p><p>　　1.3.2.1旋轉(zhuǎn)電弧傳感器概述</p><p>　　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

31、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。</p><p>　　圖1-5 旋轉(zhuǎn)掃描方式下的電弧軌跡示意圖</p><p>　　采用旋轉(zhuǎn)掃描方式工作的電弧傳感器稱為旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。旋轉(zhuǎn)電弧傳感器是一種特殊的焊槍，在結(jié)構(gòu)上雖

32、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。</p><p>　　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</p><p>　　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)

33、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。</p><p>　　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

34、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。</p><p>　　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

35、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。</p><p>　　圖1-6 野村博一的導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動(dòng)方案[1]</p><p&g

36、t;　　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

37、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)，或稱為圓錐擺動(dòng)。</p><p><b>　　圖1-7</b></p>&l

38、t;p>　　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。</p><p><b>　　圖1-8</b></p><p>　　1.3.2.3旋轉(zhuǎn)電弧傳感

39、器的發(fā)展方向</p><p>　　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

40、可達(dá)性。</p><p>　　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。</p><p>　　3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。從前文所介紹的各種

41、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、專利的形式公布。</p><p><b>　　1.4 課題任

42、務(wù)</b></p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　2 課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容</p><p>　　2.1電弧旋轉(zhuǎn)方案的選定</p>&l

43、t;p>　　2.1.1 空心軸電機(jī)</p><p>　　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。</p><p>　　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

44、用在RAT-Ⅱ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。</p><p>　　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)

45、電弧傳感器空心軸電機(jī)改裝最為合適的原型電機(jī)。</p><p>　　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。</p><p>　　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)

46、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。</p><p>　　圖2-1 空心軸電機(jī)示意圖</p><p>　　1-空心軸 2-軸承Ⅰ 3-端蓋Ⅰ 4-定子

47、 5-外殼 6-轉(zhuǎn)子 7-端蓋Ⅱ 8-軸承Ⅱ</p><p>　　2.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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)，稱為導(dǎo)電桿的公轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖</p><p>

48、<b>　　計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度：</b></p><p>　　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。</p><p>　　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)

49、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。</p><p>　　圖2-3 修改后的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖</p><p><b>　　計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度：</b></p><p>　　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。</p><p&

50、gt;　　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)</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2.1.3 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</p><p>　　導(dǎo)電桿繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的局部自由度，稱為導(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

51、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。</p><p>　　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

52、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。</p><p><b>　　圖2-4 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　1-擋塊 2-導(dǎo)電桿</p><p><b>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)電弧傳感器除了要實(shí)

53、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。</p><p>　　2.2.1 各功能部分的軸向分配</p><p>　　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

54、體、偏心機(jī)構(gòu)腔、冷卻水腔、保護(hù)氣腔。</p><p>　　圖2-5 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器各功能部分軸向分配</p><p>　　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小；冷卻水腔用于

55、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。</p><p>　　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

56、弧部分。從中可以發(fā)現(xiàn)，存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。</p><p>　　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。</p><p>　　2.

57、2.2 徑向空間的分配</p><p>　　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。</p><p>　　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

58、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。</p><p>　　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。</p>&l

59、t;p>　　圖2-6 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器徑向空間分配</p><p>　　2.3導(dǎo)電桿部件的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 導(dǎo)電桿部件的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　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

60、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

61、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。</p><p>　　圖2-7 導(dǎo)電桿及相關(guān)零部件裝配</p><p>　　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</p><p>　　6-下

62、軸承套 7-防塵蓋 8-下導(dǎo)電桿 9-導(dǎo)電嘴</p><p>　　2.3.2 軸承的選用與安裝</p><p>　　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)已有的類似機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[3][1

63、9]，選用中載系列調(diào)心球軸承，1200 (GB/T 281-1994)。</p><p>　　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。</p><p>　　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

64、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。</p><p>　　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)

65、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。</

66、p><p>　　2.4檢測(cè)裝置的選定與安裝</p><p>　　2.4.1 電弧掃描位置與轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法</p><p>　　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。</p><p>　　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

67、未真正采用。一般傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置采用光電碼盤與光耦，如圖2-8所示。這種檢測(cè)裝置包括一個(gè)編碼盤和兩個(gè)光耦。其中，編碼盤外圈銑出矩形齒槽，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Ⅰ的光路可以通過(guò)所有齒槽，光耦Ⅱ的光路只能通過(guò)深齒槽。編碼盤安裝在電機(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)，稱為分度脈沖信號(hào)，從兩個(gè)光耦獲得的分度脈沖信號(hào)

68、分別稱為信號(hào)Ⅰ與信號(hào)Ⅱ。信號(hào)Ⅰ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)Ⅱ的周期即回轉(zhuǎn)周期，將上一次光耦Ⅱ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)Ⅰ的平均周期即上一次光耦Ⅱ的光路通過(guò)齒槽后轉(zhuǎn)過(guò)的角度。由此，通過(guò)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。</p><p>　　圖2-8 傳統(tǒng)的檢測(cè)裝置</p><p>　

69、　1-光耦Ⅰ 2-編碼盤 3-光耦Ⅱ</p><p>　　2.4.2 分體式安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器</p><p>　　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。</p><p>

70、;　　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以內(nèi)，形式多樣，適用于多種有一定檢測(cè)精度要求的場(chǎng)合。</p><p&g

71、t;　　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)。</p><p>　　圖2-9 分體式安裝的編碼器</p><p>　　1-編碼盤 2-編碼器</p><p>　　同

72、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)裝置類似的方法安裝，唯一不同的是編碼盤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似于“一面兩短銷”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。編碼盤與編碼器的軸向定位可以在編碼盤與空心軸的裝配時(shí)進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>

73、　　2.5偏心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.5.1 偏心方案的確定</p><p>　　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

74、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。</p><p>　　偏心量的調(diào)節(jié)方法為：</p><p>　　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，再將緊定螺釘擰緊。</p>

75、<p>　　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。</p><p>　　圖2-10 偏心機(jī)構(gòu)</p><p>　　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</p>

76、<p>　　8-平衡塊 9-緊定螺釘 10-彈簧 11-導(dǎo)電桿 12-軸承套</p><p>　　圖2-11 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　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。</p><p><b>　　計(jì)算自由度：</b></p><p>　　1）調(diào)節(jié)

77、時(shí)的機(jī)構(gòu)自由度</p><p>　　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Ⅳ級(jí)副，圖中未注。</p><p>　　2）鎖緊時(shí)的機(jī)構(gòu)自由度</p><p>　　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</p><p><b>　　符

78、合鎖緊要求。</b></p><p>　　偏心機(jī)構(gòu)的可調(diào)節(jié)性校核計(jì)算：</p><p>　　偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受力圖如圖2-12 (a) (b) 所示，F(xiàn)l為調(diào)節(jié)螺釘對(duì)鋼球的作用力，F(xiàn)k為彈簧力。為使計(jì)算方便，將軸承套部件定為機(jī)架。</p><p>　　圖2-12 偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受力圖</p><p>　　1）當(dāng)滑塊向下移動(dòng)時(shí)，受力情況如

79、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。得方程</p><p>　　調(diào)節(jié)螺釘退出過(guò)程中，可視為Fl = 0 ，于是</p><p><b>　　機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)。</b></p><p>　　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</p><p&g

80、t;<b>　　分析滑塊，得</b></p><p><b>　　于是</b></p><p>　　由于N2 > Fk，故機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.5.2 偏心機(jī)構(gòu)的平衡</p><p>　　偏心機(jī)構(gòu)使導(dǎo)電桿的質(zhì)心發(fā)生偏離,會(huì)產(chǎn)生不平衡慣性力，增加機(jī)構(gòu)所受載荷，并使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大振動(dòng)

81、。雖然偏心量?jī)H為若干毫米，對(duì)機(jī)構(gòu)本身的影響并不大，但若能夠得到解決，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更為有利。本設(shè)計(jì)中不適合增設(shè)飛輪，故嘗試采取增設(shè)平衡質(zhì)量塊的方法。</p><p>　　平衡塊的位置如圖3-10所示，安裝在軸承套上、與偏心方向異測(cè)的位置上。由于調(diào)心軸承基本位于導(dǎo)電桿部件的中點(diǎn)位置，故其質(zhì)心可視為與導(dǎo)電桿重合。于是，偏心機(jī)構(gòu)的平衡方案可簡(jiǎn)化為圖2-13所示。</p><p>　　圖2-13 偏心

82、機(jī)構(gòu)的平衡方案</p><p>　　查手冊(cè)[25]得調(diào)心球軸承軸承質(zhì)量，</p><p>　　查手冊(cè)[26]得紫銅密度，</p><p><b>　　估算體積 ，</b></p><p><b>　　計(jì)算質(zhì)量</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，取偏心量r1 = 1.5

83、 mm ,r2 = 20 mm ，靜平衡方程</p><p><b>　　帶入數(shù)值，得</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的平衡塊允許厚度為3 mm ，沿軸向長(zhǎng)度11 mm ，估算體積，材料為黃銅，密度，則實(shí)際平衡質(zhì)量</p><p>　　平衡效果并不明顯，亟待改進(jìn)。</p><p><b>　　2.6外殼的設(shè)

84、計(jì)</b></p><p>　　2.6.1 外殼總體設(shè)計(jì)</p><p>　　外殼總體設(shè)計(jì)如圖2-14所示，在機(jī)構(gòu)功能部分總體分配的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化：上蓋內(nèi)安裝上調(diào)心球軸承與上軸承套，編碼器固定蓋在上蓋與主腔體之間，用于固定編碼器與防轉(zhuǎn)擋塊，主腔體與中腔外殼（偏心機(jī)構(gòu)腔）之間為電機(jī)固定蓋，用于固空心軸電機(jī)，集氣套與下蓋采用螺紋連接，并且在其外圓柱表面加工滾花，使其便于拆裝，這樣

85、可以方便地對(duì)易受焊接飛濺、揚(yáng)塵沾染部分進(jìn)行清潔，并且便于更換導(dǎo)電嘴。</p><p>　　主體部分（上蓋部分、主腔體、偏心機(jī)構(gòu)腔）外殼的裝配，使用4個(gè)M6螺釘將上蓋、編碼器固定蓋、主腔體、電機(jī)固定蓋及中腔外殼連接起來(lái)，從上蓋一端穿入，擰入中腔外殼端面對(duì)應(yīng)位置的螺紋孔中?？紤]到這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，各部件的偏差累積，在裝配時(shí)，使用調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　下腔部分（冷卻水腔、保護(hù)氣腔

86、）由于存在密封問(wèn)題，與主體部分安裝方式不同。先將下腔內(nèi)管用6個(gè)帶絕緣套的螺釘安裝在中腔外殼的端面上，再將通水腔外殼與通氣腔外殼順次套裝在下腔內(nèi)管上，用鎖緊螺母鎖緊，然后將通氣套管裝入下腔內(nèi)管中，用3個(gè)帶絕緣套的螺釘將下蓋安裝到通氣腔外殼的端面上，最后安裝集氣套。</p><p>　　圖2-14 外殼總體設(shè)計(jì)</p><p>　　1-上蓋 2-編碼器固定蓋 3-主腔體 4-電機(jī)固定蓋 5-中

87、腔外殼 6-通水腔外殼 7-下腔內(nèi)管</p><p>　　8-通氣腔外殼 9-下蓋 10-通氣套管 11-集氣套</p><p>　　處于減少機(jī)構(gòu)總體重量的考慮，外殼宜采用密度較小、價(jià)格相對(duì)低廉的鑄鋁或硬鋁。但鋁的熔點(diǎn)較低，耐熱性差，不適合用于靠近焊接電弧的零部件。另一方面，焊接工件一般為鋼鐵材料，飛濺的金屬液容易與同樣的材料緊密粘連，因此焊接電弧附近不宜安裝鋼鐵材料的零部件。此外，下腔內(nèi)

88、管需要有較好的導(dǎo)熱性，便于冷卻水帶走熱量?；谏鲜隹紤]，選用機(jī)械性能優(yōu)良、熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好的黃銅作為集氣套、下蓋、下腔內(nèi)管及下蓋固定螺釘?shù)牟牧稀?lt;/p><p>　　2.6.2 通水方式</p><p>　　本設(shè)計(jì)的冷卻方式主要采取高壓冷卻水循環(huán)方式，同時(shí)，保護(hù)氣體也具有一定的冷卻作用，但冷卻效果不如水冷明顯。</p><p>　　通水方式如圖2-15所示。通水管穿

89、過(guò)主體部分外殼，以管螺紋與中腔外殼同樣加工了管螺紋的通孔配合，采用常用的聚四氟乙烯密封帶進(jìn)行密封。中腔外殼上的通孔與通水腔相連。通水腔由通水腔外殼、下腔內(nèi)管與中腔外殼的端面構(gòu)成。工作時(shí)，高壓冷卻水通過(guò)通水管、中腔外殼，進(jìn)入通水腔。同樣的，通水腔里的水，通過(guò)中腔外殼、通水管流出。</p><p>　　圖2-15 通水方式</p><p>　　2.6.3 通氣方式</p><

90、;p>　　通氣方式如圖2-16 (a) 所示。通氣管的安裝方式與通水管類似，穿過(guò)主體部分外殼，以管螺紋與中腔外殼加工了管螺紋的通孔配合，采用常用的聚四氟乙烯密封帶進(jìn)行密封。中腔外殼上的通孔與通水腔外殼上的通氣管路相連，再與通氣腔相連。通氣腔由通氣腔外殼、下蓋、下腔內(nèi)管以及通氣套管構(gòu)成。工作時(shí)，保護(hù)氣依次通過(guò)通氣管、中腔外殼上的通孔、通水腔外殼上的通氣管路，進(jìn)入通氣腔，再通過(guò)通氣套管上的3個(gè)均布孔進(jìn)入集氣套內(nèi)，通往焊接點(diǎn)。</

91、p><p>　　圖2-16 通氣方式</p><p>　　保護(hù)氣體的均勻分配主要依靠通氣套管來(lái)實(shí)現(xiàn)。通氣套管如圖2-16（c）所示，采用非金屬材料聚四氟乙烯樹(shù)脂，也可使用石棉發(fā)泡材料。通氣套管與下腔內(nèi)管使用耐熱膠粘劑粘接。通氣套管上3個(gè)均布圓弧槽與下蓋內(nèi)的錐孔形成通氣通道使保護(hù)氣體通過(guò)。在裝配時(shí)，通氣套管與下蓋之間存在一定間隙，這并不影響保護(hù)氣的正常通入。</p><p&g

92、t;　　2.7絕緣與密封設(shè)計(jì)</p><p>　　在上文旋轉(zhuǎn)電弧傳感器各部分的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)提到了一些絕緣與密封的相關(guān)設(shè)計(jì)，鑒于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器絕緣與密封的重要性，在這里作出詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　2.7.1 絕緣設(shè)計(jì)</p><p>　　旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的絕緣主要是導(dǎo)電桿部件與其它零部件之間的絕緣以及靠近焊接點(diǎn)的零部件與其它零部件之間的絕緣。其中，導(dǎo)電桿部件與其

93、它零部件的絕緣采用絕緣軸承套以及絕緣材料制造的防轉(zhuǎn)擋塊解決，其具體形式已在前文中詳細(xì)敘述，此處不再贅述。</p><p>　　靠近焊接點(diǎn)的零部件與其它零部件之間的絕緣。這類絕緣主要是為了防止飛濺的帶電金屬液使帶電工件與旋轉(zhuǎn)電弧傳感器之間產(chǎn)生瞬間強(qiáng)電流，影響其正常工作，甚至導(dǎo)致其損壞。為便于設(shè)計(jì)分析與說(shuō)明，將靠近焊接點(diǎn)的零部件分為如下等級(jí)：</p><p>　　1級(jí)：受到大量飛濺影響的零部件

94、。這類零部件靠近焊接電弧，受飛濺影響的概率極大。</p><p>　　2級(jí)：可能受到飛濺影響的零部件。這類零部件與焊接電弧之間有一定的距離，受上升氣流影響大，并且靠近導(dǎo)電桿，上升氣流夾帶的金屬塵埃可能會(huì)使導(dǎo)電桿與該零部件之間產(chǎn)生瞬間電流，影響旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的正常工作，但其發(fā)生概率與危害程度遠(yuǎn)小于1級(jí)的情況。</p><p>　　需要說(shuō)明的是，與某一級(jí)別的零部件有直接裝配關(guān)系的金屬零部件也應(yīng)

95、劃歸該級(jí)別。為便于說(shuō)明，將其它零件定義為3級(jí)零件。</p><p>　　根據(jù)上述規(guī)定，劃歸1級(jí)的零件為：集氣套、上蓋；劃歸2級(jí)的零件為：下腔內(nèi)管、通氣腔外殼、通水腔外殼、壓緊螺母以及用于固定下蓋的螺釘。1級(jí)零件與2級(jí)零件的分布如圖2-17所示，這樣，1級(jí)零件與2級(jí)零件之間需要絕緣，2級(jí)零件與3級(jí)零件之間需要絕緣。</p><p>　　圖2-17 需要絕緣的零件分布</p>&

96、lt;p>　　本設(shè)計(jì)中，1級(jí)零件與2級(jí)零件之間通過(guò)螺釘連接，由于螺釘為金屬零件，傳統(tǒng)的螺釘連接方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)被連接件之間的絕緣，故采取圖2-18所示的方式，完全隔絕螺釘與零件Ⅰ的直接接觸。在2級(jí)零件與3級(jí)零件之間的絕緣中，下腔內(nèi)管與中腔外殼的裝配也采用了這種螺釘連接方式。</p><p>　　圖2-18 螺釘連接的絕緣設(shè)計(jì)</p><p>　　1-螺釘 2-絕緣套 3-零件Ⅰ 4

97、-絕緣蓋板 5-零件Ⅱ</p><p>　　2級(jí)零件與3級(jí)零件間的絕緣，包括下腔內(nèi)管與中腔外殼的裝配、通水腔外殼與中腔外殼的裝配，以及下腔內(nèi)管內(nèi)壁的絕緣。其中，通水腔外殼與中腔外殼的裝配采用絕緣膠墊進(jìn)行絕緣，下腔內(nèi)管內(nèi)壁的絕緣則利用通氣套管進(jìn)行絕緣。</p><p>　　2.7.2 密封設(shè)計(jì)</p><p>　　旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的密封同樣可以分為兩個(gè)級(jí)別：通水密封與

98、通氣密封。通水密封的要求較高。由于冷卻水壓力較高，并且導(dǎo)電，一旦泄漏將極易造成短路，損壞電機(jī)與編碼器，并稀釋軸承潤(rùn)滑脂。同時(shí)，高壓冷卻水通過(guò)泄漏狹縫時(shí)產(chǎn)生的噴射現(xiàn)象還可能造成其它外部設(shè)備的損壞。因此，通水密封絕對(duì)不允許泄漏。通氣密封的要求相對(duì)較低，這主要是由于保護(hù)氣泄漏對(duì)其它零部件的危害很小，但會(huì)減小通達(dá)焊接點(diǎn)的保護(hù)氣壓力，降低氣體保護(hù)的效果。</p><p>　　圖2-19 密封部位示意圖</p>

99、<p>　　本設(shè)計(jì)中需要密封的部位如圖2-19所示，通水密封采用橡膠密封墊片與橡膠密封墊圈，并在其余細(xì)小接縫處涂耐熱密封膠，通氣密封則直接采用耐熱密封膠密封。通水管與通氣管安裝的密封設(shè)計(jì)已在前文中詳細(xì)敘述，不再贅述。</p><p>　　2.8其它零部件的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.8.1 集線蓋與接地裝置</p><p>　　根據(jù)前文的設(shè)計(jì)，空心軸電

100、機(jī)與編碼器安裝在主腔體中，其接線需要以一種合適的方式引出，并且不能干擾電機(jī)與編碼器的正常工作。因此，需要在主腔體上增設(shè)專門的集線裝置。本設(shè)計(jì)中，采用如圖2-20所示的集線蓋方案。具體為，在主腔體側(cè)面靠近編碼器固定蓋的位置開(kāi)設(shè)一矩形孔，并用螺釘安裝一個(gè)集線蓋。電機(jī)接線與編碼器接線分別通過(guò)集線蓋上的兩孔接出，在調(diào)整好接線的長(zhǎng)度與松緊之后，用塑料卡環(huán)將接線固定在集線蓋上。其中，電機(jī)接線與編碼器接線從兩孔分別接出，是出于防止電源線對(duì)信號(hào)線干擾的

101、考慮，在條件允許的情況下，可以在電機(jī)接線端并聯(lián)一個(gè)一定容值的電容器，以進(jìn)一步消除這種干擾。矩形孔尺寸以使分體式編碼器的編碼器讀取部分順利穿過(guò)為準(zhǔn)，更加便于分體式編碼器的安裝。</p><p>　　圖2-20 集線蓋方案</p><p>　　1-集線蓋 2-螺釘 3-墊圈 4-主腔體 5-接地螺釘</p><p>　　最初設(shè)計(jì)的集線蓋為塑膠制品，若在市場(chǎng)上找不

102、到成品，則需要設(shè)計(jì)專門的模具來(lái)制造，只適用于大批量的生產(chǎn)規(guī)模。對(duì)于小批量的生產(chǎn)規(guī)模，采取如圖2-21所示的備選方案，以鑄鋁為材料，加工精度要求不高，可以方便地鑄造與機(jī)加工。安裝時(shí)，在調(diào)整好接線的長(zhǎng)度與松緊之后，可采用螺母式的卡套來(lái)固定接線。</p><p>　　圖2-21 集線蓋備選方案</p><p>　　為了進(jìn)一步優(yōu)化編碼器與空心軸電機(jī)的工作條件，對(duì)主腔體采取接地措施。在集線蓋旁加工一

103、螺紋孔，擰入一個(gè)銅螺釘作為接地螺釘，用于連接導(dǎo)線，如圖2-20所示。</p><p>　　2.8.2 安裝設(shè)計(jì)</p><p>　　旋轉(zhuǎn)電弧傳感器需要安裝在弧焊機(jī)器人的手臂上，導(dǎo)電嘴一端向下，上蓋一端向上，一般采取螺紋連接方式安裝。通過(guò)對(duì)南昌大學(xué)的弧焊機(jī)器人進(jìn)行測(cè)量，得螺紋孔的定位尺寸如圖2-22所示，四個(gè)M4螺紋孔在外殼柱面上呈陣列分布，孔軸線過(guò)旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的軸心，周向夾角，軸向距離3

104、6mm,宜加工成盲孔，也可以加工成通孔。</p><p>　　圖2-22螺紋孔的位置</p><p>　　為防止旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的裝配誤差影響其在弧焊機(jī)器人手臂上的安裝，這4個(gè)螺紋孔應(yīng)設(shè)計(jì)在同一零件上，通過(guò)機(jī)加工保證其位置精度。在本設(shè)計(jì)的外殼零件中，只有主腔體符合加工這4個(gè)孔的軸向尺寸要求。主腔體位于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的中偏上位置，安裝后，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的重心基本位于4個(gè)螺釘之間偏下位置，有利于

105、弧焊機(jī)器人手臂的移動(dòng)。</p><p>　　2.8.3 修配方案設(shè)計(jì)</p><p>　　為了在不拆開(kāi)外殼的情況下調(diào)節(jié)偏心量，需要在偏心腔體上開(kāi)設(shè)修配窗口。根據(jù)本設(shè)計(jì)的偏心機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方式，設(shè)計(jì)修配窗口的形式如圖2-23（a）所示。</p><p>　　圖2-23 修配方案</p><p>　　1-主修配蓋 2-偏心腔體 3-副修配蓋<

106、/p><p>　　為了使偏心量的調(diào)節(jié)能夠方便快捷，設(shè)計(jì)一主一副兩個(gè)修配窗口。主修配窗口孔徑較大，主修配蓋通過(guò)螺紋安裝在主修配窗口上；副修配窗口孔徑較小，副修配窗口以一個(gè)十字槽盤頭螺釘代替，安裝在副修配窗口上。</p><p>　　調(diào)節(jié)時(shí)，旋開(kāi)兩個(gè)修配蓋，用任意通用工具撥動(dòng)偏心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到合適的位置。工具伸入主修配窗口調(diào)節(jié)偏心量，伸入副修配窗口鎖緊偏心機(jī)構(gòu)。當(dāng)緊定螺釘軸線與副修配蓋軸線相重合時(shí)，調(diào)節(jié)

107、螺釘?shù)妮S線位置如圖2-23（b）所示。顯然，該修配方案可以實(shí)現(xiàn)偏心量的方便快捷的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2.9設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求與實(shí)際裝配情況，并借鑒其它旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：</p><p>　　外徑：總長(zhǎng)：</p><p

108、>　　額定旋轉(zhuǎn)頻率：額定輸出功率</p><p>　　導(dǎo)電嘴最大偏心半徑量：偏心機(jī)構(gòu)最大偏心半徑量</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　3.1課題設(shè)計(jì)過(guò)程總結(jié)</p><p>　　本設(shè)計(jì)完成了對(duì)各零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，保證了旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的順利裝配與正常使用。</p&

109、gt;<p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，參考了其它形式的旋轉(zhuǎn)電弧傳感器，借鑒了部分結(jié)構(gòu)形式或考慮細(xì)節(jié)，對(duì)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較大幫助。在空心軸電機(jī)以及編碼器的選用中，采取網(wǎng)上查找的方式，較為高效地尋找到合適或相關(guān)的元器件，由于本設(shè)計(jì)中的空心軸電機(jī)與編碼器均需要進(jìn)行改型，而網(wǎng)上公布的元器件說(shuō)明書(shū)信息量有限，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中向部分廠家進(jìn)行了電話咨詢，確定了改型的可行性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中存在一定量需要