第一章绪论近年来，伴随着生产和技术的发展，机电一体化有了很大的发展,自动涂胶机在我国机械设备的装配与维修中得到了广泛的应用，不仅提高了劳动生产率，同时也节省了能源和材料。

尤其是汽车行业，对汽车零部件的结合面有一定的密封性要求,其结合面都需要涂胶，涂胶的精度对汽车的性能至关重要，自然对自动涂胶机提出了更高的要求。

以往涂胶都是依靠工人的手工来完成，涂胶的效率极低，而且很难保证涂胶的均匀性和胶体的厚度。

自动涂胶机既能保证涂胶的均匀性又能有效的节省材料，大大提高了工作效率和工作质量，减少了工人的劳动强度。

因此针对不同的工作需要,自动涂胶机可以采用框架式机器人或多自由度机器人来实现对结合面进行涂胶，同时，这项技术的应用也意味着每天给国家企业带来巨大的经济效益。

本次设计的目标是为第一汽车集团设计一台自动涂胶的设备（轴承座与减速器间的密封圈）使它能在实现日常工作目的的基础上，尽量使机械结构合理的简化，降低成本，增加其实用性和性价比。

此机构采用框架式机械手操作机，由步进电机作为驱动装置,X,Y轴联动可合成各种平面的各种曲线,XYZ轴联动并可合成空间曲线或直线(但必须考虑胶的流动)。

,保证系统可靠性及涂胶精度的前提下降低造价,提高性能/价格比。

本次设计的自动涂胶机硬件控制采用的是MCS-51单片机进行三坐标联动运动进行控制，通过汇编语言编程来实现涂胶机的X向、Y向、Z向运动的数据量，来控制涂胶的速度和均匀性。

随着数控技术、机电行业的不断发展及对机器性能的高要求，自动涂胶机一定会有着更广泛的应用前景。

第二章自动涂胶机的总体结构设计一、设计任务和内容设计一台自动涂胶机，对汽车密封圈进行自动涂胶，利用步进电机进行驱动控制，保证涂胶的范围、速度和均匀性。

1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。

2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。

3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。

4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。

二、设计要求机械部分要考虑整体布局，工作行程要能满足要求，传动装置要平稳且准确，还要兼顾速度，另外需考虑经济性，该设备要求成本低，尽量选用标准件，减少额外的工作量。

设备的使用寿命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小时，载荷持续率为90%，需要批量生产。

电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。

由于涂胶属于轻载荷工作。

对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。

设计电路控制电机的运转和方向以达到设计要求。

执行程序要考虑到不同拐点处涂胶量问题，可通过改变X、Y向运动速度调节也可单一Z向运动调节，以保证涂胶均匀，此次设计采用后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。

三、自动涂胶机总体方案的拟定结构的详细说明：由于涂胶过程中存在拐点涂胶量的控制，本设计采用了在X.Y 向运动速度不改变的前提下，调整Z向挤胶活塞速度的方式，三向运动的形式不尽相同，所以共用了三个电机，通过程序控制分别做相应运动，来保证涂胶的厚度和均匀性。

方案框图机械部分电路部分涂胶轨迹涂胶的量Z 向是用来控制出胶的量的，且要求传动平稳，故选用丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁能力，可保证涂胶的厚度和均匀性。

通过改变Z 向丝杠螺母的转速，以保证Z 轴的升降速度，来达到涂胶的要求。

由于X ，Y 向运动要求平稳、准确，所以采用了滚珠丝杠传动，滚珠丝杠传动效率高、刚度好、传动精度高且使用寿命长。

导向机构承载大，且需要平稳，所以X 、Y 向采用滚动导轨，滚动导轨承载较大，且导向准确。

为了满足传动比和结构简化的要求，采用齿轮系统进行变速，齿轮的结构紧凑、工作可靠、寿命长且传动比稳定。

四、 自动涂胶机的主要技术参数1、每一工件涂胶时间：15s---20s2、胶型：东泰严氧平面密封胶51s3、步进电机型号： X.Y 取70BF003 Z 取55BF0034、步进电机相数： 3相5、步进电机拍数： 6拍6、步进电机步距角：αx=3º αy=3º αz=1.5º7、步进电机电压： X 向，Y 向用DC27VZ 向电机 用DC27V8、步进电机电流：X 向.Y 向 3.0AZ向 3.0A9、步进电机最大静转距：X向，Y向电机0.784Nm Z向电机0.49Nm保持转距： X向，Y向0.646Nm，Z向0.3Nm10、步进电机空载起动频率：X向，Y向1800ppsZ向 3100pps运行频率： X向，Y向1800HzZ向1600Hz11、步进电机的重量：X向，Y向 1.2kgZ向 0.8kg第三章自动涂胶机机械部分设计一、总体结构设计考虑到整个机构的平衡性，故将承载夹持部分的弯臂方向与Y向电机在一条线上。

因为胶棒的夹持严格要求对心，故选用了V行块来设计夹具，具体结构如下图：涂胶机装置传递要求精度很高，为了使涂胶机的结构简单，齿轮间隙的调整采用偏心轴套进行消隙，滚珠丝杠增加了紧定螺钉，消除了轴向间隙，同时与键配合下也消除了周向间隙。

具体结构框架如下图：二、传动装置设计（一）、电机和连轴器的选取1、Z 向电机的选取：电机的选取原则是满足精度要求即步距角，满足输出功率要求即转矩问题。

步距角：︒=⨯⨯=⨯⨯=5.12/1008.0360/360t i δα其中： 脉冲当量δ=0.008 I=1.0其中 电机的型号55BF003电机的参数如下：相数 步距角 电压 相电流 最大静转矩 最高空载启动频率3 1.5/3 27 3 0.686 1800转子转动惯量 质量 外径Φ 长度 轴径0.617×105kgm 2 0.83 55 70 6因为密封圈的密封性要求很高，每次出胶的量不是很多，所以挤胶力不是很大，故选用步距角为1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，挤胶的力度一般在1N ～25N 之间，选用保持转距为0.686N·m 的55BF003型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择55BF003型号的步进电机，就能满足设计的要求。

Z 向连轴器的选取：由于z 向电机的输出轴的轴径为Φ6为了使其结构简单且拆装方便，故采用过盈配合套筒连轴器，采用高压油膨胀的方式使V 型套筒发生轴向窜动使两轴连接在一起，具体结构如图所示：2、X向电机的选取：中拖板和上拖版加上涂胶装置总重量<=50Kg,则滚珠丝杠上的平均工作载荷为=490/3N取螺旋角偏大点，设λ=3.20则受力分析如下图：Fm设周向分力为xN,则：tanλ=490/3⨯tan3.20=9.13Nx=Fm⨯(D/2)⨯x=30/2⨯10-3⨯9.13=0.137N·m以上取值都是取最大可能值，实际值一定比0.137N·m小得多，为了安全起见，故选用70BF003型号，保持转距为0.784N·m的步进电机。

3、Y向电机的选取：Y向电机的选取也需要满足扭矩的大小，以保证丝杠的正常运转。

由于密封圈是圆形工件，可选用同一型号的电机就能满足涂胶的精度。

且更有利于电路的控制，程序的编制也更加方便。

（二）、滚珠丝杠及丝杠螺母的选取传动机构要满足传动精度的要求，还要满足高速、低噪声和可靠性。

所以我选择了滚珠丝杠。

因为滚珠丝杠具有传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的特点。

1、X 向滚珠丝杠的选取：由设计的尺寸和材质选取可计算出Y 向传动滚珠丝杠要带动重量为50×9.8=490N 的重物做水平直线进给运动，则平均工作载荷Fm=1/3Mg=490/3N.丝杠工作长度L=150mm.平均转速n m =200r/min,使用寿命L h =15000h.丝杠材料为CrWMn 钢，滚道硬度为58～62HRC 传动精度要求：σ=±0.03 mm.（1） 则计算载荷Fc ：F c =K F K H K A K m =1.2*1.0*1.1*500=660(N)K F ——载荷性质系数，取1.2介于无冲击，平稳运转和一般运转之间。

K H ——滚道实际硬度HRC>=58HRC 取1.0。

KA ——精度等级 取1.1。

（2） 额定动载荷计算值（Ca'）Ca'=F c ×3410 ×nmLn/1.67N nmLn Fc Ca 32741067.1105.12006601067.1/44343=⨯⨯⨯=⨯=Lh ——额定寿命m n ——平均转速（3） 根据 Ca' 选择滚珠丝杠副，假设选用F C1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或大于Ca'的原则，故选以下型号规格：FC1 —2005—2.5和FC1—2004—2.5.考虑到各种因素，最后选用FC1—2005—2.5。

FC1—2005—2.5滚珠丝杠副数据为：公称直径 D 0=20mm导程 P=5mm螺旋角 λ=4o33ˊ滚珠直径 d 0=3.175mm滚道半径 R=0.52d 0=1.651mm偏心距 e=0.707(R-d 0/2)=0.004445mm丝杠内径 d 1=D 0+2e-2R=16.7869mm（4）稳定性验算1、临界载荷 Fcr=π²EIa/(ul) ²=1.09×1010安全系数S=Fcr/Fm>[S],丝杠是安全的，不会失稳。

2、临界转速ncr=9910×fc ²d1/(ul) ²=81076.1⨯r/minmax cr n n >所以丝杠不会共振。

3、此外丝滚珠丝杠还受D0n 值的限制D0n=20×200=4000mmr/min<70000 mmr/min所以丝杠副工作稳定。

（5）效率验算滚珠丝杠副的传动效率η为：η=tg λ/tg （λ+ρ）=tg （4o 33ˊ）/tg （4o 33ˊ+4o 40ˊ）=94.8%ρ——摩擦角所以FC1-2005-2.5各项性能均符合要求，可选用。

2、Y 向滚珠丝杠的选取：由于Y 向滚珠丝杠的工作载荷要比X 向滚珠丝杠小些，故用同一型号滚珠丝杠能满足传动要求。

3、Z 向传动机构的选取由于Z 轴控制出胶的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证胶棒不漏胶所以Z 轴需要具有自锁功能。

所以我选择了丝杠螺母传动系统。

使其保证系统的稳定性。

丝杠螺母的设计与自锁验算：丝杠螺母的螺距为2mm公称直径为18mm螺母的高度为H=ψd 2=2.54518=⨯ψ取2.5 整体式旋合圈数 n=H/P=45/4=11.2512〈螺纹的工作高度： h=0.5P=0.5⨯4=2螺牙根部宽度 b=0.65P=0.65mm 6.24=⨯工作比压P=F/=⨯⨯⨯=11218/32ππhn d 0.0024MP自锁的验算：︒=︒==73.42/30cos /08.02/cos /arctg arctgf v αρ导程角︒=⨯==02.218/2/2ππarctg d arctgs r ︒〈=73.4所以丝杠螺母可以自锁。