摘 要
本研究课题设计一种基于超声波技术的焊接圈芯自动上料检测分拣装置的机械结构，其发展的基础为钢丝圈实验台。该装置采用XYZ三向坐标桁架结构，实现对工件的抓取及搬运工作。抓取机构主要通过气缸驱动气动手爪实现抓取工件的工作。
本次设计内容主要是通过Solidworks软件完成对整体装置的结构设计，并对关键零部件进行设计、计算、强度校核以及通过Ansys软件对其进行有限元分析。对桁架三向传动进给机构和气动手爪进行详细设计计算，传动采用齿轮齿条的方式，对工件的夹取及固定采用了气动手爪的方式，对主要驱动传动件进行了设计计算和尺寸校核，进行了三维建模，绘制了二维图，撰写了设计说明书。
关键词：桁架；无损检测；焊接圈芯；夹具
第1章 绪 论
1.1 课题背景及研究目的和意义
本文的研究课题是由科技部专门立项的，笔者将利用先进的超声波检测技术，针对子午线的航空轮胎焊接圈芯存在的相关问题进行深入探讨和研究，该课题的主要研究需要符合绿色和无辐射的观念要求，进行子午线航空轮胎焊接圈芯的无损检测。
作为飞机最核心的部件，子午线航空轮胎的质量是否过关决定着飞机起降的安全性，为了确保起飞降落的安全提升子午线航空轮胎的性能显得尤为重要。在子午线航空轮胎的组成构件中，“钢圈”起到关键的核心作用，其质量的优劣能够直接影响航空轮胎的性能。对此，我国目前的研究方向对标国际标准，基于国外先进的制作工艺，对于子午线航空轮胎的研发采用的是，把较细的钢丝在圆形横截面圈芯的基础上螺旋拧制而成的钢圈，这种钢圈的优势明显，已经被推广使用，在此背景下，我国在该领域实现了技术的革新，掌握了使用电阻焊进行高性能的钢圈和圈芯的工艺和制造方法，并且在检测技术上也取得了较大的科研成果，基于“X射线”的检测技术，能达到对焊接质量全方位检测的目标。
“X射线”检测技术的应用优点十分明显被广泛的应用于工业设计的无损检测当中，“X射线”成像具有直观性，并且能够进行精准的定性和定位分析，同时方便复核检查存档。但是，随着目前对于无损检测的要求增高，需要符合绿色环保的发展理念，而利用“X射线”进行检测时极容易造成辐射，对周围环境的污染较大，而且“X射线”检测技术还存在检测成本较高的问题，对于发展可持续的绿色制造工业十分不利。
在此背景下，本文将在无损检测技术上进行技术革新，采用超声无损检测技术替代“X射线”检测技术，由于超声波能够根据声阻抗材料的不同发生发射、折射，从而对工业部件的尺寸和表面以及内部缺陷进行精准的检测。对于超声无损检测技术还具备以下优点，首先是应用范围广，其次检测的灵敏度很高、速度快，除此之外，超声无损检测还具备环保的优势，能够切实的降低检测成本。基于此，本研究将采用超声无损检测技术，进行子午线航空轮胎所使用的钢圈圈芯焊接质量绿色无损检测，针对检测的相关问题设计出一套自动上下料的检测分拣装置。
1.2 自动上料检测分拣装置的研究现状
1.2.1 超声波无损检测概述
关于无损检测的内涵，英文名称——Non-destructive Testing and Evaluation，以下简称（NDT&E），具体检测原理是基于不破坏进行检测的工业部件所具备的应用性能的前提下，采用声或光磁或电，将被检工件的缺陷大小和位置以及性质等情况精准的反映出来，并且通过这些数据对被检工件的质量精准分析，优选出具备安全性和可靠性的部件[1,2]。
目前在航空航天、铁路、造船等工业生产制造中都广泛的采用了无损检测技术，基于该技术能够保障材料质量的安全性和有效的检测，为工业的发展带来显著的经济效益。
在无损检测领域，可以利用超声波进行超声波无损检测，具有不可比拟的优势，已经成为工业发展过程中广泛应用的方法，由于超声波可以在不同的被检材料中进行传播，根据声波的变化情况，定义所探测的材料具有的性能以及结构变化。因此，总结出了超声波用于无损检测的4个方面的优点：
1、适用的被检测材料的范围很广，除了金属材料外，还可进行非金属材料部件和复合材料部件的无损检测。
2、超声波的波长较短，同时超声波具有较强的穿透力，和良好的方向性，能够精准定位被检测材料的缺陷，穿透深度足够。
3、超声波无损检测可以避免辐射对人体和周围环境带来的污染和危害。
4、真正的做到无损检测，超声波作用力在弹性极限范围内不会对被检测工件造成损害。
1.2.2 无损检测的国内外研究现状
关于无损检测的研究，国外最早是在二十世纪20—30年代开始了超声波检测技术的研究。第一台超声波检测仪器是由苏联的科学家Sokolov在1929年根据连续超声波的穿透法原理研发的。该技术发展至二战期间，取得了不小的进步，英国和X先后于1944年和1946年成功的研发出了“A型脉冲”发射式超声波的探伤仪器。直到1950年中后期，世界发达国家已经越来越多的将“A型脉冲反射式”超声波探伤仪应用于机械、钢铁、轮船制造等工业中[5]。二十世纪六十年代以后，利用超声波进行检测的技术有了新的突破，将电子技术和电子元器件应用到了检测装置中。接着，德国的KK公司在1964年成功的将小型超声检测设备研发出来，标志着近代超声探伤技术的建立[6]。德国的KK公司于二十世纪八十年代利用计算机技术开启了数字式超声检测装置的研制，基于大规模集成电路的快速发展促进了便携式数字化超声波探伤仪—USDI型的诞生，它的问世代表着超声检测逐渐迈向数字化[7]。
当前国外超声无损检测行业的领头公司是X的METEC公司和德国的KK公司以及西班牙的TECHATOM公司，它们在成像采集和分析方面实现了超声波检测仪器在技术上的领先[4]。
我国关于超声检测的研究是在上世纪五十年代开始的，将国外先进的模拟超声检测设备引进国内，在工业生产中得到大量的应用。八十年代初期，我国在超声波无损探伤设备的研究方面取得了一系列的研究进展，实现了测量精度和动态监测范围提升等技术变革，综合指标大大提升[6]。到八十年代末期，我国也随着计算机技术和大规模的集成电路的飞速发展进入了数字化工业发展阶段，数字化超声检测装置也随之问。目前，在超声检测装置领域，我国行业领先的公司有中科院武汉物理研究所、汕头超声研究所、南通精密仪器有限公司、鞍山美斯检测技术等，该领域也与国际发达国家接轨朝着数字化、智能化的方向发展。除此之外，我国还将国外最新的检测技术和先进设备引入到国内大型企业以及航天航空、石油、铁路等工业制造领域，通过这种方法可以对国内的检测设备进行提升，并且从技术上进行无损检测的发展，例如相控阵超声检测设备与技术、TOFD检测设备与技术[8]。
基于上述发展背景下，超声检测仪器在传统技术基础上突破了自身的局限性，进行了无接触的超声波无损检测相关技术的探索，在机械扫描成像技术日渐成熟的基础上，超声波无损检测也在成像方面得到了飞速得发展。因此，目前超声检测仪器得发展趋势是实现检测自动化[8-10]。下面对自动化超声波检测得应用进行简单介绍：所谓超声波检测自动化就是在钢铁和机械行业中应用自动超声检测设备和自动得检测流水线，进行工业生产所需的管材、线材或其他型材料部件的无损检测[11]。除此之外，还有各种专业化应用的检测仪器，也随着功能需求的不同逐渐被研发出来，例如，有用于深入探测，勇于狭窄空间和管道的“遥控自动爬车”，还有专门用来检测变速齿轮焊缝的“自动超声检测系统”。
综上所述，随着科学技术不断的突破，超声检测技术已经向着自动化和智能化发展，大范围的应用现代数字信号处理技术、超声成像技术，促进了超声检查仪器更加具有可视化，同时兼具便捷性和绿色性。
1.2.3上料检测分拣装置概述
关于上料检测分拣装置的内涵，其原理就相当是进行自动化检测所设置的生产线的核心部分，这种自动化的生产线实质上是对连续的流水生产线进行技术革新，也就是将各部分能够实现产品工艺的自动化机器组建成完整的体系从而进一步发展形成的。功能主要包括自动的对被检测的加工对象进行加工和装卸以及检验等，解放人力资源，只需要简单的在检测工作工程中对自动化仪器进行监督和管理，适当进行调整。上世界二十年代初期，工业随着经济发展有了新的突破，自动化的机械制造生产线开始出现，并且研究出了组合机床自动生产线。这样的自动化生产线的前身是基于汽车工业中采用的流水生产线与半自动生产线，金国发展形成了在工业领域广泛应用的自动化生产线，一直到第二次世界大战后经历了工业革命的发达国家，开始将自动生产线在规模和数量上进行扩充，广泛的应用于机械制造业当中。经过几十年的不断转眼和发展，自动生产线也更加高效和精准，通过适用计算机技术和大数据人工智和成像技术，实现了无人操作就能够按其规定的程序或指令自动进行生产线操作或控制。解决了采用传统工业生产所需的繁重体力劳动和脑力劳动，将工业生产者从恶劣辛苦的工作环境中解放出来，与此同时，最重要的是极大地提高了劳动生产率，促进了人类生产和生活的共同进步，为经济发展注入源源不断地活力。
目前在数控机床和电子计算机等技术高速发展的今天，对于工业检测自动线带来了更多的优势，首先是极具灵活性，品种丰富、中小批量生产及检测更是实现了全自动方式，多品种可调自动线也向更高度自动化的柔性制造系统发展，同时也代表着装配机器人、机械臂及机械手的问世，给予自动化生产线更高的自由度、更灵活的操作方式。
1.2.4上料检测分拣装置的国内外研究现状
随着工业化技术水平的不断提高，关于传送机等送料机构的运行理论以及防撕裂技术的研究都有了进展，加上大量实践且取得了显著的成果。
1.3本文的主要研究内容与研究目标
1.3.1主要研究内容
本课题旨在研究一套基于超声波技术的焊接圈芯自动上料检测分拣装置，该装置包括协调运转的机械装置、高精度的超声波检测仪器。该装置应满足对生产的焊接圈芯焊接区域外表面缺陷（如图1-1）的检测要求。圈芯作为子午线轮胎的重要零件，提高其生产质量具有十分重大的实际应用价值。
关于焊接圈芯自动上料检测分拣装置总体设计。分析调查圈芯的结构特点及缺陷类型，清楚具体的检测要求，根据焊接圈芯上料检测分拣装置的性能要求及运行流程，按照模块化设计理念使该设备的各功能相互衔接，提出以机械装置、检测模块两部分组成的总体设计方案。
关于该装置的机械结构设计，根据具体要求，借鉴目前国内外已有圈芯在线自动检测产品的长处，实现基于超声波技术的焊接圈芯自动上料检测分拣装置的机械结构设计。该机械结构设计包含有人工上料、机械传送、超声波检测、出料、分拣工位。该设备的机械结构设计功能模块化划分如图1-2所示。
1.3.2研究目标
（1）设计固定圈芯夹具；
（2）设计传统系统，实现上下料及分拣动作，使工件到达检测工位并实现特定运动；
（3）对Φ6焊接圈芯进行检测，使其分辨率达到0.5mm以下。
该装置应对圈芯焊缝的检测需求而设计出能够完成圈芯进料、检测、出料、分拣的自动检测设备。该装置应满足对圈芯焊缝检测的精准性与高效性，不出现漏检情况，误检率不超过总检测次数的5%。
圈芯规格及检测性能：
可检测圈芯规格：Φ6×500圈芯。
圈芯材质：冷拔钢。
圈芯缺陷类型：未焊透。
检测效率：圈芯3-5个/分钟。
超声波探伤仪：八通道数字超声波探伤仪。
漏报率：0％（样件人工伤检测100次）。
误报率：5％（样件人工伤检测100次）。
第2章 传动装置总体设计方案
2.1设计内容及要求
2.1.1内容
通过“Solidworks”软件进行具体设计的并进行分析和检测时，考虑到既要实现工件的抓取及固定夹紧，又要实现工件的传动运输，所以使用了桁架，在此基础上结合了“气动手爪”的结构进行了设计，在该设计中计算并校核了其中最关键的部份配件。
2.1.2 要求
（1）将D500d6的焊接圈芯夹取固定；
（2）使工件到达检测工位并实现特定运动；
2.2整体方案设计
为了满足上述设计要求，本装置采用了龙门桁架的结构形式如图2-1所示，该机构包括：立柱、横柱、HB33型材、V型导轨齿条，V型导轨，V型滚轮，齿轮、K33-47斜齿锥齿减速器，传动轴等部件。
本装置的横梁所适用的材质是——HB33型材，是由轻质铝合金材质制成的，本装置所使用的气动手爪必须符合高精度的要求，而且为了更加方便操作，抓取气动抓手的开合动作是由电机驱动丝杠结构控制的，因此，能够实现根据不同的尺寸圈芯随意更换抓手的目的。除此之外，桁架转动的方向符合空间立体坐标。在装置的导轨选择上，用的是V型滚轮导轨，其优点是导向性及摩擦系数小能够有效的防止倾翻和歪曲。
图2-1 整体装置方案示意图
如上述方案所述，传动效率高、响应速度快。采用了V型滚轮与V型滑轨，以及气动手爪。总装配部件设计以及零部件结构设计即XYZ三向移动机构，分别包括横纵梁、V型导轨齿条、V型导轨、V型轮、齿轮、承载滑座、传动轴、减速电机等部分。 抓取气动手爪机构包括电机、机械爪、丝杠螺母副等部分组成。
在规划好整体方案、完成结构尺寸设计计算且在solidwork软件上完成结构设计后将对主要零部件受力和变形进行分析和尺寸校核，再用Ansys软件进行有限元分析。
整体装置的主要工作运行方式为：Z向传动机构带气动手爪下降指定行程，气动手爪将未检测的焊接圈芯夹取固定，再随着Z向传动机构上升指定行程，紧接着XY向传动机构将待检测的焊接圈芯传送到钢丝圈检测实验台检测探头上端，再由Z向传动机构将其下降指定行程，待钢丝圈检测实验台将焊接圈芯固定后，气动手爪放开并等待其检测完成，待检测结果出来后再次夹具固定，根据检测结果将焊接圈芯传送到指定的工位。
第3章 横向传动设计及其计算
3.1电机选型
整个传动机构是由电机、减速器、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、联轴器、V型齿轮齿条、调心滚子轴承组成的。
如附录A表1.1可得，联轴器、减速器、滚动轴承、齿轮齿条的传动效率分别为0.99、0.96、0.999、0.97,由以上数据计算可得传动装置的总效率为0.86。
设最大运行速度Vmax=0.85m/s。
如附录A表1.2可得，电机功率
为0.09KW。
3.2电动机选型
根据附录A表1，3的计算能够知道，选择的电动机应该主要基于以下几个标准：额定功率为0.105KW，工作转速为
工作所需扭矩为
因此，基于下图3-1，参考86步进电机规格和参数，选择的86步进电机的具体尺寸细节图，如图3-2所示。
图3-186步进电机规格参数
图3-2 86步进电机尺寸图
电机的扭矩数值——5.0牛顿米，工作所需的扭矩——3.13牛顿米。同时该装置能够调控电机速度处于步进电机转速范围内。
3.3齿轮齿条传动设计
设计齿轮齿条的基础是以下几点：第一要选择模数要视工作情况来定；第二，所选的模数是齿轮齿条机构的关键，决定了是否能够胜任工作；第三，需要确保齿轮和齿条具有足够的强度，防止出现断齿的情况。
在进行初步设计时，首先是要根据《机械设计手册》中提供齿轮的模数具体参考建议来选择模数m，接着是确定从动件齿轮的分度圆的直径“D”，其次，综合载荷和扭矩以及结构来确定齿轮的齿数“z”，最后在齿轮的分度圆直径D的基础上根据公式再算出分度圆直径的周长“L”，其代表齿条的有效长度，一般情况下有效长度应该是小于实际长度的。
在3.1电机选型中确定了最大运行速度为0.85m/s
3.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数
关于类型的选择上，由于直齿圆柱齿轮齿条传动转速要求较低，依据七级精度标准，即（GB10095-88）标准的规定，则选择40Cr、280HBS的齿轮；45钢、240HBS的齿条。选齿轮齿模数：m=2mm；齿轮齿数：Z=24、直径：d=48mm。
3.3.2 齿轮的强度计算
本小节针对所研究设计方案中齿轮的强度的具体计算过程，见附录2。
由于齿轮的模数m的数值，能够决定材料的弯曲强度，齿轮的直径d又能够决定着齿面接触疲劳强度。因此，综上所述，通过计算可知弯曲强度，模数选取符合上述结果验证，即模数“m=2”,直径“d=48”。
因此，能够推出结论：齿轮符合强度标准。
3.4装置轴设计
3.4.1最小轴径计算
（1）装置最小轴是由45钢制成，齿面硬度为217—255HBS，所以，许用弯曲应力为“60MPa”；
3.4.2轴的结构设计
首先设计方案应该对轴的结构进行具体的分析，根据分析结果确定各轴段的精确的尺寸数值。
图3-3 各轴段所取直径设计图
如图3-3所示
确定了轴的设计数值：轴器和减速器配合处轴段直径为“d1=14mm”，与轴承配合处轴段直径为“d2=16mm”，轴肩段直径的选取为“d3=18mm”，与轴承配合处轴段直径的选取为“d4=16mm”，齿轮配合处轴段直径的选取为“d5=14mm”。
轴段参数：宽度为套筒和减速器宽度之和，宽度为“L1=80mm”；长度为轴承宽度和过渡段宽度的和，长度为“L2=20mm”；轴肩段是两组调心滚子轴承距离为“L3=6mm”；轴段的长度为轴承宽度和过渡段宽度的和为“L4=16mm”；轴段宽度与齿轮宽度相同为“L5=20mm”。
驱动轴Ⅰ的整体尺寸如下表3-1所示：
表3-1驱动轴Ⅰ的整体尺寸
3.4.3轴的计算校核
通过轴的结构分许可知两侧两个齿轮的动力来源是减速器的扭矩，与主轴相连的是右侧齿轮，而左侧齿轮则是通过联轴器套筒连接的。根据结构的设计进行作用力的计算，是作为轴的校核的第一步。详细过程见附录3-1。
联轴器到减速器中点的长度为40毫米；减速器到右侧轴承中点长度为50毫米；轴承中点到齿轮的长度30毫米。对轴上支座反力进行计算，详细过程见附录3-2。
据以上计算结果，绘制的弯矩图，如图3-2所示。
图3-2 驱动轴Ⅰ的弯矩设计图
校核驱动轴的强度，具体计算过程见附录3-3。轴截面D处弯矩大且作用转矩，该处为危险截面。
弯扭合成强度校核，因轴单向传动，转矩需要进行脉动循环处理，系数α的取值为0.6。带入公式：
当量应力为9.7MPa。
45钢材抗拉强度极限—640MPa则许用弯曲应力—60MPa，计算结果证明符合强度标准。
3.5滚动轴承寿命校核
轴承的选取包括以下几个方面的具体参数，如表3-3所示包括：内径、外径、宽度等。基本额定动载荷为19kN，使用的寿命≥3万小时。
结果表明轴承工作寿命符合标准。
3.6键联接设计计算
3.6.1传动轴与联轴器键连接校核
根据A型键——GB/T 1096-2003，结合《机械设计手册》的标准计算，b*h=8×7，键长22毫米，工作长度14毫米。45钢的联轴器所用键连接的许用挤压应力等于120MPa。
计算挤压应力：
3.6.2传动轴与齿轮键连接校核
同上，根据A型键——GB/T 1096-2003，结合《机械设计手册》的标准计算，b*h=8×7，键长20毫米，工作键长度12毫米。45钢的联轴器所用键连接的许用挤压应力等于120MPa。
计算挤压应力：
综上所述，以上两个键的连接均符合标准。
纵向升降传动设计及其计算
4.1电机选型
整个传动机构是由电机、减速器、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、联轴器、V型齿轮齿条、调心滚子轴承组成的。
如附录A表1.4可得，联轴器、减速器、滚动轴承、齿轮齿条的传动效率分别为0.99、0.95、0.99、0.96,由以上数据计算可得传动装置的总效率为0.86。
设最大升降速度Vmax=0.15m/s。
如附录A表1.5可得，电机功率
4.2电动机选型
综上，应选功率为0.2千瓦，扭矩为0.64牛顿米，电极转速为2500的伺服电机。具体设计电机的参数和设计，如图4-1所示：
图4-1电机选取参数图
4.3减速器选型
电机转速2500r/min、实际工作转速57.3r/min，依据传动减速比的公式可以得到如下计算数值：
依据上述计算结果，选择型号为K37-44，且速度比为44、输出转速为43.5r/min的减速器。
4.4齿轮齿条传动设计
齿轮齿条的设计需要考虑到是否会影响工作效率，依据现实的工况进行模数m的选择，由于模数能够影响齿轮齿条机构是否能够胜任工作，采用符合强度要求的齿轮能防止断齿情况的发生。
在进行初步设计时，首先是要根据《机械设计手册》中提供齿轮的模数具体参考建议来选择模数m，接着是确定从动件齿轮的分度圆的直径“D”，其次，综合载荷和扭矩以及结构来确定齿轮的齿数“z”，最后在齿轮的分度圆直径D的基础上根据公式再算出分度圆直径的周长“L”，其代表齿条的有效长度，一般情况下有效长度应该是小于实际长度的。
4.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数
关于类型的选择上，由于直齿圆柱齿轮齿条传动转速要求较低，依据七级精度标准，即（GB10095-88）标准的规定，则选择40Cr、280HBS的齿轮；45钢、240HBS的齿条。选齿轮齿模数：m=2mm；齿轮齿数：Z=24、直径：d=48mm。
4.4.2 齿轮的强度计算
齿轮的强度计算详细过程见附录4。
由于齿轮的模数m的数值，能够决定材料的弯曲强度，齿轮的直径d又能够决定着齿面接触疲劳强度。因此，综上所述，通过计算可知弯曲强度，模数选取符合上述结果验证，即模数“m=2”,直径“d=48”，所以得出结论：齿轮的选择符合强度标准。
4.5轴的设计
4.5.1最小轴径计算
（1）装置最小轴是由45钢制成，齿面硬度为217—255HBS，所以，许用弯曲应力为“60MPa”；
4.5.2轴的结构设计
首先设计方案应该对轴的结构进行具体的分析，根据分析结果确定各轴段的精确的尺寸数值。确定了轴的设计数值：轴器和减速器配合处轴段直径“d1=20mm”，与轴承配合处轴段直径为“d2=25mm”，轴肩段直径的选取为“d3=30mm”，与轴承配合处轴段直径的选取为“d4=25mm”，齿轮配合处轴段直径的选取为“d5=20mm”。
关于联轴器和减速器配合处的轴段参数的确定，首先是宽度的确定，即套筒和减速器宽度之和，所以宽度的值为L1=25mm。其次，是与轴承配合处轴段的数值等于轴承宽度和过渡段宽度之和，所以长度的值为L2=15mm。接着是轴肩段，据两组调心滚子轴承距离结构确定数值为L3=5mm。最后，确定轴承配合处轴段的长度，是采用轴承宽度和过渡段宽度的和，即L4=15mm。以及齿轮配合处轴段宽度与齿轮宽度相同，所以确定宽度值为L5=20mm。
轴的整体尺寸如下表4-1所示：
表4-1 轴的整体尺寸
4.5.3主轴的计算校核
通过轴的结构分许可知两侧两个齿轮的动力来源是减速器的扭矩，与主轴相连的是右侧齿轮，而左侧齿轮则是通过联轴器套筒连接的。根据结构的设计进行作用力的计算，是作为轴的校核的第一步。详细过程见附录5-1。
联轴器到减速器中点的长度为25毫米；减速器到右侧轴承中点长度为10毫米；轴承中点到齿轮的长度65毫米。对轴上支座反力进行计算，具体过程见附录5-2。
校核轴的弯扭合成强，折合系数α为0.6，带入公式进行计算：
当量应力为18.4MPa，45钢的抗拉强度极限为640MPa，则轴的许用弯曲应力就是“60MPa”，因此综上所诉通过计算能够证明该传动轴强度可以满足要求。
4.6滚动轴承寿命校核
轴承的选取包括以下几个方面的具体参数，如表4-2所示包括：内径、外径、宽度等。基本额定动载荷为23kN，使用的寿命≥3万小时。
表4-2 7203AC轴承参数表
计算得到合成支反力：
取两数中最大值带入轴承寿命计算公式可得
综上计算轴承的工作寿命符合预期。
4.7键联接设计计算
4.7.1传动轴与减速器键连接校核
根据A型键——GB/T 1096-2003，结合《机械设计手册》的标准计算，b*h=8×7，键长70毫米，工作长度毫62米。45钢的联轴器所用键连接的许用挤压应力等于120MPa。
计算挤压应力：
4.7.2传动轴与齿轮键连接校核
根据A型键——GB/T 1096-2003，结合《机械设计手册》的标准计算，b*h=8×7，键长25毫米，工作长度17毫米。45钢的联轴器所用键连接的许用挤压应力等于120MPa。
计算挤压应力：
综上所述，以上两个键的连接均满足要求。
第五章气动夹爪设计计算
5.1 气动夹爪结构设计
本装置针对的工件为D500d6的焊接圈芯，最大自重1kg。
5.2 气缸选型介绍
气缸分为双动、单动弹簧压入和单动弹簧压出三种，对于选择气缸课以参考的参数如下：
1、缸径大小取决于负载和空气压力、作用方向；
2、缸的形成是由工件传送的距离确定的；
3、气缸安装型式的选择取决于气缸型号的不同；
4、选定缓冲器是否有缓冲；
6、根据位置检测的功能确定磁感开关，且要求气缸内放置磁环。
7、选定气缸其余相关配件。
计算气缸的理论输出力，具体过程见附录5-3。
5.2.1气缸的负载率
气缸的负载率=气缸的实际负载力÷理论输出力，具体数值参数如表5–1所示。
表5-1 气缸负载的运动状态
基于设计轴承的结构，能够知道气缸主要负责抓取功能。现在已知被抓取工件最大自身重量为1千克。选择气缸的气动压力值为0.5Mpa。又根据结构确定汽缸行程为30毫米。关于气缸理论推力的计算过程见附录5-4。
5.3关于气缸其余参数的选择
5.3.1 类型的选择
首先是看工作的要求和条件，根据需求，正确选择气缸的类型。其次，要求气缸到达指定行程终端时无冲击现象，对此应该选缓冲气缸。同时，因为安装空间狭小，行程较短，对此应该选择薄型气缸。除此之外，由于横向负载，就应该采用带导杆的气缸。最后，为了满足设计的制动精度高的要求，则需要选择锁紧气缸。
5.3.1 安装形式
一般情况下的机械设计均采用的是固定式气缸。除此之外，由于位置和使用方式的不同，气缸的安装形式也会随之变化，因此，根据特殊需求本研究采用的是气缸前端螺纹式安装。
5.3.2 作用力的大小
根据所要抓取的重量程度和参数，计算确定气缸所需的作用力以及负载率，再依据作用力的大小选择适合的缸径。
5.3.3 活塞行程
采用不选满行程的方式防止活塞与缸盖发生碰撞，应计算所需的行程进行增加相适应的余量。
5.3.4 活塞的运动速度
气缸输入压缩空气的流量、进排气口尺寸、导管内径尺寸都能够影响活塞的运动速度，而且运动速度范围一般式在50mm/s到800mm/s。由于进行高速的活塞运动，所以需要气缸内径较大的进气管道，反之，内径则选择较小的管道。
第6章 整体装置的三维建模和有限元分析
6.1整体装置的三维建模
6.2整体装置的三位爆炸图
6.3关键零部件的有限元分析
、
结 论
通过本次毕业设计及毕业论文的撰写，我学到了很多知识，同时也将前四年所学回顾并温习了一遍。此次设计的主要流程为：设计整体传动系统包括传动轴的设计计算、齿轮以及齿条的设计计算、导轨的设计计算、轴承的选型、电机的选型、减速器的选型、联轴器的选型；设计气动抓手主要包括：夹具的设计计算，气缸的选型及安装方式。整体装置的设计都是基于钢丝圈检测实验台，实验台的结构设计及超声波无损检测原理不包括在本次毕业设计中。
从一开始的对零部件的一无所知，再到渐渐熟悉了解各部件的作用及如何工作运转，最终集合成此次毕业设计的焊接圈芯自动上下料检测分拣装置。在此期间，无论是从网络上还是书本上，我翻阅了大量的资料，见到了太多优秀的设计，这使我有些自愧不如。此外，我明白了做设计一定要严谨、有耐心，这对我们来说无疑是一种历练。设计计算过程中也出现了很多分析失误、计算错误和心态上的变化，但只要认真对待每一个步骤，严谨计算每一个数据，加上不怕从头再来的勇气，最终都将成功。
同时，在此要感谢我的指导老师及师兄们，感谢他们耐心地指导、细心地解答以及在我右手骨折无法画图时对我的关怀与帮助。
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