（毕业设计全套）旋转电弧传感器机械结构设计（打包下载）

.外壳的设计外壳总体设计外壳总体设计如图所示，在机构功能部分总体分配的基础上进步细化上盖内安装上调心球轴承与上轴承套，编码器固定盖在上盖与主腔体之间，用于固定编码器与防转挡块，主腔体与中腔外壳偏心机构腔之间为电机固定盖，用于固空心轴电机，集气套与下盖采用螺纹连接，并且在其外圆柱表面加工滚花，使其便于拆装，这样可以方便地对易受焊接飞溅扬尘沾染部分进行清洁，并且便于更换导电嘴。

主体部分上盖部分主腔体偏心机构腔外壳的装配，使用个螺钉将上盖编码器固定盖主腔体电机固定盖及中腔外壳连接起来，从上盖端穿入，拧入中腔外壳端面对应位置的螺纹孔中。

考虑到这种串联结构中，各部件的偏差累积，在装配时，使用调整垫片进行调整。

下腔部分冷却水腔保护气腔由于存在密封问题，与主体部分安装方式不同。

先将下腔内管用个带绝缘套的螺钉安装在中腔外壳的端面上，再将通水腔外壳与通气腔外壳顺次套装在下腔内管上，用锁紧螺母锁紧，然后将通气套管装入下腔内管中，用个带绝缘套的螺钉将下盖安装到通气腔外壳的端面上，最后安装集气套。

图外壳总体设计上盖编码器固定盖主腔体电机固定盖中腔外壳通水腔外壳下腔内管通气腔外壳下盖通气套管集气套处于减少机构总体重量的考虑，外壳宜采用密度较小价格相对低廉的铸铝或硬铝。

但铝的熔点较低，耐热性差，不适合用于靠近焊接电弧的零部件。

另方面，焊接工件般为钢铁材料，飞溅的金属液容易与同样的材料紧密粘连，因此焊接电弧附近不宜安装钢铁材料的零部件。

此外，下腔内管需要有较好的导热性，便于冷却水带走热量。

基于上述考虑，选用机械性能优良熔点高导热性好的黄铜作为集气套下盖下腔内管及下盖固定螺钉的材料。

通水方式本设计的冷却方式主要采取高压冷却水循环方式，同时，保护气体也具有定的冷却作用，但冷却效果不如水冷明显。

通水方式如图所示。

通水管穿过主体部分外壳，以管螺纹与中腔外壳同样加工了管螺纹的通孔配合，采用常用的聚四氟乙烯密封带进行密封。

中腔外壳上的通孔与通水腔相连。

通水腔由通水腔外壳下腔内管与中腔外壳的端面构成。

工作时，高压冷却水通过通水管中腔外壳，进入通水腔。

同样的，通水腔里的水，通过中腔外壳通水管流出。

图通水方式通气方式通气方式如图所示。

通气管的安装方式与通水管类似，穿过主体部分外壳，以管螺纹与中腔外壳加工了管螺纹的通孔配合，采用常用的聚四氟乙烯密封带进行密封。

中腔外壳上的通孔与通水腔外壳上的通气管路相连，再与通气腔相连。

通气腔由通气腔外壳下盖下腔内管以及通气套管构成。

工作时，保护气依次通过通气管中腔外壳上的通孔通水腔外壳上的通气管路，进入通气腔，再通过通气套管上的个均布孔进入集气套内，通往焊接点。

图通气方式保护气体的均匀分配主要依靠通气套管来实现。

通气套管如图所示，采用非金属材料聚四氟乙烯树脂，也可使用石棉发泡材料。

通气套管与下腔内管使用耐热胶粘剂粘接。

通气套管上个均布圆弧槽与下盖内的锥孔形成通气通道使保护气体通过。

在装配时，通气套管与下盖之间存在定间隙，这并不影响保护气的正常通入。

.绝缘与密封设计在上文旋转电弧传感器各部分的设计中，已经提到了些绝缘与密封的相关设计，鉴于旋转电弧传感器绝缘与密封的重要性，在这里作出详细说明。

绝缘设计旋转电弧传感器的绝缘主要是导电杆部件与其它零部件之间的绝缘以及靠近焊接点的零部件与其它零部件之间的绝缘。

其中，导电杆部件与其它零部件的绝缘采用绝缘轴承套以及绝缘材料制造的防转挡块解决，其具体形式已在前文中详细叙述，此处不再赘述。

靠近焊接点的零部件与其它零部件之间的绝缘。

这类绝缘主要是为了防止飞溅的带电金属液使带电工件与旋转电弧传感器之间产生瞬间强电流，影响其正常工作，甚至导致其损坏。

为便于设计分析与说明，将靠近焊接点的零部件分为如下等级级受到大量飞溅影响的零部件。

这类零部件靠近焊接电弧，受飞溅影响的概率极大。

级可能受到飞溅影响的零部件。

这类零部件与焊接电弧之间有定的距离，受上升气流影响大，并且靠近导电杆，上升气流夹带的金属尘埃可能会使导电杆与该零部件之间产生瞬间电流，影响旋转电弧传感器的正常工作，但其发生概率与危害程度远小于级的情况。

需要说明的是，与级别的零部件有直接装配关系的金属零部件也应划归该级别。

为便于说明，将其它零件定义为级零件。

根据上述规定，划归级的零件为集气套上盖划归级的零件为下腔内管通气腔外壳通水腔外壳压紧螺母以及用于固定下盖的螺钉。

级零件与级零件的分布如图所示，这样，级零件与级零件之间需要绝缘，级零件与级零件之间需要绝缘。

图需要绝缘的零件分布本设计中，级零件与级零件之间通过螺钉连接，由于螺钉为金属零件，传统的螺钉连接方式无法实现被连接件之间的绝缘，故采取图所示的方式，完全隔绝螺钉与零件Ⅰ的直接接触。

在级零件与级零件之间的绝缘中，下腔内管与中腔外壳的装配也采用了这种螺钉连接方式。

图螺钉连接的绝缘设计螺钉绝缘套零件Ⅰ绝缘盖板零件Ⅱ级零件与级零件间的绝缘，包括下腔内管与中腔外壳的装配通水腔外壳与中腔外壳的装配，以及下腔内管内壁的绝缘。

其中，通水腔外壳与中腔外壳的装配采用绝缘胶垫进行绝缘，下腔内管内壁的绝缘则利用通气套管进行绝缘。

密封设计旋转电弧传感器的密封同样可以分为两个级别通水密封与通气密封。

通水密封的要求较高。

由于冷却水压力较高，并且导电，旦泄漏将极易造成短路，损坏电机与编码器，并稀释轴承润滑脂。

同时，高压冷却水通过泄漏狭缝时产生的喷射现象还可能造成其它外部设备的损坏。

因此，通水密封绝对不允许泄漏。

通气密封的要求相对较低，这主要是由于保护气泄漏对其它零部件的危害很小，但会减小通达焊接点的保护气压力，降低气体保护的效果。

图密封部位示意图本设计中需要密封的部位如图所示，通水密封采用橡胶密封垫片与橡胶密封垫圈，并在其余细小接缝处涂耐热密封胶，通气密封则直接采用耐热密封胶密封。

通水管与通气管安装的密封设计已在前文中详细叙述，不再赘述。

.其它零部件的设计集线盖与接地装置根据前文的设计，空心轴电机与编码器安装在主腔体中，其接线需要以种合适的方式引出，并且不能干扰电机与编码器的正常工作。

因此，需要在主腔体上增设专门的集线装置。

本设计中，采用如图所示的集线盖方案。

具体为，在主腔体侧面靠近编码器固定盖的位置开设矩形孔，并用螺钉安装个集线盖。

电机接线与编码器接线分别通过集线盖上的两孔接出，在调整好接线的长度与松紧之后，用塑料卡环将接线固定在集线盖上。

其中，电机接线与编码器接线从两孔分别接出，是出于防止电源线对信号线干扰的考虑，在条件允许的情况下，可以在电机接线端并联个定容值的电容器，以进步消除这种干扰。

矩形孔尺寸以使分体式编码器的编码器读取部分顺利穿过为准，更加便于分体式编码器的安装。

图集线盖方案集线盖螺钉垫圈主腔体接地螺钉最初设计的集线盖为塑胶制品，若在市场上找不到成品，则需要设计专门的模具来制造，只适用于大批量的生产规模。

对于小批量的生产规模，采取如图所示的备选方案，以铸铝为材料，加工精度要求不高，可以方便地铸造与机加工。

安装时，在调整好接线的长度与松紧之后，可采用螺母式的卡套来固定接线。

图集线盖备选方案为了进步优化编码器与空心轴电机的工作条件，对主腔体采取接地措施。

在集线盖旁加工螺纹孔，拧入个铜螺钉作为接地螺钉，用于连接导线，如图所示。

安装设计旋转电弧传感器需要安装在弧焊机器人的手臂上，导电嘴端向下，上盖端向上，般采取螺纹连接方式安装。

通过对南昌大学的弧焊机器人进行测量，得螺纹孔的定位尺寸如图所示，四个螺纹孔在外壳柱面上呈阵列分布，孔轴线过旋转电弧传感器的轴心，周向夹角，轴向距离，宜加工成盲孔，也可以加工成通孔。

图螺纹孔的位置为防止旋转电弧传感器的装配误差影响其在弧焊机器人手臂上的安装，这个螺纹孔应设计在同零件上，通过机加工保证其位置精度。

在本设计的外壳零件中，只有主腔体符合加工这个孔的轴向尺寸要求。

主腔体位于旋转电弧传感器的中偏上位置，安装后，旋转电弧传感器的重心基本位于个螺钉之间偏下位置，有利于弧焊机器人手臂的移动。

修配方案设计为了在不拆开外壳的情况下调节偏心量，需要在偏心腔体上开设修配窗口。

根据本设计的偏心机构调节方式，设计修配窗口的形式如图所示。

图修配方案主修配盖偏心腔体副修配盖为了使偏心量的调节能够方便快捷，设计主副两个修配窗口。

主修配窗口孔径较大，主修配盖通过螺纹安装在主修配窗口上副修配窗口孔径较小，副修配窗口以个十字槽盘头螺钉代替，安装在副修配窗口上。

调节时，旋开两个修配盖，用任意通用工具拨动偏心机构转到合适的位置。

工具伸入主修配窗口调节偏心量，伸入副修配窗口锁紧偏心机构。

当紧定螺钉轴线与副修配盖轴线相重合时，调节螺钉的轴线位置如图所示。

显然，该修配方案可以实现偏心量的方便快捷的调节。

.设计参数根据设计要求与实际装配情况，并借鉴其它旋转电弧传感器的设计参数，确定本设计旋转电弧传感器的设计参数为外径总长额定旋转频率额定输出功率导电嘴最大偏心半径量偏心机构最大偏心半径量结论.课题设计过程总结本设计完成了对各零件的详细设计，保证了旋转电弧传感器的顺利装配与正常使用。

在设计过程中，参考了其它形式的旋转电弧传感器，借鉴了部分结构形式或考虑细节，对本设计的设计产生了较大帮助。

在空心轴电机以及编码器的选用中，采取网上查找的方式，较为高效地寻找到合适或相关的元器件，由于本设计中的空心轴电机与编码器均需要进行改型，而网上公布的元器件说明书信息量有限，因此在设计过程中向部分厂家进行了电话咨询，确定了改型的可行性。

本设计中存在定量需要进行特殊考虑的细节，诸如导电杆防转设计偏心机构设计修配窗口的开设通水通气方式绝缘与密封设计等。

因此，在设计过程起步阶段并不顺利，常常需要为了点改进修改整个部件的结构，由于本设计采用了二维三维结合的设计方式，大大减小了改进设计的工作量与工作时间。

同时，对于零件机加工的可加工性，在零件建模的过程中予以考虑装配细节与装配顺序，在虚拟装配过程中进行了考虑。

整个设计过程采取了先进行总体功能分配，再对各功能部分分别进行具体设计，最后进行连接部分设计，由粗到细的设计方法。

在绝缘与密封的设计中，对需要绝缘的零件采用了分级的方式进行分析与设计。

设计结果包括旋转电弧传感器装配图旋转电弧传感器各零件图设计过程与结果均符合设计任务的要求。

.课题设计的缺陷与后续工作本次设计任务还是有许多缺陷。

首先，本设计的旋转电弧传感器在小型化结构简单化方面并未做出突出改进。

其次，在减小振动方面，本设计尝试采用增设平衡块的方式进行，但效果不明显。

另方面，防转挡块与导电杆之间的间隙也会造成振动。

这些都是使机构产生较大振动的不确定性因素。

为了尽量减小尺寸，部分零件的装配不甚方便，如编码器固定螺钉的安装。

此外，下腔体大量采用了密封胶与胶粘剂，使机构装配后不可拆开，也是本设计的不合理因素之。

本设计中，对各零件的材料与工艺性分析只进行了初步的选用。

其具体设计需要在各零件的工艺编写过程中进行。

由于时间限制，并未对机构进行运动模拟，而运动模拟是机构设计的重要校验环节。

因此，本设计后续工作的第步就是运动模拟。

由于旋转电弧传感器零件众多，结构复杂，如果直接采用装配体模型进行模拟，运算量过大，使用般的个人电脑完成将存在定困难。

解决这问题需要新建个装配模型，各部件在保持体积形状基本不变的前提下，使结构尽量简化，即创建个运动模拟专用装配模型。

相信这种方法能够对运动模拟有所帮助。

在运动模拟中，必然会产生些新的问题，需要对机构进行改进设计，再进行新的运动模拟。

如此反复进行，直到设计满足运动要求。

今后应着重对电弧传感器三维信息的提取及其焊接工艺性能进行研究。

在焊接空间焊缝时，焊枪位姿要随着焊缝进行