汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線 涂料供應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計(jì)說明書）
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線 涂料供應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
Automatic production line for automobile shock absorber
Paint supply mechanism design
摘 要
減震器是汽車必不可少的重要元件之一，此設(shè)計(jì)就汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要部分，即涂料供應(yīng)部分進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，以滿足自動(dòng)生產(chǎn)和批量生產(chǎn)的要求。
從設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，依據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了方案論證。然后根據(jù)需要，將涂料供應(yīng)系統(tǒng)細(xì)化為涂料進(jìn)給機(jī)構(gòu)、垂直舉升機(jī)構(gòu)以及自動(dòng)預(yù)警機(jī)構(gòu)。其中，以垂直舉升機(jī)構(gòu)以及自動(dòng)預(yù)警機(jī)構(gòu)為重點(diǎn)。在垂直舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，著重介紹了設(shè)計(jì)要求、參數(shù)以及氣缸的選擇等問題。在自動(dòng)預(yù)警機(jī)構(gòu)中，著重介紹了彈簧相關(guān)參數(shù)的確定以及校核，兩處軸承的選擇以及相關(guān)校核。工作時(shí)，由涂料進(jìn)給機(jī)構(gòu)在人工的作用下把涂料運(yùn)送到垂直舉升機(jī)構(gòu)上，在氣缸的作用下，涂料會(huì)被運(yùn)送到指定工作高度。涂料即將被消耗完畢時(shí)，在預(yù)警機(jī)構(gòu)的作用下，由垂直舉升機(jī)構(gòu)將涂料桶運(yùn)送到水平位置，經(jīng)涂料進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)送出來，重新裝填涂料繼續(xù)工作。
重點(diǎn)是在各個(gè)機(jī)構(gòu)均能獨(dú)立的工作前提下，在一定的空間范圍內(nèi)，將涂料進(jìn)給機(jī)構(gòu)、垂直舉升機(jī)構(gòu)、自動(dòng)預(yù)警機(jī)構(gòu)以及其它必要的裝置，如壓力表、隔膜泵、傳感器、各種擋板等在焊接涂料架內(nèi)外合理分布。
關(guān)鍵詞：涂料供應(yīng)；垂直舉升；自動(dòng)預(yù)警
ABSTRACT
Shock absorber is one of the important parts of automobile essential, this design is an important part of automatic production line of automobile shock absorber, namely the paint supply part is designed, in order to meet the automatic production and mass production requirements.
Starting from the design requirements, according to the given design parameters, the scheme evaluation. Then according to the need, the paint supply system is subdivided into paint feed mechanism, a vertical lifting mechanism and an automatic early warning mechanism. Among them, the vertical lifting mechanism and the automatic early warning mechanism as the focus. In the design of vertical lifting mechanism, this paper introduces the design requirements, and the problems of choosing parameters of cylinder. In the automatic early warning mechanism, introduced emphatically the spring to determine the relevant parameters and check, two bearing selection and check. When working, by coating feed mechanism in artificial action to paint transported to vertical lifting mechanism, under the action of a cylinder, coating will be transported to the designated work height. Paint will be consumed, in the early warning mechanism, by the vertical lifting mechanism will paint barrels transported to the horizontal position, the paint feed mechanism for carrying it out, reload coatings continue to work.
The focus is on the work in this mechanism can independently, in a certain space range, will paint feed mechanism, the vertical lifting mechanism, automatic early warning mechanism and other necessary means, such as pressure gauges, diaphragm pumps, sensors, various baffle in welding coating frame and reasonable distribution.
Key Words：Paint supply; vertical lift; automatic warning
目 錄
1引言 1
1.1 現(xiàn)狀 1
1.1 研究的行業(yè)背景 1
1.1 研究的主要內(nèi)容 2
2 總體設(shè)計(jì) 4
2.1 工作原理 4
2.2 系統(tǒng)組成 4
2.3 各種功能機(jī)構(gòu) 4
2.2.1 涂料導(dǎo)入機(jī)構(gòu) 4
2.2.1 垂直舉升機(jī)構(gòu) 4
2.2.1 自動(dòng)預(yù)警機(jī)構(gòu) 5
2.4 本章小結(jié) 5
3 自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6
3.1 設(shè)計(jì)要求 6
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 6
3.2.1 彈簧的設(shè)計(jì) 7
3.2.2軸承的選取 9
3.2.3攪拌軸的設(shè)計(jì) 11
3.2.4聯(lián)軸器的選取 14
3.3 本章小結(jié) 14
4 垂直舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 15
4.2 氣缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 15
5 其它零部件的設(shè)計(jì) 18
5.1 隔膜泵的選取 19
結(jié) 論 21
參考文獻(xiàn) 22
附錄：外文資料 23
中文譯文 36
致 謝 45
畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1 現(xiàn)狀
近幾年來,隨著高等級(jí)公路通車?yán)锍痰难该途拊?以及人民生活水平的提高，汽車越來越成為人們生活中不可或缺的一部分和最便捷的出行工具。但是目前，我國(guó)在汽車技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)研制、產(chǎn)業(yè)培育和市場(chǎng)應(yīng)用等方面已具備一定基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、關(guān)鍵核心技術(shù)有待突破、信息安全存在潛在隱患等問題仍較突出，解決不好這些問題，就不能把握汽車未來信息服務(wù)業(yè)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。其中尤以技術(shù)方面最為嚴(yán)重，嚴(yán)重制約我國(guó)汽車行業(yè)的健康良性發(fā)展。
1.2 研究的行業(yè)背景
近年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)世界第二大經(jīng)濟(jì)體的地位日益牢固。其中，工業(yè)發(fā)展所做貢獻(xiàn)當(dāng)為首位，中國(guó)已成為公認(rèn)的世界工廠。但業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，與之不相稱的是，企業(yè)大多還處在手工操作、勞動(dòng)密集的初級(jí)階段。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，通過自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，早已經(jīng)進(jìn)入了無人生產(chǎn)車間階段。我們國(guó)家絕大多數(shù)還靠勞動(dòng)力來生產(chǎn)產(chǎn)品，這是一個(gè)非常大的差距。
市場(chǎng)需求旺盛
工業(yè)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)工人的需求量都在大幅度的提高。在生產(chǎn)部門中，勞動(dòng)密集型企業(yè)工人工資是一筆很大的支出，而且成本還在急劇上升。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前題下，我們要想做更便宜的產(chǎn)品。唯一可走的路是降底生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。人工操作的速度是有限的。不管是哪一個(gè)工位，哪一種產(chǎn)品。我們都不排除可以靠機(jī)器來操作的可能。但是在全球化的今天，中國(guó)正在喪失人口紅利，而工人的工資是只升不降的(由勞動(dòng)法確定)，而且每個(gè)月都得按時(shí)支付，此費(fèi)用隨著工人工作年限的延長(zhǎng)而增加。由此，企業(yè)采用自動(dòng)化設(shè)備的需求日益增加，由于各企業(yè)的具體情況不同，非標(biāo)自動(dòng)化的需求占據(jù)很大部分的比例。
非標(biāo)設(shè)備機(jī)器的支出是可以事先預(yù)算的，比如：機(jī)器折舊、電、氣、日常維護(hù)、操作人員工資等。一臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)率可相當(dāng)于最少幾個(gè)到幾十甚至幾百人，當(dāng)然速度越快機(jī)器成本越大高。產(chǎn)品的生產(chǎn)成本得到最大限度的節(jié)約。而且，機(jī)器生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量更加有保證。金融危機(jī)過后的中國(guó)，非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備必然更加興盛。
國(guó)產(chǎn)比例逐漸提升
非標(biāo)自動(dòng)化市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，自動(dòng)化產(chǎn)品運(yùn)用深度持續(xù)增加。在這個(gè)領(lǐng)域，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比國(guó)內(nèi)整體水平上有10到20年的差距。新型非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備往往是機(jī)電一體化的設(shè)備，充分利用信息技術(shù)的最新成果。中國(guó)一些企業(yè)的設(shè)計(jì)人員卻對(duì)電子產(chǎn)品不熟悉，不敢或不會(huì)選用，大大限制了水平的提高。但最近10年，非標(biāo)自動(dòng)化在長(zhǎng)三角、珠三角、京津唐地區(qū)獲得了很大的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)企業(yè)正在迎頭趕上。
目前，高端產(chǎn)品依然主要由國(guó)外進(jìn)口。但隨著國(guó)內(nèi)類似一批企業(yè)的成長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的非標(biāo)自動(dòng)化產(chǎn)品所占的比例正在穩(wěn)步提高!
非標(biāo)企業(yè)的生存與發(fā)展
隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，越來越多的企業(yè)關(guān)注工廠自動(dòng)化這一領(lǐng)域，也給這一行業(yè)帶來了發(fā)展商機(jī)。同時(shí)，如何提升服務(wù)水準(zhǔn)也成了非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。目前，我國(guó)非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械化企業(yè)數(shù)量較多，但規(guī)模較小，技術(shù)落后、競(jìng)爭(zhēng)同質(zhì)化是共同的特點(diǎn)。如何參與這一行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成為一個(gè)挑戰(zhàn)!
一般來說，目前中小型非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械企業(yè)大多面臨資金，人才，市場(chǎng)三大挑戰(zhàn)，只有把這三者平衡處理好，才有可能生存，也才有機(jī)會(huì)面對(duì)市場(chǎng)可能出現(xiàn)的機(jī)遇。所以必須靜下心來，苦練內(nèi)功，始終堅(jiān)持信譽(yù)第一、客戶第一、質(zhì)量第一的經(jīng)營(yíng)方針服務(wù)好每一位客戶。為客戶提供從方案、加工、組裝到調(diào)試的一體化解決方案。從產(chǎn)品的構(gòu)思→方案→建?！鰣D→加工→組裝→調(diào)試，提供給客戶一整套的解決方案。
因?yàn)檫@一行業(yè)的技術(shù)門檻相對(duì)要高一些，所以做到這一點(diǎn)并不容易，涉及到設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，安裝，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及售后服務(wù)等諸多環(huán)節(jié)，企業(yè)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)也就特別重要。由于規(guī)模較小，如何克服分工不夠明確的困難也是一個(gè)難題。
1.3 研究主要內(nèi)容
汽車是“改變世界的機(jī)器”、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的車輪，汽車已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾M成部分。汽車的普遍使用，將改變經(jīng)濟(jì)社會(huì)結(jié)構(gòu)，形成一整套新的經(jīng)濟(jì)、文化、生活體系，改善人的生活質(zhì)量，推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
為減輕和降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱的震動(dòng)對(duì)汽車舒適度的影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱和車架聯(lián)接處都采用柔性連接的方式，即安裝有以橡膠做為彈性元件，帶有液壓阻尼系統(tǒng)的減震器。
其工作原理為懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車轎間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。
減震器從產(chǎn)生阻尼的材料這個(gè)角度劃分主要有液壓和充氣兩種，還有一種可變阻尼的減震器。汽車懸架系統(tǒng)中現(xiàn)廣泛采用液力減震器。其原理是，當(dāng)車架與車橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)兒活塞在減震器的缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，減震器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力。
為優(yōu)化減震器安裝過程中加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)。故設(shè)計(jì)汽車減震器自動(dòng)生產(chǎn)線，此自動(dòng)液封生產(chǎn)線體可實(shí)現(xiàn)減震器的阻尼系統(tǒng)，在充滿液體的環(huán)境下進(jìn)行液體封裝、壓入作業(yè)。該生產(chǎn)線體由本體自動(dòng)上料、導(dǎo)流管自動(dòng)上料、蓋體自動(dòng)上料、油液環(huán)境下預(yù)裝配、油液環(huán)境下壓裝、蒸汽干燥、光電圖像自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)、動(dòng)靜缸檢測(cè)、減震器自動(dòng)下料、自動(dòng)裝箱、及基座壓力裝配等工位構(gòu)成。
為降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，采用非標(biāo)自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)汽車減震器。由于改自動(dòng)生產(chǎn)線過于復(fù)雜和龐大，我們采用分工設(shè)計(jì)，總體考慮的原則。即將整個(gè)生產(chǎn)線細(xì)化為幾個(gè)工段，但是工段前后的銜接必須自然可靠，簡(jiǎn)便可行。在該前提下，我負(fù)責(zé)涂料供應(yīng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2 總體設(shè)計(jì)
2.1 工作原理
當(dāng)工作人員將裝滿涂料的油漆桶裝在漆桶托架上下，人工推入箱內(nèi)，經(jīng)導(dǎo)正板固定后，由氣壓系統(tǒng)將桶升到工作高度。這時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)鏈條，再由鏈條帶動(dòng)與之相連接的攪拌軸，最后攪拌軸帶動(dòng)攪拌螺旋槳，將涂料攪拌均勻，開始供應(yīng)涂料。一段時(shí)間后，隨著涂料不斷被消耗，至臨界重量是會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的報(bào)警裝置，該系統(tǒng)停止供應(yīng)涂料，由人工將油漆桶推出焊接涂料架，重新裝填新的涂料后繼續(xù)循環(huán)工作。
2.2 系統(tǒng)組成
涂料供應(yīng)機(jī)構(gòu)主要由涂料盛放裝置、導(dǎo)入裝置、氣壓抬升裝置以及自動(dòng)預(yù)警裝置組成。
工作整體參數(shù)如下：
整體外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：710×630×1320mm
主要機(jī)構(gòu)尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：710×630×890mm
電動(dòng)機(jī)功率：200
轉(zhuǎn)速：
2.3 各種功能機(jī)構(gòu)裝置
2.3.1 涂料盛放和導(dǎo)入裝置
該機(jī)構(gòu)用于盛放涂料，保證在工作過程中不會(huì)溢出系統(tǒng)影響環(huán)境和員工的身體健康，以及工作的連續(xù)性和可操作性。該機(jī)構(gòu)包括帶有桶蓋的盛放涂料的料筒、導(dǎo)正板、油漆桶托架和帶輪的小推車組成。
2.3.2 垂直舉升機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)用于將導(dǎo)入裝置升至工作高度，以便想噴涂裝置提供足夠的涂料。該機(jī)構(gòu)主要靠4只氣缸工作，由4只氣缸把盛放在小車上裝滿涂料的桶工作高度，預(yù)警系統(tǒng)工作后，再將盛放在小車上裝滿涂料的桶將至水平地面，由人工推出，重新裝填后在循環(huán)工作。
2.3.3 自動(dòng)預(yù)警裝置
該裝置設(shè)置的目的是為了自動(dòng)檢測(cè)噴漆裝置內(nèi)部的噴漆何時(shí)用完。其基本原理是杠杠原理，其等效杠桿是一對(duì)稱的平衡臂。杠杠的一邊通過軸承連接到盛放在小車上裝滿涂料的桶，一邊連接帶有可伸縮彈簧的與控制電腦連接的預(yù)警器，通過一對(duì)前后對(duì)稱的軸承作為支點(diǎn)而連接在一起。該機(jī)構(gòu)由4根稱重桿、一對(duì)起支撐作用的軸承、一對(duì)起稱重作用的軸承、焊接涂料架、料筒限位塊、彈簧和彈簧調(diào)整板組成。
2.4 本章小結(jié)
本章主要簡(jiǎn)要地介紹了涂料供應(yīng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括其工作原理，系統(tǒng)組成，各種功能機(jī)構(gòu)。
3 自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)要求
系統(tǒng)在廠房?jī)?nèi)工作，所以要求穩(wěn)定性，低噪音，安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)須確定最大工作強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行校核。
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
預(yù)警系統(tǒng)示意圖
該系統(tǒng)工作的基本原理是杠杠原理。由人工將裝滿涂料的料筒放在小車上，推入涂料架內(nèi)，有導(dǎo)正板固定。在四個(gè)均勻分布的氣壓缸的作用下，升至工作高度。此時(shí)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)鏈條，再由鏈條帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將涂料混合均勻，向噴涂裝置輸送燃料。系統(tǒng)在工作時(shí)，隨著噴涂的不斷進(jìn)行；涂料被不斷地消耗，通過軸承和料筒之間的4個(gè)支桿，軸承的受力會(huì)發(fā)生變化，再由杠杠原理，通過平衡臂，彈簧的長(zhǎng)度湖發(fā)生變化。當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度到達(dá)臨界長(zhǎng)度時(shí)會(huì)觸發(fā)報(bào)警器。此時(shí)工作停止，由氣壓缸將再由料筒的小車降至水平高度，由人工將料筒推出，重新注入涂料后重新工作。
3.2.1 彈簧的設(shè)計(jì)選取
根據(jù)油漆桶滿載和空載時(shí)的負(fù)載確定彈簧所受的極限拉力
滿載時(shí)，由杠桿定理可得：
式中：表示油料桶滿載時(shí)所受的拉力
表示彈簧到支撐軸承的有效作用距離
空載時(shí)，由杠桿定理可得：
式中：表示油料桶滿載時(shí)所受的拉力
表示彈簧到支撐軸承的有效作用距離
根據(jù)工作條件選擇材料并確定其許用應(yīng)力
彈簧在一般載荷條件下工作，但是由于所受應(yīng)力是持續(xù)性變化的，因此可以按第I類彈簧考慮。現(xiàn)選用Ⅲ組碳素彈簧鋼絲。并根據(jù) D-D2≤4 mm，估取彈簧鋼絲直徑為2.0mm。由表<彈簧鋼絲的拉伸強(qiáng)度極限>暫選σB=1470MPa，則根據(jù)表可知[τ]＝0.3σB＝0.31470MPa＝441 MPa。
根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑
現(xiàn)選取旋繞比C=6，則得
于是有
取d＝2.0mm。上值與原估取值相近,取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑d＝2.0mm(與計(jì)算值2.07mm僅差3％,可用)。此時(shí)D＝10mm,為標(biāo)準(zhǔn)值,則
所得尺寸與題中的限制條件相符，合適。此時(shí)，
根據(jù)剛度條件，計(jì)算彈簧圈數(shù)n.
彈簧剛度為
由表<彈簧常用材料及其許用應(yīng)力>取G=82000MPa,彈簧圈數(shù)n為
取n＝13圈； 此時(shí)彈簧剛度為
驗(yàn)算初應(yīng)力τ0'，得
當(dāng)C＝5時(shí)，可查得初應(yīng)力τ0'的推茬值為78～150MPa，故此初應(yīng)力值合適。
極限工作應(yīng)力τlim
取τlim=1.12[τ]，則
τlim=1.12×441 MPa=493.92 MPa
極限工作載荷
疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算
疲勞安全系數(shù)可以按照下面公式計(jì)算
式中: 彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限（MPa）
、-- 最小、最大切應(yīng)力（MPa）；
彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)系數(shù)
又
MPa
=
查表知，符合條件
進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
選定兩端鉤環(huán)，計(jì)算出全部尺寸
由以上計(jì)算可以確定彈簧的相關(guān)參數(shù)：
旋繞比 5
彈簧絲直徑 2mm
中經(jīng) 10mm
內(nèi)徑 10—2=8mm
外徑 12mm
長(zhǎng)度 30mm (--鉤環(huán)軸向長(zhǎng)度)
節(jié)距 2mm
螺旋角
3.2.2 軸承2的設(shè)計(jì)選取
軸承的選擇
軸承所受載荷的大小、方向、和性質(zhì)，是選擇軸承的主要依據(jù)。由于該系統(tǒng)所受載荷較小，而且軸承在收到徑向力的同時(shí)，軸向力基本不存在，綜合考慮，優(yōu)先選擇深溝球軸承。
選取軸承代號(hào)：B6202.內(nèi)徑為15mm型號(hào)：6202 品牌：FAG 系列：深溝球軸承 內(nèi)徑：15mm 外徑：35mm 厚度：11mm
同理在另一處，選擇軸承型號(hào)6190 深溝球軸承。
軸承的校核
齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受的力可以分為圓周力，以及徑向力。圓周力，徑向力的計(jì)算公式為 =2T/d,=，其中T為傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，d為齒輪的分度圓直徑，為壓力角。所以
=2192404.596=4008.4 N
=4008.4=1458.9 N
設(shè)定軸承是正確安裝的，不受到軸向力。并且力的作用點(diǎn)在各級(jí)對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)。所以得出齒輪軸上的受力簡(jiǎn)圖。
A B C
軸的受力簡(jiǎn)圖
根據(jù)A是齒輪中心，B是軸承中心，C為減速機(jī)輸出軸端點(diǎn)?？梢缘贸鯝B之間的距離為57 mm，BC之間的距離為1740 mm，對(duì)C點(diǎn)取距，由此可以算出出=1409.4 N,=3874.4 N。根據(jù)力的合成，可以算出在B點(diǎn)收到的總的力F=4122.7 N。
滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
由于該深溝球軸承承受的只有徑向當(dāng)量動(dòng)載荷，沒有受到軸向當(dāng)量動(dòng)載荷，由P=，對(duì)于只受到徑向載荷的軸承P=
根據(jù)軸承基本額定壽命公式
其中n=99.27 r/min ,C=27.2 KN,=3,代入公式，得
49021 h
算得結(jié)果軸承壽命大于機(jī)械設(shè)計(jì)壽命所以所選的軸承符合要求，是合格的。
3.2.3攪拌軸的設(shè)計(jì)
攪拌軸是連接攪拌槳和鏈條的重要元件，是向攪拌傳送動(dòng)力的主要元件。由于實(shí)際工作尺寸過大，如果直接用軸連接攪拌槳和電機(jī)，則對(duì)軸的剛度等要求過高，不符合非標(biāo)自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)性要求，而且工作是在換涂料的時(shí)候也不方便。所以在涂料焊接架內(nèi)部的上半部分采用鏈條連接，下部分采用軸傳輸動(dòng)力。這樣一來，既降低了對(duì)軸的剛度等要求，經(jīng)濟(jì)性較好，還方便工人更換涂料。
設(shè)計(jì)要求：
（1）滿足正常工作時(shí)的剛度要求，即軸在工作收到最大外力時(shí)，不會(huì)發(fā)生斷裂、扭轉(zhuǎn)變形或彎曲變形；
（2）與其相連的工作元件配合良好，符合公差要求，不能相互影響。
攪拌軸直徑的選取
（1）初步估算軸的直徑
選取45號(hào)鋼作為攪拌機(jī)主軸的材料，調(diào)制處理，查表得=640N/，由表查得材料的許用應(yīng)力：，由公式
。
式中，—軸傳遞的功率（kw）；
n—軸的轉(zhuǎn)速 (r/min)；
A—取決于軸材料的許用扭矩切應(yīng)力的系數(shù)。
查表得知A=115
計(jì)算軸的最小直徑并加大已考慮鍵槽的影響。
則
在軸的最細(xì)部分軸的直徑取11.5mm。
（2）軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
圖3 軸的結(jié)構(gòu)件圖
第一段軸的直徑取=15mm，根據(jù)攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)需要軸的長(zhǎng)度較長(zhǎng)取為=243mm。所以第二段軸的直徑應(yīng)比第一段軸的直徑稍小一些，根據(jù)實(shí)際情況取第二段軸的直徑=12mm。第二段軸的長(zhǎng)度取為=6mm。根據(jù)軸承的安裝尺寸以及軸承的定位要求，確定第三段軸的直徑為=11.5mm，由于攪拌機(jī)的攪拌軸總長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，為使平衡性和軸的安全系數(shù)高，取第三段軸的長(zhǎng)度=1.2。又因?yàn)榈谒亩屋S上要安裝第二個(gè)軸承，所以第四段軸的直徑應(yīng)和第二段軸的直徑相同，=12mm。該段軸的上方要安裝攪拌機(jī)的筒體，此處軸段長(zhǎng)度適中即可，取=188.8mm。
至此，軸的各段直徑和長(zhǎng)度已基本確定。
攪拌軸強(qiáng)度的校核
求軸上的載荷：攪拌軸受到扭轉(zhuǎn)作用而發(fā)生扭轉(zhuǎn)，軸上各段都有受到力矩的影響，選擇其中受力較大，應(yīng)力較集中的截面。
（1）受力分析：
軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩：
所受圓周力：
所受的軸向力：因?yàn)檩S是豎直的所以軸向力
徑向力：
，
（2）計(jì)算支反力：
表1危險(xiǎn)截面載荷值
載荷
水平面
垂直面
支反力
彎矩
扭矩
總彎矩
按彎矩扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》書式及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
=0.379
之前已選定軸的材料為鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書表查得。因此，所以此軸是安全的。
3.2.4 聯(lián)軸器的選取
聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。聯(lián)軸器把兩軸連接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只有在機(jī)器停車并將兩連接拆開后，兩軸才能分離。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。
由于機(jī)器的工況各異，因而對(duì)聯(lián)軸器提出了不同的要求如傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、轉(zhuǎn)速的高低、扭轉(zhuǎn)剛度變化情況、體積大小、緩沖吸震能力等。因此，聯(lián)軸器有較多的種類。
剛型聯(lián)軸器
這類聯(lián)軸器有套筒式、夾殼式、和凸緣式等。
撓性聯(lián)軸器
這類聯(lián)軸器可以分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器
無彈性元件的撓性聯(lián)軸器可以分為十字塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器。
有彈性元件的撓性聯(lián)軸器可以分為彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器
聯(lián)軸器的選擇
選擇合適的聯(lián)軸器類型要考慮到以下幾點(diǎn)：所需傳遞的專家大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減震功能的要求；聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小；兩軸相對(duì)應(yīng)位移的大小和方向；聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境；聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。
3.3 本章小結(jié)
本章主要介紹了彈簧預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從實(shí)際情況出發(fā)先確定彈簧設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)參數(shù)，然后進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行校核。主要是拉伸彈簧、攪拌軸的設(shè)計(jì)和相關(guān)軸承和聯(lián)軸器的選取。
4 垂直舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
此系統(tǒng)主要完成的功能任務(wù)是將安放在小推車盛放有涂料的桶升至工作高度，即攪拌軸的頂端能和傳動(dòng)扭矩的鏈條相連接，進(jìn)而帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便將涂料攪拌均勻。
由于涂料在工作工程中會(huì)隨著噴涂的不斷進(jìn)行，料桶內(nèi)的涂料質(zhì)量會(huì)發(fā)生均勻性的變化，所以氣壓系統(tǒng)的工作壓力在一定范圍內(nèi)均為可調(diào)，以滿足對(duì)工作的安全性和連續(xù)性要求。
4.2氣壓缸主要參數(shù)的確定
氣缸是氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)的兩類。做往復(fù)直線的氣缸可以分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊式4種。
單作用氣缸，一端進(jìn)氣，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，而活塞的返回借助于彈簧力，膜片的重力，歪理，重力等。其特點(diǎn)是：一段近期，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小；用彈簧或膜片復(fù)位、輸出力?。豢s短有效行程；行程中推力及速度是變化的。應(yīng)用于氣吊、氣動(dòng)卡盤等。
雙作用氣缸，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)均由壓縮空氣推動(dòng)。分為單、雙活塞桿式、雙活塞、緩沖氣壓缸等幾種。
膜片式氣缸，薄膜式氣缸是一種利用壓縮空氣通過膜片推動(dòng)活塞桿作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸、它由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等主要零件組成。其功能類似于活塞式氣缸，它分單作用式和雙作用式兩種。
沖擊氣缸，沖擊式氣缸是一種體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、耗氣功率小但能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力的一種特殊氣缸。與普通氣缸相比，沖擊氣缸的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是增加了一個(gè)具有一定容積的蓄能腔和噴嘴。
由于翻板氣缸的伸縮控制著翻板的翻上和放下，氣缸的伸出和縮回都是要快速縮回的，并且被選中的氣缸比較普遍、經(jīng)濟(jì)、可靠。所以要選擇雙作用單出桿的氣缸。
單出桿雙作用氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
單出桿雙作用氣缸是一種最能常用的普通氣缸
單出桿雙作用氣缸
（1) 輸出力的計(jì)算
根據(jù)里的平衡原理，活塞桿上的輸出力必須克服活塞桿工作時(shí)的總阻力，因只有一端出桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積是不相等的?；钊麠U產(chǎn)生推力，活塞右行時(shí)，產(chǎn)生拉力，其值分別為：
式中-活塞桿直徑 （m)
-活塞的效率
D-活塞直徑（m)
P-氣體的壓強(qiáng) （Pa)
(2) 活塞直徑D的計(jì)算
由前兩式可求得活塞直徑。
當(dāng)推力做功時(shí)，
當(dāng)拉力做功時(shí)，
（3） 活塞運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算
式中Q-輸入的壓縮空氣量
A-活塞的有效面積
u-活塞運(yùn)動(dòng)速度
如兩端供氣量相等，即,則
即活塞運(yùn)動(dòng)速度與有效面積成反比。
則于；；
則
因此，對(duì)同樣供氣量，活塞桿伸出慢，退回快。
（4） 缸筒計(jì)算
主要計(jì)算缸筒的壁厚，因一般氣缸工作壓力較低，壁厚與內(nèi)徑之間的比往往小于1：10。
所以氣缸壁厚可按下面的薄壁筒計(jì)算：
式中：
-氣缸筒壁厚 （m）
-缸筒材料的許用應(yīng)力（Pa)
D-氣缸內(nèi)徑（m)
p-氣缸工作壓力（MPa)
計(jì)算出的壁厚可能很薄，應(yīng)根據(jù)工藝要適當(dāng)加厚，并參考已有同類氣缸壁厚確定。
根據(jù)實(shí)際需求以及以上公式，綜合考慮，選擇的氣缸型號(hào)為TWQS-32X20
5 其它零部件的設(shè)計(jì)
5.1 隔膜泵的選取
隔膜泵又稱控制泵，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變流體流量。隔膜泵一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。采用壓縮空氣為動(dòng)力源，對(duì)于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，均能予以抽光吸盡。
隔膜泵分類和選取
隔膜泵按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)隔膜泵，以電為動(dòng)力源的電動(dòng)隔膜泵，以液體介質(zhì)（如油等）壓力為動(dòng)力的電液動(dòng)隔膜泵。本設(shè)計(jì)中采用電動(dòng)隔膜泵。
電動(dòng)隔膜泵的優(yōu)勢(shì)：
1.流通性能好，直徑在10毫米以下的顆粒、泥漿等均可以毫不費(fèi)力地通過。長(zhǎng)時(shí)間使用不會(huì)造成堵塞現(xiàn)象。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)于涂料而言，電動(dòng)隔膜泵的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
2.不需要先灌引水，操作方便快捷簡(jiǎn)單，容易上手。
3.品種多，泵體介質(zhì)過流部分，可根據(jù)用戶要求而設(shè)計(jì)，滿足不同用戶的需求，市場(chǎng)廣闊。
4.電動(dòng)隔膜泵本身無軸封，使用壽命大大延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性較好；根據(jù)不同介質(zhì)，隔膜可分為氯丁橡膠、氟橡膠、丁晴橡膠、聚四氟已烯、特氟龍（F46）等，可以滿足不同客戶的要求。
隔膜泵流特性的選擇
隔膜泵的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與位移(閥門的相對(duì)開度)間的關(guān)系，理想流量特性主要有直線、等百分比(對(duì)數(shù))、拋物線和快開等4種，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，常用的理想流量特性只有直線、等百分比(對(duì)數(shù))、快開三種。由于拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，于是我們一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此隔膜泵特性的選擇實(shí)際上是在直線和等百分比流量特性兩者之間的選擇。
等百分比特性：一種固有流量特性，額定行程的等量增加會(huì)理想地產(chǎn)生流量系數(shù)(Cv)的等百分比的改變。
線性特性：一種固有流量特性，可以用一條直線在流量系數(shù)(Cv 值)相對(duì)于額定行程的長(zhǎng)方形圖上表示出來。
快開特性:一種固有流量特性，可以用一條直線在流量系數(shù)(Cv 值)相對(duì)于額定行程的長(zhǎng)方形圖上表示出來。因此，行程的等量增加提供流量系數(shù)(Cv)的等量增加。
隔膜泵流量特性的選擇可以通過理論計(jì)算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜。目前多采用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，具體從下幾方面考慮:①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負(fù)荷變化情況分析。
首先，從控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)去考慮。理想的控制回路，希望它的總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍保持不變，但是，在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中控制對(duì)象的特性往往都是非線性的，它的放大系數(shù)一般都會(huì)隨著外部條件的變化而變化。因此選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥特性，以調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)變化來補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化。而實(shí)際生產(chǎn)中許多的控制對(duì)象，其放大系數(shù)隨著負(fù)荷的增加而減小，我為了補(bǔ)償這部分放大系數(shù)，可以初步考慮選用放大系數(shù)隨著載荷增加而變大的調(diào)節(jié)閥，等百分比特性有這種功能，初選該特性。
其次，從配管情況考慮。我們第一步選出的是閥的工作流量特性。由于調(diào)節(jié)閥所處的管道系統(tǒng)各不相同，總壓差（控制閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的壓差，稱為系統(tǒng)總壓差）大小直接影響閥的工作流量特性偏離其結(jié)構(gòu)特性而發(fā)生畸變。所以當(dāng)我們根據(jù)已定的希望工作流量特性來選取閥的結(jié)構(gòu)性時(shí)，就必須考慮配管情況的影響。當(dāng)總壓差大時(shí)，調(diào)節(jié)閥的工作特性畸變??；當(dāng)總壓差小時(shí)，調(diào)節(jié)閥的工作特性畸變大。
綜上，查表可知，優(yōu)先選用百分比特性。
最后選用電動(dòng)隔膜泵，型號(hào)為DDP-9OE-1
5.2 焊接涂料架的設(shè)計(jì)
焊接涂料架的設(shè)計(jì)目的是為涂料桶和彈簧預(yù)警機(jī)構(gòu)提供一個(gè)獨(dú)立、安全、穩(wěn)定的工作空間，在涂料架四周圍上噴漆護(hù)板后，能保證油漆不會(huì)擴(kuò)散到焊接涂料架以外而影響環(huán)境和操作人員的身心健康。
在實(shí)際生產(chǎn)中，料筒的直徑為360mm，在長(zhǎng)寬方向還要考慮氣缸、軸承以及支撐桿的空間，所以長(zhǎng)寬均初步確定為620mm。在垂直方向，料筒、料筒蓋、小推車以及氣缸的綜合高度約為600mm，加上鏈條連接軸、連軸套等零部件，還要為操作人員留下相關(guān)操作空間，以便將涂料方便快捷的運(yùn)送到焊接涂料架內(nèi)，初步確定將焊接涂料架的高定為890mm。
焊接涂料架的基本機(jī)構(gòu)：焊接涂料架有4根相同的獨(dú)立空心長(zhǎng)方體為主體，其前后各有兩條橫向的支條，分別支持預(yù)警系統(tǒng)的軸承和氣缸。左面則有三條橫向的支條，以支持預(yù)警系統(tǒng)的平衡臂、保護(hù)彈簧系統(tǒng)的維修護(hù)罩和放置物料限位塊。
結(jié) 論
近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，通過這些天的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，自己的專業(yè)知識(shí)和獨(dú)立思考問題的能力有了很大的提高，對(duì)我走向社會(huì)從事專業(yè)工作有著深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)在就談?wù)剬?duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的涂料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了以往單純學(xué)習(xí)理論知識(shí)的思維方式。這次理論與實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)的能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的，也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣，我們的收獲卻更加豐富，對(duì)各零部件的安裝要求，系統(tǒng)的工作原理，都隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷的熟悉，并且有了一些自己的新的想法。在設(shè)計(jì)過程中我在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、安全、節(jié)能、環(huán)保等方面對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)，也對(duì)自己提出了新的要求。
在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多困難，比如實(shí)際的問題與自己所想的有很大的差別，沒有足夠的依據(jù)來說明問題，沒有能夠完善論證，使自己的想法得到充分的發(fā)揮，但在不懈的努力下設(shè)計(jì)有了初步的成果，在選材方面選的更加經(jīng)濟(jì)，更加環(huán)保，在應(yīng)用方面更加安全，性能更加可靠。因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的涂料供應(yīng)系統(tǒng)是汽車自動(dòng)生產(chǎn)線中的一環(huán)，還是有一定的應(yīng)用價(jià)值的。經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全可靠是制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在這次設(shè)計(jì)中，我從實(shí)際要求出發(fā)，確定基本設(shè)計(jì)參數(shù)，然后依據(jù)所學(xué)的機(jī)械、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理等專業(yè)知識(shí)，在老師的知道和同學(xué)們的幫助下，很好的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)涂料供應(yīng)系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性的完善是關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)中不斷的出現(xiàn)新的問題，不斷的修改完善，為的就是使涂料系統(tǒng)更加安全，使用起來壽命更長(zhǎng)、更加經(jīng)濟(jì)，更符合非標(biāo)自動(dòng)化的要求。
參考文獻(xiàn)
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附錄
附錄一 英文資料
HAVE'2007 - IEEE International Workshop on
Haptic Audio Visual Environments and their Applications
Ottawa, Canada 12-14 October 2007
Extending Blender: Development of a Haptic Authoring Tool
Sheldon Andrews', Mohamad Eid2, Atif Alamri2, and Abdulmotaleb El Saddik2
Multimedia Communications Research Laboratory - MCRLab
School ofInformation Technology and Engineering - University ofOttawa
Ottawa, Ontario, KIN 6N5, Canada
'sandrO71]@site. uottawa. ca, 2 teid, atifW abed] @ mcrlab. uottawa. Ca
Abstract -In this paper, we present our work to extend a well known 3D graphic modeler - Blender - to support haptic modeling and rendering. The extension tool is named HAMLAT (Haptic Application Markup Language Authoring Tool). We describe the modifications and additions to the Blender source code which have been used to create HAMLAT Furthermore, we present and discuss the design decisions used when developing HAMLAT, and also an implementation "road map" which describes the changes to the Blender source code. Finally, we conclude
with discussion of our future development and research avenues.
Keywords - Haptics, HAML, Graphic Modelers, Blender, Virtual Environments.
I. INTRODUCTION
A. Motivation
The increasing adoption of haptic modality in human-computer interaction paradigms has led to a huge demand for new tools that help novice users to author and edit haptic applications. Currently, the haptic application development process is a time consuming experience that requires programming expertise. The complexity of haptic applications development rises from the fact that the haptic application components (such as the haptic API, the device, the haptic rendering algorithms, etc.) need to interact with the graphic components in order to achieve synchronicity.
Additionally, there is a lack of application portability as the application is tightly coupled to a specific device that necessitates the use of its corresponding API. Therefore, device and API heterogeneity lead to the fragmentation and disorientation of both researchers and developers. In view of all these considerations, there is a clear need for an authoring tool that can build haptic applications while hiding programming details from the application modeler (such as API, device, or virtual model).
This paper describes the technical development of the Haptic Application Markup Language Authoring Tool (HAMLAT). It is intended to explain the design decisions used for developing HAMLAT and also provides an implementation "road map", describing the source code of the project.
B. Blender
HAMLAT is based on the Blender [1] software suite, which is an open-source 3D modeling package with a rich feature set. It has a sophisticated user interface which is
noted for its efficiency and flexibility, as well as its supports for multiple file formats, physics engine, modem computer graphic rendering and many other features.
Because of Blender's open architecture and supportive community base, it was selected as the platform of choice for development of HAMLAT. The open-source nature of Blender means HAMLAT can easily leverage its existing functionality and focus on integrating haptic features which make it a complete visual modeling tool, since developing a 3D modeling platform from scratch requires considerable development time and expertise in order to reach the level of functionality of Blender. Also, we can take advantage of future improvements to Blender by merging changes from its source code into the HAMLAT source tree.
HAMLAT builds on existing Blender components, such as the user-interface and editing tools, by adding new components which focus on the representation, modification, and rendering of haptic properties of objection a 3D scene. By using Blender as the basis for HAMLAT, we hope to develop a 3D haptic modeling tool
which has the maturity and features of Blender combined
with the novelty of haptic rendering.
At the time of writing, HAMLAT is based on Blender version 2.43 source code.
C. Project Goals
As previously stated, the overall goal for the HAMLAT project is to produce a polished software application which combines the features of a modem graphic modeling tool with haptic rendering techniques. HAMLAT has the "look and feel" of a 3D graphical modeling package, but with the addition of features such as haptic rendering and haptic property descriptors. This allows artists, modelers, and developers to generate realistic 3D visual virtual environments.
A high-level block diagram of
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