龙门射线检测装置设计

　 目

　录 摘

　要 ......................................................... I Abstract .......................................................... II 引

　言 ........................................................ 1 1 龙门射线检测装置研究背景介绍 .................................. 2 1.1 射线检测技术简介 .......................................... 2 1.2 检测仪器的国内外现状 ...................................... 3 1.3 本次设计的目的与意义 ...................................... 4 2 龙门射线检测装置总体设计方案 .................................. 6 2.1 龙门射线检测装置简介 ...................................... 6 2.2 龙门射线检测装置应实现的功能 .............................. 7 2.3 结构组成 .................................................. 7 3 主要技术参数确定 .............................................. 9 3.1 电机选型 .................................................. 9 3.2 减速器选型 ............................................... 10 3.3 轴承选型 ................................................. 12 3.4 齿轮齿条机构设计计算 ..................................... 12 3.5 传动设计计算 ............................................. 16 3.6 龙门结构设计计算 ......................................... 18 4 数字化设计 .................................................... 21 4.1 主要零件三维造型 ......................................... 21 4.2 龙门射线检测装置数字化装配 ............................... 25 5 龙门射线检测装置功能的实现 .................................... 27 5.1 控制系统 ................................................. 27 5.2 检测结果处理 ............................................. 30 结

　论 ....................................................... 31 参考文献 ....................................................... 32

　本科论文

　 摘

　要

　在全球各个国家对于大部分机械设备的检测中使用最多的，便是无伤检测。无伤检测是制造业更上一层楼不可缺少的有效工具，更是从侧面上反映出了这个国家在制造业方面的发展潜力，其重要性已得到公认。而射线检测又是无损检测当中使用最广泛的一种检测手段。

　本次设计将无损检测中的射线检测与龙门结构的超强负载能力相结合，主要目的是设计出能够承受相对较大且便于安装与拆卸的检测设备。其通过电机提供动力装置，主要通过齿轮齿条，滚轮钢轨，导轨滑块进行传动，运动平稳传动效率高且易于拆卸更换零件。通过查阅相关资料公式对龙门射线检测装置的动力部分以及传动系统进行了选型计算以及参数设计。对支撑结构以及重要传动零件进行了校核计算。对控制系统进行了简要介绍以及检测结果处理方式进行了简单描述。

　 关键词：射线检测；传动机构；齿轮齿条；控制系统；

　本科论文

　 Abstract

　In every country of the world, the most commonly used testing method for most mechanical equipment is non-invasive testing. Noninvasive testing is an indispensable and effective tool for manufacturing industry, and it also reflects the development potential of manufacturing industry in this country. Its importance has been recognized.And ray detection is the most widely used method in NDT. The main purpose of this design is to design the testing equipment which can bear relatively large and is easy to install and dismantle.The power unit is provided by the motor, mainly driven by the gear rack, roller rail and guide rail slide block, with stable movement, high transmission efficiency and easy removal and replacement of parts.By consulting the relevant data formula, the power part and transmission system of the gantry radiographic testing device are selected, calculated and parameters designed.The support structure and important transmission parts are checked and calculated.This paper introduces the control system and the processing method of the test results.

　 Keywords: Radiographic examination;Transmission mechanism ; Rack and pinion；Control system；

　本科论文

　 引

　言 射线检技术做为一种典型的无损检测技术在包括航空经济在内的社会经济中的应用非常广泛。例如造船，建筑结构和石化检测等等。射线检测技术就是使用穿透性较强的射线穿过零部件时的强度变化对零部件的内部变化进行检测的技术，X 射线伽马射线和中子射线通常用于射线检测。不同的光线穿过零件之后会受到零部件材料不同效果的遮挡和漫反射作用，零部件内部的各种构造会因为透过零部件后射线强度的变化不同而体现出来，以此来实现对零部件内部结构的无伤检测。

　本科论文

　1 龙门射线检测装置研究背景介绍

　1.1 射线检测技术简介 在射线检测技术中最早出现而且应用范围最广的就是常规射线照相检测技术，这种检测技术是以检测材料和工件内部结构为内容，以胶片呈现为形式的一种类似“照相”机制的内部结构检测技术。我国于上世纪八十年代引进了当时国际先进的常规射线检测技术，广泛应用于我国社会经济的各个领域。当前常规射线照相检测技术的发展方向，主要集中在提高射线照相检测的自动化上。

　与传统的照相技术和摄像技术发展历程一样，射线成像检测技术基本与射线照相技术同时成熟与发展，在射线成像检测技术的初期使用过程中，主要的检测信息呈现方式星荧光屏，时至今日射线实时成像检则技术已经有了很大的发展。其中后者是最近几年借助现代电子信息技术开发出的数字实时成像检测系统。该系统在运行期间基于非硅晶体闪烁检测器和荧光光电子管道形成信号提取功能。这种全新的实时成像检测系统的特点是，具备较高的分辨能力和较大的探测范围，可以检测厚度差和密度差较大的物体。

　射线层析技术是对被检测设备或零部件内部结构的一种分层检测技术，这种技术是通过投射数据使设备或零件图像重建，其不单单应用在制造业方面在医学方面一样起到了不可忽视的作用。20 世纪 70 年代英国 EMI公司研发了全球第一台医疗射线 CT 设备，其对射线检测技术的独特应用形式，引起了射线检测技术研究领域的广泛兴趣。1979 年美国研制出了专门用于工业领域的 CT 系统。

　与射线照相技术不同，实时射线成相技术有所不同 [1] ，工业射线层析检测技术一直在固体火箭发动机等精密工件的架构检测方面应用。

　本科论文

　图 1.1

　x 射线检测原理 1.2 检测仪器的国内外现状 我认为正是因为有了检测技术才使科学变成了如此严谨的事情。迄今为止，检测技术作为信息产业的三大支柱性技术之一，检测技术已经是电子信息产业发展的基石，也是电子信息产业发展不可或缺的一部分。

　检测仪器做为检测行业发展必不可少的工具，在检测行业前进的历程中，扮演着不可替代的角色[2] 。“十一五”期间，因为我国不停的追加基础建设方面人力物力财务投入，由于大量的市场需求驱动，导致测量仪器方面的需求迅速激增，在这种市场需求下检测仪器市场得到了飞速的发展。

　经过一段时间的沉默，中国电子测试设备行业开始缓慢复苏。电子检测设备巨量增加最主要的是有两方面的因素，一个是检测市场的大量需求，尤其是信息、传媒市场的大力发展，大力促进了电子仪器市场的迅速成长，第二个是电子检测仪器行业这段时间飞速往数字化、智能化方面靠拢，推进了电子检测仪器行业向数字化产品的发展，以此使得电子检测仪器行业在很多门类产品上获得了快速的成长。由最近我国仪器仪表行业成长的趋势来看形式大好，和全国制造业相同，即使困难重重，也阻挡不了仪器仪表行业的大力发展。

　就我国检测仪器行业来说，这一发展大大超越了“光学机电一体化”的概念，该技术不仅集成了 IT 技术，而且广泛吸收了各种先进的新技术，例如纳米，MEMS，芯片，网络，自动化和免疫学[3] 。迅速提升了检测仪器行业的技术水平和不断前进的步伐。现阶段科学仪器的成长表现出了以下几个趋势：一个是，普通的科学检测仪器向功能多、网络化、自动化、智能化等方向不断完善另一种是实时，在线，原位，在体，高选择性，高灵敏度和高通行性的生命科学测试设备。另一种是用于检测和分析复杂成分样

　本科论文

　品的科学[4] 。同时，用来食品、农业、能源、环境临床检验等民生经济领域的科学检测仪器向专业、精准化两个方向不断完善；另一个是，快速和自动化的方向开发用于样品制备的科学仪器。剩下的是，检测制造业制造质量的科学检测仪器向实时、原位分析方面发展。

　虽然我国仪器仪表市场成长迅速，但是和世界仪器仪表制造商相比仍有许多不足。进口依然是我国大部分科研、学校以及企业等单位在需要检测过程中使用的高精尖仪器设备的主要来源。与此同时，外国企业还占据我国中档检测设备和大量重要零部件市场 6 成以上的占比。国外检测仪器市场对国内的占据主导地位。迄今为止，在整个电子检测仪器市场上，较量日益严重。过去，检测仪器生产厂家大部分把仪器产品的实用性作为较量手段，制造商开发什么产品，用户就购买什么产品。现如今则已经转变为制造商费尽心思开发用户想要的产品，与此同时将更加实惠、性价比更高、更高效、更简洁的检测仪器作为生产准则。在网络化的发展下，整个检测仪器市场将一路高歌猛进。所有制造行业参与者与见证者都相信电子检测仪器市场的的未来一片光明。

　图 1.2

　无损检测设备 1.3 本次设计的目的与意义 进行维护保设备检测技术又被称作设备诊断技术，设备检测技术主要包括监测技术和诊断技术[5] 。监测技术是使用检查工具定期或连续监视整个机器或主要部件并获取可解释机器状况的图像（曲线）或值。在发生故障之前发送控制信号或警报。监测技术有多种类型，例如污染，腐蚀和力监测，温度信号检测，磨损颗粒监测，噪声监测和遥测技术。技术诊断基于监视工具提供的信息。确定特定零件或整个设备的技术状态并确定缺陷，确定维修方法。

　本科论文

　设备监测技术和设备诊断技术两方面共同组成了设备检测技术。通过检测工具的定期或持续不断的检测对整个装置或者部分零部件进行排查这种技术就是监测技术。通过监测技术获取足以解释设备运行状况的图像（曲线）或数值。并切在问题产生之前发出相关信号或进行预警。

　合理使用检测技术可以全面，准确地掌握零件以及设备老化，磨损，腐蚀和零件劣化的程度。在此基础上，通过早期的预测和跟踪，可以将设备的定期维护系统转变为更经济、更加有预防性的系统维护。另一方面，在避免设备事故的前提下，可以避免因不了解设备磨损来减少因盲目拆卸而造成的损失[6] ；另一方面，可以减少因停止运行而造成的生产损失。

　龙门结构具有生产方便，承重大，结构稳定等特点 [7] ，广泛应用于工程领域。本课题将射线检测与龙门结构相结合可以有效的防止因照相角度不合适造成的漏检，更加方便全面的对设备进行检查。

　本科论文

　2 龙门射线检测装置总体设计方案 2.1 龙门射线检测装置简介 龙门射线检测装置可用于中小型机械设备的检测中，利用一些穿透性较强的射线进行无损探测，将探测所得图像利用图像处理技术，进一步的分析处理，获得检测报告进行反馈，该设备安装于小型厂房中即可。它具有易于组装，易于安装和易于拆卸的特点，并且零件的结构也很简单。大部分零件容易采购，其余零件只需进行简单的钻孔切割焊接加工即可。

　龙门射线检测装置主外形尺寸：

　外型尺寸：长×宽×高=10000mm×10000mm×2500mm

　图 2.1 射线检测装置二维装配图

　本科论文

　2.2 龙门射线检测装置应实现的功能 龙门射管检测装置适用于中小型机械设备的检测具有制造容易，承重大，结构稳定的优点。因为本设备采用龙门结构，所以其本身可以承载大部分机械设备。由于设备检测需要多方位的移动发出射线进行检查。因此在本设计中加入了许多的平板小车，由小车和导轨滑块相配合使龙门梁可以在竖向平面运动。同时利用齿轮齿条相互配合使射管可以在横向平面运动。最大限度的使射管可以多方位发射，进行更加全面的检测。

　 图 2.2 射线检测装置二维图 2.3 结构组成 龙门射管检测装置结构功能可分为三大部分：①承载相对较大的待检测机械设备②承载相对较小的待检测机械设备③射管检测部分射管发射射线对机械设备进行检测。

　第一部分用来承载相对较大的机械设备。电机连接减速器减速器通过齿轮啮合与主动滚轮连接，主动滚轮驱动平板车在导轨上行驶。平板车通过安装板连接到框架，框架承载机械设备。通过控制电动机来控制被检测的设备的位置。第二部分主要承载相对较小的机械设备，第二部分运动有两个；一个与第一部分运动相同在导轨方向运动第二个就是垂直导轨方向。

　本科论文

　电动机安装在安装板上，电动机驱动减速器。减速器通过齿轮与齿条的啮合，驱动与安装板相连的滑块沿导轨方向移动。安装板又与被检测工件或者社备相连。第三部分：电机带动减速器减速器通过齿轮与齿条啮合带动与安装板相连的划块在导轨方向运动，安装板与射管相连。射管发射射线对被检测设备与工件进行检测。通过控制电机控制射管位置。在厂房中需要安装控制柜通过控制电机来改变被检测设备与射管的相对位置以达到更加全面的检测。

　图 2.3 射线检测装置结构图

　本科论文

　3 主要技术参数确定 3.1 电机选型 龙门射线检测装置主要采用 YE2-90S-4 型号电机输送动力。通过对平板小车最大载荷的计算，该装置平板小车主动滚轮的工作时功率为 0.82kw，主动滚轮轴转速 1500r/min 所以根据该实际工矿对该产品的传动部分进行了设计。由工作的实际功率 1.1kW 进行选择电机的传动效率η为 77%左右，那么选择功率为 1.1kW 的电机提供动力比较合适其计算公式如下：

　pp = =0.82 0.77=1.01kw额实

　（3-1）

　再根据转速进行选择。电机的转速与滚筒转速决定整体的传动比，其计算公式如下：

　ni = =43n电总滚

　 （3-2）

　n =n i=35 43=1500r / min  电 滚

　 （3-3）

　考虑到整体机型的大小所以选择了转速为 1500 r/min 的 YE2-90S-4 型号电机输送动力。如果采用其他型号的电机整体机型可能会过大不利于实际的机械设备的运转。

　表 3-1 电机参数表

　型号 YE2-90S-4 级数 4 额定功率 1.1kW 额定转速 1500rad/min 额定电压 380V 效率 77% 温度 -15℃-40℃ 电机重量 22Kg

　本科论文

　 图 3.1 电机

　 3.2 减速器选型 减速器是一种传动机构，利用齿轮之间齿轮数比的不同完成速度转换器，将电机提供的高转数通过减速比达到机械运转需要的回转数，并提高转矩。

　减速器的作用主要有两个 ：一个是降低输出转速，同时增加输出转矩[8] 。减速器的扭矩输出与电机扭矩的比值等于传动比 [9] 。同时，选择减速器时要注意不要超过电机的额定转矩[10] 。另一个是减速还减小了负载的惯性，惯性的减小是减速比的平方[11] 。

　 常用减速器的几种减速器及其优缺点：（1）谐波减速器：谐波驱动单元通过塑性元件控制的弹性变形传递动能和运动。它具有高精度和小尺寸的优点[12] ，虽然它具有柔性轮的灵活性但同时继承了不耐冲击。寿命短，刚度不足，输入速度低于其他类型的减速机等缺点。（2）行星减速器具有结构紧凑、间隙小、精度高、比普通减速器使用寿命长，额定输出转矩大的优点[13] 。然而，由于较低的传输效率和较低的精度，它通常是笨重的。

　 相较于其他减速器摆线针轮减速器具有以下优点：

　本科论文

　1. 结构简单 2. 体积小，重量轻且易于安装。由于行星齿轮变速器的结构紧凑[14] ，因此与相同输出的常规齿轮减速器相比，体积和重量都要减少 50％-67％。

　3. 与普通齿轮减速器想必传动比范围更大。单级传动比 11 三级传动比最大可达 2w 以上 4．高传输效率。传输效率可达 90%以上。

　5．运转稳定、没有杂音，此外，因为理论上有半数齿轮啮合所以过载能力相对较大并且可以承受较大的冲击性能。

　6．寿命长。所有接触部件由于滚动摩擦而具有较长寿命和普通的减速器相比，寿命可以提高 2、3 倍左右甚至更高。

　结合工作实际运转情况以及传动比等数据最终选定了型号为XLD3-43-1.1kw 的摆线针轮减速器。

　图 3.2 摆线针轮减速器

　本科论文

　 3.3 轴承选型 轴承是用于机械设备的正常运转和设计的常用零件。主要功能是减少运动过程中的动能损失并保证旋转[15] 。轴承的作用主要是起动静态分离和轴向固定的作用。主要承受扭矩和弯矩两种作用。在这次的设计中选用了两种型号的轴承-6209、6210。其选型计算如下：

　6thpf 1060n fCLP （ ）

　（3-4）

　"p1/f60= ( )htPnLCf

　 （3-5）

　r a= P XF YF 

　（3-6）

　000CPS

　 （3-7）

　式中：n：转速 r/min ε：寿命指数 球轴承 ε=3

　滚动轴承ε=10/3[16] p：当量动载荷 P 0 ：实际载荷 C 0 ：额定载荷 S 0 ：安全系数

　图 3.3 轴承 3.4 齿轮齿条机构设计计算

　在传动的过程中，齿轮齿条具有其独特的运动特性:齿轮传动主要功能是在两个轴之间传递运动和动能[17] ，而且寿命长，运转稳定，高度可靠，确保传动比不变，并且两个轴之间的运动可以任意角度传递。它已成为现

　本科论文

　代机械中最常用的机械传动机构。对于冲击载荷的齿条传动，应注意以下几个方面：

　 （1）齿面的热处理硬度不易太硬，HRC30~HRC35 即可，齿面太硬会在冲击载荷下发生轮齿崩裂。

　 （2）齿面的淬火深度不易太深，一般为 1/5m~1/10m（m：模数），要保持心部材料有足够的韧性，从而来缓冲外部的冲击载荷。

　 （3）在结构允许的前提下，模块 m 应该稍微大些，对于有冲击载荷的传动至关重要。

　 （4）设计转速不宜太高。

　 （5）为了确保齿轮齿条的传动，结构必须具有足够的耐冲击性和足够的刚性。

　 （6）对于轴承选择，最好选择滑动轴承而不是滚动轴承。滑动轴承具有出色的抗冲击性，但是，要保证滑动轴承有良好的润滑[18] 。在这次的设计中选用了直齿圆柱齿轮齿条传动。

　根据设计需要最终选用了 7 级精度齿轮[19]

　。

　材料选择：

　最终选定小齿轮材料为 40Cr，齿条选用材料为 45 钢。

　选小齿轮齿数为 Z 1 =24，Z 2 =∞。

　按齿面接触强度设计：

　2t 131tdt u+1d 2.32 .uEHK Z    

　 （3-8）

　确定公式内各计算数值。

　试选载荷系数 K t =1.3。

　小齿轮转矩计算 5 1119550 9550 0.8kW= =152.8 =1.528 10 mmn 50r / minPT N M N   g

　 （3-9）

　查表选齿轮宽度系数d =0.5 查表得材料的影响弹性系数 Z E =189.8。

　根据齿面硬度查表得到小齿轮的接触疲劳强度极限值：δ Hlim1 =600MPa；齿条的接触疲劳强度极限δ Hlim2 =550MPa[20] 。

　 31 1 h=60n j =60 50 1 2 0.03 100 4 =7.2 10 N L       

　 （3-10)

　本科论文

　取接触疲劳寿命系数 K HN1 =1.7。

　计算接触疲劳许用应力。

　取安全系数 s=1：

　 1 Hlim11= =1.7 600 a=1020 aHNHKMP MPS 

　 （3-11）

　小齿轮分度圆直径计算过程如下：

　225t 13 31tdt u+1 1.3 1.528 10 +1 189.8d 2.32 . =2.32 =56mmu 0.5 1020EHK Z               （3-12）

　取分度圆直径为 60mm。

　计算圆周速度：

　1t 1d n 60 50v= = =0.157m/s60 1000 60 1000    

　 （3-13）

　计算齿轮宽度 b：

　d 1tb= d =0.5 60mm=30mm  

　 （3-14）

　计算齿宽与齿高之比 b/h。

　1tt1d 60m = = =3z 20

　 （3-15）

　齿高：

　th=2.25m =2.25 3=6.75mm 

　（3-16）

　b 30= =4.44h 6.75

　 （3-17）

　计算载荷系数。

　根据上述计算过程求得小齿轮线速度 v=0.157m/s，齿轮 7 级精度，查表得动载荷系数 K V =1：

　直齿轮，K Hα =K Fα =1：

　查得使用系数 K A =1.5：

　查表得 K Hβ =1.250。

　由bh=4.44，K Hβ =1.250 得 K Fβ =1.185；故载荷系数 = 1.5 1 1 1.250 1.875A V H HK K K K K     

　 （3-18）

　分度圆直径计算过程如下：

　本科论文

　331 1tt1.875d =d =56 =601.3KK

　 （3-19）

　计算模数 m。

　11dm= =3mmz

　 （3-20）

　按齿根弯曲强度设计 a a 12d 12mzF SFY Y KT    

　（3-21）

　确定公式内各计算数值 查表得到小齿轮的弯曲疲劳强度极限值为δ PE1 =500MPa；齿条的弯曲疲劳强度极限为δ PE2 =380MPa[21] ； 查表得弯曲疲劳寿命系数 K FN1 =1.1，K FN2 =1.2； 计算弯曲疲劳许用应力。

　取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，  1 111.1 500= 392.86 a1.4FN FEFKMPS 

　（3-22）

　 2 221.1 380= 325.71 a1.4FN FEFKMPS 

　 （3-23）

　计算载荷系数 K。

　= 1.5 1 1 1.185 1.78A V F FK K K K K     

　（3-24）

　查齿形系数 Y Fa1 =2.65，Y Fa2 =2.06。

　查表得应力校正系数。Y Sa1 =1.58，Y Sa2 =1.97。

　计算齿轮齿条并加以比较：

　 a1 a112.65 1.58= =0.01066392.86F FFY Y

　（3-25）

　 a2 a222.06 1.97= =0.01246325.71F FFY Y

　（3-26）

　齿条的数值更大。

　设计计算：

　5a a 12 2d 12 2 1.78 1.528 10m = 0.01246=2.59z 0.5 20F SFY Y KT        

　（3-27）

　本科论文

　由于齿面的接触疲劳强度主要取决于齿轮直径，齿轮莫数 m 主要值取决于弯曲强度。可以根据弯曲强度计算出模数的值为2.59，就近取整m=3mm，按接触强度代入公式计算，算得的分度圆直径为 d 1 =56mm，齿数计算如下所示。

　m 56z= = =18.67d 3

　 （3-28）

　模数最终取 20。

　图 3.4 齿轮齿条

　3.5 传动设计计算 本产品包括两种传动-摩擦传动和齿轮传动，其传动设计如下：

　1119550 9550 1.1kW= =7.00n 1500r / minPT N M 

　 （3-29）

　其中 T 1 ：电机转矩 P 1 ：电机额定功率 n 1 ：电机输出轴转速

　本科论文

　由上述计算可以算出电机转矩为 7.00 N·M。

　减速器高速轴功率、转速、转矩计算过程如下：

　查该电机型号参数表得电机的效率为 77% 2 1p =p =1.1k 0.77=0.85k W W  

　（3-30）

　21n 1500r / minn = = =1500r / mini 1

　（3-31）

　222p 0.85k=9550 =9550 =5.39N Mn 1500r / minWT  g

　（3-32）

　P 2 :减速器高速轴功率 η 1 ：电机的效率 n 2 :减速器高速轴转速 T 2 :减速器扭矩 通过以上计算可以得出减速器高速轴功率为 0.85 kW ，转速为1500r/min，转矩为 5.39N·M。

　经过查表得知 9 级精度齿轮的传动效率为 96%，减速器低速轴运动状态：

　3 2 3p =p =0.85k 0.96=0.82k W W  

　（3-33）

　232n 1500n = = =35r/mini 43

　 （3-34）

　通过以上计算可以得出减速器低速轴功率为 0.82 kW ，转速为35r/min。

　平板小车主动滚轮轮轴：

　4 3 4p =p n =0.82kW 0.96=0.80kW 

　 （3-35）

　平板小车行进速度，最大静摩擦力、正压力：

　v=2 rn =6.28 0.09m 35r/min 60=0.33m/s    小车

　（3-36）

　44p 4 800wf= = =9696v 0.33m / sN

　 （3-37）

　f 9696N= = =1212000.08NN

　（3-38）

　动力载荷：

　N 121200m= = =123673.5kgg 0.1 9.8  

　 （3-39）

　本科论文

　P 3 ：减速器低速轴功率 n 3 ：减速器低速轴转速 p 4：

　平板小车工作功率 v：平板小车线速度 f：平板小车与钢轨最大静摩擦力 N：平板小车承受的最大正压力 µ:小车滚轮与钢轨摩擦系数 m：最大动力载荷 除去龙门射线检测装置自重，该设备的动力载荷在 10t 左右。

　图 3.5 平板小车 3.6 龙门结构设计计算 简单来说龙门结构是一种类似门框的简单结构它是不同于单支撑和悬臂结构的双支撑结构[22] 。

　龙门架结构具有生产方便，承重大，结构稳定的特点，因此在工程中得到了广泛的应用。

　在本次射线检测装置的多处设计中多次运用了龙门结构，首先由 3 根立柱一根横梁组成了一个最基本的龙门结构，再由两个龙门结构作为支腿 射管滑杆装置充当横梁又组成了一个新的龙门结构。同时又添加了平板滚轮，滑杆滑块以及齿轮齿条等部分。使射管可以在横竖连个方向运动。当与滚轮小车相连的电机被控制工作时，小车滚轮与钢轨摩擦可以载着射管滑杆在钢轨上进行运动。当与射管移动框架相连的电机被控制工作时移动框架上安装的齿轮与射管滑竿装置上的齿条相互啮合行进。两者共同组成一个平面坐标系控制着射管的位置，从而使射管可以全方位多角度的进行拍摄。

　本科论文

　下面对龙门结构进行选材计算。

　由下图可知龙门结构受力最大的地方为 6 跟立柱即只要立柱强度满足支撑条件整个结构的强度即可满足工作要求。

　首先是受力分析立柱主要受重力和支出力两个力只要计算出所有零件的总质量即可求出立柱所受重力。

　M= 2000kg

　（3-40）

　F=Mg=2000kg 10 =2000kgNN 

　 （3-41）

　2 2 2 21 2F 20000= = = =2.63 paa -a 200 -180F NMA

　（3-42）

　其中：M：立柱支撑总质量 F：立柱支撑总重力 δ：立柱所受应力 A：立柱横截面积 a 1 ：方钢管外壁边长

　a 2 ：方钢管内壁边长 通过查表得知大部分钢材在常温下需用应力都远远大于 2.63Mpa，考虑价格等各方面因素最终我们选择 Q235 钢材。

　 图 11 射线检测装置整体结构（1）

　本科论文

　 图 12 射线检测装置整体结构（2）

　本科论文

　4 数字化设计 4.1 主要零件三维造型 主动滚轮轴造型：

　主动滚轮轴是穿在主动滚轮中间的由多个圆柱构成的回转体，主动滚轮轴是支承主动滚轮转动的零件主要起传递运动、扭矩的作用，为滚轮提供支撑。以下是其绘制三维造型的过程。

　在【上视基准面】中绘制如下图所示草图【旋转】完成轴的主体部分。

　图 4.1 主动滚轮轴草图 在与轴相切位置绘制如下图所示草图。

　图 4.2 槽 选择草图右端平面，进行草图绘制。

　【拉伸切除】位置为上一步骤所绘制长为 37 所在平面位置。

　本科论文

　 图 4.3 拉伸切除 直齿圆柱齿轮造型：

　齿轮是在轮辋上带齿的机械零件，可以互相啮合，并通过连续啮合传递运动和动能。

　齿轮传递运动的历史悠久。2300 年前，就有古人运用青铜齿轮传动的记载[23] 。在 19 世纪末，齿轮加工方法的生产原理以及专用机床和使用该原理制造的专用工具的出现使齿轮加工方法更加完善。随着加工工艺的不断完善，齿轮运转的稳定性受到重视。

　在本次设计中对齿轮有两方面的运用：其一与主动滚轮相连将电机提供的扭矩传递给主动滚轮使平板小车在轨道上行进。其二就是与齿条相配合将电机提供的回转运动变为直线运动使滑块可以在滑杆上运动。以下是其三维造型过程。

　调用齿轮直齿圆柱齿轮，齿轮参数如下所示。

　本科论文

　 图 4.4 齿轮参数 这种状态下的零件为只读状态，不能进行编辑。所以要先将零件另存才能进行编辑。通过【绘制草图】和拉伸切除两个命令，完成齿轮的三维造型。

　图 4.5 齿轮三维造型 上面的步骤完成了之后，在装配的过程中修改编辑之后的齿轮始终无法被调用。用编辑过后的齿轮进行装配约束会报错，出现这个问题的主要原因是因为标准件有系统默认的路径。在绘制三维零件时需要对系统设置进行部分更改。点击菜单栏中的【工具】选择【选项】找到【导向孔向导

　本科论文

　/Toolbox】将【将此文件夹设为 Toolbox 零件的默认搜素位置】的勾选取消掉。

　滑块三维造型：

　滑块在机械设计中应用广泛具有：工作精度高、大幅降低驱动率、润滑结构简单、安装方便、互换容易等特点[24] 。其三维造型过程如下所示。

　选择前视基准面绘制如下图所示草图。

　图 4.6 滑块草图 对滑块进行倒角。运用【等距实体】距离 2 点击【凸台拉伸】分别向两边拉伸【合并】，对拉伸后的模型进行【倒圆角】，选择滑块平面绘制草图，草图如下图所示。

　图 4.7 滑块草图 2

　本科论文

　完成草图进行拉伸，距离 74。【拉伸切除】将多余部分切除，对三维造型进行倒角。选择滑块顶面绘制如草图。【拉伸切除】【完全贯穿】。完成滑块绘制。

　图 4.8 滑块三维造型

　4.2 龙门射线检测装置数字化装配 打开 solidworks 软件，点击【文件】【新建】选择【装配体】。

　由于龙门射线检测装置零件繁多，所以本次装配采用了化零为整的装配方式，先将一个个零件组装成一个个部件，再将一个个部件组装成组件。最后将整体进行装配。先将重要零件进行固定，然后利用【接触】【对齐】【同心】【平行】【宽度】【距离】等约束逐级进行装配。现以 202 框架 的装配为例对装配进行描述。首先调用一根滑轨梁将其固定，滑轨梁是信号为 4080 的钢型材。利用【重合】约束将横梁与滑轨梁连接。用同样的方法将另一根滑轨梁进行装配。先装配好一个角码连接器利用参考新建平面，运用【镜像特征】的方式装配其它角码连接器。再将其他零件利用，【接触】【对齐】【同心】【平行】【宽度】【距离】等约束将其他零件进行装配。

　本科论文

　 图 4.9 202 框架装配图

　图 4.10 总体装配图

　本科论文

　5 龙门射线检测装置功能的实现 5.1 控制系统 龙门射线检测装置的工作过程简单来说，与火车站和地铁的安检系统工作过程类似。由于设备的检测工作需要全方位的进行。所以需要被检测机械设备或者零部件能进行横纵两个方向上的移动，与此同时为了尽可能的避免漏检的情况发生，射线管同样需要在横向与纵向进行移动，最终选用了平板小车和滑轨实现了两个方向上的运动。因为同时有四个运动存在，切每个运动又分正反两个方向的运动所以在本次设计中加入了控制柜对这些运动加以控制。

　图 5.1 控制柜接线图

　控制柜必须根据电气接线要求在封闭或半封闭的金属柜或屏幅中组装开关柜，仪表，保护设备和辅助设备。保证它不会危害人员和外围设备的安全。这里主要是对电机进行控制原理通：过控制电机，来控制小车和滑块移动的方向以及最终所在位置，实现对被测设备以及射管相对位置的控制其接线图以及线路图如图所示。

　本科论文

　 图 5.2 控制柜线路图 控制柜的设计安装以及注意事项：

　（一）

　检查元件明细表并与系统图中的元件一一对应；找出需要面板开孔的元件，上网查找该元件的开孔尺寸。

　（二）用 CAD 绘出壳体图（壳体的外观、数量、尺寸、技术要求和 元件在壳体上的开孔尺寸）。

　（三）上网查找控制柜中主要元器件的技术参数、控制说明、和接 线图，绘制出二次控制原理图。

　（四）绘制二次控制原理图 （1）在电压表的两端各有一个熔断器与之串联。

　（2）电流互感器必须有一端接地。

　（3）当电路中有变送器时变送器的输入端应与电流互感器和 电流表串联。

　（4）当控制电路中有电机保护器时电机保护器的故障保护应 接在总控制回路中。

　本科论文

　（5）当控制系统中有软启动时要多多注意软启动的启停控制方 式（两线式、三线式）和启动完成信号（旁路控制信号）是否接入。

　（6）远程启动、停止输入信号 （7）各电器元件的选型 （8）故障型号是否接入电路中，以及其接入位置是否正确 （9）启动停止按钮接入位置是否正确 （10）停止按钮一定要放在接触器触点的前端 （五）施工 （1）计划元器件实际安装位置 （2）按照原理图检查二次 （3）确定线路布局控制回路和主回路 （4）根据原理图下线接线 （5）上电实验 （六）注意事项 （1）在接线前一定要仔细查看图纸一下每个元器件上有几根 线要接和要接的元器件的位置，然后将这个元器件上的所有线下完后再用扎带扎起来。先下柜门上的线，再下微型断路器和继电器上的线。

　（2）在接中间继电器时，一定要先接线圈的线，在接辅助触 点的线。

　（3）在扎线前，要看一下元器件周围还有没有其他元器件也 需要将线扎在一起，若有就等周围需要将线扎在一起的元器件的线下完后再将它们一起扎起来 （4）安装按钮时，注意将用到的触点组合放在同一侧。

　（5）在做上电实验前，将远程停止给短接掉。

　（七）设计 （1）明确负载大小，选择适当的软起或者变频器（大功率的负载在选择软启时，要注意扩大一个等级如 160KW 电机应选 200KW 的软启）根据负载电流选择断路器的大小，根据负载功率大小选择接触器大小。

　（2）根据断路器、软启、变频器、接触器的外形尺寸大小来定。

　控制柜的大小和安装位置，具体位置有个元器件的安装尺寸来定。

　本科论文

　5.2 检测结果处理 通过射线检测我们能获得与被测设备健康状况相关的图像，但这种图像并不能被直观的读取，就像我们去医院体检拍摄 X 光片一样，需要专业的医护人员在专业的设备中读取之后，最终以体检报告的形式获得最终的结果，同样的射线检测所得图像也许特殊的方法才能提取有用的信息其读取原理如下：射线检测图像读取的原理可以概括为两个“转换”：射线穿透金属材料后，被图像增强器接收，图像增强器将不可见射线检测信息转换为可见图像，称为“光电转换”。就信息的性质而言，可见图像是计算机无法识别的模拟量。为了进入计算机进行处理，必须将模拟量转换为数字量，执行“模/数转换”。然后，计算机处理将可见图像转换为数字图像，使用高清电视摄像机拍摄可视图像并将其输入计算机然后转换为数字图像的方法。在计算机上进行处理后，内部材料的缺陷特征，尺寸和位置会显示在监视器屏幕上。根据具体要求采用不同的算法还可获取设备的腐蚀与磨损情况，按照一定的标准将处理后所得数据进行整理绘制成报告检测结果的处理就完成了。

　本科论文

　结

　论

　通过以上分析，以及两位指导教师耐心的指导。查阅相关资料，克服重重困难终于完成了龙门射线检测装置的设计。

　龙门射线检测装置的设计主要从传动系统和整体结构两方面进行设计。传动系统由电机传动经过减速器与主动滚轮啮合，带动平板小车在钢轨上滚动行进。滚动运动其本身具有灵敏度高，动摩擦系数和静摩擦系数十分接近所以运动极其平稳，摩擦阻力小，移动轻便，磨损小。用在龙门射线检测装置的设计中十分适宜。在结构的设计方面我们选用了在工程中应用广泛的龙门结构。龙门结构的安装方便结构简单等特点与龙门射线检测装置的工作环境十分吻合。龙门结构超强的负载承受力可以为检测质量相对较大的设备提供良好的条件。结合实际的受力情况进行相关的理论计算，得出各零部件的尺寸型号。

　根据得出的零部件尺寸型号在三维软件中绘制出三维模型，并根据二维图纸进行三维装配。完成龙门射线检测装置的设计。

　本科论文

　 参考文献

　 [1]肖远见.机电一体化系统在机械工程中的应用[J].科技创新与应用，2017,（05）：139.[2017-08-30].

　[2]章健，隆丹宁，谢祥强，湛年远，老盛林.浅谈热机电一体化专业建设的必要性与可行性[J].轻工科技，2017,33（01）：155-156.（2016-12-30）[2017-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/45.1165.TS.20161230.1423.146.html

　[3]黄结荣.工程机械中机电一体化技术的应用研究[J].中国高新技术企业，2017,（01）：39-40.（2017-02-28）[2017-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.4406.N.20170228.1436.226.htmlDOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.019

　[4]温玉春.试论机电一体化的创新及发展方向[J].山东工业技术，2017,（05）：127.[2017-08-30].DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.112

　[5]庞海龙.智能控制在机电一体化系统中的应用[J].能源与节能，2017,（03）：65-66+68.[2017-08-30].DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2017.03.032

　[6]周双.机电一体化技术现状和发展趋势分析[J].化工管理，2017,（03）：139.[2017-08-30].

　[7]王青刚.社会需求导向下的机电一体化专业教学改革探索[J].产业与科技论坛，2017,16（03）：195-196.[2017-08-30].

　[8]秦威尔.机电一体化在工程机械上的应用与发展[J].黑龙江科技信息，2017,（06）：108-109.[2017-08-30].

　[9]李酉杰.机电一体化技术在煤矿机械中的应用与发展[J].机械管理开发，2017,32（03）：155-157.（2017-03-31）[2017-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1134.TH.20170331.1902.068.htmlDOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2017.03.68

　本科论文

　 [10]王龙.机电一体化技术在煤矿机械中的应用[J].机械管理开发，2017,32（04）：158-159.[2017-08-30].DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2017.04.69

　[11]张皓伟.煤矿机械中机电一体化技术探讨[J].机械管理开发，2017,32（04）：162-163.[2017-08-30].DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2017.04.71

　[13]吴健.建筑机电一体化设备安装技术及电动机的调试方法[J].工程技术研究，2017,（03）：40+43.（2017-03-24）[2017-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1727.N.20170324.1731.048.htmlDOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2017.03.024

　[14]高元元.浅谈机电一体化技术发展[J].职业，2017,（07）：120-122.[2017-08-30].

　[15]王晓琴.机电一体化技术在工程机械上的应用与发展[J].机械管理开发，2017,32（03）：162-163.（2017-03-31）[2017-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1134.TH.20170331.1902.071.htmlDOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2017.03.71

　[16]杨正蕾，崔少鹰.机电一体化系统中智能控制的应用[J].山东工业技术，2017,（07）：163.[2017-08-30].DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.142

　[17]张馨仁.机电一体化技术在智能制造中的应用分析[J].山东工业技术，2017,（06）146.[2017-08-30].DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.12 [18]濮良贵.纪名刚.机械设计[M] .北京：高等机械出版社.2006

　[19]高志.黄纯颖. 机械创新设计[M] . 北京：高等机械出版社.2010

　[20]李玲,张旭.传感器与检测技术课程教学改革研究[J].科教文汇,2015（21）：55-56

　[21]莫莉，刘娇娇。信息技术下 SolidWorks 在《机械制图》课程的应用研究[J].信息记录材料，2017,18（11）：111-113. [22]吴敏,李国利.“传感器与检测技术”课程教学改革探究[J].中国电力教育,2014（12）：65-67

　本科论文

　 [23]朱立.《传感器与检测技术》课程教学模式创新探讨[J].东华理工大学学报,2011.30（1）：70-80

　[24]

　 梁小宁。机械制造与自动化技术的应用分析[J].科技创新与应用，2017,（30）：56-57.

　[25]丁兰，曹延磊．环境温湿度实时监测系统的研制[J]．安徽电子信息职业技术学院学报，2011，10(05)：37-39

　本科论文

　致 谢

　本论文在姜娇和薄磊两位指导教师的悉心指导下完成的。指导教师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在指导教师的悉心指导下完成的，倾注了指导教师很多的心血。在此，谨向指导教师表示崇高的敬意和衷心的感激！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在教师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对指导教师一声：老师，您辛苦了！

　时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一向都离不开教师、同学、朋友给我热情的帮忙，在那里请理解我诚挚的谢意！在此我向沈阳城市学校机械设计制作及其自动化专业的所有教师表示衷心的感激，多谢你们三年的辛勤栽培，多谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，多谢三年里面你们孜孜不倦的教诲！

　四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达本事和广阔视野。很庆幸这三年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮忙和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过美好的四年大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

　最终要感激的是我的父母，他们不仅仅培养了我对机械设计制作方面

　本科论文

　 的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，并且也为我能够顺利的完成毕业论文供给了巨大的支持与帮忙。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我必会好好孝敬他们，报答他们！在此祝愿身边所有的老师同学乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海。同时，我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著，如果没有这些学者的研完成果的启发和帮助，我将无法完成本篇论文的最终写作。至此，我也要感谢我的朋友和同学，他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助! 金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正!