熱鐓擠送料機械手

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1、 熱鐓擠送料機械手 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘要 送料機械手主要用于機床和生產(chǎn)線中的上下料工作 ，熱鐓擠送料機械手主要由動力裝置、傳動部分、執(zhí)行機構(gòu)三部分組成，其中執(zhí)行機構(gòu)為設(shè)計的主要內(nèi)容。在本次設(shè)計中，該設(shè)計通過減速器變速將動力傳動到執(zhí)行機構(gòu)中，再有執(zhí)行機構(gòu)來控制機械手運動。執(zhí)行機構(gòu)的選擇，要分析各種機構(gòu)對運動的影響，綜合分析各種類型的機構(gòu)來確定適合機械手運動的機構(gòu)，通過分析得出結(jié)論，由凸輪連桿機構(gòu)來控制機械手的上下15度擺動，由不完全齒輪和齒輪齒條機構(gòu)來控制機械手的左右回轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞 ：執(zhí)行機構(gòu) 凸輪 不完全齒輪

2、 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 21世紀是科技高度發(fā)達的時代，人們的消費力不斷增加。市場對質(zhì)量可靠性能卓越的產(chǎn)品的需求大量增加，為滿足市場需求，各個企業(yè)工廠不斷建成現(xiàn)代化生產(chǎn)線，通過智能機器人來代替人力去快速高效的生產(chǎn)。各種高效率的機械手可以滿足工廠的生產(chǎn)需求，還可以克服惡劣環(huán)境完成工作。機械機械手的優(yōu)勢十分明顯.機械手作業(yè)的準確性和不同環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。它不但能代替部分人工操作，還能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸。同時，它

3、還能操作必要的工具進行焊接和裝配，它高效不間斷地工作在各種復(fù)雜環(huán)境中,從而極大改善了工人的勞動條件，顯著提高了勞動生產(chǎn)率，加快了工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，所以機械手的研制很有必要。 熱鐓擠送料機械手，該設(shè)計全面綜合的運用了機械設(shè)計專業(yè)學(xué)生在大學(xué)本科階段所學(xué)的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實際進行了一次重要實踐。鍛煉了我們查詢資料自我學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)了我們創(chuàng)新設(shè)計能力。該設(shè)計綜合運用了CAD、PORE等軟件，使我們對這些制圖軟件能熟悉運用。 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年中的最后一次課題設(shè)計，也是最為重要的一次設(shè)計，是對我們大學(xué)四年的綜合考量。畢業(yè)設(shè)計考驗的不是單一的一門知識，而是

4、我們大學(xué)四年所學(xué)的綜合運用。我選擇的題目是熱鐓擠送料機械手，該設(shè)計全面綜合的運用了機械設(shè)計專業(yè)學(xué)生在大學(xué)本科階段所學(xué)的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實際知識進行了一次重要實踐。綜合運用了CAD、PORE等軟件，是我們對這些制圖軟件能熟悉運用。機械手對工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。它的運用，使得在惡劣環(huán)境中的生產(chǎn)工作得以繼續(xù)進行。它可以模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作，可用來搬運物體，成在各個不同環(huán)境中的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中，機械手的應(yīng)用隨處可見，無論是組合機床，還是流水線生產(chǎn)，都可以運用機械手來進行上下料的工作。因此，進行機械手的研究是很有必要的 1.2

5、 機械手介紹 機械手應(yīng)用范圍十分廣泛，它常應(yīng)用與機械制造、電子、冶金、輕重工業(yè)中，機械手是工業(yè)機器人的一種，它是在工業(yè)機器人的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。機械手的種類很多，常見的有液壓式、電動式、氣動式和機械式機械手。我們所設(shè)計的機械手為機械式。機械手的主要部件為手部和運動機構(gòu)，運動機構(gòu)用來控制的各種動作，使機械手完成上下擺動、左右回轉(zhuǎn)、伸縮、擺動等等運動。手部是根據(jù)所要抓取的物體的形狀、材質(zhì)、大小、重量等因素來設(shè)計的。機械手的自由度影響機械手的靈活性、通用性，通常機械手自由度為4-5個，一般的專用的機械手由2-3個自由度。機械手通常用作機床、生產(chǎn)線等工作場合的上下料、換刀等工作。機械手的特

6、點是工作時間長，工作精度高，抗干擾能力強，可以在惡劣環(huán)境中工作。因此，機械手的未來發(fā)展方向為代替人工進行長時間重復(fù)高精通的工作，同時替代人工在環(huán)境惡劣，高溫有毒等環(huán)境中工作。機械手的模塊化同時也是它的發(fā)展趨勢，通過模塊化處理，可以使機械手快速響應(yīng)，完成不同的工作。隨著時間的發(fā)展，機械手會變得越來越先進，逐步向智能化、模塊化發(fā)展。 1.3 總體設(shè)計要求 設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機械手,由電動機驅(qū)動,夾送圓柱形鐓料,往40 t鐓頭機送料。它的動作順序是：手指夾料,手臂上擺l5，手臂水平回轉(zhuǎn)l20,手臂下擺l5，手指張開放料;手臂再上擺,水平反轉(zhuǎn),下擺,同時手指張開,準備夾料。 主要要求

7、完成對手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機械運動設(shè)計。圖1.1為機械手的外觀圖,技術(shù)參數(shù)為最大抓重2kg,手臂夾持工件最大直徑25mm，手臂回轉(zhuǎn)半徑685mm,送料頻率15次/min，電機轉(zhuǎn)速1450r/min。 設(shè)計熱鐓劑送料機械手驅(qū)動機構(gòu)使熱鐓機送料機械手完成上下擺動和水平回轉(zhuǎn)運動，設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。設(shè)計連桿機構(gòu)并進行速度、加速度分析。凸輪連桿機構(gòu)的設(shè)計計算：選擇從動件的運動規(guī)律,確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。減速器部分齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算、校核計算。繪制熱鐓劑送料機械手的總體裝配圖；繪制熱鐓劑送料機械手的主要零件圖； 1.4 說明書主要內(nèi)容 說明書的主要內(nèi)容為：

8、第一章主要介紹課題研究的意義以及課題要求，第二章介紹運動過程，對機械手的運動過程和動作順序進行了解分析計算。第三章主要介紹機械手部分，機械手的動過過程為水平回轉(zhuǎn)運動水平反轉(zhuǎn)運動上擺和下擺四種運動，它們由凸輪連桿機構(gòu)來完成手臂的上下擺動，由不完全齒輪齒條來完成手臂回轉(zhuǎn)。第四章對減速器部分的設(shè)計計算和校核計算。第五章對機械手執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計計算。計算出主要執(zhí)行機構(gòu)中凸輪和不完全齒輪的形狀和大小。第六章對熱鐓機送料機械手進行整體的分析計算。附參考資料 圖1-1 2 運動過程分解 2.1 運動周期計算 由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書總體設(shè)計要求可知，機械手送料頻率為15次/min,電機轉(zhuǎn)速為1

9、450r/min，通過簡單計算可知，每周期運動時間為4秒鐘，這4s可進行如下分配： 機械手手指夾料（0.4s）——機械手手臂上擺15度（0.4s）——機械手手臂水平回轉(zhuǎn)120度（0.8s）——機械手手臂下擺（0.4s）——機械手手指張開放料（0.4s）——機械手手臂上擺15度（0.4s）——機械手手臂水平反轉(zhuǎn)120度（0.8s）——機械手手臂下擺15度（0.4s） 2.2機械手圓形運動循環(huán)圖 通過運動周期計算繪制圓形運動循環(huán)圖。運動循環(huán)圖是在機械協(xié)調(diào)設(shè)計中所需要用到的重要的圖形文件。它能更好的說明運動過程，可以描述各個執(zhí)行機構(gòu)之間的運動順序、相互之間既協(xié)調(diào)又制約的動作關(guān)系。運動循

10、環(huán)圖的常見類型有直線型、圓形、直角坐標式等類型，在這里，我們使用圓形運動循環(huán)圖，它可以更加直觀更形象的描繪出機械手水平運動與上下擺動的運動關(guān)系，即在平動時水平停止，在進行上下擺動式水平方向靜止，兩者互相不干擾。 圖2-1 圓形循環(huán)圖 3 機構(gòu)功能分解 熱鐓擠送料機械手的構(gòu)成由原動機、傳動部分、執(zhí)行部分三部分組成，功能關(guān)系由下表所示： 表3-1 熱鐓擠送料機械手 原動機 傳動機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 電動機

11、 齒輪 帶輪 間歇上下擺動機構(gòu) 間歇左右回轉(zhuǎn) 3.1 驅(qū)動裝置的選擇 電動機的種類很多，可以分為直流電動機和交流電動機兩大類，我們所使用的電動機的工作環(huán)境實在工廠，所用為交流電，選用的電動機為交流電動機。交流電動機可分為三相同步電機和三相異步電機。三相交流異步電動的機結(jié)構(gòu)比較簡單，而且它價格低廉，在日常中維護方便，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中得到上廣泛的應(yīng)用。Y系列的電動機是全封閉的自扇冷式的三相異步電動機。它的特點是性能好，噪音較低，同時具有高效率震動小的優(yōu)點。這使它適用于不易爆炸不易燃且沒有腐蝕性氣體的工作環(huán)境中，如在機床、運輸機、攪拌機的機器

12、上面。課題中所設(shè)計的熱鐓擠送料機械手的工作環(huán)境實在工廠中，它的工作電壓為380V,頻率為50HZ，電機轉(zhuǎn)速為1450r/min，所以選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。機械手最大抓重2kg，所需功率不大，所以通過查詢機械設(shè)計手冊可以優(yōu)先選擇Y112M-4型號電動機來作為機械手的原動機，完成要求的工作動作。 電動機參數(shù)： 表3-2 電動機型號 額定功率/kW 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量/kg Y112M-4 4 1440 2.2 2.3 43

13、3.2 傳動類型的選擇 帶傳動特點：帶傳動有傳送比較平穩(wěn)，噪聲較小，能進行一定的緩沖吸振的優(yōu)點，但是帶傳動的承載能力比較低。傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時要比其他機構(gòu)的尺寸大，通常將帶傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級。 齒輪傳動特點：齒輪傳動有著工作可靠，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高等優(yōu)點，但它的成本也高，在精度低的時候，震動和噪聲比較大，不宜用于軸間距大傳動。 鏈傳動特點：鏈傳動沒有滑動并且不需很大的張緊力,作用在軸上的載荷較小，效率高，它的缺點是只能用于平行間的傳動，瞬時速度不均勻，工作時有噪聲，費用較高。 摩擦輪傳動特點：摩擦輪優(yōu)點在于制造簡單，在過載時可以發(fā)生打滑從而防止機器中重要零件

14、的損壞，可以實現(xiàn)無級變速，但它的缺點也較為明顯，那就是傳動效率較低，傳動比不能保證，而且壽命較低，它必須采用壓緊裝置時才能使用。 蝸桿傳動特點：它的優(yōu)點在于工作平穩(wěn)、沒有噪聲、結(jié)構(gòu)較為緊湊、沖擊小，它的優(yōu)點還有結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、零件數(shù)目少。缺點是效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造材料較貴，制造較難 對這五種傳動方式進行對比，考慮熱鐓擠送料機械手的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境和所需力等方面的要求綜合選擇帶傳動和齒輪傳動，電動機通過帶輪將轉(zhuǎn)矩傳遞到減速器，通過減速器減速達到需要的轉(zhuǎn)速帶動機械手的水平回轉(zhuǎn)運動和上下擺動。 3.3 手臂上下擺動的設(shè)計與選擇 根據(jù)設(shè)計總體要求可以知道機械手上下擺動15度，為完

15、成所需要的動作，需要設(shè)計機構(gòu)來驅(qū)動機械手實現(xiàn)運動要求，可是實現(xiàn)上下運動的機構(gòu)很多，有凸輪機構(gòu)，鉸鏈四桿機構(gòu)，曲柄滑塊機構(gòu)，螺桿等機構(gòu)，下面，設(shè)計幾種方案來完成手臂的上下擺動運動。 方案一：凸輪連桿機構(gòu) 凸輪是具有曲線輪廓的構(gòu)件，它的運動可以通過高副接觸傳遞給從動件，是從動件運動，它的運動狀態(tài)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。因為凸輪具有這樣的特點，所以凸輪連桿機構(gòu)可直接驅(qū)動從動件進行上下運動，進而使機械手手臂上下?lián)u動。而凸輪連桿機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于計算、成本低廉的優(yōu)點。但是它也存在缺點，那就是具有一定程度的沖擊?？紤]到機械手最大抓重為2kg，工作強度不大，沖擊也較小，所以該結(jié)構(gòu)可以完成上下

16、擺動動作。 如圖3-1所示，為凸輪連桿機構(gòu)。 圖3-1 凸輪+連桿 方案二：圓柱凸輪機構(gòu)+連桿 圓柱凸輪是將移動凸輪卷成圓柱體衍化而來，它是空間運動。通過圓柱凸輪的不斷轉(zhuǎn)動，使連桿上下擺動，進而驅(qū)動機械手運動。該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圓柱凸輪成本較高，計算較為麻煩。可以完成機械手的上下擺動。 如圖3-2所示，圓柱凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動拉動連桿使其完成擺動15度的動作。 圖3-2 圓柱凸輪+搖桿 方案三 曲柄滑塊+曲柄搖桿 通過偏心轉(zhuǎn)動帶動

17、連桿運動，再由連桿拉動滑塊，從而完成從動件的間歇上下擺動。使機械手完成要求的上下擺動15度的要求。該結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。 圖3-3 曲柄滑塊+曲柄搖桿 綜合對比3種機構(gòu)，考慮機械手設(shè)計總體要求，選擇方案一比較合適。 3.4 手臂水平回轉(zhuǎn)的設(shè)計與選擇 手臂的水平回轉(zhuǎn)運動與手臂上下擺動不同時進行，環(huán)形運動循環(huán)圖清晰明了的表述了兩種運動的工作時間。手臂水平放下的回轉(zhuǎn)可以通過多種機構(gòu)完成，如不完全齒輪機構(gòu)，不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構(gòu)，棘輪機構(gòu)等，通過綜合考慮，設(shè)計以下幾種方案： 方案一：不完全

18、齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條 經(jīng)過減速器將動力傳動到不完全齒輪處驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，因為是不完全齒輪，可以通過設(shè)計有齒區(qū)域占整個齒輪區(qū)域的比例來調(diào)節(jié)改變間歇時間，齒輪轉(zhuǎn)動帶動連桿前后移動，拉動齒條移動。通過齒條與齒輪嚙合來驅(qū)動連桿轉(zhuǎn)動。如圖3-4在課題的設(shè)計要求中可知要完成機械手水平回轉(zhuǎn)120，所以不完全齒輪齒數(shù)應(yīng)該是完全齒輪的三分之一。 方案二：不完全齒輪機構(gòu) 不完全外齒輪嚙合是旋轉(zhuǎn)120度，不完全外齒輪不嚙合，內(nèi)齒輪3、4嚙合是，水平回轉(zhuǎn)120度，完成左右回轉(zhuǎn)的工作要求。如圖3-5所示。不完全齒輪機構(gòu)具有機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、工作較為可靠特點，同時從動輪的運動時間和靜止時間變化范圍較大。通過設(shè)

19、計不完全齒輪的齒數(shù)可以實現(xiàn)機械手所要求的回轉(zhuǎn)角度，對轉(zhuǎn)動的時間可以較好的把握。但是當(dāng)開始進入嚙合時和脫離嚙合時具有比較大的沖擊，因此，它一般用于低速和載荷較小的場合。 方案三：圓柱凸輪+連桿+齒輪齒條 減速器將動力傳遞到圓柱凸輪帶動其轉(zhuǎn)動，因為圓柱凸輪的輪廓線不同，從動件連桿會沿著輪廓線運動，因為圓柱凸輪是水平放置的，凸輪的轉(zhuǎn)動會使連桿左右轉(zhuǎn)動，根據(jù)設(shè)計要求可以確定左右擺動的周期和擺動的距離。連桿的移動會帶動齒條的移動。齒條與齒輪嚙合帶動齒輪左右轉(zhuǎn)動，齒輪帶動桿是其左右回轉(zhuǎn)，完成機械手水平左右回轉(zhuǎn)的工作動作。圓柱凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算難度大，使運動停歇時間難以把握。設(shè)計難度較大 綜合三種

20、方案，選擇方案一更為合適，方案一具有計算簡單，容易實現(xiàn)，具有明顯的間歇運動的優(yōu)點，方案二沖擊較大，方案3結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易計算，運動停歇時間較難把握。 圖3-4 不完全齒輪+連桿+齒條 圖3-5 不完全齒輪 圖3-6 圓柱凸輪+齒輪齒條 3.5 熱鐓擠送料機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上述對各個方案的設(shè)計分析，將

21、選擇出來的最優(yōu)方案綜合整理，確定熱鐓擠送料機械手的整體結(jié)構(gòu)，如圖3-7所示。選用凸輪連桿機構(gòu)來完成機械手的上下擺動，選用不完全齒輪+連桿+齒輪齒條來實現(xiàn)機械手的120水平回轉(zhuǎn)，使用減速器來減速達到所需轉(zhuǎn)速。 圖3-7 4 傳動機構(gòu)的設(shè)計計算 已知工作頻率為15次/min，則執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)速為30r/min。滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，通過運動循環(huán)圖和機械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動比?？倐鲃颖?44030=48。帶傳動部分傳動比為4，高速級齒輪傳動為4，低速級為3，錐齒輪傳動比為3。 4.1帶輪傳動計算 1.定V帶型號和

22、帶長 帶傳動是帶輪之間用帶作為撓性拉拽零件的傳動，它是借助與帶輪之間的摩擦或者嚙合來傳遞動力或者運動的，帶的類型分為平帶、V帶、同步帶和多楔帶。因為傳動比為4，查機械設(shè)計表11.1可以知道，選用V帶傳動即可滿足要求。V帶傳動適用于中心距較小的情況下，它沒有接頭，運動比較平穩(wěn)，多跟V帶同時使用時，不懼損壞，即使損壞了一根也不至于立即停止運行。它的缺點是適用壽命比較短，價格比較貴，而且傳動的效率要略低于平帶。 工作情況系數(shù)：由表11.5查得 kA=1.2 計算功率 根據(jù)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)計算出中傳遞效率η=0.89 其中η1=0.96；η2=0.98；η3=0.99，η4=0.99.

23、 所以Pw=Pdη= 3.56kW 選擇V帶型號 由圖11.15可知，選擇Z型V帶。 小帶輪直徑 由圖11.5可知，D1取90mm 驗算V帶速度 v=πD1nm60000=6.78m/s 5m/s＜v＜25m/s 符合要求。 大帶輪直徑 D2=1-εD1n1n2=356.4mm 取D2=360mm 其中ε為帶傳動的滑動率 大帶輪轉(zhuǎn)速 n2=1-εD1n1D2=356.4r/min 2.計算帶長 求Dm Dm

24、=D1+D22=225mm 求Δ Δ=D2-D12=135mm 初取中心距 2D2+D1＜a＜0.55D2-D1+h 初取a=600 帶長 L=πDm+2a+Δ2a =1936.875mm 查圖11.4可知Ld=2000 3.求中心距和包角 中心距 a=L-πDm4+14L-πDm-8Δ2=600mm 小輪包角 α1=180-D2-D1a60=153 4.求帶根數(shù) 帶速 v=πD1n1601000=6.78m/s 帶根數(shù) 由表11.8可知Po=1.91 由表11.7可知kα=0.94 由表11.12可知kL=1.03 由表1

25、1.10可知ΔPo=0.168 z=PcP+ΔPokαkL=1.99 所以，V帶根數(shù)為2根。 5.求軸上載荷 張緊力 F0=500Pcvz2.5-kαkα+qv2=222.5N 軸上載荷 FQ=2zF0sinα2=890.35N 4.2齒輪傳動 齒輪可以分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、錐齒輪等，齒輪傳動的要求是要滿足沖動比平穩(wěn)，要盡量的減少沖擊、噪聲和震動。齒輪傳動要保持一定的強度。常見的齒輪失效形式為齒面損傷和輪齒折斷，齒面損傷有點蝕、膠合、塑性流動、磨粒磨損等損傷形式。該設(shè)計選擇直齒輪即可，為了保證齒輪齒面具有足夠的硬度，較高的抗點蝕、抗磨損、抗膠合等能力，應(yīng)選擇

26、合適的材料，同時，該材料應(yīng)該使齒輪有足夠的彎曲疲勞強度和良好的熱處理公益性，選擇的材料應(yīng)為40Cr，45鋼等。 運輸機一般為工作機，速度不高，故選7級精度，小齒輪選擇材料為40Cr，需調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HB，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HB，同樣需要調(diào)質(zhì)處理。 齒面接觸疲勞強度計算 1.初步計算 轉(zhuǎn)矩T1 T1=9.55106Pn1=94.43N?m 齒寬系數(shù)φd 由表12.13可知，φd=1.0 接觸疲勞極限σHlim 《機械設(shè)計》圖12.17c可知， σHlim1=710MPa σHlim2=600MPa 初步計算許用接觸應(yīng)力σH σH1≈

27、0.9σHlim1=639MPa σH2≈0.9σHlim2=522MPa Ad值 由表12.16可取 Ad=85 初步計算小齒輪直徑 d1≥Ad3T1φdσH?u+1u =64mm Ad為修正系數(shù) φd為齒寬系數(shù) u為傳動比 初步齒寬b b=φdd1=164=64mm 2.校核計算 圓周速度v V=πd1n1601000=1.23m/s 精度等級 由表12.6查得精度等級為9級 齒數(shù)z和模數(shù)m 初步取齒數(shù)z1=30，z2=iz1=120 m=d1z2=2.13 由表12.3取m=

28、2.5 則z1=d1m=26 z2=104 選用系數(shù)KA 由表12.9選取KA=1.25 動載系數(shù)KV 由圖12.9選取KV=1.2 齒間載荷分配系數(shù)KHα 由表12.10，先求 Ft=2T1d1=29443064=2950.9N KAFtb=1.252950.964=57.63N/mm 端面重合度 Zε εα=1.88-3.21z1+1z2cosβ=1.73 Zε=4-εα3=0.87 KHα=1Zε2=1.32 齒向載荷分布系數(shù)KHβ KHβ=A+B1+0.6bd12bd12+c?10-3b=1.396 載荷

29、系數(shù)K K=KAKVHHαKHβ=1.251.21.321.396=2.76 彈性系數(shù)Zε 由表12.12可得 Zε=189.8MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.46 接觸最小安全系數(shù)SHmin SHmin=1.05 總工作時間th th=1030016=48000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL NL1=60γn1th=1.04109 NL2=NL1i=2.6108

30、 γ為齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面的嚙合次數(shù) th齒輪的設(shè)計壽命 接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18可知，取 ZN1=1 ZN2=1.12 接觸疲勞極限 由圖12.17c σHlim1=710MPa，σHlim2=580MPa 許用接觸應(yīng)力σH σH1=σHlim1ZN1SHmin=71011.05=676.2MPa σH2

31、=σHlim2ZN2SHlim=5801.121.05=618.67MPa 驗算 σH=ZEZHZε2KT1bd2?u+1u=597.87<σH2 3. 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑d d1=mz=2.526=65mm d2=mz=2.5104=260mm 中心距a a=mZ1+Z22=162.5mm 齒寬b b=φdd1=165=65mm 取b1=75mm

32、,b2=65mm 4 .齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù)Yε Y↑ε=0.25+0.75εα=0.68 齒間載荷分配系數(shù)Kα 由表12.10可知，KFα=1Yε=1.47 齒向載荷分布系數(shù)KFβ bh=652.52.25=11.56 由圖12.14查得，HFβ=1.38 載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ=1.251.21.471.38=3.04 齒形系數(shù)YFa 由圖12.21查得， YFa1=2.65 YFa2=2.25 應(yīng)力修正系數(shù)Y

33、Sa 由圖12.22查得， YSa1=1.58 YSa2=1.83 彎曲最小安全系數(shù)σFlim 由圖12.23c查得， σFlim1=600MPa σFlim2=450MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.15估計3106

34、.85 YN2=0.9 尺寸系數(shù)YX 由圖12.25可知 YX=1.0 許用彎曲應(yīng)力σF σF1=σFlim1YN1YXSFlim=6000.8511.05=485.7MPa σF2=σFlim2YN2YXSFlim=4500.911.05=385.7MPa 驗算 σF1=2KT1bd1mYFa1YSa1Yε=227.59<σF1 σF2=σF1YFs2YSa2YFa1YSa1=222.4MPa<σF2 符合要求。 材料選擇：小齒輪選擇材料

35、為40Cr，需調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HB，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HB，同樣需要調(diào)質(zhì)處理。 1. 齒面接觸強度計算 初步計算 轉(zhuǎn)矩T2 T2=9.55106Pn2=9.551063.5690=377756N?mm 齒寬系數(shù)φd 由表12.13可知φd=1.0 初步計算許用接觸應(yīng)力σH σH1≈0.9σHlim1=639MPa σH2≈0.9σHlim2=522MPa Ad值 由表12.16可取 Ad=85 初步計算d3 d3=Ad3T2φdσH2?u+1u=104.31 取d3=105mm 初步齒寬b b=φd?d3=1105

36、=105mm，b3=115mm b4=105mm 2. 校核計算 圓周速度 v=πd3n3601000=π10590601000=0.49m/s 精度等級 查表12.6選取精度等級為9級 齒數(shù)z和模數(shù)m 初取z3=40，z4=iz3=34=120 m=d3z3=2.63，取m=3 z3=d3m=1053=35，z4=105 使用系數(shù)KA 由表12.9選取KA=1.25 動載系數(shù)KV 由圖12.9選取KV=1.2 齒間載荷分配系數(shù)KH

37、α Ft=2T2d3=2377760105=7195.43N KAFtb3=1.257195.43115=78.21N/mm<100N/mm 先求：端面重合度εα=1.76 Zε=4-εα3=0.86 KHα=1Zε2=1.35 齒向載荷分布系數(shù)KHβ KHβ=A+B1+0.6bd32bd32+c?10-3b=1.42 載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKHβ =1.251.21.351.42=2.88 彈性系數(shù)Zε 由表12.12可得 Zε=189.8MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.

38、46 接觸最小安全系數(shù)SHmin SHmin=1.05 總工作時間th th=1030016=48000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.5估計107

39、 σHlim1=710MPa，σHlim2=580MPa 許用接觸應(yīng)力σH σH1=σHlim1ZN1SHmin=7101.161.05=785MPa σH2=σHlim2ZN2SHlim=5801.21.05=663MPa 驗算 σH=ZEZHZε2KT2bd2?u+1u=549.21<σH2 3. 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑d d3=mz3=335=105mm d4=mz4=3105=315mm 中心距a

40、 a=mZ3+Z42=210mm 齒寬b b=φdd3=1105=105mm 取b3=115mm,b4=105mm 4.齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù)Yε Y↑ε=0.25+0.75εα=0.68 齒間載荷分配系數(shù)Kα 由表12.10可知，KFα=1Yε=1.47 齒向載荷分布系數(shù)KFβ bh=11532.5=15.3 由圖12.14查得，HFβ=1.38 載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ=1.251.21.471.38=3.04 齒形系數(shù)YFa 由圖12.21查得， YF

41、a3=2.5 YFa4=2.24 應(yīng)力修正系數(shù)YSa 由圖12.22查得， YSa3=1.62 YSa4=1.82 彎曲最小安全系數(shù)σFlim 由圖12.23c查得， σFlim3=600MPa σFlim4=450MPa 彎曲最小安全系數(shù)SFmin 由表12

42、.14選擇， SFmin=1.25 彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24可知， YN3=0.98 YN4=0.95 尺寸系數(shù)YX 由圖12.25可知 YX=1.0 許用彎曲應(yīng)力σF σF3=σFlim3YN3YXSFlim=6000.9811.25=470.4MPa σF4=σFlim4YN4YXSFlim=4500.9511.25=343MPa 驗算 σF3=2KT2bd3mYFa3YSa3Yε=174.6MPa<σF

43、3 σF4=σF3YFs4YSa4YFa3YSa3=172.8MPa<σF4 直齒錐齒輪的加工方式多為刨齒，因此不宜采用硬齒面。小齒輪的材料選擇40Cr，需要進行調(diào)質(zhì)處理，硬度大小為260HB,而大齒輪的加工材料可以選擇使用42SiMn，同樣要進行調(diào)制處理，硬度為230HB。通過運動循環(huán)簡圖和整體機構(gòu)簡圖可以知道直尺錐齒輪的傳動比為i=3，小齒輪轉(zhuǎn)速為30r/min，傳遞功率為 P=P1η3η2=3.560.990.98=3.45kW。 1. 齒面接觸疲勞強度計算 齒數(shù)z和精度等級 取z5=24，z5=iz5=72， 因為運動速度不高，通過表12

44、.6，選9級精度 使用壽命KA 由表12.9 KA=1.0 動載系數(shù)KV 由圖12.9 KV=1.12 齒間載荷分配系數(shù)KHα 由表12.10，估計KAFtb<100N/mm cosδ1=uu2+1=0.95，cosδ2=1u2+1=0.32 zv1=z1cosδ1=240.95=25.26，zv2=225 由公式12.6可計算εαv=1.74 由公式12.10計算Zε=0.87 KHα=1Zε2=1.32 齒向載荷分布系數(shù)Kβ 由表12.20查得，Kβ=

45、1.65 載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKβ=1.01.121.321.65=2.43 轉(zhuǎn)矩T3 T4=T1i=283290N?mm 彈性系數(shù)ZE 由表12.12可得 ZE=189.8MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.5 接觸最小安全系數(shù)SHmin SHmin=1.05 總工作時間th th=1030016=48000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL NL1=60γn1th=1.04109

46、 NL2=NL1i=2.6108 接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18可知，取 ZN1=1 ZN2=1.12 接觸疲勞極限 由圖12.17c σHlim1=710MPa，σHlim2=680MPa 許用接觸應(yīng)力σH σH1=σHlim1ZN1SHmin=71011.05=676.2MPa σH2=σHlim2ZN2SHlim=6801.121.05=725MPa 小輪大端分度圓直徑d5 取φd

47、=0.3 由《機械設(shè)計》12.39公式計算得出d5=117mm 驗算圓周速度及KAFtb dm1=1-0.5φRd5=1-0.50.3117=99.45mm vm=πdm1n3601000=π99.4590601000=0.5m/s Ft=2T3dm1=5697N b=φRR=φR?d521-cos2δ1=56mm KAFtb=98N/mm<100N/mm 2.確定傳動主要尺寸 大端模數(shù)m m=d5z5=11724≈4 實際分度圓直徑d d5=mz=424=96mm d6=mz=472=288mm

48、 錐句R R=m2Z12+Z22=151.79mm 齒寬b b=φRR=0.3221.36=45mm 取b=67mm 經(jīng)過校核計算得出所選數(shù)據(jù)符合要求。 4.3軸的設(shè)計計算 因為減速器功率不大，并且沒有特殊的要求，所以選擇常見的45鋼即可，并且對45鋼進行調(diào)制處理 各軸輸入功率 P1=Pd?η1=3.6kW P2=P1?η2?η3=3.56kW P3=P2?η2η3=3.45kW 最小軸徑 Ⅰ軸最小軸徑： d1≥C3P1n1=22mm Ⅱ軸最小

49、軸徑： d2≥C3P2n2=34.8mm Ⅲ軸最小軸徑： d3≥C3P3n3=50mm 軸承選擇 表4-1 軸承參數(shù)表 軸承號 軸承代號 基本尺寸/mm（dDB） Ⅰ 2系列6206 306216 Ⅱ 2系列6209 458519 Ⅲ 2系列6213 6512024 Ⅰ軸的設(shè)計 表4-2 Ⅰ軸各軸段直徑 軸段

50、 直徑mm 原因 Ⅰ-Ⅱ 22 根據(jù)最小直徑選擇 Ⅱ-Ⅲ 25 定位軸肩0.07~0.1d Ⅲ-Ⅳ 30 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取 Ⅳ-Ⅴ 35 非定位軸間 Ⅴ-Ⅵ 52 分度圓直徑 Ⅵ-Ⅶ 35 h=0.07~0.1d Ⅶ-Ⅷ 30 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇

51、 表4-3 Ⅰ軸各軸段長度 軸段 長度mm 原因 Ⅰ-Ⅱ 38 凸緣聯(lián)軸器選擇 Ⅱ-Ⅲ 35 Ⅲ-Ⅳ 28 16+9+3 Ⅳ-Ⅴ 135 Ⅴ-Ⅵ 75 根據(jù)齒寬得出 Ⅵ-Ⅶ 7 Ⅶ-Ⅷ 28 16+12 圖4-1 Ⅰ軸簡圖 Ⅱ軸的設(shè)計 表4-4 Ⅱ軸各軸段直徑 軸段 直徑mm

52、 原因 Ⅰ-Ⅱ 35 根據(jù)最小直徑選擇 Ⅱ-Ⅲ 40 非定位軸間 Ⅲ-Ⅳ 45 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取 Ⅳ-Ⅴ 52 定位軸肩 Ⅴ-Ⅵ 60 定位軸肩 Ⅵ-Ⅶ 52 定位軸肩 Ⅶ-Ⅷ 45 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇 表4-5 Ⅱ軸各軸段長度 軸段 長度

53、mm 原因 Ⅰ-Ⅱ 45 錐齒輪齒寬選擇 Ⅱ-Ⅲ 45 Ⅲ-Ⅳ 43 16+9+3 Ⅳ-Ⅴ 65 根據(jù)齒寬得出 Ⅴ-Ⅵ 20 Ⅵ-Ⅶ 115 Ⅶ-Ⅷ 36 19+12+5 圖4-2 Ⅱ軸簡圖 Ⅲ軸的設(shè)計 表4-6 Ⅲ軸各軸段直徑 軸段 直徑mm 原因 Ⅰ-Ⅱ 5

54、0 根據(jù)最小直徑選擇 Ⅱ-Ⅲ 56 非定位軸肩 Ⅲ-Ⅳ 65 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取 Ⅳ-Ⅴ 72 定位軸肩 Ⅴ-Ⅵ 78 非定位軸肩 Ⅵ-Ⅶ 72 定位軸肩 Ⅶ-Ⅷ 65 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇 表4-7 Ⅲ軸各軸段長度 軸段 長度mm 原因 Ⅰ

55、-Ⅱ 112 凸緣聯(lián)軸器選擇 Ⅱ-Ⅲ 60 Ⅲ-Ⅳ 36 24+12 Ⅳ-Ⅴ 102 Ⅴ-Ⅵ 105 根據(jù)齒寬得出 Ⅵ-Ⅶ 10 Ⅶ-Ⅷ 36 24+12 圖4-3 Ⅲ軸簡圖 算 計算齒輪受力 轉(zhuǎn)矩T3 T3=9.55106P3n3=1098250N?mm 圓周力 Ft=2T3d3=20919N?mm 徑向力 Fr=Fttanαn=7614N 計算支承反力 垂直面反力 FR1=FR2=Ft2=10459.5N

56、 軸受轉(zhuǎn)矩 T=T3=1098250N?mm 許用應(yīng)力值 查表16.3 σ-1b=60MPa，σ0b=102.5MPa 應(yīng)力校正系數(shù) σ=σ-1bσ0b=0.59 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 αT=647967.5N?mm 當(dāng)量彎矩 在齒輪中間截面處 M=M2+αT2=1217085.7N?mm 校核軸徑 齒根圓直徑 df4=mZ-2.5=307.5mm 軸徑 d=3M0.1σ-1b=58.7mm<105mm 4.4滾動軸承的校核計算 常見的滾動軸承有圓錐滾子軸承，它能同時受徑向載荷和軸向載荷，具有承載

57、能力較大的特點，它的許用角偏??；推力球軸承只能承受單向的軸向載荷，在回轉(zhuǎn)時會因為鋼球離心力的作用于保持架摩擦發(fā)熱，所以極限轉(zhuǎn)速較低。深溝球軸承的結(jié)構(gòu)簡單，主要用來承受徑向力，摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，價格較低，它的應(yīng)用范圍最廣。較接觸球軸承的特點是軸向承載能力隨著接觸角的增大而增大，但是需要成對使用，它的接觸角有15、25和45三種。圓柱滾子軸承可以受較大的徑向載荷，內(nèi)外圈之間可作軸向的自由移動，它不能夠承受軸向載荷。通過對比這幾種常見的滾動軸承，從經(jīng)濟、使用條件等方面進行考慮， 選用軸承為深溝球軸承。 通過表18.7可得，X=1.0，Y=0,由表18.8查得，fd=1.2

58、當(dāng)量動載荷P P=fd?XFr=9136.8N 計算額定動載荷 Cr=P3Lhn16670=40390N<57200N 選用6213深溝球軸承可以滿足軸承壽命要求。 4.5 鍵鏈接的校核計算 鍵的種類有平鍵和花鍵兩種，它們的重要作用都是用于軸和帶轂零件，用來實現(xiàn)周向的固定，以此來傳遞轉(zhuǎn)矩。我們使用的鍵為平鍵。其中平鍵又分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵、滑鍵三種，這里我們選用的是普通平鍵。而普通平鍵又分為平頭、圓頭、一端平頭一端圓頭3種類型。平鍵一般情況下不影響被連接件的定心，因此使用范圍很廣。在進行平鍵的設(shè)計時，應(yīng)該考慮較弱零件的工作面被壓潰或磨損等狀況，同時也應(yīng)考慮鍵的強度，以防鍵被剪斷

59、。 1.輸入軸與聯(lián)軸器用平鍵聯(lián)接鍵1 軸徑d=22mm，Lz=38mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=87，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=34mm，鍵的接觸長度l=L-b=34-8=26mm，σp=4Tdhl=66MPa<120MPa。 2.輸出軸與齒輪用平鍵聯(lián)接鍵2 軸徑d=52mm，Lz=115mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=1610，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=110m，鍵的接觸長度l=L-b=110-16=94mm，σp=4T2dhl=31MPa<120MPa。 3.輸出軸與齒輪

60、用平鍵聯(lián)接鍵3 軸徑d=52mm，Lz=65mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=1610，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=60mm，鍵的接觸長度l=L-b=60-16=44mm，σp=4T2dhl=66MPa<120MPa。 4.輸出軸與錐齒輪用平鍵聯(lián)接鍵4 軸徑d=35mm，Lz=45mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=108，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=40，鍵的接觸長度l=L-b=40-10=30mm，σp=4T2dhl=84MPa<120MPa。 5.輸出軸與齒輪用平鍵聯(lián)接鍵5 軸徑d

61、=78mm，Lz=108mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=2214，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=104m，鍵的接觸長度l=L-b=104-22=82mm，σp=4T3dhl=50MPa<120MPa。 6.輸出軸與聯(lián)軸器用平鍵聯(lián)接鍵6 軸徑d=50mm，Lz=112mm，查機械設(shè)計手冊，選擇A型平鍵，尺寸為bh=1610，查機械設(shè)計表7.1，σp=100~120MPa，參考轂長選擇L=80mm，鍵的接觸長度l=L-b=112-16=96mm，σp=4T3dhl=92MPa<120MPa。 4.6箱體結(jié)構(gòu)尺寸

62、 表4-8 箱體參數(shù) 名稱 符號 尺寸/mm 箱座凸緣壁厚 b 12 箱蓋凸緣壁厚 b1 12 箱座底凸緣厚度 b2 20 軸承旁連接螺栓直徑 d1 16 連接螺栓d2的間距 l 180 軸承蓋螺釘直徑 d3 10 視孔蓋螺釘直徑 d4 7.35 定位銷直徑 d 8.7 d1、d2、d3距外箱壁距離 c1 36 d1、d2至凸緣邊緣距離 c2 36 軸承旁凸臺半徑 R1 36 凸臺高度 h 外箱壁至軸

63、承座端面距離 l1 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 ?1 12 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 ?2 12 箱蓋肋厚 m1 6.8 箱座肋厚 m 6.8 軸承蓋外徑 D2 圖6-27 軸承旁連接螺栓距離 s 箱蓋與連接螺栓直徑 d2 0.5~0.6df 箱座壁厚 δ 8 5 機械手運動執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計計算 5.1 凸輪連桿機構(gòu)的設(shè)計計算 由機械手設(shè)計要求可知，凸輪連桿機構(gòu)的運動應(yīng)該滿足機械手上下擺動15，假設(shè)凸輪連桿機構(gòu)的支承點距離機械手轉(zhuǎn)動點為100mm，則通過計算tan15=x100，得出x=27mm，即凸輪最高點與最低點

64、距離相差27mm。 通過運動過程計算凸輪外形 圓盤凸輪基圓半徑尺寸R1=25mm，外圓半徑R2=R1+27=52mm。 手臂夾料時間占比為：0.42=15 對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為：36015=72 手臂上擺時間占比為：0.42=15 對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為：36015=72 手臂下擺時間占比為：0.42=15 對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為：36015=72 手臂回轉(zhuǎn)時間所占比為：0.82=25 對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為：36025=144 以O(shè)為圓心，e為半徑所作的圓成為偏距圓 以凸輪輪廓線最小矢徑為半徑所作的圓為基圓，基圓半徑為25mm 凸輪轉(zhuǎn)動時從動件的最大位移為行程 推程運動角為從動件由最低點到

65、最高點凸輪所轉(zhuǎn)過的角度 回程運動角為從動件由最高點到最低點凸輪所轉(zhuǎn)過的角度 根據(jù)運動規(guī)律畫凸輪連桿機構(gòu)圖 圖5-1 從動件運動規(guī)律 由于機器的運動速度較慢，對動力要求不是很高，所以在推程與回程中選擇等加速和等減速，即加速度為0。 。 5.2 不完全齒輪齒條的設(shè)計計算 齒輪模數(shù)m=1 因為機械運動較慢，對動力的要求不高，轉(zhuǎn)動速度不是很快，所以對不完全齒輪的要求不高。通過運動循環(huán)圖和機械手的運動動作進行分析可以進行如下設(shè)計：完全齒輪共60齒，則，直

66、徑為60mm。不完全齒輪與完全齒輪嚙合，運動過程為先進行空轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)動五分之二后帶動完全齒輪轉(zhuǎn)動五分之二，之后空轉(zhuǎn)五分之一，這樣就滿足了機械手回轉(zhuǎn)的要求了。 齒輪齒數(shù)z=45,則它的分度圓直徑d=mz=451=45mm 齒條移動距離L=132π452=47.1mm 齒條長度L1>L，所以選擇齒條長度為60mm。 齒條長度 設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則齒條移動距離為2a，即齒條移動的距離為23.55mm，為保證在運動過程中齒條不與曲柄相接觸，應(yīng)該滿足如下條件，即： b-a>a，b>47.1mm 所以，b的長度選擇60mm 6 熱鐓擠送料機械手方案的計算說明 熱鐓擠送料機械手以發(fā)動機Y112M-4為動力源，通過帶輪將動力傳遞到減速器部分，其中帶輪部分傳動比為4