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自动防盗门开锁机构设计【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 自动防盗门开锁机构设计图纸优秀优良

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自动防盗门开锁机构设计

39页-15000字数+说明书+开题报告+中期报告+6张CAD图纸

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手臂轴.dwg

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摘要

　　　随着社会物质则富的日益增长，安全防盗已成为社会热点问题自古以来锁就是把守门户的铁将军，是人们则富和安全的忠实守护神。现代社会，人们对防盗锁的要求越来越高，既要安全可靠，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。

　　　随着电子、机电与信息技术的应用，防盗锁已进入电子时代，原有的弹子锁由于结构上的局限已难以满足当前社会管理和防盗要求，本设计在机械锁的基础上加以改进，用机械手控制机械锁，实现开锁的目的；机械手开锁机构锁保密好、使用方便，适用于多种用途，不仅增加了锁的种类，而且传统的制锁业能够应用电气、机电技术而获得新生。

关键词：机械手；开锁机构；机电技术

1 绪论1

1.1研究的目的和意义1

2 自动防盗门开锁机构的机械手设计2

2.1开锁机构机械手整体的设计要求2

2.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数2

2.3本章小结3

3 自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择4

3.1驱动方式4

3.1.1液压驱动4

3.1.2电机驱动4

3.2传动方式5

3.2.1带传动5

3.2.2链传动5

3.2.3齿轮传动6

3.2.4蜗杆传动6

3.3开锁机构机械手结构6

3.4材料选择8

3.4.1机械材料选用原则8

3.4.2材料的工艺要求9

3.4.3零部件材料选择要求10

3.5本章小结11

4 开锁机构的机械手计算12

4.1机械手零件尺寸及强度计算及校核12

4.1.1 开锁力的估算12

4.1.2机械手爪的受力分析12

4.1.3丝杠的尺寸计算13

4.2齿轮的选择及计算13

4.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数13

4.2.2按齿面接触强度设计14

4.2.3按齿根弯曲强度设计15

4.2.4几何尺寸计算16

4.3本章小结17

5 开锁机构机械手锥齿轮几何尺寸设计计算18

5.1大端模数18

5.2其他参数18

5.3本章小结19

6 开锁机构机械手轴设计20

6.1初步估算中间轴的最小直径20

6.2求轴上的载荷21

6.3画弯矩图、转矩图22

6.4按第三强度理论进行强度校核22

6.5校核轴的疲劳强度23

6.6轴的疲劳强度安全系数校核24

6.7轴的刚度校核26

6.8蜗轮蜗杆的计算及校核27

6.9本章小结27

7 轴承选取与寿命计算28

7.1初选轴承型号28

7.2计算轴承的径向载荷28

7.3计算轴承的轴向载荷28

7.4轴承当量载荷计算28

7.5计算轴承的基本额定寿命29

7.6本章小结29

8 总结31

致谢32

参考文献33

表2.1机械手的基本参数

　　定位精度　　±3mm

　　安装方式　　地面安装

　　抓起工件重量　　10 kg

　　控制功能　　自动控制/手动控制

　　状态显示　　指示灯

　　S 轴（回旋）　　±180°

U轴（手腕左右摆动）　　±60°

　　B轴（手腕俯仰）　　±60°

　　T轴（手腕回旋）　　±180°

2.3本章小结

　　　本章主要介绍了在用于生活中机械手的相关工作需要及参数，工作环境对机械手的尺寸要求，进一步为机械手的设计具体方案产生提供指导，使我们能更好的设计机械手。

自动防盗门开锁机构的机械手设计

2.1开锁机构机械手整体的设计要求

　　　对开锁机构机械手使用方面的要求：事先预定的功能是设计的基本要求，好的使用性能指标是设计的主要目标；另外，操作使用方便，工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外表美观、噪音低等往往是机械设计说要求的。

　　　对开锁机构机械手经济性能的要求：机械手经济性能主要体现在设计、制造和使用的全过程中，在机械手设计时要全面综合的考虑，设计的经济性主要体现在合理的功能定位、实现功能的简单技术途径和简单合理的结构。

2.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数

　　　机械零件是机械手的基本构成，对机械手设计的最终都是通过零件的设计来实现的，所以设计零件时应满足的要求是从机械手功能要求引申出来的，也是从机器人的经济性能和技术性能来考虑的。

　　　要求在预定的期限内安全可靠的工作，从而保证机械手的各种性能在工作期限能内能够可靠的实现，这就要求机械手的各种零件在工作期限内不能产生各种失效形式，即零件的强度、刚度、机械性能的稳定性、耐磨性和温升性能满作必要的条件，这些条件就是判定零件工作能力的准则。

　　　要尽量的降低零件的设计制造成本，这要求从零件的设计制造等多方面加以考虑，设计时合理的选择零件的材料和毛坯的形式，设计简单合理的零件结构，合理的设定零件的共差等级以及认真考虑零件加工工艺性，另外要尽量考虑选用标准件、通用化和系列化的零部件。

　　　任何一部机器都由动力机、传动装置和工作机器组成，动力机是机械的动力来源，可直接利用自然资源（即一次资源）或二次资源转化为机械能，如水轮机、汽轮机、液压马达、电动机等，工作机是机器的执行机构，传动机构是一种中介机构，实现能量的传递和其他作用的装置。下表是机械手的相关参数：

QQ截图20130624210353.gif

内容简介：: 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)中期报告题目：自动防盗门开锁机构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级 B090202 姓名黄泽楠学号 B09020208 导师王沁 2013年3月18日1.设计（论文）进展状况1.1完成外文资料翻译。1.2了解机械手的组成：机械手由执行机构，驱动机构和控制部分组成，各部分关系如下框图：图1 图1 1.3采用方案为扳动开锁方式和机械手相结合的方法。图2所示为机械手的执行机构腕部简图，该轴左边连接电机，电机转动带动轴转动，该轴右边直接连接扳手，从而实现自动开锁。图2 图2 1.4机械手腕部的计算与分析：腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支承作用，除了保证力和运动的要求以及具有足够的强度和刚度外还应综合考虑合理布局腕部和手部的连接、腕部自由度的检测和位置检测等问题。腕部回转时，需要克服的阻力：轴摩擦力M摩、扳手重心偏置引起的力矩M偏和启动惯性引起的力矩M惯。M摩= f/2*(R1D1+R2D2)(kgfm)D1D2轴承直径(m)式中：R1R2轴承处支反力(kgfm)，可静力学平衡方程求得；轴承的摩擦系数，对于滚动轴承0.010.02。为简化计算取M摩=0.1M总阻力矩。M偏G1*e（kgf）式中：G1扳手重量；工件重心到手腕回转轴线的垂直距离(m)。M惯0.0175*(J+J扳手)*2/2* 式中：J扳手扳手对手腕回转轴线的转动惯量(kgfms2)；手腕回转部分对手腕回转轴线的转动惯量(kgfms2)；手腕回转过程的角加速；启动过程所转过的角度。手腕回转所需要的驱动力矩应当等于上述三项之和：M总=M偏+M摩+M惯2存在问题及解决措施2.1机械手腕部设计应考虑的影响因素。解决措施：腕部设计应充分估计环境对腕部的不良影响如热膨胀、压力油的粘度和燃点，有关材料及电控电测元件的耐热性等问题。3.后期工作安排3.1完成装配图和所有零件图的绘制工作。3.2完成设计计算并进行相关校核计算，撰写毕业论文。指导教师签字：年月日毕业设计(论文)开题报告题目：自动防盗门开锁机构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师 2012年12月24日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会热点问题。自古以来锁就是把守门户的铁将军，是人们财富和安全的忠实守护神。现代社会，人们对防盗锁的要求越来越高，既要安全可靠，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子、机电与信息技术的应用，防盗锁已进入电子时代，科学家发明了遥控开锁,目前市场上遥控开锁主要用于汽车等领域，在家居中应用较少。国内一些主要的锁具制造厂也有部分的遥控锁产品, 但价格一般较贵，推广应用到家庭中的较少。本设计从低成本的角度，通过简单的数字电路、机械传动机构在已有的家庭常用防盗锁上稍加改装，实现了遥控开锁的功能，且遥控编码的安全性好。通过程序解码使安全性得到进一步的提高，同时该装置保留了钥匙开锁的功能，也可在停电等特殊情况下使用。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1课题的主要内容：目前家用防盗或办公用的防盗门多为配合钥匙手动方式打开，其安全性能较为一般，本课题要求设计使用电机控制的自动控制打开防盗门机构，用来配合电气控制实现防盗门的自动打开，让钥匙开门方式和电气自动控制开门方式双管其下，大大提高家用防盗或办公用防盗门的安全性。2.2研究方法或措施：本课题所设计的开锁机构主要针对家庭常用或办公常用的防盗门，其开锁方式主要有以下两种形式：一种为扳动开锁方式，一种为拉动开锁方式，如下图图1 图2而扳动开锁方式较拉动开锁方式更为常用，于是本课题所设计的开锁机构主要用扳动开锁方式（图1中所示开锁方式）。2.3 拟采用的研究方案：方案1：选择电子对讲自动开锁机构；方案2：选择遥控自动开锁机构；方案比较：电子对讲自动开锁机构，安全性及稳定性都比较好，但是对单一住宅单元，安装一个电子对讲自动开锁机构需要投入的资金是很多的，该机构比较适合楼宇集群；本课题从低成本，高安全性，高稳定性出发，通过简单的数字电路、机械传动机构在已有的家庭常用防盗锁上稍加改装，实现了遥控开锁的功能，安装该机构，不仅价格公道而且安全性高，十分符合消费者的心里，于是我选择方案2。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1本课题研究的重点及难点：机械设计过程中首要考虑条件是可靠性，如果设计出来的东西用不了，再好的设计也没用，本课题所设计的开锁机构目的是依靠电机实现自动控制最终达到开门这个动作，所以课题的重点应该是开锁机构开锁力的确定，由于课题比较新颖，机械传动模块只可以参考机械手结构设计方面，在开锁机构设计方面会有一定的难度。 3.2前期已开展工作：（1）已充分查阅了资料，对开锁机构设计流程有了一定的了解；（2）已初步确定开锁机构的结构，设计出了一套方案。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第1周：前期准备，查阅资料，了解课题，对各不同类型的锁进行调研；第2-3周：完成开题报告，进行开题检查；第4-7周：完成中期报告，进行中期检查；第8-12周：进行电机的选型和对开锁力大小进行实验；第13-15周：完成结构设计和装配图的绘制；第16-17周：撰写毕业论文；第18周：毕业答辩。参考文献1 邝荣利，程垒，王有朋，等.智能遥控开锁装置J.电子制作，2009，(4)：20-21.2 邝荣利，程垒，王有朋，等.智能遥控开锁装置的设计J.机械研究与应用，2009， (3)：49-51.3 张学峰.楼宇集群电子对讲自动开锁装置J.连云港化工高等专科学校学报，2002，15(4)：41-44.4 梁汉基.反馈控制减速电机的新型开锁机构J.电工程技术，2010，39(02)：52-55.5 王金，梅张清. 回转闭锁机构开锁过程的运动分析J.华北工学院学报，1996，17(1)：90-95.6 赵喜锋，杜向党，巩静静，等.小型机械手结构设计与研究J.西北工业大学航海学院，2012，(1)：64-67.7 沈小强，臧华东，李洪群.系统中搬运机械手的本体结构设计J.现代机械，2010，(4)：32-34.8 曹海燕，周一届，范增良，等.上下料机械手柔性手腕的设计及位置误差分析J.江南大学学报(自然科学版)，2012，(1)：56-61.9 赵碧，巴鹏，徐英凤.气动上下料机械手手部结构的设计与分析J.沈阳理工大学学报，2006，25(6)：58-60.10 王月芹.基于PLC机械手控制系统设计与实现J.机电产品开发与创新，2011，24(3)：149-151.11 孙英飞，罗爱华.我国工业机器人发展研究J.科学技术与工程，2012，12(12)：2912-2918.12 韩梦丹，邹晓宇.浅谈机械手及其应用与发展前景J.企业技术开发，2012，31(2)：79-81.13 朱德帅，朱龙英，王鹏.柔性机械手臂运动优化分析J.机床与液压，2012，40(3)：73-77.14 Kee-Bong Choi. Kinematic analysis and optimal design of 3-PPR planar parallel manipulatorJ. KSME International Journal，2008，17(4)：528-537.15 Moharam Habibnejad , M Bamdad , R.M. Zehtab. First Experimental Results of Load Carrying Capacity for a Planar Cable-suspended ManipulatorJ. Majlesi Journal of Mechanical Engineering，2010，3(4)：11-16.16 Mohammad Fateh , Saeed Khorashadizadeh. Optimal robust voltage control of electrically driven robot manipulatorsJ. Nonlinear Dynamics, 2012 , 70(2)：1445-1459.17 A. Adalan. Robuste funkbasierte Sensornetze Aktuelle Forschungsaktivitten und innovative Lsungsanstze fr infrastrukturlose Positionierungssysteme. J.e & i Elektrotechnik und Informationstechnik，2010，127(3).18 YanJie Liu. Design of a control system for a macro-micro dual-drive high acceleration high precision positioning stage for IC packaging. J.Science in China Series E: Technological Sciences，2009，52(7).5.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日6.所在系审查意见：系主管领导：年月日本科毕业设计(论文)题目：自动防盗门开锁机构设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：指导教师： 2013年4月自动防盗门开锁机构设计摘要随着社会物质则富的日益增长，安全防盗已成为社会热点问题自古以来锁就是把守门户的铁将军，是人们则富和安全的忠实守护神。现代社会，人们对防盗锁的要求越来越高，既要安全可靠，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子、机电与信息技术的应用，防盗锁已进入电子时代，原有的弹子锁由于结构上的局限已难以满足当前社会管理和防盗要求，本设计在机械锁的基础上加以改进，用机械手控制机械锁，实现开锁的目的；机械手开锁机构锁保密好、使用方便，适用于多种用途，不仅增加了锁的种类，而且传统的制锁业能够应用电气、机电技术而获得新生。关键词：机械手；开锁机构；机电技术IVDesign of automatic anti-theft door Unlocking mechanismAbstractWith the growing social and material wealth, security has become as the hot social issues since accounted for since the lock is guarded portals of iron will The army is the people, rich and safe faithful patron saint. In modern society, people The anti-theft lock of the increasingly high demand, both safe and reliable, but also Easy to use, this is the lock have long development theme. With the Application of electronic, electrical and information technology, has entered the electricity anti-theft lock Age, the original lock because the structure of limitations has been difficult to full.The current social management and security requirements, this design based on mechanical lock. Improvement, manipulator control mechanical lock, to realize the unlocking purpose; the lock mechanism of manipulator lock good security, easy to use, suitable for a variety of purposes, not only increased the lock type, but the traditional The lock can be used electrical, mechanical and electrical technology was born.Key word: manipulator；Unlocking mechanism；Electromechanical Technology目录1 绪论11.1研究的目的和意义12 自动防盗门开锁机构的机械手设计22.1开锁机构机械手整体的设计要求22.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数22.3本章小结33 自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择43.1驱动方式43.1.1液压驱动43.1.2电机驱动43.2传动方式53.2.1带传动53.2.2链传动53.2.3齿轮传动63.2.4蜗杆传动63.3开锁机构机械手结构63.4材料选择83.4.1机械材料选用原则83.4.2材料的工艺要求93.4.3零部件材料选择要求103.5本章小结114 开锁机构的机械手计算124.1机械手零件尺寸及强度计算及校核124.1.1 开锁力的估算124.1.2机械手爪的受力分析124.1.3丝杠的尺寸计算134.2齿轮的选择及计算134.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数134.2.2按齿面接触强度设计144.2.3按齿根弯曲强度设计154.2.4几何尺寸计算164.3本章小结175 开锁机构机械手锥齿轮几何尺寸设计计算185.1大端模数185.2其他参数185.3本章小结196 开锁机构机械手轴设计206.1初步估算中间轴的最小直径206.2求轴上的载荷216.3画弯矩图、转矩图226.4按第三强度理论进行强度校核226.5校核轴的疲劳强度236.6轴的疲劳强度安全系数校核246.7轴的刚度校核266.8蜗轮蜗杆的计算及校核276.9本章小结277 轴承选取与寿命计算287.1初选轴承型号287.2计算轴承的径向载荷287.3计算轴承的轴向载荷287.4轴承当量载荷计算287.5计算轴承的基本额定寿命297.6本章小结298 总结31致谢32参考文献331 绪论1 绪论1.1研究的目的和意义小区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。所以说，防盗门成为生活中不可缺少的一部分。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。目前家用防盗门和办公室防盗门大多数为手动打开，为了更加方便人们的生活，特此设计了防盗门自动开锁机构，利用机械手来代替人力，通过机械手爪夹持门把手，由限位开关控制旋转角度，带动门把手旋转一定角度，再由机械手腕部的左右摆动拉动门打开，从而实现开锁开门的目的。342 自动防盗门开锁机构的机械手设计2 自动防盗门开锁机构的机械手设计2.1开锁机构机械手整体的设计要求对开锁机构机械手使用方面的要求：事先预定的功能是设计的基本要求，好的使用性能指标是设计的主要目标；另外，操作使用方便，工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外表美观、噪音低等往往是机械设计说要求的。对开锁机构机械手经济性能的要求：机械手经济性能主要体现在设计、制造和使用的全过程中，在机械手设计时要全面综合的考虑，设计的经济性主要体现在合理的功能定位、实现功能的简单技术途径和简单合理的结构。2.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数机械零件是机械手的基本构成，对机械手设计的最终都是通过零件的设计来实现的，所以设计零件时应满足的要求是从机械手功能要求引申出来的，也是从机器人的经济性能和技术性能来考虑的。要求在预定的期限内安全可靠的工作，从而保证机械手的各种性能在工作期限能内能够可靠的实现，这就要求机械手的各种零件在工作期限内不能产生各种失效形式，即零件的强度、刚度、机械性能的稳定性、耐磨性和温升性能满作必要的条件，这些条件就是判定零件工作能力的准则。要尽量的降低零件的设计制造成本，这要求从零件的设计制造等多方面加以考虑，设计时合理的选择零件的材料和毛坯的形式，设计简单合理的零件结构，合理的设定零件的共差等级以及认真考虑零件加工工艺性，另外要尽量考虑选用标准件、通用化和系列化的零部件。任何一部机器都由动力机、传动装置和工作机器组成，动力机是机械的动力来源，可直接利用自然资源（即一次资源）或二次资源转化为机械能，如水轮机、汽轮机、液压马达、电动机等，工作机是机器的执行机构，传动机构是一种中介机构，实现能量的传递和其他作用的装置。下表是机械手的相关参数：表2.1机械手的基本参数定位精度3mm安装方式地面安装抓起工件重量10 kg控制功能自动控制/手动控制状态显示指示灯S 轴（回旋）180U轴（手腕左右摆动）60B轴（手腕俯仰）60T轴（手腕回旋）1802.3本章小结本章主要介绍了在用于生活中机械手的相关工作需要及参数，工作环境对机械手的尺寸要求，进一步为机械手的设计具体方案产生提供指导，使我们能更好的设计机械手。3 自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择3 自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择3.1驱动方式目前机械手的驱动方式有液压驱动、电器驱动和气压驱动等多种方式，各种启动方式有自己的特点，在工业机器手中液压、气压传动较多。有的机器手才有多种驱动方式并存，机体采用哪一种方式要根据工业要求和机器手具体特点而定，比较各种机器手的特点，选择合适的驱动方式。3.1.1液压驱动液压驱动的特点有：(1) 驱动力和驱动力矩较大，臂力可达100kg；(2) 速度反映较好，因为工作间的反映速度快慢取决于油液的流速和容积变化，所以在不考虑温度对油液体积地影响时，驱动系统的之后几乎没有变化，驱动系统的部件的重量轻、惯性小、因而他的反应速度快；(3) 范围大，而且可以无级调速，易使用于各种适用场合；(4) 平稳，能够使用各种冲击，能够实现各种表较频繁的换向；(5) 相同的驱动力条件下，液压驱动系统的体积比较小、重量轻、惯性小；(6) 定位精度比气动高，但比电器驱动低；(7) 液压系统的泄露对系统的工作稳定性有一定的影响;(8) 压油中混入气体后，对系统零件的刚度有一定的影响，影响系统的定位精度，容易产生爬行；(9) 压油的粘度对系统有一定影响。液压驱动的机械手多应用于传动力矩比较大，传动精度比较低的场合。3.1.2电机驱动电机驱动系统按照电机驱动方式分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多台电机驱动系统等，过电机驱动系统有很大的区别，性能上也存在着很大的差异，在这里不对电机系统作更进一步阐述，只把电机驱动、液压驱动和气压驱动做一比较，说明系统的选择。电机驱动可以避免电能变换为压力能的中间环节，效率比液压能和气压能都高，电动系统将电动机、测速机、编码器、减速器组成一次加工的壳体中，使得整个电机系统体积小，通用性和稳定性得到提高，另外电动机根据电机的距离算出发出的脉冲数，并将脉冲数输入计算机，达到非常高的位置准确度，这都是电机驱动的优点；相对的液压驱动和气压驱动的系统繁琐，维护复杂液压气压的系统体积比较大，对于移动机器人来说都是无法实现的问题，对于移动机器人的机械手的位置精度要求，液压、气压系统则无法实现。综上所述，由于开锁不需要较高的抓重力，但需要较高的精度，所以本机械手选用电器驱动系统作为机械手的驱动方式。3.2传动方式传动装置是一种能将能量传递和兼有其他作用的装置，他的主要作用是能量的传递，和分配，运动形式的转化，运动速度的改变；传动一般分为两种形式：一种是机械能不发生变化的传动机械传动，第二种是电能转化为其他形式地传动电传动。机械传动又分为机械啮合传动、摩擦传动和液体传动三大类，考虑机械手的具体工作传动情况，齿轮传动、带传动、链传动和螺杆传动都可以作为选择范围，这里对以上四种传动情况座椅简单介绍，分析他们的优劣。3.2.1带传动带传动一般由主动轮、从动轮和传动带组成带传动系统，主动轮回转时，依靠传动带和从动轮之间的摩擦力带动从动轮转动，从而传动一定的动力和运动。带传动的优点有：有很好的挠度和柔性，有吸震和缓冲的作用，因而使带传动平稳、噪声小，有过载保护作用，当发生过载时带和带轮发生打滑防止其他零部件的损坏，制造和安装精度比齿轮传动低，结构简单，安装制造，维护均比较方便，适合中心距比较大的两轴传动（最大中心距可达15m）。带传动的主要缺点：由于弹性滑动的存在，使得传动效率降低，不能保证准确的传动比；由于带传动需要初始张紧，因此，当传递同样大的圆周力时，与啮合传动相比轴上的压力较大；结构尺寸较大，不紧凑;传动带寿命较短；传动带与带轮之间会产生摩擦放电现象；不宜用于有爆炸危险的场合。现在一些新型带传动形式，如高速带传动、同步带传动、多楔带传动己经克服了以上大部分的缺点。3.2.2链传动链传动是由链条和主、从动链轮所组成的。链轮上制造有特殊齿型的齿产依靠链轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间饶性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动去弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因为链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧凑。与齿轮传动相比，链传动的制造安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。链传动的主要缺点是:在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在速度变化很大和异速方向的运动中应用。链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。3.2.3齿轮传动齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，常用的渐开线齿轮传动具有以下一些主要特点：传动效率高，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的。一级圆柱齿轮传动在正常润滑条件下效率可达到99%以上，在大功率传动中，高传动效率是十分重要的：传动比恒定，齿轮传动具有不变的瞬时传动比，因此齿轮传动可用于圆周速度为200m/s以上的高速传动；结构紧凑，在同样使用条件下，齿轮传动所需要空间尺寸,比带传动和链传动小得多；工作可靠、寿命长，齿轮传动在正确安装，良好润滑和正，常维护条件下，具有其他机械传动无法比拟的高可靠性和寿命。齿轮传动的主要缺点有：对齿轮制造、安装要求高；齿轮制造常用插齿机和滚齿,机等专用机床及专用工具；通常的齿轮传动为闭式传动，需要良好的维护保养，因此齿轮传动成本和费用高；并且齿轮传动不适合中心距较大的两轴间的动力传递。3.2.4蜗杆传动蜗杆传动是一种空间齿轮传动，能实现交错角为90度的两轴间动力和运动传递。蜗杆传动与圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动相比具有结构紧凑、传动比大士传动平稳和可以自锁等显著特点。蜗杆传动的主要缺点是:齿面摩擦力大，发热量高，传动效率低。蜗杆传动通常用于中、小功率非长时间连续工作的应用场合。3.3开锁机构机械手结构作为一款日常生活的开锁机械手，为完成抓取目标物，操作机械手必须具有足够的自由度，能够灵活的移动到指定的目标位置来抓取目标物，为此自由度数至少应该在5个以上，能够方便的伸长、旋转达到不同的姿态，自由度太少将大大限制机械手的工作空间，无法准确抓取目标物。本文设计的机械手具有5个自由度，在性能指标中已经提出。下面分别是手部、腕部和臂部的具体设计。机械手手部(末端执行器)结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求：(1) 有适当的夹紧力和驱动力，手指握力(夹紧力)大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力时，除考虑抓取物体重量外，还应考虑操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证夹持安全可靠。(2) 应具有一定的开闭范围，手应具有一定的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)或开闭范围(对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离)，以便于抓取或退出物体。(3) 保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内都有准确的相对位置。(4) 结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。在这里还必须讨论一下机械手手指数量的问题，不同的手指数量可以完成的动作、动作复杂程度都不通，可以根据机械手必须完成的动作确定机械手所需的最少手指数。一个手指能推、滚或滑动小物体，还可用力操纵开关等；两个手指除具有一个手指的功能外，还能抓住物体并可精确的控制物体的位置和取向；三个手指除能完成两个手指完成的功能外，它还有在手中反复抓握物体的功能，如将物体抛入空中并在新的方向抓住物体；多个手指则具有更大的灵活性，如能抓住和操纵多个物体。对于本文的移动机器人，只需要能够抓住物体，控制物体的位置和取向，两个手指就能满足此工作要求，所以在结构上将采用两指。具体机械手手部(末端执行器)的结构，传动机构采用滚珠丝杠副与圆柱直齿轮，整个末端执行器体积小、质量轻。两手指相对于末端执行器在丝杠的带动下做平移运动，达到开合作用。本设计只为准确定位和控制门把手位置，所以手爪为俩个手指；手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的位置，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕的运动形式可以有：绕X轴转动称为回转运动；绕Y轴转动称为上下摆动；绕Z轴转动称为左右摆动；有的甚至是沿Y轴或Z轴的横向移动。一般手腕设有回转或再增加一个上下摆动即可满足工作要求。本文设计的机械手腕部结构，具有一个摆动的自由度，摆动范围为090度，传动方式选择圆锥齿轮传动，电机置于机械臂内与腕部传动轴垂直。另外小臂中间旋转关节也属于腕部自由度范畴，利用电机带动连轴器，连轴器再带动小臂前半段壳体旋转。两自由度手腕足以满足开防盗门的需要。为了准确开门，本设计为其安装了限位开关，手腕旋转一定角度（正常门把手开门角度）碰触到限位开关，开关的常开点闭合，常闭点断开，手腕停住，达到开门的目的；手臂部件是机械手的主要部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。设计基本要求：(1) 载能力大、刚度好、自重轻,臂部通常即受弯曲(而且不仅是一个方向的弯曲)，也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。很明显，在截面积和单位重量基本相同的情况下，钢管、工字钢和槽钢的惯性矩要比圆钢大得多。所以，机械手常采用无缝钢管作为导向杆，用工字钢或槽钢作为支撑钢，这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置、传动装置以及管道，这样就使结构紧凑、外形整齐。(2)运动速度要高，惯性要小在一般情况下，手臂的移动和回转、俯仰均要求匀速运动，但在手臂的启动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求启动时间的加速度和终止前减速度不能太大，否则引起冲击和振动。为减少转动惯量，应采取以下措施：1) 减少手臂运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料；2) 减少手臂运动件的轮廓尺寸；3) 减少回转半径；4) 驱动系统中设有缓冲装置。(3) 臂动作应灵活，减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。(4) 位置精度要高。一般来说，直角和圆柱坐标系机械手位置精度高;关节式机械手的位置最难控制，故精度差;在手臂上加设定位装置和检测机构，能较好的控制位置精度。本文设计的机械手臂壳体采用铸铝加工而成，其中方形截面为机械手大臂与小臂的壳体，圆形截面为小臂旋转机构的壳体。机械手手臂刚性好、抗扭能力强、重量轻，所有传动机构和驱动装置都置于机械手臂内部，外形简洁，机械手表面还装有缓冲垫，当驱动装置出现故障或供电电池耗尽时，可以起到缓冲作用，避免手臂冲击造成损坏。大臂外壳所粘贴的橡胶垫，起缓冲垫作用。小臂与大臂的关节使用圆锥齿轮传动，电动机置于大臂壳体内。3.4材料选择3.4.1机械材料选用原则机械零件材料的选择是机械设计的一个重要问题，不同材料制造的零件不但机械性能不同，而且加工工艺和结构形状也有很大差别。机械零件常用材料有黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复合材料等。选择材料主要应考虑以下方面的问题：使用要求，零件的受载情况和工作状况;对零件尺寸和质量的限制;零件的重要程度等。若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。静应力下工作的零件，应力分布均匀的(拉伸、压缩、剪切)，应选用组织均匀，屈服极限较高的材料；应力分布不均匀的(弯曲、扭转)宜采用热处理后在应力较大部位具有较高强度的材料。在变应力下工作的零件，应选用疲劳强度较高的材料。零件尺寸取决于接触强度的，应选用可以进行表面强化处理的材料，如调质钢、峰碳钢、氮化钢。若零件尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料。碳素钢与合金钢的弹性模童相差很小，故选用优质合金钢对提高零件的刚度没有意义。截面积相同、改变零件的形状与结构可使刚度有较大的提高。滑动摩擦下工作的零件应选用摩擦性能好的材料：在高温下工作的零件应选用耐热材料;在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料等。3.4.2材料的工艺要求(1) 毛坯制造大型零件且大批量生产时应用铸造毛坯。形状复杂的零件只有用铸造毛坯才易制造，但铸造应选用铸造性能好的材料，如铸钢、灰铸铁或球铸铁等等。大型零件只少量生产，可用焊接件毛坯，但焊接件要考虑材料的可焊性和生产裂纹的倾向等，选用焊接性能好的材料。只有中小零件采用锻造毛坯，大规模生产的锻件可用模锻，少量生产时可用自由锻。锻造毛坯主要应考虑材料的延展性、热膨胀性和变形能力等，应选用锻造性能好的材料。(2) 机械加工大批量生产的零件可用自动机床加工，以提高产量和产品质量，应考虑零件材料的易切削性能、切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等，应选用切削性能好的(如易断削、加工表面光洁、刀具磨损小等)材料。(3) 热处理是提高材料性能的有效措施，主要应考虑材料的可淬性、淬透性及热处理后的变形开裂倾向和脆性等，应选用与热处理工艺相适应的材料。(4) 经济性要求1) 经济性首先表现为材料的相对价格。当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料。这对于大批制造的零件尤为重要。2) 当零件的质量不大而加工量很大，加工费用在零件总成本中要占很大的比例，这时，选择材料时所考虑的因素将不是相对价格而是其加工性能和加工费用。3) 要充分考虑材料的利用率。例如采用无切削或少切削毛坯，可以提高材料的利用率。此外，在结构设计时也应设法提高材料利用率。4) 采用局部品质原则。在不同的部位上采用不同的材料或采用不同的热处理工艺，使各局部的要求分别得到满足。5) 尽量用性能相近的廉价材料代替价格相对昂贵的稀有材料。另外选择材料时应尽量考虑当时当地的材料供应情况，应尽可能的减少同一部机器上使用的材料品种和规格。3.4.3零部件材料选择要求选择机械手的零件材料。在机械手中各传动件是关键性零件，有各关节传动轴和齿轮系，它们的强度、刚度等机械性能直接影响机械手的工作质量。(1) 传动轴传动轴的常用材料有碳素钢和合金钢。碳素钢对应力集中的敏感性较低，还可通过热处理改善其综合性能，价格也比合金钢低廉，因此应用较为广泛，常用45号钢。合金钢则具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求移动机器人操作机械手设计与分析减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同。因此，用令金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。鉴于此，机械手各传动关节的传动轴选用45号钢，应能满足设计的需要。(2) 齿轮系齿轮的主要失效形式有轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形151。因此设计齿轮传动，要使齿面具有较高的抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，齿根则要有较高的抗折断能力。为此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬，齿芯要韧。钢材韧性好，耐冲击，容易通过热处理和化学处理来改善其机械性能和提高硬度，是制造齿轮最常用的材料。锻钢可制成软齿面和硬齿面两种声轮。1) 软齿面齿轮对于强度、速度和精度要求不高的齿轮传动，可采用软齿面齿轮。软齿面齿轮的齿面硬度低于350HBS，热处理方法为调制或正火，常用材料为45和40Cr等。加工方法一般为热处理后切齿，切制后即为成品，精度等级一般为6级。2) 硬齿面齿轮硬齿面齿轮硬度大于350HBS。高速、重载及精密机械(如精密机床、航空发动机等)采用硬齿面齿轮传动。材料通常选用20Cr、20CrMnTi、40Cr、38CrMoAAI等，经过表面硬化处理，齿面可得到很高的硬度。加工方法一般为先切齿，然后表面硬化处理，最后进行磨齿等精加工，齿轮精度可达5级或6级，常用的表面硬化处理方法有表面淬火、渗碳淬火、氮化和氰化等。机械手的齿轮传动对速度、精度、强度要求都不高，可以使用软齿面齿轮，材料则选择40Cr。除此之外，还有很多结构件，对它们的性能要求较低，所以尽量选择重量轻、价格低廉且符合设计要求的材料。如机械手的壳体全部采用铸造铝合金，分段铸造而成，末端执行器各零件则采用硬铝合金加工而成。3.5本章小结本章主要介绍了机械手设计原理、传动方式及零件材料选择的主要依据，为我们下一步设计提供了理论依据，使我们能够很好的设计传动过程机传动方案。4 开锁机构的机械手计算4 开锁机构的机械手计算4.1机械手零件尺寸及强度计算及校核4.1.1 开锁力的估算本设计为了实现开锁的目的，必须先知道开锁力的大小，通过在门把手处悬挂砝码，可以得出开锁力约100N4.1.2机械手爪的受力分析由于机械手能抓起的重量为10kg摩擦系数，加持半径50mm，因此螺杆受到轴向力F和扭矩T的作用，螺杆的材料选择为40Cr，选择梯形螺纹，螺纹升角（），当量摩擦角，为了实现自锁功能，螺纹升角必须小于当量摩擦角。NNmN许用压应力和许用切应力计算：, (4.1) (4.2)由于运动过程中惯性力和螺纹存在，所以必须加厚手抓，取。则由公式(4.1)和公式(4.2)可得：4.1.3丝杠的尺寸计算选步进电机型号55BF004，最大静转矩0.49Nm，启动频率2200HZ进角1.5，对于矩形螺纹和梯形螺纹h=0.5p。由经验公式其中F=1071.43N,=2,，得：，取由于丝杠工作是承受轴向应力F和扭矩T，丝杆螺杆危险切面有拉应力又有切应力，应用第四强度条件：（4.3）根据机械设计3取，螺杆所受到的扭矩为T：，其中，F=1000N,得到由于前面计算时没有将摩擦力和加工螺纹螺纹丝杠产生的集中应力计算在内，当如这些条件时，取d2=17mm。4.2齿轮的选择及计算4.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数(1) 根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；(2) 机械手为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB1009588）；(3) 材料选择；由机械设计4选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45号钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS；(4) 选择机械手抓紧放松机构齿。两啮合齿轮的传动比： (4.4)初选步进电机，丝杠导程角初选，机械传动精度由公式(4.4)得传动比i=3.2，选小齿轮齿数z1=21，大齿轮齿数取z267。4.2.2按齿面接触强度设计由机械设计计算公式进行计算，即： (4.5）(1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数Kt1.32) 计算小齿轮传递的转矩3) 由机械设计2查得材料的弹性影响系数。4) 由机械设计3按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限5) 由机械设计2 计算应力循环次数：，6) 由机械设计2查得接触疲劳寿命系数,;7) 由机械设计4选取齿宽系数=0.5。8) 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数,由机械设计得：(2) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值： (3) 计算圆周速度V：(4) 计算齿宽b：(5) 计算齿宽与齿高之比：模数：齿高：(6) 计算载荷系数：根据v=0.98m/s，8级精度，由机械设计查得动载系数Kv=1.12，直齿轮，假设，由机械设计查得，由机械设计查得使用系数;由机械设计查得8级精度小齿轮相对支承非对称布置时：将数据代入后得：由,查机械设计得，；故载荷系数：(7) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计得，=12.83(8) 计算模数m4.2.3按齿根弯曲强度设计由机械设计得弯曲强度的设计公式为： (4.6)确定公式内的各计算数值：(1) 由机械设计查得小齿轮的弯曲疲劳极限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限;(2) 由机械设计查得弯曲疲劳寿命系数;(3) 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由机械设计2得：=(4) 计算载荷系数；(5) 查取齿形系数由机械设计，查得；(6) 查取应力校正系数由机械设计查得；(7) 计算大、小齿轮的并加以比较：故大齿轮的数值大。(8) 设计计算：对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数0.815，并就近圆整为标准值m1，按接触疲劳强度算得的分度圆直径算出小齿轮的齿数：小齿轮的齿数：，取Z2714.2.4几何尺寸计算(1) 计算分度圆直径：(2) 计算中心距：(3) 计算齿轮宽度：尺宽系数为为0.40.9,取值为。由得，4.3本章小结本章主要介绍了螺杆和直齿圆柱齿轮的设计过程及其所用的理论依据，是机械手具体零件的细节设计，进而为机械手零件的生产和装配提供可靠保障，是机械手的加工更科学。5 开锁机构机械手锥齿轮几何尺寸设计计算5 开锁机构机械手锥齿轮几何尺寸设计计算5.1大端模数查机械设计手册取齿形角，齿顶高系数，顶隙系数,大端模数m(按照弯曲疲劳强度计算)： (5.1)其中：，查表得,取,算得:查机械设计手册取模数的标准值m=3。5.2其他参数可知分度圆直径d：，锥角距R：齿宽系数：(查教材机械设计取)齿宽b：齿顶高：齿根高：齿顶圆直径：，齿根角：周节：分度圆弧齿厚:，当量齿数：，端面重合度：5.3本章小结本章主要介绍典型零件锥齿轮的设计过程，进一步为锥齿轮的加工制造提供理论基础，为我们进行相关参数修订提供依据。6 开锁机构机械手轴设计6 开锁机构机械手轴设计6.1初步估算中间轴的最小直径先按式机械设计手册初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢，调质处理，根据机械设计，取得A0110，于是得：考虑轴上键槽的削弱，轴径需加大，取。(1) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长和直径拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。1) 由计算可的轴的最小直径为30mm,故轴段I的直径为。考虑到轴承的宽度及轴承轴向定位等，故取轴段I的长度。2) 轴段II采用键定位，其尺寸为，由于轴段II仅仅是用键来定位的，所以轴段II的长度与键的宽度和高度有关，考虑到齿轮轮毂的宽度及轴向定位要求等，。3) 取安装轴承处的轴段III的直径，考虑到定位要求，故轴段III的长度为。4) 轴段IV的左端是由推力球轴承51405固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用支承环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的推力球轴承的支承环的高度为9mm，并且选定轴IV的直径，为了使轴承紧密的固定在轴上，轴段IV的长度选为。5) 轴段V用螺母将中间轴固定在中间板上，螺母与中间板中间用垫片隔开，起到密封固定的作用，通过查机械设计手册，垫片的厚为2mm（GB9796），故轴段V的直径，。(2) 轴上零件的周向定位齿轮和轴的周向定位采用平键联接。按d2查得平键截面（GB/T10951979），键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮廓与轴的配合为H7/p6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。(3) 确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为R1mm。6.2求轴上的载荷，由机械设计手册查得，(1) 计算外力取三维坐标系oxyz，将啮合力分解为水平方向的径向力和竖直方向的切向力：分别平行y轴和z轴，再将两个切向力分别向齿轮中心平移，在平移的同时必须加以附加力偶，由切向力和径向力由图中可知：(2) 作内力图确定危险切面，根据上面的计算结果分别作出水平平面内和竖直平面内的弯矩图和扭矩图，为此先算出A,B两点的支反力：在坐标系oxz平面内：在坐标系oxy平面内：可以确定轴承的支撑点跨距，。水平面弯矩：垂直面弯矩：6.3画弯矩图、转矩图总弯矩：扭矩：T=18225Nmm从弯矩图6.1中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为：T18225Nmm，M86145Nmm图6.1工作轴的载荷分析图6.4按第三强度理论进行强度校核 (6.1)其中：W为轴的抗弯截面系数。W=- (6.2)=即轴的强度足够。6.5校核轴的疲劳强度在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校核C面左右两侧即可，其他截面均无需校核。截面C左侧面校核：抗弯截面系数W为W=0.1d3=0.1303=2700mm3抗扭截面系数WT为WT=0.2d3=0.2303=5400mm3弯矩M及弯曲应力为M=86145，=31.91MPa扭矩T3及扭转应力为T31039.2Nmm=4.871MPa轴的材料为45号钢，调质处理，=640MPa,=275MPa,=155MPa。过盈配合处的值，根据机械设计用插入法求出，并取，于是得=2.67,=0.82.93=2.49轴按磨削加工，由机械设计得表面质量系数为=0.87故得综合系数为：K=-1=2.67+=2.95，K=+-1=2.94+=2.46计算安全系数：S=2.37S=3.76Sca=3.81S=1.5故安全。截面D左侧面校核：抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x303=2700mm3抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x303=3125mm3弯矩M及弯曲应力为：M=35939扭矩T3及扭转应力：T3=14798.5=4.7MPa根据机械设计用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：,由机械设计得尺寸系数：由机械设计得扭转尺寸系数：轴按磨削加工，由机械设计得表面质量系数为：=0.92轴未经表面强化处理，即，则按机械设计，得综合系数值为：K=-1=0+=0.09K=+-1=+=1.63计算安全系数：S=18.89S=4.79Sca=3.87S=1.56.6轴的疲劳强度安全系数校核由材料力学可知 (6.3)式中：T轴传递的转矩，Nmm；WT轴的抗扭截面模量，mm3；P轴的传递功率，KW；n轴的转速，210r/min；轴的许用扭转剪应力，MPa。将数值带入公式得由材料力学查得：由公式(6.3)得，满足扭转强度条件，符合要求。疲劳强度校核判断根据为SS。当该式不能满足时，应改进轴的结构以降低应力集中，其主要措施可参见表。亦可采用热处理，表面强化处理等工艺措施以及加大轴径，改用较好材料等方法解决。轴的疲劳强度是根据差事能够器作用在轴上的最大变载荷进行校核计算。危险截面安全系数S的校核计算公式为： (6.4)式中：只考虑弯矩作用时的安全系数；只考虑扭矩作用时的安全系数；S按疲劳强度计算的许用安全系数。 (6.5) (6.6)其中：对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限MPa；对称循环应力下的材料扭转疲劳极限MPa；弯曲和扭转时的有效应力集中系数；表面质量系数；弯曲和扭转时的尺寸影响系数；材料拉伸和扭转时的平均应力折算系数；弯曲应力的应力幅和平均应力MPa；扭转应力的应力幅和平均应力MPa。由材料力学可知，将其代入式(6.6)得符合疲劳强度安全系数。6.7轴的刚度校核 (6.7)式中：扭转角rad；轴传递的扭矩；l轴产生扭转变形部分的长度cm；G材料的剪切弹性模量，对于钢材，G =8.1x105Kg/In轴的断面机惯性矩。(1) 对于空心轴：式中：D轴的外径cm；d轴的内径，实心轴时d=0cm；N轴传递的额定功率KW；N f轴的计算转速（r/min）。(2) 当轴上有键槽时，应乘以数K （6.8）式中：h键槽的深度；n系数。轴上有一个键槽时为0.5，在同一断面内有两个互成90的键槽时为1，有两个互成180的键槽时为1.2。有一个键槽n=0.5，h=4：代入数值：=1.5，所以刚度满足要求。故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性。6.8蜗轮蜗杆的计算及校核由于蜗轮的端面模数和螺杆的轴向模数相等，m模数去标准值首先按照强度要求计算：利用强度计算：=35.5mm，m=3.15，i=50，a=94mm，螺轮螺杆的常用材料螺旋线升角：螺杆分度圆直径：得到：6.9本章小结本章主要介绍了典型零件轴的设计计算，此轴即受到弯矩同时又受到转矩作用，是非常典型的零件尺寸计算。7 轴承选取与寿命计算7 轴承选取与寿命计算蜗杆有轴向力和径向力，故拟采用角圆锥滚子轴承，根据轴直径20，由机械设计手册查得轴承型号7004C。7.1初选轴承型号选用轴承，锥齿轮有轴向力，查标准拟采用角接触轴承，按机械设计手册查得轴承的，C=42800N。7.2计算轴承的径向载荷由计算得知轴承的支反力，故轴承的径向载荷，。7.3计算轴承的轴向载荷表7.1角接触球轴承派生轴向力的计算角接触球轴承7000C（=）70000AC()70000B()由机械设计得轴承的内部轴向力为：S=0.68F故，7.4轴承当量载荷计算当量载荷P（或）（N）的一般计算公式： (7.1)式中：X为径向和轴向载荷系数；Y轴向载荷系数；为考虑载荷性质引入的载荷系数。表7.2载荷系数载荷性质举例无冲击或细微冲击1.0-1.2电动机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击1.2-1.8车辆、起重机、造纸机、冶金机械等强烈冲击1.8-3.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动筛等，按表，在0.029-0.058 之间，e应在0.400.43之间取值。由此得，在1.001.47之间，由教材机械设计查得：X2=0.44，Y2=1.23由教材机械设计表如上可知：，取 7.5计算轴承的基本额定寿命式中：轴承寿命指数。轴承寿命足够大，故初选轴承7004C符合要求，一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。由前面可知主动轴的轴向力：Fa=86.091N所受径向力：Fr=200/2=100N故轴承寿命合格。7.6本章小结本章主要介绍了轴承的可靠性及寿命计算，为轴承标准件的选择提供依据，这样可以使机械手的加工成本降低，节省资源，降低生产周期，加快了设计的技术更新周期，有利于社会的进步和科学发展。8 总结8 总结经过紧张有序几个月的毕业设计时间，我的毕业设计已经顺利完成，在设计的过程中，我学到了很多与设计有关的东西，使我对机械学科的学习方法有了进一步的认识，也使我的知识面有了进一步的扩充，对我以后的工作也有重要的影响，使我更加热爱机械学科，并对这门科学产生浓厚的兴趣，通过这次设计使我以下几个方面有了很大的提高：第一，以前学习时我总认为学习机械学科书本上的知识一定要学好，而且是重中之重，现在我才发现机械设计方面的东西书本上的东西固然重要，但更重要的是把书本上的东西和实际的生产实践相联系起来这张才能达到事半功倍的效果。第二，机械设计必须把理论知识生产实践相联系，以现有理论分析生产中的东西，使生产中的东西促进我们认识理论。第三，在设计时我们一定要有创新精神，特别是原创性的东西，努力培养自己的创新能力，使自己有创新能力的社会急需人才。第四，在机械设计过程中，一定要培养自己的动手能力，把现实生产和理论研究联系起来，为国家的装配制造业增砖添瓦。总之，这次设计给我以后的工作提供了很好实习环境，是我的能力得到了培养，创新能力得到了提高我非常感谢学校给我这次机

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