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热镦机 自动 机构 设计

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1目录1 绪论 .31.1 选题背景及其意义 .31.2 国内外研究现状与发展趋势 .31.2.1 国内的研究现状 .31.2.2 国外研究现状 .41.2.3 发展趋势 .52 总方案的设计 .62.1 设计要求 .62.2 设计任务 .62.2.1 主要研究内容 .62.22 研究方案和技术路线 .62.3 机构功能分解 .82.31 机械手的工艺动作流程及时间分配 .82.4 机构方案设计与选择 .92.4.1 手臂上下摆动机构的设计与选择 .92.4.2 执行机构二：手臂回转机构的设计与选择 .112.4.3 传动部分的设计 .132.4.4 机构整体方案的设计 .133 机构方案计算和校核 .153.1 机械手设计 .153.1.1 夹持式手部结构 .153.1.2 手指的形状和分类 .153.1.3 设计时考虑的几个问题 .1523.1.4 手部夹紧液压缸的设计 .163.2 电动机功率计算 .193.3 手臂上下摆动机构的计算 .203.4 手臂回转机构的计算 .223.5 齿轮齿条设计 .233.5.1 齿轮齿条啮合传动的特点 .233.5.2 齿轮参数的选择 .243.5.3 计算接触疲劳许用应力 .243.5.4 齿轮的齿根弯曲强度设计 .253.5.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸 .263.5.6 确定齿条主要参数和几何尺寸 .273.5.7 齿面接触疲劳强度校核 .283.6 设计计算齿轮 1 和齿轮 2.293.6.1 按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸 .293.6.2 按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸 .313.6.3 几何尺寸计算 .333.6.4 齿轮传动的润滑方式 .334 轴的设计计算 .344.1 输入轴的设计 .344.1.1 选取轴的材料和热处理方法 .344.1.2 初步估算轴的直径 .344.1.3 输入轴的结构设计 .344.1.4 输入轴的受力分析 .364.1.5 判断危险截面和校核 .374.2 输出轴的设计 .3834.2.1 选取轴的材料和热处理方法 .384.1.2 计初步估算轴的直径 .384.1.3 输出轴的结构设计 .384.1.4 输出轴的受力分析 .394.1.5 判断危险截面和校核 .415 其他零件的选择与润滑方式确定 .425.1 轴承的选择 12 .425.2 箱内传动机构润滑方式 .446 总结 .47参考文献 .49致 谢 .50毕业设计（论文）知识产权声明 .51毕业设计（论文）独创性声明 .5241 绪论1.1 选题背景及其意义随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。1.2 国内外研究现状与发展趋势1.2.1 国内的研究现状工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作，代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。我国工业机械手的研究与开发始于 20 世纪 70 年代。1972 年我国第一台机5械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等。我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。1.2.2 国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的今后趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。1962 年，美国又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962 年美国机械铸造公司也实验6成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这 2 种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。从60 年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978 年美国Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种 UnimationVic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国 Kuka 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自 1969 年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。1.2.3 发展趋势现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。目前世界高端工业机械手均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到 3M/S，良新产品可以达到 6 轴，负载 2KG 的产品系统总重已突破 100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。72 总方案的设计2.1 设计要求设计二自由度关节式热镦机自动送料机构，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，往镦头机送料。以方案 A 为例，它的动作顺序是手指夹料，手臂上摆15，手臂水平回转 120，手臂下摆 15，手指张开放料。手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。图 1 为机械手的外观图。技术参数见表 1。表 2-1 热镦挤送料机械手技术参数最大抓重手指夹持工件最大直径手臂回转角度手臂回转半径手臂上下摆动角度送料频率 8kg mm （） mm （） 次/min2 25 120 700 15 152.2 设计任务2.2.1 主要研究内容1）运动功能设计：即自由度设计，应尽可能的灵活运动和大的工作空间，分析各关节运动的性质以及排列顺序等。 2）传动功能设计：本结构是由若干个构件和关节组成的多自由度空间机构，传动功能中驱动器安排和机构要合理。 3）机械结构设计：满足强度和刚度情况下，要充分考虑结构紧凑、重量轻、体积小等特点。同时满足装卸方便，便于维修、调整。基本参数： 抓重：2 公斤 ；工件最大直径： 25mm；工作半径： 700mm；送料频率：15 次/分 。2.22 研究方案和技术路线（1） 路径的设计：运动轨迹的选择：第一种方案：沿 Y 轴方向的伸缩（其运动轨迹为直线运动） ，沿 Z 轴方向的升降（其运动轨迹为直线运动） ，沿 XY 平面的运动（其运动方向为圆弧） ，运动轨迹为9第二种方案：沿 Z 轴方向的升降（其运动轨迹为直线运动） ，沿 XY 平面的运动（其运动方向为圆弧） ，运动轨迹为因为我设计的是二自由度的机械手，第一种方案，因为是三自由度的，所以第一种太复杂，有可能及其在工作的时候因为程序多可能停止工作，造成工作效率较低，第二种方案比较简单，相对第一种方案来说出现失误比较少，所以选第二种方案。（2）机械手的运动路径和抓取路径有很多种，有以下四种方式：10直角坐标系:这种坐标形式的机械手为直角坐标系机械手。它的特点是结构简单，定位精度高，适用于主机位置成行排列的场合。但是由于占地面积大工作范围小以及灵活性差，限制了它的适用范围。圆柱坐标系:这种坐标形式的机械手称为圆柱坐标形式机械手。它与直角坐标式相比较占地面积小而活动范围大，结构较简单并能达到较高的定位精度，因此应用范围较广泛。但由于机械手结构的关系，沿 Z 轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。球坐标式:这种坐标形式的机械手称为球坐标式机械手。手臂的俯仰运动能抓取地面上的物件，为了使手部能适应被抓去物件方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其首度保持水平位置或其他状态。这种形式的机械手具有动作灵活占地面积小而工作范围大等特点，它适用于延伸缩方向想外的传动方式。但结构较复杂，此外，手臂摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差关节式机械手:其手臂的运动方式类似于人的手臂可做几个方向的转动。它由大小两臂和立柱所组成，大小两臂之间的连接为肘关节，大臂与立柱之间的连接为肩关节，各关节均有铰链构成以实现转动，手臂的运动系由三个回转构件所构成即大臂的俯仰，小臂的俯仰和大臂的回转。这种坐标形式的机械手成为关节机械手。它的特点是工作范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近基座的物件，并能绕过机体和工作主机之间的障碍物去抓取物件此为其他形式的机械手不可比拟的优点。但是关节式机械手的手指定位是由各个关节相互转角来决定，所以定位精度较差，另外控制装置和机械结构比其他形式的机械手均复杂。得出结论:综合以上的讨论根据不同坐标各自不同的特点，最终选关节式的坐标系2.3 机构功能分解2.31 机械手的工艺动作流程及时间分配送料频率为 15 次min,即每次4s;这 4s 可进行如下分配：手指夹料(0.2s)手臂上摆 15(0.2s)手臂回转 120(1.4s)手臂下摆 15(0.2s)手指松开(0.2s)手臂上摆 15(0.2s)手臂反转 120(1.4s)手臂下摆 15(0.2s)11执行机构在一个周期的运动如表 2 所示：表 2-2 机构运动循环图动作序号 动作名称 转角（时间 s）1 手指夹料 0（0.2）2 手臂上摆 15（0.2）3 手臂回转 120 120（1.5）4 手臂下摆 15（0.2）5 手指放料 0（0.2）6 手臂上摆 15（0.2）7 手臂反向回转 120 120（1.4）8 手臂下摆 15（0.2）2.4 机构方案设计与选择2.4.1 手臂上下摆动机构的设计与选择( 1 ) 执行机构一: 机械手手臂上下摆动机构方案一: 盘形凸轮 + 摇杆机构+ 不完全齿轮12图 2-1 上下摆动机构 1方案二： 圆筒凸轮 + 连杆机构 图 2-2 上下摆动机构 2方案三： 盘形凸轮+摇杆机构13图 2-3 上下摆动机构 3方案选择：方案一中圆筒凸轮结构简单、紧凑，所能承受的力大，但考虑到本机抓重要求不高，且此结构与后续设计衔接困难，所以不用；方案二机构较多，较繁琐，所以也被淘汰掉；这里抓重要求不高且机构零件简单易选，同时与后续设计衔接较好；所以这里我们采用方案三，使用盘形凸轮机构直接驱动从动件的上下运动，进而通过低复使手臂摇动。这个方案在计算过程中比较容易，即s=ltan，式中 s 为从动件。2.4.2 执行机构二：手臂回转机构的设计与选择方案一：盘形凸轮 + 摇杆机构14图 2-4 手臂回转机构 1方案二：不完全齿轮 + 曲柄摇杆机构图 2-5 手臂回转机构 2方案三：液压缸+齿轮齿条机构15图 2-6 手臂回转机构 3方案选择：方案一与方案二与执行机构一中的前两种方案大致相同，因为机械手水平回转角度 120，所以选用齿轮齿条机构来完成比较容易做到，因此选择方案三。综上所述，经过比较最终坐标系选择关节式坐标系，驱动装置转动和平动选择电动机，执行机构：机械手臂上下摆动结构选择盘形凸轮+摇杆机构，机械手水平回转机构液压缸+齿轮齿条机构。采用液压缸+齿轮齿条，传动准确，便于分析计算。2.4.3 传动部分的设计传动部分将电动机的高速转动转化为执行机构所需的转速。一般的机械，都是在第一级变速中采用带传动，其他的传动部分使用齿轮传动。有的机构根据需要，还会采用链传动、涡轮蜗杆等传动机构。本方案设计采用调速电动机，减速器，调速器及齿轮传动，这样可以通过调速器及其电路控制减速电机的输出转速且效率更高。2.4.4 机构整体方案的设计根据上述各部分选出来的方案可以将机械手整体方案确定下来。其整体的原16图 2-7 执行机构内部结构三维模型图图 2-8 执行机构整体图17确定了整体的机构方案，现将其工作的过程分析如电动机本身的转速为1440r/min，装上减速机，连接上调速器将大齿轮的转速调节为为 15r/min，所以总传动比 i=1440/15=963 机构方案计算和校核3.1 机械手设计本次设计的机械手是车床上下料的机械手。因为夹紧的工件是棒料，所以采用夹持式手部结构，常用的外卡式两指钳爪，其夹紧方式用弹簧夹紧，松开时，采用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。3.1.1 夹持式手部结构夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。3.1.2 手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种: 按模仿人手手指的18动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件 12。3.1.3 设计时考虑的几个问题(一) 具有足够的握力 (即夹紧力)在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。(二) 手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。(三) 保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。(四) 具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。(五) 考虑被抓取对象的要求根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是双支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 V 型。193.1.4 手部夹紧液压缸的设计(一) 运动实现形式的分析手臂通过液压缸的升降运动带动活塞的上下运动从而实现手指的夹紧与松开，从而实现对被抓取工件的抓取和放下。(二) 手部驱动力计算手指加在工件上的内撑力，是设计手部的主要依据，必须对其大小，方向和作用点进行分析，计算，一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静栽荷以及工件运动状态变化所产生的载荷，以使工件保持可靠的状态 13。（3.1）GKFN321式中 -安全系数。通常取 1.2-2.01-工作情况系数，主要考虑惯性力的影响， 可近似按下式进行计算2K2K（3.2）ga12其中 a-运载工件时重力方向的最大上升加速度g-重力加速度， 28.9SMG（3.3）maxV=t-运载工件时重力方向的最大上升速度ax-系统达到最高速度的时间，根据设计参数选择。取 0.1s响t-方位系数，根据手指与工件形状以及工件位置不同进行选择1KG-被抓取。工件受重力 (N)(三)计算步骤20（1）本次设计机械手要求抓取工件的重量为 2 千克，所设计的机械手手指采用了内撑式机械手。所以本次设计的热墩机机械手按设计要求可抓重 2 千克。根据公式 (3.4)mgFN6.1982（2）首先根据对机械手的工艺设计要求确定安全系数 ;然后计算出最大1K加速度，确定工作情况系数 ,最后根据手抓夹持方位从表中查出方位系数2K求出夹紧力3KF（3）根据手抓的结构方案，由表中查出驱动力的计算公式，求出液压缸应具有的驱动力 。j（4）实际所采取的液压缸驱动要大于 。考虑手抓的机械效率 ，一般取jF。9.08设取安全系数 2.1k取工作情况系数 041.89.2 ga式中： 为最大缓冲加速度， , 为重力加速度a2.smg28.9smg取方位系数 0.13k所以 NFN 48.2942所以驱动力 N00548.2RbFN考虑到手在工作过程中有惯性力、震动以及传动效率的影响，其实驱动力按下式计算： )(实 际21式中： 为手部机械效率，一般取 ，在这里取95.08. 85.0所以 NF24508.2)实 际(所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为 。8.（5）确定液压缸的直径 D(3.5)pdFs)(42选取活塞杆直径 ,压力油工作压力 Pa5.06104pmpFD10)1(42/实 际 根据液压缸内径系列（JB826-66）选取液压缸内径为： mD40则活塞杆直径为： md205.4(四)壁厚的设计缸筒直接承受液压油压力，必须有一定厚度。一般液压缸缸筒壁厚与内径比小或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:(3.6)2DP式中: 缸筒壁厚液压缸内径D实验压力，取 材料为:ZL3, PPa5.1MPa120代入己知数据，则壁厚为: mD6.)(40265取 ，则液压缸外径为: (3.7)m6. mD2.3所以选择气缸型号为：HSG-01-40/dE，速比为 1.33，推力为 20100N，拉力为 15070N。22(五) 活塞杆材料活塞杆的加工要求：活塞杆表面需渡硬铬，防腐要求特别高的则要求先渡一层软铬，渡后在渡硬铬抛光。在恶劣的，腐蚀性较强的工作环境中，活塞杆应喷涂一种陶瓷涂层。活塞杆外径公差直线度、表面粗糙度为活塞杆外径的圆柱度公差值，应该按 8 级精度选取。(六)安装导向环的作用安装在活塞外圆的导向环，具有精确的导向作用，并可以吸收活塞杆运动时随时产生的侧向力。带导向环的活塞，在缸筒内运动时非金属接触，因此，摩擦系数小，启动时无爬行。安装导向环后可以改善活塞与缸筒的同轴度，使间隙均匀，减少泄露。导向环采用耐磨材料，适用寿命长，磨损后便于更换。本次设计中依靠螺钉导向。(七) 缓冲装置液压缸的行程终端缓冲装置可以使带着负载的活塞在到达行程终端时减速到零。目的使消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖机械撞击，同时也是为了将低在改变运动方向时液体发出的噪声。缓冲装置的工作原理是当活塞杆到达行程终端之前的一段距离内，设法把排油腔内的一部分或全部封闭起来，使其通过节流小孔排出，从而使封闭的油液产生适当的缓冲压力作用，与活塞的惯性力相对抗。以达到减速制动的目的。缓冲装置的结构形式，可以根据节流小孔的流通面积，在缓冲过程中能否自动改变来分类，通常可以分为恒节流型和变节流型。由于本次设计的电动机座卸料机械手采用的是液压系统，还可以依靠单向阀来实现缓冲的目的。安装了缓冲装置可以预防产生严重的冲击，这样可以起到保护工件的目的。(八) 手部设计应注意的问题手部设计过程中应注意到更换压盘的问题，为了扩大电动机座加工自动线卸料手的通用性，来满足电动机座生产线更换加工对象的要求，当更换了加工对象时可以更换压盘来实现。手指部的弹簧应处于自然状态，这样才能保证在手指松开工件时手指能够完全缩回。这样可以保证下次抓取工件时，手部结构深入工件时手指不碰撞工件，起到保护工件的作用。手部结构采用的是液压驱动，依靠液压驱动和弹簧来实现手部的夹紧与放松。233.2 电动机功率计算图 3-1 执行电机选择功率不变的电机，即 P=MxN/9550计算公式是 P=M*n / 9550。P 是电机的额定（输出）功率单位是千瓦（KW）n 单位是转每分 (r/min)M 是电机输出扭矩（Mn）如要使负载运动，需要克服的力为 F，电机输出轴的半径为 R，那么需要的力矩 M=FxR（单位 Nm） ；最后速出转速为 15r/min;按功率、转速、功率关系式 P=MxN/9550（M 单位 Nm，N 单位 rpm，P 单位 Kw）计算即可得到。在回转方向,机构不受负载力作用,只需克服内部摩擦力,其产生的转矩相对较小,可以忽略.在上下摆动方向,设物料和手抓总重为 10KG，克服最大抓举力F=10kg*9.8n/kg=98N,通过杠杆定力,M=F*R,已知 R=0.7m,所以M=0.7*98=68.6Nm,其转化在圆盘凸轮上的力矩约为 68.6N*M,因功率一定，所以扭矩和转速成反比，且此两者的乘积为定值，而凸轮转速为 15*2=30r/min,所以两者乘积为 30*68.6=420。取总传动效率为 0.8，则电动机最低输出功率为P=68.6*30/（9550*0.8）=0.269kw.24此处选择调速电机和减速器组装的电机，电机型号为 51k300GU-CF，为三相异步减速电机，功率为 300w；减速器型号为 5GU-7.5K,为齿轮减速器；调速器选择调速范围为 78-8 转。3.3 手臂上下摆动机构的计算如图 4.1 手臂上下摆动机构示意图图 3-2 手臂上下摆动机构示意图机械手臂两支点距 s1=LAB=93.3mm,在运动过程中机械手臂上下摆动 15 度(假设从 B 摆动到 B处,如图 4.2 所示),过程中可近似看作:AB 垂直于 BB,则LBB=93.3*tan15=25mm,即圆盘凸轮的导程需为 S=25mm.25图 3-3圆盘凸轮的基圆半径设计尺寸为 R1=25mm,则外圆半径为 R2=S+R1=50mm.根据动作的时间分布，回转机构运动一个回合，手臂上下摆动运动两个回合，所以手臂夹料时间占比为 0.2/2，对应的占角度为 360*0.2/2=36 度，手臂上摆和下摆均占时间比为 0.2/2,则对应的角度为 360*0.2/2=36 度,手臂回转时间所占对应的圆盘凸轮轮廓线角度为 360-36-36-36=252 度，即如图 4.3 所示，外圆对应的角度为 192 度，基圆所对应的角度为 36 度，基圆过度到外圆或外圆过度到基圆（即上摆或下摆过程）所对应的角度为 36 度。图 3-4 圆盘凸轮3.4 手臂回转机构的计算（1）液压缸的选择26根据齿轮分度圆可以得出齿条的最大位移为 50mm，所以液压缸的行程为50mm,缸径为 50mm,活塞杆直径为 32mm。最大压力为 14Mp图 3-5如图 4.4，其运动时间布局为第一步齿条不移动一段时间（此时间段为夹持物料和手臂上摆的时间 0.4s） ，第二步是齿条移动的一段时间（此时间段为手臂旋转 120 度的时间 1.4s）第三步是齿条再静止不动的时间（此时间段为手臂下摆盒松开物料及再上升的时间 0.6s ）第四步为齿条回移的时间（此时间为手臂回转 120 度的时间 1.4s）第五步为齿条静止时间（此时间段为手臂下摆时间0.2）导程在下面齿轮齿条中计算出 s=50.24mm。（2）齿轮齿条的设计计算图 3-6设齿条的运动速度为 v，齿轮的分度圆半径为 r，齿轮转速为 ，则v=r； s=r27手臂旋转的角度为 120，即 =120/180=2.093。选择齿轮的齿数为 24，模数为 2.5，则圆柱凸轮的导程 s= s=r=2412/18=50.24mm。(3.8)分度圆直径为 d=mz=242.5=60mm(3.9)3.5 齿轮齿条设计3.5.1 齿轮齿条啮合传动的特点齿条实际上是齿数为无穷的齿轮的一部分。当齿数为无穷时，齿轮的基圆直径也为无穷大，根据渐开线的形成过程可知，此时渐开线就变成了直线。所以齿条的齿廓为直齿廓（如图 3.2 所示） ，齿廓上各点的法线是平行的，而且在传动时齿条是平动的，齿廓上各点速度的大小和方向也相同，所以齿条齿廓上个点的压力角相同，大小等于齿廓的倾斜角。齿条上各齿同侧的齿廓是平行的，所以在任何与分度线平行的直线上，周节都相等。图 3-7 齿条的齿廓齿轮齿条啮合传动时，根据小齿轮螺旋角与齿条齿倾角的大小和方向不同，可以构成不同的传动方案。当左旋小齿轮与右倾齿条相啮合而且齿轮螺旋角 1与齿条倾斜角 2 角相等时，则轴交角 =0；若 1 2，则 =1 2；若1 2，则 =1 2 为负值，表示在齿条轴线的另一侧。当右旋小齿轮与右倾齿条或左旋小齿轮与左倾齿条相啮合时，其轴交角均为 =1+2。齿轮与齿条啮合传动时，齿轮的节圆始终与其分度圆重合。当小齿轮轴线与齿条轴线不垂直时，小齿轮齿廓与齿条齿廓间的接触为点接触，轮齿所受的压强较大，产生的接触应力也比较大，轮齿磨损很快，所以齿轮齿条转向器的传动比不能太大 15。齿轮齿条传动的传动比只与齿条的齿倾角、小齿轮的法向模数和小齿轮的28齿数有关。在设计时，只要合理的选取这几个参数就可以获得需要的传动比。但是小齿轮的模数不能太小，否则会使齿条齿廓在啮合时啮合点离齿顶太近，齿根的弯曲应力增大，易产生崩齿。同时小齿轮的变位系数不能太大，否则会造成齿条齿顶平面与小齿轮齿根圆柱面的间隙过小，对润滑不利，而且容易造成转向器卡死的现象。3.5.2 齿轮参数的选择初选齿轮参数：齿轮齿条转向器的齿轮多采用直齿轮，齿轮模数在之间，主动小齿轮齿数 24，压力角取 。故取小齿轮 ，23m20124z，压力角 ，齿轮的转速为 ，精度等级 8 级，转.5n2014.8/minnr向器每天工作 8 小时，使用期限不低于 5 年。材料选择：齿轮 16MnCr5，渗碳淬火，齿面硬度 54-62HRC齿条 45#，表面淬火，齿面硬度 56HRC10分度圆直径（3.10）12.5460cosnmzdm取齿宽系数 0.7d齿条宽度（3.12）210.7642dbm圆整取 ；24bm则取齿轮齿宽（3.13）12648bm所以取齿轮齿宽 48mm；齿条齿宽 42mm。293.5.3 计算接触疲劳许用应力确定许用应力(3.18)（3.14）HminNlSZFminNSTlYF查表确定 和limHliFMPa150liPa1302liF421limF752lim查表确定寿命系数 、NZY12.3NZ12查表确定安全系数 min1HSin.4F计算接触疲劳许用应力(3.15)lim1N1HnZSMPa198032.50(3.16)lim2N2HnSa7632.0查表确定应力修正系数 STY(3.17)lim1N1FnFMPa14.607.1245li2STN2FmnYF(3.18).534.3303.5.4 齿轮的齿根弯曲强度设计参数查取：初选 =24 =0.7 =0.7 =0.894.1tK01ZdY当量齿数 240cos/24cos/33V复合齿形系数 1.FSY初步计算齿轮模数 nm最大转矩 168.hTMN闭式硬齿面传动，按齿根弯曲疲劳强度设计。代入 较小的值F(3.19)213cost FSntdKTYmZ232.468cs0.7893.21.4570.631m初取 2.5nt确定载荷系数 K查表确定使用系数 1A（3.2013.42514.80./60cos60cosnttmzv ms）31根据 和 8 级精度，查表得0.4/tvms 4.0VK查表确定齿向载荷分布系数 15.查表确定齿间载荷分布系数 .H所以（3.21）759.01.4.01KHVA确定模数（3.22）330.7592.2.814nttmmK取 2.5n3.5.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸齿轮参数： ， ，压力角 ，124z.5nm20取变位系数 nah0.nc齿顶高（3.23）2.51ananhmm齿根高（3.24）2.510.625fnanhc齿高（3.25）50.62.5afhm分度圆直径32（3.26）12.561.3cos0nmzdm齿顶圆直径（3.27）125.3125.31aadh齿根圆直径（3.28）125.3120.6513.98ffdhm基圆直径（3.29）1cos60cs256.38bd齿轮中心到齿条基准线距离（3.30）16012.53.2ndHmm齿轮齿宽（3.31）12648b3.5.6 确定齿条主要参数和几何尺寸因为齿轮与齿条要相互啮合，所以取齿条模数 12.5nm又因为齿轮齿条线角传动比为（3