热镦挤送料机械手

热镦挤送料机械手热镦挤送料机械手 学生姓名 指导教师 摘要 送料机械手主要用于机床和生产线中的上下料工作 热镦挤送料机械手主要 由动力装置 传动部分 执行机构三部分组成 其中执行机构为设计的主要内容 在 本次设计中 该设计通过减速器变速将动力传动到执行机构中 再有执行机构来控制 机械手运动 执行机构的选择 要分析各种机构对运动的影响 综合分析各种类型的 机构来确定适合机械手运动的机构 通过分析得出结论 由凸轮连杆机构来控制机械 手的上下 15 度摆动 由不完全齿轮和齿轮齿条机构来控制机械手的左右回转 关键词 执行机构 凸轮 不完全齿轮 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 21 世纪是科技高度发达的时代 人们的消费力不断增加 市场对质量可靠性能 卓越的产品的需求大量增加 为满足市场需求 各个企业工厂不断建成现代化生产线 通过智能机器人来代替人力去快速高效的生产 各种高效率的机械手可以满足工厂的 生产需求 还可以克服恶劣环境完成工作 机械机械手的优势十分明显 机械手作业 的准确性和不同环境中完成作业的能力 在国民经济领域有着广泛的发展空间 它不 但能代替部分人工操作 还能按照生产工艺的要求 遵循一定的程序 时间和位置来 完成工件的传送和装卸 同时 它还能操作必要的工具进行焊接和装配 它高效不间 断地工作在各种复杂环境中 从而极大改善了工人的劳动条件 显著提高了劳动生产 率 加快了工业生产机械化和自动化的步伐 所以机械手的研制很有必要 热镦挤送料机械手 该设计全面综合的运用了机械设计专业学生在大学本科阶段 所学的各门专业课的知识 将这些专业课程的理论和实际进行了一次重要实践 锻炼 了我们查询资料自我学习的能力 培养了我们创新设计能力 该设计综合运用了 CAD PORE 等软件 使我们对这些制图软件能熟悉运用 毕业设计是大学四年中的最后一次课题设计 也是最为重要的一次设计 是对我 们大学四年的综合考量 毕业设计考验的不是单一的一门知识 而是我们大学四年所 学的综合运用 我选择的题目是热镦挤送料机械手 该设计全面综合的运用了机械设 计专业学生在大学本科阶段所学的各门专业课的知识 将这些专业课程的理论和实际 知识进行了一次重要实践 综合运用了 CAD PORE 等软件 是我们对这些制图软件能 熟悉运用 机械手对工业的发展有着重要的意义 它的运用 使得在恶劣环境中的生 产工作得以继续进行 它可以模仿人的手部动作 按给定程序 轨迹和要求实现自动 抓取 搬运和操作 可用来搬运物体 成在各个不同环境中的工作 在工业生产中 机械手的应用随处可见 无论是组合机床 还是流水线生产 都可以运用机械手来进 行上下料的工作 因此 进行机械手的研究是很有必要的 1 21 2 机械手介绍机械手介绍 机械手应用范围十分广泛 它常应用与机械制造 电子 冶金 轻重工业中 机械手是工业机器人的一种 它是在工业机器人的基础之上发展起来的 机械手的种 类很多 常见的有液压式 电动式 气动式和机械式机械手 我们所设计的机械手为 机械式 机械手的主要部件为手部和运动机构 运动机构用来控制的各种动作 使机 械手完成上下摆动 左右回转 伸缩 摆动等等运动 手部是根据所要抓取的物体的 形状 材质 大小 重量等因素来设计的 机械手的自由度影响机械手的灵活性 通 用性 通常机械手自由度为 4 5 个 一般的专用的机械手由 2 3 个自由度 机械手通 常用作机床 生产线等工作场合的上下料 换刀等工作 机械手的特点是工作时间长 工作精度高 抗干扰能力强 可以在恶劣环境中工作 因此 机械手的未来发展方向 为代替人工进行长时间重复高精通的工作 同时替代人工在环境恶劣 高温有毒等环 境中工作 机械手的模块化同时也是它的发展趋势 通过模块化处理 可以使机械手 快速响应 完成不同的工作 随着时间的发展 机械手会变得越来越先进 逐步向智 能化 模块化发展 1 31 3 总体设计要求总体设计要求 设计二自由度关节式热镦挤送料机械手 由电动机驱动 夹送圆柱形镦料 往 40 t 镦头机送料 它的动作顺序是 手指夹料 手臂上摆 l5 手臂水平回转 l20 手臂 下摆 l5 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 主要要求完成对手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计 图 1 1 为机械手的 外观图 技术参数为最大抓重 2kg 手臂夹持工件最大直径 25mm 手臂回转半径 685mm 送 料频率 15 次 min 电机转速 1450r min 设计热镦剂送料机械手驱动机构使热镦机送料机械手完成上下摆动和水平回转运 动 设计传动系统并确定其传动比分配 设计连杆机构并进行速度 加速度分析 凸 轮连杆机构的设计计算 选择从动件的运动规律 确定基圆半径 校核最大压力角与 最小曲率半径 减速器部分齿轮机构的设计计算 校核计算 绘制热镦剂送料机械手 的总体装配图 绘制热镦剂送料机械手的主要零件图 1 41 4 说明书主要内容说明书主要内容 说明书的主要内容为 第一章主要介绍课题研究的意义以及课题要求 第二章介 绍运动过程 对机械手的运动过程和动作顺序进行了解分析计算 第三章主要介绍机 械手部分 机械手的动过过程为水平回转运动水平反转运动上摆和下摆四种运动 它 们由凸轮连杆机构来完成手臂的上下摆动 由不完全齿轮齿条来完成手臂回转 第四 章对减速器部分的设计计算和校核计算 第五章对机械手执行机构的设计计算 计算 出主要执行机构中凸轮和不完全齿轮的形状和大小 第六章对热镦机送料机械手进行 整体的分析计算 附参考资料 图 1 1 2 2 运动过程分解运动过程分解 2 12 1 运动周期计算运动周期计算 由毕业设计任务书总体设计要求可知 机械手送料频率为 15 次 min 电机转速 为 1450r min 通过简单计算可知 每周期运动时间为 4 秒钟 这 4s 可进行如下分 配 机械手手指夹料 0 4s 机械手手臂上摆 15 度 0 4s 机械手手臂水 平回转 120 度 0 8s 机械手手臂下摆 0 4s 机械手手指张开放料 0 4s 机械手手臂上摆 15 度 0 4s 机械手手臂水平反转 120 度 0 8s 机械手手臂下摆 15 度 0 4s 2 22 2 机械手圆形运动循环图机械手圆形运动循环图 通过运动周期计算绘制圆形运动循环图 运动循环图是在机械协调设计中所需 要用到的重要的图形文件 它能更好的说明运动过程 可以描述各个执行机构之间的 运动顺序 相互之间既协调又制约的动作关系 运动循环图的常见类型有直线型 圆 形 直角坐标式等类型 在这里 我们使用圆形运动循环图 它可以更加直观更形象 的描绘出机械手水平运动与上下摆动的运动关系 即在平动时水平停止 在进行上下 摆动式水平方向静止 两者互相不干扰 图 2 1 圆形循环图 3 3 机构功能分解机构功能分解 热镦挤送料机械手的构成由原动机 传动部分 执行部分三部分组成 功能关 系由下表所示 表 3 1 热镦挤送料机械手 原动机 传动机构 执行机构 电动机 齿轮 带轮 间歇上下摆动机构 间歇左右回转 3 13 1 驱动装置的选择驱动装置的选择 电动机的种类很多 可以分为直流电动机和交流电动机两大类 我们所使用的 电动机的工作环境实在工厂 所用为交流电 选用的电动机为交流电动机 交流电动 机可分为三相同步电机和三相异步电机 三相交流异步电动的机结构比较简单 而且 它价格低廉 在日常中维护方便 所以它在工业生产中得到上广泛的应用 Y 系列的 电动机是全封闭的自扇冷式的三相异步电动机 它的特点是性能好 噪音较低 同时 具有高效率震动小的优点 这使它适用于不易爆炸不易燃且没有腐蚀性气体的工作环 境中 如在机床 运输机 搅拌机的机器上面 课题中所设计的热镦挤送料机械手的 工作环境实在工厂中 它的工作电压为 380V 频率为 50HZ 电机转速为 1450r min 所以选择同步转速为 1500r min 机械手最大抓重 2kg 所需功率不大 所以通过查 询机械设计手册可以优先选择 Y112M 4 型号电动机来作为机械手的原动机 完成要求 的工作动作 电动机参数 表 3 2 电动机型号额定功率 kW 满载转速 r min 堵转转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 质量 kg Y112M 4 4 14402 22 3 43 3 23 2 传动类型的选择传动类型的选择 带传动特点 带传动有传送比较平稳 噪声较小 能进行一定的缓冲吸振的优点 但是带传动的承载能力比较低 传递相同的转矩时要比其他机构的尺寸大 通常将带 传动放在传动系统的高速级 齿轮传动特点 齿轮传动有着工作可靠 使用寿命长 瞬时传动比为常数 传动 效率高等优点 但它的成本也高 在精度低的时候 震动和噪声比较大 不宜用于轴 间距大传动 链传动特点 链传动没有滑动并且不需很大的张紧力 作用在轴上的载荷较小 效率高 它的缺点是只能用于平行间的传动 瞬时速度不均匀 工作时有噪声 费用 较高 摩擦轮传动特点 摩擦轮优点在于制造简单 在过载时可以发生打滑从而防止机 器中重要零件的损坏 可以实现无级变速 但它的缺点也较为明显 那就是传动效率 较低 传动比不能保证 而且寿命较低 它必须采用压紧装置时才能使用 蜗杆传动特点 它的优点在于工作平稳 没有噪声 结构较为紧凑 冲击小 它 的优点还有结构尺寸小 重量轻 零件数目少 缺点是效率低 结构复杂 制造材料 较贵 制造较难 对这五种传动方式进行对比 考虑热镦挤送料机械手的结构 工作环境和所需力 等方面的要求综合选择带传动和齿轮传动 电动机通过带轮将转矩传递到减速器 通 过减速器减速达到需要的转速带动机械手的水平回转运动和上下摆动 3 33 3 手臂上下摆动的设计与选择手臂上下摆动的设计与选择 根据设计总体要求可以知道机械手上下摆动 15 度 为完成所需要的动作 需要 设计机构来驱动机械手实现运动要求 可是实现上下运动的机构很多 有凸轮机构 铰链四杆机构 曲柄滑块机构 螺杆等机构 下面 设计几种方案来完成手臂的上下 摆动运动 方案一 凸轮连杆机构 凸轮是具有曲线轮廓的构件 它的运动可以通过高副接触传递给从动件 是从动 件运动 它的运动状态可以是连续的 也可以是不连续的 因为凸轮具有这样的特点 所以凸轮连杆机构可直接驱动从动件进行上下运动 进而使机械手手臂上下摇动 而 凸轮连杆机构具有结构简单 便于计算 成本低廉的优点 但是它也存在缺点 那就 是具有一定程度的冲击 考虑到机械手最大抓重为 2kg 工作强度不大 冲击也较小 所以该结构可以完成上下摆动动作 如图 3 1 所示 为凸轮连杆机构 图 3 1 凸轮 连杆 方案二 圆柱凸轮机构 连杆 圆柱凸轮是将移动凸轮卷成圆柱体衍化而来 它是空间运动 通过圆柱凸轮的不 断转动 使连杆上下摆动 进而驱动机械手运动 该方案结构较为复杂 圆柱凸轮成 本较高 计算较为麻烦 可以完成机械手的上下摆动 如图 3 2 所示 圆柱凸轮机构转动拉动连杆使其完成摆动 15 度的动作 图 3 2 圆柱凸轮 摇杆 方案三 曲柄滑块 曲柄摇杆 通过偏心转动带动连杆运动 再由连杆拉动滑块 从而完成从动件的间歇上下摆 动 使机械手完成要求的上下摆动 15 度的要求 该结构结构简单 图 3 3 曲柄滑块 曲柄摇杆 综合对比 3 种机构 考虑机械手设计总体要求 选择方案一比较合适 3 43 4 手臂水平回转的设计与选择手臂水平回转的设计与选择 手臂的水平回转运动与手臂上下摆动不同时进行 环形运动循环图清晰明了的 表述了两种运动的工作时间 手臂水平放下的回转可以通过多种机构完成 如不完全 齿轮机构 不完全齿轮 曲柄滑块 齿轮齿条机构 棘轮机构等 通过综合考虑 设计 以下几种方案 方案一 不完全齿轮 曲柄滑块 齿轮齿条 经过减速器将动力传动到不完全齿轮处驱动其转动 因为是不完全齿轮 可以通 过设计有齿区域占整个齿轮区域的比例来调节改变间歇时间 齿轮转动带动连杆前后 移动 拉动齿条移动 通过齿条与齿轮啮合来驱动连杆转动 如图 3 4 在课题的设计 要求中可知要完成机械手水平回转 120 所以不完全齿轮齿数应该是完全齿轮的三 分之一 方案二 不完全齿轮机构 不完全外齿轮啮合是旋转 120 度 不完全外齿轮不啮合 内齿轮 3 4 啮合是 水平回转 120 度 完成左右回转的工作要求 如图 3 5 所示 不完全齿轮机构具有机 构结构简单 容易制造 工作较为可靠特点 同时从动轮的运动时间和静止时间变化 范围较大 通过设计不完全齿轮的齿数可以实现机械手所要求的回转角度 对转动的 时间可以较好的把握 但是当开始进入啮合时和脱离啮合时具有比较大的冲击 因此 它一般用于低速和载荷较小的场合 方案三 圆柱凸轮 连杆 齿轮齿条 减速器将动力传递到圆柱凸轮带动其转动 因为圆柱凸轮的轮廓线不同 从动件 连杆会沿着轮廓线运动 因为圆柱凸轮是水平放置的 凸轮的转动会使连杆左右转动 根据设计要求可以确定左右摆动的周期和摆动的距离 连杆的移动会带动齿条的移动 齿条与齿轮啮合带动齿轮左右转动 齿轮带动杆是其左右回转 完成机械手水平左右 回转的工作动作 圆柱凸轮机构结构复杂 计算难度大 使运动停歇时间难以把握 设计难度较大 综合三种方案 选择方案一更为合适 方案一具有计算简单 容易实现 具有明 显的间歇运动的优点 方案二冲击较大 方案 3 结构复杂 不容易计算 运动停歇时 间较难把握 图 3 4 不完全齿轮 连杆 齿条 图 3 5 不完全齿轮 图 3 6 圆柱凸轮 齿轮齿条 3 53 5 热镦挤送料机械手整体结构设计热镦挤送料机械手整体结构设计 通过上述对各个方案的设计分析 将选择出来的最优方案综合整理 确定热镦挤 送料机械手的整体结构 如图 3 7 所示 选用凸轮连杆机构来完成机械手的上下摆动 选用不完全齿轮 连杆 齿轮齿条来实现机械手的 120 水平回转 使用减速器来减速 达到所需转速 图 3 7 4 4 传动机构的设计计算传动机构的设计计算 已知工作频率为 15 次 min 则执行机构转速为 30r min 满载转速为 1440r min 通过运动循环图和机械手的整体结构设计传动比 总传动比 带传动部分传动比为 4 高速级齿轮传动为 4 低速级为 3 锥齿轮 1440 30 48 传动比为 3 4 14 1 带轮传动计算带轮传动计算 1 定 V 带型号和带长 带传动是带轮之间用带作为挠性拉拽零件的传动 它是借助与带轮之间的摩擦或 者啮合来传递动力或者运动的 带的类型分为平带 V 带 同步带和多楔带 因为传 动比为 4 查机械设计表 11 1 可以知道 选用 V 带传动即可满足要求 V 带传动适用 于中心距较小的情况下 它没有接头 运动比较平稳 多跟 V 带同时使用时 不惧损 坏 即使损坏了一根也不至于立即停止运行 它的缺点是适用寿命比较短 价格比较 贵 而且传动的效率要略低于平带 工作情况系数 由表 11 5 查得 kA 1 2 计算功率 根据总体设计结构计算出中传递效率 0 89 其中 1 0 96 2 0 98 3 0 99 4 0 99 所以kW 3 56 选择 V 带型号 由图 11 15 可知 选择 Z 型 V 带 小带轮直径 由图 11 5 可知 D1取 90mm 验算 V 带速度 1 60000 6 78 5m s v 25m s 符合要求 大带轮直径 取 2 1 1 1 2 356 4 2 360 其中 为带传动的滑动率 大带轮转速 2 1 1 1 2 356 4 2 计算带长 求 1 2 2 225 求 2 1 2 135 初取中心距 2 2 1 0 55 2 1 初取 600 带长 1936 875mm 2 2 查图 11 4 可知 2000 3 求中心距和包角 中心距 4 1 4 8 2 600 小轮包角 1 180 2 1 60 153 4 求带根数 带速 1 1 60 1000 6 78 带根数 由表 11 8 可知 1 91 由表 11 7 可知 0 94 由表 11 12 可知 1 03 由表 11 10 可知 0 168 1 99 所以 V 带根数为 2 根 5 求轴上载荷 张紧力 0 500 2 5 2 222 5 轴上载荷 2 0sin 2 890 35 4 24 2 齿轮传动齿轮传动 齿轮可以分为直齿轮 斜齿轮 人字齿轮 锥齿轮等 齿轮传动的要求是要满 足冲动比平稳 要尽量的减少冲击 噪声和震动 齿轮传动要保持一定的强度 常见 的齿轮失效形式为齿面损伤和轮齿折断 齿面损伤有点蚀 胶合 塑性流动 磨粒磨 损等损伤形式 该设计选择直齿轮即可 为了保证齿轮齿面具有足够的硬度 较高的 抗点蚀 抗磨损 抗胶合等能力 应选择合适的材料 同时 该材料应该使齿轮有足 够的弯曲疲劳强度和良好的热处理公益性 选择的材料应为 40Cr 45 钢等 4 2 14 2 1 高速级齿轮传动高速级齿轮传动 运输机一般为工作机 速度不高 故选 7 级精度 小齿轮选择材料为 40Cr 需 调质处理 硬度为 260HB 大齿轮材料为 45 钢 硬度为 240HB 同样需要调质处理 齿面接触疲劳强度计算 1 初步计算 转矩 1 1 9 55 106 1 94 43 齿宽系数 由表 12 13 可知 1 0 接触疲劳极限 机械设计 图 12 17c 可知 1 710 2 600 初步计算许用接触应力 1 0 9 1 639 2 0 9 2 522 值 由表 12 16 可取 85 初步计算小齿轮直径 1 3 1 1 64mm 为修正系数 为齿宽系数 为传动比 初步齿宽 b b 1 1 64 64 2 校核计算 圆周速度v V d 1n1 60 1000 1 23m s 精度等级 由表 12 6 查得精度等级为 9 级 齿数 z 和模数 m 初步取齿数 z1 30 z2 iz1 120 由表 12 3 取 m 2 5 1 2 2 13 则 z2 104 1 1 26 选用系数KA 由表 12 9 选取KA 1 25 动载系数KV 由图 12 9 选取KV 1 2 齿间载荷分配系数 由表 12 10 先求 2 1 1 2 2950 9 1 25 2950 9 64 57 63 端面重合度 1 88 3 2 1 1 1 2 cos 1 73 4 3 0 87 1 2 1 32 齿向载荷分布系数 1 0 6 1 2 1 2 10 3 1 396 载荷系数 K 1 25 1 2 1 32 1 396 2 76 弹性系数 由表 12 12 可得 189 8 节点区域系数 有图 12 16 2 46 接触最小安全系数 1 05 总工作时间 10 300 16 48000 应力循环次数 1 60 1 1 04 109 2 1 2 6 108 为齿轮每转一周 同一侧齿面的啮合次数 齿轮的设计寿命 接触寿命系数 由图 12 18 可知 取 1 1 2 1 12 接触疲劳极限 由图 12 17c 1 710 2 580 许用接触应力 1 1 1 710 1 1 05 676 2 2 2 2 580 1 12 1 05 618 67 验算 2 1 2 1 597 87 2 3 确定传动主要尺寸 实际分度圆直径d 1 2 5 26 65 2 2 5 104 260 中心距a 1 2 2 162 5 齿宽b 1 1 65 65 取 1 75 2 65 4 齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 0 25 0 75 0 68 齿间载荷分配系数 由表 12 10 可知 1 1 47 齿向载荷分布系数 65 2 5 2 25 11 56 由图 12 14 查得 1 38 载荷系数K 1 25 1 2 1 47 1 38 3 04 齿形系数 由图 12 21 查得 1 2 65 2 2 25 应力修正系数 由图 12 22 查得 1 1 58 2 1 83 弯曲最小安全系数 由图 12 23c 查得 1 600 2 450 应力循环次数 由表 12 15 估计3 10 6 1010 1 60 1 1 04 109 弯曲寿命系数 由图 12 24 可知 1 0 85 2 0 9 尺寸系数 由图 12 25 可知 1 0 许用弯曲应力 1 1 1 600 0 85 1 1 05 485 7 2 2 2 450 0 9 1 1 05 385 7 验算 1 2 1 1 1 1 227 59 1 2 1 2 2 1 1 222 4 2 符合要求 4 2 24 2 2 低速级齿轮传动的设计计算低速级齿轮传动的设计计算 材料选择 小齿轮选择材料为 40Cr 需调质处理 硬度为 260HB 大齿轮材料为 45 钢 硬度为 240HB 同样需要调质处理 1 齿面接触强度计算 初步计算 转矩 2 2 9 55 106 2 9 55 106 3 56 90 齿宽系数 由表 12 13 可知 1 0 初步计算许用接触应力 1 0 9 1 639 2 0 9 2 522 值 由表 12 16 可取 85 初步计算 3 取 3 3 2 2 1 104 31 3 105 初步齿宽b 3 1 105 105 3 115 4 105 2 校核计算 圆周速度 3 3 60 1000 105 90 60 1000 0 49 精度等级 查表 12 6 选取精度等级为 9 级 齿数 z 和模数 m 初取 3 40 4 3 3 4 120 取 3 3 2 63 3 3 3 105 3 35 4 105 使用系数 由表 12 9 选取 1 25 动载系数 由图 12 9 选取 1 2 齿间载荷分配系数 2 2 3 2 7195 43 3 1 25 7195 43 115 78 21 100 先求 端面重合度 1 76 4 3 0 86 1 2 1 35 齿向载荷分布系数 1 0 6 3 2 3 2 10 3 1 42 载荷系数K 1 25 1 2 1 35 1 42 2 88 弹性系数 由表 12 12 可得 189 8 节点区域系数 有图 12 16 2 46 接触最小安全系数 1 05 总工作时间 10 300 16 48000 应力循环次数 由表 12 5 估计 107 109 1 60 1 2 59 108 2 1 8 64 107 接触寿命系数 由图 12 8 选择 1 1 16 2 1 2 接触疲劳极限 由图 12 17c 1 710 2 580 许用接触应力 1 1 1 710 1 16 1 05 785 2 2 2 580 1 2 1 05 663 验算 2 2 2 1 549 21 2 3 确定传动主要尺寸 实际分度圆直径d 3 3 3 35 105 4 4 3 105 315 中心距a 3 4 2 210 齿宽b 3 1 105 105 取 3 115 4 105 4 齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 0 25 0 75 0 68 齿间载荷分配系数 由表 12 10 可知 1 1 47 齿向载荷分布系数 115 3 2 5 15 3 由图 12 14 查得 1 38 载荷系数K 1 25 1 2 1 47 1 38 3 04 齿形系数 由图 12 21 查得 3 2 5 4 2 24 应力修正系数 由图 12 22 查得 3 1 62 4 1 82 弯曲最小安全系数 由图 12 23c 查得 3 600 4 450 弯曲最小安全系数 由表 12 14 选择 1 25 弯曲寿命系数 由图 12 24 可知 3 0 98 4 0 95 尺寸系数 由图 12 25 可知 1 0 许用弯曲应力 3 3 3 600 0 98 1 1 25 470 4 4 4 4 450 0 95 1 1 25 343 验算 3 2 2 3 3 3 174 6 3 4 3 4 4 3 3 172 8 4 4 2 34 2 3 直尺锥齿轮设计计算直尺锥齿轮设计计算 直齿锥齿轮的加工方式多为刨齿 因此不宜采用硬齿面 小齿轮的材料选择 40Cr 需要进行调质处理 硬度大小为 260HB 而大齿轮的加工材料可以选择使用 42SiMn 同样要进行调制处理 硬度为 230HB 通过运动循环简图和整体机构简图可 以知道直尺锥齿轮的传动比为 i 3 小齿轮转速为 30r min 传递功率为 1 3 2 3 56 0 99 0 98 3 45 1 齿面接触疲劳强度计算 齿数 z 和精度等级 取 5 24 5 5 72 因为运动速度不高 通过表 12 6 选 9 级精度 使用寿命 由表 12 9 1 0 动载系数 由图 12 9 1 12 齿间载荷分配系数 由表 12 10 估计 100 cos 1 2 1 0 95 cos 2 1 2 1 0 32 1 1 cos 1 24 0 95 25 26 2 225 由公式 12 6 可计算 1 74 由公式 12 10 计算 0 87 1 2 1 32 齿向载荷分布系数 由表 12 20 查得 1 65 载荷系数 1 0 1 12 1 32 1 65 2 43 转矩 3 4 T 1i 弹性系数 由表 12 12 可得 189 8 节点区域系数 有图 12 16 2 5 接触最小安全系数 1 05 总工作时间 10 300 16 48000 应力循环次数 1 60 1 1 04 109 2 1 2 6 108 接触寿命系数 由图 12 18 可知 取 1 1 2 1 12 接触疲劳极限 由图 12 17c 1 710 2 680 许用接触应力 1 1 1 710 1 1 05 676 2 2 2 2 680 1 12 1 05 725 小轮大端分度圆直径 取 5 0 3 由 机械设计 12 39 公式计算得出 5 117 验算圆周速度及 1 1 0 5 5 1 0 5 0 3 117 99 45 1 3 60 1000 99 45 90 60 1000 0 5 2 3 1 5697 5 2 1 2 1 56 98 100 2 确定传动主要尺寸 大端模数 5 5 117 24 4 实际分度圆直径d 5 4 24 96 6 4 72 288 锥句 2 2 1 2 2 151 79 齿宽b 0 3 221 36 45 取 67 经过校核计算得出所选数据符合要求 4 34 3 轴的设计计算轴的设计计算 因为减速器功率不大 并且没有特殊的要求 所以选择常见的 45 钢即可 并且 对 45 钢进行调制处理 各轴输入功率 1 1 3 6 2 1 2 3 3 56 3 2 2 3 3 45 4 3 14 3 1 轴的设计计算轴的设计计算 最小轴径 轴最小轴径 1 3 1 1 22 轴最小轴径 2 3 2 2 34 8 轴最小轴径 3 3 3 3 50 轴承选择 表 4 1 轴承参数表 轴承号 轴承代号基本尺寸 mm 2 系列 620630 62 16 2 系列 620945 85 19 2 系列 621365 120 24 轴的设计 表 4 2 轴各轴段直径 轴段 直径 mm 原因 22 根据最小直径选择 25 定位轴肩 0 07 0 1 30 根据轴承内径选取 35 非定位轴间 52 分度圆直径 35 0 07 0 1 30 根据轴承内径选择 表 4 3 轴各轴段长度 轴段 长度 mm 原因 38 凸缘联轴器选择 35 2816 9 3 135 75 根据齿宽得出 7 28 16 12 图 4 1 轴简图 轴的设计 表 4 4 轴各轴段直径 轴段 直径 mm 原因 35 根据最小直径选择 40 非定位轴间 45 根据轴承内径选取 52 定位轴肩 60 定位轴肩 52 定位轴肩 45 根据轴承内径选择 表 4 5 轴各轴段长度 轴段 长度 mm 原因 45 锥齿轮齿宽选择 45 4316 9 3 65 根据齿宽得出 20 115 36 19 12 5 图 4 2 轴简图 轴的设计 表 4 6 轴各轴段直径 轴段 直径 mm 原因 50 根据最小直径选择 56 非定位轴肩 65 根据轴承内径选取 72 定位轴肩 78 非定位轴肩 72 定位轴肩 65 根据轴承内径选择 表 4 7 轴各轴段长度 轴段 长度 mm 原因 112 凸缘联轴器选择 60 3624 12 102 105 根据齿宽得出 10 36 24 12 图 4 3 轴简图 4 3 24 3 2 轴的校核计轴的校核计算 计算齿轮受力 转矩 3 3 9 55 106 3 3 圆周力 2 3 3 20919 径向力 tan 7614 计算支承反力 垂直面反力 1 2 2 10459 5 轴受转矩 3 许用应力值 查表 16 3 1 60 0 102 5 应力校正系数 1 0 0 59 当量转矩 5 当量弯矩 在齿轮中间截面处 2 2 7 校核轴径 齿根圆直径 4 2 5 307 5 轴径 3 0 1 1 58 7 105 4 44 4 滚动轴承的校核计算滚动轴承的校核计算 常见的滚动轴承有圆锥滚子轴承 它能同时受径向载荷和轴向载荷 具有承载 能力较大的特点 它的许用角偏小 推力球轴承只能承受单向的轴向载荷 在回转时 会因为钢球离心力的作用于保持架摩擦发热 所以极限转速较低 深沟球轴承的结构 简单 主要用来承受径向力 摩擦系数小 极限转速高 价格较低 它的应用范围最 广 较接触球轴承的特点是轴向承载能力随着接触角的增大而增大 但是需要成对使 用 它的接触角有 15 25 和 45 三种 圆柱滚子轴承可以受较大的径向载荷 内外圈之间可作轴向的自由移动 它不能够承受轴向载荷 通过对比这几种常见的滚 动轴承 从经济 使用条件等方面进行考虑 选用轴承为深沟球轴承 通过表 18 7 可得 由表 18 8 查得 1 0 0 1 2 当量动载荷P 9136 8 计算额定动载荷 3 16670 40390 57200 选用 6213 深沟球轴承可以满足轴承寿命要求 4 54 5 键链接的校核计算键链接的校核计算 键的种类有平键和花键两种 它们的重要作用都是用于轴和带毂零件 用来实现 周向的固定 以此来传递转矩 我们使用的键为平键 其中平键又分为普通平键 导 向平键 滑键三种 这里我们选用的是普通平键 而普通平键又分为平头 圆头 一 端平头一端圆头 3 种类型 平键一般情况下不影响被连接件的定心 因此使用范围很 广 在进行平键的设计时 应该考虑较弱零件的工作面被压溃或磨损等状况 同时也 应考虑键的强度 以防键被剪断 1 输入轴与联轴器用平键联接键 1 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 22 38 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 8 7 100 120 34 键的接触长度 34 8 26 4 66 120 2 输出轴与齿轮用平键联接键 2 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 52 115 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 16 10 100 120 110 键的接触长度 110 16 94 4 2 31 120 3 输出轴与齿轮用平键联接键 3 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 52 65 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 16 10 100 120 60 键的接触长度 60 16 44 4 2 66 120 4 输出轴与锥齿轮用平键联接键 4 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 35 45 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 键 10 8 100 120 40 的接触长度 40 10 30 4 2 84 120 5 输出轴与齿轮用平键联接键 5 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 78 108 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 22 14 100 120 键的接触长度 104 104 22 82 4 3 50 120 6 输出轴与联轴器用平键联接键 6 轴径 查机械设计手册 选择 A 型平键 尺寸为 50 112 查机械设计表 7 1 参考毂长选择 1