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新型 自动 叠衣机 设计 CAD

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新型自动叠衣机的设计含9张CAD图,新型,自动,叠衣机,设计,CAD

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XX设计自动叠衣机的设计The design of automatic overlay machine 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 导师单位 论文提交日期 一、选题意义及背景本课题为新型自动叠衣机的设计。近年来，随着社会的快速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对生活和工作环境的要求也在不断提高，但社会的快速发展也使得社会竞争越来越激烈，人们的生活节奏越来越快。（本设计为自动叠衣机，主要创新点有自动叠衣机，采用的设计方法有自动叠衣机，应用场景如何？）。如：利用Proe5.0等辅助软件提高产品设计能力，增强创新及工程实践意识，综合运用所学理论知识分析与解决实际问题的能力，培养学生严谨求实的工作态度和勇于创新的精神，学习科研论文的撰写格式和方法。二、毕业论文（设计）主要内容：1、新型自动叠衣机的总体方案设计。2、新型自动叠衣机的主要零件图一套。（体现创新）3、新型自动叠衣机自动叠衣机的机械装配图。5、新型自动叠衣机的设计说明书。三、计划进度：1、第八周：收集有关资料，进一步确定课题方向2、第九周：总体方案设计3、第十周： 图纸设计4、第十一周：修改完善设计5、第十二周：撰写毕业设计论文，准备答辩6、第十三周：答辩四、毕业论文（设计）结束应提交的材料：1、毕业论文（设计）说明书一份1.2万字以上2、设计图纸（设计方案图、装配图、零件图）若干，图纸折合不少于2A0指导教师 教研室主任 年 月 日 年 月 日 III摘 要随着国民经济水平的的提高，人们生活节奏的加快，越来越多的人没有时间来照料自己的生活，日常生活中，叠衣服是非常频繁而且琐碎的工作，人们主要是依靠自己手动叠衣，没有合适的自动化装置进行叠衣。本次课题为：自动叠衣机的设计，其由齿轮传动机构、导杆机构、槽轮间歇机构及叠衣板和扭簧构成。本次设计首先，调查了自动叠衣机的研究及发展现况；接着，通过现有自动叠衣机原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案，即采用齿轮传动、 ；导杆机构折叠、槽轮机构间歇动作、扭簧回位的方式；然后，对各主要机构及其零件进行设计与校核；最后，绘制了本叠衣机的装配图和主要零件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 软件，对今后的工作与生活具有极大意义。关键词：叠衣，导杆，槽轮，齿轮，设计IIAbstractWith the improvement of the national economy and the quickening of peoples life rhythm, more and more people have no time to take care of their lives. In daily life, folding clothes are very frequent and trivial work. People mainly rely on their own manual stacking, and there is no suitable automatic device to stack their clothes. This topic is: the design of automatic folding machine, which is composed of gear transmission mechanism, guide bar mechanism, intermittent mechanism of grooved wheel, overlay plate and torsion spring.This design first investigates the current status of the research and development of automatic folding machine. Then, through the analysis of the existing automatic coating machine principle, the overall structural scheme is put forward on the basis of the analysis, that is, the way of gear transmission, the foldable guide rod mechanism, the intermittent movement of the slot wheel mechanism and the torsion spring back. Design and check the mechanism and its parts; finally, draw up the assembly drawing and main parts drawing of the overlay machine.Through this design, it has consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, and so on. It has mastered the design method of ordinary mechanical products and can use AutoCAD software skillfully, which is of great significance for the future work and life.Key words: Overlay; Guide rod, Grooved wheel, DesignIII目 录摘摘 要要 .IABSTRACT .II第一章第一章 绪论绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 研究现状.11.3 课题目的.2第二章第二章 总体方案设计总体方案设计.22.1 总体结构设想.22.2 执行机构方案.32.3 动力类型的选择.42.4 减速器类型的选择.42.4 机方案确定.42.4.1 最终方案.42.4.1 工作原理.5第三章第三章 整机参数选择与计算整机参数选择与计算.63.1 电动机选择.63.1.1 电动机概述.63.1.2 选择电动机系列.63.1.3 选择电动机功率.63.2 减速器选择.73.3 运动和动力参数计算 .7第四章第四章 主要零部件的设计与校核主要零部件的设计与校核 .94.1 齿轮传动的设计.94.1.1 齿轮传动概述.94.1.2 选精度等级、材料和齿数.94.1.3 按齿面接触疲劳强度设计.94.1.4 按齿根弯曲强度设计.114.1.5 几何尺寸计算.124.2 槽轮机构.12IV4.2.1 槽轮机构概述.124.2.2 槽轮机构运动分析.134.2.3 槽轮机构运动参数.144.3 导杆机构设计.144.3.1 导杆结构介绍.144.3.2 位置分析.144.3.3 速度分析.154.3.4 设计计算.15为确定导杆的加速度，为公式 4-8 对时间求二次导数，结果为：.154.4 传动轴的设计.174.4.1 尺寸与结构设计计算.174.4.2 强度校核计算.184.4 标准件的选用与校核.194.4.1 轴承.194.4.2 键.204.5 复位扭簧的选择.204.5.1 扭转弹簧介绍.204.5.2 主要参数.204.5.3 扭转弹簧性能因数.214.6 传动箱体的设计.214.7 机架的设计.21总总 结结 .22参考文献参考文献.23致致 谢谢 .241第一章 绪论1.1 研究背景及意义随着各国经济的快速发展，及人们生活水平发不断提高，人们对生活质量的追求日益明显。智能自动化产品的开发将大幅度减轻劳动强度，提高生产力，提高人们生活质量等。同时随着中国智能制造 2025 及德国工业 4.0 的提出，各国对智能化产品的开发、研发力度逐渐提高。在这种背景下，研制新型自动化产品将对我国机械行业的发展有深渊影响。在日常生活中，叠衣服等是生活中必不可少的，同时大多数人们可能对手动叠衣服这一行为早已习以为常。衣食住行是人们生活中最基础的行为，因此人们对此要对此投入大量的时间。但随着人们生活节奏的加快，空闲时间变得越来越少，在这种情况下，对于部分人来说，手动叠衣的时间将变得很少。如果随便折叠的话，也可能造成衣服褶皱褶皱，影响下次穿戴。分析不同的人群可以发现。对于日前的工作人员而言，工作压力的不断加大致使日常做家务的时间变的越来越少；对于日前的在校学生而言，众所周知，我国学生的学业压力也在不断增大，对日常生活的投入时间在不断缩短；对于生活自理不易的人而言，打理叠衣服等生活家务本就十分困难。在这种情况下，人们提出对自动叠衣机开发研制的需求。1.2 研究现状为减轻劳动强度、提高叠衣效率及叠衣的标准性，叠衣板的应用在一定程度上满足了部分人的要求。叠衣板如图 1-1 所示。但是叠衣板存在的问题是不能实现自动叠衣，仍需要人做为主力才能完成叠衣动作，对日常家务时间很少或生活不能自理的人而言，仍然满足不了需求。图 1-1 叠衣板随着国家科学技术水平的发展，及在高新技术领域的投入不断提高，新型的叠衣机器人已成功问世。叠衣机器人如图 1-2 所示。这种叠衣机器人虽然解决了为减轻劳动强度、提高叠衣效率及叠衣的标准性等问题，但它存在的问题也很明显。即存在投入成本、维护成本极高，且维修不变等诸多问题，这限制了叠衣机器人的推广普及。2图 1-2 叠衣机器人在这种情况下，研制造价、维护费用低，操作简单同时可以解决减轻劳动强度、提高叠衣效率及叠衣的标准性等问题的自动叠设备将有重要意义。1.3 课题目的在自动化设备普遍应用的今天，自动榨汁机、全自动面包机及自动洗碗机的出现，在很大程度上缓解了人们生活中的压力，极大的方便了人们对家务的处理。但是还有一些解决繁琐的家务处理工作如叠衣服等自动设备还没有普及。在人们对生活质量要求不断提高的基础上，伴随着生活节奏的加快及家务处理的时间不断缩短的情况下，提出了本课题的研究目的：设计造价低、自动化水平高且维护方便、操作简单的自动叠衣机本。 3第二章 总体方案设计2.12.1 总体总体结构设想结构设想常规设备主要有动力装置、传动装置、执行装置及辅助装置等几部分组成。常用的动力装置主要有电机动力源、气压动力源、液压动力源等，分析自动叠衣机归属于常规家用电器，使用电机动力源比较方便，故此采用电机提供动力。分析自动叠衣机的主要动作，可以确定该设备的执行机构主要是主要完成 180 度的旋转动力来达到叠衣的目的，可以考虑执行机构主要由连杆机构和导杆机构等组成。目前常用的传动部件主要有带传动、链传动、齿轮传动等，考虑到家用设备的紧凑性等问题，选用齿轮系做为该设备的传动装置。2.22.2 执行机构方案执行机构方案2.2.12.2.1 方案方案拟定拟定自动叠衣机执行机构方案一如图 2-1 所示，该机构在运行过程中存在两个死点，可以利用死点来实现自动叠衣动作。图中机构运转角度大于 180 度，将死点位置加以改变，变可将旋转角度控制在 180 度。 图图 2-12-1 方案一机构简图方案一机构简图2.2.22.2.2 方案方案改进改进图图 2-22-2 方案二机构简图方案二机构简图对使上述机构能够满足自动叠衣机的使用要求，将上述方案加以改进。改进后的执行机构方案二如图 2-2 所示。该机构将死点位置放在动作刚好完成的4位置，即在执行件转动到 180 度时速度刚好为 0。并且该机构中在执行件转动副处增加复位弹簧，用以保证执行件自动复位。2.2.32.2.3 方案确定方案确定上述机构可以完成 180 度动作，并且在复位弹簧的作用下可以自动复位到初始位置，上述机构中的主动件在自动叠衣机的运行过程中需要不断重复上述动作。实现该动作需要保证把连续旋转动作转化为摆动动作。所以需要增加间歇运动机构来实现上述功能。目前常用的间歇运动机构主要有棘轮、槽轮、不完全齿轮等机构可以完成。分析各机构的使用特点，可以确定槽轮机构结构简单，加工方便，成本低，且转角准确，效率较高，故选用槽轮机构完成间歇运动动作。槽轮机构如图 2-3 所示，在自动叠衣机中，可以将电机输出的旋转动作通过传动机构带动槽轮机构旋转，完成间歇运动动作。可以将上述连杆机构的主动件和槽轮固定连接在一起，用以完成叠衣动作。图图 2-32-3 单销四槽外槽轮机构单销四槽外槽轮机构2.32.3 动力类型的选择动力类型的选择在机械设备中，动力源的选择非常重要，它好比人的心脏，为整个设备的正常运行提供动力。目前常用的动力源主要有热机、气压机、液压机、电动机等。其中热机主要以原油为动力，经常使用在车辆或者工作地点不定的机械设备中。液压机的使用需要配备液压站，成本高，主要在重型设备中使用。气压机虽然成本不高，但其工作时噪声很大。电动机是日前应该非常广的动力源，非常便利。同时自动叠衣机属于家用设备，供电系统完善，选用电动机是最好的选择。同时为满足运动稳定、工作寿命长、成本低、使用方便等家用设备的使用要求，自动叠衣机选择交流异步电动机作为原动机。2.42.4 减速器类型的选择减速器类型的选择通常而言，电机转速一般都较高，家用自动叠衣机叠衣效率不是很高，应当控制电机转速。故配置减速器用以降低电机输出转速，减速器的主要功能为降低转速，提高扭矩等。目前减速器种类很多，其中比较常用的主要有圆柱齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器等。行星齿轮减速器价格偏高，传动精确，结构紧凑，主要用于步进电机或伺服电机减速使用。和异步电机配套使用的减速器主要有圆柱齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等。圆柱齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器价格偏低，能够满足常规使用要求。圆柱齿轮减速器主要用以传递平行轴间的动力，蜗轮蜗杆减速器主要5用于传递垂直交错轴间的动力。根据自动叠衣机的使用场合及部件安装形式，本设计中选用圆柱齿轮减速器用于达到降低异步电机转速和提高扭矩使用。2.42.4 机方案确定机方案确定 2.4.12.4.1 最终方案最终方案根据以上的分析，最终确定的运动系统方案见下表：表 2-1 系统运动方案原动机减速器叠衣机构间歇折叠机构交流异步电动机涡轮蜗杆减速器滑块摇杆机构槽轮机构自动叠衣机由齿轮传动机构、滑块摇杆机构、槽轮机构及对应的动力机构组成，如图 2-4 所示。图中：图中：1-1-摆动导杆机构，摆动导杆机构，2-2-槽轮机构，槽轮机构，3-3-从动齿轮，从动齿轮，4-4-主动齿轮，主动齿轮，5-5-电动机电动机图图 2-42-4 自动叠衣机结构图自动叠衣机结构图2.4.12.4.1 工作原理工作原理该自动叠衣机主要有电机提供动力，带动主动件旋转。从而带动整个机构运动实现叠衣动作。整个机构运行过程为主动件转动通过齿轮传动，槽轮传动将连续转动转变为间隙运动形式，并通过导杆机构实现叠衣板的 180 度旋转动作，完成叠衣目的。同时叠衣动作不断循环往复的，为了实现多件衣服的折叠，叠压板需要回到初始位置，在折叠板的转动铰链处安装复位弹簧用以完成叠衣板的自动复位。6第三章 整机参数选择与计算3.13.1 电动机电动机选择选择3.1.13.1.1 电动机概述电动机概述（1 1）定义）定义电动机是将电能转变成机械能的设备，电动机可以把电能转化为旋转运动。电动机内部绕有线圈，在通电后通电线圈将产生旋转磁场，其作用在转子上促使转子旋转，产生扭矩。电机主要有定子和转子组成，转子旋转方向、力矩大小和通电线圈电流方向和电流大小有关。（2）分类日前常用的电机主要有三种，分别是普通异步电机、步进电机、伺服电机，通常根据使用性能要求选择不同类型的电机。三种类型的电机都普遍使用，只是不同场合有些电机使用的相对较多。普通异步电机价格低，精通相对低，但满足日常使用精度足够。调速性能偏差，精确控制不易，日前普遍使用的是采用变频器调速，利用编码器反馈旋转角度等。步进电机价格较高，精度适中，控制比较简单，主要把脉冲信号转换为角位移。一般采用开环控制，但是存在丢步、失步等问题。步进电机恒功率运行，转速越高，扭矩越小，一般不适用转速较高的场合。伺服电机价格昂贵，精度较高。目前在一些精密设备、仪器中普遍使用。伺服电机恒扭矩输出，在高速时依然保持大扭矩，适用于低、中、高速各种场合。一般采用闭环控制，控制精确。根据自动叠衣机使用要求可以确定，叠衣机属于日常生活用机械设备，精度要求不高，三种电机都能满足其使用要求。为便于其推广使用应控制好其制造成本，选择价格最低的普通异步电机。3.1.23.1.2 选择电动机系列选择电动机系列电动机选择应保证：rPP0式中：P0电机功率，kW； Pr负载功率，kW。所需电动机功率由下式计算：Pr=Pw/式中：Pr电机功率，kW； 传动系统效率，%。一般电机功率 P 的计算公式为：P=Fv/1000 (kW)式中：F负载圆周力，N； v负载线速度， m/s；根据自动叠衣机的工作需要选取封闭式 Y 系列三相异步电动机，电压380V。3.1.33.1.3 选择电动机功率选择电动机功率PW=0.27 kW，=0.990.950.960.950.9940.96=0.7698Pr1=PW/1=0.36 kW查取机械设计手册，根据电机功率及型号可选 Y802-4 型号 Y 系列三相异步7电机，其额定功率 P0 为 0.75kW，或者选用 Y90S-4 型号的 Y 系列三相异步电机，其额定功率 P0 也为 0.75kW。电机参数表具体数据如下表所示。表 3-1 电动机数据表方案电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比质量/kg价格/元12Y802-4Y90S-40.750.7515001000139091057.9237.921823475570分析这两种方案可以确定，方案 1 电机价格较低，传动比较大，电机质量较小。方案 2 电机价格相对偏高，但传动比小，电机质量偏高。本设备采用齿轮传动，传动比大意味着齿轮外形较大，传动装置外形较大。自动叠衣机主要是家用设备，在满足要求的情况下，应尽量保证外形尺寸。故此选用方案 2Y90S-4 型电机。3.2 减速器选择（1）总传动比叠衣板的转速应合理选择，过大会导致衣服甩出甚至伤害人员，过小叠衣效率低且衣物容易从叠衣板滑落，查取目前市场上现有的自动叠衣机转速，并根据本次设计的叠衣机机构运动形式，取叠衣板转速为，而：min/20rnw电机满载转速：。min/910rnm故总传动比为：5 .4520910nnwmi（2）分配传动比本次设计的传动装置中，电机输出需要通过皮带传动到减速器输入轴，根据装置尺寸大小，选 V 带传动比：；2带i则减速器的传动比为：75.2225 .45带减iii通过计算可以判断减速器传动比比较大，会造成减速器外形尺寸较大，为了保证其结构的紧凑性，选用蜗轮蜗杆减速器，通过查机械设计手册确定其型号为：CW-80-22.53.3 运动和动力参数计算（1）各轴的转速：1 轴 ；min/9101rnnm2 轴 ；min/4 .405 .22910112rinn3 轴 min/2 .2024 .40223rinn叠衣板轴 min/2 .203rnnw（2）各轴的输入功率：81 轴 ；kwPP675. 099. 075. 01012 轴 ；3 轴 ；kwPP456. 09 . 0506. 03223（3）各轴的输入转矩：kwPP506. 075. 0675. 03212电机轴 ；mNnPT87.791075.0955095500001 轴 ；mNnPT08.7910675.0955095501112 轴 ；mNnPT61.1194 .40506. 0955095502223 轴 ；mNnPT58.2152.20456.095509550333（4）整理列表轴名功率kwP/转矩mNT/转速min)/( rn传动比电机轴0.757.879101 轴0.6757.0891012 轴0.506119.6140.422.53 轴0.456215.5820.229第四章 主要零部件的设计与校核4.1 齿轮传动的设计叠衣机构由电机通过齿轮传动带动槽轮机构、连杆机构实现 180 旋转动作，实现叠衣。4.1.14.1.1 齿轮传动概述齿轮传动概述（1）定义齿轮传动通常指通过齿轮副旋转传递运动和载荷的一种形式。由于齿轮传动具有高精度、高效率且结构比较紧凑、使用寿命长等优点，目前是各种机械设备中最常用的一种机械传动方式。（2）特点齿轮传动优点如下：1)传动精度高。相对带传动、链条传动等其它传动方式，齿轮传动可以保证高精度，传动比准确等优点，致使齿轮传动在精密设备中依然比较常见。2)适用范围宽。齿轮传动可以适用于高、中、低各种转速场合，且传递功率范围同样很广，同时相对于带传动、链条传动等传动方式，齿轮传动还有具有传递空间任意两轴间的传动。3)使用寿命长。4)高传动效率。齿轮传动缺点如下：1)制造成本高，安装要求较高。2)齿轮传动不能满足环境恶略的场合。3)传动过程中，两轴间距不能较大。4)刚性传动，不具有带传动、链条传动等传动方式中存在柔性。（3）设计准则齿轮的失效形式主要有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合等，其中最常见的失效形式主要是轮齿折断、齿面点蚀。通常对于软齿面齿轮，齿面点蚀是其主要的失效形式，对于软齿面齿轮，在设计时主要按齿面接触疲劳强度进行设计，后按齿根弯曲疲劳强度进行校核。对于硬齿面齿轮，轮齿折断是其主要失效形式，通常对于硬齿面齿轮，在设计时一般按齿根疲劳强度进行设计，后按齿面接触疲劳强度进行校核。4.1.24.1.2 选精度等级、材料和齿数选精度等级、材料和齿数由于自动叠衣机使用要求相对一般，根据机械设计手册齿轮选择 7 级精度即可满足使用要求。由于齿轮传动中，小齿轮转速较快，与大齿轮相比，各齿接触频繁程度高于大齿轮，小齿轮通常先发生破坏。所以在齿轮传动中，一般小齿轮材料较大齿轮要好。齿轮传动中，小齿轮选择 40Cr，大齿轮选用 45 钢。选小齿轮齿数201Z大齿轮齿数，取40202122ZiZ402Z4.1.34.1.3 按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即103211)(132. 2HEdttZuuTkd1） 确定公式各计算数值（1）试选载荷系数3 . 1tK（2）计算小齿轮传递的转矩mNT87.501（3）小齿轮相对两支承对称分布，选取齿宽系数0 . 1d（4）由表 6.3 查得材料的弹性影响系数2/18 .189 MPaZE（5）由图 6.14 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001lim大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH5502lim（6）由式 6.11 计算应力循环次数9111066. 1)2830010(15766060hjLnN8921003. 53 . 31066. 1N（7）由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数 9 . 01NZ94. 02NZ（8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10-12 得MPaMPaSZHNH5406009 . 01lim11MPaMPaSZHNH51755094. 02lim22（9）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值td1Hmmdt54.38)5178 .189(3 . 33 . 40 . 11087.503 . 132. 23231计算圆周速度 vsmndvt/58. 160000057654.5214. 310006011计算齿宽 bmmdbtd54.3854.380 . 11计算齿宽与齿高之比 b/h模数mmZdmtnt927. 12054.3811齿高89. 891. 5/54.52/91. 5627. 225. 225. 2hbmmmhnt计算载荷系数 K根据，7 级精度，查得动载荷系数smv/68. 105. 1VK假设，由表查得mmNbFKtA/100/111FHKK由表 6.2 查得使用系数.051AK由表查得31. 1HK查得28. 1FK故载荷系数444. 131. 10 . 105. 105. 1HHVAKKKKK（10）计算模数mmZdm927. 120/42.54/114.1.44.1.4 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为32112FSFdnYYZKTm（1）确定公式内的计算数值由图 6.15 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE5001大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE3802由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数 88. 01NZ92. 02NZ计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1.3，由式得MPaSZFENF5 .3383 . 150088. 0111MPaSZFENF9 .2683 . 138092. 0222计算载荷系数41. 128. 10 . 105. 105. 1FFVAKKKKK（2）查取齿形系数由表 6.4 查得8 . 21FaY26. 22FaY（3）查取应力校正系数 由表 6.4 查得55. 11SaY74. 12SaY（4）计算大小齿轮的，并比较FSaFaYY01462. 09 .26874. 126. 201282. 05 .33855. 18 . 2222111FSaFaFSaFaYYYY 大齿轮的数据大（5）设计计算mmm74. 101462. 0200 . 11087.5041. 12323比较两种计算方式求得的模数数据，取较大值为 1.927，将其圆整为标准12值，则齿轮目数 m 为 2mm。按接触强度算得的分度圆直径mmd54.381算出小齿轮齿数取3 .192/54.38/11mdZ201Z大齿轮齿数取40202122ZiZ402Z4.1.54.1.5 几何尺寸计算几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mmmZdmmmZd80240402202211（2）计算中心距 mmdda602/ )8040(2/ )(21（3）计算齿宽宽度取 B2=18mm, B1=20mmmmdbd20405 . 01圆柱齿轮参数数据整理如下：序号名称符号计算公式及参数选择1齿数Z20，402模数m2mm3分度圆直径21ddmmmm 80,404齿顶高ahmm25齿根高fhmm5 . 26全齿高hmm5 . 47顶隙cmm5 . 08齿顶圆直径21ddmmmm 84,449齿根圆直径43ffddmmmm 75,3510中心距amm604.24.2 槽轮机构槽轮机构4.2.14.2.1 槽轮机构概述槽轮机构概述（1）槽轮机构介绍槽轮机构就是间歇行运动机构，可以把连续旋转动作转化为周期性的间歇转动动作。槽轮机构结构简单，传动比较精确，是工业中比较常用的间歇运动机构，应该比较广泛。（2）槽轮机构分类槽轮机构根据槽的位置不同，主要分为如下两类：1）外槽轮：槽轮内部槽的开口向外，转向与主动轮相反。2）内槽轮：槽轮内部槽的开口向内，转向与主动轮相同。内、外槽轮如下图所示。13（3）槽轮机构原理及特点分析工作原理根据自动叠衣机工作状态，叠衣机中间歇运动机构选用外槽轮机构，故此这里主要介绍外槽轮机构的工作原理。在工作过程中，主动件需要连续不断的旋转，同事过程中主动轮上的圆柱销进入槽轮的槽内，会带动槽轮实现转动，当主动轮上的圆柱销从槽内离开后，槽轮停止运动，并且槽轮的锁止环被锁住，防止槽轮在自由状态下由于外界因素转动。优点 槽轮机构结构相对简单，故加工制造成本较低。同时槽轮机构工作可靠，运行平稳，传动比较精准且效率高。缺点 槽轮机构在工作过程中，圆柱销在进出槽轮的槽口时会对槽轮有一定的冲击，因此槽轮机构不适合用于高度场合。4.2.24.2.2 槽轮机构运动槽轮机构运动分析分析图图 4-34-3 槽轮机构转位简图槽轮机构转位简图图 4-3 为槽轮机构转位简图，其中图 4-3（a）为圆柱销进入槽轮槽内的初始状态，图 4-3（b）为槽轮刚好从槽轮槽内走出状态，图 4-3（c）为圆柱销不在槽轮槽内的一般常态。其中在图 4-3（c）所示状态中，槽轮被主动拨盘的圆弧锁住，防止槽轮自由转动，保证定位。图 4-3（a） （b）所示状态槽轮的瞬时角度为 0，为避免主动轮上的圆柱销在进入槽内的初始状态时与槽轮发生碰撞，应保证在圆柱销刚刚进入槽口时，槽口的中心线应与圆柱销中心的轨迹相切。一般槽轮中的槽口均匀分布，设其槽数为 Z，可以确定当槽轮转动2a=2/Z 弧度时，拔盘的转角为:2a= 180(1-2/Z) (1) 14在槽轮机构中，主动轮转动一圈为一个运动周期，设槽轮的运动时间为Td，设主动轮的运动时间为 T， Td 与 T 的比值为槽轮的运动系数（） 。在工作过程中主动轮一般是匀速转动的，故其运动角度之比和其运动时间之比相同。其运动系数可以表示为：= (-2/Z) / 2= (Z-2)/ 2Z (2)从以上公式可以确定槽轮转动的角度与其槽数 Z 有有一定的关系，槽轮机构与的运动系数必须大于 0，故槽轮中的开槽数至少为 3。4.2.34.2.3 槽轮机构运动参数槽轮机构运动参数根据上述公式= (Z-2)/2Z 可以确定槽轮的运动系数小于 0.5。可以确定槽轮间歇运动中的的运动时间总小于停止时间。槽轮机构还需要满足 0，Z3 的条件，槽轮机构工作过程中在圆柱销进出槽口时，速度变化很大，致使引起一定的冲击。对于多圆柱销槽轮机构分析和上述类似，在多圆柱销槽轮机构中，设槽轮数目为 R，这样槽轮的运动时间则为单圆柱槽轮机构的 R 倍。故其运动系数为： = R ( Z2 ) / ( 2Z )。槽轮机构的中心距和圆销半径的大小可以根据槽轮机构在工作过程中的载荷大小和机构空间占用大小确定。4.34.3 导杆机构导杆机构设计设计4.3.14.3.1 导杆结构介绍导杆结构介绍本次执行机构采用的为摆动导杆机构，该机构的主要特性的可以将连续旋转动作转化为往复摆动动作，具有急回特性，常用于牛头刨床、插床等设备的执行机构中。其传动角始终为 90 度，具有很好的传动性能。4.3.24.3.2 位置分析位置分析图图 4 43 3 导杆机构图导杆机构图图 4-3 为导杆机构原理图，从图中可以确定该机构的封闭矢量方程： Csllrrr57（47）15将（47）式投影到坐标轴上可得： 351coscosCsl（48） 3567sinsinCsll 由几何关系的： 63735coslarcsin-l（49） 5762726sin2sllllC4.3.34.3.3 速度分析速度分析 将（48）式对时间 t 求一次导数，得速度关系 333566cossincosCCsvl（410）333566sincossin-CCsvl 若用矩阵形式来表示，则上式可写为: 3335563563cos-sincos-sinsincosCCsvll（411）解上式即可求得滑块相对导杆的速度为和执行件的角速度Bv54.3.44.3.4 设计计算设计计算为确定导杆的加速度，为公式 4-8 对时间求二次导数，结果为：333333333556533565335563563sincoscossinsincoscossin-cossinsincosCCCCCsvsvllall （412）解上式即可求得滑块相对导杆的线加速度和执行件的加速度Ba5解上式即可求得滑块相对导杆的线加速度和执行件的加速度Ba5 经过 matlab 编程可求得、5Cs5Cv5Ca 程序以及运行所得数据见附录 通过 matlab 计算的结果为下图所示：16图图 4 46 6 角位移图像角位移图像图 4-6 为导杆的角位移曲线，从图中可以看出导杆与水平轴间的夹角在 60度-120 度间变化。可以确定执行机构一直做往复运动，同时导杆不停的做 60度的往复摆动。通过计算可以确定执行机构满足使用要求。图图 4-74-7 角速度图像角速度图像17图图 4 48 8 角加速度图像角加速度图像图 4-6 为执行件的角位移曲线，图 4-7 为执行件的角速度曲线，图 4-8 为执行件的角加速度曲线。从图中可以确定执行机构的角位移和角速度都满足要求。从图 4-8 中可以确定执行件的角加速度会发生突变，不过过程相对缓慢，说明执行件存在柔性冲击。根据自动叠衣机的运行状态，运行相对缓慢，可以确定该机构基本满足使用要求。4.44.4 传动轴的设计传动轴的设计轴的设计以叠衣板轴为例，其他轴与之类似：4.4.14.4.1 尺寸与结构设计计算尺寸与结构设计计算（1）叠衣板轴上的功率 P1,转速 n1 和转矩 T1，kwP456. 01min/2 .201rn mNT58.2151（2）初步确定轴的最小直径首先确定轴的最小直径，根据机械设计手册查取公式mmPC6 .182 .20456. 0110nd3322式中 C 取值为 110。可以确定轴的最小直径应大于 18.6mm。（3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度轴的结构设计：由上式确定轴的最小直径为 18.6mm，根据轴的使用要求，最小直径位于端部，该处需要连接带轮，此处需要开键槽。故此最小直径取值 20mm。为了保证带轮的轴向定位，在-轴段右端需要设置轴肩，取轴肩高度为2mm，所以-轴段直径为 24mm。-轴段需要安装轴承，由于-轴段直径为 24mm，为便于轴承安装，-轴段直径应大于 24mm，由于轴承为标准件，轴承孔直径固定，故-轴段直径定为 25mm。为了保证轴承的轴向定位同时保证轴承能够拆卸，-轴段应设有轴肩，18取-轴段直径为 30mm。-轴段需要安装齿轮，齿轮的轴向定位可以采用轴肩，也可以采用套筒定为，该处选用套筒定为，根据齿轮宽度和套筒长度，-轴段长度为32mm。根据轴承端盖宽度 32mm 和端面与带轮间的距离，确定-轴段长度为42mm。同时考虑箱体外形尺寸，拟定-轴段长度为 76mm。（4）轴上零件的周向定位在轴的设计中，需要保证轴上零件的轴向定位。改轴上需要定位的零件为联轴器。根据轴的尺寸可以确定轴上键槽尺寸，同时联轴器和轴一般采用过渡配合或过盈配合，此处选择过盈配合 H7/n6。4.4.24.4.2 强度校核计算强度校核计算（1）求作用在轴上的力根据机械设计 （轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-14)，则NFNtgFFNdTFantrt06 .613202 .1621costan2 .1621107591.86223NFp.61615（2）求轴上的载荷（详细过程以轴 2 为例，其他轴类似不一一复述）首先应该确定轴承支点位置，已知轴两端支撑轴承型号为 6207，查取机械设计手册同时根据轴 2 的设计结构确定轴承支撑跨距为 172mm。可以根据轴的设计结构及轴承跨距确定轴的计算简图，并做出轴所受的弯矩图和扭矩图。从图中可以确定该轴的危险截面，并计算危险截面的 MH、MV及 M 的值，基体数据见下图。载荷水平面 H垂直面 V支反力F，NFNH11431NFNH12622，NFNV22371NFNV15162C 截面弯矩 MmmNLFMNHH8518532mmNMLFMaNVV14555132总弯矩mmNMMMVH168646145551851852222max扭矩mmNT 21558019（3）按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，6 . 0轴的计算应力MpaMpaWTMca61.28401 . 0869106 . 0168646)(32222已知轴材料为 45Cr。由表 15-1 可以确定其。通过比较可以70MPa1 -确定，说明满足使用要求。1 -ca4.44.4 标准件的标准件的选用与校核选用与校核4.4.14.4.1 轴承轴承1） 根据轴承的承载能力及受力情况选择轴承类型，轴承类型选择深沟球轴承。同时根据轴承安装跨距选择安装组合形式。由于轴承安装的跨距相对较小，在该处选用两端固定式轴承组合方式。根据上述计算内容可以确定轴承所受径向力 340N，轴向力 160N。同时根据自动叠衣机使用要求，定轴承寿命为 29200h。2） 初步选择深沟球轴承型号 6205。查取机械设计手册，可以确定轴承基本额定动载荷为 51.8KN，轴承基本额定静载荷为 63.8KN。3） 径向当量动载荷NFFFNVNHr43.3406 .1871 .5432221211 NFFFNVNHr8 .20552 .6711 .19432222222动载荷为，查得，则有arrYFFP4 . 06 . 1YNPr012.39290.1596 . 143.3404 . 020 由式 13-5 得 ahrrhLPCnL104 .53012.3925180096060106010631066 满足要求。4.4.24.4.2 键键1）选择键联接的类型和尺寸联轴器处选用单圆头平键，尺寸为mmmmmmlhb28662)校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 MPaP120键的工作长度 mmbll252262821，合适 PPMPadlkT1 .63202565 . 0215580210213114.54.5 复位扭簧的选择复位扭簧的选择4.5.14.5.1 扭转弹簧介绍扭转弹簧介绍扭转弹簧的工作过程主要是储存能量和适当能量的过程，在实际应该中通常做为复位弹簧使用。扭转弹簧如下图所示。在实际设计应用过程中，一般根据设计的工作需求选择弹簧的旋向。图图 4-84-8 复位弹簧复位弹簧4.5.24.5.2 主要参数主要参数扭转弹簧的主要参数如下：1）d弹簧线径2）Dd心轴最大直径3）Di内径4）De外径5）L0自然长度6）Ls支承长度7）An最大扭转角度8）Fn最大负荷9）Mn最大扭矩10）R弹簧刚度11）A1 & F1 & M1扭转角度，负荷和扭矩2112）支承位置13）螺旋方向（旋向）4.5.3 扭转弹簧性能因数扭转复位弹簧的主要性能因数主要有弹簧刚度、最大变形量、最大载荷、旋向等。根据以上对扭簧的了解，通过实际测试选定外径 5.0mm,线径 1.2mm，共有5.5 圈，材料为不锈钢的普通扭簧即可。4.64.6 传动箱体的设计传动箱体的设计传动箱体主要作为传动齿轮的基座使用，应保证一定的强度和刚度等，可以参考常用减速器的箱体进行设计。通常减速器箱体主要有灰铸铁铸造而成，分析铸造工艺可知，铸造一般用于大批量生产时具有成本低、效率高等优点，但对于小批量或单件生产中，开模价格所占比例甚大，成本比较昂贵。目前对于小批量生产用的传动箱体或不易于铸造的传动箱体，一般采用钢板焊接而成，具有成本可控的优点。同时，为了便于对传动齿轮等零部件的安装、维护等工作的进行，传动箱体一般设计为上箱体和下箱体两部分，中间采用螺栓连接的方式组成一体。为了使传动箱体刚度足够，在保证材料用料较少的前提下，在箱体轴承座附近布置加强筋。同时在机加中加工面面积越小，加工精度越高，为了保证传动箱体安装的平稳性和精度，采用凸台平面。综上所述，本次传动机构所需箱体结构简单，综合使用性能和成本综合考虑，采用普通 Q235 钢板焊接而成即可。4.74.7 机架的设计机架的设计为了使设备中了零部件方便安装，同时能够更好的方便工作人员操作设备，通常设备中都会包含机架。机架在设备中的作用主要有保护、安装零部件，方便操作的作用。目前机架的制备工艺主要有两种：铸造和焊接。铸造机架主要用于外形较大且载荷较大的设备中，如大型机床床身，轧机机架等。小型设备机架出于成本及制造周期等因素的考虑，主要采用焊接的方式制备。主要由目前市场上常用的成品钢材（如槽钢