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机器人点焊电极修磨器设计,机器人,点焊,电极,修磨器,设计
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毕业设计(论文)机器人点焊电极修磨器设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要点焊机器人【spot welding robot】 用于点焊自动作业的工业机器人。世界上第一台点焊机于1965年开始使用，是美国Unimation公司推出的Unimate机器人，中国在1987年自行研制成第一台点焊机器人华宇-型点焊机器人。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。机器人点焊电极修磨器整个装置由电机通过二级减速装置带动锥齿轮运动，从而实现刀具的旋转和切削，同时利用“行星齿轮可以实现变速”的原理实现电极的粗削和精削，另外，可调式支架能够轻松的控制装置的高度。从而保证装置的高效性和实用性。NGW型行星齿轮传动机构的传动原理：当高速轴由电机驱动，带动太阳轮，然后带动行星轮转动，内齿圈固定，然后带动行星架输出运动的，在行星架上的行星轮既自转和公转，具有相同的结构。二级，三级或多级传输。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳齿轮，行星齿轮，内齿圈，行星架，命名为基本成分后，也被称为zk-h型行星齿轮传动机构。关键词： 行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模VAbstractSpot welding robot spot welding robot automatic spot welding robots for industrial jobs. The worlds first welder in 1965 started, the United States launched the Unimate Unimation robot, China in 1987 developed into the first spot welding robot Arima - type spot welding robots. Spot welding robots, robot consists of several parts of the body computer control system, teach pendant and spot welding system, because in order to meet work requirements and flexible action, usually welding robot use of basic design articulated industrial robots, typically with six degrees of freedom : turn back, the arm turn, turn arm, wrist rotation, and wrist twisting the wrist swing. Which drive a hydraulic drive and electric drive in two. Wherein the electric drive with a simple maintenance, low energy consumption, high speed, high precision, security and good benefits, and therefore is widely used. Spot welding robot teaching program in accordance with the provisions of the action, sequence and parameters of spot welding, the process is fully automated and has an interface to communicate with an external device, you can accept the level of the interface on the host computer and management control command to work.Robot spot welding electrode grinding is the entire device by a motor driven by a secondary bevel gear reduction device so as to perform rotation and cutting tools, while using the principle of planet gear shift can be achieved, the realization of roughing and finishing cutting electrode, and the other Adjustable brackets can easily control the height of the apparatus. In order to ensure efficient and practical means.NGW planetary gear transmission principle transmission mechanism: When the high speed shaft driven by a motor to drive the sun gear, and then drive the planetary gear rotates, the ring gear fixed, then the carrier output drive movement, both in the rotation and the planet carrier of the planetary gear revolution, has the same structure. Two, three or more stages of transmission. After NGW planetary gear mechanism consists of a sun gear, a planetary gear, ring gear, planet carrier, named as the basic component, also called zk-h type planetary gear mechanism.Keywords: planetary gear reducer, assembly, motion simulation, 3D modeling目 录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 点焊机器人介绍及其研究意义11.2 工业机器人发展现状及趋势11.2.1工业机器人发展现状11.2.2 工业机器人发展趋势21.3 国内外研究现状31.4 主要的工作内容4第2章 机器人点焊电极修磨器总体设计52.1 机器人点焊电极修磨器简介52.2 机器人点焊电极修磨器方案说明52.3 设计总体方案62.3.1 电阴点焊电极的基本介绍62.3.2 刀具的设计7第3章 行星减速器结构设计113.1 行星齿轮减速器的工作过程和结构机构简图的确定113.2 周转轮系部分的选择113.3 NGW型行星轮减速器方案确定113.4 行星轮系中各轮齿数的确定133.5 基本参数要求与选择153.6 方案设计173.6.1 机构简图173.6.2 齿形及精度173.6.3 齿轮材料及性能183.7 齿轮的计算与校核183.7.1 配齿数183.7.2 初步计算齿轮主要参数183.7.3 按弯强度曲初算模数m213.7.4 齿轮疲劳强度校核233.8 轴上部件的设计计算与校核283.8.1 轴的计算283.8.2 行星架设计343.9 键的选择与校核383.9.1 键的选择383.9.2 键的校核383.10 联轴器的选择40第4章 圆锥直齿轮设计414.1 选定齿轮精度等级、材料及齿数414.2 轴的设计计算454.3 滚动轴承的选择及计算50总 结52参考文献53致 谢54第1章 绪论1.1 点焊机器人介绍及其研究意义点焊机器人【spot welding robot】 用于点焊自动作业的工业机器人。世界上第一台点焊机于1965年开始使用，是美国Unimation公司推出的Unimate机器人，中国在1987年自行研制成第一台点焊机器人华宇-型点焊机器人。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。应用点焊机器人，有如下优点：容易实现生产过程的完全自动化；对生产设备的适应能力将大大加强；可以提高产品的生产效率及质量；可以明显改善工作条件。1.2 工业机器人发展现状及趋势1.2.1工业机器人发展现状我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是目前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收，该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平1。1.2.2 工业机器人发展趋势目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面：l 机器人操作机结构：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。l 机器人控制系统：重点研究开放式，模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性；控制系统的性能进一步提高，实现软件伺服和全数字控制；人机界面更加友好l 机器人传感技术：机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。l 网络通信功能：日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。l 虚拟机器人技术：虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。l 机器人性能价格比：机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高l 多智能体调控技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究2。1.3 国内外研究现状 当前国内外同类课题研究水平： 像日本的kyokutoh生产的tip dressers 系列，外观突破传统设计，可以同时修磨两个电极，但功率较低，修磨范围有限。 ABB旗下的Electrode dressers 系列，电机驱动，体型相对较大。 美国Lutz生产的修磨器系列，如M2,外观小巧，携带方便，但电机功率较小，只能修磨硬度较低的电极和电极帽。 以及德国Die WEDO WERKZEUGBAU GMBH 公司生产的修磨器，也是电机驱动，不过较为普通。 国外的这些电极修磨器产品早已在市场上占有一席之地，但在国内还是寥寥无几，个别提供此产品的也都是由国外公司生产的。不足之处有以下几点：（1）报价高，像一套固定式的电极帽修磨器价格大约在五万人民左右，手持气动修磨器在一万到两万之间；（2）.由于只有一个马达带动，刀具的转速和扭矩受到限制，这使得修磨器刀片的切削力一定，对于不同硬度的电极材料，往往需要两套不同的修磨器产品，且修磨精度不高；（3）.由于马达经一级减速直接带动刀具转动，使修磨器在工作过程中不平稳，影响修磨精度；（4）.对于一般的立式修磨器，由于不能调节高度，使其在实际应用中受到一定的限制。 由于上述原因，国内的许多点焊厂让员工直接拿锉刀挫电极，这显然不能保证修磨质量。针对市场上所售电极修磨器的不足，我们设计了一个修磨精度高，应用范围广的可调速立式电极修磨器，其可广泛适用于点焊机领域，更具体适用于汽车业焊接生产线的点焊机领域。1.4 主要的工作内容分析机器人点焊电极修磨器行星齿轮机构传动方案；并通过计算分析，确定行星轮系齿轮的齿数、模数和轴、行星架的各项参数，校核齿轮的接触和弯曲强度；完成内外啮合齿轮、轴、行星架的设计计算；在整机设计开发背景下，结合运动参数完成设计。51第2章 机器人点焊电极修磨器总体设计2.1 机器人点焊电极修磨器简介 整个装置由电机通过二级减速装置带动锥齿轮运动，从而实现刀具的旋转和切削，同时利用“行星齿轮可以实现变速”的原理实现电极的粗削和精削，另外，可调式支架能够轻松的控制装置的高度。从而保证装置的高效性和实用性。详细介绍： 可调速立式电极修磨器的简易结构如图1、2、3所示，主要由电机1、2，行星轮系，伞齿轮系，刀具10，齿轮10、11、12，支撑架15等构件组成，其中电机1与太阳轮4之间通过双齿联轴器3连接。启动电机1、电机2，松开弹簧销14，可使刀具获得大的转速和扭矩，对电极进行粗削；启动电机1，关闭电机2，锁紧弹簧销14,可使刀具获得小的转速和扭矩，对电极进行精削。2.2 机器人点焊电极修磨器方案说明国外的这些电极修磨器产品早已在市场上占有一席之地，但在国内还是寥寥无几，个别提供此产品的也都是由国外公司生产的。不足之处有以下几点： （1）. 报价高，（2）.由于只有一个马达带动，刀具的转速和扭矩受到限制，这使得修磨器刀片的切削力一定，对于不同硬度的电极材料，往往需要两套不同的修磨器产品，且修磨精度不高； （3）.由于马达经一级减速直接带动刀具转动，使修磨器在工作过程中不平稳，影响修磨精度； （4）.对于一般的立式修磨器，由于不能调节高度，使其在实际应用中受到一定的限制。 由于上述原因，国内的许多点焊厂让员工直接拿锉刀挫电极，这显然不能保证修磨质量。针对市场上所售电极修磨器的不足，我们设计的电极修磨器具有精度高，应用范围广,生产成本低，使用范围广等优点，所以能够充分的填补国内市场的空白,特别是更加适用于国内汽车业焊接生产线的点焊领域。 技术特点： 可行性行星轮系调速调扭 实用性易调节高度 使用说明： 启动马达1、马达2，松开弹簧销，可使刀具获得大的转速和扭矩，对电极进行粗削；启动马达1，关闭马达2，锁紧弹簧销,可使刀具获得小的转速和扭矩，对电极进行精削。 技术特点及优势： 动力由马达1、马达2双向输入，最终在刀片处输出，在增强动力的同时，通过对内齿圈的约束于解除约束，能够较好的调节转速输出，从而保证了精磨质量。此外，该套装置大量采用齿轮传动方式，其制造技术相对.(查看更多)2.3 设计总体方案2.3.1 电阴点焊电极的基本介绍在介绍本次设计的电极修磨器之前先对所要修磨的对象一点焊电极的材料,结构等做一定的介绍.(1) 点焊电极材料点焊电极在进行焊接生产时要承受高温高压的作用,是焊机最易损坏的一个零件.因此它对材料有较高的要求:1.有足够的高温硬度与强度.再结晶温度高;2.有高的抗氧化能力与焊件形成合金的倾向小;3.在常温和高温都有合适的导电,导热性;4.具有良好的加工性能等.综合上述条件,在一般的生产应用中大多数是采用铜电极.(2) 点焊电极结构在实际焊接生产中由于被焊件开关尺寸不同以及焊接参数要求的不同,点焊电极的形状也有很多种.其主要有平面形(F型),圆锥形(C型),尖头形(P型),球面形(R型),偏心形(E型),帽装电极,球铰链平衡电极,复合电极等.本文主要是针对球面形电极的修磨进行研究.选择电极材料为铬铸铝,电极的公称直径为=15mm点焊电极,电极的机构简图如图8所示.图8 球状电极端面2.3.2 刀具的设计刀具的设计采用2部分，一部分为刀具的外形参数设计，一部分是刀具材料的设计，采用的是成型车刀的原理。2.3.2.1 外形参数的设计 电阴点焊的专用电极的直径尺寸是一系列的,它从=5mm到=15mm.其端面形状因焊接工件,工艺的不同也分成很多种.例如端面为平面的点焊电极,端面为锥形球面的点焊电极,端面为半球面的点焊电极.本设计要修磨的对象是一个断面形状为半球形的点焊电极,选择的电极直径为15mm,在上文中已有介绍.由于在点焊焊接生产时电极要承受高温高压,所以上下两个电极必须要有较高的对中性即上下两电极接触时上电极端面的球心必须要正对下电极端面的球心 (以端面为球面的电极为例),以至于不发生偏离产生力矩从而损坏电机和电极.故在进行点焊电极修磨时必须要能保证电极端面较高的形状精度和位置精度.在车床进行金属车削加工时,对于特定形状的高精度的零件,常用成形刀具来加工.在此,根据成形车刀的结构原理将刀具设计成形车刀形式,其零件图如10图所示. 刀具是由上图中刀片一和刀片二相互叠加成”十”字形镶嵌装配到刀具载体上的.其与刀具载体的装配图如图12所示.由图可以看出刀具在进行磨削工作时是靠刀具与刀具载体配合的部分来传递动力的.刀具载体在后文中做介绍.本设计中对于刀具动力传动的设计采用的是键传动中的花键传动原理,即将相互叠加的两个加片看成为一个键数为4的花键.2.3.2.2 刀具的材料选择本次设计中的电极修磨器的修磨的电极的材料是铬锆铜,其材料成分为Cr0.25-0.65,Zr0.08-0.20.其余的为铜:为冷拔件和锻件,硬度为135HRC.本次修磨器采用的是金属切削的原理,不同的工件材料的切割加工性能不同,一般分为八个等级.其中有色金属及其合金属于很容易切削加工的材料.由上文所述的铬锆铜的材料特性可知该材料的切削加工性能良好,容易切削.由车床车刀方面的知识可知,车刀的材料一般要具有以下几个性能:硬度和耐磨性,强度和韧性,耐热性,导热性,工艺性等.车刀一般选择的材料有以下这几种:A. 调整刚刀具材料.它一般含有钨,钥,铬,钒等.B. 硬质合金刀具材料.它是由高硬度,难熔化金属化合物粉末和金属粘结剂烧结成的粉末冶金制品.C. 陶瓷刀具材料.它具有很高的硬度,高的硬度,耐磨性等特性.D. 超硬刀具材料.其材料由金刚石和立方氮化硼等.E. 涂层刀具材料等.电极在修磨后要保持原有的形状,故对刀具的耐磨性有一定的要求.而高速钢在电极在修磨后要保持原有的形状,故对刀具的耐磨性有一定的要求,而高速钢在强度,韧性,耐磨性等各方面都比较好,结合刀具的材料的特性和铬锆铜电极的材料特性,在本次设计中选择高速钢为修磨器刀具的材料,选用的调整钢具体牌号是W18Cr4V.第3章 行星减速器结构设计3.1 行星齿轮减速器的工作过程和结构机构简图的确定机器人点焊电极修磨器内部采用NGW型行星传动系统。查渐开线行星齿轮传动设计书表4-1确定=2或3。从提高传动装置承载力，减小尺寸和重量出发，取=3。计算系统自由度 W=3*3-2*3-2=13.2 周转轮系部分的选择周转轮系的类型很多，按其基本构件代号可分为2Z-X、3Z和Z-X-F三大类(其中Z中心轮)。其他各种复杂的周转轮系，大抵可以看成这三类轮系的联合货组合机构。按传动机构中齿轮的啮合方式、又可分为许多传动形式，如NGW型、 NW型、 NN型、WW型、ZUWGW型、 NGWN型、 N型等（其中N内啮合，W外啮合，G公用齿轮，ZU锥齿轮）。其传动类型与传动特点如表1-1。3.3 NGW型行星轮减速器方案确定NGW行星轮系由内外啮合和公用行星轮组成。结构简单、轴向尺寸小、工艺性好、效率高；然而传动比较小。但NGW性能多级串联成传动比打的轮系，这样便克服了淡季传动比较小的缺点。表1-1行星齿轮传动的类型与传动特点传 动 类 型机构简图传 动 特 性应用特点类组性传动比范围传动比推荐值传递功率KW2Z-X负号机构NGW1.13 13.7= 2.7 9不限广泛地用于动力及辅助传动中，工作制度不限，可作为减速、增速和差速装置轴向尺寸小，便于串联多级传动，工艺性好NW150= 525不限7时，径向尺寸比NGW型小，可推荐采用 工作制度不限NN1700一个行星轮时=30100三个行星轮时3040可用于短时、间断性工作制动力传动转臂X为从动时，当， 大于某值后，机构自锁3Z负号机 构NGWN500=20100100结构很紧凑，适用于中小、功率的短时工作制传动工艺性差 当a轮从动时，达到某值后机构会自锁，即03.4 行星轮系中各轮齿数的确定在行星轮系中，各齿轮齿数的选配需满足下述四个条件。现以图2-4所示的行星轮系为例，说明如下：图2-4 行星轮系参考图图中，太阳轮1，齿数为，分度圆半径为；行星轮2，齿数为，分度圆半径为；内齿圈3，齿轮为，分度圆半径为。（1）保证实现给定的传动比根据上面的行星轮系图示，通过机械原理知识可以知道，因，故（2）保证满足同心条件要行星轮系能正常回转，其三个基本构件的回转轴线必须在同一直线上。因此，对于图示的行星轮系来说，必须满足下式当采用标准渐开线直齿齿轮传动或等变位齿轮传动时，上式变为或（3）保证安装均布条件为使各个行星轮都能够正确均布地安装在太阳轮和内齿之间，行星轮的数目与各轮之间齿数必须满足一定的关系，否则将会因行星轮与太阳轮轮齿的干涉不能正确装配（图2-4所示）。下面就对为了使行星轮能均布且正确装配，行星轮个数k与各轮齿数之间应满足的关系进行分析。（4）保证满足邻接条件对于标准齿轮传动：式中，m为模数，为齿顶高系数。以上式子说明的是在选择各齿轮的齿数与行星轮个数时，所必需满足的条件。3.5 基本参数要求与选择考虑到该工况条件下，电机的要求不高，选择北京和利时电机电器厂的86BYG250CN型步进电机。北京和利时电机电器有限公司的一些步进电机技术参如表3.1。表3.1 步进电机产品系列及技术参数型号相数步距角(DEG.)电压(V)电流(A)静转矩(N.m)空载运行频率(KHZ)转动惯量(Kg.cm2)备注86BYG250AN20.9/1.81103.62.4150.5686BYG250BN20.9/1.811045.0151.286BYG250CN20.9/1.811057.0154.28北京和利时电机电器有限公司86BYG250CN型步进电机的运行矩频特性曲线如图3.3。图3.3 运行矩频特性北京和利时电机电器有限公司86BYG250CN型步进电机的外型简图如图3.4。图3.4 步进电机外形简图根据前面计算，选择北京和利时电机电器厂的86BYG250CN型步进电机。3.6 方案设计3.6.1 机构简图图2-4机构简图设计图中，太阳轮1，齿数为，分度圆半径为；行星轮2，齿数为，分度圆半径为；内齿圈3，齿轮为，分度圆半径为。遵循以上原则, 通过配齿计算, 确定该两级NGW行星齿轮减速机的主要参数见表1。各级齿轮采用相同的材料及热处理工艺, 精度6级。表1 主要设计参数表齿数传动比第一级太阳轮205.4行星轮34内齿轮88减速器的传动比为5.4， NGW行星轮部分3.6.2 齿形及精度因属于低速运动，采用压力角=20 的直齿轮传动，精度等级为6级。3.6.3 齿轮材料及性能高速机太阳轮和行星轮采用硬齿面，以提高承载能力，减低尺寸，内齿轮用软齿面（便于切齿，并使道具不致迅速磨损变钝）。高速级部分采用软齿面。两级材料分别如表3-1。疲劳极限Hlim 和Flim 查书【1】图10-20（c）、（d），10-21（d）、（e）选取，行星轮的Flim 是乘以0.7后的数值。表3-1 齿轮材料及性能齿轮材料热处理Hlim(N/mm)Flim(N/mm)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC586214003756级行星轮267.5内齿轮40Cr调质HB2622866502757级3.7 齿轮的计算与校核3.7.1 配齿数表1 主要设计参数表齿数传动比第一级太阳轮205.4行星轮34内齿轮883.7.2 初步计算齿轮主要参数（1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础P322表1410，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度236HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，硬度为190HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础P145表57，初选8级精度。（2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 确定载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P147表58，得K的范围为1.41.6， 取K1.5。接触疲劳许用应力 ）接触疲劳极限应力由机械设计学基础P150图530中的MQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得45钢的调质处理后的极限应力为=600MPa , =560MPa ）接触疲劳寿命系数ZN 应力循环次数公式为 N=60 n jth 工作寿命每年按300天，每天工作28小时，故 th=(3001028)=48000h N1=60466.798148000=1.344109 查机械设计学基础P151图531，且允许齿轮表面有一定的点蚀 ZN1=1.02 ZN2=1.15) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查机械设计学基础P151表510，得SHmin1 ）计算接触疲劳许用应力。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 ）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械基础P326表1412，得到齿宽系数的范围为0.81.1。取。 ）计算小齿轮直径d1 由于，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得 圆周速度v查机械设计学基础P145表57，v131试验齿轮应力修正系数按所给区域图取2太阳轮齿根圆角敏感系数查【5】图6-350.96行星齿轮齿根圆角敏感系数查【5】图6-350.97齿根表面形状系数，查【5】图6-351.045最小安全系数按高可靠度，查【5】表6-81.6太阳轮： 弯曲应力基本值：=（3-13）弯曲应力： =.Y=（3-14）故, 弯曲强度通过 行星轮 =./bm=103.79N/mm =./ =.=故,弯曲强度通过（2）内啮合 齿轮接触疲劳强度、仍用【5】式（6-19）、（6-20）、（6-21）计算，其中与外啮合取值，不同的参数为u=77/29=2.655 , =0.87, =1.03,=0.97, =1.11=.Z （3-15） （3-16）=mm（3-17）故 齿根弯曲疲劳强度只需计算内齿轮，计算公式仍为书【5】（6-34）、（6-35）和式6-36，其中取值与外啮合不同的系数：，=0.683 = 1.02 =1.045 =（3-18）=.= (3-19)=./ = (3-20)故,弯曲强度通过3.8 轴上部件的设计计算与校核3.8.1 轴的计算3.8.1.1输出轴1.输出轴上的功率(为齿轮啮合效率)2.求齿轮上的力2.初步确定轴的最小直径先按书【1】式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理根据表【1】式（15-3），取,于是得轴的输出最小直径显然是安装联轴器的直径d-,为了所选轴直径孔径相适，故需同时选取联轴器型号，联轴器查 【1】表14-1，取，则 （3-47）按计算转矩小于联轴器公转转矩条件，查【6】表11-17，ZL3弹性柱销齿式联轴器d=38，半联轴器长度L=82,半联轴器与轴配合得毂孔长度L1=60。3.轴的结构设计 (1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求-轴端有段需制造出轴肩，故-段，d-=46mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=50。半联轴器与轴配合得毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故-段的长度应该L1略短一些，现取L-=58mm。2）初选滚动轴承。应为轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承6010，其尺寸d-D-T=50mm-80mm-16mm,故d-=d-=50mm,而L-=16mm.端右滚动轴承采用轴肩进行的轴向定位。有手册上查的6010轴间高度，h=3,因此选取d-=56。1） 取安装齿轮出的轴段-的直径d-=54,齿轮的左端与轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为60mm ,为了使套筒断面可靠的紧压齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取L-=56mm ,齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h=6mm,则轴环处的直径d-=64mm 。轴环宽度取10mm。2） 轴承端盖的总宽度为21mm (由减速器及轴承端盖的结构设计而定),取L-=30.5。3） 取齿轮距箱体的内壁之间的距离a=10.5,.(2)轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平减连接。由书【1】表6-1查的平键截面,键槽用槽铣刀加工，长度为50mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同时半联轴器的连接，选用平键为，半联轴器的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处的直径尺寸公差为m6。4.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。轴承的支点位置为滚动轴承的中点位置。，因此，作为简支梁的轴的支撑跨距为L1+L2=72.5+127.5=200mm。令水平面为H面，垂直面为V面。图3-3 轴的载荷分析图 3 , （3-47）, （3-48）代入数值可得：则截面C处的,代入数值可得，N （3-49）总弯矩： （3-50） （3-51） 5.按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据书【1】式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力 (3-52)前已选定轴的材料为40Cr,调质处理，由【1】表15-1查得，故 3.8.1.2输入轴1输入轴上的功率、转速、和转矩=2.465kw，=960r/min，=8.413N.m2求作用在齿轮上的力3. 初步确定轴的最小直径先按书【1】式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理根据表【1】式（15-3），取,于是得 (3-53)4轴的结构设计按照输入轴的设计方法各段轴的大小、长度如图3-4所示选滚动轴承型号为 ：6005 (单位为mm)联轴器处键槽： 3.8.1.3滚动轴承的寿命校核1求轴向力与径向力的比值根据【1】表13-5 ,满足寿命要求。3.8.2 行星架设计因为单臂式行星架结构简单，可容纳较多的行星轮，所以选择单臂式行星架。轴与孔之见采用过盈配合（），用温差装配，配合长度为1.5d-2.5d范围内取，取配合长度为20mm。取左端与齿轮轴配合长度为20mm,孔与轴之间采用间隙配合。基本几何参数如图3-7所示（三）、滚动轴承选择2、高速轴轴承的校核根据轴承型号30307查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=75200N；基本额定静载荷为： 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向右窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.1、低速轴轴承的校核根据轴承型号30306查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=59000N；基本额定静载荷为： 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.3.9 键的选择与校核3.9.1 键的选择在本设计中，所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带轮1上键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.403.9.2 键的校核3.9.2.1 键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示：图5-6 键剪切受力图键的剪切受力图如图3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.键的许用剪切应力为=30 ，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=55 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带轮轮毂直径） （5-1） =10 M30 （结构合理）3.9.2.2键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力=100 ）图5-7 键挤压受力图由 （5-2） =2000 N又有 （5-3）8 结构合理3.10 联轴器的选择联轴器的计算转矩，查课本表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000N.mm。半联轴器的孔径=24mm（6）润滑与密封 齿轮的润滑采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于10mm。 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为1m/s 2m/s，所以选用轴承内充填油脂来润滑。 润滑油的选择齿轮选用普通工业齿轮润滑油，轴承选用钙基润滑脂。 密封方法的选取箱内密封采用挡油盘。箱外密封选用凸缘式轴承盖，在非轴伸端采用闷盖，在轴伸端采用透盖，两者均采用垫片加以密封；此外，对于透盖还需要在轴伸处设置毡圈加以密封。第4章 圆锥直齿轮设计由电动机驱动，工作寿命10年（设每年工作300天），一班制，输送机工作经常满载，空载起动，工作平稳。4.1 选定齿轮精度等级、材料及齿数圆锥圆柱齿轮减速器为通用减速器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)材料选择 由机械设计（第八版）表10-1选择小齿轮材料为(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取整。则按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即确定公式内的各计算数值试选载荷系数计算小齿轮的转矩选齿宽系数4）由机械设计（第八版）图10-21d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（第八版）表10-6查得材料的弹性影响系数6） 计算应力循环次数7) 由机械设计（第八版）图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得（2） 计算1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值2） 计算圆周速度v3） 计算载荷系数根据，7级精度，由机械设计（第八版）图10-8查得动载系数直齿轮由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数根据大齿轮两端支撑，小齿轮作悬臂布置，查机械设计（第八版）表得轴承系数，则接触强度载荷系数4） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得5） 计算模数m取标准值6） 计算齿轮相关参数7） 圆整并确定齿宽圆整取，1、 校核齿根弯曲疲劳强度1） 确定弯曲强度载荷系数2） 计算当量齿数3） 由机械设计（第八版）表10-5查得齿形系数应力校正系数4） 由机械设计（第八版）图20-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限5） 由机械设计（第八版）图10-18取弯曲疲劳寿命系数6） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得7） 校核弯曲强度式进行校核8）满足弯曲强度，所选参数合适。4.2 轴的设计计算求作用在齿轮上的力而圆周力、径向力及轴向力的方向如图二所示图二3、 初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取，得，输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则查机械设计（机械设计基础）课程设计表17-4，选HL1型弹性柱销联轴
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