冲压机械手的设计

1、冲压机械手的设计学校代码：10904 学 士 学 位 论 文冲压机械手的设计姓 名：学 号：指导教师：学 院：专 业：完成日期： 学 士 学 位 论 文冲压机械手的设计姓 名：学 号：指导教师：学 院：专 业：完成日期：基于PLC的台式钻床控制系统改造及其进给系统设计摘 要 冲压机械手是在自动化设备的基础之上，根据现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人生产而研发的机械设备，有利于企业提高整条生产效率。本文在收集有关机械手方面的资料之后，对掌握的资料进行分析，能以一种快捷的途径完成该课题的研究。根据对机械手手部、腕部、手臂以及机身计算得出的数据，通过三维软件进行运动状态的模拟仿真，最后对机械手

2、的设计过程进行完善。同时本文还介绍了机械手的作用，机械手的组成和分类，以及讨论磁吸式机械手的设计理论与方法。着重说明了它四个部分的结构设计。通过学习冲压机械手的工作原理，从而了解磁吸式机械手的运动机理。磁吸式的结构能够适合生产需要的冲压机械手，在实际生产中可以完成预期的作业，本文设计的是磁吸式的结构，因而与通用机械手相比，它结构简单，成本低廉，专用性和实用性较高，能够实现车间内的某些搬运与装配工作。【关键词】 冲压机械手 限位开关 电磁铁 齿轮齿条 机身Abstract Stamping machine hand is on the basis of automation equipment,

3、 according to the actual characteristics of stamping production reality, specifically for the realization of unmanned production and R & D of mechanical equipment, which is beneficial to the improvement of the whole production efficiency.After the data collected on the manipulator hand, it can c

4、omplete the study of subject in a fast way and carry on the analysis to the data.According to the mechanical hand, wrist, arm and the calculated data, and simulate the motion state by 3D software, the design process of the manipulator is good. At the same time, this paper also introduces the role of

5、 manipulator, manipulator of the composition and classification, and discusses the design theory and method of magnetic manipulator.It emphasizes its four part structure design. The principle of learning the stamping of the manipulator, so as to understand the mechanism of magnetic manipulator. Magn

6、etic structure is suitable for punching machine hand production needs, in the actual production,it is expected to be completed homework, this design is the magnetic structure, compared with general manipulator, which has the advantages of simple structure, low cost, specificity and high practicabili

7、ty, it can be the real car in some handling and assembly work.【keywords】 Stamping machine hand limit switch electromagnet Gear rack Body目 录第1章 绪论 1.1前言 1 1.2 发展史 2 1.3 应用 31.4 组成结构 41.4.1执行机构 41.4.2驱动机构 51.5发展趋势 5 1.6研究内容 61.7本章小结 6第2章 总体设计方案 2.1 运动部件 6 2.2 驱动机构 6 2.3本章小结 7第3章 机械手手部的设计计算3.1工件尺寸 7 3.

8、2.手抓的设计 7 3.2.1类型选择 7 3.2.2手抓受力分析 7 3.3 电磁铁 73.3.1简介 73.3.2分类 8 3.4 限位开关 9 3.5 本章小结9第4章 腕部的设计计算4.1设计要求 9 4.2 结构设计 10 4.3小结 10第5章 手臂的设计5.1基本要求 10 5.2 臂部结构 105.2.1典型机构 105.2.2机构的选择 11 5.3 本章小结 11第6章 机身的设计6.1整体结构 116.2传动系统的设计 126.2.1 轴的设计 126.2.2 v带传动 136.2.3 v带带轮的设计 156.2.4 齿轮齿条 156.2.5 键的设计 196.2.6 滚

9、动轴承 216.3 总结 22第7章 机械手设计总结参考文献 22致 谢 231绪论1.1 前言 早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。我们将那种用于实现人手各种功能的装置称为机械手。它一般用于工业领域中。简单的讲，机械手模仿人手的动作，按照控制给定程序、轨迹和要求来实现抓取、搬运或操作的自动化装置。 生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它可代替工人进行一般的工作。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业

10、等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在中小批量生产中获得比较广泛的应用。机械手的积极作用表现在：其一、它能代替部分的人工操作；其二、它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装运；其三、它能利用必要的机具进行焊接与装配，显著的提高劳动生产率，因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘

11、、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用更广泛。在我国近几年也有着较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。冲压机械手是在自动化设备的基础之上，根据现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人生产而研发的机械设备。能够取代工人在各个冲压工位上进行的物料冲压、搬运、上下料等工作，有利于企业提高整条生产线效率。另外，对于冲压等重复性、危险性、节拍高的加工行业，在节约人力劳动成本，提高人工及设备安全性，保持产品产能、质量和工艺稳定性等方面是现代化与工业化“开拓创新”的重要精神体现。因此，研究冲压机械手，具有十分重要的意义。1.2 发展史 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

12、它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型

13、机械手。商名为万能自动。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm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，定位误差小于±1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和

14、程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。1.3 在生产中的应用机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作

15、为发展本国经济的战略重点之一。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。在机械工业中，机械手的应用具有以下重要意义： 1.可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等

16、的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染的场合，用人手直接操作是根本不可能的。应用机械手则可部分或全部代替工人安全的完成作业，大大改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，便于生产代替人手进行工作，是直接减少人力的一个侧面，连续地工作，是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都装有机械手，用以减少人力和

17、更准确地控制生产的节奏，便于有效的生产。1.4 机械手的组成结构机械手是由抓取机构、传送部分、驱动部分和控制部分组成。1.4.1 执行机构手部 直接与工件接触，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。 传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上

18、下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，没有腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。臂部 手臂部件是机械手的握持部件。作用是支撑腕部和手部，并做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意处。如果改变手部的方位，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、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、

19、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。行走机构 有的机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。1.4.2 驱动机构驱动机构部分是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的区别, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用电动机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。1.5 发展趋势目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、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。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，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还

20、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。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。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。国外机械数的发展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。如位置发生稍许偏差时，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

21、成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。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，量产产品达到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，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。1.6 主要研究内容 本文通过介绍机械手的作用，机械手的组成和分类。主要研究了磁吸式机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了磁吸式机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构

22、设计。1.7 本章小结 本章较为细致的介绍了机械手的发展史和在工业中的广泛应用，然后又说明了它的组成结构，由执行、驱动和控制三部分组成，同时又分别对这三部分进行详细介绍。最后讲述了机械手的发展趋势。2 磁吸式总体设计及方案本文是对磁吸式机械手的设计，主要针对的是机械手的结构和传动系统的设计计算，而主要任务是对传动系统的设计，本章重在确定机械手的驱动机构部分。2.1 主要的运动部件根据机械手的设计任务可知，若要让机械手进行上下的垂直运动，则应当灵活采用相关的机械传动。首先，手部采用带有电磁铁的吸盘，通过利用磁铁的吸引力来吸取工件，然后通过腕部紧固吸盘，采用焊接的方式将腕部与机械手的臂部相连接，臂

23、部的材料是合金，同样也是通过齿轮齿条机构与机身连接在一起，从而实现机械手上下的运动。至于在输入装置，应当用电动机通过带传动传给齿轮齿条机构。2.2 驱动机构的选择驱动机构是机械手中的重要组成部分，而驱动机构的好坏将决定机械手的性能好坏。驱动机构分为液压、气动、电动和机械驱动。利用电动驱动，则具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优良特性。所以，机械手的驱动选择电动。根据查阅相关资料，可选择额定功率为11KW，额定转速为1460r/min的Y160M-4型号的电动机。2.3 总结 本章是关于磁吸式机械手的总体设计方案，主要是说明驱动机构的选择和结构的设计，确定采用电动来驱动机械手，

24、以下是分别对各部分(手、腕、臂、机身)进行的设计计算。3 手部的计算3.1 工件尺寸的选择 某钢的尺寸为200mm×150mm×10mm(7.85)3.2 手部手抓的设计3.2.1 类型选择 磁吸式的结构是对于手部电磁铁产生磁力来对工件进行抓取的，一般来说，我们所谓机械手的装夹方式中包括夹持、吸附两种方式。如果对于那种表面形状较为复杂的零件或工件来说，最好采用夹持的方式。而对于那种表面平整、结构简单的工件，理应采用用电磁铁吸附的方式。只有采用了这种方式，机械手就能够平稳的进行工件的抓取或装卸工作。3.2.2 对于手抓的受力分析1、 使用直流电源可保证电压不会发生变化，同时提

25、供的电磁力是恒定不变的。根据工件的大小和所需要的磁吸力，对于电源应选择1020v直流电源。从另一方面来说，对机械手提供的电压越大，手抓时的机械手的反应速度就越迅速。2、 绕组的选取应根据实际的设计要求，若要求绕组具有一定的质量，应选择横截面积合适的漆包铜线（铜电阻率低）。同时应当知道绕组也具有电阻，具有功率损耗。根据以上的分析设计合适的吸盘： 选择直径相同的吸盘，假设d=25mm M=v=7.85×200×150×10=2355g 根据受力平衡可知，G=4F=Mg(F为电磁的吸力） F=Mg/4=5.77N3.3 电磁铁的选择3.3.1 简介通电产生磁的一种装置，

26、在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，叫做电磁铁。我们通常把它制成条形或蹄形状，从而铁芯更容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。当螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如

27、果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。可以通电流来产生磁力的器件，属非永久磁铁，可以很容易地将其磁性启动或是消除。例如：大起重设备利用电磁铁将废弃车辆抬起。电磁铁作为一种将电能转化为直线运动机械能的电器元件，特点是直线运动时的结构简单,成本低,噪音小,寿命长,力度可精确地用数码控制.广泛用于家电,玩具,机车,工业自动化等需要把电能转化为直线运动机械能,或者电能转化为吸力。吸盘式的电磁铁是根据电磁转换的原理，在通电状态

28、下产生强大的电磁吸力，以控制物件的前进或停止状态。这种电磁铁结构简单，线圈置于软磁材料外壳之中并以环氧浇封，具有体积小，吸力大，牢固，可靠，全密封，环境适应性强等特点，该系列电磁铁可进行远程操作，动作简单灵敏，功能稳定可靠。被广泛应用在自动化作业线上作为材料或产品的输送控制件，在机械手、食品机械、医疗机械、自动化控制系统中有着广泛的应用。3.3.2 分类 电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务牵引电磁铁，用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料起重电磁铁，主要用于对电动机进行

29、制动以达到准确停车的目的制动电磁铁等等。自动电器的电磁系统，如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。其他用途的电磁铁，如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。3.4 限位开关 限位开关就是用以限定机械设备的运动位置的电气开关，也叫做行程开关。限位开关有接触式的和非接触式的，接触式的较为直观，在机械设备的运动部件上来安装限位开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当限位开关的机械触头碰到挡块，切断控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械运动的惯性，这种限位开关有一定的“超行程”来保护开关。非接触式的限位开关也有很多。在实际生产中，将限位开关安

30、装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击限位开关时，触点就会动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器元件，作用原理与一般的按钮类似。在本次设计机械手手部的设计过程中，电磁铁使吸盘产生磁力，从而吸盘吸起工件。当工件被搬运到预定位置时，撞击限位开关，使吸盘放下工件。 选择触点为常闭触点滚轮式限位开关JLXK2系列，限位开关放在机械手的手臂上，这样可使限位开关随机械手一起运动。3.5 本章小结对于这一部分主要是针对的是机械手手部的相关设计，包括对限位开关的选择，手抓的力学分析，吸盘的受力与选择，电磁铁的选用、分类和在机械加工中的重要应用。4 机械

31、手腕部的计算4.1 设计要求（1） 结构紧凑由于手部与腕部所受的力都是由臂部承担。腕部的结构和重力的大小，直接影响着臂部的承载能力。因而在腕部设计应注意要求结构的紧凑和重量合适。（2）合理布局 腕部是执行机构，又起着连接和支撑作用，因此除了要有足够的强度、刚度，还应重视合理布局，使腕部与臂部和手部的进行适当结合。（3） 工作条件机械手的工作条件是在对工件进行搬运或者装卸，因此受环境的影响比较小，一般不会处在高温、腐蚀性的工作介质中，因而对于腕部不作太多的要求。4.2 结构设计腕部一般是用四根支架组成的。下面采用两根支架,支架上面再放两根支架，四根支架上不采用实体式，如果吸盘的位置正好吸在工件孔

32、的位置，这样就会导致机械手不能搬动工件。采用这样的设计，可用人工调整手部的位置来解决此问题。上面和下面的支架通过手部吸盘上的螺栓进行连接。和螺栓连接的垫片采用快换垫片的形式，能迅速地调整机械手的手部位置。4.3 总结 本章是讲述平面式的结构可满足腕部的设计要求，然后介绍腕部的结构设计应注意的问题和非实体式的结构所具有的特点。 5 机械手臂部的设计机械手的臂部是支撑手部、被抓工件和腕部的重要部件。带动手指去抓取物件，并且按照预定要求将工件搬运到指定位置。对于臂部，如果要实现臂部的运动则应当采用合适的传动运动，常见的传动机构有连杆机构、凸轮机构和齿轮齿条机构等，在本文中实现驱动臂部运动的是采用了齿

33、轮齿条机构。从具体的实际来看，考虑到臂部受力和部件间的相对运动，其结构和灵敏性将直接决定机械手的工作效率。5.1 基本要求 1、首先对强度与刚度，稳定性要好，由臂部所能承受的载荷来选择合适的横截面积，提高支撑刚度，合理布置载荷的分布。选择强度和刚度都比较好的材料，同时要求载荷分布均匀，并尽量简化结构。2. 要注意臂部工作的灵敏性，速度应当根据受力适当，要能承受一定的冲击且误差要尽可能的减小，使载荷的传递更加准确高效。5.2 臂部的结构5.2.1 臂部的典型机构常见的有很多手臂机构，当行程比较小时，采用油缸直接驱动。当行程较大时，可采用齿条机构的倍增机构或步进电机驱动丝杠螺母来转换直线运动。典型

34、的方式有油缸驱动的手臂伸缩结构和电机驱动的丝杠螺母直线运动机构。手臂的典型运动方式有直线运动、上下摆动和左右摆动以及将两种运动复合在一起。（液压缸驱动齿条机构图）5.2.2 机构的选择从以上叙述可知，本文对臂部要求能够实现上下的垂直运动，因而选择机构简单的齿轮齿条机构。同时采用较轻的合金材料，通过焊接与腕部连接在一起，用焊接的方式将齿条外面的端板与臂部相连，还有就是为了能够及时更换损坏了的齿条，将端板通过螺栓与齿条连接在一块。5.3 总结这部分对机械手的臂部进行了设计，通过介绍臂部的常见结构形式和分类，结合本次设计的任务选择了齿轮齿条机构这一连接方式。6 机身的设计计算机身是支持和支撑整个机械

35、手、腕和臂部的重要结构，是整个机械手的基础。通过与机身稳固的连接实现各种运动。机身的安置是很灵活的，他可以固定在地面上，也可以沿地面运动，从另一个方面来看，如果机械手实现的运动越多，那么机身所承受载荷就越复杂，对于机身结构的设计要求就越高。6.1 整体结构的设计机械手如果要实现手臂的水平运动和实现手臂的回转运动两种形式，一般设置在机身。手臂的回转运动是活塞缸和齿条齿轮机构：齿轮的往复回转运动与手臂连接的齿条的往复运动，从而作水平运动。冲压机械手设计选用齿轮结构。因为将电动机通过V带传动带动轴转动，齿轮用键固定在轴上，从而可以带动齿轮转动，齿轮将运动传递给齿条，最终通过齿条使机械手能够作垂直运动

36、。6.2 传动系统6.2.1 轴的设计 轴是组成机器的常用零件,一切作回转运动的传动零件(例如齿轮和蜗轮),都必须安装在轴上才能进行运动的传递。在轴设计中，有碳钢比合金钢价廉，应力集中较弱，同时也可以用热处理的办法提高其耐磨性和强度，因而选择45钢作为轴材料。 选择轴径d：(根据第八版机械设计上面的公式可得出轴径）A=103-126,取A=113 电动机型号选择Y160M4型，额定功率=11Kw，转速=1460r/min，又因为传递的效率=0.909，所以轴上的输入功率P=11Kw×0.909=10Kw。转速n=(1500/1.6)r/min=913r/min 所以d113×

37、;=25mm 取轴的最小轴径d=35mm。轴的设计结构见下图6.2.2 v带传动的设计带传动是主动轴上的带轮，固联于从动轴上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。由于带和带轮间的摩擦，便带动从动轮传递一定动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点。 在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传性能上的最主要优点，再加上V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带多已标准化并大量生产等优点，因而V带传动的应用比平带传动广泛得多，因此采用V带

38、传动。因为电动机型号为Y160M4，额定功率=11Kw，转速=1460r/min，传动比i=1.6，一天运转 16h.1.确定计算功率由表87查得工作状况系数=1.3,由于载荷变动较大，故 计算功率 = P =1.3×11=14.3Kw 2.选择V带带型 普通V带的抗拉体的结构分为帘布芯和绳芯两种。帘布芯V带，制造方便。绳芯V带柔韧性好，抗弯强度高，适合于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。 而窄V带是用合成纤维绳作抗拉体，与普通V带相比，当高度相同时，窄V带得宽度约缩小1/3，而承载能力可提高1.5-2.5倍，适合于传递动力大而又要求传动装置紧凑的场合。3.选取V带带型 根据=

39、14.3Kw,=1460r/min由图811确定选用B型带。4.确定带轮基准直径 由表86和表88取主动轮基准直径=125。 根据式（815a），从动轮基准直径 =i=（1460×125÷913）=200 根据表88，取d2=200。 按式（813）验算带的速度 v=*125*1460/60*1000 =9.56m/s<30m/s因为30m/s v 5m/s所以带的速度合适。 5.确定窄V带的基准长度和传动中心距 根据0.7(+)< <2(+),初步确定中心距=450。 根据式（820）计算带所需的基准长度 【2*450+/2(125+80)+(200-1

40、25)*(200-125)/4*450】=1225.129由表82选带的基准长度=1250。 按式（823）计算实际中心距 a a=+(- )/2=【450(12501225)÷2】=462.436 6.验算主动轮上的包角 由式（86）得 1= 180-×57.5=170.674120 所以主动轮上的包角合适。 7.计算窄V带的根数z 由式（822）知 由=1460r/min, =125mm，i=1.6,查表84a和表84b得 2.20Kw 0.02Kw 查表85得=0.98,查表82得=0.88则 Z=7.47 则 取z=8根6.2.3 V带轮的设计计算 1带轮的选择:

41、在设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工,各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。V带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径为dd2.5d(d为安装带轮的轴的直径)时可采用实心式，当dd300mm时可采用腹板式。2 对于从动带轮,轴的直径为35,而带轮的基准直径=200。其基准直径，所以从动V 带轮采用腹板式。 3 对于主动带轮，因为电动机的轴径为45，而主带轮的基准直径为125，所以主动轮采用腹板式。 4 带轮材料的选择 材料主要采用铸铁，选择两带轮的材料均为HT200。6.2.4

42、齿轮齿条1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1)按照所设计的传动方案，选用齿轮齿条传动。2）磁吸式机械手为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）3）材料选择。由机械设计表101选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为275HBS，齿条材料45钢（调质）硬度为230HBS，二者材料硬度差为45HBS。 4）闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些合适，小齿轮的齿数 =20-40,所以选择小齿轮的齿数 =30。 2.按齿面接触强度设计由机械设计计算公式（109a）进行试算，即 确定公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数 =1.4（2） 计算

43、小齿轮传递的转矩 T1=9550*1000*10/913=104600N·MM（3） 由机械设计中表107选取齿宽系数=1（4） 由机械设计中表106查得材料得弹性影响系数=189.8(5) 由机械设计中图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=575MPa；齿条的接触疲劳强度极限=540MPa；(6) 由机械设计中式1013计算应力循环次数,假设工作寿命为15年（设每年工作300天，两班制）=60n1jLh=60*913*1*(2*8*300*15)=3.944*109(7)由机械设计中图1019查得接触疲劳寿命系数=0.9; =0.98(8)计算接触疲劳许用应力 可取失

44、效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计中式（1012）得 H1=K1/S=0.9*575=518MPaH2=K2/S=0.98*540=529MPa (1)试算小齿轮分度圆直径d1t，代入中的较小的值因为齿条的接触疲劳寿命系数较大，齿条的接触疲劳较大，所以小齿轮的接触疲劳强度较小 所以代入小齿轮的值 =68.557mm（2） 计算圆周速度v v=3.28m/s（3） 计算齿宽b b= .=1×68.557mm=68.557mm （4） 计算齿宽与齿高之比b/h 模数 =/=68.557/30mm=2.285mm 齿高 h=2.25=2.25×2.285=5.14mm b/

45、h=68.557/5.14=13.34（5） 计算载荷系数 根据v=3.28m/s,8级精度，由图108查得动载系数=1.13直齿轮，假设<100N/mm。由表103查得=1；由表102查得使用系数=1；由表104查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时， =1.12+0.18(1+0.6)+0.23×b将数据代入后得 =1.459由b/h=10.67, =1.423查图1013得=1.45；故载荷系数 K=1×1.13×1×1.459=1.649 (6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）得 =72.40mm （7）计算模数

46、m m=/ =72.40/30=2.4 3. 按齿根弯曲强度设计 由式（105）得弯曲强度的设计公式为 1） 确定公式内的各计算值（1） 由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa；齿条的弯曲疲劳强度极限=380MPa；（2） 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.86; =0.89（3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式（1012）得 F1=KF1 /S=0.86*500=307.14MPa F2 = KF2 /S =0.89*380=241.57MPa （4）计算载荷系数K K=1×1.13×1×1.45=1.639 (5

47、) 查取齿形系数 由表105查得=2.52; =2.06(6) 查取应力校正系数 由表105可查得=1.625; =1.97(7) 计算小齿轮，齿条的并加以比较 =2.52*1.625/307.14=0.0133 计算齿条 =2.06*1.97/241.57=0.0168 齿条的数值大。2)设计计算 m 1.86mmm 从计算结果来看，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，仅于齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数1.86并就近圆整为标准值m=2.0，按接触强度算得的分度圆直径

48、，算出小齿轮齿数 Z1=72/2=36 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，做到了结构紧凑。 4.几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 =36×2.0=72 2)计算齿轮宽度 b=1×72=72 取=72, =77。 5. 验算 Ft=2T1/d1=104600×2/72N=2905.6N KFt/b=2905.6/72=40.35N/mm<100N/mm,因而合适。6.2.5 键的设计计算 键通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定或定位,有的还能实现轴上零件的轴向固定。平键是其中的一种类型，平键连接具有结构简单，装拆方便，对中

49、性好的优点，普通圆头平键在键槽中轴向固定良好。直齿圆柱齿轮安装在轴的两个支承点间，齿轮和轴材料都是锻钢，装齿轮处的轴径d=58mm，齿轮轮毂宽度为80，载荷为轻微冲击。1.选择键联接的类型和尺寸 此齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A型）。 根据d=58mm从表61中查得键的截面尺寸为：宽度b=18，高度h=11。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=70（比轮毂宽度小些）。2. 校核键联接的强度键，轴，轮毂的材料都是钢，轻微冲击，由表62查得许用挤压应力=100-120MPa，取其平均值，=110MPa。键的工作长度l=L-b=7018=52，键与轮

50、毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5×11=5.5。 因为电动机的额定功率=11Kw,=0.909，=1460r/min,i=1.6所以轴上的输入功率P=11Kw×0.909=10Kw轴的转速 n=(1460/1.6)r/min=913r/min所以轴上的转矩T=9550P/n=(9550×10000÷913)N·m=104.6N·m 由式(61)可得 =(2×1.046×100000)÷(5.5×52×58)=12.61MPa< =110MPa（合适） 键的标记为： 键18&#

51、215;11 GB/T 10961979选择从动V带轮与轴连接所用的键。 从动V带轮的材料为铸铁，轴的材料是锻钢，用键构成静联接。从动V带轮的轴径d=35mm，V带轮轮毂宽度为90，载荷为轻微冲击。1.选择键联接的类型和尺寸 从动V带轮有定心精度要求，应选用平键联接。选用圆头普通平键（A型）。 根据d=35mm从表61中查得键的截面尺寸为：宽度b=10，高度h=8。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=80（比轮毂宽度小些）。 2. 校核键联接的强度 键，轴的材料都是钢，轮毂的材料为铸铁，由表62查得许用挤压应力=50-60MPa，取=54MPa。键的工作长度l=L-b=8010=70，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.5