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码垛机主要零部件设计计算案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u18246码垛机主要零部件设计计算案例概述 131241.1Z轴滚珠丝杆螺母副的选型及校核 1276561.1.1最大工作载荷Fm的计算 131111.1.2滚珠丝杆螺母座上最大动载荷的计算 2191091.1.3丝杆螺母副型号的选择 2229171.1.4所选丝杆螺母副传动效率η的计算 364111.1.5滚动丝杆螺母刚度的验算 3298191.1.6滚珠丝杆螺母副的压杆稳定性校核 4145511.2直线滑动导轨副的选型及校核 4147671.3同步带及带轮的选型计算 660311.4齿轮齿条传动设计计算 7159061.1.1按齿面接触强度设计 796011.5Y轴电机支撑架的设计 11192161.6轴的设计计算 121.1Z轴滚珠丝杆螺母副的选型及校核1.1.1最大工作载荷Fm的计算Z轴选用的滚珠丝杆螺母如图4-1所示。需要其带动的部分包括工作平台、Z轴的旋转和滚珠丝杆螺母与螺母连接Y轴的部分,这部分大概不会超过1600N,所以Fm图4-1滚珠丝杆螺母可按矩形导轨方式进行计算计算。查阅《系统设计课程设计指导书》表3-29,可以取该丝杆螺母副颠覆力矩影响系数为K=1.1,同样可以取滚动导轨上的摩擦因数为。根据这些可以求出丝杆螺母在此工作环境的最大工作载荷为:Fm1.1.2滚珠丝杆螺母座上最大动载荷的计算由于Z轴的最高速度可以达到,因此可以初步的选择丝杠导程为。根据这些数据计算出丝杠的最大转速。同时假设需要选用的丝杆的使用寿命,通过公式,计算出其丝杠寿命系数。取载荷系数fW=1.2,滚道硬度HRC60。取得硬度系数为fH=1.0,根据这些可以通过式(4-2)求出丝杆的最大动载荷:(4-2)1.1.3丝杆螺母副型号的选择通过上述的数值计算我们已经基本求得了丝杆最大转速运行时的动载荷及其运动导程。通过查询表得知,FFZD3210-5型滚珠丝杠副适合需要。丝杆的导程为,公称直径为32mm,属于丝杆内循环滚珠固定式和反向器的双循环螺母式,循环丝杆的滚珠圈数为5圈,一共有2列,精度等级可以根据要求选择5级,其额定动载荷为40kN,大于上式所计算得到的最大动载荷,满足设计要求。

1.1.4所选丝杆螺母副传动效率η的计算将上面得到的公称导程,直径,代入式(4-3)(4-3)得丝杠螺旋升角为。将丝杠螺旋升角和导轨摩擦角,代入式(4-4)(4-4)其传动效率为。1.1.5滚动丝杆螺母刚度的验算Z轴上端通过固定装置固定电机和丝杆,尾端通过一对轴承和推力板固定。上、下两固定端之间的距离为。其中钢的弹性模量。查询《系统设计课程设计指导书》中表3-31。可知选用的丝杆底径d2=36.2mm,直径。根据上述数据,可以计算出丝杠截面积。并且可以计算出丝杠受到工作载荷的影响产生的的拉/压应力变形量(4-5)(2)可以根据计算式(4-6)Z=(πd(4-7)求得丝杠总变形量。通过查阅相关资料我们可以知道,5级精度的滚珠丝杠行程偏差最大可以允许超过65μm,其有效行程在之间。由由此看来,所选用的丝杆具备了一个足以供使用的刚度。1.1.6滚珠丝杆螺母副的压杆稳定性校核丝杆在运行中失稳期间的临界载荷可以通过计算得来。通过查阅分析结果可得,取支承系数。由丝杠底径,可得计算得到截面惯性矩为。压杆稳定安全系数K应选择2.5;如果丝杆垂直安装。由螺母至轴两端的固定点之间的距离,可以计算得到临界载荷,其值远大于工作载荷。因此所选丝杠不会失稳。经过以上的分析计算可知,选用的FFZD3210-5型滚珠丝杠满足我们所设计的需要。其实体如图4-2所示。图4-2滚珠丝杠螺母副1.2直线滑动导轨副的选型及校核本设计中直线滑动导轨副主要用在X轴和Y轴上来承受来自垂直方向的载荷。(1)导轨承受载荷的计算和型号的选取工作负荷是影响线性滑动导轨使用寿命的最重要因素之一。这种设计的导轨无论X轴还是Y轴都水平放置,并以双导轨和四个滑块的形式支撑。如图4-3所示。图4-3直线滑动导轨本设计中,X轴和Y轴使用的是相同型号规格的直线滑动导轨副,选用HIWIN的EG25型号。但是由于X轴受到的载荷比较大,所以只需对X轴的导轨进行计算选型就可以了。在码垛机工作期间,由于安装和配置问题,很有可能会发现一个小型的滑块就已经承担了整个码垛工作台面的重量和负载。所以我们需要通过计算这一单滑块在该条件下所能够承受的最高竖向负载:(4-8)(4-9)式中fh——ft——fr——fw——Ca——由以上计算结果可知,选用的导轨长度远远超过了预测的期望值,所以选择的导轨副完全满足了设计需求。导轨副如图4-4所示。图4-4导轨副1.3同步带及带轮的选型计算Y方向设计要求:工作台总重约为20kg,滑行2800mm所需要时间约为6s。(1)设计功率(4-10)KA(4-11)(2)带型选择根据和皮带轮的运动转速查询的数据表格,选取5m宽的圆弧型皮带。(3)带轮齿数Z及节圆直径在皮带速度和安装尺寸的允许范围内,Z应该尽可能大。通过查找表来选择5M皮带和齿数Z=26,节圆直径d1=41.38mm(4)带速v(4-12)(5)基准额定功率P0可查表得P(6)带宽b(基准带宽bs0=9(7)挡圈的设置5M皮带轮,挡圈最小高度K=2.5R=1.5挡圈厚度t=1.5固定环弯曲直径(4-14)挡圈外径(4-15)Y方向同步带轮:根据以上计算,选择皮带轮类型为5M的弧形齿,节距直径为41.38mm,齿数为26,外径为40.24mm,皮带轮的总宽度为13.3mm,外径为固定环为48.24mm,皮带轮孔为10mm。Y方向同步带:皮带式5M弧形皮带,宽度10.4mm,节线长度约1818mm1.4齿轮齿条传动设计计算选择齿轮类型,精度等级,材料等级和齿数(1)齿轮类型:直齿圆柱齿轮。(2)精度等级:速度不高,因此选择了7级精度(GB10095-88)。(3)材料选择:通过查阅《机械设计手册》,选择40Cr(淬火和回火)作为齿轮的材料。硬度为280HBS,机架材料为45钢(淬火和回火),硬度为240HBS。(4)齿轮齿数:Z1=26,齿条齿数Z21.1.1按齿面接触强度设计由设计计算式进行计算,即d1t式中d1t——KHt——T1——∅d——U——ZH——ZE——Zε——Zβ——σH——(1)确定公式内的各计算数值1、试选载荷系数Kt2、计算一个小齿轮向外传递的旋转矩。(预设齿轮模数m=8mm,直径d=250mm)T13、查询《机械设计手册》以获取选择齿宽系数φd4、通过查询《机械设计手册》可以查得对材料弹性作用产生的影响系数ZE5、查询《机械设计手册》》以获取齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;齿条的接触疲劳强度极限6、计算应力循环次数。N17、查询《机械设计手册》以获取接触疲劳寿命系数KHN18、计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,得σH(2)计算1、齿轮分度圆直径dt1,代入σd1t≥32K2、计算圆周速度v。v=πd1tn3、计算齿宽b。b=∅d4、计算齿宽与齿高之比bh模数mt=齿高h=2.25mtbh=5、计算载荷系数。由于v=0.029m/s,7级精度,由《机械设计手册》查得动载荷系数KVKHα=由《机械设计手册》查得使用系数KA当齿轮垂直放置时,当齿轮垂直放置时,通过插值查询《机械设计手册》找到7级精度。KHβ由bh=5.33,KHβK=KA6、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,得d1=7、计算模数m。m=d11.1.2按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为式(3-30)m≥32K(1)确定公式内各计算数值1、查询《机械设计手册》以获取齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500MPa;齿条的弯曲强度极限为2、取弯曲疲劳寿命系数KFN1=1.1,3、计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得σF1σF2=4、计算载荷系数K。K=KAK5、查取应力校正系数。由《机械设计手册》查得YSa1=1.586、查取齿形系数。由《机械设计手册》查得YFa1=2.65,7、计算齿轮齿条的YFaYFa1YYFa2Y齿条的数值大。(2)设计计算m≥32×1.78×2.908×10由于抗弯强度主要由齿轮模数m决定,因此齿轮的直径也决定了齿面的接触疲劳强度。根据弯曲强度方法,每个齿轮的模量系数可以计算为3.55。根据四舍五入原则,可以将其作为标准值m=4mm。根据相同的原理,可以计算出分度齿轮的直径d1=77.84mm,Z1=通过上述的计算论证,模数m=8,直径d=250mm的齿轮满足设计的强度要求,如图4-4所示。图4-5齿轮齿条1.5Y轴电机支撑架的设计Y轴电机支撑架的设计必须根据步进电机的尺寸进行设计,并且必须考虑电机与电机支撑架之间组件的设计。还应考虑在Y轴方向上固定滑块和惰轮,并在Z轴方向上连接工作台。支撑板俯视图如图4-6所示。图4-6电机支撑板Y轴的电机电机、支撑件、滑块和惰轮装配如图4-7所示。图4-7y轴零件装配图1.6轴的设计计算(1)确定轴的类型分析表明,码垛机上的轴都是旋转轴。(2)选择轴的材质选用45号钢。从码垛机在工作中的运动和传递过程可以知道,码垛机的传递载荷和转矩不大,并且运动平稳且无冲击。(3)分析设计问题根据码垛机的结构配置要求:根据轴标准计算并检查强度。(4)轴的计算轴的最小直径的计算

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