【《某蓝莓采收装置机械结构设计计算案例》2100字】

某蓝莓采收装置机械结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u12419某蓝莓采收装置机械结构设计计算案例 1167131.1大臂电机功率计算 1208431.2大臂电机减速机的选择计算 2187111.3轴的设计 2234411.4轴承的选择与计算 588562蓝莓收获机运动学仿真 7208162.1蓝莓收获机运动学仿真 7317922.2仿真结果分析 7蓝莓收获机结构如图1.1所示，本文主要对蓝莓采收装置进行结构设计。1.1大臂电机功率计算(1)大臂电机所需拉力的确认大臂电机安装方式如图1.1所示。1、履带小车；2、收集框；3、柔性带；4、末端执行器；5、收集装置；6、电动推杆；7、小臂电机；8、大臂；9、大臂电机；10、腰部电机；11、腰部；12、升降台；13、电源机动力控制设备；14、地面；图1.1机械机构简图已知条件：整机总量1.8kg，输送线的最大拉力为：(1.1)功率(1.2)(2)电动机的功率①传动装置的总效率η由参考文献[1]表1-2查得：滚筒效率=0.96；减速器效率=0.9；滚动轴承效率=0.98；链轮传动效率=0.97；输送链传动效率=0.95；总效率②所需电动机的功率(1.3)(3)选择电动机的型号根据工作条件：为一般工作场合使用，选用常用的三相异步电机。查参考文献[2]表7-2-2选择电动机的型号为Y2-80M-4，额定功率0.55kw，满载转速1450r/min,电动机轴伸直径19mm。1.2大臂电机减速机的选择计算(1)分配传动比(1.4)(2)选择减速机的型号根据工作条件：为一般工作场合使用，选用常用的摆线减速机。选择减速机的型号为RNYM05-1420-AV,EV-B，额定功率0.55kw，减速比为25。小臂电机计算和大臂电机计算一致。1.3轴的设计(1)主传动轴的设计对图2.1中的3-主传动轴进行结构设计①选择材料由于传递中小功率，转速不太高，故选用45优质碳素结构钢，经调质处理，查参考文献[4]表12-1得材料的力学性能数据为：MPaMPaMPa②初步估算轴径由于材料为45钢，查参考文献[3]表19.3-2选取A=115，则得：=22.04㎜(1.5)考虑装齿轮加键需将其轴径增加4%～5%，故取轴的最小直径为30㎜③轴的结构设计如图1.2所示，.图1.2主传动轴④轴上受力分析（如图1.2a所示）链轮上的作用力圆周力：(1.6)径向力：=632.078(1.7)轴向力：=178.098(1.8)求轴承的支反力水平面上支反力：(1.9)(1.10)垂直面上支反力：(1.11)(1.12)⑤画弯矩图（如图1.2b、c）剖面B处弯矩：水平面上弯矩=233.8N·m(1.13)垂直面上弯矩=72.2N·m合成弯矩=241.694(1.14)剖面C处弯矩：=9.7N·m(1.15)⑥画转矩图（如图4d）98.6N·m(1.16)⑦计算当量弯矩因单向回转，视转矩为脉动循环，，则=0.602剖面B处当量弯矩=251.3N·m(1.17)剖面C处当量弯矩=60.1N·m(1.18)图1.2受力分析⑧判断危险剖面并验算强度剖面B处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，故剖面B为危险剖面=MPa=39.3MPa<59MPa(1.19)剖面C处直径最小，为危险剖面MPa=22.3MPa<MPa(1.20)所以该轴强度满足要求。1.4轴承的选择与计算(1)主动轴方形带座轴承的选择与寿命计算①轴承的选择主动轴的轴承既受一定径向载荷，同时还承受轴向载荷，选用圆锥滚子轴承，初取d=30㎜,由参考文献[3]选用型号为UCFU207，其主要参数有：d=30㎜,D=72㎜,Cr=19.8KN②计算轴承受力求轴承径向载荷根据“轴的设计”中已算出的高速轴1的轴承支反力，有：=1471.555N(1.21)=3376.293N(1.22)求轴承的轴向载荷轴承内部轴向力Fs,按参考文献[4]表14-13：=1471.555/2×1.6=460.798N(1.23)=3376.293/2×1.6=1052.092N(1.24)轴承的轴向载荷：因轴承Ⅰ被“压紧”，故：=1233.19N(1.25)=1052.092N(1.26)③求轴承的当量动载荷P轴承Ⅰ:=1233.19/1471.555>e=0.37查[4]表14-12，=1.5=1.5×(0.4×1471.555+1.6×1233.19)=3841.389N(1.27)轴承Ⅱ:=1052.095/3376.293=0.313<e=0.37=1.5×3376.293=5061.439N(1.28)因轴承相同，且,故应以作为轴承寿命计算的依据。④求轴承的实际寿命已知滚珠轴承=10/3=79083h(1.29)根据设计条件，使用寿命十年，第年300天，每天8小时，则L=10×300×8=24000h因，故所选轴承合适。(2)从动轴带拨轮座轴承选择与寿命计算①轴承的选择从动轴承也是既受一定径向载荷，同时还承受轴向载荷，选用圆锥滚子轴承，初取d=30㎜,由参考文献[3]选用型号为UCK207，其主要参数有：d=30㎜,D=72㎜,Cr=19.8KN②计算轴承的受力从动轴的设计和主动轴相似，故在次不进行计算。5蓝莓收获机运动学仿真2.1蓝莓收获机运动学仿真上述设计开发研制的采摘机械手各部分具体结构，通过UG8.5进行总体机械的三维建模，同时其尺寸和材料均按上述推算进行设计，同时进行运动学和轨迹进行仿真(图2.1)。图2.1机械结构UG8.5设计模型通过UG8.5的高级仿真模块进行对虚拟的模型构件生成相对应的刚体，在该模块下进行添加约束，随后进行运动学的仿真。此时设定履带底盘作为移动载体，仿真过程中将其与大地锁住（设定为固定连杆），进而通过运动观察其五个自由度的机械运动。2.2仿真结果分析开始，将建模模块的三维模型进行一些移动和转动使得机械臂的基坐标系和仿真模块的固定坐标系重合。因此对下面的测量数据和方程解可以一一对应起来。接下来，在蓝莓采摘机械臂的工作空间内随机取一点G(即图2.3灰色点)其坐标:X=-0.171,Y=0.620,Z=2.244,（单位：m），作为其目标蓝莓，再将该点的坐标值代入反解式方程中，得到解组解，求得对应的输入量分别为:D5=1.31m，D1=1.24m，2=12.5度，3=-138.6度，4=33.4度。除去履带底盘的高度35cm的影响和其机构的初始位置的关节输入值(2=0，3=-90°，4=0，D1=0.84m，D5=1m)。其中3、4的D-H坐标正方向和仿真模块的转动正方向恰恰相反，因此在取关节输入时，输入2=12.5°，3=48.6°，4=-33.4°，D1=0.4m，D5=0.31m。接着进行末端执行器的左右两个指的轴线的中点建立Marker点:MARKER_10，通过该点来分析运动情况。调用函数STEP，同时设定值的位移驱动如表5-1所示:表5-1采摘机构关节驱动关节驱动名称位移驱动函数升降台Motion_1Step(time,0,0,2,400)腰部Motion_2Step(time,0,0,2,12.5d)大臂Motion_3Step(time,2,0,3,48.6d)小臂Motion_4Step(time,2,0,3,