【《某粮食翻垛机构重要零部件参数计算与校核案例》5700字】

某粮食翻垛机构重要零部件参数计算与校核案例目录TOC\o"1-3"\h\u13327某粮食翻垛机构重要零部件参数计算与校核案例 183501.1翻垛机构的设计计算 15411.1.1夹紧力的计算 194881.1.2齿轮箱的设计计算 4284371.2耙平装置的设计计算 973861.2.1耙齿结构设计计算 9170841.2.2齿耙与梁连接强度校核 1129321.3小结 151.1翻垛机构的设计计算粮食翻垛机器人的翻垛装置包括驱动电机，齿轮箱和两根螺旋输送杆。对于驱动电机在前面电机选型时已经介绍完成，下面将对螺旋输送杆和齿轮箱进行设计分析。1.1.1夹紧力的计算螺旋输送杆在粮食翻垛机器人中为立式结构，粮食谷物从下部进入螺旋提升装置，然后从上部进行卸料工作。由于本次设计的翻垛深度要求为三米，所以垂直输送装置下部不需要轴承进行固定就能完成对粮食谷物的输送提升。垂直结构的螺旋输送机能够完成由下向上推运送物料所必须需要的最低输送转速叫做最低临界输送转速，如果速度低于临界转速时，就不能完向上输送粮食的目的。临界转速的计算公式：n=30∗公式中：n：临界转速（r/min）；α：螺旋叶片的螺旋升角（度）；β：物料与螺旋表面之间的摩擦角（度）；r：物料距轴中心的平均半径（m）r=R：螺旋输送杆的最大半径（m）；ψ：物料对螺旋输送机内的充满系数，一般取ψ=0.5。粮食输送的临界速度和螺旋输送杆的直径有关，本设计中的螺旋输送杆为200mm，经计算所得螺旋杆是输送临界速度为120~130r/min。垂直螺旋输送机的工作转速一般为计算出来的临界转速的两倍，要根据输送某种物料来让机器来进行稳定的运行。在螺旋输送机稳定运行的过程中，选择较低的转速可较少粮食对螺旋输送机叶片的磨损消耗，以提高立式螺旋输送机的使用寿命。立式螺旋输送机的输送量的计算：若ψ取0.5时，立式螺旋输送量的计算公式：Q=9.42公式中：Q：输送量（t/h）；D：螺旋直径（m）；n：螺旋输送机的转速（r/min）；γ：物料密度（kg/m根据选择的螺旋输送杆的直径计算出的输送量不能满足要求的时候，需要选用较大的螺旋输送杆直径或者合理的提高螺旋输送杆的转速。粮食翻垛机器人的螺旋输送杆直径为200mm，所以选择的螺旋转速为250~350r/min，输送能力为18.5~26.5m/h。立式螺旋输送机所需的驱动功率：计算公式如下：P公式中：PD：立式螺旋输送机所需的轴功率（kWQ：输送量（t/h）；H：提升高度（m）；f：阻力系数，它的取值需要根据粮食的不同性质进行选取，一般谷物可取f为5.5~7.5。电动机的功率计算公式：P=公式中：K1：功率备用系数，取K1=1.1η：驱动装置总效率，一般取0.9~0.94；P：电动机功率（kW）。图1.1图1.1受力分析图1.1.2齿轮箱的设计计算电动机为Y132s-4，功率为5.5kW，转速为1440r/min。传动装置的总效率为：η=查《机械课程设计》教材，确定各部分连接间的传动效率，取：同轴弹性联轴器的传动机械效率η1取0.995，圆柱齿轮之间的传动机械效率η2取0.96，滚动旋转轴承（一对）的机械传动效率η=0.995*0.962*0.993=0.889确定传动比：i=公式中：N：电动机转速，1440r/min；n：螺旋输送杆的转速，300r/min。图1.2图1.2齿轮传动简图传动比：i=1.8；分配传动比：i=i1得：i1=2.09，i计算传动装置的运动过程中的相关数值和动力系统的各个相关数值：螺旋输送杆1：0轴——电机轴：PnT1轴——低速轴：PnT工作轴：PnT螺旋输送杆2：0轴——电机轴：PnT0轴——高速轴：PnT1轴——中速轴：PnT2轴——低速轴：PnT工作轴：PnT减速齿轮箱的参数：电动机轴1440r/min，输入功率5.47kw，输入转矩36.28螺旋输送杆1的参数：工作轴转速300r/min，输入功率5.19kw，输入转矩162.03螺旋输送杆2的参数：中间轴转速689r/min，输入功率5.14kw，输入转矩171.24工作轴转速300r/min，输入功率1.87kw，输入转矩155.03齿数：对于软多数齿面的全封闭式动力传动，在能够满足弯曲疲劳强度的必要条件下，宜选择采用较多的软齿数，一般可采取z1=20～40。因为此时当齿轮中心轴间距齿数确定后，齿数多，则轮齿重合度大，可有效提高齿轮传动的运行平稳性。对于硬化模齿面的高速闭式动力传动，首先模齿应保证具有一个足够大的模数以确证保持在硬齿根弯曲时的强度，为有效减小闭式传动面的尺寸，宜可采取较少的模齿数，但要尽量避免硬齿发生根切，一般可采取z模数影响齿轮的抗弯强度，一般在满足齿轮弯曲疲劳强度的条件下，选取较小模数，以增大齿数，减小切齿量。该新型系列高速齿轮机对机械传动装置本身无任何技术特殊要求，为了能保证齿轮制造方便而均匀地采用软质高碳钢制作齿面，大小每个大中齿轮均用45号等级不锈钢，小齿轮均用正火高热调质经高温热处理，齿轮整体表面均耐氧化腐蚀硬度：229~286HBS，大中小齿轮均用正火高温调质经热处理，齿轮整体表面均耐氧化腐蚀硬度：169~217HBS。齿轮的两端承一端连接靠齿轮轴承夹肩轴承定位，另一齿轮端承则靠齿轮套筒轴承定位，装卸和拆、传递动力均较为方便；两段齿轮端承常用同一轴承尺寸，以便于用户购买、加工、安装和售后维修；为了及时便于加工拆装齿轮轴承，轴承安装处理的轴承夹肩高度不宜过高(其高度最大固定值可从我国轴承安装标准中准确查得)，故左右两端齿轮轴承与右侧齿轮间均应设置两个轴承夹肩。轴长：长度取决于轴上每个零件得到的宽度及他们得长度相对应的位置。具体工作时，需要注意以下几个问题：（1）轴上与零件向配合的直径应取成标准值，非配合轴段允许为非标准值，但最好取为整数。（2）与滚动轴承相配合的直径，必须符合滚动轴承的内径标准。（3）直接安装卧式联轴器的连接轴径范围应与安装联轴器的连接孔径安装范围相同或适应。（4）轴上的螺纹直径应符合标准。（5）径向轴上与轮毂零件相连接配合部分的径向轴段定位长度，应比一般轮毂零件长度略短2~3mm，以便于保证轮毂零件对于轴向轴的定位可靠。（6）若在轴上有安装又轴向滑移的两个零件，应该分别考虑两个零件的轴向滑移移动距离。（7）轴上各连接零件之间间还应该同时留有适当的连接间隙，以便于防止同轴运转时零件相碰。图1.3倒角和锥面轴的一种整体运动形状，从一个可以有效满足最高运动强度和同时可以有效节省材料使用量和材料量的角度上来考虑,最好的的同轴转体是一个等于或最高强度的轴向同轴转体抛物线和多回路的同轴转体。但是这种不同直径形状的小型运动轴既然并不是很好的便于进行机械加工,也不是很好的便于轴上其他机械零件的固定；从一个机械加工者的角度上来考虑，最好可以选择的就是直接采用光轴直径大小固定不变的光轴，但光轴上的运动不同有利于轴上其他零件的正常运动拆装和准确进行定位。由于类似直角形和阶梯形的主轴非常坚固接近于等效的机械强度，而且非常坚固便于反复进行加工和拆装保证了主轴上其他重要零件的准确安全定位和容易反复拆装，所以实际上的直角阶梯形主轴多为类似直角形的阶梯形。为了安全性并能够有效地通过选用合适的各种圆柱形切削钢和三角钢来有效减少转向轴的平均切削用量，阶梯形式切削转向轴各轴段的平均切削用量直径及其长度一般不宜相差取得小或相差过大，一般切削直径不宜取为5图1.3倒角和锥面为了大大度地便于换装揩油钻刀切削机的揩油加工，一根轴上的两个相同圆角键槽母线宽度应尽可能减少选择取相同的轴段母线宽度半径，退机后加工刀槽两条母线宽度应尽量减少取相同的轴段母线直径宽度，倒角也至少应保持尺寸相同；一根轴上各自的轴段键槽两条母线宽度应该完全分开连接在同一条的轴段键槽母线上，若同时换装两个揩油切削钻机加工键槽的两根相同轴段键槽母线相同直径或者宽度大致相差不大时，应尽可能减少选择采用相同轴段母线直径宽度的换装揩油钻机键槽，以大大减少揩油加工量和换装揩油退机后刀槽的加工次数。需要退火磨制切削的每个轴段，应该同时留有一个砂轮和越程槽，以便于在磨制切削时用的砂轮部件可以通过磨制切削连接到传动轴的机肩的端和底部；对于需要退火切制磨削螺纹的每个轴段，应该还留有一个退火的刀槽，以便于保证切制螺纹牙均匀而能够地达到与预期的磨削高度。制造时的工艺性往往一直是我们评价主轴设计产品优劣的一个重要衡量方面，为了充分便于设计制造、降低生产成本，一根轴上的具体机械结构都必须认真进行考虑。轴的基本结构形状设计确定之后，还可能需要按照制造工艺的技术要求，对传动轴的基本结构和各细节部分进行合理化的设计，从而大大提高传动轴的材料加工和机械装配时的工艺性，改善传动轴的疲劳强度。轴上的传动应力集中装置会严重直接削弱应力轴的疲劳强度，因此，轴的传动结构设计应尽量避免和适当减小轴上应力轴的集中。为了有效减小边缘应力突变集中，应该在滚动轴承横剖面边缘发生应力突变的那个地方设计制成适当的肩轴过渡高度圆角；由于滚动轴承在肩循环定位时表面板需要与其它零件紧密接触，加大过渡圆角时的半径经常都会受到高度限制，这时我们可以考虑采用凹槽剪切过渡圆角或者采用肩轴循环圆角结构等。表面面的粗糙度对传动轴的疲劳强度也是具有显著的程度影响。实践研究表明，疲劳时的裂纹常见地发生在人体表面粗糙的磨损部位。设计时我们应该要十分注意轴的整体表面积和粗糙度的各个参数测量值，即使该轴是不与其它同轴零件直接相互配合的轴表面也不那么应该受到忽视。采用高速碾压、喷丸、渗碳高压淬火、氮化、高频高压淬火等多种表面耐磨强化的加工方法时还可以显著大大提高传动轴的疲劳强度。1.2耙平装置的设计计算耙平装置采用齿耙结构，简单便捷，能更好的完成作业任务。本次环节将对各种齿耙的使用强度要求进行系统计算校准考核,使得各种齿耙强度能够完全满足不同使用者的要求。粮食翻垛机器人的齿耙结构虽然是属于附加功能，但是它的存在能够减少工人一倍的工作时间，对于粮库这种大型企业，缩短作业时间能够带来巨大的经济效益，同时也能减少工人受到伤害的概率。所耙平机构的结构设计也很重要。1.2.1耙齿结构设计计算图1.4图1.4耙齿结构尺寸齿耙的面积：S=SS公式中：S：总面积（m2S1：梯形面积（mS2：三角形面积（m计算结果得：S1=0.001125m2，S2S粮食对于齿耙产生的力取100N，压强：P=F/S=8510Pa所以齿耙的强度完全在一个可使用的范围内。1.2.2齿耙与梁连接强度校核螺栓组件接合整体组件各处的联接接合整体组件结构设计的主要理论研究工作目的，在于合理地研究设计出并确定了各组件联接接合螺栓组件接合的截面的联连整体结构几何形状结构设计形状和其他联接组件螺栓的联合整体结构布置几何结构设计形式，力求各组件联接接合螺栓和其他与各联接整体结构组件接合的整体截面和各间隙的联接受力均匀，便于组件设计者的加工和及时进行组件装配。为此，设计时我们认为应更加综合性准确地充分考虑以下几个个外观方面的整体设计外观问题：对于具有两个联接体一面和具有接合体两面的立体数学图形几何体的整体外观形状通常都认为可以将其设计为能够形成横纵向和轴对称的简单立体数学图形几何体的整体外观形状，如小型的椭圆形、环形、矩形、框形、三角形等。这样不但不仅可以更加便于它的产品研发加工厂和产品制造，而且它还可以更加便于对称中心分别布置两个相同螺栓，使两个相同螺栓上的联接件一组的对称中心和两个螺栓上的联接件在螺栓接合面的对称受力形心比较均匀重合，从而这样可以有效保证其在螺栓接合面上的对称受力比较均匀。螺栓的横向活动孔孔布置连接方式精度应得到保证并能使各孔的活动孔沿螺栓的方向两端连接受到压力合理。对于两个相同铰的连孔方向应尽量采用成对连接交换螺栓方式进行交换联接，不要在铰孔连接螺栓平行于相同方向工作电位压力电流载荷的两个铰孔方向上一次成对或列一排地进行重复交换布置八个以上的铰孔连接螺栓，以免造成工作压力载荷两个方向压力分布过于不均。当横向联接面与螺栓两个纵向联接接合面间需要同时承受较大弯矩或转矩时，应尽量减少使两个联接螺栓的纵向联接边缘位置适当地并列或靠近两个纵向联接面与螺栓横向接合面的纵向两端联接边缘，以有效率地减小两个联接螺栓的纵向联接面承受力。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。螺栓排列应有合理的间距和边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。进行联接螺栓及其组部件联接强度受力计算分析的主要目的之一，是根据螺栓联接的整体结构和联接受载荷的情况，求出联接受力最大的联接螺栓及其部件所受的联接力，以便及时进行联接螺栓组与联接的结构强度受力计算。为了有效简化测量计算，在仔细分析所有螺栓预紧组件与联接的预紧受力时，假设所有预紧螺栓的联接材料、直径、长度和螺栓预紧的受力均相同；螺栓联接组的对称中心与螺栓联接面和接合面的对称形心图1.7螺栓连接受力图图1.图1.7螺栓连接受力图图1.6齿耙和梁的连接图1.5扳手空间如图1.3所示，耙平装置和履带式移动机器人底盘梁的连接通过螺栓组进行连接，由于左右各有两个螺栓进行连接，所