【《某图书馆辅助机器人竖直方向电动缸计算案例》4000字】

某图书馆辅助机器人竖直方向电动缸计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u18895某图书馆辅助机器人竖直方向电动缸计算案例 1193511.1滚珠丝杠计算、选择 159751.2步进电机惯性负载的计 3211171.4机身结构的设计校核 5260741.1.1选择伺服电机的具体型号和参数 5228391、电机额定功率的确定 5371.1.2标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 6323151.1.3本机构中齿轮传动设计与校核 724381.5轴的设计计算 12318611.5.1轴的设计概述 12135411.5.2轴的强度校核 131.1滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：钢，，导程：强度计算丝杠轴向力：其中：，摩擦系数；寿命值：，其中丝杠转速最大动载荷：式中：为载荷系数，中等冲击时为；为硬度系数，时为。查表得中等冲击时则:根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为:CM系列滚珠丝杆副，其型号为：。其额定动载荷为足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式.传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：为摩擦角。稳定性验算丝杠两边使用的是止推轴承的过程中对于稳定性的验算没有特殊要求。刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：向所受牵引力大,故用向参数计算因为导程被扭矩的影响很小，所以可以不记。导程变形总误差Δ为级精度丝杠允许的螺距误差1.2步进电机惯性负载的计根据等效转动惯量的计算公式，有：（1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：由于电机轴的转动惯量很小，所以可以忽略有：步进电机的选用(１）步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以：式中：为移动部件负载；为移动部件质量；为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力；为导轨摩擦系数；为步进电机的步距角；为电机轴负载力矩。取。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：则：对于工作方式为三相６拍的步进电机：(２）步进电机能够承受的极限运行频率为了能够确保电机不会出现失步空载的触发频率要相对能够承受的极限工作频率大，并且能够保证电机的极限静转矩完善，所以使用的是型的两个三相反应式步进电机电机。1.4机身结构的设计校核臂部，最关键的维持构件就是手臂的构件，它起到的效果就是将手部还有臂部加以支持，同时将它们带动起来做空间运动。臂部运动的目标是将手部传递到空间运动领域内随意的一点当中，假如手部的方位被转换，那么如果想达到目标，就得使用腕的灵活度。所以正常情况下臂部拥有三个灵活度才能够将其标准达到，也就是左右旋转，手臂的舒展情况还有上下运动。手臂在诸多运动当中一般都是将驱动架构作为首选，通过其他的运输构架来达成，所以在送书的整个过程中它的手臂能够进行旋转以及上升[7-9]。1.1.1选择伺服电机的具体型号和参数1、电机额定功率的确定马达的额定功率需要比运行需要的功率要大或者是相等的情况。对于额定功率的要求是比运行的需要小，而且不可以确保整个机器能够按照标准进行完善的运行，或者是由于马达经常过载运行导致的发热量过多而提前磨损的现象，额定功率大就会造成马达的成本过大，而且可能会因为功率以及效率的要素过小而导致的浪费。工作所需功率为：(3-1)式中：,电机工作效率，电机所需的输出功率为：(3-2)式中：为电机至轴之间的总效率。齿轮：轴承：蜗杆;。因此 (3-3)一般电机的额定功率 但为了获得较大预留量则取电机额定功率为：。2、转矩由后面齿轮的转矩可得：3、电机转速的确定齿轮传动比选择：蜗杆涡轮传动比：，则总的传动范围为：电机转速的范围为：为降低电机的重量和价格，选取常用两相混合式步进电机，其各根据这些，选取型电机，符合要求。1.1.2标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算(1)轮齿的受力分析齿轮传动的过程中都需要增加润滑效果才能够进行，而且啮合齿轮的摩擦力一般情况下会很小，而且整个运算轮齿在受力的整个过程中能够不将其进行思考。通过啮合线作用于整个齿面的法向载荷会跟整个齿面相互垂直齿面，为了能够达到简便的运算，把在节点当中变为两个能够互相垂直的力，也就是径向力和圆周力，进而能够经过以下的公式运算：(4-6)(4-7)(4-8)式中：——小齿轮传递的转矩；——小齿轮的分度圆直径；——啮合角齿轮，。从动轮轮齿上的两个力的大小相同，方向对立。(2)齿根弯曲疲劳强度计算轮齿受到的弯矩最大的过程就是在受载的过程，所以齿根部分拥有着最低的疲劳强度，轮齿跟齿顶部进行啮合的整个过程中，弯矩的力臂最大，不过并不是力也能够达到极限，所以弯矩没有过大，所以齿根弯曲强度需要经过载荷作用在一对啮合区的极限点来进行运算。由于该计算手段相对繁琐，一般情况使用的都是高准确度的齿轮进行传输。1.1.3本机构中齿轮传动设计与校核首先：对于大齿轮齿数的选择是。对于小齿轮齿数的选择是；其次，开始选择的螺旋角为；再次是使用的斜齿圆齿轮运输的精度等级为7级；最后是使用的小齿轮材料是45，硬度是的，大齿轮跟小齿轮的材料相同。经过按齿面接触强度设计：由设计计算公式进行试算，即(4-9)确定公式内各计算数值试选载荷系数由表10—7选齿宽系数由图10-26得(4-10)查《机械设计》课本图10-30由表10-6查得材料的弹性影响系数由图10-21d按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限(4-11)计算应力循环次数(4-12)(4-13)由图10-19取接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力。取失效概率为，安全系数(4-14)(4-15)计算试算小齿轮分度圆直径(4-16)计算圆周速度(4-17)计算齿宽(4-18)计算齿宽与齿高之比模数(4-19)齿高(4-20)齿宽齿高比(4-21)计算纵向重合度(4-22)计算载荷系数根据，7级精度，由图10-8查得动载系数斜齿轮(4-23)由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，由查图10-13得故载荷系数(4-24)6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得(4-25)计算模数m(4-26)3.按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为(4-27)确定公式内的各计算数值由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数(4-28)计算载荷系数(4-29)计算重合度系数，由图10-28得计算当量齿数(4-30)(4-31)查取齿形系数由表10-5查得查取应力校正系数。由表10-5查得7）计算大小齿轮的并加以比较(4-32)(4-33)小齿轮的数值较大设计计算(4-34)对比计算结果，由齿面接触疲劳计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于接触强度所决定的承载能力，而齿面弯曲疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由接触强度算得的模数，即取m=4mm(4-35)取则几何尺寸计算计算中心距(4-36)计算齿轮宽度(4-37)按圆整后中心距修正螺旋角(4-38)计算大小齿轮分度圆直径(4-39)(4-40)计算齿轮宽度取小齿轮齿宽为140mm，大齿轮齿宽为70mm1.5轴的设计计算1.5.1轴的设计概述轴是组成机器的重要零件之一，有两个主要功能：一是支承做回转运动的零件（如凸轮、齿轮、带轮及联轴器等），并保证其有确定的工作位置；二是传递运动和动力。[17]轴的设计规范：确保轴在设计使用时限内工作正常，轴的设计需要遵循以下的设计规范：选择合适的制作用料、毛坯类型和热加工方式。结构设计符合功能需要。轴各项指标的计算要求选取准确的公式计算，绝大多数轴都要对其进行疲劳强度的计算并进行验算；而受力强度高的较细较长的轴或对刚度要求极高的轴（如各种主轴）还需要核算刚度是否合适；对高转速的轴（如汽车机轴），为了排除共振的可能性以避免带来危害，还要计算其是否足够稳定。轴的各部分功能不完全同，据此可以分成5部分：轴头：与齿轮等传动零件相配的部分轴颈：与轴承相配的部分轴身：承接轴头与轴颈的部分轴环：半径径最长实现位置锁定功能的部分轴肩：截面大小变化处的部分另外，还存在轴肩处应有的过渡圆角，轴端处的倒角，键槽等结构。轴不能有效工作的主要原因是在长期有变化的力（变应力）作用下疲劳而损坏。轴的材料选择必须符合相应强度、韧性等，轴上有相对运动的部件还应该选取抗磨损的材料。除此之外，还要注意应力集中现象可能带来的不不良结果。轴上零件的轴向定位大多是依靠轴肩与轴环来实现的。为了确保轴上零件压紧定位面，轴肩处的圆角半径R需一定要小于零件内孔的圆角半径R1或倒角C1；轴肩高度最高不超过0.1d最低不低于0.07d，轴环宽度b=1.4h，或者可以采取套筒定位。为了使周上零件不在轴上发生滑动，一定要进行双端固定。其他常见的轴向固定方法可采用螺母、挡圈、压板等配合轴肩和套筒实现轴上零件的轴向固定。当转矩很大时，可以考虑使用花键连接，或者两种方式全都使用以达成固定的目的。当转矩较小时，可使用钉螺钉、销钉等方法。尺寸规范轴本身包括其零件，从设计、铸造到加工，部件配合尺寸等等全部按照国标为准轴疲劳强度的提升工程上常采用改变构件外形尺寸的方法来减小应力集中，从而提升疲劳强度。如采用较大的过渡圆角半径，使截面的改变尽量缓慢，如果圆角半径太大而影响装配时，可采用间隔环。既降低了应力集中又不影响轴与轴承的装配。1.5.2轴的强度校核轴上的功率，转速，和转矩取轴承和齿轮的效率为(4-44)(4-45)先将轴最小直径予以确认。选材料45钢时，取d(4-46)最小的轴径选择30mm，只能够实现强度强度校核的作用轴材料的选取选用已经处理过的45钢，查得轴上的载荷轴上所受力为转速功率齿轮截面处的如下所示载荷水平面H垂直面V弯矩总弯矩M=扭矩(4-48)计算弯矩(4-49)校核轴的强度只校核轴的齿轮所在截面处的强度即可：