畢業(yè)設計---加工中心機械換刀手結構設計_第1頁
已閱讀1頁,還剩41頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、<p>  本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>  加工中心機械換刀手結構設計</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  機械手是自動換刀裝置中交換刀具的主要工具,它擔負著把刀庫上的刀具送到主軸上,再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務。機械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作,使加工中心能夠得到更加充

2、分的利用,以實現(xiàn)其的價值所在;再者,由于使用了機械手,減少由于人工換刀帶來的低生產(chǎn)效率和容易出事故的弊端。加工中心的自動換刀裝置,通常是由刀庫和機械手組成,它是加工中心的象征。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置,以求在激烈的競爭中取得好效益。自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容,各廠家都在保密,極少公開有關資料,尤其機械手部分更是如此。本次設計思路是利用機械手的運動來實現(xiàn)加工中心的換刀。機械手的運動由三種運

3、動組成即:旋轉、升降和手爪的自鎖。機械手的旋轉運動主要負責交換刀具,其驅動裝置由兩相互嚙合的齒輪傳動來實現(xiàn),動力則由步進電機驅動提供,控制步進電機的每秒脈沖數(shù),就可以準確的控制其位置。機械手的升降運動主要負責拔刀、插刀,其驅動裝置由齒輪齒條嚙合把旋轉運動變?yōu)橹本€運動,同樣控制步進電機的每秒脈沖數(shù)和實現(xiàn)對三相中的任意一相一直保持通電以實現(xiàn)抱閘。其手爪自鎖主要利用電磁感應來實</p><p>  關鍵詞:機械手;加工

4、中心;電磁感應;刀具</p><p><b>  Abstract</b></p><p>  The machine hand is the main tool in the install of automatic tool change,which shoulder carrying the knife onto the principal axis,then,

5、put the have been used knife of the principal axis return to the tool. Purpose of the machine hand is in oder to making the central machining work more quickly and be used more fully.In other hand,using machine hand can

6、improve the low produce efficiency and reducing the accident. The automatc tool change install of the central machining ,is usually composing o</p><p>  Key word:machine hand ;central machining;electromagnet

7、ic induction ;tool</p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  第一章 緒論1</b></p><p>  1.1 加工中心概述1</p><p>  1.2 本次設計方法及要求3</p><p>  第二章 機械

8、手結構設計4</p><p>  2.1自動換刀系統(tǒng)介紹4</p><p>  2.2 機械手種類簡介5</p><p>  2.3 手爪的選擇8</p><p>  2.4 刀具的夾持及刀柄9</p><p>  第三章 機械手的運動裝置11</p><p>  3.1機械手的旋

9、轉運動設計11</p><p>  3.1.1旋轉運動驅動裝置設計11</p><p>  3.1.2 步進電機的選擇11</p><p>  3.1.3 齒輪的設計13</p><p>  3.1.4軸的設計19</p><p>  3.1.5滾動軸承的選擇21</p><p>

10、  3.2 機械手的升降運動24</p><p>  3.2.1 升降運動驅動裝置設計24</p><p>  3.2.2 步進電機的選擇24</p><p>  3.2.3齒輪及齒條設計26</p><p>  3.2.4滾動軸承的選擇28</p><p>  3.2.5軸的設計29</p>

11、<p>  3.3機械手手爪鎖刀運動設計30</p><p>  3.3.1機械手外形及鎖刀裝置設計30</p><p>  3.3.2彈簧設計31</p><p>  3.3.3 通電線圈的選擇33</p><p><b>  總結34</b></p><p><b&

12、gt;  致謝35</b></p><p><b>  參考文獻36</b></p><p><b>  第一章 緒論</b></p><p>  1.1 加工中心概述</p><p>  加工中心是技術含量最高的機電一體化高新技術產(chǎn)品。它綜合了微電子、計算機、信息、自動控制、精密

13、測試、機床制造等方面的技術及相關配套的最新成就,集數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床等眾多數(shù)控機床于一體。增加了刀具自動換刀裝置和刀庫,以滿足加工需要,主要體現(xiàn)在銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻螺紋、車螺紋車內(nèi)槽等工序的加工,構成了以工件為中心的多工序復合加工。其中自動換刀系統(tǒng)是整個加工中心的核心。</p><p>  加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動交換加工刀具的能力,通過在刀庫上安裝不

14、同用途的刀具,可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具,實現(xiàn)多種加工功能。</p><p>  加工中心能實現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動控制,以保證刀具進行復雜表面的加工。加工中心除具有直線插補和圓弧插補功能外,還具有各種加工固定循環(huán)、刀具半徑自動補償、刀具長度自動補償、加工過程圖形顯示、人機對話、故障自動診斷、離線編程等功能。 </p><p>  加工中心從外觀上可分為立式、臥式和

15、復合加工中心等。立式加工中心的主軸垂直于工作臺,主要適用于加工板材類、殼體類工件,也可用于模具加工。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺臺面平行,它的工作臺大多為由伺服電動機控制的數(shù)控回轉臺,在工件一次裝夾中,通過工作臺旋轉可實現(xiàn)多個加工面的加工,適用于箱體類工件加工。復合加工中心主要是指在一臺加工中心上有立、臥兩個主軸或主軸可90°改變角度,因而可在工件一次裝夾中實現(xiàn)五個面的加工 。</p><p>  立

16、式加工中心的機械結構主要包括:</p><p> ?。?)主軸組件 對加工中心主軸組件的基本要求是具有足夠的剛度,精度,傳遞足夠的功率和轉矩,以及高速運轉和適應自動換刀的條件。主軸軸承多采用高精度,高剛度,高速滾動軸承。立式加工中心的主軸組件按進給功能分有鏜軸進給,滑枕進給及非進給主軸等類型,大多數(shù)采用非進給型主軸。</p><p> ?。?)立柱 立柱有側面導軌型與正面導軌型。側面導

17、軌型立柱便于機床的總體設計,制造成本也較低,并抑易于與非數(shù)控臥式鏜銑床建立模塊化系列關系,但這類立柱在機床工作時受力狀況較差,且熱變形的對稱性差,因而對機床加工精度影響較大。</p><p>  正面導軌型立柱多采用門式結構,有較好的熱對稱結構和受力條件,多數(shù)加工中心采用這種立柱形式。</p><p>  (3)工作臺 立式加工中心可采用自動分度工作臺,數(shù)控回轉工作臺。</p>

18、;<p>  立式加工中心的主軸是垂直設置的,立式加工中心刀庫容量一般較大,有的刀庫可存放幾百把刀具,部分立式加工中心的結構較臥式加工中心復雜,占地面積大,價格也較高,立式加工中心較適用于加工零件的頂部和四周側面、箱體、盤類之類的零件,特別對箱體零件上的一些孔系和頂部平面及頂面的其他工序,容易得到保證,適合于批量加工。它和一般的數(shù)控壓力機機床相比具有如下優(yōu)點:</p><p> ?。?) 減少機床臺

19、數(shù), 便于管理,對于多工序的零件只要一臺數(shù)控壓力機機床就能完成全部加工,并可以減少半成品的庫存量;</p><p>  (2) 由于工件只要一次裝夾,因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差,可以依靠數(shù)控壓力機機床精度來保證加工質(zhì)量;</p><p> ?。?) 工序集中,減少了輔助時間,提高了生產(chǎn)率;</p><p> ?。?)由于零件在一臺機床上一次裝夾就能完成多道

20、工序加工,所以大大減少了專用工夾具的數(shù)量,進一步縮短了生產(chǎn)準備時間。</p><p><b>  (圖1-1)</b></p><p>  1.2 本次設計方法及要求</p><p>  本次設計的題目是加工中心的自動換刀裝置中的核心部件-機械手的設計。機械手是自動換刀裝置中交換刀具的主要工具,它擔負著把刀庫上的刀具送到主軸上,再把主軸上已用過

21、的刀具返回刀庫上的任務。</p><p>  設計此機械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作,使加工中心能夠得到更加充分的利用,以實現(xiàn)其價值所在;再者,由于使用了機械手,減少由于人工換刀帶來的低生產(chǎn)效率和容易出事故的弊端。</p><p>  本次設計研究的基本思路是根據(jù)實際要求完成機械手的結構設計及完成機械手運動所需要的驅動裝置。</p><p>  本次設計

22、的工作內(nèi)容要求包括2張0號裝配圖(圖1-1)、6張3號零件圖及15000字論文,并且設計內(nèi)容能完成機械手旋轉、升降、鎖刀運動。加工中心的主要的技術參數(shù)要求:</p><p> ?、?刀庫容量: 24把刀</p><p>  ⑵ 刀柄型號: 40號刀柄</p><p> ?、?刀具最大直徑: 120㎜</p><p>  

23、⑷ 刀具重量: 11㎏</p><p>  ⑸ 換刀時間: 7s</p><p> ?、?選刀方式: 順序換刀</p><p><b> ?。▓D1-2)</b></p><p>  第二章 機械手結構設計</p><p>  2.1自動換刀系統(tǒng)介紹</p>

24、;<p>  加工中心區(qū)別于NC鏜銑床的主要特點就在于它具有根據(jù)工藝要求自動更換所需刀具的功能,即自動換刀(ATC)機能。</p><p>  機械手是自動換刀裝置中交換刀具的主要工具,它擔負著把刀庫上的刀具送到主軸上,再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務。</p><p>  加工中心的自動換刀形式,可分為有機械手換刀方式和無機械手換刀方式兩類。無機械手換刀方式,適用于采

25、用40號以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用量型刀具的重型機床,這種換刀方式?jīng)]有機械手,因而結構簡單。另外,刀庫回轉是在工步與工步之間,即非切削時進行的。因此,雖然刀庫設置在立柱頂面,卻免去了刀庫回轉時的震動對加工精度的影響。</p><p>  無機械手換刀方式中,刀庫可以是圓盤型、直線排列式,也可以是格子箱式等。無機械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉位定位的準確度,為保證轉位準確,就要盡力消除刀庫驅動傳動

26、鏈的間隙,為此可采用雙導程蝸桿蝸輪副,或采用可以相互錯位的兩片齒輪結構形式,或采用插銷定位、反靠定位等方法來準確定位。圓盤型刀庫可設在立柱頂上、立柱主軸箱的側面,也可設在橫梁一端,或設在主軸箱上,由主軸箱和刀庫配合運動完成自動換刀動作。直線排列式刀庫可設在工作臺上方,也可設在工作臺的一端或兩端,由主軸箱或工作臺配合運動完成自動換刀動作。格子箱式刀庫可設在雙工作臺的中間,換刀時,小直徑刀具可軸向取刀,大直徑刀具可徑向取刀。</p&g

27、t;<p>  加工中心的自動換刀裝置,通常是由刀庫和機械手組成,它是加工中心的象征,又是加工中心成敗的關鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置,以求在激烈的競爭中取得好效益,自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容,各廠家都在保密,極少公開有關資料,尤其機械手部分更是如此。</p><p>  無機械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉位定位的準確度。為保證轉位準確,就

28、要盡力消除刀庫驅動傳動鏈的間隙,為此可采用雙導程蝸桿蝸輪副,或采用可以相互錯位的兩片齒輪結構形式;或采用插銷定位、反靠定位等方法來準確定位。</p><p>  2.2 機械手種類簡介</p><p>  加工中心換刀機械手的種類繁多,可以說每個廠家都推出自己的獨特的換刀機械手,在加工中心的自動換刀系統(tǒng)中,是機械手具體執(zhí)行刀具的自動更換,對其要求是迅速可靠、準確協(xié)調(diào)。由于加工中心機床的刀庫

29、和主軸,其相對位置距離不同,相應的換刀機械手的運動過程也不盡相同,它們由各種形式的機械手來完成。常見的機械手有:</p><p> ?、艈伪蹎巫剞D式機械手</p><p>  機械手擺動的軸線與刀具主軸平行,機械手的手臂可以回轉不同的角度來進行自動換刀,換刀具的所花費的時間長,用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。</p><p>  圖2-1 單臂單爪回轉

30、式機械手</p><p> ?、茊伪垭p爪回轉式機械手</p><p>  圖2-2 單臂雙爪回轉式機械手</p><p>  這種機械手的手臂上有兩個卡爪,兩個卡爪有所分工,一個卡爪只執(zhí)行從軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務,另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送主軸的任務,其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要短,如圖3.2所示。</p><p>

31、 ?、请p臂回轉式機械手(俗稱扁擔式)</p><p>  這種機械手的兩臂各有一個卡爪,可同時抓取刀庫及主軸上的刀具,在回轉180°之后有同時將刀具歸回刀庫及裝入主軸,是目前加工中心機床上最為常用的一種形式,換刀時間要比前兩種都短,如圖2-3所示。</p><p>  圖2-3 雙臂回轉式機械手</p><p>  這種機械手在有的設計中還采用了可伸縮的

32、臂,如圖2-4所示:</p><p>  圖2-4 雙臂回轉式機械手</p><p><b> ?、入p機械手</b></p><p>  這種機械手相當與兩個單臂單爪機械手,相互配合起來進行自動換刀。其中一個機械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫,另一個機械手執(zhí)行從刀庫取“新刀”插入機床主軸上,如圖2-5所示:</p><p>

33、<b>  圖2-5 雙機械手</b></p><p>  ⑸雙臂往復交叉式機械手</p><p>  圖2-6 雙臂往復交叉式機械手</p><p>  這種機械手兩臂可往復運動,并交叉成一定角度。兩個手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫,裝刀機械手執(zhí)行從刀庫取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿導軌或絲杠作直線

34、移動或繞某個轉軸回轉,以實現(xiàn)刀庫與主軸之間的運送刀具工作。</p><p> ?、孰p臂端面夾緊式機械手</p><p>  這種機械手只是在夾緊部位上和前幾種不同,上述幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓住刀具,而此種機械手則是夾緊刀柄的兩個端面,如圖2-7所示:</p><p>  圖2-7 雙臂端面夾緊式機械手</p><p><b

35、>  2.3 手爪的選擇</b></p><p>  1、機械鎖刀手爪——彈簧銷式手爪,使用這種形式的抓持機構,手爪不需要設置專門的傳遞裝置,因而結構簡單,使用廣泛。但在機械手有旋轉運動時,為避免刀具甩脫,手爪就必須有自鎖夾持機構,其結構較復雜。</p><p>  2、鉗形杠桿機械手。這種機械手手爪的張合需要動力傳遞裝置,傳動較復雜,但手爪的結構可較簡單。使用也較普遍。

36、</p><p>  3、虎鉗形指。在手爪中設有定位銷,使刀具在手爪中定位。用這種形式的夾持機構時,刀具需經(jīng)特殊補充加工,不能使用標準刀具,所以使用者較少。</p><p>  4、電磁感應式鎖刀機械手。手爪的結構簡單,鎖刀驅動裝置簡,而且能滿足工作要求。(注:本人自己設計)</p><p>  故選擇自己設計的第四種方案。</p><p>

37、  2.4 刀具的夾持及刀柄</p><p>  在刀具自動交換裝置上,機械手抓刀具的方法大體上可以分為下列兩類:</p><p>  (1)柄式夾持(軸向夾持)。</p><p><b>  (2)發(fā)蘭式夾持。</b></p><p>  這種夾持方式,在刀具夾頭的前端,有供機械手用的發(fā)蘭盤。采用發(fā)蘭式夾持,當應用中間

38、搬運裝置時,可以很方便地從一個機械手將刀具夾頭過渡到另一個輔助機械手上去,刀具夾頭采用帶洼形的法蘭盤夾持刀夾。</p><p>  在這里,我們采用第一種夾持方式,刀柄型號為BT40,錐度為7:24。</p><p>  圖1所示為標準刀具夾頭的錐柄柄部,由圖可見,刀柄圓柱部分的V形槽是供機械手夾持之用。帶V形槽圓柱右端,按所裝刀具(例如鉆頭、銑刀、鉸刀及鏜桿等)不同,根據(jù)標準可設計成不同

39、形式。</p><p><b>  圖2-8刀柄的型式</b></p><p>  表2-1 日本BT標準刀柄的尺寸:</p><p>  表2-2 刀柄參數(shù)表</p><p>  第三章 機械手的運動裝置</p><p>  3.1機械手的旋轉運動設計</p><p>

40、;  3.1.1旋轉運動驅動裝置設計</p><p>  旋轉軸2通過聯(lián)軸器連接在步進電機上,軸上通過鍵和軸肩來固定齒輪,軸頭部分用滾動軸承進行支撐,軸承支撐與機床通過螺釘連接,齒輪2和齒輪1相互嚙合。齒輪1通過彈性擋圈固定在軸1上,軸頭通過螺栓連接機械手,一旦電機通電并控制其轉速就能帶動軸2旋轉,就能實現(xiàn)機械手的旋轉運動。驅動裝置見圖3-1所示:</p><p><b>  圖

41、3-1 </b></p><p>  3.1.2 步進電機的選擇</p><p>  步進電機的轉軸旋轉需要一定的力,在這種力的作用下,機械手及齒輪的大小和形狀都沒有發(fā)生改變,那么機械手和齒輪組成的整體,我們可以看成剛體,圍繞電機軸做旋轉運動。所以我們可以通過剛體的定軸轉動來求機械手由靜止到運動這段過程中的加速度。我把機械手轉動的數(shù)學模型轉化成剛體的轉動的數(shù)學模型(圖3-2)

42、:</p><p><b>  圖3-2</b></p><p>  工程上常用每分鐘轉過的圈數(shù)n(簡稱轉速)來描述剛體轉動的快慢,其單位是r/min,顯然角速度與n間的關系是 。這里我們要求機械手n=30r/min.加速時間為1s,代入數(shù)值=3.14*30/30=3.14(rad/s)。</p><p>  角速度對時間的一階導數(shù)就是繞定軸轉

43、動剛體的角加速度,以符號表示,=3.14(r/)。</p><p>  根據(jù)旋轉運動系統(tǒng)的牛頓第二定律:,其中T為電動機的電磁轉矩,為負載轉矩,其單位都是,J為旋轉系統(tǒng)的轉動慣量,為旋轉機械的角速度。</p><p>  ,為旋轉系統(tǒng)半徑。旋轉系統(tǒng)由機械手、軸、齒輪組成,可以分開來求各旋轉部件的轉動慣量J.齒輪4的質(zhì)量m=2.664kg,所以=2.664×0.04125=0.00

44、5;齒輪3的質(zhì)量m=0.726kg,=0.726×0.04125=0.001;軸1的質(zhì)量m=0.6kg,所以=0.00006;軸2的質(zhì)量m=0.62kg,=0.0007。當機械手夾持刀具后。我們可以理想的認為刀具的質(zhì)量平均分配到機械手上,m=25.5kg,J=1.79,所以=1.796。實際傳動比為i=1,所以根據(jù):</p><p><b> ?。?-1)</b></p>

45、;<p>  T= (3-2) </p><p>  將數(shù)據(jù)代入式3-2可以求出T=12.1。根據(jù)求出的折算到電機的負載轉矩可以查相關的書籍查出步進電機的型號(見表3-1):</p><p>  表3-1步進電機參數(shù)表</p><p>  3.1.3 齒輪的設計 &l

46、t;/p><p>  齒輪傳動按照兩齒輪軸在機構中相對位置的不同分為:兩軸相互平行,兩軸相交和兩軸交錯(即不平行也不相交)三類。</p><p>  用與平行軸傳動的有:直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內(nèi)齒輪、直齒、斜齒緣,這些齒輪有稱為平面齒輪。</p><p>  用與相交軸傳動的有:兩軸線垂直相交和兩軸線相交但不垂直的直齒、圓弧齒、延伸外擺線齒錐齒輪。</p

47、><p>  用與交錯軸傳動的有:螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪(雙曲線齒輪)這些齒輪又稱空間齒輪。</p><p>  齒輪齒形曲線主要采用漸開線、其它還有擺線、圓弧線等,由于漸開線齒形容易制造,便于安裝,所以大多數(shù)齒輪采用漸開線齒形。</p><p>  齒形標準:(摘自JB-100-60,JB304-62)</p><p>  齒輪傳

48、動是機械傳動中最重要的傳動之一,形式很多,應用廣泛,傳遞的功率近十萬千瓦,圓周速度可達200m/s。</p><p>  一、 齒輪傳動主要特點:</p><p> ?、傩矢?在常用的機械傳動中,以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪的效率可達99%。這對大功率傳動十分重要,因為即使效率只提高1%,也有很大的經(jīng)濟效益。</p><p> ?、诮Y構緊湊 在相同的

49、使用條件下,齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。</p><p>  ③工作可靠,壽命長 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪,工作十分可靠,壽命可長達一、二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。</p><p> ?、軅鲃颖确€(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用,也就是由于這一特點。</p><p> 

50、 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高,價格較貴,且不宜用于傳動距離大的場合。</p><p>  齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設備中,有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼,齒輪完全暴露在外邊,這叫開式齒輪傳動。這種傳動外界雜物極易侵入,而且潤滑不良,因此工作條件不好,輪齒也極易磨損,故只宜用于低速傳動。當齒輪傳動裝有簡易的防護罩,有時還把大齒輪部分地浸入油池中,則稱為半開式齒輪

51、傳動。它的工作條件雖有改善,但仍不能做到防止外界雜物侵入,潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動,都是裝在精確加工而且封閉嚴密的箱體(機匣)內(nèi),這稱為閉式齒輪傳動(齒輪箱)。它與開式或半開式相比,潤滑及防護等條件最好,多用于重要的場合。</p><p><b>  二、設計原則:</b></p><p>  所設計的齒輪傳動在具體的工作情況下,必

52、須具有足夠的、相應的工作能力,以保證在整個工作壽命期間不致失效。目前設計一般使用的齒輪傳動時,通常按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行算。</p><p>  設計齒輪傳動時,應使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變 形的能力,而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此,對齒輪材料性能的基本要求

53、 為:齒面要硬,齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和一些非金屬材料。</p><p><b>  三 、失效形式</b></p><p>  1、輪齒折斷:當彎曲應力超過彎曲疲勞極限,輪齒重復受載后,齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋,并逐漸擴展,致使輪齒折斷。這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒受到短時意外的嚴重過載或沖擊載荷作用也易造成突然折斷。這種折斷稱為過載折斷。增大齒根

54、處過渡圓角半徑,提高齒面加工精度,可以降低應力集中。在齒根處施以噴丸、輾壓等冷作強化處理方法,都可以提高輪齒的抗折斷能力。</p><p>  2、齒面疲勞點蝕:輪齒工作時,當齒面接觸應力超過材料的接觸疲勞極限時,在載荷的多次重復作用下,齒面的表層會產(chǎn)生細微的疲勞裂紋,裂紋的蔓延、擴展,造成許多微粒從工作表面上脫落下來,在表面出現(xiàn)許多月牙形的淺坑,這使齒輪不能正常工作而失效。這種失效稱為齒面疲勞點蝕。疲勞點蝕一般

55、出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關。齒面硬度越高,抗點蝕能力越強。提高齒面硬度和減少齒面粗糙度,采用粘度大的潤滑油都有助于提高齒面接觸疲勞強度,防止點蝕的發(fā)生。</p><p>  圖3-3 齒面疲勞點蝕</p><p>  3、齒面膠合:當齒面所受的壓力很大且潤滑效果差,或壓力很大而速度很高時,由于發(fā)熱大,瞬時溫度高,相嚙合的齒面發(fā)生粘聯(lián)現(xiàn)象,此時兩齒面有相對滑動

56、,粘接的地方被撕裂。這種膠合稱為熱膠合。低速重載的齒輪,油膜遭破壞也發(fā)生膠合現(xiàn)象。這時齒面溫度無明顯增高,這種膠合稱為冷膠合。為防止產(chǎn)生膠合現(xiàn)象,低速傳動選用粘度大的潤滑油,高速傳動選用含抗膠合劑的潤滑油。此外,適當提高表面硬度及降低表面粗糙度也都是有效的方法。</p><p><b>  圖3-4 齒面膠合</b></p><p>  4、齒面磨損:在載荷作用下,齒

57、面會產(chǎn)生磨損,使齒側間隙增大,齒根厚度減小,從而產(chǎn)生沖擊和噪聲。對于開式齒輪傳動,齒面磨損是它不可避免的失效形式。采用閉式傳動,保持潤滑油的清潔,提高齒面硬度,減小齒面粗糙度,均可有效地減少齒面磨損。</p><p><b>  圖3-5 齒面磨損</b></p><p>  5、齒面塑性變形:在重載作用下,當齒面硬度不夠時,會產(chǎn)生一定的塑性變形。在從動輪2齒面節(jié)線處

58、出現(xiàn)凸棱,主動輪1齒面節(jié)線處出現(xiàn)凹溝,從而破壞齒廓形狀,影響齒輪正常嚙合。適當提高齒面硬度,可防止或減輕齒面的塑性變。 </p><p>  圖3-6 齒面塑性變形</p><p>  四 選定齒輪1、2類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>  1) 選擇齒輪材料和確定許用應力</p><p>  齒輪1:45鋼,調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度

59、197~286HBS;</p><p>  齒輪2:45鋼,正火處理,齒面硬度156~217HBS。</p><p>  根據(jù)設計的傳動比為1和具體要求,所以兩齒輪模數(shù)和齒數(shù)一樣,但厚度不一樣,主要是為了機械手的上升運動而專門設計的。但是齒輪1比較薄,彎曲強度不如齒輪2高,所以齒輪1的齒面硬度比齒輪2高30HBS。</p><p>  2)計算大小齒輪接觸應力循環(huán)次

60、數(shù)N</p><p>  試加工中的換刀次數(shù)而定</p><p><b>  3)確定有關系數(shù):</b></p><p>  由《機械設計》教材查詢接觸強度計算的壽命系數(shù)圖,</p><p>  得=1.05;(允許有一定點腐)</p><p>  按較高可靠度使用取接觸強度計算的最小安全系數(shù)=1

61、.25;</p><p>  取工作硬化系數(shù)=1.0;潤滑系數(shù)=0.92;</p><p>  4)計算許用接觸應力【】:</p><p>  按齒面強度185HBS,由所選材料及熱處理方式查齒面接觸疲勞極限應力圖,得=307MPa。</p><p>  計算齒輪的許用接觸應力:</p><p><b>  

62、==246MPa;</b></p><p>  5)確定小齒輪傳遞的轉矩T:</p><p>  T== 12.1 ;</p><p>  6)初取有關系數(shù) 因為齒輪參數(shù)尚未確定,載荷系數(shù)K無法準確確定,需要預選。初選K=1.1;</p><p>  取齒寬系數(shù)=0.4;</p><p>  由齒輪副材

63、料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù)=188.9;</p><p><b>  傳動比i=1;</b></p><p>  節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5.</p><p>  7)按齒面接觸強度確定分度圓直徑:</p><p><b>  79mm;</b></p><p>  確定模數(shù)和齒數(shù)

64、 </p><p><b>  齒數(shù):取==53</b></p><p>  模數(shù):m==1.49,取標準模數(shù)m=1.5</p><p>  準確的分度圓直徑=1.5×53=79.5mm</p><p>  齒輪齒頂圓直徑:==m×(z+2)=82.5mm</p><p&g

65、t;  齒輪基圓直徑:==m×(z-2.5)=75.75mm</p><p>  齒輪圓周速度:v===0.24m/s</p><p>  9)確定載荷系數(shù)K,驗算齒面接觸疲勞強度:</p><p>  確定載荷系數(shù)K,步進電機驅動,載荷平穩(wěn),由使用系數(shù)表=1.0,按7級精度可以查出=1.05;</p><p>  齒寬:b==0

66、.4×79.5=31.8mm;</p><p>  查齒向載荷系數(shù)=1.07;</p><p>  查直齒輪齒間載荷分配系數(shù)表,得=1.05;</p><p>  所以載荷系數(shù)K==1.17</p><p><b>  驗算齒輪彎曲強度</b></p><p>  根據(jù)齒數(shù)查得齒形系數(shù)=

67、2.35;</p><p>  由應力修正系數(shù)圖查得=1.68;</p><p>  按齒面硬度值及所選材料、熱處理方式查齒根彎曲疲勞極限應力圖=210MPa;</p><p>  查彎曲強度計算的壽命系數(shù)=1.0;</p><p>  由于m=1.5<5,則大小齒輪彎曲疲勞計算的尺寸系數(shù):=1.0;</p><p>

68、  取實驗齒輪的應力修正系數(shù)=2;</p><p>  彎曲疲勞強度計算的最小安全系數(shù):=1.4.</p><p>  查表可以知道彎曲疲勞極限=210~250MPa。</p><p><b>  計算齒根彎曲應力</b></p><p>  = 28MP <,安全。</p><p><b

69、>  3.1.4軸的設計</b></p><p>  軸是組成機械的一個常用的重要零件,它支持著其他轉動零件如齒輪、蝸輪等零件回轉并傳遞轉矩,它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機架上面,軸承、軸和軸上零件形成一個組成體,稱為軸系。組成軸系的主要零件有軸、軸承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。</p><p><b>  軸設計的主要問題:</b></p&g

70、t;<p>  軸的設計主要包括:軸的材料選擇、結構設計、軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性計算等,設計軸的主要步驟如下:</p><p>  (1)根據(jù)機械傳動總體布局擬定軸上零件的位置;</p><p> ?。?)選擇軸的材料;</p><p> ?。?) 初步估計軸的直徑;</p><p> ?。?)進行軸的結構設計;</p

71、><p> ?。?)進行軸的強度、剛度、振動計算;</p><p> ?。?)校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強度或壽命;</p><p>  (7)繪出軸系的裝配圖、零件圖等。</p><p>  軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩,同時它又通過軸承和機架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉運動,形成了一個以軸為基準的組合體—

72、軸系部件。</p><p><b>  一、軸的總類:</b></p><p>  軸按受載情況分為轉軸、心軸和傳動軸,其中轉軸既支承傳動機件又傳遞力,即承受彎矩和扭矩兩種作用;心軸只起支承旋轉件作用而不傳遞動力,即只承受彎矩作用;傳動軸主要傳遞動力,即主要承受扭矩作用。</p><p>  按結構形狀分為:光軸、階梯軸、實心軸、空心軸等。&l

73、t;/p><p>  按幾何軸線形狀分為:直軸、曲軸、鋼絲軟軸。</p><p>  設計軸時應考慮多方面的因素和要求,其中主要問題是軸的選材、結構、強度和 剛度。對于高速軸還應考慮震動穩(wěn)定性問題。</p><p><b>  二、軸的常用材料</b></p><p>  軸的材料種類很多,設計時主要根據(jù)對軸的強度、剛度、耐

74、磨性等要求,以及為實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式,同時考慮制造工藝問題加以選用,力求經(jīng)濟合理。</p><p>  軸的常用材料是35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼,對于受載較小或不太重要的軸,也可以用A3、A5等普通碳素鋼。對于受力較大,軸的尺寸和重量受到限制,以及有某些特殊要求的軸,可采用合金鋼。</p><p>  根據(jù)工作條件要求,軸可在加工前或加工后經(jīng)過整體或表面處理,以及表面強化處理(

75、如噴丸、輥壓、氮化等),以提高其強度(尤其疲勞強度)和耐磨、耐腐蝕等性能。</p><p>  軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小,可用圓鋼棒制造;對于重要的,大直徑或階梯直徑變化較大的軸,采用鍛坯。為節(jié)約金屬和提高工藝性,直徑大的軸還可以制成空心的,并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕?。對于形狀復雜的軸,可采用鑄造。</p><p>  軸的結構決定于受載情況、軸上零件的布置和固

76、定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運輸?shù)葪l件。軸的結構應是盡量減小應力集中,受力合理,有良好工藝性,并使軸上零件定位可靠,裝拆方便。對于要求剛度大的軸,還應在結構上考慮減小軸的變形。</p><p>  零件與軸的固定或聯(lián)接方式,隨零件的作用而異。一般情況下,為了保證零件在軸上具有固定的工作位置,需從軸向和周向加以固定。</p><p><b>  軸的設

77、計</b></p><p><b>  1.軸的結構設計:</b></p><p>  軸1主要用于機械手的旋轉運動,為了便于安裝定位和達到使用的要求,在軸的結構設計中設計了軸頭、軸頸、軸環(huán)、軸肩、軸頭上的一段螺紋和軸頸上的鍵槽。軸肩主要用于定位角接觸球軸承和機械手在軸上的位置,軸頭的螺紋用來固定機械手。</p><p>  1)選

78、擇軸的材料 選用45鋼,調(diào)質(zhì)處理;</p><p>  由《機械設計手冊》查得當毛坯直徑100mm,硬度為170-217HBS,強度極限=600MPa,=35MPa。</p><p><b>  2)估算該軸的軸徑</b></p><p>  根據(jù)軸1的受力情況只受扭矩,我就按該軸的扭轉強度條件計算。對于實心圓軸,其強度條件為:

79、 (3-3) </p><p>  其中T為軸傳遞的扭矩,單位Nmm;為軸的許用扭轉剪應力;為該軸的抗截面模量,單位mm,對于圓截面軸=0.2d;p為軸傳遞的功率;n=30r/min為軸的轉速。</p><p>  由上式得軸徑d(mm)的計算公式:</p><p><b>  

80、(3-4)</b></p><p>  其中A=,為材料與受載情況決定的系數(shù),對與45鋼來說查表可以查出A為118-107.</p><p>  將數(shù)據(jù)代入式3-4可以求出軸徑d11.5mm,為了滿足加工使用要求,所以將該軸的最小軸徑取17mm>11.5mm。將d=17mm和其他物理量代入式3-3</p><p>  12.3MPa,滿足使用要求。

81、</p><p>  2. 軸2的強度計算</p><p>  在傳遞運動中軸1與軸2是受一樣的扭矩。代入數(shù)據(jù)可以求出軸徑d=11.5mm,所以將軸2的最小軸徑取為12mm>11.5mm,滿足使用要求。</p><p>  3.1.5滾動軸承的選擇</p><p>  滾動軸承是現(xiàn)代機器中應用廣泛的部件之一,它是依靠主要元件間的滾動接觸

82、來支承轉動零件的。其優(yōu)點主要有摩擦阻力小,功率消耗少,起動容易等。</p><p><b>  一、軸承的分類</b></p><p>  如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來分類時,滾動軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承,主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承;只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承;能同時承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。<

83、/p><p><b>  二、軸承的選用原則</b></p><p>  軸承的選用,包括類型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承形式的選擇。首先是選擇軸承的類型,在選擇時應考慮的主要因素有:軸承的載荷、轉速和調(diào)心性能、安裝和拆卸等。</p><p>  根據(jù)載荷的大小選用軸承類型時,由于滾子軸承中的主要元件是線接觸,宜用于承受較大的載荷,承載后的變形

84、也較小。而球軸承中則主要為點接觸,宜用于承受較輕的或中等的載荷,故在載荷較小時,應優(yōu)先選用球軸承。</p><p>  根據(jù)載荷的方向選擇軸承時,對于純軸向載荷,一般選用推力軸承;對于純徑向載荷,一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承;當同時承受徑向載荷和軸向載荷,而軸向載荷不大時,可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承,當軸向載荷較大時,可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。<

85、;/p><p>  在一般轉速下,轉速的高低對類型的選擇不會發(fā)生什么影響,只有在轉速較高時,才會有比較顯著的影響。球軸承與滾子軸承相比較,有較高的 極限轉速,故在高速時應優(yōu)先選用球軸承。軸承的極限轉速是在一定載荷和一定潤滑條件下,滾動軸承所能允許的最高轉速,它與軸承類型、尺寸、精度、游隙,保持架的材料與結構、潤滑方式、潤滑劑的性質(zhì)與用量、載荷的大小與方向以及散熱條件等因素有關。</p><p>

86、;  此外,軸承類型的選擇還應該考慮軸承裝置整體設計的要求,如軸承的配置使用要求等。</p><p>  三、軸承的主要失效形式</p><p>  滾動軸承的失效形式很多,其基本形式有:磨損(磨料磨損、疲勞磨損、粘著磨損、微動磨損)失效、接觸疲勞失效、斷裂失效、腐蝕失效和壓痕失效。磨損失效是滾動軸承最常見的失效形式。由于工作狀況的復雜性,有時會表現(xiàn)多種失效形式。由于滾動軸承的結構和使用不

87、同,導致其失效形式原因的多樣化。主要有裝配不當、潤滑不良、過載、沖擊、振動、磨料或有害液體的侵入、環(huán)境溫度過高或過低、材質(zhì)缺陷和制造精度低等</p><p><b>  1.接觸疲勞失效</b></p><p>  指軸承工作表面受到交變應力的作用而產(chǎn)生實效。接觸疲勞剝落發(fā)生在軸承工作表面,往往也伴隨著疲勞裂紋,首先從接觸表面以下最大交變切應力處產(chǎn)生,然后擴展到表面形

88、成不同的剝落形狀,如點狀為點蝕或麻點剝落,剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴大,而往往向深處擴展,形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。</p><p><b>  2.磨損失效</b></p><p>  指表面之間的相對滑動摩擦導致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生失效。持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞,并最終導致軸承尺寸精度喪失及其他相關問題。磨損可

89、能影響到形狀變化,配合間隙增大及工作表面形貌變化,可能影響到潤滑劑或使其污染達到一定程度而造成潤滑功能完全喪失,因而使軸承喪失旋轉精度乃至不能正常運轉。磨損失效是各類軸承常見的失效模式之一,按磨損形式通??煞譃樽畛R姷哪チDp和粘著磨損。磨粒磨損是指軸承工作表面之間擠入外來堅硬粒子或硬質(zhì)異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對移動而引起的磨損,常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。硬質(zhì)粒子或異物可能來自主機內(nèi)部或來自主機系統(tǒng)其他相鄰零件由潤滑介質(zhì)

90、送進軸承內(nèi)部。粘著磨損是指由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均,在潤滑條件嚴重惡化時,因局部摩擦生熱,易造成摩擦面局部變形和摩擦顯微焊合現(xiàn)象,嚴重時表面金屬可能熔化,接觸面上作用力將局部摩擦焊接點從基本上撕裂而增大塑性變形。這種粘著-撕裂-粘著的循環(huán)過程構成了粘著磨損,一般而言,輕微的粘著磨損稱為擦傷,嚴重的粘著磨損稱為咬合。</p><p><b>  四、軸承的選擇</b><

91、;/p><p>  在設計中根據(jù)所受力的情況及與軸承配合的軸徑,選用一對角接觸球軸承配合使用和一個單獨使用的角接觸球軸承。角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷,也可單獨承受軸向載荷。能在較高轉速下正常工作,由于一個軸承只能承受單向的軸向力,因此,一般成對使用,也可以單獨使用(本次設計就有單獨使用的情況)。且承受軸向載荷的能力與接觸角有關。接觸角越大,承受軸向載荷的能力越高。</p><p&g

92、t;  在旋轉運動中,軸承同時受到徑向力和軸向力,所以選擇角接觸球軸承,軸徑為12mm,查《機械設計制圖手冊》可以查出軸承的型號為7001C,基本額定載荷=5.42KN,=2.65KN,極限轉速為18000r/min。連接機械手的軸1定位所用的軸承也同時承受軸和徑向力,故選用一對角接觸球軸承,根據(jù)軸1中段軸徑為25mm,查手冊可以查出軸承的型號為7005C,=11.5KN,=7.45KN,極限轉速為12000r/min。軸頭的軸徑為17

93、mm,可以查出型7003C,=6.60KN,=3.85KN,極限轉速為16000r/min。</p><p>  3.2 機械手的升降運動</p><p>  3.2.1 升降運動驅動裝置設計</p><p>  用一個有一定厚度和空間大小的箱體把大齒輪1裝下,但不能干涉其運動。箱體的上下通過一對角接觸球軸承、軸肩及彈性擋圈固定在軸2上。箱體的左側是齒條,齒條和左方

94、的齒輪3相互嚙合,齒輪3和齒輪4嚙合,齒輪4通過聯(lián)軸器連接電機??刂齐姍C,就能帶動齒輪3和4旋轉,通過齒輪4和齒條嚙合,就能帶動箱體運動,這樣齒輪的旋轉運動變成了箱體升降運動。(驅動裝置見圖3-7)</p><p><b>  圖3-7</b></p><p>  3.2.2 步進電機的選擇</p><p>  為了更好、更清楚的求解出電機所傳

95、遞的轉矩,先回顧下此機構的運動過程: 電機通電傳送轉矩,驅動齒輪旋轉,通過齒輪齒條嚙合,使帶有箱體的齒輪和機械手上下運動。下圖是簡化后的數(shù)學模型:</p><p><b>  圖3-8</b></p><p>  整個上下運動過程需要的時間由機械手下降、拔刀、插刀,上升所需要的時間組成。根據(jù)最初設上升時間為1s,下降距離為90mm,故可以求出速度0.09m/s。<

96、;/p><p>  大齒輪的圓周長L==2×3.14×0.047=0.29516m,故可以推算出大齒輪的轉速=0.09/0.29516=0.3r/s=18r/min。根據(jù)傳動比可以求出小齒輪的速度=18×45/17=48r/min,電機的轉速也為48r/min。</p><p>  箱體、齒輪、軸、鍵、軸承、機械手和刀具(機械手有夾持刀具插刀的過程,故要算上刀具的

97、質(zhì)量)的總質(zhì)量為56.5kg。根據(jù)《電機拖動學》中對電機提升重物時負載轉矩的計算公式: </p><p><b>  (3-5)</b></p><p>  其中是提升重物的重力,R為滾筒的半徑,在實際傳動中,大齒輪可以看成滾筒,為提升的傳動效率。</p><p>  將數(shù)值代入式3-5得==11.6。通過具體分析知道系統(tǒng)

98、J=0.005,所以T=9+0.0005×48=11.8。根據(jù)求出的折算到電機的負載轉矩可以查相關的書籍查出步進電機的型號:(見表3-2)</p><p>  表3-2 步進電機參數(shù)表</p><p>  3.2.3齒輪及齒條設計</p><p>  1.選定齒輪3、4和齒條類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>  1)選擇齒

99、輪材料確定許用應力</p><p>  選材料 齒輪3: 鋼,調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度241-286HBS,=730MPa,彎曲疲勞極限=600MPa;</p><p>  齒輪4: ,表面淬火,接觸疲勞極限=1130MPa,=690MPa;</p><p>  根據(jù)使用要求可以選擇最小安全系數(shù)=1.1,=1.25;齒條因為要承受箱體、軸、機械手和刀柄的重量,故力學性能

100、要求比較高,所以選擇材料為20CrMnTi,滲氮淬火回火處理,其硬度為56-62HRC,接觸疲勞極限1500MPa,彎曲疲勞極限為850MPa。根據(jù)上述可以求出齒輪3、4的許用接觸應力:</p><p>  ==730/1.1=664MPa;</p><p>  =1130/1.1=1027MPa;</p><p>  可以求出齒輪3、4的許用彎曲應力:</p

101、><p>  ==600/1.25=480MPa;</p><p>  =690/1.25=552MPa;</p><p><b>  按齒面接觸強度設計</b></p><p><b>  ==11.9</b></p><p>  初取有關系數(shù) 因為齒輪參數(shù)尚未確定,載荷系數(shù)K

102、無法準確確定,需要預選。初選K=1.1,設齒輪按8級精度制造,原動機是電動機且載荷為均勻載荷,取載荷系數(shù)K=1.0,齒寬系數(shù)=0.4,由齒輪副材料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù)=188,傳動比i=2.6,節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5.確定齒輪3的分度圓直徑:</p><p>  35 </p><p>  3)確定齒數(shù)、模數(shù)、齒寬和中心距</p><p>  取

103、=17,=2.6×17=44.2,取整數(shù)45;</p><p><b>  模數(shù)2</b></p><p>  b==0.4×34=13.6mm;</p><p>  實際=2x17=34mm;</p><p>  =2x45=90mm; </p><p>  所以=34mm

104、=90mm;</p><p>  中心距a==62mm</p><p><b>  驗算齒輪彎曲強度</b></p><p>  通過查齒輪齒形系數(shù)表可知道=3.05,=2.4</p><p>  通過查外齒輪齒根修正系數(shù)表可得=1.53,=1.68</p><p>  則可以驗算設計的齒輪的彎曲

105、強度是否滿足使用要求:</p><p>  =100MP<,安全</p><p><b>  84MP<,安全</b></p><p>  5)齒輪的圓周速度:</p><p><b>  0.2m/s</b></p><p><b>  6)齒條參數(shù):

106、</b></p><p>  因為齒條和齒輪4嚙合,故齒條的模數(shù)和壓力角及齒距都和齒輪4一致,所以m=2,=20,p=6.28。選用的材料為,表面淬火,硬度為45HRC,接觸疲勞極限=1130MPa,彎曲疲勞極限=690MPa,彎曲強度的驗算和齒輪一樣,這里就不再具體分析。</p><p>  3.2.4滾動軸承的選擇</p><p><b>

107、  1)選擇軸承型號:</b></p><p>  在本次設計中根據(jù)軸的大小和受力的情況來選擇軸承的。在升降運動中,軸承主要受到徑向力,所以選擇深溝球軸承。軸3與滾動軸承配合的軸徑為12mm,查機械手冊可以查出軸承的型號為6201,基本額定載荷=6.82KN,=3.05KN,極限轉速為18000r/min。軸4的受力情況和軸3相同也是只受徑向力,且軸徑也為12mm,故選用一對型號為6201的深溝球軸承

108、。所選用的軸承的潤滑方式都是脂潤滑。</p><p><b>  2)軸承的計算:</b></p><p>  這里我以與軸3配合的深溝球軸承為例。</p><p>  軸上齒輪受切向力 Ft=2T1/d=8670/90 N=192N;</p><p>  齒輪受徑向力 Fr=Ft=192N;</p>

109、<p>  齒輪的分度圓直徑為 d=90㎜;</p><p>  齒輪轉速為 n=48r/min;</p><p>  運動中無沖擊,軸承要求壽命為Lh=10000h。</p><p>  因為轉速不是很高,主要承受徑向力,是一個很小的值,所以軸承當量動載荷系數(shù)X=1,Y=0,當量動載荷P=X×Fr=192N。</p><

110、p>  計算所需要的徑向基本額定動載荷值:</p><p>  = (3-6)</p><p>  其中通過查機械設計手冊可以查出載荷系數(shù)=1.1,溫度系數(shù)=1,=3,將數(shù)值代入式3-6可以求出6028N,根據(jù)選用的軸承型號為6201,查得=6820N>6028N,所以最先選擇的軸承型號合用。</p><p><

111、;b>  3.2.5軸的設計</b></p><p>  1)選擇軸4的材料 選用45鋼,調(diào)質(zhì)處理;</p><p>  由機械設計手冊查得當毛坯直徑100mm,硬度為170-217HBS,強度極限=600MPa,=35MPa。</p><p><b>  2)估算該軸的軸徑</b></p><p>

112、;  根據(jù)軸1的受力情況只受扭矩,我就按該軸的扭轉強度條件計算。對于實心圓軸,其強度條件為:</p><p><b>  (3-6)</b></p><p>  其中T為軸傳遞的扭矩,單位Nmm;為該軸的抗截面模量,單位mm;為軸的許用扭轉剪應力;對于圓截面軸=0.2d;p為軸傳遞的功率;n=48r/min為軸的轉速。</p><p>  由式

113、3-6得軸徑d(mm)的計算公式:</p><p><b> ?。?-7)</b></p><p>  其中A=,為材料與受載情況決定的系數(shù),對與45鋼來說查表可以查出A為118-107。</p><p>  將數(shù)據(jù)代入式3-7可以求出軸徑d10mm,為了滿足加工使用要求,所以將該軸的最小軸徑取12mm>10mm,將d=12mm和其他物理

114、量代入3-6得:</p><p>  10MPa,滿足使用要求。</p><p>  軸3的設計和軸4相同,這就不再計算。 </p><p>  3.3機械手手爪鎖刀運動設計</p><p>  3.3.1機械手外形及鎖刀裝置設計</p><p>  機械手的上下各由有一定厚度和形狀的鋼板通過2顆螺釘和兩顆螺栓連

115、接,與主軸配合的孔內(nèi)壁加工成螺紋并與軸1配合,下端用螺母擰緊固定。通過鑄造的內(nèi)部結構可以固定通電線圈、擋塊,使頂桿在一段距離內(nèi)伸縮。機械手手抓中部成半圓弧狀,并有一定的厚度和寬度,當機械手抓刀的時候,半圓形凸臺頂在刀柄的V型槽內(nèi)與永磁體頂桿一起完成鎖刀運動。具體見下圖:</p><p>  圖3-9 機械手外形和內(nèi)部結構</p><p>  圖3-10 鎖刀部位</p>&l

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論