1、汕汕 頭頭 大大 學學 工工 學學 院院二二 級級項項目目報報告告（ 第 三 階 段 ）項目名稱：項目名稱： 機械傳動設計 項目題目：項目題目： 機械臂帶傳動設計 指導教師：指導教師： 系系 別：別： 機電系 專專 業(yè)：業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓姓 名：名： 組長：XXX 成員：X X XXX XXX XXXXXX XXX XXX XXX 階段時間：階段時間： 2009 年年 12 月月 04 日日 至至 12 月月 15 日日成績：成績： 評閱人：評閱人：傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的設設計計一一、 設設計計題題目目塊狀物抓取搬運是流水線等工作場合中時常所需的流程之一。機械臂可以在較高程度上滿足

2、這一要求，現(xiàn)即須設計一機械臂關節(jié)的傳動系統(tǒng)。該系統(tǒng)的傳動過程如下，電機為動力源，通過一對齒輪減速后，再由一條同步帶將動力傳至該機械臂某一關節(jié)處。該電機可以通過正反轉(zhuǎn)的控制來實現(xiàn)關節(jié)處的正反轉(zhuǎn)控制。二二、 原原始始數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)與與設設計計要要求求1）動力源為電機，具有快速響應，精確步進等特點2）機構(gòu)具有較穩(wěn)定的傳動比3）關節(jié)處實現(xiàn) 90 度轉(zhuǎn)動的時間不超過 5 秒鐘4）同步帶的傳動距離為 200300mm5）傳動系統(tǒng)輸出端力矩至少達到 10N*M部分參數(shù)值估算如下：6）關節(jié)所屬的一截機械臂重量為 1kg，長度為 300mm，7）關節(jié)轉(zhuǎn)速為 W=30 度/秒三三、總總體體設設計計（1 1）機機械械工工

3、作作原原理理本機械臂由步進電機的驅(qū)動帶傳動。機械臂由底座、支架、三組運動臂動臂（圖一）及功能手（夾取模塊，圖二）組成。 圖一圖二（2 2）運運動動原原理理圖圖如下圖所示，電機 1 的轉(zhuǎn)動通過齒輪 1 把力矩傳給齒輪 2，齒輪 2 通過鍵傳動帶動大臂的上下擺動。電機 2 的轉(zhuǎn)動通過帶輪 1（帶輪 1 與齒輪 4 緊固連接，與大臂軸是間隙連接）把轉(zhuǎn)矩傳給帶輪 2，從而帶動小臂的運動。.（3 3）機機械械工工作作循循環(huán)環(huán)圖圖1）機械循環(huán)如圖機械臂初始角度為 0，轉(zhuǎn)動范圍為 2?，F(xiàn)取為 45度。2）工作路線簡述如下：機械臂主要是抓取一個小物品，首先臂在平衡位置，工作時，往下偏移一個角度，然后回到平衡位

4、置，再放到正角度，最后回到原位置。3）循環(huán)工作圖如下4）臂位移與角度的關系據(jù)兩點間距離公式，其中 X 為臂上端點的橫坐標，Y 為縱坐標，r 為222()xryl臂長，l 為端點位移，可得位移是條圓弧故得位移與角度間的循環(huán)圖，如下：四四、技技術(shù)術(shù)設設計計（1 1）傳傳動動帶帶設設計計電機額定功率 P=12*0.6=7.2W,P1=0.9*7.2=6.48W,轉(zhuǎn)速 n1=14r/min,i=1.4,每天額定工作時間 t=5h。1）確定計算功率 Pca， 查表 3-5，得工作情況系數(shù) KA=1.0Pca=P*KA=0.00648KW2）選擇帶型，選取普通 V 帶 Y 型3）確定帶輪基準直徑查表 3-

5、2 和 3-9， 取主動輪基準直徑 d1=35.5mm 從動輪基準直徑 d2=i*d1=1.4*35.5=50mm查表 3-9， 取標準從動輪直徑 d2=50mm帶速： V =(d1n1)/(60*1000)=*35.5*14/（60*100）=0.026m/s4）確定 V 型帶基準長度及傳動中心距 據(jù) 0.7*（d1+d2）a02*（d1+d2），得：59.85 a0171mm 初步確定 a0 = 160mm 基準帶長度為 L0 = 2*a0+*(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4*a0) = 2*160+*(35.5+50)/2+(50-35.5) 2/(4*200) = 454.5

6、mm 由表 3-7 選帶的基準長度 Ld = 450mm，得：實際中心距 a = a0+(Ld-L0)/2 = 160+(450-454.5)/2 = 157.75mm5）驗算主動輪上的包角 1,得 1 = 1800-(d2-d1)*57.30/a = 1800-(50-35.5)*57.30/157.75 = 174.701200 主動包角合適6）計算普通 V 型帶根數(shù) Z Z = Pca/P = KA*P/（P0+P0）Ka*KL查表 3-3a，3-4a，得 P0=0.04KW，P0=0.03KW查表 3-6，KA=0.99，查表 3-7，KL=0.96，故 Z=0.52，取整，則 Z=1

7、7）計算張緊力 F0查表 3-1，有 q = 0.02kg/m F0 = 500* Pca*（2.5/ Ka-1）/Z*V+qV2 = 500*0.00648(2.5/0.99-1)/（1*0.026）+0.02*0.0262 = 190.1N8)計算軸上的壓力 FQ FQ = 2Z F0sin(1/2) = 2*1*190.1*sin(174.70/2) = 379.8N（2 2）齒齒輪輪設設計計1）選擇齒輪材料： 小齒：碳鋼 200HBW h1 = 420Mpa f1=280Mpa大齒：球墨鑄鐵 150HBW h2 = 350Mpa f2=90Mpa查表 6-3 得安全系數(shù) Shmin =

8、 1.0,Sfmin=1.3由圖 6-8a 查得接觸壽命系數(shù) Z1 = Z2 =1.25彎曲壽命系數(shù) Y1 = Y2 =1.8應力分析: h1 = (h1/ Shmin) Z1=420*1.25/1.0=525Mpah2 = (h2/ Shmin) Z2=350*1.25/1.0=437.5Mpaf1 = (f1/ Sfmin) Z1=280*1.8/1.3=387.7Mpaf2 = (f2/ Sfmin) Z2=90*1.8/1.3=125Mpa2）按接觸疲勞強度計算參數(shù)小齒輪分度圓直徑 d1=213h12(1)/*(*/)2HKT uuZ其中 u=i=2,661119.55*10/9.55

9、*10 *0.0072/144911TP nN由表 6-7 查得 K=1.3, KT1=6385.9N.mm ZH=2.5查表 6-8 得 ZE = 180.5Mpa 由表 6-11 查得=1d則代數(shù)求得 d1=30.1mm又由，取 a=50mm1(1)/2(12)*30.1/245.2au dmm按經(jīng)驗公式得模數(shù) m=(0.0070.02)a,則取 m=0.02a=1mm得齒數(shù): ,12 /(1)2*50/1*(12)35Za mu270Z 驗算 a=m(35+70)/2=52.5,故符合要求3）選精度 因 d1=Mz1=1*35=35mm， 故齒輪圓周速度1 1/(60*1000)3.14

10、*35*14/600000.026/vd nm s可用 9 級精度4）精確計算載荷 則，1*1.2*1.05*1.11.386AVKK K K K驗算接觸疲勞強度得驗算彎曲疲勞強度，由圖 6-16 得復合齒形系數(shù)為124.02,3.93FFYY 11/1.386*2*4911*4.02/35*3544.67280FtFFKFYbmMPaMPa222/1.386*2*4911*3.93/35*3543.6790FtFFKFYbmMPaMPa符合要求最終得出齒輪的各項參數(shù)名稱齒輪的各項參數(shù)注：長度單位為 mm小齒輪大齒輪模數(shù) m11壓力角2020分度圓直徑mmD1=mz1=1*35=3570齒頂高

11、 ha1*m=11齒根高 hf125m=1.251.2511.0;691.11*353566,/1.0*2*4911/(35*35)8.0 .100 .,1.2AVdAtKKbdmmK F bN mmN mmK查圖得齒輪傳動嚙合寬度查表得故取1(1)/( *)2.5*180.5* 1.386*2*4911*3/(35*35*35*2)319420HHEtZ ZKF uu bdMPaMPa，符合要求全齒高225225齒頂圓直徑Mz1+2ha=3772齒根圓直徑Mz1-2hf=32.267.5基圓Mz1cos20=32.8865.77齒距 pm=3.14基圓齒距m cos20=2.95齒厚p/2=

12、1.57齒槽寬p/2=1.57頂隙C=0.25m=0.25中心距 a=50（3 3）軸軸的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設設計計軸 3：d=30 32 38 32 30 28 24（軸承） 齒輪 軸承 聯(lián)軸器軸 2：d=14 18 24 18 14 軸承 齒輪 錐齒輪 軸承軸 1： d=10 14 24 18 14 兩個圓錐滾子軸承 錐齒輪由圖一可見，軸二上有三個直齒圓柱齒輪，兩端有兩個滾動軸承。既承受彎矩，又承受扭矩，故屬轉(zhuǎn)軸類型。1、按扭矩強度初步估計軸的最小直徑P=6.48W ,n=14r/min查機械設計教程劉瑩、吳宗澤 主編 表 8-4 得 A0=126103 mmnPAd74. 997. 714104

13、8. 6103)(126333考慮鍵槽對軸強度的影響，取 d=9mm .選用 45 鋼，正火硬度為 170217HBS. 一、軸的總體設計信息如下： 軸的編號：001 軸的名稱：圓形截面階梯軸 軸的轉(zhuǎn)向方式：單向脈動 軸的工作情況：淡水,無應力集中 軸的轉(zhuǎn)速：14r/min 功率:0.00648kW 轉(zhuǎn)矩：4420.29Nmm 所設計的軸是實心軸 材料牌號：45 調(diào)質(zhì) 硬度(HB)：230 抗拉強度：650MPa 屈服點：360MPa 彎曲疲勞極限：270MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限：155MPa 許用靜應力：260MPa 許用疲勞應力：180MPa 二、確定軸的最小直徑如下： 所設計的軸是實心軸 A

14、 值為：110 許用剪應力范圍：3040MPa 最小直徑的理論計算值：8.51mm 滿足設計的最小軸徑：9mm三、軸的結(jié)構(gòu)造型如下： 軸各段直徑長度： 長度 直徑 11mm 17mm 13mm 23mm 16mm 20mm 55mm 18mm 10mm 17mm 軸的總長度：105mm 軸的段數(shù)：5 軸段的載荷信息：直徑 距左端距離 垂直面剪力 垂直面彎矩 水平面剪力 水平面彎矩 軸向扭矩23mm 12mm 379.8N 2278.8Nmm 0 0 020mm 32mm 1.105N 0Nmm 0.402N 11.05Nmm 4911Nmm 18mm 67.5mm 379.8N 0Nmm 0N

15、 3418.2Nmm 0Nmm 軸所受支撐的信息： 直徑 距左端距離 170mm 5.5mm 17mm 100mm 四、支反力計算 距左端距離 水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv1 5.5mm -36.56N -509.18N 距左端距離 水平支反力 Rh2 垂直支反力 Rv2 100mm 36.17N -251.47N 五、內(nèi)力 x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 5.5 170 0 0 12 23 3318.17 1057.87 32 20 3745.88 3743.02 67.5 18 8473.96 8256.46 100 17 2.94 2.94六、彎曲應力校核如下：

16、危險截面的 x 坐標：99mm 直徑：17mm 危險截面的彎矩 M：3.32Nmm 扭矩 T：0Nmm 截面的計算工作應力：0.01MPa 許用疲勞應力：180MPa 99mm 處彎曲應力校核通過 危險截面的 x 坐標：12mm 直徑：23mm 危險截面的彎矩 M：3318.17Nmm 扭矩 T：0Nmm 截面的計算工作應力：2.73MPa 許用疲勞應力：180MPa 12mm 處彎曲應力校核通過 危險截面的 x 坐標：40mm 直徑：20mm 危險截面的彎矩 M：4809.11Nmm 扭矩 T：4911Nmm 截面的計算工作應力：7.39MPa 許用疲勞應力：180MPa 40mm 處彎曲應力校核通過 危險截面的 x 坐標：95mm 直徑：18mm 危險截面的彎矩 M：1268.42Nmm 扭矩 T：0Nmm 截面的計算工作應力：2.17MPa 許用疲勞應力：180MPa 95mm 處彎曲應力校核通過 結(jié)論：彎曲應力校核通過 七、安全系數(shù)校核 八、扭轉(zhuǎn)剛度校核：圓軸的扭轉(zhuǎn)角：0.033，許用扭轉(zhuǎn)變形：0.65/m ，校核通過九、彎曲剛度校核如下： 計算撓度 x/mm i/mm 1 1.375 0.010407 2 2.750 0.006938 3 4.125 0.003469 4 5.500 0 5 29.125 -0.00346