1、哈爾濱理工大學（設計）哈爾濱理工大學畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）題目：旋轉(zhuǎn)及升降系統(tǒng)設計 院（部）別 工程機械學院 專 業(yè) 電器自動化 班 級 0B125 學 號 1107125123 姓 名 李燕 指導教師 王思 二一五年五月摘 要為滿足現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)和顧客的需要，針對實際生產(chǎn)中搬運貨物產(chǎn)品效率不高的問題而去改善現(xiàn)有碼垛機的傳動系統(tǒng)。提高產(chǎn)品的競爭力，降低生產(chǎn)成本，降低制造成本，以加快生產(chǎn)效率， 降低運營成本。本次設計的主要目的是對碼垛機的旋轉(zhuǎn)及升降系統(tǒng)進行設計，改善傳動機構。關于碼垛機底座旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設計，主要包括驅(qū)動電動機的選取、蝸桿減速器的設計、鏈傳動的設計、聯(lián)軸器的選取、鍵的設計。碼垛機轉(zhuǎn)臂升

2、降系統(tǒng)設計，主要包括螺旋傳動中螺桿和螺母的設計和校核、驅(qū)動電動機的選取、齒輪的設計和校核、鍵的設計。通過此次設計我認為設計中盡可能的減少傳動環(huán)節(jié)，以此來提高傳動效率。關鍵詞：碼垛機械，底座旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；手臂升降系統(tǒng)Abstract In order to meet the needs of modern industrial production and customer, in view of the problems in the actual production of handling goods product efficiency is not high and to improve

3、existing palletizing machine drive system. Improve the competitiveness of products, reduce production costs, reduce manufacturing costs, to speed up production efficiency, reduce operating costs. The main purpose of this design is the design of rotating and lifting system of palletizing machine, imp

4、rove the transmission mechanism. On the base of palletizing machine rotation system design, mainly including the drive motor selection, design of worm reducer design, chain drive, coupling of selection, the key design. Palletizing machine turn arm lifting system design, mainly includes the design an

5、d verification of screw in the screw and the nut, driving motor selection, gear design and verification, the key design. Through the design I think the design of the reduction of the transmission link as far as possible to improve the transmission efficiency.Keywords: palletizing machine, base rotat

6、ion system; arm lifting system1目 錄 前 言11碼垛機的研究2 1.1 研究的目的和意義2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2 1.2.1 國內(nèi)外碼垛機研究現(xiàn)狀2 1.2.2 碼垛機的發(fā)展趨勢3 1.3 碼垛機類型4 1.4 工作運動的分析6 1.5 本章小結62 底座旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設計7 2.1 驅(qū)動電動機的選擇7 2.2 蝸桿減速器的設計8 2.2.1 傳動零件的設計9 2.2.2 蝸桿軸的設計11 2.2.3 渦輪軸的設計12 2.3 鏈傳動14 2.3.1鏈傳動特點14 2.3.2 鏈傳動的設計14 2.4 聯(lián)軸器18 2.4.1 聯(lián)軸器類型的選擇18 2.

7、4.2 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算18 2.4.3 鍵的設計19 2.5 本章小結203 手臂升降系統(tǒng)的設計21 3.1 螺桿和螺母的設計21 3.1.1 螺桿和螺母材料的選擇21 3.1.2 桿螺紋數(shù)據(jù)的設計與校核22 3.1.3 螺母參數(shù)的選擇與設計校核251 3.2 驅(qū)動絲杠螺母傳動的齒輪的設計與校核26 3.2.1 驅(qū)動絲杠螺母齒輪的電動機的選取26 3.2.2 選定齒輪的類型，精度等級，材料及齒數(shù)，27 3.2.3 齒根彎曲強度設計27 3.2.4 鍵的設計30 3.3 本章小結30結 論31 1前 言伴隨著世界經(jīng)濟與科技的發(fā)展，人類活動范圍的擴大，機器人技術正迅速應用于社會生活與生產(chǎn)地各個領

8、域也開始從制造領域向非制造領域發(fā)展，各種樣式的機器人產(chǎn)品隨之涌現(xiàn)。工業(yè)機器人，不但可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對提高人身安全，減輕勞動強度，改善勞動環(huán)境，節(jié)約原材料消耗、提高勞動生產(chǎn)率以及降低生產(chǎn)成本，都有十分重要的意義。機器人技術正在日益提高著人類的生活和生產(chǎn)方式。工業(yè)機械人不僅提高了勞動生產(chǎn)中的效率，還能取代人類去完成危險、高強度、重復枯燥的工作，大大減輕了人類的勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，它可用于加工工件的搬運、裝卸，零部件的組裝，特別是在組合機床、自動化數(shù)控機床上的使用更為普遍。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中，自動化生產(chǎn)已成為突出的主題。在國內(nèi)外現(xiàn)代化加工車間中，常配有機械人，以提

9、高生產(chǎn)的效率，完成工人難以完成的危險工作。碼垛機械人適應于化工、飲料、食品、啤酒、塑料、空調(diào)等生產(chǎn)企業(yè)對紙箱、袋裝、罐裝、盒裝、瓶裝等各種形狀的成品進行裝箱和碼垛。但是我國目前的工業(yè)機械手技術和其工程應用的水平比國外的還是薄弱，應用的規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化的水平也比較低，碼垛機械人的研究開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)的自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟、技術方面考慮發(fā)展機械人都是十分必要的。因此，進行碼垛機械人的研究設計具有重要。碼垛機械人的意義是將袋裝、罐裝、箱裝物品按一定的規(guī)律、方式自動碼垛的一種自動化設備，廣泛用于石化、水泥、糧食、鹽業(yè)等行業(yè)，能極大的提高工作效率，大大減輕了繁重的體力勞動，能夠便于裝卸、倉

10、儲和運輸，是一種新興的物流技術。1碼垛機的研究1.1 研究的目的和意義研究課題的目的是： 我選擇的課題是碼垛機設計，是工程機械類設計，就是運用機械設計，機械原理，機械制圖等知識來完成碼垛機的傳動系統(tǒng)的結構設計及一些校核計算等工作，溫習和鞏固我們學過的知識，并且培養(yǎng)我們設計簡單機械的能力。另外，可以培養(yǎng)我們在生產(chǎn)實踐中學會查閱外有關的技術文獻并利用這些文獻的能力，從而提高自學能力。還能夠很好的培養(yǎng)我們積極主動完成設計任務的責任心和敢于創(chuàng)新的精神。研究課題的意義是： （1）取代人工搬運，減員增效，減輕工人體力勞動，提高生產(chǎn)效率。 （2）采用全新的碼垛機使碼垛方式的調(diào)整十分方便、簡單。 （3）為碼垛

11、機的發(fā)展提供了有效的技術手段，對其更新?lián)Q代有積極作用。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)外碼垛機研究現(xiàn)狀上世紀60年代，隨著工業(yè)化的大生產(chǎn)，日本、美國率先研制出適應于汽車生產(chǎn)線的機械手，主要完成焊接、噴涂等繁重危險的工作。40多年來，機器人工業(yè)發(fā)展迅速，在第一代工業(yè)機器人的基礎上，第二代機器人廣泛應用。目前我國已研制出第三代智能機器人，其性能和國外同等產(chǎn)品一樣，已占有一定比例的市場。并將在世界市場上與國外產(chǎn)品展開激烈競爭。 機器人并不是在簡單意義上代替人的勞動，而是綜合了人和機器特長的一種擬人的機械電子裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應能力和分析判斷能力，又有機器持續(xù)工作時間長，精

12、確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。從某種意義上說。它也是機器在進化過程中的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 “機械手”也被稱為“自動手”，多數(shù)是指附屬于主機、程序固定的自動抓取、操作裝置（國內(nèi)一般稱作機械手或者專用機械手）。它能模仿人手或臂臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具。它可代替人的繁重勞動一實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中。以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益

13、廣泛的應用。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。 工業(yè)機械手在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手，直角坐標機器人等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。國外機械手的研究現(xiàn)狀是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前

14、已經(jīng)取得一定成績。世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達到6軸，負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。因工業(yè)機械手的小型化和微型化，應用領域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學以及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。 機械手技術是高技術的重要組成部分，其產(chǎn)業(yè)化的進程在我國剛剛起步，雖然取得了一定的成績，但仍然存在很多困難和不足，因此更需要多方面的關心和支持。1.2.2 碼垛機的發(fā)展趨勢目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需

15、要。在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據(jù)不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個

16、機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能

17、即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.3 碼垛機類型 根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結構設計的基礎。常見機器人的運動形式有四種，下面分別論述其特點，然后確定運動形式。 （1）直角坐標型機器人 直角坐標型機器人的結構簡圖如圖1.1所示，它在軸上的運動是獨立的，3個關節(jié)

18、都是移動關節(jié)，關節(jié)軸線相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設備的上下料，也可用于高精度的裝卸和檢測和作業(yè)。這種形式的主要特點是： 在三個直線方向上移動，運動容易想象。 計算比較方便。 由于可以兩端支撐，對于給定的結構長度，其剛性最大。 要求保留較大的移動空間，占用空間較大。 要求有較大的平面安裝區(qū)域。 滑動部件表面的密封較困難，容易被污染。 （2）圓柱坐標型機器人圓柱坐標型機器人的結構簡圖如圖1.2所示。這種形式的主要特點是： 容易想象和計算。 能夠伸入形腔式機器內(nèi)部。 空間定位比較直觀。 直線驅(qū)動部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質(zhì)。 手臂端部可以達到的空間受限制，不能到達靠近立柱或地面的空間。 （3）極坐

19、標型機器人 極坐標型機器人又稱為球坐標機器人，其結構圖如圖1.3所示。這種機器人運動所形成的軌跡表面是半球面。其特點是： 在中心支架附近的工作范圍較大。 兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封。 覆蓋工作空間較大。 坐標系較復雜，較難想象和控制。 直線驅(qū)動裝置仍存在密封問題。 存在工作死區(qū)。（4）多關節(jié)機器人 多關節(jié)機器人結構簡圖如圖1.4所示，它是以其各相鄰運動部件之間的相對角位移作為坐標系的。這種機器人手臂可以達到球形體積內(nèi)絕大部分位置，所能達到區(qū)域的形狀取決于兩個臂的長度比例。其特點是： 動作較靈活，工作空間大。 關節(jié)驅(qū)動處容易密封防塵。 工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。 適合于電動機驅(qū)動。 運

20、動難以想象和控制，計算量較大。 選擇方案的準則：滿足設設計要求：機械手能夠旋轉(zhuǎn)一定角度；結構簡單，便于計算分析。分析比較以上四種運動形式，確定選用圓柱坐標型機器人。1.4 工作運動的分析 本碼垛機械手是三自由度運動的碼垛機械手，共包含四個運動過程： （1）整個機械在水平面上的旋轉(zhuǎn)運動； （2）機械手臂豎直方向的上升和下降運動； （3）機械手臂水平方向的前伸和收縮運動； （4）手抓的抓緊和張開運動。 具體的運動行程是：機械手整體可以在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，完成貨物在水平面的移動，在機械手的下部裝有傳感器，使機械手轉(zhuǎn)動到規(guī)定位置后觸動傳感器，將會自動關閉電機；待其它結構完成動作后電機將自動開啟，機械

21、手返回到原來的位置。機械手臂整體可上下運動，并且能夠同時完成前伸和后縮，在手臂向下運動的同時向前伸，使空著的手抓在向下運動的同時也前運動，當手抓到達最低點后抓住貨物；當手臂向上運動的同時向后收縮，使抓著貨物的抓手在向上運動的同時向后運動，這樣設計的優(yōu)點是減小了旋轉(zhuǎn)慣量，節(jié)省了將運動分開運行所需的時間，提高了碼垛機的工作效率。此次畢業(yè)設計主要對碼垛機豎直方向的位移，繞豎直方向的旋轉(zhuǎn)運動進行設計，根據(jù)實際要求，設計要求，經(jīng)濟適應性選擇合適的傳動方案。機械手整體的旋轉(zhuǎn)運動通過鏈傳動，底盤與大鏈輪鏈接，大鏈輪與小鏈輪通過滾子鏈配合，小鏈輪是主動輪；小鏈輪與渦輪同軸，減速電機與蝸桿相連，傳遞動力至渦輪，

22、從而帶動小齒輪轉(zhuǎn)動。手臂相對于立柱的運動采用絲杠螺母傳動，通過齒輪傳動實現(xiàn)絲杠的轉(zhuǎn)動，將大齒輪安裝在絲杠的一端，由減速電機帶動，小齒輪作為主動輪，與大齒輪嚙合，從而帶動了絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)傳動。1.5 本章小結 本章介紹了國內(nèi)外碼垛機的發(fā)展，碼垛機的類型和工作運動。2 底座旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設計機械手整體可以在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，完成貨物在水平面的移動，在機械手的下部裝有傳感器，使機械手轉(zhuǎn)動到規(guī)定位置后觸動傳感器，將會自動關閉電機；待其它結構完成動作后電機將自動開啟，機械手返回到原來的位置。1-底座 2-RF37DR63M4減速電動機 3-蝸桿減速器 4-小鏈輪 5-滾子鏈 6-GYH2聯(lián)軸器 7-轉(zhuǎn)盤

23、8-大鏈輪圖2.1 碼垛機旋轉(zhuǎn)的裝配圖Fig. 2.1 Palletizing machine rotating assembly diagram機械手整體的旋轉(zhuǎn)運動通過齒輪傳動，底盤與大鏈輪鏈接，大鏈輪與小鏈輪通過滾子鏈配合，小鏈輪是主動輪；小鏈輪與渦輪同軸，減速電機與蝸桿相連，傳遞動力至渦輪，從而帶動小齒輪轉(zhuǎn)動。減速電機的輸出轉(zhuǎn)速是。2.1 驅(qū)動電動機的選擇 （1）電動機的類型的選擇，根據(jù)碼垛機設計的需求，碼垛機的作業(yè)要求以及電動機的最佳安放位置，來選取自帶減速器的R系列的減速電機。假使在轉(zhuǎn)盤上的機構以及電機的質(zhì)量為m=260kg，已在設計中考慮了留出預留量。 確定碼垛機手臂繞立柱轉(zhuǎn)動所需

24、的功率 (2.1);根據(jù)設計要求，；所以。由減速電機到鏈輪的傳動的總效率 （2.2）為聯(lián)軸器效率，為滾動軸承的傳動效率，為渦輪蝸桿的傳動效率，為鏈傳動效率。查表1-15（機械傳動和摩擦副的效率概略值）中得=0.99，=0.99，=0.81，=0.96，則。=0.99××0.81×0.96=0.74。所以減速電機的輸出功率為 (2.3)根據(jù)機械設計手冊來選定減速電機的額定功率=0.55kw。 （2）確定電動機轉(zhuǎn)速。根據(jù)設計需求，大鏈輪的轉(zhuǎn)動速度，鏈輪的齒數(shù)一般在17-114個齒之間，鏈傳動的傳動比通常限制i6，常取傳動比i=23.5，則輸出轉(zhuǎn)速為，取輸出轉(zhuǎn)速是。蝸桿

25、減速器的傳動比10。電動機轉(zhuǎn)速120r/min。選擇減速電動機型號RF37DR63M4。2.2 蝸桿減速器的設計 （1）已知電動機的輸出功率是0.55kw。輸出軸轉(zhuǎn)速n=120r/min.要求傳動比i=10。 （2）傳動裝置運動與動力參數(shù)計算。 各軸的轉(zhuǎn)速， 各軸的輸入功率 =0.7425×0.8=0.594kw 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 (2.4) 2.2.1 傳動零件的設計 （1）選擇蝸桿傳動的類型 按照GB/T10085-1988的推薦，使用漸開線蝸桿（ZI）。 （2）選擇材料 考慮了蝸桿傳動功率不是很大，速度也只是中等，因此蝸桿選用45鋼；因為希望蝸桿的效率較高，耐磨性較好，所以蝸桿的

26、螺旋齒面需要淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪采用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，使用金屬模鑄造。因為有色金屬比較貴重，僅把齒圈使用青銅來制造，而輪芯部分使用灰鑄鐵HT100來制造。 （3）按齒面接觸疲勞強度設計 按照閉式蝸桿的傳動設計準則，我先按齒面接觸疲勞強度來設計，定出結構尺寸，再校核齒根彎曲疲勞強度判定是否合格。蝸輪蝸桿的傳動中心距是 （2.5） 確定載荷系數(shù)K因為工作載荷帶有輕微沖擊，查機械設計表11-5中后得使用系數(shù)取1.0。齒向載荷分布系數(shù)=1.0 。由于轉(zhuǎn)速不是很高，沖擊不是很大，所以取動載系數(shù)=1.05。所以： (2.6) 確定彈性影響系數(shù) 因為采用的是鋼蝸桿與鑄錫磷青銅蝸輪之

27、間的配合，所以=160Mpa 確定接觸系數(shù)Zp先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a1的比值d1/a1=1，從機械設計圖11-18中查得Zp=2.7。 確定許用接觸應力 因為蝸桿材料為2，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45-50HRC，可得知蝸桿的基本許用應力是。應力循環(huán)次數(shù) (2.7)壽命系數(shù)： （2.8） （2.9） 計算中心距 （2.10） 取中心距a=115mm 由表11-2中得，模數(shù)m=4，分度圓直徑，這時d1/a1=0.35，從機械設計圖11-18中可以得到 zp=2.7，所以上述計算結果可行。 （4）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸。蝸桿：軸向尺距，直徑系數(shù)q=10齒頂圓直徑 (2.

28、11)齒根圓直徑 (2.12) (2.13)分度圓導程角=蝸桿軸向齒厚 (2.14)蝸輪：蝸輪齒數(shù)Z2=40 ，變位系數(shù)x=-0.500演算傳動比 (2.15)蝸輪分度圓直徑 (2.16)蝸輪喉圓直徑 (2.17)蝸輪齒根圓直徑 (2.18)蝸輪咽喉母圓半徑 (2.19) （5）校核齒根彎曲疲勞強度 （2.20） 當量齒數(shù)Zv2=z2/cos=41.62 根據(jù)x=-0.500， 從機械設計圖11-19中查得，齒形系數(shù) ，螺旋角系數(shù)，許用彎曲應力=從機械設計(第九版)表11-8中查得，由來制造的渦輪基本許用彎曲應力壽命系數(shù) 所以可見彎曲強度滿足條件。 （6）精度等級公差與表面粗糙度的確定 考慮是

29、設計動力傳動，所屬類型為通用的機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度里面選擇8級精度，選擇側(cè)隙種類為f，標注為 8f GB/T10089-1988。蝸桿的齒厚公差是，蝸桿的齒面與頂圓的表面粗糙度是1.6 ，蝸輪的齒面與頂圓的表面粗糙度是1.6和3.2 。2.2.2 蝸桿軸的設計 （1）按扭矩初算軸徑 材料：選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為230HBS，屈服極限，強度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，對稱循環(huán)變應力時的許用應力。初算軸的最小直徑為 （2.21） 當截面上有一個鍵槽時，應將求得的軸徑增大45，該軸上有一個鍵槽，故其軸徑應為：d = d+d×5=20.0

30、5+20.05×5=21.05mm經(jīng)以上計算危險截面處的最小軸徑為21.05mm，軸上任意截面處的軸徑應大于該值。所以取最小軸頸d=25mm。 （2）軸的結構設計現(xiàn)在初步確定軸的結構見圖圖2.2蝸桿軸的結構Fig .2.2 Structure of worm shaft徑向尺寸的確定軸段段要與聯(lián)軸器鏈接，=25mm，L=50mm.軸段起固定作用，為便于軸承軸向定位，此段軸徑=29mm，L=59mm軸段和與軸承的內(nèi)徑相配合，為便于軸承的安裝，取=30mm，L=12mm 與起固定作用，取=40mm，L=10mm=38mm ，L=30mm取蝸桿齒頂圓直徑， =48mm，L=70mm軸的總長

31、為283mm。2.2.3 渦輪軸的設計 （1）按扭矩初算軸徑 選用45號鋼，調(diào)制處理，硬度為217-255HBS由機械設計軸的計算 （2.22） 考慮軸上有兩個鍵槽，且軸頸100mm，所以將直徑增大10% ，則所以選d=45mm （2）蝸輪軸的結構設計初步確定軸的結構如圖3.2所示圖2.3渦輪軸的結構Fig. 2.3 Structure of turbine axis徑向尺寸的確定軸段起固定懸臂的作用，軸段起固定作用，軸段與軸承的內(nèi)徑相配合，軸段安裝套筒，取軸段安裝渦輪，現(xiàn)軸段與軸承配合軸段用于固定渦輪，取由機械設計鍵的選擇得： 與渦輪鏈接的鍵的尺寸為b×h=16×10，取

32、其長l=40mm。2.3 鏈傳動 鏈傳動是撓性傳動的一種，是由鏈輪與鏈條組成的。2.3.1鏈傳動特點鏈傳動和摩擦行的帶傳動相對比，不僅沒有彈性滑動也沒有打滑現(xiàn)象，所以能夠準確的保持平均傳動比不變，有較高的傳動效率；因為需要的張緊力不大，所以作用在軸的徑向壓力也小，能夠在一定程度上減少軸承的摩擦損失；鏈傳動和帶傳動相比結構緊湊，整體尺寸較?。豢梢栽跍囟容^高、潮濕和有油污等惡劣的條件下作業(yè)。 鏈傳動與齒輪傳動相對比，鏈傳動的安裝和制造精度要求較低，成本低；在中心距大的條件下鏈傳動的傳動結構輕便的多。傳動平穩(wěn)性不好，作業(yè)中有一定的噪聲和沖擊。鏈傳動的缺點：只能完成平行軸間鏈輪的同一方向的傳動，磨損后

33、容易產(chǎn)生跳齒現(xiàn)象，作業(yè)時有噪音。鏈傳動不適合在載荷變化大、急速反向和高速的傳動中使用。2.3.2 鏈傳動的設計 （1）選擇鏈輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)動比的確定通過輸出功率0.55kw，轉(zhuǎn)速12 r/min，傳動比 i=3，算得從動鏈輪轉(zhuǎn)速為4r/min。通常鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)，所以為了讓鏈輪和鏈條的磨損均勻，通常讓鏈輪齒數(shù)是奇數(shù)。 鏈輪的齒數(shù)一般在17-114個齒之間，取主動鏈輪齒數(shù)為17，鏈傳動的傳動比通常限制i6，常取傳動比i=23.5。傳動比i=3,可得從動鏈輪的齒數(shù)為51。 （2）計算當量的單排鏈計算功率Pca 憑借鏈傳動的工作狀況，鏈條的排數(shù)和主動鏈輪的齒數(shù)，當量的單排鏈的計算功率 （2.23） 式中

34、：A工況系數(shù)，Ka =1.0； KZ主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)(定主動輪齒數(shù)為11個齒)，見圖9-13，Kz =1.5； Kp單排鏈系數(shù) Kp=1.75； P傳動的功率，P=0.55kw。計算后得Pca =0.47kw。 （3）確定鏈條型號和節(jié)距P 鏈條型號按照當量的單排鏈的計算功率Pca和主動鏈輪轉(zhuǎn)速n1由圖9-11得到。然后由表9-1確定中確定鏈條節(jié)距P鏈條型號為ISO12A，鏈條節(jié)距P=19.05。 （4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距 =（3050）p （2.24）設定=30p=30×19.05=571.5mm按下式計算鏈節(jié)數(shù) （2.25） =95，不能采用過度鏈節(jié)，所以將計算出的鏈接數(shù)

35、圓整為偶數(shù)=94確定實際中心距=a-，通常,因為中心距可以改，取=0.004×571.5=2.286，所以=571.6-2.286=569.21mm。 （5）計算鏈速v，確定潤滑方式平均鏈速的計算 （2.26）求得v=0.065m/s 根據(jù)鏈速，由表914選擇合適的潤滑方式，選擇定期人工潤滑（6）選取滾子鏈型號為12A1一94 GB/T 1243 聯(lián)軸器2.4.1 聯(lián)軸器類型的選擇 此次設計采用凸緣聯(lián)軸器，因為其結構簡單、制造方便、成本低、裝卸和維修簡單，并且能夠傳動大轉(zhuǎn)矩。2.4.2 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算（1）載荷計算公稱轉(zhuǎn)矩 （2.27） 根據(jù)機械設計表14-1得： 許用轉(zhuǎn)矩： （2

36、.28） （2）型號選擇從GB/T 5843一2003中查得，GYH2凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩63N.m，許用最大轉(zhuǎn)速是10000r/min ，軸徑為25mm，所以此聯(lián)軸器合用。圖2.6 CYH2型聯(lián)軸器Fig. 2.6 CYH2 type couplings2.4.3 鍵的設計根據(jù)（750）選擇C型平鍵為： 鍵1：b×h=6×6，l=30mm；鍵的校核： （2.29） T傳遞的扭矩，（N·mm） d軸的直徑，（mm） k平鍵 k=0.4h, 鍵的工作長度，（mm） 根據(jù)（表53）可得為125150（Mpa） 所以此鍵可用。2.5 本章小結本章介紹了碼垛機底盤旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

37、的設計，包括如何選取電動機，蝸桿減速器、鏈傳動和聯(lián)軸器的設計。3 手臂升降系統(tǒng)的設計手臂的升降帶動水平手臂及手抓升降。1-YCJ7180F1-4減速電動機 2-升降絲杠 3-機架 4-升降系統(tǒng)大齒輪 5-升降系統(tǒng)小齒輪 6-圓柱滾子軸承N202E 7-圓柱滾子軸承N205E 圖3.1 碼垛機升降裝配圖Fig. 3.1 Palletizing machine lifting assembly diagram手臂相對于立柱的運動采用絲杠螺母傳動，通過齒輪傳動實現(xiàn)絲杠的轉(zhuǎn)動，將大齒輪安裝在絲杠的一端，由減速電機帶動，小齒輪作為主動輪，與大齒輪嚙合，從而帶動了絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)傳動。絲杠上螺母的移動速度。

38、3.1 螺桿和螺母的設計 螺桿與螺母需要根據(jù)選擇的材料進行校核，選擇合適的尺寸。3.1.1 螺桿和螺母材料的選擇螺紋表面需要有較高的耐磨性，螺紋表面部分需要進行淬火處理，選取螺桿的材料為40Cr，硬度50HRC；螺母選擇的材料是ZCuSn5Pb4Zn5（鑄錫青銅）。3.1.2 桿螺紋數(shù)據(jù)的設計與校核螺紋選擇梯形螺紋，牙行為等腰梯形，牙型角，內(nèi)、外螺紋以錐面貼緊，不適宜松動。與矩形螺紋相對比，傳動效率略低，不過工藝性好，牙根強度高，對中性好。梯形螺紋屬于最常用的傳動螺紋。根據(jù)國家的標準（GB5796.3-86），初選螺桿螺紋的公稱直徑，則可知其對應的參數(shù)為：螺距，中徑為,小徑為。（1）螺紋升角、

39、當量摩擦角的求取，以及自鎖性能校核 （3.1） 則；梯形螺紋牙型角；（查表185）得，螺桿與螺母材料為鋼青銅的摩擦系數(shù)是，當量摩擦角 （3.2） 由可知螺桿螺旋副已經(jīng)滿足了自鎖條件。 (2)在螺桿上螺紋軸向力的確定 假使在手臂上的手爪及其它輔助機構以及電機的質(zhì)量為m=150kg，已在設計中考慮了留出預留量,則徑向力，取，則；根據(jù)力的合成原理，知其軸向力；（3）螺紋副耐磨性能計算。如下圖所示：圖3.2 螺旋副傳動 Fig. 3.2 Screw drive螺紋工作面上的耐磨性條件是 （3.3）由于螺桿螺母的材料與螺旋副的轉(zhuǎn)動速度較低的原因，查機械零件設計手冊中表5-12，取滑動螺旋副的材料許用壓力

40、p=14Mpa,摩擦系數(shù)f=0.09;因為整體螺母，磨損后不能再調(diào)整間隙了，為了使受力分布均勻，螺紋的工作圈數(shù)不能太多，所以取 (3.4)則。對于梯形螺紋，接觸高度（內(nèi)、外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度。）h=0.5 P=0.5*7=3.5mm; （3.5）因此設計的螺紋能滿足耐磨性能的要求，可以使用。同時，螺紋的工作圈數(shù) (3.6)顯然此合格。（4）計算螺旋副的驅(qū)動力矩T，傳動效率求取螺旋副的驅(qū)動力矩T，傳動效率 （3.7)（5）螺桿剛度校核 由機械零件設計手冊可表查得螺桿材料40Cr彈性模量；在長度為1000mm左右的螺紋上，因為轉(zhuǎn)矩T與軸向載荷作用而產(chǎn)生的螺距變化量之和，然后根據(jù)下表4.1

41、表3.1 精度等級Tab. 3.1 Accuracy class 比較上表3.1可知設計的螺桿剛度滿足要求。 (6)螺桿強度的校核 由第四強度理論可求出危險截面的計算應力，其強度條件是 （3.8）螺紋桿所受的軸向壓力 ；螺紋桿的小徑 ；螺紋桿螺紋段危險截面的面積 (3.9)螺紋桿螺紋段抗扭截面的系數(shù) (3.10)查（表186）知材料為40Cr的螺桿屈服極限；再由(表5-13） 得螺紋桿的許用應力為 (3.11)將以上所求取的數(shù)據(jù)代入下式得所以強度滿足要求。(7)螺紋桿的穩(wěn)定性能校核螺紋桿的穩(wěn)定性條件為 （3.12）就傳導螺旋而言，螺紋桿穩(wěn)定性能安全系數(shù)；在這里取。臨界載荷，公式中E是材料的彈性

42、模量，Mpa；I是螺紋桿危險截面的慣性矩，則： （3.13）由于螺桿的安裝處于兩端固定狀態(tài)，根據(jù)表5-14知螺桿的長度系數(shù)；螺桿的長度l=1200mm;則臨界載荷： （3.14） （3.15）因此設計的螺紋桿滿足穩(wěn)定性能的要求。綜上所述，這次畢業(yè)設計中所設計的螺紋桿螺紋的最終參數(shù)是公稱直徑，螺距，中徑,小徑，螺紋升角，當量摩擦角。3.1.3 螺母參數(shù)的選擇與設計校核 （1）由螺紋桿選擇螺母螺紋的參數(shù)是公稱直徑，中徑為，小徑為，螺距為。螺紋桿與螺母螺紋精度的配合為：。 （2）螺母材料的強度基本都低于螺紋桿的材料強度，因此需要對螺母螺紋牙的強度進行校核。如圖所示，沿螺母大徑將螺母的一圈螺紋展開，則

43、可將此圖看成寬度是的懸臂梁。圖3.3 螺母螺紋圈的受力Fig. 3.3 Force of the screw ring of the nut螺紋牙的危險截面a-a的剪切強度條件是： （3.16）彎曲強度的條件為： （3.17）螺紋牙的根部厚度：；彎曲力臂： （3.18）由（表186）查得螺母材料的許用切應力：許用彎曲應力：螺紋的工作圈數(shù)：因此螺母全螺紋所受的平均工作壓力：根據(jù)剪切強度條件： (3.19)根據(jù)彎曲強度條件： (3.20)因此設計的此螺母滿足剪切強度條件和彎曲強度條件。3.2 驅(qū)動絲杠螺母傳動的齒輪的設計與校核3.2.1 驅(qū)動絲杠螺母齒輪的電動機的選取 （1）電動機類型的選擇 根據(jù)

44、設計數(shù)據(jù)的要求，電動機的最優(yōu)安裝位置和碼垛機的工作要求，本設計選用了自帶減速器的減速電機。電動機要用法蘭裝置固定。 （2）確定電動機功率 假使在手臂上的手爪及其它輔助機構以及電機的質(zhì)量為m=200kg，已在設計中考慮了留出預留量。 碼垛機的工作所需的功率為： (3.21)式中;根據(jù)設要求，；所以。由于電動機到絲杠螺母副的傳動總效率為：，其中是齒輪傳遞的效率，是滾動軸承的傳遞效率，是滑動絲杠的傳遞效率，查表（1-15）得，（摩擦副的效率和機械傳動概略值）則：。那么減速電動機的輸出功率：。根據(jù)（機械設計手冊）選定減速電動機的額定功率為： （3）確定電動機的轉(zhuǎn)速由設計要求初步確定，絲杠上螺母的移動速度，那么轉(zhuǎn)速，因為單級齒輪的傳動比為:，則電動機輸出轉(zhuǎn)速為根據(jù)(機械設計手冊)選定減速電動機的輸出轉(zhuǎn)速為：。 綜上所述此次所選用的減速電動機的型號為：YCJ7180F1-4。3.2.2 選定齒輪的類型，精度等級，材料及齒數(shù)， （1）由絲杠螺母副的運動需要，可選用直齒圓柱齒輪傳動； （2) 因為絲杠轉(zhuǎn)動速度并不是很塊，故可以選用8級精度（GB1009588）; （3) 齒輪材料的