PAGE417畢業(yè)設計(論文)（2015屆）500mm鍛打機械手結構設計學生姓名學號院系專業(yè)指導教師填寫日期完成日期 PAGE42摘要機械手是一種典型的機電一體化產品，鍛打機械手是機械手研究領域的熱點。研究鍛打機械手需要結合機械、電子、信息論、人工智能、生物學以及計算機等諸多學科知識，同時其自身的發(fā)展也促進了這些學科的發(fā)展。鍛打機械手的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯合國國際標準化組織采納了美國機械手協(xié)會給鍛打機械手下的定義：鍛打機械手是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結合我國的習慣用語，對鍛打機械手作如下定義：鍛打機械手是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。是可進行自動噴漆或關節(jié)其他涂料的工業(yè)機械手。鍛打機械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據外部來的信號，自動進行各種操作。本文對一種使用在鍛打機械手的結構進行設計，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對機械手模型進行力學分析，估算各關節(jié)所需轉矩和功率，完成電機和減速器的選型。其次從電機和減速器的連接和固定出發(fā)，設計關節(jié)結構，并對機構中的重要連接件進行強度校核。關鍵詞：結構設計，機器臂，關節(jié)型機械手，結構分析AbstractThemanipulatorisatypicalmechatronicsproduct,theforgingmanipulatoristheresearchfocusinthefieldofmechanicalhand.Studyontheforgingmanipulatorrequiresacombinationofmachinery,electronics,informationtheory,artificialintelligence,biology,computerandotherdisciplinesofknowledge,atthesametime,itsdevelopmentalsopromotesthedevelopmentofthesedisciplines.Thedefinitionofaforgingmanipulator,theworldhasnotyetunified,classificationisnotthesame.ThedefinitionoftheinternationalorganizationforStandardizationinrecentUnitedNationsadoptedthemanipulatorforforgingmachinery's:forgingmanipulatorisakindofmultifunctionoperationdevicecanrepeatprogramming,canbechangedbytheactionprogram,tocompleteallkindsofwork,mainlyusedformaterialhandling,transmissionparts.Thedefinitionofthereferenceofforeigncountries,combinedwithChineseidioms,aredefinedastheforgingmanipulator:Forgingmanipulatorisabodyindependentoftheactionmoredegreesoffreedom,theprogramcanbeflexiblychangedtoanylocation,automaticoperation,highdegreeofautomation.Isavailableforindustrialmanipulatorautomaticspraypaintorothercoatingjoint.Forgingmanipulatorarmwithrigidhighasthemainbody,comparedwithothers,canhavefastermovementspeed,cancarrymoreweight,andthepositioningaccuracyisveryhigh,itcanautomaticallyaccordingtothesignaltotheoutside,tocarryoutvariousoperations.Inthispaper,thedesignofastructureintheforgingmanipulator,anddrawthegeneralassemblydrawingandpartsdrawing.Forthemechanicalanalysisofthemodelofthemanipulator,thejointestimationoftherequiredtorqueandpower,electricalmotorandgearselection.Secondly,fromthemotorandthereducerisconnectedandfixedonthedesignofjointstructure,andtheconnectionstrengthcheck.KeyWords:structuraldesign,themachinearm,jointtypemanipulator,structureanalysis目錄摘要 IIAbstract III目錄 IV1緒論 11.1引言 11.2鍛打機械手研究概況 21.2.1國外研究現狀 21.2.2國內研究現狀 31.3鍛打機械手的總體結構 41.4主要內容 52總體方案設計 52.1機械手工程概述 52.2工業(yè)機械手總體設計方案論述 62.3機械手機械傳動原理 72.4機械手總體方案設計 92.5本章小結 103鍛打機械手機械部分的設計計算 103.1手部要求及選型 103.2機械手手抓的設計計算 113.2.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 113.2.2手抓的力學分析 123.2.3夾緊力及驅動力的計算 143.2.4手爪夾持范圍計算 153.3機械手手爪夾持精度的分析計算 153.4油缸的設計計算 173.4.1初步確系統(tǒng)壓力 173.4.2活塞桿的計算校核 193.4.3液壓缸工作行程的確定 203.4.4活塞的設計 213.4.5導向套的設計與計算 213.4.6端蓋和缸底的計算校核 223.4.7缸體長度的確定 223.4.8緩沖裝置的設計 223.4.9液壓缸的選型 234傳動箱設計計算 254.1傳動齒輪計算步驟 254.2傳動軸結構的初步擬定 274.3傳動軸的材料與熱處理 284.4傳動軸的技術要求 294.5傳動軸結構圖 304.6傳動軸組件的驗算 304.6.1支承的簡化 304.6.2傳動軸的撓度 314.6.3傳動軸傾角 325車身行走機構總體結構 335.1傳動裝置的結構 335.2車輪組安裝結構 335.3小車行走機構的設計 335.4選擇車輪與軌道并驗算其強度 345.4.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道 345.4.2車輪疲勞計算 345.4.3車輪強度計算 355.5運行阻力計算 355.5.1摩擦阻力矩計算 355.5.2摩擦阻力計算 355.6選擇電動機 365.6.1類型的選擇 365.6.2功率的確定 365.6.3工作機的阻力 365.6.4電動機的轉速的確定 375.7計算傳動裝置的運動參數和動力參數 375.7.1計算總傳動比i 375.7.2各軸的轉速 375.7.3各軸的功率 375.7.4各軸的轉距 375.7.5鏈輪、鏈條的選取校核 385.7.6軸承的選取校核 395.8軸的設計與校核 39總結 43參考文獻 44致謝 451緒論1.1引言機械手是一種典型的機電一體化產品，鍛打機械手是機械手研究領域的熱點。研究鍛打機械手需要結合機械、電子、信息論、人工智能、生物學以及計算機等諸多學科知識，同時其自身的發(fā)展也促進了這些學科的發(fā)展。機械手是鍛打機械手的一種。1959年，世界上誕生了第一臺工業(yè)機械手，開創(chuàng)了機械手發(fā)展的新紀元。隨著科學技術的發(fā)展，鍛打機械手的研究與應用迅猛發(fā)展。世界著名機械手專家、日本早稻田大學的加藤一郎教授說過：“機械手應當具有的最大特征之一是功能”。其中雙足是方式中自動化程度最高、最為復雜的動態(tài)系統(tǒng)。偉大的發(fā)明家愛迪生也曾說過這樣一句話：“上帝創(chuàng)造人類，兩條腿是最美妙的杰作”。系統(tǒng)具有非常豐富的動力學特性，對的環(huán)境要求很低，既能在平地上，也能在非結構性的復雜地面上，對環(huán)境有很好的適應性。功能的具備為擴大機械手的應用領域開辟了無限廣闊的前景。研究機械手的原因和目的，主要有以下幾個方面：希望研制出機構，使它們能在許多結構和非結構環(huán)境中，以代替人進行作業(yè)或延伸和擴大人類的活動領域；希望更多得了解和掌握人類得特性，并利用這些特性為人類服務，例如：人造假肢。系統(tǒng)具有豐富的動力學特性，在這方面的研究可以拓寬力學及機械手的研究方向；機械手可以作為一種智能機械手在人工智能中發(fā)揮重要的作用。鍛打機械手的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯合國國際標準化組織采納了美國機械手協(xié)會給鍛打機械手下的定義：鍛打機械手是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結合我國的習慣用語，對鍛打機械手作如下定義：鍛打機械手是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。是可進行自動噴漆或關節(jié)其他涂料的工業(yè)機械手。鍛打機械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據外部來的信號，自動進行各種操作。鍛打機械手是在計算機控制下可編程的自動機器。采用鍛打機械手是提高產品質量與勞動生產率，實現生產過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。機械手的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應用到國民經濟，民事技術等眾多的領域，具有廣闊的應用和發(fā)展前景，顯示出強大的生命力[1-2]。1.2鍛打機械手研究概況1.2.1國外研究現狀最早系統(tǒng)地研究人類和動物運動原理的是Muybridge，他發(fā)明了電影用的獨特攝像機，即一組電動式觸發(fā)照相機，并在1877年成功地拍攝了許多四足動物和奔跑的連續(xù)照片。后來這種采用攝像機的方法又被Demeny用來研究人類的運動。從本世紀30年代到50年代，蘇聯的Bernstein從生物動力學的角度也對人類和動物的機理進行深入的研究，并就運動作了非常形象化的描述。真正全面、系統(tǒng)地開展機械手的研究是始于本世紀60年代．迄今，不僅形成了機械手一整套較為完善的理論體系，而且在一些國家，如日本、美國和蘇聯等都已研制成功了能靜態(tài)或動態(tài)的機械手樣機。這一部分，我們主要介紹隊60年代到1985年這一時期，在機械手領域所取得的最重要進展。在60年代和70年代，對機械手控制理論的研究產生了3種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制、模型參考控制和算法控制。這3種控制方法對各種類型的機械手都是適用的。有限狀態(tài)控制是由南斯拉夫的Tomovic在1961年提出來的，模型參考控制是由美國的Farnsworth在1975年提出來的，而算法控制則是由南斯拉夫米哈依羅·鮑賓研究所著名的機械手學專家Vukobratovic博士在1969年至1972年問提出來的。這3種控制方法之間有一定的內在聯系。有限狀態(tài)控制實質上是一種采樣化的模型參考控制，而算法控制則是一種居中的情況[1]。在步態(tài)研究方面，蘇聯的Bessonov和Umnov定義了“最優(yōu)步態(tài)”，Kugushev和Jaro-shevskij定義了自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應于而且也適應于多足機械手。其中，自由步態(tài)是相對于規(guī)則步態(tài)而言的。如果地面非常粗糙不平，那么機械手在時，下一步腳應放在什么地方，就不能根據固定的步序來考慮，而是應該象登山運動員那樣走一步看一步，通過某一優(yōu)化準則來確定，這就是所謂的自由步態(tài)。在機械手的穩(wěn)定性研究方面，美國的Hemami等人曾提出將系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡化模型看作是一個倒立振子(倒擺)，從而可以將的前進運動解釋為使振子直立的問題。此外，從減小控制的復雜性考慮，Hemami等人還曾就機械手的“降階模型”問題進行了研究。前面我們曾指出Vukobratovic也對類人型系統(tǒng)進行了能量分析，但他僅限于導出各關節(jié)及整個系統(tǒng)的功率隨時間的變化關系，并沒有過多地涉及能耗最優(yōu)這個問題．但在他的研究中，Vukobratovic得出了一個有用的結論，即姿態(tài)越平滑，類人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。1.2.2國內研究現狀國內機械手的研制工作起步較晚，我國是從20世紀80年代開始機械手領域的研究和應用的。1986年，我國開展了“七五”機械手攻關計劃，1987年，我國的“863”高技術計劃將機械手方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國從事機械手研究與應用開發(fā)的單位主要是高校和有關科研院所等。最初我國進行機械手技術研究的主要目的是跟蹤國際先進的機械手技術，隨后取得了一定的成就。哈爾濱工業(yè)大學自1986年開始研究機械手，先研制成功靜態(tài)雙足機械手HIT-I，高110cm，重70kg，有10個自由度，實現平地上的前進、左右側行以及上下樓梯的運動，步幅45cm，步速為10秒/步，后來又相繼研制成功了HIT-II和HIT-III，重42kg，高103cm，有12個自由度，實現了步長24cm，步速2.3步每秒的。目前正在研制的HI下IV機械手，全身可有52個自由度，其在運動速度和平衡性方面都優(yōu)于前三型機械手[3～7]。國防科技大學在1988年春成功地研制了一臺平面型6自由度的雙足機械手KDW-1，它能前進、后退和上下樓梯，最大步幅為40cm，步速為4步每秒，1989年又研制出空間型KDW-II，有10個自由度，高69cm，重13kg實現進退、上下臺階的靜態(tài)穩(wěn)定以及左右的準動態(tài)。1990年在KDW-II的平臺上增加兩個垂直關節(jié)，發(fā)展成KDW-III，有12個自由度，具備了轉彎功能，實現了實驗室環(huán)境的全方位。1995年實現動態(tài)，步速0.8步每秒，步長為20cm～22cm，最大斜坡角度達13度。2000年底在KDW-III的基礎上研制成功我國首臺仿人形機械手“先行者”，動態(tài)，可在小偏差、不確定的環(huán)境，周期達每秒兩步，高1.4m，重20kg，有頭、眼、脖、身軀、雙臂、雙足，且具備一定的語言功能[8～13]。此外，清華大學正在研制仿人形機械手THBIP-I，高1.7m，重130kg，32個自由度，在清華大學985計劃的支持下，項目也在不斷取得進展。南京航空航天大學曾研制了一臺8自由度空間型機械手，實現靜態(tài)功能[13,14]。本課題源于“第一屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽”中機械手。目前，機械手大多以輪子的形式實現功能階段。真正模仿人類用腿走路的機械手還不多，雖有一些六足、四足機械手涌現，但是機械手還是鳳毛麟角。我們這個課題，探索設計僅靠巧妙的機械裝置和簡單的控制系統(tǒng)就能實現模擬人類的機械手。其分功能有：交替邁腿、搖頭、擺大臂、擺小臂。1.3鍛打機械手的總體結構鍛打機械手的組成及各部分關系概述：它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。(1)執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是鍛打機械手完成關節(jié)工件，實現各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。(a)末端執(zhí)行器：機械手為了進行作業(yè)而配置的操作機構，直接噴漆工件。(b)腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。(c)臂部：聯接機座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機械手的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機座。(d)機身：機械手的基礎部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉、升降或俯仰運動。(2)驅動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅動其動力的裝置。常用的有機械傳動、機電傳動、氣壓傳動和電傳動。(3)控制系統(tǒng)：通過對驅動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。(4)檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構的運動情況，根據需要反饋給控制系統(tǒng)，與設定進行比較，以保證運動符合要求。實踐證明，鍛打機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。1.4主要內容第1章緒論主要介紹機械手的相關知識和本課題研究的任務和要求.第2章總體方案設計,介紹該機械手各部分的相關知識和總體設計.第3章機械手各部分設計的介紹第4章機械手結構設計2總體方案設計2.1機械手工程概述機械手工程是一門跨學科的綜合性技術，它涉及到力學、機構學、機械設計、氣動液壓技術、傳感技術、計算機技術和自動控制技術等學科領域。人們將已有學科分支中的知識有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術稱之為“系統(tǒng)工程學”。以機械手設計為例，系統(tǒng)工程學認為，應當將其作為一個系統(tǒng)來研究、開發(fā)和運用，從機械手的整體出發(fā)來研究其系統(tǒng)內部各組成部分之間的有機聯系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關系的一種綜合性的設計方法。從系統(tǒng)功能的觀點來看，將一部復雜的機器看成是一個系統(tǒng)，它由若干個子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機地聯系在一起，是一個不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開、則將失去作為一個整體的特定功能。因此，在設計一部較復雜的機器時，從機器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個系統(tǒng)應具有如下特性：（1）整體性由若干個不同性能的子系統(tǒng)構成的一個總的機械系統(tǒng)應具有作為一個整體的特定功能。（2）相關性系統(tǒng)內各子系統(tǒng)之間有機聯系、有機作用，具有某種相互關聯的特性。（3）目的性每個系統(tǒng)都應有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結構、系統(tǒng)內各子系統(tǒng)的組合方式決定于系統(tǒng)的目的和功能。（4）環(huán)境適應性任何一個系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應外部環(huán)境的變化。因此，在進行機械手設計時，不僅要重視組成機械手系統(tǒng)的各個部件、零件的設計，更應該按照系統(tǒng)工程學的觀點，根據機械手的功能要求，將組成機械手系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設計出性能優(yōu)良適于工作需要的機械手產品。在比較復雜的工業(yè)機械手系統(tǒng)中大致包括如下:操作機，它是完成機械手工作任務的主體，包括機座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機構等。驅動系統(tǒng)，它包括作為動力源的驅動器，驅動單元，伺服驅動系統(tǒng)由各種傳動零、部件組成的傳動系統(tǒng)。控制系統(tǒng)，它主要包括具有運算、存儲功能的電子控制裝置（計算機或其他可編程編輯控制裝置），人——機接口裝置（鍵盤、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線編程、設備的輸入/輸出通訊接口，內部和外部傳感器以及其他通用或專用的外圍設備［14］。工業(yè)機械手的特點在于它在功能上的通用性和重新調整的柔性，因而工業(yè)機械手能有效地應用于柔性制造系統(tǒng)中來完成傳送零件或材料，進行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設備（如數控機床、鍛壓、焊接、裝配等生產設備）、輔助生產設備、控制裝置和工業(yè)機械手等一起形成了各種不同形式地工業(yè)機械手技術綜合體地工業(yè)機械手系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產部門，如建筑、采礦、交通運輸等生產領域引用機械手系統(tǒng)亦是如此。2.2工業(yè)機械手總體設計方案論述確定負載目前，國內外使用的工業(yè)機械手中，負載能力的范圍很大，最小的額定負載在5N以下，最大可達9000N。負載大小的確定主要是考慮沿機械手各運動方向作用于機械接口處的力和扭矩。其中應包括機械手末端執(zhí)行器的重量、關節(jié)工件或作業(yè)對象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產生的慣性力等。由本次設計給的設計參數可初估本次設計屬于大負載。驅動方式由于伺服電機具有控制性能好，控制靈活性強，可實現速度、位置的精確控制，對環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運動控制要求嚴格的中、小型機械手等特點，故本次設計采用了伺服電機驅動（三）傳動系統(tǒng)設計機械手傳動裝置中應盡可能做到結構緊湊、重量輕、轉動慣量和體積小，在傳動鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高機械手的運動和位置控制精度。在機械手中常采用的機械傳動機構有齒輪傳動、蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動、同步齒形帶傳動、鏈傳動、行星齒輪傳動、諧波齒輪傳動和鋼帶傳動等，由于齒輪傳動具有效率高，傳動比準確，結構緊湊、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，且大學學習掌握的比較扎實，故本次設計選用齒輪傳動。（四）工作范圍工業(yè)機械手的工作范圍是根據工業(yè)機械手作業(yè)過程中操作范圍和運動軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機械手的機械結構坐標形式、自由度數和操作機各手臂關節(jié)軸線的長度和各關節(jié)軸轉角的大小及變動范圍的選擇（五）運動速度機械手操作機手臂的各個動作的最大行程確定后，按照循環(huán)時間安排確定每個動作的時間，就能進一步確定各動作的運動速度，用m/s或（°）/s表示，各動作的時間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時間的長短，各動作之間順序是依序進行還是同時進行等。應試做各動作時間的分配方案表，進行比較，分配動作時間除考慮工藝動作的要求外，還應考慮慣性和行程的大小，驅動和控制方式、定位方式和精度等要求。2.3機械手機械傳動原理該方案結構設計與分析該機械手的本體結構組成如圖主視圖俯視圖鍛打機械手本體組成各部件組成和功能描述如下：底座部件：底座部件包括底座、齒輪傳動部件、軸承，步進電機等。機座作用是支撐部件，支承和轉動大臂部件,承受鍛打機械手的全部重量和工作載荷，所以機座應有足夠的強度、剛度和承載能力。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證鍛打機械手工作時的穩(wěn)定運行。鍛打機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等）與驅動源（如液壓、氣壓或電機等）相配合，以實現手臂的各種運動2.4機械手總體方案設計工業(yè)機械手的結構形式主要有直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構，關節(jié)型結構四種。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下[3]。(1)直角坐標機械手結構直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的，如圖2-1(a)由于直線運動易于實現全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機械手有可能達到很高的位置精度（μm級）。但是，這種直角坐標機械手的運動空間相對機械手的結構尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現一定的運動空間，直角坐標機械手的結構尺寸要比其他類型的機械手的結構尺寸大得多。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體。直角坐標機械手主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。(2)圓柱坐標機械手結構圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的，如圖2-1(b)。這種機械手構造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。(3)球坐標機械手結構球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的，如圖2-1(c)。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高。主要應用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。(4)關節(jié)型機械手結構關節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的，如圖2-1(d)。關節(jié)型機械手動作靈活，結構緊湊，占地面積小。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大。此種機械手在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機械手。根據任務書要求和具體實際我們選擇的是(d)關節(jié)型。機械手的特點是工作范圍大，動作靈活，通用性強，結構較緊湊，能抓取靠近機座的物體。協(xié)作單位根據其用途和特點提出如下技術參數2.5本章小結本章主要完成對機械手系統(tǒng)設計,通過多種方案的選擇來確定最終要確定的方案.確定了機械手的總體設計方案后，就要針對機械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個部分進行詳細設計。3鍛打機械手機械部分的設計計算3.1手部要求及選型即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內撐式;指數有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。（1）應具有適當的夾緊力和驅動力。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同的。（2）手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度），以便于抓取工件。（3）要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。（4）應保證手抓的夾持精度。3.2機械手手抓的設計計算3.2.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設計平動搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數：最大夾緊力1000KN要求管徑500mm。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結構簡單,適于夾持平板方料,且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置,其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指,驅動力需加在手指移動方向上,這樣會使結構變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置。3.2.2手抓的力學分析下面對其基本結構進行力學分析：滑槽杠桿圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結構。Jix圖機械手手抓結構圖(a)(b)圖5.1滑槽杠桿式手部結構、受力分析1——手指2——銷軸3——杠桿在杠桿3的作用下，銷軸[GB/T882-2000]2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于A及B。由=0得=0得由=0得（3.1）式中a——手指的回轉支點到對稱中心的距離（mm）.——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角。由分析可知，當驅動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好=。3.2.3夾緊力及驅動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按公式計算（3.2）式中——安全系數，通常1.2-2.0；——工作情況系數，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度；——運載時工件最大上升速度——系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.03-0.5s——方位系數，根據手指與工件位置不同進行選擇。G——被抓取工件所受重力（N）。表3-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上計算：設a=100mm,b=50mm,<<;機械手達到最高響應時間為0.5s，求夾緊力和驅動力和驅動液壓缸的尺寸。設==1.02根據公式，將已知條件帶入：（2）根據驅動力公式得：（3）?。?）確定液壓缸的直徑D3.2.4手爪夾持范圍計算為了保證手抓張開角為，手抓夾持范圍，當手抓沒有張開角的時候，如圖3.2（a）所示，根據機構設計，當張開時，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計算如下：（a）(b)圖5.2手抓張開示意圖3.3機械手手爪夾持精度的分析計算機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定進行機械手的夾持誤差。圖5.3手抓夾持誤差分析示意圖該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：手指長,取V型夾角偏轉角按最佳偏轉角確定： 計算=72.14當S時帶入有： 夾持誤差滿足設計要求。3.4油缸的設計計算3.4.1初步確系統(tǒng)壓力表3-1按負載選擇工作壓力[1]負載/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表3-2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]機械類型機床農業(yè)機械小型工程機械建筑機械液鑿巖機液機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32由表2-1和表2-2可知，初選液壓缸的設計壓力P1=10MPa為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，并取液壓缸機械效率。則液壓缸上的平衡方程要求管徑500mm，傳動軸旋轉速度2~10r/min，最大夾緊力1000KN，小車行走最大速度8m/min，工進油缸最大行程800mm，工進油缸最大速度17mm/s，抗最大軸向力400KN。。故液壓缸無桿腔的有效面積：液壓缸直徑表1液壓缸內徑系列GB/T2348-1980810121620253240506380100125160200250320400500按GB/T2348-1980，取標準值D=125mm；查《液傳動與控制手冊》故活塞桿直徑d=0.5D=62.5mm取d=60表2活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液壓缸缸體厚度計算缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。式中，——實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當Pn16MPa時，Py=1.25Pn。[]——缸筒材料許用應力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強度。注：1.額定壓力Pn額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=10MPa2.最高允許壓力PmaxPmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強度：σb=600MPa安全系數n按《液傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。則許用應力[]==120MPa=30,滿足。所以液壓缸厚度取30mm。則液壓缸缸體外徑為185mm3.缸筒結構設計缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構成密封的壓力腔，因而它的結構形式往往和缸蓋及缸底密切相關[6]。因此，在設計缸筒結構時，應根據實際情況，選用結構便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內外徑應根據標準進行圓整。3.4.2活塞桿的計算校核活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。其材料取Q235鋼?；钊麠U直徑的計算[1]查《液傳動與控制手冊》根據桿徑比d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。表2活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產品樣本，調速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度為最小速度，則由式（4-3）本例=122.65625>1.25，滿足最低速度的要求。2.活塞桿強度計算：<90mm（4-4）式中————許用應力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數取5，即活塞桿的強度適中）3．活塞桿的結構設計活塞桿的外端頭部與負載的拖動油馬達機構相連接，為了避免活塞桿在工作生產中偏心負載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應根據負載的具體情況，選擇適當的活塞桿端部結構。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設計和維護，本方案選擇O型密封圈。3.4.3液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度可以根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標準值。液壓缸活塞行程參數優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。表4-4（a）液壓缸行程系列（GB2349-80）[6]2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b）液壓缸行程系列（GB2349-80）[6]406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c）液壓缸形成系列（GB2349-80）[6]240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根據設計要求知快速接近工件，行程根據任務書要求，根據表3-8，可選取垂直方液壓缸的工作行程為800mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為1000mm3.4.4活塞的設計由于活塞在液力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能。考慮選用O型密封圈。3.4.5導向套的設計與計算1.最小導向長度H的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度[1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。根據經驗,當液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導向長度為:（4-5）一般導向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。圖4-1液壓缸最小導向長度[1]2.導向套的結構導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作情況適當選擇。3.4.6端蓋和缸底的計算校核在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計的不好容易損壞。1.端蓋的設計計算端蓋厚h為：式中D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——壓力，；——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；——材料的許用應力，。2.缸底的設計缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.4.7缸體長度的確定液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應大于缸體內經的20~30倍。取系數為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。3.4.8緩沖裝置的設計液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質量，在液力的驅動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現速度的遞減，直至為零。當液壓缸中活塞活塞運動速度在6m/min以下時，一般不設緩沖裝置，而運動速度在12m/min以上時，不需設置緩沖裝置。在該組合機床液系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設計緩沖裝置。3.4.9液壓缸的選型經過比較，參考市場上的液壓缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質的液壓缸產品的生產商—速易可（上海）有限公司/about_us.asp。速易可液動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設備研究、生產、銷售的自動化廠商，產品以『TONAB』品牌營銷國內外市場，產品主要有空液凈化組件、液動控制組件、液動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設備，產品廣泛應用于醫(yī)療器械、工業(yè)機械手、食品包裝機械、紡織機械、半導體設備、軌道交通、煙草機械、機床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學培訓等行業(yè)。速易可目前主要產品有：無桿液壓缸、滑臺液壓缸、止動液壓缸、回轉液壓缸、機械夾、回轉夾緊液（油）壓缸、導桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標準型液壓缸、控制閥、空液控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關液動輔助零組件。根據上節(jié)計算，在這選擇YAL1254傳動箱設計計算4.1傳動齒輪計算步驟選定齒輪精度等級、材料及齒數選用7級精度(GB10095-88)材料選擇由《機械設計（第八版）》表10-1選擇大小齒輪材料均為45鋼（調質），小齒輪齒面硬度為250HBS，大齒輪齒面硬度為220HBS。選小齒輪齒數，選取螺旋角。初選螺旋角2、按齒面接觸強度設計由設計計算公式進行試算，即(1)確定公式內的各計算數值試選載荷系數計算小齒輪的轉矩選齒寬系數由《機械設計（第八版）》圖10-30選取區(qū)域系數由《機械設計（第八版）》圖10-26查得，，則由《機械設計（第八版）》表10-6查得材料的彈性影響系數計算應力循環(huán)次數由《機械設計（第八版）》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限由《機械設計（第八版）》圖10-19取接觸疲勞壽命系數10）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數S=1，得（2）計算1）試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得計算圓周速度v計算縱向重合度5）計算載荷系數根據，7級精度，由《機械設計（第八版）》圖10-8查得動載系數由《機械設計（第八版）》表10-3查得由《機械設計（第八版）》表10-2查得使用系數由《機械設計（第八版）》表10-13查得由《機械設計（第八版）》表10-4查得接觸強度載荷系數6）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，得計算模數取幾何尺寸計算計算中心距取得按圓整后的中心距修正螺旋角因值改變不多，故參數、等不必修正4.2傳動軸結構的初步擬定傳動軸的結構主要決定于傳動軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承和密封裝置等的類型、數目、位置和安裝定位的方法，同時還要考慮傳動軸加工和裝配的工藝性，一般在特殊磨頭傳動軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把傳動軸設計成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。傳動軸是空心的或者是實心的，主要取決于特殊磨頭的類型。此次設計的傳動軸，也設計成階梯形，同時，在滿足剛度要求的前提下，設計成空心軸，以便通過刀具拉桿。傳動軸端部系指傳動軸前端。它的形狀決定于特殊磨頭的類型、安裝夾具或刀具的形式，并應保證夾具或刀具安裝可靠、定位準確，裝卸方便和能傳遞一定的扭矩。4.3傳動軸的材料與熱處理傳動軸材料主要根據剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇。傳動軸的剛度與材料的彈性模量E值有關，鋼的E值較大（2.1×10N/cm左右），所以，傳動軸材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量E的數值和鋼的種類和熱處理方式無關，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量E基本相同。因此在選擇鋼料時應首先選用價格便宜的中碳鋼（如45鋼），只有在載荷特別重和有較大的沖擊時，或者精密特殊磨頭傳動軸需要減少熱處理后的變形時，或者軸向移動的傳動軸需要保證其耐磨性時，才考慮選用合金鋼。當傳動軸軸承采用滾動軸承時，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45鋼傳動軸軸頸仍進行高頻淬火（HRC48～54）.有關45鋼傳動軸熱處理情況如下表2.2所列：表2-2使用滾動軸承的45鋼傳動軸熱處理等參數工作條件使用機床材料牌號熱處理硬度常用代用輕中負載車、鉆、銑、磨床傳動軸4550調質HB220～250輕中負載局部要求高硬度磨床的砂輪軸4550高頻淬火HRC52～58輕中負載PV≤40（N·m/cm·s）車、鉆、銑、磨床的傳動軸4550淬火回火高頻淬火HRC42～50HRC52～58此次設計的特殊磨頭傳動軸，考慮到傳動軸材料的選擇原則，選用價格便宜的中碳鋼（45鋼）。查表2-2中，因工作中承受輕、中負荷，且要求局部高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。4.4傳動軸的技術要求傳動軸的精度直接影響到傳動軸組件的旋轉精度。傳動軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關系到接觸剛度，零件接觸表面形狀愈準確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接觸剛度愈高。因此，對傳動軸設計必須提出一定的技術要求。（1）軸頸此次設計的傳動軸，應首先考慮軸頸。支承軸頸是傳動軸的工作基面、工藝基面和測量基面。傳動軸工作時，以軸頸作為工作基面進行旋轉運動；加工傳動軸時，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基面來最后精磨錐孔；在檢查傳動軸精度時，以軸頸作為測量基面來檢查各部分的同軸度和垂直度。采用滾動軸承時，軸頸的精度必須與軸承的精度相適應。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動軸承的配合質量。對于普通精度級特殊磨頭的傳動軸，其支承軸頸的尺寸精度為IT5，軸頸的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應小于直徑公差的1/4～1/2。（2）內錐孔內錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗特殊磨頭精度時，它是代表傳動軸中心線的基準，用來檢查傳動軸與其他部件的相互位置精度，如傳動軸與導軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經常裝拆，故內錐孔必須耐磨。錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距100～300毫米處對軸頸的徑向跳動表示；其形狀誤差用標準檢驗錐著色檢查的接觸面積大小來檢驗，此乃綜合指標；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。4.5傳動軸結構圖根據以上的分析計算，可初步得出傳動軸的結構如圖2-7所示：圖2-7傳動軸結構圖4.6傳動軸組件的驗算傳動軸在工作中的受力情況嚴重，而允許的變形則很微小，決定傳動軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此傳動軸的計算主要是剛度的驗算，與一般軸著重于強度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的傳動軸也能滿足強度的要求。剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當載荷一定時，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。傳動軸組件的彈性變形計算包括：傳動軸端部撓度和傳動軸傾角的計算。4.6.1支承的簡化對于兩支承傳動軸，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將傳動軸組件簡化為簡支梁，如下圖2-8所示；若前支承有兩個以上滾動軸承，可認為傳動軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，如圖2-9所示：圖2-8傳動軸組件簡化為簡支梁圖2-9傳動軸組件簡化為固定端梁此次設計的傳動軸，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個推力球軸承作為支承，即可認為傳動軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為上圖2-9所示。4.6.2傳動軸的撓度查《材料力學I》第188頁的表6.1，對圖2-9作更進一步的分析，如下圖2-10所示：根據圖2-10，可得此時的最大撓度=其中，F—傳動軸前端受力。此處，F=F=1213.1Nl—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm圖2-10固定端梁在載荷作用下的變形E—傳動軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cmI—傳動軸截面的平均慣性矩。當傳動軸平均直徑為D，內孔直徑為d時，I=。此處，D=35故可計算出，傳動軸端部的最大撓度：4.6.3傳動軸傾角傳動軸上安裝傳動軸和安裝傳動齒輪處的傾角，稱為傳動軸的傾角。此次設計的傳動軸主要考慮傳動軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。根據圖2-10，可得此時的最大傾角=其中，F—傳動軸前端受力。此處，F=F·z=1213.1Nl—A、B之間的距離。此處，l=a=12cmE—傳動軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cmI—傳動軸截面的平均慣性矩。當傳動軸平均直徑為D，內孔直徑為d時，I=。此處，D==133故可計算出，傳動軸傾角為：=-2.3×10rad查《特殊磨頭設計》第一冊中機械部分的第670頁，可知：當x≤0.0002Lmm≤0.001rad時，剛性傳動軸的剛度滿足要求。此處的x，即為最大撓度和最大傾角，L為傳動軸支承跨距。將已知數據和代入，即可得：初步設計的傳動軸滿足剛度要求。5車身行走機構總體結構對于長×寬×高＝3500×1420×738毫米的尺寸的小車總體設計，由鋼板制成，用于焊接珩架結構，底部長×寬＝3500×1420毫米，20毫米的鋼板厚度，中間三肋鋼板焊接而成，升鋼板焊接而成，四周分別鑲有四個滑塊，用沉頭螺栓固定在立柱上。5.1傳動裝置的結構此車是鏈傳動的使用，該機構的小車工作的基礎上。在電機驅動，通過安裝軸承和傳動軸，傳動軸輪，車輪軸沿著移動的鋼軌，從而實現搬運。變速器托架主要取決于焊接在一起，這主要是由于需要制造和安裝，而且由于焊接結構有其獨特的優(yōu)勢，節(jié)省材料和工時，可以非常小，小，易于實現制造。因此，整體結構簡單、容易制造。因此，傳動裝置用螺栓與車架相連接安裝在車輪下方。5.2車輪組安裝結構焊接小車是一個長方形鋼架，Q235鋼，鋼框邊與上部分別與地板焊接，以增加其穩(wěn)定性和牢固性，在矩形框架支撐和固定第一卷小車行走輪組，在上面分別焊有垂直塊和水平塊，用45號鋼。垂直度要求0.05mm，軸向間距2046毫米的平行度要求，在0.05毫米，安裝車輪組可以保證在同一平面上的四個車輪踏面。5.3小車行走機構的設計分析擬定動方案由其工作速度及承載能力的要求，選擇鏈輪傳動，其傳動比大，結構緊湊，布置在傳動裝置的高速級，獲得比較小的結構尺寸，工字軌道使的行走平穩(wěn)，提高承載能力和傳動效率。其傳動簡圖如下5.4選擇車輪與軌道并驗算其強度5.4.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道選擇車輪與軌道并驗算其強度車輪的最大輪壓：=（Q+)(1.1)式中——小車自重，估取為=5000由已知有Q=15000(舉升最大重量15T)載荷率==3＞1.6由《起重機設計手冊》選擇車輪：當運行速度（=200m/min）>60m/min，＞1.6，工作類型為中級時，車輪直徑為=400mm，軌道為P38，其許用輪壓為16t，故可用.5.4.2車輪疲勞計算疲勞計算時的等效載荷：(1.2)式中——等效系數由表1-20查得車輪的計算輪壓： (1.3)式中——沖擊系數，由表2-7查的。當載荷為第一種時，運行速度V＜1時，=1——載荷變化系數，查表2-8，當＞1.6時，=0.8根據點接觸情況計算接觸疲勞應力：(1.4)式中——軌頂弧形半徑，由表3-8-15查得。對于車輪材料,由表5-4查得=17000-19000。比較得＜，故疲勞條件滿足。5.4.3車輪強度計算按點接觸進行接觸力的強度校核：(1.5)式中——沖擊系數，由表2-7查得對于車輪材料,由表5-4查得=20000-23000。比較得＜，故強度條件滿足。5.5運行阻力計算5.5.1摩擦阻力矩計算摩擦總阻力矩：(2.1)由表8-1-102知車輪軸承型號為7520，內徑值為；由表7-1至7-3有為滾動摩擦系數；軸承摩擦系數；附加阻力系數。代入上式得：5.5.2摩擦阻力計算運行摩擦阻力：(2.2)5.6選擇電動機5.6.1類型的選擇根據電源的種類，工作要求，工作環(huán)境，載荷大小，本設計中選擇我國新設計的國際市場上通用的統(tǒng)一系列－Y型系列三相異步電動機。5.6.2功率的確定計算工作機所需的功率Pw工作機所需的功率Pw（kw）由工作機的工作負載（阻力）和運動參數計算求得：式中Fw――――工作機的阻力（N）Vw————工作機的線速度（m/s）Tw————工作機的轉矩（N.M）————工作機的效率5.6.3工作機的阻力已知V=200m/min≈3.33（m/s）又∵F=G1＋G2=15000＋5000=20000（N）∴Fw=20000（N）由手冊表1-14查得車輪與鋼軌的滾動摩擦系數f＝0.05～0.07,本設計中取f＝0.15，∴Fw=f.F＝20000×0.15＝3000（N）工作機的效率由手冊表1-15查得鏈傳動的η＝0.97工作機的功率Pw電機的輸出功率P0由工作機所需功率和傳動裝置的總效率可求得電動機所需的輸出功率式中η—為電動機至主傳動裝置的總效率（包括鏈輪傳動，兩對滾動球軸承一彈性聯軸器彈性體聯軸器）η值的計算η＝η1η2由手冊表1-15查得鏈輪傳動η1＝0.97滾動球軸承η2＝0.99因此η＝0.97×0.99＝0.96所以確定電動機的額定功率Pm:按下式確定電動機的額定功率Pm＝（1～1.3）P0功率的大小可據負載狀況來決定，由手冊第一篇中有關Y系列電動機技術參數的表中，取電動機的額定功率為Pm＝11KW，符合設計要求。5.6.4電動機的轉速的確定從動軸的轉速:r/min按手冊表14-1推薦的各種傳動機構傳動比的范圍，取鏈輪傳動的傳動比為i＝1，所以，電機可選擇的轉速范圍為n′電動機型號的確定:選擇JK系列減速電機Y2160M-4減速機：DCY200-2Ni=405.7計算傳動裝置的運動參數和動力參數5.7.1計算總傳動比i傳動裝置的總傳動比＝1式中nm——電動機滿載轉速Nw——軸轉速5.7.2各軸的轉速I電動機轉速n1＝29r/minⅡ軸＝29r/m5.7.3各軸的功率I軸P1＝Pm·η2＝11×0.995＝10.945（kw）II軸P2＝P1·η1·η3＝10.945×0.97×0.99=10.51KW5.7.4各軸的轉距電機軸T0＝3640（N·M）I軸T1＝T0＝3640（N·M）II軸=3461N5