某糧食翻垛機(jī)構(gòu)重要零部件參數(shù)計(jì)算與校核案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13327某糧食翻垛機(jī)構(gòu)重要零部件參數(shù)計(jì)算與校核案例 183501.1翻垛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 15411.1.1夾緊力的計(jì)算 194881.1.2齒輪箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 4284371.2耙平裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 973861.2.1耙齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 9170841.2.2齒耙與梁連接強(qiáng)度校核 1129321.3小結(jié) 151.1翻垛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算糧食翻垛機(jī)器人的翻垛裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，齒輪箱和兩根螺旋輸送桿。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)在前面電機(jī)選型時(shí)已經(jīng)介紹完成，下面將對(duì)螺旋輸送桿和齒輪箱進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。1.1.1夾緊力的計(jì)算螺旋輸送桿在糧食翻垛機(jī)器人中為立式結(jié)構(gòu)，糧食谷物從下部進(jìn)入螺旋提升裝置，然后從上部進(jìn)行卸料工作。由于本次設(shè)計(jì)的翻垛深度要求為三米，所以垂直輸送裝置下部不需要軸承進(jìn)行固定就能完成對(duì)糧食谷物的輸送提升。垂直結(jié)構(gòu)的螺旋輸送機(jī)能夠完成由下向上推運(yùn)送物料所必須需要的最低輸送轉(zhuǎn)速叫做最低臨界輸送轉(zhuǎn)速，如果速度低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，就不能完向上輸送糧食的目的。臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式：n=30?公式中：n：臨界轉(zhuǎn)速（r/min）；α：螺旋葉片的螺旋升角（度）；β：物料與螺旋表面之間的摩擦角（度）；r：物料距軸中心的平均半徑（m）r=R：螺旋輸送桿的最大半徑（m）；ψ：物料對(duì)螺旋輸送機(jī)內(nèi)的充滿系數(shù)，一般取ψ=0.5。糧食輸送的臨界速度和螺旋輸送桿的直徑有關(guān)，本設(shè)計(jì)中的螺旋輸送桿為200mm，經(jīng)計(jì)算所得螺旋桿是輸送臨界速度為120~130r/min。垂直螺旋輸送機(jī)的工作轉(zhuǎn)速一般為計(jì)算出來的臨界轉(zhuǎn)速的兩倍，要根據(jù)輸送某種物料來讓機(jī)器來進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。在螺旋輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，選擇較低的轉(zhuǎn)速可較少糧食對(duì)螺旋輸送機(jī)葉片的磨損消耗，以提高立式螺旋輸送機(jī)的使用壽命。立式螺旋輸送機(jī)的輸送量的計(jì)算：若ψ取0.5時(shí)，立式螺旋輸送量的計(jì)算公式：Q=9.42公式中：Q：輸送量（t/h）；D：螺旋直徑（m）；n：螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）；γ：物料密度（kg/m根據(jù)選擇的螺旋輸送桿的直徑計(jì)算出的輸送量不能滿足要求的時(shí)候，需要選用較大的螺旋輸送桿直徑或者合理的提高螺旋輸送桿的轉(zhuǎn)速。糧食翻垛機(jī)器人的螺旋輸送桿直徑為200mm，所以選擇的螺旋轉(zhuǎn)速為250~350r/min，輸送能力為18.5~26.5m/h。立式螺旋輸送機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)功率：計(jì)算公式如下：P公式中：PD：立式螺旋輸送機(jī)所需的軸功率（kWQ：輸送量（t/h）；H：提升高度（m）；f：阻力系數(shù)，它的取值需要根據(jù)糧食的不同性質(zhì)進(jìn)行選取，一般谷物可取f為5.5~7.5。電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算公式：P=公式中：K1：功率備用系數(shù)，取K1=1.1η：驅(qū)動(dòng)裝置總效率，一般取0.9~0.94；P：電動(dòng)機(jī)功率（kW）。圖1.1圖1.1受力分析圖1.1.2齒輪箱的設(shè)計(jì)計(jì)算電動(dòng)機(jī)為Y132s-4，功率為5.5kW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。傳動(dòng)裝置的總效率為：η=查《機(jī)械課程設(shè)計(jì)》教材，確定各部分連接間的傳動(dòng)效率，取：同軸彈性聯(lián)軸器的傳動(dòng)機(jī)械效率η1取0.995，圓柱齒輪之間的傳動(dòng)機(jī)械效率η2取0.96，滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸承（一對(duì)）的機(jī)械傳動(dòng)效率η=0.995*0.962*0.993=0.889確定傳動(dòng)比：i=公式中：N：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，1440r/min；n：螺旋輸送桿的轉(zhuǎn)速，300r/min。圖1.2圖1.2齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖傳動(dòng)比：i=1.8；分配傳動(dòng)比：i=i1得：i1=2.09，i計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)過程中的相關(guān)數(shù)值和動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)相關(guān)數(shù)值：螺旋輸送桿1：0軸——電機(jī)軸：PnT1軸——低速軸：PnT工作軸：PnT螺旋輸送桿2：0軸——電機(jī)軸：PnT0軸——高速軸：PnT1軸——中速軸：PnT2軸——低速軸：PnT工作軸：PnT減速齒輪箱的參數(shù)：電動(dòng)機(jī)軸1440r/min，輸入功率5.47kw，輸入轉(zhuǎn)矩36.28螺旋輸送桿1的參數(shù)：工作軸轉(zhuǎn)速300r/min，輸入功率5.19kw，輸入轉(zhuǎn)矩162.03螺旋輸送桿2的參數(shù)：中間軸轉(zhuǎn)速689r/min，輸入功率5.14kw，輸入轉(zhuǎn)矩171.24工作軸轉(zhuǎn)速300r/min，輸入功率1.87kw，輸入轉(zhuǎn)矩155.03齒數(shù)：對(duì)于軟多數(shù)齒面的全封閉式動(dòng)力傳動(dòng)，在能夠滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的必要條件下，宜選擇采用較多的軟齒數(shù)，一般可采取z1=20～40。因?yàn)榇藭r(shí)當(dāng)齒輪中心軸間距齒數(shù)確定后，齒數(shù)多，則輪齒重合度大，可有效提高齒輪傳動(dòng)的運(yùn)行平穩(wěn)性。對(duì)于硬化模齒面的高速閉式動(dòng)力傳動(dòng)，首先模齒應(yīng)保證具有一個(gè)足夠大的模數(shù)以確證保持在硬齒根彎曲時(shí)的強(qiáng)度，為有效減小閉式傳動(dòng)面的尺寸，宜可采取較少的模齒數(shù)，但要盡量避免硬齒發(fā)生根切，一般可采取z模數(shù)影響齒輪的抗彎強(qiáng)度，一般在滿足齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，選取較小模數(shù)，以增大齒數(shù)，減小切齒量。該新型系列高速齒輪機(jī)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置本身無任何技術(shù)特殊要求，為了能保證齒輪制造方便而均勻地采用軟質(zhì)高碳鋼制作齒面，大小每個(gè)大中齒輪均用45號(hào)等級(jí)不銹鋼，小齒輪均用正火高熱調(diào)質(zhì)經(jīng)高溫?zé)崽幚恚X輪整體表面均耐氧化腐蝕硬度：229~286HBS，大中小齒輪均用正火高溫調(diào)質(zhì)經(jīng)熱處理，齒輪整體表面均耐氧化腐蝕硬度：169~217HBS。齒輪的兩端承一端連接靠齒輪軸承夾肩軸承定位，另一齒輪端承則靠齒輪套筒軸承定位，裝卸和拆、傳遞動(dòng)力均較為方便；兩段齒輪端承常用同一軸承尺寸，以便于用戶購買、加工、安裝和售后維修；為了及時(shí)便于加工拆裝齒輪軸承，軸承安裝處理的軸承夾肩高度不宜過高(其高度最大固定值可從我國(guó)軸承安裝標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確查得)，故左右兩端齒輪軸承與右側(cè)齒輪間均應(yīng)設(shè)置兩個(gè)軸承夾肩。軸長(zhǎng)：長(zhǎng)度取決于軸上每個(gè)零件得到的寬度及他們得長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)的位置。具體工作時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題：（1）軸上與零件向配合的直徑應(yīng)取成標(biāo)準(zhǔn)值，非配合軸段允許為非標(biāo)準(zhǔn)值，但最好取為整數(shù)。（2）與滾動(dòng)軸承相配合的直徑，必須符合滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)。（3）直接安裝臥式聯(lián)軸器的連接軸徑范圍應(yīng)與安裝聯(lián)軸器的連接孔徑安裝范圍相同或適應(yīng)。（4）軸上的螺紋直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。（5）徑向軸上與輪轂零件相連接配合部分的徑向軸段定位長(zhǎng)度，應(yīng)比一般輪轂零件長(zhǎng)度略短2~3mm，以便于保證輪轂零件對(duì)于軸向軸的定位可靠。（6）若在軸上有安裝又軸向滑移的兩個(gè)零件，應(yīng)該分別考慮兩個(gè)零件的軸向滑移移動(dòng)距離。（7）軸上各連接零件之間間還應(yīng)該同時(shí)留有適當(dāng)?shù)倪B接間隙，以便于防止同軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)零件相碰。圖1.3倒角和錐面軸的一種整體運(yùn)動(dòng)形狀，從一個(gè)可以有效滿足最高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和同時(shí)可以有效節(jié)省材料使用量和材料量的角度上來考慮,最好的的同軸轉(zhuǎn)體是一個(gè)等于或最高強(qiáng)度的軸向同軸轉(zhuǎn)體拋物線和多回路的同軸轉(zhuǎn)體。但是這種不同直徑形狀的小型運(yùn)動(dòng)軸既然并不是很好的便于進(jìn)行機(jī)械加工,也不是很好的便于軸上其他機(jī)械零件的固定；從一個(gè)機(jī)械加工者的角度上來考慮，最好可以選擇的就是直接采用光軸直徑大小固定不變的光軸，但光軸上的運(yùn)動(dòng)不同有利于軸上其他零件的正常運(yùn)動(dòng)拆裝和準(zhǔn)確進(jìn)行定位。由于類似直角形和階梯形的主軸非常堅(jiān)固接近于等效的機(jī)械強(qiáng)度，而且非常堅(jiān)固便于反復(fù)進(jìn)行加工和拆裝保證了主軸上其他重要零件的準(zhǔn)確安全定位和容易反復(fù)拆裝，所以實(shí)際上的直角階梯形主軸多為類似直角形的階梯形。為了安全性并能夠有效地通過選用合適的各種圓柱形切削鋼和三角鋼來有效減少轉(zhuǎn)向軸的平均切削用量，階梯形式切削轉(zhuǎn)向軸各軸段的平均切削用量直徑及其長(zhǎng)度一般不宜相差取得小或相差過大，一般切削直徑不宜取為5圖1.3倒角和錐面為了大大度地便于換裝揩油鉆刀切削機(jī)的揩油加工，一根軸上的兩個(gè)相同圓角鍵槽母線寬度應(yīng)盡可能減少選擇取相同的軸段母線寬度半徑，退機(jī)后加工刀槽兩條母線寬度應(yīng)盡量減少取相同的軸段母線直徑寬度，倒角也至少應(yīng)保持尺寸相同；一根軸上各自的軸段鍵槽兩條母線寬度應(yīng)該完全分開連接在同一條的軸段鍵槽母線上，若同時(shí)換裝兩個(gè)揩油切削鉆機(jī)加工鍵槽的兩根相同軸段鍵槽母線相同直徑或者寬度大致相差不大時(shí)，應(yīng)盡可能減少選擇采用相同軸段母線直徑寬度的換裝揩油鉆機(jī)鍵槽，以大大減少揩油加工量和換裝揩油退機(jī)后刀槽的加工次數(shù)。需要退火磨制切削的每個(gè)軸段，應(yīng)該同時(shí)留有一個(gè)砂輪和越程槽，以便于在磨制切削時(shí)用的砂輪部件可以通過磨制切削連接到傳動(dòng)軸的機(jī)肩的端和底部；對(duì)于需要退火切制磨削螺紋的每個(gè)軸段，應(yīng)該還留有一個(gè)退火的刀槽，以便于保證切制螺紋牙均勻而能夠地達(dá)到與預(yù)期的磨削高度。制造時(shí)的工藝性往往一直是我們?cè)u(píng)價(jià)主軸設(shè)計(jì)產(chǎn)品優(yōu)劣的一個(gè)重要衡量方面，為了充分便于設(shè)計(jì)制造、降低生產(chǎn)成本，一根軸上的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)都必須認(rèn)真進(jìn)行考慮。軸的基本結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)確定之后，還可能需要按照制造工藝的技術(shù)要求，對(duì)傳動(dòng)軸的基本結(jié)構(gòu)和各細(xì)節(jié)部分進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)，從而大大提高傳動(dòng)軸的材料加工和機(jī)械裝配時(shí)的工藝性，改善傳動(dòng)軸的疲勞強(qiáng)度。軸上的傳動(dòng)應(yīng)力集中裝置會(huì)嚴(yán)重直接削弱應(yīng)力軸的疲勞強(qiáng)度，因此，軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免和適當(dāng)減小軸上應(yīng)力軸的集中。為了有效減小邊緣應(yīng)力突變集中，應(yīng)該在滾動(dòng)軸承橫剖面邊緣發(fā)生應(yīng)力突變的那個(gè)地方設(shè)計(jì)制成適當(dāng)?shù)募巛S過渡高度圓角；由于滾動(dòng)軸承在肩循環(huán)定位時(shí)表面板需要與其它零件緊密接觸，加大過渡圓角時(shí)的半徑經(jīng)常都會(huì)受到高度限制，這時(shí)我們可以考慮采用凹槽剪切過渡圓角或者采用肩軸循環(huán)圓角結(jié)構(gòu)等。表面面的粗糙度對(duì)傳動(dòng)軸的疲勞強(qiáng)度也是具有顯著的程度影響。實(shí)踐研究表明，疲勞時(shí)的裂紋常見地發(fā)生在人體表面粗糙的磨損部位。設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)該要十分注意軸的整體表面積和粗糙度的各個(gè)參數(shù)測(cè)量值，即使該軸是不與其它同軸零件直接相互配合的軸表面也不那么應(yīng)該受到忽視。采用高速碾壓、噴丸、滲碳高壓淬火、氮化、高頻高壓淬火等多種表面耐磨強(qiáng)化的加工方法時(shí)還可以顯著大大提高傳動(dòng)軸的疲勞強(qiáng)度。1.2耙平裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算耙平裝置采用齒耙結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單便捷，能更好的完成作業(yè)任務(wù)。本次環(huán)節(jié)將對(duì)各種齒耙的使用強(qiáng)度要求進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算校準(zhǔn)考核,使得各種齒耙強(qiáng)度能夠完全滿足不同使用者的要求。糧食翻垛機(jī)器人的齒耙結(jié)構(gòu)雖然是屬于附加功能，但是它的存在能夠減少工人一倍的工作時(shí)間，對(duì)于糧庫這種大型企業(yè)，縮短作業(yè)時(shí)間能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能減少工人受到傷害的概率。所耙平機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也很重要。1.2.1耙齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖1.4圖1.4耙齒結(jié)構(gòu)尺寸齒耙的面積：S=SS公式中：S：總面積（m2S1：梯形面積（mS2：三角形面積（m計(jì)算結(jié)果得：S1=0.001125m2，S2S糧食對(duì)于齒耙產(chǎn)生的力取100N，壓強(qiáng)：P=F/S=8510Pa所以齒耙的強(qiáng)度完全在一個(gè)可使用的范圍內(nèi)。1.2.2齒耙與梁連接強(qiáng)度校核螺栓組件接合整體組件各處的聯(lián)接接合整體組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要理論研究工作目的，在于合理地研究設(shè)計(jì)出并確定了各組件聯(lián)接接合螺栓組件接合的截面的聯(lián)連整體結(jié)構(gòu)幾何形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形狀和其他聯(lián)接組件螺栓的聯(lián)合整體結(jié)構(gòu)布置幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，力求各組件聯(lián)接接合螺栓和其他與各聯(lián)接整體結(jié)構(gòu)組件接合的整體截面和各間隙的聯(lián)接受力均勻，便于組件設(shè)計(jì)者的加工和及時(shí)進(jìn)行組件裝配。為此，設(shè)計(jì)時(shí)我們認(rèn)為應(yīng)更加綜合性準(zhǔn)確地充分考慮以下幾個(gè)個(gè)外觀方面的整體設(shè)計(jì)外觀問題：對(duì)于具有兩個(gè)聯(lián)接體一面和具有接合體兩面的立體數(shù)學(xué)圖形幾何體的整體外觀形狀通常都認(rèn)為可以將其設(shè)計(jì)為能夠形成橫縱向和軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單立體數(shù)學(xué)圖形幾何體的整體外觀形狀，如小型的橢圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。這樣不但不僅可以更加便于它的產(chǎn)品研發(fā)加工廠和產(chǎn)品制造，而且它還可以更加便于對(duì)稱中心分別布置兩個(gè)相同螺栓，使兩個(gè)相同螺栓上的聯(lián)接件一組的對(duì)稱中心和兩個(gè)螺栓上的聯(lián)接件在螺栓接合面的對(duì)稱受力形心比較均勻重合，從而這樣可以有效保證其在螺栓接合面上的對(duì)稱受力比較均勻。螺栓的橫向活動(dòng)孔孔布置連接方式精度應(yīng)得到保證并能使各孔的活動(dòng)孔沿螺栓的方向兩端連接受到壓力合理。對(duì)于兩個(gè)相同鉸的連孔方向應(yīng)盡量采用成對(duì)連接交換螺栓方式進(jìn)行交換聯(lián)接，不要在鉸孔連接螺栓平行于相同方向工作電位壓力電流載荷的兩個(gè)鉸孔方向上一次成對(duì)或列一排地進(jìn)行重復(fù)交換布置八個(gè)以上的鉸孔連接螺栓，以免造成工作壓力載荷兩個(gè)方向壓力分布過于不均。當(dāng)橫向聯(lián)接面與螺栓兩個(gè)縱向聯(lián)接接合面間需要同時(shí)承受較大彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)盡量減少使兩個(gè)聯(lián)接螺栓的縱向聯(lián)接邊緣位置適當(dāng)?shù)夭⒘谢蚩拷鼉蓚€(gè)縱向聯(lián)接面與螺栓橫向接合面的縱向兩端聯(lián)接邊緣，以有效率地減小兩個(gè)聯(lián)接螺栓的縱向聯(lián)接面承受力。如果同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。螺栓排列應(yīng)有合理的間距和邊距。布置螺栓時(shí)，各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來決定。進(jìn)行聯(lián)接螺栓及其組部件聯(lián)接強(qiáng)度受力計(jì)算分析的主要目的之一，是根據(jù)螺栓聯(lián)接的整體結(jié)構(gòu)和聯(lián)接受載荷的情況，求出聯(lián)接受力最大的聯(lián)接螺栓及其部件所受的聯(lián)接力，以便及時(shí)進(jìn)行聯(lián)接螺栓組與聯(lián)接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受力計(jì)算。為了有效簡(jiǎn)化測(cè)量計(jì)算，在仔細(xì)分析所有螺栓預(yù)緊組件與聯(lián)接的預(yù)緊受力時(shí)，假設(shè)所有預(yù)緊螺栓的聯(lián)接材料、直徑、長(zhǎng)度和螺栓預(yù)緊的受力均相同；螺栓聯(lián)接組的對(duì)稱中心與螺栓聯(lián)接面和接合面的對(duì)稱形心圖1.7螺栓連接受力圖圖1.圖1.7螺栓連接受力圖圖1.6齒耙和梁的連接圖1.5扳手空間如圖1.3所示，耙平裝置和履帶式移動(dòng)機(jī)器人底盤梁的連接通過螺栓組進(jìn)行連接，由于左右各有兩個(gè)螺栓進(jìn)行連接，所