自动送料机械手执行机构的机构设计.doc
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1、1.1方案选择11.1.1设计要求11.1.2电动机的选择1第2章齿轮的设计2第3章 轴的设计及校核63.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度93.2.3 轴上零件的周向定位103.2.4 确定轴上圆角和倒角尺寸104.1圆柱凸轮的设计124.盘形凸轮的设计154.1凸轮机构类型154.2凸轮机构类型154.3凸轮轮廓数据164.4凸轮轮廓数据16第1章 自动送料机械手执行机构的机构设计1.1方案选择1.1.1设计要求本设计要求完成抓握最大直径为24mm,质量为的圆形棒料,回转90度以及上下15度摆动三个自由度的动作传动方案的拟定a、 由三相异步电机/机械手各运动构件b、手臂回转机构由圆
2、柱凸轮带动齿条,齿条再带动齿轮完成运动,手抓夹紧松开机构由平底凸轮机构完成,上下摆动运动机构盘行凸轮传动完成。 1.1.2 传动方案的分析 a.方案机构运动较为灵活,并且三相异步电机性价比比较高,成本不高;b.方案各运动机构布置较为合理,c.本方案机构结构较紧凑,环境适应性好,传动效率较高,工作寿命长,成本较低,连续工作性能较好,能较好地满足工业生产的需要。1.1.2电动机的选择由于该自动送料机械手机器在工业生产中应用,它的用电环境属于工业用电,所以选择V频率为HZ。本设计选用三相异步电动机,该机械手作业全过程所需的功率小,故选型三相异步电动机,额定功率为.,额定电压为,铁心长度/mm: 80
3、。气隙长度/mm: 0.3定子外径/mm: 120,定子内径/mm: 67,定子线规nc-dc: 1-0.71,每槽线数: 90,并联支路数: 3,绕组型式: 单层交叉,节距: 19/210/1811,槽数Z1/Z2: 18/16 ,转动惯量/(kgm2): 0.00090,质量/kg: 17。 第2章齿轮的设计由于本设计机械手夹料质量体积小,所需功率小。所以所用的齿轮传递的扭矩不大,我们在选择齿轮时,设计下列参数:(参照机械设计第十章)齿轮传动的设计计算过程如下4:本设计中采用的是直齿圆柱齿轮。已知输入功率P=.1KW,齿轮转速n=r/min,齿数比u=:设工作寿命为10年(年工作300天)
4、,两班制。(1) 选用直齿圆柱齿轮传动。(2) 由于运转速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)(3) 材料选择。选择齿轮材料为45钢(调质)硬度为 240HBS,选齿轮齿数z= z,(4) 按齿面接触强度设计由设计计算公式(10-9a)进行试算,即d2.32 1) 确定公式内的各计算数值(1) 试选载荷系数K=1.3(2) 计算小齿轮传递的转矩T=95.510P/n=95.510.1/=6.3610Nmm(3)由表10-7选取齿宽系数=1(4)由表10-6查得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa(5)由图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa;(6)由式10
5、-13计算应力循环次数N=60njL=60(2830010)=.(7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数=0.90(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1,安全系数S=1,由式(10-12)得 =/S=.550=495Mpa2) 计算(1) 试算齿轮分度圆直径d,代入中较小的值d2.32 =2.32=144.796mm(2) 计算圆周速度vv=dn/(601000)= 144.79615/60000=0.114m/s(3) 计算齿宽bb= d=1144.796=144.796mm(4) 计算齿宽和齿高之比b/h模数 m= d/z=144.796/43=3.36mm齿高h=2.25 m=2.25
6、3.36=7.576mmb/h=144.796/7.576=19.11(5) 计算载荷系数根据v=0.114m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数K=1.10直齿轮,假设K/b100N/mm。由表10-3查得K=K=1.2由表10-2查得使用系数K=1;由表10-4用插值法查得7级精度,小齿轮相对支承对称布局时,K=1.441由b/h=19.11, K=1.441,查10-13,得K=1.35故载荷系数K=KKKK=1.0 1.101.21.441=1.902(6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,(10-10a)得d= d=144.796=211.5mm(7)计算模数mm= d/
7、z=164.89/43=3.8mm3按齿根弯曲强度设计由式(10-5)得弯曲强度设计公式为m1) 确定公式内的计算数值(1) 由图10-20c查得齿轮的弯曲强度极限=380Mpa,(2) 由图(10-18)查得弯曲疲劳寿命系数=0.85,(3)计算弯曲疲劳应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(10-12)得= =0.85380/1.4=230.71Mpa(4)计算载荷系数KK=11.11.21.35=1.810(5)查取齿形系数由表(10-5)查得Y=2.65,=2.161(6)查取应力校正系数由表(10-5)可查得Y=1.58,Y1.812(1) 计算大小齿轮的Y/并加以比较=0.0169
8、大齿轮的数值大。2)设计计算m=4.562mm对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数4.562并就近圆整为标准值m=5,按接触强度算得的分度圆直径d=211.5mm,算得小齿轮齿数z= d/m=211.5/5=42.3 取z=43这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。4 几何尺寸计算1) 计算分度圆直径d=zm=435=215mm2) 计算中心
9、距a=( d+d)/2=(215+215)/2=215mm3) 计算齿轮宽度b=1215=21.5mm取B=B=25mm,齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25 压力角*=端面齿顶高系数 ha*t=1.00端面顶隙系数 c*t=0.25端面压力角*t= 第3章 轴的设计及校核3.轴的设计选择轴的材料和热处理方式(参照机械设计第十五章)选择轴的材料为45钢,经调质处理, 其机械性能由表1查得:650MPa,=360MPa,=300MPa,155MPa;60MPa。3.1.1初算轴的最小轴径由表3,选=123则轴的最小直径为:123=46.04mm轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直
10、径,需开键槽,故将最小轴径增加5%,变为48.34mm。3.1.2、初选轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用角接触球轴承。根据工作要求及输入端的直径(70mm),由轴承产品目录中选取型号为71814C的滚动轴承,其尺寸为dDB=709010。(查机械设计手册软件版)4、轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案,参考轴的结构设计的基本要求,得出如图所示的轴结构。图中,左端轴承能从输入端装入,凸轮、套筒、齿轮、套筒、右端轴承和端盖、依次从轴的右端装入,这种装配方案装拆更为简单方便,若为成批生产,该方案在机加工和装拆等方面更能发挥其长处。综合考虑
11、各种因素, 故初步选定轴结构如图。图4.1轴1的结构2)确定轴的各段直径由于联轴器型号已定,左端用轴端挡圈定位,右端用轴肩定位。故轴段的直径即为相配合的半联轴器的直径,取为50mm。联轴器是靠轴段2的轴肩来进行轴向定位的,为了保证定位可靠,轴段2要比轴段1的直径大510mm,取轴段2的直径为60mm。轴段3和轴段8均是放置滚动轴承的,但是直径与滚动轴承内圈直径不一样,轴段3为70,轴段8的为 60mm。考虑拆卸的方便,轴段7的直径只要比轴段8的直径大12mm就行了,这里取为62mm。轴段8有一轴环,左侧用来定位齿轮,右侧用来定位滚动轴承,轴环的直径还要满足比轴段8的直径(为60mm)大510m
12、m的要求,故这段直径最终取为65mm。3)确定轴的各段长度轴段8的长度取为55mm。 轴段7的长度要根据齿轮的轮毂宽度来定,故该段轴长取为25mm。轴段6的长度根据凸轮与齿轮的位置关系来确定,所以他的长度取为75mm.轴段5的长度取决于凸轮的宽度,故根据凸轮的宽度得37mm轴段4是圆柱凸轮与盘行凸轮之间得距离,它是一个台阶取为25mm 同理其他轴段长度可恰当地取值,轴段3为54mm,轴段2为40mm,轴段1为60mm.4) 轴上零件的周向定位齿轮、凸轮与轴的周向定位均采用平键联接。对于齿轮,查机械设计手册软件版,得平键截面bh=1811(GB1095-79),键槽用键槽铣刀加工,长为20mm(
13、标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6;同样,凸轮与轴的联接,选用平键为201230,凸轮与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为k6。 5)确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角为2456)按弯扭合成校核(1)画受力简图画轴空间受力简图c,将轴上作用力分解为垂直面受力图d和水平受力图e。分别求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或扭矩(因轴上零件如齿轮、联轴器等均有宽度)可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置,随轴承类型和布置方式不同而异,其中a值参见滚动轴承样本
14、,跨距较大时可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。(2)计算作用于轴上的支反力水平面内支反力垂直面内支反力(3)计算轴的弯矩,并画弯、扭矩图分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g,并按计算合成弯矩。画扭矩图h。(4)计算并画当量弯矩图扭矩按脉动循环变化计算, 取 , 则N.mm(5)校核轴的强度一般而言,轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可,而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知,a-a 截面处弯矩最大, 且截面尺寸也非最大, 属于危险截面;b-b截面处当量弯矩不大但轴径较小,也属于危险截面。而对于c-c、d-d截面尺寸,仅受
15、纯转矩作用,虽d-d截面尺寸最小,但由于轴最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的,故强度肯定满足,无需校核弯扭合成强度。a-a截面处当量弯矩为:N.mmb-b截面处当量弯矩为N.mm强度校核: 考虑键槽的影响,计算,MPaMPa显然:,故安全。3.2轴的设计3.2.1初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢,调质处理。由表15-3取A0=103,于是得 1034轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案3.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了凸轮的轴向定位要求,轴的左端需制出一轴肩,故取3段的直径为50mm.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用角接触球轴承
16、。根据工作要求及轴的直径(40mm),由轴承产品目录中选取型号为71808C的滚动轴承,其尺寸为dDB=40527。(查机械设计手册软件版) 取安装齿轮处的轴段5的直径40mm;齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取mm。齿轮的右端采用轴肩定位 至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。3.2.3 轴上零件的周向定位齿轮、凸轮与轴的周向定位均采用平键联接。按dIV-V由手册查得平键截面bh=128(GB1095-79),键槽用键槽铣刀加工,长为20mm(标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合
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- 自动 机械手 执行机构 机构 设计