卧式加工中心机械手的设计_毕业设计(编辑修改稿)

卧式加工中心机械手的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

广泛，传递的功率近十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。 齿轮传动按照两齿轮轴在机构中相对位置的不 同 1) 齿轮传动主要特点： 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。 如一级圆柱齿轮的效率可达 99%。 这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1%，也有很大的经济效益。 结构紧凑 在相同的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 工作可靠，寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。 这对车辆及矿井内工作的机器尤为重要。 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。 齿轮传动获得广泛应用，也就是由于这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离大的场合。 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。 如在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。 这种传动外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也极易磨损，故只宜用于低速传动。 当齿轮传动装有简易的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。 它的工作条件虽有改善，但仍不能做到防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。 而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动 ，都是装在精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）内，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱）。 它与开式或半开式相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。 2)设计原则： 所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。 目前设计一般使用的齿轮传动时，通常按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。 设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。 因此，对齿轮材料性能的基本要求为：齿面要硬，齿芯要 韧。 常用的齿轮材料有钢、铸铁和一些非金属材料。 3)设计步骤： 整个回转头回转 180176。 换刀的运动是由回转液压缸 8 驱动，回转液压缸的输出轴上安装有齿轮 99，齿轮 41 装在套筒上，回转液压缸固定在立柱上。 当回转液压缸动片转动时，齿轮 99 带动齿轮 41 转动，其转角的极限位置可由螺钉限定，同时有微动行程开关发出到位信号，其运动的计算公式为： υ41/υ99=Z2/（ Z1+Z2） （ 3） 式中 υ41 回转头的回转角度 υ99回转缸动片的转角 Z1齿轮 41 的齿数 Z2齿轮 99 的齿数 由于在这里 υ44=180176。 ， υ99=280176。 ，即： 180176。 /280176。 = Z2/（ Z1+Z2） 解得：两齿轮的齿数比 μ= Z2/Z1= （ 1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 直齿圆柱齿轮传动。 械手换刀时速度较高，我们选用 6 级精度（ GB1009588）。 材料选择。 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ,硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢 (调质 )硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 选小齿轮齿数为 Z1=24,大齿轮齿数 Z2=μZ1= 24=,取 Z2=43。 （ 2）按齿面接触强度设计 查机械设计 [3]知其设计公式如下，即： d1t≥{(KtT1/υd)[(μ177。 1)/μ](ZE/[σH])2}1/3 （ 4） a 确定公式内各计算式数值 试选载荷系数 Kt= 计算小齿轮传递的转矩 T1=105P1/n1=10530/ = 选取齿宽系数 υd＝ 1 材料的弹性影响系数 ZE =按齿轮齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 σHlim1 =600MPa。 大齿轮的接触疲劳强度极限 σHlim2=550MPa。 由式 1013 计算应力循环次数 N1=60n1jLh=6014601（ 2830015） =109 N2=109/=109 接触疲劳寿命系数 KHN1 =。 K HN2= 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%,安 全系数 S=1,得 [σH]1= KHN1σHlim1/S=600MPa=546MP [σH]2= KHN2σHlim2/S=550Mpa=517Mpa b 计算 试算小齿轮分度圆直径 d1t,代入 [σH]中较小的值 d1t≥{(KtT1/υd)[(μ177。 1)/μ](ZE/[σH])2}}1/3 ={(105/1)[(+1)/]()2}1/3 = 计算圆周速度 v v=πd1tn1/601000=π1460/601000m/s=（ 5） 计算齿宽 b b=υdd1t=1= （ 6） 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mt=d1t/ Z1=（ 7） 齿高 h=== （ 8） b/h=计算载荷系数 根据 v=,6 级精度 ,由此得动载荷系数： KV=。 直齿轮 ,假设 KAFt/b≤100N/ [3]图 108 可得： KHα=KFα=。 （ 9） 由机械设计 [3]表 102 可查得使用系数： KA=1。 由机械设计 [3]表 104 查的 7级精度、小齿轮 相对支承非对称分布时， KHβ=+(1+)υd2+103b （ 10） 将数据代入后得 KHβ=+(1+12)12+103= 由 b/h=, KHβ=,查机械设计 [3]图 1013 得 KFβ=。 故载荷系数： K=KAKVKHαKHβ=1= 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械 设计 [3]式（ 1010a）得 d1= d1t(K/Kt)2/3=()2/3 ㎜ = ㎜ （ 11） 计算模数 m m=d1/ Z1=㎜ = ㎜ （ 3）按齿根弯曲强度设计 查机械设计 [3]得弯曲强度计算的设计公式为 m≥[(2KT1/υd Z12)(YFaYSa/[σF])]1/3 （ 12） a 确定公式内的各计算数值 由机械设计 [3]图 1020c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限： σFE1=500Mpa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限： σFE2=380Mpa 查得弯曲疲劳寿命系数： KFN1= KFN2= 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数： S= 由式得 [σF]1= KFN1/σFE1=500/= （ 13） [σF]2= KFN2/σFE2=380/= （ 14） 计算载荷系数 K=KAKVKFαKFβ=1= （ 15） 查取齿形系数 由机械设计 [3]表 105 查得： YFa1= YFa2= 查取应力校正系数 由机械设计 [3]表 105查得： YSa1 = YSa2= 计算大、小齿轮的 YFaYSa/[σF]并加以比较 YFa1YSa1/[σF]1 =（ 16） YFa2YSa2/[σF]2=大齿轮的数值大。 b 设计计算 m≥[（ 2105） /1242]]1/3mm= 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，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 并就近圆整为标准值 m=3。 按接触强度算得的分度圆直径 d1=,算出小齿轮齿数： 小齿轮齿数： z1= d1/m=大齿轮齿数： z2=μz1=32= 取 z2=58 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 分度圆直径 d1=z1m=323mm=96mm d2=z2m=583mm=174mm 2）计算中心距 a= (d1+d2)/2=（ 96+174） /2mm=134mm （ 17） 3）计算齿轮宽度 b=υdd1=196mm=96mm （ 5）验算 Ft =2T1/d1=2105/96N= （ 18） KAFt/b=1＜ 100 N/mm,合适。 另外，机械手臂的伸出和缩回是通过齿轮齿 条传动进行的，其设计过程与此相似，由于受篇幅的限制，这里就不再叙述设计步骤。 轴的设计 轴是组成机械的一个常用的重要零件，它支持着其他转动零件如齿轮、蜗轮等零件回转并传递转矩，它由轴系支持、轴承则安放在箱体或机架上面，轴承、轴和轴上零件形成一个组成体，称为轴系。 组成轴系的主要零件 轴、轴承、联轴器等称为轴系零件。 轴设计的主要问题： 轴的设计主要包括：轴的材料选择、结构设计、轴的强度、刚度和振动稳定性计算等，设计轴的主要步骤如下： （ 1）根据机械传动总体布局拟定轴上零件的位置。 （ 2）选择轴的 材料。 （ 3）初步估计轴的直径。 （ 4）进行轴的结构设计。 （ 5）进行轴的强度、刚度、振动计算。 （ 6）校核键、轴承、联轴器等的强度或寿命。 （ 7）绘出轴系的装配图、零件图等。 轴是组成机械的一个重要零件。 它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。 所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体 —— 轴系部件。 轴的总类 ： 轴按受载情况分为转轴、心轴和传动轴，其中转轴既支承传动机件又传递力，即承受弯矩和扭矩两种作用；心轴只起支承旋转件作用而不传递动力，即只承受弯矩作用；传动 轴主要传递动力，即主要承受扭矩作用。 按结构形状分为：光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴等。 按几何轴线形状分为：直轴、曲轴、钢丝软轴。 设计轴时应考虑多方面的因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。 对于高速轴还应考虑震动稳定性问题。 轴的常用材料 轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。 轴的常用材料是 3 4 50 优质碳素钢，对于受载较小或不太重要的轴，也可以用A A5 等普通碳素钢。 对于 受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。 根据工作条件要求，轴可在加工前或加工后经过整体或表面处理，以及表面强化处理（如喷丸、辊压、氮化等），以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。 轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。 轴的直径较小，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，采用锻坯。 为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。 对于形状复杂的轴，可采用铸造。 轴的结构决定于受载情况、轴上零件的布置和固定方式、轴 承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。 轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好工艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。 对于要求刚度大的轴，还应在结构上考虑减小轴的变形。