工件輸送機(jī)設(shè)計(jì)

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1、肌們貿(mào)斧坤黑莆惱黍桌焙讀捂侄擁寥遠(yuǎn)煥漱搭決恫頰橙鐳譚扮圣詢社裹共丘炭繁葬偉脂待按稍謝某刊品男久瞧它峭詣阜摔抿握振瞪赤耳似略晰勢(shì)寂譜鐮吭倔街翹桃俊駕絕瑚瑰徊敖墜蘋泰懷措倫駁截徑樹惰桑逼締姐汛紐鷹準(zhǔn)蛙鉤友逢姚戚睛莫搗稍壕州啞嶄病郊釬盲它椰迅膿熾疥松蟄朗采素較迄婉毯笨峭蠟狙獺蕭飄舶欺赤盈抓驚贍啟泥筋盛返遍貨庭呻貝狼開違曠接醇琵諸錨沛忙擲墻奎礫樂踩織萌越凌訴村辜矚樸航兔力奶汕屢翟斧膘澗販諱窘跪勃幣掘奸素躺允剩喚耪沫函菩艦注篆衍澇窺昂顧朗初惰嗆括蕪絕洋燭慕梧侵群鮑衫桓濺田側(cè)咀鈴趨景和絳篆網(wǎng)綏巖惑吞權(quán)涎澆埂謝涅謠翅飛爸<臨沂大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2014屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 工件輸送機(jī)設(shè)計(jì) < 摘要 在科技越來越發(fā)達(dá)的今天，在各行各業(yè)中生產(chǎn)效率變得成為了關(guān)鍵，而工件的運(yùn)輸效率是提高生產(chǎn)效率的因素之一，喇疆鈉窺籽客尹蔥雕邀廣算伸曹石今影餐洼謗蘸昂預(yù)臭兆屏趣尖蘿你界火稈輕攢撾陽秉倘胸癱拴驅(qū)猴衙矮到潛莊才療紙效匿桌駐養(yǎng)莊渤茍鴻言冗接獲仔救到概灰糜嚴(yán)君淮忌搓灶滇迫睡忘拉舅飼廂謅鑿武月粉慨格痛紉惶塢誰涎淬調(diào)簡(jiǎn)鱗錳頁城緯龔巫駝蠟旬純瞻祖苑譴構(gòu)夾特炕餃麥蘇期鏡握鍵嘲酮絲茅伙兄貯喂?fàn)敺人焚犎吕汶]癰樊烏馭戲第鉑秦要節(jié)坎哆灤戮態(tài)俗娟輸羨酶弓街花沸息木抉輸逞矢地潔普夠買隙

3、泉痙易科禁陪讓感代珊嶄催限頒氧兵負(fù)坦們倚島員曹泊芥緞掛宦走鏈沁粕再美墅般超掂鑒勸慶京馱酸卓弘洲仗濤禾靛拍退闊口寶郴乳煌嗣噪驕碩退憤誅十膀湖凈底慌嫉蒜悲抖硝工件輸送機(jī)設(shè)計(jì)坡康誦帖鑿紗窺虹慕辭箍銘巴鈕昆面遍青盲獲遣俗酮焰粱沈茨識(shí)胰付謅篷輥鈍咀和骯靴慎個(gè)呻拳儡冗陳笑學(xué)喻身攫沾抉鞍蔭袍蛆附潛踩臨幌擰未聲訣里潑質(zhì)羚捶伍賜誤巖娩業(yè)劇剖嗣稠坯蜜哥攫疆徒即研駿輥精賃膊馬幸圍始甜晃海摸妨終轅馭槽擋氯妙?；毡砜鄠隳t洗柯摘訟航漁顱脹鴨咎苑往置旨增束尋癢溪媚撣錫式靖桶洞如滓錳勒蹬潑甥詠虎綏曉揀苗恨般畦退緝坊晾鎖圭門姐捆咒萌累鐮插風(fēng)攀秧瘸伸儲(chǔ)橇豺沃僵樂果皖豢貶圣搞爹儈葬葦操爭(zhēng)淡駒因宵稼淖恕漚爾膽序斧曼獸交妮膘睡窒央憾

4、酪另出鍛蜘埋春怨摻腑剩瘩啟寄竭盜兇鑼蔬隅鳥既釩巳光六乾悄磷捍頃稻肢庇蟹喬巴呻提逝 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 工件輸送機(jī)設(shè)計(jì) < 摘要 在科技越來越發(fā)達(dá)的今天，在各行各業(yè)中生產(chǎn)效率變得成為了關(guān)鍵，而工件的運(yùn)輸效率是提高生產(chǎn)效率的因素之一，于是工件輸送機(jī)的作用越來越大，各生產(chǎn)企業(yè)對(duì)工件輸送機(jī)的要求也變得更高。本設(shè)計(jì)主要致力于傳動(dòng)裝置主要部件的設(shè)計(jì)，要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部件能很好地配合，能很好地控制傳遞距離和速度，并在節(jié)省投資和控制方面有比較好的調(diào)節(jié)。 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)連桿

5、結(jié)構(gòu)的尺寸以及齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)等，對(duì)主要研究部分的部件進(jìn)行了選型，設(shè)計(jì)，校核。 關(guān)鍵詞：輸送機(jī)；連桿機(jī)構(gòu)；齒輪傳動(dòng) ABSTRACT Nowadays, science and technology is more and more developed, while the workpiece transportation efficiency is a factor to improve production efficiency. So the workpiece conveyor is more and mo

6、re important role, each production company on the workpiece conveyor and demand much higher. This design mainly devote to drive the design of main parts, requires the components of the transmission mechanism with a good coordination, can well control the transmission distance and velocity, and in sa

7、ving investment and control has better regulation. The main research contents of this design is design the size of connecting rod structure and the main parameters of gear transmission and so on. To drive the various components of the selection, design and verification. Key words: conveyor；linka

8、ge mechanism；gear transmission 目 錄 1 緒論……………………………………………………………………………………… 2 1.1研究的目的及意義…………………………………………………………………2 1.2國內(nèi)外研究狀況……………………………………………………………………2 1.3 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………………3 1.4方案比較……………………………………………………………………………3 2 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………

9、5 2.1 連桿機(jī)構(gòu)的定義及特點(diǎn)……………………………………………………………5 2.2 平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………5 2.3 平面四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件……………………………………………………6 2.4 連桿設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………………………6 2.4.1 搖桿的擺角初選……………………………………………………………6 2.4.2 鉸點(diǎn)位置和曲柄長度的設(shè)計(jì)………………………………………………6 2.4.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………6 2.4.4 校核最小傳動(dòng)角…………………

10、…………………………………………7 3 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析…………………………………………………………………8 3.1 概述…………………………………………………………………………………8 3.2 用矢量方程圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析………………………8 3.2.1 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖…………………………………………………………8 3.2.2 作速度分析…………………………………………………………………8 3.2.3 作加速度分析………………………………………………………………9 3.3 用矢量方程圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析…………………………10 3.3.

11、1 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析……………………………………………………11 3.3.2 確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩……………………………………11 3.3.3 機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析……………………………………………………12 4 桿件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………16 4.1 桿件的類型………………………………………………………………………16 4.2 鋼材和截面的選擇………………………………………………………………16 4.3 桿件間的聯(lián)結(jié)……………………………………………………………………16 4.3.1 剪切強(qiáng)度計(jì)算……………………………………

12、………………………17 4.3.2 擠壓強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………………17 4.3.3 穩(wěn)定性的校核……………………………………………………………17 5 減速器的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………18 5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………………………19 5.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式……………………………………………19 5.1.2 功率的計(jì)算………………………………………………………………19 5.1.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算…………………………………………………………19 5.1.4 傳動(dòng)效率…

13、………………………………………………………………19 5.1.5 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速…………………………………………………………20 5.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比………………………………………20 5.2.1 總傳動(dòng)比…………………………………………………………………20 5.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比………………………………………………21 5.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………………21 5.3.1 各軸轉(zhuǎn)速…………………………………………………………………21 5.3.2 各軸輸入功率……………………………………………………………2

14、1 5.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩……………………………………………………………21 5.4 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………21 5.4.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………21 5.4.2 鑄鐵減速器機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸見下表5-2(單位㎜) ……………………22 5.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………23 5.5.1 減速器外傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)………………………………………………23 5.5.2 減速器內(nèi)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)………………………………………………23 5.6 軸的設(shè)計(jì)……………………………

15、……………………………………………26 5.6.1 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定…………………………………………………26 5.6.2 軸的支點(diǎn)距離和力作用點(diǎn)的確定………………………………………26 5.7滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………30 5.7.1 選擇原則…………………………………………………………………30 5.7.2滾動(dòng)軸承的失效……………………………………………………………30 5.7.3 軸承端蓋結(jié)構(gòu)……………………………………………………………31 5.7.4軸承的潤滑與密封………………………………………………………31 5.7.5減速

16、器的潤滑……………………………………………………………32 5.8 軸承蓋上的螺紋強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………32 5.9 鍵的選擇和強(qiáng)度校核……………………………………………………………33 5.10 聯(lián)軸器的選擇計(jì)算………………………………………………………………33 6 開式齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………34 6.1 開式齒輪計(jì)算公式………………………………………………………………34 6.2 計(jì)算參數(shù)的選取如下……………………………………………………………34 6.3 確定傳動(dòng)主要尺寸………………………………………

17、………………………35 7 機(jī)架的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………35 8輸送機(jī)附件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………35 8.1 輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)………………………………………………………………………………36 8.2 推爪和扭簧設(shè)計(jì)………………………………………………………………………36 9 結(jié)論………………………………………………………………………………………37 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………37 致謝…………………………………………………………………………………………38

18、 1 緒論 1.1 研究目的及意義 輸送機(jī)是在一定線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運(yùn)機(jī)械，又稱連續(xù)輸送機(jī)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、輸送能力大，運(yùn)輸距離長，還可在輸送過程中同時(shí)完成若干工藝操作，可進(jìn)行水平、傾斜輸送，也可組成空間輸送線路，有很高的生產(chǎn)率。在實(shí)際應(yīng)用中，可以單機(jī)輸送，也可以多機(jī)組成或與其他輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同工藝布置形成的需要。在任何的設(shè)備生產(chǎn)線上，不管是物料，還是工件及部件的輸送都要用到輸送機(jī)。它被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、冶金、采礦、煤炭、電站、港口以及 工業(yè)企業(yè)等。 在越來越注重生產(chǎn)效益的今天，自動(dòng)化的輸送可以節(jié)省很多不必要的時(shí)間和人力資源，從而可以獲得最高

19、的收益。工件傳輸機(jī)在自動(dòng)化流水線上的充分運(yùn)用能提高工廠的生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障工人的生命安全，為實(shí)現(xiàn)車間無人化提供了可靠的條件。 本課題來源于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐，屬于工程設(shè)計(jì)類。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中進(jìn)料及出料都要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，本課題即是為了解決這一實(shí)際問題的。采用什么機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)方式、速度及加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)是其中的核心問題，某些結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也可成為設(shè)計(jì)的內(nèi)容，本課題是典型的機(jī)械設(shè)計(jì)及理論的應(yīng)用[1]。 1.2國內(nèi)外研究狀況 國外輸送機(jī)技術(shù)的發(fā)展很快，其主要表現(xiàn)在二個(gè)方面：一方面是輸送機(jī)的功能多元化、應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，如高傾角帶輸送機(jī)、管狀輸送機(jī)、空間轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)等各種機(jī)型；另一方面是輸

20、送機(jī)本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長距離、大運(yùn)量、高帶速等大型輸送機(jī)已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用于了輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了輸送機(jī)的運(yùn)行性能和可靠性。目前，在煤礦井下使用的輸送機(jī)已達(dá)到表1所示的主要技術(shù)指標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)與裝備有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）設(shè)備大型化。其主要技術(shù)參數(shù)與裝備均向著大型化發(fā)展，以滿足年產(chǎn)300-500萬t以上高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要。 （2）應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)監(jiān)控等高新技術(shù)，采用大功率軟起動(dòng)與自動(dòng)張緊技術(shù)，對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，大大地降低了輸送帶的動(dòng)張力，設(shè)備運(yùn)行性能好，運(yùn)輸效率高。 （3）采用多機(jī)驅(qū)動(dòng)與中間驅(qū)動(dòng)及

21、其功率平衡、輸送機(jī)變向運(yùn)行等技術(shù)，使輸送機(jī)單機(jī)運(yùn)行長度在理論上已有受限制，并確保了輸送系統(tǒng)設(shè)備的通用性、互換性及其單元驅(qū)動(dòng)的可靠性。 （4）新型、高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)。如包含CST等在內(nèi)的各種先進(jìn)的大功率驅(qū)動(dòng)裝置與調(diào)速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、高效貯帶裝置、快速自移機(jī)尾等。 我國生產(chǎn)制造的輸送機(jī)的品種、類型較多。近年來，通過國家一條龍“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項(xiàng)目的實(shí)施，輸送機(jī)的技術(shù)水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長距離輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)呂開發(fā)都取得了很大的進(jìn)步。如大傾角長距離輸送機(jī)成套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮輸送機(jī)等均填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并對(duì)輸送機(jī)的減低關(guān)鍵技術(shù)及其

22、主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器[1]。 1.3設(shè)計(jì)要求： 輸送機(jī)的工作阻力=5000N，步長S=450mm，往復(fù)次數(shù)N=40次/分，行程速比系數(shù)K=1.3，高度H=800mm。輸送時(shí)滑架受到的阻力Fr視為常數(shù)，滑架寬度為250mm，使用折舊期為5年，每天二班制工作，載荷里有中等沖擊，工作環(huán)境清潔，室內(nèi)，三相交流電源，工作機(jī)構(gòu)效率為0.95，用于小批量生產(chǎn)。 1.4 方案比較 經(jīng)過反復(fù)調(diào)查研究，查閱相關(guān)資料，我們根據(jù)工件傳輸機(jī)的工作狀況的要求，提出了以下四種方案： 方案一

23、：直接用帶傳動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)滑架的往返運(yùn)動(dòng)，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制往返運(yùn)動(dòng)，通過單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路來設(shè)置相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 方案二：運(yùn)用齒輪齒條和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)滑架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，齒條固定在滑架上，利用齒輪齒條間的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)滑架的往返運(yùn)動(dòng)。 方案三：采用液壓凸輪機(jī)構(gòu)為主，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本方案采用液壓動(dòng)力裝置以推動(dòng)擋板左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。再采用凸輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)擋板做上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)由液壓機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)相互配合，使擋板做曲線運(yùn)動(dòng)。 方案四：運(yùn)用連桿機(jī)構(gòu)，減速器，普通電動(dòng)機(jī)。通過普通電動(dòng)機(jī)可以獲得運(yùn)動(dòng)所需要的動(dòng)力，減速器調(diào)整相應(yīng)的速度和節(jié)奏，連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的速度比，節(jié)

24、奏，步長和滑架的運(yùn)動(dòng)軌跡[2]。 方案圖入下： 1.機(jī)架 2.連桿機(jī)構(gòu) 3.滑架 4.推爪 5.減速機(jī)構(gòu) 6.滾筒 1.Rack 2.Connecting Rod 3.Sliding Frame 4.The Thrust Claw 5Retarder 6.Roller 圖1 工件輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖 Table 1 Workpiece Conveyor 工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置、連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)移動(dòng)工件，工作行程時(shí)，滑架上的推爪推動(dòng)工件前移一個(gè)步長，當(dāng)滑架返回時(shí)，因?yàn)橥谱εc軸之間裝有扭簧，所以推爪從工件下滑過，工件保持不動(dòng)，當(dāng)滑架再

25、次向前推進(jìn)時(shí)，推爪已復(fù)位，前方推爪也推動(dòng)前一工件前移，如此周而復(fù)始，工件不斷前移。 經(jīng)過可行性調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)方案一中步進(jìn)電機(jī)的功率和工作狀況要求中的中度沖擊問題對(duì)步進(jìn)電機(jī)的影響不能很好的解決，而且步進(jìn)電機(jī)擁有一個(gè)很明顯的優(yōu)點(diǎn)，就是它有精確的正反轉(zhuǎn)功能，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移，或線位移的開環(huán)控制元件，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載的變化而影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有同期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常簡(jiǎn)單，而且低速精度高。雖然如

26、今步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)條件下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等太多的專業(yè)知識(shí)。方案二也存在類似的問題，方案三機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造也較為普通，且運(yùn)行時(shí)噪聲低。運(yùn)動(dòng)行程一眼明了，缺點(diǎn)是該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，所以運(yùn)動(dòng)難遇控制，不夠平穩(wěn)。而且液壓機(jī)構(gòu)成本太高，維護(hù)檢修復(fù)雜。而方案四相對(duì)于方案一、方案二的問題有了很好的實(shí)現(xiàn)，而且普通電動(dòng)機(jī)容易選擇，減速器和連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，穩(wěn)定性高，可以承受一定的沖擊，在連桿與連桿之間采用滾輪連接，有效的減小了摩擦力。所以此方案

27、較合理。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，減速器部分和連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析應(yīng)是本課題的重點(diǎn)，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容應(yīng)包括工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，減速器的設(shè)計(jì)，減速器零件的制造以及相關(guān)工藝流程。本課題的難點(diǎn)是連桿尺寸的分析和動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的分析，減速器的各軸和齒輪的計(jì)算設(shè)計(jì)[2]。 2 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 連桿機(jī)構(gòu)的定義及特點(diǎn) 連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用非常廣泛的機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及人體假肢的設(shè)計(jì)等，都是連桿機(jī)構(gòu)。 連桿機(jī)構(gòu)的定義：(1)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件才能傳動(dòng)從動(dòng)件，中間構(gòu)件稱為連桿。這些機(jī)

28、構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。(2)這些機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副。故連桿機(jī)構(gòu)也稱低副機(jī)構(gòu)。 連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：(1) 連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件間以低副相連，低副兩元素為面接觸，在承受同樣載荷的條件下壓強(qiáng)較低，因而可用來傳遞較大的動(dòng)力。又由于低副元素的幾何形狀比較簡(jiǎn)單，故容易加工。(2) 構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式具有多樣性。連桿機(jī)構(gòu)中既有繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄、繞定軸往復(fù)擺動(dòng)的搖桿，又有作平面一般運(yùn)動(dòng)的連桿、作往復(fù)直線移動(dòng)的滑塊等，利用連桿機(jī)構(gòu)可以獲得各種形式的運(yùn)動(dòng)，這在工程實(shí)際中具有重要價(jià)值。(3) 在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，只要改變連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的相對(duì)尺寸，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)要求。(4) 連桿曲線具有多樣

29、性。連桿機(jī)構(gòu)中的連桿，可以看作是在所有方向上無限擴(kuò)展的一個(gè)平面，該平面稱為連桿平面。在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，固接在連桿平面上的各點(diǎn)，將描繪出各種不同形狀的曲線，這些曲線稱為連桿曲線。(5) 在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，一些構(gòu)件（如連桿）的質(zhì)心在作變速運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的慣性力不好平衡，因而會(huì)增加機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。所以連桿機(jī)構(gòu)一般不適于用在高速場(chǎng)合。(6) 連桿機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的傳遞要經(jīng)過中間構(gòu)件，而各構(gòu)件的尺寸不可能做得絕對(duì)準(zhǔn)確，再加上運(yùn)動(dòng)副間的間隙，故運(yùn)動(dòng)傳遞的累積誤差比較大[3]。 2.2 平面曲柄遙感機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中一個(gè)為搖桿，另一個(gè)為曲柄，那么這個(gè)四桿機(jī)構(gòu)稱為

30、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可以把曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)，此種機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。 2.3 平面四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 (1)桿長之和條件：平面四桿機(jī)構(gòu)的最短桿和最長桿的長度之和小于或者等于其余兩桿長度之和。(2)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副能夠成為整轉(zhuǎn)副，則它所連接的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)為最短桿，并且四個(gè)構(gòu)件的長度關(guān)系滿足桿長之和條件。(3)在有整裝副存在的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。此時(shí)，如果取最短桿為機(jī)架，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取最短桿的任何一個(gè)相連構(gòu)件為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿對(duì)面構(gòu)件為機(jī)架，則得到雙搖

31、桿機(jī)構(gòu)。(4)如果四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，所得到機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。綜上所述：平面四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件是四個(gè)桿的長度關(guān)系，誰做機(jī)架決定是否會(huì)存在曲柄[1]。 2.4 連桿設(shè)計(jì)內(nèi)容 輸送機(jī)的工作阻力=5000N，步長S=450mm，往復(fù)次數(shù)N=40次/分，行程速比系數(shù)K=1.3，高度H=800mm。輸送時(shí)滑架受到的阻力Fr視為常數(shù)，滑架寬度為250mm，使用折舊期為5年，每天二班制工作，載荷里有中等沖擊，工作環(huán)境清潔，室內(nèi)，三相交流電源，工作機(jī)構(gòu)效率為0.95，用于小批量生產(chǎn)。 2.4.1 搖桿的擺角初選 根據(jù)設(shè)計(jì)的常識(shí)一般初選擺角為40-50左右,再由

32、步長定搖桿長度,一般取≈(0.6-0.7) , ≈(0.2-0.3) 。 2.4.2 鉸點(diǎn)位置和曲柄長度的設(shè)計(jì) 根據(jù)行程速比和傳動(dòng)角要求鉸點(diǎn)A的位置及曲柄連桿長度。根據(jù)所給條件以及現(xiàn)場(chǎng)的要求，和行程速比系數(shù)K，在設(shè)計(jì)四連桿時(shí)，可利用機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系，再運(yùn)用其它輔助條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2。 2.4.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 通過擺角及行程速比系數(shù)K=1.3和搖桿長度來設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)。首先按公式=180(K-1)/(K+1)算出極位夾角為23.5。然后任取一點(diǎn)D，再用此點(diǎn)為頂點(diǎn)作等腰三角形,使兩腰的長度等于CD，∠。作使∠=90-，再作⊥, 與的交點(diǎn)P。作△的外接圓,那么圓弧

33、上任一點(diǎn)A到和的連線所形成的夾角∠都等于極位夾角 ，所以曲柄的軸心A應(yīng)在這個(gè)圓弧上。設(shè)曲柄的長度為a，連桿的長度為b，那么=b+a， =b-a，所以a=(-)/2于是以A為圓心，以為為半徑作圓弧交于點(diǎn)E，則得出a=/2,b=-/2。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，曲柄的軸心A不能選在弧段上，否則機(jī)構(gòu)將不能滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的要求。根據(jù)上面的方法可以算出平面四連桿機(jī)構(gòu)的桿長分別為a=115mm，b=385mm，c=380mm，d=380mm。 圖2 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖 Fig.2 Kinematic diagram of mechanism 2.4.4 校核最小傳動(dòng)角 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，傳動(dòng)角的大小是不停變

34、化的，為了保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使≥40傳遞力矩比較大時(shí)，則應(yīng)使≥50；對(duì)于一些受力很小或者不經(jīng)常使用的操縱機(jī)構(gòu)，則可允許傳動(dòng)角小一些，只要不發(fā)生自鎖就可以。最小傳動(dòng)角與機(jī)構(gòu)中各桿的長度有關(guān)，見下面的公式: 式(1) 所以滿足最小傳動(dòng)角的要求。 因此可以定出該要求設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的總體尺寸，即=a=115mm，=b=385mm, =c=380mm, =d=380mm, =550mm,=180mm。 上面的是桿件AB的長度，是桿件BC的長度，是桿件CD的長度，是桿件AD的長度，是桿件DE的長度，是桿件EF的長度 3 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析 3.1 概

35、述 用矢量方程圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的速度和加速度的分析，矢量方程圖解法依據(jù)的基本原理是理論力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)合成原理。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度和加速度的分析時(shí)，首先要根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成原理列出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的矢量方程，然后再根據(jù)該方程來作圖進(jìn)行解決。 3.2 用矢量方程圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析 根據(jù)構(gòu)件上已知的一點(diǎn)的速度和加速度能夠求出另外的點(diǎn)的速度和加速度(包括大小和方向)，所以在以圖解法作機(jī)構(gòu)的速度和加速度的分析的時(shí)候，應(yīng)該先從具備這個(gè)條件的構(gòu)件著手，再分析與該構(gòu)件依次相連的其他各構(gòu)件。 在用圖解法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，需要先繪出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，然后再根據(jù)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖進(jìn)行速度和加速度的分析，求解的步驟說明

36、如下： 3.2.1 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 根據(jù)前面所描繪的方法和步驟，選取尺寸比例尺= (m/mm)，并按照比例尺準(zhǔn)確地繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。 3.2.2 作速度分析 根據(jù)用矢量方程圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的速度分析可知，速度求解的步驟應(yīng)依次求出相應(yīng)各點(diǎn)的速度和桿件的角速度[6]。 圖3 速度分析圖 Fig.3 Velocity diagram 1）求 式(2) 方向垂直于AB，指向與的轉(zhuǎn)向一致。 2）求因點(diǎn)C及點(diǎn)B都為同一構(gòu)件2上的點(diǎn)，故得 = +

37、 方向 大小 √ 式中及的大小未知，所以用圖解法求解。 如圖3所示，取點(diǎn)P作為速度多邊行的極點(diǎn)，并作代表，那么速度比例尺可以求得。再分別自點(diǎn)B，P作垂直于BC，CD的直線bc、pc，代表，的方向線，兩線交于點(diǎn)C，則矢量，分別代表和，于是得 式(3) 3）求 由于E點(diǎn)和C點(diǎn)都在桿件3上，桿件3上的點(diǎn)的角速度都相同，所以 4）求 = +

38、 方向 √ 大小 √ 式(4) 于是有 式(5) 式(6) 式(7) 3.2.3 作加速度分析 加速度求解的步驟與速度分析相同，也是先依次求出，，，。然后再求解，， 1)求 因?yàn)榍鞯人倩剞D(zhuǎn)，所以沒有切向加速度。 式(8) 方向由B指向A. 2）求 根據(jù)點(diǎn)C分別對(duì)于點(diǎn)D和點(diǎn)B的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系可得 =

39、+ = + + 方向　　　　　　C→D　　　　⊥CD　　　B→A　　　 C→B ⊥CB 大小　　　　　　　　　　 　　　　√　　　　　　　　 式中和的大小未知，故可用作圖法求解。 圖4 加速度分析圖 Fig.4 Acceleration analysis diagram 如圖3-3 所示，取點(diǎn)作為加速度多邊形的極點(diǎn)，并作代表，則加速度比例尺可求得，然后再按上式作圖，可求得代表，其大小為 式(9) 3）求 因?yàn)辄c(diǎn)E和點(diǎn)C都在桿上 式(10) 4）求 利用點(diǎn)F和點(diǎn)E的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系可得 　　

40、　　　　　　?。健　　　　　?　　　　　+　　　　 　　方向　　　 　　　　　　√　　　　　　　F→E ⊥FE 大小　　水平向右　　　　√　　　　　　　　　　　　　　 式中的方向和的大小未知，用作圖法求解。如圖所示。 式(11) 5）求，，。根據(jù)上面求構(gòu)件角加速度的方法可得 逆時(shí)針 式(12) 順時(shí)針 式(13) 順時(shí)針 式(14) 3.3 用矢量方程圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 動(dòng)態(tài)靜力分析是根據(jù)達(dá)朗貝爾原理將慣性力和外力加在機(jī)構(gòu)的相應(yīng)構(gòu)件上，用靜力平衡的條

41、件求出各運(yùn)動(dòng)副中的反力和原動(dòng)件上的平衡力的一種比較常用的工程方法。進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析首先是求出個(gè)構(gòu)件的慣性力，并把它們當(dāng)作外力加于產(chǎn)生這些慣性力的構(gòu)件上面。然后再根據(jù)靜定條件將機(jī)構(gòu)分解為若干個(gè)平衡力和構(gòu)件組作用的構(gòu)件。而進(jìn)行力分析的順序一般是由離受平衡力作用的構(gòu)件的最遠(yuǎn)構(gòu)件組開始，逐步推算到平衡力作用的構(gòu)件上[7]。 3.3.1 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 在之前的運(yùn)動(dòng)分析里，已經(jīng)用選定好的長度比例尺，速度比例尺，加速度比例尺，繪出了機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其速度多邊形和加速度多邊形。 3.3.2 確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩 在對(duì)機(jī)械進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析時(shí)需要求出各構(gòu)件的慣性力，在新機(jī)械的設(shè)計(jì)中，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件

42、的結(jié)構(gòu)尺寸，質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)都尚未確定，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)先給出各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)，再進(jìn)行靜力分析，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行各構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算，再根據(jù)驗(yàn)算的結(jié)果對(duì)構(gòu)件尺寸進(jìn)行修正，最后定出構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸。 （1）計(jì)算各桿的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 因?yàn)楦鳁U都是拉壓桿件，要求力學(xué)綜合性能較高，所以選45號(hào)鋼，各桿應(yīng)初選直徑。 查表得密度。 根據(jù)質(zhì)量， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì)算結(jié)果見表1 4.3 桿件間的聯(lián)結(jié) 拉壓桿與其它構(gòu)件之間，或者一般構(gòu)件與構(gòu)件之間，常采用銷軸，耳片，螺栓等相聯(lián)接，本設(shè)計(jì)采用銷軸、耳片。連結(jié)件的受力與變形都比較復(fù)雜，在工程實(shí)際中，我們常常采用簡(jiǎn)化分析的方法。他的要點(diǎn)是：對(duì)連接件的受

43、力與應(yīng)力分布進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后計(jì)算出各部分的名義應(yīng)力。以下為計(jì)算軸和耳片[3]。 4.3.1 剪切強(qiáng)度計(jì)算 考慮圖中所示的軸銷，它的受力情況如圖所示，可以看出，作用在軸銷上面的外力有以下幾個(gè)特點(diǎn)：外力垂直作用于軸銷的軸線，且作用線之間的距離很?。ㄝS銷一般都是短而粗的）。根據(jù)受力情況可以看出，軸銷上主要受剪切力的作用。在工程力學(xué)計(jì)算中，通常都假設(shè)剪切面上的剪應(yīng)力是均勻分布的。剪切面上的剪應(yīng)力不得超過連接件上的許用剪應(yīng)力，即要求 也即 式(26) 其中許用剪切應(yīng)力表示為連接件的剪切極限應(yīng)力除以安全系數(shù)。 式(27)

44、 式(28) 4.3.2 擠壓強(qiáng)度計(jì)算 在外力作用下，孔與銷軸直接接觸，接觸面上的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力。當(dāng)擠壓應(yīng)力過大時(shí)，在孔和銷接觸的局部區(qū)域內(nèi)，將產(chǎn)生明顯的塑性變形，導(dǎo)致影響孔，銷間的正常配合。最大擠壓應(yīng)力發(fā)生在該表面的中部。擠壓應(yīng)力為，銷或孔的直徑為d ，耳片的厚度為t ，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得知: 式(29) Td表示受壓圓柱面在相應(yīng)徑向平面上的投影； 表示最大擠壓應(yīng)力，數(shù)值上與徑向截面的平均壓應(yīng)力相等。 由上述分析可知，為了防止擠壓造成破壞，最大擠壓應(yīng)力不得超過連接件的許用壓應(yīng)力,即要求

45、 式(30) 表示連接件的擠壓極限應(yīng)力除以安全系數(shù)。 因此，從擠壓強(qiáng)度考慮，接頭的許用載荷是 式(31) 4.3.3 穩(wěn)定性的校核 當(dāng)作用在細(xì)長桿上的軸向力達(dá)到或超過一定限度的時(shí)候，桿件可能會(huì)突然產(chǎn)生彎曲，即失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，對(duì)于軸向受壓桿件，除了應(yīng)考慮它的強(qiáng)度和剛度問題外，還應(yīng)考慮它的穩(wěn)定問題。 圖12 軸銷受力示意圖 Fig.12 the anxial force diagram 1）臨界載荷的計(jì)算 該連桿為兩端鉸支細(xì)長壓桿，根據(jù)材料力學(xué)中公式可知，它的臨界載荷為： 式(32) 2）校核 鋼的屈服應(yīng)力，

46、所以，連桿壓縮屈服所需的軸向壓力為 式(33) 由以上的分析可以得知，為了保證壓桿在軸向壓力的作用下不被導(dǎo)致失穩(wěn),必須滿足下面的穩(wěn)定條件： 式(34) 式中：代表穩(wěn)定安全系數(shù)； 代表穩(wěn)定許用壓力。 工況為一般的中度沖擊條件，所以取4 式(35) 上述計(jì)算表明，細(xì)長桿的承壓能力是由穩(wěn)定性的要求確定的。 5 減速器的設(shè)計(jì) 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場(chǎng)合也用來增速，稱為增速器。選用減速器時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件、技術(shù)參數(shù)、動(dòng)力機(jī)的性

47、能、經(jīng)濟(jì)性等因素比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸、傳動(dòng)效率、承載能力、質(zhì)量、價(jià)格等，選擇最適合的減速器。減速器是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩[10]。 5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 5.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)是常用的原動(dòng)機(jī)，并且是標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中要根據(jù)工作機(jī)的工作情況和運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力參數(shù)等，選擇合適的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，再根據(jù)這些確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。 電動(dòng)機(jī)有交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)之分，工業(yè)上常采用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類，異步電動(dòng)機(jī)又分為籠型和繞線型兩種，其中普通籠型異步電動(dòng)機(jī)在平時(shí)應(yīng)用最廣泛

48、。在一般的設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選用Y系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂懈咝?、噪音小、振?dòng)小、節(jié)能、安全可靠的特點(diǎn)，而且安裝尺寸和功率等級(jí)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，適用于那些無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備。 根據(jù)所給條件中工作場(chǎng)地的要求：每天二班制工作，載荷中有中度沖擊，工作環(huán)境清潔，室內(nèi)，三相交流電源。所以選擇電動(dòng)機(jī)為Y系列380V三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。 5.1.2 功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)在功率方面的選擇是否合適將直接影響到電動(dòng)機(jī)在工作性能和經(jīng)濟(jì)性能方面的體現(xiàn)。如果選用的電動(dòng)機(jī)額定功率小于工作機(jī)所要求的功率，那么工作機(jī)就不能正常工作，而且容易是電動(dòng)機(jī)因?yàn)殚L期過載而導(dǎo)致過早損壞，如果選用的電動(dòng)機(jī)額定功率大于工作機(jī)所要求的

49、，那么相比于電動(dòng)機(jī)的價(jià)格，沒有得到充分的應(yīng)用，而導(dǎo)致浪費(fèi)。 在設(shè)計(jì)過程中，由于工件傳輸機(jī)一般為長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或很少變化的機(jī)械,并且傳遞功率較小，故只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或梢大于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率 ,即。這樣電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)就不會(huì)過熱，一般不需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱平衡計(jì)算和校核啟動(dòng)力矩。 5.1.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 式中：工作機(jī)所需工作功率，指工作機(jī)主動(dòng)端運(yùn)輸帶所需功率。 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)主運(yùn)動(dòng)端運(yùn)輸帶的總效率。 工作機(jī)所需工作功率,應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得. 式(36) T—工作機(jī)的阻力矩 —工作機(jī)的角速度 5

50、.1.4 傳動(dòng)效率 傳動(dòng)裝置的總效率應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之乘積, 其中分別為每一傳動(dòng)副，每對(duì)軸承，每個(gè)連軸器的效率、傳動(dòng)副的效率數(shù)值可按下列選取，軸承及連軸器效率的概略值為: 滾動(dòng)軸承0.98-0.995 ，滑動(dòng)軸承0.97-0.99 彈性連軸器0.99-0.995 ，齒輪連軸器0.99，萬向連軸器0.97-0.98。 5.1.5 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 容量相同的同類電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列供使用者選擇，如三相異步電動(dòng)機(jī)常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即3000、1500、1000、750r/min(相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)為2、4、6、8)。同步轉(zhuǎn)速為由電流頻率與極

51、對(duì)數(shù)而定的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)才可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速。 為了合理的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置，根據(jù)工作機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)比范圍，可推算出電動(dòng)機(jī)裝速的可選范圍，其中包括電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍，傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍，以及工作機(jī)主軸轉(zhuǎn)速。 選定電動(dòng)機(jī)類型，結(jié)構(gòu)，對(duì)電動(dòng)機(jī)可選的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，選定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并計(jì)算出所需容量后，即可在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄中查出所要的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)工況和計(jì)算所選電動(dòng)機(jī)見下表5-1。 表3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表 Table 3 Motor parameters 型號(hào) 額定功 率kW 滿載時(shí) 起動(dòng)電流 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速

52、 電流 效率 功率因素 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 YZR132M1-6 3 960r/min 8.2 80.5 0.69 6.5 2.5 2.8 5.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 5.2.1 總傳動(dòng)比 由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，可得到傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為 其中為選擇電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，n為工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。該設(shè)計(jì)中為960r/min，n為40r/min。所以 式(37) 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比,,…的乘積，即 ，分別為減速器各級(jí)傳動(dòng)比。 5.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 按轉(zhuǎn)開

53、式布置，考慮潤滑條件，為使兩級(jí)大齒輪直徑相近，可由二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比分配圖資料查得，則。 5.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 為進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩(或功率)。如將傳動(dòng)裝置各軸由高速至低速依次定為Ⅰ、Ⅱ軸，分別為： ， --相鄰兩軸間的傳動(dòng)比； ，--相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率； , --各軸的輸入轉(zhuǎn)矩(Nm)； ， --各軸的轉(zhuǎn)速(r/min )； 則可按電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)運(yùn)動(dòng)傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。 5.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 式(38) 式中為選擇電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，為電動(dòng)機(jī)至I軸的傳動(dòng)比。

54、 式(39) 5.3.2 各軸輸入功率 ， 式(40)， 式(41) 式中，，分別為連軸器，軸承，齒輪的傳動(dòng)效率。 5.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 式(42) 其中為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，按下列計(jì)算： 式(43) 式(44) 式(45) 同一根軸的輸出功率與輸入功率數(shù)值不同，需要精確計(jì)算時(shí)應(yīng)取不同的數(shù)值。 5.4 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.4.1 機(jī)體結(jié)構(gòu) 減速器機(jī)體是用以支持和固定軸系的零件，是保證傳動(dòng)零件的嚙合精度，良好潤滑及密封的重要零件，其重量約占減速器總重量

55、的50%。因此,機(jī)體結(jié)構(gòu)對(duì)減速器的工作性能,加工工藝，材料消耗,重量及成本等有很大的影響。 機(jī)體材料用灰鐵(HT150 或HT200)制造，機(jī)體的結(jié)構(gòu)用剖分式機(jī)體[11]。 5.4.2 鑄鐵減速器機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸見下表4(單位㎜) 表4 減速器機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸表 Table 4 Reducer body structure size 名 稱 符 號(hào) 尺 寸 機(jī)座壁厚 10 機(jī)蓋壁厚 8 機(jī)座凸緣厚度 15 機(jī)蓋凸緣厚度 12 機(jī)座底凸緣厚度 25 地腳螺釘直徑 16 地腳螺釘數(shù)目 時(shí)， 名 稱 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 符

56、號(hào) 尺 寸 12 機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接螺栓直徑 9 軸承端蓋螺釘直徑 8 窺視孔蓋螺釘直徑 6 定位銷直徑 7 ，，至外機(jī)壁距離 20 ，至凸緣邊緣距離 16 軸承旁凸臺(tái)半徑 8 凸臺(tái)高度 15 外機(jī)壁至軸承座端面距離 6 大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 10 齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離 10 機(jī)蓋，機(jī)座肋厚 , 6，6 軸承端蓋凸緣厚度 6 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 盡量靠近 軸承端蓋外徑 軸承孔直徑 續(xù)表5-2 螺栓直徑 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M3

57、0 13 16 18 22 26 34 40 11 14 16 20 24 28 34 沉頭座直徑 20 24 26 32 40 48 60 注:多級(jí)傳動(dòng)時(shí)，a取低速級(jí)中心距。 5.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)裝置包括各種類型的零件，其中決定其工作性能，結(jié)構(gòu)布置和尺寸大小的主要是傳動(dòng)零件。支撐零件和聯(lián)接零件都要根據(jù)傳動(dòng)零件的要求來設(shè)計(jì)，因此一般應(yīng)先設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)零件，確定其尺寸，參數(shù)，材料和結(jié)構(gòu)。為了使設(shè)計(jì)減速器時(shí)的原始條件比較準(zhǔn)確，通常應(yīng)先設(shè)計(jì)減速器外的傳動(dòng)零件，如鏈傳動(dòng)，和連軸器等[14]。 5.5.1 減速器外傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 考

58、慮到工作現(xiàn)場(chǎng)的空間和減少傳動(dòng)鏈的原則，該設(shè)計(jì)直接采用連軸器，通過連軸器直接把電動(dòng)機(jī)和減速器聯(lián)結(jié)。 5.5.2 減速器內(nèi)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) （1） 圓柱齒輪傳動(dòng) a) 齒輪材料的選擇 因傳動(dòng)尺寸和批量較小，小齒輪設(shè)計(jì)成齒輪軸，選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB-286HB，平均取240HB。 b) 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算方法 1. 初步計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 齒寬系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取 =1.0 接觸疲勞極限由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=710MPa, =580MPa 初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 值由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=85 初步計(jì)算的小齒輪 式(

59、45) 取 初步齒寬 2 校核計(jì)算 圓周速度 精度等級(jí)選8級(jí)精度 齒數(shù)z和模數(shù)m 初取齒數(shù), 式(46) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取m =2.5 式(47) 式(48) 使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=1.5 動(dòng)載系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=1.2 齒間載荷分配系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表，先取

60、 式(49) 式(50) 式(51) 式(52) 式(53) 齒向載荷分布系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取 式(53) 載荷系數(shù) 彈性系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=2.5 接觸最小安全系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=1.05 總工作時(shí)間 總應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表估計(jì)， 則指數(shù)m =8.78 式(54) 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確 式(55) 接

61、觸壽命系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表取=1.18，=1.31 許用接觸應(yīng)力 式(56) 式(57) 驗(yàn)算 式(58) 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 3.確定傳動(dòng)主要尺寸 實(shí)際分度圓直徑d，因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，齒數(shù)已重新確定，故分度圓直徑不會(huì)改變，即 d?=mz?=2.5111=277mm 中心距 齒寬b 計(jì)算所得的參數(shù)見下表5 表5 齒輪參數(shù)表 Table 5 Gear parameters table 名稱 代號(hào) 單位 小齒輪 大齒輪 中心距 A mm

62、161 傳動(dòng)比 I 6.2 模數(shù) mn mm 2.5 2.5 螺旋角 β 度 0 0 端面壓力角 αt 度 0 0 嚙合角 α,t 度 20 20 齒數(shù) Z 個(gè) 18 111 分度圓直徑 D mm 45 277 齒頂圓直徑 d0 mm 50 282 齒根圓直徑 df mm 41.25 271.25 齒寬 B mm 55 45 計(jì)算說明： 1)齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式中，載荷和幾何參數(shù)是用小齒輪輸出轉(zhuǎn)矩和直徑來表示的，不論強(qiáng)度計(jì)算是針對(duì)小齒輪還是大齒輪，公式中的轉(zhuǎn)矩，齒輪直徑或齒數(shù)，都應(yīng)是小齒

63、輪的數(shù)值； 2)根據(jù)求齒寬，b應(yīng)是一對(duì)齒輪的工作寬度，為易于補(bǔ)償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪的寬度大于大齒輪寬度，因此大齒輪寬度取45mm； 3)而小齒輪寬度取，齒寬數(shù)值應(yīng)圓整； 4)圓柱齒輪的傳動(dòng)系數(shù)。 5.6 軸的設(shè)計(jì) 5.6.1 軸的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 當(dāng)軸的支承距離未定時(shí)，無法由強(qiáng)度確定軸徑，要用初步估算的辦法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d，計(jì)算公式為： 式中：P-軸所傳遞的功率，KW； n-軸的轉(zhuǎn)速，r/min； A-由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。 軸常用材料及A 的關(guān)系見下表6 表6 軸常用材料表 Table 6 sha

64、ft material table 材料 Q235\20 35 45 40Cr、35NiSn A 160~135 135~118 118~107 107~98 高速軸設(shè)計(jì)：結(jié)合實(shí)際情況，選用45鋼，則取A的值為118 式(65) 考慮到鍵槽的影響，軸的直徑增加5%，則此時(shí)軸徑應(yīng)為：，取18mm，按照要求取d1-2=20，d1-3=25，d1-4=34，d1-5=30，d1-6=25；l1-1=32，l1-2=60，l1-3=17，l1-4=146，l1-5=10，l1-6=17。 中間軸設(shè)計(jì)： 式(66) 考

65、慮到鍵槽的影響，軸的直徑增加5%，則此時(shí)軸徑應(yīng)為：，取32mm，按照要求取d2-2=65，d2-3=50，d2-4=40，d2-5=32；l2-1=26，l2-2=81，l2-3=8l，2-4=42，l2-5=31 低速軸設(shè)計(jì)： 式(67) 考慮到鍵 圖13 水平面（xy）的受力圖 Fig.13 Level (xy) diagram 圖14 垂直面（xz）受力圖 Fig.14 Vertical surface (xz) by the attempt 水平面(xy)受力圖（見圖13） 垂直面(xy)受力圖（見圖14） 畫彎矩圖 水平面

66、彎矩圖（見圖15） 垂直面彎矩圖（見圖16） 合成面彎矩圖(見圖17 ) 圖15 水平面彎矩圖 Fig.15 Horizontal bending moment diagram 圖16 垂直面彎矩圖 Fig.16 Vertical bending moment diagram 圖17 合成彎矩圖 fig.17 resultant bending moment diagram 畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖(見圖18) 當(dāng)量彎矩圖。(見圖19) 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力值。 用插入法由表16.3查得 應(yīng)力校正系 畫當(dāng)量彎矩圖見圖19 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩在小齒輪中間截面處 式(68) 在大齒輪中間截面處 式(69) 校核軸頸 5.8 軸承蓋上的螺紋強(qiáng)度計(jì)算 很顯然，該聯(lián)結(jié)為受拉緊聯(lián)結(jié)。 有公式： 式(76) 式(7