帶輪數(shù)控焊接機(jī)設(shè)計(jì)
帶輪數(shù)控焊接機(jī)設(shè)計(jì),數(shù)控,焊接,設(shè)計(jì)
寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
帶輪數(shù)控焊接機(jī)
分 院：
專 業(yè)：
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用也顯得越來越頻繁，先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起。目前，數(shù)控帶輪焊接技術(shù)在電子科技、計(jì)算機(jī)技術(shù)及機(jī)器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，數(shù)控帶輪焊接機(jī)要適應(yīng)焊縫的變化才能提高焊接的水平和質(zhì)量。我們只有將數(shù)控帶輪焊接機(jī)技術(shù)和焊接跟蹤技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動(dòng)新科技的發(fā)展，因此數(shù)控帶輪焊接機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于解決這一難題至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞： 焊接技術(shù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
Abstract
With the development of industrial level, the application of welding structure is becoming more and more frequent, advanced welding technology development are always the results of new science and technology a new starting point. At present, the numerical control tin wire welding technology in the electronic technology, computer technology and manufacturing of the robot plays a important role. In any case, CNC tin wire welding confidential to adapt to the change of weld can improve the level and quality of welding. Only when we CNC tin wire welding machine technology and welding tracking technology effective combination to better promote the development of new technology, so the numerical control tin wire welding machine design for solving this problem is very important.
Key Words: Robot technology Intensity is
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
第1章 緒論 6
1.1課程的研究目的及意義 6
1.1.1課程背景 6
1.1.2課程簡(jiǎn)介 6
1.1.3意義 6
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.2.1國內(nèi)焊接機(jī)的發(fā)展概況 7
1.2.2國外焊接機(jī)的發(fā)展概況 7
1.2.3焊接機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 8
1.3.1主要的研究?jī)?nèi)容 8
1.3.2設(shè)計(jì)要求 9
第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.1設(shè)計(jì)概念 10
2.2設(shè)計(jì)原理 10
2.3方案討論 10
第3章 絲杠結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11
3.1 .常見絲杠支承方式 11
3.2 .滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 12
3.2.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型 12
3.2.2滾珠絲杠副的載荷計(jì)算 12
3.2.3 傳動(dòng)效率計(jì)算 14
3.2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 14
3.2.5 剛度驗(yàn)算 15
3.2.6 滾珠絲杠精度等級(jí)確定 15
3.2.7 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù) 17
3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 18
3.4 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 19
第4章 帶傳動(dòng)計(jì)算 22
4.1傳動(dòng)帶的概述 22
4.1.1傳動(dòng)帶介紹 22
4.1.2傳動(dòng)帶的特 22
4.1.3傳動(dòng)帶分類 23
4.2傳動(dòng)帶傳動(dòng)計(jì)算 23
4.2.1傳動(dòng)帶計(jì)算選型 23
4.3.2傳動(dòng)帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 26
4.3.3傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì) 28
4.3.4傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì) 29
4.4電機(jī)的選擇 29
4.4.1電機(jī)的分類 29
4.4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 30
第5章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 33
5.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 33
5.2 架子材料的選擇確定 33
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核 33
總結(jié)與展望 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
37
第1章 緒論
1.1課程的研究目的及意義
1.1.1課程背景
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，用來提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。當(dāng)然，也不排除的焊接加工過程。我們發(fā)現(xiàn)焊接技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域并且被廣泛使用。根據(jù)資料顯示，我國每年鋼鐵的產(chǎn)量一般在3億噸左右，其中有一半以上的鋼有用到焊接技術(shù)加工。我國每年的焊接設(shè)備需求量金額超過50億元。既然焊接機(jī)能夠這么普遍地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，它肯定具備了很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.1.2課程簡(jiǎn)介
目前，市場(chǎng)上存在著各鐘各樣的電焊機(jī)設(shè)備，如：MZ自動(dòng)埋弧焊機(jī)，可以焊接開坡口或不開坡口的對(duì)接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機(jī)需要人工輸送物料，而且每次只能焊接一個(gè)。DNZ單面雙焊機(jī)雖然可以一次加工兩個(gè)焊，但是物料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。因此，高質(zhì)量的焊接不僅有著極好的市場(chǎng)前景，對(duì)減少焊接設(shè)備進(jìn)口量、促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。為了解決上述問題，本課題就對(duì)數(shù)控帶輪焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做進(jìn)一步的研究。
本課題主要解決數(shù)控帶輪焊接機(jī) (1)數(shù)控帶輪焊機(jī)移動(dòng)設(shè)計(jì) (2)數(shù)控帶輪焊機(jī)設(shè)計(jì) (3)數(shù)控帶輪焊機(jī)設(shè)計(jì)（4）電機(jī)的選擇等各個(gè)方面的問題。最后對(duì)所選的齒輪和相關(guān)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，使之能夠達(dá)到要求。
1.1.3意義
通過完成該課題，設(shè)計(jì)出焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)，不需要工人輸送物料，焊槍與焊縫都保持垂直，相對(duì)于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進(jìn)而能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高生產(chǎn)質(zhì)量。能夠提高焊接的質(zhì)量，擴(kuò)大焊機(jī)的市場(chǎng)前景。能讓焊接技術(shù)走在工業(yè)技術(shù)的最前端，推動(dòng)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。
1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1國內(nèi)焊接機(jī)的發(fā)展概況
目前，國外許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把數(shù)控焊接設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格相對(duì)也有所下降。在近幾年，微電子技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了以PC機(jī)位代表的計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，焊接機(jī)設(shè)備也以建立以pc機(jī)為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)為目標(biāo)，向開放的集成自動(dòng)化方向發(fā)展。為順應(yīng)這一趨勢(shì)，焊接數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。有些進(jìn)口的焊接設(shè)備只需要操作者輸入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工藝條件他就可自動(dòng)生成焊接工藝，并且還可以隨著被焊材料、構(gòu)件的換代，實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級(jí)。他們的設(shè)備基本都提供了現(xiàn)場(chǎng)總線接口，是國外自動(dòng)化焊接系統(tǒng)的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家，自動(dòng)化、機(jī)器人焊接設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級(jí)的焊接工藝。
1.2.2國外焊接機(jī)的發(fā)展概況
焊接產(chǎn)品中有許多曲線的焊接，在我國一般采用手工焊接。手工操作具有一定的優(yōu)勢(shì)，但也，存在著人員管理難、工人培訓(xùn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、焊接質(zhì)量難以穩(wěn)定的保持、容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷、焊接成本高、生產(chǎn)效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，焊接科技工作者研究出了多種自動(dòng)化焊接設(shè)備，如仿形焊接機(jī)，焊接機(jī)器人，數(shù)控焊接機(jī)等。近些年來我國焊接技術(shù)的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟，正在全國推廣應(yīng)用。波控、智能及自動(dòng)、半自動(dòng)焊接技術(shù)快速發(fā)展。自動(dòng)、半自動(dòng)氣體保護(hù)焊機(jī)、埋弧焊機(jī)、電阻焊機(jī)等產(chǎn)品也邁開了一大步。2000年我國弧焊機(jī)器人已達(dá)到980臺(tái)。可是盡管如此，我國的焊接設(shè)備還是不能滿足國內(nèi)工業(yè)的生產(chǎn)需求。
1.2.3焊接機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。焊接結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)迅速發(fā)展。
在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國汽車產(chǎn)量的不斷增加20世紀(jì)90年代開始從國外陸續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的焊接設(shè)備。并在車轉(zhuǎn)動(dòng)軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進(jìn)的焊接工藝，提高了焊接效率和產(chǎn)品質(zhì)量。焊接在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產(chǎn)工藝手段之一 。目 前，已有多種焊接工藝方法獲得各國船級(jí)社的認(rèn)可而被應(yīng)用于生產(chǎn)。自十一五期間開始進(jìn)行高效焊接技術(shù)的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績(jī)。
近年來，我國在大型貯罐焊接、球形貯罐焊接、鋁鎂合金料倉焊接等領(lǐng)域中，已成功地開發(fā)應(yīng)用了自動(dòng)焊或半自動(dòng)焊工藝，如球罐全位置自動(dòng)焊工藝和裝備已在國內(nèi)開發(fā)成功，它將為進(jìn)一步推動(dòng)焊接自動(dòng)化發(fā)揮重要作用。
在當(dāng)前，數(shù)控帶輪焊接機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設(shè)計(jì)專用焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)控帶輪焊接機(jī)，其運(yùn)動(dòng)特性使特定數(shù)控帶輪焊接機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍，花費(fèi)成本較大，不利于數(shù)控帶輪焊接機(jī)的發(fā)展。
很數(shù)移動(dòng)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數(shù)控帶輪焊接機(jī)找到合適的位置并且放好，通過人工將數(shù)控帶輪焊接機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) ,這里所設(shè)計(jì)的移動(dòng)數(shù)控帶輪焊接機(jī)是有軌移動(dòng)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)，只是現(xiàn)有的移動(dòng)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)技術(shù)在焊接中的應(yīng)用， 還不能滿足要求，而當(dāng)前的移動(dòng)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。也就是說數(shù)控帶輪焊接機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。
未來的發(fā)展趨勢(shì)可分為以下三個(gè)方面：[2]
1 選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤：因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；
2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的焊接任務(wù)；
3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動(dòng)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)的控制所采用。
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法
1.3.1主要的研究?jī)?nèi)容
在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)結(jié)構(gòu)特、具體作業(yè)任務(wù)特以及焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控帶輪焊機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特，確定數(shù)控帶輪焊機(jī)整體設(shè)計(jì)方案。
2 確定數(shù)控帶輪焊機(jī)的性能參數(shù)，對(duì)初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。
3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控帶輪焊機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。
1.3.2設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出數(shù)控帶輪焊機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案；
2 完成數(shù)控帶輪焊機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型；
4 完成數(shù)控帶輪焊機(jī)結(jié)構(gòu)的造型；繪制數(shù)控帶輪焊機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)概念
整體的支撐架采用在工程中我們常用的整體支撐架結(jié)構(gòu)有龍門結(jié)構(gòu)和懸臂梁。所謂的懸臂梁就是梁的一端為不產(chǎn)生軸向、垂直位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的固定支座，另一端為自由端（可以產(chǎn)生平行于軸向和垂直于軸向的力）。通俗地說就是一根橫梁連接兩個(gè)支腿與地面緊固組成的像一個(gè)門框一樣的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗请p支撐結(jié)構(gòu)區(qū)別于單支撐和懸臂結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單。
2.2設(shè)計(jì)原理
數(shù)控焊機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下幾個(gè)條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，為了使工件、焊槍與焊接保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)要求的焊接，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會(huì)發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對(duì)于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。
Z軸電動(dòng)機(jī)—帶傳動(dòng)—滾珠絲杠—托板
X軸旋轉(zhuǎn)采用帶輪傳動(dòng)
2.3方案討論
懸臂梁在工程力學(xué)受力分析中，比較典型的簡(jiǎn)化模型。在實(shí)際工程分析中，大部分實(shí)際工程受力部件都可以簡(jiǎn)化為懸臂梁。龍門結(jié)構(gòu)制作方便，承受負(fù)載大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程上廣泛應(yīng)用?？紤]到上述問題該課題的整體結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)。
第3章 絲杠結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 .常見絲杠支承方式
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動(dòng)
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長(zhǎng)度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會(huì)受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的場(chǎng)合。
3.2 .滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型
（1）.滾珠循環(huán)方式
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式
（2）.軸向間隙預(yù)緊方式
預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。
2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-3查得,
3.2.2滾珠絲杠副的載荷計(jì)算
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
采用絲杠直徑20mm,導(dǎo)程為5mm
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號(hào)為FFZD2010—3。
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表
名稱
計(jì)算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
4.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
24.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
3.2.3 傳動(dòng)效率計(jì)算
絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
3.2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
3.2.5 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
3.2.6 滾珠絲杠精度等級(jí)確定
（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-4查得le=20 mm
導(dǎo)軌總長(zhǎng)Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長(zhǎng)Lv =350-20=330mm
（2）.精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差
ep=0.01/300×350×103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-5得
精度等級(jí)為T3
4）滾珠絲杠副支承形式選擇
滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束。
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-6查得,采用一端固定一端游動(dòng)(F-S)支承形式.
5）滾珠絲杠副的選擇
高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動(dòng)負(fù)荷Cα≥Cαj選擇滾珠絲杠副
Cαj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3
式中 Cαj--滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(N)
Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6N
ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min.
Lh--絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-7得Lh=15000 h.
ft--溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-8,得ft=0.70.
fa--精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-9得fa=1.0
fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表5-10得fw=0.95
fh--硬度系數(shù).查[2]表5-11得fh=1.0
fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21.
計(jì)算得Caj=2.5N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
6）滾珠絲杠副校核
（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對(duì)于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.
不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示
Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1
式中 L0–--最長(zhǎng)受壓長(zhǎng)度.取400 mm
f1--絲杠支承方式系數(shù), F-S取2
d2--絲杠螺紋底徑,查[4]3-32取17.6 mm
k1 安全系數(shù)，取1/3
Fn=13593N>Fmax
（2）.臨界轉(zhuǎn)速
ncr=9910(f22d2)/Lc2
式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927.
Lc --臨時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度. Lc =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑,取17.6mm
ncr= 10758.9r/min > nmax取,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20×833=7500 < 70000
（3）.軸承選擇校核
由[2]表6-1選擇深溝球軸承6201,由[2]表6-6選角接觸球軸承7001AC.
校核(略)
3.2.7 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)
（1）.滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管。
（2）.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力。
（3）.滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑用鋰基潤(rùn)滑劑。
3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
（1）選日本NSK直線滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌,E級(jí)精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,fα=1,fw=1.
（2）壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:
Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h ,每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8
L=(2lsnz60Lh)/(103)=(2×0.31×8×60×38400)/ (103)=11428Km
計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其物重約為110N
計(jì)算需要的動(dòng)載荷Cα
P=110/4=27.5N
Cα=( fwP)÷(fh ft fc fα)×(L/50)1/3=208N
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-20中選用LY15AL直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其Cα=606N, C0α=745N.
基本參數(shù)如下:
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長(zhǎng)度
動(dòng)載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個(gè)數(shù)
單向行程長(zhǎng)度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長(zhǎng)度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
（3）滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整
預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量。
（4）潤(rùn)滑與防護(hù)
潤(rùn)滑:采用脂潤(rùn)滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵。
防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命。
防護(hù)方式用蓋板式。
3.4 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇
X參數(shù)選定與計(jì)算
假設(shè)vx=2.0 m/min=0.033m/s，F(xiàn)x=120 N，Px=Fxvx=3.96W
1）脈沖當(dāng)量選擇
初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步矩角α=0.36°,初定脈沖當(dāng)量δ=0.005mm/p,
絲杠導(dǎo)程tsP=5 mm,中間齒輪傳動(dòng)比i為:
i=(αtsP)／(360δ)=0.36×5／(360×0.005)=1
采用帶傳動(dòng)
2)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)
小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg1=(πd14b1ρ)／32={[π(4.978)4×1.6×7.85×10-3]／32}kg.m2 =0.76×10-4 kg.m2
式中：鋼密度ρ=7.85×10-3 kg/cm3
滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=(πd04lρ)／32={[π(2)4×49×7.85×10-3]／32}×10-4 kg.m2 =0.6×10-4 kg.m2
拖板及工作物重折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板及工作物重之和約為 10+2=12kg
Jw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2
=12×(5×10-3／2π) 2÷(1.25)2kg.m2
=4.86×10-6 kg.m2
因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je
Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2
=76×10-6 +4.86×10-6 +(170×10-6 +60×10-6) ÷(1.25)2
=2.2806×10-4 kg.m2
3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)
由書式(4-7)~(4-9)可知:
Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)
= [(120+0.06×120) × 0.005]/(2π×0.8×1.25)
=0.101N.m
Mf= (Ff tsP)/(2πηi)
= (μW tsP)/(2πηi)
=(0.06×13×9.8×0.005)/ (2π×0.8×1.25)
=0.00609N.m
上述式中η為絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 η=0.8，μ為摩擦系數(shù)取0.06
nmax=（Vmax /δ）×(α/360°)=250 r/min 取起動(dòng)加速時(shí)間tα=0.03 s
初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)90BF006 ,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax=2.156N·m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=2.257×10-4 kg·m2, fm=2400Hz.
故M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)
= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02)
=[(1/3) ×120×0.005]÷(2π×0.8×1.25) ×[1-(0.9)2]
=0.0061 N.m
式中 Fp0 — 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fx/3
Fx — 進(jìn)給牽引力(N)
η0 — 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.9
J =( Je +Jm)
= 2.2806×10-4 kg．m2+2.257×10-4 kg.m2
=4.537×10-4 kg.m2
Mα=( Je +Jm)( 2πnmax)/(60tα)
=4.537×10-4 ×(2π×250)÷(60×0.03)
=0.3957N.m
Mq = Mαmax+ Mf+ M0
=0.3962+0.00609+0.0061
=0.40839N.m
Mc = Mt+ Mf+ M0
=0.101+0.00609+0.0061
=0.11319 N.m
Mk= Mf+ M0=0.01219N.m
從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).
Mq/ Mjmax=0.189 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.
4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)
Je /Jm=2.2806/2.257=1.01<4 說明慣量可以匹配
電機(jī)慣量最大起動(dòng)頻率 fL=fm/(1+ Je /Jm)1/2=1692.83 Hz
步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)最大空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)最大工作頻率
fq=Vmax/(60δ)=1000/(60×0.004)=4167> fL
fc=V1max/(60δ)=200/(60×0.004)=833< fL
所以,與fc對(duì)應(yīng)的Mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求.
綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.
第4章 帶傳動(dòng)計(jì)算
4.1傳動(dòng)帶的概述
4.1.1傳動(dòng)帶介紹
傳動(dòng)帶傳動(dòng)（見圖3-1）時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。
圖4.1傳動(dòng)帶傳動(dòng)
傳動(dòng)帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動(dòng)力。傳動(dòng)帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10。
傳動(dòng)帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)。
4.1.2傳動(dòng)帶的特
(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。
4.1.3傳動(dòng)帶分類
傳動(dòng)帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒傳動(dòng)帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO5296制訂了傳動(dòng)帶傳動(dòng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。
弧齒傳動(dòng)帶弧齒傳動(dòng)帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒傳動(dòng)帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。
弧齒傳動(dòng)帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤(rùn)滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
梯形齒傳動(dòng)帶梯形齒傳動(dòng)帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡(jiǎn)稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對(duì)稱齒型（代號(hào)DA)和交錯(cuò)齒型(代號(hào)DB〕。
4.2傳動(dòng)帶傳動(dòng)計(jì)算
4.2.1傳動(dòng)帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表3-3.工作情況系數(shù)
確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)傳動(dòng)帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由傳動(dòng)帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4
表3-4
選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)傳動(dòng)帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
參照“同步帶選型圖”選擇帶型為L(zhǎng)型，則選擇帶輪20L050，節(jié)徑40.64mm，外徑39.88mm，齒數(shù)為20，節(jié)距P。=9.525mm。
驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s，確定帶長(zhǎng)和中心矩
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得
所以有：
現(xiàn)在選取軸間間距為取125mm
10、傳動(dòng)帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=719.7mm
11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算
有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)傳動(dòng)帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以傳動(dòng)帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表3-5基準(zhǔn)寬度傳動(dòng)帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
4.3.2傳動(dòng)帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、傳動(dòng)帶的節(jié)線長(zhǎng)度
傳動(dòng)帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為傳動(dòng)帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮，稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在傳動(dòng)帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過大過小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在傳動(dòng)帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒傳動(dòng)帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的傳動(dòng)帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。
表3-6帶節(jié)線長(zhǎng)度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖3-4所示，傳動(dòng)帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為傳動(dòng)帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著傳動(dòng)帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是傳動(dòng)帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制傳動(dòng)帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分傳動(dòng)帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)帶的齒形尺寸見表3-5。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖3.7帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表3-7梯形齒標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在傳動(dòng)帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
4.3.3傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。
表3-8傳動(dòng)帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖3.8傳動(dòng)帶
4.3.4傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求
1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
3、有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。
4、具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
4.4電機(jī)的選擇
4.4.1電機(jī)的分類
1．按工作電源分類根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。
2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。
同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。
直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。
3．按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式電動(dòng)機(jī)、電容盍式電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)和分相式電動(dòng)機(jī)。
4．按用途分類電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。
驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。
控制用電動(dòng)機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。
5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī)）。
6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。
調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無極變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
4.4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇
由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由物料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動(dòng)摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動(dòng)摩擦力卻很小，故忽略不計(jì)。計(jì)算過程如下:
F=mngM=FL
其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為物料的質(zhì)量，為物料與傳送帶
的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強(qiáng)低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個(gè)物料，則n=10，每個(gè)物料的質(zhì)量約為.03kg，可得：F=23.52N
L為牽引力作用在電機(jī)軸上得力臂，L=0.02m;
則有:
M=FL==nmg=0.4704
轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和輪的直徑有關(guān)，工作時(shí)傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm，
則根據(jù)公式計(jì)算得:
n==30r/min
步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖4-3所示：
則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時(shí)，f=100HZ。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號(hào)為：57BYJ250C
第5章 機(jī)架的設(shè)計(jì)
5.1 機(jī)架的基本尺寸的確定
機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動(dòng)；架子要有足夠的空間安裝。而且自動(dòng)變速器每個(gè)總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動(dòng)變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長(zhǎng)高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐自動(dòng)變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。
為了使機(jī)架能夠方便移動(dòng)，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個(gè)側(cè)面通過螺栓各連接兩個(gè)輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
5.2 架子材料的選擇確定
架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買材料時(shí)要考慮鋼材的性能，同時(shí)也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場(chǎng)調(diào)查分析后，臺(tái)架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。
受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用60㎜的方鋼制作。在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接。
表一 鋼材的尺寸
規(guī)格
60㎜×60㎜
50㎜×50㎜
橫截面圖
長(zhǎng)度
500㎜
567㎜
材料
Q235
Q235
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核
質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105頁表5-2得，Q235鋼材的屈服強(qiáng)度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端為圓建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因?yàn)椋篎RD =600N ，把RDE從D移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖6.1
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計(jì)算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端為圓建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標(biāo)系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡(jiǎn)圖如圖2.2.1-b所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE之間。
把F從C移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m
因?yàn)椋篎ba+Fde=2F=1200N
由于軸的受力完全對(duì)稱，故Fba=Fde=F=600N
B和F的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m
受力情況如圖2.2.1所示.
計(jì)算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。
總結(jié)與展望
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)的一次系統(tǒng)全面性的總結(jié)，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將理論與實(shí)踐充分結(jié)合，是難得的一次機(jī)會(huì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為今后能更好的適應(yīng)今后工作墊定了良好的基礎(chǔ)。針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)如下：
(1) 對(duì)該三自由度焊接數(shù)控帶輪焊接機(jī)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，證明該方案可行，能夠滿足焊接的要求，能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高的生產(chǎn)質(zhì)量。
(2) 完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：車體結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇；驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的估計(jì)計(jì)算與選擇；齒輪齒條傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度與彎曲疲勞強(qiáng)度校核。還有擺動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。
(3) 其它方面：都是直接在圖紙上設(shè)計(jì)出來了。
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[10] 山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司. 博特產(chǎn)品系列.
致 謝
本文是在老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。
另外，我還要特別感謝對(duì)我實(shí)驗(yàn)以及論文寫作的指導(dǎo)，為我完成這篇論文提供了巨大的幫助。還要感謝，同學(xué)對(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成論文。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室的老師也時(shí)常幫助我，在此我也衷心的感謝他。
最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！
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