畢業(yè)論文終稿-自動擺盤機設(shè)計[下載送CAD圖紙 全套打包資料]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯15 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 自動擺盤機設(shè)計 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計及其自動化_ 姓 名 馮云 班 級 11 機制 2w 指導(dǎo)教師 劉瀏 起止日期 2014.11-2015.6 2015 年 5 月 15 日需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763I目 錄摘 要 ..........................................................................................................................................IIAbstract....................................................................................................................................III第一章 緒論 ...............................................................................................................................11.1 研究背景及意義 ............................................................................................................11.2 擺盤機簡介 ...................................................................................................................1第二章 總體方案設(shè)計 ...............................................................................................................22.1 設(shè)計要求及分析 ............................................................................................................22.2 方案選擇 ........................................................................................................................22.2.1 傳送機構(gòu)方案 ......................................................................................................22.2.2 臂部升降機構(gòu)方案 ..............................................................................................22.2.3 臂部擺動機構(gòu)方案 ..............................................................................................32.2.4 總體方案確定 ......................................................................................................42.3 結(jié)構(gòu)原理分析 ................................................................................................................42.4 總體參數(shù)選定 ................................................................................................................5第三章 傳送機構(gòu)設(shè)計 ...............................................................................................................63.1 電動機的選擇 ................................................................................................................63.1.1 扭矩的計算 .........................................................................................................63.1.2 啟動矩頻特性校核 .............................................................................................73.2 傳送帶的設(shè)計 ................................................................................................................83.3 滾筒的設(shè)計 ....................................................................................................................9第四章 臂部升降機構(gòu)的設(shè)計 .................................................................................................104.1 電動機的選擇 .............................................................................................................104.1.1 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號 ....................................................104.1.2 啟動矩頻特性校核 ............................................................................................114.2 滾珠絲桿副的選型與校核 ..........................................................................................114.2.1 型號選擇 ............................................................................................................124.2.2 校核計算 ............................................................................................................134.3 導(dǎo)軌的選型與校核 .....................................................................................................13需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763II4.3.1 導(dǎo)軌的選型 ........................................................................................................134.3.2 滑動導(dǎo)軌副的計算、選擇 ................................................................................144.4 軸承及鍵的校核與壽命計算 ......................................................................................16第五章 臂部擺動機構(gòu)的設(shè)計 .................................................................................................185.1 電動機的選擇 ..............................................................................................................185.1.1 電機軸的轉(zhuǎn)動慣量 ............................................................................................185.1.2 電機扭矩計算 ....................................................................................................195.2 齒輪傳動的設(shè)計 ..........................................................................................................205.2.1 選精度等級、材料和齒數(shù) ................................................................................205.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 ................................................................................205.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 ........................................................................................225.2.4 幾何尺寸計算 ....................................................................................................235.3 旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件的設(shè)計與校核 .............................................................................245.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 ........................................................................................245.3.2 強度校核計算 ....................................................................................................255.3.3 鍵的校核與壽命計算 ........................................................................................275.4 擺臂設(shè)計 ......................................................................................................................275.5 吸盤的選擇 ..................................................................................................................27總 結(jié) .........................................................................................................................................29參考文獻 ...................................................................................................................................30致 謝 .........................................................................................................................................31需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763III摘 要為了改善酒店、餐館等餐飲服務(wù)行業(yè)的飲食服務(wù)質(zhì)量，對廚具設(shè)備自動化的實現(xiàn)進行了研究。基于提高餐飲服務(wù)工作效率及環(huán)境衛(wèi)生的前提下，設(shè)計了一種自動擺盤機，利用步進電動機帶動手臂進行上下移動和水平垂直旋轉(zhuǎn)，通過氣壓驅(qū)動機械手抓取和松放，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動擺放各種型式和材料的盤子。本次設(shè)計的自動擺盤機由底座、傳送機構(gòu)、臂部升降機構(gòu)、臂部擺動機構(gòu)、吸盤等構(gòu)成。本次設(shè)計首先，通過對自動擺盤機結(jié)構(gòu)及原理進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進行了計算選擇；然后，對各主要零部件進行了設(shè)計與校核；最后，通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了自動擺盤機裝配圖及主要零部件圖。通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD 制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵詞：自動擺盤機，滾珠絲杠，齒輪，軸需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IVAbstractIn order to improve the diet quality of service for hotels, restaurants and other food service industries, for kitchen equipment for automating studied. Based at improving the efficiency of food service and sanitation of the premise, we designed an automatic pendulum disk drive, stepping motor driven arm up and down movement, and horizontal and vertical rotation, by pressure-driven robot crawling and unclamp, can achieve automatic put dishes of various types and materials. The design of the automatic pendulum disk drive consists of a base, transfer mechanism, the arm lifting mechanism, the arm swing mechanism, sucker.The design is first, through the automatic Wobble machine structure and principles for analysis, presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and check; and finally, through AutoCAD drawing software to draw an automatic pendulum disk drive assembly and main parts diagram in Fig.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.Keywords: Automatic pendulum disk drive, Ball screws, Gears, Shafts需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763V需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VI需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VII需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIII需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IX需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763X需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397631第一章 緒論1.1 研究背景及意義隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的人選擇在酒店、餐館和會所等場合就餐。而餐飲服務(wù)質(zhì)量在很大程度上決定了其在行業(yè)中的競爭力。目前，大多數(shù)餐飲服務(wù)場所的食物搭配、烹飪加工、呈菜上桌等基本是人工操作來完成，這就需要餐飲企業(yè)雇傭大量人力，不僅成本過高，往往還伴隨意外事故，因而，實現(xiàn)餐飲服務(wù)行業(yè)廚具設(shè)備的自動化，是解決上述問題、提高企業(yè)競爭力的良好途徑。其中機械手是物流自動化的重要裝備，它不僅提高勞動生產(chǎn)效率，還能代替人類完成高強度、高危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人的勞動強度［1］ 。同時，由于餐用盤子具有表面光滑，外形規(guī)則，薄而輕等特點，易于實現(xiàn)自動抓取和碼垛。本文旨在設(shè)計一套簡易的自動擺盤設(shè)備，實現(xiàn)盤子的自動擺放，達到提高工作安全性、節(jié)省勞動力、降低生產(chǎn)成本的現(xiàn)實目標(biāo)。所以，對自動擺盤機的設(shè)計和研究，顯得尤為重要也非常的有意義。1.2 擺盤機簡介自動擺盤機是用于餐用盤子清洗后的整理并疊成堆，便于下到工序是用那個。擺盤機利用步進電動機帶動手臂進行上下移動和水平垂直旋轉(zhuǎn)，通過氣壓驅(qū)動機械手抓取和松放，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動擺放各種型式和材料的盤子自動擺盤機由底座、傳送機構(gòu)、臂部升降機構(gòu)、臂部擺動機構(gòu)、吸盤等構(gòu)成。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397632第二章 總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求及分析該自動擺盤機的主要功能是以一定的節(jié)拍連續(xù)將盤子放置在傳送帶上，經(jīng)傳送帶送到一定的位置，以供使用，使用后在傳送帶的末端被取出。系統(tǒng)要求如下：（1）系統(tǒng)運行安全可靠，便于系統(tǒng)檢測和故障維修；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的自運行，噪聲小，運行穩(wěn)定，減少人工的干預(yù)；（3）具有較好的定位精度，重復(fù)定位誤差控制在較小范圍；（4）具有故障預(yù)防機制，避免發(fā)生碰撞等不良事故；（5）設(shè)備操作簡單，結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，綠色環(huán)保。2.2 方案選擇2.2.1 傳送機構(gòu)方案由于盤子重量不大，并且對傳送的精度要求不高，所以采用平帶傳送帶進行傳送即可滿足要求，結(jié)構(gòu)如下圖示：圖 2-1 傳送機構(gòu)方案2.2.2 臂部升降機構(gòu)方案升降機構(gòu)通常有采用液壓缸的液壓式、采用氣缸的氣動式，也有采用絲杠/螺紋傳動的機械式。但是通常液壓式、和氣動式需要比較龐大的液壓/氣動系統(tǒng)來提供動力源，并且液壓式對工作環(huán)境污染較嚴(yán)重，而氣動式則沖擊較大，均不適合用于本次擺盤機的臂部升降機構(gòu)。因此本次采用絲杠/螺紋傳動的機械式降機構(gòu)，為了提高工作效率本次采用滾珠絲杠副作為升降機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖示：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633圖 2-2 臂部升降機構(gòu)方案2.2.3 臂部擺動機構(gòu)方案擺動機構(gòu)，通?？梢酝ㄟ^齒輪傳動、四桿機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)）等實現(xiàn)，但是為了保證擺動機構(gòu)的穩(wěn)定性以及減小機構(gòu)尺寸確保機構(gòu)的緊湊性，本次采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)如下圖示：圖 2-3 臂部擺動機構(gòu)方案需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976342.2.4 總體方案確定總體設(shè)計簡圖及說明：圖 2-4 自動擺盤機總體方案自動擺盤機是由傳送帶、底座、線性模組、機械手等機械裝置組成。線性模組固定在底座上，步進電機 1 帶動手臂做往復(fù)擺動，步進電機連接滾珠絲杠做升降運動，傳送帶按固定節(jié)拍把盤子送到指定位置。2.3 結(jié)構(gòu)原理分析該自動擺盤機主要由機械手、線型模組、底座、輸送帶等各種機械設(shè)備組成。線型模組固定在底座上，步進電動機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)手臂的上下移動，步進電動機 1帶動手臂實現(xiàn)往復(fù)擺動，工作流程如圖 2 所示［ 4］ 。傳送帶將吸盤擺放的盤子以預(yù)定節(jié)拍送進，當(dāng)?shù)谝粋€盤碼堆的盤子取完時，由步進電動機 12 帶動齒輪副將第二個盤碼堆移至第一個盤碼堆的位置，繼續(xù)擺盤。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397635圖 2-5 自動擺盤機循環(huán)工作流程2.4 總體參數(shù)選定以普通陶瓷盤子為例，選取參數(shù)如下：盤子口徑大約為 190mm，高約為 20mm，厚度約為 5mm，質(zhì)量約為 M=0.5kg。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397636第三章 傳送機構(gòu)設(shè)計3.1 電動機的選擇伺服電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化；③速度可調(diào)，能夠快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運行特性好。自動擺盤機的動力系統(tǒng)要求電動機定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF 系列伺服電動機為反應(yīng)式伺服電動機，具備以上的所有條件，我們選用的型號 90BF004 的電動機作為主運動的動力源。選用時主要有以下幾個步驟：3.1.1 扭矩的計算伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機的定位轉(zhuǎn)矩。伺服電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩maxjM與最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系是；mpMajmaxjp??伺服電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。伺服電機所需空載啟動力矩按下式計算：0Mkfakq??式中：——空載啟動力矩；kqM——空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的a加速力矩；——空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；kf——由于絲桿預(yù)緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩；0M而且初選電機型號時，應(yīng)滿足伺服電動機所需空載啟動力矩小于伺服電動機名義啟動轉(zhuǎn)矩，即：maxjpkqM???需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397637計算 的各項力矩如下：kqM①加速力矩=?J2521 /08.iMR?????=1.8×10 51?= 26.0mKg?rvnpb40365..483maxax ?????2112ax 10642)8..(160 ???? ??????tnJMkq=0.519N/m②空載摩擦力矩=0.648.02796.130' ????iLGfkf mN?③附加摩擦力矩)1(2200???iFMYJ= =)9.(48.2?mN?.10kfakq??=0.519+0.6+1.222=2.341 ?=0.951×25=23.775maxjqM?mN?3.1.2 啟動矩頻特性校核伺服電機有三種工況：啟動、快速進給運動、工進運行。前面提出的 ，僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否maxjqk???滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。伺服電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少見。而升速啟動需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397638過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載力矩 中的加速力矩 不會很kqMka大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。3.2 傳送帶的設(shè)計本設(shè)計為了實現(xiàn)自動化，節(jié)省人力、物力和提高效率，在盤子輸送方面擬采用帶傳動。在實際工作環(huán)境下有平帶傳動、齒形帶和同步帶等形式。齒形帶在傳送有幾何規(guī)則輪廓的零件時有很大的優(yōu)勢，而且當(dāng)帶高速運動時，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會在帶上移動，齒形帶不是標(biāo)準(zhǔn)件，一般需要在平帶上自己安裝齒形，制造不方便；同步帶傳動，屬于嚙合傳動，高速、高精度，適合在高精度儀器裝置中使用，帶比較薄，比較輕，同步帶一般采用伺服電機驅(qū)動。平帶傳動具有如下的特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護的作用（2）有緩沖吸震的作用（3）運動平穩(wěn)無噪聲（4）適用于遠距離傳輸（Smax=15m）（5）制造、安裝精度要求不高雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設(shè)計中帶傳動的作用是實現(xiàn) PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。傳送皮帶（尺寸 600×200mm）的示意圖如圖 3.3 所示。根據(jù)設(shè)計要求：盤子需從較遠距離傳送過來，傳送盤子用傳送帶，使盤子能自動往前運輸，因此本次采用平帶傳動傳送盤子結(jié)構(gòu)方案如下圖：雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設(shè)計中帶傳動的作用是實現(xiàn)盤子的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)盤子的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397639圖 3.3 平帶傳動示意圖3.3 滾筒的設(shè)計滾筒采用灰鐵鑄造后機加工成型，滾筒結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3.4 所示：圖 3.4 滾筒需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976310第四章 臂部升降機構(gòu)的設(shè)計4.1 電動機的選擇步進電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化；③速度可調(diào)，能夠快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運行特性好。擺盤機臂部升降機構(gòu)要求電動機電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF 系列步進電動機為反應(yīng)式步進電動機，具備以上的所有條件，我們選用了型號 90BF004 的反應(yīng)式步進電動機作為主運動的動力源，該機功率為 0.42KW。選用時主要有以下幾個步驟：4.1.1 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號(1)步距角初選步進電機型號，并從手冊中查到步距角 ,由于b?pbiL???360綜合考慮，我初選了 ，可滿足以上公式。4,5.10?b?(2)距頻特性步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 是指電機的定位轉(zhuǎn)矩。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq 與最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 的關(guān)系是：Mmq= maxMj?步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算： 0kfakq??式中：Mkq 為空載啟動力矩；Mka 為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；Mkf 為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩； 為由0M于絲桿預(yù)緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機型號時應(yīng)滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976311轉(zhuǎn)矩，即：Mkq Mmq=λMjmax?計算 Mkq 的各項力矩如下：①加速力矩 25552521 106.8.10./08. mKgiMRJ ?????????? ????? mrvnpb /436..1436maxax?? NtJMk ???????? ????? 519.016042)18.0.(02 212ax ??②空載摩擦力矩 mNiLGfkf ??6.048.2796.130??‘③附加摩擦力矩 mNiFMYJ ?????? 2.1)9.0(48.2)1(200mqkjkfakq mN?????75.395. 34..61x?4.1.2 啟動矩頻特性校核步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。前面提出的 ，僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿?kqMmaxj??足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩 中的加速力矩 不kqMka會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。4.2 滾珠絲桿副的選型與校核滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計制造，只要根據(jù)使用工況需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976312選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動中的滾珠絲桿加于設(shè)計和校核。其步驟如下：首先對于一些參數(shù)說明如下：軸向變載荷 ，其中 i 表示第 i 個工作載荷， i=1、2、3…n ；)(NFi第 i 個載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 (r/min);in第 i 個載荷對應(yīng)的工作時間 (h) ;it絲桿副最大移動速度 (mm/min);maxv絲桿預(yù)期壽命 。)(hLb4.2.1 型號選擇（1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；（2）計算滾珠絲桿副的主要參數(shù)①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù) =1.0 系數(shù) =1.5；dfjs②計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 dnmin/20/)(miaxrnd???③計算當(dāng)量載荷 dFNFmavd 3/)2(in④初步確定導(dǎo)程 hPmVPh 5.240/1/max???取 4mm⑤計算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速 nL1206?dnL⑥計算絲桿所需的額定載荷 aC'需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976313NLFfCnda 152012331' ?????（3）選擇絲桿型號根據(jù)初定的 和計算的 ，選取導(dǎo)程為 4mm，額定載荷大于 的絲桿。所選絲hPaC' aC'桿型號為 CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。4.2.2 校核計算（1）臨界轉(zhuǎn)速校核 4768.04min/590321.202max6316 ???????ccc nnrldn而 最 大 工 作 轉(zhuǎn) 速?校核合格。（2）由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。（3）滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力 一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：)(pFNdp7831??其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 mNPFThp ???????? 16.0)85.01(.247810)(2 3232???4.3 導(dǎo)軌的選型與校核4.3.1 導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌兩種， 直線滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機床所用的滑動導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點：①定位精度高直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌的 1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少 90%，因此，可將機床定位精度設(shè)定到超微米級。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976314②降低機床造價并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進行起動、停止的往復(fù)運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低 90%，具有大幅度節(jié)能的效果。③可提高機床的運動速度直線滾動導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率 20～30%。④可長期維持機床的高精度對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能?。疂L動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。4.3.2 滑動導(dǎo)軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計算導(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(一般運行狀況) ，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動） 。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZCfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26fP413.94.C?根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢江機床廠 BGX 系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為: BGXH25BE基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下:需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976315導(dǎo)軌的額定動載荷 N1750aC?依據(jù)使用速度 v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導(dǎo)軌的工作壽aC命 Ln：額定行程長度壽命:()HTCaWfSFK?2045MF1,,.81,,oTCHRdffff??3310.8752()()14209.58HTCaWfSFKkm??導(dǎo)軌的額定工作時間壽命: 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763163102SoTHln??導(dǎo)軌的工作壽命足夠.3 310249.584971506SoTln hTh????導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： 04.136SLCfP?：靜安全系數(shù)； ：基本靜額定負(fù)載； ：工作載荷Sf 0CP導(dǎo)軌壽命計算： 3()5748htwcfLKmP????4.4 軸承及鍵的校核與壽命計算（1）軸承1）.按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為 Fr1=340.43N，軸向力為 Fa1=159.90N，2） ．初步選擇深溝球軸承 6202，其基本額定動載荷為 Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為 C0r=63.8KN。3） ．徑向當(dāng)量動載荷 NFNVHr 43.06.187.5432221211 ?????r 859222需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976317動載荷為 ，查得 ，則有arrYFP??4.06.1?Nr 0239.156.3.?由 式 13-5 得○a hrh LPCnL '104.53012.3985760601 6??????????????????滿足要求。（2）鍵1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸小帶輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為 mlhb186???2)校核鍵聯(lián)接的強度鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 ??MPaP20??鍵的工作長度mbl3261???，合適??PP MadlkT??????5.8165.072131需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976318第五章 臂部擺動機構(gòu)的設(shè)計5.1 電動機的選擇步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產(chǎn)品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。5.1.1 電機軸的轉(zhuǎn)動慣量a、旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量 328md4LJR???上式中：d—直徑,旋轉(zhuǎn)外徑 d=8mmL—長度=30mmP—鋼的密度 =7800 2kg/m經(jīng)計算得 0.×=RJb、齒輪的轉(zhuǎn)動的慣量 328d4LJL???上式中：d—直徑,齒輪外徑 d=30mmL—長度=14mmP—鋼的密度 =7800 2kg/m經(jīng)計算得 0.×=RJ2-81*4.9kLc、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976319查表得 204kg/.mJW=因此28- m0.8kg4.10*9.. ??????LR5.1.2 電機扭矩計算a、折算至電機軸上的最大加速力矩 atJnT602mxax??上式中： min/150maxrn=J=0.0028kg/m2ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取 15s-1,則 ta=0.2sSK3ta經(jīng)計算得 mNT×=2.maxb、折算至電機軸上的摩擦力矩 IPFT??20f?上式中：F0— 導(dǎo)軌摩擦力， F0=Mf，而 f=摩擦系數(shù)為 0.02，F(xiàn)0=Mgf=32NP—絲桿螺距（ m）P=0.001mη—傳動效率，η=0.90I—傳動比， I=1經(jīng)計算得 NTf×=75.0c、折算至電機軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 i2)-1(00??PT?上式中 P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500Nη0—滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率為 0.9經(jīng)計算的 T0=0.05N·M則快速空載啟動時所需的最大扭矩 mNTTf ×=+=82.0max根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量，選擇電機型號為 SIEMENS 的 IFT5066，其額定需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976320轉(zhuǎn)矩為 6.7N.m。5.2 齒輪傳動的設(shè)計前述算得 ，步進電機工作轉(zhuǎn)速能在較大范圍變化本次計算取mNT??7.62，傳動比in/7102rn?2i5.2.1 選精度等級、材料和齒數(shù)采用 7 級精度由表 6.1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS。選小齒輪齒數(shù) 18?Z大齒輪齒數(shù) 取4022?i 2?Z5.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算，即 3211)][(2.HEdtt ZuTkd?????1） 確定公式各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù) .?tK（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT??7.62（3）小齒輪相對兩支承非對稱分布，選取齒寬系數(shù) 6.0??d（4）由表 6.3 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/18.9MPaZE（5）由圖 6.14 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 H601lim??大齒輪的接觸疲勞強度極限 Pa52li（6）由式 6.11 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 81 10.)830(1760????hjLnN需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976321782109.41.??N（7）由圖 6.16 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)8.1?NZ12.?NZ（8）計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1，由式 10-12 得??MPaSZHN6480lim1 ????H 15.12li2（9）計算試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1][H?mdt 5.29)68.(236.07312.1 ????計算圓周速度 v snvt /83.060715.94.3160???計算齒寬 b mdt 7.15.291?計算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) Zmtnt 48.20.1?齒高 3.5./7/ 2.75.??hbmnt計算載荷系數(shù) K根據(jù) ，7 級精度，查得動載荷系數(shù)smv/2.0? 02.1?VK假設(shè) ，由表查得NbFtA1?.?HK需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976322由于載荷中等振動，由表 5.2 查得使用系數(shù) 1.?AK由表查得 283.1??HK查得 F故載荷系數(shù) 439.128.0.1?????HVAK（10）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 mdtt 57.0./.5.29/331（11）計算模數(shù)ｍ Zm.1/7.0/1??5.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為 321][FSdnYZKT?????（1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值由圖 6.15 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE501??大齒輪的彎曲疲勞強度極限 382由圖 6.16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)9.01?NZ.2N計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1.3，得??MPaSZFENF 2.346.5091 ????FEF .71.822計算載荷系數(shù) 436.28.0.1??????FVAK需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976323（2）查取齒形系數(shù)由表 6.4 查得 　8.21?FaY23.Fa（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 6.4 查得5.1Sa76.2Sa（4）計算大小齒輪的 ，并比較][FSaY?01456..273][ 3..465821??FSaY?大齒輪的數(shù)據(jù)大（5）設(shè)計計算 mm32.10456.26.0174333????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，可取有彎曲強度算得的模數(shù) 1.32mm，并圓整取第一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值 m=1.5mm，并按接觸強度算得的分度圓直徑 d57.301?算出小齒輪齒數(shù) 　 取38.2//1mZ 201?Z大齒輪齒數(shù) 取422??i Z5.2.4 幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑 mZd605.143221???（2）計算中心距 a4/)(/)(1??（3）計算齒寬寬度 取bd8306.? mB20;812?綜合整理兩級齒輪參數(shù)如下表：參數(shù)選擇序號 名稱 符號小齒輪 大齒輪需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763241 齒數(shù) Z 20 402 模數(shù) m 1.5mm3 分度圓直徑 21dm60,34 齒頂高 ah5.15 齒根高 f 87.6 全齒高 hm35.7 頂隙 c08 齒頂圓直徑 21?d6,9 齒根圓直徑 43f 25.,.10 齒寬 21Bm18,011 中心距 a45.3 旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件的設(shè)計與校核5.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算1）傳動軸上的功率 P1,轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1， ，wP243?min/51rnmNT??57.612）初步確定軸的最小直徑先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)3PdCn??機械設(shè)計表 11.3，取 ，于是得：12?md7.9354.012??該處開有鍵槽故軸徑加大 5％～10％，且傳動軸的最小直徑顯然是安裝齒輪輪處的直徑 。取 ； 。1?L213）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（a）為了滿足車輪的軸向定位的要求 2 軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取 故取 2 段的直徑 ，長度 。dh07.?mh5.?md14?mL20?需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976325（b）初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機械設(shè)計手冊選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承 6203，故md142?，軸承采用軸肩進行軸向定位，軸肩高度軸肩高度 ，取573 dh07.?，因此，取 。h. md184?（c）齒輪處由于齒輪分度圓直徑 ，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度md601?B=18mm。另考慮到齒輪端面與箱體間距 1mm 以及兩級齒輪間位置配比，取 ，ml15?。ml6?4）軸上零件的周向定位查機械設(shè)計表，聯(lián)接車輪的平鍵截面 。mlhb124???5.3.2 強度校核計算1）求作用在軸上的力已知齒輪的分度圓直徑為 ，根據(jù)《機械設(shè)計》 （軸的設(shè)計計算部分未作md60?說明皆查此書）式(10-14) ，則 NtgFdTntrt 75.68207.184a.029.35??????Np.2）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a 值。對于 62