1T伸臂式焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)

第一章引言1.1機(jī)械臂的發(fā)展是設(shè)計(jì)機(jī)械臂的原因和目的：代替了人類(lèi)勞動(dòng)，解放了人的雙手，提高了生產(chǎn)率，而且它們是開(kāi)發(fā)的一種系統(tǒng)，以便它可以在許結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性相配合，更重要的是，使用這些功能，像人性化的服務(wù)，需要內(nèi)在的人性化、系統(tǒng)化。對(duì)于工業(yè)焊接上焊接上機(jī)械臂的機(jī)器收，世界上沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)生和發(fā)展，雖然只有30年的歷史，但是在一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用于民用工程中，顯示了強(qiáng)大的生命力，未來(lái)的發(fā)展不可估量，需要我們進(jìn)一步努力，開(kāi)創(chuàng)美好的未來(lái)。1.2臂式焊接變位機(jī)研究概況1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.3自動(dòng)臂式焊接變位機(jī)的總體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)臂式焊接變位機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)臂式焊接變位機(jī)工程概述自動(dòng)臂式焊接變位機(jī)是一個(gè)技術(shù)集成的學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等領(lǐng)域，在機(jī)制，機(jī)械，氣動(dòng)，液壓技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域有了發(fā)展。手臂變位運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，例如系統(tǒng)工程，應(yīng)作為一個(gè)綜合的方法來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，共同致力于系統(tǒng)的研發(fā)和創(chuàng)新。一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)焊接上的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可結(jié)合設(shè)計(jì)中的情況分個(gè)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)必須具有以下設(shè)計(jì)的特征：1.最終實(shí)現(xiàn)完整的機(jī)械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行組合后不影響使用，具有不同的整體性能的分析和設(shè)計(jì)的特定功能。2.子系統(tǒng)之間要有機(jī)聯(lián)系，不可獨(dú)立。3.每個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)，必須具在設(shè)計(jì)上有明確的結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能的作用。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，不僅要注重變位機(jī)器人系統(tǒng)的整個(gè)部件設(shè)計(jì)，還要考慮到單個(gè)部件的設(shè)計(jì)，要把他們緊密聯(lián)系起來(lái)。2.2自動(dòng)臂式焊接變位機(jī)方案論述（一）確定負(fù)載目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)用運(yùn)動(dòng)變位臂，負(fù)載能力最小額定負(fù)載5N或更小范圍，最的為9000N。下臂應(yīng)該包括端部執(zhí)行器，根據(jù)相關(guān)參數(shù)和計(jì)算得出，這是一個(gè)小負(fù)荷的機(jī)械臂。（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于伺服電機(jī)具有良好的控制性能，具有靈活性好，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制沒(méi)有影響的精確控制小臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，因此，我采用了伺服電機(jī)。（三）傳動(dòng)系統(tǒng)臂傳遞機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)通常使用齒輪，蝸桿，滾珠絲杠，皮帶，鏈條傳動(dòng)，行星齒輪，齒輪和諧波傳動(dòng)等作為傳動(dòng)載體。（四）工作范圍操作過(guò)程中的工業(yè)手臂動(dòng)作的工作范圍是與工作空間的大小相關(guān)，其每個(gè)臂的自由操縱器公共軸線的長(zhǎng)度和所傳動(dòng)軸的相適應(yīng)。（五）運(yùn)動(dòng)速度可以進(jìn)一步確定每個(gè)動(dòng)作的速度，單位為米/秒（m/s）的，每個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間分配考慮到許因素，如每個(gè)操作序列之間的周期的總時(shí)間長(zhǎng)度。2.3機(jī)械臂機(jī)械傳動(dòng)原理基本作用是支持構(gòu)件，所述支承構(gòu)件旋轉(zhuǎn)臂，能夠承受的工作負(fù)載，所述臂必須具有足夠的強(qiáng)度，剛度和負(fù)荷能力。此外，該臂也需要一個(gè)足夠大的安裝基礎(chǔ)，以確保在工作場(chǎng)所變位機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。變位機(jī)器人臂，通常會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)（例如，液壓，氣動(dòng)或一個(gè)馬達(dá)）和一個(gè)驅(qū)動(dòng)源。手臂分為大臂和小臂。所描述的為下列方式的組件和功能，基本單位：基座構(gòu)件包括底座，齒輪傳動(dòng)件，軸承，步進(jìn)馬達(dá)?；咀饔檬侵С謽?gòu)件，所述支承構(gòu)件旋轉(zhuǎn)臂，能夠承受的工作負(fù)載，所述臂必須具有足夠的強(qiáng)度，剛度和負(fù)荷能力。此外，該臂也需要一個(gè)足夠大的安裝基礎(chǔ)，以確保在工作場(chǎng)所變位機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。變位機(jī)器人臂，通常會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)（例如，液壓，氣動(dòng)或一個(gè)馬達(dá)）和一個(gè)驅(qū)動(dòng)源。手臂分為大臂和小臂。組成如下：動(dòng)臂、齒輪件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在臂構(gòu)件中：臂，驅(qū)動(dòng)軸，皮帶等，固定到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一端。腕部分：包含殼體，傳動(dòng)齒輪和軸，和所需機(jī)械接口。2.4機(jī)械臂總體方案設(shè)計(jì)它是機(jī)器人形結(jié)構(gòu)，并調(diào)整圓柱形結(jié)構(gòu)，球面坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)，該接頭結(jié)構(gòu)和它們的相應(yīng)特征中的每一個(gè)一致，如下所述。1.直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間直角坐標(biāo)機(jī)器人，它是落實(shí)到閉環(huán)位置控制的線性運(yùn)動(dòng)，由如圖2-1所示，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以達(dá)到非常高的位置，實(shí)現(xiàn)各有三個(gè)其他存在的垂直的直線運(yùn)動(dòng)精度。然而，直角坐標(biāo)機(jī)器人相對(duì)于其他機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，還算比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)恒定的空間運(yùn)動(dòng)，必須調(diào)整好其內(nèi)部架結(jié)構(gòu)。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作區(qū)是矩形空間。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于組裝和變位，直角坐標(biāo)機(jī)器人它具有懸臂門(mén)，起重機(jī)等類(lèi)型的結(jié)構(gòu)。2.圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)如在圖2-1（b）中，如圖所示，調(diào)整直線運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，并且能夠在一般精度操作中使用。它的工作空間是圓柱形的空間。3.球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖2-1（c）中，該空間的運(yùn)動(dòng)是球形坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。這個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，成本低，精度不高。但他們的工作空間是球形的空間。4.變位型結(jié)構(gòu)如圖2-1（d）所示，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)空間移動(dòng)變位機(jī)器人包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。變位機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小的運(yùn)動(dòng)方式。這種機(jī)械臂是廣泛焊接，涂裝，變位，組裝，它是在工業(yè)中使用。變位型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，有水平變位型和垂直變位型兩種。(a)直角坐標(biāo)型(b)圓柱坐標(biāo)型(c)球坐標(biāo)型(d)焊接上機(jī)械臂型，圖2-2四種機(jī)械臂坐標(biāo)形式，根據(jù)任務(wù)書(shū)和具體要求，我選擇了焊接上機(jī)械臂型（d）。機(jī)器人的工作范圍是很大的，并且運(yùn)動(dòng)靈活，通用性好，結(jié)構(gòu)更緊湊，其特征如下：用途：物料變位自由度數(shù)目：6（腰部回轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂回轉(zhuǎn)、腕部擺動(dòng)、腕部回轉(zhuǎn)）坐標(biāo)形式：垂直焊接上機(jī)械臂坐標(biāo)型額定負(fù)荷質(zhì)量（不含末端執(zhí)行器）：10kg(15kg)最大工作半徑4705mm（1500）手臂最大中心高1520mm（1000）本體自重小于160kg（200）表2-1各焊接上機(jī)械臂回轉(zhuǎn)范圍和最大工作轉(zhuǎn)速最大工作范圍（o）工作轉(zhuǎn)速r/minrad/so/s腰部回轉(zhuǎn)焊接上機(jī)械臂±150（300）101.0560大臂轉(zhuǎn)動(dòng)焊接上機(jī)械臂±110（150）101.0560小臂轉(zhuǎn)動(dòng)焊接上機(jī)械臂+170，-150（±180）101.0560小臂回轉(zhuǎn)焊接上機(jī)械臂±180（360）202.1120腕部擺動(dòng)焊接上機(jī)械臂±130（120）202.1120腕部回轉(zhuǎn)焊接上機(jī)械臂±360303.14180

第二章臂式焊接變位機(jī)大臂部設(shè)計(jì)3.1大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求臂部件的主要作用是聯(lián)接著手，帶領(lǐng)他們騰出運(yùn)動(dòng)。我這次設(shè)計(jì)成一般臂的基本要求如下。1.手臂，要?jiǎng)偠群茫亓枯p2.在臂的速度高時(shí)，也有小的慣性為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，必須采取以下措施。（A）降低臂的重量通過(guò)使用鋁等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。（B）減少手臂運(yùn)動(dòng)部件的總體尺寸（C）減少轉(zhuǎn)彎半徑（D）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置3.運(yùn)動(dòng)的臂是靈活的。為了運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)臂部件之間的摩擦力盡可能減小。4.位置精度要高。為了減少電機(jī)負(fù)載的底部接頭，減少了臂的重量，以確保它能夠提高機(jī)器人手臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一方面，采用薄鋁合金構(gòu)件設(shè)計(jì)。二是采用砂型鑄造設(shè)計(jì)，“最小厚度可以是”澆鑄，取決于不同類(lèi)型的尺寸和合金鑄件，具體見(jiàn)表3-1所示：表3-1砂型鑄造鑄件最小壁厚（mm）鑄件尺寸鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金＜200×2005~83~54~63~53~3.53~5200×200~500×50010~124~108~126~84~66~8＞500×50015~2010~1512~20它是簡(jiǎn)單地砂鑄造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鑄造結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于每個(gè)不同的鑄件應(yīng)根據(jù)各個(gè)特性來(lái)設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)中，使用鑄鋁外殼手臂。具體尺寸，請(qǐng)參閱總裝圖。3.2大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大臂殼體采用鑄鋁，方形結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，強(qiáng)度大。3.3大臂電機(jī)及減速器選型假設(shè)小臂及腕部繞第二變位軸的重量：，大臂速度是10r/min，則旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)矩用以下式表達(dá)：：式子里，T-旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)矩J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量角加速度使機(jī)械臂大臂從到需要的用時(shí)：則：(3.4)鑒于機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的摩擦轉(zhuǎn)矩軸的各個(gè)部分，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以假設(shè)安全指數(shù)為2，輸出的諧波減速器最小轉(zhuǎn)矩為：(3.5)設(shè)得諧波減速器：⑴型號(hào)：（型扁平式諧波減速器）額定輸出轉(zhuǎn)矩：減速比：設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為：，減速機(jī)應(yīng)輸出力矩為：(3.6)設(shè)得反應(yīng)式減速機(jī)型號(hào)：靜轉(zhuǎn)矩：步距角：3.4減速器參數(shù)的計(jì)算回轉(zhuǎn)軸、內(nèi)齒圈的材料都是鍛鋼，小齒輪用45＃的材質(zhì)，硬度250HBS?；剞D(zhuǎn)軸材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度220HBS。1.齒數(shù)的確定內(nèi)齒圈齒數(shù)：回轉(zhuǎn)軸齒數(shù)：已知模數(shù)：，則內(nèi)齒圈分度圓直徑：鋼輪分度圓直徑：內(nèi)齒圈齒圈處的厚度：重載時(shí)，為了增大內(nèi)齒圈的剛性，允許將δ1計(jì)算值增加20%，即內(nèi)齒圈筒體壁厚：為了提高內(nèi)齒圈的剛度，取輪齒寬度：輪轂凸緣長(zhǎng)度：取內(nèi)齒圈筒體長(zhǎng)度：輪齒過(guò)渡圓角半徑：為了減少應(yīng)力集中，以提高內(nèi)齒圈抗疲勞能力，取2.嚙合參數(shù)的計(jì)算由于采用壓力角的漸開(kāi)線齒廓，傳動(dòng)的嚙合參數(shù)請(qǐng)看以下式子。因齒輪扭矩的因素，使齒輪間隙減小的值為：（扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù)G=80GPa）式子里，：W0／m=0.89＋8×10-5×Zr＋2Cnmax／m為了消除在的情況下進(jìn)入嚙合的齒頂干涉，則必須使最大側(cè)隙大于齒輪扭轉(zhuǎn)減小的側(cè)隙，還應(yīng)保證存在有側(cè)隙值。式子里，：徑向變形系數(shù)：則：徑向變形系數(shù)：內(nèi)齒圈的變位系數(shù)：回轉(zhuǎn)軸的變位系數(shù)：驗(yàn)算相對(duì)嚙入深度：如果計(jì)算找出的，繼續(xù)計(jì)算，設(shè)得2。如果出現(xiàn)，為了傳遞動(dòng)力，應(yīng)適當(dāng)增加值重新計(jì)算，使。內(nèi)齒圈齒根圓直徑：式子里，齒頂高系數(shù);徑向間隙系數(shù)內(nèi)齒圈齒頂圓直徑：式子里，（找到相應(yīng)表格設(shè)出）相對(duì)嚙入深度和輪齒過(guò)渡曲線深度系數(shù)之和應(yīng)符合兩個(gè)不等式驗(yàn)算公式。即：回轉(zhuǎn)軸齒頂圓直徑：回轉(zhuǎn)軸齒根圓直徑：設(shè)出插齒刀齒數(shù)，插齒刀變位系數(shù)，插齒刀原始齒形壓力角，則回轉(zhuǎn)軸和插齒刀的制造嚙合角：找到漸開(kāi)線函數(shù)表和三角函數(shù)的表格設(shè)出那么回轉(zhuǎn)軸和插齒刀的制造中心距：插齒刀的齒頂圓直徑：回轉(zhuǎn)軸齒根圓直徑：驗(yàn)算回轉(zhuǎn)軸齒根圓和內(nèi)齒圈齒頂圓的徑向間隙：即：可見(jiàn)沿波發(fā)生器長(zhǎng)軸,在回轉(zhuǎn)軸齒根圓與內(nèi)齒圈齒頂圓之間存在徑向間隙。3.凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算滾珠直徑：內(nèi)齒圈齒圈處的內(nèi)徑：那么：軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無(wú)滾道的軸承內(nèi)環(huán)厚度：內(nèi)環(huán)滾道深度：式子里的是考慮到外環(huán)無(wú)滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬軸承外環(huán)外徑：軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑：為了便于制造，采用雙偏心凸輪波發(fā)生器。則凸輪圓弧半徑：式子里，ｅ是偏心距：（回轉(zhuǎn)軸分度圓直徑，內(nèi)齒圈分度圓直徑）則凸輪圓弧半徑：凸輪短半軸：。3.5承載能力的計(jì)算3.5.1內(nèi)齒圈齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算按照內(nèi)齒圈直線的諧波傳動(dòng)齒輪和剛性輪的特性。因此，通過(guò)工作表面齒側(cè)的最大接觸應(yīng)力，主要的負(fù)載能力的實(shí)際諧波驅(qū)動(dòng)的限制軟。因此，諧波傳動(dòng)齒輪齒的軟邊，應(yīng)符合下列條件的接觸強(qiáng)度：接觸強(qiáng)度計(jì)算公式：輸出轉(zhuǎn)矩內(nèi)齒圈節(jié)圓半徑內(nèi)齒圈輪齒寬回轉(zhuǎn)軸壓力角接觸系數(shù)（0.4~0.9）對(duì)于一般雙波傳動(dòng)，輪齒寬許用接觸應(yīng)力則：所以滿(mǎn)足齒面的接觸強(qiáng)度要求。3.5.2內(nèi)齒圈疲勞強(qiáng)度的計(jì)算內(nèi)齒圈材料采用調(diào)制硬度229~269。計(jì)算內(nèi)齒圈在反復(fù)彈性變形狀態(tài)下工作時(shí)所產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為截面處正應(yīng)力：切應(yīng)力：由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力：其中：則：驗(yàn)算安全系數(shù)：疲勞極限應(yīng)力：應(yīng)力安全系數(shù)：其中，抗拉屈服極限：剪切應(yīng)力集中系數(shù)：則滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度條件。3.5.3回轉(zhuǎn)軸的計(jì)算校核回轉(zhuǎn)軸的受力分析圖，回轉(zhuǎn)軸的受力分析圖如圖所示：圖3-1回轉(zhuǎn)軸的受力分析圖已知：作用在回轉(zhuǎn)軸上的圓周力徑向力軸向力算出垂直面的支撐反力：水平面的支撐反力：F在支撐點(diǎn)產(chǎn)生的反力：外力F作用方向與傳動(dòng)的布置有關(guān)，在具體位置尚未確定前，可按最不利的情況考慮，見(jiàn)（7）的計(jì)算垂直面的彎矩：水平面的彎矩：F產(chǎn)生的彎矩：算出合成彎矩：按最壞的狀態(tài)，把與直接相加MA=+MAF=+41.1=70.1N.mM'A=+MAF=+41.1=62.57N.m算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：算出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩其當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為：如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力，設(shè)折合系數(shù)a=0.6，帶入式子得出：算出危險(xiǎn)截面處軸的直徑軸是45＃鋼材，調(diào)質(zhì)處理，從表格14-1找到并設(shè)出,從表格14-3找到并設(shè)出[],則：考慮到鍵槽對(duì)軸的消弱，將d值加大5%，由此得出：d=22.8*1.05=24mm<32mm滿(mǎn)足條件因a-a處剖面左側(cè)彎矩大，同時(shí)作用有轉(zhuǎn)矩，且有鍵槽，故a-a左側(cè)為危險(xiǎn)截面。它的彎曲截面系數(shù)是：抗扭截面系數(shù)為：彎曲應(yīng)力為：扭切應(yīng)力為：按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，故取折合系數(shù)a=0.6則當(dāng)量應(yīng)力為：，從表格找到并設(shè)出45鋼，調(diào)質(zhì)處理，抗拉強(qiáng)度極限，則從表格找到并設(shè)出軸的許用彎曲應(yīng)力[],<[],強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。第四章臂式焊接變位機(jī)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1減速機(jī)選擇4.1.1計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩 （3.1） （3.2） （3.3）（3.4）（3.5）（3.6）慣性力矩摩擦力矩輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度大臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)身自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量啟動(dòng)時(shí)間當(dāng)大小臂的位置關(guān)系如圖3.1所示位置時(shí)，大小臂處于動(dòng)作可以達(dá)到的極限位置，此時(shí)需要的數(shù)值最大。圖5-1大小臂處于極限位置由計(jì)算出的大臂質(zhì)量及相關(guān)大臂相對(duì)中心線oa的垂直距離得出：，，代到式子（3.5）得：m由算出的小臂質(zhì)量及相關(guān)小臂相對(duì)oa線的垂直距離得出： ，m，代到式子（3.5）得：計(jì)算相關(guān)機(jī)身設(shè)計(jì)數(shù)值得出：代到式子（3.6）得：代入（3.2）得到帶入（3.1）得到=選擇二級(jí)圓柱齒輪減速器i=9（3.7）聯(lián)軸器傳動(dòng)效率齒輪傳動(dòng)效率軸承傳動(dòng)效率代到式子（3.7）得到：4.1.2確定各轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)比總傳動(dòng)比，根據(jù)推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍，?。焊咚偌?jí)傳動(dòng)比，低速級(jí)傳動(dòng)比=3。4.1.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)從圖3.2，各軸由高速至低速依次設(shè)計(jì)為Ⅰ軸（輸入軸）、Ⅱ軸（中間軸）、Ⅲ軸（輸出軸）。圖5-2傳動(dòng)示意簡(jiǎn)圖各軸轉(zhuǎn)速 （3.8） （3.9）代到式子（3.8）、式（3.9）得：，轉(zhuǎn)矩計(jì)算 （3.10）代到式子（3.7）得：同理得到：一些減速機(jī)技術(shù)參如表5-1。表5-1減速機(jī)產(chǎn)品系列及技術(shù)參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角電壓電流靜轉(zhuǎn)矩空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(DEG)(V)(A)(N.m)(KHZ)(Kg.cm2)86BYG250AN20.9°/1.8°1103.62.4≥150.5686BYG250BN20.9°/1.8°11045≥151.286BYG250CN20.9°/1.8°11057≥154.2886BYG250CN型減速機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線如圖5-3。圖5-3運(yùn)行矩頻特性由計(jì)算得到所需：，該電機(jī)可以滿(mǎn)足要求。86BYG250CN型減速機(jī)的外型簡(jiǎn)圖如圖5-4。圖5-4減速機(jī)外形簡(jiǎn)圖根據(jù)前面計(jì)算，選擇北京和利時(shí)電機(jī)電器廠的86BYG250CN型減速機(jī)。由電機(jī)輸出軸尺寸選擇TL2型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，主從動(dòng)端均選用型軸孔。4.2齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算1.選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料與齒數(shù)因前面已提到，設(shè)定直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。從相關(guān)書(shū)本（下同）表格10-1小齒輪材料設(shè)定45Cr(調(diào)質(zhì))，表面硬度為280HBS，大齒輪材料設(shè)定45鋼（調(diào)質(zhì)），表面硬度為240HBS。設(shè)得7級(jí)精度，，2.基于齒面接觸的疲勞強(qiáng)度按式子（10-9a）試算小齒輪分度圓直徑，即： （3.11）載荷系數(shù)輸入軸承受扭矩齒寬系數(shù)重合度系數(shù)彈性影響系數(shù)接觸疲勞許用應(yīng)力確定上式中各參數(shù)：預(yù)設(shè)載荷系數(shù)，小齒輪傳遞的扭矩為找到表格10-7，設(shè)定齒寬系數(shù)；找到表格10-6，設(shè)定彈性影響系數(shù)，找到圖10-21d，找到并設(shè)出小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為；大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為。計(jì)算應(yīng)力循環(huán):（3.12）輸入軸轉(zhuǎn)速工作時(shí)間雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，取代到式子（3.12）得：次次找到圖10-19，得接觸疲勞壽命系數(shù)，；計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：設(shè)得安全系數(shù)值是S=1，則，設(shè)計(jì)公式中代入中較小值，得計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度 計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比：（3.13）模數(shù)齒高代到式子（3.13）得：計(jì)算載荷系數(shù)（3.14）找到圖10-8，由，7級(jí)精度，得：找到表格10-4，得：找到表格10-2，得：找到表格10-3，得：找到圖10-13，得：以上代到式子（3.14）得： 按實(shí)際載荷系數(shù)修正（3.15）計(jì)算模數(shù)m：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由公式（10-5）（3.16）彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞需用應(yīng)力齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)從圖10-20c找到并設(shè)出小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪彎曲強(qiáng)度極限；從圖10-18，彎曲疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算載荷系數(shù)=計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力，設(shè)彎曲疲勞安全系數(shù)，得：設(shè)齒形系數(shù)，從表格10-5得：；設(shè)應(yīng)力校正系數(shù)，從表格10-5找到并設(shè)出：；大齒輪對(duì)應(yīng)數(shù)值大，將以上數(shù)值代入得：通過(guò)計(jì)算取，并已四舍五入為的標(biāo)準(zhǔn)值，前面計(jì)算得,得小齒輪的齒數(shù)：幾何尺寸計(jì)算：分度圓直徑（3.17)把數(shù)據(jù)代到式子（3.17）得：；中心距（3.18）將，代到式子（3.18）得：齒輪寬度（3.19）從式子（3.19）得：；4.2.2低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算1.選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料與齒數(shù)（a）因前面已提到，設(shè)定直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。（b）從表格10-1小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。（c）設(shè)得7級(jí)精度，，2.基于齒面接觸的疲勞強(qiáng)度預(yù)設(shè)載荷系數(shù)：小齒輪傳遞的扭矩為：找到表格10-7，選齒寬系數(shù)找到表格10-6，得彈性影響系數(shù)=189.8；找到圖10-21d，找到并設(shè)出小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為；大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)次次找到圖10-19，得接觸疲勞壽命系數(shù)，；計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：設(shè)得安全系數(shù)值是，則：，計(jì)算設(shè)計(jì)公式中代入中較小值，得：計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)齒高= 計(jì)算載荷系數(shù)找到圖10-8，由，7級(jí)精度，得：找到表格10-4，得：找到表格10-2，得：找到表格10-3，得：找到圖10-13，得：所以載荷系數(shù) 按實(shí)際載荷系數(shù)修正 計(jì)算模數(shù)按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得：從圖10-20c找到并設(shè)出小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪彎曲強(qiáng)度極限；從圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力設(shè)彎曲疲勞安全系數(shù)，得：計(jì)算載荷系數(shù)=設(shè)出齒形系數(shù)。從表格10-5得：；設(shè)出應(yīng)力校正系數(shù)從表格10-5找到并設(shè)出：；大齒輪對(duì)應(yīng)數(shù)值大將以上數(shù)值代入得：通過(guò)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算后，取，并采取圓形到標(biāo)準(zhǔn)值，前面計(jì)算得,得小齒輪的齒數(shù)24.67幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑；中心距齒輪寬度4.3軸承的校核4.3.1輸入軸上軸承壽命計(jì)算找到相關(guān)引用書(shū)本表格13-3找出軸承的預(yù)期壽命為從圖3.5了解到，軸上軸承處尺寸是，因要承受來(lái)自其它部件的重量，所以設(shè)得圓錐滾子軸承，，，，、。算出每個(gè)軸上的力就自然得到強(qiáng)度。軸上所受的支反力：（3.31），（3.32）式子里，徑向支反力軸向支反力，，，找到表格13-5得：，，找到表格13-5得：，找到表格13-6載荷系數(shù)，將以上代到式子（3.33）、（3.34），軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為 （3.33） （3.34）由公式（13-15）（3.35）式子里，軸承所在軸的轉(zhuǎn)速溫度系數(shù)額定動(dòng)載荷軸承所在軸的傳動(dòng)功率計(jì)算軸承壽命。 找到表格13-7，溫度系數(shù)=代到式子（3.35）得：h，滿(mǎn)足使用要求。4.4鍵的選擇和校核4.4.1鍵的選擇根據(jù)齒輪和軸的參數(shù)，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》選擇設(shè)計(jì)鍵。電機(jī)輸出軸鍵：；中間軸的鍵Ⅰ：；輸出軸的鍵Ⅱ：。4.4.2鍵的校核鍵的材料為45鋼，由資料表6-2查得許用擠壓應(yīng)力根據(jù)