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需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑分 类 号 密 级 宁毕 业 设 计 (论 文 )SCX1221 型塑料 DVD 盒生产线 自动堆放机械手设计所 在 学 院 机 械 与 电 气 工 程 学 院专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化班 级 12 机 自 2 班姓 名 於 小 喻学 号 1221080240指 导 老 师 朱 火 美2016 年 3 月 31 日宁波大红鹰学院毕业设计（论文）II诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） SCX1221 型塑料 DVD盒生产线自动堆放机械手设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763I摘 要本课题最终目的在于研制一套自动堆放机械手用于 DVD 盒自动生产线取代人工堆放工作，以实现成型工序参数的稳定性。设计了一种 DVD 盒自动堆放机械手，利用步进电动机带动手臂进行上下移动和水平垂直旋转，通过气压驱动机械手抓取和松放，能够实现全自动堆放放各种型式和材料的 DVD 盒。本次设计的 DVD 盒自动堆放机械手由底座、传送机构、臂部升降机构、臂部摆动机构、吸盘等构成。本次设计首先，通过对 DVD 盒自动堆放机械手结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了 DVD 盒自动堆放机械手装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：DVD 盒，堆放机械手，滚珠丝杠，齿轮，轴宁波大红鹰学院毕业设计（论文）IIAbstractThis topic ultimate goal is to develop a set of automatic piling mechanical hand for DVD box automatic production line to replace the manual stacking work, in order to achieve the stability of the molding process parameters. Design a DVD box automatic stacking manipulator, use the stepper motor to drive the arm of under movement and vertical rotation, through the air pressure drive manipulator grasp and release, can realize full automatic stacking of various types and materials of the DVD box. The design of the DVD box automatic stacking manipulator consists of a base, transmission mechanism, lifting mechanism for arm, arm swing mechanism and disk.This design first, through the DVD box automatic stacking manipulator structure and principle are analyzed. This analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn DVD box automatic stacking manipulator mounted with pictures and major parts of the map.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.Key words: DVD box, Stacking manipulator, Ball screw, Gear, Shaft需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763III目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.2 国内外现况 .1第 2 章 方案设计 .32.1 设计要求 .32.1.1 功能要求 .32.1.2 参数要求 .32.2 总体方案 .32.2.1 功能分析 .32.2.2 方案拟定 .32.3 臂部升降机构方案 .42.4 臂部摆动机构方案 .5第 3 章 臂部升降机构的设计 .63.1 电动机的选择 .63.1.1 根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 .63.1.2 启动矩频特性校核 .73.2 滚珠丝杆副的选型与校核 .73.2.1 型号选择 .83.2.2 校核计算 .93.3 导轨的选型与校核 .93.3.1 导轨的选型 .93.3.2 滑动导轨副的计算、选择 .103.4 轴承及键的校核与寿命计算 .12第 4 章 臂部摆动机构的设计 .144.1 电动机的选择 .144.1.1 电机轴的转动惯量 .14宁波大红鹰学院毕业设计（论文）IV4.1.2 电机扭矩计算 .154.2 齿轮传动的设计 .164.2.1 选精度等级、材料和齿数 .164.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 .164.2.3 按齿根弯曲强度设计 .184.2.4 几何尺寸计算 .194.3 旋转轴及轴上零件的设计与校核 .204.3.1 尺寸与结构设计计算 .204.3.2 强度校核计算 .214.3.3 键的校核与寿命计算 .234.4 摆臂设计 .234.5 吸盘的选择 .23总 结 .25参考文献 .26致 谢 .27需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763V宁波大红鹰学院毕业设计（论文）VI需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763VII宁波大红鹰学院毕业设计（论文）VIII需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763IX第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 研究背景及意义在 DVD 盒生产市场上，DVD 盒从注塑机加工出来之后，其整形过程几乎都是由人工来完成的，并没有采取一套自动的 DVD 盒自动生产线。与此同时，科研人员也开始了对该生产线的研究。DVD 盒自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 DVD 盒塑料制品形状扁平，经过 DVD 盒气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机械手将 DVD 盒子转移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。该生产线基于 PLC 控制，以单相可逆电机和气动系统作为动力，实现 DVD 盒整形生产过程自动化，为企业带来良好的经济效益。在 DVD 盒生产市场上，DVD 盒从注塑机加工出来之后，其整形过程几乎都是由人工来完成的，并没有采取一套自动的 DVD 盒自动生产线。与此同时，科研人员也开始了对该生产线的研究。DVD 盒自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 DVD 盒塑料制品形状扁平，经过 DVD 盒气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机械手将 DVD 盒子转移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。该生产线基于 PLC 控制，以单相可逆电机和气动系统作为动力，实现 DVD 盒整形生产过程自动化，为企业带来良好的经济效益。用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或堆放的自动机械装置。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合下进行的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的发展正在日益为人们所认识，很多国家也都开始重视，投入大量的人力物力来研究和应用。在我国近几年也有较快的发展，并且取的一定的效果，受到机械工业的重视。随着现代工业自动化的不断发展，生产环境中的生产线不断地改造并优化是十分必要的。在 DVD 盒自动生产线，自动堆放机械手的设计是一项必不可少的流程。自动堆放机械手的优化，可以促进生产的发展以及提高生产的效率。同时使得企业在同行的竞争中处于有利的低位。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）21.2 国内外现况目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。在国内主要是发展各方面的机械手，逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件还要研制示教机械手、组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及用于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成不同用途的机械手，即便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。第 2 章 方案设计3第 2 章 方案设计2.1 设计要求2.1.1 功能要求DVD 盒自动生产线主要有取盒，翻折、堆放、冷却、传输等几道重要工序。刚由注塑机注塑成型的一个 DVD 盒塑料制品形状扁平，经过 DVD 盒气动折叠合盖装置的自动折叠合盖，并由堆放机械手将 DVD 盒子转移到输送带上，并同时在输送带上完成冷却定型过程。本课题即要求完成对堆放机械手的设计。堆放机械手主要工作是将翻折机械手完成的 DVD 盒子转移到输送带上，一次转移两个，一堆 8-10 个。2.1.2 参数要求1）注塑机的生产节拍最小为 18.3 秒； 2）定型时每叠光碟盒数目为 8-10 个；3）单个盒子的 DVD 盒厚度范围：7mm-15mm。2.2 总体方案2.2.1 功能分析堆放机械手初步机械臂简图如下图 2-1，以自动堆放机械手为中心，自动定型输送带和自动折叠合盖装置分别处于两侧,成 90 度角。并且两个装置处于不同的高度，自动堆放机械手需拿起 DVD 盒且不损坏物件，将其转移到自动定型输送带上。注塑机的生产节拍最小是 18.3 秒，定型时每叠光碟盒数目为 8-10 个，单个盒子的 DVD 盒厚度范围：7mm-15mm。堆放机械手主要工作是将翻折机械手完成的 DVD 盒子转移到输送带上，一次转移两个，一堆 8-10 个。如此不断的循环操作。2.2.2 方案拟定根据以上工作要求，综合考虑机械手的功能实现和通用性，确定采用两自由度关节型结构。整体方案初步确定自动堆放机械手通过方形底座固定，接着利用齿轮的旋转带动机械手做 90的回转运动。机械手臂由一个关节相连，通过两个单独的步进电机带动手臂上下移动及回转。手臂末端连接着两个吸盘，通过这两个吸盘的动作，将DVD 盒利用气缸吸附在机械手上，然后将其移动到输送带上，如此往复的循环。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）4图 2-1 堆放机械手初步机构简图2.3 臂部升降机构方案升降机构通常有采用液压缸的液压式、采用气缸的气动式，也有采用丝杠/螺纹传动的机械式。但是通常液压式、和气动式需要比较庞大的液压/气动系统来提供动力源，并且液压式对工作环境污染较严重，而气动式则冲击较大，均不适合用于本次摆 DVD盒机的臂部升降机构。因此本次采用丝杠/螺纹传动的机械式降机构，为了提高工作效率本次采用滚珠丝杠副作为升降机构，其结构如下图示：图 2-2 臂部升降机构方案第 2 章 方案设计52.4 臂部摆动机构方案摆动机构，通常可以通过齿轮传动、四杆机构（曲柄摇杆机构）等实现，但是为了保证摆动机构的稳定性以及减小机构尺寸确保机构的紧凑性，本次采用齿轮传动，结构如下图示：图 2-3 臂部摆动机构方案宁波大红鹰学院毕业设计（论文）6第 3 章 臂部升降机构的设计3.1 电动机的选择步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速起动、制动和反转；定位精度高、同步运行特性好。摆 DVD 盒机臂部升降机构要求电动机电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而 BF 系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用了型号 90BF004 的反应式步进电动机作为主运动的动力源，该机功率为 0.42KW。选用时主要有以下几个步骤：3.1.1 根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号(1)步距角初选步进电机型号，并从手册中查到步距角 ,由于bpbiL360综合考虑，我初选了 ，可满足以上公式。4,5.10b(2)距频特性步进电机最大静转矩 Mjmax 是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq 与最大静转矩 Mjmax 的关系是：Mmq= maxMj步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算： 0kfakq式中：Mkq 为空载启动力矩；Mka 为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩；Mkf 为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩； 为由0M于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。第 3 章 臂部升降机构的设计7而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即：Mkq Mmq=Mjmax计算 Mkq 的各项力矩如下：加速力矩 25552521 106.8.10./08. mKgiMRJ mrvnpb /436.1436maxax NtJMk 519.016042)18.0.(02 212ax 空载摩擦力矩 mNiLGfkf 6.048.2796.130附加摩擦力矩 mNiFMYJ 2.1)9.0(48.2)1(200mqkjkfakq mN75.395. 34.61x3.1.2 启动矩频特性校核步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。前面提出的 ，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是否满kqMmaxj足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩 中的加速力矩 不kqMka会很大。一般不会发生丢步现象。3.2 滚珠丝杆副的选型与校核宁波大红鹰学院毕业设计（论文）8滚珠丝杆已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，再根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型号并向有关厂家订购。此次设计中滚珠丝杆被三次选用，故本人只选取其中最重要的主轴传动中的滚珠丝杆加于设计和校核。其步骤如下：首先对于一些参数说明如下：轴向变载荷 ，其中 i 表示第 i 个工作载荷， i=1、2、3n ；)(NFi第 i 个载荷对应的转速 (r/min);in第 i 个载荷对应的工作时间 (h) ;it丝杆副最大移动速度 (mm/min);maxv丝杆预期寿命 。)(hLb3.2.1 型号选择（1）根据使用和结构要求选择滚道截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式；（2）计算滚珠丝杆副的主要参数根据使用工作条件，查得载荷系数 =1.0 系数 =1.5；dfjs计算当量转速 dnmin/20/)(miaxrnd计算当量载荷 dFNFmavd 3/)2(in初步确定导程 hPmVPh 5.240/1/max取 4mm计算丝杆预期工作转速 nL1206dnL第 3 章 臂部升降机构的设计9计算丝杆所需的额定载荷 aCNLFfCnda 152012331 （3）选择丝杆型号根据初定的 和计算的 ，选取导程为 4mm，额定载荷大于 的丝杆。所选丝hPaC aC杆型号为 CDM2004-2.5。其为外循环双管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式系列滚珠丝杆。3.2.2 校核计算（1）临界转速校核 4768.04min/590321.202max6316 ccc nnrldn而 最 大 工 作 转 速校核合格。（2）由于此丝杆是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校核。（3）滚珠丝杆的预紧预紧力 一般取当量载荷的三分之一或额定动载荷的十分之一。即：)(pFNdp7831其相应的预紧转矩 mNPFThp 16.0)85.01(.247810)(2 32323.3 导轨的选型与校核3.3.1 导轨的选型导轨主要分为滚动导轨和滑动导轨两种， 直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的 1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少 90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米宁波大红鹰学院毕业设计（论文）10级。降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低 90%，具有大幅度节能的效果。可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率 2030%。可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。所以在结构上选用：开式直线滚动导轨。参照南京工艺装备厂的产品系列。3.3.2 滑动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 计算导轨的静安全系数 fSL=C0/P，式中：C0 为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况) ，3.05.0（运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取 4.0sLf, ,0.5()OSLXYZCfPFWxYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26fP413.94.C根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉江机床厂 BGX 系列滚动直线导轨,其型号为: BGXH25BE基本结构及参数如下:第 3 章 臂部升降机构的设计11导轨的额定动载荷 N1750aC依据使用速度 v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿aC命 Ln：额定行程长度寿命:()HTCaWfSFK2045MF1,.81,oTCHRdffff3310.8752()()14209.58HTCaWfSFKkm导轨的额定工作时间寿命: 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）123102SoTHln导轨的工作寿命足够.3 310249.584971506SoTln hTh导轨的静安全系数： 04.136SLCfP：静安全系数； ：基本静额定负载； ：工作载荷Sf 0CP导轨寿命计算： 3()5748htwcfLKmP3.4 轴承及键的校核与寿命计算（1）轴承1）.按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承的预期寿命取为：Lh29200h由上面的计算结果有轴承受的径向力为 Fr1=340.43N，轴向力为 Fa1=159.90N，2） 初步选择深沟球轴承 6202，其基本额定动载荷为 Cr=51.8KN，基本额定静载荷为 C0r=63.8KN。3） 径向当量动载荷 NFNVHr 43.06.187.5432221211 r 859222第 3 章 臂部升降机构的设计13动载荷为 ，查得 ，则有arrYFP4.06.1Nr 0239.156.3.由 式 13-5 得a hrh LPCnL 104.53012.3985760601 6满足要求。（2）键1）选择键联接的类型和尺寸小带轮处选用单圆头平键，尺寸为 mlhb1862)校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 MPaP20键的工作长度mbl3261，合适PP MadlkT5.8165.072131宁波大红鹰学院毕业设计（论文）14第 4 章 臂部摆动机构的设计4.1 电动机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。4.1.1 电机轴的转动惯量a、旋转轴的转动惯量 328md4LJR上式中：d直径,旋转外径 d=8mmL长度=30mmP钢的密度 =7800 2kg/m经计算得 0.=RJb、齿轮的转动的惯量 328d4LJL上式中：d直径,齿轮外径 d=30mmL长度=14mmP钢的密度 =7800 2kg/m经计算得 0.=RJ2-81*4.9kLc、联轴器的转动惯量第 4 章 臂部摆动机构的设计15查表得 20kg/.mJW=因此28- m0.8kg4.10*9.4. LR4.1.2 电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩 atJnT602mxax上式中： min/150maxrn=J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取 15s-1,则 ta=0.2sSK3ta经计算得 mNT=2.maxb、折算至电机轴上的摩擦力矩 IPFT20f上式中：F0 导轨摩擦力， F0=Mf，而 f=摩擦系数为 0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（ m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比， I=1经计算得 NTf=75.0c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 i2)-1(00PT上式中 P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 0.9经计算的 T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 mNTTf =+=82.0max根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 SIEMENS 的 IFT5066，其额定宁波大红鹰学院毕业设计（论文）16转矩为 6.7N.m。4.2 齿轮传动的设计前述算得 ，步进电机工作转速能在较大范围变化本次计算取mNT7.62，传动比in/7102rn2i4.2.1 选精度等级、材料和齿数采用 7 级精度由表 6.1 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。选小齿轮齿数 18Z大齿轮齿数 取4022i 2Z4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即 3211)(2.HEdtt ZuTkd1） 确定公式各计算数值（1）试选载荷系数 .tK（2）计算小齿轮传递的转矩 mNT7.62（3）小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数 6.0d（4）由表 6.3 查得材料的弹性影响系数 2/18.9MPaZE（5）由图 6.14 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 H601lim大齿轮的接触疲劳强度极限 Pa52li（6）由式 6.11 计算应力循环次数 81 10.)830(1760hjLnN第 4 章 臂部摆动机构的设计17782109.1.N（7）由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数8.1NZ12.NZ（8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10-12 得MPaSZHN6480lim1 H 15.12li2（9）计算试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中的较小值td1Hmdt 5.29)68.(236.07312.1 计算圆周速度 v snvt /83.060715.94.3160计算齿宽 b mdt 7.15.291计算齿宽与齿高之比 b/h模数 Zmtnt 48.20.1齿高 3.5./7/ 2.75.hbmnt计算载荷系数 K根据 ，7 级精度，查得动载荷系数smv/2.0 02.1VK假设 ，由表查得NbFtA1.HK宁波大红鹰学院毕业设计（论文）18由于载荷中等振动，由表 5.2 查得使用系数 1.AK由表查得 283.1HK查得 F故载荷系数 439.128.0.1HVAK（10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得 mdtt 57.0./.5.29/331（11）计算模数 Zm.1/7.0/14.2.3 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 321FSdnYZKTm（1）确定公式内的计算数值由图 6.15 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE501大齿轮的弯曲疲劳强度极限 382由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数9.01NZ.2N计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1.3，得MPaSZFENF 2.346.5091 FEF .71.822计算载荷系数 436.28.0.1FVAK第 4 章 臂部摆动机构的设计19（2）查取齿形系数由表 6.4 查得 8.21FaY23.Fa（3）查取应力校正系数 由表 6.4 查得5.1Sa76.2Sa（4）计算大小齿轮的 ，并比较FSaY01456.273 3.465821FSaY大齿轮的数据大（5）设计计算 mm32.10456.26.0174333对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数 1.32mm，并圆整取第一标准模数值 m=1.5mm，并按接触强度算得的分度圆直径 d57.301算出小齿轮齿数 取38.2/1mZ 201Z大齿轮齿数 取422i Z4.2.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 mZd605.143221（2）计算中心距 a4/)(/)(1（3）计算齿宽宽度 取bd8306. mB20;812综合整理两级齿轮参数如下表：参数选择序号 名称 符号小齿轮 大齿轮宁波大红鹰学院毕业设计（论文）201 齿数 Z 20 402 模数 m 1.5mm3 分度圆直径 21dm60,34 齿顶高 ah5.15 齿根高 f 87.6 全齿高 hm35.7 顶隙 c08 齿顶圆直径 21d6,9 齿根圆直径 43f 25.,.10 齿宽 21Bm18,011 中心距 a44.3 旋转轴及轴上零件的设计与校核4.3.1 尺寸与结构设计计算1）传动轴上的功率 P1,转速 n1 和转矩 T1， ，wP243min/51rnmNT57.612）初步确定轴的最小直径先按式 初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢，调质处理。根据3PdCn机械设计表 11.3，取 ，于是得：12md7.9354.012该处开有键槽故轴径加大 510，且传动轴的最小直径显然是安装齿轮轮处的直径 。取 ； 。1L213）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（a）为了满足车轮的轴向定位的要求 2 轴段左端需制出轴肩，轴肩高度轴肩高度，取 故取 2 段的直径 ，长度 。dh07.mh5.md14mL20第 4 章 臂部摆动机构的设计21（b）初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承。根据，查机械设计手册选取 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6203，故md142，轴承采用轴肩进行轴向定位，轴肩高度轴肩高度 ，取573 dh07.，因此，取 。h. md184（c）齿轮处由于齿轮分度圆直径 ，故采用齿轮轴形式，齿轮宽度md601B=18mm。另考虑到齿轮端面与箱体间距 1mm 以及两级齿轮间位置配比，取 ，ml15。ml64）轴上零件的周向定位查机械设计表，联接车轮的平键截面 。mlhb1244.3.2 强度校核计算1）求作用在轴上的力已知齿轮的分度圆直径为 ，根据机械设计 （轴的设计计算部分未作md60说明皆查此书）式(10-14) ，则 NtgFdTntrt 75.68207.184a.029.35Np.2）求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取a 值。对于 6203 型深沟球轴承，由手册中查得 a=14mm。因此，轴的支撑跨距为L1=72mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 C 是轴的危险截面。先计算出截面 C 处的 MH、M V 及 M 的值列于下表。载荷 水平面 H 垂直面 V支反力F ，NNH143NF126，NFN2371V56宁波大红鹰学院毕业设计（论文）22C 截面弯矩 M mNLFNH85132 mNMLFaV14532总弯矩 MV 688222max扭矩 T6570图 4-1 弯矩图和扭矩图3）按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取 ，轴的计6.0算应力 MpaWTMca 1.28201.98684)(3222 已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得 。因此70P1-，故安全。1-ca第 4 章 臂部摆动机构的设计234）键的选择采用圆头普通平键 A 型（GB/T 10961979）连接，联接车轮的平键截面， 。齿轮与轴的配合为 ，滚动轴承与轴mlhb124Mpap1076Hr的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为 。m4.3.3 键的校核与寿命计算（1）选择键联接的类型和尺寸小带轮处选用单圆头平键，尺寸为 lhb124（2）校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 MPaP0键的工作长度 mbl10241，合适PP MadlkT75.5.0621314.4 摆臂设计由于 DVD 盒重量较轻，约为 M=0.1kg，所以摆臂不需要进行强度计算，摆臂尺寸只需根据需要采用 CAD 作图法进行匹配，结果如下图示：图 4-2 摆臂4.5 吸盘的选择考虑到 DVD 盒表面比较平整光滑，选用硅橡胶吸盘，其具有良好的耐热性、耐寒宁波大红鹰学院毕业设计（论文）24性和极低毒性，是食品行业通常采用的真空吸盘。以普通陶瓷 DVD 盒为例，口径大约为 190mm，高约为 20mm，厚度约为 5mm，质量约为 M=0.5kg，则提起该 DVD 盒吸盘需要的提升力为 F=Mg=4.9N。这里选取型号为 ZP10DS 的 SMC 深形硅橡胶材料的真空吸盘，查该型号真空吸盘的水平提升升力表可知，在真空压力值为-300mmHg 时，准 10 真空吸盘的水平提升力为 3.2N。TsF式中，T-吸盘水平提升力；F-所需提升力；s-安全系数，取 4。故 TsF=44.9N=19.6N则至少需要 7 个此种型号的吸盘工作，才能达到使用要求，本设计采用 12 个吸盘两排轴向均匀分布（如图 4 所示） ，以适应提升其它类别 DVD 盒的需要。图 4-3 吸盘第 4 章 臂部摆动机构的设计25宁波大红鹰学院毕业设计（论文）26总 结毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对变电站巡检全向移动小车理论知识和实际设计的相结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在，提高是有限的但却是全面的，正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。参考文献27参考文献1 赵先仲机电系统设计M 北京：机械工业出版社， 2004 2 陈明秋. 自动排坯输送机械手系统的设计. 电气技术与自动化， 20073 陈平注塑机械手控制器研究D东北农林大学，20064 王淼生产线中生产节拍与速度的若干
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