装车机械手计算说明书.doc

1、机械设计课程设计设计计算说明书设计题目： 装车机械手 姓 名：XXX学 号：XXX班 级：XXX指导教师：XXX设计时间：XXX1目 录一、设计任务书1二、传动方案修改2三、总体设计计算31. 电机型号选择2. 各级传动比分配3. 各轴的运动参数和动力参数计算（转速、功率、转矩）四、传动机构设计计算 1. 齿轮传动（一）：齿轮 3 与齿轮 42. 齿轮传动（二）：齿轮 5 与齿轮 6五、轴系零件设计计算1. 轴的设计计算（一）：轴 22. 轴的设计计算（二）：轴 3六、润滑和密封方式的选择七、箱体及附件的结构设计和选择八、设计总结参考文献2一、设计任务书设计题目：装车机械手设计一台装车机械手，

2、将生产线上的纸箱 搬运到货车车厢。如图所示，已知纸箱箱体尺寸ABCmm3，重 M kg，其他条件及要求见 表一。要求搬运能力 J 件/小时，工作寿命 6 年， 每年工作 300 天。选择电动机型号，分配总传动 比，计算各轴的转速、输入输出功率。对各级传动 进行设计计算，并对整机进行结构设计。允许选 用步进电机正反转工作。纸箱HLCB机械手KA车箱3设计过程及计算说明二、传动方案修改1. 系统运动方案图注一：1.零件 1 是带内螺纹的套筒，与齿轮 2 做成一体；2.零件 2 是带外螺纹的套筒，与零件 1 旋合；3.零件 3 是与上机箱连接的空心轴；注二：1.零件 3 与轴 4 之间用滑键连接，零

3、件 3 可随轴 4 转动，并可沿其上下移动；2.零件 2 带动零件 3 上下运动；3.零件 2 与零件 3、零件 3 与轴 4 之间皆用圆锥滚子轴承。F=1000NV=2.0m/sD=500mmL=500mm4三、总体设计计算1、电机型号选择（1）电动机类型的选择： Y 系列三相异步电动机（2）电动机功率选择：传动装置的总功率：1= 联轴器 4 轴承 3 齿轮=0.960.9820.970.990.96=0.8082= 联轴器 3 轴承 齿轮 梯形螺纹=0.960.9830.970.4=0.350电机所需的工作功率：P 工作 1=jW/1=1000.393/0.808=48WP 工作 2=FV

4、/2=12000.0.025/0.35=75WP 工作 =P 工作 1+ P 工作 2=123W（3）确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n 筒 =600.25/4=3.75r/minn 升降 =0.160/（40.01）=150r/min按手册 P7 表 1 推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 ia=35。则三级圆柱直齿轮的总传动比现实范围为 ia=27125，因步进电机转速可调，故可将电机转速设为100r/min。（4）确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 Y2-712-6。其主要性能：额定功率：250，满载转速 850r/

5、min，额定转矩 2.0。设置转速为 100r/min。2、计算总传动比及分配各级的传动比（1）总传动比： i1=n 电动 /n 转轴 =100/3.75=80/3i2=n 电动 /n 升降 =100/150=2/3（2）分配各级传动比取齿轮 i 齿轮 1=2/3，i 齿轮 2=8/3，i 齿轮 3=10/3，i 齿轮 4=3；i1=i 齿轮 2i 齿轮 3i 齿轮 4=80/3n 升降= 150r/minn 滚筒 =3.75r/min1=0.8082=0.350P 工作 =123W电动机型号Y2-712-6i1=80/3i2=2/3据手册得I12=2/3I34=8/3I56=10/3I78=

6、35i2= i 齿轮 1=2/33、各轴运动参数及动力参数计算（1）计算各轴转速（r/min ）nI=n 电机=100r/minnII=nI/i 齿轮 1=1003/8=37.5 (r/min)nIII=nII/i 齿轮 2=37.53/10=11.25(r/min)n =nII /i 齿轮 3=11.25/3=3.75(r/min)（2）计算各轴的功率（KW）PI=2500.97=238WPII=PI 齿轮 轴承 =88WPIII=PII 轴承 齿轮 =84WPI =P 轴承 齿轮 =80W（3）计算各轴扭矩（Nmm）TI=9.55106PI/nI=22729NmmTII=9.55106PI

7、I/nII=22411NmmTIII=9.55106PIII/nIII=71307NmmT =9.55106PI /n =203723NmmnI =100r/minnII=37.5r/minnIII=11.25r/minn= 3.75 r/minPI=238WPII=88WPIII=84WPI =80WTI=22729NmmTII=22411NmmTIII=71307NmmT =203723Nmm6四、传动机构设计计算1、齿轮传动的设计计算（一）：齿轮 3 与齿轮 41.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）根据要求，齿轮采用软齿面直齿轮。压力角取 20。（2）参考机械设计表 10-6，选用

8、 7 级精度。（3）材料选择。由机械设计表 10-1，小齿轮选用 40Cr（调质） ，齿面硬度为 280HBS。大齿轮选用 45（调质） ，齿面硬度240HBS；（4）选小齿轮齿数 Z3=24,大齿轮齿数 Z4=u Z3=8/3x24=642.按齿面接触疲劳强度设计由式计算小齿轮分度圆直径，即3321 +1 ( )21）确定公式中的各参数值试选 KHt=1.3。小齿轮传递的转矩 T1=22729Nmm。取齿宽系数 。=1查得区域系数 。=2.5查得材料的弹性影响系数 。=189.812计算接触疲劳强度用重合度系数 。3=arccos3(3+2=arccos2420(24+21)=29.8414

9、=arccos4(4+2=arccos2420(64+21)=24.326=3(3)+4(4)2 =24(29.84120)+64(24.32620) 2 =1.698 =0.876= 43 = 41.6983计算接触疲劳许用应力 。查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别是 、3=6004=550计算应力循环次数：N3=60n1jLb=60x100x1x(6x300x2x8)=1.728x108N4=N1/u=1.728x108/(64/24)=6.48x107查得接触疲劳寿命系数 KHN3=1.11,KHN4=1.18。取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得3=33 =1.116001 =6

10、66I34=8/3Z3=24Z2=64u=8/3T1=22729NmmHlim3=500MpaHlim4=430MpaN3=1.728108NL2=6.48107H3=666MpaH2=649Mpa74=44s =1.185501 =649取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即=4=6492）计算小齿轮分度圆直径3321 +1 ( )2=321.3227291 (6424)+16424 (2.5189.80.876649 )232.182mm =（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度 v.= 11601000=32.182100601000=0.19/=1

11、32.182=32.182 2）计算实际载荷系数 查得 =1查得 =1.0 1=211=22272932.182=14121=1141232.182=43.89据以查得 ，=1.2=1.415=11.01.21.415=1.703） 1=13=32.18231.701.3=35.192=11=35.19224=1.693.按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由下式试算齿轮模数，即321223 ( )1）确定公式中的各参数值试选载荷系数 =1.3计算弯曲疲劳强度的重合度系数 =0.25+0.75=0.25+0.751.711=0.688计算查得齿形系数 ，1=2.652=2.25d1=32.182mmm

12、=1.69mm8查得应力修正系数 ，1=1.582=1.74查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 ,3=500 2=380查得弯曲疲劳寿命系数 ，1=0.902=0.92取弯曲疲劳安全系数 S=1.43=33 =0.905001.4 =321.44=44 =0.953801.4 =249.7113 =2.651.58321.43=0.0130223 =2.231.76249.7=0.0157取较大者，即 =223 =0.01572）试算模数321223 ( )=1.035（2）调整齿轮模数1）数据准备圆周速度 1=3=1.03524=24.836= 11601000=24.8361006

13、01000=0.13/齿宽 =1=124.836=24.836宽高比 b/h=(2+)=24.836(21+0.25)1.035=10.662）计算实际载荷系数根据 v=0.13m/s，7 级精度，查得动载系数 =1.0查得齿间载荷分配系数 =1.2查得 =1.35则载荷系数 =11.01.21.35=1.623）按实际载荷系数算得齿轮模数m=13=1.03531.621.3=1.114对比计算结果，取齿轮模数为 1.114，圆整为 m=2，按接触疲劳 =0.0157=1.035m=23=17 4=45 d3=34d4=90a=62b3=41b4=349强度算得的分度圆直径 ，算出小齿轮齿数3

14、=32.1823=3=32.1822=16.91取 ，则大齿轮齿数 ，取3=17 4=3=8317=45.334=454.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 3=3=172=344=4=452=90（20）计算中心距 a=(3+4)2=(34+90)2=62（3）计算齿宽 b=3=134=34考虑必可避免的安装误差，为了保证设计齿宽和节省材料，将小齿轮加宽 5-7mm，取 ，大齿轮齿宽3=41 4=342、齿轮传动的设计计算（二）：齿轮 5 与齿轮 61.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）根据要求，齿轮采用软齿面直齿轮。压力角取 20。（2）参考机械设计表 10-6，选用 7 级精度。（3

15、）材料选择。由机械设计表 10-1，小齿轮选用 40Cr（调质） ，齿面硬度为 280HBS。大齿轮选用 45（调质） ，齿面硬度240HBS；（4）选小齿轮齿数 Z5=24,大齿轮齿数 Z6=u Z5=10/3x24=802.按齿面接触疲劳强度设计由式计算小齿轮分度圆直径，即5322 +1 ( )21）确定公式中的各参数值试选 KHt=1.3。小齿轮传递的转矩 T2=22410Nmm。取齿宽系数 。=1查得区域系数 。=2.5查得材料的弹性影响系数 。=189.812计算接触疲劳强度用重合度系数 。5=arccos5(5+2=arccos2420(24+21)=29.8416=arccos6

16、(6+2=arccos2420(80+21)=23.54110=5(5)+6(6)2 =24(29.84120)+64(23.54120) 2 =1.714 =0.873= 43 = 41.7143计算接触疲劳许用应力 。查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别是 、3=6004=550计算应力循环次数：N3=60n5jLb=60x37.5x1x(6x300x2x8)=6.48x107N4=N1/u=1.728x108/(64/24)=1.944x107查得接触疲劳寿命系数 KHN3=1.11,KHN4=1.18。取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得5=55 =1.116001 =6666=6

17、6s =1.185501 =649取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即=4=6492）计算小齿轮分度圆直径5321 +1 ( )2=321.3227291 (6424)+16424 (2.5189.80.876649 )236.220mm =（2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度 v.= 55601000=36.22037.5601000=0.07/=136.220=36.220 2）计算实际载荷系数 查得 =1查得 =1.0 1=211=22241036.220=1237.441=11237.4436.220=34据以查得 ，=1.2=1.415=11

18、.01.21.415=1.698113） 5=53=36.22031.6981.3=39.593=11=39.59324=1.6503.按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由下式试算齿轮模数，即322225 ( )1）确定公式中的各参数值试选载荷系数 =1.3计算弯曲疲劳强度的重合度系数 =0.25+0.75=0.25+0.751.711=0.688计算查得齿形系数 ，5=2.656=2.25查得应力修正系数 ，5=1.586=1.77查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 ,5=500 6=380查得弯曲疲劳寿命系数 ，5=0.856=0.88取弯曲疲劳安全系数 S=1.45=55 =0.855

19、001.4 =303.546=66 =0.883801.4 =238.865s55 =2.651.58303.54=0.0138666 =2.231.77238.86=0.0165取较大者，即 =666 =0.01652）试算模数322225 ( )=1.047（2）调整齿轮模数1）数据准备圆周速度m=2z5=18z6=60125=5=1.04724=25.132= 52601000=25.13237.5601000=0.049/齿宽 =5=125.132=25.132宽高比 b/h=(2+)=25.132(21+0.25)1.047=10.672）计算实际载荷系数根据 v=0.49m/s，7

20、 级精度，查得动载系数 8=1.0查得齿间载荷分配系数 =1.2查得 =1.410则载荷系数 =11.081.21.410=1.833）按实际载荷系数算得齿轮模数m=53=1.04731.831.3=1.173对比计算结果，取齿轮模数为 1.173，圆整为 m=2，按接触疲劳强度算得的分度圆直径 ，算出小齿轮齿数5=36.2205=5=36.2202=18.110取 ，则大齿轮齿数 ，取5=18 6=5=10318=60 6=604.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 5=5=182=366=6=602=120（20）计算中心距 a=(5+6)2=(36+120)2=78（3）计算齿宽 b=5=

21、136=36考虑必可避免的安装误差，为了保证设计齿宽和节省材料，将小齿轮加宽 5-7mm，取 ，大齿轮齿宽5=42 6=36五、轴系零件设计计算1、轴的设计计算（一）：轴 2d5=36d6=120a=78b5=42b6=36P2=88w n2=37.6r/min T2=22411Nmm131).轴上功率、转速、转矩P2=88w ，n 2=37.6r/min ，T 2=22411Nmm2).求作用在齿轮上的力小齿轮处于低速级，d 5=36mm=225=22241136 =1245=124520=4533).按扭矩初算轴径选用 45（调质） ，硬度 217255HBS根据机械设计表 15-3，取

22、c=126d126 (0.088/37.5)1/3mm=16.744mm考虑有两个键槽，将直径增大 10%-15%，则d=22.5(1+5%-15%)mm=18.42-19.26mm选 d=20mm4).轴的结构设计a）轴上零件的定位，固定和装配因轴 2 上齿轮 5 直径较小，故将轴 2 做成齿轮轴。大齿轮下面由轴肩定位，上面用档油盘轴向固定，径向用普通平键固定。上下各用一个轴承。因轴上端被齿轮 4 挡住，考虑由箱体内铸造一个凸起的轴承座。下端则安装在箱体底部铸造的轴承座孔中，考虑到加工方便，在座孔中用安装一个套杯。b）确定轴各段直径和长度14c)按弯扭复合强度条件计算（略）2、轴的设计计算（

23、二）：轴 31).按扭矩初算轴径选用 45（调质） ，硬度 217255HBS根据机械设计表 15-3，取 c=126d126 (0.084/11.25)1/3mm=24.63mm考虑有两个键槽，将直径增大 10%-15%，则d=24.63(1+10%-15%)mm=27.1-28.3mm选 d=29mm 152).的结构设计a）轴上零件的定位，固定和装配轴 4 的大齿轮上面由轴肩定位，下面用档油盘轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以套杯和大筒定位，则采用过渡配合固定。b）确定轴各段直径和长度3).按弯矩复合强度计算（略）16六、润滑与密封方式选择齿轮线速度比较小，且轴为竖直布置，故采用脂润滑，所有轴承也采用脂润滑。采用端盖和挡油盘密封。七、箱体及附件的结构设计和选择1.按要求采用铸造箱体；2.为了轴和齿轮等零件的安装方便，考虑采用上下分箱，并将上面的部分再前后分箱，在连接处采用螺栓连接；3.在箱体底部设计安装地脚螺钉的结构；3.箱体具体形状和尺寸根据轴和齿轮等零件的尺寸及其安装位置确定。八、设计总结Balabalabala八、参考文献1濮良贵，纪名刚. 机械设计 （第七版）. 北京：高等教育出版社，200422 王昆，何小柏，汪信远， 课程设计 ，高等教育出版社3. 刘鸿文， 材料力学 （第五版） ，高等教育出版社