500mm鍛打機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書

PAGE417畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)（2015屆）500mm鍛打機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)院系專業(yè)指導(dǎo)教師填寫日期完成日期 PAGE42摘要機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，鍛打機(jī)械手是機(jī)械手研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。研究鍛打機(jī)械手需要結(jié)合機(jī)械、電子、信息論、人工智能、生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科知識(shí)，同時(shí)其自身的發(fā)展也促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。鍛打機(jī)械手的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)械手協(xié)會(huì)給鍛打機(jī)械手下的定義：鍛打機(jī)械手是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語，對(duì)鍛打機(jī)械手作如下定義：鍛打機(jī)械手是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或關(guān)節(jié)其他涂料的工業(yè)機(jī)械手。鍛打機(jī)械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。本文對(duì)一種使用在鍛打機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對(duì)機(jī)械手模型進(jìn)行力學(xué)分析，估算各關(guān)節(jié)所需轉(zhuǎn)矩和功率，完成電機(jī)和減速器的選型。其次從電機(jī)和減速器的連接和固定出發(fā)，設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，并對(duì)機(jī)構(gòu)中的重要連接件進(jìn)行強(qiáng)度校核。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)器臂，關(guān)節(jié)型機(jī)械手，結(jié)構(gòu)分析AbstractThemanipulatorisatypicalmechatronicsproduct,theforgingmanipulatoristheresearchfocusinthefieldofmechanicalhand.Studyontheforgingmanipulatorrequiresacombinationofmachinery,electronics,informationtheory,artificialintelligence,biology,computerandotherdisciplinesofknowledge,atthesametime,itsdevelopmentalsopromotesthedevelopmentofthesedisciplines.Thedefinitionofaforgingmanipulator,theworldhasnotyetunified,classificationisnotthesame.ThedefinitionoftheinternationalorganizationforStandardizationinrecentUnitedNationsadoptedthemanipulatorforforgingmachinery's:forgingmanipulatorisakindofmultifunctionoperationdevicecanrepeatprogramming,canbechangedbytheactionprogram,tocompleteallkindsofwork,mainlyusedformaterialhandling,transmissionparts.Thedefinitionofthereferenceofforeigncountries,combinedwithChineseidioms,aredefinedastheforgingmanipulator:Forgingmanipulatorisabodyindependentoftheactionmoredegreesoffreedom,theprogramcanbeflexiblychangedtoanylocation,automaticoperation,highdegreeofautomation.Isavailableforindustrialmanipulatorautomaticspraypaintorothercoatingjoint.Forgingmanipulatorarmwithrigidhighasthemainbody,comparedwithothers,canhavefastermovementspeed,cancarrymoreweight,andthepositioningaccuracyisveryhigh,itcanautomaticallyaccordingtothesignaltotheoutside,tocarryoutvariousoperations.Inthispaper,thedesignofastructureintheforgingmanipulator,anddrawthegeneralassemblydrawingandpartsdrawing.Forthemechanicalanalysisofthemodelofthemanipulator,thejointestimationoftherequiredtorqueandpower,electricalmotorandgearselection.Secondly,fromthemotorandthereducerisconnectedandfixedonthedesignofjointstructure,andtheconnectionstrengthcheck.KeyWords:structuraldesign,themachinearm,jointtypemanipulator,structureanalysis目錄摘要 IIAbstract III目錄 IV1緒論 11.1引言 11.2鍛打機(jī)械手研究概況 21.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 31.3鍛打機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) 41.4主要內(nèi)容 52總體方案設(shè)計(jì) 52.1機(jī)械手工程概述 52.2工業(yè)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述 62.3機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理 72.4機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 92.5本章小結(jié) 103鍛打機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 103.1手部要求及選型 103.2機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 113.2.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 113.2.2手抓的力學(xué)分析 123.2.3夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 143.2.4手爪夾持范圍計(jì)算 153.3機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(jì)算 153.4油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 173.4.1初步確系統(tǒng)壓力 173.4.2活塞桿的計(jì)算校核 193.4.3液壓缸工作行程的確定 203.4.4活塞的設(shè)計(jì) 213.4.5導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 213.4.6端蓋和缸底的計(jì)算校核 223.4.7缸體長(zhǎng)度的確定 223.4.8緩沖裝置的設(shè)計(jì) 223.4.9液壓缸的選型 234傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)計(jì)算 254.1傳動(dòng)齒輪計(jì)算步驟 254.2傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 274.3傳動(dòng)軸的材料與熱處理 284.4傳動(dòng)軸的技術(shù)要求 294.5傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖 304.6傳動(dòng)軸組件的驗(yàn)算 304.6.1支承的簡(jiǎn)化 304.6.2傳動(dòng)軸的撓度 314.6.3傳動(dòng)軸傾角 325車身行走機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 335.1傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu) 335.2車輪組安裝結(jié)構(gòu) 335.3小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 335.4選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度 345.4.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道 345.4.2車輪疲勞計(jì)算 345.4.3車輪強(qiáng)度計(jì)算 355.5運(yùn)行阻力計(jì)算 355.5.1摩擦阻力矩計(jì)算 355.5.2摩擦阻力計(jì)算 355.6選擇電動(dòng)機(jī) 365.6.1類型的選擇 365.6.2功率的確定 365.6.3工作機(jī)的阻力 365.6.4電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的確定 375.7計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 375.7.1計(jì)算總傳動(dòng)比i 375.7.2各軸的轉(zhuǎn)速 375.7.3各軸的功率 375.7.4各軸的轉(zhuǎn)距 375.7.5鏈輪、鏈條的選取校核 385.7.6軸承的選取校核 395.8軸的設(shè)計(jì)與校核 39總結(jié) 43參考文獻(xiàn) 44致謝 451緒論1.1引言機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，鍛打機(jī)械手是機(jī)械手研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。研究鍛打機(jī)械手需要結(jié)合機(jī)械、電子、信息論、人工智能、生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科知識(shí)，同時(shí)其自身的發(fā)展也促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。機(jī)械手是鍛打機(jī)械手的一種。1959年，世界上誕生了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手，開創(chuàng)了機(jī)械手發(fā)展的新紀(jì)元。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鍛打機(jī)械手的研究與應(yīng)用迅猛發(fā)展。世界著名機(jī)械手專家、日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說過：“機(jī)械手應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是功能”。其中雙足是方式中自動(dòng)化程度最高、最為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。偉大的發(fā)明家愛迪生也曾說過這樣一句話：“上帝創(chuàng)造人類，兩條腿是最美妙的杰作”。系統(tǒng)具有非常豐富的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)的環(huán)境要求很低，既能在平地上，也能在非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面上，對(duì)環(huán)境有很好的適應(yīng)性。功能的具備為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了無限廣闊的前景。研究機(jī)械手的原因和目的，主要有以下幾個(gè)方面：希望研制出機(jī)構(gòu)，使它們能在許多結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中，以代替人進(jìn)行作業(yè)或延伸和擴(kuò)大人類的活動(dòng)領(lǐng)域；希望更多得了解和掌握人類得特性，并利用這些特性為人類服務(wù)，例如：人造假肢。系統(tǒng)具有豐富的動(dòng)力學(xué)特性，在這方面的研究可以拓寬力學(xué)及機(jī)械手的研究方向；機(jī)械手可以作為一種智能機(jī)械手在人工智能中發(fā)揮重要的作用。鍛打機(jī)械手的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)械手協(xié)會(huì)給鍛打機(jī)械手下的定義：鍛打機(jī)械手是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動(dòng)作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語，對(duì)鍛打機(jī)械手作如下定義：鍛打機(jī)械手是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或關(guān)節(jié)其他涂料的工業(yè)機(jī)械手。鍛打機(jī)械手以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。鍛打機(jī)械手是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器。采用鍛打機(jī)械手是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)械手的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力[1-2]。1.2鍛打機(jī)械手研究概況1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀最早系統(tǒng)地研究人類和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)原理的是Muybridge，他發(fā)明了電影用的獨(dú)特?cái)z像機(jī)，即一組電動(dòng)式觸發(fā)照相機(jī)，并在1877年成功地拍攝了許多四足動(dòng)物和奔跑的連續(xù)照片。后來這種采用攝像機(jī)的方法又被Demeny用來研究人類的運(yùn)動(dòng)。從本世紀(jì)30年代到50年代，蘇聯(lián)的Bernstein從生物動(dòng)力學(xué)的角度也對(duì)人類和動(dòng)物的機(jī)理進(jìn)行深入的研究，并就運(yùn)動(dòng)作了非常形象化的描述。真正全面、系統(tǒng)地開展機(jī)械手的研究是始于本世紀(jì)60年代．迄今，不僅形成了機(jī)械手一整套較為完善的理論體系，而且在一些國(guó)家，如日本、美國(guó)和蘇聯(lián)等都已研制成功了能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的機(jī)械手樣機(jī)。這一部分，我們主要介紹隊(duì)60年代到1985年這一時(shí)期，在機(jī)械手領(lǐng)域所取得的最重要進(jìn)展。在60年代和70年代，對(duì)機(jī)械手控制理論的研究產(chǎn)生了3種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制、模型參考控制和算法控制。這3種控制方法對(duì)各種類型的機(jī)械手都是適用的。有限狀態(tài)控制是由南斯拉夫的Tomovic在1961年提出來的，模型參考控制是由美國(guó)的Farnsworth在1975年提出來的，而算法控制則是由南斯拉夫米哈依羅·鮑賓研究所著名的機(jī)械手學(xué)專家Vukobratovic博士在1969年至1972年問提出來的。這3種控制方法之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系。有限狀態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是一種采樣化的模型參考控制，而算法控制則是一種居中的情況[1]。在步態(tài)研究方面，蘇聯(lián)的Bessonov和Umnov定義了“最優(yōu)步態(tài)”，Kugushev和Jaro-shevskij定義了自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于而且也適應(yīng)于多足機(jī)械手。其中，自由步態(tài)是相對(duì)于規(guī)則步態(tài)而言的。如果地面非常粗糙不平，那么機(jī)械手在時(shí)，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來考慮，而是應(yīng)該象登山運(yùn)動(dòng)員那樣走一步看一步，通過某一優(yōu)化準(zhǔn)則來確定，這就是所謂的自由步態(tài)。在機(jī)械手的穩(wěn)定性研究方面，美國(guó)的Hemami等人曾提出將系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡(jiǎn)化模型看作是一個(gè)倒立振子(倒擺)，從而可以將的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)解釋為使振子直立的問題。此外，從減小控制的復(fù)雜性考慮，Hemami等人還曾就機(jī)械手的“降階模型”問題進(jìn)行了研究。前面我們?cè)赋鯲ukobratovic也對(duì)類人型系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析，但他僅限于導(dǎo)出各關(guān)節(jié)及整個(gè)系統(tǒng)的功率隨時(shí)間的變化關(guān)系，并沒有過多地涉及能耗最優(yōu)這個(gè)問題．但在他的研究中，Vukobratovic得出了一個(gè)有用的結(jié)論，即姿態(tài)越平滑，類人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)機(jī)械手的研制工作起步較晚，我國(guó)是從20世紀(jì)80年代開始機(jī)械手領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年，我國(guó)開展了“七五”機(jī)械手攻關(guān)計(jì)劃，1987年，我國(guó)的“863”高技術(shù)計(jì)劃將機(jī)械手方面的研究開發(fā)列入其中。目前我國(guó)從事機(jī)械手研究與應(yīng)用開發(fā)的單位主要是高校和有關(guān)科研院所等。最初我國(guó)進(jìn)行機(jī)械手技術(shù)研究的主要目的是跟蹤國(guó)際先進(jìn)的機(jī)械手技術(shù)，隨后取得了一定的成就。哈爾濱工業(yè)大學(xué)自1986年開始研究機(jī)械手，先研制成功靜態(tài)雙足機(jī)械手HIT-I，高110cm，重70kg，有10個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)平地上的前進(jìn)、左右側(cè)行以及上下樓梯的運(yùn)動(dòng)，步幅45cm，步速為10秒/步，后來又相繼研制成功了HIT-II和HIT-III，重42kg，高103cm，有12個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了步長(zhǎng)24cm，步速2.3步每秒的。目前正在研制的HI下IV機(jī)械手，全身可有52個(gè)自由度，其在運(yùn)動(dòng)速度和平衡性方面都優(yōu)于前三型機(jī)械手[3～7]。國(guó)防科技大學(xué)在1988年春成功地研制了一臺(tái)平面型6自由度的雙足機(jī)械手KDW-1，它能前進(jìn)、后退和上下樓梯，最大步幅為40cm，步速為4步每秒，1989年又研制出空間型KDW-II，有10個(gè)自由度，高69cm，重13kg實(shí)現(xiàn)進(jìn)退、上下臺(tái)階的靜態(tài)穩(wěn)定以及左右的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)。1990年在KDW-II的平臺(tái)上增加兩個(gè)垂直關(guān)節(jié)，發(fā)展成KDW-III，有12個(gè)自由度，具備了轉(zhuǎn)彎功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的全方位。1995年實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)，步速0.8步每秒，步長(zhǎng)為20cm～22cm，最大斜坡角度達(dá)13度。2000年底在KDW-III的基礎(chǔ)上研制成功我國(guó)首臺(tái)仿人形機(jī)械手“先行者”，動(dòng)態(tài)，可在小偏差、不確定的環(huán)境，周期達(dá)每秒兩步，高1.4m，重20kg，有頭、眼、脖、身軀、雙臂、雙足，且具備一定的語言功能[8～13]。此外，清華大學(xué)正在研制仿人形機(jī)械手THBIP-I，高1.7m，重130kg，32個(gè)自由度，在清華大學(xué)985計(jì)劃的支持下，項(xiàng)目也在不斷取得進(jìn)展。南京航空航天大學(xué)曾研制了一臺(tái)8自由度空間型機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)功能[13,14]。本課題源于“第一屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”中機(jī)械手。目前，機(jī)械手大多以輪子的形式實(shí)現(xiàn)功能階段。真正模仿人類用腿走路的機(jī)械手還不多，雖有一些六足、四足機(jī)械手涌現(xiàn)，但是機(jī)械手還是鳳毛麟角。我們這個(gè)課題，探索設(shè)計(jì)僅靠巧妙的機(jī)械裝置和簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)模擬人類的機(jī)械手。其分功能有：交替邁腿、搖頭、擺大臂、擺小臂。1.3鍛打機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)鍛打機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述：它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。(1)執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是鍛打機(jī)械手完成關(guān)節(jié)工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。(a)末端執(zhí)行器：機(jī)械手為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，直接噴漆工件。(b)腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。(c)臂部：聯(lián)接機(jī)座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機(jī)械手的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機(jī)座。(d)機(jī)身：機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)電傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。(3)控制系統(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(4)檢測(cè)系統(tǒng)：作用是通過各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。實(shí)踐證明，鍛打機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。1.4主要內(nèi)容第1章緒論主要介紹機(jī)械手的相關(guān)知識(shí)和本課題研究的任務(wù)和要求.第2章總體方案設(shè)計(jì),介紹該機(jī)械手各部分的相關(guān)知識(shí)和總體設(shè)計(jì).第3章機(jī)械手各部分設(shè)計(jì)的介紹第4章機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2總體方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手工程概述機(jī)械手工程是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。人們將已有學(xué)科分支中的知識(shí)有效地組合起來用以解決綜合性的工程問題的技術(shù)稱之為“系統(tǒng)工程學(xué)”。以機(jī)械手設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)工程學(xué)認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將其作為一個(gè)系統(tǒng)來研究、開發(fā)和運(yùn)用，從機(jī)械手的整體出發(fā)來研究其系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)外部環(huán)境的相互關(guān)系的一種綜合性的設(shè)計(jì)方法。從系統(tǒng)功能的觀點(diǎn)來看，將一部復(fù)雜的機(jī)器看成是一個(gè)系統(tǒng)，它由若干個(gè)子系統(tǒng)按一定規(guī)律有機(jī)地聯(lián)系在一起，是一個(gè)不可分的整體。如果將系統(tǒng)拆開、則將失去作為一個(gè)整體的特定功能。因此，在設(shè)計(jì)一部較復(fù)雜的機(jī)器時(shí)，從機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有如下特性：（1）整體性由若干個(gè)不同性能的子系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)總的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有作為一個(gè)整體的特定功能。（2）相關(guān)性系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間有機(jī)聯(lián)系、有機(jī)作用，具有某種相互關(guān)聯(lián)的特性。（3）目的性每個(gè)系統(tǒng)都應(yīng)有明確的目的和功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的組合方式?jīng)Q定于系統(tǒng)的目的和功能。（4）環(huán)境適應(yīng)性任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境中，必須能適應(yīng)外部環(huán)境的變化。因此，在進(jìn)行機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要重視組成機(jī)械手系統(tǒng)的各個(gè)部件、零件的設(shè)計(jì)，更應(yīng)該按照系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械手的功能要求，將組成機(jī)械手系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)部件、零件合理地組合，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良適于工作需要的機(jī)械手產(chǎn)品。在比較復(fù)雜的工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中大致包括如下:操作機(jī)，它是完成機(jī)械手工作任務(wù)的主體，包括機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和機(jī)構(gòu)等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括作為動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)單元，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由各種傳動(dòng)零、部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，它主要包括具有運(yùn)算、存儲(chǔ)功能的電子控制裝置（計(jì)算機(jī)或其他可編程編輯控制裝置），人——機(jī)接口裝置（鍵盤、示教盒等），各種傳感器的信息放大、傳輸和處理裝置，傳感器、離線編程、設(shè)備的輸入/輸出通訊接口，內(nèi)部和外部傳感器以及其他通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備［14］。工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)在于它在功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性，因而工業(yè)機(jī)械手能有效地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)中來完成傳送零件或材料，進(jìn)行裝配或其他操作。在柔性制造系統(tǒng)中，基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備）、輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)機(jī)械手等一起形成了各種不同形式地工業(yè)機(jī)械手技術(shù)綜合體地工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)地生產(chǎn)部門，如建筑、采礦、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)領(lǐng)域引用機(jī)械手系統(tǒng)亦是如此。2.2工業(yè)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述確定負(fù)載目前，國(guó)內(nèi)外使用的工業(yè)機(jī)械手中，負(fù)載能力的范圍很大，最小的額定負(fù)載在5N以下，最大可達(dá)9000N。負(fù)載大小的確定主要是考慮沿機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)方向作用于機(jī)械接口處的力和扭矩。其中應(yīng)包括機(jī)械手末端執(zhí)行器的重量、關(guān)節(jié)工件或作業(yè)對(duì)象的重量和規(guī)定速度和加速度條件下，產(chǎn)生的慣性力等。由本次設(shè)計(jì)給的設(shè)計(jì)參數(shù)可初估本次設(shè)計(jì)屬于大負(fù)載。驅(qū)動(dòng)方式由于伺服電機(jī)具有控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境沒有影響，體積小，效率高，適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)械手等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)（三）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械手傳動(dòng)裝置中應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積小，在傳動(dòng)鏈中要考慮采用消除間隙措施，以提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和位置控制精度。在機(jī)械手中常采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)和鋼帶傳動(dòng)等，由于齒輪傳動(dòng)具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且大學(xué)學(xué)習(xí)掌握的比較扎實(shí)，故本次設(shè)計(jì)選用齒輪傳動(dòng)。（四）工作范圍工業(yè)機(jī)械手的工作范圍是根據(jù)工業(yè)機(jī)械手作業(yè)過程中操作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡來確定，用工作空間來表示的。工作空間的形狀和尺寸則影響機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式、自由度數(shù)和操作機(jī)各手臂關(guān)節(jié)軸線的長(zhǎng)度和各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的大小及變動(dòng)范圍的選擇（五）運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手操作機(jī)手臂的各個(gè)動(dòng)作的最大行程確定后，按照循環(huán)時(shí)間安排確定每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，就能進(jìn)一步確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度，用m/s或（°）/s表示，各動(dòng)作的時(shí)間分配要考慮多方面的因素，例如總的循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，各動(dòng)作之間順序是依序進(jìn)行還是同時(shí)進(jìn)行等。應(yīng)試做各動(dòng)作時(shí)間的分配方案表，進(jìn)行比較，分配動(dòng)作時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作的要求外，還應(yīng)考慮慣性和行程的大小，驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位方式和精度等要求。2.3機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析該機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖主視圖俯視圖鍛打機(jī)械手本體組成各部件組成和功能描述如下：底座部件：底座部件包括底座、齒輪傳動(dòng)部件、軸承，步進(jìn)電機(jī)等。機(jī)座作用是支撐部件，支承和轉(zhuǎn)動(dòng)大臂部件,承受鍛打機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證鍛打機(jī)械手工作時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。鍛打機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)2.4機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下[3]。(1)直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(a)由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)械手有可能達(dá)到很高的位置精度（μm級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)械手主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。(2)圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(b)。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。(3)球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(c)。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。(4)關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(d)。關(guān)節(jié)型機(jī)械手動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)械手。根據(jù)任務(wù)書要求和具體實(shí)際我們選擇的是(d)關(guān)節(jié)型。機(jī)械手的特點(diǎn)是工作范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)較緊湊，能抓取靠近機(jī)座的物體。協(xié)作單位根據(jù)其用途和特點(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)2.5本章小結(jié)本章主要完成對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過多種方案的選擇來確定最終要確定的方案.確定了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案后，就要針對(duì)機(jī)械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。3鍛打機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1手部要求及選型即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（2）手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.2機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：最大夾緊力1000KN要求管徑500mm。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適于夾持平板方料,且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置,其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指,驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置。3.2.2手抓的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。Jix圖機(jī)械手手抓結(jié)構(gòu)圖(a)(b)圖5.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1——手指2——銷軸3——杠桿在杠桿3的作用下，銷軸[GB/T882-2000]2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。由=0得=0得由=0得（3.1）式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）.——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。3.2.3夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算（3.2）式中——安全系數(shù)，通常1.2-2.0；——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度；——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03-0.5s——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。G——被抓取工件所受重力（N）。表3-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。設(shè)==1.02根據(jù)公式，將已知條件帶入：（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：（3）?。?）確定液壓缸的直徑D3.2.4手爪夾持范圍計(jì)算為了保證手抓張開角為，手抓夾持范圍，當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)張開時(shí)，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下：（a）(b)圖5.2手抓張開示意圖3.3機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。圖5.3手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：手指長(zhǎng),取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算=72.14當(dāng)S時(shí)帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。3.4油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1初步確系統(tǒng)壓力表3-1按負(fù)載選擇工作壓力[1]負(fù)載/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表3-2各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液鑿巖機(jī)液機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32由表2-1和表2-2可知，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=10MPa為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程要求管徑500mm，傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)速度2~10r/min，最大夾緊力1000KN，小車行走最大速度8m/min，工進(jìn)油缸最大行程800mm，工進(jìn)油缸最大速度17mm/s，抗最大軸向力400KN。。故液壓缸無桿腔的有效面積：液壓缸直徑表1液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1980810121620253240506380100125160200250320400500按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=125mm；查《液傳動(dòng)與控制手冊(cè)》故活塞桿直徑d=0.5D=62.5mm取d=60表2活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液壓缸缸體厚度計(jì)算缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號(hào)鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號(hào)鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號(hào)鋼作為缸體的材料。式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時(shí)，Py=1.25Pn。[]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。注：1.額定壓力Pn額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=10MPa2.最高允許壓力PmaxPmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa安全系數(shù)n按《液傳動(dòng)與控制手冊(cè)》P243表2—10，取n=5。則許用應(yīng)力[]==120MPa=30,滿足。所以液壓缸厚度取30mm。則液壓缸缸體外徑為185mm3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。3.4.2活塞桿的計(jì)算校核活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼?；钊麠U直徑的計(jì)算[1]查《液傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。表2活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度為最小速度，則由式（4-3）本例=122.65625>1.25，滿足最低速度的要求。2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算：<90mm（4-4）式中————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)油馬達(dá)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。3.4.3液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。表4-4（a）液壓缸行程系列（GB2349-80）[6]2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b）液壓缸行程系列（GB2349-80）[6]406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c）液壓缸形成系列（GB2349-80）[6]240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根據(jù)設(shè)計(jì)要求知快速接近工件，行程根據(jù)任務(wù)書要求，根據(jù)表3-8，可選取垂直方液壓缸的工作行程為800mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為1000mm3.4.4活塞的設(shè)計(jì)由于活塞在液力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?？紤]選用O型密封圈。3.4.5導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為:（4-5）一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)d.。活塞寬度B取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。圖4-1液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。3.4.6端蓋和缸底的計(jì)算校核在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算端蓋厚h為：式中D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——壓力，；——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；——材料的許用應(yīng)力，。2.缸底的設(shè)計(jì)缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.4.7缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。3.4.8緩沖裝置的設(shè)計(jì)液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。3.4.9液壓缸的選型經(jīng)過比較，參考市場(chǎng)上的液壓缸類型，選擇一種可靠?jī)?yōu)質(zhì)的液壓缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司/about_us.asp。速易可液動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營(yíng)銷國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，產(chǎn)品主要有空液凈化組件、液動(dòng)控制組件、液動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)械手、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動(dòng)控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿液壓缸、滑臺(tái)液壓缸、止動(dòng)液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊液（油）壓缸、導(dǎo)桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型液壓缸、控制閥、空液控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)液動(dòng)輔助零組件。根據(jù)上節(jié)計(jì)算，在這選擇YAL1254傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)計(jì)算4.1傳動(dòng)齒輪計(jì)算步驟選定齒輪精度等級(jí)、材料及齒數(shù)選用7級(jí)精度(GB10095-88)材料選擇由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-1選擇大小齒輪材料均為45鋼（調(diào)質(zhì)），小齒輪齒面硬度為250HBS，大齒輪齒面硬度為220HBS。選小齒輪齒數(shù)，選取螺旋角。初選螺旋角2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩選齒寬系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-30選取區(qū)域系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-26查得，，則由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得（2）計(jì)算1）試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得計(jì)算圓周速度v計(jì)算縱向重合度5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-3查得由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-2查得使用系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-13查得由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-4查得接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得計(jì)算模數(shù)取幾何尺寸計(jì)算計(jì)算中心距取得按圓整后的中心距修正螺旋角因值改變不多，故參數(shù)、等不必修正4.2傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的初步擬定傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)主要決定于傳動(dòng)軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承和密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮傳動(dòng)軸加工和裝配的工藝性，一般在特殊磨頭傳動(dòng)軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。傳動(dòng)軸是空心的或者是實(shí)心的，主要取決于特殊磨頭的類型。此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸，也設(shè)計(jì)成階梯形，同時(shí)，在滿足剛度要求的前提下，設(shè)計(jì)成空心軸，以便通過刀具拉桿。傳動(dòng)軸端部系指?jìng)鲃?dòng)軸前端。它的形狀決定于特殊磨頭的類型、安裝夾具或刀具的形式，并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確，裝卸方便和能傳遞一定的扭矩。4.3傳動(dòng)軸的材料與熱處理傳動(dòng)軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇。傳動(dòng)軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，鋼的E值較大（2.1×10N/cm左右），所以，傳動(dòng)軸材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量E基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼），只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密特殊磨頭傳動(dòng)軸需要減少熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動(dòng)的傳動(dòng)軸需要保證其耐磨性時(shí)，才考慮選用合金鋼。當(dāng)傳動(dòng)軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45鋼傳動(dòng)軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（HRC48～54）.有關(guān)45鋼傳動(dòng)軸熱處理情況如下表2.2所列：表2-2使用滾動(dòng)軸承的45鋼傳動(dòng)軸熱處理等參數(shù)工作條件使用機(jī)床材料牌號(hào)熱處理硬度常用代用輕中負(fù)載車、鉆、銑、磨床傳動(dòng)軸4550調(diào)質(zhì)HB220～250輕中負(fù)載局部要求高硬度磨床的砂輪軸4550高頻淬火HRC52～58輕中負(fù)載PV≤40（N·m/cm·s）車、鉆、銑、磨床的傳動(dòng)軸4550淬火回火高頻淬火HRC42～50HRC52～58此次設(shè)計(jì)的特殊磨頭傳動(dòng)軸，考慮到傳動(dòng)軸材料的選擇原則，選用價(jià)格便宜的中碳鋼（45鋼）。查表2-2中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。4.4傳動(dòng)軸的技術(shù)要求傳動(dòng)軸的精度直接影響到傳動(dòng)軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。傳動(dòng)軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接觸剛度愈高。因此，對(duì)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)必須提出一定的技術(shù)要求。（1）軸頸此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸，應(yīng)首先考慮軸頸。支承軸頸是傳動(dòng)軸的工作基面、工藝基面和測(cè)量基面。傳動(dòng)軸工作時(shí)，以軸頸作為工作基面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；加工傳動(dòng)軸時(shí)，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基面來最后精磨錐孔；在檢查傳動(dòng)軸精度時(shí)，以軸頸作為測(cè)量基面來檢查各部分的同軸度和垂直度。采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸的精度必須與軸承的精度相適應(yīng)。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動(dòng)軸承的配合質(zhì)量。對(duì)于普通精度級(jí)特殊磨頭的傳動(dòng)軸，其支承軸頸的尺寸精度為IT5，軸頸的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應(yīng)小于直徑公差的1/4～1/2。（2）內(nèi)錐孔內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗(yàn)特殊磨頭精度時(shí)，它是代表傳動(dòng)軸中心線的基準(zhǔn)，用來檢查傳動(dòng)軸與其他部件的相互位置精度，如傳動(dòng)軸與導(dǎo)軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經(jīng)常裝拆，故內(nèi)錐孔必須耐磨。錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距100～300毫米處對(duì)軸頸的徑向跳動(dòng)表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)錐著色檢查的接觸面積大小來檢驗(yàn)，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。4.5傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示：圖2-7傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖4.6傳動(dòng)軸組件的驗(yàn)算傳動(dòng)軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定傳動(dòng)軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此傳動(dòng)軸的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的傳動(dòng)軸也能滿足強(qiáng)度的要求。剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時(shí)，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。傳動(dòng)軸組件的彈性變形計(jì)算包括：傳動(dòng)軸端部撓度和傳動(dòng)軸傾角的計(jì)算。4.6.1支承的簡(jiǎn)化對(duì)于兩支承傳動(dòng)軸，若每個(gè)支承中僅有一個(gè)單列或雙列滾動(dòng)軸承，或者有兩個(gè)單列球軸承，則可將傳動(dòng)軸組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，如下圖2-8所示；若前支承有兩個(gè)以上滾動(dòng)軸承，可認(rèn)為傳動(dòng)軸在前支承處無彎曲變形，可簡(jiǎn)化為固定端梁，如圖2-9所示：圖2-8傳動(dòng)軸組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁圖2-9傳動(dòng)軸組件簡(jiǎn)化為固定端梁此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸，前支承選用了一個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個(gè)推力球軸承作為支承，即可認(rèn)為傳動(dòng)軸在前支承處無彎曲變形，可簡(jiǎn)化為上圖2-9所示。4.6.2傳動(dòng)軸的撓度查《材料力學(xué)I》第188頁(yè)的表6.1，對(duì)圖2-9作更進(jìn)一步的分析，如下圖2-10所示：根據(jù)圖2-10，可得此時(shí)的最大撓度=其中，F(xiàn)—傳動(dòng)軸前端受力。此處，F(xiàn)=F=1213.1Nl—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm圖2-10固定端梁在載荷作用下的變形E—傳動(dòng)軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cmI—傳動(dòng)軸截面的平均慣性矩。當(dāng)傳動(dòng)軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，I=。此處，D=35故可計(jì)算出，傳動(dòng)軸端部的最大撓度：4.6.3傳動(dòng)軸傾角傳動(dòng)軸上安裝傳動(dòng)軸和安裝傳動(dòng)齒輪處的傾角，稱為傳動(dòng)軸的傾角。此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸主要考慮傳動(dòng)軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會(huì)破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。根據(jù)圖2-10，可得此時(shí)的最大傾角=其中，F(xiàn)—傳動(dòng)軸前端受力。此處，F(xiàn)=F·z=1213.1Nl—A、B之間的距離。此處，l=a=12cmE—傳動(dòng)軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cmI—傳動(dòng)軸截面的平均慣性矩。當(dāng)傳動(dòng)軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，I=。此處，D==133故可計(jì)算出，傳動(dòng)軸傾角為：=-2.3×10rad查《特殊磨頭設(shè)計(jì)》第一冊(cè)中機(jī)械部分的第670頁(yè)，可知：當(dāng)x≤0.0002Lmm≤0.001rad時(shí)，剛性傳動(dòng)軸的剛度滿足要求。此處的x，即為最大撓度和最大傾角，L為傳動(dòng)軸支承跨距。將已知數(shù)據(jù)和代入，即可得：初步設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸滿足剛度要求。5車身行走機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)對(duì)于長(zhǎng)×寬×高＝3500×1420×738毫米的尺寸的小車總體設(shè)計(jì)，由鋼板制成，用于焊接珩架結(jié)構(gòu)，底部長(zhǎng)×寬＝3500×1420毫米，20毫米的鋼板厚度，中間三肋鋼板焊接而成，升鋼板焊接而成，四周分別鑲有四個(gè)滑塊，用沉頭螺栓固定在立柱上。5.1傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)此車是鏈傳動(dòng)的使用，該機(jī)構(gòu)的小車工作的基礎(chǔ)上。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過安裝軸承和傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸輪，車輪軸沿著移動(dòng)的鋼軌，從而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)。變速器托架主要取決于焊接在一起，這主要是由于需要制造和安裝，而且由于焊接結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，節(jié)省材料和工時(shí)，可以非常小，小，易于實(shí)現(xiàn)制造。因此，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造。因此，傳動(dòng)裝置用螺栓與車架相連接安裝在車輪下方。5.2車輪組安裝結(jié)構(gòu)焊接小車是一個(gè)長(zhǎng)方形鋼架，Q235鋼，鋼框邊與上部分別與地板焊接，以增加其穩(wěn)定性和牢固性，在矩形框架支撐和固定第一卷小車行走輪組，在上面分別焊有垂直塊和水平塊，用45號(hào)鋼。垂直度要求0.05mm，軸向間距2046毫米的平行度要求，在0.05毫米，安裝車輪組可以保證在同一平面上的四個(gè)車輪踏面。5.3小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析擬定動(dòng)方案由其工作速度及承載能力的要求，選擇鏈輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，布置在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)，獲得比較小的結(jié)構(gòu)尺寸，工字軌道使的行走平穩(wěn)，提高承載能力和傳動(dòng)效率。其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如下5.4選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度5.4.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度車輪的最大輪壓：=（Q+)(1.1)式中——小車自重，估取為=5000由已知有Q=15000(舉升最大重量15T)載荷率==3＞1.6由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇車輪：當(dāng)運(yùn)行速度（=200m/min）>60m/min，＞1.6，工作類型為中級(jí)時(shí)，車輪直徑為=400mm，軌道為P38，其許用輪壓為16t，故可用.5.4.2車輪疲勞計(jì)算疲勞計(jì)算時(shí)的等效載荷：(1.2)式中——等效系數(shù)由表1-20查得車輪的計(jì)算輪壓： (1.3)式中——沖擊系數(shù)，由表2-7查的。當(dāng)載荷為第一種時(shí)，運(yùn)行速度V＜1時(shí)，=1——載荷變化系數(shù)，查表2-8，當(dāng)＞1.6時(shí)，=0.8根據(jù)點(diǎn)接觸情況計(jì)算接觸疲勞應(yīng)力：(1.4)式中——軌頂弧形半徑，由表3-8-15查得。對(duì)于車輪材料,由表5-4查得=17000-19000。比較得＜，故疲勞條件滿足。5.4.3車輪強(qiáng)度計(jì)算按點(diǎn)接觸進(jìn)行接觸力的強(qiáng)度校核：(1.5)式中——沖擊系數(shù)，由表2-7查得對(duì)于車輪材料,由表5-4查得=20000-23000。比較得＜，故強(qiáng)度條件滿足。5.5運(yùn)行阻力計(jì)算5.5.1摩擦阻力矩計(jì)算摩擦總阻力矩：(2.1)由表8-1-102知車輪軸承型號(hào)為7520，內(nèi)徑值為；由表7-1至7-3有為滾動(dòng)摩擦系數(shù)；軸承摩擦系數(shù)；附加阻力系數(shù)。代入上式得：5.5.2摩擦阻力計(jì)算運(yùn)行摩擦阻力：(2.2)5.6選擇電動(dòng)機(jī)5.6.1類型的選擇根據(jù)電源的種類，工作要求，工作環(huán)境，載荷大小，本設(shè)計(jì)中選擇我國(guó)新設(shè)計(jì)的國(guó)際市場(chǎng)上通用的統(tǒng)一系列－Y型系列三相異步電動(dòng)機(jī)。5.6.2功率的確定計(jì)算工作機(jī)所需的功率Pw工作機(jī)所需的功率Pw（kw）由工作機(jī)的工作負(fù)載（阻力）和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得：式中Fw――――工作機(jī)的阻力（N）Vw————工作機(jī)的線速度（m/s）Tw————工作機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.M）————工作機(jī)的效率5.6.3工作機(jī)的阻力已知V=200m/min≈3.33（m/s）又∵F=G1＋G2=15000＋5000=20000（N）∴Fw=20000（N）由手冊(cè)表1-14查得車輪與鋼軌的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f＝0.05～0.07,本設(shè)計(jì)中取f＝0.15，∴Fw=f.F＝20000×0.15＝3000（N）工作機(jī)的效率由手冊(cè)表1-15查得鏈傳動(dòng)的η＝0.97工作機(jī)的功率Pw電機(jī)的輸出功率P0由工作機(jī)所需功率和傳動(dòng)裝置的總效率可求得電動(dòng)機(jī)所需的輸出功率式中η—為電動(dòng)機(jī)至主傳動(dòng)裝置的總效率（包括鏈輪傳動(dòng)，兩對(duì)滾動(dòng)球軸承一彈性聯(lián)軸器彈性體聯(lián)軸器）η值的計(jì)算η＝η1η2由手冊(cè)表1-15查得鏈輪傳動(dòng)η1＝0.97滾動(dòng)球軸承η2＝0.99因此η＝0.97×0.99＝0.96所以確定電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm:按下式確定電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm＝（1～1.3）P0功率的大小可據(jù)負(fù)載狀況來決定，由手冊(cè)第一篇中有關(guān)Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)的表中，取電動(dòng)機(jī)的額定功率為Pm＝11KW，符合設(shè)計(jì)要求。5.6.4電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的確定從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速:r/min按手冊(cè)表14-1推薦的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的范圍，取鏈輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i＝1，所以，電機(jī)可選擇的轉(zhuǎn)速范圍為n′電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定:選擇JK系列減速電機(jī)Y2160M-4減速機(jī)：DCY200-2Ni=405.7計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)5.7.1計(jì)算總傳動(dòng)比i傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比＝1式中nm——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速Nw——軸轉(zhuǎn)速5.7.2各軸的轉(zhuǎn)速I電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1＝29r/minⅡ軸＝29r/m5.7.3各軸的功率I軸P1＝Pm·η2＝11×0.995＝10.945（kw）II軸P2＝P1·η1·η3＝10.945×0.97×0.99=10.51KW5.7.4各軸的轉(zhuǎn)距電機(jī)軸T0＝3640（N·M）I軸T1＝T0＝3640（N·M）II軸=3461N5