整體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

學(xué)院：____________工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院_______________

專業(yè)：_______________機(jī)械工程__________________

摘要

本課題所設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是一款零件自動(dòng)存放裝置的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

以及該裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過對(duì)裝置的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行

設(shè)計(jì)，使其能夠應(yīng)用在不同的生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)對(duì)不同零件產(chǎn)品的傳送和存放的功能。

對(duì)零件自動(dòng)存放裝置的研究與設(shè)計(jì)，為提高企業(yè)的生產(chǎn)效率提供機(jī)械上的技術(shù)支

持，同時(shí)也能夠有效的降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

本課題所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)的功能是為零件自動(dòng)存放裝置提供水平方向上的

位移，通過多個(gè)絲杠滑臺(tái)的相互配合，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)

將零件準(zhǔn)確地運(yùn)送到平面上的任意位置。同時(shí)，本文還分別對(duì)電動(dòng)機(jī)，聯(lián)軸器,

絲杠以及軸承等一些標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件進(jìn)行計(jì)算選型。

本課題使用文獻(xiàn)研究法和內(nèi)容分析法，分析并解決設(shè)計(jì)過程中遇到的問題,

運(yùn)用AutoCAD完成零件的圖紙繪制，并通過SolidWorks對(duì)本課題的設(shè)計(jì)進(jìn)行運(yùn)

動(dòng)仿真，保證設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：零件自動(dòng)存放裝置傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Overallstructureandtransmissionsystemdesign

Abstract

Thecontentofthissubjectismainlythedesignofthewholemechanical

structureofapartautomaticstoragedeviceandthedesignofthetransmissionsystem

ofthedevice.Throughthedesignofthemechanicaltransmissionsystemandthe

wholemechanicalstructureofthedevice,itcanbeappliedindifferentproduction

linestorealizethetransmissionandstorageofdifferentparts.

Thefunctionofthetransmissionsystemdesignedinthissubjectistoprovide

horizontaldisplacementfortheautomaticstoragedeviceofparts.Atthesametime,

thisarticlealsocalculatesandselectssomestandardpartsandnon-standardpartssuch

asmotors,couplings,screwsandbearings0

Thistopicusestheliteratureresearchmethodandcontentanalysismethodto

analyzeandsolvetheproblemsencounteredinthedesignprocess,usesAutoCADto

completethedrawingoftheparts,andusesSolidWorkstoperformmotionsimulation

onthedesignofthistopictoensuretherationalityofthedesigno

Keywords:Automaticpartsstoragedevice；Transmissionsystemdesign；Overall

structuraldesign

目錄

摘要.................................................................................I

ABSTRACT..................................................................................................................................II

一、緒論..............................................................................1

1.1研究背景.................................................................1

1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀...............................................................1

1.3課題的研究目標(biāo)及意義....................................................2

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案....................................................................3

2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容..................................................................3

2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.......................................................3

2.3整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案.......................................................4

三、螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算..............................................................5

3.1原始數(shù)據(jù)................................................................5

3.2絲桿的設(shè)計(jì)與校核........................................................6

四、整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.............................................................11

4.1材料的選擇...............................................................11

4.2支撐桿的計(jì)算與校核......................................................11

五、電機(jī)的選擇、計(jì)算與校核...........................................................13

5.1電機(jī)的選擇...........................................................13

5.2電機(jī)的計(jì)算與校核......................................................13

六、聯(lián)軸器與鍵的選擇和校核...........................................................16

6.1聯(lián)軸器的選擇..........................................................16

6.2聯(lián)軸器的校核..........................................................17

6.3鍵的選擇與校核.......................................................19

七、結(jié)論.............................................................................20

參考文獻(xiàn).............................................................................20

致謝..................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。

一、緒論

1.1研究背景

在當(dāng)今機(jī)械的發(fā)展中，傳動(dòng)系統(tǒng)起著重要作用。機(jī)械設(shè)備的好壞往往取決于

該設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)是否優(yōu)秀，優(yōu)秀的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言不僅僅只是高效

性，同時(shí)還具備有使用壽命長、成本低等特點(diǎn)。隨著機(jī)械向高效、高速、多功能

方向發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的工作性能等在很大程度上取決于傳動(dòng)系統(tǒng)。所以，傳動(dòng)系

統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展是當(dāng)今機(jī)械領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，我們要更加關(guān)注對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)方

面的研究和發(fā)展。

作為機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和機(jī)械系統(tǒng)都與社會(huì)生產(chǎn)力

水平息息相關(guān)。現(xiàn)如今，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)力水平也在不斷的提

高，為了滿足社會(huì)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展提出了新的要求，而傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)

械系統(tǒng)的重要組成部分，因此，對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展提出了更高的要求。

1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀

傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械不可或缺的一部分，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步以及社會(huì)生

產(chǎn)力水平的不斷提高，對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展提出更高的要求。

目前，人們能經(jīng)常接觸到的機(jī)械的傳動(dòng)方式以及我們所學(xué)習(xí)到的主要有：帶

傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等等。帶傳動(dòng)主要用于兩軸平行而且回轉(zhuǎn)方向相同的場(chǎng)

合。鏈傳動(dòng)是靠鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)

和打滑，傳動(dòng)比較準(zhǔn)確；需要的張緊力較小，而且鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)比較緊湊，能夠

在惡劣環(huán)境條件下正常工作。除此之外，由于鏈傳動(dòng)的中心距較大時(shí)，其傳動(dòng)結(jié)

構(gòu)簡(jiǎn)單，其制造和安裝精度要求較低；但鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)平穩(wěn)性較差。因此，對(duì)于

帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)都有各自的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境與特點(diǎn)選擇

合適的傳動(dòng)方式。

螺旋傳動(dòng)作為一種常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，被廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械領(lǐng)域的傳動(dòng)系

統(tǒng)中。螺旋傳動(dòng)按功能用途可分為傳力、傳導(dǎo)和調(diào)整三個(gè)方面。傳力螺旋通常用

1

于工作轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合。傳導(dǎo)螺旋主要用以傳遞運(yùn)動(dòng),可以承受一定的軸向載荷,

工作速度通常比較高，對(duì)傳動(dòng)精度的要求比較高。調(diào)整螺旋是用以調(diào)整零部件間

的相對(duì)位置或者固定某些零部件，主要應(yīng)用于測(cè)量裝置或精密儀器中的微調(diào)機(jī)構(gòu)

中。

隨著科技的不斷發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的局限性將會(huì)大大降低，機(jī)械傳動(dòng)的模式不

再局限于齒輪等接觸式傳動(dòng)，非接觸式傳動(dòng)將會(huì)使用，這導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方

向越來越廣泛，與之相對(duì)的傳動(dòng)系統(tǒng)的難度也會(huì)日益增加。

1.3課題的研究目標(biāo)及意義

本課題的研究目標(biāo)主要是設(shè)計(jì)一款零件自動(dòng)存放裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及

該裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得該零件自動(dòng)存放裝置在實(shí)際的生產(chǎn)工作中具有較

強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且能夠使工作臺(tái)移動(dòng)到工作區(qū)域內(nèi)的任意位置，從而實(shí)現(xiàn)零件的

自動(dòng)存放過程。

通過查閱相關(guān)資料，為了使該裝置具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，本課題的設(shè)計(jì)將采用

四腳支撐的結(jié)構(gòu)，這樣不僅能夠給裝置提供較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且能夠相對(duì)直觀的

觀察整個(gè)裝置的實(shí)際工作情況，同時(shí)也方便日后對(duì)機(jī)器的防護(hù)與修理。而本課題

所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，因此將

采用螺旋傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自鎖，加工制造方便，能夠滿足本次課題

的設(shè)計(jì)需求。

傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械的重要組成部分，一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的好壞往往取決于該設(shè)備的

傳動(dòng)系統(tǒng)。好的傳動(dòng)系統(tǒng)能夠有效的提高企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)

成本，促進(jìn)企業(yè)更好的發(fā)展。因此，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究必須要重視。

2

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案

2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容

本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括兩部分。一部分是零件自動(dòng)存放裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)

的設(shè)計(jì)，另一部分是零件自動(dòng)存放裝置的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)堅(jiān)持以結(jié)構(gòu)

可靠牢固、簡(jiǎn)單、易操作以及減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的原則，對(duì)本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)

行設(shè)計(jì)方案分析。

2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

本課題所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)的主要作用是將生產(chǎn)線上所生產(chǎn)的零件通過該裝

置傳送到指定的位置進(jìn)行存放，因此要考慮工作臺(tái)在平面上的移動(dòng)以滿足實(shí)際的

生產(chǎn)需求。本課題對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)擬定幾個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析：

方案一是采用液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是通過液壓泵將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為

液體的壓力能，在通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的

傳遞，借助液壓執(zhí)行元件把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)。

方案二是采用螺旋傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)是靠螺旋與螺紋牙面旋合實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與

直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的機(jī)械傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)按其在機(jī)械中的作用可分為:傳力螺旋傳動(dòng)、

傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)以及調(diào)整螺旋傳動(dòng)。傳力螺旋傳動(dòng)以傳遞力為主，傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)以

傳遞運(yùn)動(dòng)為主調(diào)整螺旋傳動(dòng)，用于調(diào)整或固定零件（或部件）之間的相對(duì)位置,

一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)要求，由于使用液壓傳動(dòng)對(duì)設(shè)備的制造精度要求較高且不便

于對(duì)設(shè)備的維修與防護(hù)，導(dǎo)致液壓傳動(dòng)的成本較高；除此之外，工作臺(tái)需要有自

鎖的效果以防止其位置的改變從而影響零件的定位，同時(shí)，該設(shè)備還應(yīng)該便于拆

卸，考慮到這些因素，本課題所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)將采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)?；瑒?dòng)螺旋

的抗沖擊性較強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪聲而且自鎖性能好，加工和安裝精度較低，并且成

本低?；瑒?dòng)螺旋有梯形螺紋和鋸齒形螺紋等幾種齒形，其中梯形螺紋的應(yīng)用最為

廣泛，因此，采用梯形螺紋螺旋。所以本課題采用的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)為梯形螺紋螺

3

旋，由此來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的移動(dòng)。

34

A/WW,

1-電動(dòng)機(jī)2-絲桿3-絲桿滑臺(tái)4-支撐架

圖2.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

1-電機(jī)2-聯(lián)軸器3-軸承支撐座固定側(cè)4-絲杠

5-絲桿滑臺(tái)6-絲桿支撐座7-軸承支撐座支撐側(cè)

圖2.2絲桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

本課題所設(shè)計(jì)的零件自動(dòng)存放裝置的整體結(jié)構(gòu)，其主要目標(biāo)是為該裝置提供

足夠的穩(wěn)定性，使其能夠在實(shí)際的生產(chǎn)工作中可以平穩(wěn)的工作。因此，通過查閱

相關(guān)資料，本課題所設(shè)計(jì)的零件自動(dòng)存放裝置的整體結(jié)構(gòu)擬采用四腳支撐結(jié)構(gòu)。

采用四腳支撐結(jié)構(gòu)作為該裝置的整體結(jié)構(gòu)不僅能夠讓該裝置具有較高的穩(wěn)定性,

4

使得該裝置在實(shí)際的生產(chǎn)工作中不會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)的情況，同時(shí)由于該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因

圖2.3整體機(jī)械結(jié)構(gòu)

三、螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1原始數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)如表3.1所示

表3.1原始數(shù)據(jù)

零件重量5kg

機(jī)械手的重量40kg

滑臺(tái)支承重量100kg

絲桿滑臺(tái)的重量20kg

5

滑臺(tái)左右移動(dòng)速度0.01m/s

滑臺(tái)左右移動(dòng)行程1000mm

3.2絲桿的設(shè)計(jì)與校核

該螺桿為同軸雙螺旋螺桿，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)但不移動(dòng)。支撐座的重量為20kg,機(jī)

械手的重量為30kg,滑塊的支承總重量為50kg。滑塊移動(dòng)速度為O.Olm/s,支撐

座的導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，絲杠的行程為1000mm,有效的工作行程為750mm,

根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求可以改變絲桿的行程；螺旋具有自鎖性。

3.2.1軸向載荷的確定

絲桿滑臺(tái)的質(zhì)量加上機(jī)械手的質(zhì)量和零件的質(zhì)量為65kg,絲桿滑臺(tái)有矩形

導(dǎo)軌以及光軸進(jìn)行導(dǎo)向定位，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，在定期潤滑的條件下,

鋼與鋼的摩擦系數(shù)為〃=0.1?0.12。

取u=0.12,則牽引力為：

F牽=|img=0.12X65X9.8=76.44N

即滑臺(tái)所需牽引力為76,44N。

則絲桿所受軸向載荷為

Fq=F牽=76.44N

3.2.2材料的選擇及其許用應(yīng)力的計(jì)算

螺桿選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查表可得鋼的屈服極限cs=360MPa,由《機(jī)

械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，螺桿的許用拉應(yīng)力為

(js360

%=3^5=3^5=72-120MPa

取為=100MPao由《機(jī)械合計(jì)手冊(cè)》可得，

螺母的許用彎曲應(yīng)力為

6

"bp=40-60MPa,取abp=50MPa

螺母的許用剪切應(yīng)力為

(7bp=30~40Mpa,取(JbP=35MPa

滑臺(tái)的移動(dòng)速度為OQlm/s,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，

該滑動(dòng)螺旋副的許用壓強(qiáng)

Pp=11-18MPa,取巴=15MPao

3.2.3螺紋中徑的計(jì)算

d2>0.8I

其中，F(xiàn)-----軸向載荷

Pp一一螺紋副許用壓強(qiáng)

“一一根據(jù)設(shè)計(jì)的螺紋而定

此處取9=1.5

76.44—

d>0.8————=1.47mm

2J1.5x15

為保證絲桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得

梯形螺紋的所示尺寸如表3.2所示：

表3.2梯形螺紋基本尺寸

dP螺距ch中徑D2中徑D4大徑daDi

24mm5mm21.5mm21.5mm24.5mm18.5mm19mm

其中，d——梯形螺紋的公稱直徑

d3---外螺紋小徑

D1---內(nèi)螺紋小徑

中等精度，螺旋副標(biāo)記為Tr24x5-7H/7e

7

螺母高度

H=(pd2=1.5x21.5=32.25mm

取H=33mm,符合N旋合長度

則螺紋圈數(shù)為

H33.

n=—=—=6.6圈

3.2.4自鎖性驗(yàn)算

由于絲桿滑臺(tái)在絲桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下需要保持既定的位置不變，即絲桿需

要自鎖效果。由于是單程螺紋，導(dǎo)程S=P=5mm,所以螺旋升角為

7s5

A=tan-1—―=tan-1----------=4.2°

7rd27Tx21.5

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，在定期潤滑的條件下，鋼與青銅的摩擦因數(shù)為f=

0.08-0.10,在正常工作的情況下，取;'=0.08。此處，取摩擦因數(shù)為/=0.09,

由此可得，絲桿達(dá)到自鎖條件的最大升角p為

p=tan-1-^

cos彳

其中，a為牙型角，a=30。，代入公式得

,0.09

p=tan-1------=5.3°

~cos15°

由此可得，X<p,即該絲桿自鎖可靠。

3.2.5絲桿強(qiáng)度校核

螺紋摩擦力矩為

1

Me=-d2Ftan(A4-p)

=0.5x21.5x76.44xtan(4.2°+5.3°)

=137.5N

當(dāng)量應(yīng)力為

8

4x76.44137.5°

(---------)2o3(----------)2

%x18.52〃102x18.531

=0.34MPa<Op

3.2.6螺紋強(qiáng)度校核

1、螺紋剪切強(qiáng)度的校核

由于螺母強(qiáng)度低于絲桿材料，因此只需校核螺母螺紋強(qiáng)度即可。由《機(jī)械設(shè)

計(jì)手冊(cè)》可得，梯形螺紋的牙根寬度b為

b=0.65p=0.65x5=3.25mm

梯形螺紋的基本牙型高度H

Hi=0.5P=2.5mm

螺母剪切強(qiáng)度T

T=------

nD4bn

76.44

T=----———――：——=0.046MPa<T?=35MPa

Tix24.5x3.25x6.6p

即螺紋剪切強(qiáng)度滿足要求。

2、螺紋的彎曲強(qiáng)度校核

螺母彎曲強(qiáng)度與

3F%

b2

°nD4bn

3x76.44x2.5

噩=兀*24.5義3.252*6,6=0A1MPa<耿

即螺母彎曲強(qiáng)度滿足要求。

3.2.7絲桿長度計(jì)算

絲桿的工作行程為％=1000mm,螺紋長度Zw>lg+H=1033mm,取&=

9

1040mm,考慮到絲桿最右端與電動(dòng)機(jī)相互配合，取。=100mm,絲桿與支撐

座右端的固定側(cè)軸承配合，取L=110mm,絲桿與最左端支撐座支撐側(cè)軸承配

合，取b=70mma

即絲桿總長為L

L=匕+。+G+%=1320mm

3.2.8絲桿穩(wěn)定性校核

絲桿為兩端固定，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可得長度系數(shù)為〃=0.5,絲桿的

危險(xiǎn)截面的慣性半徑i為

d18.5

i=—3=-----=4.6

44

即

M0.5x1320

A=—=-----------=143.48

i4.6

優(yōu)質(zhì)碳鋼的;11=100,可得;1>先。

即，臨界載荷外

_n3Edl

￡=64(@2

52

其中，E為鋼材彈性模量，F(xiàn)=2.1x10/V/mmo

則

兀3X2.1x105x18.54

=27358.2/V

64x(0.5x1320)2

水平長絲桿的穩(wěn)定安全系數(shù)Tlw>4

F27358.2

Mc1"=357.9>%

即絲桿的穩(wěn)定性滿足要求。

3.2.9絲桿螺母副的效率計(jì)算

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，螺絲桿母副效率的公式為

10

tanA

”g59?OB)義訴訴xI。。％

取軸承效率為0.95,代入公式得

tan4.2°

廣。.、9才+野產(chǎn)一二仙％

即絲桿螺母副的效率為41.7%。

四、整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

4.1材料的選擇

鋁型材的擴(kuò)充性能強(qiáng)，安裝設(shè)備簡(jiǎn)單快捷，可在任意位置安裝螺母螺栓，而

獨(dú)特的T型、凹槽設(shè)計(jì)在加裝組件時(shí)無需拆卸型材，更加方便。除此之外，鋁

型材質(zhì)量較輕而剛度高，由于其本身的化學(xué)特性，其耐腐蝕性和加工性能好，適

用于機(jī)器框架以及工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。因此，本課題所設(shè)計(jì)的支撐桿的材料均采用

鋁型材6061。

4.2支撐桿的計(jì)算與校核

4.2.3許用應(yīng)力的計(jì)算

支撐桿采用6061鋁合金材料，其屈服強(qiáng)度小之11。MPa,抗拉強(qiáng)度為?

205MPa,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得

支撐桿的許用拉應(yīng)力為

(js110

%=3^5=3^5=22?37MPa

取%=30MPa.查表可得,

支撐桿的許用剪切應(yīng)力

[T]=290MPa

支撐桿的許用彎曲應(yīng)力

Lab}>205MPa,取【為】=300MPa

11

4.2.4強(qiáng)度校核

1、剪切強(qiáng)度

絲桿滑臺(tái)的質(zhì)量為20kg,支撐桿的橫截面積為bx/i=100x100mm

F=2F絲=400

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，[T]=290MPa

支撐桿的剪切強(qiáng)度為

FF40

T=-=----=

Sbn100x100

2、彎曲強(qiáng)度

簡(jiǎn)支梁的彎矩系數(shù)

FL

M=—

4

矩形截面抗彎矩系數(shù)

2

b/i

W=—

6

簡(jiǎn)支梁的彎曲強(qiáng)度

2

MFLbh3FL

%=討=彳+『/

Lb/i

代入公式可得

3FL3x400x450

270MPa<[a]

=2X100x1002b

即選擇的鋁型材6061滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。

12

五、電動(dòng)機(jī)的選擇、計(jì)算與校核

5.1電動(dòng)機(jī)的選擇

本課題所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，絲桿將電

機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的水平方向的移動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，電機(jī)要求當(dāng)失去控

制電壓時(shí)，電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生。且要求電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲

小、精度高和抗過載能力強(qiáng)。考慮以上因素，因此選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)作為該機(jī)

械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源。

根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，選擇MINASA4系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)作為零件

自動(dòng)存放裝置中傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源。該電機(jī)采用數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)，被廣泛運(yùn)

用于輕工機(jī)械和自動(dòng)化生產(chǎn)線等各種有精確調(diào)速、定位和運(yùn)動(dòng)軌跡的場(chǎng)合。

5.2電機(jī)的計(jì)算與校核

5.2.1最大移動(dòng)速度

由于絲桿與電機(jī)采用直接傳動(dòng)，減速比i=l,當(dāng)電機(jī)正常工作中的轉(zhuǎn)速為

額定轉(zhuǎn)速2000r/min時(shí)，滑塊的最大移動(dòng)速度為

np2000x5

v=—i=---------=166.67mm/s

5.2.2負(fù)載慣性矩力

絲桿直徑d=20巾私長度/=1320mm,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得

實(shí)心圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

md2nlyd4

Jl=~8~=32g

y——材料的比重(/V/m3),鋼的密度為p鋼=7850的/瓶3

13

即V鋼=P鋼9=77008.5/V/m3

d---圓柱體的直徑（m）

1---圓柱體的長度（m）

g一一重力加速度（m/s2）

絲桿的負(fù)載慣性矩Ji

3.14X77008.5X1.32x0.0244

32x9.8

=3.38X1014的.TH

電機(jī)軸的負(fù)載慣性矩，2

/2=勿

=500X

=3.17x10~4:kg-m

總慣性

42

]L=J1+J2=3.38+3.17=6.55x10-kg-m

5.2.3電機(jī)軸的負(fù)載慣性矩

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)〃=0.12

電機(jī)的負(fù)載慣性矩7；為

W---輸送質(zhì)量（kg）

H一一摩擦因數(shù)

F——軸向載荷（N）

T1——進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的效率

代入公式可得

——-——————x0.005X1=0.1122N-m

即電機(jī)的負(fù)載慣性矩為0.1122No

14

5.2.4電機(jī)容量預(yù)選

電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩

T,0.1122

T>=——=0.269N-m

e0.4170.417

電機(jī)慣量

)L6.55x10-4

JM之§=-----g-----=2,18x104kg-

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速2000r/min,電機(jī)功率為

Tn

P>——L-----

z—79535.4〃

n---伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速

T]——傳動(dòng)系統(tǒng)總效率

代入公式可得

0.1122X2000

P=——~——=0.0564KW

z9535.4X0,417

通過查表可得，選擇符合條件的有制動(dòng)器的中慣量A4系列電機(jī)MDMA-10,該電

機(jī)的部分參數(shù)如下表所示:

表4.1MDMA-10部分參數(shù)

額定功率為1.0KW

2

電機(jī)慣6.79X10-4kg.m

額定轉(zhuǎn)矩北4.8N-m

最大轉(zhuǎn)矩Uc14.4N,m

額定轉(zhuǎn)速V2000r/min

5.2.5最短加速與減速時(shí)間

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得》，電機(jī)加/減速時(shí)間以c

二2兀(/“+九).Oh-九o)

一60(—。―

tAC一一加速/減速時(shí)間

%---最高轉(zhuǎn)速(r/min)

15

n0——加速初始啟動(dòng)轉(zhuǎn)速/減速終止轉(zhuǎn)速（r/min）

TAC——加速/減速轉(zhuǎn)矩（N?m）

JM----伺服電機(jī)慣量（kg?m2）

2

JL——電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性矩（kg-m）

TL——電機(jī)軸換算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N-m）

代入公式可得

2兀(6.79+6.55)x10-4X(2000-0)

^AC=________________________________=002s

60x(14.4-0.1122)一,

電機(jī)工作時(shí)加減速時(shí)間為0.1s

則加減速轉(zhuǎn)矩2c

_27roM+/D.(%一如),T

1AC-777777,■

60XtAC

2TT(6.79+6.55)x10-4x(2000-0)

=------------------77：——---------------------F0.1122

60X0.1

=0.31N?mVTAC=14.4N-m

即電機(jī)選擇合適。

因此，電機(jī)選擇A4系列伺服電機(jī)MSMA-lO(l.OKW)

5.2.6電機(jī)工作轉(zhuǎn)速

絲杠工作時(shí)螺母的移動(dòng)速度為u=0.01m/s

則電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)速為

60v60x100

n=---=------------=1200r/min

P5

六、聯(lián)軸器與鍵的選擇和校核

6.1聯(lián)軸器的選擇

聯(lián)軸器是用來連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸使之能夠共同旋轉(zhuǎn)并且傳遞扭矩的

機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，聯(lián)軸器還具有緩沖、減振以及提高軸系動(dòng)

態(tài)的作用。聯(lián)軸器有兩部分組成,分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸連接。在本次的設(shè)計(jì)中，

16

為了提高系統(tǒng)的剛性和傳動(dòng)效率，采用將伺服電機(jī)與螺桿直接相連接的方式。由

于該傳動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)啟動(dòng)頻繁并且經(jīng)常正反轉(zhuǎn)，因此選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。

彈性套柱銷聯(lián)軸器主要有兩個(gè)半聯(lián)軸器和帶彈性套的注銷組成，通過彈性套

傳遞扭矩，因此彈性套注銷聯(lián)軸器具有局域緩沖減振的作用。彈性套柱銷聯(lián)軸器

制造容易、拆裝方便、成本較低，適用于連接載荷平穩(wěn)，經(jīng)常正反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻繁

的場(chǎng)合。

7234567

1-半聯(lián)軸器2-螺母3-墊片4-擋圈5-彈性套6-柱銷7-半聯(lián)軸器

圖6.1彈性套注銷聯(lián)軸器

6.2聯(lián)軸器的校核

電機(jī)軸的部分外形尺寸如表5.1所示:

表5.1電機(jī)軸的部分外形尺寸

軸徑S22mm

鍵寬KW8mm

鍵IWJKH7mm

鍵槽長LW45mm

17

聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩

Tea=KAT

T——公稱轉(zhuǎn)矩（N-m）,此為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩

KA——工程情況系數(shù)，轉(zhuǎn)矩變化中等的電機(jī)的工程情況系數(shù)為L7

則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩為

Tca=1.7x4,8=8.16N,m

選用彈性套注銷聯(lián)軸器。

由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，選用LT3聯(lián)軸器。

主動(dòng)端：選擇與電機(jī)軸能過盈連接的Z型軸孔，A型單鍵平鍵槽

n=22mmL=52mm

從動(dòng)軸：與絲桿連接軸孔為Y型，A型單鍵平鍵槽

d2=16mmL=42mm

此處對(duì)絲桿軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，

實(shí)心軸的扭矩為

d-----軸端直徑（mm）

T-----軸所傳遞的扭矩（N,m）

TP——許用扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力（N-m）

鋼叼=25?45MPa,取S=30MPa

代入公式得

T34.8