【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 II回定作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸。2. 計(jì)算確定圖11中O5點(diǎn)位置及擺角。選擇使上料機(jī)械手作間歇上下移動(dòng)和間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，要求機(jī)構(gòu)原動(dòng)件與分配軸I或II固定作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸。3. 編程計(jì)算所設(shè)計(jì)上述機(jī)構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)作的位移與分配軸I轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制位移規(guī)律圖，并與圖12所給位移規(guī)律作比較。4. 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，確定電機(jī)到分配軸間的減速傳運(yùn)方案，并進(jìn)行傳動(dòng)比分配和傳動(dòng)工作能力設(shè)計(jì)計(jì)算。5. 對(duì)驅(qū)動(dòng)鏈輪和上料機(jī)械手間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。二．設(shè)計(jì)任務(wù)初步分析1. 芯柱傳送鏈輪機(jī)構(gòu)選擇從圖12可以看出，芯柱傳送鏈輪處于低速輕載的運(yùn)動(dòng)鏈末端，且其轉(zhuǎn)／停時(shí)間比為1:2，槽輪機(jī)構(gòu)在時(shí)間上可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)這樣的運(yùn)動(dòng)要求。因此擬用槽輪機(jī)構(gòu)作為鏈輪單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的核心機(jī)構(gòu)。2. 機(jī)械手間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇從圖12可以看出，機(jī)械手的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與擺動(dòng)較為復(fù)雜，凸輪機(jī)構(gòu)可以很好的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此擬選凸輪機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的核心機(jī)構(gòu)。三．芯柱傳送鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 槽輪機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)a) 運(yùn)動(dòng)系數(shù)計(jì)算由圖12不難看出，槽輪運(yùn)動(dòng)系數(shù)的值為： （）b) 槽輪槽數(shù)確定為避免槽輪在啟停時(shí)沖受到?jīng)_擊，應(yīng)使圓銷(xiāo)在開(kāi)始進(jìn)入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬間，圓銷(xiāo)中心的線(xiàn)速度方向均沿著徑向槽的中心線(xiàn)方向，由此，對(duì)與單梢的情況，不難得出槽輪的槽數(shù)z與系數(shù)的關(guān)系： （） 將運(yùn)動(dòng)系數(shù)代入式2可得，適合的槽輪槽數(shù)為z=6。c) 槽輪與曲柄中心距從圖11可以看出，軸II到O2的距離為150mm，因此，從結(jié)構(gòu)緊湊的方面考慮，槽輪機(jī)構(gòu)的中心距設(shè)為100mm。d) 槽輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈設(shè)置為了使槽輪運(yùn)動(dòng)周期和軸II的轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致，且實(shí)現(xiàn)空間上的動(dòng)力傳送，整個(gè)槽輪機(jī)構(gòu)需要用一對(duì)齒數(shù)比為1的錐齒輪將II軸的角速度正交的傳進(jìn)機(jī)構(gòu)。由于槽輪運(yùn)動(dòng)系數(shù)為定值，應(yīng)此選用z=6的槽輪后，在槽輪的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，槽輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度為的整數(shù)倍，而任務(wù)要求鏈輪每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期轉(zhuǎn)過(guò)，在只有一個(gè)圓銷(xiāo)的情況下，需要一對(duì)傳動(dòng)比為5:3的齒輪部置在整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最末端。e) 槽輪驅(qū)動(dòng)構(gòu)示意圖繪制圖31和32分別為主視和俯視示意圖。2. 槽輪曲柄機(jī)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計(jì)a) 減小沖擊的進(jìn)一步措施由于圓銷(xiāo)有半徑，因此槽輪的實(shí)際半徑Ra應(yīng)比名義半徑R大一些，根據(jù)勾股定理，圖31槽輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖主視圖圖32槽輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖俯視圖槽輪的實(shí)際半徑應(yīng)為： （）其中式（）中為圓銷(xiāo)半徑，名義半徑。b) 槽輪的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算對(duì)于本機(jī)構(gòu)，詁計(jì)克服摩阻力和生產(chǎn)阻力所需的承載力矩不大于100Nm，則經(jīng)過(guò)末端的傳動(dòng)比為5：3的齒輪后，作用于槽輪軸的承載力矩Mz詁計(jì)約為： （）由鏈輪的直徑為200mm，詁計(jì)折算到槽輪軸上的最大轉(zhuǎn)動(dòng)貫量Jn不會(huì)超過(guò)一個(gè)直徑250mm，厚50mm的鋼制圓盤(pán)（），即：（）參考文獻(xiàn)［1］，六槽槽輪最大類(lèi)角加速度，槽輪的驅(qū)動(dòng)力矩值為： （）c) 圓銷(xiāo)的半徑計(jì)算由文獻(xiàn)［1］得，一般?。?（）式（）中r為曲柄的半徑，由幾何關(guān)系可得，r=50mm,則圓銷(xiāo)半徑取r=8mm。d) 槽輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)［1］，六槽槽輪機(jī)構(gòu)圓梢所受最大作用力的計(jì)算公式如下： （）式（）中a為中心距，參數(shù)c、d的取值查文獻(xiàn)［1］、代入式（）得，由以上較小結(jié)果得選擇接觸疲勞強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，選擇槽輪材料為45鋼，感應(yīng)淬火熱處理，熱處理等級(jí)MQ，表面硬度45HRC，圓銷(xiāo)采用ZCuSn10P1錫青銅。由文獻(xiàn)［3］得，45鋼的彈性模量，泊松比，ZCuSn10P1錫青銅的彈性模量，泊松比，槽輪與圓銷(xiāo)的最短接觸長(zhǎng)度為： （）由于圓銷(xiāo)較易更換，且為耐磨材料，因此接觸強(qiáng)度以槽輪為準(zhǔn)，查文獻(xiàn)［3］，設(shè)，代入式（）得，由此得選用10mm厚的槽輪是非常安全的。e) 各軸的直徑詁算參考文獻(xiàn)［2］，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸徑的最小值d為： （）對(duì)于45鋼的軸，因?yàn)榇嬖谝欢ǖ臎_擊，A取較大值120，將各軸所承受扭矩代入式（）得槽輪和曲軸所在軸的最小直徑應(yīng)大于23mm，圓整為25mm，鏈輪軸由（）式所計(jì)算結(jié)果略大于25mm，從設(shè)計(jì)方便的角度，也取25mm。限于工作臺(tái)板和軸II的空間位置，本機(jī)構(gòu)所用軸不可能太長(zhǎng)，因此在這里不進(jìn)行彎扭強(qiáng)度校核。f) 鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，直徑25mm的軸的鍵高為7mm，按平鍵連接的擠壓壓強(qiáng)計(jì)算，最小工作鍵長(zhǎng)l按以下式計(jì)算，取： （）將各軸所受扭矩代入式（），槽輪與曲柄所在軸的工作鍵長(zhǎng)的最小值為不到13mm，鍵輪軸的為不到21mm。3. 鏈輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算a) 傳動(dòng)比5:3的齒輪副設(shè)計(jì)計(jì)算由于傳遞扭矩不大，采用直齒漸開(kāi)線(xiàn)齒輪方案，由圖31中所示幾何關(guān)系可得，此對(duì)齒輪中心矩為50mm，采用開(kāi)式齒輪，一般按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并將模數(shù)增大15%，以考慮磨損的影響。我的實(shí)際作法為，試選擇齒數(shù)為15，25，小齒輪為避免根切，變位系數(shù)計(jì)算如下：，設(shè)置如下：齒輪1轉(zhuǎn)速5r/m，非對(duì)稱(chēng)布置（軸剛性較大），硬齒面，材料為45鋼表面淬火，硬度（4550）HRC，熱處理質(zhì)量要求MQ，精度等級(jí)三組偕6級(jí)，齒厚上下偏差F、L，齒寬20，齒輪2轉(zhuǎn)速3r/m，非對(duì)稱(chēng)布置（軸剛性較大），硬齒面，材料為45鋼表面淬火，硬度（4550）HRC，熱處理質(zhì)量要求MQ，精度等級(jí)三組偕6級(jí)，齒厚上下偏差F、L，齒寬20，兩齒輪模數(shù)2，原動(dòng)機(jī)輕微振動(dòng)，工作機(jī)均勻平穩(wěn)，開(kāi)式傳動(dòng)，齒輪工作壽命10000小時(shí)，齒形作適當(dāng)修形程序校驗(yàn)結(jié)果表明這對(duì)齒輪在模數(shù)減小20%后彎曲疲勞強(qiáng)度依然足夠大。（具體結(jié)果見(jiàn)附錄1）b) 傳動(dòng)比1：1錐齒齒輪副設(shè)計(jì)計(jì)算依然采用開(kāi)式傳動(dòng)，為減小齒輪直徑并不產(chǎn)生根切，選用一對(duì)齒數(shù)為17的直齒錐齒齒輪，齒寬系數(shù)選1/3，錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)程序 版本 進(jìn)行模數(shù)減少18%彎曲疲勞強(qiáng)度較驗(yàn)程序參數(shù)設(shè)置如下：，齒輪2轉(zhuǎn)速20r/min載荷特性：原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，工作機(jī)輕微振動(dòng)預(yù)定壽命10000小時(shí)工作齒面硬度：硬齒面齒輪2的材料勻?yàn)?5鋼，表面淬火45～50（HRC），熱處理質(zhì)量要求MQ，齒數(shù)17，，不等頂隙計(jì)算彎曲強(qiáng)度設(shè)置：對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷，齒根表面粗糙度，齒條類(lèi)別，程序結(jié)果表明這對(duì)齒輪在彎曲疲勞強(qiáng)度上相當(dāng)安全，且符合模數(shù)放寬15%的要求。（具體結(jié)果見(jiàn)附錄2）4. 滾動(dòng)軸承的布置a) 布置的依據(jù)為了提高支承的剛度，和承受一定的軸向載荷，有一錐齒齒輪懸掛的曲柄軸選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承進(jìn)行反裝配制。槽輪所在軸雖無(wú)很大的軸向載荷，但是為了提高安裝精度，便于軸承預(yù)緊，也選用一對(duì)角接觸球軸承。由于沒(méi)有對(duì)鏈輪軸的上半部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此保險(xiǎn)起見(jiàn)，鏈輪軸也選用正裝角接觸球軸承。b) 布置示意圖33圖34滾動(dòng)軸承配制示意圖5. 機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)中的有關(guān)計(jì)算與遇到的問(wèn)題a) 槽輪的實(shí)際半徑和止動(dòng)圓弧半徑的選擇和式（）得圓弧實(shí)距半徑為，可得比較接近的槽輪半徑的公差為R87f7，即R87b) 止動(dòng)圓盤(pán)的安全輪廓由幾何關(guān)系可以看出，止動(dòng)圓盤(pán)的張角雖可以定為，但形狀如選擇不好將與槽輪發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，因此在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)有必要計(jì)算一下。如圖34所示，在止動(dòng)盤(pán)缺口范圍內(nèi)，與槽輪、曲柄公軸線(xiàn)呈α角方向上的最大向徑OA與夾角α有以下關(guān)系： 圖34 止動(dòng)圓盤(pán)缺口上最大向徑關(guān)系圖OA＝OB＝OCCB； ∠HCG=∠DCB＝β； ∠AOB＝α＝∠HOG； CB=CD；C、H、E三點(diǎn)共線(xiàn)；圖35由以上關(guān)系可以推出： （）則在止動(dòng)盤(pán)缺口范圍內(nèi)，與槽輪、曲柄公軸線(xiàn)呈α角方向上的最大向徑 （）由此編程計(jì)算止動(dòng)圓盤(pán)的最大合理輪廊，如圖35，極角向徑關(guān)系如圖36（數(shù)據(jù)計(jì)算程序見(jiàn)附錄）圖36c) 滾動(dòng)軸承選擇的問(wèn)題對(duì)于槽輪軸，和曲柄軸，其受力情況比較復(fù)雜，很難明確的計(jì)算出各軸承的受力情況，也就無(wú)法明確的用文獻(xiàn)［2］作列公式進(jìn)行校核，只得以犧牲經(jīng)濟(jì)性，選擇低中載情況下常用軸承。四、機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 方案設(shè)計(jì)a) 機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)中心位置與擺角的計(jì)算如圖41建立坐標(biāo)系，則點(diǎn)A的坐標(biāo)()為（），點(diǎn)B的坐標(biāo)()為（），AB間距離為： （）則由幾何關(guān)系可得，擺角為： （）圖41式（）中為機(jī)械臂長(zhǎng)，接著為求點(diǎn)坐標(biāo)作以下計(jì)算： （）則點(diǎn)坐標(biāo)（）為： （）則點(diǎn)與軸II的水平距離為b) 以直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)為核心的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案：設(shè)計(jì)方案的示意圖見(jiàn)圖42，圖中用了兩套力鎖合式直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪分別控制機(jī)械手的兩種運(yùn)動(dòng)。考慮到機(jī)械手在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周其內(nèi)上下兩次，可以將驅(qū)動(dòng)凸輪的轉(zhuǎn)速提高一倍，由此減化凸輪設(shè)計(jì)，42中就用了一對(duì)1：2的加速齒輪副實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想。2. 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)為了方便稱(chēng)呼，現(xiàn)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手上下運(yùn)動(dòng)的凸輪為凸輪I，另一凸輪為凸輪II。先設(shè)計(jì)凸輪I，考慮到減小沖擊，采用正弦運(yùn)動(dòng)作為推程和回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律函數(shù)為，其中行程： ()圖42編程畫(huà)凸輪I從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖于圖43圖43對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)II，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律函數(shù)為，運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖見(jiàn)圖44： （）圖443. 按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑由文獻(xiàn)［2］得，正配制直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形機(jī)構(gòu)的壓力角計(jì)算公式： （）取推程壓力角許用值，回程壓力角許用值。由式（），（）可得： （） （）將式（），（），（），（）代入式（）即可得確定基圓半徑和偏距下的壓力角的函數(shù)，編程計(jì)算符合壓力角許用值條件的范圍，選凸輪I的基圓半徑，則最好結(jié)果為，選凸輪II的基圓半徑為45mm，計(jì)算結(jié)果為當(dāng)r0=, 凸輪II最好結(jié)果 4. 凸輪輪廓的計(jì)算a) 理論輪廓的計(jì)算由文獻(xiàn)［2］得，正配制直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的理論輪方線(xiàn)坐標(biāo)方程為： （）b) 實(shí)際輪廓的計(jì)算由文獻(xiàn)［2］得實(shí)際輪廓的坐標(biāo)（X,Y）方程為： （）由式（）得： （）選用滾子半徑為，編程畫(huà)理論輪廓與實(shí)際輪廓圖于圖45，46。圖45圖46五、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析1. 槽輪運(yùn)動(dòng)分析由式（）可得芯柱傳送輪在運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)角與軸I轉(zhuǎn)角的關(guān)系為： （）2. 凸輪I作驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于設(shè)計(jì)時(shí)用得是直動(dòng)從動(dòng)件，因此機(jī)械手臂的上下運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是3. 凸輪II驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖51 如圖51所示，對(duì)應(yīng)圖中BA段， ，由式（），（）得：，不難看出 （）4. 繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖并與圖12比較所繪運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為圖52。圖52相對(duì)于圖12，設(shè)計(jì)之后的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)比較平滑。數(shù)值結(jié)果見(jiàn)下表：軸I轉(zhuǎn)角鏈輪轉(zhuǎn)角機(jī)械手升高高度機(jī)械手?jǐn)[角000120150240036030048030060030720308403096030108030120132151441560168180180192152042163022836302400302520302640302760300298030031000324015033600348000360000表51六、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)分析1. 電動(dòng)機(jī)的選用由于任務(wù)要求的系統(tǒng)中并沒(méi)太大的載荷，工作機(jī)械中沒(méi)有多大的沖擊，1500r/min的電動(dòng)機(jī)，由以上原則，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y8024。2. 減速傳動(dòng)方案由于本系統(tǒng)傳遞功率不大，因此選用：V帶→兩級(jí)展開(kāi)式→減速器→連軸器→軸I／II。參考文獻(xiàn)：［1］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本機(jī)構(gòu)成大先主編［2］160