【正文】 桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑： 蝸桿齒寬： ； 蝸輪吼圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸輪齒寬： ，蝸輪咽喉母圓半徑：， 低速級蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：（1） 材料選擇：由于是伸臂旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)較為重要，選蝸桿材料20Cr,表面淬火，硬度45～50HRC；選蝸輪材料ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。（2） 確定許用應(yīng)力： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：， 查工具書得，則 （3） 選擇齒數(shù) ：參考工具書＝1，則。（4）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：查工具書得： 查工具書得：載荷系數(shù)K＝查工具書得：。由于 較低，估計(jì)取 由于載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，所以取所以載荷系數(shù)K＝， 而，查得＝ ，則 按照接觸強(qiáng)度要求： 查工具書可選出m＝6mm，＝72mm，q＝12。 則 中心距。（5） 驗(yàn)算處設(shè)參數(shù)： 原估計(jì)，選合適。（6） 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度： 查工具書得： 蝸輪當(dāng)量齒數(shù)，于是查得齒形系數(shù)＝， 而，帶入計(jì)算式可得 滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，所以傳動(dòng)件選擇合適。（7） 蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑： 蝸桿齒寬： ； 蝸輪吼圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸輪齒寬： ，蝸輪咽喉母圓半徑：， 軸的校核：由上述計(jì)算可知對于伸臂旋轉(zhuǎn)減速器的三根軸來說，輸出軸3軸承受的扭矩最大，而1軸和2軸所承受的扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3軸所承受的扭矩。所以，在軸的校核過程中只需校核3軸。設(shè)：為圓周力，為徑向力，為軸向力。則查工具書得公式： 其中： 代入公式得：3軸受力如圖：其中：單獨(dú)考慮作用：對B點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：對A點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：驗(yàn)算、：彎矩圖如圖：單獨(dú)考慮作用：對B點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：對A點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：驗(yàn)算、：彎矩圖如圖：由以上各圖可知：危險(xiǎn)截面處的最大彎矩：根據(jù)第四強(qiáng)度理論得：。其中：為抗彎截面系數(shù)。對于空心軸，其中代入公式得：所以3軸安全。 軸承壽命的計(jì)算由于減速機(jī)構(gòu)采用了蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)，所以軸承得能夠承受一定的軸向力，選用圓錐滾子軸承。（1）求軸承內(nèi)部的派生力如圖所示：求派生力的公式為：S=R/（2Y），由設(shè)計(jì)手冊查得: Y1=，e1=，Y2=，e2=所以 （2）求軸承的軸向載荷：因?yàn)樗哉f軸承1放松=，軸承2壓緊=所以動(dòng)量載荷（3）計(jì)算軸承壽命：所以軸承壽命足夠。 較核軸上的鍵的強(qiáng)度：在整個(gè)減速器的傳動(dòng)軸中，只有3軸受的扭矩最大，所以只需要校核此軸上的鍵的強(qiáng)度就足夠了，此軸的軸徑為85mm，鍵的規(guī)格為，鍵的受力如下圖所示：首先校核鍵槽的剪切強(qiáng)度。將平鍵眼nn截面分成兩部分，并把nn以下部分和軸作為一個(gè)整體來考慮如圖所示，因?yàn)榧僭O(shè)在nn截面上的剪切力均勻分布，所以nn截面上的剪切力為:對軸心取矩，由平衡方程:得:所以有 由此可見平鍵滿足剪切強(qiáng)度。其次校核鍵的擠壓強(qiáng)度?？紤]鍵在nn截面以上部分的平衡，在nn截面上的剪力為：，投影水平方向，由平衡方程得：因此求得：不滿足擠壓強(qiáng)度條件, 所以在此處用雙鍵以增加強(qiáng)度。 工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 總體傳動(dòng)方案簡圖： 選擇電機(jī)：對于長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，要求所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)該大于等于電動(dòng)機(jī)所需要的功率，即。電動(dòng)機(jī)所需的輸出功率為：為工作機(jī)要求的輸入功率，KW，為有電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。根據(jù)要求工作臺回轉(zhuǎn)速度為，工作臺最大回轉(zhuǎn)力矩為。 由公式得：。由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率按照下式計(jì)算：其中：——帶傳動(dòng)的效率。——軸承的效率?！谝患壩佪單仐U傳動(dòng)的效率?！诙壩佪單仐U傳動(dòng)的效率。所以： 所以：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五卷選的電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。 確定傳動(dòng)比：根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)轉(zhuǎn)速即可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比：接下來我們面臨的問題就是如何合理的分配各級傳動(dòng)比。綜合考慮前面介紹的五點(diǎn)內(nèi)容選帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比。對于兩級蝸桿減速器，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)使，這時(shí)可取。所以取第一級蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為17，第二級蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為48。傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)比由于受到各種因素的影響，因而與要求的傳動(dòng)比常有一定的誤差，一般情況下，所選用的傳動(dòng)比應(yīng)使工作機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與要求的轉(zhuǎn)速的相對誤差在范圍內(nèi)即可。設(shè)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為，第一級蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為，第二級蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為。則工作機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速而： 所以該傳動(dòng)比選擇合適。 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，主要是指各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩。它們是進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 （1）傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸轉(zhuǎn)速n（r/min）： （2）各軸輸入功率P（kW）： （3）各軸轉(zhuǎn)矩T（N）： ； V帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算:（1）確定設(shè)計(jì)功率: 查工具書可知,則。（2）選擇V帶型號：對結(jié)構(gòu)尺寸無嚴(yán)格要求，可選普通V帶。根據(jù)和，查工具書選擇Z型V帶。（3）選擇帶輪直徑：由工具書查得Z型V帶最小直徑，應(yīng)使，考慮小帶輪轉(zhuǎn)速不是很高，結(jié)構(gòu)尺寸又沒有特別限制，取。 驗(yàn)算帶速，帶輪擇合適。 所以：（4）確定中心距和帶長L： 設(shè)計(jì)條件中沒有限制中心距，故可初選中心距。由式 得 初選＝160mm，則帶長查工具書圓整于是中心距a＝+，A的調(diào)整范圍：。（5） 驗(yàn)算小帶輪包角： ，所以中心距選擇合適。（6） 確定V帶根數(shù)z： 查工具書得： 查工具書得：＝，, 查工具書得：＝，＝，則：＝。 查工具書得：＝， ＝， 帶入計(jì)算公式得：，選z＝2， 又因?yàn)橛袦y速發(fā)電機(jī)，所以選z＝3，符合推薦輪槽數(shù)。（7） 確定初拉力： 查工具書得：查工具書得：q＝,帶入公式得：（8） 作用于軸上的壓力：查工具書得：。（9）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)選擇V帶的類型（Z型）查工具書的以下參數(shù)：項(xiàng)目符號參數(shù)值基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）基準(zhǔn)線上槽深基準(zhǔn)線下槽深槽間距第一槽對稱面至端面的距離最小輪緣厚帶輪寬外徑輪槽角以小帶輪為例設(shè)計(jì)如圖： 高速級蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：（1） 材料選擇：由于是伸臂旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)較為重要，選蝸桿材料20Cr，表面淬火，硬度45～50HRC；選蝸輪材料ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。（2） 確定許用應(yīng)力： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：， 查工具書得，則 （3） 選擇齒數(shù) ：根據(jù)傳動(dòng)比參考工具書＝2，則。（4） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：查工具書得： 查工具書得：載荷系數(shù)K＝查工具書得：。由于 較低，估計(jì)取 由于載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，所以取所以載荷系數(shù)K＝， 而，查得＝ ，則按照接觸強(qiáng)度要求： 查工具書可選出m＝3mm，＝36mm，q＝12。 則 中心距。（5） 驗(yàn)算處設(shè)參數(shù)： 原估計(jì)，選合適。（6） 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度： 查工具書得： 蝸輪當(dāng)量齒數(shù)，于是查得齒形系數(shù)＝， 而，帶入計(jì)算式可得 滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，所以傳動(dòng)件選擇合適。（7） 蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸桿齒根圓直徑： 蝸桿齒寬： ； 蝸輪吼圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸輪齒寬： ，蝸輪咽喉母圓半徑： ， 低速級蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：（1） 材料選擇：由于是伸臂旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)較為重要，選蝸桿材料20Cr，表面淬火，硬度45～50HRC；選蝸輪材料ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。（2） 確定許用應(yīng)力： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：， 查工具書得，則 （3） 選擇齒數(shù) ：根據(jù)傳動(dòng)比參考工具書＝1，則。取，實(shí)際傳動(dòng)比（4） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：查工具書得： 查工具書得：載荷系數(shù)K＝查工具書得：。由于 較低，估計(jì)取 由于載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，所以取所以載荷系數(shù)K＝，而，查得＝ ，則按照接觸強(qiáng)度要求：查工具書可選出m＝5mm，＝60mm，q＝12。則： 中心距。（5） 驗(yàn)算處設(shè)參數(shù)： 原估計(jì)，選合適。（6） 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度： 查工具書得： 蝸輪當(dāng)量齒數(shù)，于是查得齒形系數(shù)＝， 而，帶入計(jì)算式可得 滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，所以傳動(dòng)件選擇合適。（7）蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸桿齒根圓直徑： 蝸桿齒寬： ； 蝸輪吼圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸輪齒寬： ，蝸輪咽喉母圓半徑： ， 軸的校核： 由上述計(jì)算可知對于工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三根軸來說，輸出軸3承受的扭矩最大，而1軸和2軸所承受的扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3軸所承受的扭矩。所以，在軸的校核過程中只需校核3軸。設(shè)：為圓周力，為徑向力，為軸向力。則查工具書得公式：其中： 代入公式得：3軸受力如圖：其中：單獨(dú)考慮作用：對B點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：對A點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：驗(yàn)算、：彎矩圖如圖：單獨(dú)考慮作用：對B點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：對A點(diǎn)取矩建立平衡方程： 解得：驗(yàn)算、：彎矩圖如圖：由以上各圖可知：危險(xiǎn)截面處的最大彎矩：根據(jù)第四強(qiáng)度理論得：。其中：為抗彎截面系數(shù)。對于實(shí)心軸，其中代入公式得：所以3軸安全。 軸承壽命的計(jì)算由于減速機(jī)構(gòu)采用了蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)，所以軸承得能夠承受一定的軸向力，選用圓錐滾子軸承。（1） 求軸承內(nèi)部的派生力如圖所示：求派生力的公式為：S=R/（2Y），由設(shè)計(jì)手冊查得: Y1=，e1=，Y2=，e2=所以 （2） 求軸承的軸向載荷：因?yàn)樗哉f軸承1放松=570N，軸承2壓緊=3307N所以動(dòng)量載荷計(jì)算軸承壽命： 所以軸承壽命足夠。 校核軸上的鍵的強(qiáng)度：在整個(gè)件速器的傳動(dòng)軸中，只有3軸受的扭矩最大，所以只需要校核此軸上的鍵的強(qiáng)度就足夠了，此軸的軸徑為60mm，鍵的規(guī)格為，鍵的受力如下圖所示：首先校核鍵槽的剪切強(qiáng)度。將平鍵眼nn截面分成兩部分，并把nn以下部分和軸作為一個(gè)整體來考慮如圖所示，因?yàn)榧僭O(shè)在nn截面上的剪切力均勻分布，所以nn截面上的剪切力為:對軸心取矩，由平衡方程:得:所以有 由此可見平鍵滿足剪切強(qiáng)度。其次校核鍵的擠壓強(qiáng)度?？紤]鍵在nn截面以上部分的平衡，在nn截面上的剪力為：投影水平方向，由平衡方程得：因此求得：滿足擠壓強(qiáng)度條件. 結(jié) 論我設(shè)計(jì)的伸臂式焊接變位機(jī)具有如下功能1． 焊接工件尺寸為Φ300～1500mm。2．工作臺可任意角度回轉(zhuǎn)或以焊接速度回轉(zhuǎn)，～1。3．伸臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，其空間軌跡為圓錐，與回轉(zhuǎn)臺配合可將工件調(diào)整到水平或船形焊的位置。 致謝本論文在指導(dǎo)老師謝哲東的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下順利完成。謝哲東老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，博大精深的學(xué)識以及對科學(xué)的遠(yuǎn)見卓識，使我終身受益。從選題、開展設(shè)計(jì)到論文修改，無不凝聚著謝哲東導(dǎo)師悉心的指導(dǎo)和關(guān)懷，謝哲東老師勤奮兢業(yè)的精神、淵博的知識和嚴(yán)于利己、寬以待人的為人處世方面都對我產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。謝哲東老師在設(shè)計(jì)過程中對我無私的指導(dǎo)和幫助，以及他敏銳的科研思維和為人和善的作風(fēng)，作者深表敬意。在此，謹(jǐn)向恩師表示深深的敬意和由衷的感謝。 參考文獻(xiàn)[1] 林尚揚(yáng)，焊接過程的低成本自動(dòng)化背景、現(xiàn)狀、問題、措施．．見：焊接學(xué)會二十周年紀(jì)念文集，1992．4857[2] 路文濤．焊接胎夾具設(shè)計(jì)．焊接技術(shù)，1則，1：4041[3] 孫桓，第4版．北京：高等教育出版社，1989[4] 國內(nèi)焊接變位機(jī)械產(chǎn)品樣本，1999[5] 王政．劉萍．焊接工裝夾兵及變位機(jī)械圖冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[6] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊．北京有色金屑設(shè)計(jì)研究總院．第3版．北京：化學(xué)工業(yè)出版 1993[7] 林尚揚(yáng)．我國機(jī)械制造業(yè)中焊接機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢．見：第八次全國焊接會議論文集．第1集．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，6474[8] 潘際蠻．二十一世紀(jì)焊接科學(xué)研究的展望．見：第九次全國焊接會議論文集． 第1集．哈爾濱：黑龍江人民出版社，1999，117[9] 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