【導(dǎo)讀】本文主要針對無縫鋼管廠Φ35m環(huán)型加熱爐出料機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)。桿機(jī)構(gòu)使夾料桿完成升降運(yùn)動(dòng)，最后通過旋轉(zhuǎn)用液壓缸驅(qū)動(dòng)夾料桿旋轉(zhuǎn)完成夾料工作。件，以及對主要機(jī)械部件的強(qiáng)度校核。

　　

【正文】 替施力物體，對曲柄一、二和連桿進(jìn)行受力分析，如 下圖所示 。 根據(jù) 受力分析 列平衡方程 （其中 ?5?? ） ： 圖 曲柄一受力 分析圖 圖 曲柄二受力分析圖 圖 連桿受力分析圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 28 曲柄 一： ?Fx=0， ?? cosFF DBx =0 ?Fy=0， 0FFFs inFACByD ????? ?MB=0， FA 387FD 552=0 曲柄二 ： ?Fx=0， 0cosFF FEx ??? ?Fy=0， 0FsinFF GFEy ???? ?ME=0， FF 552=0 連桿： FD FF ??? 其中： DD FF ?? ， FF FF?? 將 FC= 3 4 5F GGC ?????? ，代入上式，可得： FA= 車輪驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 車輪運(yùn)行于鋼質(zhì)導(dǎo)軌上，其驅(qū)動(dòng)力必須考慮到滾動(dòng)摩阻，下面簡要說明這種滾動(dòng)摩阻的形 成 原因及特性 。 圖 4. 11 設(shè)在水平面上有一滾子， 半徑為 R，重為 P， 在 其中心 O 加一水平力 F（如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 29 所示）。 當(dāng)力 F 不大時(shí)，滾子仍將保持靜止，由滾子的受力情況可知，滾子受到的力有法向反力 FN，它與 P 等值反向，靜滑動(dòng)摩擦力，它與 F 等值反向（如圖 示）。如果水平面對滾子的反力僅有 FN和 FS，則滾子不可能保持平衡 。 因?yàn)?FS不僅能阻止?jié)L子滾動(dòng)，反而與力 F 組成一個(gè)力偶，使?jié)L子發(fā)生滾動(dòng)，但實(shí)際上當(dāng)力 F 較小時(shí)，滾子能夠保持平衡，其原因是滾子和水 平面 并不是剛體，它們在力的作用下都會(huì)發(fā)生變形，它們之間接觸處并不是一個(gè)點(diǎn)，而是一段弧線，輪子在接觸面上受力分布力作用，當(dāng)將這些力向 A 點(diǎn)簡化時(shí)，可得到一個(gè)合力 FR（ FR可分解為摩擦力 FS 和正壓力 FN）和一個(gè)力偶，其力偶矩為 Mf，如圖 所示，這個(gè)矩為 Mf的力偶稱為滾動(dòng)摩阻力偶，它與力偶（ F， FS）相平衡，方向與滾動(dòng)的趨勢方向相反。 與靜滑動(dòng)摩擦力相似，滾 動(dòng)摩 阻力偶矩 Mf 也隨著主動(dòng)力 的增大而增大當(dāng)力 F 增加到某個(gè)值時(shí)，滾子處于將滾未滾的臨界平衡狀態(tài)；這時(shí) ， 滾動(dòng)摩阻力偶矩達(dá)到最大值，稱為最大滾動(dòng)摩阻力偶矩，用 Mmax表示。若力 F 再增大一點(diǎn)，輪子就會(huì)滾動(dòng)。 由此可見 ，滾 動(dòng)摩 阻力偶矩 Mf的大小介于零與最大值之間，即， 0? M? Mmax （ 4— 6） 實(shí)驗(yàn)證明，最大滾 動(dòng)摩 阻力偶矩 Mmax與支承面的法向反力 FN的大小成正比，即 Mmax=δ FN （ 4— 7） 圖 4. 12 滾動(dòng)摩阻系數(shù)用實(shí)驗(yàn)測定，它與滾子和支承面的材料的硬度和溫度有關(guān)，與滾子內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 30 的半徑無關(guān)。表 4— 1 是 幾種 常見材料的滾動(dòng)摩阻系數(shù)的值。 行走小車車軌支承力： ?P=?G2+?G 車 ?G2= ?G 車 =5017 = 故： ?P=+= 據(jù)滾動(dòng)摩阻定律： Mmax=δ FN FN=+= 查表 4— 1 知：δ = ? Mmax= m 小車最大行程： L=（ 8100+250 2） =8600mm 實(shí)際最大行程： L=8100mm 小車運(yùn)行速度： ν = s/ ? 根據(jù)緩沖計(jì)算摩擦力： ?? ??? L02 F dx2mE 車 = F= 71108 10 0 00 7LE3 ??? ? 小車驅(qū)動(dòng)功率： P=Fν = = 表 4— 1 滾動(dòng)摩阻系數(shù) δ 材料名稱 δ （ mm） 材料名稱 δ （ mm） 鑄鐵與鑄鐵 鋼質(zhì)車輪與鋼軌 木與鋼 木與木 軟木與軟木 淬火鋼珠與鋼 ～ ～ 軟鋼與鋼 有滾珠軸承的料車與鋼軌 無滾珠軸承的料車與鋼軌 鋼質(zhì)車輪與木面 輪胎與路面 ～ 2～ 10 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 31 第五章 液壓缸及減速緩沖元件的選用 本次設(shè)計(jì)中液壓馬達(dá)和減速器均需設(shè)計(jì) ， 并按設(shè)計(jì) 要求 進(jìn)行制造 與 裝配，以保證設(shè)備性能和控制精度，但液壓馬達(dá)和減速器的設(shè)計(jì)不是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn) ，故只說明 其型號和功能參數(shù)。 液壓馬達(dá)選擇 液壓馬達(dá)是把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的元件，輸入壓力和流量輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)可分為齒輪式 、 葉片式和柱塞式。 本次設(shè)計(jì)選用液壓馬達(dá)型號 為 A2F200W2P2 注： A— 馬達(dá)型號 2— 無連桿 F— 壓力級 200— 工程排量 W — 控制設(shè)計(jì)變量 2— 主體設(shè)計(jì)序號 P— 平鍵連接 2 — 裝配形式 主要參數(shù)： 排量： 200ml/r 最大工作壓力 ： 10MPa 最高轉(zhuǎn)速： 1700r/min 液壓缸選擇 夾鉗啟閉 用 液壓缸的選擇 在 節(jié)中已經(jīng)計(jì)算出液壓 缸 最大 負(fù)載工作壓力： F 旋 =。 查 參考文獻(xiàn) [7]表 2— 51 和表 2— 52，選擇 液壓缸內(nèi)徑 D=80mm， 活塞桿直徑d=56mm，滿足要求 。 因夾鉗相對液壓缸旋轉(zhuǎn)角度為 θ =? ，也就是說，夾鉗啟閉液壓缸的行程為： L=2 ?? (5— 1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 32 =2 661 = 查 參考文獻(xiàn) [7]表 2— 53，從液壓缸行程優(yōu)先系列中選擇其行程，?。? L=85mm 故所選液壓缸型號為 C25WEΦ 80/Φ 56 85 注： C— 差動(dòng)缸 25— 最大工作壓力 WE— 尾部耳環(huán)式 Φ 80— 缸筒內(nèi)徑 Φ 56— 活塞桿直徑 工作壓力 — （取 10Mpa） 主要參數(shù)： 面積比 — 2 活塞面積 — 活塞桿面積 — 環(huán)型面積 — cm2 緩沖長度 — 30 cm 介質(zhì)為液壓油，油口在上方，兩端緩沖，國產(chǎn)密封件，外表果綠色，活塞桿材質(zhì)為 45 鋼。 活塞桿強(qiáng)度校核計(jì)算： 因活塞桿在穩(wěn)定工況下工作，只受軸向推力和拉力，可以近似用直桿承受負(fù)載的簡單強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算： δ = ? ??????26d410P (5— 2) 其中： [δ ]— 材料的 許 用應(yīng) 力單位 N/mm2，無縫鋼管 [δ ]=100～ 110 N/mm2； P— 活塞桿的作用力，單位： N； d— 活塞桿直徑，單位： m； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 33 δ = ][mm/)1056(4 0 0 2236 ???????? ， 強(qiáng)度合格。 升降驅(qū)動(dòng)液壓缸的選擇 在 節(jié)中已經(jīng)計(jì)算出升降驅(qū)動(dòng)液壓缸的 最大 負(fù)載壓力： Fmax= 查 參考文獻(xiàn) [7]表 2— 51 和表 2— 52，選擇 液壓缸內(nèi)徑 D=160mm，活塞桿直徑d=110mm， 滿足要求。 在 節(jié) 中已經(jīng)計(jì)算出升降驅(qū)動(dòng)液壓缸行程為 245mm。 查 參考文獻(xiàn) [7]表 2— 53，從液壓缸行程優(yōu)先系列中 選擇其行程，?。?L=250mm，故所選液壓缸型號： C25WEΦ 160/Φ 110 250 主要參數(shù)： 面積比 — 2 活塞面積 — 活塞桿面積 — 環(huán)型面積 — 緩沖長度 — 55cm 工作壓力 — （取 10MPa） 因該活塞桿也在穩(wěn)定工況下工作，只受軸向推力和拉力，故也可以近似用直桿承受負(fù)載的簡單強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算： δ = ][mm/)101 1 0(4 2 5 22363 ????????? (5— 3) 強(qiáng)度合格。 吊掛擺動(dòng)液壓缸的選擇 同理：選擇吊掛擺動(dòng)裝置中所用液壓缸， 并作其強(qiáng)度校核，強(qiáng)度合格。 型號： C25WEΦ 63/Φ 63 60 主要參數(shù)： 面積比 — 1 活塞面積 — 活塞桿面積 — 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 34 環(huán)型面積 — 緩沖長度 — 20cm 負(fù)載壓力： F1= F2= 工作壓力：（取 10MPa） 減速器選擇 減速器是指原動(dòng)機(jī) 與工作機(jī)之間獨(dú)立閉式傳動(dòng)裝置，用于降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩 ， 在某些場合，也用作增速裝置，稱為增速器。 減速器按用途分為通用減速器和專用減速器兩大類，依據(jù)齒輪軸線相對于機(jī)體的位 置固定與否，又可分為定軸齒輪減速器和行星齒輪減速器。定軸齒輪減速器有圓柱齒輪減速器 、 圓錐齒輪加速器 、 圓錐圓柱齒輪減速器 和 蝸輪齒輪減速器等。行星齒輪減速器包括漸開線行星齒輪減速器 、 漸開線差動(dòng)齒輪減速器 、 擺線齒輪行星減速器 、諧波齒輪減速器以及聯(lián)體式減速器等。減速器按傳動(dòng)級數(shù)，可分為單級和多級；按其軸在空間的相互位置可分為臥式和立式等。 （注：本次設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要選用專用減速器） 由計(jì)算 知： 減速器輸出軸所需轉(zhuǎn)速： n=減速器輸出軸所需轉(zhuǎn)矩： M=1048N m 傳動(dòng)比： nni ?? (5— 4) 則 ： i= = 故選擇單級圓柱齒輪減速器： JH1— 32— 75 主要參數(shù)： 許用輸出力矩： 3150N m 輸出齒輪： m=12,z=18,b=70mm 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 35 緩沖裝置簡介及其選用 機(jī)器在很大沖擊載荷的作用下，將受到損壞甚至可能造成人身事故， 減少 機(jī)器產(chǎn)生過大的 沖擊載荷的裝置稱為緩沖裝置。 緩沖器所依據(jù)的工作原理是：當(dāng)物體受到具有一定動(dòng)能的另一物體沖擊時(shí)，將對受 力 物體做功，則物體的動(dòng)能 E 應(yīng)等于受力物體所做的功，由此可得出下面的計(jì)算式 E= ??? mx02 Fdxg2W (5— 5) 式中： W— 物體的重量， N； G— 物體的重力加速器， g=9800mm/s2； v— 物體的最大位移 mm/s； F— 物體的受力， N。 由上式可知，當(dāng)受力物體的位移量最大時(shí)，則物體所受的力較小，根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的緩沖器將大大減少機(jī)器的沖擊載荷；同時(shí)，由于緩沖器利用彈性元件，流體和氣體等消耗的阻力功使具有蓄能和阻止能量傳遞的作用，從而達(dá)到緩沖的目的。 緩沖器的種類很多，有金屬彈簧 、 橡膠彈簧 、 液壓 、 空氣彈簧及摩擦緩沖器等。 本次設(shè)計(jì)中： v= st (5— 6) 其中： s=8100mm ， t= 所以： v= =(5— 7) 在 中已經(jīng)計(jì)算出： ?P=?G2+?G 車 ?P= E= 1032 ( 103)2 (5— 8) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 36 =8399J E=?mx0 Fdx 8399xEF 3m ????? ? 查 參考文獻(xiàn) [7]，選用緩沖器： HX— 400 型緩沖器。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 37 第六章 部分部件設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核 夾料桿旋轉(zhuǎn)嚙合齒輪設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)： 夾料桿頭部旋轉(zhuǎn) ? ，夾鉗開啟時(shí)間 ，夾料桿直徑 Φ 299，傳動(dòng)比 i=1。 減速器工況：三班制工作 ， 工作壽命五年 ， 間隔轉(zhuǎn)動(dòng) ， 正反轉(zhuǎn)運(yùn)行 ， 載荷基本近似為固定 。 角速度： ??? =轉(zhuǎn)速： n=力矩： T=mg r (6— 1) T=4845 2992 103=7098N m 功率： P=Tω (6— 2) P=7098 = 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用 軟齒面齒輪 ，其失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，先按齒面疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 選擇齒輪材料，確定 許 用應(yīng)力： 兩齒輪均選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理；查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表得：其硬度為 229，查 機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 32 得： δ Flim1=δ Flim2=220Mpa δ Hlim1=δ Hlim2=600Mpa 兩齒輪許用彎曲應(yīng)力： δ FP1=δ FP2，按下式計(jì)算： δ FP=δ FlimYSTSFlimYN (6— 3) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 38 其中： δ Flim— 實(shí)驗(yàn)確定齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 32 可 得 ； YST— 實(shí)驗(yàn)確定的應(yīng)力修正系數(shù)；本次設(shè)計(jì)采用國家標(biāo)準(zhǔn)給定的計(jì)算時(shí)，取 YST=2； SFlim— 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般傳動(dòng)比取 SFlim=～ ，重要傳動(dòng)取SFlim=～ ； YN— 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，一般取 YN=1，當(dāng)考慮齒輪工作有限壽命 時(shí)，彎曲疲勞許用應(yīng)力可以提高的系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 34 可以得到 ； 注：對于開式齒輪傳動(dòng)，用降低 20%的許用彎曲應(yīng)力來考慮磨損影響 。 δ FP1=δ FP2=220 1=338MPa 其中： YST=1， SFlim=， YN=1 齒輪許用接觸應(yīng)力 δ HP1=δ HP2可按下式確定： δ HP=δ HlimSHlinZNZW (6— 4) 式中： δ Hlim— 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 33 查得 ； SHlim— 接觸疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)