【正文】 在此我衷心感謝我的指導(dǎo)老師劉順東老師。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 35 頁 致謝 畢業(yè) 設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)期間最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它不但是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)總結(jié)，而且為我們走向工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。 由于能力有限，設(shè)計(jì)中肯定有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)肯定不是那么的優(yōu)秀，結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到最優(yōu)化，裝置占地面積比較大，但是機(jī)械手采用了最優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，質(zhì)量小，工藝簡單，而且耐用。最后在劉老師耐心的指導(dǎo)下，我慢慢的對(duì)本次設(shè)計(jì)有了更多的認(rèn)識(shí)，對(duì)本次設(shè)計(jì)有了自己認(rèn)識(shí)和大概的設(shè)計(jì)方案。 由于本人對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的欠缺，設(shè)計(jì)的過程中肯定存在很大的問題。設(shè)計(jì)雖然不是很復(fù)雜，但是它系統(tǒng)地聯(lián)系了我們四年來是所學(xué)的大部分知識(shí)，使我對(duì)許多知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)和重新認(rèn)識(shí)，也是對(duì)我們所學(xué)書本知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的一次檢驗(yàn)，鍛煉了我們運(yùn)用知識(shí)的能力。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我又學(xué) 到了許多知識(shí)，并使我以前所學(xué)的知識(shí)得到一次綜合的鞏固。那么線圈提供的功率可近視為： ?VFP ?? ? 所以根據(jù)功率可以確定線圈的型號(hào)。 頂桿作用在刀柄上的壓力由線圈通電后產(chǎn)生的吸力提供，而作用在刀柄上的壓力NF = 1 7 9 N , 使彈 簧拉 伸的 拉力 F 1 = 1 6 3 N , 所 以線 圈通 電后 產(chǎn)生的 吸力1FFF N ??吸 =342N。 直流點(diǎn)磁鐵的線圈大都是圓形無骨架的。有時(shí)甚至直接把導(dǎo)線繞在鐵心上。 線圈的結(jié)構(gòu)可以分為有骨架和無骨架兩種 .所謂無骨架線圈就是指線圈中沒有支持導(dǎo)線的特制的骨架，線圈是靠紗帶縛緊的。串聯(lián)線圈的 匝數(shù)較少，電流較大，一般用紫銅條、粗的紫銅線或粗的沙包線繞制而成。線圈根據(jù)激磁的要求，分為串聯(lián)線圈和并聯(lián)線圈兩種。 根據(jù)公式： ??KCdF 8 2 ??? （ 39） 其中 C=D/d=，查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)可以查出 K=,將各值代入 39 得： NF 4553 2 ??? ??? ? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 33 頁 在最大載荷情況下彈簧的 變形量： mmGd nFC 58 2 ??? 所以要使彈簧拉伸量為 4mm需要的拉力 F1 =163N。 圈數(shù) n= 圈 。 2)校合彈簧所能承受的最大載荷 F: 已知：鋼絲直徑的 d=3mm。端部形 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 32 頁 式：端部并緊并磨平，支承圈為一圈，制造精度：主要參數(shù)的制造精度為 2 級(jí)，彈簧材料：碳素彈簧鋼絲。普通圓柱螺旋彈簧的主要幾何尺寸有：外徑 D、中徑 D內(nèi)徑 D節(jié)距 p、彈簧絲直徑 d. 我選擇的彈簧型號(hào)和規(guī)格如表所示（見表 33）： 表 33 彈簧參數(shù)表 有效圈數(shù) 彈簧絲直徑 d（㎜） 彈簧中徑 D2（㎜） 節(jié)距 P（㎜） 3 20 在此次設(shè)計(jì)中，彈簧的功能主要是拉伸磁體頂桿，頂桿作用在刀柄的 V型槽中，主要靠頂桿的摩擦力和壓力來預(yù)防刀具的滑落。 彈簧按載荷性質(zhì)分為三類： Ⅰ類：受變負(fù)荷作用，次數(shù)在 106次以上的彈簧； Ⅱ類：受變載荷作用，次數(shù)在 103~105次或沖擊負(fù)荷的彈簧 ； Ⅲ類：受變載荷作用，次數(shù)在 103次以下的彈簧。在一般的機(jī)械中，最為常用的是圓柱螺旋彈簧。 一 . 彈簧的分類 ： 按照所承受的載荷的不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等四種；而按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、板簧和平面渦卷彈簧等。 ③儲(chǔ)存及輸出能量，如鐘表彈簧等。彈簧在機(jī)械中的應(yīng)用十分廣泛，主要用于： ①控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，如：制動(dòng)器、離合器中的控制彈簧，內(nèi)燃機(jī)氣缸的閥門彈簧等。機(jī)械手手抓中部成半圓弧狀，并有一定的厚度和寬度，當(dāng)機(jī)械手抓刀的時(shí)候，半圓形凸臺(tái)頂在刀柄的 V 型槽內(nèi)與永磁體頂桿一起完成鎖刀運(yùn) 動(dòng)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30 頁 機(jī)械手手爪鎖刀運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手外形及鎖刀裝置設(shè)計(jì) 機(jī)械手的上下各由有一定厚度和形狀的鋼板通過 2 顆螺釘和兩顆螺栓連接，與主軸配合的孔內(nèi)壁加工成螺紋并與軸 1 配合，下端用螺母擰緊固定。 將數(shù)據(jù)代入式 37可以求出軸徑 d? 10mm，為了滿足加工使用要求，所以將該軸的最小軸徑取 12mm10mm，將 d=12mm 和其他物理量代入 36得： 3310955 0d npWTT???? ? 10MPa ???? ，滿足使用要求。n=48r/min 為軸的轉(zhuǎn)速。對(duì)于圓截面軸 TW = 。 TW 為該軸的抗截面模量，單位 mm3 。 2）估算該軸的軸徑 根據(jù)軸 1的受力情況只受扭矩，我就按該軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。 計(jì)算所需要的徑向基本額定動(dòng)載荷值： rC = ? ? ?/1610/60/ htp LnfPf ??? （ 36） 其中通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以查出載荷系數(shù) pf =，溫度系數(shù) tf =1， ? =3，將數(shù)值代入式 36 可以求出 rC ? 6028N, 根據(jù)選用的軸承型號(hào)為 6201 ，查得rC =6820N6028N,所以最先選擇的軸承型號(hào)合用。 軸上齒輪受切向力 Ft=2T1/d=8670/90 N=192N； 齒輪受徑向力 Fr=Ft=192N； 齒輪的分度圓直徑為 d=90 ㎜； 齒輪轉(zhuǎn)速為 n=48r/min； 運(yùn)動(dòng)中無沖擊，軸承要求壽命為 Lh=10000h。所選用的軸承的潤滑方式都是脂潤滑。軸 3 與滾動(dòng)軸承配合的軸徑為 12mm，查機(jī)械手冊(cè)可以查出軸承的型號(hào)為 6201，基本額定載荷 rC =, rC0 =,極限轉(zhuǎn)速為18000r/min。 滾動(dòng)軸承的選擇 1)選擇軸承型號(hào)： 在本次設(shè)計(jì)中根據(jù)軸的大小和受力的情況來選擇軸承的。 中心距 a= 2 43 dd? =62mm 4)驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度 通過 查齒輪齒形系數(shù)表可知道 YFal3 =， YFal4 = 通過查外齒輪齒根修正系數(shù)表可得 YSal3 =， YSal4 = 則可以驗(yàn)算設(shè)計(jì)的齒輪的彎曲強(qiáng)度是否滿足使用要求： Z YYTbmK SalF alF 32 3313 2??=100MP? ??3F ，安全 ?? YY YYSalFaSalF alFF334434 ?? 84MP? ??4F ，安全 5)齒輪的圓周速度： ??? 100060 33ndv ? 6）齒條參數(shù)： 因?yàn)辇X條和齒輪 4 嚙合，故齒條的模數(shù)和壓力角及齒距都和齒輪 4 一致，所以 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 28 頁 m=2， ? =200 ， p=。 Z4 =2x45=90mm。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 27 頁 初選 K=,設(shè)齒輪按 8 級(jí)精度制造，原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)且載荷為均勻載荷，取載荷系數(shù) K=,齒寬系數(shù) ?a=，由齒輪副材料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù) zE =188,傳動(dòng)比i=，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH = 3的分度圓直徑： ? ?3 21312 ??????????? ??HHEdZZTd iiK ? 35 3)確定齒數(shù)、模數(shù)、齒寬和中心距 取 Z3 =17， Z4 = 17=，取整數(shù) 45； 模數(shù) zdm33? ? 2 b= da 3??= 34=。 ? ??4H =1130/=1027MPa； 可以求出齒輪 4的許用彎曲應(yīng)力： ? ??3F = SFFE?3 =600/=480MPa。根據(jù)求出的折算到電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以查相關(guān)的書籍查出步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)：（見表 32） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26 頁 表 32 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓（ v） 電流 A 110BYG3501 相電感 mH 慣量 啟動(dòng)頻率 Hz 空載頻率 轉(zhuǎn)矩 5 9 3/cmkg 1600 30000 12 齒輪及齒條設(shè)計(jì) 4 和齒條類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1)選擇齒輪材料確定許用應(yīng) 力 選材料 齒輪 3： MnB40 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 241286HBS,?1limH=730MPa，彎曲疲勞極限 ?FE=600MPa； 齒輪 4: MnB40 ,表面淬火，接觸疲勞極限 ? 4limH =1130MPa， ?4FE =690MPa； 根據(jù)使用要求可以選擇最小安全系數(shù) SH =,SF =；齒條因?yàn)橐惺芟潴w、軸、機(jī)械手和刀柄的重量，故力學(xué)性能要求比較高，所以選擇材料為 20CrMnTi，滲氮淬火回火處理 ，其硬度為 5662HRC,接觸疲勞極限 1500MPa，彎曲疲勞極限為850MPa。 將數(shù)值代入式 35得 LT = ???? ?? = MN? 。 箱體、齒輪、軸、鍵、軸承、機(jī)械手和刀具（機(jī)械手有夾持刀具插刀的過程，故要算上刀具的質(zhì)量）的總質(zhì)量為 。 大齒輪的圓周長 L= r?2 =2=，故可以推算出大齒輪的轉(zhuǎn)速v大 =。下圖是簡化后的數(shù)學(xué)模型： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25 頁 圖 38 整個(gè)上下運(yùn)動(dòng)過程需要的時(shí)間由機(jī)械手下降、拔刀、插刀，上升所需要的時(shí)間組成?？刂齐姍C(jī)，就能帶動(dòng)齒輪 3 和 4 旋轉(zhuǎn)，通過齒輪 4 和齒條嚙合，就能帶動(dòng)箱體運(yùn)動(dòng)，這樣齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了箱體升降運(yùn)動(dòng)。 箱體的上下 通過一對(duì)角接觸球軸承、軸肩及彈性擋圈固定在軸 2上。軸頭的軸徑為 17mm，可以查出型 7003C， rC =， rC0 =，極限轉(zhuǎn)速為 16000r/min。 在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，軸承同時(shí)受到徑向力和軸向力，所以選擇角接觸球軸承，軸徑為12mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)》可以查出軸承的型號(hào)為 7001C，基本額定載荷rC =, rC0 =，極限轉(zhuǎn)速為 18000r/min。且承受軸向載荷的能力與接觸角 ? 有關(guān)。角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，也可單獨(dú)承受軸向載荷。這種粘著 撕裂 粘著的循環(huán)過程構(gòu)成了粘著磨損，一般而言，輕微的粘著磨損稱為擦傷，嚴(yán)重的粘著磨損稱為咬合 。硬質(zhì)粒子或異物可能來自主機(jī)內(nèi)部或來自主機(jī)系統(tǒng)其他相鄰零件由潤滑介質(zhì)送進(jìn)軸承內(nèi)部。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁 磨損失效是各類軸承常見的失效模式之一，按磨損形式通常可分為最常見的磨粒磨損和粘著磨損。持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞，并最終導(dǎo)致軸承尺寸精度喪失及其他相關(guān)問題。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。接觸疲勞剝落發(fā)生在軸承工作表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀，如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和 使用不同，導(dǎo)致其失效形式原因的多樣化。磨損失效是滾動(dòng)軸承最常見的失效形式。 此外，軸承類型的選擇還應(yīng)該考慮軸承裝置整體設(shè)計(jì)的要求，如軸承的配置使用要求等。球軸承與滾子軸承相比較，有較高的 極限轉(zhuǎn)速，故在高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承；對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承；當(dāng)同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，而軸向載荷不大時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。 根據(jù)載荷的大小選用軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中的主要元件是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。 二、軸承的選用原則 軸承的選用，包括類型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承形式的選擇。其優(yōu)點(diǎn)主要有摩擦阻力小，功率