机械毕业设计1545烟箱拆盘机两轴手臂设计论文.docx
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机械毕业设计1545烟箱拆盘机两轴手臂设计论文
烟箱拆盘机两轴手臂设计
作者姓名
专业机械设计制造及其自动化
指导教师姓名
专业技术职务
目录
摘要1
ABSTRACT2
第一章绪论3
第二章机械手设备概论3
2.机械手在生产和生活中的作用和意义3
2.2机械手的分类4
2.3机械手的发展现状和趋势6
2.4机械手的功能特点6
第三章设计任务书8
3.1设计题目：
8
3.2设计背景：
8
3.2.1题目简述：
8
3.2.2使用状况：
8
3.2.3生产状况：
8
3.3设计参数8
3.4设计任务：
8
第四章烟箱拆盘机两轴手臂的总体设计方案9
4.1烟箱拆盘机两轴手臂的工作原理：
9
4.2烟箱拆盘机两轴手臂的各个机构的设计方案9
4.2.1滚珠丝杠副的设计方案10
4.2.2蜗轮蜗杆机构的设计方案12
第五章滚珠丝杠副的设计计算13
5.1滚珠丝杠副的设计与计算13
5.1.1滚珠丝杠副的特点13
5.1.2应用范围14
5.1.3设计与计算14
5.1.4润滑16
5.2防尘16
5.3设计时注意事项16
第六章蜗轮蜗杆机构的设计计算17
6.1蜗轮蜗杆机构的设计计算17
6.1.1蜗轮蜗杆机构的特点......................................17
6.1.2选材17
6.1.3按齿面接触疲劳强度计算17
6.1.4按齿根弯曲强度计算19
6.1.5蜗轮蜗杆的主要参数和计算21
6.1.6蜗轮蜗杆实物图参考......................................22
第七章总结23
参考文献24
致谢25
摘要
随着物流技术的发展，用于自动分拣系统中自动下料的烟箱拆盘机在国内一直处于空白，其主要原因是一般的拆盘机要求空间较大，提升装置体积和重量缩减比较困难。
烟箱拆盘机研究开发不但占用空间小，而且工作效率提高，大大较少了人工劳动。
具有广泛地应用前景。
本次毕业设计是烟箱拆盘机两轴手臂设计。
在参考常规的机械手臂设计方法的基础上，首先对烟箱拆盘机两轴手臂作了简单的概述；然后根据设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行总体方案选型设计及数据计算；接着对烟箱拆盘机两轴手臂各主要零部件进行了校核，对滚珠丝杠机构做了详细的结构设计及校核计算。
烟箱拆盘机两轴手臂主要部件组成：
传动装置，滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构。
本次设计使用的软件是二维软件CAXA。
关键词：
物流滚珠丝杠蜗轮蜗杆
ABSTRACT
Withthedevelopmentoflogisticstechnologyforautomatedsortingsystemwithautomaticblankingsmokeboxdismantlethedishmachinehasbeeninablankinthedomestic,mainlyduetothegeneraldemolitiondiskdriverequireslargerspace,theliftingdevicesizeandweightreductionincomparisondifficult.Thesmokeboxdemolitiondriveresearchanddevelopmentisnotonlyasmallfootprint,andworkefficiency,significantlylessmanuallabor.Hasbroadapplicationprospects.Thegraduationprojectisatwo-axisarmdesignofthesmokeboxdemolitionofthedishmachine.Inreferencetoconventionalmechanicalarmdesignmethodbasedonthefirsttwoaxisofthearmofthesmokeboxdemolitiondiscmachinemadeabriefoverview;tocalculatetheselectionanddesigncriteriarequirementsinaccordancewiththegivenparameters,theselectionofdesignanddataoftheoverallprogramcalculation;thencheckthesmokeboxdemolishedplatetwo-axisarmofthemaincomponentsoftheballscrewinstitutionstodothedetailedstructuraldesignandcheckingcalculations.Thesmokeboxdemolitionplatetwo-axisarmmaincomponents:
actuators,ballscrewsandinstitutions,aswellasthewormandwormgear.Theuseofthisdesignsoftwareisatwo-dimensionsoftwareofCAXA
Keywords:
logisticsballscrewworm
第一章绪论
烟箱拆盘机是现代仓储物流系统的重要设备之一，是物料的主要工作装置，其作用是把烟箱从一个高度传送到另一个高度，实现烟箱输送的连续性垂直输送。
本课题设计的烟箱拆盘机主要用于卷烟企业的烟箱输送中，可广泛应用于其他企业的物料的输送。
近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。
烟箱拆盘机是利用两轴手臂的X-Y平面运动以及升降旋转运动来实现物料的输送。
烟箱拆盘机两轴手臂利用滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构，使输送过程实现完全自动化。
怎样在有限的空间里实现手臂的升降以及旋转运动，这就是本设计题目所要实现的内容了。
选择烟箱拆盘机两轴手臂的设计作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问题的能力，通过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。
原始参数：
1）卷烟包装箱尺寸：
450（L）×260（W）×600（H）
2）箱装卷烟重量：
13kg
3）手臂升降速度
4）手臂水平旋转运动速度
设计解决的问题：
熟悉烟箱拆盘机的各部分的功能与作用，对主要部件进行选型设计与计算，解决在实际使用中容易出现的问题，并大胆地进行创新设计。
第二章机械手设备概论
2.1机械手在生产和生活中的作用和意义
机械瘦不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。
给我们带来的利益是非常的多。
机械手的功能特色是非常多的，在设计研发方面研发的机器人能够实现手臂的多角度运动，我们在使用机械手的时候也可以针对自己的需求对拆盘机进行设置，节省成本，并且能够实现预期的运动。
可见拆盘机对我们作用是相当的大。
我们生产力的不断加大，生活的不断改善，对机械手的需求也就在不断的增多，生活中的每个角落拆盘机机械手的应用都会给我们带来客观的利益。
由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了我们的工作环境。
让人类的生活变得越来越智能化。
机械手在我们生产中的应用是非常的普遍，在我们生产中将会有着很重要的作用，尤其是货物高空操作。
现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，而且现在高空操作也是比较多的，所以烟箱拆盘机在我们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。
机械手就是上下以及旋转操作，能够实现多角度运动。
我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障。
2.2分类
工业机械手的结构形式主要有四种：
直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。
各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：
1.直角坐标机械手结构特点
直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。
由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。
直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。
直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。
如图2.2.1所示，
图2.2.1
2.圆柱坐标机械手结构特点
圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。
其工作空间是一个圆柱状的空间。
这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。
如图2.2.2所示，
图2.2.2
3.球坐标机械手结构特点
球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。
其工作空间是一个类球形的空间。
这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。
如图2.2.3所示，
图2.2.3
。
4.关节型机械手结构特点
关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的，。
相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。
此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。
关节型机械手又分为水平关节型（如图2.2.4所示）和垂直关节型两种。
图2.2.4
2.3机械手的发展现状和趋势
目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
1．机械结构向模块化、可重构化发展。
2．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。
3．机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。
4．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；
5．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：
其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
2.4机械手的功能特点
1.对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的操作，在长时间工作对人类有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。
2.机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
3.由于机械手的动作准确，因此可以稳定和剃刀产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
4．机械手通用性，灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性、生产的需要。
5．采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。
第三章设计任务书
3.1设计题目：
烟箱拆盘机两轴手臂设计
3.2设计背景：
当前，机械手设计应用市场面对的困难已经存在，机械手需要我们合力克服，全行业要根据市场与企业的发展规律，主动不变求发展，积极找到应对之策。
3.2.1题目简述：
烟箱拆盘机两轴手臂是未来现代仓储物流系统的重要设备之一，是物料的主要工作装置，其作用是把烟箱从一个高度传送到另一个高度以及烟箱的旋转，实现烟箱的输送。
本课题设计的烟箱拆盘机两轴手臂主要用于卷烟企业的烟箱输送中，可广泛应用于其他企业的物料输送。
近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。
具有广泛地应用前景。
本装置用电机驱动，用滚珠丝杠实现手臂升降以及用蜗轮蜗杆实现吸盘的旋转运动。
与国内现有的装置相比，这个装置没有液压提升装置的制造成本高，也没有用四杆机构设计的装置的计算复杂，并且结构简单、安全、实用。
3.2.2使用状况：
室内工作；动力源为220V交流电动机,电机双向转动，载荷较平稳；每天工作8小时；检修期为三年大修。
3.2.3生产状况：
专业机械厂制造。
3.3设计参数
升降高度1.2m；
提升重量13kg；
提升速度0.1m/s；
选用交流220V电机。
3.4设计任务：
设计烟箱拆盘机两轴手臂的结构，包括动力装置、传动装置、执行机构，画出总体机构简图。
选取电机，计算电机所需功率。
设计总体传动方案
设计主要传动装置，完成总体装配图（A0）。
设计主要零件，完成零件图（1.5张A0图纸）。
编写设计说明书。
第四章烟箱拆盘机两轴手臂的总体设计方案
4.1烟箱拆盘机两轴手臂的工作原理：
烟箱拆盘机是利用两轴手臂的X-Y平面运动以及升降旋转运动来实现物料的输送。
烟箱拆盘机两轴手臂利用滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构，使输送过程实现完全自动化。
烟箱拆盘机是靠电机带动丝杠旋转，进而带动螺母上下直线移动。
实现手臂的升降运动，然后运用蜗轮蜗杆机构实现吸盘的旋转运动，进而实现烟箱按规定的输送方式输送。
4.2烟箱拆盘机两轴手臂的各个机构的设计方案
4.2.1滚珠丝杠副的设计方案
滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、返向器等组成。
如图4.2.1所示，
图4.2.1
1.丝杠2.螺母3.滚珠4.返向器
滚珠丝杠的具体设计原理如图4.2.2所示，
图4.2.2
4.2.2蜗轮蜗杆机构的设计方案
蜗轮蜗杆机构是由蜗轮、蜗杆、齿轮、螺母等组成。
如图4.2.2
图4.2.2
1．蜗轮2.平键3.蜗杆4.齿轮
第五章滚珠丝杠副的设计计算
5.1滚珠丝杠副的设计与计算
5.1.1滚珠丝杠副的特点
1.传动效率高
滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%~98%，为传统的华东丝杠系统的2~4倍，如图5.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。
2.运动平稳
滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦力小，灵敏度高，启动时无颤动，低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。
3.高精度
滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。
4.高耐用性
钢球滚动接触处均经硬化（HRC58~63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。
5.同步性好
由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。
6.高可靠性
与其他传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也比较简单，只需进行一般的润滑和防尘。
在特殊场合可在无润滑状态下工作。
7.无背隙与预紧
采用歌德式沟槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。
若加入适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。
5.1.2应用范围
滚珠丝杠副为适应各种用途，提供了标准化种类繁多的产品。
滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式、端盖式。
预压方式有定位预压（双螺母方式、位预压方式）、定压预压。
可根据用途选择适当类型。
丝杠有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠（精度分为从C0-C7的6个等级）和经高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠（精度分为从C7-C10的3个等级）。
另外，为应付用户急需交货的情况，还有已对轴端部进行了加工的成品，可自由对轴端部进行追加工的半成品及冷轧滚珠丝杠。
作为滚珠丝杠的周边零配件，在使用上所必要的丝杠支撑单元、螺母支座、锁紧螺母等也已被标准化了，可供用户选择使用。
滚珠丝杠副应用：
CNC机械：
CNC加工中心、CNC车床、CNC铣床、CNC放电加工机、CNC磨床、CNC线切割机、CNC钻孔机、专用机等精密工具机：
铣床、磨床、放电加工机、刀具磨床、齿轮加工机、钻床、刨床产业机械：
印刷机、造纸机、自动化机械、纺织机、绘图机电子机械：
量测仪器、x-y平台、医学设备、工厂自动化设备、PCB钻孔机、IC封装机、半导体设备、工厂自动化设备等输送机械：
RobortStage、材料搬送设备、核能反应器，高度致动器等。
5.1.3设计与计算
选取的滚珠丝杠转动系统为：
磨制丝杠（右旋）
轴承到螺母间距离（临界长度）：
=1200mm
固定端轴承到螺母间距离=1200mm
设计后丝杠总长=1600mm
最大行程=1200mm
工作台最高移动速度=14（m/min）
寿命定为=24000工作小时。
=0.1（摩擦系数）
电机最高转速=1800（r/min）
定位精度：
最大行程内行程误差=0.035mm
300mm行程内行程误差=0.02mm
失位量=0.045mm
支承方式为（固定—支承）
W=1241kg+800kg
g=9.8m/（重力加速度）
I=1（电机至丝杠的传动比）=µ*W*g=0.1*2041*9.8=2000N
---轴向载荷（N）F---切削阻力（N）---摩擦阻力（N）
从已知条件得丝杠编号：
此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选为：
FDG（法兰磨制丝杠）
从定位精度得出精度不得小于F5级丝杠
FDG-X-R-P5-1600X
丝杠螺纹长度：
=-2=>=+2=1200+240=1280mm
丝杠螺纹长度不得小于1280mm加上螺母总长一半84mm（从系列表中查出螺母总长168mm）
得知丝杠螺纹长度≥1364mm
在此取丝杠螺纹长度=1400mm
则轴承之间的距离=1400mm
丝杠编号：
FDG–10R–P5–4.5-16001400
5.1.4润滑
油润滑
一般情况下，用于滚动轴承的矿物都适用。
特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠丝杠副的温升较小。
油润滑的补充润滑量和间隔，按下表，按表中的油量，至少可以达到8小时的补充润滑时间。
如下图所示，
5.1.5防尘
滚珠丝杠与滚动轴承一样，如果污物与与异物进入之后会使它磨耗，成为损坏的原因。
因此，必须采取防护措施，把丝杠轴完全防护起来。
5.1.6设计时注意事项
防止逆转滚动螺旋转传动逆转率较高，不能自锁。
为了使螺旋副受力后不逆转，应考虑设置防逆转装置，如采用步进电机、制动电机，在传动系统中设置能够自锁的机构。
防止螺母脱出在滚动螺旋传动中，特别是垂直传动，容易发生螺母脱出造成事故，设计时必须考虑防止螺母脱出的安全装置。
第六章蜗轮蜗杆机构的设计计算
6.1蜗轮蜗杆机构的设计计算
6.1.1蜗轮蜗杆机构的特点：
1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑；
2.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；
3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；
4.具有自锁性。
当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。
如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。
5.传动效率较低，磨损较严重。
蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。
另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。
6.蜗杆轴向力较大。
蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合
6.1.2选择材料
由于蜗杆传动功率较小，速度较小，故蜗杆用45钢;因需要效率高，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45——55HRC。
蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10Pl,金属模铸造。
由于蜗轮尺寸较小，则采用整体浇铸式。
6.1.3按齿面接触疲劳强度计算
根据开式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
传动中心距：
（1）确定作用在蜗轮上的转矩
按=2故取效率为0.8则，
（2）确定载荷系数K
因为工作载荷不稳定，取载荷不均系数=1.3：
由机械设计表11—5选取使用系数=1.15;由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数=1.05;则，
K==1.151.31.05=1.5698
（3）确定弹性影响系数
由于铸锡磷青铜ZCuSn10Pl蜗轮与45钢蜗杆相配，取=160MP
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值,从图知=2.9
（5）确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10Pl，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可以从表中查的蜗轮的基本许用应力
、
应力循环次数
寿命系数
则，
（6）计算中心距
考虑制作公益性，将中心距a取为40mm。
6.1.4按齿根弯曲强度设计
弯曲强度的计算公式为：
m≥
由公式和计算可知，m≥2.05mm
对比计算结果，由吃面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而吃面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.05并就近圆整为标准值m=2.5mm
按接触强度算得的分度圆直径=69.995mm,算得小齿轮齿数=69.995/2.5=28，
大齿轮齿数=3.2×28=89.6,取=90
这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。
6.1.5蜗轮蜗杆的主要参数和计算尺寸
（1）蜗杆
轴向齿距=m=3.142=6.28mm;
直径系数q=11.2
齿顶圆直径=+2=22.4+22=26.4mm
齿根圆直径=-2=22.4-21.22=17.6mm
（2）蜗轮
蜗轮齿数=29;变位系数=-0.1;
验算传动比i===14.5。
这时传动比误差为=3%
蜗轮分度圆直径=m=2×29=58mm;
蜗轮齿顶圆直径=+2=58+2×2=62mm;
蜗轮齿根圆直径=-2=58-2×1.2×2=53.2mm;
蜗轮齿顶圆半径=a-=40-0.5×62=9mm
6.1．6蜗轮蜗杆实物图参考
蜗轮蜗杆机构
第七章总结
经过几个月的精心准备与设计，毕业设计终于要告一段落了
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