机械设计毕业设计4.docx
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机械设计毕业设计4
机械设计课程设计
设计任务B
荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计
02001532
夏语冰
指导老师钱瑞明
报告目录
1－1…………………………………………………题目要求
2－5…………………………………………………分析计算
6－7…………………………………………………心得体会
8－13…………………………………………………附录
题目要求：
1.选择驱使链轮O2作单向间歇转动的机构，要求机构原动件与分配轴Ⅰ或Ⅱ固定作匀速转动，确定机构运动尺寸。
链轮间歇转位，每次36°
2.计算确定O5点位置及摆角ψ。
选择使上料机械手作间歇上下移动的机构，要求机构原动件与分配轴Ⅰ或Ⅱ固定作匀速转动，确定机构运动尺寸
3.选择使上料机械手作间歇往复摆动的机构，要求机构原动件与分配轴Ⅰ或Ⅱ固定作匀速转动，确定机构运动尺寸。
4.编程计算所设计上述机构中执行构件的位移与分配轴Ⅰ转角的对应关系，绘制位移规律图，并与图2所给位移规律进行比较。
5.选择电动机型号，确定电动机至分配轴间的减速传动方案，并进行传动比分配和传动机构的工作能力设计计算。
图1
首先考虑轮O2作单向间歇转动的机构，考虑到运动输入取自分配轴Ⅱ，一次链轮转过36°对应于分配轴Ⅰ转过120°停歇过程对应于轴Ⅰ转过240°。
采用曲柄摇杆机构＋棘轮机构＋圆锥齿轮机构；考虑到机构存在急回特性，且行程速度变化系数K＝2，可以求出极位夹角
，应此采用图解法设计曲柄摇杆机构（具体步骤省略，可以参照《机械设计》p115的详细步骤）同时考虑到分配轴2与链轮之间的距离，最终确定各杆长度，简图和数据如下：
杆长AB＝34mm，BC＝55mm，CD＝134mm，AD＝150mm，棘轮齿数Z＝10，顶圆直径d＝50mm，模数m＝5，齿面倾斜角
，棘爪轴心位置角
，其中A点位于分配轴Ⅱ正下方，D点为链轮
中心，B点位于直径80mm的齿轮上，距齿轮中心距离为34mm。
曲柄摇杆机构＋棘轮机构 圆锥齿轮机构部分
说明：
由于MATLAB问题，且考虑到本机构运用场合载荷不大，所以以下所有凸轮的推程和回程均设为简谐运动。
下面考虑上料机械手作间歇往复摆动的机构，运动输入取自分配轴Ⅰ，考虑采用机构凸轮机构＋圆锥齿轮机构，由图解法解得摆角ψ＝56°，考虑到机构实际位置，凸轮尺寸定义如下，基圆半径R＝40mm，中心距a＝80，摆长L＝56，滚子半径r＝8，行程角7°，推程角48°，回程角48°，近休止角132°，远休止角132°（初值定为56°，但设计后发现摆杆运行过程中出现切齿，最后定为7°，通过齿轮传动进行行程放大）机构简图与尺寸如下
A点位于轴
的交点，B点即为图1中的
，C点是摆杆的摆动中心。
BC间依次为分度圆直径10，20，80的齿轮机构，其中分度圆直径80的为不完全齿轮摆杆BC与不完全齿轮固接。
凸轮机构＋齿轮机构 圆锥齿轮机构
由摆动从动件凸轮理论轮廓曲方程编程得到如下曲线（详细程序见附录）：
（1-1）
机械手摆动机构凸轮理论轮廓曲线图
下面考虑上料机械手上下移动机构，运动取自分配轴Ⅰ，n=20r/min
考虑采用凸轮机构＋连杆机构，因为从动件在一个周期内上下两次，所以将
凸轮转速提高一倍，以满足设计要求，运动简图和基本尺寸如下所示，为计算方便，特设定凸轮在远休止的时候，摆杆位于水平位置（经画图验证，可行）
A为摆杆中心，O为凸轮中心。
运动由轴Ⅰ输入，经齿轮1齿轮2带动凸轮转动，
凸轮参数：
基圆半径R＝40mm，中心距a＝70，摆长L＝38，滚子半径r＝5，行程角30°，推程角96°，回程角96°，远休止角144°
由摆动从动件凸轮理论轮廓曲方程（1-1）编程得到如下曲线（详细程序见附录）：
上下运动中的凸轮理论轮廓曲线
电动机选择及传动系统参数设计：
采用三相异步电动机，主参数的确定：
转速1500r/min；功率750W减速传动系统方案——带传动，根据实际情况我选择使用涡轮蜗杆减速箱，其中带传动，涡轮蜗杆设计以及轴承校核均由机械设计手册（软件版2.0）完成，主要参数如下：
（校核结果和详细参数见附录）
综合考虑本项目各因素，最后选择一级蜗杆减速器，由于蜗杆圆周速度V<5m/s，所以采用蜗杆下置式。
各级转速分配如下：
电动机1500r/min，蜗杆500r/min，蜗轮20r/min，联轴器
蜗轮蜗杆传动部分：
蜗杆头数z1＝2，蜗轮齿数z2＝50，模数m＝8.00（mm），中心距A＝250.00（mm）
蜗杆节圆直径d1'＝100.00（mm），蜗轮节圆直径d2'＝400.00（mm）
轴承部分：
蜗杆用：
圆锥滚子轴承（30000），轴承代号：
32013轴承内径：
65，
轴承外径：
100 轴承宽度：
23
涡轮用：
圆锥滚子轴承（30000），轴承代号：
61920轴承内径：
100
轴承外径：
140 轴承宽度：
20
联轴器：
选用套筒连轴器Ⅰ型d＝90mm
心得体会
第一次独立做如此复杂的一项工程，真的有点不适应，原本以为自己机设学得不错，但是真正到做工程的时候才发现自己知道的那么少，完全没有办法。
随着时间不断的流逝我只能到处查找资料，重新学习以前的知识点，没有办法，算是对于以前的补偿吧。
在这次的设计中，我感觉有三个方面是最困难的：
机构设计部分，虽然老师已经给了详细的提示，我也觉得挺简单，但是真正设计时问题就很明显了，以前学习机构都是用简图表示，换了真家伙还真的有些不适应，尤其在确定尺寸方面不但要考虑行程是否满足，还要考虑实际情况，在两者之间找到合适的方案还真是相当不容易。
现在发觉当初学得过于死板，没有活学活用，主要是见的少，脑子里没有实物形象，不能在抽象的机构简图和实际的机构之间自如的转换，这方面的能力有待提高。
matlab编程部分，学习控制工程的时候，我是经常使用matlab的，应该算的上小半个“高手”可一到机设的编程我就一筹莫展，特别是我做的项目中凸轮的设计算个重点，所以凸轮的轮廓曲线和运动规律曲线的编制就显得格外重要，但是机械公式繁琐无比matlab老是出错，出现问题不能解决时我才发现我对matlab的认识还仅仅停留在一个皮毛的阶段，没有办法，为了不出现溢出的情况，我只能降低编程的难度，用最原始的方式编写凸轮程序，不过当美妙的凸轮曲线出现的时候，我还是很开心的，毕竟是自己设计的程序。
对于用matlab设计凸轮，我到觉得有些专业不对口的嫌疑，其实有很多机械设计软件都有凸轮生成工具的，我也试图用现成的工具生成凸轮，不过要么是不会用软件比如SolidWorks，凸轮功能强大不说，和AUTOCAD还能相互转换，但是那些外国人制定的参数实在是和国标不同呀；另外一种情况就是软件功能强大，但是没钱买正版又没处买盗版比如AutoCADMechanical。
不过还是希望以后老师可以在教学中引导学生钻研一门机械设计软件的使用，相信对于以后的发展会有莫大的帮助的。
当然还有减速箱的尺寸问题，没有经验，没有感性认识，只知道依葫芦画瓢，那些手册里能查到的尺寸也就罢了，那些查不到的真的不知到该如何制定，看来还是没有实际经验，以后学的东西还很多。
老师千万别觉得我在发牢骚，说真的，这次设计对于我来说的确受益匪浅，且不论设计结果如何，我觉得至少我学到了很多东西，不光是专业上的，还有生活上的。
谢谢老师提供这样一次机会。
附录
MATLAB程序附录
%摆动机械手凸轮理论曲线程序
t1=linspace（0,132*pi/180）;%近休止
x1=80*cos（t1）-56*cos（27.66*pi/180+t1）;
y1=80*sin（t1）-56*sin（27.66*pi/180+t1）;
t2=linspace（132*pi/180,pi）;%凸轮推程
v1=（7*pi/180）*（1-cos（pi*（t2-132*pi/180）/（48*pi/180）））/2
x2=80*cos（t2）-56*cos（-（27.66*pi/180+v1）-t2）;
y2=80*sin（t2）+56*sin（-（27.66*pi/180+v1）-t2）;
t3=linspace（pi,312*pi/180）;%远休止
x3=80*cos（t3）-56*cos（34.66*pi/180+t3）;
y3=80*sin（t3）-56*sin（34.66*pi/180+t3）;
t4=linspace（312*pi/180,2*pi）;%凸轮回程
v2=（7*pi/180）*（1+cos（pi*（t4-312*pi/180）/（48*pi/180）））/2
x4=80*cos（t4）-56*cos（-（27.66*pi/180+v2）-t4）;
y4=80*sin（t4）+56*sin（-（27.66*pi/180+v2）-t4）;
plot（x4,y4）
plot（x4,y4）
plot（x1,y1,'g:
',x2,y2,'r--',x3,y3,'g:
',x4,y4,'r--'）;
axis（'square','equal'）
%
%上下移动机构凸轮理论曲线
t1=linspace（0,24*pi/180）;%近休止
x1=70*cos（t1）-38*cos（26.9*pi/180+t1）;
y1=70*sin（t1）-38*sin（26.9*pi/180+t1）;
t2=linspace（24*pi/180,120*pi/180）;%凸轮推程
v1=（30*pi/180）*（1-cos（pi*（t2-24*pi/180）/（96*pi/180）））/2
x2=70*cos（t2）-38*cos（-（26.9*pi/180+v1）-t2）;
y2=70*sin（t2）+38*sin（-（26.9*pi/180+v1）-t2）;
t3=linspace（120*pi/180,264*pi/180）;%远休止
x3=70*cos（t3）-38*cos（56.9*pi/180+t3）;
y3=70*sin（t3）-38*sin（56.9*pi/180+t3）;
t4=linspace（264*pi/180,2*pi）;%凸轮回程
v2=（30*pi/180）*（1+cos（pi*（t4-264*pi/180）/（96*pi/180）））/2
x4=70*cos（t4）-38*cos（-（26.9*pi/180+v2）-t4）;
y4=70*sin（t4）+38*sin（-（26.9*pi/180+v2）-t4）;
plot（x1,y1,'g:
',x2,y2,'r--',x3,y3,'g:
',x4,y4,'r--'）;
axis（'square','equal'）
%
%机械手上下运动规律图线
t1=linspace（0,96*pi/180）; %简谐运动规律推程
y1=（30*pi/180）*（1-cos（pi*t1/（96*pi/180）））/2
z1=52*tan（y1）
t2=linspace（96*pi/180,240*pi/180）;
y2=30*pi/180
z2=52*tan（y2）
t3=linspace（240*pi/180,336*pi/180）; %简谐运动规律回程
y3=（30*pi/180）*（1+cos（pi*（t3-240*pi/180）/（96*pi/180）））/2
z3=52*tan（y3）
t4=linspace（336*pi/180,2*pi）;
y4=0
z4=52*tan（y4）
t5=linspace（0,96*pi/180）; %简谐运动规律推程
y5=（30*pi/180）*（1-cos（pi*t5/（96*pi/180）））/2
z5=52*tan（y5）
t6=linspace（96*pi/180,240*pi/180）;
y6=30*pi/180
z6=52*tan（y6）
t7=linspace（240*pi/180,336*pi/180）; %简谐运动规律回程
y7=（30*pi/180）*（1+cos（pi*（t7-240*pi/180）/（96*pi/180）））/2
z7=52*tan（y7）
t8=linspace（336*pi/180,2*pi）;
y8=0
z8=52*tan（y8）
%机械手摆动运动规律图线
t9=linspace（0,48*pi/180）; %简谐运动规律推程
y9=（56*pi/180）*（1-cos（pi*t9/（48*pi/180）））/2
t10=linspace（48*pi/180,pi）;
y10=56*pi/180
t11=linspace（pi,228*pi/180）; %简谐运动规律回程
y11=（56*pi/180）*（1+cos（pi*（t11-pi）/（48*pi/180）））/2
t12=linspace（228*pi/180,2*pi）;
y12=0
plot（（t1-12*pi/180）/2,z1,（t2-12*pi/180）/2,z2,（t3-12*pi/180）/2,z3,（t4-12*pi/180）/2,z4,（t5-12*pi/180）/2+pi,z5,（t6-12*pi/180）/2+pi,z6,（t7-12*pi/180）/2+pi,z7,（t8-12*pi/180）/2+pi,z8,t9+48*pi/180,y9,t10+48*pi/180,y10,t11+48*pi/180,y11,t12+48*pi/180,y12）
gridon
普通圆柱蜗杆传动设计结果报告：
一、普通蜗杆设计输入参数
1. 传递功率P 0.70（kW）
2. 蜗杆转矩T1 4.61（N.m）
3. 蜗轮转矩T2 91.87（N.m）
4. 蜗杆转速n1 500.00（r/min）
5. 蜗轮转速n2 20.00（r/min）
6. 理论传动比i 25.00
7. 实际传动比i' 25.00
8. 传动比误差 0.00（％）
9. 预定寿命H 4800（小时）
10. 原动机类别 电动机
11. 工作机载荷特性 平 稳
12. 润滑方式 喷油
13. 蜗杆类型 阿基米德蜗杆
14. 受载侧面 一侧
二、材料及热处理
1. 蜗杆材料牌号 45（表面淬火）
2. 蜗杆热处理 表面淬火
3. 蜗杆材料硬度 HRC45～55
4. 蜗杆材料齿面粗糙度 1.6～0.8（μm）
5. 蜗轮材料牌号及铸造方法 ZCuSn10P1（砂模）
6. 蜗轮材料许用接触应力[σ]H' 200（N/mm^2）
7. 蜗轮材料许用接触应力[σ]H 218（N/mm^2）
8. 蜗轮材料许用弯曲应力[σ]F' 51（N/mm^2）
9. 蜗轮材料许用弯曲应力[σ]F 44（N/mm^2）
三、蜗杆蜗轮基本参数（mm）
1. 蜗杆头数z1 2
2. 蜗轮齿数z2 50
3. 模 数m 8.00（mm）
4. 法面模数Mn 7.90（mm）
5. 蜗杆分度圆直径d1 100.00（mm）
6. 中心距A 250.00（mm）
7. 蜗杆导程角γ 9.090°
8. 蜗轮当量齿数Zv2 51.93
9. 蜗轮变位系数x2 0.00
10.轴向齿形角αx 20.000°
11. 法向齿形角αn 19.768°
12. 齿顶高系数 ha* 1.00
13. 顶隙系数 c* 0.20
14. 蜗杆齿宽b1≥ 129.00（mm）
15. 蜗轮齿宽b2≤ 72.00（mm）
16. 是否磨削加工 否
17. 蜗杆轴向齿距px 25.13（mm）
18. 蜗杆齿顶高ha1 8.00（mm）
19. 蜗杆顶隙c1 1.60（mm）
20. 蜗杆齿根高hf1 9.60（mm）
21. 蜗杆齿高h1 17.60（mm）
22. 蜗杆齿顶圆直径da1 116.00（mm）
23. 蜗杆齿根圆直径df1 80.80（mm）
24. 蜗轮分度圆直径d2 400.00（mm）
25. 蜗轮喉圆直径 da2 416.00（mm）
26. 蜗轮齿根圆直径df2 380.80（mm）
27. 蜗轮齿顶高ha2 8.00（mm）
28. 蜗轮齿根高hf2 9.60（mm）
29. 蜗轮齿高h2 17.60（mm）
30. 蜗轮外圆直径de2≤ 428.00（mm）
31. 蜗轮齿顶圆弧半径Ra2 42.00（mm）
32. 蜗轮齿根圆弧半径Rf2 59.60（mm）
33. 蜗杆轴向齿厚sx1 12.57（mm）
34. 蜗杆法向齿厚sn1 12.41（mm）
35. 蜗轮分度圆齿厚s2 12.57（mm）
36. 蜗杆齿厚测量高度ha1' 8.00（mm）
37. 蜗杆节圆直径d1' 100.00（mm）
38. 蜗轮节圆直径d2' 400.00（mm）
四、蜗杆蜗轮精度
项目名称 蜗 杆 蜗 轮
1.第一组精度 7 7
2.第二组精度 7 7
3. 第三组精度 7 7
4. 侧 隙 f f
五、强度刚度校核结果和参数
1. 许用接触应力 217.68（N/mm^2）
2. 计算接触应力 37.27（N/mm^2）满足
3. 许用弯曲应力 43.60（N/mm^2）
4. 计算弯曲应力 0.75（N/mm^2）满足
5. 许用挠度值 0.1500（N/mm^2）
6. 计算挠度值 0.0004（N/mm^2）满足
1. 蜗杆圆周力Ft1 92.22（N）
2. 蜗杆轴向力Fx1 -459.37（N）
3. 蜗杆径向力Fr1 -167.20（N）
4. 蜗轮圆周力Ft2 459.37（N）
5. 蜗轮轴向力Fx2 -92.22（N）
6. 蜗轮径向力Fr2 167.20（N）
7. 蜗轮法向力Fn -494.35（N）
8. 滑动速度Vs 2.65（m/s）
9. 蜗杆传动当量摩擦角ρv 1.720°
10. 蜗杆传动效率 η 0.80
11. 蜗杆的啮合效率η1 0.84
12. 搅油损耗 η2 0.97
13. 滚动轴承效率 η3 0.98
14. 使用系数Ka 1.02
15. 动载荷系数Kv 1.05
16. 载荷分布系数Kβ 1.00
17. 材料的弹性系数ZE 155.00
18. 滑动速度影响系数 Zvs 0.98
19. 寿命系数 ZN 1.11
20. 齿形系数Yfs 4.00
21. 导程角系数Yβ 0.92
22. 蜗杆截面惯性矩I 2092258.47（mm^4）
23. 弹性模量E 207000.00（N/mm^2）
24. 蜗杆两端支承点的跨度L 340.00（mm）
蜗杆用轴承
圆锥滚子轴承（30000）
轴承代号：
32013
轴承参数：
轴承内径：
65
轴承外径：
100
轴承宽度：
23
额定动载荷：
55800
额定静载荷：
57500
极限转速：
4500
润滑方式：
脂润滑
工作参数：
径向载荷：
553.59
轴向载荷：
1331.85
使用寿命：
4000
工作转速：
500
接触角：
15
载荷系数：
1.1
计算结果：
当量动载荷：
2430.62
当量静载荷：
1507.34
计算寿命：
403312
涡轮用轴承
圆锥滚子轴承（30000）
轴承代号：
61920
轴承参数：
轴承内径：
100
轴承外径：
140
轴承宽度：
20
额定动载荷：
31800
额定静载荷：
29500
极限转速：
5000
润滑方式：
脂润滑
工作参数：
径向载荷：
1457.97
轴向载荷：
267.37
使用寿命：
4000
工作转速：
20
接触角：
15
载荷系数：
1.1
计算结果：
当量动载荷：
898.11
当量静载荷：
1603.77
计算寿命：
3.69931E7
带轮设计参数截图
各执行构件的位移与分配轴Ⅰ转角的对应关系表
分配轴
0
12
24
36
48
60
72
84
96
108
120
132
144
156
168
180
链轮
0
0
0
0
0
0
升级会员 