装车机械手计算说明书

机械设计课程设计 设计计算说明书

设计题目： 装车机械手 姓 名：XXX 学 号：XXX 班 级：XXX 指导教师：XXX 设计时间：XXX 目 录 一、设计任务书…………………………………………………1 二、传动方案修改………………………………………………2 三、总体设计计算………………………………………………3 1. 电机型号选择 2. 各级传动比分配 3. 各轴的运动参数和动力参数计算（转速、功率、转矩） 四、传动机构设计计算 ………………

1. 齿轮传动（一）：齿轮3与齿轮4 2. 齿轮传动（二）：齿轮5与齿轮6 五、轴系零件设计计算………………

1. 轴的设计计算（一）：轴2 2. 轴的设计计算（二）：轴3 六、润滑和密封方式的选择……………………………………

七、箱体及附件的结构设计和选择…………………………… 八、设计总结…………………………………………………… 参考文献………………………………………………………… 一、设计任务书 设计题目：装车机械手 设计一台装车机械手，将生产线上的纸箱搬运到货车车厢。如图所示，已知纸箱箱体尺寸A×B×Cmm3，重M kg，其他条件及要求见表一。要求搬运能力J件/小时，工作寿命6年，每年工作300天。选择电动机型号，分配总传动比，计算各轴的转速、输入输出功率。对各级传动进行设计计算，并对整机进行结构设计。允许选用步进电机正反转工作。

设计过程及计算说明 二、传动方案修改 1. 系统运动方案图 注一： 1.零件1是带内螺纹的套筒，与齿轮2做成一体； 2.零件2是带外螺纹的套筒，与零件1旋合； F=1000N V=2.0m/s D=500mm L=500mm

纸H L C

B

机械手 K A 车箱 3.零件3是与上机箱连接的空心轴； 注二： 1.零件3与轴4之间用滑键连接，零件3可随轴4转动，并可沿其上下移动； 2.零件2带动零件3上下运动； 3.零件2与零件3、零件3与轴4之间皆用圆锥滚子轴承。

三、总体设计计算

1、电机型号选择 （1）电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机 （2）电动机功率选择： 传动装置的总功率： η1=η联轴器×η4轴承×η3齿轮 =0.96×0.982×0.97×0.99×0.96 =0.808 η2=η联轴器×η3轴承×η齿轮×η梯形螺纹 =0.96×0.983×0.97×0.4 =0.350 电机所需的工作功率： P工作1=jW/η1 =100×0.393/0.808 =48W P工作2=FV/η2 =75W P工作=P工作1+ P工作2 =123W （3）确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： n筒=60×0.25/4 =3.75r/min n升降=0.1×60/（4×0.01） =150r/min 按手册P7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i’a=3~5。则三级圆柱直齿轮的总传动比现实范围为i’a=27~125，因步进电机转速可调，故可将电机转速设为100r/min。 （4）确定电动机型号 根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y2-712-6。 其主要性能：额定功率：250，满载转速850r/min，额定转矩2.0。设置转速为100r/min。 2、计算总传动比及分配各级的传动比 n升降=150r/min n滚筒=3.75r/min η1=0.808 η2=0.350 P工作=123W 电动机型号 Y2-712-6 i1=80/3

i2=2/3

据手册得 I12=2/3

I34=8/3

I56=10/3

I78=3

nI =100r/min

nII=37.5r/min

nIII=11.25r/min

nⅣ=3.75

r/min

PI=238W

PII=88W

PIII=84W

PIⅣ

=80W

TI=22729N·mm

TII=22411N·mm

TIII=71307N·mm

TⅣ

=203723N·mm （1）总传动比： i1=n电动/n转轴=100/3.75=80/3

i2=n电动/n升降=100/150=2/3

（2）分配各级传动比 取齿轮i齿轮1=2/3，i齿轮2=8/3，i齿轮3=10/3，

i齿轮4=3；

∵i1=i齿轮2×i齿轮3×i齿轮4=80/3

∴i2= i齿轮1=2/3

3、各轴运动参数及动力参数计算 （1）计算各轴转速（r/min） nI=n电机=100r/min

nII=nI/i齿轮1=100×3/8=37.5 (r/min)

nIII=nII/i齿轮2=37.5×3/10=11.25(r/min)

nⅣ=nIⅢI/i齿轮3=11.25/3=3.75(r/min)

（2）计算各轴的功率（KW） PI=250×0.97=238W

PII=PI×η齿轮×η轴承=88W

PIII=PII×η轴承×η齿轮=84W

PIⅣ=PⅢ×η轴承×η齿轮

=80W

（3）计算各轴扭矩（N·mm） TI=9.55×106PI/nI=22729N·mm

TII=9.55×106PII/nII=22411N·mm

TIII=9.55×106PIII/nIII=71307N·mm

TⅣ=9.55×106PIⅣ/nⅣ=203723N·mm

四、传动机构设计计算

1、齿轮传动的设计计算（一）：齿轮3与齿轮4 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）根据要求，齿轮采用软齿面直齿轮。压力角取20°。 （2）参考《机械设计》表10-6，选用7级精度。 （3）材料选择。由《机械设计》表10-1，小齿轮选用40Cr（调质），齿面硬度为280HBS。大齿轮选用45（调质），齿面硬度240HBS； （4）选小齿轮齿数Z3=24,大齿轮齿数Z4=u Z3=8/3x24=64 2.按齿面接触疲劳强度设计 由式计算小齿轮分度圆直径，即 𝑑3𝑡≥√2𝐾𝐻𝑡𝑇1𝑑𝑢+1𝑢(𝑍𝐻𝑍𝐸𝑍𝜀[𝜎𝐻])23 1）确定公式中的各参数值 ①试选KHt=1.3。 ②小齿轮传递的转矩T1=22729N·mm。 I34=8/3 Z3=24 Z2=64 u=8/3 T1=22729N·mm αHlim3=500Mpa

αHlim4=430Mpa

N3=1.728×108

NL2=6.48×107

[σH]3=666Mpa [σH]2=649Mpa d1=32.182mm

m=1.69mm

𝑌𝐹𝑎𝑌𝐹𝑎

[𝜎𝐹]=0.0157

𝑚𝑛𝑡=1.035 m=2 𝑧3

=17 ③取齿宽系数𝑑

=1

。

④查得区域系数𝑍𝐻=2.5

。

⑤查得材料的弹性影响系数𝑍𝐸=189.8𝑀𝑃𝑎12⁄。 ⑥计算接触疲劳强度用重合度系数𝑍𝜀。 𝛼𝑎3=arccos[𝑧3𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑧3+2ℎ𝑎∗⁄=arccos[24×𝑐𝑜𝑠20°(24+2×1)⁄]

=29.841°

𝛼𝑎4=arccos[𝑧4𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑧4+2ℎ𝑎∗⁄=arccos[24×𝑐𝑜𝑠20°(64+2×1)⁄]

=24.326°

𝜀𝛼=[𝑧3(𝑡𝑎𝑛𝛼3−𝑡𝑎𝑛𝛼′)+𝑧4(𝑡𝑎𝑛𝛼4−𝑡𝑎𝑛𝛼′)]2𝜋⁄ =[24×(𝑡𝑎𝑛29.841°−𝑡𝑎𝑛20°)+64×(𝑡𝑎𝑛24.326°−𝑡𝑎𝑛20°)] 2𝜋⁄ =1.698

𝑧𝜀=√4−𝜀𝛼3=√

4−1.698

3 =0.876

⑦计算接触疲劳许用应力[𝜎

𝐻]

。

查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别是𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚3=600𝑀𝑝𝑎

、

𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚4=550𝑀𝑝𝑎 计算应力循环次数： N3=60n1jLb=60x100x1x(6x300x2x8)=1.728x108 N4=N1/u=1.728x108/(64/24)=6.48x107 查得接触疲劳寿命系数KHN3=1.11,KHN4=1.18。 取失效概率为1%，安全系数S=1，得

[𝜎𝐻]3=𝐾𝐻𝑁3𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚3𝑆=1.11×6001𝑀𝑃𝑎=

666𝑀𝑃𝑎 [σ𝐻]4=𝐾𝐻𝑁4𝜎𝐻𝑙𝑖𝑚4𝑠=1.18×5501MPa=649MPa 取其中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 [σ

𝐻]=[σ𝐻]4=649MPa

2）计算小齿轮分度圆直径

𝑑3𝑡≥√2𝐾𝐻𝑡𝑇1𝑑𝑢+1𝑢(𝑍𝐻𝑍𝐸𝑍𝜀[𝜎𝐻])23

=√2×1.3×227291(6424)+1⁄6424(2.5×189.8×0.876649)23 =32.182mm

（2）调整小齿轮分度圆直径

𝑧4

=45

d3=34 d4=90 a=62 b3=41 b4=34 m=2 z5=18 z6=60 d5=36 d6=120 a=78 b5=42 b6=36 P2=88w n2=37.6r/min T2=22411N·mm