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西安思源學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
論文（設(shè)計）題目
《削面機器人機械手的機構(gòu)設(shè)計》
學(xué)生姓名
譚棋
學(xué) 號
111101010114
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師
呂燕
畢業(yè)論文（設(shè)計）的目標(biāo)：
綜合運用所學(xué)的機械設(shè)計、工程制圖、CAD、PRO/E、工藝、等相關(guān)知識，通過加熱爐的推料傳動裝置設(shè)計為主線，綜合工程力學(xué)，機械設(shè)計，再到機構(gòu)零件的設(shè)計，機構(gòu)總裝圖繪制，加強基礎(chǔ)知識應(yīng)用，理論聯(lián)系實際，熟練機械設(shè)計過程。
畢業(yè)論文（設(shè)計）主要工作內(nèi)容：
1.查閱相關(guān)資料。
2.根據(jù)設(shè)計要求完成機械手機構(gòu)設(shè)計。
3.對機構(gòu)的各個組成部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和計算。
4.完成機構(gòu)總裝圖，及重要部件圖。
5.完成論文，以及修改準(zhǔn)備答辯。
主要閱讀書目和參考資料：
1.數(shù)字化手冊編委會. 機械設(shè)計手冊（新編軟件版）2008.化學(xué)工業(yè)出版社
2.朱龍英. 機械設(shè)計基礎(chǔ) 北京：機械工業(yè)出版社 2010
3.林清安. 完全精通Pro/Engineer綜合教程 北京：電子工業(yè)出版社 2009
4.寇尊權(quán). 機械設(shè)計課程設(shè)計 北京：機械工業(yè)出版社 2011
5.孫士保. AutoCAD2008中文版應(yīng)用教程 北京：機械工業(yè)出版社 2013
6.京玉海.機械制造基礎(chǔ) 重慶大學(xué)出版社，2007.5
7.邱家駿.工程力學(xué) 機械工業(yè)出版社，2007.11
8.張建中.機械設(shè)計基礎(chǔ) 高等教育出版社，2007.8
論文過程中所需完成的其它要求：
要求學(xué)生對所用的知識要精通，對所學(xué)的東西融會貫通，其次，可以使學(xué)生走向社會，結(jié)合所學(xué)專業(yè)進(jìn)行實際調(diào)查，增強學(xué)生分析和解決問題的能力，也需要學(xué)生有查閱資料的好習(xí)慣，養(yǎng)成不怕枯燥，不怕煩悶的精神。
指導(dǎo)教師簽名：
學(xué)生簽名：
日?? ?期：
日?? ? 期：
摘 要
生產(chǎn)中應(yīng)用削面機器人機械手，有利于提高面料的傳送、刀具的更換以及刀削面機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動刀削面的生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)食品生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此設(shè)計刀削面機械手將有很大的價值。
本次設(shè)計的削面機器人機械手由小臂擺動切削機構(gòu)、面料橫向進(jìn)給運動機構(gòu)、面料縱向進(jìn)給運動機構(gòu)及傳動機構(gòu)組成。
本文首先向分析了削面機器人的背景及功能要求，在此分析基礎(chǔ)上提出了削面機器人機械手的總體方案及格分功能的機構(gòu)方案；接著對機械手的總體參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計計算與選擇；然后對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后用AutoCAD軟件繪制削面機器人機械手的裝配圖和主要零件圖。
通過對通過本次設(shè)計鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如機械設(shè)計、機械原理、互換性與測量技術(shù)、機械制圖等；也掌握了常用機械手的設(shè)計方法并能熟練使用AutoCAD制圖軟件。
關(guān)鍵字：刀削面，機械手，機構(gòu)，設(shè)計
Abstract
Aroduction surfacing robot manipulator, help to improve the transfer of fabric, degree of automation and assembly tool change noodle machine, etc., which can improve the productivity of labor noodle, reduce production costs and accelerate food production mechanization and automation of pace. Therefore, the design noodle robot will have great value.
The design of the surfacing robot manipulator arm swing by cutting mechanism, fabric infeed movement mechanism, fabric vertical feed motion mechanism and the transmission mechanism.
Firstly, the analysis of the background and functional requirements surfacing robot in this analysis proposed overall scheme surfacing robot manipulator grades agency programs function on the basis of; then the overall parameters of the robot was designed to calculate and choice; then the main components were designed and checked; finally drawn with AutoCAD software robot manipulator assembly drawing surfacing and major parts diagram.
Through this design by consolidating the university is expertise, such as mechanical design, mechanical principles, interchangeability and measurement technology, mechanical drawing, etc; also mastered the design methods used robot and can skillfully use AutoCAD drawing software.
Keywords: Doodle, Robots, Agencies, Design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及目的 1
1.2刀削面機械手市場前景評估 1
第二章 總體方案設(shè)計 4
2.1功能描述 4
2.2功能分析 4
2.3總體方案設(shè)計及選擇 4
2. 4各機構(gòu)方案選擇 5
2.4.1切削動作方案 5
2.4.2橫向進(jìn)給運動方案 5
2.4.3縱向進(jìn)給運動方案 6
第三章 總體機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選擇 7
3.1基本運動機構(gòu)設(shè)計 7
3.1.1小臂擺動切削機構(gòu) 7
3.1.2面料橫向進(jìn)給運動機構(gòu) 7
3.1.3面料縱向進(jìn)給運動機構(gòu) 8
3.2主要的參數(shù)選擇 8
3.2.1齒輪傳動 8
3.2.2刀具切寬、切深 9
3.2.3驅(qū)動的選擇 9
3.3運動及動力參數(shù)計算 10
3.3.1傳動比的分配 10
3.3.2傳動參數(shù)的計算 10
第四章 各主要零部件的設(shè)計 12
4.1錐齒傳動的設(shè)計 12
4.1.1選精度等級、材料和齒數(shù) 12
4.1.2按齒面接觸強度設(shè)計 12
4.1.3校核齒根彎曲疲勞強度 13
4.1.4驗算 15
4.2圓柱齒輪傳動的設(shè)計 17
4.2.1選精度等級、材料和齒數(shù) 17
4.2.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 17
4.2.3按齒根彎曲強度設(shè)計 19
4.2.4幾何尺寸計算 20
4.3軸的設(shè)計（以中間軸為例） 21
4.3.1 求凸輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 21
4.3.2初步確定軸的最小直徑 21
4.3.3各段尺寸設(shè)計 21
7.3.4軸上的周向定位 21
4.3.5軸的校核 22
4.4鍵連接的選擇和計算 23
4.4.1輸入軸與聯(lián)軸器的連接 23
4.4.2中間軸軸與圓柱齒輪的連接 23
4.4.3凸輪軸軸與凸輪的連接 24
第五章 使用與維護(hù) 25
5.1機構(gòu)特性 25
5.2使用說明 25
5.3使用注意事項 25
總 結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
29
削面機器人機械手的機構(gòu)設(shè)計
第一章 緒論
1.1 研究背景及目的
我國是個人口大國，餐飲行業(yè)在中國經(jīng)濟的中占有十分重要的地位，經(jīng)濟人士稱其為“永不衰敗的產(chǎn)業(yè)”，刀削面是我國傳統(tǒng)的具有旺盛生命力的主導(dǎo)面食品，尤其是在我國東北，西北，山東地區(qū)各大中小城市及縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要街道，到處都有刀削面館，而刀削面作為中國一個名優(yōu)美食已發(fā)展到在全國各地，形成長盛不衰的趨勢，刀削面機器人無疑會因此順勢得寵。民以食為天，食以潔為先。而現(xiàn)代社會更是以快捷方便為主導(dǎo)，于是出現(xiàn)了各種快餐和各種食品機器。刀削面機器人就是典型的一種。
本作品具有結(jié)構(gòu)簡單，效率高，切削出來的面條薄厚均勻，智能化程度高，造價低廉等特點，適用于各類小餐館，特別是普通百姓想吃刀削面而又苦于沒有削面技術(shù)的家庭使用。
傳統(tǒng)的刀削面大多由人工制作，削面速度慢，效率低，且若削面技術(shù)不佳，則切削出來的面條形狀各異，影響面條的口感，目前市場上已有的刀削面機主要有：喜洋洋刀削面機，飛刀削面機，懶神盤刀削面機等，它們大多采用騎車雨刷器原理，主要裝置有電視，螺旋推進(jìn)器，分面凸輪，削面手，扶面手等。通過對上述幾種刀削面機的分析后發(fā)現(xiàn)均存在結(jié)構(gòu)不夠緊湊，加工復(fù)雜，造價昂貴等不足。為此我們制作了一種智能型刀削面機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工削面，彌補目前市場產(chǎn)品的不足。節(jié)省聘請刀削面師傅的費用，避免刀削面師傅在高溫環(huán)境下帶來的危險。
1.2刀削面機械手市場前景評估
（1）刀削面的歷史背景
傳說，蒙古韃靼侵占中原后，建立元朝。為防止“漢人”造反起義，將家家戶戶的金屬全部沒收，并規(guī)定十戶用廚刀一把，切菜做飯輪流使用，用后再交回韃靼保管。一天中午，一位老婆婆將棒子、高粱面和成面團，讓老漢取刀。結(jié)果刀被別人取走，老漢只好返回，在出韃靼的大門時，腳被一塊薄鐵皮碰了一下，他順手揀起來揣在懷里。回家后，鍋開得直響，全家人等刀切面條吃。可是刀沒取回來，老漢急得團團轉(zhuǎn)，忽然想起懷里的鐵皮，就取出來說：就用這個鐵皮切面吧！老婆一看，鐵皮薄而軟，嘟喃著說：這樣軟的東西怎能切面條。老漢氣憤地說：“切”不動就“砍”?！翱场弊痔嵝蚜死掀牛衙鎴F放在一塊木板上，左手端起，右手持鐵片，站在開水鍋邊“砍”面，一片片面片落入鍋內(nèi)，煮熟后撈到碗里，澆上鹵汁讓老漢先吃，老漢邊吃邊說：“好得很，好得很，以后不用再去取廚刀切面了。”這樣一傳十，十傳百，傳遍了晉中大地。
（2）刀削面的制作方法與困境
傳統(tǒng)的制作方法是一手托面，一手拿刀，直接削到開水鍋里，其要訣是：“刀不離面，面不離刀，胳膊直硬手平，手端一條線，一棱趕一棱，平刀是扁條，彎刀是三棱。
山西刀削面固然好吃，但由于它的制作工藝復(fù)雜、費力，并且能夠在自家中自制刀削面的更是少之又少。因而刀削面卻得不到很大推廣，?，F(xiàn)在刀削面機器的出現(xiàn)很可能改變上述這一困境。運用刀削面機械手能夠連續(xù)提供高效安全的勞動力來替代刀削面技師進(jìn)行大批量生產(chǎn)，這使得它的市場應(yīng)用前景十分廣闊。
（3）刀削面機械手的應(yīng)用優(yōu)勢
（a）生產(chǎn)中應(yīng)用刀削面機械手，有利于提高面料的傳送、刀具的更換以及刀削面機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動刀削面的生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)食品生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。
（b）在高溫、高油煙、潮濕等惡劣的環(huán)境中，刀削面技師用手工操作是十分繁瑣、辛苦。而刀削面機械手即可部分或全部代替刀削面技師高效地進(jìn)行作業(yè)，大大地改善了技師的勞動限制。同時，在一些簡單的機械動作作業(yè)的操作中，用刀削面機械手代替廚師操作，可以避免由于刀削面技師操作疲勞而引發(fā)的安全事故。
（c）應(yīng)用刀削面機械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少勞動力的一個方面，同時由于刀削面機械手可以連續(xù)地工作，這是減少勞動強度的另一個方面。
（4）當(dāng)前市面上的刀削面機器
由于市面上的刀削面機器基本上全部普及了數(shù)控操作，這導(dǎo)致了它的高成本高價位使得一般的餐飲業(yè)的老板放棄了對它的需求。因此，刀削面機械手的推廣需要重新設(shè)計運動機構(gòu)和控制模式來降低人員維護(hù)與保養(yǎng)成本、保養(yǎng)費用及造價。為了更大范圍推廣刀削面機械手，因而本課題設(shè)計的主要目的就是放棄數(shù)控操作刀削面機械手，而通過借助于SW軟件，運用常見機構(gòu)配合的運動軌跡實現(xiàn)刀削面的走刀運動以及進(jìn)給量控制來降低成本，推廣刀削面機械手的市場。
（5）刀削面機械手的意義
（a）結(jié)合機械手設(shè)計這方面的知識，在設(shè)計過程中學(xué)會怎樣發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題；
（b）改善了技師的勞動限制，避免由于刀削面技師操作疲勞而引發(fā)的安全事故；
（c）提高刀削面的生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)食品生產(chǎn)機械化和自動化的步伐；
（d）推廣中國山西美食刀削面走向世界，為增強中國軟實力做微薄的貢獻(xiàn)。
第二章 總體方案設(shè)計
2.1功能描述
機械手在人為放置好面料后，選擇并調(diào)整好刀具使得機械手全自動完成整個削面的所有動作，其中該機械手需要完成的三個主要作業(yè)動作如下：
（1）機械手小臂繞肘關(guān)節(jié)往返擺動做切削動作。
（2）大臂相對于面料放置板做橫向進(jìn)給運動，完成面料表層的切削后回復(fù)進(jìn)刀的初始位置。
（3）大臂相對于面料放置板做縱向進(jìn)給運動，完成切削面料后停止進(jìn)給運動。
2.2功能分析
該機械手臂握緊刀具用于切削面板上的面料，整個機械手安裝在一個固定的機架上。大臂保持固定姿態(tài)下，小臂的回轉(zhuǎn)角度控制在60-90°，則切削作業(yè)可以依靠放置面料面板的橫向進(jìn)給和縱向抬升配合小臂的擺動三個驅(qū)動力共同完成。因此整個機械手的自由度最高為3，三個不同驅(qū)動力也可通過機構(gòu)聯(lián)動配合完成則該機械手自由度最低為1。
針對機械手動作控制情況可以分以下三種：
（1）由3個不同布局的電機控制3個不同的作業(yè)動作（該自由度為3）。
（2）由2個不同布局的電機控制2個不同的作業(yè)動作。其中選一個對控制要求高的動作為獨立動作（例如上下進(jìn)給運動），另外兩個動作通過連桿或齒輪等機構(gòu)聯(lián)動，由一個電機控制（該自由度為2）。
（3）由1個電機通過連桿或齒輪等機構(gòu)聯(lián)動控制3個不同的作業(yè)動作 （該自由度為1
2.3總體方案設(shè)計及選擇
方案一：為市面上典型的刀削面機械手，它借助于數(shù)控程序來精確控制三個不同動作的運動時間與運動速度，達(dá)到全自動化控制整個作業(yè)動作。
方案二：也是通過數(shù)控控制兩個電機運轉(zhuǎn)配合完成切削作業(yè)。
方案三：則對數(shù)控技術(shù)依賴程度大大降低，甚至可以完全擺脫數(shù)控控制進(jìn)行整個作業(yè)操作。
綜上所述，從刀削面機械手的成本控制上，數(shù)控技術(shù)的運用以及電機的使用數(shù)量不僅占了刀削面機械手的大部分制造成本，而且增加了機械手的不穩(wěn)定性和維護(hù)成本以及可操作的簡易性，也提高對機械手對作業(yè)環(huán)境的要求。對比下，單自由度的方案一比較單一，制造成本低因而更加適應(yīng)當(dāng)前的市場需求。
2. 4各機構(gòu)方案選擇
2.4.1切削動作方案
刀削面機械手圖一優(yōu)點:該方案的空間利用率高，尤其在空間有限的仿真機械手比較實用。缺點：雙曲柄滑塊機構(gòu)的成本比較高，機構(gòu)復(fù)雜度高，機械效率比較低。刀削面機械手圖二：優(yōu)點：機械效率高，制造成本低，空間復(fù)雜度低，便于安裝維護(hù)。缺點：占用比較大的空間。該機械手的設(shè)計目的在于降低其制造成本，由于圖二在機械效率和制造成本上都高于方案一，故選方案一作為刀削面機械手小臂切削機構(gòu)
2.4.2橫向進(jìn)給運動方案
凸輪機構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，可以實現(xiàn)自動化。缺點：不適合高速運轉(zhuǎn)。齒輪齒條優(yōu)點：承載力大，傳動精度較高，可達(dá)0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度可以很高。缺點：若加工安裝精度差，傳動噪音大，磨損大。運用凸輪機構(gòu)在控制刀削面面料板時運動速度十分緩慢，且安裝便捷。故選擇凸輪機構(gòu)作為面料進(jìn)給機構(gòu)。
2.4.3縱向進(jìn)給運動方案
面料板的縱向進(jìn)給速度相比于橫向進(jìn)給速度更加緩慢，因此選擇凸輪機構(gòu)作為面料縱向進(jìn)給機構(gòu)。但是，由于齒輪齒條機構(gòu)與凸輪機構(gòu)可以合并成一個新的機構(gòu)(詳見)，不僅減少機械手的復(fù)雜度也減少了一個凸輪機構(gòu)占用的空間。故最終選擇齒輪齒條機構(gòu)作為面料縱向進(jìn)給機構(gòu)。
第三章 總體機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選擇
3.1基本運動機構(gòu)設(shè)計
3.1.1小臂擺動切削機構(gòu)
圖3-1小臂擺動切削機構(gòu)
R45=CD—BD ； R65=CD + BD
由圖知，R45，R65與R18的交點分別是該四桿機構(gòu)的兩個極限位置，兩極限位置夾角為78度，符合該機械手設(shè)計方案。
3.1.2面料橫向進(jìn)給運動機構(gòu)
由機械手在切削運動時，面料在單位時間的橫向進(jìn)給量是不變的，并且面料表層切削完成后的回程運動要迅速。則該凸輪設(shè)計如下：
由于橫向進(jìn)給的速度V是均勻的，則凸輪的推程是等速運動。但是凸輪在起始位置的推程速度就達(dá)到V時，加速度a=（v-0）/ t ；則加速度a無窮大。因此凸輪推程起始與結(jié)束位置作簡諧運動，中間作等速運動。
凸輪機構(gòu)簡圖：基圓半徑為10mm
則推程：簡諧運動 s=h/2(1-cos(ψ∏/Φ))
v=h∏ω/(2Φ)*sin(ψ∏/Φ)
a=h∏^2*ω^2/(2Φ^2)*cos(ψ∏/Φ)
等速運動 s=ψh/Φ
v=v0=hω/Φ
a=0
回程：簡諧運動s=h/2[1+cos(∏(ψ-Φ-Φs)/ Φ’)]
v=-sin(∏(ψ-Φ-Φs)/ Φ’)h∏ω/(2Φ’)
a=h∏^2ω^2/(2Φ^2)cos[∏(ψ-Φ-Φs)/ Φ’]
等速運動 s=h-h/Φ’(ψ-Φ-Φs)
v=v0=-hω/Φ’
a=0
其中最大推程=12cm，Φ1 ：Φ2 =1 ：5
即推程角Φ =60°；回程角Φ’ =300°
3.1.3面料縱向進(jìn)給運動機構(gòu)
由于面料橫向進(jìn)給運動機構(gòu)為凸輪機構(gòu)，為了降低機械手內(nèi)部機構(gòu)的復(fù)雜度，我們可以將凸輪機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)向融合，形成一個具有自主創(chuàng)新的新機構(gòu)如下圖所示
圖3-2面料縱向進(jìn)給運動機構(gòu)
該機構(gòu)的矩形螺紋在作旋轉(zhuǎn)運動相當(dāng)于齒輪，齒距為2mm。該刀削面機械手完成一次面料表層的切削，即凸輪旋轉(zhuǎn)一圈，則放置面料板抬升2mm繼續(xù)切削下一層面料。
3.2主要的參數(shù)選擇
3.2.1齒輪傳動
如下圖示選定的齒輪布置如下：
圖3-3齒輪傳動布置圖
為了簡化設(shè)計，所有的齒輪采用相同的模數(shù)。如上圖，該機構(gòu)由電機驅(qū)動的錐齒輪a通過整個輪系帶動凸輪h旋轉(zhuǎn)。則：
注釋： d:齒輪直徑 m:齒輪模數(shù) z:齒輪齒數(shù) n:齒輪傳動比
由于： d = m*z則N1:N2= z2: z1 = (d2/m2): (d1/m1)
又因為： m1=m2=m3=m4=……=mn
傳動比為： Na : Nb = db: da = 2 : 1 ;
Nb : Nd = dd: db = 2 : 1 ;
Nd : Nf = Nd : Ne = 6 : 1 ; Nf : Ng = 14:3
即： Nd: Ng = 28 : 1（d齒輪即是四桿機構(gòu)的曲柄）
3.2.2刀具切寬、切深
由推程角與回程角比是Φ1:Φ2 =1:5 即Φ1 =60°；Φ2 =300°
該刀削面機械手在面料表層將切削的最大面條數(shù)為：28*5/6=24（取整）。
由最大推程為12cm，者刀削面面寬最大為12/24=0.5cm；因此刀具的削面最小寬慰5mm。刀具的切深為2mm。
3.2.3驅(qū)動的選擇
（1）驅(qū)動形式的選擇
機械手的驅(qū)動裝置通常是電力傳動、氣壓傳動、液壓傳動和機械傳動等四個基本形式。由于本設(shè)計研究的機械手的額定負(fù)載一般，綜合分析后，決定采用電力傳動。這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點。而電機又分以下4種：
（a）步進(jìn)電機
（b）直流伺服電機
（c）交流伺服電機
（d）三相異步電機
使用直流伺服電機能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價格較高，步進(jìn)電機驅(qū)動具有成本低，但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。上述電機的功能要求基本上是針對數(shù)控加工的，而刀削面驅(qū)動裝置無需通過脈沖控制，因而使用通用的三相異步電動機。
由于 Na : Nb = da : db = 2 : 1 ;
Nb : Nd = db: dd = 2 : 1 ;
則：Na : Nd = 4 : 1 ;
刀削面機械手的小臂搖桿機構(gòu)搖擺速度即是切削速度?？紤]到搖桿機械疲勞強度限制，搖桿最高速度v為4次每秒。不同電機極數(shù)的三相異步電動機同步轉(zhuǎn)速如下：2極電機同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。4極電機同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分。6極電機同步轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。8極電機同步轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分。
三相異步電機速度V≦ v*Nd/Na = 16/s= 960轉(zhuǎn)/分；
故選擇8極三相異步電機。
則刀削面機械手的切削速度v = 750/（4*60）=3.125條/秒；
（2）功率的確定
參照現(xiàn)有削面機，選用功率為500W的電機。
參數(shù)如下表：
電動機型號
額定功率（W）
電動機轉(zhuǎn)速（r/min）
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
同步
滿載
Y50L-8
500
750
720
2.0
2.2
3.3運動及動力參數(shù)計算
3.3.1傳動比的分配
機械手曲柄總傳動比：=4
凸輪總傳動比=112
選擇各級傳動比如下：
圓錐齒輪傳動比范圍，取
一級圓柱傳動比
二級圓柱傳動比
三級圓柱傳動比
3.3.2傳動參數(shù)的計算
（1）各軸的轉(zhuǎn)速n
電機軸0的轉(zhuǎn)速：==750r/min
1軸的轉(zhuǎn)速：==750r/min
2軸的轉(zhuǎn)速：=/=750/2=375r/min
3軸的轉(zhuǎn)速：=/=375/2=187.5r/min
4軸的轉(zhuǎn)速：=/=31.25r/min
5軸的轉(zhuǎn)速：=/=6.7r/min
（2）各軸的輸入功率P
電機軸0的輸入功率：
1軸的輸入功率：
2軸的輸入功率：
3軸的輸入功率：
4軸軸Ⅳ的輸入功率：
5軸的輸入功率：
（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩T
電機軸0的輸入轉(zhuǎn)矩：6.37N·m
1軸的輸入轉(zhuǎn)矩：6.3N·m
2軸的輸入轉(zhuǎn)矩：12.23N·m
3軸的輸入轉(zhuǎn)矩：23.73N·m
4軸的輸入轉(zhuǎn)矩：138.15N·m
5軸的輸入轉(zhuǎn)矩：625.14N·m
（4）各軸參數(shù)表如下：
軸名
功率
P/W
轉(zhuǎn)矩T/(N.m）
轉(zhuǎn)速
n/（r/min）
傳動比
i
電機軸
500
6.37
750
1
1軸
495
6.30
750
2軸
480.25
12.23
375
2
3軸
465.94
23.73
187.5
2
4軸
452.05
138.15
31.25
6
5軸
438.58
625.14
6.7
28/6
第四章 各主要零部件的設(shè)計
4.1錐齒傳動的設(shè)計
4.1.1選精度等級、材料和齒數(shù)
選用直齒錐齒輪傳動，速度不高，故選用7級精度
材料選擇。由機械設(shè)計表6.1選取小齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
選小齒輪齒數(shù)Z1＝15，大齒輪齒數(shù)Z2＝i1·Z1＝2×15=30
4.1.2按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即
１）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3）選取齒寬系數(shù)
（4）知齒輪，查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)
（4）由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖6.14按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限
（6）由式6.11計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由圖6.16查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1
２）計算
（1）試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得
（2）計算圓周速度
（3）模數(shù)及主要尺寸的確定
模數(shù)：，取
分度圓直徑：
節(jié)錐角：
錐距
平均分度圓直徑：
齒寬，取
4.1.3校核齒根彎曲疲勞強度
（1） 彎曲強度校核公式：
（2）確定各參數(shù)
平均分度圓處螺旋角，則
查得動載系數(shù)1.15 齒向載荷分布系數(shù)
使用系數(shù) 故
（3）分度圓圓周
（4）齒輪系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS
查表6.4得
（5）許用彎曲應(yīng)力可由下式算得
由機械設(shè)計圖6.15可查出彎曲疲勞極限應(yīng)力
小錐齒輪的彎曲疲勞強度極限
大錐齒輪的彎曲疲勞強度極限
查得壽命系數(shù)
查得 ，
查得安全系數(shù)是
故許用彎曲應(yīng)力
因此滿足齒根彎曲疲勞強度
4.1.4驗算
1）齒面接觸強度驗算
接觸強度壽命系數(shù)
最小安全系數(shù)
因此齒面強度足夠
圓錐齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下：
名稱
符號
公式
直齒圓錐小齒輪
直齒圓錐大齒輪
齒數(shù)
15
30
模數(shù)
m
m
2
傳動比
i
i
2
分度圓錐度
，
分度圓直徑
30
60
齒頂高
2
2
齒根高
2.4
2.4
齒全高
h
4.4
4.4
齒頂圓直徑
，
33.58
(大端)
61.79
（大端）
齒根圓直徑
25.62
57.85
齒距
p
6.28
6.28
頂隙
c
0.4
0.4
錐距
R
33.54
33.54
齒頂角
，
齒根角
齒頂圓錐角
，
齒根圓錐角
，
齒寬
11.5
11.5
4.2圓柱齒輪傳動的設(shè)計
本次總共用到3級圓柱齒輪傳動，本次設(shè)計中以第2級圓柱齒輪傳動為例進(jìn)行計算，其他各級計算過程類似，不一一列舉。
4.2.1選精度等級、材料和齒數(shù)
采用7級精度由表6.1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為320HBS，大齒輪材料為40Cr鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為300HBS。
選小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)，取
4.2.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即
1） 確定公式各計算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3）小齒輪相對兩支承非對稱分布，選取齒寬系數(shù)
（4）由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
（5）由圖6.14按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強度極限
大齒輪的接觸疲勞強度極限
（6）由式6.11計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由圖6.16查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)
（8）計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
（9）計算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計算圓周速度v
計算齒寬b
計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級精度，查得動載荷系數(shù)
假設(shè)，由表查得
由表6.2查得使用系數(shù).15
由表查得
查得
故載荷系數(shù)
（10）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得
（11）計算模數(shù)ｍ
4.2.3按齒根彎曲強度設(shè)計
彎曲強度的設(shè)計公式為
（1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值
由圖6.15查得
小齒輪的彎曲疲勞強度極限
大齒輪的彎曲疲勞強度極限
由圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1.3，由式得
計算載荷系數(shù)
（2）查取齒形系數(shù)
由表6.4查得
（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表6.4查得
（4）計算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)大
（5）設(shè)計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，可取有彎曲強度算得的模數(shù)1.67，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m＝2mm
按接觸強度算得的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
4.2.4幾何尺寸計算
（1）計算分度圓直徑
（2）計算中心距
（3）計算齒寬寬度取B2=20mm, B1=20mm
圓柱齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下：
序號
名稱
符號
計算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
20，120
2
模數(shù)
m
2mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
4.3軸的設(shè)計（以中間軸為例）
4.3.1 求凸輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
=452.05W
=31.25r/min
=138.15N·m
4.3.2初步確定軸的最小直徑
先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)課本表15-3，取得
低速軸的最小值顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑。
因軸上有兩個鍵槽，故直徑增大5%—10%，故
4.3.3各段尺寸設(shè)計
為整個軸直徑最小處選
=20mm
為了滿足齒輪的軸向定位，取
根據(jù)齒輪寬度及綜合考慮取
==20mm
至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。
7.3.4軸上的周向定位
小圓柱齒輪的周向定位采用平鍵連接，按由課本表6-1查得平鍵截面
鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為18mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；
大齒輪的周向定位采用平鍵連接，按由課本表6-1查得平鍵截面
鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為18mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；
滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為m6。
確定軸上圓角和倒角尺寸，參考表15-2，取軸端倒角為。
4.3.5軸的校核
（1）求軸上的載荷
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計算簡圖，支承從軸的結(jié)構(gòu)圖，以及彎矩和扭矩圖中可以看出圓柱齒輪位置的中點截面是軸的危險截面。
計算出的圓柱齒輪位置的中點截面處的、及的值列于下表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
=424.53N·m
（2）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取
，
軸的計算應(yīng)力
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，
由課本表15-1查得許用彎曲應(yīng)力
因此故安全。
4.4鍵連接的選擇和計算
4.4.1輸入軸與聯(lián)軸器的連接
軸徑，選取的平鍵界面為，長L=22mm。由指導(dǎo)書表14-26得，鍵在軸的深度t=2.5mm，輪轂深度1.8mm。圓角半徑r=0.2mm。查課本表6-2得，鍵的許用應(yīng)力。
滿足強度要求。
4.4.2中間軸軸與圓柱齒輪的連接
軸徑，選取的平鍵界面為，長L=18mm。由指導(dǎo)書表14-26得，鍵在軸的深度t=3.0mm，輪轂深度2.3mm。圓角半徑r=0.2mm。查課本表6-2得，鍵的許用應(yīng)力。
滿足強度要求。
4.4.3凸輪軸軸與凸輪的連接
軸徑，選取的平鍵界面為，長L=18mm。由指導(dǎo)書表14-26得，鍵在軸的深度t=4.0mm，輪轂深度3.3mm。圓角半徑r=0.3mm。查課本表6-2得，鍵的許用應(yīng)力。
滿足強度要求。
第五章 使用與維護(hù)
5.1機構(gòu)特性
（1）本機主要傳動部件，均選用優(yōu)質(zhì)鋼材并經(jīng)熱處理和精密的加工完成，使用壽命長噪音小。
（2）和面接觸的機頭部件均為不銹鋼材料，并經(jīng)光整處理，具有不銹蝕和基本不粘面的效果，清理非常方便。
（3）本機削出的面中厚邊薄、長度適中、外形佳、口感好，遠(yuǎn)勝過人工削面。厚度、寬度和面飛出的距離可根據(jù)需要調(diào)整。
（4）削面效率高，更適合客流大、削面量大的場合。
（5）外罩采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成。外觀亮麗，防腐防銹性能好。
5.2使用說明
（1）插上電源。
（2）按上升按鈕，使機器右臂上升至最高位置。
（3）把和好的面團揉捏成月牙狀，然后擺正放在左臂的托面板上。
（4）按下降按鈕，然后將手持刀片的右臂下降，越離面團表面0.5mm的位置停止。
（5）按啟動按鈕使機器進(jìn)入正式削面的狀態(tài)。
（6）根據(jù)一次性削面的數(shù)量可以隨意調(diào)節(jié)大碗、小碗。如；需三大碗，可將大碗設(shè)置為3，然后再按F1鍵，在按運行即可。一般大碗可運行設(shè)定為150-200之間，根據(jù)面的長短、碗的大小自由設(shè)定。
（7）面皮的薄厚及碗的大小秒數(shù)的調(diào)整；面得厚度，碗大小秒數(shù)，可根據(jù)用戶的需求隨意調(diào)整面皮的厚度。
（8）面片的寬窄的調(diào)整：將螺絲向外旋轉(zhuǎn)面片則變寬、向里旋轉(zhuǎn)面片則變窄，可根據(jù)客戶的要求隨意調(diào)節(jié)。
5.3使用注意事項
（1）按啟動鍵之前，正前方不得有人（保持安全距離）并防止小孩靠近，以免發(fā)生危險。
（2）如果機器有故障，請及時通知當(dāng)?shù)卮砩蹋ú坏脦е闷嫘碾S意拆卸，否則后果自負(fù)）
（3）機器最好由專業(yè)人員操作，不須隨意操作。（4）下班后，應(yīng)及時斷開電源。
（5）保持機器外表的清潔，以防止體內(nèi)進(jìn)水，是電器斷路。
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在這一階段的緊張學(xué)習(xí)中，使我的綜合能力得到了很大的提高。削面機械手削面機構(gòu)這一課題，涉及到了很多學(xué)課的知識，是一個典型的綜合性課題。在這一段的設(shè)計中，我?guī)缀跤蒙狭舜髮W(xué)四年所學(xué)的所有專業(yè)知識，同時，在閱讀了大量的有關(guān)小面積方面的書籍之后，對該課題有了更進(jìn)一步的認(rèn)識?；仡櫵龅墓ぷ?，發(fā)現(xiàn)自己的付出是值得的。在該設(shè)計中，融入了我的很多新的構(gòu)想，也就是在原有的基礎(chǔ)上有了創(chuàng)新，這是值得欣慰的。當(dāng)然，由于缺乏實踐經(jīng)驗，該設(shè)計還有許多的不足之處。
踏踏實實做人，認(rèn)認(rèn)真真做事，在該原則的指導(dǎo)下，使得我的設(shè)計能夠得以順利地進(jìn)行，在以后的工作與學(xué)習(xí)中，我會堅持這項原則，我深信：只有腳踏實地，才能步步成功！
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致 謝
在本文即將結(jié)束之際，請允許我對在這四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中給予我支持和鼓勵的各位老師和同學(xué)致以深深的感謝。
首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他在我的研究和學(xué)習(xí)過程中給予我的指導(dǎo)和幫助。老師深厚的理論素養(yǎng)，淵博的學(xué)識和誨人不倦的精神使我受益非淺，更重要的是，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范和對學(xué)術(shù)問題的概括與抽象能力在潛移默化中影響著我，教育著我。在大學(xué)生活中，老師對我的言傳身教以及給予我許多無私的關(guān)心和幫助，所有這些不僅是我得以順利地完成本文，而且更是使我終身受益。我還要感謝系里的各位老師，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計提出諸多良好的建議以及努力方向，使我得以較快地完成設(shè)計。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個先進(jìn)的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學(xué)考試的各個課程。
最后，請讓我將這篇學(xué)士學(xué)位論文獻(xiàn)給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個對社會有用的人，他們的關(guān)懷、支持和鼓勵是我所有信念的力量源泉。