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本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目：刀削面機械手機構(gòu)設(shè)計 專業(yè)代碼 作者姓名 學 號 單 位 指導教師 原創(chuàng)性聲明 　　本人鄭重聲明：所提交的學位論文是本人在導師指導下，獨立進行研究取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文中不含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學東昌學院或其他教育機構(gòu)的學位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人承擔本聲明的相應(yīng)責任。 學位論文作者簽名：　　　　　　　日期　　　　　　 指 導 教 師 簽 名：　　　　　　 日期　　 　　　 摘要 如今刀削面加工，使用機器來取代手工，不但能夠改善面食外觀使其整齊，而且還能緩解手工工作疲勞，降低人工成本同時提高了面食的制作效率，因此刀削面機械手前景廣泛。 刀削面機器人機械手組成機構(gòu)有小臂擺動切削機構(gòu)、進給運動機構(gòu)、及傳動機構(gòu)。本論文介紹了刀削面機器人的功能要求，然后提出刀削面機器人機械手的總體方案及各個分功能的機構(gòu)方案；隨后對機械手的主要參數(shù)進行了設(shè)計與選擇；再對各主要零部件進行了設(shè)計與校核；最后用二維繪圖軟件詳細設(shè)計。通過本次設(shè)計，既實現(xiàn)了所學專業(yè)理論知識與實踐的結(jié)合，又提高了對AutoCAD制圖軟件的操作熟練度。 關(guān)鍵字：刀削面；機械手；機構(gòu)； 1 Abstract Application of cutting robot manipulator in production, is conducive to improve the fabric transfer, tool replacement and Sliced noodles machine assemblyautomation, which can improve the labor productivity Sliced noodles, reduce production costs, accelerate food production mechanization and automation pace. Therefore the design of Sliced noodles manipulator will have great value.The design of the cutting robot manipulator by small arm swinging cutting mechanism, fabric movement mechanism, composition of fabric longitudinal feed movement mechanism and a transmission mechanism. This paper first analyzes the background and function of the face to the requirements of robot on the basis of this analysis, the paper puts forward the overall plan of cutting robot manipulator pass mechanism scheme function; then the overall parameters of the manipulator are designed and calculated and selection; then the design and check of the main components; finally assembly drawing surface the robot manipulator and the main parts of the map by AutoCAD software.Through the professional knowledge of the design of consolidation of the University, such as mechanical design, mechanical principle, interchangeability and measurement technology, mechanical drawing; master the design method of commonly used manipulator and can skillfully use AutoCAD drawing software. Key words: Doodle；Robots；Agencies；Design 2 目 錄 前言 1 1.總體方案設(shè)計 3 1.1功能描述 3 1.2功能分析 3 1.3總體方案設(shè)計及選擇 3 1. 4各機構(gòu)方案選擇 4 1.4.1切削動作方案 4 1.4.2橫向進給運動方案 4 1.4.3縱向進給運動方案 5 2．總體機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選擇 5 2.1基本運動機構(gòu)設(shè)計 5 2.1.1小臂擺動切削機構(gòu) 5 2.1.2面料橫向進給運動機構(gòu) 6 2.1.3面料縱向進給運動機構(gòu) 7 2.2主要的參數(shù)選擇 7 2.2.1齒輪傳動 7 2.2.2刀具切寬、切深 8 2.2.3驅(qū)動的選擇 8 2.3運動及動力參數(shù)計算 9 2.3.1傳動比的分配 9 2.3.2傳動參數(shù)的計算 9 3.各主要零部件的設(shè)計 10 3.1錐齒傳動的設(shè)計 11 1 3.1.1選精度等級、材料和齒數(shù) 11 3.1.2按齒面接觸強度設(shè)計 11 3.1.3校核齒根彎曲疲勞強度 12 3.1.4驗算 14 3.2圓柱齒輪傳動的設(shè)計 16 3.2.1選精度等級、材料和齒數(shù) 16 3.2.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 16 3.2.3按齒根彎曲強度設(shè)計 18 3.2.4幾何尺寸計算 19 3.3軸的設(shè)計（以中間軸為例） 20 3.3.1 求凸輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 20 3.3.2首次確定軸的最小直徑 20 3.3.3各段尺寸設(shè)計 21 3.3.4軸上的周向定位 21 3.3.5軸的校核 22 3.4鍵連接的選擇和計算 23 3.4.1輸入軸與聯(lián)軸器的連接 23 3.4.2中間軸軸與圓柱齒輪的連接 23 3.4.3凸輪軸軸與凸輪的連接 24 總 結(jié) 24 參考文獻 25 2 刀削面機械手機構(gòu)設(shè)計 前言 研究背景及目的 中國人口眾多，餐飲在中國經(jīng)濟發(fā)展中占有不可或缺的地位，刀削面作為我國傳統(tǒng)的特色面食，遍布全國南北，尤其是在北方地區(qū)，到處都有面館，客流量巨大。人工操作既費時又費力，刀削面機器人的出現(xiàn)，極大地解放勞動力，提高餐桌翻臺率，深受商家喜愛。該機器傳動機構(gòu)簡潔可靠，維護方便，切削速度優(yōu)于人工平均水平，切削出來的面條薄厚均勻適中，適用于各類小餐館。目前市面上出現(xiàn)的機器，筆者分析后發(fā)現(xiàn)大都存在結(jié)構(gòu)不緊湊、定價高等問題。為此，我們對該設(shè)備進行設(shè)計優(yōu)化，投放市場，從而解決人們的需求。 刀削面機械手市場調(diào)研 （1）刀削面的制作方法與困境 山西刀削面雖然好吃，但是傳統(tǒng)的制作方法復雜、費力，想要在自家中自制刀削面的更是困難。因此刀削面機械手出現(xiàn)使在家自制刀削面成為可能。因為，機械手能使刀削面高效大批量生產(chǎn)，所以它的市場應(yīng)用前景十分廣闊。 （2）刀削面機械手的應(yīng)用優(yōu)勢 生產(chǎn)中應(yīng)用刀削面機械手，有利于提高面料的傳送，可輕松實現(xiàn)美食的標準化和智能化作業(yè)，大幅降低勞動力成本，提高產(chǎn)出效率和質(zhì)量。而刀削面機械手代替人工操作，可以避免人工長期操作疲勞而引發(fā)的安全生產(chǎn)事故。由于現(xiàn)有投放市場的刀削面設(shè)備基本上都應(yīng)用了PLC、Delphi等控制系統(tǒng)，這導致了它的高成本、高價位、難維護，小型門店沒有能力應(yīng)用這種自動化設(shè)備。因此，刀削面機械手需要優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整機構(gòu)組合和控制策略，降低復雜度，從而降低成本。（3）刀削面機械手的意義 （a）通過學習機械手設(shè)計知識，在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題； （b）改善了工人的勞動限制，避免操作疲勞而引發(fā)的安全事故； （c）使食品生產(chǎn)向機械化和自動化發(fā)展 。 1.總體方案設(shè)計 1.1功能描述 工人擺放好面料，預調(diào)刀具，機械手全自動完成整個削面的過程動作，其中機械手需要完成的三大任務(wù)如下： （1）機械手小臂繞肘關(guān)節(jié)往復擺動做切削動作。 （2）大臂相對于面料放置板，通過橫向進給運動，完成面料表層的切削，然后復位，回到進刀的初始位置。 （3）大臂相對于面料放置板，通過縱向進給運動，完成切削面料后，停止進給運動。 1.2功能分析 該機械手臂的握緊夾具，主要用于固定面板上的面料，其安裝在固定的機架上。大臂保持固定，小臂的回轉(zhuǎn)角度控制在60至90范圍內(nèi)，切削工作可以在放置面料面板的橫向進給與縱向抬升配合小臂的擺動共同完成。因此機械手的自由度最高為3，三個不同驅(qū)動力也可以通過機構(gòu)聯(lián)動配合完成則該機械手自由度最低為1。 該機械手運動控制可以分以下三種情況： （1）通過3個不同分布的電機控制3個不同的機構(gòu)工作（該自由度為3）。 （2）通過2個不同分布的電機控制2個不同的機構(gòu)工作。篩選出一個對控制要求精確的機構(gòu)為獨立工作（比如上下進給運動），其他兩個動作則通過連桿或齒輪等機構(gòu)聯(lián)合工作，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個不同的機構(gòu)工作（該自由度為10）。 1.3總體方案設(shè)計及選擇 方案一：傳統(tǒng)的刀削面機械手，是通過CNC編程來精確控制三個不同動作的運動時間與運動速度，來完成全自動化控制整個機構(gòu)動作。 方案二：通過控制實現(xiàn)兩個電機的配合運轉(zhuǎn)，從而完成切削作業(yè)。 方案三：對CNC技術(shù)的控制程度降低，甚至擺脫CNC控制來實現(xiàn)整個機構(gòu)運動。 通過對機械手的綜合數(shù)據(jù)進行分析，可知，CNC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制造成本比重，而且增加了機械手的系統(tǒng)不穩(wěn)定性和維護成本，不符合機械手的操作簡易性。對比下，單自由度的方案結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，制造成本低，因此更能適應(yīng)當前的市場需求。 1.4各機構(gòu)方案選擇 1.4.1切削動作方案 刀削面機械手圖1優(yōu)點：空間利用率高，對操作空間要求少。缺點：雙曲柄滑塊機構(gòu)的成本高，機構(gòu)復雜，效率低。刀削面機械手圖2優(yōu)點：效率高，成本低，機構(gòu)簡單，方便安裝維護。缺點：對操作空間要求高。機械手的設(shè)計目的是使產(chǎn)品物美價廉，因為圖2各種條件都高于方案一，因此選方案一作為刀削面機械手小臂切削機構(gòu)。 圖1 滑塊機構(gòu) 圖2 四桿機構(gòu) 1.4.2橫向進給運動方案 如圖3所示，輪機構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，容錯率低，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化。缺點：不適于高速運轉(zhuǎn)。齒輪齒條優(yōu)點：承載力大，傳動精確，傳動效率高。缺點：精度差，噪音大，易磨損。用凸輪機構(gòu)在控制刀削面面料板時運動速度低，且安裝方便。所以選擇凸輪機構(gòu)作為面料進給機構(gòu)。 圖3 凸輪機構(gòu) 1.4.3縱向進給運動方案 因為面料板的縱向進給速度相對于橫向進給速度相當緩慢，所以選擇凸輪機構(gòu)作為面料縱向進給機構(gòu)。因為齒輪齒條機構(gòu)與凸輪機構(gòu)可以構(gòu)造一個新的機構(gòu)，所以簡化了機械手的復雜度也減少了凸輪機構(gòu)空間占有率。因此選擇齒輪齒條機構(gòu)作為面料縱向進給機構(gòu)。 2. 總體機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選擇 2.1基本運動機構(gòu)設(shè)計 2.1.1小臂擺動切削機構(gòu) 圖4臂擺動切削機構(gòu) R45=CD—BD ； R65=CD + BD 由圖4，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。 2.1.2面料橫向進給運動機構(gòu) 機械手在切削運動時，面料在單位時間內(nèi)橫向進給量是恒定，而且面料表層切削完成后的回程動作要快，由以上條件來進行該凸輪的設(shè)計。 因為橫向進給的速度V是勻速的，所以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(1-cosδπδ0)/2 v=πhω(sinπδδ0)/(2δ0) a=π2hω2（cosπδδ0）/(2δ2) 等速運動 s=hδ/δ0 v=hω/δ0 a=0 回程：簡諧運動 s=h(1+cosπδδ0)/2 v=-πhωsinπδδ0/(2δ0) a=-π2hω2cosπδδ0/(2δ02) 等速運動 s=h(1-δ/δ0) v=-hω/δ0 a=0 其中最大推程=12cm，Φ1 ：Φ2 =1 ：5 ； 即推程角Φ =60；回程角Φ’ =300 2.1.3面料縱向進給運動機構(gòu) 因為面料橫向進給運動機構(gòu)為凸輪機構(gòu)，可以通過降低機械手內(nèi)部機構(gòu)的復雜度，將凸輪機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)結(jié)合，形成一個新機構(gòu)，如圖5所示。 圖5料縱向進給運動機構(gòu) 該機構(gòu)的矩形螺紋在作旋轉(zhuǎn)運動相當于齒輪，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，放置面料板隨即抬升2mm，繼續(xù)切削新一層的裸露面料。 2.2主要的參數(shù)選擇 2.2.1齒輪傳動 如圖6，選定的齒輪布置如下： 圖6輪傳動布置圖 為了方便設(shè)計，所有的齒輪統(tǒng)一相同的模數(shù)。按圖6方案，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） 2.2.2刀具切寬、切深 由推程角與回程角比是Φ1:Φ2 =1:5得出，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；因此刀具的削面寬度最小為5mm，刀具的切深為2mm。 2.2.3驅(qū)動的選擇 （1）驅(qū)動形式的選擇 機械手的驅(qū)動裝置常見的是電力傳動、氣壓傳動、液壓傳動和機械傳動等四類基本形式。由于本設(shè)計研究的機械手額定負載不大，綜合分析后，決定采用電力傳動。電力驅(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。 當采用電力驅(qū)動方式時，需要根據(jù)實際情況對電機進行選擇。電機分為四種，步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機和三相異步電機。 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，步進電機驅(qū)動成本低，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。考慮到搖桿機械疲勞強度，搖桿最高速度v為4次/s。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 根據(jù)參數(shù)，選用額定功率為500W的電機。 電機參數(shù)如表1： 表1電動機參數(shù) 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 2.3運動及動力參數(shù)計算 2.3.1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 2.3.2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：6.37Nm 1軸的輸入轉(zhuǎn)矩：6.3Nm 2軸的輸入轉(zhuǎn)矩：12.23Nm 3軸的輸入轉(zhuǎn)矩：23.73Nm 4軸的輸入轉(zhuǎn)矩：138.15Nm 5軸的輸入轉(zhuǎn)矩：625.14Nm （4）各軸參數(shù)表2所示： 表2 軸參數(shù) 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 3.各主要零部件的設(shè)計 3.1錐齒傳動的設(shè)計 3.1.1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：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＝i1Z1＝215=30 3.1.2按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算，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) 材料的彈性影響系數(shù) （5）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）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （7）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 3.1.3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 得 （5）許用彎曲應(yīng)力可由下式算得 可得出彎曲疲勞極限應(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。 3.1.4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。 綜上所述，圓錐齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如表3所示： 表3 圓錐齒輪參數(shù) 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 3.2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行計算，其他各級計算過程類似，不一一列舉。 3.2.1選精度等級、材料和齒數(shù) 采用7級精度選擇小齒輪材料為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 3.2.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算，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）得出材料的彈性影響系數(shù) （5）按齒面硬度得出 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）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （7）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 得使用系數(shù).15 得 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 3.2.3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 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 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) 得　 （3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 　 （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，并就近圓整為標準值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 3.2.4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)整理如表4所示： 表4圓柱齒輪參數(shù)數(shù)據(jù) 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 40mm,240mm 4 齒頂高 2mm 5 齒根高 2.5mm 6 全齒高 h 4.5mm 7 頂隙 0.25mm 8 齒頂圓直徑 44mm,244mm 9 齒根圓直徑 35mm,235mm 10 中心距 140mm 3.3軸的設(shè)計（以中間軸為例） 3.3.1 求凸輪軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 =452.05W =31.25r/min =138.15Nm 3.3.2首次確定軸的最小直徑 首次計算軸的最小直徑。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 3.3.3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 綜上，初步確定了軸各個分段直徑與長度。 3.3.4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通過過渡配合來保證的，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。 3.3.5軸的校核 （1）計算軸上的載荷 依照圖7可知，畫出軸的計算簡圖，通過從軸的結(jié)構(gòu)圖，以及彎矩和扭矩圖中可以得出圓柱齒輪位置的中點截面是軸的危險截面。 圖7 結(jié)構(gòu)圖 計算出的圓柱齒輪位置的中點截面處的、及的值列于表5： 表5 圓柱齒輪 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T =424.53Nm （2）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 根據(jù)上表數(shù)值和軸的單向旋轉(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。 3.4鍵連接的選擇和計算 3.4.1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。 3.4.2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。 3.4.3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。 總 結(jié) 大學時光就要結(jié)束了，在最后階段的緊張實踐學習中，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，涉及了多方面學科的知識，是非常重要的課題。在整體的設(shè)計中，對產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也有了進一步的認識。本次設(shè)計，在原有的基礎(chǔ)上加了一點創(chuàng)新，融入了我很多新的構(gòu)想，然而由于實踐經(jīng)驗的缺乏，本次設(shè)計還有很多的不足之處，請指正。 參考文獻 [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. 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