新型自動疊衣機的設(shè)計含9張CAD圖,新型,自動,疊衣機,設(shè)計,cad I 摘 要 隨著國民經(jīng)濟水平的的提高，人們生活節(jié)奏的加快，越來越多的人沒有時 間來照料自己的生活，日常生活中，疊衣服是非常頻繁而且瑣碎的工作，人們 主要是依靠自己手動疊衣，沒有合適的自動化裝置進行疊衣。本次課題為：自 動疊衣機的設(shè)計，其由齒輪傳動機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)、槽輪間歇機構(gòu)及疊衣板和扭 簧構(gòu)成。 本次設(shè)計首先，調(diào)查了自動疊衣機的研究及發(fā)展現(xiàn)況；接著，通過現(xiàn)有自 動疊衣機原理進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案，即采用齒輪傳 動、 ；導(dǎo)桿機構(gòu)折疊、槽輪機構(gòu)間歇動作、扭簧回位的方式；然后，對各主要機 構(gòu)及其零件進行設(shè)計與校核；最后，繪制了本疊衣機的裝配圖和主要零件圖。 通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材 料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并 能夠熟練使用 AutoCAD 軟件，對今后的工作與生活具有極大意義。 關(guān)鍵詞：疊衣，導(dǎo)桿，槽輪，齒輪，設(shè)計 II Abstract With the improvement of the national economy and the quickening of people's life rhythm, more and more people have no time to take care of their lives. In daily life, folding clothes are very frequent and trivial work. People mainly rely on their own manual stacking, and there is no suitable automatic device to stack their clothes. This topic is: the design of automatic folding machine, which is composed of gear transmission mechanism, guide bar mechanism, intermittent mechanism of grooved wheel, overlay plate and torsion spring. This design first investigates the current status of the research and development of automatic folding machine. Then, through the analysis of the existing automatic coating machine principle, the overall structural scheme is put forward on the basis of the analysis, that is, the way of gear transmission, the foldable guide rod mechanism, the intermittent movement of the slot wheel mechanism and the torsion spring back. Design and check the mechanism and its parts; finally, draw up the assembly drawing and main parts drawing of the overlay machine. Through this design, it has consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, and so on. It has mastered the design method of ordinary mechanical products and can use AutoCAD software skillfully, which is of great significance for the future work and life. Key words: Overlay; Guide rod, Grooved wheel, Design III 目 錄 摘 要 .........................................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................................................II 第一章 緒論 .............................................................................................................................1 1.1 研究背景及意義 ..................................................................................................................1 1.2 研究現(xiàn)狀 ..............................................................................................................................1 1.3 課題目的 ..............................................................................................................................2 第二章 總體方案設(shè)計 ..............................................................................................................2 2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)想 .......................................................................................................................2 2.2 執(zhí)行機構(gòu)方案 ......................................................................................................................3 2.3 動力類型的選擇 ...................................................................................................................4 2.4 減速器類型的選擇 ...............................................................................................................4 2.4 機方案確定 ..........................................................................................................................4 2.4.1 最終方案 ......................................................................................................................4 2.4.1 工作原理 ......................................................................................................................5 第三章 整機參數(shù)選擇與計算 ...................................................................................................6 3.1 電動機選擇 ..........................................................................................................................6 3.1.1 電動機概述 ..................................................................................................................6 3.1.2 選擇電動機系列 ..........................................................................................................6 3.1.3 選擇電動機功率 ..........................................................................................................6 3.2 減速器選擇 ..........................................................................................................................7 3.3 運動和動力參數(shù)計算 ..........................................................................................................7 第四章 主要零部件的設(shè)計與校核 ...........................................................................................9 4.1 齒輪傳動的設(shè)計 ..................................................................................................................9 4.1.1 齒輪傳動概述 ..............................................................................................................9 4.1.2 選精度等級、材料和齒數(shù) ..........................................................................................9 4.1.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 ..........................................................................................9 4.1.4 按齒根彎曲強度設(shè)計 ................................................................................................11 4.1.5 幾何尺寸計算 ............................................................................................................12 4.2 槽輪機構(gòu) ............................................................................................................................12 IV 4.2.1 槽輪機構(gòu)概述 ............................................................................................................12 4.2.2 槽輪機構(gòu)運動分析 ....................................................................................................13 4.2.3 槽輪機構(gòu)運動參數(shù) ....................................................................................................14 4.3 導(dǎo)桿機構(gòu)設(shè)計 .....................................................................................................................14 4.3.1 導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)介紹 ............................................................................................................14 4.3.2 位置分析 ....................................................................................................................14 4.3.3 速度分析 ....................................................................................................................15 4.3.4 設(shè)計計算 ....................................................................................................................15 為確定導(dǎo)桿的加速度，為公式 4-8 對時間求二次導(dǎo)數(shù)，結(jié)果為： ................................15 4.4 傳動軸的設(shè)計 ....................................................................................................................17 4.4.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 ................................................................................................17 4.4.2 強度校核計算 ............................................................................................................18 4.4 標準件的選用與校核 .........................................................................................................19 4.4.1 軸承 ............................................................................................................................19 4.4.2 鍵 ................................................................................................................................20 4.5 復(fù)位扭簧的選擇 .................................................................................................................20 4.5.1 扭轉(zhuǎn)彈簧介紹 ............................................................................................................20 4.5.2 主要參數(shù) ....................................................................................................................20 4.5.3 扭轉(zhuǎn)彈簧性能因數(shù) ....................................................................................................21 4.6 傳動箱體的設(shè)計 .................................................................................................................21 4.7 機架的設(shè)計 .........................................................................................................................21 總 結(jié) ......................................................................................................................................22 參考文獻 .................................................................................................................................23 致 謝 ......................................................................................................................................24 1 第一章 緒論 1.1 研究背景及意義 隨著各國經(jīng)濟的快速發(fā)展，及人們生活水平發(fā)不斷提高，人們對生活質(zhì)量 的追求日益明顯。智能自動化產(chǎn)品的開發(fā)將大幅度減輕勞動強度，提高生產(chǎn)力， 提高人們生活質(zhì)量等。同時隨著中國智能制造 2025 及德國工業(yè) 4.0 的提出，各 國對智能化產(chǎn)品的開發(fā)、研發(fā)力度逐漸提高。在這種背景下，研制新型自動化 產(chǎn)品將對我國機械行業(yè)的發(fā)展有深淵影響。 在日常生活中，疊衣服等是生活中必不可少的，同時大多數(shù)人們可能對手 動疊衣服這一行為早已習(xí)以為常。衣食住行是人們生活中最基礎(chǔ)的行為，因此 人們對此要對此投入大量的時間。但隨著人們生活節(jié)奏的加快，空閑時間變得 越來越少，在這種情況下，對于部分人來說，手動疊衣的時間將變得很少。如 果隨便折疊的話，也可能造成衣服褶皺褶皺，影響下次穿戴。 分析不同的人群可以發(fā)現(xiàn)。對于日前的工作人員而言，工作壓力的不斷加 大致使日常做家務(wù)的時間變的越來越少；對于日前的在校學(xué)生而言，眾所周知， 我國學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力也在不斷增大，對日常生活的投入時間在不斷縮短；對于 生活自理不易的人而言，打理疊衣服等生活家務(wù)本就十分困難。在這種情況下， 人們提出對自動疊衣機開發(fā)研制的需求。 1.2 研究現(xiàn)狀 為減輕勞動強度、提高疊衣效率及疊衣的標準性，疊衣板的應(yīng)用在一定程 度上滿足了部分人的要求。疊衣板如圖 1-1 所示。但是疊衣板存在的問題是不 能實現(xiàn)自動疊衣，仍需要人做為主力才能完成疊衣動作，對日常家務(wù)時間很少 或生活不能自理的人而言，仍然滿足不了需求。 圖 1-1 疊衣板 隨著國家科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，及在高新技術(shù)領(lǐng)域的投入不斷提高，新型 的疊衣機器人已成功問世。疊衣機器人如圖 1-2 所示。這種疊衣機器人雖然解 決了為減輕勞動強度、提高疊衣效率及疊衣的標準性等問題，但它存在的問題 也很明顯。即存在投入成本、維護成本極高，且維修不變等諸多問題，這限制 了疊衣機器人的推廣普及。 2 圖 1-2 疊衣機器人 在這種情況下，研制造價、維護費用低，操作簡單同時可以解決減輕勞動 強度、提高疊衣效率及疊衣的標準性等問題的自動疊設(shè)備將有重要意義。 1.3 課題目的 在自動化設(shè)備普遍應(yīng)用的今天，自動榨汁機、全自動面包機及自動洗碗機 的出現(xiàn)，在很大程度上緩解了人們生活中的壓力，極大的方便了人們對家務(wù)的 處理。但是還有一些解決繁瑣的家務(wù)處理工作如疊衣服等自動設(shè)備還沒有普及。 在人們對生活質(zhì)量要求不斷提高的基礎(chǔ)上，伴隨著生活節(jié)奏的加快及家務(wù)處理 的時間不斷縮短的情況下，提出了本課題的研究目的：設(shè)計造價低、自動化水 平高且維護方便、操作簡單的自動疊衣機本。 3 第二章 總體方案設(shè)計 2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)想 常規(guī)設(shè)備主要有動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行裝置及輔助裝置等幾部分組成。 常用的動力裝置主要有電機動力源、氣壓動力源、液壓動力源等，分析自 動疊衣機歸屬于常規(guī)家用電器，使用電機動力源比較方便，故此采用電機提供 動力。分析自動疊衣機的主要動作，可以確定該設(shè)備的執(zhí)行機構(gòu)主要是主要完 成 180 度的旋轉(zhuǎn)動力來達到疊衣的目的，可以考慮執(zhí)行機構(gòu)主要由連桿機構(gòu)和 導(dǎo)桿機構(gòu)等組成。目前常用的傳動部件主要有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動等， 考慮到家用設(shè)備的緊湊性等問題，選用齒輪系做為該設(shè)備的傳動裝置。 2.2 執(zhí)行機構(gòu)方案 2.2.1 方案擬定 自動疊衣機執(zhí)行機構(gòu)方案一如圖 2-1 所示，該機構(gòu)在運行過程中存在兩個 死點，可以利用死點來實現(xiàn)自動疊衣動作。圖中機構(gòu)運轉(zhuǎn)角度大于 180 度，將 死點位置加以改變，變可將旋轉(zhuǎn)角度控制在 180 度。 圖 2-1 方案一機構(gòu)簡圖 2.2.2 方案改進 圖 2-2 方案二機構(gòu)簡圖 對使上述機構(gòu)能夠滿足自動疊衣機的使用要求，將上述方案加以改進。改 進后的執(zhí)行機構(gòu)方案二如圖 2-2 所示。該機構(gòu)將死點位置放在動作剛好完成的 4 位置，即在執(zhí)行件轉(zhuǎn)動到 180 度時速度剛好為 0。并且該機構(gòu)中在執(zhí)行件轉(zhuǎn)動 副處增加復(fù)位彈簧，用以保證執(zhí)行件自動復(fù)位。 2.2.3 方案確定 上述機構(gòu)可以完成 180 度動作，并且在復(fù)位彈簧的作用下可以自動復(fù)位到 初始位置，上述機構(gòu)中的主動件在自動疊衣機的運行過程中需要不斷重復(fù)上述 動作。實現(xiàn)該動作需要保證把連續(xù)旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)化為擺動動作。所以需要增加間 歇運動機構(gòu)來實現(xiàn)上述功能。 目前常用的間歇運動機構(gòu)主要有棘輪、槽輪、不完全齒輪等機構(gòu)可以完成。 分析各機構(gòu)的使用特點，可以確定槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，成本低，且 轉(zhuǎn)角準確，效率較高，故選用槽輪機構(gòu)完成間歇運動動作。 槽輪機構(gòu)如圖 2-3 所示，在自動疊衣機中，可以將電機輸出的旋轉(zhuǎn)動作通 過傳動機構(gòu)帶動槽輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，完成間歇運動動作。可以將上述連桿機構(gòu)的主 動件和槽輪固定連接在一起，用以完成疊衣動作。 圖 2-3 單銷四槽外槽輪機構(gòu) 2.3 動力類型的選擇 在機械設(shè)備中，動力源的選擇非常重要，它好比人的心臟，為整個設(shè)備的 正常運行提供動力。目前常用的動力源主要有熱機、氣壓機、液壓機、電動機 等。 其中熱機主要以原油為動力，經(jīng)常使用在車輛或者工作地點不定的機械設(shè) 備中。液壓機的使用需要配備液壓站，成本高，主要在重型設(shè)備中使用。氣壓 機雖然成本不高，但其工作時噪聲很大。電動機是日前應(yīng)該非常廣的動力源， 非常便利。 同時自動疊衣機屬于家用設(shè)備，供電系統(tǒng)完善，選用電動機是最好的選擇。 同時為滿足運動穩(wěn)定、工作壽命長、成本低、使用方便等家用設(shè)備的使用要求， 自動疊衣機選擇交流異步電動機作為原動機。 2.4 減速器類型的選擇 通常而言，電機轉(zhuǎn)速一般都較高，家用自動疊衣機疊衣效率不是很高，應(yīng) 當控制電機轉(zhuǎn)速。故配置減速器用以降低電機輸出轉(zhuǎn)速，減速器的主要功能為 降低轉(zhuǎn)速，提高扭矩等。目前減速器種類很多，其中比較常用的主要有圓柱齒 輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星齒輪減速器等。 行星齒輪減速器價格偏高，傳動精確，結(jié)構(gòu)緊湊，主要用于步進電機或伺 服電機減速使用。和異步電機配套使用的減速器主要有圓柱齒輪減速器、蝸輪 蝸桿減速器等。圓柱齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器價格偏低，能夠滿足常規(guī)使 用要求。圓柱齒輪減速器主要用以傳遞平行軸間的動力，蝸輪蝸桿減速器主要 5 用于傳遞垂直交錯軸間的動力。 根據(jù)自動疊衣機的使用場合及部件安裝形式，本設(shè)計中選用圓柱齒輪減速 器用于達到降低異步電機轉(zhuǎn)速和提高扭矩使用。 2.4 機方案確定 2.4.1 最終方案 根據(jù)以上的分析，最終確定的運動系統(tǒng)方案見下表： 表 2-1 系統(tǒng)運動方案 原動機 減速器 疊衣機 構(gòu) 間歇折疊機 構(gòu) 交流異步 電動機 渦輪蝸桿 減速器 滑塊搖 桿機構(gòu) 槽輪機構(gòu) 自動疊衣機由齒輪傳動機構(gòu)、滑塊搖桿機構(gòu)、槽輪機構(gòu)及對應(yīng)的動力機構(gòu) 組成，如圖 2-4 所示。 圖中：1-擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，2-槽輪機構(gòu)，3-從動齒輪，4-主動齒輪，5-電動機 圖 2-4 自動疊衣機結(jié)構(gòu)圖 2.4.1 工作原理 該自動疊衣機主要有電機提供動力，帶動主動件旋轉(zhuǎn)。從而帶動整個機構(gòu) 運動實現(xiàn)疊衣動作。整個機構(gòu)運行過程為主動件轉(zhuǎn)動通過齒輪傳動，槽輪傳動 將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙運動形式，并通過導(dǎo)桿機構(gòu)實現(xiàn)疊衣板的 180 度旋轉(zhuǎn)動 作，完成疊衣目的。同時疊衣動作不斷循環(huán)往復(fù)的，為了實現(xiàn)多件衣服的折疊， 疊壓板需要回到初始位置，在折疊板的轉(zhuǎn)動鉸鏈處安裝復(fù)位彈簧用以完成疊衣 板的自動復(fù)位。 6 第三章 整機參數(shù)選擇與計算 3.1 電動機選擇 3.1.1 電動機概述 （1）定義 電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的設(shè)備，電動機可以把電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。 電動機內(nèi)部繞有線圈，在通電后通電線圈將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其作用在轉(zhuǎn)子上促 使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩。電機主要有定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向、力矩大 小和通電線圈電流方向和電流大小有關(guān)。 （2）分類 日前常用的電機主要有三種，分別是普通異步電機、步進電機、伺服電機， 通常根據(jù)使用性能要求選擇不同類型的電機。三種類型的電機都普遍使用，只 是不同場合有些電機使用的相對較多。 普通異步電機價格低，精通相對低，但滿足日常使用精度足夠。調(diào)速性能 偏差，精確控制不易，日前普遍使用的是采用變頻器調(diào)速，利用編碼器反饋旋 轉(zhuǎn)角度等。 步進電機價格較高，精度適中，控制比較簡單，主要把脈沖信號轉(zhuǎn)換為角 位移。一般采用開環(huán)控制，但是存在丟步、失步等問題。步進電機恒功率運行， 轉(zhuǎn)速越高，扭矩越小，一般不適用轉(zhuǎn)速較高的場合。 伺服電機價格昂貴，精度較高。目前在一些精密設(shè)備、儀器中普遍使用。 伺服電機恒扭矩輸出，在高速時依然保持大扭矩，適用于低、中、高速各種場 合。一般采用閉環(huán)控制，控制精確。 根據(jù)自動疊衣機使用要求可以確定，疊衣機屬于日常生活用機械設(shè)備，精 度要求不高，三種電機都能滿足其使用要求。為便于其推廣使用應(yīng)控制好其制 造成本，選擇價格最低的普通異步電機。 3.1.2 選擇電動機系列 電動機選擇應(yīng)保證： rP?0 式中：P 0——電機功率，kW； Pr——負載功率，kW。 所需電動機功率由下式計算： Pr=Pw/η 式中：Pr——電機功率，kW； η——傳動系統(tǒng)效率，%。 一般電機功率 P 的計算公式為： P=F×v/1000 (kW) 式中：F——負載圓周力，N； v——負載線速度， m/s； 根據(jù)自動疊衣機的工作需要選取封閉式 Y 系列三相異步電動機，電壓 380V。 3.1.3 選擇電動機功率 PW=0.27 kW，η=0.99×0.95×0.96×0.95×0.994×0.96=0.7698 ∴Pr1=PW/η1=0.36 kW 查取機械設(shè)計手冊，根據(jù)電機功率及型號可選 Y802-4 型號 Y 系列三相異步 7 電機，其額定功率 P0 為 0.75kW，或者選用 Y90S-4 型號的 Y 系列三相異步電機， 其額定功率 P0 也為 0.75kW。電機參數(shù)表具體數(shù)據(jù)如下表所示。 表 3-1 電動機數(shù)據(jù)表 方 案 電動機型 號 額定功率 /kW 同步轉(zhuǎn)速 /(r/ min) 滿載轉(zhuǎn)速 /(r/ min) 總傳動比 質(zhì)量 / kg 價格 / 元 1 2 Y802-4 Y90S-4 0.75 0.75 1500 1000 1390 910 57.92 37.92 18 23 475 570 分析這兩種方案可以確定，方案 1 電機價格較低，傳動比較大，電機質(zhì)量 較小。方案 2 電機價格相對偏高，但傳動比小，電機質(zhì)量偏高。本設(shè)備采用齒 輪傳動，傳動比大意味著齒輪外形較大，傳動裝置外形較大。自動疊衣機主要 是家用設(shè)備，在滿足要求的情況下，應(yīng)盡量保證外形尺寸。故此選用方案 2— Y90S-4 型電機。 3.2 減速器選擇 （1）總傳動比 疊衣板的轉(zhuǎn)速應(yīng)合理選擇，過大會導(dǎo)致衣服甩出甚至傷害人員，過小疊衣 效率低且衣物容易從疊衣板滑落，查取目前市場上現(xiàn)有的自動疊衣機轉(zhuǎn)速，并 根據(jù)本次設(shè)計的疊衣機機構(gòu)運動形式，取疊衣板轉(zhuǎn)速為 ，而：min/20rnw? 電機滿載轉(zhuǎn)速： 。min/910rnm? 故總傳動比為： 5.42091?wi （2）分配傳動比 本次設(shè)計的傳動裝置中，電機輸出需要通過皮帶傳動到減速器輸入軸，根 據(jù)裝置尺寸大小，選 V 帶傳動比： ；帶i 則減速器的傳動比為： 75.2.4?帶減 i 通過計算可以判斷減速器傳動比比較大，會造成減速器外形尺寸較大，為 了保證其結(jié)構(gòu)的緊湊性，選用蝸輪蝸桿減速器，通過查機械設(shè)計手冊確定其型 號為：CW-80-22.5 3.3 運動和動力參數(shù)計算 （1）各軸的轉(zhuǎn)速： 1 軸 ；min/9101rn? 2 軸 ； i/4.5.212ri 3 軸 in/02in 疊衣板軸 .3rw? （2）各軸的輸入功率： 8 1 軸 ；kwP675.09.75.0101 ????? 2 軸 ； 3 軸 ；4..323? （3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： kwP506.7.3212 ???? 電機軸 ； mNnT ??8905.9500 1 軸 ； ??.716.11 2 軸 ；n PT ???.94.0595022 3 軸 ； mN??58.21.633 （4）整理列表 軸名 功率kwP/轉(zhuǎn)矩 mNT?/轉(zhuǎn)速 in)/(?r傳動比 電機軸 0.75 7.87 910 1 軸 0.675 7.08 910 1 2 軸 0.506 119.61 40.4 22.5 3 軸 0.456 215.58 20.2 2 9 第四章 主要零部件的設(shè)計與校核 4.1 齒輪傳動的設(shè)計 疊衣機構(gòu)由電機通過齒輪傳動帶動槽輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)實現(xiàn) 180 旋轉(zhuǎn)動作， 實現(xiàn)疊衣。 4.1.1 齒輪傳動概述 （1）定義 齒輪傳動通常指通過齒輪副旋轉(zhuǎn)傳遞運動和載荷的一種形式。由于齒輪傳 動具有高精度、高效率且結(jié)構(gòu)比較緊湊、使用壽命長等優(yōu)點，目前是各種機械 設(shè)備中最常用的一種機械傳動方式。 （2）特點 齒輪傳動優(yōu)點如下： 1)傳動精度高。相對帶傳動、鏈條傳動等其它傳動方式，齒輪傳動可以保 證高精度，傳動比準確等優(yōu)點，致使齒輪傳動在精密設(shè)備中依然比較常見。 2)適用范圍寬。齒輪傳動可以適用于高、中、低各種轉(zhuǎn)速場合，且傳遞功 率范圍同樣很廣，同時相對于帶傳動、鏈條傳動等傳動方式，齒輪傳動還有具 有傳遞空間任意兩軸間的傳動。 3)使用壽命長。 4)高傳動效率。 齒輪傳動缺點如下： 1)制造成本高，安裝要求較高。 2)齒輪傳動不能滿足環(huán)境惡略的場合。 3)傳動過程中，兩軸間距不能較大。 4)剛性傳動，不具有帶傳動、鏈條傳動等傳動方式中存在柔性。 （3）設(shè)計準則 齒輪的失效形式主要有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合等，其中最常見的 失效形式主要是輪齒折斷、齒面點蝕。 通常對于軟齒面齒輪，齒面點蝕是其主要的失效形式，對于軟齒面齒輪， 在設(shè)計時主要按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，后按齒根彎曲疲勞強度進行校核。 對于硬齒面齒輪，輪齒折斷是其主要失效形式，通常對于硬齒面齒輪，在 設(shè)計時一般按齒根疲勞強度進行設(shè)計，后按齒面接觸疲勞強度進行校核。 4.1.2 選精度等級、材料和齒數(shù) 由于自動疊衣機使用要求相對一般，根據(jù)機械設(shè)計手冊齒輪選擇 7 級精度 即可滿足使用要求。由于齒輪傳動中，小齒輪轉(zhuǎn)速較快，與大齒輪相比，各齒 接觸頻繁程度高于大齒輪，小齒輪通常先發(fā)生破壞。 所以在齒輪傳動中，一般小齒輪材料較大齒輪要好。齒輪傳動中，小齒輪 選擇 40Cr，大齒輪選用 45 鋼。 選小齒輪齒數(shù) 201?Z 大齒輪齒數(shù) ，取4?i402?Z 4.1.3 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 10 3211)][(2.HEdtt ZuTkd????? 1） 確定公式各計算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) .?tK （2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT?87.501 （3）小齒輪相對兩支承對稱分布，選取齒寬系數(shù) 0.1?d （4）由表 6.3 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/.9MPaZE （5）由圖 6.14 按齒面硬度查得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 H601lim?? 大齒輪的接觸疲勞強度極限 52 （6）由式 6.11 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 106.)283(760 ????hjLnN9210..6? （7）由圖 6.16 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù) 01NZ4.2NZ （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?? MPaSHH 5069.1lim????ZN 174.02li2 （9）計算 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1][H?mt 54.38)17.9(3.0.87532. 21 ???? 計算圓周速度 v sndt /.6542161?? 計算齒寬 b mtd.38.01??? 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) mZdmtn927.054.381?? 齒高 ./.2/ .56?hbnt 計算載荷系數(shù) K 根據(jù) ，7 級精度，查得動載荷系數(shù)sv68? 05.1?VK 假設(shè) ，由表查得mNFtA/10/? 11 1??FHK 由表 6.2 查得使用系數(shù) .051?A 由表查得 3.1?HK 查得 28?F 故載荷系數(shù) 4.130.5. ????HVA （10）計算模數(shù)ｍ mZdm927./4./1? 4.1.4 按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式為 321][FSdnYZKT????? （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 MPaFE50?? 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 382 由圖 6.16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 8.01?NZ9.N 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??MPaSZFEF 5.38.1081???N926922? 計算載荷系數(shù) 41.80.5. ????FVAK （2）查取齒形系數(shù) 由表 6.4 查得 8.21?FaY26.a （3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 6.4 查得 5.1S74.12SaY （4）計算大小齒輪的 ，并比較][F?01462.9.2687][.5.321??FSaY 大齒輪的數(shù)據(jù)大 （5）設(shè)計計算 mm 74.102.20.175433??? 比較兩種計算方式求得的模數(shù)數(shù)據(jù)，取較大值為 1.927，將其圓整為標準 12 值，則齒輪目數(shù) m 為 2mm。 按接觸強度算得的分度圓直徑 md54.381? 算出小齒輪齒數(shù) 取 92/./1?mZ201?Z 大齒輪齒數(shù) 取02?i 4.1.5 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 mmZd802421??? （2）計算中心距 a6/)(/)(1? （3）計算齒寬寬度 取 B2=18mm, B1=20mmbd5.0? 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 20，40 2 模數(shù) m 2mm 3 分度圓直徑 21dm80,4 4 齒頂高 ah2 5 齒根高 f 5. 6 全齒高 4 7 頂隙 cm.0 8 齒頂圓直徑 21? d8, 9 齒根圓直徑 43f 75,3 10 中心距 am60 4.2 槽輪機構(gòu) 4.2.1 槽輪機構(gòu)概述 （1）槽輪機構(gòu)介紹 槽輪機構(gòu)就是間歇行運動機構(gòu)，可以把連續(xù)旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)化為周期性的間歇 轉(zhuǎn)動動作。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳動比較精確，是工業(yè)中比較常用的間歇運動 機構(gòu)，應(yīng)該比較廣泛。 （2）槽輪機構(gòu)分類 槽輪機構(gòu)根據(jù)槽的位置不同，主要分為如下兩類： 1）外槽輪：槽輪內(nèi)部槽的開口向外，轉(zhuǎn)向與主動輪相反。 2）內(nèi)槽輪：槽輪內(nèi)部槽的開口向內(nèi)，轉(zhuǎn)向與主動輪相同。 內(nèi)、外槽輪如下圖所示。 13 （3）槽輪機構(gòu)原理及特點分析 ①工作原理 根據(jù)自動疊衣機工作狀態(tài)，疊衣機中間歇運動機構(gòu)選用外槽輪機構(gòu)，故此 這里主要介紹外槽輪機構(gòu)的工作原理。在工作過程中，主動件需要連續(xù)不斷的 旋轉(zhuǎn)，同事過程中主動輪上的圓柱銷進入槽輪的槽內(nèi)，會帶動槽輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動， 當主動輪上的圓柱銷從槽內(nèi)離開后，槽輪停止運動，并且槽輪的鎖止環(huán)被鎖住， 防止槽輪在自由狀態(tài)下由于外界因素轉(zhuǎn)動。 ②優(yōu)點 槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)相對簡單，故加工制造成本較低。同時槽輪機構(gòu)工作可靠， 運行平穩(wěn)，傳動比較精準且效率高。 ③缺點 槽輪機構(gòu)在工作過程中，圓柱銷在進出槽輪的槽口時會對槽輪有一定的沖 擊，因此槽輪機構(gòu)不適合用于高度場合。 4.2.2 槽輪機構(gòu)運動分析 圖 4-3 槽輪機構(gòu)轉(zhuǎn)位簡圖 圖 4-3 為槽輪機構(gòu)轉(zhuǎn)位簡圖，其中圖 4-3（a）為圓柱銷進入槽輪槽內(nèi)的初 始狀態(tài)，圖 4-3（b）為槽輪剛好從槽輪槽內(nèi)走出狀態(tài)，圖 4-3（c）為圓柱銷不 在槽輪槽內(nèi)的一般常態(tài)。其中在圖 4-3（c）所示狀態(tài)中，槽輪被主動撥盤的圓 弧鎖住，防止槽輪自由轉(zhuǎn)動，保證定位。圖 4-3（a） （b）所示狀態(tài)槽輪的瞬時 角度為 0，為避免主動輪上的圓柱銷在進入槽內(nèi)的初始狀態(tài)時與槽輪發(fā)生碰撞， 應(yīng)保證在圓柱銷剛剛進入槽口時，槽口的中心線應(yīng)與圓柱銷中心的軌跡相切。 一般槽輪中的槽口均勻分布，設(shè)其槽數(shù)為 Z，可以確定當槽輪轉(zhuǎn)動 2a=2π/Z 弧度時，拔盤的轉(zhuǎn)角為: 2a= 180'(1-2/Z) (1) 14 在槽輪機構(gòu)中，主動輪轉(zhuǎn)動一圈為一個運動周期，設(shè)槽輪的運動時間為 Td，設(shè)主動輪的運動時間為 T， Td 與 T 的比值為槽輪的運動系數(shù)（?） 。 在工作過程中主動輪一般是勻速轉(zhuǎn)動的，故其運動角度之比和其運動時間 之比相同。其運動系數(shù)可以表示為： ?= (π-2π/Z) / 2π= (Z-2)/ 2Z (2) 從以上公式可以確定槽輪轉(zhuǎn)動的角度與其槽數(shù) Z 有有一定的關(guān)系，槽輪機 構(gòu)與的運動系數(shù)必須大于 0，故槽輪中的開槽數(shù)至少為 3。 4.2.3 槽輪機構(gòu)運動參數(shù) 根據(jù)上述公式?= (Z-2)/2Z 可以確定槽輪的運動系數(shù) ?小于 0.5?？梢源_定 槽輪間歇運動中的的運動時間總小于停止時間。槽輪機構(gòu)還需要滿足? > 0，Z≥3 的條件，槽輪機構(gòu)工作過程中在圓柱銷進出槽口時，速度變化很大， 致使引起一定的沖擊。 對于多圓柱銷槽輪機構(gòu)分析和上述類似，在多圓柱銷槽輪機構(gòu)中，設(shè)槽輪 數(shù)目為 R，這樣槽輪的運動時間則為單圓柱槽輪機構(gòu)的 R 倍。故其運動系數(shù)為： ? = R ( Z–2 ) / ( 2Z )。 槽輪機構(gòu)的中心距和圓銷半徑的大小可以根據(jù)槽輪機構(gòu)在工作過程中的載 荷大小和機構(gòu)空間占用大小確定。 4.3 導(dǎo)桿機構(gòu)設(shè)計 4.3.1 導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)介紹 本次執(zhí)行機構(gòu)采用的為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，該機構(gòu)的主要特性的可以將連續(xù)旋 轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)化為往復(fù)擺動動作，具有急回特性，常用于牛頭刨床、插床等設(shè)備的 執(zhí)行機構(gòu)中。其傳動角始終為 90 度，具有很好的傳動性能。 4.3.2 位置分析 圖 4—3 導(dǎo)桿機構(gòu)圖 圖 4-3 為導(dǎo)桿機構(gòu)原理圖，從圖中可以確定該機構(gòu)的封閉矢量方程： Cslr??57 （4—7） 15 將（4—7）式投影到坐標軸上可得： 351cossCl?? （4—8） 3567insi?Cl? 由幾何關(guān)系的： ???????63735coslari-? （4—9） 57626sinsllC? 4.3.3 速度分析 將（4—8）式對時間 t 求一次導(dǎo)數(shù)，得速度關(guān)系 3356 cossinco????Cvl?? （4—10） 3356 issin-?CCvl? 若用矩陣形式來表示，則上式可寫為: ???????????????? 33563 cos-incos-sini ???Cvl （4—11） 解上式即可求得滑塊相對導(dǎo)桿的速度為 和執(zhí)行件的角速度Bv5 4.3.4 設(shè)計計算 為確定導(dǎo)桿的加速度，為公式 4-8 對時間求二次導(dǎo)數(shù)，結(jié)果為： ??????????????????????????????????? 3335653563 sincocosinsincocsi-cossini ????????? CCCC vsvlal （4—12） 解上式即可求得滑塊相對導(dǎo)桿的線加速度 和執(zhí)行件的加速度Ba5 解上式即可求得滑塊相對導(dǎo)桿的線加速度 和執(zhí)行件的加速度 ? 經(jīng)過 matlab 編程可求得 、 、 、 、 、5?Cs5?Cv5?C 程序以及運行所得數(shù)據(jù)見附錄 通過 matlab 計算的結(jié)果為下圖所示： 16 圖 4—6 角位移圖像 圖 4-6 為導(dǎo)桿的角位移曲線，從圖中可以看出導(dǎo)桿與水平軸間的夾角在 60 度-120 度間變化?？梢源_定執(zhí)行機構(gòu)一直做往復(fù)運動，同時導(dǎo)桿不停的做 60 度的往復(fù)擺動。通過計算可以確定執(zhí)行機構(gòu)滿足使用要求。 圖 4-7 角速度圖像 17 圖 4—8 角加速度圖像 圖 4-6 為執(zhí)行件的角位移曲線，圖 4-7 為執(zhí)行件的角速度曲線，圖 4-8 為 執(zhí)行件的角加速度曲線。從圖中可以確定執(zhí)行機構(gòu)的角位移和角速度都滿足要 求。從圖 4-8 中可以確定執(zhí)行件的角加速度會發(fā)生突變，不過過程相對緩慢， 說明執(zhí)行件存在柔性沖擊。根據(jù)自動疊衣機的運行狀態(tài)，運行相對緩慢，可以 確定該機構(gòu)基本滿足使用要求。 4.4 傳動軸的設(shè)計 軸的設(shè)計以疊衣板軸為例，其他軸與之類似： 4.4.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 （1）疊衣板軸上的功率 P1,轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1 ， ，kwP456.0?min/2.01rn?mNT??58.21 （2）初步確定軸的最小直徑 首先確定軸的最小直徑，根據(jù)機械設(shè)計手冊查取公式 C6.82.045nd332??? 式中 C 取值為 110?？梢源_定軸的最小直徑應(yīng)大于 18.6mm。 （3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 由上式確定軸的最小直徑為 18.6mm，根據(jù)軸的使用要求，最小直徑位于端 部，該處需要連接帶輪，此處需要開鍵槽。故此最小直徑取值 20mm。 為了保證帶輪的軸向定位，在Ⅰ-Ⅱ軸段右端需要設(shè)置軸肩，取軸肩高度為 2mm，所以Ⅱ-Ⅲ軸段直徑為 24mm。 Ⅲ-Ⅳ軸段需要安裝軸承，由于Ⅱ-Ⅲ軸段直徑為 24mm，為便于軸承安裝， Ⅲ-Ⅳ軸段直徑應(yīng)大于 24mm，由于軸承為標準件，軸承孔直徑固定，故Ⅲ-Ⅳ軸 段直徑定為 25mm。 為了保證軸承的軸向定位同時保證軸承能夠拆卸，Ⅳ-Ⅴ軸段應(yīng)設(shè)有軸肩， 18 ?、?Ⅴ軸段直徑為 30mm。 Ⅴ-Ⅵ軸段需要安裝齒輪，齒輪的軸向定位可以采用軸肩，也可以采用套筒 定為，該處選用套筒定為，根據(jù)齒輪寬度和套筒長度，Ⅴ-Ⅵ軸段長度為 32mm。 根據(jù)軸承端蓋寬度 32mm 和端面與帶輪間的距離，確定Ⅱ-Ⅲ軸段長度為 42mm。 同時考慮箱體外形尺寸，擬定Ⅳ-Ⅴ軸段長度為 76mm。 （4）軸上零件的周向定位 在軸的設(shè)計中，需要保證軸上零件的軸向定位。改軸上需要定位的零件為 聯(lián)軸器。根據(jù)軸的尺寸可以確定軸上鍵槽尺寸，同時聯(lián)軸器和軸一般采用過渡 配合或過盈配合，此處選擇過盈配合 H7/n6。 4.4.2 強度校核計算 （1）求作用在軸上的力 根據(jù)《機械設(shè)計》 （軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則NFNtgdTantrt06.1320.16cos.759.823???????p.5 （2）求軸上的載荷（詳細過程以軸 2 為例，其他軸類似不一一復(fù)述） 首先應(yīng)該確定軸承支點位置，已知軸兩端支撐軸承型號為 6207，查取機械 設(shè)計手冊同時根據(jù)軸 2 的設(shè)計結(jié)構(gòu)確定軸承支撐跨距為 172mm。 可以根據(jù)軸的設(shè)計結(jié)構(gòu)及軸承跨距確定軸的計算簡圖，并做出軸所受的彎 矩圖和扭矩圖。從圖中可以確定該軸的危險截面，并計算危險截面的 MH、MV 及 M 的值，基體數(shù)據(jù)見下圖。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F ，NFN143?26 ，NFNV2371??56 C 截面 彎矩 M mLH??853 mMLaV???432 總彎矩 MV ??????1685122max 扭矩 NT?80 19 （3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取 ，6.0?? 軸的計算應(yīng)力 ??MpaWTMca 61.28401.86968)(32222 ???????＝ 已知軸材料為 45Cr。由表 15-1